KR20100046011A

KR20100046011A - 마이크로 전기 기계 시스템을 수리하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100046011A
Application number: KR1020107003286A
Authority: KR
Inventors: 라크쉬미칸스 남부리; 라피 가라베디안
Original assignee: 터치다운 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2010-05-04
Also published as: WO2009011696A1; WO2009011696A8; KR101368139B1; JP2010533861A

Abstract

반도체 테스트에 사용하기 위한 프로브 카드들을 포함하는 MEMS 시스템들을 수리하기 위한 새로운 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드는 기판; 상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브-상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 형성하도록 적응됨-; 및 상기 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브를 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조된다. 또한, 수리될 수 있는 새로운 프로브 카드가 개시된다. 구체적으로, 반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드는 기판; 및 상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브를 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 형성하도록 적응되고, 상기 복수의 동작 프로브는 전압의 인가에 의해 활성화되는 희생 재료를 포함한다. 프로브 카드로부터 손상된 프로브를 제거하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브를 포함하는 프로브 카드로부터 손상된 프로브를 제거하며, 복수의 동작 프로브는 손상된 프로브 및 전압의 인가에 의해 활성화되는 희생 재료를 포함한다. 이 방법은 손상된 프로브를 식별하는 단계; 손상된 프로브에 전압을 인가하는 단계; 손상된 프로브를 에칭 용액에 노출시키는 단계; 및 손상된 프로브를 프로브 카드로부터 제거하는 단계를 포함한다. 프로브 카드로부터 손상된 프로브를 수리하기 위한 제2 방법이 개시된다. 이 방법은 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브 및 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브를 포함하는 프로브 카드로부터 손상된 프로브를 수리하며, 복수의 동작 프로브 및 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조된다. 이 방법은 손상된 동작 프로브를 식별하는 단계; 프로브 카드로부터 손상된 동작 프로브를 제거하는 단계; 기판으로부터 복수의 교체 프로브 중 하나를 분리하는 단계; 및 복수의 교체 프로브로부터 분리된 하나의 프로브를 손상된 동작 프로브가 제거된 곳에 설치하는 단계를 포함한다. 이러한 장치들 및 방법들에 대한 여러 개량들이 개시된다.

Description

마이크로 전기 기계 시스템을 수리하기 위한 장치 및 방법{A DEVICE AND METHOD FOR REPAIRING A MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM}

본 발명은 반도체 테스트에 사용하기 위한 프로브 카드를 포함하는 마이크로 전기 기계 시스템의 수리에 관한 것이다.

집적 회로들은 벌크 병렬 프로세스에서 반도체 웨이퍼들을 패터닝하고 가공함으로써 제조된다. 각각의 웨이퍼는 "다이"라고 하는 동일 집적 회로의 많은 동일 사본들을 포함한다. 다이가 개별 집적 회로들로 절단되고, 판매를 위해 패키지되기 전에, 반도체 웨이퍼들을 테스트하는 것이 바람직할 수 있다. 결함이 검출되는 경우, 자원들을 결함 있는 부품의 패키징에 낭비하기 전에, 결함 있는 다이를 식별해낼 수 있다. 개별 다이는 개별 집적 회로들로 절단되어 패키지된 후에 테스트될 수도 있다.

일반적으로 테스트 중인 장치 또는 DUT로 지칭되는 웨이퍼 또는 개별 다이를 테스트하기 위하여, DUT의 표면과 접촉하는 마이크로 전기 기계(MEMS라고 함) 프로브 카드 어셈블리가 사용된다. 프로브 카드는 일반적으로 3 가지 고유 특성을 포함하는데, 즉 (1) 개별 프로브들의 XY 어레이가 다이 패드와의 접촉을 허가하기 위해 Z 방향으로 움직이고, (2) 전기 인터페이스가 카드를 회로 테스트 장치에 접속하며, (3) 프로브 카드가 적절한 위치에 정확히 장착될 수 있도록 하는 단단한 기준면이 정의된다. 프로브 카드가 다이 패드와 접촉하게 될 때, Z 방향 이동은 프로브 팁과의 확실한 접촉을 제공한다. 프로브 카드는 궁극적으로 회로 테스트 장치가 DUT에 임시로 접속되는 것을 허가하는 전기 인터페이스를 제공한다. 이러한 다이 테스트 방법은 많은 다이를 동시에 테스트할 수 있으므로 매우 효율적이다. 이러한 효율성을 훨씬 더 높이기 위하여, 프로브 카드 제조자들은 점점 증가하는 수의 프로브를 갖춘 더 큰 프로브 카드들을 제조하고 있다.

현재, 반도체 다이를 테스트하기 위하여 두 가지 타입의 프로브 설계, 즉 외팔보 및 비틀림 설계들이 사용된다. 도 7a 및 7b는 종래의 외팔보 프로브를 나타낸다. 프로브(705)는 프로브 팁(710), 휨 요소(715), 및 기판(725)에 실장되는 프로브 베이스(720)를 포함한다. 이러한 전체 기판은 본 명세서에서 프로브 카드로서 지칭된다. 전체 프로브 카드는 일반적으로 (화살표 730으로 도시된) Z 방향으로 움직여, 휨 요소(715)가 휘게 하고, 프로브 팁(710)이 테스트 중인 다이 패드와 접촉하게 한다. 도 7b는 프로브 휨 요소(735)가 다이와 접촉하는 동안에 어떻게 휘는지를 보여준다. 개별 프로브가 DUT 접촉 패드와 접촉을 형성하도록 이동함에 따라(이러한 이벤트는 터치다운이라 함), 프로브 팁은 접촉 패드를 스크러빙하며, 이는 다이와의 전기적 접촉을 완전하게 하여 테스트가 시작될 수 있게 한다. 통상적으로 알루미늄인 다이 접촉 패드들은 종종 얇은 알루미늄 산화물 층 또는 다른 보호 코팅으로 코팅되며, 프로브 팁은 전기적 접속을 완전하게 하기 위해 코팅을 관통해야 한다. 테스트가 완료되면, 프로브(705)는 다이 패드로부터 떨어지며, 프로브는 그의 원래 위치로 탄력적으로 복귀한다.

제2 타입의 프로브는 비틀림 설계에 기초한다. 예를 들어, 미국 특허 제6,426,638호는 비틀림 스프링 설계를 설명하고 있다. 도 8은 비틀림 프로브 설계를 나타낸다. 프로브 팁(81)은 DUT 접촉 패드와 접촉함에 따라, 팁(81)에 수직으로 인가되는 힘에 응답하여 유연하게 움직인다. 팁(81)의 수직 이동은 아암(82)을 누르고, 비틀림 요소(83)를 화살표(90)로 지시되는 방향으로 비틀림에 의해 휘게 한다. 비틀림 요소(83)는 비틀림 스프링으로서 사용되며, 따라서 팁(81)에 복원력을 가한다.

비틀림 또는 외팔보의 이러한 프로브들은 손상될 수 있고, 교체되어야 한다. 손상은 반복 사용에 기인할 수 있다. 예를 들어, 각각의 프로브는 수천 번의 터치다운을 경험할 수 있으며, 통상의 소모를 통해 손상될 수 있다. 다른 가능성은 프로브가 시작부터 결함을 가지며, 너무 빨리 파손되는 것이다. 그리고, 또 다른 가능성은 프로브 카드가 잘못 다루어져 프로브들이 손상되는 것이다. 손상의 이유에 관계없이, 손상된 프로브를 수리하여, 전체 프로브 카드를 서비스에 복귀시키는 것이 종종 유리하다.

종래의 기술들을 이용하여 프로브 카드를 수리하기 위하여, 프로브 카드의 제조자는 먼저 새로운 프로브를 생성하고, 프로브 카드로부터 손상된 프로브를 제거하고, 새로운 프로브를 프로브 카드에 설치해야 한다. 예를 들어, 미국 특허 제5,190,637호, 제6,436,802호, 제6,452,407호, 제6,297,164호 및 제6,520,778호는 프로브 구조들을 형성하는 방법들을 설명하고 있다. 미국 특허 제6,777,319호는 스프링 콘택을 절단하고 스터브(stub)를 남김으로써 또는 솔더(solder)가 스프링을 릴리스하게 하는 국지화된 가열에 의해 스프링 콘택을 먼저 제거함으로써 스프링 콘택에서 수리하는 방법을 설명하고 있다. 미국 특허 제6,523,255호는 또한 손상된 프로브 와이어를 수리하는 방법을 설명하고 있는데, 여기서 손상된 프로브 와이어는 "와이어가 와이어의 베이스에서 균열될 때까지 와이어를 당김으로써" 제거된다.

그러나, 이러한 기술들은 여러 단점을 갖는다. 예를 들어, 새로운 프로브를 생산하는 데에 여러 주가 걸릴 수 있다. 이것은 프로브 카드를 어셈블리 라인으로부터 분리함으로써 엄청난 비효율을 유발할 뿐만 아니라, 그 후의 소수의 교체 프로브들의 생산이 매우 고가일 수 있다. 또한, 새로 생산되는 프로브들은 제조 기술들의 변동들로 인해 아마도 원래 프로브들과 동일한 특성을 갖지 못할 것이다. 이것은 새로 교체된 프로브가 아마도 프로브 카드 상의 다른 프로브들과 상이하게 동작하며, 결과적으로 수리된 프로브 카드가 서비스에 다시 투입될 때 잠재적 비효율을 유발할 것이라는 것을 의미한다. 또한, 미국 특허 제6,523,255호 및 제6,777,319호에 설명된 바와 같은 손상된 프로브를 제거하기 위한 현재 기술들은 적절하지 못하며, 인접 영역의 다른 프로브들을 손상시킬 수 있다.

따라서, 저가이고, 빠르고, 정확한 MEMS 프로브 카드들을 수리하기 위한 구조 및 방법이 필요하다.

<발명의 요약>

반도체 테스트에 사용하기 위한 프로브 카드들을 포함하는 MEMS 시스템들을 수리하기 위한 새로운 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드는 기판; 상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브-상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 형성하도록 적응됨-; 및 상기 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브를 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조된다. 이 실시예의 개량들에 있어서, 상기 제조 프로세스는 원하는 구조가 형성될 때까지 마스킹, 머시닝 및 전기 도금을 포함할 수 있다. 상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 비틀림 프로브 설계 또는 외팔보 프로브 설계를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 교체 프로브는 릴리스 층을 포함할 수 있다. 이러한 릴리스 층은 전압의 인가에 의해 활성화될 수 있다.

또한, 수리될 수 있는 새로운 프로브 카드가 개시된다. 구체적으로, 반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드는 기판; 및 상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브를 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 형성하도록 적응되고, 상기 복수의 동작 프로브는 전압의 인가에 의해 활성화되는 희생 재료를 포함한다.

다른 실시예에서, 또 다른 새로운 프로브 카드가 개시된다. 즉, 반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드는 기판; 및 상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브를 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 형성하도록 적응되고, 상기 복수의 동작 프로브는 전압의 인가에 의해 활성화되는 릴리스 층을 포함한다.

프로브 카드로부터 손상된 프로브를 제거하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브를 포함하는 프로브 카드로부터 손상된 프로브를 제거하며, 복수의 동작 프로브는 손상된 프로브 및 전압의 인가에 의해 활성화되는 희생 재료를 포함한다. 이 방법은 손상된 프로브를 식별하는 단계; 손상된 프로브에 전압을 인가하는 단계; 손상된 프로브를 에칭 용액에 노출시키는 단계; 및 손상된 프로브를 프로브 카드로부터 제거하는 단계를 포함한다. 이 실시예의 개량들에서, 프로브 카드는 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브를 더 포함할 수 있고, 복수의 동작 프로브 및 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조되며, 이 방법은 기판으로부터 복수의 교체 프로브 중 하나를 분리하는 단계; 및 분리된 하나의 프로브를 손상된 프로브가 제거된 곳에 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 복수의 교체 프로브로부터 하나의 프로브를 분리하는 단계는 기계적인 뜯기(plucking), 기계적인 전단(shearing), 레이저 절단, 전압 활성화 에칭, 희생층 에칭 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 방법에서 사용되는 프로브 카드 상의 복수의 프로브는 제2 전압의 인가에 의해 활성화되는 릴리스 층을 더 포함할 수 있으며, 상기 복수의 교체 프로브로부터 하나의 프로브를 분리하는 단계는 하나의 프로브에 제2 전압을 인가하는 단계 및 하나의 프로브를 제2 에칭 용액에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 복수의 교체 프로브로부터 하나의 프로브의 분리는 프로브 카드가 서비스에 투입되기 전에 수행될 수 있다. 마지막으로, 분리된 하나의 프로브를 설치하는 단계는 다이 본더 또는 다른 적절한 수단을 이용하여 수행될 수 있다.

프로브 카드로부터 손상된 프로브를 수리하기 위한 방법이 또한 개시된다. 이 방법은 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브 및 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브를 포함하는 프로브 카드로부터 손상된 프로브를 수리하며, 복수의 동작 프로브 및 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조된다. 이 방법은 손상된 동작 프로브를 식별하는 단계; 프로브 카드로부터 손상된 동작 프로브를 제거하는 단계; 기판으로부터 복수의 교체 프로브 중 하나를 분리하는 단계; 및 복수의 교체 프로브로부터 분리된 하나의 프로브를 손상된 동작 프로브가 제거된 곳에 설치하는 단계를 포함한다. 이 실시예의 개량들에서, 복수의 교체 프로브는 전압의 인가에 의해 활성화되는 릴리스 층을 포함하고, 복수의 교체 프로브로부터 하나의 프로브를 분리하는 단계는 하나의 프로브에 전압을 인가하는 단계; 및 하나의 프로브를 에칭 용액에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 또한, 복수의 교체 프로브로부터 하나의 프로브를 분리하는 단계는 기계적인 뜯기, 기계적인 전단, 레이저 절단, 전압 활성화 에칭, 희생층 에칭 및 이들의 조합에 의해 수행될 수 있으며, 프로브 카드가 서비스에 투입되기 전에 수행될 수 있다. 분리된 하나의 프로브를 설치하는 단계는 다이 본더 또는 다른 적절한 수단을 이용하여 수행될 수 있다. 마지막으로, 손상된 동작 프로브를 제거하는 단계는 기계적 뜯기, 기계적 전단, 레이저 절단, 전압 활성화 에칭 및 이들의 조합에 의해 달성될 수 있다.

도 1a는 복수의 동작 프로브 및 복수의 교체 프로브 양자를 구비하는 새로운 프로브 카드를 나타낸다.
도 1b는 복수의 교체 프로브 및 복수의 동작 프로브를 도 1보다 높은 배율로 나타낸다.
도 2a 및 2b는 릴리스 층을 구비한 새로운 외팔보 프로브 구조를 나타낸다.
도 2c 및 2d는 릴리스 층을 구비한 새로운 비틀림 프로브 구조를 나타낸다.
도 3a는 외팔보 프로브 베이스가 전압에 의해 활성화되는 릴리스 층을 포함하는 새로운 프로브 카드 설계를 나타낸다.
도 3b는 전체 외팔보 프로브가 전압에 의해 활성화되는 희생 재료로 이루어지는 새로운 프로브 카드 설계를 나타낸다.
도 3c는 손상된 프로브가 제거되었고, 교체 프로브가 설치되고 있는 새로운 프로브 카드 설계를 나타낸다.
도 4a는 비틀림 프로브 베이스가 전압에 의해 활성화되는 릴리스 층을 포함하는 새로운 프로브 카드 설계를 나타낸다.
도 4b는 피벗을 유지하면서, 손상된 비틀림 프로브가 제거된 새로운 프로브 카드 설계를 나타낸다.
도 4c는 손상된 프로브가 제고되었고, 교체 프로브가 설치되고 있는 새로운 프로브 카드 설계를 나타낸다.
도 5는 손상된 프로브를 제거하기 위한 새로운 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 손상된 프로브를 수리하기 위한 새로운 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7a 및 7b는 외팔보 설계를 이용하는 종래 기술의 프로브의 도면들이다.
도 8은 비틀림 설계를 이용하는 종래 기술의 프로브의 도면이다.

반도체 테스트에 사용하기 위한 프로브 카드들을 포함하는 MEMS 시스템들을 수리하기 위한 새로운 장치 및 방법이 개시된다. 도 1a는 20개의 다이를 동시에 테스트하는 것을 허가하는 20개의 단일 다이 프로브 영역(105)을 포함하는 프로브 카드(100)를 나타낸다. 각각의 다이 프로브 영역(105)은 개별 다이를 테스트하기 위해 진단 컴퓨터에 접속될 수 있는 복수의 동작 프로브(110, 112)를 포함한다. 프로브 카드의 제조 동안, 추가적인 복수의 교체 프로브(115, 120)가 제조된다. 동작 프로브라는 용어는 다이를 테스트하는 데 사용되도록 의도된 프로브들을 설명하는 데 사용되며, 교체 프로브는 임의의 손상된 동작 프로브를 수리하기 위해 나중에 사용될 수 있는 프로브이다. 물론, 교체 프로브가 손상된 동작 프로브를 수리하는 데 사용되는 경우, 그 교체 프로브는 다이를 테스트하는 데 사용하기 위한 동작 프로브가 된다.

이러한 새로운 프로브 카드의 제조는 여러 방법에 의해 달성될 수 있으며, 희생층들을 이용하는 다수의 레벨의 포토리소그라피(또는 X선 리소그라피)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,190,637호는 실질적으로 임의적인 3차원 형상들을 생성할 수 있는 다수의 마스크 노출을 이용하는 방법을 설명하고 있다. 먼저, 기판의 표면 상에 도금 베이스(plating base)가 제공되며, 도금 베이스 상에 포토레지스트 층이 도포된다. 포토레지스트를 방사선에 대해 패턴으로 노출시켜, 포토레지스트가 노출된 패턴(즉, 마스크)으로 분해될 수 있게 한다. 포토레지스트가 제거되고, 포토레지스트가 제거된 영역 내의 도금 베이스 상에 제1 금속층이 전기 도금된다. 이어서, 포토레지스트의 나머지가 제거된다. 제1 주 금속층을 피복하고 둘러싸기 위하여 도금 베이스 상에 제1 보조 금속 층이 전기 도금된다. 보조 금속은 주 금속의 실질적인 에칭 없이 차별적으로 에칭될 수 있도록 선택된다. 이어서, 보조 금속의 노출 표면은 제1 주 금속층을 노출시키는 선택된 높이까지 편평한 표면으로 하향 머시닝된다. 원하는 구조가 형성될 때까지 마스킹, 머시닝 및 전기 도금의 프로세스가 반복될 수 있다. 미국 특허 제6,436,802호, 제6,452,407호, 제6,297,164호 및 제6,520,778호에 개시된 것들을 포함하는 다른 방법들이 이 분야의 기술자에게 명백할 것이다.

미국 특허 제5,190,637호에 설명된 프로세스를 이용하면, 프로브 구조들은 프로브 구조가 완성될 때까지 한 층씩 형성된다. 복수의 동작 프로브 및 교체 프로브 양자는 동일 제조 단계들에서 제조될 수 있다. 예를 들어, 동작 프로브들 및 교체 프로브들 양자에 대한 프로브 베이스는 동일 층에 형성될 수 있다. 마찬가지로, 외팔보 설계에서의 프로브 휨 요소 또는 비틀림 설계에서의 비틀림 요소는 동일 층에 형성될 수 있다.

또한, 교체 프로브들(115, 120)은 동작 프로브들과 동일한 설계를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 1b는 개별 다이를 테스트하기 위해 진단 컴퓨터에 접속될 수 있는 복수의 동작 프로브(110, 112)를 포함하는 단일 다이 프로브 영역(105)을 나타낸다. 복수의 교체 프로브(115, 120)도 도시되어 있다. 교체 프로브들(115)의 설계는 동작 프로브들(110)의 설계와 동일하고, 교체 프로브들(120)의 설계는 동작 프로브들(112)의 설계와 동일하다.

프로브 카드가 제조된 후에, 교체 프로브들은 웨이퍼 기판으로부터 분리될 수 있다. 이것은 프로브 카드가 서비스에 투입되기 전에 수행될 수 있으며, 이 경우에 프로브들은 미래의 사용을 위해 저장된다. 대안으로, 교체 프로브들은 카드가 사용을 위해 제공된 후에 분리될 수도 있다. 또한, 교체 프로브들의 모두 또는 수리를 행하는 데 필요한 충분한 수만이 제거될 수 있다.

교체 프로브의 제거는 다양한 방법에 의해 달성될 수 있다. 하나의 그러한 방법이 도 2a에 도시되어 있다. 외팔보 프로브(205)가 기판(200) 위에 형성된다. 프로브(205)는 릴리스 층(210)을 포함한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 릴리스 층은 전체 교체 프로브(215)가 기판(200)으로부터 분리되는 것을 가능하게 한다. 도 2c는 비틀림 프로브(230)에 적용되는 바와 같은 릴리스 층(225)을 나타낸다. 다시, 전체 교체 프로브(230)는 릴리스 층(225)을 이용하여 기판(235)으로부터 분리될 수 있다. 릴리스 층은 단순히, 교체 프로브 구조가 형성된 후에 에칭되는 희생층일 수 있다. 릴리스 층은 또한 층에 인가되는 전압 및 에칭 용액을 이용하여 활성화되는 희생층을 포함할 수 있다. In-situ fabrication of sacrificial layers in electrodeposited NiFe microstructures라는 제목의 Journal of MicroMechanical Microengineering, 9 (1999) 97-104를 참고한다. 복수의 교체 프로브에 대한 독립적인 전기 접속을 갖는 새로운 프로브 카드를 제조하여, 전압이 교체 프로브들에 선택적으로 인가될 수 있고, 따라서 교체 프로브들에 대해서만 용액 내에서 릴리스 층이 선택적으로 에칭되게 할 수 있다.

교체 프로브들을 구비한 새로운 프로브 카드는 여러 이점을 갖는다. 첫째, 동작 프로브들 및 교체 프로브들이 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조되므로, 이들은 동일하지는 않더라도 매우 유사한 공차를 가질 것이다. 둘째, 제조 프로세스로 인해, 교체 및 동작 프로브들 양자는 동일하거나 거의 동일한 재료 특성을 가질 것이다. 셋째, 교체 프로브들 및 동작 프로브들은 동일 설계를 가질 것이다. 넷째, 교체 프로브들에 대한 비용은 이들이 동작 프로브들과 함께 제조될 때 사소하다. 다섯째, 교체 프로브가 이미 구비되어 있으므로, 손상된 동작 프로브를 수리하는 데 필요한 시간이 훨씬 더 짧다. 마지막으로, 새로운 프로브의 사용은 손상된 동작 프로브의 수리 시간 및 비용이 감소되므로 훨씬 더 효율적일 것이다.

현재 이용 가능한 기술들은 이러한 이점들 중 어느 것도 제공하지 못한다. 현재의 기술들에서는, 오리지널 프로브 카드가 서비스에 투입된 후에 교체 프로브가 제조된다. 이것은 필요한 소수의 교체 프로브에 맞도록 머시닝을 변경해야 하므로 제조하는 데 여러 주가 걸릴 수 있다. 명백히, 소수의 교체 프로브를 제조하기 위해 머시닝을 독점하는 것은 매우 고가이고, 시간 소모적이며, 다른 프로브 카드들을 생산하는 것과 별도로 기계들을 가동한다. 또한, 별도의 제조 프로세스에서 교체 프로브들을 생산하는 것은 손상되지 않은 프로브들 및 교체 프로브의 재료 특성들 사이에 큰 편차를 유발한다. 이러한 재료 편차들은 손상되지 않은 프로브들과 비교하여 교체 프로브의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 마지막으로, 교체 프로브들의 공차는 손상되지 않은 프로브들의 공차와 다를 것이다. 프로브 카드가 최초로 제조될 때, 형성되는 다양한 구조들 사이에는 오정렬이 존재한다. 그러나, 모든 프로브가 동일 제조 프로세스에서 제조되므로, 그러한 오정렬은 프로브 카드 상의 모든 프로브에 공통이다. 오정렬이 공통이므로, 각각의 프로브는 실질적으로 동일하게 동작할 것이며, 프로브 카드는 오정렬을 교정하도록 조정될 수 있다. 그러나, 교체 프로브들이 개별 제조 프로세스에서 제조될 때, 이들은 손상되지 않은 프로브들과 공통인 오정렬을 갖지 않을 것이다. 따라서, 교체 프로브들은 손상되지 않은 프로브들과 다르게 동작할 것이다. 프로브 성능의 변화는 일반적으로 수용될 수 없고 비효율적이다. 손상된 프로브들과의 불균일한 오정렬의 문제는 3개의 정렬 포인트, 즉 베이스, 피벗 및 팁의 정렬을 필요로 하는 비틀림 프로브 설계에서 특히 중요하다.

이제, 수리 가능한 새로운 프로브 카드가 개시된다. 프로브 카드들은 여러(때로는 수천) 개의 개별 프로브를 갖는 매우 복잡한 구조이며, 각각의 프로브는 진단 컴퓨터에 대해 독립적인 전기 접속을 가질 수 있다. 이어서, 이러한 복잡한 구조를 사용하는 새로운 프로브 카드가 개시된다. 구체적으로, 도 3a를 참조하면, 외팔보 프로브(305)를 갖는 프로브 카드 기판(300)이 도시되어 있다. 프로브(305)는 전압에 의해 활성화되는 희생 재료로 제조된 릴리스 층(310)을 포함한다. 이러한 타입의 재료는 전술하였다. 또한, In-situ fabrication of sacrificial layers in electrodeposited NiFe microstructures라는 제목의 Journal of MicroMechanical Microengineering, 9 (1999) 97-104를 참고한다. 프로브가 손상된 것으로 밝혀질 때, 손상된 프로브에 전압이 인가되고, 이어서 프로브는 에칭 용액에 노출된다. 프로브 카드가 그의 다양한 프로브들에 대해 독립적인 전기 접속들을 갖는 경우, 전압은 손상된 프로브에 선택적으로 인가될 수 있으며, 따라서 선택적으로 릴리스 층이 용액 내에서 에칭될 수 있다. 릴리스 층이 에칭되면, 손상된 프로브가 기판으로부터 제거된다. 도 3b는 전체 외팔보 프로브(310)가 전압에 의해 활성화되는 희생 재료로 제조되는 실시예를 나타낸다. 손상된 프로브가 제거되면, 교체 프로브(315)가 설치될 수 있다. 또한, 프로브 패드(320)를 그대로 유지하여, 교체 프로브(315)가 프로브 카드에 대해 양호한 전기 접속을 형성할 장소를 갖게 하는 것이 바람직할 수 있다(도 3c 참조). 프로브 패드(320)는 일반적으로 금 또는 다른 전도성이 큰 재료로 제조되며, 방금 설명된 프로세스에서 에칭되지 않을 것이다. 또한, 전압에 의해 활성화되는 에칭 재료를 사용하기 전에 손상된 프로브의 일부를 기계적으로 전단하거나, 뜯거나, 레이저 절단하는 것이 바람직할 수 있다.

방금 설명된 외팔보 프로브 설계와 마찬가지로, 도 4a-4c는 수리 가능한 비틀림 프로브 설계를 도시한다. 도 4a는 기판(405)에 실장된 비틀림 프로브(400)를 도시하며, 여기서 프로브 베이스는 릴리스 층(410)을 포함한다. 릴리스 층(410)은 전압에 의해 활성화되는 희생 재료로 제조된다. 이러한 타입의 재료는 전술하였다. 또한, In-situ fabrication of sacrificial layers in electrodeposited NiFe microstructures라는 제목의 Journal of MicroMechanical Microengineering, 9 (1999) 97-104를 참고한다. 프로브가 손상된 것으로 밝혀질 때, 손상된 프로브에 전압이 인가되고, 이어서 프로브는 에칭 용액에 노출된다. 프로브 카드가 그의 다양한 프로브들에 대해 독립적인 전기 접속들을 갖는 경우, 전압은 손상된 프로브에 선택적으로 인가될 수 있으며, 따라서 선택적으로 릴리스 층이 용액 내에서 에칭될 수 있다. 릴리스 층이 에칭되면, 손상된 프로브가 기판으로부터 제거된다. 또한, 전압에 의해 활성화되는 에칭 재료를 사용하기 전에 손상된 프로브의 일부를 기계적으로 전단하거나, 뜯거나, 레이저 절단하는 것이 바람직할 수 있다.

도 4b는 프로브(400)가 제거된 경우의 기판을 나타낸다. 프로브 피벗(415)은 물론, 프로브 패드(420)가 그대로 남겨지며, 따라서 교체 프로브(425)는 프로브 카드에 대해 양호한 전기 접속을 형성할 장소를 갖게 된다. 도 4c에서, 교체 프로브가 프로브 패드(420) 상에 설치된다.

도 5는 손상된 프로브를 제거하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다. 먼저, 전압에 의해 활성화되는 희생 재료를 갖는 프로브 카드가 제조되고(500), 서비스에 투입된다(505). 그러한 프로브 카드는 도 3a-4c와 관련하여 설명되었다. 프로브 카드가 서비스 중인 경우, 사용자는 프로브 카드 내의 결함을 식별할 수 있다(510). 이것은 소정의 다이 프로브 영역에 대해 너무 많은 거짓 양성을 경험함으로써 식별될 수 있다. 즉, 프로브 카드 상의 특정 지점이 결함 DUT를 계속 지시한다. 또는, 사용자는 어셈블리 라인으로부터 카드를 주기적으로 제거하고, 평면 테스트, 진단 테스트 및 시각 검사를 수행할 수 있다. 어떠한 수단에 의해 결함이 식별되든 간에, 손상된 프로브가 식별될 것이다(515). 이어서, 손상된 프로브에 전압이 인가되고(520), 손상된 프로브가 에칭 용액에 노출된다(525). 이어서, 손상된 프로브가 프로브 카드 기판으로부터 제거된다(530). 이 시점에서, 프로브 카드가 수리될 수 있다(535). 프로브 카드를 수리하기 위한 하나의 그러한 방법이 다음에 설명된다.

이제, 도 6을 참조하면, 손상된 동작 프로브를 수리하기 위한 방법이 개시된다. 먼저, 동작 프로브들 및 교체 프로브들을 구비하는 프로브 카드가 제조되고(600), 서비스에 투입된다(605). 그러한 프로브 카드는 도 1a-2d와 관련하여 전술하였다. 프로브 카드가 서비스 중에 있는 경우, 사용자는 프로브 카드 내의 결함을 식별해야 한다(610). 이것은 소정의 다이 프로브 영역에 대해 너무 많은 거짓 양성을 경험함으로써 식별될 수 있다. 즉, 프로브 카드 상의 특정 지점이 결함 DUT를 계속 지시한다. 또는, 사용자는 어셈블리 라인으로부터 카드를 주기적으로 제거하고, 평면 테스트, 진단 테스트 및 시각 검사를 수행할 수 있다. 어떤 수단에 의해 결함이 식별되든 간에, 손상된 동작 프로브가 식별되어야 한다(615). 이어서, 손상된 프로브가 제거되어야 한다(620). 손상된 동작 프로브는 기계적 뜯기, 기계적 전단, 레이저 절단, 전압에 의하여 활성화되는 에칭, 희생층 에칭 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 수단에 의해 제거될 수 있다(622)는 것은 이 분야의 기술자에게 명백할 것이다. 손상된 동작 프로브가 제거된 경우, 교체 프로브가 설치되어야 한다. 먼저, 교체 프로브가 제공되어야 한다(625). 이것은 카드를 서비스에 투입하기 전에 기판으로부터 교체 프로브를 분리하고(630), 후속 사용을 위해 교체 프로브를 저장(635)함으로써 달성될 수 있다. 또는, 교체 프로브는 카드가 서비스에 투입된 후에 기판으로부터 분리될 수 있다(640). 교체 프로브는 단계 630 또는 640에서 기계적 뜯기, 기계적 전단, 레이저 절단, 전압에 의해 활성화되는 에칭, 희생층 에칭 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 수단에 의해 분리(645)될 수 있다는 것은 이 분야의 기술자에게 명백할 것이다. 이제, 손상된 동작 프로브가 제거된 곳에 교체 프로브가 설치될 수 있다(650). 이것은 프로브 패드 상에 직접 이루어질 수 있다. 다이 본딩을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 교체 프로브를 설치하는 다양한 적절한 수단은 이 분야의 기술자들에게 명백하다. 예를 들어, Semiconductor Equipment 사의 모델 860 Eagle Omni Bonder를 참고한다.

교체 프로브가 설치되면, 교체 프로브 및 아마도 전체 프로브 카드를 테스트하여, 동작 공차들 및 사양들이 충족되는지를 확인한다(655). 교체 프로브/프로브 카드가 공차 및 사양들을 충족시키는 경우, 프로브 카드는 서비스에 다시 투입된다(660). 그렇지 않은 경우에는 프로브 카드가 조정되는데(665), 이는 공차 및 사양들이 충족될 때까지 교체 프로브를 교체하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법들 및 구조들이 그의 여러 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 아래의 청구항들에 정의되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 변경들 및 변형들이 가능하다는 것은 명백할 것이다. 더욱이, 본 출원인들은 아래의 청구항들 "및 명세서 내의 실시예들이 엄격히 동일 범위에 속하는 것을 명확히 의도하지 않는다." Phillips v. AHW Corp., 415 F.3d 1303, 1323 (Fed. Cir. 2005)(en banc).

Claims

반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드로서,
기판;
상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브-상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 하도록 되어 있음-; 및
상기 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브
를 포함하고,
상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조되는 프로브 카드.
제1항에 있어서, 상기 제조 프로세스는 마스킹, 머시닝(machining), 전기 도금 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 프로브 카드.
제1항에 있어서, 상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 비틀림 프로브 설계(torsional probe design)를 포함하는 프로브 카드.
제1항에 있어서, 상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 외팔보 프로브 설계(cantilever probe design)를 포함하는 프로브 카드.
제1항에 있어서, 상기 복수의 교체 프로브는 릴리스 층(release layer)을 포함하는 프로브 카드.
제5항에 있어서, 상기 릴리스 층은 전압의 인가에 의해 활성화되는 프로브 카드.
반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드로서,
기판; 및
상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브
를 포함하고,
상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 하도록 되어 있고,
상기 복수의 동작 프로브는 전압의 인가에 의해 활성화되는 희생 재료를 포함하는 프로브 카드.
반도체 웨이퍼들을 테스트하기 위해 진단 컴퓨터와 함께 사용하기 위한 프로브 카드로서,
기판; 및
상기 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브
를 포함하고,
상기 복수의 동작 프로브는 상기 진단 컴퓨터와 전기적 접속을 하도록 되어 있고,
상기 복수의 동작 프로브는 전압의 인가에 의해 활성화되는 릴리스 층을 포함하는 프로브 카드.
프로브 카드로부터 손상된 프로브를 제거하기 위한 방법으로서,
상기 프로브 카드는 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브를 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브는 손상된 프로브 및 전압의 인가에 의해 활성화되는 희생 재료를 포함하고,
상기 방법은,
(a) 상기 손상된 프로브를 식별하는 단계;
(b) 상기 손상된 프로브에 전압을 인가하는 단계;
(c) 상기 손상된 프로브를 에칭 용액에 노출시키는 단계; 및
(d) 상기 손상된 프로브를 상기 프로브 카드로부터 제거하는 단계
를 포함하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 프로브 카드는 상기 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브를 더 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조되며,
상기 방법은,
(e) 상기 기판으로부터 상기 복수의 교체 프로브 중 하나를 분리하는 단계; 및
(f) 상기 단계 (e)에서 분리된 하나의 프로브를 상기 단계 (d)에서 상기 손상된 프로브가 제거된 곳에 설치하는 단계
를 더 포함하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 복수의 교체 프로브는 제2 전압의 인가에 의해 활성화되는 릴리스 층을 포함하고,
상기 방법의 단계 (e)는,
(e)(1) 상기 하나의 프로브에 상기 제2 전압을 인가하는 단계; 및
(e)(2) 상기 하나의 프로브를 제2 에칭 용액에 노출시키는 단계
를 더 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 단계 (e)의 분리의 방법은 기계적인 뜯기(plucking), 기계적인 전단(shearing), 레이저 절단, 전압에 의해 활성화되는 에칭, 희생층 에칭 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
제10항에 있어서, 상기 방법의 단계 (e)는 상기 프로브 카드가 서비스에 투입되기 전에 수행되는 방법.
제10항에 있어서, 상기 방법의 단계 (f)는 다이 본더(die bonder)를 이용하여 수행되는 방법.
프로브 카드로부터 손상된 프로브를 수리하기 위한 방법으로서,
상기 프로브 카드는 기판에 접속되는 복수의 동작 프로브 및 상기 기판에 접속되는 복수의 교체 프로브를 포함하고, 상기 복수의 동작 프로브 및 상기 복수의 교체 프로브는 실질적으로 동일한 제조 프로세스에서 제조되며,
상기 방법은
(a) 손상된 프로브를 식별하는 단계;
(b) 상기 프로브 카드로부터 상기 손상된 프로브를 제거하는 단계;
(c) 상기 기판으로부터 상기 복수의 교체 프로브 중 하나를 분리하는 단계; 및
(d) 상기 단계 (c)에서 분리된 하나의 프로브를 상기 단계 (b)에서 상기 손상된 프로브가 제거된 곳에 설치하는 단계
를 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 복수의 교체 프로브는 전압의 인가에 의해 활성화되는 릴리스 층을 포함하고,
상기 방법의 단계 (c)는
(c)(1) 상기 하나의 프로브에 전압을 인가하는 단계; 및
(c)(2) 상기 하나의 프로브를 에칭 용액에 노출시키는 단계
를 더 포함하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 단계 (c)의 분리의 방법은 기계적인 뜯기, 기계적인 전단, 레이저 절단, 전압에 의해 활성화되는 에칭, 희생층 에칭 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
제15항에 있어서, 상기 방법의 단계 (c)는 상기 프로브 카드가 서비스에 투입되기 전에 수행되는 방법.
제15항에 있어서, 상기 방법의 단계 (d)는 다이 본더를 이용하여 수행되는 방법.
제15항에 있어서, 상기 단계 (b)의 제거의 방법은 기계적 뜯기, 기계적 전단, 레이저 절단, 전압에 의해 활성화되는 에칭 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.