(57)【要約】【課題】  半導体集積回路の高密度化に伴う狭ピッチ化に対応してプローブカード用プローブを細線化した場合には抗張力が低下するという問題が有り、抗張力の高い材料を使用した場合には電気抵抗値が高くなるという問題があり、プローブカード用プローブとして、抗張力が高く電気抵抗値の低い最適な材質で構成されたプローブがなかった。【解決手段】  プローブカード用プローブの主要素材として、ナノ構造体炭素であるカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類が混入された金属ガラスを使用するようにしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ構造体炭素が混入された金属ガラスを主要素材としたプローブカード用プローブ。
【請求項２】
カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノファイバーのうち少なくとも一種類からなる混入部材の混入量を、金属ガラス成分に対して０．５〜１０ｗｔ％とした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。
【請求項３】
金属ガラスができる金属配合比に、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノファイバーのうち少なくとも一種類を真空中あるいはアルゴンガス雰囲気中で混合融解して固形部材を製作し、この固形部材を細線化したことを特徴とするプローブカード用プローブの製造方法。
【請求項４】
金属ガラスを作る複数の微細金属および金属イオン溶液中に分散材を入れて分散させ、この溶液中にカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノファイバーのうち少なくとも一種類を入れ、電鋳方式によって製造することを特徴とするプローブカード用プローブの製造方法。
【請求項５】
タングステンからなる芯部材と、この芯部材の表面に設けられたナノ構造体炭素を含む金属ガラス層とを備えたことを特徴とするプローブカード用プローブ。
【請求項６】
ナノ構造体炭素を含む金属ガラス層と芯部材との間にナノ構造体炭素を含まない金属ガラス層を備えたことを特徴とする請求項５に記載のプローブカード用プローブ。
【請求項７】
ナノ構造体炭素を含まない金属ガラス層を形成する溶液に芯部材を浸して、ナノ構造体炭素を含まない金属ガラス層を芯部材の表面に形成し、ナノ構造体炭素を含む金属ガラス層を形成する溶液に上記ナノ構造体炭素を含まない金属ガラス層が形成された芯部材を浸して、ナノ構造体炭素を含む金属ガラス層を、ナノ構造体炭素を含まない金属ガラス層の上に形成したことを特徴とするプローブカード用プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウエハ上に形成された半導体デバイスの電極パッドに接触して通電試験を行うプローブカード用プローブおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程で、ウエハ上に複数の集積回路を完成させた後、ウエハ状態でそれぞれの集積回路が正常に動作することを確認するプローブテスト工程がある。このプローブテストを行う集積回路検査装置と検査対象となる半導体集積回路の電極パッドとを電気的に接続する検査部品がプローブカードである。
【０００３】
プローブカードには複数のプローブが設けられており、それぞれのプローブが半導体集積回路の複数の電極パッドに接触して検査が行われるが、半導体集積回路の高密度化に伴って電極パッド間の間隔が狭くなり、そのためプローブの間隔も狭いものが要求されるために、それぞれのプローブの線材径としてより細い部材が要求されている。
【０００４】
液晶ドライバーに使用されている半導体集積回路を例にとれば、現在、４０μｍから３０μｍの電極間ピッチが要求され、さらに高精細な画像を形成するために走査線数の増加に伴って更に電極パッド間のピッチは狭小化の傾向にある。このためプローブカード用プローブに対して、ますます細線化の要求が高くなっている。
【０００５】
プローブの細線化によって、プローブ自体の剛性が低下し、そのためプローブと試験対象の電極パッドとの接触圧を十分に確保できなくなり、プローブと電極パッドとの電気的導通が不安定になるという問題が生じることになる。現在、プローブカード用プローブとして使用されているＲｅＷ（レニウムタングステン）針、ＮＰ７Ｄ（商品名）針では、細線化した場合には、抗張力および硬度が不足するという問題があった。
【０００６】
すなわち、半導体デバイスを検査するプローブカード用プローブとしては、線材径が１０μｍ〜１００μｍの場合で、半導体デバイスの金電極に接触して電気抵抗の値が０．５Ω／ｃｍ２以下の状態を得たいところであるが、銅とかベリリウムなどでは電気抵抗値は小さいが抗張力が小さいため、細線化によってプローブとしての接触圧を得ることができなくなるという問題が有り、逆に抗張力の高いタングステンを使用するとタングステンが結晶質であることから繰り返して使用する場合には被検査体の絶縁材の残渣が結晶粒界に入り込みその結果接触抵抗が増大するという問題があった。
【０００７】
また、抗張力が高い材料としては、金属ガラスが知られており、特許文献１では、この金属ガラスをプローブカード用プローブとして使用することが提案されている。確かに、金属ガラスは、高温で粘性の低下を示し、塑性変形する特性を有していることから、狭ピッチ化に伴う細線化においても、６００℃程度で微細加工が可能であるという特質と、プローブとして十分な抗張力を得ることができるという特質を併せて活かすことが期待できる材料である。しかし、金属ガラスは電気抵抗値が高いということが知られており、特許文献１においては、金属ガラスを使用してプローブカード用プローブを構成し、プローブから得られた電気信号を金属ガラスよりも電気抵抗の低い材質で形成された信号伝送路を通じて流すようにするなどの特別な構造を提案している。
【特許文献１】特開２００１−３２６２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、半導体集積回路の高密度化に伴う狭ピッチ化に対応してプローブカード用プローブを細線化した場合には抗張力が低下するという問題が有り、抗張力の高い材料を使用した場合には電気抵抗値が高くなるという問題があり、プローブカード用プローブとして、抗張力が高く電気抵抗値の低い最適な材質のプローブがなかった。
【０００９】
この発明は、検査対象の狭ピッチ化に対応して細線化しても、抗張力が高く、しかも電気抵抗が低い特質を有するプローブカード用プローブおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
本発明者は、金属ガラスの優れた特性を活かした上でプローブカード用プローブを完成させることを目的として研究を進め、この発明の完成に至ったものである。
【００１１】
なお、金属ガラスとは、金属でありながら、酸化物ガラスのような安定な非晶質（アモルファス）で、過冷却液体領域を有する合金であって、過冷却液体領域があるため、凝固収縮を考慮する必要が無く高精密性を維持できるという特質を持っている。一方、アモルファス合金として、機械的特性および電気的特性については、薄板あるいは細線の形状および寸法によって変化し、特に、プローブカード用プローブのように極めて細い線の形状においては、新たな材料を金属ガラスに混在させるということは、主要素材そのものの特性が損なわれ、プローブ相互の間で特性が不均一になるという問題が生じる可能性があるとして実際には検討することすら行われていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、上記の目的を達成するために、プローブカード用プローブの主要素材として、０次元(粒子)、１次元（ファイバー）、２次元（シート）、３次元の各ナノ構造体炭素のうち少なくとも一種類が混入された金属ガラスを使用するようにしたものである。上記の各次元のナノ構造体炭素は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンとして知られている。
【００１３】
また、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類からなる混入部材の混入量を、金属ガラス成分に対して０．５〜１０ｗｔ％としたものをプローブカード用プローブの主要素材としたものである。
【００１４】
また、プローブカード用プローブの製造方法として、金属ガラスができる金属配合比に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を真空中あるいはアルゴンガス雰囲気中で混合融解して固形部材を製作し、それを線引き加工などで細線化したものである。
【００１５】
また、プローブカード用プローブの製造方法として、金属ガラスを作る複数の微細金属および金属イオン溶液中に分散材を入れて分散させ、さらにこの溶液中にカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を入れ、電鋳方式によってプローブカード用プローブを製造するものである。
【００１６】
最適な電気的特性および機械的特性を持ったプローブカード用プローブとするため、芯部材としてタングステンを使用し、この芯部材を金属ガラスによって被覆する構成として、この金属ガラスに前述のようにカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を含有させるものである。
【００１７】
さらに、芯部材を被覆する金属ガラスを多層として、表面に近い層にカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を含有させるようにして、最適な電気的特性および機械的特性を持ったプローブカード用プローブを提供するものである。
【００１８】
また、最適な電気的特性および機械的特性を持ったプローブカード用プローブの製作方法として、芯部材としてタングステンを使用し、金属ガラスを作る複数の微細金属および金属イオン溶液中に分散材を入れて分散させ、この溶液中に芯部材をセットして電鋳方式によって一旦芯部材の表面に金属ガラス層を形成し、その後、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を含有させた金属イオン溶液中で、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を含有した金属ガラス層を形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
一般的には、高抵抗の母材に僅かな量の導電性の部材を添加してもそれほどの低抵抗化は期待できず、抵抗値を下げるほどに導電性の部材を多量に添加すると高抵抗の部材の持っている高い抗張力の性質を損なうことになる。しかし、添加する導電性の部材の選定と添加量との関係を探求することによって、結果的に予想を覆す特性の線材を得ることができる。
【００２０】
すなわち、過冷却液体領域を有する非晶質材料（すなわち金属ガラス）に対して、０次元(粒子)、１次元（ファイバー）、２次元（シート）、３次元の各ナノ構造体炭素として、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうちの少なくとも一種類を選定して混入した材料によって、前記金属ガラスの高い抗張力を維持しつつ抵抗値の低下を可能にして、プローブカード用プローブに最適な特性を得ることができるものである。特に、各ナノ構造体炭素が極めて微小であることから金属ガラスの所定領域に均一に拡散分布させることによって、理想的な高抗張力と理想的な電気特性を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、この発明によるプローブカード用プローブを製造する方法の手順を示すフロー図である。図に示すように、第一の工程１１では最初に金属ガラス材料とカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと略称する）とを混合する。ここで使用した金属ガラスの一例は、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｓｉであって、これにナノスケールの微粉末状態であるＣＮＴを加え、ほぼ均一な混合状態になるように攪拌する。
【００２３】
次に、第二の工程１２では、図２に示すように、混合した材料をボート２０に入れ、加熱装置２１を備えた反応炉２００中にそのボート２０を配置し、アルゴンガス雰囲気中で加熱し、融解させることによって、ＣＮＴを含んだ金属ガラスを作り出す。そして、第三の工程１３では、このＣＮＴ含有金属ガラスを塑性加工によって伸長させる。これによって、図３（ａ）に示すようなプローブカード用プローブを作るための線材３１を作り出すことができ、その後の図３（ｂ）に示すようなプローブ３２の製造方法は、一般的なアモルファス金属の線材の作製とその線材からプローブカード用プローブを作り出す工程とほとんど同じ手順によって行うことができる。
【００２４】
この図１〜図３に示した製造方法によって製造されたプローブカード用プローブの組成は、Ｆｅが約２７ｗｔ％、Ｃｏが約５７ｗｔ％、Ｃｒが約１１ｗｔ％、Ｓｉが約５ｗｔ％に対して、ＣＮＴを約３ｗｔ％添加したもので、ＣＮＴ含有金属ガラスとして細線にした結果、ＣＮＴを含有させる前の組成の金属ガラスの場合には、硬さＨｖが９７０ＤＰＮ、引張り強さσＢが３４００Ｎ/ｍｍ２であったのが、ＣＮＴ含有金属ガラスの場合には、硬さＨｖが１２００ＤＰＮ、引張り強さσＢが４５００Ｎ/ｍｍ２となった。
【００２５】
一般的に金属ガラスと呼ばれる材料について、同様にＣＮＴ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンについて組合せと添加量について種々条件を変更して特性の確認を行った。その結果を図４に示す。ここで、カーボンナノホーンは単層のＣＮＴの構造の一つであって、ＣＮＴはグラファイト構造を持った炭素分子のシートが円筒状（チューブ状）になったもので、直径は１〜２ｎｍであるのに対して、ナノホーンは、その先端が円錐状に閉じて、ホーン（牛などの角）のような形状になっているものである。
【００２６】
この図４は、ベースとなる金属ガラスを任意に選択し、そこに添加するＣＮＴ、カーボンナノホーン、フラーレンの組合せとして、（１）ＣＮＴ、（２）カーボンナノファイバー、（３）カーボンナノホーン、（４）フラーレン、（５）上記（１）と（２）の混合、（６）上記（１）と（３）の混合、（７）上記（１）と（４）の混合、（８）上記（２）と（３）、（９）上記（２）と（４）との混合、（１０）上記（３）と（４）の１０種類の組成について、それぞれ添加量を変化させ、プローブカード用プローブとしての特性としての、硬度、引張り強さおよび電気抵抗値の総合的な判断を行い、「最適」◎、「適」○、「検討」△の評価結果を表している。
【００２７】
図４の評価結果から、添加する材料としては、ＣＮＴ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのいずれであってもほぼ同様の結果であるが、特にＣＮＴおよびカーボンナノファイバーの使用によるものが優れている。これらの添加材料を、０．５〜１５．０ｗｔ％の量の範囲で添加することによって、プローブカード用プローブとして適した特性を持たせることができ、さらに、３．０〜５．０ｗｔ％の添加量であれば、抗張力、電気抵抗値において最適な特性を持たせることができるものと判断される。
【００２８】
なお、上述の評価は、プローブカード用プローブとして、線材径を数μｍ〜２００μｍの範囲で任意に数百本を試験したもので、この線材径の変化に基づく相違については、特に著しい相違は見られなかったが、線材径の変化に伴う一応の傾向があり、線材径が小さいほど添加部材による効果が大きく、１０μｍ〜１００μｍの線材径においては添加部材による効果がより大きく、特に１０μｍ〜５０μｍの場合には微量の添加部材による効果が大きい傾向が見られた。
【００２９】
プローブカード用プローブの製作方法は種々あって、先に説明したように、ＣＮＴと金属ガラスとを加熱し、融解させることによって、ＣＮＴ含有金属ガラスを作り、これを塑性加工によって伸長させて線材を作り出し、この線材を加工することによって行うのが一つの方法であり、この製作方法以外には次に説明する方法がある。
【００３０】
図５は、この発明のプローブカード用プローブを電鋳によって製造する方法を説明するための図であって、５１は準備段階の第一の工程、５２は製造途中の第二の工程、５３は完成品に至る第三の工程である。
【００３１】
まず、第一の工程５１では、図に示すように、Ｓｉ基板５１１上に導電膜５１２を形成し、導電膜５１２上にホトレジスト５１３を形成し、このホトレジスト５１３を露光してプローブカード用プローブの形状に必要なパターン５１４を導電膜５１２上に形成することが行われる。
【００３２】
次に、第二の工程５２では、第一の工程５１で準備されたＳｉ基板５１１をメッキ浴５２０に浸し電鋳を行う。このメッキ浴５２０は、金属ガラスを作る複数微細金属およびそれらの金属イオンを溶液中に分散材を入れて分散させ、さらにこの溶液中にＣＮＴ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンを少量混在させたものである。金属ガラスを作る材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒなどであって、これらのイオン溶液の複数種類を組合せて使用する。
【００３３】
この結果、第三の工程５３として、所定形状のプローブカード用プローブを得ることになるが、ここで得る所定形状のプローブカード用プローブの内部には、溶液中に混入されていたＣＮＴ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンが保持されているため、プローブカード用プローブとして適した特性を持ったものとなっている。
【００３４】
さらに、抗張力の高いタングステンを使用することを検討し好ましい結果を得た。タングステンを芯部材として使用し、この芯部材の表面を金属ガラス層で被覆するもので、結晶質であるタングステンが被検査体に接することが無いため、タングステンの接触抵抗に変化が無く、しかも金属ガラス層内にナノ構造体炭素を拡散分布させていることによって、電気的特性および機械的特性が理想的なプローブカード用プローブを完成させることができる。
【００３５】
またさらに、高周波信号に最適な電気的特性および機械的特性を持ったプローブカード用プローブの製作方法として、芯部材としてタングステンを使用し、この芯部材の表面に多層の金属ガラス層を作る工程について、図６に沿って説明する。
【００３６】
図６の第一の工程６１は、タングステンを芯部材６０１として準備するところを示しており、プローブカード用プローブの作製に当たっての一般的な注意事項（最終製品のサイズから決定される初期設定サイズおよび表面加工など）を満足する形状で芯部材６０１を準備するものである。
【００３７】
図６の第二の工程６２は、金属ガラスを作る複数の微細金属および金属イオン溶液中に分散材を入れて分散させた溶液６０２を準備し、この溶液６０２中に芯部材６０１をセットして電鋳方式によって一旦芯部材６０１の表面に金属ガラス層を形成する工程を示している。
【００３８】
その後、図６の第三の工程６３に示すように、一旦、電鋳作業を停止し、電鋳の溶液６０２中に、ナノ構造体炭素として、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を投入口６０３から投入する。なお、投入に当たっては、溶液６０２を攪拌装置６０４によって攪拌し、ナノ構造体炭素がより均一に拡散分布するようにした後、電鋳作業を再開して、金属ガラス層の外側に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類を含有した金属ガラス層を形成するようにしたものである
【００３９】
これらの第一〜第三の工程を経ることによって、完成品の工程６４として、外観は（ａ）に示す形状を得ることができる。このプローブカード用プローブの断面は、（ｂ）に示すように、芯部材６０１の表面を、ナノ構造体炭素を含まない金属ガラス層６０５とナノ構造体炭素を含む金属ガラス層６０６とによって被覆することになる。（ｃ）は、このプローブの電気特性を断面に対応して示したもので、中心部と周辺部の導電率が高いことを示している。
【００４０】
なお、上述の説明では、ナノ構造体炭素を含まない溶液とナノ構造体炭素を含む溶液とを段階的に使用する例をあげているが、ナノ構造体炭素を徐々に添加して、ナノ構造体炭素の連続的な濃度変化の中で金属ガラス層を形成することもでき、この場合には、連続的な濃度変化の多層構造と実質的に同じものとなる。
【００４１】
このようにプローブカード用プローブの表面の電気導電率を高くできることは、高周波信号を対象とするプローブに適していることになる。
【００４２】
以上のように、この発明のプローブカード用プローブでは、主要素材として、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレンのうち少なくとも一種類が混入された金属ガラスを使用することによって高い抗張力と低い電気抵抗値という特性を持ったプローブカード用プローブを実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるプローブの製造方法の手順を示すフロー図である。
【図２】本発明によるプローブの製造装置を示す概略図である。
【図３】本発明によって製造されたプローブの部材を示す図である。
【図４】本発明によるプローブの評価結果を示す図面である。
【図５】本発明によるプローブの他の製造方法を示す図である。
【図６】本発明によるプローブのさらに他の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
３１    線材
３２    プローブ
５１    第一の工程
５２    第二の工程
５３    第三の工程
５１１  Ｓｉ基板
５１２  導電膜
５１３  ホトレジスト
５１４  パターン
５２０  メッキ浴  
６１    第一の工程
６２    第二の工程
６３    第三の工程
６４    完成品の工程
６０１  芯部材
６０５  ナノ構造体炭素を含まない金属ガラス層
６０６  ナノ構造体炭素を含む金属ガラス層 
【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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