KR20030025827A - 화학적으로 에칭된 포토-디파인드 마이크로-전기 접점 - Google Patents

화학적으로 에칭된 포토-디파인드 마이크로-전기 접점 Download PDF

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KR20030025827A
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프란 맥퀘이드
샤를스 엘. 바르토
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웬트워쓰 라보라토리즈, 인크.
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Abstract

본 발명의 복수의 마이크로 프로브들(81)을 제조하는 방법은 하나 이상의 마스크(73)로서 복수의 프로브들(81)의 형상들(72)을 형성하는 단계와, 금속 포일(1201)의 제 1 및 제 2 대향 측면들에 포토레지스트(1001)를 적용하는 단계와, 상기 금속 포일(1201)의 대향한 제 1 및 제 2 측면들상에 상기 마스크들(73) 중 각각의 하나씩을 중첩시키는 단계와, 상기 마스크들(73) 각각을 통과한 광에 상기 포토레지스트(1001)를 노광시키는 단계와, 상기 포토레지스트(1001)를 현상하는 단계와, 상기 금속 포일(1201)의 일부를 노출시키도록 상기 포토레지스트(1001) 중 일부를 제거하는 단계와, 복수의 프로브들(81)을 제조하기 위해 상기 노출된 부분(71)을 제거하도록 상기 금속 포일(1201)의 표면에 에칭제를 적용하는 단계를 포함한다.

Description

화학적으로 에칭된 포토-디파인드 마이크로-전기 접점{Chemically etched photo-defined micro-electrical contact}
기술 분야
본 발명은 반도체 칩들을 테스트하는데 사용하기 위한 소형 마이크로 프로브 또는 전기 접점의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 명확하게, 본 발명은 화학적 레지스트 유제로 코팅된 금속성 플랫 스톡상에 복수의 프로브들을 포토-디파이닝하고, 그후, 복수의 마이크로 프로브를 제조하기 위해 불필요한 금속을 제거하는 방법에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
전기적 연속성을 위한 테스트 프로브 카드 기술에서, 필요한 크기 및 탄성력을 제공하도록 원하는 형상으로 미소 와이어의 직선 부재를 기계적으로 형성함으로써 제조된 프로브들을 사용하여 이런 시험을 수행하는 것이 공지되어 있다. 도 1 내지 도 3은 코넥티컷의 브룩 필트의 웬트워쓰 레보러토리 인크에 의해 제조된 종래의 "Cobra(R)" 프로브 테스트 헤드를 도시한다. 이런 프로브 헤드는 대향한 제 1(상부; 42) 및 제 2 (하부; 44) 다이들 사이에 유지된 프로브들(64)의 어레이로 구성된다. 각 프로브는 대향한 상부 및 하부 단부들을 가진다. 상부 및 하부 다이들(42, 44)은 하부 다이 홀 패턴과 상부 다이 홀 패턴으로서 본 명세서에서 표현되는 집적 회로 접점 패드 간격상의 간격에 대응하는 구멍들의 패턴들을 포함한다. 각 프로브의 상부 단부는 상부 다이 홀 패턴에 의해 유지되고, 각 프로브들의 하부 단부는 하부 다이 홀 패턴을 통과하여, 하부 다이(44)를 초과하여 연장하고, 프로브 팁에서 종결한다. 도 13을 참조하면, 장착막(1301)을 부가적으로 포함하는 것이 예시되어 있다. 장착 막(1301)은 통상적으로 마일라 같은 적절한 중합성 유전체로 형성되며, 전기 프로브들(81)을 적소에 유지한다. Cobra(R)스타일 프로브들에 대하여, 하부 다이 홀 패턴은 상부 다이(42)로부터 오프셋되고, 이 오프셋은 프로브가 스프링처럼 작용하도록 프로브내로 형성된다. 도 1 내지 도 3으로 돌아가서, 테스트 헤드가 테스트 대상 웨이퍼와 접촉할 때, 프로브의 상단부는 주로 고정된 상태로 남아있고, 하단부는 테스트 헤드의 본체내로 압축된다. 이 순응은 프로브 길이, 헤드 평활도 및 웨이퍼 토포그래피(topography)의 변화를 허용한다. 이 프로브는 통상적으로 원하는 프로브 형상 및 두께를 제조하기 위해 직선 와이어를 단조 또는 스탬핑함으로써 형성된다. 이 단조 프로세스는 프로브 굴곡의 밀(mil) 당 원하는 힘을 달성하기 위해 프로브의 중앙 굴곡부를 확장 및 평탄화시킨다.
단조된 영역의 하부 및 상부 단부들은 또한 프로브가 다이를 통해 너무 멀리 연장되는 것을 방지한다. 종래의 프로브 제조 프로세스에서, 프로브는 통상적으로베릴륨-구리 합금으로 이루어진 와이어의 직선 부재로부터 형성된다. 각 프로브 크기 및 디자인에 대하여 통상적 공구가 사용된다. 공구는 소정 형상 및 두께를 달성하기 위해 와이어의 중앙부를 스탬핑 및 성형하고, 그에 의해, 양호한 탄성율을 생성한다.
도 9를 참조하면, 프로브를 제조하기 이전에 사용되는 와이어의 단면 형상들을 예시하고 있다. 단면(90)은 예비 스탬핑된 와이어의 실질적인 원형 형상을 예시한다. 단면(91)은 스탬핑 및 공구가공된 와이어의 실질적인 타원형 형상을 예시한다. 단면(90) 및 단면(91) 양자 모두의 단면적들은 실질적으로 동일하다. 단면(91)을 참조로, 프로브를 형성하는 스탬핑된 와이어는 약 0.18mm(7mil)(1mil은 0.001in와 같다)의 폭(95)과, 약 0.046mm(1.8mil)의 높이(97)를 가진다. 프로브 헤드 구조에 조립되었을 때, 이는 프로브 헤드에 사용된 복수의 프로브 헤드들 사이에 적어도 0.025mm(1mil) 이격을 유지하는 것이 적합하다. 약 0.18mm(7mil)의 폭(95)과, 0.025mm(1mil) 분리를 필요로 하는 결과로서, 프로브 헤드내에 배열된 종래의 프로브들은 통상적으로 하나의 프로브마다 모두 0.20mm(8mil) 이격되어 있다. 그후, 와이어가 단위 길이로 절단되고, 양호한 프로브 팁 형상이 프로브의 단부상에서 연마된다. 마감된 프로브의 전체 길이의 공차는 +/-0.051mm(+/- 0.002")이다. 이는 적절한 테스트를 수행하기 위한 프로브들 사이의 변화가 너무 크기 때문에, 프로브들은 프로브 헤드내로 조립되고, 프로브들의 전체 어래이는 보다 균일한 프로브 길이를 달성하기 위해 랩핑(lapping)된다.
도 8을 참조하면, 본 기술 분야에 공지된 표준 프로브(83)와 본 발명의 에칭된 프로브(81)가 예시되어 있다. 도 5를 참조하면, 프로브들의 기본 콤포넌트들이 예시되어 있다. 프로브 베이스(5001)는 프로브 샤프트(5003)에 연결된 비교적 짧고 직선인 확장부이다. 프로브 샤프트(5003)는 프로브 단부(5005)에서 종결하는 프로브(81, 83)의 완만한 굴곡의 확장부이다. 동작시, 테스트 대상 회로와 접촉하게 되는 것은 프로브 단부(5005)이다.
프로브를 형성하기 위해 사용되는 종래의 스탬핑 프로세스들은 종종 프로브내에 잔류 응력을 초래하며, 이는 피로 수명을 감소시킬 수 있다. 이들 잔류 응력들이 시간에 걸쳐 변화하기 때문에 프로브 스티프니스(stiffness)의 변화가 발생한다. 부가적으로, 프로브를 위한 요구조건들의 변화는 공구개장을 필요로 한다. 이런 공구개장은 이런 형태로 제조된 프로브가 고가가 되게 하며, 이런 프로브가 가용화되기 이전에 현저한 선도 시간(lead-time)을 필요로하게 한다. 또한, 기계적으로 가공된 프로브들은 그 구조가 그들을 생성하는 기계적 수단들에 밀접하게 얽매여 있기 때문에, 디자인변경이 보다 곤란하다.
따라서, 기계적 형성으로부터 발생하는 문제점들을 회피하는 이런 프로브들을 제조하는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 시간을 연장시키는 공구개장 프로세스 없이 상이한 디자인들의 프로브를 제조할 수 있도록 실질적으로 보정될 수 있는 이런 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 일 양태는 복수의 마이크로 프로브를 제조하는 방법을 제공하고, 이 방법은 하나 이상의 마스크로서 복수의 프로브들의 형상들을 형성하는 단계와,금속 포일의 제 1 및 제 2 대향 측면들에 포토레지스트를 적용하는 단계와, 상기 금속 포일의 대향한 제 1 및 제 2 측면들상에 상기 마스크들 중 각각의 하나씩을 중첩시키는 단계와, 상기 마스크들 각각을 통과한 광에 상기 포토레지스트를 노광시키는 단계와, 상기 포토레지스트를 현상하는 단계와, 상기 금속 포일의 일부를 노출시키도록 상기 포토레지스트 중 일부를 제거하는 단계와, 복수의 프로브들을 제조하기 위해 상기 노출된 부분을 제거하도록 상기 금속 포일의 표면에 에칭제를 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 상술한 방법에 따라 제조된 마이크로 프로브를 제공하며, 이 마이크로 프로브는 상기 마이크로 프로브는 복수의 에지들에 의해 경계 형성되는 실질적인 균일한 두께를 가지고, 평면내에서 실질적인 직선 길이로 연장하는 프로브 베이스와, 복수의 에지들에 의해 경계형성된, 상기 실질적인 균일한 두께로 이루어지며, 상기 평면내의 굴곡된 확장부를 따라 연장하는, 상기 프로브 베이스에 연결된 프로브 샤프트와, 복수의 에지들에 의해 경계형성된, 상기 실질적인 균일한 두께로 이루어지며, 상기 직선 길이에 실질적으로 평행한 실질적인 직선 길이만큼 상기 평면내에서 연장하는, 상기 프로브 샤프트에 연결된 프로브 단부와, 상기 프로브 베이스, 상기 프로브 샤프트 및 상기 프로브 단부의 에지들로 이루어진 외주 주변으로 연장하는 스캘럽을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 프로브 테스트 헤드를 제공하며, 이 프로브 테스트 헤드는 제 1 및 제 2 대향 평면들로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 평면들 양자 모두에 수직한 방향으로 그를 통해 연장하는 제 1 다이 구멍들의 패턴을 추가로포함하는 제 1 다이와, 제 3 및 제 4 대향 평면들로 이루어지며, 상기 제 2 다이 구멍들의 패턴에 대응하는 제 2 다이 구멍들의 패턴을 추가로 포함하고, 상기 제 2 다이 구멍들은 상기 방향으로 상기 제 2 다이를 통해 연장하며, 상기 제 3 평면은 상기 제 2 다이 구멍들이 실질적인 균일한 방향으로 상기 제 1 다이 구멍들로부터 오프셋되도록 상기 제 2 평면과 접촉하는 평면내에 배열되어 있는 형식의 제 2 다이와, 하나 이상이 상기 제 1 다이 구멍들 중 하나와 상기 제 2 다이 구멍들 중 하나를 통해 연장하며, 에칭에 의해 형성된 적절한 표면 마감을 가지는 복수의 프로브들을 포함한다.
도 1은 본 기술 분야에 공지된 프로브 테스트 헤드의 사시도.
도 2는 본 기술 분야에 공지된 프로브 테스트 헤드의 단면의 사시도.
도 3은 본 기술 분야에 공지된 프로브 테스트 헤드의 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 프로브의 정면도.
도 5는 본 발명의 프로브의 측면도.
도 6은 본 발명의 프로브의 등각도.
도 7은 본 발명의 마스크의 사진.
도 8은 본 발명의 에칭된 프로브와 본 기술 분야에 공지된 표준 프로브의 사진.
도 9는 기계가공 이후 및 이전 양자 모두의 본 기술 분야에 공지된 프로브의 단면도.
도 10은 에칭 이후 본 발명의 프로브의 단면도.
도 11은 본 발명의 프로브의 팁의 사시도.
도 12는 에칭 이전의 본 발명의 플랫 스톡(flat stock)과, 포토레지스트 및 마스크의 구조의 사시도.
도 13은 본 발명의 프로브 테스트 헤드의 일부 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
73 : 마스크81 : 에칭된 프로브
1001 : 포토레지스트 1205 : 프로브 구조체
본 발명은 프로브들의 제조 비용을 저감시키면서, 향상된 균일성을 제공하는 방식으로 프로브를 제조하는 방법에 관한 것이다. 프로브는 본 기술 분야에 유행하는 기계적 스템핑 프로세스가 아닌, 포토-에칭 프로세스를 통해 제조된다. 본 발명의 이 프로세스에서, 프로브는 얇은 금속 플랫 스톡, 통상적으로는 베릴륨-구리 합금으로부터 에칭된다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 에칭된 프로브(81)가 예시되어 있다. 프로브의 양호한 형상은 그래픽 형상의 이미지로서 규정되어 있으며, 이 이미지는 양호한 프로브 프로파일의 반복 패턴을 가지는 유리 마스크를 제조하기 위해 사용된다. 도 7은 이런 마스크(73)의 샘플을 예시한다. 마스크(73)는 복수의 프로브 형상들(72)과 암흑 공간들(71)로 구성되어 있다. 프로브 형상들(72)은 본 발명의 에칭된 프로브들에 대응하는 영역들을 규정하며, 프로브 형상(72)을 통해 광이 실질적으로 방해받지 않고 통과하는 것을 허용하도록 구성되어 있다. 암흑공간(71)은 프로브 형상들(72) 사이에서 주로 연장하며, 마스크(73)상의 각 다른 프로브 형상(72)으로부터 하나의 프로브 형상(72)을 실질적으로 구분하도록 기능한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 에칭된 프로브들을 제조하기 위해 채용된 프로브 구조체(1205)가 예시되어 있다. 플랫 스톡(1201)은 대향 평면들을 가지는 얇은 금속의 실질적인 평면 박판이다. 플랫 스톡(1201)은 최종 프로브의 양호한 폭에 대응하는 폭을 가진다. 플랫 스톡(1201)의 양호한 폭은 약 0.076mm(3mil)이다.
그후, 포토레지스트(1001)가 플랫 스톡(1201)의 양 대향 평면들에 적용된다. 그후, 두 개의 동일 마스크들(73)이 각 마스크(73)의 일 측면이 플랫 스톡(1201)의 단일 측면을 덮는 포토레지스트(1001)와 접촉하는 상태로, 플랫 스톡(1201)의 대향 측면들에 고정된다. 두 개의 마스크들(73)은 다른 마스크(73)내의 동일 특징부에 대응하는 마스크(73) 중 어느 한쪽의 소정의 하나의 특징부가 플랫 스톡(1201)의 평면 표면들의 확장부에 수직인 축을 가로질러 정확하게 정렬하도록 정렬된다. 그후, 각 마스크(73)에 광이 적용되어 각 마스크(73)와 플랫 스톡(1201) 사이에 배치된 포토레지스트(1001)를 노광한다. 그후, 양자 모두의 마스크들(73)이 프로브 구조체(1205)로부터 분리된다. 포토레지스트(1001)의 광에 대한 노광 이후에, 포토레지스트(1001)는 현상 및 세정된다. 세정의 결과로서, 마스크(73)상의 프로브 형상(72)에 대응하는 노광된 포토레지스트(1001)는 플랫 스톡(1201)에 접합된 상태로 남아있고, 암흑 공간(71)에 대응하는 포토레지스트(1001)의 비노광 부분들은 세정되어나가며, 플랫 스톡(1201)으로부터 분리된다.
그후, 에칭제가 실질적으로 동시에 플랫 스톡(1201)의 양 표면들에 적용된다. 에칭제는 각 대향 평면으로부터 플랫 스톡(1201)내로 향하여, 그리고, 플랫 스톡(1201)의 평면 확장부에 수직한 축을 따라 플랫 스톡(1201)의 외면으로부터 연장하는 방향으로 플랫 스톡(1201)을 용해시키기 시작한다. 금속 기판을 용해시키기 위해서, 금속 기판에 고착된 포토레지스트에 에칭제를 적용하는 한가지 속성은 언더커팅의 존재이다. 본 명세서에서 사용될 때, "언더커팅"은 금속을 용해시키도록 적용된 에칭제가, 그것이 적용되는 표면에 수직으로 연장하는 에칭 경로로부터 이탈하려는 경향을 지칭한다. 보다 명확하게, 에칭제는 금속 내로 침투할 때, 외향으로 확장하려는 경향이 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 에칭된 프로브들상의 언터커팅의 효과가 예시되어 있다. 도 10은 에칭제 적용 이후에 본 발명의 에칭된 프로브의 단면도이다. 볼 수 있는 바와 같이, 에칭제는 언더컷(1005) 및 에칭 한계(1007)에 의해 경계지어진 영역으로부터 플랫 스톡(1201)을 포함하는 금속을 효과적으로 제거한다. 예시되어 있는 바와 같이, 언터컷(1005)은 플랫 스톡(1201)의 외면으로부터 플랫 스톡(1201)의 내부를 향해 연장한다. 언터컷(1005)은 플랫 스톡(1201)의 표면에 수직 연장하는 수직축(1009)으로부터 다소 이탈되어 있다는 것을 주목하라. 에칭 한계(1007)는 에칭제가 중화되거나 기타의 방식으로 부가적인 에칭이 불가능해질 때까지, 에칭제가 플랫 스톡(1201)을 제거하는 범위를 지정하는 경계이다. 에칭제가 실질적으로 일정한 비율로 에칭하고, 수직 축(1009)으로부터 이탈된 언더컷(1005)을 따른 경로를 따르기 때문에, 결과적인 에칭 한계(1007)는 완만하게 굴곡된 경계를 형성한다. 에칭제가 플랫 스톡(1201)에 노출되는 시간의 양을 제어함으로써, 도 10에 예시된 바와 같이 각 프로브의 단면 기하학적 형상을 형성하는 것이 가능하다.
두 개의 대향 에칭 한계들(1007)의 결과적인 중첩은 각 에칭된 프로브의 외주 둘레로 연장하는 날카로운 돌출부들 또는 스캘럽(scallop; 1003)의 존재를 초래한다. 스캘럽 베이스(1013)로부터 스캘럽 팁(1015) 까지의 거리는 스캘럽 치수(1011)를 형성한다. 도 11을 참조하면, 프로브 단부(5005)의 사시도가 예시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 스캘럽(1003)은 프로브 팁(1101)을 포함하는 에칭된 프로브(81)의 에지(1107) 둘레로 연장한다. 외부 프로브 팁(1105)은 프로브 단부(5005)의 가장 먼 극단에서 에칭된 프로브(81)를 포함하는 플랫 스톡(1201) 대향 측면상에 위치된다. 프로브 팁(1101)은 프로브 단부(5005)의 종점 둘레로 연장하는 스캘럽(1003)의 결과로서 외부 프로브 팁(1105)을 초과하여 연장하는 것으로 보여질 수 있다. 외부 프로브 팁(1105)을 초과하는 결과적인 프로브 팁(1101)의 연장부는 에칭된 프로브(81)가 사용될 때, 전기 회로와의 보다 양호한 접촉을 허용한다.
비노광된 금속을 제거하는 것은 그 상단 단부에 부착된 프로브의 어레이를 초래한다. 프로브들의 어레이는 그후, 화학적으로 연마 및 도금된다. 그후, 프로브들은 플랫 스톡(1201)으로부터 제거되고, 프로브 헤드내로 조립될 준비가 된다. 조립체를 형성하는 프로브들의 상단부들은 팁들이 프로브들이 동일 길이로 되게하는 평탄한 표면에 대한 기준을 유지하면서, 랩핑(lapping)된다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 프로브의 형상이 예시되어 있다. 도8을 참조하면, 설명된 바와 같이, 본 발명의 에칭된 프로브들(81)이 기계적 스탬핑이나 통상적으로 프로브(81)내에 잔류 응력들을 초래하는 다른 프로세스들 없이 양호한 구조로 제조된다. 본 명세서에서 사용되는 "잔류 응력"은 소성 변형의 결과로서 잔류하는 응력을 지칭한다. 종래의 프로브들은 기계적 스탬핑 및 양호한 프로브 단면을 형성하기 위해 채용되는 기계가공으로부터 초래하는 잔류 응력을 포함하는 경향을 가진다. 이들 잔류 응력들은 적어도 두가지 주요한 방식들로 종래의 프로브들의 기능성을 제한하도록 기능한다. 첫 번째는, 잔류 응력들은 종래의 프로브들이 시간 주기에 걸쳐 프로브에 적용되는 일련의 일정한 굽힘에 응답하여 비균일한 저항력을 나타내게 한다. 결과적으로, 시간 주기에 걸쳐 규칙적으로 사용된 종래의 프로브들은 시간 주기에 걸쳐 적용된 굽힘들을 균일화하기 위한 일정한 저항력을 공급하기 위한 그 기능의 열화를 겪게 된다. 두 번째로, 잔류 응력들을 포함하는 종래의 프로브들은 굴곡에 응답하여 파괴되기 쉽다. 대조적으로 본 발명의 에칭된 프로브(81)는 양호한 단면 특성들을 달성하기 위한 기계가공이나 기계적 스탬핑을 필요로하지 않는 에칭 프로세스로 생성된다. 결과적으로, 에칭된 프로브(81)는 기계가공 또는 스템핑의 결과로서 유발되는 어떠한 잔류 응력도 포함하지 않는다.
여기서 사용된 "항복 강도"는 힘의 적용없이 그 원래의 굴곡되지 않은 상태로 복원하기 위한 기능을 보유하면서 힘이 적용될 때 우세한 선형 방향으로 굴곡 또는 항복하는 프로브의 특성을 지칭한다. 프로브의 항복 강도가 커지면 커질수록, 프로브가 그 항복점에 도달하기 이전에 프로브에 작용될 수 있는 선형 굴곡이 보다 커지며, 그 때문에, 프로브가 그 원래 형상으로 복원되지 않는다. 출원인은 본 발명의 에칭된 프로브가 기계적 프로세싱으로 제조된 프로브에 비해 향상된 항복 강도를 나타내는 것으로 예상한다. 보다 명확하게는, 본 출원인은 에칭된 프로브가 항복점에 도달하기 이전에 종래의 프로브가 굴곡될 수 있은 거리 보다 약 20% 큰 선형거리로 굴곡될 수 있다고 예상한다.
부가적으로, 본 발명의 에칭된 프로브들은 종래의 방식으로 형성된 프로브들 보다 개선된 탄성력 균일성을 소유한다. 여기에 사용된, "탄성력"은 거리를 통해 편향된 프로브내에 발생되는 대향 저항력을 지칭한다. 보다 명확하게, 프로브 테스트헤드내의 에칭된 프로브들 모두 중에서 탄성력의 최대 편차는 유사한 프로브 테스트 헤드 장치내의 종래의 프로브들 모두 중의 탄성력들의 최대 편차의 약 20% 미만인 것으로 예상한다.
도 10을 참조하면, 에칭된 프로브(81)는 깊이(1017)와 폭(1019)을 가진다. 깊이(1017)는 통상적으로 약 0.076mm(3mils)이며, 폭(1019)은 통상적으로 약 0.025mm(1mil)이다. 에칭된 프로브들(81)이 종래의 프로브들(83) 보다 현저히 좁기 때문에, 프로브 헤드내에 조립될 때, 에칭된 프로브들(81)은 약 0.1mm(4mils) 마다의 간격으로 조립될 수 있는 반면에, 종래의 프로브들(83)은 통상적으로 약 0.20mm(8mils)의 간격으로 배치된다. 종래의 프로브들이 약 0.20mm(8mils)인 반면에, 프로브 헤드내에 조립된 본 발명의 에칭된 프로브들 사이의 중심 대 중심 거리거리가 0.10mm(4mils) 만큼 작을 수 있기 때문에, 에칭된 프로브들은 집적 회로 웨이퍼상의 접점들 사이의 거리가 약 0.10mm(4mils) 만큼 작은 보다 작은 집적 회로들을 테스트하는데 사용될 수 있다.
부가적으로, 복수의 에칭된 프로브들(81)이 단일 플랫 스톡(1201)으로부터 형성되기 때문에, 각 에칭된 프로브(81)는 동일 플랫 스톡(1201)으로부터 형성된 각각 및 모든 다른 에칭된 프로브(81)와 그 물리적 특성들이 실질적으로 유사하다.
제 1 실시예
하기의 실시예는 본 발명의 실시를 위해 적합한 세부 파라미터들을 설명한다. 재료 준비, 포토 마스킹, 에칭, 화학 연마, 도금, 및 이렇게 형성된 프로브들의 개별화 프로세스를 포함하는 복수의 단계들이 실시된다. 여기에서 사용된 바와 같이, "DI"는 이온 제거를 의미하는 기술자이다. 부가적으로, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "UX DI"는 초음파적으로 교반된 이온제거수를 지칭한다.
프로브를 제조하기 위한 재료를 준비하기 위해서, BeCu 17200 플랫 스톡이 측면 길이가 약 102mm(4인치)인 정사각형으로 절단된다. 이 플랫 스톡은 그후, Cita-solv(코넥티컷 덴버리의 시트라-솔브 엘엘시에 의한)/DI H2O 20ML/1L(UX 15 Min)으로 세정된다. 그후, 플랫 스톡의 표면은 송풍 건조되고, 결과적인 패키지가 그후 진공에서 316℃(600℉)로 약 2시간 동안 가열 경화된다.
다음에, 준비된 제료가 포토마스크된다. 포토 마스킹을 달성하기 위해서, 이 재료는 다시 Clean Cita-solv/DI H2O 20ML/1L(UX 15 Min)으로 세정된다. 다음에, 재료가 21℃에서, 35Zon/Sec로 희석된 13.3 Sec/25mm(1in)(Shipley SP2029-1)의 인출율로 딥 피복(dip coat)을 구비하게 된다. 그후, 재료는 90℃에서 약 30분간 건조되고 50% 이상의 상대 습도의 조건하에서 실온에서 냉가된다. 다음에, 상기 재료의 준비된 표면은 약 100밀리주울 365나노메터 파장의 UV광에 노출된다. 광에 노출된 표면은 그후 29.4℃(85℉)에서, 약 1min 30sec 동안 현상된다(메사추세츠, 뉴톤의 시플리 인크에 의한, Shipley 303 현상제). 마지막으로, 준비된 표면이 흐르는 DI수에서 25분 동안 세정되고, 그후, 송풍 건조 및 저장된다.
다음에, 캘리포니아의 헌팅톤 비치의 마르세코 인크에 의한 Marseco Mod. #CES-24를 사용하여 에칭이 수행되었다. 그후, 고속 회로 에칭이 하기의 파라미터 설정으로, Phibro-Tech High Speed 에칭액을 사용하여 수행되었다.
-온도 설정 53.3℃(128℉)(act 52.8℃(127℉)
-펌프 속도(Pump #1-45%)(Pump #2-73%)
-컨베이어(11%)
-진동(보통)
포일 시편은 그후 캐리어에 장착되고 에칭제를 통해 이동된다. 포일 시편으로부터 생성된 결과적인 부품의 임계 치수가 그후 측정되고, 필요시 조정이 이루어졌다. 조정이 이루어진 이후에, 잔여 포일들이 30초 간격으로 에칭제를 통해 이동되었다.
다음에, 화학적 연마/광택 딥(dip)이 에칭으로 형성된 프로브에 적용되었다. 프로브들은 교반하면서 62.8℃-65.6℃(145-150℉)에서 2L 비이커내에서 PNA Etchso에 침지되었다. 이 용액은 하기와 같이 구성된다.
인산 98% 용액 760ML
질산 69-70% 용액 40ML
초산 60% 용액 1200ML
먼저, 재료의 시편을 사용하여 에칭율이 설정되었다. 다음에, 프로브 재료가 0.0025mm(0.0001")를 제거하기 위해 에칭되었다. 다음에, 재료가 고온 DI, UX DI내에서 약 15분 동안 세정되고, DI 낙하수에서 약 2분 동안 세정되었다. 마지막으로, 프로브가 건조될때 까지 100℃에서 오븐 건조되었다.
다음에, 프로브들은 로드 아일렌드, 크란스톤의 테크닉 인크에 의한, Pallamerse Immersion Palladium 5% 용액과, 테크닉 인크에 의해 제조된 Pd 활성제 25% 용액 및 델라웨어 윌밍톤의 듀퐁 플루오로프로턱츠에 의한 Vertrel 솔벤트를 사용하여 도금되었다. 그후, 프로브들은 무게측정되고, 그 중량들이 기록되었다. 그후, 프로브들은 약 2분 동안 Vertrel 솔벤트로 세정되었다. 다음에, 프로브들이 DI N2Oso에서 1분 동안 세정되고, 10% 황산 용액에서 2분 동안 세정되었으며, DI H2O에서 다시 2분 동안 세정이 이어졌다. 프로브들은 그후 30초 동안 Technic Pd 활성제내에 침지되고, 다시 한번 DI H2Oso에서 30초 동안 세정되었다. 그후, 프로브들은 느리게 교반하는 상태로 Technic immersion Palladiumso에서 45분 동안 침지되고, 흐르는 DI H2O로 세정되고 건조되었다. 그후, 프로브들이 다시 무게측정되고, 그 중량들이 기록되었다.
최종적으로, 프로브들이 개별화되었다. 바람직하게는 다섯 또는 여섯 프로브들인 프로브들의 샘플이 0.025mm 증분에서 0.025 내지 0.20mm(1mil에서 1 내지 8 mil) 굴곡될 때, 프로브들 각각내에서 발생하는 저항력의 그램수를 측정하도록 시험되었다. 프로브들의 하나의 이런 테스트 그룹의 결과가 표 1에 예시되어 있다.테스트 결과는 양호한 특성들에 대한 적합성과 마찬가지로 소정의 하나의 개시 플랫 스톡으로부터 생성된 프로브들의 균일성을 입수하기 위해 사용된다. 그후, 이 프로브들이 유리병내에 놓여지고, 팁 및 생크(shank) 치수로 라벨링된다.
따라서, 종래의 프로브 제조 프로세스보다 하기의 장점들을 가지는 반도체 칩의 테스트에 사용하기 위한 소형 마이크로 프로브 또는 전기 접점을 대량 생산하기 위한 프로세스가 여기에 제공된다. 첫째, 본 발명의 방법은 프로브들 사이의 개선된 균일성 및 치수 정확성을 제공한다. 유리 마스크는 프로브들의 기하학적 형상을 결정하고, 프로브들 사이의 기계적 변화들을 소거한다. 결과적으로, 프로브들의 스티프니스가 보다 균일해지고, 어래이를 가로질러 균형잡힌 접촉력을 허용한다.
부가적으로, 제조 동안 프로브들 내에 어떠한 응력들도 유발되지 않으며, 개선된 프로브 강도와 내구성을 초래한다. 종래의 스탬핑 프로세스는 잔류 응력을 초래하며, 피로 수명 감소를 야기한다. 응력들은 시간에 걸쳐 변화될 수 있으며, 프로스 스티프니스의 변화를 유발한다.
본 발명은 제조시 보다 낮은 가격 및 선도 시간을 제공한다. 다수의 프로브들이 동시에 제조될 수 있으며, 팁 형상은 이어지는 프로세스 단계들이 아닌 에칭 프로세스에서 형성될 수 있다. 연마 및 도금 프로세스들도 동시에 수행된다.
본 발명의 프로브 디자인은 쉽게 변형될 수 있다. 탄성율은 유리 마스크를 생성하기 위해 시작되는 도판(artwork)을 변경함으로써 제어될 수 있고, 선택된 플랫 금속 스톡의 두께에 의해 제어될 수 있다. 새로운 디자인은 단순히 새로운 마스크를 생성함으로써 이루어질 수 있다. 이는 고가의 시간 소모적 공구개장을 필요로하지 않는다.
마지막으로, 본 발명의 방법에 의해 제조된 에칭된 프로브들은 필요한 스티프니스를 달성하기 위한 단조를 필요로하지 않는다. 결과적으로, 프로브들은 보다 근접하게 함께 배치될 수 있으며, 보다 밀집한 어레이를 허용한다.

Claims (14)

  1. 복수의 마이크로 프로브(81)를 제조하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 마스크(73)로서 복수의 프로브들(81)의 형상들(72)을 형성하는 단계와,
    금속 포일(1201)의 제 1 및 제 2 대향 측면들에 포토레지스트(1001)를 적용하는 단계와,
    상기 금속 포일(1201)의 대향한 제 1 및 제 2 측면들상에 상기 마스크들(73) 중 각각의 하나씩을 중첩시키는 단계와,
    상기 마스크들(73) 각각을 통과한 광에 상기 포토레지스트(1001)를 노광시키는 단계와,
    상기 포토레지스트(1001)를 현상하는 단계와,
    상기 금속 포일(1201)의 일부를 노출시키도록 상기 포토레지스트(1001) 중 일부를 제거하는 단계와,
    복수의 프로브들(81)을 제조하기 위해 상기 노출된 부분(71)을 제거하도록 상기 금속 포일(1201)의 표면에 에칭제를 적용하는 단계를 특징으로 하는 마이크로 프로브 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 포일(1201)의 표면에 대한 에칭제의 적용 이후에, 상기 복수의 프로브들(81)을 화학적으로 연마 및 도금하는 추가 단계가 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 프로브 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 포일(1201)은 베릴륨-구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 프로브 제조 방법.
  4. 제 1 항에 기재된 방법에 따라 제조된 마이크로 프로브(81)에 있어서,
    상기 마이크로 프로브(81)는 복수의 에지들에 의해 경계 형성되는 실질적인 균일한 두께를 가지고, 평면내에서 실질적인 직선 길이로 연장하는 프로브 베이스(5001)와,
    복수의 에지들에 의해 경계형성된, 상기 실질적인 균일한 두께로 이루어지며, 상기 평면내의 굴곡된 확장부를 따라 연장하는, 상기 프로브 베이스(5001)에 연결된 프로브 샤프트(5003)와,
    복수의 에지들에 의해 경계형성된, 상기 실질적인 균일한 두께로 이루어지며, 상기 직선 길이에 실질적으로 평행한 실질적인 직선 길이만큼 상기 평면내에서 연장하는, 상기 프로브 샤프트(5003)에 연결된 프로브 단부(5005)와,
    상기 프로브 베이스(5001), 상기 프로브 샤프트(5003) 및 상기 프로브 단부(5005)의 에지들로 이루어진 외주 주변으로 연장하는 스캘럽(1003)을 특징으로 하는 마이크로 프로브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 마이크로 프로브(81)는 상기 균일한 두께가 0.051mm과 0.13mm(2mils과 5mils) 사이인 것을 특징으로 하는 마이크로 프로브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 프로브(81)는 상기 균일한 두께가 0.076mm과 0.10mm(3mils과 4mils) 사이인 것을 특징으로 하는 마이크로 프로브.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스캘럽(1003)은 스캘럽 베이스(1013)와 스캘럽 팁(1015)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 프로브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스캘럽 베이스(1013)와 상기 스캘럽 팁(1015)은 실질적으로 균일한 거리만큼 이격배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 프로브.
  9. 프로브 테스트 헤드에 있어서,
    제 1 및 제 2 대향 평면들로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 평면들 양자 모두에 수직한 방향으로 그를 통해 연장하는 제 1 다이 구멍들의 패턴을 추가로 포함하는 제 1 다이(42)와,
    제 3 및 제 4 대향 평면들로 이루어지며, 상기 제 2 다이 구멍들의 패턴에 대응하는 제 2 다이 구멍들의 패턴을 추가로 포함하고, 상기 제 2 다이 구멍들은 상기 방향으로 상기 제 2 다이를 통해 연장하며, 상기 제 3 평면은 상기 제 2 다이 구멍들이 실질적인 균일한 방향으로 상기 제 1 다이 구멍들로부터 오프셋되도록 상기 제 2 평면과 접촉하는 평면내에 배열되어 있는 형식의 제 2 다이(44)와,
    하나 이상이 상기 제 1 다이 구멍들 중 하나와 상기 제 2 다이 구멍들 중 하나를 통해 연장하며, 에칭에 의해 형성된 적절한 표면 마감을 가지는 복수의 프로브들(81)을 특징으로 하는 프로브 테스트 헤드.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 다이내로 각각 삽입되는 두 개의 이격 커버들을 부가적인 특징으로 하는 프로브 테스트 헤드.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들(81) 각각은 상기 복수의 프로브들(81) 중 다른 하나와 상호 비교할 때, 형상이 실질적으로 균일한 것을 특징으로 하는 프로브 테스트 헤드.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들(81) 각각의 길이는 상기 복수의 프로브들 중 모든 다른 하나의 0.051mm(0.002in) 이내인 것을 특징으로 하는 프로브 테스트 헤드.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들(81) 각각의 길이는 상기 복수의 프로브들 중 모든 다른 하나의 0.025mm(0.001in) 이내인 것을 특징으로 하는 프로브 테스트 헤드.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 프로브들(81) 각각의 길이는 상기 복수의 프로브들(81) 중 모든 다른 하나의 0.013mm(0.0005in) 이내인 것을 특징으로 하는 프로브 테스트 헤드.

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