JP3108398B2 - プローブカードの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ上に
形成されたチップの複数の集積回路をウェハ状態で同時
に検査するために高温で用いられる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、半導体集積回路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、半導体集積回路装置は、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
導体集積回路装置を半導体ウエハから切り出したままの
状態（以後、この状態の半導体集積回路装置をベアチッ
プ又は単にチップと称する。）で直接回路基板に実装す
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、半導体集積回路装置をウェハ状態でバーンインス
クリーニングする必要がある。

【０００５】しかしながら、半導体ウェハに対するバー
ンインスクリーニングは、半導体ウェハの取扱が非常に
複雑になるので、低価格化の要求に答えられない。ま
た、一の半導体ウエハ上に形成されている複数のベアチ
ップを１個又は数個ずつ何度にも分けてバーンインスク
リーニングを行なうのは、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。

【０００６】そこで、全てのベアチップをウェハ状態で
一括して同時にバーンインスクリーニングすることが要
求される。

【０００７】ベアチップに対してウェハ状態で一括して
バーンインスクリーニングを行なうには、同一のウェハ
上に形成された複数のチップに電源電圧や信号を同時に
印加し、該複数の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という問
題がある。

【０００８】そこで、フレキシブル基板上にバンプが設
けられた薄膜型プローブカードが提案されている（日東
技報 Vol.28,No.2(Oct. 1990 PP.57-62 を参照）。

【０００９】以下、前記バンプ付フレキシブル基板を用
いたバーンインスクリーニングについて説明する。

【００１０】図１２（ａ），（ｂ）はバンプ付フレキシ
ブル基板を用いたプロービングの状態を示す断面図であ
る。図１２（ａ），（ｂ）において、２１１はプローブ
カードであって、該プローブカードは、ポリイミド基板
２１８と、ポリイミド基板２１８上に形成された配線層
２１７及びバンプ電極２１６と、配線層２１７とバンプ
電極２１６とを接続するスルーホール配線２１９とを有
している。

【００１１】図１２（ａ）に示すように、プローブカー
ド２１１を被検査基板である半導体ウェハ２１２に押し
付けて、半導体ウェハ２１２上の検査用端子としてのパ
ッド２１５とプローブカード２１１のバンプ２１６とを
電気的に接続する。室温状態での検査であれば、この状
態で電圧電源又は信号を配線層２１７を介してバンプ２
１６に印加することにより検査が可能となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バーン
インスクリーニングでは、温度加速を行なうために半導
体ウェハ２１２を昇温する必要がある。図１２（ｂ）
は、室温２５℃から１２５℃まで半導体ウェハ２１２を
加熱した際の断面構造を示している。図１２（ｂ）にお
いて、左側部分は半導体ウェハ２１２の中心の状態を、
右側部分は半導体ウェハ２１２の周縁部の状態を示して
いる。

【００１３】ポリイミド基板２１８を構成するポリイミ
ドの熱膨張率が半導体ウェハ２１２を構成するシリコン
の熱膨張率に比べて大きいため（シリコンの熱膨張率が
３．５×１０^-6／℃であるのに対して、ポリイミドの熱
膨張率は１６×１０^-6／℃である。）、半導体ウェハ２
１２の周縁部においてはバンプ２１６とパッド２１５と
の間にズレが生じてしまう。つまり、常温において半導
体ウェハ２１２とプローブカード２１１とをアライメン
トした後、これらを１００℃に昇温すると、６インチの
半導体ウェハ２１２の場合、プローブカード２１１が１
６０μｍ延びるのに対して半導体ウェハ２１２は３５μ
ｍ延びるので、半導体ウェハ２１２の周縁部において
は、パッド２１５とバンプ２１６とがおよそ１２５μｍ
ずれる。このため、半導体ウェハ２１２の周縁部におい
ては、パッド２１５とバンプ２１６との電気的接続がで
きなくなる。

【００１４】以上、説明したように、従来のバーンイン
スクリーニングによると、バーンインスクリーニングの
際に半導体ウェハが加熱されるため、半導体ウェハに接
するプローブカードも加熱され、半導体ウェハとプロー
ブカードとの熱膨張係数の差により、半導体ウェハの周
縁部においては、パッドとバンプとがずれてしまい、パ
ッドとバンプとが電気的に接続されないという問題があ
る。

【００１５】前記に鑑み、本発明は、バーンインスクリ
ーニングをする際に、半導体ウェハの周縁部において
も、バンプが半導体ウェハの検査用端子に確実に接触す
るようなプローブカードを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】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
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、一の主面上にプローブ端子を有する
弾性体からなるフレキシブル基板を加熱して熱膨張させ
る工程と、前記フレキシブル基板が熱膨張している状態
でその周縁部を剛性体によって固持する工程とを備えて
いる。

【００１７】第１のプローブカードの製造方法による
と、フレキシブル基板が熱膨張している状態でその周縁
部を剛性体によって固持するため、フレキシブル基板に
一様な張力歪みを簡易且つ確実に保持させることができ
る。

【００１８】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、一の主面上にプローブ端子を有する弾性体から
なるフレキシブル基板の周縁部を常温において剛性体に
よって固持する工程と、前記剛性体に固持されたフレキ
シブル基板を加熱した後に常温に戻すことにより前記フ
レキシブル基板に加熱収縮を起こさせて、前記フレキシ
ブル基板に張力を発生させる工程とを備えている。

【００１９】第２のプローブカードの製造方法による
と、剛性体に固持されたフレキシブル基板を加熱した後
に常温に戻すことによりフレキシブル基板に加熱収縮を
起こさせるので、寸法シフトを発生させることなく、フ
レキシブル基板に張力歪みを保持させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の第
１の実施形態に係るプローブカードを示しており、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線の断
面図である。

【００２１】図１において、１０１は貫通孔１０１ａを
有するフレキシブル基板、１０２はセラミクスからなり
螺子孔１０２ａを有する配線基板、１０３はセラミクス
からなり貫通孔１０３ａを有する剛性リング、１０４は
フレキシブル基板１０１上に形成されたプローブ端子と
してのバンプ、１０６は貫通孔１０３ａ，１０１ａを貫
通して螺子孔１０２ａに螺合することにより、フレキシ
ブル基板１０１を介在させて剛性リング１０３と配線基
板１０２とを固定する螺子、１０７は配線基板１０２に
形成された凹状溝、１０８は剛性リング１０３に形成さ
れたリング状の凸条部であって、これら凹状溝１０７と
凸条部１０８によって、フレキシブル基板１０１は配線
基板１０２及び剛性リング１０３に確実に固定される。
また、１０９は配線基板１０２に形成された外部電極で
ある。

【００２２】フレキシブル基板１０１としては、従来例
に示した２層フレキシブルプリント基材を用いる。

【００２３】以下、図４に基づいてフレキシブル基板１
０１上にバンプ１０４を形成する方法について説明す
る。２層フレキシブルプリント基材はポリイミド層１１
１と銅箔１１２とからなる。

【００２４】まず、図４（ａ）に示すように、厚さ約１
８μｍの銅箔１１２にポリイミド（又はポリイミド前駆
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１１１を形成する。硬化
後のポリイミド層１１１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、熱履歴による２層フレキシブ
ルプリント基材の反りは殆ど発生しない。

【００２５】次に、図４（ｂ）に示すように、ポリイミ
ド層１１１に直径約３０μｍのスルーホール１１３を形
成する。その後、銅箔１１２の表面（ポリイミド層１１
１が形成されていない面）にレジストを塗布した後、銅
箔１１２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１１２の表面はレジストに覆われて
いるためＮｉはメッキされない。メッキはスルーホール
１１３を埋めるようにして進んだ後、ポリイミド層１１
１の表面に達すると、等方的に拡がって半球状に進みバ
ンプ１０４が形成される。この場合、バンプ１０４の高
さが約２５μｍになるまでメッキを行なう。その後、バ
ンプ１０４と半導体チップのパッドとの間のコンタクト
抵抗を安定させるため、バンプ１０４の表面に約２μｍ
のＡｕからなる電気メッキ層１１５を形成する（図４
（ｃ）を参照）。

【００２６】次に、銅箔１１２の表面に塗布されたレジ
ストを除去した後、図４（ｃ）に示すように、周知の方
法により銅箔１１２に対してエッチングを行なって回路
パターン１１６を形成する。この際、回路パターン１１
６は、余り引き回すことなくバンプ１０４の近傍に止め
ておく。その理由は、ポリイミド基材に引張力を加えて
フレキシブル回路基板に均一に張力歪みを発生させる際
に、回路パターン１１６が張力歪みの均一化を阻止する
事態を避けるためである。

【００２７】第１の実施形態で用いたポリイミド基材の
特性を［表１］に記載する。

【００２８】

【表１】

【００２９】バーンイン温度を１２５℃、アライメント
時の温度を２５℃とすると、バーンイン温度とアライメ
ント時の温度との間の温度差Ｔ１は１００℃となる。Ｓ
ｉからなる半導体ウエハの直径Ｌ１を２００ｍｍ、検査
の対象となるチップに設けられた検査用電極（パッド）
の一辺の長さＬ２を１００μｍとすると、Ｌ２／（Ｌ１
×Ｔ１）は５×１０^-6／℃となるため、配線基板１０２
と半導体ウエハとの熱膨張率差Ｎ１が５×１０^-6／℃以
下となるように、配線基板１０２の熱膨張率を選択す
る。また、剛性のリング１０３の熱膨張率は配線基板１
０２の熱膨張率と一致させる。半導体ウエハの熱膨張率
が３．５×１０^-6／℃であるので、剛性リング１０３及
び配線基板１０２の熱膨張率は−１．５〜＋８．５×１
０^-6／℃の範囲とする。

【００３０】第１の実施形態においては、パッドとバン
プとの位置ずれを最小限に抑制するため、配線基板１０
２としては、熱膨張率がシリコンと同じく３．５×１０
^-6／℃であるムライト系セラミクス（アルミナＡｌ₂Ｏ₃
と酸化シリコンＳｉ０₂ を主成分とするセラミクス）を
用い、該配線基板１０２の上に図１（ａ）に示すような
配線層を形成する。剛性リング１０３も熱膨張率を一致
させるためにムライト系セラミクスを用いる。

【００３１】尚、第１の実施形態においては、配線基板
１０２及び剛性リング１０３を構成する材料としてムラ
イト系セラミクス（熱膨張率：３．５×１０^-6／℃）を
用いたが、被検査半導体基板がＳｉよりなる半導体ウエ
ハである場合には、配線基板１０２及び剛性リング１０
３を構成する材料として、シリコン（熱膨張率：３．５
×１０^-6／℃）、ガラスセラミクス（熱膨張率：３．０
〜４．２×１０^-6／℃）、窒化アルミニウム（熱膨張>
率：４．３〜４．５×１０^-6／℃）、アルミナ（熱膨張
率：７．３×１０^-6／℃）等を用いてもよい。

【００３２】被検査半導体基板を構成する材料と、フレ
キシブル基板１０１を固持する剛性体（配線基板１０２
及び剛性リング１０３）を構成する材料とは、次の条件
を満足するものであればよい。すなわち、被検査半導体
基板の熱膨張率とフレキシブル基板を固持する剛性体の
熱膨張率との差をＮ１、被検査半導体基板の径（円形の
場合は直径であり、矩形の場合には対角線長である）を
Ｌ１、被検査半導体基板に設けられた検査用端子の短辺
（矩形のときは短い方の辺であり、正方形の場合は一辺
である）の長さをＬ２、検査時の温度とアライメント時
の温度との差をＴ１としたとき、Ｎ１＜Ｌ２／（Ｌ１×
Ｔ１）の条件を満足することである。

【００３３】次に、フレキシブル基板１０１を配線基板
１０２に張り付けてプローブカードを作成する。フレキ
シブル基板１０１を配線基板１０２に張り付ける固定方
法としては次の３つの方法のうちのいずれかの方法を用
いる。

【００３４】以下、第１の固定方法について説明する。

【００３５】フレキシブル基板１０１をその周縁部から
外方に均等に引っ張り、張力歪みが０．１５％になるよ
うにした状態で、フレキシブル基板１０１を配線基板１
０２と剛性リング１０３とによって挟持する。ここで、
張力歪みとして０．１５％を採用した理由は次の通りで
ある。すなわち、フレキシブル基板１０１と配線基板１
０２との間の熱膨張率差Ｎ＝１２．５×１０^-6／℃、バ
ーイン温度とアライメント温度との温度差Ｔ＝１００℃
であるため、Ｔ×Ｎ＝０．１２５％となり、張力歪みの
値をＴ×Ｎの値以上にするためである。図５（ａ）は引
張応力と張力歪みとの関係を示し、図５（ｂ）は温度と
弾性率との関係を示している。

【００３６】フレキシブル基板１０１上の配線パターン
及びバンプ位置は引っ張りにより生成される張力歪みを
考慮して予め０．１５％程度縮小して形成しておく。フ
レキシブル基板１０１、配線基板１０２及び剛性リング
１０３の固定は、接着剤又は図１に示すような螺子１０
６によって行なう。

【００３７】以下、第２の固定方法について説明する。

【００３８】フレキシブル基板１０１、配線基板１０２
及び剛性リング１０３を１７５℃に加熱した状態で、こ
れらを接着剤又は螺子１０６によって固定する。この
際、ポリイミドを基材とするフレキシブル基板１０１は
常温（２５℃）の時に比べて０．２４％、配線基板１０
２及び剛性リング１０３は０．０５％それぞれ膨張して
いる。従って、この状態でフレキシブル基板１０１、配
線基板１０２及び剛性リング１０３を固定した後に、こ
れらを常温に冷却すると、フレキシブル基板１０１の収
縮は剛性の強い配線基板１０２及び剛性リング１０３に
支配され、フレキシブル基板１０１は剛性リング１０３
に周囲から引っ張られ、０．１９％の張力歪みを内在し
た状態になる。図６はフレキシブル基板１０１を構成す
るポリイミドと配線基板１０２及び剛性リング１０３を
構成するセラミックとにおける熱膨張率の温度依存性を
示している。

【００３９】第２の固定方法においても、フレキシブル
基板１０１上の配線パターン及びバンプ位置は引っ張り
により生成される張力歪みを考慮して予め０．１９％縮
小して形成しておく。また、加熱による収縮を最小限に
抑えるために、短時間の間に固定及び冷却を行なうこと
が好ましい。第２の固定方法は第１の固定方法に比べ
て、フレキシブル基板１０１を周囲から均等に引っ張っ
てフレキシブル基板１０１に均一な張力歪みを発生させ
る難しさがない。

【００４０】尚、フレキシブル基板１０１、配線基板１
０２及び剛性リング１０３を１７５℃に加熱してフレキ
シブル基板１０１を固定したが、加熱温度はこれに限ら
れず、次のものでもよい。すなわち、常温におけるフレ
キシブル基板１０１と配線基板１０２及び剛性リング１
０３との熱膨張率の差をＮとし、プローブカードと半導
体ウェハとをアライメントするときの温度と半導体ウェ
ハに対して検査をするときの温度との温度差をＴとした
とき、フレキシブル基板１０１の張力歪みがアライメン
ト時の温度において面内でほぼ均一にＴ×Ｎ以上になる
ようにする。従って、本実施形態においては、１２５℃
以上の温度に加熱しておけば十分である。加熱温度の上
限については、ポリイミド基材のガラス転移温度２９９
℃以下の温度が好ましく、加熱による収縮がポリイミド
基材に発生し難い２００℃以下の温度がより好ましい。

【００４１】以下、第３の固定方法について説明する。

【００４２】まず、常温においてフレキシブル基板１０
１を配線基板１０２及び剛性リング１０３に張り合わせ
た後、これらを３００℃まで加熱し、加熱状態で３０分
放置した後、常温に冷却する。これによりフレキシブル
基板１０１を構成するポリイミド基板は０．１３％の加
熱収縮を起こす。この加熱収縮は、ポリイミド基板の周
縁部が配線基板１０２及び剛性リング１０３に固定され
た状態で起きるため、常温に冷却した際にも面内におけ
る寸法収縮は発生せず、ポリイミド基板は０．１３％の
張力歪みを内在した状態となる。図７はポリイミド基材
の加熱温度と加熱収縮率との関係を示している。

【００４３】第３の固定方法は、フレキシブル基板１０
１を配線基板１０２及び剛性リング１０３に張り合わせ
た後に、フレキシブル基板１０１に加熱収縮を起こさせ
るため、第１及び第２の固定方法に比べて寸法シフトが
ないので、フレキシブル基板１０１の伸び縮みを考慮し
て配線パターン及びバンプの位置を予め縮小したり拡大
したりする必要はない。

【００４４】また、フレキシブル基板１０１の固定に接
着剤を用いる場合には、剛性リング１０３を省略して、
フレキシブル基板１０１を配線基板１０１に直接接着し
てもよい。

【００４５】以下、前記のように構成されたプローブカ
ードを用いて行なう検査方法について説明する。

【００４６】図２（ａ），（ｂ）はプローブカード１２
０と半導体ウエハ１２４とのアライメントを行なうアラ
イメント装置を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は
側面図である。

【００４７】図２において、１２１は半導体ウエハ１２
４が載置される真空チャックであって、真空チャック１
２１は、その上面に設けられた複数の穴より真空引きを
して半導体ウエハ１２４を固定する。また、真空チャッ
ク１２１は、その内部にヒーター１２１ａ及び温度感知
装置（図示せず）を有しており、半導体ウエハ１２４の
温度をコントロールできる。また、図２において、１２
２はチャック１２１と同じくウェハステージ１２３上に
固定されたプローブカードアライメント用カメラであっ
て、該カメラ１２２はプローブカード１２０のバンプ１
２５面を捕らえる。また、１２６はプローブカード１２
０と同じくプローブカードステージ１２７に取り付けら
れたウエハアライメント用カメラであって、該カメラ１
２６は半導体ウエハ１２４のアライメント及びパッド位
置の検出を行なう。

【００４８】まず、真空チャック１２１上に取り付けら
れたプローブカードアライメント用カメラ１２２及び画
像認識装置（図示せず）によってプローブカード１２０
のバンプ１２５の位置及び高さを認識する。プローブカ
ード１２０が真空チャック１２１の上面と平行でない場
合には、プローブカード１２０は真空チャック１２１の
上面と平行になるように自動調整される。

【００４９】真空チャック１２１上に運ばれてきた半導
体ウエハ１２４のＸ軸，Ｙ軸及びθの３軸は、ウエハア
ライメント用カメラ１２６を用いてＸ軸制御モータ１２
９、Ｙ軸制御モータ１２８及びθ制御モータ１３０によ
ってアライメントされ、半導体ウェハ１２４がプローブ
カード１２０の真下に移動すると、Ｚ軸制御機構１３１
により真空チャック１２１が上昇し、半導体ウェハ１２
４はプローブカード１２０とコンタクトする。通常はこ
の状態で半導体ウェハ１２４に対して電気特性の測定を
行なう。高温下で半導体ウェハ１２４に対して電気特性
の測定を行なう場合には、真空チャック１２１のヒータ
１２１ａに通電して真空チャック１２１及び半導体ウェ
ハ１１４を加熱する。プローブカード１２０も半導体ウ
エハ１２４から伝わる熱によって加熱される。しかし、
前述したようにプローブカード１２０を構成するフレキ
シブル回路基板１０１は常温で張力歪みを持った状態で
剛性リング１０３に固定されているため、フレキシブル
回路基板１０１の張力歪みが緩和されるだけであって、
フレキシブル回路基板１０１が膨張して弛むことはな
い。従って、従来のプローブカードのように、バンプが
パッド上で滑ったりバンプがパッドからずれてしまうよ
うな事態は起きない。

【００５０】第１の実施形態に係るプローブカード１２
０によると、熱膨張率の比較的大きいフレキシブル基板
１０１は、熱膨張率が半導体ウェハと比較的近い配線基
板１０２及び剛性リング１０３に常温において一様な張
力歪みを持った状態で固定されているので、プローブカ
ード１２０が加熱された状態においてもプローブカード
１２０における弛み及びバンプとパッドとのズレが生じ
ない。

【００５１】（第２の実施形態）図３（ａ），（ｂ）は
本発明の第２の実施形態に係るプローブカードの構造を
示している。

【００５２】第２の実施形態においては、フレキシブル
基板１０１は第１の実施形態と同様である。第２の実施
形態の特徴は、フレキシブル基板１０１を保持する剛性
リング１４０の熱膨張率がフレキシブル基板１０１の熱
膨張率よりも大きい点と、剛性リング１４０にヒータ１
４１を設けた点とである。ヒータ１４１は剛性リング１
４０に内蔵してもよいし、剛性リング１４０の表面に貼
着してもよい。第２の実施形態に係るプローブカードに
おいては、フレキシブル基板１０１は接着剤１４３によ
って剛性リング１４０に固定されている。

【００５３】剛性リング１４０を構成する材料としては
アルミニウムを用いる。アルミニウムの熱膨張率は２
３．５×１０^-6／℃であって、フレキシブル基板１０１
を構成するポリイミドの１６×１０^-6／℃よりも大き
い。

【００５４】尚、剛性リング１４０を構成する材料とし
ては、アルミニウムのほかに、銅（熱膨張率：１７．０
×１０^-6／℃）等のように、フレキシブル基板１０１よ
りも熱膨張率が大きい剛性の材料を用いることができ
る。

【００５５】以下、第２の実施形態に係るプローブカー
ドの製造方法について説明する。

【００５６】まず、常温において、フレキシブル基板１
０１を剛性リング１４０に固定した後、ヒータ１４１に
通電することにより剛性リング１４０を所定の温度に加
熱して熱膨張させる。剛性リング１４０の温度は、剛性
リング１４０とフレキシブル基板１０１との間に挟み込
まれた温度センサ１４２によって検出し、該温度センサ
１４２が検出した温度に基づき、温度制御装置１４４が
ヒータ１４１に流す電流を制御することにより剛性リン
グ１４０の温度は制御される。剛性リング１４０の熱膨
張によりフレキシブル基板１０１は外側に引っ張られる
ので、フレキシブル基板１０１は相似形に拡がる。

【００５７】剛性リング１４０に対して１２５℃の加熱
を行なった場合、常温と加熱温度の間の１００℃の温度
差により剛性リング１４０は０．２３５％膨張し、フレ
キシブル基板１０１も全体に０．２３５％引っ張られ
る。これにより、フレキシブル基板１０１は０．２３５
％の張力歪みを持った状態となる。半導体ウェハに対し
て１２５℃において測定する場合、半導体ウェハは０．
０３５％膨張するので、フレキシブル基板１０１は、予
めフレキシブル基板１０１と半導体ウェハとの間の熱膨
張率の差（０．２３５％−０．０３５％）つまり０．２
％だけ縮小して形成しておく。この状態で第１の実施形
態と同様にして、プローブカードのバンプ高さのアライ
メントと位置検出とを行なう。

【００５８】次に、半導体ウエハのアライメントを行な
ってプローブカードと半導体ウェハとの電気的な接続を
行なう。その後、半導体ウエハを１２５℃に加熱して
も、フレキシブル基板１０１は、本来ならばその熱膨張
率のために約０．１６％膨張するが、０．２３５％の張
力歪みを持っているので、熱膨張率がこの値を越えない
限り、張力歪みが緩和されるだけであって、フレキシブ
ル基板１０１の膨張及び弛みは生じない。従って、バン
プとパッドとの間の位置ずれは起きない。

【００５９】第２の実施形態に係るプローブカードによ
ると、熱膨張率の比較的大きいフレキシブル基板１０１
を、該フレキシブル基板１０１の熱膨張率よりも大きい
熱膨張率を有する剛性リング１４０に固定すると共に、
剛性リング１４０を加熱してフレキシブル基板１０１を
外側に引っ張っておくことにより、プローブカードが加
熱された状態においてもプローブカードに弛みを生じさ
せることなくプロービングすることができる。

【００６０】尚、フレキシブル基板１０１を保持する剛
性リング１４０としては、充分な剛性があればその形状
は問わないが、薄膜化及び軽量化を考慮すると円形が好
ましい。円形にすることにより剛性リング１４０の各点
に働く力は均一になるので、剛性リング１４０の形状に
歪みが生じない。

【００６１】（第３の実施形態）図８は、本発明の第３
の実施形態に係るプローブカードの断面図である。

【００６２】図８において、１５１はフレキシブル基
板、１５２は遍在型の異方性導電ゴムシート、１５３は
セラミクスからなる配線基板、１５４はＳｉからなる半
導体ウエハ、１５５は半導体ウェハ１５４を保持する剛
性の保持板、１５６は異方性導電ゴムシート１５２の撓
み、１５７は半導体ウェハ１５４に形成されたパッド、
１５９はフレキシブル基板１５１に形成されたバンプで
ある。

【００６３】図９（ａ），（ｂ）は第３の実施形態に係
るプローブカードの製造工程を示す断面図である。図９
（ａ），（ｂ）において、１６１は上金型、１６２は下
金型、１６３は上金型１６１に埋め込まれた磁性体、１
６４は下金型１６２に埋め込まれた磁性体、１６５はＡ
ｕ／Ｎｉボール、１６６はＡｕ／Ｎｉボール１６５が充
填されたシリコーンゴム、１６７は上金型１６１に設け
られた位置及び高さを合わせるための突起である。

【００６４】以下、図８に示した遍在型の異方性導電ゴ
ム１５２の製造方法について説明する。

【００６５】まず、図９（ａ）に示すように、ゴムシー
ト形成用の上金型１６１及び下金型１６２を用意する。
金型の材質としては非磁性体材料の樹脂金型を用いる。
上金型１６１及び下金型１６２における互いに対向する
部位に磁性体埋め込み用の穴を形成し、この磁性体埋め
込み用の穴に磁性体１６３，１６４を埋め込む。上金型
１６１における磁性体１６３を埋め込む部分及びその周
辺部は他の部分よりも窪むように形成する。上金型１６
１と下金型１６２との隙間の大きさは、磁性体１６３の
埋め込み部で５００μｍ、その他の部分で２００μｍと
する。

【００６６】次に、未硬化のシリコーンゴム１６６中に
所定量の導電粒子としてのＡｕ／Ｎｉボール１６５を散
在させたものを上金型１６１と下金型１６２とで挟持す
る。Ａｕ／Ｎｉボール１６５としては、直径１０μｍの
Ｎｉボールの表面に約１μｍの金メッキを施したものを
用いる。この状態で上金型１６１及び下金型１６２の外
側から磁石によって磁場を与える。このようにすると、
シリコーンゴム１６６中に散乱したＡｕ／Ｎｉボール１
６５は、上金型１６１及び下金型１６２に埋め込まれた
磁性体１６３，１６４の磁場により、これら磁性体１６
３，１６４同士を連続させるように鎖状に遍在配置され
る。この際、上金型１６１及び下金型１６２に超音波振
動を与えると、Ａｕ／Ｎｉボール１６５はより効率的に
遍在配置される。Ａｕ／Ｎｉボール１６５が所定の位置
に配置された状態で、シリコーンゴム１６６を熱硬化さ
せると、異方性導電ゴムシート１５２（図９（ｂ）を参
照）が成形される。

【００６７】次に、図９（ｂ）に示すように、下金型１
６２の磁性体１６４を押し上げて、下金型１６２と異方
性導電ゴムシート１５２とを離脱させる。

【００６８】次に、セラミクスからなる配線基板１５３
に形成された位置合わせ用の凹部に上金型１６１の突起
１６７を嵌合して配線基板１５３を上金型１６１に対し
てアライメントすることにより、配線基板１５３に異方
性導電ゴムシート１５２を張り付ける。その後、磁性体
１６３を押し下げることにより、異方性導電ゴムシート
１５２及び配線基板１５３を上金型１６１から離脱させ
る。

【００６９】次に、従来例に示した方法により作成され
たフレキシブル基板１５１を異方性導電ゴムシート１５
２及び配線基板１５３に対してアライメントと張り付け
とを行なうと、プローブカードが完成する。

【００７０】以下、第３の実施形態に係るプローブカー
ドを用いた試験方法について図８を参照しながら説明す
る。

【００７１】まず、プローブカードの配線基板１５３か
ら外部に取り出された電極（図示せず）に所定の電源
（図示せず）及び信号源（図示せず）を接続する。

【００７２】次に、フレキシブル基板１５１と、剛性の
保持板１５５によって保持された半導体ウエハ１５４と
をアライメントして、フレキシブル基板１５１のバンプ
１５９と半導体ウェハ１５４のパッド１５７との接続を
行なう。この際、各バンプ１５９に概ね２０ｇの荷重が
加わるように保持板１５５及び配線基板１５３を押圧す
る。保持板１５５及び配線基板１５３に加えられた押圧
力は、異方性導電ゴムシート１５２の凹凸形状によって
効率良くバンプ１５９部分にのみ作用する。これによ
り、異方性導電ゴムシート１５２はＡｕ／Ｎｉボール１
６５が埋め込まれた凸状部において約２０％の縦方向の
歪みを受ける。バンプ１５９とパッド１５７とのコンタ
クトを確実にするため、半導体ウエハ１５４側又は配線
基板１５３側より超音波振動を与え、バンプ１５９のパ
ッド１５７への食い込みを確実にする。

【００７３】次に、半導体ウェハ１５４又は系全体を試
験温度の１２５℃まで加熱する。この加熱により、各材
料は熱膨張を起こす。加熱時の室温（２５℃）時に対す
る膨張率は、ポリイミドを基板とするフレキシブル基板
１５１で０．１６％、セラミクスからなる配線基板１５
３及びＳｉからなる半導体ウェハ１５４で０．０３５％
となる。このため、８インチの半導体ウェハ１５４にお
ける中心部と周縁部との間でフレキシブル基板１５１に
対して１２５μｍの熱膨張率差が生じてしまう。

【００７４】しかしながら、フレキシブル基板１５１
は、バンプ１５９によって半導体ウエハ１５４に押し付
けられた状態であるため、フレキシブル基板１５１と半
導体ウェハ１５４との間の熱膨張率差は、フレキシブル
基板１５１におけるバンプ１５９同士の間の撓み１５６
によって吸収される。このため、半導体ウエハ１５４の
周縁部においてもパッド１５７とバンプ１５９との位置
ズレを生じない。

【００７５】次に、前記のようにして接続されたプロー
ブカード及び半導体ウエハに、配線基板１５３の配線層
に接続された電源又は信号源より電源電圧又は信号を印
加した状態で高温における試験を行なう。この際、異方
性導電性ゴムシート１５２は１％程度膨張するが、異方
性導電性ゴムシート１５２は引張（圧縮）弾性率が０．
１４ｋｇ／ｍｍ² であって非常に小さく剛体と見なすこ
とができる配線基板１５３に固定されているため、異方
性導電性ゴムシート１５２の熱膨張による変位は配線基
板１５３により十分に抑制できる。

【００７６】以上説明したように、第３の実施形態に係
るプローブカードは、バンプ１５９を有するフレキシブ
ル基板１５１と、凹凸形状の異方性導電ゴムシート１５
２と、配線を有する配線基板１５３とからなるので、温
度変化に対してもバンプ１５９とパッド１５７との位置
ズレを生じないプロービングが可能となる。また、加圧
部分に弾性体であるシリコーンゴムを用いたことによ
り、半導体ウエハ１５４表面の凹凸及びバンプ高さのバ
ラツキを吸収することができる。さらに、シリコーンゴ
ムに凹凸を設けたことにより、バンプ１５９とパッド１
５７との間に効率よく押圧力を作用させることができる
ため、全体としての押圧力を低減できるので、プロービ
ング装置全体の構成をより簡単にできる。

【００７７】尚、第３の実施形態においては、異方性導
電ゴムシート１５２として、遍在型の異方性導電ゴム
（所定箇所にのみ導電粒子を遍在させた異方性導電ゴ
ム）を用いたが、セラミックスからなる多層の配線基板
１５３とフレキシブル基板１５１とを電気的に接続する
ためには遍在型でなくてもよい。多層の配線基板１５３
とフレキシブル基板１５１の端子電極とが所定箇所以外
の箇所で導通しないよう、少なくともいずれか一方の基
板の端子以外の箇所を絶縁層で覆う等の対策を講じるな
らば、分散型の異方性導電ゴムを用いることができる。
また、端子電極の出っ張りを利用すれば、加圧型異方性
導電ゴム（加圧された箇所のみ導通する異方性導電ゴ
ム）を用いることもできる。

【００７８】また、フレキシブル基板１５１の電流密度
に比べて異方性導電ゴムシート１５２の許容電流密度が
小さい場合でも、図８に示すようなピッチ変換１５８を
すると共にフレキシブル基板１５１上の配線層（図４に
おける回路パターン１１６）の面積を大きくとって、フ
レキシブル基板１５１上の配線層と異方性導電ゴムシー
ト１５２とをより広い面積で導通させることにより、大
きな電流を狭いピッチで半導体ウェハに供給することが
できる。

【００７９】（第４の実施形態）図１０（ａ）は本発明
の第４の実施形態に係るプローブカードの断面図であ
る。

【００８０】図１０（ａ）において、１５３はセラミク
スからなる配線基板、１５２は異方性導電ゴムシートで
あって、これらは第３の実施形態と同様である。配線基
板１５３及び異方性導電ゴムシート１５２の製造方法、
及び半導体ウェハと配線基板との接続方法についても第
３の実施形態と同様である。

【００８１】第４の実施形態の特徴は、異方性導電ゴム
シート１５２上にバンプ１７０を直接に設けた点であ
る。異方性導電ゴムシート１５２のバンプ１７０は、Ａ
ｕ／ＮｉボールのＡｕメッキ層の上にのみＣｕを無電解
メッキすることにより形成される。このようにして作成
された異方性導電ゴムシート１５２は、パッド表面に形
成されたアルミナ膜よりなる保護膜を破り易いので、良
好なコンタクト特性を得ることができる。

【００８２】半導体ウェハに対する試験方法について
は、第３の実施形態と同様である。

【００８３】以上説明したように、第４の実施形態にお
いては、異方性導電ゴムシート１５２上にバンプ１７０
を設けたため、簡単な構造によって、ウエハ状態での高
温下でのプロービングが可能となる。

【００８４】尚、異方性導電ゴムシート１５２上へのバ
ンプ１７０の形成は、前記のような無電解メッキに代え
て、電界メッキでもよい、メッキの材料としては、Ｃｕ
以外に、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｈ又はこれらの組み合わ
せでもよい。

【００８５】また、異方性導電ゴムシート１５２上への
バンプ１７０の形成はメッキに代えて、図１０（ｂ）に
示す方法で行なってもよい。すなわち、異方性導電ゴム
シート１５２におけるバンプ１７０形成領域に、比較的
大きな粒径（１０μｍ〜数十μｍ）を有する金属球（又
は表面に金属がメッキされた球）１７１を埋め込んでお
いてもよい。この場合、金属球１７１は、その半分以上
の部分が異方性ゴムシート１５２内に埋めこまれた状態
にすると、金属球１７１が異方性ゴムシート１５２から
脱落し難いので好ましい。

【００８６】（第５の実施形態）図１１（ａ），（ｂ）
は、第１の実施形態と第３の実施形態とが組み合わされ
た第５の実施形態に係るプローブカードを示している。

【００８７】第５の実施形態（図１１（ａ），（ｂ））
においては、第１又は第３の実施形態と同様の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明は省略する。

【００８８】第１の実施形態のフレキシブル基板１０１
及び配線基板１０２との間に、第３の実施形態の異方性
導電ゴムシート１５２を介在させることによって、フレ
キシブル基板１０１の熱膨張によるパッドとバンプとの
位置ズレを解消できると共に、バンプ高さのばらつきや
半導体ウエハのそり等によるバンプとパッドのコンタク
ト抵抗のばらつきの軽減及び押圧時におけるバンプへの
効率的な加圧を行なうことができる。

【００８９】

【発明の効果】本発明に係る第１のプローブカードの製
造方法によると、フレキシブル基板が熱膨張している状
態でその周縁部を剛性体によって固持するため、フレキ
シブル基板に一様な張力歪みを簡易且つ確実に保持させ
ることができるので、フレキシブル基板が、常温から検
査時の温度までの温度範囲内において常に張力歪みを待
った状態で剛性体に保持されているプローブカードを簡
易且つ確実に製造することができる。

【００９０】本発明に係る第２のプローブカードの製造
方法によると、剛性体に固持されたフレキシブル基板を
加熱した後に常温に戻すことによりフレキシブル基板に
加熱収縮を起こさせるので、寸法シフトを発生させるこ
となく、フレキシブル基板に張力歪みを保持させること
ができるので、フレキシブル基板が、常温から検査時の
温度までの温度範囲内において常に張力歪みを待った状
態で剛性体に保持されているプローブカードを簡易且つ
確実に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るプロー
ブカードの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−
Ａ線の断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）はプローブカードと半導体ウエ
ハとのアライメントを行なうアライメント装置を示して
おり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係
るプローブカードを示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）
は斜視図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は前記第１の実施形態に係るプ
ローブカードのフレキシブル基板の各製造工程を示す断
面図である。

【図５】（ａ）は前記第１の実施形態に係るプローブカ
ードのフレキシブル基板における引張応力と張力歪みと
の関係を示す図であり、（ｂ）は前記第１の実施形態に
係るプローブカードのフレキシブル基板における温度と
弾性率との関係を示す図である。

【図６】前記第１の実施形態に係るプローブカードのフ
レキシブル基板及び剛性リングの熱膨張率の温度依存性
を示す図である。

【図７】前記第１の実施形態に係るプローブカードのフ
レキシブル基板の温度と熱収縮率との関係を示す図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施形態に係るプローブカード
の断面図である。

【図９】（ａ），（ｂ）は前記第３の実施形態に係るプ
ローブカードの製造工程を示す断面図である。

【図１０】（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るプロ
ーブカードの断面図であり、（ｂ）は前記第４の実施形
態の変形例に係るプローブカードの断面図である。

【図１１】（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施形態に
係るプローブカードを示し、（ａ）は分解斜視図であ
り、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図である。

【図１２】（ａ），（ｂ）は従来の半導体集積回路の検
査方法及びその問題点を説明する断面図である。

【符号の説明】

１０１ フレキシブル基板 １０２ 配線基板 １０３ 剛性リング １０４ バンプ １０６ 螺子 １０９ 外部電極 １４０ 剛性リング １４１ ヒータ １４２ 温度センサ １４３ 接着剤 １４４ 温度制御装置 １５１ フレキシブル基板 １５２ 異方性導電ゴムシート １５３ 配線基板 １５４ 半導体ウェハ １５７ パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦岡 行治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 奥田 寧 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−266043（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66

Claims (2)

(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、 一の主面上にプローブ端子を有する弾性体からなるフレ
   キシブル基板を加熱して熱膨張させる工程と、 前記フレキシブル基板が熱膨張している状態でその周縁
   部を剛性体によって固持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】 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、 一の主面上にプローブ端子を有する弾性体からなるフレ
   キシブル基板の周縁部を常温において剛性体によって固
   持する工程と、 前記剛性体に固持されたフレキシブル基板を加熱した後
   に常温に戻すことにより前記フレキシブル基板に加熱収
   縮を起こさせて、前記フレキシブル基板に一様な張力を
   発生させ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。