JP2009509173A - デバイスハンドラ用の単一カメラ三ポイントビジョンアライメントシステム - Google Patents

Abstract

試験すべきデバイス（６０）を整列する機械ビジョンアライメントシステム（１）は、ビジョンアライメントシステム（１）のアライメント部（２）の上に位置決めされたアライメントカメラ（５０）を備える。試験すべきデバイス（６０）に光を照射する照射システム（８０）はアライメントカメラ（５０）の近くに配置される。アライメントターゲット（１０）はアライメントターゲット（１０）の座標系を規定するのに用いられる。三つのアクチュエータ（３０）は、アライメントターゲット（１０）と試験すべきデバイス（６０）とのオフセット（７０）を修正するために、ビジョンアライメントシステム（１）の試験部（３）に位置決めされる。ピック及びプレイスハンドラ（１００）は、試験部（３）とアライメント部（２）との間でアライメントターゲット（１０）及び試験すべきデバイス（６０）を移送する。

Description

関連特許出願の相互参照

本願は、２００５年９月２３日に出願した米国仮特許出願第６０／７１９，６１４号による優先権を主張し、かかる出願の明細書の記載事項は参照文献として本明細書に組込まれる。

本発明は、一般的にはデバイスハンドラ(device handlers)に関し、特に半導体の試験に用いるデバイスハンドラ用の単一カメラビジョンアライメントシステムに関するものである。

半導体デバイスは普通、特殊化したプロセッシング装置を用いて試験される。プロセッシング装置は、かかるデバイスの欠陥製品及び性能に関して他の種々の特性を特定するのに用いられ得る。殆どの場合、プロセッシング装置は、試験中のデバイスを取り扱うハンドリング機構を備えている。正確な試験を保証するために、ハンドリング機構は試験すべきデバイスを種々の試験ツール及び機器と正確に整列できなければならない。デバイスの正確なアライメントは、有効で正確な試験にとっては本質的なことである。

様々なシステムは、試験、仕分け及び他の機能のためにデバイスを位置決めしかつ整列するのに用いられる。一般には、機械的アライメントシステムを用いてアライメントは行われる。しかし、機械的アライメントは単にある特定の製造範囲内で正確であるだけであり、精密なアライメント操作にとって理想的なものではない。さらに、最新のデバイスには正確な機械的基準ポイントがなく、機械的アライメントに代わる要求がかきたてられている。

従って、プロセッシング装置においてデバイスをアライメントする従来のシステムは、システムを較正するのに多数のカメラを使用し得る。一度較正すれば、アライメント機構はデバイスを適切に整列させることができる。しかし、多数のカメラを用いているため、これらのシステムは、一般的には高価であり、動作が複雑であり、所望の物理的フートプリントを維持ししかもそれより大きくするにはコストがかかる。

他のハンドリング及び試験システムは、実時間ビジョンアライメントを用いている。従って、各デバイスに対するアライメント条件は別個に決められ、それに応じてデバイスはアライメントされる。これらのシステムでは、デバイス毎に基づいてアライメントが決められるので、アライメントプロセスには長い時間が掛かり得る。

従って、簡易でコストの有利な操作でデバイスをアライメントするアライメントシステムが必要とされる。さらに、大きな遅延なしに幾つかのデバイスを繰り返しアライメントできるアライメントシステムが必要とされる。

本発明の一実施形態によれば、ビジョンアライメントシステムは、ビジョンアライメントシステムのアライメント部の上に位置決めされたアライメントカメラと、アライメントカメラの近くに配置された照射システムと、較正ターゲットと、較正ターゲットと試験デバイスとの間のオフセットを修正するためビジョンアライメントシステムの試験部に位置決めされた三つのアクチュエータと、試験部分とアライメント部分との間に較正ターゲット及び試験デバイスを移送するピック及びプレイスハンドラとを有している。

本発明の別の実施形態によれば、較正ターゲットは、テスタ装置のコンタクタ位置を表わすように構成される。

本発明のさらに別の実施形態によれば、カメラは、少なくとも１メガ画素の分解能をもつ。

本発明の別の実施形態によれば、ハンドラシステムにおける試験デバイスのアライメント方法は、試験装置のコンタクタで較正ターゲットを予め整列するステップと、ターゲット座標系を規定する三つのアクチュエーションポイントを記録するステップと、較正ターゲットと試験デバイスとの間のオフセットを測定するステップと、較正ターゲットと試験装置との間のオフセットを修正するステップとを含む。

以下、添付図面を参照して例示した本発明によるビジョンアライメントシステムについて説明する。このビジョンアライメントシステムは、有利には、半導体デバイスの試験及びハンドラ機械において用いられ得ることが認められる。ハンドラは、試験目的のために半導体をアライメントするのにアライメントビジョンシステムを用いる。当然、当業者にはその他の応用が明らかである。

本発明の一つの実施形態によれば、ビジョンアライメントシステム１は図１に示される。ビジョンアライメントシステム１は、二つのサイド、すなわちアライメントサイド（アライメント部）２（図１の左側に示す）と試験サイド３（図１の右側に示す）とを備えている。

試験サイド３において、較正ターゲット１０を用いてシステムの初期較正が行われる。試験サイド３は、また三つのアクチュエータ３０及びテスタ９０を備えている。アライメントサイド２においては、試験すべきデバイス６０のアライメントは決められる。アライメントサイド２はアライメントカメラ５０及び照射システム８０を備える。

試験サイド３とアライメントサイド２との間に位置決めされたピック及びプレイスハンドラ１００は、較正サイド３及び試験デバイス６０を一方のサイドから他方のサイドへ移送するように構成されている。ピック及びプレイスハンドラ１００は、固体部品ロック機構をもつ堅固な部品キャリヤである。図１に示すように、ピック及びプレイスハンドラ１００は、試験サイド３からアライメントサイド２へ較正ターゲット１０を移送するように構成されている。逆に、ピック及びプレイスハンドラ１００は、アライメントサイド２から試験サイド２へ試験デバイス６０を移送できる。以下、ビジョンアライメントシステム１及びその動作についてさらに詳細に説明する。

ビジョンアライメントシステム１において、本発明の一実施形態によれば、較正ターゲット１０は、テスタ９０のコンタクタ位置９５（簡易にするため一次元で示されている）を表わすのに用いられる。テスタ９０は、例えば試験デバイス６０の動作特性を測定するために試験デバイス６０において種々の操作を行う。テスタ９０のコンタクタ９５は、テスタ９０と試験デバイス６０との間の接続を容易にする。従って、テスタ９０のコンタクタ９５に試験デバイス６０を整列させることは正確で有効な試験のためには必須である。

ビジョンアライメントシステム１は、アライメントのためにコンタクタ位置を表わすのに較正ターゲット１０を使用する。較正ターゲット１０は、視覚コントラストをもたらす二次元パターンであり得る。本発明の一つの実施形態によれば、較正ターゲット１０は、図１に示すように５×５のマトリックスでクロム円でガラスプレート上に形成される。本発明の別の実施形態によれば、較正ターゲット１０は、試験するデバイス６０と同様なモデルデバイスであってもよい。

動作中、先ず、較正ターゲット１０は、図１に示すようにテスタ９０のコンタクタ９５と予め整列される。アライメントは、複数のピン及びピンホールを備えた幾つかの機構を用いて行われ得る。較正ターゲット１０が整列されると、ビジョンアライメントシステム１は、較正ターゲット１０の座標系を規定するため三つのアクチュエーションポイント２０を記録する。図１及び図２には、ターゲットの座標系の三つの規定されたアクチュエーションポイント２０を示している。各アクチュエーションポイント２０は、相応したアクチュエータ３０のゼロポイントを表わしている。較正ターゲット１０の座標系は、テスタ９０のコンタクタ９５の位置を正確に表すのに用いられ得る。

アライメントサイド２に最初に位置する試験デバイス６０は、コンタクタ９５と適切に整列されることを保証するように、較正ターゲット１０と整列されなければならない。アライメントサイド２において、ターゲット接触ポイント４０は、カメラ５０に対するカメラ座標系を規定するのに用いられる。ターゲット接触ポイント４０は、較正ターゲット１０に対する相応したアクチュエーションポイント２０と同じ、試験デバイス６０に対する位置に近接して配置される。本発明の一実施形態によれば、図１及び図３には、三つのアクチュエーションポイント２０に相応した三つのターゲット接触ポイント４０が示されている。

図１に示すように、カメラ５０は、較正ターゲット１０に対する試験デバイス６０の方向を捕えるように方向決めされる。カメラ５０は、アライメントシステム１に用いるのに適した解像度を有することができる。本発明の一実施形態によれば、カメラ５０は、少なくとも１メガ画素の解像度を有する。従って、カメラ５０は、試験デバイス６０における大きなオフセット及び小さなオフセットを検出できる。図４に示すように、カメラ５０は、試験デバイス６０の各々と較正ターゲット１０との位置のオフセット７０を測定する。較正デバイス１０はコンタクタ９５の位置を表わすので、アライメントシステム１は試験デバイス６０とコンタクタ９５とのオフセットを測定できる。

カメラ５０が試験デバイス６０の位置を正確に測定できるようにするために、照射システム８０も設けられる。本発明の一実施形態によれば、照射システム８０は５チャンネルプログラム可能なＬＥＤアレイ光から成る。試験デバイス６０に照射する光の角度は、０°〜９０°の範囲内の角度で光を供給するように変更され得る。照射システム８０は、カメラ５０で捕えた画像がオフセット７０を測定するのに十分な画質であるように照射システム８０を構成するソフトウエアを実行するようにされたプロセッサ（不図示）を備えている。例えば、照射システム８０は、カメラ５０で捕えられた画像のコントラストが強められるように照射を行うことができる。さらに、照射システム８０は、試験デバイス６０を含む部品を正確に配置できるようにするトレーニング可能なビジョンアルゴリズムを実行するように構成される。

一度、アライメントシステム１が較正ターゲット１０に対する試験デバイス６０のオフセット７０を測定すると、試験デバイス６０は、ピック及びプレイスハンドラ１００を介してアライメントサイド２から試験サイド３へ動く。試験サイド３において、アクチュエータ３０は、オフセット７０を修正するのに用いられる。好ましくは、試験サイド３には図１及び図２に示すように、三つのアクチュエータ３０が配置される。オフセット７０が直されると、試験デバイス６０は試験の目的でコンタクタ９５と整列される。

本発明の別の実施形態によれば、図５に示すように、ビジョンガイドプレート（ＶＧＰ）１１０が用いられる。ＶＧＰ１１０はコンタクタ９５に装着され得るモジュラー構成要素である。この実施形態では、まず、試験デバイス６０を熱的にソーキング(soaked)した後、試験デバイス６０の画像がカメラ５０で捕らえられる。ビジョンアライメントシステム１は画像及びこの画像から得られた情報を記憶する。例えば、デバイス６０のコンタクトパターンの“ベストフィット(best fit)”及び機械的基準ポイントに対するデバイス６０の位置のような情報が記憶される。そして、試験デバイス６０は、図５に示すＶＧＰ１１０に装着される。カメラ５０で得られた情報を用いて、ＶＧＰ１１０は、コンタクタ９５に挿入する前に、試験デバイス６０に対する全ての機械的調整を完了する。そして、ビジョンアライメントシステム１の較正は、カメラ５０をＶＧＰ１１０及びコンタクタアセンブリに焦点合わせすることにより達成できる。さらに、ＶＧＰ１１０によって、ＶＧＰ１１０は種々の試験サイトパターン及び他のハンドラシステムに適合するようにできる。

ＶＧＰ１１０は幾つかの利点をもたらし、多様に使用できる。例えば、本発明の一実施形態では、ＶＧＰ１１０は熱的制御特徴を含むように構成される。従って、ＶＧＰ１１０はコンタクタ９５を熱的に条件付けするのに用いることができる。さらに、ＶＧＰ１１０は、デバイス６０がコンタクタ９５に装着されているかどうかを検出でき、コンタクタ９５からデバイス６０を送出することができる。さらに、ＶＧＰ１１０は、コンタクタ９５をクリーニングし、コンタクタ９５のクリーニングを実証し、そして曲がったピンを検出するのに用いられ得る。

本発明のある特定の特徴によれば、ある利点が実現される。一つの利点は、本発明が多数のデバイスハンドラシステムに適合できることにある。さらに、本発明のアライメント計算の誤差頻度は機械的アライメントシステムの場合より少ない。さらに、本発明は他の従来のシステムに比較して簡易でありしかも作るのに費用がかからない。

以上特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、種々の他の実施形態及び変更が当業者に明らかである。従って、好ましい実施形態の上記の説明は単に例示として考えられるべきである。

ビジョンアライメントシステムの斜視図。 ビジョンアライメントシステムの試験側の較正ターゲットの平面図。 ビジョンアライメントシステムのアライメント側の較正ターゲットの平面図。 較正ターゲットと試験デバイスとのオフセットを示す平面図。 ビジョンガイドプレートを用いたビジョンアライメントシステムの構成のブロック線図。

Claims (13)

1. ビジョンアライメントシステムのアライメント部の上に位置決めされたアライメントカメラと、
   前記アライメントカメラの近くに配置された照射システムと、
   較正ターゲットと、
   前記較正ターゲットと試験デバイスとの間のオフセットを修正するため前記ビジョンアライメントシステムの試験部に位置決めされた三つのアクチュエータと、
   前記試験部と前記アライメント部との間に較正ターゲット及び試験デバイスを移送するハンドラと、
   を含むビジョンアライメントシステム。
2. 前記較正ターゲットがテスタ装置のコンタクタ位置を表わすように構成される請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
3. カメラが少なくとも１メガ画素の分解能をもつ請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
4. 前記照射システムがプログラム可能なＬＥＤアレイをさらに有する請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
5. 前記照射システムが、試験デバイスの表面に対して０°〜９０°の範囲の角度で光を供給するように構成される請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
6. 前記較正ターゲットが５×５アレイに位置決めされたクロム円を用いてガラスプレートに形成される請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
7. 前記較正ターゲットが、試験を受けるデバイスを表わすモデルデバイスである請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
8. 前記ハンドラがピック及びプレイスハンドラである請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
9. 前記アライメント部に位置決めされた三つのターゲット・タッチングポイントが、前記アライメントカメラのカメラ座標系を規定するのに用いられ、前記三つのターゲット・タッチングポイントの位置が、前記ビジョンアライメントシステムの試験部に配置した三つのアクチュエーションポイントの位置に相応している請求項１記載のビジョンアライメントシステム。
10. 試験装置のコンタクタと較正ターゲットを予め整列するステップと、
    ターゲット座標系を規定する三つのアクチュエーションポイントを記録するステップと、
    前記較正ターゲットと前記試験装置との間のオフセットを測定するステップと、
    前記較正ターゲットと前記試験装置との間のオフセットを修正するステップと、
    を含むハンドラシステムにおける試験デバイスのアライメント方法。
11. 試験装置のコンタクタと校正ターゲットを予め整列する手段と、
    ターゲット座標系を規定する三つのアクチュエーションポイントを記録する手段と、
    前記較正ターゲットと試験デバイスとの間のオフセットを測定する手段と、
    前記較正ターゲットと前記試験デバイスとの間のオフセットを修正する手段と、
    を含むビジョンアライメントシステム。
12. 請求項１に記載のビジョンアライメントシステムと、
    試験デバイスの動作特性を試験するコンタクタを備えたテスタと、
    を含むデバイス試験システム。
13. ハンドラがピック及びプレイスハンドラである請求項１２記載のビジョンアライメントシステム。

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