JP4745277B2 - 垂直型プローブ - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスの電気的諸特性を測定するのに使用される垂直型プローブに関する。

この種の垂直型プローブは、後端部に筒部が設けられたプローブ本体と、先端部がプローブ本体の筒部に出入り可能に嵌まり込む可動部材と、前記筒部の端面と前記可動部材の鍔部との間に配置されるコイルスプリングとを備えているものがある（特許文献１参照）。

この垂直型プローブは、前記プローブ本体の先端部が半導体デバイスの導電パッドに接触し、当該導電パッドを通じて押圧されると、前記コイルスプリングが前記筒部の端面と前記可動部材の鍔部との間で圧縮される。これにより、前記コイルスプリングが前記筒部を付勢し、前記プローブ本体の先端部を前記導電パッドに所定の接触圧（１ピンあたり５〜８ｇの荷重）で圧接させ、両者の安定した電気接続を図っている。

特開２００６−２０８３２９号公報

ところが、前記垂直型プローブは、半導体デバイスの高集積化に伴って、微細化することが要求されている。この要求に応じて、前記垂直型プローブを微細化すると、前記コイルスプリングの径も小さくなることから、前記プローブ本体を半導体デバイスの導電パッドに圧接するための付勢力が低減する。

要するに、前記垂直型プローブは、微細化すると、半導体デバイスの導電パッドと電気接続する際に必要な前記所定の接触圧を確保することができないという問題を有している。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、微細化しても、半導体デバイスの導電パッドと電気接続する際に必要な所定の接触圧を確保することができる垂直型プローブを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の垂直型プローブは、開口が設けられた長さ方向の一端部と、底部が設けられた長さ方向の他端部とを有する筒状体と、先端部と、後端部とを有する可動部材と、この可動部材の先端部に設けられた第１の支持部と、前記筒状体の一端部に設けられた第２の支持部と、第１の付勢手段と、第２の付勢手段とを備えている。前記筒状体は、長さ方向の一方側の前記開口と、長さ方向の他端側の開口とを有する筒状のガイド管と、前記ガイド管の他端側の開口を塞ぎ、前記底部として機能する接続部とを有している。前記可動部材の後端部が前記一方側の開口から前記ガイド管に移動自在に挿入されている。前記第１の付勢手段は、前記可動部材が挿入されたコイルスプリングであって、圧縮状態で前記第１、第２の支持部の間に介在している。前記第２の付勢手段は前記ガイド管内に収容されたコイルスプリングであって、非圧縮状態で前記接続部と前記可動部材の後端部との間に介在している。

このような垂直型プローブによる場合、可動部材の先端部が、半導体デバイスの導電パッドに接触し、押圧されると、前記可動部材の後端部が筒状体内を移動する。このとき、前記可動部材の第１の支持部と前記筒状体の第２の支持部の間で第１の付勢手段が圧縮されると共に、前記可動部材の後端部と前記筒状体の底部との間で第２の付勢手段が圧縮される。
前記第１の付勢手段が第１、第２の支持部の間に圧縮状態で、前記第２の付勢手段が接続部と可動部材の後端部との間に非圧縮状態で介在しているので、前記可動部材の先端部又は筒状体の他端部が、半導体デバイスの導電パッドに接触し、押圧されると、前記第１の付勢手段が前記可動部材の第１の支持部と前記筒状体の第２の支持部の間で更に圧縮されると共に、前記第２の付勢手段が前記可動部材の後端部と前記接続部との間で圧縮される。即ち、前記可動部材の先端部又は筒状体の他端部の導電パッドに接触に、前記第１の付勢手段の付勢力に、前記第２の付勢手段の付勢力が加わるため、前記可動部材又は筒状体の導電パッドに対する接触荷重を急激に向上させることができる。これにより、前記可動部材の先端部又は筒状体の他端部が前記導電パッドの酸化膜を突き破り、当該導電パッドに接触するので、前記可動部材又は筒状体と前記導電パッドとの接触抵抗を改善することができる。

又は、筒状体の他端部が、半導体デバイスの導電パッドに接触し、押圧されると、当該筒状体が前記可動部材の後端部に沿って移動する。このとき、前記可動部材の第１の支持部と前記筒状体の第２の支持部の間で第１の付勢手段が圧縮されると共に、前記可動部材の後端部と前記筒状体の底部との間で第２の付勢手段が圧縮される。

前記筒状体のガイド管を円筒体とし、前記可動部材を中間部の外径が先端部及び後端部よりも小さく、先端部の外径が筒状体のガイド管の外径と略同じ又は大きい略円柱体とすることができる。この場合、前記第１の支持部は、前記可動部材の先端部の後端側の周縁部である。前記第２の支持部は、前記筒状体のガイド管の長さ方向の一端部の開口縁部である。前記第１の付勢手段はコイルスプリングであって、前記可動部材の中間部の回りに配置され、前記第１、第２の支持部の間に配置されるようになっている。

この場合、前記第１の付勢手段が可動部材の中間部によりガイドされるので、前記第１の付勢手段が、前記第１、第２の支持部の間で圧縮される際に、当該第１の付勢手段がその幅方向に歪むという不具合を防止することができる。また、前記第１の支持部として前記可動部材の先端部の後端側の周縁部を使用し、前記第２の支持部として前記筒状体の長さ方向の一端部の開口縁部を使用するようになっているので、前記第１、第２の支持部を別途設ける場合と比べて製造コストを低減することができる。

前記筒状体は導電性を有していることが好ましい。この場合、前記可動部材は、後端部が前記筒状体のガイド管内を摺動するようになっている。前記第１の付勢手段の少なくとも一部が絶縁体でコーティングされていることが好ましい。このため、前記可動部材の先端部が半導体デバイスの導電パッドに接触することにより、当該可動部材、前記第１の支持部を通じて前記第１の付勢手段に電気信号が流れるのを防止することができる。このため、コイルスプリングである第１の付勢手段の高いインダクタンスにより、前記電気信号が減衰するのを防止することができる。

本発明の垂直型プローブによる場合、可動部材又は筒状体が半導体デバイスの導電パッドに接触し押圧されると、第１、第２の付勢手段が圧縮され、当該可動部材又は筒状体を前記導電パッドに圧接させるようになっている。このため、当該垂直型プローブは、自身の微細化に伴って、前記第１、第２の付勢手段を各々微細化したとしても、当該第１、第２の付勢手段の付勢力の合力により、電気接続時に半導体デバイスの導電パッドに対して必要な所定の接触圧を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る垂直型プローブについて図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る垂直型プローブの概略的断面図、図２は同プローブの組立手順を示す図、図３は同プローブが備えられる垂直型プローブユニットの概略的断面図、図４が同プローブユニットの使用状態を示す概略的断面図である。

図１及び図２に示す垂直型プローブ１００は、略円柱状の針状体であるプローブ本体１１０（可動部材）と、このプローブ本体１１０の後端部１１３が、その長さ方向に摺動自在に挿入される筒状体１２０と、プローブ本体１１０の中間部１１２の回りに同心円状に配置される第１のコイルスプリング１３０（第１の付勢手段）と、プローブ本体１１０の後端部１１３と筒状体１２０との間に配置される第２のコイルスプリング１４０（第２の付勢手段）とを備えている。

プローブ本体１１０は、断面視下向き凸字状の先端部１１１と、この先端部１１１に連なる中間部１１２と、この中間部１１２に連なる後端部１１３とを有する。

先端部１１１は、外径がΦ０．０８ｍｍであり且つ長さ寸法が０．５〜１．０ｍｍである接触部１１１ａと、この接触部１１１ａに連なる外径がΦ０．１ｍｍであり且つ長さ寸法が１．０〜２．０ｍｍであるガイド部１１１ｂと、ガイド部１１１ｂの後端部の外周面に設けられた外径Φ０．１１ｍｍの環状体である第１のフランジ部１１１ｃとを有する。

第１のフランジ部１１１ｃは、図３及び図４に示すように、後述する第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面の一部分の円周領域に当接し、プローブ本体１１０の移動に応じて、当該大径孔部２１２の周壁面上を摺動するようになっている。

また、ガイド部１１１ｂの先端面は、第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の底部に当接可能になっている。これにより、プローブ本体１１０が第１のガイド孔２１０から抜け落ちるのを防止している。ガイド部１１１ｂの後端面は、第１のコイルスプリング１３０の長さ方向の一端部を支持する第１の支持部１１１ｂ１となっている。

接触部１１１ａの先端面は、後述する半導体デバイス１０の導電パッド１１に接触する部分であって、クラウン加工が施されている。

この接触部１１１ａは、中間部の外周面がその他の部分に比べて窪んでおり、当該中間部の外径がΦ０．０７ｍｍとなっている。即ち、接触部１１１ａの先端部、後端部が第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２となっている。第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２は、図３及び図４に示すように、第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面の一部の円周領域に各々当接し、プローブ本体１１０の移動に応じて、当該小径孔部２１１の周壁面上を摺動するようになっている。

中間部１１２は、外径がΦ０．０６ｍｍであって、第１のコイルスプリング１３０が弾性変形する際に当該第１のコイルスプリング１３０をガイドする。これにより、第１のコイルスプリング１３０が、幅方向に歪むのを防止している。

後端部１１３は、外径Φ０．０６５ｍｍの第１、第２の大径部１１３ａ、１１３ｂと、第１、第２の大径部１１３ａ、１１３ｂの間に位置する外径Φ０．０５ｍｍの小径部１１３ｃとを有する。

第１、第２の大径部１１３ａ、１１３ｂは、筒状体１２０のガイド管１２１の内周面の一部の円周領域に各々当接しており、プローブ本体１１０の移動に応じて、当該ガイド管１２１の内周面上を摺動するようになっている。第２の大径部１１３ｂの後端部は略円錐状になっており、第２のコイルスプリング１４０の長さ方向の一端部を支持する。また、第２の大径部１１３ｂの先端面は、筒状体１２０のカシメ部１２１ｂに当接可能になっており、プローブ本体１１０が保持部材１２０から脱落するのを防止している。

小径部１１３ｃは、その外径を小さくし、筒状体１２０のカシメ部１２１ｂとの干渉を避けている。

筒状体１２０は、外径がΦ０．１１ｍｍ、内径がΦ０．０７５ｍｍの導電性を有するニッケル合金製の円筒状のガイド管１２１と、このガイド管１２１の長さ方向の他端側の開口を塞ぐ導電性を有する円柱体である接続部１２２（底部）とを有する。

ガイド管１２１は、長さ方向の一端側の開口から、プローブ本体１１０の後端部１１３がその長さ方向に摺動自在に挿入されるようになっている。このガイド管１２１の前記開口の周縁部が、第１のコイルスプリング１３０の長さ方向の他端部を支持する第２の支持部１２１ａとなっている。

また、ガイド管１２１の中間部の周壁面にはカシメ部１２１ｂが設けられている。このカシメ部１２１ｂに、プローブ本体１１０の第２の大径部１１３ｂの先端面が当接することにより、第１のコイルスプリング１３０がプローブ本体１１０の第１の支持部１１１ｂ１と筒状体１２０の第２の支持部１２１ａとの間で約０．３ｍｍ圧縮されるようになっている。

接続部１２２の長さ方向の他端部は円錐状になっている。この接続部１２２の他端部が接続基板５００の電極５１０に接触することにより、垂直型プローブ１００が接続基板５００に電気的に接続される。また、接続部１２２の長さ方向の一端部も円錐状になっており、第２のコイルスプリング１４０の長さ方向の他端部を支持する。

第１のコイルスプリング１３０は、バネ性ステンレス、スプリング用ピアノ線、アモルファス合金等の線材を巻き回して構成される。第１のコイルスプリング１３０は、長さ寸法が１．５〜３．０ｍｍ、外径がΦ０．１〜０．１５ｍｍとなっている。この第１のコイルスプリング１３０は、プローブ本体１１０の中間部１１２の回りに同心円状に配置され且つ先端部１１１の第１の支持部１１１ｂ１と筒状体１２０の第２の支持部１２１ａとの間に圧縮状態で配置される。また、第１のコイルスプリング１３０の長さ方向の一端部及び他端部は、テフロン（登録商標）等の絶縁体１３１でコーティングされている。

第２のコイルスプリング１４０は、バネ性ステンレス、スプリング用ピアノ線、アモルファス合金等の線材を巻き回して構成される。この第２のコイルスプリング１４０は、長さ寸法が０．８〜１．５ｍｍ、外径がΦ０．０６〜０．０７ｍｍとなっている。第２のコイルスプリング１４０は、筒状体１２０内に入れられ、筒状体１２０の接続部１２２とプローブ本体１１０の後端部１１３との間に非圧縮状態で配置される。

以下、このような垂直型プローブ１００の組立手順について図２を参照しつつ説明する。

まず、プローブ本体１１０の後端部１１３を、第１のコイルスプリング１３０に挿入する。すると、第１のコイルスプリング１３０の長さ方向の一端部がプローブ本体１１０のガイド部１１１ｂの第１の支持部１１１ｂ１に当接する。

その後、プローブ本体１１０の後端部１１３を、筒状体１２０のガイド管１２１に挿入する。すると、後端部１１３の第１、第２の大径部１１３ａ、１１３ｂが、筒状体１２０の内周面の一部の円周領域に各々当接する。そして、第１のコイルスプリング１３０の長さ方向の他端部がガイド部１１１ｂの第２の支持部１２１ａに当接する。このようにして第１のコイルスプリング１３０が第１、第２の支持部１１１ｂ１、１２１ａの間に配置される。

その後、ガイド管１２１をプローブ本体１１０の先端部１１１側に向けて約０．３ｍｍ移動させ、第１のコイルスプリング１３０を第１、第２の支持部１１１ｂ１、１２１ａの間で圧縮させる。この状態で、ガイド管１２１の中間部のプローブ本体１１０の小径部１１３ｃに対向する箇所を図示しない治具で押圧し、内側に塑性変形させる。この塑性変形部がカシメ部１２１ｂとなる。これにより、プローブ本体１１０の後端部１１３の第２の大径部１１３ｂがカシメ部１２１ｂに当接し、第１のコイルスプリング１３０が第１、第２の支持部１１１ｂ１、１２１ａの間に圧縮状態で配置される。これにより、第１のコイルスプリング１３０がプローブ本体１１０をその先端側に付勢する荷重が約３．５ｇとなる。

その後、第２のコイルスプリング１４０をガイド管１２１に挿入する。すると、第２のコイルスプリング１４０の長さ方向の一端部が、プローブ本体１１０の後端部１１３の第２の大径部１１３ｂに当接する。このとき、第２の大径部１１３ｂの円錐状の後端部の頂部が第２のコイルスプリング１４０の一端部内に入り込む。

その後、接続部１２２をガイド管１２１の長さ方向の他端側の開口に嵌め込み、当該開口を塞ぐ。このとき、接続部１２２の長さ方向の円錐状の一端部は、約０．１５ｍｍの隙間を有して第２のコイルスプリング１４０の長さ方向の他端部に対向する。即ち、第２のコイルスプリング１４０がプローブ本体１１０の後端部１１３と接続部１２２との間に非圧縮状態で配置される。

以下、このような垂直型プローブ１００が複数備えられる垂直型プローブユニットＣについて説明する。

図３及び図４に示す垂直型プローブユニットＣは、半導体デバイス１０の電気的所得性を測定するのに使用されるものであって、半導体デバイス１０の導電パッド１１に各々接触する複数の垂直型プローブ１００と、この垂直型プローブ１００の先端部１１１が各々移動自在に通される複数の第１のガイド孔２１０を有する第１のガイド板２００と、垂直型プローブ１００の後端部が各々挿入される複数の第２のガイド孔３１０を有する第２のガイド板３００と、第１、第２のガイド板２００、３００の間に介在するスペーサ４００と、第２のガイド板３００の面上に取り付けられる接続基板５００とを備えている。以下、詳しく説明する。

第１のガイド板２００は、厚さ１．２〜３．０ｍｍの絶縁性を有するセラミックス等の板体である。この第１のガイド板２００には、当該第１のガイド板２００を厚み方向に貫通する複数の第１のガイド孔２１０が半導体デバイス１０の導電パッド１１の配列に対応するように０．１〜０．２ｍｍのピッチ間隔で（例えば、マトリックス状に）配設されている。

第１のガイド孔２１０は、Φ０．０９ｍｍであり且つ深さ０．２〜０．５ｍｍである小径孔部２１１と、この小径孔部２１１に連続するΦ０．１２ｍｍであり且つ深さ１．０〜２．５ｍｍである大径孔部２１２とを有する。

小径孔部２１１の周壁面とプローブ本体１１０の接触部１１１ａの中間部の外周面との間には、接触部１１１ａの第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２が小径孔部２１１の周壁面上を摺動し、第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２又は小径孔部２１１の周壁面が削れることにより生じるゴミを収容する第１のゴミ収集空間α１が形成される。

大径孔部２１２の周壁面とプローブ本体１１０のガイド部１１１ｂの第１のフランジ部配設部以外の部分の外周面との間には、ガイド部１１１ｂの第１のフランジ部１１１ｃが大径孔部２１２の周壁面上を摺動し、第１のフランジ部１１１ｃ又は大径孔部２１２の周壁面が削れることにより生じるゴミを収容する第２のゴミ収集空間α２が形成される。

第２のガイド板３００は、厚さ１〜２ｍｍの絶縁性を有するセラミックス等の板体である。この第２のガイド板３００には、当該第２のガイド板３００を厚み方向に貫通する複数の第２のガイド孔３１０が第１のガイド孔２１０の配列に対応するように配設されている。

第２のガイド孔３１０は、Φ０．１２ｍｍの孔であって、垂直型プローブ１００の筒状体１２０の後端部（即ち、垂直型プローブ１００の後端部）が挿入される。

スペーサ４００は、厚さ１〜３ｍｍの絶縁性を有するセラミックス等の環状の枠体である。

接続基板５００は周知のプリント配線基板である。この接続基板５００には、複数の電極５１０が第２のガイド孔３１０の配列に対応するように配設されている。この電極５１０は、接続基板５００が第２のガイド板３００の上面に取り付けられた状態で、垂直型プローブ１００の接続部１２２に接触し、電気的に接続される。なお、接続基板５００を通じて垂直型プローブユニットＣが後述する測定装置と電気的に接続される。

以下、このような構成の垂直型プローブユニットＣの組立手順について説明する。

まず、第１のガイド板２００の上面にスペーサ４００を接着する。そして、複数の第１のガイド孔２１０と複数の第２のガイド孔３１０とを位置合わせをしつつ、スペーサ４００の上面に第２のガイド板３００を接着する。

その後、複数の垂直型プローブ１００を、第２のガイド板３００の複数の第２のガイド孔３１０から各々挿入する。すると、複数の垂直型プローブ１００の先端部１１１が第１のガイド板２００の複数の第１のガイド孔２１０に各々嵌まり込む。これにより、先端部１１１の第１のフランジ部１１１ｃが、第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面の一部分の円周領域に当接し、第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２が第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面の異なる高さ位置の一部の円周領域に各々当接する。

そして、複数の垂直型プローブ１００の先端部１１１のガイド部１１１ｂの先端面が複数の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の底部に各々当接する。これにより、垂直型プローブ１００の第１のガイド孔２１０からの脱落が防止される。

このようにして、複数の垂直型プローブ１００の先端部１１１が第１のガイド板２００の複数の第１のガイド孔２１０に各々通されることにより、当該垂直型プローブ１００が半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１の配列に対応して、０．１〜０．２ｍｍのピッチ間隔で（例えば、マトリックス状に）配列される。

その後、複数の垂直型プローブ１００の接続部１２２と、複数の電極５１０とを各々位置合わせをし、当該接続部１２２を当該電極５１０に当接させる。そして、複数の垂直型プローブ１００の第１、２のコイルスプリング１３０、１４０の付勢力に抗して接続基板５００を第２のガイド板３００の上面に面接触させ、この状態で両者を接着する。すると、複数の接続部１２２が複数の電極５１０に押圧され、複数の接続部１２２及びガイド管１２１が垂直型プローブ１００の先端部１１１側に向けて約０．１５ｍｍ各々移動する。なお、複数の接続部１２２が複数の電極５１０に各々押圧されることにより、両者の安定した電気接続が図られる。

これにより、複数の第１のコイルスプリング１３０が複数の第１、第２の支持部１１１ｂ１、１２１ａ間で各々更に圧縮される。

これと共に、複数の第２のコイルスプリング１４０の長さ方向の他端部が複数の接続部１２２の長さ方向の円錐状の一端部に各々接触する。これにより、複数の第２のコイルスプリング１４０が複数のプローブ本体１１０の後端部１１３と複数の接続部１２２との間に非圧縮状態で配置される。

このようにして製造された垂直型プローブユニットＣは、図示しない測定装置のプローバに取り付けられ、半導体デバイス１０の電気的所得性を測定するのに使用される。以下、その測定工程について説明すると共に、垂直型プローブ１００の各部の動作について説明する。

まず、前記プローバを動作させる。すると、半導体デバイス１０が測定位置に順次搬送される。半導体デバイス１０が前記測定位置に位置すると、垂直型プローブユニットＣを半導体デバイス１０に相対的に近接させ、垂直型プローブユニットＣの複数の垂直型プローブ１００の先端部１１１を半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１に各々接触させる。すると、複数の第１のコイルスプリング１３０の付勢力により、複数のプローブ本体１１０が、半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１に、一ピン当たり約４．３ｇの接触荷重で、各々圧接される。

そして、垂直型プローブユニットＣを半導体デバイス１０に更に相対的に約０．１５ｍｍ近接させ、複数の垂直型プローブ１００を複数の導電パッド１１に圧接させる（即ち、約０．１５ｍｍのオーバードライブを加える。）。

すると、複数の垂直型プローブ１００のプローブ本体１１０の接触部１１１ａの先端面が半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１に各々押圧され、プローブ本体１１０が図示上方向に移動する。

すると、複数の垂直型プローブ１００の接触部１１１ａの第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２が第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面上を図示上方向（即ち、第１のガイド板２００の厚み方向）に摺動し、第１のフランジ部１１１ｃが当該第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面上を図示上方向に摺動し、後端部１１３の第１、第２の大径部１１３ａ、１１３ｂがガイド管１２１の内周面上を図示上方向に摺動する。

このとき、複数の垂直型プローブ１００の第１のコイルスプリング１３０が複数の第１、第２の支持部１１１ｂ１、１２１ａ間で各々更に圧縮される。これにより、垂直型プローブ１００の導電パッド１１に対する一ピン当たりの接触荷重が５ｇとなる。

これと共に、複数の第２のコイルスプリング１４０が複数のプローブ本体１１０の後端部１１３と複数の接続部１２２との間で各々圧縮される。これにより、第１のコイルスプリング１３０の付勢力（即ち、一ピン当たり、約５ｇの接触荷重）に、第２のコイルスプリング１４０の付勢力（即ち、一ピン当たり、約３ｇの接触荷重）が加わり、下記表１(
移動量（μｍ）-荷重（ｇ）の特性を示すグラフ）に示すように、垂直型プローブ１００の半導体デバイス１０の導電パッド１１に対する接触荷重が、一ピン当たり、５ｇ〜８ｇにかけて急上昇する。この接触荷重の急上昇により、複数の垂直型プローブ１００が複数の導電パッド１１上の酸化膜を各々突き破り、当該導電パッド１１に、一ピン当たり、約８ｇの接触荷重で圧接する。

この圧接状態で、複数の導電パッド１１から発せられた電気信号が、接触部１１１ａ、ガイド部１１１ｂ、中間部１１２及び後端部１１３の第１、第２の大径部１１３ａ、１１３ｂ、ガイド管１２１及び接続部１２２を通じて接続基板５００の複数の電極５１０に流れる。このようにして前記測定装置で半導体デバイス１０の電気的所得性が測定される。なお、第１のコイルスプリング１３０は、長さ方向の一端部及び他端部が絶縁体１３１でコーティングされているので、当該第１のコイルスプリング１３０に前記電気信号が流れず、当該電気信号の減衰が防止される。

その後、垂直型プローブユニットＣを半導体デバイス１０に相対的に離反させる。すると、複数の垂直型プローブ１００の第１、第２のコイルスプリング１３０、１４０の付勢力により、プローブ本体１１０が図示下方向に移動する。

このとき、複数の垂直型プローブ１００の接触部１１１ａの第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２が第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面上を図示下方向（即ち、第１のガイド板２００の厚み方向）に摺動し、第１のフランジ部１１１ｃが当該第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面上を図示下方向に摺動し、後端部１１３の第１、第２の大径部１１３ａ、１１３ｂがガイド管１２１の内周面上を図示下方向に摺動する。

なお、プローブ本体１１０が前記往路移動及び復路移動する際に、第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２の摺動により発生するゴミが、接触部１１１ａの中間部の外周面と小径孔部２１１の周壁面との間の第１のゴミ収集空間α１に収容され、第１のフランジ部１１１ｃの摺動により発生するゴミが、ガイド部１１１ｂの第１のフランジ部配設部以外の部分の外周面と大径孔部２１２の周壁面との間の第２のゴミ収集空間α２に収容される。

このような垂直型プローブ１００による場合、プローブ本体１１０の接触部１１１ａが半導体デバイス１０の導電パッド１１に接触し押圧されると、第１のコイルスプリング１３０が第１、第２の支持部１１１ｂ１、１２１ａ間で更に圧縮され、第２のコイルスプリング１４０がプローブ本体１１０の後端部１１３と接続部１２２との間で圧縮される。即ち、第１、第２のコイルスプリング１３０、１４０の付勢力により、プローブ本体１１０の接触部１１１ａが半導体デバイス１０の導電パッド１１に圧接されるようになっている。このため、当該垂直型プローブ１００は、自身の微細化に伴って、第１、第２のコイルスプリング１３０、１４０を各々微細化したとしても、当該第１、第２のコイルスプリング１３０、１４０の付勢力の合力により、接触時に半導体デバイス１０の導電パッド１１に対して必要な所定の接触圧を得ることができる。

しかも、垂直型プローブ１００は、測定時に、第２のコイルスプリング１４０の付勢力が第１のコイルスプリング１３０の付勢力に加わる構成となっていることから、垂直型プローブ１００の導電パッド１１に対する接触荷重を急上昇させることができる。この接触荷重の急上昇により、プローブ本体１１０に導電パッド１１上の酸化膜を突き破らせ、当該プローブ本体１１０を導電パッド１１に圧接させることができる。このため、プローブ本体１１０と導電パッド１１との接触抵抗が改善し、両者の安定した電気接続を図ることができる。

更に、プローブ本体１１０の先端部１１１の第２、第３のフランジ部１１１ａ１、１１１ａ２が第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面上を図示上、下方向に摺動する共に、当該先端部１１１の第１のフランジ部１１１ｃが第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面上を図示上、下方向に摺動するようになっている。このため、プローブ本体１１０の先端部１１１と第１のガイド孔２１０の周壁面との摺動面積を従来例と比べて大きく低減することができるので、厚さ１．２〜３．０ｍｍの第１のガイド板２００を用いたとしても、プローブ本体１１０の先端部１１１と第１のガイド孔２１０内の図示上方向の摺動（往路移動）と図示下方向の摺動（復路移動）との荷重ヒステリシスを低減することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る垂直型プローブについて図面を参照しつつ説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係る垂直型プローブの概略的断面図である。図６は同プローブが備えられる垂直型プローブユニットの概略的断面図である。

図５に示す垂直型プローブ１００’は、先端部１１１’の形状及び筒状体１２０’の形状が実施例１の垂直型プローブ１００と異なっている。以下、その相違点について詳しく説明し、重複する部分については説明を省略する。なお、垂直型プローブの符号については、上述の如く’を付す。

先端部１１１’は、外径がΦ０．０８ｍｍであり且つ長さ寸法が０．５〜１．０ｍｍである接触部１１１ａ’と、この接触部１１１ａ’に連なる外径がΦ０．１ｍｍであり且つ長さ寸法が１．０〜２．０ｍｍであるガイド部１１１ｂ’と、ガイド部１１１ｂ’の後端部、先端部の外周面に各々設けられた外径Φ０．１１ｍｍの環状体である第１、第２のフランジ部１１１ｃ’、１１１ｄ’とを有する。

第１、第２のフランジ部１１１ｃ’、１１１ｄ’は、第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面の高さ位置の異なる一部分の円周領域に各々当接し、プローブ本体１１０’の移動に応じて、当該大径孔部２１２の周壁面上を摺動するようになっている。

また、第２のフランジ部１１１ｄ’は、第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の底部に当接する。これにより、プローブ本体１１０’が第１のガイド孔２１０から抜け落ちるのを防止している。

ガイド部１１１ｂ’の後端面は、第１のコイルスプリング１３０の長さ方向の一端部を支持する第１の支持部１１１ｂ１’となっている。

接触部１１１ａ’は、第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面に当接し、プローブ本体１１０の移動に応じて、当該小径孔部２１１の周壁面上を摺動するようになっている。

接触部１１１ａ’の先端面は、半導体デバイス１０の導電パッド１１に接触する部分であって、クラウン加工が施されている。

筒状体１２０’は、外径がΦ０．１１ｍｍ、内径がΦ０．０７５ｍｍの導電性を有するニッケル合金製の円筒状のガイド管１２１’と、このガイド管１２１’の長さ方向の他端側の開口を塞ぐ導電性を有する接続部１２２’とを有する。

ガイド管１２１’は、ガイド管１２１と同じである。

接続部１２２’は、内部が中空の半球状のドーム体である。この接続部１２２’は、その底面の開口の縁部に当該開口よりも内径が小さいリング体１２２ａ’が設けられている。このリング体１２２ａ’が第２のコイルスプリング１４０の長さ方向の他端部を支持する。また、接続部１２２’の頂部は、接続基板５００の電極５１０に接触することにより、垂直型プローブ１００が接続基板５００に電気的に接続される。

以下、このような構成の垂直型プローブ１００’の組立方法について説明する。まず、垂直型プローブ１００と同様に、プローブ本体１１０’に第１のコイルスプリング１３０’、ガイド管１２１’及び第２のコイルスプリング１４０’を取り付ける。そして、接続部１２２’をガイド管１２１’の長さ方向の他端側の開口に嵌め込み、当該開口を塞ぐ。このとき、接続部１２２’のリング体１２２ａ’は、約０．１５ｍｍの隙間を有して第２のコイルスプリング１４０’の長さ方向の他端部に対向する。即ち、第２のコイルスプリング１４０がプローブ本体１１０の後端部１１３と接続部１２２のリング体１２２ａ’との間に非圧縮状態で配置される。このようにして、垂直型プローブ１００が組立られる。

このように組立られた垂直型プローブ１００’は、垂直型プローブ１００と同様に、垂直型プローブユニットＣ’に取り付けられる。

即ち、複数の垂直型プローブ１００’を、第２のガイド板３００の複数の第２のガイド孔３１０から各々挿入する。すると、複数の垂直型プローブ１００’の先端部１１１’が第１のガイド板２００の複数の第１のガイド孔２１０に各々嵌まり込む。これにより、先端部１１１’の第１、第２のフランジ部１１１ｃ’、１１１ｄ’が、第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面の異なる高さ位置の一部分の円周領域に各々当接し、当該先端部１１１’の接触部１１１ａ’が第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面に当接する。

そして、複数の垂直型プローブ１００’の先端部１１１’の第２のフランジ部１１１ｄ’が複数の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の底部に各々当接する。これにより、垂直型プローブ１００’の第１のガイド孔２１０からの脱落が防止される。

このようにして、複数の垂直型プローブ１００の先端部１１１が第１のガイド板２００の複数の第１のガイド孔２１０に各々通されることにより、当該垂直型プローブ１００が半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１の配列に対応して、０．１〜０．２ｍｍのピッチ間隔で（例えば、マトリックス状に）配列される。

その後、複数の垂直型プローブ１００’の接続部１２２’と、複数の電極５１０とを位置合わせをし、当該接続部１２２’を当該電極５１０に当接させる。そして、複数の垂直型プローブ１００’の第１、２のコイルスプリング１３０’、１４０’の付勢力に抗して接続基板５００を第２のガイド板３００の上面に面接触させ、この状態で両者を接着する。すると、複数の接続部１２２’が複数の電極５１０に押圧され、複数の接続部１２２’及びガイド管１２１’が垂直型プローブ１００’の先端部１１１’側に向けて約０．１５ｍｍ各々移動する。なお、複数の接続部１２２’が複数の電極５１０に各々押圧されることにより、両者の安定した電気接続が図られる。

すると、複数の第１のコイルスプリング１３０’が複数の第１、第２の支持部１１１ｂ１’、１２１ａ’間で各々更に圧縮される。これと共に、複数の第２のコイルスプリング１４０’の長さ方向の他端部が複数の接続部１２２’のリング体１２２ａ’に各々接触する。これにより、複数の第２のコイルスプリング１４０’が複数のプローブ本体１１０’の後端部１１３’と複数の接続部１２２’のリング体１２２ａ’との間に非圧縮状態で配置される。

このようにして組立られた垂直型プローブユニットＣ’は、垂直型プローブユニットＣと同様に、測定装置のプローバに取り付けられ、半導体デバイス１０の電気的所得性を測定するのに使用される。以下、その測定工程について説明すると共に、垂直型プローブ１００’の各部の動作について図６を参照しつつ説明する。

まず、実施例１と同様に測定位置に搬送された半導体デバイス１０に対して垂直型プローブユニットＣ’を相対的に近接させ、垂直型プローブユニットＣ’の複数の垂直型プローブ１００’の先端部１１１’を半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１に各々接触させる。すると、複数の第１のコイルスプリング１３０’の付勢力により、複数のプローブ本体１１０’が、半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１に、一ピン当たり約４．３ｇの接触荷重で、各々圧接される。

そして、垂直型プローブユニットＣ’を半導体デバイス１０に更に相対的に約０．１５ｍｍ近接させ、複数の垂直型プローブ１００’を複数の導電パッド１１に圧接させる（即ち、約０．１５ｍｍのオーバードライブを加える）。

すると、複数の垂直型プローブ１００’のプローブ本体１１０’の接触部１１１ａ’の先端面が半導体デバイス１０の複数の導電パッド１１に各々押圧され、当該プローブ本体１１０’が第１、第２のコイルスプリング１３０’、１４０’の付勢力に抗して図示上方向に移動する。

すると、複数の垂直型プローブ１００’の接触部１１１ａ’が第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面上を図示上方向（即ち、第１のガイド板２００の厚み方向）に摺動し、第１、第２のフランジ部１１１ｃ’、１１１ｄ’が、第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面上を図示上方向に摺動し、後端部１１３’の第１、第２の大径部１１３ａ’、１１３ｂ’がガイド管１２１’の内周面上を図示上方向に摺動する。

このとき、複数の垂直型プローブ１００’の第１のコイルスプリング１３０’が第１、第２の支持部１１１ｂ１’、１２１ａ’間で更に圧縮される。これにより、垂直型プローブ１００’の導電パッド１１に対する一ピン当たりの接触荷重が５ｇとなる。

これと共に、第２のコイルスプリング１４０’がプローブ本体１１０’の後端部１１３’と接続部１２２’のリング体１２２ａ’との間で圧縮される。これにより、第１のコイルスプリング１３０’の付勢力（即ち、一ピン当たり、約５ｇの接触荷重）に、第２のコイルスプリング１４０’の付勢力（即ち、一ピン当たり、約３ｇの接触荷重）が加わり、垂直型プローブ１００’の半導体デバイス１０の導電パッド１１に対する接触荷重が、一ピン当たり、約５ｇから８ｇにかけて急上昇する。この接触荷重の急上昇により、複数の垂直型プローブ１００’が複数の導電パッド１１上の酸化膜を突き破り、当該導電パッド１１に、一ピン当たり、約８ｇの接触荷重で圧接する。

この圧接状態で、導電パッド１１から発せられた電気信号が、接触部１１１ａ’、ガイド部１１１ｂ’、中間部１１２’及び後端部１１３’の第１、第２の大径部１１３ａ’、１１３ｂ’、ガイド管１２１’及び接続部１２２’を通じて接続基板５００の電極５１０に流れる。このようにして測定装置で半導体デバイス１０の電気的所得性を測定する。なお、第１のコイルスプリング１３０’は、長さ方向の一端部及び他端部が絶縁体１３１’でコーティングされているので、当該第１のコイルスプリング１３０’に前記電気信号が流れず、当該電気信号の減衰が防止される。

その後、垂直型プローブユニットＣ’を半導体デバイス１０に相対的に離反させる。すると、複数の垂直型プローブ１００’の第１、第２のコイルスプリング１３０’、１４０’の付勢力により、プローブ本体１１０’が図示下方向に移動する。

このとき、複数の垂直型プローブ１００’の接触部１１１ａ’が第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の小径孔部２１１の周壁面上を図示下方向（即ち、第１のガイド板２００の厚み方向）に摺動し、第１、第２のフランジ部１１１ｃ’、１１１ｄ’が、第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面上を図示下方向に摺動し、後端部１１３’の第１、第２の大径部１１３ａ’、１１３ｂ’がガイド管１２１’の内周面上を図示下方向に摺動する。

なお、プローブ本体１１０’が前記往路移動及び復路移動する際に、第１、第２のフランジ部１１１ｃ’、１１１ｄ’の摺動により発生するゴミが、ガイド部１１１ｂの第１、第２のフランジ部配設部以外の部分の外周面と大径孔部２１２の周壁面との間の第３のゴミ収集空間α３に収容される。

このような垂直型プローブ１００’による場合であっても、プローブ本体１１０’の接触部１１１ａ’が半導体デバイス１０の導電パッド１１に接触し押圧されると、第１のコイルスプリング１３０’が第１、第２の支持部１１１ｂ１’、１２１ａ’間で更に圧縮され、第２のコイルスプリング１４０’がプローブ本体１１０’の後端部１１３’と接続部１２２’との間で圧縮される。即ち、第１、第２のコイルスプリング１３０’、１４０’の付勢力により、プローブ本体１１０’の接触部１１１ａ’が半導体デバイス１０の導電パッド１１に圧接されるようになっている。このため、当該垂直型プローブ１００は、自身の微細化に伴って、第１、第２のコイルスプリング１３０’、１４０’を各々微細化したとしても、当該第１、第２のコイルスプリング１３０’、１４０’の付勢力の合力により、電気接続時に半導体デバイス１０の導電パッド１１に対して必要な所定の接触圧を得ることができる。

しかも、垂直型プローブ１００’は、測定時に、第２のコイルスプリング１４０’の付勢力が第１のコイルスプリング１３０’の付勢力に加わる構成となっていることから、垂直型プローブ１００’の導電パッド１１に対する接触荷重を急上昇させることができる。この接触荷重の急上昇により、プローブ本体１１０’に導電パッド１１上の酸化膜を突き破らせ、当該プローブ本体１１０’を導電パッド１１に圧接させることができる。このため、プローブ本体１１０’と導電パッド１１との接触抵抗が改善し、両者の安定した電気接続を図ることができる。

更に、プローブ本体１１０’の先端部１１１の第１、第２のフランジ部１１１ｃ’、１１１ｄ’が第１のガイド孔２１０の大径孔部２１２の周壁面上を図示上、下方向に摺動するようになっている。このため、プローブ本体１１０’の先端部１１１’と第１のガイド孔２１０の周壁面との摺動面積を従来例と比べて大きく低減することができるので、厚さ１．２〜３．０ｍｍの第１のガイド板２００を用いたとしても、プローブ本体１１０’の先端部１１１’と第１のガイド孔２１０内の図示上方向の摺動（往路移動）と図示下方向の摺動（復路移動）との荷重ヒステリシスを低減することができる。

なお、垂直型プローブ１００、１００’については、長さ方向の他端部に底部を有する筒状体と、後端部が筒状体の長さ方向の一端部の開口から当該筒状体内に移動自在に挿入される可動部材と、この可動部材の先端部に設けられた第１の支持部と、筒状体の長さ方向の一端部に設けられた第２の支持部と、第１、第２の支持部の間に配置される第１の付勢手段と、筒状体の底部と可動部材の後端部との間に配置される第２の付勢手段とを備える限り任意に設計変更可能である。

なお、図７は垂直型プローブの設計変更例を示す概略的断面図、図８は垂直型プローブの別の設計変更例を示す模式的正面図である。

プローブ本体１１０、１１０’の形状については、前記可動部材として機能し得る限り任意に設計変更可能である。また、上記実施例では、プローブ本体１１０、１１０’の先端部１１１、１１１’が半導体デバイス１０の導電パッド１１に接触するとして説明したが、図７及び図８に示すように、前記筒状体を接触させるようにしても良い。この場合、前記筒状体の長さ方向の他端部に半導体デバイス１０の導電パッド１１に接触する接触部を設けることができる。なお、前記接触部を設けず、前記筒状体の底部を半導体デバイス１０の導電パッド１１に直接接触させるようにしても良い。

接触部１１１ａ、１１１ａ’については、その長さが０．５ｍｍ以下の長さである場合には、その中間部に窪みを設けなくても良い。但し、これに限定されるものではない。また、前記接触部の先端面の形状については、任意に設計変更可能であり、例えば、円錐状等とすることができる。

第１、第２のコイルスプリング１３０、１３０’、１４０、１４０’については、前記可動部材を筒状体から突出する方向に付勢し得るものであれば良く、弾性樹脂等の周知の付勢手段で代替可能である。また、前記第１のコイルスプリングは、絶縁体１３１でコーティングするか否かは任意である。コーティングする場合には、少なくとも一部が絶縁体１３１でコーティングされていれば良い。第２のコイルスプリングも同様に絶縁体でコーティングするようにしても良い。

また、第１のコイルスプリング１３０、１３０’は、前記第１、第２の支持部間に圧縮状態で配置されるとしたが、非圧縮状態で配置されるように設計変更することも可能である。この場合、上記実施例の如く、接触時に垂直型プローブの接触荷重を急上昇させたい場合には、第２のコイルスプリング１４０、１４０‘が、前記筒状体の底部と前記可動部材の後端部との間に圧縮状態で配置されるようにすれば良い。なお、第１、第２のコイルスプリングを圧縮状態又は非圧縮状態で配置するか否かは任意に設計変更可能である。

第１の支持部１１１ｂ１、１１１ｂ１’については、ガイド部１１１ｂ、１１１ｂ’の後端面であるとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、前記プローブ本体に別途設けた突起部等とすることができる。同様に、第２の支持部１２１ａ、１２１ａ’についても、ガイド管１２１の端面に限定されるものではなく、例えば、前記筒状体に別途設けた突起部等とすることができる。

筒状体１２０、１２０’については、底部を有し、前記可動部材の後端部が移動自在に挿入されるものである限り任意に設計変更可能である。また、筒状体１２０、１２０’は前記可動部材が垂直型プローブユニットＣのガイド板や中間基板等に設けられた導体部に電気的に接続される場合（例えば、第１のガイド板２００の第１のガイド孔２１０から露出する導体部に接触する場合）には、非導電性のものを用いることができる。

なお、上述した各構成部材の寸法は一例を記したものであり、当該寸法に限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態に係る垂直型プローブの概略的断面図である。 同プローブの組立手順を示す図である。 同プローブが備えられる垂直型プローブユニットの概略的断面図である。 同プローブユニットの使用状態を示す概略的断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直型プローブの概略的断面図である。 同プローブが備えられる垂直型プローブユニットの概略的断面図である。 垂直型プローブの設計変更例を示す概略的断面図である。 垂直型プローブの別の設計変更例を示す模式的正面図である。

符号の説明

１００ 垂直型プローブ
１１０ プローブ本体（可動部材）
１１１ 先端部
１１１ｂ１ 第１の支持部
１１２ 中間部
１１３ 後端部
１２０ 筒状体
１２１ａ 第２の支持部
１２２ 接続部（底部）
１３０ 第１のコイルスプリング（第１の付勢手段）
１３１ 絶縁体
１４０ 第２のコイルスプリング（第２の付勢手段）

Claims (3)

1. 開口が設けられた長さ方向の一端部と、底部が設けられた長さ方向の他端部とを有する筒状体と、
   先端部と、後端部とを有する可動部材と、
   この可動部材の先端部に設けられた第１の支持部と、
   前記筒状体の一端部に設けられた第２の支持部と、
   第１の付勢手段と、
   第２の付勢手段とを備えており、
   前記筒状体は、長さ方向の一方側の前記開口と、長さ方向の他端側の開口とを有する筒状のガイド管と、
   前記ガイド管の他端側の開口を塞ぎ、前記底部として機能する接続部とを有しており、
   前記可動部材の後端部が前記一方側の開口から前記ガイド管に移動自在に挿入されており、
   前記第１の付勢手段は、前記可動部材が挿入されたコイルスプリングであって、圧縮状態で前記第１、第２の支持部の間に介在しており、
   前記第２の付勢手段は、前記ガイド管内に収容されたコイルスプリングであって、非圧縮状態で前記接続部と前記可動部材の後端部との間に介在している
   ことを特徴とする垂直型プローブ。
2. 請求項１記載の垂直型プローブにおいて、
   前記筒状体のガイド管は円筒体であり、
   前記可動部材は、中間部の外径が前記先端部及び前記後端部よりも小さく、前記先端部の外径が前記筒状体のガイド管の外径と略同じ又は大きい略円柱体であり、
   前記第１の支持部は、前記可動部材の先端部の後端側の周縁部であり、
   前記第２の支持部は、前記筒状体のガイド管の長さ方向の一端部の開口縁部であり、
   前記第１の付勢手段はコイルスプリングであって、前記可動部材の中間部の回りに配置され、前記第１、第２の支持部の間に配置されることを特徴とする垂直型プローブ。
3. 請求項２記載の垂直型プローブにおいて、
   前記筒状体は導電性を有しており、
   前記可動部材は、後端部が前記筒状体のガイド管内を摺動するようになっており、
   前記第１の付勢手段の少なくとも一部が絶縁体でコーティングされていることを特徴とする垂直型プローブ。