(57)【要約】【課題】検査用電極が極小化しても、また測定対象ビアホールの形状にかかわらず、その電極面において四端子測定を高精度且つ簡単に行うことができるケルビンプロ−ブを提供する。【解決手段】バネ性を有する薄板で形成した接触子で第１の絶縁体を挟持したプロ−ブを、両接触子の先端が突出するようにプレートで挟持してなり、前記両接触子は、被測定物に当たると独立して弾性変形して移動し、押圧を解くと元の位置に復帰し得るように構成した。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネ性を有する薄板で形成した接触子で第１の絶縁体を挟持したプロ−ブを、両接触子の頭部（コンタクト）外周の少なくとも一部が突出するようにプレートで挟持してなり、前記両接触子は、その頭部が被測定物に当たると独立して弾性変形して移動し得るように構成したことを特徴とするケルビンプローブ。
【請求項２】
前記両接触子は、アングル若しくはアール部を有する頭部板体に屈曲した帯状物を一体として連設し、該帯状物が弾性変形することによって、前記接触子頭部が被測定物に接触して移動し得るように構成してなる請求項１に記載のプロ−ブ。
【請求項３】
前記一方の接触子が電流印加電極であり、他方の接触子が電圧検知電極であり、該両接触子を１組とし、１組若しくは複数組具備してなる請求項１又は２に記載のプローブ。
【請求項４】
前記両接触子を第２の絶縁体を介して前記プレートで挟持する請求項１又は２に記載のプローブ。
【請求項５】
前記第１の絶縁体が、金属のシールドガードを絶縁材で挟持してなる請求項４に記載のプローブ。
【請求項６】
前記両プレートと前記帯状物の凹部の近接位置とを結んだ貫通孔を形成し、該帯状物が弾性変形すると該貫通孔を閉じるように構成してなる請求項２〜５のいずれかに記載のプローブ。
【請求項７】
前記薄板の厚さが０．０２〜０．５ｍｍである、請求項１〜６のいずれかに記載のプローブ。
【請求項８】
前記薄板を、鋼、銅合金、タングステン又は焼入れ帯鋼板から形成してなる請求項１〜７のいずれかに記載のプローブ。
【請求項９】
アングル若しくはアール部を有する頭部板体に屈曲した帯状物を一体として連設し、該帯状物が弾性変形することによって、前記接触子頭部が被測定物に接触して移動し得るように構成したことを特徴とするプロ−ブ接触子。
【請求項１０】
前記帯状物は、連結方向の両側に突出した屈曲部を有し、頭部が被測定物にどのような角度で当たっても弾性移動し、押圧を解くと元の位置に復帰し得るように構成したことを特徴とする請求項９に記載の接触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハや電子部品等の被検査体の電気的検査に用いられるプローブに係り、詳記すれば被検査体の検査用電極の微細化に対応して確実にケルビン接続を実現し得るケルビンプローブ及び該プローブに使用する接触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来のケルビンプローブの一例を示すが、外筒の電流印加コンタクトＡに針状の電圧検知コンタクトＢを嵌挿させることにより構成されている。各々のコンタクトに特別で精密な加工精度を必要とするので、電圧検知コンタクトＢは針状としなければならないから、超硬素材が使用されている。そのため、硬くて脆いので取扱い上の欠点があるほか、電気抵抗が大きいから、測定に伴う印加電流の結果、Ｗ＝Ｉ２Ｒから理解し得るように、電流印加コンタクトＡ自体が発熱し、測定物に熱的変化を与える欠点があった。特に、直流測定の場合は、これは「熱電対効果」（ゼーベック効果）として知られているが、測定を著しく不正確にしている。さらに、測定ポイントに対して垂直に接触させるのは難しく、特に近年多用されている微小ビアホールに対しては測定困難になる問題があった。
【０００３】
また、片持ちタイプの２本のプローブ、即ち、電流を印加するフォース側のプローブと電圧を検出するセンス側のプローブとを同一の検査用電極に電気的に接続してケルビン接続を実現する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この片持ちタイプのプローブの場合には、最近の超高集積化により電極の極小化、狭ピッチ化が飛躍的に進んだので、これに対応しきれなくなり、ケルビン接続の実現が難しくなりつつある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−６４３８５号公報
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、検査用電極が極小化しても、また測定対象ビアホールの形状にかかわらず、その電極面において確実且つ容易にケルビン接続を行うことができ、ひいては四端子測定を高精度且つ簡単に行うことができるケルビンプロ−ブ及び該プローブに使用する接触子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的に沿う本発明のうち請求項１に記載の発明は、バネ性を有する薄板で形成した接触子で第１の絶縁体を挟持したプロ−ブを、両接触子の先端が突出するようにプレートで挟持してなり、前記両接触子は、被測定物に当たると独立して弾性変形して移動し、押圧を解くと元の位置に復帰し得るように構成したことを特徴とする。
【０００６】
両接触子は、アングル若しくはアール部を有する板体に屈曲した帯状物を一体として連設し、該帯状物が弾性変形することによって、前記接触子が被測定物に接触して移動し得るように構成することによって、両接触子がどのような角度で被測定物に当たっても移動し得る（請求項２）。本発明のプローブは、被測定物に押し当てると摺動しながら接触するので、セルフクリーニング効果が得られる。
【０００７】
本発明の接触子には、電流、電圧等の信号を測定することも、流すことも印可することもできるが、ケルビンプローブとするには、一方の接触子が電流印加電極であり、他方の接触子が電圧検知電極であり、該両接触子を１組とし、１組若しくは複数組具備するようにするのが良い（請求項３）。ケルビンプローブとする場合でも、上記電極以外に、グランド若しくはガードの役割をする薄板を設けると良い。
【０００８】
両接触子を、接触子のシールドとして機能する第２の絶縁体を介して前記プレートで挟持すると良い（請求項４）。
【０００９】
第１の絶縁体を、金属のシールドガードを絶縁材で挟持することにより構成すると高周波帯までの測定が可能となる（請求項５）。
【００１０】
両プレートと前記帯状物の凹部の近接位置とを結んだ貫通孔を形成し、帯状物が弾性変形すると該貫通孔を閉じるように構成すれば、頭部が被測定物に当たっていることを容易に検知できる（請求項６）。
【００１１】
薄板の厚さを、測定目的に応じて、０．０２〜０．５ｍｍとするのが良い（請求項７）。
【００１２】
薄板を、バネ性を有する導電体、例えば、銅、銅合金、タングステン又は焼入れ帯鋼板から形成するのが良い（請求項８）。銅若しくは銅合金で形成すると、接触子自体の持つ抵抗Ｒを極小化することができる。また、バネ性を有する素材（導電性は無くても良い）へ伝導性粉末状物質をコーティングしても良い。
【００１３】
また本発明の接触子は、アングル若しくはアール部を有する頭部板体に屈曲した帯状物を一体として連設し、該帯状物が弾性変形することによって、前記接触子頭部が被測定物に接触して移動し得るように構成したことを特徴とする（請求項９）。
【００１４】
帯状物は、連結方向の両側に突出した屈曲部を有し、頭部が被測定物にどのような角度で当たっても弾性移動し、押圧を解くと元の位置に復帰し得るように構成するのが好ましい（請求項１０）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図２は本発明の実施例を示すものであり、超薄板で形成した電流印加コンタクトＰ１（接触子）１と電圧検知コンタクトＰ２（接触子）２とで絶縁体３を挟持し、両コンタクト（接触子）頭部の先端及び両側部が突出するように、プレート４，４´で両接触子１，２が被測定物に当たると独立して弾性変形して移動し得るように挟持した例を示す。尚、電流印加コンタクト１と電圧検知コンタクト２の両接触子は、同一の素材で形成するのが好ましい。
【００１７】
電流印加コンタクト１と電圧検知コンタクト２とは、それぞれリード線に接続されて、電流を印加し、電圧を検出するケルビン接続し得るように形成されている。このプローブは、直流〜低周波数交流ＫＨＺ帯の検出に適している。
【００１８】
両接触子１，２は、独立して移動し得るので、絶縁体３は、固定しないか或は一方にのみ接着等によって固定されている。絶縁体３としては、一方若しくは両方の接触子にフッ素樹脂（テフロン（登録商標））、その他の高分子化合物、ダイヤモンドコンパウンド等の絶縁体被膜を形成したものでもよい。このように絶縁体被膜を形成すると、２端子（２接触子）間を極めて近接配置できる。
【００１９】
図３は、本発明の他の実施例を示すものであり、両接触子を、第２の絶縁体５，５´を介してプレート４，４´で挟持した例を示す。第２の絶縁体５は、Ｐ１に対するシールドとＰ１及びＰ２の全体に対するシールドとして機能し、第２の絶縁体５´は、Ｐ２に対するシールドとＰ１及びＰ２の全体に対するシールドとして機能する。従って、同軸の線を使用してシールドにより分けて、Ｐ１に電流を流し、Ｐ２で電圧を検出することができる。このプローブは、直流〜中周波数交流ＭＨＺ帯の検出に適している。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施例を示すものであり、第２の絶縁体５，５´を設けると共に、絶縁体３´を金属のシールドガード６を絶縁材３ａ，３ｂで挟持することにより構成している。このようにシールドガード６を設けることによって、全体のガードをすることができるので、特に高周波帯域で使用するのに適している。このプローブは、直流〜高周波数交流Ｍ〜ＧＨＺ帯の検出に適している。
【００２１】
プレート（サイドプレート）４，４´は、極めて薄い厚みの接触子１，２を両側から挟み込み支える機能と、接触子の可動範囲を制限することで、接触子を保護し破壊を防止し得るストッパーとしての機能を有する。更に、プレート４，４´をバネ性を有する素材で形成すれば、横方向からの応力（ストレス）に対し変位できるので、プローブ全体及び測定物の保護機能が付与される。
【００２２】
図５は、本発明の接触子の実施例を示すものであり、四角形の板体７，８を屈曲したバネ性を有する帯状物９で一体として連結した例を示す。屈曲した帯状物９は、サインカーブのように、連結方向の両側に突出部（突出した屈曲部）１０，１０´が形成されている。このように形成すると、四角形の板体７が被測定物にどのような角度で当たっても、帯状物９が容易に弾性変形して移動することができる。
【００２３】
図６は、本発明の接触子の他の実施例を示すものであり、バネ性を有する帯状物９を、サインカーブ（なだらかなＳ字状）に形成している。板体（接触子）７に矢印で示すように、どの部分が接触してもプローブの役目をすると共に、バネ性を有する帯状物９が変形して移動する。従って、板体（接触子）７の全周１４が接触子の役目をするものである。バネ性を有する帯状物９は、図７に示すように、帯状物９の両側の突出部１０，１０´の個数と大きさを異なるように形成しても良い。但し、この場合は、両側の突出部１０，１０´の面積は同程度となるようにするのが好ましい。
【００２４】
本発明のプローブは、コーナー部を使用した点接触であっても、辺を使用した線接触のいずれであっても良い。図６に示す板体７を被測定面に垂直に押し当てると線接触となるが、図７に示すように、板体７の先端に突起１１を形成すれば、垂直に押し当てても点接触とすることができる。
【００２５】
本発明のプローブは、頭部（コンタクト）７若しくは接触子（プローブセル）全体に金メッキ若しくは他の伝導性に優れた金属等でメッキを施すことができる。このようにすると、格段の接触安定性が得られるので、高精度で検査できるほか、接触子の耐候性が向上し、接触子の摩擦抵抗が軽減するので、長寿命、復元性能の向上及び接触圧の低減効果が得られる。
【００２６】
また図６に示すように、接触子周囲を硬い導電性素材（合金等）１４でメッキ、打ち込み等を施せば、更に格段の長寿命と検査の信頼性が得られる。
【００２７】
頭部（コンタクト）７の形状は、ビアホール（ＰＣスルーホール）に挿入して押し当てるアングル（角部）（ａ）及び／又はアール部（ｂ）を有するものなら、どのような形状であっても差し支えない。例えば、図８に示す形状のものが挙げられる。図８中、点線で囲ったＸは、上記形状の組み合わせを意味するものである。本発明の頭部７は、薄板でプレス形成できるので、複雑な形状であっても容易に形成することができる。
【００２８】
測定物に対して引っ掛けても測定できる形状としては、図９に示すように、断部（ｃ）、凹部（ｄ）及び突起（ｅ）を有する形状が挙げられる。
【００２９】
図１０（ａ）は、両接触子１（２）をプレート４（４´）で先端及び両側の接触子が突出するように挟持し、中央に貫通孔１２を形成した例を示す。尚、接触子の後端の板体８は、両プレートに固定されている。
【００３０】
このように貫通孔１２を設けると、本発明のプローブが被測定物１３に接触して移動すると貫通孔１２が部分的若しくは全体に閉じるので、接触子の移動を容易に検知できる。
【００３１】
図５〜図７において、板体８は両プレート４，４´に固定するものであるが、これは必ずしも必要ではない。板体８を設けずに、バネ性を有する帯状物９に固定しても差し支えない。
【００３２】
本発明のプローブは、図１０（ａ）（ｂ）に示すプローブの後端を筒状体に嵌合して、図１１に示すようなペンシル型プローブ１５とすることができる。
【００３３】
このようなプローブ１５としても、被測定物１６に向けて自由に保持することができる。即ち被測定物に垂直に押し当てることも、図１１において被測定物１６に自由な角度（θ）で押し当てることができる。
【００３４】
また、図１２に示すように、ペンシル型プローブのように構成したプローブを、検査装置の摺動ヘッド１７に固定して検査装置用プローブとすることもできる。
【００３５】
このようにすると、プローブ頭部７は、被測定物１７に押し当てると、上下、左右と自在な方向に動くので、多点検査（計測）装置に対しても適合する機能を有する。
【００３６】
本発明の接触子１，２はバネ性を有するので、図１３に示すように、被測定物に対して垂直に押し当てた場合だけでなく、どのような角度に対しても接触子が接触可能となる。一方の接触子が他方の接触子が接触するまで、バネの力に抗して上昇移動するからである。そのため、被測定物１７の表面形状がどのようであっても、確実に２枚の接触子が被測定物１７にヒット（接触）できる。
【００３７】
また、図１４に示すように、上方の矢印方向から押すと、プローブ頭部７は、矢印で示すように、破線から実線にワイピング距離Ｒｘ移動する。従って、測定物の表面に酸化物若しくはフラックス等が少々付着していても、上記スライドによるワイピング効果で、確実に被測定物指定（要求）測定ポイント（被測定電極）への接触を実現できる。
【００３８】
本発明によれば、ビアホールに薄板の角部（又はＲ部）を押し当てるだけで４端子測定（ケルビン測定）ができるので、従来のシリンダータイプのケルビンピローブでは極めて困難であった極小化した電極に対しても、確実且つ容易にケルビン測定できる。
【００３９】
また、本発明の接触子は、一定板厚が容易に得られる素材から簡素な板状形状で構成できるから、プレス加工等で必要な外形精度が高い均一性で得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、プローブコンタクト全周に渡りケルビン検出性能が得られるほか、プローブ自体のバネ圧で被測定面の形状にかかわらず確実に接触させることができるので、従来のシリンダータイプのケルビンプローブと比較して１０倍〜１００倍に渡る高精度でμΩオーダーまでの測定を実現することができると共に、電極の極小化、狭ピッチ化に十分対応でき、四端子測定を高精度且つ容易に行うことができる。
【００４１】
また、シールドガードを設け、ストリップライン化することによって、高周波帯（ＲＦ帯）までの測定が可能となる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のシリンダー型ケルビンプロ−ブの概略斜視図である。
【図２】本発明のケルビンプローブの実施例を示す頭部側面図である。
【図３】本発明のケルビンプローブの他の実施例を示す頭部側面図である。
【図４】本発明のケルビンプローブの他の実施例を示す頭部側面図である。
【図５】本発明の接触子の実施例を示す側面図である。
【図６】本発明の接触子の他の実施例を示す側面図である。
【図７】本発明の接触子の他の実施例を示す側面図である。
【図８】本発明の接触子の頭部形状の例を示す側面図である。
【図９】本発明の接触子の頭部形状の他の例を示す側面図である。
【図１０】（ａ）本発明のプローブの頭部を示す側面図である。（ｂ）本発明のプローブが被測定物に当接した時の頭部を示す側面図である。
【図１１】本発明のペンシル型プロ−ブの使用状態を示す側面図である。
【図１２】本発明の検査装置用プローブを示す概略図である。
【図１３】本発明のプロ−ブを被測定物に押し当てた状態を示す側面図である。
【図１４】本発明のプロ−ブを被測定物に押し当てて頭部が移動する状態を示す側面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　電流印加コンタクト（接触子）
２　　　　　　　　　　電圧検知コンタクト（接触子）
３　　　　　　　　　　絶縁体
４，４′　　　　　　　プレート
５，５′　　　　　　　第２の絶縁体
６　　　　　　　　　　　シールドガード
７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　接触子の頭部
９　　　　　　　　　　　バネ性を有する帯状物
１０，１０′　　　　　　　帯状物の突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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