(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームを有するテストヘッド本体と、
プローブカードと前記テストヘッド本体とを電気的に接続するインタフェース装置と、を備えたテストヘッドであって、
前記プローブカードと前記フレームの間に介在して、前記プローブカードに印加される押圧力を前記フレームに伝達する伝達手段と、
前記インタフェース装置のトッププレートに設けられ、前記プローブカードを保持する保持機構と、
前記トッププレートに設けられ、前記保持機構が前記プローブカードに対して離反方向に移動することを規制する規制手段と、を備えており、
前記伝達手段は、
前記規制手段又は前記フレームの一方に対して相対移動可能であり、前記規制手段又は前記フレームの他方に当接する当接部と、
前記規制手段又は前記フレームの一方に設けられ、前記当接部の相対移動をロックするロック機構と、を有することを特徴とするテストヘッド。
【請求項２】
フレームを有するテストヘッド本体と、
プローブカードと前記テストヘッド本体とを電気的に接続するインタフェース装置と、を備えたテストヘッドであって、
前記プローブカードと前記フレームの間に介在して、前記プローブカードに印加される押圧力を前記フレームに伝達する伝達手段と、
前記インタフェース装置のトッププレートに設けられ、前記プローブカードを保持する保持機構と、
前記トッププレートに設けられ、前記保持機構が前記プローブカードに対して離反方向に移動することを規制する規制手段と、を備えており、
前記伝達手段は、
前記トッププレート又は前記フレームの一方に対して相対移動可能であり、前記トッププレート又は前記フレームの他方に当接する当接部と、
前記トッププレート又は前記フレームの一方に設けられ、前記当接部の相対移動をロックするロック機構と、を有することを特徴とするテストヘッド。
【請求項３】
フレームを有するテストヘッド本体と、
プローブカードと前記テストヘッド本体とを電気的に接続するインタフェース装置と、を備えたテストヘッドであって、
前記プローブカードと前記フレームの間に介在して、前記プローブカードに印加される押圧力を前記フレームに伝達する伝達手段と、
前記インタフェース装置のトッププレートに設けられ、前記プローブカードを保持する保持機構と、
前記トッププレートに設けられ、前記保持機構が前記プローブカードに対して離反方向に移動することを規制する規制手段と、を備えており、
前記伝達手段は、
前記保持機構又は前記フレームの一方に対して相対移動可能であり、前記保持機構又は前記フレームの他方に当接する当接部と、
前記保持機構又は前記フレームの一方に設けられ、前記当接部の相対移動をロックするロック機構と、を有することを特徴とするテストヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のテストヘッドであって、
前記保持機構は、前記プローブカードの中央部分に設けられたクランプヘッドを把持することを特徴とするテストヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のテストヘッドであって、
前記当接部は、前記トッププレートにおけるプローバのヘッドプレートとの連結部よりも内側に配置されていることを特徴とするテストヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載のテストヘッドであって、
前記伝達手段は、前記当接部を付勢する付勢手段を有することを特徴とするテストヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載のテストヘッドであって、
前記ロック機構は、前記テストヘッド本体がプローバに対して位置決めされる前において、前記当接部の相対移動を許容し、前記テストヘッド本体が前記プローバに対して位置決めされた後において、前記当接部の相対移動をロックすることを特徴とするテストヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載のテストヘッドと、
前記プローブカードに半導体ウェハを押し付けるプローバと、を備えたことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの試験に用いられるテストヘッド及びそれを備えた半導体ウェハ試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハを介して伝達される押圧力でプローブカードが撓むのを抑制するために、プローブカードの裏面で当該押圧力を受け止める当接機構をハイフィックスに取り付けた電子部品試験装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／０５７９９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の電子部品試験装置では、プローバのヘッドプレートとハイフィックスのトッププレートとが連結されているので、プローブカードが受ける押圧力は、最終的にヘッドプレートに伝達される。このため、プローブカードに大きな押圧力が印加されると、ハイフィックスを介してヘッドプレートが撓み、これに伴ってプローブカードも撓んでしまう恐れがあった。特に、プローブカードを多ピン化／大型化すると、半導体ウェハに印加される押圧力も増大するため、プローブカードの撓みが顕著となる。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、プローブカードの撓みを抑制することが可能なテストヘッド及びそれを備えた半導体ウェハ試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るテストヘッドは、フレームを有するテストヘッド本体と、プローブカードと前記テストヘッド本体とを電気的に接続するインタフェース装置と、を備えたテストヘッドであって、前記プローブカードと前記フレームの間に介在して、前記プローブカードに印加される押圧力を前記フレームに伝達する伝達手段と、前記インタフェース装置のトッププレートに設けられ、前記プローブカードを保持する保持機構と、前記トッププレートに設けられ、前記保持機構が前記プローブカードに対して離反方向に移動することを規制する規制手段と、を備えており、前記伝達手段は、前記規制手段又は前記フレームの一方に対して相対移動可能であり、前記規制手段又は前記フレームの他方に当接する当接部と、前記規制手段又は前記フレームの前記一方に設けられ、前記当接部の相対移動をロックするロック機構と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るテストヘッドは、フレームを有するテストヘッド本体と、プローブカードと前記テストヘッド本体とを電気的に接続するインタフェース装置と、を備えたテストヘッドであって、前記プローブカードと前記フレームの間に介在して、前記プローブカードに印加される押圧力を前記フレームに伝達する伝達手段と、前記インタフェース装置のトッププレートに設けられ、前記プローブカードを保持する保持機構と、前記トッププレートに設けられ、前記保持機構が前記プローブカードに対して離反方向に移動することを規制する規制手段と、を備えており、前記伝達手段は、前記トッププレート又は前記フレームの一方に対して相対移動可能であり、前記トッププレート又は前記フレームの他方に当接する当接部と、前記トッププレート又は前記フレームの前記一方に設けられ、前記当接部の相対移動をロックするロック機構と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るテストヘッドは、フレームを有するテストヘッド本体と、プローブカードと前記テストヘッド本体とを電気的に接続するインタフェース装置と、を備えたテストヘッドであって、前記プローブカードと前記フレームの間に介在して、前記プローブカードに印加される押圧力を前記フレームに伝達する伝達手段と、前記インタフェース装置のトッププレートに設けられ、前記プローブカードを保持する保持機構と、前記トッププレートに設けられ、前記保持機構が前記プローブカードに対して離反方向に移動することを規制する規制手段と、を備えており、前記伝達手段は、前記保持機構又は前記フレームの一方に対して相対移動可能であり、前記保持機構又は前記フレームの他方に当接する当接部と、前記保持機構又は前記フレームの一方に設けられ、前記当接部の相対移動をロックするロック機構と、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記発明において、前記保持機構は、前記プローブカードの中央部分に設けられたクランプヘッドを把持してもよい。
【００１２】
上記発明において、前記当接部は、前記トッププレートにおけるプローバのヘッドプレートとの連結部よりも内側に配置されてもよい。
【００１３】
上記発明において、前記伝達手段は、前記当接部を付勢する付勢手段を有してもよい。
【００１４】
上記発明において、前記ロック機構は、前記テストヘッド本体がプローバに対して位置決めされる前において、前記当接部の相対移動を許容し、前記テストヘッド本体が前記プローバに対して位置決めされた後において、前記当接部の相対移動をロックしてもよい。
【００１５】
本発明に係る半導体ウェハ試験装置は、上記のテストヘッドと、前記プローブカードに半導体ウェハを押し付けるプローバと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プローブカードとテストヘッド本体のフレームの間に介在して、プローブカードに印加される押圧力をテストヘッド本体のフレームに伝達する伝達手段と、インタフェース装置のトッププレートに設けられ、プローブカードを保持する保持機構と、トッププレートに設けられ、保持機構がプローブカードに対して離反方向に移動することを規制する規制手段と、を備えており、伝達手段は、規制手段又はフレームの一方に対して相対移動可能であり、規制手段又はフレームの他方に当接する当接部と、規制手段又はフレームの一方に設けられ、当接部の相対移動をロックするロック機構と、を有しているので、プローブカードの撓みを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態における半導体ウェハ試験装置を示す概略側面図である。
【図２】図２は、図１のII部の拡大断面図である。
【図３】図３は、図２のIII部の拡大断面図である。
【図４】図４は、図３のIV部の拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットの拡大断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットのロック機構を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットのロック機構の変形例を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットの配置を示す概略平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットの第１変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットの第２変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットの第３変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態におけるテストヘッドの第１変形例を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態におけるテストヘッドの第２変形例を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態におけるテストヘッドの第３変形例を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態におけるテストヘッドの第４変形例を示す断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態におけるテストヘッドの第５変形例を示す断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態におけるテストヘッドの分解断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態におけるセンタクランプの動作を説明する拡大断面図である（その１）。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態におけるセンタクランプの動作を説明する拡大断面図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本実施形態における半導体ウェハ試験装置を示す概略側面図、図２は図１のII部の拡大断面図、図３は図２のIII部の拡大断面図、図４は図３のIV部の拡大断面図である。
【００２０】
本実施形態における半導体ウェハ試験装置１は、半導体ウェハＷに造り込まれた集積回路素子等のＤＵＴ（Device Under Test）の電気的特性を試験する装置であり、図１に示すように、テスタ１０と、プローブカード２０と、プローバ３０と、テストヘッド４０と、を備えている。
【００２１】
この半導体ウェハ試験装置１では、図１に示すように、テスタ１０とテストヘッド４０とがケーブル１１を介して電気的に接続されており、テストヘッド４０にはプローブカード２０が装着されている。そして、プローバ３０が半導体ウェハＷをプローブカード２０に押し付けてこれらを電気的に接続した状態で、テスタ１０がテストヘッド４０及びプローブカード２０を介して半導体ウェハＷに対してテスト信号を入出力することで、半導体ウェハＷに造り込まれたＤＵＴの試験が実施される。
【００２２】
プローブカード２０は、図２に示すように、コンタクタ２１と、回路基板２２と、スティフナ２３と、クランプヘッド２４と、コネクタ２５と、を備えている。
【００２３】
コンタクタ２１は、半導体ウェハＷのＤＵＴの電極パッドと接触する接触子であり、具体的には、ポゴピン、ニードル、バンプ等を例示することができる。このコンタクタ２１は、半導体ウェハＷ上の電極パッドに対向するように、回路基板２２の下面の中央部分に実装されている。
【００２４】
一方、回路基板２２の上面には、プローブカード２０とハイフィックス６０とを電気的に接続するための多数のコネクタ２５が実装されている。また、回路基板２２の上面には、これらのコネクタ２５を囲むようにスティフナ２３が設けられており、このスティフナ２３によってプローブカード２０が補強されている。
【００２５】
図２〜図４に示すように、スティフナの略中央部分には、ハイフィックス６０に向かって突出した円柱状のクランプヘッド２４が設けられている。このクランプヘッド２４の上部には、センタクランプ７０のスリーブ当接面７１ａと密着するクランプ当接面２４ａが形成されている。
【００２６】
また、このクランプヘッド２４の周面上部には、図４に示すように、センタクランプ７０の鋼球７４を外側に押し出すテーパ面２４ｂが全周に亘って形成されている。さらに、クランプヘッド２４の周面の略中央部には、センタクランプ７０の鋼球７４が係合する係合溝２４ｃが全周に亘って形成されている。
【００２７】
プローバ３０は、図２に示すように、ヘッドプレート３１及び搬送アーム３３を有している。
【００２８】
ヘッドプレート３１は、同図に示すように、プローバ３０の上部に位置するプレートである。このヘッドプレート３１には、ホルダ３４を介してプローブカード２０が装着される開口部３１ａが形成されている。また、ヘッドプレート３１における開口部３１ａの周囲には、ハイフィックス６０のトッププレート６１の連結部６１ｂと係合するフック形状の連結部３１ｂが設けられている。
【００２９】
搬送アーム３３は、半導体ウェハＷを吸着ステージ３３ａで吸着保持した状態で、半導体ウェハＷをＸＹ方向に移動させると共にＺ軸を中心として回転させることで、半導体ウェハＷをプローブカード２０に対して位置決めすることが可能となっている。この搬送アーム３３は、半導体ウェハＷの試験に際して、半導体ウェハＷを押圧力Ｆでプローブカード２０に押し付ける。これにより、プローブカード２０のコンタクタ２１の先端が半導体ウェハＷのＤＵＴの電極パッドに接触し、半導体ウェハＷの試験が可能となる。
【００３０】
テストヘッド４０は、図２に示すように、テストヘッド本体５０と、ハイフィックス６０と、センタクランプ７０と、ブレーキユニット８０と、リミットユニット９０と、を有している。
【００３１】
テストヘッド本体５０は、図２に示すように、テストヘッド本体５０の骨格を成す構造部材である箱状のフレーム５１を有しており、このフレーム５１の内部には、特に図示しない多数のピンエレクトロニクスカードが収容されている。また、このテストヘッド本体５０は、図１に示すように、ハイフィックス６０を介してプローブカード２０に電気的に接続されていると共に、ケーブル１１を介してテスタ１０に電気的に接続されている。このテストヘッド本体５０は、マニピュレータ４１及びモータ４２等によって、メンテナンス位置（図１にて破線で示す。）からプローバ３０のヘッドプレート３１上に反転可能となっている。
【００３２】
ハイフィックス６０は、テストヘッド本体５０とプローブカード２０とを電気的に接続するインタフェース装置である。このハイフィックス６０は、プローバ３０のヘッドプレート３１に隣接するトッププレート６１を有しており、このトッププレート６１の下面には、上述したヘッドプレート３１の連結部３１ｂと係合するフック状の連結部６１ｂが設けられている。これら連結部３１ｂ，６１ｂの接触面が傾斜しており、連結部３１ｂ，６１ｂを相互に係合させると、ハイフィックス６０がプローバ３０に固定される。
【００３３】
また、このハイフィックス６０は、プローブカード２０のコネクタ２５と接続されるコネクタ６２を有している。このコネクタ６２は、ケーブル６３を介して、テストヘッド本体５０内のピンエレクトロニクスカード（不図示）に接続されている。コネクタ２５，６２としては、例えばＺＩＦコネクタ（ZIF:Zero Insertion Force）を用いることができる。なお、コネクタ２５をピンエレクトロニクスカードにケーブル６３で直接接続せずに、それらの間に別のコネクタをさらに介在させてもよい。
【００３４】
図２に示すように、このハイフィックス６０とテストヘッド本体５０とはスプリング６４を介して連結されており、ハイフィックス６０はテストヘッド本体５０に対して機械的にフローティング状態となっている。また、本実施形態では、後述するように、テストヘッド本体５０にブレーキユニット８０が設けられており、このブレーキユニット８０をロックすることで、フローティング状態となっているハイフィックス６０をテストヘッド本体５０に対して固定することが可能となっている。
【００３５】
センタクランプ７０は、図３及び図４に示すように、スリーブ７１と、第１のエアシリンダ７２と、スライドボディ７３と、鋼球７４と、第２のエアシリンダ７５と、を備えており、クランプヘッド２４を把持することでプローブカード２０を保持することが可能となっている。
【００３６】
スリーブ７１は、クランプヘッド２４のクランプ当接面２４ａと当接するスリーブ当接面７１ａを底面に有する有底筒体である。また、このスリーブ７１におけるスリーブ当接面７１ａの周囲には、スライドボディ７３を収容する環状凹部７１ｂが形成されており、さらに環状凹部７１ｂの外側には、スリーブ当接面７１ａよりも下方に突出したリブ７１ｃが設けられている。このリブ７１ｃの下部には、鋼球７４の一部分を収容可能なように内側に向かって開口した収容溝７１ｄが形成されている。
【００３７】
一方、スリーブ７１の上部には、図３に示すように、外側に向かって突出した板状のフランジ７１ｅが設けられている。このフランジ７１ｅの下面には第１のエアシリンダ７２が連結しており、その上面にはリミットユニット９０のシャフト９３が当接している。なお、第１のエアシリンダ７２は、ハイフィックス６０のトッププレート６１に固定されている。
【００３８】
スライドボディ７３は、図３及び図４に示すように、クランプヘッド２４が挿入可能な貫通孔が形成された環状部材であり、スリーブ７１の環状凹部７１ｂ内にスリーブ７１に対して相対移動可能に収容されている。このスライドボディ７３の側面には、鋼球７４を収容可能な複数の収容孔７３ａが実質的に等間隔で形成されている。この収容孔７３ａは、図４に示すように、内側（クランプヘッド２４側）で開口する内側開口部が鋼球７４よりも小さく、外側（スリーブ７１のリブ側７１ｃ）で開口する外側開口部が鋼球７４よりも大きくなっており、傾斜した内壁面を有している。
【００３９】
なお、このスライドボディ７３は、図３に示すように、第２のエアシリンダ７５と連結され、スリーブ７１に対して相対的に上下動可能となっている。この第２のエアシリンダ７５もハイフィックス６０のトッププレート６１に固定されている。
【００４０】
次に、ブレーキユニット８０について説明する。
【００４１】
図５は本実施形態におけるブレーキユニットの拡大断面図、図６は本実施形態におけるブレーキユニットのロック機構を示す平面図、図７は本実施形態におけるブレーキユニットのロック機構の変形例を示す平面図、図８は本実施形態におけるブレーキユニットの配置を示す概略平面図、図９〜図１１は、本発明の実施形態におけるブレーキユニットの変形例を示す図である。
【００４２】
ブレーキユニット８０は、図２に示すように、テストヘッド本体５０のフレーム５１とハイフィックス６０のトッププレート６１との間に介在し、搬送アーム３３が半導体ウェハＷをプローブカード２０に押し付ける際の押圧力Ｆを、フレーム５１に伝達することが可能となっている。
【００４３】
このブレーキユニット８０は、図５に示すように、本体ブロック８１と、シャフト８２と、弾性部材８３と、ロック機構８４と、を有している。
【００４４】
本体ブロック８１は、同図に示すように、テストヘッド本体５０のフレーム５１に固定されており、摺動孔８１ａが形成されている。この摺動孔８１ａは、シャフト８２が図中上下に摺動可能な孔である。この摺動孔８１ａの内部には、シャフト８２をリミットユニット９０に向かって付勢する弾性部材８３が収容されている。なお、本実施形態では、弾性部材８３をコイル状のスプリングで構成しているが、特にこれに限定されず、例えば、板状のスプリングやゴムであってよい。
【００４５】
シャフト８２は、本体ブロック８１の摺動孔８１ａに部分的に挿入された棒状の部材であり、フレーム５１に対して相対移動可能となっている。また、このシャフト８２は、摺動孔８１ａ内の弾性部材８３に付勢された状態で、リミットユニット９０の支持ブロック９２に当接している。
【００４６】
ロック機構８４は、図５に示すように、シャフト８２の相対移動をロックする機構である。このロック機構８４は、同図に示すように、支持ブロック９２に当接した状態のシャフト８２をロックすることで、シャフト８２を、フレーム５１とリミットユニット９０との間で突っ張った状態で保持する。これにより、リミットユニット９０が受ける押圧力Ｆを、シャフト８２を介してフレーム５１に伝達することが可能となっている。
【００４７】
このロック機構８４は、図６に示すように、シャフト８２の断面形状に応じた凹部が形成された２枚の爪８４ａ,８４ｂと、爪８４ａ,８４ｂを開閉させるチャック式エアシリンダ８４ｃと、により構成されている。このロック機構８４は、チャック式エアシリンダ８４ｃで２つの爪８４ａ,８４ｂを閉じて、２つの爪８４ａ,８４ｂでシャフト８２を挟み込むことでシャフト８２の相対移動をロックする。このロック機構８４は、シャフト８２に１００ｋｇ以上の荷重が印加されても、シャフト８２のロックを維持できるようになっている。
【００４８】
なお、ブレーキユニット８０のロック機構８４は、上記の構造に限定されない。例えば、図７に示すように、ロック機構８４を、２枚の爪８４ａ,８４ｂと、回転軸８４ｄと、リング状部材８４ｅと、弾性部材８４ｆと、エアシリンダ８４ｇと、で構成してもよい。
【００４９】
この場合には、２枚の爪８４ａ,８４ｂを、回転軸８４ｄで回転可能に連結して、リング状部材８４ｅに挿入する。弾性部材８４ｆは、回転軸８４ｄから離反する方向（図中左）に向かってリング状部材８４ｅを付勢し、エアシリンダ８４ｇは、エアの供給によって、これとは反対側（図中右側）にリング状部材８４ｅを押圧する。
【００５０】
このようなロック機構８４において、シャフト８２をロックする場合には、弾性部材８４ｆでリング状部材８４ｅを付勢して、リング状部材８４ｅを回転軸８４ｄと反対側に移動させる。これにより、２枚の爪８４ａ,８４ｂが、リング状部材８４ｅの内周面に押圧されて互いに接近し、シャフト８２をロックする。このように、弾性部材８４ｆによって、シャフト８２をロックすることで、ロック状態におけるエアの供給が不要となり、ロック状態が安定して維持される。
【００５１】
一方、ロック機構８４がシャフト８２のロックを解除する際には、エアシリンダ８４ｇにエアを供給して、リング状部材８４ｅを回転軸８４ｄに向かって移動させる。これにより、リング状部材８４ｅの内周面による押圧から爪８４ａ,８４ｂが開放されて、シャフト８２のロックが解除される。
【００５２】
本実施形態では、このようなブレーキユニット８０が、図８に示すように、４個設けられており、プローブカード２０の中心Ｏを軸とした周方向に実質的に等間隔で配置されている。また、それぞれのシャフト８２が、同図に示す平面視において、トッププレート６１のトップ連結部６１ｂよりも内側でリミットユニット９０と当接している。なお、ブレーキユニット８０の数は、４個以上であってもよく、押圧力Ｆの大きさ等に応じて適宜設定することができる。
【００５３】
また、ブレーキユニット８０は、フレーム５１又はリミットユニット９０に対して相対移動可能な部材（機構）と、且つリミットユニット９０が受ける押圧力Ｆをフレーム５１に伝達できる部材（機構）と、を含んでいればよく、上記の構成に特に限定されない。
【００５４】
例えば、図９に示すように、ブレーキユニット８０を、エアシリンダ８５ａと、エアシリンダ８５ａのシャフト８５ｂを把持することでロックするロック機構８５ｃと、で構成してもよい。
【００５５】
また、図１０に示すように、ブレーキユニット８０を、リンク機構を有するテーブルリフト８６ａと、テーブルリフト８６ａのガイドローラ８６ｂの移動をロックするロック機構８６ｃと、で構成してもよい。なお、テーブルリフト８６ａの両端をフレーム５１と支持ブロック９２にそれぞれ固定してもよい。或いは、テーブルリフト８６ａの一端を開放端にして、スプリング等によってテーブルリフト８６ａの一端を付勢してもよい。
【００５６】
また、図１１に示すように、ブレーキユニット８０を、ねじ８７ａが形成されたシャフト８７ｂと、ねじ８７ａと螺合するナット８７ｃと、ねじ８７ａに対応するようにフレーム５１に形成したねじ穴８７ｄと、で構成してもよい。この場合には、ねじ穴８７ｄにねじ８７ａを螺合させ、シャフト８７ｂの先端が支持ブロック９２と当接した状態で、ナット８７ｃによりシャフト８７ｂを固定する。
【００５７】
リミットユニット９０は、図２に示すように、トッププレート６１に取り付けられており、センタクランプ７０のスリーブ７１がトッププレート６１に対して離反方向に移動するのを規制（制限）している。
【００５８】
リミットユニット９０は、図２に示すように、本体ブロック９１と、支持ブロック９２と、シャフト９３と、弾性部材（不図示）と、ロック機構（不図示）と、を有している。このリミットユニット９０は、支持ブロック９２を有すること以外はブレーキユニット８０と実質的に同一の構成となっており、本体ブロック９１は本体ブロック８１と実質的に同一の構造であり、シャフト９３はシャフト８３と実質的に同一の構造である。なお、このリミットユニット９０も、図８に示すように、４個設けられており、プローブカード２０の中心Ｏを軸とした周方向に実質的に等間隔で配置されている。なお、リミットユニット９０は、４個以上（例えば８個）であってもよい。
【００５９】
支持ブロック９２は、図２に示すように、トッププレート６１と本体ブロック９１との間に介在して、本体ブロック９１をトッププレート６１に固定している。また、この支持ブロック９２の上面には、ブレーキユニット８０のシャフト８２が当接する。
【００６０】
本実施形態では、シャフト９３がスリーブ７１に当接した状態で、リミットユニット９０のロック機構がシャフト９３をロックしている。これにより、スリーブ７１は、図中上方向への移動が規制される。
【００６１】
次に、本実施形態におけるテストヘッド４０の作用について説明する。
【００６２】
図２に示すように、搬送アーム３３がプローブカード２０に半導体ウェハＷを押し付けると、その際の押圧力Ｆがプローブカード２０を介して、センタクランプ７０のスリーブ７１に伝達される。このような押圧力Ｆは、プローブカード２０の大型化やプローブ針２１の多ピン化に伴って増大する傾向にある（例えば４００ｋｇ程度）。
【００６３】
このような押圧力Ｆを受けたスリーブ７１は、プローブカード２０に対して離反する方向に移動しようとするが、その移動がリミットユニット９０により規制されている。すなわち、押圧力Ｆは、スリーブ７１からリミットユニット９０に伝達される。また、このリミットユニット９０がトッププレート６１に固定されていることから、押圧力Ｆは、トッププレート６１にも伝達される。
【００６４】
ここで、トッププレート６１がプローバ３０のヘッドプレート３１と機械的に連結していることから、押圧力Ｆがヘッドプレート３１に最終的に伝達されて、ヘッドプレート３１が撓み、これに伴って、プローブカード２０も撓んでしまう恐れがある。特に、トッププレート６１やヘッドプレート３１が薄いと、プローブカード２０の撓みの問題が顕著に生じ易くなる。そこで、プローブカード２０の撓みを抑制するために、スティフナ２３の剛性を上げることで対応することも考えられるが、スティフナ２３を厚くすることには限界がある。
【００６５】
これに対し、本実施形態におけるテストヘッド４０は、この押圧力Ｆをテストヘッド本体５０のフレーム５１に伝達するブレーキユニット８０を備えている。このブレーキユニット８０では、支持ブロック９２に当接しているシャフト８２を、フレーム５１に取り付けられたロック機構８４がロックする。このため、リミットユニット９０に伝達された押圧力Ｆが、ヘッドプレート３１に伝達される前に、ブレーキユニット８０を介してフレーム５１に伝達される。
【００６６】
すなわち本実施形態では、プローブカード２０に印加された押圧力Ｆが、センタクランプ７０→リミットユニット９０→ブレーキユニット８０の経路を介して、テストヘッド本体５０のフレーム５１に伝達される。
【００６７】
本実施形態では、４つのブレーキユニット８０が、それぞれ１００ｋｇ以上の荷重に耐えられるので、押圧力Ｆが４００ｋｇ以下であれば、その押圧力Ｆをロスなくテストヘッド本体５０のフレーム５１に伝達することが可能となっている。
【００６８】
また、このテストヘッド本体５０の重量は、１０００ｋｇ程度となっており、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆ（４００ｋｇ程度）を十分に受け止めることが可能となっている。
【００６９】
このように、ブレーキユニット８０を介して押圧力Ｆを剛堅なフレーム５１に伝達することで、ヘッドプレート３１が撓み難くなり、これに伴ってプローブカード２０の撓みも抑制される。プローブカード２０の撓みが抑制されることで、プローブカード２０のコンタクタ２１と半導体ウェハＷのＤＵＴとの電気的な接触不良が抑制される。
【００７０】
また、本実施形態では、ブレーキユニット８０及びリミットユニット９０が、図８に示すように、プローブカード２０の中心Ｏを軸とした周方向に実質的に等間隔で配置されている。このため、ブレーキユニット８０及びリミットユニット９０が、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆをバランスよく受け止めることができ、プローブカード２０の撓みが効果的に抑制される。
【００７１】
また、本実施形態では、センタクランプ７０がプローブカード２０の中央部分に設けられたクランプヘッド２４を把持し、プローブカード２０が受ける押圧力Ｆを直接受け止めている。このため、スティフナ２３の剛性に係わらず、押圧力Ｆに対応することができ、コストや取り扱いの点において優れている。
【００７２】
また、本実施形態では、図２及び図８に示すように、ブレーキユニット８０のシャフト８２が、トップ連結部６１ｂよりも内側（中心Ｏ寄り）に位置している。これにより、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆは、連結部３１ｂ，６１ｂを介してヘッドプレート３１に伝達される前に、ブレーキユニット８０を介してフレーム５１に確実に伝達される。このため、プローブカード２０の撓みが効果的に抑制される。
【００７３】
図１２〜図１５は本実施形態におけるテストヘッドの変形例を示す断面図である。
【００７４】
本実施形態におけるブレーキユニット８０では、シャフト８２がリミットユニット９０に当接しているが、特に限定されない。例えば、図１２に示すように、シャフト８２を、トッププレート６１に直接当接させてもよい。この場合には、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆは、センタクランプ７０→リミットユニット９０→トッププレート６１→ブレーキユニット８０の経路を介してフレーム５１に伝達される。このため、上記と同様に、プローブカード２０の撓みを抑制することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、ブレーキユニット８０をフレーム５１に取り付け、シャフト８２をリミットユニット９０に当接させたが、これらの関係が逆であってもよい。例えば、図１３に示すように、ロック機構８４とリミットユニット９０とを一体的にしてトッププレート６１に固定し、シャフト８２をテストヘッド本体５０のフレーム５１に当接させてもよい。この場合には、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆは、センタクランプ７０→リミットユニット９０→ブレーキユニット８０の経路を介してフレーム５１に伝達される。なお、図１３に示す変形例において、リミットユニット９０を設けなくてもよい。
【００７６】
また、図１４に示すように、ブレーキユニット８０を、トッププレート６１に取り付けて、シャフト８２をテストヘッド本体５０のフレーム５１に当接させてもよい。この場合にも、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆは、センタクランプ７０→リミットユニット９０→ブレーキユニット８０の経路を介してフレーム５１に伝達される。
【００７７】
また、図１５に示すように、リミットユニット９０を設けず、ブレーキユニット８０のシャフト８２を、センタクランプ７０のスリーブ７１の上面に当接させてもよい。この場合には、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆは、センタクランプ７０→ブレーキユニット８０の経路を介してフレーム５１に伝達される。なお、図１５に示す変形例において、ブレーキユニット８０をセンタクランプ７０に取り付けて、シャフト８２をテストヘッド本体５０のフレーム５１に当接させてもよい。
【００７８】
また、図１６に示すように、センタクランプ７０及びリミットユニット９０を設けず、ブレーキユニット８０のシャフト８２を、プローブカード２０の中央部分に直接当接させてもよい。この場合には、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆは、プローブカード２０からブレーキユニット８０のみを介してフレーム５１に伝達される。このように、ブレーキユニット８０が、プローブカード２０の中央部分で押圧力Ｆを受け止めることで、より効果的にプローブカード２０の撓みを抑制することができる。なお、この場合には、同図に示すように、プローブカード２０にクランプヘッドを設けなくてもよい。
【００７９】
次に、本実施形態におけるプローブカード２０の装着方法について説明する。
【００８０】
図１７は本実施形態におけるテストヘッドの分解断面図、図１８及び図１９は本実施形態におけるセンタクランプの動作を説明する拡大断面図である。
【００８１】
先ず、センタクランプ７０及びリミットユニット９０が取り付けられたハイフィックス６０を、ブレーキユニット８０が取り付けられたテストヘッド本体５０に装着する。なお、この状態では、ブレーキユニット８０のロック機構８４のロックは解除されており、シャフト８２の相対移動が許容されている。同様に、リミットユニット９０のロック機構のロックも解除されており、シャフト９３の相対移動が許容されている。従って、ハイフィックス６０とテストヘッド本体５０との機械的な接続は、スプリング６４によってフローティング状態となっている。
【００８２】
次いで、図１に示すように、マニピュレータ４１及びモータ４２によって、テストヘッド４０をプローバ３０に向かって反転させる。
【００８３】
なお、この状態においてもシャフト８２の相対移動は許容されており、図１７の（i）に示すように、ハイフィックス６０の微動に対してシャフト８２が追従可能となっている。因みに、シャフト８２は、弾性部材８３によって付勢されて支持ブロック９２に当接しているだけであるので、ハイフィックス６０の平面方向の微動も許容される。なお、図１７中の点線で示したテストヘッド本体５０等は、上述の反転時の状態を示している。
【００８４】
次いで、テストヘッド本体５０をプローバ３０に対して位置決めする。このテストヘッド本体５０の位置決めは、特に図示しないが、プローバ３０に設けられたガイドピンを、テストヘッド本体５０の下面に形成されたガイド孔に嵌合させることによって行う。
【００８５】
次いで、図１７の（ii）に示すように、ブレーキユニット８０のシャフト８２をロックする。ここで、弾性部材８３がシャフト８２を付勢しているので、シャフト８２は、リミットユニット９０とフレーム５１との間で突っ張った状態でロック（固定）される。
【００８６】
なお、シャフト８２のロックは、テストヘッド本体５０の反転後であればよく、ヘッドプレート３１とトッププレート６１の連結部３１ｂ、６１ｂの連結後（図１７中の（vi）の後）に行ってもよい。なお、このようなブレーキユニット８０（ロック機構８４）の制御は、同図に示すように、コントローラ１００によって行われる。
【００８７】
次いで、図１７中の(iii)に示すように、ホルダ３４に装着されたプローブカード２０を、センタクランプ７０が把持可能な位置（高さ）まで搬送する。なお、プローブカード２０の搬送は、プローバ３０内の交換アーム（不図示）によって行われる。
【００８８】
次いで、同図中の（iv）に示すように、センタクランプ７０が、プローブカード２０のクランプヘッド２４を保持する。
【００８９】
具体的には、図１８に示すように、第１のエアシリンダ７２を短縮させることで、スリーブ７１をクランプヘッド２４に向かって接近させて、クランプヘッド２４のテーパ面２４ｂで鋼球７４を、スライドボディ７３の外側に押し出す。これにより、鋼球７４は、一旦、スライドボディ７３の収容孔７３ａと、スリーブ７１のリブ７１ｃに形成された収容溝７１ｄと、の間に収容される。
【００９０】
次いで、図１９に示すように、スリーブ７１をクランプヘッド２４に向かってさらに接近させて、スライドボディ７３の先端をプローブカード２０のスティフナ２３に当接させる。この状態から、スリーブ７１をクランプヘッド２４に向かってさらに移動させると、スリーブ７１がスライドボディ７３に対して相対的に下降するので、鋼球７４が、リブ７１ｃの収容溝７１ｄから押し出され、クランプヘッド２４の係合溝２４ｃと係合し、センタクランプ７０によってクランプヘッド２４が保持される（図４参照）。
【００９１】
次いで、特に図示しないが、リミットユニット９０をロックさせた後に、第２のエアシリンダ７５を短縮させる。これにより、スライドボディ７３がスリーブ７１に対して相対的に引き上げられ、鋼球７４と係合溝２４ｃとの接触位置が、係合溝２４ｃの略中央部分から係合溝２４ｃの上部に移動するので、スリーブ当接面７１ａとクランプ当接面２４ａとが良好に密着することとなる。なお、第１及び第２のエアシリンダ７２，７５及びリミットユニット９０の制御は、図１７に示すコントローラ１００によって行われる。
【００９２】
次いで、図１７の（v）に示すように、プロープカード２０に設けられたコネクタ２５と、ハイフィックス６０のコネクタ６２とを接続して、ハイフィックス６０とプローブカード２０を電気的に接続させる。
【００９３】
次いで、図１７の（vi）に示すように、ヘッドプレート３１とトッププレート６１の連結部３１ｂ，６１ｂを係合させて、ハイフィックス６０をプローバ３０のヘッドプレート３１に固定する。
【００９４】
このように、本実施形態では、ブレーキユニット８０のロック機構８４が、テストヘッド本体５０の位置決め前において、シャフト８２の相対移動を許容し、テストヘッド本体５０の位置決め後に、シャフト８２の相対移動をロックする。このため、メンテナンスや部品交換等に伴ってテストヘッド４０をプローバ３０にドッキングする度に、シャフト８２がハイフィックス６０とテストヘッド本体５０との間で突っ張った状態で固定し直されるので、ハイフィックス６０とテストヘッド本体５０との間隔が変動しても、プローブカード２０に印加される押圧力Ｆをフレーム５１に確実に伝達することができる。
【００９５】
以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００９６】
１…半導体ウェハ試験装置
１０…テスタ
２０…プローブカード
２４…クランプヘッド
３０…プローバ
３１…ヘッドプレート
３１ｂ…ヘッド連結部
４０…テストヘッド
５０…テストヘッド本体
５１…フレーム
６０…ハイフィックス（インタフェース装置）
６１…トッププレート
６１ｂ…トップ連結部
７０…センタクランプ（保持機構）
７１…スリーブ
８０…ブレーキユニット（伝達手段）
８１…本体ブロック
８２…シャフト（当接部）
８３…弾性部材（付勢手段）
８４…ロック機構
９０…リミットユニット（規制手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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