JPH1031035A - プローブカード固定機構及びプローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 検査中に空気圧の低下や空気供給の停止が起
っても、プローブカードを確実に固定し、またその脱落
を確実に防止できる固定機構とその機構を備えたプロー
ブ装置を提供する。 【解決手段】 プローブカード固定機構は、プローブ装
置本体のヘッドプレート１Ａに固定リング５１が固定さ
れ、該リング５１の下面に固定されたシリンダリング５
２と昇降可能に嵌合すると共に、前記固定リング５１と
の間で圧縮気体を導入できる気密室５３を作り、該室の
圧力に応じてシリンダリング５２に従ってピストンリン
グ５５が昇降し、このピストンリングと回転自在に嵌合
しかつプローブカードを受けるカード受けリング５６
を、ピストンリング５５を介して常に上方へ持上げるよ
うにシリンダリング５２にコイルスプリング５８が装着
され、このコイルスプリングの持上げ力によりプローブ
カードは固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブカード固定機
構及びプローブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプローブ装置は、例えば図７に示
すように、装置本体１と、この装置本体１内にＸ、Ｙ、
Ｚ及びθ方向で移動可能に配設され、被検査体例えば半
導体ウエハＷを載置する載置台２と、この載置台２上に
載置された半導体ウエハＷに形成されたＩＣチップの電
極パッドに対応するプローブ針３Ａを有するプローブカ
ード３と、このプローブカード３をカードホルダ４を介
して固定するインサートリング５と、このインサートリ
ング５に固定されたプローブカード３と接続リング６を
介して電気的に接続するテストヘッド７とを備え、載置
台２により半導体ウエハＷの電極パッドをプローブ針３
Ａに対して位置決めした後、テストヘッド７、接続リン
グ６及びプローブカード３を介して図示しないテスタと
半導体ウエハＷの各ＩＣチップとの間でテスト信号を送
受信して電気的検査を行なうようにしてある。

【０００３】ところで、上記インサートリング５はプロ
ーブカード３を自動的あるいは半自動的に交換するプロ
ーブカード固定機構（以下、単に「固定機構」と称
す。）として構成されている。従って、以下では必要に
応じてインサートリング５を固定機構５として説明す
る。この固定機構５は、図７の○で囲んだ部分を拡大し
た図８のような構造を有している。この固定機構５は、
図８に示すように、ヘッドプレート（図示せず）に固定
された固定リング５１と、この固定リング５１の下面に
嵌合したシリンダリング５２と、このシリンダリング５
２の外周上面全周に渡って形成されたリング状溝に装着
されて気密室５３を形成するＯリング５４と、このＯリ
ング５４を押さえるフランジ部５５Ａを有すると共にシ
リンダリング５２の外周面に従って昇降するピストンリ
ング５５と、このピストンリング５５の外面で係合する
と共に周方向で回転自在になったカード受けリング５６
とを備えて構成されている。

【０００４】また、上記カード受けリング５６の内周面
には周方向等間隔に複数の係合面５６Ａが内側に向けて
延設され、また、上記カードホルダ４の外周面には周方
向等間隔に複数の係合面４Ａが外側に向けて延設されて
いる。そして、カード受けリング５６の各係合面５６Ａ
の間をカードホルダ４の各係合面４Ａが通り抜け、カー
ドホルダ４を周方向に回転することで各係合面５６Ａと
各係合面４Ａが係合してカード受けリング５６でカード
ホルダ４を受けるようにしてある。

【０００５】また、上記固定リング５１及びシリンダリ
ング５２には外部から上記気密室５３へ通じる通路５７
がそれぞれ形成され、この通路５７には例えば図示しな
い空気供給源が接続され、この空気供給源から通路５７
を介して気密室５３に圧縮空気を供給するようにしてあ
る。気密室５３では圧縮空気の受給により上昇した空気
圧でＯリング５４がピストンリング５５と共に上昇し、
これにより持ち上げられたカード受けリング５６とシリ
ンダリング５２とでカードホルダ４をクランプし、この
時の空気圧によりカードホルダ４を介してプローブカー
ド３を固定するようにしてある。また、プローブカード
３を自動的あるいは半自動的に交換する時には、気密室
５３の圧縮空気を排気することによりピストンリング５
５と共にカード受けリング５６を下降させ、カードホル
ダ４をシリンダリング５２から離し、この状態でカード
受けリング５６を回転させてカードホルダ４の係合突部
４Ａとカード受けリング５６の係合面５６Ａとの係合状
態を解除することで、プローブカード３を取り外すよう
にしてある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プローブ装置の固定機構（インサートリング）５の場合
には、上述のようにシリンダリング５２の気密室５３内
の空気圧を利用してシリンダリング５２とカード受けリ
ング５６とでプローブカード３を固定するようにしてあ
るため、万一、何等かの原因で気密室５３に対する空気
の供給が停止したり、あるいは空気圧が極端に低下した
りした場合には、ピストンリング５５が徐々に下降し、
カードホルダ４、即ちプローブカード３を固定すること
ができず、最終的に図８の二点鎖線で示す位置まで落下
して半導体ウエハＷに接触し、プローブカード３が損傷
するという課題があった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、検査中に空気圧が低下したり、空気供給が
停止したりすることがあっても、プローブカードを確実
に固定し、プローブカードの脱落を確実に防止すること
ができるプローブカード固定機構及びこのプローブカー
ド固定機構を備えたプローブ装置を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のプローブカード固定機構は、被検査体の電気的特性を
行うプローブ装置の装置本体にプローブカードを固定す
る機構において、上記装置本体のヘッドプレートに固定
された固定リングと、この固定リングの下面に固定され
たシリンダリングと、このシリンダリングと昇降可能に
嵌合すると共に上記固定リングとの間で圧縮気体を導入
できる気密室を作り気密室の圧力に応じてシリンダリン
グに従って昇降するピストンリングと、このピストンリ
ングと回転自在に嵌合し且つ上記プローブカードを受け
るカード受けリングと、このカード受けリングを上記ピ
ストンリングを介して常時上方へ付勢するように上記シ
リンダリングに装着された弾性部材とを備え、上記弾性
部材の付勢力によりカード受けリングと上記シリンダリ
ングとで上記プローブカードを固定することを特徴とす
るものである。

【０００９】また、本発明の請求項２に記載のプローブ
カード固定機構は、請求項１に記載の発明において、上
記弾性部材は、コイルスプリングにより形成され、上記
シリンダリングの周壁に周方向等間隔に形成された複数
の孔にそれぞれ装着されたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、本発明の請求項３に記載のプローブ
装置は、被検査体に接触する接触子を有するプローブカ
ードと、このプローブカードを固定するプローブカード
固定機構とを備えプローブ装置において、上記プローブ
カード固定機構は、上記装置本体のヘッドプレートに固
定された固定リングと、この固定リングの下面に固定さ
れたシリンダリングと、このシリンダリングと昇降可能
に嵌合すると共に上記固定リングとの間で圧縮気体を導
入できる気密室を作り気密室の圧力に応じてシリンダリ
ングに従って昇降するピストンリングと、このピストン
リングと回転自在に嵌合し且つ上記プローブカードを受
けるカード受けリングと、このカード受けリングを上記
ピストンリングを介して常時上方へ付勢するように上記
シリンダリングに装着された弾性部材とを備え、上記弾
性部材の付勢力によりカード受けリングと上記シリンダ
リングとで上記プローブカードを固定することを特徴と
するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態例】以下、図１〜図６に示す実施形
態に基づいて従来と同一または相当部分には同一符号を
附して本発明を説明する。本実施形態のプローブ装置
は、図１に示すように、装置本体１と、この装置本体１
のヘッドプレート１Ａの中央孔にプローブカード３の固
定機構として装着されたインサートリング５と、このイ
ンサートリング５と外部との間でプローブカード３を搬
送するカード搬送機構８を備え、インサートリング５と
カード搬送機構８を介してプローブカード３を半自動的
に交換できるように構成されている。上記カード搬送機
構８は、装置本体１の正面で折り畳み自在に構成されて
いる。このカード搬送機構８は、例えばプローブカード
３を真空吸着するトレイ８１と、このトレイ８１を起倒
自在に支持するアーム８２と、このアーム８２を装置本
体１の正面とインサートリング５の真下との間で往復回
転させると共にアーム８２をインサートリング５の真下
で昇降させる駆動機構（図示せず）とを備え、トレイ８
１を介してプローブカード３を搬送するようにしてあ
る。尚、図１において、９は装置本体１の正面でトレイ
８１を被うカバーで、このカバー９は昇降可能に構成さ
れている。

【００１２】ところで、上記インサートリング（固定機
構）５は、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、装置本
体１のヘッドプレート１Ａに固定された固定リング５１
と、この固定リング５１の下面に軸芯を一致させて接合
したシリンダリング５２と、このシリンダリング５２に
外側から昇降可能に嵌合すると共に固定リング５１との
間で気密室５３を作るＯリング５４を支持するピストン
リング５５と、このピストンリング５５と回転自在に嵌
合し且つプローブカード３のホルダ４を受けるカード受
けリング５６と、このカード受けリング５６をシリンダ
リング５２に向けて持ち上げるようにピストンリング５
５を常時上方へ付勢する弾性部材例えばコイルスプリン
グ５８とを備えている。

【００１３】また、図３〜図５で拡大して示すように、
上記固定リング５１の下面にはリング状突起が形成さ
れ、このリング状突起に全周に渡って溝が形成されてい
る。この溝にはＯリング５４が装着され、このＯリング
５４によって溝内にリング状の気密室５３を作るように
してある。また、上記ピストンリング５５の上面にはリ
ング状の溝が形成され、このリング状溝に固定リング５
１のリング状突起が嵌入し、この溝の底面でＯリング５
４を支持している。また、図４に示すように、固定リン
グ５１には外部から気密室５３に通じる通路５７が形成
され、この通路５７には圧縮空気源１０及び排気装置１
１が切替可能に接続されている。そして、プローブカー
ド３を取り外す時には圧縮空気源１０から通路５７を介
して気密室５３内に圧縮空気が供給しコイルスプリング
５８の付勢力に抗してピストンリング５５を押し下げ、
また、プローブカード３を固定する時には排気装置１１
を用いて気密室５３内の加圧空気を排気して減圧しコイ
ルスプリング５８の付勢力でピストンリング５５を持ち
上げるようにしてある。

【００１４】また、図３〜図５に示すように、上記ピス
トンリング５５の下面外周縁部には下方に突出する周壁
５５Ａが形成され、この周壁５５Ａの内面下端には周方
向等間隔に複数の係合面５５Ｂが内側に向けて延設さ
れ、また、上記カード受けリング５６の外周面上端には
周方向等間隔に複数の係合面５６Ｂが外側に向けて延設
されている。そして、カード受けリング５６をピストン
リング５５に取り付ける時には、カード受けリング５６
の係合面５６Ｂをピストンリング５５の各係合面５５Ｂ
間の隙間に合わせ、カード受けリング５６を押し上げ、
周方向でカード受けリング５６を回転させることで係合
面５５Ｂに係合面５６Ｂを係合させて両者５５、５６を
一体化するようにしてある。また、カード受けリング５
６の内周面下端には周方向等間隔に複数の係合面５６Ａ
が内側に向けて延設され、各係合面５６Ａがカード搬送
機構８のトレイ８１上のカードホルダ４の係合面４Ａと
係合し、プローブカード３をカード受けリング５６で受
けて支持するようにしてある。

【００１５】また、上記シリンダリング５２はシリンダ
部５２Ｂでピストンリング５５を昇降案内するようにし
てあるが、このシリンダ部５２Ｂの外周面下端には図３
に示すようにフランジ部５２Ｃが外側に向けて延設され
ている。また、ピストンリング５５の内周面上端にはフ
ランジ部５５Ｃが内側に向けて延設され、このフランジ
部５５Ｃとシリンダリング５２のフランジ部５２Ｃ間に
隙間δ（図５参照）が形成され、この隙間δの範囲でピ
ストンリング５５が昇降するようにしてある。

【００１６】更に、図３に示すようにシリンダリング５
２のフランジ部５２Ｃには周方向で互いに所定間隔を空
けた凹陥部５２Ｄが形成され、各凹陥部５２Ｄにはコイ
ルスプリング５８が装着されている。また、ピストンリ
ング５５のフランジ部５５Ｃには各コイルスプリング５
８にそれぞれ対応する円柱状のスプリングガイド５８Ａ
が下方に突出させて取り付けられ、各スプリングガイド
５８Ａが凹陥部５２Ｄ内に装着されたコイルスプリング
５８に嵌入し、各コイルスプリング５８によってピスト
ンリング５５を常時に上方へ付勢し、カード受けリング
５６とシリンダリング５２とでプローブカード３をクラ
ンプするようにしてある。即ち、コイルスプリング５８
はピストンリング５５のフランジ部５５Ｃがシリンダリ
ング５２のフランジ部５２Ｃから最も離間した位置でも
蓄勢された状態になっている。

【００１７】また、シリンダリング５２は、図４に示す
ように、例えばボルト等のネジ部材５９によりフランジ
部５２Ｃの複数箇所で固定リング５１に接合、固定さ
れ、しかもネジ部材５９にはガイド部材６０が装着され
ている。そして、ピストンリング５５のフランジ部５５
Ｃにはガイド部材６０に対応する貫通孔が形成されてい
る。更に、図２の（ｂ）に戻って説明すると、シリンダ
リング５２のフランジ部５２Ｃ、ピストンリング５５の
フランジ部５５Ｃには固定リング５１の下面から垂下す
るガイドピン６１が貫通し、これらのガイドピン６１に
よってプローブカード３の位置決めを行うようにしてあ
る。尚、コイルスプリング５８、ネジ部材５９及びガイ
ドピン６１の配置を示したものが図６である。図６では
コイルスプリング５８を大きな○印、ネジ部材５９を◎
印、ガイドピン６１を小さな○印で示したある。また、
上記ヘッドプレート１Ａの下側には、図５に示すよう
に、例えはフォトセンサ６２が配設され、このフォトセ
ンサ６２によりピストンリング５５に固定されたシャッ
ター６３を検出し、ピストンリング５５の昇降動作を検
出するようにしてある。

【００１８】尚、本実施形態のプローブ装置は、図１に
示すように、ディスプレイ１２を装備しており、このデ
ィスプレイ１２に種々の操作内容を表示するようにして
ある。従って、オペレータはディスプレイ１２の表示内
容を見ながらマウス（図示せず）によりマウスポインタ
を移動させて例えば固定機構５６及びカード搬送機構８
の操作を行なうようにしてある。また、このディスプレ
イ１２は同図に示すように画面の傾斜角を種々の角度に
変更できると共に水平方向に回転できるようにしてあ
り、オペレータの操作位置に応じて画面を見易い角度に
することができるようにしてある。

【００１９】次に動作について説明する。プローブカー
ド３を新しいものと交換する時にはカード搬送機構８の
トレイ８１を図１に示すように水平に倒した後、カード
搬送機構８が駆動すると、アーム８２が反時計方向へ９
０°回転して停止すると、トレイ８１がインサートリン
グ（固定機構）５の真下に位置する。この時、空気供給
源１０から圧縮空気を気密室５３へ供給すると、その圧
力でＯリング５４及びこれを受けているピストンリング
５５がコイルスプリング５８の付勢力に抗して下降し、
これによりカード受けリング５６が下降してカード受け
リング５５とシリンダリング５２とによるプローブカー
ド３のクランプを解除する。その後、カード受けリング
５６が下降端に達すると、プローブカード３はトレイ８
１上で位置決めピン（図示せず）の作用で位置決めされ
た状態でトレイ８１上に載置され、更に、例えば真空吸
着によりトレイ８１上で固定される。

【００２０】次いで、固定機構５のエアシリンダ等から
なる駆動機構が駆動し、カード受けリング５６が所定角
度だけ回転すると、カード受けリング５６の係合面５６
Ａがカードホルダ４の係合面４Ａから外れ、プローブカ
ード３をカード受けリング５６から解放する。その後、
カード搬送機構８のトレイ８１が僅かな距離だけ下降す
ると、プローブカード３はカード受けリング５６から離
れる。この時、カード搬送機構８が駆動して逆方向に回
転してインサートリング５から装置本体１外へプローブ
カード３を搬送する。その後、オペレータがトレイ８１
上のプローブカード３を次に使用すべきプローブカード
３と交換する。

【００２１】プローブカード３を新しいものと交換した
後、再度カード搬送機構８が駆動してトレイ８１が回転
し、上述したように新たなプローブカード３をインサー
トリング５の真下まで搬送する。この時、固定機構５の
カード受けリング５６はプローブカード３を受け入れる
状態になっている。そこで、トレイ２１が上昇し、プロ
ーブカード３がカード受けリング５６内へ嵌り込み、更
に、エアシリンダ等の駆動機構が駆動するとカード受け
リング５６が逆方向へ回転し、その係合面５６Ａがカー
ドホルダ４の係合面４Ａと重なる。次いで、排気装置１
１が駆動して気密室５３内の空気を排気すると、ピスト
ンリング５５がコイルスプリング５８の付勢力を得てカ
ード受けリング５６と共に上昇し、カード受けリング５
６とシリンダリング５２とでプローブカード３をクラン
プし、インサートリング５にプローブカード３を固定す
る。

【００２２】以上説明したように本実施形態によれば、
プローブカード３をインサートリング５へ固定する時に
は、気密室５３内の空気圧を利用せず、コイルスプリン
グ５８の付勢力を利用してピストンリング５５をカード
受けリング５６と共に持ち上げてプローブカード３をシ
リンダリング５２とで固定するようにしたため、検査中
に空気供給源１０から供給される空気圧が低下したり、
圧縮空気の供給が停止したりすることがあっても、空気
圧の変動に左右されることなくコイルスプリング５８に
よりプローブカード３を確実に固定し、プローブカード
３のインサートリング５からの脱落を確実に防止するこ
とができる。

【００２３】尚、本発明は上記実施形態に何等制限され
るものではなく、本発明に用いられる弾性部材はピスト
ンリングに付勢力を付与できるものであれば、コイルス
プリング以外のものであっても良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項３に記載の発
明によれば、検査中に空気圧が低下したり、空気供給が
停止したりすることがあっても、プローブカードを確実
に固定し、プローブカードの脱落を確実に防止すること
ができるプローブカード固定機構及びプローブ装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブ装置の一実施形態を示す斜視
図である。

【図２】図１に示すプローブ装置に適用されたプローブ
カード固定機構を示す断面図で、（ａ）は右半分がカー
ドホルダをクランプした状態を示す図、左半分がピスト
ンリングを下げた状態を示す図である。

【図３】図２に示すプローブカード固定機構のコイルス
プリングが装着された部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図４】図２に示すプローブカード固定機構の空気通路
が形成された部分を拡大して示す断面図である。

【図５】図２に示すプローブカード固定機構のピストン
リングの昇降範囲が判る部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図６】図２に示すプローブカード固定機構のコイルス
プリング等の配置状態を示す説明図である。

【図７】従来のプローブ装置の要部を示す構成図であ
る。

【図８】図７に示すプローブ装置の要部を拡大して示す
図４相当図である。

【符号の説明】

３ プローブカード ３Ａ プローブ針 ４ カードホルダ ５ インサートリング（固定機構） ５１ 固定リング ５２ シリンダリング ５３ 気密室 ５５ ピストンリング ５６ カード受けリング ５８ コイルスプリング（弾性部材）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体の電気的特性を行うプローブ装
   置の装置本体にプローブカードを固定する機構におい
   て、上記装置本体のヘッドプレートに固定された固定リ
   ングと、この固定リングの下面に固定されたシリンダリ
   ングと、このシリンダリングと昇降可能に嵌合すると共
   に上記固定リングとの間で圧縮気体を導入できる気密室
   を作り気密室の圧力に応じてシリンダリングに従って昇
   降するピストンリングと、このピストンリングと回転自
   在に嵌合し且つ上記プローブカードを受けるカード受け
   リングと、このカード受けリングを上記ピストンリング
   を介して常時上方へ付勢するように上記シリンダリング
   に装着された弾性部材とを備え、上記弾性部材の付勢力
   によりカード受けリングと上記シリンダリングとで上記
   プローブカードを固定することを特徴とするプローブカ
   ード固定機構。
2. 【請求項２】 上記弾性部材は、コイルスプリングによ
   り形成され、上記シリンダリングの周壁に周方向等間隔
   に形成された複数の孔にそれぞれ装着されたことを特徴
   とする請求項１に記載のプローブカード固定機構。
3. 【請求項３】 被検査体に接触する接触子を有するプロ
   ーブカードと、このプローブカードを固定するプローブ
   カード固定機構とを備えプローブ装置において、上記プ
   ローブカード固定機構は、上記装置本体のヘッドプレー
   トに固定された固定リングと、この固定リングの下面に
   固定されたシリンダリングと、このシリンダリングと昇
   降可能に嵌合すると共に上記固定リングとの間で圧縮気
   体を導入できる気密室を作り気密室の圧力に応じてシリ
   ンダリングに従って昇降するピストンリングと、このピ
   ストンリングと回転自在に嵌合し且つ上記プローブカー
   ドを受けるカード受けリングと、このカード受けリング
   を上記ピストンリングを介して常時上方へ付勢するよう
   に上記シリンダリングに装着された弾性部材とを備え、
   上記弾性部材の付勢力によりカード受けリングと上記シ
   リンダリングとで上記プローブカードを固定することを
   特徴とするプローブ装置。