DE8531859U1

DE8531859U1 - Mikro-Manipulator

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Publication number: DE8531859U1
Application number: DE8531859U
Authority: DE
Original assignee: Feinmetall GmbH
Current assignee: Feinmetall GmbH
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1987-03-12
Also published as: DE3539979A1

Description

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Feinmetall GmbH 7033 Herrenberg

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Mikro-Manipulator

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 Mikrc-Manipulatoren bekannt, die drei geradegeführte Schlitten aufweisen, die in drei zueinander senkrechten Richtungen (X-, Y- und Z-Richtung) einzeln mittels als Betätigungsorgane 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 Qualitätsprüfung. Auch kann die Kontaktnadel dazu verwendet werden, um an Leiterbahnen von schadhaften Chips Arbeiten vorzunehmen.Die Verstellung der von den MikroManipulatoren getragenen Kontaktnadeln eines Waferprobers erfolgt unter Beobachtung durch ein im

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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 kontaktierendenKontaktstellen 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-rianipulators weit überstellen. Ihre Längsachsen verlaufen in den Bewegungsrichtungen X,Y, und Z der ihnen zugeordneten Schlitten, so daß das Mikrometer für den Y-Schlitten an einer sich in X-Richtung erstreckenden Längsseite des Mikro-Manipulators über diese weit überstehend angeordnet ist. Wenn am Waferprober mehr ^als zwei Mikro-Manipulatoren zur gleichzeitigen Kontaktierung von mehr als zwei Pads oder dergl. angeordnet sind, läßt es sich nicht vermeiden, die einzelnen MikroManipulatoren nahe nebeneinander anzuordnen. Es befindet sich dann bei den aus Bedienungsgründen zweckmäßig gleichen Anordnungen der Mikrometer an den Mikro-Manipulatoren ein solches seitliches Mikrometer im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten MikroManipulatoren. Dadurch wird nicht nur der Abstand zwischen den beiden Mikro-Manipulatoren und damit deren Platzbedarf vergrößert, sondern es ist auch für die Bedienungsperson schwierig und umständlich, zur Bedienung eines solchen in dem Zwischenraum liegenden Mikrometers in diesem Zwischenrr» ■ ■'.u hantieren.

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

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

Indem an dem erfindungsgemäßen Mikro-Manipulator die Betätigungsorgane nur rückseitig und/oder obenseitig angeordnet sind, kann man erfindungsgemäße MikroManipulatoren 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 Betätigungsorgane 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 mitt&ls des obenseitig angeordneten Bedienungsorganes höhenverstellbar ist. Jedoch sind auch andere Schlittenanordnungen möglich.

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Es ist jedoch auch möglich, alle drei Betätigungsorgane entweder an der Rückseite oder an der Oberseite des MikroManipulators oder zwei Betätigungsorgane an der Oberseite und ein Betätigungsorgan an der Rückseite des Mikro-Manipulators anzuordnen. So kann bspw. oft IQ zw?"?kmäßig der Z-Schlitten den X-Schlitten und dieser den Y-Schlitten tragen und dabei der Z-Schlitten über ein önlenkgetriebe mittels eines an seiner Rückseite

oder ortsfest angeordneten Betätigungsorgans bewegt werden. Der X-Schlitten kann dann äurch ein an seiner Rückseite angeordnetes, in seiner Bewegungsrichtung orientiertes Betätigungsorgan und der Y-Schiitten über ein Umlenkgetriebe durch ein rückseitig des Y- oder X-Schlittens angeordnetes Betätigungsorgan bewegt werden.

Die Betätigungsorgane können vorteilhaft mechanischeMikrometer (Mikraneterschrauben) sein, bspw. wie sie bei Bügelmeßschrauben eingesetzt werden. Mindestens ein oder alle Betätigungsorgane können jedoch oft auch andere Ausbildung haben, die es ebenfalls ermöglicht, sie von einer Bedienungsperson zum Verstellen des betreffenden Schlittens zu betätigen, vorzugsweise feinfühlig zu drehen. Bspw. kann zweckmäßig ein solches Betätigungsorgan ein Schraubengetriebe oder eine drehbar gelagerte Welle mit Handrad ^sein·

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Bei dem erfindungsgemäßen Mikro-Manipulator können besonders zweckmäßig die Längsachsen von zwei Betätigungsorganen parallel den Bewegungsrichtungen der durch sie bewegbaren Schlitten verlaufen. Das dritte Betätigungsorgan, bei dem es sich vorzugsweise um ein an der Rückseite des Mikro-Manipulators angeordnetes Betätigungsorgan handeln kann, kann dann vorteilhaft nicht in Bewegungsrichtung des durch es zu verstellendem Schlittens orientiert sein, indem ihm ein seine Verstellbewegung in die Verstellrichtung des durch es zu verstellenden Schlittens umdenkendes Umlenkgetriebe nachgeordnet ist, das vorzugsweise ein 90°- *° ümlenkgetriebe 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 Verstellung des Schlittens durch das Betätigungsorgan noch ^ feinfühliger ermöglicht werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dieses dritte Betätigungsorgan so anzuordnen, daß ihm kein ünlenkgetriebe 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 Onerseite des Mikro-f4anipulators angeordnet wird.

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

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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 ümlenkgetriebe kann vorteilhaft ein mechanisches Getriebe sein, besonders zweckmäßig ein Keilgetriebe,Zahn-Kurven-Getriebe, Hebelgetriebe, Kurvengetriebe oder Zugmittelgetriebe. 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 dargestellten Umlenkgetriebes eingesetzt werden können,

Fig. 10 eine Variante des in Fig. 3 dargestellten Umlenkgetriebes ,

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

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist ein Mikro-Manipulator 10 dargestellt, der eine Bodenplatte 11 aufweist, die an einem Tisch oder dergl. eines nicht dargestellten Waferpröbers befestigt werden kann. An dieser Bodenplatte 11 ist ein X-Schlitten 12 geradegeführt gelagert, dessen Verstellrichtung der X-Richtung eines rechtwinkligen Koordinatensystems 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 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 kürz zu sein.

Jeder der Schlitten 12, 13, 14 ist mittels einer mechanischen Mikraneterschraube, 15,16,17 -nachfolgend Mikrometer genanntverstellbar, digjWie dargestellt, in Art der Mikraneterschrauben von Eügelmeßschrauben 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 Mikrometers 17 in der Z-Richtung verläuft.

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Auch die Längsachse des der Verstellung des Y-Schlittens 13 dienenden Mikrometers 16 verläuft in X-Richtung. Dieses Mikrometer 16 ist wie das Mikrometer 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 kreiszylindrischen 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 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.

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Die Hülse 22 des Mikrometers 15 ist in der von ihr

durchdrungenen Rückwand 24 des X-Schlittens 12 beil festigt und der Bolzen 19 dieses Mikrometers 15 liegt an einem auf der Bodenplatte 11 fest angeordneten, starren

QQ 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 breiten, bodenseitigen, die Beweglichkeit des X-Schlittens relativ zum Block 25 zulassenden Ausnehmung des X-Schlittens 12 im X-Schlitten 12 fest angeordnet sind.

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An dan 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 rechtsseitigen 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 angeordnet ist, der in eine obenseitige Ausnehmung 42 des X-Schlittens 12 eingreift und auf zwei am X-Schlitten 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°-Umlenkgetriebe 32 mit diesem Schlitten 13 spielfrei mechanise*!

verbunden ist, das als Keilgetriebe ausgebildet ist, dessen Keil 33 im X-Schlitten 12 in X-Richtung geradegeführt 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 abstützenden Druckfeder 36 ständig an die Keilfläche 37 des Keils 33 angedrückt wird, so daß der Keil 33 durch diese

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federbelastete Schubstange 34 sowohl an den Bolzen 20, |

c d^r sich an ihm drehen kann, als auch an die ihn gerade- &Idigr;

führende Geradführungsbahn 43 des X-Schlittens 12 ange- j

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

-_Q seinerseits die Schubstange 34 und damit den Y-Schlit- .

ten 13 entsprechend spielfrei in Y-Richtung hin und |

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Dieses Keilgetriebe 32 kann auch gleichzeitig ein Übersetzungsgetriebe 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 möglich) 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

_oc Keilfläche an einem am X-Schlitten 12 fest angeordneten Zo

Bolzen 28 ab. Eine am X-Schlitten abgestützte Feder 36 belastet den Y-Schlitten 13 in Richtung des Pfeiles C ständig.

_or> Der Z-Schlitten 14 überfaßt mit zwei zueinander paral-

lelen Armen 40, 40' (Fig. 1) einen vorderseitigen, blockförmigen Vorsprung 38 des Y-Schlittens 13. In diesen Vorsprung 38 sind zwei zueinander parallele gerade Stangen 26'' vertikal fest '.' ■ esetzt, die in verti_oc kalen Führungsbohrungen der beiden Arme 40, 40' vertikal

gleitbar gelagert sind, so daß der Z-Schlitten 14 mittels dieser Stangen 26'' vertikal geradegeführt ist. In den oberen Arm 40 ist die Hülse 22 des Mikrometers 17 fest

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eingesetzt,und der vertikale Bolzen 21 liegt mit seinem unteren 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 abwärts bewegt wird, bewegt er entsprechend den Z-Schlitten 14 auf und ab, da dieser durch sein Eigengewicht 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 betreffenden Chips kontaktierenden Kontaktnadeln, wie 39, durchführt.

Diese Kontaktnadel 39 kann auch andere geeignete Ausbildungen 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

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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-Richoung genau einstellen und nimmt dabei den auf ihm angeordneten Z-Schlitten 14 mit. Durch Drehen der Griffhaube 23 des Mikrometers 17 labt, sich der Z-Schlitten vertikal exakt auf- und abwärtsbewegen und in der Z-Richtung genau einstellen.

Die Fig. 4 bis 9Azeigen Umlenkgetriebe 32, die anstelle des Keilgetriebes 32 (Fig.3,i0)am Mikro-Kanipulator 10 ang-aordnet werden können. Dabei ist den Umlenkgetrieben 32 nach den Fig. 4 bis 7 und 9A jeweils ein mechanisches Mikrometer 16 zugeordnet,das dem Mikrometer nach dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 entspricht, wobei der Fall dargestellt ist, daß die Hülse dieses Mikrometers 16 jeweils in eine Rückwand 24 des X-Schlittens 12 mit ihrer Längsachse in X-Richtum orientiert fest eingesetzt/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^f, 16" (Fig. 8, 9) am Y-Schlitten 13 rückseitig

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oder obenseitig anstatt an der Rückseite des X-Schlittens12 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 fest angeordneten Lagerzapfen 51 drehbar gelagezc ist. An den einen Arm 5^ 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-

¹^ 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-Richtung 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 herbewegen kann. Anstelle der Schubstange 34 kann auch ein anderer starrer Mitnehmer am Y-Schlitten fest angeordnet sein, der anstelle der Schubstange 34 an dem Arm 52 ständig anliegt, wobei der Y-Schlitten an irgendeiner 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 Längsachsen des Bolzens 20 und der Schubstange 34 gleich große Abstände von der Drehachse des Hebels 50 in diesem

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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°-Umlenkgetriebe 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. Um Umfang des Exzenters 53 ist ein Mitnehmerstift 54 fest angeordnet, der mittels einer sich an einem Widerlager 35 d_es x-schlittens 12 abstützenden 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 3 6 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 Schubstange 34 und damit den Y-Schlitten in der Y-Richtung spielfrei hin und her. Der Bolzen 20 kann sich auf

dem Mitnehmer 54 drehen.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist am freien Ende des Bolzens 20 des Mikrometers 16 ein kegelstumpfförmiger, 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 angedrückt. 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

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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 Ausführungsbeispiel infolge der unterschiedlichen Kolbendurchmesser eine Übersetzung ins Langsame stattfindet= An dessen Kolben 63' ist als Kolbenstange die Schubstange 34 des Y-Schlittens fest angeordnet. Die Rückstellfeder 36 bewirkt wie ersichtlich den spielfreien 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 Mikrometer 16 an der Rückseite oder Oberseite des Y-Schlittens 13 anzuordnen, und in diesem Fall sind dann die Hubzylinder 5b,57 ebenfalls am Y-Schlitten fest anzuordnen und die Schubstange 34 ist dann am X-Schlitten fest anzuordnen ·

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

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Bsi dem Ausführungsbeispisl nach Fig. 8 ist das an der Rückwand 24 des X-Schlittens angeordnete Betätigungsorgan 16' ein gerändeltes Handrad 65 mit an ihm koaxial fest angeordneter Welle 65', die in der Rückwand 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 exzentrisch als Exzenterscheibe 53 fest angeordnet.An den Umfang dieser Exzenterscheibe 53 ist die Schabstange 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 9O°- ümlenkgetriebe 32 kann als kombiniertes Zahn-Kurven-Getriebe bezeichnet werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 besteht das Betätigungsorgan 16'' aus einer in einer Bohrung 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 Betätigungsorgan 16'' ist ein Schraubengetriebe. Am freien Ende des

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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 E federbelastet ist,so daß die in Y-Richtung bewegbare Schubstange 34 über das Zugmittel 72 bewegungsschlüssig 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-Richtang 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 ununterbrochen 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 Maßnähme 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. d.:^ en Betätigungsorganen ebenfalls Umlenkgetriebe nit u·:-.. Schrägstellungen angepaßten Umlenkwinkeln zugeordnet werden können.

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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 angeordnet 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 Draufsieht dargestellt. An der Rückseite des X-Schlittens 12 ist wieder ein zur X-Richtung achsparalleles Mikrometer 15 als Bedienungsorgan für dessen Verstellung angeordnet. Die Verstellung des Y-Schlittens 13 in Y-Richtung 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 angeordneten starren Blockes 76 aus verschleißfestem Werkstoff, 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

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Zugfeder 36 bewirkt, die an einem Halter 35 des X-Schlittens 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-Richtung 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 Betätigungsorgan des nicht dargestellten Z-Schlittens wie in Fig. 1 ebenfalls kein umlenkgetriebe nachgeordnet zu sein.

In Fig. 9A ist ein weiteres Ausführungsfceispiel eines Umlenkgetrieb^s dargestellt, bei welchem die Umlenkung der axiale»¹) Verateilbewegung des Bolzens 20 des an der Rückwand 24 des X-Schlittens mit seiner Hülse befestigten Mikrometers 16 mittels einer in einem kreisbogenförmig gekrümmten Rohr 78 befindlichen .".eihe von aneinander anliegenden Kugeln 79 erfolgt. Das Rohr 78 ist in diesem Ausführungsbeispiel um 90° gekrümmt. 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 exakt auf die Schubstange 34 und damit auf den Y-Schlitten zu dessen feinfühliger Verstellung übertragen wird.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Umlenk-

• * 4 t t

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getriebe 32 sind baulich einfach, kostengünstig, spielfrei, benötigen wenig Platz und ermöglichen präzise, feinfühlige Verstellung des über sie bewegbaren Schlittens. Gegebenenfalls kann auch dem Betätigungsorgan 15 und/oder dem Betätigungsorgan ein Umlenkgetriebe zur Umlenkung seiner Verstellbewegung nachgeordnet sein.

15

20

25

30

35

Claims

- 1 - Schüfezensprüche

1. Mikrc-Manipulator für Waferprober, welcher Mikromanipulator für das Bewegen einer Kontaktnadel in drei zueinander senkrechten X-, Y- und Z-Richtungen drei mittels je eines Betätigungsorganes manuell bewegbare Schlitten aufweist, nämlich einan in Längsrichtung des Mikro-Manipulators verstellbaren X-Schlitten, einen in Querrichtung verstellbaren Y-Schlitten und einen höhenverstellbaren Z-Schlitten, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei BetätigungscTgane (15,16,17) zum manuellen Bewegen 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 gekennzeichnet, daß die den X- und Y-Schlitten (12,13)

zugeordneten beiden Betätigungsorgane O 5,16) an der Rückseite und das Betätigungsorgan (17) des Z-Schlittens (14) an der Oberseite des Mikro-Manipulators (10) angeordnet sind, 30

- 2 -

3. Mikro-Manipulator nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Betätigungsorgane (15,16) für den X- und/oder den Y-Schlitten (12,13) an der Rückseite des X-Schlittens (12) angeordnet sind.
10

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.
15

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

20

6. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Betätigungsorganes (1 6; 1 6 ' ; "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 Längsachse des Betätigungsorganes (15) des X-Schlittens

(12) sich in X-Richtung oder schräg zu ihr erstreckt.

35

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8. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Betätigungsorgan (16; 16"; 16¹¹) ein Umlenkgetriebe (32), vorzugsweise ein 90 -Umlenkgetriebe (32), zum Umlenken seiner Verstellbewegung nachgeordnet 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 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Betätigurigsorganen(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 "ahnrad-Kurven-Getriebe oder ein eine in einem gekrümmten Rohr (78) als Bewegungsübertragungsmittel angeordnete Kugelreihe aufweisendes Umlenkgetriebe ist.

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

in

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 Betatigungsorganes gegen die Wirkung einer Rückstellfeder (36¹) bewegbar ist.

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

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&Igr;?« Mikro-Manipulator nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe

(32) ein Hydraulikgetriebe ist. 5

18. Mikro-Manipulator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikgetriebe (32) zwei Hubzylinder (56,57) aufweist, deren Längsachsen 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 Umlenkrolrolle (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. 25

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

22. Mikro-Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Betätigungsorgan als Mikrometer (15,16,17), als Schraubengetriebe (16'¹I oder als drehbar gelagerte Welle (65¹) mit Handrad (65) ausgebildet ist.