JP4721637B2 - 導電性接触子ホルダ、導電性接触子ユニット、導電性接触子ホルダの製造方法および検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、支持体によって保持され、外部接続用端子が配置される端子面を備えた被接触体に対して前記端子面と対向する接触面を有し、該接触面上に前記外部接続用端子に対応して配列されると共に前記外部接続用端子と電気的に接続される複数の導電性接触子を収容する技術に関するものである。

従来、シリコン基板上に形成された半導体素子等の回路構造の検査を行う際に用いられる導電性接触子ユニットについて、例えば直径２００ｍｍ程度の半導体ウェハ用のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかる導電性接触子ユニットは、半導体ウェハ上に形成された多数の半導体素子に備わるすべての外部接続用端子と電気的に接続される導電性接触子を外部接続用端子の配列パターンに対応させて配設した構造を有する。導電性接触子ユニットは、かかる構造を有することによって半導体ウェハ上に形成されたすべての半導体素子に対して同時に検査を行うことが可能であり、半導体ウェハから半導体素子をチップ状に切り出した後に検査を行う場合と比較して効率良く検査を行うことができるという利点を有する。

図８は、従来の導電性接触子ユニットの一例について示す断面図である。図８に示すように、従来の導電性接触子ユニットは、導電性接触子が配設される領域に開口部が形成された、金属材料からなるホルダ基板１０１と、ホルダ基板１０１に形成された開口部に嵌め込まれたホルダ孔形成部１０２と、ホルダ孔形成部１０２に形成されたホルダ孔１０３に収容された導電性接触子１０４と、導電性接触子１０４と電気的に接続した電極１０５を備えた回路基板１０６とを備える。

図８に示すように導電性接触子１０４は、半導体ウェハ等の被接触体１０７に備わる外部接続用端子１０８の配置に対応するよう配列されている。導電性接触子１０４はバネ部材を備えて構成されており、被接触体１０７に備わる外部接続用端子１０８と電気的に接続する際に軸方向に伸縮可能な構造を有する。図８に示す導電性接触子ユニットは、かかる導電性接触子１０４を用いて回路基板１０６に備わる電極１０５と、被接触体１０７に備わる外部接続用端子１０８とを電気的に接続し、加速試験等を行う構成を有する。

特開２０００−１８８３１２号公報（第２頁、第３図）

しかしながら、従来の導電性接触子ユニットは、金属材料によって形成されるホルダ基板１０１を備えたために様々な問題点を有している。まず、従来の導電性接触子ユニットは、ホルダ基板１０１の線膨張係数を被接触体１０７の線膨張係数と近似または一致させることが困難であるという問題を有する。

被接触体１０７は、例えば半導体ウェハの場合にはシリコンを主成分として形成されるのが一般的である。一方、ホルダ基板１０１は上記のように金属材料によって形成され、金属材料の線膨張係数は、シリコンと異なる値になるのが一般的である。従って、加速試験のように被接触体１０７の検査を高温条件下で行う場合には、線膨張係数の相違に起因して導電性接触子１０４と外部接続用端子１０８との間で位置ずれが生じ、正確な検査を行うことが困難となる。特に、ホルダ基板１０１を構成する金属材料は、強度等の条件を考慮して決定されることから本来的に材料選択の余地は狭く、強度等を犠牲にすることなく被接触体１０７の線膨張係数と近似または一致したホルダ基板１０１を構成することは容易ではない。

また、従来の導電性接触子ユニットは、ホルダ基板１０１に形成される開口部の寸法を制御することが困難であるという問題を有する。すなわち、ホルダ基板１０１を金属材料によって構成する場合、エッチング処理等を行うことによって開口部が形成されるが、一般にエッチング処理は、ホルダ基板１０１の厚み方向のみならず、厚み方向と垂直な方向にも進行する。厚み方向と垂直な方向に進行するいわゆるサイドエッチングは、ホルダ基板１０１の厚みが増加するにつれて拡大する傾向を有することから、ある程度の厚みを有するホルダ基板１０１に対してエッチング処理を行った場合、サイドエッチングによる影響が顕在化し、ホルダ孔形成部１０２を嵌め込む際に位置ずれ等を生じる原因となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、温度変化に応じて被接触体との間に生じる位置ずれを抑制すると共に成形容易な支持体を備えた導電性接触子ホルダおよび導電性接触子ホルダの製造方法を実現することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる導電性接触子ホルダは、支持体によって保持され、外部接続用端子が配置される端子面を備えた被接触体に対して前記端子面と対向する接触面を有し、該接触面上に前記外部接続用端子に対応して配列されると共に前記外部接続用端子と電気的に接続される複数の導電性接触子をホルダ孔に収容する導電性接触子ホルダであって、前記支持体は、前記被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する高熱膨張支持枠体と、前記高熱膨張支持枠体に対して前記接触面の法線方向に配置され、前記被接触体の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する低熱膨張支持枠体とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、支持体が高熱膨張支持枠体と低熱膨張支持枠体の積層構造を備えることとしたため、高熱膨張支持枠体のみ、または低熱膨張支持枠体のみによって支持体を構成した場合と比較して、支持体全体の線膨張係数を被接触体の線膨張係数に近似させることが可能である。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダは、上記の発明において、前記高熱膨張支持枠体および前記低熱膨張支持枠体は、それぞれの前記法線方向の厚みおよび線膨張係数に基づいて定まる前記支持体の線膨張係数と、前記被接触体の線膨張係数とが適合するよう形成されることを特徴とする。

本発明によれば、支持体の線膨張係数を被接触体の線膨張係数に適合させることが可能となるため、複数の異なる温度条件下で位置ずれの発生を抑制することが可能である。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダは、上記の発明において、前記支持体は、前記接触面の法線方向に関する線膨張係数の分布が中心面に対して対称となるよう形成されることを特徴とする。

本発明によれば、支持体が線膨張係数の分布が対称になるよう形成されるため、反りの発生を抑制することが可能である。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダは、上記の発明において、前記支持体は、前記導電性接触子配設領域に開口部が形成され、前記開口部に挿入され、前記ホルダ孔が形成されるホルダ孔形成部をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダは、支持体と、該支持体に形成された開口部に挿入され、被接触体に備わる外部接続用端子と電気的に接続する導電性接触子を収容するホルダ孔を備えたホルダ孔形成部とを備えた導電性接触子ホルダであって、前記支持体および前記ホルダ孔形成部は、一方が前記被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有し、他方が前記被接触体の線膨張係数よりも低い熱膨張係数を有するよう形成されることを特徴とする。

本発明によれば、支持体およびホルダ孔形成部は、一方が被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有し、他方が被接触体の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有するよう形成されることとしたため、全体として被接触体の線膨張係数に近似した線膨張係数を有する導電性接触子ホルダを実現することが可能である。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダは、上記の発明において、前記支持体は、異なる線膨張係数を有する複数の板状体を厚み方向に積層した構造を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる導電性接触子ユニットは、使用時に被接触体に備わる外部接続用端子と電気的に接続するよう前記被接触体と対向する接触面上に配列された導電性接触子と、前記被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する高熱膨張支持枠体および前記高熱膨張支持枠体に対して前記接触面の法線方向に配置され、前記被接触体の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する低熱膨張支持枠体とを備えた支持体と、前記導電性接触子と電気的に接続され、前記被接触体に対して供給する電気信号を生成する回路基板と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる導電性接触子ユニットは、上記の発明において、前記高熱膨張支持枠体および前記低熱膨張支持枠体は、それぞれの前記法線方向の厚みおよび線膨張係数に基づいて定まる前記支持体の線膨張係数と、前記被接触体の線膨張係数とが適合するよう形成されると共に、前記接触面の法線方向に関する線膨張係数の分布が中心面に対して対称となるよう形成されることを特徴とする。

また、本発明にかかる導電性接触子ユニットは、使用時に被接触体に備わる外部接続用端子と電気的に接続するよう前記被接触体と対向する接触面上に配列された導電性接触子と、前記導電性接触子を収容するホルダ孔が形成されたホルダ孔形成部と、前記ホルダ孔形成部を支持する支持体と、前記導電性接触子と電気的に接続され、前記被接触体に対して供給する電気信号を生成する回路基板とを備え、前記ホルダ孔形成部および前記支持体は、一方が前記被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有し、他方が前記被接触体の線膨張係数よりも低い熱膨張係数を有するよう形成されることを特徴とする。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダの製造方法は、複数の板状体の積層構造によって形成される支持体と、該支持体に形成された開口部に挿入されたホルダ孔形成部とを備え、被接触体に備わる外部接続用端子と電気的に接続する導電性接触子を前記ホルダ孔形成部内に形成されたホルダ孔に収容する導電性接触子ホルダの製造方法であって、前記板状体のそれぞれに対して開口部を形成する開口部形成工程と、開口部が形成された複数の前記板状体を厚み方向に接合して前記支持体を形成する支持体形成工程と、形成された前記支持体の前記開口部内面にホルダ孔形成部を固着する固着工程と、前記ホルダ孔形成部に前記ホルダ孔を形成するホルダ孔形成工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、支持体を構成する複数の板状体に関してそれぞれ開口部を形成した後に接合することとしたため、例えばエッチングによって開口部を形成した場合、サイドエッチングの進行を抑制することが可能である。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダの製造方法は、上記の発明において、前記板状体の接合を拡散接合処理によって行うと共に前記ホルダ孔形成部の固着をろう付け処理によって行い、かつ前記支持体形成工程と前記固着工程を同時に行うことを特徴とする。

本発明によれば、板状体の接合を拡散接合処理によって行い、ホルダ孔形成部の固着をろう付け処理によって行うこととしたため、支持体形成工程と固着工程とを同一温度条件下で同時に行うことが可能となり、製造コストを低減することが可能である。

本発明にかかる導電性接触子ホルダおよび導電性接触子ユニットは、支持体が高熱膨張支持枠体と低熱膨張支持枠体の積層構造を備える構成としたため、高熱膨張支持枠体のみ、または低熱膨張支持枠体のみによって支持体を構成した場合と比較して、支持体全体の線膨張係数を被接触体の線膨張係数に近似させることが可能であるという効果を奏する。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダおよび導電性接触子ユニットは、支持体の線膨張係数を被接触体の線膨張係数に適合させることが可能となるため、複数の異なる温度条件下で位置ずれの発生を抑制できるという効果を奏する。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダおよび導電性接触子ユニットは、支持体が線膨張係数の分布が対称になるよう形成されるため、反りの発生を抑制できるという効果を奏する。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダおよび導電性接触子ユニットは、支持体およびホルダ孔形成部は、一方が被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有し、他方が被接触体の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有するよう形成される構成としたため、全体として被接触体の線膨張係数に近似した線膨張係数を有する導電性接触子ホルダを実現できるという効果を奏する。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダの製造方法は、支持体を構成する複数の板状体に関してそれぞれ開口部を形成した後に接合する構成としたため、例えばエッチングによって開口部を形成した場合、サイドエッチングの進行を抑制できるという効果を奏する。

また、本発明にかかる導電性接触子ホルダの製造方法は、板状体の接合を拡散接合処理によって行い、ホルダ孔形成部の固着をろう付け処理によって行う構成としたため、支持体形成工程と固着工程とを同一温度条件下で同時に行うことが可能となり、製造コストを低減できるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる導電性接触子ホルダを適用した導電性接触子ユニットを実施するための最良の形態（以下、「実施の形態」と称する）を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットは、被接触体よりも高い線膨張係数を有する高熱膨張支持枠体と、被接触体よりも低い線膨張係数を有する低熱膨張支持枠体とを積層した支持体を備える構成を有する。図１は、本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットの平面図である。本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットは、導電性接触子ホルダ１と、導電性接触子ホルダに収容された導電性接触子２と、導電性接触子ホルダ１の下層に配置された回路基板３（図１において図示省略）とを備える。導電性接触子ホルダ１は、図１にも示すように、複数の開口部４ａが形成された支持体４と、開口部４ａに挿入されたホルダ孔形成部５とを備え、ホルダ孔形成部５にはホルダ孔６（図１において図示省略）が形成されると共にホルダ孔６に導電性接触子２が収容される構成となっている。

本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットは、検査対象たる被接触体として半導体ウェハを想定して形成されており、ホルダ孔形成部５および導電性接触子２の配置に関して半導体ウェハに対応した構成を有している。具体的には、半導体ウェハは円盤形状を有すると共に表面上に多数の半導体素子が形成されており、８インチ・ウェハ（直径約２００ｍｍ）、１２インチ・ウェハ（直径約３００ｍｍ）の場合には数百個〜数万個の半導体素子が形成されている。このため、本実施の形態における導電性接触子ホルダ１は、半導体ウェハ上における半導体素子の配置パターンに対応してホルダ孔形成部５を配置し、個々の半導体素子に備わる外部接続用端子に対応した位置に導電性接触子２を収容するためのホルダ孔を形成している。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面構造の一部について示す断面図である。なお、図２において、参考のために被接触体８についても併せて図示している。図２に示すように、本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットは、回路基板３上に支持体４およびホルダ孔形成部５が配置され、被接触体８に備わる外部接続用端子９に対応した位置にホルダ孔６が形成されている。そして、被接触体８に対向した接触面上に一部が突出した状態で導電性接触子２がホルダ孔６に収容されている。

導電性接触子２は、導電性コイルバネによって形成されたバネ部材１０と、バネ部材１０の両端部に配置され、それぞれを互いに相反する向きに先端を向けて形成された一対の針状体１１、１２とによって構成される。より具体的には、針状体１１はバネ部材１０に対して回路基板３側（図２において下側）に配置され、針状体１２はバネ部材１０に対して被接触体８側（図２において上側）に配置されている。

針状体１１は、導電性材料によって形成され、下方向に先鋭端を備えた針状部１１ａと、針状部１１ａの上側に設けられ、針状部１１ａよりも小径のボス部１１ｂと、ボス部１１ｂの上側に設けられた軸部１１ｃとが同軸的に形成された構造を有する。一方、針状体１２は、上方向に先鋭端を向けた針状部１２ａと、針状部１２ａの下側に設けられ、針状部１２ａよりも大径のフランジ部１２ｂと、フランジ部１２ｂの下側に設けられたボス部１２ｃとが同軸的に形成された構成を有する。

バネ部材１０は、図２における上側部分に密巻き部１０ａが形成されると共に下側部分に粗巻き部１０ｂが形成され、密巻き部１０ａの端部は針状体１２のボス部１２ｃに巻き付けられ、粗巻き部１０ｂの端部は針状体１１のボス部１１ｂに巻き付けられている。密巻き部１０ａとボス部１２ｃとの間および粗巻き部１０ｂとボス部１１ｂとの間は、バネの巻き付き力または／および半田付けによって接合されており、バネ部材１０を備えることで、導電性接触子２は、針状体１１、１２が上下方向に弾発的に移動することが可能となると共に、針状体１１と針状体１２とを電気的に接続させる構成としている。以上の構成を有することで、導電性接触子２は、外部接続用端子９と電極１３とに対して弾発的に接触し、両者間の電気的接続を行うことを可能としている。

回路基板３は、半導体ウェハ等の被接触体８に対して供給する電気信号等を生成する電子回路（図示省略）を備える。かかる電子回路にて生成した電気信号は、電極１３、導電性接触子２および外部接続用端子９を介して被接触体８内の半導体素子に供給される。

ホルダ孔形成部５は、導電性接触子２を収容するホルダ孔６を形成するためのものである。具体的には、ホルダ孔形成部５は、支持体４に形成された開口部４ａに挿入された状態で配置され、被接触体８に備わる外部接続用端子の配列に応じてホルダ孔６が形成された構造を有する。かかる構造を実現するために、ホルダ孔形成部５は、穴開け加工が容易な部材によって形成されており、例えば、本実施の形態では、セラミック材を用いて形成される。なお、ホルダ孔形成部５を形成する材料はセラミック材以外であってもよく、例えば、全芳香族ポリエステルであるスミカスーパー（登録商標）等の樹脂を用いて形成することが可能である。なお、樹脂を用いてホルダ孔形成部５を形成する場合には、セラミック材の場合と同様に開口部４ａに挿入する構成としても良いし、流動状態の絶縁性樹脂を開口部４ａに流し込んだ後に固化することによってホルダ孔形成部５を形成することとしても良い。

ホルダ孔６は、上端部に小径孔６ａが、上端部以外の部分に大径孔６ｂがそれぞれ同軸的に形成された段付き孔状の形状を有し、小径孔６ａの内径は、針状体１２の針状部１２ａの外径よりも大きく、フランジ部１２ｂの外径よりも小さな値となるよう形成されている。ホルダ孔６が段付き孔状に形成されることによって、導電性接触子２を構成する針状体１２がホルダ孔６から上側に抜け出ることを防止している。

次に、支持体４について説明する。本実施の形態における支持体４は、導電性接触子ホルダ１の強度を補強するためのものであり、図１にも示したように導電性接触子ホルダ１の大部分を占めることから、導電性接触子ホルダ１の母材として機能する。本実施の形態では、かかる支持体４の機能を保持しつつ、高温条件等、室温と異なる温度条件下でも外部接続用端子９と導電性接触子２とが位置ずれを生じることを防止している。以下、支持体４の構成および利点について説明を行う。

支持体４は、図２にも示すように複数の部材を接触面と垂直な方向（図２における縦方向、以下、「厚み方向」と称する）に積層した構造を有する。具体的には、支持体４は、低熱膨張支持枠体１５、高熱膨張支持枠体１６、１７および低熱膨張支持枠体１８が順次積層され、外表面上に絶縁膜１９が形成された構成を有する。なお、絶縁膜１９は低熱膨張支持枠体１５等の支持枠体と比較して膜厚が薄く形成されることから、後述する熱膨張に関しては無視しうるものとする。

また、支持体４は、低熱膨張支持枠体１５、高熱膨張支持枠体１６、１７および低熱膨張支持枠体１８を貫通した開口部４ａが形成されている。開口部４ａの形成方法としては、打ち抜き加工、レーザ加工、電子ビーム加工、イオンビーム加工、ワイヤ放電加工、プレス加工、ワイヤカット加工等を用いることが可能であるが、本実施の形態では、後述するようにエッチングによって開口部４ａを形成することとしている。

低熱膨張支持枠体１５、１８は、それぞれ同一の線膨張係数を有する部材によって形成されると共に同一の厚みを有する。また、低熱膨張支持枠体１５、１８の線膨張係数は、被接触体８の線膨張係数、例えば被接触体８が半導体ウェハである場合には、母材であるシリコンの線膨張係数よりも低い値となるよう構成されている。同様に、高熱膨張支持枠体１６、１７は、それぞれ同一の線膨張係数を有する部材によって形成されると共に同一の厚みを有する。また、高熱膨張支持枠体１６、１７の線膨張係数は、被接触体８の線膨張係数よりも高い値となるよう構成されている。以上の条件を満たす限り低熱膨張支持枠体１５、１８および高熱膨張支持枠体１６、１７は任意の材料によって形成することが可能であるが、支持体４が有する強度保持機能を発揮する点および加工を容易に行う点を考慮して、金属材料または樹脂材料によって形成されることが好ましい。

また、図２にも示すように、支持体４は、厚み方向に関して、中心面（高熱膨張支持枠体１６、１７の境界面）に対して対称になるよう低熱膨張支持枠体１５、１８および高熱膨張支持枠体１６、１７を積層した構成を有する。低熱膨張支持枠体１５、１８および高熱膨張支持枠体１６、１７の積層順序は必ずしも図２のものに限定されるのではないが、後述するように支持体４の反りを防止するためには、少なくとも中心面に対して線膨張係数分布が対称となるよう積層することが好ましい。

次に、支持体４が上記した構成を有することによる利点について説明する。図３は、高温条件下で被接触体８に対する検査等を行う場合の利点について説明するための模式図である。なお、理解を容易にするため、図３においては導電性接触子２、回路基板３およびホルダ孔形成部５の図示を省略している。また、図３に示す矢印は、温度上昇に対する各部材の膨張の程度を反映したものである。

図３に示すように、高温条件下にさらされることによって支持体４および被接触体８はそれぞれの線膨張係数に従って接触面と平行方向（図３における横方向）に膨張する。ここで、支持体４を構成する低熱膨張支持枠体１５、１８は、被接触体８よりも低い線膨張係数を有することから被接触体８よりも膨張する程度は低いものとなる。一方で、高熱膨張支持枠体１６、１７は、被接触体８よりも高い線膨張係数を有することから、被接触体８よりも膨張する程度が高いものとなる。従って、支持体４を低熱膨張支持枠体１５、１８のみもしくは高熱膨張支持枠体１６、１７のみで構成した場合には、高温条件下で検査等を行う場合に、被接触体８に備わる外部接続用端子９と、導電性接触子ユニットに備わる導電性接触子２との間で位置ずれが生じ、検査等に支障を来すこととなる。

これに対して、本実施の形態では、支持体４を低熱膨張支持枠体１５、１８と高熱膨張支持枠体１６、１７との積層構造によって形成することとしており、一方が他方に対して応力を作用することによって、被接触体８の線膨張係数との違いを緩和することが可能である。すなわち、両者の線膨張係数の違いに起因して、高熱膨張支持枠体１６、１７は、低熱膨張支持枠体１５、１８によって圧縮方向に応力を受けることとなり、単体の場合と比較して熱膨張の程度が被接触体８に近づくこととなる。一方で、低熱膨張支持枠体１５、１８は、高熱膨張支持枠体１６、１７によって伸張方向に応力を受けることとなり、単体の場合と比較して熱膨張の程度が被接触体８に近づくこととなる。換言すると、高熱膨張支持枠体１６、１７と低熱膨張支持枠体１５、１８とを積層することによって、支持体４全体の線膨張係数は被接触体８の値に近づくこととなる。従って、本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットは、高熱膨張支持枠体等を単体で用いて支持体を構成した場合と比較して温度変化に伴う位置ずれの発生を低減することが可能である。

なお、支持体４の線膨張係数をより正確に被接触体８の値に適合させるためには、低熱膨張支持枠体１５、１８と高熱膨張支持枠体１６、１７の一方における厚みおよび線膨張係数の値に基づいて他方の厚みおよび線膨張係数の値を調整することが好ましい。例えば被接触体８の線膨張係数が３．４４×１０^-6（／℃）の場合には、低熱膨張支持枠体１５、１８をインバー材によって形成し、高熱膨張支持枠体１６、１７をコバール材（商標）によって形成することが好ましい。具体的には、低熱膨張支持枠体１５、１８について、線膨張係数が２．０×１０^-6（／℃）、ヤング率１，４９０Ｎ／ｍｍ²程度のインバー材を使用し、高熱膨張支持枠体１６、１７として、線膨張係数が４．５×１０^-6（／℃）、ヤング率２，０４０Ｎ／ｍｍ²のコバール材を使用し、各支持枠体の厚みを０．５ｍｍとすることで、線膨張係数３．４４×１０^-6（／℃）の支持体４を構成することが可能である。

また、低熱膨張支持枠体１５、１８を形成する金属材料としては、スーパーインバー材を使用することも有効である。スーパーインバー材は、０．５×１０^-6（／℃）程度の線膨張係数および１，４９０Ｎ／ｍｍ²程度のヤング率を備えた金属材料であって、著しく低い線膨張係数を備えることから、低熱膨張支持枠体１５、１８を形成する金属材料として使用することが好適である。

なお、「支持体４の線膨張係数を被接触体８の線膨張係数に適合させる」とは、必ずしも両者の線膨張係数を完全に一致させる場合に限定するものではない。すなわち、両者の間に微差が生じた場合であっても、被接触体８に備わる外部接続用端子９と導電性接触子ホルダ１に収容される導電性接触子２との間の電気的接続に支障がない程度であれば「適合する」とみなすことが可能である。また、すべての温度条件下で線膨張係数を適合させる必要は必ずしもなく、導電性接触子ユニットを使用する温度条件下で適合していれば足りる。すなわち、加速試験の場合には、温度条件として４０℃、８５℃〜９５℃、１２５℃、１５０℃等の条件が存在することから、例えば、少なくともこれらの温度条件の中で１以上の温度において膨張の程度が一致するよう線膨張係数を適合させれば、本発明の利点を享受することが可能である。

また、本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットは、支持体４を構成する各支持枠体に関して厚み方向の線膨張係数分布が中心面に対して対称となるよう形成することにより、高温条件下で支持体４に反りが生じることを防止できるという利点も存在する。すなわち、中心面に対して上側における熱膨張の程度と、中心面に対して下側における熱膨張の程度とが同様なものとなることから、支持体４に働く応力は厚み方向に釣り合いが保たれ、反りが生じることを防止することが可能である。

次に、本実施の形態にかかる導電性接触子ユニットを構成する導電性接触子ホルダ１の製造方法について説明する。図４−１〜図４−３は、導電性接触子ホルダ１の製造工程について示す模式図であって、以下、図４−１〜図４−３を参照しつつ説明を行う。

まず、支持体４を構成する各部材に対して、所定の開口部を形成する。具体的には、図４−１に示すように、高熱膨張支持枠体１６に対して、所定のレジストパターン２０を塗布し、エッチングによって開口部４ａに対応する開口部１６ａが形成される。そして、エッチングが終了した後にレジストパターン２０は除去される。なお、図４−１では高熱膨張支持枠体１６の例のみを示したが、低熱膨張支持枠体１５、１８および高熱膨張支持枠体１７についても同様の処理が行われ、それぞれ開口部４ａに対応した開口部が形成される。

そして、図４−２に示すように、それぞれ開口部が形成された低熱膨張支持枠体１５、高熱膨張支持枠体１６、１７および低熱膨張支持枠体１８を順に重ね合わせると共に、開口部にセラミック材２１を、外周上に箔状体２２を巻き付けた状態で挿入する。箔状体２２はろう材として機能するものであり、例えば、銀ろうを箔状に形成したものが用いられる。そして、図４−２に示す状態とした後、所定の圧力を印加すると共に８００℃以上の所定温度まで昇温する。この結果、支持枠体間の界面においては拡散接合がなされる一方、セラミック材２１と低熱膨張支持枠体１５等の枠体との間では箔状体２２が溶け出すことによってろう付けが行われる。なお、ホルダ孔形成部６の固着材料としては銀ろう等に限定する必要はなく、一般的な接着剤を用いることとしても良い。

最後に、図４−３に示すように、セラミック材２１にホルダ孔６を形成することによって、ホルダ孔形成部５が形成される。具体的には、図４−２の工程が終了した後に外表面に対して必要に応じて平坦化処理を行い、外表面上に絶縁膜１９を形成する。そして、セラミック材２１に所定の加工を施すことにより、ホルダ孔形成部５が形成され、導電性接触子ホルダ１が完成する。以上、図４−１〜図４−３に示す工程を経ることによって導電性接触子ホルダ１の製造は完了し、その後、ホルダ孔６に導電性接触子２を収容し、導電性接触子ホルダ１を回路基板３上に固着することによって実施の形態にかかる導電性接触子ユニットが完成する。

本実施の形態では、図４−１および図４−２に示すように、各支持枠体についてそれぞれエッチングにより開口部を形成した後、支持枠体間を拡散接合によって接合する構成としている。支持枠体間を接合した後に開口部を形成することとしても良いが、支持枠体ごとに開口部を形成することで以下の利点が生じる。

図５は、支持枠体ごとに開口部を形成した場合の開口部の内壁の態様について詳細に示す模式図である。図５において、一点鎖線で示した境界は設計上の開口部４ａの内壁を示すものであり、破線で示す境界は、各支持枠体を接合した後にエッチングした場合に形成される開口部の内壁について示すものである。

エッチングによって開口部を形成する場合、エッチング処理は厚み方向のみならず、厚み方向と垂直方向に進行するいわゆるサイドエッチングが生じることとなる。かかるサイドエッチングは、エッチングを行う時間に応じて進行することから、エッチング対象の厚みが増加するに応じてサイドエッチングも進行することとなる。例えば、各支持枠体を接合した後に開口部を形成した場合には、図５の破線で示す領域までサイドエッチングが進行し、開口部の寸法制御が困難となる。

このため、本実施の形態では、各支持枠体を接合する前にそれぞれ開口部を形成することとし、エッチングに要する時間を短縮化している。すなわち、接合する前の各支持枠体の厚みにあわせて開口部を形成することによりエッチング時間を短縮し、サイドエッチングの進行を抑制することを可能としている。従って、形成される開口部４ａの内壁と設計上の開口部の内壁との間の誤差はわずかなものとなり、開口部４ａの寸法制御を容易に行うことができるという利点を有する。

また、本実施の形態では、図４−２に示すように、各支持枠体間の拡散接合と、セラミック材２１のろう付けとを同時に行うこととしている。これは、本実施の形態における拡散接合に要する温度が約８００℃以上であり、かかる温度条件がろう付けの温度条件をも満たしていることによるものである。拡散接合とろう付けとを同時に行うことによって、導電性接触子ホルダ１の製造に要する工程数を減らすことが可能となり、低コストで導電性接触子ホルダ１を製造することが可能となる。

なお、製造工程における以上の利点は、支持体４を構成する支持枠体の線膨張係数にかかわらず発揮されるものである。従って、複数の板状体の積層構造を備えた支持体を有する導電性接触子ホルダおよび導電性接触子ユニット全般に関して、図４−１〜図４−３に示す製造方法を用いることとしても良い。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。図６は、変形例にかかる導電性接触子ユニットを構成する導電性接触子ホルダについて示す図である。図６に示すように、本変形例では、開口部の形成が容易な部材によって形成されたホルダ基板２５を母材として導電性接触子ホルダを形成する一方、ホルダ基板２５の内部に支持体２４を配置した構成を有する。

支持体２４は、低熱膨張支持枠体２６、高熱膨張支持枠体２７、２８および低熱膨張支持枠体２９を順次積層した構成を有し、これらの支持枠体の線膨張係数および厚みを調整することによって、高温条件下で被接触体８との間で位置ずれが生じることを抑制している。このように、支持体２４を補強部材としてホルダ基板２５内に挿入する構成を採用した場合であっても、支持体２４全体の線膨張係数を被接触体８に適合するよう調整することによって、高温条件下での使用が可能な導電性接触子ユニットを実現することが可能である。

また、支持体のみの線膨張係数を被接触体の値に適合するのではなく、支持体およびホルダ孔形成部を総合した線膨張係数を被接触体８の値に適合させる構成も有効である。図７は、かかる変形例における導電性接触子ホルダの構成について示す模式図である。

図７に示す変形例では、低熱膨張支持枠体３２、高熱膨張支持枠体３３、３４および低熱膨張支持枠体３５の積層構造によって構成され、全体として被接触体８の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する支持体３６と、支持体３６に形成された開口部に挿入され、被接触体８の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有するホルダ孔形成部３１とを備えた構成を有する。すなわち、本変形例では、支持体３６の線膨張係数を被接触体８の値に適合する構成ではなく、支持体３６とホルダ孔形成部３１とを総合した線膨張係数が被接触体８の線膨張係数と適合させた構成を採用している。

ホルダ孔形成部３１は、導電性接触子２を収容するホルダ孔６を形成するためのものであり、加工容易性等の条件を満たす材料を使用する必要がある。ここで、ホルダ孔形成部３１に用いる材料の線膨張係数が被接触体８の値と完全に一致すれば問題ないが、現実には完全に一致させることは困難であり、若干の相違を生じてしまう可能性が存在する。ホルダ孔形成部３１と被接触体８における線膨張係数のわずかな違いは、特に、被接触体８が半導体ウェハのように多数の半導体素子を内包した構造を有し、導電性接触子ホルダが各半導体素子に対応してホルダ孔形成部３１が多数配設される構成を有する場合に問題となる。すなわち、仮にそれぞれのホルダ孔形成部３１に起因する位置ずれが許容範囲内のものであっても、多数のホルダ孔形成部３１において生じた位置ずれが重畳されることによって、被接触体８と対向する接触面の周縁近傍では検査不能な程度にまで位置ずれが生じてしまう場合がある。

このため、本変形例では、ホルダ孔形成部３１と被接触体８との間の線膨張係数の違いによる位置ずれを緩和するために、支持体３６の線膨張係数を調整する構成を採用している。すなわち、本変形例では、ホルダ孔形成部３１の線膨張係数が被接触体８の値よりも高い場合には、低熱膨張支持枠体３２等の支持枠体の線膨張係数および厚みを調整することによって支持体３６の線膨張係数を被接触体８の値よりも低い値にしている。このように構成することによって、仮に個々のホルダ孔形成部３１において許容しうる程度の位置ずれが生じた場合であっても、支持体３６によってかかる位置ずれが緩和されることとなり、周縁部において使用不能な程度にまで位置ずれが重畳されることを防止することが可能である。

例えば、ホルダ孔形成部３１の材料として用いられるセラミック材料としては、線膨張係数が９．８×１０^-6（／℃）、７．８×１０^-6（／℃）、１．４×１０^-6（／℃）のものなどが存在し、実施の形態１で説明したスミカスーパー（登録商標）についても、線膨張係数の値は５．１×１０ ^-5 （／℃）である。これらのセラミック材料等は必ずしも被接触体８の線膨張係数と一致するとは限らない。従って、低熱膨張支持枠体３２、３５および高熱膨張支持枠体３３、３４を構成する材料およびそれぞれの厚みを調整することによって、支持体３６およびホルダ孔形成部３１全体の線膨張係数の値を被接触体と適合させることが可能である。

なお、本変形例では、ホルダ孔形成部３１の線膨張係数に応じて支持体３６の線膨張係数を調整する構成としているが、支持体３６の線膨張係数に応じてホルダ孔形成部３１の線膨張係数を調整する構成としても良い。また、ホルダ孔形成部３１の線膨張係数が被接触体８の値よりも低く、支持体３６の線膨張係数が被接触体８の線膨張係数よりも高い値になるよう構成しても良い。さらに、支持体３６を低熱膨張支持枠体と高熱膨張支持枠体との積層構造とせず、単一の板状体によって形成することとしても良い。

実施の形態にかかる導電性接触子ユニットの平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面構造の一部を示す断面図である。 昇温時における支持体および被接触体の熱膨張状態について示す模式図である。 導電性接触子ユニットを構成する導電性接触子ホルダの製造工程を示す図である。 導電性接触子ユニットを構成する導電性接触子ホルダの製造工程を示す図である。 導電性接触子ユニットを構成する導電性接触子ホルダの製造工程を示す図である。 支持体に形成される開口部の内壁について詳細に示す模式図である。 変形例における導電性接触子ホルダの構造を示す断面図である。 他の変形例における導電性接触子ホルダの構造を示す断面図である。 従来の導電性接触子ユニットの構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 導電性接触子ホルダ
２ 導電性接触子
３ 回路基板
４ 支持体
４ａ 開口部
５ ホルダ孔形成部
６ ホルダ孔
６ａ 小径孔
６ｂ 大径孔
８ 被接触体
９ 外部接続用端子
１０ バネ部材
１０ａ 密巻き部
１０ｂ 粗巻き部
１１ 針状体
１１ａ 針状部
１１ｂ ボス部
１１ｃ 軸部
１２ 針状体
１２ａ 針状部
１２ｂ フランジ部
１２ｃ ボス部
１３ 電極
１５、１８ 低熱膨張支持枠体
１６、１７ 高熱膨張支持枠体
１６ａ 開口部
１９ 絶縁膜
２０ レジストパターン
２１ セラミック材
２２ 箔状体
２４ 支持体
２５ ホルダ基板
２６、２９ 低熱膨張支持枠体
２７、２８ 高熱膨張支持枠体
３１ ホルダ孔形成部
３２、３５ 低熱膨張支持枠体
３３、３４ 高熱膨張支持枠体
３６ 支持体
１０１ ホルダ基板
１０２ ホルダ孔形成部
１０３ ホルダ孔
１０４ 導電性接触子
１０５ 電極
１０６ 回路基板
１０７ 被接触体
１０８ 外部接続用端子

Claims (6)

1. 支持体によって保持され、外部接続用端子が配置される端子面を備えた被接触体に対して前記端子面と対向する接触面を有し、該接触面上に前記外部接続用端子に対応して配列されると共に前記外部接続用端子と電気的に接続される複数の導電性接触子をホルダ孔に収容する導電性接触子ホルダであって、
   前記支持体は、
   前記被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する部材によってそれぞれ形成され、同一の厚みを有し、厚み方向に積層された一対の高熱膨張支持枠体と、前記被接触体の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する部材によってそれぞれ形成され、同一の厚みを有し、前記一対の高熱膨張支持枠体の厚み方向の異なる端部にそれぞれ積層された一対の低熱膨張支持枠体とを備え、前記導電性接触子の配設領域に開口部が形成されたものであり、
   当該導電性接触子ホルダは、前記開口部に挿入されてなり、前記ホルダ孔が形成されたホルダ孔形成部を備え、
   前記被接触体は、シリコンを主成分とする半導体ウェハであり、
   前記高熱膨張支持枠体の厚みは、前記低熱膨張支持枠体の厚みと略同一であることを特徴とする導電性接触子ホルダ。
2. 使用時に被接触体に備わる外部接続用端子と電気的に接続するよう前記被接触体と対向する接触面上に配列された導電性接触子と、
   前記被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する部材によってそれぞれ形成され、同一の厚みを有し、厚み方向に積層された一対の高熱膨張支持枠体と、前記被接触体の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する部材によってそれぞれ形成され、同一の厚みを有し、前記一対の高熱膨張支持枠体の厚み方向の異なる端部にそれぞれ積層された一対の低熱膨張支持枠体とを備え、前記導電性接触子の配設領域に開口部が形成された支持体と、
   前記開口部に挿入されてなり、前記導電性接触子を収容するホルダ孔が形成されたホルダ孔形成部と、
   前記導電性接触子と電気的に接続され、前記被接触体に対して供給する電気信号を生成する回路基板と、
   を備え、
   前記被接触体は、シリコンを主成分とする半導体ウェハであり、
   前記高熱膨張支持枠体の厚みは、前記低熱膨張支持枠体の厚みと略同一であることを特徴とする導電性接触子ユニット。
3. 複数の板状体の積層構造によって形成される支持体と、該支持体に形成された開口部に挿入されたホルダ孔形成部とを備え、被接触体に備わる外部接続用端子と電気的に接続する導電性接触子を前記ホルダ孔形成部内に形成されたホルダ孔に収容する導電性接触子ホルダの製造方法であって、
   前記板状体のそれぞれに対して開口部を形成する開口部形成工程と、
   前記開口部が形成された複数の前記板状体を厚み方向に接合して前記支持体を形成する支持体形成工程と、
   形成された前記支持体の前記開口部内面にホルダ孔形成部を固着する固着工程と、
   前記ホルダ孔形成部に前記ホルダ孔を形成するホルダ孔形成工程と、
   を含み、
   前記板状体の接合を拡散接合処理によって行うと共に前記ホルダ孔形成部の固着をろう付け処理によって行い、かつ前記支持体形成工程と前記固着工程とを同時に行うことを特徴とする導電性接触子ホルダの製造方法。
4. 前記開口部形成工程は、
   エッチングによって前記開口部を形成することを特徴とする請求項３に記載の導電性接触子ホルダの製造方法。
5. 外部接続用端子が配置される端子面を備えた被接触体を検査する検査方法であって、
   前記被接触体と対向する接触面上に配列され、前記外部接続用端子と接続可能な導電性接触子と、
   前記被接触体の線膨張係数よりも高い線膨張係数を有する部材によってそれぞれ形成され、同一の厚みを有し、厚み方向に積層された一対の高熱膨張支持枠体と、前記被接触体の線膨張係数よりも低い線膨張係数を有する部材によってそれぞれ形成され、同一の厚みを有し、前記一対の高熱膨張支持枠体の厚み方向の異なる端部にそれぞれ積層された一対の低熱膨張支持枠体とを含み、前記導電性接触子の配設領域に開口部が形成され、前記高熱膨張支持枠体の厚みが、前記低熱膨張支持枠体の厚みと略同一である支持体と、
   前記開口部に挿入されてなり、前記導電性接触子を収容するホルダ孔が形成されたホルダ孔形成部と、
   前記導電性接触子と接続可能な電極を有し、前記被接触体に対して供給する電気信号を生成する回路基板と、
   を備えた導電性接触子ユニットを用いることにより、前記導電性接触子を介して前記外部接続用端子と前記電極とを電気的に接続して検査を行うことを特徴とする検査方法。
6. 前記被接触体は、シリコンを主成分とする半導体ウェハであることを特徴とする請求項５に記載の検査方法。

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