JP2010190603A - プローブ、プローブユニットおよび測定装置 - Google Patents

プローブ、プローブユニットおよび測定装置 Download PDF

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Abstract

【課題】測定対象体の微細化および狭ピッチ化に十分に対応し得るプローブを提供する。
【解決手段】導体パターン101に電気的に接続される電極膜44(電極板42)を介して導体パターン101に対する測定用信号の供給および測定対象体からの電気信号の入力の少なくとも一方が実行可能であって、その光路の周囲の気体を電離可能なレーザーLを出力するレーザー出力部41を備え、電極膜44は、レーザー出力部41から出力されるレーザーLの光路に交差するように配設されて電離された気体によって形成される導電路Cを介して導体パターン101に非接触で電気的に接続される。
【選択図】図3

Description

本発明は、測定対象体に電気的に接続されるプローブ、そのプローブを備えたプローブユニット、並びにそのプローブおよびプローブユニットの少なくとも一方を備えた測定装置に関するものである。
この種のプローブを備えた装置として、特開平7−244105号公報において出願人が開示したインサーキットテスタが知られている。このインサーキットテスタは、操作部、X−Y−Z制御部、測定部、コントローラ等を備えて、基板(回路基板)におけるパターン(導体パターン)の短絡の有無(パターン間におけるブリッジ半田の有無)を検査可能に構成されている。このインサーキットテスタを用いて、例えば、4端子法によって2つの導体パターン間の抵抗値を測定して短絡の有無を検査する際には、2つの導体パターンにそれぞれ2本のプローブの先端部をプロービング(接触)させて電気的に接続する。次いで、一方の導体パターンに接触させた2本のプローブの一方の先端部を+側のソース端子に接続すると共に、他方のプローブの先端部を+側のセンス端子に接続する。また、他方の導体パターンに接触させた2本のプローブの一方の先端部を−側のソース端子に接続すると共に、他方のプローブの先端部を−側のセンス端子に接続する。続いて、両ソース端子に定電流を流して、両センス端子の間に発生する電圧を検出して両導体パターンの間の抵抗値を測定し、その抵抗値としきい値とを比較した比較結果に基づいて導体パターンの短絡の有無を判定する。
特開平7−244105号公報(第3−5頁、第1−2図)
ところが、上記したインサーキットテスタおよびこのインサーキットテスタに用いられている従来のプローブには、解決すべき以下の課題がある。すなわち、従来のプローブでは、その先端部を導体パターンに接触させて電気的に接続する必要がある。一方、近年の回路基板の高密度化に伴い、導体パターンの微細化および狭ピッチ化が進んでいる。このため、このような導体パターンにプローブを確実に接触させ、かつ隣接するプローブ同士の接触を回避するためには、プローブの先端部を小形化する必要がある。また、4端子法で抵抗値を測定する際には、1つの導体パターンに対して2本のプローブを接触させる必要があるため、プローブの先端をさらに小形化する必要がある。しかしながら、プローブの小形化には限界があり、導体パターンのさらなる微細化および狭ピッチ化に対応可能な新たなプローブの開発が望まれている。
本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、測定対象体の微細化および狭ピッチ化に十分に対応し得るプローブ、プローブユニットおよび測定装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項1記載のプローブは、測定対象体に電気的に接続される接続部を介して当該測定対象体に対する測定用信号の供給および当該測定対象体からの電気信号の入力の少なくとも一方を行うプローブであって、その光路の周囲の気体を電離可能な高エネルギー光を出力する光源を備え、前記接続部は、前記光源から出力される前記高エネルギー光の光路に交差または近接するように配設されて前記電離された気体を介して前記測定対象体に非接触で電気的に接続される。
また、請求項2記載のプローブは、請求項1記載のプローブにおいて、前記電極は、前記高エネルギー光が透過可能でかつ導電性を有する材料で形成されると共に当該高エネルギー光の前記光路に交差するように配設されている。
また、請求項3記載のプローブは、請求項1または2記載のプローブにおいて、前記光源は、前記高エネルギー光としての紫外線レーザーを出力する。
また、請求項4記載のプローブユニットは、請求項1から3のいずれかに記載のプローブを一対備えて構成されている。
また、請求項5記載の測定装置は、請求項1から3のいずれかに記載のプローブと、当該プローブを介して入力した電気信号に基づいて測定対象体についての所定の物理量を測定する測定部とを備えている。
また、請求項6記載の測定装置は、請求項4記載のプローブユニットと、当該プローブユニットを介して入力した電気信号に基づいて測定対象体についての所定の物理量を測定する測定部とを備えている。
請求項1記載のプローブおよび請求項5記載の測定装置によれば、その光路の周囲の気体を電離可能な高エネルギー光を出力する光源と、光源から出力される高エネルギー光の光路に交差または近接するように配設されて高エネルギー光によって電離された気体を介して測定対象体に非接触で電気的に接続される接続部とを備えて、プローブを構成したことにより、高エネルギー光のスポット径を数μm程度に絞ることで、高エネルギー光によって電離された気体で形成される導電路の直径をこれと同程度に極めて小径とすることができる。このため、このプローブおよび測定装置によれば、測定対象体が微細であったり、測定対象体のピッチが狭ピッチであったとしても、測定対象体と接続部とを導電路を介して電気的に確実に接続させ、かつ隣接するプローブから出力された高エネルギー光(導電路)同士の接触を確実に回避することができる。したがって、このプローブおよび測定装置によれば、測定対象体としての測定対象体の微細化および狭ピッチ化に十分に対応することができる。
また、請求項2記載のプローブおよび請求項5記載の測定装置によれば、高エネルギー光を透過可能でかつ導電性を有する材料で接続部を形成すると共に、高エネルギー光の光路に交差するように接続部を配設したことにより、高エネルギー光によって電離された気体で形成される導電路と接続部とを電気的に確実に接続することができるため、高エネルギー光が照射された測定対象体と接続部とを導電路を介して電気的に確実に接続することができる。
また、請求項3記載のプローブおよび請求項5記載の測定装置によれば、高エネルギー光としての紫外線レーザーを出力可能に光源を構成したことにより、紫外線レーザーによって周囲の気体を確実に電離することができるため、紫外線レーザーが照射された測定対象体と接続部とを電離された気体で形成される導電路を介してより確実に電気的に接続することができる。
また、請求項4記載のプローブユニットおよび請求項6記載の測定装置によれば、請求項1から3のいずれかに記載のプローブを一対備えたことにより、各プローブを傾斜させて配置することで、プローブから離間するに従って各プローブから出力された高エネルギー光を互いに近接させることができる。このため、このプローブユニットおよび測定装置によれば、プローブユニット(プローブの光源)から測定対象体までの距離を調整することにより、測定対象体に対する2つの高エネルギー光の照射位置の間隔を十分に短くすることができる結果、測定対象体が微細であったとしても、各プローブから出力された高エネルギー光(高エネルギー光によって電離された気体で形成される導電路)同士の接触を確実に回避しつつ、各高エネルギー光を測定対象体に確実に照射させて、各プローブの接続部と測定対象体とを導電路を介して電気的に確実に接続させることができる。
測定装置1の構成を示す構成図である。 プローブユニット3の構成を示す斜視図である。 プローブユニット3の構成を示す断面図である。 プローブ231の構成を示す断面図である。 プローブ331の構成を示す断面図である。 プローブユニット403の構成を示す断面図である。
以下、本発明に係るプローブ、プローブユニットおよび測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
最初に、測定装置1の構成について、図面を参照して説明する。
図1に示す測定装置1は、本発明に係る測定装置の一例であって、例えば、同図に示す回路基板100における導体パターン101(本発明における測定対象体の一例)の間の抵抗値(本発明における所定の物理量の一例)を測定可能に構成されている。具体的には、測定装置1は、電源部2、プローブユニット3、電圧検出部4、記憶部5、操作部6、表示部7および制御部8を備えて構成されている。なお、この例では、測定装置1は、2つのプローブユニット3を備えている。また、測定装置1は、各プローブユニット3を移動させる移動機構を備えているが、その図示および詳細な説明を省略する。
電源部2は、制御部8の制御に従って測定用信号Si(例えば、定電流I)をプローブユニット3における後述するプローブ31,31の電極板42,42間に接続ケーブル(図示せず)を介して出力する。この場合、プローブ31に出力された測定用信号Siは、一方のプローブ31を介して導体パターン101に供給され、導体パターン101,101間を流れて他方のプローブ31に帰還する。また、電源部2は、制御部8の制御に従い、プローブ31における後述するレーザー出力部41に対して駆動用の駆動用電力Pdを供給する。
プローブユニット3は、本発明に係るプローブユニットの一例であって、図2,3に示すように、本発明に係るプローブの一例としての一対のプローブ31,31と、プローブ31,31が収容される例えば有底円筒状のケース32とを備えて構成されている。各プローブ31は、測定対象体(回路基板100の導体パターン101)に非接触で電気的に接続されて導体パターン101に対する測定用信号Siの供給および導体パターン101からの電圧信号Sv(本発明における電気信号の一例)の入力に用いられるプローブであって、両図に示すように、レーザー出力部(本発明における光源)41、電極板42、支持板43および電極膜44を備えてそれぞれ構成されている。
レーザー出力部41は、その光路(図2,3に直線で示す光路)の周囲の気体を電離可能なレーザーL(例えば、酸素分子を電離させるには、波長が200nm前後のArFレーザーなどのエキシマレーザーであって、本発明における高エネルギー光に相当する)を出力(射出)可能に構成されている。なお、レーザーLによる気体の電離の現象については、例えば、特開2003−282296号公報に開示されているように公知であるため、その詳細についての説明を省略する。また、各プローブ31における各レーザー出力部41は、両図に示すように、各レーザー出力部41から離間するに従って各々から出力されるレーザーLが互いに近接するように、ケース32の中心軸に対してそれぞれ傾斜するように配置されている。この場合、レーザー出力部41は、図外の接続ケーブルで電源部2に接続されており、この接続ケーブルを介して電源部2から供給される駆動用電力Pdによって作動する。
電極板42は、導電性を有する材料(一例として、金属)によって形成されて、図2,3に示すように、ケース32の内側に配設されている。この場合、各プローブ31,31の各電極板42は、図3に示すように、互いに離間するように配設されることによって互いに絶縁されている。また、各プローブ31,31における一方の電極板42は、図外の接続ケーブルによって電源部2に接続され、他方の電極板42は、図外の接続ケーブルによって電圧検出部4に接続されている。支持板43は、レーザー出力部41から出力されたレーザーLを透過可能な材料(例えば、ガラス)によって形成されている。この場合、支持板43は、同図に示すように、レーザーLの光路に交差するようにして(レーザーLの光路上に位置するようにして)、電極板42における上下方向の下端部に取り付けられている。
電極膜44は、レーザー出力部41から出力されたレーザーLを透過可能でかつ導電性を有する材料(例えば、ITO(スズドープ酸化インジウム))によって構成されて、図3に示すように、電極板42の下端面および支持板43の一面(同図における下面)を覆うようにして形成されている。このため、電極膜44と電極板42とは電気的に接続されている。なお、電極膜44と電極板42とによって本発明における接続部が構成される(電極膜44は、本発明における接続部の一部を構成する)。
このプローブ31では、レーザー出力部41からレーザーLが出力されたときに、レーザーLの光路の周囲の気体(空気)が電離して(以下、この電離した気体を「電離気体」ともいう)、その電離気体によって光路に沿って導電路Cが形成される(図2,3参照)。このため、図3に示すように、レーザーLが回路基板100の導体パターン101に照射されたときには、導体パターン101とその導電路Cとが電気的に接続されると共に、レーザーLの光路に交差している電極膜44と導電路Cとが電気的に接続される。したがって、電極膜44に電気的に接続されている電極板42と導体パターン101とを直接接触させることなく(電極板42を導体パターン101から離間させた状態で)、電極板42と導体パターン101とを導電路Cを介して非接触で電気的に接続することが可能となっている。この場合、このプローブ31では、測定対象体に照射されるレーザーLの直径(スポット径)を数μm程度に絞ることが可能となっている。このため、レーザーLによって電離した電離気体で形成される導電路Cの直径をこれと同程度に極めて小径とすることが可能となっている。
電圧検出部4は、回路基板100における2つの導体パターン101,101に対する測定用信号Siの供給に伴って導体パターン101,101の間に生じる電圧信号Svをプローブユニット3のプローブ31を介して入力して、その電圧信号Svに基づいて導体パターン101,101の間の電圧値を検出する。記憶部5は、電圧検出部4によって検出された電圧値や制御部8によって測定された抵抗値を記憶する。操作部6は、各種のスイッチを備えて構成されて、各スイッチが操作されたときに操作信号Soを出力する。
表示部7は、制御部8の制御に従って測定値(抵抗値)を表示する。制御部8は、操作部6から出力された操作信号Soに従い、測定装置1を構成する各構成要素を制御すると共に、各種の処理を実行する。また、制御部8は、電圧検出部4と共に本発明における測定部を構成し、電圧検出部4によって検出された電圧値および操作信号Soの値(電流値)に基づいて抵抗値を測定する。
次に、測定装置1を用いて測定対象体についての所定の物理量を測定する方法の一例として、回路基板100における導体パターン101,101の間の抵抗値を4端子法で測定する方法、およびその際の各構成要素の動作について、図面を参照して説明する。
まず、図外の基板保持機構に回路基板100を保持させる。次いで、操作部6を操作して測定の開始を指示する。この際に、制御部8が、操作部6から出力された操作信号Soに従って測定処理を実行する。この測定処理では、制御部8は、図外の移動機構を制御して、回路基板100における1つの導体パターン101の上方に一方のプローブユニット3を移動させると共に、他の1つの導体パターン101の上方に他方のプローブユニット3を移動させる。
続いて、制御部8は、電源部2を制御して、各プローブユニット3における各プローブ31のレーザー出力部41に駆動用電力Pdを供給させる。次いで、図3に示すように、レーザー出力部41が、駆動用電力Pdの供給によってレーザーLを出力し、そのレーザーLが導体パターン101に照射される。この際に、図2,3に示すように、レーザーLの光路の周囲の気体が電離して、その電離気体によってレーザーLの光路に沿って導電路Cが形成される。これにより、導電路Cを介して各プローブ31の電極板42と導体パターン101とが非接触で電気的に接続される。
この場合、このプローブ31では、導体パターン101に照射されるレーザーLのスポット径が数μm程度に規定され、電離気体で形成される導電路Cの直径もこれと同程度となっている。このため、このプローブ31では、導体パターン101が微細であったり、導体パターン101のピッチが狭ピッチであったとしても、導体パターン101と電極板42とを導電路Cを介して電気的に確実に接続させ、かつ隣接するプローブ31から出力されたレーザーL(導電路C)同士の接触を確実に回避することが可能となっている。
続いて、制御部8は、電源部2を制御して、各プローブユニット3における一方のプローブ31(例えば、図1に示す各プローブユニット3における内側のプローブ31)の電極板42に測定用信号Siを出力させる。この場合、上記したように、導電路Cを介して電極板42と導体パターン101とが非接触で電気的に接続されているため、電極板42に出力された測定用信号Siが各導体パターン101に供給される。
また、導電路Cを介して電極板42と導体パターン101とが非接触で電気的に接続されている。このため、導体パターン101,101に対する測定用信号Siの供給に伴って生じる導体パターン101,101間の電圧信号Svが、各プローブユニット3における他方のプローブ31,31(例えば、図1に示す各プローブユニット3における外側のプローブ31)の各電極板42,42間に入力する。この場合、このプローブユニット3では、ケース32の中心軸に対して各プローブ31のレーザー出力部41がそれぞれ傾斜するようにして配置されているため、各レーザー出力部41から出力されたレーザーLがレーザー出力部41から離間するに従って互いに近接する。このため、このプローブユニット3では、プローブユニット3(各レーザー出力部41)から導体パターン101までの距離を調整することで、導体パターン101に対する2つのレーザーLの照射位置の間隔を十分に短くすることが可能となっている。したがって、このプローブユニット3では、導体パターン101が微細であったとしても、導体パターン101に対して各プローブ31から出力されたレーザーL(導電路C)同士の接触を確実に回避しつつ、各レーザーLを導体パターン101に確実に照射させて、各プローブ31の電極板42と導体パターン101とを導電路Cを介して電気的に確実に接続させることが可能となっている。
次いで、電圧検出部4が、各プローブユニット3のプローブ31の電極板42を介して入力した電圧信号Svに基づいて導体パターン101,101の間の電圧値を検出する。続いて、制御部8は、電圧検出部4によって検出された電圧値と電源部2から出力された測定用信号Siの電流値(定電流Iの電流値)とに基づいて導体パターン101,101の間の抵抗値を測定する。次いで、制御部8は、測定した抵抗値を記憶部5に保存すると共に、その抵抗値を表示部7に表示させる。続いて、制御部8は、移動機構を制御して、他の導体パターン101,101の上方に各プローブユニット3を移動させ、以下、上記した各処理(制御)を行う。この場合、4端子法で抵抗値を測定するときには、プローブユニット3におけるプローブ31の電極膜44と導体パターン101との間の抵抗、つまりレーザーLによって電離した電離気体で形成される導電路Cの抵抗値が大きい場合であっても、測定用信号Siとして定電流Iを供給することで、導体パターン101,101の間の抵抗値を正確に測定することができる。
このように、このプローブ31、プローブユニット3および測定装置1によれば、その光路の周囲の気体を電離可能なレーザーLを出力するレーザー出力部41と、レーザー出力部41から出力されるレーザーLの光路に交差するように配設されてレーザーLによって電離した電離気体で形成される導電路Cを介して導体パターン101に非接触で電気的に接続される電極膜44とを備えて、プローブ31を構成したことにより、レーザーLのスポット径を数μm程度に絞ることで、導電路Cの直径をこれと同程度に極めて小径とすることができる。このため、このプローブ31、プローブユニット3および測定装置1によれば、導体パターン101が微細であったり、導体パターン101のピッチが狭ピッチであったとしても、導体パターン101と電極板42とを導電路Cを介して電気的に確実に接続させ、かつ隣接するプローブ31から出力されたレーザーL(導電路C)同士の接触を確実に回避することができる。したがって、このプローブ31、プローブユニット3および測定装置1によれば、測定対象体としての導体パターン101の微細化および狭ピッチ化に十分に対応することができる。
また、このプローブ31、プローブユニット3および測定装置1によれば、高エネルギー光を透過可能でかつ導電性を有する材料で電極膜44を形成すると共に、レーザーLの光路に交差するように電極膜44を配設したことにより、レーザーLによって電離した電離気体で形成される導電路Cと電極膜44とを電気的に確実に接続することができるため、レーザーLが照射された導体パターン101と電極板42とを導電路Cを介して電気的に確実に接続することができる。
また、このプローブ31、プローブユニット3および測定装置1によれば、高エネルギー光としての紫外線レーザーを出力可能にレーザー出力部41を構成したことにより、レーザーLによって周囲の気体を確実に電離することができるため、レーザーLが照射された導体パターン101と電極板42とを導電路Cを介してより確実に電気的に接続することができる。
また、このプローブユニット3および測定装置1によれば、プローブ31を一対備えたことにより、各プローブ31を傾斜させて配置することで、プローブ31から離間するに従って各プローブ31から出力されたレーザーLを互いに近接させることができる。このため、このプローブユニット3および測定装置1によれば、プローブユニット3(プローブ31のレーザー出力部41)から導体パターン101までの距離を調整することにより、導体パターン101に対する2つのレーザーLの照射位置の間隔を十分に短くすることができる結果、導体パターン101が微細であったとしても、各プローブ31から出力されたレーザーL(導電路C)同士の接触を確実に回避しつつ、各レーザーLを導体パターン101に確実に照射させて、各プローブ31の電極板42と導体パターン101とを導電路Cを介して電気的に確実に接続させることができる。
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、一対のプローブ31を備えたプローブユニット3を用いる例について上記したが、図4に示すように、有底円筒状のケース232、レーザー出力部41、円筒状の電極板242、支持板43、および電極膜44を備えて、単一のプローブとして構成したプローブ231を用いることもできる。この場合、図4および後述する図5,6において、上記した各構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して、重複した説明を省略する。この構成においても、微細な導体パターン101や狭ピッチの導体パターン101と電極板42とを導電路Cを介して電気的に確実に接続させ、かつ隣接するプローブ231から出力されたレーザーL(導電路C)同士の接触を確実に回避することができる。
また、レーザーLを透過可能でかつ導電性を有する材料によって構成された電極膜44をレーザーLの光路に交差するように配設した構成例について上記したが、図5に示すように、電極膜44を備えていないプローブ331を採用することもできる。このプローブ331は、有底円筒状のケース332、レーザー出力部41および断面L字状の電極板342を備えて構成されている。この場合、この電極板342は、同図に示すように、その下端部がレーザーLの光路に近接し、かつ導電路Cにその下端部が接するようにしてケース332内に配設されている。また、図6に示すように、レーザー出力部41、および上記した電極板342を有する一対のプローブ431が、有底円筒状のケース432内に収容されて構成されたプローブユニット403を採用することもできる。これらのプローブ331およびプローブユニット403では、レーザーLが支持板43および電極膜44を透過しないため、その分、レーザーLの減衰を少なく抑えることができる。
また、紫外線レーザーを出力するレーザー出力部41を用いる例について上記したが、光路の周囲の気体を電離可能な限り、紫外線レーザー以外の各種の高エネルギー光を用いることができる。また、レーザーL(高エネルギー光)によって電離し易い気体(例えば、オゾン)の雰囲気中で上記したプローブユニット3,403およびプローブ231,331を用いる構成を採用することもできる。この構成によれば、導体パターン101と電極板42とを導電路Cを介して一層確実に電気的に接続させることができる。また、上記したプローブユニット3,403およびプローブ231,331の形状は一例であって、任意の形状に構成することができる。また、抵抗値を測定する測定装置1に適用した例について上記したが、他の物理量を測定する測定装置や、測定した物理量に基づいて回路基板100の良否を検査する回路基板検査装置に適用することができる。
1 測定装置
2 電源部
3,403 プローブユニット
4 電圧検出部
8 制御部
31,231,331,431 プローブ
41,241,341,441 レーザー出力部
42,242,342,442 電極板
44,244 電極膜
100 回路基板
101 導体パターン
C 導電路
L レーザー
Si 測定用信号
Sv 電圧信号

Claims (6)

  1. 測定対象体に電気的に接続される接続部を介して当該測定対象体に対する測定用信号の供給および当該測定対象体からの電気信号の入力の少なくとも一方を行うプローブであって、
    その光路の周囲の気体を電離可能な高エネルギー光を出力する光源を備え、
    前記接続部は、前記光源から出力される前記高エネルギー光の光路に交差または近接するように配設されて前記電離された気体を介して前記測定対象体に非接触で電気的に接続されるプローブ。
  2. 前記接続部は、前記高エネルギー光が透過可能でかつ導電性を有する材料で形成されると共に当該高エネルギー光の前記光路に交差するように配設されている請求項1記載のプローブ。
  3. 前記光源は、前記高エネルギー光としての紫外線レーザーを出力する請求項1または2記載のプローブ。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載のプローブを一対備えて構成されているプローブユニット。
  5. 請求項1から3のいずれかに記載のプローブと、当該プローブを介して入力した電気信号に基づいて測定対象体についての所定の物理量を測定する測定部とを備えている測定装置。
  6. 請求項4記載のプローブユニットと、当該プローブユニットを介して入力した電気信号に基づいて測定対象体についての所定の物理量を測定する測定部とを備えている測定装置。
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US9523714B2 (en) 2011-07-15 2016-12-20 Photon Dynamics, Inc. Electrical inspection of electronic devices using electron-beam induced plasma probes

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