KR20200094563A - 반도체 웨이퍼 검사용 프로브카드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기,전자 부품에 대한 전기적 특성을 검사하기 위한 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브카드에 관한
것이다.
본 발명은 중앙이 제거된 상태로 검사회로가 형성된 인쇄회로기판(110);
인쇄회로기판(110)의 상부에 설치된 보강판(120);
인쇄회로기판(110)의 하부에 설치된 지지부재(130);
분기회로가 형성되어 있으며, 상기 인쇄회로기판(110)과 전기적으로 연결된 상태로 상기 지지부재(130)에 장착된
보조회로기판(140);
상기 지지부재(130)의 하부에 접착되며 상면에는 상기 보조회로기판(140)에 솔더되는 전선이 노출되고 하면에는
상기 전선과 연결된 패드가 형성된 단일의 패드플레이트(150); 및
상기 패드플레이트(150)의 하부에 형성된 패드에 접속된 프로브핀(160)을 포함하여 구성된다.

Description

반도체 웨이퍼 검사용 프로브카드 제조방법{Probe device of memory semiconductor wafer inspector}

일반적으로 반도체의 웨이퍼는 제품으로 출하되기 전에 내부회로의 단락 및 기능상의 불량여부를 반드시 검사하

도록 되어 있으며, 이러한 검사는 피검사체에 전기적 신호를 인가하면서 인가된 전기적 신호로부터 전송되는 신

호를 감지하여 불량을 판단하는 프로브장치를 통해 수행되고 있다.

<3> 이러한 프로브 장치 중에서도 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 장치는 웨이퍼 생산 비용을 절감하기 위하여

신호핀과 파워핀을 분기하여 사용함으로써 동시측정수를 최대한 늘리고 있으며, 그 결과 인쇄회로기판의 크기가

440mm-480mm이고 프로빙 면적 또한 300mm에 달하는 등 그 크기가 대형화되는 추세에 있다. 이와 같은 메모리 반

도체용 프로브 장치는 온도의 변화에도 불구하고 최대 수만개에 달하는 프로브핀들이 수십um의 위치 오차 내에

서 정렬되어야 한다. 따라서, 프로브핀을 지지하는 플레이트는 열팽창계수가 웨이퍼와 유사하면서 한 몸체로 이

루어져야만 열변형을 최소화 할 수 있다. 또한, 각 신호핀들은 그 길이가 일정하고 동축구조로 이루어지면서도

분기된 후 분기된 전송선로의 길이가 가능하면 짧게 형성되어야만 그 특성을 유지할 수 있게 되며 프로브핀의

손상시 프로브핀의 교체도 용이하여야 한다.

<4> 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브카드(10)는 일명 블레이드 타입으로서,

인쇄회로기판(1)의 하부에 있는 지지부재(2)에 십여개의 블럭(3)을 고정시키고 각각의 블럭(3)에 에칭된 실리콘

(4)을 접착시켜 프로브핀(5)을 정렬하는 구조로 이루어져 있다. 이 구조는 조립공차가 크고 프로브핀(5)의 연결

을 위한 일정한 간격이 필요하므로 피치가 제한된다는 문제가 있다. 또한, 단일의 블럭(3)으로 제작된 경우에는

조립은 물론 프로브핀(5)의 교체가 어렵다는 문제가 있다.

<5> 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 다른 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브카드(20)는 일명 MEMS 방식으로서,

인쇄회로기판(21)과 세라믹기판(22) 사이에 마이크로 스프링(23)을 설치하고 이 마이크로 스프링(23)을 통해 상

호간의 접속이 이루어지도록 하는 동시에 상기 세라믹기판(22)에는 프로브핀(24)을 설치하여 검사대상이 되는

웨이퍼의 패드와 접촉되는 구조로 이루어져 있다. 이와 같은 프로브카드(20)는 세라믹기판(22)이 단일의 몸체로

제작되고 열팽창 계수가 인쇄회로기판(21)보다 매우 우수하므로 열변형이 작을 뿐만 아니라 전기적 특성이 우수

하고 프로브핀(24)의 손상시 교체가 용이하다. 따라서 고가이며 납기가 많이 소요됨에도 불구하고 현재 많이 채

용되고 있는 실정이다.

이러한 종래의 프로브 카드(10,20)는 프로브핀(5)을 지지하는 플레이트 또는 블럭(3)을 여러개 사용하게 됨으로

써 프로브핀(5)의 위치 오차가 너무 크게 되거나 열변형에 대응하지 못하고 있으며, 단일의 세라믹기판(22)을

사용하는 경우에는 세라믹기판(22)까지의 연결에 사용되는 인쇄회로기판의 전송경로가 길어서 점점 고속화 되는

제품에의 대응이 어려운 실정이다.

<7> 즉, 통상 사용되는 인쇄회로기판의 경우 직경이 440mm-480mm이므로 테스트 장비로부터 연결된 지점에서 중심까

지의 직선거리가 220mm-240mm에 달하게 되어 실제 각 패턴의 길이를 동일하게 하기 위해서는 300mm-500mm의 매

우 긴 전송 경로가 발생하게 되는 것이다.

<8> 이 밖에도, 신호핀과 파워핀의 분기에 필요한 부품을 장착할 수 있는 공간확보 또한 매우 어렵다.

<9> 또한, 인쇄회로기판의 패턴은 보통 80ps/cm로 동축케이블로 배선하는 것 보다 약 2배의 전송지연시간이 소요되

어 가능하면 동축케이블로 배선하는 것이 바람직하나, 상기와 같은 물리적인 제약으로 인해 동축케이블로 배선

하는 것이 불가능한 실정이다.

<10> 또한, 세라믹기판의 대구경화가 어렵고 납기가 오래 걸리게 되는 문제가 발생된다. 특히, 프로빙 면적이 커짐에

따라 종래에는 문제시되지 않았던 웨이퍼와의 열팽창계수 차이가 새로운 문제점으로 대두되고 있다.본 발명은 상기한 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 범용의 <11> 인쇄회로기판을 사용하면서도 인쇄회로

기판에서 발생되는 신호 전송 경로의 거리를 줄이고 동축케이블로 배선을 하여 고속제품에의 대응이 가능하며,

분기에 필요한 회로나 부품의 장착에 필요한 공간의 확보가 용이하고, 프로브핀의 정렬이 정확하게 이루어지며,

프로브핀의 손상발생시 프로브핀의 교체가 용이한 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브카드를 제공하는데 그 목

적이 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드는 지지부재 내에 장착된 보

조 회로기판을 통해 프로브핀과 최대한 가까운 거리에서 부품탑재, 회로분기가 이루어지므로 신호특성이 크게

향상될 뿐만 아니라, 인쇄회로기판에서 발생되는 신호 전송 경로를 최대한 단축시킬 수 있어서 고속 제품에의

대응이 용이한 효과가 있다.

<18> 또한, 프로브핀을 지지하고 전기적 연결을 수행하는 플레이트가 웨이퍼와 유사한 열팽창계수를 가지면서 단일의

몸체로 이루어진 파이렉스나 세라믹으로 제작되었기 때문에 열변형을 최소화 할 수 있다.

<19> 또한, 인쇄회로기판의 중앙이 제거되어 있으므로 분기에 필요한 회로나 부품의 장착에 필요한 공간의 확보가 용

이한 효과가 있다.

<20> 또한, 각각의 프로브핀이 실리콘 플레이트에 삽입되거나 본딩을 통해 고정되므로 프로브핀의 손상시 다른 부품

의 해체나 다른 프로브핀에는 영향을 끼치지 않고 프로브핀의 교체가 용이하다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질

것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방

법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부

합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

<22> 이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를

사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

<23> 본 발명은 상기 프로브카드의 연직하방에 이격된 상태에서 수직 및 수평방향으로 이동가능하게 설치되어 웨이퍼

를 지지하면서 상기 지지된 웨이퍼를 프로브카드의 프로브핀에 선택적으로 접촉시켜 주는 척과 상기 프로브카드를 수평상태로 지지해주는 홀더를 구비한 프로브장치에 적용된다.

<24> <실시예 1>

<25> 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브카드(100)는 중앙이 제

거된 상태로 검사회로가 형성된 인쇄회로기판(110)과, 인쇄회로기판(110)의 상부에 설치된 보강판(120)과, 인쇄

회로기판(110)의 하부에 설치된 지지부재(130)와, 분기회로가 형성되어 있으며 상기 인쇄회로기판(110)과 전기

적으로 연결된 상태로 상기 지지부재(130)에 장착된 보조회로기판(140)과, 상기 지지부재(130)의 하부에 접착되

며 상면에는 상기 보조회로기판(140)에 솔더되는 전선이 노출되고 하면에는 상기 전선과 연결된 패드(151)가 형

성된 단일의 패드플레이트(150)와, 상기 패드플레이트(150)의 하부에 형성된 패드(151)에 접속된 프로브핀(16

0)을 포함하여 구성된다.

<26> 이중, 상기 지지부재(130)는 보강판(120)에 체결되는 체결볼트를 통해 체결되는 평판으로서, 열팽창계수가 작은

재질이 적당하다. 상기 지지부재(130)의 전면에는 웨이퍼의 패드열을 따라 다수의 관통장홀(131)이 형성되며,

이 관통장홀(131)을 통해 보조회로기판(140)이 장착되고 하부에는 패드플레이트(150)가 접착된다.

<27> 상기 패드플레이트(150)는 파이렉스나 세라믹, 세라믹글래스 등 열팽창계수가 작은 재료를 사용하며 드릴은 물

론 레이저나 초음파, 또는 마이크로 브래스터 공법등의 방법으로 가공을 하여 홀이나 고정 보조패드(152)를 형

성시킨다. 물론, 필요한 경우에는 사전에 회로형성이 되어 있는 상태의 재료를 사용하여도 무방하다.

<28> 상기 패드플레이트(150)의 홀에 형성된 패드(151)는 프로브핀(160)을 전기적으로 연결하면서 고정시키는 역할을

담당하고 상기 고정 보조패드(152)는 홀에 형성된 패드(151)만으로 프로브핀(160)의 물리적인 고정을 신뢰하기

어려운 경우 보조하여 고정하는 역할을 수행하게 된다.

<29> 이와 같은 패드플레이트(150)는 2007년 본 출원인에 의해 국내특허 제102416호로 출원된 전기커넥터의 기술에

따라 다음과 같이 제작되도록 하여도 무방하다.

<30> 먼저, 상기 보조회로기판(140)의 일측에 패드플레이트(150)의 홀을 관통하여 결국 패드(151)로 형성되는 전선

(141)이 솔더되고 다른 일측에는 동축케이블(142)이 솔더된다. 즉, 상기 보조회로기판(140)의 일측에 솔더된 전

선(141)을 상기 패드플레이트(150)의 홀에 삽입시켜 전선의 다른 일측단이 패드플레이트(150)의 하부로 노출되

도록 전선을 삽입한 후 에폭시로 고정시키고 샌딩과 도금을 하여 패드플레이트(150)의 하부에 패드(151)를 형성

하며, 상기 보조회로기판(140)의 다른 일측에 솔더된 동축케이블(142)은 중심부가 제거된 상기 인쇄회로기판

(110)을 통과하여 상기 인쇄회로기판(110)의 패드에 솔더되도록 하는 것이다.

<31> 한편, 상기 보조회로기판(140)에는 동시측정수를 늘리기 위한 분기회로가 형성되어 있고 바이패스 콘덴서와 같

은 관련부품들이 더 부착될 수 있음은 물론이다.

<32> 따라서 패드(151)는 가는 전선(141)으로 보조회로기판(140)에 접속된 후 다시 동축케이블(142)을 통해 상기 인

쇄회로기판(110)과 연결되므로 협피치의 대응과 전송특성이 향상된다.

<33> 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 패드플레이트(150)의 하부에는 실리콘플레이트(170)가 접착된다. 상기 실리콘플

레이트(170)의 양측에는 다수의 슬릿홈(171)이 형성되며, 이 슬릿홈(171)에 프로브핀(160)이 끼워져 정렬된다.

따라서, 프로브핀(160)의 손상으로 프로브핀(160)의 교체가 필요할 때 다른 부품의 해체나 다른 프로브핀에는

영향을 끼치지 않고 손상된 프로브핀(160)만 교체할 수 있다.

<34> 상기 프로브핀(160)은 웨이퍼에 접촉되는 팁(161)을 기본적으로 구비하며, 상기 슬릿홈(171)에 완전히 끼워진

상태에서 패드플레이트(150)의 패드(151)와 접촉된다. 이를 위하여 상기 프로브핀(160)은 슬릿홈(171)에 끼워지

는 몸체의 일측으로부터 연장형성되어 패드플레이트(150)의 패드(151)와 접촉되는 컨택부(162)를 갖는다.

<35> 한편, 상기 실리콘플레이트(170)의 하부에는 정지홀(172)이 더 형성되고, 상기 프로브핀(160)에는 슬릿홈(171)

에 끼워지는 몸체의 일측으로부터 연장형성되어 프로브핀(160)이 슬릿홈(171)에 완전히 끼워진 상태에서 상기

정지홀(172)에 끼워지는 이동방지부(163)가 더 구비될 수 있다. 이 이동방지부(163)는 프로브핀(160)이 실리콘

플레이트(170)의 외측으로의 이동을 제한함으로써 프로브핀(160)의 정렬이 보다 안정적으로 이루어지도록 한다.

<36> 즉, 상기 프로브핀(160)은 슬릿홈(171)에 끼워진 프로브핀(160)의 몸체가 슬릿홈(171)의 좌우벽과 슬릿홈(171)

의 바닥에 지지됨으로써 X축 및 Z축으로의 유동이 억제되며, 프로브핀(160)의 몸체가 슬릿홈(171)의 단부에 접

촉되므로 슬릿홈(171)측으로 더 이상의 진입이 이루어지지 않게 되는 동시에 이동방지부(163)가 정지홀(172)에

끼워져 있어 슬릿홈(171) 반대측으로의 유동이 방지됨으로써 Y축의 유동이 억제되는 것이다.한편, 패드플레이트(150)의 패드(151)와 접속된 프로브핀(160)의 컨택부(162)<37> 는 프로브핀(160)의 좌표 검사가

끝난 후에 납땜시켜 접속의 신뢰성을 높이고 핀을 견고하게 고정되도록 할 수 있다.

<38> <실시예 2>

<39> 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 본 발명에 따른 메모리 반도체 웨이퍼 검사용 프로브카

드(100)는 검사회로가 형성된 인쇄회로기판(110)과, 인쇄회로기판(110)의 상부에 설치된 보강판(120)과, 인쇄회

로기판(110)의 하부에 설치된 지지부재(130)와, 분기회로가 형성되어 있으며 상기 인쇄회로기판(110)과 별도의

신호선을 통해 연결된 상태로 상기 지지부재(130)에 장착된 보조회로기판(140)과, 상기 지지부재(130)의 하부에

접착되며 상면에는 전선의 상태이고 하면에는 패드(151)가 형성되며 단일의 몸체로 된 패드플레이트(150)와, 상

기 패드플레이트(150)의 하부에 형성된 패드(151)에 접속된 프로브핀(180)을 기본적으로 구비하며, 상기 패드플

레이트(150)의 하부에 다수의 슬릿홈(191)을 구비한 지그용 실리콘플레이트(190)가 별도의 지그용 지지부재

(200)에 접착된 상태로 고정되고, 상기 프로브핀(180)이 지그용 실리콘플레이트(190)의 슬릿홈(171)에 끼워져

정렬된 상태로 상기 패드플레이트(150)에 본딩을 통해 고정된 구조로 이루어진다.

<40> 여기서 상기 지그용 실리콘플레이트(190)와 지그용 지지부재(200) 및 프로브핀(180)을 제외한 나머지 구성요소

들은 실시예 1의 구성과 모두 동일하므로 여기서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

<41> 상기 지그용 실리콘플레이트(190)는 프로브핀(180)을 패드플레이트(150)의 패드(151)에 접착시 온도와 압력변화

에 따른 변형이 일어나지 않도록 열팽창계수가 작으면서도 정밀가공된 별도의 지그용 지지부재(200)에 접착 고

정된다.

<42> 상기 프로브핀(180)은 지그용 실리콘플레이트(190)의 슬릿홈(191)에 끼워진 상태로 정렬된 상태에서 상기 패드

플레이트(150)에 본딩되어 고정된다. 이를 위하여, 상기 프로브핀(180)은 지그용 실리콘플레이트(190)의 슬릿홈

(191) 내측면에 접촉지지되는 가이드부(181)와, 상기 슬릿홈(191)의 상부에 지지되어 더 이상의 삽입을 제한하

는 단턱부(182)를 갖는다. 상기 가이드부(181)는 전체적으로 하부로 가면서 좁아지는 형태로 되어 슬릿홈(191)

에 프로브핀(180)의 진입과 탈거가 원활하게 이루어지면서도 정확하게 위치하도록 하는 가이드 역할을

수행한다. 따라서 가이드부(181)는 슬릿홈(191)의 양측벽면에 접촉지지 되도록 한 쌍으로 이루어지는 것이 바람

직하며, 상기 가이드부(181)들간의 거리는 슬릿홈(191)의 폭보다 작게 설계되어야 한다. 그리고, 상기 단턱부

(182)는 상기 가이드부(181)로부터 슬릿홈(191)의 외측으로 연장형성되어 프로브핀(180)이 슬릿홈(191)에 완전

히 삽입된 상태에서 슬릿홈(191) 상부에 지지됨으로써 프로브핀(180)이 슬릿홈(191)에 더 이상 삽입되는 것을

제한한다.

<43> 한편, 상기 프로브핀(180)과 본딩되는 패드플레이트(150)의 본딩부에는 견고한 본딩을 위하여 AuSn이나 무연납

등과 같은 본딩재료(153)가 도포되어 있다. 따라서, 이러한 본딩재료(153)의 두께로 인해 프로브핀(180)과 패드

플레이트(150)간이 들뜨면서 정렬상태가 불량해지지 않도록 상기 프로브핀(180)의 본딩부는 상기 본딩재료의 두

께만큼 형성된 요입부(183)를 갖는 것이 바람직하다.

<44> 한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 지그용 실리콘플레이트(190)와 지그용 지지부재(200)는 프로브핀(180)이

패드플레이트(150)에 완전히 접착된 이후에 제거된다. 즉, 프로브핀(180)을 지그용 실리콘플레이트(190)의 슬릿

홈(191)에 삽입한 상태로 지그용 실리콘플레이트(190)를 패드플레이트(150) 하부의 정확한 위치에 고정시킨 다

음 온도를 가해 프로브핀(180)을 패드플레이트(150)에 접착 고정하고 다시 지그용 실리콘플레이트(190)와 지그

용 지지부재(200)를 떼어냄으로써 결국 패드플레이트(150)에 프로브핀(180) 만이 접착 고정된 상태로 남도록 하

는 것이다.

<45> 이때, 상기 프로브핀(180)은 가이드부(181)만이 지그용 실리콘플레이트(190)의 슬릿홈(191)에 접촉지지된 상태

이므로 설령 지그용 실리콘플레이트(190)가 제거될 때 프로브핀(180)에 충격이 전달되더라도, 팁(184)의 손상과

위치변화가 최소화된다.

<46> 이와 같이, 지그용 실리콘플레이트(190)와 지그용 지지부재(200)가 제거되면, 프로브핀(180)만이 패드플레이트

(150)에 접착 고정되므로 실시예1에 비하여 사이즈가 작은 칩에 적용이 가능할 뿐만 아니라 이로 인해 제작기간

을 단축할 수 있으며 제거된 지그용 실리콘플레이트(190)와 지그용 지지부재(200)에는 다시 프로브핀(180)을 삽

입하여 반복 생산에 사용된다.

<47> 즉, 실시예1에서는 프로브핀(160)을 실리콘플레이트(170)의 양측에서 밀어 끼우는 방식이어서 실리콘플레이트

(170)간의 간격이 반드시 프로브핀(160)의 전장이상의 면적이 되도록 제작되어야 할 뿐만 아니라 모든 작업이순차적으로 이루어져야 하므로 긴 제작기간이 요구되는 반면, 본 실시예에 따르면 프로브핀(180)이 지그용 실리

콘플레이트(190)의 슬릿홈(191) 내부에 끼워진 상태로 패드플레이트(150)에 접착 고정되므로 밀어 끼우기 위한

프로브핀(180)의 전장이상의 면적이 불필요하게 되어 작은 칩에 대한 대응이 용이해지고, 프로브핀(180)이 별개

로 제작된 지그용 실리콘플레이트(190)에 삽입되므로 다른 작업과 병행하여 작업을 수행할 수 있게 되며, 이로

인해 제작공정을 효율적으로 관리할 수 있게 되므로 제작기간을 단축시킬 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 <48> 의해 마련되는 본 발명의

정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있으며, 이 또한 본 발명의

범위에 포함되어야 한다.

<49> <도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

<50> 100프로브카드 110인쇄회로기판

<51> 120보강판 130지지부재

<52> 131관통장홀 140보조회로기판

<53> 141전선 142동축케이블

<54> 150패드플레이트 151패드

<55> 152고정 보조패드 160,180프로브핀

<56> 161,184팁 162컨택부

<57> 163이동방지부 170실리콘플레이트

<58> 171,191슬릿홈 172정지홀

<59> 181가이드부 182단턱부

<60> 183요입부 190지그용 실리콘플레이트

<61> 200지그용 지지부재

Claims (1)

1. 중앙이 제거된 상태로 검사회로가 형성된 인쇄회로기판;
   인쇄회로기판의 상부에 설치된 보강판;
   인쇄회로기판의 하부에 설치된 지지부재;
   분기회로가 형성되어 있으며, 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 상태로 상기 지지부재에 장착된 보조회로
   기판;
   상기 지지부재의 하부에 접착되며 상면에는 상기 보조회로기판에 솔더되는 전선이 노출되고 하면에는 상기 전선
   과 연결된 패드가 형성된 단일의 패드플레이트; 및
   상기 패드플레이트의 하부에 형성된 패드에 접속된 프로브핀을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 메모리 반도체
   웨이퍼 검사용 프로브카드.

Images