JP2967798B2 - ウエハプローバ - Google Patents

ウエハプローバ

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    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2891Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks related to sensing or controlling of force, position, temperature
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    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02General constructional details
    • G01R1/06Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067Measuring probes
    • G01R1/073Multiple probes
    • G01R1/07307Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card
    • G01R1/07314Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card the body of the probe being perpendicular to test object, e.g. bed of nails or probe with bump contacts on a rigid support

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ウエハプローバに係
り、特に半導体ウエハ上に多数形成された半導体素子回
路の電気的性能を検査するウエハプローバに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子は、ウエハと称される略円盤
形の薄板上を縦横に整列区画して、夫々に所要の同一電
気素子回路を多数形成することにより製造される。そし
て、同一電気素子回路が多数形成されたウエハは、電気
素子回路が形成された素子を各チップとして分断する前
に、ウエハプローバと称される半導体素子検査装置で電
気素子回路を個々に検査して、電気素子回路の良・不良
を判定選別する。このウエハプローバ10は図3に示す
ようにテーブル12を備えている。テーブル12にはウ
エハ14が載設され、テーブル12は、ウエハ14に形
成された複数の電気素子回路の配列に従って、X・Y方
向の水平移動とZ方向の上下移動を行なう。
【0003】また、ウエハプローバ10はヘッドステー
ジ16を備えていて、ヘッドステージ16はテーブル1
2の上方に配設されている。ヘッドステージ16にはリ
ング部材18を介してプローブカード20が取り付けら
れている。プローブカード20には複数のプローブニー
ドル20A、20A…が設けられ、プローブニードル2
0A、20A…は、検査しようとする電気素子回路の各
電極に対応する位置に位置決めされている。このプロー
ブカード20は測定するウエハ14の品種毎に専用のプ
ローブカードが用意され、専用のプローブカードには測
定するウエハ14に関する品種・記号等が明記されてい
る。従って、検査するウエハ14の種類を変える毎にリ
ング部材18に専用のプローブカードを取り付ける必要
がある。
【0004】さらに、ヘッドステージ16はテストヘッ
ド22を備え、テストヘッド22にはアーム24が固定
されている。アーム24は軸26を介して装置本体28
に回動自在に支持されている。テストヘッド22には複
数の基板が収納され、複数の基板はケーブルを介してテ
スタに電気的に接続されている。この複数の基板はパフ
ォーマンスボード(図示せず)に電気的に接続され、パ
フォーマンスボードはテストヘッド22に保持枠32を
介して着脱自在に取り付けられている。
【0005】そして、テストヘッド22を検査位置に位
置決めすると、パフォーマンスボードはリング部材18
を介してプローブカード20に電気的に接続される。こ
れにより、テスタがプローブカード20に電気的に接続
され、テスタは、プローブニードル20A、20A…が
ウエハ14の各電気素子回路の電極に接触したときに、
各電気素子回路を検査する。
【0006】ところで、軸26にはリンク40が固定さ
れ、リンク40の端部にはエアシリンダ42のロッド4
2Aが回動自在に支持されている。また、エアシリンダ
42のシリンダ部はピン44を介して装置本体46に回
動自在に支持されている。そして、エアシリンダ42に
エアを供給すると、エアシリンダ42のバランス力がリ
ンク40に付与され、テストヘッド22の重量が相殺さ
れる。
【0007】以下、エアシリンダ42のバランス力につ
いて説明する。図4の関係においてモーメントの釣合い
から、次式(1)が成立する。 但し、R:シリンダ42のバランス力 D:軸26の中心からテストヘッド22の重心位置まで
の距離 W:テストヘッド22の重量 d:リンク40の長さ θ:テストヘッド22の回動角 α:シリンダ42のバランス力Rと接線との角度 また、図4の三角形Sの関係から次式(2)を求め、 但し、L:ピン44と軸26間の距離 M:シリンダ42の長さ 式(1)及び式(2)から、次式(3)を求める。
【0008】 さらに、図4の三角形Sの関係から次式(4)を求め、 M2 =L2 +d2 −2dLcos (90−θ) …(4) 式(4)と式(3)とから、エアシリンダ42のバラン
ス力Rを示す次式(5)を求める。
【0009】 式(5)に示すように、シリンダ42のバランス力Rは
θの関数で現されるので、シリンダ42のバランス力R
は、テストヘッド22の回動角θに対応して変動する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように、シリンダ
42のバランス力Rがテストヘッド22の回動角θに対
応して変動すると、作業者がテストヘッド22を上方に
回動する場合、作業者は一定の操作力でテストヘッド2
2を回動することができないので、操作しにくいという
問題があった。
【0011】また、テストヘッド22の回動角が変化し
た場合、エアシリンダ42のバランス力でテストヘッド
22の重量を相殺することができない角度があるので、
この角度の場合エアシリンダ42でテストヘッド22の
釣合いをとることができないという問題があった。この
問題を解消するために、シリンダのバランス力がテスト
ヘッドの回動角に左右されずに一定に維持される装置が
開示されている(特開平2−74050号公報)。しか
しながら、この公報の装置はシリンダのバランス力を一
定に維持するために、バランス用のシリンダを別のシリ
ンダで移動するように構成されていて、構成が複雑にな
るという問題があった。
【0012】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、簡素な構造でシリンダのバランス力を一定に維
持することにより、テストヘッドの回動操作を容易に
し、かつ、テストヘッドの全ての回動角においてエアシ
リンダでテストヘッドの釣合いをとることができるウエ
ハプローバを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する為に、プローブカードに電気的に接続する検査位
置と前記検査位置から退避した退避位置との間でウエハ
プローバの装置本体に回動自在に支持され、前記検査位
置に位置決めされた状態で、前記プローブカードのプロ
ーブニードルと半導体素子の電極とを当接して前記半導
体素子の良否を検査するテストヘッドを備えたウエハプ
ローバにおいて、前記テストヘッドの検査位置と退避位
置との間の回動時に前記テストヘッドの自重を軽減する
ためのウエイトバランス用シリンダを前記テストヘッド
に対し回動中心の反対側に連結し、このシリンダの連結
点の回動中心を前記テストヘッドの回動中心とずらした
ことを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明によれば、装置本体のプローブカードに
電気的に接続する検査位置と、検査位置から退避した退
避位置との間でテストヘッドの自重を軽減するために、
ウエイトバランス用シリンダをテストヘッドに対して回
動中心の反対側に連結し、このシリンダの連結点の回動
中心をテストヘッドの回動中心からずらした。これによ
り、シリンダが連結点に付与するバランス力が一定の状
態でテストヘッドに付与される。
【0015】
【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るウエハプ
ローバについて詳説する。尚、図1、図2上で図3に示
す従来のウエハプローバと同一類似の構成部材について
は同一符号を付して説明を省略する。図1は本発明に係
る半導体検査装置の側面図、図2は図1のA−A矢視図
である。図1に示すように、半導体検査装置50のテス
トヘッド52はアーム54に固定されていて、アーム5
4はシャフト56を介して装置本体58に回動自在に支
持されている。これにより、テストヘッド52は、テス
トヘッド52とプローブカード20とを電気的に接続す
る検査位置と、テストヘッド52のパフォーマンスボー
ド(図示せず)を着脱する交換位置との間を回動する。
ここで、検査位置は、テストヘッド52の下端部52A
が装置本体58の上面58Aに載置された位置であり、
交換位置は、テストヘッド52が検査位置から時計回り
方向に180°回動した位置である。
【0016】シャフト56の左端部には連結リンク60
が固着され、連結リンク60の先端部には、シャフト5
6の方向に延長された長穴60Aが形成されている。長
穴60A内にはピン62が移動自在に嵌入され、ピン6
2はエアシリンダ64のロッド64Aに支持されてい
る。また、ロッド64Aはピン62を介して偏心リンク
66の一端部に回動自在に支持されている。偏心リンク
66はピン68を介して装置本体58に回動自在に支持
され、ピン68の軸芯はシャフト56の軸芯からδ寸法
分上方にオフセットされている。尚、エアシリンダ64
はピン70を介して装置本体58に回動自在に支持され
ている。
【0017】従って、エアシリンダ64に一定のエア圧
力を付与すると、エアシリンダ64のバランス力Rがピ
ン62、長穴60Aを介して連結リンク60に伝達され
る。この状態で、テストヘッド52を検査位置から交換
位置まで回動すると、連結リンク60がシャフト56を
中心に回動する。しかしながら、ピン62は、長穴60
A内で移動してピン68を中心にした円弧C1(図1参
照)に沿って円運動する。すなわち、ピン62はシャフ
ト56に対して偏心運動する。
【0018】ここで、ピン62の円運動の中心をシャフ
ト56の軸芯からδ寸法分上方にオフセットした場合
に、エアシリンダ64のバランス力Rがテストヘッド5
2の回動角θに対応して変動しないことを説明する。式
(5)において、テストヘッド52の回動角θに対応し
てエアシリンダ64のバランス力Rを変動させずに、連
結リンク60の長さdを変動させた場合のdの軌跡(す
なわち、ピン62の軌跡)を計算すると、その軌跡は、
シャフト56の軸芯からδ寸法分上方にオフセットした
位置(すなわち、ピン68の軸芯)を中心にした円弧C
1となる。
【0019】次いで、円弧C1の式を求める場合につい
て説明する。先ず、式(5)をピン68の軸芯を原点と
したX−Y座標に変換して、次式(6)を求める。 {1−(RL/DW)2 }(X2 +Y2 )+2LY+L2 =0 …(6) 但し、X=−dcos θ Y=−dsin θ ここで、(RL/DW)2 −1=βとおくと、次式
(7)が成立する。
【0020】 また、式(7)において、 次式(8)が成立する。
【0021】 すなわち、式(8)はY方向にδだけ偏心した位置を中
心として、半径δ√(1+L/δ)の円C1(図1参
照)となる。
【0022】従って、上述したようにピン68の軸芯を
シャフト56の軸芯からδオフセットし、さらに、偏心
リンク66の長さをδ√(1+L/δ)に設定するとエ
アシリンダ64のバランス力Rが変動せずに連結リンク
60に伝達される。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るウエハ
プローバによれば、装置本体のプローブカードに電気的
に接続する検査位置と、検査位置から退避した退避位置
との間でテストヘッドの自重を軽減するために、ウエイ
トバランス用シリンダをテストヘッドに対して回動中心
の反対側に連結し、このシリンダの連結点の回動中心を
テストヘッドの回動中心からずらした。これにより、シ
リンダが連結点に付与するバランス力が一定の状態でテ
ストヘッドに付与される。従って、テストヘッドの回動
操作を容易にし、かつ、テストヘッドの全ての回動角に
おいてエアシリンダでテストヘッドの釣合いをとること
ができる。
【0024】また、シリンダのバランス力の付与点が、
テストヘッドの回動中心から一定量オフセットした位置
を中心にした円弧に沿って移動するように設定するだけ
なので、簡素な構成でシリンダのバランス力を一定の状
態でテストヘッドに付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る本発明に係るウエハプローバの側
面図
【図2】図2の矢視A−A図
【図3】従来のウエハプローバの側面図
【図4】従来のウエハプローバの作動を説明した説明図
【符号の説明】
14…ウエハ 20…プローブカード 20A…プローブニードル 50…ウエハプローバ 52…テストヘッド 56…シャフト 58…装置本体 64…エアシリンダ 68…ピン C1…円弧

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プローブカードに電気的に接続する検査
    位置と前記検査位置から退避した退避位置との間でウエ
    ハプローバの装置本体に回動自在に支持され、前記検査
    位置に位置決めされた状態で、前記プローブカードのプ
    ローブニードルと半導体素子の電極とを当接して前記半
    導体素子の良否を検査するテストヘッドを備えたウエハ
    プローバにおいて、 前記テストヘッドの検査位置と退避位置との間の回動時
    に前記テストヘッドの自重を軽減するためのウエイトバ
    ランス用シリンダを前記テストヘッドに対し回動中心の
    反対側に連結し、このシリンダの連結点の回動中心を前
    記テストヘッドの回動中心とずらしたことを特徴とする
    ウエハプローバ。
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