JP2005233967A - プローブピン用材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のプローブピンの代替材料として、プローブピンに要求される十分な硬度を有するとともに、導電性、高ばね性、耐酸化性を有し、さらには加工性が良い材料を提供しようとするものである。
【解決手段】 本願発明に係るプローブピンは、白金、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、ロジウムの群から選択される１又は２以上の元素からなるものを用いることを特徴とする材料とした。また、上記の金属に、タングステン、ニッケル、コバルトの群から選択される１または２以上の元素を添加した材料とすることもできる。

Description

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、プローブピン用の材料に関する。

従来より、ウェハー上に形成された半導体集積回路や液晶表示装置等の電気的特性の検査を行う際には、複数のプローブピンが配列したプローブカードが用いられている。この検査は、通常、ウェハー上に形成された検査対象物である半導体集積回路素子や液晶表示装置等に有する複数の電極パッドに、プローブピンを接触させることによって行われている。

このようなプローブピンには、高導電性、耐腐食性はもちろんのこと、高硬度、高ばね性といった特性を有することが要求されている。プローブピンに高硬度が要求されるのは、何百万回と行われる繰り返し検査に耐えうる十分な強度を有することが必要だからであり、高ばね性が要求されるのは、プローブピンと電極パッドとの接触を安定させ、さらにプローブピン自体の磨耗を低減させるからである。

一方、近年のメモリディバイスの大容量化や、パッケージの小型化により、半導体集積回路等の電極パッドの間隔がますます狭くなっている。プローブカードにおいても、電極パッドの狭ピッチ化に対応すべく、プローブピンのピッチを狭くすること、及びプローブピンの線径を微細にすることが要請されている。この要請に対し、プローブピンの材料はより十分な硬度を有し、加工性の良好なものが求められている。

従来用いられているプローブピンの材料としては、特許文献１に示す様にタングステン（Ｗ）を使用したもの、特許文献２に示す様に、パラジウムウム（Ｐｄ）に銀等を添加した合金を用いたものなどがある。これらの材料は、検査対象となる、半導体集積回路素子や液晶表示装置の電極パッドの種類に応じて使い分けられている。この電極パッドは、主にアルミパッドと金パッドが使用され、アルミパッド用のプローブピンは、パッド表面に形成される酸化被膜を破ることができるように、高硬度な材料であるタングステンが、金パッド用のプローブピンは、パッド表面に傷をつけないようにするため、タングステンより硬度は低いが一般的には硬度の高いパラジウム合金が使用されている。

特開平１０−０３８９２２号公報 特開平１１−９４８７５号公報

しかしながら、タングステンをプローブピンとして使用した場合、タングステンの酸化容易性に起因して、以下のような問題が生じた。それは、プローブピンが測定対象物の電極パッドと接触すると、プローブピン表面のタングステンの酸化被膜が剥離して、電極パッドに付着してしまう。従って、このような状態で、導通テストを行うと、導通不良となり、正確な測定値が得られないこととなる。

一方、パラジウム合金をプローブピンとして使用した場合、プローブピンの機械的特性として必要な導電性、耐酸化性を備えるものの、通常の伸線加工ではプローブピンとして十分な硬度が得られない。そこで、十分な硬度を得るために、析出硬化処理にて材料を作製しなければならないことから、製造工程が増えるという点で問題がある。

本願発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、導電性、高ばね性に加え、プローブピンにとして十分な硬度を有し、耐酸化性、加工性に優れる材料を提供するものである。

上記課題を解決すべく、本発明者が鋭意研究を行った結果、本願発明にかかる材料は、白金、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、ロジウムの群から選択される１又は２以上の元素からなるものとした。この貴金属および貴金属合金は、適度な硬さを有し、さらに導電性、高ばね性、耐酸化性、を具備するため、プローブピンの材料としては好適である。

ここで適度な硬さとは、プローブピンとしての強度を具備しつつ、容易に加工できる硬さという意味である。アルミパッド用のプローブピンと金パッド用のプローブピンとでは、パッドの材料であるアルミと金との材料特性の違いから要求される硬度が異なる。一般にアルミパッド用のプローブピンは、金パッド用のプローブピンより若干高硬度な材料を使用する。

アルミパッド用のプローブピンは、ビッカース硬度ＨＶを４００以上、さらに４００〜６００の範囲が好ましい。ビッカース硬度ＨＶが４００未満では、プローブピンとして強度が十分でなく、繰り返し検査に耐えられないからである。一方６００を越えると材料が硬すぎるため、材料の加工が困難になるからである。

また、本願発明に係るプローブピンの材料は、重量パーセントで、ロジウム５〜３０％と、残部イリジウムであることが好ましい。これらの材料のビッカース硬度は４００〜６００であり、アルミパッドに用いるプローブピンとして十分な硬度を有する。さらに従来のタングステンのプローブピンと異なり、耐酸化性、高ばね性を有する材料である。ここで、ロジウムの濃度範囲を５〜３０重量％とするのは、５重量％未満では、硬度が低くなってしまうからであり、３０重量％を超えると、加工性が低下するからである。

さらに、白金、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、ロジウムの群から選択される１又は２以上の元素からなる貴金属または貴金属合金に、ニッケル、タングステン、コバルトの群から選択される１又は２以上の元素を添加したものも採用できる。上記の貴金属または貴金属合金にニッケル、タングステン、コバルトを添加することにより、硬度が高くなるという効果がある。なお、これらの材料は、金パッド用のプローブピンとして好適な材料である。

金パッド用に用いるプローブピンは、ビッカース硬度３００以上、さらに好ましくは３００〜５００の範囲が好ましい。ビッカース硬度ＨＶが３００未満では、プローブピンとしての強度が十分でなく、繰り返し検査に耐えられないからである。一方５００を越えると、プローブピンと金パッドとの接触時において、金パッドを傷つける恐れが生じるからである。

さらに、本願発明に係るプローブピン用の材料は、重量パーセントで、イリジウム５〜４０％と、残部白金とからなるものであることが好ましい。これら材料のビッカース硬度は３００〜５００であり、金パッドに用いるプローブピンとして十分な硬度を有する。さらに従来のパラジウム合金のプローブピンと異なり、高ばね性を有する材料である。ここでイリジウムの濃度範囲を５〜４０重量％とするのは、５重量％未満では、硬度が低くなるからであり、４０重量％を超えると、加工性、耐酸化性が悪くなってしまうからである。

また、プローブピンの材料として、重量パーセントで、ニッケル５〜３０％、タングステン５〜１０％、コバルト１０〜３０％から選ばれる一の貴金属と、残部白金とからなる白金合金も採用することができる。これら材料は、ビッカース硬度は３００〜５００であり、金パッド用のプローブピンとして十分な硬度を有する。さらにパラジウム合金のプローブピンと異なり、高ばね性を有する材料である。ここで、ニッケルの濃度範囲を５〜３０重量％とするのは、５重量％未満では、硬度が低くなってしまうか＾らであり、３０重量％を超えると、導電性が悪くなってしまうからである。そして、タングステンの濃度範囲を５〜１０重量％とするのは、５重量％未満では、硬度が低くなってしまうからであり、３０重量％を超えると、加工性、耐酸化性、導電性が悪くなってしまうからであり、さらにコバルトの濃度範囲を１０〜３０重量％とするのは、１０％重量未満では硬度が低くなってしまうからであり、３０重量％を超えると、加工性、耐酸化性、導電性が悪くなるからである。

本願発明のプローブカードは、上記材料を有するプローブピンを備えるものとした。この材料からなるプローブピンは、十分な硬度を有し、さらに、導電性、高ばね性に加え、耐酸化性、加工性に優れるものである。そのため、上記プローブカードは、近年要求されているプローブピンの狭ピッチ化に対しても十分対応できるものであるといえる。

本願発明におけるプローブピン用の材料は、高ばね性、導電性に加え、プローブピンとして十分な硬度を有し、耐酸化性、加工性に優れるものである。つまり、本願発明によれば、近年要求されている狭ピッチ化に対応できる材料を有するプローブピンの作製が可能である。

以下、本発明の好適な実施例を比較例とともに説明する。

実施例１〜実施例５：本実施例では、アルミパッド用のプローブピンの材料として好適と考えられる、イリジウム−ロジウム合金からなるワイヤーを作製した。原料となるイリジウム及びロジウムを予備溶解、その後、アルゴン雰囲気下にてアーク溶解で溶解・成型してインゴットを作製した。このインゴットを溝付圧延、熱間線引き加工により板材又は断面円形の線材棒材を成形後、溝圧延加工、伸線加工により、外径０．１ｍｍのワイヤーを作製した。作製したイリジウム−ロジウム合金の組成は、表１の実施例１〜５に示した通りである。

比較例１：実施例１〜５の比較として、タングステン１００ｗｔ％のワイヤーを作製した。タングステンワイヤーの外径は０．１ｍｍとした。

つぎに、実施例６〜１７において、金パッド用のプローブピンの材料として好適と考えられる、白金合金のワイヤーを作製した。以下、具体的に説明する。

実施例６〜実施例８：本実施例では、白金−タングステン合金からなるワイヤーを作製した。原料を予備溶解、その後、アルゴン雰囲気下にて高周波溶解で溶解・成型してインゴットを作製した。このインゴットを溝付圧延、熱間線引き加工により板材又は断面円形の線材棒材を成形後、溝圧延加工、伸線加工により、外径０．１ｍｍのワイヤーを作製した。作製した合金の組成は、表２の実施例６〜８に示した通りである。

実施例９〜実施例１１：本実施例では、白金−ニッケル合金からなる外径０．１ｍｍのワイヤーを作製した。ワイヤーの製造方法は、実施例６〜８の白金−タングステン合金と同様であるので省略する。作製した合金の組成は、表２の実施例９〜１１に示した通りである。

実施例１２〜実施例１４：本実施例では、白金−イリジウム合金からなる外径０．１ｍｍのワイヤーを作製した。ワイヤーの作製方法は、実施例６〜８の白金−タングステン合金と同様であるので省略する。作製した合金の組成は、表２の実施例１２〜１４に示した通りである。

実施例１５〜実施例１７：本実施例では、白金−コバルト合金からなる外径０．１ｍｍのワイヤーを作製した。ワイヤーの作製方法は、実施例６〜８の白金−タングステン合金と同様であるので省略する。作製した合金の組成は、表２の実施例１５〜１７に示した通りである。

比較例２：実施例６〜１７の白金合金に対する比較として、パラジウム合金からなる、外径０．１ｍｍのワイヤーを作製した。ワイヤーの作製方法は、実施例６〜８の白金−タングステン合金と同様であるので省略する。この合金の組成は表３に示す通りである。

実施例のワイヤーがプローブピンの材料として好適か否かは、硬度、ばね性、導電性、耐酸化性について、実施例のワイヤーと比較例のワイヤーとを比較することでおこなった。ばね性の評価は、弾性率測定値を、導電性の評価は、電気抵抗測定値を用いて行った。

硬度は、実施例および比較例のワイヤーについて、ビッカース硬度計を用いて、ビッカース硬度を測定した。

弾性率は、実施例および比較例のワイヤーについて、引っ張り試験を行い、その結果に基づき算出した。

電気抵抗値は、実施例及び比較例のワイヤー（φ０．１ｍｍ）について、電気抵抗器にて、単位長さ（１ｍ）当たりの抵抗値を測定した。

耐酸化性は、実施例及び比較例のワイヤーを、８００℃に加熱し、加熱後のワイヤーの変色の有無を目視にて確認した。耐酸化性評価は、変色が激しいもの（低耐酸化性）を１、変色がほとんど無いもの（高耐酸化性）を５とする五段階評価で行い、数値が高くなるに従い耐酸化性が良好であるとした。

まず、実施例１〜実施例５のイリジウム、ロジウム、イリジウム−ロジウム合金のワイヤー及び比較例１のタングステンワイヤーにおける、上記試験について行った結果を、表４に示す。

実施例１〜実施例５のロジウム、イリジウム−ロジウム合金及びイリジウムのワイヤーは、材料の組成に関係なく硬度４００ＨＶから５００ＨＶであった。また、実施例１〜実施例５のワイヤーは、比較例１のワイヤーと比較すると、耐酸化性が優れ、弾性率が大きく良好であり、電気抵抗値が同等であった。

以上の結果より、実施例１〜５に示す、ロジウム、イリジウム‐ロジウム合金及びイリジウムのワイヤーは、硬度、ばね性、導電性、耐酸化性すべてのバランスにおいて良好な性質を有し、アルミパッド用のプローブピンとして適した材料であることが確認された。

つぎに、実施例６〜８の白金−タングステン合金、実施例９〜１１の白金−ニッケル合金、実施例１２〜１４の白金−イリジウム合金、実施例１５〜１７の白金−コバルト合金及び比較例２のパラジウム合金のワイヤーにおける、上記試験を行った結果について、表５に示す。

実施例６〜８の白金−タングステン合金は、すべて硬度３００ＨＶから５００ＨＶであり、タングステンの添加量が増加するに従い、硬度が大きくなる傾向を示した。また、実施例６〜８のワイヤーは、比較例２のワイヤーと比較すると、電気抵抗値がやや高めではあるものの、耐酸化性が非常に優れており、弾性率も良好であった。

実施例９〜１１の白金−ニッケル合金のワイヤーは、すべて硬度３００ＨＶから５００ＨＶであり、ニッケルの添加量が増加するに従い硬度が増加する傾向を示した。また、実施例９〜１１のワイヤーは、比較例２のワイヤーと比較すると、耐酸化性が非常に優れ、弾性率が大きく良好、さらに電気抵抗値がほぼ同等であった。

実施例１２〜１４の白金−イリジウム合金のワイヤーは、すべて硬度３００ＨＶから４００ＨＶであり、イリジウムの添加量が増加するに従い硬度が増加する傾向を示した。実施例１２〜１４のワイヤーは、比較例２のワイヤーと比較すると、耐酸化性が非常に優れ、弾性率が大きく良好であり、さらに電気抵抗値が小さく良好である。

実施例１５〜１７の白金−コバルト合金のワイヤーは、すべて硬度４００ＨＶから５００ＨＶであり、コバルトの添加量が増加するに従い硬度が増加する傾向を示した。また、実施例１５〜１７のワイヤーは、比較例２のワイヤーと比較すると、耐酸化性がやや劣り、電気抵抗値がやや大きいものの、弾性率が大きく良好である。

以上の結果より、実施例６〜１７に示す白金合金は、硬度、ばね性、導電性、耐酸化性すべてのバランスにおいて良好であり、金パッド用のプローブピンとして適した材料であることが確認された。

Claims (6)

1. 白金、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、ロジウムの群から選択される１又は２以上の元素からなるプローブピン用の材料。
2. 重量パーセントで、ロジウム５〜３０％と、残部イリジウムとからなる、請求項１に記載のプローブピン用の材料。
3. 重量パーセントで、イリジウム５〜４０％と、残部白金とからなる、請求項１に記載のプローブピン用の材料。
4. 更にタングステン、ニッケル、コバルトの群から選択される１又は２以上の元素を添加した、請求項１に記載のプローブピン用の材料。
5. 重量パーセントで、タングステン５〜１０％、ニッケル５〜３０％、コバルト１０〜３０％から選ばれる１の元素と、残部白金とからなる、請求項４に記載のプローブピン用の材料。
6. 請求項１から請求項５いずれか一項に記載の材料を含むプローブピンを備えたプローブカード。