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專利名稱：檢查探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及一種與半導(dǎo)體裝置LSI(Large Scale Intergration大規(guī)模集成電路)或裸LSI(裸芯片)的電極相接觸的探測(cè)器，特別是適用于電極間距較狹窄的LSI或裸芯片的檢查的探測(cè)器構(gòu)造以及半導(dǎo)體裝置與探測(cè)器的接觸方法、半導(dǎo)體裝置的檢查方法。
背景技術(shù)：
以前，如下實(shí)施半導(dǎo)體裝置的檢查。首先，讓作為檢查對(duì)象的半導(dǎo)體裝置的外部端子電極與檢查基板的探測(cè)器相接觸。接下來，獲得半導(dǎo)體裝置與檢查基板間的電氣接觸。通過這樣來實(shí)施半導(dǎo)體裝置的檢查。作為探測(cè)器，可以使用對(duì)被撓性基板所支持的金屬引線、硅晶須實(shí)施了電鍍所得到的針、金屬針等。
第1以往例，是帶有金屬引線(TAB)的薄膜板方式。
第1以往例，例如記載在特開平6-334006號(hào)公報(bào)、特開平6-334005號(hào)公報(bào)、特開平6-331655號(hào)公報(bào)以及特開平6-324081號(hào)公報(bào)中。這些均為采用在與半導(dǎo)體裝置的外部電極相面對(duì)的位置上具有金屬引線的撓性基板的方式的探測(cè)器構(gòu)造。
作為代表例子，圖1中表示特開平6-334006號(hào)公報(bào)中所公布的“探測(cè)板”的結(jié)構(gòu)圖。圖1中，(A)為探測(cè)板的一邊的要部剖面圖，(B)為探測(cè)板的部分剖面立體圖。
圖示的探測(cè)板，在撓性薄膜23的單側(cè)，形成有所期望的檢查電路圖形與探針3。該探針3采用與半導(dǎo)體裝置1的外部電極進(jìn)行接觸的構(gòu)造。探針3位于布線圖形(未圖示)的前端部，該布線圖形由薄膜23支持。這些布線圖形、探針3、薄膜23，作為一體構(gòu)成了撓性基板(FPC)6。由于撓性基板6較薄，因此，獨(dú)自無法獲得期望的接觸力。因此，探測(cè)板具有支持撓性基板6的兩面的鉗位器(clamper)25與支持體29。通過這樣，采用作為探針3能夠得到所期望的接觸的構(gòu)造。
另外，支持體29為不銹鋼制或黃銅制。支持體29，其前方(圖1(A)中為右方)具有承受撓性基板6中接近探針3的部分的斜面，后方(圖1(A)中為左方)具有板基板6的水平安裝面。該斜面從上看為前方為短邊的梯形(參照?qǐng)D1(B))。
探測(cè)板，還具有不銹鋼制的強(qiáng)固的加固板28，以及上表面具有布線圖形的印刷基板27。印刷基板27被加固板28加固，構(gòu)成強(qiáng)固的板基板。鉗位器25為前方為短邊的梯形板(參照?qǐng)D1(B))。鉗位器25，被在支持體29的斜面上重疊有絕緣薄板24與撓性基板6的狀態(tài)下，通過螺栓26安裝在支持體29上(參照?qǐng)D1(A))。通過這樣，將撓性基板6中探針3側(cè)的部分，從上方固定在支持體29的斜面上，同時(shí)用其全部邊緣部從上方支持探針3。
另外，作為第2以往例，是采用硅晶須方式。第2以往例，例如記載在特開平10-038918號(hào)公報(bào)、特開平2002-257859號(hào)公報(bào)以及特開平5-198636號(hào)公報(bào)中。
作為代表例，圖2中表示特開平10-038918號(hào)公報(bào)中所公布的“探針以及具有該探針的連接器”的結(jié)構(gòu)圖。
圖示的探針，采用在硅的針狀單晶體31成長而成的產(chǎn)物上，形成基底膜32、Au膜33，前端形成Pd膜34的構(gòu)造的探針3和這種方式的探測(cè)器構(gòu)造。在硅基板30上配置Au的晶種，通過進(jìn)行VLS成長，能夠形成硅的針狀單晶體31。圖示的探針，為表面設(shè)有導(dǎo)電膜的半導(dǎo)體檢測(cè)用探針，為只有前端部被接點(diǎn)材料所覆蓋的探針結(jié)構(gòu)。
再有，作為第3以往例，是采用金屬針的方式。第3以往例記載在例如特開平6-140482號(hào)公報(bào)中。
圖3中表示特開平6-140482號(hào)公報(bào)中所公布的“探測(cè)器裝置”的結(jié)構(gòu)圖。圖3中，(A)為用于說明探測(cè)器裝置的要部的立體圖，(B)為用于說明探測(cè)器裝置的要部的剖面圖。
圖示的探測(cè)器裝置，是并用將鎢等金屬針加工成極細(xì)的線所得到的線探針35、與水晶探針38的探測(cè)器構(gòu)造，是兼具窄間距化與低造價(jià)化的構(gòu)造。
如圖3所示，印刷基板27中，例如在半導(dǎo)體裝置的電極間距較寬(300～400μm間距)的部分上設(shè)置由鎢所制成的線探針35，同時(shí)，半導(dǎo)體裝置的電極間距較窄(45～65μm間距)的部分使用水晶探針38。水晶探針38，通過對(duì)水晶板36的前端部進(jìn)行蝕刻，并在其表面進(jìn)行鍍金屬處理，形成電極圖形而構(gòu)成。由于使用水晶探針38，因此能夠?qū)?yīng)40μm間距水平的細(xì)微間距。另外，通過根據(jù)電極間距來活用探針，與全面使用水晶探針的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)低造價(jià)化。
另外，印刷基板27的中央具有窺窗37。撓性基板6的圖形布線，與印刷基板27的連接針39分別對(duì)應(yīng)著電連接。
但是，上述第1至第3以往例中，分別具有下述的問題點(diǎn)。
(I-1)由于薄膜基板制造工序的熱經(jīng)歷，在40μm間距以下的微小間距的情況下，很難將金屬引線間距方向的位置精度，控制為所期望的值(±1.0μm以下)。
(I-2)在晶片狀態(tài)下進(jìn)行80～100℃的高溫檢查的情況下，由于與半導(dǎo)體裝置材料硅的熱膨脹系數(shù)(2～3ppm)相比，薄膜材料的熱膨脹系數(shù)(數(shù)十ppm)較大，因此金屬引線與半導(dǎo)體裝置的電極之間產(chǎn)生位置偏移。
再有，由于在第1以往例中，探針由作為具有彈性的金屬材料的單一材料形成，而沒有根據(jù)連接對(duì)象材料進(jìn)行選擇，因此存在以下問題點(diǎn)。
(I-3)有時(shí)很難得到良好的接觸特性。
第2以往例，由于采用通過對(duì)硅的針狀單晶體鍍金所得到的針，來實(shí)現(xiàn)與半導(dǎo)體裝置的外部電極之間的接觸，因此存在以下問題點(diǎn)。
若應(yīng)用于40μm間距以下的直徑，例如20μm間距，則要形成針直徑為10μm左右的針。這種情況下，因往針成長之前的Si臺(tái)面上放置金屬凸起的技術(shù)極為困難，且添加金屬膜時(shí)的應(yīng)力以及針形成后的前端修整工序回造成破壞，因此存在以下問題。
(II-1)很難確保與半導(dǎo)體裝置的電極間距相對(duì)應(yīng)的位置精度。
(II-2)由于針直徑變?yōu)闃O細(xì)的線，因此在過度驅(qū)使(over drive)時(shí)，由于針強(qiáng)度的不足，很容易產(chǎn)生針的破壞。
另外，由于第2以往例中，為了獲得導(dǎo)通，在Si針的全面上形成金屬膜，再在前端形成金屬膜，因此存在以下問題。
(II-3)造價(jià)增高。
再有，第3以往例，采用根據(jù)電極間距的大小，并用鎢的線探針與水晶探針來實(shí)現(xiàn)與半導(dǎo)體裝置的外部電極之間的接觸的構(gòu)造。因此，第3以往例中，電極間距較小的部分，例如40μm間距以下的情況下，線探針的直徑必需為20μm以下，從而存在以下的問題點(diǎn)。
(III-1)制造非常困難。即使能夠制造出來，也很難將針高精度排列。再有，還存在針耐性不足的問題點(diǎn)。
另外，第3以往例中，水晶探針也與第2以往例的硅探針一樣，因添加金屬膜時(shí)的應(yīng)力而存在以下問題點(diǎn)。
(III-2)很難確保與半導(dǎo)體裝置的電極間距相對(duì)應(yīng)的位置精度。
(III-3)由于針直徑變?yōu)闃O細(xì)的線，因此在過度驅(qū)使時(shí)，會(huì)因針強(qiáng)度的不足，容易產(chǎn)生針的破壞。
再有，第3以往例中，在全面使用水晶探針的情況下，存在以下問題點(diǎn)。
(III-4)造價(jià)增高再有，作為第2以往例與第3以往例的共同的問題點(diǎn)，在以不會(huì)產(chǎn)生針破壞的過度驅(qū)使來使用的情況下，也存在以下問題。
(III-5)無法確保實(shí)用水平的耐久性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有適于窄間距化半導(dǎo)體裝置的檢查的實(shí)用性的檢查探測(cè)器。
本發(fā)明中的檢查探測(cè)器，由與作為被檢查物的半導(dǎo)體裝置的外部端子電極相接觸的探針、具有用來擴(kuò)展電極間距的布線層的基材、設(shè)置基材的支持板、檢查基板、以及具有柔軟性的基板構(gòu)成，探針的前端部分上，形成對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體裝置的電極材料的接觸特性良好的材料，在布線層部分上設(shè)置低電阻金屬層。


圖1為說明第1種以前的檢查探測(cè)器的圖，(A)為其一邊的要部的剖面圖，(B)為部分剖面立體圖。
圖2為說明第2種以前的檢查探測(cè)器的探針的剖面圖。
圖3為說明第3種以前的檢查探測(cè)器的圖，(A)為說明其要部的立體圖，(B)為說明其要部的剖面圖。
圖4為說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的檢查探測(cè)器的剖面圖(A)以及平面圖(B)，(C)為(B)的口部分的放大平面圖。
圖5為說明放大圖4(A)的A部后的探測(cè)器部分的探測(cè)器前端構(gòu)造以及布線層的構(gòu)成的詳細(xì)剖面圖，(A)中顯示第1構(gòu)成例，(B)顯示第2構(gòu)成例。
圖6為從橫向觀察探測(cè)時(shí)的狀態(tài)的圖，是用來說明過度驅(qū)使量與擦蹭量的圖。
圖7為放大圖4(A)的B部來表示的探測(cè)示意圖，(A)為側(cè)視圖，(B)為俯視圖，(C)為立體圖。
圖8(A)、(B)、(C)為說明3種探測(cè)器的剖面圖。
圖9(A)、(B)、(C)為說明3種探測(cè)器的耐久性評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。
圖10(B)、(C)為說明接觸特性測(cè)定結(jié)果的圖。
圖11為說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的檢查探測(cè)器的剖面圖(A)以及俯視圖(B)。
圖12為說明基材較薄時(shí)的翹曲量測(cè)定結(jié)果的圖。
圖13(A)、(B)、(C)為說明從基材的背面一側(cè)看基材較薄時(shí)的翹曲減少對(duì)策的狀態(tài)的圖。
圖14(A)～(Q)為說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的檢查探測(cè)器的制造方法的工序剖面圖。
圖15(A)～(S)為說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的檢查探測(cè)器的制造方法的工序剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
(第1實(shí)施方式)圖4(A)、圖4(B)以及圖4(C)，分別為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的探測(cè)器(probe)構(gòu)造的剖面圖、俯視圖以及探針(probe pin)部分的放大俯視圖。圖5為放大圖4的A部的探測(cè)器部分的詳細(xì)剖面圖。
如圖4以及圖5所示，本發(fā)明的第1實(shí)施方式的探測(cè)器構(gòu)造，由接觸作為被檢查物的半導(dǎo)體裝置1的外部端子電極2的探針3、用來擴(kuò)展電極間距的布線層5、保持布線層的基材4、設(shè)置該基材4的支持板7、檢查基板8、以及將聚酰亞胺作為基材的具有柔軟性的FPC(Flexible Printed Circuit柔性印刷電路板)6構(gòu)成?；?，為了抑制探測(cè)器制造的熱經(jīng)歷所引起的針位置精度的惡化，并抑制實(shí)施晶片檢查時(shí)的高溫狀態(tài)下的檢查時(shí)半導(dǎo)體電極與探針的位置偏移，而使用玻璃陶瓷、玻璃、硅等熱膨脹系數(shù)與廣泛用作半導(dǎo)體材料的硅接近的材料。這些材料中，從加工容易性、電氣特性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用玻璃陶瓷。
探針3以相對(duì)半導(dǎo)體裝置1的外部端子電極2形成面成0～45°的角度分別獨(dú)立設(shè)置，具有彈性。作為具有彈性的材料，根據(jù)探針自身的楊氏模量、和作為測(cè)定對(duì)象的半導(dǎo)體裝置的電極與探針之間的接觸壓，最好是具有100Gpa以上的楊氏模量的材料，優(yōu)選在150～250Gpa的范圍內(nèi)。布線層5與探針3電連接。FPC6用來將布線層5引出到檢查基板8上。支持板7安裝在檢查基板8上。
對(duì)照?qǐng)D5，對(duì)探針3以及基材4上的布線層5的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖5中，(A)中表示第1構(gòu)成例，(B)中表示第2構(gòu)成例。
在基材上用具有100Gpa以上的楊氏模量的金屬層(例如鎳、鎳/鐵合金、鎳/鈷合金、鎳/錳合金)，通過電鍍同時(shí)形成探針與布線層。令尺寸為在20μm的電極間距的情況下不產(chǎn)生短路的最大寬度10μm，令厚度為通過1次鍍敷工序所能夠形成的最大厚度10μm。探針部分從基材部分中突出設(shè)置。令探針部分的長度為400μm，這是根據(jù)將70μm的過度驅(qū)使(將作為被檢查物的半導(dǎo)體電極與探針前端相接觸的位置作為基準(zhǔn)，半導(dǎo)體電極從該位置起上升的量＝探針被壓下的量)負(fù)荷于探針時(shí)處于彈性界限內(nèi)、且盡量短的這個(gè)條件。在連接探針部分以外的布線層上，為了抑制因?qū)w損耗所引起的信號(hào)傳輸特性的惡化，通過電鍍或?yàn)R射法，形成與作為上述布線層的Ni或Ni類合金相比體積電阻率較小的1～4×10-8Ω·m范圍的低電阻金屬層9(例如金、金/鈀合金、金/銅合金)。形成區(qū)域，從探針根部與基材的邊界進(jìn)入到制造公差1μm的基材側(cè)的部分起，在布線層5全面上為8μm的寬度。
之后，在探針前端部分的與半導(dǎo)體電極之間的接觸面?zhèn)龋ㄟ^電鍍或?yàn)R射法形成金屬層10(例如金合金)。另外，探針前端部分的金屬層與布線層上的體積電阻率較小的金屬層，在使用同一材料的情況下能夠同時(shí)形成，由于削減了工序數(shù)，因此有助于降低制造費(fèi)用。
前端部分的金屬層10形成區(qū)域的大小如下所述。例如接觸對(duì)象為20μm間距、電極尺寸12μm，設(shè)相對(duì)檢查探測(cè)器的半導(dǎo)體電極形成面的接觸角度為15°、過度驅(qū)使量(以作為被檢查物的半導(dǎo)體電極與探針前端相接觸的位置為基準(zhǔn)，半導(dǎo)體電極從該位置上升的量＝探針被壓下的量)為70μm。這種情況下，前端部分的金屬層10形成區(qū)域的探針3長邊方向，必需為擦蹭(scrub)量(探針前端因過度驅(qū)使而在電極上擦蹭著移動(dòng)的量14μm)、電極尺寸(12μm)、探針3的長邊方向位置公差(±5μm)、以及半導(dǎo)體裝置1的電極2的位置公差(±1μm)的合計(jì)長度也即38μm以上。前端部分的金屬層10形成區(qū)域的寬度方向，必需為探針3的寬度的一半以上。關(guān)于長邊方向的必需長度將分別進(jìn)行說明。
圖6為表示從側(cè)面觀察接觸點(diǎn)與過度驅(qū)使70μm的半導(dǎo)體裝置1的電極2與探針3的狀態(tài)的圖。
從圖6可以得知，擦蹭量為探針3接觸電極2之后，探針3在電極上擦蹭著移動(dòng)的量。電極尺寸為過度驅(qū)使結(jié)束時(shí)(檢查時(shí)刻)，與探針3相接觸的部分。為了維持電極2與探針3的初始位置關(guān)系，必需考慮探針3的長邊方向位置與電極位置的各個(gè)公差。當(dāng)然，還可以考慮探針的長邊方向的位置精度，起初便讓探針突出電極的一半左右(6μm)。
另外，探針前端部分的金屬層10和基材上的布線層上所形成的低電阻金屬層9，既可以是相同的材料，又可以是不同的材料。例如，在半導(dǎo)體裝置的電極為金的情況下，可以讓探針前端所形成的金屬層10為金，低電阻金屬層9為金。這種情況下，由于能夠同時(shí)形成探針前端部分的金屬層10與布線層上的低電阻金屬層9，因此能夠省略工序，從而能夠降低制造成本。另外，還可以讓探針前端所形成的金屬層10為金合金、鈀或銠，低電阻金屬層9為金。也即，探針由于反復(fù)使用，因此在探針前端金屬層的硬度與半導(dǎo)體電極材料相同或較低的情況下，有可能會(huì)因連續(xù)探測(cè)，使得探針前端的金屬層被剝離。為了避免這種情況，確保探針的長期可靠性，最好令探針前端所形成的金屬層10，用具有比半導(dǎo)體裝置1的外部端子電極2高的硬度的材料構(gòu)成。但是，在使用頻度較少的情況下，金屬層10與低電阻金屬層9這兩者可以是相同材料(例如金)。
接下來，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)分離探針前端部分的金屬層10與布線層上的低電阻金屬層9的有效性進(jìn)行說明。
首先對(duì)照?qǐng)D7的探測(cè)示意圖，對(duì)探測(cè)的機(jī)理進(jìn)行說明。圖7(A)、(B)、以及(C)，分別為以金屬突起電極2為接觸對(duì)象的情況下的探測(cè)前后的側(cè)視圖、俯視圖以及立體圖。另外，(C)的○標(biāo)記省略了針前端來表示，以便能夠確認(rèn)半導(dǎo)體電極的形狀。
探針3由于過度驅(qū)使，針自身彈性變形并在金屬突起電極2上產(chǎn)生擦蹭，從而能夠得到電接觸。
在這種機(jī)械地獲得接觸的探針構(gòu)造中，例如在令半導(dǎo)體裝置的電極為金突起的情況下，使用圖8((A)探針與布線層的全面上形成有金屬層的情況、(B)只有探針母材與布線層的情況、(C)只有探針前端與布線層上形成有金屬層的情況)中所示的3種探針時(shí)的探針的機(jī)械特性的調(diào)查結(jié)果，如圖9(A)、(B)、(C)所示。
對(duì)照?qǐng)D8對(duì)探針的詳細(xì)構(gòu)造進(jìn)行說明。(B)為用寬10μm、厚10μm、長400μm的具有彈性的單一金屬形成的探針。(A)為在與(B)的半導(dǎo)體裝置電極相接觸的面上，將金合金鍍敷從探針前端到根部以寬8μm、厚2μm設(shè)置的探針。(C)為在(B)的探針上，將金合金鍍敷以從前端起100μm的長度、寬8μm、厚2μm來形成的探針，為本發(fā)明的探針構(gòu)造。
圖9中，縱軸表示過度驅(qū)使(μm)，橫軸表示荷重(mg/pin)。
圖9為對(duì)探針反復(fù)進(jìn)行了一定量的過度驅(qū)使的情況下的重復(fù)次數(shù)與探針上承受的荷重的測(cè)定結(jié)果。從圖9(A)可以得知，在將金屬層在探針與布線層的全面上形成的情況下，1000次之后探針便無法回到原來的位置，10萬次時(shí)，產(chǎn)生了距離初始位置20μm的變形。也即，可以推定在探測(cè)時(shí)，因探針根部所承受的應(yīng)力，鍍金層彈性變形，在其影響下產(chǎn)生探針的變形。與此相對(duì)，其他的探針荷重變化較小，沒有發(fā)生變形。
圖10(B)以及(C)中表示使用上述的反復(fù)探測(cè)之后荷重變化也較小的兩種探針的情況下的接觸特性。圖10中，(B)表示用具有彈性的單一金屬所形成的探針，(C)表示本發(fā)明的探針，圖10中，縱軸表示電阻值(Ω/2pin)，橫軸表示過度驅(qū)使(μm)。
從圖10可以得知，探針前端形成有金合金鍍層的構(gòu)造，接觸電阻值的偏差較小，顯示出了良好的接觸特性。這里，在探針的前端上形成金合金鍍層，且與布線層狀的金屬層分離的情況下，探針的一部分上沒有形成金屬層，擔(dān)心會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)體損耗。但是，從圖1可以得知，由于與布線層的長度相比，探針的露出長度足夠短，可以認(rèn)為露出部分中的導(dǎo)體損耗小到可以忽略，這一點(diǎn)從圖10的結(jié)果也可以得出。
如上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示，通過只在成為電氣接點(diǎn)部分的探針3前端部分上形成金屬層10，并與基材4的布線層5上的低電阻金屬層5分離，能夠同時(shí)滿足良好的接觸特性與耐久性這兩個(gè)特性。因此，讓探針3前端部分的金屬層10與布線層5上的低電阻金屬層9分離，具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的檢查探測(cè)器中，能夠?qū)?yīng)40μm以下的電極間距的理由主要有3點(diǎn)。第1，基材通過使用與玻璃陶瓷、玻璃、硅等的PI(聚酰亞胺薄膜)相比熱膨脹系數(shù)較小的材料，從而能夠防止制造工序的熱經(jīng)歷中的精度惡化。第2，通過應(yīng)用電鍍技術(shù)，能夠用非常微小的針寬度確保一定水平的厚度，因此能夠確保接觸壓力。例如用10μm的針寬度能夠形成10μm的針厚度。第3，通過使用微機(jī)器技術(shù)，能夠使用添加物(additive)工藝形成探針與基材上的布線層。詳細(xì)內(nèi)容在后述的制造方法部分中說明。
(第2實(shí)施方式)圖11(A)以及(B)，分別為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的檢查探測(cè)器構(gòu)造的剖面圖以及俯視圖。
上述的本發(fā)明第1實(shí)施方式，在組裝圖4中所示的結(jié)構(gòu)體時(shí)，必需高精度對(duì)合4個(gè)基材的位置，且支持板7必需具有非常高的精度。
因此，通過采用本發(fā)明的第2實(shí)施方式中所示的構(gòu)造，能夠進(jìn)一步提高接觸可靠性，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)體組裝的容易化。另外，還能夠降低支持板7的精度要求，實(shí)現(xiàn)低造價(jià)化。當(dāng)然，探針前端部分與低電阻金屬層，采用與本發(fā)明的第1實(shí)施方式相同的構(gòu)成。以下對(duì)與本發(fā)明第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)上的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
使用玻璃陶瓷作為基材材料，從探針、布線層形成面的背面起，將基材4研磨削薄至100μm左右。根據(jù)研磨后的表面狀態(tài)，為了去除加工變質(zhì)層，還可進(jìn)行干蝕刻。在基材厚度為200μm以上的情況下，在安裝支持板時(shí)很難彎曲，在為50μm以下的厚度的情況下，在研磨加工以及支持板安裝時(shí)容易產(chǎn)生基材破損。因此，恰當(dāng)?shù)暮穸确秶?5～175μm，如果考慮到彎曲的容易性，則比中間值稍薄的100μm左右是最佳值。為了確保探測(cè)器基材4外周部的剛性，用粘接材料13貼裝厚度600μm以上的用與探測(cè)器基材4相同的材料(玻璃陶瓷、玻璃、硅)形成的支持基板14。將此貼裝后的部件安裝在檢查基板8上。檢查基板8的中央部分中，安裝有凸出狀的支持體(支持板)7，用此端面進(jìn)行支持。通過該支持點(diǎn)與探測(cè)器基材4的彎曲起點(diǎn)，得到能夠讓探針3相對(duì)半導(dǎo)體裝置1的電極形成面所成的角度為期望值的構(gòu)造。
如此與本發(fā)明的第1實(shí)施方式不同，由于本發(fā)明的第2實(shí)施方式中，在四邊上整體形成探針3，并將其安裝在檢查基板8上，因此能夠提高組裝后的探針3的位置精度，從而能夠提高接觸可靠性。另外，為了能夠在探針3中有損傷的情況下，更換每個(gè)探測(cè)器基材4，用螺絲固定或定位銷、通過可拆裝的固定方法，來在檢查基板8上安裝探測(cè)器基材4。
另外，如圖11所示，檢查基板8與凸起狀支持體(支持板)7中，設(shè)有貫通孔15。該貫通孔15，在將第2實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)體安裝在探測(cè)裝置(prober)中之后，在上述結(jié)構(gòu)體的上面設(shè)置照相機(jī)，使得探針3與半導(dǎo)體裝置1的電極2的接觸狀態(tài)可視化。另外，貫通孔15，雖然只要以能夠觀察探針3與半導(dǎo)體裝置1的電極2的尺寸設(shè)有1處即可，但為了掌握XYθ方向的位置關(guān)系，優(yōu)選在各邊上分別設(shè)置1處。
通過像這樣設(shè)置貫通孔15，能夠使得將檢查探測(cè)器安裝在探測(cè)裝置后的位置對(duì)合確認(rèn)變得容易，從而能夠縮短步驟時(shí)間。
在將探測(cè)板單元(probe card unit)安裝在支持板上時(shí)，100μm是容易彎曲且不會(huì)發(fā)生破損的恰當(dāng)?shù)暮穸?，這在本實(shí)施例的開頭便進(jìn)行了說明。在將基材厚度削薄為適當(dāng)值100μm左右的情況下，雖然不會(huì)破損且容易彎曲，但存在產(chǎn)生翹曲的問題。圖12中表示的是將探測(cè)板單元安裝在支持板上時(shí)的基材的翹曲測(cè)定結(jié)果。所使用的探測(cè)板單元的梯形部分(基材部分)的尺寸是，形成有探針的邊(上邊)為10mm，作為彎曲的起點(diǎn)的下邊為36mm，高為13mm。圖中表示的是，設(shè)從探針的根部與基材的邊界進(jìn)入到基材側(cè)中1mm的部分的左起1mm的部分為0，對(duì)距右端8mm的區(qū)間使用非接觸激光測(cè)定器以支持板的凸部表面為基準(zhǔn)測(cè)定高度的結(jié)果。基材的排列探針的邊的尺寸，由于需要400根探針，因此在400×0.02mm＝8mm上加上兩側(cè)1mm共為10mm。測(cè)定時(shí)空出兩側(cè)1mm，只在中央部的8mm中實(shí)施。圖中的橫軸表示距離測(cè)定開始點(diǎn)的距離，縱軸表示距離支持板的凸部表面的高度?？梢缘弥醒氩?左起4mm處)產(chǎn)生了5μm的凹形翹曲。由于在像這樣產(chǎn)生了翹曲的情況下，探針3中產(chǎn)生了高度偏差，因此必須增加用來得到良好的接觸性的過度驅(qū)使量，探針的根部所承受的彎曲應(yīng)力變大，導(dǎo)致探針3的耐久性惡化。
因此，如圖13所示，需要有降低翹曲的對(duì)策。這里考慮了3種對(duì)策。另外，圖13(A)、(B)、(C)為從背面一側(cè)看基材4的圖。
第1種如圖13(A)所示，在基材4的背面上貼裝有翹曲強(qiáng)制用板41，或者在基材4的端面上形成槽口42。翹曲強(qiáng)制用板41的安裝位置、槽口42的形成位置，最好盡量接近探針3。
第2種如圖13(B)所示，為在基材4的背面上，以不會(huì)給表面布線帶來不良影響的深度水平形成多個(gè)切口43的結(jié)構(gòu)?？紤]有橫向一個(gè)方向、縱向一個(gè)方向或橫向及縱向雙方的這3種情況，可以根據(jù)翹曲的狀況來選擇。
第3種如圖13(C)所示，在研磨了基材4的背面之后，在成為彎曲的起點(diǎn)的部分上，以不會(huì)給表面的布線帶來不良影響的深度水平，形成切口43。
通過采用這些構(gòu)造，即使在具有探針3與布線層5的基材4的研磨之后的厚度較薄的情況下，也能夠降低翹曲。另外，由于將用來得到良好的接觸的過度驅(qū)使量保持得較小，因此還能夠?qū)崿F(xiàn)探針3的長壽化。
如上所述，通過采用本發(fā)明的第2實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高接觸可靠性，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)體組裝的容易化。另外，還能夠降低支持板7的精度要求，實(shí)現(xiàn)第造價(jià)化。
(制造方法)
接下來，對(duì)照?qǐng)D14以及圖15，對(duì)本發(fā)明的第1以及第2實(shí)施方式中的檢查探測(cè)器構(gòu)造以及探測(cè)器前端構(gòu)造的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，本例中以制造圖5(B)中所示的第2構(gòu)成例的情況為例進(jìn)行說明。
首先，對(duì)照?qǐng)D14，對(duì)具有本發(fā)明第1實(shí)施方式的探針3與布線層5的探測(cè)器基材4的制造方法以及往檢查基板8上安裝的方法進(jìn)行說明。
最初如圖14(A)所示，為了能夠在探針形成區(qū)域上形成底座之后維持強(qiáng)度，準(zhǔn)備500μm以上的厚度的基材4。為了抑制探測(cè)器制造的熱經(jīng)歷所引起的針位置精度的惡化，并抑制實(shí)施晶片檢查時(shí)的高溫狀態(tài)下的檢查時(shí)的半導(dǎo)體電極與探針的位置偏移，使用熱膨脹系數(shù)與廣泛用作半導(dǎo)體材料的硅接近的材料，例如玻璃陶瓷、玻璃、硅。這些材料中，從容易加工性、電氣特性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用玻璃陶瓷。接下來，如圖14(B)所示，在基材4的形成探針3的區(qū)域中，通過研磨機(jī)，考慮到外形切削工序的研磨機(jī)的精度，形成150μm以上深度的底座16。接下來，如圖14(C)所示，在基材4的表面以及該底座16上通過濺射或蒸鍍將晶種層18成膜0.3μm之后，如圖14(D)所示，通過電鍍形成作為犧牲層17的金屬層(例如銅)，直到底座部分的犧牲層表面為基材4的表面以上。對(duì)探測(cè)器基材4的表面進(jìn)行鍍敷。之后如圖14(E)所示，通過在鍍敷后進(jìn)行研磨，形成只在底座16中填充有犧牲層17的結(jié)構(gòu)。
接下來，如圖14(F)所示，在露出了犧牲層17的面上，形成0.3μm左右厚度的晶種層18。接下來，如圖14(G)所示，在該面上涂布或粘接20μm左右厚度的保護(hù)層19，并如圖14(H)所示，通過曝光/顯影，形成將相當(dāng)于探針3以及布線層5的部分的保護(hù)層19剔除的形狀。然后如圖14(I)所示，在該凹部中通過鍍敷，形成具有彈性的金屬層20。接下來如圖14(J)所示，在其上面進(jìn)行保護(hù)層涂布/曝光/顯影，并在探針前端部分與布線層上形成凹部。接下來如圖14(K)所示，在該凹部中，在前端中鍍上或?yàn)R射接觸特性良好的金屬層10，在布線部中鍍上或?yàn)R射低電阻金屬層9。
之后，如圖14(L)所示，通過濕蝕刻去除保護(hù)層19，殘留探針以及布線層。接下來，如圖14(M)所示，通過研磨等去除露出來的晶種層18，最后如圖14(N)所示，通過濕蝕刻去除犧牲層17，形成探針。之后，如圖14(O)所示，通過將基板4切割成所期望的外形形狀，完成具有探針3與布線層5的基材4。接下來，如圖14(P)所示，通過ACF熱壓接，將FPC6或TCP連接在位于基材4的布線層的前端的外部端子上。進(jìn)而，如圖14(Q)所示，安裝在檢查基板8上的支持板7上。
探針3相對(duì)半導(dǎo)體裝置1的電極2的接觸角度，由支持板7的傾斜角所決定。因此，支持板7必需具有非常高的制造精度，組裝也需要很高的技能。最后通過ACF等，將檢查基板8與FPC6或TCP的另一方端子相連接。
接下來，對(duì)照?qǐng)D15，對(duì)具有本發(fā)明第2實(shí)施方式的探針3與布線層5的探測(cè)器基材4的制造方法進(jìn)行說明。
最初如圖15(A)所示，準(zhǔn)備500μm以上的厚度的基材4?；?，例如由陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃、硅構(gòu)成。接下來如圖15(B)所示，在基材4的形成探針3的區(qū)域上，通過研磨機(jī)形成150μm以上的底座16。接下來，如圖15(C)～(E)所示，通過鍍敷在底座16中填充作為犧牲層17的金屬層(例如銅)。
接下來，如圖15(F)所示，在露出了犧牲層17的面上形成0.3μm左右厚度的晶種層18。接下來，如圖15(G)所示，在該面上涂布或粘接20μm左右厚度的保護(hù)層19，如圖15(H)所示，通過曝光/顯影，形成將相當(dāng)于探針3以及布線層5的部分的保護(hù)層19剔除的形狀的保護(hù)層圖形。接下來如圖15(I)所示，在該凹部通過鍍敷，形成具有彈性的金屬層20。接下來如圖15(J)所示，進(jìn)行保護(hù)層涂布/曝光/顯影，在探針前端部分與間距擴(kuò)展布線中形成凹部。
接下來如圖15(K)所示，在凹部的前端上鍍敷或?yàn)R射接觸特性良好的金屬層10，在凹部的布線部上鍍敷或?yàn)R射低電阻金屬膜9。
另外，也可以先只在探針前端部分上形成凹部，在該凹部中鍍敷或?yàn)R射接觸特性良好的金屬層10，接著只在間距擴(kuò)展布線上形成凹部，在該凹部中鍍敷或?yàn)R射低電阻金屬膜9。
之后，如圖15(L)、(M)所示，通過濕蝕刻去除保護(hù)層19與晶種層18。至此的動(dòng)作，均與前述本發(fā)明的第1實(shí)施方式相同。
接下來，如圖15(N)所示，通過蠟21或粘接材料，將具有探針3與布線層5的面，安裝在呈水平面的平臺(tái)上。接下來，如圖15(O)所示，例如將基材4削薄到150μm以下，直到犧牲層17從背面一側(cè)露出來。之后，如圖15(P)所示，從平臺(tái)上取下。
如圖15(Q)所示，去除犧牲層17。之后，如圖15(R)所示，將厚度為500μm以上、大小與具有探針3和布線層5的基材4相同、且從作為彎曲的起點(diǎn)的部分起中央方向上穿透的形狀的支持基板14，與具有探針3與布線層5的基材4，通過粘接材料13粘合起來。如圖15(S)所示，在具有探針與布線層的基材的研磨后的厚度低于100μm的情況下，在將基材4安裝在檢查基板8上之前，在其上形成采用第2實(shí)施方式中所示的3種對(duì)策的構(gòu)造。
槽口41、切口43的形成，在研磨了基材4背面之后的工序中，使用切割鋸或激光來進(jìn)行加工。翹曲強(qiáng)制板41的貼裝，將與基材4相同的材質(zhì)切割成所期望的尺寸，并通過粘接材料將其安裝在基材背面。
通過以上說明可以得知，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體，以具有彈性的金屬層為核心，具有根據(jù)半導(dǎo)體裝置的電極材料將前端部分的構(gòu)造最適化了的探針；具有布線層的基材；具有向檢查基板引出布線的布線層的柔軟的基板；以及，在檢查基板的中央部上設(shè)置決定半導(dǎo)體裝置的電極與探針的接觸角度的基材的支持板，是一種在探針與半導(dǎo)體裝置的電極相接觸的面上，根據(jù)半導(dǎo)體裝置的電極材料進(jìn)一步設(shè)置接觸特性良好的材料的構(gòu)造，具有在為了電極間距擴(kuò)展變換而在基材上形成的布線層上所形成的低電阻金屬層，采用將接觸特性良好的材料層與低電阻金屬層分離的檢查探測(cè)器構(gòu)造。通過采用這種結(jié)構(gòu)，能夠獲得半導(dǎo)體裝置的電極與檢查探測(cè)器的穩(wěn)定可靠的電氣接觸，實(shí)現(xiàn)實(shí)用水平的耐久性。再有，通過將具有探針與布線層的基材四邊整體地制造，并形成安裝在其中具備具有貫通孔的凸起狀的支持板的檢查基板上的檢查探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，能夠獲得更高的接觸可靠性。
權(quán)利要求
1.一種檢查探測(cè)器，檢查半導(dǎo)體裝置(1)的電氣特性，其特征在于具有基材(4)；設(shè)置在上述基材上的布線層(5)；與上述布線層電連接，且從基材上突出設(shè)置的探針(3)；設(shè)置在上述探針的前端的第1金屬層(10)；以及，形成在上述布線層上的第2金屬層(9)，且為上述第1金屬層(10)與上述第2金屬層(9)分離的構(gòu)造。
2.如權(quán)利要求1所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述第1金屬層，根據(jù)上述半導(dǎo)體裝置的外部電極端子材料，在接觸特性良好的材料中選擇。
3.如權(quán)利要求1所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述第2金屬層，其體積電阻率比上述布線層的體積電阻率小。
4.如權(quán)利要求1所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述基材上設(shè)有多個(gè)上述探針。
5.如權(quán)利要求1所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述第1金屬層(10)與上述第2金屬層(9)由相同材料制成。
6.如權(quán)利要求1所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述第1金屬層(10)與上述第2金屬層(9)由不同材料制成。
7.如權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述第1金屬層(10)，具有比上述半導(dǎo)體裝置的外部端子電極(2)高的硬度。
8.如權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述第1金屬層(10)的形成區(qū)域的尺寸，其寬度方向?yàn)樯鲜鎏结樀膶挾鹊囊话胍陨希溟L度方向?yàn)閷㈦姌O大小的1.0倍、上述檢查探測(cè)器與電極相接觸后的移動(dòng)量、以及考慮了探針的長邊方向的位置公差和電極的位置公差后的長度相加得到的尺寸以上。
9.如權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述探針的相對(duì)半導(dǎo)體裝置電極形成面的角度為0～45°。
10.如權(quán)利要求1所述的檢查探測(cè)器，其特征在于在半導(dǎo)體裝置電極的配置為周邊配置有多針、且必需與檢查基板相連接的情況下，具備從上述基材(4)到檢查基板之間電連接的具有柔軟性的布線基板；以及，放置在上述檢查基板上、且設(shè)置上述基材(4)的支持板(7)。
11.如權(quán)利要求10所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述基材(4)的周邊部分，經(jīng)粘接材料與材質(zhì)與上述基材相同的支持基板(14)一體化，該支持基板放置在上述檢查基板(8)上；上述支持板(7)，在上述檢查基板的中央部分上形成有凸起狀，使得上述探針(3)相對(duì)上述半導(dǎo)體裝置(1)的電極(2)成給定的角度。
12.如權(quán)利要求11所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述支持板(7)與上述檢查基板(8)的一部分上具有貫通孔(15)。
13.如權(quán)利要求11所述的檢查探測(cè)器，其特征在于具有減少上述基材(4)中產(chǎn)生的翹曲的翹曲減少機(jī)構(gòu)(41、42、43)。
14.如權(quán)利要求13所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述翹曲減少機(jī)構(gòu)，是貼裝在上述基材(4)的背面的翹曲強(qiáng)制用板(41)。
15.如權(quán)利要求13所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述翹曲減少機(jī)構(gòu)，是形成在上述基材(4)的端面的槽口(42)。
16.如權(quán)利要求13所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述翹曲減少機(jī)構(gòu)，是形成在上述基材(4)的成為彎曲的起點(diǎn)的邊緣部分上的切口(43)。
17.如權(quán)利要求13所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述翹曲減少機(jī)構(gòu)，是在上述基材(4)的背面，以不影響上述基材的表面以及布線部的深度形成的多個(gè)切口(43)。
18.如權(quán)利要求17所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述多個(gè)切口(43)位于橫向上。
19.如權(quán)利要求17所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述多個(gè)切口(43)位于縱向上。
20.如權(quán)利要求17所述的檢查探測(cè)器，其特征在于上述多個(gè)切口(43)位于橫向及縱向這兩個(gè)方向上。
全文摘要
以往的晶片檢查用探測(cè)器，在40μm間距以下的細(xì)微間距的情況下，根據(jù)構(gòu)成材料與制造方法，存在很難確保位置精度、因針徑細(xì)微導(dǎo)致接觸時(shí)產(chǎn)生針破壞、因接觸力不足而無法得到良好的接觸、以及耐久性不足的問題。為了解決這些問題，本發(fā)明中的檢查探測(cè)器，為由具備有彈性的探針(3)與布線層(5)的基材(4)、設(shè)置基材的支持板(7)、檢查基板(8)、以及有柔軟性的基板(6)構(gòu)成的探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有探針前端上根據(jù)半導(dǎo)體裝置的電極材料形成接觸性良好的材料層(10)、布線層上形成低電阻金屬層(9)的結(jié)構(gòu)，且接觸性良好的材料層與低電阻金屬層相分離。通過該構(gòu)造，在40μm間距以下的超細(xì)微間距中，能夠得到非常高的接觸可靠性與機(jī)械耐久性。
文檔編號(hào)G01R1/073GK1774638SQ20048001033
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者谷岡道修, 服部敦夫 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社, 雅馬哈株式會(huì)社