DE3539979A1 - Mikro-manipulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikro-Manipulator für Waferprober gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Waferprober mit zugeordneten Mikro-Manipulatoren sind bekannt (Jahrbuch der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie, 1985, S. 85-92b).

An solchen Waferprobern können im allgemeinen mehrere oder viele Mikro-Manipulatoren befestigt werden. Es sind Mikro-Manipulatoren bekannt, die drei geradegeführte Schlitten aufweisen, die in drei zueinander senkrechten Richtungen (X-, Y- und Z-Richtung) einzeln mittels als Betätigungs­ organe dienenden Mikrometern bewegbar sind, um hierdurch die betreffende Kontaktnadel exakt zu justieren. Diese Kontaktnadeln dienen dem Kontaktieren von Kontaktstellen (Pads) von Chips auf Wafern zu deren elektrischer bzw. elektronischer Funktionsprüfung und/oder Qualitäts­ prüfung. Auch kann die Kontaktnadel dazu verwendet werden, um an Leiterbahnen von schadhaften Chips Arbeiten vorzunehmen. Die Verstellung der von den Mikro- Manipulatoren getragenen Kontaktnadeln eines Wafer­ probers erfolgt unter Beobachtung durch ein im allgemeinen stark vergrößerndes Mikroskop, da jede Kontaktnadel mit hoher Genauigkeit äußerst exakt bewegt und eingestellt werden muß, da sonst die Gefahr besteht, daß die durch sie zu kon­ taktierendenKontaktstellen der Chips von ihr nicht kontaktiert oder beschädigt werden.

Bei bekannten Mikro-Manipulatoren der o.g. Art dienen als Betätigungsorgane mechanische Mikrometerschrauben, nachfolgend kurz Mikrometer genannt - die über die Schlitten des Mikro-Manipulators weit überstehen. Ihre Längs­ achsen verlaufen in den Bewegungsrichtungen X, Y, und Z der innen zugeordneten Schlitten, so daß das Mikrometer für den Y-Schlitten an einer sich in X-Richtung erstrecken­ den Längsseite des Mikro-Manipulators über diese weit überstehend angeordnet ist. Wenn am Waferprober mehr als zwei Mikro-Manipulatoren zur gleichzeitigen Kontak­ tierung von mehr als zwei Pads oder dergl. angeordnet sind, läßt es sich nicht vermeiden, die einzelnen Mikro- Manipulatoren nahe nebeneinander anzuordnen. Es befin­ det sich dann bei den aus Bedienungsgründen zweck­ mäßig gleichen Anordnungen der Mikrometer an den Mikro-Manipulatoren ein solches seitliches Mikrometer im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Mikro- Manipulatoren. Dadurch wird nicht nur der Abstand zwischen den beiden Mikro-Manipulatoren und damit deren Platz­ bedarf vergrößert, sondern es ist auch für die Be­ dienungsperson schwierig und umständlich, zur Bedie­ nung eines solchen in dem Zwischenraum liegenden Mikro­ meters in diesem Zwischenraum zu hantieren.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Mikro-Manipulator der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile ver­ meidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in An­ spruch 1 angegebenen Mikro-Manipulator gelöst.

Indem an dem erfindungsgemäßen Mikro-Manipulator die Betätigungsorgane nur rückseitig und/oder obenseitig angeordnet sind, kann man erfindungsgemäße Mikro- Manipulatoren problemlos auch sehr nahe nebeneinander anordnen. Auch lassen sie sich stets einfach und leicht bedienen, weil ihre Betätigungsorgane nicht in Zwischenräume zwischen zwei benachbarte Mikro- Manipulatoren zu liegen kommen können, sondern für die Bedienungsperson stets bequem zugänglich sind.

Besonders zweckmäßig ist es, das der Höhenverstellung (Z-Achse) dienende Betätigungsorgan an der Oberseite des Mikro-Manipulators und die beiden anderen Be­ tätigungsorgane an dessen Rückseite anzuordnen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der X-Schlitten den Y-Schlitten und dieser den Z-Schlitten trägt, wobei dann der Z-Schlitten vorteilhaft mittels des oben­ seitig angeordneten Bedienungsorganes höhenverstellbar ist. Jedoch sind auch andere Schlittenanordnungen möglich.

Es ist jedoch auch möglich, alle drei Betätigungsorgane entweder an der Rückseite oder an der Oberseite des Mikro- Manipulators oder zwei Betätigungsorgane an der Ober­ seite und ein Betätigungsorgan an der Rückseite des Mikro-Manipulators anzuordnen. So kann bspw. oft zweckmäßig der Z-Schlitten den X-Schlitten und dieser den Y-Schlitten tragen und dabei der Z-Schlitten über ein Umlenkgetriebe mittels eines an seiner Rückseite oder ortsfest angeordneten Betätigungsorgans bewegt werden. Der X-Schlitten kann dann durch ein an seiner Rückseite angeordnetes, in seiner Bewegungs­ richtung orientiertes Betätigungsorgan und der Y- Schlitten über ein Umlenkgetriebe durch ein rückseitig des Y- oder X-Schlittens angeordnetes Betätigungsorgan bewegt werden.

Die Betätigungsorgane können vorteilhaft mechanische Mikro­ meter (Mikrometerschrauben) sein, bspw. wie sie bei Bügelmeßschrauben eingesetzt werden. Mindestens ein oder alle Betätigungs­ organe können jedoch oft auch andere Ausbildung haben, die es ebenfalls ermöglicht, sie von einer Bedienungs­ person zum Verstellen des betreffenden Schlittens zu betätigen, vorzugsweise feinfühlig zu drehen. Bspw. kann zweckmäßig ein solches Betätigungsorgan ein Schrauben­ getriebe oder eine drehbar gelagerte Welle mit Handrad sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikro-Manipulator können be­ sonders zweckmäßig die Längsachsen von zwei Betätigungs­ organen parallel den Bewegungsrichtungen der durch sie bewegbaren Schlitten verlaufen. Das dritte Betätigungs­ organ, bei dem es sich vorzugsweise um ein an der Rück­ seite des Mikro-Manipulators angeordnetes Betätigungs­ organ handeln kann, kann dann vorteilhaft nicht in Bewegungsrichtung des durch es zu verstellenden Schlittens orientiert sein, indem ihm ein seine Ver­ stellbewegung in die Verstellrichtung des durch es zu verstellenden Schlittens umlenkendes Umlenkge­ triebe nachgeordnet ist, das vorzugsweise ein 90°- Umlenkgetriebe sein kann. Es kann oft zweckmäßig auch ein von 90° abweichendes Umlenkgetriebe sein. Auch kann es oft zweckmäßig ein von 1 : 1 abweichendes Übersetzungsverhältnis aufweisen, wodurch die Verstel­ lung des Schlittens durch das Betätigungsorgan noch feinfühliger ermöglicht werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dieses dritte Betätigungsorgan so anzuordnen, daß ihm kein Umlenkgetriebe nachgeordnet werden muß. Dies kann zweckmäßig dadurch erfolgen, indem es mit seiner Längsrichtung oder Drehrichtung achsparallel zur Bewegungsrichtung des durch es zu bewegenden Schlittens an der Rückseite oder Oberseite des Mikro-Manipulators angeordnet wird.

Dabei kann besonders zweckmäßig dieser Schlit­ ten der Y-Schlitten und das Betätigungsorgan an der Rückseite des X-oder Y-Schlittens angeordnet sein.

Die Verbindung zwischen den Betätigungsorganen und den Schlitten ist im Hinblick auf möglichst präzise Verstellung der Schlitten möglichst spielfrei zu gestalten, was stets problemlos möglich ist, auch bei Umlenkgetrieben. Die Spielfreiheit kann bspw. durch Federmittel oder auf sonstige Weise erzielt werden.

Das Umlenkgetriebe kann vorteilhaft ein mechanisches Getriebe sein, besonders zweckmäßig ein Keilgetriebe, Zahn-Kur­ ven-Getriebe, Hebelgetriebe, Kurvengetriebe oder Zug­ mittelgetriebe. Bei einer anderen vorteilhaften Ausbildungsform ist das Umlenkgetriebe ein hydraulisches Getriebe oder ein Getriebe mit Kugeln als Druckmittel.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Mikro-Manipulators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Mikro-Manipulator gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch Fig. 1, gesehen entlang der Schnittlinie 3-3,

Fig. 4-9A Ausführungsbeispiele von Umlenkgetrieben, wie sie bspw. anstelle des in Fig. 3 darge­ stellten Umlenkgetriebes eingesetzt werden können,

Fig. 10 eine Variante des in Fig. 3 dargestellten Um­ lenkgetriebes,

Fig. 11 eine ausschnittsweise Draufsicht auf einen Mikro-Manipulator gemäß einem weiteren Aus­ führungsbeispiel der Erfindung.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist ein Mikro-Manipulator 10 dargestellt, der eine Boden­ platte 11 aufweist, die an einem Tisch oder dergl. eines nicht dargestellten Waferprobers befestigt werden kann. An dieser Bodenplatte 11 ist ein X-Schlitten 12 geradegeführt gelagert, dessen Verstell­ richtung der X-Richtung eines rechtwinkligen Koordinaten­ systems entspricht. Diese X-Richtung verläuft horizontal und in Längsrichtung des Mikro-Manipulators, d. h., in Fig. 1 in der Bildebene waagrecht. An diesem X-Schlitten 12 ist ein Y-Schlitten 13 geradegeführt gelagert, dessen Bewegungsrichtung zur Bildebene und zur X-Richtung senkrecht ist, d. h. horizontal und senkrecht zur Längsrichtung des Mikro-Manipulators 10.

An diesem Y-Schlitten 13 ist ein Z-Schlitten 14 geradegeführt gelagert, der in vertikaler, zur X- und Y-Richtung senkrechter Richtung lageverstellbar ist.

Die möglichen Bewegungswege der Schlitten 12, 13, 14 brauchen im allgemeinen nur verhältnismäßig kurz zu sein.

Jeder der Schlitten 12, 13, 14 ist mittels einer mecha­ nischen Mikrometerschraube 15, 16, 17 - nachfolgend Mikrometer genannt - verstellbar, die, wie dargestellt, in Art der Mikrometerschrauben von Bügelmeßschrauben ausgebildet sind. Die dem X- und dem Z- Schlitten zugeordneten Mikrometer 15, 17 sind, wie dargestellt, in den Bewegungsrichtungen X und Z dieser Schlitten orientiert, d. h., daß die Längsachse des Mikrometers 15 in der X-Richtung und die des Mikro­ meters 17 in der Z-Richtung verläuft.

Auch die Längsachse des der Verstellung des Y- Schlittens 13 dienenden Mikrometers 16 verläuft in X-Richtung. Dieses Mikrometer 16 ist wie das Mikrometer 15 an der Rückseite des Mikro-Manipulators 10 parallel zu diesem angeordnet, und zwar in der Rückwand 24 des X-Schlittens 12 gehalten.

Die Mikrometer 15, 16, 17 können gleich ausgebildet sein. Jedes Mikrometer 15, 16, 17 weist eine nicht zu sehende Gewindespindel mit einem zu ihr koaxialen kreis­ zylindrischen Bolzen 19, 20 bzw. 21 auf, der fest mit der Gewindespindel verbunden ist und sich so mit ihr stets mitbewegt. Diese Gewindespindel ist in einer nicht zu sehenden Mutter formschlüssig geführt, die fest in einer den Bolzen 19, 20 bzw. 21 lagernden Hülse 22 angeordnet ist. Die Gewindespindel ist an einer zu ihr koaxialen, langgestreckten Griffhaube 23 befestigt, die auf der Hülse 22 drehbar und axial verstellbar geführt ist und von Hand gedreht werden kann zum Drehen der Gewindespindel und damit zum Drehen und axialen Bewegen des Bolzens 19, 20 bzw. 21.

Die Hülse 22 des Mikrometers 15 ist in der von ihr durchdrungenen Rückwand 24 des X-Schlittens 12 be­ festigt und der Bolzen 19 dieses Mikrometers 15 liegt an einem auf der Bodenplatte 11 fest angeordneten, starren Block 25 an, der für ihn ein Widerlager bildet. Dieser Block 25 ist von zwei der Lagerung und Geradführung des X-Schlittens 12 dienenden, zueinander parallelen, horizontalen, kreiszylindrischen starren Stangen 26 durchdrungen, die in ihm mit engem Gleitlagerspiel geradegeführt gelagert und zu beiden Seiten einer brei­ ten, bodenseitigen, die Beweglichkeit des X-Schlittens relativ zum Block 25 zulassenden Ausnehmung des X-Schlit­ tens 12 im X-Schlitten 12 fest angeordnet sind.

An dem vorderen Teil 27 des X-Schlittens 12 und an dem Block 25 stützt sich ferner eine Druckfeder 29 ab, die den X-Schlitten 12 bezogen auf Fig. 1 nach links drückt, damit der Bolzen 19 ständig an der rechts­ seitigen vertikalen Wand des Blockes 25 anliegt, so daß der X-Schlitten 12 durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 15 von Hand sich spielfrei nach links und rechts äußerst feinfühlig exakt verstellen läßt.

Der Y-Schlitten 13 weist einen starren Hauptkörper 30 auf, an dem untenseitig ein starrer Körper 31 fest ange­ ordnet ist, der in eine obenseitige Ausnehmung 42 des X- Schlittens 12 eingreift und auf zwei am X-Schlitten 12 fest angeordneten, sich in Y-Richtung erstreckenden geraden Stangen 26′ mit engem Gleitlagerspiel horizontal geradegeführt ist.

Dieser Y-Schlitten 13 wird mittels des Mikrometers 16 lageverstellt, indem dessen Bolzen 20 über ein 90°-Umlenk­ getriebe 32 mit diesem Schlitten 13 spielfrei mechanisch verbunden ist, das als Keilgetriebe ausgebildet ist, dessen Keil 33 im X-Schlitten 12 in X-Richtung gerade­ geführt gelagert ist und ständig an die Stirnseite des Bolzens 20 axial angedrückt wird. Dies erfolgt dadurch, indem eine Schubstange 34, deren Längsachse in Y-Richtung verläuft und die im X-Schlitten 12 in dieser Y-Richtung geradegeführt gelagert und mit dem Y-Schlitten 13 fest verbunden ist, mittels einer sich an ihr und an einem fest am X-Schlitten 12 angeordneten Widerlager 35 ab­ stützenden Druckfeder 36 ständig an die Keilfläche 37 des Keils 33 angedrückt wird, so daß der Keil 33 durch diese federbelastete Schubstange 34 sowohl an den Bolzen 20, der sich an ihm drehen kann, als auch an die ihn gerade­ führende Geradführungsbahn 43 des X-Schlittens 12 ange­ drückt wird. Durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikro­ meters 16 läßt sich also der Keil 33 spielfrei in X-Richtung hin und her bewegen. Dieser Keil 33 bewegt seinerseits die Schubstange 34 und damit den Y-Schlit­ ten 13 entsprechend spielfrei in Y-Richtung hin und her.

Dieses Keilgetriebe 32 kann auch gleichzeitig ein Über­ setzungsgetriebe bilden, indem man den Keilwinkel des Keils 33 entsprechend der gewünschten Übersetzung wählt.

Es ist gemäß der Fig. 10 auch möglich, vorzusehen, daß das Mikrometer 16 nicht am X-Schlitten 12, sondern an der Rückseite 24′ des Y-Schlittens 13 (seine Anordnung an der Oberseite des Y-Schlittens 13 ist ebenfalls mög­ lich) angeordnet wird. Auch der Keil 33 ist hier am Y- Schlitten 13 angeordnet und auf einer Führungsbahn 44 in X-Richtung geradegeführt und stützt sich mit seiner Keilfläche an einem am X-Schlitten 12 fest angeordneten Bolzen 28 ab. Eine am X-Schlitten abgestützte Feder 36 belastet den Y-Schlitten 13 in Richtung des Pfeiles C ständig.

Der Z-Schlitten 14 überfaßt mit zwei zueinander paral­ lelen Armen 40, 40′ (Fig. 1) einen vorderseitigen, block­ förmigen Vorsprung 38 des Y-Schlittens 13. In diesen Vorsprung 38 sind zwei zueinander parallele gerade Stangen 26′′ vertikal fest eingesetzt, die in verti­ kalen Führungsbohrungen der beiden Arme 40, 40′ vertikal gleitbar gelagert sind, so daß der Z-Schlitten 14 mit­ tels dieser Stangen 26′′ vertikal geradegeführt ist. In den oberen Arm 40 ist die Hülse 22 des Mikrometers 17 fest eingesetzt, und der vertikale Bolzen 21 liegt mit seinem un­ teren freien Stirnende auf dem für ihn ein Widerlager bildenden Längsvorsprung 38 des Y-Schlittens 13 drehbar an.

Wenn der Bolzen 21 durch Drehen der Griffhaube 23 dieses Mikrometers 17 gedreht und dadurch auf- und ab­ wärts bewegt wird, bewegt er entsprechend den Z- Schlitten 14 auf und ab, da dieser durch sein Eigen­ gewicht ständig den Bolzen 21 an den Vorsprung 38 angedrückt hält.

Der Z-Schlitten 14 trägt die Kontaktnadel 39 dieses Mikro-Manipulators 10, die aus Hartmetall bestehen kann oder einen Träger einer Kontaktnadel.

An diese metallische Kontaktnadel 39, die gegen den Schlitten 14 elektrisch isoliert ist, ist ein flexibler elektrischer Leiter 39′ angeschlossen, der zu einem nicht dargestellten Auswerter führt, der die Funktions- und/oder die Qualitätsprüfung von durch den betreffenden Waferprober unter Mitwirkung der die Pads der betreffen­ den Chips kontaktierenden Kontaktnadeln, wie 39, durch­ führt.

Diese Kontaktnadel 39 kann auch andere geeignete Aus­ bildungen aufweisen.

Durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 15 läßt sich der X-Schlitten 12 in der X-Richtung exakt hin- und herbewegen und in der X-Richtung genau einstellen und nimmt dabei die auf ihm angeordneten Y- und Z-Schlitten 13, 14 in dieser X-Richtung ebenfalls mit. Durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 16 läßt sich der Y-Schlitten 13 in der Y-Richtung exakt hin und her bewegen und in der Y-Richtung genau einstellen und nimmt dabei den auf ihm angeordneten Z-Schlitten 14 mit. Durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 17 läßt sich der Z-Schlitten vertikal exakt auf- und abwärtsbewegen und in der Z-Richtung genau einstellen.

Die Fig. 4 bis 9A zeigen Umlenkgetriebe 32, die anstelle des Keilgetriebes 32 (Fig. 3, 10) am Mikro-Manipu­ lator 10 angeordnet werden können. Dabei ist den Umlenkgetrieben 32 nach den Fig. 4 bis 7 und 9A jeweils ein mechanisches Mikrometer 16 zugeordnet, das dem Mikrometer 16 nach dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ent­ spricht, wobei der Fall dargestellt ist, daß die Hülse 22 dieses Mikrometers 16 jeweils in eine Rückwand 24 des X-Schlittens 12 mit ihrer Längsachse in X-Richtung orientiert fest eingesetzt ist und der durch Drehen der Griffhaube 23 dieses Mikrometers 16 drehbare und axial hin und her bewegbare Bolzen ist wiederum mit 20 bezeichnet.

Auch alle diese Umlenkgetriebe 32 können so abgewandelt werden, daß ihre Betätigungsorgane 16 (Fig. 4-7, 9A) bzw. 16′, 16′′ (Fig. 8, 9) am Y-Schlitten 13 rückseitig oder obenseitig anstatt an der Rückseite des X-Schlittens 12 angeordnet sein können.

Das 90°-Umlenkgetriebe 32 nach Fig. 4 ist ein Hebelgetriebe und weist einen einen rechteckigen Winkel bildenden zweiarmigen Hebel 50 auf, der auf einem am X-Schlitten 12 fest angeordneten Lagerzapfen 51 drehbar gelagert ist. An den einen Arm 52 ist die mit dem Y-Schlitten 13 fest verbundene Schubstange 34 durch eine sich am am X-Schlitten 12 fest angeordneten Widerlager 35 abstützende Rück­ stellfeder 36 ständig angedrückt und drückt hierdurch den anderen Arm 52′ des Winkelhebels 50 ständig an das Stirnende des Bolzens 20 des Mikrometers 16 an. Wenn der Bolzen 20 durch Drehen der Griffhaube 23 in X-Rich­ tung axial hin- und her verstellt wird, wird diese Bewegung mittels des Winkelhebels 50 entsprechend auf die Schubstange 34 übertragen, die hierdurch den Y- Schlitten 13 in der Y-Richtung entsprechend hin und her bewegen kann. Anstelle der Schubstange 34 kann auch ein anderer starrer Mitnehmer am Y-Schlitten fest ange­ ordnet sein, der anstelle der Schubstange 34 an dem Arm 52 ständig anliegt, wobei der Y-Schlitten an irgend­ einer geeigneten Stelle durch eine sich am X-Schlitten abstützende Rückstellfeder so belastet ist, daß dieser Mitnehmer ständig an den Arm 52 angedrückt gehalten wird. Auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1-3 und 5-9A ist dies sinngemäß möglich. Da die Längs­ achsen des Bolzens 20 und der Schubstange 34 gleich große Abstände von der Drehachse des Hebels 50 in diesem Ausführungsbeispiel haben, ist das Umlenkgetriebe 32 hier kein Übersetzungsgetriebe. Doch kann es ohne weiteres als Übersetzungsgetriebe ausgebildet werden, indem diese genannten Abstände unterschiedlich groß gemacht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das 90°-Umlenk­ getriebe 32 ein Kurvengetriebe, indem es einen Exzenter 53 aufweist, der in diesem Ausführungsbeispiel eine kreisrunde Scheibe darstellt, die um eine außermittige Drehachse auf einem am X-Schlitten 12 fest angeordneten Lagerzapfen 51 drehbar gelagert ist. Am Umfang des Exzenters 53 ist ein Mitnehmerstift 54 fest angeordnet, der mittels einer sich an einem Widerlager 35 des X-Schlittens 12 ab­ stützenden Rückstellfeder 36′ ständig an das Stirnende des Bolzens 20 des Mikrometers 16 angedrückt ist. Ungefähr diametral gegenüber dem Mitnehmer 54 ist die Schubstange 34 mittels der Feder 36 ständig an den Umfang der Exzenterscheibe 53 angedrückt. Wenn der Bolzen 20 durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 16 hin und her bewegt wird, wird der Exzenter 53 entsprechend infolge der ständigen Anlage des Mitnehmers 54 an dem Bolzen 20 hin und her gedreht und bewegt die Schub­ stange 34 und damit den Y-Schlitten in der Y-Richtung spielfrei hin und her. Der Bolzen 20 kann sich auf dem Mitnehmer 54 drehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist am freien Ende des Bolzens 20 des Mikrometers 16 ein kegelstumpf­ förmiger, starrer Konus 55 koaxial fest angeordnet, so daß dieser Konus 55 sich mit dem Bolzen 20, wenn dieser durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 16 gedreht wird, mitdreht und sich mit diesem auch axial entsprechend mitbewegt. An den Umfang dieses Konus 55 ist das ballige, freie Ende der Schubstange 34, das bspw. wie auch der Konus 55 aus gehärtetem Stahl bestehen kann, ständig durch die Feder 36 ange­ drückt. Durch Drehen der Griffhaube 23 nach links und rechts läßt sich so infolge der hierdurch stattfindenden axialen Verstellung des Bolzens 20 der Konus 55 in X-Richtung hin und her bewegen und hierdurch wird die Schubstange 34 und damit der Y-Schlitten in der Y-Richtung mit der durch den Kegelwinkel des Konus 55 bedingten Übersetzung spielfrei hin und her bewegt.

Bei dem Umlenkgetriebe 32 nach Fig. 7 handelt es sich um ein hydraulisches 90°-Umlenkgetriebe, welches zwei Hubzylinder 56, 57 aufweist, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Hubzylinder 56, 57 sind hier am X-Schlitten 12 fest angeordnet und weisen je einen mit inkompressibler Hydraulikflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum 60, 61 auf, und diese beiden Arbeitsräume kommunizieren über eine Verbindungsleitung 62 ständig miteinander. Die Kolbenstange 59 ist ständig an den auf ihr drehbaren Bolzen 20 des Mikrometers 16 koaxial zu ihm angedrückt, so daß der an ihr fest angeordnete Kolben 63 durch Drehen der Griffhaube 23 des in der Rückwand 24 des X-Schlittens 12 gehaltenen Mikrometers 16 mittels des Bolzens 20 axial in der X-Richtung hin und her bewegbar ist. Diese Kolbenbewegung wird auf den Hubzylinder 57 übertragen, wobei in diesem Aus­ führungsbeispiel infolge der unterschiedlichen Kolbendurchmesser eine Übersetzung ins Langsame statt­ findet. An dessen Kolben 63′ ist als Kolbenstange die Schubstange 34 des Y-Schlittens fest angeordnet. Die Rückstellfeder 36 bewirkt wie ersichtlich den spiel­ freien Zusammenhalt dieses Umlenkgetriebes und des Bolzens 20. Durch Drehen der Griffhaube 23 läßt sich so die Schubstange 34 und damit der Y-Schlitten 13 wiederum durch das sich in X-Richtung erstreckende Mikrometer 16 spielfrei exakt hin und her bewegen.

Wie erwähnt, kann man ggf. auch vorsehen, das Mikro­ meter 16 an der Rückseite oder Oberseite des Y-Schlittens 13 anzuordnen, und in diesem Fall sind dann die Hub­ zylinder 56, 57 ebenfalls am Y-Schlitten fest anzuordnen und die Schubstange 34 ist dann am X-Schlitten fest anzuordnen.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 8 und 9 sind als Betätigungsorgane für die Verstellung des Y-Schlittens 13 keine Mikrometer, sondern andere Betätigungsorgane vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist das an der Rückwand 24 des X-Schlittens angeordnete Betäti­ gungsorgan 18′ ein gerändeltes Handrad 65 mit an ihm koaxial fest angeordneter Welle 65′, die in der Rück­ wand 24 des X-Schlittens drehbar gelagert und axial unbewegbar ist.

Am freien Ende der Welle 65′ ist eine Schnecke 68 koaxial fest angeordnet, die mit einem am X-Schlitten 12 drehbar gelagerten Zahnrad 67 kämmt. An diesem Zahnrad 67 ist eine kreiszylindrische Scheibe exzen­ trisch als Exzenterscheibe 53 fest angeordnet. An den Umfang dieser Exzenterscheibe 53 ist die Schubstange 34 des Y-Schlittens 13 ständig mittels der Feder 36 angedrückt. Durch Drehen des Handrades 65 wird das Zahnrad 67 gedreht und hierdurch läßt sich die Schubstange 34 und damit der Y-Schlitten mittels der Exzenterscheibe 53 in Y-Richtung hin und her bewegen. Dieses 90°- Umlenkgetriebe 32 kann als kombiniertes Zahn- Kurven-Getriebe bezeichnet werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 besteht das Betäti­ gungsorgan 16′′ aus einer in einer Boh­ rung 69 der Rückwand 24 des X-Schlittens 12 drehbar gelagerten Rändelmutter 70, welche sich axial nicht bewegen kann und deren Drehachse in X-Richtung gerichtet ist, und einem Gewindebolzen 71, der in ein Gewinde dieser Rändelmutter 70 eingreift und gegen Drehen gesichert axial geradegeführt ist. Dieses Betätigungs­ organ 16′′ ist ein Schraubengetriebe. Am freien Ende des Gewindebolzens 71 ist ein flexibles Zugmittel 72, bspw. eine feine Rollenkette oder ein dünnes Metallband, befestigt. Dieses Zugmittel 72 ist mittels einer am X-Schlitten auf einem vertikalen Lagerzapfen 51 drehbar gelagerten Umlenkrolle 73 um 90° umgelenkt und an der Schubstange 34 des Y-Schlittens 13 befestigt, der mittels einer am X-Schlitten bei 35 abgestützen Feder 36′′ ständig in Richtung des Pfeiles B federbelastet ist, so daß die in Y- Richtung bewegbare Schubstange 34 über das Zugmittel 72 be­ wegungsschlüssig mit dem Gewindebolzen 71 verbunden ist. Durch Drehen der Rändelmutter 70 von Hand läßt sich so über dieses als Zugmittelgetriebe ausgebildete 90°-Umlenkgetriebe die Schubstange 34 und damit der Y-Schlitten 13 in der Y-Richtung ebenfalls spielfrei hin und her bewegen.

In manchen Fällen kann es erwünscht sein, die Drehachse des Betätigungsorganes 16 bzw. 16′ bzw. 16′′ nicht in X-Richtung, sondern schräg zur X-Richtung anzuordnen, um bspw. für die Bedienungsperson das Erkennen dieses Betätigungsorganes zu erleichtern, wenn sie ununter­ brochen in das Mikroskop des Waferprobers blickt. Dies kann auf einfache Weise dadurch bewirkt werden, indem man den Umlenkwinkel des betreffenden Umlenkgetriebes entsprechend von 90° abweichend vorsieht. Diese Maß­ nahme der schrägen Anordnung des Betätigungsorganes kann auch für das Betätigungsorgan des X-Schlittens und/oder des Z-Schlittens ebenfalls vorgesehen sein, wobei dann auch diesem bzw. diesen Betätigungsorganen ebenfalls Umlenkgetriebe mit den Schrägstellungen an­ gepaßten Umlenkwinkeln zugeordnet werden können.

Es sei noch erwähnt, daß die Mikro-Manipulatoren oft nicht dauernd am betreffenden Waferprober angeordnet sein müssen, sondern zum Beispiel oft nur für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an den Chips auf Wafern eingesetzt werden, während die Serienprüfung von Chips auf Wafern an dem betreffenden Waferprober mittels einer an ihm angeordneten Nadelkarte erfolgt. Aber auch bei Einsatz einer solchen Nadelkarte können zusätzlich Mikro-Manipulatoren am Waferprober ange­ ordnet sein, von denen jeder eine Nadel trägt, die zusätzlich zu den Nadeln der Nadelkarte die zu prüfenden Chips kontaktieren können.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 sind nur die X- und Y-Schlitten 12, 13 ausschnittsweise in Drauf­ sicht dargestellt. An der Rückseite des X-Schlittens 12 ist wieder ein zur X-Richtung achsparalleles Mikro­ meter 15 als Bedienungsorgan für dessen Verstellung an­ geordnet. Die Verstellung des Y-Schlittens 13 in Y-Rich­ tung erfolgt mittels eines Mikrometers 16, dessen Längsachse sich wie dargestellt parallel zur Bewegungsrichtung des Y-Schlittens 13 erstreckt. Die Hülse 22 dieses Mikrometers 16 ist mittels eines Halters 75 unbeweglich an der Rückwand 24′ des Y-Schlittens 13 angeordnet. Das Mikrometer 16 hat dabei zwecks bequemen Drehens seiner Griffhaube 23 Abstand von der Rückwand 24′ des Y-Schlittens. Der Bolzen 20 des Mikrometers 16 liegt mit seinem freien Stirnende ständig an der ebenen Fläche 77 eines an der Rückwand 24 des X-Schlittens 12 fest an­ geordneten starren Blockes 76 aus verschleißfestem Werk­ stoff, z. B. gehärtetem Stahl, an. Diese ständige Anlage des Bolzens 20 an der sich in X-Richtung und vertikal erstreckenden Widerlagerfläche 77 wird durch eine Zugfeder 36 bewirkt, die an einem Halter 35 des X-Schlit­ tens 12 und an einem am Y-Schlitten 13 angeordneten Halter 74 vorgespannt gehalten ist, so daß diese Feder den Y-Schlitten ständig in Richtung des Pfeiles D federbelastet. Durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 16 läßt sich so der Y-Schlitten in Y-Rich­ tung hin und her bewegen. In diesem Ausführungsbeispiel ist dem Betätigungsorgan 16 des Y-Schlittens 13 kein Umlenkgetriebe nachgeordnet, desgleichen auch nicht dem Betätigungsorgan 15, und es braucht auch dem Be­ tätigungsorgan des nicht dargestellten Z-Schlittens wie in Fig. 1 ebenfalls kein Umlenkgetriebe nachgeordnet zu sein.

In Fig. 9A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Umlenkgetriebes dargestellt, bei welchem die Umlenkung der axialen Verstellbewegung des Bolzens 20 des an der Rückwand 24 des X-Schlittens mit seiner Hülse 22 befestigten Mikrometers 16 mittels einer in einem kreisbogenförmig gekrümmten Rohr 78 befindlichen Reihe von aneinander anliegenden Kugeln 79 erfolgt. Das Rohr 78 ist in diesem Ausführungsbeispiel um 90° ge­ krümmt. An die Kugeln 79 ist die am Y-Schlitten befestigte Schubstange 34 mittels der sich am am X- Schlitten fest angeordneten starren Widerlager 35 abstützenden, vorgespannten Druckfeder 36 ständig angedrückt, so daß jede axiale Bewegung des Bolzens 20 exakt auf die Schubstange 34 und damit auf den Y-Schlitten zu dessen feinfühliger Verstellung über­ tragen wird.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Umlenk­ getriebe 32 sind baulich einfach, kostengünstig, spielfrei, benötigen wenig Platz und ermöglichen präzise, feinfühlige Verstellung des über sie beweg­ baren Schlittens. Gegebenenfalls kann auch dem Be­ tätigungsorgan 15 und/oder dem Betätigungsorgan 17 ein Umlenkgetriebe zur Umlenkung seiner Verstell­ bewegung nachgeordnet sein.

Claims (22)

1. Mikro-Manipulator für Waferprober, welcher Mikro- Manipulator für das Bewegen einer Kontaktnadel in drei zueinander senkrechten X-, Y- und Z- Richtungen drei mittels je eines Betätigungsorganes manuell bewegbare Schlitten aufweist, nämlich einen in Längsrichtung des Mikro-Manipulators verstell­ baren X-Schlitten, einen in Querrichtung verstell­ baren Y-Schlitten und einen höhenverstellbaren Z-Schlitten, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Betätigungsorgane (15, 16, 17) zum manuellen Be­ wegen der Schlitten (12, 13, 14) an der Oberseite und/oder an der Rückseite des Mikro-Manipulators (10) angeordnet sind.

2. Mikro-Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den X- und Y-Schlitten (12, 13) zugeordneten beiden Betätigungsorgane (15, 16) an der Rückseite und das Betätigungsorgan (17) des Z-Schlittens (14) an der Oberseite des Mikro- Manipulators (10) angeordnet sind.

3. Mikro-Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Betätigungs­ organe (15, 16) für den X- und/oder den Y-Schlitten (12, 13) an der Rückseite des X-Schlittens (12) angeordnet sind.

4. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (16) für den Y-Schlitten (13) an dessen Rückseite (24′) angeordnet ist.

5. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (17) für den Z-Schlitten (14) an dessen Oberseite angeordnet ist.

6. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Betätigungsorganes (16; 16′; 16′′) des Y-Schlittens (13) sich in X-Richtung erstreckt oder zur X-Richtung schräg geneigt ist.

7. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs­ achse des Betätigungsorganes (15) des X-Schlittens (12) sich in X-Richtung oder schräg zu ihr erstreckt.

8. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Betätigungsorgan (16; 16′; 16′′) ein Umlenk­ getriebe (32), vorzugsweise ein 90°-Umlenkgetriebe (32), zum Umlenken seiner Verstellbewegung nachge­ ordnet ist.

9. Mikro-Manipulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betätigungsorgan (16; 16′; 16′′) des Y-Schlittens (13) ein Umlenkgetriebe (32) nachgeordnet ist.

10. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Betätigungsor­ ganen (15, 17) für die X- und Z-Schlitten (12, 14) keine Umlenkgetriebe nachgeordnet sind.

11. Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe (32) ein Keilgetriebe ist.

12. Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe (32) ein Kurvengetriebe oder ein kombiniertes Zahnrad-Kurven-Getriebe oder ein eine in einem ge­ krümmten Rohr (78) als Bewegungsübertragungsmittel angeordnete Kugelreihe aufweisendes Umlenkge­ triebe ist.

13. Mikro-Manipulator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvengetriebe oder das Zahnrad-Kurven-Getriebe einen Exzenter (53) aufweist.

14. Mikro-Manipulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (53) an einem Zahnrad (67) angeordnet ist, das mit einer durch das Betätigungsorgan (16′) drehbaren Schnecke (68) kämmt.

15. Mikro-Manipulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Exzenter (53) ein Nocken (54) oder dgl. angeordnet ist, der mittels des Betätigungsorganes gegen die Wirkung einer Rückstellfeder (36′) bewegbar ist.

16. Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe (32) einen mittels des Betätigungsorganes (16) drehbaren und axial verstellbaren Konus (55) aufweist, der durch seine axiale Bewegung den diesem Betätigungsorgan (16) zugeordneten Schlitten (13) bewegen kann.

17. Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe (32) ein Hydraulikgetriebe ist.

18. Mikro-Manipulator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikgetriebe (32) zwei Hubzylinder (56, 57) aufweist, deren Längs­ achsen senkrecht oder schräg zueinander ange­ ordnet sind und deren Arbeitsräume (60, 61) mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und miteinander kommunizierend verbunden sind.

19. Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe (32) ein Zugmittelgetriebe ist, welches eine Umlenkrol­ rolle (73) oder dergl. für ein der Bewegungsübertragung dienendes flexibles Zugmittel (72) aufweist.

20. Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 8-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe ein von 1 : 1 abweichendes Übersetzungsverhältnis aufweist, vorzugsweise die Eingangsbewegung in eine langsamere Ausgangsbewegung übersetzt.

21. Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 1-8 oder 10-20, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungs­ organ (16) für den Y-Schlitten (13) an dessen Rück­ seite oder an der Rückseite des X-Schlittens achs­ parallel zu der Bewegungsrichtung des Y-Schlittens angeordnet ist.

22. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Betätigungsorgan als Mikrometer (15, 16, 17), als Schrau­ bengetriebe (16′′) oder als drehbar gelagerte Welle (65′) mit Handrad (65) ausgebildet ist.