(57)【要約】【目的】  大部分を安価なタングステン等で成形して、先端部のみを導電性の良い金属粒子で成形した安価で精度のよい半導体集積回路の電気的特性を測定するためのプローブを提供する。【構成】  高融点金属針プローブの先端に金属粒子の１種または数種をパルス放電により接合した後に、所定の形状に加工する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点金属針プローブの先端に金属粒子をパルス放電により接合した後に、形状加工することを特徴とする電気特性測定用接合型プローブの製造方法。
【請求項２】
異種の金属粒子を多段に積層することを特徴とする請求項１記載の電気特性測定用接合型プローブの製造方法。
【請求項３】
高融点金属針プローブは、断面直径が５００μｍ以下であって、金属粒子の直径が３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の電気特性測定用接合型プローブの製造方法。
【請求項４】
高融点金属針プローブを垂直に、かつその先端から断面直径の５倍以上離して保持具と接触するように保持してパルス放電させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電気特性測定用接合型プローブの製造方法。
【請求項５】
金属粒子の上方に配置した接合用電極プローブにより２〜５ｋＶの電圧で最大電流１０ｍＡになるように高融点金属針プローブとの間にパルス放電させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電気特性測定用接合型プローブの製造方法。
【請求項６】
金属粒子は、その組成（重量％）が銀５０〜５５％、パラジウム２０〜３０％、銅１５〜２５％の範囲のものであって、粒径が１０μｍ〜３００μｍの合金であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電気特性測定用接合型プローブの製造方法。
【請求項７】
高融点金属針プローブは、タングステン、レニウムータングステン合金、タングステン化合物（ＷＣ、ＷＳｉ）、高融点金属間化合物（ＭｏＳｉ、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2またはＣｒＢ2）のいずれかよりなるものであって、その断面直径が３０〜５００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電気特性測定用接合型プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、半導体集積回路等の電気的特性測定用のプローブとその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、精度良く、長期間測定に使用することのできる電気特性測定用接合型プローブとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器・素子は小型化、集積化の傾向にある。それに伴い、電子回路基板のフレシキブル化による薄膜化とともに、電極数の増加および接続ピッチの微細化が進んでいる。このような半導体回路等の電気的特性の測定には通常特定の温度条件下で高剛性の金属プローブを用いて、各素子上の電極パッドと相対滑りさせ、表面に傷を付けながら接触通電するようにしている。そして、従来の電気特性測定用プローブとしては、硬くて耐磨耗性に優れたタングステン（Ｗ）が用いられることが多い。
【０００３】
このような従来の電子素子の電気特性測定用プローブについては、先端に多数の微小な突起を有するもの（特許文献１）や、電気特性測定用プローブ先端をレーザー加工により球状化したもの（特許文献２）、プローブ先端をメッキしたもの等が提案されている。さらには、金属針先端に高硬度・耐酸化性の優れた微細線材を突き合わせて抵抗接合で接合するプローブの製造方法（特許文献３）も提案されている。
【０００４】
また、電気特性測定用プローブの製造方法にも適用できる技術として、この出願の発明者らによってマイクロプローブと金属微小物と導電性基板とを接触させた状態において、高電圧を印加してアーク放電を発生させ、このアーク放電により金属微小物を導電性基板に接合する方法や他の金属微小物同士を接合して微小部品や微小構造物を製造する方法（特許文献４）が開発されている。
【特許文献１】特開２００１−２５０８５１号公報
【特許文献２】特表２０００−５０２８１１号公報
【特許文献３】特許第３１９６１７６号
【特許文献４】特許第２６５３４２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電気特性測定用プローブの場合には、いずれも最初は高硬度で高弾性であるが、電気特性測定用プローブを電極パッド部分に繰り返し接触させると、接触対象部と電気特性測定用プローブ間の相対的な滑りによる摩擦熱あるいは電極パッドの表面に形成された被膜が電気特性測定用プローブ表面に付着したり、先端のメッキ等が損耗するなどにより接触抵抗が大きくなってしまう。ところが、電気特性測定用プローブと接触対象部間の抵抗が大きくなりすぎると必要とする特性が得られなくなる。そして、電気特性測定用プローブ先端を研磨するクリーニングやプローブ交換が必要となる。
【０００６】
また、前記特許文献３は、金属または合金針先端に高硬度・耐酸化性の優れた微細線材を突き合わせて両者を押し付けながら電流を流し、大きなジュール熱を利用して接合する抵抗接合による電気特性測定用プローブの製造方法を開示しているが、この方法の場合には、電気特性測定用プローブ形状に加工する前に接合した線材を適当な長さに切断する工程が必要である。しかしながら、この方法では予め長さを短く切断した線材や粒子を接合することができない。また、複数の金属または合金を順次接合した電気特性測定用プローブを製造する場合には、電気抵抗の大きな部分での発熱が最も大きくなるので、電気抵抗の小さい物から大きくなる順番に接合しなければならず、接合する金属の組み合わせの順番が制限されることになる。
【０００７】
また、この出願の発明者らの提案に係わる特許文献４においては、金属微小物をマイクロプローブに吸着、保持して任意の位置に移動してマイクロプローブと金属微小物と導電性基板とを接触させた状態でアーク放電させて接合する方法が開示されているが、この方法は、マイクロプローブを使用する一般的な微小部品の製造方法であって、特定物品を製造するための具体的な方法が示されているわけではない。
【０００８】
そこで、この出願の発明は、以上のような従来の問題点を解消し、かつ、前記特許文献４における発明者らの提案に係わる知見を発展させることで、電気特性測定用プローブ先端を常に低抵抗の状態に保持し、集積回路デバイスやその他の回路デバイス等の電気的特性を精度良く、しかも長期間にわたって測定可能とする、新しい電気特性測定用プローブとその製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、高融点金属針プローブの先端に金属粒子をパルス放電により接合した後に、形状加工することを特徴とする電気特性測定用接合型プローブの製造法を提供する。
【００１０】
そして、第２には、異種の金属粒子を多段に積層させる上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。
【００１１】
第３には、高融点金属針プローブは、断面直径が５００μｍ以下であって、金属粒子の直径が３００μｍ以下である上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。
【００１２】
第４には、高融点金属針プローブを垂直に、かつその先端から直径の５倍以上離して保持具と接触するように保持してパルス放電させる上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。
【００１３】
第５には、金属粒子の上方に配置した接合用電極プローブにより２〜５ｋＶの電圧で最大電流１０ｍＡになるように高融点金属針プローブとの間にパルス放電させる上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。
【００１４】
さらに、この出願の発明は、第６には、金属粒子は、その組成（重量％）が銀５０〜５５％、パラジウム２０〜３０％、銅１５〜２５％の範囲のものであって、粒径が１０μｍ〜３００μｍの合金である上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。
【００１５】
第７には、高融点金属針プローブは、タングステン、レニウムータングステン合金、タングステン化合物（ＷＣ、ＷＳｉ）、高融点金属間化合物（ＭｏＳｉ、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2またはＣｒＢ2）のいずれかよりなるものであって、その断面直径が３０〜５００μｍの範囲である上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
この出願の上記第１の発明の製造方法によれば、高融点金属針プローブの先端に該プローブとは種類の異なる、高硬度・耐酸化性・低抵抗等の特性を有する微小な金属粒子を、高電圧、低電流下での連続的な放電が可能なパルス放電により接合することから、接合部近傍の局所領域だけが加熱・冷却されて、接合部の熱変形が非常に小さい電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。
【００１７】
そして、第２の発明の製造方法によれば、高融点金属針プローブの先端に複数の異種金属粒子をパルス放電で積層接合した電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。
【００１８】
また、第３の発明の製造方法によれば、高融点金属針プローブと金属粒子が良好に接合した電気特性測定用接合型プローブを製造することができ、第４の発明の製造方法によれば、より効率的に電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。
【００１９】
第５の発明の製造方法によれば、電極プローブが安定に放電できるため、消耗が少なく、高融点金属針プローブと金属粒子が十分に接合した電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。
【００２０】
第６の発明の製造方法によれば、先端に高硬度で耐酸化性のある合金粒子が設けられた電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。
【００２１】
第７の発明の製造方法によれば、安価で耐摩耗性に優れた高融点金属線材を使用した電気特性測定用接合型プローブを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この出願の発明は上記のとおりの特徴を有しているものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００２３】
この出願の発明の電気的特性等を測定するための接合型プローブの製造方法においては、プローブ構成の大部分を安価なタングステン等の高融点金属針として、その先端部のみを導電性の良好な金属粒子によって構成するために、タングステン等の高融点金属線針プローブの先端に高硬度・耐酸化性等の特性に優れた導電性の良好な異種金属の粒子を高電圧・低電流のパルス放電を利用して溶融接合し、所定の形状に加工することを特徴としている。接合型プローブを構成する高融点金属針プローブとしては、従来と同様にタングステンあるいはその合金をはじめ各種のものであってよく、できるだけ、安価で、しかも高融点材料で、成形性も比較的良好なものが好適である。
【００２４】
また、高融点金属針プローブの先端に接合する金属粒子については、高融点金属針プローブとは異なる種類の金属（合金を含む）であって、半導体デバイス等の電気的特性の測定の対象とその目的や条件に応じて望まれる特性、たとえば前記のとおりの高硬度性や、耐酸化性等の特性を有し、低抵抗性（良導電性）の材料として選択される。
【００２５】
通常、一般的には、所要のパルス放電による接合を実現し、かつ形状加工を比較的容易にするとの観点からは、高融点金属針プローブとしてはその横断面の直径が５００μｍ以下のものが好ましく、また、金属粒子としてはその直径が３００μｍ以下のものであることが好適である。
【００２６】
また、この出願の発明におけるパルス放電による接合においては、従来の実施例において図面により説明したように、接合用電極プローブからの放電が高融点金属針プローブの先端に集中するように、（１）高融点金属針プローブを垂直に立て、（２）高融点金属針プローブの先端から熱シンクまでの距離を高融点金属針プローブの直径の５倍以上離すことが望ましい。つまり、高融点金属針プローブを、その先端から、断面直径の５倍以上の距離を置いて保持具に接触保持し、この状態でパルス放電することが望ましい。
【００２７】
たとえば、高融点金属針プローブの直径が１２５μｍの場合は６５０μｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上離すことによって良好な結果が得られている。放電が高融点金属針プローブの先端から下向きの軸方向に線材直径分だけ達するが、流体力学のサン・ブナンの法則、電磁解析での電場の境界条件に経験的に見られるように、線材直径の５倍以上離れると、流れによる場は定常状態に戻ることが関係しているものと考えられる。
【００２８】
また、この出願の発明はパルス放電を利用して接合するため接合時は急速加熱・急速冷却を繰り返して金属粒子の内部を溶融せず金属粒子の表面近傍のみを溶融するだけであり、高融点金属針プローブと金属粒子の接合技術は金属線先端に融点・硬さ等の物性値の異なる金属粒子を任意な順番に多段に接合することが可能である。したがって、金属粒子の選択や組み合わせ方法により、接合型電気特性測定用プローブがある特定の温度で軟化したり、外部からのエネルギーで伸縮したりする機能を融合したりすることも可能となる。
【００２９】
しかも、多段に積層接合しても異種金属粒子の電気抵抗の順番に左右されることがない接合型電気特性測定用プローブを製造することができる。このため、この出願の発明の接合型電気特性測定用プローブは、これまでの電気特性測定用プローブより弱い接触で長期にわたって安定に測定することが可能になる。
【００３０】
前記のとおり、金属粒子や高融点金属針プローブについては、その材料としての種類や組成は各種のものであってよいが、電気特性測定用の接合型プローブのための金属粒子としては、たとえば、重量％として、銀（Ａｇ）が５０〜５５％、パラジウム（Ｐｄ）が２０〜３０％、銅（Ｃｕ）が１５〜２５％の範囲のものが好適な組成として例示される。そして、この好適な粒子組成のものは、その粒径が１０μｍ〜３００μｍであることが好ましい。
【００３１】
一方の高融点金属針プローブでは、たとえばタングステン、タングステン合金、タングステン化合物（ＷＣ、ＷＳｉ等）や、ＭｏＳｉ、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＣｒＢ2等の高融点金属間化合物等が例示され、これらの断面直径が３０μｍ〜５００μｍの範囲のものが好適なものとして示される。
【００３２】
パルス放電の放電条件については対象とする材料や粒子径等を考慮して決めることができる。一般的には、金属粒子の上方に配置した接合用電極プローブにより２〜５ｋＶの電圧で最大電流１０ｍＡになるようにすることが好適な目安とされる。
【００３３】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００３４】
図１の模式図で示したように、２箇所の取付け穴（３）を利用して接地された１．５ｍｍ厚、２５ｍｍ角の銅ブロック（１）に直径１２５μｍ、長さ３０ｍｍのレニウム−タングステン合金線（２）が導電性両面テープ（４）で接着・固定され、さらに保持を確実にするために線材の上から粘着テープ（５）で固定する。また、このレニウム−タングステン合金線（２）の先端は銅ブロック（１）の端面から１ｍｍ程度突き出して先端が上を向くように垂直になるように保持する。そして、このレニウム−タングステン合金線（２）の先端には図２（ａ）で示されているように球状パラジウム合金（Ａｇ：５３．９％、Ｐｄ：２５．１％、Ｃｕ：２０．９％）粒子（８）を仮接合する。
【００３５】
この仮接合の方法としては、５０−１００μｍの球状パラジウム合金粒子（８）をレニウム−タングステン合金線（２）の先端に載せて、図２の（ａ）に示すような先端を尖らせた直径３５μｍ程度のタングステン等の接合用電極プローブ（７）で上から粒子を軽く押さえる。上から下に向かって球状パラジウム合金粒子（８）とレニウムータングステン合金（２）の酸化を防ぐためのヘリウムガスを流し、エアカーテンのようにして空気がタングステンの先端周囲に入るのを防ぐように工夫されている。この状態で接合用電極プローブ（７）に４ｋＶ以上のパルス電圧を０．５秒間印加すると、接地されている銅ブロック（１）に導電性両面テープ（４）で接着されているレニウム−タングステン合金線（２）と球状パラジウム合金粒子（８）との間に放電が生じて、球状パラジウム合金粒子（８）の下面がわずかに溶融してレニウム−タングステン合金線（２）と弱く接合される。
【００３６】
次に接合用プローブ（７）を直径６６０μｍのものに交換し、先端が合金粒子の直上１００−１４０μｍのところに固定し、球状パラジウム合金粒子（８）とレニウムータングステン合金（２）の酸化を防ぐためのヘリウムガスをエアカーテンのようにして流す。
この状態で図２（ｂ）、（ｃ）のように電源（６）から接合用電極プローブ（７）に２ｋＶのパルス電圧を印加すると、接合用電極プローブ先端からレニウム−タングステン合金線（２）の先端近傍の間に、球状パラジウム合金粒子（８）を包み込むような間欠的な放電が生じ、１０−２０秒間で球状パラジウム合金粒子（８）とレニウム−タングステン合金線（２）は完全に溶融接合される。なお、完全に溶融接合されていることは実体顕微鏡で確認されている。
【００３７】
このようにして、線径１２５μｍのレニウム−タングステン合金線（２）の先端に７５μｍ径の球状パラジウム合金（Ａｇ：５３．９％、Ｐｄ：２５．１％、Ｃｕ：２０．９％）粒子（８）の１粒を接合した外観の一例を示したものが図３である。
【００３８】
接合後の金属粒子は金属線の中心に位置しており、ほぼ３６μｍ直径で、高さは１８μｍの半球状となっている。放電により一部が溶融した球状パラジウム合金粒子（８）はレニウム−タングステン合金線（２）に完全に接合していることが確認される。
【００３９】
接合界面を集束イオンビーム装置により研磨して、観察した結果を図４に示した。図４に示されるものは、集束イオンビームによる研磨であるため平滑な面は得られていない。なお、パラジウム合金粒子とレニウム−タングステン合金線（２）の接合界面にはサブミクロンオーダーの穴が数箇所観察されているが、この穴は研磨の際の加工傷と思われる。
【００４０】
図５は別の試料を樹脂埋めして機械研磨した断面であるが、やはり欠陥は認められず、良好な接合が得られていることが確認できる。
さらに図６右上の接合部写真に示した実線に沿って、接合界面の組成分析を行なった。合金線材中のＷ、Ｒｅおよび合金粒子中のＰｄ、Ａｇ、Ｃｕについて調べたが、この結果から接合界面は２〜３μｍの狭い範囲で相互に溶融しているだけで、プローブ先端に加工すべき合金粒子部分は、当初の組成がそのまま保たれていることが確認できた。
【００４１】
図７は本実施例で接合した線材から作った接合型の電気特性測定用プローブの模式図である。金属粒子部分を先端として軸方向に研磨すれば、先端部が異種金属となるプローブを製造することが可能である。また、図８は図１〜図７で示されたものと同じ方法を利用して、単一の金属粒子を接合したものでなく、先端とプローブの軸の間に弾力性や電気伝導性が優れた数種の金属粒子（８）〜（１０）を積層接合したものである。
このプローブにより、所定の電気特性を長期間に亘って精度良く測定できると考えられる。
【００４２】
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態および実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、高融点金属線材の先端部のみに電気的特性が良好な金属を１種以上接合することによって集積回路デバイスやその他の回路デバイス等の電気的特性の測定を安価で精度よく、しかも長期間使用できる電気特性測定用プローブが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】金属線を保持する態様を示した模式図である
【図２】金属粒子の接合プロセスである
【図３】金属粒子と金属線の接合例である
【図４】ＦＩＢ加工により研磨した断面図である
【図５】機械研磨して得られた断面図である
【図６】組成線分析を示したものである
【図７】機械加工を示した模式図である
【図８】多段プローブの模式図である
【符号の説明】
【００４５】
１  Ｃｕ基板
２  金属線（レニウム−タングステン線）
３  取付け穴
４  導電性両面テープ
５  粘着テープ
６  電源
７  接合用プローブ
８〜１０  金属粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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