CN103424578A - 探针台旋转升降机构 - Google Patents

Abstract

一种探针台旋转升降机构，包括升降控制装置、旋转控制装置和承片装置；升降控制装置的升降电机的转轴和升降丝杠的一端通过联轴器固定连接，升降螺母上设有内螺纹滚道，升降丝杠上设有与内螺纹滚道匹配的外螺纹滚道，升降螺母套设在升降丝杠上，滚珠花键升降杆和升降螺母固定连接，滚珠花键升降杆远离升降电机的一端与承片装置固定连接，滚珠花键升降杆安装在滚珠花键座的内部。承片装置固定在旋转控制装置上，承片装置和旋转控制装置作为一个整体固定在升降控制装置上。这种探针台旋转升降机构的滚珠花键座和滚珠花键升降杆组成的滚珠花键副是一个直线运动的构件，具备很高的直线运动的直线度，升降螺母与升降丝杆的螺纹接触紧密。

Description

探针台旋转升降机构

技术领域

本发明涉及半导体性能测试仪器领域，特别是涉及一种探针台旋转升降机构。

背景技术

探针台是半导体前端加工工艺中对晶圆电路进行测试，标记测试结果的好坏并收集信号的半自动机械设备。旋转升降机构是探针台核心功能机构之一。

传统的旋转升降机构，以电机Ⅰ为动力源，由电机Ⅰ带动皮带连接滚珠丝杆，由原来的旋转副变成上下运动副，从而让承片台实现上下运动。由电机Ⅱ带动皮带连接旋转心轴做旋转运动。在滚珠丝杆的传动下，旋转装置一起跟着上升和下降，从而组成了一个旋转升降机构。由真空吸附方式吸取晶圆进行运动测试动作。

但是，传统的旋转升降机构在测试过程中承片台经常出现平面度不平，需经常校表校正，Z轴重复定位精度在速度快的同时容易出现偏差，测试结果反馈在晶圆上面有深有浅，出现测试不稳定等问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种测试稳定的探针台旋转升降机构。

一种探针台旋转升降机构，包括升降控制装置、旋转控制装置和承片装置；

所述升降控制装置包括升降电机、联轴器、升降丝杠、升降螺母、滚珠花键座、滚珠花键升降杆，所述升降电机的转轴和所述升降丝杠的一端通过所述联轴器固定连接，所述升降螺母上设有内螺纹滚道，所述升降丝杠上设有与所述内螺纹滚道匹配的外螺纹滚道，所述升降螺母套设在所述升降丝杠上，所述滚珠花键升降杆和所述升降螺母固定连接，所述滚珠花键升降杆远离所述升降电机的一端与所述承片装置固定连接，所述滚珠花键升降杆安装在所述滚珠花键座的内部；

所述承片装置固定在所述旋转控制装置上，所述承片装置和所述旋转控制装置作为一个整体固定在所述升降控制装置上。

在一个实施例中，所述旋转控制装置包括主轴承座支架、旋转电机、摆动轴承座、次轴承座支架、摆动螺母座、旋转螺母、旋转丝杠，所述旋转电机的转轴与所述旋转丝杠的一端通过所述摆动轴承座固定连接，所述摆动轴承座安装在所述主轴承座支架内，所述主轴承座支架和所述承片装置固定连接，所述旋转丝杠的另一端穿出所述旋转螺母，所述旋转螺母安装在所述摆动螺母座上，所述摆动螺母座安装在所述次轴承座支架内，所述次轴承座支架和所述承片装置固定连接。

在一个实施例中，所述承片装置包括花键升降杆连接板、连接组件、承片台过渡板和承片台，所述承片台过渡板和所述承片台固定在一起，所述花键升降杆连接板和所述承片台过渡板通过所述连接组件转动连接。

在一个实施例中，所述连接组件包括交叉滚子轴承和过渡板安装座，所述过渡板安装座通过所述交叉滚子轴承装配在所述花键升降杆连接板上，所述过渡板安装座和所述承片台过渡板固定连接。

在一个实施例中，所述次轴承座支架和所述过渡板安装座固定连接。

在一个实施例中，所述主轴承座支架和所述花键升降杆连接板固定连接。

在一个实施例中，所述滚珠花键升降杆为筒状，所述升降丝杠和所述升降螺母位于所述滚珠花键升降杆内侧。

在一个实施例中，所述升降控制装置还包括角接触球轴承，所述角接触球轴承套设在所述升降丝杠上且位于所述升降螺母和所述升降电机之间。

在一个实施例中，所述角接触球轴承的数量为2个。

在一个实施例中，所述升降控制装置还包括轴承座，所述轴承座安装在所述滚珠花键座的底部，所述升降电机固定在所述轴承座上。

上述探针台旋转升降机构工作时，升降控制装置控制承片装置沿着升降丝杠的轴向往返运动。旋转控制装置控制承片装置旋转运动，从而调整承片装置上晶元的位置，对晶元的性能进行测试。升降控制装置的滚珠花键座和滚珠花键升降杆组成的滚珠花键副是一个直线运动的构件，具备很高的直线运动的直线度，升降螺母与升降丝杠的螺纹接触紧密，相比于传统的旋转升降机构，该探针台旋转升降机构速度更快，精度更高，测试稳定。

附图说明

图1为一实施方式的探针台旋转升降机构的一方向的结构示意图；

图2为如图1所示的探针台旋转升降机构的另一方向的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参考图1和图2，一实施方式的探针台旋转升降机构，包括升降控制装置、旋转控制装置和承片装置。

升降控制装置包括升降电机110、联轴器120、轴承座130、角接触球轴承140、升降丝杠150、升降螺母160、滚珠花键座170和滚珠花键升降杆180。

旋转控制装置包括主轴承座支架210、旋转电机220、摆动轴承座230、次轴承座支架240、摆动螺母座250、旋转螺母260和旋转丝杠270。

承片装置包括花键升降杆连接板310、连接组件、承片台过渡板330和承片台340。承片台过渡板330用于固定承片台340。承片台340用于承载进行测试的晶圆。花键升降杆连接板310和承片台过渡板330通过所述连接件转动连接。在本实施例中，连接组件包括交叉滚子轴承322和过渡板安装座324。

以滚珠花键座170为主支撑的零件被垂直固定在XY平台上（XY平台本申请不作介绍）。轴承座130安装在滚珠花键座170的底部。升降电机110被固定在轴承座130上。两个角接触球轴承140成面对面组合（DF配对）安装在轴承座130的内孔上并支撑升降丝杠150。联轴器120连接升降丝杠150和升降电机110，起到传递动力的作用。滚珠花键升降杆180安装在滚珠花键座170内部，只能沿滚珠花键座170的轴线方向做上升和下降运动。滚珠花键升降杆180的筒内壁上设有法兰。滚珠花键升降杆180的筒内壁的法兰和升降螺母160的法兰固定连接。升降螺母160套设在升降丝杠150上。由升降丝杠150和升降螺母160组成的机构称为滚珠丝杠副，它可将旋转运动转变为直线运动。联轴器120将升降电机110的旋转运动传递给升降丝杠150，通过升降丝杠150和升降螺母160组成的滚珠丝杠副，使升降螺母160上下运动并带动滚珠花键升降杆180的上下运动。

角接触轴承4的数量可以为2个，角接触轴承4可以消除轴向的间隙。

探针台旋转升降机构工作时，升降电机110驱动升降丝杠150旋转运动，由于滚珠花键升降杆180的筒内壁的法兰和升降螺母160的法兰固定连接，升降螺母160套设在升降丝杠150上，且升降螺母160上设有内螺纹滚道，升降丝杠150上设有与内螺纹滚道匹配的外螺纹滚道，升降丝杠150的旋转运动会转变成升降螺母160的直线运动，从而带动滚珠花键升降杆180沿着滚珠花键座170的轴向往返运动，从而控制承片装置沿着滚珠花键座170的轴向往返运动。

花键升降杆连接板310固定在滚珠花键升降杆180上随着其做上下运动。过渡板安装座324通过交叉滚子轴承322装配在花键升降杆连接板310上。交叉滚子轴承322给过渡板安装座324提供旋转运动的支撑，然后通过承片台过渡板330将承片台340和过渡板安装座324连接在一起。承片台过渡板330的作用是使承片台340与过渡板安装座324绝缘。

次轴承座支架240和过渡板安装座324刚性连接。当次轴承座支架240沿滚珠花键升降杆180的轴线转动时，过渡板安装座324、承片台过渡板330和承片台340这三个零件也会跟着转动。主轴承座支架210固定在花键升降杆连接板310上跟着做上下运动。摆动轴承座230安装在主轴承座支架210内并且可以摆动一定角度。旋转丝杠270的一端和旋转电机220的转轴通过摆动轴承座230固定连接。旋转电机220的转轴与旋转丝杠270通过联轴器连接传递旋转所需的动力。旋转丝杠270的另一端穿出旋转螺母260。旋转螺母260上设有内螺纹滚道，旋转丝杠270上设有与内螺纹滚道匹配的外螺纹滚道。旋转螺母260可以沿着旋转丝杠270的轴线运动。旋转螺母260安装在摆动螺母座250上。摆动螺母座250安装在次轴承座支架240内。摆动螺母座250也可以在次轴承座支架240内摆动一定角度。当旋转螺母260沿着旋转丝杠270的轴线运动的时候，次轴承座支架240就会带动承片台340旋转运动。摆动轴承座230和摆动螺母座250组成两自由度连接，摆动螺母座250可沿着旋转丝杠270做直线运动，也可以沿承片台340的轴线转动。

探针台旋转控制装置工作时，旋转电机220驱动旋转丝杠270旋转运动，当旋转螺母260沿着旋转丝杠270的轴线运动的时候就会带动承片台340旋转运动，从而控制承片装置旋转运动。

综上所述，承片装置和旋转控制装置作为一个整体被安装在滚珠花键升降杆180上，这便能通过升降丝杠150实现晶圆的垂直上升下降运动，通过旋转丝杠270实现晶圆水平方向的角度纠正和补偿。

因为该探针台旋转升降机构采用的是滚珠丝杠副结构，相比旧结构的同步带设计，系统刚性和精度会更好，而滚珠丝杠副传动效率高、高速高精度是其内在的优点，所以新改进的结构也就会效率更高，速度更快，精度更高，系统稳定性更优越。

探针台旋转升降机构工作时，升降控制装置控制承片装置沿着滚珠花键座170做轴向往返运动，旋转控制装置控制承片装置旋转运动，从而调整晶圆的位置，对晶圆的性能进行测试。升降控制装置的滚珠花键座170和滚珠花键升降杆180组成的滚珠花键副是一个直线运动的构件，其具备很高的直线运动的直线度，升降丝杠150和升降螺母160组成的滚珠丝杠副，相比于传统的旋转升降机构，该探针台旋转升降机构速度更快，精度更高，测试稳定。同时，探针台旋转升降机构的装配过程中对装配技术要求相对降低，整套探针台旋转升降机构装配简单，装配效率高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种探针台旋转升降机构，其特征在于，包括升降控制装置、旋转控制装置和承片装置；

所述升降控制装置包括升降电机、联轴器、升降丝杠、升降螺母、滚珠花键座、滚珠花键升降杆，所述升降电机的转轴和所述升降丝杠的一端通过所述联轴器固定连接，所述升降螺母上设有内螺纹滚道，所述升降丝杠上设有与所述内螺纹滚道匹配的外螺纹滚道，所述升降螺母套设在所述升降丝杠上，所述滚珠花键升降杆和所述升降螺母固定连接，所述滚珠花键升降杆远离所述升降电机的一端与所述承片装置固定连接，所述滚珠花键升降杆安装在所述滚珠花键座的内部；

所述承片装置固定在所述旋转控制装置上，所述承片装置和所述旋转控制装置作为一个整体固定在所述升降控制装置上。

2.根据权利要求1所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述旋转控制装置包括主轴承座支架、旋转电机、摆动轴承座、次轴承座支架、摆动螺母座、旋转螺母、旋转丝杠，所述旋转电机的转轴与所述旋转丝杠的一端通过所述摆动轴承座固定连接，所述摆动轴承座安装在所述主轴承座支架内，所述主轴承座支架和所述承片装置固定连接，所述旋转丝杠的另一端穿出所述旋转螺母，所述旋转螺母安装在所述摆动螺母座上，所述摆动螺母座安装在所述次轴承座支架内，所述次轴承座支架和所述承片装置固定连接。

3.根据权利要求2所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述承片装置包括花键升降杆连接板、连接组件、承片台过渡板和承片台，所述承片台过渡板和所述承片台固定在一起，所述花键升降杆连接板和所述承片台过渡板通过所述连接组件转动连接。

4.根据权利要求3所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述连接组件包括交叉滚子轴承和过渡板安装座，所述过渡板安装座通过所述交叉滚子轴承装配在所述花键升降杆连接板上，所述过渡板安装座和所述承片台过渡板固定连接。

5.根据权利要求4所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述次轴承座支架和所述过渡板安装座固定连接。

6.根据权利要求3所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述主轴承座支架和所述花键升降杆连接板固定连接。

7.根据权利要求1所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述滚珠花键升降杆为筒状，所述升降丝杠和所述升降螺母位于所述滚珠花键升降杆内侧。

8.根据权利要求1所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述升降控制装置还包括角接触球轴承，所述角接触球轴承套设在所述升降丝杠上且位于所述升降螺母和所述升降电机之间。

9.根据权利要求6所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述角接触球轴承的数量为2个。

10.根据权利要求1所述的探针台旋转升降机构，其特征在于，所述升降控制装置还包括轴承座，所述轴承座安装在所述滚珠花键座的底部，所述升降电机固定在所述轴承座上。

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