JP2007033438A - プローブカード用ガイド部材およびプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 プロ−ブカード用のマシナブルセラミックスからなるガイド部材を提供する。
【解決手段】 プロ−ブカードは基板１と、この基板１に取り付けられたガイド部材２からなり、基板１の表面には導体パターンが形成され、この導体パターンに電気的に接続するようにプローブ３の基端部が基板１に固着されている。また、ガイド部材２には検査対象のチップＣの電極パッドＰの位置に対応してガイド穴４が形成され、このガイド穴４に前記プローブ３の先端部が摺動自在に挿通している。ガイド穴４は切削加工にて形成され、その表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下、１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３．０μｍ以下となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の電気的特性を測定するプロ−ブカードに関する。

ＩＣチップやＬＳＩチップは１枚の半導体ウェーハに多数のチップを作製し、これをチップ毎に切断して使用している。そして、個々のチップが不良品であるか否かのチェックは、チップ毎に切断する前にプロ−ブカードを用いて行っている。

プロ−ブカードの構造は特許文献１〜５に開示されるように、プローブの一端が取り付けられた基板と、プローブを摺動自在に案内するガイド部材とを備えており、ガイド部材のガイド穴にプロ−ブを挿通することでプローブの先端が半導体ウェーハに形成されているＩＣチップやＬＳＩチップのパッド（電極）に正確に当接するようにしている。

因みに、特許文献１にあっては、基板に形成した導電パターンとプローブとの特性インピーダンス整合を行うことで、チップの高速動作試験に対応可能としている。

特許文献２には、プローブ基板に取り付ける部分の形状をＬ字状に折り曲げることで、安価で製作しやすいプロ−ブカードが提案されている。

特許文献３には、ガイド部材の材料としてＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ等からなる快削性の結晶化ガラス系セラミックス（マシナブルセラミックス）を用いることで、ドリルによる穴あけ加工時に欠けや割れが生じ難くしたプロ−ブカードが提案されている。

特許文献４には、基板（基台）に形成した導電パターン（導体）のプローブピンとの接触部をベリリウム銅合金とすることで、耐磨耗性を高めたプロ−ブカードが提案されている。

特許文献５には、窒化硼素３０〜５０質量％、ジルコニア５０〜７０質量％、必要により窒化珪素１０質量％以下の組成からなる快削性セラミックスによってプロ−ブカードの案内部材を構成することが提案されている。

また特許文献６には、原料を仮焼してフッ素金雲母の結晶を含む仮焼体を得た後、この仮焼体を１１００〜１２５０℃で焼成し、この後、この焼結体にＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理を施して緻密化したマシナブルセラミックスについて開示されており、このマシナブルセラミックスをプローブカードのガイド部材に用いることも可能である。
特開平９−１１３５３７号公報 特開平１１−１２５６４５号公報 特開２０００−３２７４０２号公報 特開２００２−３１１０５５号公報 特開２００３−２８６０７６号公報 特開平４−１８２３５０号公報

加工を行ったガイド穴の断面表面粗さが大きいとき，プローブとプローブガイド部材の摺動性が悪くなる。その結果、プローブもしくはプローブガイド部材が摩耗してシリコンウェハー上に落下しコンタミになったり、プローブがプローブガイド穴内面で引っ掛かってＩＣやＬＳＩの導通検査に支障を及ぼすことがある。

また、特許文献６に開示される方法によれば、ガラス質マトリクス内にフッ素金雲母の結晶が析出したマシナブルセラミックスを得ることができ、この材料は加工精度に優れるが、それでも結晶の大きさは５μｍ以上となり、切削面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）及び１０点平均粗さ（Ｒｚ）が大きくなってしまう。

上記課題を解決すべく本発明は、基板に一端が取り付けられたプローブを摺動自在に案内するプロ−ブカード用ガイド部材であって、このガイド部材はマシナブルセラミックスにガイド穴またはガイド溝を切削加工にて形成してなり、前記ガイド穴またはガイド溝表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．２μｍ以下で、１０点平均粗さ（Ｒｚ）は３．０μｍ以下とした。

前記マシナブルセラミックスとしては、例えばガラス質マトリックス中にフッ素金雲母結晶が分散してなり、且つ前記フッ素金雲母の結晶の長軸方向の平均寸法が５μｍ未満のものが好ましい。

またフッ素金雲母の結晶の長軸方向の平均寸法が５μｍ未満のマシナブルセラミックスを製造するには、例えば、以下の製造方法が考えられる。
組成割合がＳｉＯ_２：４０〜５０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２０ｗｔ％、ＭｇＯ：１５〜３０ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ：５〜１５ｗｔ％、Ｆ：５〜１０ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３：０．１〜１０ｗｔ％である原料を、平均粒径（ｄ_５０）が２．０μｍ未満で１０μｍ以上の粗大粒子を含まない状態まで粉砕し、この原料粉を造粒して平均粒径が４０〜８０μｍの顆粒とし、この顆粒状原料を成形後にＣＩＰ処理し、この後脱脂するとともに１０００℃〜１１００℃で焼成し、更にＨＩＰ処理を施す。

本発明に係るプロ−ブカードはガイド部材のガイド穴（溝）の表面粗さ（Ｒａ）または（Ｒｚ）が極めて小さいため、プローブの摺動がスムーズで使い勝手がよく、寸法精度に優れるため、ＩＣチップ及びＬＳＩチップの高密度化に容易に対処することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るプロ−ブカードの一例を示す断面図である。尚、プロ−ブカードの構造は図示例に限らず任意である。

プロ−ブカードは基板１と、この基板１に取り付けられたガイド部材２からなり、基板１の表面には導体パターンが形成され、この導体パターンに電気的に接続するようにプローブ３の基端部が基板１に固着されている。

また、ガイド部材２には検査対象のチップＣの電極パッドＰの位置に対応してガイド穴４が形成され、このガイド穴４に前記プローブ３の先端部が摺動自在に挿通している。

前記ガイド穴４の代わりに溝を形成してもよい。そしてガイド穴４（溝）は切削加工にて形成され、その表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下、１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３．０μｍ以下となっている。

ガイド部材２はマシナブルセラミックにガイド穴またはガイド溝を加工して製造される。このマシナブルセラミックはガラス質マトリックス中にフッ素金雲母結晶が分散してなり、且つ前記フッ素金雲母結晶の長軸方向の平均寸法が５μｍ未満となっている。前記ガイド穴またはガイド溝表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．２μｍ以下で、１０点平均粗さ（Ｒｚ）は３．０μｍ以下のプロ−ブカード用ガイド部材とすることで、ガイド部材のガイド穴（溝）の表面粗さ（Ｒａ）または（Ｒｚ）が極めて小さいため、プローブの摺動がスムーズで使い勝手がよく、寸法精度に優れるため、ＩＣチップ及びＬＳＩチップの高密度化に容易に対処することができる。

このようなマシナブルセラミックを製造する方法を図２に従って説明する。先ず、原料としては、組成割合がＳｉＯ_２：４０〜５０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２０ｗｔ％、ＭｇＯ：１５〜３０ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ：５〜１５ｗｔ％、Ｆ：５〜１０ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３：０．１〜１０ｗｔ％で、累積５０％粒径が３．４〜３．９μｍのものを用いる。

上記原料をポットミルにて、累積５０％粒径（ｄ_５０）が２．０μｍ未満で１０μｍ以上の粗大粒子を含まない状態まで粉砕した。２．０μｍ未満とすることで低温で高密度焼成体を得ることができる。低温で焼成することで微細なフッ素金雲母を多量に析出させることができる。なお、累積５０％粒径（ｄ_５０）の下限値としては特に限定されないが、時間をかけて１．４μｍ以下に粉砕しても微細にした効果は比例して向上するわけではなく、コスト面を考慮すると、累積５０％粒径（ｄ_５０）の下限値は１．４μｍ程度が適当である。

次に造粒を行う。造粒には分散剤、バインダ及び離型剤を原料分に混合し、スプレードライ法を適用して、均一で粒径４０〜８０μｍの顆粒状原料を得た。粒径４０μｍ未満では後工程での成形の際に原料が金型の隙間に入り込み圧力伝達が阻害され、また粒径８０μｍを超えると密度ムラの原因になる。また脱脂・焼成時のクラックや割れを防止するため、顆粒状原料の水分量の制御が必要である。

造粒によって得た顆粒状原料を用いて成形を行う。本実施例では成形をプレス成形とＣＩＰ処理に分け全体的に均一に圧力をかけている。即ち、プレス成形にて得た成形体を熱圧着シートにて真空パックし、これにＣＩＰ処理を施した。
尚、予備プレス成形の圧力としては０．１〜０．５ｔ／ｃｍ^２、ＣＩＰ処理圧力としては１〜２ｔ／ｃｍ^２が好ましい。

成形体の脱脂を行い、焼成は、２００〜３００℃／ｈで６００〜８００℃まで昇温させ、その後４時間６００〜８００℃でキープし、次いで２００〜３００℃／ｈで１０００〜１１００℃まで昇温せしめた後、４時間キープした後に放冷する。

上記の６００〜８００℃を４時間キープしている間にフッ素金雲母結晶の核生成が行われ、１０００〜１１００℃で４時間キープすることで結晶成長が行われていた。このような焼成過程を経ることで、微細な結晶を多量に析出させることができると考えられる。図３は焼結体の結晶の大きさ示す顕微鏡写真（ＳＥＭ）であり、フッ素金雲母結晶の長軸方向の平均寸法は５μｍ未満であることが分かる。フッ素金雲母結晶の平均粒径は、ＳＥＭ観察で得られた倍率５０００倍の写真数枚をもとに約２００個のフッ素金雲母雲母結晶の長軸径を測定した平均値である。
尚、この焼結体には気孔が残っているため、ＨＩＰ処理を行って緻密なマシナブルセラミックスとし、これに切削加工などの機械加工を施す。

（実施例と比較例）
以下の（表１）に示す組成の実施例１と比較例１について前記した条件（焼成温度は１０５０℃と１１０５℃）で焼成体を製造した。また、比較例２としてコーニング社製マコール（登録商標）と比較した。

図４は実施例１及び比較例１を１０５０℃で焼成した場合と比較例２の加工抵抗と穴数の関係を示すグラフ、図５は実施例１の焼成温度を１０５０℃及び１１０５℃とした場合と比較例２の加工抵抗と穴数の関係を示すグラフである。

加工抵抗は、以下の方法で測定した。微小動力計（キスラー社製）に加工サンプルを固定し、市販のマシニングセンタにドリル（φ９０μｍの超硬スパイラルドリル）を取り付け、実施例サンプルと比較例サンプルを交互に加工して評価した。加工中に微小動力計にどの程度の力がかかっているかを３次元で測定し、加工抵抗値として検出した。主にドリルの進行方向の荷重が加工抵抗値を占める。

図４及び図５から実施例１の組成にすることで他の組成と比較し、加工しやすいことが分かる。また、焼成温度を上げると加工抵抗が大きくなるので焼成温度は１０５０℃の方が好ましい。

穴の内壁の表面粗さは、テーラーホブソン製触針式表面粗さ計（S4C ultra）を用い、加工した小径穴を半割し、表面粗さ計にて穴内壁を深さ方向に4.0mm走査して求める。
また、穴径が小さくなると触針式表面粗さ計での測定は困難になるので、穴径により触針式表面粗さ計と原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使い分け測定することができる。

図６、図７に１０５０℃で焼成したマシナブルガラスセラミックスにφ１ｍｍ、深さ６ｍｍの穴をあけ、穴内壁の表面粗さを測定したプロファイルと組織のＳＥＭ像を示す。図８、図９に比較例の表面粗さを測定したプロファイルと組織のＳＥＭ像を示す。本発明に係るマシナブルガラスセラミックスと比較例のものを比較したところ、比較例より明らかにＲａ、Ｒｚは小さく表面が滑らかであるため、プローブとプローブカードガイド部材との摺動が良好である。良好な摺動性を得るためにはＲａは０．２μｍ以下、Ｒｚは３．０μｍ以下であることが好ましく、更に、Ｒａは０．２μｍ以下、Ｒｚは２．０μｍ以下であることがより好ましい。

本発明に係るプロ−ブカードはＩＣチップ及びＬＳＩチップが不良か否かを確実に検査する治具として用いられる。

本発明に係るプロ−ブカードの一例を示す断面図 ガイド部材の材料であるマシナブルセラミックスの製造工程を説明したブロック図 焼結体の結晶の大きさ示す顕微鏡写真（ＳＥＭ） 実施例１及び比較例１，２の組成の原料を１０５０℃で焼成した場合の加工抵抗と穴数の関係を示すグラフ 実施例１の焼成温度を１０５０℃及び１１０５℃とした場合の加工抵抗と穴数の関係を示すグラフ 本発明に係るマシナブルガラスセラミックスの表面粗さプロファイル 本発明に係るマシナブルガラスセラミックスの組織のＳＥＭ像 比較例のマシナブルガラスセラミックスの表面粗さプロファイル 比較例のマシナブルガラスセラミックスの組織のＳＥＭ像

Claims (3)

1. 基板に一端が取り付けられたプローブを摺動自在に案内するプロ−ブカード用ガイド部材であって、このガイド部材はマシナブルセラミックスにガイド穴またはガイド溝を切削加工にて形成してなり、前記ガイド穴またはガイド溝表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．２μｍ以下で、１０点平均粗さ（Ｒｚ）は３．０μｍ以下であることを特徴とするプロ−ブカード用ガイド部材。
2. 請求項１に記載のプロ−ブカード用ガイド部材であって、前記マシナブルセラミックスはガラス質マトリックス中にフッ素金雲母結晶が分散してなり、且つ前記フッ素金雲母の結晶の長軸方向の平均寸法は５μｍ未満であることを特徴とするプロ−ブカード用ガイド部材。
3. 請求項１または請求項２に記載のプローブカード用ガイド部材を備えたことを特徴とするプローブカード。