バーチカルプローブおよびそれを用いたプローブヘッド
【課題】 屈曲部に柔軟性を持たせたバーチカルプローブと、このバーチカルプローブを備えた狭小ピッチ対応のプローブヘッドを提供する。
【解決手段】 プローブヘッド１は、プローブハウジング２と、傾斜して配置されたバーチカルプローブ３とを備え、プローブハウジング２の上面２ａには複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が設けられて、底面２ｆには第２のスルーホール２ｅ、２ｅ…が設けられ、第１のスルーホールおよび第２のスルーホール間に空洞部２ｍが形成され、これらの間にバーチカルプローブが挿着され、プローブ上部３ａおよびプローブ下部３ｂの幅より狭くなった屈曲部３ｅが設けられ、プローブ下部にはプローブ先端３ｄ側に向かって幅３ｇを更に狭くする段差３ｆを備え、段差がプローブハウジングの第２のスルーホールの淵部２ｇに係止され、バーチカルプローブは屈曲方向に変形して上下に伸縮して良好な電気的接続をする。
【解決手段】 プローブヘッド１は、プローブハウジング２と、傾斜して配置されたバーチカルプローブ３とを備え、プローブハウジング２の上面２ａには複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が設けられて、底面２ｆには第２のスルーホール２ｅ、２ｅ…が設けられ、第１のスルーホールおよび第２のスルーホール間に空洞部２ｍが形成され、これらの間にバーチカルプローブが挿着され、プローブ上部３ａおよびプローブ下部３ｂの幅より狭くなった屈曲部３ｅが設けられ、プローブ下部にはプローブ先端３ｄ側に向かって幅３ｇを更に狭くする段差３ｆを備え、段差がプローブハウジングの第２のスルーホールの淵部２ｇに係止され、バーチカルプローブは屈曲方向に変形して上下に伸縮して良好な電気的接続をする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の多電極半導体デバイスの検査用のプローブ、およびこのプローブを用いたプローブヘッドに関し、特に、垂直方向に沿って屈曲部を有するバーチカルプローブを挿着した極小狭ピッチ対応のプローブヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスは一般に矩形に形成され、その縁辺およびエリアに配列された多数の端子電極（以下、単に「電極」と略す）を設けている。
このようなデバイスは製造中の検査工程において、単品毎またはウエハ全体での動作試験などが行われ、大量生産品から不良品を排除するように品質管理される。その際、各半導体デバイス毎に専用のプローブカードが用いられる。このプローブカードにはプローブヘッドが備えられ、プローブヘッドに備えられたプローブの先端が半導体デバイスなどの電子デバイスの電極であるテスト端子に接触することによって検査がなされる。
【０００３】
図９は、従来のバーチカルプローブおよびプローブヘッドの概略を示し、（ａ）はバーチカルプローブがコンタクトする前のプローブヘッドを示す斜視図、（ｂ）はバーチカルプローブがコンタクトしたときのプローブヘッドを示す斜視図である。
図９の（ａ）に示すように、プローブヘッド１０１は、バーチカルプローブ１０２、プローブハウジング１０３、およびインターポーザ１０４を備えている。
このバーチカルプローブ１０２は、被検査対象である電子デバイス１０５のテスト端子１０５ａに接触して電気的に導通を有するプローブ先端１０２ａと、電気信号測定装置（図略）に電気信号を伝達するインターポーザ１０４と接触して電気的に導通を有するプローブ後端１０２ｂとを備えている。そして、プローブ先端１０２ａを含む直線部で形成された部分をプローブ下部１０２ｃと称し、プローブ後端１０２ｂを含んで垂直に延びたバーチカルプローブ１０２の垂直軸芯に向かって延出した形状に形成された部分をプローブ上部１０２ｄと称したとき、この延出して形成された長さはバーチカルプローブ１０２の自然長における屈曲方向の投影長さに形成され、さらに第１の開口１０３ａに隙間を有して摺動可能に形成されている。そして、プローブ下部１０２ｃとプローブ上部１０２ｄとの間にバーチカルプローブ１０２の長手方向に沿って左右に屈曲する屈曲部１０２ｅを備えている。このバーチカルプローブ１０２のプローブ後端１０２ｂには凸形状の導電端子１０２ｆを形成している。
【０００４】
図９の（ｂ）に示すように、図中に示す矢印はバーチカルプローブ１０２が伸縮するときの屈曲方向を示している。このバーチカルプローブ１０２の屈曲部１０２ｅは、複数の曲点を有して形成されている。この複数の曲点の数は４つとし、その形状は、例えば、４つの曲点を有するＳ字状に屈曲したＳ字状屈曲部である。プローブハウジング１０３は、バーチカルプローブ１０２をプローブ先端１０２ａ側から挿入可能な第１の開口１０３ａを有する上部スルーホール１０３ｃと、プローブ先端１０２ａを電子デバイス１０５側に突出させる第２の開口１０３ｂを有する下部スルーホール１０３ｄとを備えている。さらにプローブハウジング１０３は、上部スルーホール１０３ｃを有する上部シリコン基板１０３ｅと、下部スルーホール１０３ｄを有する下部シリコン基板１０３ｆとを備えている。上部スルーホール１０３ｃは、上部シリコン基板１０３ｅの上方に形成されており、かつ、下部スルーホール１０３ｄは、下部シリコン基板１０３ｆの下方に形成されている。そして上部スルーホール１０３ｃと下部スルーホール１０３ｄとの間には屈曲部１０３ｅの非屈曲方向の位置を支持する空洞部１０３ｇを備えている。さらに下部スルーホール１０３ｄの下部シリコン基板１０３ｆには、入り勝手部１０３ｈが形成されている。この入り勝手部１０３ｈはカーブを描いて形成されたバーチカルプローブ１０２を上方から挿入するときに、所定の下部スルーホール１０３ｄに容易に挿着できるようにしたものであり、かつ、バーチカルプローブ１０２を下方にずれ落ちないように支える箇所である。第１の開口１０３ａは、バーチカルプローブ１０２をそのまま上方から挿入脱着可能に形成され、その一辺の長さはバーチカルプローブ１０２の屈曲方向の投影長さ１０３ａａ、他辺の長さはバーチカルプローブ１０２の非屈曲方向の断面長さ１０３ａｂであり、屈曲した形状を備えたバーチカルプローブ１０２を第１の開口１０３ａからそのまま自然落下させるように挿入できる。また、第２の開口１０３ｂはバーチカルプローブ１０２を摺動可能に形成されている。これによって、複数のバーチカルプローブ１０２の屈曲部１０２ｅは、互いに干渉せずに屈曲可能に並設され、屈曲するときに互いに接触を避ける方向に逃げ、互いに独立した電気信号の導通を可能とする（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１０―２３８７９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスを検査する場合、これらの半導体デバイスは微細化が進むとプロービングのＺストロークおよび狭小ピッチを確保するのが益々厳しくなっている。そのため、１）プローブをプローブハウジングに挿入し易く交換が容易な点、２）プローブが座屈によるストレスを生じることなく互いに干渉せずに屈曲可能に並設される点、３）プローブのプローブ先端位置の精度が容易に維持される点、４）プローブ後端の導電端子によって多点接触構造の安定が図れる点、５）電気信号を取り出す複数の導電端子の間隔を広げることでファンアウト構造が図れる点、６）プローブ先端を微小間隔にすることによって正味の抵抗値を正確に測定可能なケルビンコンタクトにできる点、７）パワーデバイス対応のプローブ針を形成できる点、８）シールドコンタクトに対応できる点などの効果を有するプローブヘッドが開示されている。
本発明は、さらに前記課題を解決するために創案されたものであり、屈曲部に更なる柔軟性を持たせたバーチカルプローブと、このバーチカルプローブを備えた更なる狭小ピッチのプローブヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明のバーチカルプローブは、被検査対象である電子デバイスのテスト端子に接触して電気的に導通を有するプローブ先端と、電気信号測定装置に信号を伝達するインターポーザの接続端子に接触して電気的に導通を有するプローブ後端と、を備えるバーチカルプローブにおいて、前記プローブ先端を含む直線部で形成された部分をプローブ下部と称し、前記プローブ後端を含む直線部で形成された部分をプローブ上部と称したとき、前記プローブ下部と前記プローブ上部との間に屈曲部を備え、この屈曲部は、前記バーチカルプローブを伸縮させる方向である前記バーチカルプローブの長手方向を垂直方向と称し、この垂直方向に対して直角な水平方向に突出して屈曲した屈曲部であって、前記屈曲した前記水平方向を前記バーチカルプローブの幅方向、前記屈曲部の横断面の屈曲しない方向を厚さ方向と称したとき、前記屈曲部の屈曲方向の幅は、前記プローブ上部および前記プローブ下部の前記幅より狭くなっていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバーチカルプローブであって、前記屈曲部の幅の変化は、前記プローブ上部、前記屈曲部、および前記プローブ下部へ曲線的に変化していることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のバーチカルプローブであって、前記プローブ下部には前記プローブ先端側に向かって前記幅を狭くする段差を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のバーチカルプローブであって、前記プローブ下部には前記厚さ方向に突起した凸部を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明のプローブヘッドは、請求項１に係る前記バーチカルプローブおよび請求項４に係る前記凸部を前記プローブ先端側から挿入可能な第１のスルーホールと、前記プローブ先端を前記電子デバイス側に突出させる第２のスルーホールとを有するプローブハウジングを備え、前記第１のスルーホールと前記第２のスルーホールとの間に前記屈曲部の非屈曲方向の位置を摺動可能に支持する空洞部を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプローブヘッドであって、前記プローブハウジングは、前記第１のスルーホールを有する上部シリコン基板と、前記第２のスルーホールを有する下部シリコン基板とを備え、前記第１のスルーホールは、前記上部シリコン基板の上方に形成され、かつ、前記第２のスルーホールは、前記下部シリコン基板の下方に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のプローブヘッドであって、前記上部シリコン基板と前記下部シリコン基板には、前記第１のスルーホール、前記空洞部、および前記第２のスルーホールまで連続した溝状の凹部を備え、この凹部に前記凸部を嵌合させることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のプローブヘッドであって、前記電子デバイスには縦横に配置されたテスト端子が備えられ、前記テスト端子に対応して配置された前記バーチカルプローブを挿入する前記第１のスルーホールおよび第２のスルーホールは、前記縦横に配置された前記テスト端子の位置に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のプローブヘッドであって、前記傾斜した角度は、４５°および６３°のいずれか一方であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、バーチカルプローブにおいて、プローブ下部とプローブ上部との間に設けられた屈曲部の屈曲方向の幅を、プローブ上部およびプローブ下部の幅より狭くすることによって、屈曲部に更なる柔軟性を持たせたバーチカルプローブと、このバーチカルプローブを備えた更なる狭小ピッチのプローブヘッドを提供することができる。また、上部スルーホールおよび下部スルーホールの側壁は、それぞれのスルーホールの間隔が被検査デバイスの電極配置に従って決定され、アイソレーションの仕切りとなり、電位差をシリコン絶縁膜で防ぐことができる。また、バーチカルプローブが垂直方向に対して伸縮するバネであり弾性変形するため、座屈によるストレスを生じさせることなく、隣接するバーチカルプローブが互いに干渉せずに屈曲可能に並設されており、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易で、バーチカルプローブを支持する縦方向、横方向、および垂直方向の位置精度が一定に保たれてプローブ先端位置の精度が容易に維持される。
【００１７】
また、バーチカルプローブを第１のスルーホールから挿入脱着可能で、バーチカルプローブを第２のスルーホールへ摺動可能に嵌着させることによって、座屈によるストレスを生じさせることなく、隣接するバーチカルプローブが互いに干渉せずに屈曲可能に並設され、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易で、バーチカルプローブを支持する縦方向、横方向、および垂直方向の位置精度が一定に保たれてプローブ先端位置の精度が容易に維持される。そして、バーチカルプローブの屈曲部は、複数の曲点を有して形成されており、この複数の曲点の数は３つとし、その形状は、例えば、３つの曲点を有するＳ字状に屈曲したＳ字状屈曲部である。また、同じく３つの曲点を有するくの字状に屈曲した、くの字状屈曲部としても構わない。これはバーチカルプローブが曲点を支点にしてカーブして全長を縮めてバネとして働くもので座屈によるものではない。また、複数の曲点を有して形成されておれば良く、このように３つの曲点に限定することなく、４つでもそれ以上であっても構わない。これに伴って形成される形状もこれらに限定するものではない。このバーチカルプローブの屈曲部によって、バーチカルプローブは第１のスルーホールから第２のスルーホールへ通じる空洞部の側壁で支持されて摺動可能に嵌着されているので、バーチカルプローブはその軸中心に回動することはなく、垂直方向の位置も一定に支持されている。すなわち、プローブ先端位置は一定で、ぶら下がっていないため、垂直方向への位置ずれもない。しかも、強制せずにフリーで支持されている。また、複数のバーチカルプローブの屈曲部は、互いに干渉せずに屈曲可能に並設されているため、屈曲するときに互いに接触を避ける方向に逃げ、互いに独立した電気信号の導通を可能とする。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、屈曲部の幅がプローブ上部、屈曲部、およびプローブ下部へ曲線的に変化していることによって、応力の集中もなく滑らかに狭幅部を得ることができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、プローブ下部にプローブ先端側に向かって幅を狭くする段差を備えることによって、この段差がプローブハウジングの第２のスルーホールの淵部に掛り、垂直方向である上下位置を一定に維持することができて、抜け落ちることが無い。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、プローブ下部に、バーチカルプローブの屈曲部の横断面の非屈曲方向の厚さ方向に突起した凸部を備えることによって、この凸部がプローブハウジングに設けられた溝状の凹部に嵌合して、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易である。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、第１のスルーホールと第２のスルーホールとの間に屈曲部の非屈曲方向の位置を支持する空洞部を備えることによって、互いのバーチカルプローブ間の前後位置を一定に維持することができ、接触することがないため安定したプロービングが可能となる。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、第１のスルーホールが上部シリコン基板の上方に形成され、かつ、第２のスルーホールが下部シリコン基板の下方に形成されていることによって、その間に、バーチカルプローブが伸縮可能な空洞部を確保することができる。また、上部シリコン基板と下部シリコン基板との間に１層、または複数層の中間部シリコン基板を積層してプローブハウジングを形成しても構わない。また、上部シリコン基板の下面と下部シリコン基板の上面とが、面接触により分子間で直接接合されることによって、接着材を用いることなく、上部シリコン基板と下部シリコン基板を容易に接合することができる。なお、接着材を用いて接合するようにしても構わない。さらに、中間部シリコン基板が、上部シリコン基板、および下部シリコン基板にそれぞれ面接触により分子間で直接接合される。
【００２３】
請求項７に係る発明によれば、プローブヘッドが、上部シリコン基板と下部シリコン基板に、第１のスルーホール、空洞部、および第２のスルーホールまで連続した溝状の凹部を備えることによって、この凹部が、バーチカルプローブに設けられた凸部と嵌合して、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易である。
【００２４】
請求項８および請求項９に係る発明によれば、電子デバイスのテスト端子に対応してバーチカルプローブが傾斜して配置されることによって、さらに狭小ピット化が可能となった。４５°傾斜させることによって従来に比べて５０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。また６３°傾斜させることによって従来に比べて４０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。
【００２５】
また、バーチカルプローブと接触するシリコン基板の表面に、酸化膜を形成することによって、それぞれのバーチカルプローブは互いに独立した電気信号の導通を可能とし、そしてプローブハウジングは電気的に絶縁されているため、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。また、プローブハウジングが絶縁コーティング処理を施されない場合は、プローブ先端を除いてバーチカルプローブを絶縁コーティング処理する必要がある。この場合は、プローブハウジングのＳｉＯ２処理またはＤＬＣコーティング処理が不要となりコスト低減ができる。また、このとき、プローブハウジングを金属（メタル）で形成することも可能である。バーチカルプローブを絶縁コーティング処理しない場合、プローブハウジングに酸化膜またはＤＬＣコーティングが施されて絶縁膜を形成している。このように、シリコン基板の表面に酸化膜を形成することによって、面接触により分子間で直接接合され、接着材を用いることなく、上部シリコン基板、中間部シリコン基板、および下部シリコン基板を容易に接合することができるとともに、このときプローブハウジングは電気的に絶縁されているため、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。
【００２６】
プローブ上部は、プローブ先端を含むバーチカルプローブの垂直軸芯から離れた側の第１のスルーホールの一端に接触し、バネ性を有するバーチカルプローブを付勢して装着したとき、およびバーチカルプローブが収縮したときの少なくとも一方のときに第１のスルーホールの一端を押圧するように接触するため、バーチカルプローブは第１のスルーホールの側壁に押圧されて、ずれ落ちることもなく位置決め精度も良い。また、横断面矩形状のバーチカルプローブのプローブ上部は周囲全体が第１のスルーホールとの摩擦接触で支持されるため固定できる。また、バネ性を有するバーチカルプローブを付勢して挿着するとしたが、付勢せずに挿着しても良い。この場合、プローブ上部は必ずしも第１のスルーホールの側壁に押圧されることはないが、主に第２のスルーホールの淵で支持されており、プローブハウジングから抜け落ちることもなくプロービングの位置精度も良い。
【００２７】
また、上部シリコン基板と下部シリコン基板とを含んだ組み立て後のプローブハウジング全面にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティングを施すことによって、プローブハウジングは電気的に絶縁されているため、絶縁性が向上するとともに、摩擦が小さくなるため摺動性がアップする。また、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。
【００２８】
また、ＭＥＭＳ技術によって、形成されているため、従来のシリコンプロセスのエッチング又はレーザー加工技術により、容易にマイクロ機械構造を形成でき、機械的要素と電子回路要素を融合したシステムを構築できる。特に、精密加工性などの優れた特徴があり、小型化、高精度化、高信頼性化、低消費電力化、および経済性向上などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態のプローブヘッドの構成を説明するための概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ―Ａ線の断面図、(ｃ)は（ｂ）に示すＣ―Ｃ線の端面図、（ｄ）（ｅ）は（ｂ）に示すＢ部の変形例を説明するための拡大図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプローブハウジングの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１に示すＡ―Ａ線のプローブハウジングの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＥ―Ｅ線の断面図、（ｄ）は（ａ）に示すＦ―Ｆ線の断面図、（ｅ）は（ａ）に示すＧ―Ｇ線の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１の（ｂ）に示すバーチカルプローブの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＲ部の拡大図、（ｄ）は（ｃ）の側面図、（ｅ）は（ｄ）に示すＳ矢視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの動作を説明するための概略図であり、（ａ）はコンタクト前を示すプローブヘッドの断面図、（ｂ）はコンタクト後を示すプローブヘッドの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプローブハウジングの形成タイプを示す概略図であり、（ａ）はウエハ全面が一つのプローブハウジングを示す平面図、（ｂ）はウエハ上に複数配置されたプローブハウジングを示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るバーチカルプローブをプローブハウジングに挿着する配置を示す概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを縦横に配置した上面図、（ｂ）はバーチカルプローブを４５°傾斜して配置した上面図、（ｃ）はバーチカルプローブを６３°傾斜して配置した上面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るプローブハウジングに配置したバーチカルプローブの配置形態を示し、隣接ピッチの比較を説明する概略図であり、（ａ）は隣接するピッチを縦横に配置した上面図、（ｂ）は隣接するピッチを４５°傾斜させた上面図、（ｃ）は隣接するピッチを６３°傾斜させた上面図、（ｄ）は傾斜角度を説明する説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係るプローブハウジングに装着された、偏心量の大きなバーチカルプローブを示し、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ´―Ａ´線の断面図である。
【図９】従来のバーチカルプローブおよびプローブヘッドを説明するための概略図であり、（ａ）は横断面が矩形状に形成されたバーチカルプローブがコンタクトする前のプローブヘッドを示す斜視図、（ｂ）はバーチカルプローブがコンタクトしたときのプローブヘッドを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の構成を説明するための概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ―Ａ線の断面図、(ｃ)は（ｂ）に示すＣ―Ｃ線の端面図、（ｄ）（ｅ）は（ｂ）に示すＢ部の変形例を説明するための拡大図である。
図１の（ａ）に示すように、プローブヘッド１はプローブハウジング２とバーチカルプローブ３とを備えている。プローブハウジング２の上面２ａには複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が設けられている。この第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…は矩形状の縦横に配置されている。そしてこの第１のスルーホール２ｂにはそれぞれバーチカルプローブ３が摺動可能に嵌着されている。実線はバーチカルプローブ３の上面部を示している。プローブハウジング２の上面２ａには、隣接するバーチカルプローブ３にそれぞれ第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…を設けて行く。そして、複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が配設されるピッチは、プローブハウジング２に配置する傾斜角度によって決まるので適宜変更可能である。例えばバーチカルプローブ３の全長は１〜３ｍｍ、バーチカルプローブ間のピッチは、０．０５〜０．１５ｍｍである。なお、これに限定するものではない。
【００３１】
図１の（ｂ）に示すように、バーチカルプローブ３は、被検査対象である電子デバイス５（図４参照）のテスト端子５ａ（図４参照）に接触して電気的に導通を有するプローブ先端３ｄと、電気信号測定装置（図略）に信号を伝達するインターポーザ４（図４参照）の接続端子に接触して電気的に導通を有するプローブ後端３ｃとを備える。プローブ先端３ｄを含む直線部で形成された部分をプローブ下部３ｂと称し、プローブ後端３ｃを含む直線部で形成された部分をプローブ上部３ａと称したとき、プローブ下部３ｂとプローブ上部３ａとの間に屈曲部３ｅを備え、この屈曲部３ｅは、バーチカルプローブ３を伸縮させる方向である垂直な長手方向に対して直角な水平方向に突出して屈曲した屈曲部３ｅであって、この屈曲部３ｅの屈曲方向の幅３ｇは、プローブ上部３ａおよびプローブ下部３ｂの幅より狭くなっている。また、幅３ｇは、プローブ上部３ａ、屈曲部３ｅ、およびプローブ下部３ｂへと連続して曲線的に変化している。これによれば、幅がプローブ上部、屈曲部、およびプローブ下部へ曲線的に変化していることによって、応力の集中もなく滑らかに狭幅部３ｇを得ることができる。
【００３２】
このバーチカルプローブ３は、プローブハウジング２の上面２ａからプローブ後端３ｃがわずかに突出している。これは後記（図４参照）するインターポーザ４の電極端子４ａによって、プローブ後端３ｃが押圧されてプローブハウジング２の上面２ａに対して面位置に付勢されて位置決めされ、そのバネ力によって電気的に良好な導通が図れるようにしている。プローブハウジング２の上方には第１のスルーホール２ｂが設けられているとともに、下方には第２のスルーホール２ｅが設けられている。また、プローブ下部３ｂにはプローブ先端３ｄ側に向かってプローブ下部３ｂの最大幅部３ｈを狭くする段差３ｆを備えている。これによれば、段差３ｆが第２のスルーホール２ｅの淵部２ｇに係止され、プローブ先端３ｄは第２のスルーホール２ｅから底面２ｆに突出して、プローブ先端３ｄがプローブハウジング２から抜け落ちることはない。そして、プローブ先端３ｄと段差３ｆとの間のプローブ先端３ｄ寄りに凸部３ｊが設けられている。
【００３３】
また、プローブハウジング２はシリコン基板で形成されており、第１のスルーホール２ｂを有する上部シリコン基板２ｊと、第２のスルーホール２ｅを有する下部シリコン基板２ｋとを備え、第１のスルーホール２ｂは、上部シリコン基板２ｊの上方に形成されており、かつ、第２のスルーホール２ｅは、下部シリコン基板２ｋの下方に形成されている。そして、接合部２ｈのところで上部シリコン基板２ｊと下部シリコン基板２ｋに分割されている。この接合部２ｈは面接触により分子間で直接接合されている。また、上部シリコン基板２ｊに設けられた第１のスルーホール２ｂと、下部シリコン基板２ｋに設けられた第２のスルーホール２ｅとの間には、屈曲部３ｅの非屈曲方向の位置を支持する空洞部２ｍが形成されている。このバーチカルプローブ３の屈曲部３ｅによって、バーチカルプローブ３の厚さ方向は、第１のスルーホール２ｂから第２のスルーホール２ｅへ通じる空洞部２ｍの側壁２ｎで支持されて摺動可能に嵌着されているので、バーチカルプローブ３はその軸中心に回動することはなく、併設されたバーチカルプローブの屈曲方向の間隔を一定に維持することができ、互いに干渉せずに屈曲可能に並設されているため、屈曲するときに互いに接触を避ける方向に逃げ、互いに独立した電気信号の導通を可能とする安定したプロービングが可能となる。また、バーチカルプローブ３は、図１の（ａ）に示すＡ―Ａ線における断面で示されているようにピッチＰ１で配設されている。
【００３４】
また、上部シリコン基板２ｊと下部シリコン基板２ｋとの間に１層の中間部シリコン基板を設けても構わないし、複数層の中間部シリコン基板（図略）を積層してプローブハウジングを形成しても構わない。また、上部シリコン基板２ｊの下面と下部シリコン基板２ｋの上面とが、面接触により分子間で直接接合されることによって、接着材を用いることなく、上部シリコン基板２ｊと下部シリコン基板２ｋを容易に接合することができる。なお、接着材を用いて接合するようにしても構わない。なお、中間部シリコン基板は、上部シリコン基板、および下部シリコン基板にそれぞれ面接触により分子間で直接接合される。
【００３５】
また、バーチカルプローブと接触するシリコン基板の表面に、酸化膜を形成することによって、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。そしてバーチカルプローブは互いに独立した電気信号の導通を可能とする。また、プローブハウジングに絶縁コーティング処理を施さない場合は、プローブ先端を除いてバーチカルプローブを絶縁コーティング処理する必要がある。この場合は、プローブハウジングのＳｉＯ２処理またはＤＬＣコーティング処理が不要となりコスト低減ができる。また、プローブハウジングを金属（メタル）で形成することも可能である。また、バーチカルプローブを絶縁コーティング処理しない場合、プローブハウジングに酸化膜またはＤＬＣコーティング処理を施して絶縁膜を形成している。このように、シリコン基板の表面に酸化膜を形成することによって、面接触により分子間で直接接合され、接着材を用いることなく、上部シリコン基板、中間部シリコン基板、および下部シリコン基板を容易に接合することができる。
【００３６】
これによれば、バーチカルプローブ３において、プローブ下部３ｂとプローブ上部３ａとの間に設けられた屈曲部３ｅの屈曲方向の幅３ｇは、プローブ上部３ａおよびプローブ下部３ｂの幅より狭くすることによって、屈曲部３ｅに更なる柔軟性を持たせたバーチカルプローブ３と、このバーチカルプローブ３を備えた更なる狭小ピッチのプローブヘッドを提供することができる。さらに、上部スルーホール２ｂおよび下部スルーホール２ｅの間の側壁２ｎは、それぞれのスルーホールの間隔が被検査デバイスの電極配置に従って決定され、アイソレーションの仕切りとなり、電位差をシリコン絶縁膜で防ぐことができる。また、バーチカルプローブ３が垂直方向に対して伸縮するバネであり弾性変形するため、バーチカルプローブ３に座屈によるストレスを生じさせることはない。また、バーチカルプローブ３は第１のスルーホール２ｂに挿入脱着可能で、第２のスルーホール２ｅをバーチカルプローブ３が摺動可能に嵌着させることによって、隣接するバーチカルプローブ３が互いに干渉せずに屈曲可能に並設されており、バーチカルプローブ３をプローブハウジング２に挿入し易く、バーチカルプローブ３の交換が容易で、バーチカルプローブ３を支持する縦方向、横方向、および垂直方向の位置精度が一定に保たれてプローブ先端位置の精度が容易に維持される。
【００３７】
次に、図１の(ｃ)に示すように、図１の（ｂ）に示すＣ―Ｃ線の端面図において、バーチカルプローブ３は側壁２ｎを挟んでピッチＰ２で配置され、側壁２ｎは絶縁の仕切りとなっている。厚さ方向とはバーチカルプローブ３の厚さであり一定である。この場合、バーチカルプローブ３の屈曲部３ｅの幅と厚さを同じサイズにしている。
また、図１の（ｄ）（ｅ）に示すように、図１の（ｂ）に示すＢ部は、プローブ先端３ｄの変形例であり、プローブ先端３ｄａ、およびプローブ先端３ｄｂのような形状をしている。そして（ｄ）に示すように、プローブ先端３ｄａがセンター軸から図中左方向にずれて形成されている。また、（ｅ）に示すように、プローブ先端３ｄｂがセンター軸から図中右方向にずれて形成されている。これらは用途に応じて適宜応用可能である。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１に示すＡ―Ａ線のプローブハウジングの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＥ―Ｅ線の断面図、（ｄ）は（ａ）に示すＦ―Ｆ線の断面図、（ｅ）は（ａ）に示すＧ―Ｇ線の断面図である。
図２の（ａ）に示すように、プローブハウジング２の上面２ａには複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が設けられている。この第１のスルーホール２ｂは上面２ａの縦横に配置されている。そして、プローブハウジング２の底面２ｆには複数の第２のスルーホール２ｅ、２ｅ…が設けられている。また、図２の（ｂ）に示す図は、後記する図２の（ｄ）に示すＨ―Ｈ線の断面図であり、上面２ａと底面２ｆとの間には側壁２ｎで仕切られた空洞部２ｍが形成されている。側壁２ｎ、２ｎ間にはピッチＰ２が設けられている。
【００３９】
図２の（ｃ）に示すように、第１のスルーホール２ｂと凹部２ｐが示され、第１のスルーホール２ｂ、２ｂ間のピッチを図中に示すようにピッチＰ２としている。
図２の（ｄ）に示すように、空洞部２ｍと凹部２ｐが示されている。
図２の（ｅ）に示すように、第２のスルーホール２ｅと凹部２ｐが示されている。
このように、第１のスルーホール２ｂと第２のスルーホール２ｅとの間に屈曲部３ｅの非屈曲方向の位置を支持する空洞部２ｍを備えることによって、互いのバーチカルプローブ３、３間の幅方向の前後位置をほぼ等間隔に維持することができ、接触することがないため安定したプロービングが可能となる。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１の（ｂ）に示すバーチカルプローブの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＲ部の拡大図、（ｄ）は（ｃ）の側面図、（ｅ）は（ｄ）に示すＳ矢視図である。
図３の（ａ）（ｂ）に示すように、このバーチカルプローブ３の屈曲部３ｅは、複数の曲点を有して形成されており、この複数の曲点の数は３つとし、その形状は、例えば、３つの曲点を有するＳ字状に屈曲したＳ字状屈曲部である。また、同じく３つの曲点を有するくの字状に屈曲した、くの字状屈曲部としても構わない。そしてこのバーチカルプローブ３が曲点を支点にしてカーブして全長を伸縮させてバネとして働くもので座屈によるものではない。また、複数の曲点を有して形成されておれば良く、このように３つの曲点に限定することなく、これに伴って形成される形状もこれらに限定するものではない。図３の（ｃ）（ｄ）に示すように、この凸部３ｊはメッキ層を突起状に積層させることによって形成している。これは凸部が形成されていれば良く他の方法でも構わない。この凸部３ｊは、プローブハウジング２の溝状の凹部２ｐと嵌合して、バーチカルプローブ３をプローブハウジング２に挿着する場合に、凸部３ｊを凹部２ｐに沿って摺動させることによって容易に挿入することができ、組み立てや修理に効果的である。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの動作を説明するための概略図であり、（ａ）はコンタクト前を示すプローブヘッドの断面図、（ｂ）はコンタクト後を示すプローブヘッドの断面図である。
図４の（ａ）に示すように、インターポーザ４がプローブハウジング２の上面２ａに接触して設けられている。このインターポーザ４には複数の接続端子４ａが設けられている。この接続端子４ａは配線４ｂで電気的測定回路（図略）に接続されている。図１の（ｂ）に示すプローブハウジング２から突出したプローブ後端３ｃは、接続端子４ａに押圧されて第２のスルーホール２ｅとの間に付勢されて固定されている。なお、プローブ先端３ｄは、電子デバイス５のテスト端子５ａの真上で接触を待機している。
【００４２】
次に、図４の（ｂ）に示すように、電子デバイス５が不図示の昇降装置によって上昇してテスト端子５ａがバーチカルプローブ３のプローブ先端３ｄと接触する。これによって、バーチカルプローブ３は収縮してプローブ先端３ｄは押込み量だけ上方に移動している。このとき複数のバーチカルプローブ３は互いに接触することなく独立して伸縮するため、プローブ先端３ｄやテスト端子５ａの平坦性のバラツキが吸収され、良好な電気導電性を得ることができる。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングの形成タイプを示す概略図であり、（ａ）はウエハ全面が一つのプローブハウジングを示す平面図、（ｂ）はウエハ上に複数配置されたプローブハウジングを示す平面図である。
図５の（ａ）（ｂ）に示すように、複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…を備えた上面２ａにおいて、バーチカルプローブ３は、図中の「バーチカルプローブの取付方向」と表示されている矢印方向に挿入されている。この「バーチカルプローブの取付方向」はこれに限るものではなく、バーチカルプローブ３の断面形状によって取付方向は異なっても構わない。このプローブハウジング２はウエハ６にＭＥＭＳ技術によって形成されている。これらのプローブハウジング２およびバーチカルプローブ３は、ＭＥＭＳ技術によって形成することができるため、従来のシリコンプロセスのエッチング又はレーザー加工技術により、容易にマイクロ機械構造を形成でき、機械的要素と電子回路要素を融合したシステムを構築できる。特に、精密加工性などの優れた特徴があり、小型化、高精度化、高信頼性化、低消費電力化、および経済性向上などの優れた効果がある。
【００４４】
図６は、本発明の実施形態に係るバーチカルプローブをプローブハウジングに挿着する配置を示す概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを縦横に配置した上面図、（ｂ）はバーチカルプローブを４５°傾斜して配置した上面図、（ｃ）はバーチカルプローブを６３°傾斜して配置した上面図である。
また図７は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングに配置したバーチカルプローブの配置形態を示し、図６に示すバーチカルプローブの隣接ピッチの比較を説明する概略図であり、（ａ）は隣接するピッチを縦横に配置した上面図、（ｂ）は隣接するピッチを４５°傾斜させた上面図、（ｃ）は隣接するピッチを６３°傾斜させた上面図、（ｄ）は傾斜角度を説明する説明図である。
図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、プローブハウジング１２、２２、２２´において、第１のスルーホール１２ｂ、２２ｂ、２２ｂ´が配置されている。このような配置も可能である。このように、バーチカルプローブ３の傾斜角度や第１のスルーホール１２ｂ、２２ｂ、２２ｂ´の配置は、適宜変更しても構わない。
【００４５】
詳細には、図６の（ａ）に示すように、バーチカルプローブ３は、縦に８個、横に８個の計６４個を配置した例で示している。図６の（ｂ）（ｃ）に示すように、バーチカルプローブ３間のピッチを同一としたまま、電子デバイス５のテスト端子５ａに対応してバーチカルプローブ３が傾斜して配置されることによって、狭小ピット化が可能となった。図６の（ｂ）においては、４５°傾斜させることによって従来の縦横に配置した場合と比べて５０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。また図６の（ｃ）に示すように、６３°傾斜させることによって従来に比べて４０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。この詳細を次に説明する。
【００４６】
図７の（ａ）に示すように、バーチカルプローブ３間の近接間隔Ｑが電気特性上必要な距離であり、ｘｙ縦横に配置されたバーチカルプローブ３の配置をピッチ１Ｐとしている。図７の（ｂ）に示すように、バーチカルプローブ３を４５°傾斜させて近接間隔Ｑを確保して配置した場合、バーチカルプローブ３の配置は１／√２ピッチＰ×１／√２ピッチＰとすることができる。さらに、図７の（ｃ）に示すように、バーチカルプローブ３を６３°傾斜させて近接間隔Ｑを確保して配置した場合、バーチカルプローブ３の配置は１／√５ピッチＰ×２／√５ピッチＰとすることができる。図７の（ｄ）に示すように、傾斜する角度を４５°および６３°とした理由は、縦横のｘｙの長さを１、１、√２、および１、２、√５としたことによる。
このように、傾斜角度を４５°として配置した場合、従来のｘｙピッチＰを１／√２ピッチＰ×１／√２ピッチＰとすることができ、５０％のエリアとすることができた。また、傾斜角度を６３°として配置した場合、従来のｘｙピッチＰを１／√５ピッチＰ×２／√５ピッチＰとすることができ、４０％のエリアとすることができた。
【００４７】
図８は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングに装着された、偏心量の大きなバーチカルプローブを示した変形例であり、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ´―Ａ´線の断面図である。
図８の（ａ）（ｂ）に示すように、バーチカルプローブ３３のプローブ後端３３ｃ側の軸芯と、プローブ先端３３ｄ側の軸芯が、大きく変位した変形例を示している。これによって、第２のスルーホール３２ｅの配置を適宜変更可能である。つまり、セルエリア３２ｃはバーチカルプローブ３３を上方から投影したエリアである。実線はバーチカルプローブ３３の上方の断面部を示し、下方の断面部は、バーチカルプローブ３３が途中で屈曲しているため鎖線のようにずれて示されている。プローブハウジング３２の上面３２ａには、隣接するセルエリア３２ｃにそれぞれ第１のスルーホール３２ｂ、３２ｂ…を設けて行く。
【００４８】
以上、好ましい実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することの無い範囲内において適宜変更が可能なものである。例えば、プローブ針は、４つの曲点を有するＳ字状屈曲部や、くの字状屈曲部として説明したが、座屈しない形状であればその他の形状でも構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の多電極半導体デバイスの検査用のプローブカードに備えられたプローブヘッド、特に、垂直方向に沿って屈曲部を有するプローブをプローブヘッドに挿着する構造を備えたプローブヘッドに適用される。
【符号の説明】
【００５０】
１ プローブヘッド
２、１２、２２、３２ プローブハウジング
２ａ 上面
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ 第１のスルーホール
２ｃ、３２ｃ セルエリア
２ｄ、３２ｄ 全セルエリア
２ｅ、３２ｅ 第２のスルーホール
２ｆ 底面
２ｇ 淵部
２ｈ 接合部
２ｊ 上部シリコン基板
２ｋ 下部シリコン基板
２ｍ、３２ｍ 空洞部
２ｎ 側壁
２ｐ 凹部、溝
３、１３、２３ バーチカルプローブ
３ａ プローブ上部
３ｂ プローブ下部
３ｃ、３３ｃ プローブ後端
３ｄ、３ｄａ、３ｄｂ プローブ先端
３ｅ、３３ｅ 屈曲部
３ｆ 段差
３ｇ 屈曲部の幅
３ｈ プローブ下部の最大幅
３ｊ 凸部、突起
４ インターポーザ
４ａ 接続端子
４ｂ 配線
５ 電子デバイス
５ａ テスト端子
６ ウエハ
Ｑ 近接間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の多電極半導体デバイスの検査用のプローブ、およびこのプローブを用いたプローブヘッドに関し、特に、垂直方向に沿って屈曲部を有するバーチカルプローブを挿着した極小狭ピッチ対応のプローブヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスは一般に矩形に形成され、その縁辺およびエリアに配列された多数の端子電極（以下、単に「電極」と略す）を設けている。
このようなデバイスは製造中の検査工程において、単品毎またはウエハ全体での動作試験などが行われ、大量生産品から不良品を排除するように品質管理される。その際、各半導体デバイス毎に専用のプローブカードが用いられる。このプローブカードにはプローブヘッドが備えられ、プローブヘッドに備えられたプローブの先端が半導体デバイスなどの電子デバイスの電極であるテスト端子に接触することによって検査がなされる。
【０００３】
図９は、従来のバーチカルプローブおよびプローブヘッドの概略を示し、（ａ）はバーチカルプローブがコンタクトする前のプローブヘッドを示す斜視図、（ｂ）はバーチカルプローブがコンタクトしたときのプローブヘッドを示す斜視図である。
図９の（ａ）に示すように、プローブヘッド１０１は、バーチカルプローブ１０２、プローブハウジング１０３、およびインターポーザ１０４を備えている。
このバーチカルプローブ１０２は、被検査対象である電子デバイス１０５のテスト端子１０５ａに接触して電気的に導通を有するプローブ先端１０２ａと、電気信号測定装置（図略）に電気信号を伝達するインターポーザ１０４と接触して電気的に導通を有するプローブ後端１０２ｂとを備えている。そして、プローブ先端１０２ａを含む直線部で形成された部分をプローブ下部１０２ｃと称し、プローブ後端１０２ｂを含んで垂直に延びたバーチカルプローブ１０２の垂直軸芯に向かって延出した形状に形成された部分をプローブ上部１０２ｄと称したとき、この延出して形成された長さはバーチカルプローブ１０２の自然長における屈曲方向の投影長さに形成され、さらに第１の開口１０３ａに隙間を有して摺動可能に形成されている。そして、プローブ下部１０２ｃとプローブ上部１０２ｄとの間にバーチカルプローブ１０２の長手方向に沿って左右に屈曲する屈曲部１０２ｅを備えている。このバーチカルプローブ１０２のプローブ後端１０２ｂには凸形状の導電端子１０２ｆを形成している。
【０００４】
図９の（ｂ）に示すように、図中に示す矢印はバーチカルプローブ１０２が伸縮するときの屈曲方向を示している。このバーチカルプローブ１０２の屈曲部１０２ｅは、複数の曲点を有して形成されている。この複数の曲点の数は４つとし、その形状は、例えば、４つの曲点を有するＳ字状に屈曲したＳ字状屈曲部である。プローブハウジング１０３は、バーチカルプローブ１０２をプローブ先端１０２ａ側から挿入可能な第１の開口１０３ａを有する上部スルーホール１０３ｃと、プローブ先端１０２ａを電子デバイス１０５側に突出させる第２の開口１０３ｂを有する下部スルーホール１０３ｄとを備えている。さらにプローブハウジング１０３は、上部スルーホール１０３ｃを有する上部シリコン基板１０３ｅと、下部スルーホール１０３ｄを有する下部シリコン基板１０３ｆとを備えている。上部スルーホール１０３ｃは、上部シリコン基板１０３ｅの上方に形成されており、かつ、下部スルーホール１０３ｄは、下部シリコン基板１０３ｆの下方に形成されている。そして上部スルーホール１０３ｃと下部スルーホール１０３ｄとの間には屈曲部１０３ｅの非屈曲方向の位置を支持する空洞部１０３ｇを備えている。さらに下部スルーホール１０３ｄの下部シリコン基板１０３ｆには、入り勝手部１０３ｈが形成されている。この入り勝手部１０３ｈはカーブを描いて形成されたバーチカルプローブ１０２を上方から挿入するときに、所定の下部スルーホール１０３ｄに容易に挿着できるようにしたものであり、かつ、バーチカルプローブ１０２を下方にずれ落ちないように支える箇所である。第１の開口１０３ａは、バーチカルプローブ１０２をそのまま上方から挿入脱着可能に形成され、その一辺の長さはバーチカルプローブ１０２の屈曲方向の投影長さ１０３ａａ、他辺の長さはバーチカルプローブ１０２の非屈曲方向の断面長さ１０３ａｂであり、屈曲した形状を備えたバーチカルプローブ１０２を第１の開口１０３ａからそのまま自然落下させるように挿入できる。また、第２の開口１０３ｂはバーチカルプローブ１０２を摺動可能に形成されている。これによって、複数のバーチカルプローブ１０２の屈曲部１０２ｅは、互いに干渉せずに屈曲可能に並設され、屈曲するときに互いに接触を避ける方向に逃げ、互いに独立した電気信号の導通を可能とする（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１０―２３８７９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスを検査する場合、これらの半導体デバイスは微細化が進むとプロービングのＺストロークおよび狭小ピッチを確保するのが益々厳しくなっている。そのため、１）プローブをプローブハウジングに挿入し易く交換が容易な点、２）プローブが座屈によるストレスを生じることなく互いに干渉せずに屈曲可能に並設される点、３）プローブのプローブ先端位置の精度が容易に維持される点、４）プローブ後端の導電端子によって多点接触構造の安定が図れる点、５）電気信号を取り出す複数の導電端子の間隔を広げることでファンアウト構造が図れる点、６）プローブ先端を微小間隔にすることによって正味の抵抗値を正確に測定可能なケルビンコンタクトにできる点、７）パワーデバイス対応のプローブ針を形成できる点、８）シールドコンタクトに対応できる点などの効果を有するプローブヘッドが開示されている。
本発明は、さらに前記課題を解決するために創案されたものであり、屈曲部に更なる柔軟性を持たせたバーチカルプローブと、このバーチカルプローブを備えた更なる狭小ピッチのプローブヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明のバーチカルプローブは、被検査対象である電子デバイスのテスト端子に接触して電気的に導通を有するプローブ先端と、電気信号測定装置に信号を伝達するインターポーザの接続端子に接触して電気的に導通を有するプローブ後端と、を備えるバーチカルプローブにおいて、前記プローブ先端を含む直線部で形成された部分をプローブ下部と称し、前記プローブ後端を含む直線部で形成された部分をプローブ上部と称したとき、前記プローブ下部と前記プローブ上部との間に屈曲部を備え、この屈曲部は、前記バーチカルプローブを伸縮させる方向である前記バーチカルプローブの長手方向を垂直方向と称し、この垂直方向に対して直角な水平方向に突出して屈曲した屈曲部であって、前記屈曲した前記水平方向を前記バーチカルプローブの幅方向、前記屈曲部の横断面の屈曲しない方向を厚さ方向と称したとき、前記屈曲部の屈曲方向の幅は、前記プローブ上部および前記プローブ下部の前記幅より狭くなっていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバーチカルプローブであって、前記屈曲部の幅の変化は、前記プローブ上部、前記屈曲部、および前記プローブ下部へ曲線的に変化していることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のバーチカルプローブであって、前記プローブ下部には前記プローブ先端側に向かって前記幅を狭くする段差を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のバーチカルプローブであって、前記プローブ下部には前記厚さ方向に突起した凸部を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明のプローブヘッドは、請求項１に係る前記バーチカルプローブおよび請求項４に係る前記凸部を前記プローブ先端側から挿入可能な第１のスルーホールと、前記プローブ先端を前記電子デバイス側に突出させる第２のスルーホールとを有するプローブハウジングを備え、前記第１のスルーホールと前記第２のスルーホールとの間に前記屈曲部の非屈曲方向の位置を摺動可能に支持する空洞部を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプローブヘッドであって、前記プローブハウジングは、前記第１のスルーホールを有する上部シリコン基板と、前記第２のスルーホールを有する下部シリコン基板とを備え、前記第１のスルーホールは、前記上部シリコン基板の上方に形成され、かつ、前記第２のスルーホールは、前記下部シリコン基板の下方に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のプローブヘッドであって、前記上部シリコン基板と前記下部シリコン基板には、前記第１のスルーホール、前記空洞部、および前記第２のスルーホールまで連続した溝状の凹部を備え、この凹部に前記凸部を嵌合させることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のプローブヘッドであって、前記電子デバイスには縦横に配置されたテスト端子が備えられ、前記テスト端子に対応して配置された前記バーチカルプローブを挿入する前記第１のスルーホールおよび第２のスルーホールは、前記縦横に配置された前記テスト端子の位置に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のプローブヘッドであって、前記傾斜した角度は、４５°および６３°のいずれか一方であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、バーチカルプローブにおいて、プローブ下部とプローブ上部との間に設けられた屈曲部の屈曲方向の幅を、プローブ上部およびプローブ下部の幅より狭くすることによって、屈曲部に更なる柔軟性を持たせたバーチカルプローブと、このバーチカルプローブを備えた更なる狭小ピッチのプローブヘッドを提供することができる。また、上部スルーホールおよび下部スルーホールの側壁は、それぞれのスルーホールの間隔が被検査デバイスの電極配置に従って決定され、アイソレーションの仕切りとなり、電位差をシリコン絶縁膜で防ぐことができる。また、バーチカルプローブが垂直方向に対して伸縮するバネであり弾性変形するため、座屈によるストレスを生じさせることなく、隣接するバーチカルプローブが互いに干渉せずに屈曲可能に並設されており、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易で、バーチカルプローブを支持する縦方向、横方向、および垂直方向の位置精度が一定に保たれてプローブ先端位置の精度が容易に維持される。
【００１７】
また、バーチカルプローブを第１のスルーホールから挿入脱着可能で、バーチカルプローブを第２のスルーホールへ摺動可能に嵌着させることによって、座屈によるストレスを生じさせることなく、隣接するバーチカルプローブが互いに干渉せずに屈曲可能に並設され、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易で、バーチカルプローブを支持する縦方向、横方向、および垂直方向の位置精度が一定に保たれてプローブ先端位置の精度が容易に維持される。そして、バーチカルプローブの屈曲部は、複数の曲点を有して形成されており、この複数の曲点の数は３つとし、その形状は、例えば、３つの曲点を有するＳ字状に屈曲したＳ字状屈曲部である。また、同じく３つの曲点を有するくの字状に屈曲した、くの字状屈曲部としても構わない。これはバーチカルプローブが曲点を支点にしてカーブして全長を縮めてバネとして働くもので座屈によるものではない。また、複数の曲点を有して形成されておれば良く、このように３つの曲点に限定することなく、４つでもそれ以上であっても構わない。これに伴って形成される形状もこれらに限定するものではない。このバーチカルプローブの屈曲部によって、バーチカルプローブは第１のスルーホールから第２のスルーホールへ通じる空洞部の側壁で支持されて摺動可能に嵌着されているので、バーチカルプローブはその軸中心に回動することはなく、垂直方向の位置も一定に支持されている。すなわち、プローブ先端位置は一定で、ぶら下がっていないため、垂直方向への位置ずれもない。しかも、強制せずにフリーで支持されている。また、複数のバーチカルプローブの屈曲部は、互いに干渉せずに屈曲可能に並設されているため、屈曲するときに互いに接触を避ける方向に逃げ、互いに独立した電気信号の導通を可能とする。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、屈曲部の幅がプローブ上部、屈曲部、およびプローブ下部へ曲線的に変化していることによって、応力の集中もなく滑らかに狭幅部を得ることができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、プローブ下部にプローブ先端側に向かって幅を狭くする段差を備えることによって、この段差がプローブハウジングの第２のスルーホールの淵部に掛り、垂直方向である上下位置を一定に維持することができて、抜け落ちることが無い。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、プローブ下部に、バーチカルプローブの屈曲部の横断面の非屈曲方向の厚さ方向に突起した凸部を備えることによって、この凸部がプローブハウジングに設けられた溝状の凹部に嵌合して、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易である。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、第１のスルーホールと第２のスルーホールとの間に屈曲部の非屈曲方向の位置を支持する空洞部を備えることによって、互いのバーチカルプローブ間の前後位置を一定に維持することができ、接触することがないため安定したプロービングが可能となる。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、第１のスルーホールが上部シリコン基板の上方に形成され、かつ、第２のスルーホールが下部シリコン基板の下方に形成されていることによって、その間に、バーチカルプローブが伸縮可能な空洞部を確保することができる。また、上部シリコン基板と下部シリコン基板との間に１層、または複数層の中間部シリコン基板を積層してプローブハウジングを形成しても構わない。また、上部シリコン基板の下面と下部シリコン基板の上面とが、面接触により分子間で直接接合されることによって、接着材を用いることなく、上部シリコン基板と下部シリコン基板を容易に接合することができる。なお、接着材を用いて接合するようにしても構わない。さらに、中間部シリコン基板が、上部シリコン基板、および下部シリコン基板にそれぞれ面接触により分子間で直接接合される。
【００２３】
請求項７に係る発明によれば、プローブヘッドが、上部シリコン基板と下部シリコン基板に、第１のスルーホール、空洞部、および第２のスルーホールまで連続した溝状の凹部を備えることによって、この凹部が、バーチカルプローブに設けられた凸部と嵌合して、バーチカルプローブをプローブハウジングに挿入し易く、バーチカルプローブの交換が容易である。
【００２４】
請求項８および請求項９に係る発明によれば、電子デバイスのテスト端子に対応してバーチカルプローブが傾斜して配置されることによって、さらに狭小ピット化が可能となった。４５°傾斜させることによって従来に比べて５０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。また６３°傾斜させることによって従来に比べて４０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。
【００２５】
また、バーチカルプローブと接触するシリコン基板の表面に、酸化膜を形成することによって、それぞれのバーチカルプローブは互いに独立した電気信号の導通を可能とし、そしてプローブハウジングは電気的に絶縁されているため、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。また、プローブハウジングが絶縁コーティング処理を施されない場合は、プローブ先端を除いてバーチカルプローブを絶縁コーティング処理する必要がある。この場合は、プローブハウジングのＳｉＯ２処理またはＤＬＣコーティング処理が不要となりコスト低減ができる。また、このとき、プローブハウジングを金属（メタル）で形成することも可能である。バーチカルプローブを絶縁コーティング処理しない場合、プローブハウジングに酸化膜またはＤＬＣコーティングが施されて絶縁膜を形成している。このように、シリコン基板の表面に酸化膜を形成することによって、面接触により分子間で直接接合され、接着材を用いることなく、上部シリコン基板、中間部シリコン基板、および下部シリコン基板を容易に接合することができるとともに、このときプローブハウジングは電気的に絶縁されているため、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。
【００２６】
プローブ上部は、プローブ先端を含むバーチカルプローブの垂直軸芯から離れた側の第１のスルーホールの一端に接触し、バネ性を有するバーチカルプローブを付勢して装着したとき、およびバーチカルプローブが収縮したときの少なくとも一方のときに第１のスルーホールの一端を押圧するように接触するため、バーチカルプローブは第１のスルーホールの側壁に押圧されて、ずれ落ちることもなく位置決め精度も良い。また、横断面矩形状のバーチカルプローブのプローブ上部は周囲全体が第１のスルーホールとの摩擦接触で支持されるため固定できる。また、バネ性を有するバーチカルプローブを付勢して挿着するとしたが、付勢せずに挿着しても良い。この場合、プローブ上部は必ずしも第１のスルーホールの側壁に押圧されることはないが、主に第２のスルーホールの淵で支持されており、プローブハウジングから抜け落ちることもなくプロービングの位置精度も良い。
【００２７】
また、上部シリコン基板と下部シリコン基板とを含んだ組み立て後のプローブハウジング全面にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティングを施すことによって、プローブハウジングは電気的に絶縁されているため、絶縁性が向上するとともに、摩擦が小さくなるため摺動性がアップする。また、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。
【００２８】
また、ＭＥＭＳ技術によって、形成されているため、従来のシリコンプロセスのエッチング又はレーザー加工技術により、容易にマイクロ機械構造を形成でき、機械的要素と電子回路要素を融合したシステムを構築できる。特に、精密加工性などの優れた特徴があり、小型化、高精度化、高信頼性化、低消費電力化、および経済性向上などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態のプローブヘッドの構成を説明するための概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ―Ａ線の断面図、(ｃ)は（ｂ）に示すＣ―Ｃ線の端面図、（ｄ）（ｅ）は（ｂ）に示すＢ部の変形例を説明するための拡大図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプローブハウジングの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１に示すＡ―Ａ線のプローブハウジングの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＥ―Ｅ線の断面図、（ｄ）は（ａ）に示すＦ―Ｆ線の断面図、（ｅ）は（ａ）に示すＧ―Ｇ線の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１の（ｂ）に示すバーチカルプローブの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＲ部の拡大図、（ｄ）は（ｃ）の側面図、（ｅ）は（ｄ）に示すＳ矢視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの動作を説明するための概略図であり、（ａ）はコンタクト前を示すプローブヘッドの断面図、（ｂ）はコンタクト後を示すプローブヘッドの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプローブハウジングの形成タイプを示す概略図であり、（ａ）はウエハ全面が一つのプローブハウジングを示す平面図、（ｂ）はウエハ上に複数配置されたプローブハウジングを示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るバーチカルプローブをプローブハウジングに挿着する配置を示す概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを縦横に配置した上面図、（ｂ）はバーチカルプローブを４５°傾斜して配置した上面図、（ｃ）はバーチカルプローブを６３°傾斜して配置した上面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るプローブハウジングに配置したバーチカルプローブの配置形態を示し、隣接ピッチの比較を説明する概略図であり、（ａ）は隣接するピッチを縦横に配置した上面図、（ｂ）は隣接するピッチを４５°傾斜させた上面図、（ｃ）は隣接するピッチを６３°傾斜させた上面図、（ｄ）は傾斜角度を説明する説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係るプローブハウジングに装着された、偏心量の大きなバーチカルプローブを示し、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ´―Ａ´線の断面図である。
【図９】従来のバーチカルプローブおよびプローブヘッドを説明するための概略図であり、（ａ）は横断面が矩形状に形成されたバーチカルプローブがコンタクトする前のプローブヘッドを示す斜視図、（ｂ）はバーチカルプローブがコンタクトしたときのプローブヘッドを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の構成を説明するための概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ―Ａ線の断面図、(ｃ)は（ｂ）に示すＣ―Ｃ線の端面図、（ｄ）（ｅ）は（ｂ）に示すＢ部の変形例を説明するための拡大図である。
図１の（ａ）に示すように、プローブヘッド１はプローブハウジング２とバーチカルプローブ３とを備えている。プローブハウジング２の上面２ａには複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が設けられている。この第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…は矩形状の縦横に配置されている。そしてこの第１のスルーホール２ｂにはそれぞれバーチカルプローブ３が摺動可能に嵌着されている。実線はバーチカルプローブ３の上面部を示している。プローブハウジング２の上面２ａには、隣接するバーチカルプローブ３にそれぞれ第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…を設けて行く。そして、複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が配設されるピッチは、プローブハウジング２に配置する傾斜角度によって決まるので適宜変更可能である。例えばバーチカルプローブ３の全長は１〜３ｍｍ、バーチカルプローブ間のピッチは、０．０５〜０．１５ｍｍである。なお、これに限定するものではない。
【００３１】
図１の（ｂ）に示すように、バーチカルプローブ３は、被検査対象である電子デバイス５（図４参照）のテスト端子５ａ（図４参照）に接触して電気的に導通を有するプローブ先端３ｄと、電気信号測定装置（図略）に信号を伝達するインターポーザ４（図４参照）の接続端子に接触して電気的に導通を有するプローブ後端３ｃとを備える。プローブ先端３ｄを含む直線部で形成された部分をプローブ下部３ｂと称し、プローブ後端３ｃを含む直線部で形成された部分をプローブ上部３ａと称したとき、プローブ下部３ｂとプローブ上部３ａとの間に屈曲部３ｅを備え、この屈曲部３ｅは、バーチカルプローブ３を伸縮させる方向である垂直な長手方向に対して直角な水平方向に突出して屈曲した屈曲部３ｅであって、この屈曲部３ｅの屈曲方向の幅３ｇは、プローブ上部３ａおよびプローブ下部３ｂの幅より狭くなっている。また、幅３ｇは、プローブ上部３ａ、屈曲部３ｅ、およびプローブ下部３ｂへと連続して曲線的に変化している。これによれば、幅がプローブ上部、屈曲部、およびプローブ下部へ曲線的に変化していることによって、応力の集中もなく滑らかに狭幅部３ｇを得ることができる。
【００３２】
このバーチカルプローブ３は、プローブハウジング２の上面２ａからプローブ後端３ｃがわずかに突出している。これは後記（図４参照）するインターポーザ４の電極端子４ａによって、プローブ後端３ｃが押圧されてプローブハウジング２の上面２ａに対して面位置に付勢されて位置決めされ、そのバネ力によって電気的に良好な導通が図れるようにしている。プローブハウジング２の上方には第１のスルーホール２ｂが設けられているとともに、下方には第２のスルーホール２ｅが設けられている。また、プローブ下部３ｂにはプローブ先端３ｄ側に向かってプローブ下部３ｂの最大幅部３ｈを狭くする段差３ｆを備えている。これによれば、段差３ｆが第２のスルーホール２ｅの淵部２ｇに係止され、プローブ先端３ｄは第２のスルーホール２ｅから底面２ｆに突出して、プローブ先端３ｄがプローブハウジング２から抜け落ちることはない。そして、プローブ先端３ｄと段差３ｆとの間のプローブ先端３ｄ寄りに凸部３ｊが設けられている。
【００３３】
また、プローブハウジング２はシリコン基板で形成されており、第１のスルーホール２ｂを有する上部シリコン基板２ｊと、第２のスルーホール２ｅを有する下部シリコン基板２ｋとを備え、第１のスルーホール２ｂは、上部シリコン基板２ｊの上方に形成されており、かつ、第２のスルーホール２ｅは、下部シリコン基板２ｋの下方に形成されている。そして、接合部２ｈのところで上部シリコン基板２ｊと下部シリコン基板２ｋに分割されている。この接合部２ｈは面接触により分子間で直接接合されている。また、上部シリコン基板２ｊに設けられた第１のスルーホール２ｂと、下部シリコン基板２ｋに設けられた第２のスルーホール２ｅとの間には、屈曲部３ｅの非屈曲方向の位置を支持する空洞部２ｍが形成されている。このバーチカルプローブ３の屈曲部３ｅによって、バーチカルプローブ３の厚さ方向は、第１のスルーホール２ｂから第２のスルーホール２ｅへ通じる空洞部２ｍの側壁２ｎで支持されて摺動可能に嵌着されているので、バーチカルプローブ３はその軸中心に回動することはなく、併設されたバーチカルプローブの屈曲方向の間隔を一定に維持することができ、互いに干渉せずに屈曲可能に並設されているため、屈曲するときに互いに接触を避ける方向に逃げ、互いに独立した電気信号の導通を可能とする安定したプロービングが可能となる。また、バーチカルプローブ３は、図１の（ａ）に示すＡ―Ａ線における断面で示されているようにピッチＰ１で配設されている。
【００３４】
また、上部シリコン基板２ｊと下部シリコン基板２ｋとの間に１層の中間部シリコン基板を設けても構わないし、複数層の中間部シリコン基板（図略）を積層してプローブハウジングを形成しても構わない。また、上部シリコン基板２ｊの下面と下部シリコン基板２ｋの上面とが、面接触により分子間で直接接合されることによって、接着材を用いることなく、上部シリコン基板２ｊと下部シリコン基板２ｋを容易に接合することができる。なお、接着材を用いて接合するようにしても構わない。なお、中間部シリコン基板は、上部シリコン基板、および下部シリコン基板にそれぞれ面接触により分子間で直接接合される。
【００３５】
また、バーチカルプローブと接触するシリコン基板の表面に、酸化膜を形成することによって、絶縁コーティング処理をしないバーチカルプローブを用いることができる。そしてバーチカルプローブは互いに独立した電気信号の導通を可能とする。また、プローブハウジングに絶縁コーティング処理を施さない場合は、プローブ先端を除いてバーチカルプローブを絶縁コーティング処理する必要がある。この場合は、プローブハウジングのＳｉＯ２処理またはＤＬＣコーティング処理が不要となりコスト低減ができる。また、プローブハウジングを金属（メタル）で形成することも可能である。また、バーチカルプローブを絶縁コーティング処理しない場合、プローブハウジングに酸化膜またはＤＬＣコーティング処理を施して絶縁膜を形成している。このように、シリコン基板の表面に酸化膜を形成することによって、面接触により分子間で直接接合され、接着材を用いることなく、上部シリコン基板、中間部シリコン基板、および下部シリコン基板を容易に接合することができる。
【００３６】
これによれば、バーチカルプローブ３において、プローブ下部３ｂとプローブ上部３ａとの間に設けられた屈曲部３ｅの屈曲方向の幅３ｇは、プローブ上部３ａおよびプローブ下部３ｂの幅より狭くすることによって、屈曲部３ｅに更なる柔軟性を持たせたバーチカルプローブ３と、このバーチカルプローブ３を備えた更なる狭小ピッチのプローブヘッドを提供することができる。さらに、上部スルーホール２ｂおよび下部スルーホール２ｅの間の側壁２ｎは、それぞれのスルーホールの間隔が被検査デバイスの電極配置に従って決定され、アイソレーションの仕切りとなり、電位差をシリコン絶縁膜で防ぐことができる。また、バーチカルプローブ３が垂直方向に対して伸縮するバネであり弾性変形するため、バーチカルプローブ３に座屈によるストレスを生じさせることはない。また、バーチカルプローブ３は第１のスルーホール２ｂに挿入脱着可能で、第２のスルーホール２ｅをバーチカルプローブ３が摺動可能に嵌着させることによって、隣接するバーチカルプローブ３が互いに干渉せずに屈曲可能に並設されており、バーチカルプローブ３をプローブハウジング２に挿入し易く、バーチカルプローブ３の交換が容易で、バーチカルプローブ３を支持する縦方向、横方向、および垂直方向の位置精度が一定に保たれてプローブ先端位置の精度が容易に維持される。
【００３７】
次に、図１の(ｃ)に示すように、図１の（ｂ）に示すＣ―Ｃ線の端面図において、バーチカルプローブ３は側壁２ｎを挟んでピッチＰ２で配置され、側壁２ｎは絶縁の仕切りとなっている。厚さ方向とはバーチカルプローブ３の厚さであり一定である。この場合、バーチカルプローブ３の屈曲部３ｅの幅と厚さを同じサイズにしている。
また、図１の（ｄ）（ｅ）に示すように、図１の（ｂ）に示すＢ部は、プローブ先端３ｄの変形例であり、プローブ先端３ｄａ、およびプローブ先端３ｄｂのような形状をしている。そして（ｄ）に示すように、プローブ先端３ｄａがセンター軸から図中左方向にずれて形成されている。また、（ｅ）に示すように、プローブ先端３ｄｂがセンター軸から図中右方向にずれて形成されている。これらは用途に応じて適宜応用可能である。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１に示すＡ―Ａ線のプローブハウジングの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＥ―Ｅ線の断面図、（ｄ）は（ａ）に示すＦ―Ｆ線の断面図、（ｅ）は（ａ）に示すＧ―Ｇ線の断面図である。
図２の（ａ）に示すように、プローブハウジング２の上面２ａには複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…が設けられている。この第１のスルーホール２ｂは上面２ａの縦横に配置されている。そして、プローブハウジング２の底面２ｆには複数の第２のスルーホール２ｅ、２ｅ…が設けられている。また、図２の（ｂ）に示す図は、後記する図２の（ｄ）に示すＨ―Ｈ線の断面図であり、上面２ａと底面２ｆとの間には側壁２ｎで仕切られた空洞部２ｍが形成されている。側壁２ｎ、２ｎ間にはピッチＰ２が設けられている。
【００３９】
図２の（ｃ）に示すように、第１のスルーホール２ｂと凹部２ｐが示され、第１のスルーホール２ｂ、２ｂ間のピッチを図中に示すようにピッチＰ２としている。
図２の（ｄ）に示すように、空洞部２ｍと凹部２ｐが示されている。
図２の（ｅ）に示すように、第２のスルーホール２ｅと凹部２ｐが示されている。
このように、第１のスルーホール２ｂと第２のスルーホール２ｅとの間に屈曲部３ｅの非屈曲方向の位置を支持する空洞部２ｍを備えることによって、互いのバーチカルプローブ３、３間の幅方向の前後位置をほぼ等間隔に維持することができ、接触することがないため安定したプロービングが可能となる。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの概略図であり、（ａ）は正面図であり、図１の（ｂ）に示すバーチカルプローブの断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）に示すＲ部の拡大図、（ｄ）は（ｃ）の側面図、（ｅ）は（ｄ）に示すＳ矢視図である。
図３の（ａ）（ｂ）に示すように、このバーチカルプローブ３の屈曲部３ｅは、複数の曲点を有して形成されており、この複数の曲点の数は３つとし、その形状は、例えば、３つの曲点を有するＳ字状に屈曲したＳ字状屈曲部である。また、同じく３つの曲点を有するくの字状に屈曲した、くの字状屈曲部としても構わない。そしてこのバーチカルプローブ３が曲点を支点にしてカーブして全長を伸縮させてバネとして働くもので座屈によるものではない。また、複数の曲点を有して形成されておれば良く、このように３つの曲点に限定することなく、これに伴って形成される形状もこれらに限定するものではない。図３の（ｃ）（ｄ）に示すように、この凸部３ｊはメッキ層を突起状に積層させることによって形成している。これは凸部が形成されていれば良く他の方法でも構わない。この凸部３ｊは、プローブハウジング２の溝状の凹部２ｐと嵌合して、バーチカルプローブ３をプローブハウジング２に挿着する場合に、凸部３ｊを凹部２ｐに沿って摺動させることによって容易に挿入することができ、組み立てや修理に効果的である。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態に係るバーチカルプローブの動作を説明するための概略図であり、（ａ）はコンタクト前を示すプローブヘッドの断面図、（ｂ）はコンタクト後を示すプローブヘッドの断面図である。
図４の（ａ）に示すように、インターポーザ４がプローブハウジング２の上面２ａに接触して設けられている。このインターポーザ４には複数の接続端子４ａが設けられている。この接続端子４ａは配線４ｂで電気的測定回路（図略）に接続されている。図１の（ｂ）に示すプローブハウジング２から突出したプローブ後端３ｃは、接続端子４ａに押圧されて第２のスルーホール２ｅとの間に付勢されて固定されている。なお、プローブ先端３ｄは、電子デバイス５のテスト端子５ａの真上で接触を待機している。
【００４２】
次に、図４の（ｂ）に示すように、電子デバイス５が不図示の昇降装置によって上昇してテスト端子５ａがバーチカルプローブ３のプローブ先端３ｄと接触する。これによって、バーチカルプローブ３は収縮してプローブ先端３ｄは押込み量だけ上方に移動している。このとき複数のバーチカルプローブ３は互いに接触することなく独立して伸縮するため、プローブ先端３ｄやテスト端子５ａの平坦性のバラツキが吸収され、良好な電気導電性を得ることができる。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングの形成タイプを示す概略図であり、（ａ）はウエハ全面が一つのプローブハウジングを示す平面図、（ｂ）はウエハ上に複数配置されたプローブハウジングを示す平面図である。
図５の（ａ）（ｂ）に示すように、複数の第１のスルーホール２ｂ、２ｂ…を備えた上面２ａにおいて、バーチカルプローブ３は、図中の「バーチカルプローブの取付方向」と表示されている矢印方向に挿入されている。この「バーチカルプローブの取付方向」はこれに限るものではなく、バーチカルプローブ３の断面形状によって取付方向は異なっても構わない。このプローブハウジング２はウエハ６にＭＥＭＳ技術によって形成されている。これらのプローブハウジング２およびバーチカルプローブ３は、ＭＥＭＳ技術によって形成することができるため、従来のシリコンプロセスのエッチング又はレーザー加工技術により、容易にマイクロ機械構造を形成でき、機械的要素と電子回路要素を融合したシステムを構築できる。特に、精密加工性などの優れた特徴があり、小型化、高精度化、高信頼性化、低消費電力化、および経済性向上などの優れた効果がある。
【００４４】
図６は、本発明の実施形態に係るバーチカルプローブをプローブハウジングに挿着する配置を示す概略図であり、（ａ）はバーチカルプローブを縦横に配置した上面図、（ｂ）はバーチカルプローブを４５°傾斜して配置した上面図、（ｃ）はバーチカルプローブを６３°傾斜して配置した上面図である。
また図７は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングに配置したバーチカルプローブの配置形態を示し、図６に示すバーチカルプローブの隣接ピッチの比較を説明する概略図であり、（ａ）は隣接するピッチを縦横に配置した上面図、（ｂ）は隣接するピッチを４５°傾斜させた上面図、（ｃ）は隣接するピッチを６３°傾斜させた上面図、（ｄ）は傾斜角度を説明する説明図である。
図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、プローブハウジング１２、２２、２２´において、第１のスルーホール１２ｂ、２２ｂ、２２ｂ´が配置されている。このような配置も可能である。このように、バーチカルプローブ３の傾斜角度や第１のスルーホール１２ｂ、２２ｂ、２２ｂ´の配置は、適宜変更しても構わない。
【００４５】
詳細には、図６の（ａ）に示すように、バーチカルプローブ３は、縦に８個、横に８個の計６４個を配置した例で示している。図６の（ｂ）（ｃ）に示すように、バーチカルプローブ３間のピッチを同一としたまま、電子デバイス５のテスト端子５ａに対応してバーチカルプローブ３が傾斜して配置されることによって、狭小ピット化が可能となった。図６の（ｂ）においては、４５°傾斜させることによって従来の縦横に配置した場合と比べて５０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。また図６の（ｃ）に示すように、６３°傾斜させることによって従来に比べて４０％のエリアに同一数のバーチカルプローブを配置させることができ狭小ピッチとすることができた。この詳細を次に説明する。
【００４６】
図７の（ａ）に示すように、バーチカルプローブ３間の近接間隔Ｑが電気特性上必要な距離であり、ｘｙ縦横に配置されたバーチカルプローブ３の配置をピッチ１Ｐとしている。図７の（ｂ）に示すように、バーチカルプローブ３を４５°傾斜させて近接間隔Ｑを確保して配置した場合、バーチカルプローブ３の配置は１／√２ピッチＰ×１／√２ピッチＰとすることができる。さらに、図７の（ｃ）に示すように、バーチカルプローブ３を６３°傾斜させて近接間隔Ｑを確保して配置した場合、バーチカルプローブ３の配置は１／√５ピッチＰ×２／√５ピッチＰとすることができる。図７の（ｄ）に示すように、傾斜する角度を４５°および６３°とした理由は、縦横のｘｙの長さを１、１、√２、および１、２、√５としたことによる。
このように、傾斜角度を４５°として配置した場合、従来のｘｙピッチＰを１／√２ピッチＰ×１／√２ピッチＰとすることができ、５０％のエリアとすることができた。また、傾斜角度を６３°として配置した場合、従来のｘｙピッチＰを１／√５ピッチＰ×２／√５ピッチＰとすることができ、４０％のエリアとすることができた。
【００４７】
図８は、本発明の実施形態に係るプローブハウジングに装着された、偏心量の大きなバーチカルプローブを示した変形例であり、（ａ）はバーチカルプローブを備えたプローブヘッドの上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ´―Ａ´線の断面図である。
図８の（ａ）（ｂ）に示すように、バーチカルプローブ３３のプローブ後端３３ｃ側の軸芯と、プローブ先端３３ｄ側の軸芯が、大きく変位した変形例を示している。これによって、第２のスルーホール３２ｅの配置を適宜変更可能である。つまり、セルエリア３２ｃはバーチカルプローブ３３を上方から投影したエリアである。実線はバーチカルプローブ３３の上方の断面部を示し、下方の断面部は、バーチカルプローブ３３が途中で屈曲しているため鎖線のようにずれて示されている。プローブハウジング３２の上面３２ａには、隣接するセルエリア３２ｃにそれぞれ第１のスルーホール３２ｂ、３２ｂ…を設けて行く。
【００４８】
以上、好ましい実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することの無い範囲内において適宜変更が可能なものである。例えば、プローブ針は、４つの曲点を有するＳ字状屈曲部や、くの字状屈曲部として説明したが、座屈しない形状であればその他の形状でも構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の多電極半導体デバイスの検査用のプローブカードに備えられたプローブヘッド、特に、垂直方向に沿って屈曲部を有するプローブをプローブヘッドに挿着する構造を備えたプローブヘッドに適用される。
【符号の説明】
【００５０】
１ プローブヘッド
２、１２、２２、３２ プローブハウジング
２ａ 上面
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ 第１のスルーホール
２ｃ、３２ｃ セルエリア
２ｄ、３２ｄ 全セルエリア
２ｅ、３２ｅ 第２のスルーホール
２ｆ 底面
２ｇ 淵部
２ｈ 接合部
２ｊ 上部シリコン基板
２ｋ 下部シリコン基板
２ｍ、３２ｍ 空洞部
２ｎ 側壁
２ｐ 凹部、溝
３、１３、２３ バーチカルプローブ
３ａ プローブ上部
３ｂ プローブ下部
３ｃ、３３ｃ プローブ後端
３ｄ、３ｄａ、３ｄｂ プローブ先端
３ｅ、３３ｅ 屈曲部
３ｆ 段差
３ｇ 屈曲部の幅
３ｈ プローブ下部の最大幅
３ｊ 凸部、突起
４ インターポーザ
４ａ 接続端子
４ｂ 配線
５ 電子デバイス
５ａ テスト端子
６ ウエハ
Ｑ 近接間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象である電子デバイスのテスト端子に接触して電気的に導通を有するプローブ先端と、電気信号測定装置に信号を伝達するインターポーザの接続端子に接触して電気的に導通を有するプローブ後端と、を備えるバーチカルプローブにおいて、前記プローブ先端を含む直線部で形成された部分をプローブ下部と称し、前記プローブ後端を含む直線部で形成された部分をプローブ上部と称したとき、前記プローブ下部と前記プローブ上部との間に屈曲部を備え、
この屈曲部は、前記バーチカルプローブを伸縮させる方向である前記バーチカルプローブの長手方向を垂直方向と称し、この垂直方向に対して直角な水平方向に突出して屈曲した屈曲部であって、
前記屈曲した前記水平方向を前記バーチカルプローブの幅方向、前記屈曲部の横断面の屈曲しない方向を厚さ方向と称したとき、
前記屈曲部の屈曲方向の幅は、前記プローブ上部および前記プローブ下部の前記幅より狭くなっていることを特徴とするバーチカルプローブ。
【請求項２】
前記屈曲部の幅の変化は、前記プローブ上部、前記屈曲部、および前記プローブ下部へ曲線的に変化していることを特徴とする請求項１に記載のバーチカルプローブ。
【請求項３】
前記プローブ下部には前記プローブ先端側に向かって前記幅を狭くする段差を備えることを特徴とする請求項１に記載のバーチカルプローブ。
【請求項４】
前記プローブ下部には前記厚さ方向に突起した凸部を備えることを特徴とする請求項１に記載のバーチカルプローブ。
【請求項５】
請求項１に係る前記バーチカルプローブおよび請求項４に係る前記凸部を前記プローブ先端側から挿入可能な第１のスルーホールと、前記プローブ先端を前記電子デバイス側に突出させる第２のスルーホールとを有するプローブハウジングを備え、
前記第１のスルーホールと前記第２のスルーホールとの間に前記屈曲部の非屈曲方向の位置を摺動可能に支持する空洞部を備えることを特徴とするプローブヘッド。
【請求項６】
前記プローブハウジングは、前記第１のスルーホールを有する上部シリコン基板と、前記第２のスルーホールを有する下部シリコン基板とを備え、
前記第１のスルーホールは、前記上部シリコン基板の上方に形成され、かつ、前記第２のスルーホールは、前記下部シリコン基板の下方に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のプローブヘッド。
【請求項７】
前記上部シリコン基板と前記下部シリコン基板には、前記第１のスルーホール、前記空洞部、および前記第２のスルーホールまで連続した溝状の凹部を備え、この凹部に前記凸部を嵌合させることを特徴とする請求項５に記載のプローブヘッド。
【請求項８】
前記電子デバイスには縦横に配置されたテスト端子が備えられ、
前記テスト端子に対応して配置された前記バーチカルプローブを挿入する前記第１のスルーホールおよび第２のスルーホールは、前記縦横に配置された前記テスト端子の位置に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプローブヘッド。
【請求項９】
前記傾斜した角度は、４５°および６３°の何れか一方であることを特徴とする請求項８に記載のプローブヘッド。
【請求項１】
被検査対象である電子デバイスのテスト端子に接触して電気的に導通を有するプローブ先端と、電気信号測定装置に信号を伝達するインターポーザの接続端子に接触して電気的に導通を有するプローブ後端と、を備えるバーチカルプローブにおいて、前記プローブ先端を含む直線部で形成された部分をプローブ下部と称し、前記プローブ後端を含む直線部で形成された部分をプローブ上部と称したとき、前記プローブ下部と前記プローブ上部との間に屈曲部を備え、
この屈曲部は、前記バーチカルプローブを伸縮させる方向である前記バーチカルプローブの長手方向を垂直方向と称し、この垂直方向に対して直角な水平方向に突出して屈曲した屈曲部であって、
前記屈曲した前記水平方向を前記バーチカルプローブの幅方向、前記屈曲部の横断面の屈曲しない方向を厚さ方向と称したとき、
前記屈曲部の屈曲方向の幅は、前記プローブ上部および前記プローブ下部の前記幅より狭くなっていることを特徴とするバーチカルプローブ。
【請求項２】
前記屈曲部の幅の変化は、前記プローブ上部、前記屈曲部、および前記プローブ下部へ曲線的に変化していることを特徴とする請求項１に記載のバーチカルプローブ。
【請求項３】
前記プローブ下部には前記プローブ先端側に向かって前記幅を狭くする段差を備えることを特徴とする請求項１に記載のバーチカルプローブ。
【請求項４】
前記プローブ下部には前記厚さ方向に突起した凸部を備えることを特徴とする請求項１に記載のバーチカルプローブ。
【請求項５】
請求項１に係る前記バーチカルプローブおよび請求項４に係る前記凸部を前記プローブ先端側から挿入可能な第１のスルーホールと、前記プローブ先端を前記電子デバイス側に突出させる第２のスルーホールとを有するプローブハウジングを備え、
前記第１のスルーホールと前記第２のスルーホールとの間に前記屈曲部の非屈曲方向の位置を摺動可能に支持する空洞部を備えることを特徴とするプローブヘッド。
【請求項６】
前記プローブハウジングは、前記第１のスルーホールを有する上部シリコン基板と、前記第２のスルーホールを有する下部シリコン基板とを備え、
前記第１のスルーホールは、前記上部シリコン基板の上方に形成され、かつ、前記第２のスルーホールは、前記下部シリコン基板の下方に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のプローブヘッド。
【請求項７】
前記上部シリコン基板と前記下部シリコン基板には、前記第１のスルーホール、前記空洞部、および前記第２のスルーホールまで連続した溝状の凹部を備え、この凹部に前記凸部を嵌合させることを特徴とする請求項５に記載のプローブヘッド。
【請求項８】
前記電子デバイスには縦横に配置されたテスト端子が備えられ、
前記テスト端子に対応して配置された前記バーチカルプローブを挿入する前記第１のスルーホールおよび第２のスルーホールは、前記縦横に配置された前記テスト端子の位置に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプローブヘッド。
【請求項９】
前記傾斜した角度は、４５°および６３°の何れか一方であることを特徴とする請求項８に記載のプローブヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２４２１７８（Ｐ２０１２−２４２１７８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０７０５（Ｐ２０１１−１１０７０５）
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（５０１３４８９５５）株式会社アドバンストシステムズジャパン (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（５０１３４８９５５）株式会社アドバンストシステムズジャパン (56)
【Ｆターム（参考）】
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