(57)【要約】【課題】  所望のストローク量と針圧とを確保しつつ、コイルばねの径を細くした場合であっても、クリープや針折れが生じるのを抑制することができるプローブを提供する。【解決手段】  芯材３と、軸方向において、一方の端部が芯材３に固定又は係止され、他方の端部が他の部材に固定又は係止されるコイルばね２２とを備える。コイルばね２２は、一方の端部及び他方の端部の剛性が中間部２２ｂの剛性よりも大きい。【選択図】  図２
2019164152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物に接触させるコンタクト部と、
一方の端部が上記コンタクト部に固定又は係止され、他方の端部が他の部材に固定又は係止されるコイルばねとを備え、
上記コイルばねは、線状体からなり、上記一方の端部及び上記他方の端部の断面積が中間部の断面積よりも大きく、上記一方の端部及び上記他方の端部の剛性が上記中間部の剛性よりも大きいことを特徴とするプローブ。
【請求項２】
検査対象物に接触させるコンタクト部と、
一方の端部が上記コンタクト部に固定又は係止され、他方の端部が他の部材に固定又は係止されるコイルばねとを備え、
上記コイルばねは、２種以上の金属からなり、上記一方の端部を構成する金属及び上記他方の端部を構成する金属が、中間部を構成する金属よりも弾性率が大きく、上記一方の端部及び上記他方の端部の剛性が上記中間部の剛性よりも大きいことを特徴とするプローブ。
【請求項３】
上記コイルばねは、線状体からなり、上記一方の端部及び上記他方の端部の断面積が上記中間部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
【請求項４】
上記コイルばねは、軸方向と交差する方向の厚さが均一な板状体からなり、上記一方の端部及び上記他方の端部の軸方向の幅が上記中間部よりも広くなっていることを特徴とする請求項１又は３に記載のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブに係り、更に詳しくは、コイルばねを備えるプローブの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブカードは、半導体ウエハに形成された電子回路の電気的特性を検査するのに用いられる検査装置であり、電子回路上の電極にそれぞれ接触させる微細な多数のプローブが設けられている。電子回路の特性検査は、プローブカードに半導体ウエハを近づけてプローブの先端を電子回路上の電極に接触させ、プローブを介してテスター装置と電子回路とを導通させることにより行われる。その際、プローブ先端や電極の高さ方向のばらつきを吸収させるため、プローブ先端と電極とが接触し始める状態からさらにプローブカードに半導体ウエハを近づける処理、いわゆるオーバードライブが行われる。
【０００３】
スプリングプローブは、オーバードライブに必要なストローク量と、良好な接触性能を得るのに必要な針圧とを同時に確保することができる垂直型プローブである。この種のスプリングプローブには、コイルばねを筒体内に収容させる内ばね方式のものと、コイルばねが露出する外ばね方式のものとがある。外ばね方式のプローブは、コイルばねを収容するための筒体を必要としないことから、内ばね方式のプローブに比べ、微細化に適している。しかし、針先と針元とをコイルばねが連結する外ばね方式のプローブでは、コイルばねの電気抵抗が大きく、導通性能が良くなかった。また、オーバードライブ時にコイルばねが湾曲し、隣接するプローブ同士が接触するという問題もあった。
【０００４】
そこで、芯材をばね部材と同軸に配置した外ばね方式のプローブが提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の垂直コイルスプリングプローブＡは、同軸に配置される接触ピン１００Ａ及び筒体２００Ａにより構成される。接触ピン１００Ａは、測定対象物に接触させる接触子１１０Ａと、軸方向に延びる案内子１２０Ａとを備える。筒体２００Ａは、案内子１２０Ａを収容するばね部材であり、針先側の端部が接触ピン１００Ａに固定される。この様な外ばね方式のプローブによれば、電流が芯材を流れることから、導通性能が向上する。また、芯材がばね部材の内周面と接触することにより、ばね部材の湾曲が制限されるため、隣接するプローブ同士の接触を防止することができる。
【０００５】
なお、外ばね方式のプローブには、特許文献２に記載のコンタクトピン１がある。コンタクトピン１は、線材を螺旋状に巻回して形成される本体部２と、本体部２の一端部側に形成され、一端に向かって縮径する縮径部６と、本体部２の他端部側に形成され、他端に向かって縮径する縮径部１０とを備える。このコンタクトピン１には、芯材がない。
【０００６】
また、芯材をばね部材と同軸に配置した外ばね方式のプローブには、特許文献３に記載のスプリング接点アセンブリ１０もある。スプリング接点アセンブリ１０は、スプリング１６と同軸に配置されるプランジャーを２つのプランジャー１２及び１４に分離した構造であり、スプリング１６の一端がプランジャー１２に固定され、スプリング１６の他端がプランジャー１４に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４６６４号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４１８７号公報
【特許文献３】特表２０１０−５３９６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した様なスプリングプローブは、狭い検査領域に対して２次元的に配置することが可能であることから、電子回路の高集積化に伴って需要が拡大している。しかしながら、従来のスプリングプローブでは、長期間の使用や多数回の使用に伴う疲労によって針折れ等の不具合が発生する恐れがあった。例えば、所望のストローク量と針圧とを確保しつつ、電子回路の高集積化に合わせてコイルばねの径を細くした場合、コイルばねにかかる応力が増大し、クリープや針折れが生じる恐れがあった。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、不具合の発生を抑制させることによって信頼性を向上させたプローブを提供することを目的とする。特に、所望のストローク量と針圧とを確保しつつ、コイルばねの径を細くした場合であっても、クリープや針折れが生じるのを抑制することができるプローブ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】
【００１０】
第１の本発明によるプローブは、検査対象物に接触させるコンタクト部と、一方の端部が上記コンタクト部に固定又は係止され、他方の端部が他の部材に固定又は係止されるコイルばねとを備え、上記コイルばねが、上記一方の端部及び上記他方の端部の剛性が中間部の剛性よりも大きいように構成される。コイルばねにかかる応力は、コイルばねの両端部において最大になる。このため、両端部の剛性を中間部よりも大きくすることにより、応力が分散し、最大応力を低減させることができる。よって、このプローブでは、所望のストローク量と針圧とを確保しつつ、コイルばねの径を細くした場合であっても、クリープや針折れが生じるのを抑制することができる。
【００１１】
第２の本発明によるプローブは、上記構成に加え、上記コイルばねが、線状体からなり、上記一方の端部及び上記他方の端部の断面積が上記中間部の断面積よりも大きくなっているように構成される。この様な構成によれば、線状体の断面積を異ならせることにより、コイルばねの両端部の剛性を中間部よりも大きくすることができる。
【００１２】
第３の本発明によるプローブは、上記構成に加え、上記コイルばねが、軸方向と交差する方向の厚さが均一な板状体からなり、上記一方の端部及び上記他方の端部の軸方向の幅が上記中間部よりも広くなっているように構成される。この様な構成によれば、板状体の幅を異ならせることにより、コイルばねの両端部の剛性を中間部よりも大きくすることができる。
【００１３】
第４の本発明によるプローブは、上記構成に加え、上記コイルばねが、２種以上の金属からなり、上記一方の端部を構成する金属及び上記他方の端部を構成する金属が、上記中間部を構成する金属よりも弾性率が大きいように構成される。この様な構成によれば、コイルばねを構成する金属の弾性率を異ならせることにより、コイルばねの両端部の剛性を中間部よりも大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所望のストローク量と針圧とを確保しつつ、コイルばねの径を細くした場合であっても、クリープや針折れが生じるのを抑制することができるプローブを提供することができる。従って、不具合の発生を抑制させることによって信頼性を向上させたプローブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態によるプローブ１の一構成例を示した斜視図である。
【図２】図１のプローブ１の構成例を示した断面図である。
【図３】プローブ１の動作特性を示した図であり、針圧と応力との関係が示されている。
【図４】プローブ１の動作特性を示した図であり、板状体２２１の幅Ｗと応力との関係が示されている。
【図５】図１のプローブ１の要部における構成を比較例と比較して示した図である。
【図６】図１のプローブ１の動作特性を比較例と比較して示した図であり、板状体２２１の幅Ｗと応力との関係が示されている。
【図７】図１のプローブ１の動作特性を比較例と比較して示した図であり、ストローク量と応力又は針圧との関係が示されている。
【図８】図１のプローブ１の製造方法の一例を模式的に示した説明図であり、筒体２を構成する金属層４４を芯材４０上に形成するまでの作業工程が示されている。
【図９】図１のプローブ１の製造方法の一例を模式的に示した説明図であり、金属層４４の形成後に犠牲層４２を除去するまでの作業工程が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本明細書では、便宜上、プローブの長手方向を上下方向として説明するが、本発明によるプローブの使用時における姿勢を限定するものではない。
【００１７】
＜プローブ１＞
図１は、本発明の実施の形態によるプローブ１の一構成例を示した斜視図であり、外ばね方式のスプリングプローブが示されている。図２は、図１のプローブ１の構成例を示した断面図であり、プローブ１をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が示されている。
【００１８】
このプローブ１は、上下方向にストロークさせることができる外ばね方式のスプリングプローブであり、同軸に配置される筒体２及び芯材３により構成される。筒体２は、芯材３を保持する部材であり、針先部２１、コイルばね２２及び針元部２３により構成される。コイルばね２２は、上下方向に延びるつる巻ばねであり、軸方向に収縮させることによって芯材３を下方へ付勢する。
【００１９】
針先部２１は、芯材３に固定される固定部であり、筒体２の下端部に設けられる。針先部２１を水平面により切断した場合の切断面は、円環形状である。針元部２３は、芯材３の上端を軸方向に移動可能に収容する円筒状の根元部であり、筒体２の上端部に設けられる。この針元部２３は、後述するコイルばね２２の針元側端部２２ｃに固定され、且つ、コイルばね２２と内径が等しい筒状体である。例えば、針元部２３は、図示しない配線基板に設けられる電極パッドに固定される。
【００２０】
コイルばね２２は、針先部２１と針元部２３とを連結する連結部であり、螺旋状に延びる板状体２２１からなる。板状体２２１は、３次元曲線の弦巻線（へリックス）に沿って延びる形状を有し、一端が針先部２１に固定され、他端が針元部２３に固定される。この板状体２２１の軸方向と交差する方向の厚さは、軸方向及び周方向に均一であり、コイルばね２２の下端から上端にわたって概ね一定である。
【００２１】
一方、板状体２２１の幅Ｗは、コイルばね２２の両端部において幅広である。幅Ｗは、板状体２２１の軸方向の長さである。コイルばね２２を軸方向の位置が互いに異なる針先側端部２２ａ、中間部２２ｂ及び針元側端部２２ｃに分割して説明すれば、針先側端部２２ａ及び針元側端部２２ｃは、板状体２２１の幅Ｗが中間部２２ｂよりも広くなっている。
【００２２】
針先側端部２２ａは、コイルばね２２における針先部２１側の端部である。針元側端部２２ｃは、コイルばね２２における針元部２３側の端部である。中間部２２ｂは、針先側端部２２ａ及び針元側端部２２ｃ間の部位である。このコイルばね２２では、板状体２２１の幅Ｗを異ならせることにより、コイルばね２２の両端部の剛性を中間部２２ｂよりも大きくしている。針元側端部２２ｃは、針元部２３を介して配線基板上の電極パッドに固定される。なお、コイルばね２２の針元側端部２２ｃを配線基板等の他の部材に係止するような構成であっても良い。
【００２３】
また、板状体２２１のピッチＰは、コイルばね２２の下端から上端にわたって概ね一定である。ピッチＰは、板状体２２１の繰り返し間隔であり、隣り合う板状体２２１間の軸方向の距離からなる。
【００２４】
芯材３は、上下方向に延びる棒状の部材であり、針先部２１を介してコイルばね２２の針先側端部２２ａが固定され、且つ、筒体２によって取り囲まれる。なお、コイルばね２２の針先側端部２２ａを芯材３に係止するような構成であっても良い。例えば、芯材３に対し、軸方向への移動を制限しつつ、周方向へは回転可能に針先部２１を係合させることにより、針先部２１に連結された針先側端部２２ａを芯材３に係止させても良い。
【００２５】
芯材３の下端部は、針先部２１から突出し、コンタクト部３１を形成している。コンタクト部３１は、検査対象物に接触させるための接触部である。芯材３を水平面により切断した場合の切断面は、円形状である。
【００２６】
針先部２１は、芯材３の外周面に金属材料が積層された積層体からなり、針先部２１、コイルばね２２及び針元部２３と芯材３とが一体的に形成される。このため、芯材３をコイルばね２２に挿入するための作業工程が不要であることから、プローブ１の微細化が容易である。また、針先部２１を芯材３に固定するための作業工程も不要であることから、製造コストを低減させることができる。
【００２７】
プローブ１を構成する材料を具体的に例示すれば、筒体２は、ニッケル（Ｎｉ）合金などの金属材料からなる。筒体２には、芯材３よりも高弾性の金属が用いられる。ここでいう高弾性の金属は、弾性限界が大きく、ヤング率などの弾性率が大きい金属である。
【００２８】
芯材３は、金属材料又は導電性の繊維材料からなる。金属材料には、タングステン（Ｗ）などが用いられる。導電性繊維材料には、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）ファイバーなどが用いられる。
【００２９】
芯材３には、筒体２よりも高硬度の導電性材料が用いられる。ここでいう高硬度の導電性材料は、変形しにくく、傷の付きにくい硬い導電性材料である。高硬度の導電性材料を用いることにより、芯材３の耐摩耗性を向上させることができる。
【００３０】
図３及び図４は、プローブ１の動作特性を示した図である。これらの図には、コンピュータを用いてプローブ１の動きをシミュレーションし、プローブ１にかかる応力を解析した実験結果が示される。このシミュレーションには、外径φ１が４０μｍ、内径φ２が３０μｍ、針先部２１の軸方向の長さＬ１及び針元部２３の軸方向の長さＬ２がいずれも１００μｍ、コイルばね２２の軸方向の長さＬが１２００μｍのプローブ１が用いられる。また、板状体２２１の幅Ｗ及びピッチＰは、コイルばね２２の下端から上端にわたって一定である。
【００３１】
オーバードライブ時にプローブ１が検査対象物に付加する針圧は、芯材３を介して作用する反力によってコイルばね２２が軸方向に収縮した際に、コイルばね２２に生じる弾性力に起因する。この様な弾性力を利用することにより、プローブ１と検査対象物との間の電気的な接続と、プローブ１と配線基板（図示せず）に設けられる配線用の電極との間の電気的な接続とが確保される。
【００３２】
オーバードライブ時にプローブ１に負荷される荷重は、コイルばね２２の弾性力と釣り合うことから、プローブ１に負荷される荷重を解析すれば、板状体２２１の幅ＷやピッチＰがストローク量と応力又は針圧との関係に与える影響を見極めることができる。
【００３３】
図３には、板状体２２１のピッチＰを変化させた場合と、板状体２２１の幅Ｗを変化させた場合とにおける針圧と応力との関係が示されている。この図では、プローブ１のストローク量が１００μｍである場合が示されている。プローブ１のストローク量とプローブ１が付加する針圧との関係は、板状体２２１の幅ＷやピッチＰによって大きく変動する。これに対し、ストローク量とプローブ１にかかる応力との関係は、幅Ｗを変化させた際の変動が小さい。
【００３４】
図中の特性曲線ＶＰ１〜ＶＰ４は、いずれも板状体２２１のピッチＰを変化させた場合の針圧と応力との比例関係を示す直線からなり、互いに板状体２２１の幅Ｗが異なる。例えば、特性曲線ＶＰ１では、Ｗ＝１５μｍのプローブ１が用いられ、特性曲線ＶＰ２では、Ｗ＝２０μｍのプローブ１が用いられ、特性曲線ＶＰ３では、Ｗ＝２５μｍのプローブ１が用いられ、特性曲線ＶＰ４では、Ｗ＝３０μｍのプローブ１が用いられる。
【００３５】
これらの特性曲線ＶＰ１〜ＶＰ４を見れば、板状体２２１を狭ピッチ化することにより、応力に比例して針圧も減少することが判る。また、同一の応力に対し、幅Ｗが広くなるほど、針圧が大きくなることが判る。一方、同一の針圧に対し、幅Ｗが広くなるほど、応力が減少することが判る。
【００３６】
図中の特性曲線ＶＷ１〜ＶＷ３は、いずれも板状体２２１の幅Ｗを変化させた場合の針圧と応力との関係を示す直線からなり、互いに板状体２２１のピッチＰが異なる。例えば、特性曲線ＶＷ１では、Ｐ＝３０μｍのプローブ１が用いられ、特性曲線ＶＷ２では、Ｐ＝５０μｍのプローブ１が用いられ、特性曲線ＶＷ３では、Ｐ＝６０μｍのプローブ１が用いられる。
【００３７】
これらの特性曲線ＶＷ１〜ＶＷ３を見れば、針圧の変化量に比べて応力の変化量は小さいことから、板状体２２１の幅Ｗを拡大することにより、応力の増加を抑制しつつ、針圧を増大させられることが判る。また、同一の針圧に対し、ピッチＰを狭くするほど、応力が減少することが判る。
【００３８】
図４には、板状体２２１のピッチＰが異なる３つのプローブ１における板状体２２１の幅Ｗと応力との関係が示されている。この図では、針圧が１ｇｆである時の応力が示されている。図中の特性曲線ＶＷ１１〜ＶＷ１３は、いずれも板状体２２１の幅Ｗを変化させた場合の応力を示す曲線であり、互いに板状体２２１のピッチＰが異なる。
【００３９】
特性曲線ＶＷ１１では、Ｐ＝３０μｍのプローブ１が用いられ、特性曲線ＶＷ１２では、Ｐ＝５０μｍのプローブ１が用いられ、特性曲線ＶＷ１３では、Ｐ＝６０μｍのプローブ１が用いられる。
【００４０】
これらの特性曲線ＶＷ１１〜ＶＷ１３を見れば、同一のピッチＰでは、板状体２２１の幅Ｗが広くなるほど、応力が減少することが判る。また、同一の幅Ｗでは、板状体２２１のピッチＰが狭くなるほど、応力が減少することが判る。ただし、幅Ｗが広くなれば、ピッチＰの変更による応力の減少効果は、小さくなっている。
【００４１】
図５は、図１のプローブ１の要部における構成を比較例と比較して示した図であり、コイルばね２２の針先側端部２２ａが示されている。図中の（ａ）には、本発明によるプローブ１が示され、（ｂ）には、比較例が示されている。本実施の形態によるプローブ１では、コイルばね２２の針先側端部２２ａと針元側端部２２ｃとにおいて、板状体２２１の幅Ｗがコイルばね２２の他の部位、すなわち、中間部２２ｂよりも広い。
【００４２】
具体的には、針先側端部２２ａにおける板状体２２１の１巻分だけ、幅Ｗが中間部２２ｂよりも広い。例えば、針先側端部２２ａでは、Ｗ＝３０μｍであるのに対し、中間部２２ｂでは、Ｗ＝２０μｍである。また、板状体２２１の幅Ｗは、段差の大きさに比べて十分に狭い領域において急激に変化している。板状体２２１のピッチＰは、Ｐ＝５０μｍであり、コイルばね２２の下端から上端にわたって一定である。一方、比較例では、Ｗ＝２０μｍ、Ｐ＝５０μｍであり、板状体２２１の幅Ｗ及びピッチＰがコイルばね２２の下端から上端にわたって一定である。
【００４３】
コンピュータシミュレーションによれば、比較例のプローブ１にかかる最大応力は、コイルばね２２の両端部に局在して発生することが判る。そこで、本発明では、コイルばね２２の両端部における板状体２２１の幅Ｗを他の部位よりも広くすることにより、最大応力の低減を図っている。
【００４４】
コンピュータシミュレーションによれば、コイルばね２２の両端部における板状体２２１の幅Ｗを他の部位よりも広くした場合、応力が幅Ｗの変化領域に分散し、最大応力が低減することが判る。本実施の形態によるプローブ１では、コイルばね２２の両端部における板状体２２１の幅Ｗを他の部位よりも広くすることにより、クリープや針折れが生じるのを抑制させている。
【００４５】
図６は、図１のプローブ１の動作特性を比較例と比較して示した図であり、板状体２２１の幅Ｗと応力との関係が示されている。この図では、針圧が１ｇｆである時の応力が示されている。図中の特性曲線ＶＷは、本発明によるプローブ１の動作特性を示す曲線である。このプローブ１では、コイルばね２２の両端部のみ、板状体２２１の幅ＷをＷ＝３０μｍで固定とし、中間部２２ｂの幅Ｗを１５μｍ以上２５μｍ以下の範囲で変化させている。
【００４６】
一方、特性曲線ＶＷ１２は、比較例の動作特性を示す曲線である。板状体２２１のピッチＰは、本発明によるプローブ１と比較例とで共通である。特性曲線ＶＷを特性曲線ＶＷ１２と比較すれば、コイルばね２２の両端部において、板状体２２１の幅Ｗを拡大することにより、応力が低減することが判る。すなわち、幅Ｗが１５μｍ以上２５μｍ以下の範囲内において、本発明によるプローブ１の方が比較例と比べて応力が減少している。
【００４７】
図７は、図１のプローブ１の動作特性を比較例と比較して示した図であり、板状体２２１の幅ＷがＷ＝２５μｍ、ピッチＰがＰ＝５０μｍである場合の動作特性が示されている。図中の（ａ）には、プローブ１のストローク量と応力との関係が示され、（ｂ）には、プローブ１のストローク量と針圧との関係が示されている。
【００４８】
本発明によるプローブ１では、コイルばね２２の両端部のみ、板状体２２１の幅ＷをＷ＝３０μｍとし、中間部２２ｂの幅Ｗを２５μｍとしている。比較例では、コイルばね２２の下端から上端にわたって、板状体２２１の幅ＷをＷ＝２５μｍとしている。
【００４９】
コイルばね２２の長さＬ及び厚さを固定した場合、ストローク量に対する針圧及び応力は、板状体２２１の幅Ｗ及びピッチＰによって規定される。また、応力は、コイルばね２２の弾性領域によって規定されるため、従来のスプリングプローブでは、ストローク量が制限され、十分な針圧が得られないという課題があった。
【００５０】
これに対し、本実施の形態によるプローブ１では、図示した特性曲線を見れば判る通り、針圧の変化が少なく、応力が著しく減少する。例えば、ストローク量が１００μｍである場合、針圧の変化量ΔｂがΔｂ＝０．０５ｇｆであるのに対し、応力の変化量ΔａはΔａ＝５００ＭＰａである。このため、コイルばね２２の両端部において、板状体２２１の幅Ｗを拡大することにより、コイルばね２２の可動範囲が拡大し、十分な針圧が得られることが判る。
【００５１】
＜プローブ１の製造工程＞
図８及び図９は、プローブ１の製造方法の一例を模式的に示した説明図である。ここでは、共通の芯材４０を用いて２以上のプローブ１が同時に作製される場合の例について説明する。各プローブ１は、軸方向の位置を異ならせて配置される。但し、この実施例は、プローブ１を連続処理プロセスにより製作する場合の一例であり、コイルばね２２のみを製作する場合は、このうちの一部を使用することができる。また、従来から用いられているような芯部を引き抜く方法により、コイルばね２２を製作することも可能である。
【００５２】
図８の（ａ）〜（ｆ）には、筒体２を構成する金属層４４を芯材４０上に形成するまでの作業工程が示されている。図９の（ａ）及び（ｂ）には、金属層４４の形成後に犠牲層４２を除去するまでの作業工程が示されている。図８及び図９には、芯材４０の中心軸を含む平面により各部材を切断した場合の切断面が示されている。
【００５３】
プローブ１は、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して作製される。ＭＥＭＳは、フォトリソグラフィ技術及び犠牲層エッチング技術を利用して、微細な立体的構造物を作製する技術である。フォトリソグラフィ技術は、半導体製造プロセスなどで利用される感光レジストを用いた微細パターンの加工技術である。また、犠牲層エッチング技術は、犠牲層と呼ばれる下層を形成し、その上に構造物を構成する層をさらに形成した後、犠牲層のみをエッチングして立体的な構造物を形成する技術である。
【００５４】
プローブ１は、芯材４０上に金属材料を電気めっきにより堆積させ、径方向外側にめっき層を成長させることにより、筒体２が芯材４０と一体的に形成される。図８及び図９を参照しながら具体的に説明すれば、まず、直線状に延びる芯材４０が基材として用意される（図８の（ａ））。芯材４０は、タングステン、ＣＮＴファイバー、白金−ロジウム合金又はレニウム−タングステン合金からなる。
【００５５】
次に、芯材４０上にフォトレジストを塗布してレジスト層４１を形成し、フォトマスクを介して露光した後、現像処理を行って余分なフォトレジストが除去される。露光処理は、露光用の光源を周方向に移動させることにより行われる。レジスト層４１のパターニングにより、コイルばね２２と針元部２３とに対応する軸方向の位置にレジスト層４１の非形成領域が形成される（図８の（ｂ））。
【００５６】
次に、レジスト層４１をパターニングした後の芯材４０に対し、めっき処理により、レジスト層４１の非形成領域に犠牲層４２がめっき用の下地として形成される（図８の（ｃ））。この作業工程は、針先部２１と対向する芯材４０の外周面を露出させ、コイルばね２２及び針元部２３と対向する芯材４０の外周面にめっき処理により犠牲層４２を形成する犠牲層形成ステップである。
【００５７】
犠牲層４２には、エッチング液によって容易に除去することができる金属、例えば、銅（Ｃｕ）が用いられる。レジスト層４１は、犠牲層４２の形成後、剥離剤を用いて除去される（図８の（ｄ））。レジスト層４１を除去することにより、芯材４０のコンタクト部３１と針先部２１とに対応する軸方向の位置において、芯材４０が犠牲層４２から露出する。
【００５８】
レジスト層４１を除去した後、芯材４０上にフォトレジストを塗布してレジスト層４３を形成し、フォトマスクを介して露光した後、現像処理を行って余分なフォトレジストが除去される。この工程におけるフォトマスクには、板状体２２１の幅Ｗがコイルばね２２の両端において幅広となるように、開口部が形成される。コイルばね２２以外の露光処理は、露光用の光源を周方向に移動させることにより行われる。一方、コイルばね２２の露光処理は、露光用の光源を周方向に移動させながら、芯材４０を軸方向に移動させることにより行われる。レジスト層４３のパターニングにより、針先部２１、コイルばね２２及び針元部２３に対応する軸方向の位置にレジスト層４３の非形成領域が形成される（図８の（ｅ））。特に、コイルばね２２に対応する位置に形成されるレジスト層４３の非形成領域は、芯材４０を取り巻く螺旋状の領域であり、コイルばね２２の両端部に対応する位置において幅広になっている。
【００５９】
次に、レジスト層４３をパターニングした後の芯材４０に対し、めっき処理により、レジスト層４３の非形成領域に筒体２を構成する金属層４４が形成される（図８の（ｆ））。この作業工程は、犠牲層４２の形成後のめっき処理により、筒体２を形成する筒体形成ステップである。例えば、金属層４４には、ニッケル合金が用いられる。
【００６０】
なお、レジスト層４３をマスクにして金属層４４を形成することにより、筒体２を形成するという上記作製方法に代え、金属層４４を選択的にエッチングすることにより、筒体２を形成するというような構成であっても良い。
【００６１】
次に、レジスト層４３は、金属層４４の形成後、剥離剤を用いて除去される（図９の（ａ））。レジスト層４３を除去した後の芯材４０をエッチング液に所定時間浸し、金属層の積層体の内部にエッチング液を浸潤させることによって積層体から犠牲層４２を除去すれば、コンタクト部３１、針先部２１、コイルばね２２及び針元部２３が完成する（図９の（ｂ））。この作業工程は、筒体２の形成後に犠牲層４２を除去する犠牲層除去ステップである。例えば、エッチング液には、硫酸銅が用いられる。
【００６２】
次に、犠牲層４２を除去した後、所定の位置で芯材４０を切断することにより、プローブ１が単体に分離される。この作業工程は、筒体２の形成後に芯材４０を切断し、芯材４０上において軸方向の位置を異ならせて形成された２以上のプローブ１を分離するプローブ分離ステップである。
【００６３】
プローブ１を分離することにより、共通の芯材４０上に２以上のプローブ１が同時に作製されるため、複数のプローブ１を作製する際の作業工数を短縮することができる。芯材４０の切断は、レーザー光を照射して芯材４０を局所加熱し、溶融させることにより行われる。或いは、芯材４０の切断は、ダイシングソーを用いて芯材４０を切削することにより行われる。
【００６４】
次に、プローブ１を分離した後、針元部２３を針先部２１側へ移動させることによってコイルばね２２を軸方向に収縮させれば、針元部２３から芯材４０の一部が突出する。コイルばね２２を縮ませることによって針元部２３の端面から突出させた芯材４０を除去することにより、コンタクト部３１を有する芯材４０と、針先部２１、コイルばね２２及び針元部２３とにより構成されたプローブ１が完成する。この作業工程は、犠牲層４２の除去後に筒体２を縮ませることにより、針先部２１とは反対側において筒体２から突出させた芯材４０を除去する芯材除去ステップである。
【００６５】
芯材４０の除去は、所定の位置で芯材４０を切断することによって行われる。この切断処理は、レーザー光を照射して芯材４０を局所加熱し、溶融させることにより行われる。或いは、切断処理は、ダイシングソーを用いて芯材４０を切削することにより行われる。芯材４０の一部を除去することにより、コイルばね２２が自然長の状態では、芯材４０が筒体２の針元部２３よりも針先部２１側に後退しているため、針元部２３を配線基板に設けられた電極に当接させた状態であっても、コイルばね２２を収縮させながら芯材４０を配線基板側へストロークさせることができる。
【００６６】
本実施の形態によれば、コイルばね２２にかかる最大応力が低減するため、クリープや針折れが生じるのを抑制させることができる。また、板状体２２１の幅Ｗを異ならせることにより、コイルばね２２の両端部の剛性を中間部２２ｂよりも大きくするため、プローブ１の製造を容易化することができる。例えば、板状体２２１の幅Ｗは、金属層４４を積層する際のパターニングによって異ならせることができるため、板状体２２１の厚さを異ならせる場合に比べて製造が容易である。
【００６７】
また、針元部２３の内径がコイルばね２２と同じであることから、コイルばね１を圧縮させた際に、芯材３が針元部２３内にスムーズに誘導されるため、芯材３及び針元部２３が干渉するのを防止することができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、コイルばね２２が板状体２２１からなる場合の例について説明したが、本発明は、コイルばね２２の構成をこれに限定するものではない。例えば、コイルばね２２は、螺旋状に延びる線状体からなり、コイルばね２２の針先側端部２２ａ及び針元側端部２２ｃにおいて、線状体の断面積が中間部２２ｂの断面積よりも大きい。この様に線状体の断面積を異ならせることにより、コイルばね２２の両端部の剛性を中間部２２ｂよりも大きくすることができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、コイルばね２２が１種類の金属からなる場合の例について説明したが、本発明は、コイルばね２２が２種以上の金属からなるものにも適用することができる。例えば、針先側端部２２ａを構成する金属と針元側端部２２ｃを構成する金属とは、中間部２２ｂを構成する金属よりも弾性率が大きい。この様にコイルばね２２を構成する金属の弾性率を異ならせることにより、コイルばね２２の両端部の剛性を中間部２２ｂよりも大きくすることができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、板状体２２１の幅Ｗが急激に変化する場合の例について説明したが、コイルばね２２の構成をこれに限定するものではない。応力を分散させるという観点から、板状体２２１は、軸方向の幅Ｗが連続的に変化する形状を有することが望ましい。例えば、板状体２２１の幅Ｗを２以上のステップにより段階的に変化させ、或いは、滑らかな曲線に沿って変化させることにより、コイルばね２２の端部から中央部に向けて幅Ｗが徐々に狭まるような構成であっても良い。この様に構成することにより、最大応力が幅Ｗの変化領域に局在化するのを防止することができる。
【００７１】
また、本実施の形態では、板状体２２１のピッチＰがコイルばね２２の下端から上端にわたって概ね一定である場合の例について説明したが、本発明は、コイルばね２２の構成をこれに限定するものではない。例えば、コイルばね２２における針先側端部２２ａ及び針元側端部２２ｃは、板状体２２１の幅Ｗが中間部２２ｂよりも広く、かつ、板状体２２１のピッチＰが中間部２２ｂよりも狭く構成することにより、コイルばね２２にかかる最大応力をさらに低減させることができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、筒体２が針先部２１、コイルばね２２及び針元部２３により構成される場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、筒体２が針先部２１又は針元部２３を備えないプローブにも適用することができる。例えば、筒体２がコイルばね２２のみによって構成されるプローブであっても、板状体２２１の幅Ｗをコイルばね２２の両端において幅広にすることにより、針折れ等の不具合が生じるのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１    プローブ
２    筒体
２１  針先部
２２  コイルばね
２２ａ  針先側端部
２２ｂ  中間部
２２ｃ  針元側端部
２３  針元部
３    芯材
３１  コンタクト部
Ｐ    ピッチ
Ｗ    幅
【図１】
2019164152.tif 000003
【図２】
2019164152.tif 000004
【図３】
2019164152.tif 000005
【図４】
2019164152.tif 000006
【図５】
2019164152.tif 000007
【図６】
2019164152.tif 000008
【図７】
2019164152.tif 000009
【図８】
2019164152.tif 000010
【図９】
2019164152.tif 000011