JPH09203770A - 電気波形測定探針およびその製造方法 - Google Patents
電気波形測定探針およびその製造方法Info
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- JPH09203770A JPH09203770A JP8011206A JP1120696A JPH09203770A JP H09203770 A JPH09203770 A JP H09203770A JP 8011206 A JP8011206 A JP 8011206A JP 1120696 A JP1120696 A JP 1120696A JP H09203770 A JPH09203770 A JP H09203770A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳＴＭあるいはＳＦＭを利用した電気波形測
定装置に適した探針の信頼性を高める。 【解決手段】 被測定物に近接させる先の尖った端子
（１１）と、この端子（１１）と被測定物（３）との間
の電流をサンプリングするために光照射により導通状態
となる光導電性スイッチ（１２）と、これらを保持する
カンチレバー（１３）とにより探針を構成し、端子（１
１）の先端部表面を化学的に安定な金属で被覆する。
定装置に適した探針の信頼性を高める。 【解決手段】 被測定物に近接させる先の尖った端子
（１１）と、この端子（１１）と被測定物（３）との間
の電流をサンプリングするために光照射により導通状態
となる光導電性スイッチ（１２）と、これらを保持する
カンチレバー（１３）とにより探針を構成し、端子（１
１）の先端部表面を化学的に安定な金属で被覆する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の測定に利用
する。特に、微細な構造をもつ高速半導体電子回路を動
作させた状態で、その電気波形を高時間分解能かつ高空
間分解能で測定する装置の探針に関する。
する。特に、微細な構造をもつ高速半導体電子回路を動
作させた状態で、その電気波形を高時間分解能かつ高空
間分解能で測定する装置の探針に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のエレクトロニクスの分野において
扱われる信号の周波数は２５０ＧＨｚにおよび、これら
の高速電気波形を観測する手段が技術の進歩に追いつか
ないというのが現在の高速電気波形測定技術の現状であ
る。さらに、素子の微細化が進み、時間分解能のみなら
ず、電気波形測定装置の空間分解能も現在の技術の進歩
に追いつかないのが現状である。
扱われる信号の周波数は２５０ＧＨｚにおよび、これら
の高速電気波形を観測する手段が技術の進歩に追いつか
ないというのが現在の高速電気波形測定技術の現状であ
る。さらに、素子の微細化が進み、時間分解能のみなら
ず、電気波形測定装置の空間分解能も現在の技術の進歩
に追いつかないのが現状である。
【０００３】微小素子の高速動作状態など高速現象を観
測するには、従来からその代表的なものとして、サンプ
リング・オシロスコープが知られている。しかし、サン
プリングのための電気パルスの幅や測定系のもつ電気抵
抗と静電容量で決まる時定数によって測定可能な速度に
限界があり、時間分解能が制限されている。また、被測
定信号をケーブルあるいは導波路によって測定点から外
へ取り出すため、被測定信号を乱し、その信頼性にも問
題があった。
測するには、従来からその代表的なものとして、サンプ
リング・オシロスコープが知られている。しかし、サン
プリングのための電気パルスの幅や測定系のもつ電気抵
抗と静電容量で決まる時定数によって測定可能な速度に
限界があり、時間分解能が制限されている。また、被測
定信号をケーブルあるいは導波路によって測定点から外
へ取り出すため、被測定信号を乱し、その信頼性にも問
題があった。
【０００４】このような問題を解決する技術として、光
学結晶の電気光学効果を利用したＥ−Ｏサンプリング法
が、近年になって研究されている（神谷武志、高橋亮、
「半導体レーザを光源とする電気光学サンプリング」、
応用物理第６１巻第１号ｐ３０、１９９２）。レーザの
分野ではサブピコ秒領域の光パルスが比較的容易に得ら
れるようになってきたことから、このレーザパルスを電
気信号のサンプリングに用いようとするのが、光サンプ
リング法である。この方法により、従来の電子計測より
も高速で、しかも信号を外に引き出すことなく、測定し
たい点の電位を被測定回路に非接触で直接測定すること
が可能である。この方法は、サンプリング・オシロスコ
ープにおけるサンプリング用の電気パルスを光パルスに
置き換えたものといえる。しかし、このＥ−Ｏサンプリ
ング法は、信号の絶対値を測定することが困難であり、
さらに、プローブの位置を高い空間分解能で監視および
制御することについて実用上問題がある。
学結晶の電気光学効果を利用したＥ−Ｏサンプリング法
が、近年になって研究されている（神谷武志、高橋亮、
「半導体レーザを光源とする電気光学サンプリング」、
応用物理第６１巻第１号ｐ３０、１９９２）。レーザの
分野ではサブピコ秒領域の光パルスが比較的容易に得ら
れるようになってきたことから、このレーザパルスを電
気信号のサンプリングに用いようとするのが、光サンプ
リング法である。この方法により、従来の電子計測より
も高速で、しかも信号を外に引き出すことなく、測定し
たい点の電位を被測定回路に非接触で直接測定すること
が可能である。この方法は、サンプリング・オシロスコ
ープにおけるサンプリング用の電気パルスを光パルスに
置き換えたものといえる。しかし、このＥ−Ｏサンプリ
ング法は、信号の絶対値を測定することが困難であり、
さらに、プローブの位置を高い空間分解能で監視および
制御することについて実用上問題がある。
【０００５】測定したい点の電位を高空間分解能で直接
測定する他の方法としては、電子ビームテスタがある
（G.Plows "Electron-Beam Probing" Semiconductor an
d Semimetals Vol.28 (Measurement of High-Speed Sig
nals in Solid State Devices)Chap.6, p.336, Edited
by R.K.Willardson and Albert C.Beer, Academic Pres
s, 1990) 。電子ビームテスタは、ＩＣの動作診断、解
析技術において、ＩＣ内部の電気信号を観測する有力な
手段である。しかし、時間分解能は低く、高速なトラン
ジスタを用いたＩＣの測定には利用することができな
い。また、測定環境として高真空が要求されるという不
便さがある。
測定する他の方法としては、電子ビームテスタがある
（G.Plows "Electron-Beam Probing" Semiconductor an
d Semimetals Vol.28 (Measurement of High-Speed Sig
nals in Solid State Devices)Chap.6, p.336, Edited
by R.K.Willardson and Albert C.Beer, Academic Pres
s, 1990) 。電子ビームテスタは、ＩＣの動作診断、解
析技術において、ＩＣ内部の電気信号を観測する有力な
手段である。しかし、時間分解能は低く、高速なトラン
ジスタを用いたＩＣの測定には利用することができな
い。また、測定環境として高真空が要求されるという不
便さがある。
【０００６】高時間分解能かつ高空間分解能で電気波形
を測定する技術として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）あるいは走査型原子間力顕微鏡（ＳＦＭ）を利用し
たものも知られている（特開平７−３５８２６号公
報）。ＳＴＭやＳＦＭは、高い空間分解能で被測定物の
表面形状を観察する装置であり、最近急速に発展普及し
ている。これらの装置は、原子レベルの超高空間分解能
で３次元的な画像を得ることができるため、半導体集積
回路等の表面形状の観察には非常に適している。このよ
うな装置の探針に光導電性スイッチを組み込み、光パル
スを照射することによってオン、オフする。これによ
り、ＳＴＭあるいはＳＦＭによるサブミクロンの空間分
解能と、光サンプリングによるサブピコ秒の時間分解能
とで、被測定物の任意の点の電気波形を測定することが
できる。
を測定する技術として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）あるいは走査型原子間力顕微鏡（ＳＦＭ）を利用し
たものも知られている（特開平７−３５８２６号公
報）。ＳＴＭやＳＦＭは、高い空間分解能で被測定物の
表面形状を観察する装置であり、最近急速に発展普及し
ている。これらの装置は、原子レベルの超高空間分解能
で３次元的な画像を得ることができるため、半導体集積
回路等の表面形状の観察には非常に適している。このよ
うな装置の探針に光導電性スイッチを組み込み、光パル
スを照射することによってオン、オフする。これによ
り、ＳＴＭあるいはＳＦＭによるサブミクロンの空間分
解能と、光サンプリングによるサブピコ秒の時間分解能
とで、被測定物の任意の点の電気波形を測定することが
できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＳＴＭあるいはＳＦＭ
を利用した電気波形測定装置では、測定探針として、被
測定物に近接させる先の尖った端子と、この端子と被測
定物との間の電流をサンプリングするために光照射によ
り導通状態となる光導電性スイッチとをカンチレバー上
に形成したものを用いる。装置の性能向上のためには、
端子の先端が可能な限り鋭く、光導電性スイッチが可能
な限り端子の近傍に配置されることが重要である。
を利用した電気波形測定装置では、測定探針として、被
測定物に近接させる先の尖った端子と、この端子と被測
定物との間の電流をサンプリングするために光照射によ
り導通状態となる光導電性スイッチとをカンチレバー上
に形成したものを用いる。装置の性能向上のためには、
端子の先端が可能な限り鋭く、光導電性スイッチが可能
な限り端子の近傍に配置されることが重要である。
【０００８】本発明は、このような背景においてなされ
たものであり、信頼性の高い電気波形測定探針およびそ
のような探針を安価に製造する方法を提供することを目
的とする。
たものであり、信頼性の高い電気波形測定探針およびそ
のような探針を安価に製造する方法を提供することを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の電気波形測定探
針は、被測定物に近接させる先の尖った端子の先端部表
面が化学的に安定な金属で被覆されたことを特徴とす
る。このような金属としては、金、白金あるいはイリジ
ウムを用いることがよい。光導電性スイッチを測定回路
に接続するための配線は、カンチレバーの二つの面う
ち、被覆が設けられた面あるいはその裏面のいずれに設
けてもよい。同じ面に設ける場合には、被覆と同じ金属
により形成することが製造上便利である。裏面に設ける
場合には、端子を薄い材料の層により形成し、それを光
導電性スイッチとして用いることができる。
針は、被測定物に近接させる先の尖った端子の先端部表
面が化学的に安定な金属で被覆されたことを特徴とす
る。このような金属としては、金、白金あるいはイリジ
ウムを用いることがよい。光導電性スイッチを測定回路
に接続するための配線は、カンチレバーの二つの面う
ち、被覆が設けられた面あるいはその裏面のいずれに設
けてもよい。同じ面に設ける場合には、被覆と同じ金属
により形成することが製造上便利である。裏面に設ける
場合には、端子を薄い材料の層により形成し、それを光
導電性スイッチとして用いることができる。
【００１０】このような電気波形測定探針を製造するに
は、端子の本体、光導電性スイッチおよびカンチレバー
を同一の材料により形成することがよい。すなわち、カ
ンチレバー上に、被測定物に近接させる先の尖った端子
と、この端子と被測定物との間の電流をサンプリングす
るために光照射により導通状態となる光導電性スイッチ
とを形成する電気波形測定探針の製造方法において、カ
ンチレバー、端子および光導電性スイッチのいずれとも
異なる材料を基板とし、この基板の一部に凸部を形成
し、この凸部を端子の鋳型として基板上に端子および光
導電性スイッチを含む構造を形成し、この構造の表面に
安定な金属の被覆を形成し、この構造がカンチレバーと
して動作するように、基板の少なくとも一部を除去す
る。
は、端子の本体、光導電性スイッチおよびカンチレバー
を同一の材料により形成することがよい。すなわち、カ
ンチレバー上に、被測定物に近接させる先の尖った端子
と、この端子と被測定物との間の電流をサンプリングす
るために光照射により導通状態となる光導電性スイッチ
とを形成する電気波形測定探針の製造方法において、カ
ンチレバー、端子および光導電性スイッチのいずれとも
異なる材料を基板とし、この基板の一部に凸部を形成
し、この凸部を端子の鋳型として基板上に端子および光
導電性スイッチを含む構造を形成し、この構造の表面に
安定な金属の被覆を形成し、この構造がカンチレバーと
して動作するように、基板の少なくとも一部を除去す
る。
【００１１】安定な金属の被覆の形成と同時に、光導電
性スイッチを測定系に接続するための配線を形成するこ
とがよい。
性スイッチを測定系に接続するための配線を形成するこ
とがよい。
【００１２】また、別の製造方法として、カンチレバ
ー、端子および光導電性スイッチのいずれとも異なる材
料を基板とし、この基板の一部に凹部を形成し、この凹
部を端子の鋳型として基板上に端子および光導電性スイ
ッチを含む構造を形成し、この構造がカンチレバーとし
て動作するように、基板の少なくとも一部を除去し、露
出した端子の先端に安定な金属の被覆を形成することも
できる。
ー、端子および光導電性スイッチのいずれとも異なる材
料を基板とし、この基板の一部に凹部を形成し、この凹
部を端子の鋳型として基板上に端子および光導電性スイ
ッチを含む構造を形成し、この構造がカンチレバーとし
て動作するように、基板の少なくとも一部を除去し、露
出した端子の先端に安定な金属の被覆を形成することも
できる。
【００１３】これらの製造方法では、探針構造材自体に
光導電性材料を使用することで、探針上への光導電性ス
イッチの形成が容易になる。基板として半導体材料を用
い、凸部または凹部の形成は異方性エッチングにより行
うことがよい。特に、基板としてＳｉ基板を用い、この
Ｓｉ基板の（１１１）面により形成される構造を凸部ま
たは凹部とすることがよい。このような構造を利用する
ことで、鋭い端子を形成することができる。また、半導
体の異方性エッチングにより半導体プロセス技術を応用
することで、同時に多数の探針を簡単に製造することが
でき、安価で信頼性の高い探針を安定に供給することが
できる。
光導電性材料を使用することで、探針上への光導電性ス
イッチの形成が容易になる。基板として半導体材料を用
い、凸部または凹部の形成は異方性エッチングにより行
うことがよい。特に、基板としてＳｉ基板を用い、この
Ｓｉ基板の（１１１）面により形成される構造を凸部ま
たは凹部とすることがよい。このような構造を利用する
ことで、鋭い端子を形成することができる。また、半導
体の異方性エッチングにより半導体プロセス技術を応用
することで、同時に多数の探針を簡単に製造することが
でき、安価で信頼性の高い探針を安定に供給することが
できる。
【００１４】カンチレバー、端子の本体および光導電性
スイッチの材料としては、Ｓｉなどの IＶ族半導体、Ｇ
ａＡｓなどのIII −Ｖ系半導体、ＺｎＳｅなどのII−Ｖ
I 系半導体を用いることができ、基板としてＳｉ基板を
用いる場合にはIII −Ｖ系半導体あるいはII−ＶI 系半
導体を用いることがよい。特に光導電性スイッチの応答
を高速化するためには、ＧａＡｓを３００℃以下の温度
で成長させることがよい。通常の温度で成長させたＧａ
Ａｓにイオン注入を行って格子欠陥や不純物を導入する
ことによっても、光導電性スイッチの応答を高速化する
ことができる。
スイッチの材料としては、Ｓｉなどの IＶ族半導体、Ｇ
ａＡｓなどのIII −Ｖ系半導体、ＺｎＳｅなどのII−Ｖ
I 系半導体を用いることができ、基板としてＳｉ基板を
用いる場合にはIII −Ｖ系半導体あるいはII−ＶI 系半
導体を用いることがよい。特に光導電性スイッチの応答
を高速化するためには、ＧａＡｓを３００℃以下の温度
で成長させることがよい。通常の温度で成長させたＧａ
Ａｓにイオン注入を行って格子欠陥や不純物を導入する
ことによっても、光導電性スイッチの応答を高速化する
ことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態を説明す
る図であり、電気波形測定探針（以下単に「探針」とい
う）の構造および利用方法を示す。この探針１は、ＳＴ
ＭあるいはＳＦＭを利用した電気波形測定装置の探針ホ
ルダ２に取り付けられ、高速半導体電子回路などの被測
定物３の電気波形を測定するために用いられる。探針１
には、被測定物３に近接させる先の尖った端子１１と、
この端子１１と被測定物３との間の電流被測定物との間
の電流をサンプリングするために光照射により導通状態
となる光導電性スイッチ１２と、端子１１および光導電
性スイッチ１２を支持するカンチレバー１３とを備え、
端子１１の先端部表面が化学的に安定な金属で被覆され
ている。また、端子１１からの信号を光導電性スイッチ
１２を経由して電気波形測定装置に取り出すための電極
１４を備える。
る図であり、電気波形測定探針（以下単に「探針」とい
う）の構造および利用方法を示す。この探針１は、ＳＴ
ＭあるいはＳＦＭを利用した電気波形測定装置の探針ホ
ルダ２に取り付けられ、高速半導体電子回路などの被測
定物３の電気波形を測定するために用いられる。探針１
には、被測定物３に近接させる先の尖った端子１１と、
この端子１１と被測定物３との間の電流被測定物との間
の電流をサンプリングするために光照射により導通状態
となる光導電性スイッチ１２と、端子１１および光導電
性スイッチ１２を支持するカンチレバー１３とを備え、
端子１１の先端部表面が化学的に安定な金属で被覆され
ている。また、端子１１からの信号を光導電性スイッチ
１２を経由して電気波形測定装置に取り出すための電極
１４を備える。
【００１６】この探針１を用いた測定は、端子１１を被
測定物３に接触あるいは原子間隔程度の微小距離隔てて
配置した状態で、光導電性スイッチ１２に光パルスを照
射することにより行われる。すなわち、光パルスの照射
により、端子１１と被測定物３との間に生じる電流をサ
ンプリングする。これにより、被測定物３の各点の電位
を求めることができ、被測定物３の動作状態あるいは電
界分布を求めることができる。
測定物３に接触あるいは原子間隔程度の微小距離隔てて
配置した状態で、光導電性スイッチ１２に光パルスを照
射することにより行われる。すなわち、光パルスの照射
により、端子１１と被測定物３との間に生じる電流をサ
ンプリングする。これにより、被測定物３の各点の電位
を求めることができ、被測定物３の動作状態あるいは電
界分布を求めることができる。
【００１７】照射する光パルスとしては、短パルスのレ
ーザ光を用いる。この光パルスの繰り返し周波数を被測
定物３の電気信号の周波数からわずかにずれた周波数に
設定し、このときに流れる電流を測定することにより、
サンプリングを行う。このとき、被測定物３の電気信号
が、光パルスの繰り返し周波数と電気信号の周波数との
差の周波数の信号、すなわちビート成分として、オシロ
スコープその他のよく知られた測定装置で測定される。
また、光パルスの繰り返し周波数を被測定物３の電気信
号の周波数に同期させ、照射する光パルスの光路長を変
化させてもよい。
ーザ光を用いる。この光パルスの繰り返し周波数を被測
定物３の電気信号の周波数からわずかにずれた周波数に
設定し、このときに流れる電流を測定することにより、
サンプリングを行う。このとき、被測定物３の電気信号
が、光パルスの繰り返し周波数と電気信号の周波数との
差の周波数の信号、すなわちビート成分として、オシロ
スコープその他のよく知られた測定装置で測定される。
また、光パルスの繰り返し周波数を被測定物３の電気信
号の周波数に同期させ、照射する光パルスの光路長を変
化させてもよい。
【００１８】端子１１を被測定物３の表面に垂直に配置
する必要があるが、そのための制御は、ＳＴＭあるいは
ＳＦＭとしての機能を利用する。すなわち、ＳＴＭの機
能を利用して平均電流が一定となるフィードバック制御
を行うか、または、ＳＦＭの機能を利用して、カンチレ
バー１３で反射された光ビームのスポット位置を検出し
てその位置が一定となるようにフィードバック制御を行
う。被測定物３の表面に垂直な方向の位置を保持したま
ま被測定物３の面内方向に端子１１を走査することによ
り、通常のＳＴＭやＳＦＭと同様に、被測定物３の表面
形状をサブミクロンの空間分解能で観察することができ
る。
する必要があるが、そのための制御は、ＳＴＭあるいは
ＳＦＭとしての機能を利用する。すなわち、ＳＴＭの機
能を利用して平均電流が一定となるフィードバック制御
を行うか、または、ＳＦＭの機能を利用して、カンチレ
バー１３で反射された光ビームのスポット位置を検出し
てその位置が一定となるようにフィードバック制御を行
う。被測定物３の表面に垂直な方向の位置を保持したま
ま被測定物３の面内方向に端子１１を走査することによ
り、通常のＳＴＭやＳＦＭと同様に、被測定物３の表面
形状をサブミクロンの空間分解能で観察することができ
る。
【００１９】この実施形態において、端子１１の被覆以
外の部分（以下「端子本体」という）、光導電性スイッ
チ１２およびカンチレバー１３は、同一の材料により形
成されているものとする。したがって、光導電性スイッ
チ１２は特別に形成されるものではなく、信号を取り出
すための電極１４を形成したときに、その電極１４と端
子１１の被覆との間の隙間の領域が光導電性スイッチ１
２となる。
外の部分（以下「端子本体」という）、光導電性スイッ
チ１２およびカンチレバー１３は、同一の材料により形
成されているものとする。したがって、光導電性スイッ
チ１２は特別に形成されるものではなく、信号を取り出
すための電極１４を形成したときに、その電極１４と端
子１１の被覆との間の隙間の領域が光導電性スイッチ１
２となる。
【００２０】電極１４は端子１１（およびその被覆）と
同じ側の面と反対側の面とのいずれに設けてもよい。端
子１１と同じ側の面に設けた場合には、光パルスが電極
１４の設けられている面とは反対側から入射することに
なるが、カンチレバー１３の厚さが十分に薄ければ問題
となることはない。電極１４を端子１１と反対側の面に
設けた場合には、光励起されたキャリアがカンチレバー
１３を貫通するように流れ、その領域が光導電性スイッ
チ１２として動作する。一般に光導電性スイッチの応答
速度は金属電極間の隙間が狭いほど高速となるが、パタ
ーニングによる方法で均一性よく１ミクロン以下の隙間
を形成することは困難である。これに対し電極１４と端
子１１とをカンチレバー１３の反対側の面に形成する場
合には、カンチレバー１３の膜厚を均一性よく１ミクロ
以下に形成することが比較的容易であり、光導電性スイ
ッチの応答速度を高速化でき、ひいては、これを用いた
電気波形測定装置の時間分解能を高めることができる。
同じ側の面と反対側の面とのいずれに設けてもよい。端
子１１と同じ側の面に設けた場合には、光パルスが電極
１４の設けられている面とは反対側から入射することに
なるが、カンチレバー１３の厚さが十分に薄ければ問題
となることはない。電極１４を端子１１と反対側の面に
設けた場合には、光励起されたキャリアがカンチレバー
１３を貫通するように流れ、その領域が光導電性スイッ
チ１２として動作する。一般に光導電性スイッチの応答
速度は金属電極間の隙間が狭いほど高速となるが、パタ
ーニングによる方法で均一性よく１ミクロン以下の隙間
を形成することは困難である。これに対し電極１４と端
子１１とをカンチレバー１３の反対側の面に形成する場
合には、カンチレバー１３の膜厚を均一性よく１ミクロ
以下に形成することが比較的容易であり、光導電性スイ
ッチの応答速度を高速化でき、ひいては、これを用いた
電気波形測定装置の時間分解能を高めることができる。
【００２１】
【実施例】次に、探針の製造方法およびそれにより得ら
れる構造について説明する。
れる構造について説明する。
【００２２】図２は製造方法の第一の実施例を工程毎の
断面図により示し、図３はこの方法により得られる探針
を斜視図により示す。この実施例では、まず、Ｓｉ（１
００）基板４１上にこの基板４１の＜１１０＞方向を辺
とする正方形のＳｉＯ2 マスク４２を設け（図２
（ａ））、界面活性剤としてＩＰＡ（イソプロピルアル
コール）を添加した１５％ＫＯＨ溶液で異方性エッチン
グを行う（図２（ｂ））。これにより、（１１１）面で
エッチングが止まり、ピラミッド型の突起すなわち凸部
４３ができる。異方性エッチングが終了すると、マスク
４２を取り除き、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）により３
００℃でＧａＡｓ層４４を成長させ（図２（ｃ））、端
子１１の先端部表面に白金Ｐｔの被覆４５を形成し、同
時に金属配線４６をパターニングする（図２（ｄ））。
この後、カンチレバー部分の基板４１をラッピング（機
械研磨）して厚さを１０μｍにする。最後に、ＫＯＨ溶
液でカンチレバー部分のＳｉを完全に除去する（図２
（ｅ））。これにより、端子１１の本体、光導電性スイ
ッチ１２およびカンチレバー１３がＧａＡｓによる単一
の成長層として形成され、端子１１の先端部表面に化学
的に安定な金属の被覆４５が設けられ、金属配線４６に
より電極１４が形成される。ＧａＡｓ層４４の厚さとし
て、本願発明者は０．５μｍと１μｍとについて試作し
て良好な結果を得たが、所望の特性が得られるならどの
ような厚さとしてもよい。ＧａＡｓの成長温度を低めに
することで、端子１１、光導電性スイッチ１２およびカ
ンチレバー１３が多結晶となる。この場合、キャリアの
移動度は低減するが、ＧａＡｓの機械的強度は増大す
る。
断面図により示し、図３はこの方法により得られる探針
を斜視図により示す。この実施例では、まず、Ｓｉ（１
００）基板４１上にこの基板４１の＜１１０＞方向を辺
とする正方形のＳｉＯ2 マスク４２を設け（図２
（ａ））、界面活性剤としてＩＰＡ（イソプロピルアル
コール）を添加した１５％ＫＯＨ溶液で異方性エッチン
グを行う（図２（ｂ））。これにより、（１１１）面で
エッチングが止まり、ピラミッド型の突起すなわち凸部
４３ができる。異方性エッチングが終了すると、マスク
４２を取り除き、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）により３
００℃でＧａＡｓ層４４を成長させ（図２（ｃ））、端
子１１の先端部表面に白金Ｐｔの被覆４５を形成し、同
時に金属配線４６をパターニングする（図２（ｄ））。
この後、カンチレバー部分の基板４１をラッピング（機
械研磨）して厚さを１０μｍにする。最後に、ＫＯＨ溶
液でカンチレバー部分のＳｉを完全に除去する（図２
（ｅ））。これにより、端子１１の本体、光導電性スイ
ッチ１２およびカンチレバー１３がＧａＡｓによる単一
の成長層として形成され、端子１１の先端部表面に化学
的に安定な金属の被覆４５が設けられ、金属配線４６に
より電極１４が形成される。ＧａＡｓ層４４の厚さとし
て、本願発明者は０．５μｍと１μｍとについて試作し
て良好な結果を得たが、所望の特性が得られるならどの
ような厚さとしてもよい。ＧａＡｓの成長温度を低めに
することで、端子１１、光導電性スイッチ１２およびカ
ンチレバー１３が多結晶となる。この場合、キャリアの
移動度は低減するが、ＧａＡｓの機械的強度は増大す
る。
【００２３】ＧａＡｓ層４４を通常の結晶成長温度で成
長させ、イオン注入を行って格子欠陥や不純物を導入す
ることによって、光導電性スイッチの応答を高速化する
こともできる。その場合には、端子１１、光導電性スイ
ッチ１２およびカンチレバー１３が単結晶に形成され、
端子１１はＧａＡｓの（１１１）面からなる角錐により
形成される。
長させ、イオン注入を行って格子欠陥や不純物を導入す
ることによって、光導電性スイッチの応答を高速化する
こともできる。その場合には、端子１１、光導電性スイ
ッチ１２およびカンチレバー１３が単結晶に形成され、
端子１１はＧａＡｓの（１１１）面からなる角錐により
形成される。
【００２４】図４は製造方法の第二の実施例を示す。こ
の実施例は、金属配線４６を端子１１とは反対側の面に
設けたことが第一の実施例と異なる。すなわち、第一の
実施例と同様にＳｉＯ2 マスク４２によるマスキング、
基板４１の異方性エッチングによる凸部４３の形成、お
よびＭＢＥによるＧａＡｓ層４４の成長を行い、続い
て、端子１１の先端部表面にＰｔの被覆４５を形成する
（図４（ｄ））。この後、カンチレバー部分の基板４１
をラッピング（機械研磨）して厚さを１０μｍに形成
し、ＫＯＨ溶液でカンチレバー部分のＳｉを完全に除去
する（図４（ｅ））。最後に、裏面に金属配線４７を形
成する（図４（ｆ））。
の実施例は、金属配線４６を端子１１とは反対側の面に
設けたことが第一の実施例と異なる。すなわち、第一の
実施例と同様にＳｉＯ2 マスク４２によるマスキング、
基板４１の異方性エッチングによる凸部４３の形成、お
よびＭＢＥによるＧａＡｓ層４４の成長を行い、続い
て、端子１１の先端部表面にＰｔの被覆４５を形成する
（図４（ｄ））。この後、カンチレバー部分の基板４１
をラッピング（機械研磨）して厚さを１０μｍに形成
し、ＫＯＨ溶液でカンチレバー部分のＳｉを完全に除去
する（図４（ｅ））。最後に、裏面に金属配線４７を形
成する（図４（ｆ））。
【００２５】図５は製造方法の第三の実施例を断面図に
より示し、図６はこの方法により得られる探針を斜視図
により示す。第一および第二の各実施例では、基板に凸
部を形成し、それを鋳型として端子１１を形成する方法
について説明した。これに対して第三の実施例では、基
板に凹部を形成し、それを鋳型として端子１１を形成す
る。すなわち、Ｓｉ（１００）基板５１上にＳｉＯ2 マ
スク５２を設け、＜１１０＞方向を辺とする正方形の穴
を開ける（図５（ａ））。続いて、界面活性剤としてＩ
ＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加した３０％ＫＯ
Ｈ溶液で異方性エッチングを行う。これにより、（１１
１）面でエッチングが止まり、逆ピラミッド型の凹部５
３ができる（図５（ｂ））。次に、マスク５２をＨＦに
より取り除き、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）により３０
０℃でＧａＡｓ層５４を成長させ（図５（ｃ））、金属
配線５６をパターニングする（図５（ｄ））。この後、
ＧａＡｓ層５４の表面に接着剤により台座５７を取り付
け（図５（ｅ））、基板５１を１０μｍの厚さにラッピ
ングし、さらにＫＯＨ溶液でＳｉを完全に除去する（図
５（ｆ））。最後に、端子１１の先端部表面にＰｔの被
覆５５を形成する（図５（ｇ））。
より示し、図６はこの方法により得られる探針を斜視図
により示す。第一および第二の各実施例では、基板に凸
部を形成し、それを鋳型として端子１１を形成する方法
について説明した。これに対して第三の実施例では、基
板に凹部を形成し、それを鋳型として端子１１を形成す
る。すなわち、Ｓｉ（１００）基板５１上にＳｉＯ2 マ
スク５２を設け、＜１１０＞方向を辺とする正方形の穴
を開ける（図５（ａ））。続いて、界面活性剤としてＩ
ＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加した３０％ＫＯ
Ｈ溶液で異方性エッチングを行う。これにより、（１１
１）面でエッチングが止まり、逆ピラミッド型の凹部５
３ができる（図５（ｂ））。次に、マスク５２をＨＦに
より取り除き、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）により３０
０℃でＧａＡｓ層５４を成長させ（図５（ｃ））、金属
配線５６をパターニングする（図５（ｄ））。この後、
ＧａＡｓ層５４の表面に接着剤により台座５７を取り付
け（図５（ｅ））、基板５１を１０μｍの厚さにラッピ
ングし、さらにＫＯＨ溶液でＳｉを完全に除去する（図
５（ｆ））。最後に、端子１１の先端部表面にＰｔの被
覆５５を形成する（図５（ｇ））。
【００２６】以上の実施例では被覆４５、５５をＰｔに
より形成したが、金ＡｕあるいはイリジウムＩｒを用い
ても本発明を同様に実施できる。また、金属配線４６、
４７、５６については、被覆４５、５５とは別の金属で
形成することもできる。
より形成したが、金ＡｕあるいはイリジウムＩｒを用い
ても本発明を同様に実施できる。また、金属配線４６、
４７、５６については、被覆４５、５５とは別の金属で
形成することもできる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
探針構造材自体に光導電性材料を使用することで、探針
上への光導電性スイッチの形成が容易になる。また、半
導体の異方性エッチングにより形成される構造を鋳型と
して利用した場合には、容易に鋭い端子を形成すること
ができる。また、半導体プロセス技術を応用すること
で、同時に多数の探針を簡単に製造することができ、安
定で信頼性の高い探針を安定に供給することができる。
探針構造材自体に光導電性材料を使用することで、探針
上への光導電性スイッチの形成が容易になる。また、半
導体の異方性エッチングにより形成される構造を鋳型と
して利用した場合には、容易に鋭い端子を形成すること
ができる。また、半導体プロセス技術を応用すること
で、同時に多数の探針を簡単に製造することができ、安
定で信頼性の高い探針を安定に供給することができる。
【図１】本発明の実施形態を説明する図。
【図２】製造方法の第一の実施例を示す図。
【図３】図２に示した方法により得られる探針の斜視
図。
図。
【図４】製造方法の第二の実施例を示す図。
【図５】製造方法の第三の実施例を示す図。
【図６】図５に示した方法により得られる探針の斜視
図。
図。
１ 探針 ２ 探針ホルダ ３ 被測定物 １１ 端子 １２ 光導電性スイッチ １３ カンチレバー １４ 電極 ４１、５１ 基板 ４２、５２ マスク ４３ 凸部 ４４、５４ ＧａＡｓ層 ４５、５５ 被覆 ４６、４７、５６ 金属配線 ５３ 凹部 ５７ 台座
Claims (7)
- 【請求項１】 被測定物に近接させる先の尖った端子
と、 この端子と被測定物との間の電流をサンプリングするた
めに光照射により導通状態となる光導電性スイッチと、 前記端子および前記光導電性スイッチを支持するカンチ
レバーとを備えた電気波形測定探針において、 前記端子の先端部表面が化学的に安定な金属で被覆され
たことを特徴とする電気波形測定探針。 - 【請求項２】 前記化学的に安定な金属は金、白金およ
びイリジウムからなる群より選ばれた１以上の金属を含
む請求項１記載の電気波形測定探針。 - 【請求項３】 前記光導電性スイッチを測定回路に接続
するための配線が前記カンチレバーの前記端子と同じ面
に前記化学的に安定な金属と同じ材料により形成された
請求項１または２記載の電気波形測定探針。 - 【請求項４】 前記端子は薄い材料の層により形成さ
れ、この薄い材料の層が前記光導電性スイッチを構成
し、前記化学的に安定な金属で被覆された面の裏面には
測定回路に接続するための配線が設けられた請求項１ま
たは２記載の電気波形測定探針。 - 【請求項５】 カンチレバー上に、被測定物に近接させ
る先の尖った端子と、この端子と被測定物との間の電流
をサンプリングするために光照射により導通状態となる
光導電性スイッチとを形成する電気波形測定探針の製造
方法において、 前記カンチレバー、前記端子および前記光導電性スイッ
チのいずれとも異なる材料を基板とし、 この基板の一部に凸部を形成し、 この凸部を前記端子の鋳型として前記基板上に前記端子
および前記光導電性スイッチを含む構造を形成し、 この構造の表面に安定な金属の被覆を形成し、 この構造がカンチレバーとして動作するように、前記基
板の少なくとも一部を除去することを特徴とする電気波
形測定探針の製造方法。 - 【請求項６】 前記安定な金属の被覆を前記光導電性ス
イッチを測定系に接続するための配線と同時に形成する
請求項５記載の電気波形測定探針の製造方法。 - 【請求項７】 カンチレバー上に、被測定物に近接させ
る先の尖った端子と、この端子と被測定物との間の電流
をサンプリングするために光照射により導通状態となる
光導電性スイッチとを形成する電気波形測定探針の製造
方法において、 前記カンチレバー、前記端子および前記光導電性スイッ
チのいずれとも異なる材料を基板とし、 この基板の一部に凹部を形成し、 この凹部を前記端子の鋳型として前記基板上に前記端子
および前記光導電性スイッチを含む構造を形成し、 この構造がカンチレバーとして動作するように、前記基
板の少なくとも一部を除去し、 露出した前記端子の先端に安定な金属の被覆を形成する
ことを特徴とする電気波形測定探針の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8011206A JPH09203770A (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 電気波形測定探針およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8011206A JPH09203770A (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 電気波形測定探針およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09203770A true JPH09203770A (ja) | 1997-08-05 |
Family
ID=11771546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8011206A Pending JPH09203770A (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 電気波形測定探針およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09203770A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6791176B2 (en) | 1998-12-02 | 2004-09-14 | Formfactor, Inc. | Lithographic contact elements |
| JP2008122330A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用半導体・セラミックス複合カンチレバー |
| JP2008151673A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用化合物半導体カンチレバー、及びその製造法 |
-
1996
- 1996-01-25 JP JP8011206A patent/JPH09203770A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6791176B2 (en) | 1998-12-02 | 2004-09-14 | Formfactor, Inc. | Lithographic contact elements |
| US7287322B2 (en) | 1998-12-02 | 2007-10-30 | Formfactor, Inc. | Lithographic contact elements |
| US7555836B2 (en) | 1998-12-02 | 2009-07-07 | Formfactor, Inc. | Method of making lithographic contact elements |
| JP2008122330A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用半導体・セラミックス複合カンチレバー |
| JP2008151673A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用化合物半導体カンチレバー、及びその製造法 |
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