KR101289991B1

KR101289991B1 - 반도체 장치를 위한 테스트 구조물 및 테스트 방법

Info

Publication number: KR101289991B1
Application number: KR1020110087251A
Authority: KR
Inventors: 영 신 구오; 웬센 흥; 포시 야오
Original assignee: 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-07-26
Also published as: CN102854343A; US9891273B2; US20130002282A1; CN102854343B; KR20130002914A

Abstract

테스트 구조물, 테스트 구조물의 제조 방법, 및 반도체를 위한 테스트 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물은 인쇄 회로 기판(PCB), 프로브 영역, PCB와 프로브 영역 사이에 배치된 컴플라이언스 기구를 포함한다. 복수의 와이어들은 PCB와 프로브 영역 사이에 결합된다. 프로브 영역에 인접한 복수의 와이어들의 끝 부분은 프로브 영역의 일체 부분이다.

Description

반도체 장치를 위한 테스트 구조물 및 테스트 방법{TEST STRUCTURES AND TESTING METHODS FOR SEMICONDUCTOR DEVICES}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다.

집적 회로들 및 반도체 장치들을 제조하는 과정에서, 전기 기능 테스트 및 기타 다른 기능 테스트는 대개 제조 과정 동안에 다양한 단계에서 수행된다. 프로브 카드는 전기 테스트를 수행하는데 이용되는 테스트 구조물의 한 유형이다. 이 프로브 카드는 테스트 과정 동안에 집적 회로의 특정 영역에(일반적으로, 접촉 패드 또는 솔더 범프에) 접촉한다.

반도체 산업은 반도체 장치들 및 장치 회로들을 소형화하는 추세이고, 이것은 더욱 작은 집적 회로 또는 칩을 야기할 뿐만 아니라, 감소된 전력 소모 및 더욱 빠른 회로 속도를 또한 야기한다. 현재 매우 작은 어레이 패드 또는 솔더 범프 구성을 갖는 반도체 장치가 많은 응용에 이용되고 있다. 반도체 장치의 크기가 작아짐에 따라, 다이 상에서 접촉들 간의 피치 또는 간격이 더욱 작아지기 때문에 전기 테스트를 수행하는 것이 더욱 어려워지고 있다. 종래의 프로브 카드의 조립 과정 및 제조 과정은, 소규모의 배선과 어레이 피치로 인해서, 몇몇의 문제를 나타내며 오류를 일으키기 쉽다. 미세 피치 응용에 극도로 취약한 프로브 구조물로 인한 프로브 핸들링 손상, 유도판 제조 및 유도판 조립은 종래의 프로브 카드가 직면하는 문제들 중 몇 개에 불과하다.

신규한 테스트 구조물, 신규한 테스트 구조물을 제조하는 방법 및 반도체를 위한 테스트 방법을 제공하는 본 발명개시의 실시예들에 의해, 상기의 이러한 문제들 및 다른 문제들은 일반적으로 해결되거나 피하게 되고, 기술적인 이점들이 일반적으로 달성된다.

일 실시예에서, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물은, 인쇄 회로 기판(PCB), 프로브 영역, 및 PCB와 프로브 영역 사이에 배치된 컴플라이언스 기구(compliance mechanism)를 포함한다. 복수의 와이어들은 PCB와 프로브 영역 사이에서 결합된다. 프로브 영역에 인접한 복수의 와이어들의 끝 부분은 프로브 영역의 일체 부분(integral part)이다.

위에서는 이어지는 본 발명개시의 상세한 설명이 더욱 잘 이해되도록 본 발명개시의 실시예들의 광범위한 특징들 및 기술적이 이점들이 약술되었다. 본 발명개시의 특허 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명개시의 실시예들의 부가적인 특징들 및 이점들은 이하에서 기술될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 발명개시의 동일한 목적들을 수행하기 위해 다른 구조물들 또는 과정들을 설계하거나 변형하기 위한 근간으로서 쉽게 활용될 수 있음을 당업자는 이해해야 한다. 이와 같은 등가의 구성물들은 첨부된 특허 청구범위에서 설명하는 바와 같이 본 발명개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않음을 당업자는 또한 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물 및 테스트 방법을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명개시 및 본 발명개시의 이점들의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 함께 이하의 상세한 설명을 이제 참조한다.
도 1은 본 발명개시의 제1 실시예에 따라 엘라스토머판(elastomer plate)을 포함하는 컴플라이언스 기구를 구비한 신규한 테스트 구조물의 횡단면도이다.
도 2 내지 도 5는 제조 과정의 다양한 단계들에서 도 1의 신규한 테스트 구조물의 횡단면도를 예시한다.
도 6은 본 발명개시의 제2 실시예에 따라 복수의 스프링(spring)들을 포함하는 컴플라이언스 기구를 갖는 테스트 구조물의 횡단면도를 도시한다.
도 7a 내지도 7e는 도 6에 도시된 실시예들의 컴플라이언스 기구로 이용될 수 있는 스프링 유형의 일부 예들을 도시한다.
도 8은 본 발명개시의 제3 실시예에 따라 강성(stiffness) 제어 가능한 프레임 구조물을 포함하는 컴플라이언스 기구를 구비한 테스트 구조물의 횡단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 실시예의 강성 제어 가능한 프레임 구조물의 배경도를 도시한다.
도 10은 본 발명개시의 제4 실시예에 따라 테스트 구조물의 횡단면도를 예시하고, 여기서 프로브 영역은 인터포저(interposer)를 통해 테스트 구조물의 복수의 와이어들 끝에 결합되는 마이크로 전자기계 시스템(micro electromechanical system; MEMS) 리지드 프로브 장치를 포함한다.
도 11 내지 도 15는 와이어 방전가공(wire electrical discharge machining; WEDM) 과정을 이용하는 본 발명개시의 실시예에 따라 도 10의 MEMS 리지드 프로브를 제조하는 방법의 횡단면도를 도시한다.
도 16은 본 발명개시의 제5 실시예에 따라 테스트 구조물의 횡단면도를 도시하고, 여기서 프로브 영역은 테스트 구조물의 복수의 와이어들 끝에 결합되는 인터포저를 포함한다.
상이한 도면들에서 대응하는 참조 번호 및 심볼들은 일반적으로 별도로 표시된 바가 없다면 대응하는 부분들을 나타낸다. 도면들은 실시예들의 관련 양상들을 명백하게 예시하기 위해 도시되었고 반드시 일정한 비율로 도시되어야 하는 것은 아니다.

실시예들을 시행하고 이용하는 것이 이하에 상세하게 논의된다. 그러나, 본 발명개시는 매우 다양한 특정한 문맥들에 통합될 수 있는 다수의 적용 가능한 발명의 개념들을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 논의되는 특정한 실시예들은 본 발명개시를 시행하고 이용하기 위한 단지 예시적인 특정한 방법이고, 본 발명개시의 범위를 제한하지 않는다.

본 발명개시의 실시예들은 반도체 장치 및 집적 회로들을 테스트하도록 구성된 신규한 테스트 구조물을 제공함으로써 기술적인 이점을 달성한다. 테스트 구조물은 빌트인 프로브 영역을 포함하고, 이 영역에서 배선 구조는 테스트 구조물의 프로브 영역의 일체 부분이다. 신규한 테스트 구조물은 별도의 프로브 헤드를 요구하지 않고, 미세한 피치 어레이로 반도체 장치를 탐색할 수 있다. 일부 실시예들에서, 테스트 구조물은 공간 변형기 판(space transformer plate)에서 컴플라이언스 버퍼링을 이용하고, 프로브 팁으로서 팬인 배선 확장을 포함한다.

본 발명개시는 특정한 문맥에 있는 실시예들에 대하여, 즉 집적 회로와 같은 반도체 장치(20)를 위한 테스트 구조물들(240/340/440/540/640)에 대하여 기술될 것이다. 그러나, 본 발명개시는 반도체 장치의 다른 응용들 및 다른 유형에도 적용될 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 본 발명개시의 제1 실시예에 따라 엘라스토머판(254)을 포함하는 컴플라이언스 기구(260)를 구비한 신규한 테스트 구조물(240)의 횡단면도가 도시되어 있다. 테스트 구조물(240)은 인쇄 회로 기판(PCB; 262) 및 프로브 영역(241)을 포함한다. 컴플라이언스 기구(260)는 PCB(262)와 프로브 영역(241) 사이에 배치된다. 복수의 와이어들(250)은 PCB(262)와 프로브 영역(241) 사이에 결합된다. 프로브 영역(241)에 인접한 복수의 와이어들(250)의 끝 부분은 프로브 영역(241)의 일체 부분을 포함한다.

신규한 테스트 구조물(240)을 위해 별도의 프로브 헤드가 요구되지 않는다. 오히려, 복수의 와이어들(250)의 끝 부분은 공간 변형기(ST) 판(242)을 통해 라우팅되고 나중에 프로브 영역(241)의 프로브 팁(270)을 형성하기 위해 단축된다. 접착제(252)가 ST 판(242)의 중심 부분 및 적어도 제1판(244)의 중심 부분을 완전히 채우는 것이 아니라 부분적으로 채우기 위해 ST 판(242)에 있는 복수의 와이어들(250) 위에 도포된다. 컴플라이언스 기구(260)에 포함되는 엘라스토머판(254)은 제1판(244)과 제2판(256) 사이에 배치된다. 복수의 가이드 핀들(258)은 제1판(244), 제2판(256) 및 엘라스토머판(254)의 관통홀 내에 배치된다. 가이드 핀(258)은 반도체 장치(210)를 테스트하는 동안 PCB(262) 및 ST 판(242)의 정렬을 제공한다.

단일 반도체 장치(210)는 본 발명개시의 실시예에 따라 신규한 테스트 구조물(240)을 이용하여 테스트될 수 있다. 단일 반도체 장치(210)는 단일 다이의 반도체 웨이퍼(271)(도 2에서 팬텀으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 반도체 장치(210)는 반도체 웨이퍼(271)로부터 복수의 다이를 분리하기 이전 또는 이후 중 어느 하나에서 테스트 될 수 있다. 대안적으로, 테스트 구조물(240)은 예를 들어, 웨이퍼로부터 다이를 분리하기 이전에 또는 이후에, 반도체 웨이퍼의 2개 이상의 다이를 동시에 테스트하는데 이용될 수 있다.

제조 과정의 여러 단계에 있는 도 1의 신규한 테스트 구조물(240)의 횡단면도를 나타내는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 테스트 구조물(240)을 위한 제조 과정의 일례가 다음에 기술될 것이다. 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 공간 변형기(ST) 판(242)이 제공된다. ST 판(242)은 예로서, 세라믹 재료를 포함하고 대략 500 내지 800 ㎛의 두께를 포함할 수 있지만, 대안적으로 ST 판(242)은 다른 재료 및 다른 치수를 포함할 수 있다. ST 판(242)은 와이어들(250)이 라우팅될 수 있는 복수의 홀들(251)을 포함할 수 있다. 복수의 홀들(251)은 예를 들어 일부 실시예들에서 테스트될 반도체 장치(210) 상의 접촉 패드의 패턴과 실질적으로 유사한 패턴을 포함할 수 있다.

제1판(244)은 나사못 또는 다른 잠금장치들을 포함할 수 있는 부착 수단(246a)을 이용하여 ST 판(242)에 탑재된다. 제1판(244)은 예를 들어 스테인리스스틸, 알루미늄과 같은 금속 재료 또는 다른 재료들을 포함할 수 있다. 제1판(244)은 일부 실시예에서 예를 들어 1 내지 2 mm의 두께를 포함할 수 있지만, 대안적으로, 제1판(244)은 다른 치수를 포함할 수 있다. 제1판(244)은 가이드 핀(258)(도 2에는 도시되지 않음; 도 5 참조)을 위한 복수의 관통홀(248a)을 포함할 수 있다. 제1판(244)은 또한 부착 수단(246b)(도 2에는 도시되지 않음; 도 5 참조)들을 수용하기 위한 복수의 관통홀(248b)을 포함할 수 있다.

와이어(250)는 도 2에 도시된 바와 같이, ST 판(242)의 표면을 통해 홀(251) 내로 삽입된다. 와이어(250)는 예를 들어 구리, 텅스텐, 다른 전도성 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 와이어(250)는 예를 들어 대략 25 내지 75 ㎛의 두께를 포함할 수 있다. 대안적으로, 와이어(250)는 다른 재료 및 다른 치수를 포함할 수 있다. 와이어(250)는 ST 판(242)의 아래쪽으로부터 치수(d₁)를 포함하는 거리를 연장시키기 위하여 삽입된다. 치수(d₁)는 예를 들어 대략 300 내지 500 ㎛를 포함할 수 있지만, 대안적으로 치수(d₁)는 다른 값들을 포함할 수 있다.

접착제(252)는 도 3에 도시된 바와 같이 ST 판(242)의 중심 부분에 있는 와이어(250) 위에 도포된다. 접착제(252)는 와이어(250) 위의 영역에 도포되지만, 접착제(252)는 제1판(244)의 중심 부분을 완전히 채우지 않는다. 오히려, 접착제(252)는 대략 50 ㎛의 치수(d₂)를 포함하는 거리만큼 제1판(244)으로부터 떨어져 있거나, 일부 실시예들에서, 치수(d₂)는 대략 15 내지 100 ㎛를 포함할 수 있다. 접착제는 예로서, 자외선(UV) 광에 의해 고체 내로 도포되고 경화(curable)가 가능할 때 액체인 에폭시를 포함할 수 있다.

접착제(252)를 제1판(244) 및 테스트 구조물(240)의 다른 부분으로부터 간격을 두는 것은 테스트 구조물(240)이 테스트 과정 동안에 더욱 많은 컴플라이언스 기구를 갖고 도시된 도면들에서 위 아래 수직으로 이동하는 것을 허용한다. 접착제(252)는 ST면(242)에 와이어들(250)을 붙이고 테스트 구조물(240)의 프로브 영역(241)을 형성하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 접착제(252)를 도포하는 것은, 제1판(244)에 있는 구멍 내에 있는 ST 판(242)의 중심 영역에 접착제(252)를 도포하는 것을 포함하고, 여기서 접착제는 예를 들어 제1판(244)에 접촉하지 않는다.

엘라스토머판(254)을 포함하는 컴플라이언스 기구(260)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1판(244) 위에 형성된다. 엘라스토머판(254)은 예로서 엘라스틱 폴리머 또는 고무와 같은 유연한 재료를 포함한다. 엘라스토머판(254)은 실리콘, 고무, 또는 다른 압축성 재료와 같은 유연한 재료의 시트를 포함할 수 있다. 엘라스토머판(254)은 예로서 대략 2 mm의 두께를 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서는 1 내지 3 mm의 두께를 포함할 수 있다. 대안적으로, 엘라스토머판(254)은 다른 재료들 및 치수를 포함할 수 있다.

제2판(256)은 도 5에 도시된 바와 같이 엘라스토머판(254) 위에 형성된다. 제2판(256)은 제1판(244)에 대해 기술된 바와 같은 유사한 재료 및 치수를 포함할 수 있다. 인쇄 회로 기판(PCB)(262)은 제1판(244)의 관통홀(248b), 엘라스토머판(254)을 포함하는 컴플라이언스 기구(260)의 관통홀(248c), 및 제2판(256)의 관통홀(248f)을 통하는 부착 수단(246b)에 의해 ST 판(242)에 결합된다. 부착 수단(246b)은 나사못, 리베트, 또는 다른 잠금장치를 포함할 수 있다.

픽스 링(264)은 테스트 구조물(240)에 결합된다. 픽스 링(264)은 원형일 수 있고, 마일라(Mylar)와 같은 절연막으로 코팅된 스테인리스스틸을 포함할 수 있다. 픽스 링(264)은 도 5에 도시된 바와 같이 부착 수단(246d)에 의해 PCB(262)에 부착될 수 있고, 부착 수단(246c)에 의해 제2판(256)에 부착될 수 있다. 부착 수단(246c 및 246d)은 예로서 나사못 또는 다른 잠금장치를 포함할 수 있다. 접착제(252)로부터 돌출된 와이어들(250)의 끝은 PCB(262) 상의 본드 패드(266)에 부착된다(예컨대, 납땜된다). 와이어들(250)의 다른 끝 부분은 프로브 영역(241)에서 프로브 팁(270)을 형성하기 위해서, 예컨대 연삭 과정 또는 샌딩 과정에 의해 짧아진다. 프로브 팁(270)을 포함하는 와이어(250)의 길이는 연삭 과정 이후에 치수(d₃)를 갖는다. 치수(d₃)는 대략 50 ㎛를 포함할 수 있지만, 대안적으로, 치수(d₃)는 다른 값을 포함할 수 있다. 유리하게, ST 판(242)을 통해 연장된 와이어들(250)은 배선 연장 프로브 구조물 또는 프로브 팁(270)의 역할을 한다.

테스트 구조물(240)은 제1판(244)의 관통홀(248a), 엘라스토머판(254)을 포함하는 컴플라이언스 기구(260)의 관통홀(248d), 및 제2판(256)의 관통홀(248e)을 통해 연장된 복수의 가이드 핀(258)을 포함한다. 가이드 핀(258)은 강철을 포함할 수 있고, 두께가 대략 1 내지 2 mm 이고 예컨대 도면들에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 대략 10 내지 20 mm 길이일 수 있다. 가이드 핀(258)은 ST 판(242)에 결합된다. 테스트 구조물(240)이 이용되지 않을 때, 가이드 핀(258)은 치수(d₄)를 포함하는 거리만큼 PCB(262)로부터 떨어져 있다. 치수(d₄)는 예로서 대략 10 ㎛를 포함할 수 있지만, 대안적으로, 치수(d₄)는 다른 값을 포함할 수 있다. 가이드 핀(258)은 테스트 대상인 반도체 장치(도 1에서 장치(210) 참조)에 수직 방향으로 수직 플로트 또는 컴플라이언스를 허용하면서, 테스트 구조물(240) 및 프로브 영역(241)이 테스트 대상인 반도체 장치(210)에 일직선이 되도록 한다.

엘라스토머판(254)을 포함하는 컴플라이언스 기구(260)는 유연하고, 예컨대 테스트 되는 반도체 장치(210)에 수직 방향으로 컴플라이언스(268)를 제공한다. 접착제(252)가 테스트 구조물(240)의 중심 영역을 완전하게 채우지 않지만 치수(d₂)만큼 적어도 제1판(244)로부터 떨어져 있기 때문에, 추가의 수직 이동 및 컴플라이언스(268)가 제공된다. 가이드 핀(258)은 수직 이동 및 컴플라이언스(268)를 또한 제공하고, 테스트 과정 동안 반도체 장치(210)로의 정렬 및 테스트 구조물(240) 내의 정렬을 또한 제공하면서 테스트 구조물(240)에 대한 소정의 컴플라이언스(268) 양을 확립한다.

도 6은 본 발명개시의 제2 실시예에 따라 복수의 스프링들(372)을 포함하는 컴플라이언스 기구(360)를 갖는 테스트 구조물(340)의 횡단면도를 도시한다. 도 1 내지 도 5을 설명하기 위해 이용되었던 유사한 번호들은 도 6의 다양한 요소들을 위해 이용된다. 반복을 피하기 위해서, 도 6에 도시된 각각의 참조 번호들은 본 명세서에서 다시 상세하게 설명하지 않는다. 오히려, 1 내지 도 5를 기술하기 위해 이용된 것과 유사한 재료(x40, x42, x44, 등)가 다양한 재료 층 및 구성요소를 설명하기 위해 이용되며, 여기서 도 1 내지 도 5에서 x=2이고, 도 6에서 x=3이다.

도 6의 테스트 구조물(340)은 이 실시예에서 컴플라이언스 기구(360)에 포함된 복수의 스프링들(372)을 포함한다. 테스트 구조물(340)은 예로서 2개, 3개, 또는 그 이상의 스프링들(372)을 포함할 수 있지만, 대안적으로, 테스트 구조물(340)은 자신에게 컴플라이언스(368)를 제공하는 다수의 스프링들(372)을 포함할 수 있다. 스프링들(372)은 도 7a 내지 도 7e에 도시된 바와 같이, 다양한 형태를 포함할 수 있다. 스프링들(372)은 가까이 배치될 수 있고, 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 가이드 핀(358) 근처에 배치될 수 있다.

도 7a 내지 도 7e는 도 6에 도시된 실시예의 컴플라이언스 기구(360)를 위해 이용될 수 있는 스프링들(372)의 유형 또는 형태의 예들을 도시한다. 스프링(372)은 횡단면도인 도 7a에 도시된 바와 같이, 균일 피치 또는 고정 피치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 스프링(372)은 도 7b에 도시된 바와 같이 가변 피치를 포함할 수 있다. 테스트 구조물(340)의 스프링(372)은 예를 들어 도 7c에 도시된 바와 같은 모래시계 모양, 도 7d에 도시된 바와 같은 항아리 모양, 또는 도 7e에 도시된 바와 같은 원뿔 모양을 또한 포함할 수 있다. 스프링(372)은 원형 와이어 또는 사각형 와이어를 포함할 수 있고, 도시된 모양 및 구성의 조합을 포함할 수 있다. 스프링(372)은 나선형 압축을 제공하고 테스트 구조물(340)을 위해 수직 방향으로 컴플라이언스(368)를 제공한다.

도 8은 본 발명개시의 제3 실시예에 따라 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)을 포함하는 컴플라이언스 기구(460)를 구비한 테스트 구조물(440)의 횡단면도이다. 도 9는 도 8에 도시된 실시예의 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)의 일부의 배경도를 도시한다. 다시 한 번, 이전 도면들을 설명하기 위해 이용되었던 유사한 번호들은 도 8 및 도 9의 다양한 요소들을 위해 이용되고, 반복을 피하기 위해서, 도 8 및 도 9에 도시된 각각의 참조 번호들은 본 명세서에서 다시 상세하게 설명하지 않는다.

강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)은 스테인리스스틸, 알루미늄과 같은 금속 재료 또는 다른 재료들을 포함할 수 있고, 테스트 구조물(440)을 위한 기계적 컴플라이언스(468)에 기여하는 각진 부분(476)을 포함할 수 있다. 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)은 예를 들어 대략 2 내지 3 mm의 두께를 포함할 수 있다. 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)은 가이드 핀(458) 및/또는 부착 수단(446b)이 통과할 수 있는 관통홀(448g)을 포함한다. 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)은 도시되지 않은 평면도에서 실질적으로 원형, 정사각형, 또는 직사각형일 수 있다. 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)은 나사못 또는 다른 잠금장치를 포함할 수 있는 부착 수단(446e)에 의해 PCB(462)에 부착될 수 있다. 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)은 반도체 장치(210)(도 1 참조)의 테스트 동안에 수직 방향으로 컴플라이언스(468)를 제공하는 테스트 구조물(440)을 위한 탄성 프레임의 역할을 한다.

도 10은 본 발명개시의 제4 실시예에 따라 테스트 구조물(540)의 횡단면도를 예시하고, 여기서 테스트 구조물(540)의 프로브 영역(541)은 인터포저(580)를 통해 테스트 구조물(540)의 복수의 와이어들(550) 끝에 결합되는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 리지드 프로브 장치(578)를 포함한다. 도 11 내지 도 15는 와이어 방전가공(WEDM) 과정을 이용하는 본 발명개시의 실시예에 따라 도 10의 MEMS 리지드 프로브 장치(578)를 제조하는 방법의 횡단면도를 도시한다.

이 실시예에서, 먼저, 도 11에 도시된 바와 같이 프로브 아티클(582)이 WEDM을 이용하여 제조된다. 프로브 아티클(582)은 예를 들어 대략 45 ㎛의 피치 상에서 대략 20 ㎛ x 20 ㎛의 치수를 가질 수 있는 복수의 텅스텐 필러(tungsten pillar)를 포함할 수 있지만, 대안적으로 프로브 아티클(582)은 다른 재료 및 치수를 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 기판(584)이 제공된다. 기판(584)은 세라믹 재료 또는 유기 재료를 포함할 수 있고, 대략 3 mm의 두께를 포함할 수 있다. 기판(584)은 기판상에 배치된 관통 비아(through vias; 585) 및 솔더 범프(586)를 포함한다. 프로브 아티클(582)은 도 13에 도시된 바와 같이, 기판(584) 상의 솔더 범프(586)에 접착된다. 14에 도시된 봐와 같이, 프로브 아티클(582)은 컷 라인(587)에서 절단되어 도 15에서 도시된 바와 같이 MEMS 리지드 프로브 장치(578)를 남겨 놓고 프로브 아티클(582)의 베이스 부분을 제거한다.

다시 한 번, 도 10을 참조하면, 인터포저(580)는 대략 1 내지 2 mm의 실리콘 루버 또는 다른 재료를 포함하는 유연한 부재(589) 및 이 유연한 부재(589) 내에 배치된 복수의 전도성 스프링(588)을 포함한다. 인터포저(580)는 일 예로 Shin Etsu Polymer 주식회사에 의해 제조된 50 ㎛ 이하의 피치를 갖는 상업적으로 이용 가능한 GX12 유형의 인터포저를 포함할 수 있지만, 대안적으로, 다른 인터포저(580)가 이용될 수 있다. 전도성 스프링(588)은 예를 들어 텅스텐 와이어 또는 다른 전도성 재료를 포함할 수 있다. MEMS 리지드 프로브 장치(578)의 관통 비아(585)(도 13 참조)는 인터포저(580)의 전도성 스프링(588)에 접착된다. 인터포저(580)의 전도성 스프링(588)의 다른 면은 도 10에 도시된 ST 판(542)으로부터 돌출된 와이어(550)의 끝에 있는 영역(590)에서 연결된다. MEMS 리지드 프로브 장치(578)는 나사못 또는 다른 잠금장치를 포함할 수 있는 부착 수단(546f)을 이용하여 인터포저(580)에 결합된다. 인터포저(580)는 역시 나사못 또는 다른 잠금장치를 포함할 수 있는 부착 수단(546g)을 이용하여 ST 판(542)에 결합된다.

컴플라이언스 기구(560)는 도 10의 실시예에서 엘라스토머판(554)으로 도시되었지만, 대안적으로, 컴플라이언스 기구(560)는 도 6에 도시된 바와 같은 스프링(372) 또는 도 8에 도시된 바와 같은 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 컴플라이언스의 일부(568a)는 컴플라이언스 기구(560), 예를 들어 엘라스토머판(554)(또는, 스프링(372) 또는 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474))에 의해 제공되고, 또한 컴플라이언스의 일부(568b)는 유연한 재료를 포함할 수 있고 테스트 장치(540)에 일부 추가적인 수직 기계적 컴플라이언스를 제공할 수 있는 인터포저(580)에 의해 제공된다는 것을 유념한다.

도 16은 본 발명개시의 제5 실시예에 따라 테스트 구조물(640)의 횡단면도를 도시하고, 여기서 프로브 영역(641)은 테스트 구조물(640)의 복수의 와이어들(650) 끝에 결합되는 인터포저(680)를 포함한다. 도 10에 도시된 이전의 실시예에서 처럼 MEMS 리지드 프로브 장치(578)를 이용하는 대신에, 인터포저(680)는 프로브 영역(641)에서 ST 판(642)으로부터 돌출된 와이어(650)의 끝에 결합되고, 인터포저(680)의 도전성 스프링(688)은 프로브 영역(641)에서 프로브 팁(670)으로서 이용된다. 이 실시예에서, 엘라스토머판(654)(또는, 도 6에 도시된 바와 같은 스프링(372) 또는 도 8에 도시된 바와 같은 강성 제어 가능한 프레임 구조물(474))을 포함하는 컴플라이언스 기구(660)는 제1 양(668a)의 컴플라이언스를 제공하고, 인터포저(680)는 테스트 구조물(640)에 제2 양(668b)의 컴플라이언스를 제공한다.

프로브 팁(270/370/470/570/670)의 패턴은 볼 그리드 어레이 또는 다른 패턴을 갖는 집적 회로 또는 반도체 장치(210)(도 1을 참조)와 전기 접촉을 하기 위해서, 일부 실시예에서 실직적으로 직사각형 어레이 또는 정사각형 어레이를 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 발명개시의 실시예들의 프로브 팁(270/370/470/570/670)의 패턴은 예를 들어 다른 구성을 포함할 수 있다. 테스트 구조물(240/340/440/540/640)은 예를 들어 마이크로 범프 칩과 같은 집적 회로, 실리콘 관통 전극(through silicon via; TSV) 칩, 3D IC, 및 미세 피치 어레이 패키지로 패키징된 다른 반도체 장치를 테스트하도록 이용될 수 있다.

본 발명개시의 실시예는 본 명세서에 도시되고 기술된 테스트 구조물(240/340/440/540/640)을 포함한다. 본 발명개시의 실시예는 또한 테스트 구조물(240/340/440/540/640)을 제조하는 방법을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에 따라, 테스트 구조물(240/340/440/540/640)을 제조하는 방법은, ST 판(242/342/442/542/642)을 제공하는 단계, ST 판(242/342/442/542/642)에 제1판(244/344/444/544/644)을 결합하는 단계, 및 ST 판(242/342/442/542/642)을 관통하여 복수의 와이어들(250/350/450/550/650)을 삽입하는 단계를 포함한다. 복수의 와이어들(250/350/450/550/650)의 각각은 ST 판(242/342/442/542/642)으로부터 연장된다. 접착제(252/352/452/552/652)가 ST 판(242/342/442/542/642) 및 이 ST 판(242/342/442/542/642)의 중심 영역에 있는 복수의 와이어들(250/350/450/550/650)에 도포되고, 컴플라이언스 기구(260/360/460/560/660)는 제1판(244/344/444/544/644) 위에 배치된다. 제2판(256/356/456/556/686)은 컴플라이언스 기구(260/360/460/560/660) 위에 배치되고, PCB(262/362/462/562/662)는 제2판(256/356/456/556/686)에 결합된다. 방법은 제1판(244/344/444/544/644), 제2판(256/356/456/556/656), 및 컴플라이언스 기구(260/360/460/560/660)의 관통홀을 통해 PCB(262/362/462/562/662)에 ST 판(242/342/442/542/642)의 외부 에지를 결합하는 단계와, ST 판(242/342/442/542/642)으로부터 연장된 복수의 와이어들(250/350/450/550/650)의 끝에 인접한 프로브 영역(241/341/441/541/641)을 형성하는 단계를 포함한다. 프로브 영역(241/341/441/541/641)에 인접한 복수의 와이어들(250/350/450/550/650)의 끝 부분은 프로브 영역(241/341/441/541/641)의 일체 부분을 포함하고, 일부 실시예에서는 프로브 팁(270/370/470)을 포함한다.

본 발명개시의 실시예들은 또한 본 명세서에 기술된 테스트 구조물(240/340/440/540/640)을 이용하여 반도체 장치(210)를 테스트하는 것을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 반도체 장치(210)를 테스트하는 방법은 테스트 구조물(240/340/440/540/640)을 제공하는 단계를 포함하고, 이 테스트 구조물(240/340/440/540/640)은 PCB(262/362/462/562/662), 프로브 영역(241/341/441/541/641), PCB(262/362/462/562/662)와 프로브 영역(241/341/441/541/641) 사이에 배치된 컴플라이언스 기구(260/360/460/560/660), 및 PCB(262/362/462/562/662)와 프로브 영역(241/341/441/541/641) 사이에 결합된 복수의 와이어들(250/350/450/550/650)을 포함하고, 여기서 프로브 영역(241/341/441/541/641)에 인접한 복수의 와이어들(250/350/450/550/650)의 끝 부분은 프로브 영역(241/341/441/541/641)의 일체 부분을 포함한다. 테스트 방법은 반도체 장치(210)를 제공하는 단계, 반도체 장치(210)의 접촉부에 테스트 구조물(240/340/440/540/640)의 프로브 영역(241/341/441/541/641)을 연결하는 단계, 및 반도체 장치(210)를 테스트하는 단계를 포함한다. 반도체 장치(210)의 접촉부에 테스트 구조물(240/340/440/540/640)의 프로브 영역(241/341/441/541/641)을 연결 및/또는 반도체 장치(210)를 테스트하는 동안, 컴플라이언스 기구(260/360/460/560/660)는 반도체 장치(210)에 실질적으로 수직인 방향으로 컴플라이언스를 제공한다.

본 발명개시의 실시예들의 이점들은 미세한 피치로 고밀도 프로브 테스트를 할 수 있는 반도체 장치(210)를 위한 테스트 구조물(240/340/440/540/640)을 제공하는 것을 포함한다. 테스트 구조물(240/340/440/540/640)은 신뢰 가능하고, 전기적 기계적 프로빙을 보장하기 위한 효율적인 조립 방법을 갖는다. 컴플라이언스 기구(260/360/460/560/660)는 별도의 프로브 헤드의 사용을 요구하지 않고 반도체 장치(210) 및 집적 회로를 프로브 및 테스트하는 동안 컴플라이언스를 제공하거나 흡수한다. 50 ㎛ 이하의 미세 피치 어레이를 구비한 프로브 영역(241/341/441/541/641)은 본 발명개시의 실시예를 이용하여 제조될 수 있다. 제조 비용은 낮아지고 테스트 구조물(240/340/440/540/640)을 제작하는 리드 타임은 단축된다. 강성 및 변형 방향에 대한 프로브 접촉 동작은 용이하게 조정 가능하다. 신규한 테스트 구조물(240/340/440/540/640)은 조립 동안에 쉽게 손상되지 않고 최소의 홀 드릴링 제약을 갖는다.

본 발명개시의 실시예들 및 이들의 이점들이 상세하게 설명되었지만, 다양한 변경, 대체 및 대안들이 첨부된 특허청구 범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본 명세서에서 행해질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 많은 특징들, 기능들, 과정들 및 재료들은 본 발명개시의 범위 내에서 유지되지는 반면 변할 수도 있음을 당업자라면 용이하게 이해할 것이다. 더욱이, 본 발명개시의 범위는 이 명세서에 기술된 과정, 기계, 제조, 문제의 구성, 수단, 방법, 및 단계의 특정한 실시예로 제한하려는 아니다. 당업자라면 본 발명개시의 개시내용으로부터 용이하게 이해할 수 있기 때문에, 현재 존재하거나 나중에 개발될 과정, 기계, 제조, 문제의 구성, 수단, 방법, 또는 단계는 본 발명개시에 따라 이용될 수 있는 본 명세서에 기술된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 획득할 수 있다. 따라서, 이하의 특허청구범위는 과정, 기계, 제조, 문제의 구성, 수단, 방법, 또는 단계와 같은 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

210: 반도체 장치
240, 340, 440, 540, 640; 테스트 구조물
241, 341, 441, 541, 641: 프로브 영역
242, 342, 442. 542, 642: 공간 변형기 판
244, 344, 444, 544, 644: 제1판
246a, 246b, 446b, 446e, 546f, 546g : 부착 수단
248a, 248b, 448g: 관통 홀
250, 350, 450, 550, 650: 와이어
251: 홀
252, 352, 452, 552, 652: 접착제
254: 엘라스토머판
256, 356, 456, 556, 656: 제2판
258, 458: 가이드 핀
260, 360, 460, 560, 660: 컴플라이언스 기구
262, 362, 462, 562, 662: PCB
264: 픽스 링
266: 본드 패드
271, 370, 470, 570, 670: 프로브 팁
271: 반도체 웨이퍼
372: 스프링
580: 인터포저
582: 프로브 아티클
584: 기판
585: 관통 비아
586: 솔더 범프

Claims

반도체 장치를 위한 테스트 구조물로서,
인쇄 회로 기판(PCB);
프로브 영역;
상기 PCB와 상기 프로브 영역 사이에 배치된 컴플라이언스 기구;
상기 PCB와 상기 프로브 영역 사이에 결합된 복수의 와이어들로서, 상기 프로브 영역에 인접한 상기 복수의 와이어들의 끝 부분은 상기 프로브 영역의 일체 부분(integral part)을 포함하는, 상기 복수의 와이어들; 및
상기 컴플라이언스 기구와 상기 프로브 영역 사이에 배치되는 공간 변형기(ST) 판으로서, 상기 복수의 와이어들은 상기 ST 판을 통과해서 연장되는, 상기 공간 변형기(ST) 판
을 포함하는 것인, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물.
제1항에 있어서, 상기 컴플라이언스 기구는 엘라스토머판(elastomer plate), 적어도 하나의 스프링 부재, 및 강성(stiffness) 제어 가능한 프레임 구조물 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물.
제1항에 있어서, 상기 프로브 영역은 복수의 프로브 팁들을 포함하는 것인, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물.
반도체 장치를 위한 테스트 구조물로서,
공간 변형기(ST) 판;
상기 ST 판에 결합된 제1판;
상기 제1판에 인접한 제2판;
상기 제1판과 상기 제2판 사이에 배치된 컴플라이언스 기구;
상기 제2판에 결합된 인쇄 회로 기판(PCB) - 상기 ST 판의 외부 에지는 상기 제1판, 상기 제2판, 및 상기 컴플라이언스 기구의 관통홀을 통해 상기 PCB에 고정적으로 부착됨 -;
상기 PCB와 상기 ST 판 사이에 결합된 복수의 와이어들 - 상기 복수의 와이어들은 상기 ST 판을 통과해서 연장됨 - ; 및
상기 복수의 와이어들 끝 부분에 인접한 프로브 영역 - 상기 프로브 영역에 인접한 상기 복수의 와이어들의 끝 부분은 상기 프로브 영역의 일체 부분을 포함하고, 상기 프로브 영역은 테스트를 위한 반도체 장치의 접촉부와 전기적인 접촉을 하도록 구성됨 - 을 포함하는 반도체 장치를 위한 테스트 구조물.
제4항에 있어서, 상기 ST 판에 결합되고 상기 제1판, 상기 컴플라이언스 기구, 및 상기 제2판의 관통홀들을 통해 연장된 복수의 가이드 핀들을 더 포함하는 반도체 장치를 위한 테스트 구조물.
제4항에 있어서, 적어도 상기 제1판의 중심 영역은 상기 복수의 와이어들에 인접한 접착제로 부분적으로 채워지는 것인, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물.
제4항에 있어서, 상기 프로브 영역은 상기 복수의 와이어들 끝 부분에 결합되는 마이크로 전자기계 시스템(micro electromechanical system; MEMS) 리지드 프로브 장치를 포함하는 것인, 반도체 장치를 위한 테스트 구조물.
반도체 장치를 테스트하는 방법으로서,
테스트 구조물을 제공하는 단계 - 상기 테스트 구조물은, 인쇄 회로 기판(PCB); 프로브 영역; 상기 PCB와 상기 프로브 영역 사이에 배치된 컴플라이언스 기구; 상기 PCB와 상기 프로브 영역 사이에 결합된 복수의 와이어들; 및 상기 컴플라이언스 기구와 상기 프로브 영역 사이에 배치되는 공간 변형기(ST) 판을 포함하고, 상기 프로브 영역에 인접한 상기 복수의 와이어들의 끝 부분은 상기 프로브 영역의 일체 부분을 포함하고, 상기 복수의 와이어들은 상기 ST 판을 통해 연장됨 - ;
접촉부를 포함하는 상기 반도체 장치를 제공하는 단계;
상기 반도체 장치의 상기 접촉부에 상기 테스트 구조물의 상기 프로브 영역을 연결하는 단계;
상기 반도체 장치를 테스트하는 단계 - 상기 반도체 장치의 상기 접촉부에 상기 테스트 구조물의 상기 프로브 영역을 연결하고 상기 반도체 장치를 테스트하는 동안, 상기 컴플라이언스 기구는 상기 반도체 장치에 수직인 방향으로 컴플라이언스를 제공함 -
를 포함하는 반도체 장치 테스트 방법.
제8항에 있어서, 상기 반도체 장치를 테스트하는 상기 단계는, 반도체 웨이퍼로부터 복수의 다이를 분리(singulate)하기 이전 또는 이후에, 상기 반도체 웨이퍼의 단일 다이를 테스트하는 것을 포함하는 것인 반도체 장치 테스트 방법.
제9항에 있어서, 상기 반도체 장치를 테스트하는 상기 단계는, 상기 반도체 웨이퍼로부터 복수의 다이를 분리하기 이전 또는 이후에, 상기 반도체 웨이퍼의 복수의 다이를 동시에 테스트하는 것을 포함하는 것인 반도체 장치 테스트 방법.