KR100871579B1 - 니켈 합금 프로브 카드 프레임 층 - Google Patents

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웬트워쓰 라보라토리즈, 인크.
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Abstract

집적 회로 소자들을 전기적으로 테스트하는데 사용되는 타입의 수직 핀 검사 소자(probing device)에 사용되는 프로브 헤드 조립체(66)는 복수의 적층된 금속 층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)로 형성된 금속 스페이서(74, 76)를 갖는다. 적층된 금속층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)들은 36% 니켈-64%철 합금인 인바(Invar)와 같은 열팽창 계수가 낮은 금속으로 형성된다. 적층된 금속 층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)의 금속 입자(grain)가 인접한 박막 층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)의 금속 입자의 배향(orientation)으로부터 오프셋되게 배향하여, 강도 및 편평도가 증가된다.
프로브, 반도체, 열팽창 계수, 니켈 합금, 유전체

Description

니켈 합금 프로브 카드 프레임 층{Nickel alloy probe card frame laminate}
본 발명은 수직 핀 검사 소자(vertical pin probing device)와 같은 반도체 테스트 장치의 작은 직경의 테스트 핀들을 안내하는 하부 다이(die)와 상부 다이의 조합체에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 상부 다이 및 하부 다이는 낮은 열팽창 계수(CTE; coefficient of thermal expansion)의 합금으로 이루어진 복수의 비교적 얇은 금속층을 적층하여 형성된 개구된(apertured) 프레임 부분을 갖는다. 구멍들의 배열(array)을 갖는 낮은 열팽창 계수의 세라믹 삽입물(insert)은 개구(aperture)를 밀봉하고, 작은 직경의 테스트 핀들을 안내한다.
집적회로의 제조 기술은 수 백개 정도의 개개의 집적회로(IC) 칩들이 20.3cm(8 인치) 정도의 직경의 비교적 큰 단일의 실리콘 웨이퍼 상에 포토리소그래피(photolithography)에 의해 형성되는 정도까지 진보되었다. 제조 및 테스트 후에, 개개의 칩들은 개개의 소자들로 조립하기 위해 단일화(singulated)된다. 비교적 큰 실리콘 웨이퍼들을 취급하는 것이 보다 쉽기 때문에, 칩들의 기능 테스트는 바람직하게는 웨이퍼 상의 칩들을 테스트한다. 웨이퍼 상의 칩들을 테스트하는데 여러가지 테스트 장치들을 사용할 수 있다. 웨이퍼 상태의 집적회로들은 검사 소자들을 사용하여 테스트되는데, 검사장치의 프로브들은 전통적으로 외팔보형(cantilevered) 또는 수직형 구조이다. 공지된 타입의 수직 핀 검사 소자에서, 프로브들은 이격된 상부 및 하부 다이들 사이에 있고, 일반적으로 만곡되어 있고 하우징의 하부 다이를 통해 실질적으로 수직으로 돌출하는 직선 부분을 갖는다. 테스트 중인 웨이퍼가 검사 소자와 접촉하도록 들어올려진 다음에 수천 분의 1인치만큼 오버드라이브(overdrive)시킬 때, 프로브는 하우징으로 후퇴하고 프로브의 만곡부가 휘어, 스프링 힘이 발생하여 집적회로 패드와 양호한 전기 접촉을 제공한다.
전통적으로, 프로브 핀들을 안내하는 하우징은 유전체 재료, 종종 미국 델러웨어 윌밍턴 소재의 이.아이. 듀퐁 드 네무어 & 코(E.I. duPont de Nemours & Co)의 상표명인 델린(Delrin®)과 같은 플라스틱으로 만들어진다. 복수의 IC 테스트 규약(protocol)이 두 가지 이상의 온도[예를 들어, 0℃와 135℃(32℉와 275℉)]에서 칩 기능을 테스트하는 것을 포함한다. 플라스틱제 종래의 프로브 하우징은 시험중인 IC 웨이퍼의 실리콘계 물질보다 상당히 큰 열팽창율로 팽창한다. 이 팽창의 차이는 프로브 위치와 IC 패드 위치가 오정렬(mismatch)되게 하며, 이 조건은 만족스러운 전기적 접촉의 실패만이 아니라, IC의 회로 영역에 프로브가 관통하게 되어 IC에 치명적인 손상이 일어나게 할 수 있다.
이러한 문제에 대한 한가지 해결책은 실온에서의 하우징의 프로브들의 피치 치수를 치수적으로 보상하여 특정한 테스트 온도에서 팽창하여 프로브와 패드 위치가 거의 정확하게 정합하도록 하는 것이다. 좁은 범위 내의 온도들을 제외하고는, 이러한 선택조건은 각각의 특정한 온도에 대해 개별적인 프로브 장치를 요구하므로, 프로브 장치에 대한 사용자의 금전적 투자를 크게 증가시킨다.
다른 해결책은 실리콘 웨이퍼의 열팽창 계수와 정합하는 플라스틱 또는 다른 적절한 유전체를 찾는 것이다. 그러나, 지금까지, 가장 실용적으로 선택된 유전체 재료도 실리콘보다 훨씬 높은 팽창율을 갖는다. 플라스틱은 고온 성능이 일반적으로 제한되어, IC의 고온 검사에 대해서는 사용할 수 없다.
발명의 명칭이 "온도 보상형 수직 핀 검사 소자"인 미국 특허 제 6,163,162호는 핀들을 안내하는 하우징 부분들을 낮은 열팽창 계수의 금속[인바(Invar)]으로 형성하는 것을 공개한다. 인바는 임피 에스.에이.(Imphy, S.A.)사의 상표명이다. 인바는 36중량%의 니켈과 64 중량%의 철의 공칭 조성과, 실리콘의 열팽창 계수와 거의 같은 열팽창 계수를 갖는 합금이다.
인바는 전기전도성이다. 하우징이 핀들로부터 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위해, 상기 특허는 중합체(polymer) 또는 세라믹과 같은 유전체로 핀 안내 홈(pin guiding recess)들을 코팅하는 것을 공개한다. 유전체는 코팅 또는 삽입물(insert)로서 홈 안에 배치될 수 있다. 공개된 중합체는 듀퐁사의 상표명인 베스펠(Vespel®)이다. 공개된 세라믹은 미국 뉴욕 코닝 소재의 코닝 글래스 워크스사의 상표명인 매커(macor®)이다. 전형적으로, 유전체가 세라믹이면, 고착방지용 코팅(anti-stick coating)이 세라믹에 도포된다. 적절한 고착방지용 코팅에는 휘트포드 코포레이션이 제조한 실란(XYLAN®)이 공개되어 있다.
명칭이 "온도 보상형 수직 검사 소자"인 미국 특허 제 6,297,657호는 인바 블록을 기계가공한 다이 하우징이 아니라, 인바 박층(foil)으로 구성된 다층이 접착제로 코팅되고 함께 적층되어 다이 하우징을 형성할 수 있음을 공개한다. 이러한 구조는 전기 전도성이고, 핀 안내 홈들이 적절한 유전체로 코팅될 것을 요구한다.
시험 중인 칩 상의 회로 트레이스(circuit trace)들 간의 간격은 수 미크론 정도이다. 그 결과, 프로브 헤드 조립체는 매우 엄격한 공차를 갖는다. 프레임은 매우 편평해야하고 정확하게 기계가공되어야 한다. 이는 0.15mm(0.006인치) 피치로 4000개의 프로브를 유지하기 위해 2.29mm(0.09인치) 정도의 깊이로 기계가공된 포켓들을 더 포함할 수 있는 2.54mm(0.1인치) 정도의 두께를 갖는 큰 인바 프레임에서는 부담이 되는 것으로 알려져 있다. 전통적인 복잡한 공정들과 관련한 시간 및 비용에 부가하여, 얇은 프레임에 걸쳐 다량의 금속을 제거하는 것은 프레임에 응력을 집중시키고 변형시키는 경향이 있어, 마무리된 기계가공 부품의 불량율이 높다.
그러므로, 정밀한 성형, 낮은 불량율, 및 기계가공에 의해 받는 내부응력이 실질적으로 없는 것을 특징으로 하는 비교적 저비용의 프로브 카드 프레임 제조 공정이 필요하다.
본 발명의 상술한 목적, 특징은 하기의 명세서 및 도면으로부터 보다 명확해진다.
도 1은 종래기술로 공지된 수직 핀 검사 소자의 단면도.
도 2는 도 1의 수직 핀 검사 소자의 다이 부분의 확대 단면도.
도 3은 수직 핀 검사 소자에 사용하기 위한 본 발명에 따른 다이의 평면도.
도 4는 도 3의 다이의 단면도.
도 5는 도 3의 다이의 일부분의 확대 단면도.
도 6은 수직 핀 검사 소자에 사용하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다이의 평면도.
도 7은 도 6의 다이의 단면도.
도 8은 도 6의 다이의 일부분의 확대 단면도.
도 9는 종래기술로 공지된 금속 스트립이 비등방성 입자 구조를 어떻게 얻는지를 나타내는 개략도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 구조에 따라 배향된 다이 박층(die lamination layer)들의 사시도.
도 11은 도 6의 다이와 함께 사용하기 위한 다이 프레임의 제조 방법의 블록도.
도 1 및 도 2는 종래기술로 공지된 인쇄회로 기판과 "스페이스 트랜스포머(space transformer)"라 불리는 상호접속 장치와 함께 사용되는 수직 핀 검사 소자를 예시한다. 도 1을 참조하면, 종종 "프로브 카드"라고 불리는 인쇄회로 테스트 기판(10)이 집적회로 테스트 장치(도시되지 않음)에 관해 테스트 회로에 접속된 전도성 트레이스(12; conductive trace)를 포함한다. 실제로는, 트레이스(12)들은 인쇄회로기판 상의 "포고 패드(pogo pad)"들에 통하며, 예정된 시험에서 이 패드들에 외부 테스트 장치 도선들이 접속된다. 집적회로(14) 또는 시험 중인 다른 소자가 가동 척(16; movable chuck) 상에 지지된다. 집적회로(14)는 전형적으로 미국 신시내티 브룩필드 소재의 웬트워쓰 라보라토리즈사가 판매하는 코브라(COBRA®) 프로브와 같은 수직-핀 집적회로 프로브 헤드 조립체(18)에 의해 동시에 검사되는 접촉 패드들의 패턴 또는 매트릭스를 갖는다. 전형적으로, IC는 실리콘 또는 비소 갈륨 웨이퍼 상에 포토리소그래피에 의해 형성되는 회로 특징을 갖는 복수의 칩 중의 하나이다. 테스트 후에, 칩들은 분리되며, 이는 종종 단일화(singulation)라고 한다. 검사 소자(18)는 제 1 구멍 배열을 갖는 제 1 다이(20)와, 스페이서(24)에 의해 이격되고 복수의 수직 핀 프로브(26, 28)를 갖는 제 2 다이(22)를 포함한다. 다이 재료는 전형적으로 델린 아세틸 수지와 같은 플라스틱 절연 재료로 이루어진다.
도 2는 제 2 구멍 배열(23) 중의 하나로부터 돌출하는 프로브 헤드(26b)와 제 1 구멍 배열(21) 중의 하나로부터 돌출하는 프로브 팁(26a; probe tip)을 포함하는 대표적인 프로브(26)를 예시하는 확대 단면도이다. 수직 프로프 핀(26)의 대향 단부를 담고 있는 구멍(21, 23)들은 서로 약간 오프셋되어 있고, 프로프 핀들은 버클링(buckling)을 촉진하기 위해 뱀과 같은 형상으로 만곡되어 있어, 어떠한 작은 수직 불균일도 또는 오정렬에도 불구하고 집적회로 패드(14a)에 실질적으로 균일한 접촉 압력을 생성한다.
도 1을 다시 참조하면, 스페이스 트랜스포머(29)가 장착용 블록(30) 및 그 안에 형성된 오목부(32; well)를 포함한다. 오목부의 바닥에서, 복수의 구멍(34)이 프로브 헤드 조립체(18)의 노출된 헤드(26b)에 의해 형성된 작은 제 1 내부 패턴에 치수적으로 대응하게 배치된다. 프로브 헤드 조립체(18)는 명확성을 위해 스페이스 트랜스포머(29)로부터 분리하여 도시되어 있지만, 실제 작동시에는 나사(도시되지 않음)에 의해 스페이스 트랜스포머에 연결된다.
개개의 절연된 와이어(36)가 일단부 및 다른 단부에서 PCB 트레이스(12)에 접속되고, 와이어는 장착 블록(30)의 구멍(34)으로 연장하여 프로브 헤드 조립체(18)가 스페이스 트랜스포머(29)에 볼트 체결될 때 블록(30)의 아래쪽에서 프로브 헤드(26b)와 전기적으로 접촉하게 된다.
스페이스 트랜스포머(29)는 나사(38)와 같은 수단에 의해 PC 기판에 부착되고, 에폭시 함유 화합물(epoxy potting compound)이 와이어(36)를 움직이지 않게 잡아준다. 프로브 헤드 조립체(18)는 나사(도시되지 않음)에 이해 스페이스 트랜스포머(29) 아래쪽에 부착되어, 프로브 헤드(26b)가 와이어(36)와 전기접촉하게 된다. 집적 회로(14)는 기능 테스트 중에 프로브 팁(26a)과 물리적으로 접촉하는 복수의 이격된 접촉 패드(14a)와 전기 회로를 갖는다. 다이 재료의 열팽창 계수가 실리콘 웨이퍼의 열팽창 계수(약 1.6×10-6 인치/인치/℉, 즉 약 2.8×10-6 m/m/°K)와 실질적으로 상이하지 않다면, 프로브 팁(26a)은 테스트 온도 범위에 걸쳐 접촉 패드(14a)와 유효하게 접촉하지 않을 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 개선된 온도 보상형 수직 핀 프로브 헤드 조립체(40)가 도시되어 있고, 제 1 다이 부재(42)와 제 2 다이 부재(44)를 포함한다. 다이들은 합쳐져 주변 둘레에 적절히 배치된 구멍(46)들을 지나는 나사 또는 다른 체결부재(도시되지 않음)에 의해 장착용 블록(30)에 장착된다. 각각의 제 1 및 제 2 다이 부재(42, 44)는 각각 개구(52, 54)를 갖는 스페이서 부재(48, 50)를 각각 갖는다. 개구(52, 54)는 시험 중의 IC에 일치하는 임의의 적절한 형상일 수 있으며, 전형적으로 직사각형 형상이다. 개구(52, 54)는 각각 얇은 유전체 시트(56, 58)에 의해 밀봉된다.
스페이서 부재(48, 50)는 회로 기판을 구성하는 실리콘의 열팽창 계수와 가능한 가까운 열팽창 계수를 갖는 기판 코어 재료(substrate core material)로 제조된다. 바람직한 재료로는 인바가 있다. 인바는 니켈 36 중량%의 공칭 조성에서 1.0×10-6 인치/인치/℉(1.8×10-6 m/m/°K)의 열팽창 계수를 가지며 이는 실리콘보다 약간 작다. 원한다면 공지된 바와 같이 합금 내의 니켈의 함량을 조정함으로써 열팽창 계수를 실리콘의 열팽창 계수와 정확히 일치하도록 변경할 수 있다(시스코(Sisco), 공학자용 현대 야금학 제 2 판 페이지 299). 실리콘의 열팽창 계수인 약 4×10-6 인치/인치/℉(7×10-6 m/m/°K) 내의 열팽창 계수를 갖는, 낮은 열팽창 계수의 다른 금속 및 합금이 사용될 수도 있다.
유전체 시트(56, 58)는 실리콘의 열팽창 계수인 약 4×10-6 인치/인치/℉(7×10-6 m/m/°K) 내의 열팽창 계수를 갖는 임의의 강성 유전체로 형성되고 테스트 온도 범위에 걸쳐 구조적 무결성을 유지한다. 적절한 재료에는 세라믹과 유리(glass)가 포함되며, 실리콘 질화물 세라믹[열팽창 계수 = 1.7×10-6 인치/인치/℉(3.0×10-6 m/m/°K)]이 가장 바람직하다.
당기술에서 이미 공지된 바와 같이, 프로브 핀(64)들은 각각 제 1 및 제 2 다이 부재(42, 44)의 스페이서 부재(48, 50)에 의해 지지된 유전체 시트(56, 58)의 이격 및 오프셋된 구멍(60, 62)들의 패턴들 사이에서 연장한다. 프로브 핀(64)의 일단부는 프로브 팁(64a)에서 종료하며, 이 팁은 인쇄회로 테스트 기판에 통하는 (도 1의 도면부호 36과 같은) 와이어와 접촉하도록 배치된다. 프로브 핀(64)의 반대쪽 단부는 프로브 팁(64a)에서 종료하고, 이 팁은 테스트 중의 웨이퍼의 검사 중에 공지된 방식으로 구멍(62) 내에서 슬라이딩한다.
도 3의 선 A-A를 따라 취해진 도 4의 단면도를 참조하면, 제 1 유전체 시트(56)의 외면이 스페이서 부재(48)의 제 1 면(65) 상에 장착되어 있고 제 2 유전체 시트(58)가 스페이서 부재(50)의 제 1 면(67) 상에 장착되어 있으며, 두 개의 유전체 시트들이 이격된 관계로 떨어져 유지된다. 제 1 유전체 시트(56)는 레이저 또는 다른 적절한 수단에 의해 예정된 제 1 구멍 패턴으로 드릴링된 복수의 구멍(60)을 포함한다. 제 2 유전체 시트(58)는 그 패턴이 상기 제 1 패턴과 적은 양만큼, 전형적으로 0.51mm(0.02인치) 정도로 오프셋된 것을 제외하고는 동일한 예정된 패턴으로 레이저 또는 다른 적절한 수단에 의해 유사하게 드릴링된 복수의 구멍(62)을 포함한다.
실축척이 아닌 도 5의 확대 단면도를 참조하면, 스페이서 부재(48)의 제 1 면(65) 주변에서 개구(52)가 확대되어 있고 레지(52a; ledge)를 구비하며, 유사한 주변의 레지(54a)가 스페이서 부재(50)의 제 1 면에 구비된다. 제 1 유전체 시트(56)는 비교적 얇고[공칭 0.25mm(0.01인치)], 제 2 유전체 시트는 비교적 얇지만 일반적으로 제 1 시트보다 두껍고, 바람직한 공칭 두께는 약 0.51mm(0.02 인치)이다. 유전체 시트(56, 58)는 개구(52, 54)에 놓여지도록 장착되며, 에폭시와 같은 고강도 강성 접착제 또는 다른 적절한 수단에 의해 각각 레지(52a, 54a)에 접착된다.
본 발명에 따라, 실리콘 질화물 세라믹이 개선된 수직 핀 검사 장치에 사용되는 유전체 시트(56, 58)에 이상적으로 적합하다는 것을 발견하였다. 실리콘 질화물 세라믹은 상승된 온도에서의 높은 기계적 강도, 열충격 저항력, 인성을 제공하고 낮은 저항 계수를 가져, 고착방지용 코팅이 필요없이 프로브 핀이 슬라이딩할 수 있게 한다. 실리콘 질화물 시트는 통상적으로 열간 프레스에 의해 제조되며, 알파와 베타의 2상(phase)의 다결정질 세라믹이다. 이는 1.7×10-6 인치/인치/℉(3.0×10-6 m/m/°K)의 열팽창 계수를 가지며, 이는 실리콘의 열팽창 계수보다 약간 더 크다. 스페이서 부재(48, 50)의 열팽창 계수가 실리콘보다 약간 작고, 실리콘 질화물의 열팽창 계수가 실리콘보다 약간 크기 때문에, 다이 부재에 사용된 두 재료는 상호작용하여 다이 부재의 전체 열팽창 계수가 실리콘 웨이퍼의 열팽창 계수와 매우 근접하게 한다.
본 발명의 다른 실시예가 도 6 내지 도 8에 예시되어 있으며, 이는 각각 도 3 내지 도 5에 대응한다. 중실의 인바(Invar)로 이루어진 스페이서 부재를 사용하는 것보다, 적층된 인바 스페이서가 도 3 내지 도 5에 예시된 타입의 중실 인바 스페이서(48, 50)보다 구성의 용이함 및 성능의 개선의 관점에서 상당한 장점을 제공함을 발견하였다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 다른 온도보상형 수직 핀 프로브 헤드 조립체(66)가 예시되어 있고, 제 1 다이 부재(68)와 제 2 다이 부재(70)를 포함한다. 다이들은 그 주변 둘레에 적절히 배치된 구멍(72)들을 지나가는 나사(도시하지 않음)에 의해 상술한 바와 같이 합쳐진다. 제 1 및 제 2 다이 부재(68, 70)는 각각 개구(78, 80)를 구비하는 제 1 스페이서 부재(74)와, 제 2 스페이서 부재(76)를 각각 포함한다. 각각의 개구(78, 80)는 각각 얇은 유전체 시트(56, 58)에 의해 덮히며, 이는 도 3 내지 도 5와 관련하여 앞서 설명한 것과 동일하다.
스페이서 부재(74, 76)는 인바 박막(Invar foil) 또는 다른 적절한 낮은 열팽창 계수 금속 박막으로부터 화학적으로 에칭하고 접착제로 박층들을 접착하여 제조된다. 제 1 스페이서(74)는 박층(74a 내지 74e)들로 구성되며, 제 2 스페이서(76)는 박층(76a 내지 76e)들로 구성된다. 박층 또는 박막은 적층 구조로 함께 접착된다. 적절한 접착제에는, (미국 미네소타주 미네아폴리스 소재의) 3M사의 구조용 접착제 #2290이 있으며, 이는 분무된 후, 열 및 압력 하에 접착된다. 지지용 구멍(72; support hole)들은 중앙의 구멍 또는 개구가 박층에 에칭될 때 동시에 에칭될 수 있으며, 이는 구성하기 매우 쉽게 하며, 도 3 내지 도 5의 구성과 같이 중실 인바에 구멍을 드릴링할 필요가 없게 한다. 적층된 스페이서(74, 76)를 만드는데 사용되는 인바 박막에 적절한 두께는 10 mil(1mil= 1/1000인치)이다. 스페이서를 만들기 위해 일반적인 용도에서 약 4 내지 6개의 박막을 적층할 필요가 있다.
프로브 핀(64)들은 유전체 시트(56, 58)의 이격 및 오프셋된 패턴의 구멍(60, 62)들 사이에서 연장한다. 프로브 핀(64)의 제 1 단부는 프로브 핀 팁(64a)에서 종료하며, 이는 인쇄 회로 테스트 기판으로 통하는 도면부호 36(도 1)과 같은 와이어와 전기적으로 접속하도록 배치된다. 프로브 핀(64)의 반대쪽 단부는 웨이퍼(14; 도 1)의 검사 중에서 공지된 방식으로 구멍(62) 내에서 슬라이딩하는 프로브 팁(64b)에서 종료한다.
도 6의 선 B-B를 따라 취한 도 7의 단면도를 참조하면, 제 1 유전체 시트(56)는 스페이서 부재(74)의 제 1 측면 상에 장착되고 제 2 유전체 시트(58)는 스페이서 부재(76)의 제 1 측면 상에 장착되어, 두 개의 유전체 시트가 이격된 관계로 떨어져 유지된다. 제 1 및 제 2 유전체 시트(56,58)는 각각 구멍(60, 62)의 패턴을 포함한다. 이 패턴들은 앞서와 같이 유전체 시트(58)의 패턴이 유전체 시트(56)의 패턴으로부터 오프셋된 것을 제외하고는 동일하다.
도 8의 (실축척이 아닌) 확대 단면도를 참조하면, 프로브 조립체의 일부가 예시되어 있다. 최외측 박층(74a)이 에칭되어 아래의 박층(74b 내지 74e)보다 더 큰 구멍을 제공하여, 유전체 시트(56)를 수용하기 위한 주변 리세스(peripheral recess)를 제공한다. 최외측 박층(76a)은 박층(76b 내지 76e)들보다 더 큰 구멍으 로 에칭되어 유전체 시트(58)용 리세스를 제공한다. 도 3 내지 도 5에 사용되는 중실 인바 블록 스페이서를 기계가공하는 것보다 세라믹 시트들을 유지하기 위한 주변 레지들을 형성하기 위한 에칭 공정이 더 쉬운 방법이다. 유전체 시트(56, 58)는 도면부호 82, 84에서 접착제에 의해 리세스 내에 유지된다. 적절한 접착제로는 3M 사의 구조용 접착제#2290 또는 고강도 강성 에폭시가 있다. 바람직한 접착제는, b-스테이지 에폭시(b-staged epoxy)와 같은 자동적으로 평준화되는(self-leveling) 분무식 중합체 접착제이지만, 다른 열 적용 중합체(thermally compliant polymer)가 사용될 수도 있다.
그러므로, 결과적으로 얻어지는 박층은 중실 금속 부품을 기계가공했을 경우에는 얻을 수 없는 기하학적 형상을 얻을 수 있으며, 이는 다른 경우에 다른 방법에 의해 제조된 것에 비해 보다 쉽고 정확하게 얻어진다.
인바 박막의 적층된 인접 층들을 회전 방식으로 정렬하여 개선된 구조적 강도 및 편평도가 얻어진다. 도 9를 참조하면, 박층들로 성형하는 박막(86)의 제조에는 종종 압연기(rolling mill)의 한 쌍의 롤러(90, 92)를 지나가게 하여 금속 제품(88; metal stock)의 두께를 감소시키는 것을 포함한다. 롤러들은 1회 이상의 통과에 의해 박막에 대해 요구되는 두께로 금속 제품의 두께를 감소시킨다. 금속 제품(88)은 모든 축을 따라 실질적으로 동일한 길이인 금속 입자(94)로 이루어진다. 압연시, 입자(96)는 압연 방향의 종축 방향(98)으로 길어진다. 압연 방향에 대해 횡방향(100)의 입자 폭은 실질적으로 불변한다. 결과적으로, 박막은 비등방성 특성을 부여받는 경향이 있으며, 종방향(98)에서 약간 물결모양으로 뒤틀리는 경향 이 있다. 박층들이 각각의 연속적인 층이 동일한 입자 배향(orientation)을 갖도록 적층되면, 뒤틀리는 경향이 불리하게 강화되어 복합 스페이서 부재의 편평도에 영향을 미친다.
연속적인 박층들의 배향을 번갈아 변하게 하면 우수한 편평도 및 강도를 갖는 박막이 된다. 도 10에 예시된 바와 같은 바람직한 배향에서는, 각각의 인접한 층의 배향이 입자 배향 화살표(98, 100)로 예시된 바와 같이 인접층으로부터 90°만큼 오프셋되도록 박층(74a 내지 74d)들을 인접층에 대해 90°만큼 번갈아 회전시키는 것이다. 약 10° 내지 45° 범위로 박층을 번갈아 회전시키는 것과 같은 다른 배향도 허용가능하다. 각각의 박층이 각각의 인접층에 대해 오프셋될 필요는 없고, 하나이상의 박층이 박층들 중의 다른 박층에 대해 오프셋되면 된다.
도 11은 본 발명에 따라 인바 다이를 제조하기 위한 공정 흐름도를 예시한다. 특징부들은 화학적 에칭과 같은 복수의 다이 박층으로 형성된다. 특징부가 적절한 치수를 갖는지 및 박막이 에칭중에 손상되지 않았는지를 확인하기 위해 박막 에칭이 검사된다(102). 절단 등에 의해 제 1 다이 박층이 박막으로부터 제거된다(104). 그 다음에 이러한 제 1 다이 박층이 HFC(불화탄화수소) 용매와 같은 적절한 용매 내에서 탈지된다(degreasing; 106). 에폭시와 같은 접착층이 제 1 다이 박층 상에 분무되고(108), 그 다음에 오븐 내에서 가열에 의해 b-스테이징(staging)이라고 불리는 부분경화된다.
그 다음에, 나머지 다이 박층들이 박막으로부터 분리 및 탈지되고 접착층으로 코팅된다(112). 다이 박층들은 고정구에 조립되어 적합한 정렬을 제공하고, 다이가 열 및 압력하에 적층(116)하여 형성된다(116). 적층된 다이 프레임은 편평도에 대해 검사된다(118). 일반적으로, 0.0002 cm/cm(0.0002 inch per inch) 미만의 편차가 요구된다.
최외측 다이 박층의 주변이 플레이터 테이프(plater's tape)등으로 마스킹되고(120), 레지가 접착제로 분무된다(122). 이러한 접착제는 오븐 내에서 부분 경화되고(124), 실리콘 질화물 시트가 삽입되어 레지에 의해 지지된 개구에 걸쳐진다(126). 조립체는 열에 의해 경화되어 접착제에 의해 시트를 레지에 접합시킨다(128). 구멍 배열이 레이저 드릴링에 의해 시트에 형성된다.
본 발명의 작용은 하기와 같이 설명될 수 있다. 인바 재료가 실리콘의 열팽창 계수보다 약간 작지만, 거의 대등하기 때문에, 인바 다이는 실리콘 웨이퍼의 팽창에 치수적으로 대응하도록 충분히 팽창한다. 그러므로, 유전체 시트 및 구멍들의 중심선의 위치는 실리콘 웨이퍼 상의 접점 패드들에 따라 위치하며, 실리콘 웨이퍼의 팽창 및 수축에 추종한다.
유전체 시트는 실리콘 웨이퍼 및 스페이서 부재보다 약간 더 높은 열팽창 계수를 가지고 그 자신의 중심선 둘레에서 팽창 및 수축할 수 있다. 그러나, 삽입물(insert)들이 접착제에 의해 구속되어 있고 웨이퍼의 평면에 대해 수직 방향으로의 팽창만이 허용되어 있다. 그러므로, 절연된 삽입물들의 열팽창 계수가 실리콘 웨이퍼보다 약간 더 높음에도 불구하고, 넓은 온도 범위에 걸쳐 웨이퍼와 검사 지점들(probe points) 간에 어떠한 뚜렷한 오정렬도 일어나지 않는다. 바람직한 세라믹 재료에 의해 제공되는 윤활성은 프로브 핀들이 고착방지용 코팅없이도 슬라이딩할 수 있게 한다.
본 발명의 양호한 실시예 및 하나의 변형예로 고려되는 것이 설명되었지만, 당업자에게 다른 변경사항이 떠오를 수 있고, 본 발명의 진의 및 범위 내의 이러한 모든 변경사항은 첨부된 청구범위로 보호받기를 요망한다.

Claims (15)

  1. 수직 핀 검사 장치에 사용하기 적합한 프로브 헤드 조립체(66)로서,
    중앙에 배치된 제 1 개구(78)와, 상기 제 1 개구(78)에 걸쳐지며 패턴을 형성하는 제 1 세트의 관통 구멍(60)들을 갖는 제 1 유전체 시트(56)를 갖는, 제 1 스페이서 부재(74)와;
    중앙에 배치된 제 2 개구(80)와, 상기 제 2 개구(80)에 걸쳐지며 상기 제 1 유전체 시트(56)와 실질적으로 평행하고 상기 동일한 패턴을 형성하지만 상기 제 1 세트의 관통 구멍들(60)과의 수직 정렬에서 수평 방향으로 오프셋되는 제 2 세트의 관통 구멍들(62)을 갖는 제 2 유전체 시트(58)를 갖는, 제 2 스페이서 부재(76)를 포함하고;
    상기 제 1 스페이서 부재(74)와 상기 제 2 스페이서 부재(76) 중의 적어도 하나는 함께 적층된 낮은 열팽창 계수의 금속 합금 박막의 복수의 박층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)으로 형성된 복합물(composite)이며, 적어도 제 1 박층(74a,76a)과 제 2 박층(74b 내지 74e, 76b 내지 76e)은 정렬되지 않은 기다란 금속 입자(96)를 갖는 프로브 헤드 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스페이서 부재(74)와 상기 제 2 스페이서 부재 (76) 모두는 함께 적층된 낮은 열팽창 계수의 금속 합금 박막의 복수의 박층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)으로 형성된 복합물이며, 적어도 제 1 박층(74a,76a)과 제 2 박층(74b 내지 74e, 76b 내지 76e)은 정렬되지 않은 기다란 금속 입자(96)를 갖는 프로브 헤드 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 박층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)은 테스트 중의 집적회로 소자의 열팽창 계수 7×10-6 m/m/°K 내의 열팽창 계수를 갖는 프로브 헤드 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유전체 시트(56,58)는 상기 박층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)의 열팽창 계수 7×10-6 m/m/°K 내의 열팽창 계수를 갖는 세라믹인 프로브 헤드 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 박층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)은 인바(Invar)이고, 상기 세라믹 유전체 시트(56,58)는 실리콘 질화물인 프로브 헤드 조립체.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 박층(74a,76a) 각각은 상기 복수의 박층(74b 내지 74e, 76b 내지 76e)의 각각의 인접층으로부터 오프셋된 기다란 금속 입자(96)를 갖는 프로브 헤드 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 박층(74a,76a) 각각은 상기 복수의 박층(74b 내지 74e, 76b 내지 76e)의 각각의 인접층으로부터 90°만큼 오프셋된 기다란 금속 입자(96)를 갖는 프로브 헤드 조립체.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 박층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)은 인바이고, 세라믹 유전체 시트(56,58)는 실리콘 질화물인 프로브 헤드 조립체.
  9. 삭제
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 유전체 시트(56,58)는 세라믹인 프로브 헤드 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 세라믹 유전체 시트(56,58)는 접착제(82,84)에 의해 상기 스페이서 부재(74,76)에 각각 접착되는 프로브 헤드 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 복수의 박층(74a,76a) 각각은 상기 복수의 박층(74b 내지 74e, 76b 내지 76e)의 각각의 인접층으로부터 오프셋된 기다란 금속 입자(96)를 갖는 프로브 헤드 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 박층(74a,76a) 각각은 상기 복수의 박층(74b 내지 74e, 76b 내지 76e)의 각각의 인접층으로부터 90°만큼 오프셋된 기다란 금속 입자(96)를 갖는 프로브 헤드 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 박층(74a 내지 74e, 76a 내지 76e)은 인바이고, 상기 세라믹 유전체 시트(56,58)는 실리콘 질화물인 프로브 헤드 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 스페이서 부재(74,76)는 0.0002 cm/cm 미만의 편평도 편차를 갖는 프로브 헤드 조립체.
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