KR101712367B1

KR101712367B1 - 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101712367B1
Application number: KR1020150172512A
Authority: KR
Inventors: 장성환; 김정엽; 유영은
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-03-07

Abstract

본 발명은 반도체 칩의 불량 여부를 검사하기 위한 프로브 카드용 프로브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로브의 외면에 계층적 구조를 적용하여 방열 성능 및 절연 성능이 향상된 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브 및 그 제조 방법{Probe having Hierarchical Structure for Semiconductor Inspection and Manufacturing Method of the Same}

반도체 칩은 공정 단계마다 불량 여부를 검사하여 수율을 높여야 하며, 패키징되기 전의 웨이퍼 상태에서 프로브 카드를 이용하여 전기적 검사를 실시한다. 검사 결과에 따라 양품만 패키징되고, 패키징된 후에는 소켓을 이용하여 전기적 검사를 실시한다. 프로브 카드는 반도체 칩에 형성된 패드의 배열 형태에 따라 캔틸레버형과 수직형으로 분류된다.

메모리형 반도체 칩은 중앙에 2열로 배치된 패드 배열을 가지며, 이미지 센서형 반도체 칩은 외곽선을 따라 배치된 패드 배열을 가진다. 메모리형 반도체 칩과 이미지 센서형 반도체 칩의 경우에는 캔틸레버형 프로브 카드가 사용된다. 반면 시스템 반도체 칩은 2차원으로 배치된 패드 배열을 가지며, 이 경우에는 수직형 프로브 카드만 사용 가능하다.

최근 3차원 IC 칩의 경우 관통전극(TSV; Through Silicon Via)을 이용하여 여러 가지 종류의 반도체 칩을 적층시키는 방법으로 하나의 칩을 만들고 있다. 이러한 3차원 IC 칩의 경우 패드의 피치가 40㎛ 이하이고, 2차원으로 배치된 패드 배열을 가지고 있다. 이 경우 미세 피치의 수직형 프로브만 대응할 수 있으며, 이의 개발이 요구되고 있다. 특히 반도체 칩의 크기가 작아지고 집적화됨에 따라 이것을 검사하는 프로브의 크기 및 피치가 작아지고 있다.

도 1에는 종래의 프로브(10)의 전체 사시도가 도시되어 있다. 도시된 프로브(10)는 수직형 또는 코브라형 프로브로 일정한 직경을 갖는 로드 상으로 이루어지며, 상하 길이방향을 따라 굴곡부가 복수개 이격 형성된다. 반도체 칩의 검사에 있어서 사용되는 전류의 크기는 변하지 않으나 프로브의 크기 및 피치가 작아짐에 따라서 인가되는 전류 밀도가 커지게 된다. 전류 밀도가 높아지면 이로 인하여 저항가열현상(Joule Heating)이 발생하고 온도의 상승으로 기계적 성질이 저하되며 심할 경우 녹거나(Burnt) 끊기는 문제가 생긴다. 그렇기에 프로브가 발열되더라도 열이 빨리 방출되어 온도상승이 최소화 되도록 하여야 한다. 이를 위하여 전기전도도 및 열전도도가 큰 프로브 소재를 사용하여 프로브 허용 전류 값의 요구조건을 만족키기 위한 개발이 진행되고 있으나, 프로브 자체의 방열 성능을 향상시키는 방식으로 프로브의 온도 상승을 최소화하는 기술의 개발은 미약한 실정이다.

또한, 프로브의 피치가 매우 작기에 인접한 프로브와 접촉이 발생할 경우 단락(short)이 발생되며 이를 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국공개특허공보 제2015-0031371호(2015.03.24. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 기계적 특성이 우수한 미세피치 프로브의 몸체의 외면에 계층적 구조를 적용하여 즉 프로브의 외면에 돌출부와 함몰부를 반복적인 패턴으로 구현하여 프로브의 표면적을 증대시킨 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

상술된 계층적 구조는 프로브의 몸체에 알루미늄이나 구리를 코팅한 후 이를 에칭, 화학반응, 양극산화 또는 전기화학반응 등을 통하여 식각함으로써 구현할 수 있으며, 특히 알루미늄을 코팅한 경우 화학반응, 양극산화 등을 통하여 코팅된 알루미늄이 전기 절연성과 방열성이 모두 높은 산화알루미늄으로 변화되므로, 프로브의 절연 특성과 방열 특성이 모두 향상된 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브는, 반도체 검사용 프로브에 있어서, 상기 프로브의 외면에는, 외면 외측으로 돌출 또는 외면 내측으로 함몰되는 계층적 구조가 형성된다.

이때, 상기 프로브는, 주몸체; 및 상기 주몸체의 외면에 코팅되는 코팅층; 을 포함하며, 상기 계층적 구조는 상기 코팅층을 식각, 화학반응, 양극산화 또는 전기화학반응하여 형성된다.

또한, 상기 프로브는 굴곡부가 적어도 하나 이상 형성된 수직형 또는 코브라 형 프로브로 이루어지며, 상기 굴곡부에는 절연 재질이 코팅되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계층적 구조는, 단면이 반원형, 다각형으로 이루어진다.

본 발명의 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브의 제조방법은, 반도체 검사용 프로브의 제조방법에 있어서, 상기 프로브의 주몸체에 코팅층을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅층을 성형하여 계층적 구조를 형성하는 단계; 를 포함한다.

또한, 상기 코팅층의 성형 방법은, 식각, 화학반응, 양극산화 또는 전기화학반응 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 코팅층의 재질은, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 또는, 구리(Cu) 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브 및 그 제조 방법은, 프로브의 표면적이 증대됨에 따라 방열 성능이 향상되어 미세 피치의 프로브 적용에 따른 저항가열현상(Joule Heating)으로 인한 프로브의 변형 및 손상을 방지하고, 결과적으로 프로브의 최대허용 전류값이 향상되는 효과가 있다.

또한 절연 성능이 향상되어 프로브와 이웃하는 프로브가 접촉 시 단락을 방지하게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 프로브 사시도
도 2는 통상의 프로브 카드 정면도
도 3은 통상의 프로브 모듈 단면도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 프로브 전체 사시도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 프로브 횡단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 정면도
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 프로브 제조 방법 공정단면도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 프로브에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에는 통상의 프로브 카드(A)의 정면도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일실시 예에 따른 프로브(100)가 적용된 프로브 모듈(1000)의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 프로브 모듈(1000)은 다수의 프로브(100)가 검사 대상(S)의 면 방향을 따라 복수 개가 일정거리 이격되어 배치될 수 있고, 복수 개가 이격된 프로브(100)는 가이드(200, 300)를 통해 고정될 수 있다. 따라서 타단에 탐침부가 형성된 다수의 프로브(100)의 타단이 검사 대상(S)에 전기적으로 접촉하여 전기적 신호를 검출하게 된다. 프로브(100)의 타단으로부터 검출된 전기적 신호는 프로브(100)의 일단에 연결된 기판(2000)에 전달되어 검사 대상(S)의 불량 여부를 모니터링 하게 된다.

이때 프로브(100)는 일정한 하중으로 검사 대상에 접촉하게 되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 프로브(100)가 일정간격으로 정렬된 상태에서 휘어짐이나 대열의 변형 없이 검사 대상(S)에 접촉된 상태를 유지하도록 프로브 모듈(1000)은 제1 가이드(300) 및 제2 가이드(200)를 포함하여 구성된다.

제1 가이드(200)는 두께가 있는 판상으로 이루어지며, 프로브(100)의 타단부가 관통되도록 제1 관통홀(210)이 면방향을 따라 다수 개 형성된다. 따라서 프로브(100)는 프로브(100)의 타단이 노출되도록 타단부가 제1 가이드(200)의 제1 관통홀(210)에 끼움 결합된다.

제2 가이드(300)는 두께가 있는 판상으로 이루어지며, 프로브(100)의 일단부가 관통되도록 제2 관통홀(310)이 면방향을 따라 다수 개 형성된다. 따라서 프로브(100)는 프로브(100)의 일단이 노출되도록 타단부가 제2 가이드(300)의 제2 관통홀(310)에 끼움 결합된다.

도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 프로브(100)의 전체 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 프로브(100)의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 본 발명의 프로브(100)는 반도체 전영역의 검사가 가능하도록 수직형 프로브 또는 코브라형 프로브로 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 프로브(100)는 미세 반도체의 불량여부 검사가 가능하도록 직경이 작은 프로브(100)에 적용이 되며, 특히 프로브(100)의 허용전류밀도의 향상 을 위해 다음과 같은 특징적인 구성을 갖게 된다.

본 발명의 프로브(100)는 주몸체(101)의 외면에 계층적 구조(110)가 적용될 수 있다. 계층적 구조(110)는 프로브(100)의 표면적을 넓혀 방열 성능을 향상시키기 위해 구성된다. 따라서 계층적 구조(110)는 주몸체(101)의 외면에서 외측으로 돌출된 형태를 이루거나, 주몸체(101)의 외면에서 내측으로 함몰된 형태를 이룰 수 있다. 바람직하게는, 돌출구조와 함몰구조가 반복적으로 연속되는 패턴으로 이루어질 수 있다. 일예로 도 5a에 도시된 바와 같이 계층적 구조(110)는 단면이 반구형으로 이루어지되 주몸체(101)의 일측과 타측이 동일한 패턴으로 이루어진 제1 반구형 패턴(111)으로 이루어질 수 있다. 제1 반구형 패턴(111)은 프로브(100)의 폭이 상하 길이 방향을 따라 일정하기 때문에 프로브(100)의 상하 길이방향 강도가 일정한 장점이 있다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 계층적 구조(110)는 단면이 반구형으로 이루어지되 주몸체(101)의 일측과 타측이 서로 대양되는 패턴으로 이루어진 제2 반구형 패턴(111)으로 이루어질 수 있다. 제2 반구형 패턴(112)은 프로브(100)의 폭이 상하 길이방향을 따라 일정하지는 않지만, 제조가 용이한 장점이 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 프로브(100)는 계층적 구조(110)의 단면 형상을 반구형으로 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

일예로 도 6에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브(100)의 정면도가 도시되어 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이 계층적 구조(110)는 단면이 사각형으로 이루어진 쿼드 패턴(113)으로 이루어질 수도 있고, 도 6b에 도시된 바와 같이 계층적 구조(110)는 단면이 트라이 패턴(114)으로 이루어질 수도 있다. 아울러 도 6c에 도시된 바와 같이 계층적 구조(110)는 나선형으로 이루어진 나선형 패턴(115)으로 이루어질 수도 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 프로브의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 프로브(100)는 주몸체(101)를 구비하는 단계를 수행한다. 주몸체(101)는 통상의 프로브 재질인 니켈 화합물(Nix)로 이루어질 수 있다. 다음으로 주몸체(101)의 외면에 코팅층(105)을 코팅하는 단계를 수행한다. 코팅층(105)의 재질로는 프로브(100)의 절연성능 향상을 위한 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg) 또는, 아연(Zn) 이나, 프로브(100)의 전도성 향상을 위한 구리(Cu)가 적용될 수 있다.

다음으로 코팅층(105)을 성형하여 계층적 구조(110)를 형성하는 단계를 수행한다. 코팅층(105)을 성형하는 방법으로는 식각, 화학반응, 양극산화 또는 전기화학반응 중 선택되는 어느 하나가 적용될 수 있다.

일예로 알루미늄 재질의 코팅층(105)을 주몸체(101)에 코팅한 후 이를 양극산화하면 코팅층(105)은 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 변화하면서, 외면에 계층적 구조(110)가 형성된다. 특히 산화알루미늄 코팅층(105)은 절연 성능 또한 우수하기 때문에 복수 개가 근접 배치되는 프로브(100)와 이웃하는 프로브가 접촉하여도 단락을 방지하여 프로브(100)의 손상을 방지하게 된다.

코팅층(105)에 구리 재질을 적용할 경우 프로브간의 접촉 시 단락을 방지하게 위해 다음과 같은 방법을 적용할 수도 있다. 프로브(100)의 길이방향을 따라 국부적으로 절연재질을 코팅할 수 있다. 특히 수직형 프로브의 경우 프로브의 굴곡부에 절연재질을 코팅하여 프로브간의 접촉 시 단락을 방지할 수 있게 된다. 절연 재질로는 열적 안정성이 높고 전기적 차폐성이 뛰어난 패럴린(Parylene) 재질이 적용될 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

A : 프로브 카드
1000 : 프로브 모듈
100 : 프로브 101 : 주몸체
105 : 코팅층
110 : 계층적 구조
111 : 제1 반구형 패턴 112 : 제2 반구형 패턴
113 : 퀘드 패턴 114 : 트라이 패턴
115 : 나선 패턴

Claims

반도체 검사용 프로브에 있어서,
상기 프로브의 외면(표면)에는, 상기 외면에서 돌출 또는 함몰되는 표면적 확대 구조가 형성되되,
상기 표면적 확대 구조는, 상기 프로브의 전체 영역에 형성되는, 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브.
반도체 검사용 프로브에 있어서,
상기 프로브의 외면(표면)에는, 상기 외면에서 돌출 또는 함몰되는 표면적 확대 구조가 형성되되,
상기 프로브는,
주몸체; 및
상기 주몸체의 외면에 코팅되는 코팅층; 을 포함하며,
상기 표면적 확대 구조는 상기 코팅층을 식각, 화학반응, 양극산화 또는 전기화학반응하여 형성되는, 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 프로브는 굴곡부가 적어도 하나 이상 형성된 수직형 또는 코브라 형 프로브로 이루어지며,
상기 굴곡부에는 절연 재질이 코팅되는 것을 특징으로 하는, 계층적 구조를 갖는 반도체 검사용 프로브.
삭제
반도체 검사용 프로브의 제조방법에 있어서,
상기 프로브의 주몸체에 코팅층을 코팅하는 단계; 및
상기 코팅층을 성형하여 표면적 확대 구조를 형성하는 단계;
를 포함하는, 반도체 검사용 프로브의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 코팅층의 성형 방법은,
식각, 화학반응, 양극산화 또는 전기화학반응 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 반도체 검사용 프로브의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 코팅층의 재질은,
알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 또는, 구리(Cu) 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 반도체 검사용 프로브의 제조방법.