JP2008164317A - プローブカード - Google Patents
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Abstract
【課題】 検査対象物上の微細な電極パッドに当接させるコンタクトプローブの構造的強度を向上させることを目的とする。
【解決手段】 コンタクトプローブ15は、MEMS技術によって製造され、半導体デバイスの電極パッドに当接させるコンタクト部23と、コンタクト部を弾性的に支持するビーム部22とによって構成される。コンタクト部23は、耐摩耗性のコンタクトトップ25と、コンタクトトップ25をビーム部22上で支持するコンタクトベース24で構成され、ビーム部前面から電極パッド方向へ突出させて形成されている。このコンタクトベース24に、ビーム部22及びコンタクトトップ25よりも硬度の低い材料を採用することによって、ビーム部22及びコンタクトベース24の接合強度を向上させて、コンタクトプローブ15全体の構造的強度を向上させることができる。
【選択図】 図2
【解決手段】 コンタクトプローブ15は、MEMS技術によって製造され、半導体デバイスの電極パッドに当接させるコンタクト部23と、コンタクト部を弾性的に支持するビーム部22とによって構成される。コンタクト部23は、耐摩耗性のコンタクトトップ25と、コンタクトトップ25をビーム部22上で支持するコンタクトベース24で構成され、ビーム部前面から電極パッド方向へ突出させて形成されている。このコンタクトベース24に、ビーム部22及びコンタクトトップ25よりも硬度の低い材料を採用することによって、ビーム部22及びコンタクトベース24の接合強度を向上させて、コンタクトプローブ15全体の構造的強度を向上させることができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、プローブカードに係り、更に詳しくは、半導体ウエハなどの検査対象物上の微細な電極パッドに対し、コンタクトプローブを弾性的に当接させて、検査対象物の電気的特性試験を行うためのプローブカードに関する。
一般に、半導体デバイスの製造工程で実施される電気的特性検査には、プローブ装置が用いられている。プローブ装置は、プローブカードと半導体ウエハとを近づけ、プローブカード上に形成された多数のプローブピンを半導体ウエハ上の電極パッドに当接させる装置である。このようなプローブ装置を用いることによって、プローブカードを介して、半導体ウエハ上に形成された微小な電極パッドをテスターなどの外部装置に導通させることができる。
半導体デバイスは、フォトリソグラフィ技術などの進歩による微細加工精度の著しい向上によって高集積化されてきた。その結果、半導体デバイスは、そのチップ面積に対する電極パッド数が飛躍的に増大し、最近では、千個を越える電極パッドが数ミリ角の半導体チップ上に狭ピッチで配置されるようになってきた。このような半導体チップについて電気的特性試験を行うためには、ターゲットとなる半導体デバイスの電極パッドと同様のピッチでプローブピンを配置させたプローブカードが必要となる。そこで、半導体デバイスと同様のフォトリソグラフィ技術を利用して、プローブピンを製造する技術が種々提案されている(例えば、特許文献1)。
特許文献1には、いわゆるMEMS技術を用いて形成された積層体からなるプローブピンが開示されている。このプローブピンは、プローブ基板に対し平行に形成された複数の層で構成されている。これらの各層は、プローブ基板1に平行な2次元形状をフォトリソグラフィ技術によって制御しつつ、プローブ基板に垂直な方向へ積層形成されている。つまり、プローブ基板1に平行な2次元形状が異なる構成部分は別の層として形成された結果、2以上の層で構成される積層体としてプローブピンが得られる。
図5は、半導体ウエハの電気的特性試験を行っている様子を示した説明図である。図中の(a)は、プローブ装置内部の様子を示した図であり、(b)は、プローブピン15を拡大して示した拡大図である。
このプローブカードは、プローブ基板1上に多数のコンタクトプローブ15が形成されており、プローブ装置2に固定されて使用される。ステージ30は、駆動装置31によって昇降させる半導体ウエハ32の載置台であり、半導体ウエハ32及びプローブカードのアライメントを行ってステージ30を上昇させれば、コンタクトプローブ15の先端を当接半導体ウエハ32上の電極パッド33に当接させることができる。
コンタクトプローブ15は、プローブ基板1に固着されたベース部21と、ベース部21に連結され、プローブ基板1に沿って延びるビーム部22と、ビーム部22から電極パッド33に向けて突出するように形成されたコンタクト部23に構成される。ビーム部22は、電極パッド32からの反力によって弾性変形することにより、コンタクト部23をプローブ基板1から離して弾性的に支持している。コンタクト部23は、ビーム部22から突出させることによって、電極パッド33の表面を引掻くスクラブ動作を行わせることができ、コンタクト部23及び電極パッド33を良好に導通させることができる。また、半導体ウエハ32とビーム部22との間にゴミ34が挟まった状態でも、ゴミ34の径が、コンタクト部23の長さ以下であれば、コンタクト部23を電極パッド33に当接させることが可能となる。
特開2001−91539号公報の図7(A)〜図10(O)
この様な積層構造を有するコンタクトプローブは、隣接する層が接合面で剥がれ易いという問題がある。特に、ビーム部22の電極パッドに最も近いビーム前面にコンタクト部23を突出させて形成するというコンタクトプローブの場合、ビーム部22及びコンタクト部23の接合面に大きな力が作用し易く、コンタクト部23の先端部に横方向の力が加わった場合に、コンタクト部23がビーム部22との接合面から剥離し易いという問題がある。特に、コンタクトプローブの狭ピッチ化によってコンタクト部23の断面が狭小化され、コンタクト部23の長手方向がその突出方向になってきており、ビーム部22及びコンタクト部23の接合面への応力集中がより顕著になってきた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、検査対象物上の微細な電極パッドに当接させるコンタクトプローブの構造的強度を向上させることを目的とする。特に、細長いコンタクト部をビーム部から突出させて形成したコンタクトプローブの構造的強度を向上させることを目的とする。また、積層構造を有するコンタクトプローブの接合強度を向上させることを目的とする。特に、メッキ処理によって積層形成されたプローブの構造的強度を向上させることを目的とする。
第1の本発明によるプローブカードは、半導体集積回路と対向させるプローブ基板上に、上記半導体集積回路上の電極パッドと導通させるコンタクトプローブが形成されたプローブカードであって、以下のような構成を有する。上記コンタクトプローブは、上記電極パッドに当接させるコンタクト部と、上記プローブ基板に固着され、上記コンタクト部を上記プローブ基板から離して弾性的に支持するビーム部とを備えている。上記コンタクト部は、上記ビーム部に接合されたコンタクトベースと、上記コンタクトベースに接合されたコンタクトトップとを有している。そして、上記コンタクトベースが、上記コンタクトトップ及び上記ビーム部よりも硬度の低い材料からなる。
コンタクトベースにビーム部よりも硬度の低い材料を採用することによって、コンタクトベースにビーム部と同じ硬度の材料を用いる場合や、ビーム部よりも硬度の高い材料を用いる場合に比べ、ビーム部及びコンタクト部の接合強度を向上させることができる。従って、所望の弾性特性が得られる材料をビーム部に採用しつつ、ビーム部及びコンタクト部の接合強度を向上させることができる。また、コンタクトトップにコンタクトベースよりも硬度の高い材料を採用することによって、電極パッドに繰り返し当接させるコンタクト部の耐摩耗性を確保することができる。この様にして、コンタクトベースの材料として、コンタクトトップ及びビーム部よりも硬度の低い材料を採用すれば、ビーム部の弾性特性とコンタクト部の耐摩耗性とを確保しつつ、ビーム部及びコンタクト部の接合強度を向上させることができる。つまり、コンタクトプローブの特性を顕著に劣化させることなく、その構造的強度を向上させることができる。
第2の本発明によるプローブカードは、上記構成に加えて、上記ビーム部が、上記電極パッドと対向させるビーム前面を有し、上記コンタクトベースが、上記電極パッドへ向かう方向を長手方向とし、当該長手方向の両側に2つの端面を有する形状からなり、上記端面の一方が上記ビーム前面と接合され、上記端面の他方が上記コンタクトトップと接合されるように構成される。
電極パッドと対向させるビーム前面にコンタクト部を設けることによって、コンタクト部をビーム部から電極パッド側へ突出させて形成することができ、コンタクト部と電極パッドとを良好に導通させることができる。このような構成のプローブピンでは、コンタクト部及びビーム部の接合部に大きな力が作用して破損が生じ易い。特に、コンタクト部は電極パッド方向へ一定の長さ、例えば30μm以上を確保しておくことが望ましく、狭ピッチ化に伴ってコンタクトプローブの長手方向が電極パッド方向となれば、上記接合部における破損がより顕著となる。ここで、電極パッドに向かって延びるコンタクトベース自体には大きな構造的強度が求められていない。従って、コンタクトベースの材料硬度を低下させることによって、それ自体の構造的強度は低下するが、コンタクト部及びビーム部の接合部における接合強度を向上させることができ、全体としてコンタクトプローブの構造的強度を向上させることができる。この結果、コンタクトプローブの性能と信頼性とを両立させることができる。
第3の本発明によるプローブカードは、上記構成に加えて、上記ビーム部、上記コンタクトベース及び上記コンタクトトップが、それぞれ上記プローブ基板に平行な層として積層処理によって形成されている。この様な構成により、フォトリソグラフィ技術などを用いてより微細なコンタクトプローブを製造することが可能となる。例えば、ビーム部、コンタクトベース及びコンタクトトップをメッキ処理によって形成すれば、周知の犠牲層エッチング技術などを用いて微細なコンタクトプローブを製造することができる。このようなコンタクトプローブでは、コンタクト部及びビーム部が異なる層として形成されるためにその接合部が破損し易くなる。従って、コンタクト部及びビーム部の接合部における接合強度を向上させることによって、コンタクトプローブの構造的強度を向上させれば、コンタクトプローブの微細化と信頼性とを両立させることができる。
第4の本発明によるプローブカードは、上記コンタクトベースが、ニッケルで形成され、上記ビーム部が、ニッケルよりも硬度の高いニッケル合金で形成される。このような構成により、ビーム部には、ニッケルコバルトNi−Co、ニッケルタングステンNi−Wなどのニッケル合金による良好な弾性特性を利用しつつ、コンタクト部とビーム部との接合強度を確保することができる。
本発明によれば、コンタクトベースの材料として、コンタクトトップ及びビーム部よりも硬度の低い材料を採用することにより、ビーム部及びコンタクト部の接合強度を向上させ、コンタクトプローブの構造的強度を向上させることができる。特に、細長いコンタクト部をビーム部から突出させて形成したコンタクトプローブの構造的強度を向上させることができる。
また、本発明によれば、コンタクトベースの材料として、コンタクトトップ及びビーム部よりも硬度の低い材料を採用することにより、コンタクトプローブの製造プロセスにおいて、別の層として積層形成されたコンタクトベース及びビーム部の接合強度を向上させ、コンタクトプローブの構造的強度を向上させることができる。
[プローブカードの構成]
図1は、本発明によるプローブカード全体の一構成例を示した図であり、図中の(a)は検査対象物側から見た平面図であり、図中の(b)は側面図である。このプローブカード100は、プローブ装置に取り付けられるメイン基板10と、メイン基板10によって上下動自在に保持されるコンタクト基板11と、メイン基板10及びコンタクト基板11を連結させる連結部材12と、コンタクト基板11上に固着された多数のコンタクトプローブ15によって構成される。
図1は、本発明によるプローブカード全体の一構成例を示した図であり、図中の(a)は検査対象物側から見た平面図であり、図中の(b)は側面図である。このプローブカード100は、プローブ装置に取り付けられるメイン基板10と、メイン基板10によって上下動自在に保持されるコンタクト基板11と、メイン基板10及びコンタクト基板11を連結させる連結部材12と、コンタクト基板11上に固着された多数のコンタクトプローブ15によって構成される。
メイン基板10は、プローブ装置に着脱可能なプリント基板であり、テスター装置との間で信号入出力を行うための外部端子13を有している。このメイン基板10は、その周辺部がプローブ装置によって把持され、プローブ装置内において水平となるように支持される。例えば、ガラスエポキシを主成分とする多層プリント回路基板がメイン基板10として用いられる。
コンタクト基板11は、連結部材12を介して、メイン基板10から吊り下げられる基板であり、メイン基板10に対して略並行となるように上下動自在に支持されている。このコンタクト基板11は、メイン基板10よりも小さくて軽い基板上に配線パターンが形成されている。検査対象物がシリコンウエハの場合、単結晶シリコンを平板状に加工したシリコン基板をコンタクト基板11として用いれば、コンタクト基板11及び検査対象物の熱膨張率を一致させることができるので望ましい。
連結部材12は、メイン基板10及びコンタクト基板11を連結し、メイン基板10に対するコンタクト基板11の可動範囲を制限するとともに、導電線としてメイン基板10及びコンタクト基板11を導通させている。ここでは、ポリイミドを主成分とする可撓性を有するフィルム上に配線パターンが印刷されたフレキシブルプリント回路基板(FPC)が連結部材12として用いられている。このフレキシブル基板は、その一端がコンタクト基板11の周辺部に固着され、他端は着脱可能なコネクタ14を介してメイン基板10に連結されている。
コンタクトプローブ15は、検査対象物上に形成された微細な電極パッドに対し、弾性的に当接させるプローブ(探針)であり、コンタクト基板11上には、多数のコンタクトプローブ15が整列配置されている。各コンタクトプローブ15は、コンタクト基板11、連結部材12、メイン基板10の各配線を介して外部端子13と導通しており、コンタクトプローブ15を当接させることによって、微小な電極パッドをテスター装置と導通させることができる。
[コンタクトプローブの構成]
図2は、図1のコンタクトプローブ15を拡大して示した図であり、図中の(a)は検査対象物側から見た平面図、(b)は側面図である。このコンタクトプローブ15は、コンタクト基板11によって片持ち支持されたカンチレバー(片持ち梁)構造を有し、固定端側のベース部21と自由端側のコンタクト部23とが、ビーム部22によって連結されて構成される。
図2は、図1のコンタクトプローブ15を拡大して示した図であり、図中の(a)は検査対象物側から見た平面図、(b)は側面図である。このコンタクトプローブ15は、コンタクト基板11によって片持ち支持されたカンチレバー(片持ち梁)構造を有し、固定端側のベース部21と自由端側のコンタクト部23とが、ビーム部22によって連結されて構成される。
(a)に示した通り、検査対象物側から見たコンタクトプローブ15の平面形状は、その平面長さLが約1000μm、幅Wが25μm以下(望ましくは15μm以下)の細長い直線形状となっている。コンタクト基板11上には、多数のコンタクトプローブ15が、その長手方向が平行となり、ピッチPが50μm以下(望ましくは30μm以下)となるように短手方向へ等間隔に配置されている。この例では、ベース部21及びビーム部22の幅がともに約15μmであるコンタクトプローブ15が、ピッチPが約30μmとなるように配置されているものとする。また、(b)に示した通り、コンタクトプローブ15の側面は、コンタクト基板11から次第に遠ざかるように湾曲させたアーチ形状からなる。コンタクト基板11からコンタクト部23の先端までの高さHは約150μmである。
ベース部21は、コンタクト基板11に沿って延びる直線部分であり、コンタクト基板11上の配線パターンと導通させた状態で、コンタクト基板11に固着されている。この例では、ベース部21の長さLfが約200μmとなっている。
ビーム部22は、2個のアーチ形状を連結し、ベース部21から遠くなるほどコンタクト基板11から遠ざかるように湾曲させた形状からなり、その先端付近にコンタクト部23が設けられている。また、ビーム部22は、コンタクト基板11に平行な方向が、検査対象物へ向かう方向に比べて十分に長く、コンタクト部23を検査対象物に当接させた際、コンタクト基板11側へ弾性変形するように構成される。この例では、ビーム部22の平面長さLbが約800μmであるものとする。つまり、ビーム部22は、コンタクト部23をコンタクト基板11から離れた位置で弾性的に支持しており、この様な構成によって、コンタクト部23を検査対象物へ弾性的に当接させている。
一般に、コンタクトプローブ15は、低抵抗であることが望ましく、このようなコンタクトプローブ15を実現するためには、ベース部21及びビーム部22に導電率の高い材料を用いる必要がある。これに加えて、ビーム部22には、良好な弾性特性も要求される。つまり、ビーム部22には、高い導電率と適度な硬度を有する材料を用いる必要がある。ビッカス硬度Hvが600であるニッケルコバルトNi−Coは、この様な条件を満たす材料の一例である。また、後述するとおり、ベース部21及びビーム部22は、コンタクトプローブ15の製造プロセスにおいて、一体的に同時に形成される。このため、この例では、ベース部21及びビーム部22は、いずれもニッケルコバルトNi−Coを用いて形成されている。
コンタクト部23は、ビーム部22の先端付近に取り付けられている。ビーム部22は、電極パッドと対向する平面をその先端付近に有している。この平面は、電極パッドに最も近いビーム部22表面の一部であり、ビーム前面22fと呼ぶことにする。コンタクト部23は、このビーム前面22f上に形成されており、検査対象物に向かって延びる細長い形状、例えば高さが底面の最大幅よりも長い柱状体として構成される。つまり、コンタクト部23は、コンタクト基板11とは反対方向に向けて、ビーム部22から突出させるように、ビーム前面22fに固着されている。コンタクト部23は、その底面の幅がビーム部22の幅以下であり、高さHcは30μm以上であることが望ましい。この例では、コンタクト部23は、底面が一辺約10μmの正方形、高さHcが約40μmの細長い四角柱である。
このコンタクト部23は、更に、ビーム部22に取り付けられるコンタクトベース24と、その先端に形成されたコンタクトトップ25とにより構成されている。コンタクトトップ25は、検査対象物の電極パッドに当接させる構成部分であり、コンタクトベース24の先端側の面に形成された薄膜からなる。一方、コンタクトベース24は、コンタクトトップ25をビーム前面22fから離して支持するコンタクトトップ25の支持手段である。
コンタクトトップ25をビーム部22から離すことによって、コンタクトトップ25を検査対象物に当接させた際、ビーム前面22fが検査対象物に接触するのを防止することができる。また、コンタクト部23が十分な高さを有していれば、検査対象物とビーム前面22fとの間にゴミが挟まれた場合であっても、コンタクトトップ25を検査対象物に当接させることができる。一般に半導体ウエハの電気的特性試験が行われるクリーンルーム内において比較的高い確率で存在しているゴミの径は30μm未満である。このため、上述した通り、コンタクト部23の高さHcが30μm以上となるようにコンタクトベースの高さを決定することが望ましい。
コンタクトトップ25は、検査対象物の電極パッドに繰り返し当接させる構成部分であり、しかも当接させるたびに、電極パッドの表面を引掻いて表面のゴミや酸化膜等を除去することが求められる。つまり、コンタクトトップ25には高い耐摩耗性が要求されている。このため、本実施の形態では、ビッカス硬度Hvが約900であるロジウムRhを用いてコンタクトトップ25を形成している。ただし、コンタクトトップ25がロジウムRhのような硬度の高い材料を用いて形成されている場合、その膜厚が厚くなれば、コンタクトベース24との接合面で剥離し易くなる。このため、コンタクトトップ25は、できるだけ薄く形成されていることが望ましく、この例では、コンタクトトップ25の膜厚を約3μmとしている。
上述した通り、コンタクト部23には30μm以上の高さが必要であり、コンタクトトップ25は薄く形成しなければならない。このため、コンタクトベース24の高さによって、コンタクト部23全体の高さHcを調整する必要がある。ここで、コンタクト部23はビーム部22上に形成されており、後述する通り、コンタクト部23がビーム部22から容易に剥離しないように形成するためには、ビーム部22よりも硬度の低い材料を用いる必要がある。このため、この例では、ビッカス硬度Hvが約400であるニッケルNiを用いてコンタクトベース24が形成されている。
なお、コンタクトベース24は、その長手方向が検査対象物へ向かう方向であり、コンタクトトップ25を検査対象物へ当接させた際、コンタクトベース24に加わる主な力は、その長手方向の力となる。同様の力が、長手方向と交差する方向に加わるビーム部22に比べて、コンタクトベース24に要求される構造的強度は小さく、コンタクトベース24には硬度の比較的低い材料を用いることができる。一方、コンタクトベース24に硬度の低い材料を用いれば、ビーム部22とコンタクトベース24との接合をより強固なものにすることができる。このため、ビーム部22に比べて、コンタクトベース24に硬度の低い材料を用いることによって、全体としてコンタクトプローブ15の構造的強度を向上させることができる。
[製造プロセス]
図3の(a)〜(g)は、図2に示したコンタクトプローブ15の製造プロセスの一例を示した図である。コンタクトプローブ15は、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて作製される。MEMS技術とは、フォトリソグラフィ技術及び犠牲層エッチング技術を利用して、微細な立体的構造物を作成する技術である。フォトリソグラフィ技術は、半導体製造プロセスなどで利用される感光レジストを用いた微細パターンの加工技術である。また、犠牲層エッチング技術は、犠牲層と呼ばれる下層を形成し、その上に構造物を構成する層をさらに形成した後、上記犠牲層のみをエッチングして立体的な構造物を作製する技術である。
図3の(a)〜(g)は、図2に示したコンタクトプローブ15の製造プロセスの一例を示した図である。コンタクトプローブ15は、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて作製される。MEMS技術とは、フォトリソグラフィ技術及び犠牲層エッチング技術を利用して、微細な立体的構造物を作成する技術である。フォトリソグラフィ技術は、半導体製造プロセスなどで利用される感光レジストを用いた微細パターンの加工技術である。また、犠牲層エッチング技術は、犠牲層と呼ばれる下層を形成し、その上に構造物を構成する層をさらに形成した後、上記犠牲層のみをエッチングして立体的な構造物を作製する技術である。
このような犠牲層を含む各層の形成処理には、周知のメッキ技術を利用することができる。例えば、陰極としての基板と、陽極としての金属片とを電解液中に浸し、両電極間に電圧を印加すれば、陽極金属片から生成された金属イオンを基板表面に付着させることができる。このような処理は電気メッキ処理と呼ばれている。このようなメッキ処理は、基板を電解液に浸すウエットプロセスであるため、メッキ処理後は乾燥処理が行われる。また、乾燥後には、研磨処理などによって積層面を平坦化させる平坦化処理が必要に応じて行われる。
(a)は、第1の犠牲層51が基板50上に形成された様子を示した図である。第1の犠牲層51は、その端面が緩やかな曲面となるように、メッキ処理によって基板50上の一部領域に銅Cuを積層して形成される。この例では、積層領域を異ならせて2回に分けて形成された銅層によって第1の犠牲層51が形成されており、犠牲層51の端面は、2つの曲面を組み合わせて得られる段差を有する面となっている。
(b)は、ベース部21及びビーム部22に相当するニッケルコバルト層52が形成された様子を示した図である。ベース部21及びビーム部22は、第1の犠牲層51が形成された基板50上に、ニッケルコバルト合金Ni−Coをメッキ処理することによって形成される。つまり、ベース部21及びビーム部22は、同じニッケルコバルト層52として、一体的かつ同時に形成される。このメッキ処理後には乾燥処理及び平坦化処理が行われる。
(c)は、ニッケルコバルト層52上に第2の犠牲層53を形成した後、コンタクト部23に相当する領域54について第2の犠牲層53が選択的に除去された様子を示した図である。この第2の犠牲層53もメッキ処理によって形成される。第2の犠牲層53の部分的除去は、フォトリソグラフィー技術を用いて行われる。すなわち、基板全面に形成された第2の犠牲層53上に感光性レジストを塗布して露光現像し、領域54においてレジストを開口させて第2の犠牲層53を露出させる。この状態で基板50をエッチング液に浸して銅Cuを溶解させ、レジストを除去すれば、領域54内の第2の犠牲層53のみを選択的に除去し、ニッケルコバルト層52を露出させることができる。
(d)は、領域54内にコンタクトベース24に相当するニッケル層55が形成された様子を示した図である。ニッケル層55はニッケルNiをメッキ処理することによって形成される。その後、乾燥処理及び平坦化処理が行われ、第2の犠牲層53上に積層されたニッケルが除去されるとともに、コンタクトベース24の上面が平坦化される。
(e)は、更に第3の犠牲層56を形成した後、コンタクト部23に相当する領域54についてのみ第3の犠牲層56を除去した様子を示した図である。第3の犠牲層56の積層及び選択的除去は、第2の犠牲層53と全く同様の方法で行われる。
(f)は、領域54内にコンタクトトップ25に相当するロジウム層57が形成された様子を示した図である。ロジウム層57は、ロジウムRhをメッキ処理することによって形成される。その後、乾燥処理及び平坦化処理が行われ、コンタクトトップ25の上面が平坦化される。
(g)は、基板50及び各犠牲層51,53,54を除去して得られるコンタクトプローブ15を示した図である。(f)においてコンタクトトップ25が形成されたコンタクトプローブは、基板50が剥離され、銅を溶解させるエッチング液に浸すことによって、図2に示したコンタクトプローブ15となる。このようにして得られたコンタクトプローブ15は乾燥処理後にコンタクト基板11上に固着される。
ここでは、基板50を最終的に剥離する場合の例について説明したが、基板50としてコンタクト基板11を使用することもできる。この場合、上記(a)〜(f)の各処理後は、犠牲層53及び54を除去するだけでよい。また、犠牲層53及び54の除去は、コンタクト基板11上にコンタクトプローブ15を固着した後に行ってもよい。さらに、この実施の形態では、1個のコンタクトプローブを形成する場合の例について説明したが、図3の紙面の奥行き方向に、複数のプローブピンが、銅Cuの犠牲層を介して同時に形成されるようにしてもよい。
[コンタクトプローブの構成材料]
次に、コンタクトプローブ15の各構成部分の材料について説明する。コンタクトプローブ15は、抵抗値が低いほど望ましいことから、コンタクトプローブの各構成部分は、導電率の高い材料で構成されている必要がある。このような高導電性材料には、例えば、銀Ag、銅Cu、金銅合金Au−Cu、ニッケルNi、パラジウムニッケル合金Pd−Ni、ニッケルコバルトNi−Co、ニッケルタングステンNi−W、白金Pt、ロジウムRhなどがある。
次に、コンタクトプローブ15の各構成部分の材料について説明する。コンタクトプローブ15は、抵抗値が低いほど望ましいことから、コンタクトプローブの各構成部分は、導電率の高い材料で構成されている必要がある。このような高導電性材料には、例えば、銀Ag、銅Cu、金銅合金Au−Cu、ニッケルNi、パラジウムニッケル合金Pd−Ni、ニッケルコバルトNi−Co、ニッケルタングステンNi−W、白金Pt、ロジウムRhなどがある。
本願の発明者らは、このような材料を用いて、MEMS技術によりコンタクトプローブ15を作製した場合、隣接層を構成している材料の組み合わせによって、両層の接合面の剥離し易さが異なることを次の実験によって確認した。また、この実験によって、接合面の強度は、接合されている各層に用いられている材料の硬度との間に相関があることがわかった。
まず、上述したコンタクトプローブ15のビーム部22及びコンタクトベース24の材料として、様々な材料を組み合わせたコンタクトプローブ15を作製し、ビーム部22及びコンタクトベース24の接合強度を調べた。接合強度は、ビーム部22を固定して、コンタクト部23の先端に横方向の力、つまり、接合面に平行な力を加えて、ビーム部22及びコンタクトベース24の接合強度を調べた。
図4は、コンタクトプローブ15の材料硬度と接合強度との関係を調べた実験結果である。左端欄には、ビーム部22の材料が示され、最上欄には、コンタクトベース24の材料が示され、これらを組み合わせた各実験の結果が、マトリックス状に配置された各欄に示されている。図中の○は、接合面が剥離し難いことを示し、×は剥離し易いことを示し、△はやや剥離し易いことを示している。
なお、各材料のビッカス硬度は次の通りである。
銀Ag Hv=200
銅Cu Hv=300
金銅合金Au−Cu Hv=350
ニッケルNi Hv=400
パラジウムニッケル合金Pd−Ni Hv=520
ニッケルコバルト合金Ni−Co Hv=600
ニッケルタングステン合金Ni−W Hv=700
白金Pt Hv=700
ロジウムRh Hv=900
銀Ag Hv=200
銅Cu Hv=300
金銅合金Au−Cu Hv=350
ニッケルNi Hv=400
パラジウムニッケル合金Pd−Ni Hv=520
ニッケルコバルト合金Ni−Co Hv=600
ニッケルタングステン合金Ni−W Hv=700
白金Pt Hv=700
ロジウムRh Hv=900
ビーム部22は、その材料のビッカス硬度Hvが400〜700の範囲内であることが必要とされる。ビッカス硬度Hvが400未満の材料は軟らか過ぎて、ビーム部22としての構造的強度が不足することから、ビーム部22の材料はビッカス硬度Hvが400以上であることが求められる。また、ビッカス硬度Hvが700を越える材料は硬すぎて、当接時におけるビーム部22の撓み方が不十分となるため、ビーム部22の材料はビッカス硬度Hvが700以下であることが求められる。従って、今回の実験では、ビーム部22の材料として、ビッカス硬度Hvが400以上700以下の材料を選択した。具体的には、ニッケルNi、パラジウムニッケル合金Pd−Ni、ニッケルコバルト合金Ni−Co及びニッケルタングステン合金Ni−Wを選択した。
一方、コンタクトベース24は、その材料のビッカス硬度Hvが200以上であることが必要とされる。ビッカス硬度Hvが200未満であれば軟らかすぎて、コンタクトベース24としての構造的強度が不足するためである。このため、今回の実験では、コンタクトベース24の材料として、ビッカス硬度Hvが200以上900以下の材料を選択した。具体的には、銀Ag、銅Cu、金銅合金Au−Cu、ニッケルNi、ニッケルコバルト合金Ni−Co、白金Pt及びロジウムRhを選択した。
この実験結果から、定性的には、コンタクトベース24は、材料硬度が低ければ、ビーム部22との結合が良好であることが分かった。また、ビーム部22の材料硬度が低ければ、良好な結合が得られるコンタクトベース24の材料硬度も低くなる傾向にあることがわかった。
より具体的には、コンタクトベース24は、材料のビッカス硬度Hvが600を越えると、ビーム部22の材料にかかわらず剥離し易いことが明らかとなった。この様な現象は、コンタクトベース24に硬度の高い材料を用いた場合、ビーム部22の表面との間に隙間が生じるからであると考えられる。従って、コンタクトベース24には、ビッカス硬度Hvが200以上600以下の材料を使用することが望ましい。
更に、コンタクトベース24には、ビーム部22よりもビッカス硬度Hvが低い材料を用いる必要があり、ビッカス硬度Hvが100以上低い材料を用いることが望ましいことがわかった。例えば、ビーム部の材料がニッケルタングステンNi−W(ビッカス硬度Hv=700)の場合、コンタクトベース24には、ビッカス硬度Hvが600以下の材料を用いることが望ましい。例えば、ニッケルコバルトNi−Co、ニッケルNi、金銅合金Au−Cu、銅Cu、銀Agなどを用いることができる。また、ビーム部22の材料がニッケルコバルトNi−Co(ビッカス硬度Hv=600)の場合、コンタクトベース24には、ビッカス硬度Hvが500以下の材料を用いることが望ましい。例えば、ニッケルNi、金銅合金Au−Cu、銅Cu、銀Agなどを用いることができる。
なお、上記実験は、コンタクトベース24の高さを10μmとして行えば、全ての材料の組み合わせについて○の実験結果、つまり、剥離し難いという実験結果が得られた。このため、本実施の形態では、コンタクトトップ25にロジウムRhを用いているが、膜厚が3μmであるため、コンタクトベース24との接合面が剥離し易くなるという問題は生じていない。
一般に、膜厚が厚くなるに従って、メッキ処理やレジスト除去を行った際に接合面に作用する応力が大きくなる。上述した膜厚と接合強度との相関関係は、この様な応力に起因していると考えられる。本発明による望ましいコンタクトプローブ15は、コンタクト部23の底面が15μm四方、高さが30μm以上という細長い形状であり、その底面をビーム部22と接合させている。コンタクト部23がこのような細長い形状である場合に、ビーム部22及びコンタクトベース24の接合面における剥離し易さと、各材料の硬度との間に上述したような相関関係が成立していると考えられる。
なお、本実施の形態では、メイン基板10及びコンタクト基板11の2つの基板を含むプローブカードの例について説明したが、本発明は、この様なプローブカードだけに限定されるものではない。すなわち、本発明は、この様なプローブカードに好適ではあるが、1枚の基板によって構成されている周知のプローブカードにも適用可能であることは言うまでもない。
また、本実施の形態では、ベース部21及びビーム部22をニッケルコバルトNi−Coで形成し、コンタクトトップ25をロジウムRhで形成し、コンタクトベース24をニッケルNiで形成する場合の例について説明したが、本発明は、この様な材料のみに限定されない。すなわち、コンタクトベース24の材料硬度が、ビーム部22及びコンタクトトップ25の各材料硬度よりも低い様々な組み合わせに適用することができる。
また、本実施の形態では、半導体ウエハの電気的特性試験を行うためのプローブカードの例について説明したが、本発明は、この様な場合に限定されない。すなわち、微細な電極パッドを有する検査対象物について電気的特性試験を行う際に使用される様々なプローブカードに適用することができ、上記検査対象物としては、半導体チップやその他の電気回路も含まれる。
10 メイン基板
11 コンタクト基板
12 連結部材(フレキシブルプリント基板)
13 外部端子
14 コネクタ
15 コンタクトプローブ
21 ベース部
22 ビーム部
22f ビーム前面
23 コンタクト部
24 コンタクトベース
25 コンタクトトップ
30 ステージ
50 基板
51,53,54 犠牲層
52 ニッケルコバルト層
54 コンタクト部の形成領域
55 ニッケル層
57 ロジウム層
100 プローブカード
11 コンタクト基板
12 連結部材(フレキシブルプリント基板)
13 外部端子
14 コネクタ
15 コンタクトプローブ
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22f ビーム前面
23 コンタクト部
24 コンタクトベース
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52 ニッケルコバルト層
54 コンタクト部の形成領域
55 ニッケル層
57 ロジウム層
100 プローブカード
Claims (4)
- 検査対象物と対向させるプローブ基板上に、上記検査対象物上の電極パッドと導通させるコンタクトプローブが形成されたプローブカードにおいて、
上記コンタクトプローブは、上記電極パッドに当接させるコンタクト部と、上記プローブ基板に固着され、上記コンタクト部を上記プローブ基板から離して弾性的に支持するビーム部とを備え、
上記コンタクト部が、上記ビーム部に接合されたコンタクトベースと、上記コンタクトベースに接合されたコンタクトトップとを有し、
上記コンタクトベースが、上記コンタクトトップ及び上記ビーム部よりも硬度の低い材料からなることを特徴とするプローブカード。 - 上記ビーム部は、上記電極パッドと対向させるビーム前面を有し、
上記コンタクトベースは、上記電極パッドへ向かう方向を長手方向とし、当該長手方向の両側に2つの端面を有する形状からなり、
上記端面の一方が上記ビーム前面と接合され、上記端面の他方が上記コンタクトトップと接合されることを特徴とする請求項1に記載のプローブカード。 - 上記ビーム部、上記コンタクトベース及び上記コンタクトトップは、それぞれが上記プローブ基板に平行な層として積層処理によって形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のプローブカード。
- 上記コンタクトベースには、ニッケルが用いられ、
上記ビーム部には、ニッケルよりも硬度の高いニッケル合金が用いられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のプローブカード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006350939A JP2008164317A (ja) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | プローブカード |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010107245A (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Japan Electronic Materials Corp | コンタクトプローブの製造方法 |
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KR101040733B1 (ko) * | 2010-07-19 | 2011-06-10 | (주) 마이크로프랜드 | 프로브 카드의 다중 캔틸레버 빔 구조체 및 그 제조방법 |
-
2006
- 2006-12-27 JP JP2006350939A patent/JP2008164317A/ja active Pending
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WO2012011629A1 (ko) * | 2010-07-19 | 2012-01-26 | (주) 마이크로프랜드 | 프로브 카드의 다중 캔틸레버 빔 구조체 및 그 제조방법 |
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