JPH03270040A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はθ機構に関する。

（従来の技術） 従来から、位置決めを行う手段として直線運動を回転運
動に変換するθ機構が用いられている。

しかしながら、従来のθ機構では、機構を構成する各部
のパラメータが設計値に基づく寸法を用いているので、
直線運動から回転運動の変換（Ｘ→θ変換）において誤
差が発生するという不具合がある。

（発明が解決しようとする課′Ｊｆ３）上述したように
、従来のθ機構では、直線運動から回転運動への変換に
誤差が発生するという不具合がある。

本発明は上述した従来の課題を解決するためのもので、
機構の製作寸法を素移転し、この寸法値を直線運動から
回転運動の変換に用い、粘度を向上させることのできる
θ機構を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、θ位置決めを行うよう直線運動を回転運動に
変換する回転手段と、この回転手段における前記直線運
動の入力値および入力値に対する回転運動の出力値との
測定値から、製作後のパラメータを推定しこの推定値に
基づいて前記回転手段の運動精度を補正する補正手段と
を備えたものである。

（作　用） 本発明では、直線運動を回転運動に変換するとともに、
この回転における直線運動の入力値および入力値に対す
る回転運動の出力値との測定値から製作後のパラメータ
を推定しこの推定値に基づいて回転の運動精度を補正す
る。

したがって、機構の精度を向上させることができ、高度
な位置決めを実現することが可能である。

る。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例のθ機構を適用した検査装置
の構成を示す図である。

同図に示すように、装置本体１は、非導電性液体中で被
検査体となる半導体モジュール２を搬送および検査可能
な状態としたワーク３の所定の検査を行う検査部１０と
、半導体モジュール２上に搭載された複数の半導体素子
（以下、チップと記す）に対応した複数の検査用接触端
子が収容され、これらの交換および位置合せを行う接触
端子供給部２０とを備えている。また、装置本体１の検
査部１０側の端部には、上記ワーク３をロード・アンロ
ードするためのワークローダ一部３０が着脱自在に設置
されている。装置本体１およびワークローダ一部３０上
には、それぞれワークローダ−部３０、検査部１０、接
触端子供給部２０の並列方向（以下、Ｘ方向とよぶ）に
沿って移動可能とされたワーク搬送機構４０と接触端子
移動機構５０とが搭載されている。

なお上記ワ〜す３は、例えば第２図に示すように、複数
品種からなる例えば３６個のチップ２ａが内部配線を有
する多層セラミックス基板２ｂ上にボンディングされて
構成された半導体モジュール２の下部に、この半導体モ
ジュール２の図示を省略した各入出力ビンと電気的に接
触されたソケット４およびソケットボード５が配置され
ている。

また半導体モジュール２の外周側に押え板６と０リング
７とによって液密シールが形成されたクランプ部となる
サポートボード８が配置されて構成されたものである。

また、図示を省略したがチップ２ａの周囲には７ＴＰＩ
定用電極パツドが設けられている。

上記検査部１０は、液槽１３を有しており、ワーク３は
クランプ１４によってワーク載置台１２に苅し、液密シ
ールを形成するように密着固定される。そして、液槽１
３内に注入された非導電性不活性液体１５中にワーク３
を浸漬し、その状態で検査が行われる。ワーク載置台１
２の開口部下方には、ワーク３のソケットボード５に対
して差込まれ電気的な接続を行う図示を省略した多数の
ポゴピンが突設されたワークセットベースユニット１７
が設けられている。

また、接触端子供給部２０は、半導体モジュール２に搭
載されたチップ２の周囲に形成された測定用電極パッド
の形状およびピッチに応じてプローブビンが植設された
複数のビンブロック２１を個々に保持する複数例えば９
個のビンブロックチェンジャ２２と、接触端子移動機構
５０側に受は渡されたビンブロック２］の位置確認を行
うビンブロック補正用カメラ２３とによって構成されて
いる。

上記ビンブロックチェンジャ２２は、ビンブロック２１
を挟持する保持部２４と、この保持部２４を接触端子移
動機構５０側に上昇させる例えばシリンダ機構２５とに
よって構成されており、検査プログラムに応じて使用す
べきビンブロック２１を個別に上昇させ、接触端子移動
機構５０に供給する。

ワークローダ一部３０は、ローダ一部基台３１と、ワー
ク３を収容しつつワーク交換位置とを移動ｆｉｌ能とさ
れたワークセットテーブル３２と、ワク３をワーク搬送
機構４０へと受渡すワーク昇吟機構３３とにより構成さ
れている。

また、接触端子移動機構５０は、Ｘステージ５１、Ｙス
テージ５２およびＺステージ５３によって構成されてお
り、Ｚステージ５３に固定されたチャック部５４と上ア
ライメント用カメラ５５とが設置された測定部５６が、
ｘ−ｙ−ｚ方向に移動可能とされている。また、後述す
る図示を省略したθ駆動機構によってチャック部５４が
回転自在とされている。そして、チャック部５４に保持
されたビンブロック２１は、Ｚステージ５３によって検
査部１０の液槽１３内まで下降し、液槽１３内に浸漬さ
れているワーク３との接触が行われる。

測定部５６には、上記チャック部５４に近接して図示を
省略した冷却機構に接続された非導電性不活性液体導入
管５７が配設されている。またチャック部５４の上部に
はビンブロック２１と図示を省略したテスタに接続され
たタッチプレートが配置されており、このタッチプレー
トによってビンブロック２１とテスタとの電気的な接続
が行われている。

上記構成の検査装置における検査手順について、第３図
を参照して以下に説明する。

まず、ワークローダ一部３０にワーク３を載置するとと
もに、ワーク３をワーク昇降機構３３の上方の受渡位置
まで移動させる。次いで、ワーク３を位置決めしつつワ
ーク搬送機構４０の保持部４１位置まで上昇させる。ワ
ーク３の上昇を確認した後、保持部４１の一対のつめ４
２によってワク３を保持する（第３図−ａ）。

次に、ワーク３をワーク受渡位置まで搬送する。

この陛、接触端子移動機構５０は、接触端子供給部側へ
と移動する。

そしてワーク３は、位置決めが行われワーク載置台１２
上にワーク３が載置されクランプ１４によってワーク載
置台１２に対して液密に固定されると共に、ワーク３の
ソケットボード５と検査部１０側のワークセットベース
ユニット１７との電気的な接続が行われる（第３図−ｂ
）。

ワーク３のセツティングと相前後して、ビンブロック２
１の装着が行われる。ビンブロック２１の装着は、まず
検査プログラムに応じて自動的に、第１番目に検査を行
うチップ２ａに対応したビンブロック２１が保持された
ビンブロックチェンジャ２２上に接触端子移動機構５０
のチャック部５４が位置するように、Ｘステージ５１お
よびＹステージ５２が駆動される。チャック部５４がビ
ンブロック２１の受渡し位置に到達すると、ビンブロッ
クチェンジャ２２のシリンダ機構２５が上昇し、チャッ
ク部５４によって当該ビンブロック２１が保持される（
同第３図−ｂ）。

この後、ビンブロック補正用カメラ２３によって、ビン
ブロック２１の保持状態を撮像し、上アライメントカメ
ラ５５との位置確認が行われた後、検査部１０上方へと
接触端子移動機ｔｇ５０は移動する。

次に、ワーク３とビンブロック２１とのアライメントが
行われる。そして、Ｘステージ５１、Ｙステージ５２お
よび後述するθ駆動機構を駆動して測定用電極パッドと
プローブビンとのアライメントが行われる。

そして、アライメントが終了すると、非導電性液体導入
管５７からフッ素系不活性液が液槽１３内に供給され、
ワーク３が浸漬された状態となる。

この後、ＩＮ−］定郡部６を下降させ、ビンブロック２
１のプローブビンを測定用電極パッドに当接させる。そ
して、半導体モジュール２にテスト電圧を供給しチップ
２ａの検査を行う（第３図−Ｃ）。

以上の動作により　１つのチップ２ａに対する検査は終
了する。次に、半導体モジュール２内に同一規格のチッ
プ２ａが存在する場合は、必要に応して位置補正を行っ
た後、同様に次のチップ２ａの検査を行う。

同一規格のチップか終了した後、未検査のチップ２ａが
存７［する場合は、ビンブロック２１の交換を行い、同
様に当該チップ２ａの検査を実施する。

そして、以上の工程を繰返し行うことによって全チップ
２ａの検査が終了した後、非導電性不活性液体１５を排
出し、ワーク３を移載する。そして、ワーク搬送機構４
０をワークローダ一部３０まで移動して、ワーク３を搬
出し、一連の検査工程が終了する。

次に、上述した接触端子移動機構５０におけるチャック
部５４を回転させるθ駆動機構の詳細について説明する
。

第４図はθ駆動機構を示す平面図、第５図は第４図の側
面断面図、第６図は第５図の正面図である。

これらの図において、５０１は、アーム５４４が形成さ
れたチャック部５４を回転自在に支持したベース板を示
している。ベース板５０１上には、所定の間隔をおいて
支持片５０２．５０３を有する支持ブロック５０４が配
設されている。支持ブロック５０４上の支持片５０２．
５０３の間には、ガイドレール５０５が形成されている
。支持片５０２には、ロータリエンコーダ５０６が配設
され、支持片５０３には、ベアリング５０７が配設され
、これらの間にボールねじ５０８が回転可能に配設され
ている。ボールねじ５０８には、ナツト５０９が螺合さ
れており、ナツト５０９には、ガイドレール５０５にガ
イドされるガイド部材５１０が固定されている。また、
支持片５０３には、力・ノブリング５１１が配設されて
おり、力・ツブリング５１１には、ボールねじ５０８の
一端が連結されるとともに、支持片５０３に設けられた
モータ５１２の回転軸５１３が連結されている。

また、上述したアーム５４４には、ローラ５４５が回転
自在に配設されており、このローラ５４５は、ガイド部
材５１０に当接されている。また、アーム５４４とガイ
ド部材５１０とは、コイルバネ５４６．５４６により連
結されている。

したがって、θ駆動機構には、上アライメント用カメラ
５５の検出結果に応じて指令値（入力値）が入力され、
これにより、モータ５１２が回転されてボールねじ５０
８が回転される。これにより、ガイド部材５１０がガイ
ドレール５０５に沿って移動され、ガイド部材５１０に
当接するローラ５４５が押されてアーム５４４が移動さ
れ、これにより、チャック部５４が回転する。ボールね
じ５０８の同転量は、ロークリエンコーダ５０６により
検出され、上述の指令値に対応する回転量を検出すると
、モータ５１２の回転を停止する命令を出力する。

次に、上述したθ駆動機構における指令値−入力値（直
線変位Ｘ）および出力値（回転変位θ）の較正について
説明する。

〈１〉回転変位θの仕様 ストローク・・・・・・・・・±４　ｄｅｇ（±１４４
００秒） 位置決め精度・・・・・・±６　Ｘ　１０−Ｏ−３ｄｅ
±２１．６秒） （２）Ｘとθの関係 θ駆動機構はボールねじの直線変位Ｘによってアームを
移動させ回転θを得る。その模式図を第７図に示す。

同図において、Ｘとθとの関係は、次の式となる。

Ａ　ｓｉｎθｏ　　　　＋ｒ　Ｓ　ｓ　ｎ　２θ０・・
　（２−７） これにより、Ｘとθとの関係式が求められた。

次に、Ｘ−θの変換式である（２−７ Ｘの逆変換式を考える。

ｓｉｎ　　（θ＋θｏ）−ｄ ｃｏｓ　　（θ＋θ　）−Ｊｌ−ｄ” ｔａｎ　　（θ十〇　）−ｄ／Ｊ１−６２、°、θ−１
ａｎ　−’　（ｄ／Ｊ１−ｄ”　）−〇・・・　（２−
９） この式によって、θ機構のシミュレーションおよび分角
ｑ能の計算が可能となる。

なお、分解能の理論値を第９図に示す。

（３）較正方法 Ｘとθとの関係式 ％式％） （３１） ） ） θ同転させるには、（２−７）式を制御ソフトで演算し
、そのＸをボールねしへの指令値（入力値）とする。

そして、パラメータの設計値（、ｒ５θに対して、組立
後の寸法が（十Δ℃、ｒ＋Δ「、θｏ十Δθ。となって
しまった場合を考える。

要求する回転角は、 θ−ｆ　　（ＸＳ、９、ｒｌ　θ０） しかし、実際の回転角は、 θ−−ｆ（Ｘ、、９＋Δ℃、「十Δｒ１θ　十Δθ０） となる。つまり、θ′−θの誤差が生じる。この誤差は
、仕様を満足しない値になる虞れがある。

そこで、６℃、Δｒ１Δθ０の値を求めることにより、 Ｘ−−ｆ−’（θ、（十Δ℃、ｒ十Δ「θ０＋Δθ０） を指令値とすることによって、誤差θ′−〇をなくすこ
とができる。

この操作を較正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　）と呼んで
いる。

そこで、θの値を３点以上にわたって測定し、１１線形
最小自乗法を使って、パラメータ誤差Δ（、Δｒ１Δθ
０を測定し、較正によってθの精度を高めることを試み
た。

マシン・パラメータの設計値をＪ２Ｓ　ｒｓθ０とする
。これを最も確からしい値の近似値とする。

組立後の寸法、つまり最も確からしい値を（十ΔＡ、ｒ
＋Δｒ１θ　十Δθ０とする。ｎ個のθの測定値からΔ
（、Δｒ、Δθ。を推定する。

まず、機構に、 θ、−ｆ、ｉ、ｒ１θｏ　）　　　（ｉ−１〜ｎ　）１
　　　　　　１ であるｎ個の指令値を与える。これに対して実際に動い
た回転角を測定する。

θ　、−ｆ、ｉ＋Δ℃、ｒ十Δｒ１ １　　　　　　１ θ０＋Δθ０） （ｉ−１〜ｎ） というｎ個の測定値が得られる。

ここで、指令値θ、と測定値θ′、の間には次１　　　
　　　　　　　　　　　　　１の関係が成り立つ。

（以下余白） Δ　θ　、−〇　−、−〇　。

ｌ　　　　　　　　　　ｌ　　　　　　　１＝ｆ１　（
［＋６℃、ｒ十Δｒ１θ０＋Δθ　）−ｆ、ｉ、ｒｌ　
θ０） ｌ ＊　Ｃ９ｆ　、／９℃）Δ℃＋ （ｉ９ｆ−／９ｒ）　　Δ　「　＋ Ｃ９ｆ、／９θ。）Δθ。

（ｉ　−１〜ｎ） ・・・　（３−３） （６℃、Δｒ１Δθ０は微小量なので、テラー展開して
２次以上の項を省略する。）６℃、Δｒ１Δθ。を未知
数とするｎ個の１次方捏式を得ることかできた。行列の
形にすると、（以下余白） （以下余白） （３−４） となり、これを ｂ−へ・Ｘ とする。

次に、 ９ｆ、／ｌＪ２．９ｆｉ／９ｒ、９ｆ−／９θ。

ｌ の具体的な数式を求める。Ｘとθとの関係式（２−７）
式を再掲すると、 ｉ ＋　ｒ　ｓｉｎ　２　θ 一Ｉｌ　ｓｉｎ　θＱ　　　　　　　　　　　　　Ｏこ
れでは、θ、を微分できないので、陰関数の形にし、こ
れをｇ（（、ｒ、θ。、θ、）とおく。

ｇ、（（、ｒ１θ　、θｉ） ０ −Ｘｉ−１ｓｉｎ（θｉ＋００） ＋ぶｓｉｎθ０ 、２ ＋ｒｓ＋ｎ　　（θｉ十００） −ｒｓｉｎ　　θ〇 一〇　　　　　　　　　　　　・・・（３−５）この式
を全微分すると、 Δｇｉ −（Ｑｇ　ｉ／［１）ΔＡ＋（９ｆｉ／９ｒ）Δｒ十（
９ｇｉ／Ｑθ０）Δθｏ　＋　（９ｇ　ｉ”θ１）Δθ
ｉ −〇 変形して Δθｉ −（−１）／　Ｃ９ｇ／９θ、）（［Ｑｇｉ／［１）Δ
ｉ＋　（ｃ）ｇｉ／ｌｒ）Δｒ＋（９ｇｔ／ｃ）θ０）
Δθｏ）） ・・・（３−６ （３−３）式を再掲すると、 Δ　θ　ｉ 一Ｃ９ｆ　、／９１２）ΔＪｌ＋（ｆＱｆ　ｉ／ｌｒ）
Δｒ＋＜９ｆ、／９θ０）Δθ。

・・・（３−７） （３−６）−（３−７）より （、９ｆ　　、／９１２＞ −（−１）／　＜９ｇ−／Ｑθｉ） （９ｇ　　、／ｃｌ） （ｆＱｆ　　、、’９ｒ） −（−１）／　　（Ｑｇ−／ｌθ　、）１　　　　　　
　　　　１ （Ｑｇ　　、／９　　ｒ） ＜９ｆ、／、Ｊθ。） −（−１）／　　（ｌａｇ　　、／９θ　　）１ （Ｑｇ、／ｌθ。） ・・・・・・　（３−８） （３−８）の右辺は（３−５）を偏微分することによっ
て容易に求まる。

（９ｇ、／ｆ９θ、） １　　　　　　　　　　１ ＝−Ｊ２ｃｏｓ（θ、＋θｏ）　＋２　ｒｓ＋ｎ　　（
θｉ十θ　）ｃｏｓ（θ、＋００） ロー １１）ｇ、／［１） 画一ｓｉｎ　　（θ、十θｏ）　＋ｓｉｎθＯ（Ｑｇ、
／９ｒ） ・　２　　　　　　　　　・　２ ”Ｓｌｎ　　　（θ・十θｏ）　−ｓｉｎ　　θＯ（９
ｇ、／ｆ９θ。） 一−，９ｃｏｓ（θ、十θｏ）＋Ｃｃｏｓθ０＋２ｒｓ
ｌｎ（θ、十θ　）ｃｏｓ（θ、十θ０）１　０　　　
　　　ｌ 一２ｒ　ｓｉｎ　θｏＣＯ８θ０ ここに（３−４）式ｂ−Ａ−％の行列へが求められたの
で１．Ｔ　−＜６℃、Δｒ、Δθ０）を求める。

ｂ　　（ｌｘｎ）−Ａ　　（３Ｘｎ）　　φＸ　　（Ｉ
Ｘ３）未知数の数（３）より方程式の数（ｎ）の方が多
い。方程式誤差を最小にする最小自乗解を求める。

ε−Ａｘ−ｂ εＴＥを最小にするＸを求めるとともに、Ｏ（ε”Ｅ）
／９ｘ−０にするＸを求める。

Ｘ−（Ａ”　Ａ）−’Ａ”　ｂ　　　　・・・（３−９
）（３−９）を解くことによって、Δ（、Δｒ１Δθ。

を求めることができる。

これにより、（２−７）式において、マシン／くラメー
タの修正を行う。

ぶ−（＋６℃ ｒ　→　ｒ　＋　Δ　ｒ θ　→θ０＋Δθ０ とすると、ボールねじへの指令値Ｘは、Ｘ−（（＋Δｆ
ｆ１）ｓｉｎ（θ十００＋Δθ０）（ｒ十Δｒ）ｓｉｎ
２　（θ十θ０＋Δθ０）（（＋Δ（）ｓｌｎ（θ０＋
Δθ０） ・　　２ ＋（ｒ＋Δｒ）ｓｉｎ　　　（θ０＋Δθ０）となる。

第９図に上述の較正方法を用いてマシンパラメタを修正
したときの位置決め精度を示し、第１０図に比較例とし
てマシンパラメータを設計値としたときの位置決め精度
を示す。

第９図に示したように、θ駆動機構の精度が全域に渡っ
て仕様２１．６秒を満足している。また、第１０図に示
したように、較正なしの比較例においては、３．５°と
４°で仕様２１．６秒をはずしている。

したがって、この実施例では、較正によって位置決め精
度を向上させることができる。

［発明の効果コ 以上詳細に説明したように本発明によれば、機構の製作
寸法を素移転し、この寸法値を直線運動から回転運動の
変換に用い、精度を向上させることのできるθ機構を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明方法の一実施例における半導体検査装置
を示す一部断面斜視図、第２図は第１図におけるワーク
を示す側面断面図、第３図（ａ、）〜（Ｃ）は第１図の
装置の検査工程を説明するための図、第４図は第１図の
装置におけるθ駆動機構を説明するための平面図、第５
図は第４図の側面断面図、第６図は第５図の正面図、第
７図は第４図のθ駆動機構の模式図、第８図は第７図の
θ駆動機構における分解能の理論値を示す図、第９図は
較正性を用いてマシンパラメータを修正したときの位置
決め粘度を示す図、第１０図は第９図の比較例としてマ
シンパラメータを設計値としたときの位置決め精度を示
す図である。 ２・・・半導体モジュール、２ａ・・・チップ、２ｂ・
・・セラミックス基板、５０・・・接触端子移動機構、
５４・・・チャック部、５０４・・・支持ブロック、５
０５・・・ガイドレール、５０６・・・ロータリエンコ
ーダ、５０８・・・ボールねし、５０９・・・ナツト、
５１０・・・ガイド部材、５１２・・・モータ、５４４
・・・アーム、５４５・・・ローラ、５４６・・・コイ
ルバネ。 と ノ 己　　２　′：゛ ミニ　３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　直線運動を回転運動に変換する回転手段と、この回転
   手段における前記直線運動の入力値および入力値に対す
   る回転運動の出力値の測定値と前記各運動系の設計値と
   の誤差を推定しこの推定値に基づいて前記回転手段の運
   動精度を補正する補正手段とを具備することを特徴とす
   るθ機構。