KR20010072000A

KR20010072000A - 프로브 카드용 단열판

Info

Publication number: KR20010072000A
Application number: KR1020017000853A
Authority: KR
Inventors: 무어제임스데이비드; 하난제임스엠.; 맥멀린제프리에스.
Original assignee: 오쿠모토 리차드; 크레던스 시스템스 코포레이션
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2001-07-31
Also published as: US6081110A; EP1118002A4; JP2002525887A; EP1118002A1; KR100628445B1; WO2000019215A1

Abstract

반도체 웨이퍼를 테스트하는 장치(도 1)에 있어서, 링 삽입부 어셈블리는 웨이퍼 프로버(14)와 테스트 헤드(50) 사이에 부착된다. 상기 링 삽입부 어셈블리는 프로브 카드(62)와 단열판(54)을 지지하는 링 삽입부(42)를 포함한다. 상기 단열판(도 3)은 일반적으로, 양호한 열 전도성을 구비한 금속으로 이루어지는 환형판인 견고한 부분을 포함한다. 상기 판의 한쪽 표면(78)은 낮은 방사율을 가지고 반대쪽 표면(76)은 낮은 흡수율을 가진다.

Description

프로브 카드용 단열판 {THERMAL ISOLATION PLATE FOR PROBE CARD}

반도체 테스터는 여러 제조 공정(stage)에서 반도체 집적 회로(IC)를 테스트하는 다른 장비와 결합하여 사용될 수 있다.

반도체 테스터의 알려진 형태는 접속판(docking plate)으로써 제공되는 테스트 헤드(test head)를 포함한다. 핀 카드(pin card)는 테스트 헤드에 장착되고 핀 카드에 부착되는 포고핀(pogo pin)은 접속판을 통해 돌출된다. 테스터의 사용에 있어서, 테스트할 소자의 유형에 특정되는 부하 보드(또는 DUT로 알려져 있음)를, 상기 부하 보드상의 접촉 패드에 핀카드의 포고핀이 접촉되도록 접속판에 대응하여 위치시킨다. 반대쪽 면에 있어서, DUT에 전기적으로 연결시키는 접촉 부재(contact element)로써 부하 보드를 제공한다.

이러한 종류의 반도체 테스터는 웨이퍼 공정에 있어서, 즉 다이싱과 패키징(dicing and packing) 전에 소자를 시험하는 웨이퍼 프로버(wafer prober)와 함께 사용될 수 있다. 웨이퍼 프로버의 한 형태는, 개구(aperture)로 형성되는 수평 프로버 헤드 스테이지(horizontal prober head stage), 다수의 웨이퍼들을 수납한 카세트를 수용하는 용기(receptacle), 웨이퍼를 수용하기 위해 프로버 헤드 스테이지 아래에 위치하는 척(chuck), 카세트 용기에 인접한 적재 위치(loading location)와 프로버 헤드 스테이지의 개구 아래에 척이 있는 프로빙 위치(probing location) 사이에 척을 전달하는 병진 기구(translation mechanism) 및 카세트와 척 사이에 웨이퍼들을 전달하는 로봇(robot)을 포함한다.

링 삽입부(ring insert)는 프로버 헤드 스테이지의 개구에 고정되고 헤드 스테이지에 부착된다. 웨이퍼 프로버와 관련하여 프로브 카드로 종종 인용되는 부하 보드는 상기 링 삽입부에 고정된다. 프로브 카드는 링 삽입부의 내측에 자신의 주변부를 고정시킬 수 있다. 프로브 카드의 접촉 소자는 프로브 카드로부터 하부로 돌출된 프로브 바늘(needle)이다. 링 삽입부는 테스트 헤드의 접속판에 맞물리게 하는 접속 구조를 갖는다. 테스트 헤드는 링 삽입부의 상부에 위치하여 링 삽입부에 고정되고, 포고핀은 프로브 카드 상부 표면에 접촉 패드를 맞물리게 한다. 척을 상승시켜 프로브 바늘이 개별 다이의 접촉 패드를 맞물리게 하고, 척을 하강시켜 프로브 바늘 하부에 상이한 다이가 위치하도록 척을 변위시키도록 하고, 변위시킨 척의 상승을 반복함으로써, 웨이퍼에 통합된 상이한 소자들을 테스트용 프로브 바늘로 순차적으로 테스트할 수 있다.

상기한 유형의 웨이퍼 프로버를 상이한 유형의 집적 회로 소자를 통합한 테스트 웨이퍼들에 사용할 경우, 테스트 헤드는 링 삽입부와 접속이 해제되고, 링 삽입부로부터 프로브 카드를 제거하고, 새로운 유형의 IC 소자에 특정된 새 프로브 카드를 링 삽입부에 설치한다.

다른 유형의 웨이퍼 프로버는 저부 프로버 카드 교환기(bottom prober cardchanger)를 사용하고, 프로브 카드를 교환하기 위해 링 삽입부로부터 테스트 헤드를 해제할 필요가 없다. 저부 프로브 카드 교환기를 갖는 프로버에 있어서, 프로브 카드는 프로버 헤드 스테이지의 하부에 느슨하게 접속되는 프레임이나 트레이(frame or tray)에 장착된다. 프로브 카드를 교환할 필요가 있는 경우, 방해가 없는 위치로 척을 이동시키고, 프로버 헤드 스테이지에서 트레이를 배출시켜 웨이퍼 프로버 하우징 내의 액세스 포트(access port)로 이동시킨다. 프로브 카드를 포함하는 트레이를 액세스 포트를 통해 프로버에서 제거할 수 있고 적절한 프로브 카드를 포함하는 대체 트레이로 교체할 수 있으며, 또한 상기 프로브 카드를 트레이로부터 제거하여 적절한 프로브 카드로 교체할 수 있다. 어느 경우에서도, 이후 트레이는 자동적으로 프로버 내로 복귀되어 링 삽입부 하부에 배치되며, 프로버 헤드 스테이지에 고정된다.

지금까지는 보통의 실내 온도, 통상적으로 약 18℃에서 집적 회로를 테스트하는 것이 일반적이었다. 하지만, 일부 집적 회로가 실질적으로 더 높은 온도(심지어 약 100℃ 이상)에서 동작하므로, 이러한 소자들을 상승된 온도에서 테스트하는 것이 바람직하다고 인식되어 왔다. 이러한 목적으로, 프로버의 척은, 상승된 온도에서 웨이퍼에 통합된 소자의 실질적인 특성을 나타낼 수 있도록 하기 위해, 척이 붙잡고 있는 웨이퍼 가열용 히터(heater)를 포함할 수 있다.

가열된 척을 구비한 종래의 웨이퍼 프로버에 있어서, 복사, 전도 및/또는 대류에 의해 척에서 프로브 카드로 열이 전달될 수 있으며, 이것은 프로브 카드의 온도를 상승시킨다. 열로 인한 유도 변형은 프로브 카드를 심각하게 왜곡시켜 DUT의접속 패드(connection pad) 각각에 프로브 바늘이 신뢰성있게 맞물리지 못하게 한다. 따라서, 테스트 결과의 정확도가 의심스럽게 된다. 게다가, 프로브 카드의 왜곡은 시간에 따라 일정하지 않아서, 척 위치에서 단 한번 조정으로만 조절할 수 있는데, 이것은 프로브 바늘에 대해 현재의 연속적인 소자로 척이 이동될 때 프로브 카드의 다른 영역이 가열되고 열로 인한 유도 변형이 생기기 때문이다.

반도체 IC 소자는 종종 수백 개의 접촉 패드를 갖는다. 이것은 일반적으로 동일한 수의 포고핀이 프로브 카드를 맞물리게 하는데 필요함을 뜻한다. 포고핀 각각은 스프링을 포함하며, 여기서 스프링은 테스트 헤드가 링 삽입부에 접속될 때 압착된다. 프로브 카드 상의 단일 포고핀의 스프링력은 아주 작지만, 수백개의 포고핀들에 전체 스프링력은 프로브 카드를 바람직하지 못한 휨(flexing)을 야기시키는 데 충분할 수 있다.

프로브 카드의 휨을 방지하기 위하여, 프로브 카드의 링 삽입부에 강철 보강판(steel stiffener plate)을 장착하는 것이 알려져 있다. 상기 보강판은 환형이고 링 삽입부 주위에 단단히 고정된다. 프로브 카드는 보강판의 상부에 위치하고 링 삽입부의 내부 주위에 고정된다. 프로브 바늘은 보강판의 중앙 개구를 통하여 아래로 돌출된다.

본 발명은 프로브 카드용 단열판에 관한 것이다.

도 1은 웨이퍼 프로버와 링 삽입부 어셈블리를 포함하는 반도체 테스트 장비의 개략적인 입면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 링 삽입부 어셈블리의 확대도이다.

도 3은 링 삽입부 어셈블리 구성요소의 부분 단면도이다.

도 4는 도 1 및 도 2에 도시한 링 삽입부 어셈블리의 변형예에 대한 부분 확대 단면도이다.

본 발명의 제1 관점에 따라서, 일반적으로, 양호한 열 전도성과 제1 면은 낮은 방사율(emissivity), 제2 면은 낮은 흡수율(absorptivity)의 반대 성질을 갖는 금속으로 이루어지는 환형판(annular plate)인 견고한 부분(stiff)을 포함하는 제조물(article of manufacture)을 제공한다.

본 발명의 제2 관점에 따라서, 웨이퍼 프로버를 테스트 헤드에 연결시키는 링 삽입부 어셈블리(assembly)를 제공하고, 여기서 링 삽입부 어셈블리는 웨이퍼 프로브에 부착되고 테스트 헤드에 접속시키는 링 삽입부, 상기 링 삽입부에 연결되고 링 삽입부를 향하는 제1 면과 링 삽입부로부터 멀어지는 반대 방향의 제2 면을 갖는 단열판 및 상기 단열판의 제1 면과 맞닿으면서 상기 단열판에 부착되는 프로브 카드를 포함한다.

도 1에 도시한 웨이퍼 프로버는, 개구(18)와 함께 형성되는 프로버 헤드 스테이지(14)를 포함하는 하우징(10)을 구비한다. 하우징(10)은, 각각이 테스트될 복수의 반도체 회로 소자를 구현한 복수의 웨이퍼들(26)을 수납한 카세트를 수용하는 용기(receptacle)로 접근을 할 수 있다. 웨이퍼 척(30)은 병진 스테이지(translation stage)(34) 상에 장착되고, 병진 스테이지(34)는 2개의 수평선상 자유도(degree of freedom)로 병진 스테이지를 이동시킬 수 있는, 하우징 내의 가이드(guide)(도시하지 않음) 상에 장착된다. 병진 스테이지(34)는 병진 스테이지(34)와 관련하여 척(30)을 상승시키거나 하강시키는 기구(mechanism)를 포함한다. 척(30)은, 상기 척(30)을 가열하고 그로 인해 척(30) 상의 웨이퍼를 가열하는 전기 저항 히터(electrical resistance heater)와 같은 히터를 포함한다. 하나 이상의 로봇과 같은 전달 기구(38)는, 도 1의 실선으로 도시한 위치에 병진 스테이지(34)가 위치할 경우, 척(30)과 카세트(22) 사이에 웨이퍼를 전달하는데 사용된다. 특히, 테스트한 웨이퍼가 척(30)에 위치한다고 가정하면, 전달 기구(38)는 척(30)에서 웨이퍼를 분리하여 카세트(22)에 배치하고, 아직 테스트하지 않은 웨이퍼를 카세트에서 분리하여 척(30) 상에 배치한다. 웨이퍼를 척 상에 배치한 후, 병진 스테이지(34)는 개구(18) 아래 위치로 이동한다.

링 삽입부(42)는 개구(18)에 삽입되고 상기 링 삽입부의 내부 쇼울더(shoulder)의 구멍(44)(도 2)을 통해 삽입되는 나사(도시하지 않음)에 의해 프로버 헤드 스테이지(14)에 고정된다. 링 삽입부 및/또는 프로버 헤드 스테이지의 설계에 따라, 링 삽입부와 프로버 헤드 스테이지 사이에 어댑터(adapter)를 삽입할 필요가 있다.

링 삽입부는 반도체 테스터의 테스트 헤드(50)(도 1)에 부착되어 접속판을 맞물리게 하는 상보형 부착 특성을 위한 부착 특성을 갖는다. 도 1 및 도 2에서 링 삽입부의 부착 특성을 접속판의 캠을 맞물리게 하는 캠 종동 핀(cam follower pin)(46)으로 도시한다.

단열판(54)의 상부 표면이 링 삽입부의 하부에 나타나도록 위치시키고, 상기 단열판은 나사(58)에 의해 링 삽입부의 주위에 부착된다. 상기 단열판은 원형의 외주(outer periphery)를 가지며 도 2에 도시한 원형의 오프닝(opening)으로 형성된다.

프로브 카드(62)는 상기 프로브 카드로부터 아래로 돌출하는 프로브 바늘(도시하지 않음)을 지지하기 위해 자신의 하부에 부착되는 세라믹 프로브 바늘 지지링(ceramic probe needle support ring)(66)(도 2)을 포함한다. 상기 프로브 카드는 단열판 내 오프닝에 수용되는 프로브 바늘 지지 링과 더불어 단열판의 상부에 위치하여, 프로브 바늘이 단열판의 훨씬 하부로 연장될 수 있게 한다. 상기 프로브 카드는 프로브 바늘 지지 링(66) 근처에 프로브 바늘을 맞물리게 하는 나사(70)로 단열판에 부착된다. 상기 프로브 카드는 자신의 주위에 속박되지 않는다.

상기 단열판은 주요부가 알루미늄 기판(aluminum substrate)(74)인 복합 구조(composite structure)이다. 알루미늄은 높은 열 전도성을 가지며, 따라서 단열판은 등온 상태로 남아 있으려는 경향이 강하고, 즉 프로브 카드를 국부적으로 가온하는 열점(hot spot)이 나타나지 않는다. 따라서, 단열판이 척(30)의 접근으로 가열될 경우, 기판(74)에서 바람직하지 않은 온도 변화가 없어 단열판의 전체 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 온도를 가진다. 결과적으로, 프로브 카드에 대한 임의의열로 인한 유도 변형은 척의 이동에 관계없이 시간에 따라 일정하다.

기판(74)의 하부 표면은 금속판(metal plating)(76)으로 제공된다.금속판(76)은 단열판의 하부 표면이 적외선 방사에 대해 낮은 흡수율을 갖도록 고광택(highly polished)이며, 따라서 열 척(thermal chuck)에서 방사되는 열은 단열판에서 효율적으로 반사되고 쉽게 상기 금속판(76)에 의해 흡수되지 않는다. 금속판(76)은 크로뮴(chromium)으로 구성될 수 있다. 크로뮴은 알루미늄에 잘 부착되지 않으므로, 내구성을 향상시키기 위하여, 크로뮴을 바르기 전에 니켈(nickel)의 부착층을 상기 기판 상에 배치시킬 수 있다.

에폭시(epoxy) 재료의 백색 코팅(white coating)을 분말 코팅(powder coating)에 의해 알루미늄 기판(74)의 상부 표면에 바른다. 따라서, 단열판의 상부 표면은 적외선 방사에 대해 낮은 방사율을 가지며 결과적으로 프로브 카드를 향해 쉽게 방사하지 않는다. 또한, 백색 코팅(78)은 낮은 열 전도성을 갖는다. 따라서, 알루미늄이 양호한 열 전도체일 지라도, 단열판은 가열된 척과 프로브 카드 사이에서 효율적인 열 차단막(thermal barrier)으로 작용하고, 따라서 프로브 카드에서 열로 인한 유도 변형을 최소화한다.

단열판의 상부 표면은, 프로브 카드의 저부에 장착되는 전기 소자 및 프로브 카드의 저부에 부착되는 와이어(wire)와 단열판의 상부 표면으로부터 프로브 카드를 통해 돌출되는 리드(lead)와 같이, 프로브 카드로부터 돌출되는 다른 소자를 수용하기 위하여 소정의 패턴에 따라 국부적으로 코팅을 하지 않을 수 있다. 분말 코팅은 효율적인 절연체이므로, 프로브 카드의 저부에 노출된 도전 소자들(conductive elements)이 단열판에 접촉할 경우, 도전 소자들은 단열판에 의해 회로가 단락되지 않는다.

프로브 카드는 프로브 바늘 지지 링의 근처에서 단열판에 부착되고 자신의 주위에 속박되지 않으므로, 프로브 바늘을 거의 변위시키지 않고 프로브 바늘 지지 링 외부의 열로 인한 유도 변형은 수용될 수 있다.

주로 알루미늄으로 구성되는 단열판(54)은 견고(stiff)하고 테스트 헤드가 링 삽입부에 접속될 때, 포고핀이 인가하는 힘에 의해 프로브 카드의 휨을 방지한다.

도 4는 단열판을 변형한 형태를 나타낸다. 도 4에서, 단열판(54')은 상기 판의 내부 영역으로부터 상부로 오프셋(offset)인 외부 플랜지(external flange)를 구비한다. 이렇게 함으로써, 프로브 카드(62)와 테스트 헤드의 접속판 사이에 더 큰 공간을 제공하고, 병진 스테이지(34)의 이동 경로 더 가까이에 프로브 바늘을 위치시킨다.

본 발명은 앞에서 설명한 특정 실시예로 한정되지 않으며, 첨부한 청구범위와 그의 균등범위에 정의하는 바와 같이, 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해되어야 할 것이다. 예를 들면, 본 발명은 테스트 헤드를 링 삽입부와의 접속을 해제하고 프로브 카드를 분리시킴으로써 프로브 카드를 교환하는 웨이퍼 프로버의 유형과 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 또한 저부 프로브 카드 교환기를 구비한 프로버에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 특정한 표면 코팅에 한정되지 않는데, 이것은 표면 코팅이 없을 때에도 프로브 카드와 열 척(thermal chuck) 사이에 양질의 단열을 제공하기 때문이다. 더욱이, 알루미늄이 단열판을 위한 바람직한 금속이지만, 본 발명은 알루미늄의 사용으로 한정되지 않으며, 양호한 열 전도성을 갖는 다른 금속을 사용할 수 있으나 열 전도성이 알루미늄의 적어도 약 90%인 금속이 "양호한" 열 전도성을 갖는다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

일반적으로 양호한 열 전도성과 제1 면은 낮은 방사율(emissivity), 제2면은 낮은 흡수율(absorptivity)의 반대 성질을 갖는 금속으로 이루어지는 환형판(annular plate)인 견고한 부분(stiff)을 포함하는 제조물.
제1항에 있어서,

상기 낮은 흡수율의 표면이 고광택 표면인 제조물.
제2항에 있어서,

상기 판(plate)이 알루미늄 기판과 상기 제2 표면에서 크로뮴 코팅을 포함하는 제조물.
제1항에 있어서,

낮은 방사율의 표면이 백색 표면인 제조물.
제4항에 있어서,

상기 판이 상기 알루미늄 기판과 제1 표면에서 합성 중합체 재료(synthetic polymer material) 코팅을 포함하는 제조물.
제5항에 있어서,

상기 코팅이 백색 에폭시 재료인 제조물.
제1항에 있어서,

상기 판이 알루미늄 기판과 상기 제1 표면에서 낮은 열 전도성을 갖는 재료로 형성되는 코팅을 포함하는 제조물.
웨이퍼 프로버를 테스트 헤드에 연결시키는 링 삽입부 어셈블리로서,

상기 웨이퍼 프로버에 부착하고 상기 테스트 헤드에 접속시키는 링 삽입부;

상기 링 삽입부에 부착하고, 상기 링 삽입부를 향하는 제1 면과 상기 링 삽입부로부터 멀어지는 반대 방향의 제2 면을 갖는 단열판; 및

상기 단열판의 제1 면과 맞닿으면서 상기 단열판에 부착되는 프로브 카드

를 포함하는 링 삽입부 어셈블리.
제8항에 있어서,

상기 프로버 카드가 외주 영역 및 상기 프로버 카드가 DUT(device under test)를 붙잡는 프로브 소자를 포함하는 내부 영역을 구비하며, 상기 프로브 카드가 상기 외주 영역보다 상기 내부 영역에 더 가까운 위치에 단열판에 부착되는 링 삽입부 어셈블리.
제9항에 있어서,

상기 프로브 카드가 자신의 상기 외주 영역에 실질적으로 속박되지 않는 링 삽입부 어셈블리.
제9항에 있어서,

상기 프로브 카드가 프로브 소자를 지지하는 지지용 부재(support member)를 포함하고, 상기 지지용 부재에 가까운 위치에서 단열판에 부착되는 링 삽입부 어셈블리.
제8항에 있어서,

상기 단열판의 제1 표면은 낮은 방사율을 가지고 상기 단열판의 제2 표면은 낮은 흡수율을 갖는 링 삽입부 어셈블리.
제12항에 있어서,

상기 제1 표면이 백색 표면인 링 삽입부 어셈블리.
제13항에 있어서,

상기 단열판이 알루미늄 기판과 상기 제1 표면에서 합성 중합체 재료 코팅을 포함하는 링 삽입부 어셈블리.
제14항에 있어서,

상기 합성 중합체 재료가 백색 에폭시 재료인 링 삽입부 어셈블리.
제8항에 있어서,

상기 단열판이 알루미늄 기판과 상기 제1 표면에서 낮은 열 전도성을 구비한 금속으로 형성되는 코팅을 포함하는 링 삽입부 어셈블리.
제12항에 있어서,

상기 제2 표면이 고광택 표면인 링 삽입부 어셈블리.
제17항에 있어서,

상기 판이 알루미늄 기판과 상기 제2 표면에서 크로뮴 코팅을 포함하는 링 삽입부 어셈블리.