KR100557991B1 - 프로빙장치 및 프로빙방법 - Google Patents

Abstract

프로빙장치 및 프로빙방법을 제공한다. 이러한 장치는 그 상면에 전극패드를 갖는 복수의 디바이스가 마련된 웨이퍼를 안착시키는 기판고정대와; 상기 기판고정대를 X축,Y축 수평이동 및 Z축 수직 이동시킴과 아울러 소정의 방향으로 θ회전시키는 얼라인먼트스테이지와; 상기 얼라인먼트스테이지의 상측에 설치되며 그 하부에 상기 웨이퍼의 전극패드에 접촉되는 프로브니들이 마련되고 상부에 포고고정부가 마련된 프로브카드와; 상기 프로브카드의 상측에 설치되어 상기 검사신호를 인가하는 테스트헤드와; 상기 테스트헤드로 검사신호를 지령함과 아울러 상기 얼라인먼트스테이지 구동 신호를 지령하는 테스터; 및 상기 테스터와 연결되어 상기 얼라인먼트스테이지의 구동신호를 인가하는 제어기를 구비하며; 상기 테스터는 상기 프로브니들을 통해 웨이퍼의 전극패드(P)와의 최초 접촉상태를 감지하여 접촉되지 않았을 경우 제어기로 얼라인먼트스테이지를 Z축 방향으로 정수 배 만큼 스텝 이동시키는 신호를 제어기로 지령을 위한 제어회로가 추가로 구비된다.

Description

프로빙장치 및 프로빙방법{PROBING APPARATUS AND THE METHOD}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로빙 장치의 구성을 도시한 도면,

도 2는 상기 도 1의 구성에 의해 프로브 니들 및 웨이퍼 접점 접촉 보정 동작이 수행되는 과정을 도시한 순서도,

도 3은 웨이퍼 1매의 검사영역을 분할하여 도시한 도면,

도 4a,b는 오버드라이브의 동작을 설명하기 위한 동작설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 프로빙장치 3 : 외장케이스

5 : 기판고정대 7 : 얼라인먼트스테이지

7a,7b,7c : X축,Y축,Z축이동기구 7c: θ회전기구

11 : 프로브카드 11c : 프로브니들

15 : 컨택트링 17 : 퍼포먼스보드

19 : 테스트헤드 21 : 테스터

23 : 제어기

본 발명은 프로빙장치 및 프로빙방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프로브니들 및 웨이퍼의 전극패드의 접촉성을 향상시키는 프로빙장치 및 프로빙방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체장치의 제조에서는 웨이퍼(WAFER)상에 패턴(PATTERN)을 형성시키는 패브릭케이션(FABRICATION)공정과, 상기 패턴이 형성된 웨이퍼를 각 단위 칩(CHIP)으로 조립하는 어셈블리 공정이 수행된다.

그리고, 상기 공정들 사이에 웨이퍼를 구성하고 있는 각 단위 칩의 전기적 특성을 검사하는 이디에스(Electric Die Sorting : 이하 “EDS”라 칭함)공정이 수행된다.

이러한 EDS공정은 웨이퍼를 구성하고 있는 단위 칩 들 중에서 불량 칩을 판별하여 불량 칩을 판별하기 위하여 수행하는 것이다.

여기서 EDS 공정은 웨이퍼를 구성하는 칩들에 전기적 신호를 인가시켜 인가된 전기적 신호로부터 체크되는 신호에 의해 불량을 판단하는 검사장치를 주로 이용한다.

이 같은 검사는 웨이퍼를 구성하는 칩들의 전기적 상태를 검사할 수 있도록 상기 웨이퍼와 접촉하여 전기적 신호를 인가시킬 수 있는 프로브 니들이 구비되는 프로브 카드로 이루어지는 검사장치를 주로 이용한다.

프로브카드를 이용한 테스트의 결과가 양품으로 판정되는 반도체 디바이스는 패키징들의 후 공정에 의해서 완성품으로서 제작된다.

반도체 웨이퍼의 전기적 특성검사는 통상 반도체 웨이퍼의 전극패드에 프로 브카드의 프로브니들을 접촉시키고, 이 프로브니들을 통해 측정 전류를 통전시킴으로써 그때의 전기적 특성을 측정하게 된다.

그러나, 이와 같은 종류의 반도체 디바이스 검사장치는 웨이퍼척의 내부에 마련된 히터에 고온의 열스트레스를 인가해서 고온시험을 행하는데, 이때 웨이퍼에 열이 니들이 마련된 프로브카드로 전달되어 시험 중에 니들 및 프로브카드가 고온으로 상승된다.

그것에 의해 시험 중에 프로브카드 전체가 열변형을 일으켜 웨이퍼의 접점과 니들의 상대적 위치도 변동된다. 그와 같은 상태가 반복되어서 접촉되어 니들이 웨이퍼에 가하는 압력이 변해서 접촉신뢰성이 저하되는 문제가 있다.

그와 같은 문제점을 해소시키기 위하여 종래에는 프로브카드를 충분히 온도를 상승시켜서 니들의 열변형이 안정적으로 될 때까지 시험시작을 지연시켰다.

그러나, 그와 같은 경우 그 만큼 예열 시간이 필요하게 되어 로스타임이 발생함으로써 결국 검사 수율이 저하되는 문제점이 발생했다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해소시키기 위하여 일본공개특허공보 특개평2000-346875(발명의 명칭 : 프로브카드 및 그 것을 이용한 IC시험장치)에 공개한 것이 있다.

그 해결수단은 IC시험장치의 테스트헤드의 기판에 전기적으로 접속되고, 웨이퍼에 전기적으로 접속되는 복수의 니들이 일주면에 마련된 프로브카드에 있어서, 프로브카드의 기판에 발열히터를 마련하여 구성하였다.

그러나, 상기와 같이 발열히터를 마련하는 구조가 번거로울 뿐만 아니라 그 구동을 위한 별도의 회로구조가 마련되어야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 프로브카드의 열적 변형에 대응하여 프로브니들 및 웨이퍼접점의 접촉 상태를 판단하여 이상 상태 발생시 소정 거리 만큼 웨이퍼스테이지를 상승시키는 동작을 반복적으로 최초 접촉상태를 이룰 때까지 진행되도록 하여 웨이퍼 접점 콘택성을 향상시키는 프로빙 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 그 상면에 전극패드를 갖는 복수의 디바이스가 마련된 웨이퍼를 안착시키는 기판고정대와; 상기 기판고정대를 X축,Y축 수평이동 및 Z축 수직 이동시킴과 아울러 소정의 방향으로 θ회전시키는 얼라인먼트스테이지와; 상기 얼라인먼트스테이지의 상측에 설치되며 그 하부에 상기 웨이퍼의 전극패드에 접촉되는 프로브니들이 마련되고 상부에 포고고정부가 마련된 프로브카드와; 상기 프로브카드의 상측에 설치되어 상기 검사신호를 인가하는 테스트헤드와; 상기 테스트헤드로 검사신호를 지령함과 아울러 상기 얼라인먼트스테이지 구동 신호를 지령하는 테스터; 및 상기 테스터와 연결되어 상기 얼라인먼트스테이지의 구동신호를 인가하는 제어기를 구비하며; 상기 테스터는 상기 프로브니들을 통해 웨이퍼의 전극패드와의 최초 접촉상태를 감지하여 접촉되지 않았을 경우 얼라인먼트스테이지를 Z축 방향으로 정수배 만큼 스텝 이동시키는 신호를 제어기로 지령하기 위한 제어회로가 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성에 의하여 a)웨이퍼 전극패드와 프로브니들을 접촉시키기 위하여 소정의 단위 높이로 웨이퍼스테이지를 상승시키는 단계와; b)상기 전극패드와 상기 프로브니들의 초기 접촉상태를 판단하는 단계와; c)상기 전극패드와 상기 프로브니들이 접촉되지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 웨이퍼스테이지를 소정의 단위 높이로 상승시키는 단계; 및 d)상기 전극패드와 상기 프로브니들이 접촉된 것으로 판단된 경우, 오버드라이브(over drive)의 수행을 위해 상기 웨이퍼스테이지를 소정 높이 만큼 상승시키는 단계를 포함하며, 상기 b),c),d)단계를 반복적으로 수행하는 것에 의해 상기 전극패드와 상기 프로브니들의 접촉 보정을 실시한다.

상기 a),b),c),d)단계는 각 샷(shot) 마다 진행된다.

단계b)에서 그 판단은 프로브니들을 통해 전달되는 전기적신호에 의한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 4b를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로빙장치(1)의 구성 및 작용에 대해서 자세히 설명한다.

그 구성에 대해서 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 외장케이스(3)의 내부에 피검사물인 예컨대 웨이퍼(W)를 올려놓는 기판고정대(5)가 설치되어 있다.

상기 기판고정대(5)는 얼라인먼트스테이지(7)에 탑재되어 있다. 그 얼라인먼트스테이지(7)는 X축이동기구(7a), Y축이동기구(7b), Z축이동기구(7c), θ회전기구(7d)로 구성되며, X,Y,Z축이동기구(7a,7b,7c)는 구동모터를 갖추며 그 구동모터의 전원스위치는 제어기(23)에 각각 접속된다.

외장케이스(3)의 상면에는 개구가 형성되고, 이 개구에 프로브카드(11)가 설치되어 있다. 프로브카드(11)는 장착링(13a)에 의해서 지지되고, 또한 장착링(13a)은 인서트링(13b)을 통해서 외장케이스(3)에 장착되어 그 프로브카드(11)가 기판고정대(5)의 상면에 안치된 웨이퍼(W)와 대면한다.

프로브카드(11)는 절연기판(11a) 상에 도체배선 패턴이 배설된 링 형상의 주회로기판으로 이루어지는 것으로 그 상면에는 다수의 도체로서 포고고정부(11b)가 형성되며, 그 저면에는 웨이퍼(W)의 전극패드(P)에 접촉되어 전류를 통전시킴으로써 그 때의 전기적 특성을 측정하는 프로브니들(11c)이 마련된다.

프로브카드(11)의 상측에는 컨택트링(15)이 설치된다. 컨택트링(15)의 본체(15a)는 절연체로 만들어지며 이 절연체본체(15a)의 상·하부에 다수의 제1,2포고핀(15c,15d)이 매설되어 있다. 제1포고핀(15c)은 상기 프로브카드(11)의 포고고정부(11b)와 1:1대응관계로 배치되어 포고고정부(11b)와 접촉된다.

상기 컨택트링(15)의 상측에는 퍼포먼스보드(17)가 설치된다. 퍼포먼스보드(17)의 본체(17a)는 절연체로 만들어지고, 이 절연체본체(17a)의 하면에 다수의 단자(17b)가 노출 형성되어 있다. 각 단자(17b)는 상기 컨택트링(15)의 상부에 마련된 제2포고핀(15d)과 접촉되어 테스트헤드(19)의 신호전송회로에 전기적으로 접속되어 있다.

테스트헤드(19)는 외장케이스(3)의 상방에 위치하고, 테스터(21)로부터의 지령을 받아서 신호를 퍼포먼스보드(17) 및 컨택트링(15)을 경유하여 프로브카드(11)로 보내도록 되어 있다.

상기 테스터(21)는 제어기(23)와 접속되어 프로브니들(11c)이 웨이퍼(W)의 전극패드(P)와 1차 접촉되었는지 여부를 판단하여 접촉상태를 이루지 않을 경우 제어기(23)로 지속적 신호를 지령하여 Z축구동스테이지(7c)를 정수 배의 거리만큼 스텝 이동하도록 한다.

그 정수 배의 수치는 작업자가 임의로 선택할 수 있으며, 예컨대 10㎛씩 스텝 이동하도록 할 수 있다.

프로브니들(11c)과 웨이퍼(W)의 전극패드(P)가 접촉되었는지 판단하는 것은 프로브니들(11c)을 통해 전달되는 전기적 신호 예컨대, 전압을 체크하는 것에 의한다.

다음은 도 2 내지 도 4b를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로빙방법에 대해서 설명한다.

먼저, 기판고정대(5)의 상면에 웨이퍼(W)를 로딩시키면, 테스터(21)가 얼라인먼트스테이지(7)를 검사에 적정한 위치로 구동시키기 위한 신호를 제어기(23)로 지령한다. 그러면, 상기 제어기(23)는 Z축이동기구(7c)의 구동모터 구동신호를 출력하여 Z축이동기구(7c)를 상승시킴으로서 기판고정대(5)를 소정의 높이로 초기 상승(S10)시킨다.

다음, 웨이퍼(W)의 전극패드(P)와 프로브니들(11c)과의 최초 접촉상태를 판단(S20)한다.

그 접촉상태의 판단은 상기 테스터(21)가 테스터헤드(19)로 프로브니들(11C)과 전극패드(P)의 접촉상태를 판단하도록 하는 신호를 지령하면, 전극패드(P)와 프로브니들(11c)이 접촉된 경우 그 전극패드(P)에 소정의 전압이 인가되는 상태를 비교하는 것에 의한다.

이때, 만약 프로브카드(11)가 신뢰성 테스트를 위해 기판고정대(5)를 고온의 상태로 가열함에 따라 그 열적스트레스에 의해 프로브카드(11)가 열적 변형을 일으 킨 상태라면, 프로브니들(11c)이 상기 전극패드(P)에 접촉되지 않는다. 그와 같은 경우 전극패드(P) 및 프로브니들(11c)은 접촉되지 않는 경우가 발생되어 전압인가 상태가 다르게 나타날 것이다. 이러한 신호를 전달받은 테스터(21)는 비교 판단한다.

다음, 그 비교판단 결과가 정상인 경우 테스터(21)는 제어기(23)로 오버드라이브(OVER DRIVE) 명령을 지령함으로써 기판고정대(5)를 Z축이동기구(7c)의 구동에 따라 소정의 높이로 상승시킨다.

한편, 단계(S20)에서 프로브니들(11c) 및 전극패드(P)가 접촉되지 않았을 경우에는 테스터(21)는 제어기(23)로 Z축이동기구(7c)를 구동시키도록 하는 신호를 지령한다.

그러면, 상기 제어기(23)는 상기 Z축이동기구(7c)의 구동모터를 구동시켜 기판고정대(5)를 소정거리 만큼 상승시킨다. 여기서 소정거리는 작업자가 설정 변경이 가능한 것으로서, 정수배의 거리 예컨대 10㎛의 단위거리 만큼 씩 상승하도록 한다. 작업자가 만일 5㎛로 설정하였다면 Z축이동기구(7c)의 스텝 이동거리는 5㎛씩 이동할 것이다.

상기와 같이 스텝 이동시킨 상태에서 또 다시 단계(S20)에 의해 프로브니들(11c) 및 웨이퍼(W)의 전극패드(P)와의 접촉상태를 판단하여 그 접촉상태를 이루지 않는 경우에는 상술한 과정을 반복적으로 행한다.

다음 도 4a 및 도 4b를 참조로 하여 상술한 오버드라이브에 대해서 설명한다.

먼저, 프로브니들(11c)과, 웨이퍼(W)의 전극패드(P)가 초기 접촉된 상태는 도 4a와 같이 프로브니들(11c)의 끝단이 전극패드(P)의 상면에 미소하게 접촉된 상태를 이룬다.

그와 같은 경우 전극패드(P)에 보다 안정적으로 테스트 신호를 인가하기가 힘들므로 Z축이동기구(7c) 구동에 따른 웨이퍼(W)를 상승시켜서 도 4b에 도시된 바와 같이 프로브니들(11c)을 전극패드(P)에 보다 안정적으로 접촉시키는 동작을 의미한다.

상기 프로브니들(11Cc)은 베릴륨과 같은 경도가 높은 재질로 제작되며, 상기 전극패드(P)는 알루미늄과 같은 연질의 재질로 되어 상기와 같은 오버드라이 진행이 가능하다.

다음 도 3은 웨이퍼(W) 1매당 검사가 진행되는 검사영역을 나타내는 것으로서 그 각 검사영역을 각각 샷(SHOT)이라 지칭한다.

샷이란 프로브카드(11)에 마련된 복수의 프로브니들(11c)이 한번에 접촉되어 검사를 진행할 수 있는 영역을 의미하는 것으로서, 상술한 바와 같이 전극패드(P) 및 프로브니들(11c)의 접촉상태를 판단하여 보정하는 과정은 매 샷마다 테스트를 실시하기 전단계에서 실시된다.

상술한 바와 같은 프로빙장치 및 프로빙방법에 의함에 따라 신뢰성 테스트를 위하여 기판고정대를 고온의 열로 가열하는 분위기에 의해 프로브카드가 변형되어 프로브니들과 웨이퍼의 전극패드의 접촉불량이 발생하는 것을 방지함으로써 검사 신뢰도를 향상시키는 이점이 있다.

또한, 프로브카드의 변형을 고려하여 웨이퍼를 검사하기에 앞서 기판고정대를 소정의 시간동안 예열시키는 과정을 실시하지 않아도 되어 검사 수율을 향상시키는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 그 상면에 전극패드를 갖는 복수의 디바이스가 마련된 웨이퍼를 안착시키는 기판고정대;

   상기 기판고정대를 X축,Y축 수평이동 및 Z축 수직 이동시킴과 아울러 소정의 방향으로 θ회전시키는 얼라인먼트스테이지;

   상기 얼라인먼트스테이지의 상측에 설치되며 그 하부에 상기 웨이퍼의 전극패드에 접촉되는 프로브니들이 마련되고 상부에 포고고정부가 마련된 프로브카드;

   상기 프로브카드의 상측에 설치되어 상기 검사신호를 인가하는 테스트헤드;

   상기 테스트헤드로 검사신호를 지령함과 아울러 상기 얼라인먼트스테이지 구동 신호를 지령하는 테스터; 및

   상기 테스터와 연결되어 상기 얼라인먼트스테이지의 구동신호를 인가하는 제어기를 구비하며;

   상기 테스터는 상기 프로브니들을 통해 웨이퍼의 전극패드와의 최초 접촉상태를 감지하여 접촉되지 않았을 경우 얼라인먼트스테이지를 Z축 방향으로 정수 배 만큼 스텝 이동시키는 신호를 제어기로 지령하기 위한 제어회로가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 프로빙장치.
2. a)웨이퍼 전극패드와 프로브니들을 접촉시키기 위하여 소정의 단위 높이로 웨이퍼스테이지를 상승시키는 단계;

   b)상기 전극패드와 상기 프로브니들의 초기 접촉상태를 판단하는 단계;

   c)상기 전극패드와 상기 프로브니들이 접촉되지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 웨이퍼스테이지를 소정의 단위 높이로 상승시키는 단계; 및

   d)상기 전극패드와 상기 프로브니들이 접촉된 것으로 판단된 경우, 오버드라이브(over drive)의 수행을 위해 상기 웨이퍼스테이지를 소정 높이 만큼 상승시키는 단계를 포함하며,

   상기 b),c),d)단계를 반복적으로 수행하는 것에 의해 상기 전극패드와 상기 프로브니들의 접촉 보정을 실시하는 것을 특징으로 하는 프로빙 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 a),b),c),d)단계는 각 샷(shot)마다 진행되는 것을 특징으로 하는 프로빙 방법.
4. 삭제

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