(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径４０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工レーザーにより線芯に内径２０〜１００μｍの孔を孔が重なるように連続して貫穿した後、該細長い孔列に、タングステンより溶融温度の低い非酸化性の貴金属又は貴金属合金を溶融埋め込みして固着し、該端部を研磨加工して貴金属又は貴金属合金部を先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法。
【請求項２】
直径４０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工レーザーにより線芯に内径２０〜１００μｍの孔を孔が重なるように連続して貫穿した後、孔列の開放端部から拡開し、該細長い拡開孔列に非酸化性の貴金属線又は貴金属合金線を挿入した後、挟み込んで掴持した後、該端部を研磨加工して貴金属又は貴金属合金部を先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法。
【請求項３】
直径８０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工用ドリルを用いて、内径５０〜１００μｍの複数隣接した孔を貫穿し、その後、線の軸方向にある穿孔の壁を微細加工レーザーにより溶融除去して連続の細長い孔列を設けた後、該細長い孔列に、タングステンより溶融温度の低い非酸化性の貴金属又は貴金属合金を溶融埋め込みして固着し、該端部を研磨加工して貴金属又は貴金属合金部を先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法。
【請求項４】
直径８０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工用ドリルを用いて、内径５０〜１００μｍの複数隣接した孔を貫穿し、その後、線の軸方向にある穿孔の壁を微細加工レーザーにより溶融除去して連続の細長い孔列を設けた後、孔列の開放端部から拡開し、この細長い拡開孔列に非酸化性の貴金属又は貴金属合金を挿入した後、挟み込んで掴持した後、該端部を研磨加工して貴金属又は貴金属合金部を先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップの電気的特性を検査するプローブカードに用いられるプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法及びその鉛筆型プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを形成してなるＩＣチップの電気的特性を検査する際にプローブカードと呼ばれる装置が用いられている。図８は垂直型プローブカードの構成を示す断面図である。同図に示すように、垂直型プローブカードは、湾曲部１ａを有し針状をなす複数個のプローブカード用プローブ（以下、単にプローブという）１と、これらのプローブ１を垂下して固定するガイド部２と、各プローブ１ごとにプローブ後端がはんだ付けによって接続される配線パターンがそれぞれ形成された基板３とにより構成されている。
【０００３】
４はウエハ載置台であり、このウエハ載置台４の上に、検査対象である複数個のＩＣチップ５１が形成されたウエハ５が載置されている。５１ａはＩＣチップ５１の表面に形成された電極である。垂直型プローブカードは、ＩＣチップ５１の電極５１ａにプローブ１の先端部を垂直に接触させるようにしたものであり、プローブ１の方向にウエハ載置台４を上昇させることにより、ＩＣチップ５１の電極５１ａとプローブ１の先端部とが接触する。
【０００４】
ここで、ＩＣチップ５１の電極５１ａはアルミニウムと銅とを含むアルミニウム−銅合金膜、あるいはアルミニウム膜により形成されているが、この電極５１ａの表面は薄い酸化アルミニウムよりなる酸化膜が形成されている。この酸化膜は絶縁体であるため、単に電極５１ａ表面にプローブ１の先端部を接触させただけではプローブ１の先端部とアルミニウム−銅合金膜との間を電気的に接続することができない。
【０００５】
そのため、電極５１ａにプローブ１の先端部を接触させ、しかる後、さらにＩＣチップ５１をプローブ１の方向に上昇させ、すなわちオーバードライブを加えると、図９に示すように、プローブ１は、その湾曲部１ａが弾性的に変形して撓むことにより、プローブ先端部が所定の接触圧（針圧）にて電極５１ａを押圧する。これにより、プローブ１と電極５１ａとの接触点において電極５１ａの表面から酸化膜が破られて、プローブ１の先端部と電極５１ａのアルミニウム−銅合金膜とが直接接触することができる。なお、接触圧（ｇ）はオーバードライブ量（μｍ）の値に比例して大きくなるものである。
【０００６】
図１０は垂直型プローブカードに用いられるプローブの外観形状を示す説明図である。プローブの寸法について説明すると、直径（外径）Ｄ：８０μｍ、先端長さＬ１：４５０μｍ、最先端直径ｄ：２５〜３０μｍ、湾曲部長さＬ２：約２ｍｍである。この直径Ｄが８０μｍのプローブは、電極間のピッチ寸法が１２０μｍのＩＣチップを検査する垂直型プローブカードに使用されるものである。従来、集積回路のウエハーテストにおけるプローブには、硬くて弾力の大きい金属、例えばタングステンやベリリュウム銅等が使われる。とくに耐摩耗性に優れ、直径が数十ミクロンという細い線材も比較的安く入手できるので、タングステンが使用されることが多く、現在のプローブカードでは９０％以上にタングステンプローブが用いられている。しかし、タングステンは金属としては比較的電気抵抗が大きく、またプローブとして数千回のコンタクトを集積回路と繰り返していると、プローブ先端部の接触抵抗が増大して、ついにはテスト不能の状態に陥る。このようなタングステンプローブの接触性能を改善する一つの手段として、酸化され難い金属、例えば金、白金などを使用することも考えられるが価格が高いうえに、タングステンなどに比べると柔らかく、すぐに摩耗してしまう。また、プローブとしての強度、弾性などもタングステンと比べるとかなり小さく、所定の接触圧力を与えるためには太い線材を使用せねばならず、微細化の要求に適合し難い面がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
タングステンはプローブとして非常に優れた性能を有しているが、欠点としては表面が酸化され易く、プローブ先端部の導電性が低下してくる現象が挙げられる。通常、バーインテストにおける検査温度が８５℃又は１５０℃であることに加えて、アルミニウム又はアルミニウムー銅合金で出来ておる集積回路の電極と数千回、数万回ものコンタクトを繰り返し、電流が流れると摩擦熱や接触抵抗による発熱現象でプローブ先端部の温度が上昇して酸化され、また集積回路の電極に蒸着されているアルミニウム又はアルミニウム合金と化合しアルミニウム酸化物が発生付着する。この様な状態になるとプローブ表面の電気抵抗が大きくなり、ウエハーのテストに支障来たすので先端部を研磨してリフレッシュせねばならない。普通、プローブ先端部の研磨作業は数千回のコンタクトに一回の割合で実施しており、この研磨作業が全自動で行われるテスト作業での障害となり、問題点になっている。
【０００８】
このような接触性能の劣化を改善する方法として、本出願人は特開平１１−３８０３９号公報の技術を開示しており、メタライズ法によりタングステンプローブ表面に非酸化性金属である金、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウムの内から選んだ１種の非酸化性金属の被膜を形成し、その後、非酸化性の雰囲気あるいは真空中で加熱して、前記非酸化性金属の被膜をタングステン中に拡散させることにより、直径２５０μｍ、金の拡散層厚み２０μｍのタングステンプローブを得ている。最近の集積回路の電極ピッチが小さくなる状況の中では、線径の太いこと（８０μｍ）および非酸化膜の厚みに関して十分満足できるものでなかった。
【０００９】
また、接触性能を改善する方法の一つとして、貴金属を主体とした合金にてプローブを作る方法がある。例えば米国にてパリネイー７と呼ばれる合金があり、パラジウム、銀、白金、金などを含む合金で、時効硬化により硬くなり、プローブとして使用できる。しかしながら、抗張力強度、弾性（ヤング率）などの特性がタングステンに比べると劣るので、直径１００μｍの太さが限界で、集積回路の微細化に対応するためのより細い線ではプローブの特性を維持するのが難しい。この対応策として、タングステン線の先端部のみに、前記合金線を接着させる方法が提案されているが、タングステンに異種金属を溶接することは極めて難しく、溶接の信頼性も乏しい。
【００１０】
さらに、最近の集積回路の微細化に伴い、集積回路の電極ピッチも１２０μｍから１００μｍとなりつつあり、それに対応してプローブの直径も８０μｍから６５μｍが要求されている。本発明は上記事情に鑑みて、種々創案、試行した結果、完成に到ったもので、集積回路の微細化の進展によるＩＣチップの電極間のピッチ寸法が小さくなることに対応しうる、プローブカードの鉛筆型プローブの製造方法およびその鉛筆型プローブを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、直径４０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工レーザーにより線芯に内径２０〜１００μｍの孔を孔が重なるように連続して貫穿した後、該細長い孔列に、タングステンより溶融温度の低い非酸化性の貴金属又は貴金属合金を溶融埋め込みして固着し、該端部を研磨加工して先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、直径４０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工レーザーにより線芯に内径２０〜１００μｍの孔を孔が重なるように連続して貫穿した後、孔列の開放端部から拡開し、該細長い拡開孔列に非酸化性の貴金属線又は貴金属合金線を挿入した後、挟み込んで掴持した後、該端部を研磨加工して先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法である。
【００１３】
請求項３の発明は、直径８０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工用ドリルを用いて、内径５０〜１００μｍの複数隣接した孔を貫穿し、その後、線の軸方向にある穿孔の壁を微細加工レーザーにより溶融除去して連続の細長い孔列を設けた後、該細長い孔列に、タングステンより溶融温度の低い非酸化性の貴金属又は貴金属合金を溶融埋め込みして固着し、該端部を研磨加工して貴金属又は貴金属合金部を先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法である。また、請求項４の発明は、直径８０〜１５０μｍのタングステン線又はタングステン合金線の端部から軸方向へ２〜３ｍｍの範囲内に、微細加工用ドリルを用いて、内径５０〜１００μｍの複数隣接した孔を貫穿し、その後、線の軸方向にある穿孔の壁を微細加工レーザーにより溶融除去して連続の細長い孔列を設けた後、孔列の開放端部から拡開し、この細長い拡開孔列に非酸化性の貴金属又は貴金属合金を挿入した後、挟み込んで掴持した後、該端部を研磨加工して貴金属又は貴金属合金部を先鋭化することを特徴とするプローブカード用鉛筆型プローブの製造方法である。
【００１４】
タングステン線又はタングステン合金線は抗張力強度及び弾力性が高いので、適正な接触圧力を得るプローブの最小線径は４０μｍが可能である。ここでいうタングステン合金線はレニウム３質量％を含有するＷ−３質量％Ｒｅ合金が挙げられる。しかし、タングステン又はタングステン合金（以下タングステンと称す）は酸化され易く、電気的な接触性能が劣化するので、これを改善するには検査温度でも酸化しない、かつ、導電性に優れた貴金属又は貴金属合金の針先が望ましい。請求項１乃至３はタングステン線に貴金属又は貴金属合金の針先を付設するための製造方法である。
【００１５】
その要旨は光線の波長が揃っている微細加工できるレーザーを用いる。この光線のエネルギーでタングステン線に微細な孔を貫穿する。ここにタングステンより溶融温度の低い非酸化性の貴金属又は貴金属合金線を溶融して埋め込み、あるいは非酸化性の貴金属又は貴金属合金線を挟み込んで掴持して両者を接合させるものである。ここで称する貴金属は金、白金、銀、ロジウム、パラジウム、イリジウムから選ばれた一種の金属であり、貴金属合金は前述の貴金属群から２種以上選択された金属から成る合金をいう。
【００１７】
これらの方法で製作された鉛筆型プローブは直径４０〜１５０μｍのタングステン線の先端部に貴金属又は貴金属合金（以下貴金属合金と称す）の針先を有し、該針先を有する貴金属合金部の大部分は該タングステン線において、軸方向に延在して形成された連続した孔列内又は楕円孔内に固着又は掴持されている。本発明方法により製作された鉛筆型プローブは本体部分がタングステン線であるから、タングステンが有する硬くて、弾力のある（ヤング率が高い）特徴が生かされ、プローブ径が４０〜１５０μｍと細くても、所定のオーバードライブ量で充分、接触圧力が得られる。しかも、タングステンの針先では接触回数が多くなると、酸化によって接触性能が悪化して、先端部を研磨してリフレッシュしなければならなかったが、本発明鉛筆型プローブは先端が非酸化性の貴金属合金の針先であるから、接触回数が増加しても接触性能が劣化することがない。また、本発明方法によるタングステン線中に固着又は掴持された貴金属合金部の接合は充分強度も、導電性も備えており、全体としてプローブとしての性能を充分発揮しうる。
【００１８】
これらの方法で製作された鉛筆型プローブにおいて、さらに、最表面に金めっきを施すようにしてもよい。最表面に金めっきが施されているものは、プローブに高周波信号を流す場合、表皮効果によって電気抵抗が大きくなることを回避することができる。なお、先端形状を形成する研磨加工と湾曲部を形成する曲げ加工とを行ってから、金めっきが施される。金めっきの厚みは０．２〜１．０μｍが適切である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は接合が困難な異種金属を機械的に接合せんとするもので、従来の技術では達成し得なかった内径２０〜１００μｍの孔を微細な加工により穿孔することで、その内部に貴金属を溶融埋め込み、貴金属部とタングステン部との接合部の機械的、電気的接合の信頼を高めようとするものである。以下に図面を用いて詳述する。図１は直径６５μｍのタングステン線１００に内径３０μｍの孔２００を二個レーザー加工により穿孔した状態を示している。レーザー光のスポットは１０μｍ程度で、光線をミラーにより回転させ、内径３０μｍの孔２００を穿孔加工して作成する。普通、このようなレーザー加工をした場合、貫通孔２００の出口は２０μｍ程度になり、円錘状の孔となる。。この孔の上に貴金属合金線を置き、タングステンは溶融しないが貴金属合金線が溶融する温度になるようアルゴンまたは窒素雰囲気下でレーザー光を照射すると、貴金属合金３００は溶融して孔２００の内部に入り、タングステン線の孔壁に固着する。この状態のＡ−Ａ方向から見た断面図が図２で、これに示すように、貴金属合金３００が孔２００を埋め尽くして若干盛り上がる状態がタングステン線との固着の点で良い。。この後、常法により先端部を研磨して、最先端直径２５μｍの貴金属合金部３００が露出した先端部を作れば、信頼性の高い異種金属との接合部を有する本発明プローブカード用鉛筆型プローブの先端部を得る。図３はこの状態を示したものである。この接合部は貴金属合金３００の接合領域が大きく、かつ、タングステン線１００の壁により抱き込まれた形状なので、機械的に強くホールドされている。
【００２０】
また、第二の方法は図４に示すように、直径８０〜１５０μｍのタングステン線１００に微細加工用ドリル（５０〜１００μｍφ）を用いて、複数の隣接した内径５０〜１００μｍの貫通した孔２００を開ける。その後、タングステン線１００の軸方向にある穿孔２００の壁を微細加工用レーザーで溶融除去して連続の孔列を設ける。この孔列の開放端２０１を微細加工用鉗子にて押し広げて、ここに貴金属合金線３００を挿入する。この状態を図５に示す。さらに、拡げられた孔２００を微細加工用ペンチにより挟んで、元に戻すと、図６のように貴金属合金線３００を挟み込んだ状態の掴持部を得る。この時、余分な貴金属合金線３００の一部は塑性変形して、孔２００の軸方向にはみだす位、強力な接合を行うので、この接合も信頼性の高い特性を示す。ただし、この作業においては機械的に貴金属合金線３００をタングステン線１００に挿入するから、孔列２００の長さは第１の方法よりも大きくする必要がある。以上の他、本発明はタングステン多角線、或いは板に孔を開けて、異種金属、合金などを機械的に接合するものも含むものである。
【００２１】
【実施例１】
直径６５μｍのタングステン線を長さ４１ｍｍに切断し、一方の端部から６０μｍの位置に直径３０μｍの孔を２５μｍずらして、２個開ける。この時、使用するレーザーは三菱重工株式会社製のＹＡＧ短波長レーザーで、波長２６６ｎｍスポット径１０μｍの微細加工用のレーザーである。これは図２のように線の中心線に沿った方向にずらせる。２個の孔は瓢箪型につながっているのが望ましい。この孔の上部にパリネイ７の商品名で知られる、パラジュウム、銀、白金、金等を主とする直径６５μｍの貴金属合金線を１ｍｍ置き、アルゴン雰囲気中にてレーザー光を照射する。パリネイ７（Ｐａｌｉｎｅｙ７：商品名）は米国のＮＥＹ社で開発され、化学成分がＰｄ３５質量％、Ａｇ３０質量％、Ｐｔ１０質量％、Ａｕ１０質量％、Ｃｕ１４質量％、Ｚｎ１質量％から成る６元合金である。このときのレーザー照射のエネルギーはタングステンが溶融せず（約３４００℃）、貴金属合金線は溶融する（約１８００℃）条件で行う。こうすると、レーザー光により貴金属合金線は端から溶融し、球状の融液となり、前述の孔を埋めて凝固し、タングステンの孔壁に固着する。この後、先端部を研磨して、先鋭化させると、最先端直径２５μｍの非酸化性貴金属合金の先端部を有するタングステンプローブが得られる。タングステンと凝固した貴金属合金層は複雑な形状の比較的大きい接触面積を有して固着し、図３に示されたように瓢箪型の壁に固着されているように、機械的にホールドされた状態で、接合強度及び導電性について信頼性の高い接合が得られた。
【００２２】
【実施例２】
直径８０μｍのタングステン線を長さ４１ｍｍに切断し、一方の端部から微細加工用ドリルを用いて、５０μｍの孔を芯間距離５５μｍおきに５０個開ける。孔が繋がっていないので、レーザー光線を走査して孔間の隔壁を溶融除去して長楕円形の孔とするとともに、孔の一方の端部も溶融除去して開放状態とする。次いで、微細加工用鉗子を用いて長楕円形孔の端部から約３０度の角度で拡開して鰐口状にし、ここに直径６０μｍ、長さ４ｍｍの前記パリネイー７の商品名で知られる貴金属合金線を挿入する。タングステンの拡開した両端部をペンチのような強い力で閉じると、タングステンの壁で抱きこまれた形状で掴持され、その結果、接合強度及び導電性について満足できる強い接合が得られた。
【００２３】
本発明の実施例１及び実施例２の鉛筆型プローブと従来のタングステン線及び貴金属合金線（パリネイ７）製プローブの性能比較を表１に示す。この結果、本発明の実施例１，２の鉛筆型プローブは線径、弾力性、抗張力強度、接触抵抗性、再クリーニング迄の処理数の点で従来例に比べて優れておることが判明した。
【００２４】
【表１】
0003641609.tif 000002
【００２５】
なお、本発明は、垂直型プローブカード用であって湾曲部を有するプローブに限定されず、垂直型プローブカード用であって湾曲部がなくて真っ直ぐに下方に伸びる直線状のプローブにも適用可能である。また、本発明はカンチレバー型プローブカード用であって先端部が下向きに折り曲げられたプローブにも適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかのように、本発明によれば、タングステンプローブ先端部に導電性と耐酸化性を有する貴金属合金を機械的、電気的に信頼性の高い接合を完成せしめる。こうすれば、タングステンの剛性、弾力性を有し、かつ接触性能の良い貴金属合金製の針先を有する鉛筆型プローブが得られる。この鉛筆型プローブにより集積回路の微細化が進んで、電極間のピッチ寸法が小さくなっても充分対応が可能となり、しかも、再クリーニングが少なくなることで、集積回路の検査処理能力の向上に寄与する。また、この鉛筆型プローブは直径が４０乃至６５μｍと細くなっても性能が維持できるので、半導体ウェハーの検査のみならず、ピッチ寸法がより小さい液晶用ドライバーの検査等にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タングステン線に連続した孔２個を穿孔した状態を示す。
【図２】タングステン線の孔中に貴金属合金を溶解して埋め込んだ鉛筆型プローブ先端部のＡ−Ａ断面図である。
【図３】タングステン線の端部を研磨し貴金属合金を先鋭化した状態を示す。
【図４】タングステン線に連続した孔列を穿孔した状態を示す。
【図５】貴金属合金線を矢印の方向から拡開した孔列へ挿入する状態を示す。
【図６】タングステン線の拡開した孔列の開放部を閉じて、貴金属合金線を挟み込んだ状態を示す。
【図７】タングステン線の端部の貴金属合金部を研磨し先鋭化した状態を示す。
【図８】垂直型プローブカードの構成を示す断面図である。
【図９】プローブカードに用いられる湾曲部を有するプローブの図である。
【図１０】垂直型プローブカードに用いられるプローブの外観形状を示す図である。
【符号の説明】
１００：タングステン線          ２００：タングステン線に開けられた孔
２０１：タングステン線の孔列の開放端部    ３００：貴金属合金
１：プローブ    １ａ：湾曲部    ２：ガイド部    ３：基板
４：ウェハ載置台      ５：ウェハ    ５１：ＩＣチップ    ５１ａ：電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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