JP3795039B2 - ウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ一括型プローブカード等におけるコンタクト部となるバンプを有するバンプ付きメンブレンの製造方法に関する。

半導体デバイス等の素子の検査に用いられるウエハ一括型プローブカード等においては、被検査素子と直接に接触する部材であるコンタクト部を受け持つバンプ付きメンブレンが用いられる。ウエハ上に形成された複数の半導体デバイスを一括に検査する際に用いるプローブカードを構成するメンブレンには、ウエハ上に設けられた検査用電極と対応するバンプが形成されている。メンブレンは、通常ポリイミド等のフィルムが剛性を有するリング部材の開口面上に展開された状態で接着されて形成され、フィルムの一方の面にはバンプが形成され、他方の面にはパッドが形成されている。メンブレン上のパッドは、異方性導電ゴムシートを介して多層配線基板のパッドと接続される。

以下、従来のバンプ付きメンブレンの製造方法を図面に基づいて説明する。

図８（ａ）〜図８（ｃ）に従来のバンプ付きメンブレンの製造方法の前半の工程を示す。

まず、図８（ａ）に示すように、厚さが約１８μｍの銅箔１０１の表面にポリイミド前駆体を約２５μｍの厚さにキャスティングした後、ポリイミド前駆体を加熱して乾燥及び硬化させることにより、銅箔１０１とポリイミドフィルム１０２とを貼り合わせた積層シート１０３を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、直径が約２０３ｍｍ（＝８インチ）で、厚さが約２ｍｍの環状のセラミックからなる剛性リング１０４と積層シート１０３とを熱硬化性接着剤１０５により、バーンイン試験の設定温度（８０℃〜１５０℃）以上の温度で加熱して接着する。次に、図８（ｃ）に示すように、加熱接着工程を終えた後に常温にまで冷却し、加熱前の状態にまで収縮させる。続いて、積層シート１０３における剛性リング１０４の外側部分をカッターにより切断して除去する。

図９に従来のバンプ付きメンブレンの製造方法の後半の工程を示す。

まず、図９（ａ）に示すように、図８（ｃ）で作製した銅箔１０１とポリイミドフィルム１０２とが積層された積層シート１０３を準備する。次に、図９（ｂ）に示すように、ポリイミドフィルム１０２における検査用電極の位置と対応する領域に、エキシマレーザ光を用いて直径が約３０μｍの複数のバンプホール１０２ａを形成する。次に、図９（ｃ）に示すように、銅箔１０１の表面がめっきされないように保護膜１０７で覆った後、銅箔１０１にめっき用電極を接続してニッケル（Ｎｉ）による電解めっきを行なう。これにより、Ｎｉめっきはバンプホール１０２ａを埋めるようにして成長した後、ポリイミドフィルム１０２の表面に達すると等方的に広がってほぼ半球状に成長し、硬質Ｎｉ合金からなるバンプ１０８が形成される。次に、図９（ｄ）に示すように、銅箔１０１から保護膜１０７を除去した後、リソグラフィ法により、銅箔１０１におけるポリイミドフィルム１０２の反対側の面上の各バンプ１０８と対向する領域にレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、形成したレジストパターンをマスクとして銅箔１０１に対してエッチングを行なうことにより、それぞれが銅箔１０１からなる複数のパッド１０１ａを形成して、バンプ付きメンブレンが得られる。
特開平１１−１９１５７９号公報

しかしながら、前記従来のバンプ付きメンブレンの製造方法は、メンブレンに形成されたバンプ１０８の位置が所定の設計位置からずれてしまうという問題がある。特に、近年においてはウエハの大口径化によりバンプの位置ずれが大きくなってきている。これに対し、ウエハ上の電極のサイズは小さくなって、チップ上の電極からバンプ１０８が外れないように該バンプ１０８の形成位置に対する位置精度の要求が厳しくなってきており、その要求を満たすことがますます困難となってきている。

本発明は、前記従来の問題を解決し、ウエハ径が３００ｍｍという大口径のウエハにも適用可能な、バンプの位置精度が良好なバンプ付きメンブレンを得られるようにすることを目的とする。

本願発明者は、剛性リングとそれに張られた絶縁性フィルムとからなるバンプ付きメンブレンにおけるバンプに位置ずれが生じる原因を種々検討した結果、以下のような結論を得ている。

すなわち、従来のバンプ付きメンブレンの製造方法は、銅箔１０１とポリイミドフィルム１０２とを貼り合わせてなる積層シート１０３を、熱硬化性接着剤を用いて剛性リング１０４に加熱して接着しているため、加熱して接着した後に常温に戻す際に、銅箔１０１には剛性リング１０４の中心に向かう収縮応力が掛かる。このとき、剛性リング１０４を構成するセラミックは銅と比べて熱膨張係数が小さいため、剛性リング１０４に対しても、銅箔１０１の収縮応力（引っ張り応力）を受けていると考えられる。その後、１枚の銅箔１０１からそれぞれ孤立した複数のパッド１０１ａを形成するため、銅箔１０１によって中心方向に掛かっていた収縮応力が孤立パターンによって開放される結果、剛性リング１０４は元の形状に戻ろうとする。このため、柔軟なポリイミドフィルム１０２は、剛性リング１０４が元に戻る動きに追従し、孤立パターンとなったポリイミドフィルム１０２上の各バンプ１０８は外側に引かれるという現象が起こり、これにより、バンプ１０８の位置精度が悪化するのである。

このような結論から、本願発明者らは、剛性リングと金属膜（銅箔）とを接着剤により固着した後、金属膜からバンプを形成するよりも前に、金属膜の収縮応力を緩和することにより、大口径のウエハにも適用可能となる、バンプの位置精度が良好なバンプ付きメンブレンを得ることができるという知見を得た。

具体的に、本発明に係る第１のウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法は、ウエハ一括型プローブカードに用いられ、被検査基板上の検査用電極と接触するウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を対象とし、絶縁性フィルムと金属膜とを貼り合わせて積層シートを形成し、形成した積層シートの一方の面上に剛性リングの開口面を固着することにより、メンブレンを形成する工程と、メンブレンを形成した後、金属膜における剛性リングの内側の周縁部を除去する工程と、絶縁性フィルムにおける検査用電極の位置と対応する領域に複数のバンプホールを形成する工程と、金属膜における絶縁性フィルムの反対側の面上に保護材を貼り合わせた後、金属膜を下地層としてめっき処理を行なうことにより、各バンプホールが充填され且つ絶縁性フィルムの表面上に突き出す複数のバンプを形成する工程と、保護材を除去した後、金属膜における各バンプと対応する領域をマスクして金属膜をパターニングすることにより、金属膜から複数のパッドを形成する工程とを備えている。

第１のウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法によると、積層シートの一方の面上に剛性リングを固着することによりメンブレンを形成し、形成したメンブレンの金属膜における剛性リングの内側の周縁部を除去する。このため、メンブレンを形成した後の剛性リングには、室温に冷却された金属膜による収縮応力が働いており、金属膜における剛性リングの内側の周縁部を除去した時点で、剛性リングは金属膜による収縮応力から開放される。従って、その後に絶縁性フィルムに各パッドを下地層としてバンプを形成するため、バンプの位置が変動しなくなるので、形成されたバンプの位置精度は良好となる。また、金属膜の周縁部のみを除去することから、該金属膜にめっき用の電極を取り付けやすくなるため、バンプを電界めっき法により容易に且つ確実に形成することができる。

本発明に係る第２のウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法は、ウエハ一括型プローブカードに用いられ、被検査基板上の検査用電極と接触するウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を対象とし、絶縁性フィルムと金属膜とを貼り合わせて積層シートを形成し、形成した積層シートの一方の面上に剛性リングの開口面を固着することにより、メンブレンを形成する工程と、メンブレンを形成した後、金属膜における剛性リングの内側を部分的に除去することにより、金属膜を平面積が互いに同等な複数の領域に分割する工程と、絶縁性フィルムにおける検査用電極の位置と対応する領域に複数のバンプホールを形成する工程と、分割された金属膜における絶縁性フィルムの反対側の面上に保護材を貼り合わせた後、金属膜を下地層としてめっき処理を行なうことにより、各バンプホールが充填され且つ絶縁性フィルムの表面上に突き出す複数のバンプを形成する工程と、保護材を除去した後、金属膜における各バンプと対応する領域をマスクして金属膜をパターニングすることにより、金属膜から複数のパッドを形成する工程とを備えている。

第２のウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法によると、積層シートの一方の面上に剛性リングを固着することによりメンブレンを形成し、形成したメンブレンの金属膜における剛性リングの内側を部分的に除去することにより、金属膜を各平面積が互いに同等な複数の領域に分割する。このため、メンブレンを形成した後の剛性リングには、室温に冷却された金属膜による収縮応力が働いており、金属膜を互いの平面積が同等な複数の領域に分割した時点で、剛性リングは金属膜による収縮応力から開放される。従って、その後に絶縁性フィルムに各パッドを下地層としてバンプを形成するため、バンプの位置が変動しなくなるので、形成されたバンプの位置精度は良好となる。また、金属膜を部分的に除去することから、該金属膜にはめっき用の電極を取り付けやすいことから、バンプを電界めっき法により容易に且つ確実に形成することができる。

本発明のウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法によると、剛性リングに対する収縮応力がを開放した後にバンプを形成するため、その後の収縮応力によるバンプ位置の移動を防止できるので、バンプの形成位置の位置精度を良好にできる。

（参考例）
本発明の参考例について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）〜図１（ｃ）及び図２（ａ）〜図２（ｅ）は本発明の参考例に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法における工程順の断面構成を示している。

まず、図１（ａ）に示すように、厚さが約１８μｍの銅箔１１の表面にポリイミド前駆体を約２５μｍの厚さにキャスティングした後、ポリイミド前駆体を加熱して乾燥及び硬化させ、ポリイミド前駆体からポリイミドフィルム１２を形成することにより、銅箔１１とポリイミドフィルム１２とからなる積層シート１３を形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、直径が約２０３ｍｍ（＝８インチ）で、厚さが約２ｍｍの環状のセラミックからなる剛性リング１４と積層シート１３とを熱硬化性接着剤１５により、バーンイン試験の設定温度（８０℃〜１５０℃）以上の温度で加熱して接着する。

次に、図１（ｃ）に示すように、加熱接着工程を終えた後に常温にまで冷却し、加熱前の状態にまで収縮させる。続いて、積層シート１３における剛性リング１４の外側部分をカッターにより切断して除去することにより、剛性リング１４及び該剛性リング１４に展開された積層シート１３からなるメンブレン１６を形成する。

次に、図２（ａ）に示すように、図１（ｃ）で作製した銅箔１１とポリイミドフィルム１２とが積層された積層シート１３を有するメンブレンを用意する。

次に、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、銅箔１１におけるポリイミドフィルム１２の反対側の面上で且つバンプ形成領域にレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、形成したレジストパターンをマスクとし、銅箔１１に対して例えば塩酸主原料とする溶液によりウェットエッチングを行なうことにより、それぞれが銅箔１１からなる複数のパッド１１ａを形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、ポリイミドフィルム１２における各パッド１１ａと対向する領域に、エキシマレーザ光により、直径が約３０μｍで各パッド１１ａを露出する複数のバンプホール１２ａを形成する。このとき、ポリイミドフィルム１２と共にパッド１１ａを加工ステージに真空チャック又は静電チャックにより吸着させると、孤立パターンである各パッド１１ａの高さのばらつきをなくすことができるので好ましい。

また、ポリイミドフィルム１２と共にパッド１１ａを粘着性シートに貼り合わせた状態で、エキシマレーザ光を照射してもよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、各パッド１１ａの表面がめっきされないように、例えばシリコン樹脂シートからなる保護膜１７で覆った後、ニッケル（Ｎｉ）による無電解めっきを行なう。これにより、Ｎｉめっきはバンプホール１２ａを埋めるようにして成長した後、ポリイミドフィルム１２の表面に達すると、等方的に広がってほぼ半球状に成長し、硬質Ｎｉ合金からなる複数のバンプ１８が形成される。ここでは、各バンプ１８の高さは約２０μｍ〜３０μｍとしている。

次に、図２（ｅ）に示すように、各パッド１１ａから保護膜１７を除去して、バンプ付きメンブレンが得られる。

このように、参考例によると、銅箔１１とポリイミドフィルム１２とが積層された積層シート１３に剛性リング１４を接着し、積層シート１３のポリイミドフィルム１２に被検査用基板（ウエハ）の電極と接触する複数のバンプ１８を形成するよりも前に銅箔１１から各パッド１１ａを形成する。これにより、剛性リング１４は、該剛性リング１４を加熱接着により積層シート１３に接着した後、室温に冷却することにより生じる銅箔１１の収縮応力から開放される。従って、各パッド１１ａの位置は変動するものの、その後にポリイミドフィルム１２に各パッド１１ａをめっき下地層としてバンプ１８を形成するため、バンプ１８自体の位置は変動することがないので、ウエハ径が３００ｍｍという大口径のウエハにも適用可能となる、位置精度が良好なバンプ１８を得ることができる。

（参考例の一変形例）
以下、本発明の参考例の一変形例に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を図面に基づいて説明する。

図３（ａ）に示すように、銅箔１１とポリイミドフィルム１２とからなる積層シート１３に、バンプ１１ａ及びバンプホール１２ａをそれぞれ形成した後、各パッド１１ａをめっきから保護する保護膜１７に代えて、例えば銀粒子混入型のシリコン樹脂シートからなる導電性シート１９を各パッド１１ａと接触するように貼り付ける。

次に、図３（ｂ）に示すように、各パッド１１ａと貼り付けられた導電性シート１９をめっき用の電極として、Ｎｉにより電解めっきを行なう。

その後、導電性シート１９を剥離して除去して、図３（ｃ）に示すバンプ付きメンブレンを得る。

本変形例においては、電解めっき法は無電解めっき法と比べて、めっきの速度が速いだけでなく、導電性シート１９により各パッド１１ａの表面がめっきされることを防止する役目も果たす。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図４（ａ）〜図４（ｄ）及び図６（ａ）〜図６（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法における工程順の断面構成を示している。

まず、図４（ａ）に示すように、厚さが約１８μｍの銅箔１１の表面にポリイミド前駆体を約２５μｍの厚さにキャスティングした後、ポリイミド前駆体を加熱して乾燥及び硬化させ、ポリイミド前駆体からポリイミドフィルム１２を形成することにより、銅箔１１とポリイミドフィルム１２とからなる積層シート１３を形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、直径が約２０３ｍｍ（＝８インチ）で、厚さが約２ｍｍの環状のセラミックからなる剛性リング１４と積層シート１３とを熱硬化性接着剤１５により、バーンイン試験の設定温度（８０℃〜１５０℃）以上の温度で加熱して接着する。

次に、図４（ｃ）に示すように、加熱接着工程を終えた後に常温にまで冷却し、加熱前の状態にまで収縮させる。続いて、積層シート１３における剛性リング１４の外側部分をカッターにより切断して除去することにより、剛性リング１４及び該剛性リング１４に展開された積層シート１３からなるメンブレン１６を形成する。

次に、図４（ｄ）に示すように、リソグラフィ法により、銅箔１１におけるポリイミドフィルム１２の反対側の面上に、剛性リング１４の対向部分及び該剛性リング１４の内側の周縁部を露出するレジストパターン（図示せず）を形成する。形成したレジストパターンをマスクとして、銅箔１１に対してドライエッチングを行なって、図５の平面図（剛性リング側）に示すように、銅箔１１の周辺部からポリイミドフィルム１２の周縁部が露出するように縮小された銅箔１１Ａを形成する。

次に、図６（ａ）に示すように、図４（ｄ）で作製した銅箔１１Ａとポリイミドフィルム１２とが積層された積層シート１３を有するメンブレンを用意する。

次に、図６（ｂ）に示すように、ポリイミドフィルム１２における被検査用基板（ウエハ）の検査用電極と対応する領域に、エキシマレーザ光を用いて直径が約３０μｍで銅箔１１を露出する複数のバンプホール１２ａを形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、銅箔１１Ａの表面がめっきされないように、例えばシリコン樹脂シートからなる保護膜１７で覆った後、銅箔１１Ａにめっき用電極を接続して、Ｎｉによる電解めっきを行なう。これにより、Ｎｉめっきはバンプホール１２ａを埋めるようにして成長した後、ポリイミドフィルム１２の表面に達すると、等方的に広がってほぼ半球状に成長し、硬質Ｎｉ合金からなる複数のバンプ１８が形成される。

次に、図６（ｄ）に示すように、銅箔１１Ａから保護膜１７を除去した後、リソグラフィ法により、銅箔１１Ａにおけるポリイミドフィルム１２の反対側の面上の各バンプ１８と対向する領域にレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、形成したレジストパターンをマスクとして銅箔１１Ａに対してエッチングを行なうことにより、それぞれが銅箔１１Ａからなる複数のパッド１１ａを形成して、バンプ付きメンブレンを得る。

このように、第１の実施形態によると、銅箔１１とポリイミドフィルム１２とが積層された積層シート１３に剛性リング１４を接着し、その後、バンプ１８を形成するよりも前に、銅箔１１における剛性リング１４の対向部分及びその内側の周縁部を除去する。このように、その周縁部を除去してポリイミドフィルム１２を露出する銅箔１１Ａに加工することにより、剛性リング１４は、該剛性リング１４を加熱接着により積層シート１３に接着した後、室温に冷却することにより生じる銅箔１１の収縮応力から開放される。従って、剛性リング１４が銅箔１１の収縮応力から開放された後にバンプ１８を形成し、その後、銅箔１１Ａから複数のパッド１１ａを形成するため、バンプ１８の位置が変動しなくなる。その結果、ウエハ径が３００ｍｍという大口径のウエハにも適用可能となる、位置精度が良好なバンプ付きメンブレンを実現することができる。

（第１の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第１の実施形態に係る製造方法の一変形例を図面に基づいて説明する。

剛性リング１４から銅箔１１の剛性リング１４に対する収縮応力を開放するための銅箔１１に対する加工形状を円形状とする代わりに、銅箔１１を分割後の平面積が互いに同等又は同程度となるように少なくとも２つ以上に分割しても良い。例えば、図７の平面図に示すように、互いの隣接部分を除去して４分割された分割銅箔１１Ｂに加工しても良い。

なお、第１の実施形態及びその変形例においては、積層シート１３を構成するポリイミドフィルム１２は絶縁性を有するフィルムであれば良く、ポリイミド以外にも、エポキシ樹脂、シリコン樹脂又はアクリル樹脂等を用いることができる。

また、パッド１１ａを形成する金属膜は、銅に限られず、ニッケル又は金を用いてもよい。

また、剛性リング１４に用いる材料は、炭化珪素（ＳｉＣ）又は窒化珪素（ＳｉＮ）のセラミックに限られず、シリコン又はガラスを用いてもよい。

本発明に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法は、バンプの形成位置の位置精度を良好にできるという効果を有し、ウエハ一括型プローブカード等におけるコンタクト部となるバンプを有するバンプ付きメンブレンの製造方法等として有用である。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の参考例に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を示す工程順の構成断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の参考例に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を示す工程順の部分的な構成断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の参考例の一変形例に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を示す工程順の部分的な構成断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を示す工程順の構成断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法の一工程を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を示す工程順の部分的な構成断面図である。 本発明の第１の実施形態の一変形例に係るウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法の一工程を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は従来のウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を示す工程順の構成断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は従来のウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法を示す工程順の部分的な構成断面図である。

符号の説明

１１ 銅箔
１１ａ パッド
１１Ａ 銅箔（金属膜）
１１Ｂ 分割銅箔
１２ ポリイミドフィルム（絶縁性フィルム）
１２ａ バンプホール
１３ 積層シート
１４ 剛性リング
１５ 熱硬化性接着剤
１６ メンブレン
１７ 保護膜
１８ バンプ
１９ 導電性シート

Claims (2)

1. ウエハ一括型プローブカードに用いられ、被検査基板上の検査用電極と接触するウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法であって、
   絶縁性フィルムと金属膜とを貼り合わせて積層シートを形成し、形成した積層シートの一方の面上に剛性リングの開口面を固着することにより、メンブレンを形成する工程と、
   前記メンブレンを形成した後、前記金属膜における前記剛性リングの内側の周縁部を除去する工程と、
   前記絶縁性フィルムにおける前記検査用電極の位置と対応する領域に複数のバンプホールを形成する工程と、
   前記金属膜における前記絶縁性フィルムの反対側の面上に保護材を貼り合わせた後、前記金属膜を下地層としてめっき処理を行なうことにより、前記各バンプホールが充填され且つ前記絶縁性フィルムの表面上に突き出す複数のバンプを形成する工程と、
   前記保護材を除去した後、前記金属膜における前記各バンプと対応する領域をマスクして前記金属膜をパターニングすることにより、前記金属膜から複数のパッドを形成する工程とを備えていることを特徴とするウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法。
2. ウエハ一括型プローブカードに用いられ、被検査基板上の検査用電極と接触するウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法であって、
   絶縁性フィルムと金属膜とを貼り合わせて積層シートを形成し、形成した積層シートの一方の面上に剛性リングの開口面を固着することにより、メンブレンを形成する工程と、
   前記メンブレンを形成した後、前記金属膜における前記剛性リングの内側を部分的に除去することにより、前記金属膜を平面積が互いに同等な複数の領域に分割する工程と、
   前記絶縁性フィルムにおける前記検査用電極の位置と対応する領域に複数のバンプホールを形成する工程と、
   分割された前記金属膜における前記絶縁性フィルムの反対側の面上に保護材を貼り合わせた後、前記金属膜を下地層としてめっき処理を行なうことにより、前記各バンプホールが充填され且つ前記絶縁性フィルムの表面上に突き出す複数のバンプを形成する工程と、
   前記保護材を除去した後、前記金属膜における前記各バンプと対応する領域をマスクして前記金属膜をパターニングすることにより、前記金属膜から複数のパッドを形成する工程とを備えていることを特徴とするウエハ一括型バンプ付きメンブレンの製造方法。

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