(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
針状物体の先端部に接点材料を、ゲル状のメッキ浴を用いて、被着させることを特徴とする電解メッキ法。
【請求項２】
先端部に接点材料を設けている半導体計測用プローブピンの製造方法であって、請求項１記載の電解メッキ法により、接点材料を先端部に被着することを特徴とするプローブピンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いろいろな産業分野で用いられる電解メッキ法に関するもので、特に、半導体計測用プローブピン、或いはＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等の微小顕微鏡用の探針、更に、電子顕微鏡用カソード用針状電極等の先端が尖った形状を有するものを被着材とし、該被着材の先端部等の微小領域に精度高く電解メッキする方法に関する。また、本発明は、前記半導体計測用プローブピンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路等の製造工程においては、一般に半導体ウエハーに多数のチップが形成された段階で、各チップの電気的特性を測定し、動作特性の良否判定を行う。この測定には、多数のプローブピンが被検査体の電極形状に応じて植設されているプローブカードを用いる。
【０００３】
プローブカードのプローブピンについては、半導体素子の急速な微細化にともないピン数の増大と微細化が進んでおり、従来のタングステンピンをくの字に曲げて１本づつ基板に搭載するプローブカードには限界がきており、シリコン基板上に気−液−固相法（ＶＬＳ法）にて微細なシリコン等の棒状単結晶を略垂直に成長させ、該棒状単結晶に導電性を付与するためのメタライズを施してプローブピンとすることが考案され（特開平５-１９８６３８号公報、特開平５-２１８１５６号公報）、注目されている。
【０００４】
棒状単結晶をプローブピンとするために、棒状単結晶のメタライズは、一般に、無電解ニッケルを施した後、電解金メッキされる。金は、軟らかく、電気抵抗も小さいため、また耐食性に富むことから、微細な棒状単結晶のメタライズ金属として好適ではあるが、被検査体である金やアルミニウムの電極に接触させる（以下、プロービングという）ときに、プロービング回数の増加とともにプローブピン先端部の金メッキ層が変形し、ついには棒状単結晶のシリコンが露出してしまうという現象を生じ、プロービング時の耐久性が悪いという問題がある。
【０００５】
本発明者らは、耐久性を向上するべく検討を行い、プローブピンの先端部のみを接点材料で被覆する技術を発明し出願している（特願平８−１９０４１７号明細書）。プローブピンの先端部のみに接点材料を設ける方法としては、例えば、接点材料を成膜しない部分をレジスト等でマスキングし、その上でメッキ法、蒸着法、スパッタリング法等のいろいろな成膜法で接点材料を被覆し、しかる後にマスキング材を除去すればよいが、マスキング材を用いずにメッキする方法が容易であり、好ましい方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記メッキ法で先端部に接点材料を設けたプローブピンについてその特性を評価したところ、時として、プロービングに際して電極への接触不十分なプローブピンが一部に存在することがあること、或いはピン折れを発生するものがある等の問題があることが判った。本発明者らはこれらの原因について鋭意検討し、接点材料が、プローブピンの先端部の所望の部分に、精度良く、均一な厚みで、プローブピン間でもばらつきなく設けるときに、前記問題が解決されるという知見を得て本発明に至ったものである。
【０００７】
即ち、プローブカード用のプローブピンは、その用途上の制限からピン自体の直径が１０〜１５０μｍで、しかも３０〜１００μｍのピッチでピンが並んだ部分を構成するために、メッキ液に浸漬した際に、おのおののプローブピンへのメッキ液の浸漬状況が均一と成り難いこと、また浸漬状況が略均一であっても、メッキ液濃度の不均一、表面状況の不均一等の理由により、プローブピン同士を比較したときに均一なメッキをすることが容易でない。つまり、従来から用いられているメッキ液は、電解する金属塩やキレート剤、ＰＨ緩衝剤などを含む水溶液であり、このような水溶液のメッキ液を用いマスキング材なしでプローブピンの先端のみをメッキしようとしても、プローブピン側面を這い上がるメッキ液量がプローブピンの直径、或いはピッチの粗密状態で大きく異なり、所望とする領域に、均一な厚さで、プローブピン毎のバラツキを少なくメッキすることができなかった。
【０００８】
プローブピンの先端部に接点材料をメッキする方法として、本発明者らが特願平８−１９０４１７号明細書に開示したとおりに、毛筆にメッキ液をしみこませ、該毛筆に電極を付し、プローブピン自体を他の電極として、該プローブピンの先端に接触させて、電解メッキする方法がある。この方法によれば、メッキ液滴にプローブピン先端を顕微鏡等で観察しながら接触させることができ、上記問題をある程度解決することができる。しかし、２００〜１０００本数もの膨大な数のプローブピンの先端部の所定の部分に、所定厚みで、プローブピン毎のバラツキなくメッキをすることは容易でなく、また多大な労務を必要とし、その結果、プローブカードが高価となる問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、均一な厚さのメッキ層を所定の領域に精度良く被着させるメッキ方法を提供することにあり、特に、半導体計測用プローブカードに用いるプローブピンの先端部に、プローブピン毎のバラツキなくメッキを施し、電極への接触不良や折れといった問題を生じないプローブピンを安価に製造する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、針状物体の先端部に接点材料を、ゲル状のメッキ浴を用いて、被着させることを特徴とする電解メッキ法である。
【００１２】
また、本発明は、先端部に接点材料を設けている半導体計測用プローブピンの製造方法であって、前記の電解メッキ法により、接点材料を先端部に被着することを特徴とするプローブピンの製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、上記問題解決を図るためにいろいろ検討し、メッキ液の針状被着体への這い上がる現象を発生しないように、或いは発生してもその程度を低下するようにして、プローブピン毎の直径や表面状態等のバラツキ等により、プローブピン間のメッキ条件のバラツキが生じないようにすればよいこと、その具体的方法としては、メッキ液表面に被着体と濡れ性が悪い非水溶性の有機物質を設ける方法、或いは表面張力が極端に小さい非水溶性メッキ液を用いる方法等が挙げられるが、本発明者らはメッキ液をゲル状にすること、即ちメッキ液の流動性を低下しゲル状のメッキ浴とすることにより、前記目的を具体的に達成することができることを見出し、本発明に至ったものである。
【００１４】
本発明のゲル状のメッキ浴とは、従来公知のメッキ液と同様の機能を有する液体を流動性がない固形状としたものをいい、例えば、プローブピン等の固体が表面に当てられた時には容易に変形する程度の柔らかさの状態であり、また、メッキ液としての機能を達成するために、少なくとも電解される金属を含有し、電解メッキの条件下において導電性を有するものである。
【００１５】
本発明のゲル状のメッキ浴は、従来公知のメッキ液にゲル化剤を添加することで容易に得ることができる。この場合、ゲル化剤としては、カルボン酸基を有する高分子化合物、非イオン性の高分子化合物等従来公知のゲル化剤を用いることができる。しかし、カルボン酸基を有する高分子化合物は、金属イオンが架橋剤として作用するので、均一なゲルを作製し難いのが一般的で、メッキ時の温度が高く、時間が長い場合にゲルの表面が乾燥してくる問題があるが、短時間のメッキには用いることができる。一方、非イオン性の高分子化合物は、メッキ液中のイオンなどの影響を受けにくく、上記の制限がないので、好ましい。
【００１６】
非イオン性の高分子化合物のうち、澱粉は、メッキ液に分散して加熱すると容易にゲル化し、しかも高温でも安定にゲル状を保つ性質を有するので、５０℃程度までの加熱型電解メッキに適したゲル化剤である。また、アガロース（寒天）は、微量でメッキ液をゲル化する一方、高温でゾル化するために、メッキ処理後に容易に洗浄することができるという特徴を有し、生産上好都合である。更に、アガロースは、０．５重量％以上をメッキ液に添加、加熱溶解、冷却することにより良好な室温下でメッキ可能なゲル状のメッキ液ができ、曳糸性がないなど優れた特性を有している。
【００１７】
前記ゲル化剤のメッキ液へ添加量については、メッキ浴全量の０．５〜５％重量％をメッキ液に添加してもメッキには何等支障はない。５重量％を越える添加量は、メッキ浴を作製する際にメッキ浴中に気泡が巻き込まれたり、或いはそれを用いてメッキする際の作業性が低下することがある。０．５〜２重量％が最も好ましい範囲である。
【００１８】
本発明においては、前記したとおりに、従来公知のメッキ液を用いることができ、例えば、パラジウムメッキではパラデックス９１ＧＶ、パラデックス１１０、パラデックスＨＳ、パラデックス９１、パラデックスＭＳ、パラデックスＶＩＩＩ、パラデックス・ストライク、デコレックス（いずれも田中貴金属社製）、白金メッキではプラタネクス３１Ｓ（田中貴金属社製）、ニッケルメッキではＴＳＰ−４８ニッケル（奥野製薬製）等があげられる。
【００１９】
本発明において、本発明の目的を達成するために接点材料であることが好ましい。本発明でいう接点材料とは、プローブピンを実使用する際に溶着や接点部の移動が少なく、耐食性に富み、数十万回のプロービングでも消耗が少ない、耐久性に優れる金属であり、例えばＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ等の金属や、ＰｄにＡｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属を添加したＰｄ合金、ＡｇにＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｕ等の酸化物を添加したＡｇ合金等が挙げられる。これらのうち、Ｐｄは容易にメッキができ、しかも耐久性に優れることから好ましい。
【００２０】
本発明のメッキ浴は、ゲル状であるので、あたかも従来の電極の一部を形成しているかの如くに取り扱うことができるという格別な効果を有する。例えば、アクリル板等の樹脂をくり貫いて四方を囲った容器内部に金属電極板をセットし、片隅に小孔を開けたアクリル板で蓋をしてクリップなどで固定し、ゲル化剤を添加したメッキ液を加熱溶解して、小孔から注入し、室温に放置冷却し、後に蓋を外すことで、表面が鏡面状のゲル状メッキ浴を得ることができる。また、例えば、ゲル状のメッキ浴をナイフ等で円錐状に切り出し、線状電極の先端に付着させることで、被着材の微小な所定位置のみをメッキすることもできる。
【００２１】
本発明のメッキ浴を用いれば流動しない鏡面を容易に得ることができ、これを利用して、棒状或いは針状被着材の先端部を該メッキ浴中に挿入することで、寸法精度高くメッキをすることができる。特に、複数の棒状或いは針状被着材について本発明を適用するとき、従来のメッキ液で発生していたメッキ液の被着材表面への這い上がり現象がないので、被着材毎のばらつきを小さく制御できるという特徴を有する。
【００２２】
本発明は、先端部に接点材料を設けている半導体計測用プローブピンの製造方法であって、前記の電解メッキ法により、接点材料を先端部に被着することを特徴とするプローブピンの製造方法である。半導体計測用プローブピンの製造方法としては、例えば、シリコン等の単結晶基板上に、該基板と略垂直方向にＶＬＳ法にて針状単結晶を成長させ、針状単結晶を導電化する方法がある。本発明では、前記の導電化された針状単結晶の先端部に、前述のゲル状のメッキ浴を用いて接点材料をメッキする。
【００２３】
接点材料のメッキする領域、即ち針状物体の先端部に関しては、用途、目的に応じて選択すれば良く制限する必要はないが、プローブピンの場合には、プロービング時に発生するプローブピン自体の撓みの少ない部分であることが好ましく、一般的には、プローブピン全体の長さが１６００μｍの場合最先端から３００μｍ程度である。好ましい範囲としては、プローブピンの先端から、少ない場合がプローブピンの先端から２０μｍまでを覆い、多い場合にはプローブピンの先端から２００μｍまでを覆うことが好ましい。
【００２４】
以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【００２５】
【実施例】
＜プローブピンの作製＞
ＳＯＩウエハーの表面の所望の位置をマスクし、絶縁層までエッチングすることで、所望形状の電極ラインを作成した。次に、電極ラインの所定の位置にＡｕバンプを作成し、その位置にＳｉの針状単結晶をＶＬＳ法にて形成させ、更に針状単結晶の先端部分を研磨して、所定の長さに揃えた。次に、針状単結晶と電極ラインの表面に無電解メッキによりＮｉ層を０．１μｍの厚みで設けた後、更にＡｕ膜をその上に電解メッキ法で２μｍの厚みで成膜し、複数のプローブピンを有する基板を得た。以上の操作の結果、この基板に設けられたプローブピンは、長さ１．４ｍｍで、該プローブピン先端が同一平面内にあり、コの字状の列に群生し、各列は５０μｍピッチに３６０本、１２０μｍピッチに８０本、８０μｍピッチに２０本設けられている。
【００２６】
前記プローブピンを有する基板を用い、以下の実施例並びに比較例を行った。
【００２７】
〔実施例〕
＜鏡面を有するゲル状メッキ液の作製＞
銅板に金メッキした電極板上に、中央部をくり貫いた厚さ５ｍｍのアクリル板を瞬間接着剤で固定して、容器状とした。次に、厚さ１．５ｍｍのアクリル板に小孔を開け、小孔が容器の端部になるようにした蓋をセットし、クリップ止めした。
【００２８】
パラジウムメッキ液（田中貴金属社製：パラデックス１１０）１０ｇをガラスビーカーに秤量し、アガロース（和光純薬製：精製アガロース）０．０８ｇを秤量して添加し、９５゜Ｃに加熱してアガロースを溶解した。約７０゜Ｃまで冷却してから、スポイトで上記の容器の小孔から注入した。室温２３゜Ｃに約１０分放置後、蓋を外すことで、鏡面を有するゲル状のパラジウムメッキ浴を作製した。
【００２９】
＜プローブピン先端部への電解メッキ＞
前記のパラジウムメッキ浴と、前記基板とを、鏡面と基板のプローブピンとが相対し、しかもプローブピンが微小移動ができ、前記移動の様子を顕微鏡観察下で制御できる装置にセットした。この装置を用い、前記基板のプローブピンの先端部を先端より５０μｍまでの領域を、ゲル状メッキ浴の中に浸し、１ピン当たり０．５μＡの電流で９０秒間電解メッキした。
【００３０】
前記のメッキ操作終了後、ゲル状メッキ浴からプローブピンを抜き、約９５℃の温水で洗浄、リンスした。この基板のプローブピンについて、ＳＥＭにより、先端部の形状を観察した。この結果、いずれのプローブピンも、その先端から約５０μｍの領域が厚さ１．８μｍの厚みでパラジウムメッキが形成されていた。前記の先端から５０μｍ領域のバラツキについては、±２μｍであった。
【００３１】
更に、この基板を用いて、オーバードライブ量を４０μｍで、サイクルタイム１７５ｍｓｅｃ、コンタクト時間１２５ｍｓｅｃの条件で、１００万回のプロービング試験を行ったが、いずれのプローブピンについても先端不良やプローブピン自体の折れなどの不良は発生しなかった。
【００３２】
〔比較例〕
アガロースを用いることなく、従ってメッキ液がゲル状でないことを除いては、実施例と同じ操作をして、前記基板のプローブピンの先端部にパラジウムを電解メッキしたところ、プローブピン表面に沿ってメッキ液が這い上がる現象が認められた。尚、先端からのメッキ距離（メッキ液の這い上がり距離）は列をなしているプローブピン群の両端部にあるプローブピンで最も短く、中央部が長い滑らかな台形状であり、またピッチが小さいプローブピン列で端部と中央部の差が最も大きかった。
【００３３】
ここで得られた基板のプローブピンについて、ＳＥＭ観察の結果では、パラジウムメッキ皮膜の厚さはプローブピン先端からメッキされている長さが長いもので薄く、プローブピン先端からメッキされている長さが短いものでは厚く、マッチ棒状を示していた。また、１００万回のプロービング試験の結果、マッチ棒状ピンの永久変形が大きく、プローブピン自体の折れに至ったものが２本あった。また、メッキ厚みの薄いピンでは、内部のシリコン単結晶先端が露出しているものも認められた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、ゲル状のメッキ浴を用いているので、従来から問題であった、針状物体の先端部等のメッキ液の被着材表面への這い上がり等に原因して、微妙なメッキ領域の制御ができないということが解決でき、産業上有用である。
【００３５】
本発明によればＳＴＭ用短針などの微細な針状或いは棒状物体の先端部に制御された条件でメッキを施すことができるし、また、被着材の非常に限定された領域のみメッキすることができるので、その工業的価値は高いものである。
【００３６】
また、本発明によれば、半導体計測用プローブカードのプローブピンの先端部に制御性よく接点材料のメッキを施すことができるという効果が得られ、プロービング耐久性に優れるプローブピンを有するプローブカードが安定して、安価に提供できる。