KR101034325B1 - 반도체 프로브 카드용 프로브 니들 - Google Patents

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Abstract

반도체 제조공정에서 반도체 웨이퍼상 각 칩들의 전기적 특성을 검사하는데 사용되는 반도체 반도체 프로브 카드용 니들에 관한 것으로서, 반도체 웨이퍼상 형성된 각 칩패드에 수직으로 접촉되도록 형성되는 접촉부;와, 상기 접촉부의 상단으로부터 프로브 니들의 길이방향 축(z축)을 따라 탄성을 이루도록 형성되어 니들에 가해지는 응력을 해소시키는 탄성부;와, 상기 탄성부의 상부로부터 상기 회로기판과 접촉되는 연결부;를 포함하며, 상기 탄성부는 상기 프로브 니들 수평면상의 일축(x축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들 수평면상의 일축(x축) 방향으로 굴곡되고, 프로브 니들 수평면상의 타축(y축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들 수평면상의 타축(y축) 방향으로도 굴곡되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 반도체 프로브 장치와 웨이퍼 사이의 전기적 접촉을 원활하도록 할 수 있으며, 반도체 프로브 카드의 프로브 니들이 변형되는 것을 방지하여 반도체 프로브 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
반도체, 프로브 카드, 프로브 니들

Description

반도체 프로브 카드용 프로브 니들{PROBE NEEDLE FOR SEMICONDUCTOR PROBE CARD}
반도체 제조공정에서 반도체 웨이퍼상 각 칩들의 전기적 특성을 검사하는데 사용되는 반도체 프로브 카드용 니들에 관한 것으로서, 본 프로브 카드용 니들의 탄성부를 프로브 니들의 접촉부 상단으로부터 프로브 니들 수평면상의 두 축에 대하여 소정의 곡률반경을 이루면서 굴곡되어 프로브 니들의 수직방향으로 형성된 반도체 프로브 카드용 니들에 관한 것이다.
반도체 칩은 웨이퍼를 형성하는 공정에서부터 형성된 웨이퍼를 검사하고 다이(die)를 보호하기 위한 패키징(packaging)에 이르기까지 여러 공정을 거치면서 제작된다. 특히, 검사공정은 웨이퍼를 구성하는 반도체 칩의 전기적 특성을 검사하기 위한 이른바, 전기적 다이 분류(EDS: Electrical Die Sorting) 검사로서 불량 반도체 칩을 가려낸다는 점에서 반드시 시행해야 하는 아주 중요한 공정이다.
이러한, 검사공정은 반도체 검사용 프로브 창치(Probe device)를 사용하여 이루어진다. 이러한 프로브 장치는 각종 측정기기들이 내장된 테스터와, 테스터와 반도체를 전기적으로 연결시켜 주는 프로브 카드를 갖추고 있다. 특히, 프로브 카드는 웨이퍼의 칩패드와 직접 접촉하여 칩패드에 전기적 신호를 인가하는 역할을 한다.
일반적으로 프로브 카드는 회로기판과, 상기 회로기판에 하부에 구비되는 다수의 프로브 니들과, 본 회로기판 및 프로브 니들을 고정하는 하우징으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 상기 프로브 카드는 웨이퍼 프로빙 검사장치에 구비되고, 프로브 카드의 직하방에 안착된 웨이퍼를 구성하는 칩의 칩패드가 상하 왕복운동에 의하여 상기 프로브 니들에 접촉됨으로써, 상기 칩의 불량여부를 검사하게 된다.
이러한 검사 과정에서 프로브 니들은 접촉부가 상기 칩패드와의 접촉시 발생되는 하중으로 인한 충격으로 칩패드의 파손이 발생하며, 이로 인한 반도체 웨이퍼의 수율이 저하되는 문제점이 있었다.
도 1은 종래의 프로브 카드에 구비되는 프로브 카드용 니들을 나타낸 도면이다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 프로브 니들(100)은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 프로브 니들 접촉부(101) 상부에 하중에 의한 충격을 어느 정도 흡수할 수 있는 프로브 니들의 수직축과 직교하는 수평축에 대하여 굴곡을 이루는 형상인 갈고리(Hook) 형상의 탄성부(105)를 구비하게 되었다.
그러나, 상기 종래의 프로브 니들은 접촉에 의한 하중은 어느 정도 흡수하지만, 응력의 분산이 원활하지 못하여 접촉부(101)가 반복되는 칩패드와의 반복되는 접촉에 의해 프로브 니들(100)이 점차적으로 변형되어 전극 패드의 중심부에 안정 적으로 접촉되지 못함으로 인해 프로브 니들(100)의 교체 시간이 빨리 도래되는 문제점과 아울러 사용중 계속되는 접촉부(101)가의 변형으로 반도체 웨이퍼의 수율 관리에 상당한 악영향을 주고, 그에 따라 생산성을 크게 저하시키는 문제점을 갖게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 프로브 카드용 니들은 프로브 니들의 탄성부를 프로브 니들의 접촉부 상단으로부터 프로브 니들 수평면상의 두 축에 대하여 소정의 곡률반경을 이루면서 프로브 니들의 수직방향으로 형성되도록 구현함으로써, 프로브 니들에 가해지는 접촉에 의한 하중의 분산을 원활하도록 할 수 있으며, 반도체 프로브 카드의 프로브 니들이 변형되는 것을 방지하여 반도체 프로브 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 반도체 프로브 카드를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징 내부에 회로기판과 프로브 니들이 안착되어 반도체 제조공정에서 반도체 웨이퍼상 각 칩들의 전기적 특성을 검사하는데 사용되는 반도체 프로브 카드에 사용되는 프로브 니들에 있어서, 상기 프로브 니들은 상기 반도체 웨이퍼상 형성된 각 칩패드에 수직으로 접촉되도록 형성되는 접촉부;와, 상기 접촉부의 상단으로부터 프로브 니들의 길이방향 축(z축)을 따라 탄성을 이루도록 형성되어 니들에 가해지는 응력을 해소시키는 탄성부;와, 상 기 탄성부의 상부로부터 상기 회로기판과 접촉되는 연결부;를 포함하며, 상기 탄성부는 상기 프로브 니들 수평면상의 일축(x축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들 수평면상의 일축(x축) 방향으로 굴곡되고, 프로브 니들 수평면상의 타축(y축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들 수평면상의 타축(y축) 방향으로도 굴곡되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 니들에 의해 달성된다.
여기서, 상기 탄성부는 상기 프로브 니들의 수평면상의 일축(x축) 방향으로는 동일한 곡률반경을 이루며 길이방향 축(z축)을 따라 굴곡 형성되고, 상기 프로브 니들의 수평면상의 타축(y축) 방향으로는 상기 프로브 니들의 길이방향 축(z축)의 각 지점의 곡률반경이 동일하지 않게 굴곡 형성될 수 있다.
여기서, 상기 프로브 니들은 재질이 니켈(Nickel), 코발트(Cobalt), 로디움(Rhodium) 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
또한, 상기 프로브 니들은 응력이 2.7MPa 내지 540MPa 범위로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 탄성부는 곡률반경이 0.32mm 내지 10.49mm 범위로 형성될 수 있다.
또한, 접촉부는 말단부의 형상이 구형으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 연결부는 측면에 십자(+)형상의 제1고정돌기가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 접촉부는 측면에 십자(+)형상의 제2고정돌기가 형성될 수 있다.
따라서, 프로브 니들에 가해지는 접촉에 의한 하중의 분산을 원활하도록 할 수 있으며, 반도체 프로브 장치의 프로브 니들이 파손되는 것을 방지하여 반도체 프로브 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 뿐만 아니라 도면에 도시된 형상 및 구성은 본 발명의 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 프로브 카드용 니들이 포함된 반도체 프로브 카드의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 프로브 카드용 니들이 장착된 프로브 카드는 회로기판(30) 및 프로브 니들(10)을 고정하는 하우징(20)과, 웨이퍼(40)에 구성된 칩패드(45)가 정상적인지를 검사하는 회로가 증착된 회로기판(30)이 하우징(20) 의 상측부에 위치하며, 하우징(20) 내부에는 회로기판(30)의 하부면과 전기접촉되며, 웨이퍼(40)의 칩패드(45)와 접촉 대응되는 다수의 프로브 니들(10)이 등간격을 이루며 수직으로 배열된다.
상기 프로브 카드는 상기와 같이 프로브 니들(10)을 수직으로 배열되도록 하여, 프로브 카드의 직하방에 안착된 웨이퍼(40)에 구성된 칩패드(45)에 상하 왕복운동에 의하여 상기 프로브 니들(10)을 접촉함으로써, 상기 칩의 불량여부를 검사하게 된다.
여기서, 상기 하우징(20)은 상부에 상기 회로기판(30)이 안착되는 공간이 형성되어 있으며, 내부에는 다수의 프로브 니들(10)이 수직 배열되는 통공이 형성된다.
상기 하우징(20)의 중앙 하부에는 상기 프로브 니들(10)의 탄성부(15)가 작용하기 용이한 공간이 마련되도록 구성된다.
또한, 상기 회로기판(30)은 판면에 다수의 칩들이 장착되고 이들 칩들이 판면에 형성된 연결용 버스에 의해 연결되어 웨이퍼(40)의 칩패드(45)에서 전송된 전기적 신호 등이 버스를 통해 각 칩들로 전송될 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 프로브 카드용 니들의 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 반도체 프로브 카드용 니들의 정면도와 측면도 및 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 프로브 니들(10)은 접촉부(11)와 탄성부(15)와 연결부(17)로 구성된다.
상기 프로브 니들(10)은 하부 일측에 상기 웨이퍼(40)에 증착된 칩패드(45) 와 접촉을 하는 접촉부(11)가 형성되고, 접촉부(11)에 상측으로 연장하여 프로브 니들(10)에 가해지는 하중을 흡수하는 탄성부(15)가 위치하며, 탄성부(15) 상측으로 상기 회로기판(30)과 접촉하는 연결부(17)가 일체 성형되도록 형성된다.
여기서, 상기 프로브 니들(10)은 검사 대상인 웨이퍼(40)의 칩패드(45)에 직접 접촉하여 마이크로 칩으로 전류가 전도되기 용이한 전도성 재질로 마련된다.
따라서, 상기 프로브 니들(10)은 다양한 전도성 재질로 마련될 수 있으나, 도전성이 우수하고 상기 칩패드(45)와의 접촉시 발생되는 하중을 견딜 수 있는 강도의 재질인 로이움(Rhodium) 등의 강도를 높이기 위한 열처리가 가능한 재질을 사용한다.
연결부(17)는 상기 프로브 니들(10)에서 상기 하우징(20)의 상부에 안착되어 상기 회로기판(30)과 접촉되는 부분으로 측면에 상기 하우징(20)과의 고정이 용이하도록 하기 위한 제1고정돌기(18)가 형성된다.
여기서, 상기 제1고정돌기(18)는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 프로브 니들(10)에 가해지는 하중을 분산시키기 용이한 형상인 십자(+)형상으로 형성되도록 할 수 있다.
또한, 상기 하우징(20)은 상기 프로브 니들(10)의 연결부(17)가 안착되는 부분에 상기 제1고정돌기(18)의 형상과 대응되는 형상의 몰드가 형성되도록 할 수 있다.
접촉부(11)는 하측 말단이 상기 칩패드(45)와 직접 접촉하여 칩패드(45)로 전류가 전도되는 부재로, 접촉부(11)의 하측에는 칩패드(45)와의 접촉이 용이한 형 상인 원기둥 형상으로 형성된다.
여기서, 상기 접촉부(11)는 상기 칩패드(45)와 접촉시 칩패드(45)에 흡집이 나는 것을 방지하며 칩패드(45)와의 접촉이 용이하도록 하기 위하여, 접촉부(11)의 말단부 형상을 구형으로 형성되도록 한다.
상기 접촉부(11)의 상측에는 접촉부(11)의 하부에서 발생되는 축방향 응력을 해소시키기 위하여 하부의 단면적보다 다소 큰 단면적을 가지도록 형성되며, 측면에는 상기 하우징(20)과의 고정을 용이하게 하는 제2고정돌기(19)가 형성된다.
여기서, 상기 제2고정돌기(19)는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 프로브 니들(10)에 가해지는 하중을 분산시키기 용이한 형상인 십자(+)형상으로 형성되도록 할 수 있다.
또한, 상기 하우징(20)은 상기 프로브 니들(10)의 접촉부(11)가 안착되는 부분에 상기 제2고정돌기(19)의 형상과 대응되는 형상의 몰드가 형성되도록 할 수 있다.
상기 접촉부(11)의 상측부에는 이와 연장되며 동일한 가진 탄성부(15)가 접촉부(11)와 일체로 형성된다.
상기 탄성부(15)는 선재를 프로브 니들(10)의 수평방향으로 곡률반경을 이루는 파형으로 굴곡되도록 형성하여, 탄성 변형되도록 구성되어서, 상기 접촉부(11)에서 발생되는 축방향 응력을 해소시켜 준다.
종래의 프로브 니들(100)에 형성된 탄성부(105)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 프로브 니들(100)의 수평면상 대하여 횡축(x축)방향으로만 굴곡되도록 형성되 어 있어서, 종축(y축)방향으로는 응력의 분산이 용이하지 못하다.
반면에, 본 발명에 따른 프로프 장치용 프로브 니들(10)은 종축(y축)방향에도 굴곡되도록 형성함으로써, 고르게 응력을 분산할 수 있도록 형성된다.
즉, 상기 탄성부(15)는 접촉부(11)의 상단으로부터 프로브 니들(10) 수평면상의 두 축(x-y축)에 대하여 소정의 곡률반경을 이루는 형상으로 프로브 니들(10)의 길이(z축)방향을 향해 형성됨으로써, 상기 접촉부(11)에 가해지는 수직압력에 의해 가해지는 응력을 프로브 니들(10)의 수평면상에 대하여 고르게 분산시킬 수 있다.
즉, 상기 탄성부(15)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프로브 니들(10) 수평면상의 일축(x축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들(10) 수평면상의 일축(x축) 방향으로 굴곡되고, 프로브 니들(10) 수평면상의 타축(y축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들(10) 수평면상의 타축(y축) 방향으로도 굴곡되도록 형성된다.
여기서, 상기 탄성부(15)는 상기 프로브 니들(10)의 수평면상의 일축(x축) 방향으로는 동일한 곡률반경을 이루며 길이방향 축(z축)을 따라 굴곡 형성되고, 상기 프로브 니들(10)의 수평면상의 타축(y축) 방향으로는 상기 프로브 니들(10)의 길이방향 축(z축)의 각 지점의 곡률반경이 동일하지 않게 굴곡 형성된다.
여기서, 상기 탄성부(15)에 형성되는 곡률반경은 상기 접촉부(11)에 가해지는 수직압력을 견딜 수 있는 상기 프로브 니들(10)의 응력 범위에 따라 결정된다.
만일, 상기 프로브 니들(10)에 가해지는 응력이 800MPa 이하인 경우에는 상 기 프로브 니들(10)에 가해지는 수직압력에 의한 하중을 견디지 못하여 프로브 니들(10)이 변형될 수 있다.
또한, 상기 프로브 니들(10)에 가해지는 응력이 800MPa 이상인 경우에는 상기 프로브 니들(10)의 강성 때문에 탄성부(15)의 탄성기능이 약화되어 프로브 니들(10)에 가해지는 하중 분산이 제대로 이루어지지 못한다.
따라서, 상기 프로브 니들(10)의 응력은 2.7 ~ 540MPa 범위로 형성되는 것이 바람직하며,
또한, 상기 탄성부(15)는 니켈(Nickel), 코발트(Cobalt), 로디움(Rhodium)과 같은 재질로 마련된 경우, 상기 프로브 니들(10)에 가해지는 하중 분산을 위한 탄성과 프로브 니들(10)의 변형한계치를 고려하여, 상기 응력 범위에 따라 곡률반경은 0.32mm ~ 10.49mm 범위로 형성될 수 있다.
도 1은 종래의 반도체 프로브 카드용 니들의 정면도 및 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 프로브 카드용 니들이 포함된 반도체 프로브 카드의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 반도체 프로브 카드용 니들의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 반도체 프로브 카드용 니들의 정면도와 측면도 및 평면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 프로브 니들 11 : 접촉부
15 : 탄성부 17 : 연결부
18 : 제1고정돌기 19 : 제2고정돌기
20 : 하우징 30 : 회로기판
40 : 웨이퍼 45 : 칩패드
100 : 프로브 니들 101 : 접촉부
105 : 탄성부

Claims (8)

  1. 하우징 내부에 회로기판과 프로브 니들이 안착되어 반도체 제조공정에서 반도체 웨이퍼상 각 칩들의 전기적 특성을 검사하는데 사용되는 반도체 프로브 카드에 사용되는 프로브 니들에 있어서,
    상기 프로브 니들은 상기 반도체 웨이퍼상 형성된 각 칩패드에 수직으로 접촉되도록 형성되는 접촉부;와
    상기 접촉부의 상단으로부터 프로브 니들의 길이방향 축(z축)을 따라 탄성을 이루도록 형성되어 니들에 가해지는 응력을 해소시키는 탄성부;와
    상기 탄성부의 상부로부터 상기 회로기판과 접촉되는 연결부;를 포함하며,
    상기 탄성부는 프로브 니들 수평면상의 일축(x축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들 수평면상의 일축(x축) 방향으로 굴곡되고, 프로브 니들 수평면상의 타축(y축)과 길이방향 축(z축)에 의해 이루어지는 평면상에서 프로브 니들 수평면상의 타축(y축) 방향으로도 굴곡되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 프로브 니들의 수평면상의 일축(x축) 방향으로는 동일한 곡률반경을 이루며 길이방향 축(z축)을 따라 굴곡 형성되고, 상기 프로브 니들의 수평면상의 타축(y축) 방향으로는 상기 프로브 니들의 길이방향 축(z축) 각 지점의 곡률반경이 동일하지 않게 굴곡 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로브 니들은 재질이 니켈(Nickel), 코발트(Cobalt), 로디움(Rhodium) 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로브 니들은 응력이 2.7 MPa 내지 540 MPa 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄성부는 곡률반경이 0.32mm 내지 10.49mm 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    접촉부는 말단부의 형상이 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결부는 측면에 십자(+)형상의 제1고정돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접촉부는 측면에 십자(+)형상의 제2고정돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 프로브 카드용 프로브 니들.
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