JPH10148646A - コンタクター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プローブピン同士の接触による破損や電気的短
絡が無く、プローブピンに実用上要求される数十万回以
上のプロービング回数を負荷しても、被検査体の電極バ
ンプと良好なコンタクトが可能で、しかも半導体集積回
路の狭ピッチ化、高密度化に対応可能なコンタクターを
提供する。 【構成】被検査体に対して垂直に配置されたプローブピ
ンを複数本有するコンタクターであって、被検査体との
接触面がプローブピンの長手方向の中心線に対して８９
度以下の傾斜角をもち、しかも該プローブピンが形成す
る列の少なくとも一列において前記接触面の傾斜方向が
同じであることを特徴とするコンタクターであり、ま
た、プローブピンを曲げ変形させながら研磨することを
特徴とするコンタクターの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路等
の被検査体の電極に接触させて電気特性を測定するため
のプローブカード等に用いるコンタクターに関する。

【０００２】

【従来技術】半導体集積回路等の製造工程において、一
般に半導体ウェハーに多数のチップが形成された段階で
各チップの電気的特性が測定され、良否の判定が行なわ
れている。この測定に際して、多数のプローブピンが被
検査体の電極形状に応じて植設されたプローブカードと
呼ばれる接続端子が使用されている。

【０００３】前記プローブカードは、一般的に、複数の
プローブピンを電極に接触させる目的で、複数のプロー
ブピン先端がつくる面の平坦度や、被検査体の電極の平
坦度、及び評価装置に組み込んだ場合の両者の平行度等
の誤差を吸収し、更に抵抗値が安定するように荷重を負
荷しなければならない。そのためプローブピンは被検査
体と接触する先端部とプローブカードへの固定部分との
間が弾性領域で撓む様に設計されている。このプローブ
ピンを撓ませるのに必要な、プローブピンの垂直方向へ
の過剰な移動量をオーバードライブ量と称する。

【０００４】一方、最近の半導体の微細化、高集積化に
伴いプローブピンの小径化、並びにその配置の狭ピッチ
化が進んでいる。しかし、プローブピンの直径が小さく
なると、プローブピン先端の位置の高精度化が必要であ
るにもかかわらず、プローブピンの直径が小さくなるた
め、数万回乃至数十万回のコンタクトでプローブピン先
端の位置精度が悪化する問題があった。更に、現在使用
されているプローブピンは主にＷ（タングステン）を材
料とする線材の一本一本をプリント配線基板に植設して
作られているが、最近の狭ピッチ化、高密度化への要求
に対して、その製造方法の面、更にプローブピン先端の
位置精度の面の両面において対応が困難になっている。

【０００５】そこで、ＶＬＳ成長で形成した針状単結晶
をプローブピンとして用いる方法が提案さており（特開
平５−１９８６３６号公報、特開平５−２１５７７４号
公報、特開平５−２１８１５６号公報）、これらの方法
により、狭ピッチで高密度のプローブカードの製造が容
易になり、しかも高精度にプローブピンを配置すること
ができる様になった。

【０００６】しかし、上記方法で得られるプローブピン
は、被検査体の表面とほぼ垂直に配置され、針状単結晶
を導電性膜で被覆した構造を採用しているが、このプロ
ーブピンはオーバードライブを負荷するときに不規則な
方向に座屈変形する欠点を有する。このために、ピッチ
が狭い場合には、隣接するプローブピン同士が接触して
破損したり、或いは電気的短絡が発生する等の問題があ
る。電気的短絡については、プローブピンの側面に絶縁
膜をコーティングする等の対策も検討されているが、こ
の手法を用いたとしても、絶縁膜の接触摩耗による絶縁
不良が懸念される。従って、この種の針状単結晶を用い
た狭ピッチで高密度の垂直プローブピンにおいて、オー
バードライブを加えてもプローブピン同士が接触しない
構造を達成することが実用上重要な解決すべき課題とな
っている。

【０００７】また、前記針状単結晶を用いたプローブピ
ンに関しては、使用初期のプローブピン先端の位置精度
は良好であるとしても、数万回乃至数十万回のコンタク
トを繰り返すと、通常プローブピン表面に設けられてい
る導電性膜の塑性変形に原因して、プローブピン先端位
置のズレが発生する。この位置ズレの方向は、座屈変型
で曲がる方向が不規則なため、プローブピン毎に異なり
ばらばらである。加えて、最近の電極が狭ピッチで配置
されている被検査体においては、その電極バンプの形状
は一般的に長方形の形をとっているので、プローブピン
先端位置ズレが電極バンプの長手方向と一致するような
プローブピンの場合コンタクトに何等問題が無いが、前
記位置ズレが電極バンプの長手方向と直交する向きの場
合には、いくつかのプローブピンが電極とコンタクトで
きずプローブカードが機能しなくなるという問題を発生
することがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の問題点に鑑みてなされたものであって、プローブピ
ン同士の接触による破損や電気的短絡を低減するととも
に、プローブピンに要求されるオーバードライブを数十
万回以上負荷してピン先位置精度が悪化したとしても、
被検査体の電極バンプと良好なコンタクトができ、半導
体集積回路の狭ピッチ化、高密度化に対応可能なプロー
ブカードに用いることのできるコンタクターを供給する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検査体に対
して垂直に配置されたプローブピンを複数本有するコン
タクターであって、該プローブピンの被検査体への接触
面が該プローブピンの長手方向の中心線に対して８９度
以下の傾斜角を有し、しかも該プローブピンが形成する
列の少なくとも一列において前記接触面の傾斜方向が同
じであることを特徴とするコンタクターであり、好まし
くは、前記プローブピンの接触面の傾斜方向が、被検査
体の電極パッドの長手方向と一致したことを特徴とする
前記コンタクターである。

【００１０】また、本発明は、プローブピンを曲げ変形
させながら、該プローブピン先端を研磨することを特徴
とするコンタクターの製造方法であり、好ましくは、ダ
イヤモンド含有のテープを用いることを特徴とする前記
のコンタクター製造方法である。

【００１１】

【発明の実施形態】以下、図をもって本発明を詳細に説
明する。

【００１２】本発明のコンタクターは、図１に例示され
るとおり、プローブピン１の被検査体４と接触する側の
接触面２が、プローブピン１の中心線３に対して８９度
以下の傾斜角をもち、しかも、図には記載されていない
が、該プローブピンが形成する列の少なくとも一列にお
いて、該プローブピンの接触面の傾斜方向が同じである
構造を有するものである。そして、この構造を採用する
ことで、プローブピンがプロービングの際に座屈変形す
る方向が制御でき、隣接するプローブピン同士が接触す
ることを防止する効果を有する。

【００１３】本発明でのコンタクターは垂直に配置され
たプローブピンを有するものであり、前記プローブピン
には従来から使用されているＷ、Ｂｅ−Ｃｕ等の導電膜
を必要としない線材でも構わない。しかし、強度が強
く、数十万回以上のコンタクトでも塑性変型が少ないと
いう優れた特性を持つという理由から、針状単結晶に必
要に応じて導電膜を被覆したものがより好ましい。

【００１４】前記針状単結晶について、その材質は、例
えばＳｉ、ＬａＢ₆、Ｇｅ、α−Ａｌ₂Ｏ₃、ＧａＡｓ、
ＧａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＩｎＧａ等である。
これらのうち、半導体と同じ材質のＳｉが熱膨張率等の
特性が同じであり、プローブピンの位置精度が高温でも
変化しにくいという理由から好ましい。これら針状単結
晶の製法に関しては、ＶＬＳ成長によるものが転位密度
が低いので高強度で高弾性であること、しかも小径のも
のが容易に得られることから好ましいが、本発明はこれ
に限定されるものではない。尚、針状単結晶の形状は、
一般的に、直径が数〜１００μｍであり、長さが数百μ
ｍ〜数ｍｍである。

【００１５】前記針状単結晶は、一般的に電気抵抗値が
高く、そのままプローブカード等に用いた時には充分な
電気信号を得難いことがあるので、必要に応じて表面に
導電性膜を設けることで導電化する。導電性膜はＡｕ、
Ｃｕ等の低電気抵抗の金属をめっき法、蒸着法、スパッ
タリング法等の公知の方法を用いて形成することができ
るが、オーバードライブによる導電性膜の永久変形をな
るべく小さく抑えるために、Ａｕ等の延性材料を安価な
めっき法で形成するのが好ましく、また、その厚みは導
電性が充分に付与され、しかもプローブピン先端の位置
ズレをなるべく小さくするために１．０〜３．０μｍと
することが好ましい。

【００１６】本発明のプローブピン先端の被検査体との
接触面に傾斜をつける方法としては、プローブピンの少
なくとも先端近傍を曲げ変形させた状態で研摩する方法
が最も好ましい。特に、針状単結晶を用いたプローブピ
ンの場合には、その弾性変形時の反力を研磨加工時の負
荷荷重とすることができ、容易に傾斜した面を形成でき
るので好ましい。また、研磨時の研磨材としては、アル
ミナ、ダイアモンド等の硬質の無機物質を含んだいろい
ろな砥石等によっても構わないが、ダイヤモンド粒子を
含有したテープを使用することが、針状単結晶に強度的
ダメージを与えずしかも研磨面の縁でのダレのような異
常を生じることなく所望の形状に加工できるという理由
から、最も好ましい。

【００１７】本発明では、前記接触面が該プローブピン
の長手方向の中心線に対して８９度以下である。前記接
触面が傾斜していることにより、プローブピンがプロー
ビングの際に座屈変形する方向を規定することができる
からである。前記傾斜角については、本発明者らが実験
的に検討した結果、８９度以下であれば充分に前記効果
が得られるという知見に基づいたものである。一方、そ
の下限値については、原理的にこれを規定する必要がな
いが、傾斜が著しくなるほど研磨しずらくなり、しかも
プロービングに際して先端部で欠けを発生しやすくなる
ことから不都合が発生することがある。実用的には、前
記事情を考慮して７０度以上８９度以下が好ましい範囲
として選択される。

【００１８】そして、上記の接触面を傾斜することでプ
ロービングの際のプローブピンの座屈方向を制御する効
果は、該プローブピンが形成する列の少なくとも一列に
おいて前記接触面の傾斜方向が同じであるときに、プロ
ーブピン同士の接触を防止できるという実用上の効果を
発揮する。

【００１９】針状単結晶先端の接触面は、上述のとお
り、プローブピンの長手方向の中心線に対して８９度以
下の傾斜角を付けて研磨した後、必要に応じて導電性膜
で被覆するが、更に、導電性膜の上に接点材料として用
いられる金属や合金で被覆することも可能である。この
場合の前記金属や合金としては、耐久性の優れた金属、
例えば、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ等の金属や、ＰｄにＡ
ｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属を添加したＰｄ合金や、
ＡｇにＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｕ等の酸化物を添加したＡ
ｇ合金等を用いることができる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更
に詳細に説明する。

【００２１】＜中間体の準備＞図２に例示するとおり、
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）
ウェハー５にフォトリソグラフィーを用いてＳｉの電極
ライン６を形成し、前記電極ライン６上の所定の位置に
Ａｕバンプを形成し、その位置にＳｉの針状単結晶７を
ＶＬＳ法で成長させた。尚、このとき使用したピン配置
のパターンは一列に６０μｍピッチで３００本配置した
形状であった。上記操作において、Ａｕバンプの直径、
厚み及び成長時間を調整することで、直径が１５μｍ
で、長さが２２００〜２４００μｍの針状単結晶を得
た。これをコンタクター中間体８とし、以降の操作の試
料とした。

【００２２】〔実施例１〜６〕前記試料を用い、図３に
例示するとおり、平坦度の優れた円盤９にダイヤモンド
粒子を含有する樹脂からなるテープ、即ちダイヤモンド
テープ１０を貼り合わせ、その上に針状単結晶７の先端
が接する様に、しかも前記円盤９の回転中心を外した位
置に配置した。この接触した位置から垂直方向にコンタ
クター中間体８を押し下げ、円盤を回転させることで、
針状単結晶７を円盤の回転方向に曲げ変形させながら先
端を研磨した。

【００２３】研摩においては、プローブピンを所定の長
さにするために、コンタクター中間体８をダイヤモンド
テープ１０に接してから１０μｍ下方へ押し下げて２０
秒間研磨する作業を繰り返して行なった。このとき使用
した円盤は平坦度１μｍ以下直径３．５インチのガラス
ディスクであり、ダイヤモンドテープは平均粒径０．１
μｍのダイヤモンド粒子を含む樹脂テープであり、厚み
７５μｍのものである。またガラスディスクの回転数は
８００ｒｐｍであり、ディスクの回転中心から２０〜３
５ｍｍ離れた位置で研磨した。針状単結晶の長さが目標
の２０００μｍに達した後、押し下げ量を１５μｍで１
５秒間研磨し最終仕上げすることにより、プローブピン
の接触面を傾斜角８９度以下のコンタクター中間体を得
た。尚、この最後の研磨時間を１５秒〜１秒に調整する
ことで、接触面の傾斜角度を８９〜７０度に調整するこ
ともできる。

【００２４】次に、図４に例示するとおり、前記針状単
結晶７及び電極ライン６の表面に無電解めっきでＮｉ下
地膜１１を０．１μｍの厚さで形成し、更に、導電性膜
のＡｕ膜１２を電気めっき法で２．０μｍの厚さで成膜
しコンタクターとした。

【００２５】上記操作で得られたコンタクターを用いて
後述の耐久性試験を行い、プローブピン先端の位置ズレ
量とプローブピン同士の接触による短絡の有無について
評価した。結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】＜耐久性試験と評価方法＞耐久性試験はオ
ーバードライブを４０μｍ負荷し、サイクルタイム１７
５ｍｓｅｃ、コンタクト時間１２５ｍｓｅｃの条件でプ
ロービングを１００万回行なった。プローブピンをコン
タクトさせるウェハーは３インチサイズのＳｉウェハー
にＡｕ膜を電気めっきで２μｍの厚さで形成したものを
用いた。プローブピン先端の位置ズレの測定は、ＸＹス
テージ（測定精度±１μｍ）付きの工場顕微鏡を使用し
倍率２００倍で、耐久性試験前後のプローブピン先端の
ＸＹ座標を測定し、耐久性試験前後の座標のズレ量でも
とめた。尚、表１中のＸＹ方向は図３〜図６に示すＸＹ
方向と一致させてあるので、接触面の傾斜方向並びに研
摩時等の針状単結晶並びにプローブピンの曲がり方向
は、実施例１〜３の場合には図と一致するが、実施例４
〜６の場合には図と異なり紙面と垂直方向となってい
る。また、短絡本数についは、１０万回毎にＡｕ膜を成
膜していないＳｉウェハーとコンタクトさせ、隣りのピ
ンとの抵抗値をデジタルマルチメータで測定し、その値
が１ｋΩ以下を示したピン本数を計測し、計１０回の測
定値を合算し、その合計値を求めた。

【００２８】また、上記実施例１〜６のコンタクターに
関して、コンタクターのプロービング時のプローブピン
の座屈変形する方向を見定めるために、Ａｕ膜を２．０
μｍ厚で成膜したＳｉウェハー１３にコンタクトしてプ
ローブピンの曲がり方を目視にて確認したところ、図５
に模式的に示すとおりに、いずれのプローブピンもその
座屈方向が同じであった。

【００２９】〔比較例１〜４〕最終仕上げ時の押し下げ
量を５μｍとし、２０〜６０秒間研摩したこと以外は実
施例１〜６と同じ操作で、前記試料から接触面の傾斜角
が８９．２〜９０度のコンタクターを得て比較例１〜４
とした。これらのコンタクターを実施例１〜６と同じ方
法で評価し、その結果を表１に併せて記載した。

【００３０】更に、上記の比較例１〜４のコンタクター
について、コンタクターのプロービング時のプローブピ
ンの座屈変形する方向を見定めるために、Ａｕ膜を２．
０μｍ厚で成膜したＳｉウェハー１３にコンタクトして
プローブピンの曲がり方を目視にて確認したところ、図
６に模式的に示したとおり、おのおののプローブピンは
いろいろな座屈方向を示していた。

【００３１】

【発明の効果】本発明のコンタクターは、実施例から明
かなとおり、プローブピン間の接触による電気的短絡が
大幅に低減でき、しかもプローブピンの破損もないとい
う顕著な効果があり、長期に渡って高い信頼性を示すの
で、例えば半導体検査用プローブカードに用いることが
でき、有用である。更に、本発明のコンタクターは、針
状単結晶をプローブピンに用いているので直径が細く、
しかもＶＬＳ法等によりプローブピンが狭ピッチに配置
されているので、半導体の電極パッドの狭ピッチ化、高
密度化にも対応できるという効果を奏する。

【００３２】また、実施例から明らかなとおり、本発明
のコンタクターはプロービング時に座屈変形する方向が
制御されているので、接触面の傾斜方向と交差する方向
の位置ズレが小さいという特徴を有するので、この特徴
を生かして、接触面の傾斜方向を電極パッドの長手方向
と一致させるときには、プローブピン先端の位置ズレが
原因で発生するコンタクト不良を防止できるという格別
の効果を奏する。

【００３３】更に、本発明のコンタクターの製造方法に
よれば、上述のプローブピンの被検査体への接触面に傾
斜を設けることが、容易にしかも確実に達成することが
でき、実用上有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のコンタクターの一例を示す模式図。

【図２】 本発明の実施例１〜６に係るコンタクター中
間体の模式図。

【図３】 本発明の実施例１〜６に係るプローブピンの
研磨方法の説明図。

【図４】 本発明の実施例１〜６に係るコンタクターを
示す模式図。

【図５】 本発明の実施例１〜６の座屈変形状況の説明
図。

【図６】 本発明の比較例１〜４の座屈変形状況の説明
図。

【符号の説明】

１；プローブピン ２；プローブピンの被検査体への接触面 ３；プローブピンの中心線 ４；被検査体 ５；ＳＯＩウェハー ６；Ｓｉ電極ライン ７；針状単結晶 ８；コンタクター中間体 ９；円盤 １０；ダイヤモンドテープ １１；Ｎｉ下地膜 １２；Ａｕ膜 １３；Ａｕ膜を成膜したＳｉウェハー １４；プローブピン（実施例１〜６） １５；プローブピン（比較例１〜４）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体に対して垂直に配置されたプロ
   ーブピンを複数本有するコンタクターであって、該プロ
   ーブピンの被検査体への接触面が該プローブピンの長手
   方向の中心線に対して８９度以下の傾斜角を有し、しか
   も該プローブピンが形成する列の少なくとも一列におい
   て前記接触面の傾斜方向が同じであることを特徴とする
   コンタクター。
2. 【請求項２】 前記プローブピンの接触面の傾斜方向
   が、被検査体の電極パッドの長手方向と一致したことを
   特徴とする請求項１記載のコンタクター。
3. 【請求項３】 プローブピンを曲げ変形させながら、該
   プローブピン先端を研磨することを特徴とするコンタク
   ターの製造方法。
4. 【請求項４】 ダイヤモンド含有のテープを用いること
   を特徴とする請求項３記載のコンタクターの製造方法。