JP5235776B2 - コンタクトプローブ - Google Patents

Description

本発明は、コンタクトプローブに係り、さらに詳しくは、基板上に立設されるコンタクトプローブの改良に関する。

半導体装置の製造工程には、半導体ウェハ上に形成された電子回路の電気的特性を検査する検査工程がある。この電気的特性の検査は、検査対象とする電子回路にテスト信号を入力し、その応答を検出するテスター装置を用いて行われる。通常、テスター装置から出力されたテスト信号は、プローブカードを介して半導体ウェハ上の電子回路に伝達される。プローブカードは、電子回路の微小な端子電極にそれぞれ接触させてテスター装置からのテスト信号を当該電子回路に伝達する多数のコンタクトプローブと、これらのコンタクトプローブが配設されるプローブ基板などからなる。

コンタクトプローブは、検査対象物に当接させる探針であり、一端をプローブ基板に固着することにより、他端が弾性的に支持される。例えば、半田付けによってコンタクトプローブの一端をプローブ基板に固着する場合、コンタクトプローブをプローブ基板に垂直な高さ方向に立てた状態で当該一端をプローブ基板に押し付ける必要がある。このため、コンタクトプローブをプローブ基板上に立設する際には、実装チャックと呼ばれる保持装置が用いられる。具体的には、まず、コンタクトプローブの側面を実装チャックの爪部で挟むことにより、コンタクトプローブを立てた状態で実装チャックに保持させる。そして、コンタクトプローブを実装チャックに保持させたまま、当該実装チャックをプローブ基板側へ移動させれば、コンタクトプローブの一端をプローブ基板に押し付けることができる。

一般に、実装チャックを用いてコンタクトプローブの一端をプローブ基板に押し付ける際のプローブ基板に対するコンタクトプローブの高さ方向の位置は、実装チャックにコンタクトプローブを挟ませる際の高さ方向の相対的な位置関係によって決定される。しかしながら、従来のコンタクトプローブでは、実装チャックに把持させる際に、実装チャックに対する高さ方向の位置にバラツキが生じ易いので、一端をプローブ基板に押し付ける際のプローブ基板に対する高さ方向の位置にもバラツキが生じてしまうという問題があった。例えば、コンタクトプローブが規定の位置よりも高い位置で実装チャックに把持された場合、実装チャックを所定の位置に移動させたとしても、コンタクトプローブの一端をプローブ基板に十分に押し付けることができず、コンタクトプローブの他端の高さが規定よりも高くなってしまう。一方、コンタクトプローブが規定の位置よりも低い位置で実装チャックに把持された場合には、実装チャックを所定の位置に移動させる際に、コンタクトプローブの一端がプローブ基板と衝突し、コンタクトプローブを倒してしまう。

さらに、従来のコンタクトプローブでは、規定の位置で実装チャックに把持されたとしても、一端をプローブ基板に押し付ける際に、プローブ基板からの応力によってコンタクトプローブが実装チャックに対して滑ってしまうという問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、一端を基板に固着させる際に他端の高さにバラツキが生じるのを抑制することができるコンタクトプローブを提供することを目的としている。特に、コンタクトプローブの側面を実装チャックに挟ませる際に、実装チャックに対するコンタクトプローブの高さ方向の位置にバラツキが生じるのを抑制することができるコンタクトプローブを提供することを目的としている。また、コンタクトプローブの一端を基板に押し付ける際に、プローブ基板からの応力によってコンタクトプローブが実装チャックに対して滑るのを抑制することができるコンタクトプローブを提供することを目的としている。

第１の本発明によるコンタクトプローブは、一端を基板に固着することによって他端が弾性的に支持されるコンタクトプローブであって、側面に形成された凹部からなるチャック係合部を備え、上記チャック係合部が、上記凹部の内壁が上記一端側又は上記他端側において開放側に向けて傾斜させたテーパー面からなるように構成される。この様な構成によれば、実装チャックに挟ませる際、チャック係合部のテーパー面が実装チャックからの押圧力によって高さ方向に付勢され、チャック係合部と実装チャックとの高さ方向の相対的な位置関係を一定にすることができる。従って、コンタクトプローブの側面を実装チャックに挟ませる際に、コンタクトプローブの実装チャックに対する高さ方向の位置にバラツキが生じるのを抑制することができる。また、コンタクトプローブの一端を基板に押し付ける際に、テーパー面が実装チャックと当接することによってチャック係合部の高さ方向への移動が規制されるので、基板からの応力によってコンタクトプローブが実装チャックに対して滑るのを抑制することができる。

第２の本発明によるコンタクトプローブは、上記構成に加え、上記チャック係合部が、上記凹部の内壁が上記一端側及び上記他端側において開放側にそれぞれ向けて傾斜させたテーパー面からなるように構成される。この様な構成によれば、実装チャックに挟ませる際、実装チャックが一端側のテーパー面に当接する場合と、他端側のテーパー面に当接する場合とのいずれにおいても、チャック係合部と実装チャックとの高さ方向の相対的な位置関係を一定にすることができる。従って、コンタクトプローブの実装チャックに対する高さ方向の位置ずれについて、チャック係合部のテーパー面によって位置ずれの矯正可能な範囲を拡大することができる。

第３の本発明によるコンタクトプローブは、上記構成に加え、上記チャック係合部が、互いに対向して形成された２つの上記凹部からなり、上記基板と平行に伸びる溝状凹部として形成されるように構成される。この様な構成によれば、実装チャックに挟ませる際に、対向して形成された２つの凹部によってチャック係合部と実装チャックとの高さ方向の相対的な位置関係を一定にするので、実装チャックによる把持時の安定性を向上させることができる。また、チャック係合部が基板と平行に伸びる溝状凹部として形成されるので、実装チャックがコンタクトプローブに対して溝状凹部の延伸方向に位置が多少ずれたとしても、実装チャックにチャック係合部を把持させることができる。

第４の本発明によるコンタクトプローブは、上記構成に加え、上記基板と交差する導電層の積層構造を有し、上記チャック係合部が、上記導電層の積層方向に延伸する断面形状がＶ字状の溝状凹部として形成されるように構成される。この様な構成によれば、導電層のパターニングによってチャック係合部のテーパー面を形成する際に、各導電層で同じ凹部を形成すれば良いので、各導電層のパターニングを低コストで行うことができる。

本発明によるコンタクトプローブによれば、チャック係合部のテーパー面が実装チャックからの押圧力によって高さ方向に付勢され、チャック係合部と実装チャックとの高さ方向の相対的な位置関係を一定にすることができるので、コンタクトプローブの側面を実装チャックに挟ませる際に、コンタクトプローブの実装チャックに対する高さ方向の位置にバラツキが生じるのを抑制することができる。また、コンタクトプローブの一端を基板に押し付ける際に、テーパー面が実装チャックと当接することによってチャック係合部の高さ方向への移動が規制されるので、基板からの応力によってコンタクトプローブが実装チャックに対して滑るのを抑制することができる。従って、一端を基板に固着させる際に他端の高さにバラツキが生じるのを抑制することができるコンタクトプローブを実現することができる。

本発明の実施の形態によるプローブカード１００の概略構成の一例を示した平面図である。 図１のプローブカード１００の要部の一構成例を示した平面図であり、多数のコンタクトプローブ１１が配設されたプローブ基板１２が示されている。 図２のコンタクトプローブ１１の一構成例を示した斜視図であり、プローブ基板１２に取り付ける前のコンタクトプローブ１１が示されている。 図３のコンタクトプローブ１１におけるチャック係合部４の構成例を示した平面図である。 図３のコンタクトプローブ１１をプローブ基板１２に取り付ける際に使用する実装チャック３０を模式的に示した説明図である。 図５の実装チャック３０を用いてコンタクトプローブ１１を取り付ける際の動作例を示した図であり、両爪部３３が胴体部３ｂを把持する様子が示されている。 本発明の他の実施の形態によるコンタクトプローブの構成例を示した平面図であり、チャック係合部４が形成されたコンタクトプローブ４１，４２が示されている。

＜プローブカード＞
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態によるプローブカード１００の概略構成の一例を示した平面図であり、図１（ａ）には、プローブカード１００を下側から見た様子が示され、図１（ｂ）には、水平方向から見た様子が示されている。

プローブカード１００は、半導体ウェハ上の電子回路の電気的特性を検査する際に用いられる検査装置であり、コンタクトプローブ１１、プローブ基板１２、メイン基板２１及び連結部材２４により構成される。メイン基板２１は、プローブ装置（図示せず）に着脱可能に取り付けられる円形形状のＰＣＢ（プリント回路基板）であり、テスター装置（図示せず）との間で信号の入出力を行うための多数の外部端子２２が周縁部に設けられている。

プローブ基板１２は、検査対象物に接触させる多数のコンタクトプローブ１１が配設された配線基板であり、メイン基板２１によって保持されている。連結部材２４は、メイン基板２１及びプローブ基板１２を連結させるＦＰＣ（フレキシブル回路基板）であり、その一端がプローブ基板１２の周縁部に固着され、他端は着脱可能なコネクタ２３を介してメイン基板２１に接続されている。

プローブカード１００は、プローブ装置によってコンタクトプローブ１１が配設されている面を下にして水平に保持され、テスター装置が接続される。この状態で半導体ウェハを下方から近づけ、コンタクトプローブ１１を電子回路上の端子電極に当接させれば、当該コンタクトプローブ１１を介してテスト信号をテスター装置及び電子回路間で入出力させることができる。

各コンタクトプローブ１１は、プローブ基板１２の下面中央に配置されている。また、プローブ基板１２は、その上面をメイン基板２１に対向させてメイン基板２１の中央部に配置されている。

コンタクトプローブ１１は、電子回路の微小な電極に接触させるプローブ（探針）であり、各コンタクトプローブ１１は、電子回路上の電極の配置に合わせてプローブ基板１２上に整列配置されている。この例では、直線上に配列された複数のコンタクトプローブ１１からなる２つのプローブ列が形成されている。各プローブ列は、コンタクトプローブ１１の先端部が対向するように配置されている。

各コンタクトプローブ１１は、プローブ基板１２、連結部材２４、メイン基板２１の各配線を介して外部端子２２と導通しており、コンタクトプローブ１１を検査対象物に当接させることによって、検査対象物とテスター装置とを導通させることができる。

＜プローブ基板＞
図２は、図１のプローブカード１００の要部の一構成例を示した平面図であり、多数のコンタクトプローブ１１が配設されたプローブ基板１２が示されている。このプローブ基板１２は、矩形形状からなり、コンタクトプローブ１１が一定ピッチで配列されている。

各コンタクトプローブ１１は、互いに平行に配置され、例えば、半田付けによってプローブ基板１２上の配線パターン（図示せず）に固着されている。

＜コンタクトプローブ＞
図３は、図２のコンタクトプローブ１１の一構成例を示した斜視図であり、プローブ基板１２に取り付ける前のコンタクトプローブ１１が示されている。このコンタクトプローブ１１は、検査対象物に当接させるコンタクト部１と、コンタクト部１を弾性的に支持するビーム部２と、プローブ基板１２に固着されるベース部３からなるカンチレバー（片持ち梁）型のプローブである。

ビーム部２は、プローブ基板１２に対し、コンタクト部１を弾性的に支持する弾性変形部である。ベース部３は、一端がビーム部２に連結され、他端がプローブ基板１２に固着される固着部である。

この例では、ビーム部２がＵ字状に延伸させた形状からなり、コンタクト部１がビーム部２の一端に設けられ、ビーム部２の他端にベース部３が設けられている。また、ベース部３は、幅がほぼ一定で高さ方向に延伸する胴体部３ｂと、胴体部３ｂよりも幅の広い脚部３ａとからなる。胴体部３ｂは、ビーム部２の屈曲している端部と脚部３ａとの間の部分となっている。

コンタクトプローブ１１は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）による微細加工によって作成される薄い平板からなる。ここでは、コンタクトプローブ１１が、プローブ基板１２と交差する導電層の積層構造を有するものとする。また、コンタクトプローブ１１は、脚部３ａの胴体部３ｂとは反対側の端面をプローブ基板１２に対向させた状態で、当該脚部３ａをプローブ基板１２に押し付けて固着することによって、プローブ基板１２上に立設される。

ここで、ビーム部２の延伸方向をビーム方向と呼び、ビーム方向がｘ軸方向であるとすると、コンタクトプローブ１１の配列方向は、ｙ軸方向となる。この配列方向は、コンタクトプローブ１１を構成する導電層の積層方向と一致している。また、上下方向、すなわち、プローブ基板１２に垂直な方向を高さ方向と呼ぶと、高さ方向は、ｚ軸方向となる。

このコンタクトプローブ１１は、導電層を配列方向に積層することによって形成されるので、配列方向の厚さを薄くすることができ、配列ピッチを狭小化することができる。

本実施の形態では、コンタクトプローブ１１を実装チャックに挟ませる際に、実装チャックに対するコンタクトプローブ１１の高さ方向の位置にバラツキが生じるのを抑制するために、ベース部３の胴体部３ｂにチャック係合部４が設けられている。

このチャック係合部４は、胴体部３ｂの側面に形成された凹部からなり、当該凹部の内壁が脚部３ａ側又はビーム部２側において開放側に向けて傾斜させたテーパー面４ａ，４ｂからなる。ここでは、チャック係合部４が、導電層と交差する端面であって、胴体部３ｂの対向する２つの端面にそれぞれ形成されているものとする。上記テーパー面４ａ，４ｂは、高さ方向と交差する傾斜面である。

また、各チャック係合部４が、その凹部の内壁が脚部３ａ側及びビーム部２側において開放側にそれぞれ向けて傾斜させたテーパー面４ａ，４ｂからなるものとする。すなわち、各チャック係合部４は、その凹部内壁の上側の傾斜面と下側の傾斜面とがそれぞれ開口に向けて傾斜したテーパー面４ａ，４ｂとなっており、高さ方向の幅が深部ほど狭くなっているものとする。

さらに、テーパー面４ａ，４ｂは、導電層の積層方向、すなわち、配列方向の交線を有している。つまり、チャック係合部４は、配列方向に延伸する断面形状がＶ字状の溝状凹部として形成されている。このＶ字状の溝状凹部は、胴体部３ｂの一方の主面、すなわち、導電層の積層方向に交差する面から他方の主面にかけて形成されている。

この様にチャック係合部４が導電層の積層方向に延伸する溝状凹部からなるので、導電層のパターニングによってコンタクト部１、ビーム部２及びベース部３と一体的に形成することができ、製造が容易である。特に、導電層のパターニングによってチャック係合部４のテーパー面４ａ，４ｂを形成する際に、各導電層で同じ凹部を形成すれば良いので、各導電層のパターニングを低コストで行うことができる。

＜チャック係合部＞
図４は、図３のコンタクトプローブ１１におけるチャック係合部４の構成例を示した平面図である。チャック係合部４は、胴体部３ｂの右側端面と左側端面とにそれぞれ形成され、開口に向けて傾斜したテーパー面４ａ，４ｂを有する。また、各チャック係合部４は、導電層の積層方向に垂直な断面形状がほぼ一定の溝状凹部からなる。

例えば、チャック係合部４は、その深さＡ１が、Ａ１＝０．１ｍｍ程度、高さ方向の幅Ａ２が、Ａ２＝０．２ｍｍ程度、テーパー面４ａ，４ｂの交角が、９０度程度となっている。

胴体部３ｂの両端面に形成されるチャック係合部４は、高さ方向の位置を一致させて配置される。具体的には、溝状凹部の最深部の高さ方向の位置を一致させて配置されている。つまり、このベース部３の胴体部３ｂは、チャック係合部４においてくびれており、ビーム方向の幅が狭くなっている。

この例では、チャック係合部４と脚部３ａとの間、及び、チャック係合部４とビーム部２の端部との間に、それぞれチャック係合部４の高さ方向の幅よりも長い平坦部が胴体部３ｂに形成されている。この平坦部は、ビーム方向の幅が一定の領域である。

＜実装チャック＞
図５は、図３のコンタクトプローブ１１をプローブ基板１２に取り付ける際に使用する実装チャック３０を模式的に示した説明図である。実装チャック３０は、コンタクトプローブ１１をプローブ基板１２上に組み付けるのに用いる組付け用保持装置であり、平行開閉式のチャック部３１と、チャック部３１を上下方向に移動可能に支持する支持機構３２とからなる。

チャック部３１は、先端部を対向させて配置された２つの爪部３３を有し、各爪部３３を互いに反対方向にスライドさせることによって、開閉が行われる。このチャック部３１は、支持機構３２により、両爪部３３の開閉方向を水平にして保持される。

この例では、爪部３３が、配列方向に延伸するアーム部と、ビーム方向に延伸する把持部３４とからなる。また、この把持部３４は、ビーム方向に垂直な断面形状が矩形状であり、先端面の配列方向に垂直な断面形状が円形状となっている。

例えば、上記把持部３４の先端面は、配列方向を中心軸とする曲率半径ＲがＲ＝０．０５ｍｍの曲面形状からなる。

両爪部３３をビーム方向にスライドさせてコンタクトプローブ１１のベース部３を把持部３４で挟めば、当該コンタクトプローブ１１を高さ方向に立てた状態でチャック部３１に保持させることができる。

そして、コンタクトプローブ１１をチャック部３１に保持させたまま、当該チャック部３１をプローブ基板１２側へ移動させることによってベース部３をプローブ基板１２に押し付けることができる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、図５の実装チャック３０を用いてコンタクトプローブ１１をプローブ基板１２に取り付ける際の動作例を示した図であり、チャック部３１の両爪部３３がベース部３の胴体部３ｂを把持する様子が示されている。図６（ａ）には、爪部３３の把持部３４がチャック係合部４よりも上側にずれている場合が示され、図６（ｂ）には、把持部３４からの押圧力によってチャック係合部４が上側に移動して適正な位置に案内される様子が示されている。

実装チャック３０の両爪部３３をビーム方向にスライドさせて把持部３４にコンタクトプローブ１１の胴体部３ｂを挟ませる際、チャック係合部４の高さ方向の位置が把持部３４と概ね一致するように、コンタクトプローブ１１の位置が調整される。

このとき、把持部３４の位置がチャック係合部４と若干ずれていたとしても、把持部３４の先端面がチャック係合部４のテーパー面に当接した際に、把持部３４からの押圧力によって胴体部３ｂが高さ方向に付勢され、高さ方向の位置ずれが矯正される。

例えば、把持部３４の位置がチャック係合部４よりも上側にずれている場合、両爪部３３をスライドさせることによって、把持部３４の先端面が上側のテーパー面４ａと当接することになる。その際、把持部３４からの押圧力によって胴体部３ｂが上方向に付勢され、チャック係合部４の位置が把持部３４と一致するように、高さ方向の位置ずれが矯正される。

把持部３４の位置がチャック係合部４よりも下側にずれている場合には、両爪部３３をスライドさせることによって、把持部３４の先端面が下側のテーパー面４ｂと当接することになる。その際、把持部３４からの押圧力によって胴体部３ｂが下方向に付勢され、チャック係合部４の位置が把持部３４と一致するように、高さ方向の位置ずれが矯正される。

この様にチャック係合部４のテーパー面４ａ，４ｂを上側と下側とに設けたので、上側又は下側のいずれか一方にだけ設ける場合に比べて、コンタクトプローブ１１のチャック部３１に対する高さ方向の位置ずれについて、テーパー面４ａ，４ｂによる位置ずれの矯正可能な範囲を拡大することができる。また、チャック部３１に挟ませる際に、胴体部３ｂの対向する端面に形成された２つのチャック係合部４によってチャック部３１との高さ方向の相対的な位置関係を一定にするので、チャック部３１による把持時の安定性を向上させることができる。また、チャック係合部４が配列方向に伸びる溝状凹部として形成されるので、チャック部３１の爪部３３がコンタクトプローブに対して溝状凹部の延伸方向に位置が多少ずれたとしても、チャック部３１にチャック係合部４を把持させることができる。

本実施の形態によれば、実装チャック３０のチャック部３１に挟ませる際、チャック係合部４のテーパー面４ａ，４ｂが爪部３３の把持部３４からの押圧力によって高さ方向に付勢され、チャック係合部４とチャック部３１との高さ方向の相対的な位置関係を一定にすることができる。従って、コンタクトプローブ１１の胴体部３ｂの端面をチャック部３１に挟ませる際に、チャック部３１に対するコンタクトプローブ１１の高さ方向の位置にバラツキが生じるのを抑制することができる。

また、テーパー面４ａ，４ｂが把持部３４と当接することによってチャック係合部４の高さ方向への移動が規制されるので、コンタクトプローブ１１のベース部３をプローブ基板１２に押し付ける際に、プローブ基板１２からの応力によってコンタクトプローブ１１がチャック部３１に対して滑るのを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、チャック係合部４のテーパー面４ａ，４ｂが上側と下側とに設けられる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、テーパー面を上側又は下側のいずれか一方にだけ設けても良い。また、本実施の形態では、チャック係合部４が胴体部３ｂの互いに対向する端面に設けられる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、チャック係合部４を胴体部３ｂの一方の端面にだけ設けても良い。

図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施の形態によるコンタクトプローブの構成例を示した平面図であり、チャック係合部４が胴体部３ｂに形成されたコンタクトプローブ４１，４２が示されている。

図７（ａ）には、チャック係合部４が胴体部３ｂの右端面にだけ設けられたコンタクトプローブ４１が示されている。このコンタクトプローブ４１では、チャック係合部４の凹部が胴体部３ｂの右端面にだけ設けられ、左端面は、平坦部となっている。

図７（ｂ）には、チャック係合部４のテーパー面４ａが上側にだけ設けられたコンタクトプローブ４２が示されている。このコンタクトプローブ４２では、チャック係合部４のテーパー面４ａが上側、すなわち、ビーム部２側にだけ設けられ、下側の内壁は、端面に垂直な垂直面となっている。本発明には、この様なコンタクトプローブ４１，４２も含まれる。

１ コンタクト部
２ ビーム部
３ ベース部
３ａ 脚部
３ｂ 胴体部
４ チャック係合部
４ａ，４ｂ テーパー面
１１ コンタクトプローブ
１２ プローブ基板
２１ メイン基板
２２ 外部端子
２３ コネクタ
２４ 連結部材
３０ 実装チャック
３１ チャック部
３２ 支持機構
３３ 爪部
３４ 把持部
１００ プローブカード

Claims (4)

1. 一端を基板に固着することによって他端が弾性的に支持されるコンタクトプローブにおいて、
   側面に形成された凹部からなるチャック係合部を備え、
   上記チャック係合部は、上記凹部の内壁が上記一端側又は上記他端側において開放側に向けて傾斜させたテーパー面からなることを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 上記チャック係合部は、上記凹部の内壁が上記一端側及び上記他端側において開放側にそれぞれ向けて傾斜させたテーパー面からなることを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ。
3. 上記チャック係合部は、互いに対向して形成された２つの上記凹部からなり、上記基板と平行に伸びる溝状凹部として形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンタクトプローブ。
4. 上記基板と交差する導電層の積層構造を有し、
   上記チャック係合部が、上記導電層の積層方向に延伸する断面形状がＶ字状の溝状凹部として形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンタクトプローブ。

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