(57)【要約】【目的】  本発明の目的は、測定対象の各電極の高さのバラツキ等に関係なく正確に測定を行うことが可能なプローブシート及びこれを用いたプローブシートユニットを提供することにある。【構成】  プローブシートユニットＡは、測定対象Ｂの測定装置( 図示しない) のセンシング部分であって、同装置のプローバに装着されるベース板１００と、ベース板１００の下面に取り付けられるプローブシート２００とを具備し、プローブシート２００は、柔軟性を有したシート状部材２１０と、シート状部材２１０の一方の面上に設けられた複数の測定用のプローブ２２０とを備え、プローブ２２０は上下方向に弾性変形可能な形状になっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性を有したシート状部材と、シート状部材の一方の面上に設けられた複数の測定用のプローブとを備え、前記プローブは上下方向に弾性変形可能な形状になっていることを特徴とするプローブシート。
【請求項２】
請求項１記載のプローブシートにおいて、シート状部材の内部及び／又は面上には、配線パターンが形成されており、シート状部材の面上には、前記配線パターンを介して各プローブに電気接続された外部電極が設けられていることを特徴とするプローブシート。
【請求項３】
請求項２記載のプローブシートにおいて、シート状部材の内部及び／又は面上には回路素子が設けられており、この回路素子は前記配線パターンに電気接続されていることを特徴とするプローブシート。
【請求項４】
請求項１記載のプローブシートにおいて、前記プローブは湾曲した片持ち状であり、そのシート状部材との対向面には、プローブより高弾性の補強部材が長さ方向に沿って一体的に設けられていることを特徴とするプローブシート。
【請求項５】
請求項１記載のプローブシートにおいて、前記プローブは湾曲しており、測定対象の電極に接触するプローブの頂部の反対面とシート状部材との間には所定の隙間を有し、且つこの隙間にはプローブより高弾性の補強部材が設けられていることを特徴とするプローブシート。
【請求項６】
請求項１記載のプローブシートにおいて、前記シート状部材は、線膨張係数が２．５〜１０．５ｐｐｍ／℃の素材で構成されていることを特徴とするプローブシート。
【請求項７】
半導体ウエハ測定装置のセンシング部分であるプローブシートユニットにおいて、同装置のプローバに装着されるベース板と、ベース板の下面に取り付けられる請求項１乃至６記載のプローブシートと、ベース板とプローブシートとの間に介在させた弾性部材とを具備することを特徴とするプローブシートユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の電気的諸特性等を測定するのに使用するプローブシート及びこれを用いたプローブシートユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のプローブシートユニットとしては、テフロン( 登録商標) 系の絶縁フィルムで構成されたシート状部材と、このシート状部材の面上に設けられた突起状のプローブとを有するプローブカードがある( 特許文献１参照) 。
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１２２３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年の測定対象は高集積化が進み、その電極が益々微細化されている。このように測定対象が高集積化されると、各電極の微細な高さのバラツキが顕在化する。この測定対象の各電極の高さのバラツキは測定対象全体の傾きや反りによりさらに悪化する。このため、前記プローブシートユニットを使用して当該測定対象の電気的諸特性を計測しようとすると、一部のプローブが電極に接触せず、正確に測定を行うことができないという本質的な問題が生じる。
【０００５】
また、測定対象は高集積化に伴って、プローブの微細化、低ピッチ間隔化を行うと、プローブの微細な高さのバラツキが顕在化する。これはプローブシートをプローバに取り付ける際に生じる当該プローブシートの傾きや反りによりさらに悪化する。この場合であっても、一部のプローブが電極に接触せず、正確に測定を行うことができないという問題が生じる。
【０００６】
さらに、広い温度範囲で測定する場合( 例えば、１５０℃〜−４０℃) 、その温度変化により測定対象及びシート状部材がそれぞれ膨張又は収縮し、これにより上記と同様の傾きや反りが生じ、各電極の高さのバラツキ及びプローブの高さのバラツキが悪化する他、測定対象の電極とプローブとの位置ずれも生じる。このため、上記と同様の問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、測定対象の各電極の高さのバラツキ等に関係なく正確に測定を行うことが可能なプローブシート及びこれを用いたプローブシートユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のプローブシートは、柔軟性を有したシート状部材と、シート状部材の一方の面上に設けられた複数の測定用のプローブとを備え、前記プローブは上下方向に弾性変形可能な形状になっている。
【０００９】
前記シート状部材の内部及び／又は面上には、配線パターンが形成されており、シート状部材の面上には、前記配線パターンを介して各プローブに電気接続された外部電極が設けられている。
【００１０】
さらに、シート状部材の内部及び／又は面上には回路素子が設けられており、この回路素子は前記配線パターンに電気接続されている。
【００１１】
前記プローブが湾曲した片持ち状である場合には、そのシート状部材との対向面には、このプローブより高弾性の補強部材を長さ方向に沿って一体的に設けるようにしても良い。また、前記プローブが湾曲しており、測定対象の電極に接触するプローブの頂部の反対面とシート状部材との間には所定の隙間を有する場合には、この隙間にはプローブより高弾性の補強部材を設けることも可能である。
【００１２】
前記シート状部材については、線膨張係数が２．５〜１０．５ｐｐｍ／℃の素材で構成されていることが望ましい。
【００１３】
本発明のプローブシートユニットは、半導体ウエハ測定装置のセンシング部分であって、同装置のプローバに装着されるベース板と、ベース板の下面に取り付けられる上記プローブシートと、ベース板とプローブシートとの間に介在させた弾性部材とを具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に係るプローブシートによる場合、プローブ、シート状部材がそれぞれ弾性変形又はシート状部材及びプローブが共に弾性変形することにより、様々な測定対象の各電極の高さのバラツキ及び／又はプローブの高さのバラツキに対応することができる。従って、従来例のごとく、一部のプローブが電極に接触しないというようなこともなくなることから、正確に測定を行うことが可能になる。
【００１５】
本発明の請求項２に係るプローブシートによる場合、シート状部材の内部及び／又は面上に、配線パターンを形成し、且つシート状部材の面上に、前記配線パターンを介して各プローブに電気接続された外部電極を設けるようにしたので、測定装置との電気的接続を容易に行うことができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係るプローブシートによる場合、プローブを用いて電気測定を行う上で必要な回路素子がプローブに近い位置に配設されていることから、測定精度の向上を図る上でメリットがある。
【００１７】
本発明の請求項４に係るプローブシートによる場合、プローブには、このプローブより高弾性の補強部材が長さ方向に沿って一体的に設けられているので、当該プローブの強度を高めることができる。
【００１８】
本発明の請求項５に係るプローブシートによる場合、プローブの頂部の反対面とシート状部材との間の隙間には、プローブより高弾性の補強部材が設けられているので、当該プローブの強度を高めることができる。
【００１９】
本発明の請求項６に係るプローブシートによる場合、前記シート状部材が線膨張係数が２．５〜１０．５ｐｐｍ／℃の素材で構成されている。即ち、測定対象と同様の線膨張係数で構成されているので、測定環境の温度変化により測定対象が変形したとしても、前記シート状部材が同様に変形する。よって、前記シート状部材に形成されたプローブは測定対象の変形に伴う電極の位置ずれに対して追従することが可能になる。
【００２０】
本発明の請求項７に係るプローブシートユニットによる場合、弾性部材がシート状部材の弾性変形を受け止めつつ、変形したシート状部材を元の状態に戻すように付勢するので、より柔軟に電極の高さのバラツキ及び／又はプローブの高さのバラツキに対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係るプローブシートユニットを図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係るプローブシートユニットの概略的断面図、図２は同ユニットのシート状部材が一枚のシートを有するプローブシートの一部を示す概略的断面図、図３は同ユニットのシート状部材が複数枚のシートを有するプローブシートの一部を示す概略的断面図、図４は同ユニットに用いられる別のプローブを説明するための模式図、図５はプローブの補強部材を説明するための模式図、図６は同ユニットのプローブが測定対象の電極に接触した状態を示す概略的断面図、図７は別のプローブシートユニットの概略的断面図である。
【００２２】
図１に示すプローブシートユニットＡは、測定対象Ｂの測定装置( 図示しない) のセンシング部分であって、同装置のプローバに装着されるベース板１００と、ベース板１００の下面に取り付けられるプローブシート２００とを具備する。以下、各部を詳しく説明する。
【００２３】
プローブシート２００は、柔軟性を有したシート状部材２１０と、シート状部材２１０の一方の面上に設けられた複数の測定用のプローブ２２０とを備える。シート状部材２１０については、柔軟性を有し、線膨張係数が２．５〜１０．５ｐｐｍ／℃の素材で構成されたものを用いる。例えば、一枚のシリコン製の絶縁性シート、一枚のポリマー製の絶縁性シート、シリコン製の絶縁性シートを複数枚積層して作成されたシート、ポリマー製の絶縁性シートを複数枚積層して作成されたシート等がある。
【００２４】
即ち、測定対象Ｂの線膨張係数と同一又は近い線膨張係数を有する素材を使用することで、当該測定対象Ｂが膨張又は伸縮するのと同様に、当該シート状部材２１０を膨張又は伸縮させることができる。このような素材を使用すれば、シート状部材２１０の面上に形成されたプローブ２２０は測定対象Ｂの膨張又は伸縮に伴う電極１０の位置ずれに対して追従することが可能になる。
【００２５】
シート状部材２１０の線膨張係数を２．５〜１０．５ｐｐｍ／℃としたのは、次のような理由からである。まず、測定対象Ｂのほとんどが上記した１０×１０ｍｍ〜３００×３００ｍｍの範囲内のサイズであることから、測定対象Ｂの素材がシリコンであって、その線膨張係数が２．５ｐｐｍ／℃であり、測定環境温度が常温( ２５℃) 〜１５０℃の範囲である条件下で測定対象Ｂとシート状部材２１０との相対的な位置ずれ量を１０μｍ以内に抑えようとするとき、測定対象Ｂのサイズが１０×１０ｍｍである場合のシート状部材２１０の線膨張係数、測定対象Ｂのサイズが３００×３００ｍｍである場合のシート状部材２１０の線膨張係数を以下にのようにそれぞれ求める。
【００２６】
測定対象Ｂのサイズが１０×１０ｍｍである場合
「数式１」
１０ｍｍ×Ｘ×( １５０℃−２５℃) ＝１０μｍ
Ｘ＝８ｐｐｍ／℃
【００２７】
測定対象Ｂのサイズが３００×３００ｍｍｍｍである場合
「数式２」
３００ｍｍ×Ｘ×( １５０℃−２５℃) ＝１０μｍ
Ｘ＝０．２７ｐｐｍ／℃
【００２８】
このようにして求められた測定対象Ｂのサイズが１０×１０ｍｍである場合のシート状部材２１０の線膨張係数８ｐｐｍ／℃、測定対象Ｂのサイズが３００×３００ｍｍである場合の０．２７ｐｐｍ／℃に、シート状部材２１０が熱膨張すると同時に測定対象Ｂも熱膨張することを考慮して測定対象Ｂの線膨張係数２．５ｐｐｍ／℃をそれぞれ加算する。すると、前者が１０．５ｐｐｍ／℃、後者が２．７７ｐｐｍ／℃となる。即ち、シート状部材２１０に線膨張係数を２．７７〜１０．５ｐｐｍ／℃の素材を用いれば、ほとんどの測定対象Ｂの熱膨張に対応できることになるが、これにシート状部材２１０の素材として測定対象Ｂと同じシリコンを使用することを考慮し、シート状部材２１０の線膨張係数を２．５〜１０．５ｐｐｍ／℃としたのである。
【００２９】
シート状部材２１０が一枚のシートである場合には、図１及び図２に示すように、他方の面上の縁部に外部電極２１２が、面上に配線パターン２１１が設けられている。この配線パターン２１１を介して外部電極２１２とプローブ２２０とが電気的に接続されるのである。
【００３０】
このシート状部材２１０の面上には、配線パターン２１１と電気接続される回路素子２１３が設けられている。この回路素子２１３はプローブを用いて電気測定を行う上で必要な素子であって、ここではいわゆるパスコンとして機能するコンデンサと、テスト( 即ち、測定対象Ｂの電気的諸特性の測定) を補助するＢＯＳＴ（Ｂｕｉｌｄ  ｏｕｔ  ｓｅｌｆ  ｔｅｓｔ) としての機能を有する回路素子とが用いられている。コンデンサについては、高周波特性の改善を図る役割を担う。ＢＯＳＴとしての機能を有する回路素子については測定対象Ｂのテスト内容によってその役割が変わる。
【００３１】
一方、シート状部材２１０が複数枚のシートを積層して構成されたものである場合には、図１及び図３に示すように、他方の面上の縁部に外部電極２１２が、各シートの面上に配線パターン２１１が複数設けられている。各シートの上下層の配線パターン２１１は電気的に接続されている。この配線パターン２１１を介して外部電極２１２とプローブ２２０とが電気的に接続されるのである。このシート状部材２１０の各シートの面上にも上述した回路素子２１３が設けられている。
【００３２】
プローブ２２０は、シート状部材２１０の一方の面上にレジストを塗布し、このレジストにパターンを形成し、このパターンにメッキを形成し、これを繰り返すことによって当該シート状部材２１０の一方の面上に一体的に形成されるものである。なお、このプローブ２２０のピッチ間隔は測定対象Ｂの電極１０に接触し得るように当該測定対象Ｂの電極１０と同じピッチ間隔、ここでは２５μｍにされている。
【００３３】
プローブ２２０は、接触可能な測定対象Ｂの電極１０の高さのバラツキを吸収するために少なくとも上下方向に弾性変形可能な形状となっている。例えば、図２及び図３に示すように、シート状部材２１０の一方の面上に片持ち状且つ半円弧状に形成されたもの、図４の( ａ) 示すように、両端部がシート状部材２１０に接続された円弧状のもの、図４の( ｂ) 示すように、片持ち状であり且つシート状部材２１０の長さ方向に湾曲した複数の湾曲部を有するもの、図４の( ｃ) 示すように、両端部がシート状部材２１０に接続された円形のもの、図４の( ｄ) 示すように、片持ち状であり且つ複数の湾曲部を有するもの、図４の( ｅ) 示すように、片持ち状であり且つシート状部材２１０の長さ方向に湾曲した湾曲部を有するもの、図４の( ｆ) 示すように、コイルスプリング状にされたもの等がある。プローブ２２０のほぼ中心位置の頂部には、測定対象Ｂの電極１０に接触させる突起状の接触端子２２３を設けることが可能である。以下、説明の便宜上、プローブ２２０については、図２及び図３に示す片持ち状且つ半円弧状をしたのものを例に挙げて説明する。
【００３４】
このプローブ２２０は、一端がシート状部材２１０に支持される第１の１／４円弧部２２１と、この第１の１／４円弧部の他端と連設されており且つ前記第１の１／４円弧部２２１より若干短くされた第２の１／４円弧部２２２とを有する形状となっている。プローブ２２０のほぼ中心位置の頂部には、突起状の接触端子２２３が設けられている。
【００３５】
プローブ２２０は、図５( ａ) に斜線で示すように、製造過程においてプローブ２２０のシート状部材２１０対向面の長さ方向に沿って当該プローブ２２０より高弾性のアルミナ等の補強部材２３０を一体的に形成することもできる。この補強部材２３０については複数層に構成することもできる。また、図５( ｂ) に斜線で示すように、プローブ２２０が湾曲しており、測定対象Ｂの電極１０に接触するプローブ２２０の頂部の反対面とシート状部材２１０との間にの隙間を有する場合には、この隙間に当該プローブ２２０より高弾性のエラストマ等の補強部材２３０を介在させるようにしても良い。この補強部材２３０についてもプローブ２２０の製造過程において前記隙間にエストラマ等を介在させる。
【００３６】
ベース板１００としては、プローバと電気接続するための配線パターン( 図示しない) が形成されたＰＣＢを用いる。前記配線パターンはシート状部材２１０の外部電極２１２と電気接続される。また、このベース板１００に接着又は圧着等のよってシート状部材２１０が断面視略ひ字状になるように取り付けられるのである。この際、ベース板１００とシート状部材２１０との間に弾性部材３００が設けられる。
【００３７】
弾性部材３００はについては、ゴム等の弾性樹脂、水又は空気が充填された袋体又はスプリング等を用いる。弾性部材３００は、平時においてシート状部材２１０のプローブ２２０が形成されている領域を付勢し、図１に示すようにフラットな状態に維持するようになっている。また、この弾性部材３００は、プローブ２２０が半導体ウエハＢの電極１０に接触すると、これに伴うシート状部材２１０の弾性変形を受け止めるようになっている。
【００３８】
フレーム４００は、図１に示すように、シート状部材２１０及び弾性部材３００を支持する部材であって、ベース板１００に取り付けられている。
【００３９】
このように構成されたプローブシートユニットＡは上述したように測定装置のプローバに装着され、測定対象Ｂの電気的諸特性を測定するのに使用される。以下、その使用方法について詳しく説明する。なお、測定装置のテスターとプローブシートユニットＡとは外部電極２１２を介して電気的に接続される。
【００４０】
まず、プローバの駆動装置を動作させ、ベース板１００と測定対象Ｂとを相対的に近接させる。これによりプローブ２００の接触端子２２３と測定対象Ｂの電極１０が接触する。その後、さらにベース板１００と測定対象Ｂとを相対的に近接させ、接触端子２２３を測定対象Ｂの電極１０に押圧させる( 即ち、オーバードライブを行う) 。
【００４１】
その過程で、測定対象Ｂの各電極１０の様々な高さのバラツキに応じてプローブ２２０、シート状部材２１０、弾性部材３００がそれぞれ弾性変形又はシート状部材２１０及び弾性部材３００が弾性変形し、これを吸収する。
【００４２】
このとき、プローブ２２０は、上下方向に弾性変形しつつ、図６に示すように、第２の１／４円弧部２２２の先端部がシート状部材２１０の面上に当接し、その後、当該シート状部材２１０の面上を( 図２の矢印方向に) 移動する。このようにプローブ２２０を動作させることで、微細化により弱体化するプローブ２２０にかかるオーバードライブによる負荷を分散させると共に、プローブ２２０と電極１０との電気的導通を図るために必要な所定の接触圧及びスクラブ量( 即ち、第２の１／４円弧部２２２の先端部が電極１０の面上を滑る量) を確保することもできる。
【００４３】
その後、テスターによる測定対象Ｂの測定が終了すると、プローバの駆動装置を動作させ、ベース板１００と測定対象Ｂとを相対的に遠ざける。この過程で、シート状部材２１０は弾性部材３００に付勢され、元の状態に戻る。
【００４４】
このようなプローブシートユニットＡによる場合、プローブ２２０、シート状部材２１０がそれぞれ弾性変形又はシート状部材２１０及びプローブ２２０が共に弾性変形することにより、様々な測定対象Ｂの各電極１０の高さのバラツキ及び／又はプローブ２２０の高さのバラツキに対応することができる。従って、従来例のごとく、一部のプローブが電極に接触しないというようなこともなくなることから、正確に測定を行うことが可能になる。
【００４５】
ベース板１００については、ＰＣＢを用いるとしたが、弾性部材３００の弾性変形を受け止めることができる剛性を有する板状体である限り、どのようなものを用いてもかまわない。従って、図７に示すように、ベース板１００に上述した板を用いた場合、フレーム４００にＰＣＢを用いる。このように設計変更すれば、シート状部材２１０は、ベース板１００及び弾性部材３００に接触する面に配線パターン２１１及び外部電極２１２を形成しなくて良いことから、ＰＣＢであるフレーム４００との電気接続を容易に行うことができる。
【００４６】
弾性部材３００については、これを設けることは任意である。即ち、シート状部材２１０の他方の全面がベース板１００の下面に接着するように取り付けることもできる。このように弾性部材３００を有さない構成であったとしても、測定対象Ｂの大小の傾きや反りに対してシート状部材２１０及びプローブ２２０が弾性変形することにより対応可能である。
【００４７】
なお、プローブシート２００については、ベース板１００取り付けず、直接プローバに取り付けることも可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係るプローブシートユニットの概略的断面図である。
【図２】同ユニットのシート状部材が一枚のシートを有するプローブシートの一部を示す概略的断面図である。
【図３】同ユニットのシート状部材が複数枚のシートを有するプローブシートの一部を示す概略的断面図である。
【図４】同ユニットに用いられる別のプローブを説明するための模式図である。
【図５】プローブの補強部材を説明するための模式図である。
【図６】同ユニットのプローブが測定対象の電極に接触した状態を示す概略的断面図である。
【図７】別のプローブシートユニットの概略的断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ      プローブシートユニット
１００  ベース板
２００  プローブシート
２１０  シート状部材
２２０  プローブ
３００  弾性部材
Ｂ      測定対象
１０    電極
【図１】
2005140677.tif 000003
【図２】
2005140677.tif 000004
【図３】
2005140677.tif 000005
【図４】
2005140677.tif 000006
【図５】
2005140677.tif 000007
【図６】
2005140677.tif 000008
【図７】
2005140677.tif 000009