KR20020039206A - 유연성 프로브 장치 - Google Patents

Abstract

초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접속하는 기계적으로 유연한 프로브가 개시된다. 프로브는 웨이퍼 수준에서 집적 회로의 번인에 사용할 수 있다. 또한 다른 응용으로서 집적 회로를 검사하는 프로브 카드 및 플립 칩용 소켓에도 사용할 수 있다. 프로브의 구성으로는 프로브 팁(81)을 포함하며, 프로브 팁은 연장된 판스프링(83)으로부터 측면으로 돌출되는 연장 암(82) 상에서 지지된다. 스프링은 포스트(85)에 의해 기판(89) 위로 지지되어 프로브 팁에 작용하는 접촉력에 의해 프로브 팁이 수직 방향으로 자유롭게 이동하도록 한다. 프로브 팁의 휘어짐은 판스프링의 구부러짐과 비틀림에 의해 유연하게 제한된다. 팁의 기계적인 유연성은 패드가 엄밀하게 평면을 형성하지 않는 집적 회로의 패드와 프로브 어레이가 접촉할 수 있게 한다.

Description

유연성 프로브 장치 {COMPLIANT PROBE APPARATUS}

초소형 전자 소자는 기능성 및 신뢰성을 검증하기 위하여 제조 공정 중에 일련의 검사 과정을 거치게 된다. 검사 과정은 일반적으로 웨이퍼 프로브 검사를 포함하는데, 이러한 웨이퍼 프로브 검사에서는 초소형 전자 소자 칩을 웨이퍼로부터 잘라서 패키징하기 전에 각각의 칩의 동작을 판단하도록 검사한다. 길이가 긴 캔틸레버 와이어(cantilever wires)로 조립된 프로브 카드는 웨이퍼 수준에서 동시에 하나 또는 다수의 칩을 검사하는데 사용된다.

일반적으로 웨이퍼 상의 모든 칩이 웨이퍼 프로브 검사에서 양호한 것으로 판명되는 것이 아니기 때문에 100% 미만의 수율을 얻게 된다. 웨이퍼는 각각의 칩으로 잘려지고, 양호한 칩은 조립되어 패키징된다. 결함이 있는 소자를 파손시키기 위해, 패키징된 소자는 번인 기판 상의 소켓에 탑재되고 8시간 내지 72시간의번인 기간동안 125-150℃의 온도에서 전기적으로 동작되어 다이나믹 번인 과정을 거치게 된다. 번인 검사는 파손 메커니즘을 촉진시켜 소자의 초기 파손 및 고장을 일으키도록 하며, 이러한 결함이 있는 소자가 상업적으로 사용되기 전에 기능성 전기 검사에 의해 가려낼 수 있게 한다.

완전 기능 검사는 패키징된 소자에 실시되며, 소자의 최대 동작 속도에 의해 각각의 소자를 분류하기 위하여 패키징된 소자를 다양한 동작 속도에서 동작시키게 된다. 패키징된 소자를 분류하여 검사하는 것도 역시 번인 과정 동안 파손되는 소자를 제거할 수 있게 한다. 패키징된 소자의 번인 및 검사는 번인 조건과 고속 검사에 적합하도록 각각 특별히 제작된 소켓들을 사용하여 수행된다. 종래의 제조 공정은 일련의 오랜 단계를 통해 각각의 분리된 소자를 반복하여 처리하고 검사하기 때문에 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸렸으며, 이러한 일련의 단계가 소자를 제작하는데 드는 총 제작시간을 몇 주 정도씩 추가하였다.

웨이퍼가 각각의 소자로 잘려지기 전에 웨이퍼를 번인하고 검사함으로써 제조 비용 및 시간 면에서의 상당한 발전을 이루었다. 또한 웨이퍼가 각각의 소자로 잘려지기 전에 웨이퍼 상의 각각의 소자를 칩 크기의 패키징으로 제조함으로써 제조 비용 및 시간을 더욱 줄일 수 있었다. 초소형 전자 소자를 제작하는 공정을 간단하게 하고 축소시키는데 따르는 이점을 취하기 위해, 반도체 산업에서는 상당한 노력을 들여 웨이퍼 수준의 패키징, 번인 및 검사 방법을 발전시켰다. 이러한 이점을 얻기 위해, 검사 칩이 웨이퍼로부터 각각의 분리된 소자로 잘려지기 전에 번인 및 속도 검사를 할 수 있는 수단을 마련할 필요가 있다.

종래의 캔틸레버 와이어 프로브는 웨이퍼 상의 소자의 번인 및 속도 검사에 적합하지 않다. 웨이퍼 상의 모든 소자를 동시에 번인해야 되는 필요성에도 불구하고, 캔틸레버 와이어 프로브는 너무 길고 부피가 크기 때문에 웨이퍼 상의 모든 소자에 동시에 접촉할 수 없다. 더욱이, 길이가 긴 캔틸레버 와이어 프로브는 프로브를 이루는 와이어의 길이가 길고 평행하게 배치되어 고유 인덕턴스 및 상호 인덕턴스가 높기 때문에 고속 소자의 기능 검사에 적합하지 않다.

저가에 생산할 수 있는 소형의 고성능 프로브는 웨이퍼 상의 번인 및 검사 과정에서 실제 사용하는데 필수적이다. 프로브가 웨이퍼 번인 및 검사에 사용되기 위해서는 소자들이 잘려지지 않은 웨이퍼 상에 있는 동안 소자 상의 모든 패드와 프로브가 확실하게 접촉해야 한다. 웨이퍼 접촉용 프로브는 웨이퍼 표면의 높이를 변화시키는 소자 상의 패드와 전기적으로 접촉해야 한다. 더욱이, 프로브가 각각의 패드와 신뢰성 있는 전기적 접촉을 하기 위해서는 접촉 패드의 표면 상의 산화물층을 뚫어야 한다. 번인 및 검사를 위해 웨이퍼와 접촉하기 위한 비용이 효율적이고 신뢰성 있는 수단을 제공하기 위해 많은 접근 방법이 시도되었으나 완전한 성공을 거두지는 못했다.

소형이며 수직 유연성이 있는 프로브를 사용하여 웨이퍼 상의 소자의 패드와 신뢰성이 있게 접촉하도록 하는 다수의 시도가 있었다. 데이비드 알. 로빌라드와 로버트 엘. 마이클스에게 허여된 미국 특허 제4,189,825호에서 제시된 발명에 따르면, 집적 회로 소자 검사용 캔틸레버 프로브가 제공된다. 도 1에서, 캔틸레버(22)는 칩(23) 상의 알루미늄 접촉 패드(24) 위로 뾰쪽한 팁(26)을 지지한다. 유연성부재(25)가 아래로 압박되어 팁(26)이 패드(24)와 접촉하도록 이동한다. 패드(24) 상의 알루미늄 산화물층은 팁(26)과 패드(24)의 알루미늄 금속 사이의 전기적 접촉을 위해 뾰쪽한 팁(26)에 의해 파헤쳐진다. 소형의 캔틸레버 빔의 강도는 일반적으로 캔틸레버로 힘을 가하는 외부 수단이 없는 한 접촉 패드 상의 알루미늄 산화물층을 파헤치기에 필요한 힘을 팁으로 가하기에 부족하다. 유리, 실리콘, 세라믹 물질 및 텅스텐으로 된 캔틸레버 빔이 다양한 구성으로 시도되었으나 충분한 힘과 유연성을 가진 번인 프로브를 제공하는 데는 성공하지 못하였다.

도 2a에 도시된 유연성 막 프로브는 IBM 기술 발표 사보(IBM Technical Disclosure Bulletin, 1972년 10월, 1513쪽)의 유연성 접촉 프로브에 기술되어 있다. 유연성 유전막(32)은 집적 회로 상의 패드와 전기적으로 접촉하기에 적합하도록 된 단자(33)를 포함한다. 단자(33)는 접촉 패드(35)에 부착된 유연성 와이어(34)에 의해 전자 소자를 검사하도록 연결된다. 유연성 폴리이미드 시트로 제조된 프로브는 IEEE 국제 검사 학회 회보(Proceedings of the IEEE International Test Conference, 1988)에서 레슬리 등이 발표하였다. 유연성 시트는 수직 운동을 일정 양으로 제한시켜서 검사 대상인 웨이퍼 상의 집적 회로의 본드 패드의 높이를 조정한다. 레슬리 등에 의해 발표된 것과 같은 박막 프로브는 고성능 검사용 집적 회로 칩 연결부를 제공한다. 그러나 박막의 크기에 대한 안정성은 충분하지 못하여 번인 온도 싸이클 내내 전체 웨이퍼 상의 패드와 접촉할 수 없다.

박막 이산화 실리콘막은 도 2b에 도시된 바와 같이, 글렌 제이. 리디에게 허여된 미국 특허 제5,225,771호에 기재되어 있다. 이산화 실리콘막(40)은 폴리이미드보다는 크기에 대한 안정성이 높아서, 번인 검사 중 웨이퍼 상의 패드와 접촉하도록 하는 접촉 시의 크기 안정성 문제를 다소 개선할 수 있었다. 프로브 팁(41)은 막(40)을 통과하는 비어(44)에 의해 회로 트레이스(45)와 연결되어 있으며, 회로 트레이스는 유전막(43) 위로 회로 소자(42)의 부가적인 층과 연결되어 있다. 이산화 실리콘막(40) 상의 검사 프로브의 수직 유연성이 제한되어 있어서, 프로브 어레이가 반도체 웨이퍼 상의 소자의 번인에 사용하기에는 신뢰성이 떨어진다.

반도체 웨이퍼 상의 번인 프로브의 어레이 제조는 그 평면도와 단면도가 각각 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있으며, 이는 미국 특허 제4,585,991호에 기재되어 있는 바와 같다. 프로브(51)는 반도체 웨이퍼 기판(52)에 암(54)으로 부착된 피라미드형이다. 프로브(51)를 기계적으로 분리시키기 위해서는 물질(53)이 반도체 웨이퍼(52)로부터 제거된다. 도 3a의 프로브는 제한된 수직 운동을 제공하나, 프로브 어레이와 검사 전자 소자를 연결하는데 필요하며 다이나믹 번인에 필수적인 와이어링 공간을 기판 상에 남겨두지 않는다.

유연성 프로브를 소자의 접촉 패드에 제공하는 한 방식은 유연성 와이어 또는 포스트를 사용하여 검사 회로 소자를 패드에 연결하는 것이다. 도 4a에는 조비나 다스 등에게 허여된 미국 특허 제5,977,787호에 기재된 유연성 프로브가 도시되어 있다. 프로브(60)는 죔쇠 빔(buckling beam)으로 이미 로날드 보브에게 허여된 미국 특허 제3,806,801호에서 개시되어 있는 것과 같다. 프로브(60)는 웨이퍼 상의 소자의 번인에 사용되기에 적합하다. 프로브(60)를 지지하는 가이드(61, 62)는검사되는 웨이퍼와 동일한 팽창 계수를 갖는다. 프로브 팁(63)은 작은 길이(60) 만큼 휘어져 빔(60)이 편향되는 정확한 양식을 제공한다. 죔쇠 빔이 각각의 집적 회로 칩을 검사하는데 적합함에도 불구하고, 이들은 너무 비싸서 수천 개의 접촉점이 필요한 웨이퍼 번인에 사용하기 힘들다. 더욱이, 빔의 적당한 굴곡부를 만들기에 필요한 길이 때문에 죔쇠 빔 프로브의 전기적인 성능은 제한된다.

유연성 포스트를 사용한 다른 방식은 도 4b에 도시되어 있으며, 이는 아놀드 더블유. 야노프와 윌리엄 다욱셔에게 허여된 미국 특허 제5,513,430호에 기재된 발명이다. 도 4b는 프로브 팁(67)에 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있는 포스트(66)의 형태의 유연성 프로브가 도시되어 있다. 포스트(66)는 접촉 패드와 접촉하면서 팁(67)에 가해지는 힘에 따라 수직으로 구부러지기 위해서 기판(69)과 일정 각도를 유지한 채 형성된다. 포스트(66)는 구부러짐을 용이하게 하기 위해서 기부 단자(68)에서 팁(67)으로 점점 가늘어지는 형상이다.

도 4c에는 벤자민 엔. 엘 드리지 등에게 허여된 미국 특허 제5,878,486호에 기재된 또 다른 방식의 유연성 와이어와 포스트가 도시되어 있다. 도 4c에 도시된 프로브는 스프링 와이어(71) 상의 프로브 팁(72)을 포함하며, 스프링 와이어(71)는 구부러짐을 용이하게 하기 위해 특정한 형상으로 구부러져 있다. 와이어(71)는 일반적인 와이어 본드(73)에 의해 기판(74)에 접합된다. 도 4c에 도시된 유형의 프로브는 웨이퍼 번인에 필요한 접촉력과 유연성을 얻기 위해 길이가 긴 스프링이 필요하다. 더욱이, 각각의 와이어가 필요한 이러한 프로브는 너무 비싸서 수천 개의 접촉점이 필요한 웨이퍼 번인에 사용하기 어렵다.

유연성 프로브를 제공하는 다른 방식은 검사 헤드와 검사 대상인 소자 사이에 유연성 층을 삽입하여 검사 헤드 상의 단자가 소자의 대응 접촉 패드와 전기적으로 연결되도록 하는 것이다. 윌렘 루트머에게 허여된 미국 특허 제3,795,037호에 기재된 전기 커넥터는 탄성 물질에 삽입된 유연성 도체를 사용하여 전기 커넥터의 상측면과 하측면이 접촉하도록 압박되는 여러 쌍의 전도성 랜드 사이를 연결시킨다. 유연성 도체의 다양한 변경은 구부러진 와이어, 도체가 충전된 폴리머, 도금된 포스트 및 유연성 삽입층을 형성하기 위해 고무류 물질 내에 도전 수단을 사용하는 방식 등을 포함한다.

전술한 방식 및 기타 시도도 웨이퍼가 개개의 소자로 잘려지기 전에 초소형 전자 소자를 웨이퍼 상에서 경제적으로 번인 및 속도 검사를 할 수 있게 하는 고성능 프로브를 제공하는데 성공을 거두지 못했다.

본 출원은 발명의 명칭이 "접촉 장치"인 현재 계류 중인 출원 내용을 참조하여 사용한다.

본 발명은 초소형 전자 소자의 번인(burn-in) 및 검사에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 칩 개개 및 웨이퍼 전체의 번인 및 검사 중에 집적 회로에 전기 신호를 연결시키기 위한 접촉 어셈블리에 관한 것이다.

본 발명의 특징으로 볼 수 있는 신규한 특징은 첨부된 특허청구의 범위에 기재되어 있다. 발명 그 자체 뿐 아니라 기타 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에 의하여 가장 잘 이해될 수 있다.

도 1은 선행 기술의 캔틸레버 프로브의 단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 선행 기술의 유연성 박막 프로브의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 실리콘 웨이퍼 상에서 제조된 선행기술의 프로브를도시한 평면도 및 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 선행 기술의 유연성 포스트 프로브를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 유연성 프로브를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 유연성 프로브의 다른 구성을 도시한 도면이다.

도 7a 내지 도 7c는 각각 유연성 프로브의 일실시예에 대한 평면도, 정지 시의 단면도, 및 힘 F가 작용할 때 프로브의 단면도이다.

도 8a는 프로브 팁에 힘 F가 수직 방향으로 작용할 하는 경우의 유연성 프로브의 실시예를 도시한 도면이다.

도 8b는 도 8a의 프로브 팁의 구부러짐을 프로브 팁에 가해지는 힘의 함수로 도시한 도면이다.

도 9a 내지 도 9c는 각각 유연성 프로브의 일실시예에 대한 평면도, 정지 시의 단면도, 및 힘 F가 작용할 때 프로브의 단면도이다.

도 10은 유연성 프로브와 그 연결 회로의 실시예를 도시한 도면이다.

도 11은 접지면을 가지는 유연성 프로브의 실시예를 도시한 도면이다.

도 12a 내지 도 12c는 각각 유연성 프로브의 일실시예에 대한 평면도, 정지 시의 단면도, 및 힘 F가 작용할 때 프로브의 단면도이다.

도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 유연성 프로브의 다른 구성들을 도시한 평면도이다.

도 14a 내지 도 14c는 본 발명에 따른 유연성 프로브의 다른 구성들을 도시한 평면도이다.

도 15a는 2차원 어레이 접촉부를 가지는 소자의 웨이퍼 수준 번인용 접촉 프로브 헤드를 도시한 도면이다.

도 15b는 도 15a의 2차원 어레이 접촉부를 가지는 소자용 접촉 프로브 헤드의 일부 영역을 도시한 평면도이다.

도 16a는 2차원 어레이 접촉부를 가지는 소자의 웨이퍼 수준 검사용 프로브 카드를 도시한 도면이다.

도 16b는 도 16a의 2차원 어레이 접촉부를 가지는 소자용 프로브 카드의 일부 영역을 도시한 평면도이다.

도 17a는 2차원 어레이 접촉부를 가지는 초소형 소자를 동작시키는 소켓을 도시한 도면이다.

도 17b는 도 17a의 2차원 어레이 접촉부를 가지는 소자용 소켓의 일부 영역을 도시한 평면도이다.

도 18a 내지 도 18d는 본 발명에 따른 유연성 프로브 구조에서 사용되는 프로브 팁을 도시한 도면이다.

본 발명에 따라서, 전도성 팁을 포함하는 소형의 유연성 프로브가 제공되며, 전도성 팁은 지지 표면에 대해 유연하게 이동하도록 지지면 상에 위치한다. 프로브 팁은 대응 접촉 패드가 팁에 의해 눌려짐에 따라 생기는 힘에 의해 수직으로 이동한다. 프로브의 기계적 유연성은 프로브와 초소형 전자 소자 상의 대응 접촉 패드 사이에서 확실하게 전기적 접촉이 일어나게 하며, 기계적 유연성은 접촉 패드의 높이 변화를 조정한다.

본 발명의 목적은 초소형 전자 소자가 별개의 칩으로 잘려지기 전에 번인하기 위해서 잘려지지 않은 웨이퍼 상의 소자의 접촉 패드와 전기적으로 연결할 수있는 방법 및 수단을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 유연성 프로브는 웨이퍼의 표면 상에 배열된 모든 접촉 패드와 동시에 신뢰성 있게 전기적으로 연결시키기 때문에 웨이퍼 상의 초소형 전자 소자는 경제적으로 번인될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 잘려지지 않은 웨이퍼 상의 초소형 전자 소자의 번인을 위한 구조물을 제공하는 것이다. 상기 구조물은 고온의 다이나믹 번인 중에 필요한 전기 신호를 소자에 공급하는 회로 소자를 구동하기 위해 각각의 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접촉한다. 전기 신호 및 전력은 웨이퍼 상의 모든 칩에 동시에 공급된다. 구조물 내의 프로브의 기계적인 유연성은 접촉 패드의 높이 및 프로브 팁의 변화를 조정하여 각각의 프로브 팁이 번인 공정의 온도 싸이클 내내 대응 접촉 패드와 접촉한 상태로 남아있게 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 패키징되지 않은 초소형 전자 소자의 고속 검사를 가능하게 하는 전기 프로브 카드를 제공하는 것이다. 소형의 유연성 프로브는 본 명세서에서 개시된 바와 같이 소자에 전기적 검사 신호를 인가하고 그 소자로부터의 전기 신호를 측정하기 위해 소자 상의 대응 패드와 일시적으로 연결되는데 사용된다. 유연성 프로브의 크기가 소형이기 때문에, 선행 기술에서 사용된 와이어 프로브에서 발생하는 과도한 인덕턴스 또는 캐패시턴스에 의한 손실 없이 소자로 고속 전기 신호를 보낼 수도 있고 받을 수도 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 초소형 전자 소자의 전기적 접촉부가 소자 표면 상의 2차원 어레이로 배치된 경우 소자를 번인하고 검사하며 동작시키기 위한 방법 및 수단을 제공하는 것이다. 소형의 유연성 프로브는 본 명세서에서 개시된 바와같이 접촉부가 2차원 어레이로 배열된 경우 소자의 접촉부와 신뢰성 있는 전기적 연결을 시키기 위해 사용된다. 기계적인 유연성은 상온 및 소자의 동작 온도 범위 모두에서의 접촉부의 높이 변화에도 불구하고 각각의 프로브의 팁이 소자의 대응 접촉부와 전기적 접촉을 유지할 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 목적은 칩의 번인, 검사 및 동작을 위해 집적 회로 칩과 전기 회로를 연결시키는 소형 소켓을 제공하는 것이다. 소켓에서 프로브 접촉부의 크기가 작기 때문에 소켓 내에 탑재된 칩의 고속 동작이 가능해진다. 프로브의 기계적 유연성은 본 명세서에서 개시된 바와 같이 최소 패키징된 리지드 칩(rigid chip)이나 패키징되지 않은 리지드 칩에 대해 신뢰성 있는 전기적 연결이 가능하도록 한다. 본 발명에 따르는 유연성 프로브는 칩 규모의 패키징용 및 플립칩용의 소형이고도 경제적인 소켓을 만들 수 있게 한다.

본 명세서에 기재된 프로브는 프로브에 가해지는 힘과 프로브의 크기가 정해졌을 때, 종래의 캔틸레버 프로브보다 프로브 팁이 유연하게 이동하는 범위가 더 크다는 점에서 종래의 프로브에 비해 상당히 개선된 것이다. 종래의 캔틸레버 프로브는 프로브 물질의 탄성 한계가 미치는 일정 힘에 따라 이동 범위에 한계가 있다. 캔틸레버 프로브에서 최대의 기계적인 스트레스는 굴곡 지점에서 캔틸레버 물질의 표면 상에 집중되어 있다. 본 발명은 주어진 스프링 물질이 탄성 한계에 도달하기 전에 스프링 물질과 프로브에 가해지는 힘에 대해서 이동 범위를 더 크게 할 수 있다.

본 발명은 웨이퍼 수준에서 신뢰성 있게 검사와 번인 기능을 제공함으로써초소형 전자소자의 제조 효율을 높이는 동시에 검사 구조물의 크기를 줄일 수 있다. 기계적으로 유연한 프로브는 프로브의 크기에 비해 이동 범위가 크다. 이러한 이동 범위는 실질적으로 동일 평면 상에 있지 않은 접촉 패드를 가진 소자를 연결하는 데 중요한 역할을 한다. 유연성 프로브 팁은 유연하게 움직여서 대응 접촉 패드의 높이의 차이를 조정하는 한편 접촉 패드 상의 프로브 팁에 충분한 힘을 유지시켜 팁과 접촉 패드 사이의 전기적 접촉을 신뢰성 있게 한다.

본 발명의 이러한 목적 및 기타 목적은 기계적으로 유연성의 전기 프로브를 제공함으로써 만족시킬 수 있다. 프로브 팁은 양 단부에서 지지되는 연장된 박막의 스트립 상에 위치하며, 스트립의 양 단부에서 지지부의 중심 사이를 연결하는 중심선으로부터 소정의 거리 만큼 떨어져 위치한다.

본 발명은 웨이퍼 수준에서 검사와 번인 기능을 신뢰성 있게 수행함으로써 초소형 전자 소자의 제조 효율을 높일 수 있는 동시에 검사 구조물의 크기를 줄일 수 있다.

본 발명의 원리에 따르는 유연성 프로브의 제1 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 프로브는 집적 회로(IC), 플립칩, 수동 소자 및 칩 스케일 패키징과 같은 초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 안정적인 전기 접속을 할 수 있도록 개시되어 있다. 프로브는 팁에 작용하는 힘에 따라 프로브 팁(81)의 유연한 수직 이동을 가능하게 한다. 따라서, 접촉 패드가 프로브 팁(81)과 접촉하도록 압박됨에 따라, 이구조의 기계적인 유연성은 프로브 팁(81)이 접촉 패드 상의 절연 산화막을 통과하기에 충분한 힘으로 대응 접촉 패드와 접촉하도록 한다. 프로브의 기계적인 유연성은 초소형 전자 소자의 영역 중 접촉 패드의 높이 차이를 조정하는 한편, 각각의 프로브 팁에 충분한 힘을 가하여 팁과 대응 접촉 패드 사이의 신뢰성 있는 전기 접속을 가능하게 한다. 더욱이, 열 팽창 때문에 소자 및 프로브 지지부의 뒤틀림이 발생할 수도 있는 검사 또는 번인 싸이클 동안 팁이 대응 패드와 접속을 유지할 수 있도록 패드의 기계적인 유연성도 필요하다.

도 5에서, 프로브 팁(81)은 전도성 물질의 연장된 유연성 스트립(83)에 부착되고 전도성 물질로 된 측면 연장 암(82) 위에서 지지된다. 연장된 유연성 스트립(83)은 포스트(85)에 의해 양 단부가 지지되며, 포스트(85)는 연장된 스트립(83) 상의 단자(84)와 결합되어 있다. 프로브 팁(81)은 팁에 수직으로 가해지는 힘에 의해 유연성 있게 이동할 수 있다. 팁(81)의 수직 이동은 암(82)을 누르고 스트립(83)을 비틀어 구부리므로써 복원력이 팁(81)에 가해지도록 한다.

도 5에 도시된 유연성 프로브에서, 포스트(85)는 회로 트레이스(87)와 전기적으로 연결된 단자(86)에 의해 기판 위에서 지지된다. 회로 트레이스(87)는 다시 비어(88)를 통해 기판(89)의 전기 회로와 연결된다. 전술한 일련의 연결에 의하여, 프로브 팁(81)은 기판(89)의 회로와 전기적으로 접속되며 프로브와 연결된 소자를 동작시킬 수 있다. 번인 등에 사용 시에, 기판(89)은 번인과 같이 온도 싸이클이 25℃에서 150℃ 또는 그 이상인 광범위한 온도 범위에서 크기 안정성을 이루기 위해 실리콘 또는 저팽창 세라믹 물질로 만들어진다.

고주파수에서 동작하기 위해서는 프로브 팁(81)으로부터 비어 접촉부(88)까지의 전기적 연결은 프로브 팁(81)과의 접속에 의한 인덕턱스를 최소화하도록 배열된다. 루프의 인덕턴스는 비어 접촉부(88)를 실질적으로 프로브 팁(81) 아래로 위치시킴으로써 최소화 될 수 있다. 비어(88)가 항상 이상적으로 프로브 팁 아래에 위치할 수 없더라도, 고주파수 동작이 필요한 적용 시에는 팁(81)과 비어(88) 사이의 거리가 짧아야 한다.

도 6은 유연성 프로브의 제2 실시예를 도시하고 있으며, 여기서 도 5의 전도성 암(82)이 도 6의 연장된 박판(93)의 만곡된 부분 또는 V자형 부분(92)으로 대체되어 있다. 연장된 박판(93)의 양 단부의 단자(94)는 포스트(95)와 결합되어 있고, 포스트(95)는 다시 기판(99) 상의 패드(96) 위에 위치한다. 프로브 팁(91)은 박판(93)을 통해 접촉 패드(94)로 전기적으로 접속되고, 접촉 패드(94)는 포스트(95)와 결합되고, 포스트는 단자(96) 위에 위치하며, 단자(96)는 다시 회로 트레이스(97)에 의해 기판의 전기 회로와 연결된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(91)은 박판(93)의 만곡부(92) 위에서 지지되어 프로브 팁(91)의 중심이 박판(93)의 양 단부에서의 포스트들(95) 사이의 가상선(100)으로부터 소정 거리만큼 떨어져 위치한다. 프로브 팁(91) 상에 작용하는 초기 수직력은 가상선(100)에 의해 표시되는 축을 중심으로 토크(torque)를 발생시킨다. 토크는 연장된 박판(93)을 비트는 변형을 발생시키고, 이러한 변형은 팁(91)에 가해진 초기 수직력에 대항하는 대항력을 발생시킨다.

도 7a는 도 6에 예시된 제1 실시예의 유연성 프로브를 위에서 본 평면도이다. 유연성의 연장된 스트립(103)은 스트립(103)의 양 단부에서의 접촉 패드(104) 및 스트립(103)의 중심점에 형성된 측면 연장부(102)를 포함하도록 하는 형상을 가진 금속 시트로 이루어진다. 스트립(103)의 전기 전도성 물질은 높은 생산 강도, 및 최종 파손 시까지의 적당한 신장률을 가진 것으로 선택한다. 이러한 금속은 베릴륨-구리 합금, 콜럼븀, 구리-니켈, 몰리브덴, 니켈, 니켈-티타늄, 스테인리스 스틸, 티타늄 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택하는 것이 바람직하다. 이중 적합한 금속은 생산 강도 550메가파스칼을 가진 베릴륨-구리 합금 ASTM 사양번호 534이다. 다른 적합한 금속으로는 생산 강도가 910 메가파스칼이고 Ti, 8 Al, 1 Mo, 1 V로 이루어진 티타늄 합금이다.

도 7a에 도시된 프로브 팁(101)은 연장 암(102) 상에서 지지되어 프로브 팁(101)에 가해지는 수직력 F에 의해 기판(109)쪽으로 수직으로 눌려지게 된다. 암(102)과 프로브 팁(101)이 수직으로 눌려지는 것은 도 7b와 도 7c의 단면도에 도시되어 있다. 프로브 팁(101)에 작용하는 수직력 F는 스트립(103)에 토크를 가하여 스트립을 비틀게 되고 암(102)이 기판(109)쪽으로 눌려지게 한다. 도 7c의 단면도에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(101)의 수직 이동은 스트립(103)의 휘어짐과 비틀림 모두의 작용에 의한 것이다.

프로브 팁(101)은 공지된 공정에 의해 실리콘의 결정면 (100)에 형성된 식각 피트의 복제에 의해 형성된 피라미드이다. 팁 각도 54.75°는 실리콘의 결정면 (111)에 의해 결정된다. 팁(101)의 물질은 텅스텐이고, 이는 예리하고 단단한 끝점을 형성하여 반도체 집적 회로 소자에 일반적으로 사용되는 알루미늄 접촉 패드위의 알루미늄 산화막을 통과할 수 있다. 단단한 프로브 팁을 만들기에 적합한 물질은 몰리브덴, 니켈 합금, 오스뮴, 팔리니 7(Paliney 7), 로듐, 레늄, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금이다.

실리콘의 식각 피트를 복제하여 예리한 프로브 팁을 제조하는 것은 본 기술 분야에서는 공지된 것이며, 디. 에이. 키위트, 과학적 도구에 대한 개관(Reviews of Scientific Instruments), 44권, 1741-1742쪽의 1973년 출판물에도 잘 기술되어 있다. 키위트는 니켈-보론 합금을 피트에 증착하고 나서 실리콘 매트릭스 물질을 제거하여 피라미드를 노출시킴으로써 실리콘의 식각 피트를 복제하여 프로브 팁을 만드는 것에 대해 기술하고 있다. 키위트는 비등점의 히드라진 수산화물로 표면 처리를 하여 실리콘 (100)면에 피라미드형 식각 피트를 형성하였다.

스트립(103)은 포스트(105)에 의해 기판(109) 위에서 지지되고, 포스트(105)는 연장된 스트립(103)의 양 단부에서 접촉 패드(104)와 결합된다. 포스트(105)는 바람직하게 경화 구리, 니켈, 구리-니켈 합금 또는 경화 금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 전착 금속으로 형성된다. 프로브 팁(101)과 집적 회로를 검사하기 위한 회로와의 전기적 연결은 암(102), 스트립(103), 접촉 패드(104), 포스트(105), 단자(106), 회로 트레이스(107) 및 비어(108)를 통한 전도에 의하여 이루어진다. 비어(108)로부터 프로브(101)로의 전기 회로는 인덕턴스를 줄여 고주파수 또는 높은 데이터 레이트에서 동작할 수 있도록 가능한 한 가장 작은 루프를 형성하도록 구성된다.

도 8a 및 도 8b는 바람직한 실시예의 구성이 동작하는 것을 상세하게 예시하는 도면으로서, 여기서 프로브 팁(111)은 박막의 스트립 물질(113) 상의 측면 연장 암(112)에 의해 지지되며, 스트립(113)은 두 개의 지지 포스트(115)에 의해 지탱된다. 힘 F가 팁(111)을 눌러 수직 방향으로 δ_T만큼 휘게 된다.

도 8b에 도시된 바와 같이 팁(111)의 총 휘는 정도 δ_T는 빔 자체가 구부러지는 성분δ_D과 비틀려 휘는 성분의 합이 된다. 도 8b는 프로브 팁(111)에 수직 방향으로 가해지는 힘 F(그램 단위)에 의해 발생되는 총 휘어짐 δ_T(마이크로미터 단위)을 도시한 도면이다. 이러한 실험에서, 스트립(113)은 두께가 25마이크로미터, 폭이 25 마이크로미터, 길이가 200 마이크로미터이고 몰리브덴으로 이루어진다. 암(112)은 스트립 평면에서 측정하였을 때, 스트립(113)의 중심선에서 프로브 팁까지의 길이가 100마이크로미터이다.

도 9a의 평면도는 유연성 프로브의 제2 실시예를 상세하게 도시한 도면이다. 프로브 팁(121)은 연장된 박판(123)의 V자형 연장부(122)에서 지지된다. 연장부(122)는 연장된 박판(123)의 양쪽 단부를 지지하는 포스트의 중심을 연결하는 가상선의 한 측면의 위치에서 팁(121)을 지지한다. 연장부(122)는 힘 F가 가해짐에 따라 연장부의 형상이 뒤틀리는 것을 방지하기 위하여 연장된 박판(123)의 본체보다 더 두꺼운 두께를 가진다.

프로브 팁(121)은 팁(121)에 작용하는 수직력 F에 의해 기판(129)쪽으로 수직 방향으로 기울게 된다. 연장부(122) 및 프로브 팁(121)이 휘는 것은 도 9b 및 도 9c의 단면도에 도시되어 있다. 프로브 팁(121)에 작용하는 수직력 F는스트립(123)에 토크를 가하게 됨으로써, 스트립(123)을 비틀게 되고 연장부(122)가 기판(129) 쪽으로 눌리도록 한다. 도 9c의 단면도에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(121)의 수직 이동은 연장된 박판(123)의 빔 기울어짐과 비틀림 변형 모두에 의한 것이다.

박판(123)은 포스트(125)에 의해 기판(129) 위로 지지되고, 포스트(125)는 박판(123)의 양 단부에서 접촉 패드(124)와 결합되어 있다. 포스트(125)는 강성(rigid) 금속 포스트이다. 프로브 팁(121)과 검사 회로와의 전기적 연결은 암(122), 스트립(123), 접촉 패드(124), 포스트(125), 접촉 패드(126), 회로 트레이스(127) 및 비어(128)를 통한 전도에 의하여 이루어진다. 비어(128)로부터 프로브(121)로의 전기 회로는 인덕턴스를 줄여 고주파수 또는 높은 데이터 레이트에서 동작할 수 있도록 가능한 한 가장 작은 루프를 형성하도록 구성된다.

도 10 및 도 11은 유연성 프로브의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 여기서는 연장 암 및 연장된 박판의 기능이 하나의 구조로 결합되어 있다. 도 10에 도시된 제3 실시예에 따르면, 프로브 팁(131)은 만곡된 박판(133) 상에 배치되어 프로브 팁(131)의 중심이 박판(133)의 양 단부의 지지 포스트(135)의 중심을 연결하는 가상선으로부터 소정 거리에 위치한다. 연장된 박판(133)은 프로브 팁(131)에 작용하는 수직력에 의해 비틀어지고 구부러진다. 비틀림은 지지 포스트(135)의 중심선으로부터 일정 거리 떨어진 위치에 힘이 작용하기 때문에 발생하는 토크에 의한 것이다. 박판 빔의 구부러짐 변형양에 대한 비틀림 변형의 양은 중심선으로부터 프로브 팁(131)이 벗어난 오프셋에 관계되며, 오프셋은 박판(133)의 길이의 분수로서 나타내진다. 검사되는 소자의 크기와 박판(133)의 물질 특성에 따라, 오프셋은 바람직하게 박판(133) 길이의 0.05배 내지 0.5배 사이이다.

도 10의 프로브는 지지 포스트(135)의 중심선으로부터 벗어난 프로브 팁(131)을 지지하는 만곡된 박판(133)을 포함한다. 프로브 팁(131)으로의 전기적 접속은 스트립(133)을 통해 접촉 단자(134)로 이루어진다. 접촉 단자(134)는 다시 포스트(135)와 결합하고, 포스트(135)는 회로 트레이스(137)와 연결된 접촉 패드(136) 상에 위치하게 된다. 회로 트레이스(137)는 비어(138)에 의해 기판(139)의 검사 회로와 연결된다. 비어(138)는 검사 회로에서 프로브 팁(131)까지의 연결 시의 인덕턴스를 최소화하기 위하여 프로브 팁에 근접하여 위치하게 된다.

유연성 프로브의 제4 실시예는 도 11에 도시된 접지면 실드를 포함하는 것이다. 도 11의 프로브는 지지 포스트(145)의 중심선으로부터 벗어난 위치에서 프로브 팁(141)을 지지하는 만곡된 박판(143)을 포함한다. 프로브 팁(141)으로의 전기적 접속은 스트립(143)을 통해 접촉 단자(144)로 이루어진다. 접촉 단자(144)는 다시 포스트(145)와 결합하고, 포스트(145)는 회로 트레이스(147)와 연결된 접촉 패드(146) 상이 위치하게 된다. 회로 트레이스(147)는 비어(148)에 의해 기판(149)의 검사 회로와 연결된다. 접지층(140)은 프로브 팁(141)의 아래에 배치되고, 고성능을 달성하기 위하여 프로브를 전기적으로 차폐하게 된다.

도 12a 내지 도 12c는 실시예 3을 상세하게 도시하고 있다. 도 12a의 평면도는 실시예 3의 대표적인 구성을 도시하고 있으며, 여기서 팁(151)은 스프링 소재의 V자형 평판(153)의 중심점에서 지지된다. V자형 판(153)은 판의 양 단부에 배치된 단자(154)에 의해 지지된다. 본 실시예의 판은 티타늄 합금인 Ti, Al 8, V 4로 이루어지나 기타 높은 강도를 가지는 물질 또는 수퍼플라스틱 물질 등도 사용될 수 있다. 판(153)의 두께는 10 내지 75 마이크로미터 사이이며, 더욱 바람직하게는 25 내지 50 마이크로미터의 범위 안에 있는 것이다. 각각의 암의 가장 좁은 부분의 폭은 20 내지 200 마이크로미터 사이이고 더욱 바람직하게는 35 내지 75 마이크로미터 사이이다. 판(153)의 제1 단부에서 포스트(155)의 중심과 판(153)의 제2 단부에서 포스트(155)의 중심 사이의 길이는 대략 200 내지 1000 마이크로 미터이다. 더욱 바람직하게는 포스트의 중심 사이의 간격은 250에서 750 마이크로미터이다.

실시예 3의 프로브 팁(151)에 힘 F가 가해짐에 따라 나타나는 반응이 도 12b 및 도 12c에 예시되어 있으며, 이들은 힘 F가 작용하기 전과 후의 프로브의 단면도이다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(151)에 가해지는 힘 F는 만곡된 박판(153)을 기판(159) 쪽으로 밑으로 휘게 된다. 만곡된 박판(153)은 휘는 힘에 의해 구부러지면서 비틀리게 된다. 박판(153)이 비틀리고 구부러지는 변형은 힘 F가 작용함에 따라 팁(151)의 변형에 대항하는 대항력을 발생시킨다.

프로브 팁(151)은 박판(153)에 의해 전기 회로와 연결되며, 박판(53)은 포스트(155)에 의해 지지되며, 포스트(155)는 박판(153)의 접촉 패드(154)와 결합되어 있다. 포스트(155)는 기판(159) 상의 단자(156) 상에 위치하고, 단자(156)는 다시 회로 트레이스(157)와 연결된다. 회로 트레이스(157)는 전도성 비어(158)에 의해기판(159)에서 전기 회로와 결합된다. 선택적으로, 기판(159)의 인접 회로 트레이스의 신호로부터 프로브 팁(151)을 차폐하기 위하여, 프로브 팁(191)과 기판(199)의 회로 사이에 접지면을 삽입할 수 있다.

유연성 프로브에서 판 스프링의 디자인을 다양하게 변화시켜 특정 초소형 전자 소자의 검사에 필요한 사항을 만족시킬 수 있다. 몇몇 디자인을 도 13a 내지 도 13c에 예시하였다. 모든 경우에, 프로브 팁은 판 스프링을 제1 및 제2 단부에서 지지하는 포스트 사이의 중심을 통과하는 가상선에 의해 결정되는 축으로부터 벗어난 위치에 위치하고 있다.

도 13a는 프로브 팁(161)이 판 스프링(163)의 V자형 부분(162)의 정점에서 지지되는 경우의 프로브(160)를 예시하고 있다. V자형 부분(162)은 스프링(163)의 일단부 쪽으로 치우쳐져 위치하여 프로브 팁 사이의 밀접한 간격을 이루는데 필수적인 스프링 중첩이 가능하게 한다. 포스트(165, 167)는 지그재그형으로 엇갈려 위치하여 각각의 프로브가 밀접한 간격이 되도록 한다. 이와 마찬가지로, 판 스프링(163)의 대응 단부 상의 접촉 패드(164, 166)는 포스트(165, 167)와 각각 일치한다.

도 13b는 프로브 팁(171)이 판 스프링(173)의 V자형 부분(172)의 정점에서 지지되는 경우의 프로브(170)를 예시하고 있다. V자형 부분(172)은 스프링(173)의 일단부 쪽으로 치우쳐져 위치하여 프로브 팁 사이의 밀접한 간격을 이루는데 필수적인 스프링 중첩이 가능하게 한다. 포스트(175, 177)는 지그재그형으로 엇갈려 위치하여 각각의 프로브가 밀접한 간격이 되도록 한다. 이와 마찬가지로, 판 스프링(163)의 대응 단부 상의 접촉 패드(174, 176)는 포스트(175, 177)와 각각 일치한다.

도 13c는 프로브 팁(181)이 만곡된 판 스프링(182)의 정점에서 지지되는 경우의 프로브(180)를 예시하고 있다. 만곡된 스프링(182)은 프로브 팁 사이의 밀접한 간격을 이루는데 필수적인 스프링 중첩이 가능하도록 하는 형상을 가지고 있다. 프로브 팁(181)은 스프링(182)의 양 단부에 배치된 단자(184)와 포스트(185)의 중심 사이의 중심선으로부터 벗어나 있다.

도 14a 내지 도14d에 도시된 유연성 프로브의 비대칭 구성은 특정 검사 및 번인에 사용 시에 필요한 성능을 갖게 한다. 비대칭 구성은 제한된 공간, 코너 및 패드 사이의 간격이 작은 경우에 접촉 패드를 프로브로 접촉하기에 용이하게 한다. 더욱이, 접지 접촉부는 프로브 구조에 접지 차폐 기능을 통합하도록 할 수 있다.

도 14a에 도시된 유연성 프로브(190)은 평판 부재(192)의 제1 단부를 지지하기 위해 포스트(195) 및 추가의 포스트(197)를 사용한다. 추가의 포스트(197)는 측면으로 작용하는 힘에 대해 상기 구조를 안정화시키는데 사용된다. 또한, 추가의 포스트(197)는 평판 부재(192)에 포함된 접지면(199)과 전기적으로 접촉하는데 사용된다. 포스트(197)는 단자(196)에서 접지면(199)과 결합되어 있다. 평판 부재(192)는 포스트(195)에 의해 지지되며, 포스트(195)는 단자(194)에 의하여 평판 부재(192)와 결합되어 있다.

평판 부재(192)는 프로브 팁(191)을 지지한다. 프로브 팁(191)은 프로브(190)의 중심축(198)으로부터 벗어난 위치에서 평판 부재(192) 상에 배치되어 있다. 중심축은 평판 부재(192)의 제1 단부를 지지하는 포스트(195, 197)의 중심과 평판 부재(192)의 제2 단부를 지지하는 포스트(194)의 중심을 연결하는 가상선이다. 프로브 팁(191)에 작용하는 힘은 중심축(198)을 중심으로 토크를 발생시키고, 이러한 토크는 평판 부재(192)를 구부리고 비틀어지도록 한다.

도 14b에서, 유연성 프로브(200)는 접촉 패드(206)에 의해 지지되는 짧은 암(202), 및 접촉 패드(204)에 의해 지지되는 긴 암(203)을 가지는 판 스프링을 포함한다. 판 스프링은 암(202)과 암(203) 사이에 배치되되 프로브(200)의 중심선(208)으로부터 벗어난 지점에 위치하는 프로브 팁(201)을 지지한다. 중심선(208)은 포스트(205)의 중심과 포스트(207)의 중심을 연결하는 가상선이다. 프로브 팁(201)에 작용하는 힘은 중심선(208)을 중심으로 토크를 발생시키고, 토크는 암(202, 203)을 구부리고 비틀게 된다.

도 14c에서, 유연성 프로브(210)는 접촉 패드(216)에 의해 지지되는 짧은 암(212), 및 접촉 패드(214)에 의해 지지되는 긴 암(213)을 가지는 판 스프링을 포함한다. 판 스프링은 암(212)과 암(213) 사이에 배치되되 프로브(210)의 중심선(218)으로부터 벗어난 지점에 위치하는 프로브 팁(211)을 지지한다. 중심선(218)은 포스트(215)의 중심과 포스트(217)의 중심을 연결하는 가상선이다. 프로브 팁(211)에 작용하는 힘은 중심선(218)을 중심으로 토크를 발생시키고, 토크는 암(212, 213)을 구부리고 비틀게 된다.

도 14d에서, 유연성 프로브(220)는 접촉 패드(226)에 의해 지지되는 짧은 암(222), 및 접촉 패드(224)에 의해 지지되는 긴 암(223)을 가지는 판 스프링을 포함한다. 판 스프링은 암(222)과 암(223) 사이에 배치되되 프로브(220)의 중심선(228)으로부터 벗어난 지점에 위치하는 프로브 팁(221)을 지지한다. 중심선(228)은 포스트(225)의 중심과 포스트(227)의 중심을 연결하는 가상선이다. 프로브 팁(221)에 작용하는 힘은 중심선(228)을 중심으로 토크를 발생시키고, 토크는 암(222, 223)을 구부리고 비틀어지게 하여 프로브 팁(221)이 더 이상 변형하는 것을 제한하는 대항력을 발생시킨다.

본 발명의 개시 내용에 따른 유연성 프로브는 집적 회로 및 기타 초소형 전자 소자를 포함하는 웨이퍼의 번인에 사용될 수 있다. 도 15a에 도시된 웨이퍼 접촉 장치(230)는 실리콘 기판(231) 표면 상에 실시예 3에 따른 프로브(232)를 포함한다. 프로브(232)는 각각 실리콘 기판(231)의 회로 트레이스(234)에 의해 접촉 장치(230)의 단자(233)에 연결된다. 본 예에서, 실리콘이 기판(231)용 물질로 사용되어 번인 검사 시에 집적 회로를 포함하는 실리콘 웨이퍼의 열팽창 계수와 일치하는 열팽창 계수를 가진다.

번인 검사를 수행하는 동안, 접촉 장치(230)는 검사되는 웨이퍼로 정렬되고 기계적인 클램핑 수단에 의해 지지되어, 접촉 장치의 각각의 프로브가 확실하게 접촉하기에 충분한 힘으로 웨이퍼 상의 대응 접촉 패드를 향하게 된다. 표준 알루미늄 패드를 접촉하기 위해서는 5-10 그램의 힘 정도면 안정적인 접촉을 하기에 충분하다. 다음으로, 어셈블리는 일반적으로 125℃에서 150℃ 정도인 번인 온도까지 가열된다. 각각의 집적 회로를 동작시키기 위해 회로에 전기적 자극이 가해지고 다이나믹 번인이 수행된다.

도 15b는 접촉 장치(230)의 표면에 위치하는 프로브의 일부를 도시하고 있다. 프로브 팁은 검사되는 플립칩 상의 접촉 패드의 2차원 어레이와 일치하는 2차원 어레이로 정렬되어 있다. 각각의 프로브 팁(241)은 플립칩 상의 대응 접촉 패드와 대응하도록 위치한다. 프로브(232)의 크기는 플립칩에서 일반적으로 사용되는 간격인 150마이크로미터 내지 500마이크로미터 사이의 그리드 간격에 맞춰진다. 프로브(232)는 중첩된 패턴으로 정렬되어 각각의 프로브가 사용할 수 있는 공간에 맞춰지도록 되어 있다. 웨이퍼 상의 접촉 패드의 평균 밀도가 낮은 경우, 추가적으로 기능을 하지 않는 프로브가 배열에 추가되어 검사되는 웨이퍼를 국부적으로 지지하도록 한다.

프로브(232)의 프로브 팁(241)은 검사되는 웨이퍼 상의 알루미늄 본드 패드 상의 산화물을 뚫기 위해 단단한 표면을 가진다. 프로브 팁(241)은 V자형 스프링(242)의 정점에 위치하며, V자형 스프링(242)은 스프링(242)의 양 단부에서 접촉 패드(244)와 결합된 포스트(245)에 의해 지지된다.

본 발명의 개시 내용에 따른 유연성 프로브는 각 프로브의 고유 및 상호 인덕턴스가 낮기 때문에 고속 집적 회로를 검사하는 수단을 구비하고 있다. 유연성 프로브를 포함하는 프로브 카드(249)가 도 16a에 도시되어 있다. 프로브(240)는 기판(248) 상의 2차원 어레이 패턴으로 배치되어 2차원 어레이의 접촉 패드를 가진 플립칩을 검사하기에 적합하다. 각각의 프로브(240)는 기판(248)에 포함된 회로 트레이스 수단(246)에 의해 프로브 카드(249) 상의 단자(247)와 전기적으로 연결된다. 기판(248)은 바람직하게는 알루미나 세라믹 물질과 같이 크기 안정성이 좋은베이스를 포함하며, 이러한 베이스 상에 구리로 된 회로 트레이스가 폴리이미드 유전물질층 사이에 배치되어 있다.

도 16b는 본 발명의 실시예 1의 개시 내용에 따라 구성된 유연성 프로브(240)의 어레이를 도시하고 있다. 프로브 팁(241)은 연장된 판 스프링(242)의 중간지점에 부착된 암(243)의 단부에 배치되어 있다. 지지 포스트(244)는 연장된 판 스프링(242)의 양 단부의 접촉 패드(245)와 결합되어 있다.

도 17a에 도시된 칩 소켓은 플립칩을 검사하고, 번인하며 동작시키기 위한 탈착가능한 수단을 제공한다. 플립칩(261)은 위치 조정 수단(262)에 의해 지지되어 플립칩(261) 상의 각각의 접촉 패드가 소켓 기판(258)의 표면 상의 대응 프로브(250)와 짝맞춰지게 된다. 각각의 프로브(250)는 회로 트레이스 수단(256)에 의해 소켓 기판(258) 상의 단자(257)와 전지적으로 연결된다. 플립칩(261)을 동작시키기에 적합한 전기 신호는 전자 회로 수단(264)으로부터 상호연결 수단(263)에 의해 소켓으로 향한다. 케이블(265)은 전자 회로(264)를 플립칩(261)을 번인시키거나, 검사하거나 또는 동작시키기 위한 시스템으로 연결시킨다.

도 17b는 도 17a의 소켓에서 유연성 프로브(240)의 어레이의 일부를 도시하고 있다. 프로브 팁(251)은 연장된 판 스프링(252)의 중간 지점에 부착된 암(253)의 단부에 위치한다. 지지 포스트(254)는 연장된 판 스프링(252)의 양 단부에서 접촉 패드(255)와 결합한다.

도 18a 내지 도 18d에 도시된 프로브 팁은 초소형 전자 소자의 검사와 번인에서 특정 용도에 적합하도록 구성된 것이다. 이러한 프로브 팁 및 기타 팁은 집적 회로 분야의 산업에서는 공지된 것이다. 본 명세서에서 제시된 예시는 현재 사용되는 많은 종류의 프로브 팁을 대표하는 것이다. 이러한 프로브 팁을 제조하는 방법도 전기 접촉부를 제조하는 분야에 종사하는 자에게는 널리 공지된 것이다.

도 18a에 도시된 프로브 팁은 집적 회로 상의 알루미늄 본드 패드를 접촉하는데 바람직한 것으로서, 예리한 정점(273)이 알루미늄 본드 패드의 산화막을 뚫는데 적합하다. 피라미드(272)는 실리콘 결정면(110)으로 배향된 식각 피트를 복제하여 형성된다. 피라미드(272)는 박막 스프링(271) 상에서 지지된다. 피라미드(272)의 정점(273)은 피라미드의 대향면들 사이의 내각이 54.75°로 예리하게 형성된다. 바람직하게는 몰리브덴, 니켈, 오스뮴, 팔리니 7, 로듐, 레늄, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 경질 물질이 프로브 팁(272)에 사용된다. 오스늄, 로듐 및 텅스텐은 땜납 및 기타 연성 물질과 느리게 반응하기 때문에 연성 접촉부와 접촉하는 프로브로 사용하기에 바람직하다.

도 18b에 도시된 프로브 팁은 귀금속접촉 패드를 접촉하는데 바람직하다. 박막 디스크(277)는 판 스프링(275)의 표면 상에 배치된 금속 포스트(276) 위에서 지지된다. 포스트(276)는 화학적 식각 공정에 의해 아랫부분이 식각되어 디스크(277)의 에지가 노출된다. 박막 디스크(277)는 바람직하게 금, 팔리니 7, 백금, 로듐 및 이들의 합금으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 비활성 금속으로 형성된다.

도 18c에 도시된 프로브 팁은 땜납과 기타 연성 물질과 접촉하기에 바람직하다. 금속 포스트(282) 상의 둥글게 된 금속 팁(281)은 판 스프링(280) 상에 배치된다. 금속 팁(281)은 고온의 물질을 섬광 레이저 융해(flash laser melting)시켜 구 형상을 한 부분으로 역류시켜 둥글게 된 형상을 만든다. 둥글게 된 금속 팁(281)에 적합한 물질은 니켈, 백금, 로듐, 구리-니켈 합금, 베릴륨-구리 합금 및 팔리니 7으로 이루어진 그룹에서 선택되는 금속을 포함한다.

도 18d에 도시된 프로브 팁은 작은 면적의 접촉 패드 및 서로 밀접하게 이격된 패드를 접촉하는데 바람직하다. 상측 에지(286)를 가진 프로브 팁(287)은 판 스프링(285)의 상측면 상에 배치된다. 프로브 팁(287)은 바람직하게는 희생 물질로 에지를 도금한 후 에지 금속(287)을 남기고 희생 물질을 제거하여 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 몇 개 기술하였으나, 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 변경하거나 대체물이 가능하다는 것은 명백하다.

Claims (27)

1. 초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접속하기 위한 프로브에 있어서,

   (a) 전도성 물질로 이루어지고, 상측면과 하측면을 가지는 박판;

   (b) 상측면과 하측면을 가지는 기판;

   (c) 상기 기판의 상측면 상에 배치된 전기 단자들;

   (d) 한 단부에서 상기 박판의 하측면과 연결되고, 다른 단부에서 상기 기판의 상측면 상의 전기 단자 중 하나와 연결되어, 상기 박판이 상기 기판의 상측면 위로 소정의 거리에서 지지되도록 하는 전도성 포스트; 및

   (e) 상기 박판의 상측면 상에 배치된 베이스와 상기 박판의 상측면 위로 상측면을 가지는 전기 전도성 팁

   을 포함하여 상기 전도성 팁의 상측면이 상기 초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접속하기에 적합하도록 하며,

   상기 전도성 팁이 상기 지지 포스트 각각을 연결하는 가상선으로부터 소정의 거리에서 박판 상에 위치하여, 박판을 비틀어 구부림에 따라 팁이 수직 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 프로브.
2. 제1항에 있어서, 상기 박판은 최장 150 내지 1500마이크로미터 사이의 길이와 10 내지 75 마이크로미터 사이의 두께를 가지는 대체로 편평한 금속 호일인 것을 특징으로 하는 프로브.
3. 제1항에 있어서, 상기 박판은 상기 프로브 팁의 바로 아래 영역에서 그 두께가 최대가 되는 금속막인 것을 특징으로 하는 프로브.
4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 물질이 몰리브덴, 텅스텐, 콜럼븀, 니켈, 티타늄, 베릴륨-구리, 스테인리스 스틸 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 금속인 것을 특징으로 하는 프로브.
5. 제1항에 있어서, 상기 전도성 팁의 상측면이 텅스텐, 티타늄 합금, 로듐, 레늄, 오스뮴, 팔리니 7(Paliney 7), 니켈, 크롬 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 경질 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 프로브.
6. 제1항에 있어서,

   상기 전기 전도성 팁의 아래에 배치되고, 상기 박판과 전기적으로 연결되는 회로 패턴

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
7. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 팁이 단결정 실리콘의 표면으로 식각되는 피라미드형 피트의 복제물인 것을 특징으로 하는 프로브.
8. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 팁이 상기 박판 위로 돌출된 대체로 수직한 에지 상에 도금된 얇은 금속 돌기인 것을 특징으로 하는 프로브.
9. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 팁이 금속으로 된 구형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
10. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 팁이 포스트에 의해 지지되는 경질 금속의 박막을 포함하고, 상기 포스트가 아래 부분이 잘려지도록 식각되어 상기 경질 금속의 박막의 하측면을 노출되도록 한 것을 특징으로 하는 프로브.
11. 제1항에 있어서, 상기 포스트가 전기 도금된 금속으로 된 포스트인 것을 특징으로 하는 프로브.
12. 제1항에 있어서,

    상기 전도성 물질로 된 박판과 상기 기판의 상측면 사이에 배치된 탄성의 유전 물질

    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
13. 제12항에 있어서, 상기 탄성의 유전 물질이 실리콘, 플루오르화 실리콘, 플루오르화 탄소 및 우레탄 엘라스토머로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 프로브.
14. 초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접속하기 위한 프로브에 있어서,

    (a) 전도성 물질로 이루어고, 상측면과 하측면을 가지는 연장된 박막 스트립;

    (b) 상기 연장된 스트립의 제1 단부 및 제2 단부에 위치하는 지지부; 및

    (c) 상기 연장된 스트립의 상측면 상에 배치된 베이스를 가지는 전기 전도성 팁

    을 포함하고,

    상기 전기 전도성 팁은 상기 연장된 스트립의 상측면으로부터 돌출되고, 상기 전도성 스트립의 제1 단부와 제2 단부로부터 소정의 거리에 위치하며, 상기 제1 단부에서의 상기 지지부의 중심과 상기 제2 단부에서의 상기 지지부의 중심을 연결하는 가상선으로부터 소정의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 프로브.
15. 제14항에 있어서,

    상기 연장된 스트립의 변형이 상기 제1 단부에서의 상기 지지부의 중심과 상기 제2 단부에서의 상기 지지부의 중심을 연결하는 가상선을 중심으로 비틀어 구부러짐을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
16. 제14항에 있어서, 상기 연장된 박막 스트립이 전도성 박판, 금속 박막 및 박막의 유전물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
17. 제14항에 있어서, 상기 연장된 박막 스트립이 패턴이 형성된 평면의 금속 박판을 포함하고, 상기 패턴이 상기 스트립과 평행한 방향으로 만곡된 것을 특징으로 하는 프로브.
18. 제14항에 있어서, 상기 제1 지지부가 제1 금속 포스트를 포함하고, 상기 제2 지지부가 제2 금속 포스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
19. 대체로 평면인 표면을 가지며, 상기 표면 상에 접촉 패드 어레이가 배치되어 있는 초소형 전자 소자용 소켓에 있어서,

    (a) 상측면과 하측면을 가지는 기판;

    (b) 상기 기판의 상측면 상에 어레이의 형태로 배치되고, 상기 접촉 패드와 전기적으로 연결시키기 위한 다수의 유연성 프로브; 및

    (c) 상기 유연성 프로브와 연결되어, 상기 유연성 프로브가 상기 접촉 패드와 연결될 때 상기 초소형 전자 소자가 동작되도록 하는 회로 수단

    을 포함하며,

    상기 유연성 프로브 각각은 전도성 물질로 이루어지고 제1 단부 및 제2 단부를 가지는 박막의 연장된 스트립을 포함하고,

    상기 연장된 스트립은 상기 제1 단부에서 적어도 하나의 포스트에 의해 지지되고 상기 제2 단부에서 적어도 하나의 포스트에 의해 지지되며,

    상기 제1 단부와 상기 제2 단부로부터 소정의 거리에 프로브 팁이 위치하여, 상기 프로브 팁이 상기 제1 단부에서의 포스트의 중심과 상기 제2 단부에서의 포스트의 중심을 연결하는 가상선으로부터 소정의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
20. 제19항에 있어서, 상기 접촉 패드의 어레이는 접촉 패드가 행과 열의 개수가 같은 2차원 어레이(regular area array)인 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
21. 제19항에 있어서, 상기 접촉 패드의 어레이는 접촉 패드가 선형의 열(列)로 배열된 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
22. 제19항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
23. 제20항에 있어서, 상기 초소형 전자 소자는 잘려지지 않은 실리콘 웨이퍼 상에 정렬된 다수의 집적 회로인 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
24. 제20항에 있어서, 상기 실리콘 물질은 두께가 200 μm 내지 1000μm인 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
25. 제19항에 있어서, 상기 기판은 세라믹 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
26. 제25항에 있어서, 상기 기판은 금속-세라믹 다층 구조로 되어 있어서, 각각의 프로브가 상기 초소형 전자 소자를 검사하고 번인하는 회로 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.
27. 제19항에 있어서,

    상기 기판의 상측면 상에 일체화되고 상기 박막의 연장된 스트립의 대체로 아래에 면적을 가지는 접지 전극

    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.