KR20220106990A - 극저온 웨이퍼 테스트 시스템 - Google Patents

극저온 웨이퍼 테스트 시스템 Download PDF

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KR20220106990A
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test zone
wafer
chuck
shield
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KR1020227019172A
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마이클 스노우
조슈아 웨스트
Original Assignee
하이 프리시젼 디바이시즈 인코포레이티드
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Abstract

극저온 조건 하에서 웨이퍼와 같은 전자 부품을 테스트하기 위한 극저온 테스트 시스템이 제공된다. 새로운 디자인은 고품질 극저온 조건을 유지하면서 테스트 요소에 접촉하기 위해 웨이퍼를 신속하게 도입, 냉각 및 조작할 수 있는 극저온으로 유지되는 테스트 표면을 사용하여 빠른 스루풋을 가능하게 한다. 열 차폐는 넓은 범위의 움직임으로 웨이퍼를 조작할 수 있는 동시에 테스트 환경의 효과적인 열 차폐를 제공하는 플로팅 쉴드 및/또는 가요성 벨로우즈에 의해 달성된다. 또한 극저온 조건과 높은 스루풋을 효과적으로 유지 관리할 수 있는 새로운 도어 어셈블리, 척 구성 및 진공 플레이트 베이스가 제공된다.

Description

극저온 웨이퍼 테스트 시스템
본 출원은 발명의 명칭이 "System for High Throughput Testing of Electronic Components Under Cryogenic Conditions"인 2019년 11월 19일에 출원된 미국 가출원 제62/937,443호; 발명의 명칭이 "Precision Vacuum Chamber Surfaces"인 2020년 2월 19일자로 출원된 미국 가출원 제62/978,766호; 및 발명의 명칭이 "Efficient Low Temperature Wafer Probe Station"인 2020년 5월 5일에 출원된 미국 가출원 제62/020,069호의 우선권의 이점을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
증가된 처리 능력에 대한 요구와 양자 컴퓨팅 회로의 처리 요구로 인해, 극저온 컴퓨터를 개발하기 위한 지속적이고 실질적인 노력이 있다. 극저온 컴퓨팅에서, 극저온 하에서 처리 구성 요소의 작동은 전기 저항을 제거하는 조건을 제공하여, 컴퓨터 처리용 전력 요건을 크게 줄인다. 극저온 기술 플랫폼은 실리콘 웨이퍼 또는 이와 유사한 기판에 제작된 극저온 디바이스를 사용한다. 극저온 컴퓨터의 제조 및 유통에서 중요한 프로세스는 웨이퍼 테스팅이다. 웨이퍼 테스팅 또는 웨이퍼 프로빙에는 웨이퍼에 위치한 전자 부품들의 기능적 결함을 테스트하고 식별하는 작업이 포함된다. 웨이퍼 테스팅은 또한 제조 프로세스를 개선하기 위한 검증 정보를 제공할 수 있다. 웨이퍼는 일반적으로 테스트 표면에 배치된다. 웨이퍼 프로버는 사용 가능한 회로를 식별하기 위해 웨이퍼 표면에 위치한 하나 이상의 제작된 회로들과 전기적으로 접촉한다. 웨이퍼가 개별 다이로 절단된 후, 사용할 수 없는 다이는 사용 가능한 부품으로부터 분류되고 추가 처리되거나 생산에서 제거될 수 있다.
극저온 장치의 경우, 웨이퍼는 회로가 배치될 관련 조건, 예를 들어, 0K 내지 6K 사이의 극저온 온도에서 테스트되어야 한다. 극저온 요건으로 인해, 웨이퍼를 이러한 온도로 냉각하고 테스트 중에 열 환경을 유지하는 것과 관련해 상당한 문제가 있다.
현재, 하나의 일반적인 방법으로, 웨이퍼가 작업 환경과 동시에 냉각된다. 예를 들어, 현재 사용 가능한 방안에는 캐리어 또는 플레이트에 웨이퍼를 놓고, 캐리어, 웨이퍼 및 테스트 환경을 지정된 온도로 함께 냉각하는 것이 포함된다. 각 웨이퍼에 대해 작업 환경을 극저온으로 반복적으로 냉각하려면 상당한 시간이 필요하고 스루풋도 매우 낮다.
다른 공지된 접근법은 극저온으로 유지되는 테스트 환경에서 웨이퍼를 직접 냉각하는 것을 포함한다. 표준 직접 냉각 구현에서, 웨이퍼는 기계적으로 캐리어에 구속되거나, 접착성 그리스 또는 인듐과 같은 기타 재료에 의해 캐리어에 부착된다. 구속되거나 접착된 웨이퍼는 주변 온도에서 극저온으로 냉각되는 극저온 테스트 환경에 도입된다. 이 구현에서, 웨이퍼는 테스트 후에 접착제를 제거해야 하므로, 프로세스에 부담스러운 추가 단계가 필요하다. 추가 처리 및 프로세스 단계도 손상으로 인한 장치 손실의 위험이 있다. 또한, 상당한 열 질량(thermal mass)이 잠재적으로 웨이퍼에 추가되어, 스루풋이 감소하고 시스템 냉각을 위해 더 높은 에너지 및/또는 헬륨이 소비된다.
특정 극저온 장치의 효과적인 테스트에 대한 또 다른 장애물은 효과적인 자기 차폐의 필요성이다. 이러한 극저온 장치의 경우, 표유 자기장이 웨이퍼 상의 디바이스의 전도도를 변경하거나 중요한 지점에서 문제가 되는 자속을 가두어 디바이스 성능을 저하시키거나 기능을 모두 함께 억제할 수 있다. 따라서, 웨이퍼는 테스트 동안 표유 자기장으로부터 보호되어야 한다. 고품질의 자기 차폐를 유지하는 동시에 테스트 환경에서 극저온 조건을 유지하는 것이 중요한 엔지니어링 과제이다.
특정 디바이스의 효과적인 테스트를 위한 또 다른 장애물은 진공 환경 내에서 평평한 수평 테스트 표면을 유지해야 하는 요건이다. 특히 극저온 조건에서 진공 환경을 달성하고 유지하기 위해, 이러한 테스트 기기의 외부 하우징은 대량의 진공력(vacuum force)에 노출될 수 있다. 진공력으로 인해, 특정 표면, 특히 정밀 액추에이터 또는 모션 스테이지와 같은 매우 민감한 테스트 기기를 지지하는 표면의 뒤틀림을 완화시키는 것이 필요하다.
일부 구현에서, "건식" 프로브 스테이션의 사용이 바람직하며, 고가의 액체 헬륨 또는 기타 냉각제의 누출을 방지하면서 원하는 테스트 환경 온도를 유지하기 위해 폐쇄 시스템 냉각 요소가 사용된다.
다양한 극저온 웨이퍼 테스트 시스템이 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, Kiesewetter 등의 발명의 명칭이 "Method for testing a test substrate under defined thermal conditions and thermally conditionable prober"인 미국 특허 제8,497,693B2호는 온도 제어 가능한 척이 정의된 온도로 설정되고 테스트 기판이 적어도 하나의 위치 지정 디바이스에 의해 테스트 프로브에 대해 상대적으로 위치되는 시스템을 설명한다. Teich 등의 발명의 명칭이 "Method for verifying a test substrate in a prober under defined thermal conditions"인 미국 특허 제8,692,567호는 이하에서 테스트 챔버로서 지정된 한 하우징 섹션에는 피검증 테스트 기판이 척에 의해 유지되고 정의된 온도로 설정되며, 이하에서 프로브 챔버로 지정된 다른 하우징 섹션에는 프로브가 유지되는 적어도 2개의 하우징 섹션을 갖는 하우징을 포함하는 시스템을 개시한다. Schneidewind 등의 발명의 명칭이 "Test apparatus for testing substrates at low temperatures"인 미국 특허 제7,046,025호에는 진공 챔버가 척의 작업 영역을 둘러싸고, 상기 척은 냉각되지 않은 척 드라이브로부터 열적으로 분리되며, 냉각된 척 및 냉각된 테스트 기판이 직접 냉각된 열 복사 쉴드에 의해 주변의 냉각되지 않은 어셈블리의 열 복사로부터 차폐되는 시스템을 개시한다. 이러한 종래 시스템의 기여에도 불구하고, 극저온 유체를 효율적으로 사용하여 열 및 자기 차폐를 유지하면서 높은 스루풋 및 고품질 웨이퍼 위치 지정을 달성하는 것이 여전히 상당한 과제로 남아 있다.
따라서, 당업계에는 몇 가지 충족되지 않은 요구가 남아 있다. 예를 들어, 0K 내지 6K 사이의 극저온에서 프로빙 환경을 일관되고 효율적으로 유지하는 웨이퍼 테스트 장치 및 방법이 필요하다. 이러한 극저온 조건 하에서, 웨이퍼의 높은 스루풋 테스트를 허용하는 동시에 열 팽창 및 수축 스트레스로 인한 웨이퍼의 구조적 파손 발생을 제거할 수 있는 웨이퍼 테스트 장치 및 방법이 필요하다. 웨이퍼 테스트 프로세스의 효율성을 향상시키기 위해, 극저온 조건으로 웨이퍼의 신속하고 직접적인 냉각을 지원하는 웨이퍼 테스트 장치 및 방법이 필요하다. 동일한 테스트 챔버에서 고품질의 자기 차폐 및 극저온 조건을 제공하는 시스템이 당업계에 필요하다. 그리고 고가의 냉각재의 소비를 감소시키는 개선된 건식 웨이퍼 테스트 시스템이 당업계에 필요하다.
본 발명의 범위는 자기적으로 차폐된 극저온 조건 하에서 웨이퍼의 높은 스루풋 및 고품질 테스트를 가능하게 하는 신규한 시스템, 장치 및 방법을 포함한다. 본 발명의 시스템은 크게 개선된 스루풋, 더 높은 품질의 테스트 조건 및 실질적으로 감소된 테스트 비용을 제공한다.
제1 양태에서, 본 발명의 범위는 신규 웨이퍼 테스트 장치 또는 "프로브 스테이션"을 포함한다. 종래 기술의 프로브 스테이션 시스템은 열악한(또는 결여된) 자기 차폐 및 약 4K와 같은 매우 낮은 온도에서 극저온 조건의 비효율적인 유지로 어려움을 겪고 있다. 본 발명의 신규한 프로브 스테이션은 특정 실시예에서 테스트 시스템이 원하는 극저온으로 유지될 수 있는 자기적으로 격리된 쉘을 제공한다. 일부 구현에서, 본 발명의 신규한 프로브 스테이션 시스템은 테스트 환경을 둘러싸고 이를 엄격하게 제어된 극저온으로 유지하기 위해 동심형 열 버퍼 존을 이용하는 한편, 선택적으로 우수한 자기 차폐도 제공한다. 본 발명의 프로브 스테이션에서, 웨이퍼는 이동 시스템에 연결함으로써 테스트 챔버 내에서 매우 정밀하게 이동될 수 있다. 원하는 극저온 및 자기 차폐 조건의 유지는 챔버 온도와 자기 격리를 유지하는 동시에 프로브 스테이션에서 효과적인 테스트를 위해 웨이퍼를 정밀하게 이동할 수 있는 "플로팅 쉴드"에 의해 지원된다.
다른 양태에서, 본 발명의 범위는 극저온 조건하에서 테스트하기 위해 웨이퍼를 직접 냉각하는 신규한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 신규한 방법은 캐리어 구조 또는 접착제 없이 베어 웨이퍼의 테스트를 가능하게 한다. 본 발명의 장치에 의한 베어 웨이퍼의 직접 냉각은 스루풋을 크게 향상시키고 웨이퍼가 부서지는 문제를 방지한다. 본 발명의 신규 시스템은 극저온 격리 환경 내에 위치한 신규 수용 요소의 사용에 의해 베어 웨이퍼(bare wafers)의 직접 냉각을 가능하게 하며, 이는 웨이퍼의 열 충격 유도 파손 없이 테스트 동안 웨이퍼를 제자리에 유지한다.
다른 양태에서, 본 발명의 특정 실시예의 범위는 진공 환경 내에서 평평한 수평면을 유지하는 것에 관한 것이다. 재료의 신규 조합을 이용하여, 본 발명의 신규 시스템은 극저온 및 진공 조건 하에서 충분히 평평한 표면에 의존하는 정밀 액추에이터 또는 모션 시스템에서 웨이퍼를 테스트할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명의 범위는 새로운 건식 웨이퍼 테스트 시스템을 포함하며, 여기서 가요성 열 전도성 스트랩이 테스트 장치의 이동식 및 고정식 스테이지를 고정식 스테이지에서 작동하는 대형 냉각기와 연결한다. 이러한 요소를 사용하는 것은 스트랩에 반대되는 요건을 제기하기 때문에 어렵다: 전도성을 가지려면, 두껍고 짧아야 하며 순수 구리 또는 순수 알루미늄과 같은 높은 전도성 재료로 만들어져야 한다; 가요성을 가지려면, 길고 가늘며 더 강한 재료로 만들어야 한다. 결과적인 설계 문제는 상당히 까다롭고 스트랩의 작업 경화와 같은 미묘한 고장 모드로 인해 열전도율이 감소하기 쉽다. 본 개시의 발명자들은 유리하게도 임계 온도 범위에 걸쳐 열전도율의 급격한 증가를 경험하는 특정한 가요성 재료가 스트랩 재료로서 사용될 수 있다고 판단하였다. 본 발명의 신규한 건식 시스템에서, 스트랩은 구리 및 알루미늄의 순수한 합금과 같은 재료를 포함하며 약 15 내지 25K의 온도 범위로 냉각되므로 열전도율이 상당히 증가한다. 이러한 구현은 가요성 대 열 전도 문제를 해결하여, 웨이퍼 테스트 시스템에 필요한 광범위한 동작을 가능하게 하도록 충분한 가요성을 갖는 더 얇은 스트랩의 사용을 가능하게 한다.
본 발명의 다양한 장치, 시스템 및 방법을 다음에 상세히 설명한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에서 테스트 장치의 측단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에서 테스트 장치의 사시 단면도를 도시한다.
도 3a는 프로브 스테이션 시스템의 내부로부터의 도어 어셈블리의 실시예의 사시 단면도를 도시한다. 도 3b는 프로브 스테이션 시스템의 도어 어셈블리의 실시예의 측단면도를 도시한다. 도 3c는 프로브 스테이션 시스템의 도어 어셈블리의 실시예의 측면 사시도를 도시한다.
도 4는 극저온 유체의 흐름을 위한 냉각 요소 및 관련 튜브의 예시적인 배열의 측단면도를 도시한다.
도 5a는 개방 위치에 있는 척의 실시예의 측단면도를 도시한다. 도 5b는 폐쇄 위치에 있는 척의 실시예의 측단면도를 도시한다.
도 6a는 개방 위치에 있는 척의 실시예의 사시도를 도시한다. 도 6b는 폐쇄 위치에 있는 척의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 7은 특정 실시예에서 척의 사시도를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 특정 실시예에서, 척 상에 삽입되는 웨이퍼의 사시도이다. 도 8b는 본 발명의 특정 실시예에서, 클램핑되기 전의 척 상의 웨이퍼의 사시도이다. 도 8c는 본 발명의 특정 실시예에서, 척 상에 클램핑된 웨이퍼의 사시도이다.
도 9a는 본 발명의 특정 실시예에서 테스트 장치의 측단면도이다. 도 9b는 본 발명의 특정 실시예에서 테스트 장치의 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 특정 실시예에서 예시적인 테스트 장치의 측단면도를 도시한다.
도 11은 베이스를 포함하는 예시적인 테스트 장치의 투시도를 도시한다.
도 12는 베이스를 포함하는 예시적인 테스트 장치의 측면도이다.
도 13은 베이스를 포함하는 예시적인 테스트 장치의 저면도이다.
도 14는 베이스를 포함하는 예시적인 테스트 장치의 측단면도이다.
도 15는 베이스를 포함하는 예시적인 테스트 장치의 분해도를 도시한다.
도 16은 예시적인 베이스 및 예시적인 진공 용기 플레이트의 하부 투시도를 도시한다.
도 17은 본 발명의 특정 실시예에서 베이스에 부착된 진공 용기 플레이트의 상부 사시도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 특정 실시예에서 베이스에 부착된 진공 용기 플레이트의 하부 투시도를 도시한다.
도 19는 진공 용기 플레이트의 표면을 평평하게 하기 위해 취해진 예시적인 단계들의 흐름도이다.
도 20a는 평탄화를 위한 영역을 식별하는, 본 발명의 특정 실시예에서 베이스에 부착된 진공 용기 플레이트의 상부 사시도이다. 도 20b는 평탄화를 위한 그리드를 표시한 본 발명의 특정 실시예에서 베이스에 부착된 진공 용기 플레이트의 상부 투시도이다. 도 20c는 베이스를 평평하게 하기 위한 그리드의 도면을 도시한다.
도 21은 본 발명의 특정 실시예에서 테스트 장치의 측단면도를 도시한다.
도 22는 고정식 및 이동식 스테이지를 냉각 요소에 연결하는 스트랩을 포함하는 예시적인 건식 테스트 시스템 구성을 도시한다.
도 23a는 제1 위치에서 열화 블록에 연결하는 열 스테이지 및 스트랩을 도시하는 본 발명의 건식 시스템의 평면도이다. 도 23b는 연장된 위치에 있는 열 스테이지 및 스트랩을 도시한다.
도 24는 호일 층으로 구성된 가요성 열 스트랩의 사시도를 도시한다.
도 25는 상부 립 및 하부 립을 포함하는 본 발명의 가요성 벨로우즈를 도시한 것으로, 상부 립은 케이싱에 연결되어 하부 개구를 둘러싸고 열 차폐할 수 있고 하부 립은 플로팅 쉴드 또는 중앙 컬럼에 부착될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 발명은 엄격하게 유지되는 극저온 조건 및 선택적으로, 자기 차폐 조건 하에서, 전자 부품의 테스트를 위한 새롭고 개선된 장치를 포함하며, 여기서 시스템을 "프로브 스테이션"이라 한다.
본 명세서에 개시된 다양한 프로브 스테이션 및 그 구성요소는 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 다음은 도면에서 다양한 번호로 표시된 구조, 구성 요소 및 요소를 나열하는 숫자 키이다.
100: 장치
101: 중앙 수직 컬럼
102: 척
103 : 모션 스테이지
104: 테스트 존 케이싱
105: 자기 차폐 케이싱
106: 수평 갭
107 : 브릿지
108: 프로브 카드
109: 제1 플로팅 쉴드
110: 스트럿
111: 자기 차폐층
112: 수직 갭
113: 테스트 존
114: 이동 반경
115: 수평 갭
116a, 116b, 116c, 116d: 게이트 슬롯
117a, 117b, 117c, 117d: 광학 개구 또는 윈도우
118: 광학 소자
119: 제2 플로팅 쉴드
120: 수직 갭
121: 제2 열 버퍼 존
122: 이동 반경
123: 냉각 요소
124: 외부 하우징
125: 열 버퍼 케이싱
126: 클램핑 요소
127: 웨이퍼
129 및 130: 구조 부재
150: 도어 어셈블리
151 : 제1 도어
152 : 제2 도어
153 : 지지봉
154: 액추에이터
155: 단열 요소
156a 및 156b: 열 스트립
157 : 스프링
159 : 단열 요소
201: 서비스 라인
202: 단열재
203: 유입구 포트
204: 출구 포트
300: 클램프
301: 수직 지지대
302 : 스프링
303: 개구
304: 푸시바
305: 플랫폼
306 : 크로스멤버
307: 웨이퍼 딜리버리 암
308: 벨로우즈
309: 벨로우즈
310: 벨로우즈의 상부 립
311: 벨로우즈의 하부 립
400: 베이스
401 : 진공 용기 플레이트
402: 조정 가능한 풋
403: 패스너
404 : 하중 확산 플레이트
405: 스터드
406: 스터드 제1 단부
407 : 스터드 제2 단부
408 : 와셔
409 : 너트
410: 진공 용기 플레이트 제1 면
411 : 진공 용기 플레이트 제2 면
412: 관통 개구
413 : 체결 구멍
414: 볼트
415: 패스너 제1 단부
416: 베이스 제1 면
417: 패스너 제2 단부
418: 베이스 제2 면
500: 평탄화 영역
501: 그리드
502: 기준면
503: 다이얼 표시기
504: 지지 블록
505: 참조 블록
506 : 상대 거리
601: 기본 구조
602: 모션 시스템
603: 중온 이동식 스테이지
604: 저온 이동식 스테이지
605: 웨이퍼 척
606 : 게이트 밸브
607: 외부 하우징
608: 중간 온도 정적 쉘
609: 단열 지지대
610: 저온 정적 쉘
611: 윈도우
612: 저온 가능 2단 냉동기
613a 및 613b: 냉동기의 온도 단계 a 및 b
614: 저온 열 링크
615: 저온 열화 블록
616: 저온 가요성 스트랩
617: 중온 냉각기
618: 저온 스테이지
619: 중간 온도 링크
620: 중간 온도 열화 블록
621: 중온 가요성 열 스트랩
700: 열화 블록
701: 가요성 열 링크
702: 이동 범위 중심의 이동식 스테이지 단면
703: 한 이동 범위에서 가요성 열 링크
704: 한 이동 범위에서 이동식 스테이지 단면
800: 이동식 스테이지
801: 호일로 구성된 가요성 써멀
802: 정적 열화 블록
본 명세서에 개시된 신규 구조는 임의의 개수의 재료로 제조될 수 있다. 본 명세서에 설명된 장치는 임의의 특정 재료에 국한되지 않으며 당업자는 본 명세서에 설명된 초저온(및 일부 실시예에서는 자기 차폐) 작동에 적합한 재료를 선택할 수 있다. 본 명세서에 인용된 다양한 재료들을 "고순도" 재료로 한다. 예시적인 고순도 재료는 99% 순도, 3N(99.9% 순도), 4N(99.99% 순도), 5N(99.999% 순도), 및 6N(99.9999% 순도)의 재료를 포함할 수 있다. 다양한 금속들도 이들의 "합금"으로 또한 본 명세서에 인용된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 합금은 당업계에 공지된 바와 같이 주로 다른 금속과 조합된 인용된 금속으로 이루어진 재료를 포함할 수 있다(예를 들어, "알루미늄 합금"은 다른 금속과 조합된 대부분의 알루미늄을 포함할 수 있다). 강철 합금에 대한 언급은 예를 들어 강철 합금(304, 310), 및 크롬 및/또는 니켈을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 강철 합금은 20% 내지 25% 사이의 니켈 함량을 포함할 수 있고 코발트, 몰리브덴, 티타늄, 알루미늄 또는 니오븀을 추가로 포함할 수 있다. 알루미늄 합금은 예를 들어 2000 내지 5000 시리즈 합금, 1100, 2014, 2024, 2219, 3003, 5083, 5456, 6061, 7005, 7039, 7075, 5083-O, 2219-T87, 5052-H38, 5083-1138, 2024-T6, 7039-T6, 2219-T87 및 6061-T6을 포함할 수 있다. 니켈 합금은 예를 들어 구리, 철, 망간, 탄소 및 규소와 조합된 니켈을 함유하는 합금, 예를 들어 Monel, K-Monel, 전기주조 니켈, 경화 니켈, Inconel X, Inconel 718, Rene 41 및 Hastelloy B와 조합한 니켈 함유 합금을 포함할 수 있다. 구리 합금은 예를 들어 70-30 황동, 구리-베릴륨, 철-실리콘 및 알루미늄 청동을 포함할 수 있다.
본 발명의 프로브 스테이션 시스템의 다양한 요소를 다음에 상세히 설명한다.
외부 하우징. 프로브 스테이션의 제1 요소는 외부 하우징이다. 외부 하우징은 시스템의 다양한 요소를 둘러싸고 구성요소 테스트 존에 단열을 제공하며, 일부 실시예에서, 본 발명의 요소가 둘러싸이는 진공 챔버를 정의한다. 하우징은 격납 용기를 포함한다. 주요 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 예시적인 프로브 스테이션에서와 같이, 하우징(124)은 원통형 컨테이너를 포함하지만, 입방체 하우징, 직사각형 박스, 또는 다른 치수의 하우징도 본 발명의 범위 내에 있다.
외부 하우징은 외부 환경 조건과 내부 구성요소 사이에 장벽을 제공한다. 일부 실시예에서, 외부 하우징은 진공 챔버를 정의하며, 상기 하우징에 의해 정의된 챔버 내에 진공이 생성되고 유지된다. 외부 하우징은 하우징 내부의 요소를 디바이스 외부의 구성 요소에 연결하는 포트 또는 기타 물리적 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 하우징은 진공 소스에 연결된 하나 이상의 포트, 극저온 유체를 디바이스 안팎으로 전도하기 위한 튜브용의 하나 이상의 포트, 및 프로브 카드, 모션 스테이지, 도어 액츄에이터, 척 액츄에이터 및 기타 요소를 장치 외부에 위치한 전원 및 프로세서 또는 제어 및 데이터 수집 구성 요소에 연결하는 하나 이상의 도관 또는 와이어를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 외부 하우징은 내부 진공을 유지하고 외부 압력을 견딜 수 있는 설계 및 진공 경계 재료를 포함한다. 예시적인 외부 케이싱 재료는 알루미늄, 스테인리스강 및 이들의 합금과 같은 금속, 예를 들어 두께가 2-15 mm인 알루미늄의 단일 층을 포함한다. 특정 실시예에서, 외부 하우징은 주변 자기장을 하우징의 내부로부터 멀어지게 재지향시키기 위해 자기 차폐재를 더 포함한다.
외부 하우징은 탈착식 뚜껑, 도어, 또는 내부의 구성요소에 대한 접근을 가능하게 하는 다른 구조를 포함할 수 있다. 외부 하우징은 또한 게이트 슬롯, 즉 슬롯 및 상기 슬롯을 덮거나 덮지 않도록 작동될 수 있는 관련 도어를 포함한다. 이 게이트 슬롯에 의해, 피테스팅 웨이퍼 또는 기타 구성요소가 장치에 도입되거나 장치에서 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 외부 하우징은 중실 베이스에 장착되고 탈착식 원형 뚜껑을 포함하는 원통형 바디를 포함하며, 상기 뚜껑은 폐쇄 요소(래치, 볼트 등)에 의해 원통형 바디의 상부에 부착되어 밀폐 챔버를 형성한다.
웨이퍼 테스트를 위해 열적으로 정의되고 자기적으로 격리된 작업 영역. 본 발명의 장치의 주요 요소는 극저온 조건을 포함하여 엄격하게 제어되는 조건 하에 유지될 수 있는 테스트 챔버이다. 본 명세서에서 "테스트 존"이라고 하는 이 테스트 챔버는 열적으로 정의되고 선택적으로 자기적으로 격리된 챔버를 포함하며, 하기에 기술된 바와 같이 그 안에 다수의 요소가 포함되어 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 열적으로 정의된다는 것은 챔버 내부의 요소가 선택된 온도에서 또는 선택된 온도 범위 내에서 유지된다는 것을 의미한다. 테스트 챔버가 진공 조건 하에 유지되는 본 발명의 주요 구현에서, 열적으로 정의된 조건은 본 명세서에 설명된 바와 같이 하나 이상의 냉각 요소와 접촉하거나 그렇지 않으면 냉각 요소에 의해 냉각되는 열 전도성 요소의 사용에 의해 달성된다.
테스트 존은 상기 테스트 존의 영역을 정의하고 상기 테스트 존의 원하는 조건을 유지하는 역할을 하기 위해 본 명세서에서 "테스트 존 케이싱"이라고 하는 케이싱에 의해 정의된다. 도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예를 참조하면, 테스트 존(113)은 테스트 존 케이싱(104) 내의 영역이다. 테스트 존 케이싱은 내부 공간 및 외부 벽 또는 벽들, 상부면 및 바닥을 포함하는 중공 바디를 포함한다. 테스트 존 케이싱은 하부 개구, 상부, 상부 광학 접근 개구 및 게이트 슬롯을 포함하는 측면 개구를 포함하는 다양한 개구를 포함한다.
테스트 존 케이싱은 케이싱 외부로부터의 열 유입에 저항하는 열 차폐재를 포함할 것이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 열 차폐재는 순수한 재료 또는 복합 재료 또는 다중 재료의 합금을 포함하는 재료로, 상기 재료에 의해 둘러싸인 영역을 열적으로 단열 또는 격리할 수 있다. 테스트 존 케이싱의 바람직한 열 차폐재는 높은 열 전도성 및 극한의 냉각을 견딜 수 있는 적절한 구조적 강도를 갖는 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 테스트 존 케이싱은 알루미늄, 예를 들어 1100, 3003, 6063, 또는 6061 유형 알루미늄을 포함한다. 대체 재료에는 마그네슘 및 구리와 같은 금속이 포함된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 테스트 존 케이싱은 3003 알루미늄 또는 구리를 포함한다. 테스트 존 케이싱의 두께는 예를 들어 0.25 - 10mm의 두께, 예를 들어 약 3mm의 두께일 수 있지만(여기에서 사용된 "약"은 열거된 값의 10% 이내를 의미함), 다른 두께도 고려될 수 있다. 일반적으로, 테스트 존 케이싱은 단일 층의 재료를 포함하지만, 대안적인 구현에서, 케이싱은 다중 층을 포함한다.
주요 실시예에서, 테스트 존 케이싱은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원형/원통 형상을 포함할 것이다. 그러나, 테스트 존 케이싱은 정육면체, 직사각형 박스, 삼각형 박스 또는 불규칙한 모양과 같은 임의의 형상을 취할 수 있음을 이해할 것이다.
테스트 존 케이싱의 바닥 개구는 후술하는 바와 같이 차폐 요소로 덮여 있다. 테스트 존 케이싱은 아래에 설명된 바와 같이 하나 이상의 냉각 요소를 포함하거나 둘러싸거나 접촉하게 된다. 하나 이상의 냉각 요소의 작용으로, 테스트 존 내의 요소는 장치의 기본 온도와 실온 사이의 선택된 온도 범위 내에서 엄격하게 제어된 열 조건에서 유지될 수 있다. 주요 실시예에서, 테스트 존 케이싱(104)은 극저온, 0K 내지 6K의 온도, 예를 들어 약 4K로 유지된다.
자기 절연. 본 발명의 특정 실시예에서, 전자 부품의 성공적인 테스트는 주변 또는 다른 자기장 및 자속이 실질적으로 없는 환경을 필요로 한다. 이러한 경우, 프로브 스테이션은 자기적으로 격리된 테스트 존을 갖도록 구성될 수 있다. 이는 본 명세서에서 자기 차폐 케이싱이라고 하는 케이싱의 사용에 의해 달성된다. 자기 차폐 케이싱는 테스트 존 케이싱 내부에 배치된 중공 구조이다. 자기 차폐 케이싱은 테스트 존 케이싱의 바닥 개구와 정렬되는 바닥 개구를 포함한다.
열적으로 정의된 온도를 유지하기 위해, 자기 차폐 케이싱은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하나 이상의 표면, 예를 들어 바닥면을 따라 테스트 존 케이싱에 대한 열 전도성 연결에 의해 냉각된다. 실시예에서, 자기 차폐 케이싱은 스트럿, 빔 또는 기타 열 전도성 지지 구조에 의해 테스트 존 케이싱의 내부면에 연결된다. 한 구성에서, 자기 차폐 케이싱 및 상기 자기 차폐 케이싱이 안착되는 테스트 존 케이싱은 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 상이한 재료로 구성될 것이다. 본 발명의 그러한 실시예에서, 플렉싱 특성을 갖는 하나 이상의 열 전도성 부재가 테스트 존 케이싱(104)과 자기 차폐 케이싱(105)을 연결하기 위해 선택적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 테스트 존 케이싱의 바닥면에 안착(또는, 예들 들어, 용접 또는 나사에 의해 연결)된다. 일 실시예에서, 자기 케이싱은 테스트 존 케이싱의 내부면을 따라 늘어선 재료의 내부층을 포함한다.
자기 차폐 케이싱은 임의의 형상을 포함할 수 있지만, 일반적으로 이는 안착되는 테스트 존 케이싱과 동일한 형상을 갖는 것이 유리할 것이다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예를 참조하면, 자기 차폐 케이싱(105)은 원통형 테스트 존 케이싱 내에 동심으로 위치된 원통형 형상을 포함한다.
자기 차폐 케이싱은 임의의 개수의 자기 차폐재, 즉 자기장을 재지향하거나 감쇠시키고 외부 자속으로부터 재료에 의해 둘러싸인 영역을 보호할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 자기 차폐재는 예를 들어 철 합금, 니켈-철 합금 및 니켈-철-몰리브덴 합금을 포함하는 강자성 재료를 포함한다. 예시적인 재료는 ASTM A753 Alloy Type 4, ASTM A753 ALLOY 2, MIL-N-14411 Composition 1, 수퍼멀로이(supermalloy), 수퍼메탈(supermumetal), 닐로막(nilomag), 샌볼드(sanbold), 몰리브덴을 포함한다. 상업적으로 이용가능한 재료는 예를 들어 MUMETALS(TM)(Holland Shielding Systems, Dordrecht, Netherlands), 또는 CRYOPRM(TM)(MuShield, Londonderry New Hampshire, USA) 및 ALLOY49(TM)를 포함한다. 자기 차폐 케이싱의 벽 두께는 그에 의해 둘러싸인 내부 공간의 효과적인 자기 차폐에 적합한 임의의 두께, 예를 들어, 0.2 내지 4.0 mm 범위일 수 있다.
테스트 존 케이싱 및 자기 차폐 케이싱의 바닥 개구는 일반적으로 거의 동일한 크기 및 모양(예를 들어, 직경)일 것이다. 일부 실시예에서, 크기 불일치가 있으며, 여기서 2개의 바닥 개구 중 더 작은 것이 후술하는 바와 같이 컬럼의 측방향 범위를 정의할 것이다.
테스트 존 케이싱 내에 있고 그에 대한 열 전도성 연결에서, 자기 차폐 케이싱은 테스트 존 케이싱의 극저온 조건에서 유지된다. 따라서, 자기 차폐 케이싱은 자기적으로 격리되고 열적으로 정의된 챔버 또는 테스트 존을 정의한다. 전자 부품의 테스트는 고품질 측정이 유리하게 달성될 수 있는 이 챔버 내에서 수행된다.
대안적인 구현에서, 본 발명의 웨이퍼 테스트 장치는 테스트 존의 실질적인 자기 격리를 필요로 하지 않는다. 이 대안적인 구현에서, 자기 차폐 케이싱은 디바이스에서 완전히 생략되고 테스트 존은 테스트 존 케이싱의 경계에 의해서만 정의된다.
프로브 카드. 하나 이상의 프로브 또는 프로브 카드들이 테스트 존에 있다. 프로브 카드는 전도도, 성능 등을 측정하기 위해 웨이퍼 상의 디바이스 또는 기타 테스트된 디바이스에 접촉하는 프로브 요소(예를 들어, 접점 또는 니들) 어레이이다. 프로브 카드는 컴퓨터화된 컨트롤러를 포함하는 하나 이상의 외부 디바이스들과 전기 연결되고 이들에 의해 결합될 수 있다. 결합되면, 프로브 카드의 접점이 대상 접점에서 테스트 기판에 닿고, 프로브 카드가 테스트 기판에 전기 입력 신호를 전달하고, 프로브 카드는 테스트 기판으로부터 전기 출력 신호를 수신한다. 프로브 카드는 접점의 전기 자극 및/또는 출력 신호 측정을 가능하게 하는 제어 시스템, 전원 장치, 조절기 및 신호 처리/저장 디바이스와 같은 외부 구성 요소에 유선으로 연결되며, 상기 유선은 개구 또는 도관에 의해 중간 케이싱을 통과한다.
프로브 카드는 예를 들어 빔, 필라, 또는 다른 요소로, 가령 테스트 존 케이싱의 내부면 상의 지점에 연결됨으로써, 하나 이상의 구조적 요소에 의해 테스트 존 내에 현가될 수 있고, 이러한 지지 구조는 열 전도성이며 테스트 존 케이싱과 연결되어 있다. 일 실시예에서, 구조적 요소는 지지 요소 또는 브릿지(107)를 포함하며, 이 지지 요소 또는 브릿지는, 있다면, 자기 차폐 케이싱을 통과하는 수직 요소에 의해 각 끝단에서 고정되고, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 묘사된 것과 같은 테스트 존 케이싱의 바닥면의 내부면에 연결된다.
웨이퍼 고정 요소. 피테스트 전자 부품은 임의의 전자 부품, 예를 들어, 하나의 디바이스 또는 다수의 디바이스를 포함하는 부품일 수 있다. 테스트를 시작하기 위해, 전자 부품이 테스트 존에 도입된다. 제1 구현에서, 전자 부품은 웨이퍼, 예를 들어, 그리드에 배치된 다수의 디바이스를 포함하는 웨이퍼이다.
테스트 존은 전자 부품용 수용 요소를 포함할 것이다. 피테스트 웨이퍼의 경우, 수용 요소는 척을 포함할 수 있다. 척은 피테스트 웨이퍼가 제자리에 안착되고 유지될 평평한 상부면을 갖는 실질적으로 평면인 바디를 갖는 플랫폼을 포함한다. 플랫폼의 재료는 이상적으로 높은 강성, 높은 열전도도 및 비자성 특성을 가진 순수한 금속 또는 합금이다. 예로는 구리, 알루미늄, 몰리브덴 및 그 합금이 있다. 일 구현에서, 피테스트 전자 부품은 원형 웨이퍼를 포함하고, 척은 웨이퍼를 수용하기 위한 실질적으로 원형 표면을 포함한다.
척은 그 에지에서 웨이퍼(127)를 유지하는 하나 이상의 클램핑 요소를 포함한다. 클램핑 요소의 작동은 하나 이상의 로드, 예를 들어 푸시 바, 또는 다른 요소, 예를 들어 아래에서 설명되는 중앙 컬럼 내부에 있는 액츄에이터 및 푸시 바에 의해 달성된다. 전동 액추에이터는 와이어를 통해 외부 전원 및 제어 구성 요소와 연결될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 척은 클램핑 요소, 예를 들어, 웨이퍼용 수용 공간을 생성하기 위해 중앙 작동 로드에 의해 들어올려질 수 있고 웨이퍼의 도입 후에 해제될 수 있는 2, 3, 4, 5 또는 그 이상의 스프링 인장 클램프를 포함하며, 스프링 인장에 의해, 클랭핑 요소들이 아래쪽으로 수축되어 웨이퍼를 척 표면에 클램핑한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 척(102)은, 예를 들어, 도 5a, 5b, 6a, 6b, 7, 8a, 8b, 8c에 도시된 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 테스트 프로세스 동안 웨이퍼(127) 또는 다른 테스트 피스를 제자리에 유지하는 하나 이상의 작동 가능한 클램핑 요소(126)를 포함한다. 클램핑 요소(126)는 크로스 부재(306)에 부착된 클램프(300)를 포함하고, 상기 크로스 부재는 플랫폼(305) 아래에 배치된다. 스프링(302)은 크로스 부재와 플랫폼 사이에 접촉한다. 도 6b를 참조하면, 복수의 수직 지지대(301)가 크로스 부재(306)에 연결되고 플랫폼(305)에 위치한 개구(303)를 통과한다.
도 5a, 도 6a, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 크로스 부재(306)에 부착된 푸시 바(304)가 플랫폼(305)에 대해 상향으로 들어올려지면, 스프링(302)이 압축되고, 웨이퍼(127)의 전달을 위해 클램프(300)와 플랫폼(305) 사이의 공간이 개방된다. 웨이퍼는 예를 들어 외부에 위치한 웨이퍼 공급 시스템의 웨이퍼 전달 암(307)과 함께 도입될 수 있다. 지지대(301)는 일반적으로 수직 방향으로 배향되며, 크로스 부재(306)에 연결된다. 푸쉬 바를 위로 들어올리면, 수직 지지대가 플랫폼(305)의 표면 위로 노출된다. 수직 지지대(301)는 웨이퍼를 지지하고, 예를 들어, 예시적인 도 8a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(127)를 척에 적재하는 동안 웨이퍼(127)와 플랫폼(305) 사이에 공간을 제공한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 전동 액츄에이터는 척 아래의 중앙 컬럼, 예를 들어 중앙 컬럼의 바닥에 위치되며, 컬럼을 통해 연장되는 푸시 바를 통해 척의 클램핑 요소에 연결되어 작동한다. 액추에이터는 외부 하우징 외부의 제어 시스템과 연결되어 작동될 수 있다.
도 5b, 도 6b 및 도 8c를 참조하면, 푸시 바(304)가 해제될 때, 플랫폼과 크로스 부재 사이에 위치한 스프링(302)이 크로스 부재(306)에 힘을 가한다. 크로스 부재 및 이에 따라 상기 크로스 부재에 부착된 클램핑 요소를 내림으로써, 클램프(300)가 플랫폼(305)에 배치된 웨이퍼(127)에 대해 하향력을 제공한다. 동시에, 수직 지지대(301)가 낮아지고, 이는 플랫폼(305)의 표면 위로 웨이퍼를 내린다. 이러한 방식으로, 웨이퍼(127)는 클램프(300)와 플랫폼(305) 사이에 클램핑된다.
유리하게는, 본 발명의 웨이퍼 클램핑 요소 및 척은 테스트 존의 제어된 극저온 환경 내에 위치된다. 따라서, 척 요소를 구성하는 금속의 수축은 웨이퍼 도입 및 테스트 프로세스 동안 최소화되어, 웨이퍼에 대한 실질적인 압축 응력을 최소화하거나 제거한다. 대조적으로, 종래 기술의 웨이퍼 냉각 시스템에서, 웨이퍼는 디바이스 외부에 있는 동안 고정 요소에 클램핑되거나 부착되고, 그 후 극저온 작업 구역으로 도입되어야 한다. 이는 압축 스트레스를 유발하는 너무 큰 클램핑 힘과 웨이퍼의 열악한 열화(thermalization)를 유발하는 너무 작은 클램핑 힘에 따른 웨이퍼 부서짐 사이에 대립을 야기한다. 따라서, 종래 기술의 공정은 상당한 시간과 위험을 필요로 하는 반면, 웨이퍼가 이미 냉각된 고정 장치 상에서 급속하게 냉각되는 본 발명의 공정은 스루풋 및 안전성이 크게 증가하는 결과를 낳는다. 도입되고 클램핑된 웨이퍼는 테스트 존에서 급격히 냉각됨에 따라, 수축하여 인장 스트레스를 야기하지만, 본 발명의 발명자는 실리콘 웨이퍼가 일반적으로 균열 또는 부서짐 없이 이러한 스트레스를 견딜 수 있다는 것을 발견했다.
웨이퍼의 정밀 이동. 회로 또는 기타 전자 부품을 성공적으로 테스트하려면, 부품의 대상 접점이 프로브 카드의 접점 아래에 정확하게 배치되어야 한다. 웨이퍼의 경우, 회로를 테스트한 후, 웨이퍼를 프로브 카드 아래에 재배치하여 다른 회로가 프로브 카드에 제시되도록 해야 하며, 다시 접점 아래 대상 접점의 정확한 위치를 지정해야 한다. 따라서, 웨이퍼는 예를 들어 1 내지 수십 미크론 범위의 허용 오차로 매우 정밀하게 프로브 카드 아래에 위치해야 한다. 본 발명의 웨이퍼 프로브 스테이션은 프로브 카드와 테스트 기판의 고정밀 정렬이 가능하다.
프로브 카드에 대한 웨이퍼의 위치를 제어하기 위해, 프로브 스테이션의 외부로부터 테스트 존 내의 웨이퍼 및 프로브 카드의 시각화를 가능하게 하는 것이 유리하다. 하우징 외부에 위치한 도구에 의한 작업 구역의 시각화는 다양한 케이싱에서 투명 재료를 포함하는 일련의 정렬된 개구 또는 윈도우에 의해 가능해질 수 있다. 윈도우는 유리, 사파이어 또는 기타 투명 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 프로브 스테이션은 외부 하우징(124), 열 버퍼 케이싱(125), 테스트 존 케이싱(104), 및 자기 차폐 케이싱(105)을 포함하며, 상기 웨이퍼 및 프로브는 카드는 일련의 정렬된 광학 개구 또는 ㅇ윈도우(117a-d)을 통해 외부 하우징 외부의 광학 요소(118)에 의해 시각화된다. 그러한 시각적 모니터링 시스템은, 예를 들어, 프로브 카드 아래의 선택된 위치로 웨이퍼의 작동을 가이드하기 위해 컴퓨터화된 제어 요소와 연결된 CCD 또는 CMOS 카메라를 포함할 수 있다.
제어 시스템의 가이드에 따라, 웨이퍼는 프로브 카드 아래의 선택된 지점으로 매우 정밀하게 이동되어야 한다. 이는 모션 스테이지 시스템의 신규한 사용에 의해 본 발명의 시스템에서 달성된다. 모션 스테이지는 외부 하우징(124) 내부에 위치하지만, 테스트 존의 까다로운 열 환경 외부에 있으며 수직 컬럼에 의해 테스트 존 내에 있는 척에 연결된다. 컬럼의 하단부는 모션 스테이지(103)에 연결된다. 모션 스테이지는 예를 들어 1-100 마이크론 범위의 정밀도로 컬럼의 미세 이동을 수행하기 위한 전동 시스템을 포함한다. 특정 실시예에서, 모션 스테이저는 고정밀도로 컬럼을 측방향, 수직방향 및 회전방향으로 이동시키도록 구성된다. 예시적인 모션 스테이지 시스템은 상업적으로 이용 가능한 정밀, 진공 호환 모션 스테이지를 포함한다. 그러한 모션 스테이지의 상업적으로 이용가능한 예는 NEWPORT CORPORATION(TM) 및 PI MICOS(TM)에 의해 제공되는 것들을 포함한다.
자기적으로 격리된 극저온 작업 구역 외부의 이동 시스템의 위치는 작업 구역이 컬럼에 의해 접근 가능해야 할 것을 요구한다. 또한, 웨이퍼 또는 다른 구성요소의 전체 작업 표면이 프로브 카드 아래에서 이동될 수 있도록 컬럼이 상당한 측방향 이동 범위를 갖는 것이 유리하다. 테스트 존 케이싱의 바닥 개구(및, 있다면, 자기 케이싱의 바닥 개구)는 이러한 측면 이동 범위를 가능하게 한다. 테스트 존 케이싱의 바닥 개구의 폭 및/또는 자기 차폐 케이싱의 바닥 개구의 폭은 (피테스트 장치를 포함한) 웨이퍼의 전체 작업면이 프로브 카드를 통해 접근할 수 있도록 선택되며, 이는 컬럼의 측면 이동을 통해 달성된다. 예를 들어, 원형 웨이퍼와 테스트 존 케이싱의 둥근 바닥 개구의 경우, 컬럼의 외부면과 테스트 존 케이싱(또는, 있고 더 작다면, 자기 차폐 케이싱)의 바닥 개구 가장자리 사이의 거리는 대략 웨이퍼 작업 영역의 직경에 컬럼의 직경을 더한 것이다. 예를 들어, 둘레에 2mm 배제 구역이 있고 직경이 40mm인 컬럼이 있는 200mm 웨이퍼의 경우, 제1 케이싱의 바닥 개구는 직경이 적어도 236mm일 것이다.
플로팅 쉴드. 컬럼 이동의 더 넓은 측면 범위를 달성하려면 테스트 존 케이스(및, 있다면, 자기 차폐 케이싱)의 바닥에 있는 상대적으로 큰 개구가 필요하다. 이는 작업 영역의 자기 차폐 및 단열의 무결성을 유지하기 위한 잠재적인 문제를 나타낸다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 범위는 중앙 컬럼의 넓은 측면 이동을 가능하게 하면서 테스트 존을 정의하는 케이싱(들)의 바닥 개구(들)를 열적으로 차폐하는 새로운 차폐 요소의 사용을 포함한다. 주요 실시예에서, 차폐 요소는 "플로팅 쉴드"를 포함한다. 본 발명의 플로팅 쉴드는 케이싱의 바닥면에 평행하고 컬럼의 측면 작동 동안 이러한 케이싱의 바닥 개구를 덮는 중심 컬럼 주위에 배치된 평면 구조를 포함한다. 본 발명의 플로팅 쉴드는 연관된 케이싱의 바닥 개구가 컬럼의 전체 횡방향 운동 범위에 걸쳐 플로팅 쉴드에 의해 완전히 덮이도록 크기가 지정된다. 이 플로팅 쉴드는 케이싱 외부의 열 복사를 차단하는 역할을 한다.
컬럼의 수직 작동에 의해, 플로팅 쉴드는 또한 케이싱의 내부를 밀봉하거나 실질적으로 밀봉하기 위해 관련 케이싱의 바닥면과 플로팅 쉴드의 상부면 사이의 갭이 최소화되도록 상승될 수 있다. 일부 구현에서, 플로팅 쉴드의 상부면은 연관된 케이싱의 바닥면과 접촉한다. 다른 구현에서, 플로팅 쉴드의 상부면과 관련 케이싱의 바닥면 사이의 갭은 컬럼을 상승시킴으로써 약 1mm 이하, 예를 들어, 0.1mm 또는 0.5mm로 감소될 수 있다.
플로팅 쉴드는 평면 형태, 예를 들어 디스크형 바디를 포함한다. 플로팅 쉴드는 컬럼의 길이방향 축에 실질적으로 수직인 방향으로 컬럼에 부착된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 플로팅 쉴드는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 스트럿(110)과 같은 지지 요소, 또는 컬럼에 의한 플로팅 쉴드의 지지를 보조하는 스파(spars), 타이(ties) 또는 앵글 요소(angled elements)에 의해 지지된다. 플로팅 쉴드의 주요 기능은 위의 챔버의 단열을 유지하는 것이며, 쉴드는 위의 챔버를 단열할 수 있는 재료, 예를 들어 알루미늄, 강철, 구리, 이들의 합금과 같은 금속 및 일반적으로 높은 열 전도성을 갖는 재료를 포함한다. 예를 들어, 쉴드는 0.25-5.0 mm의 두께를 갖는 알루미늄 층을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 플로팅 쉴드의 평면 구조는 플로팅 쉴드가 밀봉하는 케이싱과 동일한 재료를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 프로브 스테이션 장치는 하나 이상의 플로팅 쉴드, 예를 들어 테스트 존, 예를 들어, 테스트 존 챔버를 둘러싸기 위한 제 1 플로팅 쉴드 및, 아래에 설명된 바와 같이 제2 열 버퍼 챔버, 예를 들어 50K 챔버를 둘러싸기 위한 제2 플로팅 쉴드를 포함한다.
최상부 플로팅 쉴드가 테스트 존 챔버의 바닥 개구를 덮는다. 자기 차폐 케이싱이 테스트 존 챔버 내에 있고 작업 구역의 자기 차폐가 요구되는 이런 실시예에서, 플로팅 쉴드의 최상부면은 테스트 존의 최적의 자기 격리를 달성하기 위해 자기 차폐재를 포함할 것이다.
도 1, 2, 4, 9a, 9b를 참조하면, 일 구현에서, 플로팅 쉴드는 예를 들어 열 전도성 재료를 포함하는 제1 층(109), 및 자기 차폐재를 포함하는 제2 층(111)을 포함한다. 일부 구현들에서, 제1 플로팅 쉴드의 상부면은 자기 차폐층을 포함한다. 자기 차폐를 위한 재료의 예는 예를 들어 철 합금을 포함하는 강자성 재료, 니켈-철 합금을 포함하는 고투자율 금속을 포함한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 자기 차폐층의 두께는 효과적인 자기 차폐에 적합한 임의의 두께, 예를 들어 0.5 내지 5.0 mm 범위이다. 본 발명의 특정 실시예에서, 자기 차폐층(111)은 평면 열 차폐물(109)의 상부면 위에 직접 안착된다. 플로팅 쉴드의 제1 층 및 제2 층은 나사, 볼트 또는 기타 체결 요소에 의해 이에 결합될 수 있다. 특정 실시예에서, 플로팅 쉴드의 열 차폐층 및 플로팅 쉴드의 자기 차폐층은 서로 다른 열팽창 계수를 가질 것이다. 그러한 구현들에서, 층들 사이의 물리적 연결은 예를 들어 팽창 및 수축 동안 어셈블리의 뒤틀림 또는 과도한 스트레스를 방지하는 플렉셔 또는 슬롯에 의한 플로팅 쉴드의 열 및 자기 차폐층에 의해 수축 및 팽창의 차등 속도를 수용하도록 구성될 수 있다.
컴플라이언트 벨로우즈. 대안적인 구현에서, 케이싱의 바닥 개구를 차폐하는 차폐 요소는 컴플라이언트 벨로우즈, 예를 들어 테스트 존 케이싱 및/또는 열 버퍼 케이싱의 바닥 개구를 둘러싸는 컴플라이언트 벨로우즈를 포함한다. 예시적인 벨로우즈가 도 25에 도시되어 있다. 벨로우즈는 확장 또는 수축할 수 있는 컴플라이언트 구조일 것이다. 예를 들어, 상부 립과 하부 립이 팽창 및 수축에 의해 측방향으로 변위될 수 있도록 하는 콘서티나식, 아코디언식 또는 주름식 측면이 있는 디바이스를 팽창 또는 수축시킬 수 있는 컴플라이언트 구조일 것이다. 벨로우즈는 케이싱의 바닥 개구를 덮고 컬럼이 측면 운동 범위를 가로질러 움직이게 하기에 충분한 가요성과 크기를 가질 것이다. 벨로우즈는 바닥 직경 또는 폭과 실질적으로 동일한 상단 직경 또는 폭을 갖는 실질적으로 튜브형일 수 있다. 대안적으로, 벨로우즈는 하나의 개구가 다른 개구보다 큰 피라미드형일 수 있다. 벨로우즈는 상부 립(310)에 의해 정의된 상부 개구 및 하부 립(311)에 의해 정의된 하부 개구를 포함할 것이다. 벨로우즈는 케이싱의 바닥 개구를 둘러싸도록 상부 립에 의해 케이싱(예를 들어, 테스트 존 케이싱 또는 열 버퍼 케이싱)의 바닥에 부착될 수 있고, 하부 립에 의해 아래 구조에 고정될 수 있다. 벨로우즈를 다른 구조물에 부착하는 것은 브레이징, 용접, 나사, 볼트, 또는 다른 부착 수단에 의해 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 하부 립이 부착되는 구조물은 플로팅 쉴드이다. 일 실시예에서, 플로팅 쉴드는 하부 립이 부착되는 케이싱의 바닥 개구보다 더 작은 직경의 작은 플랜지를 포함한다. 일 실시예에서, 하부 립은 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이 중앙 컬럼에 직접 부착되고, 플로팅 쉴드가 존재하지 않는다.
벨로우즈의 기능은 컬럼의 측면 및/또는 수직 이동을 가능하게 하도록 구성되는 동안 케이싱의 바닥 개구의 열 및/또는 자기 차폐를 유지하는 것이다. 일부 실시예에서, 벨로우즈는 추가적인 수직 치수의 차폐를 제공함으로써 플로팅 쉴드를 보완한다. 일부 구현에서, 벨로우즈는 플로팅 쉴드의 일부 또는 전부를 대체한다. 벨로우즈는 예를 들어 구리, 알루미늄, 강철, 또는 이들의 합금을 포함하는 금속 호일(또는 적층된 호일층)을 포함할 수 있다. 호일 두께는 예를 들어 두께가 0.25-2mm와 같이 충분한 동작 범위를 가능하게 하는 임의의 두께일 수 있다. 일 실시예에서, 벨로우즈는 호일로 코팅된 하나 이상의 스프링을 포함한다. 다른 실시예에서, 벨로우즈는 극저온 조건 하에서 컴플라이언스를 유지하는 직물 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 직물은 직조 및 부직포 직물, 예를 들어 섬유유리 직물, 폴리에스테르 직물, 유리-폴리에스테르 복합 직물, 유리-에폭시 복합 직물, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드), 및 당업계에 공지된 다른 극저온 직물을 포함한다. 일 실시예에서, 직물은 열 차폐재 및/또는 자기 차폐재, 예를 들어 구리, 니켈 또는 코발트 조성물과 같은 열 또는 자기 차폐재을 포함하는 입자 또는 필름으로 코팅, 함침 또는 금속화된 직물을 포함한다. 재료의 하나 이상의 층들이 직물 재료 상에 침착될 수 있다.
작동시에, 벨로우즈는 도 9b에 도시된 바와 같이, 예를 들어 플로팅 쉴드의 이동 반경(114, 122) 내에서 컬럼이 이동(101)될 때 유연하고 변형을 겪는다. 본 발명의 특정 실시예에서, 2개 이상의 벨로우즈는 케이싱의 바닥 개구 주위에 반경방향으로 배향된다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 벨로우즈(308)는 수직 갭(112)에 위치된다. 특정 실시예에서, 벨로우즈(308)는 테스트 존 케이싱의 개구 부근과 같은 테스트 존 케이싱(104)의 바닥과 자기 차폐층(111)과 같은 플로팅 쉴드 사이에 연결된다. 특정 실시예에서, 벨로우즈(309)가 수직 갭(120)에 위치되어 열 버퍼 케이싱(125)과 제2 플로팅 쉴드(119)를 연결한다.
특정 실시예에서, 벨로우즈(308, 309)는 케이싱 상부와 컬럼 사이에 연결된다. 도 10을 참조하면, 일 실시예에서, 벨로우즈(308)는 컬럼(101) 및 테스트 존 케이싱(104)과 같은 케이싱 상부에 연결된다. 일 실시예에서, 제2 벨로우즈(309)는 컬럼(101)을 열 버퍼 케이싱(125)과 같은 케이싱 상부에 연결한다.
열 버퍼 존. 본 발명의 일 실시예에서, 프로브 스테이션은 외부 하우징 내에 둘러싸인 테스트 존 케이싱에 의해 정의되는 단 하나의 단열 존을 포함한다. 그러나, 본 발명의 주요 구현에서, 테스트 존의 단열은 하나 이상의 열 버퍼 존의 사용에 의해 개선된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 열 버퍼 존은 테스트 존 케이싱이 둘러싸이는 단열 챔버를 포함한다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 테스트 존 케이싱(104)은 열 버퍼 케이싱(125) 내의 제2 열 버퍼 존(121)의 열적으로 정의된 환경에 의해 둘러싸여 있다.
각각의 열 버퍼 케이싱은 바닥 개구 및 관련 차폐 요소(예를 들어, 플로팅 쉴드 및/또는 벨로우즈)를 포함할 것이다. 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 및 밀폐된 테스트 존 케이싱의 구성은 임의의 개수의 배열일 수 있다. 예를 들어, 케이싱은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 동심원으로 중첩된 실린더일 수 있다.
하나 이상의 열 버퍼 케이싱에 의해 생성된 열 버퍼 존은 하우징의 주변 체적의 온도보다 낮고 테스트 존의 온도보다 높은 온도로 유지될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시예에서, 테스트 존의 구성요소는 약 4K의 온도에서 유지되는 한편, 약 40 내지 60K, 예를 들어 약 50K로 유지되는 제2 단열 구역에 의해 둘러싸여 있다.
주요 구현에서, 2개의 열 케이싱, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 테스트 존(104) 및 열 버퍼 케이싱(125)이 사용되어, 결과적으로 테스트 존 및 열 버퍼 존의 2개의 구역이 열적으로 정의된다. 예를 들어, 열적으로 3차, 4차 또는 더 높은 차수의 단열 버퍼 존을 정의하기 위해 각각이 자체 바닥 개구 및 자체 바닥 개구 차폐 요소(예를 들어, 플로팅 쉴드 및/또는 준수 벨로우즈)가 있는 추가 열 케이싱이 사용될 수 있고, 일련의 케이싱이 서로 동심으로 구성될 수 있음을 이해할 수 있다. 이러한 배열을 통해 가장 안쪽 케이싱 또는 테스트 존 케이싱을 극도로 낮은 온도로 설정하고 열 차폐 및 완충의 여러 층 내에서 격리할 수 있다.
하우징 내의 구성. 하나 이상의 구조 부재가 테스트 존 케이싱, 열 버퍼 존 케이싱(들), (있다면) 자기 차폐 케이싱 및 시스템의 다른 부분을 지지할 수 있다. 특정 실시예에서, 구조 부재(129, 130)는, 예를 들어 테스트 존 케이싱(104)의 외벽을 열 버퍼 케이싱(125)의 내부 벽에 연결하고, 열 버퍼 케이싱(125)의 외부 벽을 외부 하우징(124)에 연결하는 지지물을 제공한다. 일반적으로, 구조 부재는 열전도율이 낮아야 하며 크기, 개수 및 위치 면에서 포개진 케이싱을 제자리에 고정하기에 충분한 지지를 제공하도록 구성되어야 한다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 구조 부재는 플렉싱 재료를 포함하거나 요소의 상이한 온도로 인한 상이한 열팽창 계수 및 차등 팽창을 수용하기 위한 플렉싱 형상 또는 디자인을 포함한다.
냉각 요소. 본 발명의 프로브 스테이션은 복수의 냉각 요소를 포함할 것이다. 각각의 냉각 요소는 냉각 요소가 존재하는 구조에서 열을 제거하는 디바이스 또는 시스템을 포함한다. 예를 들어, 주요 실시예에서, 하나 이상의 냉각 요소가 각각의 케이싱 내에 또는 각각의 케이싱 상에 존재한다. 냉각 요소는 선택한 온도 조건에서 각 구역을 유지하도록 크기가 지정되고 구성된다. 냉각 요소는 중앙 컬럼 위/내부에 위치하거나 케이싱 내부에 있거나 케이싱에 부착될 수 있다.
일 구현에서, 하나 이상의 냉각 요소는 열교환기, 예를 들어 액체 헬륨, 액체 질소, 또는 당업계에 공지된 다른 액화 가스와 같은 극저온 유체가 흐르는 코일 또는 다른 구조를 포함하는 열교환기를 포함한다. 특정 실시예에서, 극저온 유체는 펌핑되거나 그렇지 않으면 (후술되는 바와 같이) 외부 케이싱을 통해 연결되는 호스 또는 도관에 의해 외부 공급원으로부터 공급되고 컬럼 내에 수용된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 도 4를 참조하면, 복수의 냉각 요소(123)가 장치(100) 또는 프로브 스테이션에 존재한다. 장치(100) 내에서, 극저온 유체는 튜브를 통해 냉각 요소로 흐른다. 튜브는 컬럼(101) 내부와 같은 장치의 특정 특징 내에서, 또는 케이싱, 하우징 및 차폐재를 통해 발견될 수 있다. 특정 실시예에서, 입구 포트(203)는 극저온 유체를 시스템 내로 도입하기 위한 개구를 제공하는 반면, 출구 포트(204)는 시스템으로부터 극저온 유체를 제거하기 위한 개구를 제공한다. 시스템으로의 극저온 유체의 흐름은 장치(100) 전체에 걸쳐 위치된 복수의 냉각 요소(123)를 냉각시킨다. 여전히 도 4를 참조하면, 열 교환기(123)는 테스트 존(113)에, 그리고 테스트 존 케이싱(104)과 열 버퍼 케이싱(125) 사이에 위치될 수 있다. 하나 이상의 추가 냉각 요소가 예를 들어 제2 열 버퍼 존(121)의 열적으로 정의된 환경에서 활용될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에서, 냉각 시스템은 서비스 라인(201)을 더 포함한다. 더욱이, 본 발명의 특정 실시예에서, 컬럼(101)은 단열재(202) 재료를 포함한다.
건식 프로브 시스템. 대안적인 실시예에서, 하나 이상의 냉각 요소는 예를 들어 냉각 장치와 열 전도성으로 연결되어 있고 이러한 전도성 요소에 의해 열이 열적으로 정의된 영역으로부터 인출되는 가령 구리와 같은 전도성 재료인 방열판을 포함하는 물리적 구조일 수 있다. 선행 기술의 프로브 스테이션은 4K 부근의 온도를 유지하는 데 어려움을 겪으며, 교정할 수 없는 귀중한 액체 헬륨이 많이 필요하거나 상업적으로 이용 가능한 다량의 2단 펄스 튜브 또는 Gifford-McMahon 저온 냉각기가 필요하다. 액체 헬륨 사용 문제에 대한 한 가지 해결책은 "건식" 웨이퍼 테스트 시스템이라고 하는 폐쇄 사이클 극저온 냉각기를 사용하는 것이다.
개선된 건식 시스템이 본 명세서에 제공된다. 본 발명의 개선된 건식 시스템에서 첫 번째 신규한 점은 두 개의 분리된 극저온 냉각기 요소 사이의 냉각 기능의 분할이다. 본 발명의 건식 시스템에서 요소의 냉각은 테스트 존 및 열 버퍼 존(들)에 대한 냉각을 극저온 냉각기와 별개로 분할함으로써 달성된다. 제1 구현에서, 본 발명의 개선된 시스템은 2개의 개별 냉각 요소, 예를 들어 액체 헬륨 극저온 냉각기 또는 극저온 냉각기의 극저온 스테이지가 (펌프, 압축기, 냉각수 저장소와 같은 디바이스 외부의 극저온 냉각기에 대한 적절한 연결로) 웨이퍼 프로빙 스테이션의 정적 부분 위 또는 안에 위치하는 등가 장치의 사용을 포함한다. 제1 냉각 요소는 열 버퍼 존의 정적 구성요소를 중간 온도, 예를 들어 10-30K, 예를 들어 ~15-20K 사이의 온도로 냉각할 것이다. 제2 냉각 요소의 극저온 단계는 (예를 들어, 펌프, 압축기 및 냉각수 저장소와 같은 외부 하우징 외부의 구성 요소에 대한 적절한 연결로) 중간 버퍼 존 내에 위치하고 가요성 스트랩을 포함한 일련의 요소를 구비하는 열 전도성 연결에 의한 테스트 존 케이싱 내부에 둘러싸인 이동하는 테스트 구성 요소의 저온(예를 들어, 1-6K) 냉각을 달성할 수 있다. 본 발명의 신규한 구성은 내부 테스트 환경을 냉각시키는 복잡성을 줄이는 고정식 스테이지들에서 모두 작동하는 대형 냉각 유닛의 사용을 가능하게 한다. 주요 구현에서, 극저온 냉각기는 폐쇄 사이클 극저온 냉각기, 예를 들어 액체 헬륨 극저온 냉각기이거나, 또는 Gifford-McMahon 냉각 시스템, 단열 자기소거(abidatic demagnetization) 시스템, 스털링 엔진 및 펄스 튜브 냉장고와 같은 냉각기를 포함할 수 있다. 주어진 시스템에서, 저온 스테이지는 가령 1-6K로 냉각시키는 저온 테스트 조건에 최적화된 제1 냉각 요소, 예를 들어, Cryomech AL 630(TM)(Cryomech Systems, Syracuse NY)와 같은 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 한편, 쉴드 스테이지는 10-35K, 예를 들어 ~15-25K로 냉각에 최적화된 제2 전용 냉각기, 예를 들어 Cryomech AL 630(TM) (Cryomech Systems, Syracuse NY)와 같은 시스템에 의해 냉각될 수 있다.
본 발명의 건식 시스템에서 제2 신규한 점은 개선된 가요성 스트랩 디자인이다. 효과적인 유연하고 열 전도성이 있는 스트랩을 설계하는 것은 스트랩에 반대되는 요건을 적용하기 때문에 매우 어렵다. 전도성을 가지려면, 두껍고 짧아야 하며 순수 구리 또는 순수 알루미늄과 같은 전도성이 높은 재료로 만들어져야 한다. 유연하려면, 길고 가늘며 더 강한 재료로 만들어져야 한다. 이 설계의 역설은 상당히 도전적이며 스트랩은 열전도율을 감소시키는 스트랩의 경화 작업과 같은 미묘한 고장 모드에 취약하다.
본 발명의 범위는 약 15-25K의 온도 범위에서 열 전도가 증가하는 선택된 재료를 포함하는 신규한 가요성 및 열 전도성 스트랩을 포함한다. 예를 들어, 구리 및 알루미늄의 순수 합금과 같은 매우 높은 열 전도성을 갖는 재료는 이 온도 범위에서 열전도율을 크게 증가시켜, 필요한 스트랩 재료의 양을 크게 줄이다. 또한, 이동식 쉴드 스테이지와 고정식 쉴드 스테이지의 허용 가능한 온도 차이를 증가시켜 스트랩 재료를 덜 사용하여 유연성을 높였다. 마지막으로, 제대로 구현되면, 고정식 쉴드 스테이지의 온도를 낮춤으로 인해 이동식 스테이지의 열 부하가 줄어들어 필요한 스트랩 재료의 양이 다시 줄어든다. 스트랩 재료 요건을 매우 낮은 수준으로 줄임으로써, 스트랩에서 원하는 전도성과 가요성의 균형을 훨씬 더 쉽게 충족할 수 있다.
도 22는 본 발명의 예시적인 건식 극저온 프로브 스테이션을 도시한다. 이 구현에서, 웨이퍼는 당업계에 공지된 표준 웨이퍼 핸들링 장비에 의해 프로브 스테이션에 삽입된다. 웨이퍼는 도어(606)를 통해 시스템에 들어간다. 웨이퍼는 척(605) 상의 기계적 클램프에 의해 유지된다. 이 인터페이스는 웨이퍼가 극저온에 도달하게 한다. 모션 스테이지(602)는 웨이퍼의 상이한 영역이 윈도우(611)를 통해 이미징될 수 있고 프로브 스테이션의 특성에 따라 전자, 광학 또는 다른 수단에 의해 조사될 수 있도록 척 및 모바일 요소를 이동시킨다. 일반적인 예는 고정 쉴드 요소(610) 내에 배치된 프로브 세트가 웨이퍼의 다른 부분과 전자적 접촉을 만드는 전기 프로빙일 것이다. 저온 이동식 및 고정식 요소는 상용 2 스테이지 극저온 냉각기(612)에 의해 냉각된다. 이 냉각기(613a)의 제1 스테이지는 열적으로 어떤 것과도 연결될 필요가 없지만, 시스템의 다른(미도시) 부품에 보조 냉각을 제공하는 데 사용될 수 있다. 저온 냉각기(613b)의 제2 스테이지는 하나 이상의 제1 열 링크(614)를 통해 저온 고정식 스테이지(615)에 연결된다. 저온 이동식 스테이지(604) 및 척은 하나 이상의 제1 컴플라이언트 열 전도성 스트랩(616)을 통해 저온 고정식 스테이지에 열 고정된다.
중간 고정식 및 이동식 요소(각각 608 및 603)도 유사한 방식으로 냉각된다. 중간 극저온 냉각기(617)는 10-30K 온도 영역에서 냉각을 위해 최적화되었다. 극저온 냉각기(618)의 극저온 인터페이스는 하나 이상의 제2 열 링크(619)를 통해 열화 블록(620)에 부착된다. 중간 이동식 스테이지 요소(603)는 하나 이상의 제2 가요성 열 전도성 스트랩(621)을 통해 냉각된다.
시스템의 한 요소를 본 명세서에서 "열화 블록(thermalization block)"이라 한다. 이러한 요소는 가요성 열 스트랩과 각각의 극저온 냉각기 사이의 열 차단벽 연결 또는 접합 역할을 한다. 열화 블록은 고순도 구리 또는 고순도 알루미늄과 같은 임의의 금속으로 구성될 수 있으며, 가령 기계가공 등에 의해 어떠한 수단으로도 제조될 수 있다. 예시적인 형상은 정육면체 또는 직사각형 프리즘이다. 예시적인 치수는 예를 들어 길이와 폭이 2-10cm 및 높이가 1-5cm 범위, 예를 들어 폭이 5cm, 길이가 5cm 및 높이가 1.5cm이다. 각 열 블록은 도 22에 도시된 바와 같이 내부 플로팅 쉴드, 예를 들어 열 블록(615 및 620)에 연결될 수 있다.
건식 프로브 시스템의 또 다른 요소는 "열 링크(Thermal Link)"이다. 이러한 구조는 냉각된 요소에서 열을 멀리 전도한다. 일부 구현에서, 열 링크는 실질적으로 견고하거나 최소한으로 유연한다. 바람직한 구현에서, 열 링크 구조는 약간의 열 수축 또는 진동 격리를 허용하기 위해 약간 가요성이다. 예를 들어, 2-10mm의 운동 범위를 갖는다. 열 링크는 예를 들어 금속 호일의 다중 층을 포함하는 스트랩 또는 밴드, 예를 들어 두께가 2-5mm인 호일의 2-10개 층을 포함하는 적층된 호일을 포함하는 구조로 구성될 수 있다. 다른 구현에서, 열 링크는 케이블, 로드, 하나 이상의 조인트를 포함하는 구조, 또는 작은 이동 범위를 가능하게 하는 다른 구성을 포함할 수 있다. 열 연결 재료는 임의의 열 전도성 재료, 예를 들어 고순도 구리, 고순도 알루미늄 또는 탄소 조성물을 포함할 수 있다. 열 링크는 일단에 극저온 냉각기에, 예를 들어 극저온 냉각기의 제2 스테이지에 연결된다. 열 링크는 타단에 열화 블록에 연결된다. 열 링크는 나사, 볼트, 용접, 브레이징 또는 납땜으로 단부의 구조에 연결할 수 있다.
가요성 열 스트랩. 이러한 요소는 전도성이어야 하지만 20-200mm의 동작 범위, 예를 들어 50-100mm를 갖는 것과 같이 가요성이어야 한다. 주요 구현에서, 스트랩은 높은 열 전도성을 갖는 재료를 포함한다. 스트랩은 평면이거나 케이블을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 스트랩은 다수의 층, 예를 들어 2개 이상의 호일 층, 예를 들어 5-30개 층, 예를 들어 10-20개 층, 예를 들어 8개 층의 라미네이트로 구성된 실질적으로 평면이다. 예를 들어, 스트랩은 예를 들어 두께가 0.25-2mm, 폭이 25-75mm, 및 길이가 최대 수평 운동 범위의 약 3배인 호일 스택을 포함할 수 있다. 호일 층은 스트랩의 전체 길이에 걸쳐, 스트랩의 길이에 걸쳐 간헐적으로, 또는 주요 구현에서, 스트랩의 단부에서만 함께 연결되어 다른 구조에 결합하기 위한 플레이트를 형성할 수 있다. 호일 층은 예를 들어 용접(예를 들어, TIG 또는 확산 용접), 브레이징, 납땜 또는 나사와 같은 기계적 연결에 의해 함께 결합될 수 있다. 각 스트랩의 일단은 열화 블록에 연결되고, 타단은 플로팅 쉴드, 케이싱, 모션 스테이지 또는 척에서 선택된 구조에 연결된다. 예를 들어, 도 22에 도시된 바와 같이, 스트랩(622)은 하부 플로팅 쉴드(예를 들어, 50K 쉴드)에 연결되고, 스트랩(616)은 상부의 내부 플로팅 쉴드(예를 들어, 4K 플로팅 쉴드)에 연결된다. 스트랩은 용접(예를 들어, TIG 또는 확산 용접), 브레이징, 납땜 또는 나사나 볼트와 같은 기계적 연결을 통해 단부의 요소에 연결될 수 있다.
주요 구현에서, 재료는 15 내지 35K 범위의 높은 또는 최대 열전도율을 갖는다. 예시적인 재료는 구리, 알루미늄, 구리 또는 알루미늄을 포함하는 합금, 및 기타 금속을 포함한다. 예를 들어, 스트랩은 구리 또는 알루미늄, 예를 들어 실질적으로 순수한 구리 또는 알루미늄(예를 들어, 4N, 5N, 또는 6N 순도)을 포함할 수 있다. 예시적인 재료는 예를 들어 101 구리, 1000 시리즈 알루미늄, 5N 순수 알루미늄 또는 구리, 또는 규소, 사파이어, 탄화규소 및 질화알루미늄과 같은 필라멘트 또는 라미네이트 형태의 전도성 결정을 포함한다.
도 23a 및 도 23b는 열 전도성 스트랩에 의해 달성되는 운동 범위의 도식적 표현이다. 열화 블록(700)에는 가요성 스트랩(701)이 부착되어 있다. 적절한 이동식 스테이지 요소(702)가 열 스트랩의 타단에 부착된다. 도 23a에서, 스테이지 요소(702)는 제1 위치에 도시되어 있다. 도 23b에서, 스테이지 요소(702)는 가요성 스트랩에 의해 가능하게 되는 운동 범위인 제2 위치에 도시되어 있다.
도 24a는 가요성 열 스트랩을 도시한다. 스트랩(800)은 3개의 호일(801, 802, 803)과 호일 층이 예를 들어 용접, 브레이징 또는 납땜에 의해 함께 결합되는 짧은 섹션을 포함하는 단부 플레이트(804, 805)로 구성된다. 단부 플레이트는 한쪽 끝에서 열화 블록에 연결되고 반대쪽 끝에서 이동식 스테이지의 요소에 결합된다.
웨이퍼 접근 도어. 피테스트 웨이퍼 또는 기타 전자 부품은 일련의 정렬된 게이트 슬롯을 통해 임의의 중간 케이싱을 가로질러 외부 하우징의 외부에서 척으로 도입된다. 게이트 슬롯은 컴퓨터 제어 시스템의 제어 하에 액추에이터에 의해 들어 올려지는 도어를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예는 연속적인 열 케이싱을 제공하기 위해 게이트 슬롯 위에 위치되어 있으나 웨이퍼를 시스템 안팎으로 이송하는 과정에 있지 않는 도어 어셈블리(150)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트 슬롯(116a, 116b, 116c, 116d)을 통한 접근은 지지 로드(153)를 통해 액추에이터(154)에 연결된 도어 어셈블리(150)의 개폐에 의해 달성될 수 있다. 액추에이터(154)는 예를 들어 지지 로드(153)를 수직 방향으로 이동시키는 모터를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 액추에이터는 예를 들어 외부 케이싱의 구멍이나 도관을 통해 외부 하우징 외부의 제어 라인 및 전원 라인과 연결된다.
도 3a, 3b 및 3c를 참조하면, 본 발명의 특정 실시예에서, 도어 어셈블리(150)는 테스트 존 케이싱(104)과 열 버퍼 케이싱(125) 사이에 위치된다. 도 3c를 참조하면, 본 발명의 특정 실시예에서, 도어 어셈블리(150)는 테스트 존(113)을 향해 배치되고 테스트 존 케이싱(104)에 인접하게 위치한 제1 도어(151)를 포함한다. 또한 도 3c를 참조하면, 도어 어셈블리(150)는 열 버퍼 케이싱(125)에 인접하게 위치한 제2 도어(152)를 포함한다. 제1 도어(151) 및 제2 도어(152)는 케이싱에 위치된 게이트 슬롯(116a, 116b, 116c, 116d)보다 큰 면적을 갖는다. 테스트 존 케이싱(104), 자기 차폐 케이싱(105), 열 버퍼 케이싱(125), 외부 하우징(124), 게이트 슬롯(116a, 116b, 116c, 116d)에 대해 위치한 도어 어셈블리의 확대 측면 단면도가 도 3b에 도시되어 있다.
특정 실시예에서, 제1 도어(151)는 예를 들어 이러한 극저온 조건이 4K로 설정되는 테스트 존(113)의 극저온 조건을 단열한다는 것이 이해된다. 제1 도어(151)는 특정 실시예에서 "테스트 존 도어"로 지칭될 수 있다. 도 1 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 제2 도어(152)가 제2 열 버퍼 존(121)의 열적으로 정의된 환경을 단열한다는 것이 또한 이해된다. 제2 도어(152)를 특정 실시예에서 "열 버퍼 도어"라고 할 수 있다. 제1 도어(151) 및 제2 도어(152)는 동일 평면 방향으로 배향되고, 도 3a, 3b 및 3c에 도시된 바와 같이 하나 이상의 단열 요소(155)와 함께 부착된다. 단열 요소(155)는 한 도어에서 다른 도어로 열 복사 및 열의 전달을 방지한다. 여전히 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 스프링(157)은 제1 도어(151) 및 제2 도어(152)의 연장력을 제공한다. 또한, 각각의 도어는 도어 어셈블리(150)의 도어를 케이싱과 연결하여 도어를 냉각하고 각각의 단열 구역에서 극저온 조건을 유지하는 것을 돕는 본 명세서에서 "열 스트립"이라고 하는 하나 이상의 열 전도성 재료의 스트립(예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금과 같은 금속)을 포함할 것이다. 도 3a, 3b 및 3c에 도시된 바와 같이, 열 스트립(156a)은 테스트 존 도어(151)와 테스트 존 케이싱(104)을 연결하는 반면, 다른 열 스트립(156b)은 열 버퍼 도어(152)와 열 버퍼 케이싱(125)을 연결한다. 열 스트립은 도어에서 열을 효과적으로 배출하기 위해 충분히 열 전도성이 있고 도어가 개폐 위치로 작동될 때 도어와 함께 움직이게 충분히 가요성이 있다.
테스트 존 도어(151) 및 열 버퍼 도어(152)는 하나 이상의 지지 로드(153)를 갖는 액추에이터(154)에 부착된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 복수의 지지 로드(153)가 도어(151, 152)에 부착되고, 상기 도어는 도 3a에 도시된 바와 같이 액츄에이터(154)에 추가로 부착된다. 도 3a 및 도 3c를 참조하면, 액츄에이터(154)와 도어(151, 152) 사이의 연결부에는 열복사 또는 열의 전달을 방지하기 위한 단열 요소(159)가 있을 수 있다.
웨이퍼 테스팅 시스템. 일 양태에서, 본 발명의 범위는 열적으로 정의되고 선택적으로 자기적으로 격리된 조건 하에서 본 발명의 프로브 스테이션을 사용하여 웨이퍼를 테스트하기 위한 시스템을 포함한다. 본 발명의 웨이퍼 테스트 시스템에서, 웨이퍼 공급 시스템은 본 발명의 프로브 스테이션 디바이스의 외부에 위치된다. 웨이퍼 공급 시스템은 테스트를 위해 작업 구역 내의 척에 웨이퍼 또는 다른 피테스트 전자 부품을 도입 및 회수하는 장치를 포함한다. 테스트가 완료되면, 웨이퍼 공급 시스템이 웨이퍼 또는 기타 전자 부품을 디바이스 밖으로 운반한다. 특정 실시예에서, 웨이퍼 공급 시스템은 복수의 웨이퍼가 유지되는 카세트 또는 매거진을 포함한다. 웨이퍼 공급 시스템은 인입식 암, 예를 들어 신축식 암을 포함하며, 그 단부는 웨이퍼를 프로브 스테이션 안팎으로 이동시키기 위한 요소를 포함할 수 있다. 신축식 암은 일반적으로 웨이퍼의 배제 구역에서 웨이퍼를 파지하고 놓는 집게, 클립 또는 기타 작동 구조를 포함할 수 있다. 상기 암은 전동화되거나 수동으로 작동될 수 있다. 주요 구현에서, 웨이퍼 공급 암의 단부는 패들 또는 다른 평평한 구조를 포함하고, 그 위에 웨이퍼가 떠지거나 들어 올려지고, 이어서 패들 또는 다른 평평한 구조가 프로브 스테이션 안팎으로 이동한다. 암에 의해, 웨이퍼는 테스트를 위해 척에 도입되고 테스트 후에 척에서 회수된다. 웨이퍼 공급 시스템은 웨이퍼(들)를 진공 상태로 유지하고 상업용 슬롯 밸브에 의해 챔버(124)의 외부 하우징으로부터 분리되어 도 1에 116d로 도시된 2개의 진공 공간 사이의 경계를 개폐한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 시스템은 웨이퍼 핸들링 로봇을 포함한다. Brooks Automation®이 예시적인 웨이퍼 공급 시스템을 제공한다.
본 발명의 웨이퍼 테스팅 시스템에서, 프로브 스테이션 디바이스의 외부는 장치의 작동을 위한 하나 이상의 컴퓨터 제어 시스템일 것이다. 하나 이상의 컴퓨터 제어 시스템은: 척에 대한 웨이퍼의 도입 및 회수를 조정하고; 웨이퍼를 고정 및 놓기 위해 척 상에 클램핑 요소를 작동하며; 플로팅 쉴드에 의한 테스트 존 및 임의의 열 버퍼 존의 밀봉을 용이하게 하기 위해 컬럼을 이동시키고; 웨이퍼의 위치를 설정하고 웨이퍼와 프로브 카드를 접촉시키며; 프로브 카드를 작동시키고 그로부터 데이터를 수집하며; 게이트 슬롯의 정렬된 도어를 작동시키고, 극저온 환경을 제어하는 프로세서 요소 및 소프트웨어를 포함한다. 모터, 액츄에이터, 신호 및 컨트롤 와이어, 및 열거된 프로세스의 달성에 필요한 기타 요소는 본 발명의 시스템에 있는 것으로 이해된다.
기기용 진공 챔버 표면. 본 발명의 범위는 또한 본 발명의 프로브 스테이션과 같은 정밀 기기와 함께 사용하기 위한 신규한 진공 챔버 설계를 포함한다. 많은 상황에서, 측정 또는 기타 작업은 진공 환경에서 수행되어야 한다. 또한, 많은 경우, 이러한 진공 작업에는 매우 정밀한 구성 요소의 이동이 필요하다. 예를 들어, 극저온 웨이퍼 테스트의 경우, 프로브 카드 아래에 웨이퍼를 배치하려면 ~1-15미크론 범위의 허용 오차로 웨이퍼를 정확하게 이동해야 한다.
고정밀도의 부품의 조작은 많은 유형의 기기에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 미크론 범위의 허용 오차를 유지하려면, 기기가 놓이는 표면이 극도로 평평해야 한다. 평탄도는 완벽하게 평평한 표면에서 표면의 편차로 표현할 수 있다.
금속은 매우 높은 평탄도로 쉽게 기계가공되고 연마될 수 있으며, 정밀 기기의 베이스 표면으로 작용할 수 있다. 일반적인 진공 챔버 베이스는 강철 또는 알루미늄 합금과 같은 두꺼운 금속으로 만들어진다. 그러나, 금속은 고유한 유연성을 가지고 있어 진공 챔버와 관련해 문제가 되며, 진공 챔버를 정의하는 외부면은 내부에 진공 조건이 설정됨에 따라 엄청난 압력을 받는다. 예를 들어, 한 면에는 진공이 있고 다른 면에는 표준 대기가 있는 면적의 한 평방 미터는 ~23,000lbf의 대기압을 겪는다. 이러한 엄청난 힘이 금속 베이스에 작용하여 베이스가 휘어지고 평탄도가 손실될 수 있다. 또한, 금속은 열전도율이 높고 열팽창 계수가 커서 극저온 진공 챔버의 외부면과 내부 표면 사이의 온도 차이로 인해 금속이 휘어지고 평탄도가 크게 손상된다. 반면에, 금속은 높은 수준의 진공을 달성하는 데 이상적인 표면이다.
따라서, 정밀 기기의 배치를 위해 극도의 평탄도를 갖는 바닥면을 제공하고 진공 하에 작동될 때 평탄도를 유지하는 신규한 진공 챔버 설계가 당업계에 필요하다. 본 발명의 범위는 실질적으로 평면인 바디를 포함하는 고강성 슬래브를 포함하는 신규한 진공 챔버 베이스를 포함하며, 그 위에 높은 평탄도의 상부면을 포함하는 금속 플레이트가 장착된다. 본 발명의 신규한 어셈블리에서, 슬래브는 매우 높은 평탄도, 매우 높은 강성 및 높은 열 관성을 갖는다. 따라서, 슬래브는 금속 진공 챔버 베이스를 변형시키도록 작용하는 대기압 및 열력(thermal forces)에 대한 저항력이 높다. 다양한 실시예에서, 작업 표면의 평탄도는 1 마이크론 미만, 2 마이크론 미만, 3 마이크론 미만, 4 마이크론 미만, 5 마이크론 미만, 6 마이크론 미만, 7 마이크론 미만, 8 미크론 미만, 9 미크론 미만, 또는 10 미크론 미만의 범위일 수 있다.
슬래브는 고강성 재료로 구성된다. 재료 과학에서 강성은 변형에 대한 재료의 저항으로 측정될 수 있다. 강성은 탄성 계수(영 계수라고도 함) E로 평가할 수 있다. 여기서, E 값이 클수록 재료의 변형을 달성하는 데 필요한 스트레스도 커진다. 일 실시예에서, 슬래브는 예를 들어 다양한 실시예에서 50GPa 초과, 60GPa 초과, 70GPa 초과, 80GPa 초과, 90GPa 초과, 또는 100GPa 초과의 탄성 계수를 갖는 강성인 높은 강성을 갖는 재료를 포함할 것이다. .
고강성 재료는 임의의 고강성 재료, 예를 들어 유기 재료, 무기 재료, 합성 재료, 폴리머 재료, 다양한 재료의 합성물, 및 암석과 같은 천연 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 베이스는 암석으로 만들어진다. 일 실시예에서, 슬래브는 화강암, 휘록암(diabase), 편마암, 윈스톤(whinstone), 섬록암(diorite), 및 당업계에 공지된 다른 암석과 같은 고강성 암석으로 만들어진다. 고강성 암석에는 최소의 기공과 조인팅이 있는 암석이 포함되며, 이러한 특성은 암석의 위치, 조성 및 형성 과정에 따라 동일한 유형의 암석 간에 다를 수 있다. 광물 구조의 등방성도 또한 강성에 영향을 미치며, 이방성이 높을수록 더 큰 강성을 부여한다. 바람직하게는, 슬래브의 재료는 균질한 등방성 화강암을 포함한다. 일 실시예에서, 암석은 화강암이다.
평탄도가 높은 금속 플레이트를 포함하는 작업 표면이 슬래브에 장착되고 진공 챔버의 바닥, 내부면을 형성한다. 플레이트는 금속의 평탄도를 유지하기에 충분한 밀도로 이격된 체결 요소와 함께 복수의 체결 요소에 의해 슬래브에 장착된다. 금속 플레이트와 슬래브를 결합하여, 각 재료의 고유한 특성을 활용할 수 있다. 금속 플레이트는 공기가 투과되지 않으며 용기를 밀봉하는 역할을 한다. 금속 플레이트는 또한 매우 높은 평탄도로 연마될 수 있다. 슬래브, 예를 들어. 화강암 슬래브에 결합될 경우, 충분한 수의 패스너로 슬래브의 높은 강성을 금속 플레이트에 부여하여 까다로운 진공 및 열력에서도 높은 평탄도를 유지할 수 있다.
금속 플레이트는 강철, 알루미늄, 및 ATP5, 6061 또는 당업계에 공지된 다른 것과 같은 알루미늄 합금을 포함하는 임의의 수의 고강도 금속을 포함할 수 있다. 플레이트는 예를 들어 5-50 mm, 예를 들어 약 10-50 mm, 예를 들어 15-25 mm의 두께를 가질 수 있다. 플레이트는 직사각형 슬래브 또는 프리즘일 수 있거나, 디스크 형상일 수 있거나, 불규칙한 형상을 가질 수 있으며, 플레이트의 측면 치수(예를 들어, 폭 및 길이 또는 직경)는 진공 챔버의 크기에 일치하도록 선택된다.
플레이트는 상기 플레이트가 나사로 조이거나, 볼트로 고정되거나, 또는 달리 슬래브에 고정될 수 있게 하는 다수의 구멍, 예를 들어 기계가공에 의해 만들어진 스레드 구멍을 포함할 수 있다. 주요 실시예에서, 구멍은 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이 플레이트의 전체 두께를 통과하지 않는 블라인드 구멍이다.
구멍은 플레이트를 슬래브에 단단히 고정하기에 충분한 개수일 것이다. 구멍은 격자 또는 다른 패턴, 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 가령, 3×3cm 격자, 5×5cm 격자, 7.5×7.5cm, 10×10cm 격자, 등으로 배열될 수 있다.
진공 용기 플레이트는 볼트, 나사, 스터드(stud) 또는 타이 로드(tie-rod) 를 포함하는 임의의 수의 패스너에 의해 슬래브에 고정될 수 있다. 스터드, 타이 로드 또는 유사한 구조의 사용은 이러한 패스너가 인장력에 의해 슬래브에 진공 용기 플레이트를 유지할 수 있다는 점에서 유리하다.
대안적인 구현에서, 진공 용기 플레이트가 생략되고 진공 용기 재킷 또는 바디가 예를 들어 볼트, 타이 로드 또는 다른 패스너에 의해 슬래브에 직접 고정된다. 이 구현에서, 슬래브의 상부면이 베이스의 작업 표면이 되며, 상부면은 원하는 수준의 평탄도, 예를 들어, 10미크론 미만의 평탄도, 예를 들어, 5-7 미크론의 평탄도를 부여하기 위해 연마, 그라운드 또는 가공되어야 한다. 이 구현에서, 슬래브에 암석과 같은 다공성 재료를 사용하면 진공 챔버의 기밀 밀봉이 손상될 수 있다. 이 효과는 실런트를 사용하여 완화되거나 실질적으로 제거될 수 있으며, 슬래브의 상단면은 암석의 상단층의 틈새에 침투한 다음 경화되거나 가교될 수 있는 폴리머 수지 또는 유사 재료로 처리되어, 실질적으로 기밀한 상부면을 생성한다. 예시적인 수지 재료는 글리시딜 기반 수지, 비스페놀 A 수지, BADGE 또는 DGEBA 기반 수지, 글리시딜 말단기를 갖는 선형 폴리에테르, 노볼락 에폭시 수지, 지방족 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지, 에폭시 수지 희석제, 글리시딜아민 에폭시 수지를 포함한다. 수지는 경화제와의 반응에 의해 경화되어 3차원 가교 열경화성 구조를 형성할 수 있다. 경화는 자가-반응성(self-reactive)일 수 있거나, 음이온성 촉매, 다작용성 1차 아민, 지방족 아민, 지환족 아민, 및 방향족 아민, 사이클릭 무수물, 폴리페놀, 머캅탄, 및 당업계에 공지된 기타 제제와 같은 경화제 또는 경화 조성물의 사용에 의해 수행될 수 있다. 예시적인 상업적 제품은 STYCAST 1266(TM)과 같은 STYCAST(TM) 수지를 포함한다.
다음은 본 발명의 진공 챔버 베이스의 예시적인 실시예의 설명이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 진공 챔버는 슬래브(400)에 추가로 부착된 진공 용기 플레이트(401)에 부착된다. 슬래브(400)는 하나 이상의 조정 가능한 피트(402)에 배치된다. 프로브 스테이션 장치의 저면도를 도시한 도 13 및 18을 참조하면, 복수의 조정 가능한 피트(402)가 슬래브(400)의 바닥에 배치된다. 바람직한 실시예에서, 3개의 조정 가능한 피트(402)가 이용된다. 조정 가능한 피트는 디바이스의 수평을 허용한다. 진공 챔버를 또한 외부 하우징(124)이라 할 수 있음이 이해될 것이다. 외부 하우징(124)은 진공 용기 플레이트(401)를 포함한다. 외부 하우징(124)은 예를 들어 볼트(414)로 진공 용기 플레이트(401)에 부착되나, 상기 부착은 용접에 의해 달성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 외부 하우징(124) 및 진공 용기 플레이트(401)는 단일 피스인 것으로 또한 고려된다. 도 12를 참조하면, 복수의 패스너가 베이스(400)를 진공 용기 플레이트(401)로 고정한다.
본 발명의 특정 실시예의 측단면도를 나타내는 도 14를 참조하면, 복수의 패스너(403)가 진공 용기 플레이트(401)를 슬래브(400)에 고정한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 도 15를 참조하면, 패스너의 제1 단부(415)는 슬래브의 제1 측면(416)에 위치되고 진공 용기 플레이트(401)에 부착된다. 패스너의 제2 단부(417)는 진공 용기를 슬래브(400)와 부착시키는 슬래브의 제2 측면(418)에 위치되고 체결된다. 상기 부착은 볼트 또는 적절한 크기 및 간격의 다른 패스너를 사용하여 챔버 내에서 진공을 유지할 수 있는 기밀 접합을 생성하기에 충분히 견고할 것이다. 도 14, 15 및 16을 참조하면, 특정 실시예에서, 패스너는 제1 단부(406) 및 제2 단부(407)를 갖는 스터드(405)를 포함한다. 스터드의 제1 단부는 진공 용기 플레이트(401)의 제2 면에 위치된 체결 구멍에 부착된다. 스터드는 슬래브의 제1 측면에서 제2 측면으로 관통 개구(412)를 통과하고, 제2 단부(407)는 슬래브의 하부면에 위치한 너트(409)로 고정된다. 특정 실시예에서, 와셔(408)는 너트(409)에 인접하게 배치된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 하나 이상의 패스너는 하중 분산 플레이트(404)를 통해 진공 용기 플레이트(401)에 고정된다. 하중 분산 플레이트는 슬래브에 패스너의 압축력을 분산시키는 기능을 하는 평평한 형태를 포함한다. 예를 들어, 프로브 스테이션 디바이스의 하부 사시도를 보여주는 도 18에서 볼 수 있는 바와 같이, 하중 분산 플레이트(404)는 슬래브(400)의 표면을 가로질러 뻗어 있고 하나 이상의 패스너(403)에 부착된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 도 15 및 16을 참조하면, 진공 용기 플레이트(401)는 상부에 위치된 제1 표면(410)을 포함하고, 하부에 위치된 제2 표면(411)을 포함한다. 제1 면(410)의 일부 또는 전체 영역은 특정 평탄도 허용 오차 이내의 평탄도 특성을 갖는다. 이러한 특정 평탄도 허용 오차가 필요한 기기 또는 디바이스가 이러한 영역 위에 배치된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 진공 용기 플레이트(401)의 제2 표면(411)은 복수의 체결 구멍(413)을 더 포함한다. 체결 구멍(413)은 특정 실시예에서 제2 표면(411)과 연결된다. 체결 구멍(413)은 특정 다른 실시예에서 제2 표면(411) 및 제1 표면(410)과 연결된다. 복수의 체결 구멍(413)은 슬래브(400)의 복수의 관통 개구(412)와 정렬된다. 복수의 패스너(403)는 진공 용기 플레이트(401)를 슬래브(400)에 고정시킨다. 본 발명의 특정 실시예에서, 체결 구멍(413) 및 관통 개구(412)의 분포가 진공 용기 플레이트(401)의 제1 표면(410)의 가능한 섭동을 감소시킨다.
진공 용기 플레이트(401)와 슬래브(400)의 조합은 진공 용기 플레이트가 진공 하에서 그 형상을 유지할 수 있게 한다는 것을 이해할 것이다. 진공 용기 플레이트(401), 특히 도 17에 도시된 바와 같은 제1 표면(410)은 진공 조건 하에서 평탄도를 유지하는 것이 중요하다.
본 발명의 특정 실시예에서, 진공 용기 플레이트(401)는 진공이 유지될 수 있도록 공기에 대해 불투과성인 재료를 포함한다. 진공 용기 플레이트(401)는 예를 들어 금속을 포함한다. 바람직한 재료는 알루미늄, 스테인리스강, 구리 및 이들의 합금을 포함한다. 진공 용기 플레이트(401)의 재료(예를 들어, 알루미늄)는 공기에 대해 불투과성이고 진공과의 인터페이스에 적합하지만, 진공 조건 하에서 구부러지거나 형태가 변할 수도 있다. 상기 진공 용기 플레이트(401)는 복수의 체결 구멍을 통해 슬래브(400)에 부착될 때, 휨을 감소시키며, 진공상태에서 발생할 수 있는 진공 용기 플레이트의 평탄도를 유지하는데 도움을 준다.
진공 표면 제조. 본 발명의 특정 양태에서, 진공 용기 플레이트(401)의 제1 표면(410)(예를 들어 도 17에 도시됨)의 평탄도를 보장하기 위한 단계가 수행된다. 기기가 배치되는 제1 표면의 영역이 고도의 평탄도를 갖도록 하는 것이 특히 중요한다. 제1 표면의 이러한 영역은, 예를 들어 도 21을 참조하면, 모션 스테이지(103)를 유지하는 진공 용기 플레이트(401)의 제1 표면(410)을 포함한다. 웨이퍼(127)와 접촉하는 프로브 카드(108)는 진공 및 극저온 조건이 장치(100)에 도입되는 동안 보존되어야 한다 것을 도 21에서 알 수 있다.
도 19를 참조하면, 진공 용기 플레이트(401)의 평탄도를 생성하기 위해 취해진 단계는 다음 단계를 포함한다: (1) 평평한 표면(510)을 생성하기 위한 영역을 식별하는 단계; (2) 영역(511)에 그리드를 표시하는 단계; (3) 기준 표면(512)으로부터의 상대 거리를 측정하고 표시하는 단계; (4) 최소 및 최대 상대 거리(513)를 갖는 영역을 식별하는 단계; (5) 적절한 영역(514)에서 표면 물질을 제거하는 단계; 및 (6) 평탄도가 달성될 때까지 단계 1-5를 반복하는 단계(515)를 포함한다. 특정 실시예에서, 이러한 단계는 슬래브(400)가 진공 용기 플레이트(401)와 조립된 후에 수행된다.
제1 단계, 즉, (1) 평평한 면(510)을 생성하기 위한 영역을 식별하는 단계에서, 평탄도를 요구하는 진공 용기 플레이트(401)의 영역을 식별하여 표시한다. 이제 도 20a를 참조하면, 예를 들어, 평탄도를 요구하는 영역(500)이 진공 용기 플레이트(401)의 제1 표면(410)에 위치된다. 예를 들어, 모션 스테이지를 포함하는 기기가 이 영역에 배치된다는 것을 알 수 있다.
제2 단계에서, (2) 영역(511)에 그리드를 표시하는 단계를 수행한다. 도 20b를 참조하면, 그리드(501)는 진공 용기 플레이트(401)의 제1 표면(410)에 위치한 영역(500) 상에, 그 내부에, 또는 그 근처에 표시되어 있다. 그리드(501)의 예시적인 실시예가 예를 들어 도 20c에 도시되어 있다.
제3 단계에서, (3) 기준면(512)으로부터의 상대 거리를 측정하고 표시한다. 도 20b를 참조하면, 기준 표면(502)은 알려진 평탄도를 갖고 기준 블록(505) 상에 위치한 평평한 표면을 포함할 수 있다. 기준 블록(505)의 기준 표면(502)은 진공 용기 플레이트(401)의 제1 표면(410)과 평행하게 배향된다. 기준 블록(505)은 지지 블록(504)에서 추가로 지지될 수 있다. 기준 블록 및 지지 블록은 슬래브(400)를 따라 이동할 수 있고, 다이얼 표시기(503)가 기준 표면(502)을 가로질러 미끄러질 수 있다. 기준 표면(502)으로부터 진공 용기 플레이트(401)까지의 상대 거리가 다이얼 표시기를 사용하여 측정되고 그리드(501)에 표시된다.
제4 단계에서, (4) 상대 거리가 가장 작은 영역과 가장 큰 영역을 식별하는 단계(513)를 수행한다. 도 20c를 참조하면, 기준면과 진공 용기 플레이트(401) 사이의 복수의 상대 거리(506)가 예를 들어 다이얼 표시기로 측정된 바와 같이 그리드(501)를 따라 표시된다. 최대 상대 거리 및 최소 상대 거리가 그리드를 따라 표시된다. 상대 거리 측정은 모션 스테이지의 평탄도 허용 오차 범위 내에 있는 평탄도를 달성하기 위해 재료의 제거를 필요로 하는 표면 영역을 식별하는 데 사용된다.
제5 단계에서, (5) 적절한 영역(514)으로부터 표면 물질을 제거하는 단계가 수행된다. 진공 용기 플레이트의 제1 표면의 재료는 예를 들어 샌딩, 그라인딩 또는 그렇지 않으면 표면으로부터 재료를 제거함으로써 제거된다.
제6 단계에서, (6) 평탄도가 달성될 때까지 단계 1-5를 반복하는 단계(515)가 수행된다. 충분한 재료가 제거되었는지 확인하기 위해 추가 상대 거리 측정이 수행된다. 적절한 평탄도에 도달할 때까지 표면 재료의 추가 제거를 반복한다.
예시적인 실시예. 본 발명의 특정 개념을 설명하기 위해, 본 발명의 예시적인 구현에 대한 설명이 다음에 제공된다. 이 예시적인 프로브 스테이션을 도시하는 도 1 및 도 2를 참조한다.
도 1을 참조하면, 온도 제어된 테스트 존 케이싱(104)이 테스트 존 영역(113)을 둘러싼다. 테스트 존 케이싱은 내부 자기 차폐 케이싱(105)을 둘러싼다. 테스트 존 케이싱(104) 및 자기 차폐 케이싱(105)이 테스트 존(113)을 둘러싼다.
테스트 장치를 위한 프로브 카드(108)가 테스트 존(113)에 위치된다. 브릿지(107)는 테스트 기판 위의 프로브 카드를 지지하기 위한 구조를 제공하며, 프로브 카드의 접점이 테스트 표면을 향해 아래쪽으로 배향된다.
여전히 도 1을 참조하면, 반도체 웨이퍼(127)를 수용하기 위한 평면 테스트 표면을 포함하는 척(102)이 도시되어 있다. 척(102)은 척 표면 상에 웨이퍼(127)를 유지하기 위한 힘을 제공하는 인장되고, 작동 가능한 클램핑 요소(126)를 포함한다. 하나 이상의 냉각 요소, 예를 들어 극저온 열 교환기(123)가 컬럼(101)에 있으며 테스트 존(113)에 대한 저온 환경을 생성한다. 테스트 표면은 테스트 존을 둘러싸는 케이싱(104)의 냉각에 의해 선택된 극저온 온도 내에서 유지된다. 극저온으로 설정된 척(102)에 베어 웨이퍼를 직접 적재함으로써 웨이퍼가 직접 냉각된다. 테스트 장치는 테스트 존(113)에 위치한 수용 표면 상으로 테스트 기판을 적재하기 위한 접근을 제공하는 복수의 케이싱 상에 위치한 입구 개구(116a-d)를 포함한다.
특정 실시예에서, 열 버퍼 케이싱(125)은 예를 들어 테스트 존의 제1 열적으로 규정된 환경과 상이한 온도로 설정된 열 버퍼 존(121)의 제2 열적으로 규정된 환경을 규정한다. 전형적인 실시예에서, 테스트 존(113)의 제1 열적으로 규정된 환경은 제2 열 버퍼 존(121)의 열적으로 규정된 환경보다 더 낮은 온도로 설정된다. 다른 실시예에서, 제1 열적으로 규정된 환경 및 제2 열적으로 규정된 환경은 같은 온도이다. 열 버퍼 존은 열적으로 정의된 테스트 존 환경을 둘러싸고 외부 환경으로부터의 열 유입에 대한 단열을 돕는다. 여전히 도 1을 참조하면, 프로브 스테이션은 중앙 수직 컬럼(101)을 포함한다. 척(102) 및 그 테스트 표면은 컬럼의 제1 상단부에 위치하며, 테스트 표면은 테스트 존 챔버에 위치되고 전자 부품을 수용하도록 구성된다. 모션 스테이지(103)는 컬럼의 제2 하단부에 연결되고, 모션 스테이지는 적어도 수평 및 수직 축에서 컬럼을 작동시키도록 구성된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 모션 스테이지는 수평 방향(x 및 y 축), 수직 방향(z 축), 및 회전 방향(φ, θ, ψ 각도)으로 테스트 표면을 이동시킨다. 프로브 카드와 테스트 기판의 조정 및 정렬은 컬럼과 이에 부착된 테스트 표면 및 웨이퍼를 측면 방향으로 이동하여 수행된다. 테스트 기판의 상승 및 하강은 웨이퍼의 회로 소자를 프로브 카드의 접점에 접촉시키기 위해 수행된다. 테스트 기판의 회전은 웨이퍼 상의 타겟 사이트와 프로브 카드 접촉의 정렬을 추가로 허용한다.
도 1을 참조하면, 컬럼(101)은 테스트 존 케이싱, 자기 차폐 케이싱 및 열 버퍼 케이싱의 바닥 개구를 통해 연장되어 모션 스테이지와 연결된다. 제1 플로팅 쉴드(109)는 컬럼의 중심축으로부터 실질적으로 수직으로 배향되고, 테스트 존 케이싱 및 자기 차폐 케이싱의 바닥 개구를 덮는다. 특정 실시예에서, 제1 플로팅 쉴드는 자기 차폐층(111)을 포함한다. 제1 플로팅 쉴드는 테스트 존 챔버에서 자기 격리 및 정의된 열 조건을 유지하는 것을 돕기 위해 테스트 존(113)의 바닥을 덮는다. 제1 플로팅 쉴드는 제1 케이싱 및 자기 차폐 케이싱의 바닥 개구보다 큰 직경을 가지며, 제1 플로팅 쉴드의 측방향 이동은 이러한 개구의 커버리지를 유지한다. 제1 플로팅 쉴드는 오르내릴 수 있다. 상승될 때, 테스트 존 챔버를 효과적으로 밀봉하고 테스트 존의 온도 조건 및 자기 차폐 환경을 유지하기 위해, 테스트 존 케이싱의 바닥과 플로팅 쉴드의 상단 사이에 수직 갭(112)이 제거되거나 1mm 미만의 거리로 감소될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에서, 갭(112)은 1mm보다 작은 거리를 포함하지만, 1mm보다 큰 거리가 고려된다.
도 1 및 도 2의 예시적인 프로브 스테이션에서, 테스트 존 케이싱은 열 버퍼 케이싱으로 둘러싸여 있다. 열 버퍼 케이싱은 바닥 개구를 더 갖는 바닥면을 포함한다. 제2 플로팅 쉴드(119)는 열 버퍼 존(121)을 둘러싸는 것을 돕기 위해 열 버퍼 케이싱의 바닥 개구를 덮고, 제2 플로팅 쉴드의 측면 이동은 컬럼의 측면 작동 중에 바닥 개구의 커버리지를 유지한다. 제2 플로팅 쉴드(119)는 오르내릴 수 있다. 상승될 때, 열 버퍼 존의 온도 조건을 유지하는 데 도움이 되도록 열 버퍼 케이싱의 바닥과 제2 플로팅 쉴드의 상단 사이의 수직 갭(120)이 제거되거나 1mm 미만의 거리로 감소될 수 있다.
외부 하우징(124)에 의해 정의된 최외측 챔버는 모션 스테이지(103)를 더 포함한다.
전술한 설명은 장치의 예시적인 배향, 예를 들어 상부, 하부, 측면 및 수직 측면을 참조하여 이루어졌다. 이 설명은 단지 예시일 뿐이며 장치, 가령, 웨이퍼의 수직 배향을 갖는 디바이스, 예를 들어 수직축 및 수평축이 도 1 및 도 2의 묘사로부터 회전된 정도로 본 명세서에 기재된 디바이스가 임의의 개수의 방향으로 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 유사하게, 대안적인 구현에서, 본 발명의 플로팅 쉴드는 케이싱의 바닥 개구 위에 있도록 구성된다.
사용 방법.
본 발명의 범위는 웨이퍼 또는 다른 전자 부품 상의 회로를 테스트하기 위해 본 명세서에 설명된 장치를 사용하는 방법을 더 포함한다. 본 발명의 일반적인 방법으로, 테스트 프로세스는 다음과 같은 일련의 단계를 포함한다:
웨이퍼 공급 시스템의 암에 의해, 웨이퍼 공급 시스템의 웨이퍼가 들어 올려진다;
장치의 여러 케이싱의 정렬된 게이트 슬롯을 덮는 도어가 테스트 장치 내로 웨이퍼를 도입하기 위한 개구를 제공하도록 작동된다;
웨이퍼 공급 시스템의 암과 그 위의 웨이퍼는 일련의 게이트 슬롯을 통해 연장되고 웨이퍼는 척의 평면 테스트 표면으로 도입되며, 여기서 척은 제1 케이싱 및, 있다면, 자기 차폐 케이싱에 의해 둘러싸인 자기적으로 격리되고 열적으로 정의된 테스트 존에 위치한다;
척 메커니즘은 웨이퍼 공급 시스템의 암 위로 웨이퍼를 들어올리는 리프트 핀으로 작동된다;
웨이퍼 공급 시스템의 암이 수축된다;
도어와 슬롯 밸브가 닫힌다;
척의 클램핑 요소가 작동되어 웨이퍼를 척의 테스트 표면에 고정시킨다;
웨이퍼는 테스트 존 케이싱에 의해 정의된 테스트 존의 극저온 온도로 빠르게 냉각된다;
모션 스테이지는 프로브 카드 아래에 선택된 정렬로 웨이퍼를 위치시키도록 결합된다;
컬럼은 프로브 카드의 핀과 웨이퍼를 접촉시키기 위해 모션 스테이지에 의해 수직으로 이동되고 동시에 플로팅 쉴드(들)에 의해 테스트 존 챔버와 임의의 열 버퍼 존을 밀봉한다;
프로브 카드가 활성화되어 웨이퍼 상의 하나 이상의 회로를 테스트하고 출력 신호가 테스트 장치 외부의 데이터 저장 장치 또는 처리 요소로 출력된다;
컬럼은 프로브 카드 접촉부가 웨이퍼와 접촉하지 않는 위치로 하강된다;
이전의 4단계는 웨이퍼 상의 복수의 회로 또는 장치를 테스트하기 위해 1회 이상 반복된다;
일련의 정렬된 게이트가 작동되어 웨이퍼 공급 시스템의 암을 위한 개구를 제공한다.
척의 클램핑 요소는 웨이퍼를 놓하도록 작동된다;
웨이퍼 공급 시스템의 암은 테스트 장치로 확장되고 웨이퍼는 암에 의해 들어 올려져 제거된다.
테스트 존 및 열 버퍼 챔버(들)의 극저온 조건은 원하는 테스트 조건에 따라 선택될 수 있다. 본 발명의 주요 실시예에서, 테스트 기판은 0K 내지 6K, 예를 들어, 1K, 2K, 3K, 4K, 또는 5K의 온도로 직접 냉각된다. 다른 실시예에서, 테스트 기판은 6K 이상의 온도로 냉각될 수 있음을 이해할 것이다. 특정 실시예에서, 열 버퍼 케이싱은 테스트 존 케이싱을 둘러싸고 0K 내지 150K의 온도를 갖는다. 본 발명의 특정 실시예에서, 열 버퍼 챔버는 40-60K, 예를 들어, 약 50K의 온도를 갖는다.
본 발명의 신규한 시스템은 척 상의 베어 웨이퍼의 직접 냉각을 가능하게 하여 냉각에 필요한 시간을 크게 감소시킨다. 급속 냉각 프로세스 동안 웨이퍼가 상당한 열 수축을 겪지만, 본 발명의 발명자들은 유리하게도 실리콘 웨이퍼가 인장 변형력에 저항력이 있고 급속 냉각 프로세스 동안 척에 클램핑될 때 가장자리에서 부서지지 않는다고 판단했다. 테스트 후 주변 조건으로 돌아가는 동안, 웨이퍼는 상당한 열팽창을 겪지만 캐리어 바디나 척의 클램핑 메커니즘이 없으며, 일반적으로 웨이퍼 산산조각을 야기하는 힘을 겪지 않는다.
모든 방식의 전자 장치는 본 발명의 장치 및 방법에 의해 테스트될 수 있다. 주요 실시예에서, 웨이퍼는 예를 들어 극저온 장치, 즉 초저온에서 작동하도록 구성된 장치, 예를 들어 초전도체, 양자 컴퓨팅 회로 또는 기타 저온 장치를 포함하는 당업계에 공지된 바와 같이 예를 들어 150mm, 200mm 또는 300mm 웨이퍼가 테스트된다.
피테스트 구성요소의 치수가 웨이퍼 테스트 시스템의 구성요소의 크기를 결정할 것이다. 예를 들어 하우징, 외부 케이싱, 내부 케이싱, 척, 플로팅 쉴드 및 기타 구성 요소는 테스트 중인 웨이퍼 또는 기타 구성 요소 및 상기 웨이퍼 또는 기타 구성 요소의 모든 장치를 프로브 스테이션 아래에 배치하는 데 필요한 동작 범위를 수용할 수 있는 크기가 될 것이다. 예시적인 시스템은 예를 들어 직경이 500cm 내지 2m의 외부 하우징, 직경이 25 내지 100cm의 테스트 존 케이싱, 직경이 400cm 내지 1.5m의 50K 열 버퍼 하우징, 높이가 300cm 내지 1m의 외부 하우징, 직경이 300cm 내지 1m의 플로팅 쉴드를 포함할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법에 의해, 웨이퍼 산산조각 문제를 피하고 웨이퍼로부터 세정되어야 하는 접착제 또는 그리스의 사용을 피하면서 복수의 웨이퍼가 매우 신속하게 테스트될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 웨이퍼당 수 시간의 처리 속도가 달성될 수 있으며, 이는 종래 기술의 웨이퍼 테스트 시스템을 사용할 때 훨씬 더 긴 시간이 필요한 것과 대조된다.
예시적인 실시예. 다음 섹션은 본 발명의 웨이퍼 테스트 시스템의 다양한 구성 및 실시예를 설명한다.
주요 실시예. 주요 실시예에서, 극저온 조건과 같은 제어된 조건하에서 전자 부품을 테스트하기 위한 장치로서, 이 장치는 바닥 개구를 포함하는 열 차폐 하우징으로 둘러싸인 테스트 존을 포함하며, 이를 통해 하단부 모션 스테이지 및 및 상단부에서 웨이퍼와 같은 전자 부품을 수용하도록 구성된 척과 관련하여 수직 기둥을 통과시킨다. 프로브 스테이션은 척 위에 장착된다. 바닥 개구를 통해 컬럼이 측면으로 이동하여 척에 고정된 구성요소의 전체 작업 표면이 프로브 스테이션에 의해 액세스될 수 있다. 테스트 존의 열 차폐 및 제어된 조건을 유지하기 위해, 테스트 존 케이싱의 바닥 개구는 차폐 요소에 의해 차폐되며, 상기 차폐 요소는 다음을 포함한다.
플로팅 쉴드;
가요성 벨로우즈; 또는
플로팅 쉴드와 가요성 벨로우즈 조합.
일 실시예에서, 장치는 다음과 같이 구성된다: 정의된 열 조건 하에서 장치를 테스트하기 위한 장치로서,
외부 하우징(124)을 포함하고,
상기 외부 하우징에 의해 정의된 챔버 내에:
디바이스와 척의 표면에 디바이스를 수용하고 유지하게 작동되도록 구성된 하나 이상의 클램핑 요소(126)를 수용하기 위한 표면을 포함하는 척(102);
하나 이상의 접점과 상기 디바이스를 접촉하도록 구성된 프로브 카드(108); 및
테스트 존 케이싱(104)으로 둘러싸인 테스트 존(113)이 위치되며,
상기 척은 컬럼(101)을 통해 모션 스테이지(103)에 연결되고, 상기 모션 스테이지는 상기 컬럼을 적어도 측방향 및 수직으로 작동시키도록 구성되며;
상기 테스트 존 케이싱은 상기 척 및 프로브 카드를 둘러싸고;
상기 프로브 카드는 하나 이상의 지지 요소에 의해 상기 테스트 존 케이싱에 부착되며 상기 척의 테스트 표면 위에 배치되고;
상기 테스트 존 케이싱 및 외부 하우징은 웨이퍼가 척에 도입될 수 있는 동일 평면에 정렬된 슬롯을 포함하며;
상기 테스트 존 케이싱은 열 차폐재를 포함하고;
상기 테스트 존 케이싱은 테스트 존이 컬럼에 의해 접근되는 개구를 갖는 바닥면을 포함하며;
열적으로 격리된 테스트 존은 하나 이상의 냉각 요소(123)를 포함하고;
상기 포스트 카드(108)는 하나 이상의 지지 요소(107)에 의해 테스트 존 케이싱에 부착되고 척의 테스트 면 위에 배치되며;
상기 테스트 존 케이싱의 바닥 개구는 상기 컬럼을 둘러싸는 차폐 요소에 의해 열적으로 차폐되고;
상기 차폐 요소는:
플로팅 쉴드;
가요성 벨로우즈; 또는
플로팅 쉴드와 가요성 벨로우즈 조합을 포함하는 장치.
주요 실시예의 일 구현에서, 차폐 요소는 플로팅 쉴드(109)를 포함하고;
상기 플로팅 쉴드는 열 차폐재를 포함하며;
상기 플로팅 쉴드는 테스트 존 케이싱의 바닥 개구보다 넓은 상부 수평면을 갖고, 이에 따라 컬럼이 플로팅 쉴드에 의해 테스트 존 케이싱의 바닥 개구의 커버리지를 유지하면서 측방향으로 작동될 수 있다.
주요 실시예의 일 구현에서, 차폐 요소는 가요성 벨로우즈를 포함한다. 가요성 벨로우즈는 호일, 호일 케이스 스프링, 또는 열 차폐재로 코팅되거나 함침된 직물을 포함할 수 있다. 벨로우즈는 상부 립과 하부 립이 있는 튜브, 링, 스커트 또는 깔때기로 구성된다. 다양한 실시예에서, 벨로우즈는 유연하고 운동 범위를 가로질러 이동할 수 있도록 콘서티나식, 플리트식, 주름식 또는 접이식이다. 벨로우즈의 상단 립은 바닥 개구부 주변의 테스트 존 케이싱에 연결된다. 하부 립은 플로팅 쉴드 또는 중앙 컬럼에 연결된다. 가요성 벨로우즈와 플로팅 쉴드가 결합된 경우, 플로팅 쉴드는 바닥 개구의 크기보다 작거나 같거나 더 클 수 있다.
테스트 존의 하나 이상의 냉각 요소는 테스트 존 내에 봉입된 구성요소로부터 열을 인출하는 임의의 구조 또는 디바이스를 포함할 것이다. 하나 이상의 냉각 요소는 컬럼 내에 위치할 수 있다. 하나 이상의 냉각 요소는 테스트 존 케이싱의 외부면 또는 내부면에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 테스트 존은 하나 이상의 열 교환기, 예를 들어 코일 또는 액체 헬륨, 액체 질소 또는 기타 액화 가스와 같은 극저온 유체가 흐르는 다른 구조를 포함하는 열 교환기를 포함한다. 열교환기에는 외부 하우징 외부의 극저온 유체 저장소 및 펌프와 연결된 외부 하우징 내의 라인으로부터 극저온 유체와 함께 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 냉각 요소는 하나 이상의 가요성 스트랩을 포함한다. 가요성 스트랩은 테스트 존의 요소를 원하는 온도로 냉각하기에 충분한 열 전도 용량을 가지며, (테스트 존 케이싱 및 그러한 케이싱을 둘러싸고 있는 모든 케이싱의 개방으로 정의된) 전체 운동 범위에 걸쳐 작동될 때 컬럼과 함께 움직일 수 있을 만큼 충분히 유연하다. 일 실시예에서, 가요성 스트랩은 호일의 다중 층을 포함하고, 일 실시예에서 5-10개의 호일 층이고, 일 실시예에서 각 층은 두께가 0.25 내지 2mm이다. 다양한 실시예에서, 호일은 구리, 알루미늄, 또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함한다. 가요성 스트랩은 냉각기, 예를 들어 폐쇄 시스템 냉각기, 열 링크 구조에 의한 연결부와 연결된다.
주요 구현의 다양한 실시예에서, 디바이스는 1K, 2K, 3K, 4K, 5K, 6K 이상의 온도에서 테스트 존을 유지하도록 구성된다.
자기 차폐 테스트 존. 주요 실시예의 제2 구현에서, 테스트 존은 테스트 존 케이싱 내에 위치되고 바닥 개구를 갖는 자기 차폐 케이싱의 조합에 의해 그리고 플로팅 쉴드 및/또는 벨로우즈에 의해 자기적으로 차폐된다. 일 실시예에서, 플로팅 쉴드가 있고 플로팅 쉴드의 상부면이 자기 차폐재 층을 포함한다. 일 실시예에서, 가요성 벨로우즈가 있고 가요성 벨로우즈는 자기 차폐재를 포함한다.
일 실시예에서, 주요 실시예의 제2 구현은 주요 실시예에서와 같이 정의된 열 조건 하에서 전자 부품을 테스트하기 위한 장치로서,
테스트 존을 자기적으로 격리하는 요소를 더 포함하며;
상기 장치는 자기 차폐 케이싱을 포함하고;
상기 자기 차폐 케이싱은 자기 차폐재를 포함하며;
상기 자기 차폐 케이싱은 척 및 프로브 카드를 둘러싸고;
상기 자기 차폐 케이싱은 테스트 존 케이싱에 의해 둘러싸이며;
상기 자기 차폐 케이싱은 컬럼이 척에 연결되는 개구를 갖는 바닥면을 포함하고;
상기 자기 차폐 케이싱은 슬롯을 개폐하도록 작동될 수 있는 도어에 의해 덮인 슬롯을 포함하고, 이러한 슬롯은 외부 하우징 및 테스트 존 케이싱의 정렬된 슬롯과 정렬되며;
플로팅 쉴드 및/또는 가요성 벨로우즈가 자기 차폐재를 포함하는 장치가 개시되어 있다.
열 버퍼. 주요 실시예의 다양한 실시예에서, 테스트 존 케이싱은 하나 이상의 동심형 열 버퍼 케이싱 내에 둘러싸여 있다. 일 실시예에서, 하나의 열 버퍼 케이싱이 테스트 존 케이싱을 둘러싼다. 하나 이상의 열 버퍼 케이싱은 바닥 개구를 포함할 것이며, 이를 통해 척을 모션 스테이지에 연결하는 컬럼이 통과한다. 바닥 개구는 전자 부품의 전체 작업 표면이 프로브 스테이션에 의해 접근될 수 있도록 척의 측방향 이동 및 위치 지정을 가능하게 하는 충분한 폭을 가질 것이며, 테스트 존 케이싱의 바닥 개구는 컬럼을 둘러싸는 차폐 요소에 의해 열적으로 차폐되고;
상기 차폐 요소는:
플로팅 쉴드;
가요성 벨로우즈; 또는
플로팅 쉴드와 가요성 벨로우즈 조합을 포함한다.
주요 실시예의 일 구현에서, 열 버퍼 케이싱 바닥 개구 차폐 요소는 플로팅 쉴드(119)를 포함하고;
상기 플로팅 쉴드는 열 차폐재를 포함하며;
상기 플로팅 쉴드는 열 버퍼 케이싱의 바닥 개구보다 더 넓은 상부 수평면을 가지며, 이에 따라 컬럼이 플로팅 쉴드에 의해 테스트 존 케이싱의 바닥 개구의 커버리지를 유지하면서 측방향으로 작동될 수 있다.
주요 실시예의 일 구현에서, 열 버퍼 케이싱 바닥 개구 차폐 요소는 가요성 벨로우즈를 포함한다. 가요성 벨로우즈는 호일, 호일 케이스 스프링, 또는 열 차폐재로 코팅되거나 함침된 직물을 포함할 수 있다. 벨로우즈는 상부 립과 하부 립이 있는 튜브, 링, 스커트 또는 깔때기로 구성된다. 상부 립은 바닥 개구 주변의 테스트 존 케이싱에 연결된다. 하부 립은 플로팅 쉴드 또는 중앙 컬럼에 연결된다. 가요성 벨로우즈와 플로팅 쉴드가 결합된 경우, 플로팅 쉴드는 바닥 개구의 크기보다 작거나 같거나 더 클 수 있다.
주요 실시예의 구현에서, 주요 실시예에서와 같이 정의된 열 조건 하에서 전자 부품을 테스트하기 위한 장치로서:
상기 장치는 하나 이상의 열 버퍼 존을 포함하고;
상기 하나 이상의 열 버퍼 존 각각은 열 버퍼 케이싱에 의해 정의되며;
상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 열 차폐재를 포함하고;
하나 이상의 냉각 요소는 상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각의 내부 또는 상에 존재하며;
상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 테스트 존 케이싱을 둘러싸고;
상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 슬롯을 개폐하도록 작동될 수 있는 도어에 의해 덮인 슬롯을 포함하며, 이러한 슬롯은 외부 하우징 및 테스트 존 케이싱의 정렬된 슬롯과 정렬되고;
상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 중앙 컬럼이 통과하는 바닥 개구를 포함하며;
상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각에 대해, 중앙 컬럼은 연관된 열 버퍼 케이싱의 바닥면 아래에 배치된 열 버퍼 플로팅 쉴드에 의해 둘러싸여 있고;
각각의 열 버퍼 플로팅 쉴드는 열 차폐재를 포함하며;
상기 각각의 열 버퍼 플로팅 쉴드는 상기 열 버퍼 플로팅 쉴드에 의해 바닥 개구의 커버리지를 유지하면서 컬럼이 수평으로 작동될 수 있도록 연관된 열 버퍼 케이싱의 하부 개구보다 더 넓은 상부 수평면을 갖는 장치가 개시되어 있다.
각각의 열 버퍼 케이싱은 하나 이상의 냉각 요소를 포함하거나 둘러싼다. 하나 이상의 냉각 요소는 컬럼 내에 위치할 수 있다. 하나 이상의 냉각 요소는 열 버퍼 케이싱의 외부면 또는 내부면에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 열 버퍼 케이싱은 하나 이상의 열교환기, 예를 들어 코일을 포함하는 열교환기 또는 액체 헬륨, 액체 질소, 또는 다른 액화 가스와 같은 극저온 유체가 통과하는 다른 구조를 포함하는 열교환기를 구비하거나 둘러싼다. 열교환기(들)에는 외부 하우징 외부의 극저온 유체 저장소 및 펌프와 연결된 외부 하우징 내의 라인으로부터 극저온 유체와 함께 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 냉각 요소는 하나 이상의 가요성 스트랩을 포함한다. 가요성 스트랩은 테스트 존의 요소를 원하는 온도로 냉각하기에 충분한 열 전도 용량을 가지며, (테스트 존 케이싱 및 그러한 케이싱을 둘러싸고 있는 모든 케이싱의 개방으로 정의된) 전체 운동 범위에 걸쳐 작동될 때 컬럼과 함께 움직일 수 있을 만큼 충분히 유연하다. 일 실시예에서, 가요성 스트랩은 호일의 다중 층을 포함하고, 일 실시예에서 5-10개의 호일 층이고, 일 실시예에서 각 층은 두께가 0.25 내지 2mm이다. 다양한 실시예에서, 호일은 구리, 알루미늄, 또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함한다. 가요성 스트랩은 냉각기, 예를 들어 폐쇄 시스템 냉각기, 열 링크 구조에 의한 연결부와 연결된다.
일 실시예에서, 장치는 테스트 존 케이싱이 1 내지 6K의 온도에서 유지되도록 구성된 테스트 존 케이싱 및 열 버퍼 케이싱이 35 내지 80K, 일 실시예에서 약 50K로 유지되도록 구성된 열 버퍼 케이싱을 포함한다.
웨이퍼 척. 본 발명의 범위는 웨이퍼 및 기타 디바이스를 수용하기 위한 신규한 척을 포함한다. 척은 수용 표면 및 웨이퍼(127)를 그 에지에서 유지하는 둘러싸는 클램핑 요소를 포함한다. 클램핑 요소의 작동은 하나 이상의 전동 액추에이터와 연결된 로드, 예를 들어 푸시 바에 의해 달성된다. 다양한 실시예에서, 척은 웨이퍼용 수용 공간을 생성하기 위해 중앙 작동 로드에 의해 들어올려질 수 있고 웨이퍼의 도입 후에 해제될 수 있는 2, 3, 4, 5 또는 그 이상의 스프링 인장 클램프를 포함하고, 스프링 장력에 의해, 스프링 인장된 클램프가 아래쪽으로 수축되어 웨이퍼를 척 표면에 고정시킨다.
특정 실시예에서, 척(102)은 하나 이상의 작동 가능한 클램핑 요소(126)를 포함하고, 상기 클램핑 요소(126)는 크로스 부재(306)에 부착된 클램프(300)를 포함하며, 상기 크로스 부재는 척의 수용 표면 플랫폼(305) 아래에 배치되고;
스프링(302)이 크로스 부재와 플랫폼 사이에 접촉하며;
복수의 수직 지지대(301)가 크로스 부재(306)에 연결되고 플랫폼(305)에 위치한 개구(303)를 통과하며;
크로스 부재(306)에 부착된 푸시 바(304)는 플랫폼(305)에 대해 위쪽으로 들어올릴 때 스프링(302)이 압축되고 웨이퍼(127) 또는 일 실시예에서, 웨이퍼 전달 암(307)에 의해 도입되는 다른 부품의 전달을 위해 클램프(300)와 플랫폼(305) 사이에 공간이 열리도록 구성되고;
척은 푸시 바(304)가 해제될 때 플랫폼과 크로스 부재 사이에 위치한 스프링(302)이 크로스 부재(306)에 힘을 가하여 크로스 부재 및 이에 따라 상기 크로스 부재에 부착된 클램핑 요소를 낮추도록 구성되어, 클램프(300)가 플랫폼(305) 상에 배치된 웨이퍼(127)에 대해 하향력을 제공하게 되며;
상기 척은 수직 지지대(301)가 푸쉬 바가 해제되는 것과 동시에 하강될 수 있도록 구성되어, 웨이퍼가 플랫폼(305)의 표면 상으로 하강된다.
본 발명의 척은 전자 부품 또는 다른 테스트 피스를 표면, 예를 들어 모션 스테이지와 연결된 표면에 고정하기 위해 임의의 상황에서 사용될 수 있다. 일 구현에서, 본 발명의 척은 주요 실시예에서와 같이 구성된 전자 부품을 테스트하기 위한 장치에서 활용된다.
게이트 도어. 일 구현에서, 본 발명의 범위는 2개의 개별 케이싱을 포함하는 챔버 사이에서 웨이퍼와 같은 구성요소의 이송을 위한 새로운 게이트 도어 어셈블리를 포함한다. 도어 어셈블리는 인접한 케이싱에 정렬된 동일 평면 슬롯이 존재하는 인접한 하우징 벽 사이의 공간에 위치된다. 도어 어셈블리는 제1 케이싱의 제1 슬롯을 덮도록 크기 및 형상이 지정된 평면 바디인 제1 도어 및 제2 케이싱의 제2 슬롯을 덮도록 크기 및 형상이 지정된 평면 바디인 대향하는 제2 도어를 포함하고, 제1 및 제2 슬롯이 정렬된다. 즉, 동일 평면에 있다. 도어는 열 차폐재, 일 실시예에서 알루미늄, 구리, 강철 또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함할 것이다. 일 실시예에서, 도어는 자기 차폐재 층을 포함하는 외부면을 더 포함한다. 도어 사이의 하나 이상의 스프링 요소들이 도어 요소를 반대 방향으로 인장시켜 케이싱에 대해 위로 가압하며, 하나 이상의 스프링들은 다양한 실시예에서 도어에서 하나 이상의 스프링으로의 열 전달을 방지하는 세라믹, 폴리머 또는 기타 단열재인 개재된 단열 요소에 의해 도어로부터 분리된다. 하나 이상의 스프링은 푸시 바가 상승 및 하강될 수 있도록 액츄에이터와 기계적으로 연결된 수직 방향 푸시 바에 장착된다. 작동 시, 도어는 인접한 케이싱의 동일 평면 슬롯을 덮도록 제1 위치에 구성된다. 푸시 바를 작동시켜, 도어 어셈블리를 올리거나 내리면 슬롯 위나 아래로 미끄러지며 구성 요소, 예를 들어 정렬된 슬롯을 통해 웨이퍼의 통과할 수 있는 명확한 경로가 생성된다.
일부 구현에서, 본 발명의 도어 어셈블리는 동일 평면 슬롯을 갖는 2개의 인접한 케이싱 벽을 포함하는 임의의 시스템에 전개된다. 일 구현에서, 본 발명의 도어 어셈블리는 본 발명의 주요 구현에서 활용되며, 일 실시예에서, 도어 어셈블리는 테스트 존 케이싱과 인접한 열 버퍼 케이싱 사이에 있고/있거나 열 버퍼 케이싱과 외부 하우징 사이에 있다.
진공 챔버 베이스. 일 구현에서, 본 발명의 범위는:
고강성 재료를 포함하는 슬래브; 및
복수의 패스너에 의해 상기 슬래브의 상부에 장착되는 진공 용기 플레이트를 포함하고,
상기 진공 용기 플레이트의 상부면은 높은 평탄도를 갖는 진공 챔버에서 사용하기 위한 베이스를 포함한다.
일 실시예에서, 슬래브는 돌을 포함하고; 일 실시예에서 슬래브는 화강암을 포함하며; 일 실시예에서, 진공 용기 플레이트는 금속을 포함하고; 일 실시예에서, 진공 용기 플레이트는 강철, 알루미늄, 구리, 및 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하며; 일 실시예에서, 진공 용기 플레이트의 상부면의 평탄도는 1 내지 15 마이크론이다. 일 실시예에서, 진공 용기 플레이트는 복수의 스터드 또는 타이 로드에 의해 슬래브에 장착된다.
일 실시예에서, 본 발명은 고강성 재료를 포함하고 고평탄도의 상부면을 포함하는 슬래브를 포함하는, 진공 챔버에서 사용하기 위한 베이스를 포함한다; 슬래브의 상부면은 재료의 기밀층을 생성하기 위해 수지로 처리되었다.
일 실시예에서, 본 발명은 정의된 열 조건 하에서 장치를 테스트하기 위한 장치로서:
진공 용기 플레이트(401)를 포함하는 외부 하우징(124);
평탄도가 높은 제1 면(410)과 제2 면을 포함하는 진공 용기 플레이트;
관통 개구(412)를 포함하는 슬래브(400); 및 상기 슬래브의 제1 측면에 배치되고 상기 진공 용기 플레이트의 제2 표면에 연결된 제1 단부, 및 상기 슬래브의 제2 측면에 배치되고 고정되는 제2 단부를 포함하는 패스너를 포함하고, 상기 패스너는 슬래브의 관통 개구에 배치되는 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 조정 가능한 피트(402)가 슬래브 제2 측면에 부착된다. 일 실시예에서, 슬래브는 화강암을 포함한다. 일 실시예에서, 진공 용기 플레이트의 제2 표면은 체결 구멍을 더 포함하고; 패스너는 너트, 및 제1 단부와 제2 단부를 갖는 스터드를 포함하며, 상기 스터드는 슬래브의 관통 개구에 배치되고, 상기 스터드의 제1 단부는 슬래브의 제1 측면의 진공 용기 플레이트의 체결 구멍에 연결되고, 제2 단부는 슬래브의 제2 측면 상에 너트로 고정된다.
일 실시예에서, 평탄도 허용 오차는 6 마이크론 미만이다.
본 발명의 진공 챔버 베이스는 임의의 진공 챔버에서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 진공 챔버 베이스는 본 발명의 주요 구현에서 외부 하우징의 베이스로서 이용된다.
웨이퍼 테스트 시스템. 일 구현에서, 본 발명의 범위는 주요 구현에서와 같이 디바이스를 테스트하기 위한 장치를 포함하고 전자 부품을 테스트하기 위한 장치의 외부 하우징 외부에 위치된 웨이퍼 공급 시스템을 더 포함하는 웨이퍼 테스트 시스템을 포함하며, 상기 웨이퍼 공급 시스템은 복수의 웨이퍼 및 전자 부품을 테스트하기 위한 장치의 테스트 존에 웨이퍼를 도입하고 그로부터 웨이퍼를 제거하도록 작동될 수 있는 암을 포함한다.
구성. 본 발명의 디바이스는 임의의 개수의 구성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 주요 구현의 디바이스는 테스트 존 케이싱의 바닥 개구가 플로팅 쉴드 및/또는 가요성 벨로우즈에 의해 열적으로 차폐되고 액체 극저온 열교환기에 의한 냉각 및/또는 가요성 열 전도성 스트랩에 의한 냉각; 자기 차폐 케이싱; 하나 이상의 열 버퍼 케이싱의 모든 특징 또는 그 부분집합과 결합될 수 있게 구성될 수 있고; 상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱의 바닥 개구는 플로팅 쉴드 및/또는 가요성 벨로우즈; 본 발명의 척; 본 발명의 도어 어셈블리; 및 본 발명의 진공 챔버 베이스에 의해 차폐될 수 있다.
사용 방법. 본 발명의 범위는 본 명세서에 설명된 장치 및 시스템을 사용하는 방법을 더 포함한다. 일 실시예에서, 정의된 열 조건 하에서 전자 부품을 테스트하기 위한 방법으로서,
외부 부품 공급 시스템의 암에 의해, 상기 전자 부품을 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항의 장치의 단열 테스트 존에 있는 척에 도입하는 단계;
척 표면에 전자 부품을 유지하기 위해 척에 클램핑 요소를 결합하는 단계;
모션 스테이지에 의해, 프로브 카드 아래에 수평으로 중앙 컬럼, 연결된 척 및 유지된 전자 부품을 선택된 위치로 이동시키는 단계;
모션 스테이지에 의해, 전자 부품이 프로브 카드의 하나 이상의 접점에 의해 접촉되도록 수직으로 중앙 컬럼, 연결된 척 및 보유된 전자 부품을 이동시키는 단계; 및
전자 부품에 입력을 하고 출력을 기록하도록 상기 프로브 카드를 결합하는 단계를 포함하고,
상기 전자 부품은 외부 케이싱, 있다면, 임의의 개재한 열 버퍼 케이싱, 테스트 존 케이싱 및, 있다면, 자기 차폐 케이싱의 정렬된 슬롯을 통해 도입되는 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 전자 부품은 웨이퍼이다. 다양한 실시예에서, 웨이퍼는 50mm, 150mm, 200mm 또는 300mm 웨이퍼를 포함한다. 다양한 실시예에서, 웨이퍼는 복수의 극저온 장치를 포함하고, 다양한 실시예에서, 극저온 장치는 초전도체 및/또는 양자 컴퓨팅 회로를 포함한다.
일 실시예에서, 웨이퍼가 1-6K의 온도에서 유지되는 테스트 프로세스가 수행된다.
실시예
실시예 1. 실질적으로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 웨이퍼 프로브 스테이션이 플로팅 쉴드를 포함하여 구성되었다. 테스트 존은 약 4K에서 지속적으로 유지되었다. 열 버퍼 존은 약 50K에서 지속적으로 유지되었다. 극저온 장치를 포함하는 200mm 웨이퍼가 웨이퍼 공급 장치에 의해 시스템에 도입되었다. 웨이퍼는 신속하게 냉각되었고, 프로브 스테이션에서 평가되었으며, 웨이퍼가 부서지지 않고 시간당 여러 웨이퍼들의 스루풋으로 제거되었다.
본 명세서에 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 간행물은 각각의 독립적인 특허 출원 또는 간행물이 참조로 포함되는 것으로 구체적이고 개별적으로 표시된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 포함된다. 개시된 실시예는 제한이 아니라 예시의 목적으로 제시된다. 본 발명은 설명된 실시예를 참조하여 설명되었지만, 전체적으로 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 구조 및 요소에 대한 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다.

Claims (32)

  1. 정의된 열 조건 하에서 디바이스를 테스트하기 위한 장치로서,
    외부 하우징을 포함하고,
    상기 외부 하우징에 의해 정의된 챔버 내에:
    디바이스와 척의 표면에 디바이스를 수용하고 유지하게 작동되도록 구성된 하나 이상의 클램핑 요소를 수용하기 위한 표면을 포함하는 척;
    하나 이상의 접점과 상기 디바이스를 접촉하도록 구성된 프로브 카드; 및
    테스트 존 케이싱으로 둘러싸인 테스트 존이 위치되며,
    상기 척은 컬럼에 의해 모션 스테이지에 연결되고, 상기 모션 스테이지는 상기 컬럼을 적어도 측방향 및 수직으로 작동시키도록 구성되며;
    상기 테스트 존 케이싱은 상기 척 및 프로브 카드를 둘러싸고;
    상기 프로브 카드는 하나 이상의 지지 요소에 의해 상기 테스트 존 케이싱에 부착되며 상기 척의 테스트 표면 위에 배치되고;
    상기 테스트 존 케이싱 및 외부 하우징은 웨이퍼가 척에 도입될 수 있는 동일 평면에 정렬된 슬롯을 포함하며;
    상기 테스트 존 케이싱은 열 차폐재를 포함하고;
    상기 테스트 존 케이싱은 테스트 존이 컬럼에 의해 접근되는 개구를 갖는 바닥면을 포함하며;
    상기 테스트 존은 케이싱 내, 케이싱 상에 및/또는 컬럼 내에 위치된 하나 이상의 냉각 요소를 포함하고;
    상기 테스트 존 케이싱의 바닥 개구는 상기 컬럼을 둘러싸는 차폐 요소에 의해 열적으로 차폐되며;
    상기 차폐 요소는:
    플로팅 쉴드;
    가요성 벨로우즈; 또는
    플로팅 쉴드와 가요성 벨로우즈 조합을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    차폐 요소는 플로팅 쉴드를 포함하고;
    상기 플로팅 쉴드는 열 차폐재를 포함하며;
    상기 플로팅 쉴드는 테스트 존 케이싱의 바닥 개구보다 넓은 상부 수평면을 갖고, 이에 따라 컬럼이 상기 플로팅 쉴드에 의해 상기 테스트 존 케이싱의 바닥 개구의 커버리지를 유지하면서 측방향으로 작동될 수 있는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    차폐 요소는 가요성 벨로우즈를 포함하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    벨로우즈는 상부 립과 하부 립을 갖는 콘서티나식 또는 주름식 튜브, 링, 스커트 또는 깔때기를 포함하고,
    상부 립은 바닥 개구 주위에서 테스트 존 케이싱에 연결되고 하부 립은 플로팅 쉴드 또는 중앙 컬럼에 연결되는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    테스트 존의 하나 이상의 냉각 요소는 극저온 유체가 흐르는 열교환기를 포함하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    극저온 유체는 액체 헬륨을 포함하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    테스트 존의 하나 이상의 냉각 요소는 열 전도 요소에 의한 극저온 냉각기의 냉각 스테이지와 관련된 하나 이상의 가요성 스트랩을 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    하나 이상의 열 스트랩은 금속 호일의 여러 층을 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    호일은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함하는 장치.
  10. 제10항에 있어서,
    장치는 1 내지 6K의 온도에서 테스트 존에 있는 디바이스를 유지하도록 구성되는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    테스트 존은:
    자기 차폐재를 포함하고 테스트 존 케이싱 내에 위치되며 척을 둘러싸고 바닥 개구를 갖는 자기 차폐 케이싱; 및
    자기 차폐재를 포함하는 플로팅 쉴드 및/또는 벨로우즈의 조합에 의해 자기적으로 차폐되는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    장치는 자기 차폐 케이싱을 포함하고;
    상기 자기 차폐 케이싱은 자기 차폐재를 포함하며;
    상기 자기 차폐 케이싱은 척 및 프로브 카드를 둘러싸고;
    상기 자기 차폐 케이싱은 테스트 존 케이싱에 의해 둘러싸이며;
    상기 자기 차폐 케이싱은 컬럼이 척에 연결되는 개구를 갖는 바닥면을 포함하고;
    상기 자기 차폐 케이싱은 슬롯을 개폐하도록 작동될 수 있는 도어에 의해 덮인 슬롯을 포함하며, 이러한 슬롯은 외부 하우징 및 테스트 존 케이싱의 정렬된 슬롯들과 정렬되고;
    플로팅 쉴드 및/또는 가요성 벨로우즈가 상기 자기 차폐재를 포함하는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    테스트 존 케이싱이 하나 이상의 열 버퍼 케이싱으로 둘러싸여 있고;
    각각의 열 버퍼 케이싱은 하나 이상의 냉각 요소와 접촉하거나 하나 이상의 냉각 요소를 감싸며;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 바닥 개구를 포함하고, 이를 통해 척을 모션 스테이지에 연결하는 컬럼이 통과하며;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 열 차폐재를 포함하고;
    상기 테스트 존 케이싱의 바닥 개구는 상기 컬럼을 둘러싸는 차폐 요소에 의해 열적으로 차폐되며;
    상기 차폐 요소는:
    플로팅 쉴드;
    가요성 벨로우즈; 또는
    플로팅 쉴드와 가요성 벨로우즈의 조합을 포함하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    장치는 하나 이상의 열 버퍼 존을 포함하고;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 존 각각은 열 버퍼 케이싱에 의해 정의되며;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 열 차폐재를 포함하고;
    하나 이상의 냉각 요소가 상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각과 접촉하거나 그 내부에 존재하며;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각이 테스트 존 케이싱을 둘러싸고;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 슬롯을 개폐하도록 작동될 수 있는 도어에 의해 덮인 슬롯을 포함하며, 이러한 슬롯이 외부 하우징 및 테스트 존 케이싱 및, 있다면, 자기 차폐 케이싱의 정렬된 슬롯들과 정렬되고;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각은 중앙 컬럼이 통과하는 바닥 개구를 포함하며;
    상기 하나 이상의 열 버퍼 케이싱 각각에 대해, 중앙 컬럼이 연관된 열 버퍼 케이싱의 바닥면 아래에 배치된 열 버퍼 플로팅 쉴드에 의해 둘러싸여 있고;
    각각의 열 버퍼 플로팅 쉴드는 열 차폐재를 포함하며;
    각각의 열 버퍼 플로팅 쉴드는 연관된 열 버퍼 케이싱의 하부 개구보다 더 넓은 상부 수평면을 가져, 이에 따라 열 버퍼 플로팅 쉴드에 의해 바닥 개구의 커버리지를 유지하면서 컬럼이 수평으로 작동될 수 있는 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    장치는 단일 열 버퍼 케이스를 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    장치는 테스트 존 케이싱이 1 내지 6K의 온도로 유지되도록 구성된 테스트 존 케이싱 및 열 버퍼 케이싱이 35 내지 80K의 온도로 유지되도록 구성된 열 버퍼 케이싱을 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    열 버퍼 케이싱은 약 50K의 온도로 유지되도록 구성된 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    테스트 존의 하나 이상의 냉각 요소는 극저온 유체가 흐르는 열교환기를 포함하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    극저온 유체는 액체 헬륨을 포함하는 장치.
  20. 제13항에 있어서,
    테스트 존의 하나 이상의 냉각 요소는 열 전도 요소를 통해 극저온 냉각기의 냉각 스테이지와 연결된 하나 이상의 가요성 스트랩을 포함하는 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    척은 수용 표면 및 상기 척의 수용 표면을 둘러싸는 하나 이상의 스프링 인장 클램핑 요소를 포함하고, 상기 하나 이상의 클램핑 요소는 웨이퍼를 그 에지에서 척에 유지하도록 구성되며;
    상기 척은 하나 이상의 전동 액추에이터와 연계하여 중앙 컬럼 내의 푸시 바에 연결함으로써 하나 이상의 클램핑 요소의 작동이 달성되도록 구성되고; 스프링 인장 클램프에 대한 푸시 바의 작동으로 웨이퍼용 수용 공간을 생성하기 위해 척의 표면 위로 하나 이상의 스프링 인장 클램프가 들어올려지고, 푸시 바의 해제를 통해 스프링 인장 클램프가 하방으로 후퇴되어 척 표면에 웨이퍼를 고정하게 되는 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    장치는 열 버퍼 케이싱을 포함하고, 인접한 열 버퍼 케이싱과 테스트 존 케이싱 사이에 도어 어셈블리가 위치되며,
    상기 도어 어셈블리는:
    열 버퍼 케이싱의 슬롯을 덮는 크기 및 형상의 평면 바디를 포함하는 제1 도어 및 테스트 존 케이싱의 슬롯을 덮는 크기 및 형상의 평면 바디를 포함하는 대향하는 제2 도어를 포함하고,
    상기 도어들은 열 차폐재를 포함하며;
    상기 도어들 사이에 하나 이상의 스프링 요소가 케이싱에 대해 반대 방향으로 도어 요소들을 인장하고, 하나 이상의 스프링의 단부가 개재된 단열 요소에 의해 상기 도어로부터 분리되며;
    상기 하나 이상의 스프링은 푸시 바에 연결된 요소와 연결되고, 상기 푸시 바는 액츄에이터와 기계적으로 연결되어 상기 푸시 바가 도어 어셈블리를 이동시키도록 이동될 수 있으며,
    상기 도어 어셈블리는 상기 열 버퍼 케이싱 및 테스트 존 케이싱의 정렬된 슬롯들이 노출되도록 상기 푸시 바의 작동을 통해 도어가 슬라이드되게 구성되는 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    장치는 테스트 존 케이싱 내의 자기 차폐 케이싱을 포함하고;
    제2 도어는 자기 차폐재 층을 포함하는 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    외부 하우징이 베이스에 고정되고,
    상기 베이스는:
    고강성 재료를 포함하는 슬래브; 및
    다수의 패스너에 의해 슬래브의 상부에 장착되는 진공 용기 플레이트를 포함하고,
    상기 진공 용기 플레이트의 상부면은 높은 평탄도를 갖는 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    슬래브는 돌을 포함하는 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    슬래브는 화강암을 포함하는 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    진공 용기 플레이트의 상부면의 평탄도가 1 내지 15 미크론 사이인 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    진공 용기 플레이트의 상부면의 평탄도 허용 오차가 6 미크론 미만인 장치.
  29. 정의된 열 조건 하에서 전자 부품을 테스트하기 위한 방법으로서,
    외부 부품 공급 시스템의 암에 의해, 상기 전자 부품을 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항의 장치의 단열 테스트 존에 있는 척에 도입하는 단계;
    척 표면에 전자 부품을 유지하기 위해 척에 클램핑 요소를 결합하는 단계;
    모션 스테이지에 의해, 프로브 카드 아래에 수평으로 중앙 컬럼, 연결된 척 및 유지된 전자 부품을 선택된 위치로 이동시키는 단계;
    모션 스테이지에 의해, 전자 부품이 프로브 카드의 하나 이상의 접점에 의해 접촉되도록 중앙 컬럼, 연결된 척 및 보유된 전자 부품을 수직으로 이동시키는 단계; 및
    전자 부품에 입력을 하고 전자 부품으로부터 출력을 기록하도록 상기 프로브 카드를 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 전자 부품은 외부 케이싱, 있다면, 임의의 개재한 열 버퍼 케이싱, 테스트 존 케이싱 및, 있다면, 자기 차폐 케이싱의 정렬된 슬롯을 통해 도입되는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    전자 부품은 웨이퍼인 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    웨이퍼는 복수의 극저온 디바이스를 포함하는 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    테스트 프로세스는 웨이퍼가 1 내지 6K의 온도로 유지되는 곳에서 수행되는 방법.
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