CN1646931A - 具有易于更换的接口单元的半导体测试系统 - 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

具有易于更换的接口单元的半导体测试系统

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60/372,997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，更具体的说涉及用于在测试中将一个测试系统接口至一个设备的接口单元。

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。测试的结果用于对半导体制造操作进一步的处理进行控制。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。

为了使测试仪可以与很多不同类型的设备相连接，使用了接口单元。经常，这种接口单元具有很多适应性探针或触点。运料设备将待测试的设备压在这些探针或触点上，使得电信号可以在所测试的设备和测试仪之间移动。对于有包装的部件的测试，接口单元经常称为“设备接口板”或“DIB”。

在其优选实施例中，本发明的使用与将有包装的部件移动至DIB的运料设备有关。因此，下述优选实施例的描述将带有DIB的有包装部件的运料器用作实例。

接口单元上触点的布局必须与待测试设备上的测试点对齐，对于每种待测试的半导体设备经常需要不同的接口单元。因为半导体制造商一般希望用一个工作单元来测试不同种类的半导体设备，接口单元制造为与运料设备或测试仪分开的部件。这样，工作单元就能重新配置为可以测试半导体工厂生产的任何种类的部件。

例如，DIB经常通过螺钉连接到运料单元，可以通过移走螺钉从而移走这个DIB。一旦将DIB连接到运料单元，随后测试仪，或者测试仪的至少一个测试头部件，压在运料单元上。弹簧销或者其它形式的适应性触点在DIB和测试仪之间形成电连接。

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。因此，希望测试工作单元中DIB的更换能尽可能快地进行。因此定位用于连接或分离DIB的专用工具是一个缺点。

在一些现有技术的ATE中，用夹钳、凸轮等将DIB夹持给运料器。这样，就能移走DIB并安装一个新的DIB而无需移走螺钉的时间。然而，更换DIB仍然需要很多的时间。

DIB位于测试仪和运料器之间。为了接近DIB，必须移动测试仪。为了能接近DIB，大多数测试仪安装在称作“操纵器”的设备上。这个操纵器可以让测试仪与运料器对准。大多数运料器在定位测试仪时可以具有相当大的灵活性。为了能接近DIB，运料器能将测试头摆动到旁边。

但是，一旦安装了新的DIB，测试仪必须与处理设备重新对准并且随后与其重新连接。将测试仪与运料器对准并连接在一起的过程有时称作“对接”。在DIB更换过程中测试仪和运料器的解除对接和重新对接仍然耗费大量的时间，即使在用夹钳、凸轮等代替螺钉将DIB夹持到运料器时也是如此。

另外，传统的DIB更换操作会露出测试仪和运料器上灵敏且易于损害的部件。例如，在测试仪和DIB之间形成电连接的弹簧销可能会受损。

而且，有时还需要对操作员进行特殊训练以保证他们能正确地安装DIB。如果没有正确地安装DIB，可能会出现对测试仪、运料器或DIB的损害以及可能会中断半导体制造操作。

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在半导体制造工厂里更换接口单元的改进方法。

前述和其它目标是这样实现的：ATE工作单元装备有更换器，该更换器用于测试仪和运料单元之间的接口单元。这个更换器使得可以在运料单元和测试仪之间只有很小间隙的情况下更换接口单元。

在一个方面，本发明使得接口单元，例如DIB，易于安装。更换器通过在平行于运料单元和测试仪之间配合接口的方向上的转换将接口单元导向入方向对准。然后，接口单元在垂直于配合接口的方向上移动，并且在由用作垂直于配合接口移动的接口单元的对准零件所形成的平面上的方向上具有良好的对准度。

在另一个方面，本发明使得接口单元易于移走。接口单元垂直于配合接口移动从而与对准零件脱离。然后，接口元件垂直于配合接口移动至可以由操作员将其轻易移走的位置。

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1是根据本发明的包括有一个DIB更换器的运料器的简图；

图2是图1中DIB更换器更详细的简图；

图3是一个带有一个DIB更换器的工作单元在一个使用阶段时的简图；

图4是一个工作单元沿着图3中4-4线的横截面视图；

图5是一个示出DIB和DIB载体对准的简图。

具体实施方式

图1示出了适用于半导体制造操作的运料单元。这里示出了运料器100。运料器100将带包装的部件移动到测试系统(310，图3)。

运料器100包括接口区域102，在此处运料器100接口至测试系统。运料器的接口区域典型地包括有机械对准和支承结构，从而可以将测试仪对接到运料器。这里，接口区域102位于一个垂直平面上。所示的对准零件104用于对准运料器100和测试仪。

优选地，对准零件形成了如名称为“自动测试装备的接口装置”的美国专利5,821,764中所述的运动耦，这个专利以引用的方式包括于此。在这个专利中所描述的接口装置将运料器和测试仪对准。另外，这个接口装置可以产生一个力从而将测试仪拉向运料器并将其保持在适当的位置。

接口区域102帮助在测试仪和运料器之间限定配合接口。一般来说，待测试的半导体设备在位于与该配合接口基本上平行的平面上时进行测试。

运料单元包括一个接口单元，在所示实例中，该接口单元是设备接口板(DIB)106。DIB 106包括多个用于形成与待测试半导体上导线的电连接的电触点(510，图5)。运料器100将部件运载至DIB 106，并且将设备压入触点510，从而与它们形成电接触。DIB 106上还具有多个导电衬垫，这些导电衬垫形成与测试仪上多个触点(416，图4)的电接触。

在半导体制造过程中，经常需要安装DIB或将其移走。DIB更换器组件110使这样的一个DIB更换操作简单并且快捷，并且不再需要使用任何专门的工具。

图1示出了没有附带测试仪的运料器100。以使测试仪和运料器能够分开的方式安装测试仪，从而可以接近配合接口。一个将测试仪和运料器分开的优选方法是将测试仪附着于操纵器上，使得测试仪可以移动。有利地，如果带有这里所述的DIB更换器，那么只需测试头的很小移动就可以更换DIB。并且，不需要将测试仪摆动出运料设备。在优选实施例中要求的是垂直于配合接口的18英寸(45厘米)左右的间隔。

目前优选的操纵器在我们的与本申请同日申请的名称为“具有可控柔性的单轴操纵器”的待审的美国临时申请60/373,065中进行了描述，该申请以参考的方式包括于此。这个操纵器类似于可以朝运料器滚动的推车。

图2更详细地示出了DIB更换器组件110。DIB更换器组件包括一个底部元件，在优选实施例中其为摆臂210。摆臂210包括一个将DIB更换器组件110附着于运料器100上的附着机构。该附着机构可允许摆臂210将DIB 106从接口区域102上移开。在所示实施例中，附着机构是一个铰链。因此，摆臂210能将DIB 106旋转离开接口区域102。

如同下述更详细的描述中，铰链212并不提供DIB 106与运料器100的精细对准。因此，并不需要铰链212精确地加工。相反，优选地是铰链212具有某些间隙或柔性，以使得其不会限制其它对准零件的有效性。

摆臂210还包括能由希望进行DIB更换的操作员抓持的手柄214。摆臂210优选地是足够长，以使得当铰链212附着于运料器100时，在DIB更换操作过程中操作员可以接近手柄214。

在没有进行DIB更换操作时希望摆臂210固定于运料器100。在优选实施例中，手柄214还作为一个闭锁件，与一个放在运料器100上的互补部件(410，图4)接合。

DIB 106安装至摆臂210。这个安装方式可以允许DIB 106相对于摆臂210移动并且可以完全地移走。在优选实施例中，摆臂210包括若干线性轨道216。线性轨道216使得DIB 106可以沿着摆臂210的长度滑动。

在所示实施例中，DIB 106并不是直接地安装在轨道216上。而是，DIB 106通过一个或多个其它平台安装在摆臂210上。这些平台提供了DIB 106的机械支承，并且降低了在DIB更换操作过程中施加在DIB上的力。因为DIB通常易于损坏并且很昂贵，所以一般优选地是使用这样的中间平台以避免损坏DIB。

在图2中，所示DIB 106安装在DIB平台218上。在所示实施例中，DIB平台218安装在一个中间平台(340，图3)上。中间平台340又安装在轨道216上。在使用了一个中间平台的地方，DIB平台218将优选地以允许其移动的方式安装在中间平台上。在优选实施例中，DIB平台218通过平行于轨道216的线性轨道安装在中间平台340上。

这样，DIB平台218、中间平台340和摆臂210形成了一个伸缩组件。中间平台的数目提高了伸缩组件的行程而无需提高收缩时组件的长度。伸缩量越大，DIB 106能从接口区域106移开的距离越长。在任何具体实施例中所需的移动量取决于测试仪的尺寸，因为优选的是当伸缩组件完全伸展时，DIB 106移动得足够远以使得其易于被操作员接近。

伸缩组件优选的包括允许操作员朝着或远离配合区域移动DIB106的手柄。在图2中，这个手柄以DIB平台218上的手柄220的形式示出。

图3示出了带有处于伸展状态的伸缩组件的DIB更换器组件110。在图中，测试仪310与运料器100分开一个足够的距离，以允许DIB更换器110的操作。

摆臂210从配合接口处摆动出去。中间平台340伸出并且DIB平台218同样伸出。从图3中可以看出，DIB组件218清除了测试仪310侧面的障碍，从而使得可以易于接近DIB 106。优选的，DIB平台218能完全地从中间平台340分离出去，从而使得可以在其位置上安装带有不同DIB 106的不同的DIB平台218。

图4示出了从图3中4-4线所取的测试元件的侧视图。如图中所示，摆臂210通过铰链212安装在运料器100上并且绕着铰链212转动。随着摆臂转动，其在离开配合接口的Z方向上移动DIB 106。

由于中间平台340和DIB平台218沿着由摆臂210限定的轴线滑动，DIB 106在平行于配合接口的X方向上移动。应当注意到的是，摆臂210无需与X方向对准从而使DIB 106在X方向上从接口区域移动更远。

从图4中能看出DIB更换器110操作的某些特点。图4示出了，DIB平台218包含有多个用于将DIB 106与DIB平台218对准的对准销450。

对准销412A和412B也用于将DIB平台218与运料器100对准。如上所述，大多数DIB更换器110的部件并不是精确的部件。实际上优选地是大多数部件中存在某些适应性，以便于对准销412A和412B控制DIB 106的最终位置，保证其与运料器100正确地对准。对准销412A和412B穿过DIB平台218中的孔(512，图5)。DIB平台能沿着X轴线移动，因为其安装在线性轨道上。例如铰链212或线性轨道216等其它部件中的适应性允许足够的调整，以使得DIB 106相对于运料器100具有最终精确的位置。

在图4中，所示对准销412A和412B具有一个“阶梯”外形。尖端比底部窄。底部形成时具有一定的精确度。在制造尖端时需要的精确度较低，因为实际上是底部设定DIB 106的最终位置。对准销412A和412B的尖端还必须比底部小，以使得当臂210绕着铰链212枢轴转动时其不会妨碍孔512的侧面。如上所述，枢轴转动的摆臂212在用字母Z指示的方向上移动DIB 106。然而，还有其它部件移动。

优选地，对准销的边缘和孔512的侧面实际上将在非常靠近最终对准点的位置成形，以毫无约束地与摆动运动的所有部件相适应。在一个优选实施例中，对准销的底部和孔512的侧面彼此平行，并且与摆臂210枢轴转动时由孔512绘出的弧线相切。通过使对准销412A和412B的尖端远比孔512窄，无需任何特殊的形状来避免对准销与孔512的侧面之间的约束。

对准销412A和412B还用于在所示实施例中形成与测试仪的对准。测试仪310包括带有弹簧销416的接口区域414。弹簧销416与DIB 106电接触。接口区域414包括有多个接纳对准销412A和412B的对准零件418。对准销412A和412B能迫使接口区域414与DIB 106所对准的相同零件对准。这样，一旦测试仪和运料器紧密对接，运料器、DIB和测试仪的相应部件就会正确地对准。

图4还示出了，运料器100可以装备有闭锁件410，以防止DIB更换器组件的意外移动。闭锁件410可以是任何已知的闭锁机构。例如，可以使用一个弹簧加载闭锁件。

在一个优选实施例中，手柄214用作闭锁件的配合部件。闭锁件410与手柄214接合从而将摆臂210保持在一个关闭的位置。然而，闭锁件410也可以打开，让摆臂210移动。

在测试仪310上也可以包括闭锁件440。当摆臂210打开时，闭锁件440与摆臂210上的互补零件相接合。闭锁件440为DIB的更换提供了更大的稳定性，但这对于本发明并不是很重要。

图4示出了，当打开时，弹簧销416受到保护而使利用DIB更换器组件110更换DIB的操作员不能接触。这样，就降低了弹簧销受损的几率。

转到图5，其中示出了DIB 106安装到DIB平台218上的其它细节。所示DIB 106带有多个触点510。对准孔514优选地相对于触点510精确地定位。根据DIB 106所用的材料，孔514可能具有硬化嵌入物，其用于防止孔在使用中变形并且防止DIB 106在对接过程中受损。通过将DIB 106置于对准销450之上，DIB 106就放在DIB平台218上并相对于它进行定位。

DIB平台218包括若干对准孔512。如上所述，对准孔512与对准销412A和412B相互作用以在对接过程中将DIB平台218与运料器对准。DIB 106包括有若干与孔512同轴的孔514。然而，在优选实施例中，孔514具有较大的直径以使得它们不会接合对准孔412A和412B，从而避免将DIB平台218从穿过DIB 106中移走所需的力，这可能会损坏DIB。

在操作中，DIB更换操作按以下步骤进行：首先，测试仪310与运料器100分开，优选地是通过在字母Z所指示的方向上移动测试仪310完成。

然后，操作员释放闭锁件410并摆动摆臂210。随后操作员将摆臂210锁闭到闭锁件440。

下一步，操作员抓住手柄220并将DIB平台218拉离测试仪310。随着如图2所示DIB组件的伸出，随后操作员通过将DIB 106滑离销450从而使其从DIB平台218移走。操作员随后可以将一个新的DIB 106滑动到销450上。

操作员然后将DIB平台推回到接口区域中。随后，操作员释放闭锁件440，将摆臂210摆回并将其闭锁至闭锁件410。

将测试仪重新对接至运料器100从而完成操作。

这样就能快速地更换DIB。并且，这个操作无需任何专门的工具。

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，在优选实施例中，DIB放在运料器上。这并不是要将本发明限制于这样的一个构造。可替换地，可以将DIB更换器放在测试仪上。

而且，对于DIB更换器的部件没有描述任何具体的材料。不要求任何特殊的材料。本发明的部件可以由任何在运行期间能承受所受的力的合适材料制成。准确的材料可以根据标准工程实践进行选择，并且取决于DIB的尺寸以及与自动测试系统相关的其它因素。然而，可以预见DIB更换器的大多分组件是经过机械加工的金属。

另外，所述铰链212是一个简单的回转铰链。这个铰链可以包括更复杂的运动。例如，铰链212可以允许摆臂在枢轴转动之前从运料器上移走。

而且，已经示出了，在DIB 106和测试仪上触点之间形成良好电连接所需的力是通过利用安装硬件将测试仪拉离运料器而得到的。可选地，也可以利用真空将DIB拉到测试仪上等。

另外，根据测试系统和DIB的设计，可能不需要再增加一个分开的DIB平台218。很多DIB在制造时带有了DIB增强件或其它适于用作DIB平台218的类似装置。相反地，DIB可以包括一个增强件或其它支承结构。支承结构，而不是印刷电路板本身，可以附着在DIB平台218上。

而且，应当理解到，在现在的优选实施例中，可以手工地更换DIB。然而，由操作员手工进行的任何步骤或所有步骤都可以由机械装置进行。

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)

1.一种包括适于更换接口单元的分组件的自动测试系统，该分组件包括：

a)具有第一末端和一个第二末端的底部，该第一末端可移动地附着于自动测试系统上；

b)至少一个与所述底部元件滑动耦合的平台；

c)可移动地附着于平台上的接口单元。

2.如权利要求1所述的自动测试系统，其中底部元件的第一末端可枢轴转动地耦合到自动测试系统上。

3.如权利要求1所述的自动测试系统，其中该平台包括多个对准销，接口单元包括多个孔，并且接口单元通过穿过孔的对准销而可移动地附着于平台上。

4.如权利要求1所述的自动测试系统，其中所述至少一个平台包括至少两个平台，由此底部元件和所述至少两个平台形成伸缩分组件。

5.如权利要求1所述的自动测试系统，其中自动测试系统包括原料运料器和测试仪，且底部元件可移动地附着于该原料运料器上。

6.如权利要求1所述的自动测试系统，其还包括位于自动测试系统上的对准零件以及位于平台上的互补的对准零件，由此通过自动测试系统和平台上对准零件的接合，平台相对于自动测试系统进行定位。

7.如权利要求6所述的自动测试系统，其中自动测试系统上的对准零件包括至少一个对准销，并且平台上的对准零件包括至少一个孔。

8.如权利要求1所述的自动测试系统，其包括运料器和测试仪，并且其中接口单元包括DIB。

9.如权利要求8所述的自动测试系统，其中底部元件通过铰链可移动地附着于运料器上。

10.如权利要求9所述的自动测试系统，其还包括有位于运料器上的闭锁件，该闭锁件被定位以将底部元件保持与运料器紧邻。

11.如权利要求9所述的自动测试系统，其还包括若干位于运料器和所述至少一个平台上的对准零件，由此通过运料器和平台上对准零件的接合，DIB与运料器对准。

12.一种利用ATE制造半导体设备的方法，该ATE包括在配合区域相配合的运料单元和测试仪，以及位于配合区域中的接口单元，该ATE还包括用于定位接口单元的分分组件，该方法包括

(a)伸出该分分组件以露出附着点；

(b)将接口单元附着在该附着点上；

(c)对伸出的分组件进行收缩；

(d)移动所述分组件使其与ATE上的对准零件相接合，由此将接口单元相对于ATE进行定位。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述分组件的附着无需工具。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述分组件的移动包括所述分组件的枢轴转动。

15.一种利用ATE制造半导体设备的方法，该ATE包括在配合区域相配合的运料单元和测试仪，以及位于配合区域中的接口单元，该ATE还包括用于定位接口单元的分组件，该方法包括：

a)移动该分组件以将接口单元与配合区域分开；

b)沿着所述分组件滑动接口单元直到露出接口单元；

c)将接口单元从所述分组件移走。

16.如权利要求15所述的方法，其还包括，在移动所述分组件之前，将输送单元与测试仪分开。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述分组件的移动包括所述分组件的枢轴转动。

18.如权利要求15所述的方法，其中接口单元包括用于运料器的DIB。

19.如权利要求15所述的方法，其中所述移走包括不使用工具的移走。

20.如权利要求15所述的方法，其还包括附着不同的接口单元，将接口单元滑入配合区域并转动所述分组件直到不同的接口单元位于配合区域中。

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