KR20160139259A - 웨이퍼 지지용 척 구조물 - Google Patents

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Abstract

척 구조물의 상부에는 상부에 프로브 카드에 의한 검사 공정이 진행되는 다수의 칩들로 구분되는 웨이퍼가 놓여지며, 이는 내부에 하부 방향으로 냉매가 주입되는 주입구가 형성된 냉매 유로 및 상기 주입구와 마주하는 위치에 내장된 히터를 포함할 수 있다.

Description

웨이퍼 지지용 척 구조물{CHUCK STRUCTURE FOR SUPPORTING A WAFER}
본 발명은 웨이퍼 지지용 척 구조물에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 프로브 카드를 이용하여 그 전기적인 성능을 검사하는 웨이퍼를 지지하는 척 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 칩들은 웨이퍼 상에 막을 형성하는 증착 공정, 상기 막을 전기적 특성들을 갖는 패턴들로 형성하기 위한 식각 공정, 상기 패턴들에 불순물들을 주입 또는 확산시키기 위한 이온 주입 공정 또는 확산 공정, 상기 패턴들이 형성된 기판으로부터 불순물들을 제거하기 위한 세정 및 린스 공정 등을 반복적으로 수행함으로써 형성된다.
상기와 같은 공정들을 수행하여 반도체 칩들이 형성된 후 상기 반도체 칩들의 전기적인 성능을 검사하기 위한 검사 공정이 수행된다. 상기 검사 공정은 상기 반도체 칩들이 형성된 웨이퍼를 척에 놓은 다음, 테스트 장치와 연결된 다수의 탐침들을 갖는 프로브 카드를 상기 척에 놓여진 웨이퍼의 반도체 칩들에 접촉시켜서 진행된다. 이에 대해서는 대한민국 특허등록 제10-1444808호(등록일; 2014.09.19., 반도체 웨이퍼 프로브용 척 플레이트 및 그 제조방법)에 개시되어 있다.
이러한 검사 공정에서는 상기 프로브 카드로부터 상기 반도체 칩들 각각에 전류를 인가하면서 진행되므로, 상기 반도체 칩들에는 최대 약 2000W의 열이 발생될 수 있다. 이에, 상기 검사 공정에서는 상기 웨이퍼가 놓여진 척에 약 ??80℃의 극저온 상태의 냉매를 흘려주어 상기 반도체 칩들로부터 발생되는 열을 제거하고 있다.
하지만, 상기 냉매는 상기 척의 측방에서 주입됨에 다라 상기 척의 측면 부위와 중심 부위의 온도 편차가 약 11.5℃ 정도로 매우 심각하게 발생되므로, 상기 웨이퍼로부터 형성된 반도체 칩들의 전기적인 성능에 오류가 발생될 우려가 있다.
본 발명의 목적은 검사 공정이 진행되는 다수의 칩들로 구분되는 웨이퍼를 상기 검사 공정이 진행되는 과정에서 위치에 따라 균일하게 냉각시킬 수 있는 척 구조물을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 척 구조물의 상부에는 상부에 프로브 카드에 의한 검사 공정이 진행되는 다수의 칩들로 구분되는 웨이퍼가 놓여지며, 이는 내부에 하부 방향으로 냉매가 주입되는 주입구가 형성된 냉매 유로 및 상기 주입구와 마주하는 위치에 내장된 히터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 냉매 유로는 방사형 구조로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 주입구는 상기 중앙에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 냉매 유로는 상기 주입구와 동일한 부위에 상기 냉매가 배출되도록 형성된 배출구를 가질 수 있다.
일 실시예에 다른 상기 척 구조물은 상기 냉매 유로가 형성되도록 내부에 설치되며 그 상단과 하단의 열전달을 위하여 차단된 격벽 구조를 갖는 다수의 배플부들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 냉매 유로는 다단 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 척 구조물은 상기 히터의 주위에 내장된 적어도 하나의 제2 히터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 제2 히터는 상기 히터보다 낮은 출력을 가질 수 있다.
상기에서 언급한 본 발명의 실시예들에 따르면, 상부에 프로브 카드에 의한 검사 공정이 진행되는 다수의 칩들로 구분되는 웨이퍼가 놓여지는 척 구조물에 하부 방향에서 냉매를 주입구를 통해 주입한 상태에서 상기 주입구와 마주하는 위치에 상기 주입구 부분에서의 온도를 상승시키기 위한 히터를 내장시킴으로써, 상기 주입구가 형성된 부위와 다른 부위와의 온도 편차를 매우 낮게 조절할 수 있다.
이에 따라, 상기 척 구조물에 놓여지는 웨이퍼의 위치별 온도 편차를 감소시킴으로써, 상기의 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 상기 웨이퍼의 온도 편차에 따른 상기 칩들의 검사 공정에서 오류가 발생되는 것을 방지하여 상기 칩들의 품질에 대한 신뢰성을 안정적으로 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 척 구조물의 단면을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 척 구조물의 냉매 유로를 따라 냉매가 주입 또는 배출되는 실시예들을 나타낸 도면들이다.
도 4는 도 1에 도시된 척 구조물의 다수의 배플부들을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 배플부가 형성된 부위에서의 단면을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 척 구조물에 놓여지는 웨이퍼로부터 각각 약 500W 및 1000W 발열하였을 때의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 지지용 척 구조물에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 척 구조물의 단면을 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 척 구조물의 냉매 유로를 따라 냉매가 주입 또는 배출되는 실시예들을 나타낸 도면들이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 시예에 따른 척 구조물(100)의 상부에 프로브 카드(미도시)를 이용한 검사 공정이 진행되는 웨이퍼(10)가 놓여진다.
여기서, 상기 검사 공정은 상기 웨이퍼(10)에 형성된 다수의 칩들(미도시)의 전기적인 성능을 검사하기 위한 공정으로, 상기 프로브 카드에 형성된 다수의 탐침(미도시)들을 상기 칩들 각각에 접속시킨 다음 상기 칩들 각각에 전기 신호를 인가하여 진행될 수 있다. 이때, 상기 프로브 카드는 상기 전기 신호를 제공하는 테스터(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 척 구조물(100)은 상기 웨이퍼(10)가 놓여지는 상부면에 상기 웨이퍼(10)가 안정적으로 놓여지도록 상기 웨이퍼(10)를 진공 흡착하기 위하여 형성된 다수의 진공홀(미도시)들을 포함할 수 있다. 이러한 척 구조물(100)은 상기의 검사 공정에서 상기 프로브 카드로부터 상기 칩들 각각으로 인가되는 전류에 의해서 상기 웨이퍼(10)로부터 발생되는 열을 제거하기 위하여 형성된 냉매 유로(200) 및 히터(300)를 포함한다.
상기 냉매 유로(200)에는 주입구(210)로부터 주입되는 약 ??80℃의 극저온 상태의 냉매(20)가 공급되어 상기 웨이퍼(10)로부터 발생된 열을 제거한다. 이때, 상기 냉매 유로(200)는 상기 웨이퍼(10)를 위치에 따라 균일한 온도 분포를 갖도록 상기 열을 균일하게 제거하는 것이 무엇보다 중요하며, 이에 상기 주입구(210)는 상기 척 구조물(100)의 하부 방향에 형성되고, 상기 냉매 유로(200)는 기본적으로 상기 척 구조물(100)의 전체 면적에 대하여 균일하게 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 주입구(210)는 상기 척 구조물(100)의 중앙에서 형성되고, 상기 냉매 유로(200)는 상기 척 구조물(100)의 위치에 따라 균일하게 분포되도록 상기 주입구(210)가 형성된 중앙으로부터 방사형 구조로 형성될 수 있다.
상기 히터(300)는 상기 척 구조물(100)에서 상기 주입구(210)와 마주하는 중앙에서 내장된다. 이에, 상기 냉매 유로(200)에 공급되는 냉매(20)가 상기 주입구(210)에서는 극저온 상태를 유지하다가 상기 방사형 구조의 냉매 유로(200)를 따라 측면 방향으로 흐르면서 그 온도가 상기 웨이퍼(10)로부터의 열에 의해 현저하게 떨어지게 되므로, 상기 히터(300)는 상기 척 구조물(100)의 중앙에서의 온도를 인위적으로 상승시켜 상기 측면 부위에서와의 온도 편차를 기본적으로 감소시킬 수 있다. 이때, 상기 척 구조물(100)은 상기 히터(300)의 주위에 상기 냉매 유로(200)를 따라 흐르는 냉매(20)에 추가적으로 열을 공급하여 보다 안정적인 온도 분포를 갖도록 제2 히터(400)가 적어도 하나 추가 내장될 수 있다. 여기서, 상기 제2 히터(400)는 상기 냉매(20)가 상기 히터(300)에 의해서 일차적으로 온도가 어느 정도 상승된 상태로 공급되므로, 실질적으로 상기 히터(300)보다는 낮은 출력을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기에서와 같은 개념에 따라 상기 제2 히터(400)는 상기 히터(300)로부터 멀어질수록 낮은 출력을 갖도록 내장될 수 있다.
이에 추가적으로, 상기 냉매(20)를 상기 척 구조물(100)의 중앙에 형성된 주입구(210)로부터 방사형 구조인 상기 냉매 유로(200)를 따라 상기 측면 방향으로 흘려주도록 상기 냉매 유로(200)를 형성한 상태에서, 상기 냉매(20)가 다시 상기 척 구조물(100)의 측면에서 상기 중앙으로 되돌아오도록 상기 냉매 유로(200)를 2단 구조로 형성함으로써, 상기 척 구조물(100)에서 상기 냉매(20)가 흐르는 경로를 위치에 따라 균일해지도록 조정하여 상기 척 구조물(100)의 위치에 따른 온도 편차를 더 감소시킬 수 있다. 이럴 경우, 상기 냉각 유로의 배출구(220)는 상기 주입구(210)와 동일한 위치인 상기 척 구조물(100)의 중앙에 형성될 수 있다. 이에, 상기 냉매 유로(200)를 도 2에서와 같이 상기 배출구(220)가 상기 척 구조물(100)의 정중앙에 형성된 상태에서 상기 주입구(210)가 상기 배출구(220)의 주위를 감싸도록 형성할 수도 있고, 도 3에서와 같이 상기 주입구(210)가 상기 척 구조물(100)의 정중앙에 형성된 상태에서 상기 배출구(220)가 상기 주입구(210)의 주위를 감싸도록 형성할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 상기 냉각 유로가 2단 구조로 형성될 경우 상기 척 구조물(100)의 위치에 따른 온도 편차를 감소시킬 수 있다고 설명하였지만, 상기 냉각 유로를 다단 구조로 더 형성할 경우에는 상기의 온도 편차를 더욱더 감소시킬 수 있음도 이해할 수 있다.
한편, 상기 히터(300)는 상기 주입구(210)의 형성 위치에 따라 상기 척 구조물(100)의 중앙에 내장될 수도 있고, 상기 제2 히터(400)는 상기 히터(300)의 주위에서 상기 척 구조물(100)의 측면 방향을 따라 내장될 수 있다.
이와 같이, 상부에 프로브 카드에 의한 검사 공정이 진행되는 다수의 칩들로 구분되는 웨이퍼(10)가 놓여지는 척 구조물(100)에 하부 방향에서 냉매(20)를 상기 주입구(210)를 통해 주입한 상태에서 상기 주입구(210)와 마주하는 위치에 상기 주입구(210) 부분에서의 온도를 상승시키기 위한 상기 히터(300)를 내장시킴으로써, 상기 주입구(210)가 형성된 부위와 다른 부위와의 온도 편차를 매우 낮게 조절할 수 있다.
이에 따라, 상기 척 구조물(100)에 놓여지는 웨이퍼(10)의 위치별 온도 편차를 감소시킴으로써, 상기의 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 상기 웨이퍼(10)의 온도 편차에 따른 상기 칩들의 검사 공정에서 오류가 발생되는 것을 방지하여 상기 칩들의 품질에 대한 신뢰성을 안정적으로 확보할 수 있다.
이하, 상기 척 구조물(100)의 위치에 따란 온도 편차를 더 줄이기 위한 구조에 대해서 도 4 및 도 5를 추가하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 도 1에 도시된 척 구조물의 다수의 배플부들을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 배플부가 형성된 부위에서의 단면을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 척 구조물(100)은 상기 냉매 유로(200)의 내부에 설치된 다수의 배플부(500)들을 더 포함할 수 있다.
상기 배플부(500)들은 상기 냉각 유로가 방사형 구조를 갖도록 설치된다. 이에, 상기 냉매(20)는 상기 배플부(500)들에 의해서 그 흐름이 방사 형태로 가이드 되면서 상기 냉매 유로(200)를 따라 흐르게 된다.
이때, 상기 배플부(500)들은 도 4에서와 같이 다수가 동심원 구조로 형성되어 상기 냉매(20)의 흐름을 그 중간 사이에서도 일부 저지되도록 할 수 있음에 따라, 상기 냉매(20)가 상기 척 구조물(100) 전체에 대하여 더욱 균일하게 분포되도록 할 수 있다.
또한, 상기 배플부(500)들은 상기 냉매 유로(200)에서 그 상단면(230)과 하단면(240)의 열전달을 위하여 차단된 격벽 구조를 가질 수 있다. 이러면, 상기 척 구조물(100)에 놓여진 웨이퍼(10)로부터 발생된 열을 상기 냉매 유로(200)에서 상기 배플부(500)들을 통해 쉽게 하부로 전달되도록 함으로써, 상기 웨이퍼(10)로부터 발생된 열이 상기 척 구조물(100)을 통하여 쉽게 외부로 방열되도록 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 척 구조물(100)의 위치에 따른 온도 편차도 추가적으로 더 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 척 구조물(100)의 내부에 추가적으로 상기 배플부(500)들을 설치할 경우에는 도 1에 도시된 척 구조물(100)에 놓여지는 웨이퍼(10)로부터 각각 약 500W 및 1000W 발열하였을 때의 온도 분포를 나타낸 도 6에서와 같이 상기 척 구조물(100)의 온도 분포가 그 위치에 따라 약 2℃ 이하의 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 약 11℃보다 현저하게 낮은 수준으로 나타남을 확인할 수 있었다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 웨이퍼 20 : 냉매
100 : 척 구조물 200 : 냉매 유로
210 : 주입구 220 : 배출구
300 : 히터 400 : 제2 히터
500 : 배플부

Claims (8)

  1. 상부에 프로브 카드에 의한 검사 공정이 진행되는 다수의 칩들로 구분되는 웨이퍼가 놓여지는 척 구조물에 있어서,
    내부에 하부 방향으로 냉매가 주입되는 주입구가 형성된 냉매 유로 및 상기 주입구와 마주하는 위치에 내장된 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉매 유로는 방사형 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주입구는 상기 중앙에 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 냉매 유로는 상기 주입구와 동일한 부위에 상기 냉매가 배출되도록 형성된 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉매 유로가 형성되도록 내부에 설치되며 그 상단면과 하단면의 열전달을 위하여 차단된 격벽 구조를 갖는 다수의 배플부들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 냉매 유로는 다단 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 히터의 주위에 내장된 적어도 하나의 제2 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 히터는 상기 히터보다 낮은 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지용 척 구조물.
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