JPH0922927A - 位置決め装置および検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プローバ本体等の固定部とテストヘッド等の可
動部とを高精度に位置決め固定でき、振動等の外乱に対
しても相互の位置を保持できる位置決め装置を提供する
ことにある。 【解決手段】プローバ本体１と、このプローバ本体１に
搭載されるテストヘッド２と、このテストヘッド２を少
なくとも３箇所で支持し前記プローバ本体１の水平基準
面に対して前記テストヘッド２を平行状態に支持する支
持機構９ａ〜９ｃとからなり、前記支持機構９ａ〜９ｃ
のうち少なくとも２箇所は、前記テストヘッド２に設け
られた円筒状の受け部材４３と、この受け部材４３に対
応する位置に設けられた第１の昇降部材２５と、この第
１の昇降部材２５に支持されるとともに径方向に伸縮自
在であり、軸方向からの押圧力によって拡径して前記受
け部材４３の内周面にロックされる円筒状のチャック３
８とから構成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め装置およ
び検査装置に係り、特に例えば半導体ウエハのチップ等
の被検査体を電気的に検査するプローブ装置等に採用さ
れる位置決め装置および検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、半導体
ウエハ上に精密写真技術等を用いて所定の回路パターン
を持つ多数の半導体チップ（半導体デバイス）が配列し
て形成される。これらチップの電気的特性の検査（試験
判定）は、各チップが分割される前の半導体ウエハの状
態で、プローブ装置により行われる。この検査の結果、
良品と判定されたチップのみを、次のボンディングやパ
ッケージィング工程に送り、最終製品の歩留まりの向上
を図るようにしている。

【０００３】このプローブ装置は、メインステージ部に
はＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に構成されたウエ
ハ載置台が備えられており、このウエハ載置台の上方に
対向する位置には、半導体ウエハのチップの電極パッド
に対応した多数のプローブ針を備えるプローブカードを
備えたテストヘッドが設置されている。

【０００４】そして、ウエハ載置台上に被検査体である
半導体ウエハを搭載支持し、そのウエハ載置台をＸ−Ｙ
−Ｚ−θ方向に移動制御して、この上面に保持した半導
体ウエハ上の各チップ毎に多数の電極パッド列に前記プ
ローブカードのプローブ針列の各針先を位置合わせして
接触させる。

【０００５】この接触は多数の電極パッドに対して各針
先が均一な電気的接続を得ることが正確な検査を行う上
で必須条件である。このようにして各チップの各電極パ
ッドにプローブ針を介してテストヘッド並びに外部テス
タと電気的に接続されて、外部テスタによる該半導体ウ
エハのチップの電気的特性を検査するようになってい
る。

【０００６】ところで、前述のプローブ装置は、プロー
ブ本体の一側部にテストヘッド保持機構を設け、このテ
ストヘッド保持機構によってテストヘッドを保持してい
る。そして、テストヘッドの回転機構によってテストヘ
ッドを回動させてプローバ本体のヘッドプレート上に無
重量の状態で載置し、位置決めした後、テストヘッドを
ヘッドプレートに固定している。また、プローブカード
はヘッドプレート側に取り付け、ウエハ載置台と位置決
めしていた。

【０００７】しかしながら、被検査体であるＩＣの集積
度が６Ｍから６４Ｍ、２５６Ｍとなるにつれ、ＩＣ内配
線が短く、高周波特性がよくなるため、検査するための
テスタ側のプローブでも高周波特性の要求が望まれ、テ
ストヘッドとウエハとの間を更に縮めて外部テスタから
配線の長さを短くして高周波テスト信号による高精度の
テストを行う必要性が生じてきた。そこで、本出願人
は、ヘッドプレートを取り外し、前記間隔を縮める開発
を行っている。この開発において、テストヘッドに直接
プローブ針を備えるとともに、ウエハを支持するウエハ
載置台に対する前記プローブカードの傾きを検出し、こ
の検出情報に基づきウエハ載置台の傾きを補正する技術
を見出だし、この技術を本出願人は例えば特開平５−３
３５３８５号公報に記載されている。

【０００８】前述のような検査装置では、ウエハのチッ
プの例えば１００ミクロン角の面積にプローブ針の先端
球の直径が例えば６０ミクロン丸を接触させるには、位
置決め許容誤差が±３０ミクロン以内でなければ使用で
きない。

【０００９】従来の検査装置では例えば高精度に製造さ
れた回転機構でテストヘッドをプローバ上面において回
転移動させてプローブ針列をウエハの電極パッド配列と
の回転方向の位置合わせをしている時、テストヘッドと
上記回転機構を結ぶアーム及び匡体は長さに比例して熱
変形が大きく影響し、許容誤差が例えば±３０ミクロン
を越えてしまう。したがって、高い精度のθ方向位置合
わせが困難であった。

【００１０】すなわち、図１５および図１６に示す構成
となっている。テストヘッド７０に設けたメス型固定金
具７１とプローバ本体７４に固定されたオス型固定金具
７２との隙間は少なくとも２００ミクロン必要である。
この構成でテストする際はテストヘッド回転駆動機構７
３を駆動させてテストヘッド７０をプローバ本体７４に
載置し、オス型固定金具７２にメス型固定金具７１が嵌
合し、さらにテストヘッド７０のＺ方向位置を固定具７
６で固定してプロービングし、テストしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、テスト
ヘッド７０のＸＹ方向は固定されていないので、ウエハ
７７の電極７７ａ（例えばＢ＝１００ミクロン角）で、
この電極７７ａの半分の位置に先端球部の直径６０ミク
ロンのプローブ針が位置し、位置ずれ許容範囲が小さい
こと、などの要注意条件が存在する。

【００１２】このような状態でテストを行うと、個々の
チップ毎のステップ送りによるプローバ本体７４の振動
でテストヘッド７７が例えばＸＹ方向にＡ＝１００ミク
ロン平行移動すると、プローブ針７８は、図１６に示す
ように電極７７ａからＣ＝７０ミクロン平行移動して電
極パッドからプローブ針７８が外れてしまう。したがっ
て、メス型固定金具７１とオス型固定金具７２との隙間
は少なくとも３０ミクロン以内にしなければならない。
例え３０ミクロンにしたとしても、テストヘッド回転駆
動機構７３の回転アーム７９の熱変形、組立て誤差を考
えると、プローブ針位置合わせが極めて困難で、軸合わ
せが難しい。

【００１３】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、例えばプローバ本体等
の固定部とテストヘッド等の可動部とを高精度に位置決
め固定でき、振動等の外乱に対しても相互の位置を保持
できる位置決め装置および検査装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、請求項１は、固定部と、この固定部に接離
する可動部と、この可動部が前記固定部に設けられた
時、少なくとも３箇所で支持し前記固定部の水平基準面
に対して前記可動部を平行状態に支持する支持機構とか
らなり、前記支持機構のうち少なくとも２箇所、前記可
動部に設けられた係合部材と、この係合部材に係合した
際、仮固定され昇降調整機構を有する昇降部材と、この
昇降部材の昇降調整により前記可動部の平行状態を調整
する手段とを備えてなることを特徴とする位置決め装置
にある。

【００１５】請求項２は、固定部と、この固定部に接離
する可動部と、この可動部が前記固定部に設けられた
時、少なくとも３箇所で支持し前記固定部の水平基準面
に対して前記可動部を平行状態に支持する支持機構とか
らなり、前記支持機構のうち少なくとも２箇所、前記可
動部に設けられた係合部材と、この係合部材に係合した
際、仮固定され昇降調整機構を有する昇降部材と、この
昇降部材に支持されるとともに径方向に伸縮自在であ
り、軸方向からの押圧力によって拡径して前記受け部材
の内周面にロックされる円筒状の位置決め固定部材とか
ら構成されていることを特徴とする位置決め装置にあ
る。

【００１６】請求項３は、前記位置決め固定部材は、外
周面に軸方向に沿って複数のすり割りを有する円筒部
と、この円筒部の両端面に設けられテーパ内周面を有す
る凹陥部とからなり、この凹陥部に前記昇降部材が嵌合
されることを特徴とする。

【００１７】請求項４は、前記位置決め固定部材は、外
周面に軸方向に沿って複数のすり割りを有する円筒部
と、この円筒部の両端面に設けられテーパ内周面を有す
る凹陥部とからなり、無負荷状態にあっては前記受け部
材に緩嵌合することを特徴とする。

【００１８】請求項５は、前記昇降部材は、前記凹陥部
に嵌合され位置決め固定部材に軸方向の押圧力を付与す
る上下一対の部材からなり、その端部には昇降部材の軸
心に曲率中心を有する球面に形成されていることを特徴
とする。

【００１９】請求項６は、被検査体を電気的にテスタに
より検査する際、プローピングするプローバ本体と、こ
のプローバ本体に接離可能に設けられ前記テスタから接
続されたテストヘッドと、このテストヘッドが前記プロ
ーバ本体に移動した際、少なくとも３箇所で支持し前記
プローバ本体の水平基準面に対して前記テストヘッドを
平行状態に支持する支持機構と、この支持機構のうち少
なくとも２箇所、前記テストヘッドに設けられた係合部
材と、この係合部材に係合した際、仮固定され昇降機構
を有する昇降部材と、この昇降部材に支持されるととも
に径方向に伸縮自在であり、軸方向からの押圧力による
昇降調整により前記テストヘッドの平行状態を調整する
手段とを具備したことを特徴とする検査装置にある。

【００２０】請求項７は、プローバ本体と、このプロー
バ本体に搭載されるヘッドプレートと、このヘッドプレ
ートを少なくとも３箇所で支持し前記プローバ本体の水
平基準面に対して前記ヘッドプレートを平行状態に支持
する支持機構とからなり、前記支持機構のうち少なくと
も２箇所は、前記ヘッドプレートに設けられた円筒状の
受け部材と、この受け部材に対応する位置に設けられた
昇降部材と、この昇降部材に支持されるとともに径方向
に伸縮自在であり、軸方向からの押圧力によって拡径し
て前記受け部材の内周面にロックされる円筒状の位置決
め固定部材とから構成されていることを特徴とする検査
装置にある。

【００２１】前記位置決め装置によれば、固定部に対し
て可動部がＸＹ方向にずれたり、傾いて搭載されても、
係合部材と位置決め固定部材との嵌合によってプローバ
本体の固定部とテストヘッドの可動部とを高精度に位置
決めすることができ、位置決め後、位置決め固定部材を
昇降部材によって軸方向からの押圧力を付与すると、位
置決め固定部材が拡径して前記受け部材の内周面にロッ
クされ、固定部に対して可動部が位置決め固定される。
また、昇降部材の昇降によって可動部の高さを調整でき
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の各実施形態を図
面に基づいて説明する。図１〜図１２は第１の実施形態
を示し、図１は、ウエハプローバの全体を示す。１は固
定部としてのプローバ本体であり、２は可動部としての
テストヘッドである。テストヘッド２にはプローブカー
ド３が設けられ、このプローブカード３にはウエハ４に
形成された半導体チップ４ａの電極に電気的に接触させ
てテスタ（図示せず）で良否を検査するプローブ針５が
設けられている。

【００２３】プローバ本体１の一側部には回転駆動機構
６が設けられ、この回転駆動機構６の回動アーム６ａに
は前記テストヘッド２が支持されている。そして、回転
駆動機構６によって回動アーム６ａが回動してテストヘ
ッド２をプローバ本体１に搭載できるようになってい
る。

【００２４】先ず、ウエハプローバの概略的構成を説明
すると、プローバ本体１のベース７は例えば長さ６８０
×奥行８３０×厚１２０ｍｍ鉄鋳材料によって形成さ
れ、その中央部にはウエハ４を載置する載置機構８が設
けられている。プローバ本体１の周辺部にはテストヘッ
ド２を支える支持機構９ａ，９ｂ，９ｃが少なくとも３
箇所設けられている。ここで、支持機構９ａ，９ｂ，９
ｃは載置機構８の中心から等距離で、互いに等間隔に配
置されているのが望ましい。

【００２５】また、ベース７の例えば右側部にはウエハ
４が収納されている収納カセット（図示せず）およびこ
のカセットからウエハ４を出し入れするローダ、アンロ
ーダ（図示せず）が配置されている。更に、このプロー
バ本体１の上部にはウエハ４の電極を画像確認するモニ
タ１０が設けられている。

【００２６】次に、前記各部の構成について詳細に説明
すると、まず、ウエハ４を載置する載置台を有する機構
部８は、図２に示すように構成されている。すなわち、
材料、例えば鉄製のベース７には例えばステンレス材料
からなる一対のガイドレール１１が敷設され、このガイ
ドレール１１にはＸ方向に沿って移動自在なガイドレー
ル上にＸステージ１２が設けられている。このＸステー
ジ１２上にはＹ方向に移動自在なガイドレール上にＹス
テージ１３が搭載されている。更にＹステージ１３上に
はＺ方向（上下方向）に移動自在なガイドレール上にＺ
ステージ１４が搭載され、このＺステージ１４にはθ方
向回転自在なステージ１５が取付板１６を介して搭載さ
れている。ここで、Ｚステージは最大４０ｍｍ昇降可能
になっている。前記Ｘ、Ｙ、Ｚ、θの駆動はすべてステ
ッピングモータの回転軸に結合されている。

【００２７】前記ウエハ４を支持するステージ１５の内
部にはウエハを自動的に搬入搬出を行うための手段、例
えば３本の突出ピン（図示せず）が埋設されている。ス
テージ１５の上面より例えば３ｍｍ突出しまたはステー
ジ１５が降下し、この突出ピンの上端で前記ローダ機構
（図示せず）によって搬送されたウエハ４を受け取り、
この突出ピンの没入によりウエハ４をステージ１５の上
面に載置するようになっている。ここで、３本のピンの
構造は特開昭６３−３０８３３６号公報に記載されてい
るので詳細な説明は省略する。

【００２８】次に、テストヘッド２がウエハ４の上方に
回転移動されたときの、このベッド２を支える支持機構
９ａ，９ｂ，９ｃについて説明する。これらの機構９
ａ，９ｂ，９ｃは同一構造であるため、その一つについ
て説明すると、図３および図４で示すように構成されて
いる。

【００２９】すなわち、前記ベース７には外径が例えば
４５ｍｍの円柱状のポール１７が垂直に立設されてい
る。このポール１７の上端部には例えば外径３５ｍｍの
小径部１８が設けられている。ポール１７の下端部には
仕切り壁１７ａ，１７ｂを挟んで上下３段の空洞部１７
ｃ〜１７ｅが設けられ、上段の空洞部１７ｃはポール１
７の軸心部を貫通する貫通孔１９に連通している。

【００３０】この貫通孔１９には図４に示すボール軸受
２０が挿入されている。このボール軸受２０はフランジ
２０ａを有するスリーブ２０ｂと、このスリーブ２０ｂ
の内周面に軸方向に亘って複数個配列されたボール２０
ｃとからなり、フランジ２０ａは前記上段の空洞部１７
ｃの上面にボルト２１によって固定されている。

【００３１】前記上部の仕切り壁１７ａには貫通孔１９
と同心的に貫通孔２２が穿設され、この貫通孔２２には
スクリューブッシュ２３が挿入されている。このスクリ
ューブッシュ２３はフランジ２３ａを有するスリーブ２
３ｂと、このスリーブ２３ｂの内周面に形成された台形
のねじ部２３ｃとからなり、フランジ２３ａが前記上段
の空洞部１７ｃの下面にボルト２４によって固定されて
いる。

【００３２】前記ボール軸受２０には円筒状の第１の昇
降部材２５が昇降自在に嵌合されている。また、スクリ
ューブッシュ２３にはスクリュー筒体２６がねじ部２３
ｃと螺合した状態に嵌合され、ネジのピッチで昇降精度
が構成されている。そして、この第１の昇降部材２５の
下端面とスクリュー筒体２６の上端面との間にはスラス
トベアリング２７が介在されている。

【００３３】スクリュー筒体２６の下端部は中段の空洞
部１７ｄまで突出しており、この下端部には従動ギャ２
８が嵌着され、この従動ギャ２８は空洞部１７ｄの内部
に設けられたモータ２９の駆動ギャ３０と噛合してい
る。

【００３４】前記第１の昇降部材２５およびスクリュー
筒体２６には１本のシャフト３１が上下動自在に貫通し
ており、このシャフト３１と第１の昇降機構２５との間
には隙間ｇが設けられている。シャフト３１の下端部は
中段の空洞部１７ｄまで突出しており、この下端部は下
部の仕切り壁１７ｂに垂直方向に固定されたシリンダ３
２のロッド３３に継手３４を介して連結されている。

【００３５】シャフト３１の上端部は第１の昇降部材２
５の上端部からさらに上方へ突出しており、この上端部
にはねじ部３５が設けられている。このねじ部３５には
第２の昇降部材３６がナット３７によって固定されてい
る。したがって、第１と第２の昇降部材２５，３６は上
下に離間して設けられ、両者間には位置決め固定部材と
してのチャック３８がシャフト３１に嵌合した状態に設
けられている。

【００３６】チャック３８は、前記テストヘッド２をＸ
Ｙ方向位置を仮固定し、上下方向の位置調整を可能とす
るものである。すなわち、図５に示すように、例えば外
径３２ｍｍ×内径８，５ｍｍ×高さ３５ｍｍダイス鋼材
またはベアリング鋼材の円筒体３９の外周壁に、例えば
１６等分割（角度２２，５度）毎に一部を残して外面か
ら内面まで達するように交互にすり割り４０が形成され
ている。また、円筒体３９の上下端面には円錐台状の凹
陥部４１が設けられ、この上下端の外周縁部にはＸＹ方
向の多少のズレをカバーするため、先端細径のテーパ部
３９ａが形成されている。このように構成のチャック３
８は、円筒体３９に前述したようにすり割り４０を形成
した後、円筒体３９の外周にワイヤを巻き付けて締め付
け、縮径した状態で焼き入れし、さらにバレル仕上げ加
工して製作したものであり、径方向に伸縮自在であり、
軸方向から押圧力を加えると拡径するようになり、ＸＹ
方向の位置を決定する構成となっている。

【００３７】前述のように構成されたチャック３８は、
図４に示すシャフト３１に嵌合された状態で、第１と第
２の昇降部材２５，３６間に介在されている。ここで、
第１の昇降部材２５の上端部には軸心の１点ｏを曲率中
心とする球面２５ａが形成され、この球面２５ａは前記
チャック３８の凹陥部４１に形成されたテーパ内周面４
１ａに接合している。また、第２の昇降部材３６の下端
部には軸心の１点ｏを曲率中心とする球面３６ａが形成
され、この球面３６ａは前記チャック３８の凹陥部４１
に形成されたテーパ内周面４１ａに接合している。さら
に、第１と第２の昇降部材２５，３６とチャック３８と
の間には波型ワッシャ４２が介在されている。

【００３８】一方、前記テストヘッド２の下面には、図
４に示すように、係合部材としての受け部材４３が固定
されている。この受け部材４３はフランジ４４を有する
円筒体４５で、チャック３８の全体を包むことができる
大きさに形成されている。すなわち、前記円筒体４５と
前記チャック３８との係合手段により、テストヘッド２
の最適ＸＹ方向位置、さらに軸心方向（すなわち昇降方
向）の最適位置での仮固定を可能としている。したがっ
て、チャック３８をフランジ４４に儲け、円筒体４５を
ポール１７の頂部に設けてもよい。したがって、チャッ
ク３８をフランジ４４に設け、円筒体４５をポール１７
の頂部に設けてもよい。さらに、円筒体４５の開口端に
は面取り部４５ａが設けられている。そして、チャック
３８が無負荷状態、つまり縮径状態にあっては、円筒体
４５と緩嵌合するようになっている。さらに、円筒体４
５の底部にはナット３７を含むシャフト３１の上端部を
逃がす凹部４６とチャック３８の上端面と当接する当接
部４７が設けられている。

【００３９】前記テストヘッド２の下面に３箇所設けら
れた受け部材４３をプローバ本体１に３箇所設けられた
支持機構９ａ，９ｂ，９ｃに支持したとき、図２に示す
ように、テストヘッド２の傾きによってテストヘッド２
に固定されているプローブカード３とステージ１５のウ
エハ４とが平行に保たれない場合がある。図６はその状
態を示すもので、プローブカードのうち例えばプローブ
針５ａ〜５ｄの４箇所からなる面Ｂがステージ１５上の
ウエハ４の面ＡとのＸ方向の傾き度ｎ、Ｙ方向の傾き度
ｍが生じてしまう。この傾きは、図７に示す角度検出機
構５０によって検出することができる。この角度検出機
構５０はウエハ４表面に対して複数個、例えば３箇所の
プローブ針５ａ〜５ｃの高さを求めている。

【００４０】すなわち、前記角度検出機構５０は、Ｚス
テージ１４と一体の取付板１６に設けたＣＣＤ等の第１
カメラ５１と、この第１カメラ５１の焦点部に進退可能
なターゲット５２と、ベース７から立設した部材に固定
されたＣＣＤ等の第２カメラ５３とから構成されてい
る。

【００４１】この第２カメラ５３は、図２に示すよう
に、ベース７に対して固定された一対のガイドレール５
４がＸ方向に沿って設けられている。このガイドレール
５４には移動機構５５がＸ方向に移動自在に設けられて
いる。ガイドレール５４の中央部にはボールネジ５６が
平行に設けられ、このボールネジ５６にはパルスモータ
５７が直結されている。ボールネジ５６には移動機構５
５に設けたボールナット（図示せず）が螺合されてお
り、この移動機構５５に前記角度検出機構５０が搭載さ
れている。前記パルスモータ５７にはエンコーダ５８が
設けられており、このパルスモータ５７に単パルス入力
すると、移動量が決定され、例えば角度検出機構５０が
Ｘ軸方向に５ミクロン進むように設計されている。

【００４２】前記角度検出機構５０には図７に示す光学
系が設けられている。この光学系の高解像度光学系は、
光軸路に低倍率のレンズＬ１を装着し、例えばプローブ
針および周辺領域を撮像し、高倍率のレンズＬ２に切り
替えて、プローブ針の先端の再撮像している。

【００４３】前記第１カメラ５１および第２カメラ５３
は、例えばプローブ針５ａ〜５ｃの画像光路を形成する
Ｌ３、全反射ミラーＭ１、シャッタＳ１、ビームスプリ
ッタＢ１、反射ミラーＭ２、レンズＬ４、光源部Ｋ１、
レンズＬ５及び前記第１バンプを撮像する例えばＣＣＤ
カメラＣ１により構成されている。

【００４４】図８はウエハ４面に対するプローブ針５の
先端の高さを検出する方法を示すもので、同図（ａ）に
示すように、載置機構８を駆動させてプローブ針５の位
置に第１カメラ５１の焦点を合わせ、ＸＹＺ軸座標上で
例えばＸｐ，Ｙｐ，Ｚｐ点を検出する。次に、同図
（ｂ）に示すように、載置機構８のステージ１５を所定
高さに下降させる。次に、同図（ｃ）に示すように、第
１カメラ５１の光軸にターゲット５２を突出させ、この
ターゲット５２に焦点が位置した高さを例えばＸｏ，Ｙ
ｏ，Ｚｏ点を検出する。そして、このターゲット５２上
に第２カメラ５３を移動させる。この第２カメラ５３の
焦点をターゲット５２に合致させ、第１カメラ５１と第
２カメラ５３の光軸合わせを行う。次に、同図（ｄ）に
示すように、第２カメラ５３をウエハ４面まで移動させ
る。次に、同図（ｅ）に示すように、第２カメラ５３の
焦点をウエハ４面に合致させる。この高さをＸｃ，Ｙ
ｃ，Ｚｃ点とする。

【００４５】従って、３次元座標で、ウエハ４表面に対
するある一つのプローブ針５の先端のＸ方向の高さはＸ
＝Ｘｐ−Ｘｃ＋Ｘｃ、Ｙ方向の高さはＹ＝Ｙｐ−Ｙｃ＋
Ｙｃ、Ｚ方向の高さは、Ｚ＝Ｚｐ−Ｚｃ＋Ｚｃで求め
る。ウエハ４表面に対する他のプローブ針の先端の高さ
も同様にして求める。

【００４６】この求めた結果、図９（ａ）（ｂ）に示す
ように、例えばプローブ針５ａとプローブ針５ｂとの距
離を２ｌ＝６ｍｍ、支持機構９ａと支持機構９ｂとの距
離を２Ｌ＝６００ｍｍに位置させた場合、プローブ針５
ａ、プローブ針５ｂの差が２０ミクロン有れば、支持機
構９ｂの第１の昇降部材２５を２０００ミクロン下降さ
せるためにモータ２９に−５００パルスを打ち込む。

【００４７】同様にして、図１０（ａ）（ｂ）に示すよ
うに、プローブ針５ｂとプローブ針５ｃとの距離を６ｍ
ｍ、支持機構９ｂと支持機構９ｃとの距離を４００ｍｍ
に位置させた場合、プローブ針５ｂ、プローブ針５ｃの
差が２５ミクロン有れば、支持機構９ｃの第１の昇降部
材２５を１６６７ミクロン下降させるために、モータ２
９に−４１７パルスを打ち込む。この計算は予めプログ
ラムされている演算部で行われる。

【００４８】次に、前述のように構成された位置決め装
置の作用について説明する。まず、図１に示す回転駆動
機構６を駆動して回動アーム６ａが回動すると、プロー
バ本体１の側方に退避していたテストヘッド２が回動し
てプローブカード３とともにプローバ本体１のあらかじ
め定められた位置に搭載される。

【００４９】プローバ本体１にはテストヘッド２を支持
するため３箇所に支持機構９ａ〜９ｃが設けられてお
り、テストヘッド２には受け部材４３が支持機構９ａ〜
９ｃに対応して設けられている。

【００５０】したがって、テストヘッド２はプローバ本
体１に３点支持される。各支持機構９ａ〜９ｃにはチャ
ック３８が設けられているが、図１１に示すように、チ
ャック３８は無負荷状態では縮径状態にあるため、受け
部材４３の円筒体４５と緩嵌合する。つまり、チャック
３８と受け部材４３とが相対的に位置ずれしていても、
チャック３８が円筒体４５より小径であること、チャッ
ク３８にテーパ部３９ａが形成されていること、および
円筒体４５に面取り部４５ａが設けられていることから
多少の位置ずれがあっても確実に嵌合してラフな位置決
めがされたことになる。

【００５１】チャック３８と受け部材４３とが嵌合する
と、テストヘッド２の荷重、例えば５０５０ｋｇは当接
部４７を介してチャック３８に軸方向の押圧力として加
わり、この押圧力によってチャック３８が第１と第２の
昇降部材２５，３８との間で挟持された状態となる。

【００５２】したがって、図１２に示すように、第１の
昇降部材２５の上端部の球面２５ａがチャック３８の凹
陥部４１内壁面に形成されたテーパ内周面４１ａを外側
へ押圧し、第２の昇降部材３６のの下端部の球面３６ａ
がチャック３８の凹陥部４１内壁面に形成されたテーパ
内周面４１ａを外側に押圧し、チャック３８は拡径され
る。そして、チャック３８の外周面は図４に示すように
受け部材４３の円筒体４５の内周面に圧接され、仮固定
される。すなわち、荷重を掛けたことによりテストヘッ
ド２のＸＹ方向の位置決めがされたことになる。

【００５３】この場合、テストヘッド２がプローバ本体
１の水平基準面としてのステージ１５に対して傾いてい
て、受け部材４３の円筒体４５が垂直線に対して傾いて
いた場合でもチャック３８による保持を良好に実施でき
る。すなわち、チャック３８がシャフト３１に対して図
１２に示されるように傾くが、第１および第２の昇降部
材２５，３６の球面２５ａ，３６ａが設けられているた
めにチャック３８を確実に保持することができる。

【００５４】さらに、各支持機構９ａ〜９ｃのシリンダ
３２によってロッド３３を引き下げると、シャフト３１
を介して第２の昇降部材３６が下降し、逆に第１の昇降
部材２５には上方への反力が作用する。したがって、球
面２５ａがチャック３８のテーパ内周面４１ａをさらに
強く押圧するとともに、球面３６ａがチャック３８のテ
ーパ内周面４１ａをさらに強く押圧するためチャック３
８はさらに拡径して受け部材４３にロックされ、支持機
構９ａ〜９ｃに対してテストヘッド２に固定状態とな
る。すなわち、テストヘッド２のＸＹ面の位置決めが完
了する。

【００５５】次に、テストヘッド２がプローバ本体１の
水平基準面に対して傾斜し、この傾きを補正する場合、
つまりテストヘッド２の高さ調整を行う場合について説
明する。モータ２９を駆動し、駆動ギャ３０を介して従
動ギャ２８を回転すると、スクリュー筒体２６が回転す
る。スクリュー筒体２６はスクリューブッシュ２３のね
じ部２３ｃに螺合しているため、スクリュー筒体２６は
回転しながら上昇または下降する。

【００５６】スクリュー筒体２６の上昇または下降は第
１の昇降部材２５を介してチャック３８に伝わり、さら
に受け部材４３を介してテストヘッド２に伝達され、シ
ャフト３１の軸方向の移動、すなわち昇降移動する。し
たがって、テストヘッド２のＸＹ方向をロックしたまま
でプローバ本体１に対してテストヘッド２の高さ調整が
でき、各支持機構９ａ〜９ｃを独立して駆動することに
よりテストヘッド２の傾きを所望する位置、例えば水平
状態に補正でき、その状態を維持できる。

【００５７】また、テストヘッド２をプローバ本体１か
ら退避する場合には、まずシリンダ３２によってシャフ
ト３１を押し上げ、第２の昇降部材３６をチャック３８
から離し、チャック３８を縮径させてロックを解除して
から回転駆動機構６を駆動する。

【００５８】なお、前記第１の実施形態では３箇所に支
持機構を設け、テストヘッドを３点支持した状態で、そ
れぞれの支持機構を昇降させるようにしたが、少なくと
も２箇所の支持機構を昇降させることにより高さ調整で
きる。すなわち、１箇所の支持機構はテストヘッド２を
球面軸受、ピボット軸受等によって回動自在に枢支し、
他の２箇所の支持機構を第１の実施形態と同様に昇降自
在とし、１箇所の球面軸受、ピボット軸受等を基準とし
て他の２箇所の支持機構を昇降させてもよく、また３箇
所に支持機構を設けることに限定されず、４箇所以上で
もよい。

【００５９】また、支持機構をプローバ本体のベースに
設けたが、プローバ本体とは別体の架台に支持してもよ
く、また支持機構をプローバ本体の上面に設けたプレー
トに支持してもよく、その取り付け箇所はプローバ本体
に設けられる他の機器と干渉しない位置に設ければよ
い。

【００６０】図１３は第２の実施形態を示し、第１の実
施形態と同一構成部分には同一番号を付して説明を省略
する。この実施形態はプローバ本体１の上部にヘッドプ
レート６０が搭載され、このヘッドプレート６０にはプ
ローブカード３が設けられている。プローバ本体１には
第１の実施形態と同様に３箇所に支持機構９ａ〜９ｃが
設けられており、これら支持機構９ａ〜９ｃによってヘ
ッドプレート６０を昇降自在に支持している。この実施
形態においても、１箇所の支持機構はヘッドプレート６
０を球面軸受、ピボット軸受等によって回動自在に枢支
し、他の２箇所の支持機構を昇降自在とし、１箇所の球
面軸受、ピボット軸受等を基準として他の２箇所の支持
機構を昇降させてもよく、また３箇所に支持機構を設け
ることに限定されず、４箇所以上でもよい。

【００６１】図１４は第３の実施形態を示し、第１の実
施形態においては、テストヘッド２の下面に受け部材４
３を固定したが、この実施形態はテストヘッド２に受け
部材４３を揺動自在に支持したものである。すなわち、
テストヘッド２の下面にはステンレイ鋼等の球状部材６
１が設けられており、受け部材４３には球状部材６１に
嵌合する球状凹部６２が設けられている。さらに、テス
トヘッド２の下面と受け部材４３の上面との間にはコイ
ルスプリング６３が圧縮状態に介在されており、このコ
イルスプリング６３の付勢力によって受け部材４３を垂
直方向に向くようにしている。したがって、受け部材４
３とチャック３８との嵌合がスムーズに行えるという効
果がある。

【００６２】なお、前記各実施形態では位置決め装置を
ウエハプローバに採用した場合について説明したが、本
発明の位置決め装置はウエハプローバに限定されるもの
ではなく、固定部と可動部とからなり、可動部のＸＹお
よびＺ方向を高精度に位置決めする必要があるあらゆる
機器に採用できる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固定部に対して可動部を支持する際に、その可動部がＸ
Ｙ方向およびＺ方向に位置ずれしていても、支持と共に
位置決め固定できる。しかも、可動部をロックできるこ
とから振動等の外乱に対しても相互の位置を保持するこ
とができ、ロック状態で移動体の傾き調整できるという
効果がある。

【００６４】また、プローバ本体の固定部に対してテス
トヘッドを支持する際に、そのテストヘッドがＸＹ方向
およびＺ方向に位置ずれしていても、支持と共に位置決
め固定できる。しかも、テストヘッドをロックできるこ
とから振動等の外乱に対しても相互の位置を保持するこ
とができ、ロック状態でテストヘッドの傾き調整できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すウエハプローバ
の斜視図。

【図２】同実施形態のウエハプローバの縦断正面図。

【図３】同実施形態の支持機構の縦断正面図。

【図４】同実施形態の支持機構の要部を拡大した縦断正
面図。

【図５】同実施形態のチャックの斜視図。

【図６】同実施形態のウエハ面Ａとプローブ針面Ｂと高
さを表すＸＹＺ座標図。

【図７】同実施形態の角度検出機構の光学系を示す構成
図。

【図８】同実施形態の第１カメラでプローブ針の高さを
検出をする作用説明図。

【図９】同実施形態の支持機構の作用説明図。

【図１０】同実施形態の支持機構の作用説明図。

【図１１】同実施形態の無負荷状態で縮径したチャック
を示す縦断面図。

【図１２】同実施形態の押圧力によって拡径したチャッ
クを示す縦断面図。

【図１３】本発明の第２の実施形態を示すウエハプロー
バの一部を断面した正面図。

【図１４】本発明の第３の実施形態を示す受け部材の支
持部の縦断正面図。

【図１５】従来のウエハプローバの概略的構成図。

【図１６】プローブ針と電極との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１…プローバ本体 ２…テストヘッド ３…プローブカード ８…載置機構 ９ａ〜９ｃ…支持機構 ２５…第１の昇降部材 ３６…第２の昇降部材 ３８…チャック ４３…受け部材

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【手続補正書】

【提出日】平成８年３月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部と、この固定部に接離する可動部
   と、この可動部が前記固定部に設けられた時、少なくと
   も３箇所で支持し前記固定部の水平基準面に対して前記
   可動部を平行状態に支持するための支持機構とからな
   り、 前記支持機構のうち少なくとも２箇所、前記可動部に設
   けられた係合部材と、この係合部材に係合した際、仮固
   定され昇降調整機構を有する昇降部材と、この昇降部材
   の昇降調整により前記可動部の平行状態を調整する手段
   とを備えてなることを特徴とする位置決め装置。
2. 【請求項２】 固定部と、この固定部に接離する可動部
   と、この可動部が前記固定部に設けられた時、少なくと
   も３箇所で支持し前記固定部の水平基準面に対して前記
   可動部を平行状態に支持するための支持機構とからな
   り、 前記支持機構のうち少なくとも２箇所、前記可動部に設
   けられた係合部材と、この係合部材に係合した際、仮固
   定され昇降調整機構を有する昇降部材と、この昇降部材
   に支持されるとともに径方向に伸縮自在であり、軸方向
   からの押圧力によって拡径して前記受け部材の内周面に
   ロックされる円筒状の位置決め固定部材とから構成され
   ていることを特徴とする位置決め装置。
3. 【請求項３】 前記位置決め固定部材は、外周面に軸方
   向に沿って複数のすり割りを有する円筒部と、この円筒
   部の両端面に設けられテーパ内周面を有する凹陥部とか
   らなり、この凹陥部に前記昇降部材が嵌合されることを
   特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
4. 【請求項４】 前記位置決め固定部材は、外周面に軸方
   向に沿って複数のすり割りを有する円筒部と、この円筒
   部の両端面に設けられテーパ内周面を有する凹陥部とか
   らなり、無負荷状態にあっては前記受け部材に緩嵌合す
   ることを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
5. 【請求項５】 前記昇降部材は、前記凹陥部に嵌合され
   位置決め固定部材に軸方向の押圧力を付与する上下一対
   の部材からなり、その端部には昇降部材の軸心に曲率中
   心を有する球面に形成されていることを特徴とする請求
   項１または２記載の位置決め装置。
6. 【請求項６】 被検査体を電気的にテスタにより検査す
   る際、プローピングするプローバ本体と、このプローバ
   本体に接離可能に設けられ前記テスタから接続されたテ
   ストヘッドと、このテストヘッドが前記プローバ本体に
   移動した際、少なくとも３箇所で支持し前記プローバ本
   体の水平基準面に対して前記テストヘッドを平行状態に
   支持する支持機構と、この支持機構のうち少なくとも２
   箇所、前記テストヘッドに設けられた係合部材と、この
   係合部材に係合した際、仮固定され昇降機構を有する昇
   降部材と、この昇降部材に支持されるとともに径方向に
   伸縮自在であり、軸方向からの押圧力による昇降調整に
   より前記テストヘッドの平行状態を調整する手段とを具
   備したことを特徴とする検査装置。
7. 【請求項７】 プローバ本体と、このプローバ本体に搭
   載されるヘッドプレートと、このヘッドプレートを少な
   くとも３箇所で支持し前記プローバ本体の水平基準面に
   対して前記ヘッドプレートを平行状態に支持する支持機
   構とからなり、 前記支持機構のうち少なくとも２箇所は、前記ヘッドプ
   レートに設けられた円筒状の受け部材と、この受け部材
   に対応する位置に設けられた昇降部材と、この昇降部材
   に支持されるとともに径方向に伸縮自在であり、軸方向
   からの押圧力によって拡径して前記受け部材の内周面に
   ロックされる円筒状の位置決め固定部材とから構成され
   ていることを特徴とする検査装置。