JP2008034569A - 半導体集積回路検査用プローブカードとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一括ウェーハレベルバーンイン測定に使用するプローブカードのプローブ電極の位置精度を向上させる。
【解決手段】複数のバンプ電極５などのプローブ電極が一主面に形成され、外周部においてセラミクスリング７などの支持体に固定された薄膜シート９を有する半導体集積回路検査用プローブカードにおいて、前記セラミクスリング７に固定された薄膜シート９は局所的な張力変更部１２を形成することで張力歪が発生されていて、複数のバンプ電極５が半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に配置されている。薄膜シート９の張力歪を積極的に且つ持続して変化させることにより、バンプ電極５を所望の位置に再配置させたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェーハ上に形成された複数の半導体集積回路素子をウェーハ状態で、一括検査、スクリーニングするための半導体集積回路検査用プローブカードとその製造方法に関し、特に半導体集積回路素子の電極に電気的接続するプローブ電極の位置を補正する技術に関するものである。

半導体集積回路素子は通常、半導体ウェーハ上に拡散プロセスを経て複数個形成され、個々の半導体デバイスへと分割されている。分割された半導体デバイスは、リードフレームに対しボンディングワイヤーにより電気的に接続され、樹脂やセラミックなどでモールディングされて製品となる。

半導体集積回路素子は、製造プロセスの微細化、多機能化が進むに伴って、製品の品質確保のために、そして実装後のトラブルを事前に防ぐために、バーンイン（スクリーニング）テストが必要不可欠となっている。バーンインテストは、半導体集積回路素子に温度、電気負荷をかけるもので、従来は製品の状態で実施されてきた。しかし半導体集積回路素子を単体のデバイス（チップ）売りとする形態も増え、ウェーハ状態での品質保証が重要となってきたことから、ウェーハ状態での一括バーンインテストも実施されている。一括バーンインによれば、プロセス上の欠陥を組み立て前に見つけ出し、後工程での検査時間を短縮できることに加え、バーンインコストも低減できるので、生産性の向上、検査コストの削減を図ることができる。

一括バーンインを実施するためには、半導体ウェーハ上の複数の半導体集積回路素子それぞれのバーンイン検査に必要な電極（ＡＬパッド）に一括で電源電力を印加する必要があり、大口径３００ｍｍウェーハであればその７万個以上もの電極に一括コンタクトすることになる。そのために、ウェーハ上の多数の電極に一括コンタクトできるプローブカード、つまりウェーハ全面に分布している多数の電極に対向するように多数のプローブ電極を配した媒体が提案され使用されている（例えば、特許文献１を参照）。

プローブカードは上記のようにウェーハ全面に分布している多数の電極に同時コンタクトを行うものであるため、プローブ電極には非常に高い位置精度が求められる。しかしウェーハが大口径化するとプローブ電極の位置精度の追求はより困難になる。位置精度の向上を図る方法としては、プローブ電極を形成したコンタクトシートに一時的に外側又は内側に張力を加え、その状態を別の剛性リングや補正ジグにより固定することで所望の位置精度を得ることが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

図１３にプローブカードの代表的構造を示す。３１は半導体ウェーハであり複数のパッド電極（以下、単に電極という）３２を有している。プローブカード１は、コンタクトシート２と局在型異方導電性ゴム３とガラス配線基板４とにより構成されている。コンタクトシート２は、半導体ウェーハ３１の複数の電極３２と同時にコンタクトするためのプローブ電極としてのバンプ電極５が一方の面に形成され、その裏面に各バンプ電極５と対をなすように孤立パターン電極６が形成されていて、孤立パターン電極６が局在型異方導電性ゴム３を介してガラス配線基板４の電極と接続されるようになっている。

コンタクトシート２の製造方法を図１４に示す。まず、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、熱膨張率が小さいセラミクスリング７に、Ｃｕ層８とポリイミド層９とよりなる２層基材１０を張り合わせる。この際に２層基材１０は２００℃程度に加熱して熱膨張させてセラミクスリング７に張り合わせる。

次に、図１４（ｃ）に示すように２層基材１０にバンプ形成用の穴１１をレーザーで形成し、図１４（ｄ）に示すように穴１１の箇所にメッキ成長によりバンプ電極５を形成し、図１４（ｅ）に示すようにＣｕ層８を所定の大きさだけ残して除去して孤立パターン電極６とする(詳細は特許文献１参照)。

図１４（ｆ）は完成したコンタクトシート２を示す。ポリイミド層９（以下、薄膜シート９という）の表裏にバンプ電極５と孤立パターン電極６（図１４（ｅ）参照）とが形成されたものである。コンタクトシート２（バンプ付きの薄膜シート９）の外周部はセラミクスリング７に固定されている。先に２層基材１０をセラミクスリング７に張り合わせるときに熱膨張させたのは、Ｃｕ層８（Ｃｕの熱膨張率は１６ppm/℃）を除去したときに残る薄膜シート９に一定の張力を持たせ、バーンイン温度に上昇させたときも弛みを生じさせないためである。
特開平７−２３１０１９公報 特開２００５−３４０４８５公報

しかし従来のプローブカード１の構造では、上記したように２層基材１０をセラミクスリング７に張り合わせた時に、セラミクスリング７はＣｕの張力により内向きに大きな力を受け、この力によりセラミクスリング７は等方的に縮むと同時に楕円形に歪む。この際に生ずる歪み量は、縮み量に比べ１０倍以上という大きな量になる。歪みの方向はセラミクスリング７や２層基材１０を製造する際の僅かなばらつきで決まるので、その方向を予測することは極めて困難である。そのため２層基材１０に形成するバンプ電極５には、穴１１の精度をどんなに高めても、予測困難な楕円状歪みのばらつき以上の精度を出すことは実質上不可能である。

穴１１自体も、２層基材１０がレーザー光より受ける熱の影響により、つまり、加工順序、加工時間、加工環境の影響が及ぶことにより、局所的に微妙にずれを生ずる。このずれも非常に制御しにくく、穴１１ごとに形成されるバンプ電極５の位置精度の阻害要因となる。

特許文献２の方法では、上述したようにコンタクトシート２に一時的に外側又は内側に張力を加えるという補正を行っているのであるが、補正に必要な十分な領域を予め確保しておく必要があるなどの問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑み、プローブカードのプローブ電極（バンプ電極）の位置精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、プローブ電極が形成された薄膜シートの張力歪を積極的に且つ持続して変化させることにより、プローブ電極を所望の位置に再配置させて位置精度を向上させるものである。

すなわち本発明の半導体集積回路検査用プローブカードは、半導体ウェーハに形成された複数の半導体集積回路素子を一括で電気導通させるための複数のプローブ電極が一主面に形成され、外周部において支持体に固定された薄膜シートを有する半導体集積回路検査用プローブカードであって、前記支持体に固定された薄膜シートは局所的な張力変更部を形成することで張力歪が発生されていて、前記複数のプローブ電極が前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に配置されていることを特徴とする。

また本発明の半導体集積回路検査用プローブカードは、半導体ウェーハに形成された複数の半導体集積回路素子を一括で電気導通させるための複数のプローブ電極が一主面に形成され、張力を有する状態で外周部において支持体に固定された薄膜シートを有する半導体集積回路検査用プローブカードであって、前記薄膜シートが固定された支持体はリング状であって、この支持体の面方向の少なくとも一方向に歪を与えられて剛性を有する配線基板に固定されていて、前記薄膜シートの複数のプローブ電極が前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に配置されていることを特徴とする。

上記の第１の構成の半導体集積回路検査用プローブカードを製造する際には、前記支持体と同一もしくは異なる枠状の支持体に固定されたプローブ電極付きの薄膜シートに張力歪を発生させる局所的な張力変更部を少なくとも一箇所形成することにより、前記薄膜シートの複数のプローブ電極の位置を前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に補正することができる。

また第２の構成の半導体集積回路検査用プローブカードを製造する際には、プローブ電極付きの薄膜シートが固定された枠状の前記支持体を、前記薄膜シートに張力歪を発生させる歪を与えて剛性を有する配線基板に固定することにより、前記薄膜シートの複数のプローブ電極の位置を前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に補正することができる。

プローブ電極付きの薄膜シートは、導体層と絶縁弾性材層とを表裏に有する多層基材をその外周部において枠状の支持体に張力を持たせた状態で固定する工程と、前記多層基材の所定の複数箇所に前記絶縁弾性材層側から前記導体層に達する穴を形成する工程と、各穴の箇所に前記導体層に導通するように導体材料を配置して複数のプローブ電極を形成する工程と、各穴の箇所の前記導体層を残すように前記導体層をエッチングすることにより前記複数のプローブ電極のそれぞれに電気接続する複数の第２の電極を形成する工程とを少なくとも行って製造することができる。

薄膜シートを張力を持って枠状の支持体に固定するにあたっては、薄膜シートの温度を上げるのがよい。薄膜シートの熱膨張は殆ど導体層に支配され、且つ、枠状の支持体はセラミクス等で作成されるためその熱膨張率はたいていの場合は薄膜シートの各材料よりも小さいので、昇温による導体層の伸びを利用して薄膜シート全体を伸展させた状態で枠状の支持体に固定し、温度を元に戻せば、薄膜シートは張力を持った状態となる。

このようにして固定された薄膜シートに、上記のように導体層をエッチング除去することで第２の電極を形成すると、薄膜シートを張力を持って張り合わせることで枠状の支持体を僅かに歪ませることとなっていた力は導体層の除去に伴って解放され、この張力開放により枠状の支持体が元の状態に戻ることでプローブ電極の再配置が起こることは既述した通りである。その際に、枠状の支持体の戻りは通常は等方的には起こらず、リング状の支持体であれば楕円形となり、それに張り合わされていた薄膜シートの張力が変化し、それに伴って再配置されるプローブ電極が期待位置からずれることも既述した通りである。

このような原因で、あるいは他の原因であっても、プローブ電極が期待位置からずれている場合に、これを補正する方向に、上記したように張力変更部を形成するか、あるいは枠状の支持体に積極的に歪みを与えて薄膜シートを引っ張りながら配線基板に固定するという組み立て方式を採用することにより、プローブ電極を期待位置に再配置することが可能となる。

薄膜シートの張力変更部は複数のプローブ電極の形成領域よりも外周側、支持体への固定部までの位置に発生されているのが好ましい。バンプの再配置が連続的に緩やかに起こるのを可能とするためである。

張力変更部としては、加熱収縮部あるいは弾性率低下部を形成することができる。
加熱収縮部を形成するためには、予めその材料に加熱収縮特性を有するもの、たとえばポリイミド樹脂などの高分子材料を選定しておく。そして局所的にガラス転移温度まで昇温させて他の部分より大きな加熱収縮を起こさせる。このことにより、張力を増大させて、他の部分を引っ張り、プローブ電極を再配置させることが可能となる。

加熱収縮部を形成するために薄膜シートを加熱する際には、プローブ電極の位置を計測しながら加熱量（熱量・時間）と加熱位置（場所・範囲）とを制御するのが望ましい。加熱収縮の効果を確認しながら、希望の状態に補正できるまで、加熱することになる。熱源として、温風、電気ヒータ、レーザー、またはハロゲンランプを使用することができる。ハロゲンランプを使用するときには光ファイバーによって集光するのが好ましい。必要とする部分のみを局所的に加熱できるからである。

弾性率低下部を形成するために、薄膜シートに物理的手段により複数の孔を形成してもよい。物理的手段としては、レーザー、針、パンチなどがある。レーザーを使用する際には、薄膜シートの下地に耐熱材を設ける。透過側にある他の部材等のダメージを防ぐためである。弾性率低下部を形成するために、薄膜シートを機械的研磨または化学的エッチングにより薄膜化してもよい。

枠状の支持体の歪は、薄膜シートの面方向に発生させるものとし、支持体自体が破損しない量を限界とする。たとえば直径３００ｍｍのセラミックスリングを支持体とする場合は、歪量を１００μｍ未満とするのが適切である。かかる枠状の支持体の歪は、所望の箇所をテープで結合することによって与えることができる。このテープはリング状剛性体の配線基板への固定後には取り外してもよい。

前記薄膜シートの複数のプローブ電極の位置を前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に補正するための位置補正装置であって、前記半導体ウェーハおよび前記支持体と同一または異なる枠状の支持体に固定された前記薄膜シートを保持するためのステージと、前記ステージに保持された半導体ウェーハおよび薄膜シートの任意の位置を認識する認識手段と、前記薄膜シートに熱を加えるための熱源ユニットおよび熱量コントローラと、前記薄膜シートを前記熱源ユニットによる加熱位置に配置するために前記ステージと熱源ユニットの少なくとも一方を移動させる移動手段およびＸ，Ｙ、Ｚ位置コントローラと、前記認識手段で認識された薄膜シートのプローブ電極の位置と対応する半導体集積回路素子の電極の位置とのずれ量に基づいて、前記薄膜シートに張力歪を発生させる局所的な加熱収縮部を形成するように、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ位置コントローラおよび熱量コントローラに加熱位置および加熱時間を指令する統合制御装置とを備えた位置補正装置も本発明を構成する。

本発明のプローブカードは、プローブ電極が形成された薄膜シートの張力歪を積極的に且つ持続して変化させることでプローブ電極の位置を補正するので、位置精度を向上することができ、半導体ウェーハに対する接続不良、それに起因する再検査の無駄をなくすことが可能になり、リードタイムの短縮、低コスト化が図れ、安定したウェーハバーンイン測定を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。本発明に係るプローブカードは、先に図１３および図１４を用いて説明した従来のプローブカードと基本的に同様の構成、製造方法を有しているので、図１３および図１４を援用して説明する。

図１３において、３１は半導体ウェーハであり複数のパッド電極（以下、単に電極という）３２を有している。プローブカード１は、コンタクトシート２と局在型異方導電性ゴム３とガラス配線基板４とにより構成されている。ガラス配線基板４は、検査用の電源や信号を供給するための電極を一主面に有し、剛性を備えている。

コンタクトシート２は、半導体ウェーハ３１の複数の電極３２と同時に一括でコンタクトするためのプローブ電極としての複数のバンプ電極５が一方の面に形成され、その背面側に各バンプ電極５と対をなすように孤立パターン電極６が形成されていて、前記ガラス配線基板４と一体化されるセラミクスリング７（ＳｉＮやＳｉＣなどの熱膨張率が３−４ppm/℃程度以下の物が好ましい）などのリング状支持体に対して固定されている。孤立パターン電極６は各々、バンプ電極５に直接に電気的に接続しており、局在型異方導電性ゴム３を介してガラス配線基板１の電極に接続されるようになっている。ただし局在型異方導電性ゴム３を介さずにガラス配線基板１の電極に直接に接続されてもよい。

コンタクトシート２を製造する際には、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、Ｃｕ層８などの金属導体層とポリイミド層９などの絶縁弾性材層とを表裏に有する２層基材１０（接着材層等が介在する３層以上の基材でもよい）の外周部を、前記半導体ウェーハ３１よりも大きな内周を有するセラミクスリング７に張り合わせる。この際に２層基材１０は２００℃程度に加熱して熱膨張させる。

次に、図１４（ｃ）に示すように２層基材１０の所定の複数箇所にポリイミド層９側からＣｕ層８に達する穴１１をレーザーで形成し、図１４（ｄ）に示すように各穴１１の箇所にメッキ成長によりバンプ電極５を形成し、図１４（ｅ）に示すようにＣｕ層８を孤立パターン電極６とする領域に残してエッチング除去する。

図１４（ｆ）は完成したコンタクトシート２を示す。ポリイミド層９（以下、薄膜シート９という）の表裏にバンプ電極５と孤立パターン電極６（図１４（ｅ）参照）とが形成されたものである。コンタクトシート２（バンプ付きの薄膜シート９）の外周部はセラミクスリング７に固定されている。先に２層基材１０をセラミクスリング７に張り合わせるときに熱膨張させたことにより、バンプ付きの薄膜シート９は張力を持った状態で固定されている。

本発明のプローブカード１が従来のものと相違する点について、図１に示すコンタクトシート２を主に参照しながら説明する。このコンタクトシート２は、薄膜シート９の一部に、ここではバンプ形成領域９Ａよりも外周側の領域９Ｂ（以下、外周領域９Ｂという）に、他の部分とは張力が相違する部分１２（以下、張力変更部１２という）が形成され、張力歪が発生した状態でセラミクスリング７に固定され、このことにより、上述した複数のバンプ電極５の位置が半導体ウェーハ３１の各半導体集積回路素子の電極３２に電気的に接続する所定の位置に補正されている。

なお本明細書において、張力は、物体内の任意の断面に垂直に当該断面を互いに引っ張るように働く応力を言い、張力歪は、物体に外力（不均一な張力に基づく）が加わった時に現れる形状または体積の変化を言う。上記のコンタクトシート２では、セラミクスリング７に貼り付けた薄膜シート９（張力が均一に保たれた状態）を、何らかの手段により加工することで張力の均衡を部分的に崩して（張力変更部１２を形成して）、張力歪（形状変化）を起こし、そのときに薄膜シート９が再び張力が均一な状態になろうとすることを利用して、バンプ電極５を所望の位置に移動させている。

図２を参照して説明する。上記の張力変更部１２の張力を他の部分よりも大きくしたときの薄膜シート９の各位置の張力を直線Ａ−Ａ'方向に示したのが図２（ａ）であり、この局所的な張力歪みの変化により起こるバンプ電極５の移動の方向（つまり薄膜シート９の各位置の変位の方向）と量を示したのが図２（ｂ）である。このように薄膜シート９の張力を局所的に増大させることにより、薄膜シート９上のバンプ電極５は、薄膜シート９全体の張力が均一になる方向に再配置される。この場合、外周領域９Ｂにある張力変更部１２で張力を増大させているので、Ａ−Ａ'ライン上（およびその近傍）のバンプ電極５が、薄膜シート９の外周側へ移動する再配置がなされる。

これとは逆に薄膜シート９の張力を局所的に減少させてもバンプ電極５の再配置は起こる。上記した張力変更部１２の張力を減少させると、Ａ−Ａ'ライン上（およびその近傍）のバンプ電極５が薄膜シート９の中央側へ移動する再配置がなされる。

なお外周領域９Ｂで張力を変化させることは、比較的均一な再配置を起こす特徴がある。従って急峻な位置ずれではなく、全体的になだらかな位置ずれを補正する際に有効である。バンプ形成領域９Ａ内で局所的に張力を変化させることによっては、複雑な再配置を実現できる。特に張力を変化させる領域を狭く急峻にすることで、その効果は増大する。

局所的な張力の変化を起こすにあたっては、薄膜シート９は上述したようにポリイミドなどの高分子材料を主体とした基材を用いて形成されており、高分子材料は一般にそのガラス転移温度前後の温度まで昇温させると熱収縮するので、この特性を利用して熱によって所望の部分に張力歪を発生させることができる。

図３は熱収縮特性図である。高分子材料よりなるシートでは、加える熱量（加熱温度と時間とにより決まる）がある程度の範囲内にある間はその増大にしたがって収縮率が増大し、その範囲を超えると収縮量は飽和する。単位時間当たりの熱量が一定であると、時間を横軸にとっても同様の特性図となる。このような熱収縮特性を利用して、収縮率が熱量に依存（望ましくは比例）する範囲内の熱量を選定することにより、またその熱量に対応する収縮率を予め把握することにより、補正量（移動量）を予想し選定することが可能である。ポリイミドであれば、３５０℃、１０分程度の加熱で０．４５％程度の熱収縮を生じる。

なお先の図１は、温風をステンレス製のノズルで絞って必要な範囲に集中させることで張力変更部１２に熱収縮を引き起こした状態を示している。温風はノズルで絞ったとはいえ比較的広い範囲に吹き付けられ、張力歪は張力変更部１２に濃淡で示したように連続的に変化する結果となっている。熱収縮させようとする箇所の近傍のバンプの位置をカメラなどを通してモニター（計測）しながら、加熱の温度や場所、時間などを調節する加熱制御を行えば、目的の補正をより正確に行うことができる。局所的な張力の変化は、熱の他、薬品や機械的加工によっても起こすことができる。

以下、局所的な張力歪みを発生させる方法をより具体的に説明する。
図４は半導体ウェーハに対する位置決めのためにコンタクトシート２に一般に設けられている位置決め用のバンプ電極５を指標として位置補正する方法を示す概念図である。位置決め用のバンプ電極５は薄膜シート９上の８箇所に形成されており、薄膜シート９は全体に一定以上の張力を持ってセラミックスリング７に貼り付けられている。位置決め用のバンプ電極５が図示したように所定位置からずれた破線の位置にある場合、外周領域９Ｂであって当該バンプ電極５の近傍を熱源１３からの温風により加熱することで、薄膜シート９に熱収縮を起こし（張力変更部１２）、当該バンプ電極５を所定位置へと加熱箇所に近づく方向に移動させることが可能である。

このことについて詳述する。図５において、薄膜シート９上のバンプ電極５を位置５ａから位置５ｂまで移動量Ｙ′だけ位置補正したい場合、元の位置５ａと移動先の位置５ｂとを結ぶ直線上にある加熱領域１２ａを熱源１３ａにより加熱する。その際に、熱源１３ａを、バンプ電極５の移動量を認識しつつ加熱制御することにより、移動量Ｙ′の座標にある位置５ｂへと精度よく位置補正できる。バンプ電極５を位置５ａから位置５ｃまで移動量Ｘ″、Ｙ″だけ位置補正したい場合には、元の位置５ａと移動先の位置５ｃとを結ぶ直線上の加熱領域１２ｂを熱源１３ｂにより加熱する。このときも、熱源１３ｂを、バンプ電極５の移動量を認識しつつ加熱制御することにより、移動量Ｘ″、Ｙ″の座標にある位置５ｃへと精度よく位置補正できる。

以上、熱源として温風を用いた例について説明したが、ヒータを用いることも有効である。先端を５ｍｍφ程度に平坦にした半田ごて様のヒータを用いると、温風に比較して面方向の温度分布が急峻になり、急峻な張力歪、言い換えるとステップ的な張力歪を与えることが可能となる。熱源としてレーザー光を用いてもよく、それにより更に微小な領域に局所的な熱収縮を起こさせることが可能となる。レーザー光を効率よく熱に変換するために、レーザーの吸収率の高い材料を予め塗布しておくと更に良い結果が得られる。ハロゲンランプなどの光源を熱源として用いることも有効である。特定の箇所に効率的に熱収縮を起こさせるためには、光ファイバーなどで絞り込むとよい。熱収縮を起こしたい部分のみに光の吸収率の良い材料を塗布しておいて、全面にある程度強い光を与える方法も簡便である。いずれの熱源を用いる場合も、薄膜シート９の背面側に、耐熱性に優れ、断熱効果の高い材料を配することが、効率的に熱収縮を起こさせる上で、また背面側を保護する上で、好ましい。

図６に、位置補正装置の構成を示す。
コンタクトシート２は、複数のバンプ電極５とそれと対をなす孤立パターン電極（図示せず）とが透明な薄膜シート９に形成されたものであり、薄膜シート９の外周部においてセラミクスリング７に固定されている。１４はコンタクトシート２と半導体ウェーハ３１との間に配置されるリング状の焼付き防止プレートである。１５はアルミニウム製のウェーハトレーであり、半導体ウェーハ３１、焼付き防止プレート１４、コンタクトシート２を一体に保持する。

１６はウェーハトレー１５をＸ方向およびＹ方向に移動させるＸ−Ｙテーブル、１７はウェーハトレー１５に保持された半導体ウェーハ３１とコンタクトシート２の任意位置を上方から認識するための認識カメラ、１８は薄膜シート９に熱を加えるための熱源ユニットであって上下機構（Ｚ方向）を備えたもの、１９は熱源ユニット１８により加える熱量を制御する熱量コントローラ、２０は薄膜シート９を熱源ユニット１８による加熱位置に配置すべく、Ｘ−Ｙテーブル１６、熱源ユニット１８を移動させるＸ，Ｙ、Ｚ位置コントローラ、２１は認識カメラのための画像処理および統合制御を行う統合ＰＣである。

半導体ウェーハ３１、焼付き防止プレート１４、コンタクトシート２を一体に保持したウェーハトレー１５をＸ−Ｙテーブル１６上に設置すると、統合ＰＣ２１からの指令により、Ｘ，Ｙ、Ｚ位置コントローラ２０、Ｘ−Ｙテーブル１６によって、熱源ユニット１８による加熱エリアに自動移動される。

そして、認識カメラ１７により、コンタクトシート２上のたとえば位置決め用のバンプ電極５とそれに対応する半導体ウェーハ３１の電極とが上方から一度にモニターされ、画像処理を経て、前記半導体ウェーハ３１の電極の位置を基準として位置決め用のバンプ電極５の位置のズレ量が求められる。

そして、そのズレをなくすようにＸ，Ｙ、Ｚ位置コントローラ２０および熱量コントローラ１９に対して、加熱位置（場所、範囲）および加熱量（加熱温度、加熱時間）のフィードバック制御が行われ、薄膜シート９に上述した局所的な加熱収縮部が形成され、張力歪みが発生されることで、位置決め用のバンプ電極５およびその近傍のバンプ電極５が適正な位置に再配置される。半導体ウェーハ３１の焼付きは焼付き防止プレート１４によって防止される。

なお、認識カメラ１７によるモニターの開始時にはまず、薄膜シート９の全面の位置決め用のバンプ電極５の位置が観察される。そして、位置補正を要するバンプ電極５が複数あって、そのそれぞれが近い場合は、各バンプ電極５の相対位置を考慮して、最適と思われる位置で張力歪が起こされる。たとえば、最も補正量が大きいバンプ電極（以下、第１補正バンプ電極という）の補正を最初に実施した場合に他のバンプ電極（以下、第２補正バンプ電極という）が移動する移動方向を予想し、そのうえで、第１補正バンプ電極の補正を、第２補正バンプ電極の移動量を考慮しつつ、また続いて第２補正バンプ電極を補正する場合に１補正バンプ電極自体が移動する方向および移動量を考慮しつつ実施し、その後に第２補正バンプ電極の補正を、各位置のバンプが最適な位置に来るように実施することになる。

当然ながら、上記したように単一の認識カメラ１７でコンタクトシート２と半導体ウェーハ３１の双方を一度に観察するのでなく、単一あるいは複数の認識カメラで別個に観察して画像上で重ね合わせてもよい。

また、図示したように、セラミクスリング７に固定したコンタクトシート２は単独で、つまり配線基板４と一体化しない状態で加工する方がよい。配線基板４の上方で加工する必要がある場合は、配線基板４にレーザー光等によるダメージを与えないように遮光・断熱シートを配置する。

次に、上記したように薄膜シート９の一部の張力を増大させるのでなく、逆に一部の張力を緩和することで、薄膜シート９に張力歪みを発生させ、バンプ電極５の再配置を行う方法について説明する。

図７に示すコンタクトシート２において、外周部をセラミクスリング７に固定された薄膜シート９上のバンプ電極５は、本来の設計位置より右側に作成されているものとする。薄膜シート９は当初、全体に張力を持って貼り付けられている。

このようなときに、図示したように、薄膜シート９に穴２３をあけることで張力を緩和する。すなわち、針２４で、位置補正対象のバンプ電極５に関して、移動させたい方向とは逆側に穴２３を開ける。穴２３が開いたことにより、その部分の張力が低下し、伸びるため（見かけの弾性率低下）、バンプ電極５は穴２３とは逆方向に移動する。

穴２３の数や大きさは、必要とする補正量に応じて任意に調整すればよく、少しずつ何回かに分けて穴２３を形成すればバンプ電極５を徐々に移動させることができる。加工が単純かつ容易であり、張力歪量も制御でき、薄膜シート９の外周領域を加工することで中心方向への補正を容易にできる手法である。

穴２３の形状は必ずしも円形でなくともよいが、張力を持った薄膜シート９に形成するのであるから、滑らかな形状の方が、角を基点とした破れが起こりにくく、より張力の大きい薄膜シートへの適用が可能となる。真円、それに近い形状が好ましいといえる。

針２４は針先が０．３ｍｍ〜３ｍｍ程度のものが望ましく、デイスペンサー用の針や注射針などを先端を円錐状に尖らせて用いる。それにより真円、それに近い形状の穴２３が形成されることとなる。簡便には、ドリルなどの回転器具の回転部に針２４を固定して回転させながら先端を鑢などで削る。針先の表面を化学的エッチングによって滑らかにすると尚良い。

針２４に代えて、エキシマや炭酸ガスのレーザー光（図示省略）を用いてもよい。レーザー光によれば、薄膜シート９が溶融して穴２３が形成されるので、穴２３の形状は滑らかになり、穴２３を開始点とした薄膜シート９の破れは針２４を用いる場合よりも発生しにくい。

薄膜シート９の張力を緩和するための他の方法としては、薄膜シート９の一部を機械的に研磨して薄くする方法がある。図８に示すコンタクトシート２においては、先に図７について説明したのと同様に、外周部をセラミクスリング７に固定された薄膜シート９上のバンプ電極５は、本来の設計位置より右側に作成されている。

この場合も、位置補正対象のバンプ電極５に関して、移動させたい方向とは逆側を加工する。張力を緩和させたい部分２８を、回転軸２５の先端に鑢２６を付けた機械研磨やすり２７で研磨して薄膜化する。薄膜化した部分２８の張力が低下し、伸びることになるため、バンプ電極５はその部分２８とは逆の方向に移動する。

薄膜シート９の張力を緩和するための更に他の方法としては、薄膜シート９の一部を化学的にエッチングして薄くする方法がある。図９に示すコンタクトシート２においては、先に図７について説明したのと同様に、外周部をセラミクスリング７に固定された薄膜シート９上のバンプ電極５は、本来の設計位置より右側に作成されている。

この場合も、位置補正対象のバンプ電極５に関して、移動させたい方向とは逆側を加工する。張力を緩和させたい部分２８を、エッチング液２９を滴下または塗布などの方法により供給することで薄膜化し、適当な時点で大量の水などで洗い流す。薄膜化した部分２８の張力が低下し、伸びることになるため、バンプ電極５はその部分２８と逆の方向に移動する。エッチングの速度は、エッチング液２９の量や希釈度合いにより、また温度などによっても調整が可能である。

なおこれまで、セラミクスリング７に固定された薄膜シート９上のバンプ電極５の位置を補正し、このセラミクスリング７を配線基板に固定するものとして説明してきたが、セラミクスリング７を配線基板に固定するのでなく、バンプ電極５の位置を補正するための治具としてセラミクスリング７と同様の枠状の支持体を用いてもよい。この場合は、図１０に示すように、治具（図示せず）に固定された位置補正済みの薄膜シート９のみを配線基板４の貼り付け位置（仮想線で示したリング状領域）に貼り付け、治具を取り除く。

図１１（ａ）に示すように、コンタクトシート２を固定したセラミクスリング７に歪みを与えてプローブカード１を組み立ててもよい。このようにすることによっても薄膜シート９上のバンプ電極５の位置を補正することができる。図中の一点鎖線はセラミクスリング７が本来の楕円形状で組み立てられた場合の位置を示す。実線で示すように、セラミクスリング７はＢ−Ｂ’ラインに沿う方向に内向きに力が加えられることで、Ｂ−Ｂ’方向に縮み、それと直交する方向に伸びる、という歪みが生じた状態にある。

例えば８インチウェーハをバーンインする場合に、外形２４０ｍｍ、内径２２２ｍｍ、厚み２ｍｍのＳｉＣのセラミクスリング７にコンタクトシート２を固定したものを用いるとすると、セラミクスリング７に内向きに加える力を数kgから数十ｋｇ程度にすれば、最外周における歪みの程度は数umから１００um程度となる。セラミクスは一定以上の外圧を与えると割れを起こすので、１００um未満の歪みが適当である。

歪みの程度をできるだけ高く保つためには、セラミクスの表面をきめ細かな粒子で研磨して傷等を取り除いておくことが好ましく、更には鋭利な傷は化学エッチなどで取り除いておくことが好ましい。

なお、セラミクスリング７に単に歪みを与えた状態でプローブカード１を組み立てると、セラミクスリング７は歪を緩和する方向に変形し、つまり元の状態に戻ってしまう。これを防ぐために、セラミクスリング７を配線基板４に対して接着剤等により固定するか、配線基板４上に押さえジグなどで固定することが必要となる。図１１（ａ）は接着固定した状態を示している。

図１１（ｂ）は、コンタクトシート２を固定したセラミクスリング７に歪みを与え、その形状をテープ３０で固定した後に、セラミクスリング７を配線基板４に固定した状態を示している。セラミクスリング７の最も伸びた方向の両端の箇所（この場合はＢ−Ｂ’との交点）に、カプトンテープなどの張力の大きい接着性のテープ３０を前記両端の箇所を互いに引き寄せるように引っ張って貼付するのが有効である。配線基板４への固定完了後にはテープ３０は取り外してもよい。

以上のようにしてセラミクスリング７に歪みを与えることで位置補正する場合の効果を調べた。具体的には、３００ｍｍウェーハに対応するプローブカード１のコンタクトシート２（セラミクスリング７＋バンプ付きの薄膜シート９）について、図中に示したような最外周にある８箇所のバンプ電極５、すなわち、ウェーハセンターに対応する設計上の中心を基準として上下左右および斜めに位置する４５度間隔にある８箇所のバンプ電極５を選び、補正の前後のバンプ位置を測定した。

図１２は測定結果を示す。縦軸には、プローブカード１の設計中心からの距離（実測値）と対応する設計上の距離（設計値）との差を取った。外側へのバンプ電極５の移動をプラスとし、内側への移動をマイナスとして、補正前の測定結果を丸印でプロットし、補正後の測定結果を四角印でプロットした。一点鎖線は各測定点にフィッティングさせたサインカーブを表している。位置補正によって設計値に近づくことが明らかである。

以上説明したようにしてバンプ電極５を位置補正したプローブカード１を用いれば、半導体ウェーハ３１の電極３２とのコンタクト不良が無くなり、再検査の必要が無く、検査リードタイムの短縮が図れ、品質向上につながる。

なお、バンプ電極５はプローブ電極の代表例として挙げたもので、たとえば針状や角錐状の電極であっても構わない。セラミクスリング７も、セラミクスあるいは他の材料からなる四角形、多角形等の枠状の支持体（支持治具）であっても構わない。

本発明に係る半導体集積回路検査用プローブカード及びその製造法は、プローブ電極の位置精度を向上させることができるので、微細化が進む半導体ウェーハの微小電極に高精度で接続させてバーンインを行うのに有用である。

本発明の一実施形態におけるプローブカードの内のコンタクトシートの概略構成を示す平面図 図１のコンタクトシートの面内張力分布と変位量との相関図 本発明および従来のコンタクトシートに用いられている高分子材料の熱収縮特性図 コンタクトシートのプローブ電極を位置補正する本発明の第１の方法を説明する平面図 図４の位置補正方法をさらに説明する概念図 本発明の位置補正装置の構成図 コンタクトシートのプローブ電極を位置補正する本発明の第２の方法を説明する平面図 コンタクトシートのプローブ電極を位置補正する本発明の第３の方法を説明する平面図 コンタクトシートのプローブ電極を位置補正する本発明の第４の方法を説明する平面図 本発明の他の実施形態におけるプローブカードの概略構成を示す分解斜視図 本発明の他の実施形態におけるプローブカードの概略構成およびそのプローブ電極を位置補正する本発明の第５の方法を説明する平面図 図１１の方法の効果を示す図 従来よりあるプローブカードの構成図 図１３のプローブカードの内のコンタクトシートの製造工程図

符号の説明

１ プローブカード
２ コンタクトシート（バンプ付き薄膜シート）
４ 配線基板
５ バンプ電極（プローブ電極）
６ 孤立パターン電極（第２の電極）
７ セラミクスリング
８ Ｃｕ層
９ 薄膜シート
10 ２層基材
12 張力変更部
13 熱源
14 焼付き防止プレート
15 ウェーハトレー
16 Ｘ−Ｙ移動ステージ
17 認識カメラ
18 熱源ユニット
31 半導体ウェーハ
32 パッド電極

Claims (16)

1. 半導体ウェーハに形成された複数の半導体集積回路素子を一括で電気導通させるための複数のプローブ電極が一主面に形成され、外周部において支持体に固定された薄膜シートを有する半導体集積回路検査用プローブカードであって、
   前記支持体に固定された薄膜シートは局所的な張力変更部を形成することで張力歪が発生されていて、前記複数のプローブ電極が前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に配置されている半導体集積回路検査用プローブカード。
2. 薄膜シートの張力変更部が複数のプローブ電極の形成領域よりも外周側に形成された請求項１記載の半導体集積回路検査用プローブカード。
3. 半導体ウェーハに形成された複数の半導体集積回路素子を一括で電気導通させるための複数のプローブ電極が一主面に形成され、張力を有する状態で外周部において支持体に固定された薄膜シートを有する半導体集積回路検査用プローブカードであって、
   前記薄膜シートが固定された支持体はリング状であって、この支持体の面方向の少なくとも一方向に歪を与えられて剛性を有する配線基板に固定されていて、前記薄膜シートの複数のプローブ電極が前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に配置されている半導体集積回路検査用プローブカード。
4. 半導体ウェーハに形成された複数の半導体集積回路素子を一括で電気導通させるための複数のプローブ電極が一主面に形成され、外周部において支持体に固定された薄膜シートを有する半導体集積回路検査用プローブカードを製造する際に、
   前記支持体と同一もしくは異なる枠状の支持体に固定された薄膜シートに張力歪を発生させる局所的な張力変更部を少なくとも一箇所形成することにより、前記薄膜シートの複数のプローブ電極の位置を前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に補正する、半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
5. 張力変更部として加熱収縮部あるいは弾性率低下部を形成する請求項４記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
6. 加熱収縮部を形成するために薄膜シートを加熱する際には、プローブ電極の位置を計測しながら加熱量と加熱位置とを制御する請求項５記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
7. 加熱収縮部を形成するために薄膜シートを加熱する際には、熱源として、温風、電気ヒータ、レーザー、またはハロゲンランプを使用する請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
8. ハロゲンランプを使用するときに光ファイバーによって集光する請求項７記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
9. 弾性率低下部を形成するために、薄膜シートに物理的手段により孔を形成する請求項５記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
10. 物理的手段としてレーザーを使用する際には、薄膜シートの下地に耐熱材を設ける請求項９記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
11. 弾性率低下部を形成するために、薄膜シートを機械的研磨または化学的エッチングにより薄膜化する請求項５記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
12. 半導体ウェーハに形成された複数の半導体集積回路素子を一括で電気導通させるための複数のプローブ電極が一主面に形成され、外周部において支持体に固定された薄膜シートを有する半導体集積回路検査用プローブカードを製造する際に、
    前記薄膜シートが固定された枠状の前記支持体を、前記薄膜シートに張力歪を発生させる歪を与えて剛性を有する配線基板に固定することにより、前記薄膜シートの複数のプローブ電極の位置を前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に補正する、半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
13. 枠状の支持体の歪は薄膜シートの面方向に１００um未満とする請求項１２記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
14. 枠状の支持体の歪は所望の箇所をテープで結合することによって与える請求項１２記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
15. プローブ電極付きの薄膜シートは、
    導体層と絶縁弾性材層とを表裏に有する多層基材をその外周部において枠状の支持体に張力を持たせた状態で固定する工程と、
    前記多層基材の所定の複数箇所に前記絶縁弾性材層側から前記導体層に達する穴を形成する工程と、
    各穴の箇所に前記導体層に導通するように導体材料を配置して複数のプローブ電極を形成する工程と、
    各穴の箇所の前記導体層を残すように前記導体層をエッチングすることにより前記複数のプローブ電極のそれぞれに電気接続する複数の第２の電極を形成する工程と
    を少なくとも行って製造する、請求項４または請求項１２のいずれかに記載の半導体集積回路検査用プローブカードの製造方法。
16. 半導体ウェーハに形成された複数の半導体集積回路素子を一括で電気導通させるための複数のプローブ電極が一主面に形成され、外周部において支持体に固定された薄膜シートを有する半導体集積回路検査用プローブカードを製造する際に、前記薄膜シートの複数のプローブ電極の位置を前記半導体ウェーハの各半導体集積回路素子の電極に電気的に接続する所定の位置に補正するための位置補正装置であって、
    前記半導体ウェーハおよび前記支持体と同一または異なる枠状の支持体に固定された前記薄膜シートを保持するためのステージと、
    前記ステージに保持された半導体ウェーハおよび薄膜シートの任意の位置を認識する認識手段と、
    前記薄膜シートに熱を加えるための熱源ユニットおよび熱量コントローラと、
    前記薄膜シートを前記熱源ユニットによる加熱位置に配置するために前記ステージと熱源ユニットの少なくとも一方を移動させる移動手段およびＸ，Ｙ、Ｚ位置コントローラと、
    前記認識手段で認識された薄膜シートのプローブ電極の位置と対応する半導体集積回路素子の電極の位置とのずれ量に基づいて、前記薄膜シートに張力歪を発生させる局所的な加熱収縮部を形成するように、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ位置コントローラおよび熱量コントローラに加熱位置および加熱時間を指令する統合制御装置とを備えた位置補正装置。

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