KR20220033970A - 프로브 어레이, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로브 어레이, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 지그에 DUT(Device Under Test) 단위로 프로브 핀들을 구비하는 프로브 어레이를 프로브 헤드 기판 위에 탑재한다. 프로브 어레이의 프로브 핀들에 열을 인가하여 DUT 단위로 프로브 핀들을 한 번에 프로브 헤드 기판에 접합한다. 탑재하는 단계 및 접합하는 단계를 반복하여 프로브 헤드 기판 전체에 DUT 단위로 프로브 핀들을 접합한다. 그리고 프로브 헤드 기판 위에 설치된 프로브 어레이들의 지그를 제거함으로써, 프로브 헤드 기판 전체에 프로브 핀들이 접합된 프로브 카드의 프로브 헤드를 획득한다.

Description

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

본 발명은 프로브 카드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로브 어레이를 이용하여 DUT 단위의 프로브 핀들을 프로브 헤드 기판에 순차적으로 이식하여 프로브 카드의 프로브 헤드를 제조하는 프로브 어레이, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 일련의 반도체 제조공정이 웨이퍼에 완료되고 수 많은 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 프로브 카드가 이용된다.

한편 반도체 디바이스의 표면에는 외부로 노출된 다수의 전기적 연결 통로인 입출력 패드들이 형성되어 있다. 프로브 카드는 이러한 입출력 패드들과 물리적으로 접촉하여 전기적 신호를 입출력할 수 있는 프로브 핀들을 구비한다. 그리고 프로브 카드의 메인 인쇄회로기판은 검사 장비에 연결된다. 반도체 디바이스는 입출력 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 반도체 디바이스의 불량 여부를 판별한다.

일반적으로 이러한 검사 공정은 다수의 반도체 디바이스의 입출력 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 검사 장비에서 검사할 수 있는 반도체 디바이스의 수보다 훨씬 많이 생성된 웨이퍼 상의 반도체 디바이스들을 한 번에 접촉하여 검사하기 위해 검사 장비에서 오는 신호들을 다수의 반도체 디바이스에 분기하여 사용하는 신호 분기(Signal Sharing) 또는 TRE(Test Resource Extension) 방식이 구현되어야 한다. 이를 위해서는 메인 인쇄회로기판 뿐만 아니라 프로브 헤드의 프로브 헤드 기판에서도 신호 분기가 가능해야 보다 쉽게 구현 할 수 있다.

이와 같은 기술적 요구 사항들에 부합하는 프로브 카드의 프로브 헤드 기판으로는 300mm용 대면적 MLC(Multi Layer Ceramic) 기판이 주로 사용되고 있다. MLC 기판에는 프로브 핀들이 접합되는 패드들이 형성되고, 미세 구조물을 만드는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정을 사용해 제작한 1mm ~ 3mm 크기의 작은 프로브 핀들을 MLC의 패드들에 접합하여 프로브 헤드를 제작하고 있다. 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 웨이퍼에 표준화된 얇은 블레이드(Blade) 형태의 프로브 핀들을 대량으로 제작한다. 제작된 프로브 핀들을 레이저 접합 장비에서 하나씩 그리퍼(Gripper)로 집어 옮겨 반도체 디바이스의 입출력 패드에 접촉할 수 있도록 MLC 기판의 패드에 위치시킨 후, 레이저 빔으로 전도성 접착제를 용융하여 MLC 기판에 접합하여 제작하는 방식이다.

이러한 2D MEMS 방식은 현재까지 300mm용 MLC 기판에 프로브 핀들을 접합하여 프로브 헤드를 제작할 수 있는 유일한 방법으로 알려져 있다. 하지만 2D MEMS 방식은 프로브 핀들을 하나씩 옮겨 붙어야 하기 때문에, 프로브 헤드의 제작 시간이 너무 많이 소요되고, 프로브 카드에 이식해야 할 프로브 핀 수가 증가하거나 많은 수의 프로브 카드를 제작하기 위해서는 여러 대의 고가 레이저 장비의 추가 투자가 필요한 단점이 있다.

두 번째, 3D MEMS 방식은 MEMS 공정의 웨이퍼 식각 공정에 사용되는 습식과 건식 공정, 포토리소그라피(사진) 공정, 그리고 건식 습식 도금 공정으로 이식용 웨이퍼에 프로브 핀들을 반도체 디바이스의 입출력 패드들에 접촉할 수 있도록 일괄 생산하고, 프로브 핀들이 형성된 이식용 웨이퍼를 MLC 기판 전체에 정렬하여 한 번에 리플로우 공정으로 접합 후, 희생층인 이식용 웨이퍼를 제거하는 제작 방식이다.

다수의 프로브 핀들을 우수하게 정렬된 상태로 MLC 기판 전체에 한 번에 접할 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 3D MEMS 방식은 6인치 이하 크기의 MLC 기판에 접합하는 것까지는 프로브 핀들이 정렬 상태를 달성할 수 있었지만, 300mm 크기의 MLC 기판 전체에 이식용 웨이퍼의 프로브 핀들을 한 번에 일괄 접합하는 경우 정렬 문제가 발생한다. 즉 프로브 헤드 기판과 이식용 웨이퍼 간의 열팽창 차이로 프로브 핀과 접합 패드 간에 위치가 변형되는 문제가 발생하기 때문에, 위치 변형을 보정해야 하는 기술적 난제로 300mm 크기의 MLC 기판에는 3D MEMS 방식을 성공적으로 적용을 못하고 있다.

그래서 현재는 DUT(Device Under Test) 단위의 블록 형태인 MLC 기판에 3D MEMS의 프로브 핀을 접합하고, 이들을 300mm용 기판에 배치하는 덧넷(Dut-Let) 방식으로 프로브 헤드를 제작하는 방식이 사용되고 있다.

이러한 덧넷 방식은 프로브 헤드 기판인 300mm용 MLC 기판에서와 달리 MLC에서 신호분기를 달성할 수 없기 때문에, 별도의 신호 분기를 위한 회로 구성을 설계해야 하는 매우 복잡한 구조를 갖고 있어 제작비용이 높고, 제작 기간이 오래 소요되는 단점이 있다.

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

그동안 본 발명자는 프로브 카드의 제조를 용이하게 하기 위해 한국등록특허 제10-0979904호(프로브 카드 및 그 제조방법), 한국등록특허 제10-1284774호(프로브 카드 및 그 제조방법)의 특허발명들을 통해 지속적으로 프로브 카드에 대한 개선책을 제시하여 왔다.

그리고 한국특허출원 제10-2019-0148004호(프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법)와 한국특허출원 제10-2019-0154551호(프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법)를 통해 2D MEMS와 3D MEMS 공정으로 생산된 프로브 핀들을 대면적 프로브 헤드 기판에 빠르게 접합하는 방안으로 개선책을 제시하였다.

그 개선책의 연장선상에서, 본 발명은 효율적으로 300mm 크기와 같은 대면적 MLC 프로브 헤드 기판에 한 번에 DUT 단위로 프로브 핀들을 정렬 접합하는 방법을 반복하는 방식으로 접합 방식을 개선하여 제작 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 프로브 어레이, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지그에 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test) 단위로 프로브 핀들을 구비하는 프로브 어레이를 프로브 헤드 기판 위에 탑재하는 단계; 상기 프로브 어레이의 프로브 핀들에 열을 인가하여 DUT 단위로 프로브 핀들을 한 번에 상기 프로브 헤드 기판에 접합하는 단계; 상기 탑재하는 단계 및 상기 접합하는 단계를 반복하여 상기 프로브 헤드 기판 전체에 DUT 단위로 프로브 핀들을 접합하는 단계; 및 상기 프로브 헤드 기판 위에 설치된 상기 프로브 어레이들의 지그를 제거하는 단계;를 포함하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 제공한다.

상기 접합하는 단계에서, 상기 열은 레이저 빔 또는 히팅에 의한 열 전달 방식으로 프로브 핀들에 인가된다.

상기 프로브 헤드 기판은 상부면에 복수의 DUT의 입출력 패드들에 대응하는 접합 패드들이 형성되어 있고, 상기 접합 패드들에는 각각 전도성 접착제가 도포되어 있다.

상기 탑재하는 단계에서, 상기 프로브 어레이는 접합될 DUT에 대응되는 접합 패드들에 상기 프로브 핀들이 탑재되게 상기 프로브 헤드 기판 위에 탑재된다.

상기 프로브 어레이는, DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들이 형성된 지그; 및 상기 지그의 프로브 핀 삽입 홈들에 각각 삽입된 프로브 핀들;을 포함한다.

상기 지그의 소재는 실리콘 웨이퍼 또는 유리를 포함할 수 있다.

상기 제거하는 단계에서, 상기 프로브 헤드 기판 위의 상기 프로브 어레이들의 지그를 습식 식각으로 선택적으로 제거하여 상기 프로브 헤드 기판 위에 접합된 상기 프로브 어레이들의 프로브 핀들은 남긴다.

상기 프로브 핀들은, 상기 접합 패드에 접합되는 접합부;를 포함한다.

상기 접합부는 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출된다.

상기 프로브 핀들은 2D MEMS 공정으로 제조되며, 상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되며, DUT의 입출력 패드에 접촉하며 상기 지그의 하부면을 향하여 아래로 뻗어 있는 팁부; 상기 팁부에 연결되어 일측으로 연장되어 뻗어 있으며, 적어도 일부가 상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되는 탄성부; 및 상기 탄성부에 연결되어 상기 지그의 상부면 위로 뻗어 있으며, 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있는 지지부;를 포함할 수 있다. 이때 상기 지지부가 상기 접합부이다.

상기 프로브 어레이는, 상기 지그 위에 형성되며, 상기 프로브 핀 삽입 홈들에 삽입된 상기 프로브 핀들을 고정하는 고정부;를 더 포함할 수 있다.

상기 고정부는 상기 지그를 제거하는 단계에서 상기 지그와 함께 제거된다.

상기 프로브 핀들은, 상기 지지부에 연결된 상기 탄성부의 일부가 상기 지그의 측면을 통하여 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있다.

상기 지지부는 상기 탄성부에 연결되어 상기 고정부 위로 돌출되어 있다.

상기 프로브 핀들은 3D MEMS 공정으로 상기 지그에 제조되며, 상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되며, DUT의 입출력 패드에 접촉하며 아래로 뻗어 있는 팁부; 및 상기 팁부에 연결되어 일측으로 연장되어 뻗어 있으며, 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있는 탄성부;를 포함할 수 있다. 상기 탄성부가 상기 접합부이다.

상기 탑재하는 단계에서, 어레이 그리퍼가 상기 프로브 어레이를 진공 흡착하여 상기 프로브 헤드 기판 위에 탑재할 수 있다.

상기 접합하는 단계에서, 상기 어레이 그리퍼를 통하여 상기 프로브 어레이에 면광원의 레이저 빔을 조사하여 상기 프로브 어레이의 프로브 핀들 상기 프로브 헤드 기판에 접합할 수 있다.

상기 어레이 그리퍼는, 상기 프로브 어레이를 진공 흡착하는 부착판;을 포함한다. 상기 부착판의 소재는 레이저 빔을 투과하는 석영 또는 유리를 포함할 수 있다.

상기 접합하는 단계에서, 상기 어레이 그리퍼는 열원으로부터 공급받은 열로 가열되고, 가열된 상기 어레이 그리퍼에 흡착한 상기 프로브 어레이의 지그와 프로브 핀들을 가열하여 상기 프로브 어레이의 프로브 핀들을 상기 프로브 헤드 기판에 접합할 수 있다.

상기 어레이 그리퍼는, 상기 프로브 어레이를 진공 흡착하는 부착판;을 포함한다. 상기 부착판의 소재는 열전도성과 저열팽창계수를 갖는 인바, 코바 또는 세라믹 소재를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test) 단위로 프로브 핀들을 구비하는 프로브 어레이로서, 상기 DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들이 형성된 지그; 및 상기 지그의 프로브 핀 삽입 홈들에 각각 삽입된 상기 프로브 핀들;을 포함하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이를 제공한다.

본 발명은 또한, 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test)의 크기에 대응되는 크기를 갖는 지그에 상기 DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들을 형성하는 단계; 상기 지그의 프로브 핀 삽입 홈들에 각각 프로브 핀들을 삽입하는 단계; 및 상기 지그 위에 상기 프로브 핀 삽입 홈들에 삽입된 상기 프로브 핀들을 고정하는 고정부를 형성하는 단계;를 포함하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이의 제조 방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test)의 크기에 대응되는 크기를 갖는 복수의 지그를 구비하는 지그 원판을 준비하는 단계; 상기 복수의 지그에 각각 DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 팁부홈들을 형성하는 단계; 도금으로 상기 팁부홈들을 충전하여 팁부들을 형성하는 단계; 상기 지그 원판의 상부에 포토레지스트 공정으로 상기 팁부들에 각각 연결되는 탄성부홈을 형성하는 단계; 도금으로 상기 탄성부홈들을 충전하여 상기 팁부들에 각각 연결된 탄성부를 구비하는 프로브 핀들을 형성하는 단계; 상기 탄성부홈들을 형성하는 포토레지스트를 제거하여 상기 지그의 상부면으로 상기 프로브 핀들의 탄성부를 노출시키는 단계; 및 상기 지그 원판을 상기 지그 단위로 분할하여 상기 지그에 프로브 핀들이 형성된 프로브 어레이들을 획득하는 단계;를 포함하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 300mm 크기와 같은 대면적 프로브 헤드 기판에 한 번에 DUT 단위로 프로브 핀들을 정렬 접합하는 방법을 반복하는 방식으로 접합 방식을 개선하여 제작 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 프로브 어레이, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 방법을 제공한다.

즉 프로브 카드의 프로브 헤드 제조 과정에서 프로브 핀들을 DUT 단위로 배치한 프로브 어레이를 제작하고, 접합 장비로 접합 레이저 장비를 사용하여 석영 재질의 어레이 그리퍼로 프로브 어레이를 프로브 헤드 기판 위에 위치시킨 후, 레이저 빔을 프로브 어레이가 위치한 DUT 영역에 조사하여 프로브 헤드 기판 위에 한 번에 DUT 단위로 프로브 핀들을 접합하고, 이러한 DUT 단위의 프로브 어레이를 이용한 프로브 핀들의 접합 공정을 반복하여 전체 프로브 헤드 기판에 프로브 핀들을 접합한다. 프로브 헤드 기판으로부터 DUT 단위로 설치된 프로브 어레이들을 제거함으로써, 본 발명에 따른 프로브 헤드를 제조할 수 있다.

또는 히팅 플레이트를 사용하는 접합 장비에서 금속 또는 세라믹 재질의 어레이 그리퍼로 프로브 어레이를 프로브 헤드 기판 위에 위치시키고, 히팅 플레이트로 어레이 그리퍼를 가열하여 프로브 어레이에 열을 전달하여 한 번에 DUT 단위로 프로브 헤드 기판 위에 프로브 핀들을 접합하고, 이러한 DUT 단위의 프로브 어레이를 이용한 프로브 핀들의 접합 공정을 반복하여 전체 프로브 헤드 기판에 프로브 핀들을 접합한다. 프로브 헤드 기판으로부터 DUT 단위로 설치된 프로브 어레이들을 제거함으로써, 본 발명에 따른 프로브 헤드를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 기판의 프로브 헤드의 제조 방법은, DUT 단위로 한번에 프로브 핀들을 프로브 헤드 기판에 접합할 수 있기 때문에, 개별 프로브 핀을 프로브 헤드 기판에 접합하는 기존의 2D MEMS 방식 보다, 프로브 헤드의 제작 기간을 획기적으로 단축하여 생산성을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 기판의 프로브 헤드의 제조 방법은, DUT 단위로 한 번에 프로브 핀들을 프로브 헤드 기판에 접합하는 공정을 반복하여 프로브 헤드를 제조하기 때문에, 300mm 크기의 대면적 MLC 프로브 헤드 기판을 제조하더라도 프로브 핀과 접합 패드 간의 정렬 오류 문제는 거의 발생하지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 프로브 기판의 프로브 헤드의 제조 방법은, 기존의 3D MEMS 공정에 적용하지 못한 300mm용 대면적 프로브 헤드 기판을 사용하여 프로브 헤드를 제조할 수 있기 때문에, 기존의 3D MEMS 공정보다 제조 공정을 단순화하여 훨씬 빠르고, 낮은 제조 원가로 프로브 헤드를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이의 사시도이다.
도 2는 도 1의 프로브 어레이에 프로브 핀이 위치하는 상태를 보여 주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이의 정면 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이에서 팁부가 좁은 2D MEMS 프로브 핀을 사용한 경우의 측면 및 정면의 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형된 프로브 어레이의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 어레이 그리퍼의 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D MEMS 프로브 핀을 적용한 프로브 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D MEMS 프로브 핀을 적용한 프로브 어레이의 사시도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 어레이 그리퍼의 사시도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 어레이 그리퍼를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 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 실시예에 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 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이의 사시도이다. 그리고 도 2는 도 1의 프로브 어레이에 프로브 핀이 위치하는 상태를 보여 주는 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)는 DUT(Device Under Test) 단위로 프로브 핀(10)들을 구비하는 프로브 어레이로서, DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들이 형성된 지그(20)와, 지그(20)의 프로브 핀 삽입 홈들에 각각 삽입된 프로브 핀(10)들을 포함한다.

그리고 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)는 지그(20) 위에 형성되며, 프로브 핀 삽입 홈들에 삽입된 프로브 핀들(10)을 고정하는 고정부(40)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)는 반도체 디바이스 크기인 DUT 단위로 프로브 핀들(10)을 배치하기 위해, DUT 크기에 대응되는 판 상의 지그(20)에 프로브 핀(10)들을 위치하여 정렬시키고, 세라믹이나, 금속, 또는 카본이 함유되어 고온에서 변형이 없는 접착제를 사용하여 고정부(40)를 형성함으로써, 프로브 핀(10)들을 지그(20)에 고정한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)의 측면도이다.

도 3을 참조하면, 프로브 어레이(30a)에 포함되는 프로브 핀(10)은 2D MEMS 프로브 핀이다.

이러한 2D MEMS 프로브 핀(10)에 대하여 설명하면 다음과 같다.

프로브 핀(10)은 프로브 헤드 기판(도 8의 50)의 접합 패드(도 8의 51)에 접합되는 접합부를 포함한다. 접합부는 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있다.

프로브 핀(10)은 지지부(11), 탄성부(12) 및 팁부(14)를 포함한다.

지지부(11)는 프로브 헤드 기판(도 8의 50)의 접합 패드(도 8의 51)에 접합된다. 즉 지지부(11)가 접합부이다.

탄성부(12)는 일단이 지지부(11)의 하단부에 연결되어 수평 방향으로 연장되며 수평 방향으로 중심 부분에 하나 이상의 관통부(13)가 형성되어 있다. 탄성부(12)는 관통부(13)의 천장 또는 측면의 일 측과 바닥 또는 측면의 타 측을 연결하는 적어도 하나 이상의 핀 압 조절바를 갖는다.

그리고 팁부(14)는 탄성부(12)의 타단에 연결되어 아래쪽으로 돌출되어 형성되어 형성된다.

여기서 팁부(14)는 탄성부(12)에 연결된 접촉 지지부(15), 접촉 지지부(15) 아래로 뻗어 있으며 웨이퍼 상에 형성된 반도체 디바이스의 입출력 패드에 접촉하는 접촉팁(18)을 구비하는 접촉부(16)와, 접촉부(16)에서 탄성부(12) 방향으로 사선으로 연결되어 아래로 내려가는 정렬부(17)를 포함한다. 이때 접촉 지지부(15)는 접촉부(16)와 정렬부(17)를 포함하는 크기와 같거나 보다 넓게 형성될 수 있다. 또는 접촉 지지부(15)의 형성 없이 팁부(14)만 형성될 수 있다.

또한 팁부(14)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 프로브 핀(10)의 두께 폭에서 중앙부분에 위치해 좁은 폭으로 형성된 접촉팁(18)의 두께를 포함하며, 접촉팁(18)을 기준으로 좌측 또는 우측에 위치한 프로브 핀(10) 두께의 양쪽 또는 어느 한쪽 두께를 얇게 하여 프로브 핀(10)의 전체 두께보다 얇은 형태로 형성할 수 있다. 예컨대 팁부(14)는 탄성부 두께의 50% ~ 100% 두께로 형성될 수 있다.

프로브 어레이(30a)에 포함되는 지그(20)는 DUT 단위로 프로브 핀(10)들을 프로브 헤드 기판에 이식하는 용도로 사용된다.

이러한 지그(20)는 반도체 디바이스인 DUT에 대응되는 크기를 갖는다. 지그(20)에는 DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들이 형성되어 있다. 프로브 핀 삽입 홈은 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)을 포함한다.

지그(20)에는 프로브 핀(10)의 팁부(14)가 위치하는 팁부홈(21)이 형성되어 있다. 팁부홈(21)에 위로 연장되고 일 측으로 길게 형성되어 프로브 핀(10)의 탄성부(12)가 위치하게 되는 탄성부홈(22)이 형성되어 있다. 지그(20)는 사진 식각 공정으로 제작이 쉬운 실리콘 웨이퍼, 또는 유리가 소재로 사용될 수 있다.

지그(20)는 반도체 디바이스의 크기를 기준으로 제작하지만, 접합 공정에서 지그(20)와 프로브 헤드 기판의 열팽창 차이로 인해 발생되는 프로브 핀(20)들의 위치 변형을 최소화하는 크기로 제작하는 것이 바람직하다. 지그(20)는 프로브 핀(10)들의 위치 제작 사양에 따라 반도체 디바이스 보다 작은 크기 또는 반도체 디바이스의 수 배수 크기로 제작할 수 있다.

지그(20)에 형성된 팁부홈(21)의 위치 및 간격은 웨이퍼의 반도체 디바이스에 형성되어 있는 입출력 패드에 접촉하기 위한 위치 및 간격으로 형성이 된다. 팁부홈(21)은 프로브 핀(10)의 팁부(14) 크기보다 2㎛ 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)은 길게 형성된 장공이기 때문에, 중간 부분이 프로브 핀(10)의 탄성부(12)의 직진도를 감안하여 더 크게 형성된다. 탄성부홈(22)은 지지부(11)가 위치한 부분과 팁부(14)에 근접한 부분에서 탄성부(12)보다 2㎛ 이내로 크게 형성하여 프로브 핀(10)들이 최소한의 여유 공차에서 위치하게 한다. 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 2㎛ 이내로 형성하는 이유는, 프로브 핀(10)을 프로브 헤드 기판에 접합할 때 지그(20)의 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)의 크기에 의해 발생할 수 있는 프로브 핀(10)의 위치 오차를 프로브 어레이(30a) 크기인 DUT 단위에서 2㎛ 이내로 최소화하기 위해서이다.

지그(20)에 형성된 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)의 상단 입구에는 경사면(23)이 형성될 수 있다. 이와 같이 경사면(23)을 형성하는 이유는, 프로브 핀(10)들을 지그(20)의 프로브 핀 삽입 홈에 삽입하기 위해 프로브 핀(10)을 갖다 놓을 때 여유 공차를 형성하여 프로브 핀(10)들이 쉽게 프로브 핀 삽입 홈으로 삽입되도록 안내할 수 있기 때문이다.

또한 프로브 핀(10)의 팁부(14)의 접촉 지지부(15)는 팁부홈(21)에 최종적으로 위치하는 구간이 되며, 접촉부(16)쪽으로 좁은 경사면(23)을 주어 프로브 핀(10)의 팁부(14)를 팁부홈(21)에 위치하게 할 때 2㎛ 이내의 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 진입하여 최종적으로 접촉 지지부(15)가 팁부홈(21)에 쉽게 위치할 수 있게 한다.

또한 도면에 도시하지는 않았지만, 프로브 핀(10)의 형상에 맞추기 위하여 지그(20)에 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 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)에 포함되는 지그(20)에 프로브 핀(10)의 프로브 팁부(14)가 위치한 부분의 정면 절개 사시도이다. 여기서 도 4의 (a)는 지그(20)의 정면에 바라본 단면도이고, 도 4의 (b)는 지그(20)의 상부면에서 바라본 평면도이다.

도 4를 참조하면, 프로브 어레이(30a)는 지그(20)에 형성된 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)의 상부 입구 부분에 경사면(23)을 형성하여 프로브 핀(10)을 지그(20)에 위치시킬 때 c와 d만큼 여유 공차를 갖고 위치시킬 수 있다.

이와 같이 프로브 핀(10)이 위치하는 지그(20)에 형성하는 팁부홈(21)과 탄성부홈(22)에 경사면(23)을 형성하는 이유는, 작업자가 프로브 핀(10)들을 위치시키는 데는 속도와 생산성의 문제 그리고 작업자의 실수에 의한 프로브 핀(10)의 손상 문제 등이 발생할 수 있는 부분을 최소화 하기 위해서이다. 그리고 생산성을 높이기 위해 프로브 핀(10)을 지그(20)에 위치시키는 작업을 자동화 장비로 실행할 경우, 자동화 장비에서 프로브 핀(10)들을 위치시키는 정밀도의 공차를 크게 하여 보다 빠르게 프로브 핀(10)들을 지그(20)에 위치시켜 프로브 어레이(30a)를 제작하기 위해서이다.

그리고 고정부(40), 도 1에 도시된 바와 같이, 지그(20) 위에 형성되며, 프로브 핀 삽입 홈들에 삽입된 프로브 핀(10)들을 고정한다. 고정부(40)로는 지그(20)를 KOH, TMAH와 같은 용제로 제거할 때 함께 제거될 수 있는 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 고정부(40)로는 세라믹이나, 금속, 또는 카본이 함유되어 고온에서 변형이 없는 접착제나 실리콘 소재의 고정판이 사용될 수 있다.

프로브 핀(10)의 지지부(11)는, 프로브 어레이(30a)를 프로브 헤드 기판 위에 탑재할 때 접합 패드와 안정적으로 접촉될 수 있도록, 지그(20)의 상부를 통하여 고정부(40) 위로 돌출되어 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)에서 팁부(14)가 좁은 2D MEMS 프로브 핀(10)을 사용한 경우의 측면 및 정면의 절개 사시도이다.

여기서 도 5의 (a)는 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)에서 팁부(14)가 좁은 2D MEMS 프로브 핀(10)을 사용한 탄성부(12) 쪽의 측면 절개 사시도이다, 도 5의 (b)는 프로브 어레이(30a)의 지그(20)에 2D MEMS 프로브 핀(10)들이 팁부(14)가 위치되는 상태를 보여주는 절개 사시도 이다. 그리고 도 5의 (C)는 도 5의 C 부분의 확대도이다.

도 5를 참조하면, 팁부(14)가 탄성부(12)보다 좁게 아래로 형성되어 있고, 그에 따라 지그(20)에 형성된 팁부홈(21)도 탄성부홈(22)에 비해 좁게 형성되어 있다.

이와 같이 팁부(14)를 좁게 형성하는 이유는, 프로브 핀(10)들이 한쪽이 아닌 좌우 양쪽에 배열이 가능할 때 팁부홈(21)의 간격들은 탄성부홈(22)들의 간격보다 좁게 형성된다. 이때 탄성부홈(22)의 크기보다 좁은 간격으로 배치되는 팁부홈(21)들의 크기를 작게 하여 지그(20)에 팁부홈(21)들의 간격이 좁아도 사진 식각 공정으로 무리 없이 형성할 수 있도록 하여 프로브 어레이(30a)의 제조를 쉽게 하기 위해서이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형된 프로브 어레이(30b)의 사시도이다.

도 6을 참조하면, 지그(20)에 프로브 핀(10)의 팁부(14)와 탄성부(12)의 일부분이 위치하고, 지그(20)에 위치한 프로브 핀(10)들의 탄성부(12) 부분들이 고정부(40)로 지그(20)에 고정된다. 프로브 핀(10)의 지지부(11) 부분들이 지그(20) 밖으로 노출되어 있다. 즉 프로브 핀(10)들은 지지부(11)에 연결된 탄성부(12)의 일부가 지그(20)의 측면을 통하여 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있다. 지지부(11)는 탄성부(12)에 연결되어 고정부(40) 위로 돌출되어 있다.

이와 같이 프로브 어레이(30b)에 배열된 프로브 핀(10)들의 지지부(11)가 노출되어 있는 상태에서 프로브 헤드 기판(도 9의 50)에 위치하게 되면, 프로브 핀(10)들을 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)들에 전도성 접착제를 매개로 접합하기 위한 레이저 빔을 조사할 때, 프로브 핀(10)들의 지지부(11)와 전도성 접착제, 그리고 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)에 동시에 조사되어 세 곳의 전체 열원을 동일하게 할 수 있다. 즉 지그(20)를 통하지 않고 프로브 핀(10)들의 지지부(11), 전도성 접착제 및 접합 패드(51)에 직접 레이저 빔을 조사함으로써, 프로브 핀(10)들의 접합 패드(51)의 접합 공정을 신속하게 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 어레이 그리퍼(60)의 사시도이다.

도 7을 참조하면, 어레이 그리퍼(60)는 프로브 어레이를 진공 흡착하여 프로브 헤드 기판 위에 탑재하는 프로브 어레이 이송 부재이다.

이러한 어레이 그리퍼(60)는 프로브 어레이를 진공으로 흡착하여 잡기 위한 부착판(61)이 있는 어레이 부착대(63)를 구비한다. 어레이 부착대(63) 내부에는 진공을 형성하기 위해 관통된 진공 홀(62)들이 위치하고 있다. 어레이 부착대(63)의 부착판(61)의 반대쪽에는 어레이 그리퍼(60)를 고정하기 위한 어레이 그리퍼 고정부(64)가 있다. 어레이 그리퍼 고정부(64)는 도면에 도시 되지는 않았지만 레이저 접합 장비에서 프로그램에 의해 자동으로 동작하는 컴퓨터 수치 제어기능에 따라 동작 되는 기구 장치에 연결 고정된다. 레이저 장비 내에서 어레이 프레임 그리퍼(60)가 DUT 크기의 프로브 어레이를 잡고, 웨이퍼에 생성된 수백 개의 반도체 디바이스들을 검사하기 위해 프로브 헤드 기판에 프로브 핀들이 반도체 디바이스들의 입출력 패드들에 대응하도록 접합되는 접합 패드들에 DUT 크기의 어레이 프레임들을 하나씩 위치시키는 동작을 반복 수행할 수 있게 해 준다.

어레이 그리퍼(60)는 레이저 빔이 투과되어 어레이 그리퍼(60)가 잡고 있는 프로브 어레이(30)에 레이저 빔을 전달되는데 적합한 석영(Quartz) 또는 유리(Glass) 소재가 사용될 수 있다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드(100)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 프로브 헤드 기판(50)은 상부면에 복수의 DUT의 입출력 패드들에 대응하는 접합 패드(51)들이 형성되어 있고, 접합 패드(51)들에는 각각 전도성 접착제가 도포되어 있다.

이러한 프로브 헤드 기판(50)은 MLC 기판이다. 즉 프로브 헤드 기판(50)은 상부면에 접합 패드(51)들이 형성된 MLC 기판 몸체와, 접합 패드(51)들을 제외하고 MLC 기판 몸체의 상부면을 덮는 솔더마스크층을 포함한다. 솔더마스크층의 소재로는 드라이필름 솔더레지스트(dry film solder resist; DFSR) 또는 포토 솔더레지스트(photo solder resist; PSR)가 사용될 수 있다.

MLC 기판으로는 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic) 기판 또는 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판이 사용될 수 있다. 여기서 HTCC 기판은 1500℃ 이상의 온도에서 소성하여 제조한 세라믹 기판이다. LTCC 기판은 1000℃ 이하에서 소성하여 제조한 세라믹 기판이다.

접합 패드(51)는 MLC 기판 몸체 위에 스퍼터링 공정과 도금 공정을 이용하여 형성할 수 있다.

제1 실시예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드(100)의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 8을 참조하면, 어레이 그리퍼(60)가 DUT 크기의 프로브 어레이(30a)를 잡고 컴퓨터 수치 제어로 동작되는 기구부로 접합 위치에 정렬하여 위치시킨 후 레이저 빔(70)이 조사 되어 접합된다.

여기서 프로브 어레이(30a)는 프로브 핀(10)들이 모두 DUT 크기의 지그(20) 내부에 배치되어 레이저 빔(70)이 지그(20)를 가열하고, 가열된 지그(20)의 열들이 프로브 핀(10)들에 전달이 되고 프로브 핀(10)들의 지지부(11)에 전달된 열들이 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)에 위치한 전도성 접착제에 전달되어 전도성 접착제가 프로브 핀(10)들의 지지부(11)들을 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)들에 접합시킨다.

이때 프로브 어레이(30a)로는 면광원의 레이저 빔(70)이 조사된다. 레이저 빔이 조사되는 면적은 프로브 어레이(30a)의 크기에 대응될 수 있다. 예컨대 레이저 빔의 단면은 프로브 어레이(30a)의 단면에 대응되는 사각형일 수 있다.

따라서 접합 공정을 진행할 프로브 어레이(30a)에 국부적으로 레이저 빔(70)을 조사함으로써, 프로브 어레이(30a)의 프로브 핀(10)들을 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)들에 일괄적으로 접합할 수 있다. 더욱이 접합 공정을 진행할 프로브 어레이(30a)에 국부적으로 레이저 빔(70)이 조사되기 때문에, 이미 접합된 프로브 어레이(30a)나 프로브 어레이(30a)가 접합되지 않고 외부로 노출된 접합 패드(51) 위의 전도성 접착제에 열적인 영향을 주는 것을 억제할 수 있다.

도 9는 제1 실시예에 따른 변형된 프로브 어레이(30b)를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 9를 참조하면, 프로브 어레이(30b)의 지그(20)가 프로브 핀(10)들의 탄성부(12)만을 잡고, 프로브 핀(10)들의 지지부(11)가 노출되어 조사되는 레이저 빔(70)에 의해 접합된다. 이와 같은 방식의 장점은 프로브 핀(10)의 지지부(11)들과 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)들, 그들 사이에 위치한 전도성 접착제에 동시에 조사되는 레이저 빔(70)으로 열을 전달하여 안정되고 빠르게 접합하는 데 있다.

이와 같은 레이저 접합 방법에서 레이저 장비의 내부에 프로브 헤드 기판(50)을 올리는 척(Chuck)에도 예열 기능을 두고, 레이저 빔(70) 출력을 같이 조정하여 프로브 헤드 기판(50)에 손상이 가지 않도록 하면서 빠르게 접합할 수 있다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 어레이 그리퍼(60)를 이용하여 프로브 어레이(30a,30b)를 프로브 헤드 기판(50) 위에 탑재하는 공정과 접합하는 공정을 반복적으로 수행함으로써, 프로브 헤드 기판(50) 전체의 DUT에 대응되는 위치에 각각 프로브 어레이(30a,30b)의 지그(20)를 매개로 프로브 핀(10)들을 일괄적으로 접합할 수 있다.

그리고 프로브 핀(10)들을 프로브 헤드 기판(50) 전체에 접합한 이후에, 프로브 헤드 기판(50) 위에 설치된 프로브 어레이(30a,30b)들의 지그(20)와 고정부(40)를 제거함으로써, 도 10에 도시된 바와 같은, 프로브 핀(10)들이 접합된 프로브 헤드 기판(50)을 구비하는 프로브 카드의 프로브 헤드(100)를 제조할 수 있다.

여기서 도 10은 DUT 단위의 프로브 어레이(30)의 프로브 핀(10)들이 프로브 헤드 기판(50)의 모든 DUT 위치에 접합되고, 프로브 어레이(30)를 구성하는 지그(20)와 고정부(도 8 및 도 9의 40)가 KOH, TMAH와 같은 용제로 용해 또는 제거되고, 프로브 핀(10)들만 남아 프로브 헤드(100)로 제작된다.

[제 2 실시예]

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D MEMS 프로브 핀(110)을 적용한 프로브 어레이(130a)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)는 다음과 같이 제조될 수 있다.

먼저 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 지그(20)에 반도체 디바이스의 입출력 패드 위치에 대응하도록 3D MEMS 공정으로 프로브 핀(110)의 팁부(14)가 형성되는 팁부홈(21)들을 형성한다.

다음으로 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 건식, 습식 도금 공정으로 금속물질을 채워 팁부(14)를 일괄 형성하고 평탄화 한다.

다음으로 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 사진 식각 공정인 포토리소그라피 공정으로 포토레지스트 또는 제2 금속으로 탄성부홈(22)을 형성한다.

다음으로 도 11의 (d)에 도시된 바와 같이, 건식, 습식 도금 공정을 반복하여 탄성부(12)를 일괄 형성하고, 평탄화 작업을 하여 3D MEMS 프로브 핀의 팁부(14)와 탄성부(12)를 형성한다.

그리고 도 11의 (g1)에 도시된 바와 같이, 탄성부홈(22)을 형성한 포토레지스트 또는 제2 금속을 제거한 후, DUT 크기로 분할하여 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)를 제작할 수 있다.

한편으로는 프로브 핀(110)들 간의 간격이 좁아짐에 따라 프로브 핀(110)들의 탄성부(12) 두께가 얇아져 프로브 핀(110)들의 핀 압이 낮아지는 문제가 발생 할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 다음과 같이 프로브 핀(110)을 제조할 수 있다.

도 11의 (a) 내지 (d)에 따른 팁부(14)와 연결되는 탄성부의 일부를 형성한다.

다음으로 도 11의 (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 또는 제3 금속을 이용한 사진 공정과 건식 습식 도금 공정, 그리고 평탄화 작업 공정을 반복하는 적층 방식으로 내부에 구멍을 갖는 탄성부(12)를 형성한다. 탄성부(12) 내에 구멍을 형성함으로써, 제조될 프로브 핀의 핀 압을 증가시킬 수 있다.

그리고 도 11의 (g2)에 도시된 바와 같이, 도 11의 (e) 및 (f)에서 형성한 포토레지스트 또는 제3 금속을 제거한 후, DUT 크기로 분할하여 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)를 제작할 수 있다.

이와 같은 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)의 제작 공정은 지그(20)에 형성되는 DUT 들의 위치가 웨이퍼에 형성된 반도체 디바이스들의 위치에 동일하게 대응하도록 제작되는 종래의 3D MEMS 제작 공정과 달리, DUT 단위 위치가 다르게 형성되며, 또한 전체에서 하나의 DUT의 한 핀이라도 문제가 있으면 사용할 수 없는 기존의 3D MEMS 접합 공정과 달리 DUT 단위로 분할하여 문제가 없는 양품의 프로브 어레이(130) 만을 사용할 수 있기 때문에, 불량률을 줄이고 생산성을 높이는 효과를 기대할 수 있다.

제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)는 지그(20)의 상부면 밖으로 프로브 핀(110)의 탄성부(12)가 돌출된 형태를 갖는다. 3D MEMS 제작된 프로브 핀(110)은 지지부를 구비하지 않기 때문에, 탄성부(12)가 프로브 헤드 기판의 접합 패드에 접합되는 접합부로서 사용된다. 프로브 어레이(130a)는 고정부를 구비하지 않는다.

한편 도 11에 도시된 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)는 지그(20) 내에 프로브 핀(110)들이 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

예컨대 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 변형된 프로브 어레이(130b)는 탄성부(12)의 일부가 지그(20)의 외측면으로 돌출되어 지그(20)의 상부면 위로 돌출된 프로브 핀(110)을 구비할 수 있다. 즉 탄성부(12)를 형성한 이후에 지그 원판을 개별 지그(20)로 분할할 때, 탄성부(12)의 일부가 지그(20)의 외측면으로 돌출되도록 지그 원판을 분할함으로써, 제2 실시예에 따른 변형된 프로브 어레이(130b)을 제조할 수 있다.

이와 같은 제2 실시예에 따른 변형된 프로브 어레이(130b)는 제1 실시예에 따른 변형된 프로브 어레이(도 6의 30b)와 같은 형태로 제조될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D MEMS 프로브 핀(110)을 적용한 프로브 어레이(130a,130b)의 사시도이다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a,130b)의 사시도이다.

도 12의 (a)를 참조하면, 프로브 어레이(130b)는 프로브 헤드 기판의 접합 패드에 형성된 프로브 핀(110)의 지지부(11)에 접합되는 탄성부(12) 부분이 지그(20)로부터 노출된 형태이다. 탄성부(12)는 지그(20) 위로 돌출되어 있다.

도 12의 (b)를 참조하면, 프로브 어레이(130a)는 지그(20)에 팁부(14)와 탄성부(12) 부분이 모두 가려진다. 탄성부(12)는 지그(20) 위로 돌출되어 있다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 카드의 프로브 헤드(200)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 제1 실시예의 경우와 같이, 레이저 빔(70)이 투과되는 어레이 그리퍼(60)를 사용하여 DUT 단위의 프로브 어레이(130a,130b)를 프로브 헤드 기판(50)의 접합 위치에 놓고, 레이저 빔(70)을 조사하여 프로브 어레이(130a,130b)에 배치된 프로브 핀(110)들의 탄성부(12)와 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)가 전도성 접착제를 매개로 접합한다.

이때 프로브 핀(110)들의 탄성부(12) 일부가 노출되는 것과 노출 시키지 않은 것 사이의 차이는 앞서 서술한 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30,30a)를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드(도 10의 100)의 제조 방법의 설명 내용과 같다.

제2 실시예에 따른 DUT 단위의 프로브 어레이(130a,130b)의 프로브 핀(110)들이 프로브 헤드 기판(50)의 모든 DUT들에 접합된 후, 프로브 어레이(130a,130b)를 구성하는 지그(20)가 KOH, TMAH와 같은 용제로 제거되고, 프로브 핀(110)들만 남아 프로브 헤드(200)로 제작된다.

[제2 실시예에 따른 어레이 그리퍼]

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 어레이 그리퍼(160)의 사시도이다.

도 15를 참조하면, 제2 실시예에 따른 어레이 그리퍼(160)는 프로브 어레이를 진공으로 흡착하여 잡기 위한 부착판(61)이 있는 어레이 부착대(63)를 구비한다. 어레이 부착대(63) 내부에는 진공을 형성하기 위해 관통된 진공 홀(62)들이 위치하고 있다. 어레이 부착대(63) 내부에는 온도 센서가 위치하는 센서홈(65)이 형성된다. 어레이 부착대(63)의 부착판(61)의 반대쪽에는 어레이 그리퍼(160)를 고정하기 위한 어레이 그리퍼 고정부(64)가 있다. 어레이 그리퍼 고정부(64)는 히팅 플레이트(Heating Plate)에 접합 고정된다. 히팅 플레이트는 도면에 도시하지는 않았지만 접합 장비에서 프로그램에 의해 자동으로 동작하는 컴퓨터 수치 제어기능에 따라 동작 되는 기구 장치에 연결 고정된다.

접합 장비 내에서 어레이 그리퍼(160)는 DUT 크기의 프로브 어레이를 잡고, 웨이퍼에 생성된 수백 개의 반도체 디바이스들을 검사하기 위해, 프로브 헤드 기판의 각 DUT들의 접합 패드에 프로브 핀들이 대응하도록 DUT 크기의 프로브 어레이들을 접합 위치에 하나씩 정렬하여 위치시킨다. 히팅 플레이트를 통해 가열된 열을 프로브 어레이에 전달하여 프로브 어레이에 배치된 프로브 핀들을 프로브 헤드 기판의 접합 패드에 전도성 접착제를 매개로 접합하는 동작을 반복 수행한다.

어레이 그리퍼(160)는 열을 전달하지만 열팽창이 작으며, 프로브 어레이의 프로브 핀들에 히팅 플레이트의 열을 전달할 수 있는 소재가 사용된다. 예컨대 어레이 그리퍼(160)의 소재로는 인바, 코바 또는 세라믹 계열의 소재가 될 수 있다. 세라믹 계열의 소재로는 뮬라이트가 사용될 수 있다. 또한 어레이 그리퍼(60) 내부에 히터와 같은 열원을 삽입하여 히팅 플레이트 없이 직접 프로브 어레이에 열을 전달할 수 있다.

도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 어레이 그리퍼(160)를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 여기서 프로브 어레이로는 제1 실시예에 따른 프로브 어레이(30a)를 사용하였다.

도 16의 (a)를 참조하면, 2D MEMS로 형성된 프로브 핀(10)들이 DUT 크기의 지그(20)에 배치되어 고정부(40)로 고정된 프로브 어레이(30a)를 어레이 그리퍼(160)로 프로브 헤드 기판(50)의 접합 위치에 옮겨 위치시킨다.

다음으로 도 16의 (b)를 참조하면, 프로브 어레이(30a)를 프로브 헤드 기판(50)에 위치시키고 히팅 플레이트(80)를 가열하여 어레이 그리퍼(160)를 통해 프로브 어레이(30a)의 지그(20)와 프로브 핀(10)들을 가열하여, 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)와 전도성 접착제를 매개로 프로브 핀(10)들이 접합된다.

일정 시간을 가열하여 프로브 핀(10)들과 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51) 사이의 전도성 접착제가 용융되면, 히팅 플레이트(80)를 정지시켜 어레이 그리퍼(160)의 온도를 센서홈(65)에 위치한 온도 센서를 통해 전도성 접착제의 융점 이하 온도가 되도록 시간을 기다린 후 프로브 어레이(30a)의 프로브 핀(10)들이 움직일 수 없도록 완전히 전도성 접착제가 굳은 후에 어레이 그리퍼(160)를 다음 동작을 위해 이동시킨다.

이러한 히팅 플레이트(80)를 이용한 접합 방식은 레이저 빔을 사용한 접합 방식에 비해 시간이 좀 더 소요될 수 있으나, 히팅 플레이트 장비는 레이저 장비 보다 저비용으로 간단하게 제작을 할 수 있는 장점이 있다.

도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 어레이 그리퍼(160)를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 여기서 프로브 어레이로는 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)를 사용하였다.

도 17을 참조하면, 제2 실시예에 어레이 그리퍼(160)를 사용하되 프로브 어레이로 제2 실시예에 따른 프로브 어레이(130a)를 사용하는 것을 제외하면 도 16과 동일한 방식으로 프로브 카드의 프로브 헤드를 제조한다.

즉 3D MEMS로 생성된 DUT 크기의 프로브 어레이(130a)의 프로브 핀(110)들을 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)에 형성된 지지부(11)에 접합하여 프로브 기판의 프로브 헤드를 제조한다.

이와 같이 제2 실시예에 따른 제조 방법에서도 접합 장비의 내부에 프로브 헤드 기판(50)을 올리는 척(Chuck)에 예열 가열 기능이 있어 히팅 플레이트(80)를 통한 어레이 그리퍼(160)의 온도를 조정하여 전도성 접착제를 매개로 프로브 핀(110)들과 프로브 헤드 기판(50)의 접합 패드(51)들이 잘 접합되는 조건을 제공할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10,110 : 프로브 핀
11 : 지지부
12 : 탄성부
13 : 관통부
14 : 팁부
15 : 접촉 지지부
16 : 접촉부
17 : 정렬부
18 : 접촉팁
20 : 지그
21 : 팁부홈
22 : 탄성부홈
23 : 경사면
30a,30b,130a,130b : 프로브 어레이
40 : 고정부
50 : 프로브 헤드 기판
51 : 접합 패드
60,160 : 어레이 그리퍼
61 : 부착판
62 : 진공 홀
63 : 부착대
64 : 그리퍼 고정부
65 : 센서홀
70 : 레이저 빔
80 : 히팅 플레이트
100,200 : 프로브 헤드

Claims (22)

1. 지그에 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test) 단위로 프로브 핀들을 구비하는 프로브 어레이를 프로브 헤드 기판 위에 탑재하는 단계;
   상기 프로브 어레이의 프로브 핀들에 열을 인가하여 DUT 단위로 프로브 핀들을 한 번에 상기 프로브 헤드 기판에 접합하는 단계;
   상기 탑재하는 단계 및 상기 접합하는 단계를 반복하여 상기 프로브 헤드 기판 전체에 DUT 단위로 프로브 핀들을 접합하는 단계; 및
   상기 프로브 헤드 기판 위에 설치된 상기 프로브 어레이들의 지그를 제거하는 단계;
   를 포함하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 접합하는 단계에서,
   상기 열은 레이저 빔 또는 히팅에 의한 열 전달 방식으로 프로브 핀들에 인가되는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로브 헤드 기판은 상부면에 복수의 DUT의 입출력 패드들에 대응하는 접합 패드들이 형성되어 있고, 상기 접합 패드들에는 각각 전도성 접착제가 도포되어 있고,
   상기 탑재하는 단계에서,
   상기 프로브 어레이는 접합될 DUT에 대응되는 접합 패드들에 상기 프로브 핀들이 탑재되게 상기 프로브 헤드 기판 위에 탑재되는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 프로브 어레이는,
   DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들이 형성된 지그; 및
   상기 지그의 프로브 핀 삽입 홈들에 각각 삽입된 프로브 핀들;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 지그의 소재는 실리콘 웨이퍼 또는 유리를 포함하고,
   상기 제거하는 단계에서,
   상기 프로브 헤드 기판 위의 상기 프로브 어레이들의 지그를 습식 식각으로 선택적으로 제거하여 상기 프로브 헤드 기판 위에 접합된 상기 프로브 어레이들의 프로브 핀들은 남기는 것을 특징으로 하는 프로브 어레이를 이용한 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 프로브 핀들은,
   상기 접합 패드에 접합되는 접합부;를 포함하고,
   상기 접합부는 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 프로브 핀들은 2D MEMS 공정으로 제조되며,
   상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되며, DUT의 입출력 패드에 접촉하며 상기 지그의 하부면을 향하여 아래로 뻗어 있는 팁부;
   상기 팁부에 연결되어 일측으로 연장되어 뻗어 있으며, 적어도 일부가 상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되는 탄성부; 및
   상기 탄성부에 연결되어 상기 지그의 상부면 위로 뻗어 있으며, 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있는 지지부;를 포함하고,
   상기 지지부가 접합부인 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 프로브 어레이는,
   상기 지그 위에 형성되며, 상기 프로브 핀 삽입 홈들에 삽입된 상기 프로브 핀들을 고정하는 고정부;를 더 포함하고,
   상기 고정부는 상기 지그를 제거하는 단계에서 상기 지그와 함께 제거되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 프로브 핀들은,
   상기 지지부에 연결된 상기 탄성부의 일부가 상기 지그의 측면을 통하여 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있고,
   상기 지지부는 상기 탄성부에 연결되어 상기 고정부 위로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 프로브 핀들은 3D MEMS 공정으로 상기 지그에 제조되며,
    상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되며, DUT의 입출력 패드에 접촉하며 아래로 뻗어 있는 팁부; 및
    상기 팁부에 연결되어 일측으로 연장되어 뻗어 있으며, 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있는 탄성부;를 포함하고,
    상기 탄성부가 상기 접합부인 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 탑재하는 단계에서,
    어레이 그리퍼가 상기 프로브 어레이를 진공 흡착하여 상기 프로브 헤드 기판 위에 탑재하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 접합하는 단계에서,
    상기 어레이 그리퍼를 통하여 상기 프로브 어레이에 면광원의 레이저 빔을 조사하여 상기 프로브 어레이의 프로브 핀들 상기 프로브 헤드 기판에 접합하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 어레이 그리퍼는,
    상기 프로브 어레이를 진공 흡착하는 부착판;을 포함하고,
    상기 부착판의 소재는 레이저 빔을 투과하는 석영 또는 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 접합하는 단계에서,
    상기 어레이 그리퍼는 열원으로부터 공급받은 열로 가열되고, 가열된 상기 어레이 그리퍼에 흡착한 상기 프로브 어레이의 지그와 프로브 핀들을 가열하여 상기 프로브 어레이의 프로브 핀들을 상기 프로브 헤드 기판에 접합하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 어레이 그리퍼는,
    상기 프로브 어레이를 진공 흡착하는 부착판;을 포함하고,
    상기 부착판의 소재는 열전도성과 저열팽창계수를 갖는 인바, 코바 또는 세라믹 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드의 제조 방법.
16. 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test) 단위로 프로브 핀들을 구비하는 프로브 어레이로서,
    상기 DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들이 형성된 지그; 및
    상기 지그의 프로브 핀 삽입 홈들에 각각 삽입된 상기 프로브 핀들;
    을 포함하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이.
17. 제16항에 있어서, 상기 프로브 핀들은 2D MEMS 공정으로 제조되며,
    상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되며, DUT의 입출력 패드에 접촉하며 상기 지그의 하부면을 향하여 아래로 뻗어 있는 팁부;
    상기 팁부에 연결되어 일측으로 연장되어 뻗어 있으며, 적어도 일부가 상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되는 탄성부; 및
    상기 탄성부에 연결되어 상기 지그의 상부면 위로 뻗어 있으며, 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있는 지지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이.
18. 제17항에 있어서,
    상기 지그 위에 형성되며, 상기 프로브 핀 삽입 홈들에 삽입된 상기 프로브 핀들을 고정하는 고정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이.
19. 제18항에 있어서, 상기 프로브 핀들은,
    상기 지지부에 연결된 상기 탄성부의 일부가 상기 지그의 측면을 통하여 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있고,
    상기 지지부는 상기 탄성부에 연결되어 상기 고정부 위로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이.
20. 제16항에 있어서, 상기 프로브 핀들은 3D MEMS 공정으로 상기 지그에 제조되며,
    상기 프로브 핀 삽입 홈에 삽입되며, DUT의 입출력 패드에 접촉하며 아래로 뻗어 있는 팁부; 및
    상기 팁부에 연결되어 일측으로 연장되어 뻗어 있으며, 상기 프로브 핀 삽입 홈 밖으로 돌출되어 있는 탄성부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이.
21. 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test)의 크기에 대응되는 크기를 갖는 지그에 상기 DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 프로브 핀 삽입 홈들을 형성하는 단계;
    상기 지그의 프로브 핀 삽입 홈들에 각각 프로브 핀들을 삽입하는 단계; 및
    상기 지그 위에 상기 프로브 핀 삽입 홈들에 삽입된 상기 프로브 핀들을 고정하는 고정부를 형성하는 단계;
    를 포함하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이의 제조 방법.
22. 프로브 헤드 기판의 DUT(Device Under Test)의 크기에 대응되는 크기를 갖는 복수의 지그를 구비하는 지그 원판을 준비하는 단계;
    상기 복수의 지그에 각각 DUT의 입출력 패드들에 대응되는 위치에 팁부홈들을 형성하는 단계;
    도금으로 상기 팁부홈들을 충전하여 팁부들을 형성하는 단계;
    상기 지그 원판의 상부에 포토레지스트 공정으로 상기 팁부들에 각각 연결되는 탄성부홈을 형성하는 단계;
    도금으로 상기 탄성부홈들을 충전하여 상기 팁부들에 각각 연결된 탄성부를 구비하는 프로브 핀들을 형성하는 단계;
    상기 탄성부홈들을 형성하는 포토레지스트를 제거하여 상기 지그의 상부면으로 상기 프로브 핀들의 탄성부를 노출시키는 단계; 및
    상기 지그 원판을 상기 지그 단위로 분할하여 상기 지그에 프로브 핀들이 형성된 프로브 어레이들을 획득하는 단계;
    를 포함하는 프로브 카드의 프로브 헤드용 프로브 어레이의 제조 방법.

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