KR20220122827A - 프로브 카드 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 프로브 카드는, 제 1 히팅 층, 제 2 히팅 층, 및 예비 히팅층을 갖는 다층 기판, 상기 다층 기판 하부에 배치된 복수의 니들들, 및 상기 다층 기판 상부에 배치되고, 상기 다층 기판의 온도에 따라 상기 제 1 히팅층, 상기 제 2 히팅층, 혹은 상기 예비 히팅층과 외부 전력의 연결을 제어하는 히팅층 제어 장치를 포함할 수 있다.

Description

프로브 카드 및 그것의 동작 방법{PROBE CARD AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 프로브 카드 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 메모리 테스터는, 테스트 대상 장치(DUT: device under test)의 전극 패드들과 연결되는 프로브 카드를 구비한다. 프로브 카드는 테스트 대상 장치와 테스터 제어시스템을 연결해준다. 제어시스템으로부터 프로브 카드를 통해서 테스트 대상 장치로 테스트 입력신호를 공급한다. 그 다음, 테스트 대상 장치로부터의 출력신호는 프로브 카드를 통해서 제어시스템으로 전달되며, 제어시스템은 전달된 출력신호를 기대치와 비교함으로써, 양품과 불량품을 판별한다.

본 발명의 목적은 고온에서 열팽창 효율을 향상시키는 프로브 카드 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 프로브 카드는, 제 1 히팅 층, 제 2 히팅 층, 및 예비 히팅층을 갖는 다층 기판; 상기 다층 기판 하부에 배치된 복수의 니들들; 및 상기 다층 기판 상부에 배치되고, 상기 다층 기판의 온도에 따라 상기 제 1 히팅층, 상기 제 2 히팅층, 혹은 상기 예비 히팅층과 외부 전력의 연결을 제어하는 히팅층 제어 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 프로브 카드의 동작 방법은, 다층 기판의 온도를 감지하는 단계; 상기 온도에 따라 상기 다층 기판 내부의 복수의 히팅층들 중에서 적어도 하나의 히팅층과 외부 전력의 연결을 제어하는 단계; 및 반도체 소자를 테스트 하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 프로브 카드 및 그것의 동작 방법은, 온도에 따라 예비 히팅층을 외부 전력에 연결함으로써, 고온에서도 열팽창 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다.
도 1은 타겟 온도별 히팅 성능 열화를 보여주는 도면이다.
도 2는 히팅층 저항에 따른 히터 전력과 히터 동작을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 에에 따른 프로브 카드의 히팅층 제어 장치를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프로브 카드의 히팅층 제어 장치에 따른 히터 전력 비교를 예시적으로 보여주는 도면이다.

아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.

일반적으로 반도체 제품 설계 시, 웨이퍼내 칩수 증가를 위해 제품 패드 크기를 가능한 작게 만들고 있다. 또한, 테스트 공정을 상온이 아닌 고온/저온에서 진행하고 있다. 웨이퍼는 프로버(prober)의 척 온도 변화에 따라 빨리 변하지만, 프로브 카드의 경우 상대적으로 온도 변화가 느리다. 이 때문에 프로브 카드의 니들들이 제품의 작은 패드에 정확한 위치로 변화할 때까지 충분한 열변형(이하, Soak) 시간이 필요하다. 이러한 Soak에 소요되는 시간은 수십 분 이상으로 라인 효율에 영향을 주고 있다. 이러한 Soak 소요 시간 단축을 위하여 프로브 카드에 히터 장치가 추가되고 있다.

일반적으로, 히터 장치는 프로브 카드의 세라믹부 내층에 일정한 저항값을 가지는 히팅층(heating layer)을 포함한다. 프로버는 대응하는 히팅층에 전류를 공급함으로써, 프로브 카드 온도를 가속 상승시킬 수 있다. 이에, Soak 소요 시간이 단축될 수 있다.

공정 미세화에 따른 제품 불량 검출 강화 및 오토모티브 비즈 등에 따른 요구에 의해 테스트 온도가 점점 높아지고 있다. 이에 따라, 웨이퍼 팽창에 맞추어 안정적 컨택 확보를 위해 프로브 카드의 온도 역시 높아지고 있다. 종래의 프로브 카드의 히터 장치는 Soak에서 프로브 카드 목표 온도가 높아짐에 따라 낮은 효율을 나타내고 있다.

도 1은 타겟 온도별 히팅 성능 열화를 보여주는 도면이다.

일반적으로 프로브 카드는 다층 기판, 복수의 니들, 스티프너, 인쇄회로기판 및 온도 조절 유닛을 포함한다. 다층 기판은 적층된 복수개의 절연 기판들을 포함한다. 예를 들어, 절연 기판들은 세라믹 기판을 포함할 수 있다. 테스트 패턴들이 다층 기판에 내장된다. 피검체를 테스트하기 위한 테스트 전류가 테스트 패턴을 통해 흐른다. 예를 들어, 피검체는 반도체 기판을 포함할 수 있다. 니들들은 다층 기판의 하부면에 배치된다. 니들들은 테스트 패턴에 전기적으로 연결된다. 니들들은 피검체의 단자들과 전기적으로 접촉한다. 따라서, 테스트 전류는 테스트 패턴과 니들들을 통해서 피검체로 제공된다. 스티프너는 다층 기판의 상부에 배치된다. 스티프너는 다층 기판을 지지한다. 인쇄회로기판(PCB)은 스티프너와 다층 기판 사이에 개재된다. 인쇄회로기판(PCB)은 테스트 전류가 흐르는 테스트 회로를 갖는다. 따라서, 테스트 회로는 테스트 패턴과 전기적으로 연결된다. 온도 조절 유닛은 다층 기판에 고온과 저온을 선택적으로 제공한다. 예를 들어, 피검체를 고온 하에서 테스트할 경우, 온도 조절 유닛은 다층 기판에 고온을 부여한다. 반면에, 피검체를 저온 하에서 테스트할 경우, 온도 조절 유닛은 다층 기판에 저온을 부여한다.

일반적으로, 웨이퍼 테스트에서 프로브 카드의 컨택 품질 및 성능 관리를 위해 히팅층(heating layer)이 사용되고 있다. 테스트 온도에 따른 웨이퍼 열팽창에 맞추어 프로브 카드도 Soak을 통해 온도 상승으로 열팽창을 시키고 있다. 히터를 사용하여 Soak 시간을 대폭 감소 시키고 있다. 하지만, 테스트 온도 상승에 따른 제품(웨이퍼) 열팽창이 커지고 있다. 이 때문에 프로브 카드의 온도도 높아져야 한다.

스위치 모드 전원 장치(SMPS; Switch Mode Power Supply)는 히팅층에 전력(전압/전류)을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 프로브 카드의 온도가 75℃ 도달을 위해서 18분의 시간이 소요되고 있다. 그런데, 프로브 카드의 온도가 86℃의 경우에는 50분으로 길어지고 있다. 이처럼 제품 테스트 온도의 상승에 맞추어 프로브 카드의 온도가 높아져야 하는 경우에, 프로브 카드 내 히터 장치의 Soak 효율이 현저히 낮아지고 있다. 이는 프로브 카드 온도가 높아짐에 따라 히팅층의 온도도 높아지기 때문이다. 이로 인해 히팅층의 저항 역시 증가함으로써, 온도로 인해 높아진 저항만큼 히터 장치의 전력 효율이 떨어진다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 테스트 시 사용되는 프로브 카드(Probe Card)의 열팽창 관련하여 사용중인 히터 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 프로브 카드는 히터 장치의 전력 효율을 떨어 지지 않도록 히팅층 제어 장치를 포함할 수 있다.

프로브 카드 Soak 온도가 높아짐에 따라 히팅층을 활용한 Soak 소요 시간이 길어지는 이유는, 히팅층의 온도가 상승에 따라 히팅층의 저항이 커짐으로써 히팅층의 전력 효율이 낮아지기 때문이다. 이렇게 고온에서의 히팅층 저항 상승에 따른 히터 전력 효율 하락을 보상하기 위하여, 프로버에 설치되어 있는 히팅층에 대한 전류 공급 장치의 전력(전압 또는 전류)을 높이는 방법과 히팅층의 저항을 낮추는 두 가지 방안이 가능하다. 첫 번째, 프로버 히터 전원 장치의 전력을 높이는 방법은 기존 보유 설비를 개조해야 하기에 비용과 소요 시간에 있어서 현실적인 어려움을 갖는다. 두 번째 히터 저항을 낮추는 방법은 고온에서 히팅층 저항이 낮아져서 히터 전력을 높이나 낮은 온도에서 히팅층의 저항이 더 낮아짐으로써 히팅층에 흐르는 전류를 크게 한다. 이로 인하여 프로버 히터 전원에 과전류 보호 회로의 상한값 이상으로 전류가 흐르면, 히터가 차단됨으로써 낮은 온도 (즉, Soak 실행 초기)에서 히터가 동작할 수 없다.

도 2는 히팅층 저항에 따른 히터 전력과 히터 동작을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 히팅층 저항에 따른 Soak 시의 프로브 카드 온도와 히터 동작이 도시된다. 통상 층의 경우 Soak 초기 온도가 낮은 B 구간에서 히터의 저항이 높아지기 전이라 전류가 흐른다. 프로브 카드 온도가 높아지는 A 구간에서 히터 저항이 높아지고 이로 인해 히팅층 전력이 낮아진다. 이에 프로브 카드 온도가 매우 완만하게 상승한다.

히팅층의 저항을 낮춘 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 히팅층 저항이 낮아진 만큼 온도가 높은 A'구간에서 히팅층 전력이 높아지고 있다. 하지만 온도가 낮은 B' 구간에서 저항이 낮아짐으로써, 전류가 증가한다. 이 경우 프로브 카드 히팅층의 숏 등 불량과 이상 동작에 따른 과전류로 인한 장비의 손상을 방지하기 위해 프로버의 히터 전원에 과전류 차단 기능이 필요하다.

저항이 낮아진 히팅층이 온도가 낮은 영역(B')에서 과전류 차단 이상의 전류가 흐를 경우, 프로버는 히팅 층에 이상이 있다고 판단한다. 히터 전원이 차단되기 때문에 낮은 온도에서 히터가 오프(Off) 되면, 낮은 온도에서 히터를 사용할 수 없다. 이에 따라 Soak 효율이 낮아지는 문제가 발생될 수 있다. 이 경우에 Soak 실행 초기의 낮은 온도 영역에서 히터 없이 프로브 카드를 Soak함으로써, 프로브 카드 온도를 높인 다음에 히터를 동작시켜서 Soak을 하는 방법도 가능하다.

그런데, 이러한 경우 초기 온도에서의 Soak 시간이 길어지기 때문에 히터를 활용한 Soak 효율이 낮아지게 된다. 프로브 카드 온도에 따른 테스트 인프라의 불안정성이 높아지기 때문에 안정적으로 히터를 사용하기 어렵다.

도 3은 본 발명의 실시 에에 따른 프로브 카드(100)의 히팅층 제어 장치(110)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 프로브 카드(100)는 히팅층 제어 장치(110) 및 다층 기판(120)를 포함할 수 있다.

히팅층 제어 장치(110)는 프로버(200)로부터 전력을 수신하고, 수신된 전력을 대응하는 히팅층에 제공할 수 있다.

히팅층 제어 장치(110)는 릴레이(혹은, 스위치; 112) 및 제어 시스템(114)를 포함할 수 잇다. 릴레이(112)는 다층 기판(120)에 유효 히팅층(121, 122)와 예비 히팅층(123)을 연결하도록 구현될 수 있다.

제어 시스템(114)는 프로브 카드 온도에 따라 릴레이(114)의 연결을 자동 제어하도록 구현될 수 있다. 여기서 프로브 카드 온도는 다층 기판(120)의 온도 센서(124)로부터 측정될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 히팅층 제어 장치(110)는 Soak 실행 중에 온도가 상승에 따른 프로브 카드 히팅층의 저항이 증가와 이로 인한 히팅층 전력 하락의 단점을 극복할 수 있다.

다층 기판(120)은 제 1 히팅층(121), 제 2 히팅층(122), 예비 히팅층(123) 및 온도 센서(124)를 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 다층 기판(120)은 세라믹 기판을 포함할 수 있다.

도 2에서 설명한 바와 같이, 히팅층 저항을 낮추면 낮은 온도에서의 과전류로 인해 히팅층이 Off될 수 있다. 이 때문에 낮은 온도뿐 아니라 높은 온도에서도 안정적으로 히터 전원이 사용될 수 있다. 또한 히터의 전력 효율을 유지하기 위해서 여분의 예비 히팅층(123)을 구비하고, 이러한 예비 히팅층(123)을 프로브 카드 온도 구간에서 추가 연결할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프로브 카드의 히팅층 제어 장치에 따른 히터 전력 비교를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 낮은 온도(B)에서는 통상 층의 방식대로 히팅층이 구동된다. 히팅층 저항이 상승하여 히터 효율이 떨어지는 온도 구간(A")에서 여분의 히팅층을 연결함으로써, 히팅층 제어 장치는 히팅층의 등가 저항을 낮추고, 히터 전력 효율을 높일 수 있다. 그 결과로써, 안정적인 히터 전원의 사용과 고온에서 히팅층 전력 효율 하락을 회피할 수 있다. 또한, 히팅층 제어 장치를 프로브 카드 PCB 상에 구성하여 기존 설비 (프로버와 Tester)의 개조없이 Soak 성능의 향상이 가능하다.

본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼의 패드 프로빙으로 테스트를 하는 프로브 카드는, 세라믹단에 형성된 프로브 카드 열팽창을 위한 복수의 히팅층들, 복수의 히팅층들에 대하여 프로브 카드의 PCB상에 히팅층을 개별 연결하는 릴레이, 및 프로브 카드의 온도를 감지함으로써 릴레이를 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.

한편, 상술된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용 할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함 할 것이다.

100: 프로브 카드
200: 프로버
110: 히팅층 제어 장치
120: 다층 기판
121: 제 1 히팅층
122: 제 2 히팅층
123: 예비 히팅층
112: 릴레이
113: 제어 시스템

Claims (10)

1. 제 1 히팅 층, 제 2 히팅 층, 및 예비 히팅층을 갖는 다층 기판;
   상기 다층 기판 하부에 배치된 복수의 니들들; 및
   상기 다층 기판 상부에 배치되고, 상기 다층 기판의 온도에 따라 상기 제 1 히팅층, 상기 제 2 히팅층, 혹은 상기 예비 히팅층과 외부 전력의 연결을 제어하는 히팅층 제어 장치를 포함하는 프로브 카드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다층 기판은 세라믹 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도가 기준값 미만일 때, 상기 제 1 히팅 층을 상기 외부 전력에 연결하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도가 기준값 이상일 때, 상기 제 2 히팅 층을 상기 외부 전력에 연결하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도가 기준값 이상일 때, 상기 예비 히팅층을 상기 외부 전력에 연결하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 히팅층 제어 장치는,
   상기 외부 전력을 제공하는 전력 라인을 상기 제 1 히팅층, 상기 제 2 히팅층, 및 상기 예비 히팅층에 개별적으로 연결하는 릴레이를 더 포함하는 프로브 카드.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 히팅층 제어 장치는,
   상기 온도에 따라 릴레이의 연결을 제어하는 제어 시스템을 더 포함하는 프로브 카드.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 다층 기판은,
   상기 다층 기판의 상부에 배치되고, 상기 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하는 프로브 카드.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도가 기준값 미만일 때, 상기 제 1 히팅층, 상기 제 2 히팅층, 및 상기 예비 히팅층은 상기 외부 전력에 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
10. 프로브 카드의 동작 방법에 있어서,
    다층 기판의 온도를 감지하는 단계;
    상기 온도에 따라 상기 다층 기판 내부의 복수의 히팅층들 중에서 적어도 하나의 히팅층과 외부 전력의 연결을 제어하는 단계; 및
    반도체 소자를 테스트 하는 단계를 포함하는 방법.
    

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