KR100718577B1

KR100718577B1 - 프로브 핀용 재료

Info

Publication number: KR100718577B1
Application number: KR1020050093254A
Authority: KR
Inventors: 쿠니히로 다나카
Original assignee: 다나까 기낀조꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-05-15
Also published as: US8183877B2; TWI276807B; JP2005233967A; US20060197542A1; JP4216823B2; TW200632325A; KR20060096250A

Abstract

본원발명에 의한 프로브 핀은, 백금, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 팔라듐, 로듐의 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 원소로 이루어지는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 재료로 하였다. 또한, 상기 금속에, 텅스텐, 니켈, 코발트의 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 원소를 첨가한 재료로 할 수도 있다.

반도체, 프로브 핀, 프로브 카드

Description

프로브 핀용 재료{MATERIAL FOR PROBE PINS}

본 발명은, 반도체 웨이퍼상에 구성된 집적 회로의 전기적 특성을 검사하기 위한 프로브 카드(probe card)에 조립되는 프로브 핀(probe pin)용 재료에 관한 것이다.

웨이퍼상에 형성된 반도체 집적회로나 액정표시장치 등의 전기적 특성의 검사를 행할 때는, 복수의 프로브 핀을 배열한 프로브 카드가 사용되고 있다. 이 검사는, 통상, 웨이퍼상에 형성된 검사 대상물인 반도체 집적회로 소자나 액정표시장치 등에 구비되는 복수의 전극 패드에, 프로브 핀을 접촉시킴으로써 행하여지고 있다.

이러한 프로브 핀에는, 고도전성(高導電性), 내부식성(耐腐食性)은 물론, 고경도(高硬度), 고용수철성이라는 특성을 갖는 것이 요구되고 있다. 프로브 핀에 고경도가 요구되는 것은, 수백만회 행하여지는 반복 검사에 견딜 수 있는 충분한 강도를 갖는 것이 필요하기 때문이며, 고용수철성이 요구되는 것은, 프로브 핀 전극 패드와의 접촉을 안정시키고, 또한 프로브 핀 자체의 마모를 줄이기 위해서이다.

한편, 최근의 메모리 디바이스(memory device)의 대용량화나, 패키지의 소형화에 의해, 반도체 집적회로 등의 전극 패드의 간격이 점점 좁아지고 있다. 프로브 카드에 있어서도, 전극 패드의 좁은 피치(pitch)화에 대응하기 위해, 프로브 핀의 피치를 좁게 하는 것 및 프로브 핀의 선 직경을 미세하게 하는 것이 요청되고 있다. 이 요청에 대하여, 프로브 핀 재료는 보다 충분한 경도를 갖고, 가공성이 양호한 것이 요구되고 있다.

종래에 사용되고 있는 프로브 핀 재료로서는, 일본국 특개평10-038922호 공보에 개시된 바와 같이 텅스텐(W)을 사용한 것, 일본국 특개평11-94875호 공보에 개시된 바와 같이, 팔라듐(Pd)에 은 등을 첨가한 합금을 이용한 것 등이 있다. 이들의 재료는, 검사 대상으로 되는, 반도체 집적회로 소자나 액정표시장치의 전극 패드의 종류에 따라 분리 사용되고 있다. 이 전극 패드는, 주로 알루미늄 패드와 금 패드가 사용되고, 알루미늄 패드용 프로브 핀은, 패드 표면에 형성되는 산화 피막을 파손할 수 있도록, 고경도의 재료인 텅스텐이, 금 패드용 프로브 핀은, 패드 표면에 손상을 주지 않도록 하기 위해서, 텅스텐보다 경도는 낮지만 일반적으로는 경도가 높은 팔라듐 합금이 사용되고 있다.

그러나, 텅스텐을 프로브 핀으로서 사용한 경우, 텅스텐의 산화 용이성에 기인하여, 아래와 같은 문제가 발생하였다. 즉, 프로브 핀이 측정 대상물의 전극 패드와 접촉하면, 프로브 핀 표면의 텅스텐의 산화 피막이 박리하여, 전극 패드에 부착되어버린다. 따라서, 이러한 상태에서, 도통(導通) 테스트를 행하면, 도통불량으로 되어, 정확한 측정값을 얻을 수 없게 된다.

한편, 팔라듐 합금을 프로브 핀으로서 사용한 경우, 프로브 핀의 기계적 특성으로서 필요한 도전성, 내산화성을 갖지만, 통상의 신선가공(伸線加工)으로는 프로브 핀으로서 충분한 경도를 얻을 수 없다. 그래서, 충분한 경도를 얻기 위해서, 석출 경화처리를 거쳐서 재료를 제작하여야 하므로, 제조 공정이 증대한다는 점에서 문제가 있다.

본원발명은, 이상과 같은 사정을 배경으로 하여 이루어진 것이며, 도전성, 고용수철성에 더불어, 프로브 핀으로서 충분한 경도를 갖고, 내산화성, 가공성이 뛰어난 재료를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자가 예의 연구를 행한 결과, 본원발명에 관련되는 재료는, 백금(platinum), 이리듐(iridium), 루테늄(ruthenium), 오스뮴(osmium), 팔라듐(palladium), 로듐(rhodium)의 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 원소로 이루어지는 것으로 하였다. 이 귀금속 및 귀금속 합금은, 적당한 경도를 갖고, 또한 도전성, 고용수철성, 내산화성을 구비하기 때문에, 프로브 핀 재료로서는 바람직하다.

여기에서 적당한 경도란, 프로브 핀으로서의 강도를 구비하면서, 용이하게 가공할 수 있는 경도라는 의미이다. 알루미늄 패드용 프로브 핀과 금 패드용 프로브 핀에서는, 패드 재료인 알루미늄과 금과의 재료특성의 차이로 요구되는 경도가 다르다. 일반적으로 알루미늄 패드용 프로브 핀은, 금 패드용 프로브 핀보다 약간 높은 경도의 재료를 사용한다.

알루미늄 패드용 프로브 핀은, 비커스(Vickers) 경도 HV를 400 이상, 또한 400∼600의 범위가 바람직하다. 비커스 경도 HV가 400 미만에서는, 프로브 핀으로서 강도가 충분하지 않아서, 반복 검사에 견딜 수 없기 때문이다. 한편, 600을 초과하면, 재료가 지나치게 단단해지므로, 재료의 가공이 곤란하게 되기 때문이다.

또한, 본원발명에 관련되는 프로브 핀 재료는, 중량%로, 로듐 5∼30％와, 나머지가 이리듐인 것이 바람직하다. 이들 재료의 비커스 경도는 400∼600이며, 알루미늄 패드에 사용되는 프로프 핀으로서 충분한 경도를 갖는다. 또한 종래의 텅스텐의 프로브 핀과 달리, 내산화성, 고용수철성을 갖는 재료이다. 여기에서, 로듐의 농도범위를 5∼30중량％로 하는 것은, 5중량％ 미만에서는, 경도가 낮아져 버리기 때문이며, 30중량％를 초과하면, 가공성이 나빠지기 때문이다.

또한 백금, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 팔라듐, 로듐의 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 원소로 이루어지는 귀금속 또는 귀금속 합금에, 니켈, 텅스텐, 코발트의 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 원소를 첨가하는 것도 채용할 수 있다. 상기 귀금속 또는 귀금속 합금에 니켈, 텅스텐, 코발트를 첨가하는 것에 의해, 경도가 높아진다는 효과가 있다. 한편, 이들의 재료는, 금 패드용 프로브 핀으로서 바람직한 재료이다.

금 패드용으로 채용하는 프로브 핀은, 비커스 경도 300 이상, 또한 바람직하게는 300∼500의 범위가 적당하다. 비커스 경도 HV가 300 미만에서는, 프로브 핀으로서의 강도가 충분하지 않아서, 반복 검사에 견딜 수 없기 때문이다. 한편 500을 초과하면, 프로브 핀과 금 패드와의 접촉시에 있어서, 금 패드를 손상시킬 우려 가 생기기 때문이다.

또한 본원발명에 의한 프로브 핀용 재료는, 중량%로, 이리듐 5∼40％와, 나머지가 백금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이들 재료의 비커스 경도는 300∼500이며, 금 패드에 사용하는 프로브 핀으로서 충분한 경도를 갖는다. 또한 종래의 팔라듐 합금의 프로브 핀과 달리, 고용수철성을 갖는 재료이다. 여기에서 이리듐의 농도범위를 5∼40중량％로 하는 것은, 5중량％ 미만에서는, 경도가 낮아지기 때문이며, 40중량％를 초과하면, 가공성, 내산화성이 나빠져 버리기 때문이다.

또한, 프로브 핀 재료로서, 중량%로, 니켈 5∼30％、텅스텐 5∼10％、코발트 10∼30％로부터 선택되는 하나의 귀금속과, 나머지가 백금으로 이루어지는 백금합금도 채용할 수 있다. 이들 재료는, 비커스 경도는 300∼500이며, 금 패드용 프로브 핀으로서 충분한 경도를 갖는다. 또한 팔라듐 합금의 프로브 핀과 달리, 고용수철성을 갖는 재료이다. 여기에서, 니켈의 농도범위를 5∼30 중량％로 하는 것은, 5중량％ 미만에서는, 경도가 낮아져 버리기 때문이며, 30 중량％를 초과하면, 도전성이 나빠져 버리기 때문이다. 그리고, 텅스텐의 농도범위를 5∼10 중량％로 하는 것은, 5중량％ 미만에서는, 경도가 낮아져 버리기 때문이고, 30 중량％를 초과하면, 가공성, 내산화성, 도전성이 나빠져 버리기 때문이며, 또한 코발트의 농도범위를 10∼30 중량％로 하는 것은, 10 중량％ 미만에서는 경도가 낮아져 버리기 때문이며, 30 중량％를 초과하면, 가공성, 내산화성, 도전성이 나빠지기 때문이다.

본원발명의 프로브 카드는, 상기 재료를 갖는 프로브 핀을 구비하는 것으로 하였다. 이 재료로 이루어지는 프로브 핀은, 충분한 경도를 갖고, 또한 도전성, 고용수철성에 더불어, 내산화성, 가공성이 뛰어난 것이다. 그 때문에, 상기 프로브 카드는, 최근 요구되고 있는 프로브 핀의 좁은 피치화에 대하여도 충분히 대응할 수 있는 것이라고 할 수 있다.

본원발명에 있어서 프로브 핀용 재료는, 고용수철성, 도전성과 더불어, 프로브 핀으로서 충분한 경도를 갖고, 내산화성, 가공성이 뛰어난 것이다. 즉, 본원발명에 따르면, 최근 요구되고 있는 좁은 피치화에 대응할 수 있는 재료를 갖는 프로브 핀의 제작이 가능하다.

실시예1 ∼ 실시예5

본 실시예에서는, 알루미늄 패드용 프로브 핀 재료로서 바람직하다고 고려되는, 이리듐-로듐 합금으로 이루어지는 와이어(wire)를 제작하였다. 원료가 되는 이리듐 및 로듐을 예비 용해하고, 그 후, 아르곤 분위기하에서 아크 용해로 용해·성형하여 잉곳(ingot)을 제작하였다. 이 잉곳을 홈이 형성된 압연, 열간 선 인발가공에 의해 판재 또는 단면 원형의 선재 봉재(線材棒材)를 성형한 후, 홈이 형성된 압연 가공, 신선가공에 의해, 외경이 0.1mm인 와이어를 제작하였다. 제작한 이리듐-로듐 합금의 조성을 표 1에 나타냈다.

	Ir(wt%)	Rh(wt%)
실시예1	100	0
실시예2	90	10
실시예3	80	20
실시예4	60	40
실시예5	0	100

비교예1

실시예1∼5의 비교로서, 텅스텐 100 wt％의 와이어를 제작하였다. 텅스텐 와이어의 외경은 0.1mm로 하였다.

다음에, 실시예6∼17에 있어서, 금 패드용 프로브 핀 재료로서 바람직하다고 고려되는, 백금합금의 와이어를 제작하였다. 이하, 구체적으로 설명한다.

실시예6 ∼ 실시예8

본 실시예에서는, 백금-텅스텐 합금으로 이루어지는 와이어를 제작하였다. 원료를 예비 용해하고, 그 후, 아르곤 분위기하에서 고주파 용해로 용해·성형하여 잉곳을 제작하였다. 이 잉곳을 홈이 형성된 압연, 열간 선 인발가공에 의해 판재 또는 단면원형의 선재 봉재를 성형한 후, 홈이 형성된 압연 가공, 신선가공에 의해, 외경이 0.1mm의 와이어를 제작하였다. 제작한 합금의 조성은, 표 2의 실시예6∼8에 나타난 바와 같다.

실시예9 ∼ 실시예11

본 실시예에서는, 백금-니켈 합금으로 이루어지는, 외경이 0.1mm인 와이어를 제작하였다. 와이어의 제조 방법은, 실시예6∼8의 백금-텅스텐 합금과 마찬가지이므로 생략한다. 제작한 합금의 조성은, 표 2의 실시예9∼11에 나타난 바와 같다.

실시예12 ∼ 실시예14

본 실시예에서는, 백금-이리듐 합금으로 이루어지는, 외경이 0.1mm인 와이어를 제작하였다. 와이어의 제작 방법은, 실시예6∼8의 백금-텅스텐 합금과 마찬가지이므로 생략한다. 제작한 합금의 조성은, 표 2의 실시예12∼14에 나타난 바와 같다.

실시예15 ∼ 실시예17

본 실시예에서는, 백금-코발트 합금으로 이루어지는, 외경이 0.1mm인 와이어를 제작하였다. 와이어의 제작 방법은, 실시예6∼8의 백금-텅스텐 합금과 마찬가지이므로 생략한다. 제작한 합금의 조성은, 표 2의 실시예15∼17에 나타난 바와 같다.

	Pt(wt%)	W(wt%)	Ni(wt%)	Ir(wt%)	Co(wt%)
실시예6	95	5	-	-	-
실시예7	92	8	-	-	-
실시예8	88	12	-	-	-
실시예9	93	-	7	-	-
실시예10	90	-	10	-	-
실시예11	80	-	20	-	-
실시예12	90	-	-	10	-
실시예13	80	-	-	20	-
실시예14	70	-	-	30	-
실시예15	95	-	-	-	5
실시예16	90	-	-	-	10
실시예17	76.7	-	-	-	23.3

비교예2

실시예6∼17의 백금 합금에 대한 비교로서, 팔라듐 합금으로 이루어지는, 외경이 0.1mm인 와이어를 제작하였다. 와이어의 제작 방법은, 실시예6∼8의 백금-텅스텐 합금과 마찬가지이므로 생략한다. 이 합금의 조성은 표 3에 나타난 바와 같다.

	Pd(wt%)	Ag(wt%)	Au(wt%)	Pt(wt%)	기타
비교예2	35	30	10	10	Cu, Zn

각 와이어의 평가 방법

실시예의 와이어에 대하여, 프로브 핀 재료로서 바람직한지의 여부를, 경도, 용수철성, 도전성, 내산화성의 관점에서 비교, 검토하였다.

경도는, 실시예 및 비교예의 와이어에 대하여, 비커스 경도계를 이용하여, 비커스 경도를 측정하였다. 용수철성의 평가는 탄성율 측정값을, 도전성의 평가는, 전기 저항측정 값을 이용하여 행하였다.

탄성율은, 실시예 및 비교예의 와이어에 대하여, 인장시험을 행하고, 그 결과에 근거하여 산출하였다.

전기 저항값은, 실시예 및 비교예의 와이어(φ0.1mm)에 대하여, 전기 저항기로 단위길이(1m)당 저항치를 측정하였다.

내산화성은, 실시예 및 비교예의 와이어를, 800℃로 가열하고, 가열후의 와이어의 변색의 유무를 육안으로 확인하였다. 내산화성 평가는, 변색이 심한 것(낮은 내산화성)을 1, 변색이 거의 없는 것(높은 내산화성)을 5로 하는 오 단계 평가로 행하여, 수치가 높아짐에 따라 내산화성이 양호하다고 하였다.

각 와이어의 평가 결과

먼저, 실시예1∼실시예5의 이리듐, 로듐, 이리듐-로듐 합금의 와이어 및 비교예1의 텅스텐 와이어에 있어서, 상기 시험에 대하여 행한 결과를, 표 4에 나타낸다.

	경도(HV)	탄성율(GPa)	전기저항(Ω)	내산화성
실시예1	500	570	4.9	2
실시예2	500	480	9.35	3
실시예3	450	450	12	4
실시예4	400	420	18	4
실시예5	500	380	4.7	4
비교예1	700	400	5.5	1

실시예1∼실시예5의 로듐, 이리듐-로듐 합금 및 이리듐의 와이어는, 재료의 조성에 관계없이 경도 400HV에서 500HV이었다. 또한, 실시예1∼실시예5의 와이어는, 비교예1의 와이어와 비교하면, 내산화성이 좋고, 탄성율이 크게 양호하며, 전기 저항값이 동등하였다.

이상의 결과에 의해, 실시예1∼5에 나타난, 로듐, 이리듐-로듐합금 및 이리듐의 와이어는, 경도, 용수철성, 도전성, 내산화성의 모든 밸런스에 있어서 양호한 성질을 가져, 알루미늄 패드용 프로브 핀으로서 적합한 재료임이 확인되었다.

다음에, 실시예6∼8의 백금-텅스텐 합금, 실시예9∼11의 백금-니켈 합금, 실시예12∼14의 백금-이리듐 합금, 실시예15∼17의 백금-코발트 합금 및 비교예2의 팔라듐 합금의 와이어에 있어서, 상기 시험을 행한 결과에 대하여, 표 5에 나타낸다.

	경도(HV)	탄성율(GPa)	전기저항(Ω)	내산화성
실시예6	360	240	58.0	4
실시예7	380	240	62.5	4
실시예8	420	250	73.5	3
실시예9	300	130	21.7	5
실시예10	350	150	27.0	5
실시예11	480	170	34.1	5
실시예12	300	220	28.2	5
실시예13	320	230	30.2	4
실시예14	360	260	35.0	4
실시예15	400	135	50.0	4
실시예16	420	140	50.8	3
실시예17	450	170	56.7	2
비교예2	300	100	31.6	3

실시예6∼8의 백금-텅스텐 합금은, 모두 경도300HV에서 500HV이고, 텅스텐의 첨가량이 증가함에 따라, 경도가 커지는 경향을 나타냈다. 또한, 실시예6∼8의 와이어는, 비교예2의 와이어와 비교하면, 전기 저항값이 다소 높은 쪽은 있지만, 내산화성이 매우 우수하고, 탄성율도 양호하였다.

실시예9∼11의 백금-니켈 합금의 와이어는, 모두 경도300HV에서 500HV이고, 니켈의 첨가량이 증가함에 따라 경도가 증가하는 경향을 나타냈다. 또한, 실시예9∼11의 와이어는, 비교예2의 와이어와 비교하면, 내산화성이 매우 우수하고, 탄성율이 크며, 또한 전기 저항값이 거의 동등하였다.

실시예12∼14의 백금-이리듐 합금의 와이어는, 모두 경도300HV에서 400HV이고, 이리듐의 첨가량이 증가함에 따라 경도가 증가하는 경향을 나타냈다. 실시예12∼14의 와이어는, 비교예2의 와이어와 비교하면, 내산화성이 매우 우수하고, 탄성율이 크며, 또한 전기 저항값이 작아서 양호하다.

실시예15∼17의 백금-코발트 합금의 와이어는, 모두 경도400HV에서 500HV이고, 코발트의 첨가량이 증가함에 따라 경도가 증가하는 경향을 나타냈다. 또한, 실시예15∼17의 와이어는, 비교예2의 와이어와 비교하면, 내산화성이 약간 떨어져서 전기 저항값이 약간 크지만, 탄성율이 커서 양호하다.

이상의 결과에 의해, 실시예6∼17에 나타내는 백금 합금은, 경도, 용수철성, 도전성, 내산화성의 밸런스에 있어서 양호하고, 금 패드용 프로브 핀으로서 적합한 재료임이 확인되었다.

본원발명에 있어서 프로브 핀용 재료는, 고용수철성, 도전성에 더불어, 프로브 핀으로서 충분한 경도를 갖고, 내산화성, 가공성이 뛰어난 것이다. 즉, 본원발명에 따르면, 최근 요구되고 있는 좁은 피치화에 대응할 수 있는 재료를 갖는 프로브 핀의 제작이 가능하다.

Claims

백금, 이리듐, 로듐의 군으로부터 선택되는 적어도 2 이상의 원소로 이루어지는 프로브 핀용 재료에 있어서,

중량%로, 로듐 5∼30％와, 나머지가 이리듐으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 핀용 재료.
백금, 이리듐, 로듐의 군으로부터 선택되는 적어도 2 이상의 원소로 이루어지는 프로브 핀용 재료에 있어서,

중량%로, 이리듐 5∼40％와, 나머지가 백금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 핀용 재료.
백금에, 텅스텐, 니켈, 코발트의 군으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 더 첨가하여 이루어지는 프로브 핀용 재료에 있어서,

중량%로, 텅스텐 5∼10％、니켈 5∼30％、코발트 10∼30％로부터 선택되는 하나의 원소와, 나머지가 백금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 핀용 재료.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 재료로 이루어지는 프로브 핀을 구비한 프로브 카드.
삭제
삭제