프로버란?
프로버는 프로브(바늘)를 임의의 위치에 고정하기 위한 장치로, 프로브 스테이션이라고도 합니다. 주로 반도체 웨이퍼 제조 공정이나 IC 설계 개발에서 전 공정에서 반도체 웨이퍼의 전기적 항목 측정을 위해 측정장치의 접촉부 프로브를 반도체 전극의 정확한 위치에 연결하는 위치 결정 장치입니다.
반도체의 전극 부분은 그 면적이 매우 작기 때문에 검사장치의 접촉부 프로브를 정확한 위치에 맞춰야 합니다. 위치 결정에 있어 매우 정밀한 제어성이 프로버에 요구됩니다.
반도체 칩 외에도 PCB 기판이나 센서, 필터 등 각종 박막 기판, LTCC 등 세라믹 기판 패키지의 전기적 특성 평가 등에도 많이 사용되는 장비입니다.
프로버의 사용 용도
프로버의 사용 용도는 일반적으로 반도체나 박막 기판, 패키지 기판 등의 전기적 특성을 검사할 때 사용됩니다. 연구개발용으로 사용하는 경우에는 노이즈 제거 및 신호 누설(크로스토크)을 방지할 수 있는 기능을 갖추고, 높은 정밀도로 측정할 수 있으며, 측정 방식에 있어서도 가능한 한 다재다능하고 유연하게 사용할 수 있는 기종이 필요합니다.
한편, 양산용으로 사용하는 경우에는 빠르고 빠른 처리를 정확하고 대량으로 처리할 수 있는 기능이 가장 중요하기 때문에 다양한 프로버 모델 중에서 용도에 맞게 적절히 선택해야 합니다.
온도 특성 평가 시, 고온 및 저온 상태에서 제대로 동작하는지 확인하기 위해 프로버 측에도 온도에 대한 내성이 요구됩니다. 또한 파워 디바이스용 반도체 측정 등에 사용하는 경우에는 고전압, 저임피던스 대응이 가능한 프로버가 필요합니다.
프로버의 원리
가장 대표적인 실리콘 웨이퍼 용도의 프로버를 설명하면 다음과 같습니다. 프로버는 실리콘 웨이퍼를 고정하기 위한 웨이퍼 척, 웨이퍼 척을 XY 방향으로 이동시키기 위한 스테이지, 검사를 위한 여러 개의 프로브가 장착되어 있으며, 스테이지에 대하여 Z 방향으로 이동하는 접촉판, 위치 결정을 위한 카메라 등으로 구성되어 있습니다. 등으로 구성되어 있습니다.
이러한 메커니즘 외에도 실리콘 웨이퍼를 이동시키기 위한 이송 시스템도 프로버의 제품에 포함되어 있는 경우가 많습니다. 작동 원리는 실리콘 웨이퍼를 세팅하면 웨이퍼 체크 위치까지 실리콘 웨이퍼가 이송되어 고정됩니다.
이후 스테이지에 의해 XY 방향의 위치 결정이 이루어지고, 측정용 프로브와 실리콘 웨이퍼 상의 반도체 전극의 위치가 조정된 상태에서 콘택트 플레이트가 Z 방향으로 움직여 프로브와 전극이 접촉하게 된다. 이 과정을 통해 반도체의 전기적 특성을 검사 장비로 검사할 수 있습니다.
프로버의 기타 정보
1. 반도체 소자의 소형화와 프로버에 대한 요구사항
최근 반도체 소자의 소형화에 따라 미세전류 측정은 반도체 소자의 제조 품질을 평가하는 중요한 지표가 되고 있습니다. 반도체 소자의 설계 및 제조에서 소자의 재료 및 결정 성장 파라미터와 지오메트리의 변경은 일반적으로 누설전류라고 불리는 예상치 못한 소자 내부의 전류 경로를 생성할 수 있습니다.
누설 전류의 증가는 격자 결함, 게이트 산화물 구조, 기판 선택 등에 의해 발생하며, 과도한 전력 소비를 유발하고 경우에 따라서는 항복 전압을 낮추기도 합니다. 최근 반도체 디바이스의 FET의 게이트 길이, 바이폴라 트랜지스터의 이미터 크기 등이 매우 미세화되어 구동에 필요한 전압이 낮아지고 있는 반면, 누설전류는 증가하는 추세입니다.
따라서 품질 평가의 관점에서 프로버를 이용한 고정밀 전류 측정이 요구되고 있습니다. 그 정확도를 높이기 위한 방안 중 하나로 극저온 프로브의 개발 등이 진행되고 있습니다.
2. 프로버의 위치 결정 정밀도와 포지셔너
프로버의 접촉 위치 정밀도는 측정 정밀도에 그대로 영향을 미칩니다. 프로빙이 제대로 이루어지지 않은 상태에서 각종 평가를 실시하면 무엇을 평가하고 있는지 알 수 없게 됩니다.
예를 들어, 반도체 디바이스의 특성평가를 하고 싶은데 웨이퍼의 위치에서 벗어나 절연체 위에 프로빙을 했다면, 기대했던 결과와 큰 차이가 발생하여 평가 결과가 NG가 되는 것은 상상하기 어렵지 않습니다.
평가 대상에 요구되는 정밀도를 이해한 후, 그 정밀도를 향상시키는 데 집중해야 합니다. 프로버의 위치 결정 정밀도를 결정하는 것은 포지셔너(매니퓰레이터)라는 부재입니다. 요구 사양에 적합한 포지셔너를 올바르게 선정하는 것에 따라 위치 결정 정밀도는 크게 달라집니다.
포지셔너의 사양은 ① 이동량 ② 이동 분해능 ③ 조정 감도 ④ 외형 치수의 4가지로 거의 결정됩니다. 각 사양의 내용은 아래를 참고해 주십시오.
- 이동량
XYZ 방향의 이동 가능량입니다. 보통 mm 단위로 기재되는 경우가 많습니다. - 이동 분해능
회전당 이동량으로 정의됩니다. - 조정 감도
최소 조정 가능한 거리로 정의합니다. 보통 μm 단위로 규정되는 경우가 많습니다. - 외형 치수
포지셔너의 크기입니다. 일반적으로 크기에 비례하여 가격이 상승합니다.
3. 고주파 대응 프로버
반도체 트랜지스터의 고주파(RF) 대응 평가 및 디바이스 모델링에는 RF 평가에 적합한 프로버가 필요합니다.
일반적으로 전용 캘리브레이션 기판을 사용하는 GSG 프로브(신호용 패드 양쪽에 접지(GND)가 구비된 바늘)를 사용하지만, 측정하는 주파수에 따라서는 프로브뿐만 아니라 네트워크 분석기나 각종 측정 장치로 연결되는 RF 케이블에도 주의가 필요합니다. 이 케이블의 휨 등이 RF 측정 결과에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.
마이크로파보다 높은 주파수의 밀리미터파 대역에서는 전용 VNA 익스텐더를 사용하지만, 프로버 구성 자체가 측정에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 장비 구성은 전용 제조업체와 상세히 논의해야 합니다.