JP2008164317A - プローブカード - Google Patents

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

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。

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。

（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。

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。

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

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。

本発明によるプローブカード１００全体の一構成例を示した図である。 図１のコンタクトプローブ１５を拡大して示した図である。 図２の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。 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。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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