KR101163972B1 - 테스트 프로브 정렬 장치, 프로브 정렬 장치, 및 정렬 장치 - Google Patents

테스트 프로브 정렬 장치, 프로브 정렬 장치, 및 정렬 장치 Download PDF

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Abstract

테스트 프로브 정렬 장치는 작업편 배치 스테이지가 θ 스테이지를 움직이지 않고 X-Y 평면 내에서 작업편을 움직일 수 있도록 작업편 배치 스테이지로부터 분리된 회전 가능한 θ 스테이지를 포함하며, 그에 의해, 작업편 배치의 진동 및 관성을 억제하고, 작업편 이동의 속도 및 정확도를 향상시킨다. θ 스테이지는 X-Y 평면에 실질적으로 수직인 축 둘레에서 회전하도록 구동된다. 회전 가능한 스테이지는 프로브 카드를 유지하도록 구성된 캐리지를 지지한다. 캐리지는 θ 스테이지와 협조하여 회전하며, 그에 의해 프로브 카드를 작업편에 대해 정렬한다. Z-스테이지는 작업편에 대한 회전 축을 따라 캐리지를 이동시키기 위해 캐리지와 동작 가능하게 결합한다. 모션 제어기는 미리 프로그래밍된 운동 벡터에 대한 좌표 변환을 수행하여 위치 센서에 의해 측정된 작업편의 각도 오정렬을 조절한다.
Figure R1020047014885
테스트, 프로브, 정렬 장치, 스테이지, 캐리지, 작업편

Description

테스트 프로브 정렬 장치, 프로브 정렬 장치, 및 정렬 장치{Test probe alignment apparatus, probe alignment apparatus, and alignment apparatus}
관련 출원
본 출원은 본 명세서에 참조 문헌으로 포함되어 있는 2002년 3월 22일자로 출원된 U.S. 가출원 제 60/366,912 호의 35 U.S.C. §119(e)하에서의 이득을 주장한다.
기술 분야
본 출원은 인쇄 회로 보드 및 집적 회로 기판의 테스트, 천공(drilling) 및 트리밍(trimming)에 사용하기 위한 정렬 장치에 관한 것이며, 특히, 병진 작업편 배치 메카니즘(X-Y 스테이지)의 영향들로부터 상기 장치의 회전 배치 메카니즘(θ 스테이지)을 분리하거나 그 반대인 개선된 정렬 장치에 관한 것이다.
인쇄 회로 보드 및 집적 회로와 같은 전자 회로들의 제조는 일반적으로 기판 상에 형성된 회로 패턴의 어레이 내의 각 회로의 검사 및 테스트를 수반한다. 회로들의 캘리브레이션은, 회로의 전기적 특성을 조절하는 레이저 트리밍 작업 동안에 회로 콤포넌트들의 전기적 특성의 프로빙 및 측정을 포함할 수 있다. 테스트 결과를 보정하기 위해서, 프로브 카드의 테스트 프로브의 팁들은 회로의 전극 패드들 또는 접촉 위치들과 정확하게 정렬되어야만 한다. 프로브 정렬 시스템들은 회로 패턴들의 어레이에 걸쳐 정확한 정렬을 유지하기 위해 기판, 프로브 카드 또는 양자 모두의 위치를 조절하는 기계적 배치 장비를 사용한다.
도 1은 종래 기술 테스트 프로빙 시스템(10)을 예시하며, 여기서는 기판(12)은 동력화된 작업편 배치 스테이지(20)의 척(16) 상에 지지되어 있다. 배치 스테이지(20)는 직교 방향(X 및 Y)으로 수평 평면 내에서의 움직임을 위해 플래튼(24) 상에 지지된 X-Y 스테이지(22)인 선형 배치 콤포넌트를 포함한다. 또한, 배치 스테이지는 수직 Z 축 둘레의 척(16)의 회전을 위하여 X-Y 스테이지(22) 상에 지지된 세타(θ) 스테이지(26)인 회전 배치 콤포넌트를 포함한다. 참고로, 직교 좌표 시스템 프레임 기준(30)은 방향들 X, Z 및 θ를 나타낸다(Y 방향은 도 1에 도시되어 있지 않으며, 도면에 수직이다). 프로브 카드 캐리지(34)는 배치 스테이지(20) 위에 프로브 카드(38)를 보유하고, 카메라(44)를 포함하는 기계 비전 시스템(42)은 프로브 카드(38)의 프로브들(48)과 기판을 정렬시키기 위해 기판(12)의 회전(θ) 및 병진(X-Y) 정렬을 제어한다. 프로브 카드 캐리지(34)는, 프로브 카드(38)의 정렬 이후, 기판(20) 상에 형성된 회로의 테스트를 위해 기판(12)에 대하여 프로브들(48)을 가압하도록 프로브 카드(38)를 Z 축을 따라 하향으로 이동시키기 위해 작동되는 동력화된 Z 스테이지(50) 아래에 지지된다. 고정 프로브 기저부(60) 상에 지지된 Z-구동 메카니즘(56)은 Z 스테이지(50)를 위한 구동력을 제공한다.
일반적으로 규칙적 어레이 패턴으로 단일 기판 상에 회로의 다수의 사본들이 형성되기 때문에, 다수의 공지된 시스템들은 연속적 프로빙 동작들 사이에서 X-Y 평면 내에서 기판을 반복적으로 인덱싱하는 자동화된 스텝-앤드-리피트 배치 프로그램으로 제어된다. 각각의 프로빙 동작에서, 테스트 프로브들의 팁들은, 회로의 전기적 테스트 및/또는 트리밍을 수행하기 전에, 회로의 전극 패드들에 대하여 가압된다. 테스트 및/또는 트리밍 이후, 그후, 테스트 프로브들은 동일 회로 상의 다음 테스트 위치 또는 다음 회로와 프로브들을 정렬시키기 위해 기판을 이동(스테핑)하기 이전에 기판으로부터 떨어져 들어 올려진다.
종래의 정렬 장비는, 도 1에 도시된 바와 같이 기판과 X-Y 스테이지 사이에 θ 스테이지를 간삽함으로써 기판이 X 및 Y 축들과 정확하게 정렬될 수 있게 한다. θ 및 X-Y 스테이지들의 이러한 구조는 스파노(Spano) 등의 U.S. 특허 제 4,266,191의 발명의 배경 부분에 설명된 바와 같이 기판의 후속 인덱싱을 단순화하며, 각각의 단계를 위해 단순한 X 또는 Y 병진 모션만을 필요로 한다. 사토(Sato) 등의 U.S. 특허 제 4,677,474 및 Yamatsu(야마츠)의 U.S. 특허 4,786,867에 기재된 두 가지 다른 장비 디자인에서, 제 2 회전 배치 스테이지는 X-Y 스테이지의 X 및 Y 축들과 프로브 카드를 정렬하기 위해 제공되며, 그에 의해, 프로브/기판 정렬이 기판의 회로 패턴들의 어레이 전체에 걸쳐 더욱 정확하게 유지될 수 있게 한다. 그러나, 이들 종래의 기술 메카니즘들 모두는 X-Y 스테이지에 결속된 θ 스테이지를 포함하기 때문에, 상기 스파노의 특허 191, 4 행, 16-24줄에서 설명된 바와 같이 θ 스테이지의 조절 시마다 X-Y 스테이지의 후속 정렬 보상을 필요로 한다.
또한, X-Y 스테이지 상에 지지된 θ 스테이지를 가지는 시스템들에서, θ 스테이지의 질량이 전체 작업편 배치 스테이지의 관성에 추가된다. 추가된 관성은 X-Y 방향들로의 이동을 느려지게 하고, 작업편 배치 스테이지의 질량 중심이 상승하게 하며, 그에 의해, 배치 속도 및 정확도에 영향을 준다.
또한, θ 스테이지는, X-Y 스테이지가 작동될 때마다 θ 스테이지 메카니즘에서 유발되는 진동 및 백래시(backlash)로 인해 배치 오류의 근원일 수 있다. 전체적으로, 종래의 테스트 프로브 정렬 시스템들의 작업편 배치 스테이지와 θ 스테이지의 결합은 시스템 처리량을 감소시키는 경향이 있다. θ 스테이지의 질량을 최소화하고 척의 높이 및/또는 질량을 감소시킴으로써 X-Y 스테이지 속도를 증가시키려는 시도는, 백래시를 증가시키고, 강성(stiffness)을 감소시키며, 내진성을 희생시키고, 작업편 배치 스테이지의 설치 시간을 증가시키는 경향이 있다. 또한, θ 스테이지의 해상도 및 정확도를 증가시려는 시도는 작업편 배치 스테이지의 질량 및 높이를 증가시키는 경향이 있다. 따라서, 종래 기술의 시스템들의 설계자들은 배치 정확도를 증가시키기 위해 시스템 처리량을 절충하도록 강제되었다.
본 발명자는 개선된 프로브 정렬 정확도 및 증가된 테스트 처리량을 촉진하는 개선된 테스트 프로브 정렬 장치에 대한 필요성을 인식하였다.
정렬 장치는, 인쇄 회로 보드 패널 또는 마감된 실리콘 웨이퍼 같은 기판 상의 접촉 영역들의 세트와 테스트 프로브들 또는 다른 공구들의 세트를 정렬하도록 구성된다. 기판은 X-Y 평면 내에서의 선형 운동을 위해 작업편 배치 스테이지의 척 상에 지지된다. 또한, 정렬 장치는 Z 방향으로 테스트 프로브를 구동함으로써 정렬 이후 기판 상의 접촉 영역과 테스트 프로브의 맞물림을 용이하게 한다. 정렬 장치는, 회전 가능한 스테이지를 이동시키지 않고 X-Y 평면 내에서 척이 이동할 수 있도록 작업편 배치 스테이지로부터 분리된 회전 가능한 스테이지를 포함하며, 그에 의해, 작업편 배치 스테이지의 관성 및 진동을 억제하고, 척 운동의 속도 및 정확성을 향상시킨다.
회전 가능한 스테이지는 척의 이동 평면에 실질적으로 수직인 회전 축 둘레에서 회전을 위해 구동된다. 회전 가능한 스테이지는 프로브들의 세트를 장착하도록 구성되는 캐리지를 지지하는 것이 바람직하다. 캐리지는, 회전 가능한 스테이지가 회전될 때, 회전 가능한 스테이지와 협조하여 회전하며, 그에 의해, 기판 상의 접촉 영역과 프로브들의 세트를 정렬시킨다. 프로브들의 정렬 이후, 프로빙 스테이지는 회전 가능한 스테이지의 회전축을 따라 회전 가능한 스테이지에 대해 캐리지의 선형 병진을 위해 구동되며, 그에 의해, 프로브를 기판 상의 접촉 영역과 맞물리게 된다.
회전 가능한 스테이지가 작업편 배치 스테이지로부터 분리되기 때문에, 종래 기술 시스템보다 공간 및 질량 제한들에 덜 제약된다. 따라서, 종래 기술 테스트 시스템들의 작업편 배치 스테이지와 함께 사용되는 θ 스테이지보다 더욱 정확하고, 더욱 크고 더욱 대형인 메카니즘을 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 특징들 및 장점들은 첨부 도면을 참조로 진행되는 양호한 실시예의 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 테스트 프로빙 시스템의 개략 정면도.
도 2는 단순화된 제 1 실시예에 따른 테스트 프로브 정렬 장치를 포함하는 테스트 프로빙 시스템의 개략 정면도.
도 3은 정렬 장치의 Z-구동 벨트들이 명료성을 위해 생략된, 제 2 실시예에 따른 테스트 프로브 정렬 장치를 도시하는 상면 사시도.
도 4는 도 3의 테스트 프로브 정렬 장치의 저면 사시도.
도 5는 프로브 정렬 장치의 프로브 카드 홀더가 생략된, 제 3 실시예 테스트 프로브 정렬 장치의 우상단 정면 사시도.
도 6은 도 5의 테스트 프로브 정렬 장치의 좌상단 사시도.
도 7은 도 5의 테스트 프로브 정렬 장치의 상면도.
도 8은 도 5의 테스트 프로브 정렬 장치의 우측면도.
도 9는 도 5의 테스트 프로브 정렬 장치의 정면도.
도 10은 정렬 장치의 θ 스테이지 받침대의 세부사항을 도시하기 위해 정렬 장치의 좌전방 Z-스크류가 생략되어 있는, 도 5의 테스트 프로브 정렬 장치의 분해도.
도 11은 θ 스테이지 구동 메카니즘의 세부사항을 도시하는, 도 5의 테스트 프로브 정렬 장치의 확대 부분 상면도.
도면에서, 유사 참조 번호는 동일 또는 유사 부품 또는 형상부를 나타낸다.
명세서 전반에 걸쳐, "한 실시예" 또는 "일 실시예" 또는 "일부 실시예"는 특정하게 설명된 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 의미이다. 따라서, 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치의 어구 "한 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 또는 "일부 실시예에서"의 의미는 동일 실시예 또는 실시예들을 필수적으로 모두 언급하지는 않는다.
또한, 설명된 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 소정의 적절 한 방식으로 조합될 수 있다. 본 기술의 숙련자는 특정 세부사항 중 하나 이상이 없이, 또는 다른 방법, 콤포넌트, 재료 등을 사용하여 본 발명이 실시될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 다른 사례에서, 잘 알려진 구조, 재료 또는 동작은 실시예의 양태를 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 예시 및 설명되지 않는다.
도 2는 단순화된 제 1 양호한 실시예에 따른 테스트 프로브 정렬 장치(108)를 포함하는 테스트 프로빙 시스템(100)의 개략 정면도이다. 도 2를 참조하면, 테스트 프로빙 시스템(100)은, 상부면(118)을 가지는 척(116)을 지지하는 X-Y 스테이지(114)로 주로하여 구성된 작업편 배치 스테이지(110)를 포함한다. X-Y 스테이지(114)는, X-Y 스테이지(114)의 X-Y 추진 메카니즘(130)의 작동에 응답하여, 실질적인 수평면(X 방향은 화살표 126 및 직교 좌표 기준 프레임(128)에 의해 표시되며, Y 방향은 도면에 수직인 방향으로 연장하고, 따라서, 기준 프레임(128) 상에 도시되어 있지 않다)내에 배치된 직교하는 X 및 Y 방향들로 고정 수평 플래튼(124) 위에서 이동한다. X-Y 스테이지(114)는 Y-스테이지 상에 지지된 X-스테이지 또는 그 역을 가지는 적층형 구조일 수 있지만, X-Y 스테이지는 에어 베어링을 가지는 X-Y 이중 축 단일 평면 스테핑 모터를 포함하는 것이 바람직하다. 대안 실시예(미도시)에서, X-Y 스테이지(114)는, 그들이 척(116)이 회전되게 하지 않는 한, 비직교 추진기들을 포함할 수 있다. 플래튼(124)은 예로서, 테스트 프로빙 시스템(100)의 프레임(132)에 견고히 장착될 수 있다.
척(116)의 상부면(118)은 그 위에 하나 이상의 회로들이 형성된 기판(134)에 부합되도록 크기 설정된다. 양호한 실시예들은 인쇄 회로 보드들의 어레이(미도시)를 지지하는 PCB 패널을 포함하는 인쇄 회로 보드(PCB) 같은 기판 상의 회로들의 테스트 및/또는 트리밍과 관련하여 사용된다. PCB들 및 PCB들 패널에 대하여, 척(116)은 예로서, 26in 폭 및 30in 길이 까지 크기 설정될 수 있으며, 17파운드(질량 7.7kg)까지의 무게를 가질 수 있다. 또한, 실시예들은, 척(116) 및 X-Y 스테이지(114)가 PCB 테스트보다 훨씬 작게 크기 설정되는 경우에, 집적 회로 다이스 어레이가 그 위에 형성되어 있는 웨이퍼 및 소형화된 집적 회로들과 같은 더욱 작은 기판들의 테스트에 사용하기 위해 규모가 축소되도록 고려된다.
프로브 스테이지(140)는 테스트 프로빙 시스템(100)의 프레임(132) 또는 다른 강성 고정 지지부에 견고히 장착될 수 있는 고정 기저판(114)을 포함한다. θ 스테이지(148)는 기저판(144) 상에 장착되며, 척(116)이 움직이는 X-Y 평면에 수직인 회전축(156) 둘레에서 회전하도록 θ 스테이지(148)의 θ 구동 메카니즘(154)에 의해 구동되는 받침대(150)를 포함한다. 병진 Z 스테이지(160)는 받침대(150)에 의해 지지되고, θ 구동 메카니즘(154)의 작동에 응답하여 받침대(150)와 함께 움직인다. 캐리지(164)는 받침대(150) 아래로 Z 스테이지(160)로부터 현수되며, 테스트 프로브들(167)의 세트를 가지는 프로브 카드(166)를 장착하도록 구성된다. 프로브 카드(166)는 프로브들(167)이 척(116)에 대면하도록 장착된다. 캐리지(164)는, θ 스테이지(148)가 회전될 때, Z 스테이지(160)와 협조하여 회전하고, 그에 의해, 기판(134) 상의 접촉 영역들(미도시)과 프로브들(167)의 세트를 정렬한다. Z 스테이지(160)는, θ 스테이지(148)에 대하여 Z-축을 따른 선형 병진을 위해 Z 스테이지(160) 및 캐리지(164)를 구동하는 Z-구동 메카니즘(172)에 Z-스테이지(160)가 접속되는 받침대(150)의 상부면(168)을 너머 연장하는 것이 바람직하다. Z 스테이지(160) 및 캐리지(164)의 Z 축을 따른 구동은, 전기적 테스트, 레이저 트리밍 또는 프로빙을 수반하는 임의의 다른 프로세스를 위하여 테스트 프로브들(167)의 팁들이 기판(134)의 접촉 영역들에 대해 가압하게 한다.
대안 실시예(미도시)에서, Z 스테이지(160) 및/또는 Z-구동 메카니즘(172)은, Z 스테이지(160) 또는 Z-구동 메카니즘(172) 또는 양자 모두가 θ 스테이지(148) 및 캐리지(164)와 함께 회전하지 않도록 구성될 수 있다. Z 스테이지(160) 또는 Z-구동 메카니즘의 θ 스테이지(148)로부터의 분리는, Z 스테이지가 Z 축을 따라 캐리지(164)를 정확하게 움직일 수 있게 하면서, Z 스테이지에 독립적으로 캐리지(164)가 회전할 수 있도록 특수한 회전 또는 슬라이드 베어링 형태의 결합을 필요로 한다.
기판(134)의 접촉 패드들과 프로브들(167)의 세트의 정렬은 양호한 실시예에서, 모션 제어기(186) 및 기계 비전 시스템(미도시)에 결합된 디지털 비디오 카메라(182)와 같은 위치 센서(180)를 사용하여 달성된다. 모션 제어기(186)는 모션 제어기(186)에 의해 액세스 가능한 원격 데이터 저장 디바이스 또는 모션 제어기(186)의 컴퓨터 메모리(미도시)와 같은 컴퓨터 판독 가능한 데이터 저장 매체 상에 저장된 제어 소프트웨어를 포함한다. 모션 제어기(186)에 의해 액세스 가능한 컴퓨터 판독 가능한 데이터 저장 매체는 또한, X-Y 스테이지(114), θ 스테이지(148) 및/또는 Z 스테이지(160)의 미리 프로그래밍된 움직임을 나타내는 운동 벡터 데이터를 저장하도록 구성된다. 스텝-앤드-리피트 인덱싱 계획은 기판(134) 상의 다이스 또는 회로들의 다수 세트를 테스트하기 위해 기판(134)을 배치하기 위해 데이터 저장 매체에 저장된다. 양호한 실시예에 따라서, 모션 제어기(186)는 미리 프로그래밍된 움직임의 실행 동안 또는 그 이전에 θ 스테이지(148) 및 X-Y 스테이지(114)의 정렬을 조절하도록 센서(180)에 의해 감지된 위치 정보를 사용한다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 각각의 상면 및 저면 사시도들은 제 2 양호한 실시예에 따른 테스트 프로브 정렬 장치(200)를 도시한다. 도 3은 X-Y 스테이지 및 프로브 카드와 프로브들의 세부 사항을 생략하고 있으며, 이는 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 테스트 프로브 정렬 장치(200)와 함께 X-Y 스테이지 및 프로브 카드들을 사용하는 방식은, 본 기술의 숙련자가 쉽게 인지 및 이해할 수 있다. 정렬 장치(200)는 X-Y 스테이지(미도시) 위의 프레임(미도시)에 장착된 고정 기저판(204)을 포함한다. θ 스테이지(210)는, 기저판(204)에 견고히 부착된 제 1(고정) 베어링 레이스를 포함하는 한 쌍의 대향하는 베어링 레이스(미도시)를 구비한 링 베어링(214)을 포함한다. 받침대(218)는 Z-축 둘레에서 기저판(204)에 대해 회전하도록 베어링 레이스들 중 제 2 (움직일 수 있는) 베어링 레이스에 장착된다(좌표 기준 프레임(222) 참조).
θ 구동 메카니즘(230)은 받침대(218)에 접속된 타우트-밴드 메카니즘(236)의 선형 슬라이드(234)를 작동시키는 θ 구동 서보(232)를 포함한다. 타우트-밴드 메카니즘(236)은 θ 스테이지(210)의 회전을 위한 매우 신뢰성있고 정밀한 제어를 제공하며, 백래시를 제거한다. 선형 슬라이드(234)의 작동은, θ 스테이지(210)가 예로서, 0.0002°의 해상도로 총 여정의 7.0°까지 회전하게 한다. 도 11을 참조로 후술된 타우트-밴드 메카니즘(236)은, θ 스테이지가 X-Y 스테이지에 결합되는 종래 기술 테스트 프로브 시스템에 설치될 수 있는 것보다 더욱 큰 메카니즘이다. 그러나, θ 스테이지(210)가 고정 기저부(204)에 장착되고, 훤히 보이는 헤드룸을 가지기 때문에, 정렬 장치(200)는 타우트 밴드 메카니즘(236)과 같은 더욱 큰 구동 메카니즘을 수용할 수 있다. 본 기술의 숙련자는, 다른 유형의 회전 구동 메카니즘(미도시)이 타우트 밴드 메카니즘(236)을 대신하여 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
또한, 테스트 프로브 정렬 장치는, 타이밍 벨트들(명료성을 위해 생략됨)의 세트를 통해 네 개의 Z 스크류들(260a, 260b, 260c, 260d) 각각의 Z-풀리들(pulleys)(258)에 결합된 Z-스테퍼 모터(254)를 포함하는 Z 스테이지(250)를 포함한다. Z-스크류들(260a-d)의 비회전 리드 스크류들(264)은, 그들이 Z-스테퍼 모터(254)의 작동에 응답하여 Z 방향으로 텔레스코핑(telescope)하도록 받침대(218)를 통해 Z-풀리(258) 내로 나사 결합되고, 그로부터 하향 연장한다. 캐리지(270)는 그와 함께 움직이도록 리드 스크류들(264)의 단부들에 견고히 부착된다. 프로브 카드 홀더(274)는 캐리지(270)에 부착되고, 한 쌍의 대향하는 카드 슬롯 레일들(278a 및 278b)을 포함하며, 이러한 카드 슬롯 레일은 프로브 카드(미도시)를 수용하여 견고히 유지하도록 구성된다. 본 기술의 숙련자는, Z 방향으로의 캐리지(270)의 병진을 위해 다른 유형들의 구동 메카니즘들(미도시)이 Z-스테퍼 모터(254), Z-풀리(258) 및 Z 스크류(260a-d) 대신하여 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
또한, θ 스테이지(210) 및 Z 스테이지(250)의 다른 구성들은 본 출원의 범주 내에서 고려될 수 있다. 예로서, 대안 실시예(미도시)에서, Z-스테이지는 받침대(218)에 직접 접속되고, 경량의 θ 스테이지가 Z-스테이지의 작동 단부에 장착될 수 있다.
도 5 및 도 6은, 각각 프로브 정렬 장치의 프로브 카드 홀더가 명료성을 위해 생략된 제 3 실시예 테스트 프로브 정렬 장치(300)의 상단/우측 정면 사시도 및 상단 좌측 사시도이다. 도 7은 테스트 프로브 정렬 장치(300)의 상면도이다. 도 8 및 도 9는 각각 테스트 프로브 정렬 장치(300)의 우측면도 및 정면도이다. 도 10은 정렬 장치의 θ 스테이지 받침대(318)의 세부사항을 도시하기 위해 정렬 장치의 좌전방 Z 스크류(360a)가 생략된 상태의, 테스트 프로브 정렬 장치(300)의 분해도이다. 이러한 제 3 실시예 테스트 프로브 정렬 장치의 콤포넌트들 중 다수는 제 2 실시예 테스트 프로브 정렬 장치(200)의 대응하는 콤포넌트와 외관이 유사하며 기능이 동일하다. 결과적으로, 도 5 내지 도 10에서, 대응 콤포넌트에 대하여 도 3 및 도 4에 도시된 참조 번호와 최종 두 자리가 동일한 참조 번호로 다수의 엘리먼트가 도시되어 있다. 이들 엘리먼트들은 참조 번호로 하기에 나열되어 있다.
도 3 및 도 4의 참조번호 도 5 내지 도 10의 참조번호
204 304 기저판
210 310 θ 스테이지
214 314 링 베어링
218 318 받침대
230 330 θ 구동 메카니즘
232 332 θ 구동 서보
234 334 선형 슬라이드
236 336 타우트-밴드 메카니즘
250 350 Z 스테이지
254 354 Z-스테퍼 모터
258 358 Z-풀리
260a-d 360a-d Z-스크류
270 370 캐리지
274 374 프로브 카드 홀더(도10만)
이하는 도 3 및 도 4에 나타나지 않거나, 제 2 실시예 장치(200)의 것들과 다른 제 3 실시예 테스트 프로브 정렬 장치(300)의 콤포넌트의 설명이다. 도 5 내지 도 10을 참조하면, 네 개의 Z-구동 벨트들(380)의 세트는 Z-스테퍼 모터(354)의 작동에 응답하여 Z-스크류들(360a-d)을 구동하도록 Z-풀리(358) 및 Z-스테퍼 모터(354)에 맞물리게 된다. Z-구동 벨트들(380)은 순환식 타이밍 벨트들인 것이 바람직하지만, 다른 형태들의 연결 장치들로 구현될 수 있다. 다수의 장력기 아이들러들(tensioner idlers)(384)이 Z-구동 벨트(380)의 장력을 유지하기 위해 제공된다. Z 방향으로의 운동의 정확성을 향상시키기 위해, Z-스크류들(360a-d)은 볼 스크류인 것이 바람직하다. 먼지 덮개들(386)의 세트는 Z-스크류들(360a-d)의 스크류 부분(미도시)을 보호하기 위해 제공된다. 또한, 한 쌍의 조절 가능한 안티백래시 스프링들(388)이 볼 스크류들의 축방향 유격을 제거하도록 Z-축을 따라 캐리지(370)를 바이어싱하기 위해 제공된다. 스프링들(388)은 일 단부에서 캐리지(370)에 연결되고, 그 다른 단부는 받침대(318)에 장착되어 있는 한 쌍의 스프링 포스트들(390)에 연결된다. 스프링들(388)은 받침대(318)를 향해 캐리지(370)를 압박하도록 긴장되는 것이 바람직하다. 스프링 포스트들(390)은 스프링들(388)의 설치 및 스프링 예비부하의 조절을 용이하게 한다.
도 11은 테스트 프로브 정렬 장치(300)의 부분 확대 상면도이며, θ 구동 메카니즘(330)의 세부를 도시한다. 도 11을 참조하면, 타우트 밴드 메카니즘(336)은 그의 길이들을 따라 매우 비탄성적인 가요성 밴드들(410, 412)의 교차 쌍을 포함한다. 밴드들(410, 412) 각각은 선형 슬라이드(334) 사이에서 연장하고, 일 단부에서 그에 부착되며, 그 다른 단부는 각 조절 클램프들(418, 420)(역시, 도 9 참조)에 부착된다. θ 구동 메카니즘(330)의 여정 범위 전반에 걸쳐, 밴드들(410, 412)은 조절 클램프(418, 420)가 장착되는 타우트 블록(430)의 곡면과 접촉 상태로 남아있는다. 타우트 밴드 메카니즘(336)을 다시-제로화하기 위해 홈 스위치(440)가 제공된다.
예로서, 직사각형 또는 선형 어레이 패턴과 같은 기판 상의 미리 결정된 어레이 패턴으로 배열된 회로들의 어레이의 스트림라인 테스트를 위해, 테스트 프로브 정렬 장치는 회로 어레이 패턴에 대응하는 인덱싱 계획을 저장하도록 구성되는 메모리를 포함할 수 있다. 인덱싱 계획은 어레이 패턴 내의 회로들의 쌍들 사이의 공간적 오프셋들을 규정하는 운동 벡터들의 세트를 포함하며, 공지된 어레이 패턴 또는 "교육 받은 것"에 대해 메모리 내에 미리 프로그래밍되거나, 그렇지 않다면 필요시에 시스템에 입력될 수 있다. 기계 비전 시스템 및 카메라(182)(도 2)와 같은 위치 센서는 척의 움직임 평면 내에서 척의 직교 축들에 대한 어레이 패턴의 각도 오정렬을 측정하기 위해 제공된다. 통상적으로 어레이 패턴과 동일한 리소그래피 프로세스에서 형성되는 기판 상의 기점 마크(fiducial mark)는 위치 센서에 의한 정확한 광 측정을 용이하게 한다. 또한, 위치 센서는 직교축들에 대한 어레이 패턴의 병진 오정렬을 측정할 수 있다. 각도 오정렬을 보상하기 위해, 모션 제어기(186)는 메모리 및 센서와 통신하여, 시스템에 의해 측정된 각도 오정렬에 기초한 운동 벡터들에 대한 좌표 변환을 수행한다.
전술한 발명의 배경 부분에서 설명된 바와 같이, X-Y 스테이지에 결속된 θ 스테이지를 가지는 종래 기술 시스템에서, θ 스테이지의 조절마다 X-Y 스테이지의 후속 정렬 보상을 필요로 한다. 여기에 설명된 다양한 실시예에 따른 프로브 정렬 장치는, 오정렬을 측정하고 기판의 위치를 조절하는 단계를 2회 수행할 필요성을 제거한다(각도 위치 조절을 위해 일회 및 병진 위치 조절을 위해 1회). 따라서, 본 발명은 척의 운동 축들과 어레이 패턴 사이의 오정렬에 대해 소프트웨어(좌표 변환 사용)로 보상하기 위해 센서에 의해 측정된 기판의 각도 및/또는 위치 오프셋을 사용함으로써 종래 기술의 두 개의 스테이지 정렬 프로세스를 제거한다. 부가적으로, 양호한 실시예에 따른 작업편 배치 스테이지로부터 θ 스테이지의 제거는 작업편 배치 스테이지 질량을 감소시키고, 진동을 감소시키고, 그 질량 중심을 하강시키며, 그에 의해, 개선된 처리 및 산출량을 달성하기 위해, 증가된 속도, 증가된 가속, 감소된 설정 시간 및 개선된 위치 정확도를 가능하게 한다.
본 기술의 숙련자는 본 발명의 근본 원리로부터 벗어나지 않고 상술된 실시예의 세부 사항에 대하여 다수의 변경이 이루어질 수 있다는 것을 명백히 알 것이다. 예로서, 일부 회로 제조 프로세스에서, 정렬 장치는 천공 작업을 통해 기계적 및 레이저와 연계하여 사용될 수 있다. 이들 정렬 장치는 테스트 프로브 정렬 시스템과 유사하게 동작하며, 유사한 문제점을 갖고 있다. 결과적으로, 본 발명은 천공 장비 같은 공구를 사용하는데 마찬가지로 유용하다. 또한, 본 기술의 숙련자들은 X, Y, Z 및 θ의 배향이 양호한 구성으로 도시되어 있으며, 본 발명은 예로서, 수직 평면 내에서 이동하는 척 및 척을 향해 수평 축을 따라 이동하는 프로브를 갖는 것 같은 다수의 다른 구성으로 구현될 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 단지 하기의 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 테스트 프로브들(test probes)의 세트와 기판 상의 접촉 영역들을 정렬시키기 위한 테스트 프로브 정렬 장치로서, 상기 기판은 상기 테스트 프로브 정렬 장치에 인접한 척(chuck) 상에 지지되고, 평면 내의 움직임을 위해 구동되고, 회전 운동을 방지하도록 구속되는, 상기 테스트 프로브 정렬 장치에 있어서:
    상기 척의 움직임의 상기 평면에 수직인 회전축을 갖는 회전 가능한 스테이지(rotatable stage)로서, 상기 회전 가능한 스테이지를 움직이지 않고 상기 척이 상기 평면 내에서 움직일 수 있도록 상기 척으로부터 분리된, 상기 회전 가능한 스테이지;
    상기 회전 가능한 스테이지와 함께 회전을 위해 상기 회전 가능한 스테이지 상에 지지되고, 상기 테스트 프로브들의 세트를 지지하도록 구성된 캐리지(carriage); 및
    상기 캐리지와 동작 가능하게 맞물리고, 상기 회전 가능한 스테이지의 회전축을 따라 상기 회전 가능한 스테이지에 대해 상기 캐리지의 선형 병진을 위해 구동되어, 상기 테스트 프로브들을 상기 접촉 영역들과 맞물리도록 이동시키는 병진 스테이지(translating stage)를 포함하고,
    상기 회전 가능한 스테이지의 회전은, 상기 병진 스테이지가 상기 테스트 프로브들을 상기 접촉 영역과 맞물리도록 이동시키기 전에 상기 테스트 프로브들과 상기 접촉 영역들을 정렬시키기 위해 상기 테스트 프로브들의 세트가 상기 회전축을 따라 회전하게 하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 척은 상기 평면 내에서 두 개의 직교 축들을 따라 움직일 수 있고, 상기 기판은 미리 결정된 어레이 패턴으로 배열된 회로들의 어레이를 포함하고, 각각의 회로는 접촉 영역들의 세트를 포함하고, 상기 어레이 패턴은 상기 직교 축들에 대해 각도 오정렬(angular misalignment)을 갖고,
    상기 어레이 패턴에 대응하는 인덱싱 계획(indexing plan)을 저장하도록 구성된 컴퓨터-판독 가능한 데이터 저장 매체로서, 상기 인덱싱 계획은 상기 어레이의 하나 이상의 회로들의 쌍들의 접촉 영역들의 세트들 사이의 공간적 오프셋들(spatial offsets)을 나타내는 운동 벡터들의 세트를 포함하는, 상기 컴퓨터-판독 가능한 데이터 저장 매체;
    상기 어레이 패턴의 상기 각도 오정렬을 측정하는 위치 센서; 및
    상기 데이터 저장 매체 및 상기 센서와 통신하는 모션 제어기로서, 상기 위치 센서에 의해 측정된 상기 어레이 패턴의 상기 각도 오정렬에 기초하여 상기 운동 벡터에 대한 좌표 변환들을 수행하도록 동작 가능한, 상기 모션 제어기를 더 포함하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 위치 센서는 카메라를 포함하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 컴퓨터-판독 가능한 데이터 저장 매체는 메모리를 포함하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 척을 지지하고, 상기 평면 내의 움직임을 위해 구동되는 작업편 배치 스테이지(workpiece positioning stage)를 더 포함하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 가능한 스테이지는 링 베어링(ring bearing)을 포함하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 가능한 스테이지를 회전 가능하게 구동시키기 위해 상기 회전 가능한 스테이지와 동작 가능하게 맞물리는 타우트-밴드 메카니즘(taut-band mechanism)을 더 포함하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 병진 스테이지는 상기 회전 가능한 스테이지와의 움직임을 위해 상기 회전 가능한 스테이지 상에 지지되는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 가능한 스테이지에 대해 상기 캐리지를 바이어싱(bias)하기 위해 상기 캐리지와 상기 회전 가능한 스테이지를 동작 가능하게 상호접속하는 안티백래시 스프링(antibacklash spring)을 더 포함하는, 테스트 프로브 정렬 장치.
  10. 프로브들의 세트와 기판 상의 접촉 영역들을 정렬시키기 위한 프로브 정렬 장치로서, 상기 기판은 상기 프로브 정렬 장치로부터 분리된 독립적으로 움직일 수 있는 X-Y 스테이지 상에 지지되고, 평면 내의 움직임을 위해 구동되고, 회전 운동을 방지하도록 구속되는, 상기 프로브 정렬 장치에 있어서:
    상기 X-Y 스테이지의 움직임 평면에 수직인 회전축을 갖는 θ 스테이지로서, 상기 X-Y 스테이지의 움직임이 상기 θ 스테이지에 움직임을 부여하지 않고 상기 θ 스테이지의 움직임이 상기 X-Y 스테이지에 움직임을 부여하지 않도록 상기 X-Y 스테이지로부터 분리되어 있는, 상기 θ 스테이지;
    상기 θ 스테이지와 함께 회전을 위해 상기 θ 스테이지에 결합된 캐리지로서, 상기 프로브들의 세트를 지지하도록 구성된, 상기 캐리지; 및
    상기 θ 스테이지의 회전축을 따라 상기 θ 스테이지에 대해 선형으로 상기 캐리지를 구동시키기 위해 상기 캐리지와 동작 가능하게 맞물려, 상기 프로브들을 상기 접촉 영역들과 맞물리도록 이동시키는 Z-스테이지를 포함하고,
    상기 θ 스테이지의 회전은, 상기 Z-스테이지가 상기 프로브들을 상기 접촉 영역과 맞물리도록 이동시키기 전에 상기 프로브들을 상기 접촉 영역들과 정렬시키기 위해 상기 회전축을 따라 상기 프로브들의 세트가 회전하게 하는, 프로브 정렬 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 X-Y 스테이지는 상기 평면 내의 두 개의 직교 축들을 따라 움직일 수 있고, 상기 기판은 미리 결정된 어레이 패턴으로 배열된 회로들의 어레이를 포함하고, 각각의 회로는 접촉 영역들의 세트를 포함하고, 상기 어레이 패턴은 상기 직교 축들에 대해 각도 오정렬을 갖고,
    상기 어레이 패턴에 대응하는 인덱싱 계획을 저장하도록 구성된 컴퓨터-판독 가능한 데이터 저장 매체로서, 상기 인덱싱 계획은 상기 어레이의 하나 이상의 회로들의 쌍들의 접촉 영역들의 세트들 사이의 공간적 오프셋들을 나타내는 운동 벡터들의 세트를 포함하는, 상기 컴퓨터-판독 가능한 데이터 저장 매체;
    상기 어레이 패턴의 상기 각도 오정렬을 측정하는 위치 센서; 및
    상기 데이터 저장 매체 및 상기 센서와 통신하는 모션 제어기로서, 상기 위치 센서에 의해 측정된 상기 어레이 패턴의 상기 각도 오정렬에 기초하여 상기 운동 벡터들에 대한 좌표 변환들을 수행하고 상기 변환된 운동 벡터들에 기초하여 상기 X-Y 스테이지의 움직임을 제어하도록 동작 가능한, 상기 모션 제어기를 더 포함하는, 프로브 정렬 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 위치 센서는 카메라를 포함하는, 프로브 정렬 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 척을 지지하고, 상기 θ 스테이지의 회전 움직임과 독립적으로 상기 평면 내의 움직임을 위해 구동되는 작업편 배치 스테이지를 더 포함하는, 프로브 정렬 장치.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 θ 스테이지는 링 베어링을 포함하는, 프로브 정렬 장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 θ 스테이지를 회전시키기 위해 상기 θ 스테이지와 동작 가능하게 맞물리는 타우트-밴드 메카니즘을 더 포함하는, 프로브 정렬 장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 Z-스테이지는 상기 θ 스테이지와의 움직임을 위해 상기 θ 스테이지 상에 지지되는, 프로브 정렬 장치.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 Z-스테이지 내의 백래시(backlash)의 영향들을 감소시키기 위해 상기 θ 스테이지에 대해 상기 캐리지를 바이어싱하기 위한 수단을 더 포함하는, 프로브 정렬 장치.
  18. 회로 콤포넌트들을 테스팅하는데 이용하기 위한 정렬 장치에 있어서:
    그 위에 기판을 지지하기 위한 척을 포함하는 작업편 배치 스테이지로서, 평면 내의 움직임에 대해 조절 가능하고, 상기 척의 회전 운동을 방지하도록 구속되는, 상기 작업편 배치 스테이지;
    상기 작업편 배치 스테이지로부터 분리되어 있고, 상기 작업편 배치 스테이지의 움직임의 평면에 수직인 회전축을 갖는 회전 가능한 스테이지로서, 상기 회전 가능한 스테이지 및 상기 작업편 배치 스테이지 각각은 서로에 대해 움직임을 부여하지 않고 독립적으로 조절 가능한, 상기 회전 가능한 스테이지;
    상기 회전 가능한 스테이지와 함께 회전을 위해 상기 회전 가능한 스테이지 상에 지지되는 공구(tool); 및
    상기 공구와 동작 가능하게 맞물리고, 상기 회전 가능한 스테이지의 상기 회전축을 따라 상기 회전 가능한 스테이지에 대해 상기 공구의 선형 병진을 위해 구동되는 병진 스테이지를 포함하고,
    상기 회전 가능한 스테이지의 회전은 상기 공구를 상기 기판과 정렬시키기 위해 상기 회전축을 따라 상기 공구가 회전하게 하는, 정렬 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 척은 상기 평면 내에서 두 개의 직교 축들을 따라 움직일 수 있고, 상기 기판은 미리 결정된 어레이 패턴으로 배열된 회로들의 어레이를 포함하고, 상기 어레이 패턴은 상기 직교 축들에 대해 각도 오정렬을 갖고,
    상기 어레이 패턴에 대응하는 인덱싱 계획을 저장하도록 구성된 컴퓨터-판독 가능한 데이터 저장 매체로서, 상기 인덱싱 계획은 상기 어레이의 하나 이상의 회로들의 쌍들의 접촉 영역들의 세트들 사이의 공간적 오프셋들을 나타내는 운동 벡터들의 세트를 포함하는, 상기 컴퓨터-판독 가능한 데이터 저장 매체;
    상기 어레이 패턴의 상기 각도 오정렬을 측정하는 위치 센서; 및
    상기 데이터 저장 매체 및 상기 위치 센서와 통신하는 모션 제어기로서, 상기 위치 센서에 의해 측정된 상기 어레이 패턴의 상기 각도 오정렬에 기초하여 상기 운동 벡터들에 대한 좌표 변환들을 수행하도록 동작 가능한, 상기 모션 제어기를 더 포함하는, 정렬 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 회전 가능한 스테이지는 링 베어링을 포함하는, 정렬 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 병진 스테이지는 상기 회전 가능한 스테이지와의 움직임을 위해 상기 회전 가능한 스테이지 상에 지지되는, 정렬 장치.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 모션 제어기는 상기 변환된 운동 벡터들에 기초하여 상기 작업편 배치 스테이지의 움직임을 제어하도록 동작 가능한, 정렬 장치.
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