JP2005164473A - プローブカード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハが大きい場合でも、その回路パターンの電気的な試験を高精度に行うことができるプローブカード及びその製造方法の提供を課題とする。
【解決手段】本発明は、ウェハ１１上の回路パターン１２を電気的に試験するプローブカード１である。このプローブカード１は、試験用の回路パターン１３を有するセラミック基板１４と、このセラミック基板１４の表面に設けられた弾性部材４２と、この弾性部材４２上に設けられると共に、セラミック基板１４の回路パターン１３に接続され、ウェハ１１上の回路パターン１２に接触可能な導電性を有する金属バンプ１５とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ上の回路パターンを電気的に試験するプローブカード及びその製造方法に関する。

ウェハ上の回路パターンを電気的に試験する場合、プローブカードが用いられている。このプローブカードは、基板上に試験用の回路パターンが設けられている。また、この回路パターンには、基板上に設けられウェハ上の回路パターンに接触可能な多数の端子が接続されている。

従来、プローブカードの基板には、樹脂製の基板が用いられていた。また、上記の端子としては、針状の端子が用いられていた。この針状の端子は、基板から斜めに突出して設けられている。このように、針状の端子を基板に対して斜めに突出させるのは、針状の端子がウェハに接触したときに弾性変形可能にするためである。

すなわち、樹脂製の基板は、熱膨張係数が大きいため、試験中の熱変形量が大きくなる。このように基板の熱変形量が大きい場合には、ウェハとプローブカード間の間隔の誤差が大きくなる。この場合、針状の端子が弾性変形することによって、上記の誤差を吸収することができる。

しかし、プローブカードに針状の端子を用いた場合、多数の針状の端子を基板に一個ずつ取り付けなければならないので、取り付け作業が面倒でありコストアップになる。そこで、針状の端子に代えて金属バンプを端子として用いたプローブカードが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開２０００−１７４０７８号公報 特開２０００−１２７２６号公報

しかしながら、従来の金属バンプを端子として用いたプローブカードにおいては、金属バンプの形成が容易になるものの、今度はウェハとプローブカード間の間隔の誤差を吸収できなくなる。

プローブカードとウェハとの間隔の誤差が大きいと、プローブカードの金属バンプとウェハの回路パターンとの接触状態が不安定になり、試験精度が低下するという問題が発生する。

このような問題は、大きなウェハを試験すべく、プローブカードを大きくした場合に顕著になる。そのため、従来は、比較的小さなウェハの試験しかできなかった。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、大きなウェハの電気的な試験を高精度で行うことが可能なプローブカード及びその製造方法の提供を課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。

すなわち、本発明は、ウェハ上の回路パターンを電気的に試験するプローブカードにおいて、試験用の回路パターンを有するセラミック基板と、前記セラミック基板の表面に設けられた弾性部材と、前記弾性部材の表面に設けられると共に、前記回路パターンに接続され、前記ウェハ上の前記回路パターンに接触可能な導電性を有する金属バンプと、を備えた。

本発明では、熱膨張係数が小さいセラミック基板を用いているので、試験中の熱変形量が小さくなる。また、金属バンプとセラミック基板との間に弾性部材を設けたので、セラミック基板とウェハとの間隔の誤差を弾性部材の弾性変形によって吸収できる。

従って、大きなウェハの電気的な試験をする場合でも、金属バンプとウェハとの接触状態が安定するので、試験精度が高くなる。

ここで、前記弾性部材としてシリコンゴムを例示できる。シリコンゴムは耐熱性が高いので、試験中に加熱されるプローブカードに好適である。

また、前記弾性部材を帯状とし、一個の前記弾性部材上に複数の前記金属バンプを設けることができる。

金属バンプの直径及び金属バンプ同士の間隔は非常に狭いため、各金属バンプ毎に弾性部材を設けると、その取り付け作業が非常に面倒になる。これに対して、本発明では、帯状の弾性部材を用いるので、その大きさを比較的大きくできる。従って、弾性部材の取り付け作業が容易になる。

また、本発明は、ウェハ上の回路パターンを電気的に試験するプローブカードの製造方法において、セラミック基板の表面に凹部が設けられ、前記凹部内に弾性部材が挿入され、前記セラミック基板の表面にレジスト材が設けられ、前記レジスト材のうち前記弾性部材に重なっている部分にバンプ用の穴が設けられ、前記穴内に導電性を有する金属が充填され、前記金属の周囲における前記レジスト材が除去されることにより、前記弾性部材の表面に前記金属のバンプが形成される。

本発明では、セラミック基板上のレジスト材に設けられた凹部内に弾性部材を挿入するので、弾性部材を簡単に設けることができる。

また、金属バンプは、メッキ処理及びエッチング処理によって形成されるので、多数の金属バンプを同時に且つ簡単に形成できる。

なお、以上述べた各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

以上説明したように、本発明では、熱膨張係数の小さいセラミック基板の表面に、弾性部材を介して金属バンプを設けた。そのため、大きなウェハを試験する際に、セラミック基板とウェハとの間隔を一定に保持できる。また、セラミック基板とウェハ間の誤差を弾性部材の弾性変形によって吸収できる。

従って、金属バンプとウェハとの電気的な接触状態が安定するので、ウェハの電気的な試験を高精度で行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付した図１から図１４に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るプローブカード１の一部を示す。このプローブカード１は、ウェハ１１上の回路パターン１２を電気的に試験するものである。プローブカード１は、試験用の回路パターン１３を有するセラミック基板１４と、このセラミック基板１４の表面に設けられた凹部である溝４４内に挿入された弾性部材４２と、この弾性部材４２上に設けられた端子としての金属バンプ１５とを備えている。

次に、上記の各構成について詳細に説明する。本例では、比較的大きなウェハ１１を電気的に試験する場合について説明する。ウェハ１１の直径は２００ｍｍである。このウェハ１１上には、多数のチップの回路パターン１２が形成されている。本例では、ウェハ１１上に複数のＩＣが設けられている。各チップには、回路パターン１２が形成されている。

上記のセラミック基板１４は、複数のセラミック層が積層されて構成されている。そして、セラミック層間に所定の回路パターン（図示せず）が設けられている。また、本例では、セラミック基板１４が１２０〜１５０ｍｍの四角形に形成されている。このセラミック基板１４の両面は研磨されている。ここで、予め穴のあけてあるセラミック層を下方（図１中、下方向）に積層することにより、溝４４が形成される。

弾性部材４２は、例えばシリコンゴムなどを例示できる。シリコンゴムは耐熱性が高いので、試験中に加熱されても特性が変化しない。

上記の金属バンプ１５は、導電性を有する金属で略円錐台形に形成されている。本例では、金属バンプ１５が無電解メッキによるニッケルメッキによって形成されている。この金属バンプ１５は、ウェハ１１上の回路パターン１２に接触可能である。

また、金属バンプ１５の表面には、金メッキ層１６が設けられている。なお、金メッキ層１６は省略することができる。

セラミック基板１４の表面に設けられた回路パターン１３は、セラミック層間の回路パターン（図示せず）に接続されている。本例では、金属バンプ１５の上端面の直径ｄが３０ηｍ、高さｈが５０ηｍ、金属バンプ１５同士の間隔ｂが１００〜２００ηｍに形成されている。

また、金属バンプ１５は、ウェハ１１上に形成された複数のチップを一度に試験可能な数だけ設けられている。チップ１個あたり８０〜１００個の金属バンプ１５が使用されるのが普通である。本例では、プローブカード１に、２０００〜３０００個の金属バンプ１５が設けられている。

次に、このプローブカード１の製造方法を説明する。ここでは、図２に示されるように、セラミック基板１４中の回路パターン（図示せず）に接続された端子４３が埋め込まれている。この端子４３の一部は、セラミック基板１４の表面に露出している。

次に、図３に示すように、セラミック基板１４の表面の金属バンプ１５を設けるべき位置に、所定の大きさの凹部である溝４４が設けられる。本例では、図４に示すように、溝４４が複数の金属バンプ１５に応じて長尺に形成されている。

次に、図５に示すように、セラミック基板１４の溝４４内に、帯状の弾性部材４２が挿
入されて固定される。弾性部材４２の表面とセラミック基板１４の表面は、同一面である。

次に、図６に示すように、セラミック基板１４及び弾性部材４２の表面に、熱圧着などの方法によって銅箔等の導電層２１が設けられる。この導電層２１は、セラミック基板１４の表面に露出されている端子に接触させて設けられる。なお、導電層２１は、厚さが１００ηｍ以下のものを使用する。

次に、導電層２１をエッチング処理することにより、回路パターニングが行われる。これによって、図７に示すように、セラミック基板１４の表面に所定の回路パターン１３が形成される。

次に、図８に示すように、セラミック基板１４の回路パターン１３が設けられた側の表面に、レジスト材４５が設けられる。次に、図９に示すように、エッチング処理によってレジスト材４５に所定の直径を有する穴２３が設けられる。この穴２３は、金属バンプ１５の直径、数及び位置に合わせて形成される。

次に、図１０に示すように、レジスト材４５に設けられた穴２３内に、無電解メッキ処理によって導電性を有する金属であるニッケルメッキ層４６が充填される。このニッケルメッキ層４６は、レジスト材４５の表面より突出して設けられる。続いて、図１１に示すように、ニッケルメッキ層４６のレジスト材４５より突出した部分が研磨によって除去される。

次に、図１２に示すように、ニッケルメッキ層４６の周囲のレジスト材４５が、エッチング処理によって除去される。この後、トリミング処理が行われ、ニッケルメッキ層４６の形状が円錐台形に成形される。

次に、図１３に示すように、円錐台形のニッケルメッキ層４６上に、メッキ処理によって金メッキ層１６が設けられる。これによって、円錐台形の金属バンプ１５が形成される。このように、メッキ処理及びエッチング処理によって、２８８０〜３０００個の金属バンプ１５が一度に形成される。

図１４は、このプローブカード１を適用した試験装置３０を示す。この試験装置３０は、ウェハ１１を保持するウェハ保持台３１と、金属製ヘッドホルダー３３にろう付けされたセラミック基板１４と、高精度に加工された低膨張係数の金属製ヘッドホルダー３３と、プローブカード１の変形を防止するウェイト３４と、プローブカード１に取り付けられたコネクタ３５とを備えている。コネクタ３５から延びる電線３６は、外部の計測器（図示せず）に接続されている。

この試験装置３０を用いてウェハ１１の電気的な試験を行う際には、プローバ保持台３２を降下させる。そして、プローブカード１の全ての金属バンプ１５を、ウェハ１１の回路パターン１２に電気的に接触させる。これにより、ウェハ１１上の全ての回路パターン１２の電気的な試験を一度に行うことができる。

すなわち、本発明に係るプローブカード１では、導電性を有する金属バンプ１５が弾性部材４２の表面に多数設けられ、金属バンプ１５は、セラミック基板１４に設けられた回路パターン１３、セラミック層間の回路パターン、コネクタ３５，電線３６を通して外部の計測器等と電気的に接続されている。従って、金属バンプ１５をウェハ１１上の回路パターン１２に接触させて電気を流すことにより、回路パターン１２の電気的検査を行うことができる。

セラミック基板１４は、従来の樹脂製の基板に比べて熱膨張係数が非常に小さいので、セラミック基板１４を大きくした場合でも、その熱変形量が小さくなる。また、金属バンプ１５は、メッキ処理及びエッチング処理によって形成されるので、一度に多数の金属バンプ１５を形成できる。

つまり、本発明のプローブカード１は、熱膨張係数が非常に小さなセラミック基板１４を用いているので、セラミック基板１４を大型にした場合でもその熱変形量を小さく抑えることができる。また、セラミック基板１４上に、例えば２８８０〜３０００個の多数の金属バンプ１５を簡単に設けることができる。

このように、大型のプローブカード１を用いると共に、多数の金属バンプ１５を設けることによって、例えば３６個程度の多数のチップが設けられた大きなウェハ１１上の回路パターン１２を電気的に試験することができる。

この場合、上記のようにセラミック基板１４の熱変形量が小さいので、試験中におけるセラミック基板１４とウェハ１１との間隔が一定に保持される。また、セラミック基板１４とウェハ１１間の間隔に寸法誤差があり、設定値から外れている場合でも、弾性部材４２の弾性変形によりその誤差を吸収できる。

従って、セラミック基板１４上の各金属バンプ１５と、ウェハ１１上の回路パターン１２との電気的な接触状態が安定するので、ウェハ１１の電気的な試験を高精度に行うことができる。

また、弾性部材４２が長尺な帯状に形成されているので、その取り扱いが容易になる。すなわち、金属バンプ１５の直径が非常に小さいため、仮に各金属バンプ１５毎に弾性部材を設けた場合には、弾性部材が非常に小さな寸法になる。

このように非常に小さな弾性部材は取り扱いが面倒であり、セラミック基板に設けられた凹部内に挿入する作業は困難である。これに対して、本発明では、弾性部材４２が帯状なので、セラミック基板１４の溝４４内に弾性部材４２を容易に挿入できる。従って、作業工数を低減できるので、コストダウンが可能になる。

実施形態に係るプローブカードを示す断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードの製造方法を説明する断面図である。 実施形態に係るプローブカードを用いた試験装置を示す断面図である。

符号の説明

１ プローブカード
１１ ウェハ
１２ ウェハの回路パターン
１３ セラミック基板の回路パターン
１４ セラミック基板
１５ 金属バンプ
１６ 金メッキ層
２１ 銅箔
２３ 穴
２４ ニッケルメッキ層
３０ 試験装置
３１ ウェハ保持台
３２ プローバ保持台
３３ 金属製ヘッドホルダー
３４ ウェイト
３５ コネクタ
３６ 電線
４２ 弾性部材
４３ 端子
４４ 溝（凹部）
４５ レジスト材
４６ ニッケルメッキ層

Claims (4)

1. ウェハ（１１）上の回路パターン（１２）を電気的に試験するプローブカード（１）において、
   試験用の回路パターン（１３）を有するセラミック基板（１４）と、
   前記セラミック基板（１４）の表面に設けられた弾性部材（４２）と、
   前記弾性部材（４２）の表面に設けられると共に前記回路パターン（１３）に接続され、前記ウェハ（１１）上の前記回路パターン（１２）に接触可能な導電性を有する金属バンプ（１５）と、を備えたプローブカード。
2. 前記弾性部材（４２）はシリコンゴムである請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記弾性部材（４２）は帯状であり、一個の前記弾性部材（４２）上に複数の前記金属バンプ（１５）が設けられている請求項１又は２に記載のプローブカード。
4. ウェハ（１１）上の回路パターン（１２）を電気的に試験するプローブカードの製造方法において、
   セラミック基板（１４）の表面に凹部（４４）が設けられ、
   前記凹部（４４）内に弾性部材（４２）が挿入され、
   前記セラミック基板（１４）の表面にレジスト材（４５）が設けられ、
   前記レジスト材（４５）のうち前記弾性部材（４２）に重なっている部分にバンプ用の穴（２３）が設けられ、
   前記穴（２３）内に導電性を有する金属（２４）が充填され、
   前記金属（２４）の周囲における前記レジスト材（４５）が除去されることにより、
   前記弾性部材（４２）上に前記金属のバンプ（１５）が形成されるプローブカードの製造方法。

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