JP2633002B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、テストヘッドを自動で回転移動することが
できる検査装置に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体ウエハの検査装置では、プローブ装置
にて半導体ウエハ上の各チップの電極パッドにプローブ
針等を接触させ、一方、テスタから上記プローブ針を介
して各チップに測定信号を付与し、この各チップからの
出力パターンをテスタにてモニタすることで、半導体ウ
エハ上の各チップの電気的特性の検査を実行している。

ここで、近年、特に高周波測定を実行する場合にあっ
ては、半導体ウエハからテスタまでの入出力ケーブルを
長くすると、浮遊容量が増加して高周波測定が困難とな
るばかりでなく、ノイズの重畳により正確な検査を実行
できないため、検査時にあってはプローブ装置にテスト
ヘッドを接続状態とし、非検査時にはプローブ装置上で
のマイクロスコープの使用等を確保するために退避させ
る構成に必要な最短の長さのケーブルを採用することが
切望されている。

そして、このようなテストヘッドの移動を最も簡易に
実行するには、テストヘッドを回転させる構成が有利で
ある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のようなテストヘッドは相当な重量
（例えば200kg程度）を有するので、これを人手によっ
て回転させることはオペレータの負担が大きく、衝撃な
く所定の位置に回転支援可能に構成することは極めて困
難である。

また、上記テストヘッドを固着する主軸をモータなど
の回転駆動手段によって直接回転させようとすれば、こ
のようなモータに要求される容量が相当大きくなり、装
置が大型化してしまう。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、比較的簡単な構成でありながら自動的にかつ確実に
テストヘッドを回転駆動することができる検査装置を提
供することを目的とする。また、かかる検査装置におい
て、マイクロスコープの回避状態を自動的に検知し、テ
ストヘッドの回転駆動に支障のないようテストヘッドを
安全対策し得る検査装置を提供することを目的とする。

発明の構成 （課題を解決するための手段） 本発明は、テストヘッドをプローバとの接続位置と非
接続位置とに回転移動させる検査装置において、上記テ
ストヘッドと一体的に回転する主軸と、この主軸の中心
より偏心した位置を上下動かつ水平移動して、上記主軸
を回転駆動する水平移動可能な第１の往復動手段と、少
なくともテストヘッドの回転中であって、上記第１の往
復動手段の往復動方向が切り換わる際に、上記第１の往
復動手段に水平方向の外力を付与する第２の往復動手段
を設けた構成としている。

また、本発明は、テストヘッドをプローバとのプロー
ビング位置と非プロービング位置とに回転移動させる検
査装置において、プローバー上のマイクロスコープがテ
ストヘッドに対して回避状態であるか否かを検知する自
動検知機構を設け、該自動検知機構の検知結果に応じて
テストヘッドを制御するよう構成した。

（作用） 上記構成の作用を第１図を参照して説明すると、テス
トヘッド１の回転駆動は、主として第１の往復動駆動手
段２によって実行される。すなわち、この第１の往復動
手段２は、それ自体が水平移動自在であるので、主軸の
偏心した位置を上下動しつつ水平移動することで、テス
トヘッド１を例えば同図のプローブ装置側の位置ａより
180°回転された退避位置ｂまで回転移動することがで
きる。

ここで、第１の往復動手段２が収縮した状態より伸張
状態に移行する際には、第１の往復動手段２は同図の左
右のいずれかの方向に移動する自由度を有し、位置ａよ
り位置ｂに移動する場合のように第１の往復動手段２が
右側より左側に移行している場合には、その際の慣性力
によって同一方向へ水平移動すると考えられるが、この
ような水平移動を確実にする保障は何ら存在しない。

そこで、本発明では、上記のように第１の往復動手段
２の駆動部が下降状態より上昇状態に移行する際に、テ
ストヘッド１の適正な回転を補償すべく、第２の往復動
手段３によって第１の往復動手段２に水平方向の外力を
付与しているので、上記のように第１の往復動手段２が
伸縮状態後であっても、テストヘッド１の円滑な回転を
確保することができる。

また、本発明は、第６図に示すように、例えばリミッ
トスイッチ74、74aと突設部75、プレート76等からなる
マイクロスコープ70の位置自動検知機構を設け、テスト
ヘッド１を非動制御しているので、マイクロスコープ70
が回避位置にない場合には、操作スイッチが作動せずテ
ストヘッド１が移動不能になるので、テストヘッドとマ
イクロスコープの衝突等の干渉が生じない。

（実施例） 以下、本発明装置を半導体ウエハのプローバに適用し
た一実施例について、図面を参照して具体的に説明す
る。

まず、第２図（Ａ），（Ｂ）を参照してこの検査装置
の概略について説明すると、プローバー本体10は半導体
ウエハの各チップの電極パッドにプローブ針等を接触さ
せ、各チップとの電気的接続を確保するための装置であ
り、上記のプローブ針はテストヘッド１を介して、第２
図（Ａ）の上側に配置されている12とケーブル（図示せ
ず）によって接続されている。

上記プローバー本体10とテストヘッド１とはコネクタ
によって電気的接続が可能となっていて、同図の実線で
示すようにプローバー本体10の真上にテストヘッド１が
配置された場合にコネクタ接続が実行されるようになっ
ている。

そして、上記テストヘッド１は、プローバー本体10の
隣に配置されたヒンジボックス14に回転自在に支持され
ていて、このヒンジボックス14の左側に配置されたサイ
ドデスク16上に移動することで、プローバー本体10との
接続を解除して退避可能となっている。このため、第１
図に示すように上記テストヘッド１は、回転中心に対し
て重心がθ１°（プローバー本体側の位置）からθ２°
（サイドデスク側の位置）間で、回転可能となってい
る。なお、上記プローバー本体10及びサイドデスク16に
はそれぞれテストヘッド１のクランパー10a,16aが設け
られている。また、前記ヒンジボックス14には、前記テ
ストヘッド１をプローバー本体側に移動する場合のスイ
ングスイッチ14aと、テストヘッド１をサイドデスク側
に移動する場合のスイングスイッチ14bとが設けられて
いる。

次に、上記テストヘッド１の回転移動を自動化するた
めの機構について、第３図を参照して説明する。

主軸20は、上記テストヘッド１を固着した状態で一体
回転できるように回転自在に支持されていて、この主軸
20にはアーム22が固着されている。そして、このアーム
22の主軸中心より離れた偏心点22aは、上下動案内部材2
4によって上下動可能に支持された上下動部材26の上端
に回転自在に支持されている。

上記上下動部材26は、第１の往復動手段の一例である
第１のエアーシリンダ30の可動部32にねじ止めされてい
て、この第１のエアーシンリダ30の案内軸34の下端は、
前記上下動案内部材24に固着されている。

上記第１のエアーシリンダ30の駆動原理は、第１図に
示すIN側にエアーを導入することで可動部32が下降し、
反対にOUT側にエアーを導入することで可動部32が上昇
するようになっている。

また、上記第１のエアーシリンダ30は第３図（Ａ）の
裏面−表面に向かう、すなわち第３図（Ｂ）の左右方向
に移動自在となっていて、このため、上記主軸20の回転
に伴って上記第１のエアーシリンダ30及びこれを固定す
る部材を確実に水平移動させるための構成が設けられて
いる。

すなわち、上記主軸20には第１のプーリ50が固着さ
れ、また、ヒンジボックス14のブラケット14cに回転自
在に支持された第２のプーリ52が設けられ、この第1,第
２のプーリ50,52間にはベルト54が張架されている。ま
た、前記第２のプーリ52を固着したプーリ軸56の先端に
はアーム58が固着されている。一方、このアーム58の他
端側は、前記上下動部材26に固着された押動ブロック60
に回転自在に支持されている。この結果、上記主軸20が
回転すると第１のプーリ50,ベルト54を介して第２のプ
ーリ52が回転し、これと一体的にアーム58が回転するこ
とになる。そして、このアーム58は第３図（Ｂ）に示す
軌跡を描くことになるので、上記押動ブロック60が第３
図（ｃ）の左右方向に移動し、このため第１のエアーシ
リンダ30等が水平移動することになる。

次に、上記第１のエアーシリンダ30によるテストヘッ
ド１の回転駆動を確実ならしめるための機構について説
明する。

この第１のエアーシリンダ30を支持する前記上下動案
内部材24の下端にはベアリング38を介してレールブロッ
ク40が設けられ、このレールブロック40は、ヒンジボッ
クス14に固着されたレールブラケット44内に配置されて
いるレール42上を水平移動可能となっている。

そして、このレールブロック40に対して水平方向に外
力を付与するための第２の往復動手段の一例である第２
のエアーシリンダ60が、前記レールブラケット44上に固
定されている。

この第２のエアーシリンダ60は、エアー駆動によって
ピストン62を水平駆動するもので、上記ピストン62の先
端側は、前記レールブロック40と連結板64を介して連結
され、従って第２のエアーシリンダ60の駆動によって上
記レールブロック40に対して水平方向への外力を付与可
能となっている。

また、第６図に示すように、本実施例装置において、
プローバー本体10上にマイクロスコープ支持軸71を立設
し、この支持軸71の外周面の上部位置に可動体72を回動
可能に設け、この可動体72に設けたアーム73の先端にマ
イクロスコープ70、ITVカメラ等の監視手段（以下単に
マイクロスコープ70という。）を取付け、同様に前記支
持軸72の外周面の下部位置にも可動体72a、アーム73aを
介して図示しないマイクロスコープを取付けており、支
持軸70及び可動体72,72aによりマイクロスコープを水平
に移動させ、回避動作を行うよう構成してもよい。

次に、作用について説明する。

まず、退避状態にあるテストヘッド１を、サイドデス
ク16上よりプローバー本体10側に移動する場合につい
て、第４図の操作フローチャートを参照して説明する。

プローバー本体10の電源をONとし（ステップ１）、イ
ニシャルスイッチ（図示せず）をプッシュしてイニシャ
ルオン状態とする（ステップ2,3）。ここで、マニュア
ルか否かを判別し（ステップ４）、マニュアルでない場
合にはマニュアルモードとする（ステップ５）。

次に、プローバー本体10上のマイクロスコープ70が回
避状態であるか否かを判別し（ステップ６）、回避状態
でない場合にはこれを回避位置まで移動する（ステップ
７）。これは、マイクロスコープ70を回避させることに
より、テストヘッド１をプローバー本体10側に移動した
場合の干渉を防止するものであり、前記第６図に示すよ
うに、マイクロスコープ支持軸71外周にリミットスイッ
チ74を設け、上部可動体72の外周部に突設部75を設けて
接触・非接触等によりマイクロスコープ70の位置を検出
するスコープセンサとなし、このスコープセンサとテス
トヘッド１の操作スイッチとを連動制御せしめて、マイ
クロスコープ70が回避されていない場合には以降の動作
ができないように制御している。この場合、同図に示す
ように、下部マイクロスコープでは、前記マイクロスコ
ープ支持軸71に設けたプレート76と、下部可動体72aの
外周に設けたリミットスイッチ74aとでその位置検出を
行っているが、マイクロスコープ70の位置検出手段及び
回避検知手段はこれらに限るものではなく、他の既知の
手段によって自動検知する機構としても差し支えない。

次に、テストヘッド１のヘッドプレートがセット状態
か否かを判別し（ステップ８）、これがアップ状態の場
合にはセット状態に設定する（ステップ９）。なお、上
記ヘッドプレートがアップ状態の場合にも、以降の動作
ができないように安全対策がなされている。

この後、プローバー本体10側のクランパー10aがオフ
されているか否かを判別し（ステップ10）、オンの場合
にはオフ状態に設定する（ステップ11）。この後、サイ
ドデスク16側のクランパー16aをオフ状態に設定する
（ステップ12）。なお、上記クランパー10a,16aがオン
状態の場合には、以降の動作ができないように安全対策
がなされている。

次に、スイングスイッチ14aをオンとし、テストヘッ
ド１の回転移動を開始し（ステップ13）このテストヘッ
ド１がプローバー本体10のクランパー10aにてクランプ
可能な状態となるまで回転が続行されることになる（ス
テップ14）。

このテストヘッド１の回転移動について説明すると、
上記スイングスイッチ14aをオンすると、第１のエアー
シリンダ30の作動方向IN側にエアーが導入され、この結
果可動部32が第３図（Ｂ）の右側の鎖線状態より下降
し、アーム22を介して主軸20を回転させるように駆動す
ることになる。この主軸22の回転により第１のプーリ50
が一体的に回転し、ベルト54を介して第２のプーリ52を
回転させ、このためアーム58が揺動するすることで、第
１のエアーシリンダ30等が水平方向に移動することにな
る。このような可動部32の下降移動及び水平移動によ
り、主軸20が連続的に回転されることになる。この結
果、この主軸20に固定されたテストヘッド１が回転駆動
されることになる。

そして、テストヘッド１が第１図の60°付近に達した
時点で（このような時期の検出は、テストヘッド１の回
転位置を検出するもの、あるいは回転初期からの経過時
間から割り出すもの等がある）、第２のエアーシリンダ
60のIN側にエアーが導入される。この結果、ピストン62
が収縮し、連結板64を介してレールブロック40を第３図
（ｃ）の左側に押動することになる。そして、上記第２
のエアーシリンダ60の駆動により、テストヘッド１の60
°から120°付近までの回転領域Ａでの回転をフォロー
することになる。

ここで、テストヘッド１が90°に到達した際には、上
記可動部32は最下点に達するので、このタイミングで第
１のエアーシリンダ30のOUT側にIN側圧力による出力よ
りも大きい出力になるような圧力のエアーが導入され、
可動部32を最下点より上昇移動させることになる。

この下降時から上昇時に切り替わる際には、上記第２
のエアーシリンダ60による水平外力が第１のエアーシリ
ンダ30に作用されているので、テストヘッド１の同一方
向の回転を確実に実行することができる。

そして、テストヘッド１が120°付近に達すると、上
記第２のエアーシリンダ60のOUT側に入っていたエアー
は、図示しないバルブのオープン状態により大気圧と等
しくなり、第２のエアーシリンダ60の役割が終了する。

そして、以降は第１のエアーシリンダ30の可動部32の
上昇によりテストヘッド１が回転駆動され、テストヘッ
ド１がθ₁°の位置に到達し、プローバー本体10側へ移
動されることになる。そして、この際に例えばテストヘ
ッド１に付いているスイッチがONとなり、テストヘッド
１の停止と同時に第１のエアーシリンダ30のIN側に入っ
ていたエアーは、バルブのオープン状態により大気圧と
等しくなり、テストヘッド１の跳ね上がりが防止され
る。

このような状態でプローバー本体10がクランプができ
る状態となるので、クランパー10aの操作によりテスト
ヘッド１をプローバー本体10にクランプし（ステップ1
5）、テストヘッド１のサイドテーブル16よりプローバ
ー本体10側への移動が完了する。

また、上記動作とは逆にテストヘッド１をプローバー
本体10よりサイドテーブル16側に移動する場合には、上
記とは逆の経路をたどるように第５図の操作フローに従
って動作が行われる、この際、第１のエアーシリンダ30
は可動部32が第３図（Ｂ）の左側の鎖線状態より下降す
るように動作し、テストヘッド１が90°に達したところ
で可動部32を上昇するように切り換え動作されることに
なる。また、第２のエアーシリンダ60は、テストヘッド
１が120°付近の時にピストン62を第３図（ｃ）の右側
に伸長するように動作し、この動作はテストヘッド１が
60°付近に達するまで、すなわち第１図の回転領域はＢ
の間で続行されることになる。

このように、本実施例によれば第１のエアーシリンダ
30の可動部32の移動方向が切り換えられる際には、第２
のエアーシリンダ60により第１のエアーシリンダ30の水
平移動方向を一義的に決定する外力を付与しているの
で、第１のエアーシリンダ30が下死点に達した場合のよ
うに、水平方向が定まらない場合にも、上記外力の付与
によって同一方向の回転を円滑に実行することができ
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。

例えば、テストヘッド１の確実な回転を実行するため
の第1,第２の往復動手段としては、上記実施例のような
エアーシリンダを採用するものに限らず、往復直線移動
を実現できる種々の駆動手段を採用することができる。

また、第２の往復動手段の作動タイミングとしては、
少なくともテストヘッドの連続回転中に第１の往復動手
段の往復動方向が切り換わる際に外力を付与できるもの
であれば良い。

発明の効果 以上説明したように、本発明によればテストヘッドを
回転駆動するための第１の往復動手段の往復動方向が切
り換わる場合には、第２の往復動手段によってテストヘ
ッドの同一方向への回転を維持するように、第１の往復
動手段に水平方向の外力を付与しているので、テストヘ
ッドの確実な回転操作を自動化することができる。

また、マイクロスコープの回避，非回避を自動的に検
知してテストヘッドの回転操作を非動制御するので、テ
ストヘッドの回転駆動にあたりマイクロスコープが障害
になることがなくスムースに回転駆動することができる
等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の作動原理を説明するための概略説明
図、第２図（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施例装置の
平面図，正面図、第３図は、テストヘッドの回転機構を
示す図で、同図（Ａ）は第１の往復動手段の正面図、同
図（Ｂ）は同図（Ａ）の側面図、同図（Ｃ）は第２の往
復動手段の平面図、第４図は、テストヘッドをサイドデ
スク側よりプローバー本体側に移動する場合の操作フロ
ーチャート、第５図は、テストヘッドをプローバー本体
側よりサイドデスク側に移動する場合の操作フローチャ
ート、第６図は、マイクロスコープの位置自動検知機構
の一例を示す側面説明図、第７図は、テストヘッドの安
全対策の説明図である。 １……テストヘッド、2,30……第１の往復動手段、3,60
……第２の往復動手段、 10……プローバー本体 12……テスタ 14……ヒンジボックス 16……サイドデスク 20……主軸、22a……偏心点 70……マイクロスコープ 74,74a……リミットスイッチ 75……突設部、76……プレート

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テストヘッドをプローバとの接続位置と非
   接続位置とに回転移動させる検査装置において、上記テ
   ストヘッドと一体的に回転する主軸と、この主軸の中心
   より偏心した位置を上下動かつ水平移動して、上記主軸
   を回転駆動する水平移動可能な第１の往復動手段と、少
   なくともテストヘッドの回転中であって、上記第１の往
   復動手段の往復動方向が切り換わる際に、上記第１の往
   復手段に水平方向の外力を付与する第２の往復動手段と
   を設けたことを特徴とする検査装置。
2. 【請求項２】上記した第２の往復動手段は、主軸と固定
   部側に設けたプーリにベルトを張架し、このプーリにア
   ームを回転自在に設けると共に、アームの他端側を第１
   の往復動手段に固着して第１の往復動手段に水平方向の
   外力を付与するようにしたものである請求項１に記載し
   た検査装置。