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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft allgemein
automatische Testgeräte
zum Testen von Halbleitereinrichtungen, und insbesondere ein integriertes
automatisches Testsystem mit einer wesentlich reduzierten Grundfläche zum
Testen von Halbleitereinrichtungen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Hersteller von Halbleitereinrichtungen
testen ihre Produkte an die Waferstufe und an der Stufe, wenn die
Einrichtung verpackt ist. Das Testen wird gewöhnlicher weise von einem ausgefeilten
System ausgeführt,
welches normalerweise als ein automatisches Testgerät bezeichnet
wird. Das Gerät
legt allgemein Wellenformen an ein oder mehrere Einrichtungen, die
sich unter einem Test befinden (Devices-Under-Test, DUT; nachstehend als Testeinrichtung
bezeichnet) an und erfasst Ausgänge
davon. Die erfassten Ausgänge
werden dann mit erwarteten Werten verglichen, um zu bestimmen, ob
die Einrichtung richtig arbeitet.
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Ein kritischer Problempunkt für Halbleiterhersteller
besteht darin, wie eine Verwendung des begrenzten Bodenraums, der
für einen
Test verfügbar ist,
maximiert werden kann. Typischerweise werden strenge Reinheitsanforderungen
auferlegt, während Halbleitereinrichtungen
getestet werden, um die Möglichkeit
von Ausfällen
als Folge von Schmutz oder Abfall zu minimieren. Um derartige Anforderungen
zu erfüllen
befindet sich das automatische Testgerät in ausgefeilten bzw. hochentwickelten
Reinräumen,
die die Größe und Anzahl
von Partikeln in Übereinstimmung
mit bestimmten Anwendungen minimieren. Wegen der Kosten, die zum
Betreiben und Warten von Reinräumen
benötigt
werden, ist eine Maximierung des Reinraum-Bodenraums wesentlich
für die
Minimierung von Herstellungskosten.
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Ein Typ eines herkömmlichen
Halbleitertesters umfasst allgemein einen Mainframe-Computer, oder
Testcontroller, und einen Testkopf, der mit dem Controller über ein
relativ großes
Kabelbündel
gekoppelt ist. Der Testkopf wiegt typischerweise mehrere Hundert
Kilogramm und nimmt eine Vielzahl von Kanalkarten auf, die eine
komplexe Schaltungsanordnung zum Koppeln mit den Halbleiter-Testeinrichtungen
(DUTs) einschließen.
Der Testkopf ist an einem Manipulator befestigt, der den Testkopf
in eine Vielzahl von Positionen je nach Anforderung bewegt und einstellt.
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Ein effizientes Testen von Halbleitereinrichtungen
erfordert allgemein eine Vorrichtung, um die Testeinrichtung (DUT)
zu bewegen und schnell mit dem Tester zu verbinden. Um Wafer zu
bewegen wird eine Maschine verwendet, die als ein Taster (Prober) bezeichnet
wird. Um verpackte Teile zu manipulieren wird eine Einrichtung verwendet,
die als ein Behandler bezeichnet wird. Diese Einheiten positionieren
die Halbleitereinitchtungen genau, so dass sie mit den Ausgängen des
Testers in Kontakt treten können. Taster,
Behandler und andere Einrichtungen zum Positionieren einer DUT relativ
zu dem Testkopf werden allgemein als „Behandlungsvorrichtung" bezeichnet.
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Während
der voranstehend beschriebene herkömmliche Tester sich als vorteilhaft
für seine
beabsichtigten Anwendungen erweist, fügt die Notwendigkeit eines
komplexen und automatisierten Manipulators zum Bewegen und Ausrichten
des Testkopfs an seiner Stelle unerwünschte Kosten zu dem Testersystem
hinzu. Das U.S. Patent Nr. 5900737 von Graham et al. illustriert
einen herkömmlichen
Manipulator. Manipulatoren kosten oft einige Hunderttausend Dollar
und mehr. Zusätzlich
und sogar noch wichtiger trägt
die getrennte Art des Testkopfes kombiniert mit dem Bodenraum, der
für den
Manipulator benötigt wird,
zu einer relativ großen
Grundfläche
bei. Dies verringert in unerwünschter
Weise die Anzahl von Testern, die in einem gegebenen Reinraum arbeiten können, wobei
der Durchsatz von Einrichtungen verringert und die Einheitskosten
insgesamt erhöht
werden.
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In einem Versuch den Aspekt der Tester-Grundfläche anzugehen,
positioniert ein Vorschlag für
einen Halbleitertester eine Mainframe/Testkopf-Einheit vertikal
auf einem Taster oder Behandler. Ein Beispiel dieses Typs von Tester
findet man in dem Teradyne Modell J750 Tester, der von Teradyne
Inc., Boston, Massachusetts, hergestellt wird. Diese Konstruktion
verringert dramatisch die Testergrundfläche durch vorteilhaftes Verwenden
der vertikalen Dimensionen des Reinraums. Infolge dessen können mehr
Tester in einen gegebenen horizontalen Reinraumplatz passen.
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Obwohl die voranstehend beschriebene
vertikale Konfiguration wesentliche Grundflächenverringerungsvorteile darbietet,
hält der
Taster oder Behandler allgemein die Mainframe/Testkopf-Einheit. Infolge
dessen wird ein Manipulator noch oft für Wartungszwecke benötigt, beispielsweise
bei der anfänglichen
Installation der Einheit oder bei einer vorrübergehenden Entfernung der
Mainframe/Testkopf-Einheit von dem Behandler oder Taster. Infolge dessen
muss zum Einplanen der gelegentlichen Wartung oft Platz in dem Reinraum
für den
Eintritt und Austritt des Manipulators verfügbar gemacht werden. Der so
reservierte Raum verhindert eine potentielle Bodenraumfläche für viele
Tester und einen größeren Durchsatz.
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Was benötigt wird und bislang nicht
verfügbar
war, ist ein Halbleitertestsystem, das eine minimale Grundfläche beinhaltet
und keinen Manipulator für
einen Service bzw. eine Wartung benötigt. Die integrierte Testzelle
der vorliegenden Erfindung erfüllt diese
Anforderungen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die integrierte Testzelle der vorliegenden
Endung stellt die Möglichkeit
einer Wartung bzw. eines Services eines Halbleitertesters ohne Entkoppeln von
einer Behandlungseinrichtung wie einem Taster oder Behandler bereit.
Infolge dessen ist die Verwendung eines Manipulators nicht erforderlich,
wodurch Kosten dramatisch reduziert werden. Dies trägt auch zu
einer starken Verringerung des Reparaturdurchschnittszeit-(Mean-Time-to-Repair,
MTTR)-Parameters des Testers bei. Ferner zeigt die vertikale Art
der Testzelle eine wesentlich verringerte Grundfläche auf,
wodurch die Maximierung des verfügbaren
Reinraum-Bodenplatzes ermöglicht
wird.
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Um die voranstehenden Vorteile zu
realisieren umfasst die Erfindung in einer Form einen Halbleiterfester,
der zum Testen von Halbleitereinrichtungen ausgelegt ist, die auf
einer Behandlungsvorrichtung angeordnet sind. Der Halbleitertester
umfasst ein Testergehäuse,
das einen selbsttragenden Rahmen definiert und mit einer von außen zugänglichen Öffnung gebildet
ist, die zur Aufnahme der Behandlungsvorrichtung ausgelegt ist.
Ein Testcontroller ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und wird von dem
Rahmen getragen. Stiftelektroniken einschließlich einer Tester-Schaltungsanordnung
sprechen auf den Testcontroller an und sind damit proximal gekoppelt
und an dem Rahmen angebracht. Eine Andock-Vorrichtung ist über der Öffnung angeordnet und
dafür ausgelegt,
um die Tester-Schaltungsanordnung mit der Behandlungsvorrichtung
zu koppeln.
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Andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung, wenn diese im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen
gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf
die folgende ausführliche
Beschreibung und die beiliegenden Zeichnung besser verstehen. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
vordere perspektivische Ansicht eines Halbleitertesters in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Elevationsansicht des Halbleitertesters der 1, wobei die externen Platten
(Paneele) zur Übersichtlichkeit
entfernt sind;
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3 eine
Teilvorderansicht des Halbleitertesters der 2;
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4 eine
Teilansicht einer Behandlungsvorrichtung, die von der Wagen-Vorrichtung
der vorliegenden Endung getragen wird; und
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Schnittstellenvorrichtung zur Verwendung
innerhalb des Testers der 1.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezugnehmend nun auf 1 stellt ein Halbleitertester in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung und allgemein mit 10 bezeichnet wesentliche
Vorteile hinsichtlich der Herstellungseffizienz durch Minimieren
der Testergrundfläche
im Zusammenhang nur den horizontalen Dimensionen des Testersystems
bereit. Die Grundfläche wird
durch Verwenden eines selbsttragenden Rahmens 12, der mit
einer Öffnung 52 gebildet
ist, die dafür
ausgelegt ist, um eine Behandlungsvorrichtung 54 (4) verschiebbar aufzunehmen,
minimiert. Stiftelektroniken 39 (2) sind in dem Rahmen zusammen mit einer
Andock-Vorrichtung 80 (5)
angebracht. Die Andock-Vorrichtung stellt eine zweckdienliche Wartungsmöglichkeit
der angedockten Behandlungsvorrichtung ohne die Verwendung eines Manipulators
bereit, wodurch eine relativ hohe Testersystemdichte innerhalb eines
gegebenen Reinraums erlaubt wird und entsprechend Herstellungskosten
verringert werden.
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Unter Bezugnahme nun auf die 2 und 3 ist ein Rahmen 12 mit jeweiligen
gegenüberliegend angeordneten
ersten und zweiten Basishalterungen 14 und 28 zum
Tragen einer Elektronikplattform 30 gebildet. Der gesamte
Rahmenaufbau ist aus Stahl konstruiert und erstreckt sich vertikal,
um eine relativ kleine horizontale Grundfläche zu definieren. Die erste
Basishalterung 14 ist mit einem aufrechtstehenden rechteckförmigen Querschnitt
gebildet und umfasst eine Vielzahl von offenen Fächern zum Anbringen eines Testcontrollers
oder einer Zentralverwaltungseinheit (CPU) 16, einer Kühlverteilungseinheit
(CDU) 18 und einer Energieverteilungseinheit (PDU) 20.
Ein Paar von zueinander beabstandeten Ausgleichungseinheiten 22 und 24 stellen
eine einstellbare Ausgleichungsmöglichkeit
an dem vorderen Abschnitt der ersten Basishalterung bereit, während der
hintere Abschnitt einen zweckdienlichen Wasser- und Energiezugriffsanschluss 26 umfasst.
Die zweite Basishalterung 28 erstreckt sich vertikal in
einer im wesentlichen parallelen Beziehung zu der ersten Halterung.
Die zweite Basishalterung, die in dem rechteckförmigen Querschnitt relativ
schmal gebildet ist, umfasst an ihrer unteren Extremität ein Paar
von gegenüberliegend
angeordneten Laufrollen 29 (nur eine Laufrolle ist gezeigt).
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Weiter bezugnehmend auf die 2 und 3 ist die Elektronikplattform 30 integral
mit den Basishalterungen 14 und 28 gebildet und
ist horizontal darüber
angeordnet. Die Plattform umfasst ein Netz von geschweißten Stäben, die
zusammenwirken, um eine lateral rechteckförmige Struktur zu bilden, und die
jeweilige erste und zweite Hohlräume 32 und 34 definieren.
Die Hohlräume
sind über
und auf gegenüberliegenden
Seiten von einem kreisförmig
ausgebildeten Tasterring 36 (3)
positioniert und dafür ausgelegt,
um erste und zweite Kartenkäfig-Aufbauten 38 und 40 anzubringen.
Die Kartenkäfig-Aufbauten nehmen
die Testerstift-Elektroniken 39 zum Testen von Halbleitereinrichtungen
(nicht gezeigt) auf. Die Plattform umfasst einen hinteren Abschnitt,
der mit einem sich vertikal erstreckenden Einschub-Rahmenwerk 42 zum
Einnesten von jeweiligen Stapeln von Energieversorgungen 44 und 46 (3) gebildet sind.
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Weiter bezugnehmend auf 2 befindet sich über den
jeweiligen Kartenkäfig-Aufbauten 38 und 40 eine
Kühlsystem-Halterungsstruktur 48,
die ausgebildet ist, um eine Vielzahl von Gebläsen 50 und Wärmetauschern 51 zu
tragen. Die Gebläse
und die Wärmetauscher
bilden einen Abschnitt eines abgedichteten Kühlsystems, welches mit näheren Einzelheiten
in dem anhängigen
U.S. Patent Nr. 6208510, mit dem Titel „Semiconductor Testet Cooling
System", eingereicht
am 23. Juli 1999 und dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen, beschrieben
ist und hierbei durch Bezugnahme ausdrücklich Teil der vorliegenden
Anmeldung wird. Die ersten und zweiten Basishalterungen 14 und 28 und die
Elektronik-Plattform 30 bilden
zusammengenommen eine lateral zugängliche Öffnung 52, die dafür ausgelegt
ist, um verschiebbar die Behandlungsvorrichtung 54 (4) aufzunehmen.
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Bezugnehmend nun insbesondere auf 4, um auf die Öffnung 52 zuzugreifen,
wird die Behandlungsvorrichtung 54 vorzugsweise verschiebbar
von einer mobilen Wagenvorrichtung 60 getragen. Die Wagenvorrichtung
(Cart-Vorrichtung) umfasst jeweilige vordere und hintere Stahlkanalhalterungen 62 und 64,
die in einer parallelen Beziehung angeordnet und lateral durch ein
Paar von Seitenbalken 66 und 68, die daran angebracht
sind, verbunden sind. Die Seitenbalken und die Kanalhalterungen
wirken zusammen, um eine rechteckförmige Plattform zu bilden.
Ein vertikal aufrechtstehender Stahlgriff 70 ist an der
vorderen Kanalhalterung 62 zum Bewirken einer Manövrierfähigkeit
der Taster/Wagen-Baugruppe mit einer Druck/Zieh-Kraft von ungefähr fünfundzwanzig
Pfund (1 Pfund ∼ 45
kg) angebracht. Eine Vielzahl von Verriegelungs-Laufrollen 72 stellen
die erforderliche selektive Mobilität bereit. Zweckdienlicherweise
positionierte visuelle Anzeiger (nicht gezeigt) arbeiten mit einem
Rückkopplungsmechanismus
(nicht gezeigt) zusammen, um eine grobe Ausrichtungsmöglichkeit
für den
Betreiber bereit zu stellen, wenn die Einheit innerhalb der Rahmenöffnung 52 installiert
wird.
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Bezugnehmend nun auf 5 ist die Andock-Vorrichtung 80 in
zweckdienlicher Weise dafür ausgelegt,
um den Halbleitertester 10 an der Behandlungsvorrichtung
(nicht gezeigt) auszurichten und anzudocken. Die Andock-Vorrichtung
umfasst den Tasterring-Aufbau 36 und einen Selbstausrichtungsmechanismus 90,
um eine genaue manuelle Ausrichtung des Tasterrings mit der Behandlungsvorrichtung
(nicht gezeigt) durch einen einzelnen Betreiber zu ermöglichen.
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Der Tasterring-Aufbau 36 ist
in einer kreisförmigen
Form mit modularen Fächern
oder Hohlräumen
(nicht gezeigt) gebildet, um eine Verzweigung von Signalkanälen mit
hoher Dichte zwischen den Stiftelektroniken des Testers 10 und
einem parallelen Feld von Testeinrichtungen (nicht gezeigt), die
auf einem Wafer (nicht gezeigt), der von einem Taster gehalten wird,
angeordnet sind, bereit zu stellen. Ein radial vorstehender Griff 82 und
eine Vielzahl von Nockenaussparungen 83 sind an dem Umfang
des Rings angeordnet. Der Tasterring und die zugehörige Verzweigungs-Schaltungsanordnung
zum Koppeln der Stiftelektroniken 39 mit der Behandlungsvorrichtung 54 sind
mit näheren
Einzelheiten in der gleichzeitig anhängigen U.S. Patent Anmeldung
mit der Seriennummer 09/340832 und mit dem Titel „Senconductor
Parallal Tester",
eingereicht am 28. Juli 1999 und dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen,
beschrieben und wird hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich Teil
der vorliegenden Anmeldung.
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Der Selbstausrichtungsmechanismus 90 wird
von jeweiligen lateralen und longitudinalen Halterungselementen 92 und 94 getragen,
die an dem Rahmen 12 in nächster Nähe zu einem der Kartenkäfig-Rückebenenaufbauten 91 angeschweißt ist.
Der Ausrichtungsmechanismus ist mit dem Tasterring 39 über einen
sich vertikal erstreckenden Arm gekoppelt, der als ein Kompressionsstab 96 während eines Betriebs
dient. Der Arm ist an dem Tasterring über einen Verbinder 97 befestigt,
der mit einer Verschwenkung 98 gekoppelt ist. Ein Mehrachsen-X-Y-Tisch 100 ist
oben an dem Verlängerungsarm
angebracht und umfasst jeweilige lineare Lager 102 und
104 zum horizontalen Richten des Tasterrings entlang der X und Y
Achsen. Eine Gegengewicht-Baugruppe 106 ist mit dem Kompressionsstab
gekoppelt und umfasst ein Gegengewicht 108, das entlang
einer Führungsschiene 110 verschiebbar
und an dem Verlängerungsarm über ein
Kabel 112 angebracht ist, das ein Paar von in einer Linie
angeordneten Rollen 114 und 118 zum Bewirken einer
vertikalen Verschiebung des Tasterring durchquert.
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Für
Tasteranwendungen ist eine bevorzugte Behandlungsvorrichtung 54 der
TEL P8XL Prober, hergestellt von Tokio Electronics, Ltd., aus Tokio,
Japan. Der Taster (Prober) umfasst einen Basisring, der mit einer
Vielzahl von Nockenfolgern 85 zum Eingreifen in Nockenausnehmungen 83 gebildet
ist. Ferner vorgesehen ist ein automatischer Tastenkarten-Wechsler
(nicht gezeigt) zum Komprimieren der Tasterring-Pogo-Stifte (nicht gezeigt). Es ist
bekannt, dass diese Maschine eine Festspannvorrichtung mit einer
hohen z-Kraft aufweist, die eine Anwendung mit 32 Orten und einer
hohen Stiftanzahl bedienen kann. Optional kann der Taster gemeinsam
eine Betreiberschnittstelle 120 (1) mit dem Tester 10 verwenden,
um in vorteilhafter Weise die Anzahl von Monitoranzeigen und Tastaturen
für den
Systembetreiber zu minimieren.
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In Situationen, die das Testen von
verpackten Einrichtungen mit sich bringen, umfasst eine bevorzugte
Behandlungsvorrichtung 54 den Galileo Modell Händler, hergestellt
von Kinetrix Inc., aus Bedford, New Hampshire. Der Behandler manipuliert standardmäßige JEDEC
Einrichtungsschalen und stellt eine DUT Heiß- und Kalt-Einweichmöglichkeit bereit.
Zusätzlich
ist der Behandler zum Bewegen von DUTs in Kontaktierungssockel hinein
und davon heraus optimiert, wobei sehr geringe Stauraten und ein
hoher Durchsatz bereit gestellt werden.
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Der anfängliche Aufbau des Testsystems
beinhaltet das Installieren des Tasters (Probers) innerhalb der
Rahmenöffnung 52,
indem der Taster mit der Wagenvorrichtung 60 in Eingriff
gebracht wird. Dieses beinhaltet zunächst das Positionieren der
Wagenvorrichtung unterhalb des Tasters, so dass die Tasterausgleichungsfüße von den
Kanalhalterungen 62 und 64 getragen werden. Der
Taster wird dann in die Rahmenöffnung 52 eingeschoben
und ausgeglichen. Sobald der Taster grob innerhalb der Öffnung in
Bezug auf den Tasterring ausgerichtet ist, kann der Betreiber die
folgenden Andock-Schritte beginnen, um die Andock-Vorrichtung an
dem Taster hart anzudocken.
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Bezugnehmend nun auf 5 initiiert der Betreiber das Andocken
durch manuelles Absenken des Tasterrings 36 auf den Basisring.
Der Tasterring ist in der Lage sich nach vorne, nach hinten und
lateral als Folge des X-Y Tischs 100 an dem Punkt einer Verbindung
mit dem Tester-Mainframe zu bewegen. Dies erlaubt geringfügige Fehlausrichtungen
zwischen dem Taster und dem Tester. Der Tasterring ist in der Lage
sich als Folge des über
Rollen angebrachten Gegengewichts 108 leicht nach oben
und nach unten zu bewegen.
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Der Betreiber richtet dann visuell
den Tasterring aus, so dass er in den inneren Durchmesser des Basisrings
eintritt und die Nockenfolge 85 in die Nockenausnehmungen 83 eingreifen.
Sobald dies aufgetreten ist kann der Betreiber eine Nockenverriegelung
in Eingriff bringen, indem er den Griff 82 um ungefähr 22 Grad
in der Gegenuhrzeigerrichtung dreht. An diesem Punkt ist die Andockung
abgeschlossen und der Betreiber kann den automatischen Tastenkarten-Wechsler
(nicht gezeigt) initiieren, um die Pogo-Stifte zu komprimieren. Die elektrische
Verbindung zwischen dem Taster und dem Testen ist dann fertig gestellt.
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Nach der vorangehenden Andockprozedur und
altbekannten Kalibrierungsprozeduren, die Durchschnittsfachleuten
in dem technischen Gebiet altbekannt sind, werden dann ein oder
mehrere Halbleiteinrichtungen auf dem Waferniveau getestet. Diese
beinhaltet gewöhnlicher
Weise die Anlegung und die Aufnahme von Testerwellenformen an die
Einrichtung (die Einrichtungen) und von dieser (von diesen) in Übereinstimmung
mit Prozessen, die Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet
altbekannt sind.
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An irgendeinem Punkt kann die Behandlungsvorrichtung 54 und/oder
der Tester 10 eine Wartung bzw. einen Service benötigen, zum
Beispiel einen Zugang zu der Tasterkopfplatte 122 (4) für eine präventive Wartung. Wegen der
selbsttragenden Art des Testerrahmens wird kein Manipulator benötigt, um
die Wegdockungs-Prozedur zum Durchführen des Service zu unterstützen. Anstelle
davon entkoppelt ein Betreiber lediglich den Tasterring von dem
Taster durch Lösen
der Befestigen und durch Anheben des Tasterrings über den
Tasterringgriff.
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Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet
werden die zahlreichen Nutzen und Vorteile, die von der vorliegenden
Erfindung bereitgestellt werden, erkennen. Von besonderer Wichtigkeit
ist die dramatisch reduzierte Testergrundfläche, was Halbleiterherstellern
erlaubt die Verwendung des Reinraumplatzes zu maximieren. Durch
Maximieren der Reinraumverwendung können mehr Testen verwendet
werden, um den Einrichtungsdurchsatz zu verbessern und Kosten zu
verringern. Wegen der selbsttragenden Art der integrierten Testzelle
erfordert ein Service des Testers zusätzlich nicht die Verwendung eines
kostenaufwendigen und sperrigen Manipulators. Während dieses Merkmal Komponentenkosten verringert,
wird auch die Durchschnittszeit für eine Reparatur wegen der
unkomplizierten Andockungsmöglichkeit
wesentlich verringert, wodurch ein Testerdurchsatz maximiert wird.