KR20020032332A - 접촉 구조물, 접촉 구조물 생산 방법 및 접촉 구조물 생산방법을 사용한 탐침 접촉 조립체 - Google Patents

접촉 구조물, 접촉 구조물 생산 방법 및 접촉 구조물 생산방법을 사용한 탐침 접촉 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 접촉 구조물은 접촉 타겟과의 전기 접속을 성립시키기 위한 것이다. 접촉 구조물은 접촉 기판과 복수개의 접촉자로 형성된다. 접촉자는 접촉점을 형성하기 위해 수직 방향으로 돌출한 접촉부와, 접촉 기판 상에 마련된 관통 구멍에 삽입된 중간부와, 접촉자가 접촉 타겟에 대해 가압될 때 탄성 접촉력을 발생시키기 위한 기부 단부와 중간부 사이에 마련된 스프링부 및 접촉 패드로서 기능하는 기부 단부를 갖는 기부를 포함한다.

Description

접촉 구조물, 접촉 구조물 생산 방법 및 접촉 구조물 생산 방법을 사용한 탐침 접촉 조립체{CONTACT STRUCTURE AND PRODUCTION METHOD THEREOF AND PROBE CONTACT ASSEMBLY USING SAME}
본 발명은 접촉 구조물과, 접촉 구조물 생산 방법과, 접촉 구조물을 사용한 탐침 접촉 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 방향으로 다수의 접촉자를 갖는 접촉 구조물과, 반도체 웨이퍼 상에 이런 다수의 접촉자를 수평 방향으로 생산하고 기판에 수직 방향으로 장착되도록 반도체 웨이퍼로부터 접촉자들을 제거해서 접촉 탐침 조립체, 탐침 카드, IC 칩 또는 다른 접촉 기구와 같은 접촉 구조물을 형성하는 방법에 관한 것이다.
LSI 또는 VLSI 회로와 같은 고밀도 및 고속 전기 장치를 시험함에 있어서는 다수의 접촉자를 갖는 탐침 카드와 같은 고성능 접촉 구조물이 사용되어야만 한다. 다른 적용에 있어서, 접촉 구조물은 IC 리드로서 IC 패키지에 사용될 수 있다. 본 발명은 LSI 및 VLSI 칩, 반도체 웨이퍼의 시험과, 반도체 웨이퍼 및 칩의 통전 테스트(burn in)와, 실장된(packaged) 반도체 장치, 인쇄 회로 기판 등의 시험 및 통전 테스트에 사용될 접촉 구조물 및 이런 접촉 구조물의 생산 과정에 관한 것이다. 본 발명은 또한 IC 칩, IC 패키지 또는 다른 전자 장치의 리드나 단자 핀을 형성하는 것과 같은 다른 목적에도 적용될 수 있다. 그러나, 설명의 편의상, 본 발명은 반도체 웨이퍼 시험에 관해서 설명하기로 한다.
시험될 반도체 장치가 반도체 웨이퍼 형태인 경우, IC 시험기와 같은 반도체 시험 시스템은 반도체 웨이퍼를 자동으로 시험하기 위해, 일반적으로 자동 웨이퍼 탐침자와 같은 기판 핸들러에 접속된다. 도1에서는 이런 예에 대해 도시하고 있으며, 도1에서 반도체 시험 시스템은 원래는 별도의 하우징에 있으면서 한 다발의 케이블(110)에 의해 반도체 시험 시스템에 전기 접속된 시험 헤드(100)를 갖는다.시험 헤드(100)와 기판 핸들러(400)는 모터(510)에 의해 구동되는 조작기(500)에 의해 기계적이고 전기적으로 서로 접속된다. 시험될 반도체 웨이퍼는 기판 핸들러(400)에 의해 시험 헤드(100)의 시험 위치로 자동으로 제공된다.
시험 헤드(100) 상에서, 시험될 반도체 웨이퍼에는 반도체 시험 시스템에 의해 생성된 시험 신호가 제공된다. 시험 중인 반도체 웨이퍼(반도체 웨이퍼 상에 형성된 IC 회로)로부터 나온 최종 출력 신호는 반도체 시험 시스템으로 전송된다. 반도체 시험 시스템에서, 출력 신호는 반도체 웨이퍼 상의 IC 회로가 올바로 기능하는지를 검출하기 위해 기대 데이터와 비교된다.
도1에서, 시험 헤드(100)와 기판 핸들러(400)는 동작 기판(120)(도2에 도시), 동축 케이블, 포고-핀(pogo-pin) 및 커넥터로 구성된 인터페이스 구성 요소((140)를 거쳐 접속된다. 도2에서, 시험 헤드(100)는 반도체 시험 시스템의 시험 채널(시험 핀)의 수에 대응하는 다수의 인쇄 회로 기판(150)을 포함한다. 각각의 인쇄 회로 기판(150)은 동작 기판(120)의 대응하는 접촉 단자(121)를 수납하기 위한 커넥터(160)를 갖는다. 기판 핸들러(400)에 대한 접촉 위치를 정밀하게 검출하기 위해 "프로그(frog)" 링(130)이 동작 기판(120) 상에 장착된다. 프로그 링(130)은 동축 케이블(124)을 거쳐 접촉 단자(121)에 접속된 ZIF 커넥터 또는 포고 핀과 같은 다수의 접촉 핀(141)을 갖는다.
도2에 도시된 바와 같이, 시험 헤드(100)는 기판 핸들러(400) 위에 위치되며 인터페이스 구성 요소(400)를 거쳐 기판 핸들러에 접속된다. 기판 핸들러(400)에서는 시험될 반도체 웨이퍼(300)가 쳐크(180) 상에 장착된다. 본 예에서는, 탐침카드(170)가 시험될 반도체 웨이퍼(300) 위에 마련된다. 탐침 카드(170)는 시험 중인 반도체 웨이퍼(300) 상의 IC 회로 내의 회로 단자나 접촉 패드와 같은 접촉 타겟과 접촉하게 될 다수의 (캔티레버나 니들과 같은) 탐침 접촉자를 갖는다.
탐침 카드(170)의 전기 단자는 프로그 링(130)에 마련된 접촉 핀(141)에 전기적으로 접속된다. 접촉 핀(141)은 또한 각각의 접촉 단자(121)가 시험 헤드(100)의 인쇄 회로 기판(150)에 접속된 동축 케이블(124)을 거쳐 동작 기판(120)의 접촉 단자(121)에도 접속된다. 또한, 인쇄 회로 기판(150)은 다수의 내부 케이블을 갖는 케이블(110)을 거쳐 반도체 시험 시스템에 접속된다.
이런 배열 하에서, 탐침 접촉자(190)는 쳐크(180) 상의 반도체 웨이퍼(300)의 표면(접촉 타겟)과 접촉해서 반도체 웨이퍼(300)에 시험 신호를 가하고 반도체 웨이퍼(300)로부터 최종 출력 신호를 수신한다. 시험 중인 반도체 웨이퍼(300)로부터의 최종 출력 신호는 반도체 웨이퍼(300) 상의 IC 회로가 적절하게 동작하는지를 검출하기 위해 기대된 데이터와 비교된다.
도3은 도2의 탐침 카드(170)의 저면도이다. 본 예에서, 탐침 카드(170)는 복수개의 (캔티레버나 니들과 같은) 탐침 접촉자(190)가 장착된 에폭시 링을 갖는다. 반도체 웨이퍼(300)를 장착한 쳐크(180)가 도2에서 상향 이동하면, 탐침 접촉자(190)의 선단은 반도체 웨이퍼(300) 상의 패드나 범프(접촉 타겟)와 접촉한다. 탐침 접촉자(190)의 단부는 탐침 카드(170)에 형성된 전송 라인(도시 안됨)에도 접속된 와이어(194)에 접속된다. 전송 라인은 도2의 포고 핀(141)과 상호 교통하는 복수개의 전극(접촉 패드, 197)에 접속된다.
통상적으로, 탐침 카드(170)는 여러 개의 층 상에 접지면, 동력면, 신호 전송 라인을 갖는 다층 폴리이미드 기판으로 된 구조이다. 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 각각의 신호 전송 라인은 분산 요인, 즉 폴리이미드의 유전 상수 및 투자율과, 탐침 카드(170) 내의 신호 경로의 인덕턴스 및 캐패시턴스를 균형되게 함으로써 50 오옴과 같은 특성 임피던스를 갖도록 설계된다. 따라서, 신호 라인은 장치의 출력 절환에 의해 생성된 전이 상태의 고전류 피크와 함께 정상 상태의 전류도 공급하기 위해 반도체 웨이퍼(300)에 고주파수 전송 대역폭을 설정하는 임피던스 정합 라인이다. 노이즈를 제거하기 위해, 캐패시터(193, 195)가 동력면과 접지면 사이의 탐침 카드 상에 마련된다.
도4의 (a) 및 (b)에는 종래의 탐침 카드 기술에서 고주파수 동작의 한계를 설명하는 탐침 카드(170)의 등가 회로가 도시되어 있다. 도4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 탐침 카드(170) 상에서 신호 전송 라인은 전극(197), 스트립 (임피던스 정합) 라인(196), 와이어(194) 및 탐침 접촉자(190)로부터 연장된다. 와이어(194)와 탐침 접촉자(190)는 임피던스 정합되지 않았기 때문에, 이들 부분은 도4의 (c)에 도시된 바와 같은 고주파수 대역에서 인덕터(L)로 기능한다. 와이어(194)와 탐침 접촉자(190)의 전체 길이는 대략 20 내지 30 ㎜이기 때문에, 장치의 고주파수 동작을 시험하게 되면 인덕터로 인해 중대한 제한이 발생한다.
도4의 (d) 및 (e)에 도시된 동력 니들과 접지 니들에는 탐침 카드(170)에서의 주파수 대역폭을 제한하는 다른 인자가 놓여 있다. 동력과 신호의 접지를 위한 직렬 접속 와이어(194) 및 접촉자(190)[도4의 (e)]와 아울러 동력 공급을 위한 직렬 접속 와이어(194) 및 접촉자(190)[도4의 (d)]도 인덕터와 등가이기 때문에, 고속 전류 유동이 심각하게 억제된다.
또한, 캐패시터(193, 195)는 동력 라인과 접지 라인 사이에 마련되어서, 동력 라인 상의 노이즈나 서지 펄스(surge pulse)를 여과함으로써 장치의 적절한 동작을 보장한다. 캐패시터(193)는 10 ㎌과 같이 비교적 큰 값을 가지며 필요한 경우에는 스위치에 의해 동력 라인으로부터 절단될 수 있다. 캐패시터(195)는 0.01 ㎌과 같이 비교적 작은 정전 용량을 가지며 시험 중인 장치(DUT, device under test)에 밀접하게 고정 접속된다. 이들 캐패시터는 동력 라인에서 감결합(decoupling)하는 고주파수로서 기능하도록 작용한다. 즉, 캐패시터는 탐침접촉자의 고주파수 동작을 제한한다.
따라서, 상술한 바와 같은 가장 널리 사용되는 탐침 접촉자는 최근의 반도체 장치를 시험하기는 불충분한 대략 200 ㎒의 주파수 대역폭으로 제한된다. 산업계에서는 가까운 미래에 대략 1 ㎓ 이상의 주파수 대역폭이 필수적인 것이 되리라고 여기고 있다. 또한, 산업계에서는 시험 처리량을 증가시키는 경향과 동시에 다수의 반도체 장치, 특히 32 이상의 메모리를 다룰 수 있는 탐침 카드를 요구하고 있다.
종래의 기술에서, 도3에 도시된 바와 같은 탐침 카드와 탐침 접촉자는 수동 생산되어서, 결과적으로 품질이 일정하지 않았다. 여기에서 일정하지 않은 품질이란 크기, 주파수 대역폭, 접촉력, 저항 등이 들쭉날쭉하다는 것을 포함한다. 종래의 탐침 접촉자에서, 접촉 성능을 신뢰성 없게 되도록 하는 다른 인자는 시험 중인반도체 웨이퍼와 탐침 접촉자가 서로 다른 온도 팽창비를 갖게 되는 온도 변화이다. 따라서, 온도가 변화하게 되면, 반도체 웨이퍼와 탐침 접촉자 사이의 접촉 위치가 변화함으로써 접촉력, 접촉 저항 및 대역폭에 해로운 영향을 주게 된다. 따라서, 차세대 반도체 시험 기술에서의 요구 조건을 만족시킬 수 있는 새로운 개념의 접촉 구조물이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 신뢰성과 함께 고주파수 대역폭, 높은 핀 카운트 및 높은 접촉 성능을 갖고 접촉 타겟과 전기적으로 접촉하기 위한 다수의 접촉자를 갖는 접촉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 아주 높은 주파수 대역폭을 가진 반도체 장치와의 전기 접속을 성립시키기 위한 탐침 카드와 같은 접촉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 장치를 동시에 병행하여 시험하기 위한 전기 접속을 성립시키기 위한 접촉 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원하는 개수의 접촉자가 탐침 접촉 조립체에 장착된 원하는 크기의 탐침 접촉 조립체를 형성하기 위해 접촉 구조물 및 복수개의 접촉 구조물 조립을 위한 접촉 구조물 조립 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접촉 구조물을 형성하기 위해, 실리콘 기판 상에 다수의 접촉자를 2차원 방식으로 생산하고, 실리콘 기판으로부터 접촉자들을 제거하고, 접촉 기판 상에 3차원 방식으로 접촉자를 장착하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접촉 구조물을 형성하기 위해, 실리콘 기판 상에 다수의 접촉자를 2차원 방식으로 생산하고 접착 테이프로 접촉자들을 이전하고 접촉 기판 상에 접촉자들을 수직으로 장착하도록 실리콘 기판으로부터 접촉자들을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서, 반도체 웨이퍼, 실장된 LSI 또는 인쇄 회로 기판(시험 중인 장치)을 (통전 테스트를 포함하는) 시험하기 위한 접촉 구조물은, 예컨대 포토리소그라피 기술에 의해 실리콘 기판과 같은 기판의 편평면 상에 생산된 다수의 접촉자들로 형성된다. 본 발명의 접촉 구조물은 IC 리드나 핀과 같은 전기 장치의 구성 요소로서도 사용될 수도 있다.
본 발명의 제1 태양은 접촉 타겟과의 전기 접속을 성립시키기 위한 접촉 구조물이다. 접촉 구조물은 접촉 기판과 각각의 접촉자가 사실상 직선 형상을 갖는 복수개의 접촉자로 형성된다. 접촉자는 접촉점을 형성하기 위해 수직 방향으로 돌출한 접촉부와, 접촉 기판 상에 마련된 관통 구멍에 삽입된 중간부와, 접촉 패드로서 기능하는 기부 단부 및 접촉자가 접촉 타겟에 대해 가압될 때 탄성 접촉력을 발생시키기 위해 기부 단부와 중간부 사이에 마련된 스프링부를 구비한 기부를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 접촉 구조물을 성립시키기 위해 실리콘 기판 상에 접촉자를 2차원 방식으로 생산하고 실리콘 기판으로부터 접촉자를 제거하는 방법이다. 이 생산 방법은,
(a) 실리콘 기판의 표면 상에 희생층을 형성하는 단계와,
(b) 희생층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
(c) 포토레지스트층 위에 접촉자의 화상을 포함하는 포토마스크를 정렬해서 포토 마스크를 거쳐 자외광으로 포토레지스트층을 노광하는 단계와,
(d) 포토레지스트층의 표면 상에 접촉자의 화상 패턴을 현상하는 단계와,
(e) 전도성 재료를 증착함으로써 포토레지스트층 상에 전도성 재료로 제조되고 각각 기부와 중간부 사이에 스프링부를 갖는 접촉자의 패턴을 형성하는 단계와,
(f) 포토레지스트층을 벗겨내는 단계와,
(g) 접촉자가 실리콘 기판으로부터 분리되도록 식각 과정에 의해 희생층을 제거하는 단계와,
(h) 각각의 접촉자의 적어도 일 단부가 전기 접속을 위한 접촉 패드로서 기능하도록 내부에 접촉자의 단부를 수납하기 위한 관통 구멍을 갖는 접촉 기판 상에 접촉자를 장착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 접촉 구조물을 성립시키기 위해, 실리콘 기판 상에 접촉자들을 2차원 방식으로 생산하고, 접착 테이프에 접촉자들을 이전하고, 실리콘 기판으로부터 제거하는 방법이다. 이 생산 방법은,
(a) 기판의 표면 상에 희생층을 형성하는 단계와,
(b) 기판 상의 희생층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
(c) 포토레지스트층 위에 접촉자의 화상을 포함하는 포토마스크를 정렬해서 포토 마스크를 거쳐 자외광으로 포토레지스트층을 노광하는 단계와,
(d) 포토레지스트층의 표면 상에 접촉자의 화상 패턴을 현상하는 단계와,
(e) 전기 도금 과정에 의해 포토레지스트층 상에 전기 전도성 재료로 제조되고 각각 기부와 중간부 사이에 스프링부를 갖는 접촉자의 패턴을 형성하는 단계와,
(f) 포토레지스트층을 벗겨내는 단계와,
(g) 접촉자의 상부면이 접착 테이프에 부착되도록 접촉자 상에 접착 테이프를 배치하는 단계와,
(h) 접착 테이프 상의 접촉자가 실리콘 기판으로부터 분리되도록 식각 과정에 의해 희생층을 제거하는 단계와,
(i) 각각의 접촉자의 적어도 일 단부가 전기 접속을 위한 패드로서 기능하는 접촉자의 단부를 내부에 수납하기 위한 관통 구멍을 갖는 접촉 기판 상에 접촉자를 장착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 실리콘 기판 상에 접촉자들을 2차원 방식으로 생산하고, 접촉자들을 접착 테이프에 이전하는 방법이다. 이 생산 방법은,
(a) 유전성 기판 상에 전기 전도성 재료로 제조된 전도성 기판을 형성하는 단계와,
(b) 전도성 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
(c) 포토레지스트층 위에 접촉자의 화상을 포함하는 포토마스크를 정렬해서 포토 마스크를 거쳐 자외광으로 포토레지스트층을 노광하는 단계와,
(d) 포토레지스트층의 표면 상에 접촉자의 화상 패턴을 현상하는 단계와,
(e) 전기 도금 과정에 의해 포토레지스트층 상에 전도성 재료로 제조되고 각각 기부와 중간부 사이에 스프링부를 갖는 접촉자의 패턴을 형성하는 단계와,
(f) 포토레지스트층을 벗겨내는 단계와,
(g) 접촉자의 상부면이 접착 테이프에 부착되어서 접촉자와 접착 테이프 사이의 접착 강도가 접촉자와 전도성 기판 사이의 접촉 강도보다 크도록 전도성 기판 상의 접촉자 상에 접착 테이프를 배치하는 단계와,
(h) 접착 테이프 상의 접촉자가 전도성 기판으로부터 분리되도록 전도성 기판을 벗겨내는 단계와,
(i) 접촉자의 단부가 접촉 기판의 대향면으로부터 돌출하도록 관통 구멍을 갖는 접촉 기판 상에 접촉자를 장착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명의 접촉 구조물을 포함하는 탐침 접촉 조립체이다. 탐침 접촉 조립체는 표면 상에 장착된 복수개의 접촉자를 갖는 접촉 기판과, 접촉 기판을 장착하고 접촉자 및 탐침 카드 상에 마련된 전극 사이의 전기적 교통을 성립시키기 위한 탐침 카드와, 핀 블록이 탐침 카드에 부착될 때 탐침 카드와 반도체 시험 시스템 사이의 인터페이스에 복수개의 접촉 핀을 갖는 핀 블록으로 형성된다.
사실상 직선 형상인 각각의 접촉자는 접촉 기판의 수평면 상에 수직 방향으로 장착된다. 각각의 접촉자는 접촉점을 형성하기 위해 수직 방향으로 돌출한 선단부와, 접촉 기판 상에 마련된 관통 구멍에 삽입된 중간부와, 접촉 패드로서 기능하는 기부 단부 및 접촉자가 접촉 타겟에 대해 가압될 때 탄성 접촉력을 발생시키기 위해 기부 단부와 중간부 사이에 마련된 스프링부를 구비한 기부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 접촉 구조물은 차세대 반도체 시험 기술에서의 시험 요구 조건을 만족시키기 위해 아주 높은 주파수 대역폭을 갖는다. 다수의 접촉자는 수동 조작없이도 기판 상에서 동시에 생산되기 때문에, 저렴할 뿐만 아니라 접촉 성능에 있어서 일정한 품질, 높은 신뢰성 및 긴 수명을 달성한다. 또한, 접촉자는 시험 중인 장치의 재료와 동일한 기판 재료 상에서 조립되기 때문에, 온도 변화로 인해 발생된 위치 에러를 보상할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 생산 과정은 비교적 간단한 기술을 사용함으로써 실리콘 기판 상에서 수평 방향으로 다수의 접촉자를 생산할 수 있다. 이런 접촉자는 기판으로부터 제거되어서 접촉 기판에 수직으로 장착된다. 본 발명에 의해 생산된 접촉 구조물은 저렴하고 효율이 높으며 높은 기계적 강도와 신뢰성을 갖는다.
도1은 시험 헤드를 갖는 반도체 시험 시스템과 기판 핸들러 사이의 구조적 관계를 도시한 개략도.
도2는 인터페이스 구성 요소를 거쳐 기판 핸들러에 반도체 시험 시스템의 시험 헤드를 접속하기 위한 보다 상세한 구조의 일 예를 도시한 개략도.
도3은 종래 기술에서 복수개의 탐침 접촉자(니들 또는 캔티레버)를 장착하기 위한 에폭시 링을 갖는 탐침 카드의 일 예를 도시한 저면도.
도4의 (a) 내지 (e)는 도3의 탐침 카드의 등가 회로를 도시한 회로도.
도5는 기판 상에 수평 방향으로 생산되고 접촉 기판 상에 수직 방향으로 장착된 접촉자를 사용한 본 발명의 접촉 구조물의 일 예를 도시한 개략도.
도6은 기판 상에 수평 방향으로 생산되고 접촉 기판 상에 수직 방향으로 장착된 접촉자를 사용한 본 발명의 접촉 구조물의 다른 예를 도시한 개략도.
도7은 기판 상에 수평 방향으로 생산되고 접촉 기판 상에 수직 방향으로 장착된 접촉자를 사용한 본 발명의 접촉 구조물의 다른 예를 도시한 개략도.
도8a 내지 도8b는 다수의 접촉자가 기판의 편평면에 형성되어서 차후의 과정에서 기판으로부터 제거되는 본 발명의 생산 방법의 기본 개념을 도시한 개략도.
도9a 내지 도9f는 본 발명의 생산 과정에서 생산되고 본 발명의 접촉 구조물에서 사용될 접촉자의 형상의 예들을 도시한 개략도.
도10a 및 도10b는 본 발명의 접촉자의 특정예를 도시한 개략도로서, 도10a는 접촉자의 정면도이고 도10b는 접촉자의 측면도.
도11a 내지 도11l은 접촉자를 생산하기 위한 본 발명의 생산 과정의 일 예를 도시한 개략도.
도12a 내지 도12d는 접촉자를 생산하기 위해 본 발명의 생산 과정의 다른 예를 도시한 개략도.
도13a 내지 도13n은 기판의 수평면에 접촉 구조물을 생산해서 중간판에 접촉자를 이전하기 위한 과정의 일 예를 도시한 개략도.
도14a 및 도14b는 본 발명의 접촉 구조물을 생산하기 위해 다층 실리콘 기판과 같은 기판 상에 접촉 구조물을 채택(picking)해서 기판 상에 배치시키기 위한 채택 및 배치 기구의 일 예와 그 과정을 도시한 개략도.
도15는 시험 중인 반도체 장치와 반도체 시험 시스템의 시험 헤드 사이의 인터페이스로서 본 발명의 접촉 구조물을 사용한 탐침 접촉 조립체의 일 예를 도시한 단면도.
도16은 시험 중인 반도체 장치와 반도체 시험 시스템의 시험 헤드 사이의 인터페이스로서 본 발명의 접촉 구조물을 사용한 탐침 접촉 조립체의 다른 예를 도시한 단면도.
도17은 시험 중인 반도체 장치와 반도체 시험 시스템의 시험 헤드 사이의 인터페이스로서 본 발명의 접촉 구조물을 사용한 탐침 접촉 조립체의 다른 예를 도시한 단면도.
도18은 본 발명의 생산 과정을 거쳐 생산된 접촉자와 다층 표준 실리콘 기판을 갖는 본 발명의 접촉 구조물의 일 예를 도시한 개략도.
도19는 각각 원하는 크기의 탐침 접촉 조립체를 구성하기 위해 서로 조립되는 다수의 접촉자를 갖는 본 발명의 복수개의 접촉 구조물을 도시한 사시도.
도20은 복수개의 접촉 기판이 서로 접속되어 원하는 크기, 형상 및 개수의 접촉자로 탐침 접촉 조립체를 성립시키는 본 발명의 접촉 구조물의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 접촉 기판
30 : 접촉자
32 : 접합 배치부(관통 구멍)
34 : 플랜지형 부분
35 : 기부
40 : 기판(유전성 기판 또는 실리콘 기판)
42 : 희생층
44 : 부착 촉진층
46 : 전도층
48 : 포토레지스트층
50 : 포토마스크
78 : 모니터 카메라
80 : 채택 및 배치 기구
81, 82 : 테이블
84 : 이전 기구
85 : 흡입 아암
86, 87 : 가동 아암
90 : 접착 테이프(중간판)
100 : 시험 헤드
120 : 동작 기판
124 : 케이블
150 : 인쇄 회로 기판(핀 전극 카드)
262, 265 : 전극
263 : 상호 접속 트레이스
130 : 포고-핀 블록(프로그 링)
260 : 탐침 카드(라우팅 기판)
300 : 반도체 웨이퍼(인쇄 회로 기판)
도5 내지 도7은 본 발명의 접촉 구조물의 예를 도시한다. 본 발명에 대한 설명에서는 "수평" 및 "수직"과 같은 용어를 포함한다. 발명자들은 이들 용어를 본 발명과 관련된 구성 요소의 상대적 위치 관계를 설명하기 위해 사용한다. 따라서, "수평"과 "수직"이란 용어는 지표 상의 수평이나 중력 수직과 같은 절대적 의미로 제한되도록 해석되서는 않된다.
접촉 구조물은 접촉 기판(20)과 접촉자(30)로 구성된다. 도5의 예에서, 각각의 접촉자(301)는 사실상 수직 방향으로 연장되며 접촉 기판(20)에 접속된 중간부와, 도5의 하단부에서 양호하게는 뾰족한 형상의 접촉부와, 접촉 스프링으로서 기능하기 위한 중간부 및 접촉부 사이의 제1 스프링부와, 상단부에서 접촉점을 갖는 기부와, 접촉 스프링으로서 기능하기 위한 기부 및 중간부 사이의 제2 스프링부로형성된다.
도6의 예에서, 각각의 접촉자(302)는 사실상 수직 방향으로 연장되며 접촉 기판(20)에 접속된 중간부와, 도6의 하단부에서 양호하게는 뾰족한 형상의 선단부를 구비한 직선 형상의 접촉부와, 상단부에서 접촉점을 갖는 기부와, 기부 및 중간부 사이의 제2 스프링부로 형성된다.
도7의 예에서,각각의 접촉자(303)는 사실상 수직 방향으로 연장되며 접촉 기판(20)에 접속된 중간부와, 도7의 하단부에서 양호하게는 뾰족한 형상의 접촉부와, 접촉 스프링으로서 기능하기 위한 중간부 및 접촉부 사이의 제1 스프링부와, 상단부에서 뾰족한 형상의 접촉점을 갖는 기부와, 접촉 스프링으로서 기능하기 위한 기부 및 중간부 사이의 제2 스프링부로 형성된다.
도5 내지 도7의 각각의 접촉자는 접촉 구조물이 반도체 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판(300) 상의 접촉 패드(30)에 대해 가압될 때 스프링부, 즉 접촉자의 구불구불한 형상이거나 지그재그로 된 형상이거나 만곡된 부분과 같은 수평 만곡부로부터 발생하는 탄성 스프링력에 의한 접촉 압력을 발생시킨다. 접촉 압력은 또한 접촉 패드(320)의 표면에 대해 접촉자의 선단부(접촉점)에서 스크러빙 효과를 발생시킨다. 도5 및 도7의 예에서, 이런 스크러빙 효과는 접속될 표면 상의 기부의 선단부(도면의 상단부)에서도 달성된다. 이런 스크러빙 효과는 접촉점이 산화물 표면 아래의 접촉 패드(320)의 전도성 재료와 전기적으로 접촉하기 위해 접촉 패드(320)의 산화물 표면을 문지를 때 접촉 성능을 더욱 증진시킨다.
비록 접촉 구조물과 그 생산 방법은 단지 하나 또는 두 개의 접촉자에 대한 예에 관해서 설명되지만, 접촉자(3031, 302, 303)는 본 발명에 따라 상호 교환 가능하게 사용되고 생산될 수 있다. 또한, 단지 제한된 유형의 접촉자들에 대한 설명이기는 하지만, 본 발명에 따른 다양한 다른 유형의 접촉자에 대해서도 도9 내지 도10을 참조하여 설명하기로 한다. 도5 내지 도10에 도시된 본 발명의 접촉자는 접촉 기판의 수평면 상에서 경사진 방식보다는 수직으로 장착되기 때문에, 다수의 접촉자가 접촉 기판 상의 제한된 공간 내에 장착될 수 있다.
도8a 내지 도8b는 이런 접촉자를 생산하기 위한 본 발명의 기본 개념을 도시하고 있다. 본 발명에서, 도8a에 도시된 바와 같이, 접촉자(30)는 실리콘 기판이거나 다른 유전성 기판인 기판(40)의 편평면 상에서 수평 방향으로, 즉 2차원 방식으로 생산된다. 그 후, 접촉자(30)는 기판(40)으로부터 제거되어서 인쇄 회로 기판, IC 칩 또는 다른 접촉 기구와 같은 도5 내지 도7의 접촉 기판(20) 상에 수직 방향으로, 즉 3차원 방식으로 장착된다.
도8의 예에서, 접촉자(30)는 실리콘이나 다른 유전성 기판(40)의 편평면 상에 수평 방향으로 생산된다. 그 후, 접촉자(30)는 기판(40)으로부터 접착 테이프, 접착 필름 또는 접착판(종합해서, "접착 테이프" 또는 "중간판")과 같은 접착 부재(90)로 이전된다. 접착 테이프 상의 접촉자(30)는 채택 및 배치 기구를 사용해서 제거되어서 인쇄 회로 기판, IC 칩 또는 다른 접촉 기구와 같은 도5 내지 도7의 접촉 기판(20) 상에 수직 방향으로, 즉 3차원 방식으로 장착된다.
도9a 내지 도9f는 도5 내지 도7에 도시된 방식으로 접촉 기판 상에 장착될 본 발명의 다양한 형상의 접촉자의 예를 도시하고 있다. 도9a 내지 도9c의 각각의 예는 도5 내지 도7의 접촉 기판(20)의 상부면으로부터 돌출하게 될 기부의 단부(도9a 내지 도9c의 상부)에서 각뿔 형상을 갖고 타 단부(도9a 내지 도9c의 하부)에서 접촉 선단부를 갖는다. 도9a 내지 도9e의 접촉 선단부는 낮은 접촉 저항을 갖고 접촉 타겟의 표면과 접촉하는 다양한 형상을 갖는다.
도9d 내지 도9f의 각각의 예는 도5 내지 도7의 접촉 기판(20)의 상부면으로부터 돌출하게 될 기부(도9d 내지 도9f의 상부)에서 만곡된 얇은 단부를 갖는다. 도9a 내지 도9c의 예와 유사하게도, 도9d 내지 도9f의 접촉 선단들은 낮은 접촉 저항을 갖고 접촉 타겟의 표면과 접촉하기 위한 다양한 형상을 갖는다. 접촉자는 기부 상에 스프링을 갖기 때문에, 탐침 조립체를 형성함에 있어서, 도15를 참조해서 설명하는 바와 같이 스프링력이나 탄성도를 수직 방향으로 발생시키기 위해 전도성 탄성 중합체는 불필요하다.
도10a 내지 도10b는 본 발명의 접촉자의 특정예를 도시한 개략도로서, 도10a는 접촉자의 정면도이고 도10b는 접촉자의 측면도이다. 도10의 접촉자는 도15에 도시된 바와 같은 탐침 카드와 접촉하는 기부와, 중간 위치에 지그재그로 된 형상을 갖는 스프링부와, 접촉 타겟의 표면과 접촉하기 위한 접촉점을 갖는 하단부에 접촉부를 갖는다. 기부와 스프링부는 접촉 기판에 장착될 때 도5 내지 도7의 접촉 기판(20)의 상부면으로부터 돌출하게 된다. 본 예에서, 접촉부는 스프링이 없는 사실상 직선 형상을 갖는다.
정면도인 도10a에서, 접촉부는 접촉자가 접촉 기판의 관통 구멍에 삽입될 때 스토퍼로서 기능하는 스프링부의 하부에 인접한 그 상부에 플랜지를 갖는다. 측면도인 도10b에서, 스프링부는 용이하게 변형될 수 있도록 하는 크기로 되어 있고 접촉부나 기부보다 얇음으로써, 접촉부가 접촉 타겟에 대해 가압될 때 스프링력을 발생한다. 두 개의 서로 다른 두께, 즉 얇은 영역의 스프링부와 두터운 영역의 접촉부 및 기부로 인해, 전도성 재료가 접촉자의 생산 과정에서 둘 이상의 층을 형성하기 위해 두 배 이상 증착된다. 도10의 접촉자의 크기의 일 예로서, a = 760 ㎛, b = 820 ㎛, c = 50 ㎛, d = 200 ㎛, e = 1200 ㎛, f = 50 ㎛, g = 20 ㎛ 그리고 h = 50 ㎛이다.
도11a 내지 도11l은 본 발명의 (도6의 접촉자(302)와 같은) 접촉자(30)를 생산하기 위한 생산 과정의 일 예를 도시한 개략도이다. 도11a에서, 통상적으로 실리콘 기판인 기판(40) 상에는 희생층(42)이 형성된다. 유리 기판이나 세라믹 기판과 같은 다른 유전성 기판도 가능하다. 희생층(42)은 예컨대 화학 증기 증착(CVD)과 같은 증착 과정을 거쳐 이산화 실리콘(SiO2)으로 제조된다. 희생층(42)은 생산 과정의 후속 단계에서 실리콘 기판으로부터 접촉자(30)를 분리하기 위한 것이다.
부착 촉진층(44)이, 예컨대 증발 과정을 거쳐 도11b에 도시된 바와 같이 희생층(42) 상에 형성된다. 부착 촉진층(44)용 재료는, 예컨대 크롬(Cr)과 티탄(Ti)을 포함하고, 그 두께는, 예컨대 약 200 내지 1,000 Å이다. 부착 촉진층(44)은 실리콘 기판(40) 상에 도11c의 전도층(46)을 용이하게 부착시키기 위한 것이다.전도층(46)은, 예컨대 구리(Cu)나 니켈(Ni)로 제조되며, 그 두께는, 예컨대 약 1,000 내지 5,000 Å이다. 전도층(46)은 후속 단계에서 전기 도금 과정을 위한 전기 전도도를 성립시키기 위한 것이다.
다음 과정에서는 포토레지스트층(48)이 전도층(46) 상에 형성되며, 포토레지스트층 위에는 포토마스크(50)가 정밀하게 정렬되고 도11d에 도시된 바와 같이 자외(UV)광으로 노광된다. 포토마스크(50)는 포토레지스트층(48) 상에 현상될 접촉자(30)의 2차원 화상을 보여준다. 기술분야에서 공지된 바와 같이, 본 목적을 위해서는 부의 포토레지스트와 함께 정의 포토레지스트도 사용될 수 있다. 정으로 작용하는 레지스트가 사용되면, 포토마스크(50)의 불투명부로 도포된 포토레지스트는 노광후에 경화된다. 포토레지스트 재료의 예로서는, 노보락(Novolak(M-크레졸 포름알데히드)), PMMA(폴리 메틸 메타크릴레이트), SU-8 및 감광 폴리이미드가 있다. 현상 과정에서, 포토레지스트의 노광부는 용해되어서 세척됨으로써, 개구 또는 패턴 "A"를 갖는 도11e의 포토레지스트층(48)을 남긴다. 따라서, 평면도인 도11f는 접촉자(30)의 화상(형상)을 갖는 포토레지스트층(48) 상에 패턴 또는 개구 "A"를 보여주고 있다.
상술한 포토레지스트 과정에서, UV광 대신에, 기술분야에서 공지된 바와 같이 전자 비임이나 X-레이를 사용해서 포토레지스트층(48)을 노광할 수도 있다. 또한, 직접 기록 전자 비임, X-레이 또는 광원(레이저)으로 포토레지스트층(48)을 노광함으로써 포토레지스트층(48) 상에 접촉 구조물의 화상을 직접 기록할 수도 있다.
구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W) 또는 다른 재료, 니켈-코발트(NiCo) 또는 이들의 다른 합금 조합과 같은 전도성 재료가 포토레지스트층(48)의 패턴 "A"으로 증착(전기 도금)되어 도11g에 도시된 바와 같은 접촉자(30)를 형성한다. 양호하게는, 후술하는 바와 같이 식각 특성을 서로 구별하기 위해서는 전도층(46)의 재료와는 다른 접촉재가 사용되어야 한다. 도11g의 오버플레이트(over plated)부는 도11h의 연마(평탄화) 과정에서 제거된다.
상술한 과정은 둘 이상의 전도층을 형성함으로써 서로 다른 두께를 갖는 도10a 내지 도10b에 도시된 바와 같은 접촉자를 생성하기 위해 반복된다. 즉, 접촉자(전도성 재료)로 된 제1 층을 형성한 후, 필요하다면, 도11d 내지 도11f의 과정이 접촉자로 된 제1 층 상에 제2 층 또는 다른 층을 형성하기 위해 반복된다.
다음 과정에서, 포토레지스트층(48)은 도11i에 도시된 바와 같이 레지스트 박피(strip) 과정에서 제거된다. 통상적으로, 포토레지스트층(48)은 습식 화학 과정에 의해 제거된다. 박피의 다른 예들로서는 아세톤계 박피와 플라즈마 O2박피가 있다. 도11j에서, 희생층(42)은 접촉자(30)가 실리콘 기판(40)으로부터 분리되도록 식각 제거된다. 다른 식각 과정은 부착 촉진층(44)과 전도층(46)이 도11k에 도시된 바와 같이 접촉자(30)로부터 제거되도록 수행된다.
식각 조건은 부착 촉진층과 전도층(44, 46)을 식각하지만 접촉자(30)를 식각하지 않도록 선택될 수 있다. 즉, 접촉자(30)를 식각하지 않고도 전도층(46)을 식각하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 접촉자(30)용으로 사용된 전도성 재료는 전도층(46)의 재료와 달라야만 한다. 최종적으로, 접촉자(30)는 사시도인 도11l에 도시된 바와 같이 어떤 다른 재료와도 분리된다. 비록 도11a 내지 도11l에 도시된 생산 과정은 단지 하나의 접촉자(30)만을 도시하고 있으나, 도8a 내지 도8b에 도시된 바와 같이 실질적인 생산 과정에서, 다수의 접촉자가 동시에 생산된다.
도12a 내지 도12d는 본 발명의 접촉자의 생산을 위한 생산 과정의 일 예를 도시한 개략도이다. 본 예에서, 접착 테이프(중간판, 90)는 제조 과정에서 합체되어 접촉자(30)를 실리콘 기판(40)으로부터 접착 테이프로 이전한다. 도12a 내지 도12d는 접착 테이프(90)가 포함된 생산 과정의 나머지 부분만을 도시하고 있다.
도12a는 포토레지스층(48)이 레지스트 박피 과정에서 제거되는 도11i에 도시된 과정과 동등한 과정을 도시한다. 그 후, 도12a의 과정에서도, 접착 테이프(중간판, 90)는 접촉자(30)가 접착 테이프(90)에 부착되도록 접촉자(30)의 상면에 위치된다. 도8b를 참조해서 상술한 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서, 접착 테이프(중간판, 90)는 접착 필름, 접착판 등과 같은 다른 유형의 접착 부재를 포함한다. 접착 테이프(90)는 자석판이나 테이프, 전기 대전판이나 테이프 등과 같은 접촉자(30)를 잡아당기는 모든 부재를 포함한다.
도12b의 과정에서, 희생층(42)은 접착 테이프(90) 상의 접촉자(30)가 실리콘 기판(40)으로부터 분리되도록 식각되어 제거된다. 다른 식각 과정은 부착 촉진층(40) 및 전도층(46)이 도12c에 도시된 바와 같이 접촉자(30)로부터 제거되도록 수행된다.
상술한 바와 같이, 접촉자(30)를 식각하지 않고 전도층(46)을 식각하기 위해서, 접촉자(30)에 사용된 전도성 재료는 전도층의 재료와 달라야만 한다. 비록 도12a 내지 도12c의 생산 과정은 단지 하나의 접촉자만을 도시하고 있지만, 실질적인 생산 과정에서 다수의 접촉자가 동시에 생산된다. 따라서, 다수의 접촉자(30)는 접착 테이프(90)로 이전되고 평면도인 도12d에 도시된 바와 같이 실리콘 기판 및 다른 재료와 분리된다.
도13a 내지 도13n은 접촉자가 접착 테이프나 중간판에 이전되는 접촉자(30)를 생산하는 생산 과정의 다른 예를 도시한 개략도이다. 도13a에서, 전기 도금 시드(seed)(전도)층(342)은 통상적으로 실리콘 또는 유리 기판인 기판(340) 상에 형성된다. 시드층(342)은, 예컨대 구리(Cu)와 니켈(Ni)로 제조되며, 그 두께는, 예컨대 약 1,000 내지 5,000 Å이다. 크롬-인코넬 층(344)이 도13b에 도시된 바와 같이 시드층(342) 상에, 예컨대 스퍼터링 과정을 거쳐 형성된다.
도13c의 후속 과정에서, 전도성 기판(346)이 크롬-인코넬(344) 상에 형성된다. 전도성 기판(346)은, 예컨대 니켈-코발트(NiCo)로 제조되고, 약 100 내지 130 ㎛의 두께를 갖는다. 전도성 기판(346)을 패시베이션한 후, 약 100 내지 120 ㎛의 두께를 갖는 포토레지스트층(348)이 도13d의 전도성 기판(346) 상에 형성되며, 포토마스크(350)은 포토레지스트층(348)이 도13e에 도시된 바와 같이 자외(UV)광에 노출되도록 정밀하게 정렬된다. 포토마스크(350)는 포토레지스트층(348)의 표면 상에 현상될 접촉자(30)의 2차원 화상을 보여준다.
현상 과정에서, 레지스트의 노광부는 용해되어서 세척될 수 있어서, (도6의접촉자(302)와 같은) 접촉자(30)의 화상(형상)을 갖는 포토마스크(350)로부터 이전된 도금 패턴을 갖는 도13f의 포토레지스트층(348)을 남긴다. 도13g의 단계에서, 접촉자 재료는 약 50 내지 60 ㎛의 두께를 갖는 포토레지스트층(348) 상에 도금 패턴으로 전기 도금된다. 전도성 재료로서는, 예컨대 니켈-코발트(Ni-Co)가 있다. 니켈-코발트 접촉자 재료는 니켈-코발트로 제조된 전도성 기판(346)에 단단히 부착되지 않는다.
위 과정은 둘 이상의 전도층을 형성함으로써 서로 다른 두께를 갖는 도10a 내지 도10b에 도시된 바와 같은 접촉자를 생성하기 위해 반복될 수 있다. 즉, 접촉자의 제1 층을 형성한 후, 필요한 경우에는, 도13d 내지 도13g의 과정이 반복되어서 접촉자의 제1 층 상에 제2 층 또는 다른 층을 형성한다.
후속 과정에서, 포토레지스트층(348)은 도13h에 도시된 바와 같이 레지스트 박피 과정에서 제거된다. 도13i에서, 전도성 기판(346)은 기판(340) 상의 크롬-인코넬층(344)으로부터 박피된다. 전도성 기판(346)은 접촉자(30)가 비교적 약한 부착 강도로 장착된 얇은 기판이다. 도13j는 접촉자(30)를 갖는 전도성 기판(346)의 평면도이다.
도13k는 접착 테이프(중간판, 90)를 접촉자(30)의 상부면 상에 배치하는 과정을 도시하고 있다. 접착 테이프(90)와 접촉자(30) 사이의 접착 강도는 접촉자(30)와 전도성 기판(346) 사이의 접착 강도보다 크다. 따라서, 접착 테이프(90)가 전도성 기판(346)으로부터 제거될 때, 접촉자(30)는 도13l에 도시된바와 같이 전도성 기판(346)으로부터 접착 테이프(90)로 이전된다. 도13m은 상부에 접촉자(30)를 갖는 접착 테이프(90)의 평면도이고, 도13n은 상부에 접촉자(30)를 갖는 접착 테이프(90)의 단면도이다.
도14a 및 도14b는 접착 테이프(중간판, 90)로부터 접촉자(30)를 채택해서 접촉 기판(20) 상에 접촉자를 배치하는 과정의 일 예를 도시한 개략도이다. 도14a 및 도14b의 채택 및 배치 기구는 유리하게는 접착 테이프를 포함하는 도12a 내지 도12d 및 도13a 내지 도13n을 참조해서 설명된 본 발명의 생산 과정에 의해 생산된 접촉자에 적용된다. 도14a는 채택 및 배치 기구의 제1 반쪽 과정를 도시한 채택 및 배치 기구(80)의 정면도이고, 도14b는 채택 및 배치 작업의 제2 반쪽 과정를 도시한 채택 및 배치 기구(80)의 정면도이다.
본 예에서, 채택 및 배치 기구(80)는 접촉자(30)를 채택해서 배치하기 위한 이전 기구(84)와, 이전 기구(84)의 X, Y, Z 방향 이동을 허용하기 위한 가동 아암(86, 87)과, 그 위치가 X, Y, Z 방향으로 조절 가능한 테이블(81, 82)과, 예컨대 내부에 CCD 화상 센서를 갖는 모니터 카메라(78)를 포함한다. 이전 기구(84)는 접촉자(30)에 대한 흡입(채택 작업)과 흡입 해제(배치 작업)을 수행하는 흡입 아암(85)을 포함한다. 흡입력은, 예컨대 진공과 같은 부압에 의해 발생된다. 흡입 아암(85)은 90도와 같은 소정 각도로 회전한다.
작업시, 접촉자(30)를 갖는 접착 테이프(90)와 접합 배치부(32)(또는 관통 구멍)를 갖는 접촉 기판(20)은 채택 및 배치 기구(80) 상에서 각각의 테이블(81, 82) 상에 위치된다. 도14a에 도시된 바와 같이, 이전 기구(80)는 흡입 아암(85)의흡입력에 의해 접착 테이프(90)로부터 접촉자(30)를 채택한다. 접촉자(30)를 채택한 후, 흡입 아암(85)은, 예컨대 도14b에 도시된 바와 같이 90도만큼 회전한다. 따라서, 접촉자(30)의 배향은 수평 방향에서 수직 방향으로 변경된다. 본 배향 변경 기구는 단지 하나의 예이고, 기술분야의 당업자라면 접촉자의 배향을 변경하기 위한 많은 다른 방식이 있음을 알 수 있다. 그 후, 이전 기구(80)는 접촉 기판(20) 상의 접합 배치부(32)(또는 관통 구멍) 상에 접촉자(30)를 배치시킨다. 접촉자(30)는 표면에 접합되거나 관통 구멍에 삽입됨으로써 접촉 기판(20)에 부착된다.
도15는 본 발명의 접촉 구조물을 사용한 탐침 접촉 조립체를 형성하기 위한 전체 적층 구조물의 일 예를 도시한 단면도이다. 탐침 접촉 조립체는 도2에 도시된 바와 같이 시험 중인 장치와 시험 헤드 사이의 인터페이스로서 사용된다. 본 예에서, 탐침 접촉 조립체는 라우팅 기판(탐침 카드, 260)과, 도15에 도시된 순서로 접촉 구조물 위에 마련된 포고-핀 블록(프로그 링, 130)을 포함한다.
접촉 구조물은 접촉 기판(20) 상에 장착된 복수개의 접촉자(30)에 의해 구성된다. 각각의 접촉자의 기부(35)는 접촉 기판(20)의 상부면에서 돌출된다. 본 발명에서, 기부(35)는, 예컨대 만곡 형상 또는 지그재그로 된 형상을 갖는 스프링을 갖는다. 접촉자(30)는 접촉자가 반도체 웨이퍼(300)와 탐침 카드(260)에 대해 가압될 때 수직 방향으로 조금 이동할 수 있도록 하는 방식으로 접촉 기판(20) 상의 관통 구멍에 조금 헐겁게 삽입될 수 있다.
탐침 카드(260)와 포고-핀 블록(130)과 접촉 구조물은 전기적으로 그리고 기계적으로도 서로 접속되어서 탐침 접촉 조립체를 형성한다. 따라서, 전기 경로가 접촉자(30)의 접촉점으로부터 케이블(124)과 동작 기판(120)을 거쳐 시험 헤드(100)까지 형성된다(도2). 따라서, 반도체 웨이퍼(300)와 탐침 접촉 조립체가 서로에 대해 가압되면, 작업 중인 장치(반도체 웨이퍼(300) 상의 접촉 패드(320))와 시험 시스템 사이에는 전기적 교통이 성립된다.
포고-핀 블록(프로그 링, 130)은 탐침 카드(260)와 동작 기판(120) 사이의 인터페이스에 다수의 포고-핀을 갖는 도2에 도시된 것과 동등하다. 포고-핀의 상단부에서, 동축 케이블과 같은 케이블(124)은 접속되어서 동작 기판(120)을 거쳐 도2의 시험 헤드(100)의 인쇄 회로 기판(핀 전극 카드, 150)으로 신호를 전송한다. 탐침 카드(260)는 탐침 카드의 상부면 및 하부면에 다수의 전극(262, 265)을 갖는다. 조립될 때, 접촉자(30)의 기부(35)는 전극(262)과 접촉한다. 전극(262, 265)은 상호 접속 트레이스(263)를 거쳐 접속되어서 포고-핀 블록(130)의 포고-핀의 피치와 일치하도록 접촉 구조물의 피치를 펼친다. 접촉자(30)는 접촉 기판(20)의 관통 구멍에 헐겁게 삽입되기 때문에, 접촉자의 기부 상에 마련된 스프링은 반도체 웨이퍼(300)에 대해 가압될 때 접촉 패드(320) 쪽과 아울러 전극(262) 쪽으로도 탄성 접촉력을 발생시킨다.
도16은 본 발명의 접촉 구조물을 사용한 탐침 접촉 조립체의 다른 예를 도시한 단면도이다. 탐침 접촉 조립체는 도2에 도시된 바와 같은 시험 헤드와 시험 중인 장치(DUT) 사이의 인터페이스로서 사용된다. 본 예에서, 탐침 접촉 조립체는 전도성 탄성 중합체(250)와, 탐침 카드(260)와, 접촉 구조물 상에 마련된 포고-핀블록(프로그 링, 130)을 포함한다. 접촉자(30)의 기부는 상술한 바와 같은 스프링을 갖기 때문에, 이와 같은 전도성 탄성 중합체는 기본적으로 불필요하다. 그러나, 이와 같은 전도성 탄성 중합체는 탐침 카드(260)와 접촉 구조물 사이의 불균일한 간극을 보상하는 데 여전히 유용하다.
전도성 탄성 중합체(250)는 접촉 구조물과 탐침 카드(260) 사이에 마련된다. 조립될 때, 접촉자(30)의 기부(35)는 전도성 탄성 중합체(250)와 접촉한다. 전도성 탄성 중합체(250)는 수직 방향으로 다수의 전도성 와이어를 갖는 탄성 시트이다. 예컨대, 전도성 탄성 중합체(250)는 실리콘 러버 시트와 다열 금속 필라멘트로 구성된다. 금속 필라멘트(와이어)는 도16의 수직 방향으로 마련된다. 즉, 전도성 탄성 중합체(250)의 수평 시트에 수직으로 마련된다. 금속 필라멘트 사이의 피치의 일 예는 0.05 ㎜ 이하이고, 실리콘 러버 시트의 두께는 약 0.2 ㎜이다. 이와 같은 전도성 탄성 중합체(250)는 일본의 신-에쯔 폴리머 코(Shin-Etsu Polymer Co.) 주식회사에서 생산하고 판매하고 있다.
도17은 본 발명의 접촉 구조물을 사용한 탐침 접촉 조립체의 다른 예를 도시한 단면도이다. 본 예에서, 접촉 구조물은 복수개의 접촉 구조물 (기판) 블록으로 형성된다. 또한, 접촉 기판 블록은 서로 적층된 복수개의 표준 기판으로 형성된다. 예컨대, 도17의 접촉 구조물은 각각 세 개의 표준 실리콘 기판(221, 222, 223)을 갖는 두 개의 접촉 구조물 (기판) 블록(201, 202)으로 구성된다.
비록 단지 하나만이 도시되어 있지만, 복수개의 접촉자(30)는 각각의접촉자(30)의 단부가 기판(22)의 상부면으로부터 돌출되도록 하는 방식으로 각각의 접촉 기판(20)에 부착된다. 통상적으로, 접촉 기판(22)은 실리콘 웨이퍼로 제조되지만, 세라믹, 유리, 폴리이미드 등과 같은 유전성 재료도 가능하다. 양호한 실시예에서, 접촉 기판(22)은 적층되어 서로 접합된 세 개의 웨이퍼(221, 222, 223)와 같은 다중 표준 실리콘 웨이퍼를 갖는 다층 기판이다. 다중 실리콘 웨이퍼를 사용하는 중요한 이유는 기계적 치수 공차를 증가시키지 않고도 충분한 두께의 접촉 기판을 얻기 위한 것이다. 따라서, 실리콘 웨이퍼의 수는 설계시 특정 요구 조건에 따라 하나 이상 자유롭게 선택될 수 있다. 표준 실리콘 웨이퍼는 도20에 도시된 바와 같은 치형부 및 리세스와 같은 결합 기구를 형성하기 위해 동일한 두께를 갖지만 다른 외형을 갖는다.
도18은 도15의 탐침 접촉 조립체에 합체된 본 발명의 접촉 구조물의 세부를 도시한 단면도이다. 지그재그로 된 형상의 스프링을 갖는 접촉자(30)는 그 단부에 접촉 선단을 갖는 접촉자(30)의 직선형 몸체가 관통 구멍(25)에 삽입되는 방식으로 접촉 기판(20)에 부착된다. 본 예에서, 접촉 기판(20)은 적층되어 서로 용융 접합된 세 개의 표준 실리콘 웨이퍼(221, 222, 223)를 갖는 다층 구조물이다. 각 실리콘 웨이퍼(221내지 223)의 두께는, 예컨대 약 0.5 ㎜이다. 스프링을 갖는 접촉자(30)의 기부(35)는 접촉 기판(20)의 상부면에서 돌출한다. 접촉자(30)는 관통 구멍(25)에 마련된 계단에 끼워지는 플랜지형 부분(34)을 갖는다. 접촉자(30)의 선단에서의 접촉점은 양호하게는 뾰족하게 되어서 접촉 타겟의 표면에 대한 스크러빙 효과를 증진시킨다.
이하에서는 도18에 도시된 세 층으로 된 기판(20)과 기판 위에 형성된 관통 구멍을 형성하는 과정을 간략히 설명하기로 한다. 우선, 제2 웨이퍼(222)와 제3 웨이퍼(223)는, 예컨대 실리콘 용융 접합을 거쳐 직접 접합된다. 그 후, 웨이퍼(222, 223)의 전방면과 배면 모두가 연마되고 식각 과정에 의해 웨이퍼를 관통하는 관통 구멍이 형성된다. 이런 딥 트렌치(deep trench)형 식각은, 예컨대 반응 가스 플라즈마를 사용한 반응성 이온 식각에 의해 달성된다. 도18에 도시된 바와 같이, 제2 및 제3 웨이퍼(222, 223) 상에서의 관통 구멍의 크기는 관통 구멍에 계단을 형성하기 위해 접촉자(30)의 플랜지형 부분(34)보다 작아야만 한다.
그 후, 제1 웨이퍼(221)의 전방면과 배면 모두가 연마되고, 상술한 딥 트렌치형 식각에 의해 웨이퍼를 관통하는 관통 구멍(25)이 형성된다. 제1 웨이퍼(221)의 관통 구멍의 크기는 제2 및 제3 웨이퍼(222, 223)의 관통 구멍의 크기보다 커서 상술한 바와 같은 접촉자(30)의 플랜지형 부분(34)을 수납한다. 제1 웨이퍼(221)는 정렬되어서 제2 및 제3 웨이퍼(222, 223)에 용융 접합된다. 절연을 위해, 예컨대 적어도 1 ㎛의 산화 실리콘층이 양호하게는 이런 방식으로 생산된 접촉 기판의 모든 노출된 표면 상에서 성장된다.
도19는 각각 도8a 내지 도8b에 도시된 과정을 거쳐 생산된 다수의접촉자(30)를 갖는 본 발명의 복수개의 접촉 구조물 (기판) 블록의 일 예를 도시한 사시도이다. 본 예는 원하는 크기와 개수의 접촉자의 접촉 구조물을 만들기 위해 서로 조립되는 복수개의 접촉 구조물 블록(20)을 보여준다. 도19에서, 비록 각각의 접촉 구조물 블록은 단일한 라인으로 조립된 접촉자를 포함하지만, 본 발명의 접촉 구조물 블록은 둘 이상의 라인, 즉 행렬 방식으로 정렬된 접촉자를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 특성들 중 하나는 복수개의 접촉 구조물 블록(20)을 결합해서 접촉자의 전체 크기와 개수가 증가된 접촉 구조물(탐침 접촉 조립체)를 형성하는 능력이다. 도19의 예에서는 네 개의 접촉 구조물 블록(20)이 서로 접속되도록 마련된다. 도19의 예에는 도시되지 않았지만, 각 접촉 기판(22)은 접촉 기판의 외부 모서리에 치형부와 같은 접속 또는 결합 기구를 갖는다.
도20은 본 발명의 복수개의 접촉 구조물 블록에 의해 형성된 접촉 구조물의 사시도이다. 본 예에서는, 다섯 개의 접촉 구조물이 서로 접속되어 전체 크기가 접촉 구조물 블록의 정수배 크기인 접촉 구조물을 형성한다. 설명을 간편하게 하기 위해, 접촉자들은 접촉 기판(22)에 도시되어 있지 않다. 이런 방식으로 접촉 기판(22)을 결합함으로써, 12 인치 반도체 웨이퍼의 크기와 같이 원하는 크기의 접촉 조립체가 설정될 수 있다.
본 예에서, 접촉 기판의 우측 및 좌측 모서리에는 결합 치형부(55)와 리세스(65)가 마련된다. 치형부(55)와 리세스(65)의 크기는 우측과 좌측 모서리에서 동일하지만, 치형부(55)와 리세스(65)의 위치는 한 유닛만큼 이동되어 있다.따라서, 한 접촉 기판(22)의 좌측 모서리는 다른 접촉 기판(22)의 우측 모서리에 끼워진다. 비록 도20에는 도시되어 있지 않지만, 돌기가 접촉 기판(22)의 원단부에는 마련되어서 다른 접촉 기판(22)의 근접 단부의 홈(70)에 끼워진다. 돌기와 홈을 사용하는 대신에, 상술한 우측 모서리 및 좌측 모서리에서와 같이 치형부 및 리세스를 사용할 수도 있다. 접촉자(30)는 관통 구멍(25) 내에 도19에 도시된 방식으로 접촉 기판(22) 상에 장착되게 된다.
본 발명에 따르면, 접촉 구조물은 차세대 반도체 기술의 시험 조건을 충족시키는 아주 높은 주파수 대역폭을 갖는다. 다수의 접촉자는 수동 조작을 하지 않고도 기판 상에서 동시에 생산되기 때문에, 접촉 성능에 있어 일정한 품질과, 높은 신뢰성과, 긴 수명을 달성할 수 있다. 또한, 접촉자는 시험 중인 장치의 재료와 동일한 기판 재료 상에서 조립되기 때문에, 온도 변화로 인한 위치 에러를 보상할 수 있다. 또한, 비교적 간단한 기술을 사용하고도 실리콘 기판 상에서 수평 방향으로 다수의 접촉자를 생산할 수 있다. 본 발명에 의해 생산된 접촉 구조물은 저렴하고 효율성이 높으며, 높은 기계적 강도와 신뢰성을 갖는다. 본 발명의 방법에 의해 생산된 접촉 구조물은 유리하게는, 통전 테스트 시험을 포함하는, 반도체 웨이퍼, 실장된 IC 칩, 다중 칩 모듈 등의 시험에 적용된다.
본 명세서에서는 비록 단지 양호한 실시예에 대해서만 상세하게 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고도 첨부된 청구항의 범위 내에서 상술한 가르침에 따라 본 발명에 대한 다양한 개조 및 변경이 이루어질 수 있음은 명백하다.

Claims (20)

  1. 접촉 타겟과의 전기 접속을 성립시키기 위한 접촉 구조물에 있어서,
    상부면 및 하부면을 관통하는 관통 구멍을 갖는 접촉 기판과,
    전도성 재료로 제조되고 접촉 기판의 수평면 상에 수직으로 장착된 복수개의 접촉자를 포함하며,
    각각의 접촉자는 사실상 직선 형상을 갖고, 접촉점을 형성하기 위해 수직 방향으로 돌출한 접촉부와, 접촉 기판 상에 마련된 관통 구멍에 삽입된 중간부와, 접촉 패드로서 기능하는 기부 단부 및 기부 단부와 중간부 사이에 마련된 스프링부를 구비한 기부를 포함하며,
    스프링부는 접촉자가 접촉 타겟에 대해 가압될 때 탄성 접촉력을 발생시키도록 만곡되거나 경사지거나 구불구불하거나 지그재그로 된 형상을 갖고, 기부의 단부는 접촉 기판의 표면으로부터 돌출하고 외부 구성 요소와의 전기 접속을 위한 접촉점으로서 기능하고, 접촉부의 단부는 접촉 구조물이 접촉 타겟에 대해 가압될 때 접촉 타겟과 접촉하는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 접촉 기판은 단일한 또는 서로 접합된 복수개의 유전성 기판으로 형성되고 접촉 기판 상의 관통 구멍은 식각 과정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 접촉자에는 접촉 기판 상의 관통 구멍에 끼워지도록 중간부에 플랜지 형상이 마련된 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 접촉 기판은 접촉자를 관통 장착하기 위한 관통 구멍이 생성된 서로 접합된 제1 및 제2 반도체 웨이퍼로 형성된 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 접촉 기판은 접촉자를 관통 장착하기 위한 관통 구멍이 생성된 서로 접합된 세 개의 반도체 웨이퍼 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 접촉자는 편평 기판의 편평면 상에서 수평 방향으로 생산되고 편평 기판으로부터 제거되며 접촉 기판 상에 수직 방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  7. 제1항에 있어서, 접촉 기판은 임의의 크기 및 개수의 접촉자의 접촉자 조립체를 형성하기 위해 외부 모서리에서 다른 접촉 기판을 접속시키기 위한 결합 기구를 접촉 기판의 외부 모서리에 갖는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  8. 제7항에 있어서, 결합 기구는 한 모서리의 결합 치형부 및 리세스가 다른 접촉 기판의 대향 모서리의 결합 치형부 및 리세스와 끼워지도록 접촉 기판의 외부 모서리에 마련된 치형부 및 리세스를 포함함으로써, 복수개의 접촉 기판을 조립해서 원하는 크기, 형상 및 개수의 접촉자의 접촉자 조립체를 성립시키는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  9. 제1항에 있어서, 접촉 기판은 실리콘으로 제조된 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  10. 제1항에 있어서, 접촉 기판은 폴리이미드, 세라믹 또는 유리를 포함하는 유전성 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 접촉 구조물.
  11. (a) 실리콘 기판의 표면 상에 희생층을 형성하는 단계와,
    (b) 희생층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
    (c) 포토레지스트층 위에 접촉자의 화상을 포함하는 포토마스크를 정렬해서 포토 마스크를 거쳐 자외광으로 포토레지스트층을 노광하는 단계와,
    (d) 포토레지스트층의 표면 상에 접촉자의 화상 패턴을 현상하는 단계와,
    (e) 전도성 재료를 증착함으로써 포토레지스트층 상에 전도성 재료로 제조되고 각각 기부와 중간부 사이에 스프링부를 갖는 접촉자의 패턴을 형성하는 단계와,
    (f) 포토레지스트층을 벗겨내는 단계와,
    (g) 접촉자가 실리콘 기판으로부터 분리되도록 식각 과정에 의해 희생층을제거하는 단계와,
    (h) 각각의 접촉자의 적어도 일 단부가 전기 접속을 위한 접촉 패드로서 기능하도록 내부에 접촉자의 단부를 수납하기 위한 관통 구멍을 갖는 접촉 기판 상에 접촉자를 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물 생산 방법.
  12. (a) 기판의 표면 상에 희생층을 형성하는 단계와,
    (b) 기판 상의 희생층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
    (c) 포토레지스트층 위에 접촉자의 화상을 포함하는 포토마스크를 정렬해서 포토 마스크를 거쳐 자외광으로 포토레지스트층을 노광하는 단계와,
    (d) 포토레지스트층의 표면 상에 접촉자의 화상 패턴을 현상하는 단계와,
    (e) 전기 도금 과정에 의해 포토레지스트층 상에 전기 전도성 재료로 제조되고 각각 기부와 중간부 사이에 스프링부를 갖는 접촉자의 패턴을 형성하는 단계와,
    (f) 포토레지스트층을 벗겨내는 단계와,
    (g) 접촉자의 상부면이 접착 테이프에 부착되도록 접촉자 상에 접착 테이프를 배치하는 단계와,
    (h) 접착 테이프 상의 접촉자가 실리콘 기판으로부터 분리되도록 식각 과정에 의해 희생층을 제거하는 단계와,
    (i) 각각의 접촉자의 적어도 일 단부가 전기 접속을 위한 패드로서 기능하는 접촉자의 단부를 내부에 수납하기 위한 관통 구멍을 갖는 접촉 기판 상에 접촉자를 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물 생산 방법.
  13. (a) 유전성 기판 상에 전기 전도성 재료로 제조된 전도성 기판을 형성하는 단계와,
    (b) 전도성 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
    (c) 포토레지스트층 위에 접촉자의 화상을 포함하는 포토마스크를 정렬해서 포토 마스크를 거쳐 자외광으로 포토레지스트층을 노광하는 단계와,
    (d) 포토레지스트층의 표면 상에 접촉자의 화상 패턴을 현상하는 단계와,
    (e) 전기 도금 과정에 의해 포토레지스트층 상에 전도성 재료로 제조되고 각각 기부와 중간부 사이에 스프링부를 갖는 접촉자의 패턴을 형성하는 단계와,
    (f) 포토레지스트층을 벗겨내는 단계와,
    (g) 접촉자의 상부면이 접착 테이프에 부착되어서 접촉자와 접착 테이프 사이의 접착 강도가 접촉자와 전도성 기판 사이의 접촉 강도보다 크도록 전도성 기판 상의 접촉자 상에 접착 테이프를 배치하는 단계와,
    (h) 접착 테이프 상의 접촉자가 전도성 기판으로부터 분리되도록 전도성 기판을 벗겨내는 단계와,
    (i) 접촉자의 단부가 접촉 기판의 대향면으로부터 돌출하도록 관통 구멍을 갖는 접촉 기판 상에 접촉자를 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 구조물 생산 방법.
  14. 접촉 타겟과의 전기 접속을 성립시키기 위한 탐침 접촉 조립체에 있어서,
    표면 상에 장착된 복수개의 접촉자를 갖는 접촉 기판과,
    접촉 기판을 장착하고 탐침 카드 상에 마련된 전극과 접촉자 사이의 전기적 교통을 성립시키기 위한 탐침 카드와,
    탐침 카드에 부착될 때 탐침 카드와 반도체 시험 시스템 사이의 인터페이스에 복수개의 접촉 핀을 갖는 핀 블록을 포함하며,
    접촉자들은 접촉면의 수평면 상에 수직으로 장착되고, 각각의 접촉자는 사실상 직선 형상을 갖고 접촉점을 형성하기 위해 수직 방향으로 돌출한 접촉부와, 접촉 기판 상에 마련된 관통 구멍에 삽입된 중간부와, 접촉 패드로서 기능하는 기부 단부 및 기부 단부와 중간부 사이에 마련된 스프링부를 구비한 기부를 포함하며,
    스프링부는 접촉자가 접촉 타겟에 대해 가압될 때 탄성 접촉력을 발생시키도록 만곡되거나 경사지거나 구불구불하거나 지그재그로 된 형상을 갖고, 기부의 단부는 접촉 기판의 표면으로부터 돌출하고 외부 구성 요소와의 전기 접속을 위한 접촉점으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 탐침 접촉 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 접촉 기판은 단일한 또는 서로 접합된 복수개의 반도체 웨이퍼로 형성되고 접촉 기판 상의 관통 구멍은 식각 과정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 탐침 접촉 조립체.
  16. 제14항에 있어서, 각각의 접촉자에는 접촉 기판 상의 관통 구멍에 끼워지도록 중간부에 플랜지 형상이 마련된 것을 특징으로 하는 탐침 접촉 조립체.
  17. 제14항에 있어서, 접촉 기판은 접촉자를 관통 장착하기 위한 관통 구멍이 생성된 서로 접합된 세 개의 반도체 웨이퍼 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 탐침 접촉 조립체.
  18. 제14항에 있어서, 접촉자는 편평 기판의 편평면 상에서 수평 방향으로 생산되어서 편평 기판으로부터 제거되고 접촉 기판 상에 수직 방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는 탐침 접촉 조립체.
  19. 제14항에 있어서, 접촉 기판은 임의의 크기의 접촉자 조립체를 형성하기 위해 원하는 모서리에서 다른 접촉 기판을 접속시키기 위한 결합 기구를 접촉 기판의 외부 모서리에 갖는 것을 특징으로 하는 탐침 접촉 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 결합 기구는 한 모서리의 결합 치형부 및 리세스가 다른 접촉 기판의 대향 모서리의 결합 치형부 및 리세스와 끼워지도록 접촉 기판의 외부 모서리에 마련된 치형부 및 리세스를 포함함으로써, 복수개의 접촉 기판을 조립해서 원하는 크기, 형상 및 개수의 접촉자의 접촉자 조립체를 성립시키는 것을 특징으로 하는 탐침 접촉 조립체.
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