KR20220043183A

KR20220043183A - 전자 소자의 프로브 헤드용 콘택 프로브를 제조하기 위한 제조방법 및 그에 상응하는 콘택 프로브

Info

Publication number: KR20220043183A
Application number: KR1020227007174A
Authority: KR
Inventors: 로베르토 크리파
Original assignee: 테크노프로브 에스.피.에이.
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-04-05
Also published as: EP4010715A1; WO2021023744A1; CN114222923A; US20220155344A1; TW202120939A; IT201900014214A1; JP2022543644A

Abstract

전자 소자의 테스트 장비의 프로브 헤드를 위한 적어도 하나의 콘택 프로브(10)를 제조하기 위한 제조방법이 개시되는데, 상기 제조방법은 전도체 물질 또는 반도체 물질로부터 선택되는 적어도 하나의 프린팅 재료로 상기 콘택 프로브(10)를 서브마이크론 스케일로 3D 프린팅하는 단계를 포함한다.

Description

전자 소자의 프로브 헤드용 콘택 프로브를 제조하기 위한 제조방법 및 그에 상응하는 콘택 프로브

본 발명은 일반적 관점에서 전자 소자의 프로브 헤드용 콘택 프로브를 제조하기 위한 제조방법에 관한 것일 뿐만 아니라 그에 상응하는 콘택 프로브에 관한 것이며, 아래에서는 이 응용 분야를 참조하여 본 발명을 설명하지만, 이것은 단지 그 설명의 단순화를 위한 목적에 불과하다.

주지된 바와 같이, 프로브 헤드는 본질적으로 마이크로 구조, 특히 웨이퍼 상에 집적된 전자 소자의 다수의 콘택 패드들을, 그것에 대한 기능성 테스트, 특히 전기적 테스트 또는 일반적 테스트를 수행하는 테스트 장치의 대응 채널에 전기적으로 연결할 수 있도록 구성된 디바이스이다.

즉, 집적 소자들에 대해 수행되는 상기 테스트는 결함 소자를 생산 단계에서 이미 검출하여 분리해 내는데 이용된다. 따라서, 프로브 헤드는 웨이퍼 상에 집적된 소자들을 절단하여 칩 격납 패키지(chip containment package) 내에 장착하기 전에 이들에 대한 전기적 테스트를 위해 사용되는 것이 보통이다.

일반적으로, 프로브 헤드는 우수한 전기적 및 기계적 물성을 갖는 특수 합금으로 형성된 많은 수의 콘택 요소들 또는 콘택 프로브들을 포함하는데, 이들은 피검 소자의 대응하는 다수의 콘택 패드들을 위한 적어도 하나의 콘택 부분을 구비한다.

흔히 "수직형 프로브 헤드"로 지칭되는 종류의 프로브 헤드는, 본질적으로, 실질적으로 판상형이며 서로 평행한 적어도 한 쌍의 플레이트들(plates) 또는 가이드들(guides)에 의해 보유된 다수의 콘택 프로브들을 포함한다. 상기 가이드들은 적절한 홀들(holes)을 구비하고 있으며, 일정 간격을 두고 서로 떨어져 위치함으로써 상기 콘택 프로브들의 이동 및 발생 가능 변형을 위한 자유 구역(free zone) 또는 에어 구역(air zone)이 존재하게 된다. 특히, 상기 한 쌍의 가이드들은 상부 가이드 및 하부 가이드를 포함하는데, 이들 모두는 가이드 홀을 각각 구비하고, 우수한 전기적 및 기계적 물성을 갖는 특수 합금으로 보통 만들어지는 상기 콘택 프로브가 상기 가이드 홀 내에서 축 방향으로 슬라이딩한다.

상기 프로브 헤드를 피검 소자 자체에 대해 가압함으로써 상기 콘택 프로브들과 상기 피검 소자의 콘택 패드들 사이에 우수한 접속이 보장되는데, 이때, 상기 상부 및 하부 가이드들에 형성된 상기 가이드 홀들 내에서 이동 가능한 상기 콘택 프로브들이 상기 가압 접촉 동안에 상기 두 개의 가이드들 사이의 에어 구역 내에서 밴딩(bending)되며 상기 가이드 홀들 내에서 슬라이딩한다.

또한, 도 1에 개략적으로 예시된 바와 같이, 상기 에어 갭에서 상기 콘택 프로브들의 밴딩은 상기 프로브들 자체 또는 이들의 가이드들의 적절한 형태를 통해 거들어질 수 있는데, 상기 도 1에는, 오직 예시의 단순화를 위한 목적으로, 프로브 헤드에 보통 포함되는 다수의 콘택 프로브들 중 단 하나의 콘택 프로브만이 도시되어 있고, 예시되어 있는 프로브 헤드는 소위 시프트형-플레이트 타입(shifted-plate type)이다.

특히, 도 1은 적어도 하나의 상부 플레이트 또는 가이드(상부 다이)(2) 및 하나의 하부 플레이트 또는 가이드(하부 다이)(3)를 포함하는 프로브 헤드(9)를 개략적으로 나타내는데, 상기 플레이트들 또는 가이드들은 상부 가이드 홀(2A)과 하부 가이드 홀(3A)을 각각 갖고, 도면에 표시된 축(H-H)을 따르는 길이 전개 방향(longitudinal development direction)으로 본질적으로 연장된 프로브 바디(1C)를 갖는 적어도 하나의 콘택 프로브(1)가 상기 가이드 홀들 내에서 슬라이딩한다. 다수의 콘택 프로브들(1)은 일반적으로 프로브 헤드(9) 내에서 상기 피검 소자 및 상기 가이드들에 대해 직각으로(즉, 도면의 국지적 참조에서 축 z를 따라 실질적으로 수직으로) 배열되는 길이 전개 방향을 갖도록 위치한다.

상기 콘택 프로브(4)는 적어도 하나의 콘택 말단 또는 팁(1A)을 갖는다. 여기서 그리고 아래에서 사용되는 용어인 말단 또는 팁은 끝 부분을 지칭하는데 이것은 반드시 뾰족한 것은 아니다. 특히, 상기 콘택 팁(1A)은 피검 소자(4)의 콘택 패드(4A) 상에 접함으로써 상기 소자와 테스트 장치(미표시) 사이의 기계적 및 전기적 접촉을 실현하는데, 상기 테스트 장치의 프로브 헤드(9)는 말단 구성을 형성한다.

어떤 경우들에 있어서는 상기 콘택 프로브들이 상기 상부 가이드에서 상기 프로브 헤드에 고정 방식으로 구속되어 있다: 이것은 차단형 프로브들(blocked probes)을 갖는 프로브 헤드로 지칭된다.

대안적으로, 프로브들이 고정되어 있지 않고 중간 보드를 통해 보드에 접속된 상태로 유지되는 프로브 헤드가 사용된다: 이것은 비차단형 프로브들을 갖는 프로브 헤드로 지칭된다. 상기 중간 보드는 보통 "스페이스 트랜스포머(space transformer)"로 불리는데, 이것은 상기 프로브들과 접촉할 뿐만 아니라, 그 위에 형성된 콘택 패드들이 피검 소자 상에 존재하는 콘택 패드들에 대하여 공간적으로 재분배될 수 있도록 하고, 특히 패드들 자체의 중심들 간의 거리 제약을 완화시킨다. 즉, 인접 패드들의 중심들 간의 거리와 관련하여 공간을 변형시킨다.

이 경우, 도 1에 예시된 바와 같이, 상기 콘택 프로브(1)는 이러한 스페이스 트랜스포머(5)의 다수의 콘택 패드들(5A)을 향하는 또 다른 콘택 팁(1B)을 갖는데, 상기 콘택 팁(1B)은 실무적으로는 콘택 헤드로 지칭된다. 피검 소자(4)와의 접촉과 유사하게, 상기 콘택 프로브들(1)의 상기 콘택 헤드들(1B)을 상기 스페이스 트랜스포머(5)의 상기 콘택 패드들(5A) 상으로 가압함으로써 상기 프로브들과 스페이스 트랜스포머(5) 사이의 우수한 전기적 접촉이 보장된다.

이미 설명한 바와 같이, 상부 가이드(2)와 하부 가이드(3)가 에어 구역(6)에 의해 적절히 간격을 두고 배치됨으로써, 상기 프로브 헤드(9)의 작동 중에 상기 콘택 프로브들(1)의 변형이 가능하게 되고, 상기 콘택 프로브들(1)의 콘택 팁(1A)과 콘택 헤드(1B)가 피검 소자(4)의 콘택 패드(4A) 및 스페이스 트랜스포머(5)의 콘택 패드(5A)와 각각 접속되는 것이 보장될 수 있다. 당연히, 상기 상부 가이드 홀(2A)과 하부 가이드 홀(3A)은 상기 프로브 헤드(9)를 통해 테스트 작업이 진행되는 동안 상기 콘택 프로브(1)가 이들 내에서 슬라이딩하는 것을 가능하게 하는 크기를 가져야 한다.

상부 가이드(2) 및 도 2A에 확대 도시된 그것의 구체도를 참조하면, 상기 상부 가이드 홀(2A)과 하부 가이드 홀(3A)의 크기는 그 안에 수용될 콘택 프로브들(1)의 치수 허용오차(dimensional tolerances)에도 의존하는데, 상기 허용오차는 상부 가이드 홀(2A)과 하부 가이드 홀(3A)의 치수 증가를 가져와서 그 전체 체적이 더 커지게 만들고 도 2에 개략적으로 예시된 바와 같이 더 적은 수의 홀들만이 각각의 가이드에 위치할 수 있도록 만드는데, 상기 도 2A의 구체도에서는 상기 가이드 홀들(2A)의 두 전개 방향들에, 특히 도면에 표시된 x축과 y축에 따른 두 전개 방향들에, 제공되는 각각의 간격들(Gx, Gy)이 도시되어 있다. 유사한 간격들이 하부 가이드(3)의 하부 가이드 홀들(3A)에도 제공된다.

더욱 구체적으로, 상기 간격들은 상부 가이드(2) 및 하부 가이드(3)의 상부 가이드 홀(2A) 및 하부 가이드 홀(3A) 각각에서의 콘택 프로브(1)의 정확한 삽입, 유지 및 슬라이딩을 보장하도록 설정된다.

콘택 프로브의 치수 허용오차는 예를 들어 콘택 헤드(1B)의 크기와 같은 다른 요소에도 영향을 미치는데, 이것은 상기 콘택 헤드가 상부 가이드(2)에 접하여 안착하는 것을 보장하여야 하고, 통상적 작동 중에, 심지어 프로브 헤드(9)가 접해야 하는 피검 소자의 웨이퍼가 없는 경우에도, 상기 콘택 프로브(1)를 프로브 헤드(9) 내에 정확히 유지시킬 수 있어야 하기 때문이다.

콘택 프로브(1)의 치수 허용오차는 본질적으로 그 제조방법에 의존한다는 것이 잘 알려져 있다.

기본적으로, 전자 소자의 프로브 헤드용 콘택 프로브를 제조하기 위한 두 가지 제조방법들이 이 분야에서 현재 이용되고 있다.

첫 번째 방법은 포토리소그래피 기술에 기반한 것인데, 이것은 적절한 형태의 기판으로부터 시작하여 후속의 마스킹 및 물질 제거 단계들을 사용하여 프로브를 만드는 기술로서, 제한적인 치수 정확도로만 콘택 프로브를 제조할 수 있다.

포토리소그래피 기술을 이용하는 제조방법에 의하면, 상이한 물질 층들을 포함하는 프로브를 쉽게 제조할 수는 있지만, 콘택 프로브의 전체 치수가 제한될 뿐만 아니라 기하학적 형태 및 사용 가능한 물질들의 조합 측면에서 특히 복잡한 구조를 생산할 수 있는 가능성이 제한된다.

현장에서 널리 이용되고 있는 두 번째 알려진 방법은 레이저 절단 기술에 기초한 것이다; 특히, 적절한 물질의 라미네이트(다층 역시 가능)로부터 콘택 프로브를 "절단"할 수 있는 레이저 빔이 사용된다.

레이저 방법 덕분에, 포토리소그래피 기술을 사용할 때보다는 더 복잡한 형태의 구조를 생산할 수 있다. 예를 들어 콘택 프로브 전체 또는 그 일부를 덮는 필름을 얻기 위해, 상기 레이저 기술에 증착 기술을 더 추가하는 것이 일반적으로 필요하다.

그러나, 상기 공지의 방법들 그 어느 것도 최적의 치수 정확성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 제조되는 프로브들의 동일한 배치(batch)에서 동일물을 완벽히 재현할 수 없으므로, 각 배치에 대해 통계적으로 계산된 최대 허용오차를 고려하여야만 한다.

또한, 상기 공지의 방법들 그 어느 것도 재료들을 교대로 포함하는 프로브를 다소 복잡한 형태로 제조하는 것으로 허용하지 않는다.

본 발명의 기술적 과제는, 얻어지는 프로브가 높은 정확성을 갖는 것을 보장하면서도 임의의 물질 조합을 이용하여 임의의 복잡성을 갖는 기하학적 형태로 프로브를 제조할 수 있어, 선행기술에 따라 실현되는 방법들에 여전히 영향을 주는 제한들 및 단점들을 극복할 수 있는, 집적 소자의 프로브 헤드용 콘택 프로브를 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 근간을 이루는 해결 방안은, 적절한 프린팅 재료(특히, 적어도 하나의 전도체 또는 반도체 물질)를 상기 프린팅 재료를 서브마이크론 스케일의 치수로 출력하는 노즐을 이용하여 3D 프린팅함으로써 콘택 프로브를 구현하는 것이다.

이런 해결 방안에 기초하여, 상기 기술적 과제는 전자 소자의 테스트 장비의 프로브 헤드를 위한 적어도 하나의 콘택 프로브를 제조하기 위한 제조방법에 의해 해결되는데, 상기 제조방법은 전도체 물질 또는 반도체 물질로부터 선택되는 적어도 하나의 프린팅 재료로 상기 프로브 콘택을 서브마이크론 스케일로 3D 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 구체적으로, 본 발명은 개별적으로 취해지거나 필요할 경우 조합으로 취해지는 다음의 추가적 및 선택적 특징들을 포함한다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 3D 프린팅 단계는 상기 프린팅 재료를 서브마이크론 크기로 출력하는(outputting) 단계 및 상기 프린팅 재료를 미리 정해진 기하학적 형태에 따라 증착하는(depositing) 단계를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 프린팅 재료를 출력하는 단계는 0.1-0.9 ㎛ 범위, 바람직하게는 0.2-0.4 ㎛ 범위의 직경을 갖는 상기 프린팅 재료의 와이어(wire)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 제조방법은 상기 프린팅 재료를 가열하는 예비 단계를 포함할 수 있다.

특히, 상기 예비 가열 단계는 상기 프린팅 재료의 연화점(softening point)까지, 바람직하게는 상기 프린팅 재료의 용융점까지 상기 프린팅 재료를 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 3D 프린팅 단계는 복수의 상이한 프린팅 재료들로 수행될 수 있다.

이 경우, 상기 3D 프린팅 단계는 상기 복수의 상이한 프린팅 재료들을 출력 및 증착하는 다수의 단계들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 출력 및 증착하는 다수의 단계들은 동시에 그리고 순차적으로 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 3D 프린팅 단계는 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층(multilayer), 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속, 바람직하게는 텅스텐과 같은 전도체 물질을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 3D 프린팅 단계는 도핑되었을 수도 있는 실리콘 카바이드 또는 실리콘과 같은 반도체 물질을 사용한다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 상기 3D 프린팅 단계는, 바람직하게는 상기 콘택 프로브의 코팅층 형태로, 파릴렌(parylene)®과 같은 절연 물질을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 복수의 상이한 프린팅 재료들은 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층, 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속, 바람직하게는 텅스텐과 같은 하나 이상의 전도체 물질, 또는 도핑되었을 수도 있는 실리콘 카바이드 또는 실리콘과 같은 하나 이상의 반도체 물질, 또는 하나 이상의 절연 물질을 임의의 조합으로 포함할 수 있다.

본 발명은, 전자 소자의 테스트 장비의 프로브 헤드용 콘택 프로브에 관한 것이기도 한데, 상기 콘택 프로브는 전도체 물질 또는 반도체 물질로부터 선택되는 적어도 하나의 프린팅 재료로 서브마이크론 스케일로 3D 프린팅하는 단계에 의해 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 콘택 프로브는, 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층, 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속, 바람직하게는 텅스텐과 같은 하나 이상의 전도체 물질, 또는 도핑되었을 수도 있는 실리콘 카바이드 또는 실리콘과 같은 하나 이상의 반도체 물질, 또는 파릴렌(parylene)®과 같은 하나 이상의 절연 물질을 임의의 조합으로 포함하는 복수의 상이한 프린팅 재료들을 포함할 수 있다.

특히, 상기 프린팅 재료들은, 빈 부분(empty portions) 또는 에어 구역(air zones)과 조인트되었을 수도 있는, 서로 침투하는(interpenetrated) 또는 서로 얽힌(interlaced) 형태로 결합되어 있을 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기 콘택 프로브는 서브마이크론 스케일의 정확도로 정의된 치수를 가질 수 있다.

첨부의 도면들을 참조하여 아래에서 제공되는 실시예에 대한 설명으로부터 본 발명에 따른 프로브의 특징들 및 이점들이 명확해질 것인데, 상기 실시예는 비제한적 예로서 제시되는 것이다.

이러한 도면들에서:
- 도 1은 선행기술에 따라 제조된 프로브 헤드의 정면도를 개략적으로 나타내고;
- 도 2 및 도 2A는 도 1의 프로브 헤드에 포함된 가이드의 평면도 및 그 확대 구체도를 각각 나타내고;
- 도 3은 본 발명에 따른 제조방법을 구현할 수 있는 3D 프린팅 장비의 정면도를 개략적으로 나타내며;
- 도 4A-4E, 5A-5D, 6A-6D 및 7A-7B는 본 발명에 따라 제조된 콘택 프로브의 대안적 실시예들을 개략적으로 나타낸다.

3D 프린팅 장비를 이용하여 구현되는, 프로브 헤드용 콘택 프로브를 제조하기 위한 제조방법이 상기 도면들, 특히 도 3을 참조하여 설명되는데, 상기 3D 프린팅 장비는 전체에 걸쳐 도면부호 20으로 표시되고 이를 통해 얻어지는 상응하는 콘택 프로브는 전체에 걸쳐 도면부호 10으로 표시된다.

상기 도면들은 개략도로서 실제 크기로 그려진 것이 아니라 본 발명의 중요한 특징들이 강조되도록 그려진 것임에 유의하여야 한다.

또한, 아래에서 설명되는 공정 단계들이 콘택 프로브 제조를 위한 완전한 공정 흐름을 이루는 것은 아니다. 본 발명은 이미 알려진 3D 프린팅 기술과 함께 실시될 수 있으며, 본 발명의 이해를 위해 필요한 일반적으로 사용되는 공정의 단계들만이 포함된다.

마지막으로, 수직형 또는 버클링(buckling) 빔 프로브와 관련하여 예시되는 수단들은 캔틸레버 프로브, 마이크로-프로브 등과 같은 다른 유형의 프로브에도 적용될 수 있고, 캔틸레버 또는 마이크로-프로브와 관련하여 예시되는 수단들 역시 수직형 프로브에 적용될 수 있다.

본 발명은 특히 전자 소자의 테스트 장비의 프로브 헤드를 위한 적어도 하나의 콘택 프로브를 제조하기 위한 제조방법에 관한 것으로, 이를 구현하기 위해 적절한 적어도 하나의 전도체 또는 반도체 물질로 상기 콘택 프로브(10)를 서브마이크론 스케일로 3D 프린팅하는 단계를 포함한다.

상기 전도체 물질은, 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층, 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금과 같은 금속, 바람직하게는 텅스텐일 수 있다. 대안적으로, 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 반도체 물질이 사용될 수 있는데, 이것은 그 전도성을 증가시키기 위하여 적절히 도핑되어 있을 수도 있다.

적절하게는, 상기 3D 프린팅 단계는 상기 프린팅 재료를 서브마이크론 크기로 출력하는 단계 및 상기 프린팅 재료를 미리 정해진 기하학적 형태에 따라 증착하는 단계를 포함한다.

더욱 구체적으로, 상기 프린팅 재료를 출력하는 단계는 0.1-0.9 ㎛ 범위, 바람직하게는 0.2-0.4 ㎛ 범위의 직경을 갖는 상기 프린팅 재료의 와이어(wire)를 형성하는 단계를 포함한다. 이 치수들은 특히 금속 재료에 대한 현재 3D 프린팅 기술의 한계에 해당하며, 이 기술의 발전에 따라 당연히 변경될 수 있다.

또한, 상기 3D 프린팅 단계는 상기 프린팅 재료를 가열하는, 특히, 상기 프린팅 재료의 연화점까지, 바람직하게는 상기 프린팅 재료의 용융점까지 가열하는, 예비 단계를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 3D 프린팅 단계는 복수의 상이한 프린팅 재료들로 수행된다.

이 경우, 상기 3D 프린팅 단계는 상기 복수의 상이한 프린팅 재료들을 출력 및 증착하는 다수의 단계들을 포함한다.

특히, 상기 프린팅 재료들은 위에서 나열된 물질들로부터 선택되는 전도체 또는 반도체 물질일 수 있으나, 절연 물질, 특히 상기 콘택 프로브(10)의 코팅층 형태의 절연물질, 예를 들어 파릴렌(parylene)®일 수도 있다. 절연 물질은 전류를 전달할 필요가 없는 콘택 프로브(10)의 부분을 만들기 위해 사용될 수도 있는데, 이는 아래에서 더 명확하게 설명될 것이다.

적절하게는, 상기 출력 및 증착하는 다수의 단계들은 동시에 그리고 순차적으로 수행될 수 있다.

도 3에 개략적으로 예시된 바와 같이, 콘택 프로브(10)는 3D 프린팅 장비(20), 특히 프린팅 재료를 서브마이크론 크기로 출력할 수 있는 적어도 하나의 3D 플린팅 헤드(11)를 포함하는 3D 프린팅 장비(20)를 이용하여 프린팅된다. 선행기술과 관련하여 도시된 것과 마찬가지로, 상기 콘택 프로브(10)는 콘택 팁(10A)으로 표시되는 제1 말단부, 콘택 헤드(10B)로 표시되는 제2 말단부, 및 이들 사이에서 연장된 막대형 바디(10C)를 적어도 포함한다.

따라서, 상기 3D 프린팅 헤드(11)는 서브마이크론 크기의 직경, 특히 0.1-0.9 ㎛ 범위, 바람직하게는 0.2-0.4 ㎛ 범위의 직경, 즉 상기 프린팅 재료의 와이어의 직경 범위에 해당하는 직경을 갖는 프린팅 재료 출력 개구를 갖는 프린팅 노즐(11a)을 포함한다.

상기 프린팅 노즐(11a)은 콘택 프로브(10)를 구현하는데 적합한 적어도 하나의 전도체 또는 반도체 물질의 탱크(11b)에 연결되어 있고, 이것은 예를 들어 작은 튜브 형태인 상기 물질의 적절한 연결 및 수송 수단(12a)을 통해 상기 물질의 공급기(12)에 연결되어 있다. 특히, 상기 3D 프린팅 헤드(11)는 서브마이크론 크기의 직경을 갖는 와이어 형태의 프로브를 프린팅하기 위해 상기 프린팅 재료를 출력할 수 있다.

상기 3D 프린팅 장비(20)는 상기 탱크(12)에 연결되었을 수도 있는 상기 프린팅 재료의 히터도 적어도 하나 포함할 수 있다.

상기 전도체 물질은 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층, 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속, 바람직하게는 텅스텐일 수 있다. 대안적으로, 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 반도체 물질이 사용될 수 있는데, 이것은 그 전도성을 증가시키기 위하여 적절히 도핑될 수도 있다.

아래에서 더 명확히 설명되듯이, 콘택 프로브(10)는 물질들의 조합을 통해 만들어질 수도 있으며 절연 물질들, 특히 코팅층 형태의 절연 물질들, 예를 들어 파릴렌(parylene)®을 포함할 수도 있는데, 상기 절연 물질들은 서로의 조합으로 그리고 전도체 또는 반도체 물질과의 조합으로 포함될 수 있다.

상기 3D 프린팅 장비(20)는 이동식 플랫폼(13)을 적어도 포함하는데, 이것은 각각의 레스팅 피트(resting feet)(13a)를 구비하고 모터 요소(13b) 덕분에 특히 상기 이동식 플랫폼(13)에 직교하는 축들(14)을 따라 이동하는데, 상기 이동식 플랫폼(13)은 플레이트형 지지체 형태이며 상기 3D 프린팅 장비(20)의 고정 베이스(15) 상에 위치하고, 상기 고정 베이스(15)는 레스팅 피트(15a)를 구비한다. 상기 고정 베이스(15) 역시도 플레이트 형태이며 평면(π)을 따라 전개된다.

상기 3D 프린팅 장비(20)는, 상기 고정 베이스(15)에 직교하도록 위치하며 제1 고정 요소들(16a)을 통해 상기 고정 베이스(15)에 연결된 제1 지지 기둥들(16)도 포함한다. 추가의 제2 지지 기둥들(17)이 제공되는데 이들은 상기 제1 지지 기둥들(16)에 직교하며 제2 고정 요소들(17a)을 통해 상기 제1 지지 기둥들(16)에 연결된다.

더욱 구체적으로, 상기 제2 지지 기둥들(17)은 보드 상에서 상기 3D 프린팅 헤드(11)를 운반하며 이것이 상기 3D 프린팅 장비(20)의 상기 고정 베이스(15)의 평면(π)에서 이동하는 것을 가능하게 한다.

따라서, 도면의 국지적 참조 시스템을 이용하면, 상기 3D 프린팅 헤드(11)는 x축 및 y축을 따라 이동 가능한 반면, 상기 이동식 플랫폼(13)은 z축을 따라 이동한다. 상기 이동식 플랫폼(13)이 x축 및 y축을 따라 이동하고 상기 3D 프린팅 헤드(11)를 z축을 따라 이동시키는 구성 또는 그 밖의 다른 이동 조합의 구성들을 고려하는 것도 당연히 가능하다.

어떠한 경우에서도, 3D 프린팅 헤드(11)와 이동식 플랫폼(13)의 이동들의 조합을 통해 상기 프린팅 노즐(11a)을 세 방향(x, y, z)을 따라 이동시킬 수 있고, 따라서 미리 정해진 기하학적 형태에 따라 콘택 프로브(10)를 구현할 수 있다.

기하학적으로 복잡한 형태, 특히 전통적인 포토리소그래피 기술 및 레이저 기술에 의해서는 원하는 정확도로 얻어질 수 없는 형태를 갖는 콘택 프로브(10)가 상기 3D 프린팅 장비(20)에 의해 어떻게 프린팅될 수 있는지가 즉각적으로 명백하다.

특히, 상술한 3D 프린팅 장비(20) 덕분에 서브마이크론 스케일의3D 프린팅 단계를 포함하는 본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 모든 콘택 프로브(10)는, 그것의 최종 기하학적 형태의 복잡성과 관계없이, 1 마이크론 미만의 치수 정확도를 갖는 치수를 가질 것이다.

따라서, 콘택 팁(10A)과 같은 말단부에 형성된 제1 노치(notch)(18a) 및 바디(10C)에 형성된 제2 노치(18b)를 구비한 캔틸레버 콘택 프로브의 경우, 도 4A에 개략적으로 도시된 바와 같이, 국부적으로 치수를 감소시킬 수 있는 적절한 노치들을 갖는 콘택 프로브(10)를 얻을 수 있다.

유사하게, 3D 프린팅을 통해, 도 4B에 도시된 것과 같은 매우 복잡한 기하학적 형태의 콘택 프로브를 구현하는 것이 가능하다. 더욱 구체적으로, 상기 콘택 프로브(10)는 콘택 팁(10A)에 구현된 팬터그래프(pantograph) 구조(19a), 콘택 헤드(10B)에 구현된 완충 구조(19b), 및 T-형 상부(19d)와 각각의 커플링 피트(19d)를 구비한 확대 형상(19c)을 갖는 바디를 포함한다.

3D 프린팅 덕분에, 채워진 부분들과 빈 부분들을 갖는 복잡한 형태를 심지어 콘택 프로브(10)의 일부분에만 구현하는 것도 가능한데, 예를 들어 코일 형태로 만들어진 도 4C에 예시된 바디(10C)를 구현할 수 있다.

유사하게, 도 4D에 예시된 바와 같이, 공기 또는 다른 물질일 수 있는 적절한 분리 구역(21)에 의해 분리된 다수의 라멜라(lamellae)(22a, 22b)로 상기 바디(10C)를 구현하는 것도 가능하다.

마지막으로, 도 4E에 개략적으로 예시된 바와 같이, 임의의 형태의 부분 콘택(23a)과 부분 지지부(23b) 그리고 200 ㎛ 미만의 높이(H)를 갖는 마이크로-프로브와 같이 축소된 치수의 프로브를 프린팅하는 것도 가능하다.

유리하게는, 본 발명에 다른 제조방법의 3D 프린팅은 콘택 프로브(10)의 상이한 부분들에 대해 상이한 프린팅 재료들을 프린팅하는 것도 가능하게 할 수 있다. 이 경우, 3D 프린팅 장비(20)의 3D 프린팅 헤드(11)를 다수의 상이한 프린팅 재료 공급기들(12)에 고정 방식 또는 교환 가능한 방식으로 연결함으로써 상기 상이한 프린팅 재료들을 출력 및 증착하는 단계들을 동시에 또는 순차적으로 수행하도록 할 수 있다.

이러한 방식으로, 도 5A에 개략적으로 예시된 바와 같이, 막대형 코어(24a) 및 수개의 코팅층들을 갖는 다층형 콘택 프로브(10)를 얻는 것이 가능한데, 상기 코팅층들은 상기 코어(24a)를 층 24b와 같이 전체적으로 또는 층 24c와 같이 부분적으로만 덮는다.

도 5B에 개략적으로 예시된 바와 같이, 복수의 라멜라(22a, 22b, 22c)와 분리 구역들(21a, 21b)을 구비한 콘택 프로브(10)를 구현하는 것도 마찬가지로 가능한데, 상기 라멜라의 적어도 하나 또는 심지어 모두 그리고/또는 상기 분리 구역들은 상이한 재료들로 형성된다.

또한, 도 5C 및 5D에 도시된 바와 같이, 콘택 팁(10A)과 같은 콘택 프로브(10)의 일부만을 적어도 두 개의 상이한 재료들로 형성되는 적어도 한 쌍의 구역들(23a, 23b)로 구현하는 것도 가능한데, 상기 구역들(23a, 23b)은 그렇게 얻어지는 콘택 팁(10A)의 더 나은 구조적 안정성을 보장하기 위하여 복잡한 기하학적 형상, 특히 이들 사이의 계면 부분에서 서로 대응하고 접합하는 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따라 유리하게는, 상기 3D 프린팅 방법은 심지어 콘택 프로브(10)의 표면 부분에서만 복잡한 형태를 구현할 수 있다.

이러한 방식으로, 도 6A에 개략적으로 예시된 바와 같이 약간 주름지거나 도 6B에 개략적으로 예시된 바와 같이 실제 표면 슬리브(sleeve) 형태로 더욱 현저하게 주름진 표면 부분(26)을 갖는 콘택 프로브(10)를 얻는 것이 가능하다.

적절하게는, 도 6C 및 6D에 개략적으로 예시된 바와 같이, 상기 주름진 표면 부분(26)은 상이한 재료로 형성되었을 수도 있는 별개의 꼬임 부분(interlaced portions)으로 만들어질 수도 있다.

훨씬 더 복잡한 실시예에서, 본 발명에 따른 방법의 3D 프린팅은 도 7A에 개략적으로 예시된 바와 같이 전체적으로 꼬인 형태, 특히 상이한 프린팅 재료들로 형성되고/형성되거나 상이한 직경들로 형성될 수도 있는 세 개의 와이어들(27a, 27b, 27c)로 꼬인 형태로 콘택 프로브(10)를 제조하는 것도 허용한다.

또한, 도 7B에 개략적으로 예시된 바와 같이, 상이한 재료들로 형성된 별개의 부분들(28a, 28b)을 포함하도록 콘택 프로브(10)가 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 콘택 프로브(10)는, 제1 재료로 형성되며 콘택 팁(10A)을 포함하는 제1 부분(28a) 및 제2 재료로 형성되며 콘택 헤드(10B)를 포함하는 제2 부분(28b)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 재료들은 예를 들어 둘 모두 전도성 물질이지만 상이한 물성을 갖는 전도성 물질들일 수 있다; 특히, 콘택 프로브(10)의 콘택 팁(10A)에 더 큰 경도를 부여하기 위해, 상기 제1 부분(28a)을 형성하는 상기 제1 재료는 상기 제2 부분(28b)을 형성하는 상기 제2 재료보다 높은 경도 값을 갖도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 상기 제1 부분(28a)은 전도성 물질로 형성하고 상기 제2 부분(28b)은 절연 물질로 형성하는 것이 가능한데, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분(18a) 치수에 대해 감소된 치수를 갖는 프로브의 경우에 한해 사실상 완충 부분이 된다.

따라서, 상이한 물질들, 전도체, 반도체 또는 심지어 절연 물질들의 조합을 서로 침투하거나 얽힌 형태로 포함할 수 있는 콘택 프로브(10)의 3D 프린팅을 본 발명의 제조방법이 허용한다는 점을 유념하여야 하는데, 상기 서로 침투하거나 얽힌 형태는 빈 부분(empty portions) 또는 에어 구역(air zones)과 조인트될 수도 있다.

결론적으로, 본 발명에 다른 제조방법은, 3D 프린팅 덕분에, 임의의 물질 조합에 의해 형성되고 서브마이크론 스케일의 정확도를 갖는 프로브를 안전하면서도 재현 가능한 방식으로 얻을 수 있게 해준다.

유리하게는, 상기 방법은, 전통적인 포토리소그래피 및 레이저 기술을 사용해서는 얻기 힘든 특히 복잡한 형태 및 물질 조합을 갖는 프로브를 얻을 수 있게 해준다.

보다 구체적으로, 3D 프린팅에 의해 얻어지는 상기 콘택 프로브는, 전체 치수가 특히 작은 경우에 있어서도, 교번적으로 존재하는 물질들을 빈 부분과 조인트되어 있을 수도 있는 서로 침투하거나 얽힌 형태로도 포함할 수 있는데, 그럼에도 불구하고 상기 프로브의 최종 기하학적 형태의 치수는 일 마이크론 미만의 수준까지 정확하다.

당연히, 당업자라면 상황에 따른 요구들 및 구체적 요구들을 만족시키기 위해 상술한 제조방법 및 콘택 프로브에 대해 다양한 수정 및 변형을 가할 수 있을 것이며, 이들 모두는 아래의 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 보호범위 내에 포함된다.

특히, 도면에 예로서 예시된 것들과 다른 기하학적 형태를 당연히 고려할 수 있다.

수직형 또는 버클링 빔 프로브와 같은 상이한 타입의 프로브들, 특히 차단형 또는 비차단형 타입의 프로브, 프리 바디(free body)를 갖는 프로브, 사전-변형된 프로브, 캔틸레버 프로브, 마이크로-프로브, 멤브레인 또는 심지어 포고 핀(pogo pins)을 갖는 헤드를 위한 콘택 팁을 갖는 프로브를 제조하는 것 역시 가능하다.

또한, 콘택 프로브 구현을 위해 당업자에게 알려져 있는 물질들 중에서 다른 전도체, 반도체 또는 절연 물질들을 고려하는 것이 가능하며, 이들의 다층 조합을 고려하는 것도 가능한데, 상기 다층 조합은 평면 중첩이면서 동심 또는 동축 방식이다.

마지막으로, 본 발명의 콘택 프로브가 추가 수단을 구비하도록 할 수 있는데, 가령, 헤드 부분에 대한 특별한 형태로서 오목부 또는 확대부를 구비하도록 할 수 있고, 팁 부분에 대한 특별한 형태로서 오프셋 또는 확대부를 구비하도록 할 수 있으며, 바디에 대한 특별한 형태로서 그로부터 돌출된 스토퍼를 구비하도록 할 수 있다.

Claims

전자 소자의 테스트 장비의 프로브 헤드를 위한 적어도 하나의 콘택 프로브(10)를 제조하기 위한 제조방법에 있어서,
상기 제조방법은 전도체 물질 또는 반도체 물질로부터 선택되는 적어도 하나의 프린팅 재료로 상기 콘택 프로브(10)를 서브마이크론 스케일로 3D 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 단계는 상기 프린팅 재료를 서브마이크론 크기로 출력하는(outputting) 단계 및 상기 프린팅 재료를 미리 정해진 기하학적 형태에 따라 증착하는(depositing) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제2항에 있어서,
상기 프린팅 재료를 출력하는 단계는 0.1-0.9 ㎛ 범위의 직경을 갖는 상기 프린팅 재료의 와이어(wire)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제2항에 있어서,
상기 프린팅 재료를 출력하는 단계는 0.2-0.4 ㎛ 범위의 직경을 갖는 상기 프린팅 재료의 와이어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제1항에 있어서,
상기 프린팅 재료를 가열하는 예비 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제5항에 있어서,
상기 가열하는 예비 단계는 상기 프린팅 재료의 연화점(softening point)까지 상기 프린팅 재료를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제5항에 있어서,
상기 가열하는 예비 단계는 상기 프린팅 재료의 용융점까지 상기 프린팅 재료를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 단계는 복수의 상이한 프린팅 재료들로 수행되는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제8항에 있어서,
상기 3D 프린팅 단계는 상기 복수의 상이한 프린팅 재료들을 출력 및 증착하는 다수의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제9항에 있어서,
상기 출력 및 증착하는 다수의 단계들은 동시에 그리고 순차적으로 수행되는,
제조방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 단계는 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층(multilayer), 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속, 바람직하게는 텅스텐과 같은 전도체 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 단계는 도핑되었을 수도 있는 실리콘 카바이드 또는 실리콘과 같은 반도체 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 단계는 상기 콘택 프로브(10)의 코팅층 형태로 절연 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
제8항에 있어서,
상기 복수의 상이한 프린팅 재료들은 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층, 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속, 바람직하게는 텅스텐과 같은 하나 이상의 전도체 물질, 또는 도핑되었을 수도 있는 실리콘 카바이드 또는 실리콘과 같은 하나 이상의 반도체 물질, 또는 하나 이상의 절연 물질을 임의의 조합으로 포함하는 것을 특징으로 하는,
제조방법.
전자 소자의 테스트 장비의 프로브 헤드용 콘택 프로브(10)에 있어서,
상기 콘택 프로브(10)는 전도체 물질 또는 반도체 물질로부터 선택되는 적어도 하나의 프린팅 재료로 서브마이크론 스케일로 3D 프린팅하는 단계에 의해 제공된 것을 특징으로 하는,
콘택 프로브(10).
제15항에 있어서,
상기 콘택 프로브(10)는, 구리, 은, 금 또는 구리-니오븀 합금 또는 구리-은 합금과 같은 이들의 합금, 또는 니켈 또는 니켈-망간 합금, 니켈-코발트 합금 또는 니켈-인 합금과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐 또는 니켈-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 텅스텐을 함유하는 다층, 또는 팔라듐 또는 니켈-팔라듐, 팔라듐-코발트 또는 팔라듐-텅스텐과 같은 이것의 합금, 또는 백금 또는 로듐 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속, 바람직하게는 텅스텐과 같은 하나 이상의 전도체 물질, 또는 도핑되었을 수도 있는 실리콘 카바이드 또는 실리콘과 같은 하나 이상의 반도체 물질, 또는 하나 이상의 절연 물질을 임의의 조합으로 포함하는 복수의 상이한 프린팅 재료들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
콘택 프로브(10).
제16항에 있어서,
상기 프린팅 재료들은, 빈 부분(empty portions) 또는 에어 구역(air zones)과 조인트되었을 수도 있는, 서로 침투하는(interpenetrated) 또는 서로 얽힌(interlaced) 형태로 결합된 것을 특징으로 하는,
콘택 프로브(10).
제15항에 있어서,
상기 콘택 프로브(10)는 서브마이크론 스케일의 정확도로 정의된 치수를 갖는 것을 특징으로 하는,
콘택 프로브(10).