JP2008304266A - プローブピン - Google Patents

Abstract

【課題】優れた導電性、耐酸化性を有すると共に、プローブピンとして十分な硬度を有する材料を提供する。
【解決手段】本発明は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕからなり、Ａｕ濃度：４０〜５５重量％、Ａｇ濃度：１５〜３０重量％、及び、ＰｄとＣｕとの合計濃度：１５〜４０重量％であるプローブピン用の材料である。この材料は、更に、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏの少なくともいずれか１つの元素を０．６〜５重量％含むことができる。また、これらの合金は、３００〜５００℃で加熱することにより析出硬化させることができ、より硬度の高い材料とすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体集積回路等の電気的特性を検査するためのプローブピンを構成する材料に関する。

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、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。この検査では、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の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。

従来から用いられているプローブピン用の材料としては、ベリリウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ）、リン青銅（Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ）、タングステン（Ｗ）を使用したもの、パラジウム（Ｐｄ）に銀（Ａｇ）等を添加した合金を用いたものなどがある。
特開平１０−０３８９２２号公報 特開平０５−１５４７１９号公報 特開２００４−０９３３５５号公報

プローブピン用の材料に対しては、何百万回と行われる繰り返し検査に対して磨耗することのないよう高硬度であることが要求されると共に、電極パッドとの安定的な接触を維持することのできる弾性（高ばね性）が必要である。また、プローブピン自体が酸化すると、生じた酸化皮膜が検査対象物を汚染するおそれがあることから耐酸化性も要求されるところである。更に、プローブピンは電気特性の検査で用いられるものであることから、比抵抗が低く良好な導電材料であることが必要である。

従来のプローブピン用の材料は、上記の要求特性の全てを具備したものは少ない。即ち、銅合金やタングステンは、機械的性質においては十分であるが、比較的酸化容易な材料であり、その酸化物が検査対象物上に残渣として残る傾向にある。このような状態で、検査を継続すると導通不良により正確な測定値が得られないこととなる。

一方、パラジウム合金は、耐酸化特性においては良好であるが、硬度等においてやや劣る面がある。この点、近年の半導体集積回路等においては高密度化により電極パッドの狭ピッチ化の傾向にあり、これに対応すべく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。この要請に答えるためには、プローブピンの材料として十分な硬度を有するものが必要である。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、導電性、耐酸化性を有すると共に、プローブピンとして十分な硬度を有する材料を提供するものである。

上記課題を解決すべく、本発明者等は鋭意研究を行い、金（Ａｕ）を主体としつつ、これに硬度、導電性を確保するための金属元素を添加したプローブピン用の合金材料を見出した。

即ち、本発明は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕからなり、Ａｕ濃度：４０〜５５重量％、Ａｇ濃度：１５〜３０重量％、及び、ＰｄとＣｕとの合計濃度：１５〜４０重量％であるプローブピン用の材料である。

Ａｕは、良好な導電体であると共に耐酸化性に優れる反面、軟らかく硬度面において劣る。本発明は、Ａｕに対する合金元素として、以下の作用を有するＡｇ、Ｐｄ、Ｃｕを添加することで、硬度、導電性、耐酸化性のバランスを図っている。

ここで、Ｐｄ及びＣｕは、合金の硬度上昇の作用を有するが、導電性に与える影響が異なりＰｄは比抵抗を上昇させる傾向が、Ｃｕは比抵抗を低下させる傾向がある。また、Ａｇは硬度に対する影響は少なく、比抵抗を低下させる目的で添加される。つまり、Ａｇは、Ｐｄを添加しＡｕ濃度が低下したことによる比抵抗上昇を補うために添加される。

そして、上記のような各元素の作用から、プローブピン用途における、硬度、比抵抗を満足させる組成としては、Ａｕ濃度を４０〜５５重量％、Ａｇ濃度を１５〜３０重量％とし、これにＰｄとＣｕとを両元素の合計濃度として１５〜４０重量％添加するものである。また、より好ましい組成としてはＡｕ濃度４０〜５０重量％、Ａｇ濃度１５〜３０重量％、ＰｄとＣｕとの合計濃度３０〜４０重量％となるものである。

本発明に係る合金は、更に、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏの少なくともいずれか１つの元素を０．６〜５重量％含んでいても良い。これらの元素は、硬度上昇において有用である。この添加元素濃度については、０．６重量％未満の添加では、効果がなく、５重量％を超えると比抵抗の上昇が顕著となる。この添加元素の好ましい濃度は、それぞれ０．６〜１重量％であり、この場合における好ましい材料組成は、Ａｕ濃度４０〜５０重量％、Ａｇ濃度１５〜３０重量％、ＰｄとＣｕとの合計濃度３０〜４０重量％であって、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏの合計濃度が１〜３重量％となるものである。

以上説明したプローブピン用の合金材料は、鋳造のまま或いは成形加工した状態でも十分な硬度を有するが、これを３００〜５００℃で熱処理し析出硬化させることで硬度をより高くすることができる。熱処理温度については、３００℃未満では硬度の上昇はみられず、５００℃を超える温度で熱処理すると軟化することから上記温度範囲とする。熱処理の時間は、材料に析出硬化が十分生じる時間を設定するのが好ましい。この点、熱処理は、合金材料をプローブピン用の線材に加工した後に行っても良く、加工後の極細線（線径０．０５〜０．５ｍｍ）の状態であれば熱処理時間は１０〜２０秒程度で良い。また、極細線に加工した後の熱処理は、加工後の細線を一定速度で熱処理装置に送って熱処理を行い、これを巻き取ることが多いが、このような場合の送り速度は４〜６ｍ／ｍｉｎとするのが好ましい。送り速度が遅すぎると（熱処理時間が長くなると）、熱処理後の硬度が逆に低下する、熱処理後の細線がくっつく等の問題が生じるおそれがある。尚、熱処理は、プローブピン用の線材に加工する前に行っても良い。また、熱処理雰囲気は、還元性雰囲気（例えば、窒素−水素混合ガス雰囲気）が好ましい。

尚、本発明に係る合金材料の好ましい硬度は、加工上がりの状態で、２８０〜３５０Ｈｖの範囲内にある。硬度は、合金の溶解鋳造後の加工率により変化するが、通常、加工率は６０〜９９．９％である。また、このような硬度を有する材料について、熱処理を行うことにより、その硬度は、３００〜４５０Ｈｖに上昇する。

尚、本発明に係る材料をプローブピンとする場合、ピン全体が合金材料からなる、いわゆるムク材として構成されたものが好ましい。そして、このプローブピンは、十分な硬度、導電性を有し、耐酸化性にも優れる。

以上説明したように、本発明に係るプローブピン用の材料は、高硬度であり、比抵抗が低く導電性に優れるものである。また、貴金属を主要成分とするものであり耐酸化性にも優れる。本発明によれば、長期間安定的に使用可能であり、かつ、検査対象物を汚染することのないプローブピンを得ることができる。

以下、本発明の好適な実施例を比較例とともに説明する。本実施形態では、各種の組成の合金を製造し、その硬度、比抵抗を測定・評価した。また、熱処理を行い硬化の有無も検討した。

試料は、原料となる各金属を真空溶解してインゴットを作製し（寸法：φ４０ｍｍ×６ｍｍ）、これを断面減少率が８０％前後となるように圧延した。圧延後の厚さは１．２ｍｍ前後とした。そして、圧延材を切断し、長さ１０ｍｍ×幅１．０ｍｍの試験片としこれを樹脂埋め込み、研磨して硬度測定用の試料とした。また、圧延材から、別に長さ６０ｍｍ×幅１０ｍｍの試験片を切り出し、これを比抵抗測定用の試料とした。

硬度測定はビッカース硬度計により行った。測定条件は、荷重１００ｇｆ、押し込み時間１０秒間とした。また、比抵抗の測定は、電気抵抗計により電気抵抗を測定し、試料の断面積と長さから比抵抗を算出した。

そして、硬度測定後の試料を樹脂から取り出し、この試料と比抵抗測定後の試料を窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間の熱処理を行い析出硬化させた。ここでの熱処理時間は、試料の大きさを考慮したものである。その後上記と同様にして、熱処理後の試料の硬度測定、比抵抗測定を行った。以上の評価結果を表１に示す。

表１から、実施例１〜５の試料は、硬度において、いずれも加工上がりにおいて２８０ＨＶ以上を示すと共に、熱処理により３００ＨＶを超えるものであった。また、比抵抗については、合格基準を３０μΩｃｍ（従来品の平均的な値）と設定すると、各実施例の試料は、基準を大きく上回ることなく基本的に満足できるものであった。これに対して、比較例は、比抵抗こそ十分に低いものであったが、硬度においては劣るものであった。また、比較例に係る試料では熱処理による硬度上昇効果も期待できないことがわかった。

次に、熱処理温度による析出硬化の有無について検討を行った。ここでは、実施例２と同様の組成の合金を溶解鋳造したインゴットを、加工率９９．８％で圧延加工し、そして、この圧延材を窒素雰囲気で３００〜５５０℃で熱処理した。熱処理は、長さ１．８ｍの電気炉に圧延材を５ｍ／ｍｉｎの送り速度で通過させることにより行った。熱処理後、圧延材からφ０．１ｍｍ×１０ｍｍ長さの試料を切り出して、樹脂埋め込み、研磨して硬度測定を行った。硬度測定は上記と同様の条件とした。この結果を図１に示す。

図１からわかるように、熱処理を行うことで硬度の上昇が見られるが、４５０℃以上を境に硬度が低下する傾向が見られ、５５０℃では加工上がりと同様の硬度となる。従って、熱処理による硬度上昇を図るとしても、その温度は５００℃以下にすることが適当であることがわかる。

実施例２に係る合金の熱処理温度と硬度との関係を示す図。

即ち、本発明は、半導体集積回路素子、液晶表示装置の複数の電極パッドに繰り返し接触し、半導体集積回路素子、液晶表示装置の電気的特性を検査するためのプローブピンにおいて、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕからなり、Ａｕ濃度：４０〜５５重量％、Ａｇ濃度：１５〜３０重量％、及び、ＰｄとＣｕとの合計濃度：１５〜４０重量％である合金を、３００〜５００℃で加熱して析出硬化させ、硬度３００〜４５０Ｈｖとした材料からなるプローブピンである。

Claims (4)

1. Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕからなり、Ａｕ濃度：４０〜５５重量％、Ａｇ濃度：１５〜３０重量％、及び、ＰｄとＣｕとの合計濃度：１５〜４０重量％であるプローブピン用の材料。
2. 更に、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏの少なくともいずれか１つの元素を０．６〜５重量％含む請求項１記載のプローブピン用の材料。
3. 請求項１又は請求項２記載の材料を、３００〜５００℃で加熱することにより析出硬化させてなるプローブピン用の材料。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の材料からなるプローブピン。
   

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