JPH0843493A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】テストヘッドを円滑に旋回することができ、ま
た旋回途中の任意の位置で停止することができるプロー
ブ装置を提供することにある。 【構成】本体１に回転自在に支持された主軸１１を有
し、この主軸１１にこの軸心を中心として旋回する旋回
アーム１６およびテストヘッドを備え、前記旋回アーム
１６に第１のシリンダ１７により旋回力を付与して前記
主軸１１を回転させ、前記テストヘッドを旋回するプロ
ーブ装置において、前記主軸１１の回転と連動して昇降
するナット部材２３と、このナット部材２３と螺合しナ
ット部材の昇降に伴って回転するねじ部材２６と、この
ねじ部材に設けられ周方向に複数の係合部を有するロッ
クプレート２９と、前記本体に設けられ前記ロックプレ
ートの係合部との係合により前記主軸１１の回転を拘束
するロックピン３２とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイスのよ
うな被検査体の電気的特性を測定するプローブ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体ウエハの検査装置では、
プローバ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、テスタから前記プ
ローブ針を各チップに測定パターンを付与し、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。

【０００３】ところで、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、ノイズの重畳により正確な検
査を実行できなくなることがある。そこで、検査時では
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が実用化されている。

【０００４】テストヘッドを退避させるための移動は、
主軸に対してテストヘッドを旋回可能に支持し、主軸を
中心として略１８０゜回動させる構造が有利である。し
かし、テストヘッドは、重量が２００ｋｇ程度の重量物
であり、これを人手で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まで回転させて載置す
ることは困難で、危険性も伴う。

【０００５】そこで、例えば、実開昭６０−１６３７４
３号公報、特開平２−１７７３４３号公報等に示すよう
に、主軸に対して旋回可能に支持されたテストヘッドを
エアーシリンダによって駆動し、テストヘッドを接続位
置と非接続位置との間を旋回させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、テストヘッ
ドは、プローバ本体側の接続位置と非接続位置との間の
旋回途中位置で停止させることもある。これは、例えば
半導体ウエハを検査する前にそのセット状態を点検した
いときやテストヘッドの動作点検を行う場合が相当して
いる。

【０００７】そこで、テストヘッドを回転途中で停止す
る構造としては、特開平２−７４０５０号公報に示すよ
うに、テストヘッドの回転部に挿脱可能なロック部材を
設け、このロック部材をロック穴に挿脱することでテス
トヘッドを回転途中で停止することができるようにした
ものが知られている。

【０００８】しかし、このような構造のものは、ロック
穴に対してロック部材が対向した位置でないと、ロック
部材をロック穴に挿入することができず、テストヘッド
を任意の位置で停止できない。また、テストヘッドの回
転駆動系に加えてロック部材などの機構が必要となり、
装置自体の構造が複雑化する欠点がある。

【０００９】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、テストヘッドを円滑
に旋回でき、また旋回途中の任意の位置で停止すること
ができ、安全性の面での信頼性が高く、また構造的に簡
単でコストダウンを図ることができるプローブ装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、請求項１は、本体に回転自在に支持され
た主軸を有し、この主軸にこの軸心を中心として旋回す
る旋回アームおよびテストヘッドを備え、前記旋回アー
ムにシリンダにより旋回力を付与して前記主軸を回転さ
せ、前記テストヘッドを旋回するプローブ装置におい
て、前記主軸の回転と連動して昇降するナット部材と、
このナット部材と螺合しナット部材の昇降に伴って回転
するねじ部材と、このねじ部材に設けられ周方向に複数
の係合部を有するロックプレートと、前記本体に設けら
れ前記ロックプレートの係合部との係合により前記主軸
の回転を拘束するロック手段とを具備したことを特徴と
する。

【００１１】請求項２は、本体に回転自在に支持された
主軸を有し、この主軸にこの軸心を中心として旋回する
旋回アームおよびテストヘッドを備え、前記旋回アーム
にシリンダにより旋回力を付与して前記主軸を回転さ
せ、前記テストヘッドを旋回するプローブ装置におい
て、前記旋回アームを介して主軸に回転力を付与する第
１のシリンダと、前記本体と主軸のそれぞれに設けたプ
ーリ間にベルトを掛け渡し、このベルトを介して前記主
軸に回転力を付与する第２のシリンダと、前記主軸の回
転と連動して昇降するナット部材と、このナット部材と
螺合しナット部材の昇降に伴って回転するねじ部材と、
このねじ部材に設けられ周方向に複数の係合部を有する
ロックプレートと、前記本体に設けられ前記ロックプレ
ートの係合部との係合により前記主軸の回転を拘束する
ロック手段とを具備したことを特徴とする。

【００１２】請求項３は、本体に回転自在に支持された
主軸を有し、この主軸にこの軸心を中心として旋回する
旋回アームおよびテストヘッドを備え、前記旋回アーム
にシリンダにより旋回力を付与して前記主軸を回転さ
せ、前記テストヘッドを旋回するプローブ装置におい
て、前記主軸と一体的に回動する回動アームと、この回
動アームに連結され回動アームの回動に伴って回動しな
がら昇降するナット部材と、前記本体に傾倒自在および
回転自在に設けられ前記ナット部材と螺合しナット部材
の昇降に伴って傾倒しながら回転するねじ部材と、この
ねじ部材に設けられ周方向に複数の係合部を有するロッ
クプレートと、前記本体に設けられ前記ロックプレート
の係合部との係合により前記主軸の回転を拘束するロッ
ク手段とを具備したことを特徴とする。好ましくは、ロ
ック手段は、ロックピンまたはロック用電磁ブレーキで
あることを特徴とする。

【００１３】

【作用】エアー供給源からシリンダにエアーが供給され
ると、旋回アームが主軸を中心として旋回し、主軸に回
転力が付与され、テストヘッドが主軸を中心として旋回
する。主軸の回転と連動してナット部材が昇降し、この
ナット部材と螺合しているねじ部材がナット部材の昇降
に伴って回転し、周方向に複数の係合部を有するロック
プレートも一体に回転する。

【００１４】テストヘッドが所望の位置に到達したと
き、シリンダへのエアー供給を停止すると、主軸の回転
が停止する。そこで、ロックピンを突出すると、ロック
ピンがロックプレートの係合部と係合し、ねじ部材が回
転不能にロックされるため、ナット部材を介して主軸が
回転不能にロックされ、テストヘッドは旋回途中で停止
し、その状態で保持される。また、電磁ブレーキの場合
には、電磁拘束力によりロックプレートの回転を拘束す
る。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図７はプローバ装置全体の概略的構成図であ
り、プローバ本体１の上部２には半導体ウエハＷを載置
固定する載置台３が設けられ、この載置台３はＸＹＺ方
向に移動自在で、半導体ウエハＷの水平面内および上下
方向に位置決めができるようになっている。

【００１６】プローバ本体１の上方には半導体ウエハＷ
に形成された各チップの電気的特性を検査するテストヘ
ッド４が後述する手段によって旋回可能に支持されてい
る。テストヘッド４とプローバ本体１との接続上には接
続リング或いはワイヤリングアッセンブリ５を有してお
り、プローブカード６は接続リングを介して設けられて
いる。このプローブカード６のプローブ針７を半導体ウ
エハＷに形成された各チップの電極パッドに接触させた
状態で、テスタから測定パターンを印加することによ
り、各チップの電気的特性を検査し得るように構成され
ている。

【００１７】前記テストヘッド４は、プローバ本体１に
設けられた旋回駆動機構８によって支持され、プローバ
本体１の上面の接続位置ａからプローバ本体１の側方の
非接続位置ｂとの間を旋回自在に支持されている。すな
わち、プローバ本体１の側部にはヒンジ取付け台９が設
けられ、このヒンジ取付け台９の上部には前記旋回駆動
機構８が収納されている。

【００１８】次に、旋回駆動機構８について説明する
と、図１〜図５に示すように構成されている。すなわ
ち、ヒンジ取付け台９のベース９ａには一対の支持部材
１０ａ，１０ｂが離間して立設されていて、これら一対
の支持部材１０ａ，１０ｂには主軸１１が軸受１２によ
って回転自在に軸支されている。

【００１９】この軸受１２はスペーサ１３を介してボル
ト１４によって支持部材１０ａ，１０ｂに固定されてお
り、スペーサ１３を追加したり、肉厚の異なるスペーサ
１３と交換することにより、主軸１１の高さ方向の取付
け位置を調節できる。また、支持部材１０ａ，１０ｂに
長孔（図示しない）を設け、この長孔に対してボルト１
４を挿通することにより、軸受１２の横方向の取付け位
置を調節することができる。

【００２０】主軸１１には一対の支持アーム１５が固定
され、この支持アーム１５に前記テストヘッド４が固定
されており、主軸１１の回転によってプローバ本体１の
上面の接続位置ａからプローバ本体１の側方の非接続位
置ｂとの間を旋回できるようになっている。

【００２１】この場合、主軸１１を回転させてテストヘ
ッド４をプローバ本体１の上面の接続位置ａにセットし
たとき、テストヘッド４を接続位置ａに正確に位置決め
する必要があるが、部品の寸法誤差、組立て誤差によっ
てテストヘッド４が接続位置ａに正確に位置決めされな
い場合がある。

【００２２】このような場合、前記ボルト１４を緩めて
軸受１２を横方向に移動して主軸１１の横方向の位置を
調節したり、支持部材１０ａ，１０ｂと軸受１２との間
のスペーサ１３を交換して主軸１１の高さを調節するこ
とにより、テストヘッド４をプローバ本体１の上面の接
続位置ａに正確に位置決めできる。

【００２３】また、前記支持部材１０ｂの外側に位置す
る主軸１１の一端部には旋回アーム１６の基端部が嵌着
されており、この旋回アーム１６に対向する前記ヒンジ
取付け台９の内部には第１のシリンダ１７が上向きに設
けられている。この第１のシリンダ１７のシリンダ部１
８ａは、エア供給源（図示しない）に接続され、その基
端部が枢支部１９を介してベース９ａに回動自在に取り
付けられており、ピストン部１８ｂの先端部は連結ピン
２０によって前記旋回アーム１６の先端部に回動自在に
連結されている。そして、第１のシリンダ１７のピスト
ン部１８ａの突出・没入の直進運動を旋回アーム１６に
よって回転運動に変換し、主軸１１を正逆方向に回転す
るようになっている。

【００２４】前記支持部材１０ｂの内側に位置する主軸
１１には回動アーム２１の基端部が嵌着され、この先端
部には連結ピン２２を介してナット部材２３が回動自在
に連結されている。このナット部材２３は長方形の板状
体２４の下端部にナット部２５が一体に設けられ、この
ナット部２５には円柱棒状体の外周面にねじ部を形成し
たねじ部材２６が螺合されている。このねじ部材２６の
下端側は枢支軸２７によって揺動自在に支持された軸受
部材２８に回転自在に軸支されているとともに、ねじ部
材２６の下端部にはロックプレート２９が固定されてい
る。

【００２５】したがって、ロックプレート２９はねじ部
材２６と一体に回転するようになっているとともに、ね
じ部材２６の揺動運動と一体に揺動するようになってい
る。ロックプレート２９は、図５に示すように、円板状
に形成され、その周縁部には等間隔に複数の切欠部から
なる係合部３０が設けられている。

【００２６】また、ロックプレート２９に対向する下部
には小型シリンダ３１が上向きに設けられ、この小型シ
リンダ３１には前記ロックプレート２９の係合部３０に
係脱可能なロックピン３２が突没自在に設けられてい
る。そして、ロックピン３２の没入時にはロックプレー
ト２９を含むねじ部材２６は回転自在であるが、ロック
ピン３２の突出時にはロックピン３２がロックプレート
２９の係合部３０に係合し、ロックプレート２９を含む
ねじ部材２６は回転不能にロックするロック機構３３を
構成している。

【００２７】さらに、前記回動アーム２１に隣接して前
記主軸１１には上部プーリ３４が嵌着されている。この
プーリ３４に対応する主軸１１の下方には下部プーリ３
５が設けられている。そして、上部プレート３４と下部
プレート３５との間にはベルト３６が掛け渡されてい
る。

【００２８】前記下部プーリ３５はブラケット３７によ
って支持されており、このブラケット３７は主軸１１に
固定された支持プレート３８に固定されている。この支
持プレート３８の下端部にはガイドピン３９が突設され
ており、このガイドピン３９はベース９ａに固定された
ガイドプレート４０の上下方向に長孔４１に挿入されて
いる。

【００２９】さらに、図４に示すように、前記ベルト３
６の隣側には支持プレート３８に対して第２のシリンダ
４２が上向きに固定されている。この第２のシリンダ４
２のピストンロッド４３の先端部は固定プレート４４を
介してベルト３６の途中に固定されている。すなわち、
ピストンロッド４３の突没運動をベルト３６に伝達さ
せ、ベルト３６を一定の距離だけ走行させ、上下部プー
リ３４，３５を介して主軸１１に回転力を付与できるよ
うになっている。

【００３０】次に、前述のように構成されたプローブ装
置の作用について説明する。テストヘッド４がプローバ
本体１の接続位置ａにあるときには、主軸１１に設けら
れた旋回アーム１６は図２のＡ点にある。この状態か
ら、テストヘッド４の保守・点検あるいは修理の際し、
テストヘッド４をプローバ本体１の接続位置ａからプロ
ーバ本体１の側方の非接続位置ｂまで左旋回する場合に
は、第１のシリンダ１７のシリンダ部１８ａにおける上
室に高圧エアーが供給される。

【００３１】シリンダ部１８ａの上室に高圧エアーが供
給されると、ピストン部１８ｂは押し下げられ、連結ピ
ン２０によって連結された旋回アーム１６は主軸１１を
中心として図２の矢印Ｄ方向に旋回する。したがって、
主軸１１は旋回アーム１６と一体に回転し、この主軸１
１に支持アーム１５を介して固定されたテストヘッド４
は接続位置ａから上昇する。

【００３２】このとき、主軸１１に嵌着された回動アー
ム２１は一体に回動するとともに上部プーリ３４も回転
する。したがって、回動アーム２１に連結ピン２２を介
して連結されたナット部材２３は押し下げられ、このナ
ット部材２３の下方への移動によってナット部２５に螺
合しているねじ部材２６は揺動しながら回転し、ロック
プレート２９も一体に高速回転する。また、前記上部プ
ーリ３４の回転によって下部プーリ３５との間に掛け渡
されたベルト３６が走行する。

【００３３】第１のシリンダ１７による駆動力で旋回ア
ーム１６が図２のＢ点、つまり下死点に到達すると、第
１のシリンダ１７は垂直状態となり、連結ピン２０が主
軸１１の真下になって左右どちらにも移動しない状態と
なる。したがって、回動アーム２１に連結されたナット
部材２３も垂直状態となり、ナット部２５が最下位に位
置したところで停止し、ねじ部材２６の回転も停止す
る。

【００３４】この状態から、第２のシリンダ４２に高圧
エアーが供給されると、ピストンロッド４３が突出し、
固定プレート４４を介して連結されたベルト３６に走行
力が付与される。

【００３５】ベルト３６に第２のシリンダ４２から駆動
力が付与されると、上部プーリ３４および下部プーリ３
５が回転するため、上部プーリ３４から主軸１１に回転
力が付与される。したがって、下死点にあった旋回アー
ム１６は主軸１１を中心として矢印Ｄ方向に旋回する。

【００３６】これと同時に、第１のシリンダ１７のシリ
ンダ部１８ａにおける下室に高圧エアーが供給され、ピ
ストン部１８ｂは押し上げられ、連結ピン２０によって
連結された旋回アーム１６は主軸１１を中心としてさら
に矢印Ｄ方向に旋回する。そして、旋回アーム１６は図
２のＣ点まで旋回し、テストヘッド４が非接続位置ｂに
到達したところで停止する。したがって、旋回アーム１
６はＡ点からＣ点までの約１８０゜旋回し、テストヘッ
ド４を接続位置ａから非接続位置ｂまで回動させること
ができる。

【００３７】旋回アーム１６がＢ点からＣ点まで旋回す
る間においても、主軸１１に嵌着された回動アーム２１
は一体に回動するため、下死点に位置していたナット部
材２３は逆に引き上げられる。このナット部材２３の上
方への移動によってナット部２５に螺合しているねじ部
材２６は揺動しながら逆方向に回転し、ロックプレート
２９も一体に逆方向に高速回転する。したがって、ロッ
クプレート２９は、旋回アーム１６がＡ点からＢ点に移
動する間は正転し、Ｂ点からＣ点まで移動する間は逆転
することになる。

【００３８】また、テストヘッド４が接続位置ａから非
接続位置ｂまで旋回する途中でテストヘッド４を停止さ
せ、その停止状態でテストヘッド４を確実に保持する場
合にはロック機構３３を作動させることにより、主軸１
１の回転を機械的にロックさせることができる。すなわ
ち、小型シリンダ３１には前記ロックプレート２９の係
合部３０に係脱可能なロックピン３２が突没自在に設け
られているため、ロックピン３２を突出すると、ロック
ピン３２がロックプレート２９の係合部３０に係合し、
ロックプレート２９を含むねじ部材２６は回転不能とな
る。

【００３９】したがって、ねじ部材２６に螺合している
ナット部材２３はねじ部材２６の軸方向に移動不能とな
り、このナット部材２３に連結ピン２２を介して連結さ
れた回動アーム２１も回動不能となるため主軸１１の回
転が阻止される。

【００４０】したがって、テストヘッド４を旋回途中の
任意の位置で停止させることができる。例えば半導体ウ
エハＷを検査する前にそのセット状態を点検したいとき
やテストヘッド４の動作点検を行う場合に安全に作業を
行うことができる。

【００４１】なお、前記一実施例においては、円板状の
ロックプレート２９の周縁部に切欠部からなる係合部３
０を設け、小型シリンダ３１によって突没するロックピ
ン３２を係合部３０に係合してねじ部材２６の回転を機
械的にロックするようにしたが、ロックプレートに複数
の孔からなる係合部を設けてもよく、またロックピンを
ソレノイドによって突没させてもよい。

【００４２】また、ロックピンに代って、図６に示すよ
うに、ロックプレート２９を拘束・解放するロック用電
磁ブレーキ４５を設けることにより、任意の位置でロッ
クすることができ、ロックプレート２９の高速回転に対
応できる。また、電磁ブレーキ４５によってテストヘッ
ド４の旋回スピードを可変することもできる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、テストヘッドを接続位置から非接続位置に円滑に旋
回することができ、また旋回途中の任意の位置で機械的
にロックして停止することができるため、保守点検等が
安心して行え、安全性の面での信頼性を向上できる。さ
らに、構造的に簡単で、小型化を図ることができるか
ら、省スペース化を図ることができると共に、コストダ
ウンを図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すプローブ装置の旋回
駆動機構の正面図。

【図２】同実施例の旋回アームと回動アームの作用説明
図。

【図３】図１の平面図。

【図４】同実施例のベルトおよびこのベルトに走行力を
付与する第２のシリンダの側面図。

【図５】同実施例のロック機構を示し、（ａ）は縦断正
面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図６】同実施例のロック機構の変形例を示す縦断正面
図。

【図７】同実施例のプローブ装置の全体の概略的構成
図。

【符号の説明】 １…本体、４…テストヘッド、１１…主軸、１６…旋回
アーム、１７…第１のシリンダ、２３…ナット部材、２
６…ねじ部材、２９…ロックプレート、３０…係合部、
３２…ロックピン、３３…ロック機構。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体に回転自在に支持された主軸を有
   し、この主軸にこの軸心を中心として旋回する旋回アー
   ムおよびテストヘッドを備え、前記旋回アームにシリン
   ダにより旋回力を付与して前記主軸を回転させ、前記テ
   ストヘッドを旋回するプローブ装置において、 前記主軸の回転と連動して昇降するナット部材と、この
   ナット部材と螺合しナット部材の昇降に伴って回転する
   ねじ部材と、このねじ部材に設けられ周方向に複数の係
   合部を有するロックプレートと、前記本体に設けられ前
   記ロックプレートの係合部との係合により前記主軸の回
   転を拘束するロック手段とを具備したことを特徴とする
   プローブ装置。
2. 【請求項２】 本体に回転自在に支持された主軸を有
   し、この主軸にこの軸心を中心として旋回する旋回アー
   ムおよびテストヘッドを備え、前記旋回アームにシリン
   ダにより旋回力を付与して前記主軸を回転させ、前記テ
   ストヘッドを旋回するプローブ装置において、 前記旋回アームを介して主軸に回転力を付与する第１の
   シリンダと、前記本体と主軸のそれぞれに設けたプーリ
   間にベルトを掛け渡し、このベルトを介して前記主軸に
   回転力を付与する第２のシリンダと、前記主軸の回転と
   連動して昇降するナット部材と、このナット部材と螺合
   しナット部材の昇降に伴って回転するねじ部材と、この
   ねじ部材に設けられ周方向に複数の係合部を有するロッ
   クプレートと、前記本体に設けられ前記ロックプレート
   の係合部との係合により前記主軸の回転を拘束するロッ
   ク手段とを具備したことを特徴とするプローブ装置。
3. 【請求項３】 本体に回転自在に支持された主軸を有
   し、この主軸にこの軸心を中心として旋回する旋回アー
   ムおよびテストヘッドを備え、前記旋回アームにシリン
   ダにより旋回力を付与して前記主軸を回転させ、前記テ
   ストヘッドを旋回するプローブ装置において、 前記主軸と一体的に回動する回動アームと、この回動ア
   ームに連結され回動アームの回動に伴って回動しながら
   昇降するナット部材と、前記本体に傾倒自在および回転
   自在に設けられ前記ナット部材と螺合しナット部材の昇
   降に伴って傾倒しながら回転するねじ部材と、このねじ
   部材に設けられ周方向に複数の係合部を有するロックプ
   レートと、前記本体に設けられ前記ロックプレートの係
   合部との係合により前記主軸の回転を拘束するロック手
   段とを具備したことを特徴とするプローブ装置。
4. 【請求項４】 ロック手段は、ロックピンであることを
   特徴とする請求項１または２または３記載のプローブ装
   置。
5. 【請求項５】 ロック手段は、ロック用電磁ブレーキで
   あることを特徴とする請求項１または２または３記載の
   プローブ装置。