KR101138217B1 - 포토-디파인드 마이크로 전기 접점을 형성하기 위한 방법 - Google Patents

포토-디파인드 마이크로 전기 접점을 형성하기 위한 방법 Download PDF

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찰스 엘. 바르토
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웬트워쓰 라보라토리즈, 인크.
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Abstract

반도체 집적 회로를 시험하기 위한 프로브 시험 헤드의 제조 방법은, 하나 이상의 마스크들(73)로서 복수의 프로브들(81)의 형상들을 규정하는 단계; 마스크(73)를 이용하여 복수의 프로브들을 제조하는 단계; 및 제 1 다이(42)와 제 2 다이(44) 내의 대응하는 홀들을 통해 복수의 프로브들(81)을 배치하는 단계를 포함한다. 복수의 프로브들(81)을 제조하는 단계는 광-에칭 및 포토-디파인드 전기 주조 중 하나를 포함할 수 있다.
프로브 시험, 마스크, 다이, 반도체 집적 회로, 전기 주조

Description

포토-디파인드 마이크로 전기 접점을 형성하기 위한 방법{METHOD FOR FORMING PHOTO-DEFINED MICRO ELECTRICAL CONTACTS}
본 발명은 반도체 칩들을 시험하는데 사용하기 위한 소형 마이크로 프로브들(micro probes) 또는 전기 접점의 제조 방법에 관한 것이다.
전기 연속성을 위해 프로브 카드들을 시험하는 분야에서는, 필요한 크기 및 스프링력을 제공하도록 미세 와이어로 된 직선형 피스를 원하는 형태로 기계적으로 형성하여 제조된 프로브들을 이용하여 그러한 시험을 수행하는 것이 알려져 있다. 도 1 내지 도 3은 미국 코네티컷주 브루크필드 소재의 Wentworth Laboratories사에 의해 생산되는 종래의 "Cobra™" 프로브 시험 헤드를 도시하고 있다. 그러한 프로브 헤드들은 대향하는 제 1(상부) 다이(42)와 제 2(하부) 다이(44) 사이에 유지되는 프로브들(64)의 어레이로 이루어진다. 각 프로브는 대향하는 상단부 및 하단부를 갖는다. 상부 및 하부 다이(42, 44)는 본 명세서에서 하부 다이 홀 패턴과 상부 다이 홀 패턴이라 지시되는 집적 회로 접촉 패드 간격의 간격에 대응하는 소정 패턴의 홀들을 포함한다. 프로브들 각각의 상단부는 상부 다이 홀 패턴에 의해 유지되고, 프로브들 각각의 하단부는 하부 다이 홀 패턴을 통과하여 하부 다이(44)를 지나서 연장되어 프로브 팁에서 종결된다. 도 13을 참조하면, 추가로 포함하는 장착 필름(1301)이 도시되어 있다. 장착 필름(1301)은 통상적으로 마일라(mylar)와 같은 적절한 폴리머 유전체로 형성되어 에칭 처리된 프로브들(81)을 적소에 유지한다. Cobra™형 프로브들의 경우에, 하부 다이 홀 패턴은 상부 다이(42)의 패턴으로부터 오프셋되고, 이 오프셋은 프로브 내에 형성되어 프로브가 스프링과 같이 작용한다. 도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 시험 헤드가 시험 대상 웨이퍼와 접촉하게 되면, 프로브의 상단부는 전적으로 고정 상태를 유지하는 반면에, 하단부는 시험 헤드의 바디 내로 압축된다. 이 컴플라이언스(compliance)는 프로브 길이, 헤드 평탄도 및 웨이퍼 지형도(topography)에 있어서 변형을 가능하게 한다. 프로브는 원하는 프로브의 형태 및 두께를 만들도록 직선형 와이어를 스웨이징(swaging) 또는 스탬핑(stamping)함으로써 형성되는 것이 일반적이다. 이 스웨이징 공정은 프로브 중앙의 만곡부를 평탄하게 하고 넓힘으로써, 프로브 편향의 밀(mil) 당 원하는 힘을 달성한다.
스웨이징된 영역(swaged area)의 하단부 및 상단부는 또한 프로브가 다이들을 통해 너무 멀리 연장되는 것을 방지한다. 종래의 프로브 제조 공정에 있어서, 프로브들은 와이어, 통상 베릴륨-구리 합금(beryllium-copper alloy)의 직선형 피스로부터 형성된다. 각 프로브 크기 및 디자인에 대해 맞춤식 툴링(tooling)이 이용된다. 툴링은 와이어의 중앙부를 스탬핑하여 형성함으로써 원하는 형태 및 두께를 달성하여, 원하는 스프링 레이트를 발생시킨다.
도 9를 참조하면, 프로브들을 제조하기 위해 종래 기술에 사용되는 와이어를 나타내는 횡단면이 도시되어 있다. 횡단면(90)은 거의 원형 형태인 사전-스탬핑된 와이어를 나타낸다. 횡단면(91)은 거의 타원형 형태인 스탬핑 및 툴링된 와이어를 나타낸다. 횡단면(90)과 횡단면(91) 양자의 횡단면적은 거의 동일하다. 횡단면(91)을 참조하면, 프로브를 형성하는 스탬핑된 와이어는 대략 7 mils(1 mil은 0.001 인치이다)의 폭(95)과 대략 1.8 mils의 높이(97)를 갖는다. 프로브 헤드 형태로 조립될 때에, 프로브 헤드에 이용되는 복수의 프로브들 사이에 적어도 1 mil의 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 대략 7 mils이고 1 mil의 간격을 필요로 하는 폭(95) 때문에, 프로브 헤드에 배치되는 종래의 프로브들은 매 8 mils마다 하나의 프로브가 간격을 두고 있다. 이어서, 와이어는 소정 길이로 절단되고 원하는 프로브 팁의 기하학적 형상은 프로브의 단부에 근거를 둔다. 최종 프로브의 전체 길이의 공차는 +/- 0.002 인치이다. 적절한 시험을 위한 프로브들 간의 편차가 너무 크기 때문에, 프로브들은 프로브 헤드로 조립되고 프로브들의 전체 어레이는 보다 균일한 프로브 길이를 달성하도록 겹쳐진다.
도 8을 참조하면, 당업계에 알려진 표준 프로브(83)와 본 발명의 에칭 처리된 프로브(81)가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 프로브의 기본 구성요소들이 도시되어 있다. 프로브 베이스(5001)는 비교적 짧고 프로브 샤프트(5003)에 연결되는 직선형 확장부이다. 프로브 샤프트(5003)는 프로브 단부(5005)에서 종결되는 프로브(81, 83)의 완만하게 만곡된 확장부이다. 동작시에, 프로브 단부(5005)가 시험 대상 회로에 접촉하게 된다.
프로브들을 형성하는데 이용되는 종래의 스탬핑 공정은 피로 수명을 감축시킬 수 있는 잔류 응력을 흔히 프로브들에 생기게 할 수 있다. 이 잔류 응력은 경시적으로 변할 수 있기 때문에, 프로브 강성(probe stiffness)에 변화가 일어날 수도 있다. 또한, 프로브들의 요건 변화들은 리툴링(retooling)을 필요로 한다. 그러한 리툴링은 그러한 형태로 제조되는 프로브들에 대한 비용을 증대시키고, 그러한 프로브들을 입수할 수 있기 전까지 상당한 리드 타임을 필요로 한다. 프로브들의 구조는 그들이 생성되는 기계적 수단에 긴밀하게 결부되기 때문에, 기계적인 방식으로 형성된 프로브들은 재설계하는 데에 더욱 어려운 경우도 있다.
따라서, 기계적 형성으로 인해 발생하는 문제점들을 회피하는 그러한 프로브들을 제조하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 시간이 길어지게 하는 리툴링 공정 없이, 상이한 구조들의 프로브들의 생산을 실질적으로 보정할 수 있는 방법에 대한 필요성 또한 존재한다.
본 발명의 한가지 양태는, 하나 이상의 마스크들(masks)로서 복수의 프로브들의 형태들을 형성하는 단계와, 금속 포일의 대향하는 제 1 및 제 2 측면들에 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 단계와, 금속 포일의 대향하는 제 1 및 제 2 측면들 상에서 마스크들을 서로 중첩하는 단계와, 포토레지스트를 마스크들 각각을 통과한 광에 노출시키는 단계와, 포토레지스트를 현상하는 단계와, 금속 포일의 일부를 노출시키기 위해 포토레지스트의 일부를 제거하는 단계와, 복수의 프로브들을 제조하기 위해 노출된 부분을 제거하도록 금속 포일의 표면에 에칭 장비(etcher)를 적용하는 단계를 포함하는 복수의 마이크로 프로브들의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태는, 마스크로서 복수의 프로브들의 형태들을 형성하는 단계와, 제 1 금속 재료의 측면에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 마스크를 상기 제 1 금속 재료의 측면 상에 중첩하는 단계와, 상기 포토레지스트를 상기 마스크를 통과한 광에 노출시키는 단계와, 상기 포토레지스트를 현상하는 단계와, 제 1 금속 재료의 일부를 노출시키기 위해 상기 포토레지스트의 일부를 제거하는 단계와, 상기 제 1 금속 재료의 상기 노출된 부분들 상에 제 2 금속 재료를 전기 주조하는 단계(electroforming)와, 복수의 프로브들을 제조하기 위해 상기 제 2 금속 재료를 제거하는 단계를 포함하는 복수의 마이크로 프로브들의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 전술한 방법에 따라 제조된 마이크로 프로브에 관한 것으로서, 상기 마이크로 프로브는, 복수의 에지들에 의해 경계를 이룬 거의 균일한 두께를 갖고 평면에서 실질적으로 직선 길이로 연장하는 프로브 베이스와, 상기 프로브 베이스에 연결되는 프로브 샤프트로서, 일반적으로 균일한 두께를 갖고 복수의 에지들에 의해 경계를 이루며 상기 평면 내에서 만곡된 확장부를 따라 연장되는 프로브 샤프트와, 상기 프로브 샤프트에 연결되는 프로브 단부로서, 일반적으로 균일한 두께를 갖고 복수의 에지들에 의해 경계를 이루며 상기 평면 내에서 실질적으로 직선 거리를 연장하며, 상기 직선 거리는 상기 직선 길이에 대략 평행한 프로브 단부와, 상기 프로브 베이스, 프로브 샤프트 및 프로브 단부의 에지들을 포함하는 주변부 둘레에서 실질적으로 연장되는 파형체(scallop)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 대향하는 제 1 및 제 2 평면들을 포함하는 제 1 다이로서, 상기 제 1 및 제 2 평면들 양자에 대해 수직인 방향으로 제 1 다이를 통해 연장되는 소정 패턴의 다이 홀들을 더 포함하는 제 1 다이와, 대향하는 제 3 및 제 4 평면들을 포함하는 제 2 다이로서, 상기 제 1 다이 홀들의 패턴에 대응하는 소정 패턴의 제 2 다이 홀들을 더 포함하고, 상기 제 2 다이 홀들은 제 2 다이 홀들이 실질적으로 균일한 방향으로 제 1 다이 홀들로부터 오프셋되도록 상기 제 3 평면이 제 2 평면과 면접촉하는 상태로 배치되는 방향에서 제 2 다이를 통해 연장하는 제 2 다이와, 복수의 프로브들로서, 프로브들 각각은 상기 제 1 다이 홀들 중 하나와 상기 제 2 다이 홀들 중 하나를 통해 연장되고 에칭에 의해 형성되고 표면 처리된 동일한 면적을 갖는 복수의 프로브들을 포함하는 프로브 시험 헤드에 관한 것이다.
도 1은 당업계에 공지된 프로브 시험 헤드의 사시도.
도 2는 당업계에 공지된 프로브 시험 헤드의 횡단면의 사시도.
도 3은 당업계에 공지된 프로브 시험 헤드 일부의 횡단면도.
도 4는 본 발명의 프로브의 정면도.
도 5는 본 발명의 프로브의 측면도.
도 6은 본 발명의 프로브의 등척도.
도 7은 본 발명의 마스크의 사진.
도 8은 당업계에 공지된 표준 프로브와 본 발명의 포토-디파인드 프로브의 사진.
도 9는 기계 가공 전후에 당업계에 공지된 프로브의 횡단면도.
도 10은 에칭 이후의 본 발명의 프로브의 횡단면도.
도 11은 본 발명의 프로브의 팁의 사시도.
도 12는 에칭 이전의 본 발명의 마스크, 포토레지스트 및 평탄한 원료의 형 태를 보여주는 사시도.
도 13은 본 발명의 프로브 시험 헤드 일부의 횡단면도.
본 발명은 프로브들의 제조 가격을 낮추면서 균일성을 향상시키는 방식으로 프로브들을 제조하는 방법에 관한 것이다. 프로브들은 프로브들이 포토-디파인드되는 공정을 이용하여 제조된다. "포토-디파인드(photo-defined)"라 함은 프로브의 원하는 형태를 먼저 그래픽 형태의 이미지로서 특정하고, 그 이미지를 이용하여 원하는 프로브 프로파일의 반복 패턴을 갖는 마스크를 제조하는 것을 의미한다. 이어서, 마스크는 당업계에서 일반적으로 행해지는 기계적인 스탬핑 공정이 아니라 광 에칭(photo-etching) 또는 포토-디파인드 전기 주조 공정으로 포토레지스트와 함께 이용된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 포토-디파인드 프로브(81)가 도시되어 있다. 프로브의 원하는 형태는 먼저 그래픽 형태의 이미지로서 특정되고, 이 이미지를 이용하여 원하는 프로브 프로파일의 반복 패턴을 갖는 유리 마스크를 제조한다. 도 7은 그러한 마스크(73)의 샘플을 도시한다. 마스크(73)는 복수의 프로브 형태(72)와 어두운 공간(71)으로 구성된다. 프로브 형태(72)는 본 발명의 포토-디파인드 프로브에 대응하는 영역을 형성하고 광이 실질적으로 방해받지 않는 상태로 프로브 형태(72)를 통과하게 하도록 구성된다. 어두운 공간(71)은 전적으로 프로브 형태(72) 사이에서 연장하여 마스크(73) 상에서 각각의 다른 프로브 형태(72)로부터 하나의 형태(72)를 실질적으로 구별하는 역할을 한다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 마스크(73)는 프로브(81)가 얇은 금속의 평탄한 원료, 통상적으로 베릴륨-구리 합금으로부터 에칭 처리되는 공정에 이용된다. 본 발명의 제 2 실시예에서, 스테인레스강 맨드릴(mandrel)이 마스크(73)를 이용하여 형성되고, 이어서 프로브(81)는 맨드릴 상에서 통상적으로 니켈 또는 니켈-코발트 합금의 얇은 금속으로부터 전기 주조된다.
제 1 실시예-에칭 처리된 프로브
도 12를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예의 에칭 처리된 프로브를 제조하도록 채용된 프로브 구성(1205)이 도시되어 있다. 평탄한 원료(flat stock)(1201)는 대향하는 평면을 갖는 얇은 금속의 전적으로 평탄한 시트이다. 평탄한 원료(1201)는 최종 프로브의 원하는 폭에 대응하는 폭을 갖는다. 평탄한 원료(1201)의 바람직한 폭은 대략 3 mils이다.
이어서, 평탄한 원료(1201)의 대향하는 양 평면에 포토레지스트(1001)가 도포된다. 다음에, 평탄한 원료(1201)의 대향 측면에 2개의 동일한 마스크(73)가 고착되는데, 각 마스크(73)의 일면은 평탄한 원료(1201)의 단일면을 덮는 포토레지스트(1001)와 접촉한다. 2개의 마스크(73)는 다른 마스크(73)의 동일한 특징에 대응하는 어느 한쪽 마스크(73)의 임의의 한 특징이 평탄한 원료(1201)의 평면의 확장부에 수직인 축선을 가로질러 정확하게 정렬된다. 이어서, 각 마스크(73)에는 각 마스크(73)와 평탄한 원료(1201) 사이에 배치되는 포토레지스트(1001)를 노출시키는데 효과적인 광이 인가된다. 다음에, 양 마스크(73)는 프로브 구성(1205)으로부터 분리된다. 광에 대한 포토레지스트(1001)의 노출 후에, 포토레지스트(1001)를 현상하고 세척한다. 세척의 결과로서, 마스크(73) 상의 프로브 형태(72)에 대응하는 노출된 포토레지스트(1001)는 평탄한 원료(1201)에 도포된 상태를 유지하지만, 어두운 공간(71)에 대응하는 포토레지스트(1001)의 노출되지 않은 부분은 세척되어 평탄한 원료(1201)와 접촉하지 않게 된다.
평탄한 원료(1201)의 양 표면에 대해 에칭 장비(etcher)를 거의 동시에 적용한다. 에칭 장비는 평탄한 원료(1201)의 평탄한 확장부에 대해 수직인 축선을 따라 평탄한 원료(1201)의 외표면으로부터 연장하는 방향으로 평탄한 원료(1201)를 용해하기 시작하여 대향하는 각 평면으로부터 평탄한 원료(1201)로 지향된다. 금속 기판을 용해하기 위하여 금속 기판에 고정된 포토레지스트에 대해 에칭 장비를 적용하는 한가지 특질은 언더커팅의 존재이다. 여기에 사용된 바와 같이, "언더커팅(undercutting)"은 에칭 장비가 적용되는 표면에 수직으로 연장되는 에칭 경로로부터 벗어나기 위하여 금속을 용해하도록 적용된 에칭 장비의 경향을 말한다. 구체적으로, 에칭 장비는 금속으로 이동할 때에 외측을 향해 연장되는 경향이 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 에칭 처리된 프로브에 대한 언더커팅의 효과가 도시되어 있다. 도 10은 에칭 장비를 적용한 후에 본 발명의 에칭 처리된 프로브의 횡단면도이다. 알 수 있는 바와 같이, 에칭 장비는 언더컷(1005)과 에칭 제한(1007)에 의해 경계를 이룬 영역으로부터 평탄한 원료(1201)를 포함하는 금속을 효율적으로 제거하였다. 도시된 바와 같이, 언더컷(1005)은 평탄한 원료(1201)의 외표면으로부터 평탄한 원료(1201)의 내부를 향해 연장된다. 언더컷(1005)은 평탄 한 원료(1201)의 표면에 대해 수직으로 연장되는 수직 축선(1009)으로부터 약간 벗어난다는 점을 유념하라. 각 한계(1007)는 에칭 장비가 중립화되거나 그렇지 않으면 추가 에칭을 행할 수 없게 될 때까지, 에칭 장비가 평탄한 원료(1201)를 제거하는 범위를 나타내는 경계이다. 에칭 장비는 실질적으로 일정한 비율로 에칭하고 수직 축선(1009)으로부터 벗어난 언더컷(1005)을 따른 경로를 따르기 때문에, 그 결과적인 에칭 한계(1007)는 완만하게 만곡된 경계를 형성한다. 에칭 장비가 평탄한 원료(1201)에 노출되는 시간의 양을 제어함으로써, 도 10에 도시된 바와 같이 각 프로브의 횡단면 기하학적 형상을 생성하는 것이 가능하다.
대향하는 2개의 각 한계들(1007)의 결과적인 중첩으로 인해 에칭 처리된 각 프로브의 주변부 둘레에서 연장되는 날카로운 돌출부들 또는 파형체들(scallops)(1003)이 존재한다. 파형체 베이스(1013)로부터 파형체 팁(1015)까지의 거리가 파형체 치수(1011)를 형성한다는 점에 유념하라. 도 11을 참조하면, 프로브 단부(5005)의 사시도가 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 파형체(1003)는 프로브 팁(1101)을 포함하는 에칭 처리된 프로브(81)의 에지(1107) 둘레에서 연장된다. 외부 프로브 팁(1105)은 프로브 단부(5005)의 맨 끝에 에칭 처리된 프로브(81)를 포함하는 평탄한 원료(1201)의 대향 측면에 배치된다. 프로브 팁(1101)은 프로브 단부(5005)의 말단 둘레에서 연장하는 파형체의 결과로서 외부 프로브 팁(1105)을 지나서 연장한다는 것을 알 수 있다. 외부 프로브 팁(1105)을 지나서 연장하는 프로브 팁(1101)의 결과로, 에칭 처리된 프로브(81)를 사용할 때에 전기 회로와의 보다 양호한 접촉이 가능하게 된다.
노출되지 않은 금속을 제거하면, 프로브의 어레이가 그 상단부에 부착하게 된다. 이어서, 프로브의 어레이는 화학적으로 연마되어 도금된다. 이어서, 프로브는 평탄한 원료(1201)로부터 제거되어 프로브 헤드로 조립할 준비를 갖춘다. 조립체를 형성하는 프로브의 상단은 중첩되는 반면에 팁은 프로브가 동일한 길이로 되도록 평탄한 표면과 관련하여 유지된다.
제 2 실시예-전기 주조된 프로브
본 발명의 제 2 실시예에서, 마스크(73), 또는 음의(negative) 마스크(73)를 이용하여 프로브(81)의 어레이를 전기 주조하는 데에 이용하는 스테인레스강 맨드릴을 형성한다. 이 실시예에 있어서, 스테인레스강 플레이트의 일 측면에 포토레지스트가 도포되고, 마스크(73)가 포토레지스트 위에 부착된다. 이어서, 마스크와 노출된 포토레지스트에 광이 인가된다. 포토레지스트는 프로브 형태에 대응하는 스테인레스강 플레이트 상에 패턴화된 개방 또는 노출된 영역을 남겨두고 현상 및 세척된다. 이제, 패턴화된 스테인레스강 플레이트를 전기 주조용 맨드릴로서 사용할 수 있다.
전기 주조(electroforming) 중에, 맨드릴은 적절한 전해질 용액조 내에 배치되고, 포토레지스트-디파인드 접점의 생산 또는 재생은 맨드릴의 노출(캐소드(cathode)) 부분 상에 애노드 재료(예컨대, 니켈 또는 니켈-코발트 합금)의 전기 증착에 의해 행해진다. 전기 증착된 재료는 이어서 그 상단부에 부착된 프로브 어레이로서 맨드릴로부터 분리된다. 다음에, 개별적인 프로브는 어레이로부터 제거되어, 프로브 헤드로 조립될 준비를 갖춘다. 조립체를 형성하는 프로브의 상단은 중첩되지만, 팁은 프로브가 동일한 길이로 되도록 평탄한 표면과 관련하여 유지된다.
도 4 내지 6을 참조하면, 에칭 또는 전기 주조 방법을 이용하여 제조될 때 본 발명의 포토-디파인드 프로브의 형태가 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 설명한 바와 같이, 본 발명의 포토-디파인드 프로브(81)는 통상적으로 프로브(81)에 잔류 응력을 존재하게 하는 기계적인 스탬핑 또는 다른 공정없이 원하는 형태로 제조된다. 여기에 사용된 바와 같이, "잔류 응력"은 소성 변형의 결과로서 유지되는 응력을 말한다. 종래의 프로브는 원하는 프로브 횡단면을 생성하도록 채용된 기계적인 스탬핑 및 기계 가공으로부터 생기는 잔류 응력을 함유하는 경향이 있다. 이 잔류 응력은 적어도 2개의 주요한 방식으로 종래의 프로브의 기능성을 제한하는 역할을 한다. 첫째로, 잔류 응력은 소정의 시간 주기에 걸쳐 프로브에 가해지는 일련의 일정한 편향에 응답하여 종래의 프로브가 불균일한 저항력을 보이도록 한다. 그 결과, 소정의 시간 주기에 걸쳐 균일하게 사용되는 종래의 프로브는 소정의 시간 주기에 걸쳐 가해지는 균일한 편향에 대해 일정한 저항력을 제공하는 그 능력에 있어서 열화를 겪는 경향이 있다. 둘째로, 잔류 응력을 포함하는 종래의 프로브는 편향에 응답하여 파손되기가 더욱 쉽다. 대조적으로, 본 발명의 포토-디파인드 프로브(81)는 원하는 횡단면 특성을 달성하도록 기계적인 스탬핑 또는 기계 가공을 필요로 하지 않는 에칭 또는 전기 주조 공정으로 생성된다. 그 결과, 프로브(81)는 기계 가공 또는 스탬핑의 결과로서 유도되는 어떠한 잔류 응력도 포함하지 않는다.
여기에 사용되는 바와 같이, "항복 강도(yield strength)"는 힘이 인가될 때에 전적으로 선형 방향으로 편향 또는 항복하지만 힘의 인가 없이 그 원래의 편향되지 않은 상태로 복귀하는 능력을 유지하는 프로브의 특성을 말한다. 프로브의 항복 강도가 클수록, 프로브가 그 항복점에 도달하기 전에 프로브에 가해질 수 있는 선형 편향이 커지므로, 프로브는 그 원래 형태로 복귀하지 않게 된다. 출원인은 본 발명의 포토-디파인드 프로브가 기계적인 처리로부터 형성된 프로브에 비해 항복 강도가 증가된다고 예상한다. 구체적으로, 출원인은 포토-디파인드 프로브가 종래의 프로브가 항복점에 도달하기 전에 편향될 수 있는 거리보다 대략 20% 큰 선형 거리를 편향될 수 있다고 예상한다.
또한, 본 발명의 포토-디파인드 프로브는 종래의 방식으로 형성된 프로브에 비해 개선된 스프링력의 균일성을 함유한다고 예상된다. 여기에 사용된 바와 같이, "스프링력"은 거리를 통해 편향되는 프로브에 발생되는 대향하는 저항력을 말한다. 구체적으로, 프로브 시험 헤드에서 모든 포토-디파인드 프로브 중에 스프링력의 최대 차이는 유사한 프로브 시험 헤드 장치에서 종래의 모든 프로브 중에 스프링력의 최대 차이보다 대략 20% 작다.
도 10을 참조하면, 에칭 처리된 프로브(81)는 깊이(1017)와 폭(1019)을 갖는다. 깊이(1017)는 통상적으로 대략 3 mils이고, 폭(1019)은 통상적으로 대략 1 mil이다. 전기 주조된 프로브(81)는 유사한 치수로 제조될 수 있다. (에칭 처리나 전기 주조든지 간에) 포토-디파인드 프로브(81)는 종래의 프로브(83)보다 상당히 좁기 때문에, 프로브 헤드에 조립될 때에, 포토-디파인드 프로브(81)는 대략 매 4 mils 만큼 간격을 두고 조립되지만, 종래의 프로브(83)는 통상적으로 대략 매 8 mils 만큼 간격을 두고 있다. 프로브 헤드에 조립된 본 발명의 포토-디파인드 프로브들 간에 중심-중심 거리는 4 mils 만큼 작을 수 있기 때문에, 종래의 프로브에서 대략 8 mils이 요구되는 것과 달리, 포토-디파인드 프로브는 접점 사이의 거리가 대략 4 mils 만큼 작은 보다 소형의 집적 회로를 시험하는데 사용될 수 있다.
또한, 복수의 포토-디파인드 프로브(81)가 공통의 마스크(73)(어느 경우에나)를 이용하여 단일의 평탄한 원료(1201)(에칭의 경우)로부터 또는 단일의 전기 주조 공정(전기 주조의 경우)으로부터 형성되기 때문에, 각 에칭 처리된 프로브(81)는 그 물리적 특성이 다른 에칭 처리된 프로브(81)와 각각 그리고 모두 실질적으로 유사하다.
예 1
다음의 예는 본 발명의 실시예를 실시하는데 바람직한 파라미터를 상술한다. 바람직하게는, 재료 준비, 포토 마스킹, 에칭, 화학적 연마, 도금 및 개별화 공정을 비롯한 복수의 단계를 실시하여 프로브를 형성한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "DI"는 탈이온화된 상태를 의미하는 기술어이다. 여기에서 사용된 바와 같이, "UX DI"는 초음파 교반된 탈이온수를 말한다.
프로브가 형성될 재료를 마련하기 위하여, 측면 길이가 대략 4 인치인 사각형으로 BeCu 17200의 평탄한 원료를 절단하였다. 이어서, 평탄한 원료를 시트라 솔브(Citra-solv)(미국 코네티컷주 덴버리 소재의 Citra-solv, LLC사 판매)/DI H20 20ML/1L(UX 15 Min.)로 세척하였다. 다음에, 평탄한 원료의 표면을 공기 송풍하여 건조시킨 후에 결과적인 패키지를 600℉에서 대략 2 시간 동안 진공 내에서 열 경화시켰다.
다음에, 준비된 재료를 포토 마스킹하였다. 포토 마스킹을 달성하기 위하여, 재료를 다시 깨끗한 시트라-솔브/DI H20 20ML/1L(UX 15 Min.)로 세척하였다. 이어서, 재료에 13.3 Sec./1 in(쉬플리(Shipley) SP2029-1)의 인출 속도를 갖는 딥 코트(dip coat)를 제공하고 21℃에서 35 Zon/Sec.로 얇게 하였다. 다음에, 재료를 90℃에서 대략 30 분 동안 건조시키고 50 퍼센트보다 큰 상대 습도 조건 하에서 실온으로 냉각되게 하였다. 이어서, 준비된 재료의 표면을 대략 100 밀리주울 365 나노미터 파장의 UV 광에 노출하였다. 광에 노출된 표면을 1분 30초 동안 현상하였다(85℉에서, 매사추세츠주 뉴톤의 Shipley사가 판매하는 쉬플리 303 현상기). 마지막으로, 준비된 표면을 캐스케이딩(cascading) DI 물에서 15 분 동안 세척한 다음 공기 송풍하여 건조하여 저장하였다.
다음에, 캘리포니아주 헌팅톤 비치 소재의 Marseco사가 판매하는 Marseco Mod.# CES-24를 이용하여 에칭을 수행하였다. 이어서, 다음의 파라미터 세팅들로 피브로테크(Phibro-Tech) 고속 회로 에칭 용액을 이용하여 고속 회로 에칭을 수행하였다.
-온도 세팅 128℉(실제 127℉)
-펌프 속도(펌프#1-45%)(펌프#2-73%)
-컨베이어(11%)
-진동(정상)
이어서, 포일 시험 피스를 캐리어에 장착하고 에칭 장비를 통해 동작시켰다. 포일 시험 피스로부터 생성된 결과적인 부분의 중요한 치수를 측정하고 필요에 따라 조정을 하였다. 조정이 이루어진 후에, 남아 있는 포일을 30 초 간격으로 에칭 장비를 통해 동작시켰다.
다음에, 에칭으로부터 형성된 프로브에 화학적 연마/브라이트 딥을 적용하였다. 프로브를 145-150℉에서 2L 비커의 PNA 에칭액 내에 침지하고 교반하였다. 용액은 다음과 같이 구성되었다.
인산 98% 용액의 760 ML
질산 69 내지 70% 용액의 40 ML
아세트산 60% 용액의 1200 ML
먼저, 재료의 시험 피스를 이용하여 에칭 레이트를 확립하였다. 이어서, 프로브 재료를 고온의 DI에서, 대략 15 동안 UX DI에서 그리고 대략 2 분 동안 DI 캐스케이드에서 세척시킨 다음 재료를 0.0001 인치 제거하도록 에칭하였다. 마지막으로, 프로브를 건조될 때까지 100℃에서 오븐 건조하였다.
이어서, 크랜스톤 로드 아일랜드의 Technic사의 Pallamerse 침지 팔라듐 5% 용액과, Technic사에 의해 제조된 Pd 활성제 25% 용액과, 델라웨어주 윌밍톤 소재의 Dupont Fluoroproducts사의 Vertrel 용매를 이용하여 프로브를 도금하였다. 다음, 이 프로브의 중량을 측정하였고, 그 중량을 기록하였다. 이어서, Vertrel 용매에서 대략 2 분 동안 프로브를 세척하였다. 다음에, 프로브를 DI H2O에서 1 분 동안 세척하고 10% 황산 용액에서 2 분 동안 세척한 다음 DI H2O에서 2분간 세척하였다. 이어서, 프로브를 Technic Pd 활성제에서 30 초 동안 침지하고 DI H2O에서 30 초 동안 다시 세척하였다. 프로브를 Technic 침지 팔라듐에서 45 분 동안 침지하면서 서서히 교반하고, 흐르는 DI H2O 로 세척하고 건조하였다. 이어서, 프로브의 중량을 다시 측정하고 그 중량을 기록하였다.
마지막으로, 프로브를 개별화시켰다. 프로브들, 바람직하게는 5개 또는 6개의 프로브의 샘플을 시험하여, 1 밀리미터 증분에서 1 내지 8 밀리미터 편향될 때에 각 프로브 내에서 발생되는 저항력의 그램을 측정하였다. 그러한 프로브의 시험군의 결과를 표 1에 나타내었다. 시험 결과를 이용하여 임의의 하나의 초기 평탄한 원료로부터 생성된 프로브의 균일성 뿐만 아니라 원하는 특성에 대한 적합성을 판단하였다. 이어서, 프로브를 바일(vile)에 넣고 팁과 섕크(shank)의 치수를 기입한 라벨을 붙였다.
샘플 크기
초기 접촉		 힘
초기 접촉		 1 mil 2 mil 3 mil 4 mil 5 mil 6 mil 7 mil 8 mil
1 0 .0050 4.80 9.80 12.95 15.63 17.86 20.10 21.41 21.72
2 0 .0053 4.50 8.80 12.23 15.21 17.80 19.81 21.60 18.02
3 0 .0051 4.80 9.90 13.60 17.00 19.70 21.30 22.31 23.31
4 0 .0056 4.91 9.60 13.92 17.70 20.30 22.80 24.80 25.41
5 0 .0045 5.80 11.00 14.90 17.30 19.60 21.72 22.22 22.50
6 0 .0053 4.82 8.66 12.23 14.92 17.30 19.50 21.26 22.15
따라서, 종래의 프로브 제조 방법에 비해 이하의 이점을 갖는 반도체 칩의 시험에 사용되는 소형 마이크로 프로브 또는 전기 접점의 대량 제조 방법이 제공된다. 먼저, 본 발명의 방법은 개선된 균일성 및 프로브들 간에 치수 정밀도를 제공한다. 유리 마스크는 프로브의 기하학적 형태를 결정하고, 프로브들 간에 기계적 변화를 배제한다. 그 결과, 프로브의 강성이 더욱 균일해져 어레이에 걸쳐 균형된 접촉력을 가능하게 한다.
또한, 제조 중에 프로브에 응력이 유도되지 않아서, 프로브의 강도 및 내구성이 개선된다. 종래의 스탬핑 공정은 피로 수명을 단축시키는 잔류 응력을 생기게 하였다. 응력은 경시적으로 변할 수 있어 프로브 강성에 변화를 초래한다.
본 발명은 제조에 있어서 보다 적은 비용과 리드 타임을 제공한다. 많은 프로브를 동시에 제조하고, 추가의 공정 단계가 아니라 에칭 또는 전기 주조법을 통해 팁의 기하학적 형태를 만들 수 있다. 연마 및 도금 공정을 또한 동시에 수행한다.
본 발명의 프로브 설계는 쉽게 변경될 수 있다. 에칭이 사용된 경우에, 스프링 레이트는 유리 마스크를 제조하는데 사용되는 방법을 변경함으로써, 그리고 선택된 평탄한 금속 원료의 두께에 의해 제어될 수 있다. 전기 주조가 사용되는 경우에, 스프링 레이트는 유리 마스크를 제조하는데 사용되는 방법을 변경시키고 전기 주형의 두께를 제어함으로써 제어될 수 있다. 어느 쪽의 경우라도, 새로운 마스크를 쉽게 제조함으로써 새로운 설계를 이룰 수 있다. 고가의 시간 소모적인 리툴링이 불필요하다.
마지막으로, 본 발명에 의해 제조되는 에칭 또는 전기 주조된 프로브는 필요한 강성을 달성하기 위한 스웨이지(swage)를 필요로 하지 않는다. 그 결과, 프로브들을 보다 근접하게 설치할 수 있어 보다 조밀한 어레이가 가능하다.

Claims (9)

  1. 복수의 마이크로 프로브들을 제조하는 방법에 있어서:
    하나 이상의 마스크들을 제공하는 단계로서, 상기 하나 이상의 마스크들 각각은 복수의 프로브 형태들을 포함하고, 상기 복수의 프로브 형태들 각각은 프로브 베이스와, 상기 프로브 베이스에 연결된 프로브 샤프트와, 상기 프로브 샤프트에 연결된 프로브 단부와, 상기 프로브 베이스, 상기 프로브 단부, 및 상기 프로브 샤프트 중 적어도 하나 위의 하나 이상의 상승면들(raised surfaces)을 포함하는, 상기 하나 이상의 마스크들을 제공하는 단계;
    제 1 금속 재료의 일 측면에 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 단계;
    상기 마스크를 상기 제 1 금속 재료의 상기 측면에 중첩하는 단계(overlaying);
    상기 포토레지스트를 상기 마스크를 통과한 광에 노출시키는 단계;
    상기 포토레지스트를 현상하는 단계(developing);
    상기 제 1 금속 재료의 일부를 노출시키기 위해 상기 포토레지스트의 일부를 제거하는 단계;
    상기 제 1 금속 재료의 상기 노출된 부분들 상에 제 2 금속 재료를 전기 주조하는 단계(electroforming); 및
    복수의 프로브들을 제조하기 위해 상기 제 2 금속 재료를 제거하는 단계로서, 상기 복수의 프로브들 각각은 프로브 베이스와, 상기 프로브 베이스에 연결된 프로브 샤프트와, 상기 프로브 샤프트에 연결된 프로브 단부와, 상기 프로브 베이스, 상기 프로브 단부, 및 상기 프로브 샤프트 중 적어도 하나 위의 하나 이상의 상승면들을 포함하는, 상기 제 2 금속 재료 제거 단계를 포함하는, 마이크로 프로브 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 금속 재료는 스테인레스 스틸인, 마이크로 프로브 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금속 재료는 니켈 및 니켈-코발트 합금 중 하나로부터 선택되는, 마이크로 프로브 제조 방법.
  4. 마이크로 프로브에 있어서:
    복수의 에지들에 의해 경계를 이룬 균일한 두께를 갖고, 평면에서 직선 길이로 연장하는 프로브 베이스;
    상기 프로브 베이스에 연결되고, 상기 균일한 두께를 갖고 복수의 에지들에 의해 경계를 이루며 상기 평면 내에서 만곡된 확장부(curved expanse)를 따라 연장되는 프로브 샤프트;
    상기 프로브 샤프트에 연결되고, 상기 균일한 두께를 갖고 복수의 에지들에 의해 경계를 이루며, 상기 평면 내에서 상기 직선 길이에 평행한 직선 거리를 연장하는 프로브 단부; 및
    상기 프로브 베이스, 상기 프로브 샤프트 및 상기 프로브 단부 중 적어도 하나 위에 배치되며, 기계적 공정으로 제조되는 하나 이상의 상승면들을 포함하는, 마이크로 프로브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 균일한 두께는 2 mils 내지 5 mils인, 마이크로 프로브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 균일한 두께는 3 mils 내지 4 mils인, 마이크로 프로브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로브는 파형체(scallop)를 더 포함하고,
    상기 파형체는 상기 프로브 베이스, 상기 프로브 샤프트, 및 상기 프로브 단부의 에지들을 포함하는 주변부 둘레에서 연장되고,
    상기 파형체는 파형체 베이스와 파형체 팁을 포함하는, 마이크로 프로브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 파형체 베이스와 상기 파형체 팁은 균일한 거리로 분리되는, 마이크로 프로브.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 기계적 공정은 전기 주조 공정인, 마이크로 프로브.
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