JP2008045916A

JP2008045916A - プローブの表面処理方法及びプローブ

Info

Publication number: JP2008045916A
Application number: JP2006219821A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Mitsune; 敦三根; Toshifumi Han; 利文樊
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【目的】本発明の目的は、プローブの接触端部に形成される金属層に不純物やガスが含まれないようにし且つ前記金属層の緻密性並びに当該金属層の前記接触端部に対する密着性を向上させることができるプローブの表面処理法方法を提供する。
【構成】複数のプローブ１０を、その接触端部１１の接触面が同方向に向くように並べ、この状態で複数のプローブ１０の接触端部１１に対して、当該接触端部１１の接触面に対向する方向からスパッタリングを行い、これにより複数のプローブ１０の接触端部１１に鍍金層１２を形成するようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象物(半導体チップ)の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブの表面処理方法に関し、またその方法によって処理されたプローブに関する。

この種のプローブは、測定対象物の電極と接触を繰り返す過程(即ち、測定過程)において、その接触端部に酸化アルミニウム等の異物が付着する。このため、前記プローブの測定対象物に対する電気抵抗値が高くなる。

前記異物は前記プローブの接触端部をクリーニングシートを用いてクリーニングすることにより除去することが可能であるが、そのクリーニングは作業時間が掛かるという問題と、当該クリーニングによりプローブの接触端部が磨耗するという問題とを有している。

そこで、前記プローブの本体金属としてレニウムタングステンを用い、当該本体金属の先端部(即ち、前記プローブの接触端部)の表面に、電気メッキ法により、ニッケル下地鍍金層、ロジウム等の白金属の鍍金層を順次形成して被覆することにより、当該接触端部の耐磨耗性を向上させ、前記クリーニングの頻度を低減したものがある(特許文献１参照)。

特開２００２−１３１３３４号公報

このように電気メッキ法を用いてプローブカード用のプローブの表面を被覆することは、数百本〜数千本のプローブの接触端部の表面を均一に被覆する必要性から一般的に行われているが、当該電気メッキ法は、水溶液の電気分解により水素と酸素が発生するため、この水素又は酸素が鍍金層に含まれるという問題と、水溶液の使用により鍍金層に不純物が含まれる可能性があるという問題とを有している。

また、前記電気メッキ法は、本体金属と鍍金層との相性に応じて下地鍍金層を選択しなければならず、面倒であるという別の問題も有している。

しかも、前記プローブを高温状況下(例えば、１２５℃)で使用した場合、本体金属と鍍金層との間に、膨張係数の違いにより熱応力の差が起こる。従って、両者の密着性が徐々に弱くなり、劣化していく。また、前記高温状況下では、鍍金層に含まれるガスが脱出する現象が起こり、鍍金層内部の組織構造に影響を及ぼす。更に、プローブと測定対象物の電極とを通電(パワーデバイスのような大電流が流れる。)させた状態では、鍍金層に含まれる不純物が電極の金属膜と反応して金属間化合物が形成される可能性もある。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、上記問題を解決し得るプローブの表面処理方法及びプローブを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプローブの表面処理方法は、プローブの接触端部に対して、当該接触端部の接触面に対向する方向からスパッタリングを行い、これにより前記プローブの接触端部に金属層を形成するようにしている。

前記スパッタリングを行う前に、前記プローブの接触端部に対して、逆スパッタリングを行うことが好ましい。

複数のプローブを、その接触端部の接触面が同方向に向くように並べ、この状態で前記プローブの接触端部に対して前記スパッタリングを行うようにすることができる。前記逆スパッタリングも、複数のプローブを上述のように並べた状態で行うことができる。

本発明のプローブは、その接触端部がスパッタリングにより形成された金属層で被覆されている。

本発明のプローブの表面処理方法による場合、プローブの接触端部に対して、当該接触端部の接触面に向する方向からスパッタリングを行い、金属層を形成するようにしている。従って、スパッタリングのターゲットとして純金属を用いることにより、前記金属層に不純物が含まれるのを防止することが可能になる。しかも、前記スパッタリングにより金属層が形成されるため、従来例の如く当該金属層にガスが含まれることがない。このため、前記金属層の緻密性及びプローブの接触端部に対する密着性を向上させることができる。よって、プローブの耐磨耗性を向上させることができ、当該プローブのクリーニングの頻度を低減することができる。また、電気メッキ法の如く本体金属と鍍金層との相性に応じて下地鍍金層を選択する必要もないので、簡単に前記プローブの接触端部に金属層を形成することができる。

プローブの接触端部に不純物が付着している場合には、前記スパッタリングの前に、逆スパッタリングにより、前記不純物を除去するようにすれば、高品質の金属層を形成することができる。

また、複数のプローブを、その接触端部の接触面が同方向に向くように並べた状態で前記スパッタリングを行うようにすれば、複数のプローブの接触端部に対して一度に金属層を各々形成することができる。よって、プローブの製造コストを低減することができる。

本発明のプローブによる場合、その接触端部がスパッタリングにより形成された金属層で被覆されているので、前記プローブの表面処理法方法と同様の効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態に係るプローブについて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係るプローブの接触端部を示す図であって、(ａ)が正面図、(ｂ)が底面図、(ｃ)が(ｂ)のＡ−Ａ断面図、図２は同プローブの接触端部を被覆するためのスパッタリング装置の模式図、図３は図２のα部分の拡大図である。

図１に示すプローブ１０は、炭素工具鋼を用いて構成されたものであって、その先端部が図示しない測定対象物(半導体チップ)の電極に接触する接触端部１１となっている。このプローブ１０の接触端部１１に連続する後端部の形状は任意であるため、図示省略する。

接触端部１１は、その接触面(即ち、先端面)がクラウン形状に加工されている。即ち、接触端部１１の先端面のエッジ部１１ａが前記測定対象物の電極に接触する接触部位となる。この接触端部１１は、図１(ｃ)に示すように、耐磨耗性の向上、測定対象物の電極との導電性(即ち、測定対象物の電極との異種金属間の親和性)の向上、酸化防止及び測定対象物の電極との接触抵抗の低減を図るために、純金属であるロジウム(Ｒｈ)又はイリジウム(Ｉｒ)の金属層１２でコーティングされ、強化される。

ここで、プローブ１０の接触端部１１に金属層１２を形成するためのスパッタリング装置２０について説明する。

このスパッタリング装置２０は、図２に示すように、逆スパッタリング機能を有した周知のスパッタリング装置であって、チャンバー２１と、このチャンバー２１内の雰囲気を真空にするための真空ポンプ２２と、チャンバー２１内にアルゴンガス等の雰囲気ガスを供給するガス供給手段２３と、チャンバー２１内に設けられた基板電極２４と、チャンバー２１内に基板電極２４に対向するように配設された電極２５と、基板電極２４及び電極２５に接続された電源部２６と、プローブ１０を加熱するためのヒータとを有する。

電源部２６は、スパッタリング時に基板電極２４と電極２５との間に直流電力を供給する第１の発振手段と、逆スパッタリング時に基板電極２４と電極２５との間に高周波
電力を供給する第２の発振手段と、第１、第２の発振手段を切り替えるためのスイッチ手段とを有している。

基板電極２４には複数のプローブ１０がセットされる。この基板電極２４は、電源部２６から電力が供給されることにより、陽極となる。

電極２５には、スパッタリング時にターゲットＴとして純金属であるロジウム(Ｒｈ)又はイリジウム(Ｉｒ)が取り付けられる。この電極２５は電源部２６から電力が供給されることにより、陰極となる。ターゲットＴは電極２５を通じて陰極となる。

以下、このようなスパッタリング装置２０を用いてプローブ１０の接触端部１１の表面を処理する方法について説明する。まず、複数のプローブ１０を、図３に示す治具に挿入し、その接触端部１１の接触面を同一方向に向けて並べる。この状態の複数のプローブ１０を、前記治具と共に、スパッタリング装置２０のチャンバー２１内の基板電極２４上にセットする。

その後、ガス供給手段２３を動作させ、チャンバー２１内に雰囲気ガスの供給を開始すると共に、真空ポンプ２２を動作させ、チャンバー２１内の雰囲気を真空とする。そして、電源部２６の第１の発振手段を動作させ、基板電極２４と電極２５との間に電圧を印加する。すると、基板電極２４と電極２５との間にプラズマが発生する。このプラズマにより複数のプローブ１０の接触端部１１に付着した自然酸化膜(即ち、不純物)が各々除去される。このときの逆スパッタリング条件は、ＲＦ１００Ｗ／ガス流量１５．０Ｓｃｃｍ／時間２５Ｍｉｎである。

その後、チャンバー２１内にターゲットＴをセットする。これにより、ターゲットＴが基板電極２４上のプローブ１０に対向する。

その後、ガス供給手段２３を動作させ、チャンバー２１内に雰囲気ガス(アルゴンガス)を供給すると共に、真空ポンプ２２を動作させ、チャンバー２１内の雰囲気を真空とする。そして、前記ヒータを動作させ、プローブ１０を１８０°で加熱すると共に、電源部２６のスイッチ手段を切り替えて第２の発振手段を動作させ、基板電極２４と電極２５との間に電圧を印加する。すると、基板電極２４と電極２５との間に電界が生じる。この電界の作用により雰囲気ガスを放電させ、基板電極２４と電極２５の間に電離区域が形成される。これにより、図３に示すように、ターゲットＴが叩き出され、プローブ１０の接触端部１１の接触面に向けてスパッタリングされる。これにより、複数のプローブ１０の接触端部１１にロジウム(Ｒｈ)又はイリジウム(Ｉｒ)の金属層１２が形成される。このときのスパッタリング条件は、ＤＣ２００Ｗ／ガス流量２０．０Ｓｃｃｍ／時間３５Ｍｉｎである。

なお、前記ヒータによりプローブを加熱することにより、金属層１２のプローブ１０の接触端部１１に対する密着性が向上する。

このようなプローブの表面処理方法による場合、スパッタリングのターゲットとして純金属であるロジウム(Ｒｈ)又はイリジウム(Ｉｒ)を用いているので、金属層１２に不純物が含まれるのを防止することができる。しかも、前記スパッタリングにより金属層１２が形成されるため、従来例の如く当該金属層１２にガスが含まれることがない。このため、金属層１２の緻密性及び金属層１２の接触端部１１に対する密着性を向上させることができる。よって、プローブ１０の耐磨耗性を向上させることができでき、当該プローブ１０のクリーニングの頻度を低減することができる。また、電気メッキ法の如く本体金属と鍍金層との相性に応じて下地鍍金層を選択する必要もないので、簡単にプローブ１０の接触端部１１に金属層１２を形成することができる。

このように金属層１２(ロジウム又はイリジウム)でコーティングされ強化されたプローブ１０の接触端部１１と、コーティングされていないプローブ１０の接触端部１１とを、クリーニングシートを用いてクリーニングすることにより、各接触端部１１の耐磨耗性についての実験を行った。この実験で用いるプローブ１０は下記の通りである。

１）Ｒｈスパッタプローブ５本
２）Ｉｒスパッタプローブ５本
３）表面処理なしプローブ３本
なお、Ｒｈスパッタプローブ及びＩｒスパッタプローブの金属層については、上述したプローブの接触端部の被覆方法によりプローブ１０の接触端部１１に形成された金属層１２と同一条件で形成されたものである。

クリーニング条件は次の通りである。
・オーバードライブ量１５０μｍ
(即ち、プローブの接触端部をクリーニングシートに押圧する量)
・温度は常温とする。

この実験の結果を図４、図５及び図６に示す。図４は実験に用いたプローブの接触端部のレーザー顕微鏡写真、図５は(ａ)が実験に用いたプローブの接触端部のクリーニング回数に応じた磨耗量を示すグラフ、(ｂ)が同プローブの接触端部のクリーニング回数に応じたクラウン長を示すグラフ、図６は(ａ)が実験に用いたＲｈスパッタプローブの接触端部のレーザー顕微鏡写真、(ｂ)が実験に用いたＩｒスパッタプローブの接触端部のレーザー顕微鏡写真である。

即ち、図４及び図５に示すように、表面処理なしプローブは、クリーニング回数の上昇と共に、当該プローブの接触端部のエッジ部が磨耗するのに対し、Ｒｈスパッタプローブ及びＩｒスパッタプローブは、クリーニング回数が５万回を越えても、当該プローブの接触端部のエッジ部が磨耗しないことが分かった。

また、図６(ａ)に示すＲｈスパッタプローブの接触端部のα部分及び図６(ｂ)示すＩｒスパッタプローブの接触端部のβ部分を50000回クリーニングした後、ＳＥＭ＆ＥＤＡＸを用いて定性及び定量分析を行ったところ、Ｒｈスパッタプローブの接触端部のα部分からは検出元素Ｒｈが主に検出され、Ｉｒスパッタプローブの接触端部のβ部分からは検出元素Ｉｒが主に検出され、各々プローブの母材(即ち、炭素工具鋼)の元素は検出されなかった。この分析結果からも、当該プローブの接触端部のエッジ部が磨耗していないことが明らかである。

このようにプローブ１０は、その接触端部１１に金属層１２を形成されているので、耐磨耗性が向上し、測定対象物の電極に対する接触抵抗値の低減及び測定対象物の電極に対する導電性(即ち、前記電極との異種金属間の親和性)の向上を図ることができる。また、金属層１２はロジウム又はイリジウムで構成されていることから、プローブ１０の接触端部１１の酸化を防止することができる。

しかも、プローブ１０は安価な炭素工具鋼で構成されているので、上述したプローブの接触端部の被覆方法と共に用いることにより、プローブ１０の製造コストを低減できる。即ち、安価で測定対象物の電極と安定した接触を図ることができるプローブ１０とすることができる。

なお、上記プローブの表面処理方法としては、複数のプローブ１０を、その接触端部１１の接触面を同一方向にむけて並べた状態でスパッタリングを行うとしたが、一本のプローブ１０にのみ行うことも可能である。また、接触端部１１に不純物が付着していない場合には、逆スパッタリングを行わなくても良い。

また、プローブ１０は、炭素工具鋼で構成されているとしたが、その他の素材で構成されていても良い。また、接触端部１１をクラウン加工するか否かは任意である。

上記スパッタリング及び逆スパッタリングの条件については、一例を示したものであり、上記以外の条件で行うことが可能であることは言う迄もない。

本発明の実施の形態に係るプローブの接触端部を示す図であって、(ａ)が正面図、(ｂ)が底面図、(ｃ)が(ｂ)のＡ−Ａ断面図である。同プローブの接触端部を被覆するためのスパッタリング装置の模式図である。図２のα部分の拡大図である。実験に用いたプローブの接触端部のレーザー顕微鏡写真である。 (ａ)が実験に用いたプローブの接触端部のクリーニング回数に応じた磨耗量を示すグラフ、(ｂ）が同プローブの接触端部のクリーニング回数に応じたクラウン長を示すグラフである。 (ａ)が実験に用いたＲｈスパッタプローブの接触端部のレーザー顕微鏡写真、(ｂ)が実験に用いたＩｒスパッタプローブの接触端部のレーザー顕微鏡写真である。

符号の説明

１０プローブ
１１接触端部
１１ａエッジ部
２０スパッタリング装置

Claims

プローブの接触端部に対して、当該接触端部の接触面に対向する方向からスパッタリングを行い、これにより前記プローブの接触端部に金属層を形成するようにしたことを特徴とするプローブの表面処理方法。
請求項１記載のプローブの表面処理方法において、前記スパッタリングを行う前に、前記プローブの接触端部に対して、逆スパッタリングを行うことを特徴とするプローブの表面処理方法。
請求項１又は２記載のプローブの表面処理方法において、複数の前記プローブを、その接触端部の接触面が同方向に向くように並べ、この状態で前記プローブの接触端部に対して前記スパッタリングを行うようにしたことを特徴とするプローブの表面処理方法。
接触端部がスパッタリングにより形成された金属層で被覆されていることを特徴とするプローブ。