JPWO2008120547A1 - コンタクタ及びコンタクタの製造方法 - Google Patents

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秀憲 北爪
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Abstract

コンタクタ50は、後端側がベース部51に設けられ、先端側がベース部51から突出している梁部53の一部を構成しているシリコン層56bと、シリコン層56bの上に形成された、絶縁層としてのSiO2層56aと、SiO2層56aの上に形成された導電層54と、を備えている。

Description

本発明は、半導体ウエハ、半導体チップ又はプリント基板等に形成された集積回路等の電気回路(以下、代表的にICデバイスとも称する。)のテストに際して、ICデバイスに設けられたパッドや電極或いはリードのような入出力端子と接触して、ICデバイスとの電気的な接続を確立するためのコンタクタ、及び、コンタクタの製造方法に関する。
半導体集積回路素子は、シリコンウエハ等に多数作り込まれた後、ダイシング、ボンディング及びパッケージング等の諸工程を経て電子部品として完成する。こうしたICデバイスにあっては、出荷前に動作テストが行われ、このICテストは完成品の状態でもウエハ状態でも実施される。
ウエハ状態のICデバイスのテストに際しては、電子部品試験装置のプローブカード上に設けられたプローブ針(以下、コンタクタとも称する。)がICデバイスと接触することで、ICデバイスとの電気的な接続を確立する。このコンタクタは、ICデバイスの入出力端子上に形成された酸化膜を破壊して電気的な接触を確保するため、導電性及び弾性力を備えることが要求される。
このようなコンタクタとして、後端側がベース部に設けられ、先端側がベース部から突出している、シリコン(Si)から構成された梁部と、梁部の表面に形成されたニッケルコバルト層と、を備えたシリコンフィンガコンタクタが従来から知られている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
このシリコンフィンガコンタクタでは、ニッケルコバルト層により、ICデバイスの入出力端子との電気的な接続が確保されると共に、コンタクタの大部分の弾性が確保されている。しかしながら、ニッケルコバルトは金属材料であるため、ICデバイスの入出力端子との幾度もの接触により塑性変形してしまい。このような塑性変形が蓄積すると、コンタクタの先端部分(接点部)のプローブカード表面に対する高さが低くなる。そのため、繰り返し行われる試験に伴い、ICデバイスとコンタクタとの接触状態が変化し、正確な試験が行えなくなる場合がある。
また、ニッケルコバルト層は、テスト時にICデバイスに印加されている熱ストレスの影響で熱膨張をするため、梁部を構成するシリコンとの熱膨張の差により、シリコンフィンガコンタクタに反りが生じ、ICデバイスと接触する先端部分のICデバイスに対する高さにずれが生じる場合がある。
特開2000−249722号公報 特開2001−159642号公報 国際公開第03/071289号パンフレット
本発明が解決しようとする課題は、先端部分の高さを長期に亘って維持して良好な試験精度を確保することが可能なコンタクタを提供することである。
(1)本発明の第1の観点によれば、被試験電子部品のテストに際して、前記被試験電子部品との電気的な接続を確立するために、前記被試験電子部品に設けられた入出力端子に接触するコンタクタであって、後端側がベース部に設けられ、先端側が前記ベース部から突出している梁部の少なくとも一部を構成しているシリコン層と、前記シリコン層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された導電層と、を備えているコンタクタが提供される(請求項1参照)。
本発明では、コンタクタに弾性力を付与する部材としての金属層を含まないため、コンタクタに塑性変形が生じず、長期間コンタクタを使用した際も精度良く試験を行うことができる。
本発明においては特に限定されないが、前記導電層は、前記絶縁層の上に形成されたシード層と、前記シード層の上に形成された第1のAuめっき層と、を含んでいることが好ましい(請求項2参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記コンタクタは、前記導電層の先端に位置してICデバイスの入出力端子と接触する接点部をさらに備えていることが好ましい(請求項3参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部の少なくとも表面は、第1のAuめっき層を構成するAuよりも硬い導電性材料から構成されていることが好ましい(請求項4参照)。接触部でICデバイスの入出力端子に接触するため、第1のAuめっき層が損傷することなく、コンタクタを長期間安定して試験を行うことができる。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部は曲面状に形成されていることが好ましい(請求項5参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部は、前記導電層よりも盛り上がっていることが好ましい(請求項6参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部は、Niから構成される第1のめっき層を有することが好ましい(請求項7参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部は、少なくとも前記第1のめっき層と前記導電層との接触部分を覆う、第2のめっき層を有することが好ましい(請求項8参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のめっき層は、Rh、Pt、Ru、Pd、又はIrから構成されることが好ましい(請求項9参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のめっき層は、前記第1のめっき層全体を覆っており、前記接点部は、前記第2のめっき層を覆う第3のめっき層をさらに有することが好ましい(請求項10参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のめっき層はAuから構成され、前記第3のメッキ層はRh、Pt、Ru、Pd又はIrから構成されることが好ましい(請求項11参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記絶縁層の厚さが1μm以上であることが好ましい(請求項12参照)。これにより、コンタクタに良好な高周波特性を付与することができる。
本発明においては特に限定されないが、前記導電層は、前記第1のAuめっき層の上に形成された第2のAuめっき層を、前記梁部の後端側に備えており、前記第2のAuめっき層におけるAuの純度は、前記第1のAuめっき層におけるAuの純度よりも高いことが好ましい(請求項13参照)。
本発明によれば、被試験電子部品のテストに際して半導体ウェハに造り込まれた被試験電子部品の入出力端子に電気的に接触するプローブ針と、前記プローブ針が多数実装された基板と、を備えたプローブカードであって、前記プローブ針は、上記のコンタクタから構成されているプローブカードが提供される(請求項14参照)。
本発明によれば、半導体ウェハ上に形成された半導体デバイスを試験するための電子部品試験装置であって、上記のプローブカードと、前記プローブカードに電気的に接続されたテストヘッドと、前記プローブカードに対して前記半導体ウェハを相対移動させるプローバと、を備えた電子部品試験装置が提供される(請求項15参照)。
(2)本発明の第2の観点によれば、被試験電子部品のテストに際して、前記被試験電子部品との電気的な接続を確立するために、前記被試験電子部品に設けられた入出力端子に接触するコンタクタの製造方法であって、シリコンウエハをエッチング処理することで、後端部がベース部に設けられ、先端側が前記ベース部から突出している梁部の少なくとも一部を構成しているシリコン層を形成するシリコン層形成ステップと、前記シリコン層の上面に絶縁層を形成する絶縁層形成ステップと、前記絶縁層の上に導電層を形成する導電層形成ステップと、を備えたコンタクタの製造方法が提供される(請求項16参照)。
本発明では、コンタクタに弾性力を付与する部材としての金属層を含まないため、コンタクタに塑性変形が生じず、長期間コンタクタを使用した際も精度良く試験を行うことができる。
本発明においては特に限定されないが、前記導電層形成ステップは、前記絶縁層の上にシード層を形成するシード層形成ステップと、前記シード層の上に第1のAuめっき層を形成する第1のAuめっき層形成ステップと、を含むことが好ましい(請求項17参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記導電層の先端に、ICデバイスの入出力端子と接触する接点部を形成する接点部形成ステップをさらに備えていることが好ましい(請求項18参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部の少なくとも表面を、第1のAuめっき層を形成するAuよりも硬い導電性材料から構成することが好ましい(請求項19参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部形成ステップは、少なくとも前記第1のAuめっき層の先端部分から前記シード層の表面に亘ってNiめっき処理することで、Niから構成される曲面状の第1のめっき層を形成する第1のめっきステップを含むことが好ましい(請求項20参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記接点部形成ステップは、少なくとも前記第1のめっき層と前記導電層との接触部分を覆うようにめっき処理して、第2のめっき層を形成する第2のめっきステップを含むことが好ましい(請求項21参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のめっき層は、Rh、Pt、Ru、Pd又はIrから構成されることが好ましい(請求項22参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のめっきステップにおいて、前記第1のめっき層の全体を覆うように前記第2のめっき層を形成し、前記接点部形成ステップは、第2のめっき層をめっき処理することで第3のめっき層を形成する第3のめっきステップをさらに含むことが好ましい(請求項23参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のめっき層はAuから構成され、前記第3のめっき層はRh、Pt、Ru、Pd又はIrから構成されることが好ましい(請求項24参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のめっきステップにおいて用いられるレジストを除去せずに、前記第2のめっきステップと前記第3のめっきステップとを連続して実施することが好ましい(請求項25参照)。これにより、レジスト除去時間及びレジスト形成時間を削減することができ、コンタクタの製造時間を短縮することができる。
本発明においては特に限定されないが、前記シード層に対してミリング処理を行うことで、前記シード層の露出部分を除去するミリングステップを更に備えることが好ましい(請求項26参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記シリコン層形成ステップにおいて、前記シリコン層のスキャロプ値が100nm以下となるように、前記エッチング処理が行われることが好ましい(請求項27参照)。そのため、完成したコンタクタがICデバイスに対して押圧される際に、表面の荒れに起因するクラック等の破損が生じることがなく、長期間コンタクタを使用することができる。
本発明においては特に限定されないが、前記梁部の上面にレジストとしてポリイミド層を形成し、前記エッチング処理が前記シリコン層の下面側から行われることが好ましい(請求項28参照)。ポリイミド層は耐熱性、耐侵食性、絶縁性、及び、機械的強度に極めて優れているため、エッチング処理が完了した際の冷却ガスの漏れ出しや、エッチング装置のステージへのダメージを防止することができる。
本発明においては特に限定されないが、前記ポリイミド層は、前記梁部の上面にポリイミド前駆体層を形成した後、前記ポリイミド前駆体層をイミド化させることで形成されることが好ましい(請求項29参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記ポリイミド層は、前記梁部の上面に粘着剤を用いてポリイミドフィルムを貼付することで形成されることが好ましい(請求項30参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記梁部の上面に第1のテープを貼付する第1の貼付ステップと、前記第1のテープが前記梁部の上面に貼付された状態で前記シリコンウエハを切断する切断ステップと、をさらに備えていることが好ましい(請求項31参照)。そのため、水圧による梁部の破損を防ぐことができる。また、不要となった際には紫外線により容易に発泡剥離テープを取り除くことができる。
本発明においては特に限定されないが、前記第1のテープは、紫外線を照射することで粘着剤が発泡する紫外線発泡テープであり、紫外線を照射することで前記第1のテープを剥離する第1の剥離ステップをさらに備えていることが好ましい(請求項32参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記ベース部の下面に第2のテープを貼付する第2の貼付ステップをさらに備えていることが好ましい(請求項33参照)。これによりダイシング後のシリコンフィンガコンタクタの取り扱いが容易になる。また、不要となった際には、紫外線により容易に紫外線硬化型剥離テープを取り除くことができる。
本発明においては特に限定されないが、前記第2のテープは、紫外線を照射することで粘着剤が硬化する紫外線剥離型テープであり、紫外線を照射することで前記第2のテープを剥離する第2の剥離ステップをさらに備えていることが好ましい(請求項34参照)。
本発明においては特に限定されないが、前記シリコン層は、1kΩ・m以上の抵抗率を有することが好ましい(請求項35参照)。これにより、コンタクタに良好な高周波特性を付与することができる。
図1は、本発明の実施形態における試験装置を示す概略図である。 図2は、図1の試験装置に用いられるテストヘッド及びプローブカードの接続関係を示す概念図である。 図3は、本発明の実施形態におけるプローブカードの断面図である。 図4は、図3に示すプローブカードの部分底面図である。 図5は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタを示す断面図である。 図6は、図6は、図5に示すシリコンフィンガコンタクタの平面図である。 図7は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第1工程を示す断面図である。 図8は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第2工程を示す断面図である。 図9は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第3工程を示す断面図である。 図10は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第4工程を示す断面図である。 図11は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第5工程を示す断面図である。 図12は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第6工程を示す断面図である。 図13は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第7工程を示す断面図である。 図14は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第8工程を示す断面図である。 図15は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第9工程を示す断面図である。 図16は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第10工程を示す断面図である。 図17は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第11工程を示す断面図である。 図18は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第12工程を示す断面図である。 図19は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第13工程を示す断面図である。 図20は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第14工程を示す断面図である。 図21は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第15工程を示す断面図である。 図22は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第16工程を示す断面図である。 図23は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第17工程を示す断面図である。 図24は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第18工程を示す断面図である。 図25は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第19工程を示す断面図である。 図26は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第20工程を示す断面図である。 図27は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第21工程を示す断面図である。 図28は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第22工程を示す断面図である。 図29は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第23工程を示す断面図である。 図30は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第24工程を示す断面図である。 図31は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第25工程を示す断面図である。 図32は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第26工程を示す断面図である。 図33は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第27工程を示す断面図である。 図34は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第28工程を示す断面図である。 図35は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第29工程を示す断面図である。 図36は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第30工程を示す断面図である。 図37は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第31工程を示す断面図である。 図38は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第32工程を示す断面図である。 図39は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の第33工程を示す断面図である。 図40Aは、図5に示すシリコンフィンガコンタクタの他の形状を示す平面図である。 図40Bは、図40AのB-B線に沿った断面図である。 図41は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタのさらに他の形状を示す断面図である。
符号の説明
1…電子部品試験装置
10…テストヘッド
11…プリント回路基板
12…コネクタ
20…インタフェース部
21…中継ボード
21b…配線パターン
22…フロッグリング
22a…ポゴピン
30…フレキシブル基板
40…プローブカード
41…プローブ基板
41a…スルーホール
41b…接続トレース
41c…ボンディングワイヤ
42…スティフナ
50…シリコンフィンガコンタクタ(プローブ針)
51…ベース部
52…段差
53…梁部
54…導電層
54a…シード層
54b…第1のAuめっき層
54c…高純度Auめっき層
54d…Niめっき層
54e…第2のAuめっき層
54f…Rhめっき層
55…先端部分
56…シリコンウエハ(SOIウエハ)
56a…SiO
56b…Si層
56c…SiO
56d…Si層
56e…SiO
57a〜57i…レジスト層
58…ポリイミド層
59…発泡剥離テープ
60…UV剥離型テープ
90…テスタ
91…ケーブル束
100…プローバ
101…チャック
110…マニピュレータ
111…駆動モータ
200…シリコンウエハ(被試験ウエハ)
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施形態に係る試験装置を示す概略図、図2は図1の試験装置に用いられているテストヘッド及びプローブカードの接続関係を示す概略図である。
本実施形態に係る試験装置1は、図1に示すように、テストヘッド10、テスタ90(試験装置本体)及びプローバ100から構成されている。テスタ90は、ケーブル束91を介してテストヘッド10に電気的に接続されており、シリコンウエハ(以下、被試験ウエハとも称する。)200上に造り込まれたICデバイスに対してDC信号やデジタル信号を入出力することが可能となっている。テストヘッド10は、マニピュレータ110及び駆動モータ111によりプローバ100上に配置されている。
図1及び図2に示すように、テストヘッド10内には、多数のプリント回路基板11が設けられており、これらプリント回路基板11は、数百の内部ケーブルを有するケーブル束91を介してテスタ90に接続されている。また、各プリント回路基板11は、マザーボード21と接続するためのコネクタ12にそれぞれ電気的に接続されており、インタフェース部20のマザーボード21上のコンタクト端子21aと電気的に接続することが可能となっている。
テストヘッド10とプローバ100とは、インタフェース部20を介して接続されており、このインタフェース部20は、マザーボード21、ウエハパフォーマンスボード22及びフロッグリング23から構成されている。マザーボード21には、テストヘッド10側のコネクタ12と電気的に接続するためのコンタクト端子21aが設けられていると共に、このコンタクト端子21aとウエハパフォーマンスボード22を電気的に接続するために配線パターン21bが形成されている。ウエハパフォーマンスボード22は、ポゴピン等を介してマザーボード21に電気的に接続されており、マザーボード21上の配線パターン21aのピッチをフロッグリング23側のピッチに変換して、当該配線パターン21aをフロッグリング23内に設けられたフレキシブル基板30に電気的に接続するように、配線パターン22aが形成されている。
フロッグリング23は、ウエハパフォーマンスボード22上に設けられており、テストヘッド10とプローバ100との若干の位置合わせを許容するために、内部の伝送路がフレキシブル基板30で構成されている。フロッグリング23の下面には、このフレキシブル基板30が電気的に接続されたポゴピン23aが多数実装されている。
フロッグリング23には、下面に多数のシリコンフィンガコンタクタ50が実装されたプローブカード40が装着されており、ポゴピン23aによりプローブカード40とフロッグリング23とが電気的に接続されるようになっている。
プローバ100は、チャック101上に被試験ウエハ200を保持して、テストヘッド10に装着されたプローブカード40に対向する位置に被試験ウエハ200を自動的に供給することが可能となっている。
以上のような構成の電子部品試験装置1では、チャック101上に保持されている被試験ウエハ200にプローブカード40を押し付けて、被試験ウエハ200上に造り込まれたICデバイスの入出力端子にシリコンフィンガコンタクタ50を電気的に接触させた状態で、テスタ90からICデバイスにDC信号及びデジタル信号を印加すると共に、ICデバイスからの出力信号を受信する。ICデバイスからの出力信号(応答信号)は、テスタ90において期待値と比較することで、ICデバイスの電気的な特性を評価するようになっている。なお、本発明における電子部品試験装置は、ここで説明する構成に特に限定されない。
図3は、本発明の実施形態に係るプローブカードの概略断面図、図4は、図3に示すプローブカードの部分底面図、図5は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタを示す断面図、図6は、図5に示すシリコンフィンガコンタクタの平面図である。
本実施形態におけるプローブカード40は、図3及び図4に示すように、例えば多層配線基板などから構成されるプローブ基板41と、機械的な強度を補強するためにプローブ基板41の上面に取り付けられているスティフナ42と、プローブ基板41の下面に多数実装されているシリコンフィンガコンタクタ50と、から構成されている。
プローブ基板41には、下面から上面に貫通するようにスルーホール41aが形成されていると共に、このスルーホール41aに接続された接続トレース41bが下面に形成されている。なお、本発明におけるプローブカードは、ここで説明する構成に特に限定されない。
シリコンフィンガコンタクタ50は、図5に示すように、プローブ基板40に固定されるベース部51と、後端側がベース部51に設けられ、先端側がベース部51から突出している梁部53と、ベース部51及び梁部53の表面に形成された導電層54と、導電層54の先端に形成されている接点部55と、から構成されている。
なお、本実施形態において、シリコンフィンガコンタクタ50における「後端側」とは、プローブ基板40に接触する側(図5において左側)を指す。これに対し、シリコンフィンガコンタクタ50における「先端側」とは、被試験ウエハ200に形成されたICデバイスの入出力端子210に接触する側(図5において右側)を指す。
このシリコンフィンガコンタクタ50のベース部51及び梁部53は、後述するように、シリコンウエハ(以下、半導体ウエハとも称する。)56にフォトリソグラフィ等の半導体製造技術を用いて製造されている。そして、図6に示すように、一つのベース部51に対して複数本の、先細な斜柱状の梁部53がフィンガ状(櫛状)に設けられている。このように、半導体製造技術を用いてシリコンフィンガコンタクタ50を製造することにより、複数の梁部53間のピッチを被試験ウエハ200上の入出力端子210間の狭小なピッチに容易にあわせることができる。
梁部53は、シリコンから構成されるSi層56bと、Si層56bの上に形成され、絶縁層として機能するSiO層56aと、から構成されている。Si層56bは、50〜100μmの厚さを有しており、これにより梁部53はコンタクタとして適当な弾性力を備えている。
絶縁層56aの表面には、導電層54が形成されている。導電層54は、図6に示すように、Ti及びAuを用いて形成されるシード層54a、Auを用いて形成される第1のAuめっき層54b、及び、高純度のAuを含む高純度Auめっき層54cから形成されている。第1のAuめっき層54bは、4〜10μmの厚さを有している。第1のAuめっき層54bの厚さを5μm未満とすると発熱してしまう。一方、第1のAuめっき層54bの厚さを10μmより大きくすると反りが発生してしまう。
また、導電層54の先端には、接点部55が突出するように形成されている。この接点部55は、Niを用いて第1のAuめっき層54bの表面に形成されるNiめっき層54d、Niめっき層54dの表面にAuを用いて形成される第2のAuめっき層54e、及び、第2のAuめっき層54eの表面にRhを用いて形成されるRhめっき層54fから形成されている。
以上のような構成のシリコンフィンガコンタクタ50は、図3に示すように、被試験ウエハ200に作り込まれたICデバイスの入出力端子210に対向するように、プローブ基板41に実装されている。なお、図3には、2つのシリコンフィンガコンタクタ50しか図示していないが、実際には多数のシリコンフィンガコンタクタ50がプローブ基板41上に配置されている。
各シリコンフィンガコンタクタ50は、図3に示すように、ベース部51の角部をプローブ基板41の表面に当接させた状態で、プローブ基板41に接着されている。また、シリコンフィンガコンタクタ50は、高純度Auめっき層54cを介して、接続トレース41bにワイヤボンディング41cにより電気的に接続されている。コンタクタ50Aをプローブ基板41に実装するための接着剤としては、例えば、紫外線硬化型接着剤、温度硬化型接着剤、或いは、熱可塑性接着剤等を挙げることができる。また、ワイヤボンディング41cの代わりに、ソルダボールを用いて導電層54と接続トレース41bとを電気的に接続しても良い。
以上のような構成のプローブカード40を用いたICデバイスのテストは、プローバ100によりプローブカード40に被試験ウエハ200が押し付けられ、プローブ基板41上のシリコンフィンガコンタクタ50と、被試験ウエハ200上の入出力端子210とが電気的に接触することで行われる。
以下に、本実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタ50の製造方法の一例について、図7〜図39を用いて説明する。図7〜図39は、本発明の実施形態におけるシリコンフィンガコンタクタの製造方法の各工程を示す断面図である。
まず、本実施形態における製造方法では、図7に示す第1工程において、SOIウエハ56を準備する。このSOIウエハ56は、3層のSiO層56a、56c、56eの間に、2層のSi層56b、56dが挟まれて積層されたシリコンウエハである。このSOIウエハが有するSiO層56a、56c、56eは、後述するエッチングする際のエッチングストッパとしての機能や、梁部53同士が電気的にショートしないようにする絶縁層としての機能を有する。
ここで、完成したシリコンフィンガコンタクタ50の高周波特性を良好なものとするために、SiO層56aの厚さは1μm以上となるように構成されている。また、Si層56bは、完成したシリコンフィンガコンタクタ50の高周波特性が良好となるように、1kΩ・cm以上の体積抵抗率を有するように形成されている。
また、Si層56b及びSi層56dについては、梁部53に良好なバネ特性を付与するため、Si層56bの層厚の公差は±3μm以下、Si層56dの層厚の公差は±1μm以下となるように構成されている。
次に、図8に示す第2工程において、シリコンウエハ56の下側表面にエッチングの際のマスク材としてレジスト層57aを形成する。
本実施形態におけるレジスト膜を形成する材料としては、感光材であるフォトレジストが用いられる。フォトレジストは粘り気のある液体である。また、このフォトレジストから溶媒が抜け層状となった場合、感光したフォトレジスト層は有機溶剤に可溶である。
このフォトレジストは、スピンコータやスプレーコータ等を用いてシリコンウエハ56の表面に塗布され、薄いフォトレジストの感光膜が形成される。
次に、感光膜が形成されたシリコンウエハ56を加熱してフォトレジスト中の溶剤を気化し除去するプリベイクが行われ、フォトレジストが固化される。
次に、この感光膜上に、パターンが形成されたマスク部材(不図示)を重ね、感光膜を紫外線で露光する。この際、感光膜のうちマスク部材のパターンに覆われた部分(パターン部)は露光しない。
次に、マスク部材を取り除き、感光膜を現像液に漬けて現像処理が行われる。この現像処理は、感光膜のうち、パターン部以外のフォトレジストを除去するために行われる作業である。
この現像処理を経てパターン部が形成されたシリコンウエハ56は、次にリンス液を用いてリンスされる。このリンスには、現像を停止する効果がある。
リンスが終了したシリコンウエハ56は、残った感光膜のフォトレジスト中の溶剤や水分を除去するための加熱であるポストベイクが行われ、感光膜とシリコンウエハ56との密着性が高められる。このポストベイクが完了すると、感光膜からなるレジスト層57aが完成する。このレジスト層57aは、次の第3工程においてエッチングマスクパターンとして用いられる。
次に、図9に示す第3工程において、図9における下側方向より、SiO層56eに対して、SiO層を除去するためのドライエッチング(SiOエッチング)を行う。そして、レジスト層57aにより保護されている部分以外のSiO層56eが侵食される。
次に、図10に示す第4工程において、SiO層56eに残るレジスト層57aの除去(レジスト剥離)が行われる。本実施形態においては、このレジスト剥離は、レジストを酸素プラズマにより灰化(アッシング)するプラズマアッシング装置を用いて行われる。そして、アッシング後はシリコンウエハ56が硫酸過水やアンモニア過水により洗浄される。
次に、図11に示す第5工程において、SiO層56aの表面にレジスト層57bを形成する。このレジスト層57bは、第2工程におけるレジスト層57aの形成と同じ要領で形成する。
次に、図12に示す第6工程において、図12における上側方向より、SiO層56aに対するSiOエッチングを行う。そして、SiO層56aがフィンガ状(櫛状)に侵食される。
次に、図13に示す第7工程において、前述した第4工程と同じ要領で、レジスト層57bを除去する。
次に、図14に示す第8工程において、前述した第2工程と同じ要領で、SiO層56eの表面にレジスト層57cを形成する。
次に、図15に示す第9工程において、図15における下側から、Si層56dに対するドライエッチングを行う。このドライエッチングは、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)により行われる。そして、レジスト層57cにより保護されている部分以外のSi層56dが侵食される。
次に、図16に示す第10工程において、前述した第4工程と同じ要領で、レジスト層57cを除去する。
次に、図17に示す第11工程において、シリコンウエハ56の図17における上側表面に、スパッタ法によりTi及びAuを主に含んだシード層54aを形成する。このシード層54aは、後述する第1のAuめっき層の形成の際に給電層として用いられる。
次に、図18に示す第12工程において、シード層54aの表面のうち、後に梁部53となる部分の前端及び後端部分に、前述した第2工程と同じ要領でレジスト層57dを形成する。
次に、図19に示す第13工程において、シード層54aの表面のうちレジスト層57dに覆われていない部分に、めっき処理により第1のAuめっき層54bを形成する。この第1のAuめっき層54bは、後に形成される梁部53において、接点部55と後端の高純度Auめっき層54cを電気的に接続するために形成される。Auは耐食性、接触抵抗値の経時変化のし難さ、はんだ付け性、ボンディング性、及び導電性に優れた素材である。また、後述するように第1のAuめっき層54bの先端側の表面には所定の大きさを有するNiめっき層54dが形成されることから、所定の機械的強度が要求される。そのため、この第1のAuめっき層54bを形成する材料として、金にNiやCo、Cuなどの異種金属が添加されることで、Auめっき層54dの硬さがHv130〜200まで増大されている。
次に、図20に示す第14工程において、レジスト層57dのうち、後に形成される梁部53の先端側(図20における右側)の部分に連続して、前述した第2工程と同じ要領でレジスト層57eが形成される。
次に、図21に示す第15工程において、第1のAuめっき層54bの表面のうち、レジスト層57d、57eに覆われていない部分に、高純度Auめっき層54cを形成する。この高純度Auめっき層54cは、後工程においてボンディングが可能であり、かつ、高い導電性を有するように、第1のAuめっき層54bよりもAuの純度が高い99.99%以上の高純度Auより形成される。
次に、図22に示す第16工程において、レジスト層57d、57eを前述した第4工程と同じ要領で除去する。
次に、図23に示す第17工程において、第1のAuめっき層54bの先端部分から、シード層54aの表面に亘る部分を除いた部分に、前述した第2工程と同じ要領で、レジスト層57fを形成する。なお、レジスト層57fを、シード層54aの先端部分であって、第1のAuめっき層54bの先端から離れた部分を除いた部分に形成しても良い。
ここで、次に説明する第18工程で形成されるNiめっき層54dは、Niめっき層54dをベースとして接点部55が形成された際に、接点部55を介してICデバイスとシリコンフィンガコンタクタ50とが十分な電気的接触を行える程度に大きく形成される必要がある。すなわち、Niめっき層54dは接点部55に所定の大きさを与えるために形成される。そして、Niめっき層54dの大きさは、レジスト層57fの厚さにより調整される。そのため、レジスト層57fは、Niめっき層54dが接点部55を形成するのに十分な大きさを有する程度に厚く形成される必要がある。
次に、図24に示す第18工程において、シリコンウエハ56の表面のうちレジスト層57fに覆われていない部分に、めっき処理により第1のAuめっき層54bの先端部分からシード層54aの表面に亘り、Niめっき層54dを形成する。このNiめっき層54dは、第1のAuめっき層54bの先端の角部周辺に形成されるため、所定の曲率を有する。
次に、図25に示す第19工程において、レジスト層57fを前述した第4工程と同じ要領で除去する。
次に、図26に示す第20工程において、所定の間隔を空けてNiめっき層54dを囲むようにして、前述した第2工程と同じ要領でレジスト層57gを形成する。
次に、図27に示す第21工程において、シリコンウエハ56の図26における上側表面のうちレジスト層57gに覆われていない部分に、Niめっき層54dを覆うように、第2のAuめっき層54eを形成する。この第2のAuめっき層54eは、次に説明する第22工程において、Niめっき層54dをRhめっき液から保護するために形成される。
次に、図28に示す第22工程において、第2のAuめっき層54eの表面のうちレジスト層57gに覆われていない部分に、Rhめっき層54fを形成する。Rhめっき54fは、硬度がHv800〜1000と極めて高く、耐食性にも優れているめっき層である。そのため、Rhめっき層54fは、特に長期間安定した接触抵抗及び耐磨耗性が要求される接点部55を構成する材料として好適である。
こうして、シリコンフィンガコンタクタ50の接点部55が形成される。この接点部55があることにより、試験の際、柔らかいAuから構成される第1のAuめっき層54bとICデバイスとが直接接触することが無くなる。そのため、第1のAuめっき層54bのダメージを防止することができる。
なお、本実施形態においては接点部55の最表面にRhめっき層を形成したが、本発明においてはこれに限られず、Pt、Ru、Pd、及びIrなど、硬度が高く、耐食性に優れた導電性材料であれば好適に用いることができる。また、図5に示すRhめっき層の形状と、図28に示すRhめっき層の形状とが、Rhめっき層が接点部55の全体を覆っているか否かで相違するが、図28に示す形状の方が工程数を低減できる。
次に、図29に示す第23工程において、レジスト層57gを前述した第4工程と同じ要領で除去する。
次に、図30に示す第24工程において、めっき処理の際に必要であったシード層54aのうち露出した部分を除去するためにミリング処理を行う。このミリング処理は、真空チャンバ中でアルゴンイオンをシリコンウエハ56に衝突させることで行われる。シード層54aは他の膜構造と比べて薄いため、このミリング処理により最初に除去される。シード層54aの露出部分が除去されたら、ミリング処理は終了する。
次に、図31に示す第25工程において、接点部55が形成されたシリコンウエハ56の表面のうち、Si層56bが露出した部分を除いて、前述した第2工程と同じ要領でレジスト層57hを形成する。
次に、図32に示す第26工程において、レジスト層57hが形成された側からDRIE処理によるエッチングが行われ、Si層56bがフィンガ状(櫛状)に整形される。このDRIE処理によるシリコンウエハ56の整形は、Si0層56cがストップ層として機能するため、Si層56dには至らない。
なお、このエッチングは、梁部53のスキャロプ値(エッチングにより形成された側壁面の凹凸の粗さ)が100nm以下になるように行われる。これは、梁部53がICデバイスの試験の際に弾性変形するときに、応力により側壁部分の表面形状が荒れた部分からクラックが生じ、破損することを効果的に防止するためである。
次に、図33に示す第27工程において、レジスト層57hが前述した第4工程と同じ要領で除去される。
次に、図34に示す第28工程において、接点部55が形成されたシリコンウエハ56の表面全体にポリイミド層58が形成される。ポリイミドは耐熱性、耐侵食性、絶縁性、及び、機械的強度に極めて優れた物質である。このポリイミド層58は、ポリイミド前駆体をスピンコータやスプレーコータ等を用いてウエハ56の表面全体に塗布した後、200℃以上の加熱により、又は、触媒を用いてイミド化させることで形成される。この後の第29及び第30工程において行われる貫通エッチングによりシリコンフィンガコンタクタ50の梁部53が完全にフィンガ状(櫛状)に形成される。この際、ポリイミド層58が無いと、シリコンウエハ56が僅かに貫通した時点で貫通孔からDRIE装置のステージが露出してしまう。そして、ステージが露出すると、ステージ側からウエハ56に吹き付けられる冷却ガスが貫通孔から漏れ出してしまい、ウエハ56を十分に冷却することができなくなってしまう。また、貫通孔からステージが露出すると、DRIE処理によりステージ本体がダメージを受けてしまう。
そのため、冷却ガスの漏れ出しと、ステージ本体へのダメージを防ぐ目的で、第28工程においてポリイミド層58が形成される。
次に、図35に示す第29工程において、ポリイミド層58が形成された面の反対側からDRIE処理によるエッチングが行われる。このDRIE処理によるSi層56dの侵食は、Si0層56cがストップ層として機能するため、Si層56bには至らない。
次に、図36に示す第30工程において、SiO層56c、56eに対してRIE(Reactive Ion Etching)処理を行って、SiO層56c、56eを除去する。これにより、シリコンフィンガコンタクタ50の梁部53が完全にフィンガ状(櫛状)に形成される。そして、不要となったポリイミド層58は、強アルカリ性の剥離液により除去される。
なお、本実施形態においてはポリイミド前駆体を直接ウエハ56に塗布した後イミド化させることでポリイミド層58を得た。しかし、本発明においてはこれに限らず、ポリイミド層58として、アルカリ可溶性粘着剤を用いて、ポリイミドフィルムをウエハ56に貼付してもよい。この場合、ポリイミド層58が不要となった際は、アルカリ性剥離液を用いることでポリイミドフィルムは速やかに除去される。
また、本実施形態においては梁部53の形成のための貫通エッチングをRIE処理により行ったが、本発明においてはこれに限らず、ボッシュ法等を用いても良い。
次に、図37に示す第31工程において、ポリイミド層58が除去された、シリコンフィンガコンタクタ50の接点部55が形成されている面(梁部53の上面)に、発泡剥離テープ59を貼付し、ダイシングを行う。
このダイシングは、シリコンフィンガコンタクタ50が多数作り込まれたシリコンウエハ56を切断することで、シリコンフィンガコンタクタ50をプローブ基板41に実装される形状に切り離すために行われる。
この発泡剥離テープ59は、このダイシングの際に、梁部53が水圧により折れないようにシリコンフィンガコンタクタ50を保護するために貼付される。
発泡剥離テープ59は、PETを含む基材テープの片面に、UV照射により発泡するUV発泡性粘着剤が塗布されて構成されている。UV発泡性粘着剤は、UV未照射の状態ではシリコン基板等に粘着するが、UVが照射されると発泡する。そして、UV発泡性粘着剤とシリコン基板等の接触面積が減少することから、発泡剥離テープ59の粘着力が低下する。そのため、UV照射後により発泡剥離テープ59はシリコン基板等から容易に剥がせる状態となる。
このようなダイシングを経て、図5に示すシリコンフィンガコンタクタ50が完成する。
次に、図38に示す第32工程において、ダイシングされたシリコンフィンガコンタクタ50の取り扱いを容易にするため、シリコンフィンガコンタクタ50の発泡剥離テープ59が貼付された面と反対側の面(ベース部51の下面)に、UV剥離型テープ60を貼付する。
UV剥離型テープ60は、ポリオレフィンを含む基材テープの片面に、UV照射により硬化する、アクリルを含むUV硬化型粘着剤が塗布されて形成されている。UV硬化型粘着剤は、UV未照射の状態では粘着性を有しシリコン基板等に粘着するが、UVが照射されると硬化し、粘着力を失う性質を有する。そのため、UV剥離型テープ60はUV照射によりシリコン基板等から容易に剥がされる。
次に、図39に示す第33工程において、発泡剥離テープ59にUVを照射することで、発泡剥離テープ59のUV発泡性粘着剤を発泡させ、発泡剥離テープ59をシリコンフィンガコンタクタ50から剥がす。
次に、シリコンフィンガコンタクタ50を図示せぬピックアップ装置によりピックアップする。この際、ピックアップ装置によりシリコンフィンガコンタクタ50を保持した状態でUV硬化型剥離テープ60側にUVを照射することで、UV硬化型剥離テープ60がシリコンフィンガコンタクタ50から剥がされる。
次に、ピックアップ装置がシリコンフィンガコンタクタ50をプローブカード40の所定の位置に配置する。そして、その位置で、シリコンフィンガコンタクタ50が接着剤によりプローブカード40に固定される。
このようにして、本実施形態における、シリコンフィンガコンタクタ50を搭載したプローブカード40が完成する。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、本実施形態においては、シリコンフィンガコンタクタ50は図6に示すような先細な斜柱状の梁部53を備えているが、本発明においては梁部53の形状はこれに限られない。図40A及び40Bに示すように、梁部53が直柱状であり、その先端に接点部55が設けられていても良い。また、同図に示すように、梁部53の後端側も、先端側と同じ太さで切り欠くことで、コンタクタの高周波特性を向上させたり、弾性変形時に応力を分散させて弾性限界を引き上げることができる。
また、上述の実施形態では、接点部55を、Niめっき層54d、第2のAuめっき層54e及びRhめっき層54fの三層で構成したが、本発明においては特に限定されない。例えば、図41に示すように、Niめっき層54dと第1のAuめっき層54bとの接触部分のみを覆うようにRhめっき層54fを形成しても良く、これにより、第1のAuめっき層54bに対するNiめっき層54dの密着性を向上させることができる。

Claims (35)

  1. 被試験電子部品のテストに際して、前記被試験電子部品との電気的な接続を確立するために、前記被試験電子部品に設けられた入出力端子に接触するコンタクタであって、
    後端側がベース部に設けられ、先端側が前記ベース部から突出している梁部の少なくとも一部を構成しているシリコン層と、
    前記シリコン層の上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層の上に形成された導電層と、を備えているコンタクタ。
  2. 前記導電層は、
    前記絶縁層の上に形成されたシード層と、
    前記シード層の上に形成された第1のAuめっき層と、を含む請求項1記載のコンタクタ。
  3. 前記コンタクタは、前記導電層の先端に位置して前記被試験電子部品の入出力端子と接触する接点部をさらに備えている請求項1又は2記載のコンタクタ。
  4. 前記接点部の少なくとも表面は、第1のAuめっき層を構成するAuよりも硬い導電性材料から構成されている請求項3記載のコンタクタ。
  5. 前記接点部は曲面状に形成されている請求項3又は4記載のコンタクタ。
  6. 前記接点部は、前記導電層よりも盛り上がっている請求項3〜5の何れかに記載のコンタクタ。
  7. 前記接点部は、Niから構成される第1のめっき層を有する請求項3〜6の何れかに記載のコンタクタ。
  8. 前記接点部は、少なくとも前記第1のめっき層と前記導電層との接触部分を覆う、第2のめっき層を有する請求項7記載のコンタクタ。
  9. 前記第2のめっき層は、Rh、Pt、Ru、Pd、又はIrから構成される請求項8記載のコンタクタ。
  10. 前記第2のめっき層は、前記第1のめっき層全体を覆っており、
    前記接点部は、前記第2のめっき層を覆う第3のめっき層をさらに有する請求項8記載のコンタクタ。
  11. 前記第2のめっき層はAuから構成され、
    前記第3のメッキ層はRh、Pt、Ru、Pd又はIrから構成される請求項10記載のコンタクタ。
  12. 前記絶縁層の厚さが1μm以上である請求項1〜11の何れかに記載のコンタクタ。
  13. 前記導電層は、前記第1のAuめっき層の上に形成された第2のAuめっき層を、前記梁部の後端側に備えており、
    前記第2のAuめっき層におけるAuの純度は、前記第1のAuめっき層におけるAuの純度よりも高い請求項2〜12の何れかに記載のコンタクタ。
  14. 被試験電子部品のテストに際して半導体ウェハに造り込まれた被試験電子部品の入出力端子に電気的に接触するプローブ針と、
    前記プローブ針が多数実装された基板と、を備えたプローブカードであって、
    前記プローブ針は、請求項1〜13の何れかに記載のコンタクタから構成されているプローブカード。
  15. 半導体ウェハ上に形成された半導体デバイスを試験するための電子部品試験装置であって、
    請求項14記載のプローブカードと、
    前記プローブカードに電気的に接続されたテストヘッドと、
    前記プローブカードに対して前記半導体ウェハを相対移動させるプローバと、を備えた電子部品試験装置。
  16. 被試験電子部品のテストに際して、前記被試験電子部品との電気的な接続を確立するために、前記被試験電子部品に設けられた入出力端子に接触するコンタクタの製造方法であって、
    シリコンウエハをエッチング処理することで、後端部がベース部に設けられ、先端側が前記ベース部から突出している梁部の少なくとも一部を構成しているシリコン層を形成するシリコン層形成ステップと、
    前記シリコン層の上面に絶縁層を形成する絶縁層形成ステップと、
    前記絶縁層の上に導電層を形成する導電層形成ステップと、を備えたコンタクタの製造方法。
  17. 前記導電層形成ステップは、
    前記絶縁層の上にシード層を形成するシード層形成ステップと、
    前記シード層の上に第1のAuめっき層を形成する第1のAuめっき層形成ステップと、を含む請求項16記載のコンタクタの製造方法。
  18. 前記導電層の先端に、ICデバイスの入出力端子と接触する接点部を形成する接点部形成ステップをさらに備えた請求項16又は17記載のコンタクタの製造方法。
  19. 前記接点部の少なくとも表面を、第1のAuめっき層を形成するAuよりも硬い導電性材料から構成する請求項18記載のコンタクタの製造方法。
  20. 前記接点部形成ステップは、少なくとも前記第1のAuめっき層の先端部分から前記シード層の表面に亘ってNiめっき処理することで、Niから構成される曲面状の第1のめっき層を形成する第1のめっきステップを含む請求項18又は19記載のコンタクタの製造方法。
  21. 前記接点部形成ステップは、少なくとも前記第1のめっき層と前記導電層との接触部分を覆うようにめっき処理して、第2のめっき層を形成する第2のめっきステップを含む請求項20記載のコンタクタの製造方法。
  22. 前記第2のめっき層は、Rh、Pt、Ru、Pd又はIrから構成される請求項21記載のコンタクタの製造方法。
  23. 前記第2のめっきステップにおいて、前記第1のめっき層の全体を覆うように前記第2のめっき層を形成し、
    前記接点部形成ステップは、第2のめっき層をめっき処理することで第3のめっき層を形成する第3のめっきステップをさらに含む請求項21記載のコンタクタの製造方法。
  24. 前記第2のめっき層はAuから構成され、
    前記第3のめっき層はRh、Pt、Ru、Pd又はIrから構成される請求項23記載のコンタクタの製造方法。
  25. 前記第2のめっきステップにおいて用いられるレジストを除去せずに、前記第2のめっきステップと前記第3のめっきステップとを連続して実施する請求項23又は24記載のコンタクタの製造方法。
  26. 前記シード層に対してミリング処理を行うことで、前記シード層の露出部分を除去するミリングステップを更に備えた請求項16〜25の何れかに記載のコンタクタの製造方法。
  27. 前記シリコン層形成ステップにおいて、前記シリコン層のスキャロプ値が100nm以下となるように、前記エッチング処理が行われる請求項16〜26の何れかに記載のコンタクタの製造方法。
  28. 前記梁部の上面にレジストとしてポリイミド層を形成し、前記エッチング処理が前記シリコン層の下面側から行われる請求項16〜27の何れかに記載のコンタクタの製造方法。
  29. 前記ポリイミド層は、前記梁部の上面にポリイミド前駆体層を形成した後、前記ポリイミド前駆体層をイミド化させることで形成される請求項28記載のコンタクタの製造方法。
  30. 前記ポリイミド層は、前記梁部の上面に粘着剤を用いてポリイミドフィルムを貼付することで形成される請求項28記載のコンタクタの製造方法。
  31. 前記梁部の上面に第1のテープを貼付する第1の貼付ステップと、
    前記第1のテープが前記梁部の上面に貼付された状態で前記シリコンウエハを切断する切断ステップと、をさらに備えた請求項16〜30の何れかに記載のコンタクタの製造方法。
  32. 前記第1のテープは、紫外線を照射することで粘着剤が発泡する紫外線発泡テープであり、紫外線を照射することで前記第1のテープを剥離する第1の剥離ステップをさらに備えた請求項31記載のコンタクタの製造方法。
  33. 前記ベース部の下面に第2のテープを貼付する第2の貼付ステップをさらに備えた請求項31又は32記載のコンタクタの製造方法。
  34. 前記第2のテープは、紫外線を照射することで粘着剤が硬化する紫外線剥離型テープであり、紫外線を照射することで前記第2のテープを剥離する第2の剥離ステップをさらに備えた請求項33記載のコンタクタの製造方法。
  35. 前記シリコン層は、1kΩ・m以上の抵抗率を有する請求項16〜34の何れかに記載のコンタクタの製造方法。
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