JP2013120079A

JP2013120079A - プローブカード用のバンプ付きメンブレンシート、プローブカード及びプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの製造方法

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Publication number: JP2013120079A
Application number: JP2011266983A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tago; 敏夫田子; Masaaki Ishizaka; 政明石坂
Original assignee: Elfinote Technology Corp
Current assignee: Elfinote Technology Corp
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-17
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Abstract

【課題】ウェーハのテストで、ウェーハの電極パッドに低い接触圧で安定に接触するウェーハ一括テスト用のプローブカードを提供する。
【解決手段】プローブカードを、ウェーハの半導体チップに対応した複数の貫通穴３を有するフレーム板１と、配線基板２３と、貫通穴３に対応する大きさを有し、フレーム板１の貫通穴３又は貫通穴３周辺に固定した異方導電膜５と、貫通穴３に対応する大きさを有し、フレーム板１の貫通穴３周辺に固定した接点膜７と、から構成する。接点膜７を、絶縁膜１５と絶縁膜１５内および裏面に形成した導電電極１９と、絶縁膜１５のハーフエッチングにより露出させた電極体の先端側のメッキにより形成したバンプ１７と、から構成し、鋭い先端を持つバンプ１７を異方導電膜５の導電路１１により配線基板２３の端子に電気的に接続する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、半導体デバイス又は半導体チップのウェーハテストに用いるプローブカードに関するもので、特に、ウェーハ一括テスト用の多数ピンのプローブカードに関するものである。

ウェーハに形成された半導体デバイス又は半導体チップのテスト工程では、プローブカードを用いてウェーハ上の半導体デバイスの電極パッドに接触し、信号を印加、収集してテストを実施する。従来、このためにプローバ装置のステージ上に置かれたウェーハに対し、上方向よりタングステンなどによるプローブピンを用いたカンチレバー方式、屈曲ピンを用いたマトリクス方式などによるプローブカードを区分的にウェーハに当て接触させてテストを実施している。従来のプローブカードを用いたテストにおいては、プローブカードにて接触できるウェーハ上の半導体チップはウェーハ全体の一部であり、そのため区分的に接触をしながらプローバ装置にて順次ウェーハを移動してウェーハ全体のテストを実施していた。

これに対し多数ピンのプローブカードによりこの区分数を少なくしてテスト効率を上げたいとの強い要望がある。例えば特許文献１や特許文献２に記載されたバンプ付きメンブレンシート方式のプローブカードはこの要望に対応できる数万の多数ピンを持つプローブカードを実現できる構造を有する。

第１の従来形態として図１６を用いて特許文献１に記載されたバンプ付きメンブレンシート方式のプローブカードの構造について説明する。図１６において、２０１はメンブレンバンプ（バンプ付きメンブレンシート）であり、剛性リング２０３に張られたポリイミドシート（絶縁膜）２０５にバンプ２０７、短絡部２０９及び裏面電極部２１１が形成されており、このバンプ２０７がウェーハ上の引出し端子である電極パッドに接触する役割を持つ。２１３は異方導電膜であり、ゴム材により形成された弾性膜２１５に、厚み方向に圧縮されることにより厚み方向に通電する導電路２１７を形成することにより構成され、ウェーハの電極パッドやバンプ２０７などの高さバラツキを吸収し、バンプ２０７に均一な接触圧を与える役割を持つ。２１９は配線基板であり、基材となる厚さ３乃至５ｍｍの絶縁性基板２２１、端子２２３、外部端子２２５およびその間を接続する引出線２２７により構成され、バンプ２０７から導電路２１７を介して端子２２３に伝わった信号を外部に引出す役割を持つ。ここでバンプ２０７、短絡部２０９、裏面電極部２１１、導電路２１７及び端子２２３は、テストの対象となるウェーハ上の引出し端子である電極パッドに対応した位置（より具体的には、電極パッドに水平方向の位置が一致した状態）に形成され、必要に応じて数千から数万が用意される。

次にメンブレンバンプ２０１の製造方法を図１７乃至図１９を用いて説明する。まず、図１７に示すように、厚さ約１８μｍの銅箔２２９に厚さ約２５μｍのポリイミドシート２０５を貼り合わせた材料に対し、ポリイミドシート２０５にレーザを照射して直径約３０μｍの小径穴２３１を形成する（第１の工程）。次に、銅箔２２９の裏面に保護レジスト２３３を塗布し、銅箔２２９にメッキ電極を接続してニッケルの電気メッキを行う。メッキは、小径穴２３１を埋めるようにして短絡部２０９を形成し、更にポリイミドシート２０５の表面に達すると、全ての方向に一様に拡がって半球状に進み、バンプ２０７を形成する（第２の工程、図１８参照）。メッキは、バンプ２０７の高さが１０〜２０μｍになるまで行われる。次に、銅箔２２９の裏面に塗布された保護レジスト２３３を除去し、再度レジストを塗布して裏面電極部のパターンを感光させ、銅箔２２９のエッチングにより裏面電極部２１１を形成する。そして、レジストを除去し、最後にポリイミドシート２０５を剛性リング２０３に貼りメンブレンバンプ２０１を構成する（第３の工程、図１９参照）。

次に第２の従来形態として図２０乃至図２９を用いて特許文献２に記載されたバンプ付きメンブレンシート方式のプローブカードの構造について説明する。

このプローブカードは図２０に示すフレーム板３０１を有している。フレーム板３０１は、検査対象のウェーハのサイズとほぼ同等の２００ｍｍ乃至３００ｍｍの直径を有していて、厚さは例えば４０μｍ乃至８０μｍとなっている。また、フレーム板３０１は、温度変化に伴う位置ずれの影響を排除できるように、ウェーハに近い熱膨張係数又は線熱膨張係数を有していて、フレーム板３０１の熱膨張係数又は線熱膨張係数は例えば０乃至１×１０^−５／℃となっている。さらに、フレーム板３０１にはウェーハに形成された半導体チップに対応して厚み方向に貫通する複数の貫通孔又は貫通穴３０３が形成されており、これらはエッチングにより形成される。

図２１はフレーム板３０１に形成された貫通穴３０３周辺の構造を示しており、貫通穴３０３周辺にて支持された状態で異方導電膜３０５と接点膜（バンプ付きメンブレンシート）３０７が配置されている。異方導電膜３０５は、弾性膜３０９と、この弾性膜３０９に設けられた導電路３１１とにより構成され、弾性膜３０９は、厚さ８０μｍのゴム材料により形成されていて、外周（３１３）がフレーム板３０１の貫通穴３０３周辺に固定され、導電路３１１を保持する役割を持つ。

導電路３１１は厚さ１３０μｍの弾性膜中に金属粒子を多数含み、厚み方向から圧力が加わると変形して金属粒子同士の接触により上下方向に通電する機能を有する。

一方、接点膜３０７は、絶縁膜３１５と、絶縁膜３１５の表面側に形成されたバンプ３１７と、導電電極３１９とにより構成されている。絶縁膜３１５は、厚さ２５μｍのポリイミドにて形成され、その周辺部又は周辺部裏面を接着剤３２１によりフレーム板３０１に固定されている。絶縁膜３１５の表面側にはニッケルにより直径高さ共約２０μｍのバンプ３１７が形成され、ウェーハの半導体チップの電極パッドにコンタクトする役割を持つ。さらに、絶縁膜３１５には、バンプ３１７に繋がる導電電極３１９が絶縁膜３１５の表面および膜内に形成され、バンプ３１７と異方導電膜３０５の導電路３１１とを接続する役割を有する。３２３はウェーハに対応する大きな径を有する配線基板であり、基材となる厚さ３乃至５ｍｍの絶縁性基板３２５、端子３２７、外部端子３２９および引出線３３１により構成され、バンプ３１７から導電電極３１９、導電路３１１を介して端子３２７に伝わった信号を外部端子３２９から外部に引出す役割を持つ。

以下に図２２乃至図２９を用いて接点膜３０７の製造方法を示す。

図２２において３３３は貼合せシートであり、この中に接点膜３０７を多数形成する。図２３は貼合せシートの断面を示しており、貼合せシート３３３としては、絶縁膜３１５の集合体である２５μｍ厚のポリイミドシート３３５に対し４μｍ厚の銅箔３３７を貼合せたものを用いる。そして、貼合せシート３３３にレジスト３３９を貼り、ウェーハに形成された半導体チップの電極パッドに対応した位置に導電電極を形成すべく、フォトマスクを用いてレジスト３３９にパターンを形成する。次に貼合せシート３３３をポリイミドエッチング液に浸し、レジスト３３９に形成したパターンをマスクとしてポリイミドシート３３５に導電電極穴３４１を形成する（第１の工程、図２４参照）。この場合、ポリイミドの持つ異方性により、図２４に示すようにシート面に対して５０°の角度にてすり鉢状（断面台形状）にエッチングが進行する。次に、レジスト３３９を剥がし、銅箔３３７をメッキ電極としてニッケルメッキを行い、図２５に示すように、ポリイミドシート３３５の厚さ程度まで導電電極穴３４１にニッケルを成長させ、導電電極３１９を形成する（第２の工程）。導電電極３１９を形成したら、銅箔３３７にレジスト３４２を貼り、半導体チップの電極パッドに対応した位置にバンプ３１７を形成すべくフォトマスクを用いてレジスト３４２にバンプ穴３４３を形成する（第３の工程、図２６参照）。さらに、図２７に示すように、銅箔３３７をメッキ電極としてニッケルメッキを行い、レジスト３４２の厚さを超えない範囲でバンプ穴３４３にニッケルを成長させバンプ３１７を形成する（第４の工程）。そして、レジスト３４２を剥離し、レジスト３４５を貼り、フォトマスクを用いてレジスト３４５にパターンを形成し、この状態にて銅をエッチングするエッチング液に浸し、銅箔３３７をエッチングしてバンプ３１７の周囲に、導電電極３１９の一部を構成する導電電極ベース３４７を形成する（第５の工程、図２８）。この後、レジスト３４５を剥離し、図２２における長方形状部分を裁断し、分割して接点膜３０７を形成する。図２９に示すように、この中より選別した良品の接点膜３０７に接着剤３２１を塗布し、実装機を用いてフレーム板３０１の各貫通穴３０３に図２１のように搭載し、さらにフレーム板３０１全体を配線基板３２３の上又は表面側に配置することによりプローブカードを完成させる。

特開平１０−１７８０７４号特開２０１１−０２２００１号

第１の従来形態に示すプローブカードの構成は、バンプの形が半球状であり、バンプの先端が鋭くないため、ウェーハの電極パッドとの接触に大きな圧力が必要であった。

第２の従来形態に示すプローブカードの構成では、第１の従来形態のプローブカードと異なり、バンプの形が四角柱状や円柱状である。そこで、バンプの断面積を小さく形成して先端が細いバンプを得ることが可能ではあるが、バンプの先端のみを細くすることができないので、バンプ全体の強度を確保する観点から、バンプの先端を鋭くすることは実際上は不可能である。したがって、第２の従来形態のプローブカードでも、ウェーハの電極パッドとの接触に大きな圧力が要求されることとなる。

本発明は、こういった従来の問題を解決するためになされたもので、多数のバンプを小さな圧力でウェーハの電極パッドに一括して良好に接触させることができるプローブカード、このプローブカードに用いるバンプ付きメンブレンシート及びこのバンプ付きメンブレンシートの製造方法の提供を目的とする。

この目的を達成するための本発明のプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートは、絶縁膜と、ウェーハに形成された半導体チップの電極パッドに電気的に接触するように前記絶縁膜の表面に設けられたバンプと、このバンプから前記絶縁膜内を通って前記絶縁膜の裏面側まで延びる導電電極と、を備えたプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートであって、前記導電電極の前記絶縁膜内に位置する部分は、断面形状が前記絶縁膜の表面に向って幅が狭くなる台形状であり、前記バンプは断面三角形状に形成されて前記導電電極の上面（表面）よりも広い底面を有しているものである。導電電極の上面はバンプの底面と例えば一体化している。バンプは、例えば円錐状又は角錐状（例えば４角錐状）などの断面三角形状に形成されているので、先端は鋭く、小さな圧力でウェーハの電極パッドと電気的に良好に接触できるものである。しかも、底面側に向って漸次断面積が増えるので、全体的に十分な強度の確保が可能となる。また、導電電極は、絶縁膜の表面に向って幅が狭くなる台形状の断面形状を有しているので、導電電極は絶縁膜の表面側に向って抜け止めされる。そして、バンプは導電電極の上面よりも広い底面を有しているので、このバンプの底面の外側と絶縁膜との接触又は係合によって、導電電極は絶縁膜の裏面側に向っても抜け止めされる。導電電極の上面は、例えば絶縁膜の表面と同一の高さに位置している。

プローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの導電電極は、絶縁膜の裏面から突出する裏面側端部を有し、この裏面側端部が、導電電極の絶縁膜内に位置する部分の底面（裏面）よりも広くなるように形成できる。裏面側端部は例えば導電電極の絶縁膜内に位置する部分の底面と一体化している。このように構成することにより、裏面側端部の外側と絶縁膜の裏面との接触又は係合により、導電電極の絶縁膜の表面側への抜け止め効果が向上する。

このようなバンプ付きメンブレンシートは、導電電極と電気的に接続される端子を有する配線基板と組み合わされてプローブカードを構成する。

バンプ付きメンブレンシートはウェーハに対応した大きさ、例えばウェーハと同一の又はほぼ同一の大きさを有することができる。

プローブカードは、半導体チップに対応する貫通孔が複数形成されたフレーム板を備えることができ、バンプ付きメンブレンシートは、貫通孔に対応した大きさを有し、フレーム板の表面側の貫通孔周辺に支持されることができる。ここでは、貫通孔に対応した大きさに形成され、貫通孔又は貫通孔周辺に支持された弾性膜及びこの弾性膜内に相互に絶縁された状態で形成された、厚み方向に延びる複数の導電路を有する異方導電膜を設け、導電電極と配線基板の端子とを、この導電路を介して電気的に接続することができる。

また、本発明のプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの製造方法は、絶縁膜と、ウェーハに形成された半導体チップの電極パッドに電気的に接触するように前記絶縁膜の表面に設けられたバンプと、このバンプから前記絶縁膜内を通って前記絶縁膜の裏面側まで延びる導電電極と、を備えたプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの製造方法であって、前記絶縁膜を形成するための絶縁シートを準備する準備ステップと、準備した前記絶縁シートに、前記半導体チップの前記電極パッドに対応するように、裏面側から断面三角形のメッキ穴を形成するメッキ穴形成ステップと、形成した前記メッキ穴にメッキして、このメッキ穴に対応した形状を有し、下側（裏面側）が前記導電電極を構成する電極体を形成する電極体形成ステップと、前記電極体の、前記導電電極を構成する部分よりも上側（表面側）が前記絶縁シートから断面三角形状に突出して露出するように、前記絶縁シートの表面側をハーフエッチングする露出ステップと、前記絶縁シートをハーフエッチングして形成した前記絶縁膜（絶縁膜の集合体の場合がある）から突出する断面三角形状の前記電極体の表面にメッキして、この電極体の表面に沿った表面を有する前記バンプを形成するバンプ形成ステップと、を備えるものである。メッキ穴は先端が鋭く、例えば尖っているバンプは、断面三角形状の電極体の表面に沿った表面を有するので、先端は鋭く、また、絶縁膜から突出する電極体の表面にメッキして形成されるので、底面は導電電極の上面よりも広くなる。バンプは例えば断面三角形状に形成される。絶縁膜から突出する断面三角形状の電極体（電極体の上側）はバンプの内部を構成する。また、電極体形成ステップでは、絶縁膜内に位置する部分の底面よりも広い裏面側端部が絶縁膜の裏面から突出するように電極体を形成することができる。

本発明では、バンプの形が例えば断面三角形の円錐又は角錐のため、バンプの先端が鋭く、このためウェーハの電極パッドへの接触に必要な圧力が低く、従来に比べ例えば１／２以下の圧力にて安定な接触が得られる。これにより、例えば異方導電膜の長寿命化および多数ピンの接触に必要な構造を簡易にすることができる。
さらに、バンプに偏った圧力が印加されても、バンプの底面（底面の外周）と、導電電極の傾斜面とにより絶縁膜を挟み込む構造であり、しかも、バンプ表面層は電極体の表面の上側の広い範囲と接合しているので、バンプは上下方向にも横方向にもしっかりと絶縁膜に対して固定されることとなる。したがって、バンプが抜けたり折れたりするなどして損傷することがなく、強度の問題による歩留り低下を少なくできるメリットがある。

本発明の第１の実施形態におけるフレーム板を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるプローブカードの構造を示す断面図である。本発明の第１の実施形態におけるプローブカードの構造を示す平面図である。本発明の第１の実施形態における貼合わせシートを示す図である。本発明の第１の実施形態における貼合わせシートを示す断面図である。本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の第２の工程を示す図である。本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の第３の工程を示す図である。本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の第４の工程を示す図である。本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の第５の工程を示す図である。本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の第６の工程を示す図である。本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の第７の工程を示す図である。本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の第８の工程を示す図である本発明の第１の実施形態における接点膜の製造方法の接着剤塗布の工程を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるメッキ厚５μｍのバンプ形状を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるメッキ厚１０μｍのバンプ形状を示す図である。本発明の第２の実施形態におけるプローブカードの構造を示す断面図である。第１の従来形態におけるプローブカードの構造を示す断面図である。第１の従来形態におけるメンブレンバンプの製造方法の第１の工程を示す図である。第１の従来形態におけるメンブレンバンプの製造方法の第２の工程を示す図である。第１の従来形態におけるメンブレンバンプの製造方法の第３の工程を示す図である。第２の従来形態におけるフレーム板を示す図である。第２の従来形態におけるプローブカードの構造を示す断面図である。第２の従来形態における貼合わせシートを示す図である。第２の従来形態における貼合わせシートを示す断面図である。第２の従来形態における接点膜の製造方法の第１の工程を示す図である。第２の従来形態における接点膜の製造方法の第２の工程を示す図である。第２の従来形態における接点膜の製造方法の第３の工程を示す図である。第２の従来形態における接点膜の製造方法の第４の工程を示す図である。第２の従来形態における接点膜の製造方法の第５の示す図である。第２の従来形態における接点膜の製造方法の接着材塗布の工程を示す図である。

以下、本発明の第１の実施形態（第１のプローブカード）について、図１乃至図１４を参照して説明する。第１のプローブカードは、接点膜及び異方導電膜を有するフレーム板と、配線基板とを備えたものである。

図１において、１は第１のプローブカードに用いるフレーム板であり、検査対象のウェーハ（半導体ウェーハ）のサイズとほぼ同等の２００ｍｍ乃至３００ｍｍの直径を有していて、厚さは例えば４０μｍ乃至８０μｍとなっている。また、フレーム板１は、温度変化に伴う位置ずれの影響を排除できるように、ウェーハに近い熱膨張係数又は線熱膨張係数を有していて、フレーム板１の熱膨張係数又は線熱膨張係数は例えば０乃至１×１０^−５／℃となっている。そのため、フレーム板１の材質は、インバー、４２アロイといった金属材料が適している。さらに、フレーム板１にはウェーハに形成された半導体チップに対応して厚み方向に貫通する複数又は多数の貫通穴３が形成されており、これらはエッチングにより形成される。ここでは、貫通穴３は、１つの半導体チップに対応するように形成されているが、数個の又は２乃至５個の半導体チップに対応するように形成されてもよい。

次に図２を参照してこのフレーム板１を用いた第１のプローブカードの構造を説明する。

図２はフレーム板１に形成された貫通穴３周辺の構造を示しており、貫通穴３周辺にて支持された状態で異方導電膜５と接点膜（バンプ付きメンブレンシート）７が配置されている。したがって、異方導電膜５と接点膜７は、貫通穴（貫通孔）３又は半導体チップに対応する大きさを有している。フレーム板１のそれぞれの貫通穴３に図２の構造が構成される。異方導電膜５は、弾性膜９と、この弾性膜９に設けられた導電路１１とにより構成され、弾性膜９は、厚さ８０μｍのゴム材料により形成されていて、外周がフレーム板１の貫通穴３周辺に固定され、導電路１１を保持する役割を持つ。弾性膜９の外周下端（外周裏側）には、外向きの支持フランジ１３が一体的に形成されていて、弾性膜９は、支持フランジ１３が貫通穴３の外周裏面に載って支持されるように、貫通穴３に、例えばきつく嵌め込まれている。

導電路１１は厚さ１３０μｍの弾性膜中に金属粒子を多数含み、厚み方向から圧力が加わると変形して金属粒子同士の接触により上下方向に通電する機能を有する。すなわち、導電路１１は、弾性膜９に、突出部分（ここでは上下（表面側及び裏面側）の角（長方形）柱状の突出部分であるが、突出部分は円柱状とすることもできる）が形成されるように、部分的に１３０μｍの厚さ部分を形成することにより構成される。

一方、接点膜７は、絶縁膜１５と、絶縁膜１５の表面に設けられたバンプ１７と、絶縁膜１５の膜内および絶縁膜１５の裏面に設けられた導電電極１９とにより構成されている。絶縁膜１５は、厚さ２０μｍのポリイミドにて形成され、その周辺部又は周辺部裏面を接着剤２１によりフレーム板１（異方導電膜５の外周のフレーム板１表面）に固定されている。絶縁膜１５の表面にはニッケルにより底面の半径及び高さ共約２０μｍの円錐形のバンプ１７が形成されており、このバンプ１７は、ウェーハの半導体チップの電極パッドに接触する役割を持つ。さらに、絶縁膜１５には、バンプ１７に繋がる導電電極１９が絶縁膜１５の膜内および裏面に形成され、この導電電極１９の下端部（裏面側端部）２２は、異方導電膜５の導電路１１と同等若しくはより広い面積にて形成されていて、導電電極１９は、裏側端面が絶縁膜１５の裏面側で露出し、バンプ１７と異方導電膜５の導電路１１とを接続する役割を有する。導電電極１９の絶縁膜１５内の部分２４は、円錐台形状（断面台形状）に形成され、裏面側端部２２は薄肉の長方形状に形成されている。そして、裏面側端部２２は、導電電極１９の絶縁膜１５内の部分２４の底面よりも広く形成されている。２３はウェーハ及びフレーム板１に対応する大きな径を有する配線基板であり、基材となる厚さ３乃至５ｍｍの絶縁性基板２５、端子２７、基材の一端に配置された外部端子２９および引出線３１により構成され、引出線３１は、バンプ１７から導電電極１９、導電路１１を介して端子２７に伝わった信号を外部端子２９から外部に引出す役割を持つ。ここでバンプ１７、導電電極１９、導電路１１、端子２７は、テストの対象となるウェーハ上の引出し端子である半導体チップの電極パッドに水平方向の位置が一致した状態に形成され、必要に応じて数千から数万が用意される。

次に、図３乃至図１２を用いて接点膜７の製造方法を説明する。接点膜７は、サイズが小さいので、ウェーハと同一の熱膨張係数（線熱膨張係数）を有する必要はなく（具体的には、ウェーハよりも大きな熱膨張係数を有する）、加工が容易な材料を用いて安価に形成することができる。

図３において３３は貼合せシートであり、この中に接点膜７を多数形成する。この場合、フレーム板１に搭載される接点膜７の必要数より多めに接点膜７を形成するが、形成ピッチを高めて（狭めて）形成するため、貼合せシート３３全体のサイズとしてはフレーム板１より小さい、１辺が２００ｍｍ程度の縮小された正方形状のものとなり、メッキ、レジストによるパターンニングを通常の装置により容易に高精度にて処理できる。図４は貼合せシート（１つの接点膜７を形成する部分）の断面を示しており、貼合せシート３３は、絶縁膜１５となる又は絶縁膜１５を形成する３８μｍ厚のポリイミドシート（絶縁シート）３５に対し４μｍ厚の銅箔３７を貼合せたものを用いる（第１の工程、準備ステップ）。
接点膜７の製造の第２の工程として、銅箔３７にレジスト３９を貼り、ウェーハに形成された半導体チップの電極パッドに対応した又は電極パッドと同じ位置に導電電極を形成すべく、フォトマスクを用いてレジスト３９にパターンを形成する（図５参照）。さらに第３の工程として、貼合せシート３３を銅エッチング液に浸し、レジスト３９に形成したパターンをマスクとして銅箔３７に丸穴４０を形成する（図６参照）。次に第４の工程として、レジスト３９を剥離し、ヒドラジンを主成分とするポリイミドエッチング液に貼合せシート３３を浸し、銅箔３７をマスクとし、銅箔３７の丸穴４０に対応してポリイミドシート３５に裏面側から導電電極穴（メッキ穴）４１を形成する（メッキ穴形成ステップ、図７参照）。この場合、ポリイミドの持つ異方性により、シート面に対して角度（Ｘ、ここでは５０°）にてすり鉢状にエッチングが進行するが、ポリイミドエッチング液に長時間浸すことにより導電電極穴４１の先端を鋭く、例えば尖って形成し、全体として円錐又は角錐（断面三角形状）になるようにする。この角度はポリイミドの結晶構造により異なる値を持つが、例えば角度（Ｘ）がシート面に対して５０°の場合、レジスト３９に形成したパターンの丸穴直径を５６μmとすれば、導電電極穴４１の底部（裏面開口部）の直径は５６μm、導電電極穴４１の先端までの高さは３３．３μmとなる。次に第５の工程として、図８に示すように貼合せシート３３の裏面より銅のスパッタを施し、導電電極穴４１に銅の薄膜４３を形成する。次に第６の工程として、銅箔３７にレジスト４５を塗布し、フォトマスクを用いてレジスト４５に導電電極のパターンを形成した上で、薄膜４３をメッキ電極としてニッケルメッキを行い、ポリイミドシート３５の厚さ程度もしくはレジスト４５の中程に至るまで導電電極穴４１にニッケルメッキを成長させ、電極体４６（下側が導電電極１９となる）を形成する（電極体形成ステップ、図９参照）。ここでレジスト４５に形成された導電電極の形成部は、導電電極穴４１の底部よりも大きい。次に第７の工程として、レジスト４５を剥離し、貼合せシート３３の表面側よりポリイミドシート３５をエッチング液に浸し、ポリイミドシート３５の厚さが２０μｍとなるまでハーフエッチングを行って電極体４６の先端側を露出させる（露出ステップ、図１０参照、ただし図１０等では銅の薄膜４３を特に区別して表示していない）。先に示したように導電電極穴４１の先端までの高さを３３．３μmに形成すれば、露出させた部分の高さは１３．３μmとなる。ポリイミドシート３５のハーフエッチングにより絶縁膜１５又は絶縁膜１５の集合体が形成される。次に第８の工程として、図１１に示すように銅箔３７を電極として電極体４６の先端側の露出した部分に対しニッケルメッキを施しバンプ１７を形成する（バンプ形成ステップ）。形成されるバンプ１７は、電極体４６の露出した部分の表面に対応する表面を有し、円錐形状又は断面三角形状となるが、具体的には、例えば、先端角部がＲ形状となっている断面三角形状、先端角部が円弧形状又は小さい円弧形状（曲率半径の小さい円弧形状）となっている断面三角形状又は先端角部が小さな丸みを帯びた断面三角形状となるが、先端角部の鋭さは失われない。
形成されたバンプ１７及び導電電極１９の形状を図１３、図１４を用いて詳細に示すが、図１３はバンプ１７形成時のメッキ厚が５μmの詳細であり（図１１及び図１２の詳細）、ポリイミドシート３５のハーフエッチングにより、電極体４６の先端側を露出させてから、電極体４６の先端側の露出部４８に対して行うニッケルメッキは、露出部４８の表面に対し垂直に成長していくため、先端個所以外では、露出部４８の表面に沿った均一な厚みのメッキ部５０を形成するが、先端個所では露出部４８の先端を中心とする球状にメッキ部５０を形成し、バンプ１７は、バンプ先端が断面小さい円弧形状となっている断面三角形状となる。さらに図１４は、バンプ１７形成時のメッキ厚が１０μmの詳細であり（図１１でメッキ厚を１０μｍとした場合）、図１３と同様に先端個所では露出部４８の先端を中心とする球状にメッキ部５０を形成し、バンプ１７は、バンプ先端が図１３より大きな円弧形状となっている断面三角形状となる。このような構成では、ポリイミドシート３５（ハーフエッチングにより絶縁膜１５又は絶縁膜１５の集合体となっている）を、断面台形状の導電電極１９と、メッキ部５０により直径が太くなったバンプ１７とにより挟み込む構造となり、バンプ１７および導電電極１９がポリイミドシート３５又は絶縁膜１５にしっかり固定される。このメッキは５μｍから１０μｍの厚さが望ましく、メッキ厚が５μｍより薄いとこの固定強度が弱くなり、メッキ厚が１０μｍより厚いとバンプ先端の円弧形状が大きくなるためバンプ先端の鋭さが減少してしまう。最後に銅箔３７をエッチングにより除去し、図３における長方形状部分を裁断し、分割して接点膜７を形成する。図１２に示すように、この中より選別した良品の接点膜７に接着剤２１を塗布し、実装機を用いて異方導電膜５が形成されたフレーム板１の各貫通穴３に図２のように搭載し（図２Ａでは特に銅箔３７を区別して表示していない）、さらにフレーム板１全体を配線基板２３の上又は表面側に配置することによりプローブカードを完成させる。
ここでは、第１の従来形態のバンプ、短絡部および裏面電極部の形成手法に較べ、残渣の残りやすいポリイミドに加工した穴径が大きいためメッキが容易となり、歩留りよくバンプおよび導電電極を形成することができる。すなわち、レーザによりポリイミドシートに開けた小口径の穴は加工に伴って発生する残渣によりメッキの成長不良が発生しやすく、バンプに不良が発生するおそれがある。

本プローブカードをプローバ装置に搭載し、位置合わせをした上でウェーハに押し付けるとウェーハの電極パッドにバンプ１７が当たり、その圧力は導電電極１９を通して異方導電膜５の導電路１１に加わり、ウェーハの電極パッドと接触して得られた信号はバンプ１７、導電電極１９、導電路１１、端子２７及び引出線３１を通して外部端子２９に引き出される。

次に、本発明の第２の実施形態（第２のプローブカード）について、図１５を参照して説明する。

図１５において、１０１はメンブレンバンプ（バンプ付きメンブレンシート）であり、剛性リング１０３に張られたポリイミドシート（絶縁膜）１０５にバンプ１０７、導電電極１０９（導電電極１０９のポリイミドシート１０５内の部分１２４及び裏面側端部１２２を含む）が形成されており、このバンプ１０７がウェーハ上の引出し端子である電極パッドに接触する役割を持つ。１１３は異方導電膜であり、ゴム材により形成された弾性膜１１５に、厚み方向に圧縮されることにより厚み方向に通電する導電路１１７を形成することにより構成され、ウェーハの電極パッドやバンプ１０７などの高さバラツキを吸収し、バンプ１０７に均一な接触圧を与える役割を持つ。１１９は配線基板であり、基材となる厚さ３乃至５ｍｍの絶縁性基板１２１、端子１２３、外部端子１２５およびその間を接続する引出線１２７により構成され、バンプ１０７から導電路１１７を介して端子１２３に伝わった信号を外部に引出す役割を持つ。ここでバンプ１０７、導電電極１０９、導電路１１７及び端子１２３は、テストの対象となるウェーハ上の引出し端子である電極パッドに対応した位置（より具体的には、電極パッドに水平方向の位置が一致した状態）に形成され、必要に応じて数千から数万が用意される。バンプ１０７及び導電電極１０９は、第１の実施形態のバンプ１７及び導電電極１９と同一の構成及び構造を有する。

メンブレンバンプ１０１の製造方法は第１の実施形態における接点膜７と同様の方法により製造される。ただし、メンブレンバンプ１０１はウェーハに対応した大きさを有しているため、準備する貼合せシート３３もウェーハに対応したサイズのメンブレンバンプ１０１を形成するためのものとなり、貼合せシート３３のポリイミドシート（絶縁シート）３５全体から一枚の絶縁膜１０５を形成することとなる。貼合せシート３３は第１の実施形態における図４と同じ断面を持ち、３８μｍ厚のポリイミドシート３５に対し４μｍ厚の銅箔３７を貼合せたものを用いる。この貼合せシート３３全体での一枚のメンブレンバンプ１０１の製造は、第１の実施形態における第２の工程、第３の工程、第４の工程、第５の工程、第６の工程、第７の工程及び第８の工程と同様の工程を経て行われる。第８の工程が終わると最後に第１の実施形態の場合と同様に銅箔３７をエッチングにより除去する。完成した一枚のバンプ付きポリイミドシート１０５を剛性リング１０３に貼り付けてメンブレンバンプ１０１を形成し、配線基板１１９の上又は表面側に異方導電膜１１３を配置し、上記メンブレンバンプ１０１を異方導電膜１１３の上に配置することによりプローブカードを完成させる。

ウェーハの半導体チップの配列の密度が高く、第１の実施形態において接点膜７を形成するための分割が困難な場合、第２の実施形態（第２のプローブカード）が有効となる。

本発明のバンプ付きメンブレンシートやプローブカードはウェーハの多ピン一括接触検査に有効に用いることができる。

７接点膜（バンプ付きメンブレンシート）
１７、１０７バンプ
１９、１０９導電電極
３５ポリイミドシート（絶縁シート）
４６電極体
１０１メンブレンバンプ（バンプ付きメンブレンシート）
１０５ポリイミドシート（絶縁膜）

Claims

絶縁膜と、ウェーハに形成された半導体チップの電極パッドに電気的に接触するように前記絶縁膜の表面に設けられたバンプと、このバンプから前記絶縁膜内を通って前記絶縁膜の裏面側まで延びる導電電極と、を備えたプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートであって、
前記導電電極の前記絶縁膜内に位置する部分は、断面形状が前記絶縁膜の表面に向って幅が狭くなる台形状であり、前記バンプは断面三角形状に形成されて前記導電電極の上面よりも広い底面を有している、ことを特徴とするプローブカード用のバンプ付きメンブレンシート。
前記導電電極は、前記絶縁膜の裏面から突出する裏面側端部を有し、この裏面側端部は、前記導電電極の前記絶縁膜内に位置する部分の底面よりも広く形成されている、ことを特徴とする請求項１記載のプローブカード用のバンプ付きメンブレンシート。
請求項１又は２記載のプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートと、このバンプ付きメンブレンシートの前記導電電極と電気的に接続される端子を有する配線基板と、を備えたことを特徴とするプローブカード。
前記バンプ付きメンブレンシートは前記ウェーハに対応した大きさを有している、ことを特徴とする請求項３記載のプローブカード。
前記半導体チップに対応する貫通穴が複数形成されたフレーム板をさらに備え、前記バンプ付きメンブレンシートは、前記貫通穴に対応した大きさを有し、前記フレーム板の表面側の前記貫通穴周辺に支持されている、ことを特徴とする請求項３記載のプローブカード。
前記貫通穴に対応した大きさに形成され、前記貫通穴又は前記貫通穴周辺に支持された弾性膜及びこの弾性膜内に相互に絶縁された状態で形成された、厚み方向に延びる複数の導電路を有する異方導電膜をさらに備え、前記導電電極と前記配線基板の前記端子とは、この導電路を介して電気的に接続される、ことを特徴とする請求項５記載のプローブカード。
絶縁膜と、ウェーハに形成された半導体チップの電極パッドに電気的に接触するように前記絶縁膜の表面に設けられたバンプと、このバンプから前記絶縁膜内を通って前記絶縁膜の裏面側まで延びる導電電極と、を備えたプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの製造方法であって、
前記絶縁膜を形成するための絶縁シートを準備する準備ステップと、
準備した前記絶縁シートに、前記半導体チップの前記電極パッドに対応するように、裏面側から断面三角形のメッキ穴を形成するメッキ穴形成ステップと、
形成した前記メッキ穴にメッキして、このメッキ穴に対応した形状を有し、下側が前記導電電極を構成する電極体を形成する電極体形成ステップと、
前記電極体の、前記導電電極を構成する部分よりも上側が前記絶縁シートから断面三角形状に突出して露出するように、前記絶縁シートの表面側をハーフエッチングする露出ステップと、
前記絶縁シートをハーフエッチングして形成した前記絶縁膜から突出する断面三角形状の前記電極体の表面にメッキして、この電極体の表面に沿った表面を有する前記バンプを形成するバンプ形成ステップと、を備えることを特徴とするプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの製造方法。
前記バンプは断面三角形状に形成される、ことを特徴とする請求項７記載のプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの製造方法。
前記電極体形成ステップでは、前記絶縁シートの裏面から突出し、前記絶縁シート内に位置する部分の底面よりも広い裏面側端部が設けられるように前記電極体を形成する、ことを特徴とする請求項７又は８記載のプローブカード用のバンプ付きメンブレンシートの製造方法。