KR102012202B1 - 프로브 카드와 그 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사 방법 - Google Patents

프로브 카드와 그 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사 방법 Download PDF

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Abstract

프로브 카드와 그 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드는, 복수의 반도체 소자들을 포함하는 웨이퍼의 전기적 특성을 테스트하는 프로브 카드에 있어서, 입력 채널과 출력 채널을 가지는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 일면 상(over)에 마련되고, 상기 입력 채널과 상기 웨이퍼를 전기적으로 연결하는 공간 변환기(STF); 상기 공간 변환기(STF)의 일면에 배치되고, 상기 웨이퍼에 접촉하여 상기 입력 채널과 전기적으로 접속 가능한 복수의 입력 채널용 프로브; 및 상기 인쇄 회로 기판의 일면 상(on)에 마련되고, 상기 출력 채널과 상기 웨이퍼를 직접 접촉하여 상기 출력 채널과 전기적으로 접속 가능한 복수의 출력 채널용 프로브를 포함할 수 있다.

Description

프로브 카드와 그 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사 방법{PROBE CARD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, METHOD FOR DETECTING OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 프로브 카드와 그 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게 반도체 소자의 전기적 요구 특성을 검사하기 위한 프로브 카드와 그 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 레벨(wafer level)에 회로 패턴(pattern)을 형성하는 패브리케이션(fabrication) 공정과 패턴이 형성된 웨이퍼를 각각의 반도체 소자로 조립하는 어셈블리(assembly) 공정을 거쳐 제조된다.
패브리케이션 공정과 어셈블리 공정 사이에는, 웨이퍼에 형성된 각각의 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting) 공정이 이루어진다. EDS 공정을 통해 웨이퍼에 형성된 반도체 소자들이 원하는 품질 수준에 도달했는지를 판별할 수 있다. 웨이퍼 위 반도체 소자에 전기적 신호를 인가하고 반도체 칩으로부터 응답하는 전기적 신호를 분석해 반도체 소자의 불량 여부를 판별하는 프로브 스테이션(probe station)이 EDS 공정에 주로 이용된다.
프로브 스테이션은, 반도체 소자와 테스트 장비(반도체 자동 시험 장비, ATE, automated test equipment)를 연결한 상태에서 반도체 소자의 전기적 특성을 측정하기 위한 장치이다. 이때 반도체 소자의 패드로 전기적 신호를 전달하기 위해 프로브 카드(probe card)를 장착하게 된다.
프로브 카드는 접촉단자의 기계적 동작 원리에 따라 수직형, 캔틸레버형, 그리고 멤스(MEMS, micro-electro-mechanical systems)형 등으로 구분한다.
그 중 와이어를 이용한 캔틸레버 구조인 캔틸레버형 프로브 카드에서는, 패드와의 접촉을 위한 팁들이 캔틸레버의 끝단에 부착되고, 캔틸레버는 패드의 상부면에 평행하게 인쇄회로기판에 부착된다. 캔틸레버형 프로브 카드는, 비교적 간단한 구조로 제작이 용이한 반면, 지나치게 길이가 길고 회로 특성상 와이어 구조의 신호 간섭이 발생하여 신호 전달 손실이 많이 발생하는 문제가 있었다. 또한 동작 주파수가 점차 높아짐에 따라 요구 특성을 충족하지 못하여 고속 주파수 동작에서 손실 발생이 큰 문제점이 있었다.
멤스형 프로브 카드는 기판에 캔틸레버 형태의 프로브를 일괄공정으로 형성한 후, 기판에 접합함으로써 제조된다. 이러한 멤스형 프로브 카드는 기계적 높은 신뢰성과 전기적 우수함을 가지고 있다. 반면, 최근 반도체 소자의 고집적화로 접속 단자 사이즈가 작아지고 접촉 피치 간격이 좁아, 접촉 특성을 향상시키는데 한계가 있어 매우 좁은 영역을 검출할 수 없는 문제가 있었다.
등록특허공보 제10-1058600호(2011.08.16.) 특허공개공보 제10-2017-0012660호(2017.02.03.)
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고속 신호 전달과 정밀 피치 제어를 동시에 구현함으로써 반도체 소자의 작동여부에 관한 높은 요구 특성이 충족 가능한 프로브 카드와 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 높은 동작 주파수를 필요로 하는 입력 채널에 멤스 방식으로 고속 주파수의 구현이 가능해 반도체 소자의 작동여부를 신속하게 검출할 수 있는 프로브 카드와 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 캔틸레버 방식의 프로브를 출력 채널에 마련함으로써 고집적화 미세 피치의 구현이 가능한 프로브 카드와 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 입력 채널용 프로브와 웨이퍼 사이 구간에서의 손실을 효과적으로 보상시키는 프로브 카드와 그 제조 방법에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 프로브 카드를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드는, 복수의 반도체 소자들을 포함하는 웨이퍼의 전기적 특성을 테스트하는 프로브 카드에 있어서, 입력 채널과 출력 채널을 가지는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 일면 상(over)에 마련되고, 상기 입력 채널과 상기 웨이퍼를 전기적으로 연결하는 공간 변환기(STF); 상기 공간 변환기(STF)의 일면에 배치되고, 상기 웨이퍼에 접촉하여 상기 입력 채널과 전기적으로 접속 가능한 복수의 입력 채널용 프로브; 및 상기 인쇄 회로 기판의 일면 상(on)에 마련되고, 상기 출력 채널과 상기 웨이퍼를 직접 접촉하여 상기 출력 채널과 전기적으로 접속 가능한 복수의 출력 채널용 프로브를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 입력 채널과 상기 공간 변환기(STF) 사이에 마련되어, 상기 입력 채널용 프로브를 상기 인쇄 회로 기판에 물리적, 전기적으로 연결하는 복수의 인터포저를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인터포저는 탄성을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인쇄 회로 기판의 타면에 마련되어, 상기 입력 채널에서 상기 공간 변환기(STF)까지의 전압 손실을 보상하는 부스터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 부스터는, 전압을 생성하여 상기 입력 채널용 프로브에 상기 전압을 공급하는 전압증폭기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전압증폭기는 연산증폭기로 이루어지며, 상기 연산증폭기의 입력단에 위치한 저항과 상기 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 위치한 저항의 비를 조정하여 임계전압을 조정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공간 변환기(STF)와 상기 인쇄 회로 기판을 전기적으로 연결하는 복수의 동축 케이블을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공간 변환기(STF)는, 일면 및 상기 일면의 반대면인 타면을 갖는 단층 기판; 상기 일면 상에 배치된 복수의 신호 또는 전원 전극; 상기 일면의 동일 평면상에서 상기 신호 또는 전원 전극과 이격되어 배치된 그라운드 전극; 상기 단층 기판 내에 상기 그라운드 전극을 전기적으로 연결시키는 공통 그라운드 전극을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단층 기판을 관통하는 복수의 비아들을 더 포함하며, 상기 비아들은 격자 형태를 이루도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공통 그라운드 전극은 상기 비아들을 관통할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공간 변환기(STF)는, 신호 전극을 가지는 신호 전극층, 전원 전극을 가지는 전원 전극층 및 그라운드 전극을 가지는 그라운드 전극층이 하나 이상의 층을 이루는 다층 기판을 포함하며, 상기 그라운드 전극층은 상기 그라운드 전극층 내에 상기 그라운드 전극을 전기적으로 연결시키는 공통 그라운 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공간 변환기(STF)의 기판은 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공통 그라운드 전극은 판 형상을 가지며 격자 형태의 단위 패턴을 이루며 반복 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공간 변환기(STF)는, 접지; 및 상기 접지 사이에 병렬로 이격된 전원을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 출력 채널은 공간 변환기(STF)를 포함하지 아니하고 상기 출력 채널용 프로브와 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 프로브 카드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드의 제조 방법은, 입력 채널과 출력 채널로 이루어진 프로브 카드의 제조 방법에 있어서, 인쇄 회로 기판에 상기 출력 채널을 설치하는 단계; 및 상기 인쇄 회로 기판에 상기 입력 채널을 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 프로브 카드를 이용한 반도체 소자 검사 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드를 이용한 반도체 소자 검사 방법은, 입력 채널과 출력 채널을 가지는 프로브 카드를 이용한 반도체 소자 검사 방법에 있어서, 입력 채널용 패드 전극과 출력 채널용 패드 전극을 포함한 반도체 소자를 마련하는 단계; 상기 입력 채널용 패드 전극에 입력 채널용 프로브를, 상기 출력 채널용 패드 전극에 출력 채널용 프로브를 접촉시키는 단계; 및 상기 입력 채널로부터 입력 채널용 패드 전극에 고속으로 전기적 신호를 전달하고, 미세 피치의 상기 출력 채널용 패드 전극으로부터 상기 출력 채널에 전기적 신호를 전달받아 상기 반도체 소자의 정상 작동 여부를 검사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 고속 신호를 전달할 수 있는 입력 채널과 미세 피치 영역의 검출이 가능한 출력 채널로 이원화시켜, 반도체 소자의 작동 여부를 효율적으로 검출할 수 있는 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 채널은 멤스(MEMS) 공정을 이용한 입력 채널용 프로브와 박막 다층 세라믹 기판으로 이루어진 공간 변환기(STF), 동축 케이블 또는 인터포저를 포함함으로써, 출력 채널용 프로브 방식과 달리 고속 주파수 동작시의 손실 발생을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 인터포저는 탄성체로. 수직 편차가 해소되어 검사 수율을 개선하고 반복적인 사용에도 불구하고 변형될 염려가 적으며, 접촉 불량을 최소화로 접촉성능을 향상시켜 양산성을 높일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공간 변환기(STF)는 박막 세라믹 기판으로 유전율을 높여 신호적 길이는 짧게 함으로써, 고속 주파수 동작시 회로특성을 안정화할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공간 변환기(STF)는 박막 세라믹 기판으로 박막을 이루는 각 층의 두께를 물리적으로 얇게 구현함으로써, 경량화하면서도 손쉬운 제어가 가능한 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공간 변환기(STF)는 디커플링 커패시터를 마련함으로써, 전원면의 고주파로 인한 오작동 및 발열, 수명저하에 따른 성능저하를 막을 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 멤스(MEMS) 공정에 의해 공간 변환기(STF)를 얇게 제조함으로써, 미세 피치 구현이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 핀은 멤스(MEMS) 공정을 이용해 짧은 길이로 제조함으로써, 신호 전달 손실과 신호 간섭이 적어지며, 와이어 구조에 힘 균형을 조절하기 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드의 입력 채널을 개략적으로 도시한 좌측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 공간 변환기의 공통 그라운드 전극을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 카드의 입력 채널을 개략적으로 도시한 좌측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 공간 변환기의 공통 그라운드 전극을 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 2의 A부분 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 카드를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 카드를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 채널용 프로브와 출력 채널용 프로브의 삽입손실(insertion loss) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 채널용 프로브와 출력 채널용 프로브 핀의 전원 저항 손실(power impedance loss) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디커플링 커패시터의 설치 위치에 따른 주파수별 전원 저항의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드를 이용한 반도체 소자의 검사 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드(1)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드(1)는, 테스터(tester, 미도시)로부터 소정의 반도체 소자에 전기적인 신호를 인가하여 정상적으로 작동하는지 여부를 확인하는 장치이다. 즉 프로브 카드(1)는, 반도체 소자의 특성 파악을 위해 반도체 소자의 검사 영역(패드)에 직접 접촉하여 회로적 특성 검사를 실시할 수 있다.
이때 반도체 소자는, COG(chip on glass), COF(chip on film)와 같은 디스플레이 구동칩인 DDI(display drive ic) 등의 IC 칩과 LED 소자 등을 이루는 소자일 수 있다. 이 경우 반도체 소자는, 웨이퍼(wafer, 400) 단위로 반도체 공정을 거치며, 반도체 소자의 양, 불량 여부를 검사하기 위하여 웨이퍼 레벨에서 검사를 실시할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는, 여러 종류의 반도체 소자 중에서도 특히 DDI일 수 있다. 이러한 DDI는, 테스터(미도시)로부터 입력된 신호가 인쇄 회로 기판(300)을 통해 할당된 채널(channel)로 연결시켜주는 역할을 할 수 있다.
보다 구체적으로 DDI는, 각각의 입출역 영역이 DDI 입력 채널과 DDI 출력 채널로 나누어져 있다. 이 때 프로브 카드(1)의 입력 채널(100)을 통해 입력 신호를 DDI의 DDI 입력 채널에 전달하며, 다시 DDI의 DDI 출력 채널로부터 프로브 카드(1)의 출력 채널(200)을 통해 출력 신호를 테스터(미도시)로 전달하여 반도체 소자의 회로 특성을 검사하게 된다.
또한 프로브 카드(1)는, 복수 개의 프로브(probe)를 포함할 수 있다. 프로브는, 예컨대 와이어 트레이스 또는 접점 패드 등의 접점(혹은 단자, 도선 등과 같은 임의의 다른 타입의 전기 접점을 포함한다)으로, 반도체 소자의 전극 단자와 직접 접촉하여 전류를 가할 수 있다.
이때 서로 다른 종류의 프로브가 하나의 프로브 카드(1)를 구성할 수 있다. 프로브 카드(1)는, 서로 다른 종류의 프로브들로 이루어진 입력 채널(100)과 출력 채널(200)을 포함할 수 있다. 이 때 입력 채널(100)과 출력 채널(200)은, 각각 분리 배치된 한 쌍으로 프로브 카드(1)에 마련될 수 있다. 프로브는, 금속 재질로 이루어질 수 있다.
입력 채널(100)은, 프로브 카드(1)의 입력 신호를 반도체 소자에 전달할 수 있고, 출력 채널(200)은, 반도체 소자로부터 프로브 카드로 출력 신호를 전달받을 수 있다. 보다 구체적으로 반도체 소자의 검사 공정에서 테스터(미도시)가 검사 신호를 발생하여 인쇄 회로 기판(300)에서 입력 채널(100)을 거쳐 반도체 소자에 전달하고, 검사 신호를 통해 반도체 소자의 출력 신호를 출력 채널(200)에서 수신하여 검사 결과를 판단할 수 있다.
인쇄 회로 기판(PCB, printed circuit board, 300)은, PEN, PET, PI 등의 플라스틱 필름으로 구성되며 적용되는 용도에 따라 하나 또는 둘 이상이 혼용될 수 있다. 인쇄 회로 기판(300)은, 대체로 원판 형상을 가지며, 일 측에 테스터(미도시)와 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판(300)은, 후술할 입력 채널(100)과 출력 채널(200)을 가질 수 있다.
입력 채널(100)
다시 도 1을 참조하면 입력 채널(100)은, 멤스(MEMS) 방식의 프로브가 마련될 수 있다. 즉 입력 채널(100)은, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110), 입력 채널용 프로브(120)를 포함하고, 인터포저(130)와 부스터(140)를 더 포함할 수 있다.
공간 변환기(STF, 110)
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드의 입력 채널을 개략적으로 도시한 좌측면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 공간 변환기의 공통 그라운드 전극을 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 카드의 입력 채널을 개략적으로 도시한 좌측면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 공간 변환기의 공통 그라운드 전극을 보여주는 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면 공간 변환기(STF, space transformer, 110)는, 인쇄 회로 기판(300)의 회로 피치와 반도체 소자의 회로 피치의 차이값을 보상할 수 있다. 반도체 소자가 인쇄 회로 기판(300)에 비해 집적도가 높으므로, 공간 변환기(STF, 110)는, 반도체 소자의 집적도에 부응하는 검사 회로가 설계될 수 있다.
공간 변환기(STF, 110)는, 인쇄 회로 기판(300)의 입력 채널(100)과 입력 채널용 프로브(120) 사이에 배치되어, 입력 채널(100)과 입력 채널용 프로브(120)를 전기적으로 연결하여, 테스트 신호를 전기적으로 전달할 수 있다. 이러한 공간 변환기(STF, 110)는, 후술할 인터포저(130)의 타단에 연결될 수 있다. 공간 변환기(STF, 110)는, 유리, 실리콘 등의 재질로 마련될 수 있으나, 특히 유전률이 좋은 세라믹(ceramic) 재질로 마련될 수 있다.
일 실시 예로서, 공간 변환기(STF, 110)는, 단층 기판(111) 또는 다층 기판(112), 전극 패드에 대응되도록 마련된 전극(111a 내지 111c, 112a 내지 112d), 접지(ground, 113), 그리고 각각의 접지(113) 사이에 병렬로 이격되어 마련된 전원(power, 114)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공간 변환기(STF, 110)는, 일면과 일면의 반대면인 타면을 갖는 평판 형상의 기판을 가질 수 있다. 기판의 개수에 따라 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다. 이때 기판의 일면은 웨이퍼(400)에 대향하는 면이고, 타면은 인터포저(130)에 대향되는 면일 수 있다.
다시 도 2와 도 3을 참조하면 단층 기판(111)으로 이루어진 공간 변환기(STF, 110)에서, 전극(111a 내지 111c)은 하나의 단층 기판(111) 상에 배치될 수 있다. 일 예로서, 전극(111a 내지 111c)은 일면 상에서 단층으로 배치되는 신호 또는 전원 전극(111a) 및 그라운드 전극(111b)을 포함할 수 있다. 공간 변환기(STF, 110)는, 단층 기판(111)을 관통(penetrate)하는 복수의 비아들을 더 포함하며, 비아들은 격자 형태를 이루도록 배치될 수 있다.
신호 또는 전원 전극(111a)은, 인터포저(130)로부터 검사 신호를 전달받는 회로 전극으로, 일면 상에서 관통홀과 연결될 수 있다. 신호 또는 전원 전극(111a)은, 그 기능에 따라 신호 전극 또는 전원 전극으로 구분될 수 있다. 신호 또는 전원 전극(111a)은, 단층 기판(111)에서 후술할 입력 채널용 프로브(120)에 검사 신호를 전달하거나 전원이 인가되는 전극일 수 있다.
그라운드 전극(111b)은, 일면 상에서 신호 또는 전원 전극과 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그라운드 전극(111b)은, 복수개가 하나의 공통 전극으로 사용될 수 있다. 이를 위하여 그라운드 전극(111b)은, 단층 기판(111) 내에서 그라운드 전극(111b)과 연결된 관통홀을 전기적으로 연결시키는 공통 그라운드 전극(111c)을 더 포함할 수 있다. 그라운드 전극(111b)은, 사용 전극과 불용 전극으로 구분될 수 있다. 전극의 사용 여부에 따라, 소정의 반도체 소자에 따라 필요한 전극을 취사선택하여 전극의 사용 여부를 구분할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면 공통 전극은, 단층 기판(111) 안에서 개별 전극에 비하여 큰 점유 면적을 가지도록 판(plate) 형상의 공통 그라운드 전극(111c)을 가질 수 있다. 공통 그라운드 전극(111c)은, 다수의 입력 채널용 프로브(120)를 하나의 그라운드 전극(111b)에 접속시킬 수 있다. 따라서 공통 그라운드 전극(111c)은, 신호 또는 전원 전극(111a)에 비해 상대적으로 큰 점유 면적을 가지면서 하나의 판 형태(plate)로 구비될 수 있다. 공통 전극으로의 사용이 가능한 복수의 그라운드 전극(111c)은, 단층 기판(111) 내에서 삽입 형성된 공통 그라운드 전극(111c)에 전기적으로 연결시킨 구조를 가질 수 있다.
단층 기판(111) 안에서는, 서로 다른 복수의 전극(111a 내지 111c)이 하나의 동일 평면상에 배치될 수 있다. 단층 기판(111)에 전극(111a 내지 111c)이 배치됨으로써, 단순화된 전극 구조로 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
다시 도 4와 도 5를 참조하면 다층 기판(112)으로 이루어진 공간 변환기(STF, 110)에서, 전극은 각각 서로 다른 기판 상에 배치될 수 있다. 다층 기판(112)은, 제1 회로 패턴층과 제1 회로 패턴층에 대향하는 제2 회로패턴층을 포함하는 다층의 패턴층으로 이루어질 수 있다. 이러한 다층 기판(112)은, 고속 신호 전송을 위한 특성 개선을 위해 임피던스 정합(impedance matching)이 가능하도록 박막 형태(thin film)의 다층 세라믹 기판(MLS, multi-layer ceramic)일 수 있다.
일 예로서, 전극은 신호 전극, 전원 전극 및 그라운드 전극이 각각의 층을 이루며 배치될 수 있다. 즉 공간 변환기(STF, 110)는, 신호 전극층(112a)과 전원 전극층(112b), 그라운드 전극층(112c)이 두 개 이상으로 이루어져 다층 기판을 이룰 수 있다. 공간 변환기(STF, 110)는, 다층 기판(112)을 이루는 신호 전극층(112a), 전원 전극층(112b) 및 그라운드 전극층(112c)을 관통하는 복수의 비아들을 더 포함하며, 비아들은 격자 형태를 이루도록 배치될 수 있다.
신호 전극은, 인터포저(130)로부터 검사 신호를 전달받는 회로 전극으로, 신호 전극층(112a) 하나 이상의 평면상에 포함될 수 있다. 신호 전극은, 신호 전극층(112a)과 대면한 관통홀과 연결될 수 있다. 신호 전극은, 입력 채널용 프로브(120)에 검사 신호를 전달하는 전극일 수 있다.
전원 전극은, 전원 전극층(112b)을 이루며 하나 이상의 평면상에 포함될 수 있다. 전원 전극을 포함하는 전원 전극층(112b)은, 신호 전극층(112a)과 후술할 그라운드 전극층(112c)과 대향하도록 적층될 수 있다. 전원 전극은, 다층 기판(112)에서 입력 채널용 프로브(120)에 전원을 인가하는 전극일 수 있다.
다시 도 5를 참조하면 그라운드 전극은, 그라운드 전극층(112c) 하나 이상의 평면상에 포함될 수 있다. 그라운드 전극을 포함하는 그라운드 전극층(112c)은, 신호 전극층(112a) 및/또는 전원 전극층(112b)과 대향하도록 적층될 수 있다. 그라운드 전극은, 복수개가 하나의 공통 전극으로 사용될 수 있다. 이를 위하여 그라운드 전극은, 그라운드 전극층(112c) 내에서 그라운드 전극과 연결된 관통홀을 전기적으로 연결시키는 공통 그라운드 전극을 더 포함할 수 있다. 이 경우 공통 그라운드 전극은, 그라운드 전극층(112c) 내 삽입 형성되는 판상 형태의 공통 그라운드 전극(112d)을 형성할 수 있다. 그라운드 전극은, 사용 전극과 불용 전극으로 구분될 수 있다. 전극의 사용 여부에 따라, 소정의 반도체 소자에 따라 필요한 전극을 취사선택하여 전극의 사용 여부를 구분할 수 있다.
다층 기판(112) 중에서 그라운드 전극층(112c)이 가지는 공통 그라운드 전극의 기능과 형태는 단층 기판(111)과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 다층 기판(112)을 이루는 서로 다른 복수의 전극이 각각 서로 다른 평면상에 배치되는데, 각각의 전극마다 다른 평면상에서 서로 다른 전극층들을 가지는 구조를 가짐으로써, 각 신호 처리 효율을 높일 수 있다.
기판(111, 112)을 관통하는 복수의 관통홀이 형성될 수 있다. 이때 관통홀의 일단은 전극 패드와 연결되고, 타단은 서로 다른 전극 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 관통홀은, 일정 간격으로 이격되어 규칙적인 패턴으로 배치될 수 있다. 일 예로서, 관통홀은, 격자 형상(grid shape)으로 배치될 수 있다. 이 때 전극은 복수개가 관통홀에 대향되도록 연결되어, 격자 형상을 이룰 수 있다.
또한 관통홀은, 제1 회로 패턴층과 제2 회로 패턴층 각각을 관통하도록 형성될 수 있다. 관통홀은, 다수의 프로브 배열, 상호 간격, 프로브의 형상 등에 대응하여 공간 변환기(STF)에 마련될 수 있다. 관통홀에는 전도성 물질을 채워넣거나 박막으로 신호전달부를 형성할 수 있다.
다시 도 2와 도 4를 참조하면 접지(113)와 전원(114)은, 공간 변환기(STF, 110) 내의 관통홀 사이에 이격되어 면을 이루며 서로 병렬로 배열될 수 있다. 접지(113)와 전원(114)은, 일정 구간마다 반복적으로 배열되어 분할될 수 있다. 즉 관통홀은 접지(113)와 전원(114)에 각각 접속될 수 있다.
입력 채널용 프로브(120)
다시 도 1을 참조하면 입력 채널용 프로브(120)는, 공간 변환기(STF, 110)의 일면에 마련되어, 반도체 소자에 전기적으로 접속될 수 있다. 입력 채널용 프로브(120)는, 인쇄 회로 기판(300)의 일면 상에 마련되고, 웨이퍼(400)에 접촉하여 입력 채널(100)과 전기적으로 접속 가능하도록 복수 개가 마련될 수 있다.
입력 채널용 프로브(120)는, 멤스(MEMS) 공정을 이용하여 짧은 길이와 정밀한 형상으로 제작할 수 있다. 이러한 입력 채널용 프로브(120)는, 멤스(MEMS) 공정으로 제작 시, 반도체 제조 공정에서 사용되는 포토리소그래피 기술을 이용할 수 있다. 즉, 원하는 형상으로 입력 채널용 프로브(120)를 제조하기 위하여 포토레지스트를 도포하고, 노광 및 현상 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이후 형성된 포토레지스트 패턴에 증착 또는 전기도금 기술을 이용하여 형성할 수 있다.
입력 채널용 프로브(120)는, 사용손실을 줄이기 위해 구리 등 전기전도도가 높은 재질로 이루어질 수 있다.
인터포저(130)
도 6은 도 2의 A부분 확대 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 카드를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 카드를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2와 도 6 내지 도 8을 참조하면 인터포저(interposer, 130)는, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110)를 전기적으로 연결하여, 신호 경로를 형성한다. 인터포저(130)는, 복수개가 인쇄 회로 기판(300)의 일면에 실장되고, 공간 변환기(STF, 110)의 일면에 면접촉될 수 있다.
인터포저(130)는, 공간 변환기(STF, 110) 내에서 각각의 관통홀에 대응하여 배치될 수 있다. 즉 각각의 인터포저(130)는, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110) 사이에, 구체적으로 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110) 각각의 관통홀 사이에 마련될 수 있다. 이 경우 인터포저(130)는, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110) 사이에 전기 신호를 전달하기 위한 경로를 제공할 수 있다.
이러한 인터포저(130)는, 양산성을 높이기 위하여 탄성체이거나 탄성 재질의 것으로 러버(rubber), 포고 타입(pogo type), 실리콘 타입(silicon type) 또는 금형 타입일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 인터포저(130)는, 포고 인터포저(131), 봉 인터포저(132) 또는 동축 케이블(133) 중 어느 하나일 수 있다.
다시 도 2와 도 6을 참조하면 일 실시 예에 따른 포고 인터포저(131)는, 스프링 타입으로, 포고 바디(pogo body, 131a)와 포고 스프링(pogo spring, 131b), 포고 헤드(pogo head, 131c)를 포함할 수 있다.
포고 바디(131a)는, 인쇄 회로 기판(300)에 고정 결합될 수 있다. 포고 바디(131a)는, 내측에 중공이 형성될 수 있다.
포고 스프링(131b)은, 포고 바디(131a)의 중공에 삽입될 수 있다. 포고 스프링(131b)은, 인쇄 회로 기판(300)의 수직 방향 이동에 의하여 가압 및 복원될 수 있다. 즉 포고 인터포저(131)는, 포고 스프링(131b)에 의해 상하 이동되는데, 외력에 의하여 하부로 이동하고, 포고 스프링(131b)에 의하여 상부로 이동할 수 있다.
포고 헤드(131c)는, 포고 스프링(131b)의 일단에 마련되어 공간 변환기(STF, 110)의 관통홀에 접속될 수 있다.
다시 도 7을 참조하면 다른 실시 예에 따른 봉(奉) 인터포저(132)는, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110) 간의 접촉 저항(contact resistance)을 낮추기 위하여, 환봉 형상일 수 있다. 또한 봉 인터포저(132)는, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110) 사이에 전기 신호를 전달하기 위하여, 전기 전도성 높은 구리 재질일 수 있다.
다시 도 8을 참조하면 다른 실시 예에 따른 동축 케이블(133)은, 인쇄 회로 기판(300)과 연결되는 구간의 손실을 줄이기 위해, 인쇄 회로 기판(300)의 일면과 공간 변환기(STF, 110)의 일면에 각각 솔더링될 수 있다. 이러한 동축 케이블(133)은, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110) 사이에서 전기적으로 신호 경로를 형성할 수 있다.
동축 케이블(133)의 내부 도체는, 인쇄 회로 기판(300)의 일면과 공간 변환기(STF, 110)의 일면을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉 동축 케이블(133)의 내부 도체는, 인쇄 회로 기판(300)과 공간 변환기(STF, 110), 반도체 소자 상호간에 신호를 전달할 수 있다.
동축 케이블(133)은, 동축 케이블(133)을 지지 고정하기 위하여 인쇄 회로 기판(300)의 일면에 고정 결합되고 타단이 동축 케이블(133)과 결합된 인쇄 회로 기판 마운트(133a)를 포함할 수 있다.
부스터(140)
부스터(140)는, 스프링 타입의 포고 인터포저(131)에 의해 발생하는 손실 전압을 보상하기 위하여, 인쇄 회로 기판(300)의 타면에 마련될 수 있다. 부스터(140)는, 전압증폭기를 포함할 수 있다. 전압증폭기는, 손실 전압에 상응하는 전압을 공급하여 입력 채널용 프로브에 공급할 수 있다.
전압증폭기는, 연산증폭기로 이루어지며, 연산증폭기의 입력단에 위치한 저항과 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 위치한 저항의 비를 조정하여 임계전압을 조정할 수 있다.
디커플링 커패시터(decoupling capacitor, 150a, 150b)
다시 도 2와 도 4를 참조하면 디커플링 커패시터(decoupling capacitor, 150a, 150b)는, 전원 또는 전자기기에서 발생하는 고주파 잡음을 차단하여 회로를 보호하고 원하는 동작을 원활히 실행하기 위하여, 접지(113)와 전원(114)을 서로 연결하는 커패시터이다. 이러한 디커플링 커패시터(150a, 150b)는, 공간 변환기(STF, 110)의 양 면에 각각 마련되어, 접지와 전원을 서로 연결시킬 수 있다. 즉, 디커플링 커패시터(150a, 150b)는, 인터포저와 연결되는 공간 변환기(STF, 110)의 일면에 배치되는 디커플링 커패시터(150a)와 입력 채널용 프로브(120)에 마주보는 공간 변환기(STF, 110)의 타면에 배치되는 디커플링 커패시터(150b)를 포함할 수 있다.
출력 채널(200)
다시 도 1을 참조하면 출력 채널(200)은, 캔틸레버(cantilever) 타입의 프로브가 마련될 수 있다. 이러한 출력 채널(200)은, 출력 채널용 프로브(210)를 포함하고, 나아가 인쇄 회로 기판 마운트(220)와 에폭시(epoxy, 230)를 더 포함할 수 있다. 다만 출력 채널(200)은, 공간 변환기(STF, 110)를 포함하지 아니하고 출력 채널용 프로브(210)와 연결될 수 있다.
출력 채널용 프로브(210)는, 인쇄 회로 기판(300)의 일면에 연장 마련될 수 있다. 이러한 출력 채널용 프로브(210)는, 출력 채널(200)과 웨이퍼(400)를 직접 접촉하여 출력 채널(200)과 전기적으로 접속할 수 있다.
또한 출력 채널용 프로브(210)는, 폭과 높이 방향에 비하여 길이 방향으로 긴 길이를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 출력 채널용 프로브(210)는, 인쇄 회로 기판(300)에 부착되는 프로브 부착부와, 프로브 부착부로부터 길이 방향으로 뻗어 있는 프로브 연장부, 프로브 연장부의 단부에 돌출 형성되어 반도체 소자의 패드와 접촉하는 팁을 가지는 프로브 접촉부를 포함할 수 있다. 또한 출력 채널용 프로브(210)는, 외주연이 절연 튜브에 의해 감싼 형태로 이루어질 수 있다.
프로브 부착부는 높이 방향으로 길이를 가지고, 프로브 연장부는 길이 방향으로 길이를 가질 수 있다. 또한 프로브 접촉부는 반도체 소자와 수직하게 마련되며, 반도체 소자의 검사시 프로브 접촉부의 팁이 반도체 소자의 패드와 맞닿아 출력 채널용 프로브(210)에 하중이 가해질 수 있다.
인쇄 회로 기판 마운트(220)는, 인쇄 회로 기판(300)의 일면에 일단이 고정 결합되고 타단은 후술할 에폭시(230)와 결합될 수 있다.
에폭시(230)는, 인쇄 회로 기판 마운트(220)의 일단에 연장 형성되어 출력 채널용 프로브(210)를 지지 고정시킬 수 있도록, 출력 채널용 프로브(210)의 일단에 고정 결합될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 채널용 프로브(120)와 출력 채널용 프로브(210)의 삽입손실(insertion loss) 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 채널용 프로브(120)와 출력 채널용 프로브(210)의 전원 저항 손실(power impedance loss) 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디커플링 커패시터(150a, 150b)의 설치 위치에 따른 주파수별 전원 저항의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 9와 도 10은 회로 특성을 분석하기 위하여 상용 프로그램을 이용한 S-파라미터와 Z-파라미터를 분석한 결과이다.
도 9는 입력 채널(100)과 출력 채널(200)을 1.5Gbps에서의 신호 전달에 따른 삽입손실(insertion loss)을 확인한 결과이다. 테스트 결과에 따라, 입력 채널(100)과 출력 채널(200)은 아래의 [표 1]과 같은 1.5Gbps에서의 전달에 따른 삽입손실을 가질 수 있다.
삽입 손실[dB] 입력 채널(100) 출력 채널(200)
1.5Gbps -0.21 -1.17
입력 채널용 프로브(120)의 삽입손실은 -0.21dB이고 출력 채널용 프로브(210)는 -1.17dB로, 입력 채널용 프로브(120)가 출력 채널용 프로브(210) 대비 대략 82% 적게 나온 것을 확인할 수 있다. 즉 멤스 타입의 프로브를 가지는 입력 채널(100)이 캔틸레버 타입의 프로브를 가지는 출력 채널(200)보다 고속 주파수에서의 삽입 손실이 적어 입력 채널의 요구 특성에 부합할 수 있다.
도 10은 입력 채널(100)과 출력 채널(200)이 100MHz의 주파수일 때 각각의 전원 저항(power impedance)을 확인한 결과이다. 입력 채널(100)과 출력 채널(200)은 아래의 [표 2]와 같이 100MHz일 때 각각의 전원 저항을 가진다.
전원 저항[Ohm] 입력 채널(100) 출력 채널(100)
100MHz 1.8 5.7
입력 채널(100)의 전원 저항은 1.8Ω이고 출력 채널(200)의 전원 저항은 5.7Ω으로, 입력 채널(100)이 출력 채널(200) 대비 대략 68% 적게 나온 것을 확인할 수 있다. 즉 멤스 타입의 프로브를 가지는 입력 채널(100)이 캔틸레버 타입의 프로브를 가지는 출력 채널(200)보다 전원 저항이 적어 입력 채널의 요구 특성에 부합할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디커플링 커패시터(150a, 150b)의 설치 위치에 따른 주파수별 전원 저항의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 공간 변환기(STF, 110)의 양면 중 인터포저(130) 대향면에 배치된 디커플링 커패시터(150a) 또는 공간 변환기(STF, 110)의 양면 중 입력 채널용 프로브(120) 대향면에 배치된 디커플링 커패시터(150b), 공간 변환기(STF, 110) 양면 모두에 배치된 디커플링 커패시터(150a, 150b)는 아래의 [표 3]과 같이 주파수별 전원 저항의 값을 가진다.
전원 저항
[Ohm]		 인터포저 대향면 배치(150a) 입력 채널용 프로브 대향면 배치(150b) 인터포저 대향면과
입력 채널용 프로브 대향면 배치(150a, 150b)
0.10GHz 2.0 0.5 0.3
0.20GHz 4.8 1.0 0.6
0.33GHz 7.1 1.6 1.0
디커플링 커패시터(150a, 150b)의 설치 위치에 따라 높은 주파수에서의 전원 저항에 미치는 영향이 달라질 수 있다. 디커플링 커패시터(150a)를 인터포저(130)와 연결되는 공간 변환기(STF, 110)의 타면에 마련하거나 입력 채널용 프로브(120)에 마주보는 공간 변환기(STF, 110)의 일면에 마련하는 경우보다, 공간 변환기(STF, 110)의 양 면에 마련함으로써 높은 대역의 주파수에서도 전원 저항을 적게 발생시킴으로써, 입력 채널(100)의 요구 특성인 고속 신호를 전달할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
아래에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 12를 참조하면 일 예에 따른 프로브 카드의 제조 방법은, 출력 채널을 설치하는 단계(S10)와 입력 채널을 설치하는 단계(S20)를 포함할 수 있다. 앞서 인쇄 회로 기판을 마련하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우 출력 채널을 설치하는 단계(S10)는, 바람직하게 입력 채널(100)을 설치하는 단계에 선행될 수 있으나, 이와 달리 입력 채널을 설치하는 단계(S20)를 거친 후, 출력 채널을 설치하는 단계(S10)를 역순으로 수행할 수 있다.
인쇄 회로 기판을 마련하는 단계에서는, 플라스틱 필름의 표면을 개질하여 양 면의 플라스틱 필름 중 적어도 일면에 신호 라인과 금속막을 포함하는 마이크로 전기회로를 형성할 수 있다. 이때 신호 라인은, 구리(Cu), 니켈(Ni) 등의 다양한 금속으로 형성될 수 있고, 그 종류는 한정되지 않는다.
보다 구체적으로 인쇄 회로 기판을 마련하는 단계에서는, 플라스틱 필름의 일면에 금속을 증착하여 금속막을 형성하는 단계와, 금속막 상면에 포토 레지스트를 도포하고 패터닝하여 마스크를 이용한 포토 리소그래피 공정으로 신호 라인을 형성하는 단계, 도금(또는 증착) 공장으로 신호 라인 위에 금속막을 형성하는 단계, 플라스틱 필름 상면에 잔류하는 포토 레지스트를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 일련의 공정들은 한 번 또는 수차례 진행하여 형성될 수 있다. 나아가 인쇄 회로 기판(300)의 타면에 표면 실장 기술(SMT, surface mounter technology) 공정을 이용하여 부스터(140)를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
출력 채널을 설치하는 단계(S10)에서는, 출력 채널용 프로브(210)의 와이어 끝단을 일정 각도로 변형하여 인쇄 회로 기판 마운트(220)에 안착시키는 단계, 와이어에 에폭시(230)를 바른 후 경화시켜 위치를 고정시키는 단계, 인쇄 회로 기판 마운트(220)를 인쇄 회로 기판(300)의 끼움 홀에 삽입 후 출력 채널용 프로브(210)를 납땜으로 고정시키는 단계, 인쇄 회로 기판 마운트(220)는 볼트(미도시)를 이용해 인쇄 회로 기판(300)을 통과하여 보강판(stiffener, 미도시)에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우 보강판(미도시)은, 인쇄 회로 기판(300)과 입력 희생기판과 출력 마운트를 고정시키기 위해 테스터(미도시)와 마주보는 방향인 인쇄 회로 기판(300)의 일면에 위치할 수 있다. 보강판(미도시)은 입력 출력용 프로브 핀(120)과 출력 채널용 프로브(210)가 웨이퍼(400)에 접촉시 발생하는 반발력을 상쇄하는 역할을 할 수 있다.
입력 채널을 설치하는 단계(S20)에서는, 공간변환기(STF)의 표면에 표면 실장 기술(SMT)을 이용하여 디커플링 커패시터를 부착하는 단계, 공간변환기(STF)의 일면에 에폭시를 이용해 조절 볼트(control bolt)를 부착하는 단계, 공간변환기(STF)의 타면에 전도성 페이스트(paste)를 이용해 입력 채널용 프로브를 부착하는 단계, 공간변환기(STF)의 일면에 인터포저의 단부를 부착하는 단계, 공간변환기(STF)를 조절 볼트를 이용하여 인쇄 회로 기판과 보강판에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
출력 채널을 설치하는 단계(S10)와 입력 채널을 설치하는 단계(S20)를 위와 같이 일련의 순서로 예시하였으나, 공정과 방식에 있어 상술한 단계는 달라질 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드를 이용한 반도체 소자의 검사 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
아래에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 카드를 이용한 반도체 소자 겁사 방법을 설명하기로 한다.
도 13을 참조하면 일 예에 따른 프로브 카드를 이용한 반도체 소자 검사 방법은, 입력 채널용 패드 전극과 출력 채널용 패드 전극을 포함한 반도체 소자를 마련하는 단계(S100)와 프로버에 프로브 카드를 장착하고 테스터의 헤드와 인쇄 회로 기판을 면접촉시키는 단계, 입력 채널용 패드 전극에 입력 채널용 프로브를, 출력 채널용 패드 전극에 출력 채널용 프로브를 접촉시키는 단계(S200), 입력 채널로부터 입력 채널용 프로브를 거쳐 고속으로 입력 채널용 패드 전극에 전기적 신호를 전달하고, 미세 피치의 출력 채널용 패드 전극으로부터 출력 채널용 프로브를 거쳐 출력 채널에 전기적 신호를 전달받아 반도체 소자의 정상 작동 여부를 검사하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
이와 같이 프로브 카드를 이용한 반도체 소자 검사 방법에서는 테스터(미도시)와 입력 채널(100)로부터 출력 채널(200)을 거쳐 도달한 동작 전압값 및 동작 전류값, 테스트 출력 채널에서 테스트 입력 채널까지 동작 전압 및 동작 전류가 도달한 도달 시간을 판독하여 웨이퍼(400)의 양, 불량 여부를 검사할 수 있다.
입력 채널용 패드 전극과 출력 채널용 패드 전극을 포함한 반도체 소자를 마련하는 단계(S100)에서는, 입력 채널용 패드 전극과 출력 채널용 패드 전극을 포함하는 반도체 소자를 마련한다. 반도체 소자의 일면에는 서로 마주하도록 입력 채널용 패드 전극과 출력 채널용 패드 전극이 구비될 수 있다. 이 경우 웨이퍼(400)는 복수의 반도체 소자들로 이루어질 수 있다. 또한 웨이퍼(400)는 프로버(미도시) 내부에 안착될 수 있다.
입력 채널용 패드 전극에 입력 채널용 프로브를, 상기 출력 채널용 패드 전극에 출력 채널용 프로브를 접촉시키는 단계(S200)에서는, 반도체 소자별 입력 채널용 패드 전극은 입력 채널용 프로브(120)와 접촉하고, 출력 채널용 패드 전극은 출력 채널용 프로브(210)에 접촉시킬 수 있다.
멤스(MEMS) 공정을 이용해 제작된 입력 채널용 프로브(120)의 일단은 반도체 소자의 노출된 입력 채널용 패드 전극에 접촉될 수 있다. 캔틸레버 방식의 출력 채널용 프로브(210)의 일단은 반도체 소자의 출력 채널용 패드 전극에 접촉될 수 있다.
입력 채널로부터 입력 채널용 패드 전극에 고속으로 전기적 신호를 전달하고, 미세 피치의 출력 채널용 패드 전극으로부터 상기 출력 채널에 전기적 신호를 전달받아 상기 반도체 소자의 정상 작동 여부를 검사하는 단계(S300)에서는, 입력 채널(100)에서 입력 채널용 패드 전극으로 전기적 신호가 흐르고, 다시 출력 채널용 패드 전극에서 출력 채널(200)로 전기적 신호가 흐를 수 있다. 이때 전기적 신호를 전달받아 반도체 소자의 정상 작동 여부를 검사할 수 있다.
보다 구체적으로 입력 채널로부터 입력 채널용 패드 전극에 고속으로 전기적 신호를 전달하고, 미세 피치의 출력 채널용 패드 전극으로부터 상기 출력 채널에 전기적 신호를 전달받아 상기 반도체 소자의 정상 작동 여부를 검사하는 단계(S300)는, 테스터(미도시)의 테스트 출력 채널에서 동작 전압 및 동작 전류를 프로브 카드(1)를 거쳐 입력 채널(100)에 전달하는 단계(S310)와 입력 채널(100)에서 전달된 동작 전압 및 동작 전류를 고속으로 인터포저(130)와 공간 변환기(STF, 110), 입력 채널용 프로브(120)를 거쳐 웨이퍼(400)에 전달하는 단계(S320), 출력 채널용 프로브(210)와 인쇄 회로 기판(300)을 통과하여 웨이퍼(400)에 전달된 동작 전압 및 테스터(미도시)의 테스트 입력 채널에 전달하는 단계(S330)를 더 포함할 수 있다.
위와 같은 프로브 카드를 이용한 반도체 소자 검사 방법은 입력 채널(100)에서 입력 채널용 패드 전극으로 전기적 신호를 고속으로 전달하고, 피치 간격이 좁은 출력 채널용 패드 전극에서 캔틸레버 방식의 출력 채널(200)로 프로빙하여 출력 채널(200)로 전기적 신호를 전달받음으로써, 반도체 소자의 양, 불량 여부를 정확하고 빠르게 검사할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
1 : 프로브 카드
100 : 입력 채널
110 : 공간 변환기(STF) 111 : 단층 기판
111a : 신호 또는 전원 전극 111b : 그라운드 전극
111c : 공통 그라운드 전극
112 : 다층 기판 112a : 신호 전극층
112b : 전원 전극층 112c : 그라운드 전극층
112d : 공통 그라운드 전극
113 : 접지 114 : 전원
115 : 전극 패드
120 : 입력 채널용 프로브
130 : 인터포저 131 : 포고 인터포저
131a : 포고 바디 131b : 포고 스프링
131c : 포고 헤드 132 : 봉 인터포저
133 : 동축 케이블
140 : 부스터 150a, 150b : 디커플링 커패시터
200 : 출력 채널
210 : 출력 채널용 프로브 220 : 인쇄 회로 기판 마운트
230 : 에폭시
300 : 인쇄 회로 기판

Claims (17)

  1. 복수의 반도체 소자들을 포함하는 웨이퍼의 전기적 특성을 테스트하는 프로브 카드에 있어서,
    입력 채널과 출력 채널을 가지는 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 기판의 일면 상(over)에 마련되고, 상기 입력 채널과 상기 웨이퍼를 전기적으로 연결하는 공간 변환기(STF);
    상기 공간 변환기(STF)의 일면에 배치되고, 상기 웨이퍼에 접촉하여 상기 입력 채널과 전기적으로 접속 가능한 복수의 입력 채널용 프로브; 및
    상기 인쇄 회로 기판의 일면 상(on)에 마련되고, 상기 출력 채널과 상기 웨이퍼를 직접 접촉하여 상기 출력 채널과 전기적으로 접속 가능한 복수의 출력 채널용 프로브를 포함하는, 프로브 카드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 채널과 상기 공간 변환기(STF) 사이에 마련되어, 상기 입력 채널용 프로브를 상기 인쇄 회로 기판에 물리적, 전기적으로 연결하는 복수의 인터포저를 포함하는, 프로브 카드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인터포저는 탄성을 가지는, 프로브 카드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판의 타면에 마련되어, 상기 입력 채널에서 상기 공간 변환기(STF)까지의 전압 손실을 보상하는 부스터를 포함하는, 프로브 카드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 부스터는,
    전압을 생성하여 상기 입력 채널용 프로브에 상기 전압을 공급하는 전압증폭기를 포함하는, 프로브 카드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압증폭기는 연산증폭기로 이루어지며,
    상기 연산증폭기의 입력단에 위치한 저항과 상기 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 위치한 저항의 비를 조정하여 임계전압을 조정하는, 프로브 카드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 변환기(STF)와 상기 인쇄 회로 기판을 전기적으로 연결하는 복수의 동축 케이블을 포함하는, 프로브 카드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 변환기(STF)는,
    일면 및 상기 일면의 반대면인 타면을 갖는 단층 기판;
    상기 일면 상에 배치된 복수의 신호 또는 전원 전극;
    상기 일면의 동일 평면상에서 상기 신호 또는 전원 전극과 이격되어 배치된 그라운드 전극;
    상기 단층 기판 내에 상기 그라운드 전극을 전기적으로 연결시키는 공통 그라운드 전극을 포함하는, 프로브 카드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단층 기판을 관통하는 복수의 비아들을 더 포함하며,
    상기 비아들은 격자 형태를 이루도록 배치된, 프로브 카드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공통 그라운드 전극은 상기 비아들을 관통하는, 프로브 카드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 변환기(STF)는,
    신호 전극을 가지는 신호 전극층, 전원 전극을 가지는 전원 전극층 및 그라운드 전극을 가지는 그라운드 전극층이 두 개 이상의 층을 이루는 다층 기판을 포함하며,
    상기 그라운드 전극층은 상기 그라운드 전극층 내에 상기 그라운드 전극을 전기적으로 연결시키는 공통 그라운드 전극을 더 포함하는, 프로브 카드.
  12. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 공간 변환기(STF)의 기판은 세라믹 재질로 이루어진, 프로브 카드.
  13. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 공통 그라운드 전극은 판 형상을 가지며 격자 형태의 단위 패턴을 이루며 반복 배치되는, 프로브 카드.
  14. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 공간 변환기(STF)는,
    접지; 및
    상기 접지 사이에 병렬로 이격된 전원을 더 포함하는, 프로브 카드.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 채널은 공간 변환기(STF)를 포함하지 아니하고 상기 출력 채널용 프로브와 연결되는, 프로브 카드.
  16. 삭제
  17. 삭제
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