JPH06347480A

JPH06347480A - プローブ構造

Info

Publication number: JPH06347480A
Application number: JP13493093A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Baba; 俊和馬場; Masayuki Kaneto; 正行金戸; Ichiro Amino; 一郎網野; Toshiki Naito; 俊樹内藤
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【構成】絶縁体層１の表面１ｂには、バンプ３が形成
されており、絶縁体層１の表面１ａには、リード２が形
成されている。リード２とバンプ３とを接続する導通路
４が、絶縁体層１を斜め方向に貫通して形成されてい
る。導通検査に際しては、絶縁体層１のリード２が形成
された表面１ａに、接着剤層５を介して、支持体６を固
着する。プローブ構造Ｐ１と半導体素子１０との位置合
わせを行い、バンプ３とアルミニウム電極１１とを当接
させる。半導体素子１０の回路を導通検査するための特
定周波数の信号が、図示しないテスターからバンプ３を
介して、半導体素子１０の電極１１に入力され、半導体
素子１０の導通検査が行われる。【効果】バンプ３と電極１１とを当接させた際に、電
極１１に負荷される圧力が分解され、電極１１の垂直方
向（厚み方向）に負荷される力が減少する。したがっ
て、バンプ３および電極１１の損傷を防止することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ構造に関し、
特に半導体素子、ダイシング前の半導体素子が形成され
たウエハなどの半導体素子集合体、半導体装置などの導
通検査、および半導体装置搭載用回路基板、ＬＣＤ用回
路基板などの配線回路の導通検査に用いられるテスター
などの試験機器の先端部に設けられるプローブ構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ウエハの製造技術の発展が
めざましく、それに伴いＩＣ配線の微細パターン化が進
み、このような微細パターンのＩＣを搭載する基板も年
々増加している。通常、このような基板は、銅張積層
板、ガラス基板、セラミック基板などからなり、微細パ
ターンを有する基板の導通検査には、従来、針式プロー
ブなどのメカニカルプローブを用いて１か所ずつ検査を
行っていた。

【０００３】一方、パターンの微細化に伴い、上記のメ
カニカルプローブでは、検査時の位置合わせが困難であ
ること、および位置合わせ時にパターンを損傷するおそ
れがあることから、カード型のプローブが開発され、こ
れによって導通検査を一括に行うことができる。また、
半導体素子の電極パッドに圧接する際の圧力の緩和を目
的として、複数のバンプ状金属突出物が形成されたプロ
ーブが提案されている（特願平４−１７９６８３号明細
書など参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなカード型のプローブでは、被検査回路のパターンに
当接する部分、いわゆるヘッド部に、半球状（ドーム
状）の金属突出物を複数個形成するには、核となる金属
突出物を形成した後、樹脂などによるマスキングを施す
などの工程が不可欠であり、プローブの製作に多くの時
間とコストを必要とする。また、ヘッド部の周辺に電極
パッドに当接する金属突出物を形成しても、絶縁体層の
厚み方向に形成された導通路を介して、核となる金属突
出物を圧接する際に負荷される圧力が、電極パッドに対
して垂直方向に負荷されるので、電極パッドの損傷を防
止することはできなかった。

【０００５】そこで、本発明者らは、上記従来のカード
型プローブが有する課題を解決し、被検査体の導通検査
に際して、被検査体の電極パッドの損傷を防止し、あわ
せてプローブの金属突出物自体の損傷をも防止すること
ができるプローブ構造を提供すべく鋭意改良を重ね、本
発明を完成するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のプロ
ーブ構造は、絶縁体層の一方表面に、被検査体の端子に
当接する接点部が形成され、該絶縁体層の他方表面に、
該被検査体の導通検査を行うための試験機器に接続され
る回路配線が形成され、該接点部と該回路配線とが、該
絶縁体層の斜め方向に形成された導通路によって接続さ
れていることを特徴とする。

【０００７】本発明において「被検査体」とは、半導体
素子、半導体素子集合体（ダイシング前のシリコンウエ
ハおよびダイシング後のシリコンチップなど）、半導体
装置、半導体装置搭載用回路基板、ＬＣＤ用回路基板な
どをいう。「接点部」とは、被検査体の端子（パッド、
ランドなど）に接続することにより導通する導電体をい
い、その形状は特に限定されず、三角形、正方形、長方
形、台形、平行四辺形、その他の多角形、円形などの平
面、あるいは角柱、円柱、球体、錐体（円錐、角錐）な
どの立体であってもよく、また、必ずしも絶縁体層の表
面よりも外方向に突出するように形成される必要はな
く、被検査体のレイアウトや回路の形状などによって任
意に設計することができる。

【０００８】また、「試験機器」とは、テスターのみな
らず、例えば、被検査体と回路配線との間のインピーダ
ンス整合に用いられるデバイスをも包含する。「回路配
線」とは、配線パターンのみならず、電極、リードなど
を包含する広い概念のことである。「接続」するとは、
物理的な接続によって、電気的に導通することをいう。

【０００９】

【作用】本発明のプローブ構造は、接点部と回路配線と
が、絶縁体層の斜め方向に形成された導通路によって接
続されているので、接点部と被検査体の端子とを当接さ
せた際に、被検査体の端子に負荷される圧力が分解さ
れ、端子の垂直方向（厚み方向）に負荷される力が減少
する。したがって、接点部および端子の損傷を防止する
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を詳細に説明するため実施例を
挙げるが、本発明はこれら実施例によって何ら限定され
るものではない。

【００１１】図１は、本発明のプローブ構造の一実施例
を示す断面図である。図１に示されるプローブ構造Ｐ１
において、絶縁体層１の表面１ａには、回路配線である
リード２が形成されており、このリード２は図示しない
試験機器（テスター）に接続されている。リード２は、
後述するバンプ３および導通路４によって、被検査体の
回路パターンや半導体素子上の電極端子と電気的に接続
され、所定の機能を有するか否かを導通検査できるよう
に、所望の線状パターンにて配線される。

【００１２】また、絶縁体層１の表面１ｂには、絶縁体
層１の表面１ｂよりも外方向に突出して形成された接点
部であるバンプ状の金属突出物（以下単に「バンプ」と
いう。）３が形成されており、このバンプ３は、被検査
体である半導体素子１０上のアルミニウム電極１１に当
接する位置に形成されている。

【００１３】リード２が絶縁体層１に当接する領域内、
または該領域を含むその近傍領域には、絶縁体層１を斜
め方向に貫通する導通路４が形成されており、この導通
路４は、リード２およびバンプ３に接続されている。

【００１４】なお、本発明では図１に示されるように接
点部がバンプ状に盛り上がらず、絶縁体層１の表面１ｂ
と同一平面上まで導通路４が形成され、その端部が接点
部となる態様をも包含することはいうまでもない。

【００１５】検査に際しては、例えば絶縁体層１のリー
ド２が形成された表面１ａに、接着剤層５を介して、支
持体６を固着し、プローブ構造Ｐ１と半導体素子１０と
の位置合わせを行う。プローブ構造Ｐ１および／または
半導体素子１０を相互に近接する方向に変移させ、バン
プ３とアルミニウム電極１１とを当接させる。半導体素
子１０の回路を導通検査するための特定周波数の信号
が、テスターからバンプ３を介して、半導体素子１０の
電極端子１１に入力され、半導体素子１０の導通検査が
行われる。導通検査が終了した後、プローブ構造Ｐ１お
よび／または半導体素子３０を相互に離反する方向に変
移させ、新たな半導体素子の導通検査を行うべく、上記
の動作が繰り返される。

【００１６】リード２とバンプ３とが、絶縁体層１の斜
め方向に形成された導通路４によって接続されているの
で、バンプ３とアルミニウム電極１１とを当接させた際
に、半導体素子１０のアルミニウム電極１１に負荷され
る圧力が分解され、アルミニウム電極１１の垂直方向
（厚み方向）に負荷される力が減少する。したがって、
バンプ３およびアルミニウム電極１１の損傷を防止する
ことができる。

【００１７】絶縁体層１および支持体６の形成材料とし
ては、電気絶縁特性を有するフィルムであれば特に限定
されない。具体的には、ポリエステル系樹脂、エポキシ
系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエ
チレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共
重合体樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹
脂、フッ素系樹脂などの熱硬化性樹脂または熱可塑性樹
脂が挙げられ、これらのうち、耐熱性および機械的強度
に優れ、また被検査体の線膨張率と合致させられるなど
の点から、ポリイミド系樹脂が特に好適に使用される。

【００１８】絶縁体層１の厚さは、特に限定されない
が、十分な機械的強度や可撓性を有するようにするた
め、２〜５００μｍ、好ましくは１０〜１５０μｍに設
定することが好ましい。また、支持体６の厚さは、十分
な機械的強度を有するようにするため、５〜２００μ
ｍ、好ましくは２５〜１００μｍに設定することが好ま
しい。

【００１９】接着剤層５の構成材料としては、エポキシ
系樹脂、アルカリ系樹脂などが例示され、接着剤層５の
厚さは、５〜２００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ
に設定することが好ましい。

【００２０】回路配線であるリード２、バンプ３および
導通路４を構成する形成材料としては、導電性を有する
ものであれば特に限定されず、公知の金属材料が使用で
きるが、例えば金、銀、銅、白金、鉛、錫、ニッケル、
コバルト、インジウム、ロジウム、クロム、タングステ
ン、ルテニウムなどの単独金属、またはこれらを成分と
する各種合金、例えば、半田、ニッケル−錫、金−コバ
ルトなどが挙げられる。なお、通常、被検査体の端子で
あるアルミニウム電極１１上の酸化物層や配線パターン
上の絶縁層を破壊することができるように、硬質で酸化
しにくく、かつ電気抵抗の低い金属、例えば、ロジウ
ム、ルテニウム、白金などの貴金属が好適に用いられ
る。

【００２１】回路配線であるリード２の厚さは、特に限
定されないが、１〜２００μｍ、好ましくは５〜８０μ
ｍに設定することが好ましい。

【００２２】バンプ３の絶縁体層１の表面１ｂからの高
さは特に限定されるものではないが、０．１μｍ〜数百
μｍとすることが好ましい。バンプ３は、図１に示すよ
うなマッシュルーム状（傘状）の他、半球状の形状に形
成される。また、バンプ３の形状は三角形でも四角形で
も円形でもよく、また底面形状を円形とした場合、形成
される全体形状は半球でも円柱でもよく、被検査体のレ
イアウトによって任意に設計することができる。

【００２３】導通路４を構成する形成材料は、バンプ３
を構成する形成材料と同一の物質または別の物質のいず
れであってもよいが、通常は同一の物質を使用し、また
この場合、バンプ３と導通路４とは一体的に形成される
ことが製造上好ましい。

【００２４】また、図２は、本発明のプローブ構造の他
の実施例を示す断面図であり、図２のプローブ構造Ｐ２
に示されるように、３種類の形成材料を用いた構造にし
てもよい。すなわち、リード２に接続する導通路４に
は、銅などの安価な金属物質を用い、アルミニウム電極
１１などと当接するバンプ３の表層３ａには、接続信頼
性の高い金などを用いる。そして、導通路４と表層３ａ
との間に介在する中間層３ｂには、金属物質の相互反応
を防止するためのバリア性金属物質としてニッケルなど
を用いる。さらに、上記３種類の形成材料を用いた構造
に限定するものではなく、４種類以上の形成材料を用い
た構造に形成してもよい。

【００２５】図３は、本発明のプローブ構造の他の実施
例を示す断面図であり、図３のプローブ構造Ｐ３に示さ
れるように、バンプ３は、その表面に複数個の微小な金
属突出物３１を有していてもよい。金属突出物３１は、
バンプ３とは別の単独金属または合金を用いて形成して
もよい。通常、バンプ３の形成材料としては、安価なニ
ッケル、または導通性に優れる銅が好適に用いられるの
に対して、金属突出物３１の形成材料としては、アルミ
ニウム電極１１上の酸化物層や配線パターン上の絶縁層
を破壊することができるように、硬質で酸化しにくく、
かつ電気抵抗の低い金属、例えばロジウム、ルテニウ
ム、白金などの貴金属が好適に用いられる。

【００２６】バンプ３と金属突出物３１との間で相互反
応が起きると、それぞれが金属物性を変えるので、金属
物性を維持するために、バンプ３と金属突出物３１との
間にバリア性金属を施すのが好ましい。例えば、金と銅
の組合せのように拡散が起こる場合は、バリア性金属と
してニッケルを金と銅の間に施すことが好ましい。な
お、単独金属を用いて、メッキによりバンプ３と金属突
出物３１とを形成する場合、水素ぜい性、硫黄ぜい性に
より金属が脆くなるようなメッキ条件は好ましくない。
例えば、スルファミン酸ニッケルメッキ液を使用した
り、ニッケルメッキ液の光沢剤としてサッカリンやナフ
タリンスルフォン酸ソーダのような硫黄を含む添加物を
使用したりして形成されたニッケル金属は、純金属のニ
ッケルとＮｉ ₃Ｓ₂の金属間化合物の共晶であるが、後
処理により加熱した場合、このＮｉ₃Ｓ₂の金属間化合
物が集まり、脆くなる。

【００２７】このようにバンプ３の表面に微小な金属突
出物３１を形成することによって、例えばアルミニウム
電極１１上の酸化物層や配線パターン上の絶縁層を破壊
することが容易となり、さらにアルミニウム電極１１と
バンプ３との接点が複数となり、確実な導通検査を行う
ことができる。

【００２８】図４は、本発明のプローブ構造の他の実施
例を示す断面図であり、図４のプローブ構造Ｐ４に示さ
れるように、絶縁体層１のバンプ３が形成されている側
の表面１ｂに、保護樹脂層７が形成されていてもよい。
保護樹脂層７は、通常、５〜５０μｍ、好ましくは１０
〜３０μｍの厚みで設けられ、保護樹脂として、エポキ
シ系樹脂の如き熱硬化性樹脂、またはフッ素系樹脂の如
き熱可塑性樹脂が使用される。

【００２９】図４において、保護樹脂層７は、絶縁体層
１の表面に予め設けられ、その後バンプ３が形成されて
いるが、バンプ３を形成した後に、フィルム状またはリ
ボン状の保護樹脂層７を熱圧着するか、あるいは保護樹
脂を押出成型、流延塗布などによって形成してもよい。
この場合、バンプ３および金属突出物３１が、保護樹脂
層７に完全に被覆されないようにする必要がある。

【００３０】このような構成にすることによって、導通
検査をする際に、ヘッド部による被検査体の損傷を防止
することができる。また、バンプ３形成後に保護樹脂層
７を設けた場合には、さらにバンプ３および金属突出物
３１の保護や脱落を防止することができる。

【００３１】図５は、本発明のプローブ構造の製造工程
を示す断面図であり、例えば以下のようにして製造する
ことができる。

【００３２】まず、図５（ａ）に示されるように、絶縁
体層１ａの表面１ａに、公知の方法にて、絶縁体層１と
導電性物質層８とが積層されて形成された積層基材を用
意する。絶縁体層１の表面への導電性物質層８の形成方
法としては、スパッタリング、各種蒸着、各種メッキな
どの方法が挙げられる。また、導電性物質層９として導
電体箔を用い、導電体箔上に絶縁体層１をラミネートす
る方法、あるいは導電体箔上に絶縁体を塗布して固化さ
せ、導電性物質層８の表面に絶縁体層１を形成する方法
が挙げられる。

【００３３】次いで、図５（ｂ）に示されるように、導
電性物質層８の表面８ａにレジスト層を形成して絶縁し
た後、フォト工程を用いて、化学的エッチング処理によ
って、リード２を形成する領域以外の領域のレジストを
除去する。その後、導電性物質層８をエッチングして、
所望の線状パターンに形成する。

【００３４】次に、図５（ｃ）に示されるように、絶縁
体層１の斜め方向にリード２まで達する貫通孔９を穿設
する。貫通孔９の穿設は、リード２とバンプ３との電気
的接続を果たすために重要であり、絶縁体層１のリード
２が絶縁体層１に当接する領域内、または該領域を含む
その近傍領域に、リード２の幅よりも小さな孔間ピッチ
にて、少なくとも１の微細な貫通孔９が穿設されてい
る。貫通孔９の傾きは、絶縁体層１の厚み方向に対して
３０°以上９０°未満であり、好ましくは４５°〜８０
°とする。貫通孔９の傾きが３０°未満では、クッショ
ン性が乏しくなり、バンプ３またはアルミニウム電極１
１の損傷を防止することができなくなるおそれがある。

【００３５】貫通孔９の穿設は、パンチングなどの機械
的穿孔方法、プラズマ加工、レーザー加工、フォトリソ
グラフィー加工、または絶縁体層１と耐薬品性の異なる
レジストなどを用いた化学エッチング、ファインピッチ
化に対応するためには微細加工が可能なレーザー加工な
どの方法により、任意の孔径や孔間ピッチにて設けるこ
とができる。なかでもパルス数またはエネルギー量を制
御したエキシマレーザーの照射による穿孔加工が好まし
い。貫通孔９の孔径は、５〜２００μｍ、好ましくは８
〜５０μｍ程度とする。貫通孔９の孔径は、隣合う貫通
孔同士がつながらない程度にまで大きくし、さらに孔間
ピッチもできる限り小さくして、リード２に接する貫通
孔９の数を増やすことが、貫通孔９に形成する導通路４
の電気抵抗を小さくする上で好ましいものである。

【００３６】次に、図５（ｄ）に示されるように、リー
ド２を被覆するように、絶縁体層１の表面１ａに保護絶
縁層１２を形成する。その後、貫通孔９に導電性物質を
充填して導通路４およびバンプ３を形成し、常法により
保護絶縁層１２を除去して、図５（ｅ）に示されるよう
に、プローブ構造Ｐ１を得る。

【００３７】導通路４およびバンプ３の形成は、物理的
に導電性物質を貫通孔９に内に埋め込む方法、ＣＶＤ
法、電解メッキや無電解メッキなどのメッキ法、上記工
程により得られた構造物を導電性物質の溶融浴に浸漬し
引き上げて導電性物質を析出させる化学的方法などによ
り行うことができるが、リード２を電極とした電解メッ
キによる方法が、簡便な方法であるので好ましい。本発
明において導電性物質の充填とは、物理的に導電性物質
を埋め込むことだけでなく、上記化学的析出などによる
ものも含み、さらに貫通孔９の壁面にチューブ状にメッ
キを形成するスルーホールメッキをも包含する広い概念
のことである。

【００３８】図３に示されるような金属突出物３１を形
成するには、例えば以下のような方法を採用することが
できる。

【００３９】まず、バンプ３を形成した後、金属突出物
３１を形成する前に、メッキ浴中に金属粉末を分散させ
て電解メッキを施す。このようにすることによって、バ
ンプ３の表面に金属粉末が付着し、メッキ成長する際の
種（核）となり、金属突出物３１が形成される。分散さ
せる金属粉末は、微小な金属突出物３１を形成するため
に、微粉末状であることが好ましく、粒径０．０１〜２
００μｍ、好ましくは０．１〜５０μｍ、さらには１〜
３μｍ程度のものが使用される。

【００４０】また、図３に示すように、金属突出物３１
はバンプ３の頂点付近に形成することが、導通検査時の
接点を増加させるという点から好ましい。このように形
成するにはバンプ３の頂点方向、つまり貫通孔９の穿孔
方向に磁場をかけて上記電解メッキを施すことが好まし
い。このときの磁場の強さは１キロガウス〜１５キロガ
ウス、好ましくは２キロガウス〜５キロガウス程度であ
る。なお、磁場をかけて電解メッキを行う場合は、メッ
キ液中に分散させる金属粉末にはニッケルやコバルトな
どの磁性を有する金属を用いる。

【００４１】また、他の方法としては、形成したバンプ
３の表面に金属粉末を分散させたメッキ液を循環ボンプ
などを用いて吹きつけることによって、バンプ３の表面
に金属突出物３１形成用の種を形成する方法がある。

【００４２】さらに、他の方法としては、メッキ浴に超
音波をかけながら電解メッキを施す方法がある。この場
合、バンプ３の表面をエッチング処理などにて活性化さ
せておくことが金属突出物３１の形成性の点から好まし
い。

【００４３】以下、本発明のプローブ構造のより具体的
な製造例を示す。厚さ３５μｍの銅箔上に、ポリイミド
前駆体溶液を乾燥後の厚さが２５μｍとなるように塗工
し、乾燥、硬化させ、銅箔とポリイミドフィルムとの２
層フィルムを作製した。

【００４４】次に、銅箔の表面にレジスト層を形成して
絶縁した後、フォト工程を用いて、所望の線状パターン
に形成した。

【００４５】次に、ポリイミドフィルム表面に発振波長
２４８nmのＫｒＦエキシマレーザー光をポリイミドフィ
ルムの厚み方向に対して４５°の方向から、マスクを通
して照射してドライエッチングを施し、ポリイミドフィ
ルムに６０μｍφ，ピッチ２００μｍ、深さ２５μｍの
微細貫通孔を５個／ｍｍ²で８cm²の領域に設けた。

【００４６】次いで、銅箔表面にレジストを塗工し硬化
させて絶縁し、化学研磨液中に５０℃で２分間浸漬し
た。これを水洗した後、銅箔部を電極に接続して６０℃
のシアン化金メッキ浴に浸漬し、銅箔をマイナス極とし
て、２層フィルムの貫通孔部に金メッキを成長させ、ポ
リイミドフィルム表面から金結晶が突出したとき（突出
高さ約５μｍ）にメッキ処理を中断した。最後に、塗工
したレジスト層を剥離して、本発明のプローブ構造を得
た。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明のプローブ構造に
よれば、接点部と回路配線とが、絶縁体層の斜め方向に
形成された導通路によって接続されているので、接点部
と被検査体の端子とを当接させた際に、被検査体の端子
に負荷される圧力が分解され、端子の垂直方向（厚み方
向）に負荷される力が減少する。したがって、接点部お
よび端子の損傷を防止することができる。また、当接の
際にプローブ構造自体にクッション効果があり、外部応
力が加わった場合も充分に応力緩和ができ、接点部が導
通路とともに絶縁体層から脱落するおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブ構造の一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明のプローブ構造の他の実施例を示す断面
図である。

【図３】本発明のプローブ構造の他の実施例を示す断面
図である。

【図４】本発明のプローブ構造の他の実施例を示す断面
図である。

【図５】本発明のプローブ構造の製造工程を示す断面図
である。

【符号の説明】

１絶縁体層１ａ他方表面１ｂ一方表面２リード（回路配線）３バンプ（接点部）４導通路１０半導体素子（被検査体）１１アルミニウム電極（端子）Ｐ１プローブ構造

フロントページの続き (72)発明者内藤俊樹大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体層の一方表面に、被検査体の端子
に当接する接点部が形成され、該絶縁体層の他方表面
に、該被検査体の導通検査を行うための試験機器に接続
される回路配線が形成され、該接点部と該回路配線と
が、該絶縁体層の斜め方向に形成された導通路によって
接続されていることを特徴とするプローブ構造。