JP2010156618A - プローバ、そのための回転駆動装置およびプローバシステム - Google Patents

Abstract

【課題】全体として設置面積およびコストを低減できるプローバシステム、およびそれに含まれるプローバとそのための回転駆動装置の実現。
【解決手段】着脱可能に接続される回転駆動装置2に旋回軸13を接続する旋回軸接続機構17を備えるヒンジ式マニピュレータ12を備え、テストヘッド3を保持して回転させる複数のプローバ1と、回転駆動源21により回転される駆動回転軸22およびヒンジ式マニピュレータの旋回軸接続機構17と接続する回転軸接続機構23,24を備える少なくとも１個の回転駆動装置2と、を備えるプローバシステム。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエハ上に形成された複数の半導体装置（チップ）をテスタ（テストヘッド）で検査するために使用するプローバに関する。

半導体製造工程は、多数の工程を有し、品質保証及び歩留まりの向上のために、各種の製造工程で各種の検査が行われる。例えば、半導体ウエハ上に半導体装置の複数のチップが形成された段階で、各チップの半導体装置の電極パッドをテストヘッドに接続し、テストヘッドから電源及びテスト信号を供給し、半導体装置の出力する信号をテストヘッドで測定して、正常に動作するかを電気的に検査するウエハレベル検査が行われている。

ウエハレベル検査の後、ウエハはフレームに貼り付けられ、ダイサで個別のチップに切断される。切断された各チップは、正常に動作することが確認されたチップのみが次の組み立て工程でパッケージ化され、動作不良のチップは組み立て工程から除かれる。更に、パッケージ化された最終製品は、出荷検査が行われる。

ウエハレベル検査を行うシステムは、ウエハ上の各チップの電極パッドにプローブを接触させるプローバと、プローブに電気的に接続され、電気的検査のために各チップに電源及びテスト信号を供給すると共に各チップからの出力信号を検出して正常に動作するかを測定するテストヘッドとで構成される。このようなシステム、およびそれを構成するプローバおよびテストヘッドについては広く知られているので詳しい説明は省略する。

テストヘッドをプローバに取り付けおよび取り外しするための各種の方式が、現在使用されている。その代表的な方式にヒンジ式マニピュレータを使用した方式がある。この方式では、プローバ本体に固定されたヒンジ式マニピュレータにテストヘッドを取り付け、ヒンジ式マニピュレータの旋回軸を回転することによりテストヘッドを旋回させる。ヒンジ式マニピュレータには、旋回軸を回転するための回転駆動源が設けられており、回転駆動源の動力源としてはモータや空圧源が使用される。

テストヘッドを取り付ける時には、テストヘッドの端子を上側にしてテストヘッドをヒンジ式マニピュレータに取り付け、ヒンジ式マニピュレータによりテストヘッドを旋回させてテストヘッドの端子をプローバに固定されたプローブカードの端子に接触させる。この時、テストヘッドの端子はテストヘッドの下側に位置する。テストヘッドを取り外す時には、上記と逆の操作を行う。テストヘッドのメンテナンスは、テストヘッドの端子を上側にして行われるのが一般的であり、ヒンジ式マニピュレータを使用すれば、容易にテストヘッドの端子が上側にある状態にしてメンテナンスが行える。

近年、半導体装置（チップ）は高集積化および高機能化されており、それに応じて電極パッドの個数が増加すると共に、テストヘッドも複雑化している。また、検査のスループットを向上するため、プローブカードに複数のチップ分のプローブを設け、１回の接触動作で複数のチップを同時に検査するマルチプロービングが行われている。マルチプロービングに伴い、テストヘッドはより一層複雑になっている。このため、近年テストヘッドの重量が増加しており、重量が５００ｋｇから９００ｋｇのテストヘッドも出現している。

特開２００６−９８３８８号公報

上記のテストヘッドの重量増加に伴い、ヒンジ式マニピュレータも大型化しており、ヒンジ式マニピュレータの重量は８００ｋｇから１ｔにもなろうとしている。特に、モータや歯車を含む回転駆動源は、テストヘッドをモータと歯車でテストヘッドの重量を支える構造であり、テストヘッドの重量増加に伴い、モータの駆動力を伝達する歯車が大型化し、歯車の個数も増加する。そのため、特にヒンジ式マニピュレータの回転駆動源が大型化し、コストも増加するという問題が生じている。

本発明は、全体として設置面積およびコストを低減できるプローバシステム、およびそれに含まれるプローバとそのための回転駆動装置を実現することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバは、ヒンジ式マニピュレータの回転駆動源を分離し、プローバのヒンジ式マニピュレータは、分離した回転駆動装置と接続して回転駆動できるようにする。回転駆動源のない複数のプローバは、共通の１個の回転駆動装置により駆動される。これにより、複数のプローバは、回転駆動源がないので小型化することが可能で、コストを低減できる。

半導体デバイスの量産ラインでは、一旦テストヘッドがプローバ本体に取り付けられると、プローバは、１日から数日間、場合によっては１週間以上も同じテストヘッドが接続された状態で継続して使用される。また、テストヘッドの信頼性が向上しているため、メンテナンスのためにテストヘッドを旋回させる頻度は非常に小さい。このように、プローバのヒンジ式マニピュレータは、実際には使用される頻度が非常に小さい。そのため、本発明のように、各プローバのヒンジ式マニピュレータは回転駆動源を有さず、テストヘッドを回転させる時には、複数のプローバで共通に使用される回転駆動装置を使用するようにしても、実際のスループットの低下は非常に小さく、無視できる。

なお、回転駆動源を含むヒンジ式マニピュレータ全体を着脱可能にして、ヒンジ式マニピュレータを有さないプローバで共通に使用することも考えられるが、ヒンジ式マニピュレータが大型化して８００ｋｇから１ｔにもなると、このようなヒンジ式マニピュレータを移動してテストヘッドを回転可能なように設定するのは非常に困難な作業であり、現実には難しい。また、ヒンジ式マニピュレータとプローバ本体との位置関係は高精度の位置決め精度が必要であるが、ヒンジ式マニピュレータ全体を分離すると高精度の位置決め精度の実現が難しい。

これに対して、本発明では、ヒンジ式マニピュレータの回転駆動源のみを分離した回転駆動装置を移動させて旋回軸に接続するだけであるから、作業が容易である。また、軸同士の位置合わせは、回転するように接続するだけなので比較的低精度でよい。

また、大型化した回転駆動源を分離するので、ヒンジ式マニピュレータの旋回軸とプローバ本体との間の距離を短縮できるので、テストヘッドの旋回半径を小さくでき、プローバの設置面積を小さくできる。回転駆動装置は、ヒンジ式マニピュレータの旋回軸とプローバ本体との間の距離を広げないような接続機構にする。

本発明の複数のプローバと、本発明の１個の回転駆動装置でプローバシステムを形成する場合、実際の運用におけるシステム全体のスループットをほとんど低下させることなく、各プローバを小型化して設置面積およびコストを低減できる。これにより、システム全体のコストを低減できる。

図１は、本発明の実施形態のプローバシステムの構成を示す図である。図１に示すように、実施形態のプローバシステムにおいては、複数のプローバ１が配置され、１個の回転駆動装置２が配置された複数のプローバ１の間を移動され、テストヘッドを旋回するプローバ１のヒンジ式マニピュレータに接続される。したがって、実施形態のプローバシステムでは、複数のプローバ１に対して１個の回転駆動装置２が使用されるが、システムの構成、例えば配置されるプローバ１の個数に応じて、２個以上の回転駆動装置２を使用することも可能である。

図２は、実施形態のプローバシステムにおけるプローバ１および回転駆動装置２の概略構成を示す図であり、（Ａ）が上面図を、（Ｂ）が側面図である。図２の（Ａ）において、プローバ１のヒンジ式マニピュレータ１２の両端部は断面図で示され、回転駆動装置２は断面図で示されている。また、図２の（Ｂ）において、回転駆動装置２のキャスタ２７とそれによる支持機構２６は断面図で示しており、さらにヒンジ式マニピュレータ１２の旋回軸１３の周りにブレーキ１６を配置した様子を模式的に示している。

図２に示すように、プローバ１は、本体１１と、本体１１に固定されたヒンジ式マニピュレータ１２と、を有する。ヒンジ式マニピュレータ１２は、旋回軸１３と、旋回軸１３を回転自在に支持する軸受け１４と、旋回軸１３に固定された旋回アーム１５と、旋回軸１３の回転を停止してロック状態にするブレーキ１６と、一方の端に設けられた位置決めピン１７と、旋回軸１３の回転速度を検出する第１センサ１８と、を有する。旋回軸１３の一方の端は、回転駆動装置２の駆動回転軸２２とカップリングするために、例えば切りか欠きが設けられた形状を有する。テストヘッド３は旋回アーム１５に取り付けられる。ブレーキ１６は、電気的に制御可能で、回転駆動装置２が接続されていない時には常にロック状態を維持し、旋回アーム１５およびテストヘッド３が自重で旋回するのを防止できるように構成されている。ブレーキ１６は、旋回軸１３の周囲の適当な部分に設けられる。

回転駆動装置２は、回転駆動モータ２１と、回転駆動モータ２１により回転される駆動回転軸２２と、ヒンジ式マニピュレータ１２の旋回軸１３とカップリングするためのカップリング機構２３と、位置決めピン１７と勘合するガイド２４と、駆動回転軸２２の回転速度を検出する第２センサ２５と、回転駆動装置２の本体を支持する支持機構２６と、支持機構２６に取り付けられたキャスタ２７と、を有する。回転駆動装置２にはキャスタ２７が設けられているので、オペレータは回転駆動装置２を押して床面上を移動させることができる。支持機構２６は、圧縮バネを有し、力を加えることにより、回転駆動装置２の本体が上下方向に若干移動するように構成されている。

なお、図示していないが、回転駆動装置２をヒンジ式マニピュレータ１２の旋回軸１３とカップリングした状態で、プローバ１と回転駆動装置２の位置関係を固定するように締結する（例えば、ネジ止め）締結手段が設けられている。また、回転駆動装置２をヒンジ式マニピュレータ１２の旋回軸１３とカップリングした状態で、第１センサ１８の検出信号および第２センサ２５の検出信号を受けて、ブレーキ１６を制御する制御部が、プローバ１または回転駆動装置２に設けられている。

図３は、テストヘッド３を旋回させる状態を示す図であり、（Ａ）が上面図であり、（Ｂ）が側面図である。テストヘッド３は、プローバ１の本体１１にセットされた状態（セット状態）を実線で示し、テストヘッド３の旋回アーム１５への取り付けおよび取り外しを行う状態およびテストヘッド３のメンテナンスを行う状態（退避状態）を一点差線で示す。

テストヘッド３を旋回させる時には、回転駆動装置２をヒンジ式マニピュレータ１２の端に移動し、位置決めピン１７にガイド２４を合わせて軸方向に移動する。この時、回転駆動装置２はキャスタ２７により水平方向に移動可能であり、支持機構２６により上下方向に移動可能であるので、位置決めピン１７の先端がガイド２４内に入り、押し込むことにより位置決めピン１７がガイド２４に挿入され、旋回軸１３と駆動回転軸２２の軸心が一致する。この状態で締結手段により、回転駆動装置２をヒンジ式マニピュレータ１２に固定する。固定後、駆動回転軸２２のカップリング２３機構２３により駆動回転軸２２を旋回軸１３に固定する。この状態で、制御部は第１センサ１８および第２センサ２５の検出信号を受けて、ブレーキ１６を制御可能な状態になり、図３の（Ｂ）に示すように、ブレーキ１６を旋回軸１３に接触しない状態にしてロック状態から解除する。

この状態で、回転駆動モータ２１を駆動して駆動回転軸２２を回転すると、カップリングされた旋回軸１３が回転してテストヘッド３を旋回する。回転駆動モータ２１は回転方向が切り替えられるようになっており、退避状態からセット状態、またはセット状態から退避状態への旋回方向に応じて回転方向を切り替える。この間、制御部は、第１センサ１８の検出した旋回軸１３の回転速度と、第２センサ２５の検出した駆動回転軸２２の回転速度とを常時監視し、両者に差が生じた場合には、旋回軸１３と駆動回転軸２２の間で滑りが発生したと判定して、安全確保のために即座にブレーキ１６をロック状態にする。

従来のヒンジ式マニピュレータでは、テストヘッド旋回時のテストヘッドの位置を保持するために、減速機あるいはモータがブレーキ機構を有しているが、これらの駆動部を取り外し可能にした本実施形態では、回転駆動装置２を取り外した上体ではテストヘッド３が空転しないように、保持あるいは維持するための機構、すなわちブレーキが必要である。

各プローバ１のヒンジ式マニピュレータ１２の床からの高さおよび傾きは、ある程度ばらつくことが避けられず、旋回軸１３の位置がばらつく。同様に、回転駆動装置２の駆動回転軸２２の位置も床面の状態などによりばらつくことが避けられない。そのため、回転駆動装置２に、旋回軸１３と駆動回転軸２２の軸心の位置の差を吸収して軸心を一致させる機構が必要である。上記のように、本実施形態では、キャスタ２７により回転駆動装置２、すなわち駆動回転軸２２の軸心を水平方向に移動可能にすると共に、支持機構２６により上下方向に移動可能にしてこの差を吸収して軸心を一致させている。支持機構２６は圧縮バネを用いており、回転駆動装置２の重量に応じて適切なバネ定数、潰し量（変形量）を選定する。また、圧縮バネでなく、ジャッキなどを用いて高さ調整可能にしてもよい。

なお、本実施形態では、回転駆動装置２の本体が変位するようにしたが、回転駆動モータ２１および駆動回転軸２２を含む部分のみを変位可能に構成することも可能である。

さらに、テストヘッド３の重量が大きい場合、回転駆動モータ２１を回転すると、テストヘッド３ではなく回転駆動装置２の方が旋回することが起こりえるので、上記のように締結手段により回転駆動装置２をヒンジ式マニピュレータ１２に強固に固定することが必要である。

上記の実施形態では、旋回軸１３と駆動回転軸の軸心を一致させた上でカップリングにより連結したが、旋盤などで使用されるチャックで連結することも可能である。また、歯車のかみ合わせで連結することも可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。

本発明は、ヒンジ式マニピュレータでテストヘッドを旋回するプローバに適用できる。

本発明の実施形態のプローバシステムの構成を示す図である。 実施形態のプローバシステムにおけるプローバおよび回転駆動装置の概略構成を示す図である。 テストヘッド３を旋回させる状態を示す図である。

符号の説明

１ プローバ
２ 回転駆動装置
３ テストヘッド
１１ プローバ本体
１２ ヒンジ式マニピュレータ
１３ 旋回軸
１４ 軸受け
１５ 旋回アーム
１６ ブレーキ
１７ 位置決めピン
１８ 回転速度検出センサ（第１）
２１ 駆動モータ
２２ 駆動回転軸
２３ カップリング機構
２４ ガイド
２５ 回転速度検出センサ（第２）
２６ 支持機構
２７ キャスタ

Claims (10)

1. 電極パッドの形成されたウエハを保持して、テストヘッドの端子に接続されるプローブカードのプローブを、保持したウエハの電極パッドに接触させるプローバであって、
   前記テストヘッドを保持して回転させるヒンジ式マニピュレータを備え、
   前記ヒンジ式マニピュレータは、着脱可能に接続される回転駆動装置に、前記ヒンジ式マニピュレータの旋回軸を接続する旋回軸接続機構を備えることを特徴とするプローバ。
2. 前記ヒンジ式マニピュレータは、前記旋回軸の回転を停止するブレーキ機構を備える請求項１に記載のプローバ。
3. 前記接続される前記回転駆動装置を固定して締結する締結手段を備える請求項１または２に記載のプローバ。
4. 請求項１のプローバの前記ヒンジ式マニピュレータを駆動するために着脱可能に接続される回転駆動装置であって、
   回転駆動源により回転される駆動回転軸と、
   前記ヒンジ式マニピュレータの前記旋回軸接続機構と接続する回転軸接続機構と、を備える回転駆動装置。
5. 当該回転駆動装置が移動するための移動機構を備える請求項４に記載の回転駆動装置。
6. 前記駆動回転軸の軸位置を、前記ヒンジ式マニピュレータの旋回軸に対して変位させる軸位置変位機構を備える請求項４または５に記載の回転駆動装置。
7. 前記軸位置変位機構は、前記移動機構に設けられ、前記移動機構に対して前記回転駆動装置を変位可能に支持する支持機構を備える請求項６に記載の回転駆動装置。
8. 請求項１に記載のプローバと、
   請求項３から６のいずれか１項に記載の回転駆動装置と、を備えるプローバシステム。
9. 前記プローバを複数個備え、
   複数個の前記プローバに共通に少なくとも１個の前記回転駆動装置が使用される請求項７に記載のプローバシステム。
10. 前記プローバは、前記ヒンジ式マニピュレータの旋回軸の回転速度を検出する第１センサと、前記ヒンジ式マニピュレータの前記旋回軸の回転を停止するブレーキ機構と、を備え、
    前記回転駆動装置は、駆動回転軸の回転速度を検出する第２センサを備え、
    前記プローバおよび前記回転駆動装置の一方は、前記第１センサおよび前記第２センサの回転速度を比較して、回転速度が整合していない場合には前記ブレーキ機構をロックさせて回転を停止する制御部を備える請求項８または９に記載のプローバシステム。

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