プローブ
【課題】 大きなオーバードライブを確保し、かつ、スクラブ量を微細に制御可能とするプローブを提供すること。
【解決手段】 垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し、概略水平方向に延び、一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の相対する水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小となるようにしたプローブである。
【解決手段】 垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し、概略水平方向に延び、一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の相対する水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小となるようにしたプローブである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩなどの電子デバイスの製造工程において、ウエハ上に形成された複数のチップの回路検査に使用する接触子（プローブ）に関し、特にチップ上に配列される電極パッドに対しウエハ状態のままプローブを接触させ、一括してチップの電気的導通によりウエハに構成された回路検査を実施するプローブカードに搭載されるプローブ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の進歩に伴って電子デバイスの集積度が向上し、半導体ウエハ上に形成される各半導体チップにおいても回路配線の占めるエリアが増加し、それ故、各半導体チップ上のパッド数の増加、パッド面積の縮小化、パッドピッチの狭小化が進んでいる。
【０００３】
この半導体ウエハ上の半導体チップの検査手段としては、被検査半導体チップのパッドと検査装置との間に、外力に対して弾性変形部を有する複数の針状プローブを多数配列したプローブカードが用いられている。
【０００４】
パッド配列が微細化及び狭ピッチ化したことで問題となるのは、半導体チップのパッドに接触させて電気的導通を得るためのプローブの構造を、パッド配列の微細化に合わせた小型で高密度なものとしなければならないことである。
【０００５】
また、パッド面積が縮小化したことで問題となるのは、パッドがアルミ合金膜で形成されているメモリＬＳＩやロジックＬＳＩ等において、パッド表面に存在する酸化皮膜をプローブ先端の水平方向の擦り（スクラブ）により破壊して電気的導通を得る必要があり、このスクラブ動作によりプローブ先端がパッドから外れることを防ぐためだけでなく、パッド面積に対するスクラブ痕面積が大きくなることによるワイヤボンディング不良を生じさせないため、スクラブ量を微細にコントロールしなければならないことである。
【０００６】
プローブ構造として、片持梁のカンチレバー構造を有する針状のプローブが一般的である。従来のカンチレバーの構造においては、先端垂直方向変位量（オーバードライブ量）と先端水平方向変位量であるスクラブ量との間にはトレードオフの関係がある。
【０００７】
すなわち、パッドに損傷を与えない適切な押圧力を確保し、かつ、同時に多数のパッドに対して一定以上の押圧力を確実に与えるための垂直方向寸法のばらつきを吸収するためには、比較的大きなオーバードライブ量が必要である。このためには、カンチレバーの梁長を大きくしなければならないため、高密度化に問題があった。
【０００８】
反対に梁長を小さくし小型にすれば、大きなオーバードライブ量が確保できず、同時に多数のパッドに対して一定以上の押圧力を確実に与えることが困難であるという問題が生じていた。
【０００９】
一方、より狭ピッチ化（２０μｍ以下）が予測される液晶（ＬＣＤ）ドライバ用ＬＳＩのパッドは、主として酸化皮膜が生じ難い金メッキ等により形成されている。このＬＣＤドライバＬＳＩのパッドに対して、上述のスクラブ設計されたプローブを使用することにより、パッド素材である金が削られてしまい、プローブ先端の定期的なクリーニングが必要となるだけでなく、金属屑の付着によるプローブの破損や導通不良等の原因となるという問題が生じる。
【００１０】
上述したような背景により、プローブに対する技術的要求としては、
（１）パッド配列の狭ピッチ化へ対応した高密度プローブ、
（２）大きなオーバードライブの確保、
（３）スクラブ機能を含むプローブの接触部近傍における挙動の微細なコントロール（概ね２μｍ以下）
を同時に可能とすることにある。そのためこれまで本発明者等は、下記「特許文献１」及び「特許文献２」記載の提案を行ってきた。
【００１１】
特許文献１においては、従来のカンチレバー構造の代わりに平行ばね構造によるプローブ構造を採用することにより、比較的大きなオーバードライブ量を確保しつつ、パッドとプローブの接触部近傍における水平方向挙動の微細なコントロールを可能としてきた。さらに、平行ばね構造の先端部に回転変形部を接続させることにより、スクラブ動作量を微細にコントロールできる構造が実現可能となった。
【００１２】
特許文献２においては、平行ばね構造における水平梁の少なくとも１対の相対する平行梁間距離が、水平方向に沿って連続に又は不連続に変化することを特徴とすることにより、さらに水平方向挙動の微細なコントロールを可能とした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１２２３５６号公報
【特許文献２】特開２００９−０３６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、ＬＣＤドライバＬＳＩ等におけるようなスクラブ動作を不要とするＬＳＩに対しては、従来のようなスクラブ設計されたプローブを使用することにより、スクラブ動作が発生することによりパッド素材である金が削られてしまい、定期的なクリーニングが必要となるだけでなく、導通不良等の原因となるという問題が生じる。
【００１５】
又、従来スクラブ動作を必要とするアルミ電極パッドにおいては、従来のスクラブ設計されたプローブを使用することにより、電極パッド表面の酸化皮膜を必要以上に剥離するだけでなく電極パッド素材も破壊するため、定期的なクリーニングが必要となり、又、ワイヤボンディング不良の原因となるという問題が生じる。
【００１６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、主として垂直移動のみの動作を行う平行ばね変形構造部と、垂直プローブ延長部に、平行ばね構造部の挙動により生じた水平方向変位を補正し、水平方向変位を限りなくゼロに近づける機能を有する小変形構造を形成することにより、スクラブ機能を極力排除し、かつ、最小限の接触力で電気的導通が得られるプローブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の発明は、垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小となることを特徴とするプローブである。このため、第２の変形部を設けずにオーバードライブの全動作範囲において前記垂直プローブ先端の水平方向変位を生じ難くするという作用を有する。
【００１８】
第２の発明は、前記１対の水平梁のうち、前記垂直プローブ先端側（被検査電極パッド側）の水平梁の水平方向に対する初期角度（プローブ動作前の角度）が０度であることを特徴とするプローブである。このため、第２の変形部を設けずにオーバードライブの全動作範囲において前記垂直プローブ先端の水平方向変位を生じ難くするという作用を有する。
【００１９】
第３の発明は、前記リンク機構の各部変位量が、以下に示すマトリクス解析法の各式に則って算出されるものであって、前記垂直プローブ先端座標変位のＸ方向変位量が概略０であることを特徴とするプローブである。
ただし、Ｆｘ：Ｘ方向荷重、Ｆｙ：Ｙ方向荷重、δｘ：Ｘ方向変位、δｙ：Ｙ方向変位、Ｅ：梁のヤング率、Ｉ：梁の断面２次モーメント、Ａ：梁の断面積、Ｌ：梁の長さとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプローブによれば、第１の変形部の先端に、第１の変形部の挙動により生じた水平方向変位又は回転移動に伴う水平方向変位を補正し、水平方向変位すなわちスクラブ量を２μｍ以下のレベルまで微細に制御可能な機能を有する第２の変形部である小変形構造を形成することにより、ＬＣＤドライバＬＳＩ等におけるようなスクラブ動作を不要とするＬＳＩに対しては、従来のスクラブ動作による電極パッド素材が削られてしまうことがなく、又、従来スクラブ動作を必要とする電極パッドにおいては、適切なスクラブ量の確保により、電極パッド表面の酸化皮膜を剥離することなく突き破り電極パッドとの電気的導通を行うことができるため、定期的なクリーニングが不要となり、検査コストを低減できるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】 本発明の実施の形態１であるプローブの基本構造を示す説明図である。
【図２】 本発明の実施の形態１であるプローブ構造の動作を説明する図である。
【図３】 本発明の実施の形態２であるプローブ構造及び動作を説明する図である。
【図４】 本発明の実施の形態３であるプローブ構造及び動作を説明する図である。
【図５】 本発明の実施の形態３であるプローブ構造のプローブ動作関係を説明する図である。
【図６】 本発明の実施の形態４を示すプローブ先端形状を説明する図である。
【図７】 本発明の実施の形態５を示すプローブ動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係るプローブ構造の基本的な説明図である。図１において、１１は垂直プローブ、１２は固定端、１３及び１４は水平梁であり、垂直プローブ１１、固定端１２、水平梁１３及び水平梁１４によりリンク機構を原理とする概略平行四辺形型ばねを形成している。本構成を第１の変形部１と称する。
【００２４】
垂直プローブ１１の片端に直列に第２の変形部２が構成されている。第２の変形部２は、垂直プローブ１１の下端１５より垂直方向にＬ２１の長さの垂直部２１を有し、連続して固定端１２方向に向かってＬ２２の長さの水平梁部２２を有し、さらに連続して垂直方向にＬ２３の長さの垂直部２３を有する。図１においてＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の長さは、概ねＬ２１≒Ｌ２２≒Ｌ２３の関係で図示しているが、これに限定するものではない。
【００２５】
次に図１の例におけるプローブの動作について図２を用いて説明する。図２では、図１に示す梁形状を簡略化した形状に置き換えたものである。また、図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の形態であるプローブ構造を示し、図２（ａ´）〜（ｃ´）は同一の第１の変形部１において第２の変形部を設けず、第２の変形部２と同じ垂直方向長さの垂直延長部２５を設けたものであり、両者の比較で説明する。
【００２６】
後述する従来型カンチレバー構造では、オーバードライブに伴う＋Ｚ方向荷重Ｐに対して水平梁のＹ軸まわりの曲げモーメントによる曲げ変形が支配的となるのに対し、平行四辺形型ばね構造では、２つの水平梁１３、１４のせん断変形が加わるため曲げ変形が微小であるため，Ｚ方向の大きな変位に対しても垂直プローブ１１の回転移動が極めて小さいことが知られている。したがって，多数のプローブ組立後のプローブ先端位置ばらつきを吸収するために十分な大きさのオーバードライブ量を想定したプローブの挙動としては，平行四辺形型カンチレバー構造が適している。
【００２７】
これらの変位量は、水平梁１３，１４の長さＬ１３、Ｌ１４及び幅Ｄ１３、Ｄ１４、水平梁の水平方向に対する初期確度、水平梁間距離Ｗ等をパラメータとすることにより決定される。
【００２８】
図２においてまず、第１の変形部１の動作を説明する。パッド６が相対的に垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部２４に接触するまでは、プローブの水平梁１３及び１４は概略水平を維持した状態にある〔図２（ａ）及び（ａ´）〕。
【００２９】
次に、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始し、ある一定量だけ垂直方向に押し上げるオーバードライブが作用すると、２つの平行梁１３、１４がせん断変形と−θｙ方向の微小曲げモーメントＭ１１の合成により概略平行に回転移動し、それに伴い垂直プローブ１１が垂直方向に移動すると共に微小角度Δθ１（ｉ）だけ回転移動する〔図２（ｂ）〕。このとき、図２（ｂ´）において、垂直延長部２５は垂直プローブと共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ１´（ｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動、すなわちスクラブ動作が行われる。
【００３０】
さらに、平行梁１３、１４の弾性限界内における最大のオーバードライブ量ＯＤｍａｘまで垂直プローブ先端部２４が垂直方向に押し上げられたとき、垂直プローブ１１はさらに垂直移動と角度Δθ１（ｉｉ）の回転移動を行うことになる〔図２（ｃ）〕。このとき、図２（ｃ´）において、垂直延長部２５は垂直プローブと共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ１´（ｉｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動する。
【００３１】
この回転移動量Δθ１は、平行ばねにおける各梁の長さＬ１３、Ｌ１４、各梁の幅Ｄ１３、Ｄ１４、金属箔の厚さＴ、梁間距離Ｗおよび材質に伴うばね定数ｋをパラメータとすることにより任意に設定することができる。
【００３２】
さらに図２（ａ）〜（ｄ）において第２の変形部２の動作を説明する。第２の変形部２は、垂直プローブ１１の片端１５を固定端とし、水平梁部２２を梁とした微小カンチレバーと見做すことが出来る。
【００３３】
図２（ｄ）に示すように、第２の変形部２の片端を固定部とした場合の単独動作において、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始しオーバードライブが作用すると、梁部２１、２２、２３が＋θｙ方向の曲げモーメントＭ１２の作用により実線に示す如く回転移動し、その結果、垂直プローブ先端部２４が水平方向に微小距離ΔＳ１ｒ移動する。この水平方向距離ΔＳ１ｒは、各梁長さＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、梁の幅Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３をパラメータとして決定される。
【００３４】
一方、第１の変形部１における垂直プローブ１１の回転移動に伴い、第２の変形部２が、既に回転角度Δθ１の回転移動を生じていることになる。したがって、第２の変形部２は全体の回転移動Δθ１を生じるとともに、さらに、微小カンチレバーとして垂直プローブ先端２４が相対的に−Ｘ方向へ水平移動を生じることになる。ここで、実際に使用するプローブ動作範囲においては、Δθ１が微小であるため、図２（ｄ）における水平方向移動距離ΔＳ１ｒは、図２（ｂ）、（ｃ）における第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ１と概略等しいものと見做すことができる。
【００３５】
したがって、第１の変形部１に加わる曲げモーメントＭ１１に伴う第２の変形部２全体の回転移動を相殺する方向に、第２の変形部２の梁２２、２３に曲げモーメントＭ１２を作用させ、第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ１が、図２（ａ´）〜（ｃ´）にて説明した第２の変形部を設けない場合の先端部２４の水平移動距離ΔＳ１´と同一になるように各パラメータを決定することにより、垂直プローブ先端部２４の水平方向の移動距離を２μｍ以下のレベルまで微小に制御することが可能となる。
【００３６】
（実施の形態２）
実施形態２について図３を用いて説明する。図３において、第１の変形部１が従来型カンチレバーであり、第２の変形部２が前記カンチレバーの開放端から−Ｚ方向に概略垂直に接続されていることを特徴とするプローブである。また、図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の形態であるプローブ構造を示し、図３（ａ´）〜（ｃ´）は同一の第１の変形部において第２の変形部を設けず、第２の変形部と同じ垂直方向長さの垂直延長部２５を設けたものであり、両者の比較で説明する。
【００３７】
従来型カンチレバー構造では、オーバードライブに伴う＋Ｚ方向荷重に対して水平梁のＹ軸まわりのモーメントによる曲げ変形が支配的となるため，Ｚ方向の変位が増加するにつれて接触部である垂直プローブ先端の回転確度Δθ２が増加してくる．この増加は，第２の変形部２の垂直方向長さが長く，または水平梁３３の長さＬ３３が短いほど顕著であることは容易に予測される。
【００３８】
図３においてまず、第１の変形部１の動作を説明する。パッド６が相対的に垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部２４に接触するまでは、カンチレバーの水平梁３３は概略水平を維持した状態にある〔図３（ａ）及び（ａ´）〕。
【００３９】
次に、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始し、さらにある一定量だけ垂直方向に押し上げるオーバードライブが作用すると、カンチレバーの水平梁３３が−θｙ方向の曲げモーメントＭ２１により回転移動し、カンチレバー開放端３１が微小角度Δθ１（ｉ）だけ回転移動する〔図３（ｂ）〕。このとき、図３（ｂ´）において、垂直延長部２５はカンチレバー開放端３１と共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ２´（ｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動、すなわちスクラブ動作が行われる。
【００４０】
さらに、水平梁３３の弾性限界内における最大のオーバードライブ量ＯＤｍａｘまで押し上げられたとき、さらに回転移動し、その結果カンチレバー開放端３１が回転角度Δθ２（ｉｉ）だけ回転移動することになる〔図３（ｃ）〕。このとき、図３（ｃ´）において、垂直延長部２５はカンチレバー開放端３１と共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ１´（ｉｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動する。
【００４１】
この回転方向移動量Δθ２は、カンチレバーにおける水平梁の長さＬ３３、梁の幅Ｄ３３、材料の厚さＴ、及び材質に伴うばね定数ｋをパラメータとすることにより任意に設定することができる。
【００４２】
図３（ａ）〜（ｄ）において第２の変形部２の動作を説明する。第２の変形部は、カンチレバー開放端３１を固定端とし、水平梁部２２を梁とした微小カンチレバーと見做すことが出来る。
【００４３】
図３（ｄ）に示すように、第２の変形部２の片端を固定部とした場合の単独動作において、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始しオーバードライブが作用すると、梁部２１、２２、２３が＋θｙ方向の曲げモーメントＭ２２により回転移動し、その結果、垂直プローブ先端部２４が水平方向に微小距離ΔＳ２ｒ移動することになる。この水平方向距離ΔＳ２ｒは、各梁長さＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、梁の幅Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３をパラメータとして決定される。
【００４４】
一方、第１の変形部１における水平梁３３の回転方向移動に伴い、第２の変形部２が、既に回転角度Δθ２の回転移動を生じている。したがって、第２の変形部２は全体の回転移動Δθ２を生じるとともに、さらに、微小カンチレバーとして垂直プローブ先端２４が相対的に−Ｘ方向へ水平移動を生じることになる。ここで、実際に使用するプローブ動作範囲においては、Δθ２が微小であるため、図３（ｄ）における水平方向移動距離ΔＳ２ｄは、図３（ｂ）、（ｃ）における第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ２と概略等しいものと見做すことができる。
【００４５】
したがって、第１の変形部１に加わる曲げモーメントＭ２１に伴う第２の変形部２全体の回転移動を相殺する方向に、第２の変形部２の梁２２、２３に曲げモーメントＭ２２を作用させることにより、第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ２が、図３（ａ´）〜（ｃ´）にて説明した第２の変形部を設けない場合の先端部２４の水平移動距離ΔＳ２´と同一になるように各パラメータを決定することにより、垂直プローブ先端部２４の水平方向の移動距離を２μｍ以下のレベルまで微小に制御することができる。
【００４６】
（実施の形態３）
実施形態３について図４を用いて説明する。図４において、４１は垂直プローブ、４２は固定端、４３及び４４は水平梁、４５はプローブ先端部、６は被検査電極パッドであり、垂直プローブ４１、固定端４２、水平梁４３及び４４によりリンク機構を原理とする平行ばねを形成している。本実施例では水平梁４３と水平梁４４との距離Ｗが水平方向に沿って異なる例を示したものである。
【００４７】
また本実施形態は、実施の形態１で前述した平行四辺形ばね構造において、水平梁４３に初期角度θｈを設けた実施例である。
【００４８】
図４の例においてその動作を説明する。相対的にパッド６が垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部４５に接触するまでは、プローブの水平梁４３及び４４は概略水平（図示の実線）を維持した状態にある。次に、パッド６が垂直プローブ先端部４５と接触を開始し、さらにある一定量だけ垂直方向に押し上げるオーバードライブが作用すると、プローブの二つの水平梁４３、４４が各々回転移動し、それに伴い垂直プローブ４１が移動する。このとき水平梁４３及び４４は平行でなく初期角度を有するため回転移動の軌跡も異なり、その結果、図示の点線に示すように垂直プローブ４１は水平梁４３、４４が平行の場合とは異なる軌跡をたどることになる。
【００４９】
次に、実施の形態３における動作を具体的数値で説明する。図４において、水平方向全長１．３ｍｍ、垂直プローブ４１の幅０．０７ｍｍ、水平梁４３及び４４の幅０．０３ｍｍ、垂直プローブ４１の水平梁間距離０．１７ｍｍとし、材質は板厚０．０２ｍｍのベリリウム銅とした。その他の寸法値は図示のとおりである。また、水平梁４４の水平方向に対する角度を０°とし、水平梁４３の水平方向に対する角度θｈを可変とした。
【００５０】
以上説明したようなモデルについて、プローブ先端部４５に図のＺ方向に接触荷重Ｐを負荷し、水平梁４３の水平方向に対する角度θｈの変化に対するプローブ先端部４５のスクラブ量を有限要素法により算出した結果を図５に示す。図５に示すように、接触荷重Ｐの大きさに係らずθｈの値が−２°近辺にていずれもスクラブ量がほぼ０となった。
【００５１】
このことから、垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小とすることができることが明らかとなる。また、上記１対の水平梁のうち、前記垂直プローブ先端側（被検査電極パッド側）の水平梁の水平方向に対する初期角度（プローブ動作前の角度）が０度とすることができることも明らかになる。また、前記リンク機構の各部変位量が、以下に示すマトリクス解析法の各式に則って算出されるものであって、前記垂直プローブ先端座標変位のＸ方向変位量が概略０にすることも可能であることも明らかとなる。
ただし、
Ｆｘ：Ｘ方向荷重、
Ｆｙ：Ｙ方向荷重、
δｘ：Ｘ方向変位、
δｙ：Ｙ方向変位、
Ｅ：梁のヤング率、
Ｉ：梁の断面２次モーメント、
Ａ：梁の断面積、
Ｌ：梁の長さ
である。
【００５２】
（実施の形態４）
実施形態４について図６を用いて説明する。図６において、５１は垂直プローブ先端部、５２は垂直プローブ先端面、５３は垂直プローブ片端である。垂直プローブ先端面５２は概略平面を成しており、電極パッド６の接触面６１とθｐの角度をもって電極パッドと接触する例を示している。一方、電極パッド６と接触を開始する垂直プローブ先端面の片端５３は曲率半径Ｒｐを有している。
【００５３】
プローブカードの検査において、電極パッドとの接触回数は約１０万回にも及ぶため、プローブ先端部の磨耗、変形が懸念される。実施の形態１乃至実施の形態３にて述べたように、本発明のプローブ構造によればスクラブ動作を限りなく排除することが可能である。したがって、垂直プローブ先端５１と電極パッド６との接触部は常に同一箇所となる。
【００５４】
そのため、垂直プローブ先端面５２が電極パッドの接触面６１と常にθｐの角度を保持し、かつ、電極パッド６と接触を開始する垂直プローブ先端面の片端５３の曲率半径Ｒｐを極力小さくすることにより、プローブ接触部５３が磨耗しても常に微小範囲で電極パッドと接触することが可能となる。具体的な数値としては実験により、θｐ＝８°近辺、曲率半径Ｒｐ＝２μｍ以下であることが望ましい。
【００５５】
（実施の形態５）
実施形態５について図７を用いて説明する。図７において、５３は垂直プローブ先端部、６２は電極パッド６の表面に生じた酸化皮膜、６３は電極パッド素材（例えばアルミ）である。
【００５６】
実施形態１乃至４にて説明した方法により、スクラブ動作を限りなく排除し、プローブ先端部の微小部分のみを電極パッドとの接触部とすることが可能であることを説明した。
【００５７】
図７において、一般的に電極パッドの酸化皮膜（酸化アルミ等）６２は、おおよそ２０ｎｍ前後の薄膜で形成されている。この酸化皮膜６２を垂直プローブ先端部５３が突き破り、垂直プローブ先端部５３と電極パッド素材６３が接触することで電気的導通を得ることができる。
【００５８】
このとき、大きなスクラブが作用したり、必要以上に大きい荷重Ｐが作用したりした場合、酸化皮膜６２が剥離しプローブ先端に付着するため、常にプローブ先端部のクリーニングが必要となる。そのため、荷重Ｐは必要最小限の値でなければならない。
【００５９】
このときの動作について図７を用いて説明する。図７（ａ）は相対的にパッド６が垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部５３に接触するまでの状態を示す。次に、パッド６が垂直プローブ先端部５３と接触を開始し、オーバードライブが作用し、最適な最大荷重Ｐｍａｘが負荷されたとき、図７（ｂ）に示すように、パッド表面の酸化皮膜６２が破壊され、垂直プローブ先端部５３とパッド素材６３が接触し、電気的導通が得られる。
【００６０】
検査が終了し、荷重Ｐが解除され垂直プローブ先端部５３がパッド６から離れたとき、最適な最大荷重であれば、図７（ｃ）に示すように、破壊された酸化皮膜６４が垂直プローブ先端部５３に付着することなく検査を終了することができる。この荷重Ｐの最適値は実験により２０ｍＮ以下、とりわけ１０ｍＮ乃至２０ｍＮであることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のプローブによれば、第１の変形部の先端に、第１の変形部の挙動により生じた水平方向変位又は回転移動に伴う水平方向変位を補正し、水平方向変位すなわちスクラブ量を２μｍ以下のレベルまで微細に制御可能な機能を有する第２の変形部である小変形構造を形成することにより、ＬＣＤドライバＬＳＩ等におけるようなスクラブ動作を不要とするＬＳＩに対しては、従来のスクラブ動作による電極パッド素材が削られてしまうことがなく、又、従来スクラブ動作を必要とする電極パッドにおいては、適切なスクラブ量の確保により、電極パッド表面の酸化皮膜を剥離することなく突き破り電極パッドとの電気的導通を行うことができるため、定期的なクリーニングが不要となり、検査コストを低減したプローブカードを提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 第１の変形部
２ 第２の変形部
６ パッド
１１ 垂直プローブ
１２ 固定端
１３ 水平梁
１４ 水平梁
１５ 垂直プローブ片端
２１ 垂直部
２２ 水平梁
２３ 垂直部
２４ 垂直プローブ先端部
２５ 垂直延長部
３１ カンチレバー開放端
３２ 固定端
３３ 水平梁
４１ 垂直プローブ
４２ 固定端
４３ 水平梁
４４ 水平梁
４５ 垂直プローブ先端
５１ 垂直プローブ先端部
５２ 垂直プローブ先端面
５３ 先端面片端
６１ 電極パッド接触面
６２ 酸化皮膜
６３ 電極パッド素材
６４ 酸化皮膜破壊部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩなどの電子デバイスの製造工程において、ウエハ上に形成された複数のチップの回路検査に使用する接触子（プローブ）に関し、特にチップ上に配列される電極パッドに対しウエハ状態のままプローブを接触させ、一括してチップの電気的導通によりウエハに構成された回路検査を実施するプローブカードに搭載されるプローブ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の進歩に伴って電子デバイスの集積度が向上し、半導体ウエハ上に形成される各半導体チップにおいても回路配線の占めるエリアが増加し、それ故、各半導体チップ上のパッド数の増加、パッド面積の縮小化、パッドピッチの狭小化が進んでいる。
【０００３】
この半導体ウエハ上の半導体チップの検査手段としては、被検査半導体チップのパッドと検査装置との間に、外力に対して弾性変形部を有する複数の針状プローブを多数配列したプローブカードが用いられている。
【０００４】
パッド配列が微細化及び狭ピッチ化したことで問題となるのは、半導体チップのパッドに接触させて電気的導通を得るためのプローブの構造を、パッド配列の微細化に合わせた小型で高密度なものとしなければならないことである。
【０００５】
また、パッド面積が縮小化したことで問題となるのは、パッドがアルミ合金膜で形成されているメモリＬＳＩやロジックＬＳＩ等において、パッド表面に存在する酸化皮膜をプローブ先端の水平方向の擦り（スクラブ）により破壊して電気的導通を得る必要があり、このスクラブ動作によりプローブ先端がパッドから外れることを防ぐためだけでなく、パッド面積に対するスクラブ痕面積が大きくなることによるワイヤボンディング不良を生じさせないため、スクラブ量を微細にコントロールしなければならないことである。
【０００６】
プローブ構造として、片持梁のカンチレバー構造を有する針状のプローブが一般的である。従来のカンチレバーの構造においては、先端垂直方向変位量（オーバードライブ量）と先端水平方向変位量であるスクラブ量との間にはトレードオフの関係がある。
【０００７】
すなわち、パッドに損傷を与えない適切な押圧力を確保し、かつ、同時に多数のパッドに対して一定以上の押圧力を確実に与えるための垂直方向寸法のばらつきを吸収するためには、比較的大きなオーバードライブ量が必要である。このためには、カンチレバーの梁長を大きくしなければならないため、高密度化に問題があった。
【０００８】
反対に梁長を小さくし小型にすれば、大きなオーバードライブ量が確保できず、同時に多数のパッドに対して一定以上の押圧力を確実に与えることが困難であるという問題が生じていた。
【０００９】
一方、より狭ピッチ化（２０μｍ以下）が予測される液晶（ＬＣＤ）ドライバ用ＬＳＩのパッドは、主として酸化皮膜が生じ難い金メッキ等により形成されている。このＬＣＤドライバＬＳＩのパッドに対して、上述のスクラブ設計されたプローブを使用することにより、パッド素材である金が削られてしまい、プローブ先端の定期的なクリーニングが必要となるだけでなく、金属屑の付着によるプローブの破損や導通不良等の原因となるという問題が生じる。
【００１０】
上述したような背景により、プローブに対する技術的要求としては、
（１）パッド配列の狭ピッチ化へ対応した高密度プローブ、
（２）大きなオーバードライブの確保、
（３）スクラブ機能を含むプローブの接触部近傍における挙動の微細なコントロール（概ね２μｍ以下）
を同時に可能とすることにある。そのためこれまで本発明者等は、下記「特許文献１」及び「特許文献２」記載の提案を行ってきた。
【００１１】
特許文献１においては、従来のカンチレバー構造の代わりに平行ばね構造によるプローブ構造を採用することにより、比較的大きなオーバードライブ量を確保しつつ、パッドとプローブの接触部近傍における水平方向挙動の微細なコントロールを可能としてきた。さらに、平行ばね構造の先端部に回転変形部を接続させることにより、スクラブ動作量を微細にコントロールできる構造が実現可能となった。
【００１２】
特許文献２においては、平行ばね構造における水平梁の少なくとも１対の相対する平行梁間距離が、水平方向に沿って連続に又は不連続に変化することを特徴とすることにより、さらに水平方向挙動の微細なコントロールを可能とした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１２２３５６号公報
【特許文献２】特開２００９−０３６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、ＬＣＤドライバＬＳＩ等におけるようなスクラブ動作を不要とするＬＳＩに対しては、従来のようなスクラブ設計されたプローブを使用することにより、スクラブ動作が発生することによりパッド素材である金が削られてしまい、定期的なクリーニングが必要となるだけでなく、導通不良等の原因となるという問題が生じる。
【００１５】
又、従来スクラブ動作を必要とするアルミ電極パッドにおいては、従来のスクラブ設計されたプローブを使用することにより、電極パッド表面の酸化皮膜を必要以上に剥離するだけでなく電極パッド素材も破壊するため、定期的なクリーニングが必要となり、又、ワイヤボンディング不良の原因となるという問題が生じる。
【００１６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、主として垂直移動のみの動作を行う平行ばね変形構造部と、垂直プローブ延長部に、平行ばね構造部の挙動により生じた水平方向変位を補正し、水平方向変位を限りなくゼロに近づける機能を有する小変形構造を形成することにより、スクラブ機能を極力排除し、かつ、最小限の接触力で電気的導通が得られるプローブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の発明は、垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小となることを特徴とするプローブである。このため、第２の変形部を設けずにオーバードライブの全動作範囲において前記垂直プローブ先端の水平方向変位を生じ難くするという作用を有する。
【００１８】
第２の発明は、前記１対の水平梁のうち、前記垂直プローブ先端側（被検査電極パッド側）の水平梁の水平方向に対する初期角度（プローブ動作前の角度）が０度であることを特徴とするプローブである。このため、第２の変形部を設けずにオーバードライブの全動作範囲において前記垂直プローブ先端の水平方向変位を生じ難くするという作用を有する。
【００１９】
第３の発明は、前記リンク機構の各部変位量が、以下に示すマトリクス解析法の各式に則って算出されるものであって、前記垂直プローブ先端座標変位のＸ方向変位量が概略０であることを特徴とするプローブである。
ただし、Ｆｘ：Ｘ方向荷重、Ｆｙ：Ｙ方向荷重、δｘ：Ｘ方向変位、δｙ：Ｙ方向変位、Ｅ：梁のヤング率、Ｉ：梁の断面２次モーメント、Ａ：梁の断面積、Ｌ：梁の長さとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプローブによれば、第１の変形部の先端に、第１の変形部の挙動により生じた水平方向変位又は回転移動に伴う水平方向変位を補正し、水平方向変位すなわちスクラブ量を２μｍ以下のレベルまで微細に制御可能な機能を有する第２の変形部である小変形構造を形成することにより、ＬＣＤドライバＬＳＩ等におけるようなスクラブ動作を不要とするＬＳＩに対しては、従来のスクラブ動作による電極パッド素材が削られてしまうことがなく、又、従来スクラブ動作を必要とする電極パッドにおいては、適切なスクラブ量の確保により、電極パッド表面の酸化皮膜を剥離することなく突き破り電極パッドとの電気的導通を行うことができるため、定期的なクリーニングが不要となり、検査コストを低減できるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】 本発明の実施の形態１であるプローブの基本構造を示す説明図である。
【図２】 本発明の実施の形態１であるプローブ構造の動作を説明する図である。
【図３】 本発明の実施の形態２であるプローブ構造及び動作を説明する図である。
【図４】 本発明の実施の形態３であるプローブ構造及び動作を説明する図である。
【図５】 本発明の実施の形態３であるプローブ構造のプローブ動作関係を説明する図である。
【図６】 本発明の実施の形態４を示すプローブ先端形状を説明する図である。
【図７】 本発明の実施の形態５を示すプローブ動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係るプローブ構造の基本的な説明図である。図１において、１１は垂直プローブ、１２は固定端、１３及び１４は水平梁であり、垂直プローブ１１、固定端１２、水平梁１３及び水平梁１４によりリンク機構を原理とする概略平行四辺形型ばねを形成している。本構成を第１の変形部１と称する。
【００２４】
垂直プローブ１１の片端に直列に第２の変形部２が構成されている。第２の変形部２は、垂直プローブ１１の下端１５より垂直方向にＬ２１の長さの垂直部２１を有し、連続して固定端１２方向に向かってＬ２２の長さの水平梁部２２を有し、さらに連続して垂直方向にＬ２３の長さの垂直部２３を有する。図１においてＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３の長さは、概ねＬ２１≒Ｌ２２≒Ｌ２３の関係で図示しているが、これに限定するものではない。
【００２５】
次に図１の例におけるプローブの動作について図２を用いて説明する。図２では、図１に示す梁形状を簡略化した形状に置き換えたものである。また、図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の形態であるプローブ構造を示し、図２（ａ´）〜（ｃ´）は同一の第１の変形部１において第２の変形部を設けず、第２の変形部２と同じ垂直方向長さの垂直延長部２５を設けたものであり、両者の比較で説明する。
【００２６】
後述する従来型カンチレバー構造では、オーバードライブに伴う＋Ｚ方向荷重Ｐに対して水平梁のＹ軸まわりの曲げモーメントによる曲げ変形が支配的となるのに対し、平行四辺形型ばね構造では、２つの水平梁１３、１４のせん断変形が加わるため曲げ変形が微小であるため，Ｚ方向の大きな変位に対しても垂直プローブ１１の回転移動が極めて小さいことが知られている。したがって，多数のプローブ組立後のプローブ先端位置ばらつきを吸収するために十分な大きさのオーバードライブ量を想定したプローブの挙動としては，平行四辺形型カンチレバー構造が適している。
【００２７】
これらの変位量は、水平梁１３，１４の長さＬ１３、Ｌ１４及び幅Ｄ１３、Ｄ１４、水平梁の水平方向に対する初期確度、水平梁間距離Ｗ等をパラメータとすることにより決定される。
【００２８】
図２においてまず、第１の変形部１の動作を説明する。パッド６が相対的に垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部２４に接触するまでは、プローブの水平梁１３及び１４は概略水平を維持した状態にある〔図２（ａ）及び（ａ´）〕。
【００２９】
次に、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始し、ある一定量だけ垂直方向に押し上げるオーバードライブが作用すると、２つの平行梁１３、１４がせん断変形と−θｙ方向の微小曲げモーメントＭ１１の合成により概略平行に回転移動し、それに伴い垂直プローブ１１が垂直方向に移動すると共に微小角度Δθ１（ｉ）だけ回転移動する〔図２（ｂ）〕。このとき、図２（ｂ´）において、垂直延長部２５は垂直プローブと共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ１´（ｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動、すなわちスクラブ動作が行われる。
【００３０】
さらに、平行梁１３、１４の弾性限界内における最大のオーバードライブ量ＯＤｍａｘまで垂直プローブ先端部２４が垂直方向に押し上げられたとき、垂直プローブ１１はさらに垂直移動と角度Δθ１（ｉｉ）の回転移動を行うことになる〔図２（ｃ）〕。このとき、図２（ｃ´）において、垂直延長部２５は垂直プローブと共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ１´（ｉｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動する。
【００３１】
この回転移動量Δθ１は、平行ばねにおける各梁の長さＬ１３、Ｌ１４、各梁の幅Ｄ１３、Ｄ１４、金属箔の厚さＴ、梁間距離Ｗおよび材質に伴うばね定数ｋをパラメータとすることにより任意に設定することができる。
【００３２】
さらに図２（ａ）〜（ｄ）において第２の変形部２の動作を説明する。第２の変形部２は、垂直プローブ１１の片端１５を固定端とし、水平梁部２２を梁とした微小カンチレバーと見做すことが出来る。
【００３３】
図２（ｄ）に示すように、第２の変形部２の片端を固定部とした場合の単独動作において、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始しオーバードライブが作用すると、梁部２１、２２、２３が＋θｙ方向の曲げモーメントＭ１２の作用により実線に示す如く回転移動し、その結果、垂直プローブ先端部２４が水平方向に微小距離ΔＳ１ｒ移動する。この水平方向距離ΔＳ１ｒは、各梁長さＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、梁の幅Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３をパラメータとして決定される。
【００３４】
一方、第１の変形部１における垂直プローブ１１の回転移動に伴い、第２の変形部２が、既に回転角度Δθ１の回転移動を生じていることになる。したがって、第２の変形部２は全体の回転移動Δθ１を生じるとともに、さらに、微小カンチレバーとして垂直プローブ先端２４が相対的に−Ｘ方向へ水平移動を生じることになる。ここで、実際に使用するプローブ動作範囲においては、Δθ１が微小であるため、図２（ｄ）における水平方向移動距離ΔＳ１ｒは、図２（ｂ）、（ｃ）における第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ１と概略等しいものと見做すことができる。
【００３５】
したがって、第１の変形部１に加わる曲げモーメントＭ１１に伴う第２の変形部２全体の回転移動を相殺する方向に、第２の変形部２の梁２２、２３に曲げモーメントＭ１２を作用させ、第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ１が、図２（ａ´）〜（ｃ´）にて説明した第２の変形部を設けない場合の先端部２４の水平移動距離ΔＳ１´と同一になるように各パラメータを決定することにより、垂直プローブ先端部２４の水平方向の移動距離を２μｍ以下のレベルまで微小に制御することが可能となる。
【００３６】
（実施の形態２）
実施形態２について図３を用いて説明する。図３において、第１の変形部１が従来型カンチレバーであり、第２の変形部２が前記カンチレバーの開放端から−Ｚ方向に概略垂直に接続されていることを特徴とするプローブである。また、図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の形態であるプローブ構造を示し、図３（ａ´）〜（ｃ´）は同一の第１の変形部において第２の変形部を設けず、第２の変形部と同じ垂直方向長さの垂直延長部２５を設けたものであり、両者の比較で説明する。
【００３７】
従来型カンチレバー構造では、オーバードライブに伴う＋Ｚ方向荷重に対して水平梁のＹ軸まわりのモーメントによる曲げ変形が支配的となるため，Ｚ方向の変位が増加するにつれて接触部である垂直プローブ先端の回転確度Δθ２が増加してくる．この増加は，第２の変形部２の垂直方向長さが長く，または水平梁３３の長さＬ３３が短いほど顕著であることは容易に予測される。
【００３８】
図３においてまず、第１の変形部１の動作を説明する。パッド６が相対的に垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部２４に接触するまでは、カンチレバーの水平梁３３は概略水平を維持した状態にある〔図３（ａ）及び（ａ´）〕。
【００３９】
次に、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始し、さらにある一定量だけ垂直方向に押し上げるオーバードライブが作用すると、カンチレバーの水平梁３３が−θｙ方向の曲げモーメントＭ２１により回転移動し、カンチレバー開放端３１が微小角度Δθ１（ｉ）だけ回転移動する〔図３（ｂ）〕。このとき、図３（ｂ´）において、垂直延長部２５はカンチレバー開放端３１と共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ２´（ｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動、すなわちスクラブ動作が行われる。
【００４０】
さらに、水平梁３３の弾性限界内における最大のオーバードライブ量ＯＤｍａｘまで押し上げられたとき、さらに回転移動し、その結果カンチレバー開放端３１が回転角度Δθ２（ｉｉ）だけ回転移動することになる〔図３（ｃ）〕。このとき、図３（ｃ´）において、垂直延長部２５はカンチレバー開放端３１と共に回転移動し、その結果先端部２４はΔＳ１´（ｉｉ）だけ＋Ｘ方向に水平移動する。
【００４１】
この回転方向移動量Δθ２は、カンチレバーにおける水平梁の長さＬ３３、梁の幅Ｄ３３、材料の厚さＴ、及び材質に伴うばね定数ｋをパラメータとすることにより任意に設定することができる。
【００４２】
図３（ａ）〜（ｄ）において第２の変形部２の動作を説明する。第２の変形部は、カンチレバー開放端３１を固定端とし、水平梁部２２を梁とした微小カンチレバーと見做すことが出来る。
【００４３】
図３（ｄ）に示すように、第２の変形部２の片端を固定部とした場合の単独動作において、パッド６が垂直プローブ先端部２４と接触を開始しオーバードライブが作用すると、梁部２１、２２、２３が＋θｙ方向の曲げモーメントＭ２２により回転移動し、その結果、垂直プローブ先端部２４が水平方向に微小距離ΔＳ２ｒ移動することになる。この水平方向距離ΔＳ２ｒは、各梁長さＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、梁の幅Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３をパラメータとして決定される。
【００４４】
一方、第１の変形部１における水平梁３３の回転方向移動に伴い、第２の変形部２が、既に回転角度Δθ２の回転移動を生じている。したがって、第２の変形部２は全体の回転移動Δθ２を生じるとともに、さらに、微小カンチレバーとして垂直プローブ先端２４が相対的に−Ｘ方向へ水平移動を生じることになる。ここで、実際に使用するプローブ動作範囲においては、Δθ２が微小であるため、図３（ｄ）における水平方向移動距離ΔＳ２ｄは、図３（ｂ）、（ｃ）における第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ２と概略等しいものと見做すことができる。
【００４５】
したがって、第１の変形部１に加わる曲げモーメントＭ２１に伴う第２の変形部２全体の回転移動を相殺する方向に、第２の変形部２の梁２２、２３に曲げモーメントＭ２２を作用させることにより、第２の変形部２の回転移動時に生じる相対的水平移動距離ΔＳ２が、図３（ａ´）〜（ｃ´）にて説明した第２の変形部を設けない場合の先端部２４の水平移動距離ΔＳ２´と同一になるように各パラメータを決定することにより、垂直プローブ先端部２４の水平方向の移動距離を２μｍ以下のレベルまで微小に制御することができる。
【００４６】
（実施の形態３）
実施形態３について図４を用いて説明する。図４において、４１は垂直プローブ、４２は固定端、４３及び４４は水平梁、４５はプローブ先端部、６は被検査電極パッドであり、垂直プローブ４１、固定端４２、水平梁４３及び４４によりリンク機構を原理とする平行ばねを形成している。本実施例では水平梁４３と水平梁４４との距離Ｗが水平方向に沿って異なる例を示したものである。
【００４７】
また本実施形態は、実施の形態１で前述した平行四辺形ばね構造において、水平梁４３に初期角度θｈを設けた実施例である。
【００４８】
図４の例においてその動作を説明する。相対的にパッド６が垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部４５に接触するまでは、プローブの水平梁４３及び４４は概略水平（図示の実線）を維持した状態にある。次に、パッド６が垂直プローブ先端部４５と接触を開始し、さらにある一定量だけ垂直方向に押し上げるオーバードライブが作用すると、プローブの二つの水平梁４３、４４が各々回転移動し、それに伴い垂直プローブ４１が移動する。このとき水平梁４３及び４４は平行でなく初期角度を有するため回転移動の軌跡も異なり、その結果、図示の点線に示すように垂直プローブ４１は水平梁４３、４４が平行の場合とは異なる軌跡をたどることになる。
【００４９】
次に、実施の形態３における動作を具体的数値で説明する。図４において、水平方向全長１．３ｍｍ、垂直プローブ４１の幅０．０７ｍｍ、水平梁４３及び４４の幅０．０３ｍｍ、垂直プローブ４１の水平梁間距離０．１７ｍｍとし、材質は板厚０．０２ｍｍのベリリウム銅とした。その他の寸法値は図示のとおりである。また、水平梁４４の水平方向に対する角度を０°とし、水平梁４３の水平方向に対する角度θｈを可変とした。
【００５０】
以上説明したようなモデルについて、プローブ先端部４５に図のＺ方向に接触荷重Ｐを負荷し、水平梁４３の水平方向に対する角度θｈの変化に対するプローブ先端部４５のスクラブ量を有限要素法により算出した結果を図５に示す。図５に示すように、接触荷重Ｐの大きさに係らずθｈの値が−２°近辺にていずれもスクラブ量がほぼ０となった。
【００５１】
このことから、垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小とすることができることが明らかとなる。また、上記１対の水平梁のうち、前記垂直プローブ先端側（被検査電極パッド側）の水平梁の水平方向に対する初期角度（プローブ動作前の角度）が０度とすることができることも明らかになる。また、前記リンク機構の各部変位量が、以下に示すマトリクス解析法の各式に則って算出されるものであって、前記垂直プローブ先端座標変位のＸ方向変位量が概略０にすることも可能であることも明らかとなる。
ただし、
Ｆｘ：Ｘ方向荷重、
Ｆｙ：Ｙ方向荷重、
δｘ：Ｘ方向変位、
δｙ：Ｙ方向変位、
Ｅ：梁のヤング率、
Ｉ：梁の断面２次モーメント、
Ａ：梁の断面積、
Ｌ：梁の長さ
である。
【００５２】
（実施の形態４）
実施形態４について図６を用いて説明する。図６において、５１は垂直プローブ先端部、５２は垂直プローブ先端面、５３は垂直プローブ片端である。垂直プローブ先端面５２は概略平面を成しており、電極パッド６の接触面６１とθｐの角度をもって電極パッドと接触する例を示している。一方、電極パッド６と接触を開始する垂直プローブ先端面の片端５３は曲率半径Ｒｐを有している。
【００５３】
プローブカードの検査において、電極パッドとの接触回数は約１０万回にも及ぶため、プローブ先端部の磨耗、変形が懸念される。実施の形態１乃至実施の形態３にて述べたように、本発明のプローブ構造によればスクラブ動作を限りなく排除することが可能である。したがって、垂直プローブ先端５１と電極パッド６との接触部は常に同一箇所となる。
【００５４】
そのため、垂直プローブ先端面５２が電極パッドの接触面６１と常にθｐの角度を保持し、かつ、電極パッド６と接触を開始する垂直プローブ先端面の片端５３の曲率半径Ｒｐを極力小さくすることにより、プローブ接触部５３が磨耗しても常に微小範囲で電極パッドと接触することが可能となる。具体的な数値としては実験により、θｐ＝８°近辺、曲率半径Ｒｐ＝２μｍ以下であることが望ましい。
【００５５】
（実施の形態５）
実施形態５について図７を用いて説明する。図７において、５３は垂直プローブ先端部、６２は電極パッド６の表面に生じた酸化皮膜、６３は電極パッド素材（例えばアルミ）である。
【００５６】
実施形態１乃至４にて説明した方法により、スクラブ動作を限りなく排除し、プローブ先端部の微小部分のみを電極パッドとの接触部とすることが可能であることを説明した。
【００５７】
図７において、一般的に電極パッドの酸化皮膜（酸化アルミ等）６２は、おおよそ２０ｎｍ前後の薄膜で形成されている。この酸化皮膜６２を垂直プローブ先端部５３が突き破り、垂直プローブ先端部５３と電極パッド素材６３が接触することで電気的導通を得ることができる。
【００５８】
このとき、大きなスクラブが作用したり、必要以上に大きい荷重Ｐが作用したりした場合、酸化皮膜６２が剥離しプローブ先端に付着するため、常にプローブ先端部のクリーニングが必要となる。そのため、荷重Ｐは必要最小限の値でなければならない。
【００５９】
このときの動作について図７を用いて説明する。図７（ａ）は相対的にパッド６が垂直方向（＋Ｚ方向）に移動し垂直プローブ先端部５３に接触するまでの状態を示す。次に、パッド６が垂直プローブ先端部５３と接触を開始し、オーバードライブが作用し、最適な最大荷重Ｐｍａｘが負荷されたとき、図７（ｂ）に示すように、パッド表面の酸化皮膜６２が破壊され、垂直プローブ先端部５３とパッド素材６３が接触し、電気的導通が得られる。
【００６０】
検査が終了し、荷重Ｐが解除され垂直プローブ先端部５３がパッド６から離れたとき、最適な最大荷重であれば、図７（ｃ）に示すように、破壊された酸化皮膜６４が垂直プローブ先端部５３に付着することなく検査を終了することができる。この荷重Ｐの最適値は実験により２０ｍＮ以下、とりわけ１０ｍＮ乃至２０ｍＮであることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のプローブによれば、第１の変形部の先端に、第１の変形部の挙動により生じた水平方向変位又は回転移動に伴う水平方向変位を補正し、水平方向変位すなわちスクラブ量を２μｍ以下のレベルまで微細に制御可能な機能を有する第２の変形部である小変形構造を形成することにより、ＬＣＤドライバＬＳＩ等におけるようなスクラブ動作を不要とするＬＳＩに対しては、従来のスクラブ動作による電極パッド素材が削られてしまうことがなく、又、従来スクラブ動作を必要とする電極パッドにおいては、適切なスクラブ量の確保により、電極パッド表面の酸化皮膜を剥離することなく突き破り電極パッドとの電気的導通を行うことができるため、定期的なクリーニングが不要となり、検査コストを低減したプローブカードを提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 第１の変形部
２ 第２の変形部
６ パッド
１１ 垂直プローブ
１２ 固定端
１３ 水平梁
１４ 水平梁
１５ 垂直プローブ片端
２１ 垂直部
２２ 水平梁
２３ 垂直部
２４ 垂直プローブ先端部
２５ 垂直延長部
３１ カンチレバー開放端
３２ 固定端
３３ 水平梁
４１ 垂直プローブ
４２ 固定端
４３ 水平梁
４４ 水平梁
４５ 垂直プローブ先端
５１ 垂直プローブ先端部
５２ 垂直プローブ先端面
５３ 先端面片端
６１ 電極パッド接触面
６２ 酸化皮膜
６３ 電極パッド素材
６４ 酸化皮膜破壊部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、
前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小となることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
前記１対の水平梁のうち、前記垂直プローブ先端側（被検査電極パッド側）の水平梁の水平方向に対する初期角度（プローブ動作前の角度）が０度であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記リンク機構の各部変位量が、以下に示すマトリクス解析法の各式に則って算出されるものであって、前記垂直プローブ先端座標変位のＸ方向変位量が概略０であることを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
ただし、
Ｆｘ：Ｘ方向荷重、
Ｆｙ：Ｙ方向荷重、
δｘ：Ｘ方向変位、
δｙ：Ｙ方向変位、
Ｅ：梁のヤング率、
Ｉ：梁の断面２次モーメント、
Ａ：梁の断面積、
Ｌ：梁の長さ
である。
【請求項４】
被検査パッドと接触する垂直プローブの先端が概略平面であり、前記先端平面の水平方向（被検査電極パッド面方向）に対する角度が、５度乃至１０度の範囲であり、かつ、被検査パッドと接触する鋭角側の曲率半径が２μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
【請求項５】
前記垂直プローブ先端の水平方向変位（スクラブ）が２μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
【請求項１】
垂直方向に延びる垂直プローブと、垂直方向と交差する方向に延び直線又は曲線形状を有し一端が固定端と接続し他端は前記垂直プローブと接続する１対の水平梁とから構成されるリンク機構を含むプローブで、前記１対の相対する水平梁間距離が連続に又は不連続に変化するプローブにおいて、
前記水平梁間距離が固定端近傍で最大となり、前記垂直プローブ近傍で最小となることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
前記１対の水平梁のうち、前記垂直プローブ先端側（被検査電極パッド側）の水平梁の水平方向に対する初期角度（プローブ動作前の角度）が０度であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記リンク機構の各部変位量が、以下に示すマトリクス解析法の各式に則って算出されるものであって、前記垂直プローブ先端座標変位のＸ方向変位量が概略０であることを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
ただし、
Ｆｘ：Ｘ方向荷重、
Ｆｙ：Ｙ方向荷重、
δｘ：Ｘ方向変位、
δｙ：Ｙ方向変位、
Ｅ：梁のヤング率、
Ｉ：梁の断面２次モーメント、
Ａ：梁の断面積、
Ｌ：梁の長さ
である。
【請求項４】
被検査パッドと接触する垂直プローブの先端が概略平面であり、前記先端平面の水平方向（被検査電極パッド面方向）に対する角度が、５度乃至１０度の範囲であり、かつ、被検査パッドと接触する鋭角側の曲率半径が２μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
【請求項５】
前記垂直プローブ先端の水平方向変位（スクラブ）が２μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０８９６５（Ｐ２０１３−１０８９６５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６８３４９（Ｐ２０１１−２６８３４９）
【出願日】平成２３年１１月１９日（２０１１．１１．１９）
【出願人】（３９１０１８６６２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１９日（２０１１．１１．１９）
【出願人】（３９１０１８６６２）
【Ｆターム（参考）】
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