JP2003149267A - 半導体素子の電気、電子特性測定用端子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子の電極との接触をクリーニング無
しで又はクリーニングの機会を激減させて繰り返すこと
のできる電気、電子測定用端子を提供する。 【解決手段】 半導体素子の電極に接触させる端子１の
表面に、炭素イオンを１×１０¹⁶ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以
上、１×１０¹⁹ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以下注入して表面の傷
付き防止、異物付着防止、端子成分と電極成分の合金化
防止の効果を高めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子の電
気、電子特性検査において、素子側電極との接触を、ク
リーニング回数を激減させるか又はクリーニング無しで
繰り返しても安定した検査が行えるプローブ端子などの
特性測定用端子に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の電気、電子特性検査は、検
査機のプローブ端子を素子の電極に接触させて行われ
る。

【０００３】素子側の電極は、金、アルミニウム、銅、
半田などを材料としたものが多く、一方、検査器のプロ
ーブ端子は、銅、金、白金、ニッケル、クロム、タング
ステン、レニウム、ロジウム、パラジウム、ベリリウム
−銅合金などが用いられる。

【０００４】電極の表面には、一般に酸化膜が生じ、異
物も吸着している。そこで、特性検査では、確実な接触
を得るために、先端を尖らせたプローブ端子を電極に喰
い込ませる方法が採られる。具体的には垂直に押し当
て、或いは滑らせて喰い込ませている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】プローブ端子のコンタ
クト面には、電極との繰り返し接触により電極材料や酸
化物などの異物が付着し、接触抵抗が変化したり、ダス
トが発生したりする。これ等の現象のうち、特に、接触
抵抗の変化は、検査の信頼性を低下させる。

【０００６】このため、プローブ端子のコンタクト面に
付着した異物を、定期的にクリーニング除去する方法が
採られる。コンタクト面再生のためのクリーニングは、
エアブローやブラッシングによる除去、吸着盤による吸
着、研磨、酸やアルカリによる溶解、特開平１０−１８
５９５３号が示しているプラズマクリーニングなど種々
の方法があるが、いずれにせよ、そのクリーニングの実
施は、検査効率を大きく低下させる。

【０００７】この発明は、検査効率改善のために、端子
のクリーニングを不要にし、或いは極端に少なくて済む
ようにすることを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、表面に炭素イオンを注入され
ており、その注入量が１×１０¹⁶ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以
上、１×１０¹⁹ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以下である電気、電子
特性測定用端子を提供する。

【０００９】この端子は、表面から５０ｎｍ以上、２０
０ｎｍ以下の領域の平均炭素濃度が０．５ａｔ％以上、
５０ａｔ％以下になっているもの、表面から５０ｎｍ以
下の領域の平均炭素濃度が１ａｔ％以上、８０ａｔ％以
下になっているものが好ましい。また、イオン注入がな
される端子材料の少なくとも表面が、ベリリウム−銅合
金、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウ
ム、レニウム、クロム、モリブデン、タングステンのい
ずれか、又はこれ等を主成分とする材料で形成されてい
るのも好ましい。

【００１０】これ等の端子は、表面に、１０ｋｅＶ以
上、８０ｋｅＶ以下のエネルギーで炭素イオンの注入を
行う方法や、表面に、炭素イオンを注入エネルギーを変
えて複数回注入し、このときの最低注入エネルギーを１
０ｋｅＶ以上、８０ｋｅＶ以下にする方法で製造する。
どちらの方法も、炭素又は炭化水素のガス、もしくはプ
ラズマ雰囲気中に配置された端子にパルス直流電圧を印
可して炭素イオンの注入を行うと好ましい。

【００１１】

【作用】炭素イオンを注入したこの発明の端子は、異物
の付着が大幅に低減される。これは、下記の如き理由に
よる。 （ｉ）炭素注入により端子表面の硬度が高まり、異物付
着の基点となる傷が付き難くなる。 （ii）端子の表層に化学的に安定な非晶質炭素が析出
し、物理吸着、化学吸着を抑制する。 （iii)端子成分と電極成分の合金化が抑えられる。

【００１２】イオン注入量は、１×１０¹⁶ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ² 以下では、少な過ぎて異物付着の防止効果が認めら
れない。一方、１×１０¹⁹ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以上の注入
は、処理時間が長過ぎ、コスト負担が増して好ましくな
い。また、炭素量が多くなるため、電気抵抗が大きくな
る問題もある。但し、異物付着の防止効果は、これ以上
の注入量でも認められる。

【００１３】この炭素イオン注入量は、８×１０¹⁶ｉｏ
ｎｓ／ｃｍ² 以上、５×１０¹⁸ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以下が
より好ましい。

【００１４】また、表面から５０ｎｍ以上、２００ｎｍ
以下の領域の平均炭素濃度を０．５ａｔ％以上、５０ａ
ｔ％以下にすると、端子表面の耐擦傷性が増し、異物付
着の基点となる傷が付き難くなる。この領域の平均炭素
濃度が０．５ａｔ％以下では、耐擦傷性が低く、異物付
着の防止効果が薄い。一方、耐擦傷性向上の効果は、そ
の平均炭素濃度が５０ａｔ％を越えても認められるが、
５０ａｔ％以上の平均濃度を得るには処理時間がかかり
すぎ、コストアップにつながるため、上限は５０ａｔ％
程度に止めるのがよい。

【００１５】さらに、表面から５０ｎｍ以下の浅い領域
は、実際に電極材料と接する領域であり、異物付着の防
止に関してより高い効果が求められる。この領域の平均
炭素濃度が１ａｔ％以下ではその異物付着の防止効果が
充分でなく、一方、その平均濃度を８０ａｔ％以上にす
るのは処理時間がかかりすぎてコストアップを招く。ま
た、炭素量が多くなると電気抵抗が大きくなる問題もあ
るので、より好ましくは５ａｔ％以上、８０ａｔ％以下
にするのがよい。但し、異物の付着防止効果は８０ａｔ
％以上の注入量でも認められる。

【００１６】端子材料の少なくとも表面は、先に述べた
材料で形成するのがよい。ベリリウム−銅合金、銅、
銀、金は、それ自体の電気抵抗が小さく、微小電流の測
定に適する。また、これ等やニッケル、パラジウム、白
金、ロジウム、レニウムは、注入した炭素が拡散し難
く、表面の異物付着防止効果を長く持続でき、化学的に
安定な非晶質炭素相が形成され易い特長もある。

【００１７】また、クロム、モリブデン、タングステン
は強度に優れ、細線化する端子に適する。これに加え、
注入炭素が炭化物を形成し、耐擦傷性の向上効果も高
い。

【００１８】以上の材料は、端子全体をそれで形成した
り、異材質の端子表面にめっきなどの方法で被覆して使
用することができる。

【００１９】なお、この発明の効果は、素子側電極が
金、アルミニウム、銅、半田などからなる場合に特に顕
著に現れる。これ等の電極材料はいずれも柔らかく、端
子に移着し易いが、炭素イオンが注入された端子にはそ
の移着が起こり難い。

【００２０】次に、この発明の端子製造方法において、
炭素イオンの注入を１０ｋｅＶ以下のエネルギーで実施
すると、炭素イオンは端子の表面に堆積するか又は反射
して表層に注入されない。表面に堆積して炭素膜が形成
されると電気抵抗が大きくなる。また、反射して表層に
注入されなければ、異物の付着防止効果が得られない。
一方、注入エネルギーが８０ｋｅＶ以上では炭素が深く
入りすぎ、表層付近に効率良く注入層を形成できない。
従って、注入エネルギーは１０ｋｅＶ〜８０ｋｅＶが適
正範囲である。

【００２１】炭素イオンは多段エネルギー注入されても
よい。多段エネルギー注入とは、注入エネルギーを変
え、複数回に分けてイオン注入をする方法である。耐擦
傷性も考慮すると、表層のみならず、深い領域にも炭素
イオンを注入するのが望ましい。１回のイオン注入で深
い領域に炭素を入り込ませようとすると先に述べたよう
に表層付近の効率良い注入層形成ができない。多段エネ
ルギー注入によれば、その不具合がなく、深さ方向に広
く炭素を分布させることができる。この場合、表層部は
最低限の炭素量を確保する必要があるので、最低注入エ
ネルギーを１０ｋｅＶ以上、８０ｋｅＶ以下とした。

【００２２】このほか、炭素イオンの注入は、イオン源
からイオンビームを引き出して注入する方法でも行える
が、この方法は、制御性に優れる反面、広面積処理が困
難で処理時間も長くなる欠点がある。これに対し、炭素
又は炭化水素のガスまたはプラズマ雰囲気中に端子を配
置し、これにパルス直流電圧を印加する方法は、大面
積、短時間の注入処理が行える。

【００２３】雰囲気がガスの場合、負の直流電圧が印加
された瞬間にガスがプラズマ化し、その中の陽イオンが
加速されて端子に注入される。雰囲気がプラズマの場合
も、負の直流電圧を印加することで雰囲気中の陽イオン
が加速されて端子に注入される。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１乃至図３に、この発明の端子
の実施形態を示す。図１は、カンチレバー型プローブカ
ード用のプローブニードルを、図２はヴァーチカル型プ
ローブカード用のプローブニードルを、図３はメンブレ
ン型プローブカード用の尖頭端子を各々示している。プ
ローブカードはここに挙げた３形態が基本形態とされる
が、この発明の端子は、プローブカード用に限定されな
い。

【００２５】図１、図２の端子（プローブニードル）
１、２、図３の端子３は、いずれも、少なくとも表面
が、好ましいとした、ベリリウム−銅合金、銅、銀、
金、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、レニウ
ム、クロム、モリブデン、タングステン又はこれ等を主
成分とする材料で形成されている。

【００２６】また、これ等の端子１、２、３は、表面に
１×１０¹⁶ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以上、１×１０¹⁹ｉｏｎｓ
／ｃｍ² 以下の量の炭素イオン注入がなされている。

【００２７】以下は、より詳細な実施例である。

【００２８】−実施例１− 金属材料に炭素イオンを注入し、ピン・オン・ディスク
法で焼付きの発生を調査した。

【００２９】注入される金属材料は、プローブ端子材を
想定して、ベリリウム−銅合金、銅、銀、金、ニッケ
ル、パラジウム、白金、ロジウム、レニウム、クロム、
モリブデン、タングステンを適用した。

【００３０】相手材は、電極を想定して、金、アルミニ
ウム、銅、ハンダを適用した。

【００３１】注入エネルギーは、５ｋｅＶ〜４００ｋｅ
Ｖまでのエネルギーを、注入量は、６×１０¹⁵ｉｏｎｓ
／ｃｍ² から２×１０¹⁹ｉｏｎｓ／ｃｍ² までの範囲を
適用した。

【００３２】ピン・オン・ディスク試験は、荷重１Ｎ、
摺動速度５ｍｍ／ｓｅｃ、摺動回数１万回、室温、無潤
滑とした。

【００３３】結果を、表１〜表７に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】

【表６】

【００４０】

【表７】

【００４１】これ等の結果から適切な炭素注入により、
焼付きが無くなることがわかる。

【００４２】また、表１、３、６では、注入した金属片
と相手材とを荷重０．５Ｎで接触させたときの接触抵抗
を示している。注入量（平均炭素濃）が多い領域や、注
入エネルギーが低く炭素膜が析出する条件では、接触抵
抗が大きくなることがわかる。

【００４３】−実施例２− 金メッキされたプローブ端子先端に、炭素イオンを５０
ｋｅＶで６×１０¹⁷ｉｏｎｓ／ｃｍ² 注入した。

【００４４】この端子を、アルミニウム電極、ハンダ電
極を有する半導体素子の検査に適用した。炭素イオン未
注入の金メッキ端子については、アルミニウム電極で２
千回、ハンダ電極で３千回ごとにクリーニングを行って
いたが、炭素注入した電極は、いずれも２万回使用して
も異常なく使用できた。

【００４５】−実施例３− タングステン製のプローブ端子に、炭素イオンを３０、
６０、９０、１２０、１５０、１８０、２１０ｋｅＶの
各エネルギーで、それぞれ２×１０¹⁷ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ² 、総注入量１．４×１０¹⁸ｉｏｎｓ／ｃｍ² となる
ように多段エネルギー注入を行った。

【００４６】この端子を、アルミニウム電極に接触さ
せ、半導体素子の検査を行った。炭素イオン未注入の端
子では１５０回ごとに行っていたクリーニングの間隔
が、注入した端子では８万回ごとのクリーニングでも良
好に検査ができるようになった。

【００４７】−実施例４− 真空槽中にベリリウム−銅合金からなるプローブ端子を
配置した。端子にはパルス直流電源を接続した。雰囲気
にメタンガスを０．２Ｐａの圧力まで導入し、端子に−
１０ｋＶ、周波数１０Ｈｚ、デューティー比１０％のパ
ルス電圧を印加した。電流値換算で３×１０¹⁸ｉｏｎｓ
／ｃｍ² 相当の注入を行った。

【００４８】この端子を半導体素子のハンダ電極に接触
させ検査を行った。未注入の端子では１万回ごとに端子
のクリーニングを行っていたが、注入端子では５万回使
用しても異常は見られなかった。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の特性測定
用端子は、表面に対する炭素イオンの注入により素子側
電極との接触を繰り返しても傷付きや異物の付着が殆ど
起こらず、クリーニング無しで、或いはクリーニングの
機会を極端に少なくして半導体素子の特性検査を効率良
く、かつ、信頼性良く行えると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の端子の一例を示す斜視図

【図２】端子の他の例を示す斜視図

【図３】端子の更に他の例を示す斜視図

【符号の説明】

１、２、３ 端子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に炭素イオンを注入されており、そ
   の注入量が１×１０ ¹⁶ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以上、１×１０
   ¹⁹ｉｏｎｓ／ｃｍ² 以下であることを特徴とする半導体
   素子の電気、電子特性測定用端子。
2. 【請求項２】 表面から５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下
   の領域の平均炭素濃度が０．５ａｔ％以上、５０ａｔ％
   以下になっている請求項１記載の半導体素子の電気、電
   子特性測定用端子。
3. 【請求項３】 表面から５０ｎｍ以下の領域の平均炭素
   濃度が１ａｔ％以上、８０ａｔ％以下になっている請求
   項１又は２記載の半導体素子の電気、電子特性測定用端
   子。
4. 【請求項４】 イオン注入がなされる端子材料の少なく
   とも表面が、ベリリウム−銅合金、銅、銀、金、ニッケ
   ル、パラジウム、白金、ロジウム、レニウム、クロム、
   モリブデン、タングステンのいずれか、又はこれ等を主
   成分とする材料から成る請求項１〜３のいずれかに記載
   の半導体素子の電気、電子特性測定用端子。
5. 【請求項５】 端子の表面に、１０ｋｅＶ以上、８０ｋ
   ｅＶ以下のエネルギーで炭素イオンの注入を行って請求
   項１〜４のいずれかに記載の端子を得ることを特徴とす
   る端子の製造方法。
6. 【請求項６】 端子の表面に、炭素イオンを注入エネル
   ギーを変えて複数回注入し、このときの最低注入エネル
   ギーを１０ｋｅＶ以上、８０ｋｅＶ以下にして請求項１
   〜４のいずれかに記載の端子を得ることを特徴とする端
   子の製造方法。
7. 【請求項７】 炭素又は炭化水素のガス、もしくはプラ
   ズマ雰囲気中に配置された端子にパルス直流電圧を印可
   して炭素イオンの注入を行う請求項６又は７に記載の端
   子の製造方法。