JP5685413B2 - プローブカード - Google Patents

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本発明は、プローブカードに係り、さらに詳しくは、半導体ウエハ上に形成された電子回路の電気的特性を検査する際に、検査対象の電子回路に接触させるプローブが配線基板上に配設されたプローブカードの改良に関する。
一般に、半導体装置を製造する場合、半導体ウエハ上に形成された各電子回路について、半導体ウエハのダイシング前に電気的特性の検査が行われる。この検査は、テスター装置を用いて、検査対象の電子回路に電源及び検査信号を供給し、その応答信号を検出することによって行われる。このとき、半導体ウエハ上に形成された多数の微小電極と、テスター装置の多数の信号端子とを導通させるために、プローブカードが用いられる。プローブカードは、半導体ウエハ上の電子回路に形成された微小電極に接触させるための複数のプローブと、当該プローブとテスター装置とを導通させるための配線基板からなる。
近年、電子回路は、高集積化、高速化により、電極配置が狭ピッチ化される傾向にある。特に、微小電極が格子状に配置されるエリアアレイ型又は微小電極が回路基板の外縁に沿って配置されるペリフェラル型のロジック回路の場合、微細ピッチで電極を配置することが要求され、既存のプローブカードでは針立てが困難であった。
そこで、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用した微細加工により、さらに微細化したプローブを微細ピッチで配線基板上に形成することが考えられる。しかしながら、この様なプローブカードでは、良好な導通性能を得るための十分な針圧と、オーバードライブ時のストローク量とを同時に確保することが困難であった。
なお、特許文献1には、フォトリソグラフィーの技術を利用して基板上に接触子を形成し、接触子にリード線を接続した後、接触子を弾性体でモールドし、基板を除去して補強板に固着させることにより、プローブカードを形成する技術が開示されている。しかし、この特許文献1に記載のプローブカードでは、オーバードライブ時の弾性体の変形により、隣り合うプローブ同士が干渉し、良好な導通性能が得られなくなったり、接触子の位置にずれが生じる虞があった。
特開昭59−9935号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、微細化したプローブであっても、良好な導通性能が得られるとともに、オーバードライブ時に要求されるストローク量も確保することができるプローブカードを提供することを目的としている。特に、良好な導通性能を得るのに十分な針圧と、オーバードライブ時に要求されるストローク量とを同時に確保することができるとともに、隣り合うプローブ同士の干渉を抑制することができるプローブカードを提供することを目的としている。
第1の本発明によるプローブカードは、第1面に端子電極が形成された配線基板と、上記配線基板の第1面に対向させて配置され、且つ上記配線基板と反対側の面に、面方向への弾性変形の伝搬を遮断する溝又はスリットからなる応力解放孔が形成された弾性材料からなる針圧制御板と、上記針圧制御板から突出する針先部、及び、上記端子電極と上記針先部とを導通させる導電部を有する2以上のプローブと、上記配線基板及び上記針圧制御板間に配置され、上記導電部の一端をそれぞれ収容する2以上の貫通孔が形成された平板状のスペーサとを備え、上記針圧制御板が、上記針先部が上記配線基板側へ押し込まれた際に、上記針先部に所定の針圧を付加するように構成される。
この様な構成によれば、プローブの針先部を検査対象物に接触させた際に、検査対象物からの押圧力により当該プローブの針先部が配線基板側へ押し込まれ、針圧制御板を弾性変形させることができる。このため、微細化したプローブであっても、良好な導通性能を得るのに十分な針圧と、オーバードライブ時に要求されるストローク量とを同時に確保することができる。また、プローブの針先部が配線基板側へ押し込まれた際に、スペーサの貫通孔によって針圧制御板の変形が吸収されるので、隣接するプローブの針先部が傾倒することを抑制することができる。
また、針圧制御板に設けられた応力解放孔によって面方向への弾性変形の伝搬が遮断されるので、オーバードライブ時に隣り合うプローブ同士が干渉するのを抑制することができる。
第2の本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記応力解放孔が、隣り合う上記プローブ間に形成されているように構成される。この様な構成によれば、針圧制御板の弾性変形が隣のプローブに伝搬するのが遮断されるので、プローブの針先部が配線基板側へ押し込まれた際に、隣のプローブの針先部が傾倒するのを抑制することができる。
第3の本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記応力解放孔が、2次元配置された上記プローブのそれぞれを取り囲むように形成されているように構成される。この様な構成によれば、針圧制御板の面内のいずれの方向へも弾性変形の伝搬が遮断されるので、プローブの針先部が配線基板側へ押し込まれた際に、2次元的に隣り合う任意のプローブについて、針先部が傾倒するのを抑制することができる。さらに、プローブ配列の端に配置されたプローブについて、オーバードライブ時に針先部が傾倒するのを抑制することができる。

本発明によるプローブカードでは、プローブの針先部を検査対象物に接触させた際に、針圧制御板を弾性変形させることができるので、微細化したプローブであっても、良好な導通性能を得るのに十分な針圧と、オーバードライブ時に要求されるストローク量とを同時に確保することができる。さらに、針圧制御板に設けられた応力解放孔によって面方向への弾性変形の伝搬が遮断されるので、オーバードライブ時に隣り合うプローブ同士が干渉するのを抑制することができる。従って、微細化したプローブであっても、良好な導通性能が得られるとともに、オーバードライブ時に要求されるストローク量も確保することができるプローブカードを実現することができる。
本発明の実施の形態1によるプローブカード1の一構成例を示した外観図である。 図1のプローブカード1をA−A切断線により切断した場合の切断面を示した断面図である。 図1のプローブカード1におけるプローブ13の構成例を示した外観図である。 本発明の実施の形態2によるプローブカード1の一構成例を示した断面図であり、図1と同様のA−A切断線により切断した場合の切断面が示されている。 図4のプローブカード1の製造工程の一例を模式的に示した説明図であり、位置決め用冶具3に複数のプローブ13を配置する工程が示されている。 図4のプローブカード1の製造工程の一例を模式的に示した説明図であり、冶具2内に弾性ゴムを流し込んで硬化させる工程が示されている。 本発明の実施の形態3によるプローブカード1の一構成例を示した断面図であり、図1と同様のA−A切断線により切断した場合の切断面が示されている。 図7のプローブカード1の製造工程の一例を模式的に示した説明図であり、位置決め用冶具3に複数のプローブ13を配置する工程が示されている。 本発明の他の実施の形態によるプローブカード1の構成例を示した図であり、溝加工又はスリット加工により形成された応力解放孔19が示されている。 プローブカード1上に形成されるプローブ配列の一例を示した図であり、複数のプローブ13が格子状又はハニカム状に配列される場合が示されている。 本発明の他の実施の形態によるプローブカード1の構成例を示した断面図であり、複数の針圧制御板15をタイル状に配置した場合が示されている。
実施の形態1.
<プローブカード>
図1は、本発明の実施の形態1によるプローブカード1の一構成例を示した外観図であり、図中の(a)には、プローブカード1の下面が示され、(b)には、プローブカード1を水平方向から見た様子が示されている。このプローブカード1は、検査対象とする電子回路内の微小電極に接触させる複数のプローブ13と、これらのプローブ13が配設されるサブ基板12と、サブ基板12が下面に固着され、プローブ装置(図示せず)により保持されるメイン基板11からなる。
メイン基板11は、プローブ装置に着脱可能に取り付けられる配線基板であり、円形形状のPCB(プリント回路基板)からなる。メイン基板11には、テスター装置(図示せず)と接続するための複数の外部端子111がその周縁部に設けられている。外部端子111は、メイン基板11及びサブ基板12内の各配線を介して、プローブ13と導通している。
サブ基板12は、メイン基板11上に配設される配線基板である。ここでは、矩形形状の絶縁性材料からなるST(スペーストランスフォーマ)基板がサブ基板12として用いられる。プローブ13は、微小な電極に接触させるための探針であり、検査対象とする電子回路の端子電極の配置に対応付けて2次元配置されている。
<A−A断面>
図2は、図1のプローブカード1をA−A切断線により切断した場合の切断面を示した断面図である。このプローブカード1は、メイン基板11、サブ基板12、プローブ13、スペーサ14、針圧制御板15、ガイド板16及びプローブユニットホルダ17により構成される。
サブ基板12は、その下面に複数のプローブ電極121が設けられている。プローブ電極121は、プローブ用の端子電極であり、プローブ13ごとに形成されている。プローブ13は、針圧制御板15から突出する針先部131と、プローブ電極121と針先部131とを導通させる導電部132とを有する。
針先部131は、検査対象物に接触させるコンタクト部であり、導電性金属からなる。この針先部131は、垂直方向に延びる柱状の突出部131aと、水平方向に幅が広い鍔部131bにより構成されている。導電部132は、細長い薄板からなり、下端には針先部131が固着され、上端はプローブ電極121に固着されている。導電部132の上端部は、半田を用いてプローブ電極121に接合されている。
針圧制御板15は、プローブ13の針先部131が検査対象物に接触する際の針圧や、オーバードライブ時のストローク量を調整するためのガイド板であり、所定の弾性ゴムからなる。
この針圧制御板15には、プローブ13を収容するための複数のプローブ収容孔18が設けられている。プローブ収容孔18は、プローブ13の導電部132を貫通させる貫通孔であり、プローブ13ごとに形成されている。プローブ収容孔18の水平面による断面は、例えば、円形形状からなる。プローブ13の鍔部131bは、そのサイズがプローブ収容孔18よりも大きい。
針圧制御板15としては、押圧力により弾性変形する弾性材料からなるものであれば特に限定するものではないが、ここでは、ゴム状の合成樹脂、例えば、PDMS(ポリジメチルシロキサン)からなる針圧制御板15が用いられる。PDMSは、シリコーンゴム(silicone rubber)とも呼ばれ、繰返し変形に強く、耐熱性及び耐薬品性も良好な絶縁性の弾性ゴムである。
針圧制御板15の硬度を調整することにより、プローブ13の針先部131が検査対象物と接触する際の針圧や、オーバードライブ時のストローク量をコントロールすることができる。ここでは、針圧制御板15が、針先部131の軸方向の押圧力に対する弾性限界よりも小さな押圧力で弾性変形するものとする。この様な針圧制御板15は、サブ基板12の下面に対向させて配置される。
ガイド板16は、プローブ13の針先部131を水平面内において位置決めするための複数の針先位置決め孔16aが設けられたプローブ保持部材であり、針圧制御板15の下面に対向させて配置される。針先位置決め孔16aは、プローブ13の針先部131を上下方向に移動可能に貫通させる貫通孔であり、プローブ13ごとに形成されている。針先位置決め孔16aの水平面による断面は、プローブ収容孔18よりも径の小さな円形形状からなる。
プローブ13の鍔部131bがガイド板16と当接することにより、プローブ13の落下が防止される。この様なガイド板16としては、シート状の樹脂板、例えば、PI(ポリイミド)樹脂板が用いられる。或いは、ガイド板16として、平板状のセラミック板が用いられる。ガイド板16により、針圧制御板15が温度変化により熱膨張し、或いは、検査対象物からの押圧力により弾性変形した際に、プローブ13の針先部131の水平方向の位置にずれが生じることを防止することができる。
スペーサ14は、サブ基板12と針圧制御板15との間に配置され、導電部132の上端部をそれぞれ収容する複数の貫通孔14aが設けられた平板状の部材からなる。貫通孔14aは、プローブ13ごとに形成されている。また、貫通孔14aの水平面による断面は、プローブ収容孔18よりも径の大きな円形形状からなる。この様なスペーサ14としては、セラミック板が用いられ、例えば、接着シートを介してサブ基板12に固着される。
針先位置決め孔16a、プローブ収容孔18及び貫通孔14aは、同軸に配置される。また、ガイド板16は、その周縁部が、サブ基板12に固着されたプローブユニットホルダ17により保持され、下方向及び水平方向への移動が規制されている。各プローブ13は、導電部132が針圧制御板15のプローブ収容孔18を貫通した状態で、サブ基板12上のプローブ電極121に接合される。
この針圧制御板15には、サブ基板12と反対側の面、すなわち、下面に、面方向への弾性変形の伝搬を遮断するための応力解放孔19が形成されている。この応力解放孔19は、針圧制御板15の下面からの深さが概ね一定の溝からなり、隣り合うプローブ13間と、プローブ13の配列の外側とに形成されている。
また、応力解放孔19は、プローブ13の配列方向と平行な垂直面による断面が、細長い矩形形状からなり、針圧制御板15の下面からほぼ垂直に形成されている。この様な応力解放孔19は、プローブ13の配列に対して、概ね均等に形成されている。つまり、各応力解放孔19は、隣り合うプローブ13間のほぼ中央に形成されている。
<プローブ>
図3は、図1のプローブカード1におけるプローブ13の構成例を示した外観図であり、図中の(a)には、水平に寝かしたプローブ13を上方向から見た様子が示され、(b)には、そのプローブ13を水平方向から見た様子が示されている。このプローブ13は、突出部131a及び鍔部131bからなる針先部131と、導電部132により構成されている。
導電部132は、その断面が偏平な矩形形状からなる。すなわち、導電部132は、その幅bが厚さbよりも大きい。例えば、幅bは、b=50μm程度であり、厚さbは、b=数μm程度である。導電部132は、良好な導通性能を有する金属、例えば、ニッケル(Ni)からなる。或いは、耐電流特性を向上させるために、導電部132を金(Au)を用いて形成しても良い。導電部132の先端部132aが、プローブ電極121に固着される。
本実施の形態によれば、プローブ13の針先部131を検査対象物に接触させた際に、検査対象物からの押圧力により当該プローブ13の針先部131がサブ基板12側へ押し込まれ、針圧制御板15を弾性変形させることができる。このため、微細化したプローブ13であっても、良好な導通性能を得るのに十分な針圧と、オーバードライブ時に要求されるストローク量とを同時に確保することができる。さらに、針圧制御板15に設けられた応力解放孔19によって面方向への弾性変形の伝搬が遮断されるので、オーバードライブ時に隣り合うプローブ13同士が干渉するのを抑制することができる。
また、プローブ13の針先部131がサブ基板12側へ押し込まれた際に、スペーサ14の貫通孔14aによって針圧制御板15の変形が吸収されるので、隣接するプローブ13の針先部131が傾倒することを抑制することができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、針圧制御板15にプローブ収容孔18を形成し、プローブ13を貫通させる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、位置決め用の冶具にプローブ13を配置し、弾性ゴムを流し込んで硬化させることにより、複数のプローブ13を配設した針圧制御板15を用いる場合について説明する。
図4は、本発明の実施の形態2によるプローブカード1の一構成例を示した断面図であり、図1と同様のA−A切断線により切断した場合の切断面が示されている。このプローブカード1は、メイン基板11、サブ基板12、プローブ13、スペーサ14及び針圧制御板15により構成される。各プローブ13は、針先部131の一部が針圧制御板15内に埋設されている。
<針圧制御板の製造工程>
図5は、図4のプローブカード1の製造工程の一例を模式的に示した説明図であり、位置決め用冶具3に複数のプローブ13を配置する工程が示されている。図6は、図4のプローブカード1の製造工程の一例を模式的に示した説明図であり、冶具2内に弾性ゴムを流し込んで硬化させる工程が示されている。
本実施の形態による針圧制御板15は、位置決め用冶具3に各プローブ13を配置し、シリコーンゴム充填用冶具2内にシリコーンゴム(PDMS)を流し込んで硬化させることにより、複数のプローブ13が配設される。
位置決め用冶具3には、プローブ13の針先部131を収容するための複数の針先収容孔31と、応力解放孔形成用の突出部32が設けられている。針先収容孔31は、その水平面による切断面の径がプローブ13の鍔部131bよりも小さく、プローブ13ごとに形成されている。針先収容孔31及び突出部32は、例えば、シリコン基板に対してICP(誘導結合プラズマ)などを用いたドライエッチングによる微細加工を行うことにより形成される。
位置決め用冶具3は、針先収容孔31及び突出部32の形成面を上に向けた状態で、シリコーンゴム充填用冶具2内に収容される。シリコーンゴム充填用冶具2には、各プローブ13が配置された位置決め用冶具3を収容した状態で、シリコーンゴムが流し込まれる。
そして、触媒などを加えることにより、シリコーンゴム充填用冶具2内に流し込んだシリコーンゴムを硬化させ、硬化したシリコーンゴムをシリコーンゴム充填用冶具2から取り出せば、複数のプローブ13及び応力解放孔19が配設された針圧制御板15が完成する。
本実施の形態によれば、針圧制御板15を穴あけ加工することなく、複数のプローブ13を針圧制御板15に配設することができるので、針圧制御板15の穴あけ加工が困難なピッチサイズであっても、プローブ13を配列することができる。
実施の形態3.
実施の形態1及び2では、プローブ13の針先部131がサブ基板12側に押し込まれた際に、隣接するプローブ13の針先部131が傾倒するのを防止するために、溝状の応力解放孔19が針圧制御板15に形成される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、プローブ収容孔18の周囲を突出させることにより、応力解放孔19がプローブ13間に形成される場合について説明する。
図7は、本発明の実施の形態3によるプローブカード1の一構成例を示した断面図であり、図1と同様のA−A切断線により切断した場合の切断面が示されている。このプローブカード1は、メイン基板11、サブ基板12、プローブ13、スペーサ14及び針圧制御板15により構成される。
この針圧制御板15には、プローブ13の鍔部131bを係止させるための台座部15aがプローブ13ごとに形成されており、台座部15aを針圧制御板15の下面から突出させることにより、プローブ13間に応力解放孔19が形成されている。
図8は、図7のプローブカード1の製造工程の一例を模式的に示した説明図であり、位置決め用冶具3に複数のプローブ13を配置する工程が示されている。本実施の形態による針圧制御板15は、位置決め用冶具3に各プローブ13を配置し、シリコーンゴム充填用冶具2内にシリコーンゴム(PDMS)を流し込んで硬化させることにより、複数のプローブ13が配設される。
この位置決め用冶具3には、プローブ13の針先部131を収容するための複数のプローブ収容孔33が設けられている。プローブ収容孔33は、その水平面による切断面の径が、プローブ13の鍔部131bよりも小さな小径部と、鍔部131bよりも大きな大径部からなる。
この様なプローブ収容孔33は、プローブ13ごとに形成されている。また、プローブ収容孔33は、シリコン基板に対してICP(誘導結合プラズマ)などを用いたドライエッチングによる微細加工を行うことにより形成される。
位置決め用冶具3は、プローブ収容孔33の形成面を上に向けた状態で、シリコーンゴム充填用冶具2内に収容される。シリコーンゴム充填用冶具2には、各プローブ13が配置された位置決め用冶具3を収容した状態で、シリコーンゴムが流し込まれる。
そして、触媒などを加えることにより、シリコーンゴム充填用冶具2内に流し込んだシリコーンゴムを硬化させ、硬化したシリコーンゴムをシリコーンゴム充填用冶具2から取り出せば、プローブ13が台座部15aに配設された針圧制御板15が完成する。
本実施の形態によれば、針圧制御板15を穴あけ加工することなく、複数のプローブ13を針圧制御板15に配設することができるので、針圧制御板15の穴あけ加工が困難なピッチサイズであっても、プローブ13を配列することができる。
なお、実施の形態2及び3では、シリコーン充填用冶具2内にシリコーンを流し込んで硬化させることにより、応力解放孔19が形成される場合の例について説明したが、応力解放孔19を形成する方法はこれに限られるものではない。例えば、プローブ13が配設された針圧制御板15に対し、レーザー光を照射して、溝加工又はスリット加工を行うことにより、応力解放孔19を形成するものも本発明には含まれる。
図9は、本発明の他の実施の形態によるプローブカード1の構成例を示した断面図であり、針圧制御板15に対する溝加工又はスリット加工により形成された応力解放孔19が示されている。この図では、各応力解放孔19がスリット加工により形成され、或いは、溝加工とスリット加工との組合せにより形成される場合が示されている。
本明細書では、応力解放孔19の垂直面による断面に関し、その深さが針圧制御板15の厚さよりも浅いものを溝と呼び、針圧制御板15を貫通しているものをスリットと呼んで区別している。また、応力解放孔19は、溝加工又はスリット加工のいずれの場合であっても針圧制御板15を島状に分断するものではなく、針圧制御板15は面方向に連続する1つの結合体からなる。
図中の(a)には、各応力解放孔19が、レーザー光を用いたスリット加工により形成される場合が示されている。スリット加工の場合、応力解放孔19は、針圧制御板15を貫通している。
図中の(b)には、溝加工により形成された応力解放孔19と、スリット加工により形成された応力解放孔19とを混在させる場合が示されている。この様に、溝加工による応力解放孔19と、スリット加工による応力解放孔19とを混在させても良い。
また、実施の形態1〜3では、プローブ13がサブ基板12上に2次元配置される場合の例について説明したが、プローブ13が格子状又はハニカム状に配置されるエリアアレイタイプや、プローブ13が千鳥配置されるペリフェラルタイプのプローブカードにも本発明は適用することができる。特に、隣り合うプローブ13に対する干渉防止用の応力解放孔19としては、レーザー光を用いて針圧制御板15をさいの目状又はハニカム状に溝加工したものであっても良い。
図10は、プローブカード1上に形成されるプローブ配列の一例を示した図であり、図中の(a)には、複数のプローブ13が格子状に配列される場合が示され、(b)には、ハニカム状に配列される場合が示されている。
プローブ13がサブ基板12上に格子配列されている場合、応力解放孔19は、針圧制御板15をさいの目状に溝加工することにより形成される。この場合、応力解放孔19は、プローブ13間に形成される縦方向の複数の溝と横方向の複数の溝からなり、2次元配置されたプローブ13のそれぞれを取り囲むように形成されている。
一方、プローブ13がハニカム配列されている場合には、応力解放孔19は、針圧制御板15をハニカム状に溝加工することにより形成される。この場合にも、応力解放孔19は、2次元配置されたプローブ13のそれぞれを取り囲むように形成されている。
また、実施の形態1〜3では、1つの針圧制御板15に複数のプローブが配置される場合の例について説明したが、針圧制御板15の熱膨張による影響を低減させるために、複数の針圧制御板15をサブ基板12上にタイル状に配置するような構成であっても良い。
図11は、本発明の他の実施の形態によるプローブカード1の構成例を示した断面図であり、複数の針圧制御板15をサブ基板12上にタイル状に配置した場合が示されている。このプローブカード1では、各針圧制御板15が、半導体ウエハ上のDUT(Device Under Test:被試験デバイス)に対応づけて配置される。針圧制御板15内の各プローブ13は、DUT内の端子電極の配置に対応づけて形成される。
針圧制御板15を半導体ウエハ上のDUT単位で形成し、サブ基板12上にタイル状に配置することにより、針圧制御板15を複数のDUTについてまとめて形成する場合に比べ、針圧制御板15が温度変化により熱膨張した際の影響を低減させることができる。従って、針圧制御板15の熱膨張により針先部131の位置が大きくずれることを抑制することができる。
1 プローブカード
2 シリコーンゴム充填用冶具
3 位置決め用冶具
31 針先収容孔
32 応力解放孔形成用の突出部
33 プローブ収容孔
11 メイン基板
111 外部端子
12 サブ基板
121 プローブ電極
13 プローブ
131 針先部
131a 突出部
131b 鍔部
132 導電部
132a 上端部
14 スペーサ
14a 貫通孔
15 針圧制御板
15a 台座部
16 ガイド板
16a 針先位置決め孔
17 プローブユニットホルダ
18 プローブ収容孔
19 応力解放孔

Claims (3)

  1. 第1面に端子電極が形成された配線基板と、
    上記配線基板の第1面に対向させて配置され、且つ上記配線基板と反対側の面に、面方向への弾性変形の伝搬を遮断する溝又はスリットからなる応力解放孔が形成された弾性材料からなる針圧制御板と、
    上記針圧制御板から突出する針先部、及び、上記端子電極と上記針先部とを導通させる
    導電部を有する2以上のプローブと、
    上記配線基板及び上記針圧制御板間に配置され、上記導電部の一端をそれぞれ収容する
    2以上の貫通孔が形成された平板状のスペーサとを備え、
    上記針圧制御板は、上記針先部が上記配線基板側へ押し込まれた際に、上記針先部に所
    定の針圧を付加することを特徴とするプローブカード。
  2. 上記応力解放孔は、隣り合う上記プローブ間に形成されていることを特徴とする請求項
    に記載のプローブカード。
  3. 上記応力解放孔は、2次元配置された上記プローブのそれぞれを取り囲むように形成さ
    れていることを特徴とする請求項2に記載のプローブカード。
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