JP7039259B2

JP7039259B2 - プローブヘッド

Info

Publication number: JP7039259B2
Application number: JP2017221180A
Authority: JP
Inventors: 喜彦櫻井; 宏石槫; 大輔細川
Original assignee: Yokowo Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: TWI788461B; EP3712622A4; WO2019098079A1; EP3712622A1; US20200393496A1; US11519938B2; TW201923359A; JP2019090760A

Description

本発明は、例えばウェハ上に形成されたＩＣの電気的検査に用いられるプローブヘッドに関する。

一般に、プローブヘッドは、シグナルプローブ及びグランドプローブ、並びに各プローブを支持するピンブロック及びピンプレートなどで構成される。

特開２０１３－１３４９８２号公報

特許文献１に示される従来のプローブヘッドは、ピンブロックが樹脂製のため、グランドプローブのインダクタンス値が高く、信号の特性が悪いという課題があった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、グランドプローブのインダクタンス値を低減することの可能なプローブヘッドを提供することにある。

本発明のある態様は、プローブヘッドである。このプローブヘッドは、
シグナルプローブと、
第１グランドプローブと、
前記シグナルプローブ及び前記第１グランドプローブが貫通するピンブロックと、を備え、
前記ピンブロックは、少なくとも一部に導電性を有し、かつ、前記第１グランドプローブと導通し、前記シグナルプローブとは導通せず、
前記ピンブロックの被検査デバイス側の表面に絶縁性膜が設けられている。

前記絶縁性膜が、シートないしフィルムであってもよい。

前記絶縁性膜が、塗布された絶縁性物質であってもよい。

前記絶縁性膜が、前記ピンブロックに固着していてもよい。

前記ピンブロックが、金属であってもよい。

前記ピンブロックが、表面が金属コーティングされた絶縁体であってもよい。

前記ピンブロックと測定器側グランドとを導通させる第２グランドプローブを備えてもよい。

前記第２グランドプローブは、前記第１グランドプローブよりも短尺かつ大径であり、前記ピンブロックの測定器側の面に接触して前記ピンブロックと導通してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、グランドプローブのインダクタンス値を低減することの可能なプローブヘッドを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るプローブヘッド１の概略断面図。本発明の実施の形態２に係るプローブヘッド２の概略断面図。実施の形態２の構成において、第１グランドプローブ２０の両端間のインダクタンス値が0.059nHである実施例に係るプローブヘッドの概略断面図。第１グランドプローブ２０の両端間のインダクタンス値が0.54nHである比較例に係るプローブヘッドの概略断面図。本発明の実施の形態３に係るプローブヘッド３の概略断面図。本発明の実施の形態４に係るプローブヘッド４の概略断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプローブヘッド１の概略断面図である。プローブヘッド１は、シグナルプローブ１０と、第１グランドプローブ２０と、ピンプレート４０と、ピンブロック５０と、ソルダーレジストフィルム６０と、を備える。

シグナルプローブ１０は、図示しない測定器側の検査用基板と図示しない被検査デバイスとの間で信号を伝達するためのプローブである。第１グランドプローブ２０は、前記検査用基板のグランド（測定器側グランド）と前記被検査デバイスのグランドとを互いに電気的に接続するためのプローブである。シグナルプローブ１０及び第１グランドプローブ２０は、共に銅又は銅合金等の金属からなる周知のプローブ（スプリングプローブ）を使用することができる。

シグナルプローブ１０は、第１プランジャー１１と、第２プランジャー１２と、導電性チューブ１３と、を含む。第１プランジャー１１及び第２プランジャー１２の基端部は、導電性チューブ１３内に収容される。導電性チューブ１３内には、第１プランジャー１１及び第２プランジャー１２を互いに離れる方向に付勢して第１プランジャー１１及び第２プランジャー１２に被検査デバイス及び検査用基板に対する接触力を付与する図示しないスプリング（コイルスプリング）が設けられる。第１グランドプローブ２０は、ここではシグナルプローブ１０と同一構成であり、第１プランジャー２１と、第２プランジャー２２と、導電性チューブ２３と、を含む。導電性チューブ２３には、第１プランジャー２１及び第２プランジャー２２を互いに離れる方向に付勢して第１プランジャー２１及び第２プランジャー２２に被検査デバイス及び検査用基板に対する接触力を付与する図示しないスプリング（コイルスプリング）が設けられる。なお、シグナルプローブ１０及び第１グランドプローブ２０は、互いに別構成であってもよい。

ピンプレート４０、ピンブロック５０、及びソルダーレジストフィルム６０は、測定器側から順に積層一体化され、シグナルプローブ１０及び第１グランドプローブ２０を支持する支持体を構成する。ピンプレート４０は、絶縁体（絶縁層）であって、例えばセラミックである。ピンプレート４０は、支持体のうち最も測定器側の層を構成する。ピンプレート４０は、複数層に分割されていてもよい。ピンブロック５０は、導電体（導電層）であって、例えば金メッキされた黄銅である。ピンブロック５０は、ピンプレート４０の被検査デバイス側の面上に設けられる。ピンブロック５０は、図示しない導通部により測定器側グランドと導通する。この導通部のインダクタンス値（ピンブロック５０と測定器側グランドとの間のインダクタンス値）は、第１グランドプローブ２０のうち第２プランジャー２２の先端から第１プランジャー２１とピンブロック５０との接触部までの部分のインダクタンス値よりも低い。ソルダーレジストフィルム６０は、絶縁性膜の例示であり、ピンブロック５０の被検査デバイス側の表面に設けられ（固着され）、支持体のうち最も被検査デバイス側の層を構成し、ピンブロック５０と被検査デバイスとの間に介在する。

互いに連通するピンプレート４０の貫通穴４１、ピンブロック５０の貫通穴５１、及びソルダーレジストフィルム６０の貫通穴６１に、シグナルプローブ１０が挿入（貫通）支持される。同様に、互いに連通するピンプレート４０の貫通穴４２、ピンブロック５０の貫通穴５２、及びソルダーレジストフィルム６０の貫通穴６２に、第１グランドプローブ２０が挿入（貫通）支持される。ピンプレート４０の貫通穴４１、４２がそれぞれ段付き穴となっていて、導電性チューブ１３、２３がそれぞれピンプレート４０から抜けないようになっている。

ピンブロック５０の貫通穴５１の内寸（内径）は、ピンプレート４０のピンブロック５０側の絞り部４１ａの内寸（内径）及びソルダーレジストフィルム６０の貫通穴６１の内寸（内径）よりも大きい。このため、シグナルプローブ１０の第１プランジャー１１は、ピンプレート４０及びソルダーレジストフィルム６０に支持され、第１プランジャー１１の外周面は、ピンブロック５０の貫通穴５１の内周面とは非接触である（第１プランジャー１１の外周面とピンブロック５０の貫通穴５１の内周面との間に空気層が介在して互いに絶縁される）。よって、第１プランジャー１１及びピンブロック５０は、互いに導通しない。

一方、ピンブロック５０の貫通穴５２の内寸（内径）は、ピンプレート４０のピンブロック５０側の絞り部４２ａの内寸（内径）及びソルダーレジストフィルム６０の貫通穴６２の内寸（内径）よりも小さい。このため、第１グランドプローブ２０の第１プランジャー２１は、ピンブロック５０の貫通穴５２の内周面に接触し支持される（第１プランジャー２１とピンブロック５０とは互いに導通する）。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) ソルダーレジストフィルム６０を挟んで被検査デバイスと対向するピンブロック５０を、測定器側グランドと低インダクタンスの導通部により導通した金属とし、ピンブロック５０と導通する第１グランドプローブ２０を被検査デバイス側グランドに接触させる構成のため、ピンブロック５０は実質的に測定器側グランドとして機能し、測定器側グランドと被検査デバイス側グランドとの間の距離を小さくでき、測定器側グランドと被検査デバイス側グランドとの間のインダクタンス値（第１グランドプローブ２０の両端間のインダクタンス値）を低減でき、シグナルプローブ１０により伝達される信号の特性を良好にできる。これにより、シグナルプローブ１０と第１グランドプローブ２０との間の狭ピッチの要求等のために第１グランドプローブ２０としてインダクタンス値の低い大径のプローブを使うことができない場合にも好適に対応可能となる。

(2) シグナルプローブ１０とピンブロック５０との間の絶縁は、両者の間に空気層を介するだけで足りるため、別途インシュレータリングや絶縁性チューブを使用する必要がなく、部品点数が少なくて済むため、組立性及びコスト面で有利である。

(3) シグナルプローブ１０と第１グランドプローブ２０のプリロード荷重（第２プランジャー１２、２２の先端を検査用基板の電極に押し付けて導電性チューブ１３、２３内のスプリングが圧縮されることによる荷重）を受け、ピンプレート４０が被検査デバイス側へ反るが、この反りを金属であるピンブロック５０で受けるため、ピンブロック５０が樹脂である場合と比較して、ピンブロック５０が薄くてもプリロード荷重による反りを抑制できる。このため、支持体を構成するピンプレート４０、ピンブロック５０、及びソルダーレジストフィルム６０の全体を薄型化（低背化）でき、シグナルプローブ１０と第１グランドプローブ２０を短尺化して信号の特性を良好にできる。

(4) 金属であるピンブロック５０がプリロード荷重によるプローブヘッド１の反りを抑制するため、ソルダーレジストフィルム６０は、プリロード荷重に対する反り抑制の役割を持つ必要がなく、被検査デバイスとピンブロック５０との間の絶縁に必要な最低限の厚さとすることができる。よって、支持体の薄型化に有利であると共に、測定器側グランドとして機能するピンブロック５０と被検査デバイスとの間の距離を小さくすることができ、測定器側グランドと被検査デバイス側グランドとの間のインダクタンス値を低減でき、シグナルプローブ１０により伝達される信号の特性を良好にできる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るプローブヘッド２の概略断面図である。プローブヘッド２は、実施の形態１のプローブヘッド１と異なり、ピンプレート４０とピンブロック５０との間に、中間層４５が設けられている。中間層４５は、絶縁体（絶縁層）であって、例えば樹脂である。本実施の形態のピンプレート４０及び中間層４５は、実施の形態１のピンプレート４０の測定器側部分とピンブロック５０側部分にそれぞれ対応する。本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様である。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

図３は、実施の形態２の構成において、第１グランドプローブ２０の両端間のインダクタンス値が0.059nHである実施例に係るプローブヘッドの概略断面図である。図３に示すように、ピンプレート４０の厚さは０．５ｍｍ、中間層４５の厚さは１．１５ｍｍ、ピンブロック５０の厚さは０．３ｍｍ、ソルダーレジストフィルム６０の厚さは０．０５ｍｍ、シグナルプローブ１０と第１グランドプローブ２０の配置ピッチは０．１５ｍｍとした。また、シグナルプローブ１０及び第１グランドプローブ２０はベリリウム銅、ピンプレート４０はマシナブルセラミック、中間層４５はポリエステル、ピンブロック５０は表面が金メッキされた黄銅とした。その結果、第１グランドプローブ２０の両端間のインダクタンス値を0.059nHまで低減できた。

図４は、第１グランドプローブ２０の両端間のインダクタンス値が0.54nHである比較例に係るプローブヘッドの概略断面図である。本比較例では、シグナルプローブ１０及び第１グランドプローブ２０を支持する支持体は、ピンプレート８４０及びピンブロック８５０の二層である。図４に示すように、ピンプレート８４０の厚さは０．５ｍｍ、ピンブロック８５０の厚さは１．５ｍｍとした。ピンプレート８４０はマシナブルセラミック、ピンブロック８５０はポリエステルとした。その他の条件は、図３と同じとした。本比較例では、ピンブロック８５０が樹脂製のため、第１グランドプローブ２０の両端間のインダクタンス値は0.54nHと高かった。以上より、図３の実施例のようにピンブロック５０を金属とした場合のインダクタンス値の低減効果が明らかとなった。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係るプローブヘッド３の概略断面図である。プローブヘッド３は、実施の形態１のプローブヘッド１と異なり、ピンブロック５０は、表面が金属コーティングされた絶縁体（例えばセラミック）である。但し、ピンブロック５０の表面のうち、シグナルプローブ１０の第１プランジャー１１及び導電性チューブ１３を収容する貫通穴５１の内面は金属コーティングされず、これによりシグナルプローブ１０とピンブロック５０との間の絶縁が確保されている。本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様である。プリロード荷重によるピンブロック５０の反り抑制の観点では実施の形態１のほうが優れるものの、その他の点においては、本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係るプローブヘッド４の概略断面図である。プローブヘッド４は、実施の形態１のプローブヘッド１の構成に加え、第２グランドプローブ３０を備える。第２グランドプローブ３０は、実施の形態１において図示を省略した導通部（ピンブロック５０を測定器側グランドと導通する導通部）の一例に相当する。第２グランドプローブ３０は、シグナルプローブ１０及び第１グランドプローブ２０と同様に、銅又は銅合金等の金属からなる周知のプローブ（スプリングプローブ）の構成を適用できる。但し、第２グランドプローブ３０を構成する第１プランジャー３１、第２プランジャー３２、及び導電性チューブ３３は、それぞれ第１グランドプローブ２０の第１プランジャー２１、第２プランジャー２２、及び導電性チューブ２３よりも大径である。また、第２グランドプローブ３０は、第１グランドプローブ２０よりも短尺であり、ピンブロック５０を貫通せず、ピンブロック５０の測定器側の面に接触してピンブロック５０と導通する。本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、大径かつ短尺の第２グランドプローブ３０により、第１グランドプローブ２０に近接した位置において測定器側グランドとピンブロック５０とを導通させるため、第１グランドプローブ２０のインダクタンス値の低減効果が一層高められる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

絶縁性膜は、シートないしフィルムである絶縁体をピンブロック５０の被検査デバイス側の表面に固着したものに限定されず、ピンブロック５０の被検査デバイス側の表面に塗布されて固着された絶縁性物質であってもよい。各プローブは、実施の形態で例示した構成に限定されず、様々な形態のスプリングプローブを用いることができる。

１～４プローブヘッド、
１０シグナルプローブ、１１第１プランジャー、１２第２プランジャー、１３導電性チューブ、
２０第１グランドプローブ、２１第１プランジャー、２２第２プランジャー、２３導電性チューブ、
３０第２グランドプローブ、３１第１プランジャー、３２第２プランジャー、３３導電性チューブ、
４０ピンプレート、４１貫通穴、４１ａ絞り部、４２貫通穴、４２ａ絞り部、
５０ピンブロック、５１貫通穴、５２貫通穴、
６０ソルダーレジストフィルム（絶縁性膜）、６１貫通穴、６２貫通穴

Claims

シグナルプローブと、
第１グランドプローブと、
前記シグナルプローブ及び前記第１グランドプローブが貫通し、積層した、絶縁支持体、ピンブロック、絶縁性膜、を備え、
前記絶縁支持体は、最も測定器側に位置し、
前記ピンブロックは、少なくとも一部に導電性を有し、かつ、前記第１グランドプローブと接触して導通し、前記シグナルプローブとは導通せず、
前記ピンブロックと測定器側グランドとの間のインダクタンス値が、前記第１グランドプローブの測定器側の先端と前記接触部分との間のインダクタンス値よりも低く、
前記ピンブロックの被検査デバイス側の表面に前記絶縁性膜が設けられ、
前記絶縁性膜は、前記シグナルプローブと前記第１グランドプローブのうち、当該シグナルプローブのみを支持する、プローブヘッド。
前記絶縁性膜が、シートないしフィルムである、請求項１に記載のプローブヘッド。
前記絶縁性膜が、塗布された絶縁性物質である、請求項１に記載のプローブヘッド。
前記絶縁性膜が、前記ピンブロックに固着している、請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
前記ピンブロックが、金属である、請求項１から４のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
前記ピンブロックが、表面が金属コーティングされた絶縁体である、請求項１から４のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
前記ピンブロックと測定器側グランドとを導通させる第２グランドプローブを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
前記第２グランドプローブは、前記第１グランドプローブよりも短尺かつ大径であり、前記ピンブロックの測定器側の面に接触して前記ピンブロックと導通する、請求項７に記載のプローブヘッド。
前記シグナルプローブ及び前記第１グランドプローブの貫通する方向において、前記絶縁支持体が前記ピンブロックよりも長い、請求項１から８のいずれか一項に記載のプローブヘッド。