JP3745184B2

JP3745184B2 - プローブカード用探針及びその製造方法

Info

Publication number: JP3745184B2
Application number: JP2000042028A
Authority: JP
Inventors: 俊宏松尾; 繁蔵工藤
Original assignee: 株式会社東京カソード研究所
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: TW531646B; KR100453515B1; JP2000338131A; US6573738B1; KR20000076952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣウエハなどの内部結線を検査するためのプローブカードの探針構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＩＣウエハなどの内部結線及び特性または性能を検査する手段としてプローブカードが用いられている。このプローブカードには、例えばＩＣウエハ上の各チップに形成された電極パッドに対応した探針が設けられ、この探針を電極パッドに押し当てることによりパッドの電気的な結線状態、例えば、オープン検査及びショート検査などが行われる。
【０００３】
一方、近年、メモリデバイスの大容量化やパッケージの小型化などに伴って、ＩＣウエハ上に形成される電極パッドの間隔が狭小化し、最近では、４０μｍまで狭められている。また、この電極パッドの間隔が狭められたことに伴って、電極パッド自体も小型化されている。
【０００４】
こうした電極パッド間隔の狭ピッチ化により、これら電極パッドの結線状態を測定するプローブカードにおいても探針の狭ピッチ化が要求されている。即ち、探針自体の直径も小さくなければならない。このような狭ピッチ化に対応した従来のプローブカード用探針の形状を図５及び図６に示す。
【０００５】
図５及び図６に示す通り、プローブカード用の探針１０は、電極パッド１１に押し当てられた際の圧力に耐え得るように一定の直径、例えば、１５０μｍで構成されている。一方、被検査体に接触する先端部分１４は、探針の太さに対応してテーパ１２が形成された先細形状に構成されている。こうして構成された探針１０は、プローブカードに複数取り付けられて、チップに形成された複数の電極パッドの電気的な結線状態の検査に用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、探針は、被検査体と接触させ被検査体との導通状態から被検査体の電気的結線状態を検査するものであることから、高導電性、低接触抵抗、繰り返し応力による変形が少ない材料で構成されていることが望まれる。また、探針は、被検査体に直接押し当てられ接触加圧した際に摩擦摺動による金属屑が生じるが、この金属屑は測定精度を確保する上で極めて有害であるという問題がある。一方、探針の材料として例えば、低接触抵抗や高導電性を優先させた場合には、一般的に強度が小さく被検査体に押し当てた後、原形に復元させる繰返し応力に弱いという問題がある。上記４要素、すなわち、高導電性、低接触抵抗、耐摩耗性、比較的高強度を有する金属として、ロジウム、イリジウム等があるが高価であるという問題がある。
【０００７】
被検査体と所定の距離にある探針接触面を所定速度で移動、加圧接触をもって、被検査体の特性を検査するという操作を数十万回あるいは数百万回高速反復させる為に、探針には厳しい繰返し応力がかかる各検査毎に原形に回復させなければならないという性能が要求される。したがって探針材料として、高弾性、高バネ性のものを選択するが、この種の材料は一般的に接触抵抗が高い。そのため、従来の探針では、加圧を大きくすることで接触抵抗を一定水準に保持している。しかしながら、上述したように、狭ピッチ化に対応して探針の直径を細めることにより、変形や破壊等が発生しやすいという問題が生じる。
【０００８】
一方、探針は被接触体である電極パッドより高硬度の材料を用いるので、繰り返し検査を行っている間に僅かに金属屑が生じる。この金属屑は、探針の接触面に付着し、接触抵抗値が変動することから、必要に応じて先端部は研磨される。
【０００９】
しかし、探針は先端が先細形状に構成されているため、先端を研磨すると先端の直径が徐々に太くなる。このように先端の直径が変化した場合には、検査時に被検査体に探針を押し当てた際の圧力及び接触面積が変ってしまい安定した検査が行えないという問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、繰返し応力に対する耐性を高め、また、長期に安定した検査を行えるプローブカード用の探針を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプローブカード用探針は、先端側の接触部を被検査体に接触させて電気的結線状態を測定するための導電性金属からなる探針軸と、その外周に少なくとも１層からなる被覆層とを有する多層構造からなるプローブカード用探針であって、上記被覆層が、１０００℃〜１２００℃の温度における溶体化処理によって軟化し、４００℃〜５００℃の温度における時効処理により硬化するエルジロイ（登録商標）で構成され、前記エルジロイ（登録商標）は、Ｃｏを４０重量％，Ｎｉを１５重量％，Ｃｒを２０重量％，Ｍｏを７重量％，Ｍｎを２重量％及びＦｅからなる合金であることを特徴とする。
【００１４】
上記発明によれば、被覆層が、１０００℃〜１２００℃の温度における溶体化処理によって軟化し、４００℃〜５００℃の温度における時効処理により硬化するヤング率の高い第１の金属で構成される。第一の金属は、エルジロイ（登録商標）、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）の他、ばね用ＳＵＳのいずれかである。探針軸は、これらのいずれかの被覆層により支持補強されているため、繰返し応力を高めることができる。
または、被覆層は、焼鈍により軟化し加工によって著しく硬化するヤング率の高い第二の金属から構成される。第二の金属は、レニウムータングステン合金である。
【００１５】
更に、本発明のプローブカード用探針は、上記探針軸が、Ａｕを１０重量％，Ｐｔを１０重量％，Ｐｄを３５重量％，Ａｇを３０重量％及びその他Ｃｕ，Ｚｎからなる合金、ベリリウム銅（Be−Cu）、白金族元素から選択される金属、金、金シリコンのいずれかで構成されることを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明のプローブカード用探針は、上記探針軸が多層構造であり、各層は、Ａｕを１０重量％，Ｐｔを１０重量％，Ｐｄを３５重量％，Ａｇを３０重量％及びその他Ｃｕ，Ｚｎからなる合金、ベリリウム銅（Be−Cu）、白金族元素から選択される金属、金、金シリコンのいずれかで構成され、上記探針軸はこれら層が組み合わされることを特徴とする。
【００１７】
本発明のプローブカード用探針の製造方法は、先端側の接触部を被検査体に接触させて電気的結線状態を測定するための導電性金属からなる探針軸と、その外周に少なくとも１層からなる被覆層とを有する多層構造のプローブカード用探針を製造する方法であって、Ｃｏを４０重量％，Ｎｉを１５重量％，Ｃｒを２０重量％，Ｍｏを７重量％，Ｍｎを２重量％及びＦｅからなる合金で構成されるエルジロイ（登録商標）からなる被覆層を形成する筒状金属の中に前記探針軸となる棒状の導電性金属を装着し、１０００℃〜１２００℃の温度における溶体化により軟化させた状態で同軸伸線法により引き延ばされて多層構造の探針が形成されることを特徴とする。
【００１８】
上記発明によれば、高耐性反復応力、低加圧安定接触抵抗、これ故に金属粉塵発生量の少ない多層構造のプローブ用探針を簡易かつ、安価に製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１には、本実施形態のプローブカード用探針の平面図（Ａ）及び平面断面図（Ｂ）、（Ｃ）を示し、図２には、探針を被検査体に接触させている状態を示す。
【００２０】
図１（Ｂ）に示すように本実施形態の探針２０は探針軸２２と前記探針軸２２を覆う被覆層２４の二重構造で構成されている。探針軸２２は、全体が導電性の大きい金属から構成され、先端は、被検査体に押し当てて電気的結線状態を測定する接触部２２ａが被覆層２４から露出している。この探針軸２２を構成する導電性の大きい金属はまた、接触抵抗の低いものが好ましい。こうした金属としては、例えば、パリネ（登録商標）（パリネ（登録商標）は、Ａｕを１０重量％，Ｐｔを１０重量％，Ｐｄを３５重量％，Ａｇを３０重量％及びその他Ｃｕ，Ｚｎからなる合金；米国Ｊ．ＭＮＥＹカンパニーから入手可能）、ベリリウム銅（Be−Cu）、白金族元素から選択される金属、金、金シリコンなどがある。また、探針軸２２の先端部の接触部２２ａは、外部に露出し被検査体と接触する部分であるため、耐摩耗性を向上させるためには、上記金属の表面を窒化して塵や屑などが付着し難くすることがよい。
【００２１】
図１（Ｃ）に、他の探針軸２２の構成を示す。この探針軸２２は、図１（Ｃ）に示すように、中央層２２ｃとこれを覆う外層２２ｄからなる二層構造で構成される。中央層２２ｃと外層２２ｄは、それぞれ異なる導電性の大きい金属で構成される。このような金属としては、例えば、（パリネ（登録商標）は、Ａｕを１０重量％，Ｐｔを１０重量％，Ｐｄを３５重量％，Ａｇを３０重量％及びその他Ｃｕ，Ｚｎからなる合金；米国Ｊ．ＭＮＥＹカンパニーから入手可能）、ベリリウム銅（Be−Cu）、白金族元素から選択される金属、金、金シリコンなどがある。本実施形態の探針軸２２は、これらの金属の中から任意に選択した組み合わせで、中央層２２ｃと外層２２ｄを構成することができる。
【００２２】
この探針軸２２の直径は、特に限定はなく、後述する被覆層の材質等との関係で、また被検査体のサイズとの関係で任意に定めることができる。例えば、探針軸２２は探針全体の直径の１／３〜１／４程度に構成することができる。また、探針軸２２は、少なくとも接触部２２ａは一定の直径で構成することが望ましい。この接触部２２ａの直径は、材料の強度、被検査体のピッチなどを考慮して適切なサイズに決定することが好ましい。例えば、この直径は３０μｍ、より好ましくは２０μｍで構成することができる。
【００２３】
また、探針２０は、押圧し易くするために被検査体２８にほぼ垂直に接触することが好ましい。このため、図２に示すように、探針２０の先端側は、一定の角度（θ）で折り曲げられ、折曲部２６が形成されている。
【００２４】
前記接触部２２ａは、この折り曲げられた先端側に設けられ、この長さは、特に限定はないが、少なくとも被検査体２８と接触させて導通が行える程度の長さを有していればよい。通常この長さは、１０μm以上に設定される。この長さは、好適には、先端を研磨し再生しながら長期に利用することができる長さとすることがよい。研磨再生が可能な長さとしては、例えば、１０〜１００μmとすることができ、また、必要に応じてそれ以上長くしてもよい。また、上述したように、この接触部２２ａは、一定の直径で構成されているため、研磨により短くなっても従来のように直径の太さには変化がなく、被検査体との確実な接触が確保され、安定した検査を行うことができる。
【００２５】
一方、上記探針軸２２を覆う被覆層２４は、探針軸２２の繰返し応力、すなわち、繰り返しかけられる力に対抗する内部的な力を外部から補強するために設けられている。このように探針軸２２の繰返し応力を補強するために、被覆層２４は、弾性特性、特に、ヤング率が高い材質から構成することが好ましい。また、この被覆層２４は、必ずしも導電性を有する金属などである必要はないが、この被覆層２４を介して探針軸２２とプローブカード上の導線等とを接続する場合にはこの被覆層２４も導電性の高い金属を用いることが好ましい。
【００２６】
この被覆層２４の材料としては、具体的には、導電性が要求されない場合には、種々の樹脂などからヤング率の高い適切なものを選択することができる。また、導電性が要求される場合には、ヤング率の高い導電性金属を用いることができ、このような金属の例として、第一の金属としては、例えば、エルジロイ（登録商標）（エルジロイ（登録商標）は、Ｃｏを４０重量％，Ｎｉを１５重量％，Ｃｒを２０重量％，Ｍｏを７重量％，Ｍｎを２重量％及びＦｅからなる合金）、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、ばね用ＳＵＳなどのような溶体化処理によって軟化し時効処理により硬化するものを用いることができる。
【００２７】
ここで溶体化処理とは、合金をその成分の一つ又は二つ以上が固溶体の中にとけ込む温度に加熱保持したのち急冷してその成分が析出するのを防止する処理をいう。ここでは、上記第一の金属の溶体化処理の温度は、例えば、１０００℃〜１２００℃で行うことができる。また、時効処理とは、低温で行う合金の二次的な熱処理をいい、この熱処理により、合金の硬度、強度、電気伝導度などを増加させる。この時効処理の温度としては、例えば、４００℃〜５００℃で行うことができる。
【００２８】
また、第二の金属としては、レニウムタングステンのような焼鈍により軟化し加工によって著しく硬化するものを用いることができる。この焼鈍処理では、５００〜６００℃で行うことができる。また、加工処理とは、例えば、ダイス等を通して成形加工する処理をいう。
【００２９】
この被覆層２４は、探針軸２２の繰返し応力を補強することができるように探針軸２２を被覆して構成される。例えば、探針２０を被検査体に押圧して結線状態を測定する際に探針軸２２が撓み易い部分、例えば、図２に示す折曲部２６の周辺のみに形成させてもよい。このように、探針軸２２の一部に被覆層２４を形成させる場合には、図３に示すような構成を採ることができる。すなわち、図３では、被覆層２４は、探針２０が基板３８に固定される際にエポキシ樹脂などの絶縁物により探針が基板３８に支持される支持位置４２から先端にかけて探針軸２２に圧延させることができる。
【００３０】
また、製造の簡便化を考慮すれば、好ましくは、図１に示すように接触部２２ａを残し探針軸２２の全体に形成させることが好ましい。
【００３１】
次に、プローブカード用探針の製造方法について説明する。図１に示すように、探針軸２２の外周面のほぼ全体を被覆層２４で覆う場合を例にとり説明する。この様に、探針軸２２の外周面のほぼ全体を被覆層２４で覆う場合は、同軸伸線法によりに本発明の多層構造の探針を製造することができる。同軸伸線法とは、図４に示すように、被覆層２４を構成する筒状の金属材料３２の中に探針軸２２を構成する棒状金属材料３０を装着し、これを溶体化または焼鈍等により軟化させた状態でこれらの軸３６が一致するように引き伸ばす方法をいう。
【００３２】
この場合において、プローブカード用探針の被覆層２４の金属材料３２として、第１の金属、すなわち、エルジロイ（登録商標）（エルジロイ（登録商標）は、Ｃｏを４０重量％，Ｎｉを１５重量％，Ｃｒを２０重量％，Ｍｏを７重量％，Ｍｎを２重量％及びＦｅからなる合金）、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、ばね用ＳＵＳのいずれかを選択した場合は、１０００℃〜１２００℃の温度における溶体化処理によって軟化させた状態で、軸３６が一致するように引き伸ばす。その後、４００℃〜５００℃の温度における時効処理により硬化させることになる。
【００３３】
また、被覆層２４の金属材料３２として、第２の金属、レニウム−タングステン合金を選択した場合は、５００〜６００℃で焼鈍により軟化させた状態で、軸３６が一致するように引き伸ばす。その後、加工処理、すなわち、例えば、ダイス等を通して成形加工によって硬化させる。
【００３４】
このように、同軸伸線法は、多層構造の探針を簡便に形成させることが可能となり、探針を安価に量産させることが可能となる。
【００３５】
なお、上記のような種々の構成により探針２０を形成させることができるが、電極パッドなどの狭ピッチ化に対応して、被覆層の先端側には図１に示すようにテーパ２４ａを形成することが好ましい。
【００３６】
また、探針軸２２の材料と被覆層２４の材料との組み合わせは、疲労試験、すなわち、材料が破壊することなく耐え得る繰返し応力の範囲を決定する試験によって、探針として繰返し応力が高くなるような組合わせを採用してもよい。また、探針軸２２の直径や被覆層２４の厚みなども疲労試験などに基づいて決定することができる。
【００３７】
次に、上記の通り構成された探針２０の作用を説明する。
【００３８】
中央の探針軸２２にはヤング率の高い材料からなる被覆層２４が形成され、探針２０が構成される。この探針２０は、被検査体、例えばチップ上に形成された電極パッドに対応するようにプローブカードに複数取り付けられ、このプローブカードを用いて電極パッドの導通状態の検査が行なわれる。検査時には、プローブカードの探針が電極パッドに対向するように配置され、接触部２２ａが電極パッド２８に押圧される。接触部２２ａが電極パッド２８に押圧されると、探針軸２２はその圧力を受けて撓むが、この撓みは被覆層２４により支えられる。検査が終了すると、探針２０は被検査体２８から離され、探針軸２２は軸自身の復元力および被覆層２４の復元力により元の形状に戻される。特に、被覆層２４はヤング率が高い材料から構成されているため被覆層２４の復元力は高く、この力により元の形状が維持される。
【００３９】
一つの被検査体の検査が終了すると、次の被検査体の検査が行なわれ、この作業が繰り返される。このような繰り返して行なわれる検査作業の間、探針軸２２は被覆層２４に支持されて、探針軸２２の歪みが防止され、また、原形への復帰が容易となる。そのため、従来、問題となっていた探針の繰返し応力不足が補強されることとなり、探針２０の形状は、より長期に維持されることになる。
【００４０】
また、探針２０を長期に使用した場合に、接触部２２ａに接触時の金属屑などが付着して接触抵抗を変化させる。その場合には、これを研磨して除去することにより再び探針２０を利用することが可能となる。特に、本実施形態の探針２０では、接触部２２ａが一定の直径に形成されているため、研磨により短くされた場合でも同一の直径を維持することができる。したがって、長期に使用し接触部２２ａを研磨しても、本発明の探針２０によれば接触時の圧力などに変化を与えず、安定した検査を行うことが可能となる。
【００４１】
この探針２０は、上述した通り、細い探針軸２２であっても被覆層２４により繰返し応力が補強される。そのため、パッドとの接触部分については従来の探針よりもさらに細く構成することも可能となり、さらなる狭ピッチ化に対応した探針を製造することも可能となる。
【００４２】
なお、上記実施形態では、主として、探針軸と一層の被覆層とからなる２層構造の探針について示したが、被覆層が複数からなる多層構造から構成することもできる。例えば、探針軸として、ベリリウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ）を用い、この外周面に白金族系の中間層を備え、さらにその外側に被覆層としてエルジロイ（登録商標）若しくは３０％Ｒｅ−Ｗ合金で覆うことができる。このように多層構造から探針を構成することにより、一層の繰返し応力の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、探針軸の周囲に弾性特性、特にヤング率の高い材料で被覆されているため、プローブカード用の探針の繰返し応力に対する変形が著しく減少し、これにより、長期に安定した検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のプローブカード用探針の平面図（Ａ）及び平面断面図（Ｂ）、（Ｃ）である。
【図２】本実施形態のプローブカード用探針を被検査体に接触させている状態を示す図である。
【図３】本実施形態における探針の被覆層の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態における探針の製造方法の一例を示す図である。
【図５】従来のプローブカード用探針の平面図である。
【図６】従来のプローブカード用探針を被検査体に接触させている状態を示す図である。
【符号の説明】
２０探針、２２探針軸、２２ａ接触部、２２ｃ中央層、２２ｄ外層、２４被覆層、２６折曲部、２８被検査体。

Claims

先端側の接触部を被検査体に接触させて電気的結線状態を測定するための導電性金属からなる探針軸と、その外周に少なくとも１層からなる被覆層とを有する多層構造からなるプローブカード用探針であって、
前記被覆層が、１０００℃〜１２００℃の温度における溶体化処理によって軟化し、４００℃〜５００℃の温度における時効処理により硬化する合金で構成され、
前記合金は、Ｃｏを４０重量％，Ｎｉを１５重量％，Ｃｒを２０重量％，Ｍｏを７重量％，Ｍｎを２重量％及びＦｅからなる合金であることを特徴とするプローブカード用探針。
前記探針軸が、Ａｕを１０重量％，Ｐｔを１０重量％，Ｐｄを３５重量％，Ａｇを３０重量％及びその他Ｃｕ，Ｚｎからなる合金、ベリリウム銅（Be−Cu）、白金族元素から選択される金属、金、金シリコンのいずれかで構成されることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード用探針。
前記探針軸が多層構造であり、
各層は、Ａｕを１０重量％，Ｐｔを１０重量％，Ｐｄを３５重量％，Ａｇを３０重量％及びその他Ｃｕ，Ｚｎからなる合金、ベリリウム銅（Be−Cu）、白金族元素から選択される金属、金、金シリコンのいずれかで構成され、
前記探針軸はこれら層が組み合わされることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード用探針。
先端側の接触部を被検査体に接触させて電気的結線状態を測定するための導電性金属からなる探針軸と、その外周に少なくとも１層からなる被覆層とを有する多層構造のプローブカード用探針を製造する方法であって、
Ｃｏを４０重量％，Ｎｉを１５重量％，Ｃｒを２０重量％，Ｍｏを７重量％，Ｍｎを２重量％及びＦｅからなる合金で構成される被覆層を形成する筒状金属の中に前記探針軸となる棒状の導電性金属を装着し、１０００℃〜１２００℃の温度における溶体化により軟化させた状態で同軸伸線法により引き延ばされて多層構造の探針が形成されることを特徴とするプローブカード用探針の製造方法。