JP2008039502A - 接触子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】バーンイン試験を繰り返しても形状がへたってしまうことを防止することができる接触子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の接触子は金属ばね膜の表面に形状記憶合金膜を積層させてなり、その形状は円錐らせん状である。その製造方法は、金属犠牲膜の製造工程、レジスト錐形成工程、レジスト膜パターンニング工程、形状記憶合金膜製造工程などを含む１１の工程からなる。有機系レジスト材は耐熱性がないことから、予め金属犠牲膜を形成し、形状記憶合金膜のスパッタ前にレジスト除去を行ない、高温下で行なわれる形状記憶合金のスパッタおよび熱処理後に金属犠牲膜を除去して、余剰の形状記憶合金膜をリフトオフする。
【選択図】図３

Description

本発明は、接触子およびその製造方法に係り、特に、球状やランド状に形成されたバンプ（突起電極）を有する半導体デバイスと電気的に接続を行うために好適に利用できる接触子およびその製造方法に関する。
一般的に、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）やＬＳＩ（Large Scale Integration：素子の集積度が1000個〜10000個のＩＣ）などの半導体デバイスの製造工程においては、製造された半導体デバイスをプローブカードと称される検査用配線板に接続させることによりその半導体デバイスに対する電気信号の入出力検査を行ない、半導体デバイスの不良品をパッケージに組み込んでしまうという無駄を低減させている。
ここで、ＢＧＡ（Ball Grid Array：ボール状格子電極）方式の半導体デバイスやＬＧＡ（Land Grid Array：ランド状格子電極）方式の半導体デバイスを検査するプローブカードにおいては、電気信号を通電させる検査用配線がその基板に形成されているとともに、半導体デバイスに数十μｍの狭ピッチで多数形成された数十μｍの球状バンプ（突起電極）もしくは数十μｍ幅のランド状バンプと接触させるため、数十μｍの狭ピッチで形成された検査用配線の接続端子に中央部を頂部とする数十μｍ外径の円錐らせん状接触子が接続されている。
この従来の接触子は、有機系レジスト材を用いて円錐らせん状の金属膜をパターンニングし、ＣｕやＡｕなどの良好な通電性を有する金属をその金属膜の表面上にめっきすることにより形成されている（特許文献１を参照）。
特開２００５−５０５９８号公報
しかしながら、半導体デバイスに対する電気信号の入出力検査は、半導体デバイスの通常使用温度よりも高い温度（１２０℃程度）およびその通常使用電圧よりも高い電圧を供給するバーンイン試験である。そのため、バーンイン試験を繰り返すと、永久変形の原因となるすべり変形が接触子に生じやすくなるため、バンプに対して適切な圧力が加わらない方向に接触子の形状がへたってしまうという問題があった。
ここで、形状回復特性および耐熱性に優れた形状記憶合金を接触子に用いれば良好な特性を示すのではないかということが考えられる。しかしながら、形状記憶合金をめっきにより形成することはできない。また、形状記憶合金をスパッタすることにより形状記憶合金膜を形成することはできるが、スパッタ後にエッチングで所望の形状を得ようとすれば、形状記憶合金のエッチング液に対して、接触子の材料のエッチング選択性が低いため、形状記憶合金のエッチング時に、接触子もエッチング除去されてしまうという欠点があった。また、レジストによるリフトオフを行なうとしても、形状記憶合金のスパッタおよびその熱処理は２００℃〜５００℃程度の高温環境下において行なう必要があるので、有機系レジスト材を用いてパターンニングを施したとしても、その有機系レジスト材がその高温環境下に耐えられず、所望の形状の接触子を得ることができない。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、バーンイン試験を繰り返すことによりその形状がへたってしまうことを防止することができる接触子を提供することをその目的としている。
また、本発明は、バーンイン試験を繰り返してもへたらない接触子を製造することができる接触子の製造方法を提供することを他の目的としている。
前述した目的を達成するため、本発明の接触子は、その第１の態様として、円錐らせん状もしくは多角錐らせん状に形成されている金属ばね膜と、金属ばね膜の表面上に形成されているとともに、マルテンサイト変態温度が室温よりも高温であってマルテンサイト逆変態温度がバーンイン試験の試験温度よりも低温となっている形状記憶合金膜とを備えていることを特徴としている。
第１の態様の接触子によれば、室温から試験温度の環境下において接触子に応力が印加され、その接触子が変形したとしても、その接触子の形状記憶合金膜が室温においてマルテンサイト相であって、バーンイン試験の試験温度においてオーステナイト相（母相）であるため、試験温度環境下において形状記憶合金膜が形状記憶効果および超弾性を発揮し、接触子の変形を回復させることができる。また、接触子の金属ばね膜が中央部を頂部とした錐体らせん状に形成されているので、バンプが接触したときに錐体らせん状に形成された接触子がらせん形を広げながらバンプの酸化膜を切削することができる。
本発明の第２の態様の接触子は、第１の態様の接触子において、金属ばね膜は、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）を用いて形成されていることを特徴としている。
第２の態様の接触子によれば、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）は大きな弾性力を発揮するので、他の金属を用いて形成された他の金属ばね膜と比較して、バンプの酸化膜に大きな圧力を加えることができる。
本発明の第３の態様の接触子は、第１または第２の態様の接触子において、形状記憶合金膜は、ＴｉＮｉ合金を用いて形成されていることを特徴としている。
第３の態様の接触子によれば、他の形状記憶合金と比較して、ＴｉＮｉ合金は安定した形状記憶効果および超弾性を発揮することができる。
本発明の第４の態様の接触子は、第３の態様の接触子において、ＴｉＮｉ合金におけるＴｉサイトの組成は５０．０〜５１．０ｍｏｌ％となっていることを特徴としている。
第４の態様の接触子によれば、Ｔｉサイトの組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％の場合、そのマルテンサイト変態温度を８０℃程度にすることができるので、半導体デバイスの取付を行なう室温においては、形状記憶合金膜が良好な形状記憶効果を発揮することができる。また、そのマルテンサイト逆変態温度（オーステナイト変態温度）を１００℃程度にすることができるので、バーンイン試験の試験環境下（１２０℃程度）においては、形状記憶合金膜が良好な超弾性を発揮することができる。
本発明の第５の態様の接触子は、第１から第４のいずれか１の態様の接触子において、金属ばね膜は、配線板に用いられる絶縁基板の表面上または配線板に形成された接続端子の表面上に積層されたシード膜の表面上に積層されており、そのシード膜はＴｉ層もしくはＣｒ層にＣｕ層を積層させることにより形成されていることを特徴としている。
第５の態様の接触子によれば、Ｔｉ層およびＣｒ層は絶縁基板および接続端子と良好な密着性を示し、また、Ｃｕ層は、下層のＴｉ層もしくはＣｒ層およびＮｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）などの金属ばね膜と良好な密着性を示すので、配線板から接触子が剥離することを防止することができる。
本発明の第６の態様の接触子は、第１から第５のいずれか１の態様の接触子において、形状記憶合金膜の表面上にＮｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）を積層させてなる通電補助膜と、通電補助膜の表面上にＡｕを積層させてなる通電膜とを備えていることを特徴としている。
第６の態様の接触子の接触子によれば、通電膜が高い電気伝導度を有しているので、接触子の導電性を高めることができる。また、通電膜の下地となる通電補助膜はＮｉ−Ｘ合金を用いて形成されており、その弾性力が大きいので、金属ばね膜の補助膜としても用いることができる。
また、本発明の接触子の製造方法は、その第１の態様として、配線板に用いられる絶縁基板の表面上および配線板に形成された接続端子の表面上に金属犠牲膜を形成した後、金属犠牲膜に対して円輪形もしくは多角輪形状の溝をパターンニングすることにより、円輪形もしくは多角輪形状の溝から接続端子を表面に露出させる第１工程と、円輪形もしくは多角輪形状の溝の内側に形成された円形もしくは多角形状の金属犠牲膜に円錐状もしくは多角錐状のレジスト錐をパターンニングする第２工程と、レジスト錐のパターンニング後に金属をスパッタすることによりレジスト錐、円輪形もしくは多角輪形状の溝および円輪形もしくは多角輪形状の溝の外側に形成された金属犠牲膜の表面上にシード膜を形成する第３工程と、シード膜の表面上にレジスト膜を形成した後、レジスト錐の頂点を中心とし、かつ、円輪形もしくは多角輪形状の溝を底面の周とする円錐らせん状もしくは多角錐らせん状の溝をレジスト膜にパターンニングする第４工程と、円錐らせん状もしくは多角錐らせん状の溝の内部にあるシード膜を電気めっきすることにより円錐らせん状もしくは多角錐らせん状の溝に金属ばね膜を形成する第５工程と、金属ばね膜の形成後にレジスト膜を除去する第６工程と、レジスト膜の除去後に表面に露出しているシード膜を除去する第７工程と、シード膜の除去後にレジスト錐を除去する第８工程と、レジスト錐の除去後にマルテンサイト変態温度が室温よりも高温であってマルテンサイト逆変態温度がバーンイン試験の試験温度よりも低温となっている形状記憶合金をスパッタすることにより表面に露出している金属ばね膜および金属犠牲膜の表面上に形状記憶合金膜を形成する第９工程と、形状記憶合金膜に対して形状記憶処理のための熱処理を行なう第１０Ａ工程と、形状記憶合金膜の熱処理後に金属犠牲膜を除去することにより金属犠牲膜の表面に形成された形状記憶合金膜をも併せて除去する第１１Ａ工程とを備えていることを特徴としている。
第１の態様の接触子によれば、構造材となる金属ばね膜が電気めっきにより形成されているので、その膜厚を制御しやすく、また、形状記憶合金膜はスパッタにより形成されているので、その組成を制御しやすい。これにより、接触子がバンプと接触した際にバンプに所望の圧力を加えることができるとともに、接触子の形状記憶効果および超弾性を安定して発揮させることができる。また、第１の態様の接触子によれば、耐熱性に優れた金属犠牲膜がレジスト膜として形成されているので、耐熱性を有しない有機系レジスト材とは異なり、形状記憶合金膜の熱処理後においても、余分な形状記憶合金膜を金属犠牲膜とともに容易に剥離（リフトオフ）することができる。
本発明の第２の態様の接触子の製造方法は、第１の態様の接触子の製造方法において、金属ばね膜は、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）を用いて形成されていることを特徴としている。
第２の態様の接触子の製造方法によれば、Ｎｉ−Ｘ合金めっきにより金属ばね膜の膜厚を厚くすることが比較的容易にでき、また、Ｎｉ−Ｘ合金の弾性力は大きいので、他の金属を用いて形成された金属ばね膜と比較して、バンプおよびその酸化膜に大きな圧力を加えることができる。
本発明の第３の態様の接触子の製造方法は、第１または第２の態様の接触子の製造方法において、形状記憶合金膜は、ＴｉＮｉ合金を用いて形成されていることを特徴としている。
第３の態様の接触子の製造方法によれば、他の形状記憶合金と比較して、ＴｉＮｉ合金は安定した形状記憶効果および超弾性を発揮することができる。
本発明の第４の態様の接触子の製造方法は、第３の態様の接触子の製造方法において、ＴｉＮｉ合金におけるＴｉサイトの組成は５０．０〜５１．０ｍｏｌ％となっていることを特徴としている。
第４の態様の接触子の製造方法によれば、Ｔｉサイトの組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％の場合、そのマルテンサイト変態温度を８０℃程度にすることができるので、半導体デバイスの取付を行なう室温においては、形状記憶合金膜が良好な形状記憶効果を発揮することができる。また、そのマルテンサイト逆変態温度（オーステナイト変態温度）を１００℃程度にすることができるので、バーンイン試験の試験環境下（１２０℃程度）においては、形状記憶合金膜が良好な超弾性を発揮することができる。さらに、形状記憶合金は組成に対して敏感であるが、Ｔｉサイトの組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％であれば、スパッタにより組成がずれたとしても、その変態温度は変化しないので、同等の性質を有する形状記憶合金膜を反復形成することができる。
本発明の第５の態様の接触子の製造方法は、第１から第４のいずれか１の態様の接触子の製造方法において、シード膜は、Ｔｉ層もしくはＣｒ層にＣｕ層を積層させることにより形成されていることを特徴としている。
第５の態様の接触子の製造方法によれば、Ｔｉ層およびＣｒ層は絶縁基板および接続端子と良好な密着性を示し、また、Ｃｕ層は、下層のＴｉ層もしくはＣｒ層およびＮｉ−Ｘ合金などの金属ばね膜と良好な密着性を示すので、配線板から接触子が剥離することを防止することができる。
本発明の第６の態様の接触子の製造方法は、第１から第５のいずれか１の態様の接触子の製造方法において、金属犠牲膜は、Ｃｒ層にＣｕ層を積層させることにより形成されていることを特徴としている。
第６の態様の接触子の製造方法によれば、Ｃｒ用エッチング液およびＣｕ用エッチング液を用いることにより、Ｃｒ層およびＣｕ層のエッチング率をシード膜、金属ばね膜および形状記憶合金膜のエッチング率よりも大きくすることができるので、シード膜、金属ばね膜および形状記憶合金膜に影響を与えることなく、金属犠牲膜をエッチングすることができる。
本発明の第７の態様の接触子の製造方法は、第１から第６のいずれか１の態様の接触子の製造方法において、レジスト錐に用いられるレジスト材の粘度は、レジスト膜に用いられるレジスト材の粘度よりも高いことを特徴としている。
第７の態様の接触子の製造方法によれば、レジスト錐は円錐状もしくは多角錐状に形成される立体形状であるため、レジスト膜よりも高い粘度を有することにより、レジスト錐のパターンニングを容易にすることができる。
本発明の第８の態様の接触子の製造方法は、第１から第７のいずれか１の態様の接触子の製造方法において、第１０Ａ工程後第１１Ａ工程前において、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）をスパッタすることにより、形状記憶合金膜の表面上に通電補助膜を形成する第１０Ｂ工程と、第１１Ａ工程後において通電補助膜のＮｉをＡｕに置換することにより通電補助膜の表面に通電膜を形成する第１１Ｂ工程とを備えていることを特徴としている。
第８の態様の接触子の接触子の製造方法によれば、金属犠牲膜の除去後において下地となる通電補助膜の表面上にＡｕの通電膜を置換形成しているので、Ａｕを無駄に除去することなく、接触子の導電性を高めることができる。また、通電補助膜はＮｉ−Ｘ合金を用いて形成されており、その弾性力が大きいので、金属ばね膜の補助膜としても用いることができる。
本発明の接触子によれば、マルテンサイト逆変態温度以上の加熱または接触子とバンプとの接触による荷重の除荷により接触子に生じた塑性変形（双晶変形）を回復させることができるので、バーンイン試験を繰り返すことにより接触子が永久変形を起こしてへたってしまうことを防止することができるという効果を奏する。
また、本発明の接触子の製造方法によれば、一定の膜厚を有する金属ばね膜の表面上に形状回復特性に優れた形状記憶合金膜を積層させることにより接触子が形成されており、その形状記憶合金膜が耐熱性に優れた金属犠牲膜により所定の形状にパターンニングされているので、バーンイン試験を繰り返してもへたらない接触子を製造することができるという効果を奏する。
以下、図１および図２を用いて、本発明の接触子の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の接触子１を示す斜視図であり、図２は本実施形態の接触子１を示す縦断面図である。本実施形態の接触子１は、図１に示すように、中央を頂部とした円錐らせん状に形成されており、プローブカード（検査用配線板）１０の絶縁基板１１に形成された接続端子１２上に接続されている。この接触子１は、図２に示すように、金属ばね膜２および形状記憶合金膜３を積層させることにより形成されている。また、本実施形態の接触子１は、金属ばね膜２および形状記憶合金膜３の補助膜として、シード膜４、通電補助膜５および通電膜６をそれぞれ所定の位置に積層させることにより形成されている。
金属ばね膜２は中央を頂部とした円錐らせん状に形成されており、その直径が２００μｍ程度、その高さが１００μｍ程度になっている。この金属ばね膜２としては、永久変形の原因となるすべり変形が生じにくい金属であればいずれの金属を用いて形成されていても良い。本実施形態においては、大きな弾性力を発揮するＮｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）のうちの一種であるＮｉ−Ｐ（ニッケル−リン）合金が用いられており、その膜厚が１０〜３０μｍ程度になるように形成されている。
形状記憶合金膜３は、マルテンサイト変態温度（Ｍｓ点）が室温（例えば２５℃程度）よりも高温であってマルテンサイト逆変態温度（オーステナイト変態温度、Ａｆ点）がバーンイン試験の試験温度（例えば１２０℃程度）よりも低温に設定されている形状記憶合金を用いて、金属ばね膜２の表面上にスパッタ形成されている。本実施形態の形状記憶合金膜３においては、多種の形状記憶合金の中でも形状回復可能な双晶変形が最も安定して起こるＴｉＮｉ合金（ＴｉＮｉ二元合金のほか、ＴｉＮｉＺｒ、ＴｉＮｉＣｕなどのＴｉＮｉ基合金も含む。本実施形態においてはＴｉＮｉ二元合金）が用いられており、その膜厚が６μｍ程度になるように形成されている。このＴｉＮｉ合金におけるＴｉサイトの組成（Ｔｉの組成にＴｉと置換する元素の組成を合計した組成。本実施形態においてはＴｉの組成）は５０．０〜５１．０ｍｏｌ％に設定されており、ＴｉリッチのＴｉＮｉ合金となっている。そのため、そのマルテンサイト変態温度は８０℃程度になっており、そのマルテンサイト逆変態温度、すなわちオーステナイト変態温度は１００℃程度になっている。
シード膜４は、絶縁基板１１または接続端子１２と金属ばね膜２との間に積層されている。このシード膜４は、金属ばね膜２の形成の際に用いられるとともに、絶縁基板１１または接続端子１２と金属ばね膜２との接着膜としても用いられる。したがって、本実施形態のシード膜４においては、Ｔｉ層もしくはＣｒ層を第一層とし、その第一層の表面に第二層となるＣｕ層を積層させることにより形成されている。
通電補助膜５は、形状記憶合金膜３の表面上にＮｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）のうちの一種であるＮｉ−Ｐ合金を膜厚２μｍ程度積層させることにより形成されている。また、通電膜６は、通電補助膜５の表面上にＡｕを膜厚０．３μｍ程度積層させることにより形成されている。
図３Ａ〜図３Ｊは、本実施形態の接触子１の製造方法を縦断面図により示している。本実施形態の接触子１の製造方法は、図３Ａ〜図３Ｊに示すように、第１工程から第１１工程までの各工程を主な工程として備えている。
第１工程においては、図３Ａに示すように、プローブカード１０の絶縁基板１１および接続端子１２に金属犠牲膜２１を形成する。本実施形態の金属犠牲膜２１は、スパッタにより厚さ１５ｎｍのＣｒ層を形成し、そのＣｒ層の表面にスパッタにより厚さ１μｍのＣｕ層を積層させることにより形成されている。そして、この金属犠牲膜２１に対して円輪形の溝２１ａをパターンニングする。このパターンニングとは、レジスト材を塗布し、レジスト材を残す部分もしくは残さない部分にマスクをかけてから露光を行った後、エッチング液により現像を行い、レジスト材をエッチングすることをいう。このパターンニングにより、円輪形の溝２１ａから接続端子１２を表面に露出させている。
第２工程においては、図３Ｂに示すように、円輪形の溝２１ａの内側に形成された円形の金属犠牲膜２１Ａに円柱状のレジスト体を形成し、その円柱状レジスト体をレジストコートし、多重露光を行い、現像することにより、円錐状のレジスト錐２２をパターンニングする。このレジスト錐２２に用いられるレジスト材としては、薄膜形成に用いられるレジスト材（本実施形態においては、下記に示すレジスト膜２３に用いられるレジスト材）の粘度よりも高い粘度を有するもの、具体的は高粘度のノボラック系レジスト材が選択されている。
第３工程においては、図３Ｃに示すように、レジスト錐２２のパターンニング後、電気伝導度に優れた金属をスパッタすることにより、第２工程後において露出している各表面、すなわちレジスト錐２２、円輪形の溝２１ａおよび円輪形の溝２１ａの外側に形成された金属犠牲膜２１Ｂの各表面にシード膜４を形成する。このシード膜４は、膜厚１５ｎｍ程度のＴｉ層もしくはＣｒ層を第一層とし、その第一層に第二層となる膜厚０．１μｍ程度のＣｕ層を積層させることにより形成されている。
第４工程においては、図３Ｄに示すように、シード膜４にレジスト膜２３を形成し、円錐らせん状の溝２３ａをレジスト膜２３にパターンニングする。この円錐らせん状の溝２３ａは、レジスト錐２２の頂点を中心とし、かつ、円輪形の溝２１ａを底面の周としており、その底面の周（円輪形の溝２１ａ）から接続端子１２に形成されたシード膜４が表面に露出している。また、レジスト膜２３のレジスト材はノボラック系レジスト材であり、前述したように、その粘度はレジスト錐２２に用いられるレジスト材の粘度よりも低い。
第５工程においては、図３Ｅに示すように、シード膜４を電気めっきすることにより、円錐らせん状の溝２３ａに金属ばね膜２を形成する。この金属ばね膜２としては、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）のうちの一種であるＮｉ−Ｐ合金が用いられ、その膜厚は１０〜３０μｍとなっている。
第６工程においては、図３Ｆに示すように、金属ばね膜２の形成後にレジスト膜２３を除去する。レジスト除去剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（分子式：Ｃ５Ｈ９ＮＯ、商品名：ＮＭＰ）が用いられる。
第７工程においては、図３Ｇに示すように、レジスト膜２３の除去後に表面に露出しているシード膜４を除去する。シード膜４の除去はイオンミリングにより行なわれる。
第８工程においては、図３Ｈに示すように、シード膜４の除去後にそのシード膜４の除去部分からレジスト除去剤を供給し、レジスト錐２２を除去する。レジスト除去剤としては、レジスト膜２３の除去に用いるレジスト除去剤と同様、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが用いられる。
第９工程においては、図３Ｉに示すように、レジスト錐２２の除去後において、マルテンサイト変態温度が室温よりも高温であってマルテンサイト逆変態温度がバーンイン試験の試験温度よりも低温となっている形状記憶合金をスパッタすることにより、表面に露出している金属ばね膜２および金属犠牲膜２１の表面上に形状記憶合金膜３を形成する。スパッタする形状記憶合金は、ＴｉＮｉ合金であり、ＴｉＮｉ合金におけるＴｉサイトの組成は５０．０〜５１．０ｍｏｌ％となっている。スパッタ処理条件としては、加熱温度２３０℃、Ａｒガス圧０．４６Ｐａであり、成膜された形状記憶合金膜３の膜厚は６μｍである。
第１０Ａ工程においては、図３Ｉに示された形状記憶合金膜３に熱処理を行なう。この熱処理は形状記憶合金膜３に対する形状記憶処理であり、その条件は４２０℃、３０分の焼鈍である。
第１１Ａ工程においては、図３Ｊに示すように、形状記憶合金膜３の熱処理後、金属犠牲膜２１を除去（リフトオフ）することにより、金属犠牲膜２１の表面に形成された形状記憶合金膜３をも併せて除去する。本実施形態の金属犠牲膜２１はＣｒ層にＣｕ層を積層させてなるため、Ｃｕ層のリフトオフ後にＣｒ層をリフトオフする。Ｃｕリフトオフ剤としては、硫酸鉄(III)（別名：硫酸第二鉄、組成式：Ｆｅ２（ＳＯ４）３）水溶液に硫酸を加えて得た水溶液が用いられており、Ｃｒリフトオフ剤としては、フェリシアン化カリウム（分子式：Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６）水溶液が用いられている。
また、本実施形態の接触子１は、図２に示すように、通電補助膜５および通電膜６を備えているので、本実施形態の接触子１の製造方法においては、上記工程のほかに、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第１０Ｂ工程および第１１Ｂ工程を備えている。
第１０Ｂ工程においては、図４Ａに示すように、第１０Ａ工程後第１１Ａ工程前、すなわち形状記憶合金膜３の熱処理後金属犠牲膜２１の除去前において、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）のうちの一種であるＮｉ−Ｐ合金をスパッタすることにより、形状記憶合金膜３に通電補助膜５を形成する。この通電補助膜５は、後に行なうＮｉ置換Ａｕめっきの下地膜となる。スパッタ処理条件としては、０．１〜１０Ｐａ、ＲＦ８００Ｗであり、成膜された通電補助膜５の膜厚は２μｍである。
また、第１１Ｂ工程においては、図４Ｂに示すように、第１１Ａ工程後、すなわち金属犠牲膜２１の除去後において、通電補助膜５のＮｉをＡｕに置換することにより、通電補助膜５の表面に通電膜６を形成する。この通電膜６の形成は、無電解めっきにより行なわれ、そのめっき液はエピタス（商品名）である。また、成膜された通電膜６の膜厚は０．３μｍである。
次に、図１から図８を用いて、本実施形態の接触子１およびその製造方法の作用を説明する。ここで、図５はマルテンサイト変態温度以下の温度における形状記憶合金膜３の応力−ひずみ線図を示し、図６は、マルテンサイト逆変態温度以上の温度における形状記憶合金膜３の応力−ひずみ線図を示している。また、図７および図８は、本実施形態の接触子１がボール状バンプ１５Ａまたはランド状バンプ１５Ｂに接触して下方に圧力が生じた状態を示している。
本実施形態の接触子１においては、円錐らせん状の金属ばね膜２の表面上に形状記憶合金膜３が積層されている。そして、この形状記憶合金膜３のマルテンサイト逆変態温度は、バーンイン試験の試験温度（例えば１２０℃程度）よりも低温であって室温よりも高温に設定されている。
図５に示すように、形状記憶合金は、マルテンサイト変態温度（ＭＳ点）以下の環境下においてマルテンサイト相であり、その環境下（例えば室温）おける変形に対し、マルテンサイト逆変態温度（Ａｆ点）以上の加熱により、形状記憶効果を発揮する。また、図６に示すように、形状記憶合金は、マルテンサイト逆変態温度以上の環境下においてオーステナイト相であり、その環境下（例えばバーンイン試験の試験温度）おける変形に対し、除荷のみによりその変形を回復させるという超弾性を示す。いずれも形状記憶合金の双晶変形によるものであり、永久変形の原因となるすべり変形は生じない。
したがって、本実施形態の接触子１においては、室温において検査対象の半導体デバイスをプローブカード１０に取付ける際、図７および図８に示すように、その半導体デバイスのバンプ１５Ａ、１５Ｂによりプローブカード１０に取付けられた接触子１がそのらせん形状を外側に拡大させる方向に変形したとしても、バーンイン試験の試験環境下において、その変形を形状記憶効果により回復させることができる。また、バーンイン試験の試験環境下において、その接触子１が変形したとしても、変形応力の除去後にその変形を超弾性により回復させることができる。
つまり、本実施形態の接触子１においては、永久変形の原因となるすべり変形が生じるのではなく、加熱もしくは除荷により形状回復可能な双晶変形が生じるので、従来の接触子１のように、バーンイン試験の繰り返しにより接触子１がすべり変形を起こし、その形状を変化させてしまうことがない。
特に、本実施形態の形状記憶合金膜３においては、ＴｉＮｉ合金が用いられているため、Ｃｕ系形状記憶合金や鉄系形状記憶合金などの他の形状記憶合金と比較して、安定した形状記憶効果および超弾性を発揮することができる。また、このＴｉＮｉ合金は、そのＴｉサイトの組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％となっているので、そのマルテンサイト変態温度が８０℃程度となり、半導体デバイスの取付を行なう室温においては良好な形状記憶効果を発揮することができる。また、そのマルテンサイト逆変態温度（オーステナイト変態温度）が１００℃程度となるので、バーンイン試験の試験環境下（１２０℃程度）においては良好な超弾性を示すことができる。
また、本実施形態の接触子１においては、図１および図２に示すように、その金属ばね膜２が円錐らせん状に形成されており、図７および図８に示すように、バンプ１５Ａ、１５Ｂと接触したときに円錐らせん状の接触子１が外側に広がりながらバンプ１５Ａ、１５Ｂに圧力を加える。そのため、バンプ１５Ａ、１５Ｂの表面に酸化膜が形成されていたとしても、接触子１がその酸化膜を切削しながらバンプ１５Ａ、１５Ｂの表面に接触することができ、バンプ１５Ａ、１５Ｂと接触子１とを確実に導通させることができる。
この円錐らせん状の接触子１は、その中央部が円錐の頂部を形成しているので、バンプ１５Ａ、１５Ｂに対して平面らせん状の接触子１よりも大きな圧力を加えることができる。さらに、この金属ばね膜２は、弾性力が大きいＮｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）のうちの一種であるＮｉ−Ｐ合金を用いて形成されているので、全てのバンプ１５Ａ、１５Ｂに対して大きな圧力を加えられることができる。
バンプ１５Ａ、１５Ｂに大きな圧力が加わると、接触子１に対しても大きな圧力が加わるので、その変形の原因となるばかりでなく、接触子１とプローブカード１０との剥離の原因ともなる。そこで、プローブカード１０と接触子１との中間層においては、シード膜４が積層されている。
本実施形態のシード膜４においては、第一層としてＴｉ層もしくはＣｒ層が形成されており、第二層としてＣｕ層が形成されているので、第一層がプローブカード１０およびその接続端子１２と良好な密着性を示すとともに、第二層が第一層および金属ばね膜２と良好な密着性を示す。そのため、本来、シード膜４とは金属ばね膜２をめっき成膜させるためのものであるが、本実施形態のシード膜４はプローブカード１０と金属ばね膜２との接着膜ともなるので、バンプ１５Ａ、１５Ｂから接触子１に大きな圧力が加わっても、プローブカード１０から接触子１が剥離することを防止することができる。
さらに、本実施形態の接触子１においては、図２に示すように、Ｎｉ−Ｐ合金の通電補助膜５の表面上にＡｕの通電膜６が形成されており、その通電膜６が高い電気伝導度を有しているので、接触子１の導電性を高めることができる。
この接触子１は、第１工程から第１１工程を経て製造されている。ここで、第５工程によれば、構造材となる金属ばね膜２が電気めっきにより形成されているので、その膜厚を厚くする制御を行いやすい。また、第９工程によれば、形状記憶合金膜３はスパッタにより形成されているので、その組成を制御しやすい。これにより、接触子１がバンプ１５Ａ、１５Ｂと接触した際に、バンプ１５Ａ、１５Ｂに所望の圧力を加えることができるとともに、製造した全ての接触子１に対してその形状記憶効果および超弾性を安定して発揮させることができる。
本実施形態の形状記憶合金膜３においては、Ｔｉサイトの組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％のＴｉＮｉ合金が用いられている。前述の通り、その特性については安定した形状記憶効果および超弾性を発揮することができる。また、ＴｉＮｉ合金は、Ｎｉサイトの組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％においてその変態温度が１００℃も変化するほどに組成に対して敏感な合金であることも知られているが、Ｔｉサイトの組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％であれば、その変態温度は一定であることも知られている。すなわち、スパッタによりＴｉサイトの組成がわずかにずれたとしても、その組成が５０．０〜５１．０ｍｏｌ％の範囲内であれば、その変態温度は変化せずに同等の特性を有する形状記憶合金膜３を成膜することができる。
また、第１工程によれば、耐熱性に優れた金属犠牲膜２１をレジスト膜２３として形成しているので、耐熱性を有しない有機系レジスト材とは異なり、形状記憶合金膜３の熱処理後においても、余分な形状記憶合金膜３を金属犠牲膜２１とともに容易に剥離（リフトオフ）することができる。本実施形態の金属犠牲膜２１においては、Ｃｒ層にＣｕ層を積層させることにより形成されているので、Ｃｒ用エッチング液およびＣｕ用エッチング液を用いることにより、Ｃｒ層およびＣｕ層のエッチング率をシード膜４、金属ばね膜２および形状記憶合金膜３のエッチング率よりも大きくすることができる。つまり、シード膜４、金属ばね膜２および形状記憶合金膜３に影響を与えることなく、金属犠牲膜２１をエッチングすることができる。
この形状記憶合金膜３の下地となる金属ばね膜２は、弾性力が大きいＮｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）の一種であるＮｉ−Ｐ合金を用いて形成されている。Ｎｉ−Ｐ合金めっきにより金属ばね膜２の膜厚を厚くすることが比較的容易にでき、また、Ｎｉ−Ｐ合金の弾性力は大きいので、他の金属を用いて形成された金属ばね膜２と比較して、バンプ１５Ａ、１５Ｂおよびその酸化膜に大きな圧力を加えることができる。
プローブカード１０の絶縁基板１１および接続端子１２と金属ばね膜２との中間層にはシード膜４が積層されている。このシード膜４は、その表面に良導体のＣｕ層を有しているので、金属ばね膜２のめっき処理を効率よく行うことができる。また、前述したように、このシード膜４は、絶縁基板１１および接続端子１２ならびに金属ばね膜２と良好な密着性を示すので、プローブカード１０から接触子１が剥離することを防止することができる。
また、本実施形態の接触子１の製造方法においては、第２工程および第４工程において、レジスト錐２２およびレジスト膜２３を形成するが、このレジスト錐２２は円錐状に形成される立体形状であるため、レジスト膜２３に用いられるレジスト材よりも高い粘度を有することにより、レジスト錐２２のパターンニングを容易に行なうことができる。
さらに、本実施形態の形状記憶合金膜３においては、形状記憶合金膜３の熱処理（形状記憶処理）後においてＮｉ−Ｐ合金の通電補助膜５を形状記憶合金膜３の表面にスパッタ形成し（第１０Ｂ工程）、金属犠牲膜２１の除去後においてその通電補助膜５のＮｉにＡｕを置換して通電膜６を形成している（第１１Ｂ工程）。そのため、金属犠牲膜２１の除去後に余分なＮｉ−Ｐ合金を除去することができるとともに、除去せずに最後まで表面に残るＮｉ−Ｐ合金のみにＡｕを置換することができ、Ａｕを無駄に除去することを防止することができる。また、前述の通り、接触子１の表面に通電膜６を形成することにより、接触子１の導電性を高めることもできる。
すなわち、本実施形態の接触子１によれば、マルテンサイト逆変態温度以上の加熱または接触子１とバンプ１５Ａ、１５Ｂとの接触による荷重の除荷により接触子１に生じた塑性変形（双晶変形）を回復させることができるので、バーンイン試験を繰り返すことにより接触子１が永久変形を起こしてへたってしまうことを防止することができるという効果を奏する。
また、本実施形態の接触子１の製造方法によれば、接触子１が一定の膜厚を有する金属ばね膜２の表面上に形状回復特性に優れた形状記憶合金膜３を積層させることにより形成されており、その形状記憶合金膜３が金属犠牲膜２１により所定の形状にパターンニングされているので、バーンイン試験を繰り返してもへたらない接触子１を製造することができるという効果を奏する。
なお、本発明は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
例えば、本発明の接触子は円錐らせん状に限られず、中央部が突出したらせん状であればよいので、他の実施形態においては、図９に示すように、その接触子１Ｂが多角錐らせん状に形成されていても良い。その際には、その製造方法の第１工程において、多角輪形状の溝をパターンニングし、その第２工程において、多角錐状のレジスト錐をパターンニングし、その第３工程において、多角錐らせん状の溝をレジスト膜にパターンニングすることが好ましい。
本実施形態の接触子を示す斜視図 本実施形態の接触子示す縦断面図 本実施形態の接触子の製造方法をＡ〜Ｊの順に示す縦断面図 本実施形態の接触子の製造方法における通電補助膜および通電膜の製造工程を示す縦断面図；Ａは第１０Ｂ工程を示し、Ｂは第１１Ｂ工程を示す マルテンサイト変態温度以下の温度における形状記憶合金膜の応力−ひずみ線図 マルテンサイト逆変態温度以上の温度における形状記憶合金膜の応力−ひずみ線図 本実施形態の接触子がボール状バンプに接触して下方に圧力が生じた状態を示す正面図 本実施形態の接触子がランド状バンプに接触して下方に圧力が生じた状態を示す正面図 他の実施形態の接触子を示す斜視図
符号の説明
１ 接触子
２ 金属ばね膜
３ 形状記憶合金膜
４ シード膜
５ 通電補助膜
６ 通電膜
１２ 接続端子
２１ 金属犠牲膜
２１ａ 円輪形の溝
２２ レジスト錐
２３ レジスト膜
２３ａ 円錐らせん状の溝

Claims (14)

  1. 円錐らせん状もしくは多角錐らせん状に形成されている金属ばね膜と、
    前記金属ばね膜の表面上に形成されているとともに、マルテンサイト変態温度が室温よりも高温であってマルテンサイト逆変態温度がバーンイン試験の試験温度よりも低温となっている形状記憶合金膜と
    を備えていることを特徴とする接触子。
  2. 前記金属ばね膜は、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）を用いて形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の接触子。
  3. 前記形状記憶合金膜は、ＴｉＮｉ合金を用いて形成されている
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接触子。
  4. 前記ＴｉＮｉ合金におけるＴｉサイトの組成は５０．０〜５１．０ｍｏｌ％となっている
    ことを特徴とする請求項３に記載の接触子。
  5. 前記金属ばね膜は、配線板に用いられる絶縁基板の表面上または前記配線板に形成された接続端子の表面上に積層されたシード膜の表面上に積層されており、
    前記シード膜は、Ｔｉ層もしくはＣｒ層にＣｕ層を積層させることにより形成されている
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接触子。
  6. 前記形状記憶合金膜の表面上にＮｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）を積層させてなる通電補助膜と、
    前記通電補助膜の表面上にＡｕを積層させてなる通電膜と
    を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の接触子。
  7. 配線板に用いられる絶縁基板の表面上および前記配線板に形成された接続端子の表面上に金属犠牲膜を形成した後、前記金属犠牲膜に円輪形もしくは多角輪形状の溝をパターンニングすることにより、前記円輪形もしくは多角輪形状の溝から前記接続端子を表面に露出させる第１工程と、
    前記円輪形もしくは多角輪形状の溝の内側に形成された円形もしくは多角形状の前記金属犠牲膜の表面上に円錐状もしくは多角錐状のレジスト錐をパターンニングする第２工程と、
    前記レジスト錐のパターンニング後に金属をスパッタすることにより前記レジスト錐、前記円輪形もしくは多角輪形状の溝および前記円輪形もしくは多角輪形状の溝の外側に形成された前記金属犠牲膜の表面上にシード膜を形成する第３工程と、
    前記シード膜の表面上にレジスト膜を形成した後、前記レジスト錐の頂点を中心とし、かつ、前記円輪形もしくは多角輪形状の溝を底面の周とする円錐らせん状もしくは多角錐らせん状の溝を前記レジスト膜にパターンニングする第４工程と、
    前記円錐らせん状もしくは多角錐らせん状の溝の内部にある前記シード膜を電気めっきすることにより前記円錐らせん状もしくは多角錐らせん状の溝に金属ばね膜を形成する第５工程と、
    前記金属ばね膜の形成後に前記レジスト膜を除去する第６工程と、
    前記レジスト膜の除去後に表面に露出している前記シード膜を除去する第７工程と、
    前記シード膜の除去後に前記レジスト錐を除去する第８工程と、
    前記レジスト錐の除去後にマルテンサイト変態温度が室温よりも高温であってマルテンサイト逆変態温度がバーンイン試験の試験温度よりも低温となっている形状記憶合金をスパッタすることにより表面に露出している前記金属ばね膜および前記金属犠牲膜の表面上に形状記憶合金膜を形成する第９工程と、
    前記形状記憶合金膜に対して形状記憶処理のための熱処理を行なう第１０Ａ工程と、
    前記形状記憶合金膜の熱処理後に前記金属犠牲膜を除去することにより、前記金属犠牲膜の表面に形成された形状記憶合金膜をも併せて除去する第１１Ａ工程と
    を備えていることを特徴とする接触子の製造方法。
  8. 前記金属ばね膜は、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）を用いて形成されている
    ことを特徴とする請求項７に記載の接触子の製造方法。
  9. 前記形状記憶合金膜は、ＴｉＮｉ合金を用いて形成されている
    ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の接触子の製造方法。
  10. 前記ＴｉＮｉ合金におけるＴｉサイトの組成は、５０．０〜５１．０ｍｏｌ％となっている
    ことを特徴とする請求項９に記載の接触子の製造方法。
  11. 前記シード膜は、Ｔｉ層もしくはＣｒ層にＣｕ層を積層させることにより形成されている
    ことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の接触子の製造方法。
  12. 前記金属犠牲膜は、Ｃｒ層にＣｕ層を積層させることにより形成されている
    ことを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の接触子の製造方法。
  13. 前記レジスト錐に用いられるレジスト材の粘度は、前記レジスト膜に用いられるレジスト材の粘度よりも高い
    ことを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載の接触子の製造方法。
  14. 前記第１０Ａ工程後第１１Ａ工程前において、Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのうちのいずれか１元素である。）をスパッタすることにより、前記形状記憶合金膜の表面上に通電補助膜を形成する第１０Ｂ工程と、
    前記第１１Ａ工程後において前記通電補助膜のＮｉをＡｕに置換することにより前記通電補助膜の表面に通電膜を形成する第１１Ｂ工程と
    を備えていることを特徴とする請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の接触子の製造方法。
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