WO2023188166A1 - プローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法 - Google Patents

プローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法 Download PDF

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親臣 森
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    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices

Definitions

  • the present application relates to a probe, a probe card, and a method for manufacturing a probe.
  • a probe card is a component of testing equipment that tests the electrical characteristics of semiconductor devices.
  • the probe card includes a number of probes that are brought into contact with electrodes of a semiconductor device, respectively. Characteristic testing of a semiconductor device is performed by bringing a semiconductor wafer close to a probe card, bringing the contact portion of the probe into contact with an electrode on the semiconductor device, and connecting the tester device and the semiconductor device through the probe.
  • This technology uses hard metal for the contact part to increase the durability of the tip.
  • Patent Document 1 The probe disclosed in Patent Document 1 is manufactured using so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • An object of the present invention is to provide a probe, a probe card, and a method for manufacturing a probe that have high durability and excellent durability.
  • the probe disclosed in this application is Consisting of a first metal part made of a first metal having conductivity and a plate-shaped second metal part made of a second metal having conductivity,
  • the second metal part is embedded in one longitudinal end of the first metal part in a predetermined range in the longitudinal direction, protrudes from the first metal part in the longitudinal direction, and is connected to an electrode of a semiconductor device. It has a contact part to be brought into contact, A cross section of the contact portion perpendicular to the longitudinal direction is circular;
  • the contact portion is one in which an end of the second metal portion on the opposite side in the longitudinal direction has a rectangular cross section perpendicular to the longitudinal direction.
  • the probe card disclosed in this application is The device includes a plurality of the probes.
  • the method for manufacturing a probe disclosed in this application includes: At one end of the first metal part made of a first metal having conductivity, a second metal part made of a second metal having conductivity has a predetermined length and has a rectangular cross section perpendicular to the longitudinal direction. a probe intermediate forming step in which a probe intermediate in which a metal part is embedded is formed by laminating metal layers; A contact made of the second metal that is brought into contact with an electrode of a semiconductor device whose cross section perpendicular to the longitudinal direction is circular by piercing the probe intermediate into an abrasive material from the side where the second metal part is embedded. and a polishing step of polishing the first metal part so that the first metal part protrudes from the first metal part in the longitudinal direction.
  • the sharpened tip shape can be maintained even after repeated contact with the electrode of a semiconductor device formed on a semiconductor wafer. It is possible to provide a probe with high contact performance and excellent durability, a probe card, and a method for manufacturing the probe.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a state of testing a semiconductor device using the probe card according to the first embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view of a tip portion including a contact portion of the probe according to Embodiment 1.
  • FIG. 3A is a sectional view taken along line AA in FIG. 2.
  • FIG. 3B is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 3C is an enlarged view of the main part of FIG. 3A.
  • FIG. 3D is an enlarged view of the main part of FIG. 3B.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a probe intermediate body serving as a probe, cut perpendicularly to the longitudinal direction at a portion consisting of a hard part and a soft part.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a probe intermediate body serving as a probe, cut perpendicularly to the longitudinal direction at a portion consisting of a hard part and a soft part.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing the structure of the first resist layer.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing the step of forming the first plating layer.
  • FIG. 5C is a schematic cross-sectional view showing the structure of the second resist layer.
  • FIG. 5D is a schematic plan view of the second resist layer.
  • FIG. 5E is a schematic cross-sectional view showing the second plating layer forming step.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing a state in which the first and second resist layers have been removed.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing a state in which the first and second resist layers have been removed.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing the structure of the third resist layer.
  • FIG. 6C is a schematic cross-sectional view showing the third plating layer forming step.
  • FIG. 6D is a schematic cross-sectional view of the probe intermediate completed by removing the third resist layer.
  • FIG. 3 is a diagram showing a polishing process for the probe intermediate according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a state of testing a semiconductor device using a probe card 100 according to the first embodiment.
  • the probe card 100 is a device used to test the electrical characteristics of semiconductor devices formed on a semiconductor wafer W.
  • the probe card 100 includes a large number of probes 20 that are brought into contact with electrodes C on semiconductor devices formed on a semiconductor wafer W, respectively.
  • the probe card 100 is brought close to the semiconductor wafer W, the tip of the probe 20 is brought into contact with the electrode C on the semiconductor device, and the wiring board 14 of the probe card 100 is connected to a tester device (not shown) via the probe 20. This is done by making the tester connection electrode TC conductive.
  • the probe card 100 includes a hollow frame 10, an upper guide 11 attached to the upper end of the frame 10, a lower guide 12 attached to the lower end of the frame 10, a fixing plate 13 for fixing the upper guide 11, and a wiring board 14. Equipped with
  • the upper guide 11 has a plurality of guide holes 11H penetrating in the vertical direction
  • the lower guide 12 provided below the upper guide 11 also has a plurality of guide holes 12H penetrating in the vertical direction.
  • Above the group of guide holes 11H provided in the upper guide 11 is an opening 13H provided in the fixed plate 13.
  • a wiring board 14 is arranged on the upper surface of the fixed plate 13.
  • the wiring board 14 includes a plurality of probe connection pads 14P on its lower surface that contact the upper ends of the probes 20.
  • the probe 20 is a vertical probe arranged perpendicularly to the object to be inspected (semiconductor device).
  • FIG. 2 is a perspective view of the tip of the probe 20, including the contact portion 20c.
  • FIG. 2 is a perspective view of the tip section of the probe 20 cut perpendicularly to the longitudinal direction X, as seen from the cross-sectional side.
  • FIG. 3A is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2, showing the lower part of the probe 20 in a direction Y (second direction) perpendicular to the buckling direction Z (first direction) on a plane passing through its central axis.
  • FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2, and is a cross-sectional view of the lower part of the probe 20 taken along a plane passing through its central axis in the buckling direction Z.
  • FIGS. 1 to 3 depict a part of the probe 20 on the contact portion 20c side.
  • FIG. 3C is an enlarged view of the main part of FIG. 3A.
  • FIG. 3D is an enlarged view of the main part of FIG. 3B.
  • the probe 20 is made of conductive metal, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction It is rectangular except for , and has an elongated shape.
  • the central portion is curved, and the upper and lower portions extend vertically in a straight line.
  • the curved central portion is the elastic deformation portion 20m.
  • the lower end (one end) of the probe 20 is provided with a contact portion 20c that is pointed downward.
  • a terminal portion 20t is formed at the upper end (other end).
  • the contact portion 20c is a contact portion that is brought into contact with the object to be inspected. Further, the terminal portion 20t is provided at the upper end portion of the probe 20, and is pressed against the probe connection pad 14P of the wiring board 14 during inspection.
  • the elastically deformable portion 20m is a portion that easily undergoes buckling deformation when compressive force is applied in the longitudinal direction X during so-called overdrive. During overdrive, the elastically deformable portion 20m undergoes buckling deformation in the buckling direction Z in response to the reaction force from the object to be inspected, and the contact portion 20c retreats toward the terminal portion 20t.
  • the buckling direction Z is the left-right direction on the paper surface of FIG.
  • the probe 20 is made of two types of conductive metals with different hardnesses.
  • the hard part K (second metal) shown in FIG. 2 is a part made of a hard metal film
  • the soft part N (first metal) is a part made of a metal softer than the hard part K.
  • the hard part K is embedded in the soft part N in the longitudinal direction X of the probe 20, and the hard part K including the contact part 20c at the tip extends downward from the soft part N. prominently exposed. All portions other than the range L are composed of a soft portion N.
  • the tip of the contact portion 20c draws a parabola in each cross section.
  • the radius of curvature of the apex of the contact portion 20c the radius of curvature R2 in the cross section taken in the buckling direction Z is larger than the radius of curvature R1 in the cross section taken in the direction Y perpendicular to the buckling direction Z.
  • the ratio of R1:R2 is preferably about 1:2 to 1:4.
  • the electrode C of a semiconductor device may be covered with an oxide film.
  • the probe 20 buckles in the buckling direction Z during overdrive, and the contact portion 20c receives a reaction force from the elastic deformation portion 20m.
  • the contact portion 20c of the probe 20 is longer in the buckling direction Z and shorter in the direction Y perpendicular to the buckling direction Z, and it is better to contact the electrode C on the semiconductor device.
  • the oxide film formed on the electrode C can be scraped to ensure sufficient electrical contact.
  • the contact portion 20c is formed into a flat and sharpened tongue shape, and is arranged so as to be longer and sharply contact the electrode C in the buckling direction Z.
  • the probe 20 is manufactured using so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology (probe intermediate formation step).
  • MEMS technology is a technology for creating fine three-dimensional structures using photolithography technology and sacrificial layer etching technology.
  • Photolithography technology is a fine pattern processing technology using photoresist used in semiconductor manufacturing processes.
  • sacrificial layer etching technology creates a three-dimensional structure by forming a lower layer called a sacrificial layer, forming the layers that make up the structure on top of it, and then removing only the sacrificial layer by etching. It's technology.
  • each layer metal ions in the electrolyte can be attached to the substrate surface by immersing a substrate as a cathode and a metal piece as an anode in an electrolyte and applying a voltage between the two electrodes.
  • electroplating process is a wet process in which the substrate is immersed in an electrolytic solution, a drying process is performed after the plating process to obtain a probe intermediate. Further, after this drying process, the lower tip portion is polished by a polishing process (described later) (polishing process) to form the contact portion 20c.
  • FIG. 4A to 4C are cross-sectional views of the probe intermediate body 20B before polishing treatment.
  • Probe intermediate 20B is manufactured using the above-mentioned MEMS technology.
  • the probe intermediate body 20B is a metal laminate before the contact portion 20c is polished.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the probe intermediate body 20B, which becomes the probe 20, taken perpendicularly to the longitudinal direction X at a portion consisting of a hard part K and a soft part N.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 4A.
  • a hard part K of a predetermined length is embedded in a soft part N in the longitudinal direction X as a laminate of two types of conductive metals.
  • a probe intermediate 20B is formed.
  • the appearance of the probe intermediate body 20B is an elongated rectangular parallelepiped, and the cross section perpendicular to the longitudinal direction X is rectangular in all parts.
  • the shape of the end surface of the hard part K is similarly rectangular, and the length of the side of the rectangle in the buckling direction Z is longer than the length of the side perpendicular to the buckling direction Z.
  • the ratio of the long side to the short side is about 2:1, and in this embodiment, the long side is 10 ⁇ m and the short side is 5 ⁇ m.
  • Rhodium (Rh) is used as the material for the hard part K of the probe intermediate 20B. Further, as the material of the soft portion N, a nickel alloy or the like is used.
  • FIG. 5A is a diagram showing the arrangement of the first resist layer RE1.
  • resist layer refers to a resist layer that has been hardened by a development process and the excess portion has been removed.
  • the direction Y perpendicular to the above-mentioned buckling direction Z is the lamination direction of metal plating.
  • a first resist layer RE1 is formed on a base 50 made of stainless steel and has a flat surface, surrounding it in the same shape as the outer periphery of the probe intermediate body 20B shown in FIG. 4C. 1 resist layer formation step).
  • a first plating layer M1 is formed in the opening of the first resist layer RE1 using a first metal that will become the soft portion N (first plating layer forming step).
  • FIG. 5C is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the second resist layer RE2.
  • FIG. 5D is a schematic plan view of the second resist layer RE2.
  • a second resist layer RE2 is formed on the first plating layer M1, which is open only in the area where the second plating layer M2, which becomes the hard part K, is to be formed, and covers the other part of the first plating layer M1. 2 resist layer formation step).
  • FIG. 5E is a diagram showing a state in which the second plating layer M2 is formed.
  • a second plating layer M2 is formed in the opening of the second resist layer RE2 using a second metal that will become the hard part K (second plating layer forming step).
  • the thickness of the second plating layer M2 is approximately 5 ⁇ m, and the width in the buckling direction Z is approximately 10 ⁇ m.
  • the first resist layer RE1 and the second resist layer are removed (first and second resist layer removal steps).
  • a third resist layer RE3 is formed to surround the first plating layer M1 and have the same height as the laminated thickness of the probe intermediate body 20B (third resist layer forming step).
  • a third plating layer M3 is formed using the first metal in the opening of the third resist layer RE3 (third plating layer forming step). At this time, the first plating layer M1 and the third plating layer M3 are integrated.
  • the third resist layer is removed.
  • a probe intermediate body 20B is obtained in which a thin plate-like hard part K having a rectangular cross section of 5 ⁇ m x 10 ⁇ m is embedded in one end of the soft part N.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing a polishing process for the probe intermediate body 20B.
  • FIG. 7 also shows the same cross section as FIG. 4C.
  • the end portion of the probe intermediate body 20B in which the hard portion K is embedded is polished using an abrasive material 30.
  • the abrasive material 30 includes an abrasive sheet base 31 and an abrasive sheet 32 formed thereon.
  • the polishing sheet 32 has hard abrasive particles 32K such as diamonds uniformly dispersed in a soft binder 32N.
  • the end portion of the probe intermediate body 20B in which the hard portion K is embedded is polished by repeatedly piercing the abrasive material 30, and the contact portion 20c is formed into a flat and sharpened tongue-like shape from the soft portion N in the longitudinal direction X.
  • a probe 20 polished so as to protrude is obtained. Note that the cross section perpendicular to the longitudinal direction X of the end of the hard part K on the opposite side in the longitudinal direction X from the contact part 20c remains rectangular.
  • the shape of the tip of the probe 20 on the contact part 20c side after polishing is the same when viewed from the buckling direction Z and from the direction Y perpendicular to the buckling direction Z.
  • the profile is parabolic, and as described above, it is flat in the buckling direction Z and has a sharp tongue shape.
  • a thin plate having a rectangular cross section (hard part K, second metal part) is embedded in a first metal part (soft part N) made of a first metal that is softer than the second metal using MEMS technology to manufacture a probe intermediate. Then, by polishing the side in which the second metal part is embedded, the probe has a contact part 20c made of a second metal that is sharpened and made smaller than the limit width of 10 ⁇ m for miniaturization by MEMS technology.
  • a method for manufacturing a pin and a probe pin can be provided.
  • the soft part N can be used as a supporting member for the hard part K, and both can be polished at the same time. 20c can be formed.
  • the contact portion 20c has a flat and sharpened tongue-like tip (the cross section perpendicular to the longitudinal direction X is oval) instead of being rectangular in cross section perpendicular to the longitudinal direction X. , it is possible to provide a probe that can maintain a sharpened tip shape even after repeated contact with the electrode C of a semiconductor device, has high contact performance when contacting with the electrode C of a semiconductor device, and has excellent durability.
  • the contact portion 20c which is longer and sharper in the buckling direction Z than in the direction Y perpendicular to the buckling direction Z, can be brought into contact with the electrode C of the semiconductor device, when the probe 20 is overdriven, By scraping off the oxide film of the electrode C by the contact portion 20c, an appropriate contact surface pressure per unit area with the electrode C can be ensured.
  • the contact portion 20c has a sharpened tongue shape, even if the tip is worn out, the contact range is expanded to the sharpened portions on both sides, so durability is high.
  • the soft portion N can secure the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction It can achieve both the strength of 20c. It has a wide contact area and is highly durable.
  • the elastic deformation portion 20m is composed only of the soft portion N that is softer than the hard portion K, the elasticity necessary for buckling deformation can be ensured.
  • the width of the hard part in the buckling direction Z and the width in the direction Y perpendicular to the buckling direction Z can be easily adjusted using MEMS technology.
  • the strength of the contact portion 20c and the above-mentioned cross-sectional area can be freely adjusted.
  • the tongue-like shape of the contact portion 20c of exactly the same shape can be obtained from the probe intermediate body 20B without being affected by the quality of the abrasive material 30. Therefore, it is possible to provide a highly accurate probe 20.
  • the probe tip shape and manufacturing method described in this embodiment can also be applied to a cantilever type probe and a probe card.
  • the longitudinal direction X described so far may be read as the contact direction of the contact portion of the probe.

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Abstract

第１金属部（Ｎ）と、板状の第２金属部（Ｋ）とからなり、第２金属部（Ｋ）は、第１金属部（Ｋ）の長手方向Ｘの一端側に、予め定められた範囲において長手方向（Ｘ）に埋め込まれると共に、第１金属部（Ｎ）から長手方向（Ｘ）に突出し、半導体デバイスの電極に接触させるコンタクト部（２０ｃ）を有し、コンタクト部（２０ｃ）の長手方向（Ｘ）に対して垂直な断面は円形であり、コンタクト部（２０ｃ）とは、長手方向（Ｘ）に反対側の第２金属部（Ｋ）の端部の、長手方向（Ｘ）に対して垂直な断面は矩形である。

Description

プローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法
　本願は、プローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法に関するものである。
　プローブカードは、半導体デバイスの電気的特性を検査する検査装置の部品である。プローブカードは、半導体デバイスの電極にそれぞれ接触させる多数のプローブを備えている。半導体デバイスの特性検査は、プローブカードに半導体ウエハを近づけてプローブのコンタクト部を半導体デバイス上の電極に接触させ、プローブを介してテスタ装置と半導体デバイスを導通させて行われる。
　近年、半導体デバイスの微細化に伴って、その電極のサイズも小さくなっている。電極のサイズの微細化に対応して、プローブおよびプローブのコンタクト部をできるだけ微細に製造する必要がある。また、コンタクト部には、耐摩耗性も要求される。
　そこで、プローブ基板の回路への接続端を有し、靭性を示す第１の金属材料で形成された針本体部と、針先を有する針先部であって、前記針本体部の前記第１の金属材料よりも高い硬度を示す第２の金属材料で構成され、前記針本体部に連続する針先部とを備え、前記針本体部及び前記針先部に、前記針先から前記接続単に至る同一金属材料から成る電流経路を形成する技術が提案されている。この技術では、コンタクト部に硬い金属を用いて先端の耐久性を高めている。
特開２０１３－２４６１１６号公報
　特許文献１に開示されたプローブは、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術で製造されている。この場合、製造装置の制約から、金属膜の積層方向に対して垂直方向の幅は、自ずと狭小化に限界があり、１０μｍよりも小さくすることが困難であった。その結果、さらに微細化されたプローブと、その鋭利なコンタクト部の先端形状を形成することも困難であるという課題があった。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、さらなるプローブの微細化と、半導体デバイスの電極との接触を繰り返しても先鋭化した先端形状を維持でき、接触性能が高く、耐久性能に優れたプローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法を提供することを目的とする。
　本願に開示されるプローブは、
導電性を有する第１金属からなる第１金属部と、導電性を有する第２金属からなる板状の第２金属部とからなり、
前記第２金属部は、前記第１金属部の長手方向の一端側に、予め定められた範囲において前記長手方向に埋め込まれると共に、前記第１金属部から長手方向に突出し、半導体デバイスの電極に接触させるコンタクト部を有し、
前記コンタクト部の前記長手方向に対して垂直な断面は円形であり、
前記コンタクト部とは、前記長手方向に反対側の前記第２金属部の端部の、前記長手方向に対して垂直な断面は矩形であるものである。
　また、本願に開示されるプローブカードは、
複数の前記プローブを備えるものである。
　また、本願に開示されるプローブの製造方法は、
導電性を有する第１金属からなる第１金属部の一端において、予め定められた長さの、長手方向に対して垂直な断面が矩形の板状の導電性を有する第２金属からなる第２金属部が埋め込まれたプローブ中間体を、金属層を積層して形成するプローブ中間体形成工程と、
前記プローブ中間体を、前記第２金属部が埋め込まれた側から研磨材に突き刺して、前記長手方向に対して垂直な断面が円形の、半導体デバイスの電極に接触させる前記第２金属からなるコンタクト部が、前記第１金属部から前記長手方向に突出するように研磨する研磨工程とを有するものである。
　本願に開示されるプローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法によれば、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの電極との接触を繰り返しても先鋭化した先端形状を維持でき、電極との接触時の接触性能が高く、耐久性能に優れたプローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法を提供できる。
実施の形態１に係るプローブカードによる半導体デバイスの検査状態を概略的に示す図である。 実施の形態１に係るプローブのコンタクト部を含む先端部の斜視図である。 図３Ａは、図２のＡ－Ａ断面図である。図３Ｂは、図２のＢ－Ｂ断面図である。図３Ｃは、図３Ａの要部拡大図である。図３Ｄは、図３Ｂの要部拡大図である。 図４Ａは、プローブとなるプローブ中間体を、硬質部と軟質部からなる部分において長手方向に対して垂直に切断した断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＤ－Ｄ断面図である。図４Ｃは、図４ＡのＣ－Ｃ断面図である。 図５Ａは、第１レジスト層の構成を示す断面模式図である。図５Ｂは、第１メッキ層形成工程を示す断面模式図である。図５Ｃは、第２レジスト層の構成を示す断面模式図である。図５Ｄは、第２レジスト層の平面模式図である。図５Ｅは、第２メッキ層形成工程を示す断面模式図である。 図６Ａは、第１、第２レジスト層を除去した状態を示す断面模式図である。図６Ｂは、第３レジスト層の構成を示す断面模式図である。図６Ｃは、第３メッキ層形成工程を示す断面模式図である。図６Ｄは、第３レジスト層を除去して完成したプローブ中間体の断面模式図である。 実施の形態１に係るプローブ中間体に対する研磨工程を示す図である。
実施の形態１．
　以下、実施の形態１に係るプローブ、プローブカード、およびプローブの製造方法を、図を用いて説明する。なお、本明細書においては、図１の紙面上方を「上」、同紙面下方を「下」として説明する。すなわち、プローブカードから見て、検査対象である半導体デバイス側を「下」とする。
図１は、実施の形態１に係るプローブカード１００による半導体デバイスの検査状態を概略的に示す図である。
　プローブカード１００は、半導体ウエハＷに形成された半導体デバイスの電気的特性を検査するために用いられる装置である。プローブカード１００は、半導体ウエハＷ上に形成された半導体デバイス上の電極Ｃにそれぞれ接触させる多数のプローブ２０を備えている。半導体デバイスの特性検査は、プローブカード１００を半導体ウエハＷに近づけて、プローブ２０の先端を半導体デバイス上の電極Ｃに接触させ、プローブ２０を介して図示しないテスタ装置とプローブカード１００の配線基板１４のテスタ接続電極ＴＣを導通させて行われる。
　プローブカード１００は、中空のフレーム１０と、フレーム１０の上端に取り付けた上部ガイド１１と、フレーム１０の下端に取り付けた下部ガイド１２と、上部ガイド１１を固定する固定板１３と、配線基板１４とを備える。
　上部ガイド１１は、上下方向に貫通する複数のガイド孔１１Ｈを有し、上部ガイド１１の下方に設けられた下部ガイド１２も、上下方向に貫通する複数のガイド孔１２Ｈを有する。上部ガイド１１に設けた複数のガイド孔１１Ｈ群の上方は、固定板１３に設けた開口部１３Ｈとなっている。固定板１３の上面には、配線基板１４が配置されている。配線基板１４は、下面にプローブ２０の上端と接触する複数のプローブ接続パッド１４Ｐを備える。
　そして、複数のプローブ２０が、それぞれガイド孔１２Ｈおよびガイド孔１１Ｈ内を通るように挿入されてガイドされる。プローブ２０は、検査対象物（半導体デバイス）に対し垂直に配置される垂直型プローブである。
　図２は、プローブ２０のコンタクト部２０ｃを含む先端部の斜視図である。
プローブ２０の長手方向Ｘに対して垂直に切断した先端部を、断面側から見た斜視図である。
図３Ａは、図２のＡ－Ａ断面図であり、プローブ２０の下部を、その中心軸を通る平面で、座屈方向Ｚ（第１方向）に対して垂直な方向Ｙ（第２方向）に切断した断面図である。
図３Ｂは、図２のＢ－Ｂ断面図であり、プローブ２０の下部を、その中心軸を通る平面で、座屈方向Ｚに切断した断面図である。
図３Ａ、図３Ｂは、プローブ２０のコンタクト部２０ｃ側の一部を描いている。
図３Ｃは、図３Ａの要部拡大図である。図３Ｄは、図３Ｂの要部拡大図である。
図１～図３に示すように、プローブ２０は、導電性の金属からなり、長手方向Ｘ（電極Ｃへの接触方向でもある）に対して垂直な断面は、下側先端のコンタクト部２０ｃ近傍を除いて矩形であり、細長い形状をしている。中央部は、湾曲しており、上部と下部は、直線状に上下方向に延びている。湾曲した中央部が、弾性変形部２０ｍである。プローブ２０の下端（一端）に、下方に向かって尖ったコンタクト部２０ｃを備える。そして、上端（他端）に端子部２０ｔが形成されている。
　コンタクト部２０ｃは、検査対象物に当接させる当接部である。また、端子部２０ｔは、プローブ２０の上端部に設けられており、検査時において配線基板１４のプローブ接続パッド１４Ｐに圧接される。弾性変形部２０ｍは、いわゆるオーバードライブ時に、その長手方向Ｘへの圧縮力が加えられることにより、容易に座屈変形する部分である。オーバードライブ時には、検査対象物からの反力に応じて、弾性変形部２０ｍが座屈方向Ｚに座屈変形し、コンタクト部２０ｃが、端子部２０ｔ側に後退する。座屈方向Ｚは、図１の紙面左右方向とする。
　プローブ２０の下部先端から予め定められた範囲Ｌでは、プローブ２０は、硬度の異なる２種類の導電性を有する金属によって構成されている。図２に示す硬質部Ｋ（第２金属）が、硬質の金属膜からなる部分であり、軟質部Ｎ（第１金属）が、硬質部Ｋよりも柔らかい金属からなる部分である。そして、図２に示すように、硬質部Ｋは、軟質部Ｎの中にプローブ２０の長手方向Ｘに埋め込まれており、先端のコンタクト部２０ｃを含む硬質部Ｋが、軟質部Ｎから下方に突出して露出している。範囲Ｌ以外の部分は、全て軟質部Ｎで構成されている。
　図３Ａ～図３Ｄに示すように、コンタクト部２０ｃは、先端が各断面において放物線を描いている。そして、コンタクト部２０ｃの頂点の曲率半径は、座屈方向Ｚに切断した断面における曲率半径Ｒ２の方が、座屈方向Ｚに対して垂直な方向Ｙに切断した断面における曲率半径Ｒ１よりも大きい。Ｒ１：Ｒ２の比率は、１：２～１：４程度が好ましい。
　ところで、半導体デバイスの電極Ｃは、酸化皮膜に覆われている場合がある。半導体デバイスの特性検査において、プローブ２０は、オーバードライブ時に座屈方向Ｚに座屈し、コンタクト部２０ｃは、弾性変形部２０ｍから反力を受けることになる。座屈方向Ｚとの関係から、プローブ２０のコンタクト部２０ｃは、座屈方向Ｚに長く、座屈方向Ｚに対して垂直な方向Ｙには短く、半導体デバイス上の電極Ｃに接触させる方が、電極Ｃに形成された酸化皮膜を削って、十分に電気的な接触を確保できる。このような理由から、コンタクト部２０ｃの形状を扁平かつ、先鋭化された舌状に形成し、座屈方向Ｚに、より長く、鋭く電極Ｃに接触するように配置する。
　プローブ２０は、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて作製される（プローブ中間体形成工程）。ＭＥＭＳ技術は、フォトリソグラフィ技術及び犠牲層エッチング技術を利用して、微細な立体的構造物を作成する技術である。フォトリソグラフィ技術は、半導体製造工程などで利用されるフォトレジストを用いた微細パターンの加工技術である。また、犠牲層エッチング技術は、犠牲層と呼ばれる下層を形成し、その上に構造物を構成する層を形成した後、犠牲層のみをエッチングによって除去することにより、立体的な構造物を作成する技術である。
　各層の形成処理には、周知のめっき技術を利用することができる。例えば、陰極としての基板と、陽極としての金属片とを電解液に浸し、両電極間に電圧を印加することにより、電解液中の金属イオンを基板表面に付着させることができる。この様な処理は、電気めっき処理と呼ばれ、基板を電解液に浸すウエットプロセスであることから、めっき処理後には、乾燥処理が行われプローブ中間体を得る。また、この乾燥処理後には、後述する研磨処理によって下部先端となる部分を研磨し（研磨工程）、コンタクト部２０ｃを形成する。
　図４Ａ～図４Ｃは、それぞれ、研磨処理前のプローブ中間体２０Ｂの断面図である。プローブ中間体２０Ｂは、上述のＭＥＭＳ技術を利用して製造する。プローブ中間体２０Ｂは、コンタクト部２０ｃの研磨処理前の金属積層体である。
図４Ａは、プローブ２０となるプローブ中間体２０Ｂを、硬質部Ｋと軟質部Ｎからなる部分において長手方向Ｘに対して垂直に切断した断面図である。
図４Ｂは、図４ＡのＤ－Ｄ断面図である。図４Ｃは、図４ＡのＣ－Ｃ断面図である。
　上述のＭＥＭＳ技術を用いて、プローブ２０の一端において、予め定められた長さの硬質部Ｋが、軟質部Ｎの中に、長手方向Ｘに埋め込まれた２種類の導電性金属の積層体としてのプローブ中間体２０Ｂを形成する。このとき、プローブ中間体２０Ｂの外観は、細長い直方体であり、長手方向Ｘに対して垂直な断面は、どの部分も矩形である。硬質部Ｋの端面の形状も同様に矩形であり、当該矩形の座屈方向Ｚの辺の長さが、座屈方向Ｚに対して垂直な辺の長さよりも長い。長辺と短辺の比率は、２：１程度であり、本実施の形態では、長辺を１０μｍ、短辺を５μｍとしている。
　プローブ中間体２０Ｂのうち、硬質部Ｋの材料としては、ロジウム（Ｒｈ）を用いる。また、軟質部Ｎの材料としてはニッケル合金等を用いる。
　図５、図６は、プローブ中間体２０Ｂの製造工程を示す断面模式図である。
図５Ａは、第１レジスト層ＲＥ１の配置を示す図である。
プローブ中間体２０Ｂの製造工程の説明において、レジスト層というときは、現像処理によって硬化させ、余剰部分が除去されたレジスト層をいうものとする。また、プローブ中間体２０Ｂの製造工程においては、上述の座屈方向Ｚに対して垂直な方向Ｙが金属メッキの積層方向となる。
　まず、図５Ａに示すように、ステンレス製の平坦な表面を有する基台５０の上に、図４Ｃに示すプローブ中間体２０Ｂの外周と同形状に囲む、第１レジスト層ＲＥ１を形成する（第１レジスト層形成工程）。次に、第１レジスト層ＲＥ１の開口部に、軟質部Ｎとなる第１金属によって、第１メッキ層Ｍ１を形成する（第１メッキ層形成工程）。
　図５Ｃは、第２レジスト層ＲＥ２の構成を示す断面模式図である。図５Ｄは、第２レジスト層ＲＥ２の平面模式図である。次に、第１メッキ層Ｍ１上に硬質部Ｋとなる第２メッキ層Ｍ２を形成する範囲だけが開口し、その他の第１メッキ層Ｍ１部分を覆う、第２レジスト層ＲＥ２を形成する（第２レジスト層形成工程）。
　図５Ｅは、第２メッキ層Ｍ２が形成された状態を示す図である。次に、図５Ｅに示すように、第２レジスト層ＲＥ２の開口部に硬質部Ｋとなる第２金属によって、第２メッキ層Ｍ２を形成する（第２メッキ層形成工程）。第２メッキ層Ｍ２の膜厚は５μｍ程度とし、上述の座屈方向Ｚの幅は、１０μｍ程度とする。
　次に、図６Ａに示すように、第１レジスト層ＲＥ１および第２レジスト層を除去する（第１、第２レジスト層除去工程）。次に、図６Ｂに示すように、第１メッキ層Ｍ１の周囲を取り囲み、プローブ中間体２０Ｂの積層厚と同じ高さの第３レジスト層ＲＥ３を形成する（第３レジスト層形成工程）。次に、図６Ｃに示すように、第３レジスト層ＲＥ３の開口部に第１金属によって第３メッキ層Ｍ３を形成する（第３メッキ層形成工程）。このとき、第１メッキ層Ｍ１と第３メッキ層Ｍ３が一体となる。次に、図６Ｄに示すように、第３レジスト層を除去する。この結果、軟質部Ｎの一端に、断面が５μｍ×１０μｍの矩形である、薄板状の硬質部Ｋが埋め込まれたプローブ中間体２０Ｂを得る。
　次に、プローブ２０の研磨工程について説明する。
図７は、プローブ中間体２０Ｂに対する研磨工程を示す概念図である。説明の都合上、図７についても、図４Ｃと同じ断面を示している。
プローブ中間体２０Ｂは、硬質部Ｋが埋め込まれた端部を、研磨材３０を用いて研磨される。
　研磨材３０は、研磨シートベース３１と、その上に形成された研磨シート３２を備える。研磨シート３２は、ダイヤモンドなどの硬質研磨材粒子３２Ｋが、軟質のバインダ３２Ｎ内に、均一に分散させられたものである。この研磨材３０にプローブ中間体２０Ｂの硬質部Ｋが埋め込まれた端部を繰り返し突き刺すことによって研磨し、コンタクト部２０ｃが、軟質部Ｎから長手方向Ｘに、扁平かつ、先鋭化された舌状に突出すように研磨されたプローブ２０を得る。なお、コンタクト部２０ｃとは長手方向Ｘに反対側の硬質部Ｋの端部の、長手方向Ｘに対して垂直な断面は、矩形のままである。
　図７に示すようにプローブ中間体２０Ｂを研磨材３０に突き刺すと、そのストロークによって、先端のコンタクト部２０ｃとなる部分に近い軟質部Ｎの部分が、より長時間、研磨材３０によって研磨される。その結果、プローブ中間体２０Ｂの先端の軟質部Ｎが、研磨によって全て除去され、埋め込まれていた硬質部Ｋが露出する。そのまま研磨を続けると、軟質部Ｎと、露出した硬質部Ｋとが同時に研磨される。その結果、研磨されて残った軟質部Ｎから扁平かつ、先鋭化された舌状に研磨された硬質部Ｋが突出する形状となる。
　図４Ａに示すように、研磨前のプローブ中間体２０Ｂの先端部の、長手方向Ｘに対して垂直な断面は、座屈方向Ｚの方が、座屈方向Ｚに対して垂直な方向Ｙよりも長い矩形であり、硬質部Ｋについても同様なので、研磨後のプローブ２０のコンタクト部２０ｃ側の先端形状は、座屈方向Ｚから見ても、座屈方向Ｚに対して垂直な方向Ｙからみても、その輪郭が放物線状となり、上述のように、座屈方向Ｚに扁平かつ、先鋭化された舌状となる。
　実施の形態１に係るプローブ２０、プローブカード１００、およびプローブ２０の製造方法によれば、ＭＥＭＳ技術による微細化の限界幅の硬い第２金属からなる断面矩形の薄板（硬質部Ｋ，第２金属部）を、ＭＥＭＳ技術を用いて、第２金属よりも柔らかい第１金属からなる第１金属部（軟質部Ｎ）に埋め込んでプローブ中間体を製造する。そして、第２金属部が埋め込まれた側を研磨することによって、先鋭化され、ＭＥＭＳ技術による微細化の限界幅１０μｍよりも更に微細化された第２金属からなるコンタクト部２０ｃを有するプローブ、プローブピン、およびプローブピンの製造方法を提供できる。
　また、微細な硬質部Ｋを軟質部Ｎで取り囲んで研磨できるので、軟質部Ｎを硬質部Ｋの支持部材として利用しつつ、双方を同時に研磨し、先鋭化された硬質部Ｋからなるコンタクト部２０ｃを形成できる。
　また、コンタクト部２０ｃは、長手方向Ｘに対して垂直な断面が矩形ではなく、先端が、扁平かつ、先鋭化された舌状（長手方向Ｘに対して垂直な断面は楕円形）となるので、半導体デバイスの電極Ｃとの接触を繰り返しても先鋭化した先端形状を維持でき、半導体デバイスの電極Ｃとの接触時の接触性能が高く、耐久性能に優れたプローブを提供できる。
　また、座屈方向Ｚに対して垂直な方向Ｙよりも、座屈方向Ｚにより長く、先鋭化されたコンタクト部２０ｃを半導体デバイスの電極Ｃに接触させることができるので、プローブ２０のオーバードライブ時に、コンタクト部２０ｃによって電極Ｃの酸化皮膜を削り取り、電極Ｃとの適切な単位面積当たりの接触面圧を確保できる。
　また、コンタクト部２０ｃが、先鋭化された舌状であるため、先端が摩耗しても、両側の先鋭化された部分に接触範囲が広がるので耐久性が高い。
　また、先鋭化されたコンタクト部２０ｃの近傍まで軟質部Ｎによってプローブ２０の長手方向Ｘに対して垂直な断面の断面積を確保して耐電流性能を確保できるので、耐電流性能と、コンタクト部２０ｃの強度とを両立できる。
接触範囲が広がるので耐久性が高い。
　また、弾性変形部２０ｍは、硬質部Ｋよりも柔らかい軟質部Ｎのみで構成されるので、座屈変形に必要な弾性を確保できる。
　また、実施の形態１に係るプローブ２０の製造方法によれば、ＭＥＭＳ技術によって、硬質部の座屈方向Ｚの幅、座屈方向Ｚに対して垂直な方向Ｙの幅を容易に調整できるので、コンタクト部２０ｃの強度と、上記断面積を自由に調整できる。
　また、研磨時の上下方向のストローク長、ストローク回数を調整することによって、研磨材３０の品質に影響されることなく、プローブ中間体２０Ｂから、正確に同一形状のコンタクト部２０ｃの舌状の形状を形成できるので、精度の高いプローブ２０を提供できる。
　なお、本実施の形態で説明したプローブの先端形状、製造方法は、カンチレバー式のプローブ、プローブカードにも適用できる。この場合、これまで説明した長手方向Ｘは、プローブのコンタクト部の接触方向と読み替えるとよい。
　本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
　１０　フレーム、１００　プローブカード、１１　上部ガイド、１１Ｈ　ガイド孔、１２　下部ガイド、１２Ｈ　ガイド孔、１３　固定板、１３Ｈ　開口部、１４　配線基板、１４Ｐ　プローブ接続パッド、２０　プローブ、２０Ｂ　プローブ中間体、２０ｃ　コンタクト部、２０ｍ　弾性変形部、２０ｔ　端子部、３０　研磨材、３１　研磨シートベース、３２　研磨シート、３２Ｋ　硬質研磨材粒子、３２Ｎ　バインダ、５０　基台、Ｃ　電極、Ｋ　硬質部、Ｎ　軟質部、Ｌ　範囲、ＴＣ　テスタ接続電極、Ｗ　半導体ウエハ、Ｚ　座屈方向、ＲＥ１　第１レジスト層、ＲＥ２　第２レジスト層、ＲＥ３　第３レジスト層、Ｍ１　第１メッキ層、Ｍ２　第２メッキ層、Ｍ３　第３メッキ層。

Claims (14)

  1. 導電性を有する第１金属からなる第１金属部と、導電性を有する第２金属からなる板状の第２金属部とからなり、
    前記第２金属部は、前記第１金属部の長手方向の一端側に、予め定められた範囲において前記長手方向に埋め込まれると共に、前記第１金属部から長手方向に突出し、半導体デバイスの電極に接触させるコンタクト部を有し、
    前記コンタクト部の前記長手方向に対して垂直な断面は円形であり、
    前記コンタクト部とは、前記長手方向に反対側の前記第２金属部の端部の、前記長手方向に対して垂直な断面は矩形であるプローブ。
  2. 前記コンタクト部は、扁平な舌状に形成されている請求項１に記載のプローブ。
  3. 前記コンタクト部の頂点の曲率半径は、前記プローブの中心軸を通る平面で、前記プローブを、前記プローブの長手方向に対して垂直な第１方向に切断した断面における曲率半径Ｒ２の方が、前記第１方向に対して垂直な第２方向の断面における曲率半径Ｒ１よりも大きい請求項２に記載のプローブ。
  4. 前記第２金属部の前記コンタクト部とは長手方向に反対側の端部の、長手方向に対して垂直な断面における長辺は１０μｍ以下であり、短辺は５μｍ以下である請求項３に記載のプローブ。
  5. 前記曲率半径Ｒ１と前記曲率半径Ｒ２との比率は、１：２～１：４の範囲である請求項３に記載のプローブ。
  6. 前記第１金属は、前記第２金属よりも柔らかい請求項１に記載のプローブ。
  7. 前記第２金属はロジウムである請求項１に記載のプローブ。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の複数のプローブを備えるプローブカード。
  9. 請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の複数のプローブを備えるプローブカードであって、
    前記第１方向は、前記プローブカードを用いる半導体デバイスの検査時における前記プローブの座屈方向であるプローブカード。
  10. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプローブの製造方法であって、
    前記第１金属部の長手方向の一端において、予め定められた長さの前記第２金属部が埋め込まれたプローブ中間体を、金属層を積層して形成するプローブ中間体形成工程と、
    前記プローブ中間体を、前記第２金属部が埋め込まれた側から研磨材に突き刺して、前記長手方向に対して垂直な断面が円形の、半導体デバイスの電極に接触させるコンタクト部が、前記第１金属部から前記長手方向に突出するように研磨する研磨工程とを有するプローブの製造方法。
  11. 導電性を有する第１金属からなる第１金属部の一端において、予め定められた長さの、長手方向に対して垂直な断面が矩形の板状の導電性を有する第２金属からなる第２金属部が埋め込まれたプローブ中間体を、金属層を積層して形成するプローブ中間体形成工程と、
    前記プローブ中間体を、前記第２金属部が埋め込まれた側から研磨材に突き刺して、前記長手方向に対して垂直な断面が円形の、半導体デバイスの電極に接触させる前記第２金属からなるコンタクト部が、前記第１金属部から前記長手方向に突出するように研磨する研磨工程とを有するプローブの製造方法。
  12. 前記研磨工程において、前記コンタクト部を、扁平な舌状に形成する請求項１１に記載のプローブの製造方法。
  13. 前記第２金属部の前記コンタクト部とは前記長手方向に反対側の端部の、前記長手方向に対して垂直な断面における長辺は１０μｍ以下であり、短辺は５μｍ以下である請求項１１又は請求項１２に記載のプローブの製造方法。
  14. 前記第１金属は、前記第２金属よりも柔らかい請求項１１に記載のプローブの製造方法。
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