KR20110135107A - 광 신호 송수신부 및 무선 전원 발생부를 갖는 반도체 웨이퍼 및 그의 전기적 검사방법 - Google Patents

Abstract

광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼 및 그의 전기적 검사방법에 관해 개시한다. 이를 위하여 본 발명은, 웨이퍼에 별도로 광신호 송수신부와, 무선 전원발생부를 갖는 웨이퍼를 제공한다. 따라서 반도체 웨이퍼에 포함된 단위 반도체 칩을 검사할 때 무접점 방식으로 전기적 검사를 수행하여 검사 효율을 높이고, 생산성을 높일 수 있다.

Description

광 신호 송수신부 및 무선 전원 발생부를 갖는 반도체 웨이퍼 및 그의 전기적 검사방법{Semiconductor Wafer having function of optical signal transmission, wireless power driving and method for electrical testing thereof}

본 발명은 새로운 기능을 갖는 반도체 웨이퍼 및 그의 전기적 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼 내부에 광 신호 송수신부 및 무선전원 발생부를 갖는 반도체 웨이퍼 및 그의 전기적 검사방법에 관한 것이다.

최근들어 반도체 소자는 소형화, 집적화 및 다기능화에 초점을 두고 눈부시게 발전하고 있다. 특히 반도체 웨이퍼는 단위 반도체 소자를 하나의 실리콘 기판에 수백에서 수천 개를 집적회로 제조공정을 통해 만든 것이다. 이러한 반도체 웨이퍼는 사용자가 사용할 수 있는 반도체 패키지 형태로 가공되기 전, 이. 디. 에스 검사(EDS test: Electrical Die Sorting test)라는 전기적 검사를 통해 양품 및 불량으로 선별된다.

도1은 종래 기술에 의한 반도체 웨이퍼의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 반도체 웨이퍼(200)는, 실리콘 혹은 화합물 반도체 웨이퍼(200)에 복수개의 반도체 칩(202)들의 스크라이브 라인(204)에 의해 분리된 구조로 형성되어 있다. 상기 스크라이브 라인(204)은 단위 반도체 칩(203)들을 다이싱(dicing) 공정으로 분리할 때, 소우 블레이드(saw blade)가 지나가는 통로가 된다. 그리고 반도체 웨이퍼(200)의 일측면은 일직선으로 설계된 플랫 존(flat zone, 206)이 형성되어 있다. 상기 플랫 존(206)은 반도체 웨이퍼(200)의 기준점을 지정할 때 사용되며, 이 영역에는 반도체 웨이퍼(200)의 고유번호가 인쇄된다.

종래 기술에 의한 반도체 웨이퍼(200)는, 이. 디. 에스 검사(EDS test)를 통해 이루어지며, 테스터인 자동검사장비(ATE: Automatic Test Equipment)와 프로브 스테이션(Prober station)을 사용하여 전기적 검사가 이루어진다. 이때, 자동검사장비(ATE)는 반도체 소자의 전기적 검사에 필요한 직류/교류 전원공급, 신호 패턴의 공급, 전기적 신호의 측정 등을 내부에 포함된 계측기, 전원 공급 장치 및 컴퓨터를 이용하여 수행한다. 그리고 프로브 스테이션은 웨이퍼의 로딩 및 언로딩(unloading)과 반도체 웨이퍼에 포함된 반도체 칩과 자동검사장비를 서로 전기적으로 연결시키는 역할을 담당한다. 상기 반도체 웨이퍼와 자동검사장비를 연결시키는 방식은 프로브 시스템 내부에 포함된 프로브 카드(prober card)의 탐침을 이용하여 반도체 웨이퍼의 접촉단자와 테스터의 접촉단자를 서로 연결한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 프로브 카드를 사용하지 않고 광 신호 및 무선 전원으로 반도체 칩에 대한 전기적 검사를 수행할 수 있는 반도체 웨이퍼를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 광 신호 및 무선 전원으로 반도체 칩을 전기적으로 검사할 수 있는 검사방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 의한 광 신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼는, 반도체 웨이퍼와, 상기 반도체 웨이퍼에 형성되고 스크라이브 라인에 의해 분리된 복수개의 반도체 칩들과, 상기 복수개의 반도체 칩들의 입출력 신호 단자와 연결되고 스크라이브 라인 상에 형성된 광신호 수광부와, 상기 복수개의 반도체 칩들의 입출력 신호 단자와 연결되고 스크라이브 라인 상에 형성된 광 신호 발광부와, 상기 반도체 웨이퍼 상에서 여분의 공간에 형성되고 복수개의 반도체 칩들의 전원 단자와 연결된 무선 전원발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반도체 웨이퍼는, 실리콘 기판 혹은 화합물 반도체 웨이퍼인 것이 적합하면, 화합물 반도체 웨이퍼인 경우, 3-5족 화합물 반도체 웨이퍼인 것이 적합하다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 광신호 수광부는, 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 포토 다이오드를 포함하는 것이 적합하며, 상기 광 신호 발광부는, 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 발광 다이오드를 포함하는 것이 적합하다.

상기 무선 전원 발생부는, 하나의 반도체 칩의 전원 단자와 연결되거나, 복수개의 반도체 칩의 전원 단자와 연결된 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 광 신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼는, 상기 스크라이브 라인에 형성된 복수개의 관통홀을 더 구비하는 것이 적합하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광 신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼의 전기적 검사방법은, 광 신호 송수신부 및 주파수 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계와, 테스터에서 상기 반도체 기판의 무선 전원발생부로 전원을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 전원을 공급하는 단계와, 상기 테스터(tester)에서 상기 반도체 웨이퍼의 광신호 수광부로 광을 조사하여 상기 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 입력 신호를 공급하는 단계와, 상기 테스터에서 상기 반도체 웨이퍼의 광 신호 발광부에 나타나는 광의 세기를 측정하여 원하는 전기신호로 변환하는 단계 및 상기 변환된 전류값을 테스터 내부에 저장된 기댓값(expected data)과 비교하여 상기 웨이퍼 내의 반도체 칩의 기능에 대한 합격/불합격을 판정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다른 광 신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼의 전기적 검사방법은, 광 신호 송수신부, 무선 전원발생부 및 관통홀을 갖는 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계와, 상기 반도체 웨이퍼를 하나 이상 적층하는 단계와, 테스터에서 상기 반도체 웨이퍼의 무선 전원발생부로 전원을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 전원을 공급하는 단계와, 상기 테스터(tester)에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 광신호 수광부로 광을 조사하여 상기 상부 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 광 입력 신호를 공급하는 단계와, 상기 테스터(tester)에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 관통홀을 통해 상기 하부 반도체 웨이퍼의 광신호 수광부로 광을 조사하여 상기 하부 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 광 입력 신호를 공급하는 단계와, 상기 테스터에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 광 신호 발광부에 나타나는 광의 세기를 감지하여 전기신호로 변환하는 단계와, 상기 테스터에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 관통홀을 통해 상기 하부 반도체 웨이퍼의 광 신호 발광부에 나타나는 광의 세기를 감지하여 전기신호로 변환하는 단계 및 상기 변환된 전기신호를 테스터 내부에 저장된 기대값(expected data)과 비교하여 상기 반도체 칩의 기능에 대한 합격/불합격을 판정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도1은 종래 기술에 의한 반도체 웨이퍼의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 반도체 웨이퍼의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역의 확대도로서 반도체 웨이퍼에 설계된 광 신호 송수신부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 3의 광 신호 송수신부의 동작원리를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 2의 B 영역의 확대도로서 반도체 웨이퍼에 설계된 무선 전원 발생부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 무선 전원 발생부의 동작원리를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 도의 반도체 웨이퍼의 전기적 검사를 진행하는 플로 차트(flow-chart)이다.
도 9는 자동검사장비를 이용하여 반도체 웨이퍼에 포함된 단위 반도체 칩을 전기적으로 검사하는 것을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 하나 이상의 반도체 웨이퍼를 적층하여 자동검사장비를 통해 동시에 검사하는 방식을 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 아래의 상세한 설명에서 개시되는 실시예는 본 발명을 한정하려는 의미가 아니라, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게, 본 발명의 개시가 실시 가능한 형태로 완전해지도록 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 반도체 웨이퍼의 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 광 신호 송수신부 및 무선 전원 발생부를 갖는 반도체 웨이퍼(300)는, 반도체 웨이퍼와, 상기 반도체 웨이퍼에 형성되고 스크라이브 라인(304)에 의해 분리된 복수개의 반도체 칩(302)들을 포함한다. 상기 반도체 칩(302)은 메모리 소자, 로직 소자, 아날로그 소자, 전력소자 및 저항과 커패시터와 같은 개별소자가 될 수 있다. 또한 상기 반도체 웨이퍼(300)는, 실리콘 기판 혹은 화합물 반도체 기판으로, 화합물 반도체 기판인 경우, 갈륨-비소(GeAs) 반도체 기판과 같이 3-5족 화합물 반도체 기판인 것이 적합하다.

또한, 본 발명에 의한 광 신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼(300)는, 상기 복수개의 반도체 칩(302)들의 입출력 신호 단자와 연결되고 스크라이브 라인(304) 상에 형성된 광신호 수광부(도3의 5b)와, 상기 복수개의 반도체 칩(302)들의 입출력 신호 단자와 연결되고 스크라이브 라인(304) 상에 형성된 광 신호 발광부(도3의 5a)로 이루어진 광 신호 송수신부를 포함한다.

그리고 본 발명에 의한 광 신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼(300)는, 상기 반도체 웨이퍼 상에서 여분의 공간에 형성되고 복수개의 반도체 칩(302)들의 전원 단자(도5의 316)와 연결된 무선 전원 발생부(32)를 구비한다. 도면에서 참조부호 306은 플랫 존(flat zone)을 가리키며, 필요시 생략할 수도 있다. 또한 도면에서 참조부호 A는 광 신호 송수신부를 설명하기 위한 부분이며, B는 무선 전원발생부를 설명하기 위한 부분으로 추후 도면을 통해 상세히 설명한다.

여기서 무선 전원발생부(32)가 형성되는 상기 여분의 공간은, 스크라이브 라인(304) 혹은 반도체 칩(302)이 형성되지 않은 웨이퍼의 나머지 공간이 될 수 있다.

도 3은 도 2의 A 영역의 확대도로서 반도체 웨이퍼에 설계된 광 신호 송수신부를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3을 참조하면, 일반적으로 반도체 칩(302)의 가장자리는 반도체 칩(302)의 전기적 기능을 외부로 확장하기 위한 본드패드(312)가 설치된다. 이러한 본드 패드(312)는 외부와의 연결을 위하여 보호막이 제거된 형태이다. 또한 반도체 칩(302)과 반도체 칩(302)의 경계에는 다이싱 공정에 사용되는 스크라이브 라인(304)이 형성되어 있다. 도면에서 참조부호 310은 반도체 칩(302)의 집적회로들이 형성된 회로 활성영역을 가리킨다.

이때 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광신호 수광부(5b) 및 광 신호 발광부(5a)는 상기 스크라이브 라인(304) 영역에 각각 형성되어 있다. 상기 광신호 수광부(5b)는 포토 다이오드를 포함할 수 있으며, 신호라인(314)에 통해 상기 반도체 칩(302)의 입출력 단자용 본드패드(312)와 연결된다. 또한 광 신호 발광부(5a)는 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 신호라인(314)에 의해 상기 반도체 칩(302)의 입출력 단자용 본드패드(312)와 서로 연결된다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 반도체 웨이퍼는, 상기 스크라이브 라인(304)에 추가로 설치된 복수개의 관통홀(315)을 더 포함할 수 있다. 상기 관통홀(315)은 광신호가 투과할 수 있는 공간으로 광신호 수광부(5b) 및 발광부(5a)가 함께 동작되는 점을 고려하여 2의 배수로 형성되는 것이 적합하다.

도 4는 도 3의 광 신호 송수신부의 동작원리를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 반도체 웨이퍼(300)의 스크라이브 라인에 형성된 광 신호 송수신부(5)는 제2 수광부(5b), 제2 발광부(5a), 광 신호 회로부(5c) 및 광 신호 제어부(5d)를 포함한다. 따라서 상기 광 신호 송수신부(5)는, 반도체 웨이퍼(300)에 형성되며, 테스터(100)와 반도체 칩(302)의 본드패드(312) 사이에서 광 신호를 전기신호로 변환하거나 혹은 반대로 전기신호를 광 신호로 변환하여 송수신할 수 있도록 되어 있다.

상기 테스터(100)의 제1 발광부(Ha)에서 광 신호를 송신하면, 반도체 웨이퍼(300) 광 신호 송수신부(5)의 제2 수광부(5b)가 이를 수신하며, 수신된 광 신호를 전기신호로 변환하여 반도체 칩(302)의 본드패드(312)로 보낸다. 상기 제2 수광부(5b)는, 포토 다이오드(Photo diode)일 수 있고, 수광하는 광의 파장은 적외선, 가시광선, 또는 자외선일 수 있다. 도면에서 실선은 테스터(100)에서 광 신호를 수신하여 반도체 칩(302)의 본드패드(312)로 송신하는 경로를 가리킨다.

상세히 설명하면, 테스터(100)의 제1 발광부(Ha)에서 광 신호를 전송하면, 반도체 웨이퍼(300)에 있는 광송수신부(5)의 제2 수광부(5b)에서 예를 들어 포토 다이오드에 의하여 전기적 신호로 변환되고, 상기 전기적 신호는 광 신호 회로부(5c)로 전송된다. 광 신호 회로부(5c)는 광 신호 제어부(5d)에 의하여 제어되어, 수신된 상기 전기적 신호를 반도체 칩(300)의 내부에서 가용한 형태의 신호, 예를 들어 전기신호로 변환할 수 있다. 이러한 전기신호는 직류 혹은 교류 형태인 것이 적합하다.

또한, 광 신호 회로부(5c)는 테스터(100)로부터 광 신호로 전송되어 수신된 광 신호들 중에서 실제 가용한 광 신호를 필터링하는 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 광 신호 회로부(5c)는 테스터(100)와 반도체 웨이퍼(300)의 사이에서 주고받을 수 있는 광 신호에 대하여 미리 정의된 광파장 대역과 프로토콜에 대한 정보를 가지고 있거나, 이러한 정보를 광 신호 제어부(5d)로부터 받을 수 있다. 광 신호 회로부(5c)에서 변환된 광 신호들 중에 일부는 광 신호 제어부(5d)에 의하여 제어되어 반도체 칩(302)의 본드패드(312)에 전송될 수 있다.

한편, 또한 도면에서 점선은 반도체 칩(302)의 본드패드(312)에서 전기신호를 수신하여 이를 광 신호로 변환하여 테스터(100)로 송신하는 경로를 가리킨다.

상세히 설명하면 반도체 칩(302)의 본드패드(312)에서 전기신호를 송신하면, 반도체 웨이퍼(300)의 광신호 송수신부(5)에 있는 제2 발광부(5a)는 이를 광 신호로 변환하여 테스터의 제1 수광부(Ha)로 광 신호를 송신한다. 상기 제2 발광부(5a)는, 발광 다이오드(Light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(Laser diode, LD)일 수 있고, 발광하는 광의 파장은 적외선, 가시광선, 또는 자외선일 수 있다.

제2 발광부(5a)는 예를 들어, "1"을 광 신호 방사, "0"을 광 신호 소거로 표현하는 점멸 방식(On-Off Keying: OOK)으로 데이터를 전송할 수 있다. 전송할 데이터가 디지털 데이터인 경우, 0 또는 1의 값을 갖는다. 상기 데이터 값이 0인 경우에는, 제2 발광부(5a)에 전류가 흐르지 않게 하고 상기 데이터 값이 1인 경우에는 제2 발광부(5a)에 전류가 흐르게 함으로써, 제2 발광부(5a)가 광 신호를 온/오프 방식으로 출력할 수 있게 할 수 있다. 또는 이와 반대로 동작할 수 있다.

사익 제2 발광부(5a)는 다수의 비트를 전송하도록, 다수의 아날로그 출력을 가질 수 있으며, 이는 전류의 강도 또는 파장을 변화시켜 구현할 수 있다. 예를 들어, 4비트의 데이터를 전송하기 위해, 제2 발광부(5a)는 16개의 아날로그 값들의 전류가 제2 발광부(5a)에 흐르도록 16개의 다른 전류들을 출력할 수 있다.

또한, 제2 발광부(5a)는 다수의 구별될 수 있는 파장들을 갖는 발광원들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 발광부(5a)는 다른 파장의 광원들, 예를 들어 적외선 LED, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED들로 이루어져 하나의 광 경로를 통해 다수의 광 신호들을 출력할 수 있다. 이러한 경우에는, 테스터의 제1 수광부(Hb)는 해당 파장의 광을 수신하기 위해 동일한 개수의 수광 소자들로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 테스터 제1 수광부(Hb)는 원하는 파장의 광만을 통과시키는 광 필터가 배치될 수 있다. 상술한 특징들은, 테스터 제1 발광부(Ha) 및 테스터의 제1 발광부(Ha)에서 방출한 광을 수광하는 수광요소(5b)에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 포함되는, 광 신호를 이용한 데이터 송수신은 다른 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 상술한 점멸 방식 외에도, n개의 이진 신호군을 2n개의 광 펄스 위치 시간으로 표현하는 펄스 위치 변조 방식(Pulse Position Modulation: PSM), n개의 이진 신호군을 2n개의 광 펄스 위치 시간 간격으로 표현하는 펄스 간격 변조 방식(Pulse Interval Modulation: PIM), PIM의 인식 펄스를 두 가지로 한 DHPIM(Dual Head PIM), 특정된 주파수의 정현파에 위상 변조(PSK), 진폭 변조(ASK) 등 일반적인 디지털 통신 방식으로 변조한 후 아날로그 광원의 세기로 재 변조하는 부반송파 변조 방식(Sub-Carrier Modulation: SCM) 등으로 광 신호를 구현할 수 있다.

도 5는 도 2의 B 영역의 확대도로서 반도체 웨이퍼에 설계된 무선 전원 발생부를 설명하기 위한 평면도이다.

도 5를 참조하면, 반도체 웨이퍼에 형성된 개개의 반도체 칩(302)은 가장자리를 따라 본드패드(312)가 형성되어 있다. 상기 본드 패드는 입출력 신호 단자의 역할, 혹은 전력신호 및 접지(Ground) 신호의 역할을 수행하기도 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 반도체 웨이퍼(300)는 여분의 공간, 예컨대 반도체 칩(302)들이 형성되지 않은 반도체 웨이퍼(300)의 나머지 공간에 설계된 무선전원 발생부(32)를 포함한다. 상기 무선전원 발생부(32)의 동작원리에 대해서는 추후 도6 및 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광 신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼(300)는 무선전원 발생부에 연결된 신호라인(318)이 하나 혹은 복수개의 반도체 칩(302)의 전원단자(316)와 연결된다. 상기 무선전원 발생부에 연결된 신호라인(318)은 주로 스크라이브 라인(304)에 배치된다. 이때, 상기 무선 전원발생부(32)의 크기를 작게 집적화할 수 있으면, 상기 무선전원 발생부(32)는 스크라이브 라인(304) 영역에 배치할 수도 있다. 한편, 도면에서는 무선전원 발생부(32)가 2개의 반도체 칩의 전원단자용 본드패드(316)와 연결되었으나, 연결되는 개수는 당업자의 설계방식으로 따라 여려 형태로 변형이 가능하다.

도 6 및 도 7은 도 5의 무선 전원 발생부의 동작원리를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6은 반도체 웨이퍼에 형성된 무선전원 발생부(32)의 동작원리를 설명하는 블록도이고, 도 7은 테스터의 무선전원 공급부(34)의 동작원리를 설명하기 위한 블록도이다.

무선 전원 발생부 및 공급부는 라디오 주파수(Radio frequency, RF)파 또는 초음파를 이용하는 방사형(radiative) 방식, 자기 유도(magnetic induction)를 이용하는 유도 커플링(inductive coupling) 방식, 또는 자기장 공진을 이용하는 비방사형(non-radiative) 방식을 통해, 반도체 웨이퍼에 필요한 전원을 수신받을 수 있고 또한 송신할 수 있다.

상기 방사형 방식은 모노폴(monopole)이나 PIFA(planar inverted-F antenna) 등의 안테나를 이용하여, 무선으로 전력 에너지를 수신 및 송신할 수 있다. 상기 방사형 방식은, 시간에 따라 변화하는 전계나 자계가 서로 영향을 주면서 방사가 일어나며, 같은 주파수의 안테나가 있을 경우 입사파의 극(polarization) 특성에 맞게 전력을 수신 및 송신할 수 있다. 상기 유도 커플링 방식은 코일을 복수회 권취하여 일측 방향으로 강한 자계를 발생시키고, 유사한 범위의 주파수 내에서 공진하는 코일을 근접시켜 커플링을 발생시킴으로써, 무선으로 전력 에너지를 수신 및 송신할 수 있다. 상기 비방사형 방식은, 근거리 전자장을 통해 같은 주파수로 공진하는 두 매체들 사이에서 전자파를 이동시키는 감쇄파 결합(evanescent wave coupling)을 이용함으로써, 무선으로 전력 에너지를 수신 및 송신할 수 있다.

도 6을 참조하면, 반도체 칩의 여분의 공간에 형성된 무선 전원 발생부(32)는 전원 수신단(32a), 전원 변환부(32b), 전원 저장/제공부(32c), 전원 검출부(32d), 및 전원 제어부(32e)를 포함할 수 있다.

전력 수신단(32a)은 외부 전원 신호를 무선으로 수신하여, 전원 변환부(32b)로 전송한다. 예를 들어, 전원 수신단(32a)이 무선으로 상기 외부 전력을 수신하는 경우에는, 전원 수신단(32a)은 안테나, 코일, 또는 공진기 등을 포함할 수 있고, 상기 외부 전력 신호는 교류 신호일 수 있다. 이 경우에, 상기 외부 전력 신호는 상술한 방사형 방식, 유도 커플링 방식, 또는 비방사형 방식에 의하여 수신될 수 있다. 필요한 경우, 전원 수신단(32a)은 상기 외부 전력 신호를 고주파 교류 전류로 변환하도록 구성될 수 있다.

전원 변환부(32b)는 전원 수신단(32a)으로부터 수신된 전력 신호, 예를 들어 교류 신호를 직류 신호로 변환할 수 있다. 구체적으로, 전원 변환부(32b)는 전압제한회로(미도시) 및 정류회로(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 전압제한회로는 상기 교류 신호가 과도하게 공급되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있다. 상기 정류회로는 상기 교류 신호를 직류 전류로 정류할 수 있다. 전원 수신단(32a)으로부터 직류 신호가 전달되는 경우에는, 전원 변환부(32b)는 생략되거나 또는 상기 직류 신호를 소정의 전압으로 변환시키는 기능을 할 수 있다. 이어서, 전원 변환부(32b)에 의해 변환된 상기 직류 신호는 전원 저장/제공부(32c)로 전달될 수 있다.

전원 저장/제공부(32c)는 커패시터와 같은 전력 저장 소자를 포함할 수 있고, 전원 변환부(32b)로 전송된 상기 직류 신호를 저장할 수 있다. 전원 저장/제공부(32c)는 선택적인 구성 요소로서 생략될 수 있고, 이러한 경우에는 전원 변환부(32b)로부터 직접적으로 다른 소자들에 전력을 제공할 수 있다.

전원 검출부(32d)는 전원 변환부(32d)로부터 전원 저장/제공부(32c)로 공급되는 전력 값, 예를 들어 전압 값 및 전류값을 지속적으로 측정하고, 상기 전압 값 및 상기 전류 값에 관한 정보를 전원 제어부(32e)에 전달한다. 예를 들어, 전원 검출부(32d)는 상기 전압 값 및 상기 전류값을 직접 측정할 수 있는 저항소자를 포함하는 회로일 수 있다.

전원 제어부(32e)는 전원 수신부(32)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 전원 제어부(32e)는 전원 변환부(32b)에 의해 전달된 상기 직류 전류에 의해 동작될 수 있다. 전원 제어부(32e)는 전원 검출부(32d)로부터 전송된 상기 전압 값 및 전류값을 수신하여, 이에 따라 전원 변환부(32b)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전원 제어부(32e)는, 전원 검출부(32d)에서 측정되어 전송된 상기 전압 값 및 상기 전류값을 소정의 기준 전압 값 및 기준 전류 값과 비교함으로써, 전원 변환부(32b)와 전원 저장/제공부(32c)의 과전압 또는 과전류가 발생하지 않도록 전원 변환부의 구동을 제어할 수 있다.

도 7을 참조하면, 테스터에 설치되는 무선전력 공급부(34)는, 전력 변환부(34a), 고주파 전력 구동부(34b), 전력 송신단(34c), 전력 검출부(34d), 및 전력 제어부(34e)를 포함할 수 있다.

전력 변환부(34a)는 외부로부터 전달된 전력 신호, 예를 들어 교류 신호 또는 직류 신호를 수신하거나, 또는, 상기 무선전원 발생부(32)로부터 전달된 직류 전력을 수신할 수 있다. 이에 따라, 전력 변환부(34a)는 수신한 교류 전력을 직류 전류로 변환하거나, 수신한 직류 전력을 원하는 직류 전압 또는 전류로 변환할 수 있다. 이어서, 전력 변환부(34a)는 고주파 전력 구동부(34b) 및 전력 제어부(34e)에 동작 전원을 제공할 수 있다. 상술한 전원 변환부(32b)와 유사하게, 전력 변환부(34a)는 전압제한회로(미도시) 및 정류회로(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 전력 변환부(34a)는 선택적이며 경우에 따라서는 생략될 수 있다.

상기 고주파 전력 구동부(34b)는 수신한 동작 전원에 따라 구동되어, 교류 전력, 예를 들어 고주파 전력을 발생할 수 있다. 예를 들어, 고주파 전력 구동부(34b)는 고속의 스위칭 동작을 통해 상기 고주파 교류 전류를 생성하는 SMPS(switching mode power supply)를 포함할 수 있다. 이어서, 고주파 전력 구동부(34b)에서 생성된 고주파 전력은 전력 송신단(34c)을 통하여 무선으로 외부로 제공될 수 있다.

상기 전력 검출부(34d)는 고주파 전력 구동부(34b)로부터 전력 송신단(34c)으로 공급되는 전력 값, 예를 들어 전압 값 및 전류값을 지속적으로 측정하고, 상기 전압 값 및 상기 전류 값에 관한 정보를 전력 제어부(34e)에 전달한다. 예를 들어, 전력 검출부(34d)는 상기 전압 값 및 상기 전류값을 직접 측정할 수 있는 저항소자를 포함하는 회로일 수 있다.

상기 전력 제어부(34e)는 무선전원 공급부(34)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 전력 제어부(34e)는 전력 변환부(34a)에 의해 전달된 상기 직류 전류에 의해 동작될 수 있다. 상술한 전원 제어부(32e)와 유사하게, 전력 제어부(34e)는 전력 검출부(34d)로부터 전송된 상기 전압 값 및 전류값을 수신하여, 이에 따라 전력 변환부(34a)의 구동을 제어할 수 있다. 또한, 전력 제어부(34e)는 고주파 전력 구동부(34b)를 제어하여, 생성되는 고주파 전력의 펄스의 폭(width), 진폭(amplitude), 주파수(frequency), 및 펄스의 개수(number) 등을 변조할 수 있다. 위와 같은 펄스 폭 변조(PWM, pulse width modulation), 펄스 진폭 변조(PAM, pulse amplitude modulation), 펄스 주파수 변조(PFM, pulse frequency modulation), 펄스 개수 변조(PNM, pulse number modulation) 등을 통해, 전력 제어부는 고주파 교류전류의 전력을 조절할 수 있다.

전력 송신단(34c)은 고주파 전력 구동부(34b)로부터 고주파 교류 전류를 인가받고, 외부 소자 등에 전력을 무선으로 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 전달 방식이 상술한 방사형 방식의 경우에는, 라디오 주파수를 이용하며, 또는 초음파를 이용하는 경우에는, 전력 송신단(34c)은 모노폴(monopole)이나 PIFA(planar inverted-F antenna) 등의 안테나를 포함할 수 있다. 상기 안테나는 고주파 전류에 따라 전자기파를 발생시키고, 상기 발생한 전력을 수신받을 외부 소자 등의 수신 안테나는 상기 전자기파를 수신함으로써, 상기 전자기파로부터 고주파 전력를 발생시킬 수 있다.

상기 무선 전력 전달 방식이 상술한 유도 커플링 방식의 경우에는, 즉, 무선 전원공급부(34)가 자기 유도를 이용하는 경우에는, 전력 송신단(34c)은 코일을 포함할 수 있다. 전자기 유도 원리에 따라, 전력 송신단(34c)에 고주파 전류가 인가되면 상기 코일은 자기장을 발생시키고, 상기 발생한 전력을 수신받을 외부 소자 등의 수신 코일은 상기 자기장으로부터 고주파 전류를 발생시킨다.

상기 무선 전력 전달 방식이 상술한 비방사형 방식의 경우에는, 즉, 무선 전원 공급부(34)가 자기장 공진을 이용하는 경우에는, 전력 송신단(34c)은 감쇄파(evanescent wave)를 발생시키는 공진기(resonator)를 포함할 수 있다. 상기 감쇄파는 근거리에서 강판 필드를 만들어내고 거리가 멀어질수록 지수 함수적으로 세기가 감소한다. 전력 송신단(34c)의 상기 공진기는 상기 발생한 전력을 수신받을 외부 소자 등의 수신 공진기와 같은 주파수로 공진할 수 있고, 이 경우 두 공진기들 사이에 일종의 에너지 터널인 근거리 전자장이 형성될 수 있다. 전력 송신단(34c)에 고주파 전류가 인가되면 상기 공진기는 감쇄파를 발생시키고, 상기 감쇄파는 상기 근거리 전자장을 통해 전력을 무선으로 전달할 수 있다.

도 8은 도의 반도체 웨이퍼의 전기적 검사를 진행하는 플로 차트(flow-chart)이다.

도 8을 참조하면, 먼저 도 2에 도시된 바와 같은 광신호 송수신부 및 무선전원 발생부를 갖는 반도체 웨이퍼를 준비(S100)한다. 이어서, 테스터에서 상기 반도체 웨이퍼의 무선전원 발생부로 무선전원을 공급(S110)한다. 앞서 설명된 바와 같이 테스터에서 상기 반도체 웨이퍼로 무선전원을 공급을 공급하는 방식은, ① 라디오 주파수(Radio frequency, RF)파 또는 초음파를 이용하는 방사형(radiative) 방식, ② 자기 유도(magnetic induction)를 이용하는 유도 커플링(inductive coupling) 방식, 또는 ③ 자기장 공진을 이용하는 비방사형(non-radiative) 방식 등이 이용될 수 있다.

이어서, 상술한 도 3 및 도 4에서 설명된 방식으로 반도체 칩의 입출력 단자용 본드패드에 연결된 광신호 수광부로 입출력 신호, 예컨대 입력신호를 공급한다. 이때, 반도체 칩은 광 신호를 전기신호로 변환하여 전기신호를 반도체 칩으로 공급하게 된다. 따라서 반도체 웨이퍼에 있는 반도체 칩에 전원이 인가되고, 입출력 신호가 인가되어 반도체 칩은 동작상태로 진입(S130)하게 된다. 그러므로 반도체 칩의 고유 기능에 따라 인가된 입력 신호에 적합한 출력신호를 내보낼 수 있는 상태가 된다.

계속해서 테스터에서 반도체 칩의 입출력 단자, 예컨대 출력단자에 연결된 발광부에서 입출력 신호를 검출(S140)한다. 상세하게는 반도체 칩은 출력단자의 전기신호를 상기 출력단자와 연결된 발광부에서 광 신호로 변환하여 신호를 외부로 내보내며, 테스터에서는 이를 광신호의 형태로 검출하게 된다.

그리고 테스터는 검출된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 이를 정상적인 반도체 칩의 출력신호에 해당하는 기댓값과 서로 비교(S150)한다. 마지막으로 테스터는 상기 비교 결과를 기준으로 반도체 칩의 기능에 대한 합격/ 불합격 여부를 판정(S160)하여 반도체 칩의 전기적 기능 검사를 광신호 송수신부 및 무선전원 송수신을 통해 완료한다.

도 9는 자동검사장비를 이용하여 반도체 웨이퍼에 포함된 단위 반도체 칩을 전기적으로 검사하는 것을 설명하기 위한 블록도이다.

도 9를 참조하면, 상기 도 8의 플로 차트에서 설명된 광신호 송수신 및 무선전원 송수신을 통해 반도체 칩에 대한 전기적 검사가 실행되는 과정을 다시 한번 설명한다. 이때, 테스터(100)는 기존의 프로브 카드의 탐침을 통한 접촉식 테스터가 아니라, 광 신호를 전기적 신호로 변환하고 또 반대로 전기적 신호를 광 신호로 변환할 수 있는 기능이 있는 것이 적합하다. 또한 테스터(100)는, 무선 전원을 상술한 도 5내지 도 7과 같이 반도체 칩에 인가할 수 있는 기능이 있는 것이 적합하다.

이와 함께 반도체 웨이퍼(300) 역시 광신호 송수신 기능을 수행하는 구조가 내부에 설계된 것이 적합하며, 동시에 무선으로 전원을 수신하여 각각의 반도체 칩으로 전원을 인가할 수 있는 무선전원 발생부(32)가 설치된 것이 적합하다.

상세히 설명하면, 테스터(100)에서 무선전원 공급부, 예컨대 무선 전원 송신부(34)에서 반도체 웨이퍼(300)에 있는 무선전원 발생부(32)로 무선으로 전원을 송신한다. 이때 반도체 웨이퍼(300)에서는 내부 금속 배선(318)을 통해 유선으로 전원을 각 반도체 칩(302)의 전원단자용 본드패드(316)로 인가한다(도면의 화살표 ①).

이어서 테스터(100)에서 전기적 신호를 광 신호로 변환하여 제1 발광부(Ha)를 통해 반도체 웨이퍼(300)에 있는 제2 수광부(5b)로 광을 조사(도면의 화살표 ②)한다. 이에 따라 반도체 웨이퍼(300)에서는 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 반도체 칩(302)에 있는 본드패드(312)로 입력신호를 전달한다. 이때, 반도체 웨이퍼(300)에 형성된 개별 반도체 칩(302)들은 전원이 인가되고 입력신호가 인가됨에 따라 그 고유 기능에 따라 적절한 출력신호를 출력신호 단자용 본드패드(312)를 통해 내보낸다. 이때 출력신호 단자용 본드패드(312)는 전기적 신호를 광 신호로 변환하여 제2 발광부에서 광신호의 형태로 외부로 출력한다. 계속해서 테스터(100)는 내부에 설치된 제1 수광부(Hb)를 통해 반도체 웨이퍼(300)의 제2 발광부(5a)에서 광 신호를 수신(도면의 화살표 ③)한다.

이어서 테스터(100)는 상기 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 정상적인 기댓값과 서로 비교하여 피검사소자(DUT: Device Under Test)에 대한 기능의 합격/불합격 여부를 판정한다.

도 10은 하나 이상의 반도체 웨이퍼를 적층하여 자동검사장비를 통해 동시에 검사하는 방식을 설명하기 위한 단면도이다.

도 10을 참조하면, 종래 기술에서는 하나의 반도체 웨이퍼에 대해서만 전기적 검사가 가능하였다. 하지만 테스터에서 송신하는 무선 전원이 검사되는 웨이퍼를 투과하여 전원을 공급하면, 도 3에서 설명된 관통홀(도3의 315)을 이용하여 복수개의 반도체 웨이퍼(300A, 300B)를 동시에 검사하는 것이 가능하다.

상기 복수개의 반도체 웨이퍼(300A, 300B)는, 상기 내부에 형성된 반도체 칩들의 입출력 신호 단자와 연결된 적어도 하나 이상의 광신호 수광부 및 발광부를 갖고, 상기 반도체 칩들의 전원단자와 연결된 무선 전원 발생부를 포함하는 것이 적합하다.

이를 상세히 설명하면, 도면과 같이 광신호 송수신부, 무선 전원발생부 및 관통홀을 갖는 반도체 웨이퍼(300A, 300B)를 준비한다. 상기 반도체 웨이퍼(300A, 300B)를 하나 이상 적층한다. 이때 상부 반도체 웨이퍼(300A)는 내부에 관통홀을 포함하는 것이 적합하다.

계속해서 테스터에서 상기 반도체 웨이퍼(300A, 300B)의 무선 전원발생부로 전원을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼(300A, 300B)의 정해진 반도체 칩에 전원을 공급한다. 그리고, 상기 테스터(tester)에서 상기 상부 반도체 웨이퍼(300A)의 광신호 수광부(5b)로 광을 조사(도면의 화살표 ①)하여 상기 상부 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 광 입력 신호를 공급한다. 계속해서 상기 테스터(tester)에서 상기 상부 반도체 웨이퍼(300A)의 관통홀(305)을 통해 상기 하부 반도체 웨이퍼(300B)의 광신호 수광부(5b')로 광을 조사(도면의 화살표 ②)하여 상기 하부 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 광 입력 신호를 공급한다.

그 후, 상기 테스터에서 상기 상부 반도체 웨이퍼(300A)의 광 신호 발광부(5a)에 나타나는 광의 세기를 감지(도면의 화살표 ③)하여 전기신호로 변환하고, 상기 상부 반도체 웨이퍼(300A)의 관통홀(305)을 통해 상기 하부 반도체 웨이퍼(300B)의 광 신호 발광부(5a')에 나타나는 광의 세기를 감지(도면의 화살표 ④)하여 전기신호로 변환한다.

마지막으로 상기 변환된 전기신호를 테스터 내부에 저장된 기대값(expected data)과 비교하여 상기 반도체 칩의 기능에 대한 합격/불합격을 판정한다. 따라서 반도체 웨이퍼(300A)에 형성된 관통홀(305)을 통하여 2개 이상의 반도체 웨이퍼(300A, 300B)를 동시에 검사하는 것이 가능하기 때문에 검사공정의 효율을 획기적으로 높일 수 있다.

따라서 상술한 본 발명에 의하면, 첫째, 프로브 카드를 사용하지 않고 반도체 칩들에 대한 전기적 검사를 수행할 수 있다. 둘째, 관통홀을 이용하여 복수개의 반도체 웨이퍼를 동시에 전기적으로 검사할 수 있다. 셋째, 웨이퍼 표면에 프로브 카드에 사용된 탐침의 물리적인 충격을 가하지 않기 때문에 반도체 칩의 본드 패드에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.

본 발명은, 화합물 및 실리콘을 사용한 반도체 웨이퍼의 제조 공정 및 검사 공정에 적용이 가능하다.

5: 광 신호 송수신부, 32: 무선전원 공급부,
100: 테스터(ATE), 300: 반도체 웨이퍼,
302: 반도체 칩, 304: 스크라이브 라인,
306: 플랫 존, 310: 회로 활성영역,
312: 입출력 단자용 본드패드, 314: 금속 배선,
316: 전원단자용 본드패드, 318: 금속배선.

Claims (10)

1. 반도체 웨이퍼;
   상기 반도체 웨이퍼에 형성되고 스크라이브 라인에 의해 분리된 복수개의 반도체 칩들;
   상기 복수개의 반도체 칩들의 입출력 신호 단자와 연결되고 스크라이브 라인 상에 형성된 광신호 수광부;
   상기 복수개의 반도체 칩들의 입출력 신호 단자와 연결되고 스크라이브 라인 상에 형성된 광 신호 발광부; 및
   상기 반도체 웨이퍼 상에서 여분의 공간에 형성되고 반도체 칩들의 전원 단자와 연결된 무선 전원발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
2. 제1항에 있어서,
   상기 반도체 웨이퍼는,
   실리콘 웨이퍼 혹은 화합물 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
3. 제2항에 있어서,
   상기 화합물 반도체 웨이퍼는,
   3-5족 화합물 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
4. 제1항에 있어서,
   상기 광신호 수광부는,
   상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
5. 제1항에 있어서,
   상기 광 신호 발광부는,
   상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
6. 제1항에 있어서,
   상기 무선 전원 발생부는,
   하나의 반도체 칩의 전원 단자와 연결된 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
7. 제1항에 있어서,
   상기 무선 전원 발생부는,
   복수개의 반도체 칩의 전원 단자와 연결된 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
8. 제1항에 있어서,
   상기 반도체 웨이퍼는,
   상기 스크라이브 라인에 형성된 복수개의 관통홀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼.
9. 광신호 송수신부 및 주파수 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계;
   테스터에서 상기 반도체 웨이퍼의 무선 전원발생부로 전원을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 전원을 공급하는 단계;
   상기 테스터(tester)에서 상기 반도체 웨이퍼의 광신호 수광부로 광을 조사하여 상기 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 입력 신호를 공급하는 단계;
   상기 테스터에서 상기 반도체 웨이퍼의 광 신호 발광부에 나타나는 광의 세기를 측정하여 원하는 전기신호로 변환하는 단계; 및
   상기 변환된 전류값을 테스터 내부에 저장된 기대값(expected data)과 비교하여 상기 반도체 웨이퍼 내의 반도체 칩의 기능에 대한 합격/불합격을 판정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼의 전기적 검사방법.
10. 광신호 송수신부, 무선 전원발생부 및 관통홀을 갖는 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 반도체 웨이퍼를 하나 이상 적층하는 단계;
    테스터에서 상기 반도체 웨이퍼의 무선 전원발생부로 무선 전원을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 전원을 공급하는 단계;
    상기 테스터(tester)에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 광신호 수광부로 광을 조사하여 상기 상부 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 광 입력 신호를 공급하는 단계;
    상기 테스터(tester)에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 관통홀을 통해 상기 하부 반도체 웨이퍼의 광신호 수광부로 광을 조사하여 상기 하부 반도체 웨이퍼의 정해진 반도체 칩에 광 입력 신호를 공급하는 단계;
    상기 테스터에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 광 신호 발광부에 나타나는 광의 세기를 감지하여 전기신호로 변환하는 단계;
    상기 테스터에서 상기 상부 반도체 웨이퍼의 관통홀을 통해 상기 하부 반도체 웨이퍼의 광 신호 발광부에 나타나는 광의 세기를 감지하여 전기신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 전기신호를 테스터 내부에 저장된 기대값(expected data)과 비교하여 상기 반도체 칩의 기능에 대한 합격/불합격을 판정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광신호 송수신부 및 무선 전원발생부를 갖는 반도체 웨이퍼의 전기적 검사방법.

Images