JPH1138039A - プローブ先端部の改質方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性、導電性、耐酸化性に優れたタング
ステンプローブを提供する。 【解決手段】 メタライズ法によりタングステンプロー
ブの表面に非酸化性金属の被膜11を形成し、その後、非
酸化性の雰囲気あるいは真空中で加熱して、前記非酸化
性金属の被膜11をタングステン部10に拡散させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路のウエハ
ーテストに用いられるプローブカードのプローブのよう
に比較的低い電圧電流で用いるプローブの技術分野に属
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積回路のウエハーテストにおけ
るプローブには、硬くて弾力性の大きい金属、例えば、
タングステンやベリリュウム銅等が使われている。特に
耐摩耗性に優れ、直径が数十μm と言う細い線材も比較
的安く入手できるので、プローブにはタングステンが使
用されることが多く、現在のプローブカードでは90％以
上にタングステンプローブが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】タングステンはプロー
ブの素材として非常に優れた性能を有しているが、欠点
としては表面が酸化され易く、プローブ先端部の導電性
が低下してくる現象が挙げられる。集積回路の電極は通
常アルミニウムが蒸着されており、このような部分と数
千回、数万回ものコンタクトを繰り返し、電流が流れる
と、摩擦熱や接触抵抗による発熱現象でプローブ先端部
の温度が上昇し酸化され、また、集積回路の電極に蒸着
されているアルミニウムと反応し、プローブ先端部にア
ルミニウム酸化物が発生付着する。

【０００４】このような状態になると、プローブ先端部
表面の電気抵抗が大きくなり、ウエハーのテストに支障
を来すのでプローブ先端部を研磨してリフレッシュしな
ければならない。普通、プローブ先端部の研磨作業は数
千回のコンタクトに１回の割合で実施しており、この研
磨作業が全自動で行われるウエハーのテスト作業での問
題点になっている。

【０００５】耐酸化性の改善には、金とか白金あるいは
パラジウムなどをプローブ先端部に接合する方法も考え
られるが、このような金属はタングステンに比べて耐摩
耗性に乏しく実用的でない。また、タングステンは硬い
物質で、その表面に強固な付着力を有する被膜を形成す
ることは難しい。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、タングステンプローブ先端部に非酸化
性の金属の被膜を形成し、さらに加熱してこの金属被膜
をタングステン中に拡散させることによって、耐摩耗
性、導電性、耐酸化性に優れたタングステンプローブに
改質するプローブ先端部の改質方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その要旨は、メタライズ
法によりタングステンプローブの表面に非酸化性金属の
被膜を形成し、その後、非酸化性の雰囲気あるいは真空
中で加熱して、前記非酸化性金属の被膜をタングステン
中に拡散させる。

【０００８】本発明におけるタングステンプローブの表
面に非酸化性の金属をメタライズする方法は、最も一般
的なものは電気めっきによるものである。この他、無電
解めっき法、真空蒸着法、イオンクラスターによる方法
でも良い。

【０００９】タングステン中への非酸化性の金属被膜の
拡散は、高温度に保持した非酸化性の雰囲気で行う。例
えば、水素気流中にて数百度の温度に保持できる水素炉
などは好適である。水素炉以外でも、不活性ガス雰囲気
中、あるいは真空中で加熱する方法もある。

【００１０】このようにして、タングステン中に非酸化
性の金属を拡散させると、タングステン本来の耐摩耗性
や強靱性は維持しながら、タングステンプローブ表面の
耐酸化性や導電性を改善することができる。勿論、拡散
した金属の含有量は、メタライズした表面から内部に行
くにしたがって減少する。しかし、非酸化性の金属がタ
ングステンプローブ表面から数十μm もの範囲にわたっ
て存在することは、タングステンプローブ先端部の耐摩
耗性を維持しながら耐酸化性、導電性を大幅に改善して
いることになる。ここで非酸化性の金属とは、金、白
金、ロジウム、パラジウム、イリジウムなどで、これら
の金属はタングステン中に熱拡散する元素である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わる実施の形
態について、図１〜図２を参照しながら説明する。図１
はタングステンプローブ先端部表面に、メタライズ法で
非酸化性金属の被膜を形成した状態の断面を示したもの
である。図中10はタングステン部分で、その外側の11が
非酸化性の金属被膜である。この金属被膜の厚さは、通
常、数μm 程度であり、プローブの直径80〜300 μm と
比べると圧倒的に薄い。金属被膜が、例え耐酸化性に優
れていたとしても、耐摩耗性に劣るこれらの層は、この
ままではテスト時のプローブの、集積回路の電極とのコ
ンタクトで容易に摩耗してしまい、耐酸化性の用をなさ
ない。

【００１２】次に、図１に示す非酸化性の金属被膜を形
成した状態のタングステンプローブを非酸化性の雰囲気
中で加熱する。加熱条件は、タングステン中に非酸化性
金属元素を所定の厚さまで拡散させるに必要な時間と温
度できまる。しかし、高温度で加熱すると短時間で拡散
するが、一方、タングステンの再結晶化が起こり、この
結果プローブの性能として最も重要な強靱性、耐摩耗
性、弾力性などが低下する恐れがある。したがって、で
きるだけ低い温度で、必要最小限の保持時間で拡散を行
い、また、拡散後は、非酸化性雰囲気中で急冷し、タン
グステン結晶粒の粗大化を抑制することが重要である。
非酸化性金属である金を用いて約20μm 拡散させるため
には、 500℃で10分間程度の保持を必要とする。

【００１３】このようにして、タングステン中に非酸化
性金属を拡散した状態のタングステンプローブ先端部の
断面を図２に示す。図中12は非酸化性金属の拡散層を示
す。拡散層中の非酸化性金属の含有量は、タングステン
プローブの表面から内部に行くにしたがって減少する
が、かなりの深さまで非酸化性金属が示す耐酸化性、導
電性の効果が認められている。

【００１４】

【実施例１】直径 250μm のタングステン線を長さ41mm
に切断し、一方の端を苛性カリの 3％溶液中で、40V の
交流電界で電解研磨を行い、先端部を尖らせてプローブ
とする。その後、よく洗浄し乾燥させた後、このタング
ステンプローブを陰極に、金電極を陽極にして、EEJJ社
製の金めっき液オートロネクスC を用い、直流の安定化
電源を用いてプローブ先端部を金めっきする。めっき浴
の温度が42℃で、電流密度が0.3A/dm²で、60分間めっき
するとプローブ先端部は、厚さ約 2μm の金の被膜で覆
われる。

【００１５】次いで、よく洗浄、乾燥した後、水素気流
中で、 500℃にて20分間保持し金の被膜をタングステン
中に拡散させた。拡散後、プローブ先端部の断面を走査
型電子顕微鏡(SEM) で観察した。拡散を行っていないプ
ローブでは、当然ながら表層の約 2μm が金で、内部は
100％タングステンである。ところが、拡散を行ったプ
ローブでは、最表層部で金が99.6質量％、20μm 内部で
金が11.2質量％の測定値を得た。この事実は拡散するこ
とによって、金がタングステン中に拡散していることを
示している。

【００１６】本発明の改質効果を確認するために、金め
っき後金を拡散したものと、金めっきままのものとの二
種類のタングステンプローブを準備し、これらを2000メ
ッシュのエメリーペーパーで軽く研磨し、表層 2μm を
除去した後、トーチバーナーでプローブ先端部を加熱
し、強制的に酸化させた。この状態でプローブ先端部の
接触抵抗値を測定した。その結果、金めっきままのもの
（金を拡散していないもの）は接触抵抗値が 8Ωであっ
たが、金を拡散したものは 1Ω以下であり、これらには
歴然たる差異が認められた。このように、本発明に係わ
るプローブ先端部の改質方法は、プローブ先端部に耐酸
化性の性能を付与することが明らかである。

【００１７】

【実施例２】直径80μm 、長さ60mmのタングステン線を
用い、前記実施例１と同じ方法で一方の端の先端部を尖
らせてプローブとする。その後、電解研磨液をよく洗浄
し乾燥させた後、真空蒸着装置に取り付け、パラジウム
を 3μm 蒸着させプローブ表面に被膜を形成した。この
プローブをニッケルボートに入れ、アルゴン気流中で60
0℃にて20分間保持しパラジウム被膜をタングステン中
に拡散させた。

【００１８】このプローブを用いて縦型のプローブカー
ドを作成した。比較のため、プローブの半数はパラジウ
ム蒸着ままのものを用いた。このプローブカードにて、
全面をアルミニウム蒸着したシリコンウエハーに 100μ
m のオーバードライブを加えながら2000回繰り返しコン
タクトを行った。これは集積回路のテストを模したもの
である。

【００１９】コンタクトの前後で、プローブ先端部の接
触抵抗値を測定すると、パラジウム蒸着ままのもの（パ
ラジウムを拡散していないもの）のグループは 1Ω以下
から2Ωに変化したのに対して、パラジウムを拡散した
もののグループは、コンタクトの前後で差はなく、いず
れも 1Ω以下であった。このように、本発明に係わるプ
ローブ先端部の改質方法は、タングステンプローブ先端
部に耐酸化性と導電性の優れた性能を付与することがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、タングステンプローブ先端部に非酸化
性の金属を拡散させ改質することによって、タングステ
ンの強靱性、耐摩耗性、弾力性を損なうことなく、かつ
耐酸化性と導電性に優れたタングステンプローブを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】タングステンプローブ先端部表面にメタライズ
法で非酸化性金属の被膜を形成した状態の断面を示す図
である。

【図２】タングステン中に非酸化性金属を拡散した状態
のタングステンプローブ先端部の断面を示す図である。

【符号の説明】

10…タングステン部分、11…非酸化性金属の被膜、12…
非酸化性金属の拡散層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メタライズ法によりタングステンプロー
   ブの表面に非酸化性金属の被膜を形成し、その後、非酸
   化性の雰囲気あるいは真空中で加熱して、前記非酸化性
   金属の被膜をタングステン中に拡散させることを特徴と
   するプローブ先端部の改質方法。