(57)【要約】【課題】基板をテストヘッドから取り外す際にコネクタが破損することを防止することのできる着脱装置を提供する。【解決手段】基板３をテストヘッド１１に対して着脱するための着脱装置は、基板３に設けられた凹部３３と、テストヘッドに設けられた凸型部材２３とを備えた嵌合機構を備え、また、凸型部材２３を基板３に対して垂直方向に移動させる駆動機構２４を備える。第１コネクタ３２と第２コネクタ２２とが嵌合した状態から、第１コネクタ３２と第２コネクタ２２との嵌合が解除される際には、凹部３３に凸型部材２３が挿入され、凸型部材２３の側面から嵌合部材２３５が突出して凹部３３の窪み部３３１に嵌合した状態で、駆動機構２４が、基板３がテストヘッド１１から離れる方向に、凸型部材２３を移動させ、もって第１コネクタ３２と第２コネクタ２２との嵌合が解除される。【選択図】図２
2012103154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コネクタが設けられた基板を装着することができ、前記基板に設けられた前記第１コネクタと接続される第２コネクタが設けられたテストヘッドにおいて、前記基板を前記テストヘッドに対して着脱するための着脱装置であって、
前記基板に設けられた凹部であって、前記凹部の側面内壁に窪み部が形成された前記凹部と、前記テストヘッドに設けられた凸型部材であって、前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合する嵌合部材を前記凸型部材の側面から出入自在に有する前記凸型部材と、を備えた嵌合機構と、
前記嵌合機構の前記凸型部材を前記基板に対して垂直方向に移動させる駆動機構と、を備え、
前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合した状態から、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除される際には、前記凹部に前記凸型部材が挿入され、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材が突出して前記凹部の前記窪み部に嵌合した状態で、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドから離れる方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除されることを特徴とする着脱装置。
【請求項２】
前記第１コネクタと前記第２コネクタとが離れた状態から、前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合する際には、前記凹部に前記凸型部材が挿入され、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材が突出して前記凹部の前記窪み部に嵌合した後、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドに近づく方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合することを特徴とする、請求項１に記載の着脱装置。
【請求項３】
前記嵌合部材は球状部材であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の着脱装置。
【請求項４】
前記嵌合機構の前記凸型部材は、
筒状で、中空部を有する凸型部材本体と、
前記駆動機構と接続されており、前記凸型部材本体の前記中空部を相対的に上下動可能な内部シャフトと、を備えており、
前記凸型部材本体の側壁には、前記球状部材が出入可能に設けられる貫通孔が形成されており、
前記内部シャフトには、前記球状部材が前記貫通孔から突出している際に前記球状部材が接する拡径部と、前記球状部材が前記貫通孔に収容されている際に前記球状部材が接する縮径部とが形成されており、
前記球状部材が前記内部シャフトの前記縮径部に接して前記貫通孔内に収容されている状態から、前記内部シャフトが前記凸型部材本体の前記中空部を下方に相対移動すると、前記球状部材が前記拡径部に接して前記貫通孔より突出することを特徴とする、請求項３に記載の着脱装置。
【請求項５】
前記内部シャフトには、径方向に突出した突起部が形成されており、
前記凸型部材本体には、前記突起部に対応する位置に、軸方向に縦長形状の長孔が形成されており、
前記突起部は前記長孔内に位置するとともに、前記長孔内において上下動可能となっており、
前記第１コネクタと前記第２コネクタとが離れた状態から、前記駆動機構が、前記内部シャフトを前記凸型部材本体に対して下方に相対移動させると、前記突起部が前記長孔の下部内壁に接し、
前記駆動機構が、前記突起部が前記長孔の下部内壁に接した状態からさらに前記内部シャフトを下方に移動させると、前記突起部が前記長孔の下部内壁を押し下げることにより、前記凸型部材本体が前記内部シャフトに連動して下方に移動させられ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合することを特徴とする、請求項４に記載の着脱装置。
【請求項６】
前記凸型部材本体の下部には、前記凸型部材本体を上方に付勢する弾性体が設けられており、
前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合した状態から、前記駆動機構が、前記内部シャフトを上方に移動させると、前記弾性体の付勢力により、前記凸型部材本体も前記内部シャフトに連動して上方に移動させられ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除されることを特徴とする、請求項４に記載の着脱装置。
【請求項７】
前記凸型部材本体が前記内部シャフトに連動して上方に移動する距離は、少なくとも、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除される距離であることを特徴とする、請求項６に記載の着脱装置。
【請求項８】
前記凸型部材本体の上端部には、前記内部シャフトの上端が突出可能なように開口部が形成されており、
前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除された後、前記駆動機構が、さらに前記内部シャフトを上方に移動させると、前記球状部材が前記内部シャフトの前記拡径部に接する位置から前記縮径部に接する位置まで移動して前記貫通孔内に収容されるとともに、
前記内部シャフトの上端が、前記開口部から突出して前記凹部の上部内壁に当接することを特徴とする、請求項６又は７に記載の着脱装置。
【請求項９】
前記拡径部の軸方向の長さは、少なくとも、前記内部シャフトの上端が前記凹部の上部内壁に当接するまで、前記拡径部に前記球状部材が接し続ける長さであることを特徴とする、請求項８に記載の着脱装置。
【請求項１０】
前記基板は、半導体ウェハに形成された集積回路の電極に電気的に接触するプローブを有するプローブカードであることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の着脱装置。
【請求項１１】
前記嵌合機構の前記凹部は、前記プローブカードの補強枠の下部に設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の着脱装置。
【請求項１２】
前記テストヘッドは、テストヘッド本体と前記プローブカードとの間の電気的な接続を中継するインターフェース装置とを備えることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の着脱装置。
【請求項１３】
前記嵌合機構の前記凸型部材は、前記テストヘッドにおける前記インターフェース装置上部に突出させるように設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の着脱装置。
【請求項１４】
第１コネクタが設けられた基板を着脱するための請求項１〜１３の何れか一項に記載の着脱装置を備えたテストヘッド。
【請求項１５】
半導体ウェハに形成された集積回路の試験を行う半導体試験装置であって、
請求項１４に記載のテストヘッドと、
前記テストヘッドを介して、前記集積回路に試験信号を供給して検査する試験装置本体と、を備えた半導体試験装置。
【請求項１６】
第１コネクタが設けられた基板を装着することができ、前記基板に設けられた前記第１コネクタと接続される第２コネクタが設けられたテストヘッドにおいて、前記基板に設けられた凹部であって、前記凹部の側面に窪み部が形成された前記凹部と、前記テストヘッドに設けられた凸型部材であって、前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合させる嵌合部材を前記凸型部材の側面から出入自在に有する前記凸型部材とを備えた嵌合機構、及び前記嵌合機構の前記凸型部材を前記基板に対して垂直方向に移動させる駆動機構であって、前記凸型部材に接続された前記駆動機構を用いて、前記基板を前記テストヘッドに対して着脱するための着脱方法であって、
前記基板を前記テストヘッドに装着する際には、前記基板における前記凹部に前記凸型部材を挿入し、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材を突出させて前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合させた後、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドに近づく方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとを嵌合させることにより、前記基板を前記テストヘッドに対して装着し、
前記基板を前記テストヘッドから取り外す際には、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材を突出させて前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合させた状態のまま、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドから離れる方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除され、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除された後、前記嵌合部材が前記凸型部材の側面に収容されることにより、前記基板を前記テストヘッドから取り外し可能とすることを特徴とする着脱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハに形成された集積回路の試験を行う半導体試験装置において、プローブカード等の基板をテストヘッドに着脱する着脱装置、当該着脱装置を備えたテストヘッド、および当該テストヘッドを備えた半導体試験装置に関するものである。また、本発明は、半導体ウェハに形成された集積回路の試験を行う半導体試験装置において、プローブカード等の基板をテストヘッドに着脱する着脱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣデバイス等の半導体電子部品を製造する場合、その製造歩留まりを向上させるために、通常、半導体ウェハの段階（前工程）で、半導体ウェハに形成された集積回路の動作テストを行っている。
【０００３】
半導体ウェハに形成された集積回路の動作テストに使用される半導体試験装置として、試験装置のテストヘッドにプローブカードを装着し、プローバにより半導体ウェハをプローブカードに押し付け、プローブカード上のプローブを集積回路の電極に接触させた状態で、試験装置本体により半導体ウェハの集積回路の動作テストをするものが、従来から知られている。テストヘッドは、テストヘッド本体と、プローブカード等の基板とテストヘッド本体との間の電気的な接続を中継するウェハマザーボード等のインターフェース装置とから構成される。
【０００４】
そのような半導体試験装置において、プローブカードをテストヘッドに備えられたインターフェース装置に装着するには、プローブカードに設けられた複数のコネクタを、インターフェース装置に設けられた複数の対応するコネクタに接続させる必要がある。両者のコネクタを接続させ、プローブカードをインターフェース装置に装着するための着脱装置として、例えば特許文献１や特許文献２に示されるような着脱装置が提案されている。
【０００５】
プローブカード側のコネクタとインターフェース装置側のコネクタとの接続において、コネクタ相互の接触が不安定であると正常な試験を行うことができないため、コネクタの接触信頼性を高める必要がある。そこで、一方のメス側コネクタが他方のオス側コネクタを挟み込む際の接圧を高く保つ構造が、プローブカード側のコネクタとインターフェース装置側のコネクタとの接続において採用されている。具体的には、図５に示すような、オス側コネクタ４（インターフェース装置側のコネクタ）の接触部（ピン）４１を挟み込むメス側コネクタ５（プローブカード側のコネクタ）の接触部５１を板ばね形状としたコネクタが、プローブカードとインターフェース装置との接続においては一般的に利用されている。このようなオス側コネクタ４とメス側コネクタ５とが嵌合した状態において、メス側コネクタ５をオス側コネクタ４から抜き去ろうとすると、メス側コネクタ５の板ばね形状の接触部５１が、オス側コネクタ４の接触部４１をメス側コネクタ５の抜去方向とは逆の方向へ押すようにばねの戻り力が発生する。ここで、オス側コネクタ４はインターフェース装置に設けられており、インターフェース装置はテストヘッド本体に固定されているため、オス側コネクタ４に働くばねの戻り力の反作用により、メス側コネクタ５が抜去方向に跳ね上げられるような力がメス側コネクタ５に働く。コネクタの接触信頼性を高めるため、コネクタ同士の接圧をより高くすれば、オス側コネクタ４の接触部４１に対して働くばねの戻り力もより大きくなり、その結果、メス側コネクタ５に対して働く抜去方向への力もより大きくなる。
【０００６】
一方、近年、半導体ウェハの集積回路の動作テストにおける同時測定個数の増加に伴い、試験装置とプローブカードとの間でやりとりされる信号数も飛躍的に増加しており、プローブカードとインターフェース装置とに設けられるコネクタの多ピン化が進んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０８４０１４号公報
【特許文献２】再表２００７−０７７８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コネクタの多ピン化が進んだ結果、コネクタを抜き去るときにコネクタ全体にかかる抜去方向へのばねの戻り力はかなり大きなものとなっており、コネクタからプローブカードに伝わるばねの戻り力は、プローブカードが受ける重力よりも大きなものとなっている。その結果、プローブカードをインターフェース装置から取り外すためにコネクタを抜き去る際には、プローブカードがばねの戻り力により跳ね上がり、跳ね上がったプローブカードのコネクタがインターフェース装置のコネクタに乗り上げるように落下するため、コネクタが破損してしまうという問題がある。
【０００９】
このような問題を解消するためには、コネクタをＺＩＦ（ゼロ挿入力）タイプのものとして、コネクタを抜き去る際にプローブカードが跳ね上がらないようにすることが考えられる。しかしながら、安定した動作テストを行うためには、コネクタ端子を信号伝送距離が短くなるような構造とする必要があるため、コネクタをＺＩＦタイプとすることには設計上無理があり、端子形状を変更することにより問題を解消することは難しい。また、プローブカードが跳ね上がらないように上からプローブカードを押さえつける機構を別途設けることも考えられるが、そのような機構は、試験を行う際にプローバと干渉してしまうため、円滑に試験を行うことができないといった新たな問題が生じてしまう。
【００１０】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、プローブカード、パフォーマンスボード等の基板を、ウェハマザーボード等のインターフェース装置を備えたテストヘッドから取り外す際にコネクタが破損することを防止することができる着脱装置、当該着脱装置を備えたテストヘッド、および当該テストヘッドを備えた半導体試験装置を提供することを目的とする。また、プローブカード、パフォーマンスボード等の基板を、コネクタを破損させることなく、ウェハマザーボード等のインターフェース装置を備えたテストヘッドから取り外すことができる着脱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、第一に本発明は、第１コネクタが設けられた基板を装着することができ、前記基板に設けられた前記第１コネクタと接続される第２コネクタが設けられたテストヘッドにおいて、前記基板を前記テストヘッドに対して着脱するための着脱装置であって、前記基板に設けられた凹部であって、前記凹部の側面内壁に窪み部が形成された前記凹部と、前記テストヘッドに設けられた凸型部材であって、前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合する嵌合部材を前記凸型部材の側面から出入自在に有する前記凸型部材と、を備えた嵌合機構と、前記嵌合機構の前記凸型部材を前記基板に対して垂直方向に移動させる駆動機構と、を備え、前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合した状態から、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除される際には、前記凹部に前記凸型部材が挿入され、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材が突出して前記凹部の前記窪み部に嵌合した状態で、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドから離れる方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除されることを特徴とする着脱装置を提供する（発明１）。
【００１２】
上記発明（発明１）によれば、駆動機構が、基板がテストヘッドから離れる方向に、凸型部材を移動させ、第１コネクタと第２コネクタとの嵌合が解除される際にも、基板側に形成された凹部にテストヘッド側に設けられた凸型部材が挿入され、凸型部材の側面から嵌合部材が突出して基板側の凹部の窪み部に嵌合した状態が維持されたままであるので、第１コネクタと第２コネクタとの間に生じる抜去方向へのばねの戻り力によって基板がテストヘッドから跳ね上がることが防止される。その結果、跳ね上がった基板の第１コネクタがテストヘッの第２コネクタに乗り上げるように落下して両コネクタが破損することを防止できる。
【００１３】
なお、本願におけるテストヘッドとは、テストヘッド本体と、プローブカード等の基板とテストヘッド本体との間の電気的な接続を中継するウェハマザーボード等のインターフェース装置とを含む概念であり、テストヘッドには、テストヘッド本体のみで構成されるテストヘッドも、テストヘッド本体とインターフェース装置とから構成されるテストヘッドも含まれる。したがって、プローブカード等の基板がテストヘッドに装着されるということには、テストヘッドに備えられたインターフェース装置にプローブカード等の基板が装着される場合もあり、テストヘッド本体に直接プローブカード等の基板が装着される場合もある。
【００１４】
上記発明（発明２）において、前記第１コネクタと前記第２コネクタとが離れた状態から、前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合する際には、前記凹部に前記凸型部材が挿入され、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材が突出して前記凹部の前記窪み部に嵌合した後、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドに近づく方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合することが好ましい（発明２）。
【００１５】
上記発明（発明２）によれば、第１コネクタと第２コネクタとの嵌合が解除される際に、第１コネクタと第２コネクタとの間に生じる抜去方向へのばねの戻り力によって基板がテストヘッドから跳ね上がることを防止しつつ、同じ着脱装置をもって第１コネクタと第２コネクタとを嵌合させることもできる。
【００１６】
上記発明（発明１，２）において、前記嵌合部材は球状部材であることが好ましい（発明３）。
【００１７】
上記発明（発明３）によれば、球状部材は転がして移動させることが可能であるため、基板における凹部の窪み部に嵌合する嵌合部材を、容易に凸型部材の側面から出入自在に設けることができる。
【００１８】
上記発明（発明３）において、前記嵌合機構の前記凸型部材は、筒状で、中空部を有する凸型部材本体と、前記駆動機構と接続されており、前記凸型部材本体の前記中空部を相対的に上下動可能な内部シャフトと、を備えており、前記凸型部材本体の側壁には、前記球状部材が出入可能に設けられる貫通孔が形成されており、前記内部シャフトには、前記球状部材が前記貫通孔から突出している際に前記球状部材が接する拡径部と、前記球状部材が前記貫通孔に収容されている際に前記球状部材が接する縮径部とが形成されており、前記球状部材が前記内部シャフトの前記縮径部に接して前記貫通孔内に収容されている状態から、前記内部シャフトが前記凸型部材本体の前記中空部を下方に相対移動すると、前記球状部材が前記拡径部に接して前記貫通孔より突出することが好ましい（発明４）。
【００１９】
上記発明（発明４）によれば、球状部材を、凸型部材本体の側壁に設けられた貫通孔から、内部シャフトの動きによって出入可能とする構造が実現できる。
【００２０】
上記発明（発明４）において、前記内部シャフトには、径方向に突出した突起部が形成されており、前記凸型部材本体には、前記突起部に対応する位置に、軸方向に縦長形状の長孔が形成されており、前記突起部は前記長孔内に位置するとともに、前記長孔内において上下動可能となっており、前記第１コネクタと前記第２コネクタとが離れた状態から、前記駆動機構が、前記内部シャフトを前記凸型部材本体に対して下方に相対移動させると、前記突起部が前記長孔の下部内壁に接し、前記駆動機構が、前記突起部が前記長孔の下部内壁に接した状態からさらに前記内部シャフトを下方に移動させると、前記突起部が前記長孔の下部内壁を押し下げることにより、前記凸型部材本体が前記内部シャフトに連動して下方に移動させられ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合することが好ましい（発明５）。
【００２１】
上記発明（発明５）によれば、第１コネクタと第２コネクタとが離れた状態から、駆動機構が、内部シャフトを凸型部材本体に対して下方に相対移動させると、突起部が長孔の下部内壁に接し、駆動機構が、突起部が長孔の下部内壁に接した状態からさらに内部シャフトを下方に移動させると、突起部が長孔の下部内壁を押し下げることにより、凸型部材本体が内部シャフトに連動して下方に移動するため、球状部材が拡径部に接して貫通孔より突出した状態を維持したまま、基板が内部シャフト及び凸型部材本体の移動によってテストヘッドに近づけられ、第１コネクタと第２コネクタとを嵌合させることができる。
【００２２】
また、上記発明（発明４）において、前記凸型部材本体の下部には、前記凸型部材本体を上方に付勢する弾性体が設けられており、前記第１コネクタと前記第２コネクタとが嵌合した状態から、前記駆動機構が、前記内部シャフトを上方に移動させると、前記弾性体の付勢力により、前記凸型部材本体も前記内部シャフトに連動して上方に移動させられ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除されることが好ましい（発明６）。
【００２３】
上記発明（発明６）によれば、駆動機構が、内部シャフトを上方に移動させると、凸型部材本体も内部シャフトに連動して上方に移動させられるため、球状部材が拡径部に接して貫通孔より突出した状態を維持したまま、第１コネクタと第２コネクタとの嵌合を解除することができる。
【００２４】
上記発明（発明６）において、前記凸型部材本体が前記内部シャフトに連動して上方に移動する距離は、少なくとも、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除される距離であることが好ましい（発明７）。
【００２５】
上記発明（発明６，７）において、前記凸型部材本体の上端部には、前記内部シャフトの上端が突出可能なように開口部が形成されており、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除された後、前記駆動機構が、さらに前記内部シャフトを上方に移動させると、前記球状部材が前記内部シャフトの前記拡径部に接する位置から前記縮径部に接する位置まで移動して前記貫通孔内に収容されるとともに、前記内部シャフトの上端が、前記開口部から突出して前記凹部の上部内壁に当接することが好ましい（発明８）。
【００２６】
上記発明（発明８）によれば、内部シャフトの上端が凸型部材本体の開口部から突出して凹部の上部内壁に当接することにより、内部シャフトが、基板を、嵌合が完全に解除された第１コネクタ及び第２コネクタを接触させることのない位置に支持することができるため、球状部材が内部シャフトの拡径部に接する位置から縮径部に接する位置まで移動して貫通孔内に収容される際に、基板がテストヘッド方向に落下することを防止することができる。
【００２７】
上記発明（発明８）において、前記拡径部の軸方向の長さは、少なくとも、前記内部シャフトの上端が前記凹部の上部内壁に当接するまで、前記拡径部に前記球状部材が接し続ける長さであることが好ましい（発明９）。
【００２８】
上記発明（発明１〜９）において、前記基板は、半導体ウェハに形成された集積回路の電極に電気的に接触するプローブを有するプローブカードであってもよい（発明１０）。
【００２９】
上記発明（発明１０）において、前記嵌合機構の前記凹部は、前記プローブカードの補強枠の下部に設けられていてもよい（発明１１）。
【００３０】
上記発明（発明１０，１１）において、前記テストヘッドは、テストヘッド本体と前記プローブカードとの間の電気的な接続を中継するインターフェース装置とを備えていてもよい（発明１２）。
【００３１】
上記発明（発明１２）において、前記嵌合機構の前記凸型部材は、前記テストヘッドにおける前記インターフェース装置上部に突出させるように設けられていてもよい（発明１３）。
【００３２】
第二に本発明は、第１コネクタが設けられた基板を着脱するための請求項１〜１３の何れか一項に記載の着脱装置を備えたテストヘッドを提供する（発明１４）。
【００３３】
第三に本発明は、半導体ウェハに形成された集積回路の試験を行う半導体試験装置であって、請求項１４に記載のテストヘッドと、前記テストヘッドを介して、前記集積回路に試験信号を供給して検査する試験装置本体と、を備えた半導体試験装置を提供する（発明１５）。
【００３４】
第四に本発明は、第１コネクタが設けられた基板を装着することができ、前記基板に設けられた前記第１コネクタと接続される第２コネクタが設けられたテストヘッドにおいて、前記基板に設けられた凹部であって、前記凹部の側面に窪み部が形成された前記凹部と、前記テストヘッドに設けられた凸型部材であって、前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合させる嵌合部材を前記凸型部材の側面から出入自在に有する前記凸型部材とを備えた嵌合機構、及び前記嵌合機構の前記凸型部材を前記基板に対して垂直方向に移動させる駆動機構であって、前記凸型部材に接続された前記駆動機構を用いて、前記基板を前記テストヘッドに対して着脱するための着脱方法であって、前記基板を前記テストヘッドに装着する際には、前記基板における前記凹部に前記凸型部材を挿入し、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材を突出させて前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合させた後、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドに近づく方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとを嵌合させることにより、前記基板を前記テストヘッドに対して装着し、前記基板を前記テストヘッドから取り外す際には、前記凸型部材の側面から前記嵌合部材を突出させて前記基板における前記凹部の前記窪み部に嵌合させた状態のまま、前記駆動機構が、前記基板が前記テストヘッドから離れる方向に、前記凸型部材を移動させ、もって前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除され、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの嵌合が解除された後、前記嵌合部材が前記凸型部材の側面に収容されることにより、前記基板を前記テストヘッドから取り外し可能とすることを特徴とする着脱方法を提供する（発明１６）。
【００３５】
上記発明（発明１６）によれば、基板をテストヘッドに対して装着する際に第１コネクタと第２コネクタとを嵌合させることができる着脱装置を用いて、基板をテストヘッドから取り外す際に、第１コネクタと第２コネクタとの間に生じる抜去方向へのばねの戻り力によって基板がテストヘッドから跳ね上がることを防止することができ、その結果、跳ね上がったプローブカードのコネクタがインターフェース装置のコネクタに乗り上げるように落下してコネクタが破損することを防止できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る着脱装置、当該着脱装置を備えたテストヘッド、および当該テストヘッドを備えた半導体試験装置によれば、プローブカード、パフォーマンスボード等の基板を、ウェハマザーボード等のインターフェース装置を備えたテストヘッドから取り外す際にコネクタが破損することを防止することができる。また、本発明に係る着脱方法によれば、プローブカード、パフォーマンスボード等の基板を、コネクタを破損させることなく、ウェハマザーボード等のインターフェース装置を備えたテストヘッドから取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体試験装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、同実施形態におけるテストヘッド部を示す側面一部断面図であり、（ａ）はウェハマザーボードにプローブカードを装着する前の状態、（ｂ）はウェハマザーボードにプローブカードを仮装着した状態、（ｃ）はウェハマザーボードにプローブカードを本装着した状態を示す図である。
【図３】図３は、同実施形態における着脱装置を示す側面一部断面図であり、ウェハマザーボードにプローブカードを装着する過程を（ａ）〜（ｄ）に経時的に示す図である。
【図４】図４は、同実施形態における着脱装置を示す側面一部断面図であり、ウェハマザーボードからプローブカードを取り外す過程を（ａ）〜（ｄ）に経時的に示す図である。
【図５】図５は、ウェハマザーボード及びプローブカードに設けられるコネクタを示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る半導体試験装置１は、図１に示すように、試験装置本体（テスタ）１０、テストヘッド１１、およびプローバ１２により構成されている。
【００３９】
テストヘッド１１は回転装置１３に支持されており、ケーブル１４によって試験装置本体１０と接続されている。また、テストヘッド１１は、回転装置１３によりメンテナンス位置（図１にて二点鎖線で示す）から反転され、プローバ１２上に配置されるようになっている。
【００４０】
図１に示すように、メンテナンス位置にあるテストヘッド１１の上部には、ウェハマザーボード２が備えられており、当該ウェハマザーボード２にプローブカード３が装着される。本実施形態において、テストヘッド１１は、テストヘッド本体とウェハマザーボード２等のインターフェース装置とを備えている。
【００４１】
ウェハマザーボード２は、テストヘッド本体とプローブカード３との間の電気的な接続を中継するインターフェース装置であり、図２に示すように、ベース部２０、固定枠２１、コネクタ２２、及び凸型部材２３を備えている。
【００４２】
ベース部２０上には平面視略円形の固定枠２１が設けられており、固定枠２１の上部にはコネクタ２２が複数設けられている。複数のコネクタ２２には、それぞれ、テストヘッド１１のテストヘッド本体に電気的に接続されたケーブル２５が接続されている。
【００４３】
図３及び図４に示すように、凸型部材２３は、ベース部２０に形成された貫通孔２０１に挿入され、ベース部２０上に突出するように設けられている。貫通孔２０１に挿入された凸型部材２３の下側に位置するベース部２０の内部には、エアシリンダ２４が設けられている。
【００４４】
凸型部材２３は、インナーシャフト２３３、ロックシャフト２３４、硬球２３５、およびスプリング２３６を備えている。
【００４５】
インナーシャフト２３３は、筒状のロックシャフト２３４の中空部２３４ａに挿入されている。インナーシャフト２３３の下端はエアシリンダ２４に接続されており、インナーシャフト２３３は、エアシリンダ２４によって、ロックシャフト２３４の内部を相対的に上下動可能になっている。ロックシャフト２３４の中空部２３４ａの一部には、ロックシャフト２３４の側壁を貫通するように、貫通孔２３４ｂが形成されており、硬球２３５が、ロックシャフト２３４の側面から出し入れ可能なように、この貫通孔２３４ｂに設けられている。
【００４６】
また、インナーシャフト２３３には、硬球２３５の近傍に凸状の拡径部２３３ａが形成されており、その拡径部２３３ａの下側には縮径部２３３ｂが形成されている。通常時は、インナーシャフト２３３の縮径部２３３ｂに硬球２３５が位置しているが（図３（ａ）参照）、インナーシャフト２３３がロックシャフト２３４内を下方に相対移動すると、拡径部２３３ａが硬球２３５をロックシャフト２３４の側面から押し出す（図３（ｂ）〜（ｄ）参照）。
【００４７】
インナーシャフト２３３の縮径部２３３ｂの下側、すなわち、インナーシャフト２３３の略中央部には、径方向に突出している突起部２３３ｃが形成されている。これに対し、ロックシャフト２３４には、突起部２３３ｃに対応する位置に、軸方向に縦長になっている長孔２３４ｃが形成されている。インナーシャフト２３３の突起部２３３ｃは、ロックシャフト２３４の長孔２３４ｃ内を上下方向に移動可能に挿入されている。通常時は、突起部２３３ｃは長孔２３４ｃの上部内壁に接するように位置しており（図３（ａ）参照）、インナーシャフト２３３がロックシャフト２３４内を下方に相対移動すると、突起部２３３ｃは長孔２３４ｃの下部内壁に接する（図３（ｃ）参照）。
【００４８】
ロックシャフト２３４の中空部２３４ａの下側には、中空部２３４ａよりも内径が大きくなっている大径部２３４ｄが形成されている。この大径部２３４ｄにはスプリング２３６が挿入されており、スプリング２３６の下端は、ベース部２０に設けられているエアシリンダ２４の上面に接触している。このスプリング２３６の弾性力により、ロックシャフト２３４は上方に向かって付勢されている。
【００４９】
以上のような構成の凸型部材２３は、ベース部２０に形成された貫通孔２０１に挿入されている。また、貫通孔２０１の上部には段部２０１ａが形成されている。上記の通り、ロックシャフト２３４はスプリング２３６によって上方に向かって付勢されているが、ロックシャフト２３４の大径部２３４ｄが段部２０１ａに係止することで、スプリング２３６によるロックシャフト２３４の上方への付勢が制限されている。
【００５０】
なお、ロックシャフト２３４がスプリング２３６によって上方に向かって付勢されていることにより、後述するように、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が解除される際には、エアシリンダ２４によってインナーシャフト２３３が上方に移動すると、ロックシャフト２３４もインナーシャフト２３３と連動して上方に移動する。このとき、ロックシャフト２３４がインナーシャフト２３３に連動して上方に移動する距離は、少なくとも、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が解除される距離よりも長くなっている。
【００５１】
また、ロックシャフト２３４の大径部２３４ｄが段部２０１ａに係止することで、スプリング２３６によるロックシャフト２３４の上方への付勢が制限されていることにより、後述するように、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が解除された後、ロックシャフト２３４の上方への移動は制限され、インナーシャフト２３３のみが上方に移動する。このとき、インナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接するまで、硬球２３５がインナーシャフト２３３の拡径部２３３ａによりロックシャフト２３４の貫通孔２３４ｂから押し出された状態を維持するべく、拡径部２３３ａの軸方向の長さは、インナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接するまで、拡径部２３３ａに硬球２３５が接し続ける長さとなっている。
【００５２】
本実施形態においては、図２に示すように、ウェハマザーボード２は、４つの凸型部材２３（うち１つは図示せず）を備えている。４つの凸型部材２３は、略円形の固定枠２１の途中に、互いの距離が等間隔となるよう、固定枠２１によって形成される円の中心点から見て略９０度間隔に配置されている。なお、本発明は上記の構成に限られるものではなく、配置する凸型部材２３の数を変えてもよいし、配置する場所を変えてもよい。
【００５３】
プローブカード３は、半導体ウェハに形成された集積回路の電極に電気的に接触するプローブ（図示せず）を有する板状部材であり、図２に示すように、基板３０、スティフナ３１、およびコネクタ３２を備えている。
【００５４】
基板３０は、プローブ（図示せず）が設けられる円形の板状部材であり、プローブカード３としての強度を高めるための補強枠であるスティフナ３１に取り付けられている。
【００５５】
コネクタ３２は、プローブカード３をウェハマザーボード２に装着する際に、ウェハマザーボード２に設けられているコネクタ２２と嵌合し、電気的に接続されるものであり、基板３０の下側に複数設けられている。
【００５６】
スティフナ３１には、凸型部材２３が嵌合する凹部３３が形成されており、当該凹部３３の側面内壁の一部には硬球２３５が係合し得る窪み部３３１が形成されている。本実施形態においては、窪み部３３１は、硬球２３５が窪み部３３１に係合した際に硬球２３５の遊びがないように形成されている。また、本実施形態においては、凸型部材２３が４つ設けられているため、スティフナ３１にも４つの凹部３３が形成されている。
【００５７】
プローブカード３をウェハマザーボード２に装着する際は、まず、テストヘッド１１がメンテナンス位置にある状態で、プローブカード３のスティフナ３１に設けられた凹部３３を、ウェハマザーボード２に設けられた凸型部材２３に嵌合させる、仮装着を行う（図２（ｂ）参照）。この状態では、ウェハマザーボード２側のコネクタ２２とプローブカード３側のコネクタ３２とはまだ接触していない。続いて、凸型部材２３が下方に移動することにより、プローブカード３をウェハマザーボード２に近寄らせ、ウェハマザーボード２側のコネクタ２２とプローブカード３側のコネクタ３２とを嵌合させ、電気的に接続させる、本装着を行う（図２（ｃ）参照）。
【００５８】
凸型部材２３に設けられている硬球２３５は、プローブカード３がウェハマザーボード２に未装着の状態、および仮装着された状態では、図３（ａ）に示すように、インナーシャフト２３３の縮径部２３３ｂに接する位置している。しかし、仮装着後、インナーシャフト２３３がエアシリンダ２４によって駆動されてロックシャフト２３４内を下方に移動すると、図３（ｂ）に示すように、硬球２３５は拡径部２３３ａにより貫通孔２３４ｂから押し出され、凹部３３の窪み部３３１に係合する。
【００５９】
この状態で、インナーシャフト２３３がエアシリンダ２４によって駆動され、ロックシャフト２３４内を更に下方に移動すると、図３（ｃ）に示すように、インナーシャフト２３３に設けられた突起部２３３ｃが、ロックシャフト２３４に設けられた長孔２３４ｃの下壁部に係合するため、ロックシャフト２３４も、スプリング２３６の弾性力に抗しながら、インナーシャフト２３３と一体となって下方に移動する。
【００６０】
ここで、上記の通り、硬球２３５が凹部３３の窪み部３３１に係合しているため、インナーシャフト２３３およびロックシャフト２３４が一体化して、かつ４つの凸型部材２３が同期して下方に移動することにより、プローブカード３がほぼ平行に支持された状態を保ったままウェハマザーボード２側に引き寄せられることになる。
【００６１】
プローブカード３がウェハマザーボード２側に引き寄せられると、図３（ｄ）に示すように、ロックシャフト２３４の下端が最終的にエアシリンダ２４の上部に当接し、プローブカード３の移動が停止し、ウェハマザーボード２側のコネクタ２２とプローブカード３側のコネクタ３２とが嵌合して電気的に接続され、本装着が完了する（図２（ｃ）参照）。
【００６２】
なお、エアシリンダ２４は、凸型部材２３を駆動可能な装置であればこれに限られるものではなく、例えば、油圧式シリンダやモータ駆動式のものでもよいし、手動式のものでもよい。また、駆動源とシャフトとの間には、リンク機構やカム機構等の各種伝達機構が存在していてもよい。
【００６３】
プローブカード３をウェハマザーボード２から取り外す際は、装着する際と同様にテストヘッド１１がメンテナンス位置にある状態で、エアシリンダ２４によってインナーシャフト２３３がプローブカード３方向に駆動される（図４（ａ）参照）。
【００６４】
インナーシャフト２３３が上方に移動すると、スプリング２３６の弾性力により、ロックシャフト２３４も上方に移動する（図４（ｂ）参照）。このとき、硬球２３５はインナーシャフト２３３の拡径部２３３ａによりロックシャフト２３４の貫通孔２３４ｂから押し出された状態のままであり、硬球２３５が凹部３３の窪み部３３１に係合しているため、インナーシャフト２３３とロックシャフト２３４とが連動して上方に移動することにより、プローブカード３も上方に押し上げられる。これにより、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が解除され始める。
【００６５】
インナーシャフト２３３とロックシャフト２３４とが連動して上方に移動していく過程で、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が完全に解除される。ここで、前述のように、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が解除されることにより、コネクタ間にはばねの戻り力が生じる。これにより、プローブカード３にはプローブカード３を上方に跳ね上げようとする力が加えられるが、依然硬球２３５が凹部３３の窪み部３３１に係合しており、プローブカード３はインナーシャフト２３３及びロックシャフト２３４によって支持されている状態にあるため、プローブカード３がばねの戻り力により跳ね上がることが防止される。
【００６６】
ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が完全に解除された後、ロックシャフト２３４の上方への移動は、ロックシャフト２３４の大径部２３４ｄが段部２０１ａに当接したところで完了する。その後は、既にロックシャフト２３４の大径部２３４ｄが段部２０１ａに当接してしまっているため、ロックシャフト２３４の上方への移動は制限され、インナーシャフト２３３のみが上方に移動する（図４（ｃ）参照）。インナーシャフト２３３のみが上方に移動する段階においても、インナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接するまで、硬球２３５はロックシャフト２３４の貫通孔２３４ｂから押し出された状態を維持する。
【００６７】
ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が解除された後、プローブカード３は、硬球２３５がロックシャフト２３４の貫通孔２３４ｂから押し出されて凹部３３の窪み部３３１に係合していることのみによって、ウェハマザーボード２上に支持されているが、インナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接することにより、今度はインナーシャフト２３３が、プローブカード３を、嵌合が完全に解除された両コネクタを接触させることのない位置に支持することができる。つまり、このようにインナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接した状態になったことにより、硬球２３５が凹部３３の窪み部３３１に係合している状態を解除する準備が整うこととなる。
【００６８】
インナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接し、その後、インナーシャフト２３３の突起部２３３ｃがロックシャフト２３４の長孔２３４ｃの上部内壁に接するまで、インナーシャフト２３３はさらに上方に移動する。このとき、インナーシャフト２３３の拡径部２３３ａによりロックシャフト２３４の貫通孔２３４ｂから押し出されていた硬球２３５がインナーシャフト２３３の縮径部２３３ｂに収容され、凹部３３の窪み部３３１に対して硬球２３５が係合していた状態が解除される。（図４（ｄ）参照）。この結果、プローブカード３をウェハマザーボード２から取り外すことが可能となる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が完全に解除された後、まずインナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接し、続いて凹部３３の窪み部３３１に対して硬球２３５が係合していた状態が解除されるように、インナーシャフト２３３における拡径部２３３ａ及び縮径部２３３ｂの位置が定められているが、これに限られるものではない。例えば、嵌合が解除されたウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２とが接触することがない限りにおいては、ウェハマザーボード２のコネクタ２２とプローブカード３のコネクタ３２との嵌合が完全に解除された後、インナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接するよりも先に、凹部３３の窪み部３３１に対して硬球２３５が係合していた状態が解除され、それによりプローブカード３が一時的にウェハマザーボード２側へ沈み込み、もってインナーシャフト２３３の上端が凹部３３の上部内壁に当接するように、インナーシャフト２３３における拡径部２３３ａ及び縮径部２３３ｂの位置が定められていてもよい。
【００７０】
以上のように、本実施形態に係る着脱装置、当該着脱装置を備えたテストヘッド、および当該テストヘッドを備えた半導体試験装置によれば、プローブカード、パフォーマンスボード等の基板を、ウェハマザーボード等のインターフェース装置を備えたテストヘッドから取り外す際にコネクタが破損することを防止することができる。また、本実施形態に係る着脱方法によれば、プローブカード、パフォーマンスボード等の基板を、コネクタを破損させることなく、ウェハマザーボード等のインターフェース装置を備えたテストヘッドから取り外すことができる。
【００７１】
以上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。
【００７２】
例えば、本実施形態における硬球２３５の代わりに他の形状の嵌合部材を貫通孔２３４ｂから突出させてもよい。また、本実施形態におけるスプリング２３６の代わりにゴムやフォーム材などの他の弾性体を用いてもよいし、スプリング２３６の代わりにエアシリンダ等を用いてロックシャフト２３４をインナーシャフト２３３に連動して上方に移動させるようにしてもよい。
【００７３】
また、本実施形態においては、テストヘッド１１の上部にインターフェース装置であるウェハマザーボード２が備えられているが、これに限られるものではなく、テストヘッド１１がウェハマザーボード２を備えずに、ウェハマザーボード２が持つ部材及び機能をテストヘッド１１が直接備える形となっていてもよい。
【００７４】
さらに、本実施形態では、ウェハマザーボード２に装着する基板としてプローブカード３を例示したが、プローブカード３の替わりにパフォーマンスボードをウェハマザーボード２に装着するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、半導体ウェハに形成された集積回路の試験を行う半導体試験装置において、プローブカード等をウェハマザーボードから取り外す際にコネクタが破損することを防止するのに有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１…半導体試験装置
１０…試験装置本体
１１…テストヘッド
１２…プローバ
１３…回転装置
１４…ケーブル
２…ウェハマザーボード（インターフェース装置）
２０…ベース部
２０１…貫通孔
２０１ａ…段部
２１…固定枠
２２…コネクタ（第２コネクタ）
２３…凸型部材
２３３…インナーシャフト（内部シャフト）
２３３ａ…拡径部
２３３ｂ…縮径部
２３３ｃ…突起部
２３４…ロックシャフト（凸型部材本体）
２３４ａ…中空部
２３４ｂ…貫通孔
２３４ｃ…長孔
２３４ｄ…大径部
２３５…硬球（嵌合部材、球状部材）
２３６…スプリング（弾性体）
２４…エアシリンダ（駆動機構）
２５…ケーブル
３…プローブカード（基板）
３０…基板
３１…スティフナ
３２…コネクタ（第１コネクタ）
３３…凹部
３３１…窪み部
【図１】
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【図２】
2012103154.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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