CN1646929A - 具有可控适应性的单轴线操纵器 - Google Patents

Abstract

一种用于帮助自动测试系统更换接口单元的分组件。所公开的实施例示出了带有运料器和测试仪的自动测试系统。接口单元是设备接口板(DIB)。这个分组件可以使得DIB易于接近，而且能与测试系统正确地对准。无需专门的工具就能更换DIB。

Description

具有可控适应性的单轴线操纵器

相关申请信息

本申请要求于2002年4月16日提交的美国临时申请60/373,065的优先权。

技术领域

本发明总的来说涉及半导体设备的制造，更具体的说，涉及在自动测试系统相对于运料单元定位测试仪的机械系统。

背景技术

在半导体设备的制造中，在制造操作过程中通常至少对半导体设备进行一次测试。在测试结果的基础上对设备作进一步的处理。可以通过测试将正常运行的设备与不能正常运行的设备分开。然而，还可以将测试用于将数据反馈至制造操作的其它阶段从而进行能提高正常运行设备生产率的调整。在其它情况下，测试结果用于将设备按照性能种类进行归类。例如，一个设备可能以200MHz的数据率运行，却不能以400MHz的数据率运行。测试之后，这个设备可能会归类为200MHz的设备并且以低于400MHz设备的价格出售。

测试阶段还可以用于使受测试设备发生物理改变。很多带有存储器的半导体设备包含有冗余元件。如果在测试过程中发现了有缺陷的存储单元，可以将半导体设备发送至修理站，例如激光修理站，在该处对设备上的连接进行重新安排从而将有缺陷的单元断开并且在其位置上连接上冗余元件。

测试通常由自动测试设备(ATE)执行。测试仪包括有产生并测量确定该设备是否正常作用所需的电信号的电路。分开的运料设备将半导体设备移动至测试仪。当半导体设备已经包装好之后进行测试时，运料设备经常称作“运料器(handler)”。运料设备可选地也可以称作“探测器(prober)”，在半导体设备仍然处于晶片之上的同时进行测试时，使用该设备。一般来说，测试仪和运料设备装配在工作单元中，并且根据待测试设备的类型选择测试仪和运料设备的具体特点。

在制造半导体时，希望制造设施中的设备尽可能地处于使用状态。使设备处于停工状态，甚至是对设备的常规调整，都会降低整个制造操作的成本效率。

例如，大部分测试仪设计成测试许多不同类型的半导体设备。由于不同的半导体设备具有不同的尺寸和大量测试点，测试仪通常包括为待测试的特定类型设备配置的“设备接口单元”(DIB)。为了为特定类型的设备配置ATE，在ATE中安装不同的接口单元。

通常，接口单元位于测试仪和运料单元之间。为了改变接口单元，必须将测试仪和运料单元分开。因此，ATE一般包括用于测试仪的“操纵器”或“定位器”。在名称为“用于自动测试设备测试头的操纵器”的美国专利5391048中示出了操纵器的一个例子。该专利中的操纵器是结合测试系统而描述的，在测试系统中测试仪具有两个分开的构件-本体和测试头。不论测试仪是两个构件还是包含在单个单元中，测试仪的某些部分一般靠在运料单元上定位，使待测试的设备能够呈现给测试电子器件。

已经知道许多不同类型的运料设备。不同的运料设备以不同的方位呈现待测试设备。例如，某些在垂直平面中呈现设备。其它则在水平面中呈现设备。为此，一般将操纵器制成允许测试仪以多个自由度移动。以这种方式，不论运料单元是以何种方位呈现待测试设备，测试仪总能够靠近运料器呈现设备的接口区域定位。上述专利5931048是具有多个自由度的操纵器的一个例子。

然而，提供多个自由度使得难以对准测试仪和运料器而使测试仪和运料单元正确接合。将测试仪附着到运料单元上的过程有时称作“对接”。为了辅助对接，在测试仪和运料单元上使用定位单元。在名称为“用于带定位模块的自动测试设备的接口装置”的美国专利5982182中展示了定位单元的一个例子，该专利这里作为参考引入。

专利5982182中的定位模块设计成当测试仪靠近运料设备定位时相接合。这种接合为测试仪和运料单元提供了过程对准。当将测试仪和运料单元推在一起时，定位模块的形状将这些部件相对于彼此精确定位。在该专利的优选实施例中，定位模块包括线性致动器，一旦接合，该线性致动器会将测试仪和运料单元拉在一起。

由于测试仪和运料单元的相对位置由定位单元的形状精确地限定，操纵器必须不向测试仪施加多余的力。因此，优选的操纵器包括一个适应性模式，该模式允许测试头充分运动。但这种运动必须不能大到使测试仪不受控制地移动。在上述美国专利5982182中描述的操纵器是为这种适应性而设计的。具有适应性的操纵器的另一个例子可从美国专利5949002中找到。

发明内容

考虑到前述背景技术，本发明的一个目标是提供一种用于用于测试仪的操纵器，能够以有限的自由度移动而提供过程对准，但能够以更多的自由度移动而提供对接的适应性运动。

这种测试仪设有操纵器，该操纵器具有底部元件和承载测试仪的平台。该底部和平台可相对于彼此移动，但导引组件在适应性区域之外的区域约束运动的自由度。

附图说明

通过参考下述更详细的说明书以及附图，可以更好地理解本发明，其中

图1A是运料单元的一个概略图；

图1B是一个概略图，表示工作元件，其中测试仪与运料单元分开；

图2是与运料器对接的测试仪的侧视图；

图3是表示漏斗形适应性的概略图；

图4是操纵器的底部组件的分解视图。

具体实施方式

本发明的使用与用于带包装部件测试的运料单元相关。

图1A示出这种运料器100。运料器100包括接口区域110，测试仪(150，图1B)上的互补接口区域在此处接口至运料器。运料器一般包括设备接口板(DIB)112。DIB106在一侧包含大量与受测试设备电连接的触点。这些触点连接到位于DIB106露出侧上的导电板上。位于测试仪接口区域中的弹簧销(未图示)与这些板接触，产生了从测试仪105至受测试设备的信号路径。但对于工作可靠的系统，测试仪和运料器必须对准。

接口区域110包括多个接口模块114。这些模块对于更精确的对准是优选的。在优选实施例中，接口模块114此处作为参考引入的上述美国专利5982182中描述的运动接口模块。

配合的接口模块152安装在测试仪150上。这些模块包括与模块114中的孔接合而进行过程对准的柱。模块114内部的闭锁件与这些柱接合而将测试仪150闭锁到运料器100上。优选地，模块114还包括朝模块114拉动模块152的线性致动器。以这种方式，模块114和152的运动配合表面接合而限定了测试仪相对于运料器的最终定位。

为使接口模块可靠地控制测试仪和运料器的相对定位，用于测试仪150的操纵器必须在最后配合阶段提供适应性。但优选的是，当操纵器不处于适应性模式时限制其自由度。减少自由度使测试仪更易于操纵。更容易的操纵允许测试仪更快地对接或解除对接，从而增加工作元件发挥作用以测试半导体设备的时间。

图2表示设计成与运料器快速接合的手推车型操纵器。它还设计成使操作员能够快速地分离测试仪和运料设备，例如当必须更换DIB时。这种操纵器特别适于与我们的美国临时申请60/372997中所述的快速更换DIB更换器一起使用，该临时申请的名称为“具有易于更换的接口单元的半导体测试系统”，于本申请在同一天提交，此处作为参考引入。在该申请中，如果测试仪和运料器能够在垂直于配合接口的方向快速分开几英寸，则具有明显的优点。

图2表示对接到运料器100上的测试仪150的侧视图。在所示实施例中，测试仪150置于用作操纵器的手推车210上。手推车210设计成当测试仪150非常靠近运料器100时以多个自由度运动。但优选的是，这个范围的适应性仅在接口模块114和152相对于运料器定位测试仪的适应性区域中提供。在该适应性区域之外，优选的是仅在有限的几个方向上允许测试仪150运动。在优选实施例中，在适应性区域以外，仅允许垂直于配合接口，即在称作Z方向的方向上允许主要运动。

手推车210包括轮212，轮212允许手推车210滚动到运料器100。运料器100和手推车212包含将手推车212闭锁到运料器100上的零件，并在X、Y和Z方向上提供测试仪与运料器的过程对准。

如从图4中更清楚地看到的，底部元件220具有附着零件216，该附着零件216通过与运料器100中的互补零件相接合而提供在X方向上的过程对准。在所示实施例中，附着零件包括与柱(116，图1)接合的钩216。允许钩与柱接合的附着零件是现有技术中已知的。并且知道这种附着零件在两个本体靠在一起时接合。因此，钩216在手推车210被推向运料器100时可与附着零件116接合。

钩柱接合的一个优点是，虽然它在X方向和Y方向上提供了过程定位，但允许手推车210在Y方向上相对于运料器100移动。在手推车210的每个边缘上使用两个钩还提供了对于围绕X轴线旋转的过程定位。

为了在Y方向上提供过程定位，运料器100包括起重器218。超重器218可以是称作“板式起重器”的设备或类似结构。起重器218提升手推车210的前部，直到钩216到达对准零件116的顶部。这些过程对准零件在Y方向上相对于运料器100的接口区域定位测试仪150的接口部分。这些零件还补偿了测试仪150围绕Z轴线相对于运料器100的任何旋转。对于这种旋转的补偿会很重要，例如如果测试元件位于不平的地面上。

一旦在X-Y方向上获得了测试仪150的过程对准，测试仪150可在Z方向上移动而使其更靠近运料器100，或者使其更远离运料器，这对于更换DIB可能是必须的。在所示实施例中，测试仪150安装在上部平台226上。上部平台226联结到允许在Z方向运动的线性导轨(412，图4)上。以这种方式，测试仪150能够在Z方向移动。因此，即使手推车210闭锁而提供在X-Y方向上的过程对准，测试仪和运料器也能够在Z方向分离，以允许快速和容易地接近用于进行调整、DIB更换或者类似的维修功能。

优选的是，一旦手推车210附着到运料器100上，对自由度进行约束而将测试仪150的运动限制在Z方向的运动。但手推车210设计成提供“集中”适应性，从而能够在对接过程中正确对准。漏斗形适应性意思是当测试仪靠近运料器时适应性显著提高，从而可在最终对接时得到适应性，但当测试仪以其它方式移动时则适应性显著降低。

图3表示如何获得这种漏斗形适应性的原理。图3以概要形式表示底部220的顶部视图。线性导轨412总体上在Z方向延伸。在沿Z方向延伸的底部上形成一个精确导引件316。接合零件314从上部平台316伸出并沿导引件316导引。导引件316的形状允许接合零件314在约束区域342中以其大部分长度基本上在一个方向上运动。在所示实施例中，运动被约束在被约束区域412中的Z方向。因此，上部平台226(及附着到其上的测试仪150)不能在X方向移动或者在X-Z平面中旋转。以这种方式，所有的过程运动都被限制在Z方向，而测试仪150位于约束区域中。将过程运动限制在单一方向使测试系统更易于操作。

但导引件316有两个区域310和312，在这两个区域中并不约束被导引零件314仅在单一方向运动。当测试仪150靠近运料器100并进入约束区域340时，被导引零件314将进入区域310和312中。被导引零件314将不再被约束而通过导引件316仅在Z方向移动。一旦它们到达区域310和312，被导引零件314能够在某些范围的适应性运动上在X-Z方向自由移动。该适应性运动的范围由区域310和312的尺寸控制。

在图3中所示的实施例中，区域310大于区域312。这种相对的尺寸确定提供了更大的围绕Y轴线旋转的适应性，而不会使X方向上适应性运动的范围不合理地大。

在优选实施例中，区域310和312相对于手推车210的前缘定位，使得被导引零件314不会进入放大区域中，直到测试仪150足够接近运料器100而使对准零件152与对准零件114接合。以这种方式，可在测试仪进入适应性区域之前将测试仪150闭锁到运料器100上。

可能地，线性轴承412约束测试仪在除Z方向之外的任何其它方向上的运动，且可能不允许在X方向或者围绕Z轴线旋转的足够的适应性，即使导引件316不约束运动时。因此，在实施过程中，优选实施例包括更自由地允许上部平台226在适应性区域作适应性运动的结构。

在图4的实施例中，在上部平台226和底部220之间插入一个中间平台420。中间平台420包括与线性导轨412接合的零件424。以这种方式，中间平台420可在Z方向上移动。

上部平台226置于中间平台420上。中间平台420与上部平台226之间的接口为低摩擦，允许平台226容易地相对于中间平台420滑动。在优选实施例中，低摩擦接口由中间平台420的上表面中的多个球轴承426提供。球轴承426被约束在轴承座圈或其它常规机构中。以这种方式，上部平台226能够在适应性区域中沿X方向移动或者围绕Y轴线旋转。

被导引零件由从上部平台226的底面伸出的柱414提供。中间平台420包括孔422，该孔允许柱414穿过从上部平台226到达狭槽416。

狭槽412用作导引件。其形状可接纳柱416，且在其大部分长度上被机械加工而具有与柱416的直径紧密匹配的宽度。以这种方式，柱416的运动被约束在经过上部平台226的大部分运动范围沿Z轴线平移。但狭槽416包括放大的区域480和482。当柱416进入这些放大区域时，它们可自由移动或在X-Z平面内自由旋转，从而允许适应性运动。以这种方式，上部平台226被约束而只能在Z方向移动，直到它到达适应性区域并且提供所需“漏斗形适应性”。

回到图2，可以看到，测试仪150在枢转点252安装到臂250上。图2中仅示出了一个枢转点，虽然可以理解，测试仪150安装在分别具有一个枢转点的两个臂之间。围绕枢转点252的旋转量是受到约束的。但旋转量足够提供在围绕X轴线的方向的适应性旋转。

另外，枢转点252通过弹簧254安装到臂250上。弹簧的安装使每个枢转点252能够在Y方向上下移动，从而在Y方向上提供了适应性。且由于这些枢转点是独立安装的，它们能够移动不同的量或者在不同的方向移动，从而允许围绕Z轴线的适应性旋转。

因此，一旦手推车210闭锁到运料器100上，测试仪的主要过程运动是沿一个轴线-所示实施例中的Z方向。但ATE配备有漏斗形适应性，一旦测试仪进入适应性区域中则适应性会提高。在该适应性区域中，测试仪具有最多六个适应性运动的自由度。

在已经描述了一个实施例之后，可以作出很多可替换的实施例或变型。例如，所描述的各种运动是由推动测试系统的操作员引起的。各种运动也可以由马达驱动。

另外，可以对此处所示的实施例进行各种润色。例如，可在运料器或靠近运料器100的地面上包括导轨，以将手推车210导引到与运料器100的闭锁位置。

进一步，操纵器中还可以包括其它可调节零件。例如，臂250可制成可伸展，从而增大在Z方向的运动范围。

作为优选实施例描述的是在垂直面内具有接口区域的运料器。这称作DUT垂直运料器。但应当理解，可获得其它配合设置。例如，如果测试仪的配合接口面朝上，则漏斗适应性可置于臂250中，从而约束在Y方向的运动。

另外，应当理解，切入底部元件220中的沟槽416并不是构建所需导引组件唯一的方式。可通过在底部220的顶面上放置一个其壁类似于沟槽416的壁的结构来构建沟槽。

此外，位于槽中的销并不是获得漏斗适应性的唯一机构。柱414可具有U形端部。该U形端部可与底部元件220的上表面上的导轨接合。在这种配置中，通过缩小导轨的直径或者完全取消导轨可获得适应性。

漏斗适应性还可通过将柱414制成夹钳而获得，该夹钳抓住底部220的上表面上的导轨。为防止适应性，可关闭夹钳。为提高适应性，可打开夹钳，在夹钳与导轨之间产生更大的空间。通过在适应性区域中打开夹钳，可获得漏斗适应性。可用马达或凸轮装置打开夹钳，当测试仪进入适应性区域时凸轮装置使夹钳扩张更大。

进一步，应当理解，配合构件可在方位上进行切换。例如，钩216可位于运料器100上，而柱116位于手推车210上。或者可在上部平台226中切割一个沟槽，而柱可从底部220伸出。

进一步，将理解，优选实施例中的线性导轨提供了在相对较大的距离上获得受约束的线性运动的简单方式。在某些应用中必须使用线性导轨。在不需要线性导轨时，可能也不需要中间平台420，可通过直接在上部平台226与底部220之间的低摩擦接口来获得上部平台226与底部220之间的可滑动接口。

因此，本发明只应当由所附的权利要求的主旨和范围来限定。

Claims (20)

1.一种属于具有运料单元和测试仪类型的自动测试系统，该自动测试系统包括测试仪定位器，包括：

a)底部元件；

b)与所述底部元件滑动连接的平台；

c)联结在所述底部元件和所述平台之间的导引组件，该导引件具有受约束区域和适应性区域，从而导引件在该受约束区域中比在该适应性区域中对更多的自由度进行约束。

2.如权利要求1所述的自动测试系统，其中导引组件包括：

a)具有主轴线且其宽度垂直于该主轴线的狭槽；及

b)至少一个延伸到该狭槽中的柱；

c)其中该狭槽具有受约束区域和适应性区域，其中狭槽的宽度在适应性区域中较大。

3.如权利要求2所述的自动测试系统，其中在受约束区域中狭槽的宽度基本上等于柱的直径。

4.如权利要求1所述的自动测试系统，其中底部元件包含用于将底部元件闭锁到运料器上的闭锁机构。

5.如权利要求4所述的自动测试系统，其中底部元件具有面向运料单元的向前部，还包括位于底部元件下面的起重器，该起重器用于将该向前部提升到与运料器上的参照点对准。

6.如权利要求5所述的自动测试系统，其中运料器包含至少一个柱，闭锁机构包括钩，该钩以足够的间隙包围该柱以允许该钩滑动，直到底部的向前部与参照点对准。

7.如权利要求1所述的自动测试系统，还包括：

a)设置在底部元件上的一组线性导轨；

b)具有第一表面和第二表面的中间平台，该中间平台具有与第一表面上的线性导轨滑动接合的零件，且第二表面为低摩擦表面；及

c)其中所述平台与中间平台的该低摩擦表面配合。

8.如权利要求7所述的自动测试系统，其中中间平台具有从中贯穿的开口，且导引组件的一部分穿过该开口伸出。

9.如权利要求1所述的自动测试系统，还包括：

a)一对在与底部元件相对方向上从底部元件伸出的臂；

b)附着到臂上的枢转台座，其中测试仪附着到每个臂上的枢转台座上。

10.如权利要求9所述的自动测试系统，其中该枢转台座为弹簧安装，以提供适应性运动。

11.如权利要求1所述的自动测试系统用在制造半导体设备的一种方法中，该方法包括：

a)朝运料单元滑动测试仪；

b)将测试仪闭锁到运料单元上；

c)移动测试仪靠近运料单元，并将测试仪对接到运料单元上，同时导引组件位于适应性区域中；

d)通过送料单元将半导体设备呈现给测试仪；

e)用测试仪测试半导体设备；及

f)在测试结果的基础上进一步处理半导体设备。

12.如权利要求1所述的自动测试系统，还包括位于测试仪和运料单元上的对准零件，这些对准零件包括相接合而将测试仪保持到运料单元上的闭锁结构以及相对于送料单元定位测试仪的表面。

13.一种属于具有运料单元和测试仪类型的自动测试系统，该自动测试系统包括测试仪定位器，包括：

a)底部元件；

b)承载该测试仪的平台；

c)联结到所述底部和所述平台上的装置，该装置用于在受约束区域中将平台的运动约束在一个自由度，而在适应性区域中允许在平面中运动。

14.如权利要求13所述的自动测试系统，其中该装置允许在适应性区域中的适应性平移和旋转。

15.如权利要求13所述的自动测试系统，还包括将底部元件可移动地紧固到运料单元上的闭锁件。

16.如权利要求13所述的自动测试系统，还包括多个附着到底部元件上的轮。

17.一种操作自动测试系统的方法，该自动测试系统属于具有在配合接口相接合的测试仪和运料单元的类型，该方法包括：

(a)将测试仪放置在带轮的手推车上；

(b)将该手推车滚动到运料单元；

(c)将该手推车附着到运料单元上；

(d)在朝送料单元移动测试仪的同时将测试仪的主运动约束在垂直于配合接口的方向上；

e)将测试仪附着到运料单元上；

f)在朝运料单元将测试仪移动到由测试仪和运料单元上的对准零件控制的位置的同时允许测试仪的适应性运动。

18.如权利要求17所述的方法，其中允许适应性运动包括允许在垂直于配合接口的平面中的适应性运动。

19.如权利要求17所述的方法，其中将手推车附着到运料单元上包括提升手推车的一部分，使其与运料单元上的参照点对准。

20.如权利要求17所述的方法，还包括：

a)用测试仪测试半导体设备；

b)在测试结果的基础上进一步处理半导体设备。

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