WO2006080146A1

WO2006080146A1 - プローブカード、およびその製造方法。

Info

Publication number: WO2006080146A1
Application number: PCT/JP2005/022614
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Murata
Original assignee: National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US7683646B2; CN101142487B; EP1845382A4; JP4798557B2; US20080111567A1; EP1845382A1; EP1845382B1; CN101142487A; JP2006208324A

Abstract

　製造工程を簡略化し、省エネルギー、省資源とすることができるプローブカード製造方法を提供する。また、端子の狭ピッチ化、端子配置の多様化、その頻繁な変更などに柔軟に対応できるプローブカード、およびその製造方法を提供する。　さらに、液滴吐出ごとの焼結工程を必要とせず、プローブとなる微細バンプを短時間で形成できるプローブカードの製造方法を提供する。　さらにまた、半導体チップとの接触時の圧力に対してクッション効果を発揮し、均等な接触を可能とするプローブカード、およびその製造方法を提供する。微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出して、微細バンプを形成する。

Description

明細書

プローブカード、およびその製造方法。

技術分野

[0001] 本発明は、金属超微粒子を含む液体材料を、微細インクジェット法により吐出して、バンプを形成する方法に関し、基板上にプローブとなるバンプを形成してプローブ力ードを製造する方法に関する。また、微細インクジェット法により形成した微細径のバンプを、プローブとして基板上に設けたプローブカードに関し、柔軟な榭脂の上部にバンプを形成したプローブカードに関する。

背景技術

[0002] 半導体のテストは、立体的な金属端子 (プローブ)を複数有するプローブカードを、半導体ベアチップに接触させて行う方法が一般的である。プローブカード上にプロ一ブを形成する方法として、メツキ法、金属針を直接用いる方法、半田による方法、ボンデイングワイヤーを引きちぎることによる方法などが挙げられる。し力しながら、今日、半導体の端子間距離は急速に狭ピッチ化しており、これらの方法では対応できなくなりつつある。

また、近年、端子の配置が多様ィ匕しており、端子配置の頻繁な変更に柔軟に応えることが要求されている。一方、上述の現在用いられている形成方法では、この要求に十分に応えることが難し、。

この課題を解決する方法として、インクジェットによりプローブを形成することが試みられている。例えば、特許文献 1に、導電性材料を含む液状組成物を基板に吐出し、基板上で液滴が固化するのを待ち、さらに吐出を繰り返して積み重ね、バンプとする方法が開示されている。しかしながら、この方法では、一層づっ焼結しながら積み重ねるため、十分な高さの構造物とするには時間が力かりすぎる。また、基板上に吐出する液滴量を減らすことができないため、微細なバンプの形成は困難であり、半導体端子の狭ピッチ化の要求に対応できない。

[0003] 特許文献 1 :特開 2003— 218149号公報

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0004] 本発明は、製造工程を簡略ィ匕し、省エネルギー、省資源とすることができるプロ一ブカード製造方法の提供を目的とする。また本発明は、端子の狭ピッチ化、端子配置の多様化、その頻繁な変更などに柔軟に対応できるプローブカード、およびその製造方法の提供を目的とする。

さらに本発明は、液滴吐出ごとの焼結工程を必要とせず、プローブとなる微細バンプを短時間で形成できるプローブカードの製造方法の提供を目的とする。

さらに本発明は、半導体チップとの接触時の圧力に対してクッション効果を発揮し、各々のプローブ端子の全ての均等な接触を可能とするプローブカード、およびその製造方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] 上記課題は下記の手段により達成された。

(1)微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出して、微細バンプを形成することを特徴とするプローブカードの製造方法。

(2)前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成することを特徴とする（1)記載のプローブカードの製造方法。

(3)前記基板として、柔軟性のある基板を用いることを特徴とする（1)または（2)記載のプローブカードの製造方法。

(4)前記基板上に、柔軟性のある榭脂を設け、該榭脂の上部に前記微細バンプを形成することを特徴とする（1)〜（3)のいずれか 1項に記載のプローブカードの製造方法。

(5)前記微細バンプの断面直径が 1〜50 μ mであることを特徴とする（1)〜（4)のヽずれか 1項に記載のプローブカードの製造方法。

(6)前記微細インクジェット法が、電界の集中により微細液滴を飛翔付着させ乾燥固化により該液滴を堆積させる前記微細バンプの形成方法であることを特徴とする（1) 〜（5)の、ずれか 1項に記載のプローブカードの製造方法。

(7)微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出し形成した微細バンプを有することを特徴とするプローブカード。 (8)前記基板上に柔軟性のある榭脂を設け、該榭脂の上部に前記微細バンプを形成したことを特徴とする（7)記載のプローブカード。

(9)前記微細バンプの断面直径が 1〜50 μ mであることを特徴とする（7)または（8) 記載のプローブカード。

(10)前記基板上にバンプを互いに短ピッチで配設した微細バンプ群を有することを特徴とする（7)〜（9)の、ずれか 1項に記載のプローブカード。

(11)前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成したことを特徴とする（7)〜（10)のいずれか 1項に記載のプローブカード。

(12)前記微細バンプを熱処理することにより該微細バンプ内にポアを形成したことを特徴とする（7)〜（11)のヽずれか 1項に記載のプローブカード。

発明の効果

[0006] 本発明のプローブカードの製造方法によれば、インクジェットを用いることでプロ一ブカードの製造工程を簡略ィ匕することができ、省エネルギー、省資源とすることができる。

また本発明のプローブカードの製造方法によれば、インクジェットの吐出を制御するプロセスデータを変更することで、多様なパターンで微細バンプを形成することができ、端子配置の頻繁な変更にも柔軟に対応できる。

さらに本発明のプローブカードの製造方法によれば、微細バンプ形成時に吐出される微細液滴の乾燥力が高いため、液滴吐出ごとの焼結工程を必要とせず、プロ一ブとなる微細バンプを短時間で形成することが可能である。

さらに本発明の製造方法により得られたプローブカードは、微細バンプをプローブとすることから狭ピッチ化の要求に応えることができる。また該プローブカードは、プローブの接触圧力に対してクッション効果を発揮し、各々のプローブ端子の全ての均等な接触を可能とする。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]本発明の製造方法による微細立体構造物の製造工程を初期 (A)、中期（B)、後期 (C)の各段階で示す模式図である。

[図 2]本発明の製造方法により製造されたプローブカードの一例を模式的に示したた部分断面図である。

圆 3]本発明の製造方法に用いる、微細インクジェット装置の一実施態様の説明図である。

圆 4]本発明の製造方法における、ノズルの電界強度の計算を説明するために示す模式図である。

[図 5]実施例 1で得られたプローブカード上のバンプのレーザー顕微鏡写真を示す図面代用写真である。

[図 6]実施例 1で得られたプローブカード上のバンプの顕微鏡写真 (倍率 5, 000倍）を示す図面代用写真である。

[図 7]実施例 2で得られたプローブカード上のバンプの顕微鏡写真 (倍率 2, 000倍）を示す図面代用写真である。

符号の説明

1 ノズル (針状流体吐出体)

2 金属電極線

3 流体 (溶液）

4 シーノレドゴム

5 ノズルクランプ

6 ホノレダ一

7 圧力調整器

8 圧力チューブ

9 コンピュータ

10 任意波形発生装置

11 高電圧アンプ

12 導線

13 基板

14 基板ホルダー

100 基板

101 ノズル (針状流体吐出体) 102 微細液滴 (微細径液滴）

103 液滴固化物

104 構造物

105 立体構造物

201 基板

202 電極

203 バンプ (核部分）

204 バンプ (表層部）

205 榭脂 (柔軟性のある榭脂）

発明を実施するための最良の形態

[0009] 本発明のプローブカードの製造方法は、プローブとなるバンプ (以下、立体構造物または立体構造体とも!、う。）の形成に微細インクジェット法を用いることを特徴としている。以下、本発明について詳細に説明する。

[0010] 微細インクジェット法では、電界を用いて微細流体を基板へ飛翔させ、微細液滴の速乾性を利用して高速固体化し、立体構造物を形成する。立体構造物の形成に用いられる、微細液滴は、液滴径が 15 m以下であることが好ましぐより好ましくは 5 μ m以下、さらに好ましくは 3 μ m以下、特に好ましくは 1 μ m以下である。

微細液滴により形成される構造物は (本発明においては、微細液滴により形成される構造物を微細バンプまたは微細立体構造物と、、、単にバンプまたは立体構造物ということもある）、断面直径（断面もしくは底面の短辺の径）が、好ましくは 50 m以下、より好ましくは 20 m以下、さらに好ましくは 15 m以下、さらに好ましくは 5 /z m 以下、さらに好ましくは 3 μ m以下、特に好ましくは 1 μ m以下である。

また、立体構造物の間隔 (近接する 2つの立体構造物の最も近い壁面間の距離)は、本発明に用いられる微細インクジェット法によれば、必要とされる端子配置に応じて、大きくも小さくもすることができる。常用のプローブカードのプローブピッチ（15〜10 O /z m)で製造することも当然可能である力微細化の要求に対しては、 10 /z m以下 (例えば 5 μ m程度）と、う狭ピッチ化も可能である。

[0011] また、本発明のプローブカードの製造方法で形成される立体構造物は、平面的でなく立体的に高さ方向に成長したものを、、好ましくは高さがその基部の断面直径に対して等倍以上の寸法を持つもの、換言するとアスペクト比 1以上であり、ァスぺクト比 2以上のものが好ましぐアスペクト比 3以上のものがより好ましぐアスペクト比 5 以上のものが特に好ましい。立体構造物の高さまたはアスペクト比に上限はなぐ若干曲がっても立体構造物の自立が可能であれば、アスペクト比 100以上または 200 以上に成長させることができる。立体構造物の高さとしては、プローブとしての使用を考慮すると、 5〜50 ^ 111カ子ましく、 10〜30 m力より好ましい。

立体構造物の形状に制約はないが、例えば、円柱、楕円柱、円錐、円錐台、上からの投影形状が線状の形状もしくは箱型の形状などであってもよぐ中空構造としてもよい。また、とくに従来技術で得られるバンプと区別する場合には、微細インクジェット法で形成されるバンプを微細バンプと!/、う。

本発明のプローブカードの製造方法において、立体構造物の形成は、微細インクジェット法を用いて、微細液滴を吐出させて行われる。この微細液滴は表面張力の作用や、比表面積の高さなどにより、極めて蒸発速度が高い。したがって、液滴の、乾燥固化 (本発明において、特に断らない限り、「乾燥固化」とは蒸発乾燥により少なくとも積み重ねることができる程度にそのものの粘度が高められることを意味する。 )、衝突エネルギー、および電界集中などを適切に制御することにより高さを持った構造物の形成を可能とするものである。

また、微細インクジェットに加えられた電界による効果で、針状流体吐出体 (以下、「ノズル」ともいう。）の先端部に向カゝぅ応力が、絶えず先行して付着した液滴 (以下、「先行着弾液滴」ともいう。）が固化して形成された構造物の先端部に作用する。つまり、いったん構造物の成長が始まると、電界を、構造物の頂点に集中することができる。このため、吐出した液滴を、先行して付着した構造物の頂点に、確実に精度よく着弹することができるのである。

さらに、上述の電界による効果で、常にノズル方向へ引っ張りながら成長させることができ、アスペクト比の高い構造物でも倒れることなく形成することができる。これらの効果により効率よく立体構造の成長を促すことができる。また、電界は液体吐出ノズルと基板の間に印加するのではなぐノズルとは別の位置にもうけた電極による電界を利用してもよい。また、構造物の成長にあわせ、駆動電圧、駆動電圧波形、駆動周波数などを変化させても構わな、。

[0013] この工程を概略的に図 1に示す。 (A)は立体構造物形成の初期段階を示したものである。基板 100〖こ対して、ノズル 101から吐出させた微細液滴 102が、基板 100上に着弾し固化した液滴 (液滴固化物） 103となる状態である。 (B)はさらに中期を示したのものである。前記液滴が連続して着弾し固化堆積した構造物 104を示して、る。 (C)はさらに後期を示しおり、上記の堆積した構造物の頂点に微細液滴が集中して着弾し、立体構造物 105が形成されることを示している。

[0014] 本発明のプローブカードの製造方法において、立体構造物形成のために微細インクジェットから吐出する液体材料は、誘電率が高ぐ導電率が高い流体材料が好ましい。例えば、誘電率 1以上が好ましぐより好ましくは 2〜： LOであり、導電率は 10^_5S Zm以上のものが好ましく用いられる。流体材料は電界集中を起こしやすいものが好ましい。液体材料および、それが固体ィ匕したものの誘電率は、基板材料よりも誘電率が高いことが好ましい。基板面には、ノズルに印加する電圧によって電界が生じている。この場合、液滴が基板上に着弾し付着すると、液体を通る電気力線の密度が、付着していない基板部分よりも高くなる。この状態を基板上における電界集中が起こつた状態と呼ぶ。また、いったん構造物が生成し始めると、構造物の先端部は、電界により分極が起こったり、またはその形状に由来した電気力線の集中が起こる。液滴は電気力線に沿って飛翔し、その密度のもっとも高い部分、つまり先に形成された構造物の先端部に吸い寄せられる。このため、後から飛翔する液滴は、構造物の先端に選択的にし力も確実に堆積することになる。

[0015] 基板は、プローブカードとしたときに良好な性能が得られる材料であることが好ましい。以下基板について説明する。

例えば、個々のプローブを電気的に絶縁する必要があるため、基板は絶縁体であることが好ましい。また、柔軟性のある基板を用いることが好ましい (本発明において、柔軟性のあるとは、弾力性があることを含み、バンプの高さのばらつきを吸収する程度の柔軟性または弾力性があることをいう。 ) oこれにより、バンプをプローブとして半導体チップに接触させたとき、その接触圧が吸収される。さらに、バンプの高さのばらつきを緩和し、均等に接触 (本発明において、均等に接触とは、導電性が得られる程度の接触状態が、複数のバンプ間において広く確保できる状態をいう。）させることができ、より精度の高い測定を可能とする。柔軟性のある基板としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、シリコーン榭脂などが挙げられ、柔軟性の低い基板としては、例えば、ガラス、シリコン、セラミタス、エポキシ榭脂などが挙げられる。基板の厚さに特に制約はない力 1〜5000 111カ子ましく、 100 〜5000 m力より好ましい。

[0016] また、柔軟性を得るために、基板と立体構造物の間に柔軟性のある榭脂を設けてもよい。柔軟性のある榭脂は、熱可塑性および Zまたは光硬化性であることが好ましく

、例えば、シリコン榭脂、ゴム、 PMMAなどが挙げられる。榭脂層の厚さに特に制約はないが、 1〜： LOOO /z m力好ましく、 5〜500 m力より好ましい。また、基板の全面に榭脂を設けても、一部に設けてもよぐ少なくともバンプの下部に設けることが好ましい。このとき、バンプと榭脂が接触している必要はなぐ該榭脂がバンプの高さのばらっきを吸収できる位置関係でバンプの下方にあればよい。榭脂の形成方法は、例えば、微細インクジェットによって吐出形成すること、デイスペンサなどによりパター- ングを行う、凸版印刷、凹版印刷、露光技術、レーザー露光、レーザーエッチング、電子ビーム露光などが挙げられる。

さらに、バンプに電極を接続することで、プローブの信号を取り出すことができる。基板および Zまたは榭脂の上に電極を設ける方法は、例えば、微細インクジェットによつて吐出形成すること、エッチング、露光技術、デイスペンス、凸版印刷、凹版印刷、露光技術、レーザー露光、レーザーエッチング、電子ビーム露光などが挙げられる。電極の厚さに特に制限はないが、例えば、 0. 1〜： LOO /z mが好ましぐ 1〜50 /ζ πιがより好ましい。電極の材料は通常用いられるものでよぐ例えば、金、銅、銀などが挙げられる。

基板、榭脂、電極などプローブカードとして用いられる材料の耐熱性は、 150°C以上が好ましぐ 200°C以上がより好ましい。

[0017] 本発明のプローブカードの製造方法において、立体構造物の形成のため用いられる液体材料は、例えば、金属超微粒子を含む液体材料 (例えば、金属超微粒子べ一スト）、ポリビュルフエノールのエタノール溶液（例えば、マルカリンカ一（商品名））などの高分子溶液、セラミックスのゾルーゲル液、オリゴチォフェンのような低分子溶液、感光性硬化榭脂、熱硬化性榭脂、マイクロビーズ流体を用いることができ、これらの溶液の 1種を用いてもよぐ複数の溶液を組み合わせて用いてもよい。なかでも、プローブとして好まし、導電性をもたせるため、金属超微粒子を含む液体材料を用いることが好まヽ。本発明に用いられる金属超微粒子を含む液体材料の金属種としては

、ほとんどの種類の金属又はその酸ィ匕物が挙げられる力なかでも金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、タンタル、ビスマス、鉛、スズ、インジウム、亜鉛、チタン、ニッケル、鉄、コバルト、アルミニウムなどの導電性を有するものが好ましぐ金、銀、銅、白金、またはパラジウムがより好ましぐ金または銀が特に好ましい。また、 1種類の金属であっても、 2種以上の金属力なる合金であってもよい。また、金属超微粒子の粒径は l〜100nmが好ましぐ l〜20nmがより好ましぐ 2〜10nmが特に好ましい。

立体構造物は、 1種の材料で構成しても、 2種以上の材料で構成 (例えば、多層構造に）してもよいが、プローブとしての導電性を確保するため、少なくと表層部を導電性の材料で構成することが好ましい。 2種以上の材料で構成する場合、芯の部分 (核部分）は硬度を有する材料で構成し、表層部は導電性のよい材料で構成することが好ましぐ表層部の材料として金材料を用いることが特に好ましい。この構成によれば、プローブとしたときの強度と導電性を両立することができる。好ましい組み合わせとして、核部分を銀材料で構成し、表層部を金材料で構成することが挙げられる (本発明において、表層部とは立体構造物の外表面力も約 0. 1〜： LO /z mの範囲であることが好ましぐ核部分とはその内部をいう。；)。その他の実施態様として、核部分を金属材料以外で形成し (例えば、高分子などの榭脂材料)、その表層部を金属材料 (例えば、金材料)で形成してもよい。

図 2に、好ましい実施態様として、本発明のプローブカードの製造方法により製造されたプローブカードの一例を載せている。図 2では、基板 201の上に柔軟性のある榭月旨 205力設けられ、その上に電極 202を設けている。電極 202の上で、樹月旨 205の上部にバンプを形成し、該バンプは核部分 203と、表層部 204の 2層構造となっている。

[0018] また、本発明のプローブカードの製造方法では、バンプを形成した後、熱処理をしてもよい (本発明において、熱処理とは、特に断らない限り、焼結処理を含む。 ) o熱処理温度は、用いられる金属または合金の融点などの性質に応じて適宜設定することができ、バンプ内部にポア (本発明において、ポアとは、金属超微粒子が熱処理によりお互いに焼結した際に生じる空隙をいう。 )が形成される温度とすることが好ましい。熱処理温度は、 50〜300°Cが好ましぐ 100〜250°Cがより好ましい。熱処理の方法は通常の方法によればよいが、例えば、レーザー照射、赤外線照射、高温の気体や蒸気などで行うことができる。熱処理時の雰囲気としては、大気、不活性気体雰囲気、減圧雰囲気、水素等の還元性気体雰囲気などを用いることができ、金属超微粒子の酸ィ匕を防ぐためには、還元性気体雰囲気が好ま、。

ポアが形成されるとバンプは可塑的に変形するようになり、高さ補正 (バンプの高さのばらつきを修正）をすることができる。例えば、特別な高さ補正加工を要さず、プローブを半導体チップに接触させる測定操作において、その接触圧を利用して高さがそろう変形を促すことが可能である。

本発明のプローブカードの製造方法では、プローブカード上にバンプをいくつ設けてもよいが、 1〜： LOO, 000個力 S好ましく、 10〜1000個がより好ましぐまたどのような配列にしてもよい。プローブカードの大きさは特に制約されないが、例えば、その面積を円に換算したときの円相当直径で約 250mm以下が好ま U、。

本発明のプローブカードの製造方法によれば、バンプのピッチを広くも、狭くもできる。そのため、プローブ端子とするバンプの種類、半導体の仕様に合わせた設計が可能であり、とくに微細化要求に対しては、プローブ端子群 (微細バンプ群）を精細に、桁違いに高密度に配設することもできる。プローブ端子群を、高密度に設ける場合、例えば、 1000個/ mm²とでき、 10, 000個/ mm²とすることもできる。

[0019] 本発明に用いられる液体材料の溶媒としては、水、テトラデカン、トルエン、アルコール類等が使用できる。溶剤中の金属微粒子の濃度は高い方が好ましぐ好ましくは 40質量％以上、 55質量％以上がより好ましい。ただし、溶剤の流動性、蒸気圧、沸点等、およびその他の性質、ならびに立体構造体の形成条件、例えば、雰囲気や基板の温度、蒸気圧、吐出液滴の量なども考慮して決定することができる。これは、例えば、溶剤の沸点が低い場合に、液滴の飛翔中や着弾時に溶媒成分の蒸発が起こり、基板着弾時に仕込み濃度と著しく異なることが多いためである。

本発明に用いられる液体材料の粘度は、立体構造を形成する上では高ヽ方が好ましいが、インクジェット可能な範囲であることが必要であり、粘度の決定には注意が必要である。また、ペーストの種類にも依存する。例えば、銀ナノペーストの場合は 3 〜50センチポアズ (より好ましくは 8〜30センチポアズ）が好ましい。

液体材料に用いられる溶媒の沸点は、乾燥固化が好ましく行われるものであれば特に制約はないが、 300°C以下が好ましぐ 250°C以下がより好ましぐ 220°C以下が特に好ましい。また、乾燥速度がある程度速ぐ乾燥により粘度が大きく変化するものは、立体構造物の形成材料として好ましく使用できる。乾燥固化する時間、液滴の飛翔速度、雰囲気中の溶媒の蒸気圧などは形成材料となる溶液に応じて適宜設定可能である。好ましい条件としては、乾燥固化時間は 2秒以下が好ましぐ 1秒以下がより好ましぐ 0. 1秒以下が特に好ましい。また、飛翔速度は、好ましくは 4mZs以上であり、 6mZs以上がより好ましぐ lOmZs以上が特に好ましい。飛翔速度に上限は特に無いが、 20mZs以下が実際的である。雰囲気は溶媒の飽和蒸気圧未満で行われることが好ましい。

本発明の製造方法では、液滴の適度な蒸発を利用しているため、吐出させた液滴を小さくすることができ、吐出時の液滴の直径より小さい断面直径の立体構造物の形成が可能である。つまり、本発明の製造方法によれば、従来困難とされている、微細な立体構造物の製造も可能であり、その断面直径のより自由な制御が可能である。したがって、ノズル径または吐出流体中の固形成分の濃度の調節のみでなぐ吐出液滴の蒸発を利用することで適宜断面直径を制御することが可能である。このような制御は、目的とする断面直径のほかに、立体構造物の形成時間などの作業効率を考慮して決めることちでさる。

また、別の制御方法としては、例えば、印加電圧を上げて吐出する液量を増やし、先に乾燥固化して積み重ねられた堆積物を再度溶解させたのち、電圧を下げて液量を抑えることで再び高さ方向への堆積および成長を促すという方法も採用できる。このように、印加電圧を変動させ液量の増減を繰り返すことにより、必要な断面直径に制御して立体構造物を形成することが可能である。

断面直径の制御範囲は、作業効率も考慮すると、断面直径を大きくする場合に、ノズル先端の内径の 20倍以下が好ましぐ 5倍以下がより好ましい。小さくする場合には、ノズル先端の内径の 1Z10を下限とすることが好ましぐ 1Z5以上がより好ましく、 1Z2以上が特に好ましい。

[0021] 上記のような吐出液滴の蒸発を利用して基板上に液滴固化物を堆積する過程において、基板表面の温度を制御することにより、着弾時または着弾後における液滴の液分の揮発を促進させ、着弾液滴の粘度を所望の時間で高めることができる。したがつて、例えば、液滴の液量が多く通常堆積が困難な条件においても、基板表面を加熱することにより乾燥固化を促して液滴固化物の堆積を可能とし、立体構造物の形成を実現することができる。また、乾燥固化の速度を速めることで、液滴の吐出間隔を短くし、作業効率を向上させることも可能である。

基板温度の制御手段は、特に限定されないが、ペルチェ素子、電熱ヒーター、赤外線ヒーター、オイルヒーターなど流体を使ったヒーター、シリコンラバーヒーター、またはサーミスターなどが挙げられる。また、基板温度は、材料とする流体または液滴の揮発性に応じて適宜制御できる力好ましくは 20〜150°Cであり、 25〜70°Cがより好ましぐ 30〜50°Cが特に好ましい。基板温度の制御は、液滴の着弾時の温度より高くなるように設定することが好ましぐ好ましくは約 5°C以上高ぐより好ましくは約 10 °C以上高く設定する。

液滴の蒸発量に関しては、雰囲気温度や雰囲気中の溶媒の蒸気圧により制御することも考えられるが、本発明の製造方法では、複雑な装置などを必要とせず、基板表面温度の制御という工業上好ましい方法で立体構造物の製造を可能とするものである。

[0022] 図 3は、本発明の実施に好適な微細インクジェット装置の一実施態様を一部断面により示したものである（本発明においては、電界の集中により微細液滴を飛翔付着させ、乾燥固化により該液滴を堆積させて、微細バンプを形成する方法を、微細インクジェット法とよび、その液滴吐出装置を微細インクジェット（装置）という。 ) o微細液滴サイズ実現のためには、低コンダクタンスの流路をノズル 1の近傍に設けるカゝ、またはノズル 1自身を低コンダクタンスのものにすることが好ましい。このためには、ガラス製の微細キヤビラリ一チューブが好適であるが、導電性物質に絶縁材でコ一ティングしたものでも可能である。ノズル 1をガラス製とすることが好ましい理由は、容易に数 m程度のノズルを形成できること、ガラスノズルの場合、テーパー角がついているために、ノズル先端部に電界が集中しやすぐまた不要な溶液が表面張力によって上方へと移動し、ノズル端に滞留せず、つまりの原因にならないこと、および、適度な柔軟性を持つこと等による。また、低コンダクタンスとは、好ましくは 10〜： L0m³Zs以下である。また、低コンダクタンスの形状とは、それに限定されるものではないが、例えば、円筒形状の流路においてその内径を小さくしたり、または、流路径が同一でも内部に流れ抵抗となるような構造物を設けたり、屈曲させたり、もしくは、弁を設けた形状などが挙げられる。

[0023] ノズル先端の内径は、製作の便宜の上では、 0. 01 μ m以上が好ましい。一方、ノズル先端の内径の上限は、静電的な力が表面張力を上回るときのノズル先端の内径、および局所的な電界強度によって吐出条件を満たす場合のノズル先端の内径により決めるのが好ましい。さらに、吐出させる液滴の量の点から、蒸発により硬化し堆積させることができる量に抑えることが好ましぐノズル径もそれに伴って調節することが好ましい。したがって、ノズル内径は印加する電圧や使用する流体の種類にも影響されるが、一般的な条件によれば、 15 m以下が好ましぐ 10 m以下がより好ましい。さらに、局所的な電界集中効果をより効果的に利用するため、ノズル先端の内径は 0. 01〜8 /ζ πιの範囲が特に好ましい。

またノズルの先端の外径は、上記のノズルの先端の内径に応じて適宜に定まるが、好ましくは 15 μ m以下、より好ましくは 10 μ m以下、特に好ましくは 8 μ m以下である。ノズルは針状であることが好ましい。

[0024] ノズル 1は、キヤビラリ一チューブに限らず、微細加工により形成される 2次元パターンノズルでもよい。あるいは、針状の電極と流体を供給するノズルを別体に形成し、近接して位置する構造でも差し支えな!/、。

例えば、ノズル 1を成形性のよいガラスとした場合、ノズルを電極として利用することはできないから、ノズル 1内には、例えばタングステン線などの金属線 (金属電極線） 2からなる電極を挿入してもよいし、ノズル内にメツキで電極を形成してもよい。ノズル 1自体を導電性物質で形成した場合には、その上に絶縁材をコーティングしてもよい。電極を配置する位置に特に制約はなぐノズルの内側でも外側でもよぐさら〖こは、内側、外側の両方、またはノズルとは別の位置に配してもよい。

また、ノズル 1内には吐出すべき溶液 3が充填される。このとき、ノズル内に電極を挿入した場合には、電極 2は溶液 3に浸されるように配置される。溶液 (流体） 3は、図示しない溶液源から供給される。ノズル 1は、シールドゴム 4およびノズルクランプ 5によりホルダー 6に取り付けられ、圧力が漏れな、ようになって!/、る。

圧力調整器 7で調整された圧力は圧力チューブ 8を通してノズル 1に伝えられる。以上のノズル、電極、溶液、シールドゴム、ノズルクランプ、ホルダー及び圧力ホルダ一は側面断面図で示されて、る。ノズルの先端に近接して基板 13が基板支持体（基板ホルダー） 14により配設されている。

[0025] 本発明のプローブカードの製造方法に用いる圧力調整装置の役割は、高圧を付加することで流体をノズル力押し出すために用いることができる力むしろコンダクタンスを調整したり、ノズル内への溶液の充填、ノズルつまりの除去などに用いるために特に有効である。また、液面の位置を制御したり、メニスカスの形成にも有効である。また、電圧パルスと位相差を付けることでノズル内の液体に作用する力を制御することで微小吐出量を制御する役割も担う。

コンピューター 9からの吐出信号は、任意波形発生装置 10に送られ制御される。任意波形発生装置 10より発生した任意波形電圧は、高電圧アンプ 11を通して、電極 2へと伝えられる。ノズル 1内の溶液 3は、この電圧により帯電する。これによりノズル先端の集中電界強度を高めるものである。

[0026] 本実施態様においては、図 4に示したようにノズル先端部における電界の集中効果と、その電界の集中効果により流体液滴を荷電させることにより、対向基板に誘起される鏡像力の作用を利用する。なお、図 4は、ノズル先端の内径 dのノズルに導電性インク (液滴用流体)を注入し、無限平板導体カゝら hの高さに垂直に位置させた様子を模式的に示したものである。また、 rは無限平板導体と平行方向を示し、 Zは∑軸（高さ）方向を示している。また、 Lは流路の長さを、 pは曲率半径をそれぞれ示している。 Qはノズル先端部に誘起される電荷である。また、 Q'は基板内の対称位置に誘導された反対の符号を持つ鏡像電荷である。このため、先行技術のように基板 13または基板支持体 14を導電性にしたり、これら基板 13または基板支持体 14に電圧を印加する必要はない。また、ノズル先端に集中する集中電界強度を高めることにより、印加する電圧を低電圧化したものとなる。また、電極 2への印加電圧はプラス、マイナスのどちらでもよい。

[0027] ノズル 1と基板 13との距離は（以下、特に断らない限り、「ノズルと基板との距離」とはノズル先端カゝら基板のノズル側の表面までの距離をさす。）、鏡像力による着弾精度、または飛翔中の液滴の蒸発量、つまり飛翔中の乾燥による液滴の粘度上昇に応じて適宜調整することができる。また、構造物の成長にあわせ変化させ、さらに高いァスぺタト比が得られるよう調整してもよい。逆に、近接した構造物の影響を避けるため、近接する構造物の高さより低い位置にノズルの先端を配置してもよい。一方、表面に凹凸のある基板上に吐出するには、基板上の凹凸とノズル先端との接触を避けるさけたりするため、ある程度の距離が必要である。着弾精度および基板上の凹凸などを考慮すると、ノズル 1と基板 13との距離は 500 m以下が好ましぐ基板上の凹凸が少なく着弾精度を要求される場合には 100 m以下が好ましぐ 50 m以下がより好ましい。一方、接近しすぎないように、 5 m以上が好ましぐ 20 /z m以上がより好ましい。

また、図示しないが、ノズル位置検出によるフィードバック制御を行い、ノズル 1を基板 13に対し一定に保つようにする。また、基板 13を、導電性または絶縁性の基板ホルダーに裁置して保持するようにしてもょ、。

[0028] 本発明のプローブカードの製造方法において、バンプの高さは、吐出時間、電圧の変化、基板の温度、ノズルの高さなどにより制御することができる。一方、バンプの太さに関しては、吐出量を減少させるほど立体構造は形成しやすくなる。このとき、一且成長を開始した着弾物は、急速に成長するために、細長い構造物になりやすい。一方、用途によっては、太い構造体を形成したい場合や、径を変化させたい場合がある。そのような場合には、電圧などを調節して、一旦成長させた構造体を溶力して、再度成長させるという過程を繰り返すことで、任意の径の構造体を得ることが可能である。

[0029] 本発明のプローブカードの製造方法に用いられる微細インクジェット装置は、コンパタトで設置の自由度が高いため、マルチノズルィ匕を行うことができ、例えば、国際公開第 03Z070381号に記載されている微細インクジェット装置を好ましく使用することができる。なお、印加する電圧はデューティー比を最適化したパルス電圧、交流、および直流バイアスをカ卩えた交流などが望ましいが、直流であってもよい。

本発明のプローブカードの製造方法において、構造物を形成する位置調整は、 X — Y— Zステージ上に、基板ホルダーを配置し、基板 13の位置を操作することが実用的であるが、これにとらわれず、逆に X—Y—Zステージ上にノズル 1を配置することも可能である。また、ノズルと基板との距離は、位置微調整装置を用いて適当な距離に調整することができる。さらに、ノズルの位置調整は、レーザー測距計による距離データを元に Z軸ステージをクローズドループ制御により移動させ、 1 μ m以下の精度で一定に保つこともできる。

従来のラスタスキャン方式では、連続した線を形成する際に、着弾位置精度の不足や、吐出不良などにより配線がとぎれてしまうケースも起こりうる。このため、本実施の形態においては、ラスタスキャン方式に加え、ベクトルスキャン方式を採用してもよい。単ノズルのインクジェットを用いて、ベクトルスキャンにより回路描画を行うこと自体については、例えば、ジャーナル'ォブ 'マイクロエレクトロメ力-カル 'システム（Journal of icroelectromechanical systems) , b. B. Fuller et al., Vol. 11, No.l, p.54 (2002) に記載されている。

[0030] ラスタスキャン時には、コンピュータ画面上で対話式に描画箇所を指定できるような新たに開発した制御ソフトを用いてもよい。また、ベクトルスキャンの場合も、ベクトルデータファイルを読み込むことで、自動的に複雑パターン描画が可能である。ラスタスキャン方式としては、通常のプリンタによって行われて、る方式を適宜用いることができる。また、ベクトルスキャン方式としては、通常のプロッタで用いられている方式を適宜用いることができる。

例えば、使用ステージとして、シグマ光機製の SGSP— 20— 35 (XY)と、 Mark— 2 04コントローラーを用い、また、制御用ソフトウェアとしてナショナルインスツルメンッ製の Labviewを使用して、自作し、ステージの移動速度を 1 μ mZsec〜： LmmZsec の範囲内でもっとも良好な描画となるように調整した場合を考える。この場合、ステージの駆動は、ラスタスキャンの場合は、好ましくは 1 μ m〜100 μ mピッチで移動させその動きに連動させ、電圧パルスにより吐出を行うことができる。また、ベクトルスキヤンの場合はベクトルデータに基づき、連続的にステージを移動させることができる。本発明のプローブカードの製造方法における、これらの吐出位置調整方法によれば、制御データーの設定、入力によって自由な位置に、かつ迅速に、立体構造物の形成位置を調節可能である。したがって、電極配置の多様化や、その頻繁な変更にも柔軟に対応し、適切なプローブ配置としたプローブカードを提供することができる。本発明のプローブカードの製造方法において、微細インクジエトから吐出される液滴は、微細であるために、インクに用いる溶媒の種類にもよる力基板に着弾すると瞬間的に蒸発し、液滴は瞬間的にその場に固定される。このときの乾燥速度は従来のインクジエト技術によって生成されるような数十 μ mのサイズの液滴が乾燥する速度に比べ、桁違いに速い。これは、液滴の微細化により蒸気圧が著しく高くなるためである。したがって、短時間に微細バンプを形成することができ、例えば 1つのバンプを (材料、構造、大きさなどにもよるが）、好ましくは 0. 1〜300秒で形成することができ、より好ましくは 5〜120秒で形成することができる。ピエゾ方式などを用いた従来のインクジェット技術では、本発明の製造方法で形成されるほどの微細なバンプを、短時間に形成することは困難であり、また着弾精度も悪い。

本発明のプローブカードの製造方法によれば、アスペクト比を自由に設定しうる微細なバンプを、精度と生産性よく形成することができ、緻密で精度の高いプローブ力ードを提供することができる。さら〖こは、本発明のプローブカードの製造方法を応用して、インターポーザーや、積層基板を製造することも可能である。

本発明のプローブカードの製造方法によれば、作製に要するエネルギー消費量が極めて小さぐフォトマスクや、金型を必要とせず、試作が容易に可能である。しかも、必要な場所に必要なだけの量の資源を投入できるという利点がある。また、本発明の製造方法で得られるプローブカードは、電子部品、表示素子、 IC、 LSI,バイオチップ、生体用電極などさまざまな電子部品の検査技術分野や、バイオエレクトロニクス分野に活用することができる。

実施例

[0032] 以下に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

(実施例 1)

図 3に示したインクジェットにより、銀超微粒子ペースト (ハリマ化成社製、銀ナノべ一スト、銀含有量 58質量％、比重 1. 72、粘度 8. 4cps)を吐出し、金を蒸着したガラス基板の上に、バンプの核部分を形成した。なお、ノズル先端の内径は 1 μ m、室温 (22°C)雰囲気下、ノズル内のペーストに印加した電圧は交流のピーク 'ッ'ピーク電圧で約 450V、ノズルと基板との距離は約 100 mにそれぞれ設定した。 1つのバンプの核部分を形成するのに要した時間は 10秒であった。

さらに、バンプの核部分の上から、図 3のインクジェットにより、金超微粒子ペースト（ノ、リマ化成社製、金ナノペースト NPG— J、金含有量： 66. 9質量⁰ /₀、比重 2. 15、粘度 29. Ocps)を吐出し、バンプの表層部を形成し、プローブカードを作製した。

1つのバンプの表層部を形成するのに要した時間は 5秒であった。なお、ノズル先端の内径は l /z m、室温（22°C)雰囲気下、ノズル内のペーストに印加した電圧は、交流のピーク 'ッ'ピーク電圧で約 200V、ノズルと基板との距離は約 100 μ mにそれぞれ設定した。

作製したプローブカードのバンプ (核部分と表層部を合計した全体)の断面直径は約 5 μ m、高さは約 20 μ m、各バンプのピッチは 50 μ mであった。

図 5に、形成した 6つのバンプのレーザー顕微鏡写真を載せた。また、図 6には、図 5中のバンプの 1つをさらに拡大した顕微鏡写真 (倍率 5 , 000倍)を載せた。

[0033] (実施例 2)

ノズルを旋回半径 7. 5 mで旋回させながら行った以外は、実施例 1に示したバンプ核部分の形成方法と同様にしてバンプ核部分を形成した。次いで、実施例 1に記載のバンプ表層部の形成方法と同様にして、バンプ表層部を形成し、プローブカードを作成した。作製したプローブカード上のバンプは中空の円錐台形状であり、壁面の厚さが約 3 μ mであり、先端部付近の円錐台形状の断面直径が約 8 m、高さは約 40 mであつた o

図 7に、形成したバンプの顕微鏡写真 (倍率 2, 000倍)を載せた。

産業上の利用可能性

本発明の製造方法で得られるプローブカードは、電子部品、表示素子、 IC、 LSI, バイオチップ、生体用電極などさまざまな電子部品の検査技術分野や、バイオエレクトロ二タス分野に活用することができる。

Claims

請求の範囲

[I] 微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出して、微細バンプを形成することを特徴とするプローブカードの製造方法。

[2] 前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成することを特徴とする請求項 1記載のプローブカードの製造方法。

[3] 前記基板として柔軟性のある基板を用いることを特徴とする請求項 1または 2記載のプローブカードの製造方法。

[4] 前記基板上に、柔軟性のある榭脂を設け、該榭脂の上部に前記微細バンプを形成することを特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載のプローブカードの製造方法。

[5] 前記微細バンプの断面直径が 1〜50 mであることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のプローブカードの製造方法。

[6] 前記微細インクジェット法が、電界の集中により微細液滴を飛翔付着させ乾燥固化により該液滴を堆積させる前記微細バンプの形成方法であることを特徴とする請求項

1〜5のいずれ力 1項に記載のプローブカードの製造方法。

[7] 微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出し形成した微細バンプを有することを特徴とするプローブカード。

[8] 前記基板上に柔軟性のある榭脂を設け、該榭脂の上部に前記微細バンプを形成したことを特徴とする請求項 7記載のプローブカード。

[9] 前記微細バンプの断面直径が 1〜50 μ mであることを特徴とする請求項 7または 8 記載のプローブカード。

[10] 前記基板上にバンプを互いに短ピッチで配設した微細バンプ群を有することを特徴とする請求項 7〜9のいずれ力 1項に記載のプローブカード。

[I I] 前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成したことを特徴とする請求項 7〜 10のいずれ力 1項に記載のプローブカード。

[12] 前記微細バンプを熱処理することにより該微細バンプ内にポアを形成したことを特徴とする請求項 7〜： L 1の、ずれか 1項に記載のプローブカード。