JP4852236B2 - バンプ付きメンブレンおよびその製造方法およびウエハの検査方法 - Google Patents

バンプ付きメンブレンおよびその製造方法およびウエハの検査方法 Download PDF

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Description

本発明は半導体ウエハや、液晶ディスプレイパネル、太陽電池などに形成された微細電気回路を検査する際に、前記微細電気回路の各部に面接触し複数の電気コンタクトを同時に行うためのバンプ付きメンブレン、及び、このバンプ付きメンブレンを備えたプローブカードの製造方法等に関する。
近年、デバイス等の高機能化とそのコストの低減のために、高精度化、高速化、大面積化を実現する取り組みが盛んに行なわれている。例えば、半導体ウエハに形成された電気回路パターンは微細化され、またウエハの大口径化が進んでいる。よって、電気回路の動作を検査する際の電気コンタクト部は、コンタクト間の狭ピッチ化、同時コンタクト数の増加が一層求められている。
以下に、従来のプローブカードの製造方法について説明する（例えば、特許文献１参照）。
図１０において、ポリイミドフィルム１１０１に貫通孔加工を施し、当該貫通孔１１０２を充填しさらに貫通孔１１０２直径より大きい膨出部１１０３を前記フィルム両面に備えた、リベット状の金属突起物１１０４を形成している。このようなリベット状の凸型電極１１０４は、特許文献２にも開示されているように、金属メッキにて形成される一般的な形状と言える。
しかしながら、このリベット状凸型電極１１０４は、金属メッキにて形成されるため、その形状を制御することが難しい。特に膨出部１１０３の直径制御は、ポリイミドフィルム１１０１の孔加工精度・形状・表面粗さ、面取り形状などの多くの要因からの影響が非常に大きいため、困難を極めている。
本発明者の評価では、リベット状の凸型電極１１０４を膨出部の直径が１００μｍ狙いで、１０００個形成した場合、上記の理由でφ１００±１０μｍにて仕上がっており、すべての電極で等しく正常な電気コンタクトを得ることが困難であった。さらに凸型電極数がこれ以上となる場合、更に膨出部の形状がばらつく可能性がある。
一方、メッキにより得られるリベット状凸型電極１１０４の膨出部は、きれいな半円球ではなく、押しつぶされた形状（図１１）となっている。
プローブカードの使用法として、凸型電極１１０４と電気回路のコンタクト部とが面接触し、複数の電気コンタクトを同時に行うものであるため、凸型電極１１０４の直径が不均一であったりきれいな半円球でなかったりする場合、相手側のコンタクト部の寸法を必要以上に大きくしなければならず、微細な電気回路では不具合が発生する。更にはコンタクトの際に押しつけ力を増加させないと所定のコンタクトができないという問題が発生する。
また、膨出部１１０３は自然にメッキ成長させるためその制御が困難で不具合が多く発生し、プローブカードの歩留まり低下によるコストアップという問題も大きい。
以下に、第２の従来のプローブカードの製造方法について説明する（例えば、特許文献２参照）。
この方法は、特許文献１の課題に対応したものと言える。図１２において、特許文献１の課題である凸型電極１１０４の直径が不均一なため、高さ不揃いを吸収し通電を確保することを目的として、異方導電フィルム１３０２を凸型電極１１０４と配線回路１３０３の間に追加している。よって被検査体１３０１の電気信号は、凸型電極１１０４が異方導電フィルム１３０２の一部分を圧縮することによって圧縮された部分を介してそれぞれ独立に配線回路１３０３に送られるしくみとなる。
しかしこの手法は、比較的高価な異方導電フィルム１３０２を使用するためコストアップを強いられるだけでなく、異方導電フィルム１３０２の劣化による寿命の課題を有する。つまり、異方導電フィルム１３０２は、弾性体フィルムの中に導電粒子を配置し、ある程度の圧縮により、その部分の導電粒子が密着することにより電気が流れる。しかし電気回路１３０１の動作検査が２０度から１００度以上の温度間で行われる場合、弾性体フィルムは熱膨張によりフィルム平面方向に大きく伸縮する。さらに本使用例に示される検査は、被検査体を入れ替え、複数回行われることが一般的であり、そのたびにある程度の押しつけ力にてコンタクトすることは特許文献２にも記載されている。このような状況下、異方導電フィルム１３０２に含まれる導電粒子は、配置関係が保持された状態での電気抵抗値は安定しているものの、弾性体フィルムの形状変化が繰り返しなされる状態で使用される場合、電気抵抗値の経時変化が起こる。つまり、熱による伸縮による歪み、繰り返し負荷による歪みにより、当初計算された導電粒子配置が変化し電気抵抗値が不安定になる。
本発明者の評価では、電気回路１３０１の動作検査を数百回行った後の異方性導電フィルム１３０２の電気抵抗値が高くなる傾向が見られ、安定した検査結果が得られないという結果を得た。
特開平８−２３５９３５号公報 特許第３０９８１３０号公報
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、半導体ウエハ上や液晶ディスプレイパネル、太陽電池などに形成された電気回路の検査において、電気回路の電極が狭ピッチ化した場合や電極数が増加した場合でも精度よくコンタクトすることが可能であり、繰り返し使用しても安定した検査が可能であるバンプ付きメンブレン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、本発明にかかるバンプ付きメンブレンは、一端から他端に向けて徐々に径が小さくなるプローブと前記プローブの前記一端の径より径が大きい径大電極とで形成された複数のバンプと、前記複数のバンプをそれぞれ所定位置に保持する絶縁基体と、を備え、前記絶縁基体を厚さ方向に貫通して前記プローブが配置され、前記径大電極と前記絶縁基体との間に金属膜が配置され、前記バンプの径大電極表面に等方性弾性導電体が形成され、前記等方性弾性導電体同士がそれぞれ非接触であることを特徴とする。
このバンプ付きメンブレンは、バンプの径が徐々に小さくなっているため、接触の対象、例えば電気回路の電極が狭ピッチ化した場合でも精度良くそれぞれの電極と接触して、電極からの信号を受信することが可能となる。
また、バンプが備える極大電極とバンプを保持する絶縁基体とが金属膜を介して接合されることができるため接合強度が向上し、バンプが絶縁基体から脱落しにくいバンプ付きメンブレンとなる。
これにより、接触の対象、例えば電極に高低差がある場合や、バンプ自体に形状の誤差がある場合、また、バンプ付きメンブレンを繰り返し使用することによるバンプの偏った摩耗などがある場合でも、これらを吸収して精度良く安定した接触を確保することが可能となる。
また、上記課題を解決するために、本発明にかかるバンプ付きメンブレンの製造方法は、金属膜層と絶縁基体層と型体層と封口層とがこの順に配置された層状体を準備する工程と、前記金属膜層の前記絶縁基体層と反対側の面に、下記微細孔と連通かつ当該微細孔の径より大きな径の開口部を有する樹脂パターン層を形成する樹脂パターン層形成工程と、前記金属膜層から前記型体層に向けて徐々に径が小さくなる微細孔を形成する微細孔形成工程と、前記微細孔と前記開口部とに導電物質を充填してプローブと径大電極とを有するバンプを形成する導電物質充填工程と、前記樹脂パターン層を除去する樹脂パターン層除去工程と、前記バンプがそれぞれに絶縁状態となるように前記金属膜層の一部を除去する金属膜層除去工程と、前記型体層及び前記封口層を前記絶縁基体層から除去する型体層除去工程と、等方性弾性導電体同士が非接触になるように、前記バンプの径大電極表面に前記等方性弾性導電体を形成する弾性導電体形成工程とを有することを特徴とする。
これにより、多数存在するバンプの形状を統一して制御することができ、常にバンプの形状が安定したバンプ付きメンブレンを提供することが可能となる。特に、バンプ相互間の高さのばらつきを容易に抑制できるため、高いコンタクト性能を得ることが可能となる。
また、ウエハ上にある複数の半導体デバイスに対応する配線パターンを有する配線回路基板と、前記バンプ付メンブレンとで構成されたプローブカードを用い、前記バンプを前記複数の半導体デバイスの電極に接触させることにより半導体デバイスの検査を行う場合、上記課題の解決が顕著になされる。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、径とは円の直径ばかりでなく、非円形の面積と同一面積の円の直径を指すものとしても使用している。
また、金属とは一種類の金属に限定されるものではなく、複数種類の金属元素またや金属以外の元素を含む合金を含むものとしても使用している。
本発明によれば、半導体ウエハ上や液晶ディスプレイパネル、太陽電池などに形成された電気回路の検査において、電気回路の電極が狭ピッチ化した場合や電極数が増加した場合でも精度よくコンタクトすることが可能となり、繰り返し使用しても安定した検査が可能となる。
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態について、８インチウエハに形成された電気回路の動作を検査する際に用いられるプローブカードの電気コンタクト端子としてのバンプ付きメンブレン及びその製造方法を、図面を参照しながら説明する。
図１は、バンプ付きメンブレンの一部を切り欠いて示す断面斜視図である。
同図に示すように、バンプ付きメンブレンは、直径３００ｍｍの円板状の絶縁基体１２
と、基端から先端方向に徐々に径が小さくなるプローブとしての凸型導電部３１と前記凸型導電部３１の基端と一体に接続され凸型導電部３１の基端より径大の径大電極としての四角形電極３０とからなるバンプ３２と、四角形電極３０と同形状で相互に導通しない金属膜層としての金属膜１１とを備えている。
また、前記バンプ３２は、絶縁基体層としての絶縁基体１２により所定の位置に相互に絶縁状態で保持されるとともに、バンプ３２の一部である凸型導電部３１は、絶縁基体１２を厚さ方向に貫通し、さらに絶縁基体１２よりもその先端が突出しており、少なくとも四角形電極３０と絶縁基体１２とが金属膜１１を介して接合されることにより、絶縁基体１２に強固に接合されている。
図２は、バンプ付きメンブレンの製造工程の流れを示すフローチャートである。
図３は、バンプ付きメンブレンの製造工程を模式的に順を追って示した層状シートの一部断面図である。
まず、層状体としての層状シート１０を準備する（Ｓ１０１）。
層状シート１０は、直径３００ｍｍの円板状であり、厚み２μｍの銅薄膜からなる金属膜１１、厚み２５μｍのポリイミド樹脂からなる絶縁基体１２、型体層としての厚み３０μｍのレジストからなる型体１３、厚み５μｍの銅薄膜からなる封口層１４を備え、さらに取り扱いを簡便化するために厚み３００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂からなるハンドリング層１５を最外層部に備えている（図３−ａ）。
型体１３を構成するレジストは、紫外線硬化もしくは熱硬化するものを選定し、上下に存在する絶縁基体１２及び封口層１４とのタッキング性のよいものを使用している。
また、絶縁基体１２を構成するポリイミド樹脂と型体１３とは、ラミネートにより層状化が図られるが、ラミネートする時は、なるべく張力をかけずに貼り合わせている。このようにすることで、型体１３を分離したときのバンプ３２の位置ズレを５μｍ以下に抑えることができる。またこれは、型体１３と封口層１４とをラミネートする際も同様である。
一方、金属膜１１は絶縁基体１２の片側表面に物理蒸着法の一つであるスパッタ法を用いて形成される。このスパッタ法は、絶縁基体１２に金属膜１１を密着力良く形成する方法として好適である。
次に、樹脂パターン層形成工程として準備された層状シート１０の表面に樹脂パターン層２０を形成する（Ｓ１０２）。
樹脂パターン層２０の形成方法としては、金属膜１１の表面に、厚み２０μｍのパターニング用レジストを貼り付け、８インチウエハ上の電気回路とコンタクトする位置に８０μｍ×２２０μｍの四角形の開口部２１を露光にて約２万個程度形成することによって行われる（図３−ｂ）。
なお、開口部２１の数はウエハ上の電気回路とコンタクトするバンプ３２の数に対応しているため、ウエハ上に形成されるデバイス品種によって異なる。本発明者が評価した範囲では、本実施形態に従えば最大で約４万箇所の開口部２１を設け、バンプ３２を形成することが可能である。
次に、微細孔形成工程として四角形の開口部２１の中心位置にレーザにて孔加工を行う（Ｓ１０３）（図３―ｂ）。レーザの位置決めは、あらかじめ座標をレーザステージ移動
プログラムに入力しておくが、最終位置決めは、露光にて形成した四角形の開口部２１をＣＣＤカメラにて形状認識し、その中心位置を補正して決定する。この露光により形成した開口部２１の位置精度が高く再現性も優れているため、この開口部２１に基づき孔開け加工の位置を補正することにより、位置精度±１０μｍ以下の高価かつ頻繁な位置補正が必要なレーザステージが不要となる。さらに、高精度なレーザステージに必要な高精度を維持するための恒温・恒湿の作業室も不要となる。従って本実施形態を採用することで、安価に高精度な位置精度を確保することが可能となる。
補足として現状のレーザ加工装置性能について述べる。孔加工においてはφ５０μｍより大きい孔加工が主流であるため、レーザステージは、その加工径に応じた位置精度、すなわち±１０μｍ以上が、現状のレーザ加工装置ステージのスペックである。また、孔加工の個数においても、８インチレベルの範囲に、通常５０００個以上もの孔開け加工を行うことがないため、今回必要とされる約２万個の孔加工において、各孔１個１個の位置精度を全て満たすことは、ステージ仕様以上の要求といえる。
今回の実施形態に採用するレーザアライメント方式は、現状のステージを利用しつつレーザ加工装置の持つ課題を解決する良好な方法といえる。当然アライメントマークとなる開口部２１の高精度な形状・位置精度が必要であるが、現在の露光・レジスト材料技術によれば、サブミクロン単位の精度を出すことは、コスト、技術的にも問題ない。しかしながら、アライメントマークとなる四角形の開口部２１が０．０４ｍｍ２より大きい面積を有すると、±５μｍ以下の位置精度を認識できるＣＣＤカメラの認識範囲内に入らないため、有効な結果が得られない。従って、アライメントマークとなる開口部２１の平面方向の断面積は０．０４ｍｍ２以下であることが好ましい。
次に、レーザ光線による孔開け加工について説明する。金属膜１１を貫通するには、それなりのパワーが必要であるが、ポリイミド樹脂からなる絶縁基体１２とレジストからなる型体１３を貫通後、封口層１４の面で孔加工を止めるには、低出力とする必要がある。ここで本発明者は、金属膜１１を貫通するレーザ条件を波長３５５ｎｍのＹＡＧ第３高調波を用い、出力２００ｍｗ、照射時間０．０２秒にて貫通させた。なお、照射時間は下式により算出した。０．０１とは当該レーザの出力条件で単位長さを貫通させるのに必要な時間を示し、また２とは金属膜１１の厚さを示している。
照射時間＝０．０１（秒／μｍ）×２(μｍ)＝０．０２秒
ここで、孔加工による微細孔１９の径を５０μｍ以下としたいために、波長は３５５ｎｍを用いた。これは、波長が短いほど集光スポットの径を小さくすることができるためであるが、５０μｍ以下の径であれば、ＹＡＧ第２高調波５３２ｎｍを用いても同様の結果を得ることができる。ただし、５５０ｎｍより大きい波長では、孔径を小さくすることが非常に困難となるため、好ましくない。
また、出力においては、８０ｍＷより小さい値では、金属膜１１の孔径が安定しない等の不具合がある。一方、５００ｍＷより大きいと、照射時間に関係なく封口層１４まで貫通、もしくは、削り取ることがある。従って、厚さ２μｍの金属膜１１を貫通する際のレーザの出力は８０ｍＷ以上５００ｍＷ以下の範囲が好ましい。
また金属膜１１が１μｍよりうすい場合、さらにレーザの出力を限定する必要がある。本発明者は、ＹＡＧ第２高調波５３２ｎｍを用いた結果、封口層１４まで到達し一部溶解することを確認した。よって、波長３５５ｎｍのＹＡＧ第３高調波を用い、出力８０ｍｗとし、金属膜１１が１μｍ以上の場合と同様の結果を得ることができた。出力６０ｍｗ未満では、金属膜１１が安定した円形状に貫通できないこと、出力１００ｍｗより大きい値では、同じく金属膜１１が薄いために、孔周辺の酸化が著しく後工程に悪影響を及ぼすた
め、金属膜１１の膜厚が１μｍよりうすい場合、孔開け加工に用いるレーザの出力は６０ｍＷ以上１００ｍＷ以下の範囲が望ましい。
続いてポリイミド樹脂からなる絶縁基体１２とレジストからなる型体１３を貫通後、封口層１４の面で孔加工を止める条件として、レーザ波長は金属膜１１を貫通する際の波長と同じく３５５ｎｍのＹＡＧ第３高調波を用い、出力３０ｍｗとした。また、孔径すなわち集光したレーザの径は封口層１４上でφ１５μｍ±２μｍとした。波長選定理由は前述と同じである。出力は、１０ｍＷより小さい値では、レーザ出力が安定せず、低パワーでも比較的削り取りやすい型体１３を構成するレジストに対しても安定して孔あけが出来ない。一方、出力が５０ｍＷより大きいと、封口層１４の表面が除去、または表面溶解が発生し好ましくない。従って、レーザの出力は１０ｍＷ以上５０ｍＷ以下の範囲が好ましい。
レーザ光線の照射条件をまとめると以下のようになる。
（１）厚さが１μｍ以上、５μｍ以下の金属膜１１を貫通するレーザ条件は以下のようにすることが望ましい。
照射するレーザ光線の波長を５５０ｎｍ以下、レーザ出力を８０ｍＷ以上５００ｍＷ以下とし、照射時間は下式に従う
照射時間＝０．０１（秒／μｍ）×金属膜１１の厚み(μｍ)±５０％
（２）厚さが０．１μｍ以上、１μｍ未満の金属膜１１を貫通するレーザ条件は以下のようにすることが望ましい。
照射するレーザ光線の波長を４００ｎｍ以下とし、レーザ出力を６０ｍＷ以上１００ｍＷ以下とし、照射時間は下式に従う
照射時間＝０．０５（秒／μｍ）×金属膜１１の厚み(μｍ)±５０％
（３）合計の厚さが１μｍ以上５００μｍ以下の絶縁基体１２および型体１３を貫通し、封口層は貫通せずにその表面を微細孔１９の底面とする条件は以下のようにすることが好ましい。
照射するレーザ光線の波長を４００ｎｍ以下とし、レーザ出力を１０ｍＷ以上５０ｍＷ以下とする。
なお、封口層１４は１μｍ以上とすることが望ましい。これはレーザ光線の照射に対して抗しうる厚さが必要だからである。
さらに、封口層１４の面で孔加工を止める場合に２６６ｎｍのＹＡＧ第４高調波、出力１０ｍＷ以上５０ｍＷ以下の範囲で孔開け加工をすると、孔底である封口層１４の表面が、中心線平均荒さが１〜３μｍの表面荒さとなり、後述するように当該表面荒さがバンプ３２に転写されてバンプ３２とウエハに設けられた電気回路とのコンタクト性能に非常な良い効果を出すことが判明している。
ウエハ上の電気回路のコンタクト面は導電膜、一般にはアルミ等にて形成されているが、表面には自然酸化膜が付いているため、コンタクト時にはこの自然酸化膜を除去するか、物理的に突き破って接触しなければ有効な導通状態を確保することができない。本実施形態のように封口層１４の表面荒さが転写されたバンプ３２を用いれば、前記酸化膜を物理的に容易に突き破り、良好な導通状態を確保できる。これにより、ウエハ上の電気回路に対して酸化膜を除去するような新たな処理を追加する必要がなく、また、自然酸化膜の形成を防止するために窒素雰囲気にウエハを封入して搬送等することも必要なくなり、大幅なコストダウンにつながる。
孔底である封口層１４の表面荒さが１μｍより小さいと、上記酸化膜を突き破りにくくなる。一方、３μｍより大きくなると電気回路との接触面積が小さくなり良好な導通状態を確保することが難しくなる。従って表面荒さは１μｍ以上、３μｍ以下であることが好ましい。
なお、２４８ｎｍＫｒＦエキシマレーザにて出力１０ｍＷ以上５０ｍＷ以下の範囲で孔開け加工をしても上記と同様の表面荒さを得ることができる。
次に、スミアを取るための洗浄を行う（Ｓ１０４）。
次に、導電物質充填工程としてニッケルメッキにて、微細孔１９および、開口部２１に導電性物質であるニッケルを充填する（Ｓ１０５）（図３−ｃ）。本実施形態では、微細孔１９及び開口部２１に導電性物質を充填し、さらに、四角形の開口部２１の深さ２０μｍに対して２０％程度オーバーするように充填を行った。このように開口部２１の開口面から隆起するように充填することで、メッキ成長速度のバラツキが発生しても、微細孔１９および四角形の開口部２１にニッケルを完全に充填することができる。
次に、開口部２１の開口面よりはみ出た部分は不要であるため研磨にて除去する（Ｓ１０６）。この研磨は、樹脂パターン層２０と、開口部２１に埋め込まれたニッケルの面が、ほぼ平坦な面として形成されるまで行われる（図３―ｄ）。
次に、樹脂パターン層除去こうていとして樹脂パターン層２０をウエットエッチにて除去する（Ｓ１０７）。これにより、ポリイミド樹脂からなる絶縁基体１２上に金属膜１１を介して接合された８０μｍ×２２０μｍ×厚み１９μｍの径大電極である四角形電極３０が約２万個露出する（図３―ｅ）。
続いて、金属膜除去工程を行う、すなわち、四角形電極３０をマスクとして、金属膜１１をエッチングし（Ｓ１０８）、四角形電極３０と同形状とする（図３―ｆ）。これにより、各四角形電極３０同士は少なくとも金属膜１１によっては導通しなくなる。
本実施形態において、金属膜１１は、ポリイミド樹脂からなる絶縁基体１２の表面にスパッタ法を用いて２μｍの厚さまで成長させている。この結果絶縁基体１２と金属膜１１の密着強度は高く、ピール強度３Ｎ／ｃｍを確保することができた。
このように、金属膜１１と絶縁基体１２との間に高い密着強度を確保したうえで、当該金属膜１１と高い密着強度を確保し得るメッキにより四角形電極３０を形成するため、絶縁基体１２と四角形電極３０が金属膜１１を介して強固に接合され、絶縁基体１２からバンプ３２が脱落することを防止することができる。
また、メッキによる導電性物質の充填ばかりでなく、微細孔１９および四角形電極３０への埋め込みをスクリーン印刷にて導電性銀ペーストを行った際も、金属膜１１と四角形電極３０とが剥離しにくく、バンプ３２が絶縁基体１２から脱落することを防止することができる。これは、一般的に有機膜（ポリイミド樹脂など）は導電性銀ペーストに対して濡れ性が悪いため、有機膜に密着性の高い金属膜を設け、当該金属膜上に導電性ペーストを付着させたためである。
続いて、封口層１４、ＰＥＴからなるハンドリング層１５を型体１３より剥がし、型体層除去工程としてレジストからなる型体１３をウエットエッチにて除去する（Ｓ１０９）。なお、封口層１４とハンドリング層１５とを型体１３から剥離するのは、物理的力を加えることで容易にはがすことが可能である。
以上によって、四角形電極３０の反対側の面にプローブとしての凸型導電部３１が形成されることになる（図３―ｇ）。
本実施形態では型体１３と樹脂パターン層２０は同一材料を使用しているために、同じウエットエッチング装置にて処理できるという利点がある。
また、凸型導電部３１の先端径はφ１８μｍ±２μｍとなっている。これは、スミア洗浄等によりレーザによる孔開け加工時の微細孔１９先端の径が若干大きくなるためである。
なお、スミア洗浄等による微細孔１９の径の拡大は安定した変位量であり、孔開け加工時の径を設定することで凸型導電部３１の先端の径を所望する大きさに制御できる。
また、絶縁基体１２表面から突出している凸型導電部３１の高さは型体１３の厚さで決定される。本実施形態の場合、すべての凸型導電部３１の前記高さは３０μｍ±０．５μｍ以内に制御することが可能であった。このように多数あるバンプ３２の高さのばらつきが非常に少ないため、ウエハ上の電気回路とバンプ３２との電気コンタクト性能を著しく向上させることができる。
以上のように、層状体としての層状シート１０及び樹脂パターン層２０によって型を作成し、導電物質を充填することによりバンプ３２の形状およびその精度を容易に制御することが可能となる。これは、従来の技術であるリベット状にメッキによって自由に膨出させる技術と比較し、非常に容易かつ有効である。このことから、バンプ３２付きメンブレンの歩留まりを大幅に改善することが可能となる。
また、露光・レジスト材料技術を用いて樹脂パターン層２０を形成し、このパターンをバンプ３２の型とアライメントマークの両方に活用しているため、バンプ３２の位置精度の向上と製造コストの低下という相反する効果を同時に実現することが可能となる。
（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図４は、等方性弾性導電体を備えたバンプ付きメンブレンの一部を切り欠いて示す断面斜視図である。
同図において、バンプ付きメンブレンは、前記実施形態とほぼ同様であるが、四角形電極３０の上面に等方性弾性導電体５１がバンプ３２と導通状態で接合されている。
前記等方性弾性導電体５１は、等方性導電ゴムで構成されており、力を受けると変形し力を解除すると復元する柔軟性を有し、また、圧力を受けても導電性が変化しない。
図５は、本実施形態にかかるバンプ付きメンブレンの製造工程の流れを示すフローチャートである。
まず、前記実施形態と同様に層状シート１０を準備する（Ｓ６０１）。
次に層状シート１０の金属膜１１側表面に樹脂パターン層２０を形成する（Ｓ６０２）。ここで、当該樹脂パターン層２０は、金属膜１１をエッチングするためのマスキングとしての役割を担うものであり、四角形電極３０を設ける位置にレジストを配置し、その他の部分は開口状態となっている。
次に、金属膜除去工程として金属膜１１をエッチングし、不要な部分を除去する（Ｓ６０３）。
次に、残存した金属膜１１をアライメントマークとしてＣＣＤカメラに基づく位置補正をしつつ微細孔１９をレーザ光線にて孔加工する（Ｓ６０４）。レーザ条件は前記内容に基づく。このように金属膜１１をアライメントマークとすると、マークと孔開け加工する位置が平面上にあり、さらに位置精度の高い孔開け加工を実現することができる。
洗浄（Ｓ６０５）を行った後、ふたたび樹脂パターン層２０を形成する（Ｓ６０６）。このパターニング用レジストからなる樹脂パターン層２０の厚みは５μｍとした。
新たに設けた樹脂パターン層２０は四角形電極３０の形状を規制するためのものであり、前記残存した金属膜１１の対応位置に開口部２１が設けられている。
次に、前記実施形態と同様に導電性物質を充填してバンプ３２を形成する（Ｓ６０７）。
次に、樹脂パターン層２０を除去し（Ｓ６０８）、型体１３等を除去する（Ｓ６０９）。
以上により、図６（ａ）に示すように、直径３００ｍｍのポリイミド樹脂からなる絶縁基体１２上に、金属膜１１を介して８０μｍ×２２０μｍ×厚み約４μｍの四角形電極３０が接合され、凸型導電部３１を備えたバンプ３２が約２万個形成される。前記凸型導電部３１の先端径はφ１８μｍ±２μｍ、高さは絶縁基体１２表面から３０μｍ±０．５μｍ以内でありこの点は第１実施形態と同様である。
次に、図６（ｂ）に示すように、四角形電極３０上に等方性導電ゴムからなる等方性弾性導電体５１を形成する（Ｓ６１０）。まず厚み２０μｍのシリコン性等方性導電ゴムシートを四角形電極３０が配置してある側に、導電性接着剤にて接着する。そしてレーザ孔加工で使用した位置補正プログラムを用い、四角形電極３０の外形に合わせて等方性導電ゴムをレーザにて切り取る。以上によって約２万個の四角形電極３０上に等方性弾性導電体５１が相互に独立状態で形成される。
本実施形態においては、ウエハ上の電気回路に凸型導電部３１を押しつける際、等方性弾性導電体５１によって高さ方向にバネ性を持たすことが可能となる。等方性弾性導電体５１の厚みが２０μｍから１５μｍへ圧縮した状態で電気コンタクトすることにより、非常に多いコンタクト数、例えば、０．３２個／ｍｍ２以上の密度で配置されたバンプ３２
を用いて電子回路とコンタクトしてもバンプ３２全数が容易に通電状態とすることができることを確認した。
また、本実施形態で採用した製造方法は、金属膜１１とバンプ３２が同一のエッチング剤でエッチングされる場合に最適である。
等方性弾性導電体５１、四角形電極３０、凸型導電部３１の厚みの合計は約７１μｍであるが、安定したコンタクト動作を行うには、少なくとも等方性弾性導電体５１が１０％以上厚み変化（圧縮）することが望まれる。厚み変化が１０％より小さいとバンプ３２同士の厚みのばらつきを吸収しつつ良好なコンタクト性能を得ることができないからである。また５０％より大きい変化量は、被検査体への負荷が大きく破損する可能性があるため、望ましくない。また、被検査物であるウエハ上に形成されたコンタクト面の高さバラツキについても、等方性弾性導電体５１によって吸収することが可能となる。本発明者は、コンタクト面が４０μｍ以下のバラツキをもっている場合、等方性弾性導電体５１の厚さを２００μｍとすれば、このばらつきに対応することができることを確認した。
また、等方性弾性導電体５１を四角形電極５０に貼り合わす方法として、等方性弾性導電体５１シートを金型で抜き取り、その配置のまま四角形電極５０に貼り付けるという手法もある。
（第３の実施形態）
次に、本発明にかかる他の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図７は、本実施形態にかかるバンプ付きメンブレンの製造工程を示すフローチャートである。
層状シート１０の準備（Ｓ８０１）から洗浄（Ｓ８０５）までの工程は前記実施形態と同様であるためその説明を省略する。
次に、パターニング用レジストからなる樹脂パターン層２０を厚み２５μｍとして層状シート１０の金属膜１１側表面に形成する（Ｓ８０６）。新たに設けた樹脂パターン層２０は四角形電極３０の形状、及び、比較的高さの高い等方性弾性導電体５１の形状を規制するためのものであり、残存した金属膜１１の対応位置に開口部２１が設けられている。
本実施形態においても、金属膜１１をエッチング後当該金属膜１１をアライメントマークとして孔開け加工を行い、再び樹脂パターン層２０を設けている。これは、最後に設ける樹脂パターン層の厚みが比較的厚いため、そこに設けられた開口部２１をアライメントマークにすると孔開け加工の位置精度が低下する懸念があるためである。
次に、図８（ａ）に示すように、導電物質を樹脂パターン層２０の途中までメッキ法により成長させ、バンプ３２を形成する（Ｓ８０７）。
次に、図８（ｂ）に示すように、開口部２１の開いている空間に等方性弾性導電体のペーストを埋め込む（Ｓ８０８）。これにより、開口部２１と同様の形態の等方性弾性導電体５１を得ることが出来る。
なお、開口部２１に充填しうるペースト状態の等方性弾性導電体５１では圧縮と復元を繰り返しつつ導電性を維持する等方性弾性導電体５１としては機能しないため、公知の方法を用いて加硫を行い開口部２１に充填されたペースト状の等方性弾性導電体５１に弾性を付与する（Ｓ８０９）。
最後に、不要な部分、すなわち樹脂パターン層２０を除去し（Ｓ８１０）、型体１３を除去する（Ｓ８１１）。なお、これらの除去方法は前述の実施形態と同様である。
以上によれば、比較的高さの高い等方性弾性導電体５１を形状を制御しつつ安定してバンプ３２に接合することができる。
また、等方性弾性導電体５１の高さが高くなると、バンプ全体としての圧縮率を多く確保することができ、電子回路などの被測定物の測定箇所に高さのばらつきが発生してもこれらを吸収して有効なコンタクト性能すなわち接触部分の電気伝導性を確保することが可能となる。
図９は、上記バンプ付きメンブレンを備えたプローブカードの一部を切り欠いて示す分解斜視図である。
同図に示すように、プローブカード１０００は、前記実施形態に示すバンプ付きメンブレン１００１と、各バンプ３２から得られる電気信号を伝える配線回路基板１００２を備えている。
前記配線回路基板１００２は、バンプと接続される接続部１００４と、この接続部１００４と図示しない測定器を結ぶための配線１００５とが絶縁性を備えたカード基板１００３表面にパターンとして設けられたものであり、電気回路などの被測定物に当接接続したバンプ３２からの各信号をすべて測定器に送信する役目を担うものである。
このプローブカード１０００は、バンプ３２と接続部１００４との導通面積が０．０４ｍｍ２以下と非常に小さいにも関わらず、従来例のように異方性導電ゴムを用いず、通常
の導電体である等方性弾性導電体５１を用いている。従って、異方性導電ゴムをもちいる場合に比べて寿命の観点から非常に良い効果がある。これは、等方性導電ゴム等の等方性弾性導電体は、経時変化による導電粒子配置変化による抵抗値の変化がないからである。
発明者は、シリコンゴムペーストに、導電粒子として、銀フィラーを添加して得られる等方性弾性導電体５１を用いた。また、導電粒子の形状にも着目し、球状のものを用いた。これは、針状、鱗片状の導電フィラーと比較し、形状変化による基体ゴムへの攻撃が少なく長寿命を図ることができるという優位性を見いだしたためである。さらに四角形電極３０の微小面積化に対応するため、導電粒子の平均粒径を２０〜３０μｍとし、安定した抵抗率を実現した。粒径が３０μｍより大きいと限られた面積内への配置数が減少し、それが抵抗値の不安定につながり、２０μｍより小さいと、ゴム中に均等に分散させることが困難となることが判明したからである。
なお、本実施形態においては、等方性弾性導電体を用いて説明を行ったが、弾性導電体であれば等方性でなくてもよい。
なお、前述した実施形態において、絶縁板１２にポリイミド樹脂を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。線膨張係数が大きく形状安定性の高い絶縁性の樹脂であれば任意の樹脂を選択することができる。
また、四角形電極と記しているが、径大電極の形状は四角形に限定されるわけではなく、丸や三角など任意の形状を選択しうる。
また、金属膜として銅薄膜を例示しているが、銅に限定される訳ではなく任意の金属を採用しうる。
（プローブカードの評価）
前記実施形態１〜３の方法で得られたバンプ付きメンブレンをそれぞれ備えたプローブカードを準備し、ウエハ上の電気回路に面接触し、複数の電気コンタクトを同時に行う電気特性検査を行った。この結果、被測定物である電気回路のコンタクト部を直径φ１００μｍとした場合においても、安定した電気コンタクトを実現することができた。
また、２００ｍｍ、３００ｍｍウエハ対応のバンプ３２を多数備えたメンブレンを各１０枚ずつ作成し、前記電気特性検査を全数について行った。この結果すべてのバンプ付きメンブレンのバンプから良好な電気信号を得ることができた。従って、本発明にかかるバンプ付きメンブレンを用いたプローブカードは歩留まりが非常に良好であることが確認で
きた。
また、電気回路のコンタクト部の隣接するピッチを変化させた被測定物を数種類準備するとともに、これに対応するピッチでバンプを形成したバンプ付きメンブレンを作成し、前記電気特性検査を行った。その結果、電気回路のコンタクト部のピッチを８０μｍとしても、同様のピッチを有するバンプ付きメンブレンから良好な電気信号を得られることが確認できた。この際の凸型導電部３１の先端はφ１８μｍ±２μｍであった。さらに、バンプ３２の形状をシャープ化することでピッチを３０μｍまで狭めることが可能であることを確認した。
本発明にかかるバンプ付きメンブレンの製造方法は、プローブカードの高性能化、低コスト化、品質安定に寄与し、半導体ウエハ，液晶ディスプレイパネルや太陽電池などに形成された微細電気回路を検査する際に、回路層状体に面接触し複数の電気コンタクトを同時に行うためのプローブカード全般の用途にも適用できる。
バンプ付きメンブレンの一部を切り欠いて示す断面斜視図である。 バンプ付きメンブレンの製造工程の流れを示すフローチャートである。 バンプ付きメンブレンの製造工程を模式的に順を追って示した層状シートの一部断面図である。 等方性弾性導電体を備えたバンプ付きメンブレンの一部を切り欠いて示す断面斜視図である。 他の実施形態にかかるバンプ付きメンブレンの製造工程の流れを示すフローチャートである。 四角形電極上に等方性弾性導電体を設ける状態を示した断面図である。 さらに他の実施形態にかかるバンプ付きメンブレンの製造工程の流れを示すフローチャートである。 開口部に等方性弾性導電体ペーストを充填する様子を示した断面図である。 バンプ付きメンブレンを備えたプローブカードの一部を切り欠いて示す分解斜視図である。 従来の凸型電極を示す断面図である。 従来の実際の凸型電極の変形状態を示す断面図である。 従来の異方導電フィルムを用いたプローブカード、及び、測定対象物である電気回路を示す断面図である。
符号の説明
１０ 層状シート
１１ 金属層
１２ 絶縁基体
１３ 型体
１４ 封口層
１５ ハンドリング層
１９ 微細孔
２０ 樹脂パターン層
３０ 四角形電極
３１ 凸型導電部
３２ バンプ
５１ 等方性弾性導電体
１０００ プローブカード
１００１ バンプ付きメンブレン
１００２ 配線回路基板

Claims (6)

  1. 一端から他端に向けて徐々に径が小さくなるプローブと前記プローブの前記一端の径より径が大きい径大電極とで形成された複数のバンプと、
    前記複数のバンプをそれぞれ所定位置に保持する絶縁基体と、を備え、
    前記絶縁基体を厚さ方向に貫通して前記プローブが配置され、前記径大電極と前記絶縁基体との間に金属膜が配置され、
    前記バンプの径大電極表面に等方性弾性導電体が形成され、
    前記等方性弾性導電体同士がそれぞれ非接触であること
    を特徴とするバンプ付きメンブレン。
  2. 等方性弾性導電体は、圧縮率が１０％以上でかつ５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のバンプ付きメンブレン。
  3. 金属膜層と絶縁基体層と型体層と封口層とがこの順に配置された層状体を準備する工程と、
    前記金属膜層の前記絶縁基体層と反対側の面に、下記微細孔と連通かつ当該微細孔の径より大きな径の開口部を有する樹脂パターン層を形成する樹脂パターン層形成工程と、
    前記金属膜層から前記型体層に向けて徐々に径が小さくなる微細孔を形成する微細孔形成工程と、
    前記微細孔と前記開口部とに導電物質を充填してプローブと径大電極とを有するバンプを形成する導電物質充填工程と、
    前記樹脂パターン層を除去する樹脂パターン層除去工程と、
    前記バンプがそれぞれに絶縁状態となるように前記金属膜層の一部を除去する金属膜層除去工程と、
    前記型体層及び前記封口層を前記絶縁基体層から除去する型体層除去工程と、
    等方性弾性導電体同士が非接触になるように、前記バンプの径大電極表面に前記等方性弾性導電体を形成する弾性導電体形成工程と、を有すること
    を特徴とするバンプ付きメンブレンの製造方法。
  4. 微細孔形成工程は、第１出力のレーザを照射することで金属膜層を貫通させた後に、前記第１出力よりも低出力の第２出力のレーザを照射することで型体層まで貫通させることであること
    を特徴とする請求項３記載のバンプ付きメンブレンの製造方法。
  5. 前記導電物質充填工程は、金属メッキ法を用いて微細孔と開口部とに金属を成長させつつ充填することを特徴とする請求項３または４記載のバンプ付きメンブレンの製造方法。
  6. ウエハ上にある複数の半導体デバイスに対応する配線パターンを有する配線回路基板と、請求項１または２記載のバンプ付メンブレンとで構成されたプローブカードのプローブを、前記複数の半導体デバイスの電極に接触させることにより半導体デバイスの検査を行う
    ことを特徴とするウエハの検査方法。
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