KR101074376B1 - 실시간 탐침 정렬장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

여기에서는 실시간 탐침 정렬장치가 개시된다. 이 실시간 탐침 정렬장치는, 기준 마스크를 조준하여 상기 기준 마스크의 영상을 취득하기 위한 제1 카메라와; 프로브 카드를 조준하여 상기 프로브 카드의 영상을 취득하기 위한 제2 카메라와; 상기 1 카메라와 상기 제2 카메라로부터 각각 취득한 영상들을 통합하기 위한 영상 통합 제어장치와; 상기 영상 통합 제어장치에서 통합된 영상을 작업자에게 보여주기 위한 디스플레이장치를 포함한다.

Description

실시간 탐침 정렬장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REAL TIME ALIGNEMENT OF PROBES}

본 발명은 탐침을 실시간으로 정렬하는데 이용되는 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 프로브 카드(probe card)와 같은 정밀 부품은 웨이퍼 접촉단자와 프로브 카드의 탐침이 접촉하여 웨이퍼 상의 칩의 전기적 성능 테스트를 수행케 하는 부품이다. 이러한 프로브 카드를 만드는데 있어 탐침의 위치는 정확한 간격으로 일정하게 정렬되어 있어야 한다. 이러한 탐침의 정밀 정렬은 현재 현미경을 이용하여 사람이 수작업으로 수행하고 있다.

도 1은 현재 많이 이용되고 있는 종래의 탐침 정렬 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 탐침 정렬 방법은, 프로브 카드(2) 위에 기준 마스크(3)를 위치시키고 현미경(4)으로 탐침의 정렬 여부를 확인하는 제1 단계(S1)와, 기준 마스크(3)를 특정 위치로 이동시킨 후 정렬이 틀어진 탐침 위치를 예컨대 정밀 핀셋(9)을 이용하여 변경하는 제2 단계(S2)와, 전 단계(S2)에서의 탐침 정렬을 확인한 후 다음 탐침의 정렬 여부(또는, 정도)를 확인하는 제3 단계(S3)를 포함한다. 상기 제3 단계(S3)에서 정렬이 틀어진 경우, 제2 단계(S2)로 돌아가, 해당 탐침을 정밀 핀셋(9)을 이용하여 변경한다.

더 구체적으로 설명하면, 탐침의 정렬이 필요한 프로브 카드(2)의 바로 상부 위에 정확한 위치를 표시한 기준 마스크(3)를 놓고 고배율 현미경(약 배율 100배)으로 작업자가 정렬 여부를 확인한다. 기준 마스크(3)의 표준 정렬 위치와 프로브 카드(2)의 탐침의 위치가 일치하지 않으면 작업자는 탐침을 하나하나씩 순차적으로 정렬하는 작업을 수행한다. 만일 현미경(4)으로 기준 마스크를 통해 (1)번 탐침의 정렬이 틀어졌을 확인한 경우, 작업자는 기준 마스크(3)를 특정 위치에 이동시킨 후, 정밀 핀셋(9)을 이용하여 현미경(4)을 보면서 (1)번 탐침의 위치를 변경시킨다. 이후에, 다시 기준 마스크(3)를 원래 위치로 이동시킨 후 현미경(4)으로 관찰하여, 탐침이 기준 위치에 존재하는 지를 확인한다. (1)번 탐침이 기준 위치에 존재 할 경우 작업자는 다시 (2)번 탐침의 위치를 확인한 후, 다시 정밀 핀셋(9)을 이용하여 수작업으로 탐침의 위치를 변경시키며, 이후 다시 기준 마스크(3)를 통한 현미경 관찰을 통해 정렬이 이루어졌는지를 확인한다.

현재까지는 수고스럽더라도 프로브 카드(2)의 모든 탐침의 위치를 위와 같은 방식으로 확인하여 정렬하여 왔다. 하지만 근래 들어 프로브 카드(2)의 탐침간 간격이 점점 작아지고 있으며 최근에는 수십 마이크론(um) 피치의 탐침이 장착된 프로브 카드(2)가 제작되고 있다. 그러나 이러한 미세 피치 탐침의 정밀 정렬은 자동화가 용이하지 않아 거의 모든 프로브 카드 제조업체에서는 도 1에 도시된 바와 같이 현미경을 이용한 수작업으로 정렬 작업을 수행하고 있다.

통상 프로브 카드에 존재하는 탐침의 수는 작게는 수백 개 많게는 수 만개에 이른다. 이렇듯 수많은 탐침을 위와 같은 현미경을 이용한 작업자의 수작업으로 수행하고 있어 매우 많은 시간이 소요되고 작업자가 장시간 현미경을 들여다봐야 하므로 상당한 피로감이 작업자에게 가해진다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은, 현미경 관찰에 의존하여 탐침을 정렬하는 방식으로 인해 작업자에게 피로감을 주었던 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해결하고자 하는 과제는 현미경의 사용을 지양하면서도 빠르고 정밀하게 탐침을 정렬할 수 있게 해주는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 실시간 탐침 정렬장치는, 기준 마스크를 조준하여 상기 기준 마스크의 영상을 취득하기 위한 제1 카메라와; 프로브 카드를 조준하여 상기 프로브 카드의 영상을 취득하기 위한 제2 카메라와; 상기 1 카메라와 상기 제2 카메라로부터 각각 취득한 영상들을 통합하기 위한 영상 통합 제어장치와; 상기 영상 통합 제어장치에서 통합된 영상을 작업자에게 보여주기 위한 디스플레이장치를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라 각각에는 고배율의 확대 렌즈가 장착된다.

바람직하게는, 상기 탐침 정렬장치는, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라가 함께 장착되는 동축 프레임을 더 포함한다. 더 바람직하게는, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라는, 상호 간에 간격 조정이 가능하도록, 상기 동축 프레임을 따라 독립적으로 좌우 이동가능하게 설치된다.

바람직하게는, 상기 탐침 정렬장치는, 상기 기준 마스크와 상기 프로브 카드가 모두 놓여, 상기 기준 마스크와 상기 프로브 카드를 함께 이동시키기 위한 동일 스테이지를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 탐침 정렬장치는, 상기 프로브 카드의 정밀 조정을 위해, X-Y-Z-θ 방향으로 이송 가능한 정밀 조정 스테이지를 더 포함한다.

본 발명의 일측면에 따른 실시간 탐침 정렬 방법은, 제1 카메라와 제2 카메라를 이용하여 기준 마스크의 영상과 프로브 카드의 영상을 취득하는 단계와, 영상 통합 제어장치를 이용하여, 상기 1 카메라와 상기 제2 카메라로부터 각각 취득한 영상들을 통합하는 단계와, 상기 영상 통합 제어장치에서 하나로 통합된 영상을 디스플레이장치를 통해 작업자에게 보여주는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 영상을 취득하는 단계 전에, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라 사이의 간격을 조정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 영상을 취득하든 단계 전에, 상기 기준 마스크와 상기 프로브 카드가 함께 놓인 동일 스테이지를 움직이고, X-Y-Z-θ 방향으로 이송 가능한 정밀 조정 스테이지를 이용하여, 상기 기존 마스크에 대해 상기 프로브 카드의 위치를 정밀하게 조정할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 필요한 자재의 고정밀 실시간 정렬을 위한 실시간 정렬장치가 제공되며, 이 실시간 정렬장치는, 기준 마스크의 영상을 취득하기 위한 제1 카메라와, 상기 자재의 영상을 취득하기 위한 제2 카메라와, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라가 취득한 영상들을 통합하기 위한 영상 통합 제어장치와, 상기 영상 통합 제어장치에서 통합된 영상을 작업자에게 보여주기 위한 디스플레이장치를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 실시간 정렬장치는, 정렬이 필요한 자재의 영상을 취득하기 위한 카메라와, 가상의 기준 마스크 또는 기준 위치 좌표를 만들고, 상기 자재의 영상을 처리하는 영상 통합 제어장치와, 상기 영상 통합 제어장치로부터 제공되는 상기 기준 마스크 또는 기준 좌표와 상기 자재의 영상과 오버랩하여 표시하는 디플레이장치를 포함한다.

본 발명에 따른 실시간 (탐침) 정렬 장치 및 방법은, 프로브 카드와 같은 정밀 반도체 부품 제작에 있어, 탐침과 같은 고정밀 정렬 작업이 필요한 경우, 작업자가 현미경을 통한 어려운 관찰 작업이 아니라 디스플레이 장치(특히, 컴퓨터 모니터)를 통하여 편안하게 작업을 함으로써, 수작업에 의한 피로감을 획기적으로 줄일 수 있고, 실시간 오버랩 영상을 이용함으로써 매우 빠르게 정렬 작업을 수행함으로써 높은 생산성 향상을 꾀할 수 있는 등의 효과를 제공한다.

도 1은 현재 많이 이용되고 있는 종래의 탐침 정렬 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 정밀 탐침 정렬장치 및 방법을 설명하기 위한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 정렬 장치의 구성을 기구적으로 도시한 도면.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 정밀 탐침 정렬장치(이하, '정렬장치'라 함) 및 방법을 설명하기 위한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 정렬장치는, 두개의 카메라, 즉, 제1 및 제2 카메라(42, 44)와, 영상 통합 제어 장치(50), 그리고, 통합된 영상을 보여주는, 예를 들면, 모니터와 같은, 디스플레이장치(60)를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 카메라(42)는 위치 정렬 기준 마스크(20)를 조준하며, 제2 카메라(44)는 정렬이 필요한 자재, 특히, 프로브 카드(30)를 조준한다. 상기 제1 및 제2 카메라(42, 44) 각각의 단부에는 확대가 가능한 렌즈(422, 442)가 장착되며, 그 렌즈(422, 442)에 의한 배율은 광학 배율로 20~200배 사이가 바람직하다. 상기 제1 카메라(42)와 상기 제2 카메라(44)는 렌즈(422, 442)들의 사양은 물론이고, 내장된 이미지센서들(미도시됨)의 사양도 동일한 것으로 하는 것이 바람직하다.

상기 제1 카메라(42)로부터 얻어진 영상과 상기 제2 카메라(44)로부터 얻어진 영상은 영상 통합 제어 장치(50)로 전송된다. 상기 영상 통합 제어 장치(50)는 전송된 영상들에 대하여 이미지 프로세싱(image processing)을 수행하여 두 영상을 하나로 오버랩(overlap) 시킨다. 이렇게 오버랩된 영상은 디스플레이장치(60)에 전송되어, 실시간으로 기준 마스크(20)의 위치와 프로브 카드(30)의 탐침 위치를 실시간으로 작업자에게 보여준다. 상기 디스플레이장치(60)를 통해 실시간으로 보여 지는 영상을 작업자가 보면서 정밀 핀셋(90)을 이용해 프로브 카드(30)의 탐침 정렬 작업을 차례대로 수행한다.

이때, 상기 영상 통합 제어 장치(50)는 고성능 그래픽 카드 및 영상 통합 소프트웨어와, 디스플레이장치(60)로의 영상 전송 기능을 가지고 있다. 이러한 영상 통합 제어 장치(50)의 하드웨어로는 일반 퍼스널 컴퓨터가 사용될 수 있다. 결과적으로 작업자는 현미경을 통해 탐침의 정렬을 수행하는 것이 아니라 디스플레이장치(60), 특히, 컴퓨터 모니터를 통해 실시간으로 보여지는 오버랩 영상을 보면서 매우 빠른 작업 속도로 편리하게 탐침의 정렬 작업을 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 정렬 장치의 구성을 기구적으로 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 카메라(42)와 제2 카메라(44)는 동축 프레임(41)에 함께 장착되어 있다. 또한, 상기 제1 카메라(42)와 상기 제2 카메라(44)각각은 상기 동축 프레임(41)을 따라 독립적으로 좌우 이동가능하게 설치되어, 상호 간에 간격이 조정될 수 있다. 이때, 상기 제1 카메라(42)의 높이와 상기 제2 카메라(44)의 높이가 가급적 같아지도록, 상기 제1 카메라(42)와 상기 제2 카메라(44)가 정밀하게 설치되는 것이 좋다. 그렇지 않으면, 카메라들(42, 44)의 초점 위치가 서로 틀려져, 선명한 오버랩 영상의 취득이 어려워질 수 있기 때문이다.

또한, 프로브카드(30)와 기준 마스크(20)와의 초기 위치를 일치시키기 위해 프로브카드(30)가 올려놓아지는 정밀 조정 스테이지(62)는 정밀한 움직임이 가능해야 하며, 이송축으로서, x축, y축, z축 및 θ축(회전 방향 축)을 갖는 것이 바람직하다. 또한 기준 마스크(20)와 프로브카드(30)는 항상 같이 움직여야 하므로, 기준 마스크와 프로브카드(30)는 동일 이송 스테이지(60) 위에 존재해야 한다. 상기 동일 이송 스테이지(60)는 보통 x-y축 2축으로 구성하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 정렬장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 실시간 정렬장치(1)는 앞선 실시예에서 설명된 것과 같은 정밀 기준 마스크(20; 도 3 참조)를 이용하지 않으며, 그 대신에 영상 통합 제어 장치(50)에 입력/저장된 기준 위치 정보를 이용한다. 띠라서, 본 실시예에 따른 실시간 정렬장치(1)는 기준 마스크의 영상을 얻기 위한 카메라의 생략이 가능하다.

상기 실시간 정렬장치(1)는, 앞선 실시예와 마찬가지로, 탐침들의 정렬이 필요한 프로브 카드(30)의 영상을 취득하기 위한 카메라(44)를 포함한다. 카메라(44)에서 취득된 영상은 영상 통합 제어 장치(50)에 제공된다. 또한, 상기 영상 통합 제어 장치(50)는 작업자에 의해 입력된 탐침 위치에 관한 CAD 데이터 혹은 위치 데이터로부터 위치 형성 프로그램을 이용하여 가상의 기준 위치 좌표 또는 가상의 기준 마스크를 만들어내며, 이는 상기 영상 통합 제어 장치(50)에서 카메라(44)에 의해 취득된 영상과 통합되어 디스플레이장치(60)에 제공된다. 상기 디스플레이장치(60)는 가상의 기준 좌표 또는 가상의 기준 마스크에 의해 가상의 탐침 기준 정렬 위치를 표시하는 한편, 상기 카메라(44)로부터 얻은 영상을 그에 오버랩시킴으로써 작업자에게 실시간으로 제공한다. 따라서, 작업자는 상기 디스플레이장치(60)를 실시간으로 보면서 탐침을 용이하게 정렬할 수도 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

42: 제1 카메라 44: 제2 카메라
50: 영상 통합 제어장치(퍼스널 컴퓨터) 60: 디스플레이장치(모니터)

Claims (11)

1. 기준 마스크를 조준하여 상기 기준 마스크의 영상을 취득하기 위한 제1 카메라;
   프로브 카드를 조준하여 상기 프로브 카드의 영상을 취득하기 위한 제2 카메라;
   상기 1 카메라와 상기 제2 카메라로부터 각각 취득한 영상들을 통합하기 위한 영상 통합 제어장치; 및
   상기 영상 통합 제어장치에서 통합된 영상을 작업자에게 보여주기 위한 디스플레이장치를 포함하는 실시간 탐침 정렬장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라 각각에는 고배율의 확대 렌즈가 장착된 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라가 함께 장착되는 동축 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라는, 상호 간에 간격 조정이 가능하도록, 상기 동축 프레임을 따라 독립적으로 좌우 이동가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 기준 마스크와 상기 프로브 카드가 모두 놓여, 상기 기준 마스크와 상기 프로브 카드를 함께 이동시키기 위한 동일 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 프로브 카드의 정밀 조정을 위해, X-Y-Z-θ 방향으로 이송 가능한 정밀 조정 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬장치.
7. 실시간 탐침 정렬 방법으로서,
   제1 카메라와 제2 카메라를 이용하여 기준 마스크의 영상과 프로브 카드의 영상을 취득하는 단계;
   영상 통합 제어장치를 이용하여, 상기 1 카메라와 상기 제2 카메라로부터 각각 취득한 영상들을 통합하는 단계; 및
   상기 영상 통합 제어장치에서 하나로 통합된 영상을 디스플레이장치를 통해 작업자에게 보여주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 영상을 취득하는 단계 전에, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라 사이의 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬방법.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 영상을 취득하든 단계 전에, 상기 기준 마스크와 상기 프로브 카드가 함께 놓인 동일 스테이지를 움직이고, X-Y-Z-θ 방향으로 이송 가능한 정밀 조정 스테이지를 이용하여, 상기 기준 마스크에 대해 상기 프로브 카드의 위치를 정밀하게 조정하는 것을 특징으로 하는 실시간 탐침 정렬방법.
10. 정렬이 필요한 자재의 고정밀 실시간 정렬을 위해,
    기준 마스크의 영상을 취득하기 위한 제1 카메라;
    상기 자재의 영상을 취득하기 위한 제2 카메라;
    상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라가 취득한 영상들을 통합하기 위한 영상 통합 제어장치;
    상기 영상 통합 제어장치에서 통합된 영상을 작업자에게 보여주기 위한 디스플레이장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 정렬장치.
11. 정렬이 필요한 자재의 영상을 취득하기 위한 카메라;
    가상의 기준 마스크 또는 기준 위치 좌표를 만들고, 상기 자재의 영상을 처리하는 영상 통합 제어장치; 및
    상기 영상 통합 제어장치로부터 제공되는 상기 기준 마스크 또는 기준 좌표와 상기 자재의 영상과 오버랩하여 표시하는 디플레이장치를 포함하는 실기간 정렬장치.

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