JPH11337581A

JPH11337581A - プロ―ブカ―ド

Info

Publication number: JPH11337581A
Application number: JP11119268A
Authority: JP
Inventors: Koji Soejima; 康志副島; Naoharu Senba; 直治仙波
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブカードにおけるプローブの弾性変形
ストロークが小さいため、多数の電極に対する接続性が
低く、かつプローブを微細配置することが難しい。【解決手段】基板１１の表面に所要のパターンに形成
した導体膜からなるプローブパターン１５を形成し、こ
のプローブパターン１５の先端部の基板１１に凹部１２
を形成して先端部が表面から離間されるようにし、かつ
この先端部にバンプ１６を設けて半導体素子の電極等に
接触させるように構成する。プローブの弾性変形力およ
びその変形ストロークを増大でき、半導体素子の電極に
対する接続性を良好なものとする。また、プローブを基
板１１のスルーホール１８を通して裏面の配線パターン
１９に接続することにより、その配線スペースが低減で
き、プローブの微細配置を可能とし、半導体ウェハ上の
複数の半導体素子に対するプロービングが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の電極等
に接触されて通電を行い、電気的な特性試験を行うため
に用いられるプローブカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子の電極に接触させて通
電を行うための装置として、図１３（ａ）に示すよう
に、５０μｍφ〜１００μｍφ程度の複数本のタングス
テンピン３１をその基部において支持体３２で支持し、
このタングステンピンの先端部を保持体３３により半導
体素子の電極に対応した配列で保持したタングステンプ
ローブが提案されている。このタングステンプローブで
は、タングステンピン３１の先端部を半導体素子の電極
に当接することにより電気的な接続が可能となり、半導
体素子への通電と電気特性試験が可能となる。しかしな
がら、このタングステンプローブでは、各ピンのピッチ
が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度であるため、１００μｍ程度
の半導体素子の電極ピッチに対応することは難しい。ま
た、タングステンピンの長さが３ｃｍから１０ｃｍ程度
あるため、１００ＭＨｚ以上の高周波特性が悪くなると
いう問題がある。このようなプローブ装置としては、例
えば特開平６−１１８１００号公報に記載されたものが
ある。

【０００３】このため、近年では図１３（ｂ）に示すよ
うなメンブレンプローブが提案されている。このメンブ
レンプローブは、ポリイミド等のフィルム４１の表面
に、銅等の導体で複数のプローブ配線４２を形成し、各
配線の端部に半田やメッキによりバンプ４３を形成して
いる。そして、これを支持板４４にエラストマ４５を介
して貼り付けている。この構成では、半導体素子の電極
にバンプ４３を当接させて電気接続を行うことができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のメン
ブレンプローブでは、複数のバンプ４３と、半導体素子
の電極の各平面性が高くないと、プローブを電極に当接
させたときに一部のバンプが電極に接触されなくなる状
態が生じる。これを防止するためには、バンプを設けて
いる配線に弾力性を付与し、この弾性変形によって全て
のバンプが電極に接触させることができる。しかしなが
ら、この弾性力は、メンブレン裏面のエラストマ４５に
よるのみであるため、弾性変形量には限りがあり、半導
体素子を形成したウェハの反り等に対応できないことが
ある。また、プローブ配線４２をフィルム４１の周辺部
にまで延長して外部機器に接続するための配線４６に電
気接続を行っているため、プローブ配線４２の長さが長
くなり、微細なプローブを配列した構成を採用すること
が難しく、半導体ウェハ上に形成されたダイシング前の
半導体素子へのプロービングができないと共に、高周波
特性が劣化されるおそれもある。

【０００５】本発明の目的は、半導体素子の電極に対す
る接触の信頼性を高めるとともに、ウェハ上の半導体素
子への接触を可能とし、かつ高周波特性を改善したプロ
ーブカードを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のプローブカード
は、セラミック配線基板の表面に所要のパターンに形成
した導体膜からなるプローブパターンが形成され、前記
プローブパターンの先端部に対応する前記セラミック配
線基板の表面に凹部が形成され、前記プローブパターン
の先端部が前記セラミック配線基板の表面から離間配置
され半導体素子の電極等に接触させるように構成されて
おり、かつ前記プローブパターンは先端部以外の部分に
おいて前記セラミック配線基板に形成されたスルーホー
ルに電気接続されていることを特徴とする。

【０００７】また、ガラスエポキシ基板の表面に所要の
パターンに形成した導体膜からなるプローブパターンが
形成され、前記プローブパターンの先端部に対応する前
記ガラスエポキシ基板の表面に凹部が形成され、前記プ
ローブパターンの先端部が前記ガラスエポキシ基板の表
面から離間配置され半導体素子の電極等に接触させるよ
うに構成されており、かつ前記プローブパターンは先端
部以外の部分において前記ガラスエポキシ基板に形成さ
れたスルーホールに電気接続されていることを特徴とす
る。

【０００８】また、本発明の更に好ましい形態として
は、プローブパターンの先端部には導電体からなるバン
プが形成される。前記プローブパターンが、多層に形成
された導体膜からなる。前記プローブパターンは樹脂膜
を介して基板の表面に形成されていることを特徴とす
る。前記プローブパターンは、樹脂膜と一体の積層構造
をしたプローブフィルムとして構成されていることを特
徴とする。前記プローブフィルムは複数の樹脂膜と導体
膜が積層された構成とされ、その表面側の導体膜でプロ
ーブパターンが構成され、下側の導体膜がＧＮＤ接続さ
れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明
のプローブカードの第１の実施形態の断面図とその一部
の底面図である。この実施形態では、複数のプローブが
一枚のカードとして一体に形成された例を示している。
アルミナ、窒化アルミ、ガラス、ガラスセラミック等の
セラミック、ガラスエポキシ等の樹脂で形成される基板
１１の表面（下面）には、任意深さの凹部１２が形成さ
れており、かつこの凹部１２を含む前記基板１１の表面
に樹脂膜１４と導体膜１５とを積層したプローブフィル
ム１３が接着され、かつ前記導体膜１５は所要のパター
ンに形成されてプローブパターンとして構成されてい
る。樹脂膜１４には、ポリイミド、ベンゾシクロブテ
ン、エポキシ等が用いられる。また、プローブパターン
としての導体膜１５には、銅やニッケル等の金属が用い
られる。

【００１０】前記プローブパターン１５は、複数本の細
いパターンに形成されており、これらプローブパターン
１５の先端部、すなわち半導体素子の電極に接触される
部分は前記凹部１２の平面領域に配置される。そして、
前記各プローブパターン１５の先端部には半田や金属メ
ッキ等により導電性のバンプ１６が形成されている。ま
た、前記バンプ１６を除く他の領域のプローブパターン
１５の表面上には樹脂からなる絶縁膜１７が薄く形成さ
れ、プローブパターン１５の導電表面を被覆している。
さらに、各プローブパターン１５の他端部は、基板１１
に形成されたスルーホール１８に接続され、基板の裏面
において図外の測定装置に電気接続される配線パターン
１９に接続されている。

【００１１】この構成のプローブカードでは、バンプ１
６を半導体素子の電極に当接させたときには、プローブ
パターン１５の下地となる樹脂膜１４が厚さ方向に弾性
変形されるため、この弾性力によってバンプが電極に電
気接続される。そして、このときバンプ１６の直下の基
板１１の表面には凹部１２が形成されているため、前記
樹脂膜１４は凹部１２の内部にまで進入する状態で弾性
変形され、その弾性変形量が増大される。これにより、
前記した弾性力が高められて電極に対する接触力が増大
されて接触性が高められる。また、弾性変形量の増大に
よりバンプ１６およびプローブパターン１５での厚さ方
向の変形ストロークが増大されることになるため、半導
体素子を構成しているウェハに反りが生じている場合で
も、樹脂膜の弾性変形量の増大によってこれに追従で
き、全てのバンプが電極に対して好適に接触され、電気
接続されることになる。

【００１２】ここで、前記凹部１２の断面形状は、図２
に示すように、底面の形状が円弧状に形成された凹部１
２Ａとして構成されてもよい。また、凹部１２，１２Ａ
の平面形状は、矩形、円形、楕円形等、その平面内にバ
ンプ１６とプローブパターン１５の先端部の領域を含む
ものであれば、バンプの配列状態に応じて任意の形状に
設定できる。また、凹部１２，１２Ａの深さもバンプ１
６やプローブパターン１５の変形量に応じて適切な深さ
に設定できる。

【００１３】また、図３（ａ），（ｂ）に断面図と底面
図を示すように、プローブパターン１５の先端部に沿っ
て樹脂膜１４に厚さ方向に貫通されるスリット２０を形
成することで、バンプ１６の近傍における樹脂膜１４の
変形性を高め、プローブパターン１５の弾性変形量を増
大させて半導体素子の電極に対する追従性を高めること
ができる。この場合、図４のように、隣接するプローブ
パターン間にスリット２１を形成するようにしてもよ
く、この場合にはプローブパターン１５を個別に弾性変
形可能とし、かつ各プローブパターン１５の弾性変形量
を個別に増大することができ、かつ半導体素子の電極の
不規則な平面性に追従させることができる。

【００１４】さらに、図５（ａ）に示すように、プロー
ブパターン１５の表面上にさらに導体膜２２を積層する
ことで、プローブパターン１５の弾力性を高め、樹脂膜
１４の弾力性と導体膜１５，２２の弾力性とで全体の弾
性変形力を高め、電極に対するバンプ１６の弾接力を高
めて、接触の信頼性を高めることも可能である。ここで
は、銅からなるプローブパターンの上に、導体膜２２と
してニッケルメッキを施している。あるいは、図５
（ｂ）のように基板１１上の樹脂膜１４と導体膜１５を
共に多層の樹脂膜１４Ａ，１４Ｂと導体膜１５Ａ，１５
Ｂとで構成し、上層の導体膜１５Ａでプローブパターン
を構成し、下層の導体膜１５Ｂで任意の配線を形成して
もよい。

【００１５】また、バンプ１６は、図６（ａ）のよう
に、半田や導電性物質を供給してその材料の表面張力を
利用して球面状に形成したバンプ１６Ａ、あるいは図６
（ｂ）のようにスタッドバンプとして形成したバンプ１
６Ｂ、さらには図６（ｃ）のように選択メッキにより形
成したバンプ１６Ｃとして構成してもよい。

【００１６】図７（ａ）は本発明の第２の実施形態を示
す断面図である。この実施形態では、基板１１に樹脂膜
１４と導体膜１５を積層形成し、導体膜１５を所要のパ
ターンに形成してプローブパターンを形成している点で
は前記第１の実施形態と同じである。しかしながら、こ
の実施形態では、基板１１の表面には凹部を設けておら
ず、その代わりにプローブパターン１５Ｃは、その先端
部が基板１１の表面から離れる方向に向けて曲げ形成し
ている。この場合、曲げる部分は、同図のように、プロ
ーブパターン１５Ｃの長さ方向の略中間位置から先端側
の領域であっても、或いは図７（ｂ）のように、プロー
ブパターン１５Ｄの先端側の領域のみであってもよい。
また、この実施形態では、プローブパターンの先端には
バンプは形成しておらず、図７（ｃ）のように、プロー
ブパターン１５Ｃ（１５Ｄ）の先端を細く形成し、電極
に対して点に近い状態で接触されるように構成ている。

【００１７】この第２の実施形態においては、プローブ
パターン１５Ｃ，１５Ｄの自身の弾力性によって電極に
接触する際の弾性力を得ることができる。また、その弾
性変形量はプローブパターンの曲げ範囲内であるため、
プローブパターンの曲げ量を任意に設定することで、プ
ローブの接触に際しての任意の変形ストロークを得るこ
とができる。

【００１８】次に、前記したプローブカードの製造方法
の一例を説明する。図８及び図９は前記第１の実施形態
における図３に示したようなプローブカードの製造方法
を工程順に示す斜視図である。先ず、図８（ａ）のよう
に、ガラスセラミックのグリーンシートに所要の配線を
印刷形成し、厚さ１．５ｍｍ、縦横１５ｃｍ×１５ｃｍ
の積層体からなる基板１１を形成する。図示では、後に
プローブパターンのスルーホールとなる配線１８を形成
したことが示されている。そして、スライシングソーに
より基板１１の表面に枡目状に深さ５００μｍの凹部、
ここでは凹溝１２を形成する。この凹溝１２は、半導体
素子の電極に接触されるプローブパターンの先端が配置
される領域に形成される。次いで、図８（ｂ）のよう
に、銀粉末と有機ビヒクルからなるペーストを前記凹溝
１２に充填し、焼成して充填体２３を形成する。そして
この充填体２３の表面を研磨し、前記基板１１と同一面
となるように平滑化する。

【００１９】次いで、図９（ａ）のように、感光性ポリ
イミドを基板１１および充填体２３の表面上に塗布し、
これをフォトリソグラフィ技術により所要のパターンに
形成して樹脂膜１４を形成する。ここでは樹脂膜１４は
前記基板１１の上に形成され、かつその周辺部が前記凹
溝１２内の充填体２３の上部にまで張り出した矩形のパ
ターンに形成している。さらに、この樹脂膜１４の表面
にレジストをフォトリソグラフィ技術により所要のパタ
ーンに形成し、かつその上に銅メッキを施し、前記レジ
ストを除去することでリフトオフ法により所要のパター
ンのプローブパターン１５を形成する。このプローブパ
ターン１５は、一端部は前記充填体２３の上にまで延長
され、他端部は前記スルーホールとなる配線１８に電気
接続された構成とされる。また、表層の絶縁膜１７を感
光性ポリイミドをフォトリソグラフィでパターン形成
し、この絶縁膜１７から露呈されるプローブパターン１
５の先端部にフラックスと共晶半田を供給し、２３０℃
でリフローしてバンプ１６を形成する。バンプ１６の表
面を＃１０００のサンドペーパで１０μｍ程度研磨し、
その表面の高さばらつきを少なくし、かつバンプ表面に
微細な凹凸を形成する。また、バンプ１６の表面にはニ
ッケルメッキ３μｍ、金メッキ０．３μｍを形成する。

【００２０】しかる後、充填体２３に陽極を接続し、炭
素を陰極として希硝酸中で両電極に２Ｖを印加し、充填
体２３を溶融させる。これにより、図９（ｂ）のよう
に、充填体２３は基板１１から除去され、結果として基
板１１の表面には樹脂膜１４とプローブパターン１５、
表面絶縁層１７、およびバンプ１６のみが残され、プロ
ーブカードが形成される。

【００２１】このようにして作製されたプローブカード
は、例えば図１０に示す平面パターン構成とされ、半導
体ウェハに枡目状に形成された多数個の半導体素子の電
極に対して電気接続されるプローブカードとして形成さ
れる。

【００２２】なお、前記した図８（ａ）の工程で凹溝１
２を形成した基板を形成した後に、図１１に示すよう
に、樹脂膜１４とプローブパターン１５を一体化したプ
ローブフィルム１３を別工程で形成しておき、このプロ
ーブフィルム１３を基板１１に対して位置決めした上で
異方導電性接着剤によりプローブパターン１５とスルー
ホール１８とが電気接続されるようにして接着固定する
製造方法も採用できる。

【００２３】本発明者が、図１２（ａ），（ｂ）に断面
図と、その一部の縮小平面図を示すプローブカードを作
製した後、種々の試験を行った結果を次に示す。ここ
で、樹脂膜１４の厚さｅは１０μｍ、プローブパターン
１５の厚さｂは５μｍ、その幅ｇは８０μｍ、プローブ
パターン１５のピッチｆは１２０μｍ、凹溝１２の幅ａ
はプローブパターン１５の有効長さｃに依存し、ａ＝ｃ
×２＋２００μｍとした。プローブパターン間に形成し
たスリット２１の長さｈはａと同じである。そして、プ
ローブカードの縦横寸法を１５ｃｍ×１５ｃｍ、プロー
ブ領域１３ｃｍ×１３ｃｍ、樹脂膜１４の厚さ１０μ
ｍ、プローブパターン１５の長さ１ｍｍ、およびその厚
さ５μｍ、プローブピッチ１２０μｍ、バンプ１６の高
さ５０μｍ、およびその直径９０μｍの条件で、以下に
述べる（１）から（１０）のように構造を変化させてプ
ロービングの試験を行った。

【００２４】（１）基板をアルミナの多層配線基板、窒
化アルミの多層配線基板に変えても、プローブの特性に
変化がないことを確認した。基板をガラスエポキシ基板
にしたときには、１０ｃｍ×１０ｃｍの範囲では基板に
セラミックを用いたときと同様に安定してプロービング
できることを確認した。（２）樹脂膜の材料を感光性ペ
ンゾシクロブテン、感光性エポキシに変えてプローブを
作製し、良好な接続性と１０万回のプロービング寿命を
確認した。ただし、膜強度が弱いためにプローブに横方
向の力が加わったときにポリイミドよりも壊れやすくな
る。（３）樹脂膜の断面形状が図３のようにプローブの
先端側で分離されている構造においても良好な接続性と
１０万回以上のプロービング寿命を確認した。形状を変
更しない場合に比べ、プローブが上下するストロークが
増え、軟らかくなった。

【００２５】（４）プローブの先端を図７のように細く
し、６０μｍの寸法とした構造についても良好な接続性
と１０万回以上のプロービング寿命を確認した。形状を
変更しない場合に比較してプローブが軟らかくなった。
（５）プローブパターンを、図５（ａ）のように、銅の
上にニッケルを５μｍメッキしたプローブについても良
好な接続性と１０万回以上のプロービング寿命を確認し
た。ニッケルメッキを施さない場合に比較してプローブ
が硬くなった。（６）図５（ｂ）のように、樹脂膜と導
体膜を２層構造とし、基板に近い下側の導体膜をＧＮＤ
としてプローブカードを作製することで、インピーダン
ス制御が可能となり、かつ良好な接続性と１０万回以上
のプロービング寿命を確認した。

【００２６】（７）バンプを図６（ｂ）のスタッドバン
プ、図６（ｃ）のメッキバンプとし、良好な接続性と１
０万回以上のプロービング寿命を確認した。（８）樹脂
膜に形成されるスリットが、図３（ｂ）または図４に示
すいずれの形状でも、良好な接続性と１０万回以上のプ
ロービング寿命を確認した。（９）基板の凹溝の平面形
状、断面形状の如何にかかわらず、プローブの特性に変
化がないことを確認した。（１０）図７（ａ），（ｂ）
のような、プローブパターンを曲げ形成したものにおい
ても、良好な接続性と１０万回以上のプロービング寿命
を確認した。

【００２７】以上の結果を（表１）に示す。ここで、プ
ローブ接続性の評価において、○は全てのプローブが被
測定半導体素子（ウェハ）の電極と接触が得られた、△
は測定を繰り返す中で接続が得られないときがあった、
×は接続がえられなかった、をそれぞれ示している。な
お、単位はμｍである。

【表１】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、セラミッ
ク配線基板、あるいはガラスエポキシ基板の表面に所要
のパターンに形成した導体膜からなるプローブパターン
を形成し、このプローブパターンの先端部に対応する基
板の表面に凹部が形成され、このプローブパターンの先
端部を基板の表面から離間配置し、この先端部を半導体
素子の電極等に接触させるように構成し、かつ前記先端
部以外の部分において基板に形成されたスルーホールに
電気接続されているので、プローブの弾性変形力および
その変形ストロークを増大でき、半導体素子の電極に対
する接続性を良好なものとし、かつ多数回の繰り返しに
対しても高い信頼性を得ることができる。また、スルー
ホールによりプローブからの配線を基板の裏面側に取り
出す構成とすることにより、その配線スペースが低減で
き、しかもプローブの変形ストロークが大きくできると
ともに基板の剛性を高めてその平面性を高め、かつプロ
ーブ先端部の平坦性を高めることができるので、半導体
ウェハ上に形成された半導体素子のような多数の電極に
対して一括して大きな面積でプロービングを行うことが
可能なプローブカードが得られる。さらに、プローブに
おける配線を多層化し、その一部の配線を利用すること
でプローブのインピーダンス整合を取ることができ、高
周波特性の優れたプローブカードが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の断面図とその一部の
底面図である。

【図２】基板の変形例を示す断面図である。

【図３】樹脂膜にスリットを設けた実施形態の断面図と
一部の底面図である。

【図４】スリットの変形例を示す底面図である。

【図５】プローブパターンの変形例を示す断面図であ
る。

【図６】バンプの異なる例を示す断面図である。

【図７】本発明の第２の実施形態の断面図である。

【図８】本発明のプローブカードの製造方法を工程順に
示す斜視図のその１である。

【図９】本発明のプローブカードの製造方法を工程順に
示す斜視図のその２である。

【図１０】作製されたプローブカードの全体構成の底面
図である。

【図１１】本発明のプローブカードの他の製造方法を示
す斜視図である。

【図１２】試験対象としてのプローブカードの断面図と
その縮小底面図である。

【図１３】従来のプローブ装置の各異なる例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１基板１２凹部１３プローブフィルム１４，１４Ａ，１４Ｂ樹脂膜１５，１５Ａ〜１５Ｄ導体膜（プローブパターン）１６，１６Ａ〜１６Ｃバンプ１７絶縁膜１８スルーホール１９配線パターン２０，２１スリット２２導体膜２３充填体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック配線基板の表面に所要のパター
ンに形成した導体膜からなるプローブパターンが形成さ
れ、前記プローブパターンの先端部に対応する前記セラ
ミック配線基板の表面に凹部が形成され、前記プローブ
パターンの先端部が前記セラミック配線基板の表面から
離間配置され半導体素子の電極等に接触させるように構
成されており、かつ前記プローブパターンは先端部以外
の部分において前記セラミック配線基板に形成されたス
ルーホールに電気接続されていることを特徴とするプロ
ーブカード。
【請求項２】ガラスエポキシ基板の表面に所要のパター
ンに形成した導体膜からなるプローブパターンが形成さ
れ、前記プローブパターンの先端部に対応する前記ガラ
スエポキシ基板の表面に凹部が形成され、前記プローブ
パターンの先端部が前記ガラスエポキシ基板の表面から
離間配置され半導体素子の電極等に接触させるように構
成されており、かつ前記プローブパターンは先端部以外
の部分において前記ガラスエポキシ基板に形成されたス
ルーホールに電気接続されていることを特徴とするプロ
ーブカード。
【請求項３】前記プローブパターンの先端部には導電体
からなるバンプが形成される請求項１または２のいずれ
かに記載のプローブカード。
【請求項４】前記プローブパターンが、多層に形成され
た導体膜からなることを特徴とする請求項１から３のい
ずれかに記載のプローブカード。
【請求項５】前記プローブパターンは樹脂膜を介して基
板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１か
ら４のいずれかに記載のプローブカード。
【請求項６】前記プローブパターンは、樹脂膜と一体の
積層構造をしたプローブフィルムとして構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。
【請求項７】前記プローブフィルムは複数の樹脂膜と導
体膜が積層された構成とされ、その表面側の導体膜でプ
ローブパターンが構成され、下側の導体膜がＧＮＤ接続
される請求項６に記載のプローブカード。
【請求項８】複数のＩＣを検査するアレイ型プローブカ
ードであって、基板表面に所要のパターンに形成した導
体膜からなるプローブパターンが複数形成され、前記プ
ローブパターンの先端部に対応する前記セラミック配線
基板の表面に凹部が形成され、前記プローブパターンの
先端部が前記基板表面から離間配置され半導体素子の
電極等に接触させるように構成されており、かつ前記プ
ローブパターンは先端部以外でかつ検査対象となる個々
のＩＣの外形の範囲内の部分において前記基板に形成さ
れたスルーホールに電気接続されていることを特徴とす
るアレイ型プローブカード。