WO2007083769A1 - 接点装置およびその製造方法 - Google Patents

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Kiyoto Nakamura
Hiroshi Arikawa
Yoshiaki Moro
Hirokazu Sanpei
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Advantest Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a contact device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a contact device used for a contact having a low contact pressure, for example, a MEMS (MicroElectroMechanical System) switch, and a manufacturing method thereof.
  • a MEMS MicroElectroMechanical System
  • Patent application 2006 208841 Filing date July 31, 2006
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a contact device manufactured by a wafer process using a Si substrate or the like as a material. These contact devices are switches with movable contacts that are displaced by bimetal or bimorph, and operate with minute drive power.
  • the contact pressure is as low as about 10 mN or less, and therefore, a soft metal may be used as a contact material for the purpose of reducing the contact resistance between the contacts.
  • the contact material used in such a case is Au or its alloy.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-281988
  • Patent Document 2 JP 2004-055410 A
  • a thin oxide film such as rhodium (Rh) may be formed on the contact surface between the contacts.
  • a contact with such a coating has a longer contact life but a higher contact resistance at the contact. Therefore, it is not suitable for a contact device having a low contact pressure as described above.
  • An object of the present invention is to provide a contact device that has been created in view of the above-described problems of the conventional example, can extend the contact life, and can reduce the contact resistance between the contact points, and a method for manufacturing the contact device.
  • an object of the present invention is to provide a contact device and a method for manufacturing the same that can solve the above-described problems. This object is achieved by a combination of the features described in the independent claims.
  • the dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.
  • a method of manufacturing a contact device the step of forming a first conductive film on a support layer, and the first conductive film Forming a second conductive film containing a metal or alloy on the second conductive film, forming a third conductive film on the second conductive film, and heat-treating in an atmosphere containing oxygen to form the second conductive film.
  • a contact device comprising a step of forming a surface layer that abuts against an opposing contact, including a metal oxide of the second conductive film that is diffused and deposited on the surface of the third conductive film and is oxidized
  • a manufacturing method is provided.
  • the temperature of the heat treatment is preferably lower than a temperature at which the metal or alloy and the first conductive film form an alloy.
  • the metal or alloy of the second conductive film is efficiently diffused into the third conductive film.
  • the first conductive film is not cured or the electrical characteristics are not deteriorated by alloying.
  • the temperature of the heat treatment is preferably lower than the temperature at which the metal or alloy and the third conductive film form an alloy.
  • the metal or alloy of the second conductive film is efficiently diffused with respect to the third conductive film, and is further efficiently deposited on the surface of the third conductive film.
  • the diffusion coefficient in which the metal or alloy diffuses in the third conductive film is larger than the diffusion coefficient in which the metal or alloy diffuses in the first conductive film. Is preferred. As a result, the metal or alloy is more efficiently diffused in the third conductive film than in the first conductive film, so that a contact device having a desired structure can be efficiently manufactured.
  • the metal or alloy is nickel.
  • the first conductive film includes gold (Au)
  • the third conductive film includes gold (Au) or a gold palladium (Au_Pd) alloy. This makes it possible to manufacture contact devices with excellent electrical characteristics and low contact resistance that are chemically stable and have a long life.
  • the content of palladium in the third conductive film is preferably 20 atomic% or less. Thereby, the electrical resistance of the third conductive film can be kept low.
  • the surface layer includes an oxide of a metal or an alloy within a depth of 30 nm or less from the surface of the surface layer.
  • a contact device manufactured by the above manufacturing method is provided. As a result, it has good electrical characteristics, high yield and long life. A point device is supplied.
  • a contact device comprising a metal film formed of a metal or an alloy, a conductive film formed on the metal film, a metal film and a conductive film.
  • a contact device comprising a contact having: As a result, a very thin surface layer is formed on the surface of the contact, and welding without increasing the contact resistance can be prevented.
  • the surface layer includes an oxide of a metal or an alloy within a depth of 30 nm or less from the surface of the surface layer. This prevents contact fusion without increasing the contact resistance at the contact.
  • the metal or the alloy includes nickel (Ni).
  • the contact device can be formed of an inexpensive and easily available material.
  • the metal or alloy contained in the metal film diffuses into the conductive film until it reaches the contact surface by heating. As a result, when the surface layer is worn, the surface layer can be repaired.
  • the metal film is supported by a conductive support layer formed of a material in which a metal or an alloy is less likely to diffuse than the conductive film.
  • the conductive support layer includes gold (Au), and the conductive film includes gold (Au) or a gold palladium (Au_Pd) alloy. This makes it possible to form contacts that are chemically stable and have low contact resistance.
  • the palladium content in the conductive film is preferably 20 atomic% or less. Thereby, the electrical resistance of the third conductive film can be kept low.
  • a contact device that conducts electricity when a constant contact and a movable contact come into contact with each other, and the fixed contact is formed on the first conductive film formed on the support layer and the first conductive film.
  • a contact device having a surface layer in contact with a movable contact which includes a metal oxide of the second conductive film deposited and oxidized on the surface of the third conductive film. This makes it possible to use a contact device that suppresses fusion, has a high manufacturing yield, has a long life, has low contact resistance, and has excellent electrical characteristics.
  • the movable contact includes a first conductive film formed on the actuator and a metal or metal alloy formed on the first conductive film.
  • the actuator in the above contact device, includes a piezoelectric material layer that expands and contracts when a voltage is applied.
  • the actuator includes a heater that generates heat when a current is applied, and a bimorph that has a member that is heated and extended by the heater.
  • a switch that has the above contact device and intermittently transmits a test signal in a semiconductor test apparatus. As a result, the test signal can be switched without degrading, and a long-life semiconductor test apparatus is supplied.
  • a semiconductor test apparatus including the above switch is provided.
  • a probe of a semiconductor test apparatus which is a metal or The metal film formed of an alloy, the conductive film formed on the metal film, the metal film and the conductive film are heat-treated in an atmosphere containing oxygen, and the metal of the metal film is diffused into the conductive film.
  • a probe including an oxide obtained by oxidizing a metal or alloy deposited up to the surface of the conductive film and having a surface layer in contact with an opposing pad at the tip is provided. This allows semiconductor testing to be performed using probes with low contact resistance and long life. Also, if the surface layer of the probe is worn, the surface layer can be repaired by heat treatment, further extending the probe life.
  • a semiconductor test apparatus including the above probe is provided.
  • a semiconductor test apparatus capable of performing a precise test over a long period of time when the contact resistance by the probe is low is supplied.
  • the contact device and the manufacturing method thereof in the contact device having a low contact pressure, it is possible to prevent contact welding without increasing the contact resistance. That is, in this contact device, a surface layer containing an oxide of a metal or an alloy is formed on the surface of the contact that comes into contact with the opposing contact. Since this surface layer is very thin as will be described later, the contact resistance of the contact is not increased despite the fact that the conductive film is hardened and contains an oxide that is non-conductive. In addition, since the surface layer is interposed between the contacts that contact each other, welding of the contacts is suppressed.
  • the surface layer as described above allows the metal or alloy to diffuse into the conductor film that supports the surface layer, and further causes the metal or alloy that has diffused and precipitated to the surface of the conductor film to be exposed to the oxygen-containing atmosphere. Can be formed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a contact 10 in a contact device according to one embodiment.
  • Garden 2 A cross-sectional view showing the structure of the contact 10 in the contact device according to one embodiment.
  • Garden 3 A graph showing the distribution of metal elements measured in the film thickness direction from the surface of the contact 10. 4] This is a graph showing the dependency of the contact resistance at contact 10 and the rate of occurrence of welding with other contacts on the Pd concentration.
  • FIG. 5 A plan view showing an example in which the contact device of FIG. 2 is applied to the bimorph switch 100.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 1_1 in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of microswitch 200.
  • FIG. 4 A perspective view of the substrate 206.
  • FIG. 9 A diagram showing a substrate preparation stage, a movable part formation stage, and a lead formation stage in the manufacture of the microswitch 200.
  • FIG. 9 A diagram showing a substrate preparation stage, a movable part formation stage, and a lead formation stage in the manufacture of the microswitch 200.
  • FIG. 10 is a diagram showing a through-hole forming stage in the manufacture of the microswitch 200.
  • FIG. 11 A diagram showing a wiring board preparation stage in the manufacture of the microswitch 200.
  • FIG. 12 is a diagram showing a fixing stage in manufacturing the microswitch 200.
  • FIG. 13 A diagram showing an electrical connection stage in the manufacture of the microswitch 200.
  • FIG. 14 A diagram showing a sealing stage in the manufacture of the microswitch 200.
  • FIG. 15 A diagram showing the entire wiring board 212.
  • FIG. 16 is a diagram showing the entire substrate 206.
  • FIG. 17 is a diagram showing an entire substrate 216.
  • FIG. 18 is a diagram showing a fixing stage, a sealing stage, and an electrical connection stage.
  • Fig. 19 shows the cutting stage.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing the overall structure of a semiconductor test apparatus 400 having a plurality of types of contact devices.
  • FIG. 21 is a diagram schematically showing functions of the switching switch 201 and the probe pin 310 which are examples of contact devices included in the semiconductor test apparatus 401.
  • FIG. 22 A diagram showing the shape and structure of the probe pin 310 mounted on the semiconductor test apparatus 401.
  • FIG. 22 A diagram showing the shape and structure of the probe pin 310 mounted on the semiconductor test apparatus 401.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing functions of 201 and probe pins 320.
  • FIG. 24 is a diagram showing the shape and structure of a probe pin 320 mounted on a semiconductor test apparatus 402.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the layer structure of the contact 10 in the manufacturing process of the contact device according to one embodiment.
  • the contact 10 includes a first conductive film 12 formed on the surface of the base 11, and a second conductive film 13 and a third conductive film 14 sequentially stacked thereon.
  • the first conductive film 12 is formed on the surface of the base 11 made of an insulator or dielectric by a plating method using gold (Au).
  • a second conductive film 13 having a film thickness of OO nm or more is formed on the first conductive film 12 by a nickel metal (Ni—Cr) alloy as a single metal containing Ni or an alloy.
  • a third conductive film 14 having a thickness of l z m or less is formed on the second conductive film 13 by using a gold palladium (Au_Pd) alloy having a palladium content of 20 atomic% or less.
  • Au_Pd gold palladium
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the layer structure of the contact 10 completed through heat treatment.
  • the metal or alloy contained in the second conductive film 13 is diffused into the third conductive film 14 as the diffusion metal 16, and eventually on the surface of the third conductive film 14. It reaches and precipitates.
  • the heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere, and the diffusion metal 16 deposited on the surface of the third conductive film 14 is oxidized by touching the oxygen-containing atmosphere. In this way, an oxide 15 of a metal or alloy that diffuses or precipitates is formed on the surface of the third conductive film 14 and in the vicinity of the surface.
  • the contact 10 shown in FIG. 1 was heated to 250 ° C. in air or oxygen gas for heat treatment.
  • the diffusion metal 16 is oxidized into an oxide 15 in a portion close to the surface of the third conductive film 14. Therefore, the surface layer 17 containing the oxide 15 of the diffusion metal 16 is formed on the surface of the third conductive film 14 and in the vicinity of the surface.
  • the film thickness of the third conductive film 14 is determined in consideration of the diffusion coefficient for the diffusion metal 16 so that the diffusion metal 16 reaches the surface of the third conductive film 14 in such heat treatment. Is preferred. Further, since the thickness of the surface layer 17 to be formed is substantially constant regardless of the heating temperature and the film thickness of the third conductive film 14, it can be considered that it depends on the density and diffusion energy of the third conductive film 14. .
  • the thickness of the surface layer 17 is preferably 30 nm or less.
  • the metal or alloy contained in the second conductive film 13 also diffuses into the first conductive film 12. Therefore, the diffusion coefficient in the first conductive film 12 is lower than the diffusion coefficient in the third conductive film 14. By doing so, it is possible to efficiently diffuse the metal or alloy into the third conductive film 14.
  • the heating temperature when the heat treatment is performed so that the metal or the alloy contained in the second conductive film 13 diffuses to the surface of the third conductive film 14 in a state capable of forming an effective oxide It is preferable that the temperature of the material of the second conductive film 13 is lower than the temperature at which the second conductive film 13 is alloyed with the third conductive film 14.
  • the heating temperature for the heat treatment is such that the metal or alloy contained in the second conductive film 13 is efficiently diffused into the third conductive film 14, and the material of the second conductive film 13 is the first conductive film 12. It is preferable that the temperature be lower than the temperature for alloying.
  • Au gold
  • Nikkenore is used as the second conductive film as already mentioned in the examples.
  • a combination using a chromium alloy (Ni—Cr) and a gold-palladium alloy (Au—Pd) as the third conductive film 14 can be exemplified, but it is not limited to this.
  • FIG. 3 is a graph showing the result of measuring the concentration distribution of the metal element in the depth direction from the surface of the contact 10 after the heat treatment using an Auger spectrometer.
  • the vertical axis represents the concentration (at%) of the metal element expressed in a linear scale
  • the horizontal axis represents the depth (nm) measured in the film thickness direction from the contact surface, expressed in a linear scale.
  • the surface layer 17 which is also the surface of the third conductive film 14 is rich in Ni and oxygen as the diffusion metal 16 in a range up to a depth of about 20 nm, and the oxide 15 of Ni is present. You can see that it is formed. This oxide 15 serves as a barrier and suppresses welding between the contacts as will be described later.
  • the thickness of the surface layer 17 including the Ni oxide 15 is as very thin as about 20 nm. Therefore, even in a region where the Ni oxide exists, a portion where a tunnel current flows is included. Presumed to be rare. Further, as shown in FIG. 3, Au contained in the third conductive film 14 is also present on the surface of the contact 10. This shows that the oxide 15 covering the surface of the contact 10 is very thin. Accordingly, when another contact is brought into contact with the surface of the contact 10, the contact resistance between the contacts can be kept low even if the contact pressure is low.
  • FIG. 4 is a graph plotting the results of evaluating the contact resistance between the contacts and the occurrence rate of contact sticking for the contact device including the contact 10 manufactured as described above.
  • the vertical axis shows the contact resistance expressed on a linear scale on the left side, and the occurrence rate of sticking on the right side.
  • the horizontal axis indicates the Pd concentration (at%) in the third conductive film 14 on a linear scale. Fixation As will be described later, when multiple contacts are formed on L wafers and assembled into contact devices, the rate of occurrence of welding is evaluated by the ratio of the number of contact devices where welding has occurred. It was described as “occurrence rate (%)”. Further, for comparison, a contact device including the contact 10 having the layer structure shown in FIG.
  • this contact device is provided with an actuator that operates by heating, so that it substantially operates even when the temperature rises during the process. Therefore, the “sticking rate during process (./.)” Is closely related to the occurrence of welding in actual use.
  • the contact resistance between the contacts is constant at a low value regardless of the Pd concentration up to about 20 atomic% of the Pd concentration, and tends to increase somewhat beyond this.
  • the contact resistance between the contacts varies somewhat depending on the thickness of the surface layer containing Ni oxide.
  • FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams showing the configuration of a bimorph switch 100 that is a kind of MEMS switch to which the contact device is applied.
  • 5 is a plan view
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
  • the bimorph switch 100 is a cantilever switch having a cantilever, and includes a substrate 126 made of silicon, a bimorph portion 108, a bimorph support layer 110, a movable contact 102, and a fixed contact 104.
  • the configuration of the contact device having the structure shown in FIG.
  • the bimorph section 108 corresponds to the cantilever in the bimorph switch 100.
  • the bimorph portion 108 includes a low expansion member 106 made of silicon oxide, which is a material having a low thermal expansion coefficient, and a high expansion formed by metallic glass, which is a material having a high thermal expansion coefficient.
  • the bimorph section 108 holds the movable contact 102 disposed so as to face the through hole 114 provided in the substrate 126.
  • the bimorph support layer 110 is made of silicon oxide formed on the surface of the substrate 126, and supports the bimorph portion 108 on one end side of the bimorph portion 108.
  • the fixed contact 104 has one end of the fixed contact 104 fixed to the surface of the substrate 126, and the other end
  • the bimorph portion 108 is provided so that the contact portion can be seen through the through hole 114 from the side of the movable contact 102.
  • a back surface metal layer 116 is provided on the back surface of the substrate 126.
  • the no-morph portion 108 drives the movable contact 102 up and down using the difference in thermal expansion coefficient between the low expansion coefficient member 106 and the high expansion coefficient member 130 by the heating of the heater 128, thereby The movable contact 102 and the fixed contact 104 are electrically connected with each other.
  • the bimorph switch 100 can be manufactured as follows. An example of the manufacturing method will be briefly described below.
  • the manufacturing method of the nokimorph switch 100 includes a fixed contact forming step, a sacrificial layer forming step, a bimorph portion forming step, a removing step, and a movable contact forming step.
  • an Au film, a Ni film or a Ni alloy film, and an AuPd film are sequentially formed from the lower layer on the substrate 126 by using a thin film forming method and a patterning method in the semiconductor device manufacturing method.
  • a laminated structure is formed.
  • the laminated structure is heat-treated in an oxygen atmosphere, Ni in the Ni film or Ni alloy film is diffused and deposited on the AuPd film surface, and Ni oxide is formed on the AuPd film by reaction with oxygen.
  • a fixed contact 104 having a laminated structure of an Au film, a Ni film or a Ni alloy film, an AuPd film, and a Ni oxide in order from the lower layer.
  • a sacrificial layer having a silicon oxide film covering the fixed contact 104 is formed. This sacrificial layer will later become the bimorph support layer 110.
  • the bimorph portion 108 is formed on the sacrificial layer by using the thin film forming method and the patterning method in the semiconductor device manufacturing method.
  • the portion of the substrate 126 that contacts the end of the fixed contact 104 is etched from the back surface to form a through hole 114 that reaches the surface of the substrate 126. Subsequently, a part of the sacrificial layer covering the fixed contact 104 is removed.
  • the Au film (first conductive film) and the Ni film or Ni alloy film (second conductive film) are sequentially formed from the lower layer by deposition or the like from the back side of the substrate 126.
  • the AuP d film (third conductive film), and a back surface metal layer 116 is formed on the back surface of the substrate 126.
  • the movable contact 102 and the fixed contact 104 heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen, and Ni is diffused through the Au Pd film in the formation region of the movable contact 102 and the fixed contact 104.
  • Ni is deposited on the surface of the AuPd film, and Ni oxide (surface layer) is formed on the surface of the AuPd film by reaction with oxygen.
  • the movable contact 102 is formed on the surface of the high expansion coefficient member 130 facing the through-hole 114 of the substrate 126, and the fixed contact 104 is formed at the position facing the movable contact 102 as described above. Is done.
  • the bimorph switch 100 including the contact device according to the embodiment as described above includes the contact device shown in FIG. 2, it is possible to suppress welding between the contacts at the contact with a low contact pressure. The contact resistance between the contacts can be kept low.
  • the force using Ni or Ni alloy as the metal material of the second conductive film 13 is not limited to these. If the contact pressure is low, the metal can diffuse in the third conductive film 14 and the oxide can suppress the welding between the contacts.
  • the first conductive film 12 is formed by a plating method
  • the second conductive film 13 is formed by a sputtering method
  • the third conductive film is formed.
  • the base body 11 may be omitted if the mechanical strength of the metal corresponding to the first conductive film 12 is sufficient.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a microswitch 200 as a contact device according to another embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the microswitch 200 shown in FIG. 7 as viewed obliquely from above.
  • the microswitch 200 includes a substrate 206 that suspends the movable portion 202 and a wiring substrate 212 that is provided substantially parallel to the substrate 206 and spaced apart from the movable portion 202.
  • the substrate 206 has through holes 208 and 210 formed therein.
  • the movable portion 202 has one end fixed to the substrate 206 and the other end freely held on the through hole 208, and has a movable contact 226 serving as one contact in the contact device.
  • the wiring board 212 includes an electrode pad 214 connected to the movable contact 226 via the lead 204 of the conductive member, a fixed contact 218 as the other contact of the contact device, and a ground electrode disposed around the fixed contact 218. 220.
  • a cap substrate 216 is attached so as to close the through holes 208 and 210 on the upper surface of the substrate 206.
  • the micro switch 200 operates by being electrically connected to the outside.
  • the movable portion 202 includes a bimorph 222 that is an example of an actuator, and a heater 224 that heats the bimorph 222, and the movable contact 226 is disposed at the tip of the bimorph 222.
  • the no-morph 222 is formed by laminating a plurality of materials having different thermal expansion coefficients, and specifically includes a SiO layer 228, an A1 layer 230, an SiO layer 232, and an SiO layer 234. Heater 2
  • the movable portion 202 can be formed of a piezoelectric material instead of the bimorph 222, or can be formed of an electrostatic electrode driven by an electrostatic force.
  • one end of a lead 204 is connected to the movable portion 202.
  • the other end of the lead 204 is electrically connected to the electrode pad 214 of the wiring board 212 in the vicinity of the central axis of the through hole 210.
  • the lead 204 and the electrode pad 214 may be electrically connected in the vicinity of the central axis of the through hole 210 in the extending direction of the lead 204.
  • the lead 204 and the electrode pad 214 are preferably formed of the same conductive member such as Au. Since the lead 204 and the electrode pad 214 are formed of the same conductive member, they are stably connected mechanically and electrically.
  • microswitch 200 as described above can be manufactured by a semiconductor process.
  • Fig. 9 The manufacturing process of the microswitch 200 will be explained step by step with reference to Fig. 14
  • FIG. 9 shows a substrate preparation stage, a movable part formation stage, and a lead formation stage.
  • a substrate 206 which is a Si substrate
  • a part of the lower surface of the substrate 206 is removed by etching to form a recess 236.
  • the material of the bimorph 222 is sequentially laminated on the bottom surface of the concave portion 236 by sputtering or vapor deposition to form the movable portion 202.
  • a conductive material is laminated on the surface of the movable portion 202 and the bottom surface of the recess 236 by sputtering or vapor deposition, and leads 204 are formed on the lower surface of the substrate 206.
  • FIG. 10 shows a through hole forming step.
  • the through hole 208 is formed in the base plate 206 so that one end of the movable portion 202 is fixed to the substrate 206 and the other end is freely held.
  • a through-hole 210 is formed in the substrate 206 so that one end of the lead 204 is fixed to the substrate 206 and the other end is freely held.
  • a resist layer is formed on the upper surface of the base plate 206, and a part of the substrate 206 is removed from the upper surface of the base plate 206 by dry etching using the resist layer as an etching mask.
  • the Si layer 228 that the movable part 202 has in contact with the substrate 206 which is a Si substrate, is etched.
  • the through hole 208 excludes the substrate 206, which is a Si substrate, until the Si layer 228 is exposed.
  • the through holes 208 and 210 are preferably formed by anisotropic etching, which may be formed by wet etching.
  • the substrate 206 is etched from the upper surface corresponding to the back surface of the surface provided with the movable portion 202 to form the through holes 208 and 210.
  • the etching amount can be accurately adjusted, and the substrate 206 can be removed with a uniform thickness in the entire region where the through holes 208 and 210 are formed.
  • the through holes 208 and 210 can be formed with high dimensional accuracy, the length of the extending part of the movable part 202 to the through hole 208, the length of the extending part of the lead 204 to the through hole 210, and the airtight part That is, the size of the space surrounded by the substrate 206, the wiring substrate 212, and the substrate 216 can be accurately formed.
  • FIG. 11 shows a wiring board preparation stage.
  • the wiring board 212 includes a ground electrode 220, a fixed contact 218, and an electrode pad 214.
  • the wiring substrate 212 is connected to the lower surface of the wiring substrate 212 via the via hole.
  • the ground electrode 220, the fixed contact 218, and the electrode pad 214 are connected to the lower surface of the wiring substrate 212.
  • a layer structure having the surface layer 17 is formed in the fixed contact 218 which is one contact in the contact device through the process already described with reference to FIGS.
  • FIG. 12 shows the fixing stage.
  • the substrate 206 and the wiring substrate 212 are fixed so that the lower surface of the substrate 206 and the wiring substrate 212 face each other.
  • the wiring substrate 212 is a glass substrate
  • the substrate 206 and the wiring substrate 212 can be bonded by anodic bonding.
  • a metal film can be formed on the bonding surface of the substrate 206 and the wiring substrate 212, and the substrate 206 and the wiring substrate 212 can be bonded by metal bonding.
  • FIG. 13 shows an electrical connection stage.
  • the lead 204 mounted on the substrate 206 side is coupled to the electrode pad 214 on the wiring substrate 212.
  • the lead 204 is electrically connected to the electrode pad 214 by bending a portion extending in the direction of the through hole 210.
  • the tip of the bonding tool 238 can be inserted through the through hole 210 in the direction from the upper surface to the lower surface of the substrate 206, the lead 204 can be bent, and further pressed against the electrode pad 214.
  • the bonding tool 238 having substantially the same width as the through hole 210 may be inserted into the through hole 210 and the lead 204 may be pressed against the electrode pad 214.
  • a bonding tool 238 having substantially the same cross-sectional shape as the through hole 210 in the in-plane direction of the substrate 206 may be inserted into the through hole 210 and the lead 204 may be pressed against the electrode pad 214.
  • the bonding machine 238 is, for example, an ultrasonic wedge, and can be pressed and pressed against the electrode pad 214 while supplying ultrasonic vibration to the lead 204. In this way, by directly pressing and crimping the lead 204 and the electrode node 214, it is possible to reliably connect the lead 204 and the electrode pad 214 electrically.
  • FIG. 14 illustrates the sealing phase.
  • the board 206 and the board 216 are fixed so as to block the through holes 208 and 210 on the upper surface of the board 206, and the movable part 202 is fixed by the board 206, the wiring board 212, and the board 216. And seal the lead 204.
  • the substrate 216 is a glass substrate
  • the substrate 206 and the substrate 216 can be bonded by anodic bonding.
  • a metal film may be formed on each of the bonding surfaces of the substrate 206 and the substrate 216, and the substrate 206 and the substrate 216 may be bonded by metal bonding.
  • the microswitch 200 having the structure shown in FIGS. 7 and 8 is manufactured.
  • FIG. 15 to FIG. 19 are diagrams showing the process of industrially manufacturing the microswitch 200 for each stage.
  • FIG. 15 shows the entire Si substrate that is to be the wiring substrate 212.
  • a plurality of regions 240 each serving as a wiring substrate 212 are collectively formed on a single Si substrate.
  • an electrode pad 214, a fixed contact 218, and a ground electrode 220 are formed.
  • the heat treatment for the fixed contact 218 is also performed collectively on the entire Si substrate.
  • FIG. 16 shows the entire Si substrate that becomes the substrate 206.
  • the movable part forming step with reference to FIG. 9 and FIG. Accordingly, the movable portion 202 and the lead 204 shown in FIGS. 7 and 8 are formed in each of the regions 242.
  • through holes 208 are formed for each of the plurality of movable parts 202 formed on the substrate 206, and a plurality of through holes 210 are provided for each of the plurality of leads 204. Are formed respectively.
  • FIG. 17 shows the entire Si substrate that becomes the substrate 216. As shown in the figure, a plurality of regions 244 forces each forming a substrate 216 that is a part of the micro switch 200 are collectively formed on a single Si substrate.
  • FIG. 18 shows a fixing step, a sealing step, and an electrical connection step with respect to the Si substrate shown in FIGS. 15 to 17.
  • the fixing step first, the wiring substrate 212 on which the electrode pads 214 are formed and the substrate 206 on which the movable portion 202 and the leads 204 are formed are fixed.
  • the bonding tool 238 is inserted into the plurality of through holes 210, and the leads 204 are electrically connected to the plurality of electrode pads 214, respectively.
  • FIG. 19 shows the cutting stage.
  • the substrate 206, the wiring substrate 212, and the substrate 216 are cut by dicing while the movable part 202 and the lead 204 are sealed, respectively. Chip each of the microswitches 200.
  • cutting is performed with water flowing on the surface of the Si substrate in order to prevent the heat from rising due to dicing.
  • the microswitch 200 is cut after the sealing stage, the movable part 202 and the lead 204 can be protected from water pressure.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing the overall structure of a semiconductor test apparatus 400 having many types of contact devices.
  • the semiconductor test apparatus 400 includes a handler 410 that physically operates the semiconductor device under test 450 and a test head that performs a test on the semiconductor device 450 under test sequentially supplied by the handler 410. It includes 420 and a main unit 430 that controls the tests performed on the semiconductor device 450 under test and performs the process of evaluating the test results.
  • main device 430 is connected to test head 420 via cable 440 and controls its operation. Further, the test head 420 is electrically coupled to each of the semiconductor devices 450 to be tested supplied from the handler 410 each time, and the test by the main apparatus 430 is executed on the semiconductor devices 450 to be tested. The semiconductor device under test 450 that has been evaluated based on the result of the executed test is again transported by the handler 410, and classified and stored according to the evaluation result.
  • test head 420 has different signal sources and includes the switching switch 201, so that the semiconductor device under test can be coupled to different signal sources.
  • FIG. 21 is a block diagram schematically showing the structure of a semiconductor test apparatus 401 provided with a switching switch 201 and a probe pin 310 as a contact device.
  • the test head 420 of this semiconductor test apparatus 401 has a plurality of test functions including a logic signal generator 422 and an RF signal generator 424, and a desired signal is displayed by the switching switch 201. Can be connected to the semiconductor device under test 450.
  • the signal path connection to the semiconductor device 450 to be tested is formed via the probe pin 310. That is, the test head 420 and the device under test 450 are electrically connected by bringing the tip 312 of the probe pin 310 into contact with the pad 452 of the device under test 450 placed on the probe stage 426 by the handler 410. Connected to. Furthermore, by operating the switching switch 201, the probe pin 310 can selectively transmit the logic signal generator 422 or the RF signal generator 424 to the semiconductor device 450 to be tested to perform a desired test operation.
  • each element is drawn one by one.
  • an actual semiconductor test apparatus 401 has a large number of probe pins 310 and switching switches 201 corresponding to a large number of pads 452 formed on a semiconductor device 450 to be tested. Many implemented. Accordingly, it is desirable that each switching switch 201 and probe pin 310 be small in size, and it is also preferable that the switching switch 201 has a small operating power. From such a viewpoint, the microswitch 200 having a minute structure as shown in FIG. 7 can be suitably used as the switching switch 201.
  • the probe pin 310 is also required to transmit the test signal to the semiconductor device 450 to be tested without degrading the test signal. Also, the probe pin 310 repeats contact and separation with the pad 452 each time the semiconductor device under test 450 is replaced. Therefore, each probe pin 310 is also required to have high contact resistance and high durability against sticking.
  • the switching switch 201 having the contact structure shown in FIG. 2 can be preferably used for such viewpoint power.
  • FIG. 22 is a diagram schematically showing the shape and structure of such a probe pin 310.
  • the probe pin 310 is in contact with the pad 452 of the semiconductor device to be tested, and has a tapered tip 312 that forms an electrical connection between the test head 420 and the semiconductor device.
  • a cylindrical main body portion 314 that mediates electrical connection with the internal circuit of the test head 420 is provided.
  • the tip 312 of the probe pin 310 abuts against the pad 452 of the semiconductor device 450 under test to form a temporary electrical connection under test. In this case, it is impossible to apply such a large pressure as to damage the semiconductor device.
  • the probe pin 310 and the pad are used. Even between 452, good electrical characteristics comparable to soldering or bonding are required. Therefore, it is preferable to form the layer structure shown in FIG. 2 including the second conductive film 13 and the third conductive film 14 at the tip 312 of the probe pin 310 that contacts the pad 452 of the semiconductor device. Further, a surface layer 17 containing a metal or alloy oxide of the second conductive film 13 is formed on the tip surface of the tip portion 312 of the probe pin 310 by the heat treatment. As a result, good electrical connection between the probe pin 310 and the pad 452 and prevention of welding of the probe pin 310 to the pad 452 can be realized at the same time.
  • FIG. 23 is a block diagram schematically showing the structure of a semiconductor test apparatus 402 provided with a switching switch 201 and a probe pin 320 as a contact device.
  • the test head 420 of this semiconductor test apparatus 402 also has a plurality of test functions including a logic signal generator 422 and an RF signal generator 424, and a desired signal is displayed by the switching switch 201. Can be connected to the semiconductor device 450 under test.
  • the signal path connection to the semiconductor device 450 to be tested is formed via the probe pin 320. That is, a plurality of probe pins 320 are mounted on the upper surface of the probe board 328. The pad 452 of the semiconductor device under test 450 held by the pusher 428 is brought into contact with the probe pin 320 from above, and an electrical connection between the test head 420 and the semiconductor device under test 450 is formed. Further, by operating the switching switch 201, the probe pin 320 can selectively transmit the logic signal generator 422 or the RF signal generator 424 to the semiconductor device under test 450 to perform a desired test operation.
  • a large number of probe pins 320 and switching switches 201 are mounted corresponding to a large number of pads 452 formed on the semiconductor device 450 to be tested.
  • Such a probe substrate 328 having a large number of probe pins 320 is made of a probe. It is called a lobe card or the like, and is used by being fixed to a performance board (not shown) of the semiconductor test apparatus 402.
  • the tip 322 of the probe pin 320 is pressed against the pad 452 by the elasticity of the probe pin 320 itself. Therefore, by raising the semiconductor device under test 450 through the pusher 428, the electrical connection to the semiconductor device under test 450 is cut off and can be easily replaced with the next semiconductor device under test 450.
  • the probe pin 320 repeats contact and separation with the node 452 each time the semiconductor device 450 under test is replaced.
  • the probe pin 320 is also required to transmit the test signal to the semiconductor device 450 under test without degrading it. Therefore, each probe pin 320 is also required to have high durability against sticking with low contact resistance.
  • FIG. 24 is a diagram schematically showing the shape and structure of such a probe pin 320. As shown in the figure, one end of the probe pin 320 is attached to the probe substrate 326 by an adhesive 326. The other end of the thin and long main body 324 forms a flat tip 322 that contacts the pad 452 of the semiconductor device 450 to be tested as the tip 322 of the probe pin 320.
  • the tip portion 322 has the layer structure shown in FIG. 2 including the second conductive film 13 and the third conductive film.
  • a surface layer 17 containing a metal or alloy oxide of the second conductive film 13 is formed on the tip surface of the tip end portion 322 of the probe pin 320.

Abstract

　第１導電膜１２を形成する工程と、第１導電膜１２の上に金属または前記金属の合金を含む第２導電膜１３を形成する工程と、第２導電膜１３の上に第３導電膜１４を形成する工程と、酸素を含む雰囲気中で加熱処理して、第２導電膜１３の金属を拡散させて第３導電膜１４の表面に析出させ、第３導電膜１４の上に金属の酸化物１５を含む表面層１７を形成する工程とを有する。こうして製造された接点装置では、表面層１７が、接触抵抗を増大させることなく接点の溶着を防止する。また、表面層１７が磨耗した場合は、熱処理により表面層１７を修復できる。

Description

明 細 書
接点装置およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、接点装置およびその製造方法に関する。より詳しくは、接点圧力が低い 接点、例えば MEMS (MicroElectroMechanical System)スィッチなどに用いら れる接点装置およびその製造方法に関する。
[0002] 本出願は、下記の日本出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指 定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本 出願の一部とする。
1.特願 2006— 11028 出願日 2006年 1月 19曰
2.特願 2006— 208841 出願日 2006年 7月 31日
背景技術
[0003] MEMSスィッチの例として、下記の特許文献 1および特許文献 2には、 Si基板等を 材料として、ウェハプロセスにより製造された接点装置が記載される。これらの接点装 置は、バイメタルまたはバイモルフにより変位する可動接点を備えたスィッチであり、 微小な駆動電力で動作する。
[0004] 上記のような MEMSスィッチにおいては、接点圧力が 10mN以下程度と非常に低 いので、接点同士の接触抵抗を下げる目的で、接点材料として軟らかい金属を用い る場合がある。このような場合に用いられる接点材料としては Auまたはその合金があ る。
[0005] 特許文献 1 :特開 2003— 281988号公報
特許文献 2 :特開 2004— 055410号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 接点材料として軟らかい金属を使用することにより、接触抵抗を低下させて良好な 電気特性を得ることができる。し力 ながら、接点に柔らかい金属を用いた場合、互 いに当接する接点の間で溶着が生じて、スィッチとしての機能が失われる場合があつ た。このため、製造過程で融着が生じた場合は製造歩留りが低下し、実装後に融着 が生じた場合はそのスィッチが実装された回路全体の寿命が尽きるという問題があつ た。
[0007] なお、接点圧力が 10mN以上と高い接点装置の場合は、接点相互の当接面にロジ ゥム (Rh)などの薄い酸化皮膜を形成する場合がある。し力 ながら、このような被膜 を備えた接点は、接点寿命こそ長くなるが、接点における接触抵抗が高くなる。従つ て、前記のように接点圧力が低い接点装置には相応しい構造ではない。
[0008] このように、溶着に起因する接点寿命低下の防止と、接点同士の接触抵抗による電 気特性の劣化防止とはトレードオフの関係にあり、長い寿命と低い接触抵抗とを両立 させることは難しいとされてレ、る。
[0009] この発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作され、接点寿命を長ぐかつ接 点同士の接触抵抗を低くすることができる接点装置およびその製造方法を提供する ことを目的とする。
[0010] そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる接点装置およびその製造方 法を提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特 徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規 定する。
課題を解決するための手段
[0011] 上記課題を解決する目的で、本発明の第 1の形態として、接点装置を製造する方 法であって、支持層の上に第 1導電膜を形成する工程と、第 1導電膜の上に金属ま たは合金を含む第 2導電膜を形成する工程と、第 2導電膜の上に第 3導電膜を形成 する工程と、酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、第 2導電膜の金属を拡散させて第 3導電膜の表面に析出させて酸化させた第 2導電膜の金属の酸化物を含み、対向す る接点に当接する表面層を形成する工程とを備える接点装置の製造方法が提供さ れる。これにより、接点の表面に、第 2導電膜に含まれる金属または合金の酸化物を 含む非常に薄い表面層が形成される。この表面層は、接点の溶着を抑制する一方で 、接点の接触抵抗を上昇させることがない。従って、高い製造歩留りおよび長い寿命 と良好な電気特性とを兼ね備える接点装置が製造される。 [0012] また、ひとつの実施形態によると、上記製造方法において、加熱処理の温度は、金 属または合金と第 1導電膜とが合金を形成する温度よりも低いことが好ましい。これに より、第 2導電膜の金属または合金が、第 3導電膜に対して効率よく拡散される。また 、合金化により第 1導電膜が硬化し、あるいは、電気的特性が劣化することがない。
[0013] 更に、他の実施形態によると、上記製造方法において、加熱処理の温度は、金属 または合金と第 3導電膜とが合金を形成する温度よりも低レ、ことが好ましレ、。これによ り、第 2導電膜の金属または合金が、第 3導電膜に対して効率よく拡散され、更に、第 3導電膜の表面に効率良く析出する。
[0014] また他の実施形態によると、上記製造方法において、第 3導電膜において金属また は合金が拡散する拡散係数は、第 1導電膜において金属または合金が拡散する拡 散係数よりも大きいことが好ましい。これにより、第 1導電膜よりも第 3導電膜において 、より効率よく金属または合金が拡散されるので、所望の構造の接点装置を効率よく 製造できる。
[0015] また他の実施形態によると、上記製造方法において、金属または合金は、ニッケル
(Ni)を含む。これにより、入手が容易で廉価な Niを用いて、製造歩留りが向上され、 長寿命で電気的特性に優れた接点装置を製造できる。
[0016] また他の実施形態によると、上記製造方法において、第 1導電膜は金 (Au)を含み 、第 3導電膜は金 (Au)または金パラジウム (Au_Pd)合金を含む。これにより、電気 的特性に優れて接触抵抗が低 化学的にも安定した長寿命な接点装置を製造で きる。
[0017] また他の実施形態によると、上記製造方法において、第 3導電膜におけるパラジゥ ムの含有率が 20原子％以下であることが好ましい。これにより、第 3導電膜の電気抵 抗を低く保つことができる。
[0018] また他の実施形態によると、上記製造方法において、表面層は、表面層の表面か ら深さ 30nm以下の範囲に金属または合金の酸化物を含む。これにより、接点の接 触抵抗が上昇することなぐ接点の溶着を抑制できる。
[0019] また、本発明の第 2の形態として、上記の製造方法により製造された接点装置が提 供される。これにより、良好な電気的特性と高歩留りおよび長寿命とを兼ね備えた接 点装置が供給される。
[0020] 更に、本発明の第 3の形態として、接点装置であって、金属または合金により形成さ れた金属膜と、金属膜の上に形成された導電膜と、金属膜および導電膜を、酸素を 含む雰囲気中で加熱処理し、金属膜の金属を導電膜に拡散させて、導電膜の表面 まで析出した金属または合金を酸化させた酸化物を含み、対向する接点に当接する 表面層とを有する接点を備える接点装置が提供される。これにより、接点の表面に非 常に薄い表面層を形成し、接触抵抗を上昇させることなぐ溶着を防止できる。
[0021] また、ひとつの実施形態によると、上記接点装置において、表面層は、表面層の表 面から深さ 30nm以下の範囲に金属または合金の酸化物を含む。これにより、接点 における接触抵抗を増加させることなく接点の融着を防止できる。
[0022] また、他の実施形態によると、上記接点装置において、金属または合金は、ニッケ ル (Ni)を含む。これにより、廉価で入手が容易な材料により、上記接点装置を形成 できる。
[0023] また他の実施形態によると、上記接点装置において、金属膜に含まれる金属または 合金は、加熱により当接面に到達するまで導電膜に拡散する。これにより、表面層が 磨耗した場合に、表面層を修復できる。
[0024] また他の実施形態によると、上記接点装置において、金属膜は、導電膜よりも金属 または合金が拡散しにくい材料で形成された導電性支持層により支持される。これに より、金属層を形成する金属または合金を、効率よく拡散させることができる。
[0025] また他の実施形態によると、上記接点装置において、導電性支持層は、金 (Au)を 含み、導電膜は金 (Au)または金パラジウム (Au_Pd)合金を含む。これにより、化 学的に安定で、接触抵抗の低い接点を形成できる。
[0026] また他の実施形態によると、上記接点装置において、導電膜におけるパラジウムの 含有率が 20原子％以下であることが好ましい。これにより、第 3導電膜の電気抵抗を 低く保つことができる。
[0027] 本発明の第 4の形態として、支持層に固定された固定接点と、支持層に対して近接 および離間するァクチユエータと、ァクチユエータに支持され、ァクチユエータの近接 および離間に伴って、固定接点に対して当接および離間する可動接点とを備え、固 定接点および可動接点が当接した場合に電気的に導通する接点装置であって、固 定接点は、支持層の上に形成された第 1導電膜と、第 1導電膜の上に形成された金 属または金属の合金を含む第 2導電膜と、第 2導電膜の上に形成された第 3導電膜 と、酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、第 2導電膜の金属を拡散させて第 3導電膜 の表面に析出させて酸化させた第 2導電膜の金属の酸化物を含み、可動接点に当 接する表面層とを有する接点装置が提供される。これにより、融着が抑制され、製造 歩留りが高く長寿命で、接触抵抗が低く電気的特性の優れた接点装置を使用できる
[0028] また他の実施形態によると、上記接点装置において、可動接点は、ァクチユエータ の上に形成された第 1導電膜と、第 1導電膜の上に形成された金属または金属の合 金を含む第 2導電膜と、第 2導電膜の上に形成された第 3導電膜と、酸素を含む雰囲 気中で加熱処理し、第 2導電膜の金属または合金を拡散させて第 3導電膜の表面に 析出させて酸化させた第 2導電膜の金属または合金の酸化物を含み、固定接点に 当接する表面層とを有する。これにより、厚い接点を有し、多くの接点装置における 接点と代替できる接点を備えた接点装置が形成される。
[0029] また他の実施形態によると、上記接点装置において、ァクチユエータは、電圧が印 加されることにより伸縮する圧電材料層を含む。また、他の実施形態によると、上記接 点装置において、ァクチユエータは、電流が通電されることにより発熱するヒータ、お よび、ヒータにより加熱されて伸長する部材を有するバイモルフを含む。これにより、 僅カ^電力で動作し、低い接点抵抗と高歩留り且つ長寿命を兼ね備えた接点装置 が供給される。
[0030] 本発明の第 5の形態として、上記の接点装置を有し、半導体試験装置において試 験信号を断続するスィッチが提供される。これにより、試験信号を劣化させることなく 切り替えることができ、長寿命な半導体試験装置が供給される。
[0031] 本発明の第 6の形態として、上記スィッチを備える半導体試験装置が提供される。
これにより、種々の試験信号を切り替えて試験を実施できるので汎用性が高ぐ長寿 命な半導体試験装置が供給される。
[0032] また、本発明の第 7の形態として、半導体試験装置のプローブであって、金属また は合金により形成された金属膜と、金属膜の上に形成された導電膜と、金属膜およ び導電膜を、酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、金属膜の金属を導電膜に拡散さ せて、導電膜の表面まで析出した金属または合金を酸化させた酸化物を含み、対向 するパッドに当接する表面層とを先端に有するプローブが提供される。これにより、接 触抵抗が低ぐ寿命の長いプローブを用いて半導体の試験を実施できる。また、プロ ーブの表面層が磨耗した場合は、熱処理により表面層を修復できるので、プローブ の寿命がさらに延長される。
[0033] 更に、本発明の第 8の形態として、上記のプローブを備える半導体試験装置が提供 される。これにより、プローブによる接触抵抗が低ぐ長期間にわたって精密な試験を 実施できる半導体試験装置が供給される。
[0034] なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなぐ これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
発明の効果
[0035] 上記接点装置およびその製造方法によれば、接点圧力の低い接点装置において 、接触抵抗を上昇させることなぐ接点の溶着を防止できる。即ち、この接点装置は、 対向する接点に対して当接する接点の表面に、金属または合金の酸化物を含む表 面層が形成される。この表面層は後述するように非常に薄いので、導体膜を硬化さ せることがなぐ多くは非導電性である酸化物を含むにもかかわらず、接点の接触抵 抗を上昇させることがない。また、互いに当接する接点の間に表面層が介在すること により、接点の溶着が抑制される。
[0036] 上記のような表面層は、表面層を支持する導体膜に金属または合金を拡散させ、 更に、導体膜の表面まで拡散して析出した金属または合金を酸素含有雰囲気に触 れさせることにより形成できる。
[0037] なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなぐ これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
図面の簡単な説明
[0038] [図 1]ひとつの実施形態に係る接点装置における接点 10の製造過程を示す断面図 である。 園 2]ひとつの実施形態に係る接点装置における接点 10の構造を示す断面図である 園 3]接点 10の表面から膜厚方向に測定した金属元素の分布を示すグラフである。 園 4]接点 10における接触抵抗および他の接点との溶着の発生率について、 Pd濃 度に対する依存性を示すグラフである。
園 5]図 2の接点装置をバイモルフスィッチ 100に適用した例を示す平面図である。
[図 6]図 5の 1_1線に沿う断面図である。
[図 7]マイクロスィッチ 200の断面図である。
園 8]基板 206の斜視図である。
園 9]マイクロスィッチ 200の製造における基板用意段階、可動部形成段階、およびリ ード形成段階を示す図である。
園 10]マイクロスィッチ 200の製造における貫通孔形成段階を示す図である。
園 11]マイクロスィッチ 200の製造における配線基板用意段階を示す図である。 園 12]マイクロスィッチ 200の製造における固着段階を示す図である。
園 13]マイクロスィッチ 200の製造における電気的接続段階を示す図である。
園 14]マイクロスィッチ 200の製造における密封段階を示す図である。
園 15]配線基板 212の全体を示す図である。
[図 16]基板 206の全体を示す図である。
[図 17]基板 216の全体を示す図である。
[図 18]固着段階、密封段階、および電気的接続段階を示す図である。
園 19]切断段階を示す図である。
[図 20]複数種類の接点装置を備えた半導体試験装置 400全体の構造を模式的に示 す図である。
園 21]半導体試験装置 401に含まれる接点装置の一例である切り替えスィッチ 201 およびプローブピン 310の機能を模式的に示す図である。
園 22]半導体試験装置 401に実装されるプローブピン 310の形状と構造を示す図で ある。
園 23]半導体試験装置 400に含まれる接点装置の他の一例である切り替えスィッチ 201およびプローブピン 320の機能を模式的に示す図である。
[図 24]半導体試験装置 402に実装されるプローブピン 320の形状と構造を示す図で ある。
符号の説明
[0039] 10 接点、 11 基体、 12 第 1導電膜、 13 第 2導電膜、 14 第 3導電膜、 15 酸化 物、 16 拡散金属、 17 表面層、 100 バイモルフスィッチ、 102 可動接点、 104 固定接点、 106 低膨張率部材、 108 バイモルフ部、 110 バイモルフ支持層、 11 2 ヒータ電極、 114 貫通孔、 116 裏面金属層、 126 基板、 128 ヒータ、 130 高膨張率部材、 200 マイクロスィッチ、 201 切り替えスィッチ、 202 可動部、 204 リード、 206 基板、 208 貫通孔、 210 貫通孔、 212 配線基板、 214 電極パッ ド、 216 基板、 218 固定接^?、、 220 接地電極、 222 ノ ィモノレフ、 224 ヒータ、 2 26 可動接点、 228. 232、 234 SiO層、 230 A1層、 236 凹部、 238 ボンディ
2
ング機具、 300、 310、 320 プローブピン、 312、 322 先端部、 314、 324 本体部 、 326 接着材、 328 プローブ基板、 400、 401、 402 半導体試験装置、 410 ハ ンドラ、 420 テストヘッド、 422 ロジック信号発生器、 424 RF信号発生器、 426 プローブステージ、 428 プッシャ、 430 主装置、 440 ケーブル、 450 被試験半 導体デバイス、 452 パッド
発明を実施するための最良の形態
[0040] 以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の 範囲にかかる発明を限定するものではなぐまた実施形態の中で説明されている特 徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
[0041] 以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の 範囲にかかる発明を限定するものではなぐまた実施形態の中で説明されている特 徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
[0042] 図 1は、ひとつの実施形態に係る接点装置の製造過程における接点 10の層構造を 示す断面図である。同図に示すように、この接点 10は、基体 11の表面に形成された 第 1導電膜 12と、その上に順次積層された第 2導電膜 13および第 3導電膜 14を備え る。 [0043] この接点 10の製造過程を以下に説明する。まず、絶縁物または誘電物により形成 された基体 11の表面に、金 (Au)を用いたメツキ法により第 1導電膜 12を形成する。
[0044] 次いで、第 1導電膜 12の上に、 Niを含む単体金属または合金としてのニッケルクロ ム（Ni— Cr)合金により、膜厚力^ OOnm以上の第 2導電膜 13を形成する。続いて、 第 2導電膜 13の上に、パラジウムの含有率が 20原子％以下の金パラジウム (Au_P d)合金により、膜厚 l z m以下の第 3導電膜 14を形成する。第 2導電膜 13および第 3導電膜 14の成膜法はスパッタ法とした。こうして、図 1に示した積層構造を有する接 点 10が形成された。ただし、この接点 10はまだ製造過程の途中にあり、後述する熱 処理を経て完成される。
[0045] 図 2は、熱処理を経て完成された接点 10の層構造を示す断面図である。同図に示 すように、熱処理をすることにより、第 2導電膜 13に含まれる金属または合金は、拡散 金属 16として第 3導電膜 14内に拡散され、やがて第 3導電膜 14の表面に到達して 析出する。一方、熱処理は酸素含有雰囲気下で実施され、第 3導電膜 14の表面に 析出した拡散金属 16は酸素含有雰囲気に触れて酸化される。こうして、第 3導電膜 1 4の表面および表面近傍にぉレ、ては、拡散または析出した金属または合金の酸化物 15が形成される。なお、本実施例では、図 1に示した接点 10を、大気または酸素ガ ス中で 250°Cに加熱して熱処理とした。
[0046] 上記のように熱処理された接点 10においては、第 3導電膜 14の表面に近い部分に おいて拡散金属 16が酸化されて酸化物 15となる。このため、第 3導電膜 14の表面 および表面近傍には、拡散金属 16の酸化物 15を含む表面層 17が形成される。
[0047] なお、このような熱処理において拡散金属 16が第 3導電膜 14の表面まで到達する ように、第 3導電膜 14の膜厚は、拡散金属 16に対する拡散係数を考慮して決定する ことが好ましい。また、形成される表面層 17の厚さは、加熱温度および第 3導電膜 14 の膜厚などによらず略一定となるので、第 3導電膜 14の緻密さや拡散エネルギに依 存すると考え得る。ここで、接点 10における接触抵抗を、例えば 0. 5 Ω以下とするに は、表面層 17の厚さを 30nm以下とすることが好ましレ、。
[0048] また、第 2導電膜 13に含まれる金属または合金は、第 1導電膜 12にも拡散する。そ こで、第 1導電膜 12における拡散係数を、第 3導電膜 14における拡散係数よりも低く することにより、第 3導電膜 14に金属または合金を効率良く拡散させることができる。
[0049] 更に、第 2導電膜 13に含まれる金属または合金が、有効な酸化物を形成し得る状 態で第 3導電膜 14の表面まで拡散するように、熱処理する場合の加熱温度は、第 2 導電膜 13の材料が第 3導電膜 14と合金化する温度よりも低くすることが好ましい。ま た、第 2導電膜 13に含まれる金属または合金が効率良く第 3導電膜 14に拡散される ように、熱処理する場合の加熱温度が、第 2導電膜 13の材料が第 1導電膜 12と合金 化する温度よりも低くすることが好ましい。
[0050] 上記のような条件を総合的に勘案した接点装置の材料の組み合わせとしては、既 に実施例に挙げた、第 1導電膜 12として金 (Au)を、第 2導電膜としてニッケノレ一クロ ム合金 (Ni— Cr)を、第 3導電膜 14として金—パラジウム合金 (Au— Pd)を用いた組 み合わせを例示できるが、これに限定されるわけではなレ、。
[0051] 図 3は、上記加熱処理後の接点 10において、その表面からの深さ方向について金 属元素の濃度分布をォージェ分光測定装置により測定した結果を示すグラフである 。同図において、縦軸は線形目盛で表した金属元素の濃度（at%)、横軸は線形目 盛で表した、接点の表面から膜厚方向に測った深さ（nm)である。同図に示すように 、第 3導電膜 14の表面でもある表面層 17においては、深さ 20nm程度までの範囲に 拡散金属 16としての Niと酸素が豊富に存在し、 Niの酸化物 15が形成されていること が判る。この酸化物 15が障壁となり、後述するように接点同士の溶着が抑制される。
[0052] また、上記のように、 Niの酸化物 15を含む表面層 17の厚さは 20nm程度と非常に 薄いので、 Ni酸化物が存在している領域においてもトンネル電流が流れる部分が含 まれるものと推測される。更に、図 3に示すように、接点 10の表面には第 3導電膜 14 に含まれる Auも存在している。これにより、接点 10の表面を覆う酸化物 15が非常に 薄いことが判る。従って、この接点 10の表面に対して他の接点を当接させた場合、接 点圧力が低くても接点同士の接触抵抗を低く保つことができる。
[0053] 図 4は、上記のようにして作製された接点 10を備えた接点装置について、接点同士 の接触抵抗と、接点の固着の発生率とを評価した結果をプロットしたグラフである。同 図において、縦軸は、左側に線形目盛りで表した接触抵抗を、右側に固着の発生率 示す。また、横軸には、第 3導電膜 14中の Pd濃度（at%)を線形目盛りで示す。固着 の発生率は、後述するように: L枚のウェハに複数の接点を形成して各々接点装置に 組み立てた場合に、溶着の発生した接点装置の個数の割合により評価し、「プロセス 中の stick発生率（％)」として記載した。更に、比較のために、表面層 17が形成され ていない図 1に示した層構造の接点 10を備えた接点装置についても同様に評価し て、図 4に併せてプロットした。なお、これも後述するように、この接点装置は加熱によ り動作するァクチユエータを備えているので、プロセス中の温度上昇によっても実質 的に動作する。従って、「プロセス中の stick発生率（。/。）」は、実使用における溶着の 発生と深い相関がある。
[0054] 同図に示す通り、上記の実施形態の Ni酸化物を含む表面層を有する接点では、 接点同士のくっつき易さは Pd濃度によらず低い値（くっつき難レ、）で一定となっている
[0055] 一方、接点同士の接触抵抗は Pd濃度 20原子％程までは、 Pd濃度によらず低い値 で一定となっており、これを超えると、多少大きくなる傾向にある。なお、この実施の形 態の Ni酸化物を含む表面層 17を有する接点では、接点同士の接触抵抗は、 Ni酸 化物を含む表面層の厚さにより多少変動する。
[0056] これに対して、 Ni酸化物を含む表面層のない接点では、接点の最上層の AuPd合 金中の Pd濃度に依存して接触抵抗、および、くっつき易さが変化し、これらの間にト レードオフの関係があることが分かる。
[0057] 図 5、図 6は、上記接点装置を適用した、 MEMSスィッチの一種であるバイモルフ スィッチ 100の構成を示す図である。図 5は平面図であり、図 6は図 5の I— I線に沿う 断面図である。
[0058] このバイモルフスィッチ 100は、カンチレバーを有する片持ち梁スィッチであり、シリ コンよりなる基板 126、バイモルフ部 108、バイモルフ支持層 110、可動接点 102、お よび固定接点 104を備える。また、この実施形態では、固定接点 104に図 2に示した 構造を有する接点装置の構成を適用してレ、る。
[0059] バイモルフ部 108は、バイモルフスィッチ 100におけるカンチレバーに対応する。そ のバイモルフ部 108は、熱膨張率の低い材料である酸化シリコンにより形成された低 膨張率部材 106と、熱膨張率の高い材料である金属ガラスにより形成された高膨張 率部材 130と、低膨張率部材 106内に設けられた Cr_Pt_Crのヒータ 128と、ヒー タ 128と接続されたヒータ電極 112とを備えている。また、バイモルフ部 108は、基板 126に設けられた貫通孔 114と対向するように配置された可動接点 102を保持して いる。
[0060] バイモルフ支持層 110は、基板 126表面に形成された酸化シリコンよりなり、バイモ ルフ部 108の一端側でバイモルフ部 108を支持している。
[0061] 固定接点 104は、固定接点 104の一端側が基板 126表面に固定され、その他端が
、バイモルフ部 108の可動接点 102の横の方から貫通孔 114に接点部分をのぞか せるように設けられている。なお、基板 126の裏面には裏面金属層 116が設けられて いる。
[0062] ノくィモルフ部 108は、ヒータ 128の加熱により低膨張率部材 106と高膨張率部材 1 30の熱膨張率差を利用して可動接点 102を上下に駆動して、貫通孔 114上で可動 接点 102と固定接点 104とを電気的に接続する。
[0063] 上記バイモルフスィッチ 100は、次のようにして作製することができる。以下に、その 製造方法の一例を簡単に説明する。
[0064] ノくィモルフスィッチ 100の製造方法は、固定接点形成工程と、犠牲層形成工程と、 バイモルフ部形成工程と、除去工程と、可動接点形成工程とで形成される。
[0065] まず、固定接点形成工程において、半導体装置の製造方法における薄膜の形成 方法とパターユング方法を用いて、基板 126上に下層から順に Au膜と、 Ni膜または Ni合金膜と、 AuPd膜による積層構造を形成する。後に、その積層構造を酸素雰囲 気中で加熱処理し、 Ni膜または Ni合金膜中の Niを拡散させて AuPd膜表面に析出 させ、酸素との反応により AuPd膜上に Ni酸化物を形成する。これにより、下層から 順に Au膜と、 Ni膜または Ni合金膜と、 AuPd膜および Ni酸化物による積層構造を 有する固定接点 104となる。
[0066] 次いで、犠牲層形成工程において、固定接点 104を覆う酸化シリコン膜を有する犠 牲層を形成する。この犠牲層は、後にバイモルフ支持層 110となる。
[0067] 次に、バイモルフ部形成工程において、半導体装置の製造方法における薄膜の形 成方法とパターユング方法を用いて、犠牲層の上にバイモルフ部 108を形成する。 [0068] 次いで、除去工程において、固定接点 104の端部に当たる部分の基板 126を裏面 からエッチングし、基板 126の表面に達する貫通孔 114を形成する。続いて、固定接 点 104を覆う一部の犠牲層を除去する。
[0069] 次に、可動接点形成工程において、基板 126の裏面側から、デポジションなどによ り、下層から順に Au膜 (第 1導電膜)と、 Ni膜または Ni合金膜 (第 2導電膜)と、 AuP d膜 (第 3導電膜）とにより積層構造を形成するとともに、裏面金属層 116が基板 126 の裏面に形成される。
[0070] 次いで、可動接点 102および固定接点 104を形成する目的で、酸素を含む雰囲気 中で加熱処理を行い、可動接点 102および固定接点 104の形成領域において、 Au Pd膜を通して Niを拡散させて AuPd膜の表面に Niを析出させ、酸素との反応により AuPd膜の表面に Niの酸化物（表面層）を形成する。これにより、高膨張率部材 130 の基板 126の貫通孔 114との対向面に可動接点 102が形成されるとともに、可動接 点 102と対向する箇所に、前に説明したように固定接点 104が形成される。
[0071] 以上のような、実施の形態に係る接点装置を備えたバイモルフスィッチ 100では、 図 2に示す接点装置を備えているので、接点圧力の低い接点において、接点同士の 溶着を抑制しつつ、接点同士の接触抵抗を低く維持することができる。
[0072] 例えば、この実施形態の接点装置においては、第 2導電膜 13の金属材料として Ni または Ni合金を用いている力 これらに限られなレ、。接点圧力の低い接点において 、第 3導電膜 14中を拡散することができ、その酸化物が接点同士の溶着を抑制する ことができる金属であればょレ、。
[0073] また、第 1導電膜 12をメツキ法により、第 2導電膜 13をスパッタ法により、第 3導電膜
14をスパッタ法によりそれぞれ形成しているが、これに限らず、他の適切な成膜方法 を採用することができる。
[0074] また、接点の種類によっては、第 1導電膜 12に相当する金属の機械的強度が十分 であれば、基体 11を省略することもできる。
[0075] また、第 2導電膜 13を構成する元素が第 1導電膜 12の方へ拡散するのを防ぐ目的 で、第 2導電膜 13と第 1導電膜 12の間に、第 2導電膜 13を構成する元素の拡散を阻 止するためのノくリア膜、例えば Pt膜、 Mo膜、 W膜などを介在させてもよい。 [0076] 上記接点はバイモルフスィッチ 100の接点に適用している力 これに限定されるわ けではな 他のマイクロスイッチなどの接点にも適用できる。図 7は、他の実施形態 に係る接点装置としてのマイクロスィッチ 200の構造を示す断面図である。また、図 8 は、図 7に示すマイクロスィッチ 200を斜め上方から見た様子を示す斜視図である。
[0077] マイクロスィッチ 200は、可動部 202を懸架する基板 206と、基板 206と略平行に、 可動部 202に離間して設けられた配線基板 212とを有する。基板 206は、貫通孔 20 8および 210が形成される。可動部 202は、一端を基板 206に固着され、他端を貫通 孔 208上に自由に保持され、接点装置における一方の接点となる可動接点 226を有 する。配線基板 212は、導電性部材のリード 204を介して可動接点 226に接続される 電極パッド 214と、接点装置の他方の接点となる固定接点 218と、固定接点 218の 周囲に配置された接地電極 220とを有する。また、基板 206の上面において貫通孔 208および 210を塞ぐようにキャップ基板 216が装着される。後述するように、このマ イクロスイッチ 200は、電気的に外部と接続されて動作する。
[0078] 可動部 202は、ァクチユエータの一例であるバイモルフ 222と、バイモルフ 222をカロ 熱するヒータ 224とを有して、可動接点 226は、バイモルフ 222の先端に配置される 。ノくィモルフ 222は、熱膨張率が異なる複数の材料が積層されて形成され、具体的 に ίま SiO層 228、 A1層 230、 Si〇層 232、および Si〇層 234を含む。また、ヒータ 2
2 2 2
24は、 SiO層 232と SiO層 234との間に、 Cr層、 Pt層、 Cr層がこの順に積層されて
2 2
形成される。なお、可動部 202は、バイモルフ 222に換えて圧電材料により形成する ことも、静電力により駆動する静電電極により形成することもできる。
[0079] 可動接点 226とは反対の端部において、可動部 202にはリード 204の一端が接続 される。リード 204の他端は配線基板 212の電極パッド 214に貫通孔 210の中心軸 の近傍において電気的に接続される。リード 204および電極パッド 214は、リード 204 の延伸方向における貫通孔 210の中心軸の近傍において電気的に接続されてもよ レ、。また、リード 204および電極パッド 214は、例えば Au等の同一の導電性部材によ り形成されることが好ましい。リード 204および電極パッド 214が同一の導電性部材に より形成されることにより、機械的かつ電気的に安定して接続される。
[0080] 上記のようなマイクロスィッチ 200は、半導体プロセスにより製造できる。以下、図 9 力も図 14までを参照して、マイクロスィッチ 200の製造工程をその段階毎に説明する
[0081] 図 9は、基板用意段階、可動部形成段階、およびリード形成段階を示す。まず、同 図に示すように、基板用意段階において、 Si基板である基板 206を用意する。次に、 基板 206の下面の一部をエッチングにより除去し、凹部 236を形成する。次いで、可 動部形成段階において、スパッタ法又は蒸着法によりバイモルフ 222の材料を凹部 2 36の底面に順次積層させて、可動部 202を形成する。更に、リード形成段階におい て、スパッタ法又は蒸着法により可動部 202の表面および凹部 236の底面に導電性 材料を積層させ、基板 206の下面にリード 204を形成する。
[0082] 図 10は、貫通孔形成段階を示す。同図に示すように、まず、貫通孔形成段階にお いて、可動部 202の一端が基板 206に固着され、他端が自由に保持されるように、基 板 206に貫通孔 208を形成する。次に、リード 204の一端が基板 206に固着され、他 端が自由に保持されるように、基板 206に貫通孔 210を形成する。具体的には、基 板 206の上面にレジスト層を形成して、当該レジスト層をエッチングマスクとして、基 板 206の上面から基板 206の一部をドライエッチングにより除去する。このとき、可動 部 202が Si基板である基板 206と接触する部分に有する Si〇層 228がエッチングス
2
トツパとなり、貫通孔 208は、 Si〇層 228が露出するまで Si基板である基板 206を除
2
去することにより形成される。また、貫通孔 208および 210は、ウエットエッチングによ り形成されてもよぐ異方性のエッチングにより形成されることが好ましい。
[0083] 次いで、可動部 202が設けられた面の裏面に相当する上面から基板 206をエッチ ングして貫通孔 208および 210を形成する。これにより、エッチング量を精度よく調整 することができ、貫通孔 208および 210を形成する領域全体において基板 206を均 一な厚さで除去できる。また、貫通孔 208および 210を高い寸法精度で形成できるの で、可動部 202の貫通孔 208への延伸部分の長さ、リード 204の貫通孔 210への延 伸部分の長さ、および気密部分 (即ち、基板 206、配線基板 212、および基板 216で 囲まれる空間）の大きさを精度よく形成できる。こうして、マイクロスィッチ 200のデバイ ス毎のばらつきを低減して、所期の電力で可動部 202に所望の変位が生じるマイクロ スィッチ 200を再現性よく製造できる。 [0084] 図 11は、配線基板用意段階を示す。同図に示すように、配線基板 212は、接地電 極 220、固定接点 218および電極パッド 214を備える。また、これら配線基板 212は 、接地電極 220、固定接点 218および電極パッド 214は、ビアホールを介して配線基 板 212の下面に接続される。更に、接点装置における一方の接点である固定接点 2 18には、図 1および図 2を参照して既に説明した過程経て、表面層 17を有する層構 造が形成される。
[0085] 図 12は、固着段階を示す。同図に示すように、基板 206の下面と配線基板 212と が対向するように、基板 206および配線基板 212が固着される。配線基板 212がガラ ス基板である場合は、陽極接合により基板 206および配線基板 212を接合できる。ま た、基板 206および配線基板 212の接合面にそれぞれ金属膜を形成し、金属結合 により基板 206および配線基板 212を接合することもできる。
[0086] 図 13は、電気的接続段階を示す。同図に示すように、この段階では、基板 206側 に装着されたリード 204が、配線基板 212上の電極パッド 214に結合される。リード 2 04は、貫通孔 210の方向に延伸した部分が曲げられることにより、電極パッド 214に 電気的に接続される。ここで、貫通孔 210を通じて、基板 206の上面から下面の方向 へボンディング機具 238の先端を挿入して、リード 204を湾曲させ、更に電極パッド 2 14に押圧することができる。このとき、貫通孔 210と略同一幅のボンディング機具 23 8を貫通孔 210に揷入して、リード 204を電極パッド 214に押圧してもよレ、。また、基 板 206の面内方向において貫通孔 210と略同一断面形状のボンディング機具 238 を貫通孔 210に揷入して、リード 204を電極パッド 214に押圧してもよレ、。ボンディン グ機具 238は、例えば超音波ゥェッジであり、リード 204に超音波振動を供給しなが ら電極パッド 214に押圧して圧着できる。このように、リード 204と電極ノ ッド 214とを 直接押圧して圧着することにより、リード 204と電極パッド 214とを確実に電気的に接 続すること力 Sできる。
[0087] 図 14は、密封段階を示す。同図に示すように、まず、基板 206の上面において貫 通孔 208および 210を塞ぐように、基板 206と基板 216とを固着し、基板 206、配線 基板 212、および基板 216により、可動部 202およびリード 204を密封する。基板 21 6がガラス基板である場合は、陽極接合により基板 206と基板 216とを接合できる。ま た、基板 206および基板 216の接合面にそれぞれ金属膜を形成し、金属結合により 基板 206および基板 216を接合することもできる。こうして、図 7および図 8に示した構 造を有するマイクロスィッチ 200が製造される。
[0088] 図 15から図 19までは、上記マイクロスィッチ 200を工業的に製造する工程を段階 毎に示す図である。
[0089] 図 15は、配線基板 212となる Si基板全体を示す。同図に示すように、一枚の Si基 板上に、各々が配線基板 212となる複数の領域 240がー括して形成される。これらの 領域 240の各々には、図 11に示したように電極パッド 214、固定接点 218および接 地電極 220がそれぞれ形成される。また、固定接点 218に対する熱処理も、 Si基板 全体に一括して実施される。
[0090] 図 16は、基板 206となる Si基板全体を示す。同図に示すように、基板 206について も、図 9および図 10を参照した可動部形成段階が、複数の領域 242について一括し て実施される。これにより、領域 242の各々には、図 7および図 8に示した可動部 202 およびリード 204が、それぞれに形成される。また、貫通孔形成段階についても同様 に、基板 206に形成された複数の可動部 202のそれぞれに対して、貫通孔 208がそ れぞれ形成され、複数のリード 204毎に複数の貫通孔 210がそれぞれ形成される。
[0091] 図 17は、基板 216となる Si基板全体を示す。同図に示すように、それぞれがマイク ロスイッチ 200の一部である基板 216となる複数の領域 244力 一枚の Si基板上に 一括して形成される。
[0092] 図 18は、図 15から図 17に示した Si基板に対する固着段階、密封段階および電気 的接続段階を示す。同図に示すように、固着段階においては、まず、電極パッド 214 が形成された配線基板 212と、可動部 202およびリード 204が形成された基板 206と が固着される。次に、電気的接続段階において、複数の貫通孔 210にボンディング 機具 238が揷入され、リード 204が複数の電極パッド 214にそれぞれ電気的に接続 される。このとき、複数の貫通孔 210のそれぞれに先端が揷入される形状のボンディ ング機具 238を用レ、て、複数のリード 204および複数の電極パッド 214を同時に電気 的に接続することが好ましい。続いて、密封段階において、基板 206と基板 216と固 着し、複数の可動部 202およびリード 204をそれぞれ密封する。 [0093] 図 19は、切断段階を示す。同図に示すように、上記密封段階の後、切断段階にお いて、可動部 202およびリード 204をそれぞれが密封された状態で、基板 206、配線 基板 212、および基板 216をダイシングにより切断し、マイクロスィッチ 200の各々を チップィ匕する。なお、切断段階では、ダイシングによる熱の上昇を防ぐ目的で、 Si基 板の表面に水を流しながら切断する。し力 ながら、このマイクロスィッチ 200は密封 段階の後に切断するので、可動部 202およびリード 204を水圧から保護できる。
[0094] 図 20は、多くの種類の接点装置を有する半導体試験装置 400の全体構造を模式 的に示す図である。同図に示すように、半導体試験装置 400は、被試験半導体デバ イス 450を物理的に操作するハンドラ 410と、ハンドラ 410によって順次供給される被 試験半導体デバイス 450に対して試験を実行するテストヘッド 420と、被試験半導体 デバイス 450に対して実行する試験を制御すると共に試験結果を評価する処理を実 行する主装置 430とを含んでレ、る。
[0095] ここで、主装置 430は、ケーブル 440を介してテストヘッド 420に接続され、その動 作を制御している。また、テストヘッド 420は、ハンドラ 410から供給される被試験半 導体デバイス 450の各々に対してその都度電気的に結合され、主装置 430による試 験を被試験半導体デバイス 450上で実行させる。実行された試験の結果により評価 を受けた被試験半導体デバイス 450は、再びハンドラ 410により搬送され、評価結果 に応じて分類されて格納される。
[0096] このような半導体試験装置 400においては、試験対象となるひとつの半導体装置 に対して、その機能を検查するファンクション試験、動作電圧、ロジックレベル等を検 查する DCパラメトリック試験、および、動作のタイミング等を検查する ACパラメトリック 試験等の種々の試験が実行される。このため、テストヘッド 420は異なる信号源を有 すると共に切り替えスィッチ 201を備え、被試験半導体デバイスを異なる信号源に結 合できる。
[0097] 図 21は、接点装置としての切り替えスィッチ 201およびプローブピン 310を備えた 半導体試験装置 401の構造を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、こ の半導体試験装置 401のテストヘッド 420は、ロジック信号発生器 422および RF信 号発生器 424を含む複数の試験機能を有し、切り替えスィッチ 201により、所望の信 号を被試験半導体デバイス 450に接続することができる。
[0098] この半導体試験装置 401において、被試験半導体デバイス 450に対する信号経路 の接続は、プローブピン 310を介して形成される。即ち、ハンドラ 410によりプローブ ステージ 426の上に置かれた被試験半導体デバイス 450のパッド 452に、プローブ ピン 310の先端部 312を当接させることにより、テストヘッド 420および被試験半導体 デバイス 450は電気的に接続される。更に、切り替えスィッチ 201を動作させることに より、プローブピン 310は、ロジック信号発生器 422または RF信号発生器 424を選択 的に被試験半導体デバイス 450に伝達して、所望の試験動作を実行できる。
[0099] なお、プローブピン 310はパッド 452に対して当接しているにすぎないので、プロ一 ブピン 310を上昇させることにより被試験半導体デバイス 450に対する電気的接続を 絶ち、次の被試験半導体デバイス 450と容易に交換できる。また、図 21では各要素 をひとつずつ描いているが、実際の半導体試験装置 401は、被試験半導体デバイス 450に形成された多数のパッド 452に対応した多数のプローブピン 310および切り替 えスィッチ 201が多数実装される。従って、ひとつひとつの切り替えスィッチ 201およ びプローブピン 310は小型であることが望ましぐまた、切り替えスィッチ 201は、動作 電力も小さいことが好ましい。このような観点から、図 7に示したような微小な構造を有 するマイクロスィッチ 200は、切り替えスィッチ 201として好適に使用できる。
[0100] また、プローブピン 310もまた、試験信号を劣化させることなく被試験半導体デバイ ス 450に伝達することが求められる。また、プローブピン 310も、被試験半導体デバイ ス 450を交換する毎に、パッド 452に対する当接および離間を繰り返す。従って、個 々のプローブピン 310についても、接触抵抗が低 固着に対する耐久性が高いこと が求められる。このような観点力らも、図 2に示した接点構造を有する切り替えスイツ チ 201が好ましく使用できる。
[0101] 図 22は、そのようなプローブピン 310の形状と構造を模式的に示す図である。同図 に示すように、プローブピン 310は、試験の対象となる半導体装置のパッド 452に当 接して、テストヘッド 420および半導体装置の間の電気的接続を形成する先細りの先 端部 312と、先端部 312を後方から支持すると同時に、テストヘッド 420の内部回路 との電気的接続を媒介する円筒状の本体部 314とを備える。 [0102] また、プローブピン 310において、その先端部 312は、被試験半導体デバイス 450 のパッド 452に対して当接して、試験中の一時的な電気的接続を形成する。この場 合、半導体装置を傷めるような大きな圧力をかけることはできない。一方、試験中は、 試験の対象となる半導体装置が何らかの回路に実装されて動作する場合と同様の 信号あるいは電力を印加されるので、有効な試験を実施するためには、プローブピン 310およびパッド 452の間においても、はんだ付けあるいはボンディング等に匹敵す る良好な電気的特性が求められる。そこで、半導体装置のパッド 452に当接するプロ ーブピン 310の先端部 312に、第 2導電膜 13および第 3導電膜 14を含む図 2に示し た層構造を形成することが好ましい。また、熱処理により、プローブピン 310の先端部 312の先端面には、第 2導電膜 13の金属または合金の酸化物を含む表面層 17が形 成される。これにより、プローブピン 310およびパッド 452の良好な電気的接続と、プ ローブピン 310のパッド 452に対する溶着防止とを同時に実現される。
[0103] 図 23は、接点装置としての切り替えスィッチ 201およびプローブピン 320を備えた 半導体試験装置 402の構造を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、こ の半導体試験装置 402のテストヘッド 420も、ロジック信号発生器 422および RF信 号発生器 424を含む複数の試験機能を有し、切り替えスィッチ 201により、所望の信 号を被試験半導体デバイス 450に接続することができる。
[0104] この半導体試験装置 401において、被試験半導体デバイス 450に対する信号経路 の接続は、プローブピン 320を介して形成される。即ち、プローブピン 320は、プロ一 ブ基板 328の上面に複数装着されている。このプローブピン 320に対して、上方から プッシャ 428に保持された被試験半導体デバイス 450のパッド 452が当接され、テス トヘッド 420および被試験半導体デバイス 450の間の電気的接続が形成される。更 に、切り替えスィッチ 201を動作させることにより、プローブピン 320は、ロジック信号 発生器 422または RF信号発生器 424を選択的に被試験半導体デバイス 450に伝 達して、所望の試験動作を実行できる。
[0105] なお、この半導体試験装置 402においても、プローブピン 320および切り替えスイツ チ 201は、被試験半導体デバイス 450に形成された多数のパッド 452に対応して多 数実装される。このような、多数のプローブピン 320を備えたプローブ基板 328は、プ ローブカード等と呼ばれ、半導体試験装置 402のパフォーマンスボード（不図示）に 固定して使用される。
[0106] プローブピン 320の先端部 322は、プローブピン 320自体の弾性によりパッド 452 に対して押圧されている。従って、プッシャ 428を介して被試験半導体デバイス 450 を上昇させることにより被試験半導体デバイス 450に対する電気的接続を絶ち、次の 被試験半導体デバイス 450と容易に交換できる。
[0107] プローブピン 320も、被試験半導体デバイス 450を交換する毎に、ノ ッド 452に対 する当接および離間を繰り返す。また、プローブピン 320もまた、試験信号を劣化さ せることなく被試験半導体デバイス 450に伝達することが求められる。従って、個々の プローブピン 320についても、接触抵抗が低ぐ固着に対する耐久性が高いことが求 められる。
[0108] 図 24は、そのようなプローブピン 320の形状と構造を模式的に示す図である。同図 に示すように、プローブピン 320は、接着材 326により一端をプローブ基板 326に接 着される。また、薄く長い本体部 324を介した他端は、プローブピン 320の先端部 32 2として、被試験半導体デバイス 450のパッド 452に当接する平坦な先端部 322を形 成する。
[0109] 更に、プローブピン 320において、その先端部 322は、第 2導電膜 13および第 3導 電膜を含む図 2に示した層構造が形成される。熱処理により、プローブピン 320の先 端部 322の先端面には、第 2導電膜 13の金属または合金の酸化物を含む表面層 17 が形成される。これにより、プローブピン 320およびパッド 452の良好な電気的接続と 、プローブピン 320のパッド 452に対する溶着防止とが同時に実現される。
[0110] 以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実 施の形態に記載の範囲には限定されなレ、。上記実施の形態に、多様な変更または 改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改 良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から 明らかである。

Claims

請求の範囲
[1] 接点装置を製造する方法であって、
支持層の上に第 1導電膜を形成する工程と、
前記第 1導電膜の上に金属または合金を含む第 2導電膜を形成する工程と、 前記第 2導電膜の上に第 3導電膜を形成する工程と、
酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、前記第 2導電膜の金属を拡散させて前記第 3 導電膜の表面に析出させて酸化させた前記第 2導電膜の金属の酸化物を含み、対 向する接点に当接する表面層を形成する工程と
を備える接点装置の製造方法。
[2] 前記加熱処理の温度は、前記金属または合金と前記第 1導電膜とが合金を形成す る温度よりも低い請求項 1に記載の製造方法。
[3] 前記加熱処理の温度は、前記金属または合金と前記第 3導電膜とが合金を形成す る温度よりも低い請求項 1に記載の製造方法。
[4] 前記第 3導電膜において前記金属または合金が拡散する拡散係数は、前記第 1導 電膜において前記金属または合金が拡散する拡散係数よりも大きい請求項 1に記載 の製造方法。
[5] 前記金属または合金は、ニッケル (Ni)を含む請求項 1に記載の製造方法。
[6] 前記第 1導電膜は金 (Au)を含み、前記第 3導電膜は金 (Au)または金パラジウム（
Au-Pd)合金を含む請求項 1に記載の製造方法。
[7] 前記第 3導電膜におけるパラジウムの含有率が 20原子％以下である請求項 6に記 載の製造方法。
[8] 前記表面層は、前記表面層の表面から深さ 30nm以下の範囲に前記金属または 合金の酸化物を含む請求項 1に記載の製造方法。
[9] 請求項 1に記載の製造方法により製造された接点装置。
[10] 接点装置であって、
金属または合金により形成された金属膜と、
前記金属膜の上に形成された導電膜と、
前記金属膜および前記導電膜を、酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、前記金属 膜の金属を前記導電膜に拡散させて、前記導電膜の表面まで析出した前記金属ま たは合金を酸化させた酸化物を含み、対向する接点に当接する表面層と を有する接点を備える接点装置。
[11] 前記表面層は、前記表面層の表面から深さ 30nm以下の範囲に前記金属または 合金の酸化物を含む請求項 10に記載の接点装置。
[12] 前記金属または合金は、ニッケル (Ni)を含む請求項 10に記載の接点装置。
[13] 前記金属膜に含まれる前記金属または合金は、加熱により前記導電膜の表面に到 達するまで前記導電膜に拡散する請求項 10に記載の接点装置。
[14] 前記金属膜は、前記導電膜よりも前記金属または合金が拡散しにくい材料で形成 された導電性支持層により支持される請求項 10に記載の接点装置。
[15] 前記導電性支持層は、金 (Au)を含み、前記導電膜は金 (Au)または金パラジウム
(Au— Pd)合金を含む請求項 14に記載の接点装置。
[16] 前記導電膜におけるパラジウムの含有率が 20原子％以下である請求項 15に記載 の接点装置。
[17] 支持層に固定された固定接点と、
前記支持層に対して近接および離間するァクチユエータと、
前記ァクチユエータに支持され、前記ァクチユエータの近接および離間に伴って、 前記固定接点に対して当接および離間する可動接点と
を備え、前記固定接点および前記可動接点が当接した場合に電気的に導通する接 点装置であって、
前記固定接点は、
前記支持層の上に形成された第 1導電膜と、
前記第 1導電膜の上に形成された金属または前記金属の合金を含む第 2導電膜と 前記第 2導電膜の上に形成された第 3導電膜と、
酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、前記第 2導電膜の金属を拡散させて前記第 3 導電膜の表面に析出させて酸化させた前記第 2導電膜の金属の酸化物を含み、前 記可動接点に当接する表面層と を有する接点装置。
[18] 前記可動接点は、
前記ァクチユエータの上に形成された第 1導電膜と、
前記第 1導電膜の上に形成された金属または前記金属の合金を含む第 2導電膜と 前記第 2導電膜の上に形成された第 3導電膜と、
酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、前記第 2導電膜の金属を拡散させて前記第 3 導電膜の表面に析出させて酸化させた前記第 2導電膜の金属の酸化物を含み、前 記固定接点に当接する表面層と
を有する請求項 17に記載の接点装置。
[19] 前記ァクチユエータは、電圧が印加されることにより伸縮する圧電材料層を含む請 求項 17に記載の接点装置。
[20] 前記ァクチユエータは、電流が通電されることにより発熱するヒータ、および、前記ヒ ータにより加熱されて伸長する部材を有するバイモルフを含む請求項 17に記載の接 点装置。
[21] 請求項 9に記載された接点装置を備え、半導体試験装置において試験信号を断続 または切り替えするスィッチ。
[22] 請求項 21に記載されたスィッチを備える半導体試験装置。
[23] 半導体試験装置のプローブであって、
金属または合金により形成された金属膜と、
前記金属膜の上に形成された導電膜と、
前記金属膜および前記導電膜を、酸素を含む雰囲気中で加熱処理し、前記金属 膜の金属を前記導電膜に拡散させて、前記導電膜の表面まで析出した前記金属ま たは合金を酸化させた酸化物を含み、対向するパッドに当接する表面層と を先端に有するプローブ。
[24] 請求項 23に記載されたプローブを備える半導体試験装置。
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