JP2008128882A - コンタクトプローブおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査時にスムーズに動き、電極に対するズレが生じにくい多層構造のコンタクトプローブを提供する。
【解決手段】本発明のコンタクトプローブは、被測定面に接触する先端部と、先端部に接続するバネ部と、バネ部に接続して先端部とバネ部を支持する支持部とを備え、先端部とバネ部と支持部とは、支持部を固定して先端部を被測定面に押し当てると、先端部が被測定面に当接したままバネ部により弾性変形するように構成され、先端部は、複数の板状体を積層した多層構造体からなる部分を有し、積層した複数の板状体が、被測定面に押し当てる方向に沿って配向する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ＩＣチップまたは液晶デバイスなどの電子部品の電極に接触させて、電気的な検査を行なうために使用するコンタクトプローブおよびその製造方法に関する。

ＩＣおよびＬＳＩが高密度で実装された電子部品の電気的な検査をするために、多数のコンタクトプローブを配置したプローブカードが使用される。図６に、従来のカンチレバー型コンタクトプローブの基本構造を示す。図６（ａ）は、側面図であり、図６（ｂ）は、平面図である。コンタクトプローブは、図６に示すように、先端部６１と、バネ部６２と、支持部６３と、配線部６４を有し、支持部６３によりプローブカードに保持される。検査に際しては、コンタクトプローブの先端部６１を電子部品の電極に押し付けて、電子部品から各種のデータを収集する。コンタクトプローブの先端部６１は尖っており、電極の表面に形成された酸化被膜を破り、電気的な導通が得られる。また、検査対象である電子部品の反りおよび電極の高さのばらつきを吸収し、電極との確実な接触を得るため、バネ構造を有する。

カンチレバー型コンタクトプローブを取付けるプローブカードの基本構造を図７に例示する。図７（ａ）は、斜視図であり、ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢで切断した断面図が図７（ｂ）である。図７（ａ）に示すように、プローブカードの上表面には、多数の配線などが半径方向に配列している。図７（ａ）には、その一部を示す。また、図７（ｂ）に示すように、プローブカード７０は、円板状の基板７２と、基板７２に組み込まれた針押え部７４と、針押え部７４に片持ち梁状に支持される複数のカンチレバー型コンタクトプローブ７６とからなる。したがって、カンチレバー型コンタクトプローブは、バネ部が基板７２に沿って横長に配置するため、プローブ同士が干渉しやすく、集積化が容易ではない。

今日、ＩＣおよびＬＳＩの高集積化が進行し、被検査対象である電極の配置密度が高くなるにつれて、コンタクトプローブの集積化および微細化が要求され、そのような情勢下、垂直型コンタクトプローブが開発されている。従来の垂直型コンタクトプローブとその実装状態を図５に例示する（特許文献１参照）。図５（ａ）は被検査対象である電極に接触するプランジャー５１を示し、図５（ｂ）はバネ５２を示す。また、図５（ｃ）はプランジャー５１とバネ５２とからなる垂直型コンタクトプローブを実装している状態を示す。図５（ｃ）に示すように、多数の貫通孔５３を形成した絶縁性のピン保持基板５６に、配線５７ａを施した底蓋５７を固着し、貫通孔５３内にプランジャー５１とバネ５２を挿入した後、貫通孔５３より少し小さめの孔を開けた上蓋５５を接合する。この垂直型コンタクトプローブは、ピッチ８０μｍ程度の集積化が可能であると紹介されているが、プランジャー（接触部分）５１とバネ（弾性部分）５２を別々に製造し、実装するため、コンタクトプローブ全体を一体成形する場合に比べて、部品コストおよび組み立てコストが高く、微細化も容易ではない。

微細なコンタクトプローブを一体成形する従来の製造方法として、リソグラフィと電鋳を組合わせた、図４に示すような方法が実用化している（特許文献２と３参照）。まず、図４（ａ）に示すように、ステンレス製基板などの導電性基板４１上に、ポリメタクリル酸メチルなどのレジスト４２を形成する。つぎに、レジスト４２上にマスク４３を配置し、マスク４３を介してＵＶまたはＸ線４４などを照射する。マスク４３は、コンタクトプローブの形状に応じて形成したＵＶまたはＸ線４４などの吸収層４３ａと、透光性基材４３ｂとからなるため、Ｘ線４４などを照射すると、吸収層４３ａによりレジスト４２のうちレジスト４２ａのみ露光される。このため、ポジ型レジストの場合、露光により変質（分子鎖が切断）した４２ａのみが現像で除去され、図４（ｂ）に示すような樹脂型４２ｂが得られる。

つぎに、電鋳を行ない、図４（ｃ）に示すように、樹脂型４２ｂに金属材料層４５ａを堆積する。電鋳とは、金属イオン溶液を用いて導電性基板上に金属材料層を形成することをいう。導電性基板４１をめっき電極として電鋳を行なうことにより、樹脂型４２ｂに金属材料層４５ａを堆積することができる。電鋳後、研磨または研削により所定の厚さに揃えると、図４（ｄ）に示すような金属構造体４５が得られる。その後、図４（ｅ）に示すように、エッチングなどにより樹脂型を除去する。つづいて、ウェットエッチングなどにより導電性基板４１を除去すると、図４（ｆ）に示すような微細金属構造体４５からなるコンタクトプローブが得られる。しかし、この方法により得られるコンタクトプローブは、単層構造であり、先端部とバネ部と支持部の厚さが同一となるため、被検査電極の割れを抑えるために電極への押し付け圧を低くしつつ、電極表面の酸化被膜を破り、電気的導通を得るために、先端部における電極との当接部を研磨などの別工程により尖らせる必要がある。
特開２００１−２１５８３号公報 特開２００１−２５４１９３号公報 特開２００１−３１６８６２号公報

本発明の課題は、被検査対象である電極に接触する先端部が、別途、先端加工を施すことなく、薄く鋭利な形状を有するコンタクトプローブを提供することにある。また、検査時にスムーズに動き、電極に対するズレが生じにくい多層構造のコンタクトプローブの製造方法を提供することにある。

本発明のコンタクトプローブは、被測定面に接触する先端部と、先端部に接続するバネ部と、バネ部に接続して先端部とバネ部を支持する支持部とを備え、先端部とバネ部と支持部とは、支持部を固定して先端部を被測定面に押し当てると、先端部が被測定面に当接したままバネ部により弾性変形するように構成され、先端部は、複数の板状体を積層した多層構造体からなる部分を有し、積層した複数の板状体が、被測定面に押し当てる方向に沿って配向する。

多層構造体は、中心部に積層した板状体の幅ｗ₁に比べて、周辺部に積層した板状体の幅ｗ₂が狭い態様が好ましい。また、先端部は、さらにその先端において被測定面に直接接触する当接部を有し、当接部が単層の板状構造体からなる態様が好ましい。さらに、先端部とバネ部と支持部とが直線状に配置した垂直型プローブにおいて特に本発明は有効である。

本発明のコンタクトプローブの製造方法は、上述したコンタクトプローブの製造方法であって、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、導電性基板上で、樹脂型に金属材料層を電鋳により形成する工程と、研磨または研削により平坦化する工程とを備える第１層目の板状体を形成した後、第１層目の板状体上に、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料層を電鋳により形成する工程と、研磨または研削により平坦化する工程とを備える板状体形成工程を１回実施し、または複数回繰返して実施し、第１層目の板状体上に２層目以降の板状体を積層する工程と、樹脂型を除去する工程と、導電性基板を除去する工程とを備えることを特徴とする。

本製造方法において、導電性基板は、ＴｉまたはＣｕまたはＡｌ製のコート層を有する金属製の基板が好適である。かかる導電性基板を使用して、コート層をエッチングすることにより基板を除去する態様、またはコート層を境にして機械的に引き剥がすことにより基板を除去する態様が好ましい。

先端加工を別途施すことなく、薄く鋭利な先端部を有するコンタクトプローブを提供することができる。また、検査時にスムーズに動き、電極に対するズレが生じにくいコンタクトプローブを提供することができる。

（コンタクトプローブ）
本発明のコンタクトプローブの斜視図を図１に例示する。図１に示すように、本発明のコンタクトプローブは、被測定面に接触する先端部１と、先端部１に接続するバネ部２と、バネ部２に接続して先端部１とバネ部２を支持する支持部３とを備え、先端部１とバネ部２と支持部３とは、支持部３を固定して先端部１を被測定面に押し当てると、先端部１が被測定面に当接したままバネ部２により弾性変形する。先端部１は、複数の板状体１ａ，１ｂ，１ｃを積層した多層構造体からなる部分を有し、積層した複数の板状体が、被測定面に押し当てる方向（図１における矢印の方向）に沿って配向していることを特徴とする。図１には、先端部１とバネ部２と支持部３とが直線状に配置する垂直型コンタクトプローブを例示する。

垂直型コンタクトプローブを実装するプローブカードの断面図を図２に例示する。図２に示すように、プローブカードの絶縁基板２１には、被検査対象である回路２４における電極２５の配列ピッチに合わせて、複数のガイド孔２２が形成され、各ガイド孔２２にコンタクトプローブ２０が挿入される。コンタクトプローブ２０の先端部２０ａは、絶縁基板２１における被検査基板２４に対向する側の面から突出している。絶縁基板２１における被検査基板２４と反対側の面には、リード線としてフレキシブルプリント回路（flexible print circuit：ＦＰＣ）２３などを配設し、コンタクトプローブ２０の支持部２０ｂと接続し、層２６により固定する。本発明は、垂直型コンタクトプローブに適用することができ、垂直型コンタクトプローブは、プローブカードの基板に対して、縦長で直線状に配置し、また、ガイド孔に挿入することにより実装するため、カンチレバー型コンタクトプローブに比べて、高密度実装が容易である。また、垂直型コンタクトプローブは、耐高周波性が大きく、針立てレイアウトの自由度が高い点でも有利である。

図２（ａ）において、ＩＩＢ−ＩＩＢで先端部２０ａを切断したときの、１個の先端部の断面図を図２（ｂ）に示す。本発明のコンタクトプローブの先端部は、多層構造であるため、図２（ｂ）に示すような３段構造の場合、ガイド孔の内壁２２ａとの接点が８個ある。これに対して、図２（ｃ）に示す単層構造の場合、ガイド孔の内壁２２ａとの接点は４個しかない。したがって、本発明のコンタクトプローブでは、ガイド孔の内壁との接点数が多いため、被検査対象である電極に先端部を押し当てたとき、先端部がガイド孔内をスムーズに摺動することができる。また、ガイド孔の内壁との接点数が多いため、先端部の太さに比べてガイド孔の直径が大きい場合でも、電極との接触時においてコンタクトプローブのズレが生じにくい。このような観点から、図２（ｂ）に示すように、先端部における多層構造は、中心部に積層した板状体の幅ｗ₁に比べて、周辺部に積層した板状体の幅ｗ₂が狭い態様が好ましい。

単層構造のコンタクトプローブをリソグラフィと電鋳により形成すると、前述のとおり、先端部とバネ部と支持部の厚さが同一となる。したがって、被検査電極の割れを抑えるために電極への押し付け圧を低くしつつ、電極表面の酸化被膜を破り、電気的導通を得るために、先端部における電極との当接部を、研磨などの別工程により尖らせる必要がある。本発明のコンタクトプローブの先端部は、多層構造体からなる部分を有するが、先端部のさらにその先端において被測定面に直接接触する当接部を単層の板状構造とすることにより、研磨などの別工程によることなく、薄く、鋭利な形状とすることができる点で有用である。

（コンタクトプローブの製造方法）
本発明のコンタクトプローブの製造方法は、前述のコンタクトプローブを製造する方法であって、リソグラフィと電鋳により第１層目の板状体を形成した後、同様にリソグラフィと電鋳により、第１層目の板状体上に、１層または２層以上の板状体を積層し、その後、樹脂型と導電性基板を除去する方法である。かかる方法により、多層構造のコンタクトプローブを容易に製造することができ、先端部とバネ部と支持部との間で板状体の積層数を変更することができる。このため、たとえば、先端部における当接部だけを薄く鋭利な単層構造とし、バネ部と支持部では板状体の積層数を増やし、弾性力と機械的強度を高めることができる。

さらに、リソグラフィと電鋳により製造するため、当接部を自在に成形でき、アセンブリの容易な形状のコンタクトプローブを提供することができる。一方、先端部とバネ部と支持部を±１μｍの高精度で一体成形できるから、部品点数を減らし、部品コストと組み立てコストを低減することが可能である。また、本発明のコンタクトプローブは、複数の板状体を積層した多層構造体からなる部分を有し、積層した板状体が、被測定面に押し当てる方向に沿って配向しているため、リソグラフィと電鋳により容易に製造することができる。

本発明のコンタクトプローブの製造方法を図３に例示する。まず、第１層目の板状体を形成する。第１層目の板状体の形成方法は、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、導電性基板上で、樹脂型に金属材料層を電鋳により形成する工程と、研磨または研削により平坦化する工程とを備える。リソグラフィにより樹脂型を形成する工程は、図３（ａ）に示すように、導電性基板３６上にレジスト３３を形成する。導電性基板として、たとえば、Ｃｕ、Ｎｉ、ステンレス鋼などからなる金属製基板を使用することができる。また、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属をスパッタリングしたＳｉ基板などを用いることもできる。レジストには、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリメタクリル酸エステルを主成分とする樹脂、または紫外線（ＵＶ）もしくはＸ線に感受性を有する化学増幅型樹脂などを用いる。レジストの厚さは、形成しようとする構造体の大きさに合せて任意に設定することができ、たとえば、４０μｍ〜５００μｍとする。

つぎに、レジスト３３上にマスク３４を配置し、マスク３４を介してＵＶまたはＸ線３５などを照射する。厚さが１００μｍを超え、高いアスペクト比を有する構造体が必要な場合、または±２μｍ程度の高精度の構造体が必要な場合は、ＵＶ（波長２００ｎｍ）より短波長であるＸ線（波長０．４ｎｍ）を使用するのが好ましい。また、Ｘ線の中でも指向性の高いシンクロトロン放射のＸ線（以下、「ＳＲ」という。）を使用する態様がより好ましい。ＳＲを用いるＬＩＧＡ法は、ディープなリソグラフィが可能であり、厚さ数１００μｍの構造体をミクロンオーダの高精度で大量に製造することができる。一方、ＵＶを用いると、コスト面でメリットを追求することができる。

マスク３４は、製造する構造体の形状に応じて形成した、ＵＶまたはＸ線３５などの吸収層３４ａと、透光性基材３４ｂとからなる。透光性基材３４ｂには、Ｘ線用マスクでは、窒化シリコン、シリコン、ダイヤモンド、チタンなどを用い、ＵＶ用マスクでは、石英ガラスなどを用いる。また、吸収層３４ａには、Ｘ線用マスクの場合は、金、タングステン、タンタルなどの重金属またはその化合物などを用い、ＵＶ用マスクの場合は、クロムなどを用いる。ポジレジストを使用する場合、Ｘ線３５またはＵＶを照射すると、吸収層３４ａによりレジスト３３のうちレジスト３３ａのみが露光して変質するため、現像によりレジスト３３ａが除去され、図３（ｂ）に示すように、樹脂型３３ｂが得られる。一方、ネガ型レジストを使用する場合は、逆に露光部が残り、非露光部が除去されるので、ポジ型レジストの場合とは逆のマスクパターンを使用する。

つぎに、図３（ｃ）に示すように、導電性基板３６上で、樹脂型３３ｂに金属材料層３１ａを電鋳により形成し、研磨または研削により平坦化し、たとえば、３０μｍ〜２００μｍの厚さの板状体に調製する。金属材料層の材質は、製造するコンタクトプローブに高い靭性および硬度が要求される場合には、ＮｉまたはＮｉ系合金が好ましく、ＮｉまたはＮｉ系合金は、ＬＩＧＡ法による製造に適している点でも好ましい。Ｎｉ系合金としては、ＮｉＭｎ，ＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ，ＮｉＷ，ＮｉＰｄが好ましく、Ｎｉ系合金の中でも、製造するコンタクトプローブに高い耐熱性が要求される場合には、Ｎｉ−Ｍｎが好適であり、Ｍｎの含有量は３質量％以下がより好ましい。一方、電気的な特性が求められる場合には、ＣｕまたはＣｕ系合金が好ましく、ＣｕおよびＣｕ系合金もＬＩＧＡ法による製造に適している。Ｃｕ系合金としては、Ｃｕ−ＳｎまたはＣｕ−Ｚｎなどがある。なお、本明細書において、Ｍ系合金とは、金属元素Ｍを４０質量％以上含有する合金をいう。先端部のうち、被測定面に直接接触する当接部は、導電性に優れ、接触抵抗が小さく、摩耗しにくく、さらに、硬度と融点が高い点で、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ−Ｐｄ、Ｐｄ−ＣｏまたはＲｈが好適である。

このようにして、第１層目の板状体を形成した後、第１層目の板状体の上に、第２層目以降の板状体を積層する。第２層目以降の板状体の形成方法は、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料層を電鋳により形成する工程と、研磨または研削により平坦化する工程とを備え、製造するコンタクトプローブにより、２層目以降の板状体形成工程を１回だけ実施して２層構造体を得、また複数回繰返して実施し、３層以上の構造体を得ることができる。

図３（ｈ）に示すように、金属材料層３１ａよりも幅の広い金属材料層３１ｂを形成するときは、樹脂型３３ｂを保護するために、マスク層３７を形成する（図３（ｄ））。マスク層３７には、Ａｌ，ＳｉＯ₂などが好ましく、厚さは０．０５μｍ〜０．３μｍが好ましい。その後、図３（ａ）と同様に、レジストを形成した後、リソグラフィによりＵＶなどを照射し（図３（ｅ））、現像して樹脂型３３ｃを形成する（図３（ｆ））。その後、図３（ｇ）に示すように、樹脂型３３ｃの空孔内にあるマスク層３７ａをエッチングにより除去する。マスク層３７ａのエッチングは、Ｃｌ₂，ＣＦ₄，Ｆ₂などを用いた、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)またはＥＣＲ(Electron Cyclotron Reasonance)励起により発生したプラズマにより行なうことができる。図３（ｆ）に示すように、マスク層上には樹脂型３３ｃが形成されているから、ＲＩＥなどのエッチングに際して、樹脂型３３ｃがマスクとして機能し、マスク層３７ａが選択的にエッチングされる（図３（ｇ））。

つぎに、図３（ｈ）に示すように、金属材料層３１ａ上で、樹脂型３３ｃに金属材料層３１ｂを電鋳により形成し、研磨または研削により平坦化する。２層構造のコンタクトプローブが必要なときは、その後、ウェットエッチングまたはプラズマエッチングにより樹脂型３３ｂ，３３ｃとマスク層３７ｂを除去し、酸もしくはアルカリを用いたウェットエッチングにより、または機械的に引き剥がすことにより基板３６を除去して、目的のコンタクトプローブを得る。

図３には、３層構造のコンタクトプローブを製造する例を示す。図３（ｉ）に示すように、リソグラフィにより樹脂型３３ｄを形成する（図３（ｊ））。つぎに、図３（ｋ）に示すように、樹脂型３３ｄに金属材料層３１ｃを電鋳により形成し、研磨または研削により平坦化する。つぎに、図３（ｌ）に示すように、樹脂型３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとマスク層３７ｂを除去し、図３（ｍ）に示すように、基板３６を除去すると、目的のコンタクトプローブ３１が得られる。ＴｉまたはＣｕまたはＡｌ製のコート層を有する金属製の基板を用いると、基板上のコート層をエッチングすることにより基板を容易に除去でき、また、基板上のコート層を境にして機械的に引き剥がすことにより基板を容易に除去することができる。コート層の厚さは、０．１μｍ〜２μｍが好適である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

検査時にスムーズに動き、電極に対するズレが生じにくい多層構造のコンタクトプローブを提供することができる。

本発明のコンタクトプローブを例示する斜視図である。 垂直型コンタクトプローブを実装するプローブカードの断面図である。 本発明のコンタクトプローブの製造方法を示す工程図である。 従来のコンタクトプローブの製造方法を示す工程図である。 従来の垂直型コンタクトプローブとその実装状態を例示する断面図である。 従来のカンチレバー型コンタクトプローブの基本構造を示す模式図である。 カンチレバー型コンタクトプローブを実装するプローブカードの基本構造を示す模式図である。

符号の説明

１ 先端部、１ａ，１ｂ，１ｃ 板状体、２ バネ部、３ 支持部、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 金属材料層、３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 樹脂型、３４ マスク、３６ 基板。

Claims (8)

1. 被測定面に接触する先端部と、該先端部に接続するバネ部と、該バネ部に接続して前記先端部とバネ部を支持する支持部とを備え、前記先端部とバネ部と支持部とは、支持部を固定して先端部を被測定面に押し当てると、先端部が被測定面に当接したままバネ部により弾性変形するように構成され、前記先端部は、複数の板状体を積層した多層構造体からなる部分を有し、積層した前記複数の板状体が、前記被測定面に押し当てる方向に沿って配向するコンタクトプローブ。
2. 前記多層構造体は、中心部に積層した板状体の幅ｗ₁に比べて、周辺部に積層した板状体の幅ｗ₂が狭い請求項１に記載のコンタクトプローブ。
3. 前記先端部は、さらにその先端において前記被測定面に直接接触する当接部を有し、該当接部が、単層の板状構造体からなる請求項１に記載のコンタクトプローブ。
4. 前記コンタクトプローブは、先端部とバネ部と支持部とが直線状に配置した垂直型プローブである請求項１に記載のコンタクトプローブ。
5. 請求項１に記載のコンタクトプローブの製造方法であって、
   リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、
   導電性基板上で、前記樹脂型に金属材料層を電鋳により形成する工程と、
   研磨または研削により平坦化する工程と
   を備える第１層目の板状体を形成する工程と、
   前記板状体上に、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、
   前記樹脂型に金属材料層を電鋳により形成する工程と、
   研磨または研削により平坦化する工程と
   を備える板状体形成工程を１回実施し、または複数回繰返して実施して、第１層目の前記板状体上に板状体を積層する工程と、
   前記樹脂型を除去する工程と、
   前記導電性基板を除去する工程と
   を備えるコンタクトプローブの製造方法。
6. 前記導電性基板は、ＴｉまたはＣｕまたはＡｌ製のコート層を有する金属製の基板である請求項５に記載のコンタクトプローブの製造方法。
7. 前記導電性基板上のコート層をエッチングすることにより基板を除去する請求項６に記載のコンタクトプローブの製造方法。
8. 前記導電性基板上のコート層を境にして機械的に引き剥がすことにより基板を除去する請求項６に記載のコンタクトプローブの製造方法。

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