(57)【要約】  検査対象物の電気的特性を検査するために、前記検査対象物に接触させて用いられるプローブ針の製造に用いられるプローブ針素材であって、ほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を０．１体積％以上３．５体積％以下含有し、残部が主としてタングステンからなるタングステン合金からなるもの。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の電気的特性を検査するために、前記検査対象物に接触させて用いられるプローブ針の製造に用いられるプローブ針素材であって、
ほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を０．１体積％以上３．５体積％以下含有し、残部が主としてタングステンからなるタングステン合金からなることを特徴とするプローブ針素材。
【請求項２】
前記化合物が粒子状であって、前記タングステン合金における主としてタングステンからなるマトリックス中に分散して含有されていることを特徴とする請求項１記載のプローブ針素材。
【請求項３】
前記主としてタングステンからなるマトリックスは、レニウムを４４質量％以下含有することを特徴とする請求項２記載のプローブ針素材。
【請求項４】
前記主としてタングステンからなるマトリックスは、コバルトを５００質量ｐｐｍ以下含有することを特徴とする請求項２記載のプローブ針素材。
【請求項５】
検査対象物の電気的特性を検査するために、前記検査対象物に接触させて用いられるプローブ針であって、
請求項１記載のプローブ針素材を少なくとも先端部に具備することを特徴とするプローブ針。
【請求項６】
プローブカード本体とプローブ針とを有し、検査対象物の電気的特性を検査するために前記検査対象物に前記プローブ針を接触させて用いられるプローブカードであって、
前記プローブ針が請求項５項記載のプローブ針であることを特徴とするプローブカード。
【請求項７】
プローブカード本体とプローブ針とを有するプローブカードを用い、検査対象物に前記プローブ針を接触させて前記検査対象物の電気的特性を検査する検査方法であって、
前記プローブカードとして、請求項６記載のプローブカードを用いることを特徴とする検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の電気的特性を検査するために用いられるプローブ針を製造するためのプローブ針素材と、それを用いたプローブ針およびプローブカード、ならびに該プローブカードを用いた検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路のウエハテスト工程における電気試験（以下、ウエハテストと称す）においては、例えば２００〜３００μｍ径の針状に加工されたタングステン系材料からなるプローブ針を有するプローブカードが用いられ、このプローブカードのプローブ針を半導体集積回路の電極に接触させることによってウエハテストが行われている。プローブ針としては、主にタングステン系材料からなるものが用いられ、一般的にはアルミニウム、カリウム、シリコン等を含有するドープタングステン、または高強度・高硬度な３質量％程度のレニウムを含有するレニウムタングステンが用いられている。【０００３】
しかしながら、このようなタングステン系材料からなるプローブ針については、ウエハテストにおいて電極への接触を繰り返し行うと、その先端にＡｌやＡｌ−Ｃｕ等の電極材が付着し、最終的には正常なウエハテストができなくなる。すなわち、ウエハテストにおいては、プローブ針を電極に接触させる際に微少な電流を通電するが、プローブ針の先端が細径であるために電流密度は大きくなり、プローブ針の先端は電極材を溶融させる温度域となる。そして、溶融された電極材はプローブ針に付着し、さらに酸化されることによって接触抵抗を増加させ、正常なウエハテストを困難にする。【０００４】
このため、一般には、プローブ針の先端に付着した電極材を研磨によって除去し、接触抵抗を低減させることで、再びウエハテストに用いている。また、このような方法では、タングステン結晶間に入り込んだ電極材を十分に除去できず、早い段階で電極材が付着しやすいことから、例えばＹ、ＬａおよびＣｅから選ばれる金属またはその酸化物を０．１〜１．０質量％含有するタングステン合金からなるものとすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−０２３０５０公報
【発明の開示】
【０００５】
ウエハテストに用いられるプローブ針については、先端に付着した電極材を研磨によって除去することで良好な接触を回復させているが、早い段階で電極材が付着しやすく、また先端も磨耗しやすい。このため、最終的にはプローブカードの交換が必要となり、高額な費用が発生する。また、Ｙ、ＬａおよびＣｅから選ばれる金属もしくはその酸化物を含有させることで良好な接触を維持させることも行われているが、このような方法によっても必ずしも長期にわたって良好な接触を維持できているとは言えない。
【０００６】
本発明は、長期にわたって接触安定性を維持することができ、また研磨による磨耗も少ないプローブ針を製造することができるプローブ針素材を提供することを目的としている。また、本発明は、このようなプローブ針素材を用いたプローブ針およびプローブカードを提供することを目的としている。さらに、本発明は、このようなプローブカードを用いた検査方法を提供することを目的としている。
【０００７】
本発明のプローブ針素材は、検査対象物の電気的特性を検査するために、前記検査対象物に接触させて用いられるプローブ針の製造に用いられるものであって、ほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を０．１体積％以上３．５体積％以下含有し、残部が主としてタングステンからなるタングステン合金からなることを特徴としている。
【０００８】
本発明のプローブ針は、検査対象物の電気的特性を検査するために、前記検査対象物に接触させて用いられるものであって、上記した本発明のプローブ針素材を少なくとも先端部に具備することを特徴としている。
【０００９】
本発明のプローブカードは、プローブカード本体とプローブ針とを有し、検査対象物の電気的特性を検査するために前記検査対象物に前記プローブ針を接触させて用いられるプローブカードであって、前記プローブ針が上記した本発明のプローブ針であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の検査方法は、プローブカード本体とプローブ針とを有するプローブカードを用い、検査対象物に前記プローブ針を接触させて前記検査対象物の電気的特性を検査する検査方法であって、前記プローブカードとして、上記した本発明のプローブカードを用いることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のプローブ針素材の微細構造の一例を模式的に示す模式図。
【図２】従来のプローブ針素材の微細構造の一例を模式的に示す模式図。
【図３】レニウムを含むレニウムタングステン材（Ｈ３０）およびレニウムを含まないタングステン材（Ｗ３１）についての熱処理温度と引張強さとの関係を示す図。
【図４】レニウム−タングステンの二相状態図。
【図５】コバルトを含有するタングステン材およびコバルトを含有しないタングステン材（Ｗ３１）についての熱処理温度と引張強さとの関係を示す図。
【図６】本発明のプローブ針の一例を示す外観図。
【図７】図６に示すプローブ針を用いたプローブカードの一例を示す外観図。
【図８】本発明のプローブ針の他の例を示す外観図。
【図９】図８に示すプローブ針を用いたプローブカードの一例を示す外観図。
【符号の説明】
【００１２】
１…マトリックス、２…難付着性化合物からなる微細粒子、１０…プローブ針、１０ａ…基端部、１０ｂ…座屈部、１０ｃ…先端部、２０…プローブ針、２０ａ…基端部、２０ｂ…屈曲部、２０ｃ…先端部、１００…プローブカード、１１０…基板、１２０…プローブ針支持部、１２１、１２２…支持板、１２３…垂下部材、１３０…配線パターン、１３１…基板端子、２００…プローブカード、２１０…基板、２１０ａ…開口部、２１１…リング、２１２…スルーホール、２１３…配線パターン、２１４…基板端子、３００…半導体集積回路、３０１…電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明のプローブ針素材は、検査対象物の電気的特性を検査するために、該検査対象物に接触させて用いられるプローブ針の製造に用いられるものであり、ほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を０．１体積％以上３．５体積％以下含有し、残部が主としてタングステンからなるタングステン合金からなることを特徴としている。【００１４】
従来より、タングステン系材料は電気抵抗率が低く、高強度かつ高硬度であるためにプローブ針として用いられているが、検査対象物の電極を構成する電極材、特にＡｌ等の付着のしやすさについては検討されてこなかった。すなわち、ウエハテストでは、プローブ針を電極に接触させる際に微少な電流を通電するが、プローブ針の先端が例えば数十μｍと細径であるために電流密度としては数百Ａ／ｍｍ２と大きく、プローブ針の先端は電極材を溶融させる温度域となる。そして、溶融された電極材がプローブ針に付着し、さらに酸化されることによって接触抵抗を増加させ、正常なウエハテストを困難にする。【００１５】
本発明では、プローブ針素材に電極材、特にＡｌ等が付着しにくい物質、すなわち濡れ性が悪い化合物を含有させることで、プローブ針としてウエハテストに用いた場合、電極材の付着を抑制し、これにより接触抵抗の増加を抑制することができる。本発明では、このような電極材と付着しにくい化合物として、ほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物を用いることを特徴としている。なお、以下では上記ほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムをまとめて難付着性化合物と呼ぶこととする。【００１６】
表１は、難付着性化合物の濡れ性を評価するために、電極材としてのＡｌの接触角θを測定した結果を示したものである。なお、表１には、比較のために難付着性化合物を含まないタングステンのみからなるものの結果も示す。ここで、接触角θは、８００℃に加熱したＡｌの溶融物を難付着性化合物またはタングステンからなる板状の試験材の表面に接触させ、そのときの接触角θを室温で測定した。この際、Ａｌは大気中で容易に酸化皮膜を形成することから、Ａｒ雰囲気中で測定を行った。また、参考として難付着性化合物およびタングステンの融点も併せて示した。【００１７】
【表１】
2009040986.tif 000003
【００１８】
表１から明らかなように、タングステンの接触角が７５°であるのに対し、本発明に用いられる難付着性化合物はおよそ１００°以上となっていることから、本発明に用いられる難付着性化合物はタングステンよりもＡｌの濡れ性が低く、Ａｌが付着しにくいことがわかる。【００１９】
図１は、本発明のプローブ針素材の微細構造の一例を示したものである。また、図２は、従来のプローブ針素材の微細構造の一例を示したものであり、ＡＫＳドープタングステンやレニウムタングステン等の微細構造の一例を示したものである。【００２０】
図１に示されるように、本発明のプローブ針素材においては、主としてタングステンからなるマトリックス１中に、難付着性化合物であるほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムから選ばれる少なくとも１種の化合物が微細粒子２として分散して含有されている。本発明のプローブ針素材を構成するタングステン合金は、マトリックス１中に難付着性化合物が粒子状となって分散して含有されていることから分散強化型合金とも呼ばれるものである。ここで、微細粒子２は、具体的にはマトリックス１を構成する結晶粒子間の粒界付近に分散して含有されている。【００２１】
一方、従来のプローブ針素材は、図２に示されるように、難付着性化合物からなる微細粒子２を含有せず、例えばレニウム、またはコバルト等（図示せず）が主としてタングステンからなるマトリックス１中に固溶されたものであり、固溶強化型合金とも呼ばれるものである。なお、本発明のプローブ針素材におけるマトリックス１についても、レニウム、またはコバルト等が固溶されていてもよい。【００２２】
本発明のプローブ針素材では、マトリックス１中に難付着性化合物が微細粒子２として分散して含有されていることで、少なくとも微細粒子２が存在する部分において電極材の付着を抑制することができる。また、マトリックス１中に難付着性化合物が微細粒子２として分散して含有されていることで、すなわち難付着性化合物がマトリックス１に溶け込んでいないことで、プローブ針としたときの導体抵抗の上昇も抑制することができる。このように導体抵抗の上昇が抑制されることから、ウエハテスト時に高速に通電することも可能となる。【００２３】
さらに、本発明のプローブ針素材に含有される難付着性化合物は硼化物、炭化物または酸化物であり、いずれもセラミックスのように非常に硬いものであるため、主としてタングステンからなるマトリックス１の結晶組織を微細化することができ、プローブ針素材の硬さを高めることができる。その結果、プローブ針としてその先端に付着した電極材を研磨によって除去する場合についても、その先端の磨耗を有効に抑制することができる。【００２４】
このような難付着性化合物の微細粒子２は、例えば平均粒径が０．１μｍ以上８．０μｍ以下であることが好ましい。微細粒子２の平均粒径が０．１μｍ未満であると、微細粒子２が小さすぎるために電極材の付着を抑制する効果が少なく、また微細粒子２の平均粒径が８．０μｍを超えると、プローブ針へと加工するための伸線加工による細径化が困難となるおそれがある。【００２５】
なお、微細粒子２の平均粒径は、例えばプローブ針素材の断面を２次元的に画像解析して求められるものであり、具体的には２００個の微細粒子２についてそれぞれ面積を評価し、それと同じ面積の円の直径をその微細粒子２の直径と近似し、その平均を平均粒径とする。【００２６】
難付着性化合物の含有量は、プローブ針素材全体中、すなわち主としてタングステンからなるマトリックス１と、難付着性化合物からなる微細粒子２との合計中、０．１体積％以上３．５体積％以下であり、好ましくは０．５体積％以上２体積％以下、より好ましくは１．０体積％以上２体積％以下である。【００２７】
難付着性化合物の含有量が０．１体積％未満であると、プローブ針としたときの電極材の付着を十分に抑制することができず、また硬さも十分でないことから、付着した電極材を研磨によって除去する際に磨耗しやすくなる。難付着性化合物の含有量は、プローブ針としたときの電極材の付着や、研磨による磨耗を抑制する観点から多い方が好ましく、例えば０．５体積％以上であることが好ましく、１．０体積％以上であることがより好ましい。【００２８】
難付着性化合物の含有量は、上記したように多くしていくとプローブ針としたときの電極材の付着を少なくすることができ、また付着した電極材を研磨によって除去する際の磨耗も少なくすることができるが、３．５体積％を超えるとプローブ針へと加工するための伸線加工、特に線径０．３ｍｍ以下、さらには０．１ｍｍ以下といった細径なものへの加工が困難となる。これは、難付着性化合物がタングステンに比較して硬いために断線やクラックの起点となりやすいこと、および難付着性化合物を加えたことでマトリックス１の組織が微細になり、伸線引き抜き時に多大な力を加えなければならないことによる。このため、難付着性化合物の含有量は、プローブ針素材全体中、３．５体積％以下とすることが好ましい。【００２９】
なお、難付着性化合物であるほう化チタン、ほう化ジルコニウム、ほう化ハフニウム、ほう化ニオブ、ほう化タンタル、ほう化クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化クロムは１種のみを含有させてもよいし、２種以上を含有させてもよく、２種以上を含有させる場合にはそれらの合計量が、プローブ針素材全体中、０．１体積％以上３．５体積％以下となっていればよい。【００３０】
また、難付着性化合物の含有量を体積割合で規定したのは以下の理由による。すなわち、上記したことからもわかるように、電極材の付着を抑制するにあたっては、電極材と難付着性化合物との接触面積が重要となる。さらに、難付着性化合物はそれぞれ比重が異なるため、同じ質量で加えたとしても体積が異なり、表面積も異なってくる。このため、難付着性化合物の種類によって電極材との接触面積が異なることのないよう、本発明では難付着性化合物の含有量を体積割合で規定することとした。【００３１】
ここで、プローブ針素材中の難付着性化合物の含有量（体積割合［％］）は、以下のようにして求めることができる。すなわち、プローブ針素材を湿式分析法により分析することによって難付着性化合物の質量割合を算出した後、それを比重を用いて体積割合に換算することにより求めることができる。なお、分析対象箇所は、ＥＰＭＡや、ＸＲＤ等の観察によって、プローブ針の先端部分と同一組成が確認できる素材部分を対象とする。また、簡易的には、プローブ針素材を切断、研磨して得られる研磨面についてＥＰＭＡやＸＲＤ等によって難付着性化合物（微細粒子２）を同定し、このようにして同定された難付着性化合物（微細粒子２）の面積と、全面積（難付着性化合物（微細粒子２）の面積およびそれ以外の部分（マトリックス１）の面積を合計した面積）との面積比（難付着性化合物の面積／全面積×１００［％］）をもって難付着性化合物の体積割合［％］としてもよい。なお、後述するプローブ針についても、同様にして難付着性化合物の体積割合［％］を求めることができる。【００３２】
本発明のプローブ針素材における難付着性化合物（微細粒子２）以外の部分、すなわちマトリックス１は、主としてタングステンからなるものである。ここで、主としてタングステンからなるとは、少なくともタングステンを５０質量％以上含むものであればよいことを指し、タングステンのみからなるものの他、他の合金化元素を５０質量％未満含むものであってもよい。【００３３】
マトリックス１は、好ましくはレニウムを４４質量％以下含有するものである。プローブ針素材を主として構成するマトリックス１をレニウムを４４質量％以下含有するものとすることで、高温での熱処理による引張強さの急激な低下を抑制でき、プローブ針とする際の伸線加工性に優れたものとすることができる。【００３４】
図３は、３質量％のレニウムを含むレニウムタングステン（Ｈ３０）と、レニウムを含まない一般的なドープタングステン（Ｗ３１）とを所定の温度で５分間の熱処理を行った後の引張強さを比較したものである。なお、レニウムタングステン（Ｈ３０）およびドープタングステン（Ｗ３１）はいずれもアルミニウム、シリコン、カリウムをドープ剤として含み、レニウムタングステン（Ｈ３０）におけるレニウム分を除いたタングステンの純度およびドープタングステン（Ｗ３１）におけるタングステンの純度はいずれも９９．９５質量％以上である。【００３５】
図３に示されるように、レニウムを含まないドープタングステン（Ｗ３１）は、２３００℃を超える高温での熱処理によって二次再結晶し、引張強さが急激に低下するのに対し、レニウムを３質量％含むレニウムタングステン（Ｈ３０）は２３００℃を超える高温での熱処理によっても引張強さの急激な低下が抑制されていることがわかる。【００３６】
このようにレニウムを含むものは高温で熱処理された後においても引張り強さを維持することができることから、プローブ針とする際の伸線加工性に優れ、例えば線径が０．０８ｍｍ程度の細径なプローブ針を製造することも可能となる。なお、難付着性化合物を除いたマトリックス１中のレニウム含有量は必ずしも限定されるものではないものの、上記効果を得る観点からは、少なくとも１質量％以上であることが好ましい。【００３７】
一方、図４は、レニウム−タングステンの二相状態図を示したものである。図４に示されるように、レニウムの含有量が４４質量％を超えるとσ層と呼ばれる非常に硬くて脆い難加工層が析出し、プローブ針とする際の伸線加工時にクラックが入りやすくなる。このため、難付着性化合物を除いたマトリックス１中のレニウムの含有量は４４質量％以下とすることが好ましい。なお、レニウムの含有量は、伸線加工性の観点からより好ましくは２９質量％以下である。【００３８】
また、マトリックス１は、好ましくはコバルトを５００質量ｐｐｍ以下含有するものである。プローブ針素材を主として構成するマトリックス１をコバルトを５００質量ｐｐｍ以下含有するものとすることで、高温での熱処理による引張強さの急激な低下を抑制でき、プローブ針とする際の伸線加工性に優れたものとすることができる。【００３９】
図５は、コバルトを含有するタングステン合金（３００質量ｐｐｍＣｏ−Ｗ、５００質量ｐｐｍＣｏ−Ｗ、７００質量ｐｐｍＣｏ−Ｗ）およびコバルトを含有しない一般的なドープタングステン（Ｗ３１）からなる直径０．３９ｍｍの細線について、所定の熱処理温度で５分間保持した後の引張強さを測定した結果を示したものである。【００４０】
なお、コバルトを含有するタングステン合金については、上記したようにコバルトを３００質量ｐｐｍ、５００質量ｐｐｍまたは７００質量ｐｐｍ含む他に、アルミニウム、シリコン、カリウムをドープ剤として含み、コバルト分を除いたタングステンの純度が９９．９５質量％以上のものである。また、ドープタングステン（Ｗ３１）は、上記したようにアルミニウム、シリコン、カリウムをドープ剤として含み、タングステンの純度が９９．９５質量％以上のものである。【００４１】
図５から明らかなように、コバルトを３００質量ｐｐｍまたは５００質量ｐｐｍ含有するタングステン合金については、コバルトを含有しないドープタングステン（Ｗ３１）に比較して、高温での熱処理後の引張強さがほぼ同等またはそれよりもなだらかに低下することがわかるが、コバルトを７００質量ｐｐｍ含有するタングステン合金については、コバルトを含有しないドープタングステン（Ｗ３１）に比較して高温での熱処理後の引張強さが急激に低下することがわかる。このことから、コバルトの含有量は５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましいことがわかる。【００４２】
なお、コバルトの含有量は５００質量ｐｐｍ以下であれば必ずしも制限されるものではないものの、高温での熱処理後の引張強さの低下を有効に抑制する観点から、より好ましくは１００質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２００質量ｐｐｍ以上４００質量ｐｐｍ以下である。【００４３】
なお、本発明のプローブ針素材におけるマトリックス１は、レニウムまたはコバルトの一方のみを含有するものの他、レニウムおよびコバルトの両方を含有するものであってもよい。また、マトリックス１は、必要に応じ、かつ本発明の趣旨に反しない限りにおいて、他の成分あるいは不可避的に混入する成分を含有していてもよい。このようなものとしては、この種のものに一般的に含有されているものが挙げられ、例えばカリウム、アルミニウムまたはシリコンが挙げられ、それぞれ１００ｐｐｍ程度含有されていてもよい。【００４４】
本発明のプローブ針は、検査対象物の電気的特性を検査するために該検査対象物に接触させて用いられるものであって、少なくとも先端部に上記した本発明のプローブ針素材を具備することを特徴としている。本発明のプローブ針では、少なくとも先端部に上記した本発明のプローブ針素材を具備することで、長期にわたって接触安定性を維持することができ、また研磨による磨耗も少なくすることができる。【００４５】
また、本発明のプローブカードは、そのプローブ針が上記した本発明のプローブ針からなることを特徴としている。本発明のプローブカードでは、そのプローブ針を上記した本発明のプローブ針からなるものとすることで、プローブ針の接触安定性を長期にわたって維持することができ、また研磨による磨耗も少なくすることができる。【００４６】
図６は、本発明のプローブ針の一例を示す外観図であり、図７は、図６に示されるプローブ針を用いたプローブカードの一例を示す外観図である。図６に示されるプローブ針１０は、垂直作動型のものであり、下方側に延びる基端部１０ａと、基端部１０ａの下方側に設けられ、横向き略Ｕ字状の座屈部１０ｂと、さらに座屈部１０ｂの下方側に設けられ、下方側へと向けて徐々に細径とされた略円錐状部分の頂点部分にあたる先端部１０ｃとを有している。このようなプローブ針１０における少なくとも先端部１０ｃに本発明のプローブ針素材が具備される。【００４７】
プローブ針１０については、少なくとも先端部１０ｃに本発明のプローブ針素材を具備していればよく、例えば先端部１０ｃを含む略円錐状部分が本発明のプローブ針素材からなるものであってもよいし、また例えば先端部１０ｃから基端部１０ａまでの全体が本発明のプローブ針素材からなるものであってもよく、本発明のプローブ針素材によって構成される部分は必要に応じて、かつその主旨に反しない限度において適宜変更することができる。【００４８】
また、図７に示されるプローブカード１００は、基板１１０と、この基板１１０に取り付けられたプローブ針支持部１２０とを有している。基板１１０には、プローブ針１０が接続される配線パターン１３０が形成されており、この配線パターン１３０の他端は基板端子１３１に接続されている。また、プローブ針支持部１２０は、プローブ針１０を支持する２枚の平行な支持板１２１、１２２と、この支持板１２１、１２２を基板１１０の下面から垂下させる垂下部材１２３とを有している。そして、プローブ針１０は、その座屈部１０ｂが２枚の支持板１２１、１２２の間に位置するように配置されている。【００４９】
このようなプローブカード１００を用いた検査は、例えば同図に示されるように、プローブカード１００の下側に配置された検査対象物である半導体集積回路３００の電極３０１にプローブ針１０の先端部１０ｃを接触させることによって行われる。このような検査方法において、プローブ針１０として少なくとも先端部１０ｃに本発明のプローブ針素材を具備するものを用いることで、プローブ針１０の接触安定性を長期にわたって維持することができ、また研磨による磨耗も抑制することができ、正常な検査を長期にわたって行うことができる。【００５０】
本発明のプローブ針は、上記した垂直作動型のものに限られず、例えばカンチレバー型、垂直スプリング接触型等であってもよい。図８は、カンチレバー型のプローブ針の一例を示す外観図であり、図９は、図８に示されるプローブ針を用いたプローブカードの一例を示す外観図である。図８に示されるプローブ針２０は、斜め下方側に延びる基端部２０ａと、基端部２０ａの下方側の端部に設けられ、下方側へと屈曲する屈曲部２０ｂと、屈曲部２０ｂの下方側に設けられ、下方側へと向けて徐々に細径とされた略円錐状部分の頂点部分にあたる先端部２０ｃとを有している。このプローブ針２０についても、少なくとも先端部２０ｃに本発明のプローブ針素材が具備される。【００５１】
また、図９に示されるプローブカード２００は、中央に開口部２１０ａを有する基板２１０と、基板２１０の下方側の主面に取り付けられたエポキシ系樹脂等からなるリング２１１と、このリング２１１の傾斜面によって支持されたプローブ針２０とを有している。プローブ針２０の基端部２０ａは基板２１０を貫通するスルーホール２１２の下端に接続され、先端部２０ｃ近傍が開口部２１０ａの開口縁に沿って設けられたリング２１１によって固定されている。スルーホール２１２の上端は基板２１０に設けられた配線パターン２１３によって基板端子２１４に接続されている。このプローブカード２００についても、プローブカード２００の下側に配置された検査対象物である半導体集積回路３００の電極３０１にプローブ針２０の先端部２０ｃを接触させることによって検査が行われる。【００５２】
次に、本発明のプローブ針素材の製作方法について説明する。
まず、原料混合粉末として、例えばタングステン粉末および難付着性化合物粉末を配合すると共に、必要に応じてその他の原料粉末を配合し、タングステン合金粉末を調製する。この際、最終的に得られるプローブ針素材における難付着性化合物の含有量が０．１体積％以上３．５体積％以下となるように難付着性化合物粉末の配合量を調整する。具体的には、最終的に得ようとするプローブ針素材における各構成成分の体積割合から比重を用いて質量割合を算出し、この質量割合に基づいてタングステン粉末、難付着性化合物粉末、その他の添加物粉末を配合する。【００５３】
なお、最終的に得られるプローブ針素材に含有される難付着性化合物がＺｒＯ２またはＣｒ２Ｏ３のような酸化物の場合には、原料混合粉末として、タングステン酸化物粉末とこれら難付着性化合物を構成する金属の金属粉末とを配合してタングステン合金粉末とし、タングステン酸化物粉末を還元することにより金属粉末を酸化して難付着性化合物である金属酸化物（ＺｒＯ２、Ｃｒ２Ｏ３）としてもよい。このような場合についても、例えば最終的に得ようとするプローブ針素材における各構成成分の体積割合から比重を用いて質量割合を算出し、この質量割合に基づいてタングステン酸化物粉末、難付着性化合物を構成する金属の金属粉末、その他の添加物粉末を配合する。【００５４】
このようにして得た原料混合粉末は、プレス成形し、さらに水素雰囲気中で通電焼結することによりプローブ針素材としての焼結体とする。この際、タングステンの融点が高いことから１８００℃以上の高温で焼結する。このような高温での焼結においては、融点の低い化合物を含有させると蒸発、飛散して合金化できなくなるおそれがあるが、本発明で用いる難付着性化合物はいずれも表１に示したように融点が２０００℃を超えるものであることから、十分に合金化することができる。【００５５】
また、プローブ針素材としての焼結体は、まず転打、伸線および圧延等の塑性加工、ならびに結晶制御および歪取りを目的としたアニール加工を適宜組み合わせて線材とする。この際、伸線ダイスの表面粗さや、必要に応じて行われる電解研磨加工の加工度合いを調整することによって線材の表面状態を調製することが好ましい。【００５６】
得られた線材には真直加工を施した後、最終的に得ようとするプローブ針の長さに応じて切断する。この切断体については、例えばセンタレス研磨等の機械研磨を行い、より滑らかな表面状態とすることが好ましい。さらに、この切断体には必要に応じてメッキ等を施した後、垂直作動型、カンチレバー型等の種類に応じて所定の形状に加工し、その先端部をエッチングまたは機械研磨によって円錐状に尖らせることで、プローブ針１０、２０とすることができる。また、このようにして得られたプローブ針１０、２０を所定の基板１１０、２１０に取り付けることでプローブカード１００、２００を得ることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例を参照して本発明をより具体的に説明する。【００５８】
実施例１〜１３
実施例１〜１０については、最終的に得られるプローブ針素材における難付着性化合物の含有量が表２に示されるものとなるように、難付着性化合物粉末であるＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＴａＢ２、ＺｒＣ、ＺｒＯ２およびＣｒ２Ｏ３から選ばれる１種の化合物粉末とタングステン粉末とを配合して原料混合粉末としてのタングステン合金粉末を調製し、これを１００ＭＰａの圧力でプレス成形した後、２４００℃で焼結してプローブ針素材とした。【００５９】
また、実施例１１については、最終的に得られるプローブ針素材におけるＴｉＢ２およびＺｒＢ２の含有量がそれぞれ０．５体積％、両者を合わせて１体積％となるようにＴｉＢ２粉末、ＺｒＢ２粉末およびタングステン粉末を配合して原料混合粉末としてのタングステン合金粉末を調製し、これを１００ＭＰａの圧力でプレス成形した後、２４００℃で焼結してプローブ針素材とした。【００６０】
さらに、実施例１２については、タングステン粉末とレニウム粉末とをそれらの全体に対してレニウム粉末が３質量％となるように配合すると共に、さらにこのタングステン粉末とレニウム粉末とからなる混合粉末に、最終的に得られるプローブ針素材におけるＣｒ２Ｏ３の含有量が１体積％となるようにＣｒ２Ｏ３粉末を配合して原料混合粉末としてのタングステン合金粉末を調製し、これを１００ＭＰａの圧力でプレス成形した後、２４００℃で焼結してプローブ針素材とした。また、実施例１３については、実施例１１のレニウム粉末の代わりにＣｏ含有溶液を３００質量ｐｐｍとなるように配合して乾燥し混合粉末とし、以降は実施例１２と同様にＣｒ２Ｏ３粉末を配合して原料混合粉末としてのタングステン合金粉末を調製し、プレス成形、焼結を行いプローブ針素材とした。【００６１】
なお、実施例１〜１３においては、タングステン粉末として平均粒径が１．０μｍのものを使用し、難付着性化合物であるＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＴａＢ２、ＺｒＣ、ＺｒＯ２およびＣｒ２Ｏ３の粉末として平均粒径が１．０μｍのものを使用し、レニウム粉末として平均粒径が３．５μｍのものを使用した。また、実施例１〜１３においては、得られたプローブ針素材における難付着性化合物からなる微細粒子の平均粒径が１．０μｍであった。【００６２】
比較例１〜３
比較例１については、タングステン粉末とカリウム含有溶液とをそれらの全体に対してカリウム含有量が、焼結後に５０質量ｐｐｍとなるように配合して乾燥し原料混合粉末としてのタングステン合金粉末を調製し、以降は実施例１〜１３と同様にプレス成形、焼結を行いプローブ針素材とした。また、比較例２については、タングステン粉末とレニウム粉末とをそれらの全体に対してレニウム粉末が３質量％となるように配合して原料混合粉末としてのタングステン合金粉末を調製し、以降は実施例１〜１３と同様にプレス成形、焼結を行いプローブ針素材とした。なお、比較例１、２は、いずれも難付着性化合物粉末を配合していないものである。【００６３】
さらに、比較例３については、最終的に得られるプローブ針素材における難付着性化合物としてのＣｒ２Ｏ３の含有量が４体積％となるようにＣｒ２Ｏ３粉末とタングステン粉末とを配合して原料混合粉末としてのタングステン合金粉末を調製し、以降は実施例１〜１３と同様にプレス成形、焼結を行いプローブ針素材とした。【００６４】
なお、比較例１〜３についても、タングステン粉末、レニウム粉末および難付着性化合物粉末としてのＣｒ２Ｏ３の粉末は、実施例１〜１３で用いたものと同様な平均粒径を有するものを使用した。また、比較例３においては、得られたプローブ針素材における難付着性化合物からなる微細粒子の平均粒径が１．０μｍであった。【００６５】
次に、実施例１〜１３および比較例１〜３のプローブ針素材について伸線加工性を評価した。伸線加工性は、線径をφ１．０ｍｍ、φ０．５ｍｍまたはφ０．１ｍｍと変化させて伸線加工を行い、加工が可能であるかどうか、すなわち断線やクラックの発生がないかどうかで評価した。結果を表２に示す。表２中、伸線加工性の欄における「○」は伸線加工中に断線やクラックが発生せず、所定の線径に加工することができたことを示し、「×」は伸線加工中に断線やクラックが発生し、実質的に所定の線径に加工することができなかったことを示す。【００６６】
また、実施例１〜１３および比較例１〜３のプローブ針素材のうち、伸線加工性の評価で線径をφ０．１ｍｍとしたときに評価が「○」であったものについて、実際にプローブ針を製造してウエハテストを行い、コンタクト可能な回数（ウエハコンタクト回数）を測定した。【００６７】
なお、プローブ針は、線径をφ０．１ｍｍ、先端径をφ０．０２０ｍｍとした。また、測定は、プローブ針とＡｌ−Ｃｕ電極とを２ｇの荷重で接触させ、３０ｍＡの電流を印加し、１ｍＡの電流で接触抵抗を測定するのを一連の流れとし、繰返し接触させた。この際、接触抵抗測定値が１０Ωを超えた場合は、プローブ針の先端部を＃４０００の研磨紙で研磨した。このようにして、研磨を行いながら繰返し接触を行い、プローブ針の先端部が３０μｍ磨耗した時点で測定を終了し、それまでに接触させた回数をウエハコンタクト回数とした。【００６８】
【表２】
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【００６９】
表２から明らかなように、難付着性化合物であるＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＴａＢ２、ＺｒＣ、ＺｒＯ２またはＣｒ２Ｏ３を所定量含有させた実施例１〜１３のプローブ針素材については、難付着性化合物による電極材の付着抑制作用および硬さ向上作用により、従来のプローブ針素材に比べてウエハコンタクト回数を多くできることがわかる。【００７０】
また、難付着性化合物であるＣｒ２Ｏ３の含有量を０．１体積％から３．５体積％へと変化させた実施例６〜１０の結果から、少なくとも難付着性化合物の含有量を０．１体積％以上とすればウエハコンタクト回数を多くでき、難付着性化合物の含有量を０．５体積％以上とすればよりウエハコンタクト回数を多くできることがわかる。さらに、難付着性化合物としては、ＴｉＢ２とＺｒＢ２とを含有させた実施例１１の結果から、２種以上の難付着性化合物を含有させても構わないことがわかる。【００７１】
なお、難付着性化合物の含有量を多くしていくとウエハコンタクト回数を多くできることがわかるものの、比較例３のプローブ針素材の結果からも明らかなように、難付着性化合物であるＣｒ２Ｏ３の含有量を４体積％と過度に多くすると、伸線加工の際に断線やクラックが発生しやすくなる。従って、難付着性化合物の含有量は伸線加工性の観点から３．５体積％以下であることが好ましいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のプローブ針素材によれば、プローブ針の製造に用いた場合に、長期にわたって接触安定性を維持すると共に、研磨による磨耗も抑制されたものとすることができる。また、本発明のプローブ針によれば、長期にわたって接触安定性を維持すると共に、研磨による磨耗も抑制することができる。さらに、本発明のプローブカードによれば、プローブ針の接触安定性を長期にわたって維持すると共に、研磨による磨耗も抑制することができる。また、本発明の検査方法によれば、プローブ針の接触安定性を長期にわたって維持すると共に、研磨による磨耗も抑制することができ、正常な検査を長期にわたって行うことができる。
【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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【国際調査報告】
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