KR20140148387A - 반도체 테스팅을 위한 측방향 구동식 프로브 - Google Patents

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플로렌트 크로스
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Abstract

반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법이 개시된다. 방법은 전기적 구조체와 나란히 프로브를 위치시키도록 반도체 디바이스 상의 전기적 구조체를 향해 수직 방향으로 프로브를 이동시키는 단계를 포함한다. 프로브의 팁은 전기적 구조체의 최외주부의 고도보다 낮게 위치된다. 방법은 전기적 구조체에 접촉하도록 전기적 구조체를 향해 측방향으로 프로브를 이동시키는 단계를 또한 포함한다. 프로브 팁은 전기적 구조체와 기계적으로 그리고 전기적으로 결합한다.

Description

반도체 테스팅을 위한 측방향 구동식 프로브{LATERALLY DRIVEN PROBES FOR SEMICONDUCTOR TESTING}
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스 테스팅 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로 반도체 테스팅용 프로브 카드의 분야에 관한 것이다.
수직 및 외팔보(cantilever) 프로브를 포함하는 현재의 프로브 디자인은 디자인 및 제조의 모두에 있어서 제한을 겪고 있다. 고려 사항은 증가하는 수의 입출력 채널, 접지, 및 전력/전기 접촉점과 감소하는 어레이 피치 크기를 포함한다. 이러한 제한 또는 문제점은 주로 현재의 프로브 디자인이, 초기 접촉 후에도 반도체 디바이스의 표면에 실질적으로 직교하는 경로를 따라 계속 이동하는 프로브에 의해 기계적으로 결합될 반도체 땜납 범프 또는 볼을 필요로 하기 때문에 발생한다. 이 계속적인 이동은 종종 수직 오버드라이브(overdrive)라 칭하고, 국부적 비평탄성 등에 무관하게 각각의 프로브가 대응 접촉점에 접촉하는 것을 보장하는데 사용된다. 일단 초기 접촉이 설정되면, 몇몇 프로브 디자인(예를 들어, 외팔보 프로브)은 접촉을 향상시키기 위해 접촉된 전기 패드를 스크래치하도록 프로브의 예측 가능한 양의 측방향 운동을 제공할 수 있다. 다른 프로브 디자인(예를 들어, 수직 프로브)은 적절한 프로브 접촉을 보장하기 위해 스크래칭에 의존하지 않고, 오히려 목표된 전기적 구조체의 표면에 만입부를 형성하는 것에 의존한다.
반도체 디바이스 상의 땜납 범프 및 땜납볼을 테스팅하는 것은, 특히 테스팅을 위해 이용 가능한 표면이 실질적으로 반구형일 때 양 프로브 구성에 대해 과제가 될 수도 있다. 외팔보 프로브의 팁이 구형 표면의 후단 에지(예를 들어, 정점과 적도 사이의 실질적으로 중간의 위치)에서 땜납 범프 또는 땜납볼과 결합해야 하면, 국부적인 기울기는 프로브 팁이 구형 표면을 효과적으로 스크래칭하는 것을 방지하여, 프로브 팁이 범프로부터 슬라이딩하여 스트레잉(straying)하게 한다. 슬라이딩 또는 스트레잉은 또한 스쿠팅(scooting)이라 칭할 수도 있다. X 및/또는 Y축에서 이러한 스쿠팅 또는 스트레잉은 또한 더 짧은 프로브 샤프트 길이가 사용될 때 더 유행할 수도 있다. 다른 시나리오에서, 그 구형 표면의 선단 에지에서 땜납 범프와 결합하는 프로브 팁은 단지 이를 스크래칭하기보다는 범프면 내에 박힌다. 그 결과, 이러한 프로브에 의해 경험되는 반력이 방향 및 크기의 모두에서 의도된 용도로부터 광범위하게 변할 수도 있고 프로브의 조기 피로 및 파괴를 유도할 수 있다.
다른 상당한 과제는 개별 땜납 범프의 국부적인 비평탄성(높이차) 및 반도체 칩의 레벨링(leveling) 등에 관계된다. 이러한 평탄성의 편차를 고려하기 위해, 수직 또는 외팔보 프로브가 반도체 칩을 가로지르는 신뢰적인 전기 접촉을 보장하기 위해 광범위의 수직 오버드라이브값을 수용하도록 설계될 수도 있다(이들 각각의 땜납 범프와 물리적으로 접촉하는 이들 프로브는 다른 프로브들이 그 각각의 땜납 범프와 최종적으로 접촉하게 하기 위해 프로브 카드가 반도체를 향해 계속 이동함에 따라 오버드라이브의 양을 흡수할 필요가 있음). 그러나, 프로브 자체의 생크(shank)에 따른 평면 내 이동은 반드시 임의의 수직 팁 운동을 수반한다. 땜납 범프들 사이의 피치가 더 작아짐에 따라, 각각의 개별 프로브를 위해 이용 가능한 부지(real-estate) 및 공간의 체적도 더 작아진다. 따라서, 프로브 생크를 따른 임의의 위치가 그 직접 이웃 땜납 범프와 기계적으로 결합하기 전에 프로브의 측방향 이동량은 이에 따라 축소한다. 더욱이, 각각의 프로브를 위해 할당된 공간이 수축함에 따라, 재료 최대 항복 응력 미만의 프로브를 따른 임의의 지점으로 응력 레벨을 유지하면서 큰 오버드라이브를 허용하는 기계적 디자인을 구성하는 것이 점점 어려워진다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 수직 및 외팔보 프로브는 다양한 핸디캡에 직면한다. 프로브는 점점 더 소형의 피치의 반도체 디바이스와 원하는 전기적 및 기계적 접촉을 보장하기에 충분한 수직 오버드라이브를 제공하도록 요구된다. 동작 중에 응력을 흡수하기 위해 프로브 자체에 할당된 재료의 총 체적을 또한 제한한다. 마지막으로, 때때로 반도체 어레이 상의 모든 지점에서 양호한 전기적 및 기계적 접촉을 보장하도록 요구되는 더 높은 양의 수직 오버드라이브(예를 들어, 국부적 비평탄성을 다루기 위해)가 또한 조기 마모 또는 피로로 이어질 수도 있다.
본 발명의 실시예는 프로브 카드에 의해 반도체 디바이스를 테스팅하는데 있어서 고유적인 과제들에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서, 반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법이 개시된다. 방법은 전기적 구조체와 나란히 프로브를 위치시키기 위해 반도체 디바이스 상의 전기적 구조체를 향해 수직 방향으로 프로브를 이동시키는 단계를 포함한다. 프로브의 팁은 전기적 구조체의 최외주부의 고도보다 낮게 위치된다. 방법은 전기적 구조체에 접촉하도록 전기적 구조체를 향해 측방향으로 프로브를 이동시키는 단계를 또한 포함한다. 프로브 팁은 전기적 구조체에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에서, 반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 프로브를 포함하는 프로브 카드를 포함한다. 프로브는 수직 생크 및 프로브 팁을 포함한다. 프로브 카드는 프로브가 반도체 디바이스의 전기적 구조체와 나란히 위치되고 프로브의 프로브 팁이 전기적 구조체의 최외주부의 고도보다 낮게 위치되도록 반도체 디바이스 상에 프로브를 위치시키도록 동작 가능하다. 프로브 카드는 전기적 구조체와 접촉하도록 전기적 구조체를 향해 측방향으로 프로브를 이동시키도록 또한 동작 가능하다. 프로브 팁은 대응 전기적 구조체에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하도록 동작 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 시스템에서, 컴퓨터 시스템이 반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법을 수행하게 하기 위해 그 내부에 내장되어 있는 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터-판독가능 매체가 개시된다. 방법은 전기적 구조체와 나란히 프로브를 위치시키기 위해 반도체 디바이스 상의 전기적 구조체를 향해 수직 방향으로 프로브를 이동시키는 단계를 포함한다. 프로브의 팁은 전기적 구조체의 최외주부의 고도보다 낮게 위치된다. 방법은 전기적 구조체에 접촉하도록 전기적 구조체를 향해 측방향으로 프로브를 이동시키는 단계를 더 포함한다. 프로브 팁은 전기적 구조체에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합한다.
본 발명의 실시예는 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 지시하고 있는 첨부 도면과 함께 취한 이하의 상세한 설명으로부터 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 프로브를 포함하는 예시적인 프로브 카드의 개략 단면도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 복수의 구성요소 상에 위치된 복수의 프로브를 포함하는 예시적인 프로브 카드의 개략 단면도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 복수의 구성요소와 나란히 위치된 복수의 프로브를 포함하는 예시적인 프로브 카드의 개략 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 구성요소에 대하는 위치로 이동하는 예시적인 프로브의 개략 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 대응 구성요소에 대하는 위치로 이동하는 복수의 프로브를 포함하는 예시적인 프로브 카드의 개략 단면도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 구성요소에 대하여 그리고 정상의 위치로 이동하는 예시적인 프로브의 개략 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 구성요소에 대하여 그리고 정상의 위치로 이동하는 복수의 프로브를 포함하는 예시적인 프로브 카드의 개략 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 구성요소로부터 이격하여 이동하는 예시적인 프로브의 개략 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 예시적인 프로브 샤프트의 개략 단면도를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 프로브의 예시적인 3D 도면을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프로브 팁의 예시적인 3D 도면을 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 프로브의 예시적인 3D 도면을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 프로브의 예시적인 도면을 도시한다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 소닉 스크러버(sonic scrubber)와 페어링된 예시적인 프로브 카드의 단면도를 도시한다.
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 전기적 구조체의 표면에 대해 소닉 스크러빙하는 예시적인 프로브 팁의 단면도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 측방향 오버드라이브의 방법에 대한 단계들을 도시하는 흐름도를 도시한다.
이제 그 예가 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 참조할 것이다. 본 발명은 바람직한 실시예와 함께 설명될 것이지만, 이들 실시예는 본 발명을 이들 실시예에 한정하도록 의도된 것은 아니라는 것이 이해될 수 있을 것이다. 대조적으로, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 균등물을 커버하도록 의도된다. 더욱이, 본 발명의 실시예의 이하의 상세한 설명에서, 수많은 특정 상세가 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명은 이들 특정 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자에 의해 인식될 수 있을 것이다. 다른 경우에, 공지의 방법, 절차, 구성요소 및 회로들은 본 발명의 실시예의 다른 양태를 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않는다. 본 발명의 실시예들을 도시하는 도면은 반개략적이고 실제 축적대로 도시되어 있지는 않으며, 특히 치수의 일부는 제시의 명료화를 위한 것이고 도면에서 과장되어 도시되어 있다. 유사하게, 용이한 설명을 위해 도면의 도시들은 일반적으로 유사한 배향을 나타내고 있지만, 이 도면의 도시는 대부분 임의적이다. 일반적으로, 본 발명은 임의의 배향으로 동작될 수 있다.
표기법 및 명명법:
이어지는 상세한 설명의 몇몇 부분은 절차, 단계, 논리 블록 및 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트 상의 동작의 다른 기호적 표현의 견지에서 제시된다. 이들 설명 및 표현은 당 기술 분야의 다른 숙련자들에게 이들의 작업의 본질을 가장 효과적으로 전달하기 위해 데이터 프로세싱 분야의 숙련자들에 의해 사용된 수단이다. 절차, 컴퓨터 실행된 단계, 논리 블록, 프로세스 등은 여기서, 일반적으로 원하는 결과를 유도하는 단계 또는 인스트럭션의 자기 일관성 시퀀스인 것으로 고려된다. 단계들은 물리량의 물리적 조작을 필요로 하는 것들이다. 일반적으로, 반드시는 아니지만, 이들 양은 컴퓨터 시스템 내에 저장되고, 전달되고, 조합되고, 비교되고, 다른 방식으로 조작되는 것이 가능한 전기적 또는 자기적 신호의 형태를 취한다. 원리적으로 통상의 사용의 이유로, 이들 신호를 비트, 값, 요소, 기호, 문자, 항, 숫자 등으로서 칭하는 것이 때때로 편리한 것으로 입증되었다.
그러나, 이들 및 유사한 용어의 모두는 적절한 물리량과 연계되어야 하고 단지 이들 양에 적용된 편리한 라벨이라는 것을 명심해야 한다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이 달리 구체적으로 언급되지 않으면, 본 발명 전체에 걸쳐, "프로세싱" 또는 "액세싱" 또는 "실행" 또는 "저장" 또는 "렌더링" 등과 같은 용어를 이용하는 설명은 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 및 다른 컴퓨터 판독가능 매체 내의 물리(전기)량으로서 표현된 데이터를 조작하고 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 이러한 정보 저장 장치, 전송 또는 디스플레이 디바이스 내의 물리량으로서 유사하게 표현된 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 동작 및 프로세스를 칭한다는 것이 이해된다. 구성요소가 다수의 실시예에서 나타날 때, 동일한 도면 부호의 사용은 구성요소가 원래 실시예에 도시된 바와 동일한 구성요소라는 것을 암시한다.
반도체 테스팅에서의 측방향 오버드라이브
본 발명의 예시적인 실시예는 상당히 축소된 피치 크기를 갖는 반도체 디바이스 상의 땜납 범프, 볼 및 필라(pillar)를 테스팅하는데 사용된 프로브를 설계하고 동작하는데 있어서 고유적인 증가하는 과제에 대한 해결책을 제공하고, 여기서 이러한 구조체의 정점은 반도체 칩의 상부에서 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터로 다양하게 정점을 이룰 수도 있다. 본 발명의 다양한 실시예는 전술된 바와 같은 이러한 타협을 위한 요구를 효과적으로 회피하는 예시적인 프로브 디자인 및 예시적인 동작 모드를 제공하고, 땜납 범프, 볼 또는 필라 등과 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하기 위해 수직 운동(수직 오버드라이브)에 의존하지 않는 측방향 구동식 프로브 디자인을 제시한다. 이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 측방향 구동식 테스팅 프로브는 이들이 땜납 볼, 구, 범프 또는 필라의 에지, 측벽 또는 최외주부와 기계적으로 결합하고 프로브의 예시적인 측방향 오버드라이브 이동 중에 땜납 볼, 구, 범프 또는 필라의 중심을 향해 이동함에 따라 땜납 범프, 볼 또는 필라 높이 편차에 면역되어 있다.
땜납 범프, 구 또는 필라 등의 예시적인 평면내 치수는 통상적으로 포토리소그래픽 기술에 의해 설정될 수도 있어, 위치 및 형상 재현 가능성의 모두에서 고도의 정밀도를 부여한다. 일 예시적인 실시예에서, 복수의 프로브를 포함하는 프로브 카드는 타겟 반도체 디바이스의 서브미크론 경면 이미지 정확도 이내로 제조될 수도 있다. 이하에 설명되는 바와 같이, 프로브 카드는 타겟 반도체 디바이스에 대해 오프셋을 갖고 정렬되고 이어서 땜납 범프, 볼 또는 필라 등 사이에 프로브 카드의 프로브를 배치하도록 하강되고, 이어서 대응 타겟 땜납 범프, 볼 또는 필라에 접촉하도록 프로브 카드를 시프트하고 이어서 각각의 타겟 땜납 범프, 볼 또는 필라를 따라 그리고 이들의 중심을 향해 프로브 팁을 슬라이드하기 위해 추가의 측방향 시프트에 의해 측방향으로 시프트된다. 일 예시적인 실시예에서, 땜납 범프 또는 필라의 어레이를 가로지르는 신뢰적인 전기적 및 기계적 접촉을 설정하도록 요구된 수평 또는 측방향 오버드라이브의 범위는, 수직 프로브를 위해 요구된 수직 오버드라이브의 범위에 비교될 때 작을 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 땜납 범프 및 필라의 X-축 및 Y-축 배치는 땜납 범프 및 필라의 수직 높이에 비교할 때 더 균일하다. 직접적인 결과로서, 예시적인 프로브의 생크를 따른 응력이 감소될 수 있어, 설계 및 제조의 모두를 용이하게 할 뿐만 아니라 테스팅 프로브의 수명을 연장시킨다.
일 예시적인 실시예에서, 측방향 오버드라이브가 가능한 프로브를 갖는 프로브 카드는 수직 오버드라이브를 위해 사용된 프로브를 갖는 프로브 카드보다 짧은 전체 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 측방향 오버드라이브를 이용하는 프로브 카드는 수직 오버드라이브를 이용하는 프로브 카드만큼 많은 오버드라이브를 필요로 하지 않을 수도 있다. 따라서, 측방향 오버드라이브를 사용하는 프로브 카드에 사용된 프로브는 수직 오버드라이브를 사용하는 프로브 카드에 사용된 프로브보다 물리적으로 짧을 수도 있다. 이러한 더 짧은 프로브는 낮은 저항 및 낮은 인덕턴스를 가질 수 있다.
도 1은 예시적인 프로브 카드(100)의 부분의 단면도를 도시한다. 프로브 카드는 기판(102) 및 복수의 프로브(104)를 포함한다. 일 실시예에서, 프로브 카드(100)는 땜납 범프, 볼 또는 필라 등과 같은 임의의 수의 대응 접촉 요소에 매트릭스 패턴으로 배열된 프로브(104)의 어레이를 포함한다. 일 실시예에서, 프로브(104)의 어레이는 반도체 디바이스 상에 형성된 땜납 범프, 볼 또는 필라의 패턴을 경면대칭하는 패턴으로 배열된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예시적인 프로브(104)는 프로브 팁(106)을 포함한다. 일 실시예에서, 프로브(104)는 니들형 프로브(a needle type probe)이다. 다른 실시예에서, 프로브(104)는 마이크로 전기기계 시스템(micro electro-mechanical system: MEMS) 프로브이다. 일 실시예에서, 프로브(104)는 포토리소그래픽 기술을 사용하여 실리카로부터 에칭된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 일 실시예에서, 프로브(104)는 수직 오버드라이브를 제공하기 위한 스프링 또는 아코디언과 같은 굽힘되기보다는, 타겟 땜납 범프, 볼 또는 필라 등에 대한 측방향 오버드라이브를 제공하는 휘스커(whisker) 또는 브러시로서 굽힘될 것이다.
도 2a는 측방향 구동식 프로브(104)를 사용하는 테스팅 시퀀스의 예시적인 제 1 단계를 도시한다. 프로브 및 전기적 구조체의 크기, 간격 및 배향은 명료화를 위해 과장되어 있다. 예시적인 프로브 카드(100)는 대응 전기적 구조체(204)(예를 들어, 땜납 범프, 구, 필라 등)에 각각 개별적으로 접촉하는 수백 또는 수천개의 프로브(104)를 포함할 수 있지만, 3조의 프로브(104)와 대응 전기적 구조체(204)가 명료화를 위해 본 명세서에 예시되어 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 프로브 카드(100)가 반도체 디바이스(200) 상에 측방향 오프셋을 갖고 정렬된 후에, 프로브 카드(100)는 하강되어 프로브(204)를 대응 전기적 구조체(204)와 최종적인 접촉을 위한 위치로 유도할 수도 있다. 일 실시예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 프로브(104)는 화살표(206)에 의해 표현된 방향을 따라 반도체 디바이스(200)의 타겟 전기적 구조체(204) 및 주위 반도체 영역(202)을 향해 수직으로 이동한다. 일 예시적인 실시예에서, 프로브(104)의 팁(106)은 화살표(208)에 의해 표현된 측방향 오프셋에 의해 결정된 바와 같이, 타겟 전기적 구조체(204)로부터 이격하여 수 미크론에 정밀하게 위치된다. 일 실시예에서, 전기적 구조체(204)는 땜납 범프, 볼 또는 필라 등이다. 일 실시예에서, 반도체 영역(202)은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 프로브(104)가 그 내에 삽입되는 인접한 전기적 구조체(204) 사이에 이격된다. 일 실시예에서, 타겟 전기적 구조체(204)로부터 프로브 팁(106)의 최대 간격 또는 측방향 오프셋은 단지 프로브 팁(106)만이 전기적 구조체(204) 사이의 반도체 영역(202) 내로 연장하면 인접한 전기적 구조체(204) 사이의 간격 또는 거리에서 프로브 샤프트 또는 프로브 팁(106)의 직경을 감산한 값이다.
일 예시적인 실시예에서, 프로브 팁(106)이 인접한 전기적 구조체(204) 사이의 삽입을 위해 성형된 피라미드이다. 다른 실시예에서, 프로브 팁(106)은 프로브(104)의 샤프트(예를 들어, 직사각형 단면을 갖는 프로브 팁)와 동일한 직경 또는 단면을 갖는다. 따라서, 프로브(104)는 직사각형 프로브 팁을 수용하기 위해 인접한 전기적 구조체(204) 사이의 간격보다 작은 직경을 가질 수 있다(프로브 팁(106)이 프로브 샤프트와 동일한 단면을 가질 때). 일 예시적인 실시예에서, 50 미크론 피치를 갖고 형성되고 25 미크론 직경의 전기적 구조체(204)를 포함하는 반도체 디바이스에서, 인접한 전기적 구조체(204) 사이의 예시적인 간격은 대략 12 미크론이고, 프로브(104)의 단면은 12 미크론 미만이다. 프로브(104), 프로브 팁(106) 및 전기적 구조체(204)의 크기 및 치수, 뿐만 아니라 이들의 위치 및 배향은 실제 축적대로 도시되어 있지 않고 명료화를 위해 과장되어 있다.
도 2b는 프로브 팁(106)이 타겟 전기적 구조체(204)의 최외주부의 고도보다 실질적으로 낮은 위치에 도달할 때 제 1 단계의 예시적인 종료를 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(106)은 반도체 표면(202) 상에 그리고 타겟 전기 구조체(204)의 최외주부의 최대 고도 미만인 수 마이크로미터 그리고 전술된 측방향 오프셋에 의해 결정된 바와 같은 전기적 구조체(204)의 최외주부로부터 이격하여 수 마이크로미터 부유한다.
도 3a는 예시적인 측방향 이동 단계를 도시한다. 명료화를 위해, 단지 단일의 프로브(104) 및 단일의 전기 구조체(204)만이 도시되어 있다. 수직으로 위치된 프로브(104)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 전기적 구조체(204)의 표면에 접촉하도록 전기적 구조체(204)를 향해 반도체 디바이스(200)의 표면에 실질적으로 평행한 경로를 따라 이동한다. 일반적인 운동 방향은 화살표(306)에 의해 표현되어 있다. 그 접합부에서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(106)은 기계적으로 그리고 적당한 조건 하에서 전기적 구조체(204)와 전기적으로 결합된다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 프로브 카드(100)의 모든 프로브(104)가 이들의 대응 전기적 구조체(204)에 접촉된 것을 보장하기 위해, 프로브 카드(100)는 측방향 이동을 계속할 것이고, 상기 프로브(104)는 프로브 팁(106)과 전기적 구조체(104) 사이의 제 1 기계적 접촉 후에 측방향 오버드라이브의 양에 비례하는 전기적 구조체(204)에 대해 힘을 인가할 것이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 바와 같이, 대응 전기적 구조체(204)에 접촉하도록 측방향으로 시프트되어 있는 복수의 프로브(104)를 도시한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전기적 구조체(204)의 위치 또는 주연 크기에 있어서 X/Y 축 편차(들)가 존재하면, 프로브 팁(106)은 잘못 위치되거나 잘못 형성된 전기적 구조체(204)에 접촉을 실패할 수도 있어, 프로브 카드(100)의 추가의 측방향 이동을 필요로 한다.
도 4a는 원래 접촉점에 대한 고도를 점진적으로 얻으면서 그 동안에 프로브 팁(106)이 전기적 구조체(204)의 중심을 향해 이동하는(화살표(408)를 따라) 측방향 운동 단계의 예시적인 연속을 도시하고 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전기적 구조체(204)의 중심을 향한 프로브 팁(106)의 연속적인 이동은 정해진 양의 측방향 오버드라이브를 따른다. 일 실시예에서, 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 니들형 프로브(104)는 휘스커형 운동(a whisker-like motion)으로 굽힘될 수도 있다. 프로브 카드(100)의 각각의 프로브(104)는 프로브 카드(100)가 측방향으로 조정됨에 따라(프로브 카드(100)의 전기적 구조체(204)의 임의의 X/Y 축 편차에 따라 변하는 실제 접촉 시간에 의해) 대응 전기적 구조체(204)에 실질적으로 동시에 접촉할 것이다. 도 4b는 도 4a에 도시된 바와 같이, 인가된 측방향 오버드라이브의 양에 따라 대응 전기적 구조체(204)의 중심을 향해 이동하도록 측방향으로 시프트되어 있는 복수의 프로브(104)를 도시한다.
일 예시적인 실시예에서, 전기적 구조체(204)는 25 미크론의 직경을 갖는 땜납 범프 또는 필라일 수도 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 측방향 오버드라이브는 프로브 팁(106)이 전기적 구조체(204)의 에지로부터 중심을 향해 전기적 구조체(204)의 표면을 따라 스크랩핑(scarp)되게 할 수 있다. 예를 들어, 프로브 팁(106)은 전기적 구조체(204)의 중심 부근에 위치될 대략 12 미크론만큼 표면을 따라 스크랩핑할 수 있다. 따라서, 예시적인 프로브(104)는 25 미크론의 직경을 갖는 전기적 구조체(204)에 접촉한 후에 원하는 측방향 오버드라이브를 받게 될 때 단지 12 미크론 이하만 굽힘될 필요가 있다. 이러한 예시적인 측방향 굽힘량(요구된 측방향 오버드라이브의 양에 대한)은 국부적인 비평탄성 및 경사진 반도체 디바이스(202)에 기인하여 요구되는 수직 굽힘량(요구된 수직 오버드라이브량에 대한)보다 작을 수도 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 복수의 프로브(104)가 반도체 디바이스(200)의 전기적 구조체(204)의 X/Y 축 정밀도에 등가인 X/Y 축 정밀도를 갖고 제조될 수도 있다(일관적인 프로브 팁 대 타겟 전기적 구조체 접촉을 보장하는데 필요한 요구된 측방향 오버드라이브의 양을 최소화하기 위해). 예를 들어, 일 실시예에서, 국부적인 비평탄성 및 반도체 디바이스 경사의 범위는 예시적인 50 미크론일 수도 있어, 모든 프로브 팁(106)이 대응 전기적 구조체(204)와 기계적으로 그리고 전기적으로 정합되는 것을 보장하기 위해 50 미크론 초과의 예시적인 수직 오버드라이브를 필요로 하고, 반면에 전기적 구조체(204)의 X/Y 축 변위(배치 및 단면의 모두에서)는 예시적인 10 미크론일 수도 있어, 모든 프로브 팁(106)이 대응 전기적 구조체(204)와 기계적으로 그리고 전기적으로 정합되는 것을 보장하기 위해 10 미크론 초과의 예시적인 측방향 오버드라이브를 필요로 한다.
도 5는 테스팅 시퀀스의 예시적인 최종 단계를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 디바이스(200)의 테스팅이 완료될 때, 프로브 카드(100)(및 대응 전기적 구조체(204)에 접촉하는 복수의 프로브(104))는 반도체 디바이스(200)와의 접촉으로부터 제거될 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 프로브(104)는 반도체 디바이스(200)의 표면에 실질적으로 직교하는 방향(506)을 따라 반도체 디바이스(200)로부터 후퇴된다(프로브 카드(100)를 후퇴함으로써).
도 6은 프로브의 생크가 수직 실린더인 예시적인 측방향 구동식 프로브 디자인을 도시한다. 일 예에서, 수직 실린더의 단면은 원형(604A)이다. 다른 예에서, 단면은 삼각형(604B), 정사각형(604C), 직사각형(604D) 또는 타원형(604E)일 수도 있다. 일 실시예에서, 프로브 카드의 예시적인 프로브는 포토리소그래피, 전해 도금 및 랩핑(lapping)에 기초하는 프로세스를 따라 구성된다.
도 7a는 프로브 팁(706), 수직 생크(704), 수평 보(708) 및 푸트(710)를 포함하는 예시적인 프로브(700)를 도시한다. 일 실시예에서, 프로브 팁(706)은 수평 보(708)의 장축에 실질적으로 평행한 경로(712)를 따라 전기적 구조체(204)(예를 들어, 땜납 범프, 볼 또는 필라 등)를 향해 이동하여, 수평 보(708)가 측방향 오버드라이브의 방향에 따른 경로(716)를 따라 전방으로 또는 후방으로 굽혀지게 한다. 달리 말하면, 프로브 팁(706)이 도 3a에 도시된 바와 같이 경로(712)를 따라 전기적 구조체(204)의 표면에 접촉할 때, 수평 보(708)는 측방향 오버드라이브의 방향에 따라 전방으로 또는 후방으로 굽혀진다. 예를 들어, 수평 보(708)는 프로브(700)가 타겟 전기적 구조체(204)의 좌측에 위치될 때 푸트(710)를 향해 전방으로 굽혀질 것이고, 프로브(700)가 타겟 전기적 구조체(204)의 우측에 위치될 때 푸트(710)로부터 후방으로 굽혀질 것이다.
도 7b는 프로브 팁(706)이 수평 보(708)에 실질적으로 수직인 경로(714)를 따라 전기적 구조체(204)를 향해 이동하는 제 2 실시예를 도시한다. 이 제 2 방법에서, 수평 보(708)는 예시적인 측방향 오버드라이브 중에 비틀림(화살표(718)에 의해 도시된 바와 같이)을 경험한다. 달리 말하면, 프로브 팁(706)이 도 3a에 도시된 바와 같이 경로(714)를 따라 전기적 구조체(204)의 표면에 접촉할 때, 수평 보(708)는 비틀림(718)을 경험하고, 비틀림의 방향은 측방향 오버드라이브의 대응 방향에 의존한다(측방향 오버드라이브의 방향에 따라 시계방향 또는 반시계방향 비틀림).
도 8에서, 예시적인 프로브 팁(800)이 삼각형 단면을 갖는다. 이러한 삼각형 단면은 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 또한 도시되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시된 프로브(104)는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 프로브(104)의 수직 샤프트의 단면에 유사한 직사각형 단면을 갖는 프로브 팁(106)을 포함할 수 있다.
도 9는 정합 푸트(910)로 양 단부에서 고정된 비틀림 보(908)를 포함하는 예시적인 프로브(900)를 도시한다. 프로브(900)는 프로브 팁(906)과, 비틀림 보(908)에 부착된 수직 생크(a vertical shank)(904)를 또한 포함한다. 프로브 팁(906)은 비틀림 보(908)의 장축에 실질적으로 수직인 경로(912)를 따라 전기적 구조체(104)를 향해 이동한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 측방향 오버드라이브가 전기적 구조체(204)와 초기 접촉 후에 프로브 팁(906)에 인가될 때, 화살표(914)로 도시된 비틀림은 화살표(912)에 의해 표현된 바와 같이 측방향 오버드라이브의 방향에 따라 비틀림 보(908)에 인가된다.
도 10a에 도시된 일 실시예에서, 프로브(1000)는 3개 이상의 수직 섹션 또는 보(1002), 푸트(1004) 및 프로브 팁(1006)을 갖는 사행형이다. 도 10b에 도시된 다른 실시예에서, 프로브(1050)는 3개 이상의 수평 섹션 또는 보(1008), 푸트(1004) 및 프로브 팁(1006)을 갖는 사행형이다. 사행형 프로브(1000, 1050)는 리소그래피, 전해 도금 및 랩핑과 같은 MEMS 기술 및 희생 재료의 후속의 제거를 사용하여 구성될 수 있다.
도 11a는 소닉 스크러빙 유닛(1102)의 추가를 갖는, 도 1에 도시된 바와 같은 예시적인 프로브 카드(100)를 도시한다. 일 예시적인 실시예에서, 프로브 카드(100)의 복수의 프로브(104)가 이들에 인가된 소정량의 측방향 오버드라이브를 가진 후에, 프로브 팁(106)과 대응 전기적 구조체(204) 사이의 적절한 전기적 및 기계적 접촉을 보장하기 위해, 소닉 스크러빙 유닛(1102)은 선택된 기간 동안 활성화될 수 있다. 일 실시예에서, 소닉 스크러빙 유닛(1102)은 10 ms 동안 활성화한다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 소닉 스크러빙 유닛(1102)이 활성화될 때, 개별 프로브 팁(106)은 전자 구조체(204)의 부분 상으로 이동되거나 스크러빙될 것이다. 예시적인 소닉 스크러빙 중에 프로브 팁(106)의 스크러빙 운동은 도 11b의 화살표(1104)를 따른다. 일 실시예에서, 예시적인 소닉 스크러빙 중에 프로브 팁(106)의 운동은 X 및/또는 Y 축에서 발생한다.
도 12는 반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 예시적인 방법에 대한 단계들을 도시한다. 도 12의 단계 1202에서, 프로브(104)는 전기적 구조체(200)와 나란히 프로브(104)를 위치시키기 위해 반도체 디바이스(200) 상의 전기적 구조체(204)를 향해 수직 방향으로 이동된다. 도 12의 단계 1204에서, 프로브 팁(106)은 전기적 구조체(204)의 최외주부의 고도보다 낮게 위치된다. 프로브 팁(106)의 이러한 배치는 도 2b에 도시되어 있고, 여기서 프로브 팁(106)은 전기적 구조체(204)의 최외주부의 고도보다 낮게 위치된다.
도 12의 단계 1206에서, 프로브(104)는 전기적 구조체(204)에 접촉하도록 전기적 구조체(204)를 향해 측방향으로 이동된다. 이러한 운동은 도 3a에 도시되어 있다. 도 12의 단계 1208에서, 프로브 팁(106)은 전기적 구조체(204)의 표면을 따라 프로브 팁(106)을 스크랩핑함으로써 전기적 구조체(204)의 표면과 결합된다. 이러한 접촉은 전기적 구조체(204)의 표면을 따라 프로브 팁(106)을 이동시키는 인가된 측방향 오버드라이브의 양을 통해 성취된다. 측방향 오버드라이브는 프로브 카드(100)의 모든 프로브(104)와 이들의 대응 전기적 구조체 사이의 적절한 기계적 및 전기적 접촉 또는 결합을 보장한다. 이러한 측방향 오버드라이브는 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다.
특정 바람직한 실시예 및 방법이 본 명세서에 개시되어 있지만, 이러한 실시예 및 방법의 변형 및 수정이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에게 상기 설명으로부터 명백할 것이다. 본 발명은 첨부된 청구범위 및 적용 가능한 법의 법규 및 원리에 의해 요구되는 정도로만 제한되어야 하는 것으로 의도된다.
100: 프로브 카드 104: 프로브
106: 프로브 팁 200: 반도체 디바이스
202: 반도체 영역 204: 전기적 구조체
700: 프로브 704: 수직 생크
706: 프로브 팁 708: 수평 보
710: 푸트 712: 경로

Claims (20)

  1. 반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법에 있어서,
    전기적 구조체(a electrical structure)와 나란히 프로브를 위치시키기 위해 상기 반도체 디바이스 상의 전기적 구조체를 향해 수직 방향으로 상기 프로브를 이동시키는 단계 - 상기 프로브의 팁은 상기 전기적 구조체의 최외주부의 고도(elevation)보다 낮게 위치됨 - 와,
    상기 전기적 구조체에 접촉하도록 상기 전기적 구조체를 향해 측방향으로 상기 프로브를 이동시키는 단계 - 상기 프로브 팁은 상기 전기적 구조체에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합(engage)함 - 를 포함하는
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브 팁은 상기 프로브 팁과 상기 전기적 구조체 사이의 제 1 기계적 접촉 후에 측방향 오버드라이브의 양(an amount of lateral overdrive)에 비례하는 힘을 상기 전기적 구조체 대해 인가하고, 상기 측방향 오버드라이브는 상기 프로브의 측방향 이동량인
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 구조체와 접촉 후에, 상기 전기적 구조체의 상부면 위로 상기 전기적 구조체의 최외주부로부터 이격되게 상기 프로브 팁을 이동시키는 단계를 더 포함하는
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브 팁은 상기 전기적 구조체의 최외주부 및 인접한 전기적 구조체의 최외주부에 의해 정의된 공간의 실질적으로 중간부에 위치되는
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 디바이스의 상부면에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 상기 전기적 구조체로부터 상기 프로브를 후퇴시키는 단계를 더 포함하는
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브의 생크(a shank)는 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 타원형 단면을 포함하는 수직 실린더인
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브 팁이 상기 전기적 구조체에 접촉한 후에 측방향으로 상기 프로브를 이동시키는 것은 상기 프로브의 생크 내에 인장(tension)을 야기하는
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 구조체와 상기 프로브 팁을 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하도록 상기 프로브 팁이 상기 전기적 구조체와 접촉한 후에 상기 전기적 구조체에 대해 상기 프로브 팁을 소닉 스크러빙(sonically scrubbing)하는 단계를 더 포함하는
    반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법.
  9. 반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치에 있어서,
    프로브를 포함하는 프로브 카드 - 상기 프로브는 수직 생크 및 프로브 팁을 포함함 - 를 포함하되,
    상기 프로브 카드는 상기 프로브가 상기 반도체 디바이스의 전기적 구조체와 나란히 위치되고 상기 프로브의 프로브 팁이 상기 전기적 구조체의 최외주부의 고도보다 낮게 위치되도록 상기 반도체 디바이스 상에 상기 프로브를 위치시키도록 동작 가능하고,
    상기 프로브 카드는 상기 전기적 구조체와 접촉하도록 상기 전기적 구조체를 향해 측방향으로 상기 프로브를 이동시키도록 또한 동작 가능하고, 상기 프로브 팁은 상기 전기적 구조체에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하도록 동작 가능한
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브 카드는 상기 프로브 팁과 상기 전기적 구조체 사이의 제 1 기계적 접촉 후에 측방향 오버드라이브의 양에 비례하는 힘을 상기 전기적 구조체에 대해 상기 프로브 팁에 의해 인가하도록 또한 동작 가능하고, 상기 측방향 오버드라이브는 상기 프로브의 측방향 이동량인
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브 팁은 상기 전기적 구조체의 최외주부 및 인접한 전기적 구조체의 최외주부에 의해 정의된 공간의 실질적으로 중간부에 위치되는
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브 카드는 상기 반도체 디바이스의 상부면에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 상기 전기적 구조체로부터 상기 프로브를 후퇴시키도록 또한 동작 가능한
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브의 수직 생크는 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 타원형 단면을 포함하는 수직 실린더를 포함하는
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브 카드는, 상기 전기적 구조체에 접촉한 후에 상기 전기적 구조체를 향해 측방향으로 상기 프로브를 이동시킴으로써 상기 프로브의 수직 생크를 인장 상태로 배치하도록 또한 동작 가능한
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브 팁이 상기 전기적 구조체와 상기 프로브 팁을 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하도록 상기 전기적 구조체와 접촉한 후에 상기 전기적 구조체에 대해 상기 프로브 팁을 소닉 스크러빙하도록 동작 가능한 소닉 유닛(a sonic unit)을 더 포함하는
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브는 수평 보(a horizontal beam) 및 적어도 하나의 푸트(foot)를 더 포함하고, 상기 생크는 상기 수평 보에 접속되고, 상기 수평 보는 상기 장치의 프로브 카드에 접속된 적어도 하나의 푸트에 접속되는
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 수평 보는, 상기 프로브 팁이 상기 전기적 구조체에 접촉한 후에, 상기 프로브 팁이 상기 전기적 구조체의 상부면을 향해 그리고 상기 수평 보에 실질적으로 수직인 경로를 따라 상기 전기적 구조체의 최외주부로부터 이격하여 측방향으로 이동할 때 굽혀지는
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 수평 보는, 상기 프로브 팁이 상기 전기적 구조체에 접촉한 후에, 상기 프로브 팁이 상기 전기적 구조체의 상부면을 향해 그리고 상기 수평 보에 실질적으로 수직인 경로를 따라 상기 전기적 구조체의 최외주부로부터 이격하여 측방향으로 이동할 때 비틀리는(torsion)
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브 팁은 삼각형 단면을 포함하는
    반도체 디바이스를 전기적으로 테스팅하기 위한 장치.
  20. 컴퓨터 시스템이 반도체 디바이스를 테스팅하기 위한 방법을 수행하게 하기 위해 그 내부에 내장되어 있는 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터-판독가능 매체에 있어서,
    상기 방법은,
    전기적 구조체와 나란히 프로브를 위치시키기 위해 반도체 디바이스 상의 전기적 구조체를 향해 수직 방향으로 상기 프로브를 이동시키는 단계 - 상기 프로브의 팁은 상기 전기적 구조체의 최외주부의 고도보다 낮게 위치됨 - 와,
    상기 전기적 구조체에 접촉하도록 상기 전기적 구조체를 향해 측방향으로 상기 프로브를 이동시키는 단계 - 상기 프로브 팁은 상기 전기적 구조체에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합함 - 를 포함하는
    컴퓨터-판독가능 매체.
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