KR20170006127A - 프로브 카드, 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리, 및 이를 갖는 반도체 디바이스의 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

프로브 카드는 반도체 디바이스의 검사를 위한 전기 신호를 전달하는 회로 기판, 상기 회로 기판의 하부면 상에 구비되며 복수 개의 프로브들이 장착된 프로브 블록, 및 상기 회로 기판의 상부면 상에 상기 회로 기판의 적어도 일부를 커버하여 열 수용 공간을 형성하며 상기 열 수용 공간 내에서 상기 회로 기판에 가해진 열을 유지하기 위한 단열 커버 어셈블리를 포함한다.

Description

프로브 카드, 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리, 및 이를 갖는 반도체 디바이스의 검사 장치{PROBE CARD, THERMAL INSULATION COVER ASSEMBLY FOR PROBE CARD, AND APPARATUS OF TESTING SEMICONDUCOTR DEVICE INCLUDING THE PROBE CARD}
본 발명은 프로브 카드, 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리 및 이를 갖는 반도체 디바이스의 검사 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반도체 디바이스의 전기적 특성을 검사하는 데 사용되는 프로브 카드,프로브 카드용 단열 커버 어셈블리, 및 상기 프로브 카드를 포함하는 반도체 디바이스의 검사 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정은 웨이퍼 상에 복수 개의 반도체 디바이스들을 형성하는 팹(FAB, Fabrication) 공정, 각 반도체 디바이스의 전기적 특성을 검사하는 이디에스(EDS, Electric Die Sorting) 공정 및 이디에스 공정에 의해 판별된 양품의 소자를 개별적으로 분리하고 외부의 기계적, 물리적, 화학적인 충격으로부터 보호되도록 각 소자를 패키징(Packaging)하는 어셈블리(Assembly) 공정을 포함할 수 있다.
상기 이디에스(EDS) 공정에 있어서, 반도체 디바이스의 안정적인 테스트를 위해, 웨이퍼와 프로브 카드의 프로브 사이에 접촉력은 매우 중요하다. 웨이퍼 테스트 장비를 이용하여 장시간 온도특성 분석을 수행할 경우 웨이퍼 척으로부터 인가된 열에 의해 프로브 카드의 열변형이 지속적으로 나타나고, 이에 따라 상기 웨이퍼와 상기 프로브 사이에 접촉 위치가 달라져 접촉 불량이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 과제는 반도체 디바이스의 전기적 특성 검사에 대한 신뢰성을 향상할 수 있는 프로브 카드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상기 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 과제는 상기 프로브 카드를 포함하는 반도체 디바이스의 검사 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드는 반도체 디바이스의 검사를 위한 전기 신호를 전달하는 회로 기판, 상기 회로 기판의 하부면 상에 구비되며 복수 개의 프로브들이 장착된 프로브 블록, 및 상기 회로 기판의 상부면 상에 상기 회로 기판의 적어도 일부를 커버하여 열 수용 공간을 형성하며 상기 열 수용 공간 내에서 상기 회로 기판에 가해진 열을 유지하기 위한 단열 커버 어셈블리를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 회로 기판의 상부면 일부를 커버하도록 돔 형상을 갖는 내부 커버 및 상기 내부 커버와 이격되어 단열 공간을 형성하는 외부 커버를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버의 하부와 상기 외부 커버의 하부를 연결시키는 연결부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 내부 커버 및 상기 외부 커버는 스테인레스강, 플라스틱 또는 세라믹을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버의 하부와 상기 외부 커버의 하부를 상기 회로 기판의 상부면에 부착시키기 위한 플랜지를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플랜지의 하부면에는 상기 열 수용 공간과 연통하는 복수 개의 리세스들이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 리세스들은 상기 플랜지의 연장 방향을 따라 서로 이격될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회로 기판과 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 플랜지의 제1 고정홀에 체결된 고정 볼트에 의해 서로 결합될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플랜지는 절연 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 외부 커버의 외측면 상에 형성된 제1 단열막 및 상기 내부 커버의 내측면 상에 형성된 제2 단열막을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버와 상기 외부 커버 사이에 단열재를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열재는 실리카 섬유를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 회로 기판의 상부면에 탈착 가능하도록 체결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 프로브 블록에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리는 프로브 카드의 회로 기판의 상부면 일부를 커버하여 열 수용 공간을 형성하며 상기 열 수용 공간 내에서 상기 회로 기판에 가해진 열을 유지하기 위한 단열 커버, 및 상기 커버의 하부를 상기 회로 기판의 상부면에 부착시키기 위한 환형 형상의 플랜지를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버는 돔 형상을 갖는 내부 커버 및 상기 내부 커버와 이격되어 단열 공간을 형성하는 외부 커버를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 내부 커버 및 상기 외부 커버는 스테인레스강, 플라스틱 또는 세라믹을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플랜지의 하부면에는 상기 플랜지의 반경 방향으로 연장하며 상기 열 수용 공간과 연통하는 복수 개의 리세스들이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 리세스들은 상기 플랜지의 원주 방향을 따라 서로 이격될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 리세스는 상기 플랜지의 내측면으로부터 외측면으로 연장할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플랜지는 절연 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 외부 커버의 외측면 상에 형성된 제1 단열막 및 상기 내부 커버의 내측면 상에 형성된 제2 단열막을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버와 상기 외부 커버 사이에 단열재를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열재는 실리카 섬유를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 디바이스의 검사 장치는 피시험 장치를 지지하고 검사 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 프로버, 상기 프로버의 상부에 장착되고 상기 피시험 장치의 전극 패드와 접촉하여 상기 피시험 장치의 전기적 특성을 검사하기 위한 프로브 카드, 및 상기 프로버 상부에서 상기 프로브 카드와 전기적으로 연결되며 상기 프로브 카드와 테스터 사이의 전기 신호를 전달하는 테스터 헤드를 포함한다. 상기 프로브 카드는 상기 프로버 상부의 헤드 플레이트에 장착되며 상기 전기 신호를 전달하는 회로 기판, 상기 회로 기판의 하부면 상에 구비되며 복수 개의 프로브들이 장착된 프로브 블록, 및 상기 회로 기판의 상부면 상에 상기 회로 기판의 적어도 일부를 커버하여 열 수용 공간을 형성하며 상기 열 수용 공간 내에서 상기 회로 기판에 가해진 열을 유지하기 위한 단열 커버 어셈블리를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 회로 기판의 상부면 일부를 커버하도록 돔 형상을 갖는 내부 커버 및 상기 내부 커버와 이격되어 단열 공간을 형성하는 외부 커버를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버의 하부와 상기 외부 커버의 하부를 상기 회로 기판의 상부면에 부착시키기 위한 플랜지를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 플랜지의 하부면에는 상기 열 수용 공간과 연통하는 복수 개의 리세스들이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 검사 장치는 상기 프로버에 상기 피시험 장치를 로딩/언로딩하기 위한 로더부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 검사 장치는 상기 피시험 장치의 검사를 위한 전기 신호를 출력하고 상기 피시험 장치로부터 전기 신호를 입력받아 상기 피시험 장치의 전기적 특성을 검사하는 테스터를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드는 회로 기판의 상부면 상에 상기 회로 기판의 적어도 일부를 커버하여 열 수용 공간을 형성하는 단열 커버 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 열 수용 공간 내에서 상기 회로 기판에 인가된 열을 유지하여 빠른 시간 내에 상기 회로 기판의 온도를 일정 온도만큼 상승한 후 유지시켜 상기 회로 기판의 지속적인 열변형을 최소화시킬 수 있다.
따라서, 상기 회로 기판으로 전달된 열을 방출하지 않고, 빠른 시간 내에 열원의 온도에 상응하는 온도로 안정화시켜 상기 회로 기판이 일정한 크기의 예측 가능한 변형만을 일으키므로, 피시험 장치와 프로브 사이의 접촉 불량을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 디바이스의 검사 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 디바이스의 검사 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 반도체 디바이스의 검사 장치의 프로버에 장착된 프로브 카드를 나타내는 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 프로브 카드의 단열 커버 어셈블리가 분해된 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 프로브 카드를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 4의 프로브 카드를 나타내는 측면도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 단열 커버 어셈블리의 저면을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 8의 단열 커버 어셈블리의 일부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 11은 도 8의 단열 커버 어셈블리의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 단열 커버 어셈블리의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드를 이용하여 반도체 디바이스의 검사 공정을 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 13의 검사 공정 진행 중에 측정된 프로브 카드의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 디바이스의 검사 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 반도체 디바이스의 검사 장치를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 1의 반도체 디바이스의 검사 장치의 프로버에 장착된 프로브 카드를 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 반도체 디바이스의 검사 장치(10)는 피시험 장치(Device Under Test, DUT)의 검사 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 프로버(40), 프로버(40)에 장착되는 프로브 카드(100), 및 프로버(40) 상부에서 프로브 카드(100)와 전기적으로 연결되는 테스터 헤드(30)를 포함할 수 있다. 또한, 검사 장치(10)는 테스터(20) 및 로더부(60)를 더 포함할 수 있다.
로더부(60)는 프로버(40)의 일측에 인접하게 배치되고 브로버(40)에 웨이퍼(W)와 같은 상기 피검사 장치를 로딩/언로딩할 수 있다. 로더부(60)는 복수 개의 웨이퍼들(W)이 수용된 FOUP과 같은 기판 이송 캐리어(62)를 수용하는 기판 수용부 및 상기 기판 수용부로부터 웨이퍼(W)를 프로버(40)의 검사 챔버(S) 내로 로딩하기 위한 기판 이송 메커니즘(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 반도체 소자 제조 공정(FAB)에 의해 형성된 반도체 디바이스들을 갖는 웨이퍼들(W)은 기판 이송 캐리어(62)에 의해 로더부(60)의 상기 기판 수용부 상에 배치될 수 있다. 상기 기판 이송 메커니즘은 상기 기판 수용부로부터 웨이퍼(W)를 프로버(40) 내의 웨이퍼 척(50) 상으로 로딩할 수 있다. 상기 기판 이송 메커니즘은 상기 기판을 파지하여 이송할 수 있는 이송 로봇을 포함할 수 있다. 상기 기판 이송 메커니즘은 검사 공정이 완료된 웨이퍼(W)를 다시 상기 기판 수용부로 언로딩할 수 있다.
프로버(40)는 외장부를 구성하며 검사 챔버(S)를 형성하는 하우징(44)을 포함할 수 있다. 하우징(44) 내부에는 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼 척(50)이 배치될 수 있다. 웨이퍼 척(50)은 진공 흡착 등의 방법으로 웨이퍼(W)를 고정할 수 있다. 웨이퍼 척(50)은 기판 정렬 유닛 상에 설치될 수 있다. 상기 기판 정렬 유닛은 웨이퍼 척(50)을 수평 방향과 수직 방향으로 직선 이동시키고 회전시킬 수 있다. 여기서, 상기 수평 방향은 상기 웨이퍼의 평면과 실질적으로 평행한 방향이고, 상기 수직 방향은 상기 웨이퍼의 평면에 실질적으로 수직한 방향이다.
하우징(44) 상부의 개구부에는 프로브 카드(100)가 안착되도록 헤드 플레이트(42)가 구비될 수 있다. 프로브 카드(100)는 웨이퍼 척(50)과 마주하도록 헤드 플레이트(42)에 장착될 수 있다. 헤드 플레이트(42)는, 예를 들면, 내부에 중공을 가지고, 단차가 형성된 환형 형상을 가질 수 있다. 프로브 카드(100)의 회로 기판(110)의 가장자리 영역이 헤드 플레이트(42)에 안착 및 지지될 수 있다. 따라서, 헤드 플레이트(42)의 중공을 통해 회로 기판(110)의 하부면 및 상부면은 각각 노출될 수 있다. 회로 기판(110)의 상기 하부면은 웨이퍼 척(50)과 마주하고 회로 기판(110)의 상기 상부면은 테스트 헤드(30)와 마주할 수 있다.
피시험 장치인 웨이퍼(W)는 로더부(60)로부터 프로버(40)의 웨이퍼 척(50) 상으로 로딩될 수 있다. 상기 기판 정렬 유닛은 웨이퍼 척(50)을 수평 방향으로 이동시켜 웨이퍼(W)에 형성된 반도체 디바이스의 전극 패드들을 프로브 카드(100)의 프로브들(130)에 정렬시킬 수 있다. 이어서, 상기 기판 정렬 유닛은 웨이퍼 척(50)을 수직 방향으로 이동시켜 상기 반도체 디바이스의 상기 전극 패드들을 프로브 카드(100)의 프로브들(130)에 접촉시킬 수 있다.
테스터(20)는 프로버(40)의 타측에 인접하게 배치되고 상기 피검사 장치의 검사를 위한 전기 신호를 출력하고 상기 피검사 장치로부터 전기 신호를 입력받아 상기 피검사 장치의 전기적 특성을 검사할 수 있다. 테스터(20)는 테스터 헤드(30)에 전기적으로 연결될 수 있다.
테스터 헤드(30)는 프로버(40) 상부에서 프로브 카드(100)와 전기적으로 연결되며 프로브 카드(100)와 테스터(20) 사이의 전기 신호를 전달할 수 있다. 테스터 헤드(30)는 프로버(40) 상에서 승강 가능하며, 프로브 카드(100)에 선택적으로 도킹될 수 있다.
테스터 헤드(30)는 테스트되는 반도체 디바이스의 특성에 적합한 여러 종류의 보드들을 포함할 수 있다. 또한, 테스터 헤드(30)는 프로브 카드(100)와 직접적으로 연결되는 베이스(32)를 포함할 수 있다. 베이스(32)는 테스터 헤드(30)의 하부 둘레를 따라 환형 형상을 가질 수 있다. 베이스(32) 내부에는 포고 블록(pogo block)이 구비될 수 있다. 상기 포고 블록의 내부에는 프로브 카드(100)의 회로 기판(110)에 형성된 도전 패턴(112, 도 4 참조)과 접촉하여 전기적으로 연결되는 복수 개의 포고 핀들(pogo pin)이 구비될 수 있다. 따라서, 테스터(20)로부터의 전기 신호는 테스터 헤드(30)의 상기 보드들과 상기 포고 핀들을 순차적으로 경유하여 프로브 카드(100)로 전달될 수 있다.
따라서, 프로브 카드(100)가 테스터 헤드(30)의 베이스(32)에 결합된 상태에서, 웨이퍼 척(50)이 상기 기판 정렬 유닛에 의해 프로브 카드(100)를 향해 이동하여, 웨이퍼 척(50) 상에 놓인 웨이퍼(W)에 형성된 상기 반도체 디바이스의 상기 전극 패드들은 프로브 카드(100)의 프로브들(130)에 각각 접촉될 수 있다. 이어서, 상기 반도체 디바이스의 전기적 파라미터(electrical parameter)를 분석하는 검사 공정을 수행할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 반도체 디바이스의 검사 장치(10)는 접촉 검출기(70)를 더 포함할 수 있다. 접촉 검출기(70)는 검사 챔버(S) 내에 배치되어 프로브(130)와 상기 반도체 디바이스의 검사용 전극 패드의 접촉을 검사할 수 있다. 예를 들면, 프로브(130)과 상기 전극 패드가 서로 접촉할 때, 상기 전극 패드에는 콘택 마크(contact mark)가 형성될 수 있고, 접촉 검출기(70)은 상기 콘택 마크를 검출하여 접촉 불량여부를 판정할 수 있다.
예를 들면, 접촉 검출기(70)로서 디피에스(DPS, Direct Probe Sensor) 카메라와 같은 촬영수단이 이용될 수 있다. 상기 디피에스 카메라는 상기 검사용 전극 패드의 표면을 촬영하여 상기 검사용 전극 패드에 관한 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 상기 이미지 데이터를 분석하여 원하는 위치에 콘택 마크가 형성되었는지를 검사하여 접촉 불량여부를 판정할 수 있다.
이하에서는, 상기 프로브 카드에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드를 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4의 프로브 카드의 단열 커버 어셈블리가 분해된 상태를 나타내는 분해 사시도이다. 도 6은 도 4의 프로브 카드를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 4의 프로브 카드를 나타내는 측면도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 프로브 카드(100)는 반도체 디바이스의 검사를 위한 전기 신호를 전달하는 회로 기판(110), 회로 기판(110)의 하부면 상에 구비되며 복수 개의 프로브들(130)이 장착된 프로브 블록(120), 및 회로 기판(110)의 상부면 상에 회로 기판(110)의 적어도 일부를 커버하는 단열 커버 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
회로 기판(110)은 원판 형상을 가질 수 있다. 회로 기판(110)의 상부면에는 테스터 헤드(30)와의 전기적 연결을 위한 복수 개의 도전 패턴들(112)이 형성될 수 있다. 도전 패턴들(112)은 회로 기판(110)의 가장자리에 원주 방향을 따라 배열될 수 있다. 회로 기판(110)의 하부면에는 프로브들(130)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 접속 패드들(114)이 형성될 수 있다. 접속 패드들(114)은 프로브 블록(120) 둘레에 원주 방향을 따라 배열될 수 있다.
회로 기판(110)은 내부에 전기 신호를 전달하기 위한 채널 전송 라인들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 회로 기판(110)은 적층된 복수 개의 배선층들을 포함할 수 있다. 회로 기판(110)은 상기 배선층들을 관통하는 복수 개의 비아들을 포함할 수 있다. 상기 배선층들에 형성된 배선들과 상기 배선들과 전기적으로 연결되는 상기 비아들은 상기 채널 전송 라인을 형성할 수 있다. 도전 패턴(112)과 접속 패드(114)는 상기 채널 전송 라인에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판(110)은 유리 에폭시(glass epoxy) 수지 재질로 형성될 수 있다.
프로브들(130)은 회로 기판(110)의 하부면 상의 접속 패드들()로부터 연장하여 일단부들이 돌출되도록 프로브 블록(120)에 지지될 수 있다. 프로브(130)는 캔틸레버(cantilever) 타입의 니들일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
단열 커버 어셈블리(200)는 회로 기판(110)의 상부면 상에 탈부착 가능하도록 장착될 수 있다. 단열 커버 어셈블리(200)는 회로 기판(110)의 적어도 일부를 커버하도록 돔(dome)과 같은 반구형 지붕 형상을 가질 수 있다. 단열 커버 어셈블리(200)는 회로 기판(110) 상부에 열 수용 공간을 형성할 수 있다. 단열 커버 어셈블리(200)는 프로브 블록(120)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 단열 커버 어셈블리(200)는 회로 기판(110)의 중심 영역을 커버하도록 배치될 수 있다. 회로 기판(110)에 가해진 열은 상기 열 수용 공간 내에서 순환함으로써, 프로브 카드(100)에 가해진 열을 빠른 시간 안에 안정화시켜 검사 공정 동안에 프로브 카드(110)의 지속적인 열변형을 최소화할 수 있다.
이하에서는, 상기 단열 커버 어셈블리에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리를 나타내는 사시도이다. 도 9는 도 8의 단열 커버 어셈블리의 저면을 나타내는 사시도이다. 도 10은 도 8의 단열 커버 어셈블리의 일부를 나타내는 분해 사시도이다. 도 11은 도 8의 단열 커버 어셈블리의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 단열 커버 어셈블리(200)는 프로브 카드(100)의 회로 기판(110)의 상부면 일부를 커버하여 열 수용 공간(202)을 형성하는 단열 커버(210), 및 단열 커버(210)의 하부를 회로 기판(110)의 상부면에 부착시키기 위한 플랜지(220)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 단열 커버(210)는 회로 기판(110)의 상부면 일부를 커버하도록 돔 형상을 갖는 내부 커버(214) 및 내부 커버(240)와 이격되어 에어 갭(air gap)으로서의 단열 공간(213)을 형성하는 외부 커버(212)를 포함할 수 있다. 단열 커버(210)는 환형 형상의 지지부, 상기 지지부로부터 상부로 연장하는 측벽 및 상기 측벽을 커버하는 상부 덮개를 포함할 수 있다. 또한, 단열 커버(210)는 내부 커버(214)의 하부와 외부 커버(212)의 하부를 연결시키는 연결부(216)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 외부 커버(212), 내부 커버(214) 및 연결부(216)는 단열 공간(213)을 형성할 수 있다.
외부 커버(212) 및 내부 커버(214)는 단열성이 좋은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 외부 커버(212) 및 내부 커버(214)는 스테인레스강, 강화 플라스틱, 세라믹 등을 포함할 수 있다. 스테인레스강은 우수한 내식성, 내열성, 용접성, 성형성 등을 가지므로, 상기 단열 커버의 재료로 선택될 수 있다.
플랜지(220)는 단열 커버(210)의 지지부 하부에 배치되며 환형 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 플랜지(220)는 테프론(Teflon)과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
플랜지(220)의 하부면에는 열 수용 공간(202)과 연통하는 복수 개의 리세스들(222)이 형성될 수 있다. 리세스들(222)은 플랜지(220)의 원주 방향을 따라 서로 이격될 수 있다. 리세스(222)는 플랜지(220)의 내측면으로부터 외측면으로 연장할 수 있다. 리세스(222)는 플랜지(220)의 반경 방향을 따라 연장할 수 있다.
리세스(222)는 단열 커버 어셈블리(200)의 열 수용 공간(202)을 외부와 연결시키는 터널 리세스일 수 있다. 플랜지(220)의 리세스(222)를 통해 유입된 외부의 냉기는 열 수용 공간(202) 내에서 대류 순환하여 내부 온도를 일정한 온도로 평준화시킬 수 있다.
단열 커버(210)는 플랜지(220) 상에 결합되고, 플랜지(220)는 볼트와 같은 체결 부재를 통해 프로브 카드(100)의 회로 기판(110)에 탈착 가능하도록 결합될 수 있다. 플랜지(220)에는 제1 고정홀(232)이 형성되고, 단열 커버(210)의 연결부(216)와 플랜지(220)는 제1 고정홀(232)에 체결된 고정 볼트(233)에 의해 서로 결합될 수 있다. 플랜지(220)에는 제2 고정홀(234)이 형성되고, 회로 기판(110)과 플랜지(220)는 제2 고정홀(234)에 체결된 고정 볼트에 의해 서로 결합될 수 있다.
이와 다르게, 단열 커버(210)는 연결부(216)를 포함하지 않고, 외부 커버(212) 또는 내부 커버(214)는 마운트 브라켓과 같은 체결 부재를 통해 플랜지(220) 또는 회로 기판(110)에 체결될 수 있다.
단열 커버 어셈블리(200)는 외부 커버(212)의 외측면 상에 형성된 제1 단열막(242) 및 내부 커버(214)의 내측면 상에 형성된 제2 단열막(244)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 단열막들은 세라믹과 같은 단열재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 단열막(242)이 도포된 외부 커버(212)는 외부로부터 냉기를 차단하고 제2 단열막(242)이 도포된 내부 커버(214)는 열 수용 공간(202) 내부의 열을 외부로 방출되지 않도록 보호할 수 있다.
또한, 플랜지(220)의 리세스(222)를 통해 열 수용 공간(202)으로 유입된 소량의 외부의 냉기는 열기류의 영향으로 열 수용 공간(202) 내에서 대류 순환하여 내부 온도를 열원의 온도와 상응하는 온도로 빠르게 상승시킬 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 단열 커버 어셈블리의 일부를 나타내는 단면도이다. 상기 단열 커버 어셈블리는 단열재를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 11의 단열 커버 어셈블리와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 12를 참조하면, 단열 커버 어셈블리(200)는 프로브 카드(100)의 회로 기판(110)의 상부면 일부를 커버하여 열 수용 공간(202)을 형성하는 단열 커버(210), 및 단열 커버(210)의 하부를 회로 기판(110)의 상부면에 부착시키기 위한 플랜지(220)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 단열 커버(210)는 회로 기판(110)의 상부면 일부를 커버하도록 돔 형상을 갖는 내부 커버(214), 내부 커버(240)와 이격되어 단열 공간(213)을 형성하는 외부 커버(212), 및 내부 커버(214)와 외부 커버(212) 사이에 개재되는 단열재(250)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 단열재(250)는 실리카 섬유(silica fiber)를 포함할 수 있다. 단열재(250)는 내부 또는 외부로부터의 복사열을 차단할 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 프로브 카드를 이용하여 반도체 디바이스의 검사 공정을 나타내는 단면도이다. 도 14는 도 13의 검사 공정 진행 중에 측정된 프로브 카드의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1, 도 13 및 도 14를 참조하면, 반도체 디바이스의 검사 장치(10)를 이용하여 장시간 온도 특성 분석을 수행할 경우 웨이퍼 척(50)으로부터 인가된 열에 의해 프로브 카드(100)의 열변형이 발생할 수 있다.
반도체 디바이스의 고온 검사 공정은, 예를 들면, 85℃ 내지 125℃의 온도 범위에서 수행되므로, 프로브 카드(100)는 상기 검사 공정이 진행될수록 열변형이 지속적으로 나타나고, 이러한 열변형에 의해 프로브 카드(100)는 전체적으로 하강하게 된다.
도 14의 그래프 A를 참조하면, 단열 커버 어셈블리(200)가 회로 기판(110) 상에 장착되지 않는 경우, 분석 시간의 경과에 따라 프로브 카드의 온도는 지속적으로 상승하고 이에 따라 상기 프로브 카드의 변위가 계속적으로 변화하게 된다. 따라서, 장시간 복수 회에 걸쳐 접촉 검사가 수행될 때마다 지속적인 열변형에 의해 웨이퍼의 전극 패드와 프로브 사이의 접촉 위치가 달라져 접촉 불량이 발생할 수 있다.
도 14의 그래프 B를 참조하면, 단열 커버 어셈블리(200)가 회로 기판(110) 상에 장착된 경우, 단열 커버 어셈블리(200)는 회로 기판(110) 상에서 열 수용 공간을 형성하여, 빠른 시간 내에 회로 기판(110)의 온도를 일정 온도만큼 상승한 후 유지시켜 회로 기판(110)의 지속적인 열변형을 최소화시킬 수 있다. 즉, 회로 기판(110)으로 전달된 열을 방출하지 않고, 열원의 온도에 상응하는 온도로 빠르게 안정화시켜 회로 기판(110)이 일정한 크기의 예측 가능한 변형만을 일으키므로, 웨이퍼와 프로브 사이의 접촉 불량을 방지할 수 있다.
예를 들면, 1시간의 전체 검사 시간(P) 중에서 최초 10 내지 20분 이내로 프로브 카드의 온도를 일정한 고온의 온도로 유지할 수 있다. 따라서, 복수 회에 걸쳐 접촉 검사가 수행되더라도, 안정된 고온에 따른 일정한 변형만 일어나므로 웨이퍼의 전극 패드와 프로브 사이의 접촉 위치가 달라지지 않으므로 접촉 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 단열 커버 어셈블리를 갖는 프로브 카드는 EDS 공정에 사용될 수 있다. 상기 EDS 공정에 의해 소팅된 DRAM, VNAND 등과 같은 반도체 소자는 컴퓨팅 시스템과 같은 다양한 형태의 시스템들에 사용될 수 있다. 상기 시스템은 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 개인휴대단말기, 태블릿, 휴대폰, 디지털 음악 재생기 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 반도체 디바이스의 검사 장치 20: 테스터
30: 테스트 헤드 32: 베이스
40: 프로버 42: 헤드 플레이트
44: 하우징 50: 웨이퍼 척
60: 로더부 62: 기판 이송 캐리어
70: 접촉 검출기 100: 프로브 카드
110: 회로 기판 112: 도전 패턴
114: 접속 패드 120: 프로브 블록
130: 프로브 200: 단열 커버 어셈블리
202: 열 수용 공간 210: 단열 커버
212: 외부 커버 213: 단열 공간
214: 내측 커버 216: 연결부
220: 플랜지 222: 리세스
232: 제1 고정홀 233: 고정 볼트
234: 제2 고정홀 242: 제1 단열막
244: 제2 단열막 250: 단열재

Claims (20)

  1. 반도체 디바이스의 검사를 위한 전기 신호를 전달하는 회로 기판;
    상기 회로 기판의 하부면 상에 구비되며 복수 개의 프로브들이 장착된 프로브 블록; 및
    상기 회로 기판의 상부면 상에 상기 회로 기판의 적어도 일부를 커버하여 열 수용 공간을 형성하며, 상기 열 수용 공간 내에서 상기 회로 기판에 가해진 열을 유지하기 위한 단열 커버 어셈블리를 포함하는 프로브 카드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는
    상기 회로 기판의 상부면 일부를 커버하도록 돔 형상을 갖는 내부 커버; 및
    상기 내부 커버와 이격되어 단열 공간을 형성하는 외부 커버를 포함하는 프로브 카드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버의 하부와 상기 외부 커버의 하부를 연결시키는 연결부를 더 포함하는 프로브 카드.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 내부 커버 및 상기 외부 커버는 스테인레스강, 플라스틱 또는 세라믹을 포함하는 프로브 카드.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버의 하부와 상기 외부 커버의 하부를 상기 회로 기판의 상부면에 부착시키기 위한 플랜지를 더 포함하는 프로브 카드.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 플랜지의 하부면에는 상기 열 수용 공간과 연통하는 복수 개의 리세스들이 형성되는 프로브 카드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 리세스들은 상기 플랜지의 연장 방향을 따라 서로 이격되는 프로브 카드.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 회로 기판과 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 플랜지의 제1 고정홀에 체결된 고정 볼트에 의해 서로 결합되는 프로브 카드.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 플랜지는 절연 물질을 포함하는 프로브 카드.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는
    상기 외부 커버의 외측면 상에 형성된 제1 단열막; 및
    상기 내부 커버의 내측면 상에 형성된 제2 단열막을 더 포함하는 프로브 카드.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 내부 커버와 상기 외부 커버 사이에 단열재를 더 포함하는 프로브 카드.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단열재는 실리카 섬유를 포함하는 프로브 카드.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 커버 어셈블리는 상기 회로 기판의 상부면에 탈착 가능하도록 체결되는 프로브 카드.
  14. 프로브 카드의 회로 기판의 상부면 일부를 커버하여 열 수용 공간을 형성하며, 상기 열 수용 공간 내에서 상기 회로 기판에 가해진 열을 유지하기 위한 단열 커버; 및
    상기 커버의 하부를 상기 회로 기판의 상부면에 부착시키기 위한 환형 형상의 플랜지를 포함하는 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 단열 커버는
    돔 형상을 갖는 내부 커버; 및
    상기 내부 커버와 이격되어 단열 공간을 형성하는 외부 커버를 포함하는 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 플랜지의 하부면에는 상기 플랜지의 반경 방향으로 연장하며 상기 열 수용 공간과 연통하는 복수 개의 리세스들이 형성되는 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 리세스들은 상기 플랜지의 원주 방향을 따라 서로 이격되는 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 외부 커버의 외측면 상에 형성된 제1 단열막; 및
    상기 내부 커버의 내측면 상에 형성된 제2 단열막을 더 포함하는 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 내부 커버와 상기 외부 커버 사이에 단열재를 더 포함하는 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 단열재는 실리카 섬유를 포함하는 프로브 카드.
KR1020150096608A 2015-07-07 2015-07-07 프로브 카드, 프로브 카드용 단열 커버 어셈블리, 및 이를 갖는 반도체 디바이스의 검사 장치 KR102328101B1 (ko)

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