JP4786679B2 - プローブカード及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブカード及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、プローブモジュールをチップ単位またはそれとほぼ同じサイズに製作した後、大面積のスペース・トランスフォーマの上に取り付けることにより、工程上の不良を極力抑えて熱変形、平坦度及び整列精度などを高めることのできるプローブカード及びその製造方法に関する。

一般に、半導体の製造工程は、大きく、前工程と後工程とに大別される。前記前工程はファブリケーション工程であって、ウエハーの上に集積回路パターンを形成する工程であり、前記後工程はアセンブリー工程であって、ウエハーを複数のチップに分離させ、外部装置と電気的な信号の接続が可能になるようにそれぞれのチップに導電性のリードやボールを接続した後、チップをエポキシなどでモールディングすることにより集積回路パッケージを形成する工程である。

一方、前記アセンブリー工程を行う前にそれぞれのチップの電気的な特性を検査するＥＤＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｉｅ Ｓｏｒｔｉｎｇ）工程が行われる。前記ＥＤＳ工程は、ウエハーを構成するチップのうち不良チップを判別して再生可能なチップは再生させ、再生不可なチップは除去することにより後続するアセンブリー工程などで要される時間及びコストを節減する役割を果たす。

このようなＥＤＳ工程はプローブステーションで行われるが、前記プローブステーションは、通常、検査対象物となるウエハーが安着されるプローブチャックと、プローブカードが設けられるテストヘッドと、を備えてなる。前記プローブカードの上には多数の微細探針が設けられ、前記微細探針は前記ウエハーの各チップに設けられたパッドに電気的に接触して究極的に当該チップの良否を判別することが可能になる。

なお、本発明と関連する技術が特許文献１乃至３に記載されている。
韓国特許Ｎｏ．６０９６５２ 韓国特許Ｎｏ．６７４４４０ 韓国実用新案登録Ｎｏ．４２３４４６

一方、半導体技術が発展するに伴い、コスト節減及び生産性向上のために単一ウエハーの上に段々多数のチップが形成されてきており、最近には３００ｍｍウエハー工程が実現されてウエハー当たりのチップ数量の増加が加速化されており、ウエ ハーテスト分野においても大面積のプローブカードの開発が重要になってきている。従来の大面積テスト用のプローブカードは、スペース・トランスフォーマの側面からは、大きく、基板方式とブロック方式とで開発されている。基板方式は、図１に示すように、テストすべきウエハーに見合うサイズを有するスペース・トランスフォーマ１０１、例えば、セラミック基板などに複数の微細探針１０２を設ける方式であって、スペース・トランスフォーマの後続組み立てが容易であり、且つ、プローブ整列が安定して維持されるという長所がある。しかしながら、スペース・トランスフォーマ用のセラミック基板は、通常のセラミック基板とは異なり、プローブと回路基板との間の電気的な接続のための電気配線が設けられた基板であって、その製造工程が複雑であり、それに伴い、製造コストが嵩むという問題点がある。このようなスペース・トランスフォーマ用のセラミック基板の問題点は基板の面積が大きくなるに伴いなお一層深刻化して、現在、３００ｍｍのウエハーに対応するスペース・トランスフォーマ用のセラミック基板は生産自体も行われていない。

一方、ブロック方式は、図２に示すように、テストすべき面積を複数のブロック２０２に分けて製作し、各ブロック２０２の上に複数の微細探針２０３を取り付けた後、各ブロック２０２をブロック固定枠２０１の上に精度よく整列して大面積のプローブカードを作成する方式である。製造工程の側面から、ブロック方式は、製造工程中や使用中に問題が発生すると、当該ブロックだけを取り替え可能であるという長所を有してはいるが、テストすべき面積が大きくなるに伴い、精度よく整列すべきブロックの数及びブロックの長さが増大してしまい、ブロック間の精度よい整列に長時間がかかるという問題点があると共に、テスト環境に露出される使用中にブロック間の整列が悪くなるという短所がある。

本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、プローブモジュールをチップ単位またはそれとほぼ同じサイズに製作した後、上下導電媒介体が設けられた大面積のスペース・トランスフォーマの上に取り付けることにより、工程上の不良を極力抑え、しかも、熱変形、平坦度及び整列精度などを高めることのできるプローブカード及びその製造方法を提供するところにある。

上記目的を達成するための本発明の一実施の形態によるプローブカードは、半導体ウエハー上の半導体チップをテストするプローブカードにおいて、外部から電気的な信号が印加される回路基板と、前記ウエハー上の半導体チップと接触して電気的な信号を生じさせる複数の単位プローブモジュールと、上部に前記複数のプローブモジュールが安着され、前記回路基板と電気的に接続されるスペース・トランスフォーマと、前記それぞれの単位プローブモジュール及び前記回路基板を電気的に接続する少なくとも一つの上下導電媒介体と、を備え、前記それぞれの前記プローブモジュールは前記スペース・トランスフォーマの上に離間して配置され、前記スペース・トランスフォーマは上下を貫通する貫通部を備え、且つ、前記上下導電媒介体は前記スペース・トランスフォーマに設けられる前記貫通部に位置し、前記それぞれの単位プローブモジュールは前記上下導電媒介体から離れた位置に配置されることを特徴とする。

本発明によるプローブカード及びその製造方法は、下記の如き効果がある。
スペース・トランスフォーマがテスト対象となるウエハーに見合う面積を有するようにしてスペース・トランスフォーマの後続する組み立てを容易に行うことが可能になり、スペース・トランスフォーマの上に設けられるプローブモジュールが半導体チップに見合うサイズまたは半導体チップサイズの２０〜１０００％を有することにより、プローブカードの歩留まりを高めることができる。

また、単位プローブモジュールの移送に際して、微細探針の形成されない面をスペース・トランスフォーマの上に安着することにより整列精度を高めることが可能になり、これに加えて、前記補強板の背面に設けられた押し出しネジ、引っ張りネジを介してスペース・トランスフォーマの特定の部分を選択的に引っ張る、または、押し出すことが可能になり、結果として、均一な平坦度を有するプローブカードを担保することが可能になる。

以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態によるプローブカード及びその製造方法を詳述する。

図３は、本発明の一実施形態によるプローブカードの平面図であり、図４は、図３のＡ部の拡大平面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ’線による断面図であり、図６は、図４の斜視図であり、図７は、図６の分解斜視図であり、図８は、図６のＣ部の拡大図であり、図９は、側面プリント回路基板の平面図であり、図１０は、本発明の一実施形態による下面プリント回路基板の平面図である。なお、この明細書の図面を説明するに当たって、同じ構成要素に対しては、説明の便宜上、同じ図面符号を付して説明する。

図３から図１０に基づき、本発明の一実施形態によるプローブカードを説明する。
まず、図５に示すように、本発明の一実施形態によるプローブカード３００は、大きく、回路基板３６０とスペース・トランスフォーマ３１０が順次に積層された形態を有する。前記スペース・トランスフォーマ３１０の上には検査対象物となる半導体チップ（図示せず）と電気的に接触する単位プローブモジュール３２０が設けられ、前記単位プローブモジュール３２０と半導体チップとの接触により発生する電気的な信号は前記回路基板３６０に受け渡されるような構造となっている。前記回路基板３６０とスペース・トランスフォーマ３１０との間には相互接続体３５０がさらに設けられ、前記回路基板３６０の背面の上には補強板３７０がさらに設けられるが、これについての詳細な説明は後述する。

このような回路基板３６０とスペース・トランスフォーマ３１０とを組み合わせてなるプローブカードにおいて、本発明は、大面積のプローブカードを実現するための方案として、第一に、スペース・トランスフォーマ３１０がテスト対象となるウエハーに見合う面積を有するようにしてスペース・トランスフォーマ３１０の後続する組み立てを容易にし、第二に、スペース・トランスフォーマ３１０の上に設けられる単位プローブモジュール３２０が半導体チップのサイズに見合うサイズまたは半導体チップサイズの２０〜１０００％を有するようにしてプローブカードの歩留まりを高めるようにし、第三に、スペース・トランスフォーマ３１０に複数の上下導電媒介体３３０を設け、それぞれの上下導電媒介体３３０が単位プローブモジュール３１０と回路基板３６０との間の電気的な接続を媒介するようにして電気的な特性を安定して担保できる技術を提案する。

上記の技術を具体的に説明すると、本発明の一実施形態によるプローブカードのスペース・トランスフォーマ３１０は、図３に示すように、テスト対象となるウエハーの面積に見合うサイズを有し、当該スペース・トランスフォーマ３１０の上には複数の単位プローブモジュール３２０が離間して配置される。ここで、前記複数の単位プローブモジュール３２０は一定の間隔をおいて離間して繰り返し配置されてもよい。

前記それぞれの単位プローブモジュール３２０から離れた位置には、図７に示すように、一定の間隔をおいて貫通部３１１が設けられるが、前記貫通部３１１は前記スペース・トランスフォーマ３１０を上下に垂直にまたは斜めに貫通し、前記貫通部３１１内には、図６及び図７に示すように、上下導電媒介体３３０が取り付けられる。参考までに、前記上下導電媒介体３３０の間に設けられる単位プローブモジュール３２０の数は１つであっても複数であってもよい。すなわち、１つまたは複数の単位プローブモジュール３２０が特定の上下導電媒介体３３０に共通して接続されてもよい。

前記貫通部３１１は、前記単位プローブモジュール３２０の上下左右４個の側面のうち少なくとも１以上の側面から離れた位置に設けられてもよい。すなわち、前記貫通部３１１は前記単位プローブモジュール３２０の片側または両側に形成されてもよく、３個の側面または４個の側面から離れた位置に形成されてもよい。以下の本発明の実施形態においては、説明の便宜上、単位プローブモジュール３２０の両側に貫通部が形成されることを中心として説明する。

一方、前記スペース・トランスフォーマ３１０は、ステインレス鋼、アルミニウム、インバール、コバール、ノビナイト、ＳＫＤ１１、アルミナ、ガラス、加工性のセラミックのうちいずれか１種の材質から構成可能であり、前記スペース・トランスフォーマ３１０が金属材質からなる場合、前記貫通部３１１はドリル加工またはワイヤー放電加工などを通じて形成することができ、前記スペース・トランスフォーマ３１０がセラミック材質からなる場合、ドリル加工、レーザー加工またはマイクロサンドブラスト加工などを通じて貫通部３１１を形成することができる。

前記スペース・トランスフォーマ３１０の上に設けられる前記単位プローブモジュール３２０は半導体チップのサイズに見合うサイズ、あるいは、半導体チップの２０〜１０００％のサイズを有することが好ましい。単位プローブモジュール３２０のサイズが大きくなるに伴い、製造コストが嵩んで歩留まりが下がるのに対し、プローブカード組み立ては容易になるというメリットがあり、単位プローブモジュール３２０のサイズが小さくなるに伴い、製造コストが安価になって歩留まりが上がるというメリットがあるのに対し、プローブカードの組み立てが複雑になる短所があるが、本発明は、このような単位プローブモジュール３２０のサイズによる長短所を適切に考慮して単位プローブモジュール３２０を半導体チップのサイズに見合うサイズ、あるいは、半導体チップの２０〜１０００％のサイズに製造することを提示する。

一方、前記単位プローブモジュール３２０は、図５及び図６に示すように、絶縁性のプローブボディ３２１と、前記プローブボディ３２１の上に設けられる微細探針３２２と、から構成されるが、前記微細探針３２２は、細部的に、柱３２２ａ、梁３２２ｂ及びティップ３２２ｃからなり、前記ティップ３２１ｃが検査対象物となる半導体チップのパッドと実質的に接触する役割を果たす。前記プローブボディ３２１の上面の上には、前記微細探針３２２の他に、前記微細探針３２２と半導体チップとの接触時に発生する電気的な信号を前記回路基板３６０に受け渡すための導線３２３及びパッド３２４が設けられる。

上述したように、前記単位プローブモジュール３２０が半導体チップと接触して発生した電気的な信号は前記回路基板３６０に受け渡されるが、前記上下導電媒介体３３０が前記単位プローブモジュール３２０と回路基板３６０との間の電気的な受け渡しの１次媒介体の役割を果たす。前記上下導電媒介体３３０に受け渡された電気的な信号は前記スペース・トランスフォーマ３１０の下面に設けられる下面導電媒介体３４０及び相互接続体３５０を経て最終的に前記回路基板３６０に受け渡されるが、前記下面導電媒介体３４０についての説明は後述する。

一方、前記上下導電媒介体３３０の構成及び役割について具体的に説明すると、下記の通りである。まず、前記上下導電媒介体３３０は、一実施形態として、プリント回路基板として実現可能であるが、以下では、説明の便宜上、前記上下導電媒介体３３０を側面プリント回路基板３３０と称する。

前記側面プリント回路基板３３０は、図９に示すように、内部に導電性パターン３３２が設けられ、前記導電性パターン３３２の両端は外部に露出される。前記導電性パターン３３２の両端の上には前記単位プローブモジュール３２０のパッド３２４または下面プリント回路基板３４０のボンディングパッド３４１とのワイヤーボンディングを容易にするためにボンディングパッド３３３が設けられる。

前記側面プリント回路基板３３０は通常のプリント回路基板の製造方法により製作可能であり、その製造方法は既に公知であるが、本発明についての理解を容易にするためにその構造を簡単に説明する。側面プリント回路基板３３０は、図８に示すように、複数の絶縁基板３３１が順次に積層された多層プリント回路基板の構造を有し、それぞれの絶縁基板３３１の上には導電性パターン３３２が設けられる。このように、複数の絶縁基板３３１が積層される構造を有することにより、複数の絶縁基板３３１間の境界面が存在する筈であるが、後続する工程を通じて熱と圧力が加えられることに伴い、最終的に製作される多層プリント回路基板には前記境界面が存在しない。図８中の点線にて示す部分は複数の絶縁基板３３１間の境界面を示すものであるが、実質的には存在せず、複数の絶縁基板３３１から構成されることを示すために理解の便宜上表示したものである。

一方、側面プリント回路基板３３０の導電性パターン３３２の両端にボンディングパッド３３３が設けられることを摘示したが、前記導電性パターン３３２の断面積がワイヤーボンディングに要される面積を充足する場合には前記ボンディングパッド３３３は設けられなくてもよく、この場合、前記導電性パターン３３２の両端がボンディングパッド３３３の役割を果たすことになる。これに対し、導電性パターン３３２の両端にボンディングパッド３３３が要される場合には、前記導電性パターン３３２の両端の上に電気めっきなどを通じて導電性物質を積層してボンディングパッド３３３を形成することができ、このとき、積層された導電性物質の厚さが一定の厚さ以上であれば、ボンディングパッド３３３の表面が平坦ではなく、凸形状を有することになるが、この場合、グラインディング工程を適用してボンディングパッド３３３の表面を平坦にすることができる。参考までに、前記ボンディングパッド３３３の面積は、１回または複数のワイヤーボンディングが行える程度の面積であることが好ましい。

前記側面プリント回路基板３３０を複数の絶縁基板３３１から構成する理由は、側面プリント回路基板３３０の上により多くのボンディングパッド３３３を形成するためである。例えば、単一または２枚の絶縁基板３３１から構成される側面プリント回路基板３３０の場合には、導電性パターン３３２が一つの同一線上にボンディングパッド３３３が設けられ、これにより、最小限のボンディングパッド３３３間の距離を考慮すれば、当該側面プリント回路基板３３０の上に設けられるボンディングパッド３３３の数は制限的にならざるを得ない。これに対し、３〜２０枚の絶縁基板３３１から側面プリント回路基板３３０を構成する場合、複数の絶縁基板３３１間の境界面の上にボンディングパッド３３３が設けられ、これにより、側面プリント回路基板３３０の横方向だけではなく、縦方向にもボンディングパッド３３３間距離が確保されて前記単一または２枚の絶縁基板３３１から構成される側面プリント回路基板３３０の場合、相対的に多いボンディングパッド３３３を形成することが可能になる。このようにボンディングパッド３３３の数を増やすということは、より多くの微細探針３２２と接続可能であることを意味し、究極的に微細ピッチのプローブカードの実現に利点として働く。参考までに、より多くのボンディングパッド３３３を形成するためには、複数の絶縁基板３３１間の境界面に設けられる導電性パターン３３２は隣り合う境界面の上に設けられる導電性パターン３３２に対応する位置に設けられず、ジグザグ方向に配置されることが好ましい。また、もちろん、３〜２０枚の絶縁基板３３１から側面プリント回路基板３３０を構成する他に、単層または２枚の絶縁基板３３１から側面プリント回路基板３３０を構成することも可能である。

前記側面プリント回路基板３３０のボンディングパッド３３３は前記単位プローブモジュール３２０のパッド３２４とワイヤーボンディングを通じて電気的に接続され、前記側面プリント回路基板３３０の他方の端に設けられたボンディングパッド３３３は前記スペース・トランスフォーマ３１０の下面に設けられる下面導電媒介体３４０とワイヤーボンディングされる。

一方、前記側面プリント回路基板３３０のボンディングパッド３３３の上には、図４に示すように、蓄電器３８１が設けられる。このとき、前記単位プローブモジュール３２０から前記回路基板３６０に受け渡される電気的な信号のノイズ減衰効果を考慮して、相対的に前記単位プローブモジュール３２０の微細探針３２２に近い距離に位置している側面プリント回路基板３３０の上面のボンディングパッド３３３の上に前記蓄電器３８１が設けられることが好ましい。前記ボンディングパッド３３３の上に蓄電器が取り付けられる場合、当該ボンディングパッドは単位プローブモジュールのパッドとのワイヤーボンディングを行わない。

また、前記蓄電器３８１は、図５に示すように、前記側面プリント回路基板３３０の側面の上に設けられてもよく、この場合、前記蓄電器３８１に対応する位置のスペース・トランスフォーマ３１０に蓄電器溝部３８２が設けられてもよい。前記蓄電器溝部３８２は前記スペース・トランスフォーマ３１０と前記側面プリント回路基板３３０との結合時に前記蓄電器３８１が位置する空間を提供する。

以上、上下導電媒介体３３０、すなわち、側面プリント回路基板３３０の構成及び役割について説明した。なお、上述したように、前記スペース・トランスフォーマ３１０の下面には下面導電媒介体３４０が設けられるが、前記下面導電媒介体３４０は前記上下導電媒介体３３０と同様にプリント回路基板により実現されてもよい。以下では、説明の便宜上、前記下面導電媒介体３４０を下面プリント回路基板３４０と称する。

前記下面プリント回路基板３４０は、図５に示すように、スペース・トランスフォーマ３１０の下面の上に設けられ、スペース・トランスフォーマ３１０に接触されない下面プリント回路基板３４０の上には、図１０に示すように、側面プリント回路基板３３０のボンディングパッド３３３とワイヤーボンディングされる複数のボンディングパッド３４１、前記相互接続体３５０と接触・接続される複数のランド３４３が設けられる。前記ボンディングパッド３４１とランド３４３は所定の導電性物質３４２により電気的に互いに接続される。

以上、本発明による上下導電媒介体３３０及び下面導電媒介体３４０を説明した。前記側面及び下面導電媒介体３４０を用いることにより、微細探針３２２またはニードルを延長する必要なしに単位プローブモジュール３２０と回路基板３６０との間の電気的な接続を安定して担保することが可能になる。また、前記上下導電媒介体３３０及び下面導電媒介体３４０の一実施形態としてインピーダンス整合されたプリント回路基板を用いることによりテスト装置とテストしようとするウエハーとの間の信号保存性を高めることが可能である。

前記スペース・トランスフォーマ３１０及び下面導電媒介体３４０の下部には、上述したように、相互接続体３５０、回路基板３６０及び補強板３７０が設けられる。前記相互接続体３５０は前記下面導電媒介体３４０と回路基板３６０との間の電気的な接続を媒介する役割を果たし、前記回路基板３６０は外部のテスト装置から受け渡される電気的な信号を前記単位プローブモジュール３２０に受け渡したり、前記半導体チップと前記単位プローブモジュール３２０の接触により発生される信号を前記テスト装置に受け渡す役割を果たす。ここで、前記相互接続体３５０はポゴピンまたは圧力伝導性ゴム（ＰＣＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｒｕｂｂｅｒ）から構成可能である。

一方、前記補強板３７０は前記回路基板３６０の背面の上に設けられて前記スペース・トランスフォーマ３１０、相互接続体３５０及び回路基板３６０を物理的に結合・支持する役割を果たす。前記補強板はステインレス鋼、アルミニウム、インバール、コバール、ノビナイト、ＳＫＤ１１のうちいずれか一種またはこれらのうち少なくとも２種以上が結合・積層された構造であってもよい。

また、前記補強板３７０、回路基板３６０、相互接続体３５０及びスペース・トランスフォーマ３１０のそれぞれには開口孔３７１が複数設けられ、前記補強板３７０、回路基板３６０、相互接続体３５０及びスペース・トランスフォーマ３１０のそれぞれに形成された開口孔３７１は互いに対応する位置に設けられる。このとき、前記開口孔３７１は前記補強板３７０、回路基板３６０、相互接続体３５０は全部貫通し、前記スペース・トランスフォーマ３１０は一部の厚さだけを貫通する。前記スペース・トランスフォーマ３１０と前記補強板３７０内に形成された開口孔３７１内には後述する引っ張りネジ３７３または押し出しネジ３７２との結合のためにネジ山が形成されることが好ましい。

前記それぞれの開口孔３７１内には引っ張りネジ３７３または押し出しネジ３７２が設けられるが、前記引っ張りネジ３７３、押し出しネジ３７２が交互に前記開口孔３７１内に設けられてもよく、開口孔３７１に沿って前記引っ張りネジ３７３、押し出しネジが選択的に設けられてもよい。このように前記複数の開口孔３７１内に引っ張りネジ３７３及び押し出しネジ３７２が設けられた状態で、前記引っ張りネジ３７３または押し出しネジ３７２を選択的に動作させて前記スペース・トランスフォーマ３１０を前記補強板３７０を基準として上部に押し出す、あるいは、下部に引っ張ることが可能になる。これにより、スペース・トランスフォーマ３１０の変形を防止し、究極的にスペース・トランスフォーマ３１０の平坦度を一定に維持することが可能になる。

以上の本発明の一実施形態によるプローブカードの構成を説明するに当たって、スペース・トランスフォーマのサイズがテストしようとする半導体ウエハーサイズに見合うと限定しているが、テストしようとする半導体ウエハーサイズよりも小さなスペース・トランスフォーマを有するプローブカードも本発明の実施形態と同じ構成を有することができ、これは本発明の権利範囲に含まれる。また、前記スペース・トランスフォーマの上に設けられる単位プローブモジュール３２０が繰り返して離間して配置されると限定しているが、必要に応じて、所望の位置に自由に設けられてもよいことがこの分野における通常の知識を持った者にとって自明である。
以上、本発明の一実施形態によるプローブカードの構成を説明した。以下では、本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明する。図１１は、本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための手順図であり、図１２、図１３（ａＡから図１３（ｃ）、図１４（ａ）から図１４（ｃ）は本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図である。

まず、図１１に示すように、単位プローブモジュールを製作する（Ｓ１０１）。このために、図１２に示すように、複数の単位プローブモジュール領域５０２が限定された基板５０１及びシリコンウエハー６０１を用意する。ここで、前記単位プローブモジュール領域５０２とは一つの単位プローブモジュールが形成される領域のことを言い、後続する単位プローブモジュール切断工程を考慮してそれぞれの単位プローブモジュール領域５０２はスクライブラインにより区分される。ここで、前記基板５０１はガラス基板またはセラミック基板が利用可能であり、前記基板５０１とシリコンウエハー６０１はそのサイズが同じであることが好ましい。また、前記シリコンウエハー６０１は＜１１０＞方向の結晶方向を有することが好ましい。
次いで、図１３（ａ）に示すように、熱分解化学気相蒸着法（ｔｈｅｒｍａｌＣＶＤ）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、プラズマ強化化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）のうちいずれかの方法を用いて前記シリコンウエハー６０１の上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を積層する。その後、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を通じて前記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を選択的にパターニングして微細探針形成領域を限定するエッチングマスク６０２を形成する。

前記微細探針形成領域に相当するシリコンウエハー６０１の表面が前記エッチングマスク６０２により露出された状態で、ＫＯＨ溶液を用いた異方性ウェットエッチングを通じて前記露出されたシリコンウエハー６０１、すなわち、微細探針形成領域のシリコンウエハー６０１を５〜５００？の深さで垂直エッチングする。これにより、微細探針の柱状３２２ａが形成され、また、微細探針が弾性変形可能な空間Ｄが確保される。

図示はしないが、前記基板５０１の上には伝導性物質を蒸着して最終的に形成しようとする導線及びパッドの逆相でパターンを形成しておく。
次いで、図１３（ｂ）に示すように、シリコンウエハー６０１のエッチングされた面を前記基板５０１と接触させた後、１〜５気圧の圧力と３００〜６００℃の温度を加えて前記シリコンウエハー６０１とガラス基板とを融解接合する。このとき、前記融解接合の他に、前記ガラス基板とシリコンウエハー６０１とが接触された状態で、２００〜５００℃の温度下で１００〜２０００Ｖの電圧を印加して１〜１００ｍＡの電流が流れるようにして前記シリコンウエハー６０１と基板５０１を電気接合する方法を利用することもできる。

その後、図１３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ工程を通じて前記シリコンウエハー６０１の上に微細探針の梁及びティップを限定する感光膜パターン（図示せず）を形成し、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして用いて露出されたシリコンウエハー６０１をエッチングして微細探針の梁３２２ｂ及びティップ３２２ｃを形成する。このとき、前記シリコンウエハー６０１のエッチングはＫＯＨを用いた異方性ウェットエッチングであることが好ましく、前記微細探針３２２の梁３２２ｂとティップ３２２ｃの好適な形状のために、図１３（ｃ）の前記フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を複数回繰り返し行ってもよい。一方、前記フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を通じての微細探針３２２の梁３２２ｂとティップ３２２ｃの形成前に、前記シリコンウエハー６０１の上面、すなわち、基板と接触しないシリコンウエハー６０１の表面を研磨工程などを通じて適当な厚さに加工することができる。

以上の工程を通じて微細探針３２２の柱３２２ａ、梁３２２ｂ及びティップ３２２ｃが完成された状態で、図示はしないが、前記基板の上に伝導性物質を蒸着し、リフトオフ工程を行うと、前記基板とシリコンウエハーとの貼り合わせ工程前に前記基板の上に形成した導線とパッドの逆相が除去されて所望の導線及びパッドが形成され、これにより、単位プローブモジュール３２０の製作を完了する。ここで、前記基板は単位プローブモジュール３２０のプローブボディ（図６における３２１）となる。

一方、前記工程を通じて前記単位プローブモジュール領域５０２に形成される単位プローブモジュール３２０、正確には、前記ボディの上面の面積は半導体チップのサイズに見合うサイズ、あるいは、半導体チップの２０〜１０００％のサイズを有することが好ましい。

このように基板５０１の上に複数の単位プローブモジュール３２０が形成された状態で、前記基板５０１をスクライブライン５０３に沿って切断して同じサイズを有する複数の単位プローブモジュール３２０を得る。その後、それぞれの単位プローブモジュール３２０に対して不良検査を行い、良品の単位プローブモジュール３２０だけを選び出す。

このような状態で、検査しようとするウエハーに見合う面積を有するスペース・トランスフォーマ３１０を用意する（Ｓ１０２）。前記スペース・トランスフォーマ３１０には、図１４（ａ）に示すように、スペース・トランスフォーマ３１０を上下に貫通する貫通部３１１が設けられており、前記貫通部３１１内には上下導電媒介体３３０が挿入された状態である。参考までに、前記貫通部３１１内に挿入された上下導電媒介体３３０はエポキシなどにより固定可能である。なお、前記スペース・トランスフォーマ３１０の下面には下面導電媒介体３４０が設けられている。

前記スペース・トランスフォーマ３１０が用意された状態で、所定の移送装置、例えば、真空チャックを用いて前記単位プローブモジュール３２０を個別に前記スペース・トランスフォーマ３１０の上に移送して取り付ける（Ｓ１０３）。このとき、前記単位プローブモジュール３２０を移送して取り付けるとき、前記単位プローブモジュール３２０ボディの下面が前記スペース・トランスフォーマ３１０の上面に接するようにする。微細探針３２２の形成されない面を真空チャックなどを用いて挟持して微細探針３２２の形成された面をスペース・トランスフォーマ３１０の上面に取り付ける方法を採用することができるが、この場合、整列精度が低下する問題点がある。このため、本発明は、微細探針３２２の形成されない面をスペース・トランスフォーマ３１０の上に取り付けることにより、整列精度を高めることが可能になる。すなわち、本発明の場合、単位プローブモジュール３２０の移送時に移送手段が微細探針３２２の形成されないボディの上面、正確には、微細探針３２２の形成されないボディの上面の所定の部位を吸着して移送する。このとき、ボディの側面を吸着して移送することも可能である。

一方、前記単位プローブモジュール３２０のスペース・トランスフォーマ３１０の上への取り付け時に、前記単位プローブモジュール３２０はスペース・トランスフォーマ３１０の上面上の定まった位置に正確に配置される必要があり、しかも、配置された単位プローブモジュール３２０間の高さが一定である必要がある。

まず、前記スペース・トランスフォーマの上面に前記単位プローブモジュールを定まった位置に正確に配置して誤整列を防ぐために、前記単位プローブモジュール３２０のボディ上面とスペース・トランスフォーマ３１０の上面または下面にそれぞれ整列マークを形成してこれを用いることができ、あるいは、前記単位プローブモジュール３２０の上に設けられた微細探針３２２のティップ３２１ｃを整列マークとして用いることができる。

次に、前記スペース・トランスフォーマ３１０の上に配置された単位プローブモジュール３２０間の高さを一定にするための手段として、スペース・トランスフォーマ３１０と単位プローブモジュール３２０との間にエポキシを挟み込んで当該エポキシの厚さ（図５Ａにおけるｔ１、ｔ２参照）を調節することにより、単位プローブモジュール３２０間の高さを一定に維持することができる。これにより、単位プローブモジュール３２０の上に設けられた微細探針３２２の高さも一定に維持される。このようにエポキシの厚さを異ならせて単位プローブモジュール３２０の高さを調節する理由は、大面積のスペース・トランスフォーマ３１０自体が均一な平坦度を有していないためである。

前記それぞれの単位プローブモジュール３２０を前記スペース・トランスフォーマ３１０の上に取り付けた状態で、前記単位プローブモジュール３２０とスペース・トランスフォーマ３１０との電気的な接続を行う。具体的に、図１４（ｂ）に示すように、前記単位プローブモジュール３２０のパッドと前記上下導電媒介体３３０のボンディングパッド３３３とをワイヤーボンディングし、且つ、前記上下導電媒介体３３０のボンディングパッド３３３と前記下面導電媒介体３４０のボンディングパッド３３３とをワイヤーボンディングする（Ｓ１０３）。

前記それぞれの単位プローブモジュール３２０とスペース・トランスフォーマ３１０との間の電気的な接続が完了した状態で、図１４（ｃ）に示すように、前記スペース・トランスフォーマ３１０の背面の上に相互接続体３５０、回路基板３６０及び補強板３７０を順次に積層・結合する（Ｓ１０４）。ここで、相互接続体３５０は前記スペース・トランスフォーマ３１０と回路基板３６０を電気的に接続する役割を果たすものであり、ポゴピン若しくは圧力伝導性ゴムから構成されることが好ましく、前記補強板３７０はスペース・トランスフォーマ３１０、相互接続体３５０及び回路基板３６０から構成されるプローブカードを物理的に結合・支持する役割を果たすものであり、ステインレス鋼などから構成可能である。

前記スペース・トランスフォーマ３１０の背面の上に相互接続体３５０、回路基板３６０及び補強板３７０が結合された状態で、押し出しネジ３７２及び引っ張りネジ３７３を取り付ける過程を行う（Ｓ１０５）。このとき、前記補強板３７０、回路基板３６０、相互接続体３５０及び前記スペース・トランスフォーマ３１０のそれぞれには複数の開口孔３７１が予め設けられ、前記補強板３７０、回路基板３６０、相互接続体３５０及び前記スペース・トランスフォーマ３１０のそれぞれに形成された開口孔３７１は互いに対応する位置に設けられる。ここで、前記開口孔３７１は前記補強板３７０、回路基板３６０、相互接続体３５０は全部貫通し、前記スペース・トランスフォーマ３１０は一部の厚さだけを貫通する。また、前記スペース・トランスフォーマ３１０の開口孔３７１内には押し出しネジ３７２または引っ張りネジ３７３との結合のためにネジ山が形成されている。前記それぞれの開口孔３７１は前記単位プローブモジュール３２０が取り付けられた個所に対応する位置に形成されてもよく、あるいは、前記単位プローブモジュール３２０が取り付けられた個所と一致しない位置に形成されてもよい。

このような状態で、前記それぞれの開口孔３７１内に押し出しネジ３７２及び引っ張りネジ３７３を設ける。前記押し出しネジ３７２、引っ張りネジ３７３は交互に前記開口孔３７１内に設けられてもよく、開口孔３７１に沿って前記押し出しネジ３７２、引っ張りネジ３７３が選択的に設けられてもよい。

このように押し出しネジ３７２及び引っ張りネジ３７３が設けられることにより、前記押し出しネジ３７２または引っ張りネジ３７３を選択的に動作させて前記スペース・トランスフォーマ３１０を前記補強板３７０を基準として上部に押し出す、あるいは、下部に引っ張ることが可能になる。これにより、スペース・トランスフォーマ３１０の変形を防止し、特定の単位プローブモジュール３２０の微細探針３２２がその他の微細探針３２２よりも高い位置または低い位置に設けられる場合、当該単位プローブモジュール３２０の微細探針３２２の位置を正すことが可能になる。

本発明は、工程上の不良を極力抑えて熱変形、平坦度及び整列精度などを高めることのできるプローブカード及びその製造方法として有用である。

従来の技術によるプローブカードの平面図。 従来の他の技術によるプローブカードの平面図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの平面図。 図３におけるＡ部の拡大平面図。 図４におけるＢ−Ｂ’線による断面図。 図４の斜視図。 図６の分解斜視図。 図６におけるＣ部の拡大図。 側面プリント回路基板の平面図。 本発明の一実施形態による下面プリント回路基板の平面図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための手順図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程参考図。

符号の説明

３１０：スペース・トランスフォーマ、 ３２０：単位プローブモジュール、
３２１：プローブボディ、 ３２２：微細探針、
３２２ａ：柱、 ３２２ｂ：梁、
３２２ｃ：ティップ、 ３２３：導線、
３２４：パッド、 ３３０：上下導電媒介体、
３３１：絶縁基板、 ３３２：導電性パターン、
３３３：ボンディングパッド、 ３４０：下面導電媒介体、
３４１：ボンディングパッド、 ３４２：導電性物質、
３４３：ランド、 ３５０：相互接続体
３６０：回路基板、 ３７０：補強板
３７１：開口部、 ３７２：押し出しネジ、
３７３：引っ張りネジ、 ３８１：蓄電器、
３８２：蓄電器溝部

Claims (24)

1. 半導体ウエハー上の半導体チップをテストするプローブカードであって、
   外部から電気的な信号が印加される回路基板と、
   前記ウエハー上の半導体チップと接触して電気的な信号を生じさせる複数の単位プローブモジュールと、
   上部に前記複数のプローブモジュールが安着され、前記回路基板と電気的に接続されるスペース・トランスフォーマと、
   前記それぞれの単位プローブモジュール及び前記回路基板を電気的に接続する少なくとも一つの上下導電媒介体と、を含み、
   それぞれの前記プローブモジュールは前記スペース・トランスフォーマの上に離間して配置され、前記スペース・トランスフォーマは上下を貫通する貫通部を含み、且つ、
   前記上下導電媒介体は前記スペース・トランスフォーマに設けられる前記貫通部に挿入され、前記それぞれの単位プローブモジュールは前記上下導電媒介体から離れた位置に配置されるプローブカードにおいて、
   前記単位プローブモジュールは、半導体チップに見合うサイズを有するとともに、複数の微細探針を含んでおり、
   前記上下導電媒介体は前記貫通部を介して前記微細探針の電気的信号を前記回路基板へ伝達する複数の導電性パターンを含むことを特徴とするプローブカード。
2. 前記それぞれの単位プローブモジュールは、半導体チップの２０〜１０００％のサイズを有することを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記上下導電媒介体は、
   複数の絶縁基板からなり、前記複数の絶縁基板の境界面の上に前記複数の導電性パターンが形成された側面プリント回路基板から構成されることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
4. 前記導電性パターンの両端は外部に露出され、前記露出された導電性パターンの両端の上にボンディングパッドが設けられ、前記導電性パターンの一方の側に設けられたボンディングパッドは前記スペース・トランスフォーマの上面に露出され、前記導電性パターンの他方の側に設けられたボンディングパッドは前記スペース・トランスフォーマの下面に露出されることを特徴とする請求項３に記載のプローブカード。
5. 前記上下導電媒介体に蓄電器がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
6. 前記側面プリント回路基板のボンディングパッドの上に蓄電器がさらに設けられることを特徴とする請求項４に記載のプローブカード。
7. 前記蓄電器に対応する位置のスペース・トランスフォーマに蓄電器溝部が設けられ、前記スペース・トランスフォーマと前記上下導電媒介体との結合に際して、前記蓄電器溝部は、前記蓄電器が位置する空間を提供することを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。
8. 前記スペース・トランスフォーマの上面に露出されたボンディングパッドは前記単位プローブモジュールの一方の側とワイヤーボンディングされることを特徴とする請求項４に記載のプローブカード。
9. 前記それぞれの単位プローブモジュールは、
   前記スペース・トランスフォーマの上面の上に安着されるプローブボディと、
   前記プローブボディの上面の上に設けられる前記微細探針と、
   前記プローブボディの上面に設けられて前記微細探針と電気的に接続される導線と、
   前記導線の一方の端に設けられるパッドと、を備えてなることを特徴とする請求項４に記載のプローブカード。
10. 前記それぞれの単位プローブモジュールのボディ下面がエポキシを介して前記スペース・トランスフォーマの上面の上に固定されることを特徴とする請求項９に記載のプローブカード。
11. 前記スペース・トランスフォーマの上に安着・固定されるそれぞれの単位プローブモジュールはエポキシの厚さ調節によりその高さが互いに同じであることを特徴とする請求項１０に記載のプローブカード。
12. 前記スペース・トランスフォーマの下面の上に前記上下導電媒介体及び前記回路基板とそれぞれ電気的に接続される下面導電媒介体がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
13. 前記下面導電媒介体は下面プリント回路基板からなり、
    前記下面プリント回路基板の下面の上には互いに電気的に接続されるランド、導電性物質及びボンディングパッドがさらに設けられ、前記下面プリント回路基板のボンディングパッドは前記上下導電媒介体に設けられたボンディングパッドとワイヤーボンディングされることを特徴とする請求項１２に記載のプローブカード。
14. 前記スペース・トランスフォーマと回路基板との間に相互接続体がさらに設けられ、前記回路基板の背面の上に補強板がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
15. 前記補強板、回路基板、相互接続体を全部貫通し、且つ、前記スペース・トランスフォーマの一部の厚さを貫通する複数の開口孔が設けられ、
    前記スペース・トランスフォーマ、相互接続体、回路基板、前記補強板のそれぞれに形成された開口孔は互いに対応する位置に設けられることを特徴とする請求項１４に記載のプローブカード。
16. 前記それぞれの開口孔内に押し出しネジまたは引っ張りネジが取り付けられ、前記押し出しネジまたは引っ張りネジを選択的に動作させて前記スペース・トランスフォーマを前記補強板を基準として上部に押し出す、または、下部に引っ張ることを特徴とする請求項１５に記載のプローブカード。
17. 前記上下導電媒介体及び前記下面導電媒介体がインピーダンス整合された回路基板から構成されることを特徴とする請求項１２に記載のプローブカード。
18. スペース・トランスフォーマの一方の側に前記スペース・トランスフォーマを上下に貫通する貫通部を形成し、前記形成された貫通部内に上下導電媒介体を挿入するステップと、
    複数の単位プローブモジュールを生成して、前記スペース・トランスフォーマの上に形成された前記上下導電媒介体から離れる位置に前記それぞれの単位プローブモジュールを個別に安着するステップと、
    前記それぞれの単位プローブモジュールを前記スペース・トランスフォーマの一方の側に設けられた前記上下導電媒介体と電気的に接続するステップと、を含み、
    前記それぞれの単位プローブモジュールは複数の微細探針を含み、前記上下導電媒介体は前記貫通部を介して前記微細探針の電気的信号を前記回路基板へ伝達する複数の導電性パターンを含むことを特徴とするプローブカードの製造方法。
19. 前記単位プローブモジュールを生成するステップは、
    シリコンウエハーの微細探針形成領域に対応する部分を選択的にエッチングする過程と、
    前記シリコンウエハーのエッチングされた面を基板と貼り合わせる過程と、
    前記基板と貼り合わせられたシリコンウエハーを選択的にパターニングして微細探針を形成する過程と、
    前記基板の上に導線及びパッドを形成する過程と、
    前記基板の上に定義されているスクライブラインに沿って前記基板を切断して複数の単位プローブモジュールを形成する過程と、を含むことを特徴とする請求項１８に記載のプローブカードの製造方法。
20. 前記基板はガラスまたはセラミック材質のいずれか一方から構成され、前記シリコンウエハーと基板との貼り合わせは融解接合法または電気接合法のいずれか一方により行われることを特徴とする請求項１９に記載のプローブカードの製造方法。
21. 前記スペース・トランスフォーマはステインレス鋼、アルミニウム、インバール、コバール、ノビナイト、ＳＫＤ１１、アルミナ、ガラス、加工性のセラミックのうちいずれか１種の材質から構成されることを特徴とする請求項１８に記載のプローブカードの製造方法。
22. 前記それぞれの単位プローブモジュールを個別にスペース・トランスフォーマの上に安着するステップは、
    前記単位プローブモジュールを移送装置を用いて前記スペース・トランスフォーマの上に移送・安着し、前記移送時に前記単位プローブモジュール基板の上面または側面を挟持して移送することを特徴とする請求項１８に記載のプローブカードの製造方法。
23. 前記上下導電媒介体は、複数の絶縁基板からなり、複数の絶縁基板の境界面の上に前記複数の導電性パターンが形成された側面プリント回路基板から構成され、前記導電性パターンの両端は外部に露出され、前記露出された導電性パターンの両端の上にボンディングパッドを備えることを特徴とし、前記ボンディングパッドは、
    前記導電性パターンの両端の上に導電性物質を積層する過程と、前記積層された導電性物質をグラインディングして平坦化する過程と、を含む工程を通じて形成されることを特徴とする請求項１８に記載のプローブカードの製造方法。
24. 前記スペース・トランスフォーマの背面の上に相互接続体、回路基板及び補強板を順次に積層・結合するステップと、
    前記補強板、回路基板、相互接続体、前記スペース・トランスフォーマの互いに対応する位置に形成された開口孔内に前記スペース・トランスフォーマを上部に押し出す押し出しネジまたは前記スペース・トランスフォーマを下部に引っ張る引っ張りネジを取り付けるステップと、
    前記押し出しネジまたは引っ張りネジを選択的に調節して複数の単位プローブモジュールの高さを一定にするステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のプローブカードの製造方法。

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