KR100426073B1 - 프로브 카드의 탐침 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드에 있어서 반도체 칩 상의 패드에 접촉되는 탐침의 구조를 개선하여 패드의 크기와 간격이 매우 작은 경우에도 효과적으로 프로브 카드를 제작할 수 있고, 복수의 탐침이 패드와 접촉할때 침압과 슬라이드량이 균일하여 검사 결과의 신뢰성이 높아지고 프로브 카드의 수명이 연장될 수 있으며, 프로브 카드의 제작에 필요한 시간과 노력이 절감될 수 있도록 하는 프로브 카드의 탐침 구조에 관한 기술이다.

Description

프로브 카드의 탐침 구조{Structure of probe needle for probe card}

본 발명은 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드(Probe card)의 탐침 구조에 관한 것이다. 특히 반도체 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩 내에 존재하는 검사용 패드에 접촉되는 탐침(Probe needle)의 설치 구조를 개선하여 패드의 크기와 간격이 매우 작은 경우에도 효과적으로 프로브 카드를 제작할 수 있고, 복수의 탐침이 패드와 접촉할때의 침압이나 슬라이드량이 균일하여 검사 결과의 신뢰성이 높아지고 프로브 카드의 수명이 연장될 수 있으며, 프로브 카드의 제작에 필요한 시간과 노력이 절감될 수 있도록 하는 프로브 카드의 탐침 구조에 관한 기술이다.

종래 기술에 의한 프로브 카드는 웨이퍼 상에 형성된 다수의 반도체 칩 내에 존재하는 검사용 패드에 접촉되도록 하는 다양한 높이를 갖는 탐침 구조체를 에폭시 부재(절연체)를 사용하여 위치를 고정하여 형성한다.

도 1a는 종래의 프로브 카드의 구조를 나타내고 있다. 도면부호 10으로 지정된 프로브 카드는 내부에 중앙 애퍼쳐(12)가 있는 PCB기판(14) 및 PCB기판의 저부 표면의 외주 영역에 존재하는 패턴과 연결되고 그 외주 영역에서 중앙 애퍼쳐 쪽으로 경사방향으로 하방으로 연장하는 복수의 탐침(16)들이 포함되어 있다. 각 탐침(16)의 팁(18)은 중앙 애퍼쳐의 직하부에 위치한다.

각 탐침(16)의 기단부(17)는 PCB기판을 관통하는 비어 플러그(22)의 저부와 접촉하며 비어 플러그 및 결속선(26)으로 이루어진 패턴을 통해 카드 터미널(28)에 연결된다. 카드 터미널(28)은 도시되지 않은 테스터 장치에 전기적으로 연결되어 검사가 수행되게 된다. 탐침(16)은 거의 수직방향으로 유도된 탐침 팁(18)를 가지며 탐침 고정부(24)에 의해 지지된다. 탐침 고정부는 일반적으로 세라믹 링과 에폭시 수지 등으로 이루어진다. 일반적으로 탐침(16)의 팁(18)이 반도체 웨이퍼(20) 상의 반도체 칩의 패드(18) 상에 접촉하여 탐침의 탄성에 의해 약간 미끄러지게 되고 이때 테스트 장비와 연결된 프로브 카드(10)에 의해 테스트가 수행된다.

한편 도 1a의 X방향으로 형성된 반도체 칩에 대해서도 동시에 테스트를 수행하려면 도 1a에서 원으로 표시된 탐침 부위는 도 1b와 같은 구조를 가지게 된다.

도 1b는 단면 개략도이기 때문에 탐침(32, 34, 36, 38)이 각각 단락된 것으로 보이나 실제로는 단락된 것이 아니다. 즉, Y방향으로 배열된 탐침들이 겹쳐져 보이는 것이다.

만약 X방향으로 연속해서 존재하는 반도체 칩에서 8개의 열을 동시에 측정하려면 왼쪽과 오른쪽으로 각각 4열씩을 동시에 측정해야 하므로 왼쪽편에서 시작되는 탐침의 구조는 도 1b에서 보는 바와 같이 4개의 층으로 이루어지게 된다. 오른쪽에서 시작되는 탐침의 구조는 물론 도 1b에 도시된 것과 대칭의 형태를 이룬다.

그런데 프로브 카드 제작시에는 탐침들을 차례로 쌓아가면서 에폭시 부재로 고정을 해야 하므로 도 1b에 보이는 바와 같이 탐침 팁의 길이가 다양하다. 예를 들어 3번째 층(36)이나 4번째 층(38)의 경우에는 탐침 팁의 길이가 첫번째 층(32)이나 두번째 층(34)에 비해서 상당히 길어지게 되고 이에 따라 실제 테스트 수행시 탐침 팁과 기판 상의 패드가 접촉할때 접촉압력(침압)에 의하여 탐침이 미끄러지는 정도(슬라이드량)가 커지게 된다. 즉 탐침은 단락을 회피하기 위해 여러 높이(여러층)에서 인입하는데, 각 층에서 나온 탐침 팁의 길이, 즉 가동부의 길이(자유단장)가 서로 다르므로 접촉시의 침압과 슬라이드량이 서로 다르게 된다. 이는 검사 수행시에 노이즈를 발생시키며 그 결과 검사 오류를 발생시킨다. 또한, 탐침 팁의 변형에 의해 프로브 카드의 수명이 단축되고 잦은 고장을 유발한다.

그리고 도 1c에 도시된 바와 같이 종래의 탐침구조는 한쪽 방향에서만 탐침이 유도되어 기판 패드와 접촉하므로 패드와 패드 사이의 간격, 즉 피치(pitch)가 줄어들면 단락을 피하는 것이 대단히 어려워진다.

한편 상술한 종래의 프로브 카드를 제작하기 위한 제조 과정을 살펴보면, 먼저 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩의 각 패드의 위치에 탐침의 단부인 팁이 위치하도록 탐침들을 정렬시키고 위치를 잡아서 에폭시 수지에 의해 고정시키는 단계를 거쳐 도 1b의 제1 층(32)을 먼저 형성한다.

제1 층은 지면에 수직인 방향인 Y방향으로 형성된 제1 열의 다수개의 칩들을 동시에 측정할 수 있도록 형성된 것이다. 도 1b는 왼쪽 편에서 시작되는 탐침들만을 도시하고 있으나 오른쪽 편에서 시작되는 탐침들로 구성된 대칭적인 구조가 형성되므로 제 1층은 가장 왼쪽의 제1 열과 가장 오른쪽의 제8 열을 동시에 측정할 수 있는 것이다.

다음으로 제1 층(32) 위에 제2 층(34)을 형성하여 제1 열의 우측에 있는 제2열의 칩들을 측정할 수 있는 탐침이 형성된다. 마찬가지로 하여 제3 층(36), 제4 층(38)을 형성시킨 후에 전체적으로 세라믹 링 위에 다시 위치를 정렬한 후에 고정을 시키게 된다. 따라서 이러한 기존의 제작 과정은 전체적으로 각 층이 차례로 형성 된 후에 고정이 되어 완성되기 때문에, 제1 층이 완성된 후에만 제2 층이 형성될 수 있고 제2 층이 형성된 후에만 제3 층이 형성될 수 있으므로 작업자의 수가 많더라도 하나의 프로브 카드를 제조하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 없다는 단점이 있다.

본 발명은 여러개의 칩을 동시에 테스트할 수 있는 프로브 카드에 있어서 탐침의 침압과 슬라이드량이 균일하게 유지되는 프로브 카드의 탐침구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편 본 발명은 반도체 소자의 고집적화에 따라 패드와 패드 사이의 간격, 즉 피치(pitch)가 작아지더라도 용이하게 제작 가능한 프로브 카드의 탐침구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 프로브 카드의 탐침구조에 있어서 반도체 칩의 하나의 열을 검사하기 위한 탐침 구조를 개별적으로 각각 제조한 후에 이들 탐침구조들을 조립함으로써 병렬적 제조공정이 가능하여 프로브 카드의 제작에 걸리는 시간이 단축되고 생산성을 향상시킬 수 있는 프로브 카드의 탐침구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a, 도 1b, 도 1c는 종래의 프로브 카드에 관한 도면이다.

도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 프로브 카드의 탐침구조에 관한 도면이다.

도 3a는 개별적으로 제작된 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 탐침 구조들이 조립 완성된 후의 도면이다.

도 3b는 개별적으로 제작된 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 탐침 구조들이 조립 완성된 후의 도면이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로브 카드 장치에 있어서, 기둥 형태의 절연체 부재와, 상기 절연체 부재의 옆면과 옆면의 일 경계선 근방으로 인입되어 상기 절연체 부재의 제1 면을 따라서 수직 하방으로 연장되고 다시 수평방향으로 절곡되어 상기 절연체 부재의 제2 면을 따라서 연장된 후 다시 하방으로 절곡되어 탐침 단부가 형성되는 복수의 제1 탐침과, 상기 절연체 부재의 옆면과 옆면의 일 경계선 근방으로 인입되어 상기 절연체 부재의 제4 면을 따라 연장되며 수직하방으로 절곡되어 상기 절연체 부재의 제1 면과 마주하는 제3 면을 따라서 연장되며 다시 수평방향으로 절곡되어 상기 절연체 부재의 제2 면을 따라서 연장된 후 수직 하방으로 절곡되어 탐침 단부가 형성되는 복수의 제2 탐침과, 상기 절연체 부재의 외주연 상에 형성되는 에폭시 부재를 포함하며, 상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침은 상기 에폭시 부재에 의해 상기 절연체 부재와 결합 고정되어서 이루어진 탐침구조를 포함하는 프로브 카드 장치로 이루어진다.

또한 본 발명은 적어도 하나의 상기 탐침 구조를 포함하며 상기 탐침 구조는 세라믹 플레이트 상에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 장치로 이루어진다.

본 발명에서의 상기 절연체 부재는 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 절연체 부재는 사각기둥의 형태인 것이 바람직하지만 사각기둥 이외의 다른 변형된 형태를 적용하는 것도 가능하다. 즉 기둥의 형태를 지닌 절연체 부재의 단면은 사각형의 변형된 형태가 될 수도 있으며 사각형 이외의 다른 형태가 될 수도 있다. 또한 탐침을 배열하고 고정시키는데 편리하도록 절연체 부재의 외주면들의 표면 형태를 변형시킬 수도 있다.

절연체 부재는 프로브 카드에 있어서 통상 세라믹 재질로 이루어지지만 사파이어, 유리 등의 기타 절연체 재질로 이루어질 수도 있다. 또한 탐침들을 상기 절연체 부재에 고정시키기 위한 에폭시 부재도 에폭시 이외의 여러가지 접착수단을 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 프로브 카드는 각각의 탐침 구조들에 있어서 탐침이 인입되는 높이와 상관없이 탐침 팁의 길이를 일정하게 하는 것이 가능하다. 그러므로 종래의 기술에 의해 제작된 프로브 카드의 경우와는 달리 탐침의 침압과 슬라이드량이 일정하게 된다. 따라서 검사 수행시에 노이즈에 노출되거나 누설전류가 발생할 가능성이 감소하게 되어 검사 결과의 신뢰성이 향상된다. 또한 탐침의 침압과 슬라이드량이 일정하여 탐침 팁의 변형이 방지되므로 프로브 카드의 수명이 연장되는 효과가 있다.

제1 실시예

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 프로브 카드의 탐침 구조의 단면을 도시한 것이다. 따라서 사각기둥 형태의 절연체 부재(50)는 그 단면인 사각형의 형태로 도시되고 있으며 절연체 부재의 외주면을 감싸고 있고 에폭시 부재에 의해 절연체 부재에 고정된 탐침의 단면이 도시되고 있다.

도 2a를 참조하면 본 발명의 제1 실시예에 의한 프로브 카드의 탐침 구조는 사각기둥 형태의 절연체 부재(50)와, 상기 절연체 부재의 옆면과 옆면의 일 경계선 근방으로 인입되어 상기 절연체 부재의 제1 면(50a)을 따라서 수직 하방으로 연장되고 다시 수평방향으로 절곡되어 제2 면(50d)을 따라서 연장된 후 다시 하방으로 절곡되어 탐침 단부가 형성되는 복수의 제1 탐침(54)과, 상기 절연체 부재의 옆면과 옆면의 일 경계선 근방으로 인입되어 상기 절연체 부재(50)의 제4 면(50b)을 따라 연장되며 수직하방으로 절곡되어 상기 절연체 부재(50)의 제1 면(50a)과 마주하는 제3 면(50c)을 따라서 연장되며 다시 수평방향으로 절곡되어 상기 절연체 부재의 제2 면(50d)을 따라서 연장된 후 수직 하방으로 절곡되어 탐침 단부가 형성되는 복수의 제2 탐침(52)과, 상기 절연체 부재의 외주연 상에 형성되는 에폭시 부재(56)를 포함하며, 상기 제1 탐침(54)과 상기 제2 탐침(52)은 상기 에폭시 부재(56)에 의해 상기 절연체 부재(50)와 결합 고정된다.

도 2b는 도 2a의 탐침 구조에 있어서 같은 방향에서 인입되어 들어오는 2개의 탐침이 절연체 부재의 옆면들 사이의 경계선 근방에서 절곡되어 본 발명의 탐침 구조를 형성하는 형태를 입체적으로 도시한 도면이다. 도 2b에서 도시되는 바와 같이 제1 탐침(54)은 절연체 부재(50)의 제1 면(50a)과 제2 면(50d)을 따라서 형성되고 제2 탐침(52)은 절연체 부재(50)의 제4 면(50b)과 제3 면(50c), 그리고 제2면(50d)을 따라서 형성된다. 탐침을 도 2b에 도시된 것과 같이 형성한 후에 에폭시 부재 등을 이용하여 각 외주면에 고정시킨다. 탐침은 도 2b의 Y방향으로도 복수개가 형성되므로 각각의 탐침들을 서로 단락이 되지 않도록 적절한 위치에 배열하면서 에폭시수지재를 이용하여 절연체 부재의 외주면에 고정시키는 작업을 수행한다. 작업이 완료된 후의 본 발명의 탐침구조의 단면은 도 2a와 같이 절연체 부재(50)의 외주면에 복수개의 탐침들이 형성되고 탐침들을 고정시키기 위한 에폭시 부재(56)가 절연체 부재의 외주면에 형성되어 굳어진 형태가 된다.

도 2a에서는 절연체 부재(50)가 사각기둥의 형태로 표현되었으나 사각기둥 이외의 다른 변형된 형태를 적용할 수도 있다. 즉 기둥의 형태를 지닌 절연체 부재 의 단면은 사각형의 변형된 형태가 될 수도 있으며 사각형 이외의 다른 형태가 될 수도 있다. 또한 탐침을 배열하고 고정시키는데 편리하도록 절연체 부재의 외주면들의 표면 형태를 변형시킬 수도 있다.

절연체 부재는 프로브 카드에 있어서 통상 세라믹 재질로 이루어지지만 사파이어, 유리 등의 기타 절연체 재질로 이루어질 수도 있다. 또한 탐침들을 상기 절연체 부재에 고정시키기 위한 에폭시 부재도 에폭시 이외의 여러가지 접착수단을사용하는 것이 가능하다.

도 2c는 본 발명에 의한 탐침구조에 있어서 패드(60) 상에 접촉하는 탐침(62)들의 배열을 나타내는 도면이다. 본 발명에 따르면 도 2c에서와 같이 탐침들이 교대로 서로 반대 방향에서 유도되면서 배치되기 때문에 탐침들 사이의 피치(P)가 상당히 넓어지게 된다. 즉, 패드의 크기와 간격이 일정하다고 하면 종래의 기술에 의한 탐침들의 배열을 나타내는 도 1c와 비교할때 탐침들 간의 피치(P)가 2배로 늘어나게 된다. 따라서 반도체 소자의 고집적화에 따라 패드의 크기가 감소하고 패드 사이의 간격이 감소하더라도 용이하게 프로브 카드를 제작할 수 있게 된다.

도 3a는 본 발명에 의한 탐침구조가 포함되어 있는 프로브 카드의 일실시예의 일부분을 단면으로 도시한 것이다. 도 3a에 의하면 좌측의 제1 열의 칩들을 측정하기 위한 탐침 구조물(82)은 종래의 기술에서와 같이 절연체 부재의 일면에 탐침을 에폭시 수지로 고정시켜서 형성된 것이며 각각 좌측에서부터 제2 열, 제 3열, 제 4열을 측정하기 위한 탐침 구조물 3개(83, 84, 85)는 본 발명의 탐침 구조를 이용하여 제작한 것이다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 프로브 카드는 각각의 탐침 구조들에 있어서 탐침이 인입되는 높이와 상관없이 탐침 팁의 길이(d)가 일정하므로 탐침의 침압과 슬라이드량이 일정하게 된다.

각각의 탐침 구조물들은 개별적으로 제작이 되며, 하나의 세라믹 플레이트(70) 상에 각각의 탐침구조물들을 정렬 배치시키고 에폭시 부재(56) 등으로 고정시키면 프로브 카드의 탐침 구조가 완성된다. 세라믹 플레이트는 도 3a에서와 같은 판상의 직육면체인 것이 바람직하지만 여러가지 다른 형태로 변형을 하는 것도 가능하다. 예를 들어서 본 발명의 탐침 구조를 이용하여 하나의 웨이퍼 전체의 칩들을 동시에 측정하는 프로브 카드를 제작한다면 세라믹 플레이트의 형태가 웨이퍼의 형태가 될 수도 있고 그 외의 변형된 형태가 될 수도 있다. 세라믹 플레이트의 재질을 세라믹 이외의 다른 절연체 재질로 하는 것도 가능하다.

만약 웨이퍼 내의 반도체 칩 중에서 16개의 행과 8개의 열로 되어 있는 총 128개의 칩들을 동시에 측정할 수 있는 프로브 카드를 제작한다고 하면, 도 2a에 나타낸 탐침 구조물이 8개가 필요하게 된다. 즉, 각 열에 대하여 하나씩의 탐침 구조물이 필요하다. 본 발명에 따르면 각각의 탐침 구조를 개별적으로 제작한 후 차후에 이들을 조립하여 프로브 카드를 완성할 수 있으므로 작업 인원이 분할하여 제작을 할 수 있는 장점이 있다.

각각 개별적으로 완성된 탐침 구조 8개를 탐침 구조의 정렬을 위한 조립치구 위에 놓고 검사장치에 의하여 위치를 측정하여 배열을 한 후에 세라믹 플레이트 (70) 상에 에폭시 부재(56) 등으로 고정을 시키면 16개의 행과 8개의 열로 되어 있는 총 128개의 칩들을 동시에 측정할 수 있는 프로브 카드가 완성된다.

제2 실시예

도 3a에서는 제1 열의 칩들을 측정하기 위한 탐침 구조물(82)은 종래의 기술에서와 같이 한쪽 방향에서 인입된 후 1회 절곡되어 형성된 것을 이용하였다. 제1 열을 측정하기 위한 탐침은 그 인입되는 높이가 낮으므로 종래방식의 구조를 사용해도 탐침 팁의 길이가 그다지 길지 않기 때문이다. 그러나 본 발명에 의한 탐침구조만을 4개 제작하여 하나의 세라믹 플레이트 상에 고정시켜서 프로브 카드를 형성하는 것도 가능하다. 즉 도 3b에 도시된 바와 같이 제1 열의 칩들을 측정하기 위한 탐침 구조물(82)을 본 발명에 의한 탐침구조물들(83, 84, 85)과 같은 구조의 탐침구조물로 대체시키면 된다. 도 3b는 본 발명에 의한 탐침구조만을 4개 제작하여 하나의 세라믹 플레이트 상에 고정시켜서 조립 완성된 프로브 카드의 단면을 나타내는 도면이다. 제1 실시예에서와 마찬가지로 제2 실시예에 의한 프로브 카드는 각각의 탐침 구조들에 있어서 탐침이 인입되는 높이와 상관없이 탐침 팁의 길이(d)가 일정하므로 탐침의 침압과 슬라이드량이 일정하게 된다.

본 발명에 의한 프로브 카드는 각각의 탐침 구조들에 있어서 탐침이 인입되는 높이와 상관없이 탐침 팁의 길이를 일정하게 하는 것이 가능하다. 그러므로 종래의 기술에 의해 제작된 프로브 카드의 경우와는 달리 탐침의 침압과 슬라이드량이 일정하게 된다. 따라서 검사 수행시에 노이즈에 노출되거나 누설전류가 발생할 가능성이 감소하게 되어 검사 결과의 신뢰성이 향상된다. 또한 탐침의 침압과 슬라이드량이 일정하여 탐침 팁의 변형이 방지되므로 프로브 카드의 수명이 연장되는 효과가 있다.

본 발명에 의한 프로브 카드는 반도체 소자의 고집적화에 따라 패드와 패드사이의 간격, 즉 피치가 작아지더라도 용이하게 제작이 가능하다.

한편 본 발명에 의한 프로브 카드는 반도체 칩의 하나의 열을 검사하기 위한 탐침 구조를 개별적으로 각각 제조한 후에 이들 탐침구조들을 조립함으로써 병렬적 제조공정이 가능하여 프로브 카드의 제작에 걸리는 시간이 단축되고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 프로브 카드 장치에 있어서,

   기둥 형태의 절연체 부재와,

   복수의 제 1 탐침 -상기 복수의 제 1 탐침은 상기 절연체 부재의 옆면과 옆면의 일 경계선 근방으로 인입되어 상기 절연체 부재의 제1 면을 따라서 하방으로 연장되고 다시 수평방향으로 절곡되어 상기 절연체 부재의 제2 면을 따라서 연장된 후 다시 하방으로 절곡됨으로써 탐침 단부가 형성됨- 과,

   복수의 제 2 탐침 - 상기 복수의 제 2 탐침은 상기 절연체 부재의 옆면과 옆면의 일 경계선 근방으로 인입되어 상기 절연체 부재의 제4 면을 따라 연장되며 하방으로 절곡되어 상기 절연체 부재의 제1 면과 마주하는 제3 면을 따라서 연장되며 다시 수평방향으로 절곡되어 상기 절연체 부재의 제2 면을 따라서 연장된 후 하방으로 절곡되어 탐침 단부가 형성됨- 과,

   상기 절연체 부재의 외주연 상에 형성되는 에폭시 부재를 포함하며,

   상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침은 상기 에폭시 부재에 의해 상기 절연체 부재와 결합 고정되어서 이루어진 탐침 구조

   를 포함하는 프로브 카드 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 복수의 상기 탐침 구조가 세라믹 플레이트 상에 고정되어 상호결합되어 조립된 것을 특징으로 하는 프로브 카드 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연체 부재는 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로브 카드 장치.