KR20080053508A - 소자 핸들러용 싱글 카메라 3-포인트 비전 정렬 시스템 - Google Patents

소자 핸들러용 싱글 카메라 3-포인트 비전 정렬 시스템 Download PDF

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KR20080053508A
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커시앙 켄 딩
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델타 디자인, 인코포레이티드
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Abstract

시험 소자(testing device, 60)를 정렬하기 위한 머신 비전 정렬 시스템(1)은, 정렬 시스템(1)의 정렬 측(2) 상에 배치된 정렬 카메라(50)를 포함한다. 시험 소자(60) 상으로 빛을 방출하기 위한 조명 시스템(80)은 정렬 카메라(50)에 근접하여 위치한다. 정렬 목표(10)는, 정렬 목표(10) 좌표 시스템을 정의하도록 사용된다. 3개의 액츄에이터(30)는, 정렬 목표(10)와 시험 소자(60) 사이에서 오프셋(70)을 보정하기 위하여 비전 정렬 시스템(1)의 시험부(30)에 배치된다. 픽 앤드 플레이스 핸들러(pick and place handler, 100)는 시험부(3)와 정렬부(2) 사이에서 정렬 목표(10)와 시험 소자(60)를 전송한다.
시험 소자, 정렬 시스템, 카메라, 정렬 목표, 오프셋

Description

소자 핸들러용 싱글 카메라 3-포인트 비전 정렬 시스템{SINGLE CAMERA THREE-POINT VISION ALIGNMENT SYSTEM FOR A DEVICE HANDLER}
본 발명은 2005년 9월 23일에 출원된 미국특허출원 제60/719,614호를 우선권 주장의 기초로 하며, 그 전체로서 본 명세서에 참고된다.
본 발명은 일반적으로 소자 핸들러에 관한 것이고, 특히 반도체 시험에 사용되는 소자 핸들러용 싱글 카메라 비전 정렬 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자는 보통 전문화된 처리 장비를 사용하여 시험이 행하여진다. 이 처리 장비는 결함이 있는 제품 및 반도체 소자의 성능에 관련된 다른 여러 가지 특징들을 확인하기 위하여 사용되고 있다. 대부분의 경우, 이 처리 장비는 시험 하에 있는 소자들을 핸들링하기 위한 핸들링 메커니즘을 가지고 있다. 정확한 시험을 보장하기 위하여, 핸들링 메커니즘은, 여러 가지 시험 도구 및 장비를 가지고 시험 하에 있는 소자를 올바르게 정렬할 수 있어야 한다. 소자의 올바른 정렬은, 유효하고 정확한 시험에 본질적인 것이다.
여러 가지 시스템이 시험, 소팅(sorting) 및 기타 기능들을 위하여 소자를 배치하거나 정렬하는데 사용되고 있다. 일반적으로, 정렬은 기계적인 정렬 시스템을 사용하여 이루어진다. 그러나 기계적인 정렬은 단지 특정한 제조 범위 내에서만 정확하며, 정밀한 정렬 조작(operation)에 대해서는 이상적이지 않다. 나아가, 현대의 소자는 정확한 기계적인 참조점(reference point)을 결여하고 있기 때문에, 기계적인 정렬에 대한 개선의 필요성이 요구되고 있다.
그래서 처리 장비에서 소자를 정렬하기 위한 통상적인 시스템은, 시스템을 조정하는데 멀티플 카메라를 사용한다. 시스템이 조정되면, 그 정렬 메커니즘은 적절히 그 소자들을 정렬할 수 있다. 그러나 멀티플 카메라의 사용으로 인하여, 이들 시스템은 일반적으로 고가이고, 조작상 복잡하며, 유지 비용이 많이 들고, 원하는 물리적인 풋프린트(footprint)보다 더 큰 것을 가진다.
다른 핸들링 시스템 및 시험 시스템은 실시간 비전 정렬을 사용한다. 따라서, 각 소자를 위한 정렬 조건은 독립적으로 결정되고, 그리고 나서 그 소자는 그에 상응하게 정렬된다. 정렬은 이들 시스템에서 소자 대 소자 기준으로 결정되기 때문에, 정렬 처리는 오랜 시간이 걸리게 된다.
그러므로, 정렬 시스템은 간소하고 저렴한 절차를 사용하여 소자를 정렬할 수 있어야 한다. 나아가, 정렬 시스템은 긴 딜레이없이 여러 개의 소자를 반복적으로 정렬할 수 있어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비전 정렬 시스템은, 비전 정렬 시스템의 정렬부 상에 배치된 정렬 카메라와, 정렬 카메라에 근접하여 위치한 조명 시스템과, 조정 목표(calibration target)와, 조정 목표와 시험 소자(testing device) 사이에서 오프셋을 보정하기 위하여 비전 정렬 시스템의 시험부에 배치된 3개의 액츄에이터와, 시험부와 정렬부 사이에서 조정 목표와 시험 소자를 전송하기 위한 픽 앤드 플레이스 핸들러를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 조정 목표는 시험 기구(testing apparatus)용 콘택터(contactor) 위치를 나타내도록 구성되어 있다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 카메라는 적어도 1메가픽셀의 해상도를 가진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 핸들러 시스템에 있어서 시험 소자를 정렬하기 위한 방법은, 시험 기구의 콘택터로 조정 목표를 미리 정렬하는 스텝과, 목표 좌표 시스템을 정의하는 3개의 액츄에이션 포인트를 기록하는 스텝과, 조정 목표와 시험 소자 사이에서 오프셋을 결정하는 스텝과, 조정 목표와 시험 소자 사이에서 오프셋을 보정하는 스텝을 포함한다.
도 1은 비전 정렬 시스템의 사시도이다.
도 2는 비전 정렬 시스템의 시험 측 상의 조정 목표의 평면도이다.
도 3은 비전 정렬 시스템의 정렬 측 상의 조정 목표의 평면도이다.
도 4는 조정 목표와 시험 소자 사이에서 오프셋을 설명하는 평면도이다.
도 5는 비전 가이드 플레이트를 사용하는 비전 정렬 시스템의 실행을 도시하는 블록도이다.
본 발명에 따른 일 실시예의 비전 정렬 시스템은 첨부한 도면을 참고하여 기 술된다. 비전 정렬 시스템은 반도체 소자 시험 기계 및 핸들러 기계와 함께 유용하게 사용될 수 있다고 판단된다. 핸들러는 시험 목적용의 반도체를 정렬하기 위하여 비전 정렬 시스템을 사용한다. 물론, 다른 적용은 관련 기술 분야에서 능숙한 당업자에게 명백한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비전 정렬 시스템(1)은 도 1에 도시되어 있다. 비전 정렬 시스템(1)은 정렬 측(2, 도 1의 좌측에 도시)과 시험 측(3, 도 1의 우측에 도시)의 2개를 가진다.
시험 측(3)에 있어서, 시스템의 초기 조정은 조정 목표(10)를 사용하여 수행된다. 시험 측(3)은, 또한, 3개의 액츄에이터(30)와 시험기(tester, 90)를 포함한다. 정렬 측(2)에 있어서, 시험 소자(60)의 정렬이 결정된다. 정렬 측(2)은 정렬 카메라(50)와 조명 시스템(80)을 포함한다.
시험 측(3)과 정렬 측(2)의 사이에 배치된 픽 앤드 플레이스 핸들러(pick and place handler, 100)는 일방 측으로부터 타방 측으로 조정 목표(10)와 시험 소자(60)를 전송하도록 구성되어 있다. 픽 앤드 플레이스 핸들러(100)는 메커니즘을 록킹(locking)하는 고체부(solid part)를 가지는 강체부 캐리어(carrier)이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 픽 앤드 플레이스 핸들러(100)는 시험 측(3)으로부터 정렬 측(2)으로 조정 목표(10)를 전송하도록 구성된다. 역으로, 픽 앤드 플레이스 핸들러(100)는 정렬 측(2)으로부터 시험 측(3)으로 시험 소자(60)를 전송할 수 있다. 비전 정렬 시스템(1)과 그 조작(operation)은 이하에 더 자세하게 기술될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비전 정렬 시스템(1)에 있어서, 조정 목 표(10)는 시험기(90)의 콘택터(95) 위치(간략하게 1차원으로 도시)를 나타내도록 사용된다. 시험기(90)는, 예를 들어, 시험 소자(60)의 조작상의 특징(operational characteristics)을 결정하도록, 시험 소자(60) 상에서 여러 가지 조작을 수행한다. 시험기(90)의 콘택터(95)는 시험기(90)와 시험 소자(60) 사이에서 접속을 용이하게 한다. 이와 같이, 시험기(90)의 콘택터(95)로 시험 소자(60)를 정렬하는 것은 정확하고 효율적인 시험을 위하여 본질적인 것이다.
비전 정렬 시스템(1)은 정렬 목적용의 콘택터 위치를 나타내도록 조정 목표(10)를 채용한다. 조정 목표(10)는 비주얼 콘트라스트(visual contrast)를 제공하는 2차원 패턴이어도 무방하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조정 목표(10)는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 5x5 매트릭스 내에 크롬 서클들(chromium circles)을 가지고 유리 기판 상에 형성된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 조정 목표(10)는 시험 소자(60)와 유사한 모델 소자(model device)여도 무방하다.
조작 동안에, 우선 조정 목표(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 시험 측(3) 상에서 시험기(90)의 콘택터(95)에 의하여 미리 정렬된다. 이 정렬은, 핀과 핀홀을 포함하는 몇몇의 메커니즘을 사용하여 이행된다. 조정 목표(10)가 정렬되면, 비전 정렬 시스템(1)은 조정 목표(10) 좌표 시스템을 정의하는 3개의 액츄에이션 포인트(20)를 기록한다. 도 1과 도 2는 목표 좌표 시스템의, 3개의 정의된 액츄에이션 포인트(20)를 도시한다. 각 액츄에이션 포인트(20)는 상응하는 액츄에이터(30)에 대한 원점을 나타낸다. 조정 목표(10)의 좌표 시스템은 시험기(90)의 콘택터(95) 위치를 정확하게 나타내는데 이제 사용될 수 있다.
초기에 정렬 측(2) 상에 위치한 시험 소자(60)는, 그것이 콘택터(95)로 적절히 정렬될 것이라는 것을 보장하도록 조정 목표(10)로 이제 정렬되어야 한다. 정렬 측(2) 상에서, 목표 터칭 포인트(40)는 카메라(50)를 위한 카메라 좌표 시스템을 정의하도록 사용된다. 목표 터칭 포인트(40)는, 조정 목표(10)에 관련되는 상응하는 액츄에이션 포인트(20)처럼 시험 소자(60)에 관련되는 같은 위치에 근접하여 위치한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1 및 도 3은 3개의 액츄에이션 포인트(20)에 상응하는 3개의 목표 터칭 포인트(40)를 도시한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 카메라(50)는 조정 목표(10)에 관련되는 시험 소자(60)의 오리엔테이션(orientation)을 캡처(capture)하기 위한 방향을 향하게 된다. 카메라(50)는 정렬 시스템(1)에서 사용에 충분한 해상도를 얼마든지 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 카메라(50)는 적어도 1메가픽셀의 해상도를 가진다. 그러므로, 카메라(50)는 시험 소자(60)에서 큰 오프셋뿐만 아니라 작은 오프셋도 검출할 수 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 카메라(50)는 시험 소자(60) 각각과 조정 목표(10) 사이에서 위치 오프셋(70)을 결정한다. 조정 목표(10)가 콘택터(95)의 위치를 나타내기 때문에, 정렬 시스템(1)은 시험 소자(60)와 콘택터(95) 사이에서 오프셋을 결정할 수 있다.
카메라(50)가 시험 소자(60)의 위치를 정확하게 결정하기 위하여, 조명 시스템(80)이 또한 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조명 시스템(80)은 5채널의 프로그램 가능한(programmable) LED 어레이 조명으로 구성된다. 시험 소자(60) 상으로 방출되는 빛의 각도는, 0° 내지 90° 범위에서의 각도로 어느 곳이든지 빛 을 제공하도록 변경될 수 있다. 조명 시스템(80)은 소프트웨어를 실행하도록 적합되어진 프로세서(도시하지 않음)를 포함한다. 이 소프트웨어는, 카메라(50)에 의하여 캡처된 이미지들이 오프셋(70)을 결정하는데 충분한 질을 가지도록 조명 시스템(80)을 구성할 수 있다. 예를 들면, 조명 시스템(80)은, 카메라(50)에 의하여 캡처되는 이미지들이 강화된 콘트라스트를 가지도록 조명을 제공할 수 있다. 나아가, 조명 시스템(80)은, 훈련 가능한(trainable) 비전 알고리즘을 실행하도록 구성되어 있다. 그런데 이 훈련 가능한 비전 알고리즘은, 시스템이 시험 소자(60)를 포함하는 부분을 정확하게 위치시키는 것을 가능하게 한다.
정렬 시스템(1)이 조정 목표(10)에 관련되는 시험 소자(60)의 오프셋(70)을 결정하면, 시험 소자(60)는 픽 앤드 플레이스 핸들러(100)를 통하여 정렬 측(2)으로부터 시험 측(3)으로 이동시켜진다. 시험 측(3) 상에서, 액츄에이터(30)는 오프셋(70)을 보정하는데 사용된다. 바람직하게는, 3개의 액츄에이터(30)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 시험 측(3) 상에 위치한다. 오프셋(70)이 보정되면, 시험 소자(60)는 시험을 위하여 콘택터(95)로 정렬된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 비전 가이드 플레이트(vision guide plate; VGP, 110)가 사용된다. VGP(110)는 콘택터(95)에 장착될 수 있는 모듈 요소이다. 이 실시예에서, 우선, 시험 소자(60)의 이미지는, 시험 소자(60)가 열적으로 충전된 후에, 카메라(50)에 의하여 캡처된다. 비전 정렬 시스템(1)은, 이미지와, 그 이미지로부터 얻어진 정보를 저장한다. 예를 들면, 소자(60) 접촉 패턴의 "최적 적합(best fit)"과 같은 정보 및 기계적인 참조점에 관 련되는 소자(60)의 위치와 같은 정보가 저장된다. 그리고 나서, 시험 소자(60)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, VGP(110) 상에 장착된다. 카메라(50)에 의하여 얻어진 정보를 사용하여, VGP(110)는, 콘택터(96) 내로의 삽입 전에 시험 소자(60)에 대한 어떠한 기계적인 조정도 완료한다. 바꾸어 말하면, 비전 정렬 시스템(1)의 조정은, VGP(110)와 콘택터 어셈블리(contactor assembly) 상에서 카메라를 포커싱(focusing)하는 것에 의하여 이루어질 수 있다. 덧붙여, VGP(110)는, 비전 정렬 시스템(1)이 여러 가지 시험 위치 패턴(test site pattern) 및 다른 핸들러 시스템에 적응하도록 한다.
VGP(110)는 여러 이점들을 제공하고, 다양하게 사용된다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서, VGP(110)는 열 제어 특징을 포함하도록 구성된다. 그러므로, VGP(110)는 콘택터(95)를 열적으로 조절하도록 사용될 수 있다. 나아가, VGP(110)는 소자(60)가 콘택터(95) 내에 끼워져 있는지를 검출할 수 있고, 콘택터(95)로부터 소자(60)를 빼낼 수 있다. 덧붙여, VGP(110)는 콘택터(95)를 청소하는데 사용되고, 콘택터(95)의 청결함을 확인하는데 사용되며, 구부러진 핀을 검출하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 특정한 면에 의하면, 특정한 이점들이 실현된다. 하나의 이점은, 본 발명은 멀티플 핸들러 시스템과 호환 가능한 것이다. 덧붙여, 본 발명의 정렬 계산에 대한 오류 빈도는 기계적 정렬 시스템의 그것보다 더 적다. 나아가, 본 발명은 다른 통상적인 시스템보다 더 간단하며, 제조 비용이 더 적게 든다.
비록 본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 기술하였지만, 여러 가지 다른 실 시예 및 변형예가 관련 기술 분야에서 능숙한 당업자에게도 명백할 것이다. 따라서, 선호된 실시예에 대한 상술한 기술은 단지 예로서 간주되는 것을 의도하고 있다.

Claims (13)

  1. 비전 정렬 시스템에 있어서,
    상기 비전 정렬 시스템의 정렬부 상에 배치된 정렬 카메라와,
    상기 정렬 카메라에 근접하여 위치한 조명 시스템과,
    조정 목표(calibration target)와,
    상기 조정 목표와 시험 소자(testing device) 사이에서 오프셋을 보정하기 위하여 상기 비전 정렬 시스템의 시험부에 배치된 3개의 액츄에이터와,
    상기 시험부와 상기 정렬부 사이에서 상기 조정 목표와 상기 시험 소자를 전송하기 위한 핸들러
    를 포함하는 비전 정렬 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정 목표는 시험 기구(testing apparatus)용 콘택터(contactor) 위치를 나타내도록 구성되어 있는, 비전 정렬 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는 적어도 1메가픽셀의 해상도를 가지는, 비전 정렬 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 프로그램 가능한(programmable) LED 어레이를 더 포함하는, 비전 정렬 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 시험 소자의 표면에 대하여 0° 내지 90° 범위에서의 각도로 빛을 제공하도록 구성되어 있는, 비전 정렬 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조정 목표는 5x5 어레이로 배치된 크롬 서클들(chromium circles)을 사용하여 유리 기판 상에 형성되어 있는, 비전 정렬 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조정 목표는 상기 시험 소자를 나타내는 모델 소자(model device)인, 비전 정렬 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 핸들러는 픽 앤드 플레이스 핸들러(pick and place handler)인, 비전 정렬 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 정렬부에 배치된 3개의 목표 터칭 포인트는 상기 정렬 카메라용 카메라 좌표 시스템을 정의하는데 사용되고, 상기 3개의 목표 터칭 포인트의 위치는 상기 비전 정렬 시스템의 시험부에 위치한 3개의 액츄에이션 포인트의 위치에 상응하는,
    비전 정렬 시스템.
  10. 핸들러 시스템에 있어서 시험 소자를 정렬하기 위한 방법에 있어서,
    시험 기구의 콘택터로 조정 목표를 미리 정렬하는 스텝과,
    목표 좌표 시스템을 정의하는 3개의 액츄에이션 포인트를 기록하는 스텝과,
    상기 조정 목표와 상기 시험 소자 사이에서 오프셋을 결정하는 스텝과,
    상기 조정 목표와 상기 시험 소자 사이에서 상기 오프셋을 보정하는 스텝
    을 포함하는, 핸들러 시스템에 있어서 시험 소자를 정렬하기 위한 방법.
  11. 비전 정렬 시스템에 있어서,
    시험 기구의 콘택터로 조정 목표를 미리 정렬하기 위한 수단과,
    목표 좌표 시스템을 정의하는 3개의 액츄에이션 포인트를 기록하기 위한 수단과,
    상기 조정 목표와 시험 소자 사이에서 오프셋을 결정하기 위한 수단과,
    상기 조정 목표와 상기 시험 소자 사이에서 상기 오프셋을 보정하기 위한 수단
    을 포함하는, 비전 정렬 시스템.
  12. 제1항에 기재된 비전 정렬 시스템과, 상기 시험 소자의 조작상의 특징(operational characteristics)을 시험하기 위한 콘택터를 가지는 시험기(tester)를 포함하는, 소자 시험 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 핸들러는 픽 앤드 플레이스 핸들러인, 소자 시험 시스템.
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