DE10246232A1

DE10246232A1 - Prober mit Beladevorrichtung

Info

Publication number: DE10246232A1
Application number: DE2002146232
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Schneidewind; Claus Dr.-Ing. Dietrich; Jörg Dr.-Ing. Kiesewetter; Dietmar Dipl.-Ing. Runge; Karsten Stoll; Stefan Kreissig; Alf Wachtveitl; Michael Dipl.-Phys. Teich
Original assignee: SUSS MicroTec Test Systems GmbH
Current assignee: FormFactor Beaverton Inc
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: DE10246232B4

Abstract

Der Erfindung, die einen Prober mit Beladevorrichtung betrifft, der einen Chuck aufweist, der mit einer Aufladefläche für ein Testsubstrat und mit einem Chuckantrieb versehen ist, mittels dessen der Chuck in einem Arbeitsbereich verfahrbar ist, und der ein Aufnahmemittel für die Aufnahme von Testsubstraten aufweist, das von einem Arbeitsbereich des Chucks zu einer Aufnahmeposition außerhalb des Arbeitsbereiches verfahrbar ist, liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Bewegung des Chucks zu erhöhen. Bei Probern mit einer kontrollierten Atmosphäre besteht außerdem die Aufgabe, eine Exposition des Chucks an die freie Atmosphäre zu vermeiden. Dies wird dadurch gelöst, dass ein Schlitten vorgesehen ist, der zwischen einer Chuck-nahen Position, bei der sich der Chuck in einer Position innerhalb des Arbeitsbereiches befindet, und der Aufnahmeposition verfahrbar ist, der mit einer Halterung versehen ist, in der das Testsubstrat zumindest mittelbar so einsetzbar ist, dass das Testsubstrat in der Chuck-nahen Position des Schlittens über dem Chuck liegt. Die Halterung und der Chuck sind in der Chuck-nahen Position des Schlittens relativ zueinander vertikal beweglich.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prober mit Beladevorrichtung, der einen Chuck aufweist, der eine Auflagefläche für ein Testsubstrat, bestehend aus Substratträger und zu testendem Bauelement aufweist und mit einem Chuckantrieb versehen ist. Mittels des Chuckantriebes ist der Chuck in einem Arbeitsbereich verfahrbar. Weiterhin ist ein Aufnahmemittel für die Aufnahme von Testsubstraten vorgesehen, das von einem Arbeitsbereich des Chucks zu einer Aufnahmeposition außerhalb des Arbeitsbereiches verfahrbar ist.
Testsubstrate bestehen aus einem Substratträger, auf dem zu testende Bauelemente angeordnet sind. Solche Bauelemente können Halbleiterchips darstellen. Werden diese Halbleiterchips noch auf der Halbleiterscheibe befindlich, also im Scheibenverband, getestet, dann stellt die Halbleiterscheibe selbst den Substratträger dar. Testsubstrate können jedoch auch andere Bauelemente sein, wie vereinzelte Halbleiterchips, Hybridbauelemente, mikromechanische Bauelemente und dergleichen. Die Testsubstrate werden dann beim Testen auf dem Substratträger angeordnet. Jeder Substratträger weist eine glatte und ebene Unterseite zur Auflage auf die Auflagefläche des Chucks auf.
Zum Testen von Testsubstraten, wie beispielsweise von Halbleiterchips im Scheibenverband auf Halbleiterscheiben, so genannten Wafern, d.h. zum Prüfen der Funktionssicherheit der Halb leiterchips werden diese mit Kontaktiernadeln kontaktiert, dann über diese Kontaktiernadeln mit elektrischen Signalen beaufschlagt und die elektrische Reaktion gemessen. Dabei besteht auch die Möglichkeit, die optische Reaktion der Halbleiterchips auf die elektrischen Signale oder die elektrische Reaktion auf eine Beaufschlagung der Halbleiterchips mit Licht- oder anderer Strahlung zu messen. Ein derartiges Testen geschieht in Probern. Darin werden die Halbleiterscheiben auf eine Waferaufnahme, einem so genannten Chuck abgelegt und auf diesem gehalten. Der Chuck befindet sich auf einem Kreuztisch, wodurch die Halbleiterscheibe relativ zu den Kontaktiernadeln positioniert werden kann.
Prober werden zum Testen von Testsubstraten unter unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen eingesetzt. Zur Realisierung dieser Umgebungsbedingungen ist der Chuck mit einen Gehäuse umgeben, in dem er sich frei bewegen kann. Durch dieses Gehäuse kann eine kontrollierte Atmosphäre eingestellt werden. Auch kann das Gehäuse der Abschirmung vor ungewünschter elektromagnetischer Strahlung dienen.
Der Chuck dient nicht nur der Aufnahme der Testsubstrate, sondern er hat darüber hinaus noch mehrere Funktionen zu erfüllen, wie Heizen oder Kühlen der Testsubstrate oder Einstellung eines kontrollierten Potentials. Hierzu ist der Chuck mit Medienleitungen zum äußeren Anschluss an entsprechende Medienquellen versehen.
Wie die Gestaltung des Probers auch gewählt ist, muss der Chuck vor dem Testen mit einem Testsubstrat versehen, d.h. beladen werden. Hierfür werden Beladevorrichtungen verwendet. Eine Beladevorrichtung ist an einem Prober der Firma Cascade Microtec Inc. bekannt, bei dem auf dem Kreuztisch ein Führungsschlitten vorgesehen ist, mittels dem der Chuck von dem Kreuztisch gelöst und aus dem Gehäuse herausgefahren werden kann. Hierfür ist in dem Gehäuse eine Klappe vorgesehen, die den Austritt des Chucks erlaubt.
Zum Beladen wird der Chuck auf dem Führungsschlitten durch die Klappe hindurch aus dem Gehäuse bis zu einer Aufnahmeposition herausgefahren. Die Aufnahmeposition befindet sich an einer Seite des Probers, an der eine Bedienperson üblicherweise steht. In dieser Aufnahmeposition wird eine Halbleiterscheibe mittels einer Pinzette aufgelegt. Anschließend wird der Chuck wieder eingefahren, bis er seine Position über dem Kreuztisch wieder eingenommen hat, um dann anschließend mit dem Kreuztisch zur Positionierung der Kontaktiernadeln verfahren zu werden. Nach dem Einfahren des Chucks wird die Klappe wieder geschlossen. Bei dieser Lösung stellt der Chuck selbst das Aufnahmemittel dar, das von dem Arbeitsbereich des Chucks in die Aufnahmeposition gefahren wird. Hier wird im übrigen vor Herausfahren des Chucks zur Aufnahmeposition die Position des Chucks innerhalb seines Arbeitsbereiches eingenommen, die am nächsten zur Aufnahmeposition liegt, um die Verfahrwege so kurz wie möglich zu halten.
Nachteilig ist bei dieser Lösung zum einen, dass der Chuck relativ lange Verfahrwege zu absolvieren hat. Dabei müssen alle Medienleitungen der langen Bewegung des Chucks folgen und selbst relativ lang gestaltet werden. Insbesondere Kältemittelleitungen sind relativ steif und behindern somit die Herausfahrbewegung des Chucks aber auch die Bewegung des Chucks auf dem Kreuztisch. Dies beeinträchtigt die Genauigkeit der Bewegung.
Zum anderen ist es nachteilig, dass der Chuck von dem Kreuztisch lösbar sein muss, da dies zusätzliche Instabilitäten und damit Ungenauigkeiten mit sich bringt.
Zum dritten stellt es sich als nachteilig dar, dass bei dieser Lösung der Chuck auch in dem Falle, dass er Kühlfunktionen wahrzunehmen hat, aus dem Gehäuse herausgefahren werden muss. Dabei wird er nämlich der freien Umgebungsatmosphäre ausgesetzt. Aus dieser wird sich Feuchtigkeit auf dem kalten Chuck niederschlagen, was zu einem äußerst unerwünschten Feuchtig keitseintrag in das Gehäuse führt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Bewegung des Chucks zu erhöhen. Bei Probern mit einer kontrollierten Atmosphäre besteht außerdem die Aufgabe, eine Exposition des Chucks an die freie Atmosphäre zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Schlitten vorgesehen ist, der zwischen einer Chuck-nahen Position, bei der sich der Chuck in einer Position innerhalb des Arbeitsbereiches befindet, und der Aufnahmeposition verfahrbar ist. Dabei ist der Schlitten mit einer Halterung versehen, in der das Testsubstrat zumindest mittelbar so einsetzbar ist, dass das Testsubstrat in der Chuck-nahen Position des Schlittens über dem Chuck liegt. Die Halterung und der Chuck sind in der Chuck-nahen Position des Schlittens relativ zueinander vertikal beweglich.
Damit kann der Schlitten von seiner Chuck-nahen Position in die Aufnahmeposition fahren. Dort wird er mit einem Testsubstrat versehen. Dies kann derart geschehen, dass das Testsubstrat direkt in die Halterung eingelegt wird. Es ist aber auch möglich, dass das Testsubstrat durch Zwischenschalten weiterer Mittel mit der Halterung verbunden wird.
Ist die Halterung somit zumindest mittelbar mit einem Testsubstrat versehen, kann der Schlitten wieder von der Aufnahmeposition in die Chuck-nahe Position fahren. Damit gelangt das Testsubstrat über die Aufnahmefläche des Chucks. Durch die Relativbewegung zwischen Chuck und der Halterung gelangt die Aufnahmefläche in Kontakt mit der Unterseite des Testsubstrats, wodurch das Testsubstrat an den Chuck übergeben wird.
Damit wird erreicht, dass eine Bewegung des Chucks, die zu den geschilderten Nachteilen des Standes führt, vermieden wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Arbeitsbereich des Chucks mit einem Gehäuse umgeben ist. Dabei liegt die Aufnahmeposition außerhalb des Gehäuses. In dem Ge häuse ist eine Öffnung vorgesehen, die mit einer Klappe verschließbar ist. Mit diesem Gehäuse wird eine kontrollierte Umgebung um den Chuck geschaffen, die das Testen des Testsubstrats unter verschiedenen Bedingungen, wie Tiefsttemperatur oder Vakuum zu ermöglichen. Es ist erforderlich, dass die kontrollierte Umgebung während des Testens eingestellt wird. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Klappe nach Einfahren des Testsubstrats in das Gehäuse wieder geschlossen werden kann. Das Bestücken der Halterung mit einem Testsubstrat kann dagegen an freier Atmosphäre, vorzugsweise an der Bedienseite des Probers geschehen.
In einer Ausführungsform weist der Schlitten einen eigenen Schlittenantrieb auf, der mit dem Chuckantrieb verbunden ist. Damit können geringe Verfahrwege des Schlittens dadurch realisiert werden, dass bei einer Ausgabe oder einer Aufnahme eines Testsubstrats der Chuck in eine Position fährt, die möglichst nahe an der Aufnahmeposition liegt. Dann kann der Schlitten von dieser nahen Position in die Aufnahmeposition fahren.
In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, dass der Schlitten einen Schlittenantrieb aufweist, der mit dem Gehäuse verbunden ist. Damit wird der Schlittenantrieb von dem Chuck vollkommen entkoppelt. Zur Übergabe von Testsubstraten fährt dann der Chuck in eine definierte Position, die die Chuck-nahe Position für den Schlitten darstellt. In dieser Position wird der Chuck dann gehalten, bis die Übergabe erfolgt ist.
Zur Realisierung der vertikalen Relativbewegung zwischen Halterung und Chuck ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Schlitten oder der Schlittenantrieb mit einem eigenen Vertikalantrieb versehen ist, mit dem der Schlitten relativ zum Chuck vertikal beweglich ist. Die vertikale Relativbewegung kann andererseits ohne einen eigenen Vertikalantrieb des Schlittens durch eine Vertikalbewegung des Chucks realisiert werden, da der Chuck stets horizontal wie vertikal beweglich gestaltet ist, also in der Regel einen eigenen Vertikalan trieb aufweist.
Um zu gewährleisten, dass der Zugang zur Oberfläche der Testsubstrate nicht behindert wird, ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Schlitten unterhalb einer Ebene angeordnet ist, in der die Auflagefläche liegt.
In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist zur einfachen Realisierung des Schlittens vorgesehen, dass dieser aus mindestens einer seitlich neben dem Chuck angeordneten Teleskopschiene besteht. In diese Teleskopschiene ist dann die Haltung einzubringen, die im Falle einer Teleskopschiene an dieser hängt. Günstig ist es dabei auch beispielsweise zwei Teleskopschienen vorzusehen, zwischen denen sich die Halterung erstreckt, damit eine einseitige Hebelwirkung auf eine einzelne Teleskopschiene vermieden werden kann.
In einer Variante der mittelbaren Aufnahme des Testsubstrats in der Halterung ist vorgesehen, dass die Halterung mit einer Pinzettenhalterung zur Aufnahme einer das Testsubstrat haltenden Pinzette versehen ist. Weiterhin weist der Chuck mindestens drei Hubstiften auf, die senkrecht zur Auflagefläche zwischen einer ersten Position, in der jede Stiftspitze an dem oberen Ende jedes Stiftes in oder unter der Auflagefläche und einer zweiten Position, in der jede Stiftspitze um einen Betrag über der Auflagefläche liegt, beweglich sind.
Testsubstrate werden üblicher Weise mit Pinzetten gehandhabt. Diese Pinzetten Untergreifen die Testsubstrate an der Unterseite mit einer Vakuumsaugfläche. Diese Saugfläche wird dann mit Vakuum beaufschlagt. Dies kann beispielsweise durch eine Vakuumpumpe in der Pinzette geschehen. Damit wird jeder manuelle Kontakt, der immer mit einer erhöhten Bruch- oder Verschmutzungsgefahr verbunden ist, vermieden. Eine derartige Pinzette kann nun direkt in die Halterung eingelegt werden. Dort wird sie zusammen mit dem Testsubstrat über die Aufnahmefläche des Chucks gefahren. Durch die vertikale Relativbewegung zwischen Halterung und Chuck gelangt die Unterseite des Testsubstrats in Kontakt mit den Spitzen der Hubstifte, die sich in ihrer zweiten, also der herausgefahrenen Position befinden. Damit kann die Pinzette von dem Testsubstrat, z.B. durch eine Belüftung der Vakuumsaugfläche, gelöst werden.
Zweckmäßigerweise werden sich die Mittel, die ein Lösen der Pinzette von dem Testsubstrat bewirken, auch bei eingefahrenem Schlitten, d.h. wenn sich dieser in der Chuck-nahen Position befindet, in der Nähe der Aufnahmeposition befinden, also von einer Bedienperson leicht zu handhaben sein. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Pinzette einen verlängerten Schaft, vorzugsweise mit einer Länge, die größer als der Verfahrweg des Schlittens ist, aufweist. An diesem Schaft können dann entsprechende Bedienmittel, beispielsweise ein Ventil oder ein Betätigungsmittel für ein Ventil, oder andere Entriegelungsmittel angeordnet sein.
Nach dem Lösen der Pinzette kann diese von dem Testsubstrat entfernt werden, da die ausgefahrenen Stifte einen Abstand zwischen der Auflagefläche und der Unterseite des Testsubstrats einstellen. In diesem Zwischenraum ist dann die Pinzette frei beweglich und kann herausgezogen werden. Dies kann mittels des Schlittens, an dessen Halterung die Pinzette noch befestigt ist geschehen. Der Schlitten kann somit die Pinzette wieder an die Aufnahmeposition bringen, wo die Bedienperson die Pinzette wieder aus der Halterung löst. Der Schlitten wird anschließend wieder eingefahren.
Nach Entfernen der Pinzette unter dem Testsubstrat werden die Hubstifte in ihre erste Position gebracht, wodurch die Unterseite des Testsubstrats in Kontakt mit der Auflagefläche gelangt. Damit ist der Chuck mit dem Testsubstrat beladen. Zum Herausfahren des Testsubstrats wird in umgehrter Reihenfolge verfahren.
Insbesondere bei einer Anordnung des Schlittens unter der Ebene der Auflagefläche ist es zweckmäßig, die Pinzettenhalterung mit einer vertikalen Stütze zu versehen, wobei die Pinzettenhalterung einen vertikalen Abstand von dem Schlitten aufweist. Damit wird gewährleistet, dass das Testsubstrat durch die Pinzette in der Höhe der Auflagefläche gehalten wird.
In einer anderen Variante der Aufnahme des Testsubstrats durch die Halterung ist vorgesehen, dass der Chuck aus einem Chuckkörper mit einer Chuckfläche und einer auf die Chuckfläche aufliegenden Chuckplatte besteht, die mit der Auflagefläche versehen ist und die von dem Chuckkörper lösbar ist. Die Chuckplatte weist mindestens drei über die Chuckfläche überstehende Nasen auf. Die Halterung weist eine Öffnung auf, die eine der Chuckfläche ähnliche Öffnungsfläche derart aufweist, dass die Halterung in der Chuck-nahen Position den Chuckkörper zumindest teilweise berührungsfrei mit einem Abstand umgreift, der kleiner ist als der Überstand der Nasen über die Chuckfläche.
Durch die Öffnungsfläche ist die Halterung bei zumindest teilweisem Umgreifen des Chucks relativ zum Chuck vertikal beweglich. Wird nun eine vertikale Relativbewegung ausgeführt, so greift die Halterung unter die Nasen der Chuckplatte und hebt diese von der Chuckfläche ab. Nunmehr kann die Bewegung des Schlittens zur Aufnahmeposition hin erfolgen. An dieser Aufnahmeposition wird dann auf die auf der Chuckplatte befindlichen Auflagefläche ein Testsubstrat aufgelegt. Anschließend wird der Schlitten mit Halterung, Chuckplatte und Testsubstrat wieder in die Chuck-nahe Position gebracht. Dort wird dann wieder durch Ausführen einer vertikalen Relativbewegung die Chuckplatte mit dem auf der Auflagefläche aufliegenden Testsubstrat auf die Chuckfläche aufgelegt. Damit ist der Chuck mit dem Testsubstrat beladen.
Auch bei dieser Lösung ist es nicht erforderlich, den gesamten Chuck zu bewegen, weshalb die eingangs geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.
Eine Möglichkeit der Gestaltung der Chuckplatte besteht darin, dass die Nasen mit der Chuckplatte einstückig verbunden sind.
In einer anderen Variante können die Nasen separate Bauteile darstellen, die mit der Chuckplatte fest verbunden sind.
Zweckmäßiger Weise wird die Halterung bei der Variante mit der Chuckplatte derart ausgeführt, dass die Halterung aus einer Platte besteht, in der die Öffnungsfläche eingebracht ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Chuck wiederum aus einem Chuckkörper mit einer Chuckfläche und einer auf die Chuckfläche aufliegenden Chuckplatte besteht, die mit der Auflagefläche versehen ist und die von dem Chuckkörper lösbar ist. In diesem Falle weist die Chuckplatte an ihrer Unterseite erste Haltemittel auf, die in zweite Haltemittel, die mit dem Chuck verbunden sind, lösbar eingreifen. Der Schlitten ist von der Aufnahmeposition von außen einschiebbar. Dabei weist der Schlitten ein drittes Haltemittel auf, das in ein viertes Haltemittel an der Chuckplatte lösbar eingreift.
In diesem Falle wird der Schlitten außerhalb des Probers gelagert und nur zum Beladen eingeschoben. Damit werden beispielsweise Feuchtigkeitseinträge durch den Schlitten vermieden, wenn dieser beispielsweise in dem Gehäuse während des Testens kalt würde.
In einer anderen Ausgestaltung mit einem einschiebbaren Schlitten ist vorgesehen, dass der Substratträger an seiner Unterseite erste Haltemittel aufweist, die in zweite Haltemittel, die mit dem Chuck verbunden sind, lösbar eingreifen. Der Schlitten ist von der Aufnahmeposition von außen einschiebbar und weist ein drittes Haltemittel auf, das in ein viertes Haltemittel an dem Substratträger lösbar eingreift.
Hier zeigt sich der Vorteil insbesondere darin, dass die Testsubstrate außerhalb des Probers vorbereitet werden können. So kann beispielsweise ein Substratträger mit mehreren zu testen den Bauelementen bestückt werden.
Weiterhin ist bei beiden Ausführungsformen eines von außen einschiebbaren Schlittens vorgesehen, dass das erste Haltemittel aus einer Führungsnut besteht, in die ein Haltestift als zweites Haltemittel eingreift oder umgekehrt. Damit kann ein Halten der Chuckplatte oder des Substratträgers auf dem Chuckkörper oder dem Chuck bereits durch das Einschieben des Schlittens realisiert werden.
Es ist zweckmäßig, dass die Führungsnut einen die Führungsnutbreite im Randbereich der Führungsnut zu einem Schlitz verringernden Nutrand aufweist und der Haltestift eine pilzartigen Kopf aufweist, der unter den Nutrand der Führungsnut greift, wobei der Haltestift in dem Schlitz längsbeweglich ist.
Durch eine solche Führungsnutgestaltung wird einerseits eine seitliche Halterung realisiert, als auch die Chuckplatte oder der Substratträger nach oben hin arretiert. Damit kann eine durch den Chuck oder den Chuckkörper ausgelöste vertikale Relativbewegung genutzt werden, um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Substratträger und Chuck oder zwischen Chuckkörper und Chuckplatte eingestellt werden. Hierzu wird lediglich der Chuckkörper oder der Chuck nach oben gefahren und drückt entsprechend gegen die Chuckplatte oder den Substratträger. Da diese durch den über den Nutrand der Führungsnut und damit korrespondierend über den Kopf nach unten gehalten werden, entsteht eine Andruckkraft. Diese kraftschlüssige Verbindung erhöht wiederum den Wärmekontakt zwischen den Bauteilen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Chuckplatte oder der Substratträger an ihren von der Aufnahmeposition aus gesehen rechten und linken Seite Führungslängsseiten aufweisen, die zu der Bewegungsgeraden zwischen Aufnahmeposition und Chuck-naher Position parallel verlaufen. Der Schlitten weist zwei innere Führungsschienen auf, in denen die Führungslängsseiten einschiebbar sind. Relativ zur Aufnahmeposi tion festgelegt sind äußere Führungsschienen vorgesehen, in die der Schlitten in einer Einschubebene einschiebbar ist.
Somit wird es möglich, den Schlitten zusammen mit Substratträger und/oder Chuckplatte auf den äußeren Führungsschienen von der Aufnahmeposition zu der Chuck-nahen Position zu schieben. Dort wird der Substratträger oder die Chuckplatte über die ersten und zweiten Haltemittel festgehalten. Danach kann der Schlitten wieder herausgezogen werden, wobei der Schlitten wieder in den äußeren Führungsschienen gleitet. Dabei wird die Chuckplatte oder der Substratträger aus dem Schlitten herausgezogen, wobei deren Führungslängsseiten in den inneren Führungsschienen gleiten.
Insbesondere ist es hierbei günstig, dass vier Haltestifte mit nach oben gerichteten Köpfen und zwei zur Bewegungsgeraden parallel liegende Führungsnuten vorgesehen sind. Dabei korrespondieren mit jeder Führungsnut je zwei Haltestifte. Die Haltestifte sind vertikal beweglich mit dem Chuck oder dem Chuckkörper verbunden und federbelastet in ihre untere Position gezogen. Beim Schieben der Führungsnuten auf die Haltestifte stützen sich die Bodenflächen der Führungsnuten auf den obersten Punkten der Köpfe unter Lösung der Führungslängsseiten von den inneren Führungsschienen ab.
Damit wird erreicht, dass beim Einschieben Substratträger oder Chuckplatte auf die Köpfe aufgeschoben werden und sich dabei die Führungslängsseiten von den inneren Führungsschienen lösen. Dies erleichtert das Herausgleiten des Substratträgers oder der Chuckplatte aus dem Schlitten.
Das dritte Haltemittel ist von dem vierten Haltemittel von außen lösbar. Während des Herausziehens des Substratträgers oder der Chuckplatte muss notwendiger Weise eine Verbindung des dritten und vierten Haltemittels bestehen, um eine entsprechende Zugkraft ausüben zu können. Zweckmäßigerweise wird während des Einschiebens ebenfalls eine Verbindung zwischen dritten und vierten Haltemittel hergestellt. Beim Erreichen der Chuck-nahen Position können dann die dritten und vierten Haltemittel von außen voneinander gelöst werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
1 eine Draufsicht auf einen Prober mit Beladevorrichtung in einer ersten Variante mit einer Pinzette,
2 eine Seitenansicht des Probers gemäß 1 und
3 eine Perspektivdarstellung eines Probers mit einer Beladevorrichtung in einer zweiten Variante mit einer Chuckplatte.
4 eine Seitenansicht in einer Teilschnittdarstellung eines Probers gemäß 3 mit der Chuckplatte in Chuck-naher Position,
5 eine Seitenansicht in einer Teilschnittdarstellung eines Probers gemäß 3 mit der Chuckplatte in Aufnahmeposition,
6 eine Draufsicht auf eine Probers gemäß 3 mit der Chuckplatte in Chuck-naher Position,
7 eine Draufsicht auf eine Probers gemäß 3 mit der Chuckplatte in Aufnahmeposition,
8 einen erfindungsgemäßen Prober mit einschiebbarem Schlitten in Perspektivdarstellung,
9 einen einschiebbaren Schlitten in Perspektivdarstellung,
10 einen Substratträger in Perspektivdarstellung,
11 eine Darstellung der Unterseite des Substratträgers in Perspektivdarstellung,
12 einen Schlitten mit eingesetztem Substratträger in Perspektivdarstellung und
13 einen Chuck mit zweiten Halteelementen in perspektivischer Prinzipdarstellung.
Wie in den 1 bis 7 dargestellt, weist ein Prober 1 einen Chuck 2 auf, der mit einer Auflagefläche 3 für eine Halbleiterscheibe 4 als Testsubstrat versehen ist.
Der Chuck 2 ist mit einem Chuckantrieb 5 versehen, mittels dem der Chuck 2 in einem Arbeitsbereich 6 verfahrbar ist. Der Arbeitsbereich 6 des Chucks 2 ist mit einem Gehäuse 7 umgeben, das an seiner Bedienseite 8 eine Öffnung 9 aufweist, die mit einer Klappe 10 verschließbar ist.
An dem Chuck 2 ist ein Schlitten 11 angebracht, der zwischen einer Chuck-nahen Position 12, bei der sich der Chuck 2 in einer Position innerhalb des Arbeitsbereiches 6 befindet, und der Aufnahmeposition 13 durch die Öffnung 9 in dem Gehäuse 7 hindurch verfahrbar ist. Der Schlitten 11 besteht aus zwei seitlich neben dem Chuck 2 angeordneten Teleskopschienen 14, die unterhalb einer Ebene angeordnet sind, in der die Auflagefläche 3 liegt. Der Schlitten 11 weist weiterhin einen Schlittenantrieb 15 auf, der mit dem Chuckantrieb 5 verbunden ist.
Der Schlitten 11 ist mit einer Halterung 16 versehen.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist die Halterung 16 mit einer Pinzettenhalterung 17 zur Aufnahme einer die Halbleiterscheibe 4 haltende Pinzette 18 versehen. In dem Chuck 2 sind drei Hubstifte 19 angeordnet. Diese sind senkrecht zur Auflagefläche beweglich.
Die Pinzettenhalterung 17 ist mit einer vertikalen Stütze 20 versehen, wodurch die Pinzettenhalterung 17 einen vertikalen Abstand 21 zu dem Schlitten 11 aufweist und damit die Halblei terscheibe 4 mit einem geringen Abstand über den Spitzen der Hubstifte 19 liegt.
Die Pinzette 18 ist mit einer Vakuumsaugfläche 22 versehen, die die Unterseite der Halbleiterscheibe 4 untergreift. In die Vakuumsaugfläche 22 sind Vakuumrillen 23 eingebracht, die mit Vakuum beaufschlagt werden können. Hierzu ist in einem Schaft 24 der Pinzette 18 ein Drei-Wege-Ventil 25 angeordnet. Dieses Ventil ist mit einem Vakuumanschluss 26 an eine nicht näher dargestellte Vakuumquelle angeschlossen und an den anderen Seiten mit den Vakuumrillen 23 und mit der freien Atmosphäre verbunden. Durch Schalten des Ventils 25 kann die Vakuumsaugfläche 19 die Halbleiterscheibe 4 ansaugen oder es kann die Vakuumsaugfläche 22 belüftet werden.
Zusätzlich kann die Pinzette 18 auch mit einem nicht näher dargestellten Drehteller versehen werden, um die Halbleiterscheibe 4 auch in ihrer Winkellage auszurichten. Der Drehteller ist in einem ebenfalls nicht dargestellten Luftlager gelagert, dass auch mit Vakuum beaufschlagt werden kann, so dass eine Spannwirkung eintritt. Nach Beendigung des Ausrichtvorganges kann dann dieser Drehteller mit Vakuum festgespannt werden.
Diese Pinzette 18 wird nun direkt in die Pinzettenhalterung 17 eingerastet. Dort wird sie zusammen mit der Halbleiterscheibe 4 über die Auflagefläche 3 des Chucks gefahren. Die vertikale Relativbewegung zwischen Halterung 16 und Chuck 2 wird durch eine Vertikalbewegung der Halterung 16 realisiert. Durch ein vertikales Absenken der Halterung 16 gelangt die Unterseite der Halbleiterscheibe 4 in Kontakt mit den Spitzen der Hubstifte 19, die sich in einer definierten Position oberhalb der Chuckoberfläche befinden. Damit kann die Pinzette 18 von der Halbleiterscheibe 4, gelöst werden. Dies geschieht durch eine Belüftung der Vakuumsaugfläche 22, indem die Bedienperson 27 das Drei-Wege-Ventil 25 in eine Stellung bringt in der die Vakuumrillen 23 mit der freien Atmosphäre verbunden werden.
Damit dieses Lösen von der Bedienperson 27 problemlos vorgenommen werden kann, hat der Schaft 24 eine solche Länge, dass das Drei-Wege-Ventil 25 in der Lage, in der sich der Schlitten 11 in der Chuck-nahen Position befindet, von außen, also außerhalb des Gehäuses 7 zugänglich ist.
Nach dem Lösen der Pinzette 18 kann diese von der Halbleiterscheibe 4 entfernt werden, da die ausgefahrenen Hubstifte 19 einen Abstand zwischen der Auflagefläche 3 und der Unterseite der Halbleiterscheibe 4 einstellen. In diesem Zwischenraum ist dann die Pinzette 18 frei beweglich und kann herausgezogen werden. Dies erfolgt wiederum mittels des Schlittens 11, an dessen Halterung 16 die Pinzette 18 über die Pinzettenhalterung 17 noch befestigt ist. Der Schlitten 11 bringt somit die Pinzette 18 wieder an die Aufnahmeposition 13, wo die Bedienperson 27 die Pinzette 18 aus der Pinzettenhalterung 17 löst. Nach Zurückfahren des Schlittens 11 in seine Chuck-nahe Position 12 wird die Klappe 10 geschlossen.
In der in 3 dargestellten Variante besteht der Chuck 2 in nicht näher dargestellter Weise aus einem Chuckkörper 28 mit einer Chuckfläche 29 und einer auf der Chuckfläche 29 aufliegenden Chuckplatte 30.
Die Chuckplatte 30 ist mit der Auflagefläche 3 versehen. Sie ist von dem Chuckkörper 28 lösbar.
Die Chuckplatte 30 weist drei über die Chuckfläche 29 überstehende Nasen 31 auf. Die Nasen 31 sind an der zylinderförmigen Chuckplatte 30 angeschraubt, wobei sie einen Winkel mit der Winkelspitze im Mittelpunkt der Chuckplatte 30 von 120° einschließen.
Die Halterung 16 besteht aus einer Platte 32, in der eine Öffnung 33 mit einer Öffnungsfläche eingebracht ist. Die Öffnungsfläche der Öffnung 33 ist zur Chuckfläche 29 derart ähnlich, dass die Halterung 16 in der Chuck-nahen Position den Chuckkörper 28 im Bereich der Chuckfläche 29 berührungsfrei mit einem Abstand umgreift, der kleiner ist als der Überstand der Nasen 31 über die Chuckfläche 29. In den 8 bis 13 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem einschiebbaren Schlitten 11 dargestellt. Dabei weist ein Substratträger 34, wie in 11 dargestellt, an seiner Unterseite 35 das erste Haltemittel in Form einer Führungsnut 36 auf, die in ein Führungsprofil 37 eingebracht ist. Dabei ist das Führungsprofil 37 mit einem die Führungsnutbreite im Randbereich der Führungsnut 36 zu einem Schlitz 38 verringernden Nutrand 39 versehen. Beiderseits einer Substratöffnung 40, die der Aufnahme zu testender Bauelemente dient, die nicht näher dargestellt sind, ist je ein derartiges Führungsprofil 37 mit der Unterseite 35 des Substratträgers 34 verbunden.
In die Führungsnuten 36 greifen zweite Haltemittel in Form von Haltestiften 41 lösbar ein, die in 13 dargestellt sind. Diese Haltestifte 41 sind mit dem Chuck 2 so verbunden, dass sie nur in vertikaler Richtung beweglich und nach unten federbelastet sind. Wenn der Chuck 2 in unterer Position ist, werden die Haltestifte 41 auf den Chuckantrieb 5 gedrückt, in oberer Position sind sie vom Chuckantrieb 5 gelöst.
Die hier benannten Bezugszeichen sind in einer der anderen Figuren entsprechend dargestellt.
Wie in 8 dargestellt, ist der Schlitten 11 von der Aufnahmeposition 13 von außen einschiebbar.
Gemäß der Darstellung in 12 weist der Substratträger 34 ein drittes Haltemittel in Form einer ersten Klinke 43 auf. In diese erste Klinke 43 greift in eine zweite Klinke 45 als viertes Haltemittel ein, die mit dem Schlitten 11 verbunden ist und über einen Zughebel 44 von außen von der Bedienperson 27 bewegbar ist. Durch eine Betätigung des Zughebels 44 ist die zweite Klinke 45 von der ersten Klinke 43 lösbar.
Der Substratträger 34 ist an seiner von der Aufnahmeposition 13 aus gesehen rechten und linken Seite mit Führungslängsseiten 46 versehen, die zu der Bewegungsgeraden 47 zwischen Aufnahmeposition 13 und Chuck-naher Position 12 parallel verlaufen. Der Schlitten 11 weist seinerseits zwei innere Führungsschienen 48 auf, in denen die Führungslängsseiten 46 einschiebbar sind.
Relativ zur Aufnahmeposition 13 festgelegt sind äußere Führungsschienen 49 vorgesehen, in die der Schlitten 11 einschiebbar ist.
Die Testsubstrate können nun außerhalb des Probers 1 vorbereitet werden, indem der Substratträger 34 beispielsweise mit mehreren zu testenden Bauelementen bestückt wird. Der bestückte Substratträger 34 wird dann mit seinen Führungslängsseiten 46 in die inneren Führungsschienen 48 des Substratträgers 34 eingeschoben. Dabei rastet die zweite Klinke 45 in die erste Klinke 43 ein, wodurch ein Herausfallen des Substratträgers 34 aus dem Schlitten 11 verhindert wird.
Anschließend wird der Schlitten 11 zusammen mit dem Substratträger 34 auf den äußeren Führungsschienen 49 von der Aufnahmeposition 13 zu der Chuck-nahen Position 12 geschoben.
Bei Erreichen der Chuck-nahen Position 12 schieben sich die Führungsprofile 37 über die Köpfe 42 der Haltestifte 41.
Dadurch wird einerseits eine seitliche Halterung realisiert. Andererseits wird auch der Substratträger 34 nach oben hin arretiert. Dadurch kann nun eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Auflagefläche 3 des Chucks 2 und der Unterseite 35 des Substratträgers 34 und damit ein guter Wärmeleitungskontakt hergestellt werden. Hierzu fährt der Chuck 2 bei aufgeschobenen Substratträger 34 nach oben und drückt entsprechend gegen den Substratträger 34. Da diese nach oben durch den über den Nutrand 39 und damit korrespondierend über den Kopf 42 nach unten gehalten werden, entsteht eine Andruckkraft.
Zur Unterstützung dieses Vorganges und zur Definition der Andruckkraft werden die Haltestifte 41 federbelastet in ihre un tere Position gezogen. Beim Schieben der Führungsnuten 36 auf die Haltestifte 41 stützen sich die Bodenflächen 50 der Führungsnuten 36 auf den obersten Punkten 51 der Köpfe 42 unter Lösung der Führungslängsseiten 46 von den inneren Führungsschienen 48 ab. Dies erleichtert das Herausgleiten des Substratträgers 34 aus dem Schlitten 11. vorher wird die zweite Klinke 45 mittels des Zughebels 44 von der ersten Klinke 43 gelöst.
Danach kann der Schlitten 11 wieder vollständig herausgezogen werden, wobei der Schlitten 11 wieder in den äußeren Führungsschienen 49 gleitet, bis er an der Aufnahmeposition 13 wieder entnommen werden kann.
Nach dem Testen der Bauelemente fährt der Chuck 2 wieder nach unten, wodurch der Substratträger 34 nur noch durch sein Eigengewicht auf den Haltestiften 41 aufliegt. Der Schlitten 11 wird jetzt wieder durch die Klappe 10 eingeschoben. Erreicht er die Chuck-nahe Position 12, schiebt sich der Substratträger in die inneren Führungsschienen 48 des Schlittens 11. Dann klinkt die zweite Klinke 45 in die erste Klinke 43 ein. Nun kann der mit dem Substratträger 34 versehene Schlitten 11 wieder ausgefahren werden und der Prober 1 steht für den nächsten Testvorgang zur Verfügung.

1: Prober
2: Chuck
3: Auflagefläche
4: Halbleiterscheibe
5: Chuckantrieb
6: Arbeitsbereich
7: Gehäuse
8: Bedienseite
9: Öffnung
10: Klappe
11: Schlitten
12: Chuck-nahe Position
13: Aufnahmeposition
14: Teleskopschiene
15: Schlittenantrieb
16: Halterung
17: Pinzettenhalterung
18: Pinzette
19: Hubstift
20: vertikale Stütze
21: vertikaler Abstand
22: Vakuumsaugfläche
23: Vakuumrille
24: Schaft
25: Drei-Wege-Ventil
26: Vakuumanschluss
27: Bedienperson
28: Chuckkörper
29: Chuckfläche
30: Chuckplatte
31: Nase
32: Platte
33: Öffnung
34: Substratträger
35: Unterseite des Substratträgers
36: Führungsnut
37: Führungsprofil
38: Schlitz
39: Nutrand
40: Substratöffnung
41: Haltestift
42: Kopf
43: erste Klinke
44: Zughebel
45: zweite Klinke
46: Führungslängsseite
47: Bewegungsgerade
48: innere Führungsschiene
49: äußere Führungsschiene
50: Bodenfläche der Führungsnut
51: oberster Punkt des Kopfes

Claims

Prober mit Beladevorrichtung, der einen Chuck aufweist, der eine Auflagefläche für ein Testsubstrat, bestehend aus Substratträger und zu testendem Bauelement, aufweist und mit einem Chuckantrieb versehen ist, mittels dem der Chuck in einem Arbeitsbereich verfahrbar ist, mit einem Aufnahmemittel für die Aufnahme von Testsubstraten, das von einem Arbeitsbereich des Chucks zu einer Aufnahmeposition außerhalb des Arbeitsbereiches verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlitten (11) vorgesehen ist, der zwischen einer Chuck-nahen Position (12), bei der sich der Chuck (2) in einer Position innerhalb des Arbeitsbereiches (6) befindet, und der Aufnahmeposition (13) verfahrbar ist, dass der Schlitten (11) mit einer Halterung (16) versehen ist, in der das Testsubstrat (4) zumindest mittelbar so einsetzbar ist, dass das Testsubstrat (4) in der Chuck-nahen Position (12) des Schlittens (11) über dem Chuck (2) liegt, und die Halterung (16) und der Chuck (2) in der Chuck-nahen Position (12) des Schlittens (11) relativ zueinander vertikal beweglich sind.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (6) des Chucks (2) mit einem Gehäuse (7) umgeben ist, dass die Aufnahmepositi on (13) außerhalb des Gehäuses (7) liegt und dass in dem Gehäuse eine Öffnung (9) vorgesehen ist, die mit einer Klappe (10) verschließbar ist.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (11) einen Schlittenantrieb (15) aufweist, der mit dem Chuckantrieb (5) verbunden ist.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (11) einen Schlittenantrieb (15) aufweist, der mit dem Gehäuse (7) verbunden ist.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (11) oder der Schlittenantrieb (15) mit einem eigenen Vertikalantrieb versehen ist, mit der Schlitten (11) relativ zum Chuck (2) vertikal beweglich ist.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (11) unterhalb einer Ebene angeordnet ist, in der die Auflagefläche (3) liegt.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (11) aus mindestens einer seitlich neben dem Chuck (2) angeordneten Teleskopschiene (14) besteht.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) mit einer Pinzettenhalterung (17) zur Aufnahme einer das Testsubstrat (4) haltende Pinzette (18) und der Chuck (2) mit drei Hubstiften (19) versehen ist, die senkrecht zur Auflagefläche (3) zwischen einer ersten Position, in der jede Stiftspitze an dem oberen Ende jedes Hubstiftes (19) in oder unter der Auflagefläche (3) und einer zweiten Position, in der jede Stiftspitze um einen Betrag über der Auflagefläche (3) liegt, beweglich sind.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinzettenhalterung (17) mit einer vertikalen Stütze (20) versehen ist wobei die Pinzettenhalterung (17) einen vertikalen Abstand von dem Schlitten aufweist.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Chuck (2) aus einem Chuckkörper (28) mit einer Chuckfläche (29) und einer auf die Chuckfläche (29) aufliegenden Chuckplatte (30) besteht, die mit der Auflagefläche (3) versehen ist und die von dem Chuckkörper (28) lösbar ist, dass die Chuckplatte (30) mindestens drei über die Chuckfläche (29) überstehende Nasen (31) aufweist, und dass die Halterung (16) eine Öffnung (9) aufweist, die eine der Chuckfläche (29) ähnliche Öffnungsfläche derart aufweist, dass die Halterung (16) in der Chuck-nahen Position (12) den Chuckkörper (28) zumindest teilweise berührungsfrei mit einem Abstand umgreift, der kleiner ist als der Überstand der Nasen (31) über die Chuckfläche (29).
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (31) mit der Chuckplatte (30) einstückig verbunden sind
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (31) mit der Chuckplatte (30) fest verbunden sind.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) aus einer Platte (32) besteht, in der die Öffnung (33) mit der Öffnungsfläche eingebracht ist.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Chuck (2) aus einem Chuck körper (28) mit einer Chuckfläche (29) und einer auf die Chuckfläche (29) aufliegenden Chuckplatte (30) besteht, die mit der Auflagefläche (3) versehen ist und die von dem Chuckkörper (28) lösbar ist, dass die Chuckplatte (30) an ihrer Unterseite erste Haltemittel aufweist, die in zweite Haltemittel, die mit dem Chuck verbunden sind, lösbar eingreifen, dass der Schlitten (11) von der Aufnahmeposition (13) von außen einschiebbar ist und dass der Schlitten (11) ein drittes Haltemittel (43) aufweist, das in ein viertes Haltemittel an der Chuckplatte lösbar eingreift.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger (34) an seiner Unterseite (35) erste Haltemittel (36; 37; 38; 39) aufweist, die in zweite Haltemittel (41; 42), die mit dem Chuck (2) verbunden sind, lösbar eingreifen, dass der Schlitten (11) von der Aufnahmeposition (13) von außen einschiebbar ist und dass der Schlitten (11) ein drittes Haltemittel (43) aufweist, das in ein viertes Haltemittel (45) an dem Substratträger (34) lösbar eingreift.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Haltemittel aus einer Führungsnut (36) besteht, in die ein Haltestift (41) als zweites Haltemittel eingreift oder umgekehrt.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnut (36) einen die Führungsnutbreite im Randbereich der Führungsnut (36) zu einem Schlitz (38) verringernden Nutrand (39) aufweist und der Haltestift (41) eine pilzartigen Kopf (42) aufweist, der unter den Nutrand (39) der Führungsnut (36) greift, wobei der Haltestift (41) in dem Schlitz (38) längsbeweglich ist.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Chuckplatte oder der Substratträger (34) an ihren von der Aufnahmeposition (13) aus gesehen rechten und linken Seite Führungslängsseiten (46) aufweisen, die zu der Bewegungsgeraden (47) zwischen Aufnahmeposition (13) und Chuck-naher Position (12) parallel verlaufen, dass der Schlitten (11) zwei innere Führungsschienen (48) aufweist, in denen die Führungslängsseiten (46) einschiebbar sind, dass relativ zur Aufnahmeposition (13) festgelegte äußere Führungsschienen (49) vorgesehen sind, in die der Schlitten (11) in einer Einschubebene einschiebbar ist.
Prober mit Beladevorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass vier Haltestifte (41) mit nach oben gerichteten Köpfen (42) und zwei zur Bewegungsgeraden parallel liegende Führungsnuten (36) vorgesehen sind, wobei mit jeder Führungsnut (36) je zwei Haltestifte (41) korrespondieren, dass die Haltestifte (41) vertikal beweglich mit dem Chuck (2) oder dem Chuckkörper (28) verbunden sind und federbelastet in ihre untere Position gezogen sind, dass sich beim Schieben der Führungsnuten (36) auf die Haltestifte (41) die Bodenflächen (50) der Führungsnuten (36) auf obersten Punkten (51) der Köpfe (42) unter Lösung der Führungslängsseiten (46) von den inneren Führungsschienen (48) abstützen.
Prober mit Beladevorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Haltemittel (45) von dem dritten Haltemittel (43) von außen lösbar ist.