KR20210058641A - 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로브 어레이와 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 공정에서 DUT단위로 프로브 핀들을 정렬한 프로브 어레이를 제작하고, 접합 장비 안에서 프로브 어레이들을 대면적 프로브 헤드 기판에 형성된 DUT단위의 상부 패드에 위치시키고, 프로브 어레이 크기의 사각 또는 원의 면형 레이져 빔을 조사하거나, 히팅 플레이트의 열을 전달하여 프로브 어레이에 정렬된 프로브 핀들을 프로브 헤드 기판에 접합하는 접합공정을 프로브 헤드 기판의 DUT 위치를 변경하며 반복하여 대면적 프로브 헤드 기판 전체 DUT에 프로브 핀들을 접합하고, 프로브 어레이의 판상의 지그 제거하여 프로브 헤드를 제작한다.

Description

프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법 {Probe array and Probe head manufacturing method of the probe card using the same}

본 발명은 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 300mm 웨이퍼에 생성된 반도체 디바이스들을 검사하기 위한 프로브 카드의 프로브 헤드 기판에 반도체 디바이스인 DUT(Device Under Test)크기에서 프로브 핀들의 정렬을 우수하게 유지시키는 프로브 어레이를 제작하여 대면적 프로브 카드의 프로브 헤드용 기판에 보다 용이하게 DUT 단위로 프로브 핀들을 접합할 수 있게 하고, 이와 같은 접합 공정을 반복하여 프로브 헤드 기판 전체에 프로브 핀들을 접합 할 수 있도록 제공하는 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 일련의 반도체 제조공정이 웨이퍼에 완료되고 수많은 반도체 디바이스들이 형성된 후에는 반도체 디바이스들에 불량이 발생하였는지 등의 여부를 확인하기 위하여 웨이퍼 상태에서 이루어지는 전기적 검사공정이 요구된다. 이러한 전기적 검사 공정에서 검사 대상인 반도체 디바이스와 검사 장비를 전기적으로 연결하는 매개물로 사용되는 것으로 프로브 카드가 이용된다.

한편 반도체 디바이스의 표면에는 외부로 노출된 다수의 전기적 연결 통로인 입출력 패드들이 형성되며, 프로브 카드는 이러한 패드들과 물리적으로 접촉하여 전기적 신호를 입출력할 수 있는 프로브 핀들을 구비한다. 그리고 프로브 카드의 메인 인쇄회로 기판은 검사 장비에 연결되고, 반도체 디바이스는 패드들과 접촉하고 있는 프로브 핀들을 통해 검사 장비로부터 신호를 입력받아 동작을 수행한 후, 그 처리 결과를 다시 프로브 핀들을 통해 검사 장비로 출력한다. 검사 장비는 이를 통해 반도체 디바이스의 전기적 특성을 검사하고 해당 칩의 불량 여부를 판별할 수 있다.

일반적으로 이러한 검사 공정은 다수의 반도체 디바이스의 패드들에 프로브 핀들이 동시에 접촉하여 수행되며, 신속하고 효율적인 검사를 위하여 300mm 웨이퍼에 있는 반도체 디바이스들 전체를 한 번에 접촉하여 수행하고도 있다. 이러한 검사 방법을 달성하기 위해서, 프로브 카드에서는 검사장비에서 검사할 수 있는 반도체의 수보다 훨씬 많이 생성된 웨이퍼상의 반도체 디바이스들을 한 번에 접촉하여 검사하기 위해 검사장비에서 오는 신호 들을 다수의 반도체 디바이스에 분기하여 사용하는 신호 분기(Signal Sharing) 또는 TRE(Test Resource Extension)방식이 구현되어야 하며, 이를 위해서는 메인 인쇄회로기판 뿐만 아니라 프로브 헤드 기판에서도 신호 분기가 가능해야 보다 용이 하게 구현 할 수 있다.

이러 같은 기술적 요구 사항들에 부합하는 프로브 카드의 프로브 헤드 기판으로는 300mm용 대면적 MLC(Multi Layer Ceramic)기판이 주로 사용 되고 있다. MLC기판에는 프로브 핀들이 접합되는 Pad들이 형성 되고, 미세 구조물을 만드는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정을 사용해 제작한 1mm ~ 3mm 크기의 작은 프로브 핀들을 MLC의 Pad들에 접합하여 프로브 헤드를 제작 하고 있으며, 이러한 멤스(MEMS) 공정을 사용해 프로브 핀들을 제작 방법에는 2D MEMS와 3D MEMS 두 가지 방식이 사용되고 있다.

첫 번째, 2D MEMS 방식은 MEMS 공정을 사용하여 Wafer에 표준화된 얇은 블레이드(Blade) 형태의 프로브 핀들을 대량으로 제작하고, 이 프로브 핀들을 레이저 접합 장비에서 하나씩 그리퍼(Gripper)로 집어 옮겨 반도체 칩의 패드에 접촉할 수 있도록 MLC기판의 패드에 위치시키고 레이저 빔으로 전도성 접착제를 용융하여 MLC기판에 접합하여 제작하는 방식이다. 이 방식은 현재까지 300mm용 MLC기판에 MEMS 핀들을 접합하여 프로브 헤드를 제작할 수 있는 유일한 방법이며, 단점은 MEMS 프로브 핀들을 하나씩 붙여 프로브 헤드 제작 시간이 너무 많이 소요 되는 점과, 프로브 카드의 핀 수가 증가 하거나 많은 수의 프로브 카드를 제작하기 위해서는 여러 대의 고가 레이저 장비의 추가 투자가 필요한 것이다.

두 번째인, 3D MEMS 방식은 MEMS공정들인 웨이퍼 식각 공정인 습식과 건식 공정과 포토리소그라피 공정, 그리고 건식 습식 도금공정으로 웨이퍼에 프로브 핀들을 반도체 칩의 패드들에 접촉할 수 있도록 일괄 생산하고, MLC기판 전체에 정렬하여 한 번에 리플로우 공정으로 접합 후 희생층인 웨이퍼를 제거해 제작하는 방식이며, 다수의 프로브 핀들을 우수하게 정렬된 상태로 MLC기판 전체에 한 번에 접할 할 수 있는 장점으로 6인치 이하 크기의 MLC기판에 접합하는 것까지는 프로브 핀들이 정렬 상태를 달성 할 수 있었지만, 300mm크기의 MLC기판 전체에 3D MEMS 프로브 핀들을 한 번에 일괄 접합하는 것은 프로브 헤드 기판과 3D MEMS 프로브 웨이퍼간의 열팽창 차이로 발생되는 위치 변형을 보정해야 하는 기술적 난제로 성공적으로 적용을 못하고 있다. 그래서 현재는 DUT(Device Under Test)단위의 블록형태인 MLC기판에 3D MEMS핀을 접합하고, 이들을 300mm용 Substrate에 배치하는 덧넷(Dut-Let)방식으로 프로브 헤드를 제작하는 방식이 사용 되고 있다.

이러한 덧넷 방식은 프로브 헤드 기판인 300mm용 MLC기판에서와 달리 MLC에서 신호분기를 달성 할 수 없어 별도의 신호 분기를 위한 회로 구성을 만들어야 하는 매우 복잡한 구조를 갖고 있어 제작비용이 높고, 제작기간이 오래 소요되고 있다.

이러한 상황에 따라 시장에서는 생산성 향상과 생산 단가의 저감 등을 목적으로 공정이 간단하면서도 빠르게 제조하여 제조비용이 경제적인 프로브 카드의 프로브 헤드 제조방법이 요구되고 있다.

그동안 본 발명자는 프로브 카드의 제조를 용이하게 하기 위해 한국등록특허 제10-0979904호 (프로브 카드 및 그 제조방법), 한국등록특허 제10-1284774 (프로브 카드 및 그 제조방법)의 특허발명들을 통해 지속적으로 프로브 카드에 대한 개선책을 제시하여 왔으며, 한국출원특허 제10-2019-0148004호 (프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법)의 발명 특허와 한국출원특허 제10-2019-0154551호 (프로브카드의 프로브 헤드 제조 방법)을 통해 2D MEMS와 3D MEMS 공정으로 생산된 핀들을 대면적 프로브 헤드 기판에 빠르게 접합하는 방안으로 개선책을 제시 하였으며, 그 개선책의 연장선상에서 본 발명을 통해 보다 효율적으로 300mm크기와 같은 대면적 MLC 프로브 헤드 기판에 한 번에 DUT단위로 프로브 핀들을 정렬 접합하는 방법을 반복하는 방식으로 접합 방식을 개선하여 생산 시간을 획기적으로 단축하기 위하여 창안된 것이다.

웨이퍼에는 일반적으로 수백 개의 반도체 디바이스들이 한꺼번에 형성되고 각각의 반도체 디바이스마다 수십 개의 전기적 신호를 주고받을 수 있는 접촉 패드가 있어, 웨이퍼 전체를 일괄적으로 검사하려면 프로브 카드에 설치되는 프로브 핀의 개수는 수만 개에서 십만 개 이상에 이르기도 한다.

이와 같은 대 면적 웨이퍼의 프로빙을 위해, 300mm용 MLC 프로브 헤드 기판에 프로브 핀을 접합하여 프로브 헤드를 제작하는 방법으로 유일하게 사용되고 있는 종래의 2D MEMS공정 제작 방식은 한 핀씩 접합을 하여 너무 오랜 제작 시간이 소요되는 문제와, 제품 수량과, 프로브 핀 수의 증가에 따라 고가인 다수의 레이저 접합 장비의 추가 투자가 필요한 문제를 갖고 있으며, 종래의 3D MEMS 공정 제작 방식으로는 300mm용 대 면적 MLC 전체에 일괄 접합이 불가능하고, 그에 따른 일괄 접합 회피 방법인 덧넷 방식의 복잡성에 따른 제박 방법의 고비용과 제작기간이 오래 걸리는 문제점 들을 갖고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 2D MEMS, 또는 3D MEMS 공정으로 제작된 프로브 핀들을 DUT단위로 정렬한 프로브 어레이를 제작하여 대 면적 MLC 프로브 헤드 기판에 접합 장비를 사용하여 DUT단위로 국부적으로 일괄 접합할 수 있도록 하고, 이와 같이 DUT단위의 프로브 어레이들을 국부적으로 접합하는 공정을 반복하여 대 면적 프로브 헤드 기판 전체에 멤스 공정으로 제작한 멤스 프로브 핀들을 모두 접합하여 프로브 카드의 프로브 헤드 제조방법을 달성 할 수 있도록 함으로써 프로브 헤드 제조공정을 효율적으로 개선하여 프로브 카드의 전체 공정시간을 단축하여 제작납기 및 제조 설비 투자비와 제작비용을 획기적으로 줄이기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 공정에서 사용되는 다수의 멤스 프로브 핀들을 DUT단위로 기판에 접합하기 위한 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 헤드 제조 방법을 제공 한다.

본 발명에 따른 프로브 어레이는 DUT크기의 판상의 지그, 멤스 프로브 핀, 접착제를 포함하여 구성 된다. 상기 판상의 지그에는 멤스 프로브 핀들이 배치 될 수 있는 복수의 홈들이 있으며, 상기 복수의 홈들은 멤스 프로브 핀들의 팁부가 위치하는 팁부홈들과, 상기 팁부홈들과 연결되고 일 측으로 뻗어 상기 멤스 프로브 핀들의 탄성부가 위치하는 탄성부홈들이 형성된다. 이때 상기의 팁부홈들은 상기 판상의 지그에 관통으로 형성 되거나, 상기 팁부의 크기 깊이로 형성 될 수도 있으며, 상기 탄성부홈 들은 상기 탄성부의 높이 깊이로 형성 되거나 또는 낮은 깊이로 형성 될 수도 있다. 또한 상기 판상의 지그에 생성된 팁부홈에서 연장된 팁부홈 일부와 상기 탄성부홈들은 상기 판상의 지그에 MEMS공정에서 사용되는 포토 레지스터, 또는 도금에 의한 금속 틀로 제작 될 수도 있다. 상기 멤스 프로브 핀은 2D MEMS 공정으로 제작되어 상기 판상의 지그에 형성된 복수의 홈들에 삽입 배열되고, 접착제로 상기 판상의 지그에 고정되어 프로브 어레이가 형성 될 수도 있으며, 또는 상기 판상의 지그에 형성된 복수의 홈들에 3D 멤스 공정인 포토레지스터(Photo-Resister)를 사용한 포토공정과 건식 습식 도금 공정을 통해 상기 프로브 핀들이 제작 형성되어 프로브 어레이가 형성 될 수도 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이에 있어서, 상기 프로브 어레이의 상기 판상의 지그 소재는 실리콘 웨이퍼, 또는 유리소재 일 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이에 있어서, 상기 프로브 어레이의 크기는 접합 단계에서 열팽창에 의해 발생하는 상기 프로브 핀들의 위치 변형이 프로브 카드의 프로브 핀 위치 공차 범위 안에 들도록 반도체 디바이스(DUT)크기보다 작거나, 같은 크기 또는 반도체 디바이스(DUT) 크기의 수 배수 크기로 제작 될 수도 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이에 있어서, 상기 프로브 어레이의 상기 판상의 지그 는 상기 팁부홈들과 상기 탄성부홈들을 각각 서로 다른 판상에 형성하고 상기 두 판상을 접합하여 형성 될 수도 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이에 있어서, 상기 프로브 어레이의 상기 2D MEMS 프로브 핀은 프로브 헤드 기판의 패드에 접합되는 지지부, 일단이 상기지지부의 하단부에 연결되어 수평 방향으로 연장되며 상기 수평 방향으로 중심 부분에 하나 이상의 관통부가 형성되고 상기 관통부의 천장 또는 측면의 일 측과 바닥 또는 측면의 타 측을 연결하는 적어도 하나 이상의 핀 압 조절바를 갖는 탄성부, 및 상기 탄성부의 타단에 연결되어 아래쪽으로 돌출되어 형성 되는 접촉 지지부, 상기 접촉 지지부에서 아래로 뻗어 있으며 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩의 패드에 접촉하는 접촉팁을 갖는 접촉부와 상기 접촉부에서 상기 탄성부 방향으로 사선으로 연결되어 아래로 내려가는 정렬부로 구성되는 팁부를 포함할 수 있다. 이때 상기 접촉 지지부는 상기 접촉부와 상기 정렬부를 포함하는 크기와 같거나 보다 넓게 형성될 수도 있으며, 또는 접촉 지지부 자체가 형성 되지 않은 상기 팁부가 형성 될 수도 있다. 상기 팁부는 상기 프로브 핀의 두께 폭에서 중앙부분에 위치해 좁은 폭으로 형성된 상기 접촉팁의 두께를 포함하며, 상기 접촉팁을 기준으로 좌 또는 우측에 위치한 상기 프로브 핀 두께의 양쪽 또는 어느 한쪽 두께를 얇게 하여 상기 팁부를 상기 프로브 핀의 전체 두께보다 얇은 형태로 형성 할 수도 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이에 있어서, 상기 프로브 어레이의 상기 접착제는 약 320도 이상의 고온에서도 사용이 가능한 세라믹, 카본 또는 금속 성분의 고온용 접착제일 수 있다. 상기 접착제는 상기 판상의 지그에 위치한 상기 2D 멤스 프로브 핀들의 탄성부 위에 도포되어 상기 판상의 지그에 상기 2D 멤스 프로브 핀들을 고정시키고, 상기 프로브 핀들이 프로브 헤드 기판에 접합된 후, 상기 판상의 지그를 상기 프로브 핀들로부터 분리 할 때 사용 될 수도 있는 KOH, TMAH 또는 그 외의 용제로 용해되어 제거될 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이에 있어서, 상기 프로브 어레이의 상기 3D MEMS 프로브 핀은 프로브 헤드 기판의 패드에 생성되는 지지부에 일단이 상기지지부의 상단부에 접합되어 수평 방향으로 연장되며 상기 수평 방향으로 중심 부분에 관통부가 형성될 수도 있는 탄성부, 상기 탄성부의 타단에 연결되어 위쪽으로 돌출되어 형성 되는 팁부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법은, 앞에서 설명한 DUT단위의 프로브 어레이를 준비하는 단계, 프로브 헤드 기판을 준비하는 단계, 상기 프로브 어레이를 잡고 옮기기 위한 어레이 홀더를 준비하는 단계, 상기 프로브 어레이를 상기 어레이 홀더로 잡고 상기 프로브 어레이에 배치된 다수의 상기 멤스 프로브 핀들을 상기 프로브 헤드 기판에 형성된 DUT들의 Pad들에 위치시키고 전도성 접착제를 매개로 접합하는 단계, 상기의 접합단계를 DUT의 위치를 변경 반복하여 상기 프로브 헤드 기판 전체에 상기 프로브 어레이들에 배열된 상기 멤스 프로브 핀들을 접합하는 단계, 및 상기 프로브 어레이의 판상의 지그와 접착제를 분리 제거하는 단계를 포함하는 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 따른 상기 프로브 헤드 기판은 상부 면에 상기 멤스 프로브 핀들의 상기 접촉팁들이 웨이퍼에 생성된 반도체 디바이스들의 패드 위치에 대응하도록 상기 멤스 프로브 핀들의 지지부가 접합되는 상부 패드들이 형성되고, 하부 면은 프로브 카드의 메인 기판인 인쇄회로기판의 패드와 인터페이스 핀을 통해 연결되기 위한 하부 패드가 형성된다, 상기 상부 패드와 상기 하부 패드는 상기 프로브 헤드 기판의 내부에 구성된 다층의 회로 선들을 통해 연결 된다. 또한 상기 프로브 헤드 기판은 상부 면이 솔더 레지스터 또는 드라이필름 솔더 마스크 레지스터(DFSR)과 같은 재질로 덮여, 상기 상부 패드만 노출되는 형태로 구성될 수도 있다.

본 발명에 따른 상기 어레이 홀더는 프로브 어레이를 부착하는 부착판이 있는 부착대가 형성되며, 상기 부착대에는 진공으로 상기 핀 어레이를 흡착하기 진공 홀이 형성되어 있고, 상기 진공 홀은 상기 어레이 홀더내부에 연장되어 외부의 진공장치에 연결된 진공 홀에 연결이 된다. 상기 어레이 홀더에는 기구부에 고정되는 부분이 형성되어 상기 어레이 홀더를 위치시키는 기구부에 고정 되어 동작 된다.

본 발명에 따른 상기 어레이 홀더는 레이저가 투과되는 유리 또는 석영과 같은 재질로 형성 될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 어레이 홀더는 기구부에서 열원을 전달 받는 열팽창이 웨이퍼와 유사한 인바와 같은 저 열팽창의 금속계열, 또는 뮬라이트와 같은 저열팽창의 세라믹 계열의 재질로 형성될 수 도 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 헤드 제조 방법에 있어서, 상기 접합하는 단계에서, 상기 프로브 기판의 상부 패드에 솔더 페이스트 또는 전도성 접착제를 투입 또는 형성하고 상기 프로브 어레이에 위치한 상기 멤스 프로브 핀들을 상기 상부패드에 위치시키고 접합 할 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 헤드 제조 방법에 있어서, 상기 접합하는 단계에서, 레이저 접합 장비 안에서 컴퓨터수치 제어 기능으로 작동되는 기구부에 연결된 레이저를 투과하는 석영 재질의 어레이 홀더로 상기 DUT단위의 프로브 어레이를 상기 프로브 기판위의 접합할 DUT위치에 정렬하여 위치시키고, 석영 재질의 어레이 홀더 위에서 DUT단위의 상기 프로브 어레이에 위치한 상기 프로브 핀들의 지지부와 상기 프로브 기판의 상기 상부 패드들을 포함하는 면적에 레이저 빔을 조사하여 전도성 접착제를 용융하여 상기 프로브 어레이에 위치한 상기 프로브 핀들을 상기 상부 패드에 접합할 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 헤드 제조 방법에 있어서, 상기 접합하는 단계에서, 접합 장비 안에서 컴퓨터수치 제어 기능으로 작동되는 기구부에 열원인 히팅 플레이트가 고정되어 있고, 상기 히팅 플레이트에 조립 연결된 인바와 같은 금속 재질의 어레이 홀더로 상기 DUT단위의 프로브 어레이를 상기 프로브 헤드 기판에 접합하기 위한 DUT에 정렬하여 위치시키고, 히팅 플레이트로 상기 어레이 홀더를 가열하여 열을 프로브 어레이로 전달해 전도성 접착제를 용융하여 DUT단위의 상기 프로브 어레이에 위치한 상기 프로브 핀들의 지지부와 상기 프로브 기판의 상기 상부 패드들을 접합할 수도 있다.

본 발명에 따른 프로브 어레이 및 그를 이용한 프로브 헤드 제조 방법에 있어서, 상기 접합하는 단계에서, 접합 장비들 안에서 프로브 헤드 기판이 올려지고, 컴퓨터 수치 제어로 동작되는 프로브 헤드 기판용 척(Chuck)을 일정 온도로 가열하여 프로브 헤드 기판을 예열하여 접합단계를 수행 할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 과정에서 멤스 프로브 핀들을 DUT단위로 배치한 프로브 어레이를 제작하고, 접합 장비로 접합 레이저 장비를 사용하여 석영 재질의 어레이 홀더로 프로브 어레이를 위치시키고 한 번에 레이저 빔을 접합하기 위한 DUT영역에 조사하여 프로브 헤드 기판위에 DUT단위로 멤스 프로브 핀들을 접합하는 공정을 반복하여 전체 프로브 헤드 기판에 접합하거나, 또는 히팅 플레이트를 사용하는 접합 장비에서 금속 또는 세라믹 재질의 어레이 홀더로 프로브 어레이를 위치시키고, 히팅 플레이트로 어레이 홀더를 가열하여 프로브 어레이에 열을 전달하여 한 번에 DUT단위로 프로브 헤드 기판에 멤스 프로브 핀들을 접합하는 공정을 반복하여 전체 프로브 기판에 접합하고, 프로브 어레이의 판상의 지그를 제거하는 방법을 통해, 한 핀씩 접합하는 종래의 2D MEMS 레이저 접합 방법보다 프로브 헤드 제작 공정 시간을 획기적으로 단축하며 생산성을 높일 수 있고, 종래의 3D MEMS공정에 적용하지 못한 300mm용 대면적 MLC 프로브 헤드 기판을 사용하여 프로브 헤드를 제작함으로서 종래의 방식들보다 공정을 획기적으로 단순화 하여 훨씬 빠르고, 낮은 제조원가로 프로브 카드를 제작 할 수 있다

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이의 사시도이다.
도 2는 도1의 프로브 어레이에 프로브 핀이 위치하는 상태를 보여 주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이의 측면도이다.
도 4은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이의 정면 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이에서 팁부가 좁은 2D 멤스 프로브 핀을 사용한 경우의 측면 및 정면의 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변형된 프로브 어레이의 사시도 이다.
도 7는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 어레이 홀더의 사시도 이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 3D 멤스 프로브 핀을 적용한 프로브 어레이 제작 공정도 이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 3D 멤스 프로브 핀을 적용한 프로브 어레이의 사시도 이다.
도 13는 내지 도 14은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 어레이 홀더의 사시도 이다.
도 16는 내지 도 17은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

아래의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

[제 1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이를 나타내는 사시도 이다, 도 2는 프로브 어레이의 판상의 지그에 프로브 핀들이 위치하는 상태를 보여 주는 사시도 이다.

도 1과 도 2를 참조하면 제 1 실시 예에 따른 프로브 어레이(30)는 반도체 디바이스 크기인 DUT단위로 프로브 핀들을 배치하기 위해, DUT크기의 판상의 지그(20)에 프로브 핀(10)들을 위치하여 정렬시키고, 세라믹이나, 금속, 또는 카본이 함유되어 고온에서 변형이 없는 접착제(40)를 사용하여 프로브 핀(10)들을 판상의 지그(20)에 고정하여 제작 된다.

도 3은 본 발명의제1 실시 예에 따른 프로브 어레이(30)를 구성하는 판상의 지그(20)에 프로브 핀(10)이 위치한 측면도를 보여 주고 있다.

도 3을 참조하여 프로브 어레이를 구성하는 2D 멤스 프로브 핀(10)에 대하여 설명하면 다음과 같다.

프로브 핀(10)은 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)에 접합되는 지지부(11), 일단이 지지부(11)의 하단부에 연결되어 수평 방향으로 연장되며 상기 수평 방향으로 중심 부분에 하나 이상의 관통부(13)가 형성되고, 관통부(13)의 천장 또는 측면의 일 측과 바닥 또는 측면의 타 측을 연결하는 적어도 하나 이상의 핀 압 조절바를 갖는 탄성부(12) 및 탄성부(12)의 타단에 연결되어 아래쪽으로 돌출되어 형성 되는 팁부(14)로 구성이 되며, 팁부(14)는, 탄성부(12)에 연결된 접촉 지지부(15), 접촉 지지부(15) 아래로 뻗어있으며 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩의 패드에 접촉하는 접촉팁(18)을 갖는 접촉부(16)와 접촉부(16)에서 탄성부(12) 방향으로 사선으로 연결되어 아래로 내려가는 정렬부(17)로 구성된다. 이때 접촉 지지부(15)는 접촉부(16)와 정렬부(17)를 포함하는 크기와 같거나 보다 넓게 형성될 수 있으며, 또는 접촉 지지부(15)의 형성 없이 팁부(14)가 형성될 수도 있다. 또한 팁부(14)는 도 5에 도시된 프로브 핀(10)과 같이 프로브 핀(10)의 두께 폭에서 중앙부분에 위치해 좁은 폭으로 형성된 접촉팁(18)의 두께를 포함하며, 접촉팁(18)을 기준으로 좌 또는 우측에 위치한 프로브 핀(10) 두께의 양쪽 또는 어느 한쪽 두께를 얇게 하여 팁부(14)를 프로브 핀(10)의 전체 두께보다 얇은 형태로 형성할 수도 있다.

도 3을 참조하여 프로브 어레이(30)를 구성하는 판상의 지그(20)을 설명하면 다음과 같다

판상의 지그(20)는 반도체 디바이스인 DUT 크기의 판상의 지그에 프로브 핀(10)의 팁부(14)가 위치하는 팁부홈(21)이 형성되고, 팁부홈(21)에 위로 연장되고 일 측으로 길게 형성되어 프로브 핀(10)의 탄성부가 위치하게 되는 탄성부홈(22)이 형성되어 있다. 이와 같은 판상의 지그(20)는 사진 식각 공정으로 제작이 용이한 실리콘 웨이퍼, 또는 유리가 소재로 사용될 수 있다.

판상의 지그(20)는 반도체 디바이스 크기를 기준으로 제작하지만, 접합 공정에서 판상의 지그(20)와 프로브 헤드 기판(50)의 열팽창 차이로 인해 발생되는 프로브 핀(20)들의 위치 변형을 최소화하는 크기로 제작하는 것이 바람직하며, 프로브 핀들의 위치 제작 사양에 따라 반도체 디바이스 보다 작은 크기 또는 반도체 디바이스의 수 배수 크기로 제작할 수도 있다.

판상의 지그에 형성된 팁부홈(20)의 위치 및 간격은 반도체 웨이퍼의 디바이스에 형성되어 있는 패드에 접촉하기 위한 위치 및 간격으로 형성이 되며, 팁부홈(21)은 프로브 핀(10)의 팁부(14) 크기보다 2um 이하로 프로브 핀(10)의 팁부(14)가 팁부홈(21)에 들어 갈 수 있는 최소한의 크기로 제작하여 팁부(14)들의 위치 공차를 최소화 시킨다. 탄성부홈(22)의 경우는 길게 형성된 장공이기 때문에 중간 부분은 프로브 핀(10)의 탄성부(12)의 직진도를 감안하여 중간은 더 크게 형성하고, 지지부(11)가 위치한 부분과 팁부(14)에 근접한 부분에서 탄성부(12)보다 2um 이내로 크게 형성하여 프로브 핀들이 최소한의 여유 공차에서 위치하게 하고, 탄성부홈(22)의 깊이는 프로브 핀(10)의 탄성부(12)의 높이와 같거나 또는 낮게 할 수도 있다. 이와 같이 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)의 크기를 프로브 핀(10)의 크기보다 2um 이내로 형성하는 이유는 프로브 핀(10)을 프로브 헤드 기판(50)에 접합을 할 때 판상의 지그(20)의 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)의 크기에 의해 발생할 수 있는 프로브 핀(10)위치 오차를 프로브 어레이(30) 크기인 DUT 단위에서 2um 이내로 최소화하기 위해서 이다

판상의 지그(20)에 형성된 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)의 상단 입구에는 경사면(23)이 형성 될 수도 있는데. 이와 같이 경사면을 형성하는 이유는 프로브 핀(10)들을 판상의 지그(20)에 위치시키기 위해 프로브 핀(10)을 갖다 놓을 때 여유 공차를 형성하여 프로브 핀(10)들이 용이하게 위치하도록 형성한다.

또한 프로브 핀(10)의 팁부(14)의 접촉 지지부(15)는 팁부홈(21)에 최종적으로 위치하는 구간이 되며, 접촉부(16)쪽으로 좁은 경사면을 주어 형성하여 프로브 핀(10)의 팁부(14)를 팁부홈(21)에 위치하게 할 때 2um이내의 작은 공차를 갖는 프로브 핀(10)의 팁부(14)와 팁부홈(21)간격에서 접촉팁(18)과 정렬부(17) 부분이 손상 없이 a 와 b 크기만큼 측면 여유 공차를 갖고 프로브 핀(10)의 팁부(12)가 팁부홈(21)에 진입 하다가 최종적으로 접촉 지지부(15)가 팁부홈(21)에 용이하게 위치할 수 있게 한다.

또한 도면에 개시 하지는 안았지만, 프로브 핀(10)의 형상에 맞추기 위하여 판상의 지그에 형성하는 팁부홈(21)을 두 단계로 형성하여, 탄성부(12)와 연결되는 부분에는 더 큰 팁부홈(21)을 형성하고 아래에는 팁부(14)의 접촉부(16)가 위치하는 팁부홈(21)을 형성 할 수도 있다.

도 4는 본 발명의제1 실시 예에 따른 프로브 어레이(30)를 구성하는 판상의 지그(20)에 프로브 핀(10)의 프로브 팁부(14)가 위치한 부분의 정면 절개사시도를 보여 주고 있다.

도 4의 (B)를 참조하여 프로브 어레이(30)를 추가 설명을 하면, 판상의 지그(20)에 형성된 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)의 상부 입구부분에 경사면(23)을 형성하여 프로브 핀(10)을 판상의 지그(20)에 위치시킬 때 c와 d만큼 여유 공차를 갖고 위치시킬 수 있도록 할 수도 있다. 이와 같이 프로브 핀(10)이 위치하는 판상의 지그(20)에 형성하는 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)에 경사면(23)을 만드는 이유는 초소형의 프로브 핀(10)들을 작업자가 위치시키는 데는 속도와 생산성의 문제 그리고 작업자의 실수에 의한 프로브 핀(10)의 손상 문제 등이 발생 할 수 있는 부분을 최소화 하고, 보다 빠른 생산성을 높이기 위해 프로브 핀(10)을 상판의 지그(20)에 위치시키는 작업을 자동화 장비로 실행을 할 경우, 자동화 장비에서 프로브 핀들을 위치시키는 정밀도의 공차를 크게 하여 보다 빠르게 프로브 핀(10)들을 판상의 지그(20)에 위치시켜 프로브 어레이(30)를 제작하기 위한 목적도 있다.

도 5를 참조하여 본 발명의 프로브 어레이(30)를 설명하면, 도 5 (a)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이(30)에서 팁부(14)가 좁은 2D 멤스 프로브를 사용한 탄성부(12)면의 측면 절개 사시도 이다, 도 5의 (b)는 프로브 어레이(30)의 판상의 지그(20)에 프로브 핀(10)들이 팁부(14)가 위치되는 상태를 보여 주는 절개 사시도 이다.

도 5의 확대도 C를 참조하면, 프로브핀(10)의 팁부(14)가 프로브 핀(10)의 탄성부(12)보다 좁게 아래로 형성되어 있고, 그에 따라 판상의 지그(20)에 형성된 팁부홈(21)도 탄성부홈(22)에 비해 좁게 형성되어 있다. 이와 같이 프로브 핀(10)의 팁부(14)를 좁게 하는 목적은 뒤에 보여주는 도 6과 같이 프로브 핀(10)들이 한쪽이 아닌 좌, 우 양쪽에 배열이 가능할 때 팁부홈(21)의 간격들은 탄성부홈(22)들의 간격보다 좁게 형성되게 되며, 이때 탄성부홈(22)의 크기보다 좁은 간격으로 배치되는 팁부홈(21)들의 크기를 작게 하여 판상의 지그(20)에 팁부홈(21)들의 간격이 좁아도 사진 식각 공정으로 무리 없이 형성을 할 수 있도록 하여 프로브 어레이(30) 제작을 용이하도록 하는데 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 변형된 프로브 어레이를 나타내는 사시도를 보여 주고 있다.

도 6을 참조하면, 판상의 지그(20)에 프로브 핀(10)의 팁부(14)그리고 탄성부(12)의 일부분이 위치하고, 판상의 지그(20)에 위치한 프로브 핀(10)들의 탄성부(12) 부분들이 접착제(40)로 판상의 지그(20)에 고정되고, 프로브 핀(10)의 지지부(11) 부분들이 노출 되어 있다, 이와 같이 프로브 어레이(30)에 배열된 프로브 핀(10)들의 지지부(11)가 노출되어 있는 상태에서 프로브 헤드 기판(50)에 위치하게 되면, 프로브 핀(10)들을 프로브 헤드 기판(50)의 패드(51)들에 전도성 접착제를 매개로 접합하기 위한 레이저를 조사할 때, 프로브 핀(10)들의 지지부(11)와 전도성 접착제, 그리고 프로브 헤드 기판(50)의 패드(51)에 동시에 조사되어 세 곳의 전체 열원을 동일하게 할 수 있게 한다.

도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 어레이 홀더(60)의 사시도를 보여 주고 있다. 도 7의 본 발명의 제1 실시 예에 따른 어레이 홀더(60)는 프로브 어레이(30)를 진공으로 흡착 하여 잡기 위한 부착판(61)이 있는 어레이 부착대(63)가 있으며, 어레이 부착대(63) 내부에는 진공을 형성하기 위해 관통된 진공 홀(62)들이 위치하고 있다. 어레이 부착대(63)의 부착판(61)의 반대쪽에는 어레이 홀더(60)를 고정하기 위한 어레이 홀더 고정부(64)가 있다. 어레이 홀더 고정부(64)는 도면에 도시 되지는 않았지만 레이저 접합 장비에서 프로그램에 의해 자동으로 동작하는 컴퓨터 수치 제어기능에 따라 동작 되는 기구 장치에 연결 고정 되고, 레이저 장비 내에서 어레이 프레임 홀더(60)가 DUT크기의 프로브 어레이(30)를 잡고, 웨이퍼에 생성된 수백 개의 반도체 디바이스들을 검사하기 위해 프로브 헤드 기판(50)에 프로브 핀(10)들이 반도체들의 패드들에 대응하도록 접합되는 상부 패드(51)들에 DUT크기의 어레이 프레임(30)들을 하나씩 위치시키는 동작을 반복 수행할 수 있게 해 준다. 이때 어레이 홀더(60)는 레이저(70)가 투과되어 어레이 홀더(60)가 잡고 있는 프로브 어레이(30)에 레이저(70)가 전달되는데 적합한 석영(Quartz) 또는 유리(Glass) 소재가 사용 될 수 있다.

도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 보여주고 있다.

먼저 도 8을 참조하면, 어레이 홀더(60)가 DUT크기의 프로브 어레이(30)를 잡고 컴퓨터 수치 제어로 동작되는 기구부로 접합 위치에 정렬하여 위치시킨 후 레이저(70)가 조사 되어 접합 되는 형상을 도8(a)와 도8(b)를 통해 보여 주고 있다. 도 8에 도시된 프로브 어레이는 프로브 핀(10)들이 모두 DUT 크기의 판상의 지그(20) 내부에 배치되어 레이저(70)가 판상의 지그(20)를 가열하고, 가열된 판상의 지그(20)의 열들이 프로브 핀(10)들에 전달이 되고 프로브 핀(10)들의 지지부(11)에 전달된 열들이 도면에 도시 되지는 않았지만 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)에 위치한 전도성 접착제에 전달이 되어 전도성 접착제가 프로브 핀(10)들의 지지부(11)들을 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)들에 접합 시킨다.

도 9는, 도 8과 같은 레이저(70) 접합 동작을 보여 주고 있지만, 프로브 어레이(30)의 판상의 지그(20)가 프로브 핀(10)들의 탄성부(12)만을 잡고, 프로브 핀(10)들의 지지부(11)가 노출되어 접합되는 모습을 보여 주고 있다. 이와 같은 방식의 장점은 프로브 핀(10)의 지지부(11)들과 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)들, 그리고 그들 사이에 위치한 전도성 접착제에 동시에 열을 전달하여 안정되고 빠르게 접합 할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 레이저 접합 방법에서 레이저 장비의 내부에 프로브 헤드 기판(50)을 올리는 척(Chuck)에도 예열 가열 기능을 두고, 레이저(70) 출력을 같이 조정하여 기판에 손상이 가지 않도록 하면서 빠르게 접합하는 기능을 제공 할 수 도 있다.

도 10에서는 DUT단위의 프로브 어레이(30)의 프로브 핀(10)들이 프로브 헤드 기판(50)의 모든 DUT 위치에 접합이 되고, 프로브 어레이(30)를 구성하는 판상의 지그(20)와 접착제(40)가 KOH, TMAH와 같은 용제로 용해 또는 제거되고, 프로브 핀(10)들만 남아 프로브 헤드(100)가 제작된 부분의 그림을 보여 주고 있다.

[제 2 실시예]

도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 3D 멤스 프로브 핀을 적용한 프로브 어레이의 제작 공정도 이다.

도11을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 프로브 어레이(30)는 도 11(a)와 같이 판상의 지그(20)에 반도체 디바이스의 패드 위치에 대응하도록 3D MEMS 공정으로 프로브 핀(10)의 팁부(14)가 형성되는 팁부홈(21)들을 형성하고, 도 11(b)와 같이 건식, 습식 도금 공정으로 금속물질을 채워 팁부(14)를 일괄 형성하고, 평탄화 작업 후 도 11(c)와 같이 도면에 사진 식각 공정인 포토리소그라피 공정으로 포토레지스터 또는 제2금속으로 탄성부홈(22)을 만들고, 도 11(d)와 같이 건식, 습식도금 공정을 반복하여 탄성부(12)를 일괄 형성하고, 평탄화 작업을 하여 3D 멤스 프로브 팁부(14)와 탄성부(12)를 형성하고, 도 11(g1)와 같이 탄성부홈(22)을 형성한 포토레지스터 또는 제2 금속 물질을 제거하고 DUT크기로 분할하여 프로브 어레이(30)를 제작 할 수 도 있으며. 다른 한편으로는 프로브 핀(10)들 간의 간격이 좁아짐에 따라 프로브 핀(10)들의 탄성부(12) 두께가 얇아져 프로브 핀(10)들의 핀 압이 낮아지는 문제가 발생 할 수 있는데, 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 11(e)와 도 11(f)와 같이 포토 공정과 건식 습식 도금 공정, 그리고 평탄화 작업 공정을 반복하여 탄성부(12)에 구멍을 형성하는 적층으로 탄성부(12)의 핀 압을 증가 시킬 수 있다.

이와 같은 3D MEMS 프로브 어레이(30)제작 공정은 판상의 지그에 형성되는 DUT들의 위치가 웨이퍼에 형성된 DUT들의 위치에 동일하게 대응하도록 제작되는 종래의 3D MEMS 제작 공정과 달리 DUT단위 위치가 다르게 형성되며, 또한 전체에서 하나의 DUT의 한 핀이라도 문제가 있으면 사용할 수 없는 3D MEMS 접합 공정과 달리 DUT단위로 분할하여 문제가 없는 양품의 DUT만을 사용할 수 있어 불량률을 줄이고 생산성을 높이는 효과를 가질 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프로브 어레이의 사시도 이다.

도11을 참조하면, 도 12(a)는 프로브 헤드 기판(50)의 패드에 형성된 프로브 핀(10)의 지지부(11)에 접합 되는 탄성부(12) 부분이 판상의 지그(20)로부터 노출된 형태이며, 도 12(b)는 판상의 지그에 팁부(14)와 탄성부(12)부분이 모두 가려져 있는 형상을 보여 주고 있다.

도 13는 내지 도 14을 통해 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하면, 제 1 실시 예의 경우와 같이, 레이저(70)가 투과되는 어레이 홀더(60)를 사용하여 DUT단위의 프로브 어레이(30)를 프로브 헤드 기판(50)의 접합 위치에 놓고, 레이저(70)를 조사하여 프로브 어레이에 배치된 프로브 핀(10)들의 탄성부와 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)에 멤스 공정으로 형성한 프로브 핀(10)의 지지부(11)에 전도성 접착제를 매개로 접합하는 형상을 보여 주고 있다. 이때 프로브 핀(10)들의 탄성부(12) 일부가 노출되는 것과 노출 시키지 않은 것 사이의 차이는 앞서 서술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로브 어레이(30)를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제작 방법의 설명 내용과 같다.

도 14에서는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 DUT단위의 프로브 어레이(30)의 프로브 핀(10)들이 프로브 헤드 기판(50)의 모든 DUT들에 접합된 후, 프로브 어레이(30)를 구성하는 판상의 지그(20)가 KOH, TMAH와 같은 용제로 제거되고, 프로브 핀(10)들만 남아 프로브 헤드(100)가 제작된 부분의 그림을 보여 주고 있다.

[제 3 실시예]

도 15는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 어레이 홀더(60)의 사시도 이다.

도15를 참조하면, 제2 실시 예에 따른 어레이 홀더(60)는 프로브 어레이(30)를 진공으로 흡착 하여 잡기 위한 부착판(61)이 있는 어레이 부착대(63)가 있으며, 어레이 부착대(63) 내부에는 진공을 형성하기 위해 관통된 진공 홀(62)들이 위치하고 있다. 또한 어레이 부착대(63) 내부에는 온도 센서가 위치하는 센서홈(65)이 형성된다. 어레이 부착대(63)의 부착판(61)의 반대쪽에는 어레이 홀더(60)를 고정하기 위한 어레이 홀더 고정부(64)가 있다. 어레이 홀더 고정부(64)는 히팅 플레이트(Heating Plate)(80)에 접합 고정이 되고, 히팅 플레이트(80)는 도면에 도시하지는 않았지만 접합 장비에서 프로그램에 의해 자동으로 동작하는 컴퓨터 수치 제어기능에 따라 동작 되는 기구 장치에 연결 고정 된다.

접합 장비 내에서 어레이 홀더(60)는 DUT크기의 프로브 어레이(30)를 잡고, 웨이퍼에 생성된 수백 개의 반도체 디바이스들을 검사하기 위해, 프로브 헤드 기판(50)의 각 디바이스들의 패드에 프로브 핀(10)들이 대응하도록 접합되는 패드(51)들에 DUT크기의 프로브 어레이(30)들을 접합 위치에 하나씩 정렬하여 위치시키고 히팅 플레이트(80)를 통해 가열된 열을 프로브 어레이(30)에 전달하여 프로브 어레이(30)에 배치된 프로브 핀(10)들을 프로브 헤드 기판(50)의 패드(51)에 전도성 접착제를 매개로 접합하는 동작을 반복 수행할 수 있게 해 준다.

어레이 홀더(60)는 열팽창이 작으며, 프로브 어레이(20)의 프로브 핀(10)들에 히팅 플레이트(80)의 열을 전달 할 수 있는 인바와 코바 또는 세라믹 계열의 소재가 될 수 있으며, 또한 어레이 홀더(60) 내부에 히터와 같은 열원을 삽입하여 히팅 플레이트(80) 없이 직접 가열 할 수도 있다.

도 16 내지 도 17은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

먼저 도 16은 2D MEMS로 형성된 프로브 핀(10)들이 DUT크기의 판상의 지그(20)에 배치되어 접착제(40)로 고정이 된 프로브 어레이(30)를 어레이 홀더(60)로 프로브 헤드 기판의 접합 위치에 옮겨 위치한 모습을 보여 주고 있으며, (b)는 프로브 어레이(30)를 프로브 헤드 기판(50)에 위치시키고 히팅 플레이트(80)를 가열하여 어레이 홀더(60)를 통해 프로브 어레이(30)의 판상의 지그(20)와 프로브 핀(10)들을 가열하여, 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)와 전도성 접착제를 매개로 프로브 핀(10)들이 접합 되는 측면 도면을 보여 주고 있다. 일정 시간을 가열하여 프로브 핀(10)들과 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)사이의 전도성 접착제가 용융되면, 히팅 플레이트를 정지시켜 어레이 홀더(60)의 온도를 센서홈(65)에 위치한 온도 센서를 통해 전도성 접착제의 융점 이하 온도가 되도록 시간을 기다린 후 프로브 어레이의 프로브 핀들이 움직일 수 없도록 완전히 전도성 접착제가 굳은 후에 어레이 홀더(60)를 다음 동작을 위해 이동 시킨다. 이러한 방식은 레이저(70)를 사용한 방식에 비해 시간이 좀 더 소요 될 수 있으나, 장비를 레이저(70)를 갖춘 구성 보다 간단하게 제작을 할 수도 있다.

도 17은 앞에서 도 16에서 설명한 같은 동작으로 3D 멤스로 생성된 DUT크기의 프로브 어레이(30)의 프로브 핀(10)들을 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)에 형성된 지지부(11)에 접합하는 내용을 보여 주고 있다.

이와 같이 제3 실시 예에 따른 방법에서도 접합 장비의 내부에 프로브 헤드 기판(50)을 올리는 척(Chuck)에 예열 가열 기능이 있어 히팅 플레이트(80)를 통한 어레이 홀더(60)의 온도를 같이 조정하여 전도성 접착제를 매개로 프로브 핀(10)들과 프로브 헤드 기판(50)의 상부 패드(51)들이 잘 접합이 되는 조건을 제공 할 수 도 있다.

10 : 프로브 핀
11 : 지지부
12 : 탄성부
13 : 관통부
14 : 팁부
15 : 접촉 지지부
16 : 접촉부
17 : 정렬부
18 : 접촉팁
20 : 판상의 지그
21 : 팁부홈
22 ; 탄성부홈
23 : 경사면
30 : 프로브 어레이
40 : 접착제
50 : 프로브 헤드 기판
51 : 상부 패드
60 : 어레이 홀더
61 : 부착판
62 : 진공 홀
63 : 부착대
64 : 홀더 고정부
65 : 센서홀
70 : 레이저
80 : 히팅 플레이트
100 : 프로브 헤드

Claims (12)

1. 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법에 있어서 DUT단위로 프로브 핀들을 프로브 헤드 기판에 접합하기 위해 사용되는 DUT크기의 프로브 어레이로,
   아래면에 프로브 핀들의 팁부가 위치하는 팁부홈이 형성되고, 상기 팁부홈 위에 연결되고 일 측으로 연장되어 프로브 핀들의 탄성부가 위치하는 탄성부홈이 상부면에 형성된 DUT크기의 판상의 지그를 마련하는 단계와;
   프로브 핀들을 마련하는 단계와;
   상기 DUT크기의 판상의 지그에 상기 프로브 핀들을 넣어 위치시키고 접착제로 고정하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 판상의 지그는
   상기 판상의 지그에 프로브 핀들이 끼워 질 때 여유 공차를 갖고 위치 할 수 있도록 팁부홈과 탄성부홈의 상부면에 경사면을 형성하는 것;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 프로브 핀은
   상기 판상의 지그에 위치하는 팁부; 상기 팁부의 상부에 연결되고 일 측으로 연장되어 뻗어 있는 탄성부; 상기 탄성부의 끝단에 연결되고 위로로 뻗어 있는 지지부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 팁부는
   상기 프로브 핀의 탄성부의 좌측 또는 우측의 한 면, 또는 양면으로부터 얇아져 상기 탄성부 두께의50% ~ 100% 두께로 형성되며; 상기 탄성부의 끝단에 연결되어 아래로 뻗어있는 접촉 지지부; 상기 접촉 지지부 아래로 뻗어 형성된 접촉부; 상기 접촉부의 측면에서 탄성부측 사선으로 돌출되고 아래로 형성된 정렬부; 상기 접촉부의 아래로 뻗어 있고, 상기 탄성부 두께의 중앙에 위치한 접촉팁;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 접착제는
   상기 판상의 지그에 프로브 핀들을 고정하고, 프로브 핀들이 전도성 접착제로 기판에 접합이 되는 고온에서 변형이 생기지 않는 세라믹, 금속, 또는 카본과 같은 재질을 함유하고 KOH 또는 그 외의 용제로 제거 되는 고온용 접착제;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이.
6. 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법에 있어서 DUT단위로 프로브 핀들을 프로브 헤드 기판에 접합하기 위해 사용되는 DUT크기의 프로브 어레이로,
   상부에 다수의 프로브 핀들의 팁부가 위치하는 팁부홈이 형성 배열된, 판상의 지그를 마련하는 단계;
   팁부홈에 건식 습식 도금공정을 통해 팁부를 일괄 형성하고 평탄화하는 단계;
   상기 판상의 지그의 상기 팁부홈위에 연장된 탄성부홈을 포토레지스터 공정으로 형성하는 단계;
   상기 탄성부홈에 도금 공정으로 탄성부를 일괄 형성하고 평탄화하는 단계;
   상기 탄성부홈을 형성한 포토레지스터, 또는 금속층을 제거하고 DUT크기로 분할하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이.
7. 제1항과 제6항 있어서,
   상기 판상의 지그는
   접합 단계에서 프로브 헤드기판과의 열팽창 차이에 의해 발생되는 상기 프로브 핀들의 위치 변형이 제작 사양의 공차 범위 안에 들어오도록 반도체 디바이스 크기보다 작거나 같은 크기 또는 반도체 디바이스 크기의 수 배수 크기로 제작하는 것;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이.
8. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 따른 프로브 어레이를 준비하는 단계;
   프로브 헤드 기판을 준비하는 단계;
   상기 어레이 프레임 영역에 레이져 빔을 출사하는 사각형 또는 원형의 면광원 레이저 장비를 준비하는 단계;
   어레이 홀더를 준비하는 단계;
   상기 어레이 홀더로 상기 프로브 어레이를 상기 프로브 헤드 기판에 접합하기 위한 DUT의 장소로 이동하여 정렬시키는 단계와;
   상기 어레이 홀더를 통해 상기 프로브 어레이 면적에 상기 면광원의 레이저 빔을 조사하여 상기 프로브 어레이에 위치한 상기 프로브 핀들을 상기 프로브 헤드 기판에 전도성 접착제를 매개로 국부적으로 일괄 접합하는 단계와;
   상기 접합 단계를 상기 프로브 헤드 기판에서 DUT의 위치를 다르게 반복하여 상기 프로브 헤드 기판 전체 DUT들에 상기 프로브 어레이들을 접합하는 단계;
   상기 DUT단위의 프로브 어레이들의 판상의 지그들을 제거하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   어레이 홀더는
   상기 레이져 빔을 투과하는 석영 또는 유리를 소재로 형성되어 프로브 어레이를 잡기 위한 부착판; 상기 부착판 위로 뻗어 있고 내부에 부착판으로 연장된 진공 홀이 형성되어 있는 부착대; 상기 부착대 위로 연장되고 측면으로 확장되어 프로브 어레이 홀더의 위치 이동을 가능하게 하는 기구 구조물에 접합 고정하기 위한 홀더 고정부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 프로브 헤드 기판은
    프로브 핀이 접합 되는 상부면의 상부 패드를 제외하고 드라이필름 솔더레지스터(DFSR) 또는 솔더 레지스터인 PSR로 덮은 솔더 마스크 층:
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법.
11. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 따른 프로브 어레이를 준비하는 단계;
    프로브 헤드 기판을 준비하는 단계;
    히팅 플레이트를 어레이 홀더 기구부에 구비한 접합 장비를 준비하는 단계;
    어레이 홀더를 준비하는 단계;
    상기 어레이 홀더로 상기 프로브 어레이를 상기 프로브 헤드 기판에 접합하기 위한 DUT의 장소로 이동하여 위치시키는 단계와;
    상기 어레이 홀더의 가열로 상기 프로브 어레이에 위치한 상기 프로브 핀들을 상기 프로브 헤드 기판에 전도성 접착제를 매개로 국부적으로 일괄 접합하는 단계와;
    상기 접합 단계를 상기 프로브 헤드 기판에서 DUT의 위치를 다르게 반복하여 상기 프로브 헤드 기판 전체 DUT들에 상기 프로브 어레이들을 접합하는 단계;
    상기 DUT단위의 프로브 어레이들의 판상의 지그들을 제거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법.
12. 제 11 에 있어서,
    상기 어레이 홀더는
    인바와 같은 저열팽창 소재로 형성된 프로브 어레이를 잡기 위한 부착판; 상기 부착판 위로 뻗어 있고 내부에 부착판으로 연장된 진공 홀이 형성되어 있는 부착대; 상기 부착대에 형성된 온도 센서홀; 상기 부착대 위로 연결되고 확장되어 어레이 프레임 홀더의 위치 이동을 가능하게 하는 기구 구조물 아래에 장착된 히팅 플레이트에 접합 고정하기 위한 프레임 홀더 고정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법.
    

Images