JPH0850144A - 電極探針 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極探針の先端部の球面形状の機械的精度を
向上させることにより、電極探針の被験物に対しての加
圧接触時に発生する不安定要因を小さく抑えて、精度の
高い電気的特性の検出が可能な電気的特性検出装置を提
供する。 【構成】 微小径の球面が形成された先端部が被験物２
５に接触して被験物２５との間で電気的導通を行う電極
探針１３と、電極探針１３の基端部に接続されて被験物
２５から検出値を検出又は演算値を演算する電気回路
と、電気回路に接続されて検出値又は演算値を表示する
表示装置とを備える電気的特性検出装置において、電極
探針１３の先端部に電極探針１３の本体部１３Ｂとは別
体の球状体１３Ａを固定してこの球状体１３Ａが微小径
の球面を形成するよう電極探針１３を構成する。 【効果】 球状体のみ単体で製造する方が球面の精度を
向上させることができることから、電極探針の先端部の
微小径の球面の機械的精度を従来よりも高くすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極探針を使用して比
抵抗や導電性等の電気的特性を検出する電気的特性検出
装置に関し、特にその電極探針の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気的特性検出装置としては、例
えば、半導体や電子材料の比抵抗又は面抵抗の測定、半
導体や電子部品の電気的特性評価、電子基板の導通・通
電テスト、又は拡がり抵抗測定等に用いる電気的特性検
出装置がある。

【０００３】このような従来の電気的特性検出装置は電
極探針を有し、その電極探針は図１０に符号５０で示す
ように、本体部５０ｂが直径０．４〜０．５ｍｍの太さ
Ｄを有し、テーパ形状を有するその先端部に半径Ｒが１
００μｍの球面５０ａを有している。電極探針５０の球
面５０ａは、太さＤの本体部５０ｂから一体で形成され
ており、その球面形状の加工は機械加工や電解研磨等の
方法で行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電気的特性検出装置においては、電極探針５
０の先端部の球面５０ａは電極探針５０の本体部５０ｂ
と一体の同じ材料により形成され、その加工は、電極探
針５０の本体部５０ｂと一体で機械加工や電解研磨等の
方法で行われているため、その機械的精度は半径Ｒの１
００μｍに対して±１０μｍ位が限度である。このよう
な機械的精度は電極探針５０と被験物との接触状態に大
きな影響を与える。すなわち、このような従来の電気的
特性検出装置の電極探針５０の球面５０ａのように機械
的精度が低いと、電極探針５０の被測定物に対しての加
圧接触時に不安定要因を発生させてしまい、精度の高い
計測が不可能となるという問題がある。

【０００５】そこで本発明は、電極探針の先端部の球面
形状の機械的精度を向上させることにより、電極探針の
被験物に対しての加圧接触時に発生する不安定要因を小
さく抑えて、精度の高い電気的特性の検出が可能な電気
的特性検出装置を提供することを課題とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、微小径の球面が形成された先端部が被験物
に接触して被験物との間で電気的導通を行う電極探針
と、前記電極探針の基端部に接続されて被験物から検出
値を検出又は演算値を演算する電気回路と、前記電気回
路に接続されて前記検出値又は演算値を表示する表示装
置とを備える電気的特性検出装置において、前記電極探
針の先端部に電極探針の本体部とは別体の球状体を固定
してこの球状体が前記微小径の球面を形成するよう電極
探針を構成したものである。

【０００７】

【作用】このような構成の電極探針によれば、電極探針
の先端部を被験物に接触して被験物との間で電気的導通
を行い、電極探針に接続された電気回路により被験物か
ら検出した検出値、又はこの検出値から演算した演算値
を表示装置に表示させることにより、電気的特性検出装
置は被験物の電気的特性を検出してその検出値、又はこ
の検出値から演算した演算値を表示装置の表示により知
らせることができる。

【０００８】そして、前記電極探針の先端部には電極探
針の本体部とは別体の球状体を固定することにより、こ
の球状体が前記微小径の球面を形成するようにしたた
め、球状体のみ単体で製造する方が球面の精度を向上さ
せることができることから、その球状体の球面の精度は
前記従来の電極探針の球面よりも機械的精度を高くする
ことができ、電極探針の先端部の微小径の球面の機械的
精度を従来よりも高くすることができる。このため、電
極探針の被験物に対しての加圧接触時に発生する不安定
要因を小さく抑えることができ、精度の高い検出を実現
することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て説明する。図１ないし図８は、本発明による電極探針
の第１実施例を示す図である。

【００１０】図１は、電気的特性検出装置の一部を構成
する略円柱状のプローブヘッド１１を示す側面図であ
り、このプローブヘッド１１の被験物（被測定物）に接
近する先端部（図中下端部）には、図１のプローブヘッ
ド１１のＩＩ矢視図である図２に示すように、４本の電
極探針１３が設けられている。図１のプローブヘッド１
１の後端部（図中右端部）には、電極探針１３の各々を
図示してない回路と接続する電線コード１５が束ねて保
持されている。

【００１１】電極探針１３は図３に示すように、プロー
ブヘッド１１の先端部に４本（１３ａ〜１３ｄ）設けら
れていて、各々はその先端部がテーパ形状となって尖っ
て形成されている。プローブヘッド１１内において電極
探針１３ａ〜１３ｄの各々の図中上端部には板バネが設
けられていて、電極探針１３ａ〜１３ｄの先端部を被験
物に対して所定の加圧力で接触させることができるよう
になっている。

【００１２】電極探針１３ａ〜１３ｄの各々には前記電
線コード１５を介して、図４に示すような、電気的特性
検出装置の一部を構成する電気回路が接続されている。
すなわち電極探針１３ａと１３ｄとの間には電源１７、
抵抗１８、及び電流検出部２０が設けられており、電極
探針１３ｂと１３ｃとの間には電圧検出部２２が設けら
れている。

【００１３】電極探針１３はその先端部には図５に示す
ように、電極探針１３の本体部１３Ｂとは別体で、本体
部１３Ｂとは別に製造された球状体１３Ａが溶接により
固定され、電極探針１３の本体部１３Ｂとこれに溶接に
より固定された球状体１３Ａとにより電極探針１３全体
が形成されている。電極探針１３の本体部１３Ｂはその
径Ｄが０．４〜０．５ｍｍであり、球状体１３Ａの半径
Ｒは１００μｍで、その１００μｍに対しての精度は±
２．５μｍである。

【００１４】このように球状体１３Ａはその精度が１０
０μｍに対して±２．５μｍであるが、これは従来の電
極探針１０の球面１０ａの１００μｍに対して±１０μ
ｍの精度よりもかなり高い精度であり、球状体１３Ａを
本体部１３Ｂとは別に製造することにより初めて可能と
なる高い精度である。

【００１５】球状体１３Ａの球面がこのように高い精度
になると、被験物との接触圧やその材質が同じ場合は接
触面積も電極探針１３ａ〜１３ｄは皆均一となり、この
ため電気的な接触抵抗や電気又は電子の導通性も均一と
することができ、電極探針の被験物に対しての加圧接触
時に発生する不安定要因を小さく抑えることができて、
精度の高い検出を実現することができる。ちなみに電極
探針１３の球状体１３Ａ，本体部１３Ｂの材質として
は、タングステンカーバイト（ＴＣ）又はオスミウム
（ＯＳ）が用いられる。

【００１６】次にこのような実施例に係る電気的特性検
出装置の動作について説明する。図６に示すように、図
示していない台の上に載置された被験物２５の上に電気
的特性検出装置のプローブヘッド１１を配置して、その
プローブヘッド１１の電極探針１３を被験物２５の上面
に適当な圧力をかけて接触させる。このときの電気的配
線状態を概略的に示すと図７に示すようになる。

【００１７】本実施例では、被験物２５は例えばシリコ
ンイオン注入処理を施したウエハーで、このウエハーの
面抵抗の測定を電気的特性検出装置により行うものとす
る。電極探針１３ａ〜１３ｄの各々の中心軸相互間の距
離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は各々１０００μｍに設定される。
電極探針１３ａと１３ｄが被験物２５に接触することに
より電源１７，抵抗１８，及び電流検出部２０を含む回
路が閉回路に構成される。

【００１８】このため電源１７の高電位側から電極探針
１３ｄ，被験物２５，電極探針１３ａ，電流検出部２
０，抵抗１８を通って低電位側に電流が流れ、電極探針
１３ｄから被験物２５を通って電極探針１３ａに向かっ
て電流が流れる。このとき電流は被験物２５上を磁力線
のように平面上の種々の経路に沿って流れるが、もちろ
ん電極探針１３ａ〜１３ｄを結ぶ一直線上に沿っても電
流が流れる。

【００１９】このため電極探針１３ｃと被験物２５の接
触点と、電極探針１３ｂと被験物２５の接触点との間に
は電圧降下が生じ、この降下した電位差を電圧検出部２
２が検出する。この電圧検出部２２が検出した電位差と
電流検出部２０が検出した電流値から図示しない演算装
置が面抵抗値を演算して、その面抵抗値が図示しない表
示装置により表示される。

【００２０】電圧検出部２２が検出した電位差をＶ、電
流検出部２０が検出した電流値をＩとすると、面抵抗値
ρは次のような式により演算して求めることができる。 ρ＝４．５３２Ｖ／Ｉ

【００２１】このようにして得られた面抵抗値をグラフ
に示したのが図８である。同図はそのような面抵抗値の
測定を４０回繰り返して行い、これにより求められた各
々の面抵抗値を、本発明の第１実施例に係る電極探針１
３により求められた値（黒丸のプロット）と、従来の電
極探針５０により求められた値（白丸のプロット）とで
比較して示したものである。同グラフは横軸に測定回
数、縦軸に求められた面抵抗値（単位はΩ／□）をとっ
たものである。

【００２２】図８のグラフによれば、本発明に係る電気
的特性検出装置が求めた面抵抗値の平均値は５２７．２
２５Ω／□（スクウェア）で、その標準偏差は０．２４
５％である。これに対し従来の電気的特性検出装置が求
めた面抵抗値の平均値は５２１．８Ω／□で、その標準
偏差は０．７５２％である。このように本発明に係る電
気的特性検出装置が求めた面抵抗値の標準偏差の方が従
来のその標準偏差より著しく小さく、本発明に係る電極
探針による面抵抗値の測定の方が精度が著しく高いこと
が分かる。

【００２３】また図７におけるＳ１〜Ｓ３各々の距離の
精度が悪いと測定誤差が大きくなるが、この精度も従来
の電極探針５０のようにその球面５０ａの機械的精度が
悪いとそれに応じて悪くなり、本発明の電極探針１３の
球状体１３Ａのようにその機械的精度が高いとそれに応
じて高くなる。この点からも、本発明の電極探針の測定
誤差は小さくなって精度の高い測定が実現できることに
なる。

【００２４】図９は本発明の第２実施例に係る電極探針
を示す図である。同図に示す第２実施例は本発明を精密
電極探針３３に適用したものである。この第２実施例に
係る精密電極探針３３は、その長さＬが１０〜４０ｍ
ｍ、本体部３３Ｂの太さＤが０．１〜０．６ｍｍφであ
る。その精密電極探針３３の先端部ｂには球状体３３Ａ
が溶接により固定され、この球状体３３Ａの半径Ｒは５
０〜２００μｍφに形成されている。

【００２５】このような精密電極探針３３は主として、
電子回路（被験物）の検査、解析等に用いるものであ
る。特殊な回路特性に対応するため、タングステン
（Ｗ，超硬合金）、オスミウム合金（ＯＳ）、パラジウ
ム合金（Ｐ）、タングステンカーバイド（ＴＣ）等の各
種材料を用いることができ、形状もその先端部を各種角
度で曲げて形成することができる。

【００２６】なお上記第１実施例においては電極探針１
３を４本用いる４針式のものについて説明したが、本発
明はその他に、２針式，３針式にも適用することができ
ると共に、５針式等の多針式のものにも適用することが
できる。またプローブヘッドの形状においても、上記第
１実施例のような円柱形状の他に、方形ヘッド等の他の
形状に形成することができる。

【００２７】また上記実施例においては、電極探針１３
の球状体１３Ａを本体部１３Ｂに溶接により固定したも
のについて説明したが、導電性等、電気的特性の検出に
影響を与えない方法であれば、溶接以外の他の方法によ
り固定するようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極探針の先端部に電極探針の本体部とは別体の球状体を
固定することにより、この球状体が微小径の球面を形成
するようにしたため、球状体のみ単体で製造する方が球
面の精度を向上させることができることから、その球状
体の球面の精度は従来の電極探針の球面よりも機械的精
度が高くなって、電極探針の先端部の微小径の球面の機
械的精度を高くすることができる。このため、電極探針
の被験物に対しての加圧接触時に発生する不安定要因を
小さく抑えることができ、精度の高い検出を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電極探針を用いた電
気的特性検出装置の一部を構成するプローブヘッド１１
を示す側面図である。

【図２】図１に示すプローブヘッド１１のＩＩ矢視図で
ある。

【図３】図２に示す電極探針１３の詳細拡大図である。

【図４】本発明の第１実施例に係る電極探針を用いた電
気的特性検出装置の一部を構成する電気回路を示す回路
図である。

【図５】図３に示す電極探針１３の一部破断拡大図であ
る。

【図６】本発明の第１実施例に係る電極探針を用いた電
気的特性検出装置の動作を説明する図である。

【図７】本発明の第１実施例に係る電極探針を用いた電
気的特性検出装置の動作を説明する図である。

【図８】本発明の第１実施例に係る電極探針を用いた面
抵抗値の測定結果を示すグラフである。

【図９】本発明の第２実施例に係る精密電極探針３３を
示す図であり、図９（ａ）は精密電極探針３３の側面
図、図９（ｂ）は図９（ａ）における精密電極探針３３
の先端部ｂの拡大図である。

【図１０】従来の電極探針５０の先端部の拡大図であ
る。

【符号の説明】

１１ プローブヘッド １３，１３ａ〜１３ｄ 電極探針 １３Ａ 球状体 １３Ｂ 本体部 １５ 電線コード １７ 電源 １８ 抵抗 ２０ 電流検出部 ２２ 電圧検出部 ２５ 被験物 ３３ 精密電極探針 ３３Ａ 球状体 ３３Ｂ 本体部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小径の球面が形成された先端部が被験
   物に接触して被験物との間で電気的導通を行う電極探針
   と、 前記電極探針の基端部に接続されて被験物から検出値を
   検出又は演算値を演算する電気回路と、 前記電気回路に接続されて前記検出値又は演算値を表示
   する表示装置と、 を備える電気的特性検出装置において、 前記電極探針の先端部に電極探針の本体部とは別体の球
   状体を固定してこの球状体が前記微小径の球面を形成す
   ることを特徴とする電極探針。