(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に固定されたアンカー部と、
弾性金属と耐磨耗性物質とを含んで構成される自由部分と、
を備え、
自由部分は、
所定の幅の接触面を有する先端部を含み、
耐磨耗性物質は、先端部の接触面上に設けられて、接触面の幅よりも狭い幅のストリップ状の形状を有することを特徴とする弾性接触子。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性接触子において、
耐磨耗性物質は、セラミック製であることを特徴とする弾性接触子。
【請求項３】
基板に固定されたアンカー部と、
弾性金属と耐磨耗性物質とを含んで構成される自由部分と、
を備え、
自由部分は、
上面と、側面と、上面と反対側の面である接触面とを有する先端部を含み、
耐磨耗性物質は、セラミック製で構成され、先端部の側面および接触面に設けられて上面には設けられないことを特徴とする弾性接触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置に電気的に接触する弾性接触子に関し、更に、かかる弾性接触子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体産業では、様々な目的のために微少弾性接触子を用いてきた。例えば、これらの接触子を用いて、標準的な接合技術により、集積回路つまりチップを回路基板やその他の装置に電気的に接続する。
【０００３】
また、２つの装置を一時的に電気接触させるためにも弾性接触子が使用される。
【０００４】
フォトリソグラフィー技術によって型抜きした弾性接触子は、米国特許第５，６１３，８６１号および第５，８４８，６８５号に開示されている。この弾性接触子を基板上に形成し、２つの装置を弾性的に接続する。図１に示すように、接合構造５０は、弾性物質からなる弾性接触子６０を有する。弾性接触子６０は固有のストレス勾配を有し、これによって弾性接触子の自由部分６２を上方に屈曲させて基板５２から離す。弾性接触子６０のアンカー部６４を基板５２に固定し、基板５２上の第一コンタクトパッド２０と電気的に接続することができる。弾性接触子６０の自由部分６２は先端部６６を有する。これは、装置７０上の第二コンタクトパッド２０に弾力的に接触する。
【０００５】
図２は、弾性接触子６０列を有するプローブカード３２を示す。弾性接触子６０は、装置７０上のコンタクトパッド２０に弾力的に接触するように、コンタクトパッド２０と整列する。この状態の装置７０は、プローブカード３２に電気的に接続したテスト装置によってテストされたり、これと通信することができる。
【０００６】
弾性接触子は、チップまたは集積回路装置のテストに使用できる。例えば、これらの弾性接触子を有するプローブを用いて、装置のウェハレベルやバーンインテストを行うことができる。この弾性接触子は弾性金属を有し、弾性接触子の自由終端は先細端になっている。テストのために、チップまたは多様な装置上に配設されたコンタクトパッドに弾性接触子を接触させる。コンタクトパッドは通常、アルミニウム製である。天然酸化アルミニウムは、室温でアルミニウムコンタクトパッド上で自然に成形する。アルミニウムコンタクトパッドと電気的に接触するためには、弾性接触子の先細端が天然酸化物を貫通しなければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
弾性接触子を有するプローブカードを用いて集積回路装置をテストする場合、弾性接触子の先端をアルミニウムコンタクトパッドに繰り返し接触させる。所望の耐久期間を確保するためには、これらの弾性接触子が、異なるコンタクトパッドとの約３×１０５回のタッチダウン（接触）に耐えられなくてはならない。しかも、各パッドは表面上に硬い天然酸化物を有し、弾性接触子の先端はこれに接触する。この必要性を満たすために先端は磨耗に耐えなければならないので、先端は鈍化する可能性がある。そのため、天然酸化膜を貫通できなくなり、プロービングを繰り返す間にはコンタクトパッドと電気的接触が出来なくなる。電気接触抵抗の劣化を軽減するために、先端は優良な導電体でなければならず、コンタクトパッド物質による先端部の磨耗を軽減する為には、先端がコンタクトパッド物質に対して化学的に不動態(chemically passive)でなければなならい。つまり、磨耗の影響を軽減するためには、弾性金属はコンタクトパット金属の溶解度が低くなければならない。
【０００８】
米国特許第５，９４４，５３７号は、少なくとも一部が耐磨耗性物質からなる弾性接触子を開示している。弾性接触子の実施形態では、その先端を硬い物質で覆って耐磨耗性とすることができる。
【０００９】
本発明では、改良された弾性接触性を提供する。
【００１０】
本発明は更に、テスト目的に使用できる改善された弾性接触子を有する装置も提供する。
【００１１】
また、本発明は更に、係る弾性接触子の製造方法も提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る弾性接触子の実施形態では、弾性金属からなる自由部分を有する。この自由部分は側面と、接触面と、先端とを有する。耐磨耗性物質を側面および接触面上に配設できる。この耐磨耗性物質は、所望の耐磨耗性特性を示す任意の適切な物質であってもよい。
【００１３】
本発明に係る弾性接触子の他の実施例では、耐磨耗性物質は先端の一部にのみ配設される。この耐磨耗性物質は任意の適切なセラミックまたは金属物質でもよい。例えば、耐磨耗性物質は、先端の一部にのみ配設された炭化物でもよい。また、耐磨耗性物質を接触面の一部にのみ、例えばストリップ状に形成できる。
【００１４】
本発明に係る弾性接触子の他の実施例では、隣接する弾性金属層間に、少なくとも先端部において部分的に露出するように耐磨耗性物質を配設できる。耐磨耗性物質は、任意の適切なセラミックまたは金属物質でもよい。
【００１５】
本発明に係る装置の実施例は、上記本発明に係る任意の弾性接触子を複数有してもよい。例えば、この装置はプローブカードでもよい。プローブカードを用いて、チップや電子装置の多様なテストを行うことができる。
【００１６】
本発明は更に、かかる弾性接触子の製造方法も提供する。実施例では、従来のコーティングとフォトリソグラフィー技術とを用いて、かかる弾性接触子を製造できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、貼付の図面を参照しながら、詳述する。
【００１８】
図３は、本発明に係る弾性接触子の実施形態を示す。弾性接触子１６０は、例えば、図１の弾性接触子６０と同じ形状を有しても良い。簡素化のために、図３では、弾性接触子１６０の自由部分１６２部分のみを示す。弾性接触子１６０は、図１に示すアンカー部６４と同じ構造のアンカー部（図示せず）も有する。弾性接触子の自由部分１６２は上表面１６８と、対向する側面１７０と、接触面１７２とを有する。自由部分１６２の終端部には先端部１６６が形成される。図示されるように、先端部１６６は先細終端１６７を有する。複数の先細終端を有する等、この他の先端部１６６構成でもよい。
【００１９】
図では、弾性接触子１６０の先端部１６６が、基板上の層２２を貫通している。例えば、層２２は天然酸化物であって、コンタクトパッド２０上に配設してもよいし、チップまたは装置（集積回路等）の上に配設してもよい。
【００２０】
本発明に係る弾性接触子の実施例では、フォトリソグラフィー技術によって弾性接触子を形成してもよい。これらの実施例では、弾性接触子１６０は、フォトリソグラフィー技術によって型抜きできる任意の適切な弾性金属物質からなる。この弾性金属は高弾性を有し、先端部に機械的圧力を付与することが好適である。また、弾性接触子１６０の対向する端部が接触する表面どうしを、弾性金属によって電気的に接続する。
【００２１】
弾性接触子１６０は、例えば、任意の適切な高弾性物質で形成できる。弾性接触子は、高弾性導電物質で形成することが好適であるが、実施例では、弾性接触子を非導電物質で形成することもできる。弾性接触子形成に適した合金システムの例として、クロムモリブデン合金、タングステン（Ｗ）ベース合金、クロム（Ｃｒ）ベース合金、ニッケルジルコニウム合金を含む。適切な特定の合金は、例えば、１％のジルコニウムを含有するニッケルジルコニウム合金、２０％Ｃｒ−８０％Ｍｏを含有するクロムモリブデン合金等がある。Ｎｉ−Ｚｒ合金では、ジルコニウムによって合金の弾性特性が改善するが、ニッケルの導電性を大幅に減少することはない。上述の通り、弾性物質の導電性が不十分な場合、金属や金属合金等の導電物質で弾性物質を少なくとも部分的にコーティングして、所望の導電性を付与できる。
【００２２】
本発明によると、弾性接触子の耐磨耗性を高めるために、耐磨耗性物質１７８は弾性接触子１６０の自由部分１６２の少なくとも一部を構成する。耐磨耗性物質１７８によって少なくとも先端部１６６の耐磨耗性を高めることで、先端部１６６は硬い物質により効果的に貫通できる。
【００２３】
プロービングに用いる場合、コンタクトパッド上の硬質天然酸化物との繰り返しの接触と磨耗とによる先端部１６６の磨耗を軽減するために、実施形態では、弾性接触子１６０の少なくとも先端部１６６は、タングステン（Ｗ）やクロム（Ｃｒ）等の少なくとも先端部の硬さ増す合金を含んでもよい。先端部をより硬くすることで、これらの物質のために、先端部の磨耗は、より柔らかな金属からなる弾性接触子の先端が磨耗するよりも、遅くなる。上述のようにタングステンとクロムを合金にして脆さを軽減し、弾性接触子１６０の靱性を増すことができる。
【００２４】
本発明に係る弾性接触子の実施形態では、耐磨耗性を有し、コンタクトパッド物質に対して化学的不動態である導電性物質を、弾性接触子を形成する弾性金属の一部に選択的に適用して、その部分の耐磨耗性を増すことができる。耐磨耗性物質は、弾性金属上に配設でき、適切な耐磨耗性を実現する任意の適切な物質であってもよい。
【００２５】
高硬度の物質を適用して、弾性接触子の耐磨耗性を増大できる。これらの物質の、コンタクトパッド物質の溶解度は低いため、コンタクトパッドとの接触による弾性接触子先端部の磨耗も軽減できる。例えば、硬質の貴金属、窒化チタン（ＴｉＮ）、ダイモンドの様な炭素は磨耗を軽減する。
【００２６】
磨耗を軽減するために弾性接触子の少なくとも先端部に適用できる他の物質としては、コンタクトパッド上の硬質天然酸化物をこする先端部の能力を損なうことなく、先端部とコンタクトパッドとの間の摩擦を軽減する物質を含む。例えば、モリブデン硫化物や二酸化錫は高平滑潤滑性を有するので、これらを用いて摩擦を軽減できる。
【００２７】
耐磨耗性物質は、適切な窒化物、炭化物、酸化物、浸炭窒化物（carbo-nitride)、珪化物、硬質貴金属、その他物質から選択できる。窒化物の例としてはＴｉＮ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎがあるが、これらに限定されるものではない。炭化物の例はＴｉＣがある。酸化物の例はＡｌ２Ｏ３がある。浸炭窒化物の例はＴｉ−Ｃ−Ｎがある。硬質金属の例はＲｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓがあるが、これらに限定されるものではない。珪化物の例はＷＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＴｉＳｉ２があるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
更に、耐磨耗性物質は、Ｍｏ、Ｍｏベース合金、Ｗ、Ｗベース合金等の適切な金属であってもよい。必要な弾性を弾性接触子に付与するために含有した、耐磨耗金属物質よりも耐磨耗性が低い弾性金属物質を覆うように、これらの耐磨耗物質を弾性接触子の一部に選択的に適用してもよい。
【００２９】
耐磨耗性物質１７８は、それを適用した弾性接触子１６０上の部分が所望の耐磨耗性を有するような任意の適切な厚みを有してもよい。更に、耐磨耗性物質１７８は、弾性接触子１６０の物理的特性および電気的特性に悪影響を及ぼさないことが好適である。耐磨耗性物質は一般的に約０．０５μｍ〜約０．２μｍの厚さを有する。コーティングによって弾性接触子１６０の自由部分１６２の弾性が大きく損なわれないように、この物質は、先端部１６６に所望の耐磨耗性を付与するために必要な厚さ以上に厚くないことが好適である。耐磨耗性物質を薄くすることで、この物質が弾性接触子１６０の導電性に及ぼすであろう影響も軽減できる。
【００３０】
図４および図５は、本発明に係る弾性接触子２６０の実施形態を示す。この弾性接触子２６０が有する耐磨耗性物質２７８は、コンタクトパッドまたはその他の表面に接触する接触面２７２の選択された部分にのみ配設されている。この実施例では、耐磨耗性物質２７８はストリップ構成を有し、先端部２６６の先細終端から長手方向に延在する。
【００３１】
耐磨耗性物質２７８をストリップ形状またはこれに類する構成に形成することで、弾性接触子２６０に対してある効果を付与できる。つまり、耐磨耗物質が覆う量を接触面２７２の一部のみに制限することで、自由部分２６２の弾性または導電性あるいはその両方に対するコーティングの影響を軽減できる。
【００３２】
耐磨耗性物質２７８は、弾性接触子２６０に所望の耐磨耗性を付与するために充分な程に接触面２７２を覆うことができる任意の適切な大きさを有する。例えば、ある実施例では、ストリップの幅Ｗを０．５μｍ未満にして、充分に覆うことが出来る。ストリップは、任意の適切な長さを有する。ストリップは、少なくとも先端部２６６と等しい長さを有することが好適である。ストリップの長さを短くすることで、弾性接触子２６０の弾性または熱伝導性あるいはその両方に対する耐磨耗物質の影響を軽減できる。
【００３３】
図６〜図８は、本発明に係る弾性接触子３６０の他の実施形態を示す。この弾性接触子が有する耐磨耗物質３７８は、接触面の全面と（図７）、側面３７０と（図６、図８）に形成されている。この弾性接触子３６０は、弾性接触子３６０の追加領域にも耐磨耗性を付与できる効果があるが、上述の様に、弾性接触子３６０全体の導電性が、弾性金属より低いであろう耐磨耗性物質の導電性の影響を受ける可能性があるので、この実施例では、接触面や側面上の耐磨耗性物質の厚みを、弾性接触子３６０の導電性に大きく影響せず、しかも、所望の耐磨耗性を付与できるように、できる限り薄くすることが好適である。例えば、コーティングの厚さを約０．０５μｍとしてもよい。
【００３４】
弾性接触子３６０の弾性や導電性に対する耐磨耗物質の影響は、この物質を先端部３６６においてのみ接触面や側面３７０に配設すれば、軽減できる。こうした実施例では、弾性接触子３６０全体の弾性や導電性に大きく影響せずに、先端部３６６の耐磨耗性を向上させて先端部３６６の鈍化に対する抵抗力を強化できる。
【００３５】
図９は、本発明に係る弾性接触子４６０の他の実施形態を示す。この弾性接触子４６０が有する耐磨耗性物質４７８は、先端部４６６の一部にのみ配設されている。この実施例は、耐磨耗性物質４７８を弾性接触子４６０の一部にのみ配設することで所望の耐磨耗性を付与できる効果がある。したがって、弾性接触子の弾性や導電性に対するこの物質の影響は僅かである。
【００３６】
本発明は、図３〜図９に示す弾性接触子の実施例を形成する方法を提供する。弾性接触子の実施例は、フォトリソグラフィー技術によって形成できる。米国特許第５，６１３，８６１号、第５，８４８，６８５号、第５，９４４，５３７号に開示された方法や他の技術によって、この弾性金属を形成できる。
【００３７】
図３において、弾性接触子１６０を形成する方法の一例は、弾性金属を基板上または上面に層として配設するステップを有する。基板は通常、絶縁基板である。弾性金属を適用する前に、図１に示す層６８等の絶縁下敷き層を基板５２上に光学的に配設できる。弾性金属は、ストレス勾配（Δσ/h:σとｈはそれぞれ弾性金属のストレスと厚みを示す)を形成できる任意の適切な処理で形成できる。ストレス勾配は、厚みの底部分に圧縮を生じ、上方部分に緊張を生じる。例えば、弾性金属は電子ビーム蒸着、熱蒸発、化学蒸気蒸着、スパッタ蒸着、その他当業者に周知の方法で形成できる。弾性金属は、スパッタ蒸着することが好適である。これは、この技術によれば、蒸着中に圧力を変えることによって、再生可能なストレス勾配を形成できるためである。
【００３８】
例えば、ストレス勾配が層の底部分の圧縮力から上側の緊張力に展開するように、弾性金属層を形成できる。弾性金属を複数のサブ層として形成し、各サブ層の固有ストレスを変え、蒸着条件を変えることで、このストレス勾配を実現できる。弾性金属が一旦基板から離れたら、固有ストレス勾配によって弾性接触子は図１に示すような湾曲形状を有する。
【００３９】
弾性金属層は通常、約１μｍの厚さを有するが、任意の適切な厚みを有してもよい。
【００４０】
耐磨耗性物質を弾性金属層上に形成する。この耐磨耗性物質は適切な処理によって形成できる。例えば、この耐磨耗物質は、リアクティブマグネトロンスパタリングによって弾性金属層上に形成できる。上述のように、ＴｉＮは、弾性接触子を形成するために適切な耐磨耗特性を付与する耐磨耗性物質の一例である。Ｎ２又はＮＨ３から、あるいはＡｒおよびＮ２またはＮＨ３を交互に用いてプラズマを形成し、リアクティブマグネトロンスパタリングを行うことによって、ＴｉＮ層を弾性金属層に形成することができる。
【００４１】
弾性金属層上に耐磨耗性物質層を形成した後、当業者には周知の従来のフォトリソグラフィー技術を用いてこれらの２つの層を型抜きし、不要な物質を除去して、図３に示す弾性接触子構成を製造する。
【００４２】
図４および図５に示す弾性接触子２６０の実施形態は、接触面２７２の一部のみに耐磨耗性物質を選択的に配設できる任意の適切な処理によって、形成できる。まず弾性金属層を形成し、続いて、耐磨耗性物質で覆いたくない弾性物質の部分をマスクすることで弾性物質層の一部のみに耐磨耗性物質を形成して、弾性接触子２６０を形成できる。
【００４３】
あるいは、弾性接触子のほぼ全域に耐磨耗性物質を適用し、型抜きして、図５に示すストリップ構成のような所望の構成を形成する。上述のように、ストリップは任意の適切な幅と長さとを有する。更に、接触面上に複数のストリップを光学的に形成できる。耐磨耗性物質はストリップ形状以外の形状を有してもよい。
【００４４】
耐磨耗性物質を型抜きした後にストリップ金属層を型抜きして、ストリップ等の所望の構成にする。しかし、当業者においては、弾性金属層を型抜きしてから耐磨耗性物質コーティングを型抜きしてもよいことが分かる。
【００４５】
図６〜図８は、本発明に係る弾性接触子３６０の実施形態を示す。この実施例では、耐磨耗物質３７８が接触面上および側面３７０上に形成されている。この実施形態は、弾性金属層を形成して型抜きし、底面と側面とが露出するように基板から弾性金属層を離して形成する。次に、弾性金属層の選択された一部の接触面および側面上に耐磨耗性物質層を形成する。これは、上述の適切な蒸着技術を用いて行う。例えば、所望のコーティング組成を形成するように任意の適切なガス先駆物質を用いたプラズマエンハンスト化学蒸気蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理によって、耐磨耗性物質を弾性金属層上に形成できる。
【００４６】
図９において、本発明に係る弾性接触子４６０の実施形態では、耐磨耗性物質４７８が先端部４６６の先細終端４６７にのみ形成されれいる。この耐磨耗性物質４７８は、弾性金属層の先端部のみを選択的に浸炭させる浸炭処理によって形成できる。例えば、適切な蒸着処理と型抜きによって弾性金属層を形成した後、弾性金属の先端を、黒鉛板等の固体黒鉛源と接触させる。先端部と黒鉛源とを、弾性金属物質および黒鉛が炭化物を形成するために効果的な温度まで加熱する。例えば、チタン弾性金属と黒鉛は、黒鉛源と接触する先端部の先細終端において、通常約８００℃でＴｉＣを形成し、固体拡散によって、金属炭化物と金属固溶体が形成される。先端部の浸炭領域は通常、約０．２μｍ未満の寸法Ｃを有する。
【００４７】
実施形態では、浸炭温度を最低限にして、弾性金属のストレスパターンに及ぼす温度の影響を軽減することが望ましい。これは、より低い温度で金属炭化物を形成できる弾性金属を利用して実現できる。
【００４８】
更に、浸炭中、黒鉛と接触する先細終端より低い温度まで、黒鉛源と接触しない弾性金属の部分を冷却する実施例もある。このような実施例では、弾性金属は加熱せずに、黒鉛塊等の黒鉛源を選択的に加熱できる。黒鉛源から熱が弾性金属に伝導されるが、同時に弾性金属を冷却するので、弾性金属の温度を制御して、ストレス解放の影響を軽減あるいは制御できる。
【００４９】
任意のポスト加熱アニール技術を用いて、浸炭によって弾性接触子に生じた望ましくないストレスの影響を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  非変形自由状態にある周知の弾性接触子と、コンタクトパッドと接触して変形状態にある周知の弾性接触子とを示す図である。
【図２】  接触適用に用いた図１の弾性接触子を示す図である。
【図３】  耐磨耗性物質が弾性接触子の接触面上に形成され、弾性接触子の先端が天然酸化物を貫通する本発明に係る弾性接触子の実施例を示す図である。
【図４】  型抜きされた耐磨耗物質がコンタクト面の一部にのみ形成された本発明に係る弾性接触子の他の実施例を示す図である。
【図５】  図４の弾性接触子の底面図である。
【図６】  耐磨耗物質が側面および接触面上に形成された本発明に係る弾性接触子の他の実施例を示す図である。
【図７】  図６の弾性接触子の底面図である。
【図８】  図６の弾性接触子の上面図である。
【図９】  耐磨耗物質が先端部の終端部にのみ形成された本発明に係る弾性接触子の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
２０  コンタクトパッド、２２，６８  層、３２  プローブカード、５０  接合構造、５２  基板、６０，１６０，２６０，３６０，４６０  弾性接触子、６２，１６２  自由部分、６４  アンカー部、６６，１６６，３６６，４６６  先端部、７０  装置、１６７，４６７  先細終端、１６８  上表面、１７０，３７０  側面、１７２，２７２  接触面、１７８，２７８，３７８，４７８  耐磨耗物質。
【図１】
0004530517.tif 000002
【図２】
0004530517.tif 000003
【図３】
0004530517.tif 000004
【図４】
0004530517.tif 000005
【図５】
0004530517.tif 000006
【図６】
0004530517.tif 000007
【図７】
0004530517.tif 000008
【図８】
0004530517.tif 000009
【図９】
0004530517.tif 000010