JP2796070B2 - プローブカードの製造方法 - Google Patents

プローブカードの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハ上に形成
された複数の半導体チップの集積回路をウェハ状態で一
括して検査するためのプローブカードの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置(以後、半導
体装置を称する。)を搭載した電子機器の小型化及び低
価格化の進歩は目ざましく、これに伴って、半導体装置
に対する小型化及び低価格化の要求が強くなっている。
【0003】通常、半導体装置は、半導体チップとリー
ドフレームとがボンディングワイヤによって電気的に接
続された後、半導体チップ及びリードフレームが樹脂又
はセラミクスにより封止された状態で供給され、プリン
ト基板に実装される。ところが、電子機器の小型化の要
求から、半導体装置を半導体ウエハから切り出したまま
の状態(以後、この状態の半導体装置をベアチップと称
する。)で回路基板に直接実装する方法が開発され、品
質が保証されたベアチップを低価格で供給することが望
まれている。
【0004】ベアチップに対して品質保証を行なうため
には、半導体装置に対してウェハ状態でバーンイン等の
検査をする必要がある。ところが、半導体ウェハ上に形
成されている複数のベアチップに対して1個又は数個づ
つ何度にも分けて検査を行なうことは多くの時間を要す
るので、時間的にもコスト的にも現実的ではない。そこ
で、全てのベアチップに対してウェハ状態で一括してバ
ーンイン等の検査を行なうことが要求される。
【0005】ベアチップに対してウェハ状態で一括して
検査を行なうには、半導体ウェハ上に形成された複数の
半導体チップの検査用電極に電源電圧や信号を同時に印
加し、該複数の半導体チップを動作させる必要がある。
このためには、非常に多く(通常、数千個以上)のプロ
ーブ針を持つプローブカードを用意する必要があるが、
このようにするには、従来のニードル型プローブカード
ではピン数の点からも価格の点からも対応できない。
【0006】そこで、フレキシブル配線基板上に、半導
体チップの検査用電極と接続されるバンプが設けられた
薄膜型のプローブカードよりなるコンタクタが提案され
ている(日東技報 Vol.28,No.2(Oct. 1990 PP.57-62 を
参照)。
【0007】以下、前記のプローブカードの製造方法及
び該プローブカードを用いて行なう半導体装置の検査方
法について説明する。
【0008】まず、金属箔の表面に絶縁層を形成した
後、該絶縁層にスルーホールを形成した後、金属箔にメ
ッキ用電極の一方を接続して電気メッキを行なう。メッ
キ層は、スルーホールを埋めるように進んだ後、絶縁層
の表面まで達すると、該表面に等方的に拡がって半球状
になる。該半球状のメッキ層が検査用のバンプである。
その後、金属箔に対してエッチングを行ない回路パター
ンを形成してプローブカードを製造する。
【0009】次に、プローブカードと半導体ウェハとの
アライメントを行なった後、プローブカードを半導体ウ
ェハに押し付けて、プローブカードのバンプを半導体チ
ップの検査用電極に接触させ、その後、バンプに電源電
圧や信号電圧を印加して半導体装置の検査を行なう。
【0010】ところで、半導体チップの検査用電極は、
通常アルミニウム等の酸化し易い金属により形成されて
いるため、検査用電極の表面はアルミナ等の表面酸化膜
によって覆われている。そこで、プローブカードのバン
プと半導体チップの検査用電極との良好な電気的接続を
得るために、プローブカードを半導体ウェハに対して押
圧し、該押圧力によって表面酸化膜を破る必要がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところが、半導体ウェ
ハに形成される半導体チップの数が多くなってくると、
プローブカードに形成されるバンプの数が増加し、バン
プ1個当たりに加えられる押圧力は減少せざるを得な
い。このため、表面酸化膜をバンプによって確実に破る
ことができなくなり、バンプと検査用電極との間の接触
抵抗にバラツキが生じるという問題がある。
【0012】そこで、本件発明者らは、バンプと検査用
電極との接触面積を小さくすることにより、バンプ1個
当たりに加えられる押圧力が一定でも単位接触面積当た
りの荷重が大きくなり、これにより、検査用電極の表面
酸化膜が確実に破れるようにすることを考慮した。
【0013】具体的には、単位接触面積当たりの荷重を
大きくするための方策として、バンプの表面にメッキ法
により凹凸を形成する方法、バンプの表面にエッチング
を行なって凹凸を形成する方法、バンプの表面に微細な
粒子を埋め込んで凹凸を形成する方法等を考慮した。
【0014】ところが、いずれの方法によっても、低コ
ストにバンプの先端面に均一な凹凸を形成することがで
きないという第1の問題がある。
【0015】また、半導体ウェハが極めて平坦であるの
に対して、プローブカードの平坦性は十分でないため、
バンプの先端は同一の平面上に位置しないことが多い。
このため、半導体ウェハの直径が大きくなり半導体チッ
プの数が多くなると、プローブカードのすべてのバンプ
と半導体チップのすべての検査用電極とが確実に接続さ
れないという第2の問題がある。
【0016】前記に鑑み、本発明は、低コストにバンプ
の先端面に均一な凹凸を形成することができ、これによ
り、半導体チップの検査用電極の表面酸化膜が確実に破
れるようにすることを第1の目的とし、プローブカード
のすべてのバンプの先端を同一の平面上に位置させ、こ
れにより、プローブカードのすべてのバンプと半導体チ
ップのすべての検査用電極とが確実に接続されるように
することを第2の目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記の第1の目的を達成
するため、第1のプローブカードの製造方法は、バンプ
よりも硬い材料よりなる凹凸部を有する基板にバンプの
先端面を押し付けることにより、バンプの先端面に凹凸
を形成するものである。
【0018】具体的には、本発明に係る第1のプローブ
カードの製造方法は、半導体ウェハ上に形成された半導
体チップの電気特性を検査するためのプローブカードの
製造方法を対象とし、配線基板の表面に、半導体チップ
の検査用電極と接続されるバンプを形成する工程と、バ
ンプの先端面に、バンプよりも硬い材料よりなりバンプ
の径の半分以下の径の凸部又は凹部を有する表面層が形
成された押圧用基板を押しつけることにより、バンプの
先端面に凹凸部を形成する工程とを備えている。
【0019】第1のプローブカードの製造方法におい
て、押圧用基板の表面層は、押圧用基板の表面にNi、
Rh、Pd若しくはWよりなる金属粒子又はセラミック
ス若しくはSiO2 よりなる粒子をメッキ法で付着する
ことにより形成されていることが好ましい。
【0020】
【0021】第1のプローブカードの製造方法は、先端
面に凹凸部が形成されたバンプの表面に、該バンプより
も硬い金属よりなるメッキ層を形成する工程をさらに備
えていることが好ましい。
【0022】第1のプローブカードの製造方法における
バンプの先端面に凹凸部を形成する工程において、バン
プの先端面に押圧用基板を2回以上押しつけ、1回押し
付ける毎にバンプに接触する押圧用基板の位置を変える
ことが好ましい。
【0023】前記の第2の目的を達成するため、第2の
プローブカードの製造方法は、バンプの先端が同一平面
上に位置するように層間絶縁膜を塑性変形させるもので
ある。
【0024】具体的には、本発明に係る第2のプローブ
カードの製造方法は、半導体ウェハ上に形成された半導
体チップの電気特性を検査するためのプローブカードの
製造方法を対象とし、下層の金属配線と上層の金属電極
との間又は基材と金属電極との間に層間絶縁膜を有する
配線基板と、上層の金属電極と電気的に接続するように
形成され半導体チップの検査用電極と接続されるバンプ
とを、層間絶縁膜が軟化する温度で保持した状態で、バ
ンプの先端を平坦な基板に押し付けてバンプの先端を同
一平面上に位置させる工程を備えている。
【0025】
【作用】第1のプローブカードの製造方法によると、バ
ンプよりも硬い材料よりなりバンプの径の半分以下の径
の凸部又は凹部を有する表面層をバンプの先端面に押し
つけるため、バンプの先端面には、押圧用基板の表面層
の凸部又は凹部が転写されるので、凹凸部が確実に形成
される。
【0026】第1のプローブカードの製造方法におい
て、押圧用基板の表面層を、押圧用基板の表面にNi、
Rh、Pd若しくはWよりなる金属粒子又はセラミック
ス若しくはSiO2 よりなる粒子をメッキ法で付着する
ことにより形成すると、均一で且つ所望の大きさの径を
有する凹凸部を押圧用基板の表面に形成することができ
る。
【0027】
【0028】第1のプローブカードの製造方法が、先端
面に凹凸部が形成されたバンプの表面に、該バンプより
も硬い金属よりなるメッキ層を形成する工程を備えてい
ると、バンプ先端面の凹凸部は摩耗し難くなる。
【0029】第1のプローブカードの製造方法における
バンプの先端面に凹凸部を形成する工程において、バン
プの先端面に押圧板を2回以上押しつけ、1回押し付け
る毎にバンプに接触する押圧用基板の位置を変えると、
均一で且つ所望の大きさの径を有する凹凸部をバンプの
先端に形成することができる。
【0030】第2のプローブカードの製造方法による
と、バンプが形成された配線基板を層間絶縁膜が軟化す
る温度で保持した状態で、バンプの先端を平坦な基板に
押し付けるため、バンプの先端が同一平面上に位置する
ように層間絶縁膜は変形する。その後、フレキシブル基
板の温度を常温に戻すと、層間絶縁膜はバンプの先端が
同一平面上に位置する状態を保持して硬化する。この場
合、層間絶縁膜が軟化する温度はバーンインの温度より
も高いので、塑性変形した層間絶縁膜がバーンイン時に
再度変形することがないので、良好にバーンインを行な
うことができる。
【0031】
【実施例】以下、図1及び図2を参照しながら本発明の
一実施例に係るプローブカードの製造方法について説明
する。
【0032】まず、フレキシブル配線基板の表面に、半
導体チップの検査用電極と接続されるバンプを形成す
る。
【0033】図1(a)に示すように、厚さ約18μm
の銅箔10の一面にポリイミド(又はポリイミド前躯
体)をキャスティングした後、ポリイミドを加熱して乾
燥及び硬化させてポリイミド層11を形成する。硬化後
のポリイミド層11の厚さは約25μmである。ポリイ
ミドの熱膨張率は銅の熱膨張率(16×10-6/℃)と
略同じであるので、銅箔10及びポリイミド層11より
なるフレキシブル基板12の熱履歴による反りは少な
い。
【0034】その後、図1(b)に示すように、ポリイ
ミド層11に直径約30μmのスルーホール13を形成
する。その後、銅箔10の他面にレジスト(図示は省略
している。)を塗布した後、銅箔10にメッキ用電極の
一方を接続してNiの電気メッキを行なう。銅箔10の
他面はレジストに覆われているためNiはメッキされな
い。メッキ層はスルーホール13を埋めるように形成さ
れた後、ポリイミド層11の表面に達すると、等方的に
拡がって半球状になり、直径約45μmのバンプ14が
形成される。
【0035】その後、銅箔10の他面に塗布されたレジ
ストを除去した後、図1(c)に示すように、周知の方
法により銅箔10に対してエッチングを行なって回路パ
ターン15を形成する。
【0036】ここで、配線基板としては、前記フレキシ
ブル配線基板のほかに、その基材として、シリコン、ガ
ラス、セラミックス又はガラスエポキシ等を用いた配線
基板(以後、ハード基板と称する)を使用してもよい。
【0037】次に、押圧用基板に凸部又は凹部を有する
表面部を形成する。
【0038】例えば銅よりなる金属板の表面に電気メッ
キを施して、例えばNiよりなり粒径が1〜10μm程
度のメッキ層を表面層として形成する。このメッキ層に
おけるNi粒子の粒径については、メッキ液の添加剤及
び電流密度を変化させることにより制御可能である。す
なわち、通常、メッキにより生成させるNiの粒径を小
さくするため、例えばサッカリンのような添加剤が用い
られるが、その添加量を少なくするとNiの粒径が小さ
くなる。また、電流密度を低くすると粒径が小さくな
り、電流密度を高くすると粒径が大きくなる。従って、
メッキ液の添加剤及び電流密度を変化させることにより
1〜10μm程度の粒径の粒子よりなるメッキ層を形成
することができる。
【0039】図2はNiメッキの粒子の分布状態を示す
拡大写真を示しており、粒径が約5〜10μmの場合で
あって、粒子の分布が密で且つ均一になっている。
【0040】尚、押圧用基板に凸部又は凹部を有する表
面層の形成方法については、電気メッキ法の代わりに、
板ガラスよりなる押圧用基板の表面を砂で擦って粒径が
1〜10μm程度の凹凸部を形成してもよいし、押圧用
基板の表面に粒径が1〜10μmの粒子を均一に付着さ
せてもよい。
【0041】次に、バンプ14の先端面に押圧用基板の
表面層を押し当てて、バンプ14の先端面に凹凸部を形
成する。
【0042】図3(a)に示すように、フレキシブル基
板12のバンプ14に対して、金属板20の表面に形成
された3〜10μmの粒径のメッキ層21を押し付ける
ことにより、図3(b)に示すように、バンプ14の先
端面に凹凸部を形成する。
【0043】このときの加圧力は、直径40μmのAu
バンプの場合、1バンプ当たり5〜50gで、できれば
15〜25gが好ましい。また、押し付け回数は、1回
でもほぼ目的の凹凸部を形成することができるが、2〜
3回繰り返し押し付けることにより、より均一さを満た
すことができる。複数回押し付ける場合には、1度押し
付ける毎に金属板20の位置をずらし、バンプ14が金
属板20の表面に形成されたメッキ層21の同一箇所に
当たらないようにすると良い。
【0044】次に、バンプ14の先端面にメッキ層より
なる表面保護膜を形成する。
【0045】メッキの種類としては電解メッキ又は無電
解メッキのいずれでもよく、メッキ層を構成する金属材
料としてはNiよりも硬いRh、Ni、Pd、W等が挙
げられ、メッキ層の厚さとしてはバンプ14の先端面に
形成された凹凸部が隠れてしまわないように1μm以下
が好ましい。
【0046】次に、シリコン、ガラス、セラミックス、
ガラスエポキシ等を基材に用いたハード基板及びバンプ
よりなるプローブカードの製造方法について説明する。
【0047】ハード基板は、その平坦性が十分ではない
ため、レベリング(平坦化)を行なってから使用する。
通常、ハード基板の平坦度は、その基材や製法により異
なるが、基板の大きさに対して0.01〜1%程度であ
って、150mm×150mmの基板では数10μm以
上の凹凸がある。また、バンプ高さのバラツキは、その
形成方法により異なるが、150mm×150mmのエ
リアでは1〜5μm程度である。半導体ウェハが極めて
平坦であるのに対して、プローブカードが平坦とは言え
ないため、プローブカードのすべてのバンプと半導体チ
ップの検査用電極とが同時に確実に接続しないことがあ
る。そこで、両者を同時に確実に接続させるために、プ
ローブカードに対してレベリングを行なうものである。
【0048】以下、図9を参照しながら、レベリングの
方法について説明する。
【0049】まず、ガラス基板41上に、金属配線42
と、さらに層間絶縁膜43を介して金属電極44を形成
する。層間絶縁膜43には、エポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂等を用いる。
【0050】次に、感光性レジスト等を使用して金属電
極44の上にバンプ45を形成する。このバンプ45の
先端は、同一の平面上に位置せず、数10μmから数1
00μmのバラツキを生じる。この主要因として、ガラ
ス基板41の平坦度、層間絶縁膜43の厚さのバラツキ
及びバンプ45の高さのバラツキ等がある。
【0051】ハード基板及びバンプよりなるプローブカ
ードを平坦な一対の基板46により挟んだ状態で例えば
180℃程度に加熱する。このようにすると、プローブ
カードにおける下層の金属配線と上層の金属電極との間
又は基材と金属電極との間の層間絶縁膜が軟化して、バ
ンプの先端の位置は同一平面上に位置するようになる。
その後、プローブカードを常温まで冷却しても、層間絶
縁膜が塑性変形しているので、バンプの先端の位置は同
一平面上に位置したままである。
【0052】以下、本発明を評価するために行なった評
価テストについて説明する。
【0053】図4は、アルミニウム電極30の表面に形
成されたアルミナ層31に、先端面に凹凸部を有するバ
ンプ14を押し付ける方法を示している。この場合の押
し付け荷重は、バンプ1個当たり10g程度である。
【0054】図5は、従来の半球状のバンプをアルミニ
ウム電極に押し付けたときにアルミナ層に形成された圧
痕を示しており、アルミニウム電極には整った形状の窪
みが形成されており、アルミナ層は十分に破れてはいな
い。
【0055】図6〜図7は、前記実施例により製造した
バンプをアルミニウム電極に押し付けたときにアルミナ
層に形成された圧痕を示しており、No.1〜No.6
のいずれのサンプルにおいても、アルミニウム電極には
複雑な形状の窪みが形成されており、アルミナ層は確実
に破れている。
【0056】図8は、従来の半球状の直径40μmのバ
ンプ(図中においては半球状バンプと記載している。)
及び前記実施例により製造した直径40μmのバンプ
(図中においては凹凸状バンプと記載している。)をそ
れぞれアルミニウムよりなる厚さ1μmの検査用電極に
バンプ1個当たり10gの加圧力で押し付けた場合の接
触抵抗を測定したものである。尚、測定電流は1mAで
ある。図8から明らかなように、前記実施例のバンプの
場合には従来例のバンプの場合に比べて接触抵抗が大き
く低減している。
【0057】
【発明の効果】第1のプローブカードの製造方法による
と、押圧用基板の表面層に形成されているバンプの半分
以下の径の凸部又は凹部がバンプの先端面に転写される
ため、バンプの先端面には均一な凹凸部が形成されるの
で、プローブカードを半導体ウェハに押し付けると、半
導体チップのすべての検査用電極の表面酸化膜が確実に
破られる。このため、プローブカードのバンプと半導体
チップの検査用電極との良好な電気的接続が得られる。
【0058】また、押圧用基板の表面層に形成された凹
部及び凸部はバンプよりも硬い材料により構成されてい
るため、1回の押し付けでは殆ど変形が見られず、1枚
の押圧用基板を繰り返し使用することができる。従っ
て、繰り返し使用することができる押圧用基板をバンプ
に押し付けるのみで、バンプの先端に均一な凹凸を形成
することができるので、プローブカードの低コスト化が
図れる。
【0059】第1のプローブカードの製造方法におい
て、押圧用基板の表面層を、押圧用基板の表面にNi、
Rh、Pd若しくはWよりなる金属粒子又はセラミック
ス若しくはSiO2 よりなる粒子をメッキ法で付着する
ことにより形成すると、バンプの先端面に均一で所望の
大きさの凹凸部を形成できるので、半導体チップのすべ
ての検査用電極の表面酸化膜をより確実に破ることがで
きる。
【0060】
【0061】第1のプローブカードの製造方法が、先端
面に凹凸部が形成されたバンプの表面に、該バンプより
も硬い金属よりなるメッキ層を形成する工程を備えてい
ると、バンプ先端面の凹凸部は摩耗し難くなるので、プ
ローブカードのバンプの寿命が長くなる。
【0062】第1のプローブカードの製造方法における
バンプの先端面に凹凸部を形成する工程において、バン
プの先端面に押圧板を2回以上押しつけ、1回押し付け
る毎にバンプに接触する押圧用基板の位置を変えると、
均一で且つ所望の大きさの径を有する凹凸部をバンプの
先端に形成することができるので、半導体チップのすべ
ての検査用電極の表面酸化膜をより確実に破ることがで
きる。
【0063】第2のプローブカードの製造方法による
と、配線基板の層間絶縁膜はバンプの先端が同一平面上
に位置するように塑性変形しているため、プローブカー
ドのすべてのバンプと半導体チップのすべての検査用電
極とが確実に接続されるので、良好にバーンインを行な
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るプローブカードの製造
方法の各工程を説明する断面図である。
【図2】前記一実施例に係るプローブカードの製造方法
において金属板の表面に形成されたNi粒子よりなる薄
膜の写真である。
【図3】前記一実施例に係るプローブカードの製造方法
の各工程を説明する断面図である。
【図4】本発明を評価するために行なった評価テストの
方法を示す断面図である。
【図5】従来のプローブカードの製造方法により形成さ
れたバンプをアルミニウム電極に押し付けたときの圧痕
の形状を示す薄膜の写真である。
【図6】前記一実施例に係るプローブカードの製造方法
により形成されたバンプの表面の薄膜の写真、前記バン
プをアルミニウム電極に押し付けたときの圧痕の形状を
示す薄膜の写真及びそのスケッチである。
【図7】前記一実施例に係るプローブカードの製造方法
により形成されたバンプの表面の薄膜の写真、前記バン
プをアルミニウム電極に押し付けたときの圧痕の形状を
示す薄膜の写真及びそのスケッチである。
【図8】従来及び本発明の一実施例に係るプローブカー
ドの製造方法により形成されたバンプの形状と接触抵抗
との関係を示す図である。
【図9】前記一実施例に係るプローブカードの製造方法
の各工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
10 銅箔 11 ポリイミド層 12 フレキシブル基板 13 スルーホール 14 バンプ 20 金属板 21 メッキ層 30 アルミニウム電極 31 アルミナ層 41 ガラス基板 42 金属配線 43 層間絶縁膜 44 金属電極 45 バンプ 46 基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−208237(JP,A) 特開 平3−293742(JP,A) 特開 平7−167912(JP,A) 特開 平5−224228(JP,A) 特開 平7−140168(JP,A) 特開 平1−227444(JP,A) 特開 平6−347480(JP,A) 特開 平3−180769(JP,A) 特開 平6−244253(JP,A) 実開 昭62−34369(JP,U) 特公 平6−27748(JP,B2) 特公 平1−45029(JP,B2) 特許2553661(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/66 G01R 1/073 G01R 31/26

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウェハ上に形成された半導体チッ
    プの電気特性を検査するためのプローブカードの製造方
    法であって、 配線基板の表面に、前記半導体チップの検査用電極と接
    続されるバンプを形成する工程と、 前記バンプの先端面に、前記バンプよりも硬い材料より
    なり前記バンプの径の半分以下の径の凸部又は凹部を有
    する表面層が形成された押圧用基板を押しつけることに
    より、前記バンプの先端面に凹凸部を形成する工程とを
    備えていることを特徴とするプローブカードの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記押圧用基板の表面層は、前記押圧用
    基板の表面にメッキ法で形成されていることを特徴とす
    る請求項1に記載のプローブカードの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記押圧用基板の表面層は、前記押圧用
    基板の表面を砂で擦って形成されていることを特徴とす
    る請求項1に記載のプローブカードの製造方法。
  4. 【請求項4】 先端面に凹凸部が形成された前記バンプ
    の表面に、該バンプよりも硬い金属よりなるメッキ層を
    形成する工程を備えていることを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか1項に記載のプローブカードの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記バンプの先端面に凹凸部を形成する
    工程において、前記バンプの先端面に前記押圧用基板を
    2回以上押しつけ、1回押し付ける毎に前記バンプに接
    触する前記押圧用基板の位置を変えることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のプローブカードの
    製造方法。
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