KR20030008329A - 테스트 장비용 프로브 카드와 그의 정렬방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 테스트 장비용 프로브 카드와 그의 정렬방법에 관한 것이다. 반도체 기판 상에 형성된 칩의 전기적 특성을 측정하기 위해서 프로브 카드를 장착한 테스터 장치는, 프로브 카드의 판면을 관통하여 중앙 영역에 형성된 프로브 탐침부와, 프로브 탐침부의 주변을 따라 소정의 간격으로 마련되어 반도체 기판 상에 형성된 각 칩의 패드에 접촉하는 복수의 측정 탐침들과, 이 측정 탐침들과 반도체 기판 상의 칩을 정렬시키기 위하여 설치된 적어도 하나의 정렬용 탐침을 포함하는 복수의 탐침군들로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이렇게 프로브 탐침부의 탐침군내에 별도의 정렬용 탐침을 마련하면, 측정 탐침의 수명을 향상시키고 탐침의 위치 정렬시 항상 동일한 정렬용 탐침을 기준으로 교정되기 때문에 좌표에 의한 측정오차가 감소되어 테스터 장비의 가동율과 기판 처리능력을 향상시킬 수 있다.

Description

테스트 장비용 프로브 카드와 그의 정렬방법{Probe card for parameter test equipment and method for aligning the probe card}

본 발명은 반도체 장치의 테스트 장비용 프로브 카드와 그의 정렬방법에 관한 것이다.

반도체 공정이 완료되면, 반도체 기판 상에는 독립적으로 반도체 장치의 단위를 이루고 있는 수백 개의 칩이 형성된다. 완성된 칩들은 소정의 전기적 파라메터 측정을 통해서 그의 양/불량을 판정 받게되고 그 다음 다이아몬드 톱에 의한 제단 공정을 통해서 분리됨으로써, 반도체 제조공정이 완료된다.

전기적 파라메터를 측정하기 위해서는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)을 테스트 장비의 기판 지지대(110)에 올려놓고, 상부판(130)에 부착된 프로브 카드(120)의 탐침부(129)의 탐침들을 반도체 기판(100) 상에 형성된 각 칩의 측정용 패드(미도시)와 정렬하여야 한다. 즉, 먼저 정렬용 기준탐침을 설정하고 이를 칩 상의 측정용 패드에 접촉하여, 그 위치에서의 X축, Y축 및 Z축의 좌표를 정한다. 이 좌표를 기준으로 다른 측정용 탐침들의 좌표가 결정되어 측정이 진행되게 된다.

그런데, 종래의 프로브 카드는, 도 6에 도시된 바와 같이, 탐침들의 기준점 정렬을 위하여 탐침부(1129)에 형성된 측정 탐침들(1129) 중에 어느 하나(도 6의 좌측단 점선형 원으로 표시)를 선정하여 정렬 좌표를 보정하였다. 이렇게 정렬용으로 사용된 탐침은 추후에 전기적 파라메터(electrical parameter)를 측정할 때 측정용으로도 사용되기 때문에, 정렬용으로 사용된 탐침은 상대적으로 반도체 칩의 패드에 접촉하는 빈도 수가 높다. 그리하여, 측정 탐침의 단부가 마모되거나 패드 표면으로부터 불순물이 탐침의 단부에 부착되어, 탐침의 높이에 차이가 발생한다. 따라서, 이러한 탐침을 기준점으로 정렬하면 실제로 정렬오차가 많이 발생하고 패드 접촉과 밀접한 관계가 있는 Z축 초점 에러(error) 및 광량 설정 실수 등을 발생시킨다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반복되는 프로브 탐침의 기준점 정렬에도 프로브 카드(probe card) 인식 오류를 발생시키지 않는 테스트 장비용 프로브 카드를 제공하는 것이다.

그리고, 프로브 카드를 반도체 기판과 정렬하여 프로브 탐침을 접촉시켜 측정할 때, 정렬오차가 실질적으로 발생하지 않는 프로브 카드의 정렬방법을 제공하는 것이다.

도 1a은 반도체 기판 상에 형성된 칩의 전기적 파라메터를 측정하기 위한 테스트 장비를 나타낸 개략도이다.

도 1b는 본 발명에 의한 프로브 카드를 나타낸 평면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 프로브 카드의 탐침부를 확대하여 도시한 평면도이다.

도 3a는 반도체 기판 상에 형성된 칩의 패드와 탐침들이 접촉을 상부에서 본 평면도이다.

도 3b는 도 3a를 측방에서 본 측면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 탐침들의 배열을 나타낸 측면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 테스트 장비의 측정 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.

도 6은 종래의 탐침들의 배열을 나타낸 측면도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 테스트 장비용 프로브 카드는, 프로브 카드의 판면을 관통하여 중앙 영역에 형성된 탐침부와, 탐침부의 주변을 따라 소정의 간격으로 마련되어 반도체 기판 상에 형성된 각 칩의 패드에 접촉하는 복수의 측정 탐침들과 이들 측정 탐침들을 반도체 기판 상의 칩과 정렬시키기 위하여 마련된 적어도 하나의 정렬용 탐침으로 구성된 복수의 측정 탐침군들을 포함한다.

여기서, 프로브 카드는 복수의 인쇄회로 기판이 적층되어 형성되어 있고, 측정 탐침군들은 탐침부의 측벽을 따라 일렬로 정렬되어 있으며, 그 길이와 위치가 반도체 기판의 판면으로부터 상하로 높이가 동일하다. 이러한 정렬용 탐침은 측정 탐침군들 내에 적어도 하나씩 배치되어 있다.

그리고, 측정 탐침들은 4개의 측정 탐침군으로 분리되어 있으며 이에 따라서 정렬용 탐침은 각 탐침군에 하나씩 배치되어 모두 네 개가 설치되어 있다.

한편, 정렬용 탐침은 측정 탐침보다 길이가 짧아 실제로 패드 상에 측정 탐침을 정렬할 때 패드에 접촉하지 않고 정렬할 수 있도록 구성된다. 이 정렬용 탐침은 측정의 위치에 프로브 기판이 위치할 때, 반도체 기판로부터 Z축 거리가 측정 탐침보다 200 um 상부에 위치되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 테스터 장비용 프로브 카드는 측정 탐침 외에 별도의 정렬용 탐침을 구비함으로써, 정렬시 위치의 포착이 정확하여 측정시 탐침 접촉 에러(error)를 감소시킬 수 있고 테스터 장비의 측정 처리 능력을 향상시킬 수 있으며 측정 탐침을 칩의 전기적 특성을 측정할 때만 사용하므로 측정의 질을 높일 수 있을 뿐만 아니라 측정 탐침의 수명을 향상시킬 수 있다.

한편, 이상과 같은 구성을 가진 테스터 장비의 측정 방법은, 먼저 반도체 장치가 완성된 반도체 기판을 테스터 내에 정치하고 프로브 카드를 반도체 기판 상에 인접시켜 측정을 준비한다. 그런 다음, 반도체 기판 상에 형성된 복수의 칩 중 어느 하나를 지정하여 상기 탐침들 중 적어도 하나의 탐침을 이용하여 프로브 카드의 탐침들을 정렬시킨다. 이때, 이 탐침은 주로 정렬용으로만 사용할 수 있도록 독립적으로 마련된다. 이러한 정렬용 탐침은 측정용으로 사용되는 탐침들과 구별이 될 수 있도록 길이가 짧아 측정용 탐침보다 반도체 기판으로부터 200 um 상단에 위치해 있다.

이와 같이 정렬용 탐침에 의해서 정렬이 완료되면 정렬시 사용되었던 탐침을제외한 나머지 측정 탐침들을 이용하여 반도체 기판 상에 형성된 칩의 패드 상에 측정 탐침들을 접촉시켜 전기적 특성을 측정한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 프로브 카드가 장착된 테스터 장비의 측면도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 프로브 카드가 장착된 테스터 장비는, 복수의 칩이 형성된 반도체 기판(100)을 올려놓는 기판 지지대(110)와, 기판 지지대(110)의 상부에서 소정 거리 이격되어 설치되고 기판 지지대(110)와 근접하도록 이동 가능한 테스터 헤드(140)와, 반도체 기판(100)과 테스터 헤드(140) 사이에 개재되고 반도체 기판(100) 상의 칩과 전기적으로 접촉하는 복수의 탐침을 가진 탐침부(129)가 마련된 프로브 카드(120)와, 역시 테스터 헤드(140)의 하부에 장착되며 프로브 카드(120)와 착탈 가능하게 결합되는 상부판(130)과, 프로브 카드(120)를 통하여 칩의 전기적 특성을 측정하는 테스터기(150)를 포함한다.

도 1b는 본 발명의 프로브 카드를 위에서 본 평면도이고, 도 2는 탐침부(129) 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다. 여기서 탐침부의 탐침들은 실제로는 수백개가 형성되어 있으나 본 도면에서는 탐침들을 상세히 묘사하기 위하여 탐침의 수를 의도적으로 감소시켜 도시하였다. 이들을 참조하면, 원형 판 상의 프로브 카드(120)의 중앙에는 판면을 관통하여 형성된 장방형의 탐침부(129)가 있고, 이 탐침부(129)의 주변을 따라 복수의 탐침(1291,1293)들이 장착되어 있다. 이 탐침들(1291,1293)은 프로브 카드(120)를 수직으로 하강시키면 반도체 기판(100) 상에 형성되어 있는 칩(1100)의 패드(1101)와 접촉할 수 있도록, 탐침부(129)의 각 모서리 측벽으로부터 돌출 되어 반도체 기판(100)의 판면을 향해 소정의 경사각을 가지고 하향 절곡되어 있다. 그리고, 이들 탐침들(1291,1293)은 소정의 탐침군을 형성하여 이들 탐침군(1293) 내에는 정렬용 탐침(1291)이 포함되어 있다. 여기서는 장방형으로 형성된 탐침부(129)의 내측 각 변을 일 군으로 하여 모두 4개의 탐침군(A,B,C,D)이 있으며 이들 각 탐침군(A,B,C,D)에는 각 하나씩의 정렬용 탐침(1291)이 마련되어 있어 정렬시에 사용된다.

도 3a는 탐침부(129)의 측정 탐침들(1293)이 반도체 기판(100) 상에 형성된 칩(1100)의 패드(1101)에 정렬되어 접촉되어 있는 상태를 나타낸 평면도이고, 도 3b는 도 3a를 측방에서 본 측면도이다. 도시된 바와 같이, 각 탐침들(1291,1293)은 칩(1100)상에 형성된 패드(1101)에 대응하여 정확하게 접촉되었는가를 확인하기 위해서 상부와 측방에 관찰용 카메라가 있어 측정 탐침들(1293)의 정렬상태를 확인할 수 있으며, 그들의 관찰된 모양은 각각 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 즉, 평면도에서 보듯이 X축 및 Y축의 좌표가 정렬되어야 하고 높이 방향인 Z축 방향으로도 정확히 정렬되어야만 한다. 특히, Z축 방향의 좌표는 패드(1101)와 탐침(1293)사이의 접촉을 조절하기 때문에 매우 중요하다. 테스트 헤드(140)를 중심으로 반도체 기판(100)이 너무 상향하면 패드(1101)를 손상시킬 뿐 아니라 심하면 패드(1101)의막을 관통하여 패드(1101) 하부에 형성된 회로를 손상시키며, 충분히 상향 접근하지 않으면 측정 탐침(1293)과 패드(1101)사이에 접촉 불량이 발생한다.

도 4는 본 발명에 의한 프로브 카드(120)의 탐침부(129)를 측방에서 본 측면도이다. 도시된 바와 같이, 탐침부(129)의 측벽으로부터 돌출된 탐침들(1291,1293)이 반도체 기판(도 1의 100)을 향해 배열되어 있고, 이들 탐침들(1291,1293)은 일련의 탐침군을 형성하고 있어, 좌측단에 정렬용 탐침(1291)이 있으며 그 우측으로 복수의 측정 탐침들(1293)이 일렬로 배치되어 있다. 정렬용 탐침(1291)은 인접한 측정 탐침들(1293)보다 짧게 형성되어 있어 다른 측정 탐침들(1293)과는 육안으로 구별이 되고 테스트 장치에서도 형상 및 위치에 의해서 탐침을 감지하는 감지장치(미도시)에서도 용이하게 이 정렬용 탐침(1291)을 구별하여 감지할 수 있다. 이러한 정렬용 탐침(1291)은 측정 탐침(1293)보다 약 200 um 정도 짧으며 탐침의 좌표를 정확히 정렬하여 좌표를 기억할 시에만 사용한다.

도 5는 본 발명의 프로브 카드를 장착한 테스트 장비가 반도체 기판 상의 칩을 측정하는 방법을 나타낸 공정 흐름도이다. 먼저, 모든 반도체 공정이 완료된 반도체 기판(도 1의 100)을 테스터 장비의 기판 지지대(도 1의 110)에 올려놓는다. 그리고, 기판 지지대(100)를 움직여 프로브 카드(120)가 장착된 상부판(130)을 향하도록 반도체 기판(100)을 이동시킨다. 상부에 장착된 카메라용 마이크로 스코프(미도시)를 통해 반도체 기판(100)의 칩(1100)을 식별할 수 있을 정도가 되면 접근이 중지된다(s1).

그런 다음, 프로브 카드(120)의 탐침부(129)에 장착된 정렬용 탐침(1291)을기준으로 각 패드(1101)에 대응하는 좌표를 설정하고 정렬용 탐침(1291)과 측정 탐침(1293)과의 거리를 계산하고 새로운 측정좌표를 설정하여 제어부(미도시)에 기억시킨다. 이렇게 하여 패드(1101)와 측정 탐침들(1293) 간의 좌표가 정렬이 되면 측정 탐침(1293)의 Z축 좌표를 산출하기 위해서 정렬용 탐침(1291)을 패드(1101) 상에 접근시켜 접촉시킨다. 그리하여 Z축 좌표를 설정하고 측정에 필요한 모든 좌표들을 인식하도록 제어부에 기억시킨다(s2).

그런 다음, 측정 탐침(1293)을 패드(1101)에 접촉시켜 칩(1100)의 전기적 파라메터(electrical parameter)를 측정한다. 좌측 상단의 칩에서부터 시작할 수도 있고, 우측 상단의 칩에서부터 시작하여 한 컬럼씩 내려오면서 측정한다(s3).

이와 같은 과정을 거쳐 하나의 반도체 기판의 측정이 완료되면 반도체 기판을 기판 지지대(110) 밖으로 인출시키고 다음 반도체 기판에 대해서 전술한 것과 동일한 방법으로 측정을 진행한다.

이상과 같이 본 발명의 프로브 카드는 탐침부(129)에 별도의 정렬용 탐침(1291)을 마련함으로써, 각 반도체 기판(100)의 패드(1101)에 대해서 측정 위치를 정렬하여 보정할 때 이들 정렬용 탐침(1291)을 전용으로 사용한다. 따라서, 실제 측정에 사용하는 측정 탐침(1293)은 보호를 받을 수 있고 항상 동일한 정렬용 탐침(1291)이 위치보정에 사용되기 때문에 위치 정렬의 좌표가 측정시에 안정되게 접촉할 수 있도록 패드와의 허용 오차 내에서 실질적으로 거의 오차가 없어 반도체 기판(100)의 정렬오차에 의한 장비 가동율 손실이나 반도체 기판 파손을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 프로브 카드의 탐침부(129)는 정렬용 탐침(1291)을 각 모서리에 마련하여 반도체 기판(100)의 패드(1101)에 접촉하는 측정 탐침(1293)과 위치 상으로 구별될 수 있도록 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 장치의 테스트 장비용 프로브 카드는, 반도체 기판에 프로브 탐침들을 정렬하기 위해서 탐침부에 별도의 정렬용 탐침을 마련함으로써, 측정 탐침의 수명을 향상시키다.

그리고, 탐침 정렬시 동일한 정렬용 탐침을 사용하기 때문에 좌표의 기준이 항상 동일하여 정렬 오차에 의한 프로브 탐침의 접촉 불량에 의한 장비 에러(error)를 감소시킬 수 있어 테스트 장비의 가동율과 측정 처리능력을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 반도체 기판 상에 형성된 칩의 전기적 특성을 측정하기 위해서 프로브 카드를 장착한 테스트 장비에 있어서,

   상기 프로브 카드의 판면을 관통하여 중앙 영역에 형성된 프로브 탐침부;

   상기 프로브 탐침부의 주변을 따라 소정의 간격으로 마련되어 반도체 기판 상에 형성된 각 칩의 패드에 접촉하는 측정 탐침들 및 상기 측정 탐침들과 상기 반도체 기판 상의 칩을 정렬시키기 위하여 설치된 적어도 하나의 정렬용 탐침으로 이루어진 복수의 측정 탐침군들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 테스트 장비.
2. 제1항에 있어서, 상기 측정 탐침군들은 상기 탐침부의 측벽을 따라 일렬로 정렬되어 있고, 그 길이와 위치가 반도체 기판의 판면으로부터 상하로 높이가 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 테스트 장비.
3. 제1항에 있어서, 상기 정렬용 탐침은 상기 복수의 측정 탐침군 각각에 하나씩 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 테스트 장비.
4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 측정 탐침군은 네 개이고 상기 정렬용 탐침은 모두 네 개인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 테스트 장비.
5. 제3항에 있어서, 상기 정렬용 탐침은 상기 측정 탐침보다 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 테스트 장비.
6. 제5항에 있어서, 상기 정렬용 탐침은 상기 반도체 기판으로부터 상기 측정 탐침보다 200 um 더 상부에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 테스트 장비.
7. 복수의 탐침을 가진 탐침부를 포함한 프로브 카드가 장착된 테스터 장비의측정 방법에 있어서,

   a) 반도체 장치가 완성된 반도체 기판을 준비하는 단계;

   b) 상기 반도체 기판 상에 형성된 복수의 칩 중 어느 하나를 지정하고 상기 탐침들 중 적어도 하나의 탐침을 정렬용 탐침으로 이용하여 상기 프로브 카드의 탐침을 정렬시키는 단계;

   c) 상기 정렬용 탐침을 제외하고 나머지 탐침들을 이용하여 전기적 특성을 측정하는 단계를 포함하는 테스트 장비의 파라메터 측정 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 a) 단계는,

   반도체 기판을 상기 테스터 내에 정치하는 단계; 및

   상기 프로브 카드를 상기 기판 상에 인접시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장비의 파라메터 측정 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 정렬용 탐침은 상기 나머지 탐침들보다 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 테스트 장비의 파라메터 측정 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 정렬용 탐침은 상기 나머지 탐침들보다 반도체 기판으로부터 200 um 상단에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 테스트 장비의 파라메터 측정 방법.