JP4986785B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、プローブカードに係り、さらに詳しくは、平板状で端面をプローブ基板上に突き合わせて接合される複数のコンタクトプローブを備えたプローブカードの改良に関する。

一般に、半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ上に形成された電子回路に対して電気的特性試験が行われている。この様な検査対象物に対する電気的特性試験には、プローブカードが用いられる。プローブカードは、プローブ基板上に多数のコンタクトプローブを配列させた装置であり、各コンタクトプローブを検査対象物上の多数の電極パッドにそれぞれ接触させることによって、コンタクトプローブ及び電極パッドを導通させて電気的特性試験が行われる。コンタクトプローブは、例えば、複数の導電層を積層することにより形成され、片持ち梁構造を形成するビーム部と、プローブ基板上に接合させる接合部により構成される。

図９は、従来のコンタクトプローブを示した図であり、導電層を積層して形成されたコンタクトプローブ１００が示されている。コンタクトプローブ１００は、３つの導電層１０１〜１０３により構成され、各導電層の端面１１１により形成された接合部１１０と、検査対象物上の電極パッドに接触させるための接触部１３１が先端部に形成されたビーム部１２０とを有している。接触部１３１は、検査対象物に向けて、中央の導電層１０２を外側の導電層１０１，１０３よりも突出させることにより形成されている。コンタクトプローブ１００は、接合部１１０を介してプローブ基板に固着される。つまり、プローブカードは、導電層１０１〜１０３がプローブ基板と交差するように、各コンタクトプローブ１００をプローブ基板上で立てて取り付けることによって形成される。

近年、検査対象物上の端子電極の高密度化により、各コンタクトプローブ１００をビーム部１２０の延伸方向に交差する方向に並べてプローブ基板上に配置する際の実装ピッチをこれまで以上に小さくしたいという要望がある。一般に、コンタクトプローブの実装ピッチをより小さくするためには、コンタクトプローブ間の間隙を小さくするだけでなく、コンタクトプローブ自体も微細化する必要がある。ところが、コンタクトプローブを微細化すると、プローブ自体の電気抵抗が大きくなってしまう。しかも、プローブ基板との接触面が小さくなるので、接触部分の抵抗も大きくなってしまうという問題があった。

また、上述したコンタクトプローブ１００では、パターニング用マスクの位置決め精度に限界があるなどの製造工程上の理由から、プローブ基板と接合させる各導電層の端面１１１を完全に一致させることはできないので、プローブ基板と接合させる接合面には必ずバラツキが発生することとなる。この接合面のバラツキによって、プローブ基板上に固着されたコンタクトプローブ１００が斜めに立設している状態となり、隣接するコンタクトプローブ１００が接触してショートする可能性があった。このため、従来のプローブカードでは、コンタクトプローブ１００の実装ピッチを小さくできないという問題があった。

図１０は、従来のプローブカードを示した図であり、プローブ基板２００上の電極パッド２１０に接合部１１０が半田付けされた複数のコンタクトプローブ１００が示されている。このプローブカードでは、プローブ基板２００上に一定間隔で設けられた電極パッド２１０にそれぞれ半田２２０を用いて接合部１１０を接合することにより、各コンタクトプローブ１００が固着されている。各コンタクトプローブ１００は、導電層１０１〜１０３をプローブ基板２００と交差させるとともに、隣接するコンタクトプローブの導電層を互いに対向させるように、プローブ基板２００上に配列されている。各コンタクトプローブ１００における接合面のバラツキにより、各コンタクトプローブ１００が配列方向に倒れ、隣接するコンタクトプローブ１００が接触している。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多数のコンタクトプローブをプローブ基板上に配置する際の実装ピッチを狭小化することができるプローブカードを提供することを目的としている。また、各コンタクトプローブについてプローブ基板との接触部分の抵抗増大を抑制することができるプローブカードを提供することを目的としている。

第１の本発明によるプローブカードは、プローブ基板と、平板状で端面を上記プローブ基板上に突き合わせて接合される複数のコンタクトプローブとを備えたプローブカードであって、上記複数のコンタクトプローブが、導電層を複数積層して構成され、上記端面が凹凸であって、上記端面において突出している層の位置がそれぞれ同一であるように構成される。

この様な構成によれば、プローブ基板に接合させる接合面の凹凸状態が各コンタクトプローブについて揃うので、コンタクトプローブが倒れる方向をコンタクトプローブ間で一致させることができる。また、導電層を突出させることによって端面に凹凸が形成されているので、プローブ基板との接触面を広げることができ、接触部分の抵抗増大を抑制することができる。

第２の本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記コンタクトプローブが、検査対象物に向けて、一部の上記導電層を他の導電層よりも突出させることにより形成された接触部を有し、上記接触部を形成する上記導電層が、上記端面内で最も突出している層を形成しているように構成される。この様な構成によれば、接触部を形成する導電層が端面内で最も突出している層を形成しているので、プローブ基板に対する接触部の高さを安定させることができる。

第３の本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記コンタクトプローブは、３つの導電層を積層することにより形成され、中央の層が上記端面内で最も突出している層を形成しているように構成される。この様な構成によれば、中央の層以外の層を突出させた場合に比べて、各コンタクトプローブの配列方向に関してバランスが良くなるので、コンタクトプローブを倒れにくくすることができる。

本発明によるプローブカードによれば、プローブ基板に接合させる接合面の凹凸状態が各コンタクトプローブについて揃うので、コンタクトプローブが倒れる方向をコンタクトプローブ間で一致させることができる。従って、多数のコンタクトプローブをプローブ基板上に配置する際の実装ピッチを狭小化することができる。また、導電層を突出させることによって端面に凹凸が形成されているので、プローブ基板との接触面を広げることができ、接触部分の抵抗増大を抑制することができる。

実施の形態１．
<プローブカード>
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態１によるプローブカード１０の一例を示した図であり、図中の（ａ）は、検査対象物側から見た平面図であり、図中の（ｂ）は、側面図である。プローブカード１０は、ガラスエポキシなどにより形成されたプローブ基板１２と、プローブ基板１２上に固着された複数のコンタクトプローブ１１により構成される。

各コンタクトプローブ１１は、プローブ基板１２における一方の主面上に設けられている。なお、検査対象物がシリコン基板からなる半導体装置である場合、コンタクトプローブ１１も、プローブ基板１２に支持されたシリコンからなるコンタクト基板（図示せず）上に形成し、両者の熱膨張率を一致させておくことが望ましい。プローブ基板１２及びコンタクト基板は、いずれも配線パターンなどが形成された配線基板である。

このプローブカード１０は、コンタクトプローブ１１が直線上に所定のピッチで配置され、その様なコンタクトプローブ１１の列が、ビーム先端を対向させて２列に形成されている。通常、プローブカード１０は、水平に保持され、コンタクトプローブ１１が形成されたプローブ基板１２の主面を鉛直方向の下側に向けて配置されている。従って、検査対象物は、プローブ基板１２の上記主面と対向するように、プローブカード１０の下方に配置されている。

検査対象物の電気的特性試験を行う際には、各コンタクトプローブ１１がそれぞれ検査対象物上の電極パッドと対向するように、検査対象物及びプローブカード１０のアライメント、すなわち、検査対象物に対するプローブ基板１２の位置合わせが行われる。検査対象物及びプローブカード１０が適切に位置合わせされた状態で、プローブ基板１２及び検査対象物を互いに近づけることにより、コンタクトプローブ１１の先端を当該検査対象物上の電極パッドに当接させることができる。

プローブ基板１２は、円形形状からなり、テスター装置との間で信号入出力を行うための多数の外部端子１３が周縁部に形成されている。このプローブ基板１２は、その周辺部がプローブ装置の筐体によって把持され、筐体内において水平となるように支持される。

コンタクトプローブ１１は、検査対象物上に形成された微細な電極パッドに対し、弾性的に接触させるプローブ（探針）であり、プローブ基板１２上には、多数のコンタクトプローブ１１が整列配置されている。各コンタクトプローブ１１は、プローブ基板１２の各配線を介して外部端子１３と導通しており、コンタクトプローブ１１を当接させることによって、微小な電極パッドをテスター装置と導通させることができる。

なお、本実施の形態では、外部端子１３及びコンタクトプローブ１１が同一基板に設けられる場合の例について説明したが、互いに異なる材料からなる２つの基板にそれぞれ外部端子１３及びコンタクトプローブ１１を設け、周縁部に外部端子１３や配線が形成された基板と、中央部にコンタクトプローブ１１が接合された基板とを接合したものであっても良い。

<コンタクトプローブ>
図２は、図１のプローブカード１０の要部の一構成例を示した図であり、プローブ基板１２上に形成されるコンタクトプローブ１１が示されている。コンタクトプローブ１１は、３つの導電層２１〜２３を積層することにより形成され、各導電層２１〜２３の端面２１ａ〜２３ａにより形成された接合部１と、検査対象物上の電極パッドに接触させるための接触部４が先端部に形成されたビーム部２とを有している。

接触部４は、検査対象物に向けて、中央の導電層２２を外側の導電層２１，２３よりも突出させることにより形成されている。すなわち、接触部４は、導電層２１，２３の端面３ａから突出した構造体となっている。

端面２１ａ〜２３ａ上には、加熱により容易に溶融する低融点層２０が形成されている。低融点層２０は、接合部１をプローブ基板１２上の電極パッドに固着するための半田バンプであり、導電層２１〜２３よりも融点の低い半田などの導電性材料からなるメッキ層として、接合面全体に形成されている。コンタクトプローブ１１は、この低融点層２０を加熱溶融させることによって、接合部１を介してプローブ基板１２に取り付けられる。

接合部１は、コンタクトプローブ１１を構成する導電層２１〜２３のいずれか１つが形成する端面を他の導電層の端面よりも突出させて形成されている。本実施の形態によるプローブカード１０は、この様なコンタクトプローブ１１をプローブ基板１２上に配列することにより、導電層２１〜２３の層配列に関し、プローブ基板１２に向けて最も突出する端面を形成する導電層の層配列内における位置を各コンタクトプローブ１１について一致させている。

この例では、外側の導電層２１の端面２１ａを他の導電層２２，２３の端面２２ａ及び２３ａよりも突出させている。ここで、導電層２１の端面２１ａを他の導電層２２，２３の端面２２ａ及び２３ａよりも突出させる際の突出量は、コンタクトプローブ１１の製造工程において生じると考えられる各導電層の端面に関するバラツキに比べて、十分大きいものとする。すなわち、端面２１ａを他の端面２２ａ，２３ａから突出させる量は、製造時に偶発的に生じる接合面における凹凸に比べて十分大きいものとする。

この様に外側の導電層２１のみを突出させたことにより、プローブ基板１２に接合させる接合面に段差が形成されている。これにより、接合面が平坦である場合に比べて、プローブ基板１２との接触面が広くなるので、接触部分の抵抗を小さくすることができ、良好な導通性を得ることができる。

また、コンタクトプローブ１１をプローブ基板１２上に実装した際に、プローブ基板１２に接合させる接合面の凹凸状態が各コンタクトプローブ１１について揃うので、コンタクトプローブ１１が倒れる方向をコンタクトプローブ１１間で一致させることができる。

図３は、図１のプローブカード１０の要部を示した側面図であり、プローブ基板１２上の電極パッド３１に接合部１が半田付けされた複数のコンタクトプローブ１１が示されている。各コンタクトプローブ１１は、プローブ基板１２上に一定間隔で設けられた電極パッド３１に半田２０ａを介して接合部１が接合されている。半田２０ａは、接合時に加熱溶融した低融点層２０が固化したものである。

このプローブカード１０では、接合部１における端面２１ａ〜２３ａの凹凸状態が各コンタクトプローブ１１について揃っているので、各コンタクトプローブ１１の配列方向（図３の左右方向）に関して、倒れる方向及び量が各コンタクトプローブについて一致している。

この例では、各コンタクトプローブ１１が、いずれも左側の導電層２１を突出させて形成されており、右側の導電層２３の右角と、左側の導電層２１の右角とが電極パッド３１に当接し、各コンタクトプローブ１１が右側に倒れている。

この様に、倒れる方向や量が各コンタクトプローブ１１について一致しているので、接触部４の位置が配列方向やプローブ基板１２からの高さ方向（図３の上下方向）に関してばらつくのを防止することができる。また、隣接するコンタクトプローブ１１が接触してショートするのを防止することができる。

<コンタクトプローブ形成工程>
図４〜図６は、図２のコンタクトプローブ１１の接合部１を形成する工程を模式的に示した断面図である。図４（ａ）には、犠牲層４１が形成されたコンタクトプローブ形成用のシリコン基板４０が示されている。コンタクトプローブ１１の接合部１を形成する際には、まず、コンタクトプローブ形成用のシリコン基板４０上に、導電層２１〜２３とは異なる導電性材料からなる犠牲層４１が形成される。

図４（ｂ）には、図４（ａ）の犠牲層４１上にレジスト層４２が形成され、このレジスト層４２が除去された部分に導電層２１が形成されたシリコン基板４０が示されている。犠牲層４１の形成後、犠牲層４１上に感光性有機物質からなるフォトレジストが塗布され、レジスト層４２が形成される。そして、このレジスト層４２の表面にパターニング用マスク（第１のマスク）を形成し、当該レジスト層４２表面を選択的に露光させることにより、レジスト層４２が部分的に除去される。

この様にしてレジスト層４２が除去された部分には、電気めっきにより１層目の導電層２１が形成される。

図４（ｃ）には、図４（ｂ）のレジスト層４２が完全に除去されたシリコン基板４０が示されている。導電層２１の形成後には、レジスト層４２が完全に除去される。

図４（ｄ）には、図４（ｃ）の犠牲層４１及び導電層２１上に犠牲層４３を形成し、導電層２１が露出するまで犠牲層４３表面が研磨されたシリコン基板４０が示されている。レジスト層４２が除去されることにより露出した犠牲層４１及び導電層２１上には、電気めっきにより犠牲層４３が形成され、余分に形成された犠牲層４３を除去するために、導電層２１表面が完全に露出するまで犠牲層４３の表面が研磨される。この犠牲層４３は、接触部４を針先部３に形成するのに用いられる。

図５（ａ）には、図４（ｄ）の導電層２１及び犠牲層４３上にレジスト層４４が形成され、このレジスト層４４が除去された部分に導電層２２が形成されたシリコン基板４０が示されている。平滑面とされた導電層２１及び犠牲層４３上には、フォトレジストが塗布され、レジスト層４４が形成される。

そして、このレジスト層４４の表面にパターニング用マスク（第２のマスク）を形成し、当該レジスト層４４表面を選択的に露光させることにより、導電層２１に対向する領域のレジスト層４４が除去される。レジスト層４４が除去された部分には、電気めっきにより２層目の導電層２２が形成される。

図５（ｂ）には、図５（ａ）のレジスト層４４が完全に除去され、その後、犠牲層４５を形成して研磨されたシリコン基板４０が示されている。レジスト層４４が除去されることにより露出した犠牲層４３及び導電層２２上には、電気めっきにより犠牲層４５が形成され、余分に形成された犠牲層４５を除去するために、導電層２２表面が完全に露出するまで犠牲層４５の表面が研磨される。この犠牲層４５は、３層目の導電層２３の端面を他の導電層の端面から突出させるのに用いられる。

図５（ｃ）には、図５（ｂ）の導電層２２及び犠牲層４５上にレジスト層４６が形成され、レジスト層４６が除去された部分に導電層２３が形成されたシリコン基板４０が示されている。平滑面とされた導電層２２及び犠牲層４５上には、フォトレジストが塗布され、レジスト層４６が形成される。

そして、このレジスト層４６の表面にパターニング用マスク（第３のマスク）を形成し、当該レジスト層４６表面を選択的に露光させることにより、導電層２２に対向する領域と、犠牲層４５の導電層２２側の端部に対向する領域のレジスト層４６が除去される。レジスト層４６が除去された部分には、電気めっきにより３層目の導電層２３が形成される。

第３のマスクにより形成されるレジストパターンは、第１及び第２のマスクにより形成されるレジストパターンよりも端面２１ａとなる部分を突出させたパターンとなっている。

図５（ｄ）には、図５（ｃ）のレジスト層４６が完全に除去されたシリコン基板４０が示されている。３層目の導電層２３の形成後には、レジスト層４６が完全に除去される。

図６（ａ）には、図５（ｄ）の導電層２３及び犠牲層４５上にレジスト層４７が形成され、このレジスト層４７が部分的に除去されたシリコン基板４０が示されている。レジスト層４６除去後の導電層２３及び犠牲層４５上には、再びフォトレジストが塗布され、レジスト層４７が形成される。

そして、このレジスト層４７の表面を選択的に露光させることにより、端面２１ａに対向する領域のレジスト層４７が除去される。

図６（ｂ）には、図６（ａ）のレジスト層４７が除去された部分の犠牲層４５，４３及び４１がエッチングにより除去されたシリコン基板４０が示されている。レジスト層４７が除去された部分に露出している犠牲層４５と、その部分の犠牲層４５の下方に対向している犠牲層４３及び４１がエッチングにより除去される。これにより、端面２１ａ〜２３ａが露出し、これらの端面の前方に空間４８が形成される。

この空間４８は、接合部１を構成している全ての導電層の端面に隣接しており、この様にして形成された空間４８内に、低融点層２０が形成される。ここで、図６（ｂ）に示した状態では、導電性を有しないシリコン基板４０の表面が空間４８を介して露出している。このため、空間４８内に電気めっきによりメッキ層を形成する場合、導電性材料からなる導電層２１〜２３、犠牲層４１，４３及び４５における空間４８に隣接している端面上に、メッキ層が形成されることになる。

図６（ｃ）には、図６（ｂ）の空間４８内に融点の低い導電性材料からなるメッキ層４９が形成されたシリコン基板４０が示されている。空間４８内には、導電層２１〜２３及びこれらの導電層が積層された部分の犠牲層４１の各端面に沿った部分と、これらの導電層が積層されていない部分の犠牲層４１及びこの犠牲層４１上に積層された犠牲層４３，４５の端面に沿った部分とからなるメッキ層４９が電気めっきにより形成される。

図６（ｄ）には、図６（ｃ）のメッキ層４９形成後に、３層目の導電層２３が完全に露出するまでレジスト層４７及びメッキ層４９表面が研磨されたシリコン基板４０が示されている。余分に形成されたメッキ層４９を除去するために、３層目の導電層２３が完全に露出するまでレジスト層４７及びメッキ層４９表面を研磨すると、低融点層２０がベース端面上に形成された接合部１が完成する。

この様にして形成された構造物からレジスト層４７を完全に除去し、さらに、犠牲層４５，４３及び４１を除去すると、図２に示したようなコンタクトプローブ１１が完成する。

本実施の形態によれば、プローブ基板１２に接合させる接合面の凹凸状態が各コンタクトプローブ１１について揃うので、コンタクトプローブ１１が倒れる方向をコンタクトプローブ１１間で一致させることができる。従って、多数のコンタクトプローブ１１をプローブ基板１２上に配置する際の実装ピッチを狭小化することができる。また、導電層の端面をプローブ基板１２に向けて突出させることによって接合面に凹凸が形成されるので、プローブ基板１２との接触面を広げることができ、接触部分の抵抗増大を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、外側の導電層２１の端面２１ａを他の導電層２２，２３の端面よりも突出させて接合部１が形成される場合の例について説明した。これに対して、本実施の形態では、接触部４を形成する導電層の端面を他の導電層の端面よりも突出させる場合について説明する。

図７は、本発明の実施の形態２によるコンタクトプローブ５１の一構成例を示した図である。このコンタクトプローブ５１は、図２のコンタクトプローブ１１と比較すれば、接合部１における端面２１ａ〜２３ａの凹凸状態が異なっている。

このコンタクトプローブ５１では、接合部１が、中央の導電層２２が形成する端面２２ａを他の導電層２１及び２３の端面２１ａ及び２３ａよりも突出させて形成されている。つまり、コンタクトプローブ５１を構成する３つの導電層のうちの中央の層が、接合部１内で最も突出する端面を形成している。また、接触部４を形成する導電層２２が、接合部１内で最も突出する端面を形成している。

図８は、図７のコンタクトプローブ５１を用いて形成されたプローブカード１０の要部を示した側面図である。このプローブカード１０では、接合部１における端面２１ａ〜２３ａの凹凸状態が各コンタクトプローブ５１について揃っているので、倒れる方向や量がコンタクトプローブ５１間で一致している。

この例では、各コンタクトプローブ５１が、いずれも中央の導電層２２を突出させて形成されており、導電層２２の端面２２ａ全体が電極パッド３１表面に当接し、各コンタクトプローブ５１は、殆ど倒れることなく配置されている。

本実施の形態によれば、接触部４を形成する導電層２２が接合部１内で最も突出する端面２２ａを形成しているので、プローブ基板１２に対する接触部４の高さを安定させることができる。また、中央の導電層以外の導電層を突出させた場合に比べて、各コンタクトプローブ５１の配列方向に関してバランスが良くなるので、コンタクトプローブ５１を倒れにくくすることができる。

本発明の実施の形態１によるプローブカード１０の一例を示した図である。 図１のプローブカード１０の要部の一構成例を示した図であり、プローブ基板１２上に形成されるコンタクトプローブ１１が示されている。 図１のプローブカード１０の要部を示した側面図であり、プローブ基板１２上の電極パッド３１に半田付けされた複数のコンタクトプローブ１１が示されている。 図２のコンタクトプローブ１１の接合部１を形成する工程を模式的に示した断面図であり、接触部４形成用の犠牲層４３が形成されるまでの工程が示されている。 図２のコンタクトプローブ１１の接合部１を形成する工程を模式的に示した断面図であり、３層目の外層２１が形成されるまでの工程が示されている。 図２のコンタクトプローブ１１の接合部１を形成する工程を模式的に示した断面図であり、低融点層２０が形成されるまでの工程が示されている。 本発明の実施の形態２によるコンタクトプローブ５１の一構成例を示した図である。 図７のコンタクトプローブ５１を用いて形成されたプローブカード１０の要部を示した側面図である。 従来のコンタクトプローブを示した図である。 従来のプローブカードを示した図であり、プローブ基板２００上の電極パッド２１０に半田付けされた複数のコンタクトプローブ１００が示されている。

符号の説明

１ 接合部
２ ビーム部
３ａ 端面
４ 接触部
１０ プローブカード
１１ コンタクトプローブ
１２ プローブ基板
１３ 外部端子
２０ 低融点層
２１〜２３ 導電層
２１ａ〜２３ａ 端面
３１ 電極パッド
５１ コンタクトプローブ

Claims (3)

1. プローブ基板と、平板状で端面を上記プローブ基板上に突き合わせて接合される複数のコンタクトプローブとを備えたプローブカードにおいて、
   上記複数のコンタクトプローブが、導電層を複数積層して構成され、上記端面が凹凸であって、上記端面において突出している層の位置がそれぞれ同一であることを特徴とするプローブカード。
2. 上記コンタクトプローブは、検査対象物に向けて、一部の上記導電層を他の導電層よりも突出させることにより形成された接触部を有し、
   上記接触部を形成する上記導電層が、上記端面内で最も突出している層を形成していることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 上記コンタクトプローブは、３つの導電層を積層することにより形成され、中央の層が上記端面内で最も突出している層を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブカード。

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