【手続補正書】
【提出日】平成20年3月3日(2008.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】  駆動垂直軸テストヘッドマニピュレータにおける平衡化された垂直方向のドッキング動作
【特許請求の範囲】
【請求項１】  負荷を支持するための装置において、
上記負荷の第１の位置調整を実行するための駆動機構と、
上記駆動機構を負荷に連結するための連結機構であり、上記負荷の第２の位置調整を実行し、１より大きい機械的倍率を有する、連結機構とを具備している装置。
【請求項２】  上記負荷がテストヘッドである、請求項１記載の装置。
【請求項３】  上記駆動機構が、上記負荷を垂直方向に駆動させる非コンプライアントのリニア作動装置を有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】  上記リニア作動装置がブレーキ機構を有する、請求項３記載の装置。
【請求項５】  上記リニア作動装置が、上記負荷の後方駆動を防止するのに十分なねじピッチ又は内部摩擦の少なくとも一方を有する、請求項３記載の装置。
【請求項６】  更に、上記駆動機構により駆動させられる第１の支持体と、上記負荷を支持するための負荷支持体とを有しており、上記連結機構が、上記第１の支持体を負荷支持体に連結する、請求項１記載の装置。
【請求項７】  上記第１の支持体が、下側部分と中間部分と上側部分とを有しており、上記中間部分及び上側部分が、リニア作動装置を有する少なくとも１つの駆動機構により駆動させられる、請求項６記載の装置。
【請求項８】  上記連結機構が、上記負荷に連結される負荷軸受部と、上記負荷が実質的に重量のない状態に支持されるように平衡力を受ける入力部とを有する、請求項１記載の装置。
【請求項９】  上記平衡力が、上記入力部に連結されるカウンタウェイトを有している、請求項８記載の装置。
【請求項１０】  上記連結機構がボールねじを有している、請求項１記載の装置。
【請求項１１】  上記第１の位置調整が、垂直方向における上記負荷の位置の粗調整であり、上記第２の位置調整が、上記垂直方向における上記負荷の位置のコンプライアントのバーニヤ調整である、請求項１記載の装置。
【請求項１２】  更に、６軸の動作自由度をもたらす付加的な負荷調整装置を有している、請求項１記載の装置。
【請求項１３】  更に、上記負荷の水平方向の動作をもたらすためのベースを有している、請求項１記載の装置。
【請求項１４】  更に、上記負荷の動作の追加の自由度をもたらすためのケーブルピボットを有している、請求項１記載の装置。
【請求項１５】  上記負荷がテストヘッドであり、上記負荷支持体が、上記テストヘッドを受けるためのテストヘッド取付け部を有し、また、上記テストヘッドが、それが被検ユニットの電気的なテストを実行し得るように、被検ユニットと位置合わせされて支持される、請求項６記載の装置。
【請求項１６】  上記被検ユニットが半導体集積回路デバイスである、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】  上記テストヘッド取付け部が、クレードル及びヨークからなるグループから選択される、請求項１５記載の装置。
【請求項１８】  上記リニア作動装置が、上記連結機構が作動せず、上記負荷が平衡化されなくなった場合に、上記負荷を固定位置に維持することができる、請求項３記載の装置。
【請求項１９】  上記連結機構が、上記負荷支持体に連結される負荷軸受部を有し、該負荷軸受部が、上記第１の支持体に取り付けられる少なくとも１つのシャフト又はレールに沿ってスライドする構造を有している、請求項６記載の装置。
【請求項２０】  上記負荷がテストヘッドであり、上記連結機構は、テストヘッドのＴＳＡへのドッキングが可能なように、上記負荷軸受部に上記第１の支持体に対して相対的な所定範囲の垂直動作をさせる、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】  上記装置が、更に、上記負荷支持体の上記第１の支持体に対する相対的な動作が所定範囲内であるか否かを決定する動作検出器と、上記動作が上記所定範囲外であるときに上記駆動機構を遮るインタラプト回路とを有する、請求項６記載の装置。
【請求項２２】  上記装置が、更に、上記負荷支持体が所定の第２の動作範囲内に位置するか否かを決定する位置検出器を有し、上記第２の動作範囲は上記負荷支持体の第１の動作範囲より狭い、請求項６記載の装置。
【請求項２３】  上記負荷支持体が上記第２の動作範囲外にあるときに上記駆動機構の操作を中断する、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】  上記負荷支持体の動作範囲内の所定の位置に上記負荷支持体が位置するようにモータにより動作軸に沿って上記負荷支持体が駆動される、請求項６記載の装置。
【請求項２５】  上記モータは制限されたトルクのモータであり、上記負荷支持体は上記モータが駆動されていないときに上記動作軸に沿ってコンプライアントに自由に動く、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】  上記装置が、更に、タイマを有し、上記モータの操作が上記タイマによって制御される、請求項２４記載の装置。
【請求項２７】  上記負荷がテストヘッドである、請求項２５記載の装置。
【請求項２８】  上記モータは、上記テストヘッドがＴＳＡにドッキングされるとき、駆動されない、請求項２７記載の装置。
【請求項２９】  上記連結機構がケーブルを支持するケーブル支持体を有し、上記ケーブルが上記負荷支持体を支持し、上記ケーブル支持体が上記負荷に対して上記ケーブル支持体を所望角度に維持する平準化機構を有する、請求項６記載の装置。
【請求項３０】  負荷を支持するための装置において、
負荷支持体と、
負荷を受けるための、上記負荷支持体上の作動ヘッド取付け部と、
第１の位置調整をもたらすことができる第１の支持体と、
上記第１の支持体に負荷支持体を連結するための連結機構であり、上記連結機構は、上記負荷に対する第２の位置調整を行い、上記連結機構が１より大きい機械的倍率を有する装置。
【請求項３１】  負荷を支持するための装置において、
上記負荷の第１の位置調整を実行するための駆動機構と、
平衡化された重量の状態における負荷の第２の位置調整を実行するための連結機構であって、上記負荷を受けるための負荷支持体を有する連結機構と、
上記負荷支持体の位置が所定の範囲内か否かを検出する位置検出器と、
上記負荷支持体の位置が所定の範囲外のとき上記駆動機構を妨げるインタラプト回路とを具備している装置。
【請求項３２】  負荷を支持するための装置において、
上記負荷の第１の位置調整を実行するための駆動機構と、
平衡化された重量の状態における負荷の第２の位置調整を実行するための連結機構であって、上記負荷を受けるための負荷支持体を有する連結機構と、
上記負荷支持体の上記駆動機構に対する相対動作が所定の範囲内か否かを検出する動作検出器と、
上記相対動作が所定の範囲外のとき上記駆動機構を妨げるインタラプト回路とを具備している装置。
【請求項３３】  負荷を支持するための装置において、
上記負荷の第１の位置調整を実行するための駆動機構と、
平衡化された重量の状態における負荷の第２の位置調整を実行するための連結機構であって、上記負荷を受けるための負荷支持体を有し、上記負荷支持体を所定範囲内の位置に駆動する位置決め機構を有する連結機構と、
上記位置決め機構が上記負荷支持体を所定の時間範囲内で上記位置に位置決めするか否かを計時するタイマとを具備している装置。
【請求項３４】  負荷を支持するための装置において、
上記負荷の粗位置調整を実行するための駆動機構と、
平衡化された状態に上記負荷を支持する負荷平衡化機構であって、上記負荷平衡化機構は負荷に対するバーニヤ位置調整を行い、上記負荷平衡化機構は１より大きい機械的倍率を有する装置。
【請求項３５】  負荷を位置決めするための方法において、
上記負荷の位置を駆動機構を用いて調整し、
上記負荷の上記位置をコンプライアントな連結機構を用いて再調整し、上記連結機構は上記駆動機構を負荷に連結し、上記連結機構は１より大きい機械的倍率を有している
方法。            
【請求項３６】  負荷を位置決めするための方法において、
上記負荷を支持する第１の支持体を用い、
上記第１の支持体を上記負荷に連結するために１より大きい機械的倍率を有するコンプライアントな連結機構を用い、
上記連結機構に平衡力を適用し、
駆動機構を用いて上記負荷の位置を調整して上記駆動機構が上記第１の支持体を駆動し、
上記連結機構を用いて上記負荷の上記位置を再調整する方法。
【請求項３７】  テストヘッドをドッキングするための方法において、
上記テストヘッドを支持する第１の支持体を用い、
上記第１の支持体を上記テストヘッドに連結するために１より大きい機械的倍率を有するコンプライアントな連結機構を用い、
上記連結機構に平衡力を適用し、
駆動機構を用いて上記テストヘッドの位置を調整して上記駆動機構が上記第１の支持体を駆動し、
上記連結機構を用いて上記テストヘッドの上記位置を再調整し、上記テストヘッドをハンドラにドッキングする方法。
【請求項３８】  負荷を位置決めするための方法において、
上記負荷を支持する第１の支持体を用い、
上記第１の支持体を上記負荷に連結するために１より大きい機械的倍率を有するコンプライアントな連結機構を用い、上記連結機構が上記負荷に連結される負荷支持体を有し、
上記第１の支持体を駆動する駆動機構を用いて上記負荷の位置を調整し、
上記負荷支持体の上記第１の支持体に対する位置が所定の範囲内であることを決定し、
上記コンプライアントな連結機構を用いて上記負荷の上記位置を再調整する方法。
【請求項３９】  負荷を位置決めするための方法において、
上記負荷を支持する第１の支持体を用い、
上記第１の支持体を上記負荷に連結するために１より大きい機械的倍率を有するコンプライアントな連結機構を用い、上記連結機構が上記負荷に連結される負荷支持体を有し、
上記第１の支持体を駆動する駆動機構を用いて上記負荷の位置を調整し、
上記負荷支持体の上記第１の支持体に対する位置が所定の範囲外であることを決定し、
上記負荷支持体の上記第１の支持体に対する動作が上記所定の範囲内となるまで上記駆動機構の操作を妨げる方法。
【請求項４０】  負荷を位置決めするための方法において、
上記負荷を支持する第１の支持体を用い、
上記第１の支持体を上記負荷に連結するために１より大きい機械的倍率を有するコンプライアントな連結機構を用い、上記連結機構が上記負荷に連結される負荷支持体を有し、
上記負荷支持体の位置が第２の所定動作範囲内にあることを測定し、上記第２の動作範囲は上記負荷支持体の第１の動作範囲より狭く、
上記第１の支持体を駆動する駆動機構を用いて上記負荷の位置を調整し、
上記連結機構を用いて上記負荷の上記位置を再調整する方法。
【請求項４１】  負荷を位置決めするための方法において、
上記負荷を支持する第１の支持体を用い、
上記第１の支持体を上記負荷に連結するために１より大きい機械的倍率を有するコンプライアントな連結機構を用い、上記連結機構が上記負荷に連結される負荷支持体を有し、
上記負荷支持体の位置が第２の所定動作範囲外にあることを測定し、上記第２の動作範囲は上記負荷支持体の第１の動作範囲より狭く、
上記負荷の上記位置が上記第２の動作範囲内にあるように調整し、
上記第１の支持体を駆動する駆動機構を用いて上記負荷の位置を調整し、
上記連結機構を用いて上記負荷の上記位置を再調整する方法。
【請求項４２】  負荷を位置決めするための方法において、
上記負荷を支持する第１の支持体を用い、
上記第１の支持体を上記負荷に連結するために１より大きい機械的倍率を有するコンプライアントな連結機構を用い、上記連結機構が上記負荷に連結される負荷支持体を有し、
上記負荷支持体の位置が第２の所定動作範囲外にあることを測定し、上記第２の動作範囲は上記負荷支持体の第１の動作範囲より狭く、
上記負荷の上記位置が上記第２の動作範囲内にあるように調整し、
上記調整のステップが所定の時間範囲内に完了するか否かを決定するために上記調整のステップを計時し、
上記時間範囲が上記所定の時間範囲より大であれば上記調整のステップを遮る方法。
【請求項４３】  上記第１の支持体が複数の入れ子式の部分を有し、上記入れ子式の部分の少なくとも一つはリニア作動装置からなる駆動機構によって駆動される、請求項３０記載の装置。
【請求項４４】  上記負荷がテストヘッドである、請求項３０記載の装置。
【請求項４５】  上記第１の支持体が、上記負荷を垂直方向に駆動する非コンプライアントなリニア作動装置を有する駆動機構によって駆動される、請求項３０記載の装置。
【請求項４６】  上記第１の支持体が、下側部分と中間部分と上側部分とを有しており、上記中間部分及び上側部分が、リニア作動装置を有する少なくとも１つの駆動機構により駆動させられる、請求項３０記載の装置。
【請求項４７】  上記連結機構が、上記負荷支持体に連結される負荷軸受部と、上記負荷が実質的に重量のない状態に支持されるように平衡力を受ける入力部とを有する、請求項３０記載の装置。
【請求項４８】  上記平衡力が、上記入力部に連結されるカウンタウェイトを有している、請求項４７記載の装置。
【請求項４９】  上記連結機構がボールねじを有している、請求項３０記載の装置。
【請求項５０】  上記第１の位置調整が、垂直方向における上記負荷の位置の粗調整であり、上記第２の位置調整が、上記垂直方向における上記負荷の位置のコンプライアントのバーニヤ調整である、請求項３０記載の装置。
【請求項５１】  上記負荷がテストヘッドであり、上記負荷支持体が、上記テストヘッドを受けるためのテストヘッド取付け部を有し、また、上記テストヘッドが、それが被検ユニットの電気的なテストを実行し得るように、被検ユニットと位置合わせされて支持される、請求項３０記載の装置。
【請求項５２】  上記連結機構がケーブルを支持するケーブル支持体を有し、上記ケーブルが上記負荷支持体を支持し、上記ケーブル支持体が上記負荷に対して上記ケーブル支持体を所望角度に維持する平準化機構を有する、請求項３０記載の装置。
【請求項５３】  更に、上記負荷を支持する第１の支持体を有しており、上記連結機構が、上記第１の支持体を負荷支持体に連結し、上記第１の支持体が複数の入れ子式の部分を有し、上記入れ子式の部分の少なくとも一つは上記駆動機構により駆動される、請求項３１記載の装置。
【請求項５４】  上記負荷がテストヘッドである、請求項３１記載の装置。
【請求項５５】  上記駆動機構が、上記負荷を垂直方向に駆動させる非コンプライアントのリニア作動装置を有する、請求項３１記載の装置。
【請求項５６】  上記第１の支持体が、下側部分と中間部分と上側部分とを有しており、上記中間部分及び上側部分が少なくとも一つのリニア作動装置により駆動させられる、請求項５３記載の装置。
【請求項５７】  上記連結機構が、上記負荷支持体に連結される負荷軸受部と、上記負荷が実質的に重量のない状態に支持されるように平衡力を受ける入力部とを有する、請求項３１記載の装置。
【請求項５８】  上記平衡力が、上記入力部に連結されるカウンタウェイトを有している、請求項５７記載の装置。
【請求項５９】  上記連結機構がボールねじを有している、請求項３１記載の装置。
【請求項６０】  上記第１の位置調整が、垂直方向における上記負荷の位置の粗調整であり、上記第２の位置調整が、上記垂直方向における上記負荷の位置のコンプライアントのバーニヤ調整である、請求項３１記載の装置。
【請求項６１】  上記負荷がテストヘッドであり、上記負荷支持体が、上記テストヘッドを受けるためのテストヘッド取付け部を有し、また、上記テストヘッドが、それが被検ユニットの電気的なテストを実行し得るように、被検ユニットと位置合わせされて支持される、請求項３１記載の装置。
【請求項６２】  上記連結機構がケーブルを支持するケーブル支持体を有し、上記ケーブルが上記負荷支持体を支持し、上記ケーブル支持体が上記負荷に対して上記ケーブル支持体を所望角度に維持する平準化機構を有する、請求項３１記載の装置。
【請求項６３】  更に、上記負荷を支持する第１の支持体を有しており、上記連結機構が、上記第１の支持体を負荷支持体に連結し、上記第１の支持体が複数の入れ子式の部分を有し、上記入れ子式の部分の少なくとも一つは上記駆動機構により駆動される、請求項３２記載の装置。
【請求項６４】  上記負荷がテストヘッドである、請求項３２記載の装置。
【請求項６５】  上記駆動機構が、上記負荷を垂直方向に駆動させる非コンプライアントのリニア作動装置を有する、請求項３２記載の装置。
【請求項６６】  上記第１の支持体が、下側部分と中間部分と上側部分とを有しており、上記中間部分及び上側部分が少なくとも一つのリニア作動装置により駆動させられる、請求項６３記載の装置。
【請求項６７】  上記連結機構が、上記負荷支持体に連結される負荷軸受部と、上記負荷が実質的に重量のない状態に支持されるように平衡力を受ける入力部とを有する、請求項３２記載の装置。
【請求項６８】  上記平衡力が、上記入力部に連結されるカウンタウェイトを有している、請求項６７記載の装置。
【請求項６９】  上記連結機構がボールねじを有している、請求項３２記載の装置。
【請求項７０】  上記第１の位置調整が、垂直方向における上記負荷の位置の粗調整であり、上記第２の位置調整が、上記垂直方向における上記負荷の位置のコンプライアントのバーニヤ調整である、請求項３２記載の装置。
【請求項７１】  上記負荷がテストヘッドであり、上記負荷支持体が、上記テストヘッドを受けるためのテストヘッド取付け部を有し、また、上記テストヘッドが、それが被検ユニットの電気的なテストを実行し得るように、被検ユニットと位置合わせされて支持される、請求項３２記載の装置。
【請求項７２】  上記連結機構がケーブルを支持するケーブル支持体を有し、上記ケーブルが上記負荷支持体を支持し、上記ケーブル支持体が上記負荷に対して上記ケーブル支持体を所望角度に維持する平準化機構を有する、請求項３２記載の装置。
【請求項７３】  更に、上記負荷を支持する第１の支持体を有しており、上記連結機構が、上記第１の支持体を負荷支持体に連結し、上記第１の支持体が複数の入れ子式の部分を有し、上記入れ子式の部分の少なくとも一つは上記駆動機構により駆動される、請求項３３記載の装置。
【請求項７４】  上記負荷がテストヘッドである、請求項３３記載の装置。
【請求項７５】  上記駆動機構が、上記負荷を垂直方向に駆動させる非コンプライアントのリニア作動装置を有する、請求項３３記載の装置。
【請求項７６】  上記第１の支持体が、下側部分と中間部分と上側部分とを有しており、上記中間部分及び上側部分が少なくとも一つのリニア作動装置により駆動させられる、請求項７３記載の装置。
【請求項７７】  上記連結機構が、上記負荷支持体に連結される負荷軸受部と、上記負荷が実質的に重量のない状態に支持されるように平衡力を受ける入力部とを有する、請求項３３記載の装置。
【請求項７８】  上記平衡力が、上記入力部に連結されるカウンタウェイトを有している、請求項７７記載の装置。
【請求項７９】  上記連結機構がボールねじを有している、請求項３３記載の装置。
【請求項８０】  上記第１の位置調整が、垂直方向における上記負荷の位置の粗調整であり、上記第２の位置調整が、上記垂直方向における上記負荷の位置のコンプライアントのバーニヤ調整である、請求項３３記載の装置。
【請求項８１】  上記負荷がテストヘッドであり、上記負荷支持体が、上記テストヘッドを受けるためのテストヘッド取付け部を有し、また、上記テストヘッドが、それが被検ユニットの電気的なテストを実行し得るように、被検ユニットと位置合わせされて支持される、請求項３３記載の装置。
【請求項８２】  上記連結機構がケーブルを支持するケーブル支持体を有し、上記ケーブルが上記負荷支持体を支持し、上記ケーブル支持体が上記負荷に対して上記ケーブル支持体を所望角度に維持する平準化機構を有する、請求項３３記載の装置。
【請求項８３】  更に、上記負荷を支持する第１の支持体を有しており、上記第１の支持体が複数の入れ子式の部分を有し、上記入れ子式の部分の少なくとも一つは上記駆動機構により駆動される、請求項３４記載の装置。
【請求項８４】  上記負荷がテストヘッドである、請求項３４記載の装置。
【請求項８５】  上記駆動機構が、上記負荷を垂直方向に駆動させる非コンプライアントのリニア作動装置を有する、請求項３４記載の装置。
【請求項８６】  上記第１の支持体が、下側部分と中間部分と上側部分とを有しており、上記中間部分及び上側部分が少なくとも一つのリニア作動装置により駆動させられる、請求項８３記載の装置。
【請求項８７】  上記負荷平衡化機構が、上記負荷支持体に連結される負荷軸受部と、上記負荷が実質的に重量のない状態に支持されるように平衡力を受ける入力部とを有する、請求項３４記載の装置。
【請求項８８】  上記平衡力が、上記入力部に連結されるカウンタウェイトを有している、請求項８７記載の装置。
【請求項８９】  上記負荷平衡化機構がボールねじを有している、請求項３４記載の装置。
【請求項９０】  上記負荷がテストヘッドであり、また、上記テストヘッドが、それが被検ユニットの電気的なテストを実行し得るように、被検ユニットと位置合わせされて支持される、請求項３４記載の装置。
【請求項９１】  上記負荷平衡化機構がケーブルを支持するケーブル支持体を有し、上記ケーブルが上記負荷を支持し、上記ケーブル支持体が上記負荷に対して上記ケーブル支持体を所望角度に維持する平準化機構を有する、請求項３４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電子テストヘッドポジショナーの技術分野に関する。
【０００２】
集積回路（ＩＣ）及び他の電子デバイスの自動テストでは、デバイスを適切な温度に設定し、それがテストされるべき所定の位置に配置させるために、特別な装置が用いられる。電子テストは、それ自体、テストヘッドを含む大規模でまた精巧なテストシステムにより実施される。テストヘッドは、精巧なデバイスの正確な高速テストを実現するために、電子回路とあわせて、しばしば密にパッケージされる。テストヘッドを備えたテストシステムは、電子デバイスをサポートするために、デバイスハンドラー又は他の装置に接続し、ドッキングすることが必要であるとされている。テストヘッドの位置決めシステムは、半導体デバイスの自動テストの分野でよく知られている。
【０００３】
かかるテストシステムでは、およそ４０−５００キログラムといったように、テストヘッドが非常に重い。近年では、１０００キログラム以上のテストヘッドを用いるテスト装置が用いられるようになってきている。こうした重くなる原因は、テストヘッドが、電子回路が被検デバイスに対して出来るだけ近接して配置されるように、高精度の周波数正業及びデータ信号を用いることである。
【０００４】
この説明に関して、被検ユニット（ＵＵＴ：unit under test）とは、テストを受ける回路回路又はサブアッセンブリなどのデバイスである。被検デバイス（ＤＵＴ：device under test）とは、テストを受けるデバイス（ＩＣ）そのものである。ＤＵＴは、特定のタイプの被検ユニット（ＵＵＴ）である。テストステーション装置（ＴＳＡ：test station apparatus）は、ウエハプロバ（wafer prober），デバイスハンドラ及び手動テストステーションをひとまとめにあらわす。テストヘッドは、テスト用に特別に設計された作動ヘッドである。
【０００５】
半導体産業における近年の進歩により、次のような結果がもたらされている。  １．ＤＵＴが一層複雑化されている。すなわち、デバイス当たりのトランジスタの数は、数千から数百万までと着実に増大している。
２．ＤＵＴが、デジタル回路構成，アナログ回路構成及び合成信号回路構成の一層複雑な混合体となってきている。
３．デバイス当たりのＩ／Ｏ，電源供給及び信号接地基準用のピンの数が百未満から数百に増大している。
４．ＤＵＴのクロック速度が、数十メガヘルツから少なくとも１ギガヘルツまで大きくなってきている。
５．その結果、データ，アドレス及び制御信号が、少なくとも数百メガｂｐｓの範囲にある。
６．ピン当たりの周波数帯域の条件は、少なくとも数十ギガヘルツの範囲にある。
【０００６】
結果として、次の要件（consideration）に対応すべく、テストシステムの設計変更がなされることが望ましい。
１．テストヘッドがより速くかつより複雑なピン電子回路（pin-electronics circuit）を有する。
２．より高速なスイッチング速度により、テストヘッドにおけるピン回路当たりより大きな電力損失が予想され得る。
３．循環水を用いた水冷システムがテストヘッドに加えられ、これにより、それらの重量が増え、テストヘッドケーブルに含まれるべき可撓性のある配管系統が必要になる。
４．より大きな径をなすより多くの電源供給及び接地用導体が、相互接続するテストヘッドケーブル内に存在する。
５．回路構成が、ケーブル内での信号架線の数及びそれに関連した遅延を抑制するために、システムキャビネットからテストヘッドへ再配置される。
【０００７】
これらの要因は、テストヘッドのサイズや重量を著しく増大させることになる。
１．テストヘッドがＤＵＴに近接させられるという要求が極めて重要になる。
２．テストヘッドからテスタキャビネットへのケーブルが、同時により太く堅くなる一方で、出来るだけ短く確保されるべきである。
このように、テストヘッド及びそれに連結したケーブルは、著しく大きくまた重くなる。
【０００８】
テストヘッド位置決めシステムは、オペレータが数百ポンド（１ポンド当たり４５３．５９２３７グラム）の重量を有する自動テスト装置のテストヘッドを、デバイスハンドラ，ウエハプロバ又は他のテストステーション装置（ＴＳＡ）と近接するように導くことを可能とし、また、テストヘッドがＴＳＡとドッキングされることを可能とする機械デバイスである。半導体チップがより高速にかつ複雑になるにつれ、テストヘッドのサイズ及び重量は一層大きくなる。加えて、テストヘッドを自動テスト装置キャビネットへ接続させるケーブルのサイズ及び重量が、それに対応して増大する。これらの要因によって、大きな耐負荷能及び大きな動作範囲の両方を備えたテストヘッド位置決めシステムの必要が生じてきている。全般的には、数百ポンドに近い負荷を自在に移動させることができ、また、支持構造上に１０００００インチポンド（約１１３００ニュートンメートル（Nm））の範囲のモーメントをはたらかせる装置を設計することは、非常に困難なことである。
【０００９】
テストヘッド位置決めシステムは、デバイスハンドラ又は他のテストステーション装置（ＴＳＡ）に対して、テストヘッドを位置決めするために用いられてもよい。テストヘッドがＴＳＡに対して正確に位置決めされると、テストヘッド及びＴＳＡは位置合わせされたといえる。テストヘッド及びＴＳＡが位置合わせされると、脆性をもつテストヘッドコネクタ及びＴＳＡ電気コネクタが共働させられ（つまりドッキングされ）、テストヘッドとＴＳＡとの間のテスト信号の伝送が可能となる。ドッキングの前に、脆性をもつテストヘッドコネクタ及びＴＳＡ電気コネクタは、脆性をもつ電気コネクタへのダメージを回避すべく、正確に位置合わせされる。
【００１０】
テストヘッド位置決めシステムは、テストヘッドポジショナー又はテストヘッドマニピュレータと呼ばれることもある。この技術は、例えば、インテスト・ハンドブック（inTest Handbook），インテスト・コーポレーション（inTest Corporation）において記述されている。この技術は、また、例えば米国特許第６０５７６９５号，５９００７３７号，５６０８３３４号，５４５０７６６号，５０３０８６９号，４８９３０７４号及び４７１５５７４号に記述されており、これらは全て、テストヘッドポジショナーシステムの分野での開示について、引用することにより組み込まれる。
【００１１】
テストヘッド及びそれらの各ポジショナーは、しばしば、クリーンルームの環境で用いられる。クリーンルームの環境を提供するには、しばしば、コストがかさみ、そのため、使用できる空間は、珍重されて用いられる。種々のテストヘッド位置決めシステムは、クリーンルームの環境での使用に難なく有用である。これらのテストヘッド位置決めシステムのいくつかが種々の望ましい特徴を有していても、これらのテストヘッド位置決めシステムの各々が適切な作動に必要とする空間の大きさは望ましくない惧れがある。デバイステストが、更に一層複雑化された作業を制御するために発展させられるにつれ、テストヘッドはサイズ及び重量に関して増大し続ける。テストヘッドが大きくなればなるほど、完全に手動のまた完全に安定した方法は、ハードウェアで実際に実行することは難しくなり、また、更なる改良が求められる。
【００１２】
理想的には、重いテストヘッドなどの重い負荷は、適切な動作に関して、実質的に重量のない条件においてサポートされる。「実質的に重量のない」とは、重い負荷を位置決めするのに必要とされる力が、実質的に負荷を持ち上げるのに必要とされる力よりも小さいことを意味する。
【００１３】
米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４（引用によりここに組み込まれる）に開示されるテストヘッド位置決めシステムの新機軸は、多くの状況において有用であることが分かっている。これらの新機軸は、６度の動作自由度をテストヘッドに付与する完全に平衡化されたマニピュレータを提供するものである。テストヘッドが小さな力で全６つの自由度で容易く動作させられるように、システムが平衡化され、テストヘッドケーブルが管理される。このことは、オペレータが容易くテストヘッドを位置決めすることを可能とし、また、テストヘッドのドッキング機構がテストヘッドをＴＳＡのテスト位置に正確に位置合わせするように引き出すことを可能とする。また、各自由度における独立した動作が容易となる。
【００１４】
テストヘッドが動作する場合、動作する主要部分は、テストヘッド，カウンタウェイト（counter weight）、及び、マニピュレータの全ての可動部を有する。動作する全部分は、テストヘッド部分のみよりかなり大きく、これに対応して非常に背が高い。慣性，運動量及び運動エネルギーは、対応して非常に高い。オペレータは、どっしりとした物体や装置を手動で操作することに、たとえそれらが十分に平衡化され、僅かな大きさの力のみ必要とするものであっても、脅かされ恐れをなすことがあり得る。動力を備えた軸の遠隔制御との組合せは、所望の特徴となっている。しかし、ドッキングの間に、ドッキング作動機構がマニピュレータの制御を引き受ける（take over）。そのため、マニピュレータを、テストヘッドが全ての軸において同時に僅かな力で自由に移動するコンプライアントな（compliant）状態にすることが好ましい。多くのユーザは、テスト操作自動化装置からの振動を吸収するために、テストの間に、マニピュレータを、自在に可動であり平衡化された状態にすることを望んでいる。
【００１５】
大きな構造上の要求と組合せされる大きな動作範囲の要求は、マニピュレータが都合よく運送されるには大きすぎる状況を招くこととなる。特に、運送用のコンテナ及びスキッドを備えたパレットの最大高さが、既存のトレーラートラック及び最も大きな商業上の貨物航空機（ボーイング７４７’）により、約１０９インチ（およそ９フィート又は２７６．８６センチメートル）に限定される。全般的には、垂直な動作の要求は、今や４８インチに近付きつつある。ベース及びコラムに関する構造上の要求との組合せが行なわれ、また、一定の高さの垂直方向のコラムを仮定した場合、このことは、便宜的に運送されるには背の高すぎるシステムを招来することとなる。
【００１６】
高さの問題に対する１つの解決策は、折り畳まれる，折り重ねられる若しくは入れ子式とされる、２又はそれ以上の部分からなるコラムを採用することである。入れ子式の垂直方向のコラムを備えたマニピュレータが、数年間知られている。確かに、最近までは、入れ子式の垂直方向のコラムを構築する追加費用も正当であるとされなかった。更により最近では、スローカム（Slocum）等に対する米国特許第５９３１０４８号、及び、オールデン（Alden）に対する第５９４９００２号は、モータ駆動の入れ子式のコラムを有するマニピュレータを開示している。米国特許第５９３１０４８号では、ドッキングに際して垂直方向の軸のコンプライアンス（compliance）を提供すべく、気圧式機構が採用される。第５９４９００２号は、自動制御システムのフィードバックループにおけるセンサとして、負荷セル（load cell）を用いることにより、このような解決策が制限を有し、コンプライアンスを向上させるようと要求することを観察する。この動的なコンプライアンスの技術は、特に、故障時の安全動作および動作に対する予期せぬ妨害が考慮された場合に、システムのコスト及び複雑さを増す。より所望な構成は、ドッキング及びテスト動作に際して、本質的に重さをもたない平衡化された動作を可能とする形のカウンタウェイトを有する、モータ駆動式の垂直方向の軸である。この軸は、システムの要求に依存して入れ子式のものであってもなくてもよい。
【００１７】
カウンタウェイトを典型的に用いる現在のマニピュレータは、カウンタウェイトの全重量が負荷とほぼ等しくなるように構成される。その負荷は、テストヘッド，その可動な支持装置、及び、ケーブルの一部から構成される。その結果、カウンタウェイトは、テストヘッド自体よりも大きく重たいものであってもよい。テストヘッドが重くなるにつれ、次のような所望でない状態が招かれる。
−  重りをマニピュレータ内に収納するのに必要とされるボリュームが扱いにくくなる。
−  未使用の重りの格納とともに、新たなテストヘッドの組込みにて操作されなければならない重りの総量が、同様に扱いにくくなる。
−  システムの慣性および特定の制止摩擦力もまた、テストヘッドの重量と可動であるマニピュレータの構成要素の重量との合計の約２倍に変化する。
−  コラム，プラットフォーム，ケーブルプーリ及び他のサブアッセンブリにおける負荷の影響（loading effect）は、テストヘッドの重量の増大比の２倍に増大する。これらの負荷の影響は、また、全体のシステムの摩擦に、つまり、結果としては、テストヘッドを位置決めしドッキングさせるのに必要な力にとっての悪影響となる。
−  可動プレート及び可動ベースユニットの他の装置は、テストヘッドの重量とともに大きくなり、また、総システム慣性に相当に寄与する主要部分を有する。
【００１８】
重量の大きい物体の位置決めは、全体的に非常に難しい。重量の大きい物体の操作は、典型的には、サーボ機構によりまた負荷バランシングにより、動力化で行なわれる。これらの技術の各々は、不都合を有している。特に、もし重量の大きい物体を操作する装置のオペレータが、関係した動作を完全に制御できなければ、深刻な身体損傷又は装置のダメージがもたらされることになる。
【００１９】
いくつかの場合には、負荷が僅かな偏りを有しており、その結果、負荷の全重量のほんの一部のみが、負荷の位置を調整するのに必要な力に反映される。その結果、３００キログラムの負荷を位置決めしようとする場合、機械化又は動力化なしでは、負荷を移動させることが非常に困難である。もし３００キログラムの負荷を移動させるのに必要な力が５キログラムであれば、負荷を操作することはより簡単である。加えて、負荷と他の物体との間にとらわれる機械のオペレータに対するダメージが実質的に減少される。５キログラムが３００キログラムに対して僅かであるため、負荷は「実質的に重量のない」状態に吊るされていると考えられる。
【００２０】
支持構造に沿って移動可能なポジショナーは、テストヘッドを、それがＴＳＡに接続しドッキングすべく位置させられる所望の位置に搬送する。テストヘッドは、それが、６度の動作自由度、すなわちＸ，Ｙ，Ｚ，θＸ，θＹ，θＺまで実現するように、ポジショナーに取り付けられる。
【００２１】
先行技術におけるテストヘッド位置決めシステムの記載と一致させるべく、図２及び３に示される座標系１００が用いられ、ここでは、
Ｙ＝垂直，上下方向の軸１０２
Ｘ＝水平，横方向つまり左右方向の軸１０４
Ｚ＝水平，出入方向の軸１０６
である。
マニピュレータの前方からみた場合、これはデカルト座標系をなす。
【００２２】
軸まわりの回転は、次のようにあらわされる。
θＹ(シータＹ)＝Ｙ軸まわりの回転(以下「揺動」又は「ヨー(yaw)」という)１０８
θＺ(シータＺ)＝出入方向の軸まわりの回転(以下「回転」又は「旋回」という)１１０
θＸ（シータＸ）＝Ｘ軸まわりの回転（以下「タンブル(tumble)」又は「ピッチ角」という）１１２
【００２３】
特に図３に言及すると、本願の好適な形態で用いられるテストヘッド３０５は、１つの面上にテスト界面３１０を有する。テスト界面３１０は、典型的に、テスト界面ボード３１５を保持し、該テスト界面ボードは、他の機能に加え、プロバ，ハンドラ，手動テストステーションにおけるテスト装置、若しくは、他のテストステーション装置（ＴＳＡ）への接続ポイントを提供する。図３に示されるように、テストヘッド３０５は、長さ３１２、厚さ３１３及び幅３１４を有する。以下、テスト界面３１０を有する表面を、「界面」（ＩＳ）３１０と称する。ＩＳは、平面および方向の両方を規定する。すなわち、方向は、ＩＳ平面に垂直なベクトルによりあらわされ、テストヘッドから離れる向きを指すものである。図３は、水平の平面にて上向きとなったＩＳ３１０を示している。使用に際し、テストヘッドの向きは、それが異なるタイプの装置とドッキングされるように変更される。したがって、ＩＳ３１０の平面及び方向もまた変更されることとなる。
【００２４】
使用に際して、テストヘッドは、ＴＳＡ内では、ＤＵＴと接触するように上方へ移動させられることがある。この場合、界面３１０は上向きである（ＩＳ ＵＰ）。他の例では、テストヘッドが、プロバ内で、デバイスと接触するように下方へ移動させられる。この場合には、界面３１０は下向きである（ＩＳ ＤＯＷＮ）。３つ目に、ＤＵＴ及びＩＳ３１０の両方が、垂直平面内で方向付けられることがある（ＩＳ ｖｅｒｔｉｃａｌ）。４つ目に、ＤＵＴ及びＩＳ３１０の両方が、上記ＩＳ ＵＰとＩＳ ＤＯＷＮとの間である角度で方向付けられることがある。テストヘッドが１つの装置から他へ移動させられる再に、テストヘッドが、ＩＳ ＵＰ，ＩＳ ＤＯＷＮ及びＩＳ ｖｅｒｔｉｃａｌの位置の間で回転させられる必要があることは明らかである。このことは、マニピュレータに依存して、タンブル（ピッチ）又は回転（旋回）座標のいずれかにおける回転（rotation）によって行なわれることになる。
【００２５】
テストヘッドは、大きく太い束状のケーブル（不図示）により、テストキャビネットに連結される。ケーブル，サイズ，重量、及び、曲げ及びねじれに対する抵抗は、すべて、テストヘッド動作に干渉し、また、それを抑制する。テストヘッド動作は、好ましくは、例えば米国特許第５６０８３３４号で記述されるように幾つかの要素からケーブルを保護するようにして実行される。
【００２６】
多くのテストヘッドで、特に大きいものは、ケーブル回転装置（cable-pivot apparatus）を用いるマニピュレータに取り付けられる。ケーブル回転装置では、ケーブルが回転中心におけるテストヘッドから移動させられ、回転の軸（通常では、回転又は旋回軸）と平行になる。このことは、例えば米国特許第５０３０８６９号，５４５０７６６号及び５６０８３３４号に記述されている。ケーブルを支持する機構は、例えば米国特許第４８９３０７４号に記述されている。
【００２７】
幾つかのマニピュレータは、それらのベースにおいて２つ以上の動作を呈する。テラダイン（Teradyne）により製造され、上述した米国特許第５９３１０４８号及び５９４９００２号に記述されるマニピュレータは、かかる動作を用いるものである。テラダインデバイスは、底部における揺動機構を用いて、そのベースでの揺動回転及び横動作を呈する。このマニピュレータにおける出入方向の動作は、アーム及びクレードル（cradle）のアッセンブリにて提供される。レイド−アッシュマン・エム・エフ・ジー・インク（Reid-Ashman MFG, Inc.）により製造される別のマニピュレータは、コラムに取り付けられたシャフトまわりのアームの回転によりもたらされる揺動を用いて、ベースにおける横及び出入動作をもたらすものである。シュランバーガー（Schlumberger）により製造されるマニピュレータは、横気候の上部における揺動機構を用いて、ベースにおける横動作及び揺動回転動作をもたらすものである。出入及び回転動作は、アームアッセンブリにおいて提供される。このマニピュレータは、ケーブルが、テストヘッドにて末端をなすべく、キャビネットから回転の中心上方のコラムの中心を通過するという点でユニークである。また、共にシュランバーガーに譲渡された米国特許第４９４３０２０号及び４９７３０１５号に最初に記述されたカウンタバランスとして作用するスプリング機構が、このマニピュレータについてはユニークである。最後に、またレイド−アッシュマン・エム・エフ・ジー・インクにより製造される別のマニピュレータは、底部における揺動回転機構を用いて、そのベースでの全３つの動作を呈する。
【００２８】
モータ及び他の作動装置等の駆動機構は、駆動機構を移動させるための、駆動される物体における力の傾向によって、「コンプライアント（compliant）」及び「非コンプライアント（non-compliant）」に分類され得る。かかる分類のために、駆動される物体における力が、駆動機構を容易く移動させることができれば、駆動機構は、「コンプライアント」と考えられる。もし駆動される物体における力が駆動機構を移動させるために通常有用でなければ、駆動機構は、「非コンプライアント」と考えられる
【００２９】
通常では、もし駆動モータがその出力における駆動される物体に力を作用させることにより前又は後ろに容易く駆動されれば、駆動モータは「コンプライアント」である。もし駆動される物体への力の作用が駆動機構をこわすことになれば、若しくは、もし駆動される物体によって駆動モータに力を加えるために過度の力が必要となれば、その駆動モータは「非コンプライアント」である。通常、非コンプライアントの駆動機構は大きな駆動力の低下をもたらし、例えば、モータの１０００回転は、駆動ギアの１回転となることがある。駆動機構の非コンプライアントの性質は、通常、ギアの低下をもたらし、これによって、僅かな摩擦力又は潜在的な磁力が機構のバックドライビングを妨害することになる。また、バルブ又はブレーキを用いた非コンプライアントの駆動を行なうことが可能である。
【００３０】
全６つの動作自由度で完全に平衡化されたマニピュレータの長所をもたらすために、テストヘッドマニピュレータにおけるテストヘッドのドッキングのために、完全に平衡化され、本質的に重量がなく、変位の独立した垂直方向の動作を可能とすることが望ましい。また、テストヘッドマニピュレータが、ねじ又は他の非コンプライアント機構を介して駆動される、その主要な垂直方向の動作を有することが望ましい。更に、垂直なコラム上のまたそのベース上の負荷を軽減するには、カウンタウェイトの総重量が、テストヘッド，ケーブル負荷及び支持装置が組合せられた重量よりも相当に小さいことが望ましい。また、主要な垂直方向の動作が、テストヘッドが一定高さのコラムに沿って移動させられる固定されたコラムのマニピュレータに対するのと同様に、入れ子式のコラムによりもたらされるマニピュレータと併用される技術を採用することが望ましい。正確なテストヘッドのドッキングには、全６つの動作自由度における同時動作が必要とされることから、動作自由度は、垂直方向の動作とともに、他の５つの動作自由度にて確保されることが求められる。
【００３１】
動作及び動作の平衡化を制御するための特定の手段にかかわらず、偶発的な衝突が回避され、もし偶発的な衝突が発生されれば、動力を備えた機構は、衝突の影響を最小限に抑制すべく対応し得ることが望ましい。偶発的な衝突を検出し、対応することは、複数の駆動機構が一方向の動作を実現するために用いられた場合に、特に問題となる。
【００３２】
更なる目的は、オペレータ及びテストヘッドの両方について、安全な特性を提供することである。安全な見地から、テストヘッドに関して適切な構造上の支持体を提供し、平衡化機構が作用しない、若しくは、平衡でなくなったときに、それが、床に対して、若しくは、約２インチ（約５．０８センチメートル）より大きい距離を通じて落下できないようにすることが好ましい。また別の安全面での目的は、装置の別部品との若しくは人との衝突を含む原因からの垂直動作に対する過度の抵抗，不適切な人の相互影響，ドッキング機構との衝突又は干渉等を検出する能力を有することである。
【００３３】
テストヘッドポジショナーは、他の重量の大きい機械類と同様に、それらの設計に固有の安全性についての考慮を伴い、構成される。大きく重量のあるテストヘッドによって、他のテストフロア（test floor）装置の計画されたテストヘッドの動作範囲内への予期しない物理的な変位，人が不意に動作の経路に侵入すること，オペレータのエラー，制御システムの機能不全、及び、その同様の事項による偶発的な衝突の可能性は非常に大きくなる。より重く、より高価なテストヘッドを用いた場合には、事故により引き起こされ得る道具，装置及び人へのダメージは相当に大きく、致命的なものとなる。手動で動力を与える動作の場合には、人であるオペレータが典型的に障害を感じ取ると、動作を停止させ若しくは逆にして、ダメージを回避する。オペレータ又は自動制御システムのいずれかによって遠隔に操作される動力を備えたマニピュレータ軸を用いた場合には、障害又は衝突を検出し、大きなダメージを回避するために、特別な手段が採用される必要がある。米国特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号では、動作を生じさせるのに必要とされる力が極めて小さい力のみとされるように、制御軸が平衡化された場合に、電流が制限されるＤＣモータが効果的に使用され得ることが開示される。障害は、軽いものでさえ、動作に必要とされる力を増大させるので、モータは減速し、障害に伝わる力は、安全量に制限されることになる。
【００３４】
メインの垂直動作が平衡化しなければ、垂直駆動が、テストヘッド及びそれを支持する装置の全重量を持ち上げる必要がある。駆動モータは、障害により課せられる付加力を必ずしも認識するわけでない。したがって、マニピュレータが、平衡化されない駆動式のメインの垂直動作を、また別の、つまり、ドッキングのための、バーニヤの（vernier）垂直な動作と合成させるためのものであれば、メインの垂直駆動がなされる間に、障害及び衝突を検出するための手段を有することが極めて望ましいこととなる。この記載で用いられるように、「バーニヤの（vernier）」とは、良好な調整を実現するために、メインデバイスと併用される小型の補助的なデバイスをあらわす。
【００３５】
発明の概要
負荷が、第１の位置調整をなす駆動機構と第２の位置調整をなす連結機構とにより支持される。上記連結機構は、１つよりも優れた機械的倍率を有し、これにより、連結機構の入力部に付与される平衡力は、負荷に付与されるより大きな合成力を提供するために、機械的倍率の結果として、一層増大させられる。
【００３６】
発明の詳細な説明
テストヘッドは、マニピュレータのメインアームに取り付けられる装置により保持され支持される。メインアームは、リニアレール及び軸受の組合せ等のスライド機構を用いて、モータ駆動又は手動クランク駆動ねじなどの非コンプライアントの駆動機構により、上下方向に駆動される垂直アーム支持体に取り付けられている。垂直アーム支持体に関係したメインアームの垂直動作の量は、物理的に、テストヘッドのドッキングを可能とするに十分な量に制限される。この量は、典型的には、プラス又はマイナス１インチである。このことは、バーニヤの垂直動作と呼ばれる。１つよりも大きい機械的倍率を有する連結機構は、垂直アーム支持体に対してメインアームを連結する場合に用いられる。このデバイスは、垂直アーム支持体に直接に接続された固定部（例えばレバーの場合には支点），メインアームに連結された負荷軸受部、及び、カウンタウェイトが取り付けられる入力部を有している。もし機械的倍率がＭＡであれば、カウンタウェイトの重量は、ＭＡにより分離される負荷の重量（テストヘッド，メインアーム及び機械的支持部、及び、ケーブル重量のテストヘッドの持ち分）である。これにより、メインアーム及びその負荷が、その垂直なバーニヤ動作において、垂直に、重量なく、移動することが可能になる。すなわち、上記のバーニヤの垂直動作に対する抵抗は、連結機構における摩擦によるもの，スライド機構における摩擦によるもの、及び、ケーブルの動作から生じる力のみである。もしケーブルが水平平面においてテストヘッドの重心とほぼ同じ高さに位置決めされれば、ケーブル位置の変化による力は、垂直なテストヘッドの走行のプラス又はマイナス１インチ（２．５４センチメートル）と比較して、取るに足らないものとなる。米国特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号に記述された水平平準化デバイスを備えた入れ子式のケーブル支持アームが、この機能を呈する。
【００３７】
好適な連結デバイスは、高ピッチ，低摩擦，後方駆動可能な（back-drivable）ボールねじである。かかるデバイスは、適切な機械的倍率を容易に提供するリニア動作に対する回転の、小型でかつ非常に効率的な変換機として知られている。かかるデバイスに基づく例示的な実施形態については後述する。ボールねじは、メインアームを駆動させることによりメインアームの動作をもたらすべく用いられるが、ボールねじは、そのカウンタウェイトがボールねじを駆動させ、また、メインアームがボールねじを後方駆動させるという意味で、駆動機構であることに注意すべきである。したがって、ボールねじに適用される場合には、用語「駆動」の使用は、力がボールねじを通じて伝送されること、また、ボールネジが機械的倍率のデバイスとして用いられることを意味する。ボールねじを通じて伝わる駆動力は，典型的には、トルク制限モータ，手から加えられる力，外部の力、若しくは、カウンタウェイトからのものである。
【００３８】
メインアームが取り付けられる垂直アーム支持体は、入れ子式のコラムの末端の可動部であってもよい。あるいは、それは、一定高さのコラムに取り付けられた１つ又はそれ以上のシャフト、若しくは、一定高さのコラムに取り付けられた１つ又はそれ以上のリニアレールに沿ってスライドする構造であってもよい。このように、垂直なコラムは、入れ子式のタイプ若しくは一定高さのタイプのもののいずれであってもよい。
【００３９】
１つ又はそれ以上のリニア作動装置が、垂直アーム支持体及びその負荷（以下、「システム負荷」という）の垂直動作を駆動させるべく用いられる。そのリニア作動装置は、メインアーム，テストヘッド支持装置，テストヘッド，ケーブル及びケーブル支持体の重量のテストヘッドの持ち分、及び、カウンタウェイトを有する。上記作動装置は、典型的には、全負荷のもとでの後方駆動を防止するのに十分なねじピッチ及び内部摩擦を有するモータ駆動ねじ機構を有する。このように、ねじは、システムの範囲内のいかなる高さで、全システム負荷を支持するのに十分なものである。更に、ねじ機構が、壊れることなく、システム負荷のほぼ３．５倍より大きい総負荷量を有するように選択される。また、垂直アーム支持体用の下側の物理的な停止部は、それが少なくとも約５つの安全因子を備えて全システム負荷を支えることができるように設計される。これらの特徴の組合せによって、第１の安全な目的、すなわち、カウンタバランス機構が作動しない若しくは平衡でなくなった場合に、床に対して若しくは約２インチ（約５．０８センチメートル）より大きい距離を通じて落下できないように、テストヘッドに関して適切な構造上の支持体を提供することが合理的に実現されることが保証される。
【００４０】
負荷が適切に平衡化されると、メインアームは、典型的には、ドッキング及びドッキング解除の間、ドッキング作動装置により駆動された場合を除き、垂直アーム支持体に対して大きく移動すべきではない。このような動作が発生した場合には、それは事故をあらわすものである。
【００４１】
更に、垂直なバーニヤ軸は、位置検出手段を有し、動作検出手段を有してもよい。また、米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号にて以前に記述されたクラッチを介して連結されたトルク制限駆動モータを装備してもよい。ある実施形態では、２つの量が数学的に関係しているという点で、位置及び動作の検出デバイスを組み合わせることが可能であることが分かる。動作検出手段の目的は、垂直アーム支持体に関係したメインアームの動作があるときを検出することである。すなわち、ドッキング作動装置が作動していなければ、かかる動作は、障害又は他の安全でない状態にあることを示すことになる。位置センサは、好ましくは、メインアームがその垂直なバーニヤ動作の範囲でほぼ中央に位置させられたときを指示するものである。全体の制御方法の様相は、以下の要件を含んでいる。
−  メインアームが、好ましくは、メインの垂直動作ねじが作動させられ得る前に、その垂直なバーニヤ動作の範囲内でほぼ中央に位置させられる。これにより、障害又は他の安全でない状態にある場合に、それが検出される。
−  動作センサが、動作を停止させるように若しくは他の安全に関係するアクションをとるように、かかる相対動作を検出すべく、また、全システムにより使用され得る警報信号をもたらすべく用いられる。かかる事象の検出時にとられる好ましいアクションは、同時に動力を備えた動作状態にある垂直作動装置からまた他の軸から動力を取り除くことである。
−  垂直なバーニヤ軸の駆動モータが、メインの垂直動作に対して動力が供給される前に、垂直アーム支持体に対して、メインアームを中央合わせするために用いられる。クラッチは、バーニヤ軸を駆動させるために、駆動モータが要求された場合のみ係合させられる。このように、モータは、通常分離され、いかなる方法でもドッキング又は障害検出のいずれとも干渉しない。モータはトルクについて制限されるため、ダメージは、中央合わせの動作の間に障害を被った場合にも防止される。この状態を検出するために、タイマが組み込まれてもよい。トルク制限モータは、ボールねじ機構のいずれかの側面に配置され得る。
しかしながら、ギヤリング及びトルクの制限には、ボールねじ機構の機械的倍率が考慮される必要がある。
【００４２】
全６つの軸の動作の自由度を同時にもたらすためには、好ましくは、上記の新機軸が、以前に特許権の付与された及び／又は開示された一連の技術と併用される。これらは、以下のものを含んでいる。
−  米国特許第５０３０８６９号，５４５０７６６号及び５６０８３３４号に記述されるような、テストヘッドケーブルピボット及びその関連装置。
−  米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号に記述されるようなケーブル支持アームレバーとともに、米国特許第４８９３０７４号に開示されるような入れ子式のケーブル支持アーム。
−  揺動動作の中心が、コラムとテスタキャビネットとの間の点に、好ましくは、米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号に記述されるような、ケーブルがキャビネットを出ていく点の近傍にある場合に、出入方向，横方向及び揺動の動作をもたらすコラム用のベース。
【００４３】
図１は、本発明を具体化したマニピュレータ１１の斜視図である。以前の特許及び発行物は、マニピュレータ１１の幾つかの要素を記述し、これらは、その記述のなかで言及される。図１を参照すれば、マニピュレータ１１は、揺動動作，出入動作および横動作をもたらすベース１５を有している。このベースは、米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号にて更に詳細に記述されている。その出願に基づき、ベースの３つの軸は動力化されてもされなくてもよい。マニピュレータコラム１７が、ベース上に設置される。コラム１７は、一定高さのタイプ又は入れ子式のタイプ（図１に示される）のいずれであってもよい。
【００４４】
図１に示されるように、入れ子式のコラム１７は、３つの入れ子式の部分、すなわち、上側部２１，中間部２２及び下側部２３から構成される。この場合には、上側部２３が、垂直アーム支持体でもあり、また、メインアーム２５がそれに対してスライド式に取り付けられている。メインアーム２５は、クレードル回転アッセンブリ２９，ケーブル回転アッセンブリ３１及びテストヘッドヨーク３３を交互に支持する、水平アームアッセンブリ２７を支持している。テストヘッド（不図示）は、テストヘッドヨーク３３に取り付けられ、通常では、負荷として、テストヘッドヨーク３３により運ばれる。メインアーム２５と垂直アーム支持体２３との間の垂直なバーニヤの相対動作は、およそプラス又はマイナス１インチ（２５ミリメートル）の範囲を有しており、ボールねじ及びカウンタウェイト（図１には不図示）を含む機構により実現される。入れ子式ケーブル支持アーム１８は、入れ子式ケーブル支持アーム平準化機構１８ａにより効果的に平衡揺動動作を行う。
【００４５】
図２及び３は、マニピュレータ，テストヘッド，それらの動作を説明するために用いられる座標系及び術語をあらわしている。米国特許第５０３０８６９号，５４５０７６６号及び５６０８３３４号に記述されるように、クレードル回転アッセンブリ２９，ケーブル回転アッセンブリ３１及びテストヘッドヨーク３３は、ピッチ及び回転における自由度を同時にもたらすように、テストヘッドを支持している。インテスト・ハンドブック（inTest Handbook）とともに、これらの特許に記述される公知の手法を受けて、ピッチ及び回転動作は、小さな作用力でのドッキングのために平衡化される。特定の適用条件次第では、また、追加の自由度が、揺動方向，出入方向及び横方向を含む水平アーム２７の構造において提供され得る。これらの水平平面における追加の自由度は、単一又は組合せのいずれかでもたらされ、更に、これらの追加の動作は、マニピュレータにおける他の場所でもたらされる動作に重複するものであってもよい。例は、必ずしもこれに限定される訳ではないが、次のものを含んでいる。
−  水平アームアッセンブリ２７は、メインアーム２５及びクレードル回転アッセンブリ２９の両方に堅固に取り付けられた単一の上側アームからなるものであってよい。この構成は、追加の自由度をもたらすものでない。
−  水平アームアッセンブリ２７は、クレードル回転アッセンブリ２９に堅固に取り付けられ、水平平面での揺動動作を可能とすべく、メインアーム２５に対してヒンジ形式で取り付けられた単一の上側アームからなるものであってよい。
−  水平アームアッセンブリ２７は、水平平面における出入方向，横方向及び揺動方向の動作を同時に可能とするように、メインアーム２５にヒンジで連結された上側アーム，上側アームにヒンジで連結された前側アーム、及び、クレードル回転アッセンブリ２９に対するヒンジ連結体からなるものであってよい。
−  水平アームアッセンブリ２７は、４辺形に配置される、等しい長さの２つの上側アーム及び等しい長さの２つの前側アームからなるものであってよい。両上側アームは、メインアーム２５に対してヒンジで取り付けられ、各前側アームは、それぞれの上側アームに対してヒンジで取り付けられ、また、両前側アームは、クレードル回転アッセンブリ２９に対してヒンジで取り付けられる。この構造は、横方向の動作を抑止する一方、水平平面における出入方向及び揺動方向の動作を同時に可能とする。
水平アームアッセンブリ２７を構成するために取り得る手段が多数存在することは、当業者によって理解されるところである。
【００４６】
メインアーム４５に取り付けられ、クレードル回転アッセンブリ４９に堅固に取り付けられ、また、ヒンジ形式で取り付けられる単一の上側アーム４３を用いた構成が、図４に示される。これは、全体的に、上記のリストにおける２番目の可能性に対応するものである。詳細には、メインアーム４５は、クレードル回転アッセンブリ４９に直接に連結される上側アーム４３に係合し、この接続によって、上側アーム４３がメインアーム４５に対して関節をなして繋がることとなり、その結果、制限されたプラス／マイナス（およそ）５度の、２番目のつまりバーニヤの揺動動作がもたらされる。このことは、５度の動作が水平平面におけるものであることを意味している。このプラス／マイナス５度の揺動は、図４に４０１として示されている。米国特許第５６０８３３４号，５４５０７６６号及び５０３０８６９号及び「インテスト・ハンドブック」に記述されるように、上側アーム４３は、約プラス／マイナス５度の平衡化されたピッチ動作をもたらすべく、（典型的には）クレードル回転アッセンブリ４９に係合する。このプラス／マイナス５度のピッチ動作は、図４に４０３として示されている。クレードル回転アッセンブリ４９は、クレードル回転軸４１１を介して、クレードル側４１３と交互に接続される内側クレードルの後部４０９（不図示）へ接続される外側クレードルの後部４０７を有している。なお、種々の他のタイプの取付機構が、図４に示されるクレードル回転アッセンブリ４９におけるクレードルの代用となり得る。クレードル側４１３へ取り付けられる、テストヘッドアダプタリング（test head adapter ring）４１７と回転式に係合させられる、テストヘッドヨーク３３を介してテストヘッド（不図示）に固定式に取り付けられる、ケーブル回転ハウジング４１５を備えたケーブル回転アッセンブリ３１は、ほとんどの適用において、およそプラス／マイナス９５度の回転動作をもたらす。このプラス／マイナス９５度の回転動作は、図４に４０５として示されている。典型的には、トータルでプラス又はマイナス９５度（計１９０度）までの回転動作が、特定の状況でもたらされることとなる。典型的にまた好ましくは、入れ子式のケーブル支持アーム１８が、効果的に平衡化された回転動作をもたらすべく、また、米国特許第４８９３０７４号及び米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号に記述されるような、入れ子式のケーブル支持アーム平準化機構１８ａ（図１参照）を採用することにより用いられる。組合せでは、ケーブルピボット３１，入れ子式のケーブル支持アーム１８、及び、平準化機構１８ａが、テストヘッド上のケーブルにより、マニピュレータがその動作範囲にて移動させられるに際してもたらされる力の変動を、最小限に抑制する。代わりに、例えばプラス／マイナス５度の回転動作及びプラス／マイナス９５℃（あるいは必要であればそれ以上）のピッチ動作をもたらすタンブルモードのテストヘッド支持機構が採用されてもよい。任意に、回転（又は、タンブルモードについては、ピッチ）軸が、以前の開示内容に記述されるように、動力化されクラッチ操作されてもよい。必要であれば、メインアームにより支持される残りの軸が、また、動力化されてもよい。
【００４７】
図５Ａ−５Ｃは、テストヘッドポジショナー１１の斜視図であり、図２のマニピュレータの全軸の相互作用をあらわしている。そのポジショナーは、全６つの自由度の動作を可能とする。図５Ａは、時計まわりに３０度だけ回転させられた上側プラットホーム６１、及び、最後方へ、最左方へ押し進められたコラム１７を備えたベース１５を示している。図５Ｂは、インーアウト、サイドツーサイドの双方の中間ストロークにてコラム１７と真っ直ぐに位置合わせされた上側プラットホーム６１を備えたベース１５を示している。図５Ｃは、最前方、最右方に位置させられたコラム１７とともに、反時計まわりに１０度だけ回転させられた上側プラットホーム６１を備えたベース１５を示している。全ての軸は個々に制御されてもよいこと、又は、全ての軸は、ドッキングに際して一般的に必要とされるように同時に移動させられてもよいことが分かる。
【００４８】
図１を再度参照すれば、入れ子式のコラム１７は、ベース１５に取り付けられ、３つの垂直な部分２１，２２，２３から構成されるもので、これらの部分２１，２２，２３は、ほぼ同じ長さを有している。各垂直な部分２１，２２，２３の長さは、ほぼ４フィート（１２０センチメートル）である。これは、コラムが完全に縮められた場合に、ベース１５上部の上方で約４フィートの高さを、コラムが完全に伸ばされた場合に、ベース１５上部の上方で約８フィート（２４０センチメートル）の高さを呈する。垂直な構造は、３つの部分２１，２２，２３に必ずしも限定されることはない。必要性及び有用な技術にしたがって、より少数の又は多数の部分が採用されてもよい。この例における３つの部分２１，２２，２３は、全て、剛性のために、「Ｈ」の断面を有しており、最上側の部分２３は、付加的な剛性のための付加垂直フィンを有している。他の断面、例えば、前述したスローカム等に対する米国特許第５９３１０４８号に採用されるネスタブル（nestable）の断面がまた用いられてもよい。３つの部分は、次の通りである。
−  主要な（つまり第１の又は下側の）部分２１。これは、ベース１５に固定される。
−  第２の（つまり中間の）部分２２。これは、第２の部分に取り付けられるボールスライド８３（図１では不図示。図１２参照。）を噛み合わせることにより係合される上記主要部分２１に取り付けられるリニアガイドレール８１（図１では不図示）によって、主要部分２１に沿ってスライドする。
−  第３の（つまり上側の）部分２３。これは、第３の部分２３に取り付けられるボールスライド８３（図１では不図示。図１２参照。）を噛み合わせることにより係合される第２の部分２２に取り付けられるリニアガイドレール８１（図１では不図示）によって、第２の部分２２に沿ってスライドする。この部分は、また、垂直支持アーム２５として機能する。
【００４９】
３つの垂直な部分２１，２２，２３は、移動する各部について１つのモータ駆動のリニア作動装置７３がコラム１７の上部を上昇・下降させ得るように構成される。リニア作動装置７５は、標準的なトリュニオン（trunions）７６（二つの内の一つが図１に示されている。図１０Ａ及び１０Ｂも参照。）に結合されている。作動装置は、ボールねじを用いるものが好ましいが、コスト，有用性，速度変化，動力の必要条件次第では、ＡＣＭＥねじのような他のねじのタイプが、代わりとして用いられ得る。第１のリニア作動装置７５は、主要部分２１に対して第２の部分２２を移動させる。第２のリニア作動装置７５は、第２の部分２２に対して第３の部分２３を移動させる。第２の部分２２及び第３の部分２３は、総垂直動作が、第１の部分２１に対する第２の部分２２の５０％の動作と、第２の部分２２に対する第３の部分２３の５０％の動作とからなるような割合で移動する。
【００５０】
標準的なサギノー（Saginaw）リニア作動装置７５が、典型的に用いられる。このユニットは、２４インチ（６１センチメートル）の最大伸長量を呈する。２つの作動装置７５は、合わせて４８インチ（１２２センチメートル）の総垂直走行量を呈し、可動部分２１，２２，２３の各々が、その直下にある部分に対して、およそ２分の１の長さだけ移動することが観察される。その結果、最大伸長量では、隣接する部分間に、構造上の剛性を確保する助けとなるほぼ５０％の重なり部分が残る。好ましい実施形態では、各作動装置７５は、毎秒約０．８インチ（２センチメートル／秒）又は４フィート／分（約１２１．９センチメートル／分）の合成垂直速度を呈するべく、約０．４インチ／秒（１センチメートル／秒）の速度を有している。２つの標準的な規格品の作動装置７５と、２つの可動部分との組合せが、４８インチ（１２０センチメートル）の垂直走行をもたらす、最も倹約な包括的解法を提供する。異なる範囲を備えた他の作動装置が、手頃なコストで入手可能となるべきであれば、経済的には、同じ結果を実現するための異なる数の可動部分が提案されてもよい。
【００５１】
多くの他の同じ時代のマニピュレータと対比して、この主要な垂直動作は常時動力化される。すなわち、関連したカウンタバランス用の機構は存在しない。リニア作動装置７５は、それらの作動装置７５が負荷を上昇させる若しくは下降させるために動力化されるかどうか、あるいは、作動装置７５に対する力が切られているかどうかにかかわらず、全システム負荷（先に規定した）を完全に支持する役割をはたす。したがって、リニア作動装置７５のねじピッチ角は、後方への駆動を防止するように、すなわち、モータが動作不能になった若しくは取り除かれた場合に、負荷が一定の垂直位置に止まり、落下しないように、選択される。機械的なブレーキ又はロックは何も必要とされない。それ故、作動装置７５は、非コンプライアント駆動であると考えられる。その機構の最終的な静止した負荷の評価（rating）は、構造上の完全性が全ての状況において確保されるように、３より大きい安全な要素でもって選択される。
【００５２】
図６は、切欠き斜視図であり、メインアーム２５の詳細及びバーニヤの垂直動作の使用を示している。図示されるように、メインアーム２５は、垂直アーム支持体２３に取り付けられまたメインアーム２５に対して交互に取り付けられるボールスライド８３ａ（図６には現れていない。図７ａないし７ｃ参照）を噛み合わせることにより係合される第３の部分２３（垂直アーム支持体）にスライド式に取り付けられる。第３の部分２３は、リニアガイドレール８１及びリニアベアリングブロック８３により第２の部分（不図示）に取り付けられる。弾力的なバンパー８５が、メインアーム２５の上側及び下側端部に取り付けられている。これらのバンパー８５は、ドッキング及びドッキング解除用に、メインアーム２５の垂直動作を、垂直アーム支持体２３に関して、およそプラス／マイナス１インチ（２．５センチメートル）に制限するように、垂直アーム支持体２３の構造上の要素に接触する。これにより、前述したリニア作動装置７５によりもたらされる主要な垂直動作とは完全に独立した垂直なバーニヤ動作がもたらされる。
【００５３】
メインアームのバーニヤの垂直動作は、第３の部分すなわち垂直アーム支持体２３に関係している。それは、スムーズなドッキング及びドッキング解除を可能とすべく、また、テストの間の動作及び振動を吸収すべく、完全に平衡化されている。平衡は、１より大きい機械的倍率（ＭＡ）を備えた垂直なカウンタウェイト機構９１を用いて実現される。典型的には、機械的倍率は１０である。この実施形態は、各方向における低摩擦の自由な動作を可能とすべく、２０ｍｍ×２０ｍｍの（又はそれより小さい）ねじピッチ角を有する低摩擦のボールねじ機構９０を用いて、これを実現する。これにより、メインアーム２５は、過度の力なく、容易に後方駆動することが可能となる。ボールねじは、機械的倍率を伴うリニア動作を提供する効率的なデバイスとしてよく知られている。ボールねじ９５の上側端部は、ボールねじ９５が回転自在である、適切に寸法設定された接触ボールねじ支持軸受アッセンブリ１０３（図６では不図示。図７Ａないし７Ｃ参照。）を有する支持ユニットを用いて、垂直アーム支持体２３の上側端部９６に設置されている。ボールねじの軸は軸受を介して上方へ延び、ケーブルドラム９７は、同軸にまた堅固にボールねじ９５に取り付けられ、その結果、ボールねじ９５及びドラム９７は同時に回転する。ケーブルドラム９７の上部は、垂直アーム支持体２３上部の上方にある。ボールねじ９５は、メインアーム２５を駆動させることにより、メインアーム２５の動作をもたらすべく用いられるが、カウンタウェイト（不図示）がボールねじ９５を駆動させ、また、メインアーム２５がボールねじ９５を後方駆動させるという意味では、ボールねじ９５は駆動機構であることに注意すべきである。
【００５４】
ケーブル９８の一端部は、ケーブルドラム９７に固定されている。ケーブル９８は、ドラム９７のまわりに巻き付けられ、垂直アーム支持体２３の上部にわたり延び、また、マニピュレータ１１の高部へ向かって導かれている。ケーブルは、その後、垂直アーム支持体２３の上部に設けられたブラケット１０１に対して取り付けられる滑車９９上を通過する。また、その後、ケーブル９８は、滑車９９から下方に延び、適当量のカウンタウェイト（不図示）を含む重りホルダ１００に接続し、それを支持する。ケーブルドラム９７は、ケーブル９８がそれ自体に乗り上げシステムの故障を引き起こすことを防止するために、螺旋状のグローブ（grove）を備えている。
【００５５】
ボールねじ９５に対して噛合うねじ山（thread）を有するボールねじナット１１１が、機械ねじで、メインアーム２５の上側端部へ取り付けられている。ボールねじ９５は、このナット１１１を貫通している。ボールねじ９５は、メインアーム２５及びその全負荷を支持する。メインアーム２５が、垂直アーム支持体２３に対して垂直に移動するに際し、ナット１１を通じたボールねじ９５の動作は、ボールねじ９５を、その軸に沿って回転させることとなる。ボールねじ９５が回転するに際し、ケーブルドラム９７は回転し、（重りホルダ１００上の）カウンタウェイトは上昇若しくは下降させられる。ボールねじ９５を垂直アーム支持体２３に取り付ける軸受アッセンブリは、メインアーム２５により加えられる軸上の全負荷を支持し、かつ、ボールねじ９５の低摩擦回転を可能とすることが分かる。経済的に有用なボールねじ支持軸受が、この機能のために採用される。
【００５６】
上述したように、典型的には、１より大きい機械的倍率（ＭＡ）がもたらされる。摩擦を無視すれば、機械的倍率は、次の公式により決定される。
ＭＡ＝π・Ｄ・Ｐ
ここで、Ｄは、ドラム９７の有効径であり、
また、Ｐは、単位長さ当たりの回転におけるボールねじのピッチである。
（注記：両方の量にて用いられる長さの単位は同じである必要がある。）
【００５７】
カウンタウェイトは、テストヘッド（不図示），メインアーム２５、及び、相互接続するマニピュレータ構造体、並びに、入れ子式のケーブル支持体及びケーブルのテストヘッドの持ち分とが組み合せられてなる重量のＭＡ分の１（ＭＡ＝１０の場合には１０％）の重さとなる。上記カウンタウェイトは、第３の部分２３に対して、メインアーム動作の距離のＭＡ倍だけ移動する（すなわち、ＭＡ＝１０の場合には、各単位（unit）に関して約＋／−１０ユニット）。システムにおいて摩擦がほとんどないため、メインアーム２５は、最初に例えば米国特許第４５２７９４２号に最初に記述されるように、まるで単一のケーブル及びプーリの構成と直接に平衡化されたかのように機能する。
【００５８】
図７Ａ，７Ｂ及び７Ｃは、それぞれ、最上側の位置，中間の位置，最下側の位置にあるメインアーム２５を示すマニピュレータコラムの上側部の断面図である。これらは、メインアーム２５，ボールねじ９５、及び、カウンタウェイト（重りフォルダ１００）の相対動作を示す役割をはたしている。図７Ａないし７Ｃには、ボールねじ支持軸受アセンブリ１０３も示されている。図７Ａないし７Ｃの各々では、上部２３が切除され、中間部２２が示されておらず、メインアームのカウンタバランス機構の動作が図示されている。
【００５９】
図８及び９は、本発明の１つの様相により構成された位置決めシステムの非入れ子式の実施形態を示す図である。先に記述された構成が、また、一定高さのコラムが用いられる位置決めシステムに適用されてもよい。一定高さのコラムを有する先行技術のマニピュレータでは、メインアームが、コラムにより支持されるレール若しくは１つ又はそれ以上のシャフトに沿ってスライドする。典型的には、メインアーム及びその負荷が完全に平衡化され、その結果、テストヘッドを、垂直動作の全範囲にわたり移動させる力がほとんど必要でない。カウンタウェイトの総重量は、システム負荷（すなわち、メインアーム、及び、テストヘッドを含むそれに支持される全て）とほぼ等しい重量である。本発明は、カウンタウェイトの総重量が、機械的倍率ＭＡにより分割されるシステム負荷にほぼ等しくなることを可能とするものである。
【００６０】
図８及び９では、一定高さのコラムのマニピュレータ１４１が、ベースなしで示されている。マニピュレータ１４１は、固定されたベース上又は選択された軸における水平動作をもたらすベース上のいずれかに設けられてもよいコラム１４３を有しており、それら両方のアプローチは周知であり、過去の特許及び開示物に記述されている。加えて、固定されたコラム１４３は、床と天井との間に延び、それらに取り付けられた静止したコラムであってもよい。
【００６１】
垂直アーム支持体１４５は、好ましくは、垂直アーム支持体１４５に取り付けられたボールスライド（不図示）により係合されるコラム１４３に取り付けられたリニアガイドレール１４７を用いて、コラム１４３にスライド式に連結される。リニア作動装置７５（不図示）は、垂直軸１４５をコラム１４３に沿って垂直に駆動させるために用いられる。
【００６２】
マニピュレータ１４１のメインアーム１５５は、入れ子式のコラムマニピュレータ１１と同様の様式で、垂直アーム支持体１４５にスライド式に連結されている。同様のボールねじ機構１６１が、平衡化されたバーニヤの垂直動作をもたらし、必要とされるカウンタウェイトの量を軽減するために、同様の様式で採用されている。この実施形態では、ケーブル１６５は、ケーブルドラム１６７から導かれ、垂直アーム支持体１４５の上側端部に固定される滑車１６９の下側を通過させられる。ケーブル１６５は、その後、コラム１４３の頂部に延び、コラム１４３の上部に固定される滑車１７１の上側を通過させられる。ケーブル１６５は、更に、その後、カウンタウェイト（不図示）を保持するウェイト保持具に取り付けられる、コラム１４３の後部を下がるように導かれる。
【００６３】
垂直アーム支持体１４５がマニピュレータのコラム１４３の前部を上下するように駆動させられるに際し、カウンタウェイトはコラム１４３の後部に沿って下降及び上昇することになる。カウンタウェイトの全走行量は、垂直アーム支持体１４５が走行した距離に、機械的倍率ＭＡをプラス若しくはマイナスしたものに、垂直アーム支持体１４５に対するメインアーム１５５の走行量を掛けてなる値に名目上等しくなる。カウンタウェイトの物理的な高さ，滑車１６９，１７１の径及び位置、及び、リニア作動装置７５にて可能な物理的伸長量により必要とされる空間は、全て、与えられた一定高さのマニピュレータにて可能なトータルの有効垂直動作に制限を課することとなる。
【００６４】
図１０Ａ−１３は、本発明により構成された入れ子式のポジショナー１１の異なる図である。図は、メインアーム２５，ボールねじ９５及びカウンタウェイト（ウェイト保持具１００）の相対動作を示している。図１０Ａ及び１０Ｂは、入れ子式コラムアッセンブリ１１の前部の斜視図である。図１１Ａ及びＢにはリニア作動装置７５のねじ７５ａがフォーク７５ｂに結合されたねじ７５ａの端部について示されている。図１１Ａ及び１１Ｂは、入れ子式コラムアッセンブリ１１の後部の斜視図である。図１２は、入れ子式コラムアッセンブリ１１の平面図であり、図１３は、入れ子式コラムアッセンブリ１１の上方の斜視図である。
【００６５】
安全な機能及びシステム制御の機能は、入れ子式のコラム及び一定高さのコラムの形態の両方において使用可能である。垂直なバーニヤ軸は、米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号に開示されるものと同様に動力化される。ＤＣモータは、入れ子式コラムのマニピュレータの場合には、ボールねじケーブル滑車に対して、また、一定高さコラムのマニピュレータの場合には、ボールねじケーブル滑車又はコラムケーブル滑車に対して、動力を加えるべく、適切なギアボックス，クラッチ及び駆動機構と組み合わせられる。クラッチは、垂直なバーニヤ軸を駆動させるべくモータを利用することが求められる場合にのみ係合させられ、それ以外の場合には、この軸は、ある外力が加えられることにより、垂直支持アームに対して自在に移動することができる。
【００６６】
ＤＣモータに加えられる電流は、典型的には、摩擦を僅かに克服し、また、動作を可能とするのに十分なレベルに、モータトルクを制限すべく、一定値に制限される。障害又は大きい外力を被った場合には、モータは減速することになる。
【００６７】
外力には２つの場合がある。
１）ドッキング及びドッキング解除の間に、バーニヤの垂直軸は、ドッキング作動装置により加えられる力によって、自在に移動可能である必要がある。ドッキングされる間には、バーニヤの垂直軸は、ハンドラ，プロバ又は他のテストステーション装置（ＴＳＡ）の動作によって、振動を吸収すべく自在に移動可能であるべきである。
２）ドッキングされない場合、若しくは、ドッキングされる若しくはドッキング解除されるプロセス中には、駆動されない垂直なバーニヤ動作が、テストヘッドを垂直に位置決めするに際し、外力が加えられている、また／若しくは、障害が生じていることを示す合図である。一般的に、これらは、安全でない若しくは危険な状態としてとらえられる。
【００６８】
したがって、メインアーム２５と垂直アーム支持体２３との間の相対動作を検出するための手段が設けられる。このセンサの出力は、制御および安全の両方について、有用な信号をもたらす。加えて、センサは、垂直アーム支持体２３に対したメインアーム２５の相対位置を検出するために採用される。種々のセンサのタイプが、マニピュレータ１１と併用されるべき全制御システムの複雑化によって用いられてもよい。例えば、正確な位置情報を提供する独立のエンコーダが、高度の自動化を備えたシステムにおいて採用されてもよい。かかるエンコーダの出力は、動作の検出を行なうために、データ処理ユニットにおいて容易に区別されてもよい。より簡単なシステムでは、１つ又はそれ以上の制限スイッチが、特定の相対位置を検出するのに使用されてもよく、また、簡単な光電子の又は他のデバイスが、相対動作を検出するために用いられてもよい。
【００６９】
最も基本的なシステムについて、本発明に組み込まれる安全な機能を示すべく記述する。当業者は、これらの機能を、より複雑化されたシステムに容易に適用するであろう。この基本的なシステムにおいては、次の２値の信号をもたらすべく、制限スイッチ及び制限スイッチ作動装置が、周知の方法で用いられる。
−  メインアームアップ（ＭＡＵ）：メインアーム２５が、相対的な走行の範囲の上側半分にある場合に真。つまり、走行のほぼ中央から走行の上限を通じて、真。
−  メインアーム中央（ＭＡＣ）：メインアーム２５が、相対的な走行の範囲の中央の範囲にある場合に真。典型的には、後述する理由のため、メインアーム２５が、およそ、正確に中央合わせされた１インチのプラス又はマイナス１／８から１／４内にある場合。
−  メインアームダウン（ＭＡＤ）：メインアーム２５が、相対的な走行の範囲の下側半分にある場合に真。
【００７０】
加えて、相対動作が発生した場合にはいかなるときにも信号を発生する動作センサが存在する。本システムでは、１回転当たり１０２４部分の解像度を有する付加的なシャフトエンコーダ（ホーナー・コーポレーション・シリーズ（Hohner Corporation Series）  ０１エンコーダ等）が、ケーブル滑車９９に連結される。滑車９９が６インチ径（約１５．２４センチメートル径）であり、また、ボールねじ機構９０が、１０の機械的倍率をもたらすものであれば、付加的なエンコーダは、約０．０１８インチ（約０．４５７ミリメートル）の相対動作の変化を検出することとなる。エンコーダ出力は、付加的な動作が検出される場合にパルスをもたらすように、電子回路構成に容易に接続され得る。粗い解像度を実現するために、デジタル計数回路が、パルスの列を適切に分割することができる。
【００７１】
基本的なシステムには、２つの作動モード、すなわち「ノーマル」モード及び「メインテナンス」モードが存在する。キー作動スイッチが設けられ、キーがスイッチに差し込まれていない場合にシステムがノーマルモードにあるように構成される。キーを所有する熟練したオペレータが、必要に応じて、キーを差し込むと、システムがメインテナンスモードに切り換わる。資格のある熟練した個人のみが、システムをメインテナンスモードに設定し得ることを保証するために実現され得る手段が他に存在することは、当業者が理解するところであろう。
【００７２】
ノーマルモードでは、記述されるべき安全な機能が、比較的技術が低く、経験の少ない者がシステムを作動することを可能とするようにできる。メインテナンスモードは、熟練した資格のあるオペレータが、障害，衝突の影響又は他の安全でない状態からシステムを開放させる助けをし、また、平衡動作が常時実現できるつまり可能であるようなシステムのメインテナンス，修理及びセットアップ動作を可能とするために提供される。
【００７３】
（本発明に関係のない他の可能な制御機器に加えて）主要な垂直動作を制御するための３位置・モーメンタリ・オン−オフ−オン・スイッチ（three-position momentary on-off‐on switch）を有する、操作制御ユニットが設けられる。オン位置の一方は、リニア作動装置７５に、垂直アーム支持体２３を上方へ移動させることを要求するために用いられる。他方のオン位置は、リニア作動装置７５に、垂直アーム支持体２３を下方へ移動させることを要求するものである。メインテナンス又はノーマルモードのいずれかで、垂直動作は、オペレータの操作が解除され、オフ位置に戻された場合に常時停止することになる。
【００７４】
メインテナンスモードでは、垂直アーム支持体７５の作動装置が、動作の要求に応じて常に動力を与えられることになる。動作の安全性が保証されるかどうかは、熟練したオペレータ次第である。
【００７５】
ノーマルモードでは、安全な機能が可能とされ、以下、これらについて説明する。
【００７６】
ノーマルモードにおいて上又は下方向の動作が開始できる前に、メインアーム２５は、それが異常な条件が影響している動作を検出できる位置にあることが必要である。簡単な制御の形態がいくつか可能である。ここには２つが記述され、他は当業者に明らかである。第１の形態では、ＭＡＣが、メインアーム２５が相対的な走行範囲の「中央位置」にあることをあらわす真であれば、上又は下方向の動作が要求された場合に、力が垂直作動装置７５に対して適度に付与され、要求された動作が開始する。オペレータが上制御又は下制御を作動させる場合に、ＭＡＣが偽であれば、システムは、自動的にメインアーム２５を中央合わせしようと試みる。更に、もしＭＡＵが真であれば、システムは、ＭＡＵが偽に切り換わるまで、下方向にメインアーム２５を駆動させるべく、バーニヤの垂直駆動モータ及びクラッチを用いることになる。この時点で、メインアーム２５は、中央領域の中央に非常に近くなる。その後、垂直アーム支持体の動作が開始可能となる。同様に、ＭＡＤが真であれば、システムは、ＭＡＤが偽に切り換わり、メインアーム２５が中央領域の中央に非常に近くなるまで、上方向にメインアーム２５を駆動させることになる。その後、垂直アーム支持体の動作が開始可能となる。
【００７７】
第２の形態では、垂直動作の間に障害が生じた場合に、メインアーム２５を、要求された動作の反対方向に移動させるようにすることが、合理的に想定される。例えば、上方向に移動する間に生じた障害は、垂直アーム支持体２３に対して、メインアーム２５の下方への相対動作をもたらすことになる。この形態では、上（下）の垂直動作が、上方向の動作が要求された場合に、ＭＡＵ（ＭＡＤ）又はＭＡＣのいずれかが真であれば、可能とされる。いずれか真でなければ、ＭＡＤ（ＭＡＵ）が必然的に真であり、メインアーム２５は、ＭＡＤ（ＭＡＵ）がメインアーム２５が垂直アーム支持体２３に関して中央合わせされたことをあらわす偽となるまで、垂直アーム支持体２３に関して上方へ駆動される。前述したように、マニピュレータ１１は、垂直動作がオペレータの操作が解除された場合に常時停止するように構成され得る。
【００７８】
いずれの形態でも、システムが自動的にメインアーム２５の中央合わせを開始した場合に、タイマーがスタートさせられる。タイマーは、メインアーム２５が、中央合わせされる位置に到達した場合に停止させられる。故障，障害又は機能不全が、所定時間内にメインアーム２５が中央合わせされることを妨害すれば、タイマーは、全ての駆動機構に対して、電源を遮断する出力信号を付与し、オペレータにその状態について警報する。駆動機構への電源は、状態が安定した後に、熟練した資格のあるオペレータにより、手動で元に切り換えられる必要がある。熟練した資格のあるオペレータにとっては、上記の状態を一掃するためにメインテナンスモードを用いることが必要であってもよい。キー作動スイッチ又は他の安全手段が、また、安全性の向上のためには、作動装置７５に対する電力を回復させるべく進んで採用されてもよい。
【００７９】
垂直なバーニヤ軸が平衡状態にあるため、メインアーム２５と垂直アーム支持体２３との間の相対動作をもたらすために必要な力は、典型的には１５キログラムよりも小さい非常にわずかな外力のみである。リニア作動装置７５が、上又は下方向に垂直アーム支持体２３を駆動させている場合、垂直なバーニヤ軸は、平衡状態に残ることになる。すなわち、垂直アーム支持体２３に対するメインアーム２５の相対的な垂直動作が生じてはならない。システム負荷により故障又は障害を被った場合には、メインアーム２５に付与された力が、動作検出器により検出される相対動作をもたらすことになる。かかる事象は、危険，命を脅かすもの，身体の傷害、及び／又は装置に対する損失の大きいダメージをもたらし得るものである。したがって、上記の場合のように、損害を防止する若しくは少なくとも最小限に抑制するには、全駆動機構に対する電源は即時に切られ、オペレータがその状態についての警報を受ける。駆動機構への電源は、状態が安定した後に、熟練した資格のあるオペレータによって元に切り換えられる必要がある。キー作動スイッチ又は他の安全手段が、また、安全性の向上のためには、作動装置７５に対する電力を回復させるべく進んで採用されてもよい。加えて、熟練した資格のあるオペレータが、問題を修正する際に、メインテナンスモードを用いてもよい。
【００８０】
これが基本的なシステムであるので、オペレータのエラーが衝突を招く可能性がある。例えば、テストヘッドがウエハプロバからドッキング解除されており、テストヘッドが上方向にプロバから離れるように移動させられることが要求されるとする。注意力のないオペレータは、ミスにより、プロバの上方向制御の代わりに下方向制御を作動させる。それによって、テストヘッドは、ドッキングするように移動し、衝突が、検出される相対動作を引き起こし始め、全ての電力が全駆動モータから除去される。なお、より複雑なシステムは、かかる事象を防止するために、センサ及び制御手段を用いることもできる。一般的には、制御システムが、可能性のある全ての危険な状態を検出し防止するように合理的に設計されることはありそうもなく、いかなるシステム設計もかかる偶然性を考慮に入れる必要がある。
【００８１】
上記の状態からの復旧に際して、若しくは、偶然生じた障害を除去するに際して（上記状態及び障害によってはリニア作動装置７５に対する電力が遮断される）、熟練したオペレータは、システム負荷を障害から遠ざけるべく、つまり、メインアーム２５を衝突を生じた元の方向とは反対の方向に移動させるべく、ノーマルモードにおける垂直パワー駆動を用いることが望ましいことに気づくかもしれない。システムは、メインアーム２５が元の中央合わせされた位置から離れるように移動させられた状態にあることが可能であり、障害は、前述したようにメインアーム２５が自動的に中央合わせされることを妨害することとなる。相対動作の「中央領域」は、適正な大きさ（全体として１／８から１／４インチ（約０．３１８から０．６３５センチメートル））に規定されているため、修理するオペレータは、（例えばメインアーム２５が中央を幾分か外れていても）最初の中央合わせなしに動作を可能とするための条件が真である点へメインアーム２５の位置を手動で調整することができる。作動装置７５の電源がオンに戻されると、障害からシステム負荷を遠ざけるリニア作動装置の利用が可能になる。システムが、障害から１又は２インチ（約２．５４又は５．０８センチメートル）遠ざけられると、オペレータは、もし動作を停止させたければ、ＭＡＣが偽になるような、中央領域から離れた位置にメインアーム２５を手動で調整し、その後、動作を再開させてもよい。これにより、メインアーム２５が、ノーマルの作動プロセスにより自動的に中央合わせされることになる。記述した手順では、熟練したオペレータが、メインテナンスモードの使用を避け、安全な機構を有利に実現可能とし続ける。
【００８２】
システムの他の様相は、相対動作を検出するための閾値に関係する。理想的には、リニア作動装置７５が、垂直アーム支持体２３を上下に駆動させている場合、システムが平衡化されているので、メインアーム２５に対する相対動作が生じることはない。しかしながら、わずかな動作が、開始及び終了時に発生することがある。更に、使用に伴うシステムの性能低下によって、相対動作「がたつき」が生じることがある。これらの要素は、許容される必要がある最小の動作量、又は、動作ノイズレベルを設定する。前述したように、動作検出器としての単なる追加のエンコーダの使用は、システムが、動作検出の閾値における電子的な調整を可能とする様式で構成されることを可能とする。
【００８３】
他の考察は、テストシステムケーブルの影響である。概して言えば、テストヘッドが垂直に移動させられる際し、ケーブルによりそれに及ぼされる力は異なることになる。前述した開示文献である米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／００７０４号は、リニア作動装置に駆動される平準化機構と組み合わせられた入れ子式のケーブル支持アームの使用を記述するものである。その案では、垂直な位置が到達させられると、ケーブルが、テストヘッドに対して同じ高さにされる。オペレータは、平準器及びテストヘッドの両方を、必ずしも調整された様式でなく、同時に移動させることができる。本発明では、誤った相対動作の信号を防止するために、また／若しくは、相対動作のノイズレベルに対するケーブル力の変動の寄与を取り除く又は最小限に抑制するために、入れ子式のケーブル支持角の相対角を一定に（好ましくは水平に）維持することが望ましい。他の方法では、垂直動作が頻繁に停止させられ、作業が継続可能となる前に復旧されるべく、電力が必要とされる。
【００８４】
１つの解決法は、入れ子式のケーブル支持アームのキャビネット端部を、垂直な支持アーム２３に連結することであり、その結果、入れ子式の支持アームの両端部が、テストヘッドとともに移動させられる。このアプローチは、垂直支持アーム２３により支持される過剰なケーブル及びケーブル支持装置の重量だけ、システムの有効荷重を軽減する。非常に大きなテストヘッド及び重いケーブルを有するシステムにとって、これは大きな欠陥となる。
【００８５】
他の解決法は、速度がほぼ一致するようなケーブル支持体及び垂直アーム支持体用２３の垂直作動装置を用いることである。調整可能な電気的な速度制御回路が、必要とされるように、作動装置のモータ速度を調整するために用いられてもよい。なお、速度は、負荷や他の要素に依存する。したがって、ねじの速度を動的に調整すべく、センサやフィードバック機構が従来型の様式で用いられてもよい。
【００８６】
上記は、基本的な制御及び安全な機能を説明するために、本発明とともに用いられる非常に基本的な制御システムの様相を記述するものである。より複雑な検出手段に幾分か基づく、より複雑な制御システムが、本発明と併用されるように構築されてもよい。
【００８７】
また、上記は、本発明を可能とする機械的倍率を提供するための、ボールねじ機構９０の使用に基づくものである。これに限定される訳ではないが、レバー，複合レバー，段付きプーリ，ギヤ及び他の機構を含む他のデバイスが、同様の効果を実現するために採用されることは、当業者に理解されるところである。したがって、本発明は、ボールねじ９５の使用に限定されるものでない。
【００８８】
バーニヤ動作がリニア作動装置７５により支持されるように記述されるが、バーニヤ動作とともに、リニア作動装置７５を支持することも可能である。当然ながら、このことは、リニア作動装置が平衡化されるべきことを意味するが、その最終的には、ボールねじ９５又はその同等物との主要な垂直調整をなすための、また、バーニヤ動作との良好な調整をなすための性能を残す結果がもたらされる。
【００８９】
本発明の好適な実施形態を示し、詳述したが、このような実施形態は単なる例示であると理解すべきである。当業者は本発明の精神に沿って多くの変化、変更、代替を行うことができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の精神と範囲の内に属するそのような変化の全てを含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の例示的な実施形態によるマニピュレータの斜視図である。
【図２】  マニピュレータ及びその動作を説明するために用いられる図及び座標系である。
【図３】  テストヘッド及びその動作を説明するために用いられる座標系の図である。
【図４】  クレードル回転アッセンブリに直接に取り付けられた単一の上側アームを用いる水平アームアッセンブリを示す斜視図である。
【図５Ａ】  図１のマニピュレータの軸の相互作用及び６つの自由度を示す、本発明の例示的な実施形態により構成されるポジショナーの第１の斜視図である。
【図５Ｂ】  図１のマニピュレータの軸の相互作用及び６つの自由度を示す、本発明の例示的な実施形態により構成されるポジショナーの第２の斜視図である。
【図５Ｃ】  図１のマニピュレータの軸の相互作用及び６つの自由度を示す、本発明の例示的な実施形態により構成されるポジショナーの第３の斜視図である。
【図６】  本発明の例示的な実施形態によるメインアームにおける垂直動作についてのバーニヤの調整を示す切欠き斜視図である。
【図７Ａ】  最上位置におけるメインアームを示すマニピュレータのコラムの上側部の外観を示す図である。
【図７Ｂ】  中間位置におけるメインアームを示すマニピュレータのコラムの上側部の外観を示す図である。
【図７Ｃ】  最下位置におけるメインアームを示すマニピュレータのコラムの上側部の外観を示す図である。
【図８】  本発明の例示的な実施形態により構成される非入れ子式の位置決めシステムを示す前方からの斜視図である。
【図９】  図８の非入れ子式の位置決めシステムを示す後方からの斜視図である。
【図１０Ａ】  本発明の例示的な実施形態により構成される入れ子式のコラムアッセンブリの前面を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】  図１０Ａの入れ子式のコラムアッセンブリの前部の詳細を示す。
【図１１Ａ】  図１０Ａ及び１０Ｂの入れ子式のコラムアッセンブリの後部を示す斜視図である。
【図１１Ｂ】  図１１Ａの入れ子式のコラムアッセンブリの後部の詳細を示す。
【図１２】  図１０−１１の入れ子式のコラムアッセンブリの平面図である。
【図１３】  図１０−１２の入れ子式のコラムアッセンブリを示す上方の斜視図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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