KR20200135823A - 내장된 스케이트를 갖는 프로브 팁 - Google Patents
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Abstract
전기 디바이스들을 테스트하기 위한 프로브의 팁 상의 스케이트는 두께가 감소되는 프로브 팁 접촉부이다. 그러한 스케이트는 유리하게는, 접촉 압력을 증가시킬 수 있지만, 바람직하지 않게는, 스케이트의 빠른 기계적 마모로 인해 프로브 수명을 감소시킬 수 있다. 여기에서, 종래의 핀-유사 스케이트 구성과 대조적으로, 프로브 팁의 전체 형상이 매끄러운 곡선 표면인 다층 스케이트 프로브들이 제공된다. 스케이트 층은 구조에서 가장 기계적으로 내마모성 층이고, 이에 따라 프로브 팁의 연마 프로세싱은 스케이트 층에 의해 정의된 프로브 스케이트로 이어진다. 결과적인 프로브들은 감소된 수명의 단점 없이 증가된 접촉 압력의 이점을 제공한다.
Description
본 발명은 전기 집적 회로들을 테스트하기 위한 프로브(probe)들에 관한 것이다.
전기 프로브들은 수년 동안 집적 회로들을 테스트하는데 사용되어 왔다. 이러한 지속적인 개발의 결과로서, 다수의 종류들의 프로브 구성들이 고려되었다. 하나의 이러한 구성은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같은 그리고 US 7,733,101에서와 같은 다층 프로브들이며, 여기서 다층 프로브는 프로브 팁에서 다른 층들을 지나 연장되는 하나 이상의 스케이트 층들을 포함한다. 이 접근법의 이점은 얇은 스케이트 층이, 스케이트 없는 프로브로부터 획득되었을 수 있는 것보다 더 높은 접촉 압력을 발생시킨다는 것이다.
그러나 종래 기술에서 인지되는 것으로 보이지 않는 다층 스케이트 프로브들의 양상들이 존재한다. 동작 시에, 프로브 팁은 테스트 대상 프로빙 디바이스들로부터 뿐만 아니라 주기적인 세정 프로세스들 둘 모두로부터 기계적 마모를 겪는다. 종래의 다층 스케이트 프로브는 스케이트가 완전히 마모(worn off)될 때 내구연한(life)의 끝에 도달하며, 이는 바람직하지 않게 짧은 수명을 초래할 수 있다. 따라서, 개선된 수명을 갖는 다층 스케이트 프로브들을 제공하는 것이 당 업계의 진보일 것이다.
본 연구에서, 종래의 핀-유사 스케이트 구성과 대조적으로, 프로브 팁의 전체 형상이 매끄러운 곡선 표면인 새로운 다층 프로브 설계들이 제공된다. 스케이트 층이 프로브의 모든 층들 중에서 가장 기계적으로 내마모성인 경우, 스케이트 층은 동작 시에 프로브의 연마 세정(및 아마도, 팁 형상을 형성하기 위한 제1 동작 이전의 연마 전-처리)의 결과로서 매끄러운 곡선 표면의 피크를 형성한다. 여기서 스케이트는 세정 프로세스에 의해 효과적으로 재형성될 수 있어서, 프로브 내구연한의 끝은 전체에서 너무 많은 재료가 프로브 팁으로부터 마모될 때가 될 것이다. 이는 종래의 다층 스케이트 프로브들에 비해 프로브 수명을 크게 증가시킬 수 있다
종래의 스케이트 프로브들의 프로브 내구연한은 단순히 스케이트의 수직 높이를 증가시킴으로써 증가될 수 없다는 것에 주의하는 것이 중요하다. 프로브 스케이트 층은 통상적으로 이 접근법을 허용하기에는 너무 얇다. 본 연구에서, 스케이트 층의 수직 높이는 충분한 기계적 지지를 제공하기 위해 프로브 팁의 다른 층들 사이에 스케이트 층을 개재함으로써 효과적으로 증가될 수 있다. 간단한 연마 프로세싱으로 필요에 따라 프로브 팁에서 스케이트를 재형성하는 능력은 본 연구의 중요한 양상이다.
바람직한 실시예에서, 프로브 팁은 층 1-2-3-4-5를 갖는 5 층 구조를 갖는다. 층 3은 중앙 스케이트 층이고 층들 2 및 4는 양호한 전기 도체(예컨대, 구리)이며, 외부 층들 1 및 5는 기계적 지지를 제공한다. 팁 압력의 추가의 증가 및 이에 따른 전기 접촉 저항의 바람직한 감소를 허용하는 실시예는 작은 단면, 직사각형 또는 정사각형을 갖는 스케이트이다. 이러한 스케이트는 스케이트가 파손되는 것을 방지하기 위해 모든 4 측(side)들 상의 기계적 지지 층들에 의해 캡슐화될 것이다. 스케이트의 포지션, 지지 및 캡슐화 층들의 치수들 및 조성은 아래의 예에서와 같이 바람직한 접촉 팁 형상 및 위치를 달성하도록 조정될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 예시적인 종래 기술의 다층 스케이트 프로브들을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다층 스케이트 프로브를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 스케이트 프로브를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 연구의 원리들에 따른 프로브 팁 형상의 제1 예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제2 예를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제3 예를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제4 예를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제5 예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 연마 프로세스를 통한 적합한 프로브 팁 형상의 제조를 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다층 스케이트 프로브를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 스케이트 프로브를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 연구의 원리들에 따른 프로브 팁 형상의 제1 예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제2 예를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제3 예를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제4 예를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제5 예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 연마 프로세스를 통한 적합한 프로브 팁 형상의 제조를 개략적으로 도시한다.
도 1a 내지 도 1d는 예시적인 종래 기술의 다층 스케이트 프로브들을 도시한다. 여기서, 도 1a 및 도 1b는 테스트 대상 디바이스(108)에 접촉하는 수직 프로브(102)의 2개의 직교 측면도들이다. 프로브(102)의 팁(104)은 위에서 설명된 바와 같은 스케이트를 형성하도록 하나의 층(106)이 다른 층들보다 추가로 연장되는 다층 구조이다. 도 1a에서, 프로브 팁(104)은 테스트 대상 디바이스(108)와 접촉할 때 이중 화살표들에 의해 도시된 방향으로 이동할 것이며, 프로브 팁의 이러한 스크러빙 모션(scrubbing motion)은 동작 시에 프로브 팁 마모의 중요한 원인이다. 도 1c 및 도 1d는 이러한 알려진 다층 스케이트 프로브들의 예시적인 이미지들을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다층 스케이트 프로브를 도시한다. 도 2a 및 도 2b는 테스트 대상 디바이스(108)에 접촉하는 수직 프로브(202)의 2개의 직교 측면도들이다. 프로브(102)의 팁(204)은 스케이트를 형성하도록 하나의 층(206)이 다른 층들보다 추가로 연장되는 다층 구조이다. 도 2a에서, 프로브 팁(204)은 테스트 대상 디바이스(108)와 접촉할 때 이중 화살표들에 의해 도시된 방향으로 이동할 것이며, 프로브 팁의 이러한 스크러빙 모션은 동작 시에 프로브 팁 마모의 중요한 원인이다. 그러나 여기서 프로브 팁의 접촉 구역은 도시된 바와 같이 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면에 의해 형성된다.
따라서, 본 발명의 예시적인 실시예는 테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브이며, 여기서 프로브는 둘 이상의 층들의 스택을 갖는 프로브 팁을 포함한다. 프로브 팁의 접촉 구역은 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면에 의해 형성된다. 둘 이상의 층들의 스택 중 선택된 층의 일부 또는 전부가 둘 이상의 층들의 스택의 가장 큰 기계적 내마모성을 가지며, 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면의 원위 피크는 도시된 바와 같이 선택된 층에 의해 형성된다. 프로브의 원위 단부는 테스트 대상 디바이스에 접촉하는 프로브의 단부이다. 그의 팁들에 매끄러운 곡선 표면들을 가진 프로브들에 대해, 그 매끄러운 표면의 원위 피크는 동작 시에 테스트 대상 디바이스와 처음 접촉하는 프로브의 부분이다. 바람직하게는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 둘 이상의 층들의 평면은 테스트 대상 디바이스들을 프로빙할 때 프로브 팁 모션의 방향과 평행하다. 프로브 팁 형상에 대한 추가의 세부사항들은 다음 예들에 의해 제공된다.
여기서 "매끄러운 곡선 표면(smooth, curved surface)"은 프로브 팁의 형상을 지칭하며, "매끄러운"은 이 형상이 그것 내에 단절부들 또는 에지들을 갖지 않는다는 것을 나타낸다는 것에 주의하는 것이 중요하다. 그것은 특별히, 프로브 팁이 광택이 있거나 거울-유사 표면을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니다. 대신, 테스트 대상 디바이스에 효과적으로 전기 접촉을 하기 위해 프로브 팁이 미세 스케일(microscopic scale)의 거친 마감을 갖는 것이 중요하다. 본원에서 설명된 바와 같은 연마 프로세스들은 프로브 팁에 적합하게 거친 표면 마감들을 제공할 수 있다
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다층 스케이트 프로브를 도시한다. 도 3a는 예시적인 다층 스택의 측면도이다. 여기서 프로브 팁은 층들(302, 304, 306, 308, 310)을 포함한다. 바람직하게는, 이러한 층들의 스택은 A-B-C-B-A 구성을 가지며, A(층들(302, 310)), B(층들(304, 308)), C(층(306))가 별개의 재료 조성들이다. A, B, C의 바람직한 상대적 재료 특성들은 다음과 같은데: A는 B 또는 C보다 높은 기계적 강도(즉, 수율(yield) 및 극한의 강도)를 갖고; B는 A 또는 C보다 높은 전기 전도율을 갖고; C는 A 또는 B보다 높은 기계적 내마모성(즉, 더 높은 경도)을 갖는다. 도 3b는 이러한 구조를 갖는 제조된 프로브 팁의 이미지이다. 도 3b의 예에서, A는 PdCo 합금이고, B는 Cu이고, C는 Rh이다. 그러나 층들 중 적어도 하나가 스케이트를 형성하기 위해 분명히 더 높은 기계적 내마모성을 갖는다면, 전체 프로브 설계에 지정된 대로 다른 재료들이 사용될 수 있다. A에 대한 대안들은 NiCo 합금들을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)한다. B에 대한 대안들은 Al 합금들을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)한다. C에 대한 대안들은 Ru 및 W를 포함(그러나 이에 제한되지 않음)한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 연구의 원리들에 따른 프로브 팁 형상의 제1 예를 도시한다. 여기서 도 4a는 프로브 팁의 단부도이고, 도 4b는 단면 라인 B-B'를 따른 프로브 팁의 측면도이고, 도 4c는 단면 라인 C-C'를 따른 측면도이다. 도 4b 및 도 4c에서 볼 수 있는 바와 같이, 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면(402)은 양 측방향들에서 둥글다. 이러한 프로브 팁 형상들은 아래에서 설명되는 바와 같이 연마 프로세스들을 사용하여 제조될 수 있으며, 층(306)이 프로브 팁에서 가장 높은 기계적 내마모성을 갖는다면, 도시된 바와 같은 피크를 형성할 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 연구의 원리에 따른 프로브 팁 형상의 제2 예를 도시한다. 여기서 도 5a는 프로브 팁의 단부도이고, 도 5b는 단면 라인 B-B'를 따른 프로브 팁의 측면도이고, 도 5c는 단면 라인 C-C'를 따른 측면도이다. 이 예는 다층 스택의 선택된 층(502) 그 자체가, 둘 이상의 층들의 스택의 스택 방향에 수직인 방향으로 스택된 다중-구역 구조가 되게 함으로써 도 4a 내지 도 4c의 예와 상이하다. 여기서 구역들은 322, 306, 324이며, 구역(306)은 가장 높은 기계적 내마모성을 갖고 구역들(322, 324)은 기계적 지지를 제공한다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 다중-구역 구조 중 선택된 구역은 기계적 지지를 제공하는 다른 구역들 사이에 개재된 다중-구역 구조의 중간 구역이다.
결과적인 프로브 팁 형상들의 세부사항들은 팁 구조에서 재료 조성들을 조정함으로써 그리고/또는 아래에서 설명된 연마 프로세스들의 세부 파라미터들을 조정함으로써 결정될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c는 이러한 프로브 팁 변동의 예를 도시한다. 이는, 매끄러운 곡선 표면(602)의 각도들 α1 및 α2가 도시된 바와 같이 2개의 측방향들에서 현저하게 상이하도록 재료 조성들 및/또는 연마 프로세스들이 조정된다는 점을 제외하면, 도 5a 내지 도 5c의 예와 유사하다.
최고 기계적 내마모성의 구역은 프로브 팁에서 측방향으로 중앙에 배치될 필요는 없다. 도 7a 내지 7c는 이러한 프로브 팁 변동의 예를 도시한다. 이는, 선택된 구역(306)이 선택된 층(502) 내에서 중심을 벗어난 것을 제외하면, 도 5a 내지 도 5c의 예와 유사하다. 매끄러운 곡선 표면(702)의 결과적인 형상은 섹션 B-B'(도 7b)를 따라 비대칭적이고 섹션 C-C'(도 7c)를 따라 대칭적이다.
도 8a 내지 8c는 이러한 프로브 팁 변동의 다른 예를 도시한다. 이는, 선택된 구역(306)이 선택된 층(502) 내에서 중심을 벗어났고, 선택된 층(502)이 층 스택(302-304-502-308-310) 내에서 중심을 벗어난 것을 제외하면, 도 5a 내지 도 5c의 예와 유사하다. 매끄러운 곡선 표면(802)의 결과적인 형상은 섹션 B-B'(도 8b)를 따라 비대칭적이고 섹션 C-C'(도 8c)를 따라 비대칭적이다. 바람직하게는, 프로브 팁의 연마 프로세싱이 잘 정의된 스케이트들을 형성하도록 프로브 팁의 하나 이상의 층들 또는 구역들이 프로브 팁의 잔여부보다 분명히 더 높은 기계적 내마모성을 갖는 한, 본 발명을 실시하는데 임의의 다른 매끄러운 곡선 프로브 팁 표면 형상이 사용될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 연마 프로세스를 통한 적합한 프로브 팁 형상의 제조를 개략적으로 도시한다. 도 9a의 시작 프로브 팁 구조는 위에서 설명된 바와 같은 매끄러운 곡선 프로브 팁 표면이 없다. 연마 프로세스(902)는 도 9a의 구조로부터 시작하여 도 9b 상의 매끄러운 곡선 프로브 팁 표면(402)을 제공할 수 있다.
연마 프로세스는 초기 팁 형성 단계를 포함할 수 있다. 이는 이전 단계들에서 제조된 프로브들이 프로브 팁 곡률을 거의 또는 전혀 갖지 않는 상황들에서 발생할 것이며, 이는 도 9a 및 도 9b 상에서 개략적으로 도시된 상황이다.
연마 프로세스는 또한 팁 세정 프로세스들로부터의 그리고/또는 디바이스 테스트 시의 동작으로 인한 팁 마모를 포함할 수 있다. 예시적인 연마 프로세스들은 (예컨대, 사포가 테스트 대상 디바이스인 것처럼) 사포를 프로브 팁들과 접촉시키는 것을 포함한다. 여기서 다른 대안은 재차, 연마성 매체가 테스트 대상 디바이스인 것처럼 연마성 탄성 매체를 프로브 팁들과 접촉시키는 것이다. 이러한 팁 형성 프로세스들은 바람직하게는, 각각의 프로브에 대해 개별적으로 행해지는 것과 대조적으로, 하나의 동작에서 프로브들의 전체 어레이에 대해 행해진다.
Claims (15)
- 테스트 대상 디바이스(device under test)와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브(probe)를 제조하는 방법으로서,
프로브 팁을 갖는 프로브를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 프로브 팁은 둘 이상의 층들의 스택을 포함하며;
상기 프로브 팁의 접촉 구역은 상기 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면에 의해 형성되고;
상기 둘 이상의 층들의 스택 중 선택된 층의 일부 또는 전부가 상기 둘 이상의 층들의 스택의 가장 큰 기계적 내마모성을 가지며;
상기 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면의 원위 피크는 상기 선택된 층에 의해 형성되는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면은 연마 프로세스로 상기 프로브 팁을 연마함으로써 제조되는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브를 제조하는 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 연마 프로세스는 초기 팁-형성 단계를 포함하는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브를 제조하는 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 연마 프로세스는 디바이스 테스트 시의 동작으로 인한 팁 마모를 포함하는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브를 제조하는 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 연마 프로세스는 팁 세정 프로세스들로 인한 팁 마모를 포함하는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브를 제조하는 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 연마 프로세스는 사포를 상기 프로브 팁과 접촉시키는 것을 포함하는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브를 제조하는 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 연마 프로세스는 연마성 탄성 매체(abrasive elastic medium)를 상기 프로브 팁과 접촉시키는 것을 포함하는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브를 제조하는 방법. - 테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브로서,
프로브 팁을 포함하며,
상기 프로브 팁은 둘 이상의 층들의 스택을 포함하고;
상기 프로브 팁의 접촉 구역은 상기 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면에 의해 형성되고;
상기 둘 이상의 층들의 스택 중 선택된 층의 일부 또는 전부는 상기 둘 이상의 층들의 스택의 가장 큰 기계적 내마모성을 가지며;
상기 프로브 팁의 매끄러운 곡선 표면의 원위 피크는 상기 선택된 층에 의해 형성되는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브. - 제8 항에 있어서,
상기 층들의 스택은 A-B-C-B-A 구성을 갖고, 상기 A, B, C는 별개의 재료 조성(material composition)들이고, 상기 A는 상기 B 또는 C보다 더 높은 기계적 강도를 갖는 재료 조성이고, 상기 B는 상기 A 또는 C보다 높은 전기 전도율을 갖는 재료 조성이고, 상기 C는 상기 A 또는 B보다 더 높은 기계적 내마모성을 갖는 재료 조성인,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브. - 제9 항에 있어서,
상기 A는 PdCo 합금들 및 NiCo 합금들로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브. - 제9 항에 있어서,
상기 B는 Al 합금들 및 Cu로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브. - 제9 항에 있어서,
상기 C는 Rh, Ru 및 W로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브. - 제8 항에 있어서,
상기 둘 이상의 층들의 평면은 테스트 대상 디바이스를 프로빙할 때 프로브 팁 모션의 방향과 평행한,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브. - 제8 항에 있어서,
상기 선택된 층은 그 자체가 상기 둘 이상의 층들의 스택의 스택 방향에 수직인 방향으로 스택된 다중-구역 구조이고, 상기 다중-구역 구조 중 선택된 구역은 상기 다중-구역 구조 중 가장 큰 기계적 내마모성을 갖는,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브. - 제14 항에 있어서,
상기 다중-구역 구조 중 선택된 구역은 다중-구역 구조의 중심 구역인,
테스트 대상 디바이스와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브.
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