JP2007184374A - 自動昇降操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハプロービングにおいて、極めて重い重量のテストヘッドの昇降を容易に行うことができる機構の提供。
【解決手段】自動出力機構５２０を使用し、垂直方向でその長さを伸長または短縮することができる自動昇降操作装置（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）を構成する。倍行程原理を利用し、伝動ロープを第一（定）滑車の上縁及び第二（動）滑車の下縁に巻回することにより、荷重装置（例えば、測定試験ヘッド）を上昇・下降させることが可能となる。出力機構が特定の変位を発生すると、荷重装置を２倍の変位として上昇または下降させることができるため、自動昇降制御機構５１０の高さを低減させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は自動昇降操作装置に関するものであり、特に自動出力機構と倍行程昇降機構とを使用した測定試験ヘッド操作装置に関するものである。

半導体ウェハは設計、製造後、更に測定試験を実施して、ウェハ上の集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＩＣ）の機能が正常に作動することを確保しなければならない。ＩＣの測定試験はウェハ検査と完成品検査とに区分され、ウェハ検査はウェハのダイシング及び実装前に実施され、プローブ（Ｐｒｏｂｅ）によりウェハの機能は正常であるか否かを測定する。完成品検査では実装形式に基づき、適合するベース上で測定を実施し、各項目の性質は必要とされる規格に合致していることを確保しなければならない。現在、ＩＣ測定試験の大多数では自動測定試験システム（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、ＡＴＥ）が使用されている。

図１に示されているのは従来の自動測定試験システム１０の見取図であり、主に操作装置（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）１１０と測定試験ヘッド（ｔｅｓｔ ｈｅａｄ）１２０とが含まれている。測定試験ヘッド１２０は操作装置１１０上の懸架アーム機構１１２により挟持されており、懸架アーム機構１１２はカウンターウェイトボックス１１６に固定されている垂直軸１１４に沿って測定試験ヘッド１２０を垂直に移動させ、懸架アーム機構１１２は、測定試験マシン１４０の位置決めに適合するために測定試験ヘッドを水平方向で移動及び反転させることもできる。

上記の自動測定試験システムにおいて、測定試験ヘッド１２０には多くの精密な検出エレメントが含まれており、重量も数百ｋｇに達する。当該測定試験ヘッド１２０を上昇・下降させるためには、カウンターウェイトボックス１１６内に多くのカウンターウェイトブロックを配置し、図２のカウンターウェイトブロック２４０が示す通りカウンターウェイト原理を活用しなければならない。伝動ロープ２２０は定滑車２１０に巻回されており、その一端は昇降を待っている荷重装置２３０（例えば測定試験ヘッド）に接続し、別の一端は複数のカウンターウェイトブロック２４０に接続しており、カウンターウェイト２４０の追加または削減により荷重装置２３０が上昇または降下する。

上記原理を使用した従来の操作装置では、過度に多くの労力を消費するばかりではなく、荷重装置２３０が重くなればなるほど、カウンターウェイトブロック２４０の数量もそれに伴い増加する。カウンターウェイトブロック２４０の底面積を変更しない場合には、重畳されるカウンターウェイトブロック２４０の数量が増加すると、操作装置の高さもそれに伴い大幅に増加させなければならないため、操作装置は空間利用上で制限され、また工場の高さもそれに合わせて増大させなければならない。昇降機構は測定試験ヘッドの重量に近接したカウンターウェイトブロック２４０を使用しなければならず、操作装置全体としての重量も大幅に増加するため、移動及び設置面での困難も増大する。更に、測定試験ヘッドを測定試験分類器（ｈａｎｄｌｅｒ）または探針測定器（ｐｒｏｂｅｒ）と接合（ｄｏｃｋｉｎｇ）する際、通常は、両者間の接合の便宜を図るため、一定の接合（ｄｏｃｋｉｎｇ）距離が必要である。前記の従来の操作装置ではこの種の接合距離を提供することができないため、操作上での時間と労力の浪費がもたらされ、場合によっては荷重装置２３０（例えば測定試験ヘッド）または測定試験分類器（ｈａｎｄｌｅｒ）、探針測定器（ｐｒｏｂｅｒ）の被害が引き起こされる。

上記従来の操作装置の多くの欠点に鑑み、体積が小さく、重量が軽く、設置が簡便で、かつ接合（ｄｏｃｋｉｎｇ）が容易である自動昇降操作装置の提供が待たれている。

本発明の目的は、従来のカウンターウェイトボックスを省略し、それを自動出力機構（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｉｎｅａｒ Ａｃｔｕａｔｏｒ）に代えることにより、操作装置の総体積が大きく縮小され、重量が軽減され、設置が簡便で、上下移動の行程距離が増大した自動昇降操作装置（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）を提供することにある。

本発明の別の目的は、減衰緩衝機構により、測定試験ヘッドが測定試験分類器（ｈａｎｄｌｅｒ）または探針測定器（ｐｒｏｂｅｒ）と接合（ｄｏｃｋｉｎｇ）しようとする際に、両者間の接合の便宜を図るために、必要とされる浮動を生成するとともに接合距離を吸収することができる自動昇降操作装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、補助出力ユニットを追加し、出力機構の押出し応力の増加を補助することにより、公知の出力機構と比較して体積がより小さいかまたはより大きな出力を得ることができる自動昇降操作装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、動力源が失効するか除去された際に、減速ユニットを介してセルフロック機能を備えることにより、操作担当者や設備の安全を確保することができる自動昇降操作装置を提供することにある。

上記目的に基づき、本発明では、出力機構を使用し、垂直方向でその長さを伸長または短縮することができる自動昇降操作装置が公開されている。倍行程原理を利用し、伝動ロープを第一（定）滑車の上縁及び第二（動）滑車の下縁に巻回することにより、荷重装置（例えば、測定試験ヘッド）を上昇・下降させることが可能となる。出力機構が特定の変位を発生すると、荷重装置はそれに連動して２倍の変位を発生し、２倍の距離を上昇または下降し、自動昇降操作装置の高さを低減させるという目的を達成する。本発明の実施例においては、減衰緩衝機構を伝動ロープの末端で使用し、必要とする浮動接合（ｄｏｃｋｉｎｇ）距離を発生させることにより、測定試験ヘッドと測定試験マシンとの連結の便宜を図っている。本発明の実施例においては、出力される応力の増加を補うため、出力機構の両側に補助出力ユニットが設置されているため、体積が小さく、出力が大きい出力機構の設計が可能となっている。

本発明の一連の実施例について以下において詳細に記述するが、当該詳細な記述以外に、本発明はその他実施例においても広範に実施することが可能である。つまり、本発明の範囲は提出された実施例の制限を受けるものではなく、本発明で提出される特許請求範囲が基準とされるべきである。本発明の実施例における図面内の各部材または構造について記述並びに説明する際には、限定的な意味合いを持たせるべきではなく、下記の説明においては特に数量上の制限が強調されていない限り、本発明の精神及び応用範囲は複数の部材または構造が並存する構造上まで敷衍されるべきである。

図３に示されているのは、測定試験ヘッド操作装置がどのように機械技術内における倍行程原理を利用して測定試験ヘッドの昇降を制御するのかを説明するための、本発明の実施例における倍行程原理を利用した測定試験ヘッド操作装置（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）の簡易見取図である。本実施例において、測定試験ヘッド操作装置には主に出力機構３１０、動滑車３２０、定滑車３３０及び伝動ロープ３４０が含まれている。そのうち、動滑車３２０は出力機構３１０と接続しており、出力機構３１０の底部が下に向けて伸長するかまたは上に向けて短縮すると、動滑車３２０がそれに伴い上向きまたは下向きに移動する。伝動ロープ３４０の一端（例えば図の左端）は固定されており、先ず動滑車３２０に巻回された後、更にＳ字形の方式で定滑車３３０に巻回され、伝動ロープ３４０の別の一端は荷重装置３５０上に接続している。本実施例において、荷重装置３５０は測定試験ヘッド（ｔｅｓｔ ｈｅａｄ）を指している。それは測定試験分類器（ｈａｎｄｌｅｒ）と組合せ可能な測定試験ヘッドであり、また探針測定器（ｐｒｏｂｅｒ）と組合せ可能な測定試験ヘッドでもある。動滑車３２０が出力機構３１０に従動されて、Ａ１位置から下向きにＡ２位置まで移動すると、荷重装置３５０は伝動ロープ３４０に連動されて、Ｂ１位置からＢ２位置に移動する。Ａ１とＡ２との間の変位をＨと仮定すると、倍行程原理に基づき、Ｂ１とＢ２との間の変位は２Ｈに倍増し、動滑車３２０と荷重装置３５０とは逆方向に向けて移動する。本発明の構造及びその作動原理に基づくと、従来のカウンターウェイトボックスの使用を省略して労力の節減が図られるばかりではなく、測定試験ヘッド操作装置の高さを低減することができるため、工場内への持ち込みと移動の便宜が図られることにもなる。全体として見ると、本発明により、測定試験ヘッド操作装置の総体積が縮小され、重量が軽減され、設置が簡便で、上下移動の行程距離が増大する。本発明は実施例で使用した滑車には限定されず、その他補助伝動ロープを使用して移動する部材、例えば歯車で代替することができ、伝動ロープもその他連動可能な部材で、例えばチェーン、ベルトで代替させることもできる。また、出力機構についても電動または手動方式とすることができる。

図４は本発明の実施例における自動測定試験システム４０の立体図であり、各構成機構及びその接続関係が示されており、主に自動昇降操作装置（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）４１０及び測定試験ヘッド（ｔｅｓｔ ｈｅａｄ）４２０が含まれている。そのうち、自動昇降装置４１０には懸架アーム機構４３０、昇降機構制御ボックス４１１、手動昇降制御器４１２、運転警告灯４１３、懸架アーム昇降ベース４１５、操作装置ベース４１７、制御ボックス移動摺動レール４１９が含まれている。その他、懸架アーム機構４３０には更に支持枠ユニット４３４及び回転ユニット４３２が含まれている。懸架アーム機構４３０は支持枠ユニット４３４を介して測定試験ヘッド４２０と接続しており、懸架アーム機構４３０の回転ユニット４３２測定試験ヘッド４２０の反転に用いられる。懸架アーム機構４３０の別の一端は懸架アーム昇降ベース４１５上に固定されており、昇降機構制御ボックス４１１上を摺動することができるため、測定試験ヘッド４２０は上昇または下降移動を実施することが可能となる。自動昇降操作装置４１０に異常な運転が発生すると、運転警告灯４１３が音声・光警告を発し、昇降機構が自動運転不能となるかまたは手作業で測定試験ヘッド４２０を昇降させなければならない場合には、手動昇降制御器４１２を利用して懸架アーム昇降ベース４１５を昇降させ、懸架アーム機構４３０及び測定試験ヘッド４２０を連動させることができる。その他、昇降機構制御ボックス４１１の水平横方向位置についても制御ボックス移動摺動レール４１９により操作装置ベース４１７上を横方向に移動させることができる。

図５に示されているのは図４の昇降機構制御ボックス４１１の内部構造透視図であり、主に昇降制御機構５１０、自動出力機構（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｉｎｅａｒ Ａｃｔｕａｔｏｒ）５２０と減衰緩衝機構（Ｄａｍｐｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒ）５３０とが含まれている。昇降制御機構５１０には更に懸架アーム昇降ベース４１５、電動チェーン５１２、第一歯車ユニット５１４と第二歯車ユニット５１６とが含まれている。そのうち、第一歯車ユニット５１４は昇降機構制御ボックス４１１の頂上部に近接した位置に固定されており、第二歯車ユニット５１６は自動出力機構５２０の底部と相互に接続している。伝動チェーン５１２の一端は減衰緩衝機構５３０上に固定されており、下向きに第二歯車ユニット５１６に巻回され、更にＳ字方式で第一歯車ユニット５１４に巻回されており、別の一端は懸架アーム昇降ベース４１５に接続している。自動出力機構５２０が第二歯車ユニット５１６を連動して一つの行程（例えば４６５ｍｍ）だけ移動すると、図３に示されている倍行程原理に基づき、伝動チェーン５１２が懸架アーム昇降ベース４１５を連動するとともに、逆方向の２倍行程（例えば９３０ｍｍ）を発生する。図２に示されている公知技術と比較した場合、本発明の実施例に基づく構造では、大量のカウンターウェイトの体積を省略することができ、かつ昇降の行程は倍増するため、測定試験ヘッド操作装置の体積と高さの低減が達成される。ここで注意すべき点は、本実施例では減衰緩衝機構５３０を採用し、それを伝動チェーン５１２の一端に連結して、伝動チェーン５１２に昇降機構制御ボックス４１１に対する若干の弾性と浮動距離とを備えさせている点である。そのため、測定試験ヘッドを測定試験分類器（ｈａｎｄｌｅｒ）または探針測定器（ｐｒｏｂｅｒ）と接合（ｄｏｃｋｉｎｇ）しようとする際には、両者間の接合（ｄｏｃｋｉｎｇ）の便宜を図るために、必要とされる浮動を生成するとともに接合距離を吸収することが可能となる。

図６Ａ及び図６Ｂに示されているのは図５における自動出力機構５２０の側面図及び前面図である。自動出力機構５２０には主にモータユニット６１０、減速ユニット６２０、ボールネジユニット６３０と補助出力ユニット６４０とが含まれている。自動出力機構５２０は第二歯車ユニット５１６と相互に接続しており、モータユニット６１０は減速ユニット６２０と相互に接続し、減速ユニット６２０は更にボールネジユニット６３０、補助出力ユニット６４０の一端と接続し、ボールネジユニット６３０及び補助出力ユニット６４０の別の一端は第二歯車ユニット５１６と相互に接続している。モータユニット６１０が提供する動力は、減速ユニット６２０を介して減速並びにトルクを増大させ、ボールネジユニット６３０の出力シリンダを駆動し、第二歯車ユニット５１６を連動して上昇または下降移動させる。本実施例においては、ボールネジユニット６３０の両側に補助出力ユニット６４０（例えば１組の補助ロッド）が更に追加され、出力シリンダの押出し応力の増大を支援する。そのため、本実施例における出力機構は公知の出力機構と比較して体積はより小さくなるかまたは出力がより大きくなる。本発明の出力機構はボールネジユニット６３０及び補助出力ユニット６４０を使用する以外に、その他出力機構、例えば窒素ガスシリンダを使用することもできる。上記実施例における減速ユニット６２０は、減速及びトルク増大という機能を備えている以外に、モータユニット６１０が失効するか除去された際に、減速ユニット６２０はセルクロック機能を備えているため、操作担当者及び設備の安全を維持することが可能である。その際、操作担当者は手動昇降制御器４１２（図４）を使用して手動出力方式で測定試験ヘッド４２０の昇降という目的を達成することができる。

上記本発明の実施例は発明の技術的着想及び特徴を説明するためであるに過ぎず、その目的は当該技術に習熟した技術者が本発明の内容を理解するととともにそれを実施する上での便宜を図るためであり、それにより本発明の特許範囲を制限することはできず、その他本発明が公開する精神を逸脱することなく実施された各種の等価な変更または修飾はすべて下記の特許請求範囲に含まれるべきものである。

従来の自動測定試験システムの側面図である。 従来の測定試験ヘッド操作装置のカウンターウェイト昇降原理である。 本発明の実施例における倍行程原理を利用した測定試験ヘッド操作装置の簡易見取図である。 本発明の実施例における自動測定試験システムの各構成部材及びその接続関係の外観立体図である。 図４の昇降機構制御ボックスの内部構造透視図である。 図５における自動出力機構の側面図である。 図５における自動出力機構の前面図である。

符号の説明

１０ 自動測定試験システム
１１０ 操作装置
１１２ 懸架アーム機構
１１４ 垂直軸
１１６ カウンターウェイトボックス
１２０ 測定試験ヘッド
１４０ 測定試験マシン
２１０ 定滑車
２２０ 伝動ロープ
２３０ 荷重装置
２４０ カウンターウェイトブロック
３１０ 出力機構
３２０ 動滑車
３３０ 定滑車
３４０ 伝動ロープ
３５０ 荷重装置
４０ 自動測定試験システム
４１０ 自動昇降操作装置
４１１ 昇降機構制御ボックス
４１２ 手動昇降制御ボックス
４１３ 運転警告灯
４１５ 懸架アーム昇降ベース
４１７ 操作装置ベース
４１９ 制御ボックス移動摺動レール
４２０ 測定試験ヘッド
４３０ 懸架アーム機構
４３２ 回転ユニット
４３４ 支持枠ユニット
５１０ 昇降制御機構
５１２ 伝動チェーン
５１４ 第一歯車ユニット
５１６ 第二歯車ユニット
５２０ 自動出力機構
５３０ 減衰緩衝機構
６１０ モータユニット
６２０ 減速ユニット
６３０ ボールネジユニット
６４０ 補助出力ユニット

Claims (10)

1. 垂直方向でその長さを伸長または短縮することができる出力機構と、当該出力機構が必要とする動力を提供する動力源と、当該出力機構に対して固定されている第一滑車と、当該出力機構の下端に接続しており、当該出力機構の伸長または短縮に伴い垂直方向で移動する第二滑車と、当該第一滑車の上縁に巻回され、かつ当該第二滑車の下縁に巻回されており、一端が荷重装置に接続している伝動ロープとを備えている自動昇降操作装置。
2. 前記出力機構はボールネジを含む請求項１記載の自動昇降操作装置。
3. 当該ボールネジの側面に位置する１組の補助出力ユニットを更に含む請求項２記載の自動昇降操作装置。
4. 前記動力源はモータを含む請求項１記載の自動昇降操作装置。
5. 前記荷重装置は測定試験ヘッドである請求項１記載の自動昇降操作装置。
6. 一端が当該伝動ロープの別の一端に接続しており、別の一端は当該出力機構に対して固定されている減衰緩衝機構を更に含む請求項１記載の自動昇降操作装置。
7. 当該動力源と当該出力機構との間に位置しており、主に減速及びトルクの増大に用いられる減速ユニットを更に含む請求項１記載の自動昇降操作装置。
8. 当該出力機構、当該動力源、当該第一滑車、当該第二滑車、当該伝動ロープをその内部に保護、隔離するための制御ボックスを更に含む請求項１記載の自動昇降操作装置。
9. 当該制御ボックスの底部に位置するベースを更に含む請求項８記載の自動昇降操作装置。
10. 当該ベースに設置されており、当該制御ボックスを当該ベース上で横方向に移動可能とさせる移動摺動レールを更に含む請求項９記載の自動昇降操作装置。
    
    
    
    

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