(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非検査体に対して垂直に配置された、針状単結晶からなるプローブピンを複数本有するコンタクターであって、該プローブピンの被検査体への接触面が該プローブピンの長手方向の中心線に対して８９度以下の傾斜角を有し、しかも該プローブピンが形成する列の少なくとも一列において前記接触面の傾斜方向が同じであることを特徴とするコンタクター。
【請求項２】
前記プローブピンの接触角の傾斜方向が、被検査体の電極パッドの長手方向と一致したことを特徴とする請求項１記載のコンタクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等の被検査体の電極に接触させて電気特性を測定するためのプローブカード等に用いるコンタクターに関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体集積回路等の製造工程において、一般に半導体ウェハーに多数のチップが形成された段階で各チップの電気的特性が測定され、良否の判定が行なわれている。この測定に際して、多数のプローブピンが被検査体の電極形状に応じて植設されたプローブカードと呼ばれる接続端子が使用されている。
【０００３】
前記プローブカードは、一般的に、複数のプローブピンを電極に接触させる目的で、複数のプローブピン先端がつくる面の平坦度や、被検査体の電極の平坦度、及び評価装置に組み込んだ場合の両者の平行度等の誤差を吸収し、更に抵抗値が安定するように荷重を負荷しなければならない。そのためプローブピンは被検査体と接触する先端部とプローブカードへの固定部分との間が弾性領域で撓む様に設計されている。このプローブピンを撓ませるのに必要な、プローブピンの垂直方向への過剰な移動量をオーバードライブ量と称する。
【０００４】
一方、最近の半導体の微細化、高集積化に伴いプローブピンの小径化、並びにその配置の狭ピッチ化が進んでいる。しかし、プローブピンの直径が小さくなると、プローブピン先端の位置の高精度化が必要であるにもかかわらず、プローブピンの直径が小さくなるため、数万回乃至数十万回のコンタクトでプローブピン先端の位置精度が悪化する問題があった。更に、現在使用されているプローブピンは主にＷ（タングステン）を材料とする線材の一本一本をプリント配線基板に植設して作られているが、最近の狭ピッチ化、高密度化への要求に対して、その製造方法の面、更にプローブピン先端の位置精度の面の両面において対応が困難になっている。
【０００５】
そこで、ＶＬＳ成長で形成した針状単結晶をプローブピンとして用いる方法が提案さており（特開平５−１９８６３６号公報、特開平５−２１５７７４号公報、特開平５−２１８１５６号公報）、これらの方法により、狭ピッチで高密度のプローブカードの製造が容易になり、しかも高精度にプローブピンを配置することができる様になった。
【０００６】
しかし、上記方法で得られるプローブピンは、被検査体の表面とほぼ垂直に配置され、針状単結晶を導電性膜で被覆した構造を採用しているが、このプローブピンはオーバードライブを負荷するときに不規則な方向に座屈変形する欠点を有する。このために、ピッチが狭い場合には、隣接するプローブピン同士が接触して破損したり、或いは電気的短絡が発生する等の問題がある。電気的短絡については、プローブピンの側面に絶縁膜をコーティングする等の対策も検討されているが、この手法を用いたとしても、絶縁膜の接触摩耗による絶縁不良が懸念される。従って、この種の針状単結晶を用いた狭ピッチで高密度の垂直プローブピンにおいて、オーバードライブを加えてもプローブピン同士が接触しない構造を達成することが実用上重要な解決すべき課題となっている。
【０００７】
また、前記針状単結晶を用いたプローブピンに関しては、使用初期のプローブピン先端の位置精度は良好であるとしても、数万回乃至数十万回のコンタクトを繰り返すと、通常プローブピン表面に設けられている導電性膜の塑性変形に原因して、プローブピン先端位置のズレが発生する。この位置ズレの方向は、座屈変型で曲がる方向が不規則なため、プローブピン毎に異なりばらばらである。加えて、最近の電極が狭ピッチで配置されている被検査体においては、その電極バンプの形状は一般的に長方形の形をとっているので、プローブピン先端位置ズレが電極バンプの長手方向と一致するようなプローブピンの場合コンタクトに何等問題が無いが、前記位置ズレが電極バンプの長手方向と直交する向きの場合には、いくつかのプローブピンが電極とコンタクトできずプローブカードが機能しなくなるという問題を発生することがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、プローブピン同士の接触による破損や電気的短絡を低減するとともに、プローブピンに要求されるオーバードライブを数十万回以上負荷してピン先位置精度が悪化したとしても、被検査体の電極バンプと良好なコンタクトができ、半導体集積回路の狭ピッチ化、高密度化に対応可能なプローブカードに用いることのできるコンタクターを供給することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非検査体に対して垂直に配置された、針状単結晶からなるプローブピンを複数本有するコンタクターであって、該プローブピンの被検査体への接触面が該プローブピンの長手方向の中心線に対して８９度以下の傾斜角を有し、しかも該プローブピンが形成する列の少なくとも一列において前記接触面の傾斜方向が同じであることを特徴とするコンタクターである。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、図をもって本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明のコンタクターは、図１に例示されるとおり、プローブピン１の被検査体４と接触する側の接触面２が、プローブピン１の中心線３に対して８９度以下の傾斜角をもち、しかも、図には記載されていないが、該プローブピンが形成する列の少なくとも一列において、該プローブピンの接触面の傾斜方向が同じである構造を有するものである。そして、この構造を採用することで、プローブピンがプロービングの際に座屈変形する方向が制御でき、隣接するプローブピン同士が接触することを防止する効果を有する。
【００１３】
本発明でのコンタクターは垂直に配置されたプローブピンを有するものであり、前記プローブピンには従来から使用されているＷ、Ｂｅ−Ｃｕ等の導電膜を必要としない線材でも構わない。しかし、強度が強く、数十万回以上のコンタクトでも塑性変型が少ないという優れた特性を持つという理由から、針状単結晶に必要に応じて導電膜を被覆したものがより好ましい。
【００１４】
前記針状単結晶について、その材質は、例えばＳｉ、ＬａＢ６、Ｇｅ、α−Ａｌ２Ｏ３、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＩｎＧａ等である。これらのうち、半導体と同じ材質のＳｉが熱膨張率等の特性が同じであり、プローブピンの位置精度が高温でも変化しにくいという理由から好ましい。これら針状単結晶の製法に関しては、ＶＬＳ成長によるものが転位密度が低いので高強度で高弾性であること、しかも小径のものが容易に得られることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、針状単結晶の形状は、一般的に、直径が数〜１００μｍであり、長さが数百μｍ〜数ｍｍである。
【００１５】
前記針状単結晶は、一般的に電気抵抗値が高く、そのままプローブカード等に用いた時には充分な電気信号を得難いことがあるので、必要に応じて表面に導電性膜を設けることで導電化する。導電性膜はＡｕ、Ｃｕ等の低電気抵抗の金属をめっき法、蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法を用いて形成することができるが、オーバードライブによる導電性膜の永久変形をなるべく小さく抑えるために、Ａｕ等の延性材料を安価なめっき法で形成するのが好ましく、また、その厚みは導電性が充分に付与され、しかもプローブピン先端の位置ズレをなるべく小さくするために１．０〜３．０μｍとすることが好ましい。
【００１６】
本発明のプローブピン先端の被検査体との接触面に傾斜をつける方法としては、プローブピンの少なくとも先端近傍を曲げ変形させた状態で研摩する方法が最も好ましい。特に、針状単結晶を用いたプローブピンの場合には、その弾性変形時の反力を研磨加工時の負荷荷重とすることができ、容易に傾斜した面を形成できるので好ましい。また、研磨時の研磨材としては、アルミナ、ダイアモンド等の硬質の無機物質を含んだいろいろな砥石等によっても構わないが、ダイヤモンド粒子を含有したテープを使用することが、針状単結晶に強度的ダメージを与えずしかも研磨面の縁でのダレのような異常を生じることなく所望の形状に加工できるという理由から、最も好ましい。
【００１７】
本発明では、前記接触面が該プローブピンの長手方向の中心線に対して８９度以下である。前記接触面が傾斜していることにより、プローブピンがプロービングの際に座屈変形する方向を規定することができるからである。前記傾斜角については、本発明者らが実験的に検討した結果、８９度以下であれば充分に前記効果が得られるという知見に基づいたものである。一方、その下限値については、原理的にこれを規定する必要がないが、傾斜が著しくなるほど研磨しずらくなり、しかもプロービングに際して先端部で欠けを発生しやすくなることから不都合が発生することがある。実用的には、前記事情を考慮して７０度以上８９度以下が好ましい範囲として選択される。
【００１８】
そして、上記の接触面を傾斜することでプロービングの際のプローブピンの座屈方向を制御する効果は、該プローブピンが形成する列の少なくとも一列において前記接触面の傾斜方向が同じであるときに、プローブピン同士の接触を防止できるという実用上の効果を発揮する。
【００１９】
針状単結晶先端の接触面は、上述のとおり、プローブピンの長手方向の中心線に対して８９度以下の傾斜角を付けて研磨した後、必要に応じて導電性膜で被覆するが、更に、導電性膜の上に接点材料として用いられる金属や合金で被覆することも可能である。この場合の前記金属や合金としては、耐久性の優れた金属、例えば、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ等の金属や、ＰｄにＡｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属を添加したＰｄ合金や、ＡｇにＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｕ等の酸化物を添加したＡｇ合金等を用いることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
【００２１】
＜中間体の準備＞
図２に例示するとおり、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ    ｏｎ    Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハー５にフォトリソグラフィーを用いてＳｉの電極ライン６を形成し、前記電極ライン６上の所定の位置にＡｕバンプを形成し、その位置にＳｉの針状単結晶７をＶＬＳ法で成長させた。尚、このとき使用したピン配置のパターンは一列に６０μｍピッチで３００本配置した形状であった。上記操作において、Ａｕバンプの直径、厚み及び成長時間を調整することで、直径が１５μｍで、長さが２２００〜２４００μｍの針状単結晶を得た。これをコンタクター中間体８とし、以降の操作の試料とした。
【００２２】
〔実施例１〜６〕
前記試料を用い、図３に例示するとおり、平坦度の優れた円盤９にダイヤモンド粒子を含有する樹脂からなるテープ、即ちダイヤモンドテープ１０を貼り合わせ、その上に針状単結晶７の先端が接する様に、しかも前記円盤９の回転中心を外した位置に配置した。この接触した位置から垂直方向にコンタクター中間体８を押し下げ、円盤を回転させることで、針状単結晶７を円盤の回転方向に曲げ変形させながら先端を研磨した。
【００２３】
研摩においては、プローブピンを所定の長さにするために、コンタクター中間体８をダイヤモンドテープ１０に接してから１０μｍ下方へ押し下げて２０秒間研磨する作業を繰り返して行なった。このとき使用した円盤は平坦度１μｍ以下直径３．５インチのガラスディスクであり、ダイヤモンドテープは平均粒径０．１μｍのダイヤモンド粒子を含む樹脂テープであり、厚み７５μｍのものである。またガラスディスクの回転数は８００ｒｐｍであり、ディスクの回転中心から２０〜３５ｍｍ離れた位置で研磨した。針状単結晶の長さが目標の２０００μｍに達した後、押し下げ量を１５μｍで１５秒間研磨し最終仕上げすることにより、プローブピンの接触面を傾斜角８９度以下のコンタクター中間体を得た。尚、この最後の研磨時間を１５秒〜１秒に調整することで、接触面の傾斜角度を８９〜７０度に調整することもできる。
【００２４】
次に、図４に例示するとおり、前記針状単結晶７及び電極ライン６の表面に無電解めっきでＮｉ下地膜１１を０．１μｍの厚さで形成し、更に、導電性膜のＡｕ膜１２を電気めっき法で２．０μｍの厚さで成膜しコンタクターとした。
【００２５】
上記操作で得られたコンタクターを用いて後述の耐久性試験を行い、プローブピン先端の位置ズレ量とプローブピン同士の接触による短絡の有無について評価した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003587488.tif 000002
【００２７】
＜耐久性試験と評価方法＞
耐久性試験はオーバードライブを４０μｍ負荷し、サイクルタイム１７５ｍｓｅｃ、コンタクト時間１２５ｍｓｅｃの条件でプロービングを１００万回行なった。プローブピンをコンタクトさせるウェハーは３インチサイズのＳｉウェハーにＡｕ膜を電気めっきで２μｍの厚さで形成したものを用いた。
プローブピン先端の位置ズレの測定は、ＸＹステージ（測定精度±１μｍ）付きの工場顕微鏡を使用し倍率２００倍で、耐久性試験前後のプローブピン先端のＸＹ座標を測定し、耐久性試験前後の座標のズレ量でもとめた。尚、表１中のＸＹ方向は図３〜図６に示すＸＹ方向と一致させてあるので、接触面の傾斜方向並びに研摩時等の針状単結晶並びにプローブピンの曲がり方向は、実施例１〜３の場合には図と一致するが、実施例４〜６の場合には図と異なり紙面と垂直方向となっている。また、短絡本数についは、１０万回毎にＡｕ膜を成膜していないＳｉウェハーとコンタクトさせ、隣りのピンとの抵抗値をデジタルマルチメータで測定し、その値が１ｋΩ以下を示したピン本数を計測し、計１０回の測定値を合算し、その合計値を求めた。
【００２８】
また、上記実施例１〜６のコンタクターに関して、コンタクターのプロービング時のプローブピンの座屈変形する方向を見定めるために、Ａｕ膜を２．０μｍ厚で成膜したＳｉウェハー１３にコンタクトしてプローブピンの曲がり方を目視にて確認したところ、図５に模式的に示すとおりに、いずれのプローブピンもその座屈方向が同じであった。
【００２９】
〔比較例１〜４〕
最終仕上げ時の押し下げ量を５μｍとし、２０〜６０秒間研摩したこと以外は実施例１〜６と同じ操作で、前記試料から接触面の傾斜角が８９．２〜９０度のコンタクターを得て比較例１〜４とした。これらのコンタクターを実施例１〜６と同じ方法で評価し、その結果を表１に併せて記載した。
【００３０】
更に、上記の比較例１〜４のコンタクターについて、コンタクターのプロービング時のプローブピンの座屈変形する方向を見定めるために、Ａｕ膜を２．０μｍ厚で成膜したＳｉウェハー１３にコンタクトしてプローブピンの曲がり方を目視にて確認したところ、図６に模式的に示したとおり、おのおののプローブピンはいろいろな座屈方向を示していた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のコンタクターは、実施例から明かなとおり、プローブピン間の接触による電気的短絡が大幅に低減でき、しかもプローブピンの破損もないという顕著な効果があり、長期に渡って高い信頼性を示すので、例えば半導体検査用プローブカードに用いることができ、有用である。更に、本発明のコンタクターは、針状単結晶をプローブピンに用いているので直径が細く、しかもＶＬＳ法等によりプローブピンが狭ピッチに配置されているので、半導体の電極パッドの狭ピッチ化、高密度化にも対応できるという効果を奏する。
【００３２】
また、実施例から明らかなとおり、本発明のコンタクターはプロービング時に座屈変形する方向が制御されているので、接触面の傾斜方向と交差する方向の位置ズレが小さいという特徴を有するので、この特徴を生かして、接触面の傾斜方向を電極パッドの長手方向と一致させるときには、プローブピン先端の位置ズレが原因で発生するコンタクト不良を防止できるという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンタクターの一例を示す模式図。
【図２】本発明の実施例１〜６に係るコンタクター中間体の模式図。
【図３】本発明の実施例１〜６に係るプローブピンの研磨方法の説明図。
【図４】本発明の実施例１〜６に係るコンタクターを示す模式図。
【図５】本発明の実施例１〜６の座屈変形状況の説明図。
【図６】本発明の比較例１〜４の座屈変形状況の説明図。
【符号の説明】
１；プローブピン
２；プローブピンの被検査体への接触面
３；プローブピンの中心線
４；被検査体
５；ＳＯＩウェハー
６；Ｓｉ電極ライン
７；針状単結晶
８；コンタクター中間体
９；円盤
１０；ダイヤモンドテープ
１１；Ｎｉ下地膜
１２；Ａｕ膜
１３；Ａｕ膜を成膜したＳｉウェハー
１４；プローブピン（実施例１〜６）
１５；プローブピン（比較例１〜４）
【図１】
0003587488.tif 000003
【図２】
0003587488.tif 000004
【図３】
0003587488.tif 000005
【図４】
0003587488.tif 000006
【図５】
0003587488.tif 000007
【図６】
0003587488.tif 000008