JP2001116765A

JP2001116765A - プローブカードピン

Info

Publication number: JP2001116765A
Application number: JP33702499A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kimori; 義夫木森; Yoshinobu Kageyama; 喜信陰山; Ichiro Nagao; 一郎長尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】極細寸法にした場合でも十分なプローブカー
ドピン特性を有し、特に十分な耐摩耗性，ばね性があ
り、長時間使用しても接触抵抗値の増加が小さいプロー
ブカードピンを提供する。【解決手段】母材がニッケルタングステン合金よりな
るプローブカードピンである。タングステン比率を５〜
３０重量％に制御し、また、金属組織の少なくとも一部
をナノ結晶構造にすることで、耐摩耗性をさらに高める
ことができる。さらに、本発明のプローブカードピンに
おいて、胴部１の横断面形状を正方形または長方形にす
ることにより、特に曲げ強度（ばね性）の向上が顕著で
ある。また、プローブカードピンの先端側はテーパ部２
を介して楔形状の先端部３を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハー上
に構成された集積回路の電気的特性を検査するためのプ
ローブカードに組み込まれるプローブカードピンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の通電試験に利用されるプロー
ブカードは、基板上に多数本のプローブカードピンを狭
ピッチ間隔で並設した構成となっている。この構成上、
プローブカードピンの直径（或いは幅寸法）は、より小
さい方が好ましい。また、必要なプローブカードピン特
性としては導電性はもちろんのこと、耐摩耗性（代用特
性として“硬度”を用いる）、ばね性、耐食性、低接触
抵抗などがあり、これらの要求特性を満たす材料が研究
されてきた。従来用いられている一般的なプローブカー
ドピンの材料として、Ｗ（タングステン）、Ｒｅ−Ｗ
（レニウムタングステン）、Ｐｄ（パラジウム）合金、
Ｃｕ−Ｂｅ（ベリリウム銅）などがあり、被検査体電極
（電極パッド）の種類に応じて使い分けされている。具
体的には、アルミニウム電極パッドに対しては、その電
極表面の酸化皮膜を突き破る必要があるため、硬度の高
いＷ，Ｒｅ−Ｗのプローブカードピンが主に用いられて
いる。また、金電極パッドに対しては、逆に電極表面に
キズをつけないように、比較的柔らかいＢｅ−Ｃｕ，Ｐ
ｄ合金のプローブカードピンが主に用いられている。

【０００３】しかしながら、上記従来の材料は電極パッ
ドとの凝着を起こし易く、安定して接触抵抗を低く維持
することが出来なかった。つまり、プローブカードピン
先端と集積回路の電極パッドとが接触する際に、プロー
ブカードピン先端部で電極パッド表面をこすり、削り屑
が生じるが、この削り屑がプローブカードピンに付着し
易いため、繰り返しコンタクトした場合にプローブカー
ドピンの先端部に削り屑が付着して滞留する。こうなる
と、付着した削り屑が導通テストの誤動作の原因とな
る。ことに、電極パッドがアルミニウムの場合、電極パ
ッド表面に形成された酸化アルミニウム膜を削ることに
なるが、この酸化アルミニウムは絶縁性を有するため接
触抵抗値が増加し、その後の検査に支障をきたすことに
なっていた。

【０００４】また、個々の材料について言えば、ＷやＲ
ｅ−Ｗのプローブカードピンは、耐摩耗性、ばね性は良
いが、電極パッドとの初期の接触抵抗を十分低くするこ
とができないため、上記の削り屑が多く発生し接触抵抗
が早期に増大する欠点がある。また、Ｃｕ−ＢｅやＰｄ
合金のプローブカードピンは、導電性は良いが、硬度が
低いため、耐摩耗性が悪い。また、ばね性・剛性が悪い
ため、コンタクト回数が多くなると、いわゆる『へた
り』が生じ、電極パッドとプローブカードピン先端の接
触位置が変動したり、接触圧が小さくなったりする。そ
して、これらが原因となってコンタクト不良を起こすた
め、検査が不可能となる。

【０００５】また、近年の集積回路の高密度化に伴い、
プローブカードもさらなる狭ピッチ化が進み、これに対
応するため超極細のプローブカードピンが必要となって
きた。例えば、従来は直径１５０〜２００μｍ程度であ
ったものが、最近は直径１００μｍ以下のプローブカー
ドピンが要求されるようになってきている。線径が１０
０μｍ以下、特に５０μｍ以下になると、上記従来の材
料では、ばね性（剛性）や硬度に起因する耐摩耗性が不
足気味となり、コンタクト時の圧力に十分に耐えること
ができなくなる。具体的に硬度についていえば、ＷはＨ
ｖ６００〜７００程度、Ｒｅ−ＷはＨｖ６５０〜７５０
程度、Ｂｅ−Ｃｕ，Ｐｄ合金はＨｖ３００〜４００程度
である。また、プローブカードピンの製造技術におい
て、従来のような伸線加工により直径５０μｍ以下のプ
ローブカードピンを得るためには高度の技術が必要で、
加工コストが極端に高くなる。さらに、伸線加工が可能
であっても、その後の矯正加工で高い真直性を付与する
のは至難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
プローブカードピンの欠点を解消し、極細寸法にした場
合でも十分なプローブカードピン特性を有し、特に十分
な耐摩耗性，ばね性があり、長時間使用しても接触抵抗
値の増加が小さいプローブカードピンを提供することを
課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明のプローブカードピンは、母材がＮｉ−Ｗ
（ニッケルタングステン）合金よりなることを特徴とす
る。上記構成のプローブカードピンにすれば、従来のプ
ローブカードピン材料の硬度レベルより高い硬度を得る
事ができ、高い耐摩耗性を得ることができる。すなわ
ち、ビッカース硬度で７２０〜８００Ｈｖ程度の高硬度
を得ることができる。また、Ｎｉを含有することによ
り、集積回路のアルミニウムパッドの削り屑がプローブ
カードピンに付着しにくく、長時間の検査が可能とな
る。これは、Ｎｉがアルミに対して凝着しにくい特性を
生かしたものである。

【０００８】また、本発明のプローブカードピン材料の
好適な化学成分は、タングステン比率が５〜３０重量％
であり、残部がニッケル及び不可避的不純物であること
である。タングステン比率が５％に満たない場合は、十
分な耐摩耗性が得られない。逆にＷが３０％を越える
と、耐摩耗性は高いが電極パッドとの凝着が起こり易く
なる。より好適なＷの範囲は１５〜２５重量％である。

【０００９】また、本発明のプローブカードピンを構成
する合金の金属組織がナノ結晶構造を有することで耐摩
耗性をさらに向上することができる。

【００１０】また、本発明のプローブカードピンは、少
なくとも胴部の横断面形状が正方形または長方形である
ことにより、従来の丸形状断面のプローブカードピンに
比べて物理的強度が大幅に向上する。殊に、曲げ強度
（ばね性）の向上は顕著なものがある。例えば、『一辺
Ｄの正方形断面形状』を『直径Ｄの丸断面形状』と比較
すると、断面積の増加は約１．３倍であるのに、断面二
次モーメントの増加は約１．７倍にもなる。すなわち、
正方形断面あるいは長方形断面にすることで、胴部の幅
を狭くしても必要な曲げ強度が得られるため、プローブ
カードに組み込む際に狭ピッチ化が可能となる。

【００１１】また、上記構成において、プローブカード
ピンの先端部を楔形状とした場合は、集積回路の電極パ
ッドを削り取る作用が軽減し、電極パッド表面にキズを
つけにくくなる。従って、金電極パッド用として好適で
ある。また、プローブカードピンの先端部を円錐形状と
した場合は、逆に電極パッド表面を削り取り易いため、
アルミニウム電極パッド用として好適である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のプローブカードピン母材
は、微小な機構部品の金型を製作する手法の一つである
ＬＩＧＡプロセス（以下単にＬＩＧＡという）と、ＬＩ
ＧＡにより得た金型を用いて、これに合金電解メッキを
施すことにより得ることができる。ＬＩＧＡについて、
さらに詳しく説明すると、シンクロトロン放射で得られ
るＸ線を光源とし、感光性樹脂を塗布した金型母材にＸ
線を照射して照射部を溶解除去し、金型を成型するもの
である。いわば、Ｘ線リソグラフィによる精密成型加工
といえる。ＬＩＧＡは、露光光源を利用する一般のリソ
グラフィと異なり、シンクロトロン放射光を光源とする
ため、桁違いの高輝度とレーザ光に匹敵する鋭い指向性
をもっている。この特性により、ＬＩＧＡプロセスは微
細構造物を非常に高い精度で加工でき、表面状態も鏡面
に仕上げることができる。もちろん、従来の放射光源を
利用したリソグラフィでも代用できるが、ＬＩＧＡに比
べて寸法精度が悪く、また、強力が弱いため厚みの大き
い対象物を加工できない。

【００１３】以下、本発明のプローブカードピンの概略
製造工程・製造手順を記述する。金などの重金属を用い、所要のプローブカードピン形
状を形取ったＸ線照射用のマスクを作成する。Ｓｉ板上にＸ線リソグラフィ用の樹脂を一面に塗布し
て、レジストを作成する。Ｘ線を、マスクを通してレジストに照射する。Ｘ線を照射した部分のレジストを現像液で溶解除去
し、金型を完成する。上記溶解除去部分にＮｉ−Ｗ合金を所要の厚みに電解
めっきする。金型からＮｉ−Ｗ部分を離型して、プローブカードピ
ン母材を得た。プローブカードピン母材の先端部を例えば精密研磨に
より尖頭加工や先端曲げ加工等の所要の加工を施して、
プローブカードピンを作成する。

【００１４】以上の手順により得られるプローブカード
ピンの横断面形状は、正方形または長方形である。これ
らと異なる断面形状が必要な場合は、上記手順の後で
研削等により所要の断面形状にすればよい。また、プロ
ーブカードピン母材の表面に絶縁コーティングを施した
り、通電性を高めるためのめっきを施す等、各種表面処
理を施してもよい。また、金属組織をナノ結晶構造にす
るには、上記手順の後に一定温度，一定時間の時効処
理をすればよい。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明のプローブカー
ドピンの実施例について説明する。（実施例１）図１は断面形状が長方形である本発明のプ
ローブカードピンの概略製造手順を示し、下記（Ａ）〜
（Ｃ）のように製造した。（Ａ）Ｓｉからなる基板Ｂ上に、Ｘ線リソグラフィ用の
樹脂からなるレジストＲを一面に塗布し、マスクＭに透
過させたＸ線ＳＲをレジストＲに照射した。（Ｂ）Ｘ線を照射したレジスト部分を現像液で溶解除去
し、金型を完成した。（Ｃ）金型の溶解除去部分にＮｉＷ合金を電解めっきし
て、プローブカードピンＰを得た。図２は、図１（Ｃ）
の状態を上部から見たものである。また、図３は、図１
（Ｃ）の状態から金型を外して得たプローブカードピン
Ｐの斜視図である。プローブカードピンＰの胴部１の横
断面形状は正方形又は長方形となる。また、プローブカ
ードピンＰの先端側には、テーパ部２を介して楔形状の
先端部３を形成した。

【００１６】（実施例２）図４は、断面形状が正方形の
プローブカードピンの概略製造手順を示し、下記（ａ）
〜（ｃ）のように製造した。（ａ）実施例１と同様の製造方法で、胴部１１の横断面
形状が正方形であるプローブカードピンを得た。（ｂ）研削機によってプローブカードピンの先端側を研
削し、円錐形状のテーパ部１２を形成した。（ｃ）テーパ部１２の先端を曲げ、円錐形状の先端部１
３を形成した。

【００１７】

【発明の効果】本発明のプローブカードピンは、高い耐
摩耗性を有し、かつばね性も高いため、プローブカード
ピンの幅寸法を従来のプローブカードピンより小さくで
きる。具体的には、幅寸法が１００μｍ以下の寸法でも
プローブカードピンの要求特性を十分に満足することが
でき、さらには幅寸法が５０μｍ以下の極細化も可能と
なる。また、集積回路の電極パッドの削り屑がプローブ
カードピン先端に付着しにくいため、安定して接触抵抗
を低く維持することができ、長時間にわたって検査に支
障をきたすことがない。特に電極パッドがアルミニウム
の場合に顕著な効果を発揮する。また、Ｗの比率を５〜
３０重量％の範囲で適正にコントロールすることによっ
て、より一層耐摩耗性とばね性のバランスのとれたプロ
ーブカードピンを得ることができる。さらに、プローブ
カードピンの金属組織がナノ結晶構造を有すると、プロ
ーブカードピンの耐摩耗性をさらに高めることができ
る。また、プローブカードピンの先端部を楔形状にする
ことにより、金電極パッドに使用してもパッドをキズつ
けにくい。また、プローブカードピンの先端部を円錐形
状とすれば、逆に電極パッド表面を削り取り易いため、
アルミニウム電極パッドに好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明のプローブカード
ピンの製造手順を示す概略説明図である。

【図２】図１（Ｃ）の上面図である。

【図３】本発明のプローブカードピンの先端側の概略斜
視図である。

【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の他のプローブカ
ードピンの製造手順を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１，１１胴部２，１２テーパ部３，１３先端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母材がニッケルタングステン合金よりな
るプローブカードピン。
【請求項２】タングステン比率が５〜３０重量％であ
り、残部がニッケル及び不可避的不純物である請求項１
記載のプローブカードピン。
【請求項３】金属組織がナノ結晶構造を有する請求項
１または２記載のプローブカードピン。
【請求項４】少なくとも胴部の横断面形状が正方形ま
たは長方形であることを特徴とする請求項１、２または
３記載のプローブカードピン。
【請求項５】先端部が楔形状を有する、請求項４記載
のプローブカードピン。