JP2008026047A - プローブカードの固定機構、ローブカードの固定方法及びプローブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構造で低コストであり、プローブカードを安定した固定力で固定することができ、しかも駆動手段においてプローブカードの保持力を簡単に変更することができるププローブカードの固定機構を提供する。
【解決手段】本発明のプローブカードの固定機構１０は、ヘッドプレート１１の開口部に固定されたインサートリング１２と、これに回転可能に支持されたロックリング１３と、このロックリング１３から径方向に延設されたレバー１４と、このレバー１４にそれぞれ連結されたバネ機構１５及びエアシリンダ１７と、を備え、エアシリンダ１７がバネ機構１５の圧縮力を解除した時にバネ機構１５からレバー１４に押圧力を付与してロックリング１３を回転させてプローブカード１６をそのホルダ１６１を介して持ち上げることにより、ロックリング１３とインサートリング１２とでカードホルダ１６１を保持してプローブカード１６を固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に関し、更に詳しくは、プローブカードを固定する機構の駆動手段をコンパクト化すると共にプローブカードの固定力を常に一定に維持することができるプローブカードの固定機構及びこの固定機構を用いるプローブカードの固定方法に関するものである。

従来のプローブ装置は、例えば図１１に示すように、プローブ装置本体１と、このプローブ装置本体１１内にＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向で移動可能に配設され且つ被検査体（例えば、ウエハＷ）を載置する載置台２と、この載置台２上に載置されたウエハＷに形成された複数の電極パッドに接触する複数のプローブ３Ａを有するプローブカード３と、このプローブカード３を、カードホルダ（図示せず）を介して固定する固定機構４と、プローブカード３と接続リング５を介して電気的に接続するテストヘッドＴと、を備え、テストヘッドＴ、接続リング５及びプローブカード３を介して図示しないテスタとウエハＷの電極パッドとの間でテスト信号を送受信してウエハＷの電気的検査を行なうように構成されている。尚、図１１において、６は、載置台と協働してウエハＷとプローブカードとの位置合わせを行う機構で、６Ａは上カメラ、６Ｂは下カメラであり、７は固定機構４が固定されたヘッドプレートである。

ところで、プローブカード３は、カードホルダを介して固定機構４に固定されている。従来の固定方式としては、例えば特許文献１、２に記載のエア方式の固定機構がある。エア方式の固定機構は、ピストンリングを圧縮空気によって上昇させ、ピストンリングとヘッドプレートに固定された固定リングとでカードホルダを固定し、また、圧縮空気の排気によりピストンリングを下降させてプローブカードを取り外すようにしている。

しかしながら、エア方式の場合には圧縮空気を用いてプローブカードを固定するため、圧縮空気の供給源の圧力変動によりプローブカードの保持力が安定せず、最悪の場合にはプローブカードを保持することができず落下する虞がある。

そこで、圧縮空気の供給源の圧力変動の影響を受けない方式として、特許文献３に記載のスプリング方式の固定機構がある。このスプリング方式の固定機構は、ヘッドプレートに固定された固定リングの下面に固定されたシリンダリングと、シリンダリングに対して昇降可能に嵌合するピストンリングと、これら両者間に周方向に所定間隔を空けて配置された複数のコイルスプリングと、を備え、複数のコイルスプリングの働きでピストンリングを介してプローブカードを受けるカード受けリングを持ち上げて、プローブカードを固定リングに固定するようにしてある。

また、特許文献４にはプローブカードの自動交換機構を備えたプローバが記載されている。この自動交換機構は、プローブカード固定部材に対して回転可能に支持され、回転に伴い上下方向の位置が変化する案内溝を有する回転リングと、案内溝に嵌るピンと内周にカード取り付けリングの切り欠きに対応した内周つばとを有し、所定角度回転後はそれ以上回転せずに案内溝に沿って上下方向に変位するクランプリングと、回転リングを回転させる駆動手段とを備えている。そして、駆動手段によって回転リングを回転させてプローブカードの接合力（保持力）を得ている。この駆動手段はモータ及びボールねじによって構成されている。

特開平０８−１３９１４１ 特開平０８−１７２１１６ 特開平１０−０３１０３５ 特開２０００−１５０５９６

しかしながら、特許文献３の固定機構は、シリンダリングとピストンリングの間に全周に渡って介在する複数のコイルスプリングによってプローブカードを保持するため、プローブカードに保持力を付与する複数のコイルスプリングを省略することができず、保持機構を簡素化することができない。また、特許文献４の自動交換機構は、モータとボールねじを駆動手段として用いているため、また、モータのトルク制御のためのトルクリミッタや動力源が遮断した時等のための安全対策等が必要であるため、駆動手段としては大掛かりで、高価である。また、プローブカードの保持力を調整する場合にはクランプリングの案内溝等のリング構造を変更しなくてはならず、プローブカードの保持力を簡単に変更することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、駆動手段がコンパクトな構造で低コストであり、プローブカードを常に一定の固定力で固定することができ、しかも駆動手段においてプローブカードの固定力を簡単に変更することができるプローブカードの固定機構、プローブカードの固定方法及びプローブ装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブカードの固定機構は、プローブ装置のヘッドプレートの開口部に固定されたインサートリングと、このインサートリングによって回転可能に支持されたロックリングと、このロックリングから径方向に延設されたレバーと、このレバーの延設端部に連結され且つ上記ヘッドプレートに設けられた駆動手段と、を備え、上記駆動手段により上記レバーに押圧力を付与して上記ロックリングを回転させてプローブカードを持ち上げることにより、上記ロックリングと上記インサートリングとで上記プローブカードを保持して上記プローブカードを固定する機構であって、上記駆動手段は、上記レバーに押圧力を付与するバネ機構と、このバネ機構に連結され且つこのバネ機構を伸縮させる押圧機構と、を備え、上記押圧機構が上記バネ機構の圧縮力を解除した時に上記バネ機構から上記レバーに押圧力を付与して上記ロックリングを回転させることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１に記載の発明において、上記バネ機構と上記押圧機構を連結体によって連結すると共に、上記連結体を上記バネ機構の伸縮方向に移動案内するガイド部材を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブカードの固定機構は、請求項２に記載の発明において、上記連結体にシャッタを設けると共に上記ガイド部材の近傍に上記シャッタを検出する検出器を設け、上記検出器により上記シャッタを検出した時に上記押圧機構を停止させて上記バネ機構により上記プローブカードを固定することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記バネ機構は、コイルスプリングと、このコイルスプリングを貫通し且つ上記連結体に連結されたシャフトと、このシャフトが貫通し且つ上記コイルスプリングを保持するホルダと、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載のプローブカードの固定機構は、請求項４に記載の発明において、上記コイルスプリングは、第１、第２のコイルスプリングからなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記押圧機構は、シリンダ機構からなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載のプローブカードの固定機構は、請求項６に記載の発明において、上記シリンダ機構は、排気速度の制御機能を有するエアシリンダからなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載のプローブカードの固定機構は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記プローブカードは、カードホルダを有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載のプローブカードの固定方法は、プローブ装置のヘッドプレートの開口部に固定されたインサートリングと、このインサートリングによって回転可能に支持されたロックリングと、このロックリングから径方向に延設されたレバーと、このレバーの延設端部に連結された駆動手段と、を備え、上記駆動手段により上記レバーに押圧力を付与して上記ロックリングを回転させてプローブカードを持ち上げることにより、上記ロックリングと上記インサートリングとで上記プローブカードを保持して上記プローブカードを固定する方法であって、上記駆動手段としてバネ機構とこのバネ機構に圧縮力を付与する押圧機構を用いて上記プローブカードを固定する時に、上記押圧機構により上記バネ機構の圧縮力を解除する工程と、上記バネ機構の圧縮力の解除により上記バネ機構から上記レバーに押圧力を付与する工程と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に記載のプローブカードの固定方法は、請求項９に記載の発明において、上記押圧機構としてシリンダ機構を用いることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に記載のプローブカードの固定方法は、請求項１０に記載の発明において、上記シリンダ機構として、排気速度の制御機能を有するエアシリンダを用いることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に記載のプローブカードの固定方法は、請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の発明において、上記プローブカードを、カードホルダを介して固定することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１３に記載のプローブ装置は、被検査体を載置する移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置された且つ上記被検査体と電気的に接触する複数のプローブを有するプローブカードと、このプローブカードを上記載置台の上方で固定する固定機構と、を備えたプローブ装置において、上記固定機構は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構によって構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、駆動手段がコンパクトな構造で低コストであり、プローブカードを常に一定の固定力で固定することができ、しかも駆動手段においてプローブカードの固定力を簡単に変更することができるプローブカードの固定機構、プローブカードの固定方法及びプローブ装置を提供することができる。

以下、図１〜図１０に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明のプローブカードの固定機構の一実施形態の要部である駆動手段を示す断面図、図２は図１に示す駆動手段を拡大して示す断面図、図３は図１に示すプローブカードの固定機構の全体構造を示す断面図、図４の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示すインサートリングを示す図で、（ａ）はその下面側の平面図、（ｂ）はその断面図、図５の（ａ）、（ｂ）はそれぞれインサートリングとロックリングとの関係を示す要部断面図で、（ａ）はインサートリングの第１カムフォロアとロックリングの関係を示す断面図、（ｂ）はインサートリングの第２カムフォロアとロックリングの関係を示す断面図、図６の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示すロックリングを示す図で、（ａ）はその下面側の平面図、（ｂ）はそのＢ-Ｂ線方向の断面図、図７の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す固定機構とカードホルダとの関係を示す図で、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）はカードホルダの張り出し部と支承カムフォロアとの関係を示す説明図、図８の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ固定機構でプローブカードを固定する工程を示す図、図９はインサートリングの第２位置決めピンとカードホルダの関係を示す断面図、図１０の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれカードホルダとインサートリングの関係を示す断面図で、（ａ）はインサートリングの逃げ孔に回転止めピンが嵌入する状態を示す断面図、（ｂ）はインサートリングの逃げ孔に回転止めピンが嵌入した状態を示す断面図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）に示す回転止めピンに隣接するカムフォロアの部分を示す断面図である。

本実施形態のプローブカードの固定機構（以下、単に「固定機構」と称す。）１０は、例えば図１〜図３に示すように、プローブ装置（図示せず）のヘッドプレート１１の開口部に固定されたインサートリング１２と、このインサートリング１２によって回転可能に支持されたロックリング１３（図３参照）と、このロックリング１３から径方向に延設されたレバー１４と、このレバー１４の延設端部に連結されたバネ機構１５と、を備えている。バネ機構１５は、後述の押圧機構と協働してロックリング１３を回転駆動させる駆動手段であり、レバー１４に押圧力を付与してロックリング１３を回転させてプローブカード１６（図３参照）をそのカードホルダを介して持ち上げることにより、ロックリング１３とインサートリング１２とでカードホルダを保持してプローブカード１６を固定するように構成されている。インサートリング１２とロックリング１３の関係については後述する。

図１、図２に示すようにヘッドプレート１１にはバネ機構１５及び押圧機構（例えば、エアシリンダ）１７が設けられ、後述するようにバネ機構１５とエアシリンダ１７とが協働してレバー１４を図１、図２の一点鎖線で示す位置と実線で示す位置との間で揺動させることによってロックリング１３を回動させてプローブカード１６を着脱するようにしてある。一点鎖線で示すレバー位置は、エアシリンダ１７のロッドが最も伸びてコイルスプリング１５１が最も圧縮された位置であり、この位置でプローブカード１６が取り外せるようにしてある。また、実線で示すレバー位置は、エアシリンダ１７のロッドが縮んでコイルスプリング１５１の圧縮力を解除してコイルスプリング１５１が最も伸びた位置であり、この位置でバネ機構１５によってプローブカード１６を常に一定のバネ力で保持するようにしてある。つまり、本実施形態では、バネ機構１５はバネ力でプローブカード１６を保持する機能を有し、エアシリンダ１７はプローブカード１６を保持する時にバネ機構１５のコイルスプリング１５１の圧縮力を解除し、プローブカード１６を取り外す時にバネ機構１５に圧縮力を付与する機能を有している。

次いで、バネ機構１５とエアシリンダ１７の関係について、図２を参照しながら詳述する。バネ機構１５は、図２に示すように、コイルスプリング１５１と、このコイルスプリング１５１を貫通するシャフト１５２と、このシャフト１５２が貫通し且つコイルスプリング１５１を保持するホルダ１５３と、を備え、シャフト１５２の右端がエアシリンダ１７のロッド１７１に連結体１８を介して連結されている。シャフト１５２はコイルスプリング１５１の伸縮ガイドとしての機能を有している。また、ホルダ１５３の右端は開口され、その左端は端板１５３Ａによって閉塞されている。この端板１５３Ａの中央部にはシャフト１５２が貫通する貫通孔が形成されている。

上記コイルスプリング１５１は、第１、第２のコイルスプリング１５４、１５５がシャフト１５２に沿って直列に配置して構成されている。第１、第２のコイルスプリング１５４、１５５は、同一のものであっても、異なるものであっても良く、プローブカード１６の固定力に応じて適宜同一のものまたは異なるものを選択することができる。特に、第１、第２のコイルスプリング１５４、１５５のバネ定数を個別に選択することで、固定力を適宜設定することができる。勿論、コイルスプリング１５１は、第１、第２のコイルスプリング１５４、１５５として分割されたものでなく、一体のものであっても良い。保持力を調整する場合には、２つに分割されているほうが好ましい。また、プローブカード１６の固定力は、レバー１４の長さを調整することによっても調整することができる。

図２に示すように、上記第１のコイルスプリング１５４は筒体１５６内に収納され、第２のコイルスプリング１５５はホルダ１５３内に収納されている。筒体１５６の右端は端板１５６Ａによって閉塞され、左端は開口している。筒体１５６の端板１５６Ａの中央部を連結体１８の軸部材１８１の左端部が貫通し、その左端がシャフト１５２の右端に連結されている。連結体１８の軸部材１８１の右端はエアシリンダ１７のロッド１７１に連結されている。筒体１５６の外径は、ホルダ１５３の内周面よりも僅かに小径に形成され、コイルスプリング１５１の圧縮時にその一部がホルダ１５３内に進出するようなっている。また、第１のコイルスプリング１５４と第２のコイルスプリング１５５の間には円筒状のスライダ１５７が介在し、このスライダ１５７は第１、第２のコイルスプリング１５４、１５５の伸縮により筒体１５６内とホルダ１５３内を摺動する。スライダ１５７は、シャフト１５２が貫通する中央孔を有している。スライダ１５７の右端面には凹陥部が形成され、この凹陥部で第１のコイルスプリング１５４の左端を受けている。また、スライダ１５７の左端面には第２のスプリング１５５の右端が弾接している。

図２に示すように上記連結体１８にはカムフォロア１８２が取り付けられ、レバー１４の延設端部には長円形の貫通孔が形成されており、カムフォロア１８２がレバー１４の貫通孔に嵌入することで、連結体１８とレバー１４とが連結されている。連結体１８の側方にはスプリングコイル１５１の伸縮方向と平行にリニアガイド１９が配置され、このリニアガイド１９に連結体１８が摺動自在に係合している。従って、連結体１８は、バネ機構１５とエアシリンダ１７の駆動力を得てリニアガイド１９に従って往復移動するようになっている。また、リニアガイド１９の左端には連結体１８の左方への移動を止めるストッパ２０が配置され、リニアガイド１９の右端には連結体１８に取り付けられシャッタ１８３を検出する検出器２１が配置されている。検出器２１は、シャッタ１８３を検出すると、制御装置へ信号を送信し、制御装置を介してエアシリンダ１７を止めるようにしてある。エアシリンダ１７は、制御装置の制御下でスピードコントローラを介してロッド１７１の伸縮速度を適宜調整できるようになっている。

次に、インサートリング１２とロックリング１３の関係については詳述する。インサートリング１２は、図３に示すように、筒状部１２Ａを有すると共にこの筒状部１２Ａの上端部から拡径して形成されたフランジ部１２Ｂを有し、フランジ部１２Ｂを介してヘッドプレート１１の開口部に固定されている。また、ロックリング１３は、インサートリング１２のフランジ部１２Ｂの下面に形成された環状溝１２Ｃに上端部が嵌入し、レバー１４の揺動により環状溝１２Ｃに従って回動するようになっている。ロックリング１３の内周面にはその幅方向の略中央に全周に渡って溝１３Ａが形成され、この溝１３Ａが後述のようにカムとして機能するようにしている。

また、インサートリング１２の筒状部１２Ａには図４の（ａ）及び図５の（ａ）に示すようにロックリング１３の溝１３Ａ内に嵌入する第１カムフォロア２２が周方向に所定間隔を空けて少なくとも３箇所（本実施形態では３箇所）に２個ずつ設けられ、これらの第１カムフォロア２２によってロックリング１３を所定の高さに保持するようにしている。図４の（ａ）では、第１カムフォロア２２は、３箇所で２個ずつ設けられているが、一個ずつ設けても良い。第１カムフォロア２２を３箇所に設けることで、ロックリング１３を全ての第１カムフォロア２２によって均一に支持することができる。また、第１カムフォロア２２にはプローブカード１６を保持する時に大きな負荷がかかるため、第１カムフォロア２２は、各部位に２個ずつ設けられ、機械的強度を確保している。

また、図４の（ａ）及び図５の（ｂ）に示すように、インサートリング１２のフランジ部１２Ｂにはロックリング１３の溝１３Ａの上側の内周面に接触する第２カムフォロア２３が周方向に所定間隔を空けて少なくとも３箇所（図４の（ａ）では３箇所）に設けられ、これらの第２カムフォロア２３は第１カムフォロア２２がロックリング１３を所定の高さで保持した状態で図５の（ｂ）に示すようにロックリング１３の内周面との接触の度合いを調整するように構成されている。つまり、第２カムフォロア２３は、図５の（ｂ）に示すように、インサートリング１２のフランジ部１２Ｂ上面に回転可能に配置された位置調整部材２３Ａに連結され、位置調整部材２３Ａを回転させることで第２カムフォロア２３がロックリング１３と離接するように構成されている。第２カムフォロア２３の軸部は、図５の（ｂ）に示すように、位置調整部材２３Ａの軸部に軸芯から偏倚した位置で螺合しており、位置調整部材２３Ａの回転により、第２カムフォロア２３は位置調整部材２３Ａの軸芯を中心にロックリング１３の内周面に近づき、あるいは離れる。従って、位置調整部材２３Ａを回転操作して第２カムフォロア２３とロックリング１３の内周面との接触状態を調整することで、インサートリング１２に対するロックリング１３の水平位置（Ｘ、Ｙ位置）を調整し、これら両者１２、１３の軸芯を一致させる。

また、図６の（ａ）に示すように、ロックリング１３には第１カムフォロア２２に対応する切欠部１３Ｂが周方向に所定間隔（例えば１２０°ずつ）隔てて形成され、ロックリング１３をインサートリング１２に取り付ける際に、インサートリング１２側の第１カムフォロア２２が切欠部１３Ｂを通って、ロックリング１３の上端がインサートリング１２の環状溝１２Ｃに嵌入した状態でロックリング１３を回転させると第１カムフォロア２２がロックリング１３の環状溝１３Ａ内に入り込む。

更に、ロックリング１３にはインサートリング１２との間の位置決めを行う第１位置決めピン（図示せず）を挿入する２個の孔１３Ｃが互いに周方向に１８０°隔てた位置に形成され、また、インサートリング１２にもこれらの位置決め用の孔１３Ｃに対応する位置決め用の孔（図示せず）が形成されている。そして、ロックリング１３をインサートリング１２に対して回転自在に一体化した状態で、これらの位置決め用孔１３Ｃに第１位置決めピンを装着することで、インサートリング１２とロックリング１３とを所定の位置関係で一体化することができる。インサートリング１２とロックリング１３とが位置決めされた状態で、図３に示すようにロックリング１３を回転操作するための連結体１８とロックリング１３とをレバー１４を介して連結することができる。図６の（ａ）に示すようにロックリング１３の溝１３Ａの下側には径方向に貫通する２箇所の雌ネジ部１３Ｄが形成され、ここでロックリング１３とレバー１４を図１、図２に示すように連結している。

また、図６の（ａ）に示すように、ロックリング１３には周方向に所定間隔を空けて複数（図６の（ａ）では６個）の支承カムフォロア２４が取り付けられ、また、図７の（ａ）に示すようにカードホルダ１６１には支承カムフォロア２４に対応する張り出し部１６１Ａが形成されている。そして、プローブカード１６は、カードホルダ１６１を介して支承カムフォロア２４によって支承され、ロックリング１３が回動することによってインサートリング１２の筒状部１２Ａに対して離接するようになっている。

即ち、カードホルダ１６１の張り出し部１６１Ａは、図７の（ｂ）に示すように、一端部（同図では右端部）が最も薄く形成された薄肉部１６１Ｂと、他端部（同図では左端部）が最も厚く形成され厚肉部１６１Ｃと、薄肉部１６１Ｂから厚肉部１６１Ｃに向けて二段階で傾斜角を変えて形成された第１、第２傾斜部１６１Ｄ、１６１Ｅと、を有している。そして、ロックリング１３が回転するに連れて、支承カムフォロア２４が薄肉部１６１Ｂから厚肉部１６１Ｃへ移動してプローブカード１６を徐々に持ち上げ（図６参照）、最終的に図７の（ａ）に示すように支承カムフォロア２４とインサートリング１２のフランジ部１２Ｂとでプローブカード１６を保持するようになっている。

また、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、インサートリング１２にはカードホルダ１６１を検出するセンサ機構２５が上記張り出し部１６１Ａの厚肉部１６１Ｃに位置するように装着されている。このセンサ機構２５は、同図に示すように、インサートリング１２のフランジ部１２Ｂに形成された貫通孔に収納されたピン２５Ａと、Ｕ字状の切欠部で貫通孔を挟むように配置されたプレートセンサ２５Ｂと、これら両者２５Ａ、２５Ｂ間に弾装されたスプリング２５Ｃと、を有し、ピン２５Ａを介してカードホルダ１６１Ａを検出するようになっている。貫通孔の下端には内側への張り出し部が形成され、ピン２５Ａは直胴部に形成されたフランジ部で張り出し部に係止するようにしてある。プレートセンサ２５Ｂは、切欠部にセンサ部を有し、このセンサ部で切欠部を出入りするピン２５Ａを非接触で検出する透過型センサとして構成されている。センサ部は、例えば発光素子及び受光素子からなり、発光素子からの光Ｌを受光素子で検出するか否かでカードホルダ１６１の有無を検出するものである。

また、図９に示すように、インサートリング１２のフランジ部１２Ｂには２つの第２位置決めピン２６が互いに周方向に１８０°隔てて筒状部１２Ａに沿って垂下するように取り付けられ、また、カードホルダ１６１には第２位置決めピン２６に対応する２つの嵌入孔１６１Ｆが形成されている。プローブカード１６を固定機構１０に装着する時に、インサートリング１２側の第２位置決めピン２６がカードホルダ１６１の嵌入孔１６１Ｆに嵌入することにより、プローブカード１６とインサートリング１２との周方向の位置を正確に設定することができる。

また、図１０の（ａ）、（ｂ）に示すように、カードホルダ１６１のインサートリング１２の筒状部１２Ａからの張り出し部には２つの回転止めピン２７が互いに周方向に１８０°隔てて立設され、また、インサートリング１２のフランジ部１２Ｂの下面にはブロック２８が取り付けられている。このブロック２８及びフランジ部１２Ｂには回転止めピン２７が遊嵌する逃げ孔２８Ａ、１２Ｄが形成されている。また、ブロック２８にはカムフォロア２９が周方向で位置調整可能に取り付けられ、このカムフォロア２９が筒状部１１Ａ側に突出し、回転止めピン２７と係合してインサートリング１２における周方向の位置を決める。

従って、図８の（ａ）に示すようにカードホルダ１６１の張り出し部１６１Ａがインサートリング１２の筒状部１２Ａとロックリング１３の隙間に入り込み、この状態でエアシリンダ１７がバネ機構１５を圧縮していたシリンダの駆動エアをスピードコントローラにより制御された速度で排気することによりバネ機構１５の圧縮を解除し、バネ機構１５から連結体１８に押圧力を付与すると、連結体１８がリニアガイド１９に従って所望の速度で移動し、連結体１８を介してレバー１４に押圧力を付与するとロックリング１３が回転し、張り出し部１６１Ａの薄肉部１６１Ｂが支承カムフォロア２４と接触する。更に、ロックリング１３がバネ機構１５の押圧力を得て回転し、図７の（ｂ）に示すように支承カムフォロア２４が薄肉部１６１Ｂから第１、第２傾斜部１６１Ｃ、１６１Ｄに従って連続的に転動してプローブカード１６が徐々に持ち上げられると、図８の（ｂ）に示すようにセンサ機構２５のピン２５Ａは、張り出し部１６１Ａの上面に接触し、スプリング２５Ｂの弾力に抗してカードホルダ１６１が徐々に上昇し、最終的にカードホルダ１６１が図７の（ａ）、図８の（ｃ）に示すように上昇端に達し、ロックリング１３の支承カムフォロア２４とインサートリング１２のフランジ部１２Ｂとでカードホルダ１６１を保持し、プローブカード１６５を固定する。

この際、連結体１８がエアシリンダ１７に接近し、検出器２１が連結体１８のシャッタ１８３を非接触で検出すると、エアシリンダ１７が停止し、ロックリング１３の位置を設定する。エアシリンダ１７が停止した時、支承カムフォロア２４とインサートリング１２のフランジ部１２Ｂとでカードホルダ１６１の張り出し部１６１Ａを保持し、その結果としてカードホルダ１６１を固定機構１０で固定する。この時、インサートリング１２の第２位置決めピン２６がカードホルダ１６１に形成された嵌入孔１６１Ｆに嵌入する。センサ機構２５では、図８の（ｃ）に示すようにプレートセンサ２５Ｂが切欠部に進入したピン２５Ａを検出する。

次に、プローブカードの固定機構１０を用いる本発明のプローブカードの固定方法について説明する。まず、搬送機構を介してカードホルダ付きのプローブカード１６をインサートリング１２の真下まで搬送した後、上昇し、図８の（ａ）に示すようにカードホルダ１６１の張り出し部１６１Ａがインサートリング１２の筒状部１２Ａとロックリング１３の隙間に達する。この時、エアシリンダ１７のロッド１７１が最も伸び、バネ機構１５のコイルスプリング１５１が最も圧縮された状態になっている。

ここで、エアシリンダ１７がバネ機構１５を圧縮していたシリンダの駆動エアをスピードコントローラにより制御された速度で排気することによりロッド１７１が縮み、バネ機構１５の圧縮力を解除し、バネ機構１５から連結体１８に押圧力を付与すると、連結体１８がリニアガイド１９に従って左端から右方へ所望の速度で移動し始める。これによりレバー１４が図１、図２に一点鎖線で示す位置から時計方向へ回転し始め、レバー１４を介して連結体１８の直進運動をロックリング１３の回転運動に変換する。

ロックリング１３が回転し始めると、支承カムフォロア２４が張り出し部１６１Ａの薄肉部１６１Ｂと接触する。そして、エアシリンダ１７のロッド１７１が縮み、バネ機構１５のコイルスプリング１５１が伸びて連結体１８を移動させ、連結体１８のシャッタ１８３を検出器２１が検出すると、エアシリンダ１７が止まり、コイルスプリング１５１が最も伸びた状態になって連結体１８に一定の押圧力を付与する。

この間に、レバー１４は、図１、図２の一点鎖線で示す位置から実線で示す位置まで揺動する。このレバー１４はロックリング１３を回転させ、図７の（ｂ）に示すように支承カムフォロア２４が薄肉部１６１Ｂから第１、第２傾斜部１６１Ｃ、１６１Ｄに従って連続的に転動すると、図８の（ｂ）に示すようにセンサ機構２５のピン２５Ａは、張り出し部１６１Ａの上面に接触し、スプリング２５Ｂの弾力に抗してカードホルダ１６１が徐々に上昇し、最終的にカードホルダ１６１が図７の（ａ）、図８の（ｃ）に示すように上昇端に達し、ロックリング１３の支承カムフォロア２４とインサートリング１２のフランジ部１２Ｂとでカードホルダ１６１を保持し、プローブカード１６を固定する。プローブカード１６をヘッドプレート１１において固定されると、このプローブカード１６を用いて半導体ウエハの電気的特性検査を実行することができる。

検査終了後、プローブカード１６を交換のために取り外す場合には、エアシリンダ１７が作動し、連結体１８を介してバネ機構１５のコイルスプリング１５１を圧縮させると、ロックリング１３が連結体１８及びレバー１４を介して上述の場合とは逆向きに回転する。そして、エアシリンダ１７のロッド１７１がバネ機構１５に圧縮力を付与しながら伸び、最も伸びた時点で連結体１８がストッパ２０によって止まる。この間に、ロックリング１３の支承カムフォロア２４がカードホルダ１６１の第２傾斜面１６１Ｅ、第２傾斜面１６１Ｄ及び薄肉部１６１Ｂを経由してロックリング１３から外れ、待機している搬送機構上にプローブカード１６が載置される。

以上説明したように本実施形態によれば、バネ機構１５から連結体１８に押圧力を付与してロックリング１３をプローブカード１６の固定位置まで回転させ、その位置をバネ機構１５のバネ力で保持するようにしたため、バネ機構１５による常に一定のバネ力でプローブカード１６を確実にインサートリング１２へ固定することができる。また、ロックリング１３の駆動手段は、バネ機構１５とエアシリンダ１７によって構成されているため、コンパクトな構造で低コストであり、バネ機構１５によってプローブカード１６を常に一定の固定力で確実に固定することができる。また、プローブカード１６の固定力を変更する場合には、バネ機構１５のコイルスプリング１５１を取り替えるか、レバー１４を取り替えることによって簡単に変更することができる。

また、本実施形態によれば、連結体１８をバネ機構１５の伸縮方向に移動案内するリニアガイド１９を設けたため、バネ機構１５から連結体１８へ安定した直線運動を付与することができ、レバー１４の揺動動作を安定化することができ、延いてはロックリング１３の円滑に回転させることができる。また、連結体１８にシャッタ１８３を設けると共にリニアガイド１９の一端にシャッタ１８３を検出する検出器２１を設けたため、ロックリング１３でプローブカード１６を固定した時点でエアシリンダ１７を確実に止めることができる。更に、バネ機構１５は、コイルスプリング１５１と、このコイルスプリング１５１を貫通し且つ連結体１８に連結されたシャフト１５２と、このシャフト１５２が貫通し且つコイルスプリング１５１を保持するホルダ１５３と、を有するため、コイルスプリング１５１を円滑に伸縮させることができる。また、コイルスプリング１５１は、第１、第２のコイルスプリング１５４、１５５からなるため、バネ力をきめ細かく設定することができる。

また、本実施形態によれば、エアシリンダはスピードコントローラを有するため、スピードコントローラにより駆動エアの排気速度を適宜制御してバネ機構１５の押圧力を制御しながらロックリング１３を回転させてプローブカード１６を円滑に固定することができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、各構成要素を必要に応じて適宜設計変更することができる。例えば、上記実施形態ではカードホルダ１６１を有するプローブカード１６について説明したが、カードホルダがなくプローブカードを直接固定するタイプのものであっても良い。また、押圧機構としてエアシリンダ等のシリンダ機構を用いることが好ましいが、押圧機構はバネ機構の押圧力を適宜調整できるものであればシリンダ機構以外のものであっても良い。

本発明は、プローブ装置に好適に利用することができる。

本発明のプローブカードの固定機構の一実施形態の要部である駆動手段を示す断面図である。 図１に示す駆動手段を拡大して示す断面図である。 図１に示すプローブカードの固定機構の全体構造を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示すインサートリングを示す図で、（ａ）はその下面側の平面図、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれインサートリングとロックリングとの関係を示す要部断面図で、（ａ）はインサートリングの第１カムフォロアとロックリングの関係を示す断面図、（ｂ）はインサートリングの第２カムフォロアとロックリングの関係を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示すロックリングを示す図で、（ａ）はその下面側の平面図、（ｂ）はそのＢ-Ｂ線方向の断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す固定機構とカードホルダとの関係を示す図で、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）はカードホルダの張り出し部と支承カムフォロアとの関係を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ固定機構でプローブカードを固定する工程を示す図である。 インサートリングの第２位置決めピンとカードホルダの関係を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれカードホルダとインサートリングの関係を示す断面図で、（ａ）はインサートリングの逃げ孔に回転止めピンが嵌入する状態を示す断面図、（ｂ）はインサートリングの逃げ孔に回転止めピンが嵌入した状態を示す断面図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）に示す回転止めピンに隣接するカムフォロアの部分を示す断面図である。 プローブ装置の一例の要部を破断して示す正面図である。

符号の説明

１０ 固定機構
１１ インサートリング
１２ ロックリング
１４ レバー
１５ バネ機構
１６ プローブカード
１７ エアシリンダ（押圧機構）
１９ リニアガイド（ガイド部材）
２１ 検出器
１５１ コイルスプリング
１５２ シャフト
１５３ ホルダ
１５４ 第１のコイルスプリング
１５５ 第２のコイルスプリング
１６１ カードホルダ
１８３ シャッタ

Claims (13)

1. プローブ装置のヘッドプレートの開口部に固定されたインサートリングと、このインサートリングによって回転可能に支持されたロックリングと、このロックリングから径方向に延設されたレバーと、このレバーの延設端部に連結され且つ上記ヘッドプレートに設けられた駆動手段と、を備え、上記駆動手段により上記レバーに押圧力を付与して上記ロックリングを回転させてプローブカードを持ち上げることにより、上記ロックリングと上記インサートリングとで上記プローブカードを保持して上記プローブカードを固定する機構であって、上記駆動手段は、上記レバーに押圧力を付与するバネ機構と、このバネ機構に連結され且つこのバネ機構を伸縮させる押圧機構と、を備え、上記押圧機構が上記バネ機構の圧縮力を解除した時に上記バネ機構から上記レバーに押圧力を付与して上記ロックリングを回転させることを特徴とするプローブカードの固定機構。
2. 上記バネ機構と上記押圧機構を連結体によって連結すると共に、上記連結体を上記バネ機構の伸縮方向に移動案内するガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプローブカードの固定機構。
3. 上記連結体にシャッタを設けると共に上記ガイド部材の近傍に上記シャッタを検出する検出器を設け、上記検出器により上記シャッタを検出した時に上記押圧機構を停止させて上記バネ機構により上記プローブカードを固定することを特徴とする請求項２に記載のプローブカードの固定機構。
4. 上記バネ機構は、コイルスプリングと、このコイルスプリングを貫通し且つ上記連結体に連結されたシャフトと、このシャフトが貫通し且つ上記コイルスプリングを保持するホルダと、を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
5. 上記コイルスプリングは、第１、第２のコイルスプリングからなることを特徴とする請求項４に記載のプローブカードの固定機構。
6. 上記押圧機構は、シリンダ機構からなることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
7. 上記シリンダ機構は、排気速度の制御機能を有するエアシリンダからなることを特徴とする請求項６に記載のプローブカードの固定機構。
8. 上記プローブカードは、カードホルダを有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構。
9. プローブ装置のヘッドプレートの開口部に固定されたインサートリングと、このインサートリングによって回転可能に支持されたロックリングと、このロックリングから径方向に延設されたレバーと、このレバーの延設端部に連結された駆動手段と、を備え、上記駆動手段により上記レバーに押圧力を付与して上記ロックリングを回転させてプローブカードを持ち上げることにより、上記ロックリングと上記インサートリングとで上記プローブカードを保持して上記プローブカードを固定する方法であって、上記駆動手段としてバネ機構とこのバネ機構に圧縮力を付与する押圧機構を用いて上記プローブカードを固定する時に、上記押圧機構により上記バネ機構の圧縮力を解除する工程と、上記バネ機構の圧縮力の解除により上記バネ機構から上記レバーに押圧力を付与する工程と、を有することを特徴とするプローブカードの固定方法。
10. 上記押圧機構として、シリンダ機構を用いることを特徴とする請求項９に記載のプローブカードの固定方法。
11. 上記シリンダ機構として、排気速度の制御機能を有するエアシリンダを用いることを特徴とする請求項１０に記載のプローブカードの固定方法。
12. 上記プローブカードを、カードホルダを介して固定することを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載のプローブカードの固定方法。
13. 被検査体を載置する移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置された且つ上記被検査体と電気的に接触する複数のプローブを有するプローブカードと、このプローブカードを上記載置台の上方で固定する固定機構と、を備えたプローブ装置において、上記固定機構は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のプローブカードの固定機構によって構成されていることを特徴とするプローブ装置。

Images