JP2648367B2 - 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
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、これを従来のよう
に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させて載置することは
極めて困難である。

従って、このような相当重量のテストヘッドの回転を
完全自動化するものが好ましい。これに関し、本出願人
はスイッチ操作に基づきテストヘッドを回転駆動できる
提案を先に行った（特願昭63−227224号）。

上記提案では、テストヘッドの回転主軸を駆動するシ
リンダ等の上下動駆動手段が、上記主軸の回転と共に揺
動するのであるが、これを案内する複雑な機構を採用し
ていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、テス
トヘッドを回転駆動する上下動駆動手段を円滑に揺動案
内しながらも、この揺動案内機構を大幅に簡易化できる
検査装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、テストヘッドを上下動駆手段に
より回転駆動する場合であって、上下動駆動手段が上死
点又は下死点に達した際の挙動の不安定性を解消できる
検査装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、テストヘッドを回転することで、探触子が
被検査体の電極端子系に接触して検査可能な接続位置と
非接続位置とにテストヘッドを移動できる検査装置にお
いて、 テストヘッドの回転主軸に固着された被駆動部材の主
軸偏心位置を上下動し、かつ、それ自体が回転主軸の回
転に伴い揺動する上下動駆動手段と、 この上下動駆動手段の上記揺動運動の水平成分である
直線方向に沿って、上記上下動駆動手段を直線移動案内
する第１のリニアベアリングと、 上記上下動駆動手段の揺動運動の垂直成分である直線
方向に沿って、上記上下動駆動手段を直線移動案内する
第２のリニアベアリングとを設けた構成としている。

本発明の他の態様は、テストヘッドを回転すること
で、探触子が被検査体の電極端子に接触して検査可能な
接続位置と非接位置とにテストヘッドを移動できる検査
装置において、テストヘッドの回転主軸に固着された被
駆動部材の主軸偏心位置を上下動し、かつ、それ自体が
回転主軸の回転に伴い揺動する上下動駆動手段と、前記
上下動駆動手段が上死点又は下死点に位置するときに、
前記上下動駆動手段に水平方向の外力を加える水平方向
駆動手段と、を設けたことを特徴とする。

（作 用） 本発明では、上下動駆動手段によって回転主軸の偏心
位置を上下動することで、上記回転主軸を回転駆動し、
この主軸に固定されたテストヘッドを回転するようにし
ている。

ここで、回転主軸が回転すると、上下動駆動手段はそ
の回転と同期して揺動することになる。本発明では、こ
の上下動駆動手段の揺動案内を第１及び第２のリニアベ
アリングによって実現している。上記リニアベアリング
は、上下動駆動手段の揺動を水平成分及び垂直成分の直
交２軸方向に分けて直線案内するようにしているので、
回転種支軸の回転に伴い確実に揺動案内でき、しかも機
構の簡易なリニアベアリングを配置するのみで良いの
で、そのガイド機構を大幅に簡易化することができる。
従って、部品点数を削減でき、組み立て作業も簡易化さ
れるので、大幅なコストダウンを実現できる。

さらに本発明によれば、上下に往復駆動することでテ
ストヘッドを回転駆動する上下動駆動手段が上死点又は
下死点に位置するときに、水平方向駆動手段により、上
下動駆動手段に水平方向の外力を加えることができる。
従って、上死点又は下死点にてテストヘッドの回転方向
を上記水平方向に外力により一義的に決定でき、例えば
テストヘッドを同一回転方向に連続して回転させること
ができる。

（実施例） 以下、本発明を半導体ウエハの検査装置に適用した一
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触針さ
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テスタ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に対して回転自在に支
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５図に示すように上記テストヘッド１は、回転中
心に対してその重心がθ_２゜（プローバー本体側の位
置）からθ_１゜（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10
a,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10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16側に移動する場合のスイングスイッチ14
b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１図（Ａ），（Ｂ）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には被駆動部材であるアーム22が固着されている。そ
して、このアーム22主軸中心より離れた偏心点22aは、
垂直移動部材24の上端に固着されている。

なお、この垂直移動部材24は、後述する垂直リニアベ
アリング40を介して、水平移動部材26に上下動自在に支
持されている。

次に、前記テストヘッド１の主軸20を回転駆動するた
めの構成について説明する。

本実施例では、上下動駆動手段の一例として、第１の
エアーシリンダ30を設けている。この第１のエアーシリ
ンダ30は、エアーの導入により上下動する可動部32と、
この可動部32を移動案内する案内軸34とから構成されて
いる。この第１のエアーシリンダ30の駆動原理は、可動
部32のIN側ポートにエアーを導入することで可動部32が
下降し、反対にOUT側ポート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。

そして、この第１のエアーシリンダ30の前記可動部32
の上端部が、前記垂直移動部材24に固定され、一方、案
内軸34の下端は、水平移動部材26の下端側にねじ止め固
定されている。

この第１のエアーシリンダ30の可動部32が上下動する
ことで、前記主軸20に固定されているアーム22を揺動さ
せ、この揺動により主軸20およびテストヘッド１を180
度に亘って回転駆動している。この際、可動部32が上下
動すると、この可動部32は前記アーム22の揺動に同期し
て揺動されることになる。そこで、この第１のエアーシ
リンダ30を揺動案内するための機構が必要となる。

本実施例では、第１のエアーシリンダ30の揺動案内を
行うために、この揺動運動を垂直成分，水平成分の直交
２軸成分に分け、各軸方向にそれぞれ直線案内するリニ
アベアリング機構を採用している。

まず、前記第１のエアーシリンダ30を垂直方向に直線
移動案内する機構について説明する。この垂直方向の直
線移動を確保するために、前記垂直移動部材24と水平移
動部材26との間には、垂直リニアベアリング40が配置さ
れている。この垂直リニアベアリング40は、前記垂直移
動部材24に固定されたナット42と、前記水平移動部材26
に鉛直方向に沿って配置されたレール44とから構成され
ている。なお、前記ナット42およびレール44は、垂直方
向の移動を安定して行うために、本実施例装置の上面図
である第３図に示すように、垂直移動部材24および水平
移動部材26の幅方向の両端側２カ所にそれぞれ配設され
ている。

次に、前記第１のエアーシリンダ30を、水平方向に直
線移動案内する機構について説明する。本実施例装置で
は、この水平方向の直線移動案内を行うために、第１の
水平リニアベアリング50と第２の水平リニアベアリング
60とを配置している。前記第１の水平リニアベアリング
50は、第１のエアーシリンダ30の真下に配置されてい
る。すなわち、前記ヒンジボックス14の壁面より第１の
エアーシリンダ30の下方に沿って形成されたレールブラ
ケット56が設けられ、このレールブラケット56上には水
平方向長手状にレール52が配設されている。一方、第１
のエアーシリンダ30の案内軸34を固定した水平移動部材
26の下端には、前記レール52に沿って水平移動案内され
るナット54が配置されている。この結果、水平移動部材
26はレールブラケット56に対して、前記第１のエアーシ
リンダ30の真下の位置にて第１の水平リニアベアリング
50によって水平移動案内されることになる。

この第１のエアーシリンダ30の水平移動案内をより円
滑に行うための前記第２の水平リニアベアリング60は、
前記水平移動部材26とヒンジボックス14の固定部との間
に配置されている。すなわち、前記ヒンジボックス14の
固定部には水平方向長手状にレール62が配設固定されて
いる。一方、前記水平移動部材26の背面側にはブラケッ
ト66がねじ止め固定され、このブラケット66の前記レー
ル62と対向する位置に、ナット64が固定されている。

上記機構によるテストヘッド１の回転駆動原理は、第
１のエアーシリンダ30が揺動しながら前記可動部32をそ
の上死点から下死点へ、および下死点から上死点へ一往
復駆動することによって、第５図に示す接続位置ａと退
避位置ｂとに180度回転することである。この際、第１
のエアーシリンダ30の前記可動部32が、その下死点に達
した際には、テストヘッド１は第５図に示す右方向へ回
転するか左方向へ回転するかの回転方向が定まらないこ
とがある。そこで、本実施例では、すくなくとも前記可
動部32がその下死点に存在する際に、第１のエアーシリ
ンダ30に対して水平方向の外力を付与する第２のエアー
シリンダ70を設けている。この第２のエアーシリンダ70
はロッドレスシリンダであり、前記ヒンジボックス14の
内部に固定されたチャンバー72を有している。そして、
このチャンバー72は、第４図に示すように左右両端側に
エアー導入用のポート72aおよび72bを有している。ま
た、このチャンバー72内には磁石74が内蔵されており、
前記ポート72a,72bの一方からのエアー圧力を高めるこ
とで、この磁石74の水平方向の位置を可変としている。
さらに、チャンバー72を囲む位置には可動片76が配設さ
れてる。この可動片76は磁性体として構成され、上述し
たエアー駆動により磁石74が移動すると、この磁石74と
共にその磁力によって可動片76が移動するようになって
いる。そして、この可動片76をブラケット78を介して前
記水平移動部材26に固定している。この結果、第２のエ
アーシリンダ70を駆動することにより、その水平方向で
の駆動力が前記可動片76,ブラケット78,水平移動部材26
を介して第１のエアーシリンダ30に伝達され、この結
果、可動部32が下死点に存在する際に第１のエアーシリ
ンダ30に対して水平方向の外力を付与できるようにして
いる。

本実施例では、前記テストヘッド１の回転駆動はヒン
ジボックス14に配置した２つのスイングスイッチ14a,14
bへの操作入力に基づき実施される。この際、各スイッ
チ14a,14bを押し続けている際に前記テストヘッド１の
回転駆動が実施され、これを操作解除した際にテストヘ
ッド１が任意の位置にて停止できるようにしている。そ
して、このテストヘッド１の任意回転位置での停止の際
のブレーキ効果を高めるために、前記アーム22に緩衝装
置を接続している。すなわち、緩衝装置の一例としての
油圧シリンダ80のロッド82の自由端部を、前記アーム22
に回転自在に支持している。

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
説明する。

上記の状態では、第１のエアーシリンダ30の可動部32
はその上死点に設定されていることになる。そこで、こ
の第１のエアーシリンダ30のIN側ポートにエアーを導入
し、可動部32を下降駆動する。そうすると、この駆動力
は前記可動部32を固定した垂直移動部材24,アーム22を
介してテストヘッド１の主軸20に伝達されることにな
り、この結果テストヘッド１が第５図の時計方向に回転
駆動されることになる。この回転駆動の際には、アーム
22が回転軌跡を描くことになるので、このアーム22を垂
直移動部材24を介して連結する第１のエアーシリンダ30
もこのアーム22の回転軌跡に追従して揺動しなければな
らない。そして、本実施例ではこの第１のエアーシリン
ダ30の揺動案内を、リニアベアリング機構によって実現
している。

前記第１のエアーシリンダ30の揺動は、垂直方向への
移動と水平方向との移動とに分割できる。そこで、本実
施例では第１のエアーシリンダ30の垂直方向の移動を、
垂直リニアベアリング40によって確保し、水平方向の移
動を第1,第２の水平リニアベアリング50,60により確保
している。

このような構成により、可動部32の垂直方向への上下
動は、水平移動部材26に対して垂直移動部材24が垂直リ
ニアベアリング40を介して円滑に上下動するによって確
保される。一方、第１のエアーシリンダ30全体の水平方
向への移動は、水平移動部材26が固定部に対して第1,第
２の水平リニアベアリング50,60を介して円滑に水平移
動することにより確保される。特に、第１の水平リニア
ベアリング50は、第１のエアーシリンダ30の真下位置に
て水平移動案内するので、移動時の抵抗を高めるような
回転モーメントが作用せず、より円滑な水平移動案内を
実現できる。

そして、テストヘッド１が第５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１エアーシリン
ダ70の一方のポートを介してチャンバー72内に過剰のエ
アーが導入される。この結果、磁石74が移動し、これに
追従して可動片76が同方向に移動するので、ブラケット
78を介して水平移動部材26に回転時の移動水平移動方向
と同じ方向に外力が付加されることになる。このような
第２のエアーシリンダ70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は下死点に達するので、このタイミングで第
１のソレノイド70がオンされて第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、上述した
ように上記第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、第
２のエアーシリンダ70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θ_２゜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。

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動作が行われる。

このように、本実施例によればテストヘッド１を駆動
する上下動手段としての第１のエアーシリンダ30の揺動
を、水平成分及び垂直成分の直線移動方向に沿って案内
するリニアベアリング40,50,60によってのみ実現してい
るので、部品点数の削減及び組み立て性の改善により、
装置のコストダウンを図れる。さらに、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70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
合のように水平移動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。

［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の
回転駆動を自動化するに際して、テストヘッドの回転駆
動を行う上下動手段の揺動をリニアベアリングによって
実現しているので、揺動案内機構の部品点数を大幅に削
減でき、組み立て性も向上するので、検査装置のコスト
ダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した検査装置のテストヘッド回
転駆動機構を示すもので、同図（Ａ）は正面図、同図
（Ｂ）は同図（Ａ）の一部を省略した右側図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は、上記検査装置の平面図，正面
図、 第３図は、水平移動部材，垂直移動部材の平面図、 第４図は、第２のエアーシリンダの概略説明図、 第５図は、テストヘッドの作動を概略的に説明するため
の概略説明図である。 １……テストヘッド、 10……プローバー本体、 12……テスタ、 16……サイドデスク、 30……第１のエアーシリンダ 40……垂直リニアベアリング、 50,60……水平リニアベアリング、 70……第２のエアーシリンダ。 80,82……緩衝装置。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テストヘッドを回転することで、探触子が
   被検査体の電極端子系に接触して検査可能な接続位置と
   非接続位置とにテストヘッドを移動できる検査装置にお
   いて、 テストヘッドの回転主軸に固着された被駆動部材の主軸
   偏心位置を上下動し、かつ、それ自体が回転主軸の回転
   に伴い揺動する上下動駆動手段と、 この上下動駆動手段の上記揺動運動の水平成分である直
   線方向に沿って、上記上下動駆動手段を直線移動案内す
   る第１のリニアベアリングと、 上記上下動駆動手段の揺動運動の垂直成分である直線方
   向に沿って、上記上下動駆動手段を直線移動案内する第
   ２のリニアベアリングと、 を設けたことを特徴とする検査装置。
2. 【請求項２】第１のリニアベアリングは、上記上下動駆
   動手段の真下に配置されたものである請求項（１）に記
   載の検査装置。
3. 【請求項３】被駆動部材には、テストヘッド回転時の機
   械的衝撃を吸収する緩衝装置を連結したものである請求
   項（１）又は（２）に記載の検査装置。
4. 【請求項４】テストヘッドを回転することで、探触子が
   被検査体の電極端子に接触して検査可能な接続位置と非
   連続位置とにテストヘッドを移動できる検査装置におい
   て、 テストヘッドの回転主軸に固着された被駆動部材の主軸
   偏心位置を上下動し、かつ、それ自体が回転主軸の回転
   に伴い揺動する上下動駆動手段と、 前記上下動駆動手段が上死点又は下死点に位置するとき
   に、前記上下動駆動手段に水平方向の外力を加える水平
   方向駆動手段と、 を設けたことを特徴とする検査装置。