KR20050086822A - 저 인덕턴스 경로를 갖춘 프로브 스테이션 - Google Patents

저 인덕턴스 경로를 갖춘 프로브 스테이션 Download PDF

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KR20050086822A
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클라렌스 이. 코완
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캐스케이드 마이크로테크 인코포레이티드
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Abstract

전기 디바이스를 지지하기에 적합한 제1 도전 부재를 갖는 척; 및 상기 척으로부터 이격된 제2 도전 부재를 포함하고, 상기 도전 부재는 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재사이에서 이격되어 있고, 상기 제1 도전 부재는 상기 제2 도전 부재에 전기적으로 상호연결되고, 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재는 전기적으로 동일 전위로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 디바이스를 프로빙하기 위한 프로브 어셈블리가 개시되었다.

Description

저 인덕턴스 경로를 갖춘 프로브 스테이션{PROBE STATION WITH LOW INDUCTANCE PATH}
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 전기 디바이스를 테스트하기 위해 수동으로, 반자동적으로 및 완전 자동적으로, 흔히 패키지 또는 웨이퍼 프로브로 알려진 프로브 스테이션에 관한 것이다.
종래 프로브 스테이션은 전자적으로 정숙한 환경으로 저전류 및 고주파 측정을 행할 수 있다. 이 환경은 환경 인클로우저내에 예를들어, 하나이상의 가드 및 전자기 간섭(EMI) 실드 구조체를 포함함으로써 제공된다. 가드 및 EMI 실드 구조체는 기술문헌에 공지되어 널리 설명되어 있다. 예로서, Evaluation Engineering, November, 1990, pages 150-153에 나타나는 William Knauer에 의한 논문 "Fixturing for Low Current/Low Voltage Parametric Testing"을 참조하시요. 상기와 같은 가드 및 EMI 실드 구조체를 제공하는 종래 프로브 스테이션의 예는 본원에 참조된 미국특허 제 5,434,512호 및 제 5,266,889호에서 찾을 수 있다.
프로브 스테이션은 그 특징들이 측정될 수 있는 반도체 웨이퍼와 같은 전기 소자에 테스트 신호를 전달한다. 테스트 조건은 바람직하게 제어될 수 있고 반드시는 아니지만, 테스트 기기 또는 기타 인접한 전기 장비로부터 나올 수 있거나 스퍼리어스 에어등으로부터 생길 수 있는, 전자기 간섭이 거의 없다. 제어되고 거의 노이즈없는 테스트 환경을 제공하기 위해, 가드 구조체를 포함하는 종래 프로브 스테이션은 테스트 신호에 거의 근사하는 가드 신호로 테스트 신호 경로를 적어도 부분적으로 포위하게 되어, 테스트 신호로부터 그 직접적으로 포위하는 환경으로의 전자기 전류 누설을 방지한다. 마찬가지로, EMI 실드 구조체는 프로빙 환경의 대부분의 주위를 포위하는 환경 인클로우저에 실드 신호를 제공할 수 있다. 환경 인클로우저는 실드, 접지, 기기 접지 또는 기타 바람직한 전위로 연결된다.
테스트, 가드 및 실드 신호를 프로브 스테이션에 제공하기 위해, 종래 프로브 스테이션은 흔히 전기 디바이스가 테스트되는 동안 놓이는 멀티스테이지 척을 포함한다. 전기 디바이스를 지지하는 척의 최상부 스테이지는 통상적으로 테스트 신호가 라우팅되는 솔리드, 도전성 금속 플레이트로 구성된다. 척의 중간 스테이지 및 바닥부 스테이지는 마찬가지로 각각 가드 신호 및 실드 신호가 라우팅되는 솔리드, 도전성 금속 플레이트로 구성된다. 이러한 방식으로, 상기와 같은 멀티스테이지 척에 놓인 전기 디바이스는 하부로부터 가드되고 실드된다. 마찬가지로, 그 내부에 중앙을 중심으로하여 정의된 실질적인 개구를 갖춘 척, 단일 스테이지 척 및 듀얼 스테이지 척도 마찬가지로 흔히 채용된다.
간섭의 추가 감소는 통상적으로 테스트 신호 경로로부터 전기적으로 절연되고 가드 신호에 연결된 전기 디바이스 위에 현수된 도전 플레이트를 위치시킴에 의해 획득될 수 있다. 현수된 도전 플레이트는 중앙 개구를 정의하고 따라서 프로브 어셈블리는 전기 디바이스와 전기적으로 접촉된다. 이러한 방식으로, 전기 디바이스는 전기 디바이스에 전달된 거의 근사한 신호에 의해 하부 및 상부로부터 가드될 수 있다.
상기와 같은 프로브 스테이션이 전기 디바이스의 저전류 테스트 및 고주파 테스트 수행에 있어서 효과적일 지라도, 상기한 기존의 프로브 스테이션은 불행히도 거전류 측정에 특히 펄싱된 신호를 이용하여 테스트하는 경우 상당한 고 인덕턴스를 흔히 나타낸다. 고 인덕턴스는 전류 레벨에서의 고속 변화에 저항하는 경향이 있고, 소망하는 전압 및 전류 레벨 보다 높게 된다.
도 1은 가드 및 전자기 실드 구조체를 갖춘 종래 프로브 스테이션의 개략도.
도 2는 도 1을 더욱 간략히 나타낸 개략도.
도 3은 감소된 인덕턴스를 나타내는 수정된 프로브 스테이션의 개략도.
도 4는 도 3을 더욱 간략히 나타낸 개략도.
도 5는 감소된 인덕턴스를 나타내는 다른 수정된 프로브 스테이션의 개략도.
도 6은 감소된 인덕턴스를 나타내는 또다른 수정된 프로브 스테이션의 개략도.
도 7은 감소된 인덕턴스를 나타내는 또다른 수정된 프로브 스테이션의 개략도.
도 8은 감소된 인덕턴스를 나타내는 또다른 수정된 프로브 스테이션의 개략도.
따라서, 고 전류 및/또는 펄싱된 테스트를 수행하기에 적합한 프로브 스테이션이 필요로 된다.
도 1은 가드 및 EMI 실드 구조체를 갖는 종래 프로브 스테이션(10)의 개괄적인 개략도이다. 테스트 신호는 척(20)이 놓이는 전기 디바이스(18)를 접촉하는 프로브 니들(16)을 갖는 프로브(14)에 테스트 경로(12)를 통해 제공된다. 프로브 니들은 대안으로는 프로브 카드, 가동 포지셔너상의 프로브, 광학 신호 및 멤브레인 프로브와 같은 임의 유형의 콘택트일 수 있다. 척(20)은 제1 전송 라인(22)을 통해 가드 신호를 수신하는 한편 현수된 가드 부재(24)는 제2 전송 라인(26)을 통해 가드 신호를 수신한다. 제1 전송 라인(22)은 마찬가지로 척(20)으로의 테스트 신호 경로를 포함한다. 제1 전송 라인(22), 테스트 경로(12), 프로브(14), 니들(16), 디바이스(18) 및 척(20)은 함께, 테스트 기기의 공통 신호원에, 도 1에 도시된 바와 같이, 큰 루프를 형성한다. 통상적으로 프로브 스테이션내에서 전송 라인(22)은 척(20)의 움믹임을 수용하도록 수 피트 길이인 서비스 루프내에 있다. 본 발명은 고전류 또는 펄싱된 테스트를 사용하는 경우, 테스트 장비로부터 나오고 척을 통해 생기는 큰 테스트 루프가 바람직하지 못한 인덕턴스를 생성함을 알게 되었다. 이 큰 테스트 루프에 의한 결과로서 생기는 인덕턴스는 테스트 측정, 특히 고전류 및/또는 펄싱된 신호와 흔히 간섭한다. 또한, 전송 라인(22)은 통상적으로 고전류를 전송하는 데 적합하지 않은 소형 컨덕터이다. 도 2는 명확을 위해 최종 결과 테스트 루프를 더욱 개략적으로 도시한다.
본 발명자들은 고전류 및/또는 펄싱된 신호에 대해 이전에 인식되지 않은 인덕턴스 소스를 감소시키거나 수정할 것을 결정하였다. 즉, 유도성 테스트 루프는그러한 측정을 개선시킬 수 있다고 결정하였다. 상기와 같은 수정은 척(20)으로부터 테스트 기기로의 다른 신호 경로를 제공하거나 수정하는 것을 포함한다. 도 3은 감소된 길이를 갖는 테스트 루프를 갖춘 프로브 스테이션의 한 실시예를 도시한다. 척(20)으로부터 전송 라인(22)을 통해 테스트 신호를 라우팅하기 보단 전송 라인(28)은 척(20)과 현수된 가드 부재(24)를 상호 연결시키고, 이것은 그후 다른 전송 라인(29)에 의해 테스트 기기에 전기적으로 연결된다. 현수된 가드 부재(24)는 통상적으로 상기와 같은 테스트를 수행하는 경우 제거된 그 가드 전위를 갖는다. 따라서, 현수된 가드 부재(24)는 비전통적인 방식으로 즉 가드 전위에 상호연결되지 않은 방식에서 사용된다. 척(20)에서 전송 라인(28)의 상호연결은 척(20)의 최상부층과 같은 척(20)의 층중의 하나에 있을 수 있다. 통상적으로 가드 전위에 연결된, 도전 부재(33)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것은, 척의 최상부면과 같은 높이이거나, 척의 최상부면 보다 낮은 높이의 경우에도, 척의 최상부면 보다 큰 높이를 가질 수 있다. 바람직하게, 도전부재(33)와 척(20)간에 에어갭이 있다. 이 에어갭은 유전재료로 부분적으로 채워지거나, 실질적으로 채워지거나, 완전히 채워질 수 있다. 척의 최상부면으로 및 이로부터의 신호 경로는 도전부재(33)에서의 개구를 통해 제공된다. 전송 라인(28)에 의해 척(20)을 현수된 가드 부재(24)에 전기적으로 연결하고, 전송 라인(29)에 의해 테스트 기기에 연결하는 것은 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이전의 종래 프로브 스테이션에 의해 제공된 것 보다 작은 루프 경로 되는 결과가 된다. 테스트 시험 경로의 길이를 감소시킴에 의해, 전기 성능이 개선되고, 특히 고전류 및/또는 펄싱된 신호를 사용하여 전기 디바이스를 테스트하는 경우 특히 개선된다.
현수된 플레이트는 절연체를 이용하여 상부로부터 현수되거나, 프로브 스테이션내부로부터 지지체에 의해 지지되거나 척 또는 척 어셈블리에 의해 지지될 수 있다는 것을 알아야 한다. 통상적으로, 현수된 플레이트는 척(20)과 함께 이동되지 않지만, 프로브 스테이션(10)과 고정된 공간관계로 유지된다. 또한, 현수된 플레이트는 척(20)과 함께 이동되지 않지만, 프로브 스테이션(10)과 고정된 공간관계로 유지된다는 특징을 갖는 프로브 스테이션내의 임의의 도전 부재일 수 있음을 알아야 한다. 대안으로, 현수된 부재는 상기한 바와 같은 구성에서 이용되는 경우 가드 및/또는 실드 전위에 전위에 전기적으로 연결되지 않는 프로브 스테이션내의 임의의 도전 부재일 수 있음을 알아야 한다.
척(20)으로부터 현수된 가드 부재(24)로의 상호연결은 바람직하게 전체적으로 환경 인클로우저내에 있다. 환경 인클로우저에 대한 추가 설명은 본원에 참조된 미국 특허 제 5,457,398에 개시되어 있다. 환경 인클로우저내에서의 상호연결은 도전 경로가 적어도 부분적으로 환경 인클로우저 외부에 있었을 때 보다, 짧게 도전 경로의 길이를 감소시키고, 또는 그렇지않으면 환경 인클로우저 내부로부터 환경 인클로우저 외부로 통하는 테스트 경로의 길이를 환경 인클로우저 내부에서 보다 감소시킨다.
도 2 내지 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 전송 라인(28 및 29)은 여러 다양한 구조로 구현될 수 있다. 예를들어, 전송 라인(28 및 29)은 와이어, 동축 케이블, 3축 케이블 및 하나이상의 도전 탭과 같은 종래의 전송 라인일 수 있다. 대안으로, 대안으로 도 5에 도시된 바와 같이, 전송 라인(28)은 척의 하부 단부에 있는 척(20)(20)의 테스트 경로(예, 최상부층)과 그 상부 단부에 있는 현수된 플레이트(24)를 접촉하는 도전 쉘 또는 보울(50)을 포함한다. 쉘(50)은 바람직하게 척(20)의 주요부를 둘러싸고 더욱 바람직하게는 척(20)의 거의 모든부분을 둘러싸는 것이다. 또한, 쉘(50)은 바람직하게 실질적으로 닫힌 루프를 형성하는 한편 적어도 부분적으로, 척(20)에 의해 정의된 외주연부 보다 작은 사이즈를 갖는다. 또한, 바람직하게 도전 쉘(50)은 현수된 부재와 접촉하는 가요성 상부를 포함하고 따라서 말물림부를 가압시 양호한 도전 상호연결이 행해지는 한편 도전 쉘(50)은 현수된 플레이트(24)에 대해 수평으로 이동한다. 더욱이, 쉘(50)은 예를들어 "플립-업" 핑거를 이용하여 현수된 부재의 높이를 변경시킴에 의해 현수된 부재와 탈착가능하게 말물림될 수 있다. 또한, 가요성 상부는 Z-축 방향으로 척이 더 넓은 범위로 이동되어질 수 있게 한다. 또한, 쉘(50)은 솔리드, 가요성이고 및/또는 소망하는 바와 같이 개구가 천공되어 있을 수 있다. 개구는 특히 테스트 대상 디바이스 주위로 에어가 흐를 수 있게하는 데에 유용하다.
도 6을 참조하면, 감소된 인덕턴스 테스트 경로는 그 내부의 척을 둘러싸는 인클로우저(37)를 포함하는 구조체내에 포함될 수 있다. 테스트 대상 디바이스의 테스트 동안 인클로우저(37)는 척(20)과 함께 이동한다. 현수된 부재로의 상호연결부(28)는 케이블에 의해 달성되거나 또는 그렇지않으면 챔버내의 한 위치로부터 또는 그렇지않으면 그 내부의 척에 연결됨에 의해 달성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 듀얼 프로브 어셈블리는 테스트 신호 경로를 제공하는 데에 사용될 수 있다. 제1 프로브(70)는 테스트 대상 디바이스에 테스트 신호를 제공할 수 있다. 테스트 신호는 그후 테스트 대상 디바이스를 통하고 척(20)에 전달된다. 척(20)은 현수된 플레이트(24)에 전기적으로 상호연결된다. 제2 프로브(72)는 현수된 플레이트(24)로부터 테스트 신호를 수신한다. 대안으로, 제2 프로브(72)는 테스트 신호를 수신하기 위해 척(20)에 직접적으로 상호연결된다.
도 8을 참조하면, 단일 프로브 어셈블리(80)는 테스트 신호 경로를 테스트하고 감지하는 데에 사용될 수 있다. 프로브(80)는 테스트 신호를 제1 프로브 팁(82)을 통해 테스트 대상 디바이스에 제공한다. 테스트 신호는 그후 테스트 대상 디바이스를 통하고 척(20)에 전달된다. 척(20)은 현수된 플레이트(24)에 전기적으로 상호연결된다. 단일 프로브 어셈블리(80)는 현수된 플레이트(24)로부터 테스트 신호를 수신한다. 대안으로, 프로브 어셈블리(80)의 제2 팁은 테스트 신호를 수신하기 위해 척(20)에 직접적으로 상호연결된다. 이러한 방식으로 단일 프로브 어셈블리는 테스트 신호를 제공하고 테스트 신호를 감지한다. 또한, 프로브 어셈블리(80)로부터 테스트 기기로 상호연결된 것은 인덕턴스를 최소화하기 위해, 단일 케이블 어셈블리이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 트위스트된 와이어 쌍이다. 트위스트된 와이어 쌍은 바람직하게 프로브와 테스트 기기간의 거리의 적어도 50%로 신장한다.
상기 상세한 설명에 채용된 용어 및 표현은 본원 명세서의 용어로서 사용되었으며, 제한적인 것으로 사용되지는 않았으며, 이러한 용어 및 표현의 사용은 상기 설명되고 도시된 특징들과 등가물을 배제할 의도가 없으며, 본 발명의 범위는 하기의 특허청구범위에 의해서만 정의되고 한정됨을 알아야 한다.

Claims (10)

  1. 전기 디바이스를 프로빙하기 위한 프로브 어셈블리에 있어서,
    (a) 전기 디바이스를 지지하기에 적합한 제1 도전 부재를 갖는 척; 및
    (b) 상기 척으로부터 이격된 제2 도전 부재를 포함하고, 상기 전기 디바이스는 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재사이에서 이격되어 있고, 상기 제1 도전 부재는 상기 제2 도전 부재에 전기적으로 상호연결되고, 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재는 전기적으로 동일 전위로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 도전 부재는 상기 전기 디바이스의 테스트 신호에 전기적으로 상호연결된 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 도전 부재는 제1 플레이트를 포함하고, 상기 제2 도전 부재는 제2 플레이트를 포함하고, 상기 제2 도전 부재는 상기 전기 디바이스로부터 상기 제1 도전 부재 보다 더 먼거리로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제2 도전 부재는 제2 플레이트를 포함하고 상기 제1 도전 부재로부터 수직방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 도전 부재는 환경 챔버내에서 상기 제1 도전 부재에 전기적으로 완전하게 상호연결되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제2 도전 부재는 상기 척에 의해 지지되지 않는 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 제1 도전 부재는 제1 프로브에 전기적으로 상호연결되고, 상기 제2 도전 부재는 제2 프로브에 전기적으로 상호연결된 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재는 제1 프로브에 전기적으로 상호연결된 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 제1 프로브는 상기 제1 프로브와 상기 테스트 기기사이의 거리의 적어도 50%를 넘는 트위스트된 와이어 쌍을 사용하여 상기 테스트 기기에 전기적으로 상호연결된 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재와 맞물림가능한 착탈가능하고 실질적으로 닫힌 루프 부재를 더 포함하고, 상기 루프 부재는 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재를 상호연결하는 가요성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어셈블리.
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