KR20110065540A - 나노튜브 프로브를 포함하는 프로브 카드 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법이 개시된다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상부면 및 바닥면을 구비하는 기판을 제공하고; 상기 상부면 상에 전기 전도성 패드들의 어레이를 형성하되, 상기 전기 전도성 패드들의 어레이는 테스트될 집적 회로 상에 패드들의 어레이와 거울상으로(mirror) 형성되고; 상기 전기 전도성 패드들의 어레이의 각각 상에서 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매를 적용하고; 탄소-농후 환경에서 상기 기판을 가열하고 이로써 상기 기판의 상부면 위에서 그리고 상기 전기 전도성 패드들의 어레이의 각각으로부터 윗방향으로 연장되는 나노튜브들을 성장시키고 이로써 상기 기판의 상기 상부면 위에서 윗방향으로 연장되는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들이 형성되는; 그리고 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각을 전기 전도성 물질로 캡핑하는 것:을 포함한다.

Description

나노튜브 프로브를 포함하는 프로브 카드 및 그 제조 방법 {PROBE CARDS INCLUDING NANOTUBE PROBES AND METHODS OF FABRICATING}
[0001] 본 발명은 집적 회로의 성능(performance)를 테스트하기 위한 프로브 카드에 관한 것으로서 보다 상세하게는 나노튜브 프로브를 포함하는 프로브 카드 및 나노튜브 프로브를 포함하는 프로브 카드의 제조 방법에 관한 것이다.
[0002] 컴퓨터 칩 제조 산업에 있어서, 결함 있는 구성요소(components) 를 제거하고 제조 프로세스를 모니터링하기 위해서, 제조 프로세스의 다양한 시점들에서 집적 회로(IC)들의 성능을 테스트하는 것이 필요하다. 이를 목적으로 다양한 기술들(technologies)이 채택되었지만, 이들 모두가 IC 제조 프로세스의 증대되는 요구에 기인하여 난관에 처해 있다.
[0003] 회로를 전기적으로 테스트하기 위해서, IC를 IC 상 패드들과 예를 들어 "프로브"에 접촉시키는 것이 필요하다. 프로브들은 테스트될 IC 패드들과 매우 정확하게 정렬될 수 있어야 하고 그리고 테스트 신호들이 왜곡되지 아니하도록 낮은 인덕턴스에서 신뢰성 있는 저저항 전기 접촉을 제공하고 또한 IC에 전원을 공급하기 위한(power) 충분한 전류를 제공할 수 있어야 한다. 점점 더 작아지는 기하형상(geometries), 트랜지스터 수의 증가, 및 더 높은 클락 주파수의 양상으로 IC 제조가 진행되면서, IC를 탐침하는 현존하는 기술들의 능력에 이의를 제기하고 있다(challenge). 더 작은 기하형상은 감소된 테스트 패드 치수를 야기하고 그러면 이것은 패드들을 유실(miss)하지 않는 것을 보증하도록 프로브들이 보다 잘 정렬될 것을 요구한다. 증가하는 수의 트랜지스터들과 더 높은 클락 주파수는 프로브를 태워버리거나(burning up) 녹여버리지(fusing) 아니하면서 또는 스프링 힘 및 피로 수명과 같은 프로브 물리적 특성들을 감소시키지 아니하면서, 프로브들이 증가하는 전류량을 제공할 수 있을 것을 요구한다.
[0004] IC 제조자들은 최악인 환경 조건을 보다 양호하게 시뮬레이트하기 위해 또는 가속 수명 테스트(accelerated life testing)를 수행하기 위해 높아진(elevated) 주변 온도(ambient temperature)에서 IC들이 테스트될 것을 점점 더 희망하고 있다. 이로 인하여 섭씨 150 도의 높아진 온도에서 높은 전류 레벨을 제공할 수 있어야 한다는 증가하는 부담이 프로브에 가해진다. 나아가 IC들의 증가된 처리 속도는 IC에 제공되는 클락 및 신호 파형들을 왜곡하지 아니하도록 그리고 IC로부터 모니터링 테스트 장비까지 파형들을 정확하게 전달하기 위해서 프로브들이 낮은 인덕턴스를 가질 것을 요구한다.
[0005] 개시된 특허 대상(subject matter)의 일 양태(aspect)는 기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법이다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상부면 및 바닥면을 구비하는 기판을 제공하고; 상기 상부면 상에 전기 전도성 패드들의 어레이를 형성하되, 상기 전기 전도성 패드들의 어레이는 테스트될 집적 회로 상에 패드들의 어레이와 거울상으로(mirror) 형성되고; 상기 전기 전도성 패드들의 어레이의 각각 상에서 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매를 적용하고; 탄소-농후 환경에서 상기 기판을 가열하고 이로써 상기 기판의 상부면 위에서 그리고 상기 전기 전도성 패드들의 어레이의 각각으로부터 윗방향으로 연장되는 나노튜브들을 성장시키고 이로써 상기 기판의 상기 상부면 위에서 윗방향으로 연장되는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들이 형성되는; 그리고 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각을 전기 전도성 물질로 캡핑하는 것:을 포함한다.
[0006] 개시된 특허 대상의 다른 양태는 기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법이다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상부면, 바닥면 및 상기 상부면과 상기 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린(drilled) 마이크로-홀들의 어레이를 구비하는 기판을 제공하고; 상부면 및 바닥면을 구비하는 금속 포일(箔, foil)을 제공하되, 상기 금속 포일은 기판의 바닥면과 맞불게 구성되고; 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매를 적용하고; 상기 기판의 바닥면에 상기 금속 포일의 상부면을 맞붙이고(join); 탄소-농후 환경에서 상기 금속 포일과 상기 기판을 가열하고 이로써 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이의 각각을 팽창시켜서, 상기 기판 내에 팽창된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하고; 상기 기판의 상부면 위에서 그리고 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이의 각각을 통해 상기 금속 포일의 상부면으로부터 윗 방향으로 연장된 나노튜브들을 성장시켜서, 상기 기판의 상부면 위에서 윗 방향으로 연장된 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 형성하되, 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각은 팽창된 마이크로홀들의 어레이의 각각의 하나를 실질적으로 채우고(fill); 상기 금속 포일 및 상기 기판을 냉각시키고 이로써 상기 기판 내 팽창된 마이크로-홀들의 어레이의 각각이 접촉하도록 하고 이로써 상기 기판 내 수축된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하되, 수축된 마이크로-홀들의 어레이의 각각의 하나가 내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나 둘레에(around) 수축 끼움(shrink fit; 가열 또는 냉각에 의한 억지 끼움)을 제공하여서, 내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나를 상기 기판에 고정하고; 그리고 상기 기판의 바닥면으로부터 상기 금속 포일을 제거하고; 그리고 상기 기판의 바닥면에 인접한 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각을 도금(plating)하거나 땜납 범핑(solder bumping)하는 것을 포함한다.
[0007] 개시된 특허 대상의 다른 양태는 기판의 대향(opposing) 표면들로부터 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법이다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상부면, 바닥면 및 상기 상부면과 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린 마이크로-홀들의 어레이를 구비하는 기판을 제공하고; 상부면, 바닥면 및 상기 상부면과 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린 홀들의 어레이를 구비하는 제1 금속 포일을 제공하되, 홀들의 어레이가 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이와 정렬되도록 배치되고; 상부면 및 바닥면을 구비하는 제2 금속 포일을 제공하되, 상기 금속 포일은 상기 제1 금속 포일의 바닥면과 맞붙게 구성되고; 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매를 적용하고; 상기 기판의 바닥면에 상기 제1 금속 포일의 상부면을 맞붙이여서, 그 결과 홀들의 어레이가 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이와 실질적으로 정렬되고; 상기 제1 금속 포일의 바닥면에 상기 제2 금속 포일의 상부면을 맞붙이고; 탄소-농후 환경에서 상기 제2 금속 포일과 상기 기판을 가열하고 이로써 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이의 각각을 팽창시켜서, 상기 기판 내에 팽창된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하고; 상기 기판의 상부면 위로 그리고 상기 기판 내 팽창된 마이크로-홀들의 어레이 및 상기 제1 금속 포일 내 홀들의 어레이의 각각을 통해 상기 제2 금속 포일의 상부면으로부터 윗 방향으로 연장된 나노튜브들을 성장시키고 이로써 상기 기판의 상부면 위에서 윗 방향으로 연장된 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 형성하되, 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각은 팽창된 마이크로-홀들의 어레이의 각각의 하나를 실질적으로 채우고; 그리고 상기 제2 금속 포일과 상기 기판을 냉각시키고, 이로써 상기 기판 내 팽창된 마이크로-홀들의 어레이의 각각이 수축되도록 하고, 이로써 상기 기판 내 수축된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하되, 수축된 마이크로-홀들의 어레이의 각각의 하나가 내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나 둘레에 수축 끼움을 제공하여서, 내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나를 상기 기판에 실질적으로 고정하고; 그리고 상기 기판의 바닥면으로부터 상기 제1 금속 포일 및 상기 제2 금속 포일을 제거하는 것:을 포함한다.
[0008] 본 발명을 설명할 목적으로, 현재(presently) 바람직한 개시된 특허 대상의 일 형태를 도면들이 나타낸다. 그러나, 개시된 특허 대상은 도면들에서 보여지는 정확한 배열(arrangements) 및 수단들(instrumentalities)로 제한되지 아니함을 이해하여야 한다.
도 1은 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드를 제조하는 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드의 측면도(side elevation view)를 나타낸다.
도 3은 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드를 제조하는 제조 방법을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드를 포함하는 조립체의 측면도들이다.
도 6은 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드를 제조하는 제조 방법을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드의 측면도들을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드의 측면도들을 나타낸다.
도 9는 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브 프로브들을 포함하는 프로브 카드의 측면도를 나타낸다.
도 10은 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들에 따른 나노튜브들의 어레이의 평면도이다.
[0009] 개시된 특허 대상(subject matter)은 테스트 하에서 기판과 IC 간의 갭(gap)을 교략(bridge)하기 위해 프로브들로서 사용되는 탄소 나노튜브들의 어레이들을 포함하는 프로브 카드들 및 그 제조 방법을 포함한다.
[0010] 이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들은 기판(104) 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(102)을 제조하는 제조 방법을 포함한다. 106에서, 방법(100)은 먼저 상부면(108) 및 바닥면(110)을 구비하는 기판(104)을 제공하는 것을 포함한다. 기판(104)은 패턴화된 실리콘 웨이퍼, 멀티-레이어 세라믹, 유리 또는 다른 유사한 장치일 수 있다. 기판(104)은 후술할 전기 전도성 패드들(112)로부터 더 떨어져 위치된(spaced further apart) 연결점들(connection points)까지 경로되는(route) 트레이스들(traces) - 전기 테스트 장비로의 인터페이스로서 역할을 함 - 를 더 포함할 수 있다. 상기 트레이스들은 멀티-레이어 기판(104) 내부에 매장되어 나노튜브 처리 환경에 노출되지 아니할 수 있고 그리고 고밀도 어플리케이션들을 위한 신호들의 전달(routing)을 용이하게 하기 위한 기판 상 추가적인 공간(room)을 제공할 수 있다.
[0011] 다음으로, 114에서, 전기 전도성 패드들(112)의 어레이가 기판(104)의 상부면(108) 상에 형성된다. 전기 전도성 패드들(112)의 어레이는 테스트될 집적 회로(미도시) 상에 패드들의 어레이와 거울상으로 형성된다. 패드들(112)은 일반적으로 기판(104) 상에 포토-리소그래픽 방법으로 형성되는데, 이것은 조밀한 패드 공간 배치(tight pad spacing)를 허용한다.
[0012] 이어서, 116에서, 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하기 위한 금, 철 등과 같은 촉매(118)가 전기 전도성 패드들(112)의 어레이의 각각에 적용된다. 촉매(118)는 패드 로케이션들에서 탄소 나노튜브들의 성장을 유도한다(induce).
[0013] 다음으로, 120에서, 기판(104)은 탄소-농후 환경에서 가열되고 이로써 기판의 상부면(108) 위에서 그리고 전기 전도성 패드들(112)의 어레이의 각각으로부터 윗방향으로 연장되는 나노튜브들을 성장시키고 이로써 기판의 상부면 위에서 윗방향으로 연장되는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(102)가 형성된다. 기판(104)은 나노튜브 형성 및 성장을 유도하는 방식으로 처리된다.
[0014] 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 레이저 박리(Laser Ablation), 아크 방전(Arc discharge) 등과 같이 나노튜브들의 성장을 유도할 몇몇(several) 방법들이 알려져 있다. 몇몇 실시예들에 있어서 나노튜브 형성 및 성장을 유도하는 방법(100)은 CVD 또는 PECVD인데, 양자가 제어된 프로세스를 제공함으로써 처리 시간을 제어하는 것에 의해서 나노튜브들의 전체적인 길이가 제어될 수 있기 때문이다. 기판은 일반적으로 가능하게는 수소, 아르곤 및/또는 산소의 존재 하에서 프로판, 아세틸렌, 페로센(ferrocene), 크실렌(xylene), 메탄 등과 같은 탄소-농후 환경을 가진 노(furnace) 내에서 대략 섭씨 700도까지의 온도로 가열된다. 이러한 조건 하에서, 탄소 나노튜브들의 어레이가 패드 표면으로부터 "성장"할 것이고 정렬된 나노튜브들의 "숲(forest)"을 생성하도록 패드 표면으로부터 수직하게 연장되면서, 노출된 패드들의 전체 표면을 채울 것이다. 어레이는 그 베이스에서 패드에 부착될 것이고 그러면 각각의 "프로브"는 수천 개의 정렬된 나노튜브들의 어레이로 구성될 것이다. 어레이는 다양한 나노튜브 유형들, 몇몇 금속 및 몇몇 반도체로 구성될 것이다. 그러나, 테스트 하에서 기판 및 IC 사이의 공간(space)을 교략하기 위한 전기 컨택들로서 역할을 하는 충분한 수의 금속 유형이 존재할 수 있다.
[0015] 도 1을 다시 참조하면, 122에서, 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(102)의 각각은 금, 팔라듐(palladium) 등과 같은 전기 전도성 물질로 캡핑된다.
[0016] 대안적으로, 프로브 어레이는 고온-내열성(high temperature-capable) 기판 상에서 성장할 수 있고 이어서 인쇄 회로 기판과 같은 덜 비싼 기판으로 전달(transfer)될 수 있다. 이것은 상승된 온도 테스트를 필요로 하지 아니하는 어플리케이션들을 위한 덜 비싼 프로브 카드를 허용할 것이다. 이제 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 개시된 특허 대상의 몇몇 실시예들은 기판의 아래쪽(underside)(210)에 접합된 적절한 촉매(208)로 코팅된 금속 포일(206)을 사용하여 기판(204) 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(202)을 제조하는 제조 방법(200)을 포함한다. 212에서, 상기 방법(200)은 먼저 상부면(214), 바닥면(210) 및 상기 상부면과 상기 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린(drilled) 마이크로-홀들(216)의 어레이를 구비하는 기판을 제공하는 것을 포함한다. 기판(204)은 일반적으로 세라믹과 같이, 얇은 기판 내 마이크로-홀들의 패턴을 기계적으로 또는 레이저에 의해서 미리-드릴링하는 것에 의해서 준비된다. 홀 로케이션들은 일반적으로 원하는 프로브 로케이션들에 상응하고 홀 직경은 원하는 프로브 번들 직경에 상응한다.
[0017] 다음으로, 218에서, 상부면(220) 및 바닥면(222)을 구비하는 금속 포일(206)이 각각 제공된다. 금속 포일(206)은 기판(204)의 바닥면(222)과 맞붙게 구성된다. 이어서, 224에서, 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 금, 철 등과 같은 촉매(208)가 금속 포일(206)의 상부면(220)에 적용된다. 226에서, 금속 포일(206)의 상부면(220)이 기판(204)의 바닥면(210)에 맞붙는다.
[0018] 228에서, 금속 포일(206) 및 기판(204)이 탄소-농후 환경에서 가열되고 이로써 열 팽창에 기인하여 기판 내 마이크로-홀들의 각각이 팽창되고 이로써 기판 내 팽창된 마이크로-홀들(216)의 어레이가 형성된다. 230에서, 기판의 상부면(214) 위에서 그리고 기판(204) 내 팽창된 마이크로-홀들(216)의 어레이의 각각을 통해 금속 포일(206)의 상부면(220)으로부터 윗방향으로 연장되도록 나노튜브들이 성장하고, 이로써 기판의 상부면 위에서 윗방향으로 연장되면서 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(202)이 형성된다. 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(202)의 각각은 팽창된 마이크로-홀들(216)의 어레이의 각각의 하나를 실질적으로 채운다. 전형적으로, 기판(204) 및 포일(206)은 CVD 챔버 내에 두어져서 나노튜브 성장을 유도하도록 처리된다. CVD 반응은 전형적으로 섭씨 700도보다 큰 온도에서 발생한다. CVD 반응 가스들은 마이크로-홀들로 유입되고 홀 로케이션들에서 나노튜브 성장을 유도한다. 앞서 언급한 바와 같이, 나노튜브들은 기판의 두께를 통해 지나가고 정면 기판 표면을 지나 수 밀(several mils)만큼 연장된다.
[0019] 232에서, 금속 포일(206) 및 기판(204)이 냉각되고 이로써 기판 내 팽창된 마이크로-홀들(216)의 어레이의 각각이 수축되고 이로써 기판(216) 내 수축된 마이크로-홀들의 어레이가 형성된다. 수축된 마이크로-홀들(216)의 어레이의 각각의 하나는 내부에 포함된 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(202)의 각각의 하나 둘레에 수축 끼움을 제공하여서 내부에 포함된 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나를 기판(204)에 실질적으로 고정한다. 234에서, 금속 포일(206)이 기판(204)의 바닥면(210)으로부터 제거된다. 전형적으로, 에칭 프로세스를 사용하여 금속 포일(206)이 제거되어서 (포일(206)이 제거된) 조립체(235)가 형성된다. 이제 도 3 및 도 4b를 참조하면, 236에서, 기판(204)의 바닥면(210)에 인접하여 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각이 도금되거나 땜납 범프들(solder bumps)(238)(solder bumping)이 제공되어서, 조립체(240)가 형성된다.
[0020] 이어서 기판/프로브 조립체가 컨택 패드들의 상응하는 세트를 구비하는 공간 트랜스포머(space transformer)와 정렬될 수 있고 그리고 패드들에 전기적으로 연결되어서 프로브 카드 조립체가 완성될 수 있다.
[0021] 이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 전술한 상기 방법(200)은 교체를 위해 용이하게 분리될 수 있도록 하기 위해서 공간 트랜스포머(302) 및 인쇄 회로 기판(304) 사이에 인터페이스로서 역할을 하는 조립체(300)를 형성하는(develop) 추가적인 프로세스 단계들을 포함할 수 있다. 조립체(300)는 일반적으로 거울상의 홀 패턴들이 마주보게(back-to-back) 정렬된 채로 도 4a 및 도 4b에서 조립체들(235 및 240)을 짝지움으로써(pairing) 형성될 수 있다.
[0022] 이제 도 6, 도 7a, 및 도 7b를 참조하면, 몇몇 실시예들은 기판(404)의 대향 표면들로부터 연장되는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(402)을 제조하는 제조 방법(400)을 포함한다. 405에서, 상기 방법(200)은 먼저 상부면(406), 바닥면(408) 및 상기 상부면 및 상기 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린 마이크로-홀들(410)의 어레이를 포함하는 기판(404)을 제공하는 것을 포함한다.
[0023] 412에서, 각각 상부면 및 바닥면(416 및 418), 그리고 상기 상부면 및 상기 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린 홀들(410)의 어레이를 포함하는 제1 금속 포일(414)이 제공된다. 홀들(420)의 어레이는 기판(404) 내 마이크로-홀들(410)의 어레이와 정렬되도록 배열된다. 여전히 412에서, 각각 상부면 및 바닥면(424 및 426)을 구비하는 제2 금속 포일(422)이 제공된다. 제2 금속 포일(422)은 제1 금속 포일(414)의 바닥면(418)과 맞붙게 구성된다.
[0024] 428에서, 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매(430)가 제2 금속 포일(422)의 상부면(424)에 적용된다. 430에서, 제1 금속 포일(414)의 상부면(416)이 기판(204)의 바닥면(408)에 맞붙어서 그 결과 홀들(420)의 어레이가 기판 내 마이크로-홀들(410)의 어레이와 실질적으로 정렬되고 그리고 제2 금속 포일(422)의 상부면(424)이 제1 금속 포일의 바닥면(418)에 맞붙는다.
[0025] 432에서, 제2 금속 포일(422) 및 기판(404)이 탄소-농후 환경에서 가열되고 이로써 기판 내 마이크로-홀들(410)의 각각이 팽창되고 이로써 기판 내 팽창된 마이크로-홀들(410)의 어레이가 형성된다. 434에서, 나노튜브들이 성장해서 기판의 상부면(406) 위에서 그리고 기판(404) 내 팽창된 마이크로-홀들(410)의 어레이 및 제1 금속 포일(414) 내 홀들(420)의 어레이의 각각을 통해 제2 금속 포일(422)의 상부면(424)으로부터 윗방향으로 연장되고 이로써 기판의 상부면 위에서 윗방향으로 연장되는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(402)이 형성된다. 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(402)의 각각은 팽창된 마이크로-홀들(410)의 어레이의 각각의 하나를 실질적으로 채운다.
[0026] 436에서, 제2 금속 포일(422) 및 기판(404)이 냉각되고 이로써 기판 내 팽창된 마이크로-홀들(410)의 어레이의 각각이 수축되고 이로써 기판 내 수축된 마이크로-홀들(410)의 어레이가 형성된다. 수축된 마이크로-홀들(410)의 어레이의 각각의 하나는 내부에 포함된 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들(402)의 각각의 하나 둘레에 수축 끼움을 제공하여서 그 결과 내부에 포함된 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나를 기판에 실질적으로 고정한다. 도 7b를 참조하면, 438에서, 제1 및 제2 금속 포일들(414 및 422)이 각각 기판(404)의 바닥면(408)로부터 제거되어서 조립체(440)이 형성된다.
[0027] 개시된 특허 대상의 실시예들에 관한 변형들이 가능하다. 예를 들면, 이제 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 몇몇 실시예들은 조립체(500)를 형성하는 것을 포함하는 방법들에 관한 것인데, 상기 조립체(500)는 포일(506) 배킹(backing)을 구비하는 기판(504) 내 테이퍼진 마이크로-홀(502)을 포함하여서 마이크로-홀을 통해 위로 성장함(grow up)에 따라서 나노튜브 번들(508) 내 더 조밀한 패킹 밀도(tighter packing density)를 유도하고 따라서 더 타이트한 "수축" 끼움 및 유순한(compliant) 나노튜브 번들의 "강성(stiffness)"의 변형(modification)을 유도한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 마이크로-홀(502)의 후방 측(back side)(501)은 전형적으로 나노튜브 성장 후에 땜납(solder) 또는 전도성 에폭시(512)로 채워져서 부착 범프들(attachment bumps)(514)이 형성되고 그리고 나노튜브 번들(508)을 기판(504)에 고정하기 위한 "플러그(plug)"가 형성된다.
[0028] 이제 도 9를 참조하면, 몇몇 실시예들은 조립체(600)를 형성하는 방법들에 관한 것인데, 상기 조립체(600)는 기울어진(slanted) 마이크로-홀들(602)를 드릴링하는 것을 포함하여서 나노튜브 번들들(604)가 포일(610) 배킹을 구비하는 기판(608)의 상부면(606)에 대하여 각도를 이루면서 나오도록 유도하고 그 결과 프로브에 대한 상이한 힘 쏠림 특성(force-deflection characteristic) 및/또는 상이한 스크러빙 작용이 얻어진다.
[0029] 도 3 내지 도 9에 기술된 실시예들의 각각은 나노튜브/기판 조립체를 전달(transfer)하는 것을 돕는 알려진 방법들을 채택할 수 있다. 알려진 한 방법은 PDMS(poly(dimethylsiloxane)) 액체를 나노튜브들 위에( over) 붓는 것과 폴리머를 형성할 때까지 경화하는 것(curing)을 포함한다. 이러한 경우에 있어서, 나노튜브 번들을 기판에 부착하는 것에 도움이 되도록 폴리머가 사용된다. 이어서 포일이 폴리머, 기판 및 나노튜브들 조립체로부터 벗겨지고 그리고 상기 조립체는 공간 트랜스포머로 전달된다. 조립체 내 강성 기판을 통합시키는 것(incorporating)은 기판 조립체를 핸들링하고 공간 트랜스포머와 정렬시키는 것을 용이하게 한다. 그것은 또한 폴리머 막들 또는 실리콘 웨이퍼들과 같은 플렉서블하거나 취성인(fragile) 공간 트랜스포머들과 인터페이스될 때 강성 및 지지(support)를 제공한다.
[0030] 이제 도 1, 도 2, 및 도 10을 참조하면, 몇몇 실시예들에 있어서, 기판(104) 상 패드들(112)이 패터닝되어서 신호 패드들을 형성하는 나노튜브들의 내측 링(700) 그리고 접지면으로 경로되는 나노튜브들의 외측 링(702)을 구비하는 나노튜브들의 동축 배열이 생성될 수 있고 나아가 프로브들 간의 크로스-토크(cross-talk)를 제한할 수 있다.
[0031] 몇몇 실시예들에 있어서, 나노튜브들의 전자-방출 특성들을 이용하여 진공 환경 내에서 비-접촉 프로브를 만들 수 있다. 이러한 특성은 현재 디스플레이 기술로서 탐색되고 있다. 저전류 요건을 수반하는 특정한 테스트 어플이케이션들에 있어서, 패드와의 물리적인 접촉을 실제로 만들지 아니하면서 프로브 및 IC 패드 간의 작은 갭을 통해 전자들이 전달된다. 이것은 물리적인 접촉을 통한 패드 또는 프로브의 손상 또는 오염을 위험을 피하도록 한다.
[0032] 몇몇 실시예들에 있어서, 내측 튜브가 바깥쪽으로(outwards) 끼워지는(telescope) 것을 허용하도록 외측 튜브 상 캡을 제거하는 것에 의해서 끼워넣기식(telescoping) 프로브들이 멀티-벽(multi-walled) 나노튜브들로부터 형성된다. 내측 튜브와 외측 튜브에 상이한 전하(charge)를 적용하는 것은 내측 튜브로 하여금 두 컨택들 간의 갭을 연장하거나 교략할 수 있음이 보여졌다.
[0033] 몇몇 실시예들에 있어서, 에틸렌 및 파라핀 오일을 수반하는 CVD 프로세스를 이용하여 소위 "거대(colossal) 탄소 나노튜브들"의 형성이 유도된다.
[0034] 개시된 특허 대상은 종래 기술에 따른 디자인들에 비하여 복수의 이점들 및 장점들을 제공한다. 나노튜브 프로브들에 의해 형성된 프로브 카드들은 더 타이트한 피치(pitch), 더 큰 전류 용량, 향상된 평면성(planarity), 기계적 조립체 및 작업 핸들링(handling operations)의 제거, 매우 낮은 인덕턴스, 상승한 온도에서 풀 웨이퍼 탐침(full wafer probing) 가능성, 및 프로브들의 보다 용이한 세정을 허용한다.
[0035] 앞서 언급한 바와 같이, 몇몇 실시예들에 있어서, 프로브 카드는 기판에 수직한 나노튜브 어레이들의 성장을 유도하는 것에 의해서 구성될 수 있다. 나노튜브 어레이들은 테스트 하에서 기판 및 장치 간의 공간을 교략하는 전기 컨택들 또는 "프로브들"로서 작용한다. 기판 상에 직접 컨택들을 "성장시키는 것"에 의해서, 통상적인 좌굴(buckling) 비임 기술에 의해서 가능할 수 있는 것보다 컨택들이 함께 더 근접하게 배치될 수 있다. 나노튜브들의 독특한 물리적 특성들(매우 높은 강도, 매우 높은 전류 용량, 및 탄성 좌굴)은 통상적인 기술들에 비하여 상당한 이점들을 제공한다.
[0036] 기판 상에 직접 컨택들을 "성장시키는 것"에 의해서, 타이트한 피치 탐침을 허용하면서, 통상적인 탐침 기술에 의해서 가능할 수 있는 것보다 컨택들이 함께 더 근접하게 배치될 수 있다. 어레이를 구성하는 개별적인 나노튜브들이 매우 작기 때문에, 수십만의 나노튜브들이 패드 상에 맞추어질(fit) 때 기판 패드의 크기에 대한 실제적인 제한이 없다. 추가적으로, 프로브 어레이의 "강성(stiffness)"이 어레이가 성장되는 패드의 직경을 바꾸는 것에 의해서 제어될 수 있다. 프로브가 종래와 같이 조립되는 것이 아니라 "성장"되기 때문에, 정렬이 단지 포토-리소그래피에 의해 형성된 패드들의 어레이의 배치 공차(placement tolerance)에 의해서 제한되고 이러한 배치 공차는 매우 양호하고 그 자체로 IC 패드들의 로케이션 공차에 상당한다. 반대로, 통상적인 탐침 기술은 모두가 그들 자신의 공차들을 가지는 성분들(components)의 조립체이고 그리고 공차 축적은 프로브의 정확한 정렬 능력을 제한한다.
[0037] 작은 크기에도 불구하고, 전자 흐름의 "비행" 속성("ballistic" nature)에 기인하여 나노튜브들은 많은 양의 전류를 핸들링할 수 있다. 개별적인 나노튜브들은 대부분(largely) 결함이 없고 전자 흐름에 대한 매우 낮은 저항을 허용한다. 따라서, 나노튜브 어레이는 동일한 전체 횡단면적을 가진, 베릴륨-구리와 같은 벌크 물질로 이루어진 통상적인 프로브를 통해 통과될 수 있는 것보다 상당히 더 많은 전류들을 핸들링할 수 있다. 그들은 또한 상승한 온도 테스트와도 양립가능하다.
[0038] 나노튜브들은 또한 양호한 기계적 특성들을 나타낸다. 결함이 없으므로, 개개의 나노튜브들이 극단적인 각도까지 구부러질 수 있되 탄성적으로 그 본래의 형태로 돌아갈 수 있음이 증명되었다. 그 인장 강도는 철보다 10배 더 크다. 나노튜브들의 어레이들은 그 원래 길이의 15%까지 반복적으로 압축될 수 있는 능력을 보인다. 이러한 독특한 물리적 특성들은 이상적인 프로브들이 될 수 있도록 하고 통상적인 기술들에 비하여 상당한 이점들을 제공한다. 그들의 높은 강도 및 탄성 특성은 통상적인 프로브들에 의해서 가능한 것보다 나노튜브들을 상당히 더 짧아질 수 있도록 하면서도, 여전히 테스트 하에서 IC들의 패드 높이 변화(variation)를 허용하기에 충분한 컴플라이언스(compliance; 힘을 받았을 때 물건의 탄력성, 유연성)을 제공한다. 전형적으로 적어도 3 밀의 컴플라이언스가 패드 높이 및 웨이퍼 두께 변화들에 기인하여 필요할 수 있다. 나노튜브 프로브들은 4 밀만큼 짧게 성장할 수 있고 초고주파수(ultra-high frequency) 테스트에 대하여 적합한 매우 낮은 전기 인덕턴스를 허용한다.
[0039] 나노튜브 번들 프로브의 세정이 번들 팁의 상대 표면 거칠기(roughness)를 이용하는 것에 의해서 이루어질 수 있다. 나노튜브 상에 어떠한 당글링(dangling) 공유 결합도 존재하지 아니하므로, 나노튜브 프로브가 화학적으로 비-반응성이어서 비-전도성 산화물들이 프로브 팁들 상에 형성되지 아니하여 할 것이다. 오염물과 접촉하는 아랫 표면 영역은 나노튜브 프로브와 오염물 간의 반 데르 발스 인력(van der Waals attraction)을 감소시키려 할 것이다. 나노튜브 프로브 어레이를 석영, 루테늄, 탄탈륨 산질화물(oxynitride) 등과 같은 매끄러운 표면과 접촉시키는 것은, 그 더 큰 반 데르 발스 인력에 기인하여 더 매끄러운 표면 상으로 나노튜브 프로브로부터의 오염물들을 전달시키려 할 것이다.
[0040] 비록 개시된 특허 대상이 그 실시예들에 관하여 기술되고 도시되었지만, 개시된 실시예들의 특징들(features)을 결합하거나 재배열하여서 본 발명의 범주 내에서 추가적인 실시예들을 구성할 수 있음을 그리고 본 출원의 사상 및 범주를 벗어나지 아니하면서 그 내에서 또는 그에 대하여 다양한 다른 변경들, 생략들 및 추가들이 이루어질 수 있음을 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 상부면(top surface) 및 바닥면을 구비하는 기판을 제공하고;
    상기 상부면 상에 전기 전도성 패드들의 어레이를 형성하고;
    상기 전기 전도성 패드들의 어레이의 각각 상에서 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매를 적용하고; 그리고
    탄소-농후(carbon-rich) 환경에서 상기 기판을 가열하고 이로써 상기 전기 전도성 패드들의 어레이의 각각으로부터 윗방향으로 연장되는 나노튜브들을 성장시키는 것;을 포함하는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 패드들의 어레이는 테스트될 집적 회로 상에 패드들의 어레이와 거울상으로(mirror) 형성된,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들은 상기 기판의 상부면 위로(above) 성장하고
    이에 의해서 상기 기판의 상기 상부면 위에서 윗방향으로 연장되는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들이 형성되는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각을 전기 전도성 물질로 캡핑하는 것을 더 포함하는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 패드들은 제1 동심 링 및 제2 동심 링을 포함하고,
    상기 제1 동심 링은 접지된 링(ground ring)이고,
    상기 제2 동심 링은 신호 패드인,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  6. 상부면, 바닥면 및 상기 상부면과 상기 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린(drilled) 마이크로-홀들의 어레이를 구비하는 기판을 제공하고;
    상부면 및 바닥면을 구비하는 금속 포일(箔, foil)을 제공하고;
    상기 금속 포일의 상부면에 탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매를 적용하고;
    상기 기판의 바닥면에 상기 금속 포일의 상부면을 맞붙이고(join);
    탄소-농후 환경에서 상기 금속 포일과 상기 기판을 가열하고 이로써 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이의 각각을 팽창시켜서, 상기 기판 내에 팽창된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하고;
    상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이의 각각을 통해 상기 금속 포일의 상부면으로부터 윗 방향으로 연장된 나노튜브들을 성장시켜서, 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 형성하고;
    상기 금속 포일 및 상기 기판을 냉각시키고 이로써 상기 기판 내 팽창된 마이크로-홀들의 어레이의 각각이 접촉하도록 하고 이로써 상기 기판 내 수축된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하고; 그리고
    상기 기판의 바닥면으로부터 상기 금속 포일을 제거하는 것;을 포함하는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 금속 포일은 상기 기판의 바닥면과 맞붙게(join) 구성된,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들은 상기 기판의 상부면 위로 성장하고 이로써 상기 기판의 상부면 위에서 윗방향으로 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 형성하는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각은 팽창된 마이크로홀들의 어레이의 각각의 하나를 실질적으로 채우는(fill),
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    수축된 마이크로-홀들의 어레이의 각각의 하나가 내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나 둘레에(around) 수축 끼움(shrink fit; 가열 또는 냉각에 의한 억지 끼움)을 제공하여서,
    내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나를 상기 기판에 고정하는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 마이크로-홀들의 어레이가 상기 기판의 상부면과 수직하지 않은 각을 이루도록 뚫리고 이로써 상기 기판의 상부면과 수직하지 않은 각을 이루면서 상기 나노튜브들이 성장하게 되는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  12. 제6 항에 있어서,
    마이크로-홀들의 어레이의 각각의 하나가 테이퍼진(tapered),
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    마이크로-홀들의 어레이에 땜납(solder) 또는 에폭시 뒷채움(epoxy backfill)을 제공하는 것을 더 포함하는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  14. 제6 항에 있어서,
    상기 기판의 바닥면에 인접한 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각을 도금(plating)하거나 땜납 범핑(solder bumping)하는 것을 더 포함하는,
    기판 상에 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  15. 상부면, 바닥면 및 상기 상부면과 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린 마이크로-홀들의 어레이를 구비하는 기판을 제공하고;
    상부면, 바닥면 및 상기 상부면과 바닥면을 연결하고 관통해 뚫린 홀들의 어레이를 구비하는 제1 금속 포일을 제공하고;
    상부면 및 바닥면을 구비하는 제2 금속 포일을 제공하고;
    탄소 나노튜브들의 성장을 촉진하는 촉매를 적용하고;
    상기 기판의 바닥면에 상기 제1 금속 포일의 상부면을 맞붙이고;
    상기 제1 금속 포일의 바닥면에 상기 제2 금속 포일의 상부면을 맞붙이고;
    탄소-농후 환경에서 상기 제2 금속 포일과 상기 기판을 가열하고 이로써 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이의 각각을 팽창시켜서, 상기 기판 내에 팽창된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하고;
    상기 기판의 상부면 위로 그리고 상기 기판 내 팽창된 마이크로-홀들의 어레이 및 상기 제1 금속 포일 내 홀들의 어레이의 각각을 통해 상기 제2 금속 포일의 상부면으로부터 윗 방향으로 연장된 나노튜브들을 성장시키고 이로써 상기 기판의 상부면 위에서 윗 방향으로 연장된 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 형성하되, 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각은 팽창된 마이크로-홀들의 어레이의 각각의 하나를 실질적으로 채우고;
    상기 제2 금속 포일과 상기 기판을 냉각시키는 것;을 포함하는,
    기판의 대향 표면들로부터 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서
    홀들의 어레이는 상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이와 정렬되도록 배치되는,
    기판의 대향 표면들로부터 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 금속 포일은 상기 제1 금속 포일의 바닥면과 맞붙도록 구성된,
    기판의 대향 표면들로부터 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  18. 제15 항에 있어서, 상기 제1 금속 포일 내 홀들의 어레이는
    상기 기판 내 마이크로-홀들의 어레이와 실질적으로 정렬되는
    기판의 대향 표면들로부터 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    냉각에 의해서 상기 기판 내 팽창된 마이크로-홀들의 어레이의 각각이 수축되고 이로써 상기 기판 내 수축된 마이크로-홀들의 어레이를 형성하되,
    수축된 마이크로-홀들의 어레이의 각각의 하나가 내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나 둘레에 수축 끼움을 제공하여서, 내부에 포함된 상기 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들의 각각의 하나를 상기 기판에 실질적으로 고정하는,
    기판의 대향 표면들로부터 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 기판의 바닥면으로부터 상기 제1 금속 포일 및 상기 제2 금속 포일을 제거하는 것을 더 포함하는,
    기판의 대향 표면들로부터 연장하는 복수의 탄소 나노튜브-번들 프로브들을 제조하는 제조 방법.
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