KR200471926Y1

KR200471926Y1 - 수직프로브

Info

Publication number: KR200471926Y1
Application number: KR2020120007853U
Authority: KR
Inventors: 송지은; 송원호
Original assignee: 송지은
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-26
Also published as: KR20140001512U

Abstract

본 고안은 반도체 칩을 검사하는 프로브카드의 수직프로브로서 상기 수직프로브는 인터페이스 전극패드를 접촉시 프로브는 60um 오버드라이브로 접촉시 접촉 침압(Contact force)이 3그램 이상의 높은침압(High force)이 발생되어 인터페이스 전극패드를 정확하게 검사할 수 있고, 또한 편향빔부의 침압발생부 폭은 편향빔부 폭보다 크며 일정한 크기의 면적이 있어 400mA 이상의 높은전류(High Current)가 흐를 수 있어 높은전류의 반도체 칩을 검사할 수 있는 것이다.
본 고안은 수직프로브는 활(Bow) 형상의 중앙단에서 반쪽으로 이루어진 반 활 형상이며 상기 수직프로브는 사각이며 통전빔부와 편향빔부와 접촉빔부로 구분되며, 미세전기기계시스템(MEMS) 기술으로 제조함으로서 수직프로브의 접촉빔부와 통전빔부의 두께 굴기를 20um에서부터 50um 미만까지 제조가 가능하며 특히 편향편빔부는 접촉침압이 다른 반도체를 검사할 수 있는 수직프로브를 얻을 수 있는 것이다.

Description

수직프로브 {Vertical Probe}

본 고안은 반도체 칩을 검사하는 프로브카드의 수직프로브에 관한 것으로서, 특히 협소피치와 다양한 전극패드 배설로 되는 반도체 칩을 검사할 수 있는 것이다.

실리콘 관통 전극기술을 이용한 삼차원 반도체의 범프 관통전극 검사와 인터페이스 전극패드를 검사할 수 있는 프로브카드의 수직프로브에 관한 것이다.

상기 수직프로브는 실리콘 관통전극이 주변배열(Peripheral)과 정열배열(Area Array)로 배설되는 반도체 칩과 비규칙배열되는 반도체 칩을 멀티파라(Multi parallel)로 검사하는 것이다.

협소피치 간격의 전극패드로 배열되는 반도체 칩을 검사하는 프로브카드의 수직프로브에 관한 것으로서, 상기 프로브카드의 수직프로브는 웨이퍼에 형성된 반도체 칩을 멀티파라로 검사하여 불량 유무를 선별하는 것이다.

최근의 반도체 칩은 메모리기능과 비메모리 기능이 혼합된 다양한 기능을 같는 반도체가 개발되고 있다. 다양한 기능을 갖는 반도체칩은 전극패드가 반도체칩 내부에 불규칙하게 배열되거나, 규칙적으로 배열되거나 또는 반도체칩 주변에 1열배열 내지 복수열로 전극패드가 배열되게 형성되고 있는 실정이다.

즉 모바일과 유비쿼터스 네트워크 시대가 도래함에 따라 가볍고, 작고, 얇고 멀티기능을 구현할 수 있는 부품에 대한 시대적 요구가 증대하고 있다.

또한, 메모리 반도체는 무어의 법칙을 따라 발전되어온 반도체 집적도는 물리적 한계에 도달하기 시작하고 있다. 이에따라 반도체 집적도 향상을 해결하기 위한 방법으로 대표적인 기술로 주목받는 실리콘 관통전극(TSV=Through Silicon Via) 기술이다.

상기 실리콘 관통전극 기술을 이용한 삼차원 반도체 집적기술은 전기적 기능향상, 초소형 부품개발 등의 이유로 각광을 받고 있으며. 상기 실리콘 관통 전극 기술로 구현되는 반도체는 수십 um 내지 수백um 두께의 실리콘 칩을 구멍을 뚫고, 반도체 칩을 복수개로 적층(Stack)하여 관통전극으로 연결한 반도체이다.

상기 실리콘 관통 전극 기술을 이용한 삼차원 반도체는 기능 인터페이스 전극패드와, 반도체 칩을 복수개로 적층하여 연결한 관통 전극인 Landing pad로 구성된다.

상기 인터페이스 전극은 전극패드 또는 범프로 형성되며 재질은 Al, Cu으로 형성되고, 실리콘 관통 전극은 범프로 형상이며 재질은 금범프, 솔더범프 등으로 형성되고 있다.

상기 실리콘 관통전극 기술을 이용한 삼차원 반도체의 실리콘 관통전극의 일예를 설명하면 관통전극은 다수의 정열배열로 배설되며 관통전극 pitch는 40um이며 관통전극 크기는 25um 이하이며 관통전극의 높이는 20um 로 형성되며, 인터페이스 전극은 십자 배열로 배설 등으로 되며 인터페이스 전극 pitch는 70um 이하 이며 인터페이스 전극 패드크기는 50um 이며 인터페이스 전극패드 높이는 수um이다.

그러나, 상기 실리콘 관통전극 기술을 이용한 삼차원 반도체는 범프 관통전극(Landing pad)을 검사는 프로브의 접촉침압은 오버드라이브 30um 내지 50um에서 1그램 미만의 침압으로 검사하여야 하며 1그램 이상의 접촉침압을 받으면 범프가 파손되는 문제점이 발생되고 있고, 인터페이스 전극패드을 검사하는 수직프로브의 접촉침압은 60um 오버드라이브에서 3그램 이상의 접촉침압으로 검사될 수 있는 수직프로브로 검사하여야 한다.

도 1은 본 출원인에 의해 대한민국에 출원된 출원번호 10-2011-0051279의 수직프로브의 접촉빔부(2)와 편향빔부(3)와 통전빔부(5)의 두께 굴기가 30um x 30um 이하의 수직프로브는 편향빔부(3)의 편향유지부(7)에 형성된 편향홀(7a)의 효과로 수직프로브가 관통전극의 범프 접촉시 접촉침압은 오버드라이브 50um에서 1그램 이하의 낮은침압(Low force)이 발생하고 있어 적은 접촉침압으로 검사되는 범프에 적용되고 있으나, 전극패드가 알루미늄 또는 구리로 되는 인터페이스 전극패드를 검사하는 수직프로브는 오버드라이브 60um에서 접촉침압이 3그램 이상의 높은침압(High force)이 발생되어야 인터페이스 전극패드를 검사할 수 있으나 종래의 수직프로브의 편향유지부에 형성된 편향홀로 인하여 접촉침압은 3그램 이하로 발생되어 인터페이스 전극패드를 검사에 문제점이 있다.

또한 종래의 편향빔부(3)의 편향유지부(7)에 편향홀(7a)이 형성된 수직프로브는 400mA 이하의 낮은전류(Low Current) 검사는 가능하나 400mA 이상의 높은전류(High Current) 검사시에는 편향빔부(3)의 편향유지부(7)의 편향홀(7a)로 인하여 편향유지부(7)가 일정한 크기의 면적이 형성이 않되여 편향홀(7a)이 형성된 영역은 면적이 적어 편향유지부(7)에서 파손되는 문제점이 있는 실정이다.

본 고안은 상기에서 문제점으로 지적되고 있는 사항을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 수직프로브의 편향빔부에 편향홀이 없는 침압발생부를 형성하고 검사하는 반도체에 따라 편향빔부에 형성되는 침압발생부의 크기, 침압발생부의 형성 위치, 침압발생부의 폭과 침압발생부의 수량이 형성하는 것이다.

상기 수직프로브의 편향편빔부의 편향홀이 없는 침압발생부는 침압발생부가 일정한 크기의 면적이 있어 높은전류가 흐를 수 있는 것이다.

상기 수직프로브는 접촉빔부와 편향빔부와 통전빔부로 구성되며 편향빔부 일단은 만곡을 갖는 만곡부가 형성되어 있으며 상기 수직프로브를 미세전기기계시스템(MEMS) 기술로 제조함으로서 수직프로브의 접촉빔부와 통전빔부의 두께 굴기를 20um에서부터 50um까지 제조가 가능하며 특히 편향빔부는 접촉침압이 다른 반도체를 검사할 수 있는 수직프로브를 정밀도가 우수하고 균일한 반 활 형상의 수직프로브를 얻을 수 있는 것이다.

상기 수직프로브는 미세전기기계시스템(Micro Electro Mechanical System)기술인 증착공정, 리소그래피공정, 식각공정, 전주도금공정, 평탄화공정, 절연막증착공정 절연막부분박리공정 등을 이용하여 수직프로브를 미세하고 균일하게 제작하는 것이다.

상기 수직프로브의 편향빔부에 침압발생부를 형성하여 편향빔부가 희망하는 편향거리를 갖는 수직프로브를 제공하는데 있다.

상기 편향빔부 일단에 형성된 침압발생부 수량에 따라 편향거리와 오버드라이브가 결정되며 반도체 칩 검사에서 요구되는 희망하는 접촉압을 부여할 수 있는 것이다.

상기 수직프로브를 미세전기기계시스템(MEMS) 기술으로 제조함으로써 점유 면적이 작은 수직프로브를 제공하여 전극패드간의 협소피치와 비정규적으로 다차원 배열을 갖는 다양한 전극패드 배열로 되는 반도체를 검사할 수 있는 것이다.

본 고안의 수직프로브는 인터페이스 전극패드를 검사하는 수직프로브는 오버드라이브 60um에서 접촉침압이 3그램 이상의 높은침압(High force)이 발생되어 인터페이스 전극패드를 정확하게 검사할 수 있고, 또한 편향빔부의 침압발생부는 일정한 크기의 면적이 있어 400mA 이상의 높은전류(High Current)가 흐를 수 있어 높은전류의 반도체 칩을 검사 할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 수직프로브를 정면도로 예시한 상태를 도시한 것이다.
도 2은 본 고안의 수직프로브를 정면도로 예시한 상태를 도시한 것이다

본 고안의 구성 상태 및 이로부터 얻게 되는 특유의 효과 등에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.

본 고안의 수직프로브는 반 활(Bow) 형상으로 활의 중앙단에서 반쪽으로 이루어진 반 활 형상이며 이하 상기 반 활 형상 프로브는 수직프로브(100)라 용어로 설명되며 수직프로브 기능과 목적에 고안의 실시 내용을 설명하는 것이다.

상기 수직프로브(100)는 미세전기기계시스템(MEMS) 기술으로 제조함으로서 수직프로브(100)의 접촉빔부(25)와 편향빔부(35)와 통전빔부(55)는 전주도금 방법으로 20um에서부터 50um 미만까지 빔부 두께를 갖는 사각으로 제조가 가능하며 특히 편향빔부(35)는 검사시 접촉침압이 다른 반도체를 검사할 수 있게 편향빔부(35) 두께를 접촉빔부(25) 두께와 통전빔부(55) 두께와 다른 수직프로브(100)를 얻을 수 있는 것이다.

상기 수직프로브(100)는 반도체 칩의 전극패드에 접촉하는 접촉빔부(25)와 상기 접촉빔부(25)의 접촉선단(21)이 반도체 칩의 전극패드에 접촉시 요구되는 접촉침압을 희망하는 접촉침압이 발생되는 침압발생부(33)가 형성된 편향빔부(35)와 반도체 칩의 전극패드에 접촉빔부(25)의 접촉선단(21)이 접촉하여 검사신호를 편향빔부(35)을 통하여 프로브헤드 조립체의 인터포져(미도시)나 인쇄회로기판(미도시)에 배열된 전극패드에 접합하여 통전하는 통전빔부(55)로 구성되는 것이다.

도 2는 본 고안의 수직프로브(100)를 정면도로 예시한 것이다.

상기 수직프로브(100)의 세부형상을 정면도 상태에서 설명하면 사각빔으로 형성되며 접촉빔부(25)와 편향빔부(35)와 통전빔부(55)로 구분되어 있으며 접촉빔부(25)와 통전빔부(55) 사이에 편향빔부(35)가 형성되며 접촉빔부(25)의 하단에는 접촉선단(21)이 형성되고 상단 일측에만 접촉빔부 스토퍼(23)가 형성되는 것이다.

상기 수직프로브(100)의 접촉빔부(25)의 상단 일측에만 접촉빔부 스토퍼(23)를 형성하면 삽입되는 수직프로브들의 간격을 줄일 수 있어 협피치(fine pitch)로 되는 반도체 칩을 검사 할 수 있는 프로브헤드를 제공 할 수 있는 것이다.

상기 접촉빔부 스토퍼(23)는 수직프로브의 접촉빔부(25)를 하부 접촉빔부 가이드 프로브핀 홀에 삽입시 접촉빔부(25) 상단까지만 삽입되게하는 스토퍼가 되는 것이다.

상기 수직프로브(100)은 통전빔부(55)의 상단에는 통전선단(51)이며 상기 통전빔부(55)의 통전선단(51)은 인터포져 또는 인쇄회로기판(미도시)에 배열된 전극패드(미도시)에 접합하는 것이다.

상기 수직프로브(100)의 편향빔부(35)에는 편향을 원활하게하는 만곡부(35a)와 수직부(35b)로 구분되며 만곡부 일단과 수직부 일단에는 침압발생부(33)가 형성되는 것이다.

상기 수직프로브(100)은 통전빔부(55) 하단에서 만곡빔부(35a)가 형성되는 것이다.

상기 수직프로브(100)은 접촉빔부(25)의 상부에 형성된 접촉빔부 스토퍼(23)에서 편향빔부(35)는 수직빔부(35b)가 형성되는 것이다.

상기 편향빔부(35)의 침압발생부(33)는 검사하는 반도체에 따라 편향빔부(35)에 형성되는 침압발생부(33)의 크기, 편향빔부(35)에 침압발생부(33)의 형성위치, 편향빔부(35)에 침압발생부(33)의 폭과 편향빔부(35)에 침압발생부(33)의 수량은 1개 내지 복수개 형성하는 것이다.

상기 수직프로브(100)의 편향빔부(35)의 일단에 형성되는 침압발생부(33)의 형상과 면적과 수량은 반도체 칩을 검사할 때 부여되는 침압과 편향거리에 따라 결정되는 것이다.

상기 수직프로브(100)의 편향빔부(35)에 형성되는 침압발생부(33)의 빔두께는 편향빔부(35) 두께보다 크게 형성되는 것이다.

상기 수직프로브(100)의 편향빔부(35)에서 반도체 칩 검사시 필요로 하는 적절한 접촉침압을 확보할 수 있고 침압발생부(33)가 없는 편향빔에서 수직프로브가 변형을 방지되는 수직프로브(100)을 제공하는 것이다.

상기 수직프로브(100)은 접촉빔부(25)의 접촉선단(21)이 반도체 칩의 전극패드에서 접촉이 끝나면 편향빔부(35)는 원래의 상태로 돌아가는 탄성동작을 하는 것이다.

상기 침압발생부(33)의 형성위치를 설명하면 도 2와 같은 수직프로브(100)의 정면도에서 수평선상으로 편향빔부(35) 일단에 형성하거나 또는 수직선상 편향빔부(35) 일단에 형성할 수 있는 것이다.

상기 수직프로브(100)의 편향빔부(35)에 침압발생부(33)를 수평선상 편향빔부(35)에 형성하거나 또는 편향빔부(35)에 침압발생부(33)를 수직선상 편향빔부(35)에 형성하여도 이로부터 얻게 되는 효과는 동일한 것이다.

상기 수직프로브(100)은 접촉빔부(25)와 통전빔부(55)은 서로 다른 선상 거리를 갖는 오프셋거리가 있는 것이다.

상기 수직프로브(100)은 접촉빔부(25) 하부에는 접촉선단(21)이 형성되며 상기 접촉선단(21) 형상은 평탄한(Flat)형상, 반경(Radius)형상, 뾰족한(Point)형상, 다수개돌기(Crown) 형상 중에서 어느 하나 형상을 선정하여 형성하는 것이다.

상기 수직프로브(100)은 통전빔부(55)의 통전선단(51)은 평탄한(Flat)형상, 반경(Radius)형상, 뾰족한(Point)형상, 다수개돌기(Crown)형상 중에서 어느 하나 형상을 선정하여 형성하는 것이다.

도 1은 종래의 40um x 40um 수직프로브와 도 2은 본 고안의 40um x 40um 수직프로브를 표 1에 오버드라이브에 따른 접촉침압을 유한해석(FE analysis)법으로 비교하였다.

표 1. FE Analysis

상기 표 1에서와 같이 도 1의 수직프로브는 편향빔부(3)의 편향유지부(7)에 형성된 편향홀(7a)로 인하여 오버드라이브 60um에서 접촉침압이 2.77g의 낮은침압(Low force)이 발생되는 것을 보여주고 있으며, 도 2의 수직프로브(100)는 편향빔부(35)에 형성된 침압발생부(33)로 인하여 오버드라이브 60um에서 접촉침압이 3.51g의 높은침압(High force)이 발생되는 것을 보여주고 있다.

상기 수직프로브(100)는 높은침압이 발생하여 반도체 칩의 인터페이스 전극패드를 검사할 수 있으나, 도 1의 수직프로브의 낮은침압이 발생하여 반도체 칩의인터페이스 전극패드 검사를 정확하게 할 수 없는 것이다.

또한, 종래의 수직프로브는 편향빔부(3)에 형성된 편향유지부(7)의 편향홀(7a)로 인하여 편향유지부(7)가 편향빔부(3)의 폭(wide)보다 일정한 크기의 면적이 형성이 않되여 편향홀(7a)이 형성된 편향유지부(7) 영역은 면적이 적어 400mA 이하의 낮은전류(Low Current)의 반도체 칩 검사는 가능하나, 본 고안의 수직프로브(100)는 편향빔부(35)의 침압발생부(33)는 편향빔부(35) 폭(wide)보다 크게 형성되여 400mA 이상의 높은전류(High Current)의 반도체 칩 검사를 할 수 있는 것이다.

상기 수직프로브(100)은 반도체 칩의 인터페이스 전극패드인 알루미늄패드, 구리패드 및 솔더 범프 등을 높은침압(High Force)로 검사할 수 있고, 높은전류(High Current)로 검사할 수 있는 수직프로브이다.

상기 수직프로브(100)는 반도체 칩의 인터페이스 전극패드간의 협소피치와 비정규적으로 다차원 배열을 갖는 다양한 전극패드 배열을 검사할 수 있는 프로브헤드 조립을 하기 위해 수직프로브(100)의 편향빔부(35)에는 조립되는 수직프로브(100)들의 상호간에 누설전류를 차단하기 위해 절연막이 증착 되는 것이다.

상기 절연막 제거 방법은 애싱장비를 이용하여 플라즈마로 박리하거나, 레이저장비를 이용하여 박리하는 것이 바람직하며, 절연막 박리는 상기 애싱장비의 플라즈마박리, 레이저장비의 레이저박리로 한정하는 것은 아니다.

상기 수직프로브(100)는 금속합금으로 전주도금 공정으로 제조되며, 금속합금은 니켈합금, 팔라듐합금, 료듐합금, 구리합금, 텡스텐합금 중 어느 하나를 선정하여 수직프로브(100)에 가장 부합되는 금속합금으로 미세하고 균일하고 희망하는 규격과 형상의 수직프로브(100)를 미세전기기계시스템(Micro Electro Mechanical System)기술인 증착공정, 리소그래피공정, 식각공정, 전주도금공정, 평탄화공정(CMP), 세정공정, 절연막증착공정과 절연막부분박리공정 등을 이용하여 수직프로브(100)을 제조하는 것이 바람직하며 상기 기재된 금속합금에 한정하는 것은 아니다.

본 고안은 상술한 수직프로브(100) 형상으로 한정하는 것이 아니며, 본 고안의 기술적 사상과 범주내에서 통전빔부(55)의 하단 일단에는 제한돌기와 걸림돌기가 형성할 수 있으며 통전빔부(55)를 도 2의 수직프로브를 정면도 상태로 예시한 수직각도에서 소정의 각도를 부여하여 형성하여 당업자에 의해 수직프로브를 미세전기기계시스템(MEMS) 기술로 제조할 수도 있는 것이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
21…접촉선단 23.…접촉빔부 스토퍼 25…접촉빔부
33…침압발생부 35…편향빔부 35a…만곡빔부
35b…수직빔부 51…통전선단 55…통전빔부
100…수직프로브

Claims

수직프로브에 있어서,
상기 수직프로브는 사각빔형상이며 통전빔부와 편향빔부와 접촉빔부로 구분되며, 상기 수직프로브는 통전빔부 하단부터 편향빔부가 형성되며, 상기 편향빔부는 만곡빔부와 수직빔부로 구분되며, 상기 수직빔부 하단부터 접촉빔부가 형성되는 것과,
상기 편향빔부의 만곡빔부와 수직빔부에 침압발생부가 형성되는 것과,
상기 수직프로브의 편향빔부에 형성되는 침압발생부는 1개 내지 복수개가 형성되는 것과,
상기 침압발생부의 폭은 편향빔부의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 수직프로브.
삭제
삭제
제 1항에 있어서, 상기 수직프로브의 통전빔부와 접촉빔부에 증착된 절연막은 플라즈마로 절연막을 박리하여 제거되는 것을 특징으로 하는 수직프로브.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 수직프로브는 미세전기기계시스템(Micro Electro Mechanical System)로 제조되며, 금속은 니켈합금, 팔라듐합금, 료듐합금, 구리합금, 텡스텐합금 중 어느 하나를 선정하여 제조하는 것을 특징으로 하는 수직프로브.