KR100495847B1 - 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템 - Google Patents

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Abstract

프로브 접촉 시스템은 접촉자들의 팁들과 접촉 목표물들 간의 거리를 간단하고 저 비용의 기구에 의해 조정할 수 있다. 평면도 조정 기구는 표면에 장착되어 있는 다수의 접촉자들을 구비하는 접촉 기판과, 접촉자들과 반도체 시험 시스템의 시험 헤드 사이의 전기적 연통을 확립하는 프로브 카드와, 접촉 기판과 프로브 카드 사이에 마련된 전도성 엘라스토머와, 접촉 기판과 프로브 카드 사이의 거리를 변경할 수 있도록 각각이 조정 가능하며 접촉 기판 상의 3개의 위치에서 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키기 위한 접속 부재와, 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 사이의 간극을 측정하기 위한 간극 센서와, 상기 3개의 위치 각각에서의 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 사이의 간극이 서로 동일하도록 접속 부재를 조정하기 위한 회전 조정 장치를 포함한다.

Description

평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템 {PROBE CONTACT SYSTEM HAVING PLANARITY ADJUSTMENT MECHANISM}
본 발명은 시험 중인 반도체 장치와의 전기적 접촉을 확립하기 위한 다수의 접촉자를 구비하는 반도체 시험 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 접촉 패드들이 시험될 수 있도록 접촉자의 팁들과 접촉 목표물 간의 거리를 조정하기 위한 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템에 관한 것이다.
LSI 및 VLSI와 같은 고밀도 고속 전자 장치를 시험함에 있어서, 프로브 카드 상에는 고 성능 접촉 구조체를 마련하여 사용하여야 한다. 접촉 구조체는 기본적으로 다수의 접촉자(contactor) 또는 프로브 소자들로 형성된다. 접촉 구조체는 LSI 및 VLSI 칩과, 반도체 웨이퍼와, 반도체 웨이퍼 및 다이스의 번인(burn-in)을 시험하기 위하여, 패키지 반도체 장치의 시험 및 번인을 시험하기 위하여, 그리고 인쇄 회로 기판 등을 시험하기 위하여 프로브 카드 상에 장착된다.
시험할 반도체 장치가 반도체 웨이퍼의 형태인 경우, IC 시험기와 같은 반도체 시험 시스템은 반도체 웨이퍼를 자동으로 시험할 수 있도록 통상적으로는 자동 웨이퍼 프로브와 같은 기판 핸들러(substrate handler)에 접속된다. 이러한 예는 도1에 도시되어 있는데, 여기서 반도체 시험 시스템은 통상적으로는 별도의 하우징 내에 있으며 케이블(110) 다발로 시험 시스템에 전기적으로 연결된 시험 헤드(100)를 구비한다. 시험 헤드(100)와 기판 핸들러(400)는 모터(510)에 의해 구동되는 조종기(500)에 의해 서로가 기계적 및 전기적으로 접속된다. 시험할 반도체 장치는 기판 핸들러(400)에 의해 시험 헤드(100)의 시험 위치에 자동으로 제공된다.
시험 헤드(100) 상에서, 시험할 반도체 웨이퍼에는 반도체 시험 시스템에 의해 생성되는 시험 신호가 제공된다. 시험 중인 반도체 웨이퍼(반도체 웨이퍼 상에 형성된 IC 회로)로부터 나온 결과적인 출력 신호는 반도체 시험 시스템에 전달된다. 반도체 시험 시스템에 있어서, 출력 신호는 예상 데이터와 비교되어서 반도체 웨이퍼 상의 IC회로가 제대로 기능하는지 여부가 판단된다.
도1에서, 시험 헤드(100)와 기판 핸들러(400)는 전기 회로 접속부를 구비하는 인쇄 회로 기판인 성능 판(performance board)(120, 도2 참조)으로 이루어진 인터페이스 구성 요소(140)를 통해서 시험 헤드의 전기 풋프린트(footprint), 동축 케이블, 포고-핀(pogo-pin) 및 접촉자에 접속된다. 도2에서, 시험 헤드(100)는 반도체 시험 시스템의 시험 채널(시험 핀)의 수에 대응하는 다수의 인쇄 회로 기판(150)을 포함한다. 인쇄 회로 기판(150) 각각은 성능 판(120)의 대응하는 접촉 단자(121)를 수용하기 위한 접촉자(160)를 구비한다. 기판 핸들러(400)에 대한 접촉 위치를 정확하게 결정하기 위하여 "프로그(frog)" 링(130)이 성능 판(120) 상에 장착된다. 프로그 링(130)은, 동축 케이블(124)을 통해서 접촉 단자(121)에 접속되는 ZIF 접촉자 혹은 프로그 핀과 같은 다수의 접촉 핀(141)을 구비한다.
도2에 도시된 바와 같이, 시험 헤드(100)는 기판 핸들러(400) 위에 배치되어서 인터페이스 구성 요소(140)를 통해서 기판 핸들러에 기계적 및 전기적으로 접속된다. 기판 핸들러(400)에 있어서, 시험할 반도체 웨이퍼(300)는 척(180)에 장착된다. 이와 같은 예에 있어서, 프로브 카드(170)는 시험할 반도체 웨이퍼(300) 위에 마련된다. 프로브 카드(170)는 시험 중인 반도체 웨이퍼(300) 상의 IC 회로 내의 회로 단자 혹은 접촉 패드와 같은 접촉 목표물과 접촉하는 (일례로, 외팔보 또는 니들과 같은) 다수의 프로브 접촉자(190)를 구비한다.
프로브 카드(170)의 전기 단자 혹은 접촉 리셉터클(접촉 패드)은 프로그 링(130) 상에 마련된 접촉 핀(141)에 전기적으로 접속된다. 접촉 핀(141)은 또한 동축 케이블(124)에 의해 성능 판(120)의 접촉 단자(121)에도 접속되는데, 여기서 접촉 단자(121) 각각은 시험 헤드(100)의 인쇄 회로 기판(150)에 접속된다. 또한, 인쇄 회로 기판(150)은 일례로 수천 개의 내부 케이블을 구비하는 케이블(110)을 통해서 반도체 시험 시스템에 접속된다.
이와 같은 장치에 있어서, 프로브 접촉자(190)는 반도체 웨이퍼(300)로 시험 신호를 인가하고 반도체 웨이퍼(300)로부터 결과적인 출력 신호를 받기 위하여 척(180) 상의 반도체 웨이퍼(300)의 표면(접촉 목표물)과 접촉한다. 시험 중인 반도체 웨이퍼(300)로부터 나온 결과적인 출력 신호는 반도체 시험 시스템에 의해 생성된 예상 데이터와 비교되어서 반도체 웨이퍼(300) 상의 IC 회로가 적절히 기능하는지 여부가 판단된다.
이러한 형태의 반도체 웨이퍼 시험에서는 일례로 수백 내지 수천 개의 다수의 접촉자가 사용되어야 한다. 이와 같은 장치에 있어서는 모든 접촉자들이 실질적으로 동일한 시간에 동일한 압력으로 접촉 목표물과 접촉할 수 있도록 접촉자의 팁들을 평면화 할 필요가 있다. 평면화가 이루어지지 않으면, 일부 접촉자들은 대응하는 접촉 목표물과 전기적 접속을 유지하지만 다른 접촉자들은 전기적 접속을 확립하지 못하게 되는데, 이에 의해 반도체 웨이퍼를 정확하게 시험하는 것이 불가능해진다. 접촉자들 모두가 접촉 목표물에 완전히 접속되도록 하기 위해서는, 반도체 웨이퍼를 프로브 카드에 대해서 더 가압시켜야 한다. 이렇게 되면 접촉자에 의해 과도한 압력을 받게 되어서 반도체 다이가 물리적으로 손상될 수 있다.
미국 특허 제5,861,759호는 프로브 카드의 다수의 접촉점들에 의해 한정된 제1 평면을 프로버(prober) 상에 지지된 반도체 웨이퍼의 상부 면에 의해 한정된 제2 평면에 대해서 평면화 하는 자동 프로브 카드 평면화 시스템에 대하여 개시하고 있다. 프로브 카드 상의 적어도 3개의 선택된 접촉점들의 웨이퍼 평면에 대한 높이를 측정하기 위하여 카메라를 사용하고 있다. 측정된 값에 기초하여 제2 평면에 대한 제1 평면의 위치를 계산한다.
프로버 및 시험기의 그러한 정보와 형상을 가지고 2개의 가변 높이 지점에 필요한 높이 변화가 이루어져서 제1 평면을 제2 평면에 대해 평면화 한다. 이와 같은 종래의 기술은 접촉점의 높이를 가시화 하기 위한 카메라를 필요로 하는데, 그 결과 비용이 상승하고 전체 시스템의 신뢰성이 떨어진다.
미국 특허 제5,974,662호는 프로브 카드 조립체의 프로브 소자들의 팁들을 평면화 하는 방법에 대해 개시하고 있다. 프로브 소자들은 스페이스 트랜스포머(space transformer)(접촉 기판) 바로 위에 장착된다. 스페이스 트랜스포머의 배향 및 그에 따른 프로브 소자들의 배향이 프로브 카드의 배향을 변화시키지 않고도 조정될 수 있도록 구성되어 있다. 이 방법에 있어서, 전기 전도성 금속 판(가상 웨이퍼)이 기준 평면으로서의 목표 반도체 웨이퍼 대신에 마련된다. 전도성 경로가 금속 판에 대한 각 프로브 팁을 위해서 형성되었는지 여부를 컴퓨터 표시 장치가 일례로 흰점 및 흑점으로 표시하도록 하는 방식으로 케이블과 컴퓨터도 마련된다.
프로브 팁의 평면도는, 표시 장치의 가시 화상에 기초하여, 프로브 팁 모두가 금속 판과 실질적으로 동시에 접촉될 수 있도록 차동 스크류를 회전시킴으로써 조정된다. 이와 같은 종래의 기술은 프로브 소자 모두에 대해서 전도성 경로를 확립하기 위하여 전도성 금속 판을 사용하기 때문에, 금속 판을 장착시키고 또한 이 금속 판을 목표 반도체 웨이퍼와 교체하기 위한 별도의 시간이 필요하게 된다. 또한, 이 방법은 프로브 소자의 접촉 또는 비접촉 상태를 나타내기 위한 컴퓨터와 표시 장치를 필요로 하므로, 전체 비용이 증가할 수밖에 없다.
이러한 상황 하에서, 당해 산업 분야에서는 반도체 웨이퍼의 표면에 대해서 접촉자의 평면도를 조정하기 위한 것을 프로브 접촉 시스템에 보다 간단하고 경제적인 방식으로 결합시키는 것이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 접촉자들의 팁들과 시험 중인 반도체 웨이퍼의 표면 사에의 거리를 조정하기 위한 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접촉 기판과 접촉 기판 상에 장착된 다수의 접촉자로 형성되며 프로브 카드 상에 장착되는 접촉 구조체와 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 접촉 기판 상의 모든 접촉자들이 동시에 반도체 웨이퍼의 표면에 접촉할 수 있도록 접촉 기판과 시험 중인 반도체 웨이퍼 사이의 거리를 조정하기 위한 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각의 접촉자가 반도체 웨이퍼와 접촉하게 될 때에 반도체 웨이퍼의 표면에 대해 동일한 압력을 가할 수 있도록 접촉 기판과 시험 중인 반도체 웨이퍼 사이의 거리를 조정하기 위한 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 있어서, 접촉 목표물과의 전기적 접속을 확립하기 위한 프로브 접촉 시스템용의 평면도 조정 기구는, 표면에 장착된 다수의 접촉자들을 구비하는 접촉 기판과, 접촉자들과 반도체 웨이퍼 시험 시스템의 시험 헤드 사이의 전기적 연통을 확립하기 위한 프로브 카드와, 접촉 기판과 프로브 카드 사이에 마련된 전도성 엘라스토머와, 접촉 기판과 프로브 카드 사이의 거리를 변경할 수 있도록 각각이 회전 가능하며 접촉 기판 상의 3개의 위치에서 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키기 위한 접속 부재와, 접촉 기판의 3개의 위치 각각에 인접한 위치에서 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 또는 기준 판(목표 기판) 사이의 간극을 측정하기 위한 간극 센서와, 상기 3개의 위치 각각에서의 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 사이의 간극이 서로 동일하도록 접속 부재를 회전시키기 위한 회전 조정 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키기 위한 접속 부재는 볼트와 너트로 구성되고, 너트는 프로브 카드의 표면 상에서 회전 가능하게 지지되고, 너트로 결합된 바닥 개구를 구비하는 회전 조정 장치는 접촉 기판과 목표 기판 사이의 간극이 3개의 위치에서 서로 동일해지도록 너트를 회전시키기 위하여 프로브 카드의 표면에 배치된다.
본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 평면도 조정 기구는 접촉 기판과 목표 기판 사이의 거리를 조정하기 위한 자동 시스템이다. 평면도 조정 기구는 제어기의 제어 신호에 따라서 너트를 회전시키는 모터를 포함한다. 제어기는 측정된 간극을 계산하여 제어 신호를 발생시킨다.
이하에서는 도3 및 도4를 참고하여 본 발명의 프로브 접촉 시스템에 사용되는 접촉 구조체의 일 실시예에 대하여 설명한다. 기타 다른 많은 형태의 접촉 구조체들도 본 발명의 프로브 접촉 시스템에 사용 가능하다. 도3의 접촉 구조체(10)는 반도체 제조 공정을 통해서 제조된 빔 형태의 (실리콘 핑거) 접촉자(30)를 구비한다. 접촉 구조체(10)는 기본적으로 접촉 기판(20)과 실리콘 핑거 접촉자(30)로 구성된다. 접촉 구조체(10)는, 서로 가압될 때에 접촉자(30)가 반도체 웨이퍼(300)와 전기적 접속을 유지할 수 있도록 시험할 반도체 웨이퍼(300) 상의 접촉 패드(320)와 마찬가지로 접촉 목표물 위에 위치된다. 도3에는 단지 2개의 접촉자(30)만 도시되어 있지만, 반도체 웨이퍼 시험과 같은 실제 적용에 있어서는 수백 개 내지 수천 개의 다수의 접촉자(30) 들이 접촉 기판(20) 상에 배열된다.
이와 같은 다수의 접촉자들은 포토리소그래피 공정과 같은 동일한 반도체 제조 공정을 통해서 실리콘 기판 상에 제조되어서 일례로 세라믹으로 제조된 접촉 기판(20) 상에 장착된다. 접촉 패드(320) 들 사이의 피치는 50㎛ 이하로 작게 형성될 수 있는데, 여기서 접촉 기판(20) 상의 접촉자(30) 들은 웨이퍼(300)가 제조되는 것과 동일한 반도체 제조 공정에서 제조되므로 동일한 피치로 용이하게 배열될 수 있다.
실리콘 핑거 접촉자(30) 들은 도3 및 도4에 도시된 바와 같이 접촉 기판(20) 바로 위에 장착되어서 접촉 구조체를 형성하고, 이어서 그 접촉 구조체는 도2의 프로브 카드(170) 상에 장착된다. 실리콘 핑거 접촉자(30) 들은 아주 작은 크기로 제조될 수 있으므로, 본 발명의 접촉자들은 장착하는 접촉 구조체 또는 프로브 카드의 작동 가능한 주파수 범위는 2GHz 이상으로 쉽게 증가시킬 수 있다. 작은 크기로 인해, 프로브 카드 상의 접촉자들의 수는 일례로 2,000개 이상으로 많이 증가시킬 수 있는데, 이는 32개 이상의 많은 메모리 장치들을 병렬로 동시에 시험할 수 있게 한다.
도3에서, 각각의 접촉자(30)는 핑거(빔) 형상의 전도성 층(35)을 구비한다. 접촉자(30)는 또한 접촉 기판(20)에 부착되는 기부(40)를 구비한다. 전도성 층(35)에는 상호 접속 트레이스(24)가 접촉 기판(20)의 바닥에서 접속된다. 상호 접속 트레이스(24)와 전도성 층(35) 사이의 위와 같은 접속은 일례로 납땜 볼(28)을 통해서 이루어진다. 접촉 기판(20)은 관통공(23) 및 전극(22)도 더 포함한다. 전극(22)은 접촉 기판(20)을 포고-핀(pogo-pin) 블록 또는 IC 패키지와 같은 외부 구조체에 배선 또는 전도성 엘라스토머를 통해서 상호 접속시키기 위한 것이다.
따라서, 반도체 웨이퍼(300)가 상향으로 이동할 때, 실리콘 핑거 접촉자(30)와 웨이퍼(300) 상의 접촉 목표물(320)이 서로 기계적 및 전기적으로 접촉한다. 결국, 접촉 목표물(320)과 접촉 기판(20) 상의 전극(22)까지의 신호 경로가 확립된다. 상호 접속 트레이스(24)와, 관통공(23)과, 전극(22)은 또한 접촉자(30) 들의 작은 피치를 포고-핀 블록 또는 IC 패키지와 같은 외부 구조체에 들어맞도록 보다 큰 피치로 벌어지게 하는 기능을 한다.
빔 형상의 실리콘 핑거 접촉자(30)의 탄성력으로 인해, 전도성 층(35)의 단부는 반도체 웨이퍼(300)가 접촉 기판(20)에 대해서 가압될 때에 충분한 접촉력을 발생시킨다. 전도성 층(35)의 단부는 금속 산화물 층을 통과하기 위해서는 접촉 목표물(320)에 대해서 가압될 때에 문지르는 효과를 얻을 수 있도록 예리하게 하는 것이 바람직하다.
일례로, 반도체 웨이퍼(300) 상의 목표물(320)이 그 표면에 산화 알루미늄을 갖고 있는 경우, 낮은 접촉 저항으로 전기적 접속이 확립되도록 하기 위해서는 문지르는 효과가 필요하다. 빔 형상의 접촉자(30)로부터 나온 탄성력은 접촉 목표물(320)에 대한 적절한 접촉력을 제공한다. 실리콘 핑거 접촉자(30)의 탄성력에 의해 발생되는 탄성은 또한 접촉 기판(20), 접촉 목표물(320), 웨이퍼(300), 그리고 접촉자(30)에서 필요로 하는 크기 또는 평활도(평면도)의 차이를 보정하는 기능을 한다. 그러나, 모든 접촉자들을 접촉 목표물에 실질적으로 동시에 동일한 압력으로 완전히 접속되도록 하기 위해서는 본 발명의 평면도 조정 기구를 포함시키는 것이 여전히 요구된다.
전도성 층(35)의 재료의 예로는 니켈, 알루미늄, 동, 니켈 팔라듐, 로듐, 니켈 금, 이리듐, 또는 여러 가지의 기타 다른 증착 재료들이 있다. 반도체 시험 적용을 목적으로 하는 실리콘 핑거 접촉자(30)의 크기의 예는, 접촉 목표물(320) 들 사이의 피치가 50㎛인 경우에 대해서 전체 높이가 500㎛, 수평 길이가 100 내지 600㎛, 폭이 약 30 내지 50㎛이다.
도4는 다수의 실리콘 핑거 접촉자(30)를 구비하는 도3의 접촉 기판(20)의 저면도이다. 실제 시스템에 있어서는, 수백 개의 많은 수의 접촉자들이 도4에 도시된 것과 같은 방식으로 배열된다. 상호 접속 트레이스(24) 들은 도4에 도시된 바와 같이 접촉자(30) 들의 피치를 관통공(23)과 전극(22)의 피치로까지 확장시킨다. 기판(20)과 접촉자(30)의 기부(40) 사이의 접촉점(접촉자(30)의 내부 영역)에는 접착제(33)가 제공된다. 접착제(33)는 또한 접촉자(30) 세트의 측부(도4에서 접촉자(30)의 상부 및 바닥부)에도 제공된다. 접착제(33)의 예로는, 에폭시, 폴리이미드 및 실리콘과 같은 열경화성 접착제와, 아크릴, 나일론, 페녹시 및 올레핀과 같은 열가소성 접착제와, UV 경화성 접착제가 있다.
도5는 도3 및 도4의 접촉 구조체를 이용하여 프로브 접촉 시스템을 형성하는 전체 적층 구조체의 예를 도시하는 단면도이다. 프로브 접촉 시스템은 시험 중인 반도체 장치와 도2의 시험 헤드 사이의 인터페이스로서 사용된다. 이 실시예에서, 인터페이스 조립체는 도5에 도시된 순서로 접촉 구조체(10) 위에 마련된 전도성 엘라스토머(50)와, 프로브 카드(60)와, 포고-핀 블록(프로그 링)(130)을 포함한다.
전도성 엘라스토머(50)와 프로브 카드(60)와 포고-핀 블록(130)은 서로가 기계적 및 전기적으로 접속된다. 따라서, 접촉자(30)의 팁으로부터 시험 헤드(100)까지 케이블(124)과 성능 판(120, 도2 참조)을 통해서 전기 경로가 형성된다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(300)와 프로브 접촉 시스템이 서로 가압될 때에, 시험 중인 장치(반도체 웨이퍼(300) 상의 접촉 패드(320))와 반도체 시험 시스템 사이에 전기적 연통이 확립된다.
포고-핀 블록(프로그 링)(130)은 프로브 카드(60)와 성능 판(120) 사이가 인터페이스 될 수 있도록 다수의 포고-핀을 구비하는 도2에 도시된 것과 동일하다. 포고-핀의 상단부에는 성능 판(120)을 통해서 시험 헤드(100) 내의 인쇄 회로 기판(핀 전자 카드)(150)으로 신호를 전송할 수 있도록 동축 케이블과 같은 케이블(124)이 접속된다. 프로브 카드(60)는 그 상부 면과 하부 면에 다수의 접촉 패드 또는 전극(62, 65)을 구비한다. 전극(62, 65)은 접촉 구조체의 피치를 포고-핀 블록(130) 내의 포고-핀의 피치에 부합되게 벌릴 수 있도록 상호 접속 트레이스(63)를 통해서 접속된다.
전도성 엘라스토머(50)는 접촉 구조체(10)와 프로브 카드(60) 사이에 마련된다. 전도성 엘라스토머(50)는 접촉 구조체의 전극(22)과 프로브 카드의 전극(62) 사이의 불균일하거나 수직한 간극을 보정함으로써 그들 전극 사이의 전기적 연통을 보장하기 위한 것이다. 전도성 엘라스토머(50)는 수직 방향에서 다수의 전도성 와이어를 구비하는 탄성 시트이다. 일례로, 전도성 엘라스토머(50)는 실리콘 고무 시트와 다열의 금속 필라멘트로 구성된다. 금속 필라멘트(와이어)는 도5에서 수직 방향으로, 즉 전도성 엘라스토머(50)의 수평 시트에 대해 직각으로 마련된다. 금속 필라멘트들 사이의 피치의 예는, 실리콘 고무 시트의 두께가 0.2mm일 때에 0.02mm이다. 이와 같은 전도성 엘라스토머는 신-에쓰 폴리머 가부시끼가이샤에서 생산되어 시판 중이다.
도6은 본 발명의 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템의 구조의 일 실시예를 도시하는 단면도이다. 다수의 접촉자(30)를 구비하는 접촉 기판(20)은 지지 프레임(55)과 전도성 엘라스토머(50)를 통해서 프로브 카드(60) 상에 장착된다. 접촉 기판(20)을 지지하는 지지 프레임(55)은 체결 볼트(252)와 너트(250)에 의해 프로브 카드(60)에 접속된다. 너트와 볼트에 의한 이와 같은 접속은 일례로 정삼각형의 꼭지점 각각의 3개 점에서 이루어진다. 볼트와 너트 대신에 차동 스크류와 같은 기타 다른 체결 수단이 위와 동일한 기능을 하도록 사용될 수 있다. 도5를 참고하여 설명한 바와 같이, 전도성 엘라스토머(50)는 수직 방향에서만, 즉 접촉 기판(20)과 프로브 카드(60) 사이에서 전기 전도성을 유지한다.
접촉 기판(20)의 바닥면 상에는 전극(292)이 지지 프레임(55)에 접속된 볼트(252)에 인접하게 마련된다. 선택적으로, 전극(292)은 지지 프레임(55)의 바닥면 상에 형성될 수 있다. 시험할 반도체 웨이퍼(300)는 웨이퍼 프로버의 척(180) 상에 배치된다. 도6의 예에는 또한 반도체 웨이퍼(300) 상의 간극 센서(290)와, 간극 센서(290)로부터 신호를 받는 간극 측정 장치(280)도 도시되어 있다. 간극 센서(290)도 역시 전극이며 접촉 기판(20)의 바닥면 상의 전극(292)에 대향되는 위치, 즉 3개의 위치에서 반도체 웨이퍼(300)의 표면 상에 배치된다. 선택적으로, 고객에게 선적하기 전에 프로브 접촉 시스템의 평면도가 조정될 수 있도록 일례로 세라믹 또는 알루미나로 제조된 기준 판이 고객에 선적하는 웨이퍼(300) 대신에 사용될 수 있다.
회전 조정 장치(220)는 너트(250)를 미세한 여러 단계를 거치면서 회전시키기 위하여 특별히 제조된 공구이다. 너트(250)의 회전은 볼트(252)의 수직 운동을 유발하고, 이에 의해 프로브 카드(60)와 접촉 기판(20) 사이의 평행 관계 및 그에 따른 접촉 기판(20)과 반도체 웨이퍼(300) 사이의 평행 관계가 변동된다. 이와 같은 배치에 있어서, 접촉 기판(20)의 수직 위치는 볼트(252)들이 접속되어 있는 3개의 위치에서 변동되므로, 접촉 기판(20) 상의 접촉자(30)의 높이는 반도체 웨이퍼(300)의 표면에 대해 평평해지도록 조정된다.
예를 들면, 간극 센서(290)는 센서(290)와 대향하는 전극(292) 사이의 정전 용량을 측정하기 위한 정전 용량 센서(capacitance sensor)이다. 측정된 정전 용량 값은 센서와 전극 사이의 거리의 함수이다. 위와 같은 간극 센서의 예로는 미국 메사추세츠주 에이어 피치버그 로드에 소재하는 캐퍼시텍 인크.(Capacitec, Inc.)에서 공급하는 모델 HPT-500-V가 있다. 간극 측정 장치(280)에 의해 측정된 센서(290)와 전극(292) 사이의 간극을 감시함으로써, 작업자는 3개의 위치 각각에서의 간극이 서로 같아지게 하는 방식으로 조정 장치(220)에 의해 너트(250)를 회전시키게 된다.
도7은 본 발명의 프로브 접촉 시스템 내의 프로브 카드(60)의 상부면을 도시하는 사시도이다. 회전 조정 장치(220)는 프로브 카드(60) 상의 너트(250)가 끼워 맞춰지게 하는 구멍을 바닥에 구비한다(도8c 참조). 프로브 카드(60)는 회전 조정 장치(220)에 의한 회전 각도를 쉽게 관찰할 수 있도록 하는 반경 방향 눈금 또는 표식을 너트(250) 둘레에 구비한다. 프로브 카드(60)는 또한 회전 조정 장치(220)의 펙(peg)(225) 들을 수용할 수 있도록 한 펙 구멍(264) 들을 구비한다.
도8a 내지 도8c는 각각 본 발명의 회전 조정 장치(220)의 평면도, 정면도, 및 저면도이다. 도8b에 도시된 바와 같이, 회전 조정 장치(220)는 기본적으로 상부 노브(221), 하부 노브(222) 및 노브 기부(223)로 구성된다. 도8a에서, 상부 노브(221)는 작업자가 프로브 카드 상에 마련된 반경 방향 눈금(262)과 조합하여 회전 각도를 인지할 수 있도록 상부에 표식(M)을 구비한다. 상부 노브(221)와 하부 노브(222)는 체결 구멍(221a)을 통해서 일례로 나사로 고정된다. 상부 노브(221)의 측면에는 노치 또는 파지 테이프가 마련되는 것이 바람직하다.
도8b 및 도8c에 도시된 바와 같이, 노브 기부(223)와 하부 노브(222)는 서로 회전 가능하게 연결된다. 노브 기부(223)는 프로브 카드(60) 상의 펙 구멍(264) 안으로 삽입되는 바닥에 펙(225)을 구비한다. 따라서, 사용 시에는, 노브 기부(223)는 프로브 카드(60) 상에 머무르는 반면에 상부 노브(221)와 하부 노브(222)는 너트(250)를 조정할 수 있도록 노브 기부(223) 상에서 회전한다. 상부 노브(221)는 개구(221c)를 구비하는 하부 연장부(221b)를 구비한다. 너트(250)는 개구(221c) 안에 끼워 맞춰지고, 이에 따라 너트(250)는 상부 노브(221)와 하부 노브(222)의 회전에 의해 회전하게 된다.
도9a 내지 도9g는 본 발명의 회전 조정 장치(220)의 분해도를 나타내는 것이다. 도9a의 상부 노브(221)는 평면도 조정 시에 프로브 카드(60) 상의 너트(250)에 이르는 하부 연장부(221b)를 구비한다. 도9d의 하부 노브(222)는 도9c의 플런저(233) 들과 도9b의 스프링(232) 들을 안에 수용하는 다수의 유지 구멍(235) 들을 구비한다. 도면에 도시되지 않았지만, 유지 구멍(235)의 바닥은 직경이 축소되어 있고, 그에 따라 플런저(233)의 하부 팁만이 하부 노브(222)의 바닥면으로부터 돌출한다. 플런저(233)는 듀퐁(DuPont)사에서 공급하는 아세텔(Acetel) 또는 데린(Delin)과 같은 저 마찰 혹은 윤할 플라스틱으로 제조된다.
도9f의 노브 기부(223)는 그 상부면에 다수의 반경 방향 홈(236)을 구비한다. 조립되었을 때에, 플런저(233)의 하부 팁들은 스프링(232)의 하향력에 의해 홈(236) 안에 결합된다. 하부 노브(222) 상의 유지 구멍(235) 들의 피치와 노브 기부(223) 상의 반경 방향 홈(236) 들의 피치는 서로 약간 다르게 구성된다. 따라서, 너트(250)의 회전 시에, 회전 조정 장치(220)는 홈(236) 안에 플런저(233)가 결합됨으로써 아주 작은 회전 단계들을 형성하고 이와 함께 작업자에게는 클릭 소리를 제공한다.
노브 기부(223)는 도9e의 상부 유지 링(234)과 도9g의 하부 유지 링(238)에 의해 하부 노브(222)에 장착된다. 플랜지(237)를 구비하는 상부 회전 링(234)은 이것의 상부 개구로부터 하부 노브(222) 안에 삽입되어 하부 노브(222)의 하부 위치 안에 유지된다. 노브 기부(223)를 하부 노브(222)와 하부 유지 링(238) 사이에 개재시키면서 상부 유지 링(234)과 하부 유지 링(238)을 연결시킴으로써, 노브 기부(223)는 하부 노브(222)와 상부 노브(221)에 회전 가능하게 장착된다.
도10은 평면도 조정 기구를 구비하는 본 발명의 프로브 접촉 시스템의 도 다른 예를 도시하는 단면도이다. 이 실시예에서, 간극 센서(290)는, 도6의 실시예에서 반도체 웨이퍼의 상부면에 마련된 것과는 달리 접촉 기판의 바닥면에 마련된다. 이러한 배치에 있어서, 반도체 웨이퍼는 그 표면에 전도성 패턴을 구비하므로, 간극을 측정하는 데 있어서 특정의 전극이 요구되지 않는다. 도6의 실시예와 유사하게, 고객에게 선적하기 전에 평면도 조정이 이루어질 수 있도록, 세라믹 또는 알루미나로 제조되고 3개의 위치에 전도성 패드를 구비하는 기준 판이 고객에 선적하는 웨이퍼(300) 대신에 사용될 수 있다.
도11은 평면도 조정 기구를 구비하는 본 발명의 프로브 접촉 시스템의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다. 본 실시예의 평면도 조정 기구는 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 또는 기준 판 사이의 거리를 조정하기 위한 자동 시스템이다. 상기 평면도 조정 기구는 제어기(430)로부터 나온 제어 신호에 기초하여 너트(250)를 회전시키는 모터(420)를 포함하다. 제어기(430)는 간극 측정 장치(280)로부터 측정된 간극을 계산하여 제어 신호를 발생시킨다.
본 발명에 따르면, 프로브 접촉 시스템은 접촉자의 팁과 시험 중인 반도체 웨이퍼 또는 기준 판의 표면 사이의 거리를 조정할 수 있다. 평면도 조정 기구는 접촉 기판 상의 모든 접촉자들이 반도체 웨이퍼의 표면과 실질적으로 동시에 실질적으로 동일한 압력으로 접촉할 수 있도록 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 사이의 거리를 조정할 수 있다.
본 발명의 프로브 접촉 시스템에 사용되는 평면도 조정 기구는 프로브 카드 상의 너트를 미세한 여러 단계로 회전시키기 위한 회전 조정 장치를 포함하는데, 이에 의해 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 사이의 거리가 쉽고 정확하게 조정된다. 본 발명의 평면도 조정 기구는 프로브 카드 상의 너트를 구동시키는 모터와 간극 센서에 의해 측정된 간극에 기초하여 모터에 대해 제어 신호를 발생시키는 제어기를 결합시킴으로써 자동 시스템으로 구성할 수 있다.
본 명세서에서는 양호한 실시예에 대해서만 상세하게 예시하고 설명하였으나, 이상에서 개시한 내용에 의거하여 특허 청구 범위의 범위 내에서 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 수정 또는 변형할 수 있음은 주지이다.
도1은 기판 핸들러와 시험 헤드를 구비하는 반도체 시험 시스템 사이의 구조적 관계를 나타내는 개략 선도.
도2는 반도체 시험 시스템의 시험 헤드를 기판 핸들러에 접속시키기 위한 상세 구조의 예를 도시하는 선도.
도3은 본 발명의 프로브 접촉 시스템의 프로브 카드에 장착되는 빔 형상의 (실리콘 핑거) 접촉자를 구비하는 접촉 구조체의 일례를 도시하는 단면도.
도4는 다수의 빔 형상 접촉자를 구비하는 도3의 접촉 구조체의 저면도를 나타내는 개략 선도.
도5는 도3 및 도4의 접촉 구조체를 시험 중인 반도체 장치와 도2의 시험 헤드 사이의 인터페이스로서 사용하는 프로브 접촉 시스템 내의 전체 적층 구조체의 일례를 도시하는 단면도.
도6은 본 발명의 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템의 구조의 일례를 도시하는 단면도.
도7은 회전 조정 장치를 구비하는 본 발명의 프로브 접촉 시스템 내의 프로브 카드의 상부 면을 도시하는 사시도.
도8a 내지 도8c는 각각 본 발명의 회전 조정 장치의 평면도, 정면도, 저면도.
도9a 내지 도9g는 본 발명의 회전 조정 장치에 사용된 그 구성 요소 및 조립체를 도시하는 분해도.
도10은 본 발명의 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도11은 본 발명의 평면도 조정 기구를 구비하는 프로브 접촉 시스템의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 접촉 구조체
20: 접촉 기판
22, 62, 65, 292: 전극
23: 관통공
24: 상호 접속 트레이스
30: 접촉자
35: 전도성 층
40: 기부
50: 엘라스토머
55: 지지 프레임
60, 170: 프로브 카드
130: 포고-핀 블록
150: 인쇄 회로 기판

Claims (17)

  1. 접촉 목표물과의 전기적 접속을 확립하기 위한 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구이며,
    복수의 접촉자들을 표면에 장착하고 접촉자들 사이의 간격을 확장하도록 접촉자들에 접속된 신호 패턴들을 구비하는 접촉 기판과,
    접촉자들과 반도체 시험 시스템의 시험 헤드 사이의 전기적 연통을 확립하기 위한 회로 패턴을 상부에 구비하는 프로브 카드와,
    접촉 기판과 프로브 카드 사이에 마련되며 접촉 기판과 프로브 기판 사이에 전기적 연통을 확립하기 위한 전도성 엘라스토머와,
    접촉 기판과 프로브 카드가 전도성 엘라스토머를 그 사이에 구비하면서 대체로 서로 평행하도록 3개의 위치에서 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키며, 구동될 때 프로브 카드에 대한 접촉 기판의 각도를 변경시키는 구조를 구비하는 접속 부재와,
    접촉 기판 상에 직접 형성되며, 접촉 기판의 3개의 위치에서 비접촉 방식으로 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 또는 기준 판(목표 기판) 사이의 간극을 측정하기 위한 간극 센서와,
    간극 센서에 의해 측정된 간극에 기초하여 프로브 카드에 대한 접촉 기판의 각도를 변화시키도록 접속 부재를 구동함으로써 반도체 웨이퍼에 대하여 복수의 접촉자들의 평면도를 조정하는 회전 조정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  2. 제1항에 있어서, 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키기 위한 접속 부재가 볼트와 너트로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  3. 제1항에 있어서, 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키기 위한 접속 부재가 차동 스크류로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  4. 제1항에 있어서, 간극 센서는 두 개의 대향 전극을 포함하고, 두 개의 대향 전극 사이의 정전 용량을 측정함으로써 접촉 기판과 목표 기판 사이의 간극을 결정하는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  5. 제4항에 있어서, 간극 센서의 두 개의 대향 전극중 어느 하나는 목표 기판의 상부면이나 접촉 기판의 바닥면에 마련되는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  6. 제1항에 있어서, 기준 판은 오직 평면도 조정용으로 준비된 판이며, 간극 센서에 대향되는 위치에 전극들을 구비한 세라믹 또는 알루미나 기판으로 제조되는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  7. 제1항에 있어서, 접촉 기판과 프로브 카드 상의 3개의 위치 각각이 정삼각형의 꼭지점에 대응하는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  8. 제1항에 있어서, 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키기 위한 접속 부재가 볼트와 너트로 구성되고, 상기 너트는 프로브 카드의 표면 상에서 회전 가능하게 지지되고, 회전 조정 장치는 접촉 기판과 목표 기판 사이의 간극이 3개의 위치 각각에서 서로 동일해지도록 너트를 회전시키기 위하여 프로브 카드의 표면 상에 너트로 결합된 바닥 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  9. 제8항에 있어서, 회전 조정 장치는 상부 노브와, 하부 노브와, 노브 기부로 구성되고, 상부 노브와 하부 노브는 서로 기계적으로 연결되고, 하부 노부와 노브 기부는 서로 회전 가능하게 부착되며, 접속 부재가 구동될 때 노브 기부는 프로브 카드와 견고하게 결합되고, 바닥 개구를 갖는 하부 연장부를 구비하는 상부 노브는 너트를 회전시켜서 3개의 위치 각각에서 간극을 조정하는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  10. 제9항에 있어서, 회전 조정 장치의 하부 노브에는 플런저의 하부 팁이 스프링에 의해 발생된 탄성에 의해 하부 노브의 바닥면으로부터 돌출하도록 플런저와 스프링을 안에 장착하는 복수의 유지 구멍이 마련되고, 회전 조정 장치의 노브 기부에는 상부 노브와 하부 노브가 회전할 때에 플런저의 하부 팁이 결합될 수 있도록 복수의 반경 방향 홈이 마련되고, 유지 구멍들의 피치와 반경 방향 홈들의 피치는 서로 다른 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  11. 제10항에 있어서, 플런저가 저 마찰 플라스틱 또는 윤할 플라스틱으로 제조된 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  12. 제1항에 있어서, 접촉 기판을 지지하기 위하여 프로브 기판 하부에 마련된 지지 프레임을 더 포함하고, 상기 접속 부재는 프로브 카드와 지지 프레임 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  13. 제1항에 있어서, 수직 방향으로만 전기적 연통이 확립될 수 있도록 전도성 엘라스토머는 실리콘 고무 시트와 실리콘 고무 시트 내에서 수직 방향으로 안내되는 금속 필라멘트로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  14. 접촉 목표물과의 전기적 접속을 확립하기 위한 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구이며,
    복수의 접촉자들을 표면에 장착하고 접촉자들 사이의 간격을 확장하도록 접촉자들에 접속된 신호 패턴들을 구비하는 접촉 기판과,
    접촉자들과 반도체 시험 시스템의 시험 헤드 사이의 전기적 연통을 확립하기 위한 회로 패턴을 상부에 구비하는 프로브 카드와,
    접촉 기판과 프로브 카드 사이에 마련되며 접촉 기판과 프로브 카드 사이에 전기적 연통을 확립하기 위한 전도성 엘라스토머와,
    접촉 기판과 프로브 카드가 전도성 엘라스토머를 그 사이에 구비하면서 대체로 서로 평행하도록 3개의 위치에서 접촉 기판과 프로브 카드를 접속시키며, 구동될 때 프로브 카드에 대한 접촉 기판의 각도를 변경시키는 구조를 갖는 접속 부재와,
    접촉 기판 상에 직접 형성되며, 접촉 기판의 3개의 위치에서 비접촉 방식으로 접촉 기판과 반도체 웨이퍼 또는 기준 판(목표 기판) 사이의 간극을 측정하기 위한 간극 센서와,
    간극 센서에 의해 측정된 간극에 기초하여 제어 신호를 발생시키는 제어기와,
    간극 센서에 의해 측정된 간극에 기초하여 프로브 카드에 대한 접촉 기판의 각도를 변화시키도록 제어기로부터의 제어 신호에 응답하여 접속 부재를 구동함으로써 반도체 웨이퍼에 대하여 복수의 접촉자들의 평면도를 조정하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  15. 제14항에 있어서, 간극 센서는 두 개의 대향 전극을 포함하고, 두 개의 대향 전극 사이의 정전 용량을 측정함으로써 접촉 기판과 목표 기판 사이의 간극을 결정하는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  16. 제15항에 있어서, 간극 센서의 두 개의 대향 전극중 어느 하나는 목표 기판의 상부면이나 접촉 기판의 바닥면에 마련되는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
  17. 제14항에 있어서, 기준 판은 오직 평면도 조정용으로 준비된 판이며, 간극 센서에 대향되는 위치에 전극들을 구비한 세라믹 또는 알루미나 기판으로 제조되는 것을 특징으로 하는 프로브 접촉 시스템용 평면도 조정 기구.
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