KR20200128362A - 테스트 장치 - Google Patents

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KR20200128362A
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hatch
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vacuum chamber
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KR1020200052413A
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아키 우네스
아리 쿠카라
티모 살미넨
베사 헨토넨
마티 만니넨
데이비드 구나르손
레이프 로쉬에르
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어포어 오와이
블루포스 크라이오제닉스 오와이
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Abstract

본 발명은 웨이퍼(102) 상의 집적회로를 전기적으로 테스트하기 위한 테스트 장치(100)를 제공한다. 테스트 장치(100)는 진공 챔버(109), 웨이퍼(102)를 유지하기 위한 척(101), 집적회로와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브 카드(103), 및 진공 챔버(109) 내부에 배치되고 척(101) 및 프로브 카드(103)를 둘러싸는 방사 차폐부(107)를 포함한다. 테스트 장치(100)에서, 진공 챔버(109)에는 게이트 밸브(123)가 구비되고, 방사 차폐부(107)에는 해치(122)가 구비되며, 테스트 장치(100)는 게이트 밸브(123)와 해치(122)를 통해 척(101)에 웨이퍼(102)를 로딩하기 위한 웨이퍼 로딩 어셈블리(125)를 포함한다.

Description

테스트 장치{TESTING DEVICE}
본 발명은 첨부된 독립 청구항의 전제부에 따른 테스트 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조는 다중 단계로 된 일련의 포토 리소그래피 및 화학 처리 단계를 사용하여 반도체 재료로 제조된 웨이퍼 상에 집적회로를 생성하기 위해 일반적으로 사용되는 공정이다. 그 공정의 일부로서, 일반적으로 웨이퍼 상에 생성된 집적회로는 그들에 특별한 테스트 패턴을 적용함으로써 기능적 결함에 대해 테스트된다. 이 테스트는 웨이퍼 프로버(wafer prober)라는 테스트 장치를 사용하여 수행된다.
공지된 웨이퍼 프로버의 일 예는 테스트하고자 하는 웨이퍼를 유지하기 위한 척 및 웨이퍼 상의 집적회로와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브 카드를 포함한다. 프로브 카드는 테스트 프로그램에 따라 집적회로를 전기적으로 테스트하는 전자 테스트 유닛에 전기적으로 연결된다. 테스트 프로그램은 테스트 패턴들의 내용 및 그들이 집적회로에 적용되는 순서를 규정한다. 척과 프로브 카드는 챔버 내부에 배치되고, 이는 제어된 환경에서 집적회로를 테스트할 수 있게 한다. 전기 테스트의 경우, 척에 장착된 웨이퍼가 테스트 위치 사이를 이동하는 동안 프로브 카드는 제자리에 고정된다. 각각의 테스트 위치에서, 프로브 카드의 접촉 요소가 집적회로 세트의 접촉 패드와 전기적으로 접촉하게 배열되고, 이어서 전자 테스트 유닛이 집적회로를 전기적으로 테스트한다.
공지된 웨이퍼 프로버와 관련된 문제점은 챔버 내의 온도, 압력 및 습도와 같은 조건이 웨이퍼 로딩 중에 상당히 변하기 때문에 척 상에 웨이퍼를 로딩하는 것이 어렵고 시간 소모적이라는 것이다. 웨이퍼가 로딩된 후 챔버 내 조건을 복원하는 데는 시간이 걸리고 에너지가 소비되는데, 특히 웨이퍼의 집적회로를 4 K 이하 같은 매우 낮은 온도에서 테스트해야 하는 경우에 그러하다.
본 발명의 주 목적은 상기 제시된 종래기술의 문제를 완화 또는 제거하는 것이다.
본 발명의 목적은 웨이퍼 상의 집적회로를 전기적으로 테스트하기 위한 테스트 장치를 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 테스트 장치 내부의 조건에 대한 최소의 변화로 테스트 장치의 척에 웨이퍼를 로딩 및 척에서 웨이퍼를 언로딩할 수 있는 테스트 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명의 다른 목적은 테스트 장치의 척에 웨이퍼를 빠르고 쉽게 로딩 및 언로딩 할 수 있는 테스트 장치를 제공하는 것이다.
상기 언급된 목적들을 실현하기 위하여, 본 발명에 따른 테스트 장치는 첨부된 독립 청구항의 특징부에 제시된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속 청구항에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 테스트 장치는 진공 챔버, 집적회로를 포함하는 웨이퍼를 유지하기 위한 척, 웨이퍼 상의 집적회로를 전기적으로 접촉시키기 위한 프로브 카드, 및 진공 챔버 내부에 배열되고 척과 프로브 카드를 둘러싸는 방사 차폐부를 포함한다. 본 발명에 따른 테스트 장치에서, 진공 챔버는 게이트 밸브를 구비하고, 방사 차폐부는 해치를 구비하며, 테스트 장치는 웨이퍼를 게이트 밸브 및 해치를 통해 척 상에 로딩하기 위한 웨이퍼 로딩 조립체를 포함한다.
본 발명에 따른 테스트 장치는 웨이퍼 상의 집적회로를 전기적으로 테스트하기 위해 사용될 수 있다. 이 테스트 장치는 웨이퍼 프로버로 불릴 수 있다. 본 발명에 따른 테스트 장치에서, 테스트할 웨이퍼가 웨이퍼 로딩 어셈블리에 의해 척에 로딩되어 테스트 위치 사이에서 이동된다. 각각의 테스트 위치에서, 프로브 카드가 하나 이상의 집적회로와 전기적으로 접촉되고, 그 후 집적회로를 전기적으로 테스트할 수 있다.
척은 집적회로의 테스트 동안에 웨이퍼를 유지하는 데 사용된다. 척은 예를 들어 척의 베이스 플레이트 상에 웨이퍼를 유지하기 위한 복수의 열 전도 핀을 포함하는 기계적 척일 수 있다. 대안적으로, 척은 예를 들어 유전체 층으로 코팅된 금속 베이스 플레이트를 포함하는 정전 척(electrostatic chuck)일 수 있다. 금속 베이스 플레이트와 웨이퍼 사이에 전압차를 제공함으로써, 정전기력이 웨이퍼를 척 상에 유지시킨다. 웨이퍼의 평탄도를 유지하고 웨이퍼로부터 열의 빠른 전달을 용이하게 하기 위해, 척은 바람직하게는 구리 또는 금과 같은 열 전도성 물질로 만들어진다. 척은 금-도금 구리로 만들 수 있다. 이러한 재료는 우수한 열적 특성과 성능을 제공한다.
프로브 카드는 웨이퍼 상의 집적회로와 전기적으로 접촉하는 데 사용된다. 프로브 카드는 인쇄회로기판(PCB) 및 집적회로의 접촉 패드와 전기적으로 접촉하여 배열될 수 있는 하나 이상의 접촉 요소를 포함할 수 있다. 테스트 장치는 프로브 카드 상의 접촉 요소와 웨이퍼 상의 접촉 패드를 광학적으로 위치 결정하기 위한 카메라를 포함할 수 있다. 이 정보를 사용하여 테스트할 집적회로의 접촉 패드가 프로브 카드의 접촉 요소에 정렬될 수 있다.
프로브 카드는 방사 차폐부에 부착된 프로브 카드 홀더에 부착될 수 있다. 프로브 카드는 예를 들어, 접촉 요소의 형상 및 형태에 따라 니들, 수직 핀 또는 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 유형의 프로브 카드일 수 있다. 프로브 카드의 접촉 요소는 예를 들어 텅스텐 또는 텅스텐/레늄 합금으로 만들어질 수 있다. 집적회로의 접촉 패드는 예를 들어 알루미늄, 구리, 구리 합금 또는 납-주석 및 주석-은과 같은 많은 유형의 땜납으로 제조될 수 있다. 일반적으로 프로브 카드는 웨이퍼 상의 모든 집적회로를 전기적으로 테스트할 수 있도록 각 웨이퍼 유형에 맞게 맞춤 제작된다.
척과 프로브 카드는 방사 차폐부 내부에 배치된다. 방사 차폐부는 열 차폐 역할을 하여 열전달을 감소시킨다. 다시 말해, 방사 차폐부는 열 방사 차폐부이다. 방사 차폐부는 척과 프로브 카드가 안에 배치되는 본질적으로 둘러싸인 공간을 형성한다. 방사 차폐부는 하나 이상의 차폐 부분으로 구성될 수 있다. 방사 차폐부는 진공 챔버 또는 그것을 둘러싸는 다른 방사 차폐부에 기계적으로 부착되지만 열적으로 분리될 수 있다. 방사 차폐부는 원통형 측벽, 측벽의 상단 에지에 그 둘레로 부착된 상단 벽 및 측벽의 하단 에지에 그 둘레로 부착된 하단 벽을 포함할 수 있다. 방사 차폐부는 예를 들어 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
방사 차폐부의 표면과 진공 챔버의 내면을 반사형으로 만들어서 방사 열전달(방출/흡수)을 줄일 수 있다. 열 반사 표면은 예를 들어 연마된 금속일 수 있다. 열 반사 표면의 분율을 최대화할 수 있고 표면을 국부적으로 열 흡수형으로 만들어서 기하학적 구조에서의 갭과 같은 비이상적인 요소만 보정될 수 있다. 열 흡수 표면은 예를 들어 블랙 애노다이징 처리되거나 흑색으로 도색될 수 있다.
해치는 방사 차폐부의 벽, 바람직하게는 측벽에 부착된다. 해치는 알루미늄 또는 구리 케이블을 사용하여 방사 차폐부에 열적으로 고정되는 것이 바람직하다. 해치는 방사 차폐부의 벽의 개구와 연결하여 배치된다. 해치는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능하다. 폐쇄 위치에서는, 해치가 방사 차폐부 벽의 개구를 닫아서 방사가 차단된다. 개방 위치에서는, 웨이퍼가 척 상에 로딩되거나 척에서 언로딩될 수 있다. 바람직하게, 해치는 안쪽으로만 개방되게 배치된다. 해치는 바람직하게는 사각형이다. 해치는 바람직하게는 방사 차폐부와 같은 재료로 만들어진다.
진공 챔버를 통해 집적회로를 제어된 환경에서 테스트할 수 있다. 진공 챔버 내부의 압력 및 온도와 같은 조건은 다양한 장치를 사용하여 제어할 수 있다. 테스트 장치는 예를 들어 압력을 제어하기 위해 진공 챔버에 연결된 진공 펌프 및 진공 챔버 내부의 온도를 제어하기 위해 진공 챔버에 연결된 냉각 유닛을 포함할 수 있다. 진공 챔버는 예를 들어 스테인레스 스틸 또는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 집적회로를 테스트할 때, 진공 챔버 내부의 압력은 일반적으로 10E-4 mbar 미만이다.
게이트 밸브가 진공 챔버의 벽, 바람직하게는 측벽에 부착된다. 게이트 밸브는 진공 챔버의 벽의 개구와 연결하여 배치된다. 게이트 밸브는 닫거나 열 수 있다. 게이트 밸브가 닫히면 진공 챔버의 내부가 주변과 격리된다. 게이트 밸브가 열리면 웨이퍼를 척에 로딩하거나 척에서 언로딩할 수 있다.
게이트 밸브는 원형 또는 사각형 게이트를 포함할 수 있으며, 게이트는 나사형 스템으로 게이트에 부착된 액추에이터로 이동시킬 수 있다. 게이트를 올리면 게이트 밸브가 개방된다. 게이트와 시트 사이의 밀봉 면은 일반적으로 평면이다. 게이트 밸브는 순금속일 수 있으며, 예를 들어 스테인레스 스틸로 만들어질 수 있다.
웨이퍼는 웨이퍼 로딩 어셈블리로 척에 로딩된다. 웨이퍼 로딩 어셈블리는 다음과 같이 게이트 밸브 및 해치를 통해 척으로 웨이퍼를 이동시킨다. 먼저, 게이트 밸브가 열리고 웨이퍼가 진공 챔버 내부로 이동한 다음 해치가 열리고, 웨이퍼가 방사 차폐부 내부로 이동하여 척에 배치된다. 웨이퍼 로딩 어셈블리는 또한 척에서 웨이퍼를 언로드하는 데 사용될 수 있다.
테스트 장치는 프로브 카드에 대해 척을 이동시키기 위한 이동 수단을 포함할 수 있다. 이동 수단은 척을 3 개의 수직 방향으로 이동시키기 위한 액추에이터 및 척을 축 주위로 회전시키기 위한 다른 액추에이터를 포함할 수 있다. 액츄에이터는 바람직하게는 방사 차폐부 외부 또는 심지어 진공 챔버 외부에 배치되어 있어서, 액츄에이터에 의해 발생된 열이 집적회로가 테스트되는 공간, 즉 방사 차폐부의 내부를 가열하지 않는다. 상기 이동 수단은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 지지 컬럼을 포함할 수 있다. 지지 컬럼의 제1 단부는 척에 부착되고 지지 컬럼의 제2 단부는 액추에이터에 부착될 수 있다. 따라서 액츄에이터에 의해 생성된 운동은 지지 컬럼을 통해 척에 전달된다. 지지 컬럼은 스테인레스 스틸과 같은 금속 또는 우수한 기계적 특성 및 낮은 열 전도성을 갖는 다른 재료로 제조될 수 있다. 지지 컬럼은 판금으로 만들어질 수 있는 일체형 또는 멀티-피스 튜브일 수 있다. 튜브의 벽 두께는 0.05 mm 내지 0.3 mm의 범위일 수 있으며, 이는 지지 컬럼을 통한 열전달이 최소화되는 동시에 지지 컬럼이 그 형상을 유지하기에 충분한 강성을 보장한다.
테스트 장치는 웨이퍼 상의 집적회로를 전기적으로 테스트하기 위한 전자 테스트 유닛을 포함할 수 있다. 전자 테스트 장치는 프로브 카드에 전기적으로 연결되어 있다. 바람직하게는, 전자 테스트 유닛은 진공 챔버 외부에 배치된다. 프로브 카드는 전자 테스트 장치와 웨이퍼의 집적회로 사이에 전기 경로를 제공하여 집적회로의 테스트 및 검증을 허용한다. 전자 테스팅 유닛은 테스트 패턴의 내용 및 집적회로에 적용되는 순서를 규정하는 테스트 프로그램에 따라 집적회로를 테스트한다. 전자 테스트 유닛은 프로세서 및 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 포함할 수 있으며, 메모리 및 컴퓨터 프로그램 코드는 프로세서와 함께 전자 테스트 유닛이 집적회로를 전기적으로 테스트하도록 구성된다.
본 발명에 따른 테스트 장치의 장점은 집적회로가 테스트되는 공간, 즉 방사 차폐부 내부의 조건에 대한 최소의 변화로 웨이퍼가 척에 로딩 및 언로딩될 수 있다는 것이다. 본 발명에 따른 테스트 장치의 다른 장점은 웨이퍼가 빠르고 쉽게 척에 로딩 및 척에서 언로딩될 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼 로딩 어셈블리는 게이트 밸브와 관련하여 진공 챔버에 부착된 로딩 챔버, 웨이퍼를 운반하기 위한 엔드 디펙터(end defector)를 포함하는 로딩 암, 및 로딩 챔버와 척 사이에서 엔드 디펙터를 이동시키기 위한 액추에이터를 포함한다. 로딩 챔버와 진공 챔버는 게이트 밸브를 통해 서로 연통된다. 로딩 챔버는 웨이퍼를 엔드 디펙터 상에 배치하고 엔드 디펙터에서 제거할 수 있는 액세스 도어를 포함할 수 있다. 엔드 디펙터는 예를 들어 평면 포크형 플레이트일 수 있으며, 이는 바닥으로부터 웨이퍼를 운반한다. 로딩 아암은 엔드 디펙터가 그 일단에 부착되는 로드를 포함할 수 있다. 액츄에이터는 로드에 연결될 수 있고 로드를 그 길이 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 액추에이터는 예를 들어 모터로 작동되는 볼 스크류 드라이브일 수 있다. 액추에이터는 로드에 연결된 선형 이동 기구를 포함할 수 있다. 로드는 로딩 챔버 벽을 통과하고 리드-스루는 밀봉되어 있다.
웨이퍼는 다음과 같이 척에 로딩될 수 있다. 먼저, 웨이퍼는 로딩 챔버 내부에 위치한 엔드 디펙터 상에 배치된다. 게이트 밸브는 웨이퍼 배치가 완료되고 로딩 챔버 내부에 원하는 조건이 달성될 때까지 닫힌 상태로 유지된다. 다음으로, 게이트 밸브가 개방되고, 엔드 디펙터가 진공 챔버 내부로 그리고 추가로 방사 차폐부 내부의 해치를 통해 이동된다. 엔드 디펙터가 방사 차폐부 내로 이동되면서 해치는 엔드 디펙터에 의해 밀려서 개방되거나, 또는 별도의 기구에 의해 해치가 개방될 수 있다. 최종적으로, 웨이퍼가 엔드 디펙터에서 척으로 전달된 후 엔드 디펙터는 로딩 챔버로 다시 이동하고 게이트 밸브가 폐쇄된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 해치가 제1 열 접촉 영역을 포함하고 엔드 디펙터는 엔드 디펙터가 해치에 닿을 때 엔드 디펙터로부터 해치로 열을 전도하기 위한 제2 열 접촉 영역을 포함한다. 제1 열 접촉 영역은 해치의 외측에 제공된다. 제1 및 제2 열 접촉 영역은 구리로 제조될 수 있다. 제1 및 제2 열 접촉 영역의 장점은 엔드 디펙터 상에 배치된 웨이퍼뿐만 아니라 엔드 디펙터가 방사 차폐부 내부로 이동되기 전에 냉각될 수 있다는 것이다. 제1 열 접촉 영역이 제2 열 접촉 영역과 접촉하는 시간이 길수록, 엔드 디펙터와 웨이퍼가 더 냉각될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 해치는 그 상단부에서 방사 차폐부에 힌지 연결된다. 바람직하게는, 해치는 그것이 수직 위치에 있을 때 방사 차폐부의 개구를 폐쇄하도록 배열된다. 이 경우, 개구는 중력으로 인해 해치에 의해 자동으로 폐쇄된다. 엔드 디펙터로 해치를 밀어서 열 수 있다. 대안적으로, 해치는 별도의 기구에 의해 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 해치는 해치를 폐쇄하기 위한 스프링을 포함한다. 스프링은 해치가 올바르게 닫히게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 테스트 장치는 방사 차폐부에 열적으로 연결된 냉각 유닛을 포함한다. 본 명세서에서, "열적으로 연결된"이라는 표현은 2 개의 부재 사이에서 열이 전도 될 수 있도록 연결되어 있음을 의미한다. 냉각 유닛은 방사 차폐부의 내부를 원하는 테스트 온도로 냉각시키고 집적회로의 테스트 동안 테스트 온도를 유지하는 데 사용된다. 방사 차폐부 내부의 테스트 온도는 예를 들어 1 ~ 4 K의 범위일 수 있다. 열은 방사 차폐부와 냉각 유닛 사이에 연결된 하나 이상의 열 링크를 통해 방사 차폐부 밖으로 전달된다. 열 링크는 예를 들어 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 케이블 또는 바아일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 유닛은 척 및 프로브 카드에 열적으로 연결된다. 냉각 유닛는 척과 프로브 카드를 냉각하는 데 사용된다. 척이 냉각 유닛에 의해 냉각됨에 따라, 척에 장착된 웨이퍼로부터의 열이 전도에 의해 척으로 전달될 수 있다. 상응하게, 프로브 카드가 냉각 유닛에 의해 냉각됨에 따라, 프로브 카드가 집적회로와 전기 접촉할 때 웨이퍼로부터의 열이 프로브 카드로 전달될 수 있다. 집적회로의 접촉 패드와 프로브 카드의 접촉 요소를 통한 전도에 의해 열이 전달된다. 따라서, 냉각 유닛은 척 및 프로브 카드를 통해 웨이퍼를 효율적으로 냉각하게 할 수 있다.
냉각 유닛은 복수의 온도 단계를 가질 수 있다. 바람직하게는, 척 및 프로브 카드는 방사 차폐부에 열적으로 연결된 온도 단계보다 낮은 온도를 제공하는 온도 단계에 열적으로 연결된다. 이 온도 단계에 의해 제공되는 온도는 예를 들어 0.8 ~ 1.2 K, 또는 약 1 K의 범위일 수 있다. 열은 척과 냉각 유닛 사이에 연결된 하나 이상의 열 링크를 통해 척으로부터 멀게 전달된다. 프로브 카드와 냉각 유닛 사이에 연결된 하나 이상의 열 링크를 통해 열이 프로브 카드에서 멀게 전달된다. 바람직하게는, 냉각 유닛은 프로브 카드 홀더를 통해 프로브 카드에 열적으로 연결된다. 열 링크는 예를 들어 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 케이블 또는 바아일 수 있다. 냉각 유닛을 사용하여 척 및 프로브 카드를 냉각시키는 이점은 웨이퍼가 원하는 테스트 온도로 보다 빠르고 에너지 효율적으로 냉각될 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 유닛은 폐루프 헬륨 순환을 사용하는 건식 크라이오스탯(cryostat)이다. 건식 크라이오스탯을 사용하는 경우, 진공 챔버는 실온(액체 질소 또는 액체 헬륨 조가 아님)으로 유지되고 모든 저온 성분이 진공 챔버 내부에 위치한다. 건식 크라이오스탯는 복수의 온도 단계, 예를 들어 50 K, 4 K 및 1 K 단계를 포함할 수 있다. 건식 크라이오스탯의 장점은 전체 시스템을 액체 헬륨 조에 담그지 않고 4 K 이하의 온도로 웨이퍼를 냉각할 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 테스트 장치는 진공 챔버 내에 배치된 복수의 중첩된 방사 차폐부를 포함하고, 중첩된 방사 차폐부 각각은 웨이퍼가 척에 로딩될 수 있는 해치를 구비한다. 방사 차폐부의 개수는 예를 들어 2 개, 3 개, 4 개이거나 또는 4 개보다 클 수 있다. 척과 프로브 카드는 최내측의 방사 차폐부 내부에 배치된다. 복수의 중첩된 방사 차폐부의 장점은 테스트 장치의 개선된 열 차폐이며, 그에 의해 최내측 방사 차폐부 내부의 원하는 테스트 온도가 단지 하나의 방사 차폐부를 갖는 테스트 장치보다 적은 에너지로 달성 및 유지될 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 유닛은 상이한 방사 차폐부에 열적으로 연결된 복수의 온도 단계를 갖는다. 냉각 유닛의 온도 단계는 방사 차폐부에 상이한 온도를 제공하도록 구성된다. 최저 온도를 제공하는 온도 단계가 최내측 방사 차폐부에 열적으로 연결되고, 2번째 최저 온도를 제공하는 온도 단계는 2번째 최내측 방사 차폐부에 열적으로 연결되는 등이다. 온도 단계들을 사용함으로써, 최내측 방사 차폐부는 3 ~ 5 K 또는 약 4 K 범위의 온도로 냉각될 수 있고, 2번째 최내측 방사 차폐부는 45 ~ 55 K 범위, 또는 약 50 K의 온도로 냉각될 수 있다. 열은 온도 단계와 방사 차폐부 사이에 연결된 하나 이상의 열 링크를 통해 방사 차폐부 밖으로 전달된다. 열 링크는 예를 들어 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 케이블 또는 바아일 수 있다. 복수의 온도 단계를 갖는 냉각 유닛의 장점은 집적회로가 테스트되는 공간, 즉 최 내측 방사 차폐부의 내부가 원하는 테스트 온도로보다 빠르고 에너지 효율적으로 냉각될 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 척은 웨이퍼를 척의 베이스 플레이트 상에 유지하기 위한 복수의 열 전도 핀을 포함한다. 열 전도 핀은 웨이퍼에서 척으로 열을 전도한다. 척은 냉각 유닛에 열적으로 연결되어 척으로부터 멀게 열을 전달할 수 있다. 열 전도 핀의 개수는 예를 들어 3개, 4개, 5개이거나 또는 5개보다 클 수 있다. 열 전도 핀은 예를 들어 구리로 만들어질 수 있다. 베이스 플레이트는 구리 또는 금, 또는 금-도금 구리와 같은 열전도성 재료로 만들어져서 열이 웨이퍼로부터 베이스 플레이트로 효율적으로 전도될 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 전도 핀은 베이스 플레이트의 주변에 부착된다. 따라서, 열 전도 핀은 웨이퍼를 베이스 플레이트 상에 유지하기 위해 웨이퍼의 외측 에지와 접촉하게 배열된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 전도성 핀 중 적어도 하나는 스프링으로 베이스 플레이트의 주변에 부착되며, 스프링은 베이스 플레이트의 평면에서 이동 가능하다. 스프링 작동식 핀은 웨이퍼를 척에 로딩하는 엔드 디펙터와 함께 움직일 수 있다. 스프링은 웨이퍼와 열 전도 핀 사이의 양호한 접촉을 보장하여 웨이퍼에서 척으로의 열전도를 향상시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 전도 핀의 외측 단부는 베이스 플레이트에 대해 웨이퍼를 가압할 수 있는 절두 원뿔 형상을 갖는다. 절두 원뿔 형상은 웨이퍼와 열 전도 핀 및 베이스 플레이트 사이의 양호한 접촉을 보장하고, 따라서 웨이퍼에서 척으로의 열 전도를 개선시킨다.
본 명세서에 제시된 본 발명의 예시적인 실시예는 첨부된 청구범위의 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서에서 "포함하다"라는 동사는 기재하지 않은 특징들의 존재를 배제하지 않는 개방식 한정으로 사용된다. 종속 청구항에 기재된 특징들은 달리 명시되지 않는 한 상호간에 자유롭게 조합 가능하다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치 내로 웨이퍼를 로딩하는 것을 도시한다.
도 2a 및 2b는 예시적인 척을 도시한다.
상이한 실시예에서 동일 또는 유사한 구성요소에는 동일한 참조 부호가 사용된다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 장치 내로 웨이퍼를 로딩하는 것을 도시한다. 도 1a는 도 1b보다 상세한 테스트 장치의 단면도를 도시한다.
테스트 장치(100)는 집적회로를 포함하는 웨이퍼(102)를 유지하기 위한 척(101), 및 웨이퍼(102) 상의 집적회로와 전기적으로 접촉하기 위해 프로브 카드 홀더(104)에 부착된 프로브 카드(103)를 포함한다. 프로브 카드(103)는 집적회로의 접촉 패드와 전기 접촉하게 배열될 수 있는 접촉 요소(105)들을 포함한다. 집적회로의 전기적 테스트는 프로브 카드(103)에 전기적으로 연결된 전자 테스트 유닛(106)으로 수행된다. 프로브 카드(103)는 전자 테스트 유닛(106)과 웨이퍼(102)의 집적회로 사이에서 전기적 경로를 제공한다.
테스트 장치(100)는 진공 챔버(109) 내부에 배치된 2 개의 중첩된 방사 차폐부(107 및 108)를 포함한다. 척(101)과 프로브 카드(103)는 최내측 방사 차폐부(107)의 내부에 배치된다. 진공 챔버(109)는 집적회로가 제어된 환경에서 테스트될 수 있게 한다. 진공 챔버(109) 내부의 압력은 진공 펌프(110)에 의해 제어된다.
척(101)은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 지지 컬럼(111)을 포함하는 이동 수단에 의해 프로브 카드(103)에 대해 이동될 수 있다. 지지 컬럼(111)의 제1 단부는 척(101)이 지지 컬럼(111)의 종축에 대해 수직이 되도록 척(101)에 부착된다. 상기 이동 수단은 또한 지지 컬럼(111)을 3 개의 수직 방향으로 이동시키기 위한 액추에이터(112), 및 지지 컬럼(111)을 그 종축 주위로 회전시키기 위한 액추에이터(113)를 포함한다. 액츄에이터(112, 113)가 지지 컬럼(111)의 제2 단부에 부착되므로 이동이 지지 컬럼(111)을 통해 척(101)에 전달된다. 지지 컬럼(111)은, 지지 컬럼(111)의 제1 단부가 방사 차폐부(107)의 내부로 연장되고, 지지 컬럼(111)의 제2 단부가 방사 차폐부(108) 밖으로 연장되도록 방사 차폐부(107 및 108)의 벽을 통과하게 배치된다.
테스트 장치(100)는 웨이퍼(102)를 원하는 테스트 온도로 냉각시키고 집적회로의 테스트 중에 테스트 온도를 유지하기 위한 냉각 유닛(114)을 포함한다. 냉각 유닛(114)은 3 개의 온도 단계(115, 116 및 117)를 포함하고, 이들 각각은 열적으로 연결된 부분에 특정 온도를 제공하도록 구성된다. 제1 온도 단계(115)는 척(101) 및 프로브 카드(103)에 열적으로 연결된다. 제1 온도 단계(115)로 달성될 수 있는 온도는 제2 및 제3 온도 단계(116 및 117)로 달성될 수 있는 온도보다 낮다. 열은 제1 온도 단계(115)와 척(101) 사이에 연결된 열 링크(118)를 통해 척(101)으로부터 멀게 전달된다. 열은 제1 온도 단계(115)와 프로브 카드 홀더(104) 사이에 연결된 열 링크(119)를 통해 프로브 카드(103)로부터 멀게 전달된다. 제2 온도 단계(116)는 방사 차폐부(107)에 열적으로 연결되고 제3 온도 단계(117)는 방사 차폐부(108)에 열적으로 연결된다. 제2 온도 단계(116)로 달성될 수 있는 온도는 제3 온도 단계(117)로 달성될 수 있는 온도보다 낮다. 제2 온도 단계(116)와 방사 차폐부(107) 사이에 연결된 열 링크(120)를 통해 열이 방사 차폐부(107) 밖으로 전달된다. 제3 온도 단계(117)와 방사 차폐부(108) 사이에 연결된 열 링크(121)를 통해 열이 방사 차폐부(108) 밖으로 전달된다.
각각의 방사 차폐부(107, 108)는 방사 차폐부(107, 108)의 측벽에 부착된 해치(122)를 구비한다. 해치(122)는 그 상단부에서 방사 차폐부(107, 108)에 힌지 연결되고 해치(122)가 안쪽으로만 열릴 수 있게 배치된다. 해치(122)는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능하다. 폐쇄 위치에서, 해치(122)가 방사 차폐부(107, 108)의 벽의 개구를 폐쇄하므로 복사가 차단된다. 개방 위치에서는, 웨이퍼(102)가 척(101)에 로딩되거나 척에서 언로딩될 수 있다. 해치(122)는 중력에 인해 개구가 해치(122)에 의해 자동으로 닫히도록 배치된다.
진공 챔버(109)는 게이트 밸브(123)를 구비한다. 게이트 밸브(123)는 개구와 관련하여 진공 챔버(109)의 측벽에 부착된다. 게이트 밸브(123)는 개구를 개방 및 폐쇄하기 위해 상하로 이동될 수 있는 게이트(124)를 포함한다. 게이트 밸브(123)가 폐쇄될 때, 진공 챔버(109)의 내부는 주변으로부터 격리된다. 게이트 밸브(123)가 개방될 때, 웨이퍼(102)가 척(101)에 로딩되거나 척에서 언로딩될 수 있다.
테스트 장치(100)는 게이트 밸브(123) 및 해치(122)를 통해 척(101) 상에 웨이퍼(102)를 로딩하기 위한 웨이퍼 로딩 어셈블리(125)를 포함한다. 웨이퍼 로딩 어셈블리(125)는 게이트 밸브(123)와 관련하여 진공 챔버(109)에 부착된 로딩 챔버(126)를 포함한다. 로딩 챔버(126)와 진공 챔버(109)는 게이트 밸브(123)를 통해 서로 연통된다. 웨이퍼 로딩 어셈블리(125)는 웨이퍼(102)를 운반하기 위한 엔드 디펙터(128), 및 로딩 챔버(126)와 척(101) 사이에서 엔드 디펙터(128)를 이동시키기 위한 액추에이터(129)를 포함하는 로딩 암(127)을 더 포함한다. 로딩 아암(127)은 엔드 디펙터(128)가 그 단부에 부착되는 로드(130)를 포함한다. 액추에이터(129)는 로드(130)에 연결되고 로드(130)를 그 길이 방향으로 이동 시키도록 구성된다.
웨이퍼(102)는 다음과 같이 척(101) 상에 로딩된다. 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(102)가 로딩 챔버(126) 내부에 위치한 엔드 디펙터(128) 상에 배치된다. 웨이퍼(102) 배치가 완료되고 로딩 챔버(126) 내부의 원하는 조건이 달성될 때까지 게이트 밸브(123)는 닫힌 상태로 유지된다. 다음으로, 게이트 밸브(123)가 개방되고, 엔드 디펙터(128)가 진공 챔버(109) 내부로 그리고 추가로 방사 차폐부(107) 내부의 해치(122)를 통해 이동된다. 해치(122)는 엔드 디펙터(128)가 척(101)을 향해 이동되면서 엔드 디펙터(128)에 의해 개방된다. 각각의 해치(122)는 열 접촉 영역(131)을 포함하고, 엔드 디펙터(128)는 엔드 디펙터(128)가 해치(122)와 접촉할 때 엔드 디펙터(128)로부터 해치(122)로 열을 전도하기 위한 열 접촉 영역(132)을 포함한다. 각각의 해치(122)는 열 링크(133)에 의해 방사 차폐부(107 또는 108)에 열적으로 연결된다. 마지막으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(102)가 엔드 디펙터(128)로부터 척(101)에 전달된다.
도 2a 및 2b는 웨이퍼를 유지하기 위한 예시적인 척을 도시한다. 도 2a는 척의 평면도를 도시하고, 도 2b는 척의 측면도를 도시한다. 척(101)은 베이스 플레이트(204) 상에 웨이퍼(102)를 유지하고 웨이퍼(102)로부터 베이스 플레이트(204)로 열을 전도하기 위한 3 개의 열 전도 핀(201, 202 및 203)을 포함한다. 열 전도 핀(201, 202 및 203)은 베이스 플레이트(204)의 주변에 부착되고, 웨이퍼(102)를 베이스 플레이트(204) 상에 유지하기 위해 열 전도 핀(201, 202 및 203)이 웨이퍼(102)의 외측 에지와 접촉할 수 있게 한다. 열 전도 핀(201, 202 및 203)의 외측 단부는 베이스 플레이트(204)에 대해 웨이퍼(102)를 가압할 수 있는 절두 원뿔 형상을 갖는다. 열 전도 핀(203)은 스프링(205)에 의해 베이스 플레이트(204)의 주변에 부착된다. 스프링(205)은 베이스 플레이트(204)의 평면에서 이동 가능하다. 스프링 작동식 핀(203)은 척(101) 상에 웨이퍼(102)를 로딩하는 엔드 디펙터(도 2a 내지 2b에 도시되지 않음)와 함께 이동할 수 있다.
본 명세서에 제시된 본 발명의 예시적인 실시예는 첨부된 청구범위의 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서에서 "포함하다" 라는 동사는 언급하지 되지 않은 특징들의 존재도 배제하지 않는 개방형 한정으로서 사용되었다. 종속 청구항에 기재된 특징들은 달리 명시되지 않는 한 상호간에 자유롭게 조합 가능하다.

Claims (14)

  1. 테스트 장치로서,
    진공 챔버
    집적회로를 포함하는 웨이퍼를 유지하기 위한 척,
    웨이퍼 상의 집적회로와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브 카드, 및
    진공 챔버 내부에 배치되고 척과 프로브 카드를 둘러싸는 방사 차폐부를 포함하고,
    진공 챔버는 게이트 밸브를 구비하고,
    방사 차폐부는 해치를 구비하며,
    상기 테스트 장치는 게이트 밸브와 해치를 통해 척에 웨이퍼를 로딩하기 위한 웨이퍼 로딩 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 로딩 어셈블리는,
    게이트 밸브와 연결하여 진공 챔버에 부착된 로딩 챔버;
    웨이퍼를 운반하기 위한 엔드 디펙터를 포함하는 로딩 아암; 및
    로딩 챔버와 척 사이에서 엔드 디펙터를 이동시키기 위한 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 해치는 제1 열 접촉 영역을 포함하고, 상기 엔드 디펙터는 상기 엔드 디펙터가 해치에 닿을 때 엔드 디펙터로부터 해치로 열을 전도하기 위한 제2 열 접촉 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해치는 그 상단부에서 방사 차폐부에 힌지 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해치는 해치를 폐쇄하기 위한 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테스트 장치는 방사 차폐부에 열적으로 연결된 냉각 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 냉각 유닛이 척 및 프로브 카드에 열적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은 폐루프 헬륨 순환을 사용하는 건식 크라이오스탯인 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테스트 장치는 진공 챔버 내부에 배치된 복수의 중첩된 방사 차폐부를 포함하고, 상기 중첩된 방사 차폐부 각각은 웨이퍼가 척에 로딩될 수 있는 해치를 구비하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은 상이한 방사 차폐부에 열적으로 연결된 복수의 온도 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 척은 척의 베이스 플레이트 상에 웨이퍼를 유지하기 위한 복수의 열 전도 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열 전도 핀은 베이스 플레이트의 주변에 부착되는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 열 전도 핀 중 적어도 하나는 베이스 플레이트의 주변에 스프링을 써서 부착되고, 상기 스프링은 베이스 플레이트의 평면에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전도 핀의 외측 단부는 베이스 플레이트에 대해 웨이퍼를 가압할 수 있는 절두 원뿔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
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