JP4510533B2 - マイクロバンプの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロバンプの形成方法に関し、更に詳細には、高アスペクトのニッケルマイクロバンプを形成する方法に関する。

従来、ＬＳＩの動作確認には、各電極パッドに一対のプローブを立てて検査する方法が採用されている。このＬＳＩ検査用プローブカードのコンタクトプローブの製造には従来ＣＶＤ法が用いられていた。しかし、微細なプローブを大量に製造する場合コスト面などに問題があるため、湿式めっきプロセスを用いたニッケルバンプによるコンタクトプローブ形成の検討が進んでいる。そして、ＬＳＩの小型高性能化に対応して、検査用プローブも微細化、狭ピッチ化が必要となっている。

プローブ用ニッケルバンプを形成するには、フォトリソグラフ法によりバンプ用の開口部のレジストパターンを形成するが、レジスト膜が厚いと高解像のパターンを形成できないという問題がある。そこで、薄膜レジストを使用してレジスト膜厚より厚くめっきを行い、高アスペクトニッケルバンプを形成する検討がなされている。

しかし、電気めっきは等方成長する傾向が一般的であり、レジストパターン上に電気ニッケルめっきを行うと電析膜は水平方向にも大きく広がるという性質があった。しかも、高アスペクト比のプローブを形成するためには、この性質に反して、ニッケル皮膜を垂直方向に高く堆積させる必要があった。

そこで、めっき浴に添加剤を加えて電析状態の制御をする試みがなされており、これまでもニッケルバンプの形状制御に関してはいくつか報告がある（非特許文献１および非特許文献２参照）。しかしこれらの技術でも、アスペクト比が十分に高いプローブが得られているとは言えなかった。

「表面技術」、第５２巻、第１号（２００１年）、第１３０−１３４頁 「エレクトロニクス実装学会誌」、第５巻、第７号（２００２）、第６８９−６９２頁

従って本発明は、微細化、狭ピッチ化が進んでいるコンタクトプローブとして使用可能なニッケルバンプを、湿式めっきプロセスを用いて形成する方法の提供をその課題とするものである。

本発明者は、上記課題を解決すべく、電気ニッケルめっき浴に着目し、当該浴に種々の添加剤を加えてその電析状態を調べた。そしてその結果、添加剤としてピリジニウムプロピルスルホネートやその誘導体を用いためっき浴を用いれば良好な形状のプローブ用ニッケルバンプが得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、微小開口部を有するフォトレジストで被めっき基板を被覆し、次いで当該被めっき基板を、添加剤として次の式（Ｉ）、
（式中、Ｒ_１は水素原子または水酸基を示し、Ｒ_２は水素原子またはビニル基を示す）
で表されるピリジニウムプロピルスルホネートまたはその誘導体を含有するニッケルめっき浴により電気めっきし、前記微小開口部部分にニッケルめっき皮膜を析出させることを特徴とするマイクロバンプの形成方法である。

本発明方法によれば、皮膜応力が少なく、しかも高アスペクトのニッケルめっきによりバンプを形成することができる。そして、このニッケルバンプは、微細化、狭ピッチ化が進んでいるコンタクトプローブとして使用することができるものである。

本発明を実施するには、まず、被めっき基板を微小開口部を有するフォトレジストで被覆し、バンプの平面形状をパターン化することが必要である。

この被めっき基板としては、電導性があってめっき可能なものであれば良く、具体的には、バンプを形成すべき部材が挙げられる。この被めっき基板の例としては、シリコンウエハ等の上にスパッタリング等でニッケル等の金属皮膜を蒸着したものや、樹脂基板上に金属皮膜を接着させたもの等が挙げられる。

この被めっき基板はフォトレジストで被覆されるが、その厚みは、０.５から２０μｍ程度であればよい。また、このフォトレジスト上にパターン化される微小開口部の大きさは、バンプの平面形状によるが、四角形（正方形を含む）の場合は、１０から１００μｍ×１０から１００μｍ程度であれば良く、円形であれば、その直径が１０から１００μｍ程度であればよい。

上記フォトレジストとしては、光感光性樹脂や熱硬化樹脂等が使用され、例えば、ＰＭＥＲ Ｐ−ＬＡ９００ＰＭ（東京応化工業（株）製）等の市販品を使用することができる。また、パターン化は、露光、現像またはレーザー照射することにより実施される。

次いで、上記のように微小開口部を有するフォトレジストで被覆された被めっき基板（以下、「バンプ用めっき基板」という）を、添加剤として次の式（Ｉ）、
（式中、Ｒ_１およびＲ_２は前記した意味を有する）
で表されるピリジニウムプロピルスルホネートまたはその誘導体（以下、「ＰＰＳ誘導体」という）を含有するニッケルめっき浴で電気めっきする。

添加剤として使用される上記ＰＰＳ誘導体の具体例としては、式（Ｉ）中、Ｒ_１およびＲ_２が共に水素原子である３−ピリジニウムプロピルスルホネート（ピリジニウムプロピルスルホベタイン）、Ｒ_１が水酸基でＲ_２が水素原子である１−（２−ヒドロキシ−３−スルホプロピル）−ピリジニウムベタイン、Ｒ_１が水素原子でＲ_２が２−ビニル基である１−（３−プロピルスルホン酸−１）−２−ビニルピリジニウムベタイン等が挙げられる。これらは、例えば、ＰＰＳ、ＰＰＳＯＨ、ＰＰＶ等の商品名（ラッシング社製）で市販されているので、これを使用することができる。

上記ＰＰＳ誘導体が添加されるニッケル浴としては、例えば、スルファミン酸ニッケルめっき浴、ワット浴等が利用できる。本発明において使用されるこれらニッケルめっき液の基本組成は、従来より公知のもので良く、例えば、次の範囲の組成のものが使用される。

〔 スルファミン酸ニッケルめっき浴 〕
一般的範囲 好ましい範囲
ニッケルイオン １０〜１２０ｇ／ｌ ５０〜１００ｇ／ｌ
スルファミン酸イオン ８０〜６００ｇ／ｌ ２００〜５００ｇ／ｌ
ホウ酸 ２０〜 ５０ｇ／ｌ ３０〜 ４０ｇ／ｌ
塩素イオン ０.５〜 ３ｇ／ｌ １〜 ２ｇ／ｌ
ｐＨ ３.５〜４.５ ４.０〜４.２

〔 ワット浴 〕
一般的範囲 好ましい範囲
ニッケルイオン １０〜１２０ｇ／ｌ ５０〜 ８０ｇ／ｌ
硫酸イオン ３０〜４００ｇ／ｌ ６０〜１２０ｇ／ｌ
ホウ酸 ２０〜 ５０ｇ／ｌ ３０〜 ４０ｇ／ｌ
塩素イオン ５〜 ３０ｇ／ｌ １０〜 ２０ｇ／ｌ
ｐＨ ３.５〜４.５ ４.０〜４.２

上記ニッケルめっき浴へのＰＰＳ誘導体の添加量は、０.０２〜０.５ｇ／ｌ（１×１０^−４〜３×１０^−３ｍｏｌ／ｌ）程度、好ましくは、０.０６〜０.２ｇ／ｌ（３×１０^−４〜１×１０^−３ｍｏｌ／ｌ）である。

また、本発明で使用するニッケルめっき浴には、上記ＰＰＳ誘導体の他、いわゆる一次光沢剤として知られている化合物を添加することもできる。この一次光沢剤の例としては、１,５−ナフタレンジスルホン酸ナトリウム等のナフタレンスルホン酸塩やサッカリン塩を挙げることができる。

上記のニッケル浴を使用し、バンプ用めっき基板をめっきするに当たっては、特に制約はなく、通常のニッケルめっき方法により行うことができる。具体的には、例えば、常法に従ってバンプ用めっき基板を脱脂、酸洗浄を行った後、ニッケルめっきを行えばよい。このニッケルめっきの条件も、一般的なスルファミン酸ニッケルめっきないしはワット浴でのニッケルめっきの条件で良く、例えば、４０ないし６０℃のめっき浴中、１ないし２０Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、２分ないし６０分程度めっきすればよい。なお、このめっきにおいては、例えばポンプ循環等により撹拌を行うことが好ましい。

このようにして微小開口部に析出されたニッケルめっき皮膜（バンプ部分）は、そのアスペクト比（高さ／幅）が、０.２ないし１０であり、また、その析出範囲は、微小開口部より若干はみ出る程度である。

従って、上記のようにめっきした後、レジストを除去すれば、微細化、狭ピッチ化が要求されるコンタクトプローブとして使用可能なニッケルバンプが得られる

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例等に何ら制約されるものではない。

実 施 例 １
プローブ用ニッケルバンプのめっきによる作成（１）：
バンプ用めっき基板として、ニッケルを蒸着したＳｉウェハ上に厚さ２０μｍのフォトレジスト（東京応化工業（株）製）でパターン形成したものを、表１に示す組成のスルファミン酸ニッケルめっき浴にピリジニウムプロピルスルホネート（ＰＰＳ）を０.１ｇ／ｌを加えためっき液（本発明浴）使用し、プローブ用ニッケルバンプを作成した。レジストパターンの開口部サイズは３０μｍ×３０μｍとした。

なお、対照としては、表１の基本浴を、また比較としては、本発明浴において、ＰＰＳに代え、クマリンを０.１ｇ／ｌ使用した浴（比較浴１）およびプロパルギルアルコールを０.０１ｇ／ｌ使用した浴（比較浴２）を用いた。

まためっきは、バンプ用めっき基板を、１０％リン酸と界面活性剤の混合溶液で１分間脱脂を行い、次いで１０％硫酸溶液で１分間酸活性を行なった後、浴温４０℃、ポンプ撹拌、電流密度５Ａ／ｄｍ^２、めっき時間４０分間の条件下で実施し、本発明浴による本発明バンプ、基本浴による対照バンプ、比較浴１による比較１バンプおよび比較浴２による比較２バンプを得た。なお、ポンプ撹拌は、めっきセル内に設置した撹拌パイプからの液流が、被めっき物表面を循環するようにセットした。

実 施 例 ２
バンプめっき皮膜の形状および表面観察：
実施例１で得た各バンプについて、そのめっき皮膜の形状測定および表面観察を行った。この測定ないし観察には、超深度形状測定顕微鏡（ＶＫ８５５０キーエンス社製）および走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−５２００ ＪＥＯＬ製）を用いた。

本発明バンプの外観を図１に、対照バンプの外観を図２に、比較１バンプおよび比較２バンプの外観をそれぞれ図３および４に示した。この結果から明らかなように、本発明バンプでは、めっき部分がレジスト開口部よりあまりはみ出していないのに対し、対照バンプおよび比較バンプでは、めっき部分がレジスト開口部から大きくはみ出していた。

実 施 例 ３
ニッケルめっき皮膜応力の測定：
本発明浴、比較浴１および２と、表１の組成から有機添加剤を全く取り去った浴（無添加浴）について、それらのめっき後の皮膜応力を測定した。

応力測定は、応力測定用の試験片（Ｂｅ−Ｃｕ製のテストストリップ）にめっきを行い、その皮膜応力をストリップ電着応力測定器（藤化成株式会社）を用いて測定することにより行った。試験片のめっき操作条件はバンプめっき時とほぼ同様にして行い、めっき膜厚が約３.５μｍになるように、めっき時間を調整した。この結果を図５に示す。

この結果から明らかなように、本発明浴の応力は、比較浴１および２の応力に比べ半分以下であり、有機添加剤を加えない無添加浴よりも低かった。

実 施 例 ４
プローブ用ニッケルバンプのめっきによる作成（２）：
下記表２のワット浴をベースとする浴を基本液とし、これにピリジニウムプロピルスルホネート（ＰＰＳ）を０.１ｇ／ｌを加えたニッケルめっきを使用し、めっき浴温５０℃とする以外は実施例１と同様にしてバンプを作成した。このバンプの析出外観は、図１とほぼ同様であった。

本発明方法によれば、めっきの析出状態を制御した形でバンプを形成することができる。そして析出したバンプのニッケル皮膜は、皮膜応力が少ないものである。

従って、本発明方法により、微細化、狭ピッチ化が求められるコンタクトプローブとして使用可能なニッケルバンプを有利に形成することができる。

本発明バンプの外観を示す図面（写真） 対照バンプの外観を示す図面（写真） 比較１バンプの外観を示す図面（写真） 比較２バンプの外観を示す図面（写真） 本発明浴、比較浴１、比較浴２および無添加浴についてのめっき後の皮膜応力の測定結果を示す図面

Claims (7)

1. 微小開口部を有するフォトレジストで被めっき基板を被覆し、次いで当該被めっき基板を、添加剤として次の式（Ｉ）、
   （式中、Ｒ_１は水素原子または水酸基を示し、Ｒ_２は水素原子またはビニル基を示す）
   で表されるピリジニウムプロピルスルホネートまたはその誘導体を含有するニッケルめっき浴により電気めっきし、前記微小開口部部分にニッケルめっき皮膜を析出させることを特徴とするマイクロバンプの形成方法。
2. フォトレジストの微小開口部が、一辺が１０から１００μｍの正方形または直径が１０から１００μｍの円形である請求項第１項記載のマイクロバンプの形成方法。
3. 微小開口部に析出されたニッケルめっき皮膜のアスペクト比（高さ／幅）が、０.２ないし１０である請求項第１項または第２項記載のマイクロバンプの形成方法。
4. ニッケルめっき液が、更にナフタレンスルホン酸塩および／またはサッカリン塩を含有するものである請求項第１項ないし第３項の何れかの項記載のマイクロバンプの形成方法。
5. ニッケルめっき液のピリジニウムプロピルスルホネートまたはその誘導体の含有量が、１×１０^−４ｍｏｌないし３×１０^−３ｍｏｌである請求項第１項ないし第４項の何れかの項記載のマイクロバンプの形成方法。
6. ニッケルめっき液が、ニッケルイオンとして１０ないし１２０ｇ／ｌ、スルファミン酸イオンとして８０ないし６００ｇ／ｌ、塩素イオンとして０.５ないし３ｇ／ｌ、ホウ酸として２０ないし５０ｇ／ｌ含有するスルファミン酸ニッケルめっき液である請求項第１項ないし第５項の何れかの項記載のマイクロバンプの形成方法。
7. ニッケルめっき液が、ニッケルイオンとして１０ないし１２０ｇ／ｌ、硫酸イオンとして３０ないし４００ｇ／ｌ、塩素イオンとして５ないし３０ｇ／ｌ、ホウ酸として２０ないし５０ｇ／ｌ含有するワット浴である請求項第１項ないし第５項の何れかの項記載のマイクロバンプの形成方法。