特許 6841518 プローブユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6841518

(24)【登録日】2021年2月22日

(45)【発行日】2021年3月10日

(54)【発明の名称】プローブユニット

(51)【国際特許分類】

   G01R 1/067 20060101AFI20210301BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20210301BHJP

【ＦＩ】

   G01R1/067 C

   H01L21/66 B

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-25162(P2019-25162)

(22)【出願日】2019年2月15日

(65)【公開番号】特開2020-134215(P2020-134215A)

(43)【公開日】2020年8月31日

【審査請求日】2019年11月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】395017380

【氏名又は名称】株式会社サンケイエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100137338

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 朋子

(72)【発明者】

【氏名】笠原 久芳

【審査官】 西島 篤宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５８４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０４３２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１０８９７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １／０６７

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象と接触させるプランジャを有したコンタクトプローブと、前記プランジャを突出させるピン孔を有した筐体と、を備え、
前記プランジャは、前記検査対象と接触する先端部と、前記ピン孔の内径よりも小径に形成された小径部と、前記ピン孔の内径と略同径に形成された基端部と、を有し、
前記先端部は、その先端が丸みを帯びた形状に形成され、
前記小径部は、前記先端部と前記基端部の間に設けられ、
前記基端部の外周面は、前記基端部の軸方向の長さ全長に亘って、前記ピン孔の径方向外方に向かって略一定の曲率半径で湾曲して形成され、さらに、前記ピン孔の内周面に当接可能に構成され、
前記基端部の軸方向の長さは、前記ピン孔の開口端縁部と前記小径部の外周面との間の径方向に沿った距離よりも長く構成されていることを特徴とする、プローブユニット。

【請求項2】

前記ピン孔は、前記小径部が収容される第一収容部と、前記基端部が収容される第二収容部と、を有し、
前記第一収容部の内径は、前記第二収容部の内径よりも小径に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプローブユニット。

【請求項3】

前記小径部の先端側には、前記小径部の直径よりも大径に形成された大径部が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のプローブユニット。

【請求項4】

前記小径部と前記先端部との間には、前記プランジャの先端に向かうに伴い漸次拡径するテーパ部が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のプローブユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検査物（例えば、半導体デバイスやウェハー、回路基板、集積回路等）の電気的特性を検査する際に用いられるプローブユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被検査物（例えば、半導体デバイスやウェハー、回路基板、集積回路等）の電気的特性を検査する際に用いられるコンタクトプローブとして、導電性およびバネ性を有する薄板によって、接触部と変形部とが一体に形成された電気接触子が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５１０３５６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、測定した電気抵抗値の値には、バラつきが生じるのが通常である。これは、金属の表面が空気により酸化し、酸化被膜が発生するためである。

【0005】

酸化被膜は、金属本体と比較すると電気的抵抗が大きいため、酸化被膜が金属本体の表面を覆っている状態では、検査対象の正しい抵抗値が測定できない。そして、酸化被膜は、自然に発生するため酸化膜の厚みも均一ではなく、測定した抵抗値にバラつきが生じてしまう。

【0006】

測定した抵抗値のバラつきが増大すると、被検査物の正確な検査結果を得ることができない。そのため、被検査物の正確な検査結果を得るためには、測定する抵抗値のバラつきを低減するための対策が必要不可欠である。

【0007】

ここで、従来のプローブユニットを用いた、抵抗値の測定態様を説明する。

【0008】

図７は、従来のプローブユニット５を示す図であって、図７（ア）は検査前の従来のプローブユニット５の状態を示している。図７（イ）は、検査時の従来のプローブユニット５の状態を示している。

【0009】

従来のプローブユニット５は、従来のコンタクトプローブ５１（以下、単にコンタクトプローブ５１と称する）と、コンタクトプローブ１１を収容する筐体５２と、を備えている。

【0010】

詳述すれば、コンタクトプローブ１１は、２つの従来のプランジャ５１３（以下、単にプランジャ５１３と称する）と、バネ構造体５１５と、を有している。２つのプランジャ５１３は、バネ構造体５１５の両端に設けられている。

【0011】

また、筐体５２は、コンタクトプローブ５１を収容し、２つのプランジャ５１３を突出させるピン孔５２１が設けられている。

【0012】

検査対象３は、被測定物である金属本体３１と、その表面に付着した酸化被膜３２と、を有している。検査対象３は、電気伝導性を有する金属が使用されている部品や製品であり、例えば、半導体デバイスや回路基板等である。

【0013】

図７（イ）に示されるように、従来のプローブユニット５は、検査対象３に押圧させた際、プランジャ５１３の先端が酸化被膜３２に接触した後、プランジャ５１３の中心軸線とピン孔５２１の中心軸線とが、ほぼ一致した状態で、鉛直下方に沈んでいくこととなる。これにより、プランジャ５１３は、酸化被膜３２を介して金属本体３１の抵抗値を測定することとなり、精度の高い測定が困難となる。

【0014】

本発明者は、この抵抗値のバラつきを低減するため試行錯誤を繰り返した結果、測定した抵抗値のバラつきを低減するためには、金属表面に発生した酸化被膜を削り、金属本体を露出させる必要があると考えた。

【0015】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、表面に発生した酸化被膜を削ることで、測定した検査対象の抵抗値のバラつきを可能な限り低減することができる、プローブユニットを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記課題を解決するために、本発明は、検査対象と接触させるプランジャを有したコンタクトプローブと、前記プランジャを突出させるピン孔を有した筐体と、を備え、
前記プランジャは、前記検査対象と接触する先端部と、前記ピン孔の内径よりも小径に形成された小径部と、前記ピン孔の内径と略同径に形成された基端部と、を有し、
前記小径部は、前記先端部と前記基端部の間に設けられ、
前記基端部の外周面は、前記ピン孔の径方向外方に向かって湾曲形成されていることを特徴とする。

【0017】

このような構成とすることで、検査対象の表面に発生した酸化被膜をプランジャの先端で削ることができる。酸化被膜を削ることで、酸化されていない検査対象の金属本体の抵抗値を測定でき、測定する抵抗値のバラつきを低減することが可能となる。

【0018】

本発明の好ましい形態では、前記ピン孔は、前記小径部が収容される第一収容部と、前記基端部が収容される第二収容部と、を有し、
前記第一収容部の内径は、前記第二収容部の内径よりも小径に形成されていることを特徴とする。

【0019】

このような構成とすることで、プランジャが、測定時に筐体の外に飛び出してしまうことを防ぐことが可能となる。

【0020】

本発明の好ましい形態では、前記小径部の先端側には、前記小径部の直径よりも大径に形成された大径部が設けられていることを特徴とする。

【0021】

このような構成とすることで、プランジャの先端側の重量が増し、プランジャが、より傾斜しやすくなる。

【0022】

本発明の好ましい形態では、前記小径部と、前記先端部との間には、前記プランジャの先端に向かうに伴い漸次拡径するテーパ部が形成されていることを特徴とする。

【0023】

このような構成とすることで、プランジャの不意の破損を防止することが可能となる。即ち、テーパ部が設けられていない場合、小径部と大径部との間には、段差が生じることとなるため、例えば、測定中にコンタクトプローブを押圧しすぎてしまった際、段差の角が筐体に接触し、プランジャが破損してしまう恐れがあるが、テーパ部が形成されていることで、このような事態を防止することが可能となる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、表面に発生した酸化被膜を削ることで、測定した検査対象の抵抗値のバラつきを、可能な限り低減することができるコンタクトプローブを、提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施形態にかかるプローブユニット全体を示す図である。

【図2】本発明の実施形態にかかるプローブユニットの部分拡大図である。

【図3】本発明の実施形態にかかる測定前の状態を示す図である。

【図4】本発明の実施形態にかかるプローブユニットを用いた測定態様を示す図である。

【図5】本発明の実施形態にかかるプローブユニットを用いた測定態様を示す図である。

【図6】本発明の実施形態にかかるプローブユニットを用いた測定態様を示す図である。

【図7】従来のプローブユニット全体を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を用いて、本発明の実施形態の一つについて説明する。
なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、これらの図において、符号１は、本実施形態のプローブユニット１を示す。

【0027】

図１（ア）に示されるように、プローブユニット１は、コンタクトプローブ１１と、コンタクトプローブ１１を収容する筐体１２と、を備えている。

【0028】

詳述すれば、コンタクトプローブ１１は、図１（イ）に示されるように、２つのプランジャ１１３、５１３と、バネ構造体１１５と、を有している。２つのプランジャ１１３、５１３は、バネ構造体１１５の両端に設けられている。

【0029】

また、筐体１２は、図１（ウ）に示されるように、コンタクトプローブ１１を収容し、２つのプランジャ１１３、５１３を突出させるピン孔１２１が設けられている。ピン孔１２１には、プランジャ１１３の小径部１１３ｄ（図２参照）を収容する第一収容部１２１ａと、バネ構造体１１５及びプランジャ１１３の基端部１１３ｅ（図２参照）を収容する第二収容部１２１ｂと、が形成されている。

【0030】

図２（ア）はプランジャ１１３の部分拡大図、図２（イ）及び（ウ）は、プローブユニット１の部分拡大図、である。

【0031】

図２（ア）に示されるように、プランジャ１１３は、先端部１１３ａと、大径部１１３ｂと、プランジャの先端に向かうに伴い漸次拡径するテーパ部１１３ｃと、小径部１１３ｄと、基端部１１３ｅと、を有している。

【0032】

詳述すれば、大径部１１３ｂ、テーパ部１１３ｃ及び小径部１１３ｄは、先端部１１３ａと基端部１１３ｅとの間に設けられている。また、大径部１１３ｂは先端部１１３ａ側に設けられ、小径部１１３ｄは基端部１１３ｅ側に設けられ、テーパ部１１３ｃは大径部１１３ｂと小径部１１３ｄとの間に設けられている。さらに、大径部１１３ｂの直径は、小径部１１３ｄの直径よりも大径に形成されている。

【0033】

図２（イ）に示されるように、小径部１１３ｄの直径は、第一収容部１２１ａの内径よりも小径に形成されている。
なお、本実施形態では、それぞれの直径が、小径部１１３ｄは０．７８ｍｍ、第一収容部１２１ａは０．８２ｍｍとなっている。この、小径部１１３ｄと第一収容部１２１ａとの直径の差は、基端部１１３ｅの中心点Ｏを基点として揺動可能な隙間を、小径部１１３ｄと第一収容部１２１ａとの間に有していれば、自由に設定して良い。

【0034】

基端部１１３ｅは、平面視で円形となっている。また、図２（イ）に示されるように、基端部１１３ｅの直径は、筐体１２の第二収容部１２１ｂの内径と略同一に構成されている。さらに、基端部１１３ｅの外周面は、ピン孔１２１の径方向外方に向かって湾曲形成されており、全体として正球を２つの平行な平面で分割した球台形状となるように、形成されている。

【0035】

このようにすることで、基端部１１３ｅの中心点Ｏは、ピン孔１２１の中心軸線上に固定される。そして、基端部１１３ｅの外周面が、ピン孔１２１の径方向外方に向かって湾曲形成されていることで、図２（ウ）に示されるように、基端部１１３ｅの中心点Ｏを基点として、基端部１１３ｅの外周面と第二収容部１２１ｂの内壁との当接位置が滑らかに変化し、プランジャ１１３が揺動することとなる。

【0036】

なお、基端部１１３ｅの外周面は、球台形状である必要はなく、ピン孔１２１の径方向外方に向かって湾曲形成されていれば良い。
ただし、好ましくは、外周面のＲ（曲率半径）は、外周面の一端から他端まで、等しい値であると良い。すなわち、基端部１１３ｅの中心点Ｏを通るピン孔１２１の径方向に平行な水平面上に、外周面の曲率半径Ｒの中心が設けられ、その中心から外周面の上端までの距離と下端までの距離とが同一となるようにする。このようにすると、プランジャ１１３は、傾斜する際の引っかかりが無く、滑らかに可動することができる。

【0037】

次に、図３〜図６を用いて、プローブユニット１を用いた測定態様について説明する。
なお、これらの図において、ピン孔１２１の軸方向は、検査対象３の下面に対して垂直となるように構成されている。

【0038】

図３は、検査対象３に接触する前のプローブユニット１を示す図である。

【0039】

図３（ア）に示す基台７は、導電可能な素材で形成され、抵抗値の解析等を行う電子機器に接続されている（図示せず）。また、基台７は、プランジャ５１３に接触させられ、基台７に押されたコンタクトプローブ１１は、基台７の反対側に向かって押し出される。

【0040】

図３（イ）に示されるように、上方に突出するプランジャ１１３は、検査対象３に接触する前であっても僅かに傾いている。なお、直線Ｐはプランジャ１１３の中心軸線であり、直線Ｃはピン孔１２１の中心軸線である。

【0041】

次に、図４（ア）に示すように、基台７からコンタクトプローブ１１が押し出された状態で、プランジャ１１３が検査対象３に接触すると、検査対象３が、基台７が押す方向（矢印Ｗ）と対向する力でコンタクトプローブ１１を押し返し（矢印Ｘ）、バネ構造体１１５が収縮する（矢印Ｙ）。これにより、バネ構造体１１５に、付勢力（矢印Ｚ）が働くこととなる。

【0042】

この際、検査対象３により、バネ構造体１１５の鉛直方向への伸長動作が拘束されているため、プランジャ１１３は、バネ構造体１１５の付勢力に起因して、基端部１１３ｅの中心点Ｏを中心とし、元からわずかに傾斜していた方向にさらに傾斜し、図５に示す状態となる。

【0043】

図５は、プランジャ１１３が、ピン孔１２１の内壁に当接し固定された状態を示す図である。
詳述すれば、プランジャ１１３は、点ｓ及び点ｔで、ピン孔１２１の内壁と接触し、押し付けられることで固定されている。点ｓは、第一収容部１２１ａの開口端の一点であり、小径部１１３ｄが接触する点である。点ｔは、第二収容部１２１ｂと基端部１１３ｅとが接触する点である。

【0044】

このように、プランジャ１１３は、先端部１１３ａが検査対象３に接触した状態で揺動するため、先端部１１３ａが検査対象３の酸化被膜３２を引っかき、金属本体３１を露出させる。そして、露出した金属本体３１に、先端部１１３ａが押し付けられ、その状態で測定が行われる。

【0045】

図６は、先端部１１３ａの移動距離について図示したものである。
なお、一点鎖線Ｐａは、図４に示す状態でのプランジャ１１３の中心軸線を、一点鎖線Ｐｂは、図５に示す状態でのプランジャ１１３の中心軸線を、それぞれ示している。

【0046】

ここで、検査対象３（酸化被膜３２）に触れた瞬間の先端部１１３ａと検査対象３との接触点を、点ａとし、酸化被膜３２を引っかき、図６に示す状態となったときの先端部１１３ａと検査対象３（金属本体３１）との接触点を、点ｂとすると、点ａと点ｂとの間の水平方向の直線距離が、先端部１１３ａの移動距離Ｄである。

【0047】

なお、移動距離Ｄは、０、１ｍｍ〜０、２ｍｍの範囲内とすることが好ましいが、これに限らず、酸化被膜３２を削ることで、測定する抵抗値のバラつきを低減することができるような移動距離Ｄであれば、どのような値であっても良い。
また、本実施形態において、プランジャ１１３の全長は５．４ｍｍ、小径部１１３ｄの直径は０．６５ｍｍ、小径部１１３ｄの長さは２ｍｍ、大径部１１３ｂの直径は０．７８ｍｍ、大径部１１３ｂの長さは２４ｍｍ、基端部１１３ｅの最大径は０．９８ｍｍ、第一収容部１２１ａの内径は０．８２ｍｍ、第一収容部１２１ａの深さは０．５ｍｍ、第二収容部１２１ｂの内径は１ｍｍ、に設計されている。

【0048】

表１は、プローブユニット５を用いた際の、検査対象３の抵抗値の散布図である。表２は、プローブユニット１を用いた際の、検査対象３の抵抗値の散布図である。

【0049】

【表1】

【0050】

【表2】

【0051】

表１から分かるように、プローブユニット５を用いた際、測定した抵抗値のバラつきは非常に大きいが、表２から分かるように、プローブユニット１を用いた際、測定した抵抗値のバラつきが明確に小さくなっている。また、表２では、荷重と抵抗値との比例関係も見ることができる。

【0052】

本実施形態によれば、プランジャ１１３が揺動し、検査対象３の表面に発生した酸化被膜３２をプランジャ１１３の先端で削ることが可能となる。酸化被膜３２を削ることで、酸化されていない検査対象３の金属本体３１の抵抗値を測定でき、測定する抵抗値のバラつきを低減することが可能となる。

【0053】

また、第一収容部１２１ａの内径が、前記第二収容部１２１ｂの内径よりも小径に形成されていることで、プランジャ１１３が、測定時に筐体の外に飛び出してしまうことを防ぐことが可能となる。

【0054】

また、小径部１１３ｄの先端側に、小径部１１３ｄの直径よりも大径に形成された大径部１１３ｂが設けられていることで、先端側の重量が増し、プランジャ１１３が、より傾斜しやすくなる。

【0055】

また、小径部１１３ｄと先端部１１３ａとの間に、プランジャ１１３の先端に向かうに伴い漸次拡径するテーパ部１１３ｃが形成されていることで、プランジャ１１３の不意の破損を防止することが可能となる。

【0056】

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0057】

例えば、プランジャ１１３には、大径部１１３ｂを設けず、テーパ部１１３ｃを長くして、先端部１１３ａがテーパ部１１３ｃに隣接するように構成しても良い。

【符号の説明】

【0058】

１ プローブユニット
１１ コンタクトプローブ
１１３ プランジャ
１１３ａ 先端部
１１３ｂ 大径部
１１３ｃ テーパ部
１１３ｄ 小径部
１１３ｅ 基端部
１１５、５１５ バネ構造体
１２、５２ 筐体
１２１、５２１ ピン孔
１２１ａ 第一収容部
１２１ｂ 第二収容部
３ 検査対象
３１ 金属本体
３２ 酸化被膜
５ 従来のプローブユニット
５１ 従来のコンタクトプローブ
５１３ 従来のプランジャ
７ 基台
Ｄ 移動距離
Ｏ 中心点
Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ 中心軸線（プランジャ）
Ｃ 中心軸線（ピン孔）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】