KR101171959B1

KR101171959B1 - 온-웨이퍼 측정 장치

Info

Publication number: KR101171959B1
Application number: KR1020100135978A
Authority: KR
Inventors: 이진구; 이상진
Original assignee: 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-08-08
Also published as: KR20120074036A

Abstract

온-웨이퍼 측정 장치를 개시한다. 온-웨이퍼 측정 장치는 검사체에 접촉하는 범프, 범프를 지지하고, 프로브에서 검출된 신호를 무선 신호로 변환하는 신호 변환 패턴을 포함하는 신호 변환부, 신호 변환부를 고정시켜 범프의 위치를 조정하는 프로브 암, 검사체를 흡착 고정하여 검사체의 위치를 이동시키는 검사체 척 및 프로브 암 및 웨이퍼 척을 수납하여 고정시키는 프로브 스테이션을 포함한다.

Description

온-웨이퍼 측정 장치{On-Wafer Measurement Device}

본 발명은 온-웨이퍼 측정 장치에 관한 것이다.

최근 반도체 산업의 발달로 인해 밀리미터파 MMIC (Microwave monolithic integrated circuit)의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

MMIC 칩은 그 성능을 확인하기 위해 온-웨이퍼 방식으로 특성을 측정한다. 여기서 온-웨이퍼 측정이란 베어칩 상태의 칩을 RF 프로브(Radio Frequency probe)와 프로브 스테이션 (probe station)을 이용하여 측정하는 기술이다. 이러한 온-웨이퍼 측정을 위해서는 RF 프로브 및 프로브 스테이션과 이들의 구동을 위한 장치 구성이 요구된다.

그러나 종래의 RF 프로브와 프로브 스테이션은 매우 높은 가격으로 판매되기 때문에 성능 측정을 위해 막대한 비용이 소요된다. 따라서, 저비용으로 온-웨이퍼 측정이 가능한 장치의 개발이 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플립칩 본딩 기술과 도파관 신호 변환기를 이용하여 저비용으로 온-웨이퍼 측정이 가능한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 온-웨이퍼 측정 장치를 제공한다.

온-웨이퍼 측정 장치는 검사체에 접촉하는 범프, 범프를 지지하고, 범프에서 검출된 신호를 무선 신호로 변환하는 신호 변환 패턴을 포함하는 신호 변환부, 신호 변환부를 고정시켜 범프의 위치를 조정하는 프로브 암, 검사체를 흡착 고정하여 검사체의 위치를 이동시키는 검사체 척 및 프로브 암 및 검사체 척을 수납하여 고정시키는 프로브 스테이션을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신호 변환부를 수납하여 프로브 암에 고정되는 프로브 구조체를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프로브 구조체는 신호 변환 패턴에 대응하여 무선 신호를 외부로 송신하는 도파관을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신호 변환 패턴은 범프와 도파관을 연결하는 도파관 전송 선로를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프로브 암은 프로브 스테이션에 설치된 마이크로미터에 의해 위치 이동이 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 검사체 척은 검사체를 지지하는 척 테이블 및 프로브 스테이션의 측벽을 관통하여 척 테이블과 외부의 펌프를 연결하는 펌프 연결관을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온-웨이퍼 측정 장치는 온-웨이퍼 방식으로 반도체 소자의 특성을 측정함으로써 신속하고 검사를 진행할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온-웨이퍼 측정 장치는 밀리미터파 대역의 온-웨이퍼 측정을 위한 장치를 저렴한 비용으로 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온-웨이퍼 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 범프와 신호 변환부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 암을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 검사체 척을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 스테이션을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 프로브 스테이션에 결합된 검사체 척을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 온-웨이퍼 측정 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온-웨이퍼 측정 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온-웨이퍼 측정 장치(100)는 프로브(200), 프로브 암(300), 검사체 척(400) 및 프로브 스테이션(500)을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온-웨이퍼 측정 장치(100)는 온-웨이퍼 측정 방식으로 밀리미터파 대역의 RF(Radio Frequency) 프로브(200)를 이용하여 검사체의 특성을 검사한다. 온-웨이퍼 측정 장치(100)는 플립칩 본딩 기술과 도파관 구조의 신호 변환부(240)를 이용하여 저비용으로 온-웨이퍼 측정 방식을 구현한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온-웨이퍼 측정 장치(100)를 구성하는 요소들을 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브(200)는 검사체의 전기적 특성을 측정한다. 이를 위해 프로브(200)는 프로브 구조체(210), 범프(230), 신호 변환부(240)를 포함한다.

프로브 구조체(210)는 일방향으로 연장된 블록으로 형성된다. 프로브 구조체(210)는 일측 단부에 신호 변환부(240)를 결합한다. 여기서 프로브 구조체(210)는 신호 변환부(240)에 대응하여 형성된 제1 도파관(220)을 포함한다. 프로브 구조체(210)는 제1 도파관(220)을 이용하여 신호 변환부(240)에서 출력되는 신호를 외부로 송신한다.

여기서는 도 3을 더 참조하여 프로브(200)를 상세하게 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 범프와 신호 변환부를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 범프(230)는 검사체의 전기적 특성 측정을 위한 프로브 팁의 기능을 수행한다. 범프(230)는 플립칩 본딩 방식으로 신호 변환부(240)에 실장된다. 여기서 범프(230)는 전도성 물질로 이루어진다. 예를 들면, 범프(230)는 금(Au)으로 이루어진다. 또한, 범프(230)는 검사체의 검사 패드에 대응하여 배치된다. 여기서 검사 패드는 검사체의 전기적 특성 검사를 위해 프로브(200)가 접촉하는 단자이다. 또는, 검사체의 검사 패드가 복수일 경우, 프로브(200)는 검사 패드들에 대응하도록 배열된 복수의 범프로 이루어진다. 여기서 프로브(200)는 검사 패드들에 대응하는 피치로 범프들이 배열된다. 예를 들면, 3개의 범프로 이루어진 프로브(200)는 각 범프(230)들이 약 150㎛의 거리만큼 이격되어 배열된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 변환부(240)는 프로브 구조체(210)의 제1 도파관(220)을 통해 외부로 송신되도록 범프(230)에서 검출된 신호를 변환한다. 신호 변환부(240)는 일측 단부에 범프(230)를 실장한다. 또한, 신호 변환부(240)는 제1 전송 선로(260)를 통해 범프(230)와 연결된다. 여기서 제1 전송 선로(260)는 신호 변환부(240)의 기판(250) 상에 형성된다. 또한, 제1 전송 선로(260)는 평면 구조로 이루어진다. 이러한 신호 변환부(240)는 제1 전송 선로(260)와 연결된 신호 변환 패턴부(270)을 포함한다.

제1 전송 선로(260)는 프로브(200)에서 검출된 신호를 신호 변환 패턴부(270)으로 전달한다. 제1 전송 선로(260)는 범프(230)에 연결된다. 제1 전송 선로(260)는 평면 구조로 형성된다.

신호 변환 패턴부(270)은 프로브(200)에서 검출된 신호를 무선 신호로 변환한다. 이를 위해, 신호 변환 패턴부(270)은 제2 전송 선로(280)와 제2 도파관(290)로 이루어진다. 제2 전송 선로(280)는 제1 전송 선로(260)와 연결된다. 제2 전송 선로(280)는 범프(230)에서 검출된 신호를 무선 신호로 변환하기 위한 형상으로 형성된다.

제2 도파관(290)는 제2 전송 선로(280)와 제1 도파관(220)을 연결한다. 제2 도파관(290)는 제2 전송 선로(280)를 통해 범프(230)에서 검출된 신호를 수신한다. 제2 도파관(290)는 범프(230)에서 검출된 신호를 제1 도파관(220)으로 전송하기 위해 무선 신호로 변환한다. 예를 들면, 제2 도파관(290)는 제2 전송 선로(280)와 연결되는 부분이 제2 전송 선로(280)에 상응하는 폭으로 형성된다. 또한, 제2 도파관(290)는 제1 도파관(220)과 연결되는 부분이 제1 도파관(220)에 상응하는 폭으로 형성된다. 이를 통해, 제2 도파관(290)는 범프(230)에서 검출된 신호를 고주파수 대역의 무선 신호로 변환한다. 예를 들면, 제2 도파관(290)는 범프(230)에서 검출된 신호를 약 40GHz를 초과하는 주파수 대역의 무선 신호로 변환할 수 있다. 여기서 무선 신호는 외부로 방사되기 전에 제2 도파관(290)을 진행하는 신호이다.

이러한 프로브(200)는 검사체로부터 검출된 신호를 무선 신호로 변환하여 외부에 송신할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 암을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 암(300)은 프로브(200)를 고정시킨다. 이를 위해, 프로브 암(300)은 프로브 지지대(320)와 지지대 고정부(310)을 포함한다.

프로브 지지대(320)는 범프(230)가 아래로 향하도록 프로브 구조체(210)를 부착된다. 이때, 프로브 구조체(210)는 온-웨이퍼 측정이 가능하도록 프로브 지지대(320)에 배치된다. 여기서 프로브 암(300)은 프로브 구조체(210)를 탈부착할 수 있다. 예를 들면, 프로브 지지대(320)는 프로브 구조체(210)가 안착되어 고정되는 형상으로 형성된다.

지지대 고정부(310)는 프로브 스테이션(500)에 밀착된다. 이때, 지지대 고정부(310)는 외부와 결합할 수 있다. 이를 통해 지지대 고정부(310)는 프로브 지지대(320)를 고정시킨다.

프로브 암(300)은 측정 조건의 변화가 필요할 때 프로브(200)의 위치를 변화시켜 검사체를 측정할 수 있다. 이를 위해 프로브 암(300)은 일면에 제1 스프링(330)이 설치된다. 프로브 암(300)은 제1 스프링(330)을 장착하여 위치 조절이 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 검사체 척을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 검사체 척은 척 테이블(410)과 펌프 연결관(430)을 포함한다.

척 테이블(410)은 검사체를 고정시키는 블록으로 이루어진다. 척 테이블(410)은 펌프(미도시)의 진공 흡입력에 의해 일면에 검사체가 흡착된다. 여기서, 검사체 척(400)은 척 테이블(410)의 일면에 형성된 흡입홀(420)을 포함한다. 흡입홀(420)은 척 테이블(410)의 내부에서 펌프 연결관(430)과 연결된다.

또한, 척 테이블(410)은 타면에 적어도 하나의 레일홈(450)을 포함한다. 레일홈(450)은 척 테이블(410)의 이동을 위해 프로브 스테이션(500)의 레일에 상응하는 형태로 형성된다. 예를 들면, 레일홈(450)은 미리 설정된 폭을 가지고 일방향으로 연장된다.

펌프 연결관(430)은 척 테이블(410)의 흡입홀(420)에 연결된다. 또한, 펌프 연결관(430)은 외부의 진공 펌프와 연결된다. 진공 펌프는 일시적으로 진공 상태를 만들어 흡입력을 생성한다. 펌프 연결관(430)은 진공 펌프에 의해 생성된 흡입력을 흡입홀(420)에 인가한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 스테이션을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 스테이션(500)은 프로브 암(300)과 검사체 척(400)을 수납한다. 또한, 프로브 스테이션(500)은 수납 공간을 마련하도록 결합되는 상부 블록(510)과 하부 블록(520)을 포함한다.

상부 블록(510) 및 하부 블록(520) 각각은 프로브 암(300)과 검사체 척(400)을 수납하기 위해 제1 레일(526)과 제2 레일(527)을 포함한다. 상부 블록(510)은 프로브 암(300)과 접촉하는 하부면에 적어도 하나의 제1 레일(526)이 배치된다. 또한, 하부 블록(520)은 프로브 암(300)과 접촉하는 상부면에 적어도 하나의 제2 레일(527)이 배치된다. 여기서 프로브 암(300)과 검사체 척(400) 각각은 제1 레일(526)과 제2 레일(527)을 이용하여 슬라이딩 방식으로 상부 블록(510)과 하부 블록(520)에 삽입된다.

상부 블록(510)은 하부 블록(520) 상에 두 개가 설치된다. 여기서 상부 블록(510)은 프로브 암(300)을 고정시키는 적어도 하나의 스크류 드라이버(530)를 포함한다. 스크류 드라이버(530)는 상부 블록(510)의 상부면에 설치된다. 스크류 드라이버(530)는 프로브 암(300)을 가압하면서 고정시킨다.

하부 블록(520)은 상부 블록(510)을 지지한다. 여기서 하부 블록(520)은 프로브 암(300)의 위치를 미세하게 조절하는 적어도 하나의 마이크로미터(540)를 포함한다. 마이크로미터(540)는 프로브 암(300)에 설치된 제1 스프링(330)과 함께 프로브 암(300)의 위치를 미세하게 조절한다.

도 7은 도 6에 도시된 프로브 스테이션에 결합된 검사체 척을 나타내는 도면이다.

도 7을 더 참조하면, 하부 블록(520)은 검사체 척(400)을 고정시키기 위한 보조 고정바(550)를 포함한다. 보조 고정바(550)는 하부 블록(520)의 중앙 부분에서 측벽에 수직하게 연장된다. 또한, 보조 고정바(550)는 하부 블록(520)의 양 측벽에 배치된다. 보조 고정바(550)는 제2 스프링(620)를 이용하여 흡입홀(420)이 형성된 척 테이블(410)의 일면과 결합된다.

한편, 다시 도 1을 참조하면 프로브 스테이션(500)은 수납 공간(525)에 프로브 암(300)과 검사체 척(400)을 수납한다. 프로브 암(300)과 검사체 척(400)은 슬라이딩 방식으로 프로브 스테이션(500)에 수납된다.

여기서 프로브 암(300)은 프로브(200)를 고정시킨 상태에서 프로브 스테이션(500)에 수납된다. 또한 프로브 암(300)은 측면에 설치된 제1 스프링(330)에 의해 위치가 변화된다. 이때, 제1 스프링(330)은 프로브 스테이션(500)의 측면에 설치된 마이크로미터(540)에 의해 위치가 조절될 수 있다. 프로브 암(300)은 위치 조절 후에 프로브 스테이션(500)의 스크류 드라이버(530)에 의해 위치가 고정된다.

여기서 검사체 척(400)은 상단의 제2 스프링(620)으로 위치가 조절된다. 또한, 검사체 척(400)은 척 테이블(410)의 하단에 설치된 높낮이 조절 부재(630)를 이용하여 높낮이가 조절된다. 여기서 높낮이 조절 부재(630)는 마이크로미터가 부착된 스크류로 이루어진다. 또한, 검사체 척(400)은 프로브 스테이션(500)의 측면에 설치된 틸트 부재(미도시)를 이용하여 틸트 회전할 수 있다. 여기서 틸트 부재는 마이크로미터가 부착된 스크류로 이루어질 수 있다.

또한, 검사체 척(400)은 프로브 스테이션(500)의 측벽을 관통하는 펌프 연결관(430)를 이용하여 외부의 진공 펌프와 연결된다. 이때, 검사체 척(400)과 프로브 스테이션(500)의 측벽면 사이에는 마감재(610)가 삽입된다. 여기서 마감재(610)는 탄성 재질로 이루어진다. 마감재(610)는 검사체 척(400)의 틸트 회전시 유격을 갖도록 형성된다. 또한, 마감재(610)는 펌프 연결관(430)의 진공이 새지 않도록 유지시킨다.

여기서 프로브 스테이션(500)의 전기적 손실 특성은 캘리브레이션(calibration)으로 보상이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 온-웨이퍼 측정 장치 200: 프로브
210: 프로브 구조체 220: 도파관
230: 범프 240: 신호 변환부
260: 제1 전송 선로 270: 신호 변환 패턴
280: 제2 전송 선로 290: 도파관 전송 선로
300: 프로브 암 310: 지지대 고정부
320: 프로브 지지대 330: 제1 스프링
400: 검사체 척 410: 척 테이블
420: 흡입홀 430: 펌프 연결관
450: 레일홈 500: 프로브 스테이션
510: 상부 블록 520: 하부 블록

Claims

검사체의 특성 검사를 위한 장치에 있어서,
검사체에 접촉하는 범프;
상기 범프를 지지하고, 상기 범프에서 검출된 신호를 무선 신호로 변환하는 신호 변환 패턴을 포함하는 신호 변환부;
상기 신호 변환부를 고정시켜 상기 범프의 위치를 조정하는 프로브 암;
상기 검사체를 흡착 고정하여 상기 검사체의 위치를 이동시키는 검사체 척; 및
상기 프로브 암 및 상기 검사체 척을 수납하여 고정시키는 프로브 스테이션을 포함하는 온-웨이퍼 측정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 신호 변환부를 수납하여 상기 프로브 암에 고정되는 프로브 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온-웨이퍼 측정 장치.
제2 항에 있어서,
상기 프로브 구조체는 상기 신호 변환 패턴에 대응하여 상기 무선 신호를 외부로 송신하는 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 온-웨이퍼 측정 장치.
제3 항에 있어서,
상기 신호 변환 패턴은 상기 범프와 상기 도파관을 연결하는 도파관 전송 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 온-웨이퍼 측정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 프로브 암은 상기 프로브 스테이션에 설치된 마이크로미터에 의해 위치 이동이 조절되는 것을 특징으로 하는 온-웨이퍼 측정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 검사체 척은
상기 검사체를 지지하는 척 테이블; 및
상기 프로브 스테이션의 측벽을 관통하여 상기 척 테이블과 외부의 펌프를 연결하는 펌프 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 온-웨이퍼 측정 장치.