JP4187718B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハに形成された複数の半導体集積回路素子の電気特性をウエハ状態で一括して検査するためのプローブカードおよびアライメント方法に関し、特に、ウエハレベルバーンイン検査に際して、半導体ウエハの検査用電極とプローブカードのバンプの全数を高精度で安定してコンタクトするための技術に関するものである。

近年、半導体集積回路素子（以後、「半導体装置」と称する）を搭載した電子機器の小型化及び低価格化の進展は目覚しく、半導体装置に対する小型化及び低価格化の要求はより強くなってきている。

半導体装置は従来、半導体チップとリードフレームとをボンディングワイヤにより電気的に接続して樹脂又はセラミックスで封止した状態で供給され、回路基板に実装されてきた。しかし電子機器の小型化の要求から、半導体チップを半導体ウエハから切り出したままの状態で回路基板に実装する方法が主流になりつつあり、このような半導体チップ（ベアチップ）を品質保証して、また低価格で供給することが強く望まれている。

半導体チップを品質保証するためには、ウエハ状態でバーンイン等の検査をする必要がある。その際に、半導体ウエハ上に形成されている複数の半導体チップに対して１個づつ又は数個づつ何度にも分けて検査を行うことは、時間的にもコスト的にも現実的ではない。そのため、半導体ウエハ上の全ての半導体チップに対して一括してバーンイン等の検査を行う方法が開発されてきている。

半導体ウエハ上の複数の半導体チップに対して一括して検査を行うには、複数の半導体チップの電極に電源電圧や信号を同時に印加して、各半導体チップを動作させる必要がある。そのためには非常に多く（通常数万個以上）のプローブ針を持ったプローブカードを用意する必要があるが、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ができない。

そこで、ウエハ上の多数のパッド電極に対して一括してコンタクトできるプローブ電極を持ったプローブカードが使用されるようになった。プローブカードに多数のバンプを形成してプローブ電極として用いるのである（たとえば特許文献１）。

プローブカード上の多数のバンプを対応するウエハ上の多数の電極に確実にコンタクトさせるためには、プローブカード上のバンプ配置とウエハ上の電極配置とを観測しながら、両者の位置合わせ（アライメント）を精度良く行わなければならない。一般にはアライメントは、アライメント装置の特定部分に固定されたプローブカードのバンプを基準にして、ウエハの位置を相対的に移動させることによって行われている。プローブカードに開口（穴）などのアライメントマークを付加し、そのアライメントマークを認識装置で画像処理して、コンタクト位置の基準とする方法も提案されている（たとえば特許文献２）。
特開平７−２３１０１９号公報 特開平１１−１５４６９４号公報

しかしながら、プローブカードに形成されるバンプは、その構造上の特徴から、製造時のバラツキや特性検査時の熱サイクルによって位置ずれが起こりやすい。そのため、バンプを基準にする従来の方法では、基準となるバンプの位置ずれが原因で正確なコンタクトが達成できない場合がある。またバンプのサイズが非常に小さいことから、認識装置での画像処理が極めて難しく、画像処理時に誤差が発生することもある。

専用のアライメントマークを用いる方法では、バンプの形成後にその位置精度を考慮してアライメントマークを付加しているのであるが、これはプローブカード製造時の位置精度のみに対応できる方法であって、その後の熱サイクルなどによる変化に対応できるものではない。バンプと同時に形成しないため、アライメントマークを付加する工程でバンプ位置との精度誤差が発生する不具合も発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ウエハ一括型検査の際にウエハ上の多数の電極と最適位置にコンタクトできるプローブカードおよびアライメント方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、半導体ウエハに形成された複数の半導体集積回路素子の電気特性を一括して検査するためのプローブカードを、前記複数の半導体集積回路素子の検査用電極の全数に同時にコンタクトさせるための複数のバンプが形成され、剛性リングに保持されたバンプ付き薄膜を有し、前記バンプ付き薄膜に、前記コンタクト用のバンプと同時に形成されたバンプよりなるアライメントマークが付加され、該アライメントマークの背面側に、認識カメラを用いた画像処理でバンプと明暗差を生じる薄膜がアライメントマークよりも大きく設けられた構造としたことを特徴とする。

これによれば、アライメントマークを構成しているバンプは、コンタクト用のバンプと同時に形成されているため、コンタクト用のバンプに対する相対位置が確保されることになり、このアライメントマークを基準として、ウエハ上の検査用電極にコンタクト用のバンプが確実にコンタクトするバンプ位置を画像処理装置を利用して算出して、最適位置にアライメントすることが可能になる。また画像取り込み誤差を最小限に抑えることが可能となる。

専用のアライメントマークであるため、コンタクト用のバンプの一部を基準としていた従来の方法と比べて以下のような利点がある。
コンタクト用のバンプは半導体集積回路素子（半導体チップ）の品種により位置が異なるが、専用のアライメントマークは半導体集積回路素子の品種にかかわらず一定の位置に付加できるので、プローブカードを製造する際にロット間などでの品質の変化を把握し易く、アライメント装置側でも品種毎に画像処理の動作を設定する必要がない。

コンタクト用のバンプは密集しているため（例えば１２０μｍピッチ以下）、バンプ位置を間違えるなどの不具合の発生もあるが、専用のアライメントマークは任意の位置に任意のバンプピッチで付加できるため、そのような不具合を回避できる。

コンタクト用のバンプは、検査用電極と何度もコンタクトする間に先端が摩耗したり汚れが付着して画像処理に悪影響を及ぼすことがあるが、専用のアライメントマークのバンプは検査用電極にコンタクトしないので、長期間にわたって使用しても摩耗や汚れを生じず画像処理に影響を及ぼさない。

専用のアライメントマークを付加する従来の方法（特許文献２の方法）に比べても次のような利点がある。
薄膜上に形成されるバンプは、薄膜の伸縮によって位置精度が大きく影響される。特許文献２では、上述したように、薄膜の伸縮の影響を回避すべくバンプの形成後にその位置精度を考慮してアライメントマークを付加しているのであるが、プローブカード製造時の位置精度に対応できるものの、その後の熱サイクルなどによる変化に対応できず、アライメントマークを付加する工程でバンプ位置との精度誤差が発生する不具合も発生する。

これに対し、本発明にかかるアライメントマーク（バンプ）は、コンタクト用のバンプと同時に形成するので、その製造過程においてコンタクト用のバンプとの相対位置さえ確保しておけば、アライメントマークを測定することで、薄膜の伸縮によるバンプ位置精度の変化を容易に判断することができ、またその変化をアライメント装置で画像処理することで、対象の検査用電極との最適位置を算出できるので、安定したコンタクトを実現することが出来る。位置算出の結果、伸縮が大きくて最適位置が確保出来ないことが判明した場合には、コンタクトを中止することで、コンタクト位置ずれによる半導体チップの破損を防止することができる。

アライメントマークは、複数のバンプを配列して形成されるのが好ましい。複数のバンプを集合させて一つのアライメントマークとすることで、画像処理の際の位置算出誤差を最小限にすることが可能となる。

アライメントマークは、コンタクト用のバンプの形成領域よりも外周側に、バンプ付き薄膜のセンターに関して互いに対称な２個を１組として、少なくとも２組形成されるのが好ましい。バンプ付き薄膜の製造過程等で発生する薄膜の伸縮の影響は外周側に大きく表れるので、その部分にアライメントマークを形成するのが好ましいのである。また薄膜の伸縮が一様でなく偏りが発生することがあるが、アライメントマークの数を多くすることで、伸縮の偏りの発生を把握して、検査用電極に対するコンタクト用バンプの位置を最適化できる。

本発明のプローブカードの製造方法は、導電層と絶縁層とが積層した二重構造の薄膜を剛性リングに貼り付け、貼り付けた薄膜に、前記半導体ウエハ上の複数の半導体集積回路素子の検査用電極の全数にコンタクトさせるための複数のバンプとアライメントマークとなるバンプとを同時に形成し、前記薄膜から導電層の不要部分を除去して、バンプ付き薄膜を形成する工程と、前記バンプ付き薄膜を配線基板に電気的に接続し固定する工程とを行うことを特徴とする。

本発明のアライメント方法は、半導体ウエハに形成された複数の半導体集積回路素子の電気特性を一括して検査する際に、前記複数の半導体集積回路素子の検査用電極の全数に同時にコンタクトさせるための複数のバンプと、前記コンタクト用のバンプと同時に形成されたバンプよりなるアライメントマークとを有したプローブカードを用い、前記プローブカードのコンタクト用のバンプを半導体ウエハ上の検査用電極に対してコンタクトさせるに先立って、前記アライメントマークを基準にして、半導体ウエハとプローブカードとの位置合わせを行うことを特徴とする。

また、位置合わせに先立って、プローブカードの個々のアライメントマークの位置を画像処理で測定し、各アライメントマークの設計上の位置と比較して誤差を算出し、誤差が予め決めた許容範囲内にない時にプローブカードを交換することを特徴とする。

本発明のプローブカードは、バンプ付薄膜フィルムにコンタクト用バンプと同時に別個のバンプを形成してアライメントマークとして用いるので、薄膜が伸縮してもコンタクト用のバンプに対するアライメントマークの相対位置を確保することができ、アライメントマークを基準として、コンタクト用バンプの位置精度の変化を画像処理装置にて容易に測定すること、その測定結果から検査対象のウエハの検査用電極との最適なコンタクト位置を算出することができる。専用のアライメントマークであるため、検査対象のウエハの品種にかかわらず一定の位置に設けることができ、新たな品種へも速やかに対応できる。プローブカードを長期的に使用しても、アライメントマークのバンプはコンタクトしないため画像処理に影響を及ぼす先端形状の変化は生じず、ウエハへの一括コンタクトを安定して行うことが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
本発明の理解を容易にするために、ウエハ一括コンタクト技術について説明する。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、ウエハ１の半導体チップ領域２内に形成された複数の半導体チップ３のそれぞれに、電気特性を検査するためのパッド電極４（以下、電極４という）が形成されている。

図２に示すように、検査ボード５は、プローブカード６と、その電気的接続を検査装置に繋ぐための多層配線基板７とで構成されている。８は多層配線基板７の裏面に複数個設けられた接続用コネクタである。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、プローブカード６は、ガラス基板９と局在型異方導電ゴム１０とコンタクトプローブ１１とにより構成されている。
ガラス基板９は、コンタクトプローブ１１の電気的接続を図２に示した検査ボード５の多層配線基板７に繋ぐための配線基板である。

コンタクトプローブ１１は、バンプ１２が形成されたバンプ付薄膜１３の周縁部をセラミックスリング１４で保持したものである。バンプ付薄膜１３において、バンプ１２は薄膜１５にメッキ技術により形成されたもので、半球状をしている。バンプ１２に背反する薄膜１５の裏面には、バンプ１２のメッキ形成のため、また局在型異方導電ゴム１０との導通を良くするための銅薄膜１６が設けられている。

局在型異方導電ゴム１０は、ウエハ１上の電極４やコンタクトプローブ１１上のバンプ１２の高さバラツキを吸収するクッション的な役割を果たしながら、コンタクトプローブ１１とガラス基板９との導通をとる。

図４（ａ）はコンタクトプローブ１１のバンプ形成面を示し、図４（ｂ）はその一部を拡大図示している。コンタクトプローブ１１の中央部に、ウエハ１の半導体チップ領域２に対応する測定バンプエリア１７があり、測定バンプエリア１７に設けられた複数の半導体チップエリア１８のそれぞれに、半導体チップ３の電極４に対応するようにバンプ１２が配列されている。コンタクトプローブ１１の外周縁部には、ウエハ１との位置合わせの基準となるアライアライメントマーク１９が形成されている。ここではアライメントマーク１９は、コンタクトプローブ１１のセンターに関して互いに対称な２個を１組として、２組設けられている。アライメントマーク１９については後述する。

図５および図６はそれぞれ、アライメント装置の構成および動作を示す。
プローブカード６を具備した検査ボード５は、図示したようにステージ２０上に載せられ、検査ボード位置決めローラ２１と検査ボード位置決めシリンダ２２により位置決めされるようになっている。

ステージ２０の下方に、ウエハ１を真空保持するウエハトレイ２３を載せてアライメント動作をおこなうＸＹＺθテーブル２４が配置されている。ＸＹＺθ軸は図示されない制御用モータ等によって制御される。ウエハトレイ２３には、外周部分にシールリング２５が設けられるとともに、シールリング２５が対象物に密着して形成する密閉空間を真空引きする真空カプラ２６が設けられている。真空カプラ２６は自動閉塞型のもので、真空引きのノズルをはずすとその時の状態をキープする。

ステージ２０の裏面にウエハ用認識カメラ２７が取り付けられるとともに、ＸＹＺθテーブル２４にバンプ用認識カメラ２８が取り付けられていて、各カメラ２７，２８の撮像画像から画像認識装置（図示せず）がウエハ１の電極４位置とプローブカード６のバンプ１２の位置とを認識し、最適コンタクト位置を演算し、決定するようになっている。

アライメントおよびコンタクトの際の動作について説明する。
ＸＹＺθテーブル２４に載せられたウエハトレイ２３上にウエハ１を真空チャックで固定する。このウエハ１について、ウエハ用認識カメラ２７によってウエハ１上の電極４をとらえ、その電極４の位置と高さを基準にして、ＸＹＺθテーブル２４のＸＹ軸に対する傾きをθ軸により修正すると共に、修正後のウエハ１のセンター座標を記憶しておく。

ウエハ用認識カメラ２７によって捕らえるのは、たとえば図１に斜線で示したような、理論上のウエハセンターに関して対称な２個ずつ２組の半導体チップ３上にある、ウエハセンターに関して対称な電極４である。対称な電極４どうしを結ぶ２本の直線から、ウエハ１の前記ＸＹ軸に対する傾きを求め、修正するとともに、直線どうしの交点としてセンター座標を求める。更に求めたセンター座標から電極４までの位置とその理論上の位置との差についても記憶する。

次に、ステージ２０上で位置決めされた検査ボード５のプローブカード６について、バンプ用認識カメラ２８によって、コンタクトプローブ１１に付加されたアライメントマーク１９をとらえ、そのアライメントマーク１９を基準にして、コンタクトプローブ１１のセンター座標とＸＹＺθテーブル２４のＸＹ軸に対する傾きを求め、記憶する。

バンプ用認識カメラ２８によって捕らえるのは、たとえば図４（ａ）に示したような、理論上のプローブセンターに関して対称な２個ずつ、２組のアライメントマーク１９である。理論上のプローブセンターの両側のアライメントマーク１９の中心どうしを結ぶ２本の直線から、コンタクトプローブ１１の前記ＸＹ軸に対する角度差を求めるとともに、直線どうしの交点としてセンター座標を求める。更に求めたセンター座標からアライメントマーク１９の中心までの位置とその理論上の位置との差についても記憶する。

画像処理対象の全ての電極４及びアラメントマーク１９の中心が、それぞれのセンター座標からの理論上の位置とに差がない場合は、その後に、ウエハ１のセンター座標とコンタクトプローブ１１のセンター座標を合わせるとともに、ＸＹＺθテーブル２４のＸＹ軸に対するコンタクトプローブ１１の傾きにウエハ１の傾きを合わせるように、ウエハ１の最適コンタクト位置を決める。理論上の位置とに差がある場合は、ウエハ１のセンター座標とコンタクトプローブ１１のセンター座標を合わせるのではなく、それぞれの位置で理論上との差が平均化される最適コンタクト位置を算出してウエハ１を位置合わせ（アライメント）する。これまでの傾向によるとウエハ１側の電極４の位置はその生産方式から、理論上の位置との差は無視できるほど小さく、最適位置の算出が必要なのはコンタクトプローブ１１側に限定される。

アライメントの終了後に、ウエハトレイ２３を一定の高さまで上昇させて、ウエハトレイ２３上のウエハ１の電極４と、プローブカード６のコンタクトプローブ１１のバンプ１２とを全てコンタクトさせる。コンタクト状態を保持するために、真空カプラ２６よりウエハ１とコンタクトプローブ１１との密閉空間を真空引きする。それにより、密閉空間外の大気圧によって、コンタクトプローブ１１のバンプ１２がウエハ１の全面の電極４に対して均等な力でコンタクトする。

コンタクトが終了したら、プローブカード６，ウエハ１，ウエハトレイ２３をこの状態のまま一体的に検査装置に投入して、高温中で電圧を印加する電気的検査を行なう。検査が終了したら、プローブカード６，ウエハ１，ウエハトレイ２３を検査装置から取出し、密閉空間の圧力を大気圧程度に回復させて、ウエハトレイ２０をプローブカード６から分離し、ウエハ１を取出す。

上記したように、ウエハ１の全面に形成された数万個以上の電極４に対して、プローブカード６のコンタクトプローブ１１に形成された対応するバンプ１２を同時に確実にコンタクトさせるためには、コンタクトに先立ってコンタクトプローブ１１とウエハ１との間のアライメントを高精度で実行する必要がある。アライメントについて詳述する。

再び図３を参照する。コンタクトプローブ１１は、バンプ付薄膜１３をセラミックスリング１４で保持したものである。製造に際しては、バンプ付薄膜１３の基材として、たとえば厚み１８μｍ程度のポリイミド製の薄膜１５と厚さ３５μｍ程度の銅薄膜１６とが２層になったフィルムを用意する。そして、厚み２ｍｍ、枠幅９ｍｍ程度のセラミックスリング１４の側面に熱硬化性接着剤（約１７０℃硬化）を薄く均等に塗って、ポリイミド製の薄膜１５上に載せる。その状態で加熱炉の中に入れて接着剤を熱硬化させることにより、セラミックスリング１４と薄膜１５を接着固定する。

その際に、ポリイミドの熱膨張係数（約１６×１０^−６／℃）とセラミックスの熱膨張係数（約３×１０^−６／℃）との差によって、基材は、セラミックスリング１４よりも大きく伸びた状態で接着され、接着剤の硬化温度である１７０℃から常温に戻すと、ポリイミド製の薄膜１５に一定の張力が加わった状態でセラミックスリング１４に固定される。この張力を得ることでバンプ１２の位置精度が確保される。

次に、セラミックスリング１４に貼り付けられた基材に、バンプ形成用の多数の穴（内径２０μｍ〜３０μｍ程度）を形成する。アライメントマーク１９となるバンプのための穴も同時に加工する。同時加工することによって、コンタクト用のバンプ１２とアライメントマーク１９との相対位置関係を他のどのような方法よりも正確に守ることが出来る。バンプ１２とアライメントマーク１９との相対位置を守ることは、アライメントマーク１９を基準としてバンプ１２の位置を決定する方法において非常に重要である。バンプ１２の位置精度は穴の位置精度に依存するため、穴加工精度が非常に重要となる。穴加工の手段としては、穴加工精度を確保できるだけでなく、品種に応じた穴位置の変更などにも容易に対応できる事や、バンプ１２をメッキ法で形成するので銅薄膜を残したポリイミド薄膜のみの止まり穴加工である事からレーザ加工などが好ましい。薄膜１５のどの位置にバンプ１２を形成するかは、測定対象のウエハ１の電極４の位置に依る。

穴加工が終わったら、電解メッキなどの方法を用いて全ての穴をＮｉ等の金属材料で埋め込み、全ての穴に同時にバンプ１２を形成する。バンプ１２は、たとえば高さ４０μｍ程度、径６０μｍ程度とする。その後に、ポリイミド製の薄膜１５に重なった銅薄膜１６をバンプ１２の周囲部分を残してエッチングすることにより、バンプ付薄膜１３を得る。

バンプ付薄膜１３のバンプ１２は、その製造方法によっては位置ずれが起こることがある。上記したようにポリイミド製の薄膜１５と銅薄膜１６とが２層になった基材に多数の穴を設けてバンプ１２を形成する場合、最終的に銅薄膜１６の大部分が除去されるので、セラミックスリング１４に貼り付けることで張力を与えたポリイミド製の薄膜１５に銅薄膜１６の除去による応力緩和が生じ、銅薄膜１６の除去前後でバンプ１２の位置が変動する。つまり応力緩和によるバンプ再配置が起こる。この際のバンプ１２の位置変動の程度は、バンプ１２の形成位置や残される銅薄膜１６のパターンにも依存する。これまでに、バンプ１２のための穴加工位置をその応力緩和による変動量を加味した位置とすることで、バンプ１２の最終的な位置精度±１０〜１５μｍが実現されている。

しかし銅薄膜１６の除去による応力緩和は、バンプ付薄膜１３の製造過程やセラミックスリング１４との接着過程のバラツキによって偏りが生じ、バンプ付薄膜１３の全面にわたって均一には生じないことがある。安定したコンタクトを実現するためには、コンタクトプローブ１１の単体での位置精度がある程度確保されていても、応力緩和の偏りに応じたより最適な位置を算出してコンタクトする必要がある。そのためにアライメントマーク１９のデザインやレイアウトも重要である。

プローブカードに形成するアライメントマークについて説明する。
図７（ａ）に従来のアライメントマークのデザインを示す。このアライメントマーク２９は、レーザービームによって径１０μｍ〜２０μｍ程度の開口として形成されたもので、実際にウエハ１上の電極４とコンタクトするバンプ１２を形成して位置精度の測定を行い、その誤差を把握したうえで、最適な位置に付加される。

しかしこのアライメントマーク２９は、バンプ１２を形成した後での付加であることから、付加工程でバンプ１２との相対位置関係に誤差を生じてしまう。またこのアライメントマーク２９を画像処理装置で安定して画像に取り込むのは非常に困難である。アライメントマーク２９が付加されるポリイミド製の薄膜１５は半透明であるため、開口とその周囲部分との境界線は画像には明白には現われにくい。また微小な開口であることから、薄膜１５上の汚れや傷、あるいは薄膜１５から透けて見える背景の模様との区別が出来ない場合もある。

図７（ｂ）〜（ｄ）に本発明に係るアライメントマークのデザインを示す。
図７（ｂ）に示すアライメントマーク１９ａは、上下に配列した２個のバンプ１２ａからなる。図７（ｃ）に示すアライメントマーク１９ｂは、上下左右に十字状に配列した５個のバンプ１２ａからなる。図７（ｄ）に示すアライメントマーク１９ｃは、上下左右に３列に配列した９個のバンプ１２ａからなる。

各アライメントマーク１９ａ，１９ｂ，１９ｃのバンプ１２ａは、電極４にコンタクトさせるバンプ１２と同じ方法で同時にポリイミド製の薄膜１５に同時に形成される。つまりバンプ１２ａはメッキ工法を用いてＮｉメッキとして半球状に形成される。このことにより、コンタクト用のバンプ１２との相対位置関係を守ることができるとともに、画像取り込みした際に図示したように黒っぽく表示され、背景との境界が明瞭になる。

しかしこれらのアライメントマーク１９ａ，１９ｂ，１９ｃのバンプ１２ａも、バンプ１２と同じ方法で同時に形成されるため径６０μｍ程度であり、レーザービームで形成される従来のアライメントマーク２９ほど小さくはないものの、薄膜１５上の汚れや傷と区別されないという画像取り込みの不安定さは残ってしまう。またメッキ工法で形成されることから、半球状といっても歪みがある場合があり、そのような形状のバンプ１２ａを画像取り込みすると、重心位置が大きくずれ、位置算出結果もずれてしまう。これらの不具合を最小限にするために、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示したアライメントマーク１９ａ，１９ｂ，１９ｃでは、複数個のバンプ１２ａを密集させている。これにより、汚れや傷などとバンプ１２ａと差別化することが可能になり、またバンプ１２ａ単体の形状の出来栄えにあまり影響されずに位置座標を算出することが可能となる。

アライメントマーク１９ａ，１９ｂ，１９ｃで算出される座標位置は、図示したクロスライン３０の交点である。
図７（ｂ）に示したアライメントマーク１９ａは２個のバンプ１２ａを配列したものであるが、認識装置は理論上の交点の座標を記憶しているため、２個のバンプ１２ａの配列方向を利用して実際の交点の座標を画像上で容易に算出することができる。

図７（ｃ）に示したアライメントマーク１９ｂのように、理論上の交点を中心にして十字状（放射状）にバンプ１２ａを配置した５点のデザインにしておけば、いずれか一つのバンプ１２ａが何らかの理由で画像取り込み出来なかった場合も、実際の交点の位置を画像から容易に安定して求めることが出来る。

バンプ形状の出来栄えの安定度や、電極４のレイアウトにはありえない配置であって電極４とコンタクトされるバンプ１２から差別化できる等の理由で、図７（ｄ）に示したアライメントマーク１９ｃのような、９個のバンプ１２ａを上下左右に３列に配列するデザインが理想的と言える。バンプ１２ａ間のピッチは１００μｍ程度とすればよい。

画像取り込みの不安定さ、形状不安定さは残るが、１個のみのバンプよりなるアライメントマークを形成しても、理論上の交点座標を利用して実際の交点の座標を算出することは可能であり、コンタクト用のバンプ１２との相対位置関係を確保できるという利点はある。

アライメントマーク１９としては他に、サイズの大きいバンプを１個だけ形成したり、従来のアライメントマーク２９（つまり開口）にＮｉメッキでバンプを形成するなども考えられる。しかし本来、薄膜基材の全体をメッキ槽の中に入れてメッキすることにより、数万個のバンプ１２をコンタクトプローブ１１の全面にわたって均一に形成することが可能になっている。アライメントマークとするバンプのみのサイズを大きくすることは、部分的にメッキ条件を変えることとなり、非常に困難であるし、バンプの安定形成にも影響が出てくるので、都合が悪い。従来のアライメントマーク２９（開口）にバンプを形成することも、部分的なメッキ形成になるため難しく、裏面の銅薄膜１６もコンタクト用のバンプ１２の周囲部分しか残っておらず電流供給困難なので、都合が悪い。

上記したようにコンタクト用のバンプ１２と同時に同一方法でバンプ１２ａを密集させて、特徴のあるデザインのアライメントマーク１９ａ，１９ｂ，１９ｃなどを形成することが、安定した座標算出の方法であると言える。

図８はアライメントマークを画像取り込みした状態を示す。
図８（ａ）では、アライメントマーク１９ｃの背景が黒っぽく表示されている。これは、アライメントマーク１９ｃのバンプ１２ａも、先に図４を用いて説明したコンタクト用のバンプ１２と同様に、薄膜１５の裏面の銅薄膜１６をバンプ周囲部分のみ残して形成した場合である。上述したようにバンプ付薄膜１３の裏側には局在型異方導電ゴム１０があり、この局在型異方導電ゴム１０は一般に黒っぽい色であるため、アライメントマーク１９ｃの背景に薄膜１５を透して局在型異方導電ゴム１０が黒っぽく表示される。この場合、画像処理によってもバンプ１２ａの外形境界部分が明瞭に画像に映り出されず、取り込み誤差を発生させる恐れがある。最悪の場合、画像が取り込めないエラーになる恐れもある。

図８（ｂ）では、アライメントマーク１９ｃの背景が白っぽく表示されている。これは、画像取り込み誤差を最小限に抑えるために、アライメントマーク１９ｃのサイズよりも大きく銅薄膜１６を残した場合である。バンプ付薄膜１３の裏側の局在型異方導電ゴム１０に全く影響されることなく、アライメントマーク１９ｃの背景に銅薄膜１６が白っぽく表示され、この銅薄膜１６との対比でバンプ１２ａの外形境界部分が明暗差で明瞭に映り出されている。したがってアライメントマーク１９ｃの中心座標を容易に安定して算出可能である。

このようにアライメントマーク１９ｃよりも銅薄膜１６を大きく残すためには、コンタクト用のバンプ１２の裏側に残す銅薄膜１６のエッチング用マスクを製作する際に、アライメントマーク１９ｃ用に配慮して設計するだけでよく、容易な手法でありながら、画像取り込みの安定化効果が非常に大きく、コンタクトプローブ１１の製作コストも全くアップせずに実現できるので、都合が良い。

アライメントマーク１９ｃに限らず本発明にかかるアライメントマークは、コンタクト用のバンプ１２とは別途のバンプ１２ａにて、バンプ１２が配列された測定バンプエリア１７を避けて、コンタクトプローブ１１の外周縁部に配置されるので、銅薄膜１６を大きく残すことができ、自由なデザイン、自由なレイアウトとすることができる。これに対し、コンタクト用のバンプをアライメント用のキーとして利用する従来技術では、バンプのピッチが１２０μｍより狭い場合もあり、銅薄膜をあまり大きく取ることは出来ないため、上記したように銅薄膜を利用した画像取り込みの安定化方法を用いることは出来ない。

図９はプローブカードにおけるアライメントマークのレイアウトを示す。
前述したように、バンプ付薄膜１３は、その製造過程で応力緩和によるバンプ再配置が起こり、そのバンプ再配置はバンプ付薄膜１３の全面で均一に起こらず偏ることもあるし、コンタクト後の検査装置での１２５℃程度の加熱を繰り返すことで偏りが更に拡大することもある。そのため、バンプ位置精度の管理は、コンタクトプローブ１１の製造時だけでなく、コンタクト直前にも常に必要である。規格の位置精度からはずれたコンタクトプローブ１１を使用すると、コンタクト対象の電極４からバンプ１２が外れることとなるので、正規の検査が出来ないばかりか、電極４以外のところにバンプ痕が残り、その部分の半導体チップが不良品となる場合もある。

図９に示したコンタクトプローブ１１のバンプ付薄膜１３では、アライメントマーク１９を、セラミックスリング１４に近い外周部分に周方向に沿って等間隔をおいて８ヶ所、配置している。ここでは、先に図７（ｄ）を用いて説明したアライメントマーク１９ｃを示しているが、これに限定されない。

バンプ位置精度の偏りの管理のためには、アライメントマーク１９をセラミックスリング１４に近い外周部分に少なくとも４ヶ所、レイアウトすればよい。アライメントマーク１９の数が少ないと、バンプ付薄膜１３の伸縮などに起因するバンプ１２の位置精度の偏りの発生が把握できないことになる。電極４とバンプ１２との位置の最適化のためには、バンプ付薄膜１３に付加するアライメントマーク１９をより多く配置することが好ましい。

アライメントに先立って、個々のアライメントマーク１９の位置をアライメント装置の画像処理装置で測定し、理論上の位置との比較を行い、その誤差を算出して、コンタクト可能な（規格内）の位置精度かどうかの判断を行う。規格内であれば、電極４との相対関係で全体として最も適正な位置にアライメントしてコンタクトを行う。そのために、アライメント装置には、電極４とバンプ１２とのコンタクト適正位置を算出する機能だけではなく、コンタクトプローブ１１のアライメントマーク１９（バンプ１２ａ）の位置精度を測定する機能も付加して、生産上の管理を容易にしている。誤差が規格内にない時にはプローブカード６を交換する。

アライメントマーク１９の数は少なくとも４ヶ所あればよいが、これまでの偏りの傾向から判断すると８ヶ所が理想的と言える。アライメントマーク１９を増やすと画像処理時間も当然に長くなるが、アライメント工程後の検査はバーンイン検査であって、少なくとも数時間を要する検査であるため、生産ラインの処理能力から判断すると、アライメント工程のために十分に時間的余裕があり、画像処理時間のアップは大きな問題とはならない。

以上説明したように、本発明のプローブカード６は、コンタクト用のバンプ１２と同時に別個のバンプ１２ａを形成してアライメントマーク１９として用いるようにしたため、コンタクト用のバンプ１２と相対位置関係を守れるとともに、画像処理を行いやすく、アライメントマーク１９の位置からプローブカード６の適否を判断したうえで、アライメントマーク１９を基準としてアライメントを行うことで、コンタクト用のバンプ１２とウエハ１上の電極４との高精度且つ安定したコンタクトを実現できる。特にウエハ一括型検査に用いるプローブカードのような、柔軟かつ高精度のバンプを持つプローブカードとして適している。

本発明のプローブカードは、コンタクト用のバンプと同時に形成したバンプをアライメントマークとして用いるようにしたもので、特にウエハ一括型検査に用いるプローブカードのような、柔軟かつ高精度のバンプを持つプローブカードとして適している。

本発明のプローブカードがコンタクトする従来よりあるウエハの半導体チップおよびその電極の配列を説明する平面図 本発明のプローブカードが固定される従来よりある検査ボードの概略構成を説明する斜視図 本発明のプローブカードとウエハとのコンタクト状態を説明する断面図およびプローブカードの一部拡大図 本発明のプローブカードを構成するコンタクトプローブの平面図および一部拡大図 従来よりあるアライメント装置の構成図 アライメント装置の動作を説明する断面図 本発明のプローブカードのアライメントマークのデザインを従来のアライメントマークとともに示した説明図 本発明のプローブカードのアライメントマークの画像を示す説明図 本発明のプローブカードのアライメントマークのレイアウトを示す平面図

符号の説明

１ ウエハ
２ 半導体チップ領域
３ 半導体チップ
４ 電極
６ プローブカード
９ ガラス基板
10 局在型異方導電ゴム
11 コンタクトプローブ
12,12a バンプ
13 バンプ付薄膜フィルム
14 セラミックスリング
15 薄膜
16 銅薄膜
19 アライメントマーク
19a,19b,19c アライメントマーク

Claims (3)

1. 半導体ウエハに形成された複数の半導体集積回路素子の電気特性を一括して検査するためのプローブカードであって、前記複数の半導体集積回路素子の検査用電極の全数に同時にコンタクトさせるための複数のバンプが形成され、剛性リングに保持されたバンプ付き薄膜を有し、前記バンプ付き薄膜に、前記コンタクト用のバンプと同時に形成されたバンプよりなるアライメントマークが付加され、該アライメントマークの背面側に、認識カメラを用いた画像処理でバンプと明暗差を生じる薄膜がアライメントマークよりも大きく設けられたプローブカード。
2. アライメントマークが、複数のバンプを配列して形成された請求項１記載のプローブカード。
3. アライメントマークが、コンタクト用のバンプの形成領域よりも外周側に、バンプ付き薄膜のセンターに関して互いに対称な２個を１組として、少なくとも２組形成された請求項１記載のプローブカード。

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