JPH11297773A - 電圧及び変位検出用プローブ - Google Patents
電圧及び変位検出用プローブInfo
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- JPH11297773A JPH11297773A JP10104670A JP10467098A JPH11297773A JP H11297773 A JPH11297773 A JP H11297773A JP 10104670 A JP10104670 A JP 10104670A JP 10467098 A JP10467098 A JP 10467098A JP H11297773 A JPH11297773 A JP H11297773A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電圧及び変位検出用プローブに関し、軽量で
且つ配線に対して安定に接触可能なプローブを簡便に製
造可能にする。 【解決手段】 変位測定のための半導体単結晶からなる
梁２を設けた梁部材１の中央部に孔３を設け、この孔３
に梁２とは別体に設けた電圧測定用の探針４を装着・固
定することによって一体化する。
且つ配線に対して安定に接触可能なプローブを簡便に製
造可能にする。 【解決手段】 変位測定のための半導体単結晶からなる
梁２を設けた梁部材１の中央部に孔３を設け、この孔３
に梁２とは別体に設けた電圧測定用の探針４を装着・固
定することによって一体化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電圧及び変位検出用
プローブに関するものであり、特に、電気光学効果を用
いて半導体大規模集積回路装置（ＬＳＩ装置）内部の微
細配線の電圧を測定するための電圧及び変位検出用プロ
ーブに関するものである。
プローブに関するものであり、特に、電気光学効果を用
いて半導体大規模集積回路装置（ＬＳＩ装置）内部の微
細配線の電圧を測定するための電圧及び変位検出用プロ
ーブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体大規模集積回路装置等の半導体装
置を設計・製造する上で、半導体装置内部の配線に印加
されている電圧波形を正確に捕らえておくことは必要不
可欠であるが、半導体装置の集積度の向上に伴って、配
線幅は狭くなってきており、光学顕微鏡を用いて微細配
線にプローブを接触させて電圧波形を測定する従来の方
法では対応が難しくなってきている。
置を設計・製造する上で、半導体装置内部の配線に印加
されている電圧波形を正確に捕らえておくことは必要不
可欠であるが、半導体装置の集積度の向上に伴って、配
線幅は狭くなってきており、光学顕微鏡を用いて微細配
線にプローブを接触させて電圧波形を測定する従来の方
法では対応が難しくなってきている。
【０００３】この様な問題を解決するものとして、電子
ビームテスタ或いは光テスタが使用されている。この
内、前者の電子ビームテスタにおいては、測定しようと
する微細配線の測定点に、電子ビームを照射し、その測
定点から放出される２次電子の量を検出し、この検出し
た２次電子の量に基づいて電圧を測定するものである。
ビームテスタ或いは光テスタが使用されている。この
内、前者の電子ビームテスタにおいては、測定しようと
する微細配線の測定点に、電子ビームを照射し、その測
定点から放出される２次電子の量を検出し、この検出し
た２次電子の量に基づいて電圧を測定するものである。
【０００４】また、後者の光テスタにおいては、電気光
学結晶（ＥＯ結晶）の電気光学効果を利用したものであ
り、測定点の近傍に配置したＥＯ結晶にレーザ光を照射
し、ＥＯ結晶を透過または反射したレーザ光の偏光量を
検出し、その偏光量に基づいて電圧を測定するものであ
る（必要ならば、Ｊ．Ａ．Ｖａｌｄｍａｎｉｓ ａｎｄ
Ｇ．Ｍｏｕｒｏｕ，ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ
ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，Ｖｏｌ．
ＱＥ−２２，１９８６，ｐｐ．６９−７８参照）。
学結晶（ＥＯ結晶）の電気光学効果を利用したものであ
り、測定点の近傍に配置したＥＯ結晶にレーザ光を照射
し、ＥＯ結晶を透過または反射したレーザ光の偏光量を
検出し、その偏光量に基づいて電圧を測定するものであ
る（必要ならば、Ｊ．Ａ．Ｖａｌｄｍａｎｉｓ ａｎｄ
Ｇ．Ｍｏｕｒｏｕ，ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ
ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，Ｖｏｌ．
ＱＥ−２２，１９８６，ｐｐ．６９−７８参照）。
【０００５】この際、ＥＯ結晶に対して配線に印加され
ている電圧を印加するために、導電性を有するＷ等から
なる探針を配線に接触させる必要があり、サブミクロン
オーダーの微細配線に探針を接触させるためには、予め
配線パターンの凹凸像を取得しておき、その画像データ
を基に探針を微細配線に接触させる方法が有効である。
ている電圧を印加するために、導電性を有するＷ等から
なる探針を配線に接触させる必要があり、サブミクロン
オーダーの微細配線に探針を接触させるためには、予め
配線パターンの凹凸像を取得しておき、その画像データ
を基に探針を微細配線に接触させる方法が有効である。
【０００６】したがって、光テスタの場合には、探針を
配線に接触させるために探針の変位を検出することと、
配線に印加されている電圧をＥＯ結晶に印加することの
２つの機能を兼ね備えたプローブが必要となる。
配線に接触させるために探針の変位を検出することと、
配線に印加されている電圧をＥＯ結晶に印加することの
２つの機能を兼ね備えたプローブが必要となる。
【０００７】ここで、図７を参照して、実用化されてい
る従来の電気光学効果を用いたプローブを説明する。図
７参照図７は、電気光学効果を用いた従来のプローブの
概略的断面図であり、プローブは、プローブヘッド３
１、プローブヘッド３１を支持する支持筐体３２、プロ
ーブヘッド３１を走査するピエゾアクチュエータによる
ＸＹＺピエゾステージ３３、及び、プローブヘッド３１
にレーザ光を照射し、その反射光から電圧の検出を行う
ＥＯ電圧センサ３４から構成されている。
る従来の電気光学効果を用いたプローブを説明する。図
７参照図７は、電気光学効果を用いた従来のプローブの
概略的断面図であり、プローブは、プローブヘッド３
１、プローブヘッド３１を支持する支持筐体３２、プロ
ーブヘッド３１を走査するピエゾアクチュエータによる
ＸＹＺピエゾステージ３３、及び、プローブヘッド３１
にレーザ光を照射し、その反射光から電圧の検出を行う
ＥＯ電圧センサ３４から構成されている。
【０００８】この内、プローブヘッド３１は、ＥＯ結晶
３５、ＥＯ結晶３５の一方の面に反射電極（図示せず）
を介して取り付けられた探針３６、参照電圧を印加する
ための透明電極を設けたＥＯ結晶３５の他方の面に対向
固定されるチューブ３７、チューブ３７を支持する２枚
の平行な板バネ３８，３９から構成される。
３５、ＥＯ結晶３５の一方の面に反射電極（図示せず）
を介して取り付けられた探針３６、参照電圧を印加する
ための透明電極を設けたＥＯ結晶３５の他方の面に対向
固定されるチューブ３７、チューブ３７を支持する２枚
の平行な板バネ３８，３９から構成される。
【０００９】このチューブ３７は、水平方向に高剛性を
有し、且つ、垂直方向には低剛性であり、探針３６の変
位により探針３６が配線等に接触した場合のチューブ３
７の上下動は、容量式変位センサ４０によって測定され
る。
有し、且つ、垂直方向には低剛性であり、探針３６の変
位により探針３６が配線等に接触した場合のチューブ３
７の上下動は、容量式変位センサ４０によって測定され
る。
【００１０】また、ＥＯ電圧センサ３４には、レーザダ
イオード４１、ハーフミラー４３、ＥＯ結晶３５からの
反射光をハーフミラー４３、偏光ビームスプリッター
（図示を省略）、及び、ミラー（図示を省略）を介して
夫々検出する２つの光検出器４４（一体のものとして図
示）、及び、その検出出力を入力してその差動出力を電
圧波形として出力する差動増幅器（図示を省略）等から
構成される。
イオード４１、ハーフミラー４３、ＥＯ結晶３５からの
反射光をハーフミラー４３、偏光ビームスプリッター
（図示を省略）、及び、ミラー（図示を省略）を介して
夫々検出する２つの光検出器４４（一体のものとして図
示）、及び、その検出出力を入力してその差動出力を電
圧波形として出力する差動増幅器（図示を省略）等から
構成される。
【００１１】この場合、探針３６が接触している配線に
印加されている被測定信号によってＥＯ結晶３５の屈折
率がポッケルス効果によって変化し、このＥＯ結晶３５
の内部を通過するレーザ光の偏光状態が変化し、ＥＯ電
圧センサ３４に設けた偏光ビームスプリッターを反射し
て光検出器４４の一方で検出される成分と、偏光ビーム
スプリッターを透過して光検出器４４の他方で検出され
る成分との比率が変化することを利用している。
印加されている被測定信号によってＥＯ結晶３５の屈折
率がポッケルス効果によって変化し、このＥＯ結晶３５
の内部を通過するレーザ光の偏光状態が変化し、ＥＯ電
圧センサ３４に設けた偏光ビームスプリッターを反射し
て光検出器４４の一方で検出される成分と、偏光ビーム
スプリッターを透過して光検出器４４の他方で検出され
る成分との比率が変化することを利用している。
【００１２】しかし、この様な従来の電気光学効果を用
いたプローブの場合、探針３６の変位を検出して配線周
辺の凹凸を画像化するのに、長時間を要するという問題
がある。即ち、従来の電気光学効果を用いたプローブの
場合、プローブヘッド３１が大きくて重いため、その共
振周波数が１００Ｈｚ以下程度と低くなり、チューブ３
７の上下動による変位の測定を高速に行うことができな
いためである。
いたプローブの場合、探針３６の変位を検出して配線周
辺の凹凸を画像化するのに、長時間を要するという問題
がある。即ち、従来の電気光学効果を用いたプローブの
場合、プローブヘッド３１が大きくて重いため、その共
振周波数が１００Ｈｚ以下程度と低くなり、チューブ３
７の上下動による変位の測定を高速に行うことができな
いためである。
【００１３】この様な問題を解決するために、半導体プ
ロセスを利用したマイクロマシーニング技術による、探
針一体型のプローブヘッドを製造し、プローブヘッドを
小型化してその重量を軽量化する方法が提案されてい
る。
ロセスを利用したマイクロマシーニング技術による、探
針一体型のプローブヘッドを製造し、プローブヘッドを
小型化してその重量を軽量化する方法が提案されてい
る。
【００１４】ここで、図８及び図９を参照して、マイク
ロマシーニング技術による、探針一体型プローブヘッド
の製造方法を説明する。なお、図８（ａ）乃至（ｃ）に
おいて、左側の図は、右側の平面図においてＡ−Ａ′を
結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、また、図９
（ｄ）及び（ｆ）は、同断面図を拡大して示したもので
あり、さらに、図９（ｅ）及び（ｇ）は図８（ｃ）の平
面図におけるＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図に
対応する概略的断面図である。 図８（ａ）参照 まず、シリコン基板５１の表面を熱酸化して表面及び裏
面にＳｉＯ2 膜５２を形成したのち、所定パターンを有
するレジストマスクをマスクとしてＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）を施すことによって主面側のＳｉＯ2 膜
をパターニングし、カンチレバー部５３を形成するため
の開口部５４を有するＳｉＯ2 膜パターン５５を形成
し、次いで、ＳｉＯ2 膜パターン５５をマスクとして同
じくＲＩＥを施すことによってシリコン基板５１を選択
的エッチングし、深さ数〜１０μｍ程度の凹部を形成す
る。
ロマシーニング技術による、探針一体型プローブヘッド
の製造方法を説明する。なお、図８（ａ）乃至（ｃ）に
おいて、左側の図は、右側の平面図においてＡ−Ａ′を
結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、また、図９
（ｄ）及び（ｆ）は、同断面図を拡大して示したもので
あり、さらに、図９（ｅ）及び（ｇ）は図８（ｃ）の平
面図におけるＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図に
対応する概略的断面図である。 図８（ａ）参照 まず、シリコン基板５１の表面を熱酸化して表面及び裏
面にＳｉＯ2 膜５２を形成したのち、所定パターンを有
するレジストマスクをマスクとしてＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）を施すことによって主面側のＳｉＯ2 膜
をパターニングし、カンチレバー部５３を形成するため
の開口部５４を有するＳｉＯ2 膜パターン５５を形成
し、次いで、ＳｉＯ2 膜パターン５５をマスクとして同
じくＲＩＥを施すことによってシリコン基板５１を選択
的エッチングし、深さ数〜１０μｍ程度の凹部を形成す
る。
【００１５】図８（ｂ）参照 次いで、ＳｉＯ2 膜パターン５５をさらにＲＩＥによっ
て選択的にエッチングすることによって、中央部のみに
微細な直径のＳｉＯ2 膜からなる探針形成用パターン５
６を形成する。
て選択的にエッチングすることによって、中央部のみに
微細な直径のＳｉＯ2 膜からなる探針形成用パターン５
６を形成する。
【００１６】図８（ｃ）参照 次いで、探針形成用パターン５６をマスクとしてプラズ
マドライエッチングを施すことによってシリコン基板５
１をエッチングする。この場合、シリコン基板５１の露
出面はほぼ均等にエッチングされるが、探針形成用パタ
ーン５６の直下においてはエッチングガスが回り込み、
先の尖ったＳｉ探針部５７が形成される。
マドライエッチングを施すことによってシリコン基板５
１をエッチングする。この場合、シリコン基板５１の露
出面はほぼ均等にエッチングされるが、探針形成用パタ
ーン５６の直下においてはエッチングガスが回り込み、
先の尖ったＳｉ探針部５７が形成される。
【００１７】図９（ｄ）及び（ｆ）参照 次いで、Ｓｉ探針部５７を形成したシリコン基板５１の
表面側をレジスト膜５８で覆ったのち、所定パターンを
有するレジストマスクをマスクとしてＲＩＥを施すこと
によって裏面側のＳｉＯ2 膜５２をパターニングし、開
口部５９を有するＳｉＯ2 膜パターン６０を形成する。
表面側をレジスト膜５８で覆ったのち、所定パターンを
有するレジストマスクをマスクとしてＲＩＥを施すこと
によって裏面側のＳｉＯ2 膜５２をパターニングし、開
口部５９を有するＳｉＯ2 膜パターン６０を形成する。
【００１８】図９（ｅ）及び（ｇ）参照 次いで、再び、ＳｉＯ2 膜パターン６０をマスクとし
て、ＫＯＨを用いた異方性ウェットエッチングを施して
シリコン基板５１をエッチングすることによって、側面
が（１１１）面で構成される凹部６１を形成し、次い
で、レジスト膜５８及びＳｉＯ2 膜パターン６０を除去
することによって探針一体型プローブヘッドが完成す
る。
て、ＫＯＨを用いた異方性ウェットエッチングを施して
シリコン基板５１をエッチングすることによって、側面
が（１１１）面で構成される凹部６１を形成し、次い
で、レジスト膜５８及びＳｉＯ2 膜パターン６０を除去
することによって探針一体型プローブヘッドが完成す
る。
【００１９】このエッチング工程において、図８（ａ）
における開口部５４に相当する部分が完全に除去される
ことによって十字状のカンチレバー６２が形成され、十
字状のカンチレバー６２の交点においてＳｉ探針部５７
が支えられた形状の探針一体型プローブヘッドが得られ
る。
における開口部５４に相当する部分が完全に除去される
ことによって十字状のカンチレバー６２が形成され、十
字状のカンチレバー６２の交点においてＳｉ探針部５７
が支えられた形状の探針一体型プローブヘッドが得られ
る。
【００２０】この様にマイクロマシーニング技術を用い
て形成した探針一体型プローブヘッドは、カンチレバー
６２が板バネの作用をなすため、全体を小型に且つ軽量
化することができ、それによって共振周波数を高めるこ
とができるので、変位の検出速度を高めることが期待で
きる。
て形成した探針一体型プローブヘッドは、カンチレバー
６２が板バネの作用をなすため、全体を小型に且つ軽量
化することができ、それによって共振周波数を高めるこ
とができるので、変位の検出速度を高めることが期待で
きる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様な探針
一体型プローブヘッドの場合には、半導体チップ内の被
測定配線に充分接触可能な長さを持ったＳｉ探針部５７
を作製する工程に長時間を要するという問題がある。
一体型プローブヘッドの場合には、半導体チップ内の被
測定配線に充分接触可能な長さを持ったＳｉ探針部５７
を作製する工程に長時間を要するという問題がある。
【００２２】即ち、Ｓｉ探針部５７を作製する際に、プ
ラズマドライエッチングを用いた場合に、プラズマドラ
イエッチングのエッチング速度が２５０ｎｍ／分程度で
あるとすると、長さ１００μｍのＳｉ探針部５７を作製
するのに約４００分（≒６．７時間）を要し、また、長
さ５００μｍのＳｉ探針部５７を作製するのに約２００
０分（≒３３．３時間）を要することになる。
ラズマドライエッチングを用いた場合に、プラズマドラ
イエッチングのエッチング速度が２５０ｎｍ／分程度で
あるとすると、長さ１００μｍのＳｉ探針部５７を作製
するのに約４００分（≒６．７時間）を要し、また、長
さ５００μｍのＳｉ探針部５７を作製するのに約２００
０分（≒３３．３時間）を要することになる。
【００２３】また、図９（ｄ）以降のＳｉ探針部５７を
形成したのちの工程において、ＳｉＯ2 膜パターン６０
を精度良く形成するためには、表面を覆うレジスト膜５
８の厚さが均一になるように塗布する必要があるが、長
さ１００μｍ以上のＳｉ探針部５７を覆うための数１０
０μｍ以上の保護膜を基板面内で均一な厚さで形成する
ことは非常に困難であり、製造歩留りが低いという問題
がある。
形成したのちの工程において、ＳｉＯ2 膜パターン６０
を精度良く形成するためには、表面を覆うレジスト膜５
８の厚さが均一になるように塗布する必要があるが、長
さ１００μｍ以上のＳｉ探針部５７を覆うための数１０
０μｍ以上の保護膜を基板面内で均一な厚さで形成する
ことは非常に困難であり、製造歩留りが低いという問題
がある。
【００２４】したがって、本発明は、軽量で且つ配線に
対して安定に接触可能なプローブを簡便に製造可能にす
ることを目的とする。
対して安定に接触可能なプローブを簡便に製造可能にす
ることを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 （１）本発明は、電圧及び変位検出用プローブにおい
て、変位測定のための半導体単結晶からなる梁２を設け
た梁部材１の中央部に孔３を設け、この孔３に梁２とは
別体に設けた電圧測定用の探針４を装着・固定すること
によって一体化したことを特徴とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 （１）本発明は、電圧及び変位検出用プローブにおい
て、変位測定のための半導体単結晶からなる梁２を設け
た梁部材１の中央部に孔３を設け、この孔３に梁２とは
別体に設けた電圧測定用の探針４を装着・固定すること
によって一体化したことを特徴とする。
【００２６】この様に、板バネに代わる梁２を備えた梁
部材１のみをマイクロマシーニング技術の使用可能な単
結晶シリコン基板等の半導体単結晶を用いて作製するこ
とによって微細で軽量な梁部材１を精度良く形成するこ
とができ、それによって変位の測定速度を高めることが
できるとともに、探針４は別部材で形成するので、探針
４をＳｉ探針部によって構成する場合に比べて製造工程
が簡素化され、且つ、飛躍的に短時間での製造が可能に
なる。
部材１のみをマイクロマシーニング技術の使用可能な単
結晶シリコン基板等の半導体単結晶を用いて作製するこ
とによって微細で軽量な梁部材１を精度良く形成するこ
とができ、それによって変位の測定速度を高めることが
できるとともに、探針４は別部材で形成するので、探針
４をＳｉ探針部によって構成する場合に比べて製造工程
が簡素化され、且つ、飛躍的に短時間での製造が可能に
なる。
【００２７】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、梁部材１に設ける梁２が、複数本であることを特徴
とする。
て、梁部材１に設ける梁２が、複数本であることを特徴
とする。
【００２８】この様に、探針４を支持・固定するための
梁２の数は、複数本あった方が安定した支持・固定が可
能になり、特に、４本の梁２を十字状に配置することが
望ましい。
梁２の数は、複数本あった方が安定した支持・固定が可
能になり、特に、４本の梁２を十字状に配置することが
望ましい。
【００２９】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、梁部材１を２段以上重ねることを特徴
とする。
（２）において、梁部材１を２段以上重ねることを特徴
とする。
【００３０】梁部材１は１段でも良いが、２段以上重ね
て用いた方が、探針４の軸と直交する水平方向における
支持・固定が安定化され、探針４の水平方向における変
動が少なくなるので、変位の測定精度が向上する。
て用いた方が、探針４の軸と直交する水平方向における
支持・固定が安定化され、探針４の水平方向における変
動が少なくなるので、変位の測定精度が向上する。
【００３１】（４）また、本発明は、上記（１）乃至
（３）のいずれかにおいて、梁部材１の中央部に設けた
孔３と梁２とを金属部材５，６によって固定したことを
特徴とする。
（３）のいずれかにおいて、梁部材１の中央部に設けた
孔３と梁２とを金属部材５，６によって固定したことを
特徴とする。
【００３２】この様に、梁部材１の中央部に設けた孔３
と梁２との固定に金属部材５，６、特に、低融点の半田
部材を用いることによって、簡単な工程で孔３と梁２と
を密着・固定することができる。
と梁２との固定に金属部材５，６、特に、低融点の半田
部材を用いることによって、簡単な工程で孔３と梁２と
を密着・固定することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図５を参照し
て、本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明する。 図２（ａ）参照 まず、（１００）面を主面とするｎ型シリコン基板１１
の一方の面に、イオン注入法或いは熱拡散法を用いてＢ
（ボロン）を導入して７×１０19ｃｍ-3以上の不純物濃
度を有するＢドープ層１２を形成したのち、ウエットＯ
2 雰囲気中で熱酸化することによってＳｉＯ2 膜１３，
１４を形成する。なお、Ｂドープ層１２の厚さは、熱酸
化後の厚さＴが、Ｔ＝２〜３μｍ、例えば、２μｍにな
るようにＢの導入量及び導入深さを制御するものであ
り、この厚さＴが、後述するカンチレバーの厚さとな
る。
て、本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明する。 図２（ａ）参照 まず、（１００）面を主面とするｎ型シリコン基板１１
の一方の面に、イオン注入法或いは熱拡散法を用いてＢ
（ボロン）を導入して７×１０19ｃｍ-3以上の不純物濃
度を有するＢドープ層１２を形成したのち、ウエットＯ
2 雰囲気中で熱酸化することによってＳｉＯ2 膜１３，
１４を形成する。なお、Ｂドープ層１２の厚さは、熱酸
化後の厚さＴが、Ｔ＝２〜３μｍ、例えば、２μｍにな
るようにＢの導入量及び導入深さを制御するものであ
り、この厚さＴが、後述するカンチレバーの厚さとな
る。
【００３４】図２（ｂ）及び（ｃ）参照 なお、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示す平面図におけるＡ
−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。次いで、
所定のパターンを有するレジストマスクを用いてＲＩＥ
を施してＳｉＯ2 膜１３をエッチングすることによっ
て、探針を挿入するための孔に対応する直径がφ1 の開
孔１５、及び、幅がＷのカンチレバーを形成するための
１辺がＬの正方形の開口部１６を有するＳｉＯ2 膜パタ
ーン１７を形成する。なお、この場合の開孔の直径
φ1 、幅Ｗ、及び、辺Ｌは、例えば、夫々、φ1＝１０
０μｍ、Ｗ＝１５０μｍ、及び、Ｌ＝２５０μｍとす
る。
−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。次いで、
所定のパターンを有するレジストマスクを用いてＲＩＥ
を施してＳｉＯ2 膜１３をエッチングすることによっ
て、探針を挿入するための孔に対応する直径がφ1 の開
孔１５、及び、幅がＷのカンチレバーを形成するための
１辺がＬの正方形の開口部１６を有するＳｉＯ2 膜パタ
ーン１７を形成する。なお、この場合の開孔の直径
φ1 、幅Ｗ、及び、辺Ｌは、例えば、夫々、φ1＝１０
０μｍ、Ｗ＝１５０μｍ、及び、Ｌ＝２５０μｍとす
る。
【００３５】次いで、ＳｉＯ2 膜パターン１７をマスク
としてＲＩＥによって異方性エッチングを施すことによ
って、露出するＢドープ層１２をエッチングして直径φ
1 の開孔１５に相当する孔を形成する。
としてＲＩＥによって異方性エッチングを施すことによ
って、露出するＢドープ層１２をエッチングして直径φ
1 の開孔１５に相当する孔を形成する。
【００３６】図３（ｄ）参照 次いで、表面側にレジストを塗布してＳｉＯ2 膜パター
ン１７を保護するレジスト層１８を形成したのち、所定
のパターンのレジストマスクを用いてＲＩＥによって裏
面のＳｉＯ2 膜１４をエッチングすることによって、開
口部１９を有するＳｉＯ2 膜パターン２０を形成する。
ン１７を保護するレジスト層１８を形成したのち、所定
のパターンのレジストマスクを用いてＲＩＥによって裏
面のＳｉＯ2 膜１４をエッチングすることによって、開
口部１９を有するＳｉＯ2 膜パターン２０を形成する。
【００３７】図３（ｅ）参照 次いで、ＳｉＯ2 膜パターン２０をマスクとして、エチ
レンジアミン及びピロカテコールの混合水溶液（ＥＤ
Ｐ）をエッチャントとして用いた異方性ウェットエッチ
ングによってｎ型シリコン基板１１をエッチングして、
Ｂドープ層１２に達し、且つ、側面が（１１１）面で構
成される凹部２１を形成する。なお、ＥＤＰの７×１０
19ｃｍ-3以上の不純物濃度のＢドープ層１２に対するエ
ッチングレートは、ｎ型シリコン基板１１に対するエッ
チングレートの約１／５０と極端に遅いため、Ｂドープ
層１２がエッチングストッパー層となって、エッチング
がほぼ自動的に停止する。
レンジアミン及びピロカテコールの混合水溶液（ＥＤ
Ｐ）をエッチャントとして用いた異方性ウェットエッチ
ングによってｎ型シリコン基板１１をエッチングして、
Ｂドープ層１２に達し、且つ、側面が（１１１）面で構
成される凹部２１を形成する。なお、ＥＤＰの７×１０
19ｃｍ-3以上の不純物濃度のＢドープ層１２に対するエ
ッチングレートは、ｎ型シリコン基板１１に対するエッ
チングレートの約１／５０と極端に遅いため、Ｂドープ
層１２がエッチングストッパー層となって、エッチング
がほぼ自動的に停止する。
【００３８】図３（ｆ）及び（ｇ）参照 なお、図３（ｆ）は図２（ｂ）に示す平面図におけるＡ
−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図に対応する断面図
であり、また、図３（ｇ）は同平面図におけるＢ−Ｂ′
を結ぶ一点鎖線に沿った断面図に対応する断面図であ
る。次いで、レジスト層１８を除去したのち、ウェット
エッチングを施すことによって、ＳｉＯ2 膜パターン１
７及びＳｉＯ2 膜パターン２０を除去することによっ
て、平面図において１辺がＬの正方形の開口部１６で分
離された幅がＷで十字状に交差するＢドープ層１２から
なる４本のカンチレバー２２が形成され、４本のカンチ
レバー２２の交差点には、直径φ1 の開孔１５が形成さ
れる。
−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図に対応する断面図
であり、また、図３（ｇ）は同平面図におけるＢ−Ｂ′
を結ぶ一点鎖線に沿った断面図に対応する断面図であ
る。次いで、レジスト層１８を除去したのち、ウェット
エッチングを施すことによって、ＳｉＯ2 膜パターン１
７及びＳｉＯ2 膜パターン２０を除去することによっ
て、平面図において１辺がＬの正方形の開口部１６で分
離された幅がＷで十字状に交差するＢドープ層１２から
なる４本のカンチレバー２２が形成され、４本のカンチ
レバー２２の交差点には、直径φ1 の開孔１５が形成さ
れる。
【００３９】図４（ｈ）参照 次いで、このカンチレバー２２を備えたｎ型シリコン基
板１１に設けられている開孔の周囲にマスク蒸着法を用
いてＡｕ−Ｓｎ合金（融点：２３２℃）を設ける。
板１１に設けられている開孔の周囲にマスク蒸着法を用
いてＡｕ−Ｓｎ合金（融点：２３２℃）を設ける。
【００４０】図４（ｉ）参照 次いで、２つのｎ型シリコン基板１１を、互いのｎ型シ
リコン基板１１に設けた開孔の位置が上下で精度良く一
致するように位置合わせを行ったのち、共晶接合法を用
いて貼り合わせる。
リコン基板１１に設けた開孔の位置が上下で精度良く一
致するように位置合わせを行ったのち、共晶接合法を用
いて貼り合わせる。
【００４１】図４（ｊ）参照 一方、探針２４については、ＮａＯＨを用いた電解エッ
チング法によってＷ（タングステン）をエッチングする
ことによって、先端部の直径が約０．１μｍ程度となる
ように尖らせ、主要部の直径がφ2 、底面の直径が
φ3 、カンチレバー２２から露出する部分の長さが半導
体チップ内の被測定配線に充分接触可能な長さＨとなる
探針２４を形成する。
チング法によってＷ（タングステン）をエッチングする
ことによって、先端部の直径が約０．１μｍ程度となる
ように尖らせ、主要部の直径がφ2 、底面の直径が
φ3 、カンチレバー２２から露出する部分の長さが半導
体チップ内の被測定配線に充分接触可能な長さＨとなる
探針２４を形成する。
【００４２】なお、この場合の主要部の直径φ2 は、開
孔の直径φ1 より小さくなるように、設定する必要があ
り、例えば、φ2 ＝φ1 −１０μｍとするものであり、
上述のようにφ1 ＝９０μｍであれば、φ2 ＝１００μ
ｍとする。また、底面の直径φ3 及びカンチレバー２２
から露出する部分の長さＨは、夫々、例えば、φ3 ＝１
５０μｍ及びＨ＝５００μｍとする。
孔の直径φ1 より小さくなるように、設定する必要があ
り、例えば、φ2 ＝φ1 −１０μｍとするものであり、
上述のようにφ1 ＝９０μｍであれば、φ2 ＝１００μ
ｍとする。また、底面の直径φ3 及びカンチレバー２２
から露出する部分の長さＨは、夫々、例えば、φ3 ＝１
５０μｍ及びＨ＝５００μｍとする。
【００４３】次いで、この探針２４の付け根側に、Ａｕ
−Ｓｎ合金２５を蒸着する。この場合のＡｕ−Ｓｎ合金
２５の厚さは、Ａｕ−Ｓｎ合金２５を蒸着した探針２４
が直径φ1 の開孔を無理なく挿通できるように、φ2 ＝
φ1 −１０μｍの場合には、５μｍ以下で、且つ、探針
２４の固定が可能な厚さとする。
−Ｓｎ合金２５を蒸着する。この場合のＡｕ−Ｓｎ合金
２５の厚さは、Ａｕ−Ｓｎ合金２５を蒸着した探針２４
が直径φ1 の開孔を無理なく挿通できるように、φ2 ＝
φ1 −１０μｍの場合には、５μｍ以下で、且つ、探針
２４の固定が可能な厚さとする。
【００４４】図５（ｋ）及び（ｌ）参照 なお、図５（ｌ）は図５（ｋ）に示す平面図におけるＡ
−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。最後に、
探針２４を２段重ねにしたｎ型シリコン基板１１に設け
た開孔に挿通したのち、Ａｕ−Ｓｎ合金２３，２５の融
点以上で、且つ、その近傍の温度に加熱することによっ
て溶融したのち、冷却することによってＡｕ−Ｓｎ合金
２３とＡｕ−Ｓｎ合金２５とを融合・固着させ、Ａｕ−
Ｓｎ合金２３，２５及び開孔を介して探針２４とカンチ
レバー２２とを密着・固定することによってプローブヘ
ッドが完成する。
−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。最後に、
探針２４を２段重ねにしたｎ型シリコン基板１１に設け
た開孔に挿通したのち、Ａｕ−Ｓｎ合金２３，２５の融
点以上で、且つ、その近傍の温度に加熱することによっ
て溶融したのち、冷却することによってＡｕ−Ｓｎ合金
２３とＡｕ−Ｓｎ合金２５とを融合・固着させ、Ａｕ−
Ｓｎ合金２３，２５及び開孔を介して探針２４とカンチ
レバー２２とを密着・固定することによってプローブヘ
ッドが完成する。
【００４５】この様に、本発明の第１の実施の形態にお
いては、探針２４と、探針２４を支持・固定するカンチ
レバー２２を備えたｎ型シリコン基板１１からなる変位
測定部材を別体で作製しているので、半導体チップ内の
被測定配線に充分接触可能な長さの探針を作製する場合
にも、エッチング速度の遅いプラズマドライエッチング
を用いる必要がなくなるので、製造時間が大幅に短縮さ
れ、且つ、カンチレバー２２を備えたｎ型シリコン基板
１１からなる変位測定部材を製造する際にも、長さが１
００〜５００μｍのＳｉ探針部が存在しないのでレジス
ト層１８を厚く塗布する必要はなく、ＳｉＯ2 膜パター
ン２０を精度良く、簡単に形成することができ、それに
よって、製造歩留りが向上する。
いては、探針２４と、探針２４を支持・固定するカンチ
レバー２２を備えたｎ型シリコン基板１１からなる変位
測定部材を別体で作製しているので、半導体チップ内の
被測定配線に充分接触可能な長さの探針を作製する場合
にも、エッチング速度の遅いプラズマドライエッチング
を用いる必要がなくなるので、製造時間が大幅に短縮さ
れ、且つ、カンチレバー２２を備えたｎ型シリコン基板
１１からなる変位測定部材を製造する際にも、長さが１
００〜５００μｍのＳｉ探針部が存在しないのでレジス
ト層１８を厚く塗布する必要はなく、ＳｉＯ2 膜パター
ン２０を精度良く、簡単に形成することができ、それに
よって、製造歩留りが向上する。
【００４６】また、従来の探針一体型プローブヘッドと
同様に、探針２４とは別体のカンチレバー２２を備えた
ｎ型シリコン基板１１からなる変位測定部材をマイクロ
マシーニング技術を用いて製造しているので、変位測定
部材を小型に且つ軽量化することができ、それによっ
て、プローブヘッドの共振周波数が高くなるので変位測
定速度を高めることができる。
同様に、探針２４とは別体のカンチレバー２２を備えた
ｎ型シリコン基板１１からなる変位測定部材をマイクロ
マシーニング技術を用いて製造しているので、変位測定
部材を小型に且つ軽量化することができ、それによっ
て、プローブヘッドの共振周波数が高くなるので変位測
定速度を高めることができる。
【００４７】また、この第１の実施の形態の場合には、
カンチレバー２２を備えたｎ型シリコン基板１１からな
る変位測定部材を２段重ねで使用し、探針２４を２か所
で固定しているので、探針２４が安定に支持され、した
がって、被測定配線と接触した場合に、その振動が確実
にカンチレバー２２に伝達されるので、変位測定精度が
高まる。
カンチレバー２２を備えたｎ型シリコン基板１１からな
る変位測定部材を２段重ねで使用し、探針２４を２か所
で固定しているので、探針２４が安定に支持され、した
がって、被測定配線と接触した場合に、その振動が確実
にカンチレバー２２に伝達されるので、変位測定精度が
高まる。
【００４８】次に、図６を参照して、本発明の第２の実
施の形態を説明する。 図６（ａ）参照 図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態のプローブヘ
ッドの断面図であり、図から明らかなように、上記の第
１の実施の形態に用いたのと全く同様のカンチレバー２
２を備えたｎ型シリコン基板１１からなる変位測定部材
を１段用いて探針２６を密着・固定したものであり、Ａ
ｕ−Ｓｎ合金２３，２７を用いて固定する点は、上記の
第１の実施の形態と同様である。なお、ＺｎＴｅ等の電
気光学結晶（ＥＯ結晶）２８は、探針２６の近傍に配置
すれば良いものであり、図においては、探針２６の底面
部に反射電極（図示せず）を介して固着している。
施の形態を説明する。 図６（ａ）参照 図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態のプローブヘ
ッドの断面図であり、図から明らかなように、上記の第
１の実施の形態に用いたのと全く同様のカンチレバー２
２を備えたｎ型シリコン基板１１からなる変位測定部材
を１段用いて探針２６を密着・固定したものであり、Ａ
ｕ−Ｓｎ合金２３，２７を用いて固定する点は、上記の
第１の実施の形態と同様である。なお、ＺｎＴｅ等の電
気光学結晶（ＥＯ結晶）２８は、探針２６の近傍に配置
すれば良いものであり、図においては、探針２６の底面
部に反射電極（図示せず）を介して固着している。
【００４９】この第２の実施の形態においては、カンチ
レバー２２を備えたｎ型シリコン基板１１からなる変位
測定部材を１段であるので、上記の第１の実施の形態に
比べて支持・固定の安定性において劣るものの、１段し
か使用していないのでプローブヘッドはより軽量化さ
れ、したがって、変位測定速度を高めることができる。
レバー２２を備えたｎ型シリコン基板１１からなる変位
測定部材を１段であるので、上記の第１の実施の形態に
比べて支持・固定の安定性において劣るものの、１段し
か使用していないのでプローブヘッドはより軽量化さ
れ、したがって、変位測定速度を高めることができる。
【００５０】図６（ｂ）参照 図６（ｂ）は、図６（ａ）の第２の実施の形態の変形例
であり、電気光学結晶２８をｎ型シリコン基板１１の周
辺部に反射電極（図示せず）を介して固着したものであ
り、それ以外の構成は図６（ａ）と全く同様である。こ
の場合には、被測定配線と接触する探針２６との間の電
気的接続をとるために、配線パターン（図示せず）を設
けて探針２６と反射電極との間の電気的導通をとること
が必要となる。
であり、電気光学結晶２８をｎ型シリコン基板１１の周
辺部に反射電極（図示せず）を介して固着したものであ
り、それ以外の構成は図６（ａ）と全く同様である。こ
の場合には、被測定配線と接触する探針２６との間の電
気的接続をとるために、配線パターン（図示せず）を設
けて探針２６と反射電極との間の電気的導通をとること
が必要となる。
【００５１】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は上記の各実施の形態に記載した構成に限
られるものではなく、各種の変更が可能であり、例え
ば、上記の第１の実施の形態における変位測定部材は２
段である必要はなく、３段以上重ねても良く、また、そ
の際の貼り合わせ手段も共晶接合法に限られるものでは
ない。
たが、本発明は上記の各実施の形態に記載した構成に限
られるものではなく、各種の変更が可能であり、例え
ば、上記の第１の実施の形態における変位測定部材は２
段である必要はなく、３段以上重ねても良く、また、そ
の際の貼り合わせ手段も共晶接合法に限られるものでは
ない。
【００５２】また、上記の第１の実施の形態の説明にお
いては、ＥＯ結晶については言及していないが、上記の
第２の実施の形態或いはその変形例と同様に、探針２４
に反射電極を介して直接固定するか、或いは、ｎ型シリ
コン基板の周辺部の固着するものである。
いては、ＥＯ結晶については言及していないが、上記の
第２の実施の形態或いはその変形例と同様に、探針２４
に反射電極を介して直接固定するか、或いは、ｎ型シリ
コン基板の周辺部の固着するものである。
【００５３】また、上記の各実施の形態の説明において
は、ｎ型シリコン基板１１に設けるカンチレバー２２は
４本であるが、４本に限られるものではなく、２本でも
良いし、或いは、６本，８本であっても良い。
は、ｎ型シリコン基板１１に設けるカンチレバー２２は
４本であるが、４本に限られるものではなく、２本でも
良いし、或いは、６本，８本であっても良い。
【００５４】また、カンチレバーを備えた変位測定部材
は、コスト及び製造工程の簡素化の点でシリコン基板を
用いることが望ましいが、必ずしもシリコン基板を用い
る必要はなく、III-Ｖ族化合物半導体等のヘテロエピタ
キシャル成長基板を用い、エッチングレートの差を利用
した選択エッチングによりカンチレバーを備えた変位測
定部材を形成しても良いものである。
は、コスト及び製造工程の簡素化の点でシリコン基板を
用いることが望ましいが、必ずしもシリコン基板を用い
る必要はなく、III-Ｖ族化合物半導体等のヘテロエピタ
キシャル成長基板を用い、エッチングレートの差を利用
した選択エッチングによりカンチレバーを備えた変位測
定部材を形成しても良いものである。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、電気光学効果を利用し
た電圧及び変位検出用プローブを、マイクロマシーニン
グ技術によって小型且つ軽量に形成したカンチレバー
（梁）を備えた梁部材と、被測定配線と安定に接触可能
な長さを有する別体で形成した探針とによって構成し、
両者を金属部材等で密着・固定しているので、共振周波
数の高い電圧及び変位検出用プローブを簡単な工程で製
造することができ、それによって、被測定配線の近傍の
凹凸像を短時間で取得することができ、半導体大規模集
積回路装置の内部配線に印加される電圧波形の測定を高
速に、且つ、正確に行うことができる。
た電圧及び変位検出用プローブを、マイクロマシーニン
グ技術によって小型且つ軽量に形成したカンチレバー
（梁）を備えた梁部材と、被測定配線と安定に接触可能
な長さを有する別体で形成した探針とによって構成し、
両者を金属部材等で密着・固定しているので、共振周波
数の高い電圧及び変位検出用プローブを簡単な工程で製
造することができ、それによって、被測定配線の近傍の
凹凸像を短時間で取得することができ、半導体大規模集
積回路装置の内部配線に印加される電圧波形の測定を高
速に、且つ、正確に行うことができる。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中ま
での製造工程の説明図である。
での製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の途中ま
での製造工程の説明図である。
での製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の図４以降の製造工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の断面図である。
【図７】従来のプローブの概略的断面図である。
【図８】従来の探針一体型プローブヘッドの途中までの
製造工程の説明図である。
製造工程の説明図である。
【図９】従来の探針一体型プローブヘッドの図８以降の
製造工程の説明図である。
製造工程の説明図である。
１ 梁部材 ２ 梁 ３ 孔 ４ 探針 ５ 金属部材 ６ 金属部材 １１ ｎ型シリコン基板 １２ Ｂドープ層 １３ ＳｉＯ2 膜 １４ ＳｉＯ2 膜 １５ 開孔 １６ 開口部 １７ ＳｉＯ2 膜パターン １８ レジスト層 １９ 開口部 ２０ ＳｉＯ2 膜パターン ２１ 凹部 ２２ カンチレバー ２３ Ａｕ−Ｓｎ合金 ２４ 探針 ２５ Ａｕ−Ｓｎ合金 ２６ 探針 ２７ Ａｕ−Ｓｎ合金 ２８ 電気光学結晶 ３１ プローブヘッド ３２ 支持筐体 ３３ ＸＹＺピエゾステージ ３４ ＥＯ電圧センサ ３５ ＥＯ結晶 ３６ 探針 ３７ チューブ ３８ 板バネ ３９ 板バネ ４０ 容量式変位センサ ４１ レーザダイオード ４２ パルスレーザ光 ４３ ハーフミラー ４４ 光検出器 ５１ シリコン基板 ５２ ＳｉＯ2 膜 ５３ カンチレバー部 ５４ 開口部 ５５ ＳｉＯ2 膜パターン ５６ 探針形成用パターン ５７ Ｓｉ探針部 ５８ レジスト膜 ５９ 開口部 ６０ ＳｉＯ2 膜パターン ６１ 凹部 ６２ カンチレバー
Claims (4)
- 【請求項１】 変位測定のための半導体単結晶からなる
梁を設けた梁部材の中央部に孔を設け、前記孔に梁とは
別体に設けた電圧測定用の探針を装着・固定することに
よって一体化したことを特徴とする電圧及び変位検出用
プローブ。 - 【請求項２】 上記梁部材に設ける梁が、複数本である
ことを特徴とする請求項１記載の電圧及び変位検出用プ
ローブ。 - 【請求項３】 上記梁部材を２段以上重ねることを特徴
とする請求項１または２に記載の電圧及び変位検出用プ
ローブ。 - 【請求項４】 上記梁部材の中央部に設けた孔と上記梁
とを、金属部材によって固定したことを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の電圧及び変位検出用
プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10104670A JPH11297773A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 電圧及び変位検出用プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10104670A JPH11297773A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 電圧及び変位検出用プローブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11297773A true JPH11297773A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14386916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10104670A Withdrawn JPH11297773A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 電圧及び変位検出用プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11297773A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096409A1 (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| CN116609027A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-18 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种测压耙 |
-
1998
- 1998-04-15 JP JP10104670A patent/JPH11297773A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096409A1 (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| US7141999B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-11-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| US7442571B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-10-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| CN116609027A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-18 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种测压耙 |
| CN116609027B (zh) * | 2023-07-14 | 2023-10-20 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种测压耙 |
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