WO1996013728A1

WO1996013728A1 - Structure de sonde

Info

Publication number: WO1996013728A1
Application number: PCT/JP1995/002092
Authority: WO
Inventors: Yoshinari Takayama; Toshikazu Baba; Atsushi Hino; Ichiro Amino
Original assignee: Nitto Denko Corporation
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1996-05-09
Also published as: US5977783A; KR970707444A

Description

明細寄

ブ D—ブ構造

技術分野

本発明は、微細な被検査体に対する «気的諸特性の測定、あるいは高温下で行われるバーンィンテスト等に有用なプローブ構造に関し、特に被検査体との接点部がバンプであるものに閼する。かかる被検査体としては、半導体素子が形成されたダイシング前のウェハもしくはダイシング後のベアダイ、また、これら素子にほぼ同じサイズの基板が一体化された、いわゆるチップサイズパッケージ、さらに、これらのパッド上に板状もしくは半球状のハンダボールまたは金等からなるバンプ *極が形成されたものが例示される。

背景技術

従来、 I Cチップの諸特性の検査は、 I Cをパッケージした後に行われていた。例えば、高温下における特性検査であるバーンインテストでは、ブリント配據板上に配設された I Cソケッ卜に I Cパッケージを揷入し、高温下で負荷圧をかけながらテストするという方法が採られていた。

近年、多数の集接回路をウェハ上に形成した段階で結合した、チップオンボード、マルチチップモジュール等の大規模な集積回路の開発が急速に伸びたため、個々の I Cに対するバーンィンテスト等の諸特性の検査は、パッケージ前の裸の状態、即ち I Cチップ（ダイレベル）、たはダイシング前のウェハレベルの段瞎で行なうことが要求されている。

ダイレベルの段隋においてテストを行うための 1つの方法として、回路形成された I Cチップのパッド上に板状または半球状の半田バンプを形成し、これをブリント配線板状に配置された接合部にハンダ付けし、高温下で負荷電圧をかけながらテストをするという方法が举げられる。

上記のような微 Ifflな被検査体の S気的な特性検査を行うために、ブローブカードと呼ばれるものが開発されている。これは、柔軟性を有する絶掾基板面上に、被検査体の接触対象部分と当接する接点部（いわゆるバンプ）を有するものである（特開昭 6 2— 1 8 2 6 7 2号公報等参照）。

このようなプローブカードでは、バンプは、接触抵抗が小さく、耐食性および耐磨耗性に優れたものであることが必要である。このため、従来のバンプの最外層には、接触抵抗が小さく耐食性にすぐれた金、または杓 0. 1 %程度のニッケル、コバルトを金に添加して耐磨耗性を向上させた硬質金が使われていた。

しかしながら、バンプの最外層に金または硬質金を用いた場合、これらは被検査体の «¾パッドとの接触によって容易に変形するので、導通不良や接触抵抗の変化等のトラブルが発生し、繰り返しの検査に用いるにはブローブとしての信頼性は低いものであった。

また、該最外層の下地に卑金属を用いた場合、最外層の金がつぶれて卑金属が露出し、その部分から卑金属の酸化や腐食が生じるという問題があつた。

また、被検査体が I Cである場合、その極パッドの材料は主にアルミニウムであるが、バーンインテストのように熱履歴がある場合、アルミニウムがバンプ表面の金に転写付着し、拡敖して、接触抵抗が高くなるという問 gがあった。また、硬質金に含まれる銅、ニッケル等の卑金属は、高温時に表面まで拡散し、酸化して、接触抵抗が高くなるという Wliがあった。

さらに、上述のように、 I Cチップのパッド上に板伏または半球状の半田バンプを形成して利用するようなテスト方法においては、テスト終了後、温度をかけて半田バンプの半田を溶融させて I Cチップを取り外すので、 I Cチップのパッド上に形成されたバンプの大きさ体積、形状等がまちまちになり、再度、半田バンブを形成し直す必要があった。また、 I Cを剝がした後のプリント配線板上の接合部にも半田が残っているので、毎回検査を行う毎に掃除をしなければならないという問題があった。

こうした問題は、ベアチップウェハだけでなく、 I Cチップをチップと同サイズの基板と一体化したチップサイズパッケージにおいても指摘されるものである。本発明は、上記従来の問題点を解決し、ウェハ、 I C、半導体素子、さらにはチップサイズパッケージ等の微細な被体のお気的テスト、特にバーンィンテストにおいて、低くかつ安定した接触抵抗を維持することを目的とする。また、

- '

被検査体に半田バンプを形成して利用するようなテスト方法においては、検査後の被検査体の半田成分がブローブ構造の当接部に付着することがなく、換言すると、被検査体の半田バンプの体積の滅少を防ぐことを目的とする。さらに、被検査体との接触開閉の緣り返しに対しても、初期の接触状想からの劣化が少なく、信頼性の高いテストを行うことを目的とする。

発明の開示

上記目的は、次に示す本発明のプローブ構造によって達成される。

( 1 ) 絶緣性基板の一方の面側に導 «性の接点部が形成され、絶縁性基板の他方の面側に導 ¾性回路が形成され、接点部と導性回路とが、絶縁性基板の厚み方向の貫通孔内に形成された導通路を介して導通され、接点都が、 ①硬度 1 0 0〜 7 0 0 Hk ( 1 0 OHk以上 70 OHk以下を示す、以下同様）の深層と、 ②硬度 1 0〜30 O Hkの中 IBと、 ③硬度 7 0〜 1 20 OHkの表層とを順次棲層した構造であることを特徴とするブローブ構造。

ただし、 Hkはヌーブ硬さ数（ヌーブ硬度）の単位である。

(2) 接点部における表層がロジウム層、中層が金暦、深暦がニッケル暦もしくは鋇 Bまたはニッケル層と鍋層との積 ¾構造である上記（ 1 ) 記載のブローブ構造。

(3) 接点部における中 Bの厚みが 0.0 l〜3 tzm、表層の厚みが 0.5〜1 0 mである上記（ 1 ) または（2) 記載のプローブ構造。

(4) 接点部における表陽の引っ張り応力が 50 kg/mm² 以下である上記（ 1 ) 〜（3) いずれか記載のプローブ構造。

(5) 接点部における表層、中雇および深層の少なくとも一つがメツキで形成されたものである上記（ 1 ) 〜（4) いずれか記載のプローブ構造。

本発明のブローブ構造は、上記のように、導 ¾性の接点部が深層 ·中層 ·表層の三騸を有するものであり、各層の作用および構造全体の作用は以下の通りである。深層は、公知のバンプ接点と同様、 ¾気信号の導通路となり、かつ接点部の土台または中心部のコアとなつて接点部の強度を支える。

中層は、表層に加えられた接触圧によって接点部内に生じる応力を吸収し緩和する。また、表層の下地として、表層と深層とをよく密着させる作用を有することによって、さらに好ましいものとなる。

表層は、磨耗 ·損傷に強い雇である。耐食性を有し、被検査体からの他の金属の転写 ·拡敢を抑制しうる性質を有することによって、接触抵抗を低レ、状想に維持することができ、さらに好ましいものとなる。

また、半田バンプを形成して利用するようなテスト方法においては、表層に酎触性を付与することによって、被検査体の半田バンプがブローブのバンプとの接触部分に対して転写および拡散することが抑制され、検査後の被検査体の半田バンブの体穑は玆少し雜く、好ましいものとなる。

また、これら 3層の組み合わせ構造によって、各頃の材料の欠点が互いに補われ、繰り返しの接触開閉に対して劣化の少ない接点部が構成される。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明のブローブ構造の一実施例を示す断面図である。

図 2は、本発明のブローブ構造における霣通孔の態様の一例を模式的に示す断面図である。

図 3は、本発明のプローブ構造における接点部の想様の一例を模式的に示す断面図である。

図 4は、表層上に鋭利な突起を有するローブ構造の一例を模式的に示す断面図である。

図 5は、本発明のブローブ構造と多層配榇板とによって構成されるプローブ力一ドの «f造の一例を模式的に示す図である。

図 6は、リジッド基板が一体化されたプローブ構造の第一例を模式的に示す断面図である。

図 7は、リジッド基板が一体化されたプローブ構造の第二例を模式的に示す断面図である。

図 8は、プローブの接触抵抗値を翻べるための ¾気抵抗試驗の測定概念図である _c

図 9は、 I Cの一例を模式的に示す拡大断面図である。

図 1 0は、キャリア内でのバンプと I Cとの接触 «念図である。

図 1 1は、実施例 1の荷重一接触抵抗値の则定結果を示すグラフである。

図 1 2は、実施例 1のヒートサイクルテストの結果を示すグラフである。

図 1 3は、実施例 1のロジウムブローブおよび比較例 1の金プローブの接触抵抗锒を示すグラフである。

図 1 4は、実施例 2の荷重一接触抵抗値の測定結果を示すグラフである。

図 1 5は、実施例 3の荷重-接触抵抗値の測定結果を示すグラフである。

図 1 6は、実施例 4の荷重一接触抵抗値の測定結果を示すグラフである。

図 1 7は、実施例 5の荷重一接触抵抗値の则定結果を示すグラフである。

図 1 8は、実施例 6の荷重 -接触抵抗値の測定結果を示すグラフである。

なお、図 1〜1 0において、同じ参照番号は同じないしは同類の部分を表わす _c 発明を実施すための形態

以下、本発明のブローブ搆造を図面に基づいてさらに詳細に説明する。

図 1は本発明のプローブ構造の一例を示す断面図である。同図に示すように、該ブローブ構造は、絶縁性基板 1の一方の面側 1 aに接点部 2が形成され、該絶緣性基板 1の他方の面側 1 bに導性回路 3が形成され、接点部 2と導 ¾性回路 3とが、該絶縁性基板 1の厚み方向に設けられた莨通孔 4の内部に形成された導通路 5を介して導通される構造であって、さらに、接点部 2が、各硬度 '性質が以下に説明するものであるような、深層 2 c ·中層 2 b ·表履 2 aを有するものである。ただし、同図は、接点部 2と導通路 5とが同じ材料で一体的に形成された場合の例を示す図である。

絶緣性基板 1の材料としては、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、絶緣性と共に可換性を有するもの力ましく、ボリエステル系榭脂、ェボキシ系榭脂、ウレタン系樹脂、ボリスチレン系樹脂、ボリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系榭脂、アクリロニトリル一ブタジエン一スチレン（A B S ) 共重合体榭脂、ボリカーボネート系樹脂、シリコーン系榭^、フッ素系榭脂等の熱硬化性樹脂および熱可塑性榭脂が举げられる。これらのうち、耐熱性および機械的強度に優れ、また被検査体の棣彤張率と合致させられる等の点から、ボリイミド系榭脂が特に好適に使用される。

絶緣性基板 1の厚さは、特に限定されないが、十分な機械的強度や可换性を有するようにするため、 2〜5 0 0〃m、好ましくは 5〜 1 5 0 jLt m、さらに好ましくは 8〜1 5 0〃m、最も好ましくは 1 0〜 1 5 0 mに設定するのがよい。導罨性回路 3は、導体 ·半導体によって形成された回路パターンの他に、接点部、コイル、抵抗体、コンデンサ等の回路を構成する要素を包含する。

導電性回路 3の材料としては導体 ·半導体を問わず導性を有するものであれば特に限定されないが、公知の良導体金厲が好ましい。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、ルテニウム等の単独金属、およびこれら単独金属を成分とする各種合金、例えば、半田、ニッケルー螇、金一コバルト等が挙げられる。

導電性回路 3の厚さは特に限定されないが、路としての抵抗値を小さくする点から 1 m以上が好ましく、化学エッチング等による加工性の点から 2 0 0 m以下が好ましい。これらの範囲內では特に 5〜5 0 // mに設定するのが良い。導 S性回路 3の形成方法としては、絶緣性基板 1上へ目的の回路パ夕一ンを直接描画 ·形成する方法（アディティブ法）と、目的の回路パターンを残すように他の導体部分を除去して形成する方法（サブトラクティブ法）とが挙げられる。前者の方法としては、スパッタリング、各種蒸着、各種メツキ等の成膜方法を用いた回路パターンの描画が挙げられるまた、後者の方法としては、絶縁性基板 1上へ導体層を形成し、該導体層上に目的の回路パターン形状だけを被 81するようにレジスト層を形成した後、露出している導体層をエッチングして、所望の回路パターンを得る方法が挙げられる。貧通孔 4は接点部 2と導 ¾性回路 3との導通路 5となり、睐合う貧通孔同士がつながらない範囲内で、孔径をできる限り大きくし、また、孔間ピッチをできる限り小さくして、単位面 »当たりの該 S通孔の数を增やすことが、導通路 5としての《気抵抗を小さくする上で好ましい。

貫通孔 4の孔径は、 5〜2 0 0 m、好ましくは 8〜5 0〃m程度が良い。貢通孔 4の形成方法は、パンチング等の機械的穿孔方法、プラズマ加工、レーザ一加工、フォトリソグラフィー加工、または絶縁性基板 1 と耐薬品性の異なるレジスト等を用いた化学エッチング等が例示される。また、レーザー加工は該貫通孔 4を任意の孔径ゃ孔間ビツチにて微細加工が可能であり、接点部 2のフアインピッチ化に対応することができる方法ある。なかでもパルス数またはェネルギー量を制御したエキシマレーザー、炭酸ガスレーザ、 Y A Gレーザの照射による穿孔加工は高精度で好ましい。

また、貫通孔 4は、絶縁性基板 1の面に対して垂直に形成されるだけでなく、図 2に示すように、絶縁性基板 1の面に対して所定の角度を成すように形成されることによって、被検査体に与える圧力が分解され、被検査体の導体部分に対する报傷を防止できる。

導通路 5は、贯通孔 4内に形成されて接点部 2と導性回路 3とを接棕しうるものであればよく、貫通孔 4内に導 S性物質を充 *してなるもの、スルーホールメツキのように貫通孔 4の壁面全周に導 ¾性物質の躧を形成してなるもの等が例示される。

導通路 5の形成方法としては、機械導 S性物質を貫通孔 4内にはめ込む方法、 C V D法等の成膝法、 S解メツキや無電解メツキ等のメツキ法等が挙げられるが、導 ¾性回路 3をとした ¾解メツキによる方法が簡便であり好ましい。接点部 2は、被検査体との ¾気的な接触，接挠を意図して絶緣性基板 1の面上に設けられる導体部分である。

接点部 2全体としての »様は、絶縁性基板 1面からの突出の有無を問わず、また、接点部 2上面の接触面の形伏は、接触する相手の突起状魃に応じて、凸状、平面伏、凹状のいずれであってもよい。

従って、基板 1面に対する垂直面 ·平行面で切断したときの接点部 2の断面形状は限定されるものではなく、全ての多角形、円形、楕円形、これら各形状の一部分または複合形等が挙げられ、これら断面形伏の組み合わせによって、接点部 2の形状は、多角柱 '円柱の端部または面、円錐（台） ·角維（台）、球体の —部等、あらゆる立体的形伏が可能となる。

これによつて、被検査体との接触は、点接触、線接触、面接触等となる。

接点部 2の絶緣性基板 1面からの高さは特に限定されるものではないが、 I C 等の徹紬な被検査体に対しては 0. 1 // m〜数百/ z m程度であることが好ましい。被検査体のーパッド当たりの接点数に関して、 1または 2以上設けることができ、特に限定されるものでない。

接点都 2は深頃 2 c、中雇 2 b、表履 2 aの三闉を有する。また、深層 2 cと導通路 5とは、同一材料で一体的に形成されるものであってよい。

深層 2 cの硬度は、 1 0 0〜7 0 O H kに設定する。硬度 1 0 O H k未満では、接点部 2が接触対象物に当接して、圧力がかけられた際に接点部 2の変形が生じ易くなり、硬度 7 0 O H kを上回るとク^ックが発生し易くなる。深層 2 cの硬度のさらに好ましい範囲は、 1 5 0〜6 0 0 H k、実用的には 1 5 0〜2 5 0 H kである。

このような硬度が得られる材料としては、特に限定はされないが、公知のバンブに用いられる安価な良導体金属が好ましいものであり、銅、ニッケル、ニッケル ·パラジウム合金等が例示される。深層 2 cはニッケル層もしくは銅履の単屨構造、またはニッケル層と網層との積層構造が好ましい。

また、深層 2 cと專通路 5とは、同一材料で一体的に形成されて導 S性回路 3 と接梡される場合が多い。このような場合、深 2 cを形成する材料は、導 S性回路 3を形成する材料に対して、結晶学的に整合性を有し、密着が良く、拡散しにくいものであることが好ましい。例えば、導 ¾性回路 3の材料が銅である場合、これに対する深層 2 cの材料は、銅、二ゲル、ニッケル合金が好ましい組み合わせとなる。

硬度の調整方法は、絶緣性基板 1に対して熱によるダメージを与えない点から，合金化または有機物の添加によって翻整することが好ましい。

中) B2 bの硬度は、 1 0〜3 0 OHkに設定する。硬度 1 O Hk未潢では変形し易く、 30 OHkを上回るとクッション性に乏しくなる。中履 2 bの硬度の好ましい範囲は 5 0〜200Hk、特に50〜 1 5 0Hk、さらに 50〜 1 00H kである。このような硬度が得られる材料としては、例えば、金、パラジウム、銀、インジウム、白金等が挙げられる。また、深層 2 c、表層 2 aとの密着性にすぐれ、表面に »出しても耐食性を有する金 ¾がより好ましく、特に、深層が二ッゲル、表層 2 aがロジウムである場合には、中層 2 bには金が最も好ましい材料となる。

中層 2 bの厚さは 0.0 1〜3 u . 好ましくは 0.1〜 1 /mが良い。 0.0 1 πι未満ではクッシヨン効果が弱く、 3 を上回ると圧力をかけた際の変形量が大きくなるので表層 2 aの金属が割れ易い。

表層 2 aの硬度は、 700〜1 20 OHkに設定する。硬度 70 OHk未満では被検査体の導体との接触の際に表層 2 aがダメージを受け易く、 1 20 O Hk を上回るとクラックが発生し易くなる。表層 2 aの硬度の好ましい範囲は、 800 〜1100Hkであり、特に好ましくは 9 00〜 1 0 0 0 Hkである。このような硬度が得られる材料としては、特に限定はされないが、ロジウム、ルテニウム、コバルト一タングステン合金、クロム、鉄一タングステン合金、クロ厶ー乇リブデン合金等の硬質の金属が挙げられる。特に、酎食性を有し、接触対象物から転移する金属の拡散を防止するバリ了として■©性質を有する材料であることがより好ましく、ロジウム、ルテニウム等の賁金属が例示される。

表層 2 aに上記 S金厲を用いる場合、該賁金 Sは、単一金厲、合金のいずれでも良いが、卑金属が表面に拡敉し酸化されることによる接触抵抗の増大や、有機不純物による内部応力の堆大、クラックの発生等を抑制するためにも、 9 9%以上が白金族であることが好ましい。なお、合金の場合、耐食性を有し、拡敢しにくい實金属の組合せが好ましく、口ジゥムとルテニウムとの組み合わせ等が例示される。

被検査体のパッド部のアルミニウム、 Sn Pb半田等の金展に対し、拡 ftしにくいロジウム等を表曆 2 aの材料として用いた場合でも、バーィンテスト等の ¾ 気抵抗試験を行うと物理的に転写することがある。被検査体の I Cを検査毎に交換し、操り返し試験を行う場合に K著である。

転写したアルミニウムや半田は酸化膜を形成し、接触抵抗が高くなるので、 ¾ 気的信頼性に劣る。繰り返し電気抵抗試を安定化させるためには、 1回の試験終了後、接点部 2に転写したアルミニウムや半田を選択的にエッチング除去することが好ましい。

除去方法としては、アルゴンプラズマ等のドライエッチング、または下地金属を浸食させないエッチング液で気的、化学的に処理するゥエツトエッチングがあり、下地金属を浸さないためには、アルカリ性エッチング液を用いることが好ましい。ウエットエッチングの具体例を下記に示す。

例 1 アルミニゥムのパッドに対するゥエツトエッチング

<浸せきタイブ>

無水炭酸ナトリウム 23 gZ^

リン酸ナトリウム 23gZ£

界面活性剤 / 1

70〜 8 0 'C

<S解タイブ>

水酸化ナトリウム 25 gZ

無水炭酸ナトリウム 25 g/

グルコン酸ナトリウム 1 0 / i

EDTA 5 %/ ί

38〜5 0'C、 «流密度： 8〜1 0 AZdm² 例 2 S n Pb半田のパッドに対するゥエツトエッチング

く浸せきタイプ >

30¾過酸化水素 4 0 Z

ほうふつ化水素酸（HBF< , テトラフルォロホウ酸） 1 5 Om£Z£

室温

<¾解タイブ>

水酸化ナトリウム 65 gZ£

グルコン酸ナトリウム 1 5 %/ S,

50〜 6 0 'C、 ¾ ： 2〜 4 V

表層 2 aの厚さは 0.5〜 1 0 //m、好ましくは l〜5 t ni、特に好ましくは 2 〜3 zmが良い。表層 2 aの厚さが、 0.5 m未満ではピンホールが発生し易く、 1 0 / mを上回るとクラックが発生し易くなる。

接点部 2の形成方法、即ち、各層 2 a, 2 b, 2 cの穑層方法は、各層 2 a〜 2 cの構成金 ISの金属箔を相互に圧接させる圧接法、イオンブレーティング、ィオンスパッタリング、 CVD法等の成膜法、電解メツキゃ無電解メツキ等のメッキ法等が挙げられる。これらの形成方法なかでも特に、導通路 5を Sffiとした ¾解メツキによる方法が簡便であり、また品質面でも金属純度、硬度および外観寸法がコントロールでき、バラツキを少なく制御できるので好ましい。

接点部 2をメツキ法によって形成する場合、メツキ液を確実に貫通孔 4內に充填させるため、メタノール换ゃプラズマによる表面改質等の藤れ性向上処理を施すことが好ましい。また、コアの金属を形成する際に、被メツキ表面接に応じた流をリニアに供給し、一定の流密度を維持することによって、コアの内部応力を均一にでき、クラックを防止することができる。

特に、表展 2 aの材料を上記白金族とし、これをメツキで形成する場合、メッキ液中において被メツキ物を左右に揺動することにより、被メツキ物に対するメッキ液の流れ方向および流速が均一となり、各接点部 2における表層 2 aの析出効率が均一になり、結果的に表層 2 aの厚みが均一となる。さらに、メツキ法によって形成する場合、特にロジウムメツキでは、メツキ液の組成や操作条件を制御して、表層 2 aの引っ張り応力を 5 0¾ /mm ² 以下に保つことが好ましい _c 5 0 k g /mm ² を越えるとメツキ皮膜にクラックが生じ易く、好ましくない。メツキ液の組成中における有機不純物をクロ口ホルム抽出で 5 O m g Z ^以下に維待すれば、引っ張り応力を 5 0 k gノ mm ² 以下に維持でき、クラックの発生が抑えられるので好ましい。但し、 5 O m g Z を越えた場合でも、活性炭処理等により有機物を除去すれば再生できる。

また、他の被検査体によっては、図 3に模式的に示すように、深暦 2 c上に複数の微小なバンプ 2 dを有する例が好ましい接点部 2の形状の一態様として举げられる。該微小なバンプ 2 dが形成された深層 2 c上に中層 2 b ■表層 2 aを順次形成し、接点部 2の表面を凹凸にすることによって、接点部 2の接触の際に被検査体の導体表面上に形成された酸化物層や異物等の絶縁層が破壊され、接触の信頼性が改善される。 - '

上記微小なバンプ 2 dの形成方法の一例として、深層 2 cを形成した後、メッキ浴中に、微小なバンプ 2 dの核となる金 S粉末 2 eを分散させて ¾解メツキすることが挙げられる。該金属粉末 2 eの粒径は、深層 2 cの怪の 1 Z 2 0 0〜 1 / 1 0が良い。また、コバルト等の磁性を有する金属粉末 2 eを用い、メツキ浴中に 1 ~ 1 5キロガウス程度の磁場をかけ電解メツキすることで、該金 g粉末 2 eを深履 2 cの表面に均一に施すことができる。

また深層 2 cを形成した後、メツキ条件によって結晶伏態を制御して、接点部 2に突起を形成する方法もある。この操作は深履 2 c、中層 2 bまたは表層 2 a 上のいずれで行なっても良いが、図 4に示すように、表層 2 a上で行えばより ί¾ 利な先端を有する突起 2 f を形成することができる。

鋭利な突起は、 ¾流密度を上げたり、金属腠度を低下させたり、攆拌を弱めたり等の操作で、限界 S流密度の付近でメツキして形成することができる。

その他、結晶粒径の鋼整には、有機、無機の添加剤の添加 iを増減する操作、 ¾流供耠にパルスまたは反転電流を用、る方法等が採用される。表層 2 a上の微細な突起の形状は特に限定されないが、被検査体のパッド部のアルミニウム層上に 1 0 0 A程度の厚さの酸化瞜が形成されている場合には、先端が尖っている方が好ましい。突起の断面形状は、その最大値寸法が底辺 0. 1〜 2. 0 i mに対し、高さ 0. 1〜0. 8 mの三角形が好ましい。底辺 0. 1 mより小さいと支持強度が弱くなり、底辺 2. より大きいと突起先端が鈍角となり酸化膜を突き破りにくくなる。また高さ 0. 1 mより小さいと酸化膜を十分に除去して酸化膜下の金 Sに到達できず接触抵抗は大きくなり、髙さ 0. 8 mより大きいとアルミニゥム等の金属層を突き破り、検査後に行なう被検査体の実装で接梡不良が生じたり、接铳後の ¾気的信頼性が落ちる。

突起 ¾:メッキで形成して穣層する方法外に、ゥエツトまたはドライエツチングにより一度形成した金厲層を研磨する方法、微細な凹凸を有する型を用いてブレスする方法、同様な型のノズルをスポット的にボンダ一等で圧力をかけて、機械的に金属を変形させる方法もある。この機械的な変形は、表層 2 aで行うとクラックが入り好ましくないので、中履 2 b上または比較的硬度の低い深層 2 c上で行うのことによって、成形が容易となり、またクラックが入らず好ましい。本発明のプローブ構造は単独でもプローブとしての機能を有するが、以下に示すように、多層配線板との接合によって高機能なプローブカードを構成する。図 5は、該ブローブカードの構造の一例を模式的に示す図である。同図に示すように、該プローブカードは、本発明のブロープ構造 Aと多層配棣板 Bとが機械的、鼋気的に接合されてなるものであり、該ブローブ構造 Aは、多履配線板 Bに対してスト口ーク動作が可能なように^層配棣板 B上に弾性体 6を介して接合され、プローブ構造 Aの導 ¾性回路 3と多 B配棣板 Bの導性回路 7とが、上記スト口ーク動作を妨げないように接合されてなるものである。

同図では、導 S性回路 3と導 ¾性回路 7との接統は、導 ¾性回路 3が延長されて絶緣性基板 1の端部から突き出し、多層配線板 Bの表面までなだらかに屈曲し、多 β配棟扳 Bの表面に設けられた端子 8に接合されることで行われている。

該端子 8は、ブローブ構造 Αの導通路と同様の構造によつて多層配棣板 Bの下履に設けられた導 S性回路 7と導通し、外部の接統用機器等に接铳される。

多層配線板 Bは、導 ¾性回路 7と絶縁層 9とを交互に積 JSし、本発明のブローブ構造の導通路と同様の構造によって、異雇の回路間を接抉したものである。また、多層配線板 Bは、マルチチップモジュール（M C M) 基板の技術を応用することによって製造でき、種類としては主 ^M C M— D、 C、 Lの 3種類が举げられる。

多層配棣板 Bの導電性回路 7内に抵抗体（図示せず）を直列に揷入することによって、被検査体に負荷 ¾圧を印加でき、さらに被検査体の回路の短絡による過 S流を防止できる。また、該抵抗体に対して、コンデンサ（図示せず）を並列に接統することによってノイズを低減できる。

弾性体 6は、プローブ構造を被検査体に接触させる際に、プローブ構造と被検査体との間に生じる距離の誤差を吸収しうるものであればよく、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等のポリマー弾性体が好ましく使用される。

多暦配線板 B上への弾性体 6の形成方法としては、シート状の弾性体 6を裁断し貼付する方法、スクリーン印刷法、フォトリソグラフ法等により直接形成する方法等が挙げられる。

弾性体 6の厚みは、 I Cのパッド等の微細な導体部分を接触対象とする場合には、被検査体の端子の高さのバラツキを吸収して、被検査体の導体部分とプロ一ブ構造の接点部 2との ¾気的接铳をより確実なものとするため、 5〜1 0 0 0 ;/ m、好ましくは 2 0〜5 0 0 がよい。

外部の接铰用機器は、テスターのような独立した検査装 Sだけではなく、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や、後工程において製品として接挠されるような他の I Cであってもよい。

本発明のプローブ構造は、リジッド基板と一体化することによって、フレキシブルな構造が堅固なものとなり、より取り扱い易くなる。図 6 , 7は、リジッド基板が一体化されたプローブ構造の例を示す断面図である。図 6に示されるプローブ構造は、基本的に図 1に示されるプローブ構造と同様であるが、絶緣性基板 1の接点部 2側の外周緣部に、リジッド基板 1 0が形成されている。また図 7に示されるプローブ構造においては、導電胜路 3がボリイミド等からなる絶緣層 1 1に覆われており、接点部 2の近傍領域を除いた絶緣層 1 1上にリジッド基板 1 0が形成されている。このようにリジッド基板 1 0は、フレキシブルなブローブ構造の外周緣部に一体的に形成できるものであればよく、実使用上ではどのような外形であってもよい。

リジッド基板 1 0の材料としては、ガラスエポキシ基板、 B Tレジン等の榭脂基板、アルミナ，窒化珪素等のセラミック類および 4 2ァロイ等の合金類を含む無機系基板が挙げられる。特に、棣膨張係数を低く抑える目的には、後者の無機系基板を用いることが好ましい。例えば、プローブ構造の絶緣層 1 1の全面に、または図 7に示されるように、接点部 2の近傍部分のみを除外した領域に、上記無機系基板を貼り付けるか、あるいはブローブ榱造の外周縁部のみに上記リジッド基板 1 0を一体化し、一体化された伏 SRで加熱等によって故意にプローブ構造に収縮応力を発生させる。かかるブローブ構造においては、バーンインサイクル過程における温度範囲中で基板拡張方向（外方向）への張力が常に発生するように設定でき、見かけ上の棣彫張係数を小さくすることができる。

図 7に示されるプローブ構造の場合、リジッド基板 1 0を絶掾層 1 1の全面に貼り付けた後に、接点部 2の近傍部分をェッチング等により除去して形成してもよい。このようにして基板の接点部 2近傍部に開口を形成することにより、加圧時に適度なクッション性を発現し、接触信頼性を向上させる。

また、リジッド基板 1 0の線膨張係数は、目的に応じて被検査体の線膨張係数と等しい値、または異なる値となるように設定してよい。さらに、リジッド基板 1 0として據膨張係数が l〜8 p p mのものを使って、プローブ構造と一体化することによって、得られるプローブ櫞造を低線 K張化できる。かかるプローブ構造によれば、プローブ構造と被検査体であるベアダイまたはウェハとの棣膨張係数のミスマッチによるァライメント不良および ¾極ダメージ等の問题を回避できるようになり、信頼性が大幅に向上する。以下、本発明のプローブ構造のより具体的な実施例を示す。

実施例 1

く絶縁性基板と導 S性回路の形成 >

厚さ 3 5 / mの銅箔上に、ボリイミド前駆体溶液を乾燥後の厚さが 2 5 mとなるように塗工し、乾燥、硬化させ、銅箔と絶掾性基板であるポリイミドフィルムとの 2層フィルムを作製した。

次に、銅箔の表面に回路パターン状にレジスト層を形成した後、フォト工程を用いて、所望の回路パターンを有する導 ¾性回路を形成した。

この回路パターン側に、さらにボリイミド前駆体溶液を乾燥後の厚さが 1 0 mとなるように塗工、乾燥、硬化させて¾rバーコートを形成した。

ぐ導通路と深層の形成 >

上記ボリイミドフィルムの導 ¾性回路の真裏に当たる位 Sに、ポリイミドフィルム面に垂直に、発振波長 2 4 8 n mの K r Fエキシマレーザー光をマスクを通して照射してドライエッチングを施し、ボリイミドフィル厶に 0 6 0 jt/ mの微細貫通孔を形成し、導電性回路を該贯通孔内に露出させた。

<導¾性回路側のレジスト保護 >

塩化ビニル系レジストを 7 5メッシュで印刷して塗工し、 1 7 0 ^eC 2 0分間乾燥させた。

ぐ莨通孔内の前処理 >

濡れ性を付与するために、貫通孔內に紫外棣を 1 0分間照射した。エキシマレ一ザ一によるボリイミド分解物を除去すために、下記のデスミヤ処理を行なつた〔過マンガン酸塩酸化剤， 7 5 'C， 3分間，浸せき、琉酸系還元剤， 5 0で， 1分閲，浸せき〕。

また、過硫酸ナトリウム系のソフトエッチング液を 2 5で， 1分間，超音波 40 k H z処理により、貫通孔内銅上の分解物を除去した。

ぐ深履の形成 >

ヮット浴系ニッケルメツキ（組成：硫酸ニッケル 3 0 0 / ί、塩化ニッケル 65 g/£, ほう酸 4 5 g/£) を用いて、成長するメツキ面褸に応じて実 ¾流を変化させながら、 6 0で， 5 A/d ¹ , 39分簡処理して、ボリイミドフィルム表面（貫通孔の開口端部）から 1 3 //Π1突出させて、深層を形成した。なお、メツキ成長工程において間欠エアー «袢（5分閲停止、 20秒間駆動）を行なつた。深 Sの硬度は 250 Hkであった。

<中層の形成 >

シアン系金メッキを用いて、実 S流を定とし、 67て， 0.6 A/dm* . 90 秒間処理して、深層上に 0.5 /mの中を積した。なお、メツキ浴中の垂直噴流を 4 0 £ノ分とし、被メッキ物の摇動を 3 分とした。中靥の硬度は 1 0 0 Hkであった。

<表 Bの形成 >

硫酸系ロジウムメツキを用いて、実 «流を一定とし、 5 (TC, 1.9 A/dm² , 6分間処理して、中 β上に 2 /imの表層を積層した。なお、メツキ浴中の液循環を 2 £/分とし、被メツキ物の摇勛を l mZ分とした。表層の硬度は 8 5 OHk であった。また、表層のスパイラル応力計での引っ張り応力は 4 6 k gノ mm² であった。

<導 ¾性回路側のレジスト剝離 >

導 ¾性回路の表面側に施したレジスト «を剝餱して、接点部がマッシュルーム型のバンプであるプローブを得た。

< S気抵抗試験 >

得られたプローブの接触抵抗値を調べるために、 S気回路を有するテスタ一にて測定 ¾流1 mAを流して、 «気抵抗試験を行った。図 8は、その測定概念図であり、プローブ構造 1 2のボリイミドフィルム 1表面からの高さが 1 5 ± 2 /zm の接点部 2を、図 9に示す I C 1 3のアルミニウム «極に当接させ、荷重に対応する二点間の接触抵抗を調べた。さらに具体的に说明すれば、図 1 0の接触概念図に示すように、プローブ構造 1 2はキャリア 1 4内に配置され、 I C 1 3は押さえ板 1 5を介して加圧され、各接点部 2と I C 1 3の各 ¾極との接触を均等なものとすべく、コンプライアンス材 1 5が接点部 2よりも加圧方向側に配設されている。

荷重の変化による接触抵抗値の結果は、図 1 1のグラフに示されるようになり、バラツキはあるものの、いずれも 20 0 πιΩ以下となった。さらに荷重 37 g ノバンブの状 ffiで 25で， 30分間ー 1 5 0で， 20分間のヒートサイクルテストを 1 0 2回行なった結果、図 1 2に示すグラフのように、抵抗値 200 ΟπιΩ を越えるバンプ（接点部）が発生した。しかしヒートサイクルテスト後の表層口ジゥムは傷、クラック、腐食は見られず、さらに I Cのアルミニウムの転写ゃ拡敉による付着も見られなかった。なお、図 1 1において r _C h. J は測定を行なつた特定のバンプを示す（以下同様）。

比較例 1

実施例 1において、表層ロジウムの形成を省略し、深曆形成後に中層形成と同様の操作を 6分間行なって、二ッケル深層上に 2 jumの金層を積層した金ブローブを得た。表面の金層の硬度は 1 0 O Hkであった。

実施例 1 と同様に I Cのアルミニウム^ 5極に接点部を当接させ、テスタ一にて測定罨流 1 0 Aを流して ¾気抵抗試験を行った。なお、試験条件は荷重 37 gZバンプ. 〗 5 O'C雰囲気下で 1 00 2時間则定を行った。

その結果、図 1 3のグラフに示されるように、金ブローブは、実施例 1のロジゥムブローブに比べて、接触抵抗値が 1 5 ΟπιΩ程度高くなり、また金プローブでは表面にアルミ二ゥムの転写が認められた。

铜層（35 um) Zボリイミド層（25 um) で構成される二層基材の銅面上に半田（Sn ： Pb = 6 ： 4) メツキを 1 5 m施した面に、上記ロジウムプローブおよび金プローブの各接点部を当接させ、テスターにて測定 ¾流 1 0 OmA を流して S気抵抗試験を行なった。いずれのブローブとも初期評価では荷重 37 gZバンプで 1 Ωの抵抗使を得た。さらに、 25'C, 30分間ー 1 5 0で， 20 分間のヒートサイクルテストを行ったとろ、金プローブでは 2回目で半田が表面に転写したが、ロジウムプローブでは 50回行っても半田が転写することなく、抵抗敏も 1 Ωで安定していた。

実施例 2, 3

実施例 1の深層形成を下記の表 1の銅メツキ工程と組成に代えて、深層のマッシュルーム型バンプを形成し、さらに表 2 (実施例 2) または表 3 (実施例 3) の操作条件で痢メツキを施して、深層と中履との間に凸凹履を設けた。

表 1

銅メツキ工程：硫酸系

25'C, 5 A/dm⁸ . 39分間，液循環 30 £ 分間铜メツキ組成：硫酸 75 g/i

97 vZv¾碓酸 1 90 g/£

塩素イオン 60 ρ p m

エチレングリコール - 5 mi/ B. 表 2

銅メツキ工程：硫酸系

25.C, 34 A/dm^: 1 0秒間，浸せ:

銅メツキ組成：硫酸掘 75 / SL

97 vZv¾硫酸 1 90 %/ SL

塩素イオン 60 p pm

ェチレングリコール表 3

網メツキ工程：硫酸系

2 5'C, 5八 £111² 1分間，浸せき

メッキ組成：硫酸鋇 75 %/ i

97 v/v¾硫酸 1 90 g/

塩素イオン 600 p pm

ェチレングリコール実施例 1の深層形成を表 1および表 2の工程と組成に代えて凸凹深層を形成した後、実施例 1 と同様に中 ¾の金 0.5 Atmと表履のロジウム 2 umとを積層して，表面に直径 2 / m程度の球状粒が形成された高 AC流密度凸凹プローブを得た（実施例 2) 。また、実施例 1の深層形成を表 1および表 3の工程と組成に代えて、同様の操作により表面に直径 0.5 m程度の球状粒が形成された高塩素ィオン凸凹プローブを得た（実施例 3) 。

実施例 2の高 S流密度凸凹ブロープにおける各層の硬度は、深層が 1 9 0 Hk、中層が 1 0 0 Hk、表層が 8 5 OHkであり、表履のスパイラル応力計での引つ張り応力は、 4 6 k g/mm» であつだ

実施例 3の高塩素イオン凸凹プローブにおける各層の硬度は、実施例 2と同じく、深層が 1 9 0 Hk、中層が 1 0 0 Hk、表層が 8 5 0 Hkであり、表層のスパイラル応力計での引っ張り応力は、 4 6 k g/mm² であった。

以上の二種類の凸凹ブローブを用いて、実施 1 と同様にして I Cのアルミニゥ厶 S極に各凸凹プローブの接点部を当接させ、テスターにて測定 ¾流 1 mAを流して、気抵抗試験を行った。

荷重と接触抵抗値との閲係を図 1 4, 1 5に示す。図 1 4は、高流密度凸凹プローブを用いた場合であるが、 1 0 gZバンプの荷重でバラツキはあるものの 2 0 ΟηιΩ以下、最小で 3 6πιΩが得られた。図 1 5は高塩素イオン凸凹ブローブを用いた場合であるが、 2 0 g/バンプの荷重で 2 0 ΟπιΩ以上 1 6 0 Ο ΙΏ Ω 以下となり、実施例 1のプローブ構造に^;ベ若干低い抵抗値が得られた。

実施例 4

実施例 2または実施例 3と同様にして、表 1の工程により深 gを銅で形成した後、凸凹面を有するボリイミドフィルムを銅バンプに当接し、ブレスにて加圧した。これにより、親バンプが円柱形状に変形されると同時に、銅バンプの表面に直径 1 0 / m、高さ 5 の円锥形状の突起が 9ケ/バンプ形成された。

ソフトエッチングによる活性化処理を施した後、実施例 1 と同様にして、中層の金 0.5〃mと表暦のロジウム 2 //mとを積層して、ブレス凸凹プローブを得た _c ブレス凸凹プローブにおける各層の硬度は、深層（銅 S) が 1 9 0Hk、中騸が 1 0 0 Hk、表層が 850 Hkであり、表履のスパイラル応力計での引っ張り応力は、 4 6 k gZmm² であった。

実施例 1 と同様にして、ブレス凸凹ブローブの接点部（バンプ）を I Cのアルミニゥ厶 ¾極に当接させ、テスターにて測定 ¾流 1 mAを流して、電気抵抗試験一 ^

¾T T oた 0

荷重と接触抵抗値との閟係を図 1 6に示す。荷重 22· 9 gZバンプでは安定して 20 OmQ以下接 tt抵抗敏が得られた。

実施例 5

実施例 1の深履形成工程において、ニッケルメツキ時間を 64分間に延長し、さらに表層形成工程において、 S流密度 1.9AZdm² を 3 A/dm² に変更して、ボリイミドフィルム表面からの接点部の高さが 40± 5 mであり、厚さ 0.5 Aimの金の中雇と激細な凸凹を有する厚さ 2 At mのロジウムの表 ¾とで構成されたプローブを得た。

このプローブにおける各履の硬度は、深層が 25 0 Hk、中層が 1 0 0 Hk、表層が 85 OHkであり、表暦のスパイラル応力計での引っ張り応力は、 4 0 k g/mm² であった。

実施例 1 と同様にして、プローブの接点部（バンプ）を I Cのアルミニウム電極に当接させ、テスターにて測定 ¾流 1 mAを流して、 ¾気抵抗試験を行った。荷重と接触抵抗値との関係を図 1 7に示す。荷重 1 1.4 gZバンプで 20 0〜 4 0 0 πιΩ、さらに荷重 28.6 g/バンプで 1 00〜20 ΟπιΩの接触抵抗値が得られた。また試驗後、ロジウム表層にクラックはなく、アルミニウム ¾¾を突き破る問題も発生しなかった。

また、表 JBの »細な凸凹は不定形であるが、レーザー顯徹铳で凸凹の垂直断面を測定すると、高さ 0· 2〜0.4 //m、底辺 0· 8〜1.6 /zmの上部先端が丸みを帯びた三角形状であった。

実施例 6 表層のロジウムを ¾流密度 1.9 A/dm* . 6分間で形成する以外は実施例 5 と同様にして、ポリイミドフィルム表面からの接点部の高さが 4 0± 5〃mで、

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ニッケルの深雇と 0· 5 /2mの金の中層と 2 imのロジウムの表層とで構成されるプローブを得た。

このプローブにおける各雇の硬度は、深雇が 250 Hk、中層が 1 00Hk、表層が 8 5 0 Hkであり、表層のスパイラル応力計での引っ張り応力は、 4 6 k gZmm² であった。

実施例 1 と同様にして、両プローブの接点部（バンプ）を I Cのアルミニウム K極に当接させ、テスターにて測定流 1 mAを流して、髦気抵抗試験を行った _c その桔果、表層はクラックもなく、微細な凸凹を有する無光沢の外観であるが、実施例 5のバンプに比べると凸凹も小さく、不定形であった。レーザー顕微鏡を用いて、凸凹の垂直断面を測定すると、高さ 0.1〜0.2〃m、底辺 0.4〜 0.6〃 mの上部先端が丸みを带びた三角形状であった。

荷重と接触抵抗値との閲係を図 1 8に ¾すが、荷重 1 1.4 バンプでは、 5 0 0〜4 0 0 ΟπιΩの高い抵抗値となった。

本発明のブローブ構造が接触 ·接铳を対象とする被検査体は、半導体素子、半導体素子の集合体（ダイシング前のシリコンウェハおよびダイシング後のシリコンチップ等）、半導体素子からなる装 fi、該装 fiを搭載するための回路基板、 L CD用回路基板等、微細な導体部分を有するものであり、また、これらの導体部分に半田（錫、鉛および二金展を主成分とした合金）または金等のバンプを有しているものである。

被検査体の導体部分は、各種素子、その極部、回路パターン上の任意の場所等、被検査体の回路を構成する全ての導体を意味し、特に実使用上では、微小な被検査体が他の導体との ¾気的な接触 ·接挠を意図して有する端子、パッド、ランド等が接触対象部として重要な部分^る。

産業上の利用可能性

本発明のプローブ構造は、接点部の表層に用いられる硬 »の金展、特に硬質の實金鼷によって、被検査体の導体部分に用いられるアルミニウム等の卑金 Sが接点部へ転写し拡散することを防止でき、腐食にも強く、低い接触抵抗を維持できる。

また、接点部の表雇に、硬質で腐食に強い資金 ¾を用いることにより、被検査体の半田バンプである場合には、半田が接点部に転写し拡散することを防止でき、低い抵抗値を維持できる。

また、表層の下地密着 βとなる中雇に用いられる軟質の金厲によって、被検査体との接触で生じる応力が鑀和され、クラック等の損傷の発生が抑制される。従って、 I C、半導体素子等の微钿な被検査体の S気的テスト、特にバーンィンテストにおける被検査体との接触開閉の操り返しに対しても、初期の接触状態からの劣化が少なく、信頼性の高い、安定した気テストができる。

Claims

請求の範囲

1. 絶掾性基板の一方の面側に導 s性の接点部が形成され、絶緣性基板の他方の面側に導 «性回路が形成され、接点部と導 «性回路とが、絶緣性基板の厚み方向の貢通孔内に形成された導通路を介して導通され、接点部が、硬度 1 0 O Hk 以上 7 0 O Hk以下の深層と、硬度 1 OHk以上 3 0 OHk以下の中層と、硬度 7 0 O Hk以上 1 2 0 O Hk以下の表雇とを順次積ほした構造を有することを特徴とするプローブ構造。

2. 深展の硬度が 1 0 OHk以上 300111?未«であることを特徴とする If求の範囲 1記載のブローブ構造。

3. 接点部における表層の引っ張り応力が 5 0 k g/mm² 以下である請求の範囲 1記載のプローブ構造。

4. 接点部における表層がロジウム層、中層が金層、深層がニッケル層もしくは鋇層または二ッゲル履と銅 Jiとの積層構造である請求の範囲 1記載のプローブ構造。

5. 接点部における中層の厚みが 0.0 1 tzm以上 3 m以下、表層の厚みが 0.5 m以上 1 0 /zm以下である請求の範囲 1記載のプローブ構造。

6. 接点部における表騸、中牖および深暦の少なくとも一つがメツキで形成されたものである請求の範囲 1記载のブローブ構造。