KR100500766B1 - 집적회로 웨이퍼의 교환가능한 다중-ｄｕｔ 테스팅에 대한 프로브 어셈블리및 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼상 집적회로(20)를 테스트하기 위해 사용되는 시스템은 복수의 탐침(14)에 대한 지지대(11)를 갖고, 테스트 시스템에 전기적으로 결속 되어 있고, 상기 시스템에서 탐침은 테스트중 집적회로의 접촉패드를 실질적으로 문지름이 없이 낮은 접촉력으로 낮은 접촉 저항을 달성할 수 있다. 각 탐침은 웨이퍼의 기계적 동작 동안에 압축에 대한 반응으로 탐침을 휘어지게 하기 위하여 상기와 같은 방법으로 굽어져(14a) 있고, 추가로 각 탐침의 팁을 집적회로의 접촉 패드의 표면에서 감지 할 수 있을 정도의 미끄러짐이 없이 진동을 일으킨다. 탐침의 진동 운동은 접촉 패드의 표면상 산화물의 측면 제거가 있게 하고, 그리하여 탐침과 테스트중 집적회로 접촉 패드 사이의 전기적 접촉을 개선한다.

Description

집적회로 웨이퍼의 교환가능한 다중-ＤＵＴ 테스팅에 대한 프로브 어셈블리및 방법{PROBE ASSEMBLY AND METHOD FOR SWITCHABLE MULTI-DUT TESTING OF INTEGRATED CIRCUIT WAFERS}

본 발명은 집적회로 피시험 디바이스(device under test:DUT) 의 본딩 패드위에서 웨이퍼 탐침 팁의 "문지르기(scrubbing)" 를 감소하기 위한 방법 및 웨이퍼 프로브 어셈블리에 관한 발명이고, 특히 탐침 사이의 간섭을 피하고, 동일 반도체 웨이퍼상 다수 다이(die)의 동시 탐사를 용이하게 함으로써, 전 반도체 웨이퍼의 프로브 테스터에 요구되는 탐침의 "터치 다운(touch down)"수를 감소하도록 개선하는 것에 관련된 발명이다.

미국 특허 5,521,518(Higgins), 5,589,781(Higgins 등), 5,416,429(McQuade등), 4,554,506(Faure등), 4,843,315(Bayer등), 5,534,784(Lum등) 및 4,636,722 (Ardezzone)은 일반적으로 그 기술 분야의 현 상태를 나타내고 있다. 절연 알루미늄 산화물이 보통 집적회로 웨이퍼의 알루미늄 본딩 패드 위에 존재하는 것으로 알려져 있다. 또한, 하나의 반도체 웨이퍼상에는 수백개의 집적회로 다이(die)가 있는 것으로 알려져 있고, 웨이퍼가 개별의 집적회로 다이(die)로 절단되기 전에 각 다이 또는 DUT (device under test)를 "프로브 테스트"를 하는 것이 필수적이다. 다이 테스팅은 종종 높은 속도에서 또는 예를들면 100㎒ 전송속도 또는 그보다 높은 주파수에서 실행되는 것이 요구된다.

위 참조 기술들은, 테스팅하는 동안 DUT의 본딩 패드와 신뢰할 수 있는 전기적 접촉(즉, 낮은 탐침 접촉저항)을 제공해야 하는 탐침 팁을 가지는 복수의 탐침을 지지하는 프로브 카드를 지지하기 위해 여러가지 기술을 개시하고 있다. 탐침의 생크(shank)는 일반적으로 지름이 5 내지 10 밀(mil)이다. 일반적인 프로브 테스트 시스템에 있어서, "테스트 헤드"는 "인터페이스 어셈블리"를 지지하고, 상기 어셈블리는 특정한 반도체 다이를 프로브 테스트하기 위해 요구되는 모든 탐침이 뻗어 있는 프로브 카드를 지지한다. 일반적으로, 웨이퍼는 "웨이퍼 척(chuck)"위에 지지된다. 탐침과 완성된 집적회로 다이의 대응하는 본딩 패드의 정렬이 이루어진 후, 웨이퍼 척은 대략 3밀이 상승하여, 일반적으로 기울어진 탐침은 탐침 팁이 본딩 패드 금속과 양호한 기계적이고 전기적인 접촉을 제공하기 위해 알루미늄 본딩 패드상의 깨지기 쉬운 절연 알루미늄 산화물을 "문지른다(scrub)".(택일적으로, 웨이퍼 척이 고정되고, 테스트 헤드가 이동할 수 있다.). 어떤 경우에 탐침은 본딩 패드면에 대해 최소한 약 3-15그램 힘을 가하는 것이 필요하다. 즉, 본딩 패드에 신뢰할 수 있는 탐침 접촉은, 필수적인 문지르기를 효과적으로 완성하기 위하여 3-15 그램의 힘으로 각 탐침의 팁이 알루미늄 본딩 패드를 접촉하는 것이 요구된다. 그러한 문지르기는, 탐침과 본딩 패드의 알루미늄 금속 사이에 신뢰할 수 있는 저저항 전기적 접촉을 이루기 위해, 탐침 상에 3-15그램 힘을 유지하는 동안 대충 0.5 내지 1.5 밀의 거리를 통해, 본딩 패드 면을 "긁기(scratching)"를 수반한다.

만약 탐침의 팁이 알루미늄 산화물 코팅을 긁기 위하여 본딩 패드 면을 문지르지 않는다면, 본딩 패드에 대하여 대략 20그램의 탐침 힘이 낮은 프로브 접촉 저항을 성취하기 위하여 요구된다.

도 6은, 알루미늄 본딩 패드(62)의 면에 대하여 기울어져 있는 일반적인 선행기술인 캔틸레버 탐침(14)을 보여 주고 있다. 웨이퍼(20)는 웨이퍼 척(54)위에 지지되고, 상기 웨이퍼 척은 탐침 팁과 본딩 패드(62)의 접촉을 이루기 위해 대략 3밀의 거리를 통해 화살표(22)의 방향으로 들어 올려진다. 탐침(14)은 반도체(20) 면의 평면성 (비평면)을 보상하기 위하여 충분히 탄력적 또는 "추종적(compliant)"이고, 알루미늄 본딩 패드(62)의 면위에 절연 알루미늄 산화물을 미끌어져 문지를때, 탐침(14)이 3-15 그램의 힘을 유지하도록 한다. "문지름 거리"는 부기번호 63으로 지시되고 있는데, 일반적으로는 종래 다수의 웨이퍼 프로브 테스트 시스템에서, 대략 0.5 내지 1.5 밀이다.

도 7은 다양한 형태의 반도체 다이(20)상의 본딩 패드의 일반적 구성을 보여 주고 있는데, "형 Ⅰ", "형 Ⅱ" 및 "형 Ⅲ"으로 되어 있다. 보통 본딩 패드(62)는 , 4-10밀 범위의 피치(중심과 중심간 거리)로 대략 2-4밀의 정사각형내에 있다. 일반적인 메모리 다이에 있어서, 본딩 패드(62)의 하나의 열 (또는 행)은 다이(20)을 양분하기 위하여 도시된 바와 같이 제공된다. 이 본딩 패드 정열은 다중-DUT 웨이퍼 탐사에 가장 적합하고, 대응하는 본딩 패드위 탐침의 하나의 "터치다운(touch down)"은 프로브 테스트되는 웨이퍼상 다수의 DUT (다이)를 테스트하는 결과가 된다. "형Ⅱ"본딩 패드 설계는 각 칩의 가장자리 맞은 편에 따라 위치하는 본딩 패드의 마주하는 평행한 열을 포함 할 수 있고, 그 경우에 다중-DUT 웨이퍼 탐사는 다이(20)위에 본딩 패드(62-1)와 다이(21)위에 본딩 패드(62-2)의 인접한 열을 접촉함으로써 달성할 수 있다. 대안적으로, 형Ⅱ 본딩 패드 배열은 다이(20)의 중심에 본딩 패드(62-1) 및 본딩 패드(62-2)의 두개의 근접 배치된 열을 포함할 수 있다. 본딩 패드(62)가 다이의 네개의 모든 가장자리에 따라 위치하고 있는데, 형Ⅲ 본딩 패드 배열은 최소한 다중-DUT 테스팅에는 꽤 적합하다.

전체 웨이퍼를 프로브 테스트 하기 위하여, 테스트 헤드의 탐침이 특정한 반도체 웨이퍼의 본딩 패드에 접촉하는 횟수를 감소하는 것이 상당하게 요망된다. 만약, 다이의 모든 본딩 패드를 접촉하기 위하여 탐침을 갖는 오직 하나의 프로브카드가 웨이퍼 프로브 테스터 어셈블리 안에 제공된다면, 요구되는 터치 다운의 수는 웨이퍼상의 다이의 수와 같다. 그러나, 탐침의 "세트(sets)"의 수(하나의 다이를 프로브 테스트 하기위해 하나의 세트가 요구됨)가 프로브 테스트 어셈블리에서 증가하여, 다수의 다이가 각각의 터치 다운 동안 프로브 테스트 되면, 터치다운의 수는 따라서 감소한다. 모든 종래의 탐침을 수용하고 그것에 연결된 도체의 "팬 아웃(fan out)을 허용하는데 필요한 공간에 비하여 소형의 집적 회로 다이는, 다중-DUT 테스팅을 매우 어렵고 실행 불가능하게 한다. 똑같은 고찰이 모든 탐침상에 균형접촉력(BCF) 달성을 곤란하게 하고 있다. 그 기술 분야의 당업자는, 균형접촉력(즉, DUT상 대응 본딩 패드에 대해 모든 탐침 접촉 팁에 동일한 양의 힘을 제공함)이, 과다 힘을 가진 각 탐침의 짧은 수명 또는 때이른 실패를 막기 위하여 필요하다는 것을 안다.

프로브 카드를 만드는 기술이, 폴리이미드 절연체의 얇은 층 한 면위에 구리층 또는 금으로 도금된 구리층을 제공하고, 폴리이미드층의 다른 면위에 니켈 합금 스트립의 패턴을 제공하는 것이라는 것은 알려져 있다. 니켈 합금 스트립은, 위에서 언급한 Higgins 및 Higgins등의 특허에서 보인바와 같이, 폴리이미드 층의 한 에지를 지나 뻗어 있고, 탐침을 형성한다. 폴리이미드층의 한 면위에 니켈 합금 스트립의 일부는 50Ω전송선으로 기능하는 동판에 상호 작동한다. 이것은 프로브 테스트 시스템과 DUT의 본딩 패드 사이에 신뢰할 수 있도록 전송되게 하기 위하여 고주파 테스트 신호를 허용한다.

선행기술 도8은, "Cobra" 시스템에서 개시된 공지된 프로브 시스템을 설명하고 있는데, 탐침(14)의 상단 끝단은 절연 물질의 경화층(67)을 통해 가이드 되어 있고, 개개의 탐침(14)의 상단 끝단은 인터페이스 어셈블리의 적당한 도체에 전기적으로 결합되어 있고, 상기 어셈블리는 전기적 테스트 시스템에 연결되어 있다. 도 8의 각 탐침(14)는 도시된 바와 같이 구부러져 있고, 그 하단은 절연물질인 템플릿(68) 또는 아래 경화층에 있는, 대응하는 틈새 구멍(70)을 관통하고 있다. 탐침(14)의 하단 끝단은 테스트되는 웨이퍼(20)의 본딩 패드(62)와 접촉한다. 탐침(14)의 하부 팁의 본딩 패드(62)상의 어떤 "문지르기"는 틈새 구멍(70)에 끝단(14A)의 느슨함의 결과로 일어난다.

본 발명에서 사용된 "문지르기"는 본딩 패드 위에서 대략 0.5 밀 이상 탐침 팁의 본래적인 미끄러짐을 의미하고, 본딩 패드 위에서 탐침 팁이 0.5 밀 이하의 미끄러짐, 긁기, 문지름등의 "미세 문지르기"는 제외 한다.

어떤 집적회로는 하나의 매우 낮은 전압원, 때때로 3볼트 또는 심지어 2.5 볼트로부터 동작한다. 그 결과, 프로브 테스트 시스템에 의해 제공되는 접지 전압의 작은 변화는, 프로브 테스터 결과에 심각하고 유독하게 영향을 미칠 수 있다. 그러한 "그라운드 바운스(ground bounce)" 잡음은 가능한 한 접지 탐침에 가깝게, "그라운드 바운스(ground bounce)" 커패시터를 접지도체에 연결함으로써 감소 시킬 수 있다. 선행기술 에폭시 링 프로브 어셈블리에서, 탐침에 연결된 접지 공급 도체는, 어셈블리의 인쇄회로 기판위 접지 평면 도체에 연결된 DUT에 접지 전압을 공급하고, 탐침에 연결된 전원 공급 도체는, 인쇄회로 기판위 접지 평면에 연결되어 바이패스 커패시터에 연결되어 있는 DUT에 전압원을 공급한다. 이 두 도체의 본래 길이는, 테스트 하는 동안 DUT에 가해지는 접지 잡음과 전원 잡음의 바람직하지 못한 결과를 초래 하였다.

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대부분의 선행의 기술의 웨이퍼 프로브 어셈블리는, 큰 인쇄회로기판에 의해 지지되는 에폭시 링 위에 탐침을 지지한다. 그러한 에폭시(또는 플라스틱) 구조는 열팽창 계수를 가지고, 주위온도가 변화할 때 탐침의 위치에 "오류"를 일으킨다. 탐침 위치 오류의 이런 근원을 제거하는 것이 바람직하다.

절연 알루미늄 산화물을 제거하기 위하여, DUT의 본딩 패드에 대해 탐침의 팁으로 "문지르기" 할 필요성을 피하는, 구조적으로 단순한 프로브 어셈블리를 제공하는 것이 바람직하나, 그럼에도 불구하고 본딩 패드위 탐침 팁의 낮은 프로브 접촉저항을 제공한다. 또한, 다중-DUT 테스팅에서 사용하기 적합한 프로브 어셈블리를 제공하는 것이 대단히 바람직 하다. 낮은 탐침 저항을 경제적으로 제공하고, 고주파 동작을 허용하며,"그라운드 바운스(ground bounce)" 및 전원 잡음의 감소를 제공하는, 개선된 반도체 웨이퍼 프로브 장치 및 기술을 제공하는 것이 바람직하다.

도 1a는 본 발명의 첫번째 실시예에 따라서 프로브 접촉 어레이 어셈블리의 사시도이다.

도 1b는 다중-DUT 테스팅을 달성하기 위하여 배열된, 도 1a 의 프로브 접촉 어레이 어셈블리 두개를 포함하고 있는, 웨이퍼 프로브 어셈블리 한 부분에 대한 평면도이다.

도 1c는 도 1b의 선 1c-1c 에 따른 단면도이다.

도 2a는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 프로브 접촉 어레이 어셈블리 한 부분에 대한 사시도이다.

도 2b는 두개의 "프로브 접촉 어레이"와 그것의 탐침을 지지하고 있는, 도 2a 에서 보여진 두번째 실시예 구조의 변화에 대한 사시도이다.

도 2c는 반도체 웨이퍼상 인접 다이를 프로브하기 위한, 도 2b의 실시예의 두가지 사용을 설명하기 위한 부분 측면도이다.

도 2d는 본 발명의 웨이퍼 프로브 장치내에서 사용된 "프로브 접촉 어레이"의 단면도이다.

도 2e는 플렉스 회로의 수단에 의해 프로브 테스트 헤드내 인쇄회로기판 (PCB)의 도체에 프로브 접촉 어레이의 접속을 설명하는 단면도이다.

도 2f는 접지 도체를 접지 평면에 연결하는 것을 설명하고, 프로브 접촉 어레이의 접지 평면의 가장자리에 인접하여 연결된, 전원 바이패스 커패시터를 설명하는 프로브 접촉 어레이의 부분 평면도이다.

도 2g는 테스트 중인 집적회로의 알루미늄 본딩 패드에 터치 다운 하는 동안, 탐침의 구부러짐에 기인한 알루미늄 산화물을 제거하는, 탐침 접촉 팁 회전을 설명하는 부분 측면도이다.

도 3은 본 발명의 세번째 실시예인 프로브 어셈블리의 한 부분에 대한 사시도이다.

도 3a는 집적회로 어레이의 테스팅을 달성하기 위하여 "층"으로 된 프로브 접촉 어레이의 사용을 보여주고 있는, 도 3의 3a-3a 선을 따라 절단한 수정된 단면도이다.

도 3b는 도 3의 장치가 "형Ⅲ" 본딩 패드 위치를 갖는 다이의 다중-DUT 테스팅에 어떻게 확장될 수 있는지를 설명하는데 유용한 부분 사시도이다.

도 4는 도 2b의 인쇄회로기판(PCB)을 포함하고, 두개의 프로브 접촉 어레이 어셈블리를 지지하는, 프로브 어셈블리의 평면도이다.

도 4a는 도 4의 4a-4a 절단에 따른 단면도이다.

도 4b는 도 4의 4b-4b 절단에 따른 단면도이다.

도 5는 다중-DUT 테스팅 패턴을 지시하고, 웨이퍼 프로브 테스트 시스템의 다른 구성 요소를 설명하는, 척 위에 올라가 있는 반도체 웨이퍼의 평면도이다.

도 6은 선행기술을 기술하는데 유용한 부분 단면도이다.

도 7은 집적 회로상 본딩 패드 배열의 다른 형태를 나타내는 관계도이다.

도 8은 선행기술을 기술하는데 유용한 부분 단면도이다.

도 9는 본 발명의 대안적인 실시예의 부분 사시도이다.

따라서, 탐침의 접촉 팁으로 알루미늄 본딩 패드의 광범위한 "문지르기"가 없이, 최소의 프로브 접촉 저항을 가지고 고주파수 테스팅을 달성할 수 있는, 경제적인 웨이퍼 프로브 어셈블리를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 다른 목적은, "형 Ⅰ", "형 Ⅱ" 및/또는 "형 Ⅲ"으로 식별된 본딩 패드 위치를 가진, 다이를 포함하는 웨이퍼의 다중-DUT 테스팅에 사용이 쉽사리 확장될 수 있는, 그러한 웨이퍼 프로브 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 집적회로내 어레이에 위치한 본딩/프로브 패드를 가진 다이를 포함하는, 웨이퍼의 다중-DUT 테스팅에 사용이 쉽사리 확장될 수 있는, 그러한 웨이퍼 프로브 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 최소의 프로브 접촉 저항을 가진 고주파수 테스팅을 달성할 수 있고, 각 반도체 웨이퍼의 프로브 테스트에 요구되는 탐침 터치 다운의 수를 감소하고, 그에 의해서 탐침 어셈블리의 수명을 증가시키는 웨이퍼 탐사 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탐침 접촉 팁의 수명이 증가하는 웨이퍼 프로브 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탐침의 접촉 팁에 의해 접촉 패드의 과도한 "문지르기"가 없는, 최소의 프로브 접촉 저항을 가진 고주파수 테스팅을 달성하며, 주위 온도에 상대적으로 무관계한 웨이퍼의 접촉 패드상에 상대적으로 균형잡힌 프로브 접촉력을 제공하는, 경제적인 웨이퍼 프로브 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탐침의 과도한 오버트래블을 제공할 필요를 피하거나, 또는 탐침 팁으로 접촉 패드의 효과적인 문지르기를 달성하기 위해 필요한 탐침 오버트래블(overtravel)의 양을 주의 깊게 제어하기 위한, 경제적인 웨이퍼 프로브 어셈블리 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 그라운드 바운스 잡음 전압 및/또는 전원 잡음 전압을 감소한다고 기술된 형의 웨이퍼 프로브 어셈블리 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탐침 접촉 팁의 개선된 평면성을 가진 웨이퍼 탐사 어셈블리 및 최소의 "오버트래블"을 가진, 감소되고 제한된 "문지름 거리"를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 선행 기술에서 달성된 것보다 더 정확하게 고정되고, 정열되고, 평면 탐침 접촉 끝 위치를 가진, 웨이퍼 프로브 어셈블리를 제공하는 것이다.

간단히 기술하면, 한 실시예를 따를때, 본 발명은 낮은 탐침 힘을 갖고 본질적인 문지르기가 없는, 낮은 탐침접촉 저항을 달성하여 반도체 웨이퍼상의 집적회로를 테스트 하기 위한 장치를 제공하며, 상기 전기적 테스트 시스템에 전기적으로 결합된 복수개의 탐침을 지지하고 그리고 집적회로의 복수개 접촉 패드가 있는 배열에서 접촉 팁을 가지는 프로브 어셈블리를 포함하며, 각 탐침은 구부러진 부분, 각 탐침의 팁을 대응하는 접촉 패드를 가지는 물리적 접촉으로 나르기 위한, 그 탐침에 관계되는 웨이퍼를 기계적으로 제거하기 위하여 동작하는 기계적 이송 장치, 및 대응하는 접촉 패드에 대해 각 팁의 탐침 힘을 증가 시키기 위한 탐침에 마주하는 웨이퍼를 더욱 기계적으로 제거하여, 각 탐침의 구부러진 부분의 구부러짐을 야기한다. 두개의 실시예에서, 각 탐침의 구부러진 부분은 곡률을 가져서, 그 구부러짐은 대응한 패드면상 실질적 거리를 통해 미끄러짐이 없이 접촉 패드상에 코팅되어 있는, 절연 산화물 위를 각 탐침의 팁이 진동하게 한다. 진동과 탐침 힘은, 신뢰할 수 있도록 하기 위해, 탐침의 접촉 팁과 접촉 패드 금속 사이로부터 산화물의 측면 변위를 야기한다.

정의하는 방법에 의해, 본 발명에서 사용된 용어 "문지르기" 는, 프로브에 대해 낮은 탐침 힘을 가지고 탐침 접촉 팁과 패드 금속 사이에, 신뢰할 수 있는 전기적 접촉을 달성하기 위하여 패드 금속상에 깨지기 쉬운 절연 산화물을 통해 침투하도록, 본딩 패드 또는 집적회로 다이의 다른 접촉 패드의 표면에 대하여 탐침의 접촉 팁에 의하여 대략 0.5-1.5 밀의 거리를 통해, 실질적인 측면 문지르기, 긁기, 문질러 비비는 운동을 언급하는 것으로 사용된다. 본 발명에서 사용된 용어 "문지르기"는, 본딩 패드의 면에 대해 탐침의 접촉 팁의 측면 운동이 0.5-1.5 밀 보다 훨씬 적은 집적회로 본딩 패드상에서 탐침의 접촉 팁의 "미세-문지르기" 나 "진동하기(rocking)"와는 대조되며, 이를 제외한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, "테스트 헤드"는 프로브 어셈블리를 교대로 운반하는 "인터페이스 어셈블리"를 운반한다. 각 프로브 어셈블리는, 하나 또는 그 이상의 집적회로 다이의 테스팅을 실현하기 위하여 충분한 탐침을 운반한다. 본 발명에서 사용되는 용어 "프로브 어셈블리"는 (1)인쇄회로기판(PCB) 과 (2)(i)하나 이상의 집적회로 다이(DUT)의 완전한 테스팅을 실현하기 위해, 탐침의 하나 이상의 "프로브 접촉 어레이" 및 (ii) 접촉 어레이의 각각의 탐침을 PCB의 대응 도체에 전기적으로 결합하기 위한, "플렉스 회로(flex circuit)" 또는 "테일(tail)"상호연결을 포함하는 적어도 하나의 프로브 접촉 어레이 어셈블리 및 (3) 상기 프로브 접촉 어레이 어셈블리를 프로브 카드 어셈블리에 장착하고, 탐침 위치를 조정하기 위한 기계적인 장착 어셈블리 또는 브릿지(bridge)의 조합을 포함하고 있다.

기계적인 장착 어셈블리는, 대응하는 DUT 를 가진 프로브 접촉 어레이의 탐침을 대응하는 DUT에 정렬시키고, 각 탐침 접촉 팁이 DUT 또는 다중 DUT의 예정된 본딩 패드에 대해 대략 1-12 그램 범위의 힘으로 전기적인 접촉을 할 수 있도록 또한 반도체 웨이퍼의 평면성의 변동에 대응하는 데 필요한 탐침 접촉 팁의 추종성(compliance)을 이루기 위해, 위치지정 기능과 부착 기능을 수행할 수 있다.

일반적으로 "인터페이스 어셈블리"는 끼워 넣어지는 "POGO 핀"으로 로드된 수많은 금도금 스프링을 포함하고 있다. 인터페이스 어셈블리가 프로브 카드 어셈블리위로 내려질 때, POGO 핀으로 로드된 스프링은 약간 내려앉고, 테스트 시스템에 연결된 테스트 헤드와 PCB 의 접촉 패드 사이에 요구되는 접촉을 하도록 한다.

본 발명의 첫 번째 실시예가 도 1a-1c 에 보이고 있고, 도금된 프로브 접촉 어레이(40)와 장착 어셈블리(11)를 포함하는 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10)를 포함하고 있다. 도금된 프로브 접촉 어레이(40)는 도 2d 의 참조하여 기술한 것과 같은 구조를 하고 있고, 그것으로부터 뻗어나가는 도금한 니켈 합금 탐침(14)의 어레이를 포함하고 있다. 프로브 접촉 어레이(40)는 캔틸레버 장착된 판 스프링(12)의 하부면에 부착되어 있고, 상기 판 스프링은 장착 어셈블리(11)의 밑바닥 한 끝부분에 단단히 고정되어 있다.

도 1a-1c 에서, 개별의 탐침(14) 각각은 굽은 외향 접촉 팁(14C)을 가지고 있고, 상기 접촉 팁은 웨이퍼의 테스팅 동안, 수많은 다른 집적회로 다이를 갖는 반도체 웨이퍼의 집적회로 다이(21)의 대응하는 결합 또는 접촉 패드(62)를 전기적으로 접촉한다. 탐침(14)의 접촉 팁은 프로브 접촉 어레이 상의 2 내지 4 밀 폭의 "생크(shank)"로부터 본딩 또는 접촉 패드나 DUT 의 땜납 범프에 접촉하기 위한 0.5 내지 2 밀 폭의 접촉 팁으로 테이퍼 되어있다.

대략 50 내지 150밀 보다 적게(전형적으로는 약 100 밀) 접지 평면너머로 뻗어 있는, 탐침의 일정 부분의 길이를 유지함으로써, 매우 높은 고주파의 테스트 프로브 신호가 DUT 와 웨이퍼 프로브 기능적 테스트 시스템 사이에 신뢰할 만큼 전송될 수 있다.

장착 어셈블리(11)는 판 스프링(12)의 한 쪽 끝이 단단히 부착되어 있는 하부(11B)를 포함하고 있다. 장착 어셈블리(11)의 상부(11A)에 대한 하부(11B)의 정확한 위치는, 하부(11B)의 수평 상부면에 접하기 위하여 상부(11A)내의 나사 구멍을 통해 뻗어 있는 세트 스크루(16)에 의하여 결정된다. 세트 스크루(17)는 그와 동일한 기능을 수행한다. 쇼울더 볼트(15)는 상부(11A)의 상부면내 틈새구멍을 통해 관통하여 하부(11B)의 나사구멍으로 뻗어 있다. 압축 스프링(23)은 하부(11B)측 아래로 향하는 적당한 바이어스 힘을 유지하기 위하여, 그 쇼울더와 상부(11A)의 상부면 사이에 쇼울더 볼트(15)의 샤프트 주위로 배치된다.

도 1b와 같이, 하나 이상의 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10)는, 다중의 동일하게 나란히 있는 상부를 구현하기 위하여, 도 1a 의 상부(11A)의 확장을 구성하는 연속적인 "브릿지"(11C)를 수단으로 하여 PCB 상에 접착될 수 있다. 그래서 브릿지(11C)는 웨이퍼 척(54)상에 지지되어 있는 집적회로 다이(20,21)의 대응하는 접촉 패드(62-1)(그 열은 도1b에서 선 62-1로 표현되었다.)의 접촉 열(또는 행)에 대하여 다양한 세트의 탐침(14)의 평면성을 조정하기 위해 세트 스크루(16,17)가 조정될 수 있는 다중 세트의 액세스 구멍을 포함한다. 브릿지(11C)는 도 4, 4a, 4b 에서 보인 바와 같이 프로브 카드 어셈블리의 지지판(46)에 단단히 부착된다. 또한 동일한 인접 프로브 접촉 어레이 어셈블리는, 동일 또는 다른 다이의 본딩 패드의 접촉열(62-2)에 탐침을 제공하기 위하여, 도 1b에 보인 하나의 우측에 위치할 수 있다.

도 1b 의 선 1c-1c에 따른 단면도인 도1c를 참조하면, 웨이퍼 척(54)은 탐침(14)의 대응하는 접촉 팁에 대하여 다이(20,21)의 다양한 접촉 패드를 누르기 위하여, 화살표(22) 방향인 위로 움직인다.

프로브 접촉 어레이(40)의 접지 평면(도 2d의 27 )위로 뻗어있는, 양 판 스프링(12)과 니켈 합금 탐침(14)의 일부는 집적회로 다이(20),(21)를 포함하는 반도체 웨이퍼의 평면성의 변동을 수용하기 위해 탄력성이 있다. 접지평면 위로 뻗어있는 탐침(14)의 일부의 탄성과 함께, 판 스프링(12)의 탄성은, 웨이퍼의 편평함의 변화에도 불구하고 각 탐침상에 대략 1-12 그램의 탐침 힘을 균일하게 제공하는데 유용한 "추종성(compliance)"을 제공한다.

본 발명의 몇몇 개시된 실시예에 따라, 탐침 힘에 의해 야기되는 탐침의 구부러짐은, 알루미늄 본딩 패드의 표면위 각 탐침(14)의 접촉 팁의 "기울기" 또는 "진동하기" 를 야기한다. 무른 알루미늄 산화물위에 접촉 탐침 팁의 진동하기는, 도 2g 를 참조하여 후에 상세히 설명하는 바와 같이, 각 탐침의 접촉 팁과 본딩 패드의 알루미늄 사이로부터 알루미늄 산화물을 효과적으로 제거한다는 것을 발견하였다.(탐침 접촉 팁의 진동에 의해 알루미늄 산화물의 그러한 제거 및 1-12 그램 탐침 힘은, 낮은 프로브 접촉 저항을 가지고 접촉 패드의 탐침 접촉 팁의 효과적인 전기적 접촉 결과를 만든다.)

도 1a-1c 에서 보이는 본 발명의 바람직한 실시예는, 탐침 접촉 팁에 의해 본딩 패드의 "문지르기"없이 또는 "문지르기"로 프로브 팁 접촉을 제공할 수 있다. 다이(20)의 표면에 관하여 판 스프링(12)의 경사각이 충분히 작고, "터치 다운 "하는 동안 탐침에서 충분한 양의 추종성이 생긴다면, 탐침의 접촉 팁은, 접촉 팁과 본딩 패드 사이에 실질적 측면 문지르기 동작이 없이 전기적 접촉을 제공하기 위하여, 앞서 기술한 바와 같이 웨이퍼 척이 3밀 만큼 오버트래블 이동(도 2g 를 참조하여 정의됨)할 때 진동할 것이다. 그러나, 만약 판 스프링(12)의 경사각이 실질적으로 크면, 탐침의 접촉 팁은, 웨이퍼 척이 위에서 언급한 3 밀 오버트래블 이동거리만큼 올라가서, 본딩 패드의 금속을 가진 전기적 접촉을 이루기 위하여 알루미늄 산화물 층을 문지를 때 측면으로 움직일 것이다.

도 2a-2c는 본 발명의 두 번째 바람직한 실시예의 두개의 형태를 설명하고 있다. 도 2a 에서, 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10A)는 니켈 합금 탐침(14)의 행을 포함한 지지하는 프로브 접촉 어레이(40)를 지지하는 장착 어셈블리(11)(도 1a-1c 에서 기술된 장착 어셈블리와 유사함)를 포함하고 있다. 도 2a-2c의 탐침은 도 1a-1c 의 실시예에 있는 탐침과는 현저히 다른 디자인을 하고 있다. 도 2a 각 탐침(14)의 아래 구부러진 부분은 일반적으로 "C-형상"이고, 각 탐침(14)의 위 또는 생크 부분은 일직선이다. 요구되는 추종성은 탐침(14)의 오직 "C-형상" 부분의 구부러짐에 의하여 달성할 수 있다. 일반적으로, 도 2a-2c의 탐침은 도금함으로써 형성되고, 처음에는 일직선이다. 그리고 상기 탐침은 앞서 기술한 비평면의 C-형상부(14A)를 제공하기 위하여, 적당한 구부리는 설비에 의해 구부러진다.

"프로브 접촉 어레이"(40)의 한 실시예에 대한 단면도가 도 2d 에서 상세하게 도시 될 것인데, 각 탐침(14)의 생크부(14B)는, 폴리이미드 절연층(25)의 상부면상 접착층(24)에 묻어 있다. 탐침 생크(14B)의 두께는 거의 2 밀이고, 접착층(24)의 두께는 대략 3 밀이다. 폴리이미드 층(25)은 거의 2 밀 두께이다. 구리 접지 평면(27)은 폴리이미드 절연체(25)의 하부면에 접착제(26)에 의해 부착되어 있다. 매우 얇은(거의 100 마이크로 인치) 니켈 장벽층(28)은 구리 접지 평면(27)의 하부면에 도금 되어 있고, 거의 10 마이크로 인치의 금층(29)은 니켈 장벽층(28)의 하부면에 도금 되어 있다.

프로브 접촉 어레이(40)은, 도 2a 에서 보는 바와 같이, 장착 어셈블리(10A)의 하부(31) 전면에 클램프되어 있거나 단단히 부착되어 있다. 프로브 접촉 어레이(40)의 상부 끝은 상부(11A)의 상부면 윗쪽을 향해 있다.

탐침의 접촉 팁이 다이(20)의 대응하는 접촉 패드(62)를 접촉 하기 전에 탐침(14)의 평면성 조정을 허용하기 위하여, 장착 어셈블리(11)의 상부(11A)는 도 1a 에 있는 장착 어셈블리(11)의 상부(11A)와 유사하다. 도 1b와 유사하게, 도 2a의 장착 어셈블리는 탐침(14)의 별개의 접촉 어레이에 대해 부가적인 장착을 나란하게 구현하기 위해 연장될 수 있다. 하나 이상의 도 2a 에서 보인 실시예가 도 1b에서 보인 브릿지(11C)에 의해서, 프로브 카드 어셈블리의 PCB를 공급하는 도 4의 지지판(46)에 부착될 수 있다.

도 2b는, 도 2a에서 보인 프로브 접촉 어레이 어셈블리의 변형(10B)을 보여 주고 있다. 도 2b 와 2c를 참조하면, 어셈블리(10B)는 두개의 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B-1 과 10B-2)를 포함하는데, 도 2b,2c 에서의 기본요소(31-1)가 기본 요소(31-2)보다 키 크고, 상기 기본요소(31-1,31-2) 둘다가 각각 분리된 프로브 접촉 어레이(35,36)를 지지하는 밑면이 경사져 있다는 점을 제외하고는 도2a에 있는 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10A)와 유사하다. 도 2c 에서 보인 바와 같이, 프로브 접촉 어레이(35),(36)는 폴리이미드로 구성될 수 있는 절연층(34)의 양쪽 면에 접착하여서 붙어 있다. 상부 프로브 접촉 어레이(36)의 하부면은 절연층(34)의 하부 좌측부의 상부면에 접착하여 붙어 있고, 어셈블리(10B-1)의 우측면을 따라 위쪽을 향해 뻗어 있다. 상부 프로브 접촉 어레이(36)의 상부면은 기본요소(31-1)의 하부면에 부착되어 있다. 프로브 접촉 어레이(35)는 절연층(34)의 밑면에 접착하여 부착되어 있고, 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B-2)의 우측면을 따라 위쪽으로 또는, 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B-2)가 생략 된 경우에 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B-1)의 우측면을 따라 점선(35′)으로 지시된 위쪽으로 뻗어 있다.

니켈 합금 탐침의 C-형상 만곡부(14A-1)의 열은 프로브 접촉 어레이(36)의 아래쪽 가장자리로부터 아래쪽으로 뻗어 있다. 유사하게, 프로브 접촉 어레이(35)의 아래쪽 가장자리에서, 일반적으로 니켈 합금 탐침 C-형상 만곡부(14A-2)는 아래쪽으로 뻗어 있다. 탐침(14B)의 접촉 팁은 탐침(14A)의 접촉 팁과 동일한 수평 "접촉"평면상에 놓여 있다. C-형상 탐침 만곡부(14A-1),(14A-2)의 두 열은, 반도체 웨이퍼의 집적회로 다이(20)상에 있는 두 횡(또는 열)의 본딩 패드(62-1),(62-2)에 접촉하기 위하여 정확하게 배열되어 있다. 도 2c에서 보이는 바와 같이, 인접한 다이(21)의 본딩 패드는 동일하지만 경상(鏡像)인, 기본 요소(31-1,31-2)를 가진 프로브 접촉 어레이 어셈블리(32)에 의하여 접촉될 수 있고, 다이(20)와 다이(21)를 포함하는 웨이퍼의 다중-DUT 테스팅을 수행하기 위하여 PCB에 부착되어 있다. C-형상 탐침 만곡부(14A-1, 14A-2)의 접촉 팁에 의하여 본딩 패드에 가해지는 탐침 힘은, 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B-1,10B-2)의 세트 스크루(16,17)의 수단에 의해 조정될 수 있다.

본딩 패드상 탐침 접촉 팁의 "문지르기(위에서 정의됨)"는 필연적으로 제거되고; 그럼에도 불구하고, 낮은 접촉 저항은 본딩 패드상에서 낮은 탐침힘(탐침당 대략 1-12그램)으로 달성된다. 왜냐하면 탐침 접촉 팁의 "진동"은 탐침 팁과 본딩 패드의 알루미늄 금속 사이의 알루미늄 산화물을 효과적으로 제거하고 그로 인해 탐침 접촉 팁과 본딩 패드 사이에 금속 대 금속의 접촉을 제공하기 때문이다.

도 2e는 몇몇 프로브 접촉 어레이 어셈블리가 PCB(48)(도 4에 있는 46과 같은 지지판 위에 지지되고, 장착 어셈블리(11)의 상부를 구성하는 브릿지(11C)가 단단하게 고정되어 있다)상의 도전 트레이스에 어떻게 전기적으로 연결되는지를 도시하고 있다. 장착 어셈블리(11)는 그것의 상부 끝단이 장착 어셈블리(11)의 상부면 위로 뻗어 있는 프로브 접촉 어레이(40)를 지지한다. 각 프로브 접촉 어레이(40)의 상부 끝단은 클램프(72)에 의하여 플렉스(flex)회로(73)에 부착된다. 각 클램프(72)는, 플렉스 회로(73)의 대응하는 도금된 도체 접촉 영역에 대하여, 프로브 접촉 어레이(40)의 도금된 도체 접촉 영역을 유지한다. 그 결과 각 탐침(14)은 플렉스 회로(73)의 대응하는 도체에 접속 된다. 각 플렉스 회로(73)의 반대 끝에서, 각 플렉스 회로 도체의 접촉 영역은 클램프(74)에 의하여 PCB(48)상의 대응하는 도체에 유지된다. 프로브 접촉 어레이(40)의 절연체는 백플레인 도체를 가지고 있기 때문에, 플렉스 회로(73)가 그런 것처럼, 플렉스 회로(73) 및 프로브 접촉 어레이(40)를 통하는 전체 신호 경로는(접지 평면의 가장자리위로 뻗어 있는 탐침(14)의 대략 100 밀 부분을 제외하고는) 50 Ω 전송선으로 구성되어 있다. 그러므로, 신호 반사는 회피되고, 매우 높은 프로브 신호 주파수가 달성될 수 있다.

도 2f는 생크부(14B-2)를 가지고 접지공급전압을 전달하는 탐침이 확대부(79)를 어떻게 가지는지를 도시하고 있다. 도전성 비아(via) 또는 피드스루우(feedthrough)(80)는 확대부(79)내의 구멍을 관통하여 뻗어 있고, 도 2d의 접지 평면 도체(27)에 전기적으로 접촉한다. 이러한 접속은 위에서 기술된 그라운드 "바운스(bounce)" 또는 접지 잡음 전압을 제거 하는데 매우 효과적이다. 또한, 도 2f는 전원 공급 전압을 전달하고 확장된 탭부(76)을 포함하는, 탐침의 생크부(14B-1)를 도시하고 있다. 프로브 접촉 어레이(40)의 상부면위에 접지 평면 도체(27)은 도전성 피드스루우(78)에 의해 접지 평면 도체(27)에 접속 되어 있다. 바이패스 커패시터 칩(82)은 접지 평면 도체(27) 및 확장된 탭부(76)에 각각 접속되는 양 터미널을 가진다. 이러한 구성은 DUT에 접지 전압과 전원 전압을 인가하는 탐침 접촉 팁에 매우 가까운 전원 잡음과 접지 잡음을 감소시키는 것을 도와 준다. 낮은 접지 잡음과 낮은 전원 잡음은 저전압 집적회로의 테스팅에 특히 유용하다.

도 2g는, C-형상 탐침(14)의 만곡부(14A)가 "터치 다운" 동안에 본딩 패드의 산화물 코팅위에서 탐침 접촉 팁의, 앞서 언급한 진동을 어떻게 하는지 도시하며, 테스트 중인 다이(20)을 포함하는 반도체 웨이퍼는 도 2g에서 점선으로 지시된 구부러진 탐침 형태(14C′)를 만들기 위하여, 화살표 방향(22)으로 대략 3 밀 상승한다. 초기에 집적회로 다이(20)상에 알루미늄 본딩 패드(62)는 그위에 산화물층(71)위 탐침 팁(14C)의 탐침 힘이 대략 20 그램을 초과 하지 않는 한, 프로브 접촉 팁(14C)이 알루미늄 본딩 패드(62)에 신뢰할 수 있는 전기적 접촉을 하는 것을 방해하는 무른 절연 알루미늄 산화물의 얇은 층(71)을 가지고 있다.

그러나, 탐침 생크(14B)가 고정되어 있기 때문에, 화살표(22)의 방향으로 대략 3 밀의 거리를 "오버트래블"하는 웨이퍼 척과 다이(20)의 상승은, 도 2g의 14C′에 지시된 것 처럼, 탐침의 C-형상부의 도시된 실질적 구부러짐을 생성한다. 이것은 도 2g의 14C′에 지시된 것처럼 프로브 접촉 팁(14C)의 진동 및 회전하기를 일으키고, 프로브 접촉 팁(14C′)과 알루미늄 본딩 패드(62)의 금속(61′)사이로 부터 알루미늄 산화물(71)의 "미세-문지르기"를 생성한다.; 제거된 알루미늄 산화물은 도 2g에서 부호(71′)로 지시 되었다. 이것은 도 2g에서 점선으로 지시된 구부러짐 구성에서, 본딩 패드(62)에 대해 접촉 팁(14C)를 누르는 거의 1-12 그램의 탐침 힘 만으로 달성된다.

도 2g에서 쇄선(84)은 구부러지지 않은 탐침부(14a)의 팁(14C)를 관통하고 있다. 쇄선(83)은 탐침 생크(14B)의 길이 축에 평행하다. 거리(85)는 축(83)으로 부터 "구부러지지 않은" 접촉 팁(14C)의 초기 오프셋을 지시한다. 우리는 이 오프셋 거리(85)가 다이(20)도 마찬 가지로 본딩 패드(62)상 접촉 팁의 측면력(lateral force)을 막는데 필요하다는 것을 발견 하였고, 탐침부(14A)는 부호(14C′)로 지시된 구부러진 구성을 제공하기 위하여, 화살표(22)로 지시된 것과 같이 윗쪽으로 움직인다. 그래서, 본딩 패드(62)에 대해 접촉 팁(14C)의 문지르기는 선행기술 도 8의 68과 같이 비싸고, 공간 소모형의 저 가이드 템플릿(lower guide template) 의 사용없이 회피될 수 있다.

그러나, 소망하는 양의 문지르기를 달성하기 위하여, 도 2g에서 보이는 초기 위치가 부호(62′)의 위치로 옮겨질 때, 만약 본딩 패드(62)상의 접촉 팁(14C)의 소정의 측면력을 제공 하는 것이 바람직하다면, 오프셋 거리(85)는 그러한 목적을 달성하기 위해 변화될 수 있다.

도 3은 본 발명의 세번째 실시예를 보이고 있는데, 각각이 프로브 접촉 어레이(40)의 접지 평면(27)(도 2d)의 가장자리로부터 아래쪽으로 뻗어 있는 일반적인 C-형상 하부 만곡부(14A) 및 탐침 접촉 팁(14C)을 가지고 있는 복수의 탐침(14)을 가지고 있다. 각 탐침(14)은 또한 위에 일직선의 수직 생크부(14B)를 가지고 있다. 도 3의 실시예에서, 상부(14B)와 C-형상 하부(14A)의 전면은 동일 평면인데, 즉, 그것들은 공통 평면 내에 놓여 있다. 프로브 접촉 어레이(40)는 보는바와 같이 장착 어셈블리(11)에 높이 쌓여지거나 접착하여서 부착되어 있고, 프로브 접촉 어레이(40)는 플렉스 회로(73)에 접속을 허용하기 위해서(도 2e), 실제적으로는 도 2e에서 보는 바와 같이, 장착 어셈블리(11)의 상부면 위에 뻗어 있다.

도 3a는 도 3의 실시예의 변형예의 단면도를 도시하고 있는바, "동일 평면" 탐침 만곡부(14A)를 갖는 다수의 프로브 접촉 어레이(40)는 병렬로 열을 이루고 있고, 프로그램 가능 논리 어레이(PLA)와 같은 집적회로 내에서 접촉 패드의 어레이와 프로브 팁 접촉을 제공하기 위하여, 절연층(87)에 의해 서로 분리되어 접착되어 있다.

도 3b는, 40-1 및 40-2를 포함하는 도 3에서 보인 형태의 다중의 "동일 라인으로 도금된" 프로브 접촉 어레이(40)가, 어떻게 네 가장자리를 따라 위치한 본딩 패드를 가진 "형Ⅲ"의 집적회로 다이(20)를 프로브 테스트 하기 위해 적당한 장착 어셈블리(11)의 네면에 설치될 수 있는지를 보이고 있다. 본 구조는 형Ⅲ 다이의 동시 다중-DUT 테스팅을 달성하기 위하여, 도 4의 11c와 같은 단일 브릿지상에서 반복 될 수 있다. 비록 도 3b는 탐침 만곡부(14A-2)가 탐침 만곡부(14A-1)에 반대 방향으로 굽어져 있다 하더라도, 장착 어셈블리의 한 코너에서 간섭을 피하기 위해, 바람직하게 모든 탐침 만곡부분이 같은 방향(모두 "C-형상" 또는 "역 C-형상"중 어느 하나)으로 구부러져 있다.

도 4, 4a 및 4b는, 사각 개구부(53)을 갖는 평저부(46B)를 포함하는, 원형의 강철 금속 지지판(46)의 평면 및 단면도 이다. 지지판(46)은 프로버(prober)(도시되지 않음)의 맞물림 이음고리에 지지판(46)을 지지하는데 사용되는 환상의 쇼울더(46C)를 가지고 있는 원통면(46A)을 가지고 있고, 상기 프로버는 다수의 상업적으로 이용 가능한 어떤것도 될수 있는데, 예를 들면 Electroglass Inc.의 모델 4080이 있다. 프로버는 웨이퍼 척(도 1c를 참조)을 포함하고, 또한 정확한 수평의 XY 이동을 제공한다. 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B-1),(10B-2)는 도 1b의 11C와 같은 브릿지의 부분인데, 그것은 지지판(46)위에 볼트로 죄여 있다. 원형의 PCB(48)은 스크루에 의하여 지지판(46)의 평저부(46B)의 상부면에 놓여서 부착되어 있다. 브릿지(11C)는 지지판(46)의 사각 개구부(53)위로 뻗어 있고, 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B-1,10B-2)는 평저부(46B)내 개구부(53)를 통해 아래로 뻗어서, 공지의 웨이퍼 척(도시 되지 않음)상에 지지되는 다이(20,21)을 포함하는 웨이퍼에 달한다. 스프링으로 로드된 "POGO 핀"을 포함하는 공지의 인터페이스 어셈블리(도시되지 않음)는, PCB 상에 정확하게 위치한다. POGO 핀은 플렉스 회로(73, 도2참조)에 연결된 PCB(48)상의 도전 트레이스와 패드(49)를 접촉하기 위해, 테스트 시스템(59)(도 5를 본다)에 접속된 케이블(도시되지 않음)로부터 부채꼴 모양으로 펼쳐 있는 도체에 전기적인 접촉을 제공하기 위하여 절연 템플릿내에 예정된 가이드 홀에 위치한다. 프로브 접촉 어레이 어셈블리(10B) 및 32를 지지판(46)에 바로 단단히 접속하는 것은 탐침 접촉 팁의 앞서 언급한 열적 불안정성을 제거한다.

도 5는, 수백의 반도체 다이를 포함하는 반도체 웨이퍼(20)를 지지하는 웨이퍼 척(54)을 포함하는 웨이퍼 프로브 테스트 시스템의 수많은 기본 요소를 도식적으로 보여 주고 있다. 앞서 기술한 인터페이스 어셈블리 및 프로브 카드 어셈블리를 포함하는 테스트 헤드가 사용된다. 단일-DUT 테스팅에 대해서, 웨이퍼 척(54)과 웨이퍼(20)는, DUT의 본딩 패드를 대응하는 탐침 접촉 팁에 접촉 하게 하도록, 앞서 기술된 프로버의 XYZ 이송기에 의해 상승되고, 배열된 대응 본딩 패드에 대한 각 탐침을 압축 하기 위하여 약 1-12그램의 범위내에서 탐침힘을 가한다. X,Y 및 Z 데카르트 좌표축의 방향으로 XYZ 이송기(57)의 동작은 탐침기에 의해, 웨이퍼(20)상 선택된 다이(또는 다이 그룹)와 일직선 상에 웨이퍼 척(54) 위치로 제어된다. 집적회로 테스트 시스템(59)은 XYZ 이송기(57)의 동작을 전원의 발진과 상기 테스트 헤드에 접속된 다중 도체 버스(60)상 테스트 신호, 인터페이스 어댑터, 프로브 카드 어셈블리, 및 탐사되는 단일DUT 또는 다중 DUT 로부터 수신 응답 신호에 조화 시킨다.

다중-DUT 프로브 양식은 탐사되는 각 웨이퍼 형태에 대해 상이하다. 전체 웨이퍼를 탐사하기 위하여 가장 적게 터치다운하는, 다중-DUT 프로브 양식은 일반적으로 직각이지만, 가장 좋은 구성은 탐사되는 프로브의 높이-넓이의 비율로 결정된다.

그리하여, 본 발명의 몇 실시예는, 개별 DUT 나 다중 DUT 테스팅에 이용될 수 있는 프로브 카드 어셈블리와 기술을 제공하는데, 상기 DUT는 보통 문지르기로 알려진 긁기 또는 비비기 동작이 없이, 개개의 유연한 니켈 합금 탐침을 갖고, 탐침 팁에 대해 가이드를 제공하는 선행 기술 Cobra 구조 (도 8)에서 낮은 "가이드 템플릿"의 공급 없이,알루미늄 산화물을 제거하고 양질의 전기적 접촉 및 낮은 프로브 접촉 저항을 달성하기 위하여 탐침 팁의 진동을 특징으로 한다. (택일적으로, 오프셋 거리(85)의 양은 문지르기의 작은 요구량을 달성하기 위하여, 본딩 패드를 따라 탐침 접촉 팁상 작게 요구되는 측면력을 제공하기 위하여 설계 될 수 있다.) 본 발명의 프로브 접촉 어레이는 매우 균일한 탐침 특성, 디멘젼 및 접촉 팁 위치의 평면성을 제공하기 위하여 "배치 처리 (batch processing)"에 의해 만들어 질 수 있다. 상기 구조는 모든 프로브의 평형 접촉력(BCF)을 생기게 하고, 그리하여 탐침의 수명을 균일하게 한다. 접지 전압 또는 전원 전압을 공급하는 탐침을 DUT 에, 접지 평면 도체 또는 바이 패스 커패시터에 매우 가깝게, 탐침 접촉 팁에 접속 하는 능력은 DUT에 매우 낮은 접지 잡음과 전원 잡음의 결과를 낳는다. 이것은 개개 탐침의 조정 필요를 회피한다. PCB 의 PDGO핀 접촉 패드와 탐침 접촉 패드 사이의 전 신호 경로는 50Ω 전송선으로 구성되어 있고, 프로브 접촉 어레이의 접지 평면위로 50 내지 150 밀의 탐침 확장은 제외하고, 반사 신호는 제거하며, 매우 높은 테스트 신호 주파수 또는 통신 속도는 허용한다. 탐침 위치의 열적 불안정성은 지지판(46)의 사용과 그곳에 브릿지(11C)의 직접 접착에 의하여 회피된다.

본 발명이 몇몇 특별한 실시예를 참조하여 개시되었지만, 당업자는 본 발명의 진정한 사상이나 범위를 일탈하지 않고, 본 발명에서 개시된 실시예에 대한 다양한 변형을 만들 수 있을 것이다. 본질적으로 같은 수단에 의해, 본질적으로 같은 기능을 하여, 본질적으로 같은 결과를 달성하는 구성 요소 또는 단계의 모든 조합은 본 발명의 범위내임을 의미한다. 예를들면, 용어 "탐침"은 짧고,접촉 패드 또는 테스트하에서 집적회로의 도체를 전기적으로 접촉하기 위한 것을 포함을 의미한다. 도 2d에서 도시된 것과 다른 프로브 접촉 어레이 구조가 제공 될 수 있다. 예를들면, 도 9에서 미리 형성된(pre-formed) 탐침의 탐침 생크는 다층 세라믹 구조(90)의 절연 세라믹 층내에 미리 천공된(pre-drilled) 구멍에 삽입 될 수 있고, 세라믹 층에 도금된 도전 트레이스(도시되지 않음)에 납으로 때울 수 있다.

Claims (27)

1. 실질적인 문지르기 없이, 낮은 탐침 힘으로 낮은 탐침 접촉 저항을 달성하여 반도체 웨이퍼상의 집적회로를 테스트 하는 방법에 있어서,

   (a) 집적회로의 복수의 접촉 패드 각각과 일직선이 되게, 전기적 테스트 시스템에 전기적으로 결합된 복수의 탐침을 지지하는 단계;

   (b) 각 탐침의 접촉 팁을 대응하는 접촉 패드와 물리적으로 접촉시키기 위하여, 웨이퍼와 탐침중 하나를 다른 나머지 하나에 대하여 기계적으로 이동시키는 단계; 및

   (c) 대응하는 접촉 패드에 대한 각 접촉 팁의 탐침힘을 증가시키기 위하여, 그리고 상기 대응하는 접촉 패드를 상기 접촉 팁으로 문지름이 없이 각 탐침의 만곡부를 구부리기 위하여, 웨이퍼와 탐침중 하나를 기계적으로 더 이동시키는 단계; 를 포함하고 있으며

   (d) 상기 구부림은 상기 대응하는 접촉 패드를 상기 접촉 팁으로 문지름이 없이 접촉 패드의 표면 위에서 각 탐침의 접촉 팁을 진동시키며,

   (e) 상기 진동과 탐침 힘은 모두, 접촉 팁과 접촉 패드 사이에 신뢰할 수 있고 낮은 저항 전기적 접촉을 제공하기 위하여, 접촉 팁과 대응 접촉 패드의 금속부 사이로부터 산화물의 측면 제거를 일으키는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 단계(c)는 탐침힘을 실질적으로 20 그램 이하인 최대 레벨로 증가 시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 최대 탐침 힘이 1 내지 12 그램의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 각각의 탐침은 일반적으로 C-형상 만곡부와 곧은 생크부를 포함하고, 각 탐침의 접촉 팁은 C-형상 만곡부의 끝에 있으며, 단계(a)는 접지 평면 도체로부터 절연층의 반대면 위에 있는 생크부를 지지하는 것을 포함하고, 상기 C-형상 만곡부는 접지 평면 도체의 에지를 지나 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 단계(c)는 각 탐침의 C-형상 만곡부만을 구부리는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 단계(b) 및 (c)는 웨이퍼 척 위에 반도체 웨이퍼를 지지하고, 웨이퍼 척을 기계적으로 이동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 4 항에 있어서, C-형상 만곡부는 접지 평면 도체의 에지를 지나 대략 50 내지 150 밀의 범위 내에 뻗어 있고, 단계(b) 및 (c)는 모두 대략 3 밀의 거리를 통해 탐침의 접촉 팁에 대하여 웨이퍼를 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 단계(b) 및 (c)의 이동시키는 단계는 접촉 패드의 면에 대해 직각을 이루고 선형인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 실질적인 문지르기 없이, 낮은 탐침 힘으로 낮은 탐침 접촉 저항을 달성하여 반도체 웨이퍼상의 집적회로를 테스트 하는 장치에 있어서,

   (a) 만곡부를 각각 가지는 복수의 탐침의 접촉 팁이 집적회로의 복수의 대응 접촉 패드 각각과 일직선이 되도록 전기적 테스트 시스템에 전기적으로 결합된 복수의 탐침을 포함하여 지지하는 프로브 어셈블리; 및

   (b) 각 탐침의 접촉 팁을 대응 접촉 패드와 물리적으로 접촉 시키기 위하여, 웨이퍼와 탐침중 하나를 다른 나머지 하나에 대하여 기계적으로 이동시키고 대응하는 접촉 패드에 대하여 각 접촉 팁의 탐침힘을 증가시키고 상기 대응하는 접촉 패드를 상기 접촉 팁으로 문지름이 없이 각 탐침의 만곡부를 구부리도록, 웨이퍼와 탐침중 하나를 기계적으로 더 이동시키도록 동작하는 기계적인 이송 디바이스;를 포함하고 있으며,

   (c) 각 탐침의 만곡부는 상기 구부림은 각 탐침의 접촉 팁을 대응 패드의 표면에서 문지름이 없이 진동하도록 하는 곡률을 가지고 있으며,

   (d) 진동과 탐침 힘은 모두 접촉 팁과 대응 접촉 패드 사이에, 신뢰할 수 있고 낮은 저항 전기적 접촉을 제공하기 위하여, 접촉 팁과 대응 접촉 패드의 금속부 사이로부터 산화물의 측면 제거를 일으키는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 탐침은 니켈 합금 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 각 탐침의 만곡부는, 일반적으로 C-형상 만곡부를 포함하고, 각 탐침은 C-형상 만곡부를 지지하는 생크부를 포함하고, 상기 생크부는 반대면에 접지 평면 도체를 가지는 절연층의 한 면위에 지지되고, 상기 C-형상 만곡부는 접지 평면 도체의 에지를 지나 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 10 항에 있어서, C-형상부는 생크부와 동일 평면에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 10 항에 있어서, C-형상부는 생크부와 동일 평면에 놓여 있지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 10 항에 있어서, 복수의 탐침, 절연층 및 접지 평면 도체는 프로브 접촉 어레이를 구성하고, 상기 프로브 어셈블리는 또한 플렉스 회로를 포함하고, 상기 플렉스 회로는 한면에 접지 평면 도체를 가지고 다른 면에 복수의 간격을 둔 도전 트레이스를 가지는 잘 휘는 절연층과 상기 각 도전 트레이스의 제 1단부를 탐침의 생크부에 전기적으로 접속하는 제 1커플러, 상기 플렉스 회로의 각 도전 트레이스의 제 2 단부를, 플렉스 회로를 전기적 테스트 시스템에 결합하는 인쇄회로기판(PCB)의 대응 도체에 전기적으로 접속하는 제 2커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 각각의 만곡부는 대략 50 내지 150 밀만큼 접지 평면 도체의 에지를 지나 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 기계적인 이송 디바이스는 대략 3 밀의 거리를 통해 웨이퍼를 이송하고, 대략 1 내지 12 그램의 최대 탐침 힘을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 14 항에 있어서, 프로브 어셈블리는 인쇄회로기판을 지지하는 금속 지지 플레이트에 직접 부착하기 적합한 상부 조정 메카니즘을 포함한 장착 어셈블리를 포함하고, 상기 장착 어셈블리는 조정에 의해 상기 상부 조정 메카니즘에 대하여 이동가능한 하부 프로브 접촉 어레이 지지 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 17 항에 있어서, 개별 프로브 접촉 어레이를 각각 지지하고, 대응하는 세트의 접촉 패드상에서 탐침 힘을 조정하도록 상기 상부 조정 메카니즘에 의해 조정가능하고 지지되는 복수의 하부 접촉 지지 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제 17 항에 있어서, 절연층의 양면에 부착된 제 1 및 제 2 프로브 접촉 어레이를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 프로브 접촉 어레이는 C-형상 만곡부가 제 1 및 제 2 근접 배치된 평행 열의 접촉 패드에 각각 접촉하는 제 1 및 제 2 탐침 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 근접 배치된 평행 열의 접촉 패드는 반도체 웨이퍼의 동일 다이상에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제 11 항에 있어서, 특정 탐침은 접지 전압을 전도하며, 전도성 피드스루(feedthrough)는 절연층을 지나 뻗어 있고 상기 특정 탐침을 접지 평면 도체에 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제 11 항에 있어서, 특정 탐침은 전원 공급 전압을 전도하고, 상기 특정 탐침은 제 1 단자 및 절연층을 지나 뻗어 있는 전도성 피드스루에 의해 상기 접지 평면 도체에 연결된 상기 특정 탐침에 연결된 제 2 단자를 가진 바이패스 커패시터에 의해 접지 평면 도체에 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제 9 항에 있어서, 상기 프로브 어셈블리에 부착된 탄성 부재를 포함하고, 상기 탐침은 상기 탄성 부재에 의해 지지되고, 상기 탄성 부재는 반도체 웨이퍼에 대하여 약간 경사져 있고, 상기 탐침은 반도체 웨이퍼의 표면에 일반적으로 수직인 끝단부를 제공하도록 구부려져 있고, 상기 탄성 부재와 탐침의 구부러짐으로 인해 접촉 팁이 회전하는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제 11 항에 있어서, 기계적 이동동안 대응하는 접촉패드상의 접촉팁의 문지름을 막기위해, 구부러지지 않은 때의 각 탐침의 접촉팁은 탐침의 생크부분의 축으로부터 소정의 오프셋 거리에 위치된 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제 11 항에 있어서, 기계적 이동동안 대응하는 접촉패드상에 접촉팁의 대응하는 소정량의 문지름이 생기도록, 구부러지지 않은 때의 각 탐침의 접촉팁은 탐침의 생크부분의 축으로부터 소정의 오프셋 거리에 위치된 것을 특징으로 하는 장치.
26. 낮은 탐침 힘으로 낮은 탐침 접촉 저항을 달성하여 반도체 웨이퍼상의 집적회로를 테스트하는 장치에 있어서,

    (a) 각각의 탐침의 접촉 팁이 집적회로의 복수의 대응하는 접촉 패드와 일직선으로 되도록, 전기적 테스트 시스템에 전기적으로 결속된 복수의 탐침;

    (b) 장착 어셈블리;

    (c) 상기 장착 어셈블리에 부착된 제 1단부, 및 제 2 단부를 가지며, 반도체 웨이퍼의 표면에 대해 약간 기울어져 있는 탄성 캔틸레버 부재;

    (d) 상기 탄성 캔틸레버 부재의 제 2 단부에 부착되고, 절연층의 하나의 표면상에 접지 평면 도체를 가지는 절연층을 포함한 프로브 접촉 어레이; 및

    (e) 각각의 탑침의 접촉팁을 대응 접촉패드와 물리적으로 접촉시키기 위해, 웨이퍼와 탐침중 하나를 다른 나머지 하나에 대해 기계적으로 이동시키고, 그리고 대응하는 접촉 패드에 대해 각각의 접촉 팁의 탐침 힘을 증가시키고 각 탑침의 확장부와 탄성부재의 구부러짐이 대응 접촉 패드상에서의 접촉 팁의 문지름을 야기하도록, 오버트래블 거리로 웨이퍼와 탑침중 하나를 기계적으로 더 이동시키도록 작동하는 기계적인 이송 디바이스;을 포함하며, 각각의 탐침은 절연층의 반대면에 부착되는 생크부분을 가지고 또한, 절연층 및 접지 평면 도체의 에지를 지나 뻗어 있는 확장부분을 가지며, 각각의 확장부는 반도체 웨이퍼상의 대응 접촉패드를 접촉하기 위한 접촉 팁을 가지는 대략 수직인 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
27. 반도체 웨이퍼 상의 집적회로를 테스트하는 장치에 있어서,

    (a) 각각 탐침의 접촉팁이 집적회로의 복수의 대응하는 접촉패드와 일직선으로 되도록, 전기적 테스트 시스템에 전기적으로 연결된 복수의 탐침;

    (b) 복수의 탐침을 지지하는 장착 어셈블리;

    (c) 탐침을 전기적 테스트 시스템에 전기적으로 연결하는 결합 어셈블리에 포함된 인쇄회로기판을 지지하도록 적용된 지지판;

    (d) 프로버 머신에 탐침이 열적으로 안정되게 부착되도록, 장착 어셈블리를 지지판에 직접 부착하는 직접 부착 디바이스; 및

    (e) 각각의 탐침의 접촉 팁을 대응 접촉 패드와 물리적으로 접촉시키도록, 웨이퍼와 탐침중 하나를 다른 나머지 하나에 대해 기계적으로 이동시키고, 대응하는 접촉 패드에 대해 각각의 접촉 팁의 탐침 힘을 상기 대응하는 접촉 패드를 상기 접촉 팁으로 문지름이 없도록 증가시키기 위해 오버트래블 거리로 웨이퍼와 탑침중 하나를 기계적으로 더 이동시키도록 작동하는 기계적 이송 디바이스; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 장치.