KR100653636B1

KR100653636B1 - 수직형 프로브, 그 제조 방법 및 프로브의 본딩 방법

Info

Publication number: KR100653636B1
Application number: KR1020050071115A
Authority: KR
Inventors: 이억기
Original assignee: 주식회사 파이컴; 이억기
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2006-12-05
Also published as: US7830162B2; TW200706884A; JP2009503535A; WO2007015600A1; CN101233416B; US20090174421A1; CN101233416A; TWI314649B

Abstract

수직형 프로브, 그 제조 방법 및 프로브의 본딩 방법을 제공한다. 이 프로브는 측정 대상에 접촉하는 두 개의 팁들을 구비하는 접촉부, 측정 장치의 측정 단자에 전기적으로 연결되는 연결부 및 접촉부와 연결부를 연결하면서 접촉부에 인가되는 물리적 스트레스를 완충시키는 완충부를 구비한다.

프로브, 테스트, 수직형

Description

수직형 프로브, 그 제조 방법 및 프로브의 본딩 방법{Vertical Type Probe And Methods Of Fabricating And Bonding The Same}

도 1은 종래 기술에 따른 프로브 카드의 일부분을 보여주는 기판 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 프로브를 보여주는 평면도이다.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예들에 따른 프로브의 접촉부를 설명하기 위한 평면도들이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 완충부의 모양들을 설명하기 위한 평면도들이다.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시예들에 따른 연결부의 모양들을 설명하기 위한 평면도들이다.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예들에 따른 수직형 프로브의 부착 방법들을 설명하기 위한 도면들이다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 수직형 프로브를 설명하기 위한 사시도이다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 수직형 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 수직형 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 접촉부 15 : 팁

20 : 완충부 30 : 연결부

32, 34 : 가이드 지지대 36 : 플러그

100 : 수직형 프로브 200 : 인쇄회로기판

300 : 기판 310 : 희생막

320 : 주형 패턴

본 발명은 전자 소자 테스트 장치의 프로브에 관한 것으로, 보다 자세하게는 작은 크기의 전자 소자의 패드와 접촉하여 전기적 특성을 테스트하기 위한 수직형 프로브, 그 제조 방법 및 프로브의 본딩 방법에 관한 것이다.

프로브는 미세 전자 소자(예를 들면, 반도체 소자)의 전기적 특성을 측정하기 위한 기계 장치이다. 알려진 것처럼, 반도체 소자는 외부 전자 소자와 상호 신호 전달을 위해 그 표면에 형성되는 패드들을 구비한다. 즉, 반도체 소자는 상기 패드들을 통해 전기적 신호를 입력받아 소정의 동작을 수행한 후, 처리한 결과를 다시 패드들을 통해 외부 전자 소자로 전달한다. 이때, 상기 프로브들은 프로브 카드의 인쇄회로기판 상에 배열되어 상기 패드들에 물리적으로 접촉함으로써, 상기 외부 전자 소자와의 신호 전달을 위한 전기적 경로를 형성한다.

한편, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 상기 패드들의 간격 및 크기 역시 감소하고 있다. 상기 프로브들은 상기 패드들에 물리적으로 접촉하는 구조라는 점에서, 이러한 패드 구조의 변화는 상기 프로브들의 구조 및 배치와 관련된 기술적 어려움들을 유발한다. 이러한 기술적 어려움들에는 인접하는 프로브들 사이의 전기적 간섭(interference) 및 단락(short)을 방지할 수 있도록, 프로브들은 최소한의 이격 거리를 확보하면서 배열돼야 한다.

또한, 패드와 프로브 사이의 접촉 저항의 감소를 위해서는, 상기 프로브들은 상기 패드에 소정의 압력을 가하면서 접촉하는 오버드라이브 방식의 접촉이 필요하다. 하지만, 이러한 오버드라이브 방식에서의 접촉 압력은 프로브의 변형 및 그에 따른 복원력에서 얻어지기 때문에, 반복적인 오버드라이브 접촉은 프로브들의 형태적 변형을 초래할 수 있다. 이러한 프로브의 변형은 프로브의 복원력 감소 및 프로브들의 배열 위치의 변형을 초래할 수 있다. 이러한 문제를 줄이기 위해서는 상기 프로브는 충분히 큰 복원력을 가질 필요가 있다.

프로브의 복원력을 향상시키기 위해, 종래에는 캔틸레버형 프로브 카드(cantilever-type probe card)가 제안되었다(도 1 참조). 이러한 캔틸레버형 프로브카드(90)는 기판(91)상에 배열 형성된 범프(92)들에 지지빔(93)의 일측을 부착시킨다. 또한, 상기 지지빔(93)의 타측단부에는 상기 패드에 접촉되는 팁(94)이 부착된다. 한편, 상기 팁(4)은 상기 패드에 가압접속하게 되는데, 가압접속시 지지빔은 탄성에 의하여 복원력을 가져야만 하고, 상기 지지빔이 복원력을 가지기 위해서는 충분한 길이를 확보하여야 한다. 만약 지지빔의 길이가 너무 짧을 경우에는 충분한 탄성을 가질 수 없게 되고, 이로 인하여 충분한 복원력을 가지지 못한다.

따라서, 캔틸레버형 프로브카드는 지지빔의 충분한 길이를 확보하여야 하고, 이를 위하여 필연적으로 지지빔이 부착되는 범프들 사이에는 충분한 이격거리가 필요하다.

최근 고집적화된 반도체장치를 검사하기 위한 프로브카드의 프로브 사이의 간격은 최소화되어야만 한다. 그러나, 지지빔의 복원력을 유지하기 위하여 지지빔의 길이를 확보하여야 하는 캔틸레버형 프로브는 프로브 사이의 간격을 최소화하는데, 어려움이 있다. 또한, 캔틸레버형 프로브 카드는 상기 지지빔(93)에 상기 팁들(94)을 부착하는 방식으로 제조되기 때문에, 전체적인 수평도를 요구되는 수준으로 유지하기 어려울 뿐만 아니라 프로브 각각의 길이를 균일하게 유지하기 어렵다.

이에 더하여, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 상기 패드들의 배열 방식은 기존의 일차원적 배열 방식(예를 들면, 라인 형태)에서 이차원적 배열 방식(예를 들면, 매트릭스 형태)으로 바뀌고 있다. 하지만, 상기 캔틸레버형 프로브 카드는 각 지지빔의 큰 점유 면적 및 큰 이격 거리 등과 같은 기술적 어려움으로 인해, 이차원적 패드 배열 방식에서는 사용되기 어렵다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체소자의 집적도 증가에 대응할 수 있도록, 점유 면적이 작은 프로브를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 충분히 큰 복원력을 갖는 프로브를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 수평도를 유지하기 용이한 프로브를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 균일한 길이를 갖는 프로브의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 분기되는 두개의 팁들을 구비하는 프로브를 제공한다. 이 프로브는 측정 대상에 접촉하는 두 개의 팁들을 구비하는 접촉부, 측정 장치의 측정 단자에 전기적으로 연결되는 연결부 및 상기 접촉부 및 상기 연결부를 연결하면서 상기 접촉부에 인가되는 물리적 스트레스를 완충시키는 완충부를 구비한다.

이때, 상기 접촉부, 상기 연결부 및 상기 완충부는 일체로 이루어지고, 상기 팁에서 상기 완충부의 중심축까지의 거리는 상기 완충부에서 상기 측정 대상으로 다가갈수록 증가하거나 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 상기 두개의 팁들은 상기 측정 대상과의 접촉에 의한 외력에 대해 복원력을 가질 수 있도록 상기 완충부로부터 분기되는 'U'자 모양일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 접촉부, 상기 연결부 및 상기 완충부는 모두 동일한 두께를 갖는다. 또한, 상기 접촉부 및 상기 완충부의 폭은 이들의 두께에 비해 작을 수 있으며, 상기 연결부는 상기 측정 단자에 삽입되는 플러그를 구비할 수 있다. 이때, 상기 플러그는 상기 측정 단자에 삽입된 후 고정될 수 있도록, 복원력을 제공하는 중공형 구조일 수 있다. 또한, 상기 연결부는 상기 팁들로부터의 소정 거리에 배치되는 적어도 한 개의 가이드 지지대를 구비할 수 있다.

이에 더하여, 상기 완충부는 상기 접촉부에 인가되는 물리적 스트레스를 완충시킬 수 있도록 적어도 한 개의 갈지자형 구조체 또는 중공형 구조체일 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 사진 및 식각 단계를 포함하는 패터닝 공정을 이용하여 프로브를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 희생막 및 주형막을 차례로 형성하고, 상기 주형막을 패터닝하여 프로브의 모양을 정의하면서 상기 희생막의 상부면을 노출시키는 개구부들을 갖는 주형 패턴을 형성하고, 상기 개구부들을 채우는 도전막을 형성하고, 상기 주형막의 상부면이 노출될 때까지 상기 도전막을 식각함으로써 상기 개구부를 채우는 프로브를 형성한 후, 상기 주형막 및 상기 희생막을 차례로 제거하여 상기 프로브를 분리하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 개구부들 각각은 상기 프로브의 연결부, 완충부 및 상기 완충부로부터 분기되는 두개의 팁들을 구비하는 접촉부를 정의하도록 형성된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 막이 다른 막 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 막이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 프로브들 중의 한가지를 보여주는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 프로브(100)는 접촉부(10), 완충부(20) 및 연결부(30)를 구비한다. 상기 접촉부(10)는 측정 대상(예를 들면, 반도체 장치의 패드)에 물리적으로 접촉하는 팁들(15)을 구비한다. 상기 완충부(20)는 상기 팁들(15)이 상기 측정 대상에 접촉할 때 인가되는 물리적 스트레스를 완충시킴으로써 상기 팁들(15)이 탄성 한계 이상으로 변형되는 문제를 완화시킨다. 상기 연결부(30)는 프로브 카드에 형성된 배선들을 통해 외부 측정 장치의 측정 단자들에 전기적으로 연결된다.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 접촉부(10), 완충부(20) 및 연결부(30)의 모양은 다양하게 변형될 수 있다. 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예들에 따른 상기 접촉부(10)의 모양 및 특성들을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 상기 완충부(20)의 모양들을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시예들에 따른 상기 연결부(30)의 모양들을 설명하기 위한 평면도들이다.

도 3a 내지 도 3f를 참조하면, 상기 접촉부(10)는 상기 완충부(20)로부터 분기되는 두 개의 팁들(15)을 구비한다. 이러한 분기에 의해, 상기 팁들(15)은 도시한 것처럼 대략적으로 'U'자 형상이다. 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 팁들(15)의 방향(1)은 상기 완충부(20)의 중심축(2)에 평행한 방향이다. 즉, 상기 팁(15)들과 상기 완충부(20)의 중심축(2)(이하, 중심축) 사이의 거리는 일정하다. 이에 더하여, 상기 팁들(15)은 상기 중심축(2)에 대해 대칭적으로 배치된다.

본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상기 팁들(15)은 상기 완충부(20)로부터 멀어질수록 상기 중심축(2)으로부터의 이격 거리가 증가한다. 즉, 도 3b 및 도 3e에 도시한 것처럼, 상기 팁들(15)의 진행 방향(1')과 상기 중심축(2) 사이의 내각은 소정의 예각을 형성할 수 있다. 결과적으로, 상기 접촉부(10)와 상기 완충부(20)는 대략적으로 'Y'자 형상일 수 있다. 특히, 도 3e에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 팁들은 'U'자에서 변형된 'V'자 형상일 수도 있다.

한편, 상기 팁들(15)의 말단(즉, 상기 접촉 대상에 접촉하는 부분)은 각진 모서리들을 가질 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 팁들(15)의 말단은 상기 팁들(15)의 진행 방향(1 또는 1')에 대해 예각을 형성하는 모서리와 둔각을 형성하는 모서리를 가질 수 있다. 각 모서리의 곡률 반경은 상기 팁들의 폭(w)에 비해 1/10 내지 1/10000 정도로 충분히 작다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 예각의 모서리들 사이의 거리는 상기 둔각의 모서리들 사이의 거리보다 크다. 이에 따라, 상기 팁들(15)이 균일한 높이의 표면을 갖는 접촉 대상에 접촉하는 경우, 상기 예각의 모서리들이 상기 둔각의 모서리들보다 먼저 상기 측정 대상의 표면에 접촉한다. 접촉하는 모서리의 각도가 예각일 경우, 측정 과정에서 인가되는 압력이 집중된다. 이에 따라, 상기 측정 대상과의 접촉 저항을 줄일 수 있는 스크래치가 상기 측정 대상의 표면에 형성될 수 있다.

한편, 이러한 오버드라이브 접촉 과정에서 상기 팁들은 탄성 한계를 초과함으로써 변형될 수도 있다. 이를 예방하기 위해, 상기 팁들(15)의 모서리들의 각도 및 곡률 반경은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 도 3c에 도시한 것처럼, 상기 팁들(15)의 말단은 라운드된 모양을 가질 수도 있다.

본 발명에 따르면, 상기 팁들(15)은 상기 오버드라이브 접촉 과정에서 복원력을 가질 수 있다. 이러한 복원력은 상기 팁들(15)의 여러가지 구조적 특징들로부터 얻을 수 있다. 예를 들면, 상기 팁들(15)이 상기 접촉 대상에 접촉할 때, 상기 팁들(15)은 상기 접촉 대상을 향하는 방향(즉, 상기 중심축(2)의 방향)에 대해 수직한 방향으로 변형될 수 있다. 이러한 변형의 한가지 예는 상기 오버드라이브 접촉 과정에서 상기 팁들(15)의 말단이 상기 중심축(2)으로부터 벌어지는 방식으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 3f에 도시된 것처럼, 상기 팁들(15)이 패드(55)에 접촉할 경우, 상기 팁들(15)이 상기 패드(55)에 인가하는 힘(f ₁ )은 상기 패드(55)가 상기 팁(15)에 인가하는 반작용(f ₂ )의 결과로서, 상기 패드(55)에 스크럽 마크(52)를 형성하면서 상기 팁들(15)의 말단들을 중심축으로부터 벌리 는 변형력(f ₃ )으로 작용한다. 이후 상기 팁들(15)이 상기 패드(55)로부터 떨어지게되면, 상기 벌려진 팁들(15)에는 복원력(f ₄ )이 작용하여 상기 팁들(15)을 접촉 이전의 모양으로 돌아가게 만든다. 본 발명에 따르면, 상기 프로브(100)는 두 개의 팁들(15)에 의해 상기 패드(55)에 접촉하기 때문에, 보다 안정적인 접촉이 가능하다. 특히, 상기 변형력(f ₃ )은 하나의 프로브(100)를 구성하는 두개의 팁들(15)에서 반대 방향으로 작용하기 때문에, 상기 프로브(100)에 가해지는 횡방향(즉, 상기 변형력의 방향)의 스트레스를 줄일 수 있다.

하지만, 상기 팁들(15)과 패드(55) 사이의 반복적인 접촉은 상기 팁들(15)의 복원 특성의 감소를 유발할 수 있다. 이러한 문제를 예방하기 위해, 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상기 팁들(15)이 상기 완충부(20)에 접하는 부분의 폭(w₁)은 상기 팁들(15)의 폭(w)과 다를 수 있다. 바람직하게는, 두 폭 사이의 관계는 도 3d에 도시한 것처럼 w₁>w인 것이 바람직하다.

4a 내지 도 4c를 참조하면, 상기 완충부(20)는 상술한 것처럼 상기 팁들(15)에 인가되는 물리적 접촉 스트레스를 완화시킨다. 이를 위해, 상기 완충부(20) 역시 복원력을 가질 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 상기 완충부(20)는 도 4a 및 앞서 도 2에 도시한 것처럼 막대형일 수 있다. 이러한 막대형 완충부는 충분히 큰 복원력을 갖지 않는다는 점에서, (산화막이 형성되지 않는 금속성 패드와 같이) 오버드라이브 깊이가 클 필요가 없는 접촉 대상에 접촉하는 경우에 적합하다.

본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상기 완충부(20)는 도 4b에 도시한 것처럼 스프링형(즉, 갈지자형)일 수 있다. 알려진 것처럼 스프링은 막대에 비해 탄성 한계가 크기 때문에, 이러한 스프링형 완충부(20')는 충분히 큰 복원력을 제공할 수 있다. 이에 따라, 스프링형 완충부는 상기 팁들(15)에 인가되는 물리적 스트레스를 최소화할 수 있다. 이에 더하여, 상기 막대형 완충부가 복원력을 갖기 위해서는 상기 중심축(2)에 수직한 방향의 변형을 수반할 수 있는데 비해, 이러한 스프링형 완충부(20')는 그 변형 방향이 상기 중심축(2)의 방향이기 때문에 그 결과로서 나타나는 복원력 역시 상기 중심축(2)의 방향이다. 이처럼 상기 완충부(20)의 변형 방향이 상기 중심축(2)의 방향과 평행할 경우, 오버드라이브 접촉에서 나타나는 프로브들(15)의 배열 위치에서의 변화를 최소화할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예들에 따르면, 상기 완충부(20)는 도 4c에 도시된 것처럼 중앙부가 빈 중공형 구조일 수 있다. 이러한 중공형 완충부(20") 역시 상기 스프링형 완충부와 같이 복원력이 상기 중심축(2)의 방향이기 때문에, 프로브들의 배열 위치의 변화를 최소화할 수 있다. 이에 더하여, 중공형 완충부(20")의 경우, 상기 접촉부(10) 또는 상기 연결부(30)와 연결되는 부분의 면적이 넓기 때문에, 상기 스프링형 완충부(20')보다 횡방향(즉, 상기 중심축(2)에 수직한 방향)의 외력에 의한 위치 변형이 작은 장점을 갖는다. 상기 중공부의 개수는 필요에 따라 조절될 수 있다.

도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 연결부(30)는 도 5a에 도시한 막대형, 도 5b 내지 도 5e에 도시한 가이드 지지대(32, 34)를 구비한 유형들 및 도 5d 및 도 5e에 도시한 플러그(36)를 구비하는 유형들이 가능하다.

상기 가이드 지지대(32, 34)는 상기 프로브들(100)을 기판에 부착하는 과정에서의 공정 편의를 위해 유용하다. 보다 자세하게는, 도 6a 및 도 6b에 도시한 것처럼, 상기 프로브들(100)은 상기 연결부(30)를 상기 기판(200)의 범프(210)에 납땜함으로써 부착될 수 있으며, 상기 기판(200)으로부터 상기 팁들(15)의 말단까지의 길이를 균일하게 유지하기 위해서는, 이러한 부착 과정에서 상기 프로브들(100)의 길이를 일정하게 유지시키는 것이 필요하다. 이때, 상기 가이드 지지대(32, 34)는 상기 프로브들(100)의 길이 측정의 기준으로 이용될 수 있기 때문에, 상기 기판(200)으로부터 상기 팁들(15)의 말단까지의 길이를 균일하게 조정하기 용이하다.

도 5c에 도시한 것처럼, 상기 가이드 지지대(32, 34)는 소정의 간격으로 이격된 이층 구조일 수도 있다. 이러한 이층 구조의 가이드 지지대들(32, 34) 사이의 간격은 상기 납땜 과정에 사용되는 지지판(220)의 두께일 수 있다. 또한, 이러한 길이의 균일성 및 부착 과정에서의 용이함을 위해, 본 발명은 상기 접촉부(10)들이 삽입되는 정렬 홈들(235)을 갖는 하부 지지판(230)을 구비할 수도 있다.

상기 플러그(36)는 상기 기판(200)의 범프(210)에 삽입됨으로써, 상기 프로브들(100)의 보다 안정적인 부착을 가능하게 한다. 이를 위해서는 상기 범프(210)는 도 6c에 도시된 것처럼 상기 플러그(36)에 대응되는 체결홈(215)을 갖는 것이 필요하다. 도 5e에 도시한 것처럼, 상기 플러그(36)가 중공형 구조일 경우, 상기 체결홈(215)에 삽입하기 용이하며 삽입된 이후에는 보다 안정적으로 고정될 수 있는 장점이 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 플러그(36)를 갖는 프로브(100) 를 상기 기판(200)에 부착시키는 과정은 상기 플러그(36)를 상기 체결홈(215)에 삽입한 후 상기 범프(210)를 용융/냉각하는 단계를 포함한다(도 6b, 도 6d 및 도 6e 참조). 상기 범프(210)를 용융시키는 방법은 (도 6d에 도시된 것처럼) 상기 범프(210)의 용융점 이상으로 상기 기판(200) 전체를 가열하는 방법 또는 (도 6e에 도시된 것처럼) 상기 범프들(210) 각각을 레이저 빔으로 가열하는 방법이 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 범프(210)는 금, 주석, 납 그리고 이들을 포함하는 합금들 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판(200)은 상기 범프(210)의 용융점까지 가열되어도 물리적 특성이 변하지 않는 물질(예를 들면, 세라믹)로 형성될 수 있다.

한편, 상기 범프(210)를 형성하는 단계는 상기 기판(200) 상에 범프막을 형성한 후, 사진 및 식각 단계를 이용하여 상기 범프막을 패터닝하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 범프막은 전기 도금, 스퍼터링 및 화학기상증착 공정 중의 적어도 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(200) 상에는 일차원 또는 이차원적으로 배열되는 범프들(210)이 형성된다. 이에 더하여, 상기 체결홈(215)을 형성하는 단계는 상기 기판(200) 상에 배열된 상기 범프들(210)을 사진 및 식각 단계를 이용하여 패터닝하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 체결홈(215)의 폭은 상기 플러그들(36)와의 유격을 최소화할 수 있도록, 상기 플러그(36)의 폭에 상응하는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 프로브의 치수와 관련된 특징들을 설명하기 위한 사시도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 프로브들은 상기 접촉부(10), 완충부(20) 및 연결부(30)가 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접촉부 (10), 완충부(20) 및 연결부(30)의 두께(h)는 모두 동일할 수 있다. 이러한 특징들은 후술할 본 발명에 따른 프로브의 제조 방법에 의해 얻어질 수 있다.

한편, 상술한 복원력은 물리적 변형에 의해 발생한다는 점을 고려할 때, 상기 프로브(100)의 물리적 변형의 양태는 큰 탄성 한계 및 최대의 복원력을 제공할 수 있도록 제어될 필요가 있다. 이를 위해, 상기 프로브들(100)의 두께(h)는 상기 접촉부(10) 및 상기 완충부(20)의 폭(w)보다 크며, 이들 치수 사이의 관계는 w<h<20w의 조건을 충족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 오버드라이브 접촉 과정에서 상기 팁들(15)의 변형 방향은 상기 두께 방향이 아니라 폭 방향으로 한정되며, 이러한 변형 방향의 한정은 복원력이 충분하지 않은 방향으로의 변형에 따른 프로브의 파손을 최소화시킬 수 있다.

도 8a 내지 도 8c 및 도 9a 내지 도 9d는 각각 본 발명에 따른 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 공정단면도들이다. 이때, 도 9a 내지 도 9c는 도 8a 내지 도 8c의 점선 I-I'을 따라 보여지는 단면을 도시한다.

도 8a 및 도 9a를 참조하면, 기판(300) 상에 희생막(310) 및 주형막을 차례로 형성한다. 상기 희생막(310)은 구리 등과 같은 금속성 물질로 형성될 수 있고, 상기 주형막은 상기 희생막(310)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질로서, 포토 레지스트막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막 및 에스오지막 중에서 선택된 적어도 한가지일 수 있다. 이어서, 상기 주형막을 패터닝하여 프로브의 모양을 정의하는 개구부들(325)을 형성한다. 이에 따라, 상술한 프로브들을 형성하기 위한 주형틀로서 사용되는 주형 패턴(320)이 형성된다.

이때, 상기 프로브의 모양은 접촉부, 완충부 및 연결부들을 구비하고, 상기 접촉부는 대략적으로 'U'자의 모양을 형성하는 두개의 팁들을 구비한다. 상기 프로브의 구체적인 모양들은 앞서 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시예들과 같다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 주형 패턴(320)을 형성하는 단계는 사진 및 식각 공정을 사용하여 상기 주형막을 패터닝하는 단계를 포함하며, 이러한 사진 공정은 상기 프로브들(100)의 모양이 그려진 포토마스크를 사용하여 실시된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 주형 패턴(320)은 사진 공정 및 식각 공정(즉, 현상 공정)을 통해 형성되는 포토레지스트 패턴일 수 있다. 이때, 상기 주형 패턴(320)은 그 하부에 위치하는 상기 희생막(310)의 상부면을 상기 프로브의 모양으로 노출시킨다.

도 8b 및 도 9b를 참조하면, 상기 노출된 희생막(310)의 상부면에 상기 개구부들(325)을 채우는 도전막을 형성한다. 이어서, 상기 도전막을 식각하여 상기 주형 패턴(320)의 상부면을 노출시킴으로써, 상기 개구부(325) 내에는 프로브들(100)이 형성된다. 상기 도전막은 후속 프로브들(100)의 분리 과정을 위해 상기 희생막(310)에 대해 식각 선택성을 갖는 금속성 물질막으로 형성한다. 상기 도전막을 식각하는 단계는 상기 주형 패턴(320)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 상기 도전막을 평탄화 식각하는 단계를 포함할 수 있다.

도 8c 및 도 9c를 참조하면, 상기 노출된 주형 패턴(320)을 제거함으로써, 그 하부에 배치된 상기 희생막(310)을 노출시킨다. 이후, 도 9d에 도시한 것처럼, 상기 노출된 희생막(310)을 상기 프로브들(100)에 대해 식각 선택성을 갖는 습식 식각의 방법으로 제거한다. 이에 따라, 상기 희생막(310)의 상부에 배치된 상기 프로브들(100)은 상기 기판(300)으로부터 분리된다.

본 발명에 따른 프로브는 완충부로부터 분기되는 두 개의 팁들을 구비한다. 이처럼 두 개의 팁들을 구비함으로써, 본 발명에 따른 프로브는 측정 대상에 안정적이면서 유효하게 접촉할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 프로브는 완충부를 구비함으로써, 팁들에 인가되는 스트레스를 완화시킬 수 있다. 이에 더하여, 종래의 캔틸레버형 프로브 카드와 달리, 본 발명에 따른 프로브는 그 무게 중심이 범프의 수직 하부에 위치하도록, 범프에 수직으로 부착된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 프로브는 프로브 카드에서 차지하는 면적이 작아지고, 이러한 점유 면적의 감소는 본 발명에 따른 프로브를 고집적화된 반도체 소자(예를 들면, 매트릭스 타입과 같은 이차원적 패드 배열을 갖는 반도체 소자)의 측정에 이용할 수 있도록 만든다.

Claims

검사 대상체의 접촉 단자에 접촉하는 소정 간격 이격된 두 개의 팁들을 구비하는 접촉부;

프로브 카드용 기판에 고정되는 연결부; 및

상기 접촉부 및 상기 연결부를 연결하면서, 상기 접촉부에 인가되는 물리적 스트레스를 완충시키는 완충부를 구비하되,

상기 접촉부의 폭은 상기 접촉부의 두께에 비해 작고,

상기 완충부의 폭은 상기 완충부의 두께에 비해 작은 것을 특징으로 하는 프로브.
제 1 항에 있어서,

상기 접촉부, 상기 연결부 및 상기 완충부는 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브.
제 1 항에 있어서,

상기 팁의 단부는 소정 각도로 각져있는 것을 특징으로 하는 프로브.
제 1 항에 있어서,

상기 팁의 단부는 라운딩되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브.
제 1 항에 있어서,

상기 팁에서 상기 완충부의 중심축까지의 거리는 상기 완충부에서 상기 검사 대상체로 다가갈수록 증가하거나 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 프로브.
제 1 항에 있어서,

상기 두개의 팁들은 상기 완충부로부터 'U'자 형상으로 분기 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 접촉부와 완충부가 접하는 부분의 폭은 상기 팁의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 프로브.
제 1 항에 있어서,

상기 연결부는 바형 구조체, 십자가형 구조체, 중공형 구조체 및 서로 이격된 두개의 지지대들 중에서 선택된 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브.
제 1 항에 있어서,

상기 완충부는 적어도 한 개의 스프링형 구조체 또는 중공형 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브.
기판 상에 희생막 및 주형막을 차례로 형성하는 단계;

상기 주형막을 패터닝하여 프로브의 모양을 정의하면서 상기 희생막의 상부면을 노출시키는 개구부들을 갖는 주형 패턴을 형성하는 단계;

상기 주형 패턴 내에 배치되어, 상기 개구부들을 채우는 도전성 프로브들을 형성하는 단계; 및

상기 주형 패턴 및 상기 희생막을 차례로 제거하여, 상기 프로브들을 리프트-오프시키는 단계를 포함하되,

상기 개구부들 각각은 연결부, 완충부 및 상기 완충부로부터 분기되는 두개의 팁들을 구비하는 접촉부를 갖는 상기 프로브의 모양을 정의하고,

상기 개구부의 깊이는 상기 접촉부의 폭 및 상기 완충부의 폭보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 프로브의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 희생막은 구리를 포함하는 금속성 물질막이고,

상기 주형막은 포토 레지스트막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막 및 에스오지막 중에서 선택된 적어도 한가지이고,

상기 도전성 프로브는 상기 희생막에 대해 식각 선택성을 갖는 금속성 물질 막인 것을 특징으로 하는 프로브의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 완충부는 스프링 형상 또는 중공형 형상을 갖고, 상기 연결부는 플러그 형상의 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 프로브의 제조 방법.
기판 상에 형성된 접촉 단자에 수직형 프로브를 본딩하는 방법에 있어서,

상기 기판 상에 체결홈을 갖는 범프를 형성하는 단계;

접촉부, 완충부 및 플러그를 구비하는 연결부를 포함하는 프로브를 형성하는 단계;

상기 체결홈에 상기 프로브의 플러그를 삽입하는 단계; 및

상기 플러그와 상기 범프를 몰딩하는 단계를 포함하는 프로브의 본딩 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 범프는 니켈, 코발트, 금 및 이들의 적어도 하나를 포함하는 합금 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브의 본딩 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 범프를 형성하는 단계는

상기 기판 상에 범프막을 형성하는 단계;

상기 범프막을 패터닝하여 상기 기판 상에 배열되는 범프들을 형성하는 단계; 및

상기 범프들을 패터닝하여 상기 범프들 내부에 체결홈을 형성하는 단계를 포함하되,

상기 범프막을 형성하는 단계는 전기 도금, 스퍼터링 및 화학기상증착 공정 중의 적어도 한가지를 사용하고,

상기 범프막 및 상기 범프들을 패터닝하는 단계들은 사진 공정 및 식각 공정을 사용하는 것을 특징으로 하는 프로브의 본딩 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 플러그와 상기 범프를 몰딩하는 단계는 상기 기판에 열을 가하여 상기 범프를 용융시킴으로써 소정의 가이드 패널을 이용하여 고정된 상기 프로브들을 상기 기판에 부착시키는 방법 및 소정의 레이저 빔을 이용하여 상기 범프를 용융시킴으로써 상기 프로브들을 상기 기판에 부착시키는 방법 중의 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 프로브의 본딩 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 체결홈에 상기 프로브의 플러그를 삽입하는 단계는

상기 프로브를 임시로 고정하기 위하여, 소정의 하부 지지판에 상기 프로브 의 접촉부를 삽입하는 단계;

소정의 가이드 지지판의 홈부에 상기 플러그의 가이드 지지대를 삽입함으로써, 상기 프로브들을 정렬하는 단계; 및

상기 정렬된 프로브들의 플러그들을 상기 체결홈에 삽입하는 단계를 포함하는 프로브의 본딩 방법.