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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024089037
(43)【公開日】2024-07-03
(54)【発明の名称】プローブピン用合金材料
(51)【国際特許分類】
C22C 30/00 20060101AFI20240626BHJP
G01R 1/067 20060101ALI20240626BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20240626BHJP
C22F 1/14 20060101ALN20240626BHJP
C22F 1/08 20060101ALN20240626BHJP
【ＦＩ】
C22C30/00
G01R1/067 C
C22F1/00 602
C22F1/00 623
C22F1/00 625
C22F1/00 630C
C22F1/00 630K
C22F1/00 630Z
C22F1/00 661A
C22F1/00 661Z
C22F1/00 685Z
C22F1/00 686A
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 694A
C22F1/14
C22F1/08 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022204141
(22)【出願日】2022-12-21
(71)【出願人】
【識別番号】000198709
【氏名又は名称】石福金属興業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100166039
【弁理士】
【氏名又は名称】富田 款
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 浩一
【テーマコード（参考）】
2G011
【Ｆターム（参考）】
2G011AA09
2G011AB01
2G011AC21
(57)【要約】
【課題】酸化等を抑制するためのメッキ等が必要がなく、ヤング率が大きいプローブピン用合金材料を提供する。
【解決手段】Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが23～49.5mass%であることを特徴とするプローブピン用合金材料。
【選択図】図１
【解決手段】Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが23～49.5mass%であることを特徴とするプローブピン用合金材料。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、
Coが3.5～30mass%、
Cuが23～49.5mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
Coが3.5～30mass%、
Cuが23～49.5mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
【請求項2】
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、
Coが3～30mass%、
Ruが0～10mass%、
Agが0～18mass%、
Cuが5～49.8mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
Coが3～30mass%、
Ruが0～10mass%、
Agが0～18mass%、
Cuが5～49.8mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
【請求項3】
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、
Coが3.5～30mass%、
Cuが21～49.3mass%、
In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種が0.2～2mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
Coが3.5～30mass%、
Cuが21～49.3mass%、
In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種が0.2～2mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
【請求項4】
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、
Coが3～30mass%、
Ruが0～10mass%、
Agが0～18mass%、
Cuが3～49.6mass%、
In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種が0.2～2mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
Coが3～30mass%、
Ruが0～10mass%、
Agが0～18mass%、
Cuが3～49.6mass%、
In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種が0.2～2mass%
からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体ウェハ上の集積回路等の電気的特性を検査するためのプローブピン用合金材料(以下、「プローブ材」と略称する)に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ウェハ上に形成された集積回路等の電気的特性の検査には、複数のプローブピンが組み込まれたソケットやプローブカードが用いられている。この検査は、ソケットやプローブカードに組み込まれたプローブピンを、集積回路等の電極や端子、導電部に接触させることにより行われている。
【0003】
集積回路等の検査に使用されるプローブカードには、垂直接触型や片持ち梁タイプのカンチレバー型があり、通常カンチレバー型は垂直接触型より狭ピッチに対応できるため、狭い範囲で複数の検査箇所がある対象物の検査に広く使用されている。
【0004】
このようなプローブピンは、低い接触抵抗と繰り返し接触に耐える硬さが必要となる。プローブ材としては、ベリリウム銅合金やタングステン、タングステン合金、白金合金、パラジウム合金等が使用されている。
【0005】
特許文献1には、16％以上50％以下の銅、約35％から約59％のパラジウム、および4％以上の銀で構成されたパラジウム合金（以下、AgPdCu 合金）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第１９３５８９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
カンチレバー型プローブカードに使用する場合、検査箇所が多い対象物に用いられる場合が多い。そのため検査箇所の位置が多点にわたり、検査箇所にかけられる荷重も不均一となりやすい。
検査不良を抑制するため、検査対象箇所とプローブピンの接触荷重を高めたい要求がある。
検査不良を抑制するため、検査対象箇所とプローブピンの接触荷重を高めたい要求がある。
【0008】
カンチレバー型プローブカードは、プローブピンをプローブ基板に片持ち梁状に固定し、スプリング機構を構成する。プローブピンはチップ等の検査対象物周辺から伸びており、検査箇所に押し付けるように接触させる。
【0009】
プローブピンの接触荷重は、片持ち梁モデル評価で近似できる。
片持ち梁モデルの計算式を式1に示す。
式1：P=3IδE／L3
δ：たわみ量，I：断面二次モーメント，L：荷重までの長さ，P：片持ち梁にかかる荷重，E：ヤング率
式1の片持ち梁にかかる荷重Pをカンチレバー式のプローブピンが検査対象物にかけられる荷重Wとすることにより、式2に置き換えられる。
式2：W＝3Iδ’E／L3
δ’：たわみ量，I：断面二次モーメント，L：プローブピンの長さ，W：プローブピンがかける荷重，E：ヤング率
＊たわみによるプローブピン先端の移動に関しては、たわみ量が微小なため、本式では無視する。
式2から、プローブピンがかけられる荷重は、たわみ量、断面形状、ヤング率、プローブピンの長さに依存する。
検査時に検査対象物とプローブカードをできるだけ近づけることにより、検査箇所にかかる荷重を大きくすることができるが、近づける距離には限界がある。
また、検査箇所にかかる荷重を一定にするには、プローブピンの長さを一定にする必要があるが、カンチレバー型プローブカードの場合、プローブピンを多数プローブ基盤に取り付けるため、設計上困難である。
このため、プローブピンにかける荷重を大きくするには、断面形状を大きくするか、ヤング率の大きい材質のプローブピンにする必要がある。
片持ち梁モデルの計算式を式1に示す。
式1：P=3IδE／L3
δ：たわみ量，I：断面二次モーメント，L：荷重までの長さ，P：片持ち梁にかかる荷重，E：ヤング率
式1の片持ち梁にかかる荷重Pをカンチレバー式のプローブピンが検査対象物にかけられる荷重Wとすることにより、式2に置き換えられる。
δ’：たわみ量，I：断面二次モーメント，L：プローブピンの長さ，W：プローブピンがかける荷重，E：ヤング率
＊たわみによるプローブピン先端の移動に関しては、たわみ量が微小なため、本式では無視する。
式2から、プローブピンがかけられる荷重は、たわみ量、断面形状、ヤング率、プローブピンの長さに依存する。
検査時に検査対象物とプローブカードをできるだけ近づけることにより、検査箇所にかかる荷重を大きくすることができるが、近づける距離には限界がある。
また、検査箇所にかかる荷重を一定にするには、プローブピンの長さを一定にする必要があるが、カンチレバー型プローブカードの場合、プローブピンを多数プローブ基盤に取り付けるため、設計上困難である。
このため、プローブピンにかける荷重を大きくするには、断面形状を大きくするか、ヤング率の大きい材質のプローブピンにする必要がある。
【0010】
コンタクトプローブピンに使用される材質としてベリリウム銅合金やタングステン、タングステン合金があるが、酸化しやすく、酸化膜による導通不良や酸化膜が検査対象物に付着する場合がある。金メッキ等で酸化を防ぐ場合があるが、メッキの剥離等の問題がある。
【0011】
上記のような事象による検査不良を防ぐため、メッキ等の処理がなくても酸化しにくい、Au合金やAgPdCu 合金が広く使用されている。一般的に使用されているAu合金やAgPdCu合金のヤング率は、100～130GPa程度である。
【0012】
カンチレバー型プローブカードは、検査不良が起きると、高さ調整等のメンテナンスが必要となり、プローブピンの交換だけで済む垂直型と比べるとメンテナンス性は劣る。このためできるだけ検査対象物に対する接触荷重を高め、検査対象物への接触不良を減らしたい要求がある。
【0013】
このため酸化しにくく、従来使用されているAu合金やAgPdCu 合金よりヤング率が大きいプローブ材の開発が求められている。
【0014】
本発明の目的は、メッキ等の表面処理することなく使用でき、従来使用されているAu合金やAgPdCu 合金よりヤング率が大きいプローブピン用合金材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出し、本発明を完了するに至った。
（態様１）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが23～49.5mass%からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
（態様２）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3～30mass%、Ruが0～10mass%、Agが0～18mass%、Cuが5～49.8mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。なお、Ruは任意成分である。また、Agは任意成分である。
（態様３）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが21～49.3mass%、In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種を0.2～2mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
（態様４）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3～30mass%、Ruが0～10mass%、Agが0～18mass%、Cuが3～49.6mass%、In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種が0.2～2mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。なお、Ruは任意成分である。また、Agは任意成分である。
（態様１）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが23～49.5mass%からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
（態様２）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3～30mass%、Ruが0～10mass%、Agが0～18mass%、Cuが5～49.8mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。なお、Ruは任意成分である。また、Agは任意成分である。
（態様３）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが21～49.3mass%、In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種を0.2～2mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
（態様４）
Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3～30mass%、Ruが0～10mass%、Agが0～18mass%、Cuが3～49.6mass%、In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種が0.2～2mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。なお、Ruは任意成分である。また、Agは任意成分である。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、耐酸化性を有しつつヤング率が150GPa以上を有するプローブピン用合金材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】カンチレバー型プローブピン模式図
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の第１の態様は、Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが23～49.5mass%からなることを特徴とするプローブピン用合金材料である。なお、組成比の合計は１００mass％である。
【0019】
別の態様として、Pdまたは／およびPtの含有量は30～45mass%であることができる。また、別の態様として、Pdまたは／およびPt含有量は35～40mass%であることができる。
【0020】
Co添加により、ヤング率向上の効果が期待できるが、3.5mass%未満では、既存のAgPdCu合金とヤング率は変わらず、30mass%を超えると、冷間での塑性加工が困難となる。
【0021】
別の様態として、Coの含有量は、5～25mass%であることができる。また、別の様態として、Coの含有量は8～20mass%であることができる。
【0022】
本発明の第２の態様は、Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3～30mass%、Ruが0～10mass%、Agが0～18mass%、Cuが5～49.8mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料である。なお、組成比の合計は１００mass％である。ここで、Ruが0～10mass%とは、Ruを含まないか、または10ｍａｓｓ％以下含むことを意味する。また、ここで、Agが0～18mass%とは、Agを含まないか、または18ｍａｓｓ％以下含むことを意味する。
【0023】
別の態様として、Pdまたは／およびPtの含有量は30～45mass%であることができる。また、別の態様として、Pdまたは／およびPt含有量は35～40mass%であることができる。
【0024】
Co添加により、ヤング率向上の効果が期待できるが、Ruとの複合添加がない場合、Coの含有量が3mass%未満では、既存のAgPdCu合金とヤング率は変わらず、30mass%を超えると、冷間での塑性加工が困難となる。
【0025】
別の様態として、Coの含有量は、5～25mass%であることができる。また、別の様態として、Coの含有量は8～20mass%であることができる。
【0026】
Ru添加によりヤング率の向上が期待できるが、0.2mass%未満だと無添加と差はなく、10mass%を超えると冷間での塑性加工が困難となる。
【0027】
別の様態として、Ruの含有量は、0.5～8mass%であることができる。また、別の様態として、Ruの含有量は1～5mass%であることができる。
【0028】
Ag添加により比抵抗の低下が期待できるが、1mass%未満では無添加時と差はなく、18mass%を超えると、150GPa未満までヤング率が低下する。
【0029】
別の様態として、Agの含有量は、3～15mass%であることができる。また、別の様態として、Agの含有量は5～10mass%であることができる。
【0030】
本発明の第３の態様は、Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3.5～30mass%、Cuが21～49.3mass%、In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種を0.2～2mass%からなることを特徴とするプローブピン用合金材料である。なお、組成比の合計は100mass％である。
【0031】
別の態様として、Pdまたは／およびPtの含有量は30～45mass%であることができる。また、別の態様として、Pdまたは／およびPt含有量は35～40mass%であることができる。
【0032】
Co添加により、ヤング率向上の効果が期待できるが、3.5mass%未満では、既存のAgPdCu合金とヤング率は変わらず、30mass%を超えると、冷間での塑性加工が困難となる。
【0033】
別の様態として、Coの含有量は、5～25mass%であることができる。また、別の様態として、Coの含有量は8～20mass%であることができる。
【0034】
In、Sn、Zn、Gaの少なくとも1種の添加は、時効硬化をさらに向上させるが、0.2mass%未満は、無添加と差が無く、2mass%を超える添加は、冷間での圧延や伸線といった塑性加工が困難となる。
【0035】
別の態様として、In、Sn、Zn、Gaの少なくとも1種の含有量は0.3～1.5mass%であることができる。
【0036】
本発明の第４の態様は、Pdまたは／およびPtが25～47mass%、Coが3～30mass%、Ruが0～10mass%、Agが0～18mass%、Cuが3～49.6mass%、In，Sn，Zn，Gaの少なくとも1種が0.2～2mass%、からなることを特徴とするプローブピン用合金材料である。なお、組成比の合計は１００mass％である。ここで、Ruが0～10mass%とは、Ruを含まないか、または10ｍａｓｓ％以下含むことを意味する。また、ここで、Agが0～18mass%とは、Agを含まないか、または18ｍａｓｓ％以下含むことを意味する。
【0037】
別の態様として、Pdまたは／およびPtの含有量は30～45mass%であることができる。また、別の態様として、Pdまたは／およびPt含有量は35～40mass%であることができる。
【0038】
Co添加により、ヤング率向上の効果が期待できるが、Ruとの複合添加がない場合、3mass%未満では、既存のAgPdCu合金とヤング率は変わらず、30mass%を超えると、冷間での塑性加工が困難となる。
【0039】
別の様態として、Coの含有量は、5～25mass%であることができる。また、別の様態として、Coの含有量は8～20mass%であることができる。
【0040】
Ru添加によりヤング率の向上が期待できるが、0.2mass%未満では無添加と差はなく、10mass%を超えると冷間での塑性加工が困難となる。
【0041】
別の様態として、Ruの含有量は、0.5～8mass%であることができる。また、別の様態として、Ruの含有量は1～5mass%であることができる。
【0042】
Ag添加により比抵抗の低下が期待できるが、1mass%未満では無添加時と差はなく、18mass%を超えると、150GPa未満までヤング率が低下する。
【0043】
別の様態として、Agの含有量は、3～15mass%であることができる。また、別の様態として、Agの含有量は5～10mass%であることができる。
【0044】
In、Sn、Zn、Gaの少なくとも1種の添加は、時効硬化をさらに向上させるが、0.2mass%未満は、無添加と差が無く、2mass%を超える添加は、冷間での圧延や伸線といった塑性加工が困難となる。
【0045】
別の態様として、In、Sn、Zn、Gaの少なくとも1種の含有量は0.3～1.5mass%であることができる。
【0046】
本発明の合金は、検査箇所にプローブピンを押し付ける力が重要であり、硬さは既存のAgPdCu合金程度でよい。250HV以上で使用は可能だが、300HV以上が望ましい。加工による加工硬化に加え、時効による硬さの向上によるものでもよい。
【0047】
また検査時に流す電流によるジュール熱の発生は望まれないため、比抵抗の抑制が求められている。基本的に90μΩ・cm以下で使用可能だが、より低い方が望ましい。
【実施例0048】
本発明の実施例について説明する。
【0049】
先ず、Pd、Pt、Cu、Co、Ru、Ag、In、Sn、Zn、Gaを表1の組成となるように配合した後、アルゴン雰囲気中でアーク溶解法にて溶解し、各合金インゴットを作製した。実施例及び比較例の合金の組成とそれぞれの加工性を表1に示す。
【0050】
上記の各合金インゴットを、圧延、熱処理を繰り返し、圧延率[＝((圧延前の厚さ－圧延後の厚さ)/圧延前の厚さ)×100]が75%の板材を作製し、作製した板材からヤング率、比抵抗、硬さを評価するための試験片を採取した。
【0051】
その際、加工性調査として75％の板材が作製できたものを○、作製できなかったものを×と評価した。板材が作製できず加工性が×となった合金組成に対しては、以後の試験を実施していない。
【0052】
【表1】
【0053】
比較例6～7を除いた各実施例、比較例ともに加工性を有していた。
比較例6のようにCo量が30mass%を超えた場合や、比較例7のようにInが2mass%を超えた場合は冷間での塑性加工は困難であった。
比較例6のようにCo量が30mass%を超えた場合や、比較例7のようにInが2mass%を超えた場合は冷間での塑性加工は困難であった。
【0054】
作製した各合金の試験片に関して、下記の評価を行い、その結果を表2に示す。
【0055】
インストロン社製万能引張試験機5969で引張応力を加え、非接触式ビデオ伸び計AVE2で応力を加えた際のひずみを計測し、ヤング率を測定した。
加えた引張応力は、弾性領域内までとし、その際のひずみを測定、ヤング率は式3から算出した。
式3：E＝Δσ／Δε
E：ヤング率
Δσ：引張荷重を変動させた時の引張応力の変化量、
Δε：引張荷重を変動させた時の引張ひずみの変化量
各実施例および比較例の試料は、75%圧延材からw5mm×L60mmに切り出し試験片とし、2サンプル用意した。
各試料は、ヤング率を測定後、応力を除去、再度ヤング率を測定。
1サンプルにつき、5回測定、2サンプル10回測定した結果の平均値を各試料のヤング率とした。
加えた引張応力は、弾性領域内までとし、その際のひずみを測定、ヤング率は式3から算出した。
式3：E＝Δσ／Δε
E：ヤング率
Δσ：引張荷重を変動させた時の引張応力の変化量、
Δε：引張荷重を変動させた時の引張ひずみの変化量
各実施例および比較例の試料は、75%圧延材からw5mm×L60mmに切り出し試験片とし、2サンプル用意した。
各試料は、ヤング率を測定後、応力を除去、再度ヤング率を測定。
1サンプルにつき、5回測定、2サンプル10回測定した結果の平均値を各試料のヤング率とした。
【0056】
75%圧延材からw5mm×L60mm切り出し試験片とし、直流四端子法にて電気抵抗を測定した。測定した電気抵抗から式4に従い比抵抗を算出した。
式4：比抵抗=(電気抵抗×断面積)／測定長
式4：比抵抗=(電気抵抗×断面積)／測定長
【0057】
75%圧延した試料の硬さは、試験片の断面の中心をマイクロビッカース硬さ試験機で、荷重200gf、保持時間10秒の条件で測定した。そのときの硬さを「加工材硬さ」とした。
【0058】
75%圧延した試料を、300～450℃の範囲で1h熱処理を行い、熱処理した試験片断面の中心をマイクロビッカース硬さ試験機で、荷重200gf、保持時間10秒の条件で硬さを測定した。熱処理後の最大値の硬さを「時効材硬さ」とした。
【0059】
【表2】
【0060】
以上の結果から、実施例はすべて150GPa以上のヤング率を有していた。
硬さも250HV以上、時効材硬さも含めると300HV以上有していた。
また比抵抗も90μΩ・cm未満であった。
硬さも250HV以上、時効材硬さも含めると300HV以上有していた。
また比抵抗も90μΩ・cm未満であった。
【0061】
一方、一般的に使用されている比較例1や比較例2のヤング率は、115GPa前後と、実施例と比較すると低いことが分かる。またCoを入れていない、または少ない比較例3～4もヤング率は、150GPaに届いていない。
【0062】
比較例5のように、所定量以上のAgを添加するとヤング率は150GPa未満となり、Agが一定量以上含有するとヤング率が低下することが分かる。
【0063】
本発明により作製した合金は、高いヤング率を有し、かつプローブ材に求められる硬さ、比抵抗を併せ持つことが分かる。よって、本発明によって、カンチレバー型のようなヤング率が大きいことが求められるプローブピン用合金材料として、好適な材料を提供することが可能となる。
【図1】