KR20090046086A

KR20090046086A - Automatic probe apparatus

Info

Publication number: KR20090046086A
Application number: KR1020070112029A
Authority: KR
Inventors: 지원호; 김용래
Original assignee: 지원호
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-05-11

Abstract

프로브를 이용하여 객체의 성능을 측정하는 프로브 장치가 개시된다. 개시된 프로브 장치는, 진공챔버를 내부에 한정하되, 상기 진공챔버에는 상기 프로브가 설치되는 진공셸과, 상기 진공챔버에서 상기 객체를 지지 고정하도록 마련된 고정척과, 상기 진공챔버에서, 상기 고정척을 이동시키도록 구성되어, 상기 고정척 상의 객체를 상기 프로브에 선택적으로 접촉시키는 구동유닛을 포함한다.A probe device for measuring the performance of an object using a probe is disclosed. The disclosed probe device includes a vacuum chamber defined therein, wherein the vacuum chamber includes a vacuum shell in which the probe is installed, a fixed chuck provided to support and fix the object in the vacuum chamber, and the fixed chuck moves in the vacuum chamber. And a drive unit configured to selectively contact an object on the fixed chuck with the probe.

프로브, 진공셸, 진공챔버, 구동유닛, 고정척, 현미경 유닛, 온도, 금속 벨로우즈 Probe, vacuum shell, vacuum chamber, drive unit, fixed chuck, microscope unit, temperature, metal bellows

Description

Automatic Probe Device {AUTOMATIC PROBE APPARATUS}

본 발명은, 웨이퍼, 반도체 기판 또는 반도체 패키지 등과 같은 객체의 전기적 성능을 측정하는 프로브 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 진공 조건 하에서, 측정 객체를 자동으로 이동하면서 손쉽게 프로브 측정을 할 수 있는 자동 프로브 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a probe measuring device for measuring the electrical performance of an object such as a wafer, a semiconductor substrate or a semiconductor package, and more particularly, it is possible to easily perform probe measurement while automatically moving the measurement object under vacuum conditions. It relates to an automatic probe device.

프로브 장치는, 웨이퍼 등과 같은 반도체 회로의 자재, 또는, 반도체 기판, 부품 또는 패키지의 성능을 측정하는 데에 프로브를 이용하는 장치이다. 프로브를 이용한 측정은, 반도체 제조 공정에서, 반도체 자재, 부품, 제품에 구비된 전기 회로의 양부를 판단하는데 이용되고 있다.A probe apparatus is an apparatus which uses a probe for measuring the performance of the material of a semiconductor circuit, such as a wafer, or a semiconductor substrate, a component, or a package. The measurement using a probe is used in the semiconductor manufacturing process to determine the quality of the electrical circuit with which a semiconductor material, a component, and a product were equipped.

일반적으로, 프로브 장치는, 측정 객체와 전기적으로 접촉되는 프로브 카드 또는 프로브 헤드를 이용하여, 궁극적으로는 그 접촉에 의해, 객체의 성능을 측정하게 된다. 프로브 카드는 소정의 개수 및 소정의 위치로 고정 배열된 복수의 프로브 핀들을 포함하며, 실질적으로, 그 복수의 프로브핀 들이 객체의 측정 부위들 각각에 접촉된다. 또한, 프로브 헤드는, 프로브핀과 그 프로브핀의 수평 구동부를 갖는 프로브핀의 위치 가변이 가능한 프로브이다.In general, a probe device uses a probe card or probe head in electrical contact with a measurement object, and ultimately, by its contact, measures the performance of the object. The probe card includes a plurality of probe pins fixedly arranged in a predetermined number and at a predetermined position, and in practice, the plurality of probe pins are in contact with each of the measurement sites of the object. The probe head is a probe capable of varying the position of a probe pin having a probe pin and a horizontal driving portion of the probe pin.

프로브 카드는 객체가 다른 종류로 바뀔 때 그에 대응하여 교체 가능하게 설치된다. 한편, 프로브 헤드는, 프로브핀의 수평 구동부를 갖는 프로브이므로, 여러 종류의 객체에 대한 측정이 가능하지만, 프로브핀의 개수는 제한되며, 프로브핀의 위치를 이동시키면서 측정하므로 측정 속도가 느린 단점이 있다.The probe card is installed to replace the object when the object is changed to another kind. On the other hand, since the probe head is a probe having a horizontal drive unit of the probe pin, it is possible to measure various kinds of objects, but the number of probe pins is limited, and the measurement speed is slow because the probe head is measured while moving the position of the probe pin. have.

근래 들어, MEMS 소자가 가속도계, 자이로센서 등에 이용되고 있는데, 이러한 MEMS 소자 또한 반도체 공정에 의해 제조되는 반도체 소자이다. MEMS 소자는, 미세 거동에 의해, 가속도 또는 각가속도 등의 물리적 특성을 측정하는 센서 등에 이용되는 것으로, 그 크기가 미세하여, 대기 중에서 그 성능 측정시 공기의 저항을 받게 되므로 정밀한 측정이 되지 않는다.In recent years, MEMS devices have been used in accelerometers, gyro sensors and the like, and these MEMS devices are also semiconductor devices manufactured by semiconductor processes. MEMS devices are used for sensors that measure physical characteristics such as acceleration or angular acceleration due to their fine behavior, and because of their fine size, they are subjected to air resistance when measuring their performance in the air.

따라서, 미세 크기의 반도체 소자 또는 그 반도체 소자의 제조 앞 단계에 있는 웨이퍼의 성능(또는, 전기적 성능)을 프로브로 측정함에 있어서, 외부의 공기 저항이 없는 진공 조건이 요구된다. 종래에도, 단순히, 진공챔버 내에서 객체에 대한 프로브 측정을 수행하는 장치가 제안된바 있지만, 이는, 진공챔버 내에서의 객체 이동 또는 프로브의 측정 전 과정이 수동으로 이루어질 수밖에 없는 수동 프로브 장치로, 그 실용성이 떨어진다.Therefore, in measuring the performance (or electrical performance) of a semiconductor device of a small size or a wafer in the pre-production stage of the semiconductor device with a probe, a vacuum condition without external air resistance is required. Conventionally, an apparatus for performing probe measurement on an object in a vacuum chamber has been simply proposed. However, this is a passive probe device in which a whole process of object movement or probe measurement in a vacuum chamber must be performed manually. Its practicality is inferior.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 진공챔버 내에서 객체 이동을 포함하는 모든 과정이 자동으로 이루어지도록 한, 진공을 이용하는 자동 프로브 장치를 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem of the present invention is to provide an automatic probe device using a vacuum, so that all processes including object movement in the vacuum chamber are automatically performed.

본 발명의 일 측면에 따라, 프로브를 이용하여 객체의 성능을 측정하는 프로브 장치가 제공되며, 상기 프로브 장치는, 진공챔버를 내부에 한정하되, 상기 진공챔버에는 상기 프로브가 설치되는 진공셸과, 상기 진공챔버에서 상기 객체를 지지 고정하도록 마련된 고정척과, 상기 진공챔버에서, 상기 고정척을 이동시키도록 구성되어, 상기 고정척 상의 객체를 상기 프로브에 선택적으로 접촉시키는 구동유닛을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a probe device for measuring the performance of the object by using a probe, the probe device, the vacuum chamber is limited to the inside, the vacuum chamber and the vacuum shell in which the probe is installed; And a fixed chuck provided to support and fix the object in the vacuum chamber, and a driving unit configured to move the fixed chuck in the vacuum chamber to selectively contact the object on the fixed chuck with the probe.

바람직하게는, 상기 고정척은, 상기 프로브 아래에 위치된 채, 상기 구동유닛에 의해 상승하여, 상기 객체를 그 위에 위치한 상기 프로브에 접촉시킨다.Preferably, the fixation chuck is raised by the drive unit, positioned below the probe, to contact the object with the probe located thereon.

바람직하게는, 상기 구동유닛은, 상기 고정척을 전후, 좌우로 이동시키기 위한 제 1 및 제 2 선형 구동부와, 상기 고정척을 상하로 이동시키기 위해, 상기 제 1 선형 구동부 또는 상기 제 선형 2 구동부에 연결되는 제 3 선형 구동부를 포함한다. Preferably, the drive unit, the first and second linear drive unit for moving the fixed chuck back and forth, left and right, and the first linear drive unit or the second linear drive unit for moving the fixed chuck up and down. And a third linear drive connected to the.

바람직하게는, 상기 구동유닛은, 상기 제 3 선형 구동부에 연결되며, 상기 고정척이 상기 프로브와 마주하는 방향과 상기 마주하는 방향과 직교하는 방향으로 이동되도록, 상기 고정척을 회전 구동시키도록 구성된 회전 구동부를 더 포함한다.Preferably, the drive unit is connected to the third linear drive unit, and configured to rotationally drive the fixed chuck so that the fixed chuck is moved in a direction perpendicular to the direction facing the probe and the facing direction. It further comprises a rotation drive.

더욱 바람직하게는, 상기 제 1 선형 구동부는, 베이스 가이드, 그 베이스 가이드 상에서 전후 슬라이드되는 제 1 가이드 블록 및 상기 제 1 가이드 블록을 전후 구동시키는 제 1 액츄에이터로 구성되고, 상기 제 2 선형 구동부는, 상기 제 1 가이드 블록 상에서 좌우 슬라이드되는 제 2 가이드 블록 및 상기 제 2 가이드 블 록을 좌우 구동시키는 제 2 액츄에이터로 구성되며, 상기 제 3 선형 구동부는 상기 제 2 가이드 블록 상에서 상기 고정척을 상하로 이동시키기 위해 설치된다.More preferably, the first linear drive unit is composed of a base guide, a first guide block that slides back and forth on the base guide, and a first actuator for driving the first and second guide blocks back and forth, wherein the second linear drive unit, And a second actuator for sliding left and right on the first guide block and a second actuator for driving the second guide block left and right, wherein the third linear drive moves the fixed chuck up and down on the second guide block. To be installed.

바람직하게는, 상기 진공셸은, 차폐 도어에 의해 개폐되는 객체 투입구를 포함하며, 상기 진공셸의 상단에는 상기 객체를 관찰하기 위한 관찰창이 설치된다. 상기 관찰창을 통해 상기 객체를 관찰하도록 현미경 유닛이 설치될 수 있다.Preferably, the vacuum shell includes an object inlet opening and closing by a shielding door, and an observation window for observing the object is installed at an upper end of the vacuum shell. A microscope unit may be installed to observe the object through the observation window.

바람직하게는, 상기 현미경 유닛은, 카메라부와, 상기 카메라부에서 얻은 영상 신호로부터 상기 객체의 평면 미세 거동을 측정하는 영상 측정부와, 상기 객체의 수직 미세 거동을 측정하기 위한 레이저 측정부를 포함한다.Preferably, the microscope unit comprises a camera unit, an image measuring unit for measuring the planar fine behavior of the object from the image signal obtained from the camera unit, and a laser measuring unit for measuring the vertical fine behavior of the object. .

바람직하게는, 상기 진공셸은, 상부 개방형의 셸 측벽과, 상기 셸 측벽의 상부 개방된 부분을 개폐하도록 설치된 셸 뚜껑을 포함한다. 상기 프로브 장치는, 상기 프로브가 설치되는 교량형의 프로브 테이블을 더 포함하며, 상기 프로브 테이블은, 복수의 지주들에 의해 지지되되, 그 복수의 지주들에는, 상기 프로브가 상기 객체와 접촉될 때 생기는 진동을 감쇠하는 진동 감쇠부가 설치된다.Preferably, the vacuum shell includes an upper open shell side wall and a shell lid installed to open and close the upper open portion of the shell side wall. The probe device further comprises a bridge-type probe table on which the probe is mounted, the probe table being supported by a plurality of struts, wherein the plurality of struts, when the probe is in contact with the object. A vibration damping unit is provided to dampen the generated vibrations.

상기 고정척에는 냉각수단과 가열수단이 함께 설치되며, 상기 냉각수단과 상기 가열수단의 선택적인 이용에 의해 상기 고정척의 온도가 조절된다. 이때, 상기 냉각수단은, 상기 고정척 내에 위치하되, 액체 질소가 순환되는 관로의 일부이며, 적어도 상기 고정척 외측에 위치한 액체 질소의 순환 관로는 금속 벨로우즈 관으로 이루어진다. 상기 고정척은, 자유단에서 상기 객체를 탄성적으로 눌러 고정하는 복수의 고정핀을 포함한다.The fixing chuck is provided with cooling means and heating means, and the temperature of the fixing chuck is adjusted by the selective use of the cooling means and the heating means. At this time, the cooling means is located in the fixed chuck, the liquid nitrogen is a part of the circulating passage circulating, at least the circulation passage of the liquid nitrogen located outside the fixed chuck is made of a metal bellows tube. The fixing chuck includes a plurality of fixing pins that elastically press and fix the object at a free end.

본 발명에 따르면, 반도체 소자 등의 미세 크기의 객체를 프로브로 측정함에 있어서, 공기의 저항을 받지 않는 진공챔버에서 그 측정이 이루어지므로, 객체의 정밀한 성능 측정이 가능하며, 또한, 진공챔버 내에서 객체를 자동으로 이동시키는 수단에 의해 보다 손쉽고 보다 편리한 객체의 프로브에 의한 측정이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, in measuring a small-sized object such as a semiconductor device with a probe, the measurement is performed in a vacuum chamber that is not subjected to air resistance, so that accurate performance measurement of the object is possible, and further, within the vacuum chamber. By means of automatically moving the object, there is an effect that can be measured by the probe of the object easier and more convenient.

또한, 본 발명에 따르면, 객체의 성능을 진공챔버 하에서 프로브로 측정함에 있어서, 객체의 이동이 없는 고정식 구조의 척에 제한적으로 이용될 수 있었던 온도조절유닛을 객체를 이동시키는 고정척에 적용할 수 있게 해준다. 이때, MEMS 소자 등은 사용 환경의 온도에 따라 전기적, 기계적 성질이 크게 달라지는 바, 그것들의 성능을 측정함에 있어서, 온도를 측정 조건에 부합하는 온도로 유지시키는 것은 프로브에 의한 객체 성능의 정밀한 측정에 필수적으로 요구되는 것이다.In addition, according to the present invention, in measuring the performance of an object with a probe under a vacuum chamber, the temperature control unit, which can be limitedly used for a fixed structure without moving the object, can be applied to a fixed chuck for moving the object. To make it possible. At this time, the electrical and mechanical properties of the MEMS device and the like varies greatly depending on the temperature of the use environment. In measuring their performance, maintaining the temperature at a temperature that meets the measurement conditions is necessary for accurate measurement of the object performance by the probe. It is required.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 장치를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a probe device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 프로브 장치는(1), 진공챔버를 내부에 한정하는 진공셸(100)을 포함한다. 상기 진공셸의 내부에는 일부만이 도시된 진공유닛(102)에 의해 진공이 이루어지는 진공챔버가 구획 형성된다. 구체적으로 도시되지는 않았지만, 상기 진공유닛(102)은 진공센서, 진공밸브, 게이트밸브, 터보분자펌프, 피드쓰루우 등의 구성요소들을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the probe apparatus of the present embodiment 1 includes a vacuum shell 100 defining a vacuum chamber therein. Inside the vacuum shell, a vacuum chamber in which a vacuum is formed by a partial vacuum unit 102 is formed. Although not specifically illustrated, the vacuum unit 102 may include at least a part of components such as a vacuum sensor, a vacuum valve, a gate valve, a turbomolecular pump, a feedthrough, and the like.

상기 진공챔버에서는 웨이퍼와 같은 객체의 전기적 성능이 측정되며, 이를 위해, 상기 진공챔버에는 객체를 고정하기 위한 고정척(200; 도 2 및 도 3 참조)과, 그 객체와의 접촉에 의해 전기적 성능을 측정하기 위한 프로브(302; 도 2 참조)가 설치된다. 그리고, 상기 프로브 장치(1)의 여러 작동은 PC와 연결된 컨트롤러(700)에 의해 제어된다.In the vacuum chamber, the electrical performance of an object such as a wafer is measured. For this purpose, the vacuum chamber has a fixed chuck 200 (see FIGS. 2 and 3) for fixing an object and an electrical performance by contact with the object. A probe 302 (see Fig. 2) for measuring the In addition, various operations of the probe device 1 are controlled by the controller 700 connected to the PC.

본 실시예에서, 상기 진공셸(100)은, 셸 측벽(110)과 그 셸 측벽(110) 상단의 셸 뚜껑(120)을 포함하며, 상기 셸 뚜껑(120)은, 진공챔버 내 여러 부품 및 유닛의 관리, 유지 및 보수를 위해, 상기 셸 측벽(110) 상단의 개방된 부분을 개폐하도록 마련된다. 또한, 상기 진공셸(100)은 객체를 외부로부터 진공챔버로 투입하기 위한 객체 투입구(114)를 포함하며, 상기 객체 투입구(114)는 셸 측벽(110)에 형성된다. 그리고, 상기 객체 투입구(114)는, 진공챔버의 진공을 위해, 힌지식 도어(115)에 개폐되도록 되어 있다.In the present embodiment, the vacuum shell 100 includes a shell side wall 110 and a shell lid 120 on top of the shell side wall 110, wherein the shell lid 120 includes various components in the vacuum chamber and For the management, maintenance and repair of the unit, it is provided to open and close the open portion of the top of the shell side wall 110. In addition, the vacuum shell 100 includes an object inlet 114 for injecting an object into the vacuum chamber from the outside, the object inlet 114 is formed on the shell side wall 110. The object inlet 114 is opened and closed by a hinged door 115 for vacuuming the vacuum chamber.

위의 진공셸(100)의 구조를 이용하는 방식에 대해 설명하면, 사용자는 힌지식 도어(115)를 열어 객체 투입구(114)를 개방한 후, 그 객체 투입구(114)를 통해, 객체를 진공챔버에 장입하고, 그 다음, 도어(115)로 상기 객체 투입구(114)를 닫은 후, 상기 진공셸(100) 내부를 진공 조건으로 맞추어, 객체에 대한 측정을 하게 된다. 이하 자세히 설명되는 바와 같이, 고정척(200)은 구동유닛(400; 도 2 및 도3 참조)에 의해 상기 진공챔버 내에서 전후, 좌우, 상하, 더 나아가, 프로브와 마주하는 수평 방향 또는 프로브와 수직을 이루는 수직 방향으로 회전 이동될 수 있으므로, 컨트롤러(700)의 제어에 따라, 상기 고정척(200)을 객체 투입구(114) 부근으로 이동시킨 상태에서, 사용자는 손쉽게 웨이퍼 등의 객체를 상기 진공챔버의 고정 척(200) 상으로 위치시킬 수 있다.Referring to the method using the structure of the vacuum shell 100, the user opens the hinged door 115 to open the object inlet 114, and then through the object inlet 114, the object is vacuum chamber After charging, the object inlet 114 is closed by the door 115, and the inside of the vacuum shell 100 is adjusted to a vacuum condition to measure the object. As will be described in detail below, the fixed chuck 200 is moved back and forth, left and right, up and down in the vacuum chamber by a drive unit 400 (see FIGS. 2 and 3), and further, a horizontal direction or a probe facing the probe. Since it can be rotated in a vertical direction to form a vertical, under the control of the controller 700, while moving the fixed chuck 200 near the object inlet 114, the user can easily move an object such as a wafer to the vacuum It can be positioned on a fixed chuck 200 of the chamber.

한편, 상기 진공셸(100)의 셸 뚜껑(120)에는 진공챔버를 관찰할 수 있는 관찰창(122)이 설치되는데, 본 실시예의 프로브 장치(1)는, 상기 관찰창(122)을 통해 진공셸(100) 내의 객체를 확대, 관찰하기 위한 현미경 유닛(500)을 포함한다. 객체를 관찰하는 기능의 관점에서, 상기 현미경 유닛은, 도 4에 도시된 것과 같은, 카메라부(501), 영상 측정부(502), 그리고, 레이저 측정부(503)를 포함한다. On the other hand, the shell lid 120 of the vacuum shell 100 is provided with an observation window 122 for observing the vacuum chamber, the probe device 1 of the present embodiment, the vacuum through the observation window 122 It includes a microscope unit 500 for enlarging and observing an object in the shell 100. In view of the function of observing an object, the microscope unit includes a camera unit 501, an image measuring unit 502, and a laser measuring unit 503, as shown in FIG. 4.

상기 카메라부(501)는, 이미지 센서를 포함하는 디지털 카메라를 이용한 것으로서, 광학 시스템과 이미지 센서를 이용해, 크기 등이 조정 가능한 객체의 평면 영상 신호를 얻을 수 있다. 또한, 상기 영상 측정부(502)는 상기 카메라부(501)로부터 얻은 영상 신호를 이용하여, 상기 객체의 평면 미세 거동을 측정하는 역할을 한다. 그리고, 상기 레이저 측정부(503)는, 카메라부(501)와 영상 측정부(502)가 측정할 수 없는 객체의 수직 미세 거동을 측정하여, 이를 사용자에게 제공하는 기능을 한다.The camera unit 501 uses a digital camera including an image sensor, and may obtain a planar image signal of an object whose size or the like may be adjusted using an optical system and an image sensor. In addition, the image measuring unit 502 serves to measure the planar fine behavior of the object by using the image signal obtained from the camera unit 501. In addition, the laser measuring unit 503 functions to measure the vertical fine behavior of the object that the camera unit 501 and the image measuring unit 502 cannot measure, and provide the same to the user.

기계적인 구동 메커니즘의 관점에서, 상기 현미경 유닛은, 도 5에 도시된 바와 같이, 현미경 본체(510)와 그 현미경 본체(510)를 구동시키는 현미경 구동부(520)로 구성된다. 상기 현미경 본체(510)에는 전술한 카메라부, 그 카메라부의 이미지 센서, 그리고, 다양한 광학 시스템이 내장되며, 또한, 상기 진공셸(100; 도 1 참조)의 관찰창(122; 도 1 참조) 부근에 근접하여 위치될 수 있는 렌즈부(512; 도 1 참조)를 포함한다. 또한, 현미경 구동부(520)는, 현미경 본체(510)의 좌우 이동을 위한 용도로, 서로 교차하는 X축 및 Y축 선형 가이드의 조합으로 된 수평 조 절부(522)를 포함하며, 그 수평 조절부(522)는 제 1 및 제 2 노브(522a, 522b)에 의해 정밀하게 조절된다. 또한, 객체에 대한 현미경 본체(510)의 렌즈 초점은 수직 선형 가이드를 포함하는 수직 조절부(514)를 초점 조절나사(514a)를 이용하여 정밀하게 조절하여 이루어질 수 있다. In view of the mechanical driving mechanism, the microscope unit is composed of a microscope body 510 and a microscope driver 520 for driving the microscope body 510, as shown in FIG. The microscope body 510 includes a camera unit, an image sensor of the camera unit, and various optical systems, and is located near the observation window 122 (see FIG. 1) of the vacuum shell 100 (see FIG. 1). It includes a lens portion 512 (see Fig. 1) that can be positioned in proximity to. In addition, the microscope driving unit 520 includes a horizontal control unit 522 made of a combination of X-axis and Y-axis linear guides intersecting each other, for the purpose of moving the microscope body 510 to the left and right. 522 is precisely adjusted by the first and second knobs 522a and 522b. In addition, the lens focus of the microscope body 510 to the object may be made by precisely adjusting the vertical adjusting unit 514 including the vertical linear guide using the focus adjusting screw 514a.

도 2 및 도 3은 본 실시예에 따른 프로브장치의 진공셸 내부에 위치하는 구성요소들을 설명하기 위한 도면으로, 도 2는 진공셸이 제거된 상태로 프로브장치를 도시되고, 도 3은 진공셸을 가는 선으로 하여 프로브장치를 도시한다. 2 and 3 are views for explaining the components located inside the vacuum shell of the probe device according to the present embodiment, Figure 2 shows the probe device with the vacuum shell removed, Figure 3 is a vacuum shell The probe device is shown with a thin line.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 프로브 장치(1)는, 진공셸(100)의 내부, 즉 진공챔버에, 객체(W)를 지지 고정하도록 마련된 고정척(200)과, 상기 고정척(200)을 이동시키도록 구성된 구동유닛(400)을 포함한다. 그리고, 상기 고정척(200)과 이격되게 상기 고정척(200)의 상측에는 프로브로서의 프로브 카드(302)와, 그 프로브 카드가 설치 지지되는 프로브 테이블(300)이 구비된다. 도 2에서 프로브 카드는 가는 일점쇄선으로 표시되어 있다.2 and 3, the probe device 1 of the present embodiment includes a fixing chuck 200 provided to support and fix an object W in the vacuum shell 100, that is, in the vacuum chamber. And a drive unit 400 configured to move the chuck 200. In addition, a probe card 302 serving as a probe and a probe table 300 on which the probe card is installed are provided above the fixing chuck 200 so as to be spaced apart from the fixing chuck 200. In Fig. 2, the probe card is indicated by a thin dashed line.

상기 구동유닛(400)은, 비유공압식 구동유닛으로서, 제 1, 제 2, 제 3 선형 구동부(410, 420, 430)와, 회전 구동부(440)를 포함한다. 본 명세서에서, 용어'비유공압식 구동유닛'은 유압이나 공압을 완전히 배제한 구동유닛을 말하는 것이다. 상기 제 1 및 제 2 선형 구동부(410, 420)는, 상기 고정척(200) 및 그 위에 고정된 객체(W)를 전후, 좌우로 이동시키기 위해 설치되며, 상기 제 3 선형 구동부(430)는 고정척(200) 및 그 위의 고정된 객체(W)를 상하로 이동시키기 위해 마련된다. The driving unit 400 is a non-pneumatic driving unit, and includes first, second, and third linear driving units 410, 420, and 430, and a rotation driving unit 440. In the present specification, the term 'non-pneumatic drive unit' refers to a drive unit that completely excludes hydraulic pressure or pneumatic pressure. The first and second linear drivers 410 and 420 are installed to move the fixed chuck 200 and the object W fixed thereon back and forth, left and right, and the third linear driver 430 is It is provided to move the fixed chuck 200 and the fixed object (W) thereon up and down.

즉, 제 1 및 제 2 선형 구동부(410, 420)는, 객체(W)를 전후, 좌우 이동시키면서, 그 객체(W)가 프로브 카드(302)와 정확히 접촉할 수 있는, 평면 위치를 조정하도록 설치되며, 상기 제 3 선형 구동부(430)는 상기 제 1 및 제 2 선형 구동부(410, 420)에 의해 평면 위치 조정된 고정척(200)을 상하로 구동시키도록 구성되어, 그 고정척(200) 상의 객체(W)를 상기 프로브(302)와 접촉시키는 역할을 한다. 회전 구동부(440)는, 상기 제 2 선형 구동부(420)의 상측에 연결된 채, 상기 고정척(200)의 평면을 프로브 카드(302)와 마주할 수 있는 방향과, 그 방향과 직교하는 방향으로 회전시키며, 그 고정척(200)이 직교방향으로 회전된 상태에서, 객체 투입구(114; 도 1 참조)를 통해 노출된 고정척(200)의 평면에 상기 객체(W)를 용이하게 고정시킬 수 있다.That is, the first and second linear drivers 410 and 420 move the object W back and forth, left and right, and adjust the planar position at which the object W can accurately contact the probe card 302. Is installed, the third linear drive unit 430 is configured to drive the fixed chuck 200, the planar position adjusted by the first and second linear drive unit 410, 420 up and down, the fixed chuck 200 It serves to contact the object (W) on the probe 302. The rotation driving unit 440 is connected to an upper side of the second linear driving unit 420 in a direction facing the probe card 302 and in a direction orthogonal to the direction of the fixing chuck 200. The object W can be easily fixed to the plane of the fixing chuck 200 exposed through the object inlet 114 (see FIG. 1) while the fixing chuck 200 is rotated in the orthogonal direction. have.

한편, 프로브(302)와 객체(W)가 접촉한 상태로, 객체(W)를 평면 이동시키면, 프로브(302)에 손상이 가해지므로, 상기 제 3 선형 구동부(430)를 이용해, 고정척(200)과 그 위의 객체(W)를 하강시킨 후, 그 고정척(200)과 객체(W)를 좌, 우 평면 이동시킨다.On the other hand, when the object W is planarly moved while the probe 302 is in contact with the object W, damage is applied to the probe 302, so that the fixed chuck (eg, the third linear drive unit 430) is used. After lowering the object 200 and the object W thereon, the fixed chuck 200 and the object W are moved left and right planes.

본 실시예에서, 상기 제 1 선형 구동부(410)는, 베이스 가이드(412), 그 베이스 가이드(412) 상에서 전후 슬라이드되는 제 1 가이드 블록(414) 및 상기 제 1 가이드 블록(414)을 전후 구동시키는 제 1 액츄에이터(416)로 구성된다. 또한, 상기 제 2 선형 구동부(420)는, 상기 제 1 가이드 블록(414) 상에서 좌우 슬라이드되는 제 2 가이드 블록(422) 및 상기 제 2 가이드 블록(422)을 좌우 구동시키는 제 2 액츄에이터(424)로 구성된다. 상기 제 3 선형 구동부(430)는 상기 제 2 가이드 블록(422) 상에서 상기 고정척(200)을 상하로 이동시키기 위해 설치되며, 예를 들면, 모터(431)의 회전력을 웜 기어 기구, 래크 기어 기구, 또는 캠 기어 기구와 같은 기구(432)를 이용하여 고정척(200)과 연결된 회전 구동부(440)의 회전블록을 상하로 이동시킨다.In the present exemplary embodiment, the first linear driver 410 drives the base guide 412, the first guide block 414 and the first guide block 414 that slide back and forth on the base guide 412. It is composed of a first actuator 416. In addition, the second linear driver 420 may include a second guide block 422 sliding left and right on the first guide block 414 and a second actuator 424 driving left and right of the second guide block 422. It consists of. The third linear driver 430 is installed to move the fixed chuck 200 up and down on the second guide block 422. For example, the third linear drive unit 430 may rotate the worm gear mechanism and the rack gear. The rotary block of the rotary drive unit 440 connected to the fixed chuck 200 is moved up and down using a mechanism 432 such as a mechanism or a cam gear mechanism.

위에서 제 1, 제 2, 제 3 선형 구동부에(410, 420, 430)에 대해 상당히 구체적으로 설명하였지만, 위 설명에 기재된 구성에 의해 국한되는 것은 아니며, 상기 제 1, 제 2, 제 3 선형 구동부는, 진공압에 의해 구동이 저해되는 유공압 방식이 아닌 다양한 비유공압식의 구동기구들, 특히, 모터와 볼스크류를 포함하는 기구 또는 리니어 모터 를 포함하는 구동기구에 의해, 객체 고정척을 x축, y축, z축의 3축 구동시키는 것이면 된다.Although the first, second, and third linear drives 410, 420, and 430 have been described in greater detail above, they are not limited to the configurations described above, and the first, second, and third linear drives are described above. The non-pneumatic drive mechanisms, which are impaired by vacuum pressure, are driven by various non-pneumatic drive mechanisms, in particular, a drive mechanism including a motor and a ball screw or a linear motor. What is necessary is just to drive three axes of a y-axis and a z-axis.

한편, 상승하는 고정척(200) 상의 객체와 접촉될 수 있도록, 상기 진공셸(100) 내에는 도 2에 도시된 것과 같은 프로브 카드(302)가 제공된다. 본 실시예에서, 상기 프로브 카드(302)는, 교량형의 프로브 테이블(300)에서 양단이 지지되는 형태로 설치되며, 객체(특히, 웨이퍼)의 교체에 대응할 수 있도록, 체결구(303)에 의해 분리가능하게 설치된다.On the other hand, the probe shell 302 as shown in FIG. 2 is provided in the vacuum shell 100 so as to be in contact with the object on the rising fixed chuck 200. In the present embodiment, the probe card 302 is installed in a form in which both ends are supported in the bridge-type probe table 300, and to the fastener 303 to correspond to the replacement of the object (especially the wafer). Is detachably installed.

또한, 상기 프로브 테이블(300)은 복수의 지주(320)들에 의해 지지되되, 그 복수의 지주(320)들에는, 상기 프로브(302)가 상기 객체(W)와 접촉될 때 생기는 진동을 감쇠하는 진동 감쇠부(322)가 설치된다. 상기 진동 감쇠부(322)로는 고무 또는 스프링 댐퍼가 이용될 수 있다. In addition, the probe table 300 is supported by a plurality of struts 320, and the plurality of struts 320 attenuates vibration generated when the probe 302 contacts the object W. The vibration damping unit 322 is provided. Rubber or a spring damper may be used as the vibration damping unit 322.

한편, 상기 고정척(200)은, 대략 원판형 구조로 이루어지며, 자유단에서 상기 객체(W)를 탄성적으로 눌러 고정하는 복수의 고정핀(209)을 포함한다. 상기 복수의 고정핀들 각각은, 고정척(200)의 테두리 부근에 힌지로 연결된 힌지단과, 그 힌지단으로부터 연장된 자유단을 포함한다. 사용자는 객체(W)를 고정할 수 있는 위치로 고정핀(209)들을 회동시켜서, 자유단으로 하여금 객체(W)를 탄성적으로 눌러 고정할 수 있게 상기 고정핀(209)들을 위치시킬 수 있다. 이때, 상기 고정핀(209) 대신에 진공 수단 등의 다른 수단을 이용하여 객체(W)를 고정척(200)에 고정시키는 것도 고려될 수 있다.On the other hand, the fixing chuck 200 is made of a substantially disk-like structure, and includes a plurality of fixing pins 209 for elastically pressing and fixing the object (W) at the free end. Each of the plurality of fixing pins includes a hinge end connected to a hinge near the edge of the fixing chuck 200 and a free end extending from the hinge end. The user can rotate the fixing pins 209 to a position where the object W can be fixed, thereby positioning the fixing pins 209 so that the free end can be elastically pressed to fix the object W. . In this case, the fixing pin 209 may be considered to fix the object W to the fixing chuck 200 by using other means such as vacuum means.

또한, 본 실시예의 프로브 장치(1)는, 객체(W)의 온도를 조절하기 위한, 온도조절수단으로서, 가열수단과 냉각수단을 포함하며, 그 가열수단과 냉각수단은 고정척에 제공된다. 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 냉각수단은, 상기 고정척(200)에 내장된 채 액체 질소의 통과를 허용하는 관로의 일부분(210)인 것이 바람직하며, 상기 가열수단은 상기 고정척(200)에 내장되는 면상발열체(220) 또는 기타 다른 형태의 히터일 수 있다. 액체 질소를 이용하는 냉각수단과 면상발열체 등의 히터를 이용하는 가열수단은 도 1에 도시된 컨트롤러(700)에 의해 제어된다. 그리고, 상기 냉각수단과 가열수단을 이용하면, 영하 50도 내지 영상 100도의 넓은 온도 조건을 객체의 성능 측정에 제공할 수 있다.Further, the probe device 1 of the present embodiment includes heating means and cooling means as temperature adjusting means for adjusting the temperature of the object W, and the heating means and cooling means are provided in the fixed chuck. As shown in FIG. 6, the cooling means is preferably a portion 210 of the conduit allowing the passage of liquid nitrogen while being embedded in the fixed chuck 200, and the heating means is the fixed chuck 200. ) May be a planar heating element 220 or any other type of heater. Cooling means using liquid nitrogen and heating means using a heater such as a planar heating element are controlled by the controller 700 shown in FIG. In addition, by using the cooling means and the heating means, a wide temperature condition of minus 50 degrees to 100 degrees image may be provided to measure the performance of the object.

상기 가열수단을 이루는 면상발열체(200)는 두께가 얇아 웨이퍼 등과 같은 기판형 객체 가열에 적합하다. 또한, 상기 액체 질소의 관로 중 대기와 접촉할 수 있는 부분은 단열재로 보온하는 것이 바람직하다.The planar heating element 200 constituting the heating means is thin and suitable for heating a substrate type object such as a wafer. In addition, it is preferable to insulate a portion of the liquid nitrogen pipe that can be in contact with the atmosphere with a heat insulating material.

상기 고정척(200) 내로 액체 질소를 공급 또는 회수하는 관로는 금속 벨로우즈 관(212)으로 이루어지며, 그와 같은 금속 벨로우즈 관은, 냉매 관로로서의 여러 가지 많은 이점들과 함께, 상기 고정척(200)의 자유로운 이동을 허용하는 유연성을 갖는다. 유연성 있는 금속 벨로우즈 관(212)의 채용에 의해, 상기 고정척(200)은 전술한 구동유닛(400; 도 2 및 도 3 참조)에 의해 전후, 좌우, 상하, 회전방향으로 이동함에도 불구하고, 액체 질소를 그것의 공급원으로부터 관로의 손상 없이 공급받을 수 있는 것이다.The conduit for supplying or withdrawing liquid nitrogen into the fixed chuck 200 consists of a metal bellows tube 212, such metal bellows tube, together with many advantages as a refrigerant line, with the fixed chuck 200. Has the flexibility to allow free movement of By employing the flexible metal bellows tube 212, the fixed chuck 200 is moved back and forth, left and right, up and down, rotation direction by the drive unit 400 (see Figs. 2 and 3), Liquid nitrogen can be supplied from its source without damaging the pipeline.

도 6은, 고정척에 설치되는 가열수단과 냉각수단만 설명하기 위한 도면으로, 객체나 다른 구성요소들(예컨대, 고정핀) 등은 그 도시를 생략하였다. 6 is a view for explaining only the heating means and the cooling means installed in the fixed chuck, the object or other components (eg, fixing pins) and the like are not shown.

또한, 전술한 객체는, 원형의 웨이퍼인 것이 바람직하나, 그에 한정되는 것은 아니며, 사각형의 기판 또는 패키징된 반도체 회로 등일 수 있다. 또한, 상기 객체는, 갈륨 아세나이드계, 갈륨 나이트라이드계 반도체, 실리콘 반도체일 수 있다. In addition, the aforementioned object is preferably a circular wafer, but is not limited thereto, and may be a rectangular substrate or a packaged semiconductor circuit. The object may be a gallium arsenide-based gallium nitride-based semiconductor or a silicon semiconductor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 장치를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing a probe device according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 프로브 장치의 진공셸 내 주요 구성요소를 설명하기 위한 도면.2 and 3 are views for explaining the main components in the vacuum shell of the probe device shown in FIG.

도 4는 객체를 관찰하는 기능의 관점에서, 도 1에 도시된 현미경 유닛을 도시한 블록 구성도.FIG. 4 is a block diagram illustrating the microscope unit shown in FIG. 1 in view of the function of observing an object; FIG.

도 5는 기계적인 메커니즘의 관점에서, 도 1에 도시된 현미경 유닛을 설명하기 위한 사시도.Fig. 5 is a perspective view for explaining the microscope unit shown in Fig. 1 in terms of a mechanical mechanism.

도 6은 도 1에 도시된 프로브 장치의 고정척을 설명하기 위한 도면. 6 is a view for explaining a fixed chuck of the probe device shown in FIG.

Claims

A probe device for measuring the performance of an object using a probe,

A vacuum chamber inside the vacuum chamber, wherein the vacuum chamber includes a vacuum shell in which the probe is installed;

A fixed chuck provided to support and fix the object in the vacuum chamber;

A non-pneumatic drive unit configured to move the fixed chuck in the vacuum chamber and to selectively contact an object on the fixed chuck with the probe;

Probe device comprising a.

The probe device according to claim 1, wherein the fixed chuck is lifted by the driving unit while positioned below the probe to contact the object with the probe located thereon.

The method of claim 2, wherein the drive unit,

First and second linear drivers for moving the fixed chuck back, forth, left and right,

A third linear driver connected to the first linear driver or the second linear driver to move the fixed chuck up and down;

Probe device comprising a.

The driving unit of claim 3, wherein the driving unit is connected to the third linear driving unit, and drives the fixed chuck to be rotated such that the fixed chuck is moved in a direction perpendicular to the direction facing the probe and the facing direction. Probe device further comprising a rotation drive configured.

The method of claim 3, wherein the first linear drive unit is composed of a base guide, a first guide block that slides back and forth on the base guide and a first actuator for driving the first and second guide blocks back and forth, wherein the second linear drive unit, And a second actuator for sliding left and right on the first guide block and a second actuator for driving left and right of the second guide block, wherein the third linear driving unit moves the fixed chuck up and down on the second guide block. Probe device, characterized in that installed for.

The probe device of claim 1, wherein the vacuum shell includes an object inlet opening and closing by a shielding door.

The probe device according to claim 2, wherein an observation window for observing the object is installed at an upper end of the vacuum shell, and further comprising a microscope unit installed to observe the object through the observation window.

The apparatus of claim 7, wherein the microscope unit includes a camera unit, an image measuring unit measuring a planar fine behavior of the object from an image signal obtained by the camera unit, and a laser measuring unit measuring the vertical fine behavior of the object. Probe device, characterized in that.

The probe device of claim 7, wherein the vacuum shell comprises a shell sidewall of an upper open type and a shell lid installed to open and close an upper open portion of the shell sidewall.

The probe apparatus of claim 2, further comprising a bridge-type probe table on which the probe is installed, wherein the probe table is supported by a plurality of posts.

The probe device according to claim 1, wherein the fixing chuck is provided with cooling means and heating means, and the temperature of the fixing chuck is controlled by selective use of the cooling means and the heating means.

The probe apparatus of claim 11, wherein the cooling means is positioned to pass through the fixing chuck and is part of a conduit through which liquid nitrogen is circulated.

13. The probe arrangement of claim 12 wherein at least the circulation conduit of liquid nitrogen located outside the fixed chuck is comprised of a metal bellows tube.

The probe device of claim 1, wherein the fixing chuck includes a plurality of fixing pins that elastically press and fix the object at a free end.

The probe device of claim 1, wherein the probe is a probe card or a probe head.