KR100690235B1 - 화학적으로 에칭된 포토-디파인된 마이크로-전기 접점 - Google Patents

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KR100690235B1
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프란 맥퀘이드
샤를스 엘. 바르토
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웬트워쓰 라보라토리즈, 인크.
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    • G01R3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of measuring instruments, e.g. of probe tips

Abstract

복수의 마이크로 프로브들(81)을 제조하는 방법은 마스크(73)로서 복수의 프로브들(81)의 형상들(72)을 규정하는 단계와, 금속 포일(1201)의 표면에 포토레지스트(1001)를 도포하는 단계와, 금속 포일(1201)상에 마스크(73)를 씌우는 단계와, 그 마스크(73)를 통과한 광에 포토레지스트(1001)를 노출시키는 단계와, 그 포토레지스트(1001)를 현상하는 단계와, 금속 포일(1201)의 일부(71)를 노출시키기 위해 포토레지스트(1001)의 일부를 제거하는 단계와, 금속 포일(1201)의 표면에 에칭제를 도포하여 노출된 부분을 제거하여 복수의 프로브들(81)을 생성하는 단계와, 복수의 프로브들(81)을 화학적으로 연마 및 도금하는 단계를 포함한다.
프로브, 에칭제, 금속 포일, 마스크, 노광

Description

화학적으로 에칭된 포토-디파인된 마이크로-전기 접점{Chemically etched photo-defined micro-electrical contact}
도 1은 본 기술 분야에 공지된 프로브 테스트 헤드의 사시도.
도 2는 본 기술 분야에 공지된 프로브 테스트 헤드의 단면의 사시도.
도 3은 본 기술 분야에 공지된 프로브 테스트 헤드의 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 프로브의 정면도.
도 5는 본 발명의 프로브의 측면도.
도 6은 본 발명의 프로브의 등각도.
도 7은 본 발명의 마스크의 사진.
도 8은 본 발명의 에칭된 프로브와 본 기술 분야에 공지된 표준 프로브의 사진.
도 9는 기계가공 이후 및 이전 양자 모두의 본 기술 분야에 공지된 프로브의 단면도.
도 10은 에칭 이후 본 발명의 프로브의 단면도.
도 11은 본 발명의 프로브의 팁의 사시도.
도 12는 에칭 이전의 본 발명의 플랫 스톡(flat stock)과, 포토레지스트 및 마스크의 구조의 사시도.
도 13은 본 발명의 프로브 테스트 헤드의 일부 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
73 : 마스크 81 : 에칭된 프로브
1001 : 포토레지스트 1205 : 프로브 구조체
기술 분야
본 발명은 반도체 칩들을 테스트하는데 사용하는 소형 마이크로 프로브 또는 전기 접점의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 명확하게, 본 발명은 화학 레지스트 유제(chemical resist emulsion)로 코팅된 금속 플랫 스톡(metallic flat stock)상에 복수의 프로브들을 포토-디파이닝(photo-defining)하고, 그후, 복수의 마이크로 프로브를 생성하기 위해 불필요한 금속을 제거하는 방법에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
프로브 카드의 전기 연속성을 테스트하는 기술에서, 필요한 크기 및 탄성력(spring force)을 제공하기 위해 직선의 가는(fine) 와이어를 원하는 형상으로 기계적으로 형성하여 제조된 프로브들을 사용하여 이러한 테스트를 수행하는 것은 공지되어 있다. 도 1 내지 도 3은 코네티컷주, 브룩필드의 웬트워쓰 레보러토리, 인크.(Wentworth Laboratories, Inc.)에 의해 제조된 종래의 "Cobra®" 프로브 테스트 헤드를 도시하고 있다. 이런 프로브 헤드는 대향하는 제 1 (상부; 42) 및 제 2 (하부; 44) 다이들 사이에 수용된 죽 늘어선 프로브들(64)로 구성된다. 각 프로브는 대향하는 상단 및 하단을 가진다. 상부 및 하부 다이들(42, 44)은 하부 다이 구멍 패턴 및 상부 다이 구멍 패턴으로서 여기에 나타내어지는 집적 회로 접점 패드 간격상의 간격에 대응하는 구멍 패턴들을 포함한다. 각각의 프로브들의 상단은 상부 다이 구멍 패턴에 의해 유지되고, 각각의 프로브들의 하단은 하부 다이 구멍 패턴을 통과하여, 하부 다이(44)를 넘어 연장하여, 프로브 팁(tip)에서 끝난다. 도 13을 참조하면, 장착막(mounting film)(1301)을 부가적으로 포함하는 것이 도시되어 있다. 장착막(1301)은 일반적으로 마일라(mylar)와 같은 적절한 중합성 유전체로 형성되며, 에칭된 프로브들(81)을 적소에 수용하고 있다. Cobra® 스타일의 프로브들에서는, 하부 다이 구멍 패턴은 상부 다이(42) 구멍 패턴으로부터 오프셋되고, 이 오프셋이 프로브에 형성되어 프로브가 스프링처럼 작용하도록 한다. 도 1 내지 도 3으로 돌아가면, 테스트 헤드가 테스트될 웨이퍼와 접촉하면, 프로브의 상단은 지배적으로 정지되는 반면, 하단은 테스트 헤드의 본체로 밀어넣어진다. 이 컴플라이언스(compliance)는 프로브 길이, 헤드 평면성(planarity) 및 웨이퍼 형상(topography)의 변화를 허용한다. 이 프로브는 일반적으로 직선 와이어를 스웨이징(swaging) 또는 스탬핑(stamping)하여 형성되어 원하는 형상 및 두께의 프로브를 생성한다. 이 스웨이징 처리는 프로브 변형의 밀(mil)당 원하는 힘을 얻기 위해 프로브의 중앙의 만곡부를 평평하게 하여 넓힌다.
스웨이징된 영역의 하단 및 상단은 또한 프로브가 다이로부터 너무 멀리 연장하는 것을 막는다. 종래의 프로브 제조 과정에서, 프로브는 일반적으로 베릴륨-구리 합금으로 이루어진 직선 와이어로 형성된다. 맞춤형(custom) 툴이 각 프로브 크기 및 디자인에 사용된다. 이 툴은 원하는 형상 및 두께를 얻기 위해 와이어의 중앙부를 스탬핑하여 형성하고, 이에 의해, 바람직한 탄성율이 얻어진다.
도 9를 참조하면 프로브를 생성하기 위해 종래 기술에서 사용된 와이어의 단면 형상들이 도시되고 있다. 단면(90)은 대체로 원형인 미리 스탬핑된 와이어를 도시한다. 단면(91)은 대체로 타원형인 스탬핑 및 세공된 와이어를 도시한다. 단면(90) 및 단면(91) 양자 모두의 단면적들은 실질적으로 동일하다. 단면(91)을 참조하면, 프로브를 형성하는 스탬핑된 와이어는 약 0.18mm(7mil)(1mil은 0.001인치와 같다)의 폭(95)과, 약 0.046mm(1.8mils)의 높이(97)를 가진다. 프로브 헤드 구조에 조립할 때, 이는 프로브 헤드에 사용된 복수의 프로브들 사이에 적어도 0.025mm(1mil)의 이격을 유지하는 것이 바람직하다. 폭이 약 0.18mm(7mil)이며 0.025mm(1mil)의 이격을 필요로 하는 결과, 프로브 헤드에 배열된 종래의 프로브들은 일반적으로 한 프로브마다 0.20mm(8mil) 간격으로 이격되어 있다. 그 다음에, 와이어가 길이로 절단되고, 원하는 프로브 팁의 형상이 프로브의 단부에서 연마된다. 완성된 프로브의 전체 길이의 허용 오차는 +/-0.051mm(+/- 0.002")이다. 적절한 테스트에 있어 프로브들간의 차가 너무 크기 때문에, 프로브들은 프로브 헤드에 조립되고, 프로브들의 전체 배열은 랩핑(lapping)되어 보다 균일한 프로브 길이가 얻어진다.
도 8을 참조하면, 기술적으로 공지된 표준 프로브(83)와 본 발명의 에칭된 프로브(81)가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 프로브들의 기본 구성 요소들이 도시되어 있다. 프로브 베이스(5001)는 프로브 샤프트(5003)에 연결된 비교적 짧은 직선부(straight expanse)이다. 프로브 샤프트(5003)는 프로브 단부(5005)에서 끝나는 프로브(81, 83)의 완만한 만곡부(curving expanse)이다. 동작시, 테스트될 회로와 접촉하게 되는 것은 프로브 단부(5005)이다.
프로브를 형성하는데 사용되는 종래의 스탬핑 처리들은 종종 프로브에 잔류 응력을 초래하여 피로 수명(fatigue life)을 감소시킬 수 있다. 이들 잔류 응력들은 시간 경과에 의해 변할 수 있기 때문에, 프로브 강성도(stiffness)에 변화가 발생할 수 있다. 부가적으로, 프로브에 대한 필요 조건들의 변화로 기계 설비를 재정비할 필요가 있다. 이러한 기계 설비의 재정비(retooling)는 이러한 방식으로 제조된 프로브가 고가가 되게 하며, 이러한 프로브가 통용되기 전에 상당한 소요 시간(lead-time)을 필요로 한다. 또한, 기계적으로 형성된 프로브들은 그 구조가 그들을 생성하는 기계적 수단들에 밀접하게 얽매여 있기 때문에, 디자인 변경이 보다 곤란하다.
따라서, 기계적인 형성으로부터 발생하는 문제점들을 회피하는 프로브들을 제조하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 시간이 오래 걸리는 기계 설비 재정비 처리 없이 상이한 디자인의 프로브를 생성할 수 있도록 실질적으로 보정될 수 있는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 한 양태는 복수의 마이크로 프로브를 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 하나 이상의 마스크로서 복수의 프로브들의 형상들을 규정하는 단계와, 금속 포일의 제 1 및 제 2 대향 면들에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 금속 포일의 대향하는 제 1 및 제 2 면들상에 상기 마스크들을 하나씩 씌우는 단계와, 상기 마스크들 각각을 통과한 광에 상기 포토레지스트를 노출시키는 단계와, 상기 포토레지스트를 현상하는 단계와, 상기 금속 포일의 일부를 노출시키기 위해 상기 포토레지스트 중 일부를 제거하는 단계와, 복수의 프로브들을 생성하기 위해 상기 금속 포일의 표면에 에칭제를 도포하여 상기 노출된 부분을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 상술한 방법에 따라 제조된 마이크로 프로브를 제공하는 것이며, 이 마이크로 프로브는 대체로 균일한 두께를 가지며 복수의 에지들에 의해 경계지워지고 평면내에서 실질적으로 직선 길이로 연장하는 프로브 베이스와, 프로브 베이스에 접속되며 대체로 균일한 두께로 이루어지며 복수의 에지들에 의해 경계지워지고 평면내에서 만곡부(curved expanse)를 따라 연장하는 프로브 샤프트와, 프로브 샤프트에 접속되며 상기 대체로 균일한 두께로 이루어지고 복수의 에지들에 의해 경계지워지고 평면내에서 실질적으로 직선 길이와 대략 평행한 직선 거리로 연장하는 프로브 단부와, 프로브 베이스, 프로브 샤프트 및 프로브 단부의 에지들로 이루어진 외주를 실질적으로 둘러싸는 스캘럽(scallop)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 프로브 테스트 헤드를 제공하는 것으로, 이 프로브 테스트 헤드는 제 1 및 제 2 대향 평면들로 이루어진 제 1 다이로서, 상기 제 1 및 제 2 평면들 둘 다에 수직인 방향으로 상기 제 1 다이를 통해 연장하는 제 1 다이 구멍들의 패턴을 더 포함하는 상기 제 1 다이와, 제 3 및 제 4 대향 평면들로 이루어진 제 2 다이로서, 상기 제 2 다이는 상기 제 1 다이 구멍들의 패턴에 대응하는 제 2 다이 구멍들의 패턴을 더 포함하고, 상기 제 2 다이 구멍들은 상기 방향으로 상기 제 2 다이를 통해 연장하고, 상기 제 3 평면은 상기 제 2 다이 구멍들이 실질적으로 균일한 방향으로 상기 제 1 다이 구멍들으로부터 오프셋되도록 상기 제 2 평면과 접촉하는 평면내에 배열되는, 상기 제 2 다이와, 복수의 프로브들로서, 상기 프로브들 각각은 상기 제 1 다이 구멍들 중 하나와 상기 제 2 다이 구멍들 중 하나를 통해 연장하며, 프로브들은 에칭에 의해 형성된 것과 동일한 표면 마무리를 가지는, 상기 복수의 프로브들을 포함한다.
본 발명은 프로브들의 제조 비용을 저감시키면서, 개선된 균일성을 제공하는 프로브를 제조하는 방법에 관한 것이다. 프로브는 기술적으로 일반적으로 행해지는 기계적 스템핑 처리가 아닌, 포토-에칭 처리를 통해 제조된다. 이러한 본 발명의 처리에서, 프로브는 일반적으로는 베릴륨-구리 합금의 얇은 금속 플랫 스톡으로부터 에칭된다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 에칭된 프로브(81)가 도시되어 있다. 프로브의 소망 형상은 그래픽 형상의 이미지로 특정되며, 이 이미지는 소망의 프로브 프로파일의 반복 패턴(repeating pattern)을 가지는 유리 마스크를 제조하는데 사용된다. 도 7은 이러한 마스크(73)의 샘플을 도시한다. 마스크(73)는 복수의 프로브 형상들(72)과 암흑 공간들(71)로 구성되어 있다. 프로브 형상들(72)은 본 발명의 에칭된 프로브들에 대응하는 영역들을 규정하며, 광이 실질적으로 방해받지 않고 프로브 형상(72)을 통과하는 것이 허용되도록 구성되어 있다. 암흑 공간(71)은 프로브 형상들(72) 사이에 지배적으로 연장하여, 한 프로브 형상(72)과 마스크(73)상의 다른 프로브 형상(72)을 실질적으로 구별하도록 하는 역할을 한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 에칭된 프로브들을 제조하는데 사용되는 프로브 구조체(1205)가 도시되어 있다. 플랫 스톡(1201)은 대향 평면들을 가지는 지배적으로 얇은 금속의 평면판이다. 플랫 스톡(1201)은 완성된 프로브의 소망하는 폭에 대응하는 폭을 가진다. 플랫 스톡(1201)의 바람직한 폭은 약 0.076mm(3mil)이다.
그 다음에, 포토레지스트(1001)가 플랫 스톡(1201)의 양 대향 평면들에 도포된다. 그 다음에, 2개의 동일한 마스크들(73)은, 각 마스크(73)의 한 면이 플랫 스톡(1201)의 한 면을 덮는 포토레지스트(1001)와 접촉하도록, 플랫 스톡(1201)의 대향 면들에 부착된다. 둘 중 어느 한 마스크(73)의 어떤 한 특징부가 나머지 마스크(73)의 동일한 특징부에 대응하여 플랫 스톡(1201)의 평면부에 수직인 축을 따라 정확하게 정렬하도록 2개의 마스크들(73)이 정렬된다. 그 다음에, 각 마스크(73)에 빛을 가하여 각 마스크(73)와 플랫 스톡(1201) 사이에 배치된 포토레지스트(1001)를 노광시킨다. 그 다음에, 양자 모두의 마스크들(73)이 프로브 구조체(1205)로부터 분리된다. 포토레지스트(1001)의 노광 이후에, 포토레지스트(1001)는 현상 및 세정된다. 세정 결과, 마스크(73)상의 프로브 형상(72)에 대응하는 노광된 포토레지스트(1001)는 플랫 스톡(1201)에 접착되어 있고, 암흑 공간(71)에 대응하는 포토레지스트(1001)의 비노광 부분들은 세정되어, 플랫 스톡(1201)으로부터 분리된다.
그 다음에, 에칭제가 실질적으로 동시에 플랫 스톡(1201)의 양 표면들에 도포된다. 에칭제는 플랫 스톡(1201)의 평면부에 수직인 축을 따라 플랫 스톡(1201)의 외면으로부터 연장하는 방향으로 플랫 스톡(1201)을 용해하기 시작하여 각 대향 평면으로부터 플랫 스톡(1201)으로 향한다. 금속 기판을 용해시키기 위해서, 금속 기판에 부착된 포토레지스트에 에칭제를 도포하는 한 속성은 언더커팅의 존재이다. 여기서 사용되는 "언더커팅"이란 금속을 용해시키기 위해 도포된 에칭제가, 그 에칭제가 도포되는 표면에 수직으로 연장하는 에칭 경로로부터 이탈하려는 경향을 지칭한다. 보다 명확하게, 에칭제는 금속내로 이동할 때, 외측으로 확장하려는 경향이 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 에칭된 프로브들상의 언더커팅의 영향이 도시되어 있다. 도 10은 에칭제를 도포한 이후의 본 발명의 에칭된 프로브의 단면도이다. 알 수 있는 바와 같이, 에칭제는 플랫 스톡(1201)을 포함하는 금속을 언더컷(1005) 및 에칭 한계(1007)에 의해 경계지어진 영역으로부터 효과적으로 제거한다. 도시되는 바와 같이, 언더컷(1005)은 플랫 스톡(1201)의 외면으로부터 플랫 스톡(1201)의 내부를 향해 연장한다. 언더컷(1005)이 플랫 스톡(1201)의 표면에 수직으로 연장하는 수직축(1009)으로부터 다소 이탈되어 있음을 주목하라. 에칭 한계(1007)는 에칭제가 중화되거나 그렇지 않으면 부가적인 에칭이 불가능해질 때까지, 에칭제가 플랫 스톡(1201)을 제거하는 범위를 지정하는 경계이다. 에칭제가 실질적으로 일정한 비율로 에칭하고, 수직 축(1009)으로부터 이탈된 언더컷(1005)을 따르는 경로를 따르기 때문에, 그 결과로 생긴 에칭 한계(1007)는 완만한 만곡 경계를 형성한다. 에칭제가 플랫 스톡(1201)에 노출되는 시간 양을 제어함으로써, 도 10에 도시된 바와 같이 각 프로브의 단면 형상을 형성하는 것이 가능하다.
그 결과로 2개의 대향하는 에칭 한계들(1007)이 포개져 각각의 에칭된 프로브의 둘레로 연장하는 날카로운 돌출부들 또는 스캘럽(scallop; 1003)이 생기게 된다. 스캘럽 베이스(1013)로부터 스캘럽 팁(1015)까지의 거리가 스캘럽 크기(1011)를 이룸을 유념하라. 도 11을 참조하면, 프로브 단부(5005)의 사시도가 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 스캘럽(1003)은 프로브 팁(1101)을 포함하는 에칭된 프로브(81)의 에지(1107) 둘레로 연장한다. 외측 프로브 팁(1105)은 프로브 단부(5005)의 최단부에서 에칭된 프로브(81)를 포함하는 대향 면 플랫 스톡(1201)상에 위치된다. 프로브 팁(1101)은 외측 프로브 팁(1105)을 넘어 연장하는 것을 알 수 있으며 그 결과 스캘럽(1003)이 프로브 단부(5005)의 종단 둘레로 연장한다. 그 결과 외측 프로브 팁(1105)을 넘는 프로브 팁(1101)의 연장에 의해 에칭된 프로브(81)가 사용중인 경우, 전기 회로와 보다 양호한 접촉이 허용된다.
비노광된 금속을 제거하면 그 결과 죽 늘어선 프로브들이 그 상단에 부착된다. 죽 늘어선 프로브들은 그 다음에, 화학적으로 연마 및 도금된다. 그 다음에, 프로브들은 플랫 스톡(1201)으로부터 제거되고, 프로브 헤드로 조립될 준비가 된다. 조립을 형성하는 프로브들의 상부는 랩핑(lapping)되며 프로브들을 동일한 길이로 하기 위해 팁들을 평면에 맞춘다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 프로브의 형상이 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 설명된 바와 같이, 본 발명의 에칭된 프로브들(81)은 일반적으로 프로브(81)에 잔류 응력들을 초래하는 기계적 스탬핑이나 다른 처리들 없이 원하는 구조로 제조된다. 여기서 사용되는 "잔류 응력"이란 소성(plastic) 변형의 결과로 잔류하는 응력을 지칭한다. 종래의 프로브들은 원하는 프로브 단면을 생성하기 위해 채용되는 기계적 스탬핑 및 기계가공에 의해 생기게 되는 잔류 응력을 포함하는 경향이 있다. 이들 잔류 응력들은 적어도 2개의 주요 방식들로 종래의 프로브들의 기능을 제한하도록 하는 역할을 한다. 첫 번째로는, 잔류 응력들에 의해 종래의 프로브들이 시간에 걸쳐 프로브에 투여되는 일련의 일정 변형에 응하여 비균일한 저항력이 나타나게 된다. 그 결과, 시간에 걸쳐 규칙적으로 사용된 종래의 프로브들은 시간에 걸쳐 투여된 균일한 변형들에 대한 일정한 저항력을 공급하는 능력의 저하를 겪게 되는 경향이 있다. 두 번째로, 잔류 응력들을 포함하는 종래의 프로브들은 변형에 응하여 파괴되기 쉽다. 대조적으로 본 발명의 에칭된 프로브(81)는 원하는 단면 특성들을 달성하기 위해 기계적 스탬핑이나 기계가공을 필요로 하지 않는 에칭 처리로 생성된다. 그 결과, 에칭된 프로브(81)는 기계가공 또는 스탬핑의 결과로서 야기되는 어떠한 잔류 응력도 포함하지 않는다.
여기서 사용된 "항복 강도(yield strength)"란 힘의 적용없이 원래 변형되지 않은 상태로 되돌아가는 능력을 유지하면서 힘이 주어질 때 지배적으로 선형 방향으로 변형 또는 항복하는 프로브의 특성을 지칭한다. 프로브의 항복 강도가 커지면 커질수록, 프로브가 그 항복점에 도달하기 전에 프로브에 가해질 수 있는 선형 변형도 커져, 프로브는 원래 형상으로 되돌아가지 못한다. 출원인은 본 발명의 에칭된 프로브가 기계적인 처리로 형성된 프로브에 비해 증가된 항복 강도를 나타내는 것으로 예상한다. 보다 명확하게는, 본 출원인은 에칭된 프로브는 종래의 프로브가 항복점에 도달하기 전에 변형될 수 있는 거리보다 선형 거리로 약 20% 크게 변형될 수 있다고 예상한다.
부가적으로, 본 발명의 에칭된 프로브들은 종래의 방식으로 형성된 프로브들보다 개선된 탄성력의 균일성을 가질 것이다. 여기에 사용된, "탄성력"이란 거리에 걸쳐서 변형된 프로브에서 발생되는 대향 저항력을 지칭한다. 보다 명확하게, 프로브 테스트 헤드에서 에칭된 모든 프로브들에서 탄성력의 최대 차는 유사한 프로브 테스트 헤드 장치에서 종래의 모든 프로브들에서 탄성력들의 최대 차보다 약 20% 적을 것으로 예상된다.
도 10을 참조하면, 에칭된 프로브(81)는 깊이(1017)와 폭(1019)을 가진다. 깊이(1017)는 통상적으로 약 0.076mm(3mils)이며, 폭(1019)은 통상적으로 약 0.025mm(1mil)이다. 에칭된 프로브들(81)이 종래의 프로브들(83)보다 훨씬 가늘기 때문에, 프로브 헤드에 조립될 때, 에칭된 프로브들(81)은 약 0.10mm(4mils) 간격으로 이격되어 조립될 수 있는 반면에, 종래의 프로브들(83)은 통상적으로 약 0.20mm(8mils) 간격으로 이격되어 배치된다. 프로브 헤드에 조립된 본 발명의 에칭된 프로브들간의 중심 대 중심 거리는 0.10mm(4mils) 정도로 작게 할 수 있지만, 종래의 프로브들은 약 0.20mm(8mils)를 필요로 하기 때문에, 에칭된 프로브들을, 집적 회로 웨이퍼상의 접점들간의 거리가 약 0.10mm(4mils) 정도로 작은, 보다 작은 집적 회로들의 테스트에 사용할 수 있다.
부가적으로, 복수의 에칭된 프로브들(81)은 하나의 플랫 스톡(1201)으로부터 형성되기 때문에, 각 에칭된 프로브(81)는 동일 플랫 스톡(1201)으로부터 형성된 모든 에칭된 프로브(81)와 그 물리적 특성들이 실질적으로 유사하다.
제 1 실시예
하기의 실시예는 본 발명을 실행하는데 적합한 파라미터들을 상세히 설명한다. 바람직하게 재료 준비, 포토 마스킹, 에칭, 화학 연마, 도금, 및 이렇게 형성된 프로브들의 개별 처리를 포함하는 복수의 단계들이 실시된다. 여기에서 사용되는 "DI"는 탈이온(deionized)을 의미하는 기술어이다. 부가적으로, 본 명세서에서 사용되는 "UX DI"는 초음파적으로 교반된 탈이온수를 지칭한다.
프로브를 형성하는 재료를 조제하기 위해서, BeCu 17200 플랫 스톡이 면 길이가 약 102mm(4인치)인 정사각형으로 절단된다. 이 플랫 스톡은 그 다음에, 시트라-솔브(Citra-solv)(코네티컷주, 덴버리의 시트라-솔브, 엘엘시(Citra-solv, LLC)에 의한)/DI H2O 20ML/1L(UX 15분)으로 세정된다. 그 다음, 플랫 스톡의 표면은 송풍 건조되고, 그 결과에 의해 얻어진 패키지가 그후 진공에서 316℃(600℉)로 약 2시간 동안 열경화된다.
다음에, 조제된 재료를 포토마스크하였다. 포토 마스킹을 달성하기 위해서, 이 재료는 다시 클린 시트라-솔브(Clean Citra-solv)/DI H2O 20ML/1L(UX 15분)으로 세정된다. 다음에, 이 재료에 13.3초/25mm(1인치)(시플리(Shipley) SP2029-1)의 인출 속도(withdraw rate)로 딥 피복(dip coat)이 제공되어 21℃에서, 35Zon/초까지 얇아지게 된다. 그후, 재료는 90℃에서 약 30분간 건조되고 50%보다 높은 상대 습도의 조건하에서 실온에서 냉각된다. 다음에, 재료의 조제된 표면은 약 100밀리주울 365나노메터 파장의 UV광에 노출된다. 광에 노출된 표면은 그후 29.4℃(85℉)에서, 약 1분 30초 동안 현상된다(메사추세츠주, 뉴톤(Newton)의 시플리 인크.(Shipley Inc.)에 의한, 시플리(Shipley) 303 현상제). 마지막으로, 조제된 표면은 흐르는 DI수(水)에서 15분 동안 세정되고, 그후, 송풍 건조 및 저장된다.
다음에, 캘리포니아주의 헌팅톤 비치(Huntington Beach)의 마르세코 인크.(Marseco Inc.)에 의한 Marseco Mod.# CES-24를 사용하여 에칭이 수행되었다. 그후, 다음의 파라미터 설정으로, 고속 회로 에칭이 피브로-테크 고속 회로(Phibro-Tech High Speed Circuit) 에칭액을 사용하여 수행되었다.
-온도 설정 53.3℃(128℉)(작용온도 52.8℃(127℉)
-펌프 속도(펌프 #1-45%)(펌프 #2-73%)
-컨베이어(11%)
-진동(보통)
포일 테스트 편은 그후 캐리어에 장착되고 에칭제를 통해 이동된다. 포일 테스트 편으로부터 생성된 결과적인 부품의 임계 치수가 그후 측정되고, 필요시 조정이 이루어졌다. 조정이 이루어진 이후에, 잔여 포일들이 30초 간격으로 에칭제를 통해 이동되었다.
다음에, 에칭으로 형성된 프로브에 화학적 연마/광택 딥(dip)이 적용되었다. 프로브들은 교반하면서 62.8℃-65.6℃(145-150℉)에서 2L 비커의 PNA 에칭제에 침수되었다. 이 용액은 하기와 같이 구성된다.
인산 98% 용액 760ML
질산 69-70% 용액 40ML
초산 60% 용액 1200ML
먼저, 재료의 테스트 편을 사용하여 에칭 속도가 설정되었다. 다음에, 프로브 재료를 에칭하여 0.0025mm(0.0001")를 제거하였다. 다음에, 재료가 뜨거운 DI, UX DI내에서 약 15분 동안 세정되고, 흐르는 DI에서 약 2분 동안 세정되었다. 마지막으로, 프로브가 건조될 때까지 100℃에서 오븐 건조되었다.
다음에, 프로브들은 로드 아일랜드주, 크랜스톤(Cranston)의 테크닉 인크(Technic Inc.)에 의한, 팰라멀스 침수 팔라듐(Pallamerse Immersion Palladium) 5% 용액과, 테크닉 인크.(Technic Inc.)에 의해 제조된 Pd 활성제 25% 용액 및 델라웨어주, 윌밍톤(Wilmington)의 듀퐁 플루오로프로덕츠(Dupont Fluoroproducts)에 의한, 버트럴(Vertrel) 용매를 사용하여 도금되었다. 그후, 프로브들의 무게를 측정하여, 그 중량들을 기록하였다. 그후, 프로브들은 약 2분 동안 버트럴(Vertrel) 용매로 세정되었다. 다음에, 프로브들이 DI H2O에서 1분 동안 세정되고, 10% 황산 용액에서 2분 동안 세정되었으며, DI H2O에서 다시 2분 동안 세정이 이어졌다. 프로브들은 그후 30초 동안 테크닉(Technic) Pd 활성제내에 침수되고, 다시 한번 DI H2O에서 30초 동안 세정되었다. 그후, 프로브들은 느리게 교반하면서 테크닉 침수 팔라듐(Technic immersion Palladium)에서 45분 동안 침수되고, 흐르는 DI H2O로 세정되고 건조되었다. 그후, 프로브들의 무게를 다시 측정하여, 그 중량들을 기록하였다.
최종적으로, 프로브들이 개별화되었다. 프로브들, 바람직하게는 다섯 또는 여섯개의 프로브들의 샘플은, 0.025 내지 0.20mm의 범위에서 증분을 0.025mm(1mil에서 1 내지 8 mils)로 변형하였을 때, 각각의 프로브들에서 발생되는 저항력의 그램수를 측정하도록 테스트된다. 이러한 프로브들의 그룹의 테스트 결과가 표 1에 도시되어 있다. 테스트 결과는 원하는 특성들에의 적합성뿐만 아니라 어떤 초기 플랫 스톡으로부터 생성된 프로브들의 균일성을 평가하는데 사용된다. 그 다음에, 이 프로브들을 유리병속에 넣고, 팁(tip) 및 생크(shank) 치수의 라벨을 붙인다.
Figure 112002030509799-pat00001
따라서, 종래의 프로브 제조 처리보다 다음의 장점들을 가지는 반도체 칩의 테스트에 사용하기 위한 소형 마이크로 프로브 또는 전기 접점을 대량 생산하기 위한 처리가 여기에 제공된다. 첫째, 본 발명의 방법은 프로브들간의 개선된 균일성 및 치수 정확성을 제공한다. 유리 마스크는 프로브들의 형상을 결정하고, 프로브들간의 기계적 변화들을 소거한다. 그 결과, 프로브들의 강성도(stiffness)가 보다 균일해지고, 배열에 걸쳐 균형잡힌 접촉력을 허용한다.
부가적으로, 제조 동안 프로브들에 어떠한 응력들도 야기되지 않아, 프로브 강도와 내구성이 개선된다. 종래의 스탬핑 처리는 잔류 응력을 초래하며, 피로 수명 감소를 야기한다. 응력들은 시간에 걸쳐 변할 수 있으며, 프로브 강성도의 변화를 야기하게 된다.
본 발명은 제조시 보다 낮은 가격 및 소요 시간(lead-time)을 제공한다. 다수의 프로브들이 동시에 제조될 수 있으며, 팁 형상(tip geometry)은 다음의 처리 단계들이 아닌 에칭 처리를 통해 형성될 수 있다. 연마 및 도금 처리들도 동시에 수행된다.
본 발명의 프로브 디자인은 쉽게 변형될 수 있다. 탄성율은 유리 마스크를 생성하는데 사용되는 도판(artwork)을 변경함으로써 그리고 선택된 플랫 금속 스톡의 두께에 의해 제어될 수 있다. 새로운 디자인은 단순히 새로운 마스크를 생성함으로써 이루어질 수 있다. 이는 고비용, 시간 소모적인 기계설비 재정비를 필요로 하지 않는다.
마지막으로, 본 발명의 방법에 의해 제조된 에칭된 프로브들은 필요한 강성도를 달성하기 위한 스웨이지(swage)를 필요로 하지 않는다. 그 결과, 프로브들은 서로 보다 근접하게 배치될 수 있으며, 보다 밀집한 배열을 허용한다.

Claims (15)

  1. 복수의 마이크로 프로브들을 제조하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 마스크들을 제공하는 단계로서, 상기 하나 이상의 마스크들 각각은 복수의 프로브 형상들을 포함하며, 상기 복수의 프로브 형상들 각각은 프로브 베이스와, 상기 프로브 베이스에 접속된 프로브 샤프트와, 상기 프로브 샤프트에 접속된 프로브 단부와, 상기 프로브 베이스, 상기 프로브 단부 및 상기 프로브 샤프트 중 적어도 하나위에 하나 이상의 돌출면(raised surface)들을 포함하는 상기 하나 이상의 마스크 제공 단계와,
    금속 포일의 제 1 및 제 2 대향 면들에 포토레지스트를 도포하는 단계와,
    상기 금속 포일의 대향하는 제 1 및 제 2 면들상에 상기 마스크들을 하나씩 씌우는(overlay) 단계와,
    상기 마스크들 각각을 통과한 광에 상기 포토레지스트를 노광시키는 단계와,
    상기 포토레지스트를 현상하는 단계와,
    상기 포토레지스트의 일부를 제거하여 상기 금속 포일의 일부를 노출시키는 단계와,
    복수의 프로브들을 생성하기 위해 상기 금속 포일의 표면에 에칭제를 도포하여 상기 노출된 부분을 제거하는 단계로서, 상기 복수의 프로브들 각각은 프로브 베이스와, 상기 프로브 베이스에 접속된 프로브 샤프트와, 상기 프로브 샤프트에 접속된 프로브 단부와, 상기 프로브 베이스, 상기 프로브 단부 및 상기 프로브 샤프트 중 적어도 하나위에 하나 이상의 돌출면들을 포함하는, 상기 에칭제를 도포하여 노출된 부분을 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 하나 이상의 돌출면들은 테스트 과정 동안 프로브 테스트 헤드내에 상기 복수의 프로브들 각각을 유지하는, 마이크로 프로브 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 포일의 표면에 에칭제를 도포한 후에, 상기 복수의 프로브들을 화학적으로 연마 및 도금하는 추가 단계를 포함하는, 마이크로 프로브 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 마이크로 프로브에 있어서,
    균일한 두께를 가지며, 복수의 에지들에 의해 경계지워지고, 평면내에서 실질적으로 직선 길이로 연장하는 프로브 베이스와,
    상기 프로브 베이스에 접속되며, 상기 균일한 두께로 이루어지며, 복수의 에지들에 의해 경계지워지고, 상기 평면내의 만곡부(curved expanse)를 따라 연장하는 프로브 샤프트와,
    상기 프로브 샤프트에 접속되며, 상기 균일한 두께로 이루어지고, 복수의 에지들에 의해 경계지워지고, 상기 평면내에서 실질적으로 직선 거리로 연장하는 프로브 단부로서, 상기 직선 거리는 상기 직선 길이와 대략 평행한, 상기 프로브 단부와,
    상기 프로브 베이스, 상기 프로브 샤프트 및 상기 프로브 단부 중 적어도 하나위에 위치한 하나 이상의 돌출면들로서, 기계적인 처리로 형성되지 않는 상기 하나 이상의 돌출면들과,
    상기 프로브 베이스, 상기 프로브 샤프트 및 상기 프로브 단부의 에지들로 이루어진 외주를 실질적으로 둘러싸는 스캘럽(scallop)을 포함하는, 마이크로 프로브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 균일한 두께는 2mils과 5mils 사이인, 마이크로 프로브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 균일한 두께는 3mils과 4mils 사이인, 마이크로 프로브.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스캘럽은 스캘럽 베이스와 스캘럽 팁을 더 포함하는, 마이크로 프로브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스캘럽 베이스와 상기 스캘럽 팁은 실질적으로 균일한 거리만큼 이격되는, 마이크로 프로브.
  9. 프로브 테스트 헤드에 있어서,
    제 1 및 제 2 대향 평면들로 이루어진 제 1 다이로서, 상기 제 1 및 제 2 평면들 둘 다에 수직인 방향으로 상기 제 1 다이를 통해 연장하는 제 1 다이 구멍들의 패턴을 더 포함하는 상기 제 1 다이와,
    제 3 및 제 4 대향 평면들로 이루어진 제 2 다이로서, 상기 제 2 다이는 상기 제 1 다이 구멍들의 상기 패턴에 대응하는 제 2 다이 구멍들의 패턴을 더 포함하고, 상기 제 2 다이 구멍들은 상기 방향으로 상기 제 2 다이를 통해 연장하고, 상기 제 3 평면은 상기 제 2 다이 구멍들이 실질적인 균일한 방향으로 상기 제 1 다이 구멍들로부터 오프셋되도록 상기 제 2 평면과 평면 접촉하도록 배열되는, 상기 제 2 다이와,
    복수의 프로브들로서, 상기 프로브들 각각은 상기 제 1 다이 구멍들 중 하나와 상기 제 2 다이 구멍들 중 하나를 통해 연장하며, 상기 복수의 프로브들 각각은 상기 제 1 및 제 2 다이내에서 상기 복수의 프로브들을 제거 가능하게 유지하도록 구성되는 하나 이상의 돌출면들을 포함하며, 상기 하나 이상의 돌출면들은 기계적인 처리로 형성되지 않는, 상기 복수의 프로브들을 포함하는, 프로브 테스트 헤드.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들 각각은 상기 복수의 프로브들 중 다른 하나와 서로 비교하였을 때 형상이 실질적으로 균일한, 프로브 테스트 헤드.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들 각각의 허용 오차 길이는 0.002인치 이내인, 프로브 테스트 헤드.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들 각각의 허용 오차 길이는 0.001인치 이내인, 프로브 테스트 헤드.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들 각각의 허용 오차 길이는 0.0005인치 이내인, 프로브 테스트 헤드.
  15. 삭제
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