KR20170100553A - 반자동 프로버 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼의 신뢰성 테스트를 위한 웨이퍼 프로브 스테이션 시스템. 웨이퍼 프로브 스테이션은 반도체 웨이퍼의 테스트를 위해 상호 교환 가능한 모듈과 인터페이싱할 수 있다. 웨이퍼 프로브 스테이션은 웨이퍼 테스트를 위해 서로 다른 상호 교환 가능한 모듈과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로브 카드 포지셔너 및 공냉식 레일 시스템과 같은 모듈을 프로브 스테이션에 장착하거나 도킹할 수 있다. 웨이퍼 프로브 스테이션은 또한 웨이퍼 로딩을 위해 프로브 스테이션 챔버로부터 적어도 부분적으로 회전하는 회전 가능한 암을 갖는 프론트 로딩 메커니즘을 구비한다.

Description

반자동 프로버{SEMI-AUTOMATIC PROBER}

본 출원은 "반자동 프로버(SEMI-AUTOMATIC PROBER)"라는 제목으로 2014년 12월 24일자로 출원되어 계류중인 미국 잠정출원 제 62/096,693 호의 이익을 주장한다. 상기 잠정 출원은 본 명세서에 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로서 통합된다.

본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼 테스트에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 실리콘 웨이퍼상의 전기 장치를 테스트하기 위한 반자동 시스템에 관한 것이다.

웨이퍼 레벨 신뢰성(WLR) 테스트로서 알려진 반도체 신뢰성 테스트는 일반적으로 350℃ 정도의 높은 주변 온도에서 웨이퍼 프로버에 의해 수행된다. 반도체 웨이퍼의 전기적 테스트를 위해, 프로브상의 프로브 카드 세트는 통상적으로 반도체 웨이퍼(척 상에 장착됨)가 프로브 카드와 전기 접촉하도록 이동되는 동안 그 위치에 유지된다. 웨이퍼는 가열된 척에 진공 장착될 수 있다. 다이(또는 다이스 어레이)가 전기적으로 테스트된 후, 프로버는 다음 테스트가 시작될 때까지 웨이퍼를 다음 다이(또는 어레이)로 이동시킨다. 웨이퍼 프로버 역시 대개 캐리어(또는 카세트)로부터 웨이퍼를 로드 및 언로드한다. 웨이퍼 프로버는 또한 웨이퍼상의 접촉 패드를 프로브의 팁과 정렬할 수 있는 자동 패턴 인식 광학기를 가질 수 있다.

양호한 웨이퍼 접촉을 가능하게 하기 위해서는 웨이퍼 척의 위치 정밀도 및 반복성이 중요하다. 웨이퍼의 접촉 패드 크기도 점점 작아지므로 위치 정확도가 매우 중요하다. 따라서, 위치 정확성을 결정할 수 있을 뿐만 아니라 범용성 및 편리 성을 제공할 수 있는 웨이퍼 프로브 스테이션이 바람직하다.

한 실시예에 따르면, 웨이퍼 프로브 스테이션이 제공된다. 웨이퍼 프로브 스테이션은 복수의 다른 상호 교환 가능한 모듈들로부터 선택된 모듈을 수용할 수 있는 인터페이스를 포함한다. 각 모듈은 적어도 하나의 프로브 카드와 웨이퍼를 인터페이싱하도록 구성되며 모듈은 다른 모듈로 교체될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 챔버를 갖는 프론트 로딩 웨이퍼 프로브 스테이션이 제공된다. 프로브 스테이션은 피버팅 암 및 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트를 포함한다. 각각의 웨이퍼 지지 세그먼트는 피벗 암에 회전 가능하게 장착되고, 웨이퍼 지지 세그먼트는 챔버 내부 위치와 챔버의 적어도 부분적으로 외부 위치 사이에서 이동 가능하다.

또 다른 실시예에 따라, 웨이퍼를 웨이퍼 프로브 스테이션에 로딩하는 방법이 제공된다. 웨이퍼 프로브 스테이션이 제공된다. 웨이퍼 프로브 스테이션은 챔버 내에 수용된 웨이퍼 로딩 메커니즘을 갖는다. 웨이퍼 로딩 메카니즘은 피버팅 암 및 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트를 포함한다. 각각의 웨이퍼 지지 세그먼트는 피벗 암에 회전 가능하게 장착되고, 웨이퍼 지지 세그먼트는 챔버 내부의 위치와 챔버의 적어도 부분적으로 외부의 위치 사이에서 이동 가능하다. 척은 테스트 위치에서 로딩 위치로 이동한다. 테스트 위치와 로딩 위치는 챔버 내에 있다. 상기 피벗 아암은 적어도 부분적으로 상기 챔버 외부에서 상기 웨이퍼 지지 세그먼트를 이동시키도록 회전된다. 이어서, 웨이퍼는 웨이퍼 지지 세그먼트 상에 로딩된다. 피벗 아암은 웨이퍼 지지 세그먼트 및 웨이퍼를 챔버로 다시 이동시키도록 회전되고, 웨이퍼는 웨이퍼 지지 세그먼트로부터 척 상에 로딩된다.

본 발명은 추가의 목적 및 장점과 함께 첨부된 도면과 관련된 다음의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다:

도 1A는 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 사시도.
도 1B는 현미경 조립체를 갖는 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 사시도.
도 1C는 현미경 조립체 및 광 밀폐 인클로저를 갖는 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 사시도.
도 2A는 장착 플레이트에 도킹된 프로브 포지셔너 모듈을 갖는 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 사시도.
도 2B는 도 2A에 도시된 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 분해 사시도. .
도 2C는 도 2A 및 2B에 도시된 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 평면도.
도 2D는 현미경 조립체와 함께 도 2A-2에 도시된 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 측면도.
도 2E는 한 실시예에 따른 프로브 포지셔너의 측면도.
도 2F는 한 실시예에 따른 프로브 헤드의 정면도.
도 2G는 도 2E에 도시된 프로브 포지셔너의 평면도.
도 2H는 한 실시예에 따른 8X 프로브 포지셔너의 평면도.
도 2I는 긴 암을 갖는 다른 실시예에 따른 8X 프로브 포지셔너의 평면도.
도 3A는 프로브 카드의 한 실시예의 사시도.
도 3B는 프로브 팁을 인쇄 회로 기판의 다른 단부상의 전기 접촉부에 전기적으로 상호 연결하는 금속 트레이스를 도시하는 도 3A에 도시된 프로브 카드의 실시예의 사시도.
도 3C는 도 3A 및 도 3B에 도시된 프로브 카드의 측면도.
도 4A는 장착 플레이트에 도킹된 공냉식 레일 시스템 모듈을 갖는 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 한 실시예의 사시도.
도 4B는 도 4A에 도시된 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 분해 사시도.
도 4C는 도 4A 및 4B에 도시된 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 평면도.
도 4D는 현미경 조립체와 함께 도 4A-4C에 도시된 반자동 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예의 측면도.
도 5A는 수직 프로브 카드를 지지하는 지지 레일의 사시도.
도 5B는 도 5A에 도시된 지지 레일의 단면도. .
도 5C는 3 개의 프로브 헤드를 지지하는 레일의 또 다른 사시도.
6A-6D는 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예에서 웨이퍼 로딩 메카니즘의 움직임을 도시한다.
도 6E는 웨이퍼 로딩 메카니즘의 실시예의 사시도.
도 7은 웨이퍼 프로브 스테이션에서 약 300℃까지의 온도에서 웨이퍼 상에 정확한 랜딩을 달성하기 위한 방법(700)의 흐름도.
도 8은 한 실시예에 따라 사용된 NIST 트레이서블 기준 글라스의 예시.
도 9는 실시예에 따라, 측정된 값 1, 2 및 3에 기초하여 웨이퍼 영역 내의 주어진 포인트에 대한 오프셋을 계산하는 방법의 흐름도.

본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼의 신뢰성 테스트를 위한 시스템에 관한 것이다. 본 명세서의 실시예는 반도체 웨이퍼를 테스트하기 위한 반자동 프로브 스테이션 또는 프로버를 기술한다.

본 명세서에서 설명된 반자동 프로브 스테이션의 실시예는 수십에서 수백 개의 피검 디바이스(DUT)를 동시에 테스트할 수 있다. 프로브 스테이션은 방진 테이블, 방수 인클로저, 고성능 광학 장치가 있는 디지털 카메라, 진공 핫 척, 다중 핀 미니 프로브 카드를 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 프로브 스테이션과 함께, 복수의 프로브 카드가 웨이퍼의 표면에 걸쳐 위치될 수 있다.

본 명세서에서 더 상세하게 설명된 바와 같이, 웨이퍼 프로브 스테이션의 실시예는 웨이퍼 테스트를 위해 다른 모듈과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로브 카드 포지셔너 및 공냉식 레일 시스템과 같은 모듈은 서로 바꿔 사용할 수 있다.

도 1A에 도시된 바와 같이, 한 실시예에 따르면, 프로브 스테이션(1000)에는 사용자에게 테스트 웨이퍼와의 인터페이싱의 여러 방법을 제공하기 위해 교환 가능한 모듈이 도킹 또는 장착될 수 있는 장착 플레이트(1010)가 제공될 수 있다. 테스트 웨이퍼는 프로브 스테이션 챔버 내로 로딩될 수 있고 테스트를 위해 가열될 수 있는 척(1015) 상에 배치될 수 있다. 도 1B는 프로브 스테이션(1000)과 함께 사용될 수 있는 현미경 조립체(1018)를 갖는 프로브 스테이션(1000)을 도시한다. 현미경 조립체(1018)는 지지 레일(1016) 상에 장착된다. 한 실시예에서, 지지 레일(1016)은 또한 프레임(1016)과 함께 광 밀폐 인클로저(1017)를 형성하기 위해 복수의 후퇴 가능한 패널을 포함할 수 있는 인클로저(1017)를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 교환 가능한 모듈은 프로브 스테이션 개별 프로브 포지셔너(1020)(단일핀 프로브 포지셔너, 수직 프로브 카드 포지셔너, 또는 다른 유형의 프로브 포지셔너)의 장착 플레이트(1010) 상에 장착될 수 있다. 장착 플레이트(1010) 상에 장착될 수 있는 다른 유형의 모듈은 레일 시스템(1030), 전통적인 4.5 인치 카드, 6.5 인치 카드, 다양한 직경의 원형 카드 및 고주파, 고전압, 정화된 가스 또는 기타 맞춤 솔루션을 포함하나 이에 제한되지 않는다.

도 2A-2D에 도시된 실시예에 따르면, 프로브 포지셔너 모듈(1020)은 프로브 스테이션(1000)의 장착 플레이트(1010)에 도킹되거나 장착된 플래튼(1022)에 장착된다. 상기 프로브 스테이션(1000)의 플래튼(1022)과 장착 플레이트(1010)는 필요에 따라 사용자가 신속하게 모듈을 교체할 수 있는 공통 크기 및 장착 홀 패턴을 가진다. 교체 가능한 모듈에는 핸들이 제공되어 모듈을 들어올리고 배치하는 것을 용이하게 한다. 사용되지 않는 모듈은 프로브 스테이션(1000)으로부터 제거되어 필요에 따라 저장될 수 있다. 도시된 실시예에서, 프로브 포지셔너(1020) 모듈은 장착 플레이트(1010) 및 플래튼(1022)의 공통 장착 홀 내의 캡 나사 및 정렬 핀을 사용하여 제 위치에 볼트 체결된다. 다른 실시예에 따르면, 캠 액션 래치가 모듈의 간단한 스와핑을 위해 제공된다. 모듈이 장착 플레이트(1010) 상에 장착될 때 각 모듈의 평탄화 및 교정을 허용하기 위해 3 개의 조정 포인트가 프로브 스테이션(1000)에 포함될 수 있다.

한 실시예에서, 도 2A-2d에 도시된 바와 같이, 프로브 스테이션(1000)에 장착된 모듈은 프로브 스페이션(1000)의 장착 플레이트(1010)에 장착된 2 개의 단일 XYZT(3 축 직선 이동 및 표준 직교 좌표에서 고려할 때 Z 축에 대한 회전 운동)을 포함한다. 포지셔너(1020)는 프로브 스테이션(1000)에 장착하기 위한 자기 또는 진공 유지베이스 스테이지 베이스(1024)를 가질 수 있다. XYZT 포지셔너(1020)는 수직 프로브 카드뿐만 아니라 표준 프로브 카드를 포함하는 프로브 카드를 웨이퍼에 접촉하기 위해 프로브 스테이션(1000) 상에 정확히 위치시키도록 설계된다. 전술 한 바와 같이, XYZT 포지셔너(1020) 및 플래튼(1022)은 볼트, 클립, 래치 등을 포함하는 임의의 적합한 패스너를 사용하여 장착 플레이트(1010) 상에 장착될 수 있다. 도 2E는 XYZT 포지셔너(1020)의 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, XYZT 포지셔너는 프로브 스테이션(1000)에 장착하기 위한 스테이지 베이스(1024)를 갖는다. 프로브 카드(10)는 통상적으로 도 2F에 도시된 바와 같이 프로브 헤드(25)에 장착된다.

한 실시예에 따르면, XYZT 포지셔너(1020)는 프로브 스테이션(1000)의 장착 플레이트(1010) 상에 및 도시된 바와 같은 다양한 구성으로 임의의 방향으로 장착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 도 2E-2I에 도시된 바와 같이, XYZT 프로브 포지셔너(1020)는 수직 프로브 카드(10)가 장착된 어댑터 암(1028)을 갖는다. 도 2H 및 2I에서, 어댑터 암(1028)은 다른 실시예에서 다른 길이를 가질 수 있다. 수직 프로브 카드(10)는 어댑터 암(1028)의 단부에서 다양한 방향으로 장착될 수 있어 필요에 따라 웨이퍼 패드 배향을 일치시킬 수 있다. 플렉스 케이블은 프로브 헤드(25)를 연결하고 주어진 테스트 장비 조합 및 헤드 수에 대한 특정 레이아웃으로 커스터머 인터페이스 패널에서 종결된다. 플렉스는 프로브 카드(10)를 외부 테스트 장치에 연결한다.

프로브 헤드(25)의 수 및 위치는 테스트될 웨이퍼 다이의 공간 및 배향에 의해 크게 결정된다. 포지셔너(1020)의 예가 도 2H 및 2I에 도시된다. 도 2H 및 2I에 도시된 실시예 각각은 8 개의 프로브 헤드(25)를 갖는다. 도 2I에 도시된 포지셔너(1020)의 실시예는 도 2H의 실시예보다 긴 어댑터 아암(1028)을 갖는다. 포지셔너는 포지셔너의 크기 및 프로브 헤드의 크기를 포함하여 다른 요인에 따라 더 많거나 적은 수의 프로브 헤드를 가질 수 있음을 이해할 수 있다.

한 실시예에서, XYZT 포지셔너(1020)는 프로브 스테이션에서 장치를 테스트하는데 사용하기 위해 캘리포니아 마운틴 뷰의 QualiTau, Inc.로부터 입수 가능한 수직 프로브 카드와 같은 수직 프로브 카드(10)를 정렬 및 등록하기 위해 한 단부에 장착된 프로브 헤드(25)가 있는 모듈 어댑터 암을 가진다. 도 3A-3C를 참조하여 수직 프로브 카드(10)의 실시예가 아래에 설명된다. 주요 문제는 일반적인 수평 프로브 카드 및 프로브 헤드 시스템의 가열로 인해 발생한다. 수평 프로브 카드는 웨이퍼를 고정하는 핫 척에 가장 가까운 구성 요소이며 온도에 따른 누설 전류로 인해 성능이 크게 저하될 수 있다. 수평 프로브 카드의 넓은 노출 영역은 프로브 성능 저하를 악화시킨다. 장치 테스트는 최대 300°C의 온도에서 수행할 수 있기 때문에 수직 프로브 카드는 고온에서 반도체 장치를 테스트하는 데 유용하며 수직 프로브 카드는 전기 신호를 핫 척에서 위로 멀리 유지한다.

도 3A는 수직 프로브 카드(10)의 실시예의 사시도이고, 냉기의 유동을 용이하게 하기 위한 복수의 슬롯(14)을 갖는 인쇄 회로 기판(12)을 포함한다. 인쇄 회로 기판(12)의 한 단부에는 세라믹 지지체(18) 내에 복수의 금속 프로브 팁(16)을 포함하는 팁 조립체가 있고, 인쇄 회로 기판(12)의 대향 단부에는 테스트 시스템에서 프로브 카드를 물리적으로 지지하는데 사용되고 프로브 팁(16)을 플렉시블(플렉스) 케이블에 연결하는 전기 커넥터 및 패스너(20)가 있다.

도 3B는 인쇄 회로 기판(12)과, 프로브 팁(16)을 기판(12)의 대향 단부상의 전기 접촉부(24)에 전기적으로 연결하는 금속 트레이스(22)를 도시한다. 금속 트레이스 또는 개별 와이어(22)의 전기 전도성 패턴은 개별 프로브 팁을 접촉부중 하나에 연결한다. 도시된 바와 같이, 내부에 지지된 프로브 팁(16)을 갖는 세라믹 지지체(18)는 스크류 체결구(26)에 의해 기판(12)에 부착된다.

도 3C는 테스트중인 웨이퍼에 대해 대체로 수직 또는 수직 위치에 프로브 카드(10)를 유지하기 위해 지지 장치 내의 리셉터클과 결합하는 전기 커넥터 및 패스너(20)를 도시하는 프로브 카드의 측면도이다. 팁(16)의 단부 만이 테스트중인 장치와 맞물림으로써 프로브 팁을 통한 열 전도성 흐름을 제한한다. 프로브 카드(10)의 수직 정렬은 가열된 장치 척에 의해 방출되는 열에 대한 카드의 노출을 제한한다. 또한, 가열된 척으로부터 프로브 카드 및 지지 장치로의 공기의 대류 흐름은 후술하는 바와 같이 지지 조립체에 의해 제공된 냉기의 흐름에 의해 차단된다. 프로브 카드(10)는 통상 도 2F에 도시된 바와 같이 프로브 헤드(25) 상에 장착된다.

반도체 장치의 신뢰성 테스트는 사용된 장치 또는 테스트 방법론의 각각의 유형에 따라 매우 다른 특정 장비를 요구할 수 있다. 상술한 바와 같이, 프로브 스테이션(1000)은 사용자가 프로브 스테이션(1000)을 사용하여 프로브 핀, 카드 또는 다른 접촉 방법의 다중 스타일 및 구성으로 연결하도록 함으로써 각 유형의 장치 및/또는 테스트 방법론의 특정 요구를 해결한다. 본 명세서에 설명된 실시예에 따르면, 프로브 스테이션(1000)은 다른 상호 교환 가능한 모듈과 연결하기 위한 시스템을 제공한다.

프로브 스테이션(1000)의 모듈 측면은 사용자가 원하는 웨이퍼 검사 유형에 따라 하나의 모듈을 다른 모듈로 쉽게 제거하고 교체할 수 있게 한다. 맞춤형 PCB 및 커넥터 조립체는 전기 테스트를 위해 구현되는 장비의 유형에 따라 상호 교환 가능하도록 설계되었다. 상기 조립체는 Triax 케이블, 개별 배선, 동축 및 기타 특정 케이블 및 커넥터 표준을 위한 입력으로 설계된다.

신뢰도 분석을 위해 실리콘 웨이퍼의 단계 및 반복 테스트의 유연성을 추가하기 위해, 도 2에 도시된 제거 가능한 프로브 포지셔너(1020)는 다른 모듈 조립체로 교체할 수 있다. 예를 들어, 도 4A 내지도 4D는 프로브 스테이션(1000)의 장착 플레이트(1010) 상에 장착된 Qualitau, Inc.로부터 입수할 수 있는 것과 같은, 공냉식 레일(1030)의 제거 가능한 어레이의 실시예를 도시한다.

도 4A-4D에 도시된 바와 같이, 공냉식 레일 조립체(1030)는 상호 교환 가능한 모듈로서 반자동 프로브 스테이션(1000)의 장착 플레이트(1010) 상에 장착될 수 있다. 레일 조립체(1030)는 시간 경과에 따른 테스팅에서 수율을 증가시키고 주어진 테스트 조건 세트에 대해 적절한 샘플 크기를 보장하는 데 중요한 다중 다이의 테스트를 허용한다.

프로브 스테이션(1000)의 공냉식 레일 조립체(1030) 및 장착 플레이트(1010)는 사용자가 필요에 따라 신속하게 모듈을 교체할 수 있도록 공통 크기 및 장착 홀 패턴을 갖는다. 리프팅 및 위치 설정을 용이하게 하기 위해 레일 조립체(1030)에는 핸들이 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 레일 조립체(1030) 모듈은 마운팅 플레이트(1010)와 레일 조립체(1030)의 공통 장착 홀 내의 캡 나사 및 정렬 핀을 사용하여 제자리에 볼트 체결된다. 다른 실시예에 따르면, 모듈의 간단한 교환을 허용하도록 캠 액션 래치가 제공된다.

레일 조립체(1030)는 수직 프로브 카드(10)를 지지하기 위한 복수의 공냉식지지 레일(30)의 어레이를 포함한다. 도 5A는 테스트받는 장치(웨이퍼) 및 가열된지지 척 위에 일반적으로 32로 도시된 프로브 헤드 및 수직 프로브 카드(10)를 지지하는 지지 레일(30)의 사시도이다. 한 실시예에서, 프로브 헤드(32)는 제어 노브(34, 36, 38)에 의해 3 개의 이동 축을 따라 수동으로 조정될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스는 프로브 헤드(32)를 반자동으로 조정할 수 있다. 플렉스 케이블(40)은 레일(30)의 상부에 지지되고 프로브 카드(10)를 외부 테스트 장치에 상호 연결시킨다. 플렉스 케이블(40)은 과열되면 성능이 저하될 수 있음을 알아야 한다.

도 5B는 프로브 헤드(32), 프로브 카드(10) 및 플렉스 케이블(40)을 냉각시키는데 사용되는 공기 흐름을 위한 내부 채널(42, 44)을 포함하는 레일(30)의 단면도이다. 내부 채널로부터의 공기는 테스트중인 장치를 보유하는 가열된 척으로부터 대류 열풍 흐름을 차단하기 위해 프로브 헤드(32) 및 프로브 카드(10)를 통해 지향되는 공기와 함께 레일(30)의 개구를 통해 방출된다. 따라서, 플렉스 케이블(40) 및 테스트 프로브(10)의 인쇄 회로 기판의 과열이 방지될 수 있다. 상기 실시예에서, 채널(30)은 도면 부호 50으로 일반적으로 도시된 바와 같이 프로브 헤드(32)의 결합 도브테일 플랜지와 결합하는 도브테일 플랜지를 갖는 부재(48)를 포함한다.

도 5C는 세 개의 프로브 헤드(32)를 지지하는 레일(30)의 다른 사시도이다. 상기 실시예에서, 하나의 프로브 카드(10)만이 프로브 헤드 상에 도시되어 있으며, 프로브 헤드(32) 및 프로브 카드(10)의 개구(14)를 통해 프레임(30) 내의 개구(54)로부터의 냉기의 유동을 용이하게 하기 위한 개구 또는 슬롯을 더 도시된다. 상기 실시예에서, 각 프로브 헤드(32)는 레일(30)의 도브 테일 플랜지(50) 내에 프로브 헤드를 로킹하기 위해 사용될 수 있는 일반적으로 참조번호 56으로 도시된 레버 메커니즘을 가진다.

일부 프로브 스테이션 시스템은 카세트를 사용하여 측면으로부터 웨이퍼를 로드한다. 전면에서 웨이퍼를 로드하는 대부분의 종래의 프로브 스테이션 시스템은 전체 척 조립체가 프로브 스테이션으로부터 제거될 것을 요구한다. 척 조립체를 제거하는 것은 (i) 척기구의 감소된 기계적 안정성; (ii) 스테이지 시스템의 복잡성 증가, 및 (iii) 척이 특정 상승된 온도에서 침지되는 경우 현저한 온도 변화를 포함하는 일부 단점을 가진다.

프로브 스테이션(1000)의 한 실시예는 웨이퍼 (1200)를 수용하고, 척 표면에 웨이퍼 (1200)를 운반한 다음, 프로브 스테이션 (1000) 내에 여전히 둘러싸인 상태로 후퇴하도록 2 개의 웨이퍼 유지 세그먼트 (1150)를 "개방"시키기 위해 프로브 스테이션 (1000)의 전면으로부터 회전할 수 있는 2 피스-피봇 아암(1100)을 사용함으로써 상기 문제점에 대한 간단하고 우아한 해결책을 제공한다. 단일 웨이퍼(1200)에 대한 이러한 프론트 로딩 특징은 척(1015)이 프로브 스테이션 챔버(1060) 내에 유지됨에 따라 사용자가 척(1015)에 대한 온도 이동을 야기하지 않고 전방으로부터 웨이퍼(1200)를 쉽게 로드하도록 한다.

도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 프로브 스테이션(1000)에는 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 위해 그 전면의 개구를 커버하고 노출시키는 드롭 다운 전면 웨이퍼 로딩 도어(1050)가 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 도어는 슬라이딩 도어 또는 사이드 스윙 도어와 같은 다른 구성을 가질 수 있다. 쉬운 단일 웨이퍼 로딩을 용이하게 하기 위해, 프로브 스테이션(1000)은 바깥쪽으로 회전되어 웨이퍼(1200)를 꺼내어 핫-척(1015)에 전달할 수 있는 내부 수용 암을 갖는다.

웨이퍼의 전면 로딩 메커니즘은 도 6A-6E를 참조로 설명된다. 도 6E는 프로브 스테이션(1000)의 전면의 개구로부터 본 바와 같이 프로브 스테이션(1000)의 내부 챔버(1060)를 도시한다. 드롭 다운 도어(1050)의 개방은 200 또는 300mm 웨이퍼와 같은 웨이퍼(1200)을 위한 전면 로딩 메커니즘으로의 접근을 제공한다. 도 6E를 참조하면, 피봇 아암(1100) 및 웨이퍼(1200)를 지지하는 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트(1150)를 포함하는 로딩 메커니즘을 도시하기 위한 저면 측에서 본 도면이 도시되어있다. 도 6E에 도시된 실시예에서, 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트(1150)는 피봇 아암(1100)의 한 단부에 대해 회전한다. 피봇 아암(1100)의 다른 단부는 프로브 스테이션(1000)의 플랫폼에 부착된 피벗 지점을 중심으로 회전한다.

또한, 도 6A-6D는 한 실시예에 따른 웨이퍼 로딩 공정을 도시한다. 도 6A에 도시된 바와 같이, 척(1015) 및 로딩 메커니즘(피봇 아암(1100) 및 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트(1150))은 테스트 위치인 수용 위치에 있다. 수용 또는 테스트 위치는 사용되지 않을 때 및 웨이퍼(1200)가 척(1015)에 의해 지지되고 테스트될 때 척(1015) 및 로딩 메커니즘이 저장되는 위치이다. 도 6A에 도시된 바와 같이, 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트(1150)는 서로 이격되어 척(1015)을 벗어나 회전된다.

웨이퍼(1200)가 로딩될 때, 사용자는 프로브 스테이션(1000) 시스템에 지시(prompt)한다. 소프트웨어를 통해 지시될 때, 척(1015)은 X, Y 및 Z 축을 따라 테스트 위치에서 로딩 위치로 이동한다. 도 6B에 도시된 바와 같이, 척(1015)은 웨이퍼 지지 세그먼트(1150) 및 도어(1050)를 향해 로딩 위치로 이동한다. 한 실시예에 따르면, 척(1015)은 또한 웨이퍼 지지 세그먼트(1150) 및 도어(1050)를 향해 이동함에 따라 하향으로 이동한다.

그 후, 도어(1050)는 개방되고 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트(1150)는 서로를 향해 회전하고, 피벗 아암(1100)은 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트(1150)를 도어 개구로부터 전방으로 회전시켜 웨이퍼(1200)가 웨이퍼 지지 세그먼트(1150) 위로 로딩될 수 있도록 한다. 도 6C에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(1200)는 이 위치에서 웨이퍼 지지 세그먼트(1150) 상에 배치될 수 있다. 척(1015)은 단순화를 위해 도 6C에 도시되지 않았고 척(1015)는 도 6B에 도시된 바와 같이 이동된 챔버(1060) 내의 로딩 위치에 실제로 존재한다는 것을 알 수 있다.

도 6D에 도시된 바와 같이, 피봇 암(1100)은 2 개의 웨이퍼 지지 세그먼트(1150) 및 지지된 웨이퍼(1200)를 챔버(1060)로 다시 회전시키며, 여기서 웨이퍼(1200)는 로딩 위치에서 척(1015) 상에 위치될 수 있다. 웨이퍼 지지체(1150)는 프로브 스테이션 챔버(1060) 내에서 독립적으로(수용 위치로 되돌아 와서) 회전한다. 웨이퍼(1200)를 지지하는 동안 척(1015)은 웨이퍼(1200)가 상술한 바와 같은 교체가능한 모듈(예 : 프로브 포지셔너, 레일 시스템 등)를 사용하여 테스트을 사용하여 테스트될 수 있다.

반자동 프로버(semi-auto prober)상의 종래의 프로브 카드 셋업으로, 사용자는 일반적으로 단일 사이트 또는 조정이 제한된 고정된 수의 사이트로 제한된다. 반자동 프로브 스테이션(1000)의 한 실시예는 프로브 헤드 어레이 내의 단일 사이트를 용이하게 조정할 수 있도록 약 300℃의 높은 온도에서 개별적으로 조정된 16 개의 프로브 헤드를 처리할 수 있다. 이를 통해 사용자는 패턴, 간격 및 테스트에 사용되는 헤드 수를 사용자 정의할 수 있다. 또한 배열 내의 장치가 작동하지 않는 경우 단일 헤드(또는 그 이상)의 위치를 재지정할 수 있다. 조정 가능한 레일과 헤드 어레이의 결합은 자동화된 XYZT 스테이지의 기능과 함께 유연성을 최대화하는 솔루션을 제공한다.

웨이퍼 프로빙 시스템으로 랜딩을 정확하게 진행 및 반복하기 위해, 사용자는 랜딩 패드의 크기 및 테스트를 위한 반복 다이 사이의 피치에 관한 정확한 정보를 가질 필요가 있다. 이 정보가 알려지지 않았거나 실리콘 웨이퍼 자체의 열팽창으로 인해 이러한 값이 변할 때 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 300mm 실리콘 웨이퍼는 300°C로 상승할 때 크기가 크게 확장될 수 있으며 다이 피치는 실온에서보다 25μm 더 크게될 수 있다. 이러한 차이를 보정하기 위해, 프로브 스테이션(1000)의 실시예는 이미지 처리 및 패턴 인식 루틴을 이용하여 각 설정 온도에 대한 다이의 간격을 검출 및 측정하여 이러한 팽창을 상쇄하고 임의의 온도에서 정확한 랜딩을 보장한다.

도 7은 웨이퍼 프로브 스테이션에서 약 300℃까지의 온도에서 웨이퍼 상에 정확한 랜딩을 달성하기 위한 방법(700)의 흐름도이다. 상기 방법(700)에 따르면, 실온 값으로부터의 온도 오프셋을 정확하게 보상하기 위해 소프트웨어에 의해 데이터베이스가 생성, 저장 및 참조된다. 패드 크기 및 기타 기능은 CCD 및 패턴 인식에서 이미지 처리를 사용하여 자동으로 측정할 수 있다. 단계(710)에서, 데이터베이스는 각 미리 결정된 온도에서 다이의 간격을 검출 및 측정하고 미리 결정된 온도마다 측정된 간격을 저장함으로써 생성된다. 단계(720)에서, 웨이퍼상의 다이의 간격이 검출되고 측정된다. 단계(730)에서, 웨이퍼의 온도가 측정된다. 단계(740)에서, 데이터베이스가 참조되어 온도 변화로 인한 오프셋의 양을 결정한다.

전반적으로, 양호한 웨이퍼 접촉을 가능하게 하기 위해서는 웨이퍼 척 이동의 위치 정확성 및 반복성이 중요하다. 좋은 웨이퍼 접촉은 반복 가능하고 적절한 스크럽 마크의 요소이다. "스크럽 마크"는 하향력이 프로브 니들에서 가해질 때 웨이퍼 표면의 노출된 금속 패드에 형성된 트렌치(trench)와 힐록(hillock)이다. 이러한 스크럽 마크는 핀을 오염시킬 수 있고 실제 값에서 전기 측정을 왜곡할 수 있는 패시베이션 재료의 주변 레이어와 핀이 접촉하지 않고 대상에 있어야 한다. 패드 크기가 30μm x 30μm로 작아지고 패드 대 패드 피치와 마찬가지로 프로브 핀의 사이트 당 수량이 증가함에 따라 상기 랜딩을 확실히 보장할만큼 정확한 프로버 시스템을 가지는 것이 중요하다. 프로브 스테이션(1000)의 한 실시예는 멀티포인트 XY 위치 보정 및 보정의 커스텀 방법을 사용한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 측정 값 1, 2 및 3에 기초하여 웨이퍼 영역 내의 주어진 포인트에 대한 오프셋을 계산하는 방법(900)이 설명된다. 상기 방법은 도 8에 도시된 바와 같이 국립 표준 연구소(NIST)의 추적 가능한 기준 글라스를 채용하며, 특수 소프트웨어 루틴에서 인식할 수 있는 라인의 그리드를 사용하고 이미지 처리 및 패턴 인식 소프트웨어 라이브러리를 사용한다. 상기 방법(900)을 이용하여, 오프셋에 관하여 웨이퍼상의 수천 개의 데이터 포인트에 대해 정보가 수집될 수 있다. 오프셋은 시스템이 웨이퍼를 생각하는 위치와 웨이퍼가 실제로 이동한 위치의 차이이다. 상기 값은 컨트롤러 소프트웨어가 참조할 파일에 저장되어 이러한 측정되고 알려진 부정확성을 수정한다. 방법(900)에 따르면, NIST 추적 가능한 기준 글라스 마스크 그리드가 단계(910)에서 제공된다. 단계(920)에서, 웨이퍼상의 데이터 지점에 대한 정보가 수집되어 온도 변화 또는 척 운동으로 인한 오프셋을 결정한다. 오프셋은 접촉 패드가 있어야 하는 위치와 온도 변화 또는 척 운동으로 인해 실제로 이동한 위치 간의 차이이다. 단계 930에서, 글라스 마스크 그리드상의 X 및 Y 좌표는 단계 920에서 결정된 오프셋을 보정함으로써 교정된다. 교정은 접촉 패드에 대한 정확한 위치를 결정하기 위해 수행된다.

본 발명의 단지 몇몇 실시예가 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 다른 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 설명된 웨이퍼 온도 측정 툴은 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있다는 것이 명백하다. 전술한 모든 것을 고려하여, 본 실시예는 예시적이고 제한적인 것은 아니며, 본 발명은 여기에 주어진 상세한 설명에 제한되지 않고, 첨부된 청구항의 범위 및 균등물 내에서 수정될 수 있다.

Claims (20)

1. 복수의 다른 상호 교환 가능한 모듈들로부터 선택된 모듈을 수용할 수 있는 인터페이스를 포함하는 웨이퍼 프로브 스테이션에 있어서, 각각의 모듈이 적어도 하나의 프로브 카드를 웨이퍼와 인터페이싱하도록 구성되고, 상기 모듈이 다른 모듈을 위해 교환될 수 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
2. 제 1 항에 있어서,
   척; 및
   상기 웨이퍼를 지지하는 제 1 세그먼트 및 제 2 세그먼트를 포함하는 회전 암을 포함하여 구성되고,
   상기 암이 웨이퍼를 수용하기 위해 웨이퍼 프로브 스테이션의 전방 표면에 개구로부터 회전 및 피벗하고, 웨이퍼를 척의 표면에 로딩하기 위해 웨이퍼 프로브 스테이션 내로 회전 및 피벗하도록 구성되고,
   상기 제 1 세그먼트 및 제 2 세그먼트는 척의 표면에 웨이퍼를 로딩한 후, 웨이퍼 및 척으로부터 후퇴하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 다른 상호 교환 가능한 모듈들은, 상기 적어도 하나의 프로브 카드를 상기 웨이퍼와 정렬시키도록 구성된 프로브 포지셔너를 포함하며, 상기 프로브 포지셔너는 상기 적어도 하나의 프로브 카드를 3 개의 X , Y, Z 축을 따라 선형으로 뿐만 아니라 Z 축을 중심으로 회전하도록 움직이는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 프로브 포지셔너는 상기 웨이퍼의 테스트 동안 상기 웨이퍼의 수직 상부에 프로브 카드를 위치시키기 위한 암을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 포지셔너는 자기 또는 진공 기반 포지셔너인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 다른 상호 교환 가능한 모듈은 웨이퍼상의 다중 다이를 테스트하기 위한 공냉식 레일 조립체를 포함하고, 상기 레일 조립체는 개별적으로 조정 가능한 복수의 프로브 헤드를 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 레일 조립체는 상기 웨이퍼의 테스트 중에 상기 프로브 카드를 상기 웨이퍼 위에 수직으로 위치시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 다른 상호 교환 가능한 모듈은 4.5"×6" 프로브 카드용 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 프로브 스테이션은 상기 웨이퍼 프로브 스테이션에서 약 300℃까지의 온도에서 웨이퍼 상에 정확한 랜딩을 달성할 수 있고, 상기 웨이퍼 프로브 스테이션은,
   상기 웨이퍼의 다이의 간격을 검출하고 측정하기 위한 이미지 프로세서; 및
   미리 결정된 온도에서 다이의 간격을 검출 및 측정하고 각각의 미리 결정된 온도에 대한 오프셋의 양을 결정함으로써 데이터 베이스 내에 각 미리 결정된 온도를 위한 측정된 간격을 저장함으로써 생성된 데이터 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
10. 제 1 항에 있어서, NIST 추적가능한 기준 글라스 마스크 그리드를 더 포함하고, 상기 글라스 마스크 그리드상의 X 및 Y 좌표는, 웨이퍼상의 접촉 패드에 프로브 니들을 위치시키도록 접촉 패드에 대한 정확한 위치를 결정하기 위해 캘리브레이션되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 X 좌표 및 Y 좌표는 오프셋을 결정하기 위해 상기 웨이퍼상의 데이터 포인트에 대한 정보를 수집하고, 상기 오프셋은 온도 변화 또는 척 운동으로 인해 접촉 패드가 예정되어 있는 곳과 실제로 위치하는 곳 사이의 차이이고 결정된 오프셋을 보정함으로서 캘리브레이션 되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로브 스테이션.
12. 챔버를 갖는 프론트 로딩 웨이퍼 프로브 스테이션에 있어서,
    피버팅 암; 및
    두개의 웨이퍼 지지 세그먼트를 포함하여 구성되고, 각각의 웨이퍼 지지 세그먼트는 상기 피버팅 암 상에 회전 가능하게 장착되며, 상기 웨이퍼 지지 세그먼트는 챔버 내부의 위치와 챔버의 적어도 부분적으로 외부 위치 사이에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 프론트 로딩 웨이퍼 프로브 스테이션.
13. 제 12 항에 있어서, 테스트 위치와 로딩 위치 사이에서 이동 가능한 척을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 로딩 웨이퍼 프로브 스테이션.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 테스트 위치 및 상기 로딩 위치는 상기 챔버 내에 있는 것을 특징으로 하는 프론트 로딩 웨이퍼 프로브 스테이션.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지 세그먼트는 상기 웨이퍼 프로브 스테이션의 전면의 개구로부터 적어도 부분적으로 벗어나는 위치로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 프론트 로딩 웨이퍼 프로브 스테이션.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 웨이퍼 프로브 스테이션의 정면에서 상기 개구를 노출시키도록 개방되는 도어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프런트 로딩 웨이퍼 프로브 스테이션.
17. 웨이퍼 프로브 스테이션 내로 웨이퍼를 로딩하는 방법에 있어서,
    챔버 내에 수용된 웨이퍼 로딩 메커니즘을 갖는 웨이퍼 프로브 스테이션을 제공하는 단계,
    상기 웨이퍼 로딩 메커니즘은, 피버팅 암; 및 두개의 지지 세그먼트를 포함하여 구성되고, 각각의 웨이퍼 지지 세그먼트가 상기 피벗 아암 상에 회전 가능하게 장착되고, 상기 웨이퍼 지지 세그먼트는 상기 챔버 내부의 위치와 상기 챔버의 적어도 부분적으로 외부의 위치 사이에서 이동 가능하며;
    척을 테스트 위치로부터 로딩 위치로 이동시키는 단계, 상기 테스트 위치 및 상기 로딩 위치는 상기 챔버 내에 있고;
    상기 피벗 아암을 회전시켜 상기 웨이퍼 지지 세그먼트를 적어도 부분적으로 상기 챔버 외부로 이동시키는 단계;
    상기 웨이퍼 지지 세그먼트 상에 웨이퍼를 로딩하는 단계;
    상기 피벗 아암을 회전시켜 상기 웨이퍼 지지 세그먼트 및 상기 웨이퍼를 다시 상기 챔버 내로 이동시키는 단계; 및
    웨이퍼 지지 세그먼트로부터 웨이퍼를 척 상에 로딩하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 척 상에 로딩 한 후, 상기 척을 상기 로딩 위치로부터 상기 테스트 위치로 다시 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 척 상에 로딩 한 후, 상기 웨이퍼 지지 세그먼트를 서로 및 상기 척으로부터 이격되게 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 17 항에 있어서, 상기 척은 X, Y 및 Z 축을 따라 이동하는 것을 특징으로하는 것을 특징으로 하는 방법.

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