JP4704426B2 - 電気的接続装置、その製造方法および電気的接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気回路の電気的検査のために、被検査体である例えば集積回路の電気回路とその電気的検査を行うテスタの電気回路との接続に用いられるプローブカードのような電気的接続装置、この電気的接続装置に用いられるプローブ組立体およびその製造方法に関する。

従来のこの種の電気的接続装置の一つとして、プローブ基板と該プローブ基板から伸長する多数のプローブとが設けられたプローブ組立体を備える電気的接続装置であって前記プローブ基板の平坦性を調整可能とする電気的接続装置が提案されている（特許文献１参照）。この従来の電気的接続装置によれば、プローブ基板を支持する支持部材からプローブ基板の一部に押圧力あるいは引張り力を作用させることができる。この作用力の調整により、プローブ組立体のプローブ基板に曲がりが生じていても、プローブ基板の曲がり変形を修正し、該プローブ基板の平坦性を維持することができる。

したがって、プローブ組立体の製造時に、プローブが設けられるプローブ基板に曲がり変形が生じても、前記電気的接続装置へのプローブ組立体の組み付け後の前記した調整作業により、プローブ基板を平坦に保持することができることから、該プローブ基板から伸長する多数のプローブの先端を同一平面上に保持することができる。これにより、全ての前記プローブの先端を被検査体の電気回路の前記各プローブに対応する電気接続端子に確実に接触させることができることから、この両者間に良好な電気的接触を得ることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の前記した従来技術によれば、プローブカード組立体の電気的接続装置への組み付け時毎に、各プローブ基板に導入された曲がり変形に応じて、全てのプローブ先端が同一平面上に位置するように調整する必要がある。プローブ組立体を電気的接続装置に組み付けた状態で、その全てのプローブの先端が被検査体の前記した対応する各電気接続端子に適正に接触するように調整する作業は繁雑であり、熟練を要する。特に、半導体ウエハ上に形成された多数の集積回路の検査では、プローブ組立体のプローブ数が著しく増大することから、このような多数のプローブが半導体ウエハ上の対応する各パッドに適正に接触するように、調整する作業は容易ではない。しかも、このような調整作業は、プローブ組立体の取り替え毎に必要となることから、この調整作業を不要とすることが強く望まれていた。

特表２００３−５２８４５９号公報

本発明の目的は、プローブ基板の変形に拘わらずプローブ組立体の電気的接続装置への組み付け後におけるプローブ基板の平坦化調整作業を不要とし、プローブと被検査体の電気回路の対応する電気接続端子との確実な電気的接続を得ることができるプローブ組立体、その製造方法および電気的接続装置を提供することにある。

本発明に係るプローブ組立体は、被検査体の電気的測定に用いられるプローブ組立体であって、負荷を受けない自由状態で曲がり変形を生じた平板状のプローブ基板と、該プローブ基板の一方の面に該面から突出して形成された複数のプローブとを備え、全ての前記プローブの先端は、前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で、仮想基準面に平行な同一平面上に位置する。また、前記プローブ基板の他方の面には、前記プローブ基板を所定箇所に取付けるためのアンカー部が形成されており、全ての前記アンカー部の頂面は、前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で前記仮想基準面に平行な同一平面上に位置する。

本発明に係る前記プローブ組立体では、前記複数のプローブは、前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で前記仮想基準面に平行な同一平面上に位置するように設定されている。そのため、前記プローブ組立体がそのプローブ基板の曲がり変形を保持した状態で所定箇所に組み付けられる限り、前記プローブ基板を平坦にするための煩雑な作業を行うことなく、全ての前記プローブの先端を被検査体である電気回路の各電気接続端子にほぼ均等に押し付けることができる。これにより、前記プローブ組立体の全ての前記プローブとこれに対応する被検査体の前記電気接続端子とを適正に接続することができる。

前記プローブ基板は、基板部材と、該基板部材の一方の面に形成され、表面に電気接続部を有する配線層とで形成することができる。この場合、前記配線層の前記電気接続部には前記プローブが前記基板部材から遠ざかる方向へ突出して形成される。

この基板部材に、セラミック板を用いることができる。セラミック板は、耐熱性及び絶縁性を示すことから、配線層を好適に支持する。

前記配線層を多層配線層とすることができる。このプローブ基板の多層配線層は、集積回路のような微細回路に対応した多数のプローブをプローブ基板に高密度で配置するのに有利である。

前記セラミック板の他方の面に設けられた前記アンカー部には、前記プローブ基板を所定箇所に取付けるための複数の雄ねじ部材の端部をそれぞれ受け入れる雌ねじ穴を形成することができる。

このアンカー部の頂面位置を揃えることにより、セラミック板の変形すなわちプローブ基板の変形に応じて、前記各アンカー部の高さ寸法にばらつきが生じる。しかしながら、各アンカー部の頂部と前記雄ねじ部材による取付け面との間に例えばスペーサ部材を配置する場合、前記したようにアンカー部の頂面位置を揃えることにより、同一長さ寸法のスペーサ部材を用いて、前記プローブ基板の変形を保持した状態でプローブ組立体を電気的接続装置の平坦な取付け基準面に適正に取り付けることができるので、前記プローブ基板の変形に応じた長さ寸法の異なる多種類のスペーサ部材が不要となる。

前記多層配線層の表面に形成される前記電気接続部に、前記各プローブのためのプローブランドを前記セラミック板から遠ざかる方向へ突出して形成することができる。該各プローブランドの突出する端面から前記各プローブが伸長する。前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で、この全ての前記プローブランドの前記端面を前記仮想基準面に平行な同一平面上に位置させることができる。このように、全てのプローブランドの前記端面を揃えることにより、プローブ基板の前記した変形に拘わらず、同一高さ寸法すなわち同一長さ寸法を有するプローブを各プローブランドの前記端面に形成すれば、全てのプローブの先端位置を同一平面上に揃えることができる。したがって、前記プローブ基板の変形に拘わらずその変形に応じて異なる高さ寸法のプローブを用いることなく、等長のプローブを用いることができるので、プローブの製造工程の簡素化を図ることができる。

本発明に係るプローブ組立体の製造方法は、基板部材の一方の面に多層配線層を形成すると共に該多層配線層の表面に複数のプローブランドを形成すること、前記プローブランドの全ての端面を前記基板部材の曲がり変形に拘わらず仮想基準面に平行な同一平面上に位置させるべく前記基板部材に導入された変形を保持した状態で前記プローブランドの端面を揃えること、前記基板部材の他方の面に雄ねじ部材の端部が螺合可能なねじ穴を有する複数のアンカー部を形成すること、前記基板部材の前記変形を保持した状態で前記全てのアンカー部の頂面を前記基板部材の前記曲がり変形に拘わらず前記仮想軸線に平行な他の同一平面上に位置させるべく前記アンカー部の頂面を揃えること、揃えられた前記プローブランドの端面に同一高さ寸法を有するプローブを形成することを含む、

本発明に係る前記プローブ組立体の製造方法では、基板部材の一方の面に多層配線層が形成され、該多層配線層の形成に関連して前記プローブランドが形成される。また、基板部材の他方の面にアンカー部が形成される。これらプローブランドおよびアンカー部は、それぞれの同一平面上に揃えられることから、基板部材に曲がり変形が生じていても基板部材の曲がり変形に拘わらず、全てのアンカー部の頂面および全てのプローブの先端は、仮想基準面に平行なそれぞれの平面上に揃えられる。

したがって、基板部材の曲がり変形に拘わらず、全てのプローブの先端が同一平面上に揃えられ、しかも取付けのための全てのアンカー部の頂面を同一平面上に揃えたプローブ基板を比較的容易に製造することができるので、基板部材の平坦性の調整が不要であり、しかも取付けに長さの異なる多種類のスペーサを不要とするプローブ組立体を比較的容易に形成することができる。

前記プローブランドの端面および前記アンカー部の頂面を前記多層配線層の形成後に揃えることにより、たとえ多層配線形成工程で例えばセラミック板から成る前記基板部材に曲がり変形が生じても、この基板部材の曲がり変形に拘わらず、全てのアンカー部の頂面および全てのプローブの先端をそれぞれの前記同一平面上に揃えることができる。

前記多層配線層の前記表面の前記複数のプローブランドを相互に等しい高さ寸法に形成した後、それらの端面を前記プローブ基板の曲がりに応じて揃えることができる。また、前記基板部材の前記他方の面の前記複数のアンカー部を相互に等しい高さ寸法に形成した後、それらの頂面を前記プローブ基板の曲がりに応じて揃えることができる。

前記プローブランドの端面およびアンカー部の頂面をそれぞれ揃えるために、前記プローブランドおよびアンカー部の端部を研磨することができる。この研磨には、化学機械研磨を適用することができる。この化学機械研磨には、例えば駆動回転する平面研磨面が設けられた研磨装置を用い、この平面研磨面に全てのアンカー部または全てのプローブランドの端部を押し当てることにより、アンカー部の頂面またはプローブランドの端面を効率的に揃えることができる。

前記基板部材に前記したと同様なセラミック板を用いることができ、また前記多層配線層は、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。フォトリソグラフィ技術を用いて多層配線層を形成することにより、被検査体の微細化に応じたプローブ組立体の微細化が比較的容易に行える。

微細化を図る上で、フォトリソグラフィ技術を用いてカンチレバータイプのプローブを形成し、該プローブを前記プローブランドの端面に固着することが好ましい。プローブとして、その他、タングステンのようなニードルタイプのプローブを用いることができる。

本発明に係る電気的接続装置は、テスタと、該テスタによる電気的検査を受ける被検査体の電気接続端子とを接続する電気的接続装置であって、取付け基準面を有する支持部材と、前記テスタに接続される配線回路が形成され、前記支持部材の前記基準面に一方の面を対向させて配置され、他方の面に前記配線回路の複数の接続端子が形成された配線基板と、負荷を受けない自由状態で曲がり変形を生じた平板状のプローブ基板および該プローブ基板の一方の面に設けられ前記被検査体の前記接続端子に先端部を当接可能な複数のプローブを有するプローブ組立体であって前記プローブ基板の他方の面が前記配線基板の前記他方の面に対向して配置されたプローブ組立体と、前記プローブ基板と前記配線基板との間に配置され該配線基板の前記接続端子を該接続端子に対応する前記プローブに接続するための電気接続器と、該電気接続器を経て前記プローブを前記配線基板の前記接続端子に接続すべく前記プローブ組立体が前記支持部材に取り付けられたとき、前記プローブ基板の前記変形を保持すべく前記プローブ基板の前記他方の面と前記支持部材の前記基準面との間に適合して配置される複数のスペーサとを備え、前記各プローブの先端は前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で同一平面上に位置する。

本発明に係る電気的接続装置では、そのプローブ組立体は、該プローブ組立体のプローブ基板と前記支持部材の基準面との間に挿入される前記スペーサにより、確実に前記した変形を維持した状態で前記支持部材の基準面に取り付けられ、この取付け状態で、全てのプローブの先端が同一平面上に位置する。

したがって、プローブ組立体の支持部材への取付け後、従来のようなプローブ基板を平坦化するための調整作業を行うことなく、全てのプローブの先端を被検査体である電気回路の各電気接続端子にほぼ均等に押し付けることができる。そのため、プローブ組立体の取り替え毎においても、従来のような前記した煩わしい平坦化調整作業が不要となり、効率的な電気的検査が可能となる。

前記プローブ基板は、セラミック板と、該セラミック板の一方の面に形成され、表面に電気接続部を有する多層配線層で構成することができ、該多層配線層の前記電気接続部に前記プローブを、該プローブが前記セラミック板から遠ざかる方向へ突出するように、形成することができる。

前記プローブ基板は、前記支持部材、前記配線基板および前記電気的接続器を貫通して配置される雄ねじ部材を介して前記支持部材に取り付けることができる。この場合、前記スペーサは、前記セラミック板の他方の面に形成され前記支持部材の前記基準面に向けて立ち上がる複数のアンカー部であって前記基準面と平行な同一面上に頂面を有しかつ前記雄ねじ部材の端部を受け入れる雌ねじ穴が形成された複数のアンカー部と、該アンカー部の頂面と前記基準面との間に挿入された均一な長さ寸法を有する複数のスペーサ部材とで構成することができる。

また、この例に代えて、前記プローブ基板と前記配線基板との間に、前記電気接続器の貫通を許し前記支持部材に結合され均一な厚さ寸法を有するスペーサ板を配置することができる。この場合、前記プローブ基板は、前記スペーサ板を貫通して配置された雄ねじ部材を介して前記スペーサ板に取り付けられており、前記スペーサは、前記セラミック板の他方の面に形成され前記支持部材の前記基準面に向けて立ち上がる複数のアンカー部であって前記基準面と平行な同一面上に頂面を有しかつ前記雄ねじ部材の端部を受け入れる雌ねじ穴が形成されたアンカー部と、該アンカー部の頂面と前記基準面との間に挿入された前記スペーサ板とで構成される。また、この場合、前記雄ねじ部材に、前記配線基板と前記スペーサ板との間で該スペーサ部材に埋設された頭部を有するボルトを用いることができる。

また、前記支持部材の前記基準面と反対側の面に、前記支持部材のたわみ変形を抑制すべく該支持部材の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する熱変形抑制部材を取り付けることができる。

この熱変形抑制部材は、その一方の面が熱変形抑制部材の熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数を有する支持部材への取付け面となるのに対し、反対側に位置する他方の面が自由面となることから、雰囲気温度の上昇によって伸長しようとするとき、当該熱変形抑制部材の両面間に応力差が生じる。この応力差を利用して熱変形抑制部材が取り付けられた前記支持部材の中央部のたるみ変形を抑制することができる。

本発明に係るプローブ組立体によれば、プローブ基板に設けられる複数のプローブはプローブ基板の変形を保持した状態で仮想基準面に平行な同一平面上に位置するように設定されていることから、前記プローブ組立体は、そのプローブ基板の曲がり変形を保持した状態で所定箇所に組み付けられる限り、このプローブ基板の煩雑な平坦化調整作業を行うことなく、全てのプローブの先端を被検査体である電気回路の各電気接続端子にほぼ均等に押し付けることができるので、全てのプローブをこれに対応する被検査体の電気接続端子に適正に接触させることができる。

また、本発明に係るプローブ組立体の製造方法によれば、基板部材の曲がり変形に拘わらず、全てのプローブの先端が同一平面上に揃えられ、しかも取付けのための全てのアンカー部の頂面が同一平面上に揃えられたプローブ基板を比較的容易に製造することができるので、基板部材の平坦性の調整が不要であり、しかも取付けに長さの異なる多種類のスペーサを不要とする本発明に係るプローブ組立体を比較的容易に形成することができる。

また、本発明に係る電気的接続装置によれば、プローブ組立体のプローブ基板と支持部材の基準面との間に挿入されるスペーサにより、前記プローブ基板はその前記した変形を確実に維持した状態で前記支持部材の基準面に取り付けることができる。したがって、プローブ組立体の支持部材への取付け後、従来のようなプローブ基板を平坦化するための調整作業を行うことなく、全てのプローブの先端を被検査体である電気回路の各電気接続端子にほぼ均等に押し付けることができる。そのため、プローブ組立体の取り替え毎においても、従来のような煩わしいプローブ基板の平坦化調整作業が不要となり、効率的な電気的検査が可能となる。

本発明に係る電気的接続装置１０が、図１に分解して示されている。この電気的接続装置１０は、下面１２ａが平坦な取付け基準面となる平板状の支持部材１２と、該支持部材の前記取付け面１２ａに保持される円形平板状の配線基板１４と、該配線基板１４に電気接続器１６を経て電気的に接続されるプローブ組立体１８と、電気接続器１６を受け入れる中央開口２０ａが形成されたベースリング２０と、該ベースリングの中央開口２０ａの縁部と共同してプローブ組立体１８の縁部を挟持する固定リング２２とを備える。この固定リング２２は、その中央部に、プローブ組立体１８の後述するプローブ１８ｂの露出を許す中央開口２２ａを有する。図示の例では、配線基板１４を保持する支持部材１２の熱変形を抑制するための熱変形抑制部材２４が支持部材１２に取り付けられている。

これらの部材１２〜２４は、図２ないし図４に示すように、一体的に組み付けられ、図３に示すように、例えば半導体ウエハ２６に作り込まれた多数のＩＣ回路（図示せず）の電気的検査のために、該ＩＣ回路の接続端子である各接続パッド２６ａをテスタ２８の電気回路（図示せず）に接続するのに用いられる。

配線基板１４は、図示の例では、全体的に円形板状の例えばポリイミド樹脂板からなり、その上面１４ａの環状周部には、テスタ２８の前記電気回路に接続される多数のコネクタ３０が図２に示すよう環状に整列して配置されている。配線基板１４の下面１４ｂ（図１参照）の中央部には、コネクタ３０に対応する多数の接続端子１４ｃ（図５参照）が矩形マトリクス状に配列されており、前記ポリイミド樹脂板内に形成された図示しないが従来よく知られた配線回路を経て、各コネクタ３０と、前記各接続端子１４ｃとが相互に電気的に接続可能である。また、図２に示すように、配線基板１４の上面１４ａの中央部には、試験内容に応じてコネクタ３０と該コネクタに接続される前記接続端子とを切り換え、あるいは緊急時に前記配線回路を遮断するための多数のリレー３２が配列されている。

支持部材１２は、これらコネクタ３０およびリレー３２の露出を許す例えばステンレス板からなる枠部材であり、その下面１２ａ（図１参照）が配線基板１４の上面１４ａに当接して配置されている。支持部材１２は、図２に明確に示されているように、リレー３２を取り巻く内方環状部１２ｃと、外方環状部１２ｄとを有し、該外方環状部の外周にコネクタ３０が配列されている。

熱変形抑制部材２４は、支持部材１２の上面１２ｂにおける外方環状部１２ｄを覆って配置される環状部材からなり、例えばアルミニゥムのような金属材料で構成されている。

プローブ組立体１８は、基本的には、図５に示すように、プローブ基板１８ａと、該プローブ基板の下面に形成された多数のプローブ１８ｂとを備える。プローブ基板１８ａは、従来よく知られているように、例えばセラミック板からなる基板部材３４と、該基板部材すなわちセラミック板の下面３４ａに形成された多層配線層３６とを備える。多層配線層３６は、従来よく知られているように、電気絶縁性を示す例えばポリイミド樹脂材料からなる多層板と、該各多層板間に形成された配線路３６ａとを有する。各プローブ１８ｂは、多層配線層３６の表面であるその下面３６ｂから下方へ突出して形成されている。

セラミック板３４には、その板厚方向に貫通する多数の導電路３８が、配線基板１４のそれぞれの接続端子１４ｃに対応して形成されている。プローブ基板１８ａの上面となるセラミック板３４の上面３４ｂには、各導電路３８の一端に形成された接続部３８ａが配置されており、該各接続部は電気接続器１６を介して配線基板１４の対応する接続端子１４ｃに接続される。また、セラミック板３４の下面３４ａには、各導電路３８の他端に形成された接続部３８ｂが配置されている。多層配線層３６の各配線路３６ａの一端は、多層配線層３６の上面３６ｃで各導電路３８の対応する接続部３８ｂに接続されており、また各配線路３６ａの他端は、プローブ組立体１８の下面すなわち多層配線層３６の下面３６ｂに形成されたプローブランド４０にそれぞれ接続されている。各プローブランド４０には、カンチレバータイプのプローブ１８ｂがそれぞれ接続されており、これにより各プローブ１８ｂは、プローブ基板１８ａの上面３４ｂで、電気接続器１６を介して配線基板１４の対応する接続端子１４ｃに接続される。

電気接続器１６は、図５に示す例では、板厚方向に形成された多数の貫通孔４２が形成された電気絶縁性を示す板状部材から成るポゴピンブロック１６ａと、各貫通孔４２内に直列的に配置され、それぞれが貫通孔４２からの脱落を防止された状態で貫通孔４２の軸線方向へ摺動可能に収容される一対のポゴピン１６ｂ、１６ｃとを備える。各一対のポゴピン１６ｂ、１６ｃ間には、両ポゴピン１６ｂ、１６ｃに相離れる方向への偏倚力を与え、両ポゴピン間の導電路となる圧縮コイルばね１６ｄが配置されている。電気的接続装置１０の組み立て状態では、電気接続器１６はその圧縮コイルばね１６ｄのばね力により、各一対のポゴピン１６ｂ、１６ｃの一方のポゴピン１６ｂが対応する導電路３８の接続部３８ａに圧接され、また他方のポゴピン１６ｃが配線基板１４の対応する接続端子１４ｃに圧接されることから、各プローブランド４０に設けられたプローブ１８ｂは、配線基板１４の対応する接続端子１４ｃに接続される。その結果、プローブ１８ｂの先端が被検査体である半導体ウエハ２６の接続パッド２６ａに当接されると、該接続パッドは対応するコネクタ３０を経て、テスタ２８に接続されることから、該テスタによる半導体ウエハ２６の前記電気回路の電気的検査が行える。

前記した電気的接続装置１０は、多数の雄ねじ部材からなるボルト４４〜５２によって組み立てられている。すなわち、図６に示すように、熱変形抑制部材２４は、支持部材１２に形成された雌ねじ穴５４に螺合するボルト４４により、支持部材１２の上面１２ｂに固定されている。この支持部材１２には、配線基板１４を貫通して配置されるボルト４６により、電気接続器１６が取り付けられている。ボルト４６は、その先端が支持部材１２に形成された雌ねじ穴５６に螺合することにより、電気接続器１６のポゴピンブロック１６ａと、支持部材１２との間で配線基板１４を挟持する。

また、ベースリング２０および固定リング２２は、ベースリング２０に形成された雌ねじ穴５８に先端が螺合するボルト４８により、プローブ組立体１８のプローブ基板１８ａの縁部を挟持するように相互に結合されている。このベースリング２０は、該ベースリングに形成された雌ねじ穴６０に先端が螺合するボルト５０により、支持部材１２に固定されている。ボルト５０は、配線基板１４をその板厚方向に貫通するスペーサ６２内に挿入されている。スペーサ６２は、その両端を支持部材１２およびベースリング２０に当接させることにより、プローブ基板１８ａの縁部を挟持するベースリング２０および固定リング２２を支持部材１２の取付け面である下面１２ａから所定の間隔で保持する。

前記したように、プローブ組立体１８のプローブ基板１８ａの縁部はベースリング２０および固定リング２２により縁部を挟持される。この縁部を挟持されるプローブ基板１８ａの基板部材であるセラミック板３４に導電路３８を形成するとき、または多層配線層３６を形成するとき、その製造工程の熱と外力とによって平坦なセラミック板３４に例えば波状の曲がり変形を生じることがある。あるいは、導電路３８及び多層配線層３６の形成前に、セラミック板３４自体に曲がり変形を生じることがある。そのような基板部材３４の変形によるプローブ基板１８ａの変形は、該プローブ基板にたとえ外力が作用していない自由状態であっても保持される。

本発明に係るプローブ組立体１８は、そのようなプローブ基板１８ａの変形に拘わらず、該変形を維持した自由状態で、全てのプローブ１８ｂの先端が同一平面Ｐ１上に整列するように、予め揃えられている。この平面Ｐ１は、基板部材であるセラミック板３４に変形が生じていない場合に得られる平坦なセラミック板の仮想平面Ｐに平行とすることが望ましい。

このように各先端が揃えられたプローブ１８ｂを有するプローブ組立体１８は、そのプローブ基板１８ａに変形を保持した状態で、複数のボルト５２を介して支持部材１２に支持されている。

このボルト５２による支持のために、図７に拡大して示されているように、セラミック板３４の上面３４ｂには、各ボルト５２の先端部を受け入れる雌ねじ穴６４を有するアンカー部材６６が接着剤により固着されている。

アンカー部材６６は、例えば電気絶縁性を示す合成材料からなり、このアンカー部材６６の固着により、セラミック板３４の上面であるプローブ基板１８ａの上面３４ｂには、ボルト５２の先端部が螺合するアンカー部６６が形成されている。各アンカー部６６の頂面は、プローブ基板１８ａに前記した曲がり変形が保持された該プローブ基板の自由状態で、前記仮想平面Ｐに平行な同一平面Ｐ２に一致するように、揃えられている。したがって、各アンカー部６６の高さ寸法は、曲がりを生じたプローブ基板１８ａの各アンカー部６６が設けられた部分の高さ位置に応じて、異なる高さ寸法を有する。

各アンカー部６６に対応して配線基板１４には、スペーサ部材６８を受け入れる貫通孔７０が配線基板１４の板厚方向に貫通して形成されている。各ボルト５２は、その頭部５２ａを支持部材１２の側に位置させてスペーサ部材６８を貫通して配置され、その軸部５２ｂの先端部分が対応するアンカー部６６の雌ねじ穴６４に螺合する。

各スペーサ部材６８は、相互に等しい高さ寸法を有する。スペーサ部材６８の各下端は、対応するアンカー部６６の平面Ｐ２上の頂面に当接し、またスペーサ部材６８の各上端は取付け基準面となる支持部材１２の下面１２ａに当接する。そのため、支持部材１２の上方からボルト５２を締め付けることにより、該ボルトの先端部が螺合するアンカー部６６と、該各アンカー部上に配置されたスペーサ部材６８とのスペーサ作用により、仮想平面Ｐが支持部材１２の取付け基準面１２ａに平行となるように、プローブ基板１８ａが前記した曲がり変形を保持した状態で確実に支持部材１２に支持される。

したがって、プローブ組立体１８の各プローブ１８ｂの先端は、仮想平面Ｐに平行な平面Ｐ１上に揃った状態で、電気的接続装置１０に組み付けられることから、従来のようなプローブ基板の煩雑な平坦化作業を行うことなく、全てのプローブ１８ｂの先端を同一平面Ｐ１上に揃えることができる。そのため、半導体ウエハ２６の各接続パッド２６ａに対応するプローブ１８ｂの先端を均等に押し付けることができるので、被検査体である半導体ウエハ２６の電気回路の電気的検査を適正かつ容易におこなうことができる。

また、図７に明確に示されているように、プローブ１８ｂの先端を揃えるために、プローブ基板１８ａのセラミック板３４から遠ざかる方向へ突出するプローブランド４０の高さ寸法をプローブ基板１８ａの曲がり変形に応じて異ならせることができる。各プローブランド４０は、プローブ基板１８ａの曲がり変形に応じて、その下端面を平面Ｐ１に平行な平面Ｐ３上に揃える高さに設定されている。このように、プローブランド４０の下端面を平面Ｐ３上に揃えることにより、同一高さ寸法すなわち同一長さ寸法のプローブ１８ｂを各プローブランド４０に固着することによって、プローブ基板１８ａの曲がり変形に拘わらず、この同一寸法のプローブ１８ｂを用いてプローブ１８ｂの先端を揃えることができる。

したがって、プローブ基板１８ａの曲がり変形に応じた、相互に異なる高さ寸法の多種類のプローブを用意することなく、単一の高さ寸法のプローブ１８ｂを各プローブランド４０に固着することにより、プローブ１８ｂの先端を平面Ｐ１上に揃えることができる。

同様に、アンカー部６６の高さ寸法を等しく設定し、他方、スペーサ部材６８の高さ寸法を異ならせることにより、プローブ基板１８ａの変形を保持した状態でプローブ組立体１８を組み込むことができる。しかしながら、この場合、プローブ基板１８ａの変形に応じてそれぞれ最適な高さ寸法を有する多種類のスペーサ部材を用意する必要があることから、多種類のスペーサ部材を不要とし、電気的接続装置１０の製造の簡素化を図る上で、前記したように等長のスペーサ部材６８を用いることが好ましい。

また、図６および図７には、支持部材１２の上方から挿入され、その先端がプローブ基板１８ａのアンカー部６６に螺合されたボルト５２の例を示したが、これに代えて、図示しないがプローブ基板１８ａ下面の側から該プローブ基板、ポゴピンブロック１６ａおよび配線基板１４を貫通するボルトを用い、該ボルトの先端を支持部材１２に形成された雌ねじ穴に螺合させることができる。この場合、アンカー部６６およびスペーサ部材６８に代えて、両部材６６、６８の高さ寸法に等しいスペーサが用いられる。

多層配線層３６に代えて、単層の配線を用いることができるが、多数のプローブ１８ｂのために各配線路３６ａを高密度で配置するために、多層配線技術を用いることが望ましい。

また、前記電気的接続装置１０では、支持部材１２は、その下面１２ａに保持された配線基板１４を補強する作用をなすが、高温環境下での検査では、温度上昇に伴う熱変形と、電気接続器１６およびプローブ組立体１８等の重量により、中央部が下方へ向けて凸状に変形を生じる傾向が見られる。

しかしながら、熱変形抑制部材２４は、ボルト４４（図６参照）により、支持部材１２の上面１２ｂに当接して該支持部材に固定されている。また、熱変形抑制部材２４は、例えばステンレス（ＳＵＳ４１０：熱膨張係数 ９．９ＰＰＭ／℃）からなる支持部材１２よりも熱膨張係数の大きな金属材料であるアルミニゥム（Ａ５０５２：熱膨張係数２３．８ＰＰＭ／℃）で形成されている。そのため、高温環境下では、図８の概念図に示すように、熱変形抑制部材２４が支持部材１２よりも大きく伸長しようとするが、その下面２４ａが熱変形抑制部材２４よりも熱膨張係数の小さな支持部材１２によりその伸長が拘束される。このため、自由面となる上面２４ｂが拘束を受ける下面２４ａよりも大きく伸長しようとすることから、その応力差により、全体に自由面の中央部が支持部材から遠ざかるように凸状に膨らむ傾向を示す。この応力差による作用力は、前記した支持部材１２の中央部における下方への凸状変形を抑制する力として作用する。

その結果、熱変形抑制部材２４を設けることにより、高温環境下での支持部材１２の熱膨張変形による下方へのたわみを抑制し、この支持部材１２のたわみに伴うプローブ組立体１８のたわみ変形を抑制することができる。

図９（ａ）ないし図９（ｇ）は、図１に示したプローブ組立体の製造工程を示す。

プローブ組立体１８のためのプローブ基板１８ａの基板部材として、例えばセラミック板３４が用意される。セラミック板３４は、その全面にわたってほぼ等しい厚さ寸法を有する。このセラミック板３４には、既に図５に沿って説明した各導電路３８が形成されている。この導電路３８の形成加工のために、セラミック板３４には、図９（ａ）に示すように、その仮想平坦面Ｐに関して全体に波状の曲がり変形が導入されている。この変形によるセラミック板３４の下面におけるもっとも低い箇所と高い箇所との高低差は、例えば数十μｍ〜１００μｍを示す。

曲がり変形を生じたセラミック板３４の一方の面３４ａには、図９（ｂ）に示すように、集積回路の製造工程で用いられるフォトリソグラフィを利用して図５に示したと同様な多層配線層３６が形成される。また、多層配線層３６の表面に露出する配線路３６ａの所定箇所には、例えば前記したと同様なフォトリソグラフィおよび電気メッキ法を用いて、導電材料を均等な厚さで選択的に堆積させることにより、プローブ１８ｂのための互いに等しい高さ寸法を有するプローブランド４０が形成される。

このプローブランド４０の下端面は、図９（ｃ）に示すように、仮想平坦面Ｐと平行な前記平面Ｐ３に揃えられる。このプローブランド４０の下端面を揃えるために、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）が用いられる。これにより、プローブランド４０の下端面は、例えば１０μｍ未満の誤差で前記平面Ｐ３に揃えられる。

図９（ｄ）に示すように、セラミック板３４の上面３４ｂの所定箇所に、例えば合成樹脂材料からなるアンカー部材６６が接着材により固着される。このアンカー部材６６は、前記した雌ねじ穴６４を有し、互いに等しい高さ寸法をする。アンカー部材６６は、等しい高さ寸法を有することから、このアンカー部材６６により形成される各アンカー部６６の頂面の高さ位置は、セラミック板３４の変形に応じて異なる。このアンカー部６６の高さ位置は、図９（ｅ）に示すように、研磨工程で、仮想平坦面Ｐと平行な前記平面Ｐ２に揃えられる。このアンカー部材６６の頂面を前記平面Ｐ２上に揃えるために、例えば機械研磨が用いられる。この機械研磨により、アンカー部材６６の頂面は、前記プローブランド４０の下端面におけると同様に、例えば１０μｍ未満の誤差で前記平面Ｐ２に揃えられる。

図９（ｄ）および図９（ｅ）に示したアンカー部６６の形成およびその研磨工程を前記したプローブランド４０および多層配線層３６の形成前におこなうことができる。

しかしながら、多層配線層３６およびプローブランド４０の形成工程の加熱下でセラミック板３４にさらに曲がり変形が導入される虞がある。この多層配線層３６およびプローブランド４０の形成でセラミック板３４に導入される曲がり変形の影響によるアンカー部６６の頂面のばらつきを確実に防止する上で、図９（ｂ）〜図９（ｅ）に示すように、多層配線層３６の形成およびプローブランド４０の形成およびその研磨工程後に、アンカー部６６の研磨工程を行うことが好ましい。

いずれにしても、プローブランド４０の研磨およびアンカー部６６の研磨により、図９（ｆ）に示すように、前記平面Ｐ２に頂面が揃ったアンカー部６６および前記平面Ｐ３に揃った端面を有するプローブランド４０を有するプローブ基板１８ａが形成される。したがって、その後、図９（ｇ）に示すように、等長のプローブ１８ｂを例えば半田のような導電性接着を用いて各アンカー部６６の下端面に接着することにより、前記したように、プローブ基板１８ａの曲がり変形に拘わらず、前記平面Ｐ１上に先端を揃えたプローブ組立体１８が形成される。

このプローブ組立体１８は、アンカー部６６の頂面が前記平面Ｐ２に揃えられていることから、例えば１０μｍ未満の高さ寸法誤差で形成された等長のスペーサ部材６８および該スペーサ部材に挿入されるボルト５２を用いて、前記したように支持部材１２に支持されるように、これに組み付けられることにより、プローブ基板１８ａの曲がり変形を調整することなく、各プローブ１８ｂの先端を所定の許容誤差内で同一平面Ｐ１上に揃えることができる。

したがって、煩わしいプローブ基板１８ａの平坦化調整をおこなうことなく、全てのプローブ１８ｂと、半導体ウエハ２６の前記電気回路の対応する接続パッド２６ａとの良好な電気的接触を得ることができる。

また、前記した製造方法により、本発明に係るプローブ組立体１８を比較的容易に製造することができる。

図１０ないし図１４は、本発明の他の実施例を示す。図１０ないし図１４では、図１ないし図９に示した実施例におけると同様な機能を有する構成部分には、同一の参照符号が付されている。

図１０および図１１に示す例では、プローブ組立体１８自体は前記した実施例におけると同一であり、電気接続器１６に関連して、プローブ組立体１８の支持部材１２への取り付け形態が図６および図７に示した例と異なる。すなわち、図１０および図１１に示す例では、配線基板１４とベースリング２０との間には、均等な厚さ寸法を有するスペース板１６８が配置されている。このスペース板１６８には、図１２および図１３に示されているように、複数の電気接続器１６を受け入れるための板厚方向に貫通する複数の開口１６８ａが形成されている。電気接続器１６は、図１１に示すように、前記したと同様なポゴピンブロック１６ａ、それぞれが対をなすポゴピン１６ｂ、１６ｃおよび対をなす両ポゴピン１６ｂ、１６ｃに相離れる方向へ偏倚力を与える圧縮コイルばね１６ｄを備える。各電気接続器１６のポゴピンブロック１６ａは、対応する開口１６８ａに挿入されている。この挿入により、各一対のポゴピン１６ｂ、１６ｃのうちの一方のポゴピン１６ｂは、図１３に示すように、スペース板１６８の下面１６８ｂから突出可能である。また、各他方のポゴピン１６ｃは、図１２に示すように、スペース板１６８の上面１６８ｃから突出可能である。

スペース板１６８は、図１１に明確に示されているように、その雌ねじ穴１６０に螺合するボルト５０により、各一方のポゴピン１６ｂがセラミック板３４上の接続部３８ａ（図５参照）に当接し、各他方のポゴピン１６ｃが配線基板１４の接続端子１４ｃ（図５参照）に当接するように、配線基板１４およびベースリング２０間で固定されている。支持部材１２の下面１２ａとスペース板１６８の上面１６８ｃとの間隔は、スペーサ６２により規定されている。

また、固定リング２２と共同してプローブ基板１８ａの縁部を挟持するベースリング２０は、ボルト１４８によりスペース板１６８に固定されている。このボルト１４８は、スペース板１６８の上面１６８ｃから貫通孔１６８ｄに挿入され、その先端がベースリング２０の雌ねじ穴１５８に螺合する。固定リング２２は、前記した例におけると同様なボルト４８によりベースリング２０に結合されている。

また、スペース板１６８には、プローブ基板１８ａの各アンカー部６６に対応して該アンカー部に螺合するボルト５２の軸部５２ｂの貫通を許す貫通孔１７０が形成されており、スペース板１６８の上面１６８ｃには、各貫通孔１７０に対応してボルト５２の頭部５２ａを収容する凹所１７０ａが形成されている。

したがって、電気接続器１６が組み込まれたスペース板１６８をボルト５０で支持部材１２に結合するに先立ち、ボルト５２をスペース板１６８の貫通孔１７０を経てアンカー部６６の雌ねじ穴６４に螺合させ、その頭部５２ａの頂面が凹所１７０ａから突出することなく該凹所に頭部５２ａが完全に収容されるように、ボルト５２を締め付けることができる。このボルト５２の締め付けに関して、アンカー部６６およびスペース板１６８がプローブ基板１８ａの変形を保持するためのスペーサとして機能する。そのため、ボルト５２の締め付けにより、プローブ基板１８ａの自由状態での前記した変形を保持した状態で、かつ電気接続器１６とプローブ組立体１８とが前記した適正な電気的接続を保持した状態で、電気接続器１６が組み込まれたスペース板１６８にプローブ組立体１８を適正に保持することができる。したがって、このプローブ基板１８ａが取り付けられたスペース板１６８をボルト５０により支持部材１２に結合することにより、プローブ基板１８ａの前記変形を保持した状態で、スペース板１６８を介してプローブ基板１８ａを支持部材１２に適正に支持することができる。

その結果、従来のようなプローブ基板の煩雑な平坦化作業を行うことなく、全てのプローブ１８ｂの先端を同一平面Ｐ１上に揃えることができるので、前記したと同様に、プローブ基板の煩雑な平坦化作業を行うことなく、被検査体である半導体ウエハ２６の電気回路の電気的検査を適正かつ容易におこなうことができる。

また、スペース板１６８を用いた例では、図１１に明確に示されているように、各アンカー部６６の頂面の高さ位置（平面Ｐ２）がスペース板１６８の下面１６８ｂに当接するベースリング２０の上面２０ｂに一致する。そのため、図１４に示すように、ベースリング２０および固定リング２２がプローブ組立体１８のプローブ基板１８ａの縁部を挟持するように、両リング２０、２２をボルト４８で結合することにより、図９（ｅ）に示したアンカー部６６の研削工程で、これらをプローブ組立体１８の保持具として利用すると共に、ベースリング２０の上面２０ｂをアンカー部６６の研削工程での頂面の基準面として利用することができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。

本発明に係る電気的接続装置の一実施例を分解して示す斜視図である。 図１に示した電気的接続装置の上面図である。 図１に示した電気的接続装置の正面図である。 図１に示した電気的接続装置の底面図である。 図５は、図１に示したプローブ組立体のプローブ基板内の電気的接続関係の一例を示すプローブ基板の断面図である。 図６は、図２に示した線VI-VIに沿って得られた断面の一部を拡大して示す断面図である。 図７は、図６の一部をさらに拡大して示す断面図である。 図８は、図１に示した電気的接続装置に設けられた熱変形抑制板の作用を概念的に説明する説明図である。 図９（ａ）ないし図９（ｇ）は、図１に示したプローブ組立体の製造工程を示す工程図であり、図９（ａ）は多層配線層の形成前のセラミック板の状態を示し、図９（ｂ）はセラミック板への多層配線およびプローブランドの形成工程を示し、図９（ｃ）はプローブランドの研磨工程を示し、図９（ｄ）は、セラミック板へのアンカー部の形成工程を示し、図９（ｅ）はアンカー部の研磨工程を示し、図９（ｆ）は、プローブランド及びアンカー部のそれぞれの研磨後の状態を示し、図９（ｇ）は各プローブランドへのプローブの取付け工程を示す。 図１０は、本発明に係る電気的接続装置の他の実施例を示す図６と同様な図面である。 図１１は、図１０に示した電気的接続装置の他の実施例を示す図７と同様な図面である。 図１２は、図１０に示した電気接続器が組み込まれたスペーサを上方から見た斜視図である。 図１３は、図１０に示した電気接続器が組み込まれたスペーサを下方から見た斜視図である。 図１４は、図１０に示した電気的接続装置のプローブ基板の製造方法を示す断面図である。 符号の説明

１０ 電気的接続装置
１２ 支持部材
１４ 配線基板
１６ 電気接続器
１８ プローブ組立体
１８ａ プローブ基板
１８ｂ プローブ
２４ 熱変形抑制部材
２６ 被検査体（半導体ウエハ）
２８ テスタ
３４ 基板部材（セラミック板）
３６ 多層配線層
３６ａ 多層配線層の配線路
４０ プローブランド
６４ 雌ねじ穴
６６ アンカー部（アンカー部材）
６８ スペーサ部材
１６８ スペース板

Claims (19)

1. 被検査体の電気的測定に用いられるプローブ組立体であって、負荷を受けない自由状態で曲がり変形を生じた平板状のプローブ基板と、該プローブ基板の一方の面に該面から突出して形成された複数のプローブとを備え、全ての前記プローブの先端は、前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で、仮想基準面に平行な同一平面上に位置し、前記プローブ基板の他方面には、前記プローブ基板を所定箇所に取付けるための複数のアンカー部が形成されており、全ての前記アンカー部の頂面は、前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で前記仮想基準面に平行な同一平面上に位置する、プローブ組立体。
2. 前記プローブ基板は、基板部材と、該基板部材の一方の面に形成され、表面に電気接続部を有する配線層とを備え、該配線層の前記電気接続部には前記プローブが前記基板部材から遠ざかる方向へ突出して形成されている、請求項１に記載のプローブ組立体。
3. 前記プローブ基板の前記基板部材は、セラミック板である請求項２に記載のプローブ組立体。
4. 前記配線層は多層配線層である、請求項３に記載のプローブ組立体。
5. 前記セラミック板の他方の面に形成された前記アンカー部は、前記プローブ基板を前記所定箇所に取り付けるための複数の雄ねじ部材の端部をそれぞれ受け入れる雌ねじ穴を有する、請求項３に記載のプローブ組立体。
6. 前記多層配線層の表面に形成された電気接続部には、前記プローブのための複数のプローブランドが前記セラミック板から遠ざかる方向へ突出して形成されており、該各プローブランドの突出する端面から前記各プローブが伸長し、全ての前記プローブランドの前記端面は、前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で、前記仮想基準面に平行な同一平面上に位置する、請求項４に記載のプローブ組立体。
7. 基板部材の一方の面に多層配線層を形成すると共に該多層配線層の表面に複数のプローブランドを形成すること、前記プローブランドの全ての端面を前記基板部材の曲がり変形に拘わらず仮想基準面に平行な同一平面上に位置させるべく前記基板部材に導入された変形を保持した状態で前記プローブランドの端面を揃えること、前記多層配線層の形成後、前記基板部材の他方の面に雄ねじ部材の端部が螺合可能なねじ穴を有する複数のアンカー部を形成すること、前記基板部材の前記変形を保持した状態で前記全てのアンカー部の頂面を前記基板部材の前記曲がり変形に拘わらず前記仮想軸線に平行な他の同一平面上に位置させるべく前記アンカー部の頂面を揃えること、揃えられた前記プローブランドの端面に同一高さ寸法を有するプローブを形成することを含む、プローブ組立体の製造方法。
8. 前記プローブランドの端面および前記アンカー部の頂面は、前記多層配線層の形成後、揃えられる、請求項７に記載の製造方法。
9. 前記多層配線層の前記表面の前記複数のプローブランドは相互に等しい高さ寸法に形成された後、それらの端面が揃えられ、また前記基板部材の前記他方の面の前記複数のアンカー部は相互に等しい高さ寸法に形成された後、それらの頂面が揃えられる、請求項７に記載の製造方法。
10. 前記プローブランドの端面およびアンカー部の頂面をそれぞれ揃えるために、前記プローブランドおよびアンカー部の端部はそれぞれ研磨を受ける、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記基板部材にセラミック板が用いられる、請求項７に記載の製造方法。
12. 前記多層配線層は、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される、請求項７に記載の製造方法。
13. 前記プローブは、フォトリソグラフィで形成されたカンチレバータイプのプローブが接着により前記アンカー部の頂面に固着されて形成される、請求項７に記載の製造方法。
14. テスタと、該テスタによる電気的検査を受ける被検査体の電気接続端子とを接続する電気的接続装置であって、
    取付け基準面を有する支持部材と、前記テスタに接続される配線回路が形成され、前記支持部材の前記基準面に一方の面を対向させて配置され、他方の面に前記配線回路の複数の接続端子が形成された配線基板と、負荷を受けない自由状態で曲がり変形を生じた平板状のプローブ基板および該プローブ基板の一方の面に設けられ前記被検査体の前記接続端子に先端部を当接可能な複数のプローブを有するプローブ組立体であって前記プローブ基板の他方の面が前記配線基板の前記他方の面に対向して配置されたプローブ組立体と、前記プローブ基板と前記配線基板との間に配置され該配線基板の前記接続端子を該接続端子に対応する前記プローブに接続するための電気接続器と、該電気接続器を経て前記プローブを前記配線基板の前記接続端子に接続すべく前記プローブ組立体が前記支持部材に取り付けられたとき、前記プローブ基板の前記変形を保持すべく前記プローブ基板の前記他方の面と前記支持部材の前記基準面との間に適合して配置される複数のスペーサとを備え、前記各プローブの先端は前記プローブ基板の前記変形を保持した状態で同一平面上に位置する、電気的接続装置。
15. 前記プローブ基板は、セラミック板と、該セラミック板の一方の面に形成され、表面に電気接続部を有する多層配線層とを備え、該多層配線層の前記電気接続部には前記プローブが前記セラミック板から遠ざかる方向へ突出して形成されている、請求項１４に記載の電気的接続装置。
16. 前記プローブ基板は、前記支持部材、前記配線基板および前記電気的接続器を貫通して配置される雄ねじ部材を介して前記支持部材に取り付けられており、前記スペーサは、前記セラミック板の他方の面に形成され前記支持部材の前記基準面に向けて立ち上がる複数のアンカー部であって前記基準面と平行な同一面上に頂面を有しかつ前記雄ねじ部材の端部を受け入れる雌ねじ穴が形成された複数のアンカー部と、該アンカー部の頂面と前記基準面との間に挿入された均一な長さ寸法を有する複数のスペーサ部材とからなる、請求項１４に記載の電気的接続装置。
17. 前記プローブ基板と前記配線基板との間には、前記電気接続器の貫通を許し前記支持部材に結合され均一な厚さ寸法を有するスペーサ板が配置されており、前記プローブ基板は、前記スペーサ板を貫通して配置された雄ねじ部材を介して前記スペーサ板に取り付けられており、前記スペーサは、前記セラミック板の他方の面に形成され前記支持部材の前記基準面に向けて立ち上がる複数のアンカー部であって前記基準面と平行な同一面上に頂面を有しかつ前記雄ねじ部材の端部を受け入れる雌ねじ穴が形成されたアンカー部と、該アンカー部の頂面と前記基準面との間に挿入された前記スペーサ板とからなる、請求項１５に記載の電気的接続装置。
18. 前記雄ねじ部材は、前記配線基板と前記スペーサ板との間で該スペーサ部材に埋設された頭部を有するボルトである請求項１７に記載の電気的接続装置。
19. 前記支持部材の前記基準面と反対側の面には、前記支持部材のたわみ変形を抑制すべく該支持部材の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する熱変形抑制部材が取り付けられている、請求項１４に記載の電気的接続装置。

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