(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスのバーンイン試験を行うためのメンブレンリングを製造するメンブレンリングの製造方法であって、
リングに、展開した状態でメンブレンを接着して、前記リングに前記メンブレンが均一な張力で張られたものを作製する工程と、
前記メンブレンにバンプを形成する前に、前記リングに前記メンブレンが均一な張力で張られたものに対し、前記メンブレンに対して音波を与えることで前記メンブレンを振動させ、該メンブレンの振動を光学的に測定することで、その測定データに基づいて前記メンブレンの張力を算出する張力測定工程とを有することを特徴とするメンブレンリングの製造方法。
【請求項２】
前記メンブレンが、銅箔とポリイミドフィルムとを張り合わせた構造のフィルムであることを特徴とする請求項１記載のメンブレンリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メンブレンリングの製造方法に関し、主にウェハ上に多数形成された半導体デバイスのバーンイン試験を一括して行うために使用されるバーンインコンタクタの製造及び検査に利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス等の素子の検査に使用されるコンタクトボード等においては、被検査素子と直接接触する部分としてコンタクト部分を受け持つバンプ付きメンブレン（膜）が使用される。例えば、半導体チップの電気的特性試験に用いられるプローブカードにおいては、半導体チップの周縁またはセンターライン上に形成されたパッドに対応して約６００〜１０００ピン程度のバンプを形成したメンブレンが使用されている。また、ウェハ上に多数形成された半導体デバイスを一括して検査するために用いられるバーンインボード（特開平７−２３１０１９号公報参照）においては、プローブカードのピン数にチップ数を乗じた数のバンプを形成したメンブレンが使用されている。
【０００３】
図５はメンブレンの例を示す。図に示すように、メンブレンリング１０は、通常、ポリイミド等のフィルム（メンブレン）２をリング１１上に展開状態で接着したもので、フィルム２の一方の面にはバンプ５が形成され、他方の面にはパッド８が形成されている。そして、フィルム（メンブレン）２上のパッド８は、異方性導電ゴムシート４０を介して多層配線基板２０のパッドと接続されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記メンブレンリング１０を使用してバーンイン試験を行う際、異方性導電ゴムシート４０の熱膨張率はフィルム２の膨張率より大きいので、異方性導電ゴムシート４０に吸着した状態でフィルム２が、異方性導電ゴムシート４０と同じだけ熱膨張する。即ち、フィルム２を単にバーンイン試験の設定温度（８０〜１５０℃）以上の温度で加熱した場合に比べ、より異方性導電ゴムシート４０の熱膨張が大きいので、このストレスによりフィルム２が膨張するのである。このテンションが大きい状態でフィルム２とリング１１とを接着する熱硬化性接着剤が硬化し、フィルム２とリング１１が接着される。即ち、異方性導電ゴムシート４０上のフィルム２は、皺、撓み、弛みなく均一に展開した状態で接着されるのである。
【０００５】
ところで、バーンイン試験を行う場合、メンブレン（フィルム２）の張力が良品／不良品の判断における非常に重要なファクタになるため、メンブレンの張力測定を行う必要が出てくる。このメンブレンの張力測定を行う方法としては、例えば、メンブレンに一定の荷重をかけ、そのときのメンブレンの変位を測定することで張力を算出する方法を採ることが考えられる。
【０００６】
しかし、この方法でメンブレンの張力を測定するには、荷重をかけるためにメンブレンに接触せねばならず、その結果、メンブレンが変形して、メンブレンに皺、撓み、弛み等が生じ、試験時の位置精度が狂うおそれがあった。また、メンブレンに傷が付く可能性があるので全数検査ができない上、迅速な検査も不可能であった。
【０００７】
本発明は、リングに張られたメンブレンの張力を非接触で迅速に測定することのできる張力測定方法を利用してメンブレンリングを製造するメンブレンリングの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段としてのメンブレンリングの製造方法は、半導体デバイスのバーンイン試験を行うためのメンブレンリングを製造するメンブレンリングの製造方法であって、リングに、展開した状態でメンブレンを接着して、前記リングに前記メンブレンが均一な張力で張られたものを作製する工程と、前記メンブレンにバンプを形成する前に、前記リングに前記メンブレンが均一な張力で張られたものに対し、前記メンブレンに対して音波を与えることで前記メンブレンを振動させ、該メンブレンの振動を光学的に測定することで、その測定データに基づいて前記メンブレンの張力を算出する張力測定工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態では、メンブレンリングを固定し、メンブレンリングの直下に配置したスピーカから出力される一定の振動数の音波をメンブレンリングに与えることで、メンブレンを振動させる。そして、その時のメンブレンの固有振動数を光学式振動計にて測定することにより、メンブレンの張力を算出する。ここで、メンブレンの振動数は、メンブレン（膜）の張力、メンブレンの材質、厚み（面密度）、リングの径及び形に依存するので、張力以外のファクタが同一ならば、張力のみの関数となる。従って、メンブレンの固有振動数として、容易に測定可能な基本振動数を検出することにより、張力を簡単に算出することができる。つまり、メンブレンの固有振動を光学的に測定することにより、非接触で且つ迅速にメンブレンの張力を測定することができるのである。
【００２２】
メンブレンリングの張力の算出方法について説明する。例えば、円形リングに張力Ｔで張られた膜（面密度ρ、膜半径ｒ）の固有振動数Ｆｍｎは、次式（１）にて与えられる。
Ｆｍｎ＝Ｃ・η／２πｒ  ｍｎ            …（１）
【００２３】
ここで、式１において、Ｃ＝（Ｔ／ρ）1/2 であって、η  ｍｎは第１種のベッセル関数Ｒ＝Ｊｎ（η）の根である。そして、ｎは膜を張ったリングの中心を通る接線（節直径）の数であって、ｍは円形の接線（節円）の数である。
【００２４】
つまり、リングを固定端として、接線０、接円はリング端１つである場合、即ち、ｍ＝１、ｎ＝０となるような基本振動の場合には、η＝２４０５である。故に、η＝２４０５を式（１）に代入すると、次式（２）に示すようになる。
Ｆ＝｛（Ｔ／ρ）1/2 ／２πｒ｝・２４０５…（２）
【００２５】
さらに、これを張力Ｔについて解くと、式（３）のようになる。
Ｔ＝ρ・（２πｒ・Ｆ／２４０５）2       …（３）
【００２６】
ここで、張力測定対象としては、たとえば、ＳｉＣリング（内径２２２ｍｍ）にポリイミドメンブレン（膜厚：２５μｍ、面密度０．００３５５ｇ／ｃｍ2 ）張力を持たせて張ったものを用い、以降、このメンブレンの張力を測定した場合を例として説明する。
【００２７】
このメンブレンにおいては、式（３）に上記それぞれの数値を代入すると、式（４）が得られる。
Ｔ＝０．００３５５・｛２π・（２２．２／２）・Ｆ／２４０５｝2 …（４）
よって、張力Ｔは前記メンブレンの有する基本振動数Ｆを測定することにより得ることができる。
【００２８】
次に、均一の張力をもって張られた膜、たとえば、リングに張られたメンブレンに対する張力測定方法について説明する。これによって、膜すなわちメンブレンの有する基本振動数Ｆを測定し、それに基づいて張力Ｔを測定することができる。
【００２９】
ここで予め、測定対象であるメンブレンリングの作成方法について簡単に説明しておく。メンブレンリングを作成する場合は、まず図４（ａ）に示すように、平坦度の高いアルミニウム板１３上に厚さ５ｍｍの均一の厚さのシリコンゴムシート１４をおく。また、例えば、厚さ約１８μｍの銅箔にポリイミドを約２５μｍの厚みにキャスティングした後、ポリイミドを加熱し乾燥および硬化させて、銅箔とポリイミドフィルムを貼り合わせた構造のフィルム９を形成する。
【００３０】
次いで、上記シリコンゴムシート１４上に、銅箔とポリイミドフィルムを貼り合わせた構造のフィルム９を、銅箔側を下にして均一に展開した状態で吸着させる。この際、シリコンゴムシート１４にフィルム９が吸着する性質を利用し、皺や撓みが生じないように、空気層を追い出しつつ吸着させることで、均一に展開した状態で吸着させる。
【００３１】
次に、直径約８インチ、厚さ約２ｍｍの円形のＳｉＣリング１１の接着面に熱効果性接着剤１２を薄く均一に（５０〜１００μｍ）塗布し、フィルム９上に置く。ここで、熱硬化性接着剤１２としては、バーンイン試験の設定温度（８０〜１５０℃）よりも０〜５０℃高い温度で硬化するものを使用する。本実施例ではボンドハイチップＨＴ−１００Ｌ（主剤：硬化剤＝４：１）〔コニシ（株）社製〕を使用した。さらに、平坦性の高いアルミニウム板（重さ約２．５ｋｇ）を重石としてリング１１に載せる（図示せず）。
【００３２】
そして、張力測定における被測定物として、バンプ形成前の図４（ｃ）に示すメンブレンリングを得る。なお、バンプ形成後のメンブレンリングを利用してもよいが、メンブレンリング製造工程における完成品でない方が、歩留まり向上の点ではより望ましい。
【００３３】
次に、図１を参照にしながら本発明の実施形態の張力測定装置を説明し、その後で当該張力測定装置の使用した張力測定方法について説明する。
図１に示す張力測定装置は、主たる構成要素として、レーザドップラ振動計（検出手段）１０１、ＦＦＴサーボアナライザ１０２、スピーカ１０５、発振器及び増幅器１０６、及び被測定物であるメンブレンリング１０を固定する固定装置としての固定治具１１０と石ステージ１１１を備えている。スピーカ１０５と発振器及びアンプ１０６は音源を構成している。
【００３４】
前記レーザドップラ振動計１０１は、非接触でメンブレン９の振動数（周波数）を測定する装置であって、振動しているメンブレンリング１０にレーザ光線を照射し反射させることにより、メンブレン９の振動の測定を行う。従って、反射される波長の短長を判断することによって、光学的にメンブレン９の固有振動における基本振動数を測定することができる。このレーザドップラ振動計１０１の感知部の先端は、メンブレン９から１０ｃｍ程度離し、且つ、メンブレン９の中心部に近い位置の上方に配置した。
【００３５】
スピーカ１０５は石ステージ１１１の上に上向きに配置した。このスピーカ１０５の音は、音圧レベルとして８９ｄＢ、かつ６０〜１８００Ｈｚの音域を使用した。このスピーカ１０５は、メンブレン９の有する固有振動における基本振動数を測定するのに使用する音波を発生するもので、メンブレン９を振動させる機能を果たす。スピーカ１０５の配置に関しては、メンブレン９の中心部に近い位置で且つメンブレン９の下方に配置した。
【００３６】
発振器および増幅器１０６は、前記スピーカ１０５と接続して使用し、スピーカ１０５から出力される音を振動させるために、音波を増幅する装置である。
【００３７】
石ステージ１１１は装置そのものを固定するものであり、固有治具１１０はメンブレン９のみを振動させるためにリング１１を押さえるものである。なお、固定装置については、上記の目的（メンブレン９のみを振動させるためリング１１を固定する目的）を達成するものであれば、特にその構成については限定されない。
【００３８】
また、ＦＦＴサーボアナライザ１０２は、前記レーザドップラ振動計１０１により測定されたメンブレン９の振動を解析して、振動周波数と音の強度とのデータを測定し、図２に示すようなグラフを作成するものである。このＦＦＴサーボアナライザ１０２の出力はコンピュータ１２０に入力され、コンピュータ１２０がＦＦＴサーボアナライザ１０２の出力と、記憶したデータとを照合することにより、メンブレン９の張力を演算し出力する。
【００３９】
図２はメンブレン９における音波による振動の減衰を表しており、横軸が周波数（ｋＨｚ）即ち前記式（４）における基本振動数Ｆを示しており、縦軸が音波の強度（ｄＢ）を示している。この張力測定装置にて、前述したように基本振動数Ｆを測定したところ、図２に示すように、約１．２８ｋＨｚの位置に基本振動数Ｆのピークが得られた。ここで、この基本振動数Ｆの測定においては、スピーカの周波数を取り除いた上で横軸のレンジを徐々に狭めていき、最も低周波である基本振動の部分を検出することにより、メンブレン９の基本振動数を検出することができる。図２のグラフによれば、周波数約１．２８ｋＨｚのところで強度のピークがみられるため、メンブレン９の有する基本振動数Ｆが約１．２８ｋＨｚであることがわかる。コンピュータ１２０には、予め、基本振動数Ｆからメンブレン９の張力を算出するデータが格納されており、基本振動数Ｆの測定に基づいて即座にメンブレンの張力Ｔを得ることができる。
【００４０】
なお、メンブレン９の張力を測定するための測定条件としては、信号出力の種類として、音の速度０．０１ｍ／ｓｅｃ／Ｖ，ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を１００ｋＨｚ、ＨＰＦ（ハイパスフィルター）をＤＣに設定した。
【００４１】
次に、この張力測定装置を使用した張力測定方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。
まず、メンブレンリング１０を固定装置により固定し、上記測定条件を設定して、スピーカ１０５から音波を発生させる。そうすると、スピーカ１０５から出力された音波によりメンブレン９が振動する。このときに、メンブレン９の上方に配置されたレーザドップラ振動計１０１の先端部から、レーザ光線をメンブレン９表面に照射する。そして、メンブレン９の表面に照射されたレーザ光線によりメンブレン９の振動による変位の変化をとらえ、反射光の波長を測定することで、レーザドップラ振動計１０１における感知部にて、前記反射したレーザ光線を感知し、メンブレン９の固有振動における基本振動数Ｆを測定する。
【００４２】
測定された光波における基本振動数ＦのデータがＦＦＴサーボアナライザ１０２に入力されると、ＦＦＴサーボアナライザ１０２は、前記音域にて測定された各周波数ごとの各音波の強度を解析して、図２に示すようなデータとして出力する。そして、ピークの得られた点における周波数が基本振動数Ｆであるので、コンピュータ１２０は、その基本振動数Ｆに基づいてメンブレン９の張力を演算し出力する。
【００４３】
ここで、コンピュータ１２０には、予め、ＦＦＴサーボアナライザ１０２から入力される基本振動数に関するデータから張力を演算するプログラムが格納されているものとする。あるいは、各張力Ｔと、得られた各周波数すなわち各振動数との関係を、図３に示すようなグラフにて表示することができるプログラムをコンピュータ１２０に組み込むことも可能である。
【００４４】
図３は張力と振動数の関係を示している。これは、図１に示す張力測定装置においてそれぞれ得られた基本振動数Ｆを前記式（４）に代入することで得られるものである。例えば、ここで得られた基本振動数Ｆ＝１．２８×１０3 Ｈｚを、式（４）に代入することにより、張力Ｔとして、４．８８ｄｙｎ／ｃｍ2 という値を得ることができる。
【００４５】
ここで、例えば良品とすることができるメンブレンリング１０については、張力Ｔにおいて、得られた膜の固有振動数における基本振動数に対し、マージンを±１ｄｙｎ／ｃｍ2 程度として設定することが望ましい。即ち、実施形態に示すような基本振動数が測定された膜については、得られた基本振動数が約１．２〜１．４ｋＨｚ、張力が４．２９４〜５．８４５ｄｙｎ／ｃｍ2 である場合に良品であると認定するようにすることが望ましく、このデータもコンピュータ１２０のプログラムに組み込んでおくことにより、自動的に且つ迅速に良品・不良品を判別することができる。
【００４６】
なお、コンピュータ１２０等の演算装置が接続されていない場合でも、張力を求めることはできる。即ち、ＦＦＴサーボアナライザ１０２から出力される基本振動数Ｆを前記式（４）に代入することによって、メンブレンの張力Ｔを算出することができる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、張力を測定する膜がメンブレンである場合を示したが、本発明の張力測定装置及び測定方法は、特にこれに限定されることなく、固有振動数を有する膜であれば、種々の膜を対象として張力を測定することができる。また、本発明の張力測定装置においては、音波を発生する手段としてスピーカ１０５を設けているが、スピーカ１０５や増幅器がなくても膜（メンブレン）を振動させることができる場合は、特にスピーカや増幅器を設ける必要はない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、音波で膜を振動させ、膜の振動を光学的に検出するようにしたので、膜に非接触で膜の張力を迅速に測定することができる。従って、張力についての条件の厳しいメンブレンのようなものに対して本発明を適用することにより、製造工程の途中でも、良品・不良品を分けることができるようになり、歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の張力測定装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態の説明図で、メンブレンの振動の強度と周波数の関係を示す特性図である。
【図３】本発明の実施形態の説明図で、メンブレンの振動数と張力の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施形態で測定対象とするメンブレンリングの作製方法を示す説明図である。
【図５】一般的なメンブレンリングについての説明図である。
【符号の説明】
９  メンブレン
１０  メンブレンリング
１１  リング
１０１  レーザドップラ振動計（検出手段）
１０２  ＦＦＴサーボアナライザ（検出手段）
１０５  スピーカ
１０６  発振器及び増幅器
１１０  固定治具（固定手段）
１１１  石ステージ（固定手段）
１２０  コンピュータ（演算手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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