KR20090057208A - 프로브 기판 조립체 - Google Patents

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KR20090057208A
KR20090057208A KR1020090046075A KR20090046075A KR20090057208A KR 20090057208 A KR20090057208 A KR 20090057208A KR 1020090046075 A KR1020090046075 A KR 1020090046075A KR 20090046075 A KR20090046075 A KR 20090046075A KR 20090057208 A KR20090057208 A KR 20090057208A
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Abstract

피검사체에 접촉하는 프로브 팁 및 상기 프로브 팁으로부터 연장된 연결 핀을 포함하는 프로브, 및 상기 연결 핀이 접속하는 패드가 형성된 기판을 포함하는 프로브 카드에 사용되는 프로브 기판 조립체는 상기 연결 핀이 관통하며 상기 패드에 대응하는 복수개의 제 1 콘택홀이 형성된 프로브 기판, 상기 제 1 콘택홀 및 상기 패드에 대응하여 상기 연결 핀이 관통하는 복수개의 제 2 콘택홀이 형성되어 있으며, 상기 기판과 직접 마주하는 프로브 정렬 기판 및 상기 프로브 기판과 상기 프로브 정렬 기판 사이에 위치하며, 상기 복수개의 제 1 콘택홀에 대응되는 오픈 영역이 관통 형성된 보강 기판을 포함한다.
프로브 카드, 프로브 기판 조립체, 프로브 정렬 기판, 콘택홀

Description

프로브 기판 조립체 {PROBE SUBSTRATE ASSEMBLY}
본 발명은 반도체 검사 장비에 사용되는 프로브 카드에 관한 것으로서, 특히 프로브 기판에 삽입 연결되는 프로브를 공간 변환기에 일괄적이고 정확하게 전기적으로 연결시킬 수 있는 프로브 기판 조립체를 갖는 프로브 카드에 관한 것이다.
일반적으로 프로브 카드는 반도체 메모리, 디스플레이 등의 반도체 소자 제조 공정 도중 또는 제조 공정을 완료한 이후에, 반도체 소자의 정상 및 불량 여부를 검사하기 위하여 사용되는 장치이다. 특히, 프로브 카드는 웨이퍼와 반도체 검사 장비를 전기적으로 연결시키고, 반도체 검사 장비로부터 인가된 전기적 신호를 웨이퍼 상의 반도체 소자에 전달하고 웨이퍼 상의 반도체 소자로부터의 응답 신호를 반도체 검사 장비에 전달하여 반도체 소자의 불량 여부를 검사한다.
프로브 카드는 복수개의 프로브를 포함하는데, 현재 반도체 소자의 크기가 작아지게 되면서 웨이퍼 칩 패드의 크기 및 패드 간 간격(피치)도 작아지고 있기 때문에, 웨이퍼 칩에 접촉되는 프로브 간 간격 또한 미세화하기 위한 연구, 개발이 활발히 진행중에 있다.
도 1은 종래의 프로브 카드의 개략적인 구조를 도시한 사시도이다.
먼저, 프로브(110)는 검사 대상이 되는 웨이퍼 칩에 접촉되는 프로브 팁을 포함하는 상단부(111)와 공간 변환기(120)에 연결되는 연결 핀(112)을 포함한다. 프로브(110)의 상단부(111)와 연결 핀(112)은 전기가 통하는 도전성 물질로 이루어진다. 이외에도, 프로브(110)는 상단부(111)가 웨이퍼 칩과 접촉되었을 때 발생하는 응력을 분산시켜 프로브의 소성 변형을 방지해주는 탄성체 부분(미도시)도 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프로브 카드는 프로브(110)의 연결 핀(112)이 프로브 기판(100)의 콘택홀을 통과하여 공간 변환기(space transformer)(120)에 전기적으로 연결되고, 공간 변환기(120)는 포고 블럭(pogo block)(130)내의 포고 핀(pogo pin)등의 연결 핀(132)을 통해 인쇄 회로 기판(PCB:Print Circuit Board)(140)에 전기적으로 연결된다. 이 때, 인쇄 회로 기판(140)은 웨이퍼 칩에 접촉된 프로브 팁으로 반도체 검사 장비의 신호를 전달하거나 프로브 팁에서 전달된 신호를 반도체 검사 장비로 전달하는 회로가 포함된다.
여기서, 공간 변환기(120)는 MLC(Multi Layer Ceramic) 기판으로 형성된다. 공간 변환기(120)는 다층 기판 중 최상위 기판 상부 표면에 형성된 상부 패드(122)와 다층 기판 중 최하위 기판 하부 표면에 형성된 하부 패드(126)를 포함한다. 이 때, 상부 패드(122)는 프로브 기판(100)을 관통하는 프로브(110)의 연결 핀(112)에 연결되고, 하부 패드(126)는 인쇄 회로 기판(140)과 연결되는 포고 핀 등의 연결 핀(132)에 연결된다. 그리고, 공간 변환기(120)의 다층 기판(예를 들어, 세라믹 시트층)의 각 콘택홀 내에 콘택(124)이 형성되며, 이 콘택(124)에 의해 상부 패 드(122) 및 하부 패드(126)가 서로 전기적으로 연결된다. 이 때, 하부 패드(126)와 콘택(124) 사이는 하부 패드(126)를 제조할 때 동시에 제조되는 연결 배선(미도시)을 통해 서로 연결될 수 있다.
한편, 일반적으로 프로브 기판(100)은 강성이 약하기 때문에 복수개의 프로브 팁이 웨이퍼 칩과 접촉할 때 발생하는 하중 압력에 의해 변형되기 쉽다. 그 결과, 도 1에 도시된 프로브 카드에서는 프로브(110)의 연결 핀(112)과 공간 변환기(120)의 상부 패드(122)의 전기적 연결이 균일하지 못하게 되는 문제가 발생한다.
이와 같은 프로브 기판(100)의 변형을 방지하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘, 유리, 세라믹 또는 금속 등으로 이루어지고 프로브의 연결 핀(112)이 통과할 수 있도록 개구부(152)가 형성된 보강 기판(150)을 프로브 기판(100)의 하단부에 부착하는 방법이 제안되어 있다. 이 때, 보강 기판(150)은 프로브 기판(100)의 취약한 강성을 보강하여 주는 역할을 한다.
다시 말해, 보강 기판(150)은 복수개의 프로브 팁이 웨이퍼 칩과 접촉되는 경우, 프로브 기판(100)의 변형을 방지하여 프로브(110)의 연결 핀(112)과 공간 변환기(120)의 상부 패드(122)간의 전기적 연결을 양호하게 한다.
그러나, 이 경우에도 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 프로브(110)를 프로브 기판(100)에 삽입 결합하여 복수개의 프로브(110)를 일괄적으로 공간 변환기(120)의 상부 패드(122)에 연결할 때, 프로브(110)의 연결 핀(112)의 하단부가 고정되지 않고 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 프로브(110)의 연결 핀(112)을 공 간 변환기(120)의 상부 패드(122)상에 정확하게 정렬시키기 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 복수개의 프로브와 웨이퍼 칩이 접촉할 때 발생하는 하중 압력에 의해 프로브 기판이 변형되지 않으면서도, 복수개의 프로브의 연결 핀을 공간 변환기의 상부 패드상에 정확하게 정렬시키고, 복수개의 프로브를 일괄적으로 공간 변환기에 연결할 수 있는 프로브 기판을 포함하는 프로브 카드가 절실히 요망되는 상황이다.
본 발명의 일 실시예는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 프로브가 삽입 연결되는 프로브 기판의 강성을 보강하면서 복수의 프로브와 공간 변환기의 상부 패드가 정확하게 일괄적으로 정렬될 수 있도록 하는 프로브 기판 조립체를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 프로브가 삽입 연결되는 프로브 기판의 강성을 보강하면서 복수의 프로브와 공간 변환기의 상부 패드가 정확하게 일괄적으로 정렬될 수 있도록 하는 프로브 기판 조립체를 포함하는 프로브 카드를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 피검사체에 접촉하는 프로브 팁 및 상기 프로브 팁으로부터 연장된 연결 핀을 포함하는 프로브, 및 상기 연결 핀이 접속하는 패드가 형성된 기판을 포함하는 프로브 카드에 사용되는 프로브 기판 조립체에 있어서, 상기 연결 핀이 관통하며 상기 패드에 대응하는 복수개의 제 1 콘택홀이 형성된 프로브 기판, 상기 제 1 콘택홀 및 상기 패드에 대응하여 상기 연결 핀이 관통하는 복수개의 제 2 콘택홀이 형성되어 있으며, 상기 기판과 직접 마주하는 프로브 정렬 기판 및 상기 프로브 기판과 상기 프로브 정렬 기판 사이에 위치하며, 상기 복수개의 제 1 콘택홀에 대응되는 오픈 영역이 관통 형성된 보강 기판을 포함하되, 상기 제 2 콘택홀은 상기 제 2 콘택홀 을 관통한 상기 연결 핀을 고정하는 것인 프로브 기판 조립체를 제공한다.
상기 제 1 콘택홀 및 상기 제 2 콘택홀 중 상기 제 2 콘택홀 이상의 너비는 상기 연결 핀의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제 2 콘택홀에는, 상기 제 2 콘택홀을 관통한 상기 연결 핀을 상기 제 2 콘택홀에 고정시키는 본딩 물질이 칠해져 있을 수 있다.
상기 제 1 콘택홀, 상기 오픈 영역 및 상기 제 2 콘택홀은 수직적으로 정렬되어 있을 수 있다.
상기 프로브 기판, 상기 보강 기판 및 상기 프로브 정렬 기판 중 둘 이상은 상호 접합되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은 상기 프로브 기판 조립체를 이용한 프로브 카드의 제조 방법에 있어서, 상기 프로브의 상기 연결 핀을 상기 제 1 콘택홀, 상기 오픈 영역 및 상기 제 2 콘택홀 순으로 통과시켜 상기 제 2 콘택홀을 통과한 상기 연결 핀을 고정하는 단계, 상기 프로브 정렬 기판의 상기 제 2 콘택홀과 상기 기판의 패드를 수직적으로 정렬 시키는 단계 및 상기 프로브의 상기 연결 핀을 상기 기판의 패드에 연결하는 단계를 포함하는 프로브 카드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 3 측면은 프로브 카드에 있어서, 피검사체에 접촉하는 프로브 팁 및 상기 프로브 팁으로부터 연장된 연결 핀을 포함하는 프로브, 상기 연결 핀이 접속하는 패드가 형성된 기판 및 상기 연결 핀이 관통하며 상기 패드에 대응하는 복수개의 제 1 콘택홀이 형성된 프로브 기판, 상기 제 1 콘택홀 및 상기 패드에 대응하여 상기 연결 핀이 관통하는 복수개의 제 2 콘택홀이 형성되어 있으며 상기 기판과 직접 마주하는 프로브 정렬 기판, 및 상기 프로브 기판과 상기 프로브 정렬 기판 사이에 위치하며 상기 복수개의 제 1 콘택홀에 대응되는 오픈 영역이 관통 형성된 보강 기판을 포함하는 프로브 기판 조립체를 포함하되, 상기 제 2 콘택홀은 상기 제 2 콘택홀을 관통한 상기 연결 핀을 고정하는 것인 프로브 카드를 제공한다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로브가 웨이퍼 칩과 접촉할 때의 하중 압력에 의해서 프로브 기판이 변형되지 않는 프로브 기판 조립체를 제공할 수 있다.
또한, 프로브의 하단부가 공간 변환기의 상부 패드에 정확하게 정렬되고 프로브의 하단부가 고정되어 있어 복수의 프로브와 공간 변환기가 일괄 접속될 수 있는 프로브 기판 조립체를 제공할 수 있다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4b는 프로브 기판에 삽입 연결되는 프로브 구조물을 나타낸 수직 단면도이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 프로브(1)는 웨이퍼 칩에 직접 접촉되는 프로브 팁(10)과, 프로브 팁(10)에 굴곡된 형태로 연결되며 웨이퍼 칩에 접촉되었을 때 하중 압력을 완충시켜주는 탄성체 부분(12)과, 탄성체 부분(12)에 연결되어 있으며 프로브 기판에 수평 방향으로 정렬시키기 위한 기저 부분(13)과, 기저 부분(13)에 수직으로 연결되며 프로브 카드의 프로브 기판을 통해 공간 변환기(MLC(Multi Layer Ceramic) 기판) 또는 기타 기판(미도시)에 연결되는 연결 핀(14)을 포함한다.
이 때, 프로브 팁(10), 탄성체 부분(12), 기저 부분(13) 및 연결 핀(14)은 전기가 통하는 도전성 물질로 이루어진다.
탄성체 부분(12)은 탄성체로 구성되며 프로브 팁(10)에 수직으로 길게 연장된 바 부분(12a)과 기저 부분(13)에 S형태로 연결된 굴곡 부분(12b)으로 구성된다. 이 때, 기저 부분(13)에 연결된 탄성체 부분(12)의 굴곡 부분(12b)은 보조 패턴(12c)을 추가하여 복수개의 프로브(1)가 웨이퍼 칩과의 접촉시 발생하는 하중 압 력에 의한 응력 집중을 막아 프로브(1)의 소성 변형을 방지한다.
그리고, 탄성체 부분(12)과 연결 핀(14)은 기저 부분(13)의 상, 하에 각각 형성되는데, 특히 서로 인접된 위치에 형성된다.
그러므로 프로브(1)가 웨이퍼 칩에 접촉되었을 때, 프로브 팁(10)에 S형태로 굴곡되게 연결된 탄성체 부분(12)에 의해 프로브 팁(10)에 인가되는 하중 압력이 완충될 수 있다.
또한, 연결 핀(14)의 하부에 웨이퍼 칩에 접촉할 때 발생하는 하중 압력을 완충시켜주는 연결 탄성체 부분(18)과 기저 부분(13)으로부터 연결 핀(14) 방향으로 돌출된 패턴으로 이루어진 정렬 핀(16)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 정렬 핀(16)에 의해 프로브(1)를 프로브 기판에 삽입하여 연결할 때 콘택홀의 수직 방향으로 프로브(1)의 정렬 위치를 자동으로 찾을 수 있다.
도 5a 내지 도 5i는 프로브 제조 방법을 간략하게 설명하기 위한 공정 순서도이다. 이들 도면을 참조하여 MEMS(MicroElectric Mechanical System) 방식에 의한 프로브 제조 방법의 일 실시예를 설명한다.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판으로서 {100} 방향의 실리콘 웨이퍼(30)위에 물리 기상 증착법(PVD:Physical Vapor Deposition) 또는 증발기(evaporator)에 의해 도전층(32)으로서 금속 또는 금속 합금을 형성한다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 도전층(32)상에 포토레지스트층(34)을 도포한다. 포토레지스트층(34)을 도포하는 방식으로는 스핀 코팅(spin coating) 방식을 사용할 수 있는데, 이는 실리콘 웨이퍼(30)를 회전시키면서 실리콘 웨이퍼(30)상에 포 토레지스트를 분사 코팅하는 방식이다.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(34)상에 프로브 패턴(38)이 미리 정의된 마스크(36)를 실리콘 웨이퍼(30)의 {100} 방향으로 정렬시키고 자외선 노광 장치 등을 이용하여 포토레지스트층(34)을 노광한다. 이 때, 마스크(36)에는 프로브가 복수개의 어레이 단위로 구성되어 있으며 각 프로브는 하나의 어레이에 함께 연결된 프로브 패턴(38)이 형성되어 있다. 프로브 패턴(38)은 도 4b에 도시된 바와 같이 프로브 팁(10)과, S형태로 굴곡된 형태의 탄성체 부분(12)과, 기저 부분(13)과 연결 핀(14) 등을 포함한다.
계속해서 도 5d에 도시된 바와 같이, 노광된 포토레지스트층(34)에 현상 공정을 진행하여 마스크(36)의 프로브 패턴(38)에 따라 패터닝된 포토레지스트층(34a)이 형성된다.
도 5e에 도시된 바와 같이, 도금 공정 등을 진행하여 패터닝된 포토레지스트층(34a)에 의해 오픈된 도전층(32) 상부에 Ni 또는 NiCo, NiFe, NiW 등의 Ni합금을 도금하여 프로브 구조물(39)을 형성한다.
위와 같은 도금 공정을 진행한 후, 각 어레이 단위의 프로브 구조물(39)에서 화학적 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정에 의해 프로브 팁의 단면을 평탄화한다.
이 후, 도 5f 및 도 5g에 도시된 바와 같이, 에싱(ashing) 공정 또는 습식 제거 공정을 진행하여 패터닝된 포토레지스트층(34a)을 제거한 후, 제 1 습식 식각 공정에 의해 실리콘 웨이퍼(30)를 식각하여 제거한다. 결국, 프로브 구조물(39)과 그 하부의 도전층(32)만 남고 실리콘 웨이퍼(30)는 제거된다.
다음으로, 도 5h에 도시된 바와 같이, 제 2 습식 식각 공정을 진행하여 프로브 구조물(39)로부터 도전층(32)을 제거한 후, 복수개의 어레이로 연결된 프로브 구조물(39)을 각각의 어레이별로 분리한다. 이 때, 어레이별로 분리된 프로브 구조물(39)은 프로브가 서로 연결된 상태로 습식 식각 공정 또는 기계적 공정 등을 이용하여 2차원적인 프로브 팁 끝단을 피라미드 형태로 가공한다.
그 후, 도 5i에 도시된 바와 같이, 각각의 어레이별로 분리된 프로브 구조물(39)에서 각 프로브(1)를 커터기(cutter) 등으로 하나씩 절단하여 서로 분리한다.
한편, 상기의 프로브 제조 공정은 종래와 같이 실리콘 산화막(SiO2) 등의 희생층 증착 공정을 사용하지 않고 실리콘 웨이퍼를 대신 사용하여 희생층 제거 공정시 프로브의 도전층 재질(예를 들어, Ni 등)이 희생층 제거용 식각 용액과 반응하여 발생하는 프로브의 식각 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 마스크(36)를 실리콘 웨이퍼(30)의 {100} 방향에 맞추어 정렬시키고 노광 및 현상 공정을 진행하여 프로브 패턴(38) 영역을 정의하는 패터닝된 포토레지스트층(34a)을 형성한다. 실리콘 웨이퍼(30)는 방향성에 따라 식각 속도의 차이가 크기 때문에 프로브 팁 방향을 식각 속도가 빠른 {100} 방향으로 맞추도록 마스크(36)를 정렬함으로써 도전층(32) 하부의 실리콘 웨이퍼(30)를 식각할 때, 프로브 팁 부분의 실리콘 웨이퍼(30)의 식각 속도를 높여 공정 시간을 단축할 수 있고, 프 로브 팁 부분에서의 실리콘 식각 불량을 방지할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 프로브 팁의 선단을 가공하기 전과 후의 형상을 각각 도시한 사시도이다.
프로브 팁(10)의 선단을 어레이 단위로 습식 식각 공정 또는 기계적 가공 등을 이용하여 피라미드 형태로 가공하여 프로브를 완성하게 된다.
도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 기판 조립체를 제조하는 과정을 나타낸 공정 순서도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(41)상에 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 포토레지스트층(42)을 형성한다.
이 후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(42) 상부에 복수개의 콘택홀 어레이 패턴을 가지는 마스크(44)를 이용하여 포토레지스트층(42)을 노광한다. 이 때, 포토레지스트층(42)은 자외선 노광 장치, 엑스레이(X-ray) 노광 장치, 전자 빔(E-beam) 노광 장치 등을 이용하여 노광될 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 노광된 포토레지스트층(42)에 현상 공정을 진행하여 마스크(44)의 콘택홀 어레이 패턴에 따라 패터닝된 포토레지스트층(42a)을 형성한다.
다음으로, 도 7d에 도시된 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트층(42a)에 의해 오픈된 실리콘 웨이퍼(41)에 식각 공정을 이용하여 실리콘 웨이퍼(41)가 수직으로 관통되는 복수개의 콘택홀 어레이(46)를 형성한다. 이 때, 딥 실리콘 식각 공정을 위한 마스크는 포토레지스트층 이외에 금속막이나 실리콘 산화막 등의 하드 마스크 를 이용할 수도 있다.
계속해서, 도 7e에 도시된 바와 같이, 에싱(ashing) 공정을 진행하여 패터닝된 포토레지스트층(42a)을 제거한다. 포토레지스트층(42a)을 제거하는 또 다른 방법으로, 예를 들면, O2 플라즈마 방법이나 황산과 과산화수소 혼합 용액을 이용하는 방법을 들 수 있다. 그리고, 콘택홀 어레이(46)가 형성된 실리콘 웨이퍼(41) 전체에 절연 박막(48)을 화학 기상 증착(CVD:Chemical Vapor Deposition) 공정 등으로 얇게 증착하여 프로브 기판(40)을 완성한다. 이 때, 절연 박막(48)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등을 증착한 후, 폴리머 계열의 절연막을 추가로 증착하여 형설될 수 있다. 또한, 절연 박막(48)은 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 증착하지 않고 폴리머 계열의 절연막만을 증착하여 형성될 수도 있으며, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 폴리머 계열의 절연막을 모두 증착하여 형성될 수도 있다.
그 후, 도 7f 및 도 7g에 도시된 바와 같이, 실리콘, 유리, 세라믹 또는 금속 등으로 이루어지는 기판(51)을 마련하고, 밀링 등의 기계 가공으로 기판(51)을 가공하여 프로브 기판(40)의 복수개의 콘택홀 어레이(46) 영역에 대응되는 오픈 영역(52)이 형성된 보강 기판(50)을 완성한다. 보강 기판(50)은 프로브 기판(40)의 취약한 강성을 보강하는 역할을 한다.
이 때, 오픈 영역(52)은 기판(51)을 관통하도록 가공하여 형성되며, 오픈 영역(52)은 타원형, 직사각형 등의 형상을 가질 수 있으나 콘택홀 어레이(46) 영역을 포함할 수 있으면 어떤 형태라도 좋다. 본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의상 오픈 영역(52)의 형태는 가로로 길게 연장된 타원형으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 프로브 기판(40)의 복수개의 콘택홀 어레이(46) 영역에 대응하도록 역시 복수개의 오픈 영역(52)을 형성하였으나, 이들 콘택홀 어레이(46) 영역을 포함할 수 있고 프로브 기판(40)의 취약한 강성을 보강해 줄 수 있는 형태이면, 예를 들어, 이들 복수개의 오픈 영역(52)을 모두 포함하는 하나의 개구부를 형성하여도 무방하다.
도 7h 및 도 7i에 도시된 바와 같이, 절연 박막(48)이 증착된 콘택홀 어레이(46)가 형성된 프로브 기판(40)과 오픈 영역(52)을 가지는 보강 기판(50)을 오픈 영역(52)에 콘택홀 어레이(46) 영역이 수직으로 포함되도록 서로 정렬하고, 프로브 기판(40)과 보강 기판(50)을 직접 본딩(direct bonding), 애노딕 본딩(anodic bonding), 중간층 삽입 본딩(intermediate layer bonding) 등에 의해 접합한다.
이 후, 도 7j에 도시된 바와 같이, 프로브 기판(40)을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 프로브 정렬 기판(60)을 형성한 후, 상단에 프로브 기판(40)이 부착된 보강 기판(50)의 하부에 프로브 정렬 기판(60)을 접합한다. 이 때, 보강 기판(50)과 프로브 정렬 기판(60)은 프로브 기판(40)과 보강 기판(50)을 접합할 때와 마찬가지 방식으로 직접 본딩, 애노딕 본딩, 중간층 삽입 본딩 등에 의해 접합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 프로브 기판(40)과 보강 기판(50)을 접합시킨 후, 보강 기판(50)과 프로브 정렬 기판(60)을 접합하는 것으로 하였지만, 이들 3개의 기판을 동시에 접합시킬 수도 있음은 물론이다.
또한, 최상단층인 프로브 기판(40)의 콘택홀(46)과 최하단층인 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66)이 수직적으로 정확하게 정렬될 수 있도록 접합하는 것이 중요하다.
이렇게 하여 프로브 기판(40), 보강 기판(50) 및 프로브 정렬 기판(60)이 순서대로 연결된 프로브 기판 조립체(70)가 완성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 기판 조립체(70)는 프로브 기판(40)의 하단에 프로브 기판(40)의 강성을 보강해주는 보강 기판(50)이 연결되어 있으므로 복수개의 프로브(1)가 웨이퍼 칩과의 접촉시에 발생하는 하중 압력에도 프로브 기판(40)이 변형되지 않는 구조를 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브가 삽입 연결된 프로브 기판 조립체와 공간 변환기를 전기적으로 연결한 상태의 단면도이다.
먼저, 프로브(1)의 연결 핀(14)을 프로브 기판(40)의 콘택홀(46)에 삽입 통과시킨다. 이 때, 프로브 기판(40)의 콘택홀(46)과 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66)이 서로 정확하게 정렬되어 있기 때문에 프로브 기판(40)의 콘택홀(46)과 보강 기판(50)의 오픈 영역(52)을 차례로 통과한 프로브(1)의 연결 핀(14)은 자연스럽게 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66)에 삽입되어 통과된다.
도시하지는 않았지만, 프로브(1)와 프로브 기판(40)이 접합되는 기저 부분(13)과 프로브(1)의 연결 핀(14)과 프로브 정렬 기판(60)이 접합되는 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66) 부분에는 UV 또는 열 에폭시 등의 본딩 물질이 칠해져 있다.
한편, 공간 변환기(80)의 상부면 및 하부면에는 각각 복수개의 패드가 형성 되어 있다. 공간 변환기(80)의 상부면에 형성된 상부 패드(81)는 프로브(1)에 대응하고, 하부면에 형성된 하부 패드(미도시)는 인쇄 회로 기판(PCB:Print Circuit Board)에 대응하며, 상부면 및 하부면 상의 패드는 공간 변환기(80)의 내부 배선에 의해 전기적으로 서로 연결된다.
공간 변환기(80)의 상부 패드(81)는 웨이퍼 칩의 피치가 감소함에 따라 높은 집적도를 가지고 있어야 하며, 공간 변환기(80)의 하부 패드는 인쇄 회로 기판에 연결되기 때문에 상대적으로 낮은 집적도를 가지게 된다. 이처럼, 공간 변환기(80)는 공간 변환기(80)의 상부면 및 하부면에 형성되는 패드를 전기적으로 연결함과 동시에 패드 간의 간격 등 패드 피치를 변환한다.
이러한 공간 변환기(80)는 MLC(Multi Layer Ceramic) 기판으로 형성된다. MLC기판의 상부면 및 하부면에 형성된 기판 표면에는 패드가 형성되고, MLC기판 각각에 형성된 콘택홀에는 은 페이스트(Ag paste) 등을 채워 콘택을 형성하며, 이러한 기판을 연속적으로 적층함으로써 대응하는 양 표면의 패드가 서로 전기적으로 연결된다. 물론, 전술한 공간 변환기(80)의 구조는 일 예시에 불과하며 본 발명에 있어서 공간 변환기(80)는 양 표면의 패드가 MLC기판을 통해 전기적으로 연결되어 있는 것으로 충분하다.
이 후, 하단이 프로브 정렬 기판(60)에 고정된 프로브(1)의 연결 핀(14)은 공간 변환기(80)의 상부 패드(81)에 전기적으로 접속된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로브 기판 조립체(70)에 프로브(1)가 삽입 고정되어 프로브(1)의 연결 핀(14) 또한 프로브 정렬 기판(60)에 고정되어 있으므로 프로브 기판 조립체(70)와 공간 변환기(80)을 정확하게 정렬시키면, 복수개의 프로브(1)를 공간 변환기(80)의 상부 패드(81)에 용이하게 일괄 접속할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 개략적인 구조를 도시한 사시도이다.
먼저, 프로브 기판(40), 보강 기판(50) 및 프로브 정렬 기판(60)으로 구성되는 프로브 기판 조립체(70)에 프로브(1)의 연결 핀(14)이 프로브 기판(40), 보강 기판(50) 및 프로브 정렬 기판(60)을 차례로 통과하도록 삽입 연결된다.
이 때, 프로브 기판 조립체(70)의 최상단인 프로브 기판(40)의 콘택홀(46)과 프로브 기판 조립체(70)의 최하단인 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66)이 수직으로 정렬되어 있기 때문에 프로브(1)가 용이하게 삽입될 수 있으며, 프로브(1)의 연결 핀(14)은 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66)에 에폭시 등의 본딩 물질로 접착이 되어 있기 때문에 프로브(1)의 연결 핀(14)의 하단부를 움질일 수 없도록 고정시킬 수 있다.
이 후, 프로브(1)가 삽입 연결된 프로브 기판 조립체(70)가 공간 변환기(80)와 전기적으로 연결된다. 이 때, 프로브 기판 조립체(70)의 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66)과 공간 변환기(80)의 상부 패드(81)를 수직적으로 정렬시키면, 그에 따라 자동으로 프로브(1)의 연결 핀(14)과 공간 변환기(80)의 상부 패드(81)는 정확하게 정렬된다. 또한, 프로브(1)의 연결 핀(14)이 프로브 정렬 기판(60)의 콘택홀(66)에 고정되어 있기 때문에 복수개의 프로브(1)를 공간 변환기(80)의 상부 패드(81)에 일괄적으로 연결해도 정확한 정렬을 이룰 수 있다.
다음으로, 공간 변환기(80)의 하부 패드(82)를 포고 블럭(90)내 포고 핀(91)을 통해서 인쇄 회로 기판(PCB)(200)에 직접 마운팅하여 프로브 카드를 형성한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 프로브 카드의 개략적인 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 프로브 기판에 보강 기판을 접합시키는 방법을 도시한 사시도이다.
도 3은 종래의 프로브 기판과 공간 변환기를 전기적으로 연결한 상태의 단면도이다.
도 4b는 프로브 기판에 삽입 연결되는 프로브 구조물을 나타낸 수직 단면도이다.
도 5a 내지 도 5i는 프로브 제조 방법을 간략하게 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 6a 및 도 6b는 프로브 팁의 선단을 가공하기 전과 후의 형상을 도시한 사시도이다.
도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 기판 조립체를 제조하는 과정을 나타낸 공정 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 기판 조립체와 공간 변환기를 전기적으로 연결한 상태의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 개략적인 구조를 도시한 사시도이다.

Claims (7)

  1. 피검사체에 접촉하는 프로브 팁 및 상기 프로브 팁으로부터 연장된 연결 핀을 포함하는 프로브, 및 상기 연결 핀이 접속하는 패드가 형성된 기판을 포함하는 프로브 카드에 사용되는 프로브 기판 조립체에 있어서,
    상기 연결 핀이 관통하며 상기 패드에 대응하는 복수개의 제 1 콘택홀이 형성된 프로브 기판,
    상기 제 1 콘택홀 및 상기 패드에 대응하여 상기 연결 핀이 관통하는 복수개의 제 2 콘택홀이 형성되어 있으며, 상기 기판과 직접 마주하는 프로브 정렬 기판 및
    상기 프로브 기판과 상기 프로브 정렬 기판 사이에 위치하며, 상기 복수개의 제 1 콘택홀에 대응되는 오픈 영역이 관통 형성된 보강 기판을 포함하되,
    상기 제 2 콘택홀은 상기 제 2 콘택홀을 관통한 상기 연결 핀을 고정하는 것인 프로브 기판 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택홀 및 상기 제 2 콘택홀 중 상기 제 2 콘택홀 이상의 너비는 상기 연결 핀의 두께와 실질적으로 동일한 것인 프로브 기판 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 콘택홀에는,
    상기 제 2 콘택홀을 관통한 상기 연결 핀을 상기 제 2 콘택홀에 고정시키는 본딩 물질이 칠해져 있는 것인 프로브 기판 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택홀, 상기 오픈 영역 및 상기 제 2 콘택홀은 수직적으로 정렬되어 있는 것인 프로브 기판 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브 기판, 상기 보강 기판 및 상기 프로브 정렬 기판 중 둘 이상은 상호 접합되어 있는 것인 프로브 기판 조립체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 프로브 기판 조립체를 이용한 프로브 카드의 제조 방법에 있어서,
    상기 프로브의 상기 연결 핀을 상기 제 1 콘택홀, 상기 오픈 영역 및 상기 제 2 콘택홀 순으로 통과시켜 상기 제 2 콘택홀을 통과한 상기 연결 핀을 고정하는 단계,
    상기 프로브 정렬 기판의 상기 제 2 콘택홀과 상기 기판의 패드를 수직적으로 정렬 시키는 단계 및
    상기 프로브의 상기 연결 핀을 상기 기판의 패드에 연결하는 단계
    를 포함하는 프로브 카드의 제조 방법.
  7. 프로브 카드에 있어서,
    피검사체에 접촉하는 프로브 팁 및 상기 프로브 팁으로부터 연장된 연결 핀을 포함하는 프로브,
    상기 연결 핀이 접속하는 패드가 형성된 기판 및
    상기 연결 핀이 관통하며 상기 패드에 대응하는 복수개의 제 1 콘택홀이 형성된 프로브 기판, 상기 제 1 콘택홀 및 상기 패드에 대응하여 상기 연결 핀이 관통하는 복수개의 제 2 콘택홀이 형성되어 있으며 상기 기판과 직접 마주하는 프로브 정렬 기판, 및 상기 프로브 기판과 상기 프로브 정렬 기판 사이에 위치하며 상기 복수개의 제 1 콘택홀에 대응되는 오픈 영역이 관통 형성된 보강 기판을 포함하는 프로브 기판 조립체
    를 포함하되,
    상기 제 2 콘택홀은 상기 제 2 콘택홀을 관통한 상기 연결 핀을 고정하는 것 인 프로브 카드.
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