JPH11189892A - 電解メッキ法とそれを利用したプローブピンの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】針状物体の先端部、例えば、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良くメッキ
を施す方法を提供する。 【解決手段】ゲル状のメッキ浴を用いることを特徴とす
る電解メッキ法、好ましくは、メッキ液のゲル化剤に澱
粉又は寒天を用いる前記の電解メッキ法であり、前記の
電解メッキ法を用いて、プローブピンの先端部に接点材
料を電解メッキすることを特徴とするプローブピンの製
造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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（Ｖ
ＬＳ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１０〜１５
０μｍ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、ゲル状のメッ
キ浴を用いることを特徴とする電解メッキ法であり、非
イオン性ゲル化剤を用いてメッキ液をゲル化しメッキ浴
とすることを特徴とする前記の電解メッキ法である。

【００１１】本発明は、非イオン性ゲル化剤が澱粉又は
寒天であることを特徴とする前記の電解メッキ法であ
り、好ましくは、針状物体の先端部に接点材料を被着さ
せることを特徴とする前記の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、５
０℃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１
１０、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３００μ
ｍ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２０μ
ｍまでを覆い、多い場合にはプローブピンの先端から２
００μｍ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、１２
０μｍ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、±２
μｍ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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｇ０１Ｂ 7/34 Ｇ０１Ｂ 7/34 Ｚ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゲル状のメッキ浴を用いることを特徴とす
   る電解メッキ法。
2. 【請求項２】非イオン性ゲル化剤を用いて、メッキ液を
   ゲル化しメッキ浴とすることを特徴とする請求項１記載
   の電解メッキ法。
3. 【請求項３】非イオン性ゲル化剤が澱粉又はアガロース
   であることを特徴とする請求項２記載の電解メッキ法。
4. 【請求項４】針状物体の先端部に接点材料を被着させる
   ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載
   の電解メッキ法。
5. 【請求項５】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、請求項
   ２、請求項３、請求項４又は請求項５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。