(57)【要約】【課題】プローブピン針先部の硬度を高めて耐衝撃性の向上をはかるとともに、硬度を調節可能にしたプローブピンを提供する。【解決手段】針先部３ａが被測定物としての半導体ウエハ上の集積回路チップに対する接触部を形成するプローブピン１０において、少なくとも針先部３ａの表面を無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５で被覆することにより、針先部３ａの表面硬度を高めて耐衝撃性の向上をはかるとともに、ＰＴＦＥ含有量の調節により、針先部３ａの表面硬度を調節可能にして課題解決の手段としている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
針先部が被測定物としての半導体ウエハ上の集積回路チップに対する接触部を形成するプローブピンにおいて、少なくとも上記針先部の表面が無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキで被覆されていることを特徴とするプローブカード用プローブピン。
【請求項２】
上記プローブピンの母材が、タングステンまたはレニウムタングステンであることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード用プローブピン。
【請求項３】
上記無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ皮膜の硬度がＨｖ３００〜９００であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のプローブカード用プローブピン。
【請求項４】
上記硬度Ｈｖ３００〜９００の無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキが、母材に無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキを施してＨｖ２００〜５００の析出硬度を有するメッキ層を形成した後、これを熱処理することにより形成されることを特徴とする請求項３に記載のプローブカード用プローブピン。
【請求項５】
上記析出硬度の調整が、上記無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ中のＰＴＦＥ粒子含有量の調節により行われることを特徴とする請求項４に記載のプローブカード用プローブピン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上の集積回路チップの通電検査をするためのプローブカード用プローブピン（以下「プローブピン」と略称する）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの製造工程において、集積回路チップの通電検査（ウエハテスト）をするためのプローブピンには、硬くて弾力性のあるタングステン、レニウムタングステン、ベリリウム銅合金などが使用されており、特に耐磨耗性および強靱性に優れたタングステンが多用されている。
【０００３】
タングステンは、耐磨耗性、弾性力、強靱性、硬度などに優れているので、直径数十ミクロンという極めて細い線材で構成されるプローブピンに適した材料であるが、酸化しやすくて、集積回路の電極にコンタクトして通電が行われたときの摩擦熱や接触抵抗による発熱により、針先部の温度が上昇して酸化が進み、また集積回路に蒸着されているアルミニウムと反応して、数千回〜数万回のコンタクトで（被測定物としての半導体ウエハ上の集積回路チップに対する接触部としての）針先部に酸化アルミニウムが発生付着する。
【０００４】
酸化アルミニウムが付着すると、針先部の接触抵抗が大きくなり、導電性が低下してウエハテストに支障を来すため、針先部を研磨するなどのメンテナンス（クリーニング）を行う必要がある。そして、このクリーニング工程中はウエハテストが中断されるため、ウエハテストの効率が悪くなるという問題点がある。
【０００５】
このような問題点を解決するための一手段として、特許文献１に記載されているような、電気メッキによりプローブピンの針先部を含む先端よりの部分にＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン、商品名「テフロン」）含有Ｎｉメッキを施したプローブピンが開発されている。特許文献１に記載のプローブピンも、同公報に記載の通りの目的を達することはできるものの、メッキ皮膜の割れ、窪みあるいは剥離などが生じやすく、集積回路チップとの繰り返しコンタクトにより電気特性が影響を受け耐久性に劣り、さらに後に述べるように、耐衝撃性にも問題がある。
【特許文献１】特開２００１−７４７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特許文献１に記載のプローブピンの有する上記の問題点を解決し、針先部の耐衝撃性を向上させてメッキ皮膜の長寿命性を量ることにより、プローブピンの集積回路チップとの多数回数の繰り返しコンタクトに耐え、しかも耐磨耗性において従来のプローブピンに劣ることのないプローブピンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、針先部が被測定物としての半導体ウエハ上の集積回路チップに対する接触部を形成するプローブピンにおいて、少なくとも上記針先部の表面を無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキで被覆することで課題解決の手段としている。
【０００８】
このような構成を採用してことにより、つまりプローブピンの少なくとも針先部の表面を無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキで被覆したことにより、プローブピン針先部の表面硬度が高くなって耐衝撃性に優れたプローブピンを得ることが可能となる。それにも係わらず針先部の摩擦係数を従来のプローブピンと殆ど変わらない値に保つことができるので、プローブピンの耐磨耗性において従来のプローブピンに劣ることのないプローブピンを得ることができる。
【０００９】
また、上記無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの硬度をＨｖ３００〜９００に設定することにより、耐衝撃性に極めて優れたプローブピンを得ることができた。無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの硬度をこの数値に設定するとき、後述の通り、３０万回以上の使用が可能なプローブピンを得ることができる。
【００１０】
母材に無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキを施してＨｖ２００〜５００の析出硬度を有するメッキ層を形成した後、これを熱処理することにより、硬度Ｈｖ３００〜９００の無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキを得るようにして課題解決の手段としている。
【００１１】
さらに、上記無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの析出硬度を、同無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ中のＰＴＦＥ粒子含有量を調節するにより行うことで課題解決の手段としている。
【００１２】
無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの析出硬度を無電解ＰＴＦＥメッキ中のＰＴＦＥ粒子含有量を調節するにより行うことができ、さらにこれを熱処理することにより無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの硬度を高めることにができるので、硬度が高く、かつ任意の硬度を有するＰＴＦＥメッキ（皮膜）をプローブピンの針先部の表面に、簡単に形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により得られたプローブピンは、プローブピンの少なくとも針先部の表面が無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキで被覆されており、このことにより、プローブピン針先部の表面硬度を高めることができる。その結果耐衝撃性において優れたプローブピンを得ることができ、後に述べるように、約１００００回以上の使用に耐え得るプローブピンを得ることが可能となる。
それにも係わらず、針先部の滑り性、つまり摩擦係数が従来のプローブピンとほとんど変わらないので、プローブピンの集積回路チップとのコンタクト時に、プローブピンの針先部に集積回路チップのアルミニウム酸化皮膜が付着するのを軽減することが可能となる。その結果、安定した接触抵抗値の維持が可能となるほか、クリーニング回数の減少化の点は従来のプローブピンとほぼ同様に保持したプローブピンを得ることが可能となる。
【００１４】
また、無電解ＰＴＦＥ含有ＮｉメッキのＰＴＦＥ粒子含有量を調節することにより、メッキの硬度を調節でき、さらに必要ならば熱処理を追加することにより、メッキの硬度のさらなる調節を行うことができるので、使用態様に適した硬度の針先部を備えたプローブピンを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図に示す実施形態により具体的に説明する。
図１はプローブピンの断面図、図２は図１のＡ部を拡大して示す断面図である。
【００１６】
図１、２は、いわゆる「（特許文献１のプローブピンと同じ形式の）カンチレバー型プローブピン」を示しており、図１、２において、符号１０はプローブピンを示している。
プローブピン１０は半導体ウエハ上の集積回路チップの通電検査のためのプローブカードのプリント配線基板（図示せず）に数十本から数百本が配設されるものであって、例えば、Ｗ、Ｒｅ−Ｗ合金、ベリリウム同合金を母材としている。
【００１７】
プローブピン１０は、本体部１と本体部１の一端部（先端側）に形成された所定長さの先細状の直線テーパー状部２とで形成され、この直線テーパー状部２の尖頭端３には小径の針先部３ａが形成されている。
【００１８】
寸法の一例を示すと、本体部１は線径が０．０７〜０．７ｍｍ，全長が２５〜１００ｍｍであり、直線テーパー状部２の長さが０．３ｍｍ〜６ｍｍであり、また針先部３ａはその径を０．０２ｍｍ以下に形成されている。
【００１９】
このような形状に加工されたプローブピン１０の全表面に、無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの付着性を向上させるため、電気メッキによって、下地Ｎｉメッキ皮膜４が形成される。  
【００２０】
下地Ｎｉメッキ皮膜４を形成されたプローブピン１０は、次に、尖頭端３を含む直線テーパー状部２の全表面に、無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキにより、無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ（皮膜）５が形成される。
この無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５は、例えばＰＴＦＥ粒子を含むほぼ８７°Ｃ〜９０°Ｃの溶液中に本体部１の先端側を約３０分漬けておくことにより、形成することができる。溶液中のＰＴＦＥ粒子の含有量を調節することで、無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５の析出硬度を調節することができる（この点については後記の表１を参照、表１中の「硬度Ｈｖ熱処理前」の数値がおれに相当する）。
なお、理屈上は、尖頭端３に形成された針先部３ａのみを無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５で被覆することで初期の目的を達成することができるのであるが、このような極めて小面積の箇所のみを無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５で被覆することは、技術的に極めて困難であるので、この実施形態では、本体部１の先端側約４０％までをメッキ溶液中に漬けて、メッキ溶液中に漬けられている箇所全体にメッキを施すことにより、針先部３ａを無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５で被覆するようにしている。
【００２１】
無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５を施されたプローブピン１０は、表１に示す通り、ＰＴＦＥ粒子の含有量に応じた析出硬度を有する。必要ならば、これに熱処理を施すことにより、無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５の硬度をさらに高めることができる。この熱処理は、例えば、慣用的な、３００°Ｃの雰囲気中に約１時間晒す方法により行うことができる。
【００２２】
次に、この実施形態のプローブピン１０の、溶液中のＰＴＦＥ粒子の含有量と無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５の析出硬度との関係、さらに熱処理の効果についての実験結果を表１に示す。
実験に供したテストピースの態様は次の通りである。
全体形状：図１、２に示す形状（従来例、本発明品１、２、３のいずれも）
全長：１００ｍｍ（従来例、本発明品１、２、３のいずれも）
線径：０．１０ｍｍ（従来例、本発明品１、２、３のいずれも）
直線テーパー状部の長さ：３ｍｍ（従来例、本発明品１、２、３のいずれも）
メッキの種類：従来例；電気メッキによるＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ
本発明品１、２、３；無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ
メッキの長さ：５ｍｍ（従来例、本発明品１、２、３のいずれも）
メッキ厚：５μｍ（従来例、本発明品１、２、３のいずれも）
母材：Ｗ
メッキ溶液（本発明品１、２、３の場合）は、ニッケル塩、還元剤、錯化剤、ｐＨ調整剤、安定剤およびＰＴＦＥ−Ｎｉ粒子分散剤からなる。
【００２３】
【表１】
2006184081.tif 000003
【００２４】
表１に示す通り、ＰＴＦＥ粒子含有量が３％の場合、硬度Ｈｖ４００の析出硬度を有する無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ（皮膜）５が得られた。
これに熱処理を施すことにより、メッキ（皮膜）の硬度をＨｖ７５０程度に高めることができた。
【００２５】
さにまた、上述の工程で製造されたプローブピン１０は、尖頭端３の針先部３ａに形成されている無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５はＰＴＦＥ粒子を含有しており、このＰＴＦＥ粒子が、表１の摩擦係数の数値が示すように、参照プローブピン１０の尖頭端３の針先部３ａの、集積回路チップとのコンタクト時の滑り性を良好にするよう作用するので、プローブピン１０の滑り性を従来例とほぼ同一に保つことができ、その結果、プローブピン１０の針先部３ａへのアルミニウムの付着を軽減でき、クリーニング回数の減少および安定した接触抵抗の維持が可能となる。同時に耐磨耗性も向上する。
【００２６】
また、表１に示す通り、無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５中のＰＴＦＥ粒子含有量の調節により、無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ５の硬度の調節が可能となり、さらに熱処理によりメッキ硬度を高めることも可能であるので、使用態様に適した硬度を有する針先部３ａを備えたプローブピン１０を得ることができる。しかもこのプローブピンは、従来の電気メッキ法のものに較べプローブピン１０の針先部３ａの耐衝撃性の点において優れているにも係わらず、耐磨耗性の点において劣ることのないプローブピンを得ることができる。
上述の説明は、カンチレバー型のプローブピンを例にしているが、垂直型プローブピンについても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態のプローブピンの断面図である。
【図２】図２は図１のＡ矢部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：本体部
２：直線テーパー状部
３：尖頭端
３ａ：針先部  
４：Ｎｉメッキ皮膜
５：無電解ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ（皮膜）
１０：プローブピン
【図１】
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【図２】
2006184081.tif 000005