KR100516559B1

KR100516559B1 - 전기적 접속 검사 장치

Info

Publication number: KR100516559B1
Application number: KR10-2002-0048319A
Authority: KR
Inventors: 히라노다카유키; 요네다야스지; 고토히로시; 이와무라에이지; 다케우치스스무
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼; 제네시스 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US6815962B2; KR20030015872A; JP2003057311A; JP4045084B2; DE10237499A1; US20030034782A1; TW589452B

Abstract

전기 저항 등의 전기 특성 및 내부 응력 등의 물리성상(物理性狀)의 적합성에 따른 제품 기능면의 제약 또는 도금법의 채용 가부 등 제조면의 제약의 관점에서 사용 재료의 선택의 자유도를 손상시키지 않고 또한 전극 소재가 부착, 응집하기 어려운 뛰어난 내구성을 갖춘 미세구조를 갖는 전기적 접속 검사 장치를 제공한다. 검사 대상과 전기적으로 접촉하여 신호를 입출력하기 위한 전기적 접속 검사 장치는 복수개의 접촉단자를 갖고, 상기 접촉단자의 선단부에 위치하는 모재 배선층의 표면에, 상기 모재 배선층보다 높은 영률을 갖고 또한 비저항이 1×10^-4Ω㎝ 이하인 제 2 층의 피막이 형성되고, 또한 상기 제 2 층의 표면에 저응집성을 갖는 제 3 층의 피막이 형성되어 있다.

Description

전기적 접속 검사 장치{APPARATUS OF DETECTING ELECTRICAL CONNECTION}

본 발명은 복수의 접촉단자를 검사 대상이 되는 반도체 소자 등의 전극에 가압 접촉시켜 전기 신호를 입출력시킴으로써, 이들 전기 특성을 검사하기 위한 전기적 접속 검사 장치에 관한 것이다.

LSI의 반도체 소자는 반도체 웨이퍼상에 복수개 설치되고, 각각이 칩으로 나누어지고, 전기 제품 등 각종의 이용 제품에 사용된다. 통상 이들 반도체 칩의 표면에는 그 주위를 따라 다수의 전극이 줄지어 설치되어 있다. 이러한 반도체를 공업적으로 복수 생산할 때, 그 전기 특성을 검사하기 위해서 일반적으로 프로브 카드라고 불리는 접속 검사 장치가 사용되고 있다.

이 프로브 카드는 도 1에 도시한 바와 같이 배선이 매설된 수지 기판으로 이루어지는 카드 기판(1)과, 이것으로부터 비스듬히 돌출된 금속침으로 이루어지는 접촉단자(2)로 구성되어 있다. 그리고, 실제 검사에 있어서는 접촉단자(2)의 휨을 이용한 접촉압에 의해 반도체 웨이퍼(4)상의 전극(5)을 문질러 표면에 자연 형성된 산화막을 제거함으로써 전기적 접촉을 도모함으로써 실시된다. 또한, 칩으로 나누어진 소자를 실장하기 전에, 이들 검사를 실시하는 경우에도, 동일한 다수의 접촉단자를 갖는 콘택터(contactor)(또는 소켓)라고 불리는 접속 검사 장치가 사용되고, 동일하게 소자에 접촉단자를 콘택터 접촉시킴으로써 전기 특성을 검사할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 표시 장치 등의 각종 전자 디바이스의 전기 특성의 검사에도 일반적으로 프로브라 불리우는 접속 검사 장치가 사용되고 있다.

최근, 반도체 소자의 미세화에 따라, 그 전기적인 검사를 실행하기 위한 접속소자도 미세화된 것이 제안되어 있다. 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 1995-283280 호에서는 포토리소그래피(photolithographic) 기술을 기초로 하여 실리콘의 이방성 에칭의 주형을 이용하여 접촉단자를 형성하고, 그 중에 경질의 도금 재료를, 최표면(最表面)에는 도전층을 형성한 프로브 카드가 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제 1997-159696 호에는 포토리소그래피를 사용하여 배선부분을 형성하고, 이것을 접속단자로서 이용하는 것도 제안되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 미세화된 접속 검사 장치에서는 원래 전체가 미세하기 때문에 그 접촉단자의 선단부도 미세해져 버린다는 점에서, 강도가 낮고, 마모 및 이물질에 의한 파손을 일으키기 쉬워져 그 내구성이 낮다는 결점이 있다.

또한, 한편으로 이러한 장치에 사용되는 배선은 당연히 전기 저항이 낮은 것이 요구되지만, 상기 장치의 미세화 대응에 의해 배선 그 자체도 미세해지기 때문에 반대로 배선의 전기 저항이 증대한다는 문제를 갖게 된다. 이에 대처하기 위해서는 배선부의 재료와 두께, 형성 방법 등에 대해 일정한 제약을 받기 때문에 바람직하지 못하다. 배선부는 일반적으로는 전기 도금에 의해 금 또는 니켈, 구리의 합금 등으로 형성되는 것이 많지만, 상기 전기적 제약 때문에 재료 선택의 면에서 자유도가 좁고, 특히 강도가 높은 재료를 적용하기 어렵다.

더구나, 만일 고강도인 저 전기 저항의 재료를 선택할 수 있다고 해도, 이들 재료는 내부 응력이 높기 때문에, 충분히 두꺼운 막을 형성하기 곤란하여 이 역시 접속소자로서 충분한 기능을 다할 수 없게 된다.

또한, 상기와는 다른 관점의 문제로서 땜납 또는 금 등의 범프를 사용한 반도체 소자의 개발에 따라, 전극 소재가 접촉단자의 선단부에 부착, 응집하고, 이것이 원인이 되어 접속 검사시에 접촉불량을 일으킨다는 문제도 나오고 있다. 이의 대책을 위해 정기적인 클리닝 작업이 필요해지고, 검사효율이 저하될 뿐만 아니라, 또한 접촉단자의 내구성을 손상시키게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 일거에 해소하고, 전기 저항 등의 전기 특성 및 내부 응력 등의 물리성상(物理性狀)의 적합성에 따른 제품 기능면의 제약이나, 도금법의 채용 가부 등 제조면의 제약의 관점에서 사용 재료의 선택의 자유도를 손상시키지 않고 또한 전극 소재가 부착, 응집하기 어려운 뛰어난 내구성을 갖춘 미세 구조를 갖는 전기적 접속 검사 장치를 제공하는 것을 그 해결과제로 하고 있다.

그리고, 본 발명자들은 상기 본 발명의 과제 해결을 목표로 하여 철저히 실험·연구를 실시한 결과, 특히 공업적으로 유리한 기술적 해결책으로서 본 발명을 완성하는데 이른 것이다.

본 발명은 검사 대상과 전기적으로 접촉하여 신호를 입출력하기 위한 전기적 접속 검사 장치에 있어서 복수개의 접촉단자, 및 상기 접촉단자의 선단부에 위치하는 접촉부로 이루어지고, 여기에서 상기 접촉부는 배선 모재로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층의 표면에 형성되고 상기 배선 모재보다 높은 영률을 갖고 또한 비저항이 1×10^-4Ω㎝ 이하인 재료의 피막으로 이루어지는 제 2 층과, 상기 제 2 층의 표면에 형성되고 저응집성을 갖는 재료의 피막으로 이루어지는 제 3 층으로 이루어진다.

상기 구성의 전기적 접속 검사 장치에 있어서, 상기 제 2 층은 150㎬ 이상의 영률을 갖는 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 두께를 3㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 그 재료는 텅스텐 또는 그 합금으로 할 수 있다.

상기 구성의 전기적 접속 검사 장치에 있어서, 상기 제 3 층의 재료는 탄소, 금속원소를 포함하는 탄소, 금속의 질화물 또는 탄질화물(炭窒化物)로 할 수 있다. 그중에서도, 0.5 원자% 내지 50 원자%의 금속원소를 포함하는 탄소로 하는 것이 바람직하다. 그 금속원소는 티타늄, 바나듐, 니오브(niobium), 지르콘, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈(tantalum), 하프늄(hafnium), 크롬, 망간, 철, 코발트 및 니켈 중에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 할 수 있다.

상기 구성의 전기적 접속 검사 장치에 있어서, 상기 접촉부가 상기 접촉단자로부터 돌출된 돌기를 이루도록 구성하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 돌기는 뿔대(錐臺) 형상으로 할 수 있다.

상기 구성의 전기적 접속 검사 장치에 있어서, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 2층만으로 구성할 수도 있다.

본 발명의 전기적 접속 검사 장치는 프로브 또는 프로브 카드, 또는 소켓 또는 콘택터로서 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 그 실시예에 근거하여 상술한다.

도 2는 본 발명에 따른 접속 검사 장치인 프로브 카드의 구성예를 도시하는 단면도이다. 여기에 있어서 참조부호(1)는 카드 기판이고, 이 기판의 하부에는 작은 각도를 이루어 그 경사 하방으로 돌출된 접촉단자(2)가 설치되어 있다. 이 접촉단자(2)는 인출 배선(6)과 그 선단부에 위치하여 전기적 도통의 접촉점이 되는 돌기(7)로 이루어지고, 그 상면은 필름 기판(3)에 길게 설치되어 있다. 이 접촉단자(2)의 돌기(7)를 포함하는 선단부 영역은 완충재(8)를 통해 카드 기판에 지지·고정되어 있다. 또한, 접촉단자(2)의 인출 배선(6)은 연장 배선(9)을 통하여 배선 전극(10)에 접속되어 있다. 이러한 구조의 접촉단자(2)는 카드 기판(1)상의 주위를 따라 다수 밀접하게 배치된다.

그리고, 본 발명에서는 이 접촉단자(2)의 특히 돌기(7) 부분에 특이한 구성을 부여한 점에 있다. 즉, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 돌기(7)를 하방에서 본 확대 사시도 및 확대 단면도이지만, 이 돌기(7)의 외형은 도 3과 같이 사각뿔대 형상을 나타내고 있고, 또한 그 구조는 도 4와 같이 내측의 모재 배선층(A)과, 그 표면을 덮고 있는 모재 배선층(A)보다 높은 영률을 갖고 또한 비저항이 1×10^-4Ω㎝ 이하인 제 2 층의 피막(B)(이하, 간단하게 제 2 층이라 칭하는 경우가 있음)과, 또한 제 2 층의 피막(B)의 표면에 저응집성을 갖는 제 3 층의 피막(C)(이하, 간단히 제 3 층이라 칭하는 경우가 있음)으로 이루어지는 3층 구조로 되어 있다. 돌기(7)의 외형 크기는 선단의 접촉점이 되는 상면의 사각형의 한변이 0 내지 10㎛, 저면의 그 한변이 20㎛ 내지 100㎛, 또한 인출 배선의 두께가 10㎛ 내지 30㎛의 미세 구조를 갖는 것이다.

모재 배선층(A)은 전기 저항이 낮고, 도금 하기 쉬운 비교적 연질의 순금속이 사용된다. 예컨대 전기 저항에 관해서는 비저항이 1×10^-5Ω㎝ 이하의 것이 바람직하다. 구체적으로는 금, 은, 동, 니켈 및 그 합금이 바람직하다.

제 2 층(B)은 모재 배선층(A)의 표면을 덮어 형성된 두께의 막으로, 3㎛ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 5㎛ 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. 여기에서 말하는 두께는 장소에 따라 변화되는 경우를 고려하여 그 최소치로 정의한다.

또한, 동시에 이 제 2 층(B)은 상기 모재 배선층(A)보다 영률이 높은 것이 필수적이다. 특히 영률이 150㎬ 이상인 것이 바람직하고, 200㎬ 이상이 더욱 바람직하다.

또한, 이 제 2 층(B)은 비저항이 1×10^-4Ω㎝ 이하의 재료인 것이 필요하다. 바람직하게는 1×10^-5Ω㎝ 이하의 저저항 재료를 선택하는 것이 바람직하다.

제 2 층(B)의 재료로서 구체적으로는 텅스텐, 탄탈, 티타늄, 니오브, 몰리브덴, 지르콘, 코발트 등의 금속 또는 이들의 합금이 바람직하며, 그 중에서도 텅스텐 또는 그 합금이 특히 바람직한 재료이다. 또한, 다른 재료로서 백금, 이리듐, 라듐 및 로듐 등의 백금족의 금속 또는 이들의 합금을 사용할 수도 있다.

이어서, 제 3 층(C)은 저응집성을 갖는 피막으로, 또한 이 밖에 대마모성(對磨耗性) 및 내산화성을 겸비한 것이 바람직하다.

이 제 3 층(C)의 재료로서는 탄소 및 탄소에 금속원소를 함유시킨 것이 바람직하다. 특히, 탄소에, 티타늄, 바나듐, 니오브, 지르콘, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 하프늄, 크롬, 망간, 철, 코발트 및 니켈 등의 순금속 또는 이들의 합금을 일부 함유시킨 재료가 바람직하다. 이 경우, 탄소에 대한 상기 금속원소의 함유량은 0.5 원자% 내지 50 원자%로 하는 것이 적절하다. 또한, 상기 이외의 재료로서 질화알루미늄, 질화티타늄, 탄질화알루미늄, 탄질화티타늄, 질화붕소, 탄질화붕소 등, 금속의 질화물 또는 탄질화물도 유용하다.

그런데, 이와 같이 본 발명은 접촉단자(2)의 선단부의 돌기(7)를 3층 구조로 한 점을 특징으로 하고 있지만, 이하에 본 발명의 원리·작용 및 그 수치 한정의 근거 등에 관해서 발명자 등의 검토의 경과를 포함해서 설명한다.

우선, 발명자는 미세화된 접촉단자(2)에 있어서 특히 내구성이 요구되는 돌기(7)에 관해서 고강도의 재료를 채용하려고한 경우에 초래되는 상술한 문제로부터 돌기(7) 전체를 단체(單體)의 재료로 구성하는 것이 아니라, 복합된 구성으로 함으로써 해결하는 길을 열 수 있는 것이 아닌가 생각하였다. 모재 배선층은 전기 특성면 및 제조면을 배려하여 비교적 저강도이고 탄성 변형이 가능한 재질로 하고, 그 외주 표면을 보다 강도가 높은 피막, 즉 높은 영률을 갖는 제 2 층으로 피복해주면 모재측의 강도 부족을 보충하여 그 변형 또는 마모를 방지하여 보호하고, 전체적으로 내구성을 충분히 유지할 수 있을 가능성이 있다는 착상에 이르렀다.

그렇지만, 이 착상을 구체화하는데 있어서 한가지 문제가 예상되었다. 이것은 높은 영률의 재료를 모재에 피복한 결과, 그 피복층은 고강도이기 때문에 내부 응력도 높아져, 피복층의 형태에 따라서는 오히려 단기간에 파손 또는 열화가 발생하여, 내구성이 손상될 우려가 있다는 것이다.

그래서, 발명자들은 이러한 사정을 감안하여, 제 2 층의 형태로서 그 두께에 착안하여 다음과 같은 해석을 실행했다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이 외형이 사각뿔대 형상의 2층 구조를 갖는 돌기를 대상으로 하여, 그 모재 배선층(A)의 영률을 45㎬(금의 값을 채용), 또한 제 2 층(B)의 영률을 234㎬(텅스텐의 값을 채용)로 하여 이것에 수직으로 5g의 하중을 가한 경우를 상정하고, 이 제 2 층(B)의 두께를 변화시켰을 때의 동일 층에 유기되는 응력[미제스 응력(Mises stress)]을 계산하여 구했다. 또한, 제 2 층(B)의 영률을 변화시킨 경우에 대해서도 동일하게 하여 동일한 응력의 계산을 실시했다. 여기에서 제 2 층(B)의 두께는 도 4에 나타내는 사각뿔대 형상의 경사부분의 두께(t)로 정의하고, 상면의 두께는 이 경사부분의 두께의 1.4배(t×1.4)로 했다. 이들 계산에는 범용 소프트「ABAQUS」를 사용하여 실시했다.

또한, 미제스 응력이란 워크의 항복응력과 밀접한 관계가 있고, 이 응력의 값이 높을수록 소성변형을 받기 쉬워진다는 것을 나타내는, 구조 해석시에 일반적으로 사용되는 파라미터이다.

도 5 내지 도 7은 이 계산·해석결과를 모은 것으로, 도 5는 제 2 층의 두께와 최대 미제스 응력의 관계, 도 6은 제 2 층의 두께가 2㎛인 경우의 그 영률과 최대 미제스 응력의 관계, 도 7은 동일하게 제 2 층의 두께가 3㎛인 경우의 그 영률과 최대 미제스 응력의 관계를 각각 나타낸 그래프이다. 도 5를 살펴 보면, 제 2 층의 두께가 3㎛ 이상에서는 내부 미제스 응력이 800㎫ 전후로 층두께의 변화에 영향을 받지 않고, 낮게 안정되어 있지만, 3㎛ 미만에서는 층두께의 감소에 따라 급격히 증가하고, 특히 2㎛ 이하가 되면 1000㎫를 넘어 이미 소성변형의 영역에 이르고 있음을 알 수 있다. 이것은 제 2 층이 3㎛ 이상인 경우는 안정되어 하중에 견디고 있고 기능상 문제가 없지만, 2㎛ 이하가 되면, 더 이상 하중에 견뎌내지 못하고 파괴되어 버려, 외피로서의 보호의 역할을 완전히 잃고, 내측의 모재 배선층의 변형이 시작되고 있는 것으로, 즉 접촉단자로서 사용불능 상태에 빠진 것을 의미하는 것이다.

이 현상에 관해서 더욱 상세히 해석 조사를 진행시킨 결과, 제 2 층의 두께가 3㎛ 이상의 것은 층중에 하중에 따른 압축방향의 응력이 유기되는데 대해, 2㎛ 이하의 층에서는 유기되는 응력이 인장방향으로 작용하고, 응력이 유기되는 개소도 두께에 따라 변화된다는 것이 밝혀졌다. 또한, 3㎛ 이상의 막두께 구조에 있어서도 과대한 하중이 걸린 경우에는 피복층이 부서짐으로써 파괴에 이르지만, 2㎛ 이하의 경우는 보다 낮은 하중에 의해 꺾여지도록 변형되어 파괴한다는 양자의 메카니즘의 차이에 관해서도 확인할 수 있었다.

또한, 도 6에서 제 2 층의 두께가 2㎛인 경우, 동일 층의 영률이 증대되면 유기되는 응력도 이에 비례하여 꽤 증가하는 경향이 있지만, 한편 그 두께가 3㎛인 경우가 되면, 도 7에서 명백한 바와 같이, 적어도 영률이 250㎬ 이하의 범위내에서는 영률이 증대하더라도 응력은 약간 증가할 뿐 800㎫ 전후로 거의 변화하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이 사실은 3㎛ 이상에서는 제 2 층의 영률의 대소는 내부 응력에 기인하는 파괴 또는 열화에 직접 영향을 주지 않는 것으로 고찰할 수 있으므로, 즉 3㎛ 이상의 제 2 층을 적용하는 한, 당연히 고강도의 제 2 층의 재질로서 높은 영률의 것을 채용할 수 있게 되고, 그 내구성의 향상을 꾀할 수 있고, 또한, 허용할 수 있는 영률의 범위(예컨대, 100㎬ 이상)에서 전기 특성 등이 우수한 재료를 선정할 수 있다는 재료 선택의 자유도도 넓어지게 된다.

이들 현상·사실은 발명자들 독자의 신규하고 또한 귀중한 발견이며, 특히 제 2 층의 두께가 돌기, 즉 접촉단자의 강도, 내구성을 크게 지배하고 있고, 또한 3㎛라는 두께에 임계적 의의가 인정된다는 것이 명백해졌다.

따라서 이상의 것에서, 높은 영률을 갖는 제 2 층의 두께로서는 하한을 3㎛로 하는 것이 특히 바람직하다고 생각된다. 한편, 그 상한에 관해서는 특별히 규정하지 않지만 전기 저항 등 다른 특성에의 영향을 고려하면 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

또한, 제 2 층의 영률에 관해서는 모재 배선층의 변형·파괴의 발생을 외측에서 보호하는 관점에서 적어도 모재 배선층의 영률보다 높은 것이 필요하지만, 더욱 우수한 내구성을 확보하는 의미에서 150㎬ 이상의 영률을 갖는 것이 바람직하다.

그런데, 이 제 2 층은 상술한 바와 같이 모재 배선층의 표면을 덮는 두꺼운 경질의 피막 역할을 하고, 모재층을 그 변형 또는 마모로부터 보호함으로써 접촉단자의 내구성을 향상·유지시키려는 것이지만, 또한 이와 관련하여 전기 특성에 관해서도 유의해야 한다. 본 발명에서는 검사 정밀도의 확보의 면에서, 이 제 2 층의 재료로서 비저항이 1×10^-4Ω㎝ 이하의 것을 선택한다. 제 2 층의 외피로서의 역할을 효과적으로 발휘시키기 위해서는 두꺼운 피막으로 할 필요가 있고, 그 결과로서 전기 저항이 증대하여 접촉단자로서의 요구특성을 만족하지 않을 우려가 있다. 예컨대, 제 2 층이 5㎛로 존재한 경우, 전형적인 프로브 카드의 접촉 면적은 10평방㎛이므로, 저항치 R은 단면적(S)과 길이(L)로서 R=ρ×L/S로 되며, 비저항을 ρ(Ω㎝)라고 하면, R=ρ×5×10²Ω이 된다. 이러한 프로브 카드로서 일반적으로 저항치 R에 관해서는 5×10^-2Ω이하의 것이 요구되고 있기 때문에, 따라서 비저항으로서는 1×10^-4Ω㎝ 이하의 것이 필요해진다. 이러한 층두께와 전기 저항의 관계로부터 제 2 층을 구성하는 재료로서 그 비저항의 하한을 상기한 바와 같이 규정한 것이다.

다음으로, 본 발명자들은 접촉단자로의 전극 소재의 부착·응집의 문제에 착수하여, 연구·검토를 진행시킨 결과, 상기 제 2 층에 영률이 높으면서 비저항이 낮은 재료를 사용해야 하기 때문에, 게다가 저응집성에서도 우수한 재료를 선택하는 것은, 그 실용성을 고려하면 지극히 곤란하다는 것을 알 수 있었다. 그래서, 저응집성에 관해서는 제 2 층의 역할로부터 분리시켜, 제 2 층의 외측 표면에 독립하여 형성된 피막, 즉 제 3 층의 피막에 그 역할을 맡김으로써 재료선택의 문제도 해결할 수 있다는 결론을 도출했다.

그리고, 다양한 재료에 관해서 이 제 3 층으로서의 적합성에 관해서 실험·검토한 결과, 탄소계의 재료, 즉 탄소 또는, 탄소에 티타늄, 바나듐, 니오브, 지르콘, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 하프늄, 크롬, 망간, 철, 코발트 및 니켈 등의 금속원소를 적정량 함유시킨 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.

이러한 탄소계의 재료는 땜납 또는 금 등의 연질의 금속으로 구성된 전극에 대해서도 부착, 응집하기 어렵고, 뛰어난 저응집성을 갖고 있고, 또한 경도도 높고, 내마모성도 우수하다. 또한 내산화성을 갖고 있고, 자기의 산화 뿐만 아니라 내측의 제 2 층의 피막의 산화방지에도 그 기능을 발휘하므로 최외층으로서 지극히 유익한 재료라고 할 수 있다.

특히 상기 금속원소를 적정량 함유시킨 것은 이러한 특성에 추가하여 상술한 비저항도 낮다는 특징이 있고, 최적의 재료로서 추천 권장되는 것이다.

이하에 그 실험예를 들어 설명한다.

시판되는 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여 절연 기판의 표면에, 금속을 함유하지 않는 탄소 피막 및 텅스텐 함유량이 변화된 탄소 피막을 형성했다. 탄소 피막 중의 텅스텐 함유량의 조정은 장치 내의 그래파이트 타겟에 크기가 다른 텅스텐 칩을 놓아둠으로써 실시했다. 텅스텐 함유 탄소 피막의 형성은 타겟/기판간 거리: 55㎜, Ar 가스압: 3mTorr, 기판 온도: 실온, 투입전력 5.7와트/㎠의 조건으로 각각 실시했다.

이렇게 해서 형성된 탄소 피막의 텅스텐 함유량과 비저항의 관계를 도 9에 나타낸다. 또한, 비저항의 값은 피막의 저항을 4단자 측정법에 의해 계측하고, 촉침식(觸針式) 단차계를 사용하여 측정한 막 두께의 값으로부터 환산하여 구했다.

도 9에서 명백한 바와 같이, 텅스텐이 함유되어 있지 않은 탄소 피막의 비저항은 수 Ω㎝이지만, 텅스텐의 함유량이 증가함에 따라서 감소하고, 1 원자% 이상의 영역에서는 현저히 감소하고 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명자들은 이 탄소 피막중의 텅스텐 함유량과 박막 경도(소성변형 경도)에 관해서도 조사를 실시했다. 또한, 박막 경도는 나노인덴테이션(nanoindentation)법에 의해 측정했다. 이 나노인덴테이션법이란 다이아몬드 등의 시료보다도 충분히 경질이고, 선단이 날카로운 압자(壓子)를 시료 표면에 수직으로 침입시켰을 때의 압자의 부하 하중과 침입 깊이로부터 시료 표면의 역학 특성을 평가하는 방법이며, 침입 깊이가 나노미터(㎚) 오더로 실시한다는 점에서, 두께가 ㎛ 이하의 박막의 평가가 가능한 측정방법이다. 또한, 탄소 피막중에 티타늄을 함유시킨 경우에 관해서도 동일하게 측정을 실시했다.

이들 결과를 도 10에 나타내고 있고, 도 10으로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. 금속원소를 함유시킴으로써, 30 원자% 내지 50 원자%까지는 그다지 박막 경도는 변화하지 않지만, 50 원자%를 초과하면 급격히 저하하고, 100%를 향해 한결같이 저하된 것이 판명된다. 이러한 사실로부터 명백한 바와 같이, 탄소 피막 본래의 경도를 유지하고, 접촉단자의 최외층이 되는 제 3 층으로서 그 기능을 다하도록 내마모성 또는 내구성을 유지하기 위해서는 탄소 피막중의 금속원소의 함유량은 50 원자% 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

또한, 상기와 같은 탄소 피막을 제 3 층으로서 형성한 접촉단자에서는 전극 금속에 대한 저응집성에 관해서도 금속원소의 함유량이 동일하게 50 원자%를 초과함으로써 탄소 원래의 특성을 잃는다는 점에서, 역시 그 기능이 열화되어 버리는 것을 확인할 수 있었다.

그런데, 본 형태로서 돌기(7)의 외형을 상술한 바와 같이 사각뿔대 형상으로 한 것을 나타낸 것은, 전체적으로 구조적으로 완강한 동시에 그 선단이 평면으로 되어있기 때문에, 하중을 분산해서 받을 수 있고, 또한 이방성 에칭을 이용하면 그 제조도 용이하다는 이점이 있기 때문이다. 원뿔대(圓錐臺) 형상이나 다른 각뿔대 형상을 사용해도 내구성의 면에서는 효과가 동일하다. 이 돌기(7)의 형상이 다른 형상으로 변화된 경우, 내부로의 응력이 걸리는 방법도 변하고, 상기 최대 미제스 응력의 값 또는 임계적 두께가 변화되는 것도 예상되지만 상기 뿔형, 뿔대 형상을 취하는 한, 크게 변화하지 않고 임계적 두께의 의의가 상실되지 않는다.

다음으로, 본 발명에 따른 접속 검사 장치의 제조방법에 관해서 프로브 카드를 예로 들어 개략적으로 설명한다. 다만, 본 발명은 제조방법에 특징이 있는 것이 아니라 상술한 바와 같이 장치의 구성, 특히 접촉단자의 선단부의 구조를 요지로 하는 것이므로, 이것을 만족하는 한, 주지, 공지의 방법을 포함하는 어떠한 제법에 의해 얻어진 것이더라도 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 본 장치의 제조에 대해서는 반도체 소자와 같이 리소그래피 기술, 에칭기술, 도금·증착 기술 등 미세 가공·형성에 적합한 마이크로 테크놀로지 등을 구사한다.

본 장치(프로브 카드)의 제법은 기본적으로는 미리 도 2에 도시한 접촉단자(2)를 희생 기판상에 형성하고, 이 접촉단자(2)를 카드 기판(1)에 연결한 후에 상기 희생 기판으로부터 분리하고, 동 접촉단자(2)를 카드 기판(1)상에 전사하는 것이다. 또한, 이 때, 희생 기판상에 이산화실리콘으로 이루어진 희생층을 형성하고, 이 이산화실리콘층을 용해함으로써 상기 접촉단자(2)를 분리하는 것이다.

접촉단자(2)의 제조는 돌기(7)의 제 3 층(C)을 제조하는 공정과, 동일하게 돌기(7)의 제 2 층(B)을 제조하는 공정과, 또한 동 돌기(7)의 모재 배선층(A) 및 인출 배선(6)을 제조하는 공정으로 나누어진다. 우선, 돌기(7)의 주형이 되는 사각뿔대 형상을 갖는 오목부를 이방성 에칭에 의해 형성한다. 이어서 오목부의 내면에 제 3 층이 되는 재료(텅스텐 등을 1.5 원자% 포함하는 탄소 등)를 스퍼터링법에 의해 증착하고, 예컨대 0.1㎛의 피막을 형성한다. 다음으로 오목부내에 형성된 제 3 층의 표면에 제 2 층을 구성하는 재료(텅스텐 등)를 동일하게 스퍼터링법에 의해서 증착하고, 예컨대 7㎛의 피막을 형성한다. 또한 배선 재료가 되는 비교적 연질의 재료(금 등)를 동 제 2 층상의 오목부의 나머지의 전체 및 인출 배선 영역에 걸쳐 도금법에 의해 모재 배선층 및 인출 배선층을 일체적으로 형성한다. 또한, 제 3 층 및/또는 제 2 층을 오목부 뿐만 아니라 인출 배선 영역의 일부 또는 전부에 형성하는 방법도 바람직하다.

이렇게 해서 희생 기판상에 형성된 3층 구조를 갖는 접촉단자(2)에 필름 기판(3) 및 완충재(8)를 접착하고, 또한 이들 기부측을 카드 기판(1)의 하면에 직접 접착하고, 선단부측을 완충재(8)를 통해 접착한다. 그 후 희생 기판을 분리하고, 접촉단자(2)의 인출 배선(6)과 연장 배선(9), 연장 배선(9)과 배선 전극(10)을 접속하여 프로브 카드가 완성되게 된다.

또한, 이러한 제조 프로세스의 상세한 것은 본 발명자들이 먼저 출원한 일본 특허 출원 공개 제 2002-71720 호의 실시 형태로써 개시하고 있고, 여기에서는 개요의 설명만 한다.

상술한 실시예에 있어서는 돌기(7)에 3개의 층이 형성되어 있지만, 도 8에 도시한 바와 같이 제 3 층을 생략하여 제 1 층과 제 2 층의 2층으로 돌기(7)를 구성하도록 할 수도 있다. 이러한 형태도 본 발명의 범위이다.

본 발명은 전기 저항 등의 전기 특성 및 내부 응력 등의 물리성상의 적합성에 따른 제품 기능면의 제약 또는, 도금법의 채용 가부 등 제조면의 제약의 관점에서 사용 재료의 선택의 자유도를 손상시키지 않고 또한 전극 소재가 부착, 응집하기 어려운 뛰어난 내구성을 갖춘 미세구조를 갖는 전기적 접속 검사 장치를 제공한다.

도 1은 종래의 접속 검사 장치의 기본적인 구성예를 도시하는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 접속 검사 장치인 프로브 카드의 구성예를 도시하는 단면도,

도 3은 도 2의 주요부 확대 사시도,

도 4는 도 2의 주요부 확대 단면도,

도 5는 제 2 층의 피막의 두께와 최대 미제스 응력(Mises stress)의 관계를 나타낸 그래프,

도 6은 제 2 층의 피막의 두께가 2㎛인 경우의 그 영률과 최대 미제스 응력의 관계를 나타내는 그래프,

도 7은 제 2 층의 피막의 두께가 3㎛인 경우의 그 영률과 최대 미제스 응력의 관계를 나타내는 그래프,

도 8은 제 2 층의 피막의 두께와 최대 미제스 응력과의 관계를 해석하는데 있어서 대상이 되는 돌기의 확대 단면도,

도 9는 제 3 층을 구성하는 탄소 피막중의 텅스텐 함유량과 비저항치의 관계를 나타내는 그래프,

도 10은 제 3 층을 구성하는 탄소 피막중의 텅스텐 함유량과 박막 경도의 관계를 나타내는 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 카드 기판 2 : 접촉단자

3 : 필름 기판 6 : 인출 배선

7 : 돌기 8 : 완충재

9 : 연장 배선 10 : 배선 전극

A : 모재 배선층 B : 제 2 층의 피막

C : 제 3 층의 피막 t : 두께

Claims

검사 대상과 전기적으로 접촉하여 신호를 입출력하기 위한 전기적 접속 검사 장치에 있어서,

복수개의 접촉단자와,

상기 접촉 단자의 선단부에 위치하는 접촉부를 포함하며,

상기 접촉부는 ⓐ 배선 모재로 이루어지는 제 1 층과, ⓑ 상기 제 1 층의 표면에 형성되고, 텅스텐, 탄탈, 티타늄, 니오브, 몰리브덴, 지르콘, 코발트 등의 금속 또는 그 합금, 또는 백금, 이리듐, 라듐 및 로듐 등의 백금족의 금속 또는 그 합금의 피막으로 이루어지는 제 2 층과, ⓒ 상기 제 2 층의 표면에 형성되고 저응집성을 갖는 재료의 피막으로 이루어지는 제 3 층으로 구성되는

전기적 접속 검사 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 층이 3㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖는

전기적 접속 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 층의 재료가 텅스텐 또는 그 합금인

전기적 접속 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 층의 재료가 탄소, 금속원소를 포함하는 탄소, 금속의 질화물 및 탄질화물중 하나인

전기적 접속 검사 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 제 3 층의 재료가 0.5 원자% 내지 50 원자%의 금속원소를 포함하는 탄소인

전기적 접속 검사 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 금속원소가 티타늄, 바나듐, 니오브, 지르콘, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 하프늄, 크롬, 망간, 철, 코발트 및 니켈 중 적어도 하나 이상인

전기적 접속 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 접촉부가 상기 접촉 단자로부터 돌출된 돌기인

전기적 접속 검사 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 접촉부가 뿔대(錐臺) 형상을 갖는

전기적 접속 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전기적 접속 검사 장치가 프로브 또는 프로브 카드인

전기적 접속 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전기적 접속 검사 장치가 소켓 또는 콘택터(contactor)인

전기적 접속 검사 장치.
검사 대상과 전기적으로 접촉하여 신호를 입출력하기 위한 전기적 접속 검사 장치에 있어서,

복수개의 접촉단자와,

상기 접촉단자의 선단부에 위치하는 접촉부를 포함하며,

상기 접촉부는 ⓐ 배선 모재로 이루어지는 제 1 층과, ⓑ 상기 제 1 층의 표면에 형성되고, 상기 배선 모재보다 높은 영률을 갖는 재료로 구성되고 또한 3㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖는 피막으로 형성되는 제 2 층으로 구성되는

전기적 접속 검사 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 제 2 층이 텅스텐, 탄탈, 티타늄, 니오브, 몰리브덴, 지르콘, 코발트 등의 금속 또는 그 합금, 또는 백금, 이리듐, 라듐 및 로듐 등의 백금족의 금속 또는 그 합금으로 구성되는

전기적 접속 검사 장치.
삭제
제 12 항에 있어서,

상기 제 2 층의 두께가 5㎛ 내지 10㎛인

전기적 접속 검사 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 제 2 층의 재료가 텅스텐 또는 그 합금인

전기적 접속 검사 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 접촉부가 상기 접촉단자로부터 돌출한 돌기인

전기적 접속 검사 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 접촉부가 뿔대 형상을 갖는

전기적 접속 검사 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 전기적 접속 검사 장치가 프로브 또는 프로브 카드인

전기적 접속 검사 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 전기적 접속 검사 장치가 소켓 또는 콘택터인

전기적 접속 검사 장치.