KR20170064750A - 프로브 스테이션 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 상에 형성된 반도체 소자들에 대한 전기적 검사를 수행하는 프로브 스테이션이 개시된다. 프로브 스테이션은, 반도체 소자들에 접촉되어 검사 신호를 인가하기 위한 복수의 탐침들을 구비하는 프로브 카드, 웨이퍼를 지지하는 척, 및 척의 하부에 배치되어 척을 지지하는 복수의 레벨 보정 부재를 구비한다. 레벨 보정 부재들은 탄성력을 가지며, 탐침들이 반도체 소자들과 접촉하기 위해 척에 가하는 압력에 대해 완충 역할을 한다. 이에 따라, 프로브 스테이션은 탐침들이 누르는 압력에 대응하여 척의 레벨을 보정할 수 있으므로, 프로브 카드의 탐침들이 웨이퍼에 균일한 접촉 깊이로 접촉될 수 있고, 웨이퍼에 대한 전기적 검사를 안정적으로 실시할 수 있다.

Description

프로브 스테이션{Probe station}

본 발명의 실시예들은 프로브 스테이션에 관한 것이다. 보다 상세하게는 프로브 카드를 이용하여 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼에 대하여 전기적인 검사를 수행하기 위한 프로브 스테이션에 관한 것이다.

일반적으로 집적 회로 소자들과 같은 반도체 소자들은 반도체 웨이퍼 상에 일련의 반도체 공정들을 반복적으로 수행함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 증착 공정, 박막을 전기적 특성들을 갖는 패턴들로 형성하기 위한 식각 공정, 패턴들에 불순물들을 주입 또는 확산시키기 위한 이온 주입 공정 또는 확산 공정, 패턴들이 형성된 웨이퍼로부터 불순물들을 제거하기 위한 세정 및 린스 공정 등을 반복적으로 수행함으로써 반도체 회로 소자들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있다.

이러한 일련의 공정들을 통해 반도체 소자들을 형성한 후 반도체 소자들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 검사 공정이 수행될 수 있다. 검사 공정은 복수의 탐침들을 갖는 프로브 카드를 포함하는 프로브 스테이션과 전기적인 신호를 제공하기 위하여 프로브 카드와 연결된 테스터에 의해 수행될 수 있다.

검사 공정을 위해 검사 챔버의 상부에는 프로브 카드가 장착될 수 있으며, 프로브 카드 아래에는 웨이퍼를 지지하는 척이 배치될 수 있다. 척은 웨이퍼 상의 패드들이 프로브 카드의 탐침들과 접촉되도록 수직 및 수평 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다.

검사 공정은 프로브 카드의 탐침들과 웨이퍼 상의 패드들이 균일하게 접촉된 상태에서 이루어져야 하기 때문에, 탐침들과 패드들을 접촉시키기 전에 프로브 카드와 웨이퍼를 정렬하는 단계가 필요하다.

프로브 카드와 웨이퍼의 정렬을 위해 척은 수직 및 수평 방향으로의 이동과 회전 및 프로브 카드에 대한 레벨링을 실시하며, 프로브 카드의 홀더 또한 웨이퍼에 대하여 프로브 카드를 레벨링한다.

그러나 프로브 카드와 웨이퍼를 정렬한 후에 탐침들을 패드들에 접촉시키더라도, 탐침들이 패드들을 가압하는 압력에 의해 척의 수직 방향의 축인 Z축이 밀려 프로브 카드에 대한 웨이퍼의 레벨이 변경될 수 있다. 이로 인해, 탐침들과 패드들의 접촉 위치에 따라 접촉 깊이가 서로 달라지는 문제점이 발생한다.

한국공개특허공보 제10-2004-0005089호 (2004.01.16.)

본 발명의 실시예들은 프로브 카드의 탐침들로부터 웨이퍼를 지지하는 척에 가해지는 압력에 대응하여 척의 레벨을 보정할 수 있는 프로브 스테이션을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 프로브 스테이션은, 웨이퍼 상에 형성된 반도체 소자들에 접촉되어 검사 신호를 인가하는 복수의 탐침들을 구비하고 상기 웨이퍼에 대한 전기적 검사를 위한 프로브 카드, 상기 프로브 카드의 아래에 배치되고 상기 웨이퍼를 지지하는 척, 및 상기 척의 하부에 배치되어 상기 척을 지지하고 탄성력을 가지며 상기 탐침들이 상기 반도체 소자들과 접촉하기 위해 상기 척에 가하는 압력에 대해 완충 역할을 하여 상기 척의 레벨을 보정하는 복수의 레벨 보정 부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 레벨 보정 부재들은, 상기 척의 단부를 지지하며 서로 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 프로브 스테이션은, 상기 척의 하부에 결합되고 상기 레벨 보정 부재들이 삽입되는 복수의 삽입홈을 가지며 상기 레벨 보정 부재들의 위치를 고정하는 결합 플레이트를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 프로브 스테이션은, 상기 척의 하부에 결합되고, 상기 레벨 보정 부재들이 삽입되는 복수의 삽입홈을 가지며, 상기 척을 회전시키는 회전 유닛을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 레벨 보정 부재는 스프링일 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 프로브 스테이션은 프로브 카드의 탐침들로부터 척에 가해지는 압력에 대하여 완충 역할을 레벨 보정 부재들을 구비함으로써, 탐침들이 누르는 압력에 의해 척의 Z축이 밀리는 것을 방지하고 탐침들이 누르는 압력에 대응하여 척의 레벨을 보정할 수 있다. 이에 따라, 프로브 스테이션은 프로브 카드의 탐침들이 웨이퍼에 균일한 접촉 깊이로 접촉될 수 있으므로, 웨이퍼에 대한 전기적 검사를 안정적으로 실시할 수 있고, 검사 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 스테이션을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 척과 레벨 보정 부재들 및 결합 플레이트의 배치 관계를 설명하기 위한 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 척과 레벨 보정 부재들의 배치 관계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 레벨 보정 부재들과 결합 플레이트의 결합 관계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 스테이션을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 척과 레벨 보정 부재들 및 회전 유닛의 배치 관계를 설명하기 위한 측면도이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 스테이션을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 척과 레벨 보정 부재들 및 결합 플레이트의 배치 관계를 설명하기 위한 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 스테이션(100A)은 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼(10)에 대하여 프로브 카드(20)를 이용해 전기적 특성 검사를 수행한다. 상기 프로브 스테이션(100A)은 검사 챔버(110), 척(120), 및 복수의 레벨 보정 부재(130)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 검사 챔버(110)는 상기 웨이퍼(10)에 대하여 전기적 검사를 수행하기 위한 공정 공간을 제공하며, 상기 검사 챔버(110) 안에는 상기 척(120)과 상기 프로브 카드(20)가 배치될 수 있다.

상기 척(120)은 상기 프로브 카드(20)의 아래에 배치되고, 대체로 원 기둥 형상을 가지며, 상기 웨이퍼(10)을 지지한다. 상기 척(120)의 하부에는 상기 레벨 보정 부재들(130)이 배치된다.

도 3은 도 2에 도시된 척과 레벨 보정 부재들의 배치 관계를 설명하기 위한 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 레벨 보정 부재들(130)은 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 도 3에 도시된 것처럼 상기 척(120)의 단부를 지지한다. 상기 레벨 보정 부재들(130)은 탄성력을 가질 수 있으며, 본 발명의 일례로 상기 레벨 보정 부재(130)는 스프링일 수 있다. 상기 레벨 보정 부재(130)로 사용될 수 있는 스프링으로는, 고무 또는 합성수지와 같은 비금속 재질로 이루어진 비금속 스프링, 금속 재질로 이루어진 금속 스프링, 또는 공기나 오일을 이용한 유체 스프링 등이 이용될 수 있다.

특히, 상기 레벨 보정 부재들(130)은 상기 척(120)의 레벨을 보정하기 위해 상기 프로브 카드(20)의 탐침들(22)로부터 상기 척(120)에 가해지는 압력에 대하여 완충 역할을 할 수 있다.

즉, 상기 프로브 스테이션(100A)은 상기 프로브 카드(20)의 탐침들이 상기 웨이퍼(10)에 형성된 검사 패드들에 균일하게 접촉되도록 상기 프로브 카드(20)와 상기 웨이퍼(10)를 정렬한다. 이때, 상기 척(120)은 수직 및 수평 방향으로 이동하고 회전하여 상기 웨이퍼(10)를 정렬한다.

상기 웨이퍼(10)와 상기 프로브 카드(20)의 정렬이 완료되면, 상기 프로브 카드(20)의 탐침들이 상기 웨이퍼(10) 상의 검사 패드들에 접촉되어 검사 신호를 인가한다. 여기서, 상기 프로브 스테이션(100A)은 상기 웨이퍼(10)의 전기적 특성을 검사하기 위한 테스터(30)와 연결될 수 있다. 상기 테스터(30)는 상기 프로브 카드(20)를 통해 상기 검사 신호를 상기 반도체 소자들에 인가하고, 상기 반도체 소자들로부터 출력되는 신호들을 통해 상기 웨이퍼(10)의 전기적인 특성을 검사한다.

상기 프로브 카드(20)의 탐침들(22)은 상기 검사 신호를 상기 검사 패드들에 인가하기 위해 기 설정된 접촉 깊이로 상기 웨이퍼(10)에 접촉될 수 있다. 이렇게 상기 탐침들(22)이 상기 검사 패드들에 접촉하는 과정에서 상기 탐침들(22)이 상기 웨이퍼(10)를 누르는 압력에 의해 상기 척(120)의 수직 방향의 축인 Z축이 밀릴 수 있으며, 이로 인해 상기 척(120)의 레벨이 변경되어 상기 탐침들(22)의 접촉 깊이(contact depth)가 접촉 위치에 따라 달라질 수 있다.

이를 방지하기 위해, 상기 레벨 보정 부재들(130)은 상기 탐침들(22)로부터 상기 척(120)에 가해지는 압력에 대하여 완충 역할을 함으로써, 상기 탐침들(22)이 누르는 압력에 의해 상기 척(120)의 Z축이 밀리는 것을 방지하고 상기 압력에 대응하여 상기 척(120)의 레벨을 보정할 수 있다. 이에 따라, 상기 프로브 카드(20)의 탐침들(22)이 상기 웨이퍼(10)에 균일한 접촉 깊이로 접촉될 수 있으므로, 상기 프로브 스테이션(100A)은 상기 웨이퍼(10)에 대한 전기적 검사를 안정적으로 실시할 수 있고, 검사 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프로브 스테이션(100A)은 결합 플레이트(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 결합 플레이트(140)는 상기 척(130)의 하부에 결합되고, 상기 레벨 보정 부재들(130)의 위치를 고정할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 레벨 보정 부재들과 결합 플레이트의 결합 관계를 설명하기 위한 평면도이다.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 결합 플레이트(140)는 도 4에 도시된 것처럼 대체로 원 판 형상을 가질 수 있다. 상기 결합 플레이트(140)는 상기 레벨 부재들(130)을 삽입할 수 있는 복수의 삽입홈(142)을 가질 수 있으며, 상기 삽입홈들(142)은 상기 결합 플레이트(140)의 단부에 형성될 수 있다. 상기 레벨 보정 부재(130)는 상기 삽입홈(142)에 삽입되어 상기 척(120)의 단부를 지지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프로브 스테이션(100A)은 회전 유닛(150), 수직 구동부(160), 척 스테이지(170), 및 수평 구동부(180)를 더 포함할 수 있다.

상기 회전 유닛(150A)은 상기 결합 플레이트(140)의 아래에 배치되고, 상기 척(120)과 결합하며, 상기 척(120)을 회전시킬 수 있다. 상기 회전 유닛(150A)의 아래에는 상기 수직 구동부(160)가 배치될 수 있으며, 상기 수직 구동부(160)는 상기 척 스테이지(170)의 상면에 배치될 수 있다. 상기 척 스테이지(170)는 상기 수평 구동부(180) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 수직 구동부(160)와 상기 수평 구동부(180)의 배치 관계는 다양하게 변경 가능하므로, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다.

상기 척(120)은 상기 수직 구동부(160)에 의해 수직 방향으로 이동될 수 있으며, 상기 수평 구동부(180)에 의해 수평 방향으로 이동될 수 있다. 상기 회전 유닛(150A)과 상기 수직 구동부(160) 및 상기 수평 구동부(180)는 상기 탐침들(22)에 대한 상기 웨이퍼(10) 상의 패드들의 위치와 상기 척(120)의 수직 및 수평 위치를 조절하여 상기 프로브 카드(20)와 상기 웨이퍼(10)를 정렬할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프로브 스테이션(100A)은 상기 척(120)의 일측에 배치된 하부 정렬 카메라(192)와 상기 프로브 카드(20)의 일측에 배치된 상부 정렬 카메라(194)를 더 구비할 수 있다.

상기 하부 정렬 카메라(192)는 상기 척 스테이지(170) 상에 배치되어 상기 척(120)과 함께 이동 가능하며, 상기 프로브 카드(20)의 탐침들(22)에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 상기 하부 정렬 카메라(194)는 상기 척(120)의 상측에 배치되어 상기 웨이퍼(10) 상의 패턴들에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 도면에는 상세히 도시하지 않았으나, 상기 상부 정렬 카메라(194)는 브릿지 형태를 갖는 구동부에 의해 수평 방향으로 이동될 수 있다. 특히, 상기 하부 및 상부 정렬 카메라들(192, 194)은 상기 웨이퍼(10)와 상기 프로브 카드(20) 사이의 정렬을 위해 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 스테이션을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 척과 레벨 보정 부재들 및 회전 유닛의 배치 관계를 설명하기 위한 측면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 스테이션(100B)은 회전 유닛(150B)과 결합 플레이트(140)를 제외하고는 도 1에 도시된 프로 스테이션(100A)과 동일한 구성을 가지므로, 도 1의 프로브 스테이션(100A)과 동일한 구성 요소에 대해서는 참조 부호를 병기하고 구체적인 설명은 생략한다.

상기 프로브 스테이션(100B)은 도 1의 프로브 스테이션(100A)과 달리 상기 결합 플레이트(140)를 구비하지 않으며, 척(120)의 레벨을 보정하기 위한 레벨 보정 부재들(130)의 위치가 상기 회전 유닛(150B)에 의해 고정된다.

즉, 상기 회전 유닛(150B)은 상기 척(120)의 하부에 결합될 수 있으며, 상기 레벨 보정 부재들(130)을 삽입하기 위한 복수의 삽입홈(152)을 가질 수 있다. 상기 삽입홈들(152)은 상기 회전 유닛(150B)의 측단부에 형성될 수 있으며, 성가 레벨 보정 부재들(130)은 상기 삽입홈들(152)에 삽입되어 상기 척(120)의 단부를 지지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 스테이션(100B)은 상기 회전 유닛( 150B)에 상기 레벨 보정 부재들(130)을 삽입하는 삽입홈들(152)을 형성함으로써, 상기 레벨 보정 부재들(130)의 위치를 고정하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없다. 따라서, 상기 프로브 스테이션(100B)은 도 1에 도시된 프로브 스테이션(100A)에 비해 조립성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 웨이퍼 20 : 프로브 카드
100A, 100B : 프로브 스테이션 110 : 검사 챔버
120 : 척 130 : 레벨 보정 부재
140 : 결합 플레이트 150A. 150B : 회전 유닛
142, 152 : 삽입홈 160 : 수직 구동부
170 : 척 스테이지 180 : 수평 구동부
192, 194 : 정렬 카메라

Claims (5)

1. 웨이퍼 상에 형성된 반도체 소자들에 접촉되어 검사 신호를 인가하는 복수의 탐침들을 구비하고, 상기 웨이퍼에 대한 전기적 검사를 위한 프로브 카드;
   상기 프로브 카드의 아래에 배치되고, 상기 웨이퍼를 지지하는 척; 및
   상기 척의 하부에 배치되어 상기 척을 지지하고, 탄성력을 가지며, 상기 탐침들이 상기 반도체 소자들과 접촉하기 위해 상기 척에 가하는 압력에 대해 완충 역할을 하여 상기 척의 레벨을 보정하는 복수의 레벨 보정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 스테이션.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레벨 보정 부재들은, 상기 척의 단부를 지지하며 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 프로브 스테이션.
3. 제2항에 있어서,
   상기 척의 하부에 결합되고, 상기 레벨 보정 부재들이 삽입되는 복수의 삽입홈을 가지며, 상기 레벨 보정 부재들의 위치를 고정하는 결합 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 스테이션.
4. 제2항에 있어서,
   상기 척의 하부에 결합되고, 상기 레벨 보정 부재들이 삽입되는 복수의 삽입홈을 가지며, 상기 척을 회전시키는 회전 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 스테이션.
5. 제1항에 있어서,
   상기 레벨 보정 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 프로브 스테이션.
   

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