WO2011129244A1

WO2011129244A1 - 接触構造体および接触構造体の製造方法

Info

Publication number: WO2011129244A1
Application number: PCT/JP2011/058718
Authority: WO
Inventors: 陽平佐藤; 智久星野
Original assignee: 東京エレクトロン株式会社
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-10-20
Also published as: CN102713643A; KR20130018791A; TW201211548A; JP2011226786A; US20130033282A1

Abstract

　接触構造体は、プローブとその外周に配置されるハウジングとを備え、ハウジングは、上下方向に貫通した中空部が形成されたハウジング本体と、中空部の内壁面に被覆された導電性の被覆膜を有し、プローブは、ハウジングの一端側において位置が固定される基端部と、被覆膜に接触した状態で中空部を移動可能であり先端に被検査体への接触子を備えた導電性の先端部と、基端部と先端部とを連結し中空部に配置されて弾性を有する弾性部とを有する。

Description

接触構造体および接触構造体の製造方法

　本発明は、被検査体に接触して被検査体の電気的特性を検査するために用いられる接触構造体および接触構造体の製造方法に関するものである。

　例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に形成されたＩＣ、ＬＳＩなどの電子回路の電気的特性の検査は、通常、プローブ装置を用いて行われている。プローブ装置は、プローブカードの下面側に多数のプローブが支持されたものである。ウェハの電気的特性の検査は、それらの多数のプローブの先端を、電子回路の複数の電極に接触させ、針と電極との間で電気信号を授受することにより行われている。

　この検査では、半導体デバイス上に形成された微細な電極へ、テスターから送られる電気信号を伝えるための針を一時的に接触させる。この針は、所望する接触抵抗を得るために必要な接触圧と、機械的な高さ方向のばらつきを吸収するための弾性を備えている。従来、プローブの形状として、片持ち梁式のカンチレバー型や、垂直ばね式のポゴピン型が代表的であり、最近では、ＭＥＭＳ技術を利用した微細ばねを備えたものが主流になりつつある。

　近年、半導体デバイスの微細化、および高性能、高機能化に伴い、検査で使用するプローブに要求される性能は年々向上している。例えばデバイス電極の微細化に伴い、針の物理的サイズを小さくする必要があるが、これはばねとしての伸縮性や電流許容量を低下させることにもなる。一方で、検査に必要なばねの伸縮量はほぼ一定であり、かつデバイスの高性能、高機能化により多くの電流を必要とする。したがって、これらの要求を同時に満たすプローブが必要とされている。

　そのような考え方に基づいて、例えば特許文献１に記載されているようなポゴピン型のプローブが広く用いられている。これは、電流経路である筒部とばねを一緒に組み合わせ、それを、穴加工されたハウジングへ固定して用いるものである。

日本国特開２００３－３４４４５０号公報

　ところが、前記特許文献１に記載されているようなプローブは、手作業による工程が多く製造に手間がかかるうえ、加工上、微細化に限界があって、高性能、高機能化に対応するのが困難であるという問題がある。

　本発明の目的は、電極とその電極に接触させるプローブとの間で十分な電気信号を安定して授受でき、且つ容易に製造できる接触構造体および接触構造体の製造方法を提供することにある。

　上記問題を解決するため、本発明は、被検査体に接触して前記被検査体の電気的特性を検査するための接触構造体であって、プローブとその外周に配置されるハウジングとを備え、前記ハウジングは、上下方向に貫通した中空部が形成されたハウジング本体と、前記中空部の内壁面に被覆された導電性の被覆膜を有し、前記プローブは、前記ハウジングの一端側において位置が固定される基端部と、前記被覆膜に接触した状態で前記中空部を移動可能であり先端に前記被検査体への接触子を備えた導電性の先端部と、前記基端部と前記先端部とを連結し前記中空部に配置されて弾性を有する弾性部と、を有する。

　さらに、本発明は、被検査体に接触して前記被検査体の電気的特性を検査するための接触構造体の製造方法であって、前記接触構造体は、プローブとその外周に配置されるハウジングとを備え、前記ハウジングは、上下方向に貫通した中空部が形成されたハウジング本体と、前記中空部の内壁面に被覆された導電性の被覆膜を有し、前記プローブは、前記ハウジングの一端側において位置が固定される基端部と、前記被覆膜に接触した状態で前記中空部を移動可能であり先端に前記被検査体への接触子を備えた導電性の先端部と、前記基端部と前記先端部とを連結し前記中空部に配置されて弾性を有する弾性部と、を有し、前記プローブは、導電性材料を敷設した基板上で前記先端部および基端部を電鋳により成形し、前記基板上に成形膜を形成して当該成形膜に前記弾性部に適合する形状のパターンを形成し、電着によって前記パターンに前記弾性部を成形する。

　また、別な観点による本発明は、被検査体に接触して前記被検査体の電気的特性を検査するための接触構造体の製造方法であって、前記接触構造体は、プローブとその外周に配置されるハウジングとを備え、前記ハウジングは、上下方向に貫通した中空部が形成されたハウジング本体と、前記中空部の内壁面に被覆された導電性の被覆膜を有し、前記プローブは、前記ハウジングの一端側において位置が固定される基端部と、前記被覆膜に接触した状態で前記中空部を移動可能であり先端に前記被検査体への接触子を備えた導電性の先端部と、前記基端部と前記先端部とを連結し前記中空部に配置されて弾性を有する弾性部と、を有し、前記弾性部がシリコーン樹脂製であり、前記プローブは、導電性材料を敷設した基板上で前記先端部および基端部を電鋳により成形し、シリコーンの活性層を有する別の基板上に成形膜を形成して当該成形膜に前記弾性部に適合する形状のパターンを形成し、前記パターンをマスクとして前記活性層をエッチングして前記弾性部を成形し、前記先端部および基端部を成形した基板と、前記弾性部を成形した別の基板とを合わせて転写する。

　本発明によれば、ハウジングの被覆膜を電流経路とし、弾性が要求されるプローブとハウジングとを別部材にすることで、弾性部の材質の自由度が向上し、成形が容易な材質を用いて、微細化に対応することができる。さらに、ハウジング内の電流経路により、多くの電流を安定して授受できる。

プローブ装置の構成の概略を示す側面図である。本発明の接触構造体の一実施形態を示す縦断面図である。図１のハウジング中空部の形状例を示す横断面図である。図１のハウジング中空部の異なる形状例を示す横断面図である。本発明の接触構造体のハウジングの異なる実施形態を示す縦断面図である。本発明にかかるプローブの製造手順の一例を示す説明図である。本発明にかかるプローブの製造手順の異なる例を示す説明図である。本発明の接触構造体の異なる例を示す縦断面図である。本発明の接触構造体のさらに異なる例を示す縦断面図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

　図１は、本発明にかかる接触構造体が使用されるプローブ装置１の構成の概略を示す側面図である。プローブ装置１には、例えばプローブカード２と、ウェハ等の被検査体３を載置する載置台４が設けられている。載置台４は、上下方向と左右方向に移動自在である。プローブカード２は、例えば複数のプローブ５と、プローブ５を支持するハウジング６と、プローブ５に対し電気信号を授受する回路基板７を備えている。ハウジング６は、例えば円盤状に形成され、下方の載置台４に対向している。なお、本実施の形態では、プローブ５とハウジング６で接触構造体８を構成している。

　図２は、本発明の接触構造体の一例を示す。接触構造体８は、それぞれ別体として成形されたプローブ５とハウジング６により構成されている。

　ハウジング６は、ハウジング本体１１と被覆膜１２を有している。ハウジング本体１１は、例えば表層がＳｉＯ_２で被覆されたシリコーン樹脂製等の絶縁性材料で成形されている。ハウジング本体１１には、上下方向に貫通する筒状の中空部１３が、例えばドライエッチングにより形成されている。中空部１３の横断面形状は、図３に示すような円形の他、図４に示す四角形や、筒状に貫通していれば他の多角形でも構わない。中空部１３は、内壁面が、導電性材料による被覆膜１２でめっきされている。被覆膜１２は、中空部１３の内壁面の他、図示するように、ハウジング本体１１の上下両端面１５、１６の一部にわたって設けてもよい。被覆膜１２の材質は、導電性を有するもので、例えば図示するように二層構造とし、中空部１３の内壁面全体にＣｕやＮｉ等をめっきして、さらにその表面とハウジング本体１１の上下両端面１５、１６の一部にかけてＡｕめっきを行う。被覆膜１２の厚さは、例えば１０μｍ程度である。表層側、すなわちプローブ５に接触する側の被覆膜１２は、硬くて摩耗しにくく、且つ酸化しにくい材質であることが好ましく、Ａｕの他、ＲｈまたはＰｔ、Ｒｕ等が更に好ましい。被覆膜１２は、これらの材質による一層構造でもよい。

　図５は、ハウジング本体１１の異なる実施形態の例を示し、上下の軸線方向に複数の層１１ａ、１１ｂ、１１ｃを積層してハウジング本体１１を形成したものである。各層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間は、例えばＡｕ等による被覆膜１２の一部を層の隙間にめっきすることによって接合される。このとき、Ａｕめっきを介して、隣接する他の中空部１３に電気が流れないように、Ａｕめっきは、ハウジング本体１１の他の中空部１３まで到達しない範囲で行われる。あるいは、層の間に接着剤を注入して、各層１１ａ、１１ｂ、１１ｃを接着してもよい。本発明が主に対象とするハウジング本体１１は、例えば上下方向の厚さが１ｍｍ、中空部１３の径が７０μｍ程度の微細なものであり、図５に示すように３層、または２層等の複数の層を積層してハウジング本体１１を形成し、一つの層を薄くすることにより、中空部１３を形成するドライエッチングやレーザ加工等の貫通加工がさらに容易になる。

　尚、ハウジング本体１１は絶縁体に限らず、例えば金属製のハウジングに絶縁性のパイプを挿入したものでも構わない。また、中空部１３に設けられる導電性材料による被覆膜１２は、基端部と先端部との間の電気的接続が可能であれば、図２、図４に示すように内壁面全体に設けられていなくても構わない。

　プローブ５は、図２に示すように、被検査体３への接触子２５を備えた先端部２１と、ハウジング６の一端に固定される基端部２３と、先端部２１と基端部２３を連結する弾性部２２により構成される。先端部２１と基端部２３は導電性材料で形成される。弾性部２２は、例えば図２に示すようなばね形状であり、材質は金属であっても構わないが、ハウジング６の被覆膜１２が図２の破線で示す電流経路Ｅとなるため、シリコーン樹脂や有機絶縁体等の絶縁性材料でもよい。

　プローブ５の先端部２１の接触子２５は、被検査体３に応じた形状のものが用いられる。軸部２６は、ハウジング６の被覆膜１２に接触しながら中空部１３に沿って上下移動可能となるように、被覆膜１２を設けた中空部１３と同様の横断面形状に形成される。ハウジング６の被覆膜１２を電流経路とするためには、軸部２６は必ず被覆膜１２に接触させて先端部２１と被覆膜１２を電気的に導通させることが必要であり、そのために、例えば軸部２６の中心軸をハウジング６の中心軸線から僅かに傾けて配置し、少なくとも軸部２６の一点で被覆膜１２に接触するようにしてもよい。

　プローブ５の基端部２３は、ハウジング６の端面に、被覆膜１２に接触した状態で固定される。基端部２３と被覆膜１２とが接触することによって、被覆膜１２と基端部２３が電気的に導通する。これにより、プローブ５の基端部２３から被覆膜１２を通り先端部２１へ電流経路Ｅが形成され、この電流経路Ｅを介して、回路基板７（図１参照）と被検査体３の間で、電気信号を授受することができる。

　弾性部２２は、上下方向に弾性を有し、先端部２１の接触子２５を被検査体３に接触させる際、所望する接触抵抗を得るために必要な接触圧を与えるとともに、機械的な高さ方向のばらつきを吸収する。

　次に、上記のプローブ５の製造方法の例を説明する。

　図６は、プローブ５の弾性部２２を電着により形成する場合の製造手順の例であり、それぞれ左側が平面図、右側が縦断面の概略を示す。先ず、図６（ａ）に示すように、ウェハ等の基板３１上に導電性材料３２、例えばＣｕまたはＮｉ等を敷設し、電鋳によって、先端部２１および基端部２３を成形する。次に、図６（ｂ）に示すように、先端部２１、基端部２３、及び基板３１上に、例えばフォトリソグラフィ処理によって、例えばレジスト膜からなる成形膜３３を形成し、成形膜３３の、弾性部２２に対応する位置に、弾性部２２と適合する形状のパターン３４を形成する。その後、図６（ｃ）に示すように、成形膜３３のパターン３４に沿って、電着により弾性部２２の形状が成形され、最後に成形膜３３を剥離すると、図６（ｄ）に示すプローブ５が完成する。この方法により、例えばアクリルやポリイミド系の有機絶縁体の弾性部２２を有するプローブ５を形成することができる。

　図７は、弾性部２２がシリコーン樹脂の場合のプローブ５の製造手順の例であり、図６と同様に、それぞれ左側が平面図、右側が縦断面の概略を示す。図７（ａ）は前述の手順と同様であり、基板３１上に導電性材料３２、例えばＣｕまたはＮｉ等を敷設し、電鋳によって、先端部２１および基端部２３を成形する。次に、図７（ｂ）に示すように、（ａ）とは異なる支持基板３５上に、例えばフォトリソグラフィ処理によって、例えばレジスト膜からなる成形膜３６を形成し、成形膜３６の、弾性部２２に対応する位置に、弾性部２２と適合する形状のパターン３７を形成する。この支持基板３５は、２層のシリコーン樹脂からなり、上層側の活性層３５ａと下層３５ｂとの間に、ＳｉＯ_２の膜が設けられている。そして、パターン３７をマスクとして活性層３５ａをエッチングすることにより、図７（ｃ）に示すように、活性層３５ａに弾性部２２が成形される。最後に、図７（ｄ）に示すように、（ａ）で成形された先端部２１および基端部２３と、（ｃ）で成形された弾性部２２とを合わせて転写し、プローブ５が完成する。

　以上説明したように、本発明によれば、プローブ５とハウジング６とを別部材とし、プローブ５は伸縮性と接触圧確保の役割を担い、ハウジング６はプローブ５の固定と電流経路としての機能を有する。これにより、プローブ５の弾性部２２の材質の自由度が増し、例えばフォトリソグラフィ等により微細加工が容易に行える材質を選択することにより、微細な弾性部２２を容易に製造できる。

　また、ハウジング６は、ハウジング本体１１の孔あけ加工と同時に、電流経路である金属材料をめっきして、被覆膜１２を容易に形成することができる。したがって、本発明によれば、微細なプローブ５の製造に関するコストを低減できる。さらに、被覆膜１２を電流経路とすることにより、多くの電流を安定して授受できる。したがって、微細化と高性能化とを同時に実現できる。

　また、本発明において、プローブに用いられる弾性部は、前述のばね形状には限らない。図８は、接触構造体の異なる実施形態の例を示す。

　図８に示すように、本実施形態においては、プローブ５は、エラストマによる球体または円柱体の弾性部４２を有している。プローブ５の先端部４１は、前述の実施形態と同様に、被検査体３に接触する接触子４５と、ハウジング６の被覆膜１２に接触する軸部４６を有し、全体が導電性材料で形成されている。

　本実施形態では、ハウジング６は、２層のハウジング本体１１ａ、１１ｂを有する。下側のハウジング本体１１ａは、上下に貫通する筒状の中空部１３を有し、中空部１３の内壁面全体およびハウジング本体１１ａの基端面１５の一部が、導電性を有する被覆膜１２で被覆されている。また、上側のハウジング本体１１ｂは、上下に貫通する筒状の中空部４８を有し、中空部４８の内壁面全体および上下両端面の一部が、導電性を有する被覆膜４９で被覆されている。被覆膜４９は、下側のハウジング本体１１ａの基端面１５に設けられた被覆膜１２と接触するように設けられる。本実施形態においては、プローブ５の基端部４３は、上側のハウジング本体１１ｂおよび被覆膜４９により構成されている。したがって、上側のハウジング本体１１ｂの中空部４８の径は、弾性部４２の径よりも小さく形成され、ハウジング本体１１ｂが被覆膜４９を介して弾性部４２の基端側に接触する。これにより、弾性部４２の基端側の位置を固定するとともに、弾性部４２が基端側に抜け出ることを防止する。また、下側のハウジング本体１１ａの下面には、プローブ５の先端部４１の脱落を防止する支持板５０が設けられ、例えば図示するように、先端部４１の接触子４５と軸部４６との間に段差を設けて軸部４６の径の方を大きくし、その段差部５１が支持板５０に引っかかるようにする。

　このようなプローブ５およびハウジング６により構成される接触構造体４０によれば、先端部４１からハウジング６の被覆膜１２、４９を通る電流経路Ｅが形成される。また、エラストマの球体または円筒体の弾性部４２が上下方向に弾性を有することにより、被検査体３に対する接触圧を得ることができるとともに、先端部４１が上下移動可能となる。

　図８の接触構造体４０において、先端部４１とハウジング６の被覆膜１２とが確実に接触するために、先端部４１の形状を、例えば図９に示すように形成してもよい。すなわち、先端部４１の基端面５２に、水平方向に対して傾きを有する傾斜を設けるとともに、軸部４６の側面に、被覆膜１２と接触するための突起５３を設け、弾性部４２によって突起５３を被覆膜１２に押しつけて接触させてもよい。

　このように、本発明によれば、弾性部の形状や材質に制約がなく、用途に応じた微細化および高性能化が自在に図れる。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

　例えば、弾性部の材質および形状は、前述のばねや球体、円筒体等に限らず、ハウジング中空部の軸線方向に弾性を有するものであれば、あらゆるものが使用可能である。また、例えば図２に示すように被覆膜１２がハウジング６の基端面に露出している場合、プローブ５の基端部２３全体が中空部１３内に収容されて弾性部２２の基端位置を固定していれば、基端部２３の材質は、導電性を有していなくてもよい。

３　　被検査体
５　　プローブ
６　　ハウジング
８　　接触構造体
１１　ハウジング本体
１２　被覆膜
１３　中空部
２１　先端部
２２　弾性部
２３　基端部
２５　接触子

Claims

　被検査体に接触して前記被検査体の電気的特性を検査するための接触構造体であって、
　プローブとその外周に配置されるハウジングとを備え、
　前記ハウジングは、上下方向に貫通した中空部が形成されたハウジング本体と、前記中空部の内壁面に被覆された導電性の被覆膜を有し、
　前記プローブは、前記ハウジングの一端側において位置が固定される基端部と、前記被覆膜に接触した状態で前記中空部を移動可能であり先端に前記被検査体への接触子を備えた導電性の先端部と、前記基端部と前記先端部とを連結し前記中空部に配置されて弾性を有する弾性部と、を有する。
　請求項１に記載の接触構造体であって、
　前記ハウジングは、複数の層が前記中空部の軸線方向に積層して形成されている。
　請求項１に記載の接触構造体であって、
　前記弾性部が絶縁性材料で成形されている。
　請求項１に記載の接触構造体であって、
　前記弾性部がばね形状を有する。
　請求項１に記載の接触構造体であって、
　前記先端部の軸線が、前記中空部の軸線方向に対して傾斜するように、前記先端部が配置されている。
　請求項１に記載の接触構造体であって、
　前記先端部の基端面が、水平方向に対して傾斜している。
　請求項１に記載の接触構造体であって、
　前記弾性部がシリコーン樹脂製である。
　被検査体に接触して前記被検査体の電気的特性を検査するための接触構造体の製造方法であって、
　前記接触構造体は、
　プローブとその外周に配置されるハウジングとを備え、
　前記ハウジングは、上下方向に貫通した中空部が形成されたハウジング本体と、前記中空部の内壁面に被覆された導電性の被覆膜を有し、
　前記プローブは、前記ハウジングの一端側において位置が固定される基端部と、前記被覆膜に接触した状態で前記中空部を移動可能であり先端に前記被検査体への接触子を備えた導電性の先端部と、前記基端部と前記先端部とを連結し前記中空部に配置されて弾性を有する弾性部と、を有し、
　前記プローブは、導電性材料を敷設した基板上で前記先端部および基端部を電鋳により成形し、前記基板上に成形膜を形成して当該成形膜に前記弾性部に適合する形状のパターンを形成し、電着によって前記パターンに前記弾性部を成形する。
　被検査体に接触して前記被検査体の電気的特性を検査するための接触構造体の製造方法であって、
　前記接触構造体は、
　プローブとその外周に配置されるハウジングとを備え、
　前記ハウジングは、上下方向に貫通した中空部が形成されたハウジング本体と、前記中空部の内壁面に被覆された導電性の被覆膜を有し、
　前記プローブは、前記ハウジングの一端側において位置が固定される基端部と、前記被覆膜に接触した状態で前記中空部を移動可能であり先端に前記被検査体への接触子を備えた導電性の先端部と、前記基端部と前記先端部とを連結し前記中空部に配置されて弾性を有する弾性部と、を有し、
　前記弾性部がシリコーン樹脂製であり、
　前記プローブは、導電性材料を敷設した基板上で前記先端部および基端部を電鋳により成形し、シリコーンの活性層を有する別の基板上に成形膜を形成して当該成形膜に前記弾性部に適合する形状のパターンを形成し、前記パターンをマスクとして前記活性層をエッチングして前記弾性部を成形し、前記先端部および基端部を成形した基板と、前記弾性部を成形した別の基板とを合わせて転写する。