DE19861283B4 - Prüfstation mit innerer und äußerer Abschirmung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfstation zum Testen eines Testelements, die ein Spannfutter mit einer Oberfläche zum Tragen des Testelements aufweist. Ein elektrisch leitfähiges inneres Element und ein elektrisch leitfähiges äußeres Element, die von der Oberfläche jeweils elektrisch isoliert sind, umschließen diese zumindest teilweise. Ein Element zum selektiven Verbinden hat eine erste Stellung, die das innere Element mit dem äußeren Element elektrisch verbindet und eine zweite Stellung, die das innere Element von dem äußeren Element elektrisch isoliert. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Testen eines Testelements.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Prüfstationen, die gemeinhin als Baugruppen- oder Waferprüfeinrichtungen bekannt sind, und die manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch zum Prüfen von Halbleiterbauelementen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Prüfstationen, die gegenüber EMI (electromagnetic interference, elektromagnetische Störung) abgeschirmte Verkleidungen aufweisen, um die Testelemente im wesentlichen zu umhüllen, wie z. B. jene Prüfstationen, die in den US-Patenten 5 266 889 A und 5 457 398 A mit gemeinsamen Inhabern gezeigt sind.
  • Das US-Patent 5 457 398 A zeigt insbesondere eine Prüfstation mit einer Spannanordnung, die ein erstes Spannelement zum Tragen eines Wafers enthält, das von einem zweiten Spannelement umgeben ist. Das zweite Spannelement umfaßt drei Komponenten, die zur Abschirmung des ersten Elements dienen. Das zweite Spannelement ist so an elektrische Verbindungen angeschlossen, daß das Potential jeder seiner Komponenten während Niedrigstrommessungen dem Potential des ersten Spannelements, das relativ zu einer jedes Element umgebenden äußeren Abschirmung gemessen wird, folgen kann. Dadurch werden Kriechströme vom ersten Spannelement auf praktisch Null reduziert, wodurch eine höhere Stromempfindlichkeit ermöglicht wird. Die auf diese Weise von dem zweiten Spannelement bereitgestellte verminderte Kapazität verringert Aufladezeiten und verkürzt dadurch Einschwingzeiten.
  • Die in den vorgenannten Patenten gezeigten Prüfstationen sind in der Lage, innerhalb einer einzelnen Abschirmverkleidung sowohl Schwachstrom- als auch Hochfrequenzmessungen durchzuführen. Mit sinkenden elektrischen Prüfströmen oder mit steigenden elektrischen Prüffrequenzen wird jedoch die Verwendung von nur einer einzelnen EMI-Abschirmverkleidung weniger aus reichend. Bei den empfindlichsten Messungen, und insbesondere (obgleich nicht notwendigerweise) wenn für Schwachstrommessungen eine Schutzerdungsvorrichtung verwendet wird, wie im US-Patent 5 457 398 A beschrieben, ist die Wahl des Abschirmpotentials kritisch. Dieser kritische Zustand zeigt sich darin, daß die in den vorgenannten Patenten gezeigten einzelnen Abschirmverkleidungen in der Vergangenheit mit selektiven Verbindungsgliedern ausgestattet wurden, die es ermöglichten, das Abschirmpotential an jenes der Erdung der Meßgeräteausrüstung anzupassen, während es von anderen Verbindungsgliedern isoliert ist, oder alternativ durch ein anderes Verbindungsglied vorzuspannen oder mit einer Wechselstromerdung zu verbinden. Gewöhnlich ist die Erdung der Meßgeräteausrüstung bevorzugt, da sie eine ”ruhige” Abschirmung bereitstellt, die idealer weise bezüglich des Meßgeräts keine elektrische Störung oder Rauschen aufweist. Wenn jedoch die Abschirmverkleidung EMI ausgesetzt ist (wie z. B. elektrostatischen Störströmen von ihrer äußeren Umgebung), wird ihr idealer ”ruhiger” Zustand nicht erreicht, was zu ungewollten Störströmen in dem Schutzelement der Spannanordnung und/oder dem Tragelement für das Testelement führt. Die Wirkung solcher Ströme ist besonders schädlich für den Betrieb des Schutzelements, wo die Stör ströme zu Abschirmpotentialfehlern führen, welche Kriechströme und resultierende Signalfehler in dem Spannelement, das das Testelement trägt, verursachen.
  • Für Hochfrequenzmessungen wird typischerweise keine Schutzerdungsvorrichtung verwendet. Für die empfindlichsten Messungen ist jedoch die ”Ruhe” der Abschirmung nach wie vor entscheidend. Aus diesem Grund ist es übliche Praxis, einen voll abgeschirmten Raum zu konstruieren, der gemeinhin als Schirmraum bekannt ist, welcher groß genug ist, um eine Prüfstation mit ihrer eigenen separaten Abschirmverkleidung, Prüfausrüstung und verschiedenen Bedienpersonen zu enthalten. Schirmräume nehmen jedoch eine große Menge Platz ein, sind teuer zu bauen und sind hinsichtlich Störquellen innerhalb des Raums unwirksam.
  • Die Umgebungseinflüsse, die gewöhnlich den gewünschten ruhigen Zustand einer Abschirmung gefährden, sind die Bewegung von äußeren Objekten mit konstantem Potential, die infolge schwankender Kapazität störende Abschirmströme verursachen, und Fremdwechselspannungen, die durch konstante Kapazität störende Abschirmströme verursachen. Das, was für empfindliche Messungen erforderlich ist, ist eine wirklich ruhige Abschirmung, die durch solche Umgebungseinflüsse nicht beeinträchtigt wird.
  • Um auch den Bedarf für einen Schirmraum zu verringern und eine Abschirmung bereitzustellen, die durch nah benachbarte Umgebungseinflüsse nicht beeinträchtigt wird, sollte ein solches ruhiges Abschirmgebilde kompakt sein.
  • Die vorliegende Erfindung erfüllt den vorangehenden Bedarf, indem sie eine Prüfstation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitstellt. Die äußere Verkleidung fängt die Störung aus der äußeren Umgebung ab, wodurch deren Wirkung auf die innere Abschirmverkleidung und auf die von der inneren Abschirmverkleidung umschlossene Oberfläche minimiert wird.
  • Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 bereitgestellt.
  • Die vorangehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verständlicher.
  • 1 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte erfindungsgemäße Prüfstation, wobei die Oberseite der Station teilweise entfernt ist, um die innere Struktur zu zeigen.
  • 2 ist eine teilweise Schnitt-, teilweise schematische Ansicht entlang der Linie 2-2 von 1.
  • 3 ist eine teilweise Schnitt-, teilweise schematische Ansicht entlang der Linie 3-3 von 1.
  • 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines flexiblen Wandelements der Ausführungsform von 1.
  • 5 ist eine teilweise Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Erfindung.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfstation, die in den Figuren im allgemeinen mit 10 ausgewiesen ist, weist eine elektrisch leitfähige äußere Verkleidung 12 mit einem damit elektrisch verbundenen leitfähigen, anhebbaren Klappdeckel 12a auf. Eine Spannanordnung 14 zum Tragen eines Testelements ist durch eine Stellwerkanordnung für die Spannvorrichtung mit orthogonal angeordneten seitlichen X-Achsen- und Y-Achsen-Stellwerken seitlich positionierbar. Ein seitliches X-Achsen-Stellwerk 16 weist eine sich seitlich erstreckende Einstellschraube (nicht dargestellt) auf, die durch einen Elektromotor 18 angetrieben wird. Das X-Achsen-Stellwerk 16 ist teilweise von einem leitfähigen Gehäuse 16a und gegebenenfalls auch von flexiblen, gefalteten Gummimanschetten 16b zum Ermöglichen von Einstellbewegungen umschlossen, während der Eintritt und Austritt von Schmutzteilchen verhindert wird. Das leitfähige Gehäuse 16a ist von der äußeren Verkleidung 12 durch jeweilige dielektrische, eloxierte Beschichtungen auf sowohl dem Äußeren des Gehäuses 16a als auch dem Inneren der Verkleidung 12 isoliert, und ist durch eine herkömmliche Motorverkabelung und eine geerdete Motorstromversorgung (nicht dargestellt) indirekt mit einer Wechselstromerdung elektrisch verbunden, die in 2 durch einen elektrischen Weg 22 mit höher Impedanz schematisch dargestellt ist. Das X-Achsen-Stellwerk 16 bewegt selektiv ein Y-Achsen-Stellwerk 24, das senkrecht zum X-Achsen-Stellwerk 16 orientiert ist, entlang der X-Achse.
  • Das seitliche Y-Achsen-Stellwerk 24 ist ähnlich dem X-Achsen-Stellwerk 16 aufgebaut und umfaßt ein äußeres leitfähiges Gehäuse 24a mit optionalen flexiblen, gefalteten Gummimanschetten 24b. Das leitfähige Gehäuse 24a ist mit dem Gehäuse 16a des X-Achsen-Stellwerks elektrisch verbunden. Der Motor 26 des Y-Achsen-Stellwerks 24 verläuft durch einen horizontalen Schlitz 28 (3) in der Seite der Verkleidung 12, wodurch ermöglicht wird, daß er durch das X-Achsen-Stellwerk 16 frei entlang der X-Achse bewegt wird. Alternativ könnte eine größere Verkleidung 12 den Schlitz 28 vermeiden.
  • Ein herkömmliches Z-Achsen-Stellwerk 30 mit einem leitfähigen Gehäuse 30a, das elektrisch mit dem Gehäuse 24a verbunden ist, ist durch das Y-Achsen-Stellwerk 24 entlang der Y-Achse bewegbar. Das Z-Achsen-Stellwerk 30 umfaßt jeweilige innere Elektromotoren (nicht dargestellt), die selektiv eine Kolbenanordnung 30b in bekannter Art und Weise vertikal hin- und herbewegen und sie über einen begrenzten Bereich um eine vertikale Achse drehen.
  • Die äußere leitfähige Verkleidung 12 ist durch einen Weg 32 mit geringer Impedanz (2) direkt mit einer Wechselstromerdung verbunden. Insgesamt wirken die äußere Verkleidung 12, 12a und die Stellwerkgehäuse 16a, 24a und 30a zusammen, um eine elektrisch leitfähige äußere Abschirmverkleidung bereitzustellen, die den Rest der Prüfstation von Störquellen in der Umgebung trennt, egal ob sie sich außerhalb der Verkleidung 12 oder innerhalb derselben in den Stellwerkgehäusen befinden. Solche Störquellen umfassen die Elektromotoren 18 und 26 und jene Motoren innerhalb des Z-Achsen-Stellwerks 30 sowie weitere elektrische Bauteile, wie z. B. Kabel, thermische Heizvorrichtungen, Codierer, Schalter, Sensoren usw.
  • Eine quadratische, leitfähige Spannvorrichtungsabschirmung 36 mit einem nach unten hängenden, leitfähigen, zylindrischen Rand 36a ist auf der Kolbenanordnung 30b montiert und durch dielektrische Abstandshalter 34 davon elektrisch isoliert. Ein leitfähiges Spannvorrichtungsschutzelement 40, das einen am Umfang befindlichen, zylindrischen, leitfähigen Schutzrand 40a umfaßt, ist auf der Spannvorrichtungsabschirmung 36 montiert und durch dielektrische Abstandshalter 38 davon elektrisch isoliert. Der Schutzrand 40a umgibt ein leitfähiges Spannelement 42 am Umfang in beabstandeter Beziehung dazu. Das Spannelement 42 ist von dem Schutzelement 40 und dem Schutzrand 40a durch dielektrische Abstandshalter 44 isoliert und weist eine Tragfläche 42a darauf auf, um ein Testelement während des Prüfens zu tragen. Meßfühler (nicht dargestellt) sind an einem Meßfühlerring 46 oder einer anderen geeigneten Art einer Meßfühlerhalterung befestigt, um das Testelement zu kontaktieren, wenn das Z-Achsen-Stellwerk 30 die Tragfläche 42a nach oben in die Prüfposition hebt.
  • Wie in 2 schematisch dargestellt, ist die Spannvorrichtungsabschirmung 36 elektrisch mit der Abschirmung eines Triaxialkabels 37 verbunden, welches mit der Meßgeräteausrüstung verbunden ist. Das Schutzelement 40 ist zusammen mit dem Schutzrand 40a mit dem Schutzleiter des Triaxialkabels verbunden, und das Spannelement 42 ist mit dem Innen- oder Signalleiter des Triaxialkabels 37 verbunden. Vorzugsweise ist ein weiteres Schutzelement in Form einer leitfähigen Platte 48, die ebenfalls mit dem Schutzleiter des Triaxialkabels elektrisch verbunden ist und durch dielektrische Abstandshalter 50 vom Rest der Prüfstation isoliert ist, in entgegengesetzter Beziehung zur Tragfläche 42a aufgehängt. Die leitfähige Platte 48 stellt auch eine Verbindung mit einem Schutzelement an der Unterseite einer Meßfühlerkarte (nicht dargestellt) bereit. Die elektrischen Verbindungen mit den Spannelementen 40 und 42 bewirken, daß diese Elemente im wesentlichen gleiche Potentiale aufweisen, um Kriechströme zwischen diesen zu minimieren.
  • Eine elektrisch leitfähige innere Schutzverkleidung 52, die ebenfalls vorzugsweise als Umgebungsschutzverkleidung der Prüfstation wirkt, und zwar nicht nur zum Zweck der EMI-Abschirmung, sondern auch zu dem Zweck, eine trockene und/oder dunkle Umgebung zu bewahren, ist durch dielektrische Abstandshalter 54 am Inneren der äußeren Verkleidung 12 befestigt, so daß sie zwischen der äußeren Verkleidung 12 und den Spannelementen 40 und 42 angeordnet ist und davon isoliert ist. Wie die Spannvorrichtungsabschirmung 36 ist die Verkleidung 52 mit der Abschirmung des Triaxialkabels 37 verbunden, welches zur Meßgeräteausrüstung gehört. Ein selektiver Verbindungsmechanismus, der in 2 schematisch als Dreiwegschalter 56 dargestellt ist, ermöglicht, daß auf der Verkleidung 52 selektiv entsprechend unterschiedliche Potentiale hergestellt werden. Normalerweise wäre der selektive Mechanismus 56 in der ”schwebenden” Stellung, wobei das Potential der Verkleidung 52 von der triaxialen Abschirmung abhängt, die mit der Meßgeräteausrüstung verbunden ist. Die Verkleidung 52 kann jedoch alternativ durch den selektiven Verbindungsmechanismus elektrisch unter Vorspannung gesetzt werden oder mit der äußeren Verkleidung 12 verbunden werden, falls dies für spezielle Anwendungen erwünscht ist. In der normalen Situation, in der die innere Verkleidung 52 nicht mit der äußeren Verkleidung 12 elektrisch verbunden ist, schützen die äußeren Abschirmkomponenten 12, 12a, 16a, 24a und 30a die innere Abschirmung 52 vor äußeren Störquellen, so daß die innere Abschirmung wiederum durch Störung induzierte Störströme, welche die Spannelemente 40 und/oder 42 beeinflussen, minimieren und dadurch die Genauigkeit der Testmessungen maximieren kann.
  • Die Seitwärtsbewegung der Spannanordnung 14 durch die X-Achsen- und Y-Achsen-Stellwerke 16 bzw. 24 wird mit eingezogenem Z-Achsen-Stellwerk durchgeführt, um das Testelement bezüglich des Meßfühlers oder der Meßfühler anzuordnen. Während einer solchen Bewegung wird die Unversehrtheit der Umgebung der inneren Verkleidung 52 mit Hilfe einer elektrisch leitfähigen, flexiblen Wandanordnung, die im allgemeinen mit 58 ausgewiesen ist, bewahrt. Die Wandanordnung 58 umfaßt ein Paar von flexibel ausziehbaren und einziehbaren, gefalteten Wandelementen 58a, die entlang der X-Achse ausziehbar und einziehbar sind, und ein weiteres Paar solcher Wandelemente 58b, die entlang der Y-Achse flexibel ausziehbar und einziehbar sind. Die äußersten Enden der Wandelemente 58a sind durch Schrauben (nicht dargestellt) elektrisch mit den inneren Oberflächen der inneren Verkleidung 52 verbunden. Die innersten Enden der Wandelemente 58a sind in ähnlicher Weise mit einem rechteckigen Metallrahmen 60 verbunden, der von dem Y-Achsen-Stellwerkgehäuse 24a durch Träger 62 (3) und dielektrische Abstandshalter 64, die den Rahmen 60 von dem Y-Achsen-Stellwerkgehäuse 24a isolieren, getragen wird. Die äußersten Enden der flexiblen Wandelemente 58b andererseits sind durch Schrauben (nicht dargestellt) elektrisch mit den inneren Oberflächen der Enden des Rahmens 60 verbunden, während ihre innersten Enden in ähnlicher Weise mit entsprechenden leitfähigen Leisten 66 verbunden sind, die von dielektrischen Trägern 68 auf dem Z-Achsen-Stellwerkgehäuse 30a isoliert getragen werden. Leitfähige Platten 70 sind elektrisch mit den Leisten 66 verbunden und umgeben den Spannvorrichtungsabschirmrand 36a in beabstandeter Beziehung dazu.
  • Wenn das X-Achsen-Stellwerk 16 das Y-Achsen-Stellwerk 24 und die Spannanordnung entlang der X-Achse bewegt, bewegt es ebenso den Rahmen 60 und seine umschlossenen Wandelemente 58b entlang der X-Achse, indem die Wandelemente 58a ausgezogen und eingezogen werden. Wenn umgekehrt das Y-Achsen-Stellwerk 24 das Z-Achsen-Stellwerk und die Spannanordnung entlang der Y-Achse bewegt, werden die Wandelemente 58b in ähnlicher Weise entlang der Y-Achse ausgezogen und eingezogen.
  • Mit Bezug auf 4 ist ein Querschnitt einer beispielhaften Falte 72 der flexiblen Wandelemente 58a und 58b gezeigt. Der elektrisch leitfähige Kern 74 des gefalteten Materials ist ein feinmaschiger Polyester, der chemisch mit Kupfer und Nickel beschichtet ist. Der Kern 74 ist zwischen jeweilige Schichten 76 eingelegt, die Nylongewebe mit einem PVC-Versteifungsmittel sind. Die jeweiligen Schichten 76 sind wiederum von jeweiligen äußeren Schichten 78 aus Polyurethan bedeckt. Das gefaltete Material ist vorzugsweise fluidundurchlässig und undurchsichtig, so daß die innere Verkleidung 52 als trockene und/oder dunkle Umgebungsschutzkammer sowie als EMI-Abschirmung dienen kann. Wenn jedoch die innere Verkleidung 52 nur als Abschirmung dienen soll, muß das gefaltete Material nicht fluidundurchlässig oder undurchsichtig sein. Wenn umgekehrt die innere Verkleidung 52 nur als Umgebungsschutzkammer für trockene und/oder dunkle Zwecke ohne EMI-Abschirmung dienen soll, könnte der leitfähige Kern 74 des gefalteten Materials weggelassen werden. Auch alternative gefaltete Materialien aus anderen Zusammensetzungen, wie z. B. ein dünner, sehr flexibler rostfreier Stahl oder ein anderes Ganzmetallblechmaterial, könnten verwendet werden.
  • Als weitere Alternative könnte eine einteilige, flexible Wandanordnung 80 (5) mit kreisförmigen oder abgeflachten, gekrümmten Ringen aus Falten 82, die die Spannanordnung 14 umgeben, anstelle der Wandanordnung 58 bereitgestellt werden, um ein flexibles Ausziehen und Einziehen in den radialen X- und Y-Richtungen zu gestatten. Das äußere Ende der Wandanordnung 80 ist durch einen gekrümmten leitfähigen Rahmen 84 mit der inneren Abschirmverkleidung 52 elektrisch verbunden. Das innere Ende der Wandanordnung 80 wird von einem kreisförmigen, leitfähigen Ring 86 und einem darunterliegenden kreisförmigen, dielektrischen Träger (nicht dargestellt), der dem Träger 68 vergleichbar ist, auf dem Z-Achsen-Stellwerkgehäuse 30a getragen.
  • Als noch eine weitere Alternative könnte ein ungefaltetes, flexibel ausziehbares und einziehbares Material anstelle von gefaltetem Material in der Wandanordnung 58 verwendet werden.

Claims (6)

  1. Prüfstation zum Testen eines Testelements, wobei die Prüfstation folgendes umfasst: (a) eine Spannvorrichtung (40, 42) mit einer Oberfläche (42a) zum Tragen des Testelements während der Prüfung; (b) eine die Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) zumindest teilweise umschließende elektrisch leitfähige innere Abschirmverkleidung (52, 58), die von der Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) elektrisch isoliert ist; (c) eine die Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) zumindest teilweise umschließende elektrisch leitfähige äußere Verkleidung (12, 12a), die von der Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) elektrisch isoliert ist, wobei die innere Abschirmverkleidung (52, 58) zwischen der Spannvorrichtung (40, 42) und der äußeren Verkleidung (12, 12a) angeordnet ist; gekennzeichnet durch (d) ein Element (56) zum selektiven Verbinden mit einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung, wobei die erste Stellung die innere Abschirmverkleidung (52, 58) mit der äußeren Verkleidung (12, 12a) elektrisch verbindet und die zweite Stellung die innere Abschirmverkleidung (52, 58) von der äußeren Verkleidung (12, 12a) elektrisch isoliert.
  2. Prüfstation nach Anspruch 1, wobei die innere Abschirmverkleidung (52, 58) und die Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) jeweilige voneinander unabhängige Potentiale haben.
  3. Prüfstation nach Anspruch 1, wobei die innere Abschirmverkleidung (52, 58) und die äußere Verkleidung (12, 12a) jeweilige voneinander unabhängige Potentiale haben können, wenn sich das Element (56) zum selektiven Verbinden in der zweiten Stellung befindet.
  4. Verfahren zum Testen eines Testelements, wobei das Verfahren folgendes umfasst: (a) Bereitstellen einer Spannvorrichtung (40, 42) mit einer Oberfläche (42a) zum Tragen des Testelements während der Prüfung; (b) zumindest teilweises Umschließen der Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) mit einer elektrisch leitfähigen inneren Abschirmverkleidung (52, 58), die von der Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) elektrisch isoliert ist; (c) zumindest teilweises Umschließen der Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) mit einer elektrisch leitfähigen äußeren Verkleidung (12, 12a), die von der Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) elektrisch isoliert ist, wobei die innere Abschirmverkleidung (52, 58) zwischen der Spannvorrichtung (40, 42) und der äußeren Verkleidung (12, 12a) angeordnet ist; gekennzeichnet durch (d) Bereitstellen eines Elements (56) zum selektiven Verbinden mit einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung, wobei die erste Stellung die innere Abschirmverkleidung (52, 58) mit der äußeren Verkleidung (12, 12a) elektrisch verbindet und die zweite Stellung die innere Abschirmverkleidung (52, 58) von der äußeren Verkleidung (12, 12a) elektrisch isoliert.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die innere Abschirmverkleidung (52, 58) und die Oberfläche (42a) der Spannvorrichtung (40, 42) jeweilige voneinander unabhängige Potentiale haben.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die innere Abschirmverkleidung (52, 58) und die äußere Verkleidung (12, 12a) jeweilige voneinander unabhängige Potentiale haben, wenn sich das Element (56) zum selektiven Verbinden in der zweiten Stellung befindet.
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