JP5893453B2 - メンブレンプローブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バンプを有するシートと、シートに固定されるリングとを備えるメンブレンプローブの製造方法に関する。

被検査体（半導体ウエハ）の電気的特性の検査は、被検査体（半導体ウエハ）上に形成された半導体デバイスの接触部（電極）にメンブレンプローブのバンプを接触させ、信号を送信することにより検査が行われる。

この種のメンブレンプローブは、電極と接触するバンプを有するシートと、シートを固定するリングとを備えており、該フィルムは、バンプの位置精度を確保するために、しわやたるみが生じないようにシートをリングに固定する必要がある。係る方法として、特許文献１が開示されている。特許文献１には、熱硬化性接着剤を塗布したリングをフィルム（シート）上に置き、この状態でバーンイン試験の設定温度以上の温度で加熱して熱膨張させ、フィルムとリングを接着固定することが記載されている。

特開平１１−６７８５６号公報

係る方法によれば、フィルムに皺や撓み、弛みなく、リングにフィルムを確実かつ容易に高歩留まりで接着することができ、また、フィルムの貼り具合の均一性ひいては均一な張力歪みの精度の向上を図ることができるとされている。しかしながら、係る方法は、フィルム上に接着剤を介してリングを置いた状態でバーンイン試験の設定温度以上の温度で加熱するので、加熱によって膨張するフィルムがリングに塗布された接着剤を持ち去ってしまって接着剤の位置ズレが生じ、フィルムとリングとの接着を精度良くできなかった。また、予め配置されたリング及び徐々に熱硬化する接着剤がフィルムの熱膨張を妨げていた。これにより、フィルムにテンションをかけることができず、フィルムに皺、撓み、弛みが残ったままとなるおそれがあった。

本発明の目的は、シートに均一な張力を加え、この状態でリングを固定することで、シートにしわやたるみのないメンブレンプローブの製造方法を提供することにある。

本発明は、バンプ３が形成されたシート２と、シート２に固定されるリング４とを備えており、被検査体上に形成された接触部の電気的特性検査に用いられるメンブレンプローブの製造方法であって、シート２となるシート体２’にリング４を固定するリング固定工程と、シート体２’にバンプ３を形成するバンプ形成工程とを備え、リング固定工程は、シート体２’を基台４０上に固定する第一固定工程と、基台４０を加熱手段５０によって加熱して膨張させることで、基台４０上に固定したシート体２’を膨張させる膨張工程と、シート体２’上にリング４を固定する第二固定工程とを有する。そして、第一固定工程と、第二固定工程においては、接着剤を用いて行い、第二固定工程におけるシート体２’とリング４との接着固定位置は、第一固定工程におけるシート体２’と基台４０との接着固定位置より内側にあることを特徴とする。

また、第二固定工程後、シート体２’をリング４の外周に沿ってカットする切断工程を有し、切断工程後、基台４０及び加熱手段５０を取り除く基台・加熱手段取り除き工程を行って、シート体２’に張力を付与することを特徴とする。

また、基台４０の線膨張係数がシート体２’の線膨張係数より大きいことを特徴とする。

また、リング固定工程後に、バンプ形成工程を行うことを特徴とする。

また、バンプ形成工程においては、シート体２’上に、レジスト体２０ａを有する一次パターンレジスト２０を形成する第１レジストパターニング工程と、一次パターンレジスト２０を用いて、シート体２’に穴２６を形成する穴あけ工程と、シート体２’にメッキ処理を施すことにより、穴２６の内部空隙を埋めるように電着金属を電鋳して、バンプ３となる電着金属体２９を形成する電着工程と、シート体２’の電着金属体２９形成側とは反対側に、レジスト体２５ａを有する二次パターンレジスト２５を形成する第２レジストパターニング工程と、二次パターンレジスト２５を用いて、シート体２’の不要部分を除去する除去工程とを有することを特徴とする。

また、電着工程においては、シート体２’の上端面を越えて電着金属を電鋳させて電着金属体２９を形成することを特徴とする。

係る製造方法によれば、基台４０を加熱手段５０によって加熱して膨張させることで、基台４０上に固定したシート体２’を膨張させ、そのうえでシート体２’上にリング４を固定するので、シート２（シート体２’）に均一な張力を作用させることができ、メンブレンプローブの検査精度の向上に貢献できる。

本発明に係るメンブレンプローブの平面図及び部分拡大断面図 本発明に係るメンブレンプローブの製造方法の工程説明図 本発明に係るメンブレンプローブの製造方法の工程説明図 本発明に係るメンブレンプローブの製造方法の工程説明図

図１に、本発明に係るメンブレンプローブの実施形態を示す。図１において、メンブレンプローブ１は、バンプ３が形成されたシート２と、このシート２の外周に固定されるリング４とを備える。シート２は、張力を持った状態でリング４に固定されている。シート２の所定位置には、該シート２の下面から下方に突出する多数独立のバンプ３を有する。バンプ３は、半導体デバイス５に対する探触子となるバンプ本体６と、メンブレンプローブ１をプローブカードに組み付けた際に、該メンブレンプローブ１の上方に存する導電性ゴム（不図示）に対して接触するパッド部７とからなり、これらバンプ本体６とパッド７とを一体的に形成してなる。

バンプ本体６は、シート２に多数個独立状に開設された穴２６を介して、該シート２の下面から下方に向かって突出状に形成されている。バンプ本体６は、下方に行くに従って漸次横方向の直径寸法が小さくなるような、下窄まりの円錐台状とするのが好ましい。これは、半導体デバイスの接触部に対する接触面積を小さくすることができ、高密度に集積された半導体デバイスに対する高精度な検査が可能となるからである。また、半導体デバイスの電極と接触するバンプ本体６の先端面には、機械的処理（サンドブラスト）や化学的処理（エッチング）などによる粗面化処理を施すのが好ましい。これは、半導体デバイス５の電極表面を覆っている酸化皮膜を破壊して、安定な導通接触状態を得るためである。

図２ないし図４は、本実施形態に係るメンブレンプローブ１の製造方法を示す。このメンブレンプローブ１の製造方法は、シート体（シート）にリングを固定するリング固定工程と、シート体（シート）にバンプを形成するバンプ形成工程とに大別できる。最初に、リング固定工程について説明する。

まず、図２（ａ）に示すごとく、樹脂シート２ａに金属箔２ｂが積層されたシート体２’を基台４０上に固定する。このとき、シート体２’において外周を固定することが好ましい。このシート体２’としては、例えば、ポリイミドの樹脂シート２ａ上に金属箔２ｂとして銅をスパッタしたものを用いた。シート体２’を固定する際には、金属箔２ｂ側を基台４０と対向するように配する。ここで、基台４０としては、ステンレスやアルミニウム、その他線膨張係数の大きい材質、特に基台４０と対向する金属箔２ｂよりも線膨張係数の大きい材質を用いることができ、本実施形態では、ステンレスを採用した。また、樹脂シート２ａとしては、ポリイミドの他に、ポリエチレン、ポリエステルが挙げられ、金属箔２ｂとしては、銅の他に、ニッケルが挙げられる。また、シート体２’（シート２）の厚みを１０〜７０μｍの範囲（樹脂シート２ａの厚みを９．９〜５０μｍの範囲、金属箔２ｂの厚みを０．１〜２０μｍの範囲）とし、本実施形態では、シート体２’（シート２）の厚みを２１．５μｍ（樹脂シート２ａの厚みを１２．５μｍ、金属箔２ｂの厚みを９μｍ）とした。樹脂シート２ａの厚みは、金属箔２ｂの厚みより厚い方が好ましい。また、シート体２’の寸法は、リング４の形状や寸法にもよるが、シート体２’上にリング４を配置した際に、リング４の周囲に１０〜５０ｍｍの余白があることが好ましく、本実施形態では、４３０×４３０ｍｍとした。

次に、図２（ｂ）に示すごとく、シート体２’が固定された状態の基台４０をホットプレート（加熱手段）５０上に載置し、加熱する。ホットプレート５０を設定温度（１００〜２００℃の範囲が好ましく、本実施形態では１８０℃とした）まで加熱し、基台４０を所望の温度（１００〜２００℃の範囲が好ましく、本実施形態では１６５℃とした）まで加熱する。このように、加熱手段５０によって基台４０を加熱して熱膨張させることで、基台４０上に固定したシート体２’を均一に膨張させることができる。これは、ステンレス（基台）４０の線膨張係数が１７．３ｐｐｍ／℃であり、シート体２’のポリイミド（樹脂シート）２ａの線膨張係数が２０．０ｐｐｍ／℃、銅（金属箔）２ｂの線膨張係数が１６．８ｐｐｍ／℃であり、基台（ステンレス）４０の線膨張係数をこの基台（ステンレス）４０上に対向するように配置される金属箔（銅）２ｂの線膨張係数より大きくすることで、シート体２’の均一膨張が実現できる。ここで、シート体２’は、０．２％以上膨張させることが好ましく、本実施形態では、室温を２３℃、基台４０の温度を１６５℃として、６００μｍ膨張させている。これにより、シート体２’のしわやたるみを取ることができる。なお、基台４０を加熱する際には、基台４０をホットプレート５０上に載置してからホットプレート５０を設定温度まで加熱するより、ホットプレート５０を設定温度まで加熱した状態で基台４０をホットプレート５０上に載置する方が好ましい。

次に、図２（ｃ）に示すごとく、リング４をシート体２’の樹脂シート２ａ側に固定する。ここで、リング４はＳｉＣのものを用いており、ＳｉＣの線膨張係数は、３．０ｐｐｍ／℃であるので、加熱状態のシート体２’に固定しても、リング４の熱膨張の影響はほとんどない。このように、リング４としては、線膨張係数が小さい材質、特にシート体２’や基台４０よりも線膨張係数の小さい材質が好ましく、ＳｉＣの他に、インバー、４２アロイが挙げられる。なお、リング４の形状としては、直径２００〜４００ｍｍ、厚さ１〜１０ｍｍの範囲が好ましく、本実施形態では、直径３５０ｍｍ、厚さ４ｍｍとした。

次に、リング４の外周に沿ってシート体２’をカットして、基台４０及びホットプレート５０を取り除くことで、図２（ｄ）に示すごとく、均一な張力が加えられた状態でシート体２’がリング４に固定されたリング付シート体２”を得ることができる。なお、このカットする際には、シート体２’を常温まで戻してから行うことが好ましい。続いて、バンプ形成工程について説明する。

まず、図３（ａ）に示すごとく、シート体２’（リング付シート体２”）の樹脂シート２ａ側にフォトレジスト層１６を形成する。このフォトレジスト層１６は、ネガタイプの感光性ドライフィルムレジストを所定の高さに合わせて一枚ないし数枚ラミネートして熱圧着により形成した。

次に、フォトレジスト層１６の上に、バンプ３の形成位置に対応する透光孔を有するパターンフィルム（ガラスマスク）を密着させたのち、紫外光ランプで紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図３（ｂ）に示すごとく、バンプ３に対応するレジスト体２０ａを有する一次パターンレジスト２０を樹脂シート２ａ上に形成する。

次に、図３（ｃ）に示すごとく、樹脂シート２ａに穴２６を形成する。具体的には、一次パターンレジスト２０を用いて樹脂シート２ａに対してエッチング処理またはレーザー処理を施すことにより、金属箔２ｂ上面に至る穴２６を形成する。この時、エッチング処理を施す際には、樹脂シート２ａのみをエッチングして、金属箔２ｂに対してはエッチングしないエッチング液を使用し、レーザー処理を施す際には、樹脂シート２ａのみを気化蒸発させ、金属箔２ｂに対しては作用しない程度に、レーザー光線の出力を調整する。また、レーザー処理を施す際には、レーザー光線のビーム幅（ビーム出力）を調整することで、内径寸法が下方向に行くに従って漸次大きくなるような下拡がりの円錐台状とすることができる。なお、穴２６形成後は、一次パターンレジスト２０を構成するレジスト体２０ａを除去した。

次に、図４（ａ）に示すごとく、露出された金属箔２ｂにメッキ処理を施すことにより、穴２６を埋めるようにニッケル−コバルトを電鋳して、バンプ３となる電着金属体２９を形成した。すなわち、穴２６部分に存する金属箔２ｂを電鋳始端として、当該電鋳始端から上方に向かって電着金属を電鋳させることにより、穴２６内にバンプ３となる電着金属体２９を形成した。この時、電着金属体２９の高さ位置は、樹脂シート２ａの上端面を超えるまでとした。これにて、先端が突出した電着金属体２９を得た。なお、これら電着金属体２９の形成素材としては、ニッケル−コバルト合金のほかに、ニッケルや銅などといった電鋳金属が使用できる。

次に、シート体２’（リング付シート体２”）の金属箔２ｂ側にフォトレジスト層を形成し、このフォトレジスト層の上に、バンプ３の形成位置に対応する透光孔を有するパターンフィルム（ガラスマスク）を密着させ、紫外光ランプで紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図４（ｂ）に示すごとく、バンプ３と対応する位置にレジスト体２５ａを有する二次パターンレジスト２５を形成する。

次に、二次パターンレジスト２５を用いて金属箔２ｂに対してエッチング処理を施した後に、二次パターンレジストを除去することにより、図４（ｃ）および図１に示すごとく、リング４が固定されたシート２と、シート２の所定位置に配されて該シート２の下面から下方に突出する多数独立のバンプ３とを備えるバンプ付きメンブレン１が得られた。

このように、バンプ形成工程をリング固定工程後に行うことで、メンブレンプローブ１の面方向におけるバンプ３の位置ズレを可及的に抑えることができ、半導体デバイスに対して高精度な検査が可能となる。

上記実施形態において、図２（ａ）及び図２（ｃ）の部分拡大図に示すように、シート体２’と基台４０との固定並びにシート体２’とリング４との固定は接着剤による固定が好ましい。その際、シート体２’とリング４とを接着固定する位置は、基台４０とシート体２’とを接着固定する位置より正面視で内側にあることが好ましい。なお、シート体２’と基台４０との固定に用いる接着剤としては、エポキシ系樹脂（常温硬化）が好ましく、シート体２’（金属箔２ｂ）の外周上あるいは基台４０の外周上に、望ましくは円周状に、接着剤を付与してシート体２’と基台４０とを接着固定する。また、シート体２’とリング４との固定に用いる接着剤としては、フッ素系樹脂（加熱硬化）が好ましく、リング４上あるいはシート体２’（樹脂シート２ａ）上のリング４が配置される位置に接着剤を付与してシート体２’上に接着固定する。

また、シート体２’としては、円形、三角形、四角形、その他多角形と種々の形状が考えられるが、リング４は、円形のものを用いるのが好ましい。これは、メンブレンプローブ１を製造するにあたり、加熱手段５０によってシート体２’を加熱して、シート体２’を均一に膨張させ、この均一に膨張されたシート体２’をその状態でしっかりと保持するためである。

また、バンプ３の形状は、先端が膨らんだ形状（半球状）とするのが好ましく、さらに、バンプ３の導電性を良くするために、バンプ３（電着金属体２９）表面にメッキを施してめっき層を形成するのが好ましい。このめっき層としては、金、銀、パラジウムなといった貴金属が好ましい。また、パッド部７の表面にもメッキを施してめっき層を形成しても良い。

１ メンブレンプローブ
２ シート
２’ シート体
２ａ 樹脂シート
２ｂ 金属箔
３ バンプ
４ リング
６ バンプ本体
７ パッド部
２０ 一次パターンレジスト
２５ 二次パターンレジスト
２６ 穴
２９ 電着金属体
４０ 基台
５０ 加熱手段

Claims (6)

1. バンプ（３）が形成されたシート（２）と、前記シート（２）に固定されるリング（４）とを備えており、被検査体上に形成された接触部の電気的特性検査に用いられるメンブレンプローブの製造方法であって、
   前記シート（２）となるシート体（２’）に前記リング（４）を固定するリング固定工程と、前記シート体（２’）にバンプ（３）を形成するバンプ形成工程とを備え、
   前記リング固定工程は、
   前記シート体（２’）を基台（４０）上に固定する第一固定工程と、
   前記基台（４０）を加熱手段（５０）によって加熱して膨張させることで、前記基台（４０）上に固定した前記シート体（２’）を膨張させる膨張工程と、
   前記シート体（２’）上に前記リング（４）を固定する第二固定工程とを有し、
   前記第一固定工程と、前記第二固定工程においては、接着剤を用いて行い、前記第二固定工程における前記シート体（２’）と前記リング（４）との接着固定位置は、前記第一固定工程における前記シート体（２’）と前記基台（４０）との接着固定位置より内側にあることを特徴とするメンブレンプローブの製造方法。
2. 前記第二固定工程後、前記シート体（２’）を前記リング（４）の外周に沿ってカットする切断工程を有し、
   前記切断工程後、前記基台（４０）及び前記加熱手段（５０）を取り除く基台・加熱手段取除工程を行って、前記シート体（２’）に張力を付与することを特徴とする請求項１に記載のメンブレンプローブの製造方法。
3. 前記基台（４０）の線膨張係数が前記シート体（２’）の線膨張係数より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレンプローブの製造方法。
4. 前記リング固定工程後に、前記バンプ形成工程を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメンブレンプローブの製造方法。
5. 前記バンプ形成工程は、
   前記シート体（２’）上に、レジスト体（２０ａ）を有する一次パターンレジスト（２０）を形成する第１レジストパターニング工程と、
   前記一次パターンレジスト（２０）を用いて、前記シート体（２’）に穴（２６）を形成する穴あけ工程と、
   前記シート体（２’）にメッキ処理を施すことにより、前記穴（２６）の内部空隙を埋めるように電着金属を電鋳して、前記バンプ（３）となる電着金属体（２９）を形成する電着工程と、
   前記シート体（２’）の前記電着金属体（２９）形成側とは反対側に、レジスト体（２５ａ）を有する二次パターンレジスト（２５）を形成する第２レジストパターニング工程と、
   前記二次パターンレジスト（２５）を用いて、前記シート体（２’）の不要部分を除去する除去工程と
   を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメンブレンプローブの製造方法。
6. 前記電着工程においては、前記シート体（２’）の上端面を越えて電着金属を電鋳させて前記電着金属体（２９）を形成することを特徴とする請求項５に記載のメンブレンプローブの製造方法。

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