DE112006002529T5 - Dreipunkt-Sicht-Ausrichtsystem mit einer einzigen Kamera für ein Vorrichtungs-Handhabungsgerät - Google Patents

Dreipunkt-Sicht-Ausrichtsystem mit einer einzigen Kamera für ein Vorrichtungs-Handhabungsgerät Download PDF

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Abstract

Sicht-Ausrichtsystem, umfassend:
eine Ausrichtkamera, die oberhalb eines Ausrichtabschnittes des Sicht-Ausrichtsystems angeordnet ist;
ein Beleuchtungssystem, das in der Nähe der Ausrichtkamera angeordnet ist;
ein Kalibrier-Target;
drei Aktuatoren, die in einem Testabschnitt des Sicht-Ausrichtsystems zum Korrigieren eines Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und einer zu testenden Vorrichtung positioniert sind; und
ein Handhabungsgerät zum Transportieren des Kalibrier-Targets und der zu testenden Vorrichtung zwischen dem Testabschnitt und dem Ausrichtabschnitt.

Description

  • QUERBEZIEHUNG ZU VERWANDTEN PATENTANMELDUNGEN
  • Die Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 60/719,614 vom 23.9.2005, auf die in vollem Umfang Bezug genommen wird.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft generell Handhabungsgeräte für Vorrichtungen und insbesondere ein Sicht-Ausrichtsystem mit einer einzigen Kamera für ein Vorrichtungs-Handhabungsgerät, das beim Testen von Halbleitern eingesetzt wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Halbleitervorrichtungen werden gewöhnlich mit speziellem Behandlungsgerät getestet. Das Behandlungsgerät kann zum Identifizieren fehlerhafter Produkte und anderer verschiedener Eigenschaften eingesetzt werden, welche die Leistung solcher Vorrichtungen betreffen. Meist hat das Behandlungsgerät Handhabungsmechanismen zum Handhaben von zu testenden Vorrichtungen. Um präzises Testen zu gewährleisten, müssen Handhabungsmechanismen dazu in der Lage sein, die zu testende Vorrichtung korrekt auf verschiedene Testwerkzeuge und – gerate auszurichten. Die korrekte Ausrichtung der Vorrichtungen ist essentiell für ein effizientes und genaues Testen.
  • Es werden verschiedene Systeme dazu eingesetzt, Vorrichtungen zu positionieren und auszurichten, die zu testen, zu sortieren usw. sind. Generell wird ein Ausrichten unter Einsatz eines mechanischen Ausrichtsystems erreicht. Jedoch ist ein mechanisches Ausrichten nur innerhalb gewisser Herstelltoleranzen genau und für präzise Ausrichtvorgänge nicht ideal.
  • Ferner fehlt es bei modernen Vorrichtungen an mechanischen Referenzpunkten, was das Bedürfnis nach einer Alternative zu mechanischer Ausrichtung befördert.
  • Demgemäß können konventionelle Systeme zum Ausrichten von Vorrichtungen in Behandlungsgerät mehrere Kameras nutzen, um das System zu kalibrieren. Nach solcher Kalibrierung kann dann ein Ausrichtmechanismus zum zweckentsprechenden Ausrichten der Vorrichtungen fähig sein. Aufgrund des Einsatzes von mehreren Kameras sind diese Systeme generell aufwendig, komplex im Betrieb und kostspielig in der Unterhaltung und haben eine Grundfläche, die größer als erwünscht ist.
  • Andere Handhabungs- und Testsysteme nutzen eine Sicht-Ausrichtung in Echtzeit. Dabei werden Ausrichtbedingungen für jede Vorrichtung individuell bestimmt, worauf die Vorrichtung entsprechend ausgerichtet wird. Da die Ausrichtung bei diesen Systemen von Vorrichtung zu Vorrichtung neu zu bestimmen ist, kann der Ausrichtprozess eine ausgedehnte Zeitdauer in Anspruch nehmen.
  • Es ist daher ein Ausrichtsystem erwünscht, das Vorrichtungen in einfachen, kostengünstigen Prozeduren auszurichten gestattet. Ferner ist ein Ausrichtsystem erwünscht, dass dazu fähig ist, mehrere Vorrichtungen wiederholt ohne extensive Zeitverzögerung auszurichten.
  • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst ein Sicht-Ausrichtsystem eine Ausrichtkamera, die oberhalb eines Ausrichtabschnittes des Sicht-Ausrichtsystems angeordnet ist, ein Beleuchtungssystem, das in der Nähe der Ausrichtkamera angeordnet ist, ein Kalibrier-Target, drei Aktuatoren, die in einem Testabschnitt des Sicht-Ausrichtsystems zum Korrigieren eines Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und einer zu testenden Vorrichtung positioniert sind, und ein Aufnahme- und Ablege-Handhabungsgerät zum Transportieren des Kalibrier-Targets und der zu testenden Vorrichtung zwischen dem Testabschnitt und dem Ausrichtabschnitt.
  • Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung ist das Kalibrier-Target so ausgebildet, dass es einen Kontaktorort für ein Testgerät bereitstellt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung hat die Kamera eine Auflösung von mindestens einem Megapixel.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ausrichten einer zu testenden Vorrichtung in einem Handhabungssystem die Schritte des Vorausrichtens eines Kalibrier-Targets auf einen Kontaktor eines Testgerätes, des Registrierens dreier Aktivierpunkte zum Definieren eines Target-Koordinatensystems, des Bestimmens des Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und der zu testenden Vorrichtung und des Korrigierens des Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und der zu testenden Vorrichtung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sicht-Ausrichtsystems.
  • 2 ist eine Draufsicht eines Kalibrier-Targets auf einem Testfeld eines Sicht-Ausrichtsystems:
  • 3 ist eine Draufsicht eines Kalibrier-Targets auf einem Ausrichtfeld eines Sicht-Ausrichtsystems.
  • 4 ist eine Draufsicht, welche den Versatz zwischen einem Kalibrier-Target und einer zu testenden Vorrichtung veranschaulicht.
  • 5 ist ein Blockschema einer Implementierung des Sicht-Ausrichtsystems mit Verwendung einer Sicht-Führungsplatte.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Ein Beispiel eines Sicht-Ausrichtsystems gemäß der Erfindung sei nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei hervorgehoben, dass das Sicht-Ausrichtsystem vorteilhaft in Verbindung mit einer Halbleiter-Test- und Handhabungsmaschine verwendbar ist. Das Handhabungsgerät benutzt das Sicht-Ausrichtsystem zum Ausrichten von Halbleitern für Testzwecke. Natürlich sind auch andere für den Fachmann auf diesem Gebiet augenscheinliche Anwendungen möglich.
  • Ein Sicht-Ausrichtsystem 1 einer Ausführung gemäß der Erfindung ist in 1 gezeigt. Das Sicht-Ausrichtsystem 1 hat zwei Seiten oder Felder, nämlich ein Ausrichtfeld 2 (linkerhand in 1 gezeigt) und ein Testfeld 3 (rechterhand in 1 gezeigt).
  • Auf dem Testfeld findet unter Verwendung eines Kalibrier-Targets 10 die anfängliche Kalibrierung des Systems statt. Das Testfeld umfasst auch drei Aktuatoren 30 und ein Testgerät 90. Auf dem Ausrichtfeld 2 wird die Ausrichtung einer zu testenden Vorrichtung 60 bestimmt. Das Ausrichtfeld 2 umfasst eine Ausrichtkamera 50 und ein Beleuchtungssystem 80.
  • Ein Aufnahme- und Ablegemanipulator 100, der zwischen dem Testfeld 3 und dem Ausrichtfeld 2 liegt, ist so ausgebildet, dass er Kalibrier-Targets 10 und zu testenden Vorrichtungen 60 von dem einen Feld zum anderen transportieren kann. Der Aufnahme- und Ablege-Manipulator 100 ist ein starrteiliger Träger mit festteiligen Verriegelungsmechanismen. Wie in 1 gezeigt, ist der Aufnahme- und Ablege-Manipulator 100 so ausgestaltet, dass er ein Kalibrier-Target 10 von dem Testfeld 3 zum Ausrichtfeld 2 transportieren kann. Umgekehrt kann der Aufnahme.- und Ablege.Manipulator 100 eine zu testende Vorrichtung 60 von dem Ausrichtfeld 2 zum Testfeld 3 transportieren. Das Sicht-Ausrichtsystem 1 und sein Betrieb seien nun im einzelnen weiter beschrieben.
  • Bei einem Sicht-Ausrichtsystem 1 gemäß einer Ausführung der Erfindung wird das Kalibrier-Target 10 dazu verwendet, den Kontaktorort 95 (zur Vereinfachung eindimensional dargestellt) eines Testgeräts 90 zu bilden. Das Testgerät 90 führt verschiedene Operationen an einer zu testenden Vorrichtung 60 durch, um beispielsweise die Betriebseigenschaften der zu testenden Vorrichtung 60 zu testen. Der Kontaktor 95 des Testgerätes 90 erleichtert eine Verbindung zwischen dem Testgerät 90 und einer zu testenden Vorrichtung 60. Somit ist das Ausrichten einer zu testenden Vorrichtung 60 mit dem Kontaktor 95 eines Testgerätes 90 essentiell für ein genaues und effizientes Testen.
  • Das Sicht-Ausrichtsystem 1 benutzt das Kalibrier-Target 10 zum Bilden des Kontaktorortes für Ausrichtzwecke. Das Kalibrier-Target 10 kann ein zwei-dimensionales Muster sein, das visuellen Kontrast bereitstellt. Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist das Kalibrier-Target 10 von einer Glasplatte mit Chromkreisen in einer 5 × 5-Matrix gebildet, wie in 1 gezeigt ist. Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung kann das Kalibrier-Target 10 eine Mustervorrichtung ähnlich der zu testenden Vorrichtungen 60 sein.
  • Im Betrieb wird zuerst das Kalibrier-Target 10 mit dem Kontaktor 95 des Testgerätes 90 auf dem Testfeld 3, wie in 1 gezeigt, vorausgerichtet. Die Ausrichtung kann unter Einsatz verschiedener Mechanismen einschließlich von Stiften und Stiftlöchern implementiert sein. Sobald das Kalibrier-Target 10 ausgerichtet ist, registriert das Sicht-Ausrichtsystem 1 drei Aktivierpunkte, um ein Koordinatensystem des Kalibrier-Targets 10 zu definieren. Die 1 und 2 zeigen drei aktivierte Aktivierpunkte 20 des Target-Koordinatensystems. Jeder Aktivierpunkt 20 bildet den Nullpunkt für einen entsprechenden Aktuator 30. das Koordinatensystem des Kalibrier-Targets 10 kann nun dazu benutzt werden, genau die Kontaktorposition des Kontaktors 95 des Testgerätes 90 zu repräsentieren.
  • Eine anfänglich auf dem Ausrichtfeld 2 gelegene zu testende Vorrichtung 60 muss nun mit dem Kalibrier-Target 10 ausgerichtet werden, um zu gewährleisten, dass sie korrekt mit dem Kontaktor 95 ausgerichtet wird. Auf der Ausrichtseite 2 werden Target-Berührpunkte 40 dazu eingesetzt, ein Kamera-Koordinatensystem für eine Kamera 50 zu definieren. Die Target-Berührpunkte 40 sind genau in der gleichen Position relativ zu der zu testenden Vorrichtung 60 angeordnet wie die entsprechenden Aktivierpunkte 20 relativ zum Kalibrier-Target 10. Gemäß einer Ausführung der Erfindung zeigen die 1 und 3 drei Target-Berührpunkte 40 entsprechend den drei Aktivierpunkten 20.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Kamera 50 so orientiert, dass sie die Orientierung einer zu testenden Vorrichtung 60 relativ zu dem Kalibrier-Target 10 erfasst. Die Kamera 50 kann beliebige Auflösungen haben, sofern diese für den Einsatz mit dem Ausrichtsystem 1 passend sind. Gemäß einer Ausführung der Erfindung hat die Kamera 50 eine Auflösung von wenigstens 1 Megapixel. Somit kann die Kamera 50 einen großen Versatz ebenso wie einen kleinen Versatz bei der zu testenden Vorrichtung 60 erfassen. Wie in 4 gezeigt, bestimmt die Kamera 50 einen Positionsversatz 70 zwischen jeder zu testenden Vorrichtung 60 und dem Kalibrier-Target 10. Da das Kalibrier-Target 10 den Ort des Kontaktors 95 repräsentiert, kann das Ausrichtsystem 1 den Versatz zwischen der zu testenden Vorrichtung 60 und dem Kontaktor 95 bestimmen.
  • Um die Kamera 50 genau die Position einer zu testenden Vorrichtung 60 bestimmen zu lassen, ist ferner ein Beleuchtungssystem 80 vorgesehen. Gemäß einer Ausführung der Erfindung besteht die Beleuchtungsvorrichtung 80 aus einer programmierbaren Fünf-Kanal- LED-Lichtfeldvorrichtung. Der Winkel des auf die zu testende Vorrichtung 60 emittierten Lichts kann verändert werden, um Licht unter einen Winkel irgendwo im Bereich zwischen 0° und 90° bereitzustellen. Das Lichtsystem 80 hat einen Prozessor (nicht gezeigt), der eine Software abarbeiten kann, welche das Lichtsystem 80 so konfiguriert, dass die von der Kamera 50 aufgenommenen Bilder ausreichende Qualität zur Bestimmung des Versatzes 70 haben. Beispielsweise ist das Beleuchtungssystem 80 zum Bereitstellen einer Beleuchtung fähig, derart, dass die von der Kamera 50 aufgenommenen Bilder verstärkten Kontrast haben. Ferner ist das Beleuchtungssystem 80 so konfiguriert, dass es einen nachvollziehbaren Sicht-Algorithmus abarbeitet, der das System dazu befähigt, Abschnitte einschließlich einer zu testenden Vorrichtung 60 genau zu lokalisieren.
  • Sobald das Ausrichtsystem 1 den Versatz der zu testenden Vorrichtung 60 relativ zu dem Kalibrier-Target 10 bestimmt hat, wird die zu testende Vorrichtung 60 von dem Ausrichtfeld 2 zum Testfeld 3 mittels des Aufnahme- und Ablege-Manipulators 100 bewegt. Auf dem Testfeld 3 werden die Aktuatoren 30 dazu eingesetzt, den Versatz 70 zu korrigieren. Vorzugsweise sind gemäß den 1 und 2 drei Aktuatoren 30 auf dem Testfeld 3 vorgesehen. Wenn der Versatz 70 beseitigt ist, ist die zu testende Vorrichtung 60 mit dem Kontaktor 95 für Testzwecke ausgerichtet.
  • Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung nach 5 ist eine Sicht-Führungsplatte (VGP) 110 eingesetzt. Die VGP 110 stellt eine modulare Komponente dar, die an dem Kontaktor 95 angebaut sein kann. Bei dieser Ausführung wird zuerst ein Bild der zu testenden Vorrichtung 60 von der Kamera 50 aufgenommen, nachdem die Testvorrichtung 60 thermisch durchwärmt ist. Das Sicht-Ausrichtsystem 1 speichert das Bild und die von dem Bild erhaltene Information. Beispielsweise werden eine Information wie „bestes Passen" („best fit") des Kontaktmusters der Vorrichtung 60 sowie die Position der Vorrichtung 60 relativ zu einem mechanischen Referenzpunkt gespeichert. Dann wird die zu testende Vorrichtung 60 wie in 5 gezeigt, auf dem VGP 110 montiert. Unter Nutzung der von der Kamera 50 erhaltenen Information vollendet die VGP 110 jegliche mechanischen Adjustierungen der zu testenden Vorrichtung 60 vor Einsetzen in den Kontaktor 95. Andererseits kann die Kalibrierung des Sicht-Ausrichtsystems 1 durch Fokussieren einer Kamera 50 auf die VGP 110 und die Kontaktor-Anordnung erreicht werden. Zusätzlich ermöglicht die VGP 110 dem Sicht-Ausrichtsystem 1 ein Anpassen an verschiedene Testsite-Muster und andere Handhabungssysteme.
  • Die VGP 110 bietet verschieden Vorteile und birgt eine Vielfalt von Anwendungen. Beispielsweise ist gemäß einer Ausführung der Erfindung die VGP 110 dazu befähigt, thermische Steuermerkmale einzuschließen. So kann die VGP 110 dazu benutzt werden, den Kontaktor 95 thermisch zu konditionieren. Ferner ist die VGP 110 dazu befähigt zu erfassen, ob die Vorrichtung 60 in dem Kontaktor feststeckt, und ist dazu befähigt, eine Vorrichtung 60 aus dem Kontaktor 95 auszuwerfen. Zusätzlich kann die VGP 110 dazu benutzt werden, einen Kontaktor 95 zu reinigen, den Reinigungszustand eines Kontaktors 95 zu bewerten und verbogene Stifte zu orten.
  • Gemäß bestimmter Aspekte der Erfindung werden verschiedene Vorteile realisiert. Ein Vorteil besteht darin, dass die Erfindung kompatibel mit Handhabungssystemen für verschiedene Vorrichtungen ist. Zusätzlich ist die Fehlerhäufigkeit für Ausrichtberechnungen bei der Erfindung kleiner als bei mechanischen Ausrichtsystemen. Ferner ist die Erfindung einfacher und in der Herstellung kostengünstiger als andere herkömmliche Systeme.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine besondere Ausführung beschrieben ist, sind andere Ausführungen und Abwandlungen für den Fachmann augenscheinlich. Die vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung wird deshalb nur als Beispiel betrachtet.
  • Zusammenfassung
  • Sicht-Ausrichtsystem
  • Ein maschinelles Sicht-Ausrichtsystem (1) zum Ausrichten einer zu testenden Vorrichtung (60) umfasst eine Ausrichtkamera (50), die oberhalb eines Ausrichtabschnittes (2) des Ausrichtsystems (1) angeordnet ist. Ein Beleuchtungssystem (80) zum Abstrahlen von Licht auf die zu testende Vorrichtung (60) ist in der Nähe der Ausrichtkamera (50) angeordnet. Ein Ausricht-Target (10) wird dazu eingesetzt, ein Ausricht-Target-Koordinatensystem zu definieren. Drei Aktuatoren (30) sind in einem Testabschnitt (3) des Sicht-Ausrichtsystems (1) positioniert, um einen Versatz (70) zwischen dem Ausricht-Target (10) und der zu testenden Vorrichtung (60) zu korrigieren. Ein Aufnahme- und Ablege-Manipulator (100) transportiert das Ausricht-Target (10) und die zu testende Vorrichtung (60) zwischen dem Testabschnitt (3) und dem Ausrichtabschnitt (2).

Claims (13)

  1. Sicht-Ausrichtsystem, umfassend: eine Ausrichtkamera, die oberhalb eines Ausrichtabschnittes des Sicht-Ausrichtsystems angeordnet ist; ein Beleuchtungssystem, das in der Nähe der Ausrichtkamera angeordnet ist; ein Kalibrier-Target; drei Aktuatoren, die in einem Testabschnitt des Sicht-Ausrichtsystems zum Korrigieren eines Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und einer zu testenden Vorrichtung positioniert sind; und ein Handhabungsgerät zum Transportieren des Kalibrier-Targets und der zu testenden Vorrichtung zwischen dem Testabschnitt und dem Ausrichtabschnitt.
  2. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Kalibrier-Target so gestaltet ist, dass es einen Kontaktorort für ein Testgerät bildet.
  3. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem die Kamera eine Auflösung von mindestens einem Megapixel aufweist.
  4. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungssystem ferner eine programmierbare LED-Anordnung umfasst.
  5. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungssystem so ausgebildet ist, dass es Licht unter einem Winkel im Bereich zwischen 0° und 90° relativ zur Oberfläche der zu testenden Vorrichtung abstrahlt.
  6. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Kalibrier-Target auf einer Glasplatte unter Verwendung von Chromkreisen ausgebildet ist, die in einem 5 × 5-Feld angeordnet sind.
  7. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Kalibrier-Target eine Modellvorrichtung ist, die repräsentativ für die zu testenden Vorrichtungen ist.
  8. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem das Handhabungsgerät ein Aufnahme- und Ablege-Manipulator ist.
  9. Sicht-Ausrichtsystem nach Anspruch 1, bei dem drei Target-Berührpunkte, die in dem Ausrichtabschnitt positioniert sind, dazu genutzt werden, ein Kamera-Koordinatensystem für die Ausrichtkamera zu definieren, und die Position der drei Target-Berührpunkte derjenigen von drei Aktivierpunkten entspricht, die im Testabschnitt des Sicht-Ausrichtsystems gelegen sind.
  10. Verfahren zum Ausrichten einer Testvorrichtung in einem Handhabungssystem, umfassend die folgenden Schritte: Vorausrichten eines Kalibrier-Targets mit einem Kontaktor eines Testgeräts; Registrieren dreier Aktivierpunkte zum Definieren eines Target-Koordinatensystems; Bestimmen des Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und der zu testenden Vorrichtung; und Korrigieren des Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und der zu testenden Vorrichtung.
  11. Sicht-Ausrichtsystem umfassend: eine Vorrichtung zum Vorausrichten eines Kalibrier-Targets mit einem Kontaktor eines Testgeräts: eine Vorrichtung zum Registrieren dreier Aktivierpunkte zum Definieren eines Target-Koordinatensystems; eine Vorrichtung zum Bestimmen des Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und der zu testenden Vorrichtung; und eine Vorrichtung zum Korrigieren des Versatzes zwischen dem Kalibrier-Target und der zu testenden Vorrichtung.
  12. Vorrichtungs-Testsystem, umfassend: ein Sicht-Ausrichtsystem gemäß Anspruch 1; und ein Testgerät mit einem Kontaktor zum Testen der Betriebseigenschaften der zu testenden Vorrichtung.
  13. Vorrichtungs-Testsystem nach Anspruch 12, bei dem das Handhabungsgerät ein Aufnahme- und Ablege-Manipulator ist.
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