JP3394620B2

JP3394620B2 - 探針組立体および検査装置

Info

Publication number: JP3394620B2
Application number: JP00767195A
Authority: JP
Inventors: 進春日部; 昇一郎原田; 昭彦有賀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-01-20
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 2003-04-07
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: JPH08201427A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の探針を位置決め
して配置した探針組立体およびそのために用いる位置決
め基板に関する。特に、半導体素子等の、多数で高密度
に配置された電極を有する測定対象物の電極と接続する
ための探針を多数有する探針組立体、および、この探針
組立体で用いられる位置決め基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体メモリ等の半導体素子で
は、図６（Ａ）に示すように、ウエハ１の面上に多数の
ＬＳＩ用の半導体素子（チップ）２が設けられ、切り離
して使用に供される。上記半導体素子２は、その内の１
個を図６（Ｂ）に拡大して示すように、その表面には、
その周囲に沿って多数の電極３が列設されている。

【０００３】こうした半導体素子２を工業的に多数生産
し、その電気的性能を検査するには、図７および図８に
示すような構造の検査装置が用いられる。この検査装置
は、プローブカード４と、これから斜めに出たタングス
テン針からなるプローブ５とで構成される。この検査装
置による検査では、プローブ５のたわみを利用した接触
圧により上記電極３をこすって接触をとり、その電気特
性を検査する方法が用いられている。

【０００４】また、半導体素子の高密度化が進み、図９
に示すような、チップ状の半導体素子２が開発されてい
る。この半導体素子２は、チップ面に配置された複数の
電極のそれぞれの上に、はんだ接続に供するはんだバン
プ６を搭載したものである。このような半導体素子２に
ついての実装法として、図１０に示すように、半導体素
子２を、配線基板７の表面の電極８に対向させ、上記は
んだバンプ６を介して接続する方法がある。この方法
は、高密度実装、歩留まりの高い一括接続に適すること
から、その応用が拡大している。

【０００５】上記のような半導体素子の高密度化、狭ピ
ッチ化がさらに進み、高速信号による動作試験が必要に
なると、上述した方法では対応が困難となる。そのよう
な場合の半導体素子の特性検査を可能とする検査方法お
よび検査装置として、図１１に示すような構造の技術が
ある（特開昭６４−７１１４１号公報）この技術は、ス
プリングプローブ１０を用いるものである。このスプリ
ングプローブ１０は、互いに反対方向に突出するように
バネ１０ａで付勢された２本のプランジャ１０ｂおよび
１０ｃを、チューブ１０ｄに出没自在に嵌め込んだ形状
のスプリングプローブ１０を用いるものである。すなわ
ち、スプリングプローブ１０を挿入して固定するための
スルーホールを有する上下一組の位置決め基板１１およ
び１２を中間板１３を挟んで固定し、該スルーホールに
スプリングプローブ１０を挿入して構成される。この検
査装置は、スプリングプローブ１０の一端側のプランジ
ャ１０ｂを、検査対象物の電極（図示せず）に当接さ
せ、他端側のプランジャ１０ｃを、測定回路側の基板１
４に設けられた電極端子１５に当接させることにより、
検査を行う。

【０００６】上記位置決め基板１１および１２として
は、プローブを挿入して固定するためのスルーホール
を、ドリルにより孔あけ加工した、マシナブルセラミッ
クスあるいはポリイミドあるいはアクリルなどの絶縁性
基板が用いられている。また、孔あけ加工方法として、
感光性ガラスをエッチング用マスクを用いて紫外線で感
光した部分を結晶化させ、結晶化した部分を酸で溶解除
去することにより、孔あけ加工する方法がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子の高
密度化に伴って、検査用のプローブの高密度多ピン化が
進んでいる。そのため、半導体素子の検査装置のプロー
ブを挿入して固定あるいは位置決めするための低コスト
な孔あけ位置決め基板が望まれている。そこで、このよ
うな観点から、上記従来の孔あけ加工技術について検討
する。

【０００８】従来のドリルによる孔あけ加工方法では、
一孔づつ孔あけ加工するため、多数個になると、それだ
け加工時間が必要になる。特に、孔径が０．３ｍｍ以下
の微細な孔あけ加工では、削りくずの排除のため、一孔
の孔あけ加工中に何回もドリルを上げ下げする必要があ
る。また、ドリルの刃先が摩耗するため、頻繁にドリル
の交換が必要となる。特に、孔あけ数が多いと、それに
伴う段取り時間が増加する。そのため、加工に要する時
間が全体として増加する。これらの工程は、加工費にそ
のまま反映されて、多ピン用のドリル孔あけ基板は高価
となっている。

【０００９】一方、従来のエッチングによる孔あけ加工
方法では、孔径がエッチング用のマスク面から離れるに
従って大きくなるため、孔径の精度が悪くなる。そのた
め、感光性ガラスの厚さが０．５ｍｍ程度以下でない
と、数μｍ以下の誤差に押えることが困難である。とこ
ろが、薄い感光性ガラスは、強度が低い。そのため、割
れやすいという問題がある。

【００１０】本発明の第１の目的は、孔径精度につい
て、高精度な基板構造を有するスルーホールを有する位
置決め基板を提供することにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、基板強度につい
て、強度を向上させた基板構造を有するスルーホールを
有する位置決め基板を提供することにある。

【００１２】本発明の第３の目的は、高密度かつ多ピン
で、孔あけ加工精度および基板強度が良好なスルーホー
ルを形成した位置決め基板を有する検査装置を提供する
ことにある。

【００１３】上記第１および第２の目的を達成するた
め、本発明の第１の態様によれば、スルーホールを有す
る複数の位置決め基板と、前記スルーホールに挿通さ
れ、かつ被測定対象の電極と電気的に接続するための探
針とを有する探針組立体において、前記複数の位置決め
基板のうち少なくとも１つの位置決め基板は、一方の面
の開口径が他方の面の開口径より小さいスルーホールを
有する第１の基板と第２の基板を有し、前記第１の基板
と第２の基板は、対応するスルーホールの位置を合わせ
て、かつ、開口径が大きい面が対向する向きに配置され
ていることを特徴とする探針組立体が提供される。

【００１４】

【００１５】第１および第２の基板のスルーホールは、
それぞれエッチングにより形成されたものとすることが
できる。また、上記スルーホールを有する位置決め基板
は、感光性ガラスを用いることができる。さらに、第１
の基板および第２の基板は、融着により固着されたもの
であることができる。

【００１６】また、上記融着された第１および第２の基
板の全表面を、絶縁膜により被覆することができる。

【００１７】さらに、第１の基板および第２の基板の間
に、それらの基板のスルーホールの位置に対応すると共
に、それらの大きな開口径より大きな内径を持つスルー
ホールを有する第３の基板を配置して、それらを互いに
固着させて構成することができる。

【００１８】本発明の第３の目的を達成するため、さら
に他の形態によれば、多数の電極が配置された検査対象
の各電極に接触して、電気信号を授受して検査を行う検
査装置において、検査対象物を支持する試料支持系と、
前記試料支持系で支持される検査対象物と対向するよう
に配置される探針組立体と、前記試料支持系の検査対象
の変位駆動を制御する駆動制御系と、前記探針組立体と
接続されて検査を行うテスタとを有することを特徴とす
る検査装置が提供される。前記探針組立体は、スルーホ
ールを有する複数の位置決め基板と、前記スルーホール
に挿通され、かつ被測定対象の電極と電気的に接続する
ための探針とを有する探針組立体において、前記複数の
位置決め基板のうち少なくとも１つの位置決め基板は、
一方の面の開口径が他方の面の開口径より小さいスルー
ホールを有する第１の基板と第２の基板を有し、前記第
１の基板と第２の基板は、対応するスルーホールの位置
を合わせて、かつ、開口径が大きい面が対向する向きに
配置されている探針組立体である。

【００１９】上記探針としては、例えば、スプリングプ
ローブ、線材からなるプローブを用いることができる。

【００２０】

【作用】上記の構成によれば、エッチングによりスルー
ホールを形成した感光性ガラス基板を重ね合わせ、熱処
理することにより、基板を結晶化して基板強度を上げる
と共に、融着して一体化した厚い基板を形成することが
でき、強度を大幅に向上させることができる。また、該
スルーホールの加工精度の良い面を外側にして、エッチ
ングした基板を重ね合わせ、熱処理することにより融着
することにより、該スルーホールにプローブあるいは線
材を挿入時に、精度の良好なスルーホールの内壁で、少
なくとも２箇所で保持されることにより、該スルーホー
ルの精度が、実使用状態で向上した状態で使用すること
ができる。

【００２１】また、上記スルーホールを有する位置決め
基板の全表面を絶縁膜により被覆することにより、スル
ーホールに挿入したプローブによる摩耗粉を防止したス
ルーホールを有する位置決め基板を提供することができ
る。

【００２２】また、上記のスルーホールを有する位置決
め基板を有する半導体検査装置を構成することにより、
多ピンの半導体素子に対しても、低コストな半導体検査
装置を提供することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２４】図１は、本発明に係る、探針位置決め基板
を使用した探針組立体の第１の実施例を示す。これら図
は、要部を示す断面図である。

【００２５】図１において、本実施例の探針組立体は、
複数本のスプリングプローブ１０と、各スプリングプロ
ーブ１０の位置を決める位置決め構造体Ｃ１とで構成さ
れる。図１では、４本のスプリングプローブ１０が示さ
れているが、これは、図示および説明の便宜のためであ
って、実際には、さらに、多数のプローブが配置され
る。プローブの配置は、通常、二次元的である。従っ
て、図１では、多数のプローブの配列のある１列のみが
示されている。これは、以下の他の実施例についても同
様である。

【００２６】この探針組立体は、表面に多数の電極２ａ
が形成された、検査対象の半導体素子２と、検査を行な
う検査装置（図示せず）に接続するための配線基板５０
との間に配置される。すなわち、各スプリングプローブ
１０の一端を、それぞれ、対応する電極２ａに対向する
ように配置する。また、各スプリングプローブ１０の他
端を、配線基板５０の電極５２に対向するように配置す
る。なお、配線基板５０は、絶縁基板５１の一方の面に
電極５２を配置すると共に、基板５１内部に、配線５３
を有する。

【００２７】スプリングプローブ１０は、２本のプラン
ジャ１０ｂおよび１０ｃと、これらのプランジャ１０ｂ
および１０ｃの間に置かれるバネ１０ａと、これらを収
容するチューブ１０ｄとを備える。プランジャ１０ｂお
よび１０ｃは、それぞれ先端が針状に尖らせてある。こ
れらのプランジャ１０ｂおよび１０ｃは、チューブ１０
ｄの一端側と他端側とに、それぞれ出没自在に嵌め込ま
れている。プランジャ１０ｂおよび１０ｃは、バネ１０
ａにより、互いに反対方向に突出するよう付勢される。
チューブ１０ｄには、各プランジャ１０ｂおよび１０ｃ
が外に飛びださないように係止する突起１０ｅが設けら
れている。２本のプランジャ１０ｂおよび１０ｃと、チ
ューブ１０ｄと、バネ１０ａとは、導体で形成される。
これにより、プランジャ１０ｂの先端からプランジャ１
０ｃの先端までの導通が確保される。

【００２８】位置決め構造体Ｃ１は、プランジャ１０ｂ
側に配置されて、このプランジャ１０ｂの位置決めを行
なう位置決め基板１１と、プランジャ１０ｃ側に配置さ
れて、このプランジャ１０ｃの位置決めを行なう位置決
め基板１２と、これらの間に配置されて、これらの位置
決め基板１１および１２を保持するための中間板１３と
を有する。

【００２９】位置決め基板１１は、位置決めを行なうた
めの第１の基板１１ａおよび第２の基板１１ｂと、これ
らの強度を補強する補強基板１１ｃとで構成される。ま
た、位置決め基板１２は、位置決めを行なうための第１
の基板１２ａおよび第２の基板１２ｂで構成される。位
置決め基板１１および１２には、対応する位置に、使用
目的に合わせた各種の孔が形成される。各種の孔として
は、スプリングプローブ１０を挿通するためのプローブ
用スルーホール２２が形成される。また、位置決め基板
１１および１２には、それぞれ固定のためのボルト２６
／ナット２７を収容するための収容孔２３ａ，２３ｂ，
２３ｃおよび２３ｄと、位置決めのためのノックピン２
５を挿通するための孔２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよび２
４ｄとが設けられる。また、中間板１３にも、ボルト２
６を挿通するための孔１３ｂと、位置決めのためのノッ
クピン２５を挿通するための孔１３ｃとが設けられてい
る。さらに、中間板１３には、上記複数のスルーホール
に挿通されるスプリングプローブ１０を全体として挿通
できる大きな径の孔１３ａが設けられている。

【００３０】第１の基板１１ａおよび第２の基板１１ｂ
は、感光性ガラスにより構成される。すなわち、感光性
ガラスについて、エッチング用マスクを用いて紫外線で
感光した部分を結晶化させ、結晶化した部分を酸で溶解
除去することにより、使用目的に合わせた各種の孔が形
成される。これらの孔は、それぞれの基板１１ａおよび
１１ｂにおいて、一方の面から他方の面に貫通してい
る。また、これらの孔は、一方の面の開口径が他方の面
の開口径より小さい形状、すなわち、断面台形状となっ
ている。

【００３１】第１の基板１１ａおよび第２の基板１１ｂ
は、開口径が大きい開口が存在する面が対向する向きに
配置され、かつ、対応するスルーホール２２の位置を合
わせて重ねあわせ、この状態で一体的に固着される。固
着は、これらの基板１１ａ、１１ｂを重ね合わせて密着
させて、加熱処理し、これらの基板１１ａ、１１ｂを融
着することにより行なう。本実施例では、強度を高める
ために、前記のようにして重ね合わせた位置決め基板１
１ａおよび１１ｂに、エッチングによる孔あけ加工した
補強基板１１ｃをさらに重ね合わせて密着させ、これら
を融着する。これにより、補強された一体的な位置決め
基板１１が形成される。なお、補強基板１１ｃは、省略
することもできる。

【００３２】なお、感光性ガラス基板としては、例え
ば、ＨＯＹＡ株式会社製の感光性ガラスＰＥＧ３を用い
ることができる。

【００３３】位置決め基板１２の第１の基板１２ａおよ
び第２の基板１２ｂも、上記第１の基板１１ａおよび第
２の基板１１ｂと同様に、感光性ガラスをエッチング用
マスクを用いて紫外線で感光した部分を結晶化させ、結
晶化した部分を酸で溶解除去することによりスルーホー
ル２２を含む各種孔が形成される。そして、上記第１お
よび第２の基板１１ａ、１１ｂと同様に、スルーホール
２２等の各種孔を形成した第１の基板１２ａおよび第２
の基板１２ｂの２枚のガラス基板を、マスク面に接する
孔径の精度が良好なガラス基板面を互いに外側にして重
ね合わせて密着させ、加熱処理することにより融着し
て、一体の位置決め基板１２を構成する。

【００３４】上記位置決め基板１１には、加熱処理した
後、その表面にポリパラキシレンあるいはポリイミドな
どの耐摩耗性を向上させる被覆材２１を被覆する。な
お、この被覆材２１は、スルーホール２２の内壁および
開口部に少なくとも設けられればよい。

【００３５】位置決め構造体Ｃ１は、上記したように位
置決め基板１１および１２を、間に中間板１３を挾んで
重ね、ノックピン２５で位置決めする。この状態で、こ
れらをボルト２６およびナット２７で固定する。そし
て、組み立てられた位置決め構造体Ｃ１に、スプリング
プローブ１０をそれぞれのスルーホール２２に挿入する
ことにより、探針組立体が構成される。なお、位置決め
基板１１、１２および中間板１３を重ねあわせる際に、
スプリングプローブ１０の取付を併せて行なうようにし
てもよい。

【００３６】この位置決め構造体Ｃ１は、検査対象の電
極の大きさ、電極の配置密度等に応じて適宜の大きさと
することができる。ここで、大きさの一例について示
す。位置決め基板１１の、第１および第２の基板１１
ａ，１１ｂの厚さは各々約０．５ｍｍ、補強基板１１ｃ
の厚さは約１ｍｍ、位置決め基板１２の第１および第２
の基板の厚さは各々約１ｍｍである。また、中間板１３
は、適宜の厚さとすることができるが、上記の例では、
約５ｍｍとしてある。また、位置決め基板１１の第１の
基板１１ａおよび第２の基板１１ｂの小さい開口径は、
約０．１６ｍｍ、大きい開口径は、約０．１８ｍｍであ
る。一方、位置決め基板１２の第１の基板１２ａおよび
第２の基板１２ｂの小さい開口径は、約０．２１ｍｍ、
大きい開口径は、約０．２４ｍｍである。さらに、プラ
ンジャ１０ｂの外径は、約０．１４ｍｍ、チューブ１０
ｄの外径は、約０．２ｍｍである。

【００３７】このようにして組み立てられた探針組立体
において、図１に示すように、スプリングプローブ１０
のチューブ１０ｄが、位置決め基板１１の補強基板１１
ｃ、中間板１３の孔１３ａ、位置決め基板１２の第１の
基板１２ａおよび第２の基板１２ｂの孔に挿通されてい
る。一方、プランジャ１０ｂは、位置決め基板１１の第
１の基板１１ａおよび第２の基板１１ｂのスルーホール
２２に、チューブ１０ｄに覆われずに直接挿通されてい
る。

【００３８】この探針組立体により、半導体素子の検査
を行なう際には、検査対象の半導体素子２の上方に、探
針組立体を位置させ、かつ、検査装置（図示せず）と接
続するための配線基板５０の電極５２に、プランジャ１
０ｃをそれぞれ対応させて接触させる。一方、各プラン
ジャ１０ｂを対応する電極２ａに接触させる。そして、
配線基板５０と半導体素子２との間隔を狭くする。この
結果、バネ１０ａによりプランジャ１０ｂおよび１０ｃ
が押圧されて、それぞれの先端が電極に圧接する。これ
により、電極表面を覆っている酸化膜が突き破られて、
酸化膜による接触抵抗の影響が除かれて、良好な電気的
接続が確保できる。この状態で、配線基板５０の配線５
３を介して、各スプリングプローブ１０と、図示してい
ない検査装置とを接続して、検査を行なう。

【００３９】この際、プランジャ１０ｂは、位置決め基
板１１の第１の基板１１ａおよび第２の基板１１ｂの小
さい開口径を持つ開口でプランジャ１０ｂの軸方向と直
交する平面上での変位が規制される。ところで、第１の
基板１１ａおよび第２の基板１１ｂの小さい開口径を持
つ開口は、マスクに最も近い部分であるので、正確にエ
ッチングされ、マスクの寸法に対する誤差が小さい。従
って、この部分によりプランジャ１０ｂの変位が小さな
誤差の範囲に押えられる。また、第１の基板１１ａおよ
び第２の基板１１ｂの小さい開口径を持つ開口は、互い
に遠ざかるように外側に位置しているので、プランジャ
１０ｂが、軸方向の２点で規制される。このため、１点
で規制する場合に比べ、プランジャ１０ｂの先端の位置
ずれが小さくなり、精度が高くなる。

【００４０】また、プランジャ１０ｂを規制している部
分は、被覆材２１に覆われているので、プランジャ１０
ｂとスルーホール２２の一部とが接触しても、プランジ
ャ１０ｂあるいは、位置決め基板１１の材料が削られて
材料粉が生ずることを防止できる。

【００４１】なお、図１では、スルーホールを有する位
置決め基板１１および１２は、エッチングしたガラス基
板を、２枚あるいは３枚重ね合わせて熱処理して形成さ
れている。しかし、位置決め基板は、任意の枚数のガラ
ス板を重ね合わせて構成してもよい。また、基板の組合
せの際の向きも適宜設定することができる。図１２に、
それらの例を示す。

【００４２】図１２（ａ）は、４枚のガラス基板１１
ａ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｂを重ねあわせた例である。
この例では、１１ａおよび１１ｂについて、それぞれの
スルーホール２２の開口径が小さい面が外側となるよう
に配置している。

【００４３】図１２（ｂ）は、３枚のガラス基板１１
ａ、１１ｄ、１１ｂを重ねあわせた例である。この例で
は、１１ａおよび１１ｂについて、それぞれのスルーホ
ール２２の開口径が小さい面が外側となるように配置し
ている。そして、それらの間には、孔計の大きいガラス
板１１ｄを挟んでいる。

【００４４】図１２（ｃ）は、上記（ａ）に示した例の
位置決め基板の表面に被覆材２１を設けた例である。同
様に、図１２（ｄ）は、上記（ｂ）に示した例の位置決
め基板の表面に被覆材２１を設けた例である。

【００４５】次に、本発明の探針組立体の第２実施例に
ついて説明する。本実施例は、スプリングプローブの形
態、および、それにともなって、固定基板の形態が、第
１実施例とは異なるものである。なお、第１実施例と同
様の部分については、同一の符号を付して、重複した説
明を省略する。

【００４６】図２は本発明の探針組立体の第２実施例の
要部を示す断面図である。本実施例の探針組立体は、複
数本のスプリングプローブ３０と、各スプリングプロー
ブ３０の位置を決める位置決め構造体Ｃ２とで構成され
る。この探針組立体は、上記第１実施例と同様に、表面
に多数の電極２ａが形成された、検査対象の半導体素子
２と、検査を行なう検査装置（図示せず）に接続するた
めの配線基板５０との間に配置される。

【００４７】スプリングプローブ３０は、２本のプラン
ジャ３０ｂおよび３０ｃと、これらのプランジャ３０ｂ
および３０ｃの間に置かれるバネ３０ａと、これらを収
容するチューブ３０ｄとを備える。プランジャ３０ｂお
よび３０ｃは、それらの先端が尖らせてある。これらの
プランジャ３０ｂおよび３０ｃは、チューブ３０ｄの一
端側と他端側とに、それぞれ出没自在に嵌め込まれてい
る。プランジャ３０ｂおよび３０ｃは、バネ３０ａによ
り、互いに反対方向に突出するよう付勢される。チュー
ブ３０ｄには、各プランジャ３０ｂおよび３０ｃが外に
飛びださないように係止する突起３０ｅ、３０ｆが、フ
ランジ状に設けられている。また、このチューブ３０ｄ
の一端側には、チューブそれ自体を係止するのためのフ
ランジ３０ｇが設けられている。２本のプランジャ３０
ｂおよび３０ｃと、チュ−ブ３０ｄと、バネ３０ａと
は、導体で形成される。これにより、プランジャ３０ｂ
の先端からプランジャ３０ｃの先端までの導通が確保さ
れる。

【００４８】位置決め構造体Ｃ２は、プランジャ３０ｂ
側に配置されて、このプランジャ３０ｂの位置決めを行
なう位置決め基板３１と、プランジャ３０ｃ側に配置さ
れて、このプランジャ３０ｃの位置決めを行なう位置決
め基板３２と、これらの間に配置されて、これらの位置
決め基板３１および３２を保持するための中間板１３と
を有する。

【００４９】位置決め基板３１は、位置決めを行なうた
めの第１の基板３１ａおよび第２の基板３１ｂとで構成
される。また、位置決め基板３２は、位置決めを行なう
ための第１の基板３２ａおよび第２の基板３２ｂで構成
される。この位置決め基板３１および３２には、対応す
る位置に、使用目的に合わせた各種の孔が形成される。
各種の孔としては、スプリングプローブ３０を挿通する
ためのプローブ用スルーホール２２が形成される。ま
た、位置決め基板３１および３２には、それぞれ固定の
ためのボルト２６／ナット２７を収容するための収容孔
３３ａ，３３ｂ，２３ｃおよび２３ｄが設けられる。ま
た、図示していないが、図１に示す位置決めのためのノ
ックピン２５と同様のピンを挿通するための孔（図示せ
ず）が設けられる。また、中間板１３にも、ボルト２６
を挿通するための孔１３ｂと、位置決めのためのノック
ピンを挿通するための孔（図示せず）とが設けられてい
る。さらに、中間板１３には、上記複数のスルーホール
に挿通されるスプリングプローブ３０を全体として挿通
できる大きな径の孔１３ａが設けられている。

【００５０】第１の基板３１ａおよび第２の基板３１ｂ
は、上記第１実施例の位置決め基板１２と同様に、感光
性ガラスを用いて、各種孔が同様の工程により形成され
る。これらの孔は、一方の面の開口径が他方の面の開口
径より小さい形状、すなわち、断面台形状となってい
る。なお、感光性ガラス基板としては、例えば、ＨＯＹ
Ａ株式会社製の感光性ガラスＰＥＧ３を用いることがで
きる。

【００５１】第１の基板３１ａおよび第２の基板３１ｂ
は、開口径が大きい開口が存在する面が対向する向きに
配置され、かつ、対応するスルーホールの位置を合わせ
て重ねあわせ、この状態で一体的に固着される。固着
は、これらの基板３１ａ、３１ｂを重ね合わせて密着さ
せて、加熱処理し、これらの基板３１ａ、３１ｂを融着
することにより行なう。なお、位置決め基板３１に、第
１実施例で用いられた補強基板１１ｃと同様の補強基板
を付加することもできる。

【００５２】位置決め基板３２の第１の基板３２ａおよ
び第２の基板３２ｂも、上記第１の基板３１ａおよび第
２の基板３１ｂと同様に、スルーホール２２を含む各種
孔が形成される。そして、上記第１および第２の基板３
１ａ、３１ｂと同様に、スルーホール２２等の各種孔を
形成した第１の基板３２ａおよび３２ｂの２枚のガラス
基板を、マスク面に接する孔径の精度が良好なガラス基
板面を互いに外側にして重ね合わせて密着させ、加熱処
理することにより融着して、一体の位置決め基板３２を
構成する。

【００５３】なお、上記位置決め基板３１、３２には、
加熱処理した後、その表面にポリパラキシレンあるいは
ポリイミドなどの耐摩耗性を向上させる被覆材２１を被
覆してもよい。

【００５４】位置決め構造体Ｃ２は、上記したように位
置決め基板３１および３２を、間に中間板１３を挾んで
重ね、ノックピン（図示せず）で位置決めする。この状
態で、これらをボルト２６およびナット２７で固定す
る。そして、組み立てられた位置決め構造体Ｃ２に、ス
プリングプローブ３０をそれぞれのスルーホール２２に
挿入することにより、探針組立体が構成される。

【００５５】このようにして形成された探針組立体は、
スプリングプローブ３０のプランジャ３０ｂが、位置決
め基板３１のスルーホール２２内では、チューブ３０ｄ
に覆われている点が、前記第１実施例と異なる。そのた
め、本実施例では、プランジャ３０ｂが、位置決め基板
３１のスルーホール２２内壁、特に、開口に接触するこ
となく、出没できる。

【００５６】本実施例の探針組立体を用いた半導体素子
の検査は、上記第１実施例と同様にして行なうことがで
きる。従って、ここでは、説明を繰り返さない。

【００５７】次に、本実施例の探針組立体の第３実施例
について、図面を参照して説明する。本実施例は、スプ
リングプローブではなく、導体からなる線材をプローブ
として用いている点に特徴がある。

【００５８】図３に、本発明に係る探針組立体の第３実
施例の要部を示す。図３において、本実施例の探針組立
体は、複数本のプローブ４０と、各プローブ４０の位置
を決める位置決め構造体Ｃ３と、上記プローブ４０を固
定すると共に電気的に接続する配線基板６０とで構成さ
れる。

【００５９】プローブ４０は、燐青銅等のバネ性のある
金属線で構成される。一端（先端４０ａ）側は、尖らせ
てあり、他端（基端４０ｂ）側は、配線基板６０に接続
されている。また、一端と他端とが、それぞれの延長線
が直交するように折り曲げられている。ただし、折り曲
げ部は、バネ性を持たせると共に、直交状態を保ちやす
くするため、Ｕ字状あるいはＳ字状に折り返すように曲
げてある。

【００６０】位置決め構造体Ｃ３は、プローブ４０の先
端側に配置されて、このプローブ４０の位置決めを行な
う位置決め基板４１と、プローブ４０の基端４０ｂ側に
配置されて、このプローブ４０の位置決めを行なう位置
決め基板４２と、これらの間に配置されて、これらの位
置決め基板４１および４２を保持するための中間板１３
と、この中間板１３上に置かれ、配線基板６０を支持す
る基板１４とを有する。

【００６１】位置決め基板４１は、位置決めを行なうた
めの第１の基板４１ａおよび第２の基板４１ｂと、これ
らの強度を補強する補強基板４１ｃとで構成される。ま
た、位置決め基板４２は、位置決めを行なうための第１
の基板４２ａおよび第２の基板４２ｂで構成される。位
置決め基板４１および４２には、対応する位置に、使用
目的に合わせた各種の孔が形成される。各種の孔として
は、プローブ４０を挿通するためのプローブ用スルーホ
ール２２が形成される。また、位置決め基板４１および
４２には、それぞれ固定のためのボルト２６／ナット２
７を収容するための収容孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃおよ
び２３ｄと、位置決めのためのノックピン（図示せず）
を挿通するための孔（図示せず）とが設けられる。ま
た、中間板１３にも、ボルト２６を挿通するための孔１
３ｂと、位置決めのためのノックピンを挿通するための
孔（図示せず）とが設けられている。さらに、中間板１
３には、上記複数のスルーホールに挿通されるプローブ
４０を全体として挿通できる大きな径の孔１３ａが設け
られている。支持基板１４には、位置決め基板４２を収
容するための孔１４ａが設けられている。ただし、この
孔１４ａは、孔ではなく、二つの板の間隙であってもよ
い。すなわち、この場合には、支持基板１４は、二つの
板で構成されることになる。

【００６２】位置決め基板４１の構造および製作方法
は、第１実施例の位置決め基板１１と同じであるので、
説明を省略する。

【００６３】位置決め基板４２の第１の基板４２ａおよ
び第２の基板４２ｂは、表面が被覆材２１で覆われてい
ることを除いて、第１実施例の位置決め基板１２と同様
の構造を有する。また、位置決め基板１２と同様にして
製作される。

【００６４】上記位置決め基板４１、４２には、加熱処
理した後、その表面にポリパラキシレンあるいはポリイ
ミドなどの耐摩耗性を向上させる被覆材２１が被覆され
る。なお、この被覆材２１は、スルーホール２２の内壁
および開口部に少なくとも設けられればよい。

【００６５】配線基板６０は、第１の基板６１と第２の
基板６２の２層が配置されている。それぞれの基板６
１、６２には、内部配線６３と、各内部配線に一対一に
対応にする、複数の接続パッド６４が配置されている。
接続パッド６４には、上記プローブ４０の基端４０ｂ
が、例えば、はんだ６５により接続される。この接続に
より、各プローブ４０は、配線基板６０と電気的に接続
されると共に、機械的にも固定される。ただし、各プロ
ーブ４０は、その折り曲げ部でのバネ性によって、先端
４０ａが軸方向変位可能である。

【００６６】なお、本実施例では、配線基板６０とし
て、２層の基板６１、６２が配置されているが、必要に
応じて、任意の複数層の基板を用いてもよい。

【００６７】なお、必要に応じて、前記位置決め基板４
１あるいは、位置決め基板４２の一方を省略してもよ
い。ただし、位置決め基板４１と位置決め基板４２との
両者を設けることにより、プローブ４０の、軸方向と垂
直な方向への変位を、より小さく抑えることができる。

【００６８】この探針組立体による検査は、プローブ４
０の先端４０ａを、半導体素子２の電極２ａに圧接させ
ることにより行なう。この際、プローブ４０は、それぞ
れのバネ性により圧力を適宜吸収しながら、電極２ａと
接触する。従って、すべてのプローブ４０が確実に電極
２ａに接触する。また、この際、プローブ４０が軸方向
に変位するが、スルーホールの内壁、特に、開口と接触
しても、被覆材２１により覆われているので、プローブ
４０あるいは基板の表面が削られることを防止できる。

【００６９】第３実施例の探針組立体は、第１実施例お
よび第２実施例と比べて、プローブの構造が簡単である
ので、探針をより細くすることができる。例えば、０．
０７ｍｍ程度の線径の線材を用いることができる。この
ような線型の探針を用いる場合には、位置決め基板４１
のスルーホール２２は、その開口径が、小さい径で、例
えば、０．１ｍｍ、大きい径で、例えば、０．１２ｍｍ
程度とし、さらに、スルーホール２２に被覆材２１を被
覆して、例えば、開口径を０．０８ｍｍ程度とする。従
って、電極が、より小さい面積で、かつ、高密度に配置
された半導体素子であっても、高い位置精度で接続する
ことが可能となる。しかも、プローブが安価に製造でき
る。

【００７０】なお、本実施例の探針組立体について、図
１３に示すように、プローブの折り曲げ部から基端側に
かけて、絶縁被覆６７を設けるようにしてもよい。これ
によりプローブ相互の接触による短絡を防ぐことができ
る。絶縁被覆６７としては、例えば、ポリイミド、ポリ
テトラフルオルエチレン等のチューブを被せるか、ポリ
パラキシレン、ポリイミド等を塗布することにより形成
することができる。

【００７１】次に、本発明の探針組立体を用いた検査装
置の一例について説明する。

【００７２】図４は、本発明の探針組立体を用いた一実
施例である検査装置の要部を示す説明図である。

【００７３】本実施例において、検査装置は、半導体装
置の製造におけるウエハプローバとして構成されてい
る。この検査装置は、被検査物を支持する試料支持系１
２０と、被検査物に接触して電気信号の授受を行なうプ
ローブ系１００と、試料支持系１２０の動作を制御する
駆動制御系１５０と、検査を行なうテスタ１７０とで構
成される。なお、被検査物としては、半導体ウエハ１を
対象としている。この半導体ウエハ１の表面には、外部
接続電極としての複数の電極２ａが形成されている。

【００７４】試料支持系１２０は、半導体ウエハ１が着
脱自在に載置される、ほぼ水平に設けられた試料台１２
２と、この試料台１２２を支持する垂直に配置される昇
降軸１２４と、この昇降軸１２４を昇降駆動する昇降駆
動部１２５と、この昇降駆動部１２５を支持するＸ−Ｙ
ステージ１２６とで構成される。Ｘ−Ｙステージ１２６
は、筐体１２７の上に固定される。昇降駆動部１２５
は、例えば、ステッピングモータなどからなる。Ｘ−Ｙ
ステージ１２６の水平面内における移動動作と、昇降駆
動部１２５による上下動などを組み合わせることによ
り、試料台１２２の水平および垂直方向における位置決
め動作が行われるものである。また、試料台１２２に
は、図示しない回動機構が設けられており、水平面内に
おける試料台１２２の回動変位が可能にされている。

【００７５】試料台１２２の上方には、探針組立体Ｃ
と、配線基板１０１および１０２とを有するプローブ系
１００が配置される。すなわち、当該試料台１２２に平
行に対向する姿勢で位置決め基板１００ａに挿入された
スプリングプローブ１００ｂおよび配線基板１０１およ
び１０２が設けられる。各々のスプリングプローブ１０
０ｂは、前記配線基板１０１の下部電極１０１ａおよび
内部配線１０１ｂおよびポゴピン１０３および配線基板
１０２の内部配線１０２ｂとを通して、該配線基板１０
２に設けられた接続端子１０２ｃに接続されている。な
お、本実施例では、接続端子１０２ｃは、同軸コネクタ
で構成される。この接続端子１０２ｃに接続されるケー
ブル１７１を介して、テスタ１７０と接続される。ここ
で用いられる探針組立体Ｃは、図１に示したスプリング
プローブを用いる構造の探針組立体Ｃ１であるが、これ
に限定されない。例えば、図２あるいは図３に示す構造
のものを用いることもできる。

【００７６】駆動制御系１５０は、ケーブル１７２を介
してテスタ１７０と接続されている。また、駆動制御系
１５０は、試料支持系１２０の各駆動部のアクチュエー
タに制御信号を送って、その動作を制御する。すなわ
ち、駆動制御系１５０は、内部にコンピュータを備え、
ケーブル１７２を介して伝達されるテスタ１７０のテス
ト動作の進行情報に合わせて、試料支持系１２０の動作
を制御する。また、駆動制御系１５０は、操作部１５１
を備え、駆動制御に関する各種指示の入力の受付、例え
ば、手動操作の指示を受け付ける。

【００７７】以下、本実施例の検査装置の動作について
説明する。試料台１２２の上に、半導体ウエハ１を固定
し、Ｘ−Ｙステージ１２６および回動機構を用いて、該
半導体ウエハ１に形成された電極２ａを、位置決め基板
１００ａに挿入されたスプリングプローブ１００ｂの直
下に位置決めするため、調整する。その後、駆動制御系
１５０は、昇降駆動部１２５を作動させ、試料台１２２
を所定の高さまで上昇させることによって、複数のスプ
リングプローブ１００ｂの各々の先端を目的の半導体素
子における複数の電極２ａの各々に所定圧で接触させ
る。ここまでは、操作部１５１からの操作指示に従っ
て、駆動制御系１５０により実行される。なお、これら
の位置決め等の調整を自動的に行なうようにしてもよ
い。例えば、半導体ウェハ１に基準位置のマークを予め
付しておき、これを読み取り装置で読み取って、座標の
原点を設定するようにして、行なうことができる。この
場合、電極の位置は、予め設計データを受け取ることに
より、駆動制御部１５０において既知となる。

【００７８】この状態で、ケーブル１７１、配線基板１
０２および１０１およびスプリングプローブ１００ｂを
介して、半導体ウエハ１に形成された半導体素子とテス
タ１７０との間で、動作電力や動作試験信号などの授受
を行い、当該半導体素子の動作特性の可否などを判別す
る。上記の一連の試験動作が、半導体ウエハ１に形成さ
れた複数の半導体素子の各々について実施され、動作特
性の可否などが判別される。

【００７９】図５は、本発明の探針組立体を用いた他の
実施例である検査装置の要部を示す説明図である。本実
施例は、探針組立体Ｃとして、図３に示した構造の探針
組立体Ｃ３を用いた例である。本実施例において、検査
装置は、半導体装置の製造におけるウエハプローバとし
て構成されている。

【００８０】図３に示したプローブ４０を本発明の位置
決め基板４１、４２に挿入して、一端を配線基板６１，
６２の表面に形成された接続パッド６４にはんだ付け
し、該配線基板６１，６２の内部配線６３を通して、該
配線基板６１，６２に設けられた接続端子６６に接続さ
れている。なお、本実施例では、接続端子６６は、同軸
コネクタで構成される。この接続端子６６に接続される
ケーブル１７１を介して、テスタ１７０と接続される。
検査装置の動作の基本は、図４と同様であるので、動作
の説明は省略する。なお、この例においても、図１３に
示すように、プローブ４０に、絶縁被覆６７を設けるよ
うにしてもよい。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、位置決め基板のプロー
ブ挿通用のスルーホールの孔径、特に、開口径の精度を
向上させることができ、しかも、精度の良好なスルーホ
ールの内壁、特に、開口の、少なくとも２箇所で保持さ
れる構造であることにより、実使用状態で高精度な状態
で使用することができる。

【００８２】また、本発明によれば、エッチングした基
板を重ね合わせ、熱処理することにより、基板を結晶化
して基板強度を上げると共に、融着して一体化した厚い
基板を形成できる。従って、位置決め基板の強度を向上
させることができる。

【００８３】さらに、本発明によれば、高密度かつ多ピ
ンで、孔あけ加工精度および基板強度が良好なスルーホ
ールを形成した位置決め基板を用いた半導体検査装置を
実現することができる。

【００８４】また、上記のスルーホールを有した位置決
め基板を有した半導体検査装置を構成することにより、
多ピンの半導体素子に対しても、従来のドリル孔あけに
よるスルーホールを有した位置決め基板と比較して、一
括孔あけ加工により、低コストな半導体検査装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の探針組立体の第１実施例の要部を示す
断面図である。

【図２】本発明の探針組立体の第２実施例の要部を示す
断面図である。

【図３】本発明の探針組立体の第３実施例の要部を示す
断面図である。

【図４】本発明の探針組立体を用いた検査装置の一例の
要部を示す説明図である。

【図５】本発明の探針組立体を用いた検査装置の他の例
の要部を示す説明図である。

【図６】（Ａ）はウエハの斜視図、（Ｂ）は半導体素子
の斜視図である。

【図７】従来の検査用プローブの断面側面図である。

【図８】従来の検査用プローブの平面図である。

【図９】はんだボールを電極上に有する半導体素子を示
す斜視図である。

【図１０】はんだ溶融接続をした半導体素子の実装状態
を示す斜視図である。

【図１１】従来の半導体素子検査装置用のプローブの固
定部分の断面図である。

【図１２】（ａ）−（ｄ）は位置決め基板の他の例を示
す要部断面図である。

【図１３】第３実施例において、プローブの相互接触を
防止する手段を追加した状態を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ、２…半導体素子、、２ａ…電極、３…電
極、４…プローブカード、５…プローブ、６…はんだバ
ンプ、７…配線基板、８…電極、１０…スプリングプロ
ーブ、１０ａ…バネ、１０ｂ、１０ｃ…プランジャ、１
０ｄ…チューブ、１０ｅ…突起、１１、１２、３１、３
２、４１、４２…位置決め基板、１１ａ、１２ａ、３１
ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ、６１…第１の基板、１１
ｂ、１２ｂ、３１ｂ、３２ｂ、４１ｂ、４２ｂ、６２…
第２の基板、１１ｃ、４１ｃ…補強基板、１１ｄ、１１
ｅ…基板、１３…中間板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…
孔、１４…基板、１４ａ…孔、１５…電極端子、２１…
被覆材、２２…スルーホール、２３ａ、２３ｂ、２３
ｃ、２３ｄ、３３ａ、３３ｂ…収容孔、２４ａ、２４
ｂ、２４ｃ、２４ｄ…孔、２５…ノックピン、２６…ボ
ルト、２７…ナット、３０…スプリングプローブ、３０
ａ…バネ、３０ｂ、３０ｃ…プランジャ、３０ｄ…チュ
ーブ、３０ｅ、３０ｆ…突起、３０ｇ…フランジ、４０
…プローブ、４０ａ…先端、４０ｂ…基端、５０…配線
基板、５１…絶縁基板、５２…電極、５３…配線、６０
…配線基板、６３…内部配線、６４…接続パッド、６５
…はんだ、６６…接続端子、６７…絶縁被覆、１００…
プローブ系、１００ａ…位置決め基板、１００ｂ…スプ
リングプローブ、１０１…配線基板、１０１ａ…電極、
１０１ｂ…内部配線、１０２…配線基板、１０２ｂ…内
部配線、１０２ｃ…接続端子、１０３…ポゴピン、１２
０…試料支持系、１２２…試料台、１２４…昇降軸、１
２５…昇降駆動部、１２６…Ｘ−Ｙステージ、１２７…
筐体、１５０…駆動制御系、１５１…操作部、１７０…
テスタ、１７１、１７２…ケーブル、Ｃ…探針組立体、
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…位置決め構造体。

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−317624（ＪＰ，Ａ) 特開平１−287484（ＪＰ，Ａ) 特開平４−112549（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−293934（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 1/06 - 1/073 G01R 31/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スルーホールを有する複数の位置決め基板
と、前記スルーホールに挿通され、かつ被測定対象の電
極と電気的に接続するための探針とを有する探針組立体
において、前記複数の位置決め基板のうち少なくとも１つの位置決
め基板は、一方の面の開口径が他方の面の開口径より小
さいスルーホールを有する第１の基板と第２の基板を有
し、前記第１の基板と第２の基板は、対応するスルーホール
の位置を合わせて、かつ、開口径が大きい面が対向する
向きに配置されていることを特徴とする探針組立体。
【請求項２】請求項１に記載の探針組立体において、前
記第１の基板と第２の基板は、少なくとも２箇所の開口
径の小さい開口部により、前記探針を規制し、位置決め
することを特徴とする探針組立体。
【請求項３】請求項１および２のいずれか一項に記載の
探針組立体において、前記第１の基板と第２の基板は、
感光性ガラスを用いることを特徴とする探針組立体。
【請求項４】請求項１、２および３のいずれか一項に記
載の探針組立体において、前記第１の基板と第２の基板
は、熱処理により融着し、一体化されたものであること
を特徴とする探針組立体。
【請求項５】請求項１、２、３および４のいずれか一項
に記載の探針組立体において、スルーホールの内壁およ
び開口部が、ポリパラキシレン、または、ポリイミドの
いずれかにより被覆されたことを特徴とする探針組立
体。
【請求項６】請求項１、２、３、４および５のいずれか
一項に記載の探針組立体において、前記探針は、スプリ
ングプローブであることを特徴とする探針組立体。
【請求項７】多数の電極が配置された検査対象の各電極
に接触して、電気信号を授受して検査を行う検査装置に
おいて、検査対象物を支持する試料支持系と、前記試料支持系で支持される検査対象物と対向するよう
に配置される探針組立体と、前記試料支持系の検査対象の変位駆動を制御する駆動制
御系と、前記探針組立体と接続されて検査を行うテスタとを有
し、前記探針組組立体は、請求項１、２、３、４、５および
６のいずれか一項に記載の探針組立体であることを特徴
とする検査装置。