JP5266155B2

JP5266155B2 - プローブカードの製造方法

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Publication number: JP5266155B2
Application number: JP2009170529A
Authority: JP
Inventors: 博文中野
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: JP2011027439A

Description

本発明は、プローブカードの製造方法に係り、さらに詳しくは、コンタクトプローブが形成された基板を配線基板上に固着させるプローブカードの製造方法の改良に関する。

半導体装置の製造工程には、半導体ウエハなどの検査基板上に形成された電子回路の電気的特性を検査する検査工程がある。この電気的特性の検査は、検査対象とする電子回路にテスト信号を入力し、その応答を検出するテスター装置を用いて行われる。通常、テスター装置から出力されたテスト信号は、プローブカードを介して検査基板上の電子回路に伝達される。プローブカードは、電子回路の微小な端子電極にそれぞれ接触させてテスター装置からのテスト信号を当該電子回路に伝達する多数のコンタクトプローブと、これらのコンタクトプローブが配設されるプローブ基板などからなる。

一般に、プローブカードは、多数のコンタクトプローブと多数の外部端子とが同一のプローブ基板上に形成され、プローブ基板上の配線パターンを介して、対応するコンタクトプローブ及び外部端子を導通させている。コンタクトプローブは、電子回路の端子電極に接触させるための探針であり、端子電極と同一のピッチで配設されている。一方、外部端子は、テスター装置を接続するための入出力端子であり、コンタクトプローブよりも広いピッチで配設されている。

近年、電子回路は、微細加工技術の進歩によって集積度が向上し、端子電極の配置が狭ピッチ化される傾向にある。このため、コンタクトプローブをプローブ基板上に配設する一方、外部端子はプローブ基板よりも大きなメイン基板上に配設されるようになってきた。この様なプローブカードの場合、プローブ基板及びメイン基板間において配線ピッチを拡大させ、コンタクトプローブ及び外部端子を接続するためのＳＴ（スペーストランスフォーマ）基板が用いられる。

通常、この様なプローブカードは、複数のプローブタイルを検査基板上の電子回路の配置態様に合わせてＳＴ基板上に貼り付け、プローブタイル上の端子パッドとＳＴ基板上の端子パッドとをワイヤボンディングすることによって作成される。また、上記プローブタイルは、電子回路上の端子電極に対応付けてシリコンウエハやセラミック基板などの非導電性基板上にコンタクトプローブ及びコンタクトプローブと導通する端子パッドを形成し、ダイサーを用いて当該電子回路に対応する領域を非導電性基板から切り出すことによって作成される。従来のプローブカードでは、非導電性基板から切り出した複数のプローブタイルを貼り付けてＳＴ基板上に固着させるので、各プローブタイルの位置合わせのバラツキによってプローブタイル間の位置精度が低くなることがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コンタクトプローブが基板上に形成されたプローブユニットを検査基板上の電子回路の配置態様に合わせて配線基板上に形成する際のプローブユニット間の位置精度を向上させることができるプローブカードの製造方法を提供することを目的としている。特に、位置合わせのバラツキによってプローブユニット間の位置精度が低下するのを抑制することができるプローブカードの製造方法を提供することを目的としている。

第１の本発明によるプローブカードの製造方法は、コンタクトプローブ及び第１電極が形成された非導電性基板を第２電極が形成された配線基板上に固着させるステップと、上記非導電性基板の一部を除去し、上記配線基板上の第２電極を露出させるステップと、上記非導電性基板上の第１電極と上記配線基板上の第２電極とをワイヤボンディングするステップとを備えて構成される。

この様な構成によれば、非導電性基板を配線基板上に固着させた後に当該非導電性基板の一部を除去して配線基板上の第２電極を露出させ、非導電性基板上の第１電極と配線基板上の第２電極とをワイヤボンディングするので、基板から切り出した複数のプローブタイルを配線基板上に固着させる場合に比べて、位置合わせのバラツキによってプローブユニット間の位置精度が低下するのを抑制することができる。

第２の本発明によるプローブカードの製造方法は、上記構成に加え、上記非導電性基板に溝を形成するステップを備え、非導電性基板の一部を除去する上記ステップにおいて、上記配線基板に固着された上記非導電性基板に衝撃を与え、当該非導電性基板を上記溝に沿って割るように構成される。

この様な構成によれば、非導電性基板に予め溝を形成しておき、配線基板に固着させた後、衝撃を与えて非導電性基板を溝に沿って割ることによって配線基板上の第２電極を露出させるので、切削加工によって非導電性基板の一部を除去する場合に比べて、非導電性基板上のコンタクトプローブにダメージを与えるのを抑制することができる。

第３の本発明によるプローブカードの製造方法は、上記構成に加え、上記コンタクトプローブが、上記非導電性基板と平行な導電層を積層することによって形成され、溝を形成する上記ステップにおいて、上記コンタクトプローブ及び第１電極が形成されている上記非導電性基板の主面に上記溝を形成するように構成される。

この様な構成によれば、非導電性基板に溝を形成した後でコンタクトプローブを形成する場合に比べて、コンタクトプローブの形成工程を簡素化できるので、製造コストを低減させることができる。

第４の本発明によるプローブカードの製造方法は、上記構成に加え、非導電性基板の一部を除去する上記ステップにおいて、上記配線基板に固着後の上記非導電性基板をダイサーを用いて切断するように構成される。

この様な構成によれば、配線基板に固着後の非導電性基板をダイサーを用いて切断することによって配線基板上の第２電極を露出させるので、非導電性基板の一部を容易に除去することができる。

第５の本発明によるプローブカードの製造方法は、上記構成に加え、上記非導電性基板上の上記コンタクトプローブ及び第１電極の形成領域に対応付けて上記配線基板上に接着膜を形成するステップを備え、非導電性基板を配線基板に固着させる上記ステップにおいて、上記非導電性基板を上記配線基板上の上記接着膜に貼り付けるように構成される。

この様な構成によれば、コンタクトプローブ及び第１電極の形成領域に対応付けて配線基板上に接着膜を予め形成しておき、その接着膜に貼り付けることによって非導電性基板を配線基板上に固着させるので、非導電性基板の一部を除去する際に非導電性基板を配線基板から剥し易くすることができる。

本発明によるプローブカードの製造方法によれば、非導電性基板を配線基板上に固着させた後に当該非導電性基板の一部を除去して配線基板上の第２電極を露出させ、非導電性基板上の第１電極と配線基板上の第２電極とをワイヤボンディングするので、基板から切り出した複数のプローブタイルを配線基板上に固着させる場合に比べて、位置合わせのバラツキによってプローブユニット間の位置精度が低下するのを抑制することができる。従って、コンタクトプローブが基板上に形成されたプローブユニットを検査基板上の電子回路の配置態様に合わせて配線基板上に形成する際のプローブユニット間の位置精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１によるプローブカード１００の概略構成の一例を示した平面図である。図１のプローブカード１００の要部を拡大して示した図であり、ＳＴ基板２１上のプローブユニット１０が示されている。図２のプローブカード１００の構成例を示した断面図であり、Ａ１−Ａ１線による切断面の様子が示されている。図１のプローブカード１００の製造方法の一例を模式的に示した説明図であり、シリコンウエハ２００上にコンタクトプローブ１１を形成する工程が示されている。図１のプローブカード１００の製造方法の一例を模式的に示した説明図であり、シリコンウエハ２００の外枠をダイサーを用いて切断する工程が示されている。図１のプローブカード１００の製造方法の一例を模式的に示した説明図であり、接着膜３００をＳＴ基板２１上に形成する工程が示されている。図１のプローブカード１００の製造方法の一例を模式的に示した説明図であり、シリコンウエハ２１０を接着膜３００に貼り付けて固着させる工程が示されている。本発明の実施の形態２によるプローブカード１００の製造方法の一例を示した図であり、シリコンウエハ２１０に切削溝２２０を形成する工程が示されている。図８で切削溝２２０が形成されたシリコンウエハ２１０の構成例を示した断面図であり、Ａ２−Ａ２線による切断面の様子が示されている。

実施の形態１．
＜プローブカード＞
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態１によるプローブカード１００の概略構成の一例を示した平面図であり、図１（ａ）には、プローブカード１００を下側から見た様子が示され、図１（ｂ）には、水平方向から見た様子が示されている。

プローブカード１００は、検査基板上の電子回路の電気的特性を検査する際に用いられる検査装置であり、複数のプローブユニット１０、ＳＴ基板２１及びメイン基板３１により構成される。メイン基板３１は、プローブ装置（図示せず）に着脱可能に取り付けられる円形形状のＰＣＢ（プリント回路基板）であり、テスター装置（図示せず）との間で信号の入出力を行うための多数の外部端子３２が周縁部に設けられている。

プローブユニット１０は、検査対象物に接触させる複数のコンタクトプローブ１１が電子回路上の端子電極に対応付けて一方の主面上に形成された基板からなり、他方の主面をＳＴ基板２１に対向させて当該ＳＴ基板２１上に固着されている。各プローブユニット１０は、共通の検査基板上の１又は２以上の電子回路に対応付けて形成される。例えば、各プローブユニット１０は、横方向に配列された９〜１３個の電子回路に対応付けて形成され、互いに離間させてＳＴ基板２１上に配列されている。

ＳＴ基板２１は、プローブユニット１０とメイン基板３１との間で配線ピッチを拡大させ、或いは、コンタクトプローブ１１のメイン基板３１からの高さを調整するための配線基板である。ＳＴ基板２１は、プローブユニット１０が固着されている側とは反対側の主面をメイン基板３１に対向させて当該メイン基板３１上に固着されている。このＳＴ基板２１は、そのサイズがメイン基板３１よりも小さな円形形状からなり、メイン基板３１の中央部に配置されている。ＳＴ基板２１は、円形の他に、長方形やひし形などの四角形形状のものも考えられる。

プローブカード１００は、プローブ装置によってコンタクトプローブ１１が配設されている面を下にして水平に保持され、テスター装置が接続される。この状態で検査基板を下方から近づけ、コンタクトプローブ１１を検査基板上の電子回路の端子電極に当接させれば、当該コンタクトプローブ１１を介してテスト信号をテスター装置及び電子回路間で入出力させることができる。

各コンタクトプローブ１１は、電子回路の微小な電極に接触させるプローブ（探針）であり、電子回路の電極の配置に合わせて整列配置されている。各コンタクトプローブ１１は、ＳＴ基板２１及びメイン基板３１上の各配線を介して外部端子３２と導通しており、コンタクトプローブ１１を検査対象物に当接させることによって、検査対象物とテスター装置とを導通させることができる。

この例では、横長の矩形形状のプローブユニット１０が、縦方向に７個配列されている。プローブユニット１０において各電子回路に対応する領域は、図１では連続しているが、電子回路ごとに分断していることもある。

ＳＴ基板２１上には、当該ＳＴ基板２１上の配線パターン（図示せず）と導通し、プローブユニット１０上のコンタクトプローブ１１と接続するための複数の端子パッド２２が形成されている。各端子パッド２２は、接続端子用の電極であり、プローブユニット１０に対応付けて形成されている。

＜ＳＴ基板上のプローブユニット＞
図２は、図１のプローブカード１００の要部を拡大して示した図であり、ＳＴ基板２１上のプローブユニット１０が示されている。プローブユニット１０は、検査基板上の１又は２以上の電子回路に対応付けて形成されたプローブ基板１４からなり、プローブ基板１４上には、コンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３が形成されている。コンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３は、電子回路ごとに区分してプローブ基板１４の一方の主面上に形成されている。

コンタクトプローブ１１は、検査対象物に当接させるコンタクト部１１ａが一方の端部に形成され、他方の端部がプローブ基板１４に固着されたカンチレバー（片持ち梁）型のプローブである。各コンタクトプローブ１１の上記他方の端部には、配線パターン１３が接続され、当該配線パターン１３を介して端子パッド１２と導通している。端子パッド１２は、配線パターン１３を介してコンタクトプローブ１１と導通する接続端子用の電極であり、ＳＴ基板２１上の端子パッド２２とワイヤボンディングされる。

この例では、横長のプローブ基板１４の長辺に沿って配列された１２個のコンタクトプローブ１１からなる２つのプローブ列と、短辺方向に配列された１０個のコンタクトプローブからなる２つのプローブ列とにより、電子回路に対応する１つの区分が形成されている。各端子パッド１２は、プローブ基板１４の長辺に沿って配置されている。この様なコンタクトプローブ１１は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）による微細加工によって作成され、プローブ基板１４と平行な導電層の積層構造を有する。

ＳＴ基板２１上の各端子パッド２２は、プローブユニット１０に対応付けて配置され、端子パッド１２ごとに形成されている。端子パッド１２及び端子パッド２２は、ボンディング装置を用いてワイヤボンディングされ、ボンディングワイヤ２３を介して導通している。

＜プローブカードの断面図＞
図３は、図２のプローブカード１００の構成例を示した断面図であり、Ａ１−Ａ１線による切断面の様子が示されている。プローブユニット１０内の各コンタクトプローブ１１は、プローブ基板１４上に導電層を積層することによって同時に形成される。また、プローブ基板１４上の配線パターン１３は、コンタクトプローブ１１のコンタクト部１１ａとは反対側の端部から延伸するように形成されている。配線パターン１３及び端子パッド１２は、共通の配線層として形成される。

この様なコンタクトプローブ１１や配線パターン１３が形成されたプローブ基板１４は、ＳＴ基板２１上に形成される接着膜３００を介して当該ＳＴ基板２１に固着されている。プローブ基板１４上の端子パッド１２とＳＴ基板２１上の端子パッド２２とは、ボンディングワイヤ２３を介して接続されている。

＜プローブカードの製造工程＞
図４〜図７は、図１のプローブカード１００の製造方法の一例を模式的に示した説明図である。図４には、デバイス領域Ｂ１及び配線領域Ｂ２に区分してシリコンウエハ２００上にコンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３を形成する工程が示されている。

まず、半導体ウエハの一方の主面上にＭＥＭＳ技術を用いて複数のコンタクトプローブ１１を同時に形成する。例えば、円形形状のシリコンウエハ２００上にフォトレジストからなるレジスト層を形成してパターニングし、スパッタリングによって導電層を形成することによって、端子パッド１２及び配線パターン１３が形成される。

そして、電気メッキによってシリコンウエハ２００と平行な導電層を積層することによって各コンタクトプローブ１１が形成される。コンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３は、検査基板上の異なる電子回路にそれぞれ対応する複数のデバイス領域Ｂ１と、ＳＴ基板２１上の端子パッド２２とシリコンウエハ２００上の端子パッド１２とを接続するための配線領域Ｂ２とに区分して形成される。つまり、検査基板の一部又は全部における電子回路の配置態様に対応付けてコンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３が形成される。コンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３は、デバイス領域Ｂ１内に形成される。シリコンウエハ２００などの半導体基板の代わりに、石英ガラスなどを主成分とするガラス基板やセラミック基板のような絶縁基板を用いても良く、この様な非導電性基板上にコンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３が形成される。

図５には、コンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３の形成後のシリコンウエハ２００の外枠をダイサーを用いて切断する工程が示されている。コンタクトプローブ１１、端子パッド１２及び配線パターン１３が形成されたシリコンウエハ２００は、ダイサーを用いて切断され、その外枠部分が除去される。ダイサーは、円盤状の回転刃を回転させて加工対象物を切削する切削装置である。

図６には、シリコンウエハ２００上のデバイス領域Ｂ１に対応付けて接着膜３００をＳＴ基板２１上に形成する工程が示されている。端子パッド２２などの配線層が予め形成されたＳＴ基板２１に接着シートを貼り付け、デバイス領域Ｂ１に対応付けて当該ＳＴ基板２１上に接着膜３００を形成する。この様な接着膜３００をＳＴ基板２１上に形成する具体的な方法としては、接着シートをデバイス領域Ｂ１に対応するサイズ及び形状にカットしてＳＴ基板２１に貼り付ける方法が考えられる。

或いは、接着シートをＳＴ基板２１に貼り付けた後で、当該接着シートをデバイス領域Ｂ１に対応するサイズ及び形状にカットすることによって、デバイス領域Ｂ１ごとの接着膜３００を形成しても良い。

接着シートは、フィルム状の接着剤であり、例えば、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂などの高Ｔｇ材、或いは、線膨張係数や硬化収縮率の低いものを主成分とする熱可塑性の接着剤が用いられる。

図７には、外枠の切断後のシリコンウエハ２１０をＳＴ基板２１上の接着膜３００に貼り付けて固着させる工程が示されている。外枠部分が除去されたシリコンウエハ２１０を予め形成された接着膜３００に貼り付けることによって、ＳＴ基板２１上に固着させる。シリコンウエハ２１０の貼り付けは、シリコンウエハ２１０やＳＴ基板２１を加熱し、或いは、シリコンウエハ２１０をＳＴ基板２１に押し付けて加圧することによって行われる。このとき、シリコンウエハ２１０は、ＳＴ基板２１に対して、基板面と平行な方向の位置合わせを行ってから貼り付けが行われる。

ＳＴ基板２１上の端子パッド２２が露出するように、ＳＴ基板２１に固着後のシリコンウエハ２１０の一部を除去すれば、各デバイス領域Ｂ１にそれぞれ対応する複数のプローブユニット１０が分離される。すなわち、ＳＴ基板２１に固着させたシリコンウエハ２１０から配線領域Ｂ２を除去することにより、各プローブユニット１０が分離される。配線領域Ｂ２部分の除去は、例えば、ダイサーを用いてシリコンウエハ２１０を切断することによって行われる。

配線領域Ｂ２が除去された後、プローブユニット１０上の端子パッド１２とＳＴ基板２１上の端子パッド２２とをボンディング装置を用いてワイヤボンディングすれば、端子パッド１２及び２２がボンディングワイヤ２３を介して導通する。

プローブユニット１０上の端子パッド１２とＳＴ基板２１上の端子パッド２２とがワイヤボンディングされたＳＴ基板２１をメイン基板３１に固着させれば、プローブカード１００が完成する。

本実施の形態によれば、シリコンウエハ２１０をＳＴ基板２１上に固着させた後に当該シリコンウエハ２１０から配線領域Ｂ２を除去し、シリコンウエハ２１０上の端子パッド１２とＳＴ基板２１上の端子パッド２２とをワイヤボンディングするので、シリコンウエハから切り出した複数のプローブタイルをＳＴ基板上に固着させる場合に比べて、位置合わせのバラツキによってプローブユニット１０間の位置精度が低下するのを抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＳＴ基板２１に固着させた後でシリコンウエハ２１０をダイサーを用いて切断し、配線領域Ｂ２部分を除去する場合の例について説明した。これに対して、本実施の形態では、配線領域Ｂ２の境界に沿ってシリコンウエハ２１０に切削溝を予め形成しておき、ＳＴ基板２１に固着させた後で衝撃又は圧力を与えて当該シリコンウエハ２１０を切削溝に沿って割る場合について説明する。

＜切削溝の形成＞
図８は、本発明の実施の形態２によるプローブカード１００の製造方法の一例を模式的に示した説明図であり、外枠の切断後のシリコンウエハ２１０に対し、配線領域Ｂ２の境界に沿って切削溝２２０を形成する工程が示されている。外枠部分が除去されたシリコンウエハ２１０に対して、ダイサーを用いて切削溝２２０を形成する。

切削溝２２０は、ＳＴ基板２１に固着後のシリコンウエハ２１０から配線領域Ｂ２を除去するために当該シリコンウエハ２１０を分断する作業を容易化するために形成されるウエハ基板のハーフカット溝である。この様な切削溝２２０は、配線領域Ｂ２、すなわち、シリコンウエハ２１０から除去される領域の周縁部に沿って、適切なカット幅及び深さで形成される。

切削溝２２０が形成されたシリコンウエハ２１０を予め形成された接着膜３００に貼り付けることによって、ＳＴ基板２１上に固着させる。ＳＴ基板２１に固着させたシリコンウエハ２１０から配線領域Ｂ２を除去することによって、各デバイス領域Ｂ１にそれぞれ対応する複数のプローブユニット１０が分離される。

配線領域Ｂ２部分の除去は、シリコンウエハ２１０が切削溝２２０に沿って割れるように当該シリコンウエハ２１０に衝撃を与え、或いは、シリコンウエハ２１０に圧力を与えることによってことによって行われる。配線領域Ｂ２が除去された後、プローブユニット１０上の端子パッド１２とＳＴ基板２１上の端子パッド２２とをワイヤボンディングすれば、端子パッド１２及び２２がボンディングワイヤ２３を介して導通する。

そして、プローブユニット１０上の端子パッド１２とＳＴ基板２１上の端子パッド２２とがワイヤボンディングされたＳＴ基板２１をメイン基板３１に固着させれば、プローブカード１００が完成する。

＜ウエハ上の切削溝＞
図９は、図８で切削溝２２０が形成されたシリコンウエハ２１０の構成例を示した断面図であり、Ａ２−Ａ２線による切断面の様子が示されている。シリコンウエハ２１０上の各コンタクトプローブ１１は、導電層を積層することによって形成される。

各コンタクトプローブ１１は、検査基板上の異なる電子回路にそれぞれ対応する複数のデバイス領域Ｂ１と、配線のための配線領域Ｂ２とに区分して形成される。切削溝２２０は、配線領域Ｂ２の境界線に沿って当該配線領域Ｂ２内に形成され、ウエハ基板の肉薄部を構成している。

本実施の形態によれば、配線領域Ｂ２の境界に沿ってシリコンウエハ２１０に予め切削溝２２０を形成しておき、ＳＴ基板２１に固着後のシリコンウエハ２１０を衝撃を与えて切削溝２２０に沿って割ることによって当該シリコンウエハ２１０から配線領域Ｂ２を除去するので、配線領域Ｂ２部分の除去時にシリコンウエハ２１０上のコンタクトプローブ１１にダメージを与えるのを抑制することができる。また、コンタクトプローブ１１の形成後のシリコンウエハ２１０に切削溝２２０を形成するので、シリコンウエハに切削溝２２０を形成した後でコンタクトプローブ１１を形成する場合に比べて、コンタクトプローブ１１の形成工程を簡素化できるので、製造コストを低減させることができる。

なお、本実施の形態では、ダイサーを用いて切削溝２２０を形成する場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ウエハ基板に肉薄部としての溝を形成することができるのであれば他の構成であっても良い。例えば、コンタクトプローブ１１の形成後のシリコンウエハをエッチング処理することにより、配線領域Ｂ２の境界に沿って当該シリコンウエハ上にエッチング溝を形成する。そして、シリコンウエハをＳＴ基板２１に固着させた後、衝撃を与えて当該シリコンウエハをエッチング溝に沿って割るような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、外枠の切断後のシリコンウエハ２１０に切削溝２２０を形成する場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、コンタクトプローブ１１の形成後のシリコンウエハに対して、配線領域Ｂ２の境界に沿って切削溝を形成した後、当該シリコンウエハを切断して外枠部分を除去するような構成であっても良い。

１１コンタクトプローブ
１１ａコンタクト部
１２端子パッド
１３配線パターン
１４プローブ基板
２１ＳＴ基板
２２端子パッド
２３ボンディングワイヤ
３１メイン基板
３２外部端子
１００プローブカード
２００，２１０シリコンウエハ
２２０切削溝
３００接着膜
Ｂ１デバイス領域
Ｂ２配線領域

Claims

コンタクトプローブ及び第１電極が形成された非導電性基板を第２電極が形成された配線基板上に固着させるステップと、
上記非導電性基板の一部を除去し、上記配線基板上の第２電極を露出させるステップと、
上記非導電性基板上の第１電極と上記配線基板上の第２電極とをワイヤボンディングするステップとを備えたことを特徴とするプローブカードの製造方法。