(57)【要約】【課題】探針７８を真空チャンバ１２を真空破壊することなくしかも該チャンバ内の試料に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に位置決めするための簡潔な機構を提供する。【解決手段】先端側の部分に支軸７１が突設された被押圧ブロック３５をケース３０内に配し、この被押圧ブロック３５の側面側を板ばね３６によって受けるとともに調整つまみ４３によって押圧する。また被押圧ブロック３５の下面を板ばね３７によって受けるとともに上方から調整つまみ５０によって調整可能に押圧する。またケース３０の背面側に取付けられた調整つまみ５７によって被押圧ブロック３５を圧縮コイルばね７２に抗して軸線方向に移動させる。これによって被押圧ブロック３５を介して支軸７１の先端側の探針７８をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動調整可能に支持する。【選択図】  図６
2004333271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が空間になっているケースと、
前記ケース内に配されている被押圧ブロックと、
前記被押圧ブロックに取付けられるとともに、前記ケースから突出する先端部に探針を支持する支軸と、
前記被押圧ブロックを横方向および縦方向に押圧するように前記ケースに取付けられるばねと、
前記被押圧ブロックを前記横方向のばねに抗して横方向に移動させる移動調整手段と、
前記被押圧ブロックを前記縦方向のばねに抗して縦方向に移動させる移動調整手段と、
前記被押圧ブロックを前記支軸の軸線方向に移動させる移動調整手段と、
前記ケースの先端側の開口に取付けられる筒状保持部に保持され、前記支軸を首振り可能に支持するシールリングと、
を有し、前記支軸の先端部に取付けられた探針は横方向および縦方向の移動調整手段によって横方向および縦方向に移動するとともに、軸線方向の移動調整手段によって軸線方向に移動することを特徴とする探針の位置決め装置。
【請求項２】
前記被押圧ブロックを横方向および縦方向に押圧するように前記ケースに取付けられるばねが板ばねであって、該板ばねの自由端に設けられる押圧部または該押圧部の根元側の折曲げ線が前記被押圧ブロックの外表面を押圧することを特徴とする請求項１に記載の探針の位置決め装置。
【請求項３】
前記筒状保持部に保持されて前記支軸を首振り可能に支持するシールリングがＯリングであることを特徴とする請求項１に記載探針の位置決め装置。
【請求項４】
前記筒状保持部が真空チャンバの外周部の開口に嵌着され、前記探針が前記真空チャンバ内の試料に接触して測定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の探針の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は探針の位置決め装置に係り、とくに探針を横方向、縦方向、および軸線方向に移動調整するのに用いて好適な探針の位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体ウエハあるいは半導体チップ上の回路の特性試験を行なう場合には、上記半導体ウエハあるいは半導体チップを測定用のチャンバ内の試料台の上に配し、上記半導体ウエハあるいは半導体チップの所定の位置に探針を接触させ、電流を流して各種の測定を行なう。そして真空チャンバ内を排気すると、真空雰囲気中での測定が行なわれる。またチャンバ内の空気を不活性ガス等に置換すると、不活性ガス下での測定が可能になる。あるいはまたこのチャンバ内を冷却手段によって冷却すると、低温下での特性の測定が可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような測定装置において、上記探針は半導体ウエハあるいは半導体チップ上の所望の位置に接触させなければならず、このために探針（プローブ）をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動調整可能に支持する必要がある。しかもチャンバを真空チャンバから構成する場合には、真空破壊を起さないようにしながらしかも上記の探針をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動調整させる必要があり、これによって構造が複雑になるとともに装置のコストが上昇する問題があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、比較的簡潔な機構によってしかも探針をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動調整可能にした探針の位置決め装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の主要な発明は、
内部が空間になっているケースと、
前記ケース内に配されている被押圧ブロックと、
前記被押圧ブロックに取付けられるとともに、前記ケースから突出する先端部に探針を支持する支軸と、
前記被押圧ブロックを横方向および縦方向に押圧するように前記ケースに取付けられるばねと、
前記被押圧ブロックを前記横方向のばねに抗して横方向に移動させる移動調整手段と、
前記被押圧ブロックを前記縦方向のばねに抗して縦方向に移動させる移動調整手段と、
前記被押圧ブロックを前記支軸の軸線方向に移動させる移動調整手段と、
前記ケースの先端側の開口に取付けられる筒状保持部に保持され、前記支軸を首振り可能に支持するシールリングと、
を有し、前記支軸の先端部に取付けられた探針は横方向および縦方向の移動調整手段によって横方向および縦方向に移動するとともに、軸線方向の移動調整手段によって軸線方向に移動することを特徴とする探針の位置決め装置に関するものである。
【０００６】
ここで前記被押圧ブロックを横方向および縦方向に押圧するように前記ケースに取付けられるばねが板ばねであって、該板ばねの自由端に設けられる押圧部または該押圧部の根元側の折曲げ線が前記被押圧ブロックの外表面を押圧することが好ましい。また前記筒状保持部に保持されて前記支軸を首振り可能に支持するシールリングがＯリングであることが好ましい。また前記筒状保持部が真空チャンバの外周部の開口に嵌着され、前記探針が前記真空チャンバ内の試料に接触して測定を行なうことが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本願に含まれる発明を図示の実施の形態によって説明する。この実施の形態は半導体装置の測定のための探針（プローブ）の位置決め装置に関する。まず測定装置の全体の構造を図１および図２によって説明する。この装置は図１に示すようにほぼ矩形の板状体から成るベース１０を備える。なおベース１０の下面の所定の位置には図２Ａに示すようにゴム脚９が取付けられている。そしてベース１０上にはその所定の位置に支持脚１１を介して偏平な円筒状のチャンバ１２が載置されている。チャンバ１２は図２Ａおよび図２Ｂに示すようにその上面が円形の窓１３になっており、この窓１３を塞ぐように石英ガラス１４が取付けられ、さらにこの石英ガラス１４の外側には遮光板１５が取付けられている。
【０００８】
この測定装置は図１に示すようにそのチャンバ１２の外周部にほぼ放射状に４つのポジショナユニット２０を取付けている。なおポジショナユニット２０は図１において横方向の軸線に対して４０度傾いて取付けられている。そしてチャンバ１２にはその側方にガス置換用バルブ２１が接続され、このガス置換用バルブ２１に対して１８０度離れた位置には真空吸引用パイプ２２が接続されるようになっている。またこれらのガス置換用バルブ２１および真空吸引用パイプ２２に対して９０度離れた位置には、冷却用接続具２３が接続されている。
【０００９】
図２Ａに示すようにチャンバ１２の外周面上であってポジショナユニット２０と対応する位置にはそれぞれ円形の開口２４が形成されている。そしてこの円形の開口２４に上記ポジショナユニット２０の後述する保持筒６４が挿入されるようになっている。保持筒６４と円形の開口２５との間にはＯリング２５が介装されるようになっている。なおＯリング２５はその内側において押えリング２５ａによって押えられるとともに、Ｏリング２５をチャンバ１２の外周側から押えフランジ２５ｂによって押えるようにしている。またこのチャンバ１２内には図２Ｂに示すように、上記冷却用接続具２３の接続口の部分から延びるアーム２６が設けられ、このアーム２６の先端側であって上記チャンバ１２のほぼ中心部には試料台２７が載置されるようになっている。この試料台２７には測定を行なうための試料、例えば半導体チップ等が載置される。
【００１０】
次に上記ポジショナユニット２０の構成を図３〜図６によって説明する。ポジショナユニット２０は断面がほぼ正方形の筒状をなすケース３０を備える。ケース３０はその下面に取付け板３１が固着され、取付けねじ３２によってベース１０上の所定の位置に取付けられるようになっている（図１参照）。そして上記ケース３０の前面側が前フランジ３３によって閉塞され、後側が後フランジ３４によって閉塞される。
【００１１】
ケース３０の内部には直方体状をなす被押圧ブロック３５が配される。被押圧ブロック３５の側面側には横方向、すなわちＸ軸方向の板ばね３６が配され、これに対して被押圧ブロック３５の下側にはＺ軸方向の板ばね３７が配される。これらの板ばね３６、３７はともに押え３８を介してケース３０の側面あるいは底面に固着されるようになっている。ここで板ばね３６、３７はその自由端側に所定の長さの押圧面３９を備えるとともに、押圧面３９の根元側が折曲げ線４０になっており、押圧面３９あるいは折曲げ線４０によって被押圧ブロック３５を押圧するようになっている。
【００１２】
ケース３０の側面であって上記板ばね３６と対向する位置には横方向の調整つまみ４３が設けられている。この調整つまみ４３は調整ねじ４４を備え、この調整ねじ４４がケース３０の横方向の壁面に貫通して取付けられた軸ボス４５の雌ねじ孔４６にねじ込まれるようになっている。そして調整つまみ４３の先端部が被押圧ブロック３５の側面に設けられているリベット４７の頭の部分を押圧するようになっている。
【００１３】
ケース３０の上面には上側の調整つまみ５０が設けられている。調整つまみ５０は調整ねじ５１を備え、この調整ねじ５１がケース３０の上側の壁面を貫通して固着されている軸ボス５２の雌ねじ孔５３に螺着されている。そして調整ねじ５１の先端部が被押圧ブロック３５の上面のリベット５４の頭部を押圧するようになっている。
【００１４】
ケース３０の背面側であって後フランジ３４には後側の調整つまみ５７が取付けられている。調整つまみ５７は調整ねじ５８を備えるとともに、この調整ねじ５８が後フランジ３４の軸ボス５９の雌ねじ孔６０に螺着されている。なお調整ねじ５８の先端部には一体にリベット６１が取付けられるとともに、このリベット６１の頭部が上記被押圧ブロック３５の背面を押圧するようになっている。
【００１５】
ケース３０の前面側の開口を閉塞している前フランジ３３には図３〜図６に示すように一体に保持筒６４が連設されている。保持筒６４はその内周面にＯリング受け６５が圧入固定されている。Ｏリング受け６５の内周溝６６にはＯリング６７が装着されている。Ｏリング６７はＯリング受け６５と支軸７１との間をシールしながらしかも支軸７１を首振り可能に支持する極めて重要な部品を構成している。またＯリング受け６５の外周側の溝６８がＯリング６９を支持している。そしてＯリング６９がＯリング受け６５と保持筒６４との間をシールしている。
【００１６】
被押圧ブロック３５の前面側に突出するようにこの被押圧ブロック３５に支軸７１が圧入固定されている。そして支軸７１の外周部であって被押圧ブロック３５とＯリング受け６５との間に圧縮コイルばね７２が介装されている。そして上記支軸７１の先端側にはスペーサ７３を介して一対の板ばね７５、７６が取付けられている。これらの板ばね７５、７６の先端側は固定部材７７を介してプローブから成る探針７８を支持するようになっている。また上記ケース３０の上面にはコネクタ８１が取付けられ、このコネクタ８１と接続されたリード線８２がケース内において支軸７１に電気的に接続され、上記支軸７１および板ばね７５を介して探針７８と電気的に接続されている。
【００１７】
次に以上のような構成になるこの測定装置による測定動作を説明する。まず図１および図２に示すチャンバ１２の試料台２７上に測定しようとする試料を載置する。そしてチャンバ１２内を所定の雰囲気にする。すなわち不活性ガスの雰囲気にする場合にはガス置換用バルブ２１によってこのチャンバ１２内の空気を不活性ガスに置換する。またチャンバ１２内を真空にする場合には真空吸引用パイプ２２によってこのチャンバ１２内の真空吸引を行なう。またチャンバ１２内の温度、あるいは試料の温度を下げる場合には、冷却用接続具２３を介して接続される冷却手段によってチャンバ１２内あるいは試料台２７を冷却する。
【００１８】
次に各ポジショナユニット２０の探針７８を試料台２７上の試料の所定の位置に接触させる。探針７８のＸ軸方向の調整はケース３０の横方向の調整つまみ４３によって行なう。すなわちこの調整つまみ４３を回転させることによって、調整ねじ４４によって被押圧ブロック３５を板ばね３６に抗してＸ軸方向に押圧する。すると被押圧ブロック３５と結合されている支軸７１が保持筒６４内のＯリング受け６５に支持されているＯリング６７を支点として首振り動作を行なう。従ってこのような首振り動作によって支軸７１の先端側の探針７１がＸ軸方向に移動される。
【００１９】
ここでは調整ねじ４４のピッチを０．５ｍｍとし、支軸７１のレバー比を０．５５とし、これによってつまみ４３の１回転でプローブ７８を０．７７５ｍｍ移動させるようにしている。これは調整つまみ４３の１度の回転でプローブ７８が２．１５３μｍ移動することを意味する。
【００２０】
次にＺ軸方向あるいは高さ方向の移動調整は、調整つまみ５０によって行なう。調整つまみ５０を回転操作すると、調整ねじ５１が軸ボス５２の雌ねじ孔５３に対して上下方向に移動し、調整ねじ５１の先端部が被押圧ブロック３５の上面のリベット５４の頭部を押圧することになる。従って支軸７１は保持筒６４のＯリング受け６５に保持されているＯリング６７を中心として高さ方向の首振り運動を行なう。従って支軸７１の先端部に設けられている探針７８は高さ方向に移動調整される。
【００２１】
ここでＺ軸の調整ねじ５１のピッチが０．５ｍｍであって支軸７１のＯリング６７を中心とするレバー比が１．５５倍になっているために、調整つまみ５０の１回転で探針７８は０．７７５ｍｍ移動する。これは調整つまみ５０のの１度の回転で探針７８が２．１５３μｍ移動することを意味する。
【００２２】
次に探針７８のＹ軸方向の調整は、ケース３０の後側の調整つまみ５７の回転調整によって行なわれる。つまみ５７を回転調整すると調整ねじ５８が軸ボス５９の雌ねじ孔６０によって前後方向に移動する。従って調整ねじ５８の先端側のリベット６１が被押圧ブロック３５を圧縮コイルばね７２に抗して前後方向に移動させることになる。従ってこれにより、支軸７１が押圧ブロック３５とともに軸線方向、すなわちＹ軸方向に移動する。従って支軸７１の先端部に設けられている探針７８も同方向に移動し、Ｙ軸方向の移動調整が行なわれる。
【００２３】
Ｙ軸の調整ねじ５８はそのピッチが０．５ｍｍであるために、調整つまみ５７を１回転させると探針７８が０．５ｍｍ移動する。これは調整つまみ５７の１度の回転で探針７８が前後方向、すなわちＹ軸方向に１．３８９μｍ移動することを意味する。
【００２４】
上述のようなＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の移動調整によって、各ポジショナユニット２０の支軸７１の先端部にそれぞれ取付けられている探針７８が試料台２７上の試料の所定の位置に正しく接触する。従ってこのプローブ７８と板ばね７５、７６、支軸７１、およびリード線８２を介して接続されているコネクタ８１を通して試料に対して電流を流したり、あるいはまたこの試料から出力を取出すことによって、試料の測定が行なわれる。しかもこのような測定の際に、真空チャンバ１２とポジショナユニット２０との間の真空は、保持筒６４のＯリング６７と保持筒６４の外周側のＯリング２５とによって達成されるようになっている。従って上記の探針７８の移動調整動作にかかわらずチャンバ１２の真空状態は確実に保持される。
【００２５】
ここでとくに探針７８のＸ軸方向およびＺ軸方向の移動調整動作が、上述の如く保持筒６４内のＯリング受け６５に保持されているＯリング６７を支点とする支軸７１の首振り運動によって達成され、探針７８の軸線方向の移動調整動作が保持筒６４のＯリング６７内の支軸７１の移動調整動作によって行なわれる。従って真空状態を維持しながらしかも極めて簡潔な機構によって探針７８を３軸の方向に移動調整することができる。なお軸線方向、すなわちＹ軸方向の大きなスロークの移動調整については、このポジショナユニット２０それ自体をチャンバ１２に対してこのチャンバ１２のほぼ半径方向に移動調整できるようになっている。このときに保持筒６４の外周側のＯリング２５がチャンバ１２の円形の開口２４に対して軸線方向に移動されることになる。そして所定の位置で取付けねじ３２を固定することによって、その位置でポジショナユニット２０の位置決めが行なわれる。
【００２６】
また探針７８を先端部に支持する支軸７１は被押圧ブロック３５に固定されており、しかもこの被押圧ブロック３５の一方の側面と下面とをそれぞれ板ばね３６、３７によって押圧しながら反対方向から調整つまみ４３、５０によって押込むようにしている。従ってこのような構成は、とくに板ばね３６、３７の先端側の押圧面３９あるいはその根元部分の折曲げ線４０によってケース３０内でとくに何の拘束も行なっていない被押圧ブロック３５の姿勢を正しい姿勢に維持することができる。従って被押圧ブロック３５を特別な支持手段によって支持することなくケース３０内において浮いた状態で配しながらしかも３軸方向の移動調整が可能になる。
【００２７】
以上本願に含まれる発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願に含まれる発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば板ばね３６と調整つまみ４３の位置関係を互いに逆にしてもよく、あるいはまた板ばね３７と調整つまみ５０の位置関係を互いに逆にしてもよい。また上記実施の形態は半導体ウエハあるいは半導体チップの測定装置における探針７８の位置決め装置に関するものであるが、本願発明はその他各種の測定装置の探針の位置決め装置にも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本願の主要な発明は、内部が空間になっているケースと、ケース内に配されている被押圧ブロックと、被押圧ブロックに取付けられるとともに、ケースから突出する先端部に探針を支持する支軸と、被押圧ブロックを横方向および縦方向に押圧するようにケースに取付けられるばねと、被押圧ブロックを横方向のばねに抗して横方向に移動させる移動調整手段と、被押圧ブロックを縦方向のばねに抗して縦方向に移動させる移動調整手段と、被押圧ブロックを支軸の軸線方向に移動させる移動調整手段と、ケースの先端側の開口に取付けられる筒状保持部に保持され、支軸を首振り可能に支持するシールリングと、を有し、支軸の先端部に取付けられた探針は横方向および縦方向の移動調整手段によって横方向および縦方向に移動するとともに、軸線方向の移動調整手段によって軸線方向に移動するようにしたものである。
【００２９】
従ってこのような探針の位置決め装置によれば、横方向の移動調整手段によってシールリングを中心として支軸を横方向に首振りさせることによって横方向の位置調整が行なわれ、縦方向の移動調整手段を調整することによって支軸がシールリングを中心として縦方向の首振り運動を行ない、これによって縦方向の移動調整動作が行なわれる。また軸線方向の移動調整手段によって支軸がシールリングに対して軸線方向に移動しながら位置調整を行なうことになる。従ってシール手段を兼用するシールリングを有効に利用して支軸の先端部に取付られている探針を３軸方向に移動調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定装置の全体の構成を示す平面図である。
【図２】この測定装置の図１におけるＡ〜Ａ線断面図およびＢ〜Ｂ線断面図である。
【図３】ポジショナユニットの側面図である。
【図４】ポジショナユニットの縦断面図である。
【図５】ポジショナユニットの横断面図である。
【図６】ポジショナユニットの要部の分解斜視図である。
【符号の説明】
９  ゴム脚
１０  ベース
１１  支持脚
１２  チャンバ
１３  窓
１４  石英ガラス
１５  遮光板
２０  ポジショナユニット
２１  ガス置換用バルブ
２２  真空吸引用パイプ
２３  冷却用接続具
２４  円形の開口
２５  Ｏリング
２５ａ  押えリング
２５ｂ  押えフランジ
２６  アーム（石英板）
２７  試料台
３０  ケース
３１  取付け板
３２  取付けねじ
３３  前フランジ
３４  後フランジ
３５  被押圧ブロック
３６  板ばね（横）
３７  板ばね（下）
３８  押え
３９  押圧面
４０  折曲げ線
４３  調整つまみ（横）
４４  調整ねじ
４５  軸ボス
４６  雌ねじ孔
４７  リベット
５０  調整つまみ（上）
５１  調整ねじ
５２  軸ボス
５３  雌ねじ孔
５４  リベット
５７  調整つまみ（後）
５８  調整ねじ
５９  軸ボス
６０  雌ねじ孔
６１  リベット
６４  保持筒
６５  Ｏリン受け
６６  内周溝
６７  Ｏリング
６８  外周溝
６９  Ｏリング
７１  支軸
７２  圧縮コイルばね
７３  スペーサ
７５、７６  板ばね
７７  固定部材
７８  探針（プローブ）
８１  コネクタ
８２  リード線
【図１】
2004333271.tif 000003
【図２】
2004333271.tif 000004
【図３】
2004333271.tif 000005
【図４】
2004333271.tif 000006
【図５】
2004333271.tif 000007
【図６】
2004333271.tif 000008