JP5977583B2 - 接合パッド、プローブ組立体及び接合パッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路のような被試験体の電気的試験等に用いる接合パッド、プローブ組立体及び接合パッドの製造方法に関する。

半導体ウェハに形成された複数の半導体集積回路等の被試験体（ＤＵＴ：Device Under Test）は、一般に、プローブ装置（プローバ）等を備える半導体試験装置により電気的に試験される。このような半導体試験装置は、テスタからの電気信号を、プローブ装置を介してＤＵＴに供給することにより、ＤＵＴの良否を判定することができる。プローブ装置は、ＤＵＴ毎に異なる配置のプローブを有するプローブ組立体（プローブカード）を用いて、ＤＵＴの各端子にプローブを接触させる。

プローブ組立体の製造においては、プローブ基板に設けられた複数の接合パッドに、それぞれプローブが接合される。接合パッドとプローブとは、一般に半田付けや溶接により接合される。半田付けの方法として、レーザによる熱を利用するレーザ半田付けがある。安定した品質で半田付けを行うためには、接合部は、十分な半田濡れ性を確保できる温度にされる必要があるが、プローブは熱応力の影響を受けやすいため、最適な温度に制御される必要がある。また、配線設計の差違等による接合パッド毎の熱伝導特性の差違により、同じ出力のレーザ光であっても接合部の温度が異なる場合があり、安定した品質で半田付けを行うことが困難である。

これに対して、接合部にレーザ光を照射する照射部と、接合部から放射される赤外線を検出することにより接合部の温度を測定する温度測定部とを備える接合装置が提案されている（特許文献１参照）。このような接合装置によれば、接合部の温度をリアルタイムに測定しながら、照射するレーザ光の出力を制御することにより、接合の品質を安定させることができる。

特開２００７−１９０５７６号公報

ＤＵＴの微細化に伴い、プローブ基板の接合パッド及びプローブは、サイズがより微小になる。上述のような接合装置を用いて微小なプローブを接合する場合、接合部が微小である程、接合部の温度の測定精度が低減する。温度の測定精度の低減により、プローブの接合の品質が悪化する恐れがある。

本発明は、上記問題点を鑑み、微小な接合部の温度測定精度を向上し、接合対象を安定した品質で接合可能な接合パッド、プローブ組立体及び接合パッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、第１金属からなるパッド部と、前記パッド部の上面に、前記パッド部の一端側の上面が露出するように形成され、レーザ光を照射されることにより接合対象と接合する為の、第２金属からなる接合部と、前記パッド部の一端側の上面の少なくとも一部を酸化することにより形成された金属酸化物からなり、前記第１及び第２金属より高い放射率を有する放射部とを備える接合パッドであることを要旨とする。

また、本発明の第１の態様に係る接合パッドにおいては、放射率が０．８以上であることができる。

また、本発明の第１の態様に係る接合パッドにおいては、前記パッド部は銅からなり、前記放射部は酸化銅からなることができる。

また、本発明の第１の態様に係る接合パッドにおいては、前記放射部は、温度約２９０℃、加熱時間１時間以上の熱処理により生成された金属酸化物からなることができる。

本発明の第２の態様は、プローブ基板と、前記プローブ基板の上面に形成され、第１金属からなるパッド部と、前記パッド部の上面に、前記パッド部の一端側の上面が露出するように形成され、レーザ光を照射されることにより接合対象と接合する為の、第２金属からなる接合部と、前記パッド部の一端側の上面の少なくとも一部を酸化することにより形成された金属酸化物からなり、前記第１及び第２金属より高い放射率を有する放射部とを備える接合パッドと、前記接合部に接合され、接触対象と接触する先端部を有するプローブとを備えるプローブ組立体であることを要旨とする。

また、本発明の第２の態様に係るプローブ組立体においては、前記放射部は、前記接合パッドの、前記前記プローブの先端部の反対側に設けられることができる。

本発明の第３の態様は、第１金属からなるパッド部を形成するステップと、レーザ光を照射されることにより、接合対象と接合する為の、第２金属からなる接合部を、前記パッド部の上面に、前記パッド部の一端側の上面が露出するように形成するステップと、前記パッド部の露出した上面の少なくとも一部を酸化することにより、前記第１及び第２金属より高い放射率を有する金属酸化物からなる放射部を形成するステップとを含む接合パッドの製造方法であることを要旨とする。

また、本発明の第３の態様に係る接合パッドの製造方法においては、前記放射部を形成するステップにおいて、前記金属酸化物は、温度約２９０℃、加熱時間１時間以上の熱処理により生成されることができる。

本発明によれば、微小な接合部の温度測定精度を向上し、接合対象を安定した品質で接合可能な接合パッド、プローブ組立体及び接合パッドの製造方法を提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプローブ組立体を説明する模式的な上面図である。（ｂ）は、（ａ）の側面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係るプローブ組立体が備える接合パッド及びプローブを説明する模式的な拡大上面図である、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。（ｃ）は、（ａ）の正面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る接合パッドを説明する上面図である。（ｂ）は、（ａ）の正面図である。 金属の放射率の一例を説明する表である。 本発明の実施の形態に係るプローブ組立体の製造方法を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るプローブ組立体の製造方法において、レーザ光の出力制御方法を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る接合パッドの製造方法を説明する工程断面図である。 （ｅ）〜（ｈ）は、本発明の実施の形態に係る接合パッドの製造方法を説明する工程断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る接合パッドの変形例を説明する上面図である。（ｂ）は、（ａ）の正面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、断面図と平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（プローブ組立体）
本発明の実施の形態に係るプローブ組立体は、図１に示すように、概略として円形平板状の基板２１と、基板２１の上面に設置された接続基板２２と、接続基板２２の上面に設置され、上面に複数の接合パッド１を備えるプローブ基板２３と、複数の接合パッド１にそれぞれ接合されたプローブ３１とを備える。本発明の実施の形態に係るプローブ組立体は、例えば、半導体集積回路等の被試験体（ＤＵＴ）の電気的な試験を行う半導体試験装置のプローブ装置（プローバ）に使用される、いわゆるプローブカードである。

基板２１は、図示を省略したテスタを電気的に接続する為の配線が形成されたプリント基板（ＰＣＢ）と、ＰＣＢに実装した部品とを備える。プローブ基板２３は、各接合パッド１に接合されたプローブ３１と、接続基板２２とを電気的に接続する配線が形成されている。接続基板２２は、基板２１とプローブ基板２３との間に位置し、基板２１の配線と、プローブ基板２３の配線とを接続する配線が形成されている。プローブ３１は、テスタから出力された電気信号を、基板２１、接続基板２２及びプローブ基板２３を介して、ＤＵＴの各端子に供給する。

図１及び図２に示すように、プローブ基板２３の上面には、配列された複数の接合パッド１が形成され、各接合パッド１の上面には、それぞれ、プローブ３１が接合されている。図２では、接合パッド１が一列に配置されている例を示しているが、接合パッド１は、ＤＵＴのサイズや形状に応じて、種々の配置であってよい。例えば、接合パッド１は、多列の千鳥配置とされることにより、ＤＵＴの各端子（接触対象）と接触するプローブ３１の先端部は、微小なピッチで配置されることができる。

接合パッド１は、図３に示すように、プローブ基板２３の上面に形成された配線層１１と、配線層１１の上面に形成された表面処理層１２とから形成される。配線層１１は、銅（Ｃｕ）等の金属からなり、厚さが、例えば約２５μｍ程度である。表面処理層１２は、金（Ａｕ）等の金属からなり、厚さが、例えば約３μｍ程度である。配線層１１は、プローブ３１との接合部分から延伸するように形成され、接続基板２２の内部に接続される。表面処理層１２は、プローブ基板２３の表面に設けられた配線層１１の上面を概略覆うように設けられる。

配線層１１は、例えば、平面パターン上、帯状のパッド部１６と、パッド部１６の長手方向における一端側から延伸する配線部１７とを備える。表面処理層１２は、例えば、平面パターン上、帯状の接合部１３と、接合部１３の、配線部１７側の一端から、配線部１７の上面を延伸する表面処理部１４とを備える。接合部１３は、長手方向においてパッド部１６より長さが短く、平面パターン上、パッド部１６の上面に、パッド部１６の一端側の上面が露出するように配置される。

露出したパッド部１６の一端側の上面は、放射部１５を成している。放射部１５は、金属酸化物からなり、例えば、パッド部１６が銅からなる場合、酸化銅からなる。放射部１５は、前記台座部の一端側の上面の少なくとも一部を酸化することにより形成され、銅（Ｃｕ）及び金（Ａｕ）より高い放射率を有する。パッド部１６をなす金属は、図４に示すように、酸化されることにより黒体と比較した熱放射の放射率が上昇し、放射率は約０．８〜１程度となる。

例えば、パッド部１６は、長さが約８００μｍ程度、幅が約９０μｍ程度であり、接合部１３は、長さが約６９０μｍ程度、幅が約８０μｍ程度である。接合部１３は、平面パターン上、パッド部１６の辺から約５〜１０μｍ程度の余裕を有してパッド部１６の一端側の上面が露出するように配置される。露出したパッド部１６の一端側の上面を成す放射部１５は、例えば、長さが約１００μｍ程度、幅が約９０μｍ程度となる。放射部１５の寸法は、熱放射の放射量が大きくなるように、設計上の要請の可能な範囲内で大きくすることが望ましい。

（接合方法）
接合部１３は、図５に示すように、接合対象であるプローブ３１の下部と接触され、照射装置４からレーザ光を照射されることにより、プローブ３１と接合する。接合部１３とプローブ３１とは、照射装置４から照射されたレーザ光を熱源とした半田付けにより、互いに接合される。

照射装置４は、照射装置４によりレーザ光が照射される照射領域から放射される赤外線を観察するための同軸観察機構４１と、同軸観察機構４１を介して、照射領域からの赤外線の放射量を検出する赤外線検出装置４２、処理部４３と、記憶部４４とを備える。

照射装置４は、プローブ３１の後方（図５において右方）から、照射装置４から見て、プローブ３１と接合部１３との接触部を含む領域を照射領域として、照射装置４からレーザ光を照射する。このとき、放射部１５は、レーザ光がプローブ３１の、ＤＵＴの端子に接触する先端部に照射されないように、接合パッド１の、レーザ光の入射側（プローブ３１の先端部の反対側）となるように配置される。照射装置４から照射されるレーザ光の視射角は、例えば、３５〜４０°程度である。

接合パッド１にレーザ光が放射されると、赤外線検出装置４２は、同軸観察機構４１を介して、パッド部１６からの赤外線の放射量Ａを検出する。処理部４３は、記憶部４４が記憶する出力情報を参照して、赤外線検出装置４２が検出した放射量Ａに応じて、照射装置４が照射するレーザ光の出力Ｂを制御する。

記憶部４４が記憶する出力情報は、例えば図６に示すように、照射装置４が照射するレーザ光の出力Ｂと、出力Ｂでレーザ光が照射される時に赤外線検出装置４２が検出する放射量Ａとを関連付けた情報である。

出力情報は、予め、接合パッド１とプローブ３１とを接合するテストを行うことにより求めた、最小出力Ｂ_１と最大出力Ｂ_２とを有する。最小出力Ｂ_１は、プローブ３１及び接合部１３に十分な半田濡れが確保される為に必要な出力値であり、最大出力Ｂ_２は、プローブ組立体を構成する各部にダメージを与えない最大の出力値である。なお、一般に、半田の融点は約２３２℃程度、加熱時間は約２秒程度である。

処理部４３は、例えば、赤外線検出装置４２が検出する放射量Ａが、最小出力Ｂ_１に関連付けられた放射量Ａ_１以下となる場合、レーザ光の出力を最小出力Ｂ_１以上にする。また、処理部４３は、例えば、放射量Ａが、最大出力Ｂ_２に関連付けられた放射量Ａ_２以上となる場合、レーザ光の出力を最大出力Ｂ_２以下にする。よって、照射装置４は、照射領域の放射量（温度）をリアルタイムに測定しながら、照射するレーザ光の出力を制御することにより、プローブ３１と接合パッド１とを接合することができる。

本発明の実施の形態に係るプローブ組立体は、接合パッド１が、接合パッド１の他所より高い放射率を有する放射部１５を備えることにより、微小な照射領域の温度測定精度を向上し、接合対象を安定した品質で接合できる。
（接合パッドの製造方法）

図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態に係るプローブ組立体の製造方法を、接合パッド１の製造方法を中心に説明する。図７（ａ）に示すように、接続基板２２の上面に、プローブ基板２３を設置した状態を初期状態として説明する。

先ず、プローブ基板２３の上面にレジストを塗布し、図７（ｂ）に示すように、パッド部１６及び配線部１７を形成するためのレジスト膜５１を、フォトリソグラフィ法によりパターン形成する。図７（ｃ）に示すように、レジスト膜５１をマスクとして、プローブ基板２３の上面に銅（Ｃｕ）等の金属を積層して配線層１１を形成した後、図７（ｄ）に示すように、レジスト膜５１を剥離する。配線層１１は、レジスト膜５１により、帯状のパッド部１６と、パッド部１６の長手方向における一端側から延伸する配線部１７とに形成されている。

次に、配線層１１の上面にレジストを塗布し、図８（ｅ）に示すように、接合部１３及び表面処理部１４となる表面処理層１２を形成するためのレジスト膜５２を、フォトリソグラフィ法によりパターン形成する。図８（ｆ）に示すように、レジスト膜５２をマスクとして、配線層１１の上面にニッケル（Ｎｉ）等の金属を積層して密着層１２１を形成する。続いて、図８（ｇ）に示すように、密着層１２１の上面に金（Ａｕ）等の金属を積層して表面層１２２を形成する。密着層１２１は、表面層１２２を配線層１１に密着させ、表面層１２２と密着層１２１とは、２層構造の表面処理層１２を構成する。

表面処理層１２は、レジスト膜５２により、帯状の接合部１３と、接合部１３の、配線部１７側の一端から延伸する表面処理部１４とに形成されている。接合部１３は、長手方向においてパッド部１６より長さが短く、平面パターン上、パッド部１６の上面に、パッド部１６の一端側の上面が露出するように配置される。表面処理部１４は、接合部１３の、配線部１７側の一端から、平面パターン上、配線部１７内において延伸する。

次に、図８（ｈ）に示すように、レジスト膜５１を剥離した後、配線層１１のパッド部１６を酸化させるための熱処理を行う。熱処理は、放射率が十分な放射部１５をパッド部１６に形成するために、例えば、温度が約２９０℃程度、時間が２時間程度で行われる。これにより、露出したパッド部１６の一端側の上面は、接合パッド１の他所より高い放射率を有する放射部１５となる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施の形態において、接合パッド１は、図９に示すように、表面処理部１４及び配線部１７が前方（図９において左方）に延伸するような構成としてもよい。この場においても、放射部１５は、接合パッド１の、レーザ光の入射側（後方）に設けられる。

また、既に述べた実施の形態において、パッド部１６及び接合部１３の平面パターンを
帯状として説明したが、例示であり、パッド部１６及び接合部１３の平面パターンは、矩形、円形、楕円形等、種々のパターンを採用可能である。

その他、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ 接合パッド
４ 照射装置
１１ 配線層
１２ 表面処理層
１３ 接合部
１４ 表面処理部
１５ 放射部
１６ パッド部
１７ 配線部
２１ 基板
２２ 接続基板
２３ プローブ基板
３１ プローブ
４１ 同軸観察機構
４２ 赤外線検出装置
４３ 処理部
４４ 記憶部
５１，５２ レジスト膜
１２１ 密着層
１２２ 表面層

Claims (7)

1. レーザ光を照射されることにより接合対象と接合される接合パッドであって、
   第１金属からなるパッド部と、
   前記第１金属と異なる第２金属からなり、前記パッド部の上面に、前記パッド部の一端側の上面を他端側より広く露出するように形成された接合部と、
   前記パッド部の一端側の上面を成し、前記第１金属の酸化物からなり、赤外線の放射率が、前記第１金属及び前記第２金属より高い放射部と
   を備えることを特徴とする接合パッド。
2. 前記放射部は、放射率が０．８以上であることを特徴とする請求項１に記載の接合パッド。
3. 前記パッド部は銅からなり、前記放射部は酸化銅からなることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の接合パッド。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合パッドと、
   前記接合パッドが上面に形成されたプローブ基板と、
   前記接合部に接合され、接触対象と接触する先端部を有するプローブと
   を備えることを特徴とするプローブ組立体。
5. 前記パッド部は、帯状であり、
   前記放射部は、前記パッド部の長さ方向において、前記プローブの先端部の反対側に設けられることを特徴とする請求項４に記載のプローブ組立体。
6. レーザ光を照射されることにより接合対象と接合される接合パッドの製造方法であって、
   第１金属からなるパッド部を形成するステップと、
   前記第１金属と異なる第２金属からなる接合部を、前記パッド部の上面に、前記パッド部の一端側の上面を他端側より広く露出するように形成するステップと、
   前記パッド部の一端側の上面を酸化することにより、赤外線の放射率が、前記第１金属及び前記第２金属より高い放射部を形成するステップと
   を含むことを特徴とする接合パッドの製造方法。
7. 前記放射部を形成するステップにおいて、前記パッド部の一端側の上面は、温度約２９０℃、加熱時間１時間以上の熱処理により酸化されることを特徴とする請求項６に記載の接合パッドの製造方法。
   

Images