JP5551396B2 - 検査用プローブおよび検査用プローブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハレベルバーイン検査に用いる、検査用プローブおよび検査用プローブの製造方法に関する。

従来、半導体、半導体パッケージ、液晶パネル、有機ＥＬパネル等の電気的特性を検査する場合、金属製のニードルを被検査体の電極に接触させるニードル型プローブが用いられてきた。さらに、微細な検査電極にも対応できるようなプローブとして、シート状プローブと呼ばれているものも用いられるようになってきている。

シート状プローブの構成は、図２８に示すように、両面が銅張りのポリイミドフィルム６０にレーザ加工機などでビアホール６１を開けて、電解メッキ法によりニッケルメッキを行い、穴埋めし下側の銅層６１と上側の面を導通させた後（ビアフィリング）、さらにバンプ端子６３を電解メッキ法で形成し検査電極にしている。

このようなシート状プローブは、ウエハの状態で行うウエハレベルバーイン（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｂｕｒｎ Ｉｎ）検査にも適用されつつある。ウエハレベルバーイン検査は、ウエハに形成された数百以上の半導体チップの被検査電極全てに接触し、電源の供給および信号の入出力を高温下で行い、個々の半導体チップの良否を判断する検査である。特許文献１には、ウエハレベルバーイン検査に用いられるシート状プローブが開示されている。

特開２００５−３３８０６６号公報

このようなシート状プローブは、ウエハの寸法が小さく、被検査電極の少ない間は、対応するバンプ端子の数が少ないため、電解メッキの工程がシート状プローブの製造歩止まりに影響を与えることが少なかった。しかし、近年の半導体チップの配線の微細化やウエハの大型化にともない、ウエハ一枚あたりの半導体チップ数が数万個のレベルにまで増加し、検査電極のピッチも１００μｍ以下が要求されるようになっている。そのため、シート状プローブもバンプ端子の増加、バンプ形状の微細化、バンプ端子のピッチの微細化が要求され、数万個のバンプ端子を無欠陥で形成する必要がある。従来の一枚のポリイミドフィルム基材を使ってビアファイリングによるメッキを用いてバンプ端子を形成し、シート状プローブを作成する方法では、バンプ端子の形状の微細化と数の増加にともない、数万個のバンプ端子のなかにどうしても僅かであるが異常なバンプが形成されてしまうという問題があった。特にバンプ先端部の欠けや、電解メッキ法で積層する際に発生するマイクロボイドなどにより、数万個のバンプ端子のうちいくつかが所定のバンプ形状にならない問題が発生していた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、バンプ先端が所定の形状で作成することが出来る検査用プローブおよび検査用プローブの製造方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ウエハ上に複数形成された集積回路の被検査電極にバンプを接触して、個々の集積回路の良否を検査するための検査用プローブであって、
銅張りポリイミドフィルム基材を用い、ポリイミドフィルムに形成したビアホールを用いて電解メッキにより形成したニッケルバンプを良品と不良品に選別し、良品のみのニッケルバンプで構成された、ウエハ上の一つの集積回路の被検査電極に対応するニッケルバンプブロックを、
フイルム上にニッケルパッドを形成したニッケルパッドシートに、
ニッケルバンプとニッケルパッドを金属接合して実装したことを特徴とする検査用プローブである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記金属接合が超音波接合である検査用プローブである。

請求項３に記載の発明は、
ウエハ上に複数形成された集積回路の被検査電極にバンプを接触して、個々の集積回路の良否を検査するための検査用プローブの製造方法であって、
銅張りポリイミドフィルム基材を用い、ポリイミドフィルムにビアホールを複数形成する工程と、前記ビアホールを用いて電解メッキすることで、ニッケルバンプを複数個形成させる工程と、
形成されたニッケルバンプの被検査電極と接触するバンプ先端形状の検査によりニッケルバンプを良品と不良品に選別する工程と、
その後、不良品を含む全てのニッケルバンプを銅メッキで被覆する工程と、
銅メッキで被覆された銅表面を研磨もしくは研削により平坦化する工程と、
平坦化された銅メッキの表面を有するニッケルバンプを個片にダイシングし、ウエハ上の一つの集積回路に対応するニッケルバンプブロックにする工程と、
前記ニッケルバンプブロックのうち、良品ニッケルバンプのみで構成されたニッケルバンプブロックを、フイルム上にニッケルパッドを形成したニッケルパッドシートに、
ニッケルバンプとニッケルパッドを金属接合して実装する工程と、
銅メッキで被覆されたニッケルバンプの表層の銅を選択的にエッチング除去してニッケルバンプを露出させる工程と、を有する検査用プローブの製造方法である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記金属接合が超音波接合である検査用プローブの製造方法である。

請求項１に記載の発明によれば、金属接合によって、バンプ先端形状が所定のバンプのみがフイルム上のニッケルパッドに実装されているので、検査用プローブの全てのバンプを所定の精度で作成することが出来る。

請求項２に記載の発明によれば、金属接合に超音波接合を用いているのでニッケルパッドに確実にニッケルバンプを接合することができる。

請求項３に記載の発明によれば、セミアディテブ法で形成したニッケルバンプの被検査電極と接触するバンプ先端形状を個々に検査した後、良品のみをフイルム上のニッケルパッドに実装しているので全数のニッケルバンプが正常に機能する検査用プローブを提供することが出来る。

請求項４に記載の発明によれば、金属接合に超音波接合を用いているのでニッケルパッドに確実にニッケルバンプを接合することができる。

本発明のポリイミドフィルムを説明する概略断面図である。 銅膜に開口をフォトリソエッチングした状態を説明する概略断面図である。 ポリイミドフィルムにビアホールを形成した状態を説明する概略断面図である。 ホールにニッケルメッキおよび金メッキした状態を説明する概略断面図である。 レジスト層を除去した状態を説明する概略断面図である。 ダイシングテープとガラスを貼る付けた状態を説明する概略断面図である。 銅膜をエッチングし除去した状態を説明する概略断面図である。 ポリイミドフィルムをエッチングし除去した状態を説明する概略断面図である。 ニッケルバンプブロックをダイシングした状態を説明する概略断面図である。 ガラスとダイシングテープを分離した状態を説明する概略断面図である。 ダイシングテープからニッケルバンプブロックを分離した状態を説明する概略断面図である。 良品のニッケルバンプブロックのみが実装工程に搬送されることを説明する概略断面図である。 パッドシートのポリイミドフィルムを説明する概略断面図である。 銅膜に開口をフォトリソエッチングした状態を説明する概略断面図である。 ポリイミドフィルムにビアホールを形成した状態を説明する概略断面図である。 ホールにニッケルメッキおよび金メッキした状態を説明する概略断面図である。 レジスト層を除去した状態を説明する概略断面図である。 下側のレジスト層に開口を形成した状態を説明する概略断面図である。 下側の開口にニッケルメッキおよび金メッキした状態を説明する概略断面図である。 レジスト層を除去した状態を説明する概略断面図である。 銅層を除去した状態を説明する概略断面図である。 ひとつのニッケルバンプブロックをニッケルパッドシートに実装した状態を示す概略断面図である。 ニッケルバンプブロックを、順次、ニッケルパッドシートに実装している状態を説明する概略断面図である。 銅層をエッチング除去したニッケルバンプブロックとニッケルパッドシートの接合体の状態を説明する概略断面図である。 ニッケルバンプの先端をＲ形状加工した状態を説明する概略断面図である。 ニッケルバンプブロックとニッケルパッドシートを接合するボンディング装置の概略平面図である。 ニッケルバンプブロックの先端をＲ形状加工した別の状態を説明する概略断面図である。 従来の検査用プローブの構成を説明する概略断面図である。

本発明の検査用プローブの製造方法について、図１〜２４を用いて説明する。図１〜１２は、バンプ作成工程、図１３〜２１は、パッドシート作成工程、図２２〜２５はバンプとパッドシートとの実装工程を示す概略断面図である。

まず、バンプ作成工程について説明する。

図１に示すように、ポリイミドフィルム１０を準備する。ポリイミドフィルム１０は、例えば、厚みが２５μｍのシート状のものなどである。ポリイミドフィルム１０の両面には、銅膜１１，１２が形成されている。銅膜１１，１２はスパッタ法により、厚さが０．４μｍの銅膜を形成した後、更にスパッタ法で形成された銅膜の表面に電気メッキ法によって厚さが４μｍの銅膜が形成されたものである。

次に、図２に示すように、銅膜１１上に感光性のレジスト層を形成し、そして、その後、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いてレジスト層を露光・現像して所定位置に開口を設ける。次いで、開口を利用しアンモニアエッチングを行い銅膜１１に開口１５を設ける（フォトリソエッチングする）。

次に、図３に示すように、ポリイミドフィルム１０を開口１５を用いてポリイミドエッチング液でエッチングし、ビアホール１３を形成する。ビアホール１３は、銅膜１２に達するものであって、銅膜１２から所定の傾斜角θｔでポリイミドフィルム１０がエッチングされるようになっている。

次に、図４に示すように、銅膜１１，１２上に感光性のレジスト層１６を形成する。このレジスト層１６の形成はドライフィルムの貼付などにより行われる。次いで、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いてレジスト層１６を露光・現像してビアホール１３の開口１５よりも大きい開口１７を形成する。次いで、電解メッキ法によりニッケル層４ａを形成する。次いで、開口１７内に、同じく、電解メッキ法によって金層４ｂを形成する。これにより、円錐状のニッケルバンプ４が形成されることになる。

次に、図５に示すように、アルカリによりレジスト層１６を除去する。

次に、図６に示すように、金層４ｂにダイシングテープ１８を貼り付ける。更に、ダイシングテープ１８を介してガラス１９を貼り付ける。これにより、円錐状のニッケルバンプ４を有するポリイミドフィルム１０を固定する。

次に、図７に示すように、銅膜１２をアンモニアエッチングし除去する。

次に、図８に示すように、ポリイミドフィルム１０をポリイミドエッチング液でエッチングし除去する。これにより、銅膜１１からニッケルバンプ４の先端が露出する。個々のニッケルバンプ４の先端形状が所定の精度で作成されているか検査を行う。特に、バンプ先端の欠けやキズはウエハレベルバーイン検査において致命的な欠陥となるのでニッケルバンプ４の良品および不良品の選別は、目視検査やＣＣＤカメラを用いた画像処理などにより行う。不良品となったニッケルバンプ４の位置情報を図示していない記憶部に記憶しておく。

次に、図９に示すように、銅膜１２およびニッケルバンプ４を被うように電解メッキ法により銅層２０を所定の厚みに形成しニッケルバンプ４を被覆保護する。次に、銅層２０の表面を研磨し平坦化する。その後、検査対象となるウエハの個々の集積回路に備えられている被検査電極の配置に基づきニッケルバンプ４を個片にダイシングする。個片にされたニッケルバンプ４のブロックをニッケルバンプブロック２１とする。一つのニッケルバンプブロック２１は、ウエハ上の一つの集積回路の被検査電極に対応するようになっている。

次に、図１０に示すように、ガラス１９の上部より紫外線を照射し、ガラス１９とダイシングテープ１８を分離する。ダイシングテープ１８は紫外線により接着力が弱くなるタイプのものを用いる。

次に、図１１に示すように、ダイシングテープ１８の上部より図示していないニードルによりニッケルバンプブロック２１を突き出してダイシングテープ１８から分離する。ニッケルバンプブロック２１には良品および不良品を含むニッケルバンプブロック２１が混在しているので、図８にて記憶した情報に基づいて、良品のみのニッケルバンプ４で構成されているニッケルバンプブロック２１を突き出す。

次に、図１２に示すように、良品のニッケルバンプブロック２１をピックアップし実装工程に搬送する。以上の工程で、バンプ作成工程が完了する。

なお、上記のようにニッケルバンプブロック２１は、ダイシングでより個片に裁断されたが、ダイシングを用いずに、銅層１２にレジスト層を設け、ブロック単位でフォトリソエッチングし個片にしても良い。

次に、パッドシート作成工程について説明する。

図１３に示すように、ポリイミドフィルム３０を準備する。ポリイミドフィルム３０は、例えば、厚みが２５μｍのシート状のものなどである。ポリイミドフィルム３０の両面には、銅膜３１，３２が形成されている。銅膜３１，３２はスパッタ法により、厚さが０．４μｍの銅膜を形成した後、更にスパッタ法で形成された銅膜の表面に電気メッキ法によって厚さが４μｍの銅膜が形成されたものである。

次に、図１４に示すように、銅膜３１上に感光性のレジスト層を形成し、そして、その後、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いてレジスト層を露光・現像して所定位置に開口を設ける。次いで、開口を利用しアンモニアエッチングを行い銅膜３１に開口３５を設ける（フォトリソエッチングする）。

次に、図１５に示すように、ポリイミドフィルム３０を開口３５を用いてポリイミドエッチング液でエッチングし、ビアホール３３を形成する。ビアホール３３は銅膜３２に達するように形成されている。

次に、図１６に示すように、銅膜３１，３２上に感光性のレジスト層３６を形成する。このレジスト層３６の形成はドライフィルムの貼付などにより行われる。次いで、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いてレジスト層３６を露光・現像してビアホール３３の開口３５よりも大きい開口３７を形成する。次いで、電解メッキ法によりニッケル層３４ａを形成する。次いで、開口３７内に、同じく、電解メッキ法によって金層３４ｂを形成する。これにより、円錐状のニッケルパッド３４の上側が形成されることになる。

次に、図１７に示すように、アルカリによりレジスト層３６を除去する。

次に、図１８に示すように、銅膜３１およびニッケルパッド３４を被うように感光性のレジスト層３８を形成する。さらに、銅膜３２に感光性のレジスト層３８を形成する。次いで、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いて銅膜３２側のレジスト層３８を露光・現像して開口３９を形成する。開口３９の中心が、図１７で形成した円錐状のニッケルパッド３４の中心と一致するように開口３９を形成する。

次に、図１９に示すように、電解メッキ法により開口３９内にニッケル層４０ａを形成する。次いで、開口３９内に、電解メッキ法によって金層４０ｂを形成する。

次に、図２０に示すように、アルカリによりレジスト層３８を除去する。

次に、図２１に示すように、銅層３１およびニッケルパッド３４の下側で保護されていない部分の銅層３２をアンモニアエッチングし除去する。これにより、ポリイミドフィルム３０の所定の位置に、貫通した金層３４ｂ／円錐状のニッケル層３４ａ／銅層３２／ニッケル層４０ａ／金層４０ｂからなるニッケルパッド３４が形成される。これらのニッケルパッド３４から構成されるシートをニッケルパッドシート４１とする。次に、ニッケルパッド３４の上面および下面を旋盤研磨などで平坦化する。次に、ニッケルパッドシート４１を実装工程に搬送する。以上の工程でパッドシート作成工程が完了する。

なお、パッドシート作成工程では、上記のようにセミアディティブ法によるニッケルパッド３４の形成を行ったが、ポリイミドフィルム３０にレーザー加工機で所定の位置に穴あけを行い、ブラインドビアー穴埋め、もしくはスルーホールメッキで表裏導通をさせてニッケルパッドシート３４を作成してもよい。なお、ニッケルパッドシート３４に用いる基材は、ウエハレベルバーイン検査が高温下で行われるため、ウエハの材料に用いられる二酸化ケイ素ＳｉＯ_２のように熱膨張係数に近い基材（例えば、東レカプトンＥＮ−Ａもしくはアラミドフィルムなど）を用いる。

次に、実装工程について説明する。

バンプ作成工程で作成された良品のニッケルバンプブロック２１とパッドシート作成工程で作成されたニッケルパッドシート４１の接合は、図２５に示すようなボンディング装置５０を用いて行われる。

図２５に示すように、ボンディング装置５０は、ニッケルパッドシート４１を吸着保持する水平方向および回転方向に移動可能なステージ５１と、ニッケルバンプブロック２１の銅層面２１ａ側を吸着保持して超音波振動を付与するヘッド５２と、ヘッド５２を上下移動可能な昇降手段５３と、ニッケルバンプブロック２１とニッケルパッドシート４１の位置認識マークを画像認識する上下および水平方向に移動可能な２視野カメラ５４とから構成されている。なお、図２５において、図面の横方向を水平方向（ＸＹ）、縦方向を上下方向（Ｚ）、縦方向の軸廻りを回転方向（θ）とした。

まづ、パッドシート作成工程から搬送されたニッケルパッドシート４１をステージ５１に吸着保持する。次に、バンプ作成工程から搬送された良品のニッケルバンプブロック２１をヘッド５２に吸着保持する。

次に、ヘッド５２とステージ５１の間に２視野カメラ５４を挿入し、ニッケルバンプブロック２１とニッケルパッドシート４１を画像認識する。画像認識データに基づいてステージ５１を水平方向および回転方向に移動させ位置合わせ（アライメント）を行い、所定の精度で位置合わせが完了したら、２視野カメラ５４を待機位置（図２５の点線で表記した位置）に移動させる。

次に、昇降手段５３を動作させて、ヘッド５２を下降させニッケルバンプブロック２１をニッケルパッドシート４１に所定の加圧力で接触させる。次に、ヘッド５２から所定時間だけ超音波振動が付与され、ニッケルバンプ４の金層４ｂと、ニッケルパッド４０の金層４０ｂが超音波接合により金属接合される。なお、金属接合は、超音波接合に加えてハンダ接合、常温接合など金属間接合する方法であればいずれの方法でも良い。

次に、ニッケルバンプブロック２１の吸着保持を解除し、昇降手段５３がヘッド５２を上昇させる。ニッケルバンプブロック２１がニッケルパッドシート４１に実装された状態を図２２に示す。

以上の工程で、ひとつの良品のニッケルバンプブロック２１をニッケルパッドシート４１に実装する工程が完了し、順次、ニッケルバンプブロック２１をバンプ作成工程から搬送し実装を行う。この状態を、図２３に示す。

良品のニッケルバンプブロック２１が、ニッケルパッドシート４１の所定位置に実装完了すると、ニッケルバンプブロック２１の銅層２０をアンモニアエッチングし除去し、図２４に示す検査用プローブ１を得る。次に、無電解ニッケルメッキを行い、図２５に示すように、ニッケルバンプ４の先端４ｃを球面形状（Ｒ形状加工）にする。ニッケルバンプ４の先端の形状は、ウエハ上の被検査電極と接触する点の形状となる。特に、数万個のニッケルバンプ４がウエハ上の被検査電極と接触するため、個々のニッケルバンプ４は、被検査電極と点接触することが望ましい。点接触にすると検査用プローブ１をウエハ側に押圧する際に押圧加重を少なくすることができる。そのため、ニッケルバンプ４の先端４ｃが被検査電極と点接触となる球面形状にする。

さらに、ニッケルバンプ４間の電気的な信頼性を高めるために、ポリイミドフィルム１０，３０に残存するする微量の金属を除去する。スパッタ法により銅膜が形成された基材では、下地のニッケルやクロム等の微量金属がポリイミドフィルム基材の中に残存しやすいので、アルカリ性のマンガン酸塩溶液、またはポリイミドエッチング液、さらには両者を併用することによってポリイミド樹脂を薄膜状に除去することが望ましい。この一連の工程で得られた検査用プローブ１は、寸法精度が良く、適度の可撓性がり、ウエハレベルバーイン検査での圧接部材との追従性が良好でウエハ上の半導体チップの被検査電極との接触性が良好のものとなる。

なお、ニッケルバンプ４を形成する段階において（図７から図８に移行する途中段階）、ポリイミドエッチング液によるエッチングを、一旦、中断し、電解メッキ法によってニッケルバンプ４の先端のみを球面形状（Ｒ形状加工）にした後、中断していたポリイミドエッチング液によるエッチングを行い、図８〜図１２の工程を行って良い。このようなニッケルバンプ４をニッケルバッドシート４１の所定位置に実装し、ニッケルバンプブロック２１の銅層２０をアンモニアエッチングし除去した検査用プローブ１を得た状態を図２７に示す。

このように、検査用プローブ１は、個々のニッケルバンプ４の先端形状が所定の精度で作成されている。そのため、ウエハレベルバーイン検査において良好に動作する検査用プローブを歩止まり良く作成することが出来る。

なお、実装工程において使用する良品のニッケルバンプブロック２１は、ウエハの集積回路単位で供給しているが、複数の集積回路で一つのブロックとなるようにダイシングして実装しても良い。ニッケルバンプ４の先端形状の歩止まりの状況に合わせて適宜、ブロック化の単位を変更することもできる。

１ 検査用プローブ
４ ニッケルバンプ
１０ ポリイミドフィルム
１１ 銅膜
１２ 銅層
１２ 銅膜
１３ ビアホール
１５ 開口
１６ レジスト層
１７ 開口
１８ ダイシングテープ
１９ ガラス
２０ 銅層
２１ ニッケルバンプブロック
３０ ポリイミドフィルム
３１ 銅層
３１ 銅膜
３２ 銅層
３２ 銅膜
３３ ビアホール
３４ ニッケルパッド
３４ ニッケルパッドシート
３５ 開口
３６ レジスト層
３７ 開口
３８ レジスト層
３９ 開口
４０ ニッケルパッド
４１ ニッケルパッドシート
４ａ ニッケル層
４ｂ 金層
４ｃ 先端
５０ ボンディング装置
５１ ステージ
５２ ヘッド
５３ 昇降手段
５４ ２視野カメラ
６０ ホリイミドフィルム
６１ 銅膜
６２ ビアホール
６３ バンプ端子
３４ａ ニッケル層
３４ｂ 金層
４０ａ ニッケル層
４０ｂ 金層
１１，１２ 銅膜
３１，３２ 銅膜

Claims (4)

1. ウエハ上に複数形成された集積回路の被検査電極にバンプを接触して、個々の集積回路の良否を検査するための検査用プローブであって、
   銅張りポリイミドフィルム基材を用い、ポリイミドフィルムに形成したビアホールを用いて電解メッキにより形成したニッケルバンプを良品と不良品に選別し、良品のみのニッケルバンプで構成された、ウエハ上の一つの集積回路の被検査電極に対応するニッケルバンプブロックを、
   フイルム上にニッケルパッドを形成したニッケルパッドシートに、
   ニッケルバンプとニッケルパッドを金属接合して実装したことを特徴とする検査用プローブ。
2. 請求項１に記載の発明において、前記金属接合が超音波接合である検査用プローブ。
3. ウエハ上に複数形成された集積回路の被検査電極にバンプを接触して、個々の集積回路の良否を検査するための検査用プローブの製造方法であって、
   銅張りポリイミドフィルム基材を用い、ポリイミドフィルムにビアホールを複数形成する工程と、前記ビアホールを用いて電解メッキすることで、ニッケルバンプを複数個形成させる工程と、
   形成されたニッケルバンプの被検査電極と接触するバンプ先端形状の検査によりニッケルバンプを良品と不良品に選別する工程と、
   その後、不良品を含む全てのニッケルバンプを銅メッキで被覆する工程と、
   銅メッキで被覆された銅表面を研磨もしくは研削により平坦化する工程と、
   平坦化された銅メッキの表面を有するニッケルバンプを個片にダイシングし、ウエハ上の一つの集積回路に対応するニッケルバンプブロックにする工程と、
   前記ニッケルバンプブロックのうち、良品ニッケルバンプのみで構成されたニッケルバンプブロックを、フイルム上にニッケルパッドを形成したニッケルパッドシートに、
   ニッケルバンプとニッケルパッドを金属接合して実装する工程と、
   銅メッキで被覆されたニッケルバンプの表層の銅を選択的にエッチング除去してニッケルバンプを露出させる工程と、を有する検査用プローブの製造方法。
4. 請求項３に記載の発明において、前記金属接合が超音波接合である検査用プローブの製造方法。

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