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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Testen von Substraten mit einer Testanordnung, zumindest bestehend aus einem Chuck, einem Chuckantrieb, Steuerelektronik, Sonden- oder Sondenkartenaufnahmemittel, mit einem Handlingsystem, einer Substratmagazinstation und einer Ausrichtstation.
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Es ist erforderlich, Substrate mit elektrischen oder elektromechanischen Eigenschaften, wie Halbleiterscheiben, Integrierte Schaltungen, Multichipmodule, gedruckte Leiterplatten, Flachdisplays und dergleichen, während der Herstellung zu testen. Hierzu werden Vorrichtungen zum Testen eingesetzt, die die Substrate über Sonden kontaktieren. Diese Sonden dienen der Beaufschlagung der Substrate mit Testsignalen und/oder der Messung einer Reaktion des Substrates auf die Testsignale.
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Insbesondere werden solche Vorrichtungen zum Testen von Substraten auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung eingesetzt. Hier finden sie die Bezeichnung "Prober". Dabei werden in aller Regel integrierte Halbleiterchips in ihrem Verband auf einer Halbleiterscheibe, so genannten Wafer, getestet. Wafer bestehen aus verschiedenen Materialien, wie Silizium, GaAs, InPh oder vergleichbaren Materialien und haben einen Durchmesser von vorzugsweise 2" bis 12" und eine Dicke in der Größenordnung von 90 µm bis 500 µm. Nach einer Strukturierung der Wafer werden die dadurch hergestellten Halbleiterchips getestet und danach die Halbleiterchips vereinzelt und anschließend zu fertigen Bauelementen endmontiert.
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Zu Sicherung der Qualität der fertigen integrierten Schaltkreise müssen diese mit geeigneten Probern individuell getestet werden. Die dabei gemessenen Reaktionen auf die Testsignale liefern eine Aussage über die Qualität eines jeden einzelnen Schaltkreises durch einen Vergleich mit vorher festgelegten Standards.
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Das Testen im Scheibenverband, also vor dem Vereinzeln ist deshalb von Vorteil, da nach dem Vereinzeln die einzelnen Chips für das Testen schwer zu handhaben wären und zweckmäßiger Weise ein Testen dann erst wieder nach der Endmontage erfolgen könnte. Dies würde allerdings bedeuten, dass man eine nicht unerhebliche Anzahl von Chips endmontieren würde, die nicht die Qualitätsanforderungen erfüllen.
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Typischer Weise werden die Halbleiterscheiben in Scheibenmagazinen gelagert und transportiert. Dabei werden in der Regel bis zu 25 Halbleiterscheiben in einem vertikalen Abstand zueinander in dem Scheibenmagazin gehalten.
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Die Empfindlichkeit der Halbleiterscheiben hinsichtlich Bruch und jeder Art von Verunreinigung verbieten jede Berührung mit der menschlichen Hand, weshalb zumeist Handlingroboter eingesetzt werden, die die Halbleiterscheibe von einer Bearbeitungsstation zu einer anderen transportieren oder in oder aus einem Scheibenmagazin transportieren.
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Ein solcher Handlingroboter besteht aus einem Roboterarm der an einem Roboterantrieb angelenkt ist und dadurch in einem senkrechten Freiheitsgrand (z) und zwei waagerechten Freiheitsgraden (x, y) bewegbar und um eine vertikale Drehachse schwenkbar ist. An der freien Vorderseite des Roboterarmes ist einen Scheibenaufnahme angeordnet, die Aufnahmearme aufweist, welche mit Vakuumansaughaltern versehen ist. Diese Aufnahmearme können die Halbleiterscheibe greifen in oder aus einer Bearbeitungsstation oder einem Scheibenmagazin bewegen, indem der Roboterarm durch den Roboterantrieb seine Scheibenaufnahme direkt unter die Unterseite oder Rückseite der Halbleiterscheibe positioniert und in Kontakt bringt. Danach werden die Aufnahmearme mit Vakuum beaufschlagt, so dass die Halbleiterscheibe über die Vakuumöffnungen auf der Oberseite der Scheibenaufnahme gehalten wird und von einer Position zu einer anderen transportiert werden kann.
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Derartige Prober werden in Halbleiterfabriken, so genannte Fabs als Produktionsprober eingesetzt. Dabei werden große Flächen von diesen Produktionsprobern beansprucht, weil eine Vielzahl solcher Geräte angeordnet wird. Infolge des Kostenaufwandes für die Fabs sind auch die für die Produktionsprober beanspruchten Flächen sehr kostenintensiv. Von diesen Flächen sind für die Produktionsprober große Flächenteile vorgesehen, auf denen sich Techniker oder Operator bewegen können, um die automatischen Testsysteme kontinuierlich mit zu prüfenden Halbleiterscheiben zu versorgen.
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Vollautomatische Testsysteme erlauben des dem Operator oder Techniker, einige Scheibenmagazine einzugeben und mit einmal vorgenommener Anfangseinstellung so lange zu arbeiten, bis alle Halbleiterscheiben getestet sind. Ein derartiges vollautomatische Testsystem beinhaltet neben der eigentlichen Testanordnung, die im wesentlichen aus Chuck, Chuckantrieb, Steuerelektronik, Sonden- oder Sondenkarte und entsprechenden Aufnahme- und Verbindungsmitteln besteht, ein Mustererkennungssystem zur Scheibenselbstjustage, CCD-Kamera oder Mikroskop zu Beobachtung des Testsubstrates, Monitor, Handlingsystem, Scheibenmagazinstation und Ausrichtstation.
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Testsysteme für Halbleiterscheiben sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 692 07 450 T2 ,
US 6 137 303 A ,
US 6 420 864 B1 ,
JP H05-29 259 A und
JP H06-61 326 A bekannt. Die in
US 6 137 303 A beschriebene Vorrichtung zum Testen von Substraten umfasst eine Testanordnung mit einem Chuck, einem Chuckantrieb, Steuerelektronik und Sonden- oder Sondenkartenaufnahmemitteln, ein Handlingsystem, eine Substratmagazinstation und eine Ausrichtstation, wobei mehrere Testanordnungen gemeinsam mit dem Handlingsystem, der Substratmagazinstation und der Ausrichtstation in Wirkungsverbindung stehen.
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Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, das Testen von Substraten unter verschiedenen Temperaturbedingungen zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens eine Testanordnung einen temperierbaren Thermochuck aufweist. Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung sind mindestens zwei Testanordnungen vorgesehen, die alle gemeinsam mit dem Handlingsystem, der Substratmagazinstation und der Ausrichtstation in Wirkungsverbindung stehen.
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Damit kann über eine Substratmagazinstation ein Scheibenmagazin eingesetzt werden, über das dann alle Testanordnungen mit Halbleiterscheiben zum Testen versorgt werden. Dabei entnimmt das Handlingsystem eine Halbleiterscheibe aus dem Scheibenmagazin, legt diese auf der Ausrichtstation zum Zwecke einer Vorpositionierung ab. Nach der Vorpositionierung wird die Halbleiterscheibe wieder aufgenommen und einer Testanordnung zugeführt.
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Damit verbinden sich mehrere Vorteile. Zum einen kann Handlingsystem, Substratmagazinstation und Ausrichtstation für mehrere Testanordnungen genutzt werden, wohingegen diese Einrichtungen beim Stand der Technik bei jeder Testanordnung vorgesehen sein mussten. Dies verringert der Herstellungsaufwand von Testvorrichtungen. Zum anderen kann die Kapazität der genannten Stationen voll ausgenutzt werden, da die Handling- und Vorjustierzeiten klein gegenüber der Testzeit sind. Zum dritten können somit verschiedene Testverfahren, z.B. Hoch- oder Tieftemperaturmessung, Hochgeschwindigkeitsmessung und Messung mit hoher Genauigkeit ein und der derselben Vorrichtung realisiert werden, ohne dass die Substrate durch einen Operator oder Techniker transportiert werden müssen. Schließlich verringert sich aufgabengemäß auch der Platzbedarf von Testanordnungen, da einerseits für die Testanordnungen selbst weniger Platz benötigt wird und andererseits die Fläche für den Zugang eines Operators oder Technikers zu einer Testanordnung nicht mehr für jede Testanordnung zur Verfügung gestellt werden muss.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jede Testanordnung als separates Modul aufgebaut ist. Zweckmäßiger Weise kann dann ein solches Modul so aufgebaut sein, dass sich im oberen Bereich alle Elemente die mit der Substrattestung direkt in Verbindung stehen und im unteren Bereich Medienversorgung, Steuereinrichtungen und dergleichen befinden.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, dass das Handlingsystem, die Substratmagazinstation und die Ausrichtstation in einem gemeinsamen Modul angeordnet sind. Da diese Elemente in enger Wirkungsbeziehung zueinander stehen, kann mit einer solchen modularen Bauweise eine optimale Verbindung erreicht werden, da ein solches Modul separat aufgebaut und getestet werden kann und danach vollständig vor Ort eingesetzt wird.
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Weiterhin ist es günstig, dass jedes Modul gleiche Rastergrundmaße aufweist und jedes Modul mit jedem verbindbar ist. Damit kann nach dem Baukastenprinzip ein Cluster aufgebaut werden, wobei sich der Montageaufwand auf ein Minimum reduziert.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Modul verfahrbar und in seiner Aufstellposition arretierbar ausgeführt ist. Damit wird es beispielsweise zu Wartungs- und Reparaturarbeiten möglich, eine Testanordnung aus dem Cluster zu entfernen während die anderen Testanordnungen in dem Cluster weiter arbeiten können. Die Verfahrbarkeit, die beispielsweise durch Rollen auf der Aufstandsfläche realisierte werden kann, ist ein sehr leichter Transport möglich, während in der Aufstellposition ein versehentliches Verschieben ausgeschlossen werden kann.
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Es ist günstig, die Vorrichtung als eine einzige Baugruppe in Erscheinung treten zu lassen, indem ein gemeinsames Gehäuse vorgesehen ist, in dem die Testanordnungen, das Handlingsystem, die Scheibenmagazinsystem und die Ausrichtstation eingebracht sind. Damit wird einerseits für jede Baugruppe ein separates Gehäuse gespart. Andererseits ist es damit möglich, auch die gesamte Vorrichtung mit mehreren Testanordnungen einem besonderen Klima oder besonderen Umweltbedingungen zu unterwerfen. Somit besteht beispielsweise die Möglichkeit einer gemeinsamen elektromagnetischen Abschirmung.
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Da jede mechanische Bewegung Schwingungen verursacht, ist es günstig, jedes Modul auf einer vibrationsisolierenden, vorzugsweise lagegeregelten Plattform anzuordnen. Damit wird einerseits erreicht, dass von der Vorrichtung erzeugte mechanische Schwingungen nicht auf andere Anordnungen übertragen werden. Andererseits wird erreicht, dass nicht irgendwelche mechanische Schwingungen, die das Beobachtungs- oder Testergebnis beim Testen beeinträchtigen würden, von außen herein getragen werden.
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Besonders zweckmäßig ist es dabei, dass jedes Module auf einer von den anderen Modulen separaten Plattform angeordnet ist. Damit kann auch vermieden werden, dass Schwingungen von einer Testanordnung auf eine andere übertragen werden.
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Zur besseren Erreichbarkeit und zur Verringerung der Verfahrwege ist es vorteilhaft, dass alle Testanordnungen einen in der Draufsicht mittleren Freiraum bildend angeordnet sind und das Handlingsystem und/oder die Ausrichtstation in dem mittleren Freiraum angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehr als zwei Testanordnungen angeordnet sind, von denen die über zwei hinausgehende Anzahl entfernbar ist. Damit wird erreicht, dass bei weiter laufendem Testbetrieb eine oder mehrere Testanordnungen entfernt werden und einer Wartung oder anderen Vorrichtungen, beispielsweise zur Kapazitätserweiterung zur Verfügung gestellt werden können.
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Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, mindestens eine Testanordnung eine Zusatzausstattung aufweist. Diese Zusatzausstattung kann in Mikroskopen, auch Stereomikroskopen, lichtdichter Umhüllung, elektromagnetischen oder gasdichtenden Kammern, Laserschneideeinrichtungen, Emissionskameras usw. zu sehen sein, wodurch eine oder mehrere Testanordnungen zu verschiedenen Zwecken individuell ausgestaltet werden können.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
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1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen von Halbleiterscheiben mit zwei Testanordnungen,
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2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen von Halbleiterscheiben mit vier Testanordnungen,
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3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen von Halbleiterscheiben mit sechs Testanordnungen und
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4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen von Halbleiterscheiben in einer Produktionsumgebung
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Wie in 1 dargestellt, ist eine erste Testanordnung 1 und eine zweite Testanordnung 2 vorgesehen, die jeweils derart modular aufgebaut sind, dass ihre Außenmaße einem gleichen Rastermaß unterliegen und im vorliegende Ausführungsbeispiel einander gleich sind. Damit wird es möglich, beide Testanordnungen 1 und 2 dicht nebeneinander zu stellen und mit einander zu verbinden.
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Seitlich neben der Reihe von Testanordnungen 1 und 2 ist ein Handlingsystem 3 angeordnet. Das Handlingsystem 3 beinhaltet einen Roboterarm 4 der an einem Roboterantrieb 5 angelenkt ist. An der freien Vorderseite des Roboterarmes 4 ist eine Scheibenaufnahme 6 angeordnet, durch die eine Unterseite einer nicht näher dargestellten Halbleiterscheibe aufgenommen und mittels Vakuum angesaugt werden kann.
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Weiterhin ist eine Scheibenmagazinstation 7 vorgesehen, in die ein Eingabe-Scheibenmagazin 8 und ein Ausgabe-Scheibenmagazin 9 einsetzbar sind.
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Zwischen der Scheibenmagazinstation 7 und dem Handlingsystem 3 ist eine Ausrichtstation 10 vorgesehen.
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Die Funktion der Vorrichtung ist nun darin zu sehen, dass mittels der Scheibenaufnahme 6 eine Halbleiterscheibe aus dem Eingabe-Scheibenmagazin 8 entnommen und auf der Ausrichtstation 10 zwischendurch abgelegt wird. In dieser Ausrichtstation 10 erfolgt eine Einstellung der Lage der Halbleiterscheibe, damit diese dann beim Einsatz in eine der Testanordnungen 1 oder 2 eine richtige Lageorientierung aufweist und in der Testanordnung 1 oder 2 nur noch fein justiert werden muss. Anschließend erfolgt dann von dem Roboterarm 4 und dem Roboterantrieb gesteuert eine Übergabe der Halbleiterscheiben in eine der Testanordnungen 1 oder 2. Welche der Testanordnungen 1 oder 2 beschickt wird, wir über ein Steuerprogramm bestimmt.
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Wie in 2 dargestellt, sind eine dritte Testanordnung 11 und eine vierte Testanordnung 12 vorgesehen, die symmetrisch zur Mitte der Vorrichtung angeordnet sind. Damit befinden sich das Handlingsystem 3, die Ausrichtstation 10 und die Scheibenmagazinstation 7 in dem in der Draufsicht sichtbaren mittleren Freiraum 13 der Vorrichtung.
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Wie in 3 dargestellt, ist, ist eine fünfte Testanordnung 14 und eine sechste Testanordnung 15 vorgesehen. Alle Testanordnungen 1, 2, 11, 12, 14 und 15 sind dabei so angeordnet, dass der mittlere Freiraum 13 für die Anordnung des Handlingsystem 3 und die Ausrichtstation 10 verfügbar bleibt.
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Bei dieser Anordnung ist auch noch Raum für ein Erweiterungsmodul 16 vorgesehen, wo wahlweise eine andere Teststation oder ein anderes Modul, beispielsweise eine Zwischenablagemodul oder eine zweite Scheibenmagazinstation angeordnete werden können.
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In 4 ist eine Vorrichtung mit Testanordnungen 1, 2, 11, 12, 14 und 15 dargestellt. Die gesamte Vorrichtung weist ein gemeinsames Gehäuse 17 auf welches nur auf der Seite der Scheibenmagazinstation 7 mit einer Gehäusetür 18 versehen ist. Durch diese Gehäusetür können die Scheibenmagazine 8 und 9, die in 4 nicht näher dargestellt sind bedient werden. Lediglich für diese Bedienung ist ein Bedienergang 19 vorzusehen. Die anderen freien Bereiche 20 sind nicht notwendig, so dass der ohnehin geringe Flächenbedarf noch weiter verringert werden könnte.
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Alle Testanordnungen 1, 2, 11, 12, 14 und 15 können je nach Anwendungsfall und Einsatzgebiet gleiche oder andere Funktionen, wie das Testen unter Temperatureinfluss, Hochgeschwindigkeitstesten, hochgenaues Testen oder Testen unter besonderen Umgebungsbedingungen realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Testanordnung
- 2
- zweite Testanordnung
- 3
- Handlingsystem
- 4
- Roboterarm
- 5
- Roboterantrieb
- 6
- Scheibenaufnahme
- 7
- Scheibenmagazinstation
- 8
- Eingabe-Scheibenmagazin
- 9
- Ausgabe-Scheibenmagazin
- 10
- Ausrichtstation
- 11
- dritte Testanordnung
- 12
- vierte Testanordnung
- 13
- mittlerer Freiraum
- 14
- fünfte Testanordnung
- 15
- sechste Testanordnung
- 16
- Erweiterungsmodul
- 17
- Gehäuse
- 18
- Gehäusetür
- 19
- Bedienergang
- 20
- freier Bereich
