KR20230173578A - 프로브 팁 세정 방법 및 프로브 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

프로브 팁 세정 방법 및 프로브 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20230173578A
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abrasive cleaning
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아키코 이와나
타다시 로카쿠
마사후미 야마시타
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프로브 이노베이션, 인코포레이티드
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Abstract

반도체 제조 현장의 환경에 악영향을 끼치지 않고 단시간에 고효율로 반도체 전기 테스트에 사용되는 프로브의 마모 열화된 팁을 원추 형상으로 형성되도록 재생 또는 수리하는 방법을 수행함으로써 프로버의 가동 정지 시간을 감소시키기 위해서 반도체 제조 현장에서 효과적인 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
연마 세정 겔 층을 가지며 표면에 달라 붙도록 구성되는 연마 세정 겔 필름 또는 미세 연마 입자가 혼합되어 분산되는 점성 유체 또는 겔 유체로 충전된 용기가 초음파 변환기의 진동 표면에 부착되고 테스트용 프로브의 축 방향이 초음파 변환기의 진동 방향과 일치되는 조건하에서, 미세 연마 입자가 혼합되어 분산되는 연마 세정 겔 층 또는 점성 유체에서 프로브의 팁이 미리 결정된 깊이까지 일정 속도로 침투되고 이후에 일정 속도로 당겨짐으로써, 프로브의 팁은 원추 형상으로 형성될 수 있다.

Description

프로브 팁 세정 방법 및 프로브 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치{METHOD FOR CLEANING PROBE TIP AND METHOD AND APPARATUS FOR FORMING PROBE TIP INTO CONICAL SHAPE}
본 발명은 테스트용 프로브(probe)의 팁(tip) 세정 방법, 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에, 전력 반도체 및 미세 피치 반도체(fine pitch semiconductor)의 보급으로 반도체 전기 테스트를 위한 테스트 전류가 증가되고 있다. 또한, 테스트용 프로브의 수명 연장 요청으로 인해서 로듐 및 이리듐과 같은 희금속이 큰 전류 전달 능력을 가지고 프로브 수명을 연장할 수 있는 프로브 재료로서 인기가 있다.
많은 경우에서, 반도체 전기 테스트에 사용되는 프로브의 팁은 접촉 전기 전도도를 개선하기 위해 반도체 쪽 패드 표면의 산화막을 파괴하기 위해서 그리고 전극 패드의 작은 크기 때문에 에지가 날카로운 원추 형상을 가진다.
한편으로, 프로브에 의한 연속성 테스트를 반복적으로 수행할 때 원추 형상 팁도 마모된다. 이러한 이유로, 적시에 원추 형상을 재생하는 것이 필요하다. 원추 형상을 재생하는 방법으로서, 대략 화학적 에칭 방법과 연마 세정 겔(gel)을 사용하는 기계적 에칭 방법이 있다. 종래의 원추 형상 재생 방법과 그의 실패가 도 6 및 도 7을 참조하여 설명될 것이다.
도 6에서, 프로브(51)는 직선 핀(53) 및 에지가 원추 형상인 부분(54)으로 구성된다. 도 6a의 팁(54w)은 에지가 마모된 원추형 부분을 나타내고, 프로브(51w)는 재생을 필요로 하는 마모된 프로브를 나타낸다.
테이블(55) 위에 놓인 용기(container; 56)는 금속에 대해 부식 효과를 가지는 화학 에칭제(57)로 충전된다.
도 6a에 도시된 재생을 필요로 하는 프로브(51w)가 화살표(58)로 나타낸 방향으로 하강될 때, 프로브는 그의 팁(54w)으로부터 화학 에칭제(57) 내에 침지되어 프로브를 일정한 속도로 처리한다. 그 결과, 팁이 화학 에칭제(57) 내에 침지되는 시간이 길어지고, 프로브(51w)의 상부 부분이 화학 에칭제(57)에 침지되는 시간이 짧아진다. 따라서 프로브(51w)의 팁은 원추형이 된다.
다음에, 도 6b에 도시된 바와 같이, 프로브가 화살표(59)로 나타낸 방향으로 일정한 속도로 들어올려 질 때, 프로브의 팁은 도 6b에 도시된 바와 같이 원추 형상을 갖는 팁(54r)이 되도록 수리된다.
도 6에서 설명된 화학적 에칭 방법에 의해 탐침 팁의 원추 형상을 재생하는 방법은 텅스텐으로 만들어진 프로브와 같이 고 부식성 재질로 만들어진 프로브에 적용될 수 있다. 그러나 그러한 방법은 최근 수요가 증가하고 있는 프로브인 로듐이나 이리듐과 같은 희금속으로 만들어진 프로브에는 적용할 수 없다. 이는 이리듐과 로듐이 다른 물질과 화합물을 형성하기 어려운 희금속이며 화학적 에칭용 부식액과 반응하지 않기 때문이다.
반도체 제조 공장에서 화학 에칭제를 사용하는데 또한 많은 문제가 있다. 첫째, 화학 에칭 후에 세정이 필수이며, 세정 및 건조가 번거롭다. 또한, 화학 에칭에 사용되는 부식액의 증기는 반도체 제조 공장의 공기를 오염시킬 수 있다.
다음에, 프로브 팁의 원추 형상을 재생하는 종래의 방법으로서 연마 세정 겔을 사용하는 기계적 에칭 방법이 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 이러한 도면에서, 연마 세정 겔(60)은 조밀하게 유지된 연마 입자(grain; 61)를 갖는 겔 형태인 유체(62)로 구성된다.
연마 세정 겔(60)은 지지 필름(film; 63)에 의해 지지된다. 또한, 접착층(64)은 지지 필름(63)의 배면에 제공된다. 따라서, 접착층(64)의 보호 필름(도시되지 않음), 접착층(64), 지지 필름(63) 및 연마 세정 겔(60)은 상업적으로 이용 가능한 연마 세정 겔 필름(65)을 구성한다.
도 7a에 도시된 재생을 필요로 하는 프로브(51w)가 수직 방향, 즉 화살표(66)로 나타낸 방향으로 일정한 속도로 왕복 운동될 때, 재생을 필요로 하는 프로브의 팁(54w)은 연마 세정 겔(60)에 터치 다운을 반복한다. 따라서, 연마 입자(61)는 프로브의 팁(54w)에 반복적으로 충돌한다. 결과적으로, 팁은 연마 세정 겔(60)에 의해 기계적으로 에칭된다.
기계적 에칭은 프로브(51w)의 팁에 커다란 영향을 미치는 반면에, 에칭 효과는 팁으로부터 상향으로 멀어지는 부분에서 감소된다. 따라서 재생을 필요로 하는 프로브(51w)는 원추 형상을 가지도록 형상-수리되어, 도 7b에 도시된 바와 같이 원추 형상을 가지는 재생 팁(54r)이 된다.
그러나, 전술한 종래의 방법처럼 연마 세정 겔을 사용하는 기계적 에칭은 형상 재생에 필요한 시간이 매우 길기 때문에 실용적이지 못한 문제점을 가진다. 종래의 방법에서, 재생을 필요로 하는 프로브(51w)를 수직방향, 즉 화살표(66)로 나타낸 방향으로 일정한 속도로 왕복 운동시키는 수단으로서 기계의 수직 운동이 사용되었다. 예를 들어, 프로브가 고속 프레스로 상하로 이동되더라도, 0.1 mm의 직경을 가지는 프로브 팁의 원추 형상을 형성하기 위해서는 25,000 회의 터치-다운이 필요하다. 이러한 작업이 600 회/분의 속도를 갖는 고속 프레스에 의해 수행되더라도, 약 42 분이 걸린다. 따라서, 연마 세정 겔은 프로브 팁에 부착된 폐기물을 제거하는데 효과적이지만, 프로브의 마모된 팁의 원추 형상을 수리하는데 비효율적이고 비실용적이다.
관련 기술 문서
특허 문서
초음파 진동과 연마 세정 겔을 이용하는 프로브의 기계적 에칭에 대한 종래 기술의 검색이 실행되었지만, 유사한 종래 기술은 발견되지 않았다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 반도체 전기 테스트에 사용되는 프로브의 마모-열화된 팁을 세정하는 방법을 수행하고 마모-열화된 팁을 단시간에 고효율로 원추 형상으로 형성되도록 재생 또는 수리하여 반도체 제조 현장의 환경에 미치는 악영향을 감소시킴으로써 반도체 전기 테스트에서 중심 역할을 하는 고가의 프로버(prober)의 가동 정지 시간을 감소시키도록 반도체 제조 현장에서 효과적인 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 항에 따르면, 연마 세정 겔 층을 가지며 표면에 달라 붙도록 구성되는 연마 세정 겔 필름이 초음파 변환기의 진동 표면에 부착되며 초음파 진동되고 테스트용 프로브의 축 방향이 초음파 변환기의 진동 방향과 일치되는 조건하에서, 프로브의 팁이 연마 세정 겔 층에서 미리 결정된 깊이까지 일정 속도로 침투되고 나서 일정 속도로 당겨지는 작동은 프로브의 팁을 세정하고 프로브의 팁을 원추 형상으로 형성하기 위해서 1 회 이상 수행된다.
또한, 본 발명의 제 2 항에 따르면, 얕은 바닥을 가지는 용기가 초음파 변환기의 진동 표면에 고정되고 미세 연마 입자가 혼합되고 분산되어 내부에 점성 유체 또는 겔 유체 층을 형성하는 점성 유체 또는 겔 유체로 충전되며, 테스트용 프로브의 축 방향이 초음파 변환기의 진동 방향과 일치되는 조건하에서, 프로브의 팁이 점성 유체 또는 겔 유체 층에서 미리 결정된 깊이까지 일정 속도로 침투되고 나서 일정 속도로 당겨지는 작동은 프로브의 팁을 세정하고 프로브의 팁을 원추 형상으로 형성하기 위해서 1 회 이상 수행된다.
본 발명에 따르면, 연마 세정 겔에 의한 기계 에칭을 받는 연마 입자의 이동 속도를 극적으로 증가시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 종래 방법의 고속 프레스가 사용되는 경우에, 수직 운동의 진폭(양쪽 진폭)이 5 mm이고 회전 속도가 600 rpm인 조건하에서, 수직 운동의 평균 속도는 V = rω/(√2) = 2.5 mm × 2π × 10/초/(√2) = 157 mm/초이다.
다른 한편으로, 초음파 진동을 사용하는 본 발명에 따르면, 초음파 진동의 진폭(양쪽 진폭)이 30 미크론이고 주파수가 25 kHz인 조건하에서, 에칭을 위한 연마 입자의 이동 속도는 V = RΩ = 0.015 mm × 2π × 25000/초/(√2) = 1,655 mm/초이다.
즉, 기계적 에칭의 효과가 10 배 이상 증가될 것으로 예상될 수 있다. 환언하면, 본 발명에 따르면 프로브 팁의 형상을 수리하기 위해서 테스트가 중지되더라도, 고가의 프로버의 가동 정지 시간이 감소되며, 반도체 제조의 가동률이 증가된다.
또한, 본 발명의 효과로서 프로브의 팁의 세정 시간이 단축되는 효과도 있다. 반도체 전기 테스트에서, 반도체의 전극 패드 재료의 일부분이 폐기물(파편)로서 프로브의 팁에 부착된다. 이러한 퇴적물은 패드에 대한 프로브의 접촉 저항 값을 증가시켜 잘못된 결정의 원인이 된다. 이러한 이유로, 프로브 팁은 주기적으로 세정된다. 이러한 세정 시간도 감소된다.
도 1은 본 발명의 적용 예로서 복수의 와이어 프로브를 포함하는 프로브 헤드 구성의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 적용 예로서 복수의 와이어 프로브를 포함하는 프로브 헤드의 프로브 팁 마모 예의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 방법 및 장치를 설명하기 위한 적용 시작 시의 상태 설명도이다.
도 4는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 초음파 진동에 의한 겔 내의 연마 입자 거동의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 방법 및 장치를 설명하기 위한 적용 말기의 상태 설명도이다.
도 6은 프로브 팁의 원추 형상을 보수하는 종래 방법으로서 화학 에칭 방법의 설명도이다.
도 7은 프로브 팁의 원추 형상을 보수하는 종래 방법으로서 연마 세정 겔을 이용하는 기계적 에칭 방법의 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 실시예는 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 적용 예로서 와이어 프로브(1)를 포함하는 수직 프로브 헤드(13)의 설명도이다. 도 1에서, 와이어 프로브(1)는 원통형 핀(2), 절연 코팅(3) 및 원추 형상을 가지는 팁(4n)으로 구성된다.
복수의 와이어 프로브(1)는 수직 프로브 헤드(13)에 포함된다. 와이어 프로브(1)의 하부 측은 하부 구멍 판(5)의 관통 홀(6)을 관통하고, 절연 코팅(3)을 포함하는 와이어 프로브(1)의 상부 측은 상부 구멍 판(8)의 관통 홀(9)을 관통한다. 이와 관련하여, 절연 코팅(3)은 와이어 프로브(1)가 떨어지는 것을 방지하는 역할도 한다.
와이어 프로브(1)의 상단부는 인쇄 회로 기판(11)에 질서 정연하게 배열된 상부 전극 판(10)과 접촉한다. 인쇄 회로 기판(11)은 스페이서(12a, 12b)를 통해서 볼트(도시되지 않음)에 의해 상부 구멍 판(8)에 고정된다. 연결 부재(7a, 7b)는 상부 구멍 판(8)과 하부 구멍 판(5)을 연결한다.
도 1에 도시된 와이어 프로브(1)의 팁(4n)은 패드 테스트 이전의 신제품이므로 날카로운 원추 형상을 가진다. 그러나 팁이 전극 패드(도시되지 않음)와 수십만 번 반복적으로 접촉하면, 팁은 도 4의 팁(4w)에 도시된 바와 같이 마모되어 그의 날카로운 형상을 잃게 된다. 전극 패드와의 접촉 연속성 테스트가 이러한 상태에서 계속되면, 다음 문제가 발생한다.
첫째, 전극 패드 측면으로부터의 파편이 팁에 부착되어, 접촉 저항을 증가시킨다. 둘째, 팁이 더 이상 날카로운 원추 형상을 가지지 않기 때문에, 양호한 연속성 테스트를 위한 전극 패드 표면의 산화막(도시되지 않음) 파괴가 수행될 수 없다.
본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 마모된 팁(4w)에 부착된 파편(도시되지 않음)을 효율적으로 제거하고, 팁 형상을 날카로운 원추 형상으로 효율적으로 복원하는 방법을 제공하는 것이 가능하다. 이하, 본 발명을 실현하기 위한 장치의 구성, 작용 및 효과는 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명될 것이다.
도 3에서, 연마 세정 겔(14)은 조밀하게 유지된 연마 입자(15)를 갖는 겔 형태인 유체(16)로 구성된다. 연마 세정 겔(14)은 지지 필름(17)에 의해 지지되고, 또한 지지 필름(17)의 배면에는 접착층(18)이 제공된다. 따라서, 접착층(18)의 보호 필름(도시되지 않음), 접착층(18), 지지 필름(17) 및 연마 세정 겔(14)은 상업적으로 이용 가능한 연마 세정 겔 필름(19)을 구성한다.
연마 세정 겔 필름(19)은 초음파 다이어프램(20)의 상부 표면에 부착된다. 초음파 진동판(20)의 하부 표면에는 복수의 평판 장착형 초음파 변환기(21)가 제공된다. 초음파 다이어프램(20)의 양 단부는 볼트(도시되지 않음)에 의해 장착 베이스(22)에 고정된다.
각각의 평판 장착형 초음파 변환기(21)는 케이블(23)을 통해서 초음파 발진기(24)로부터 초음파 진동의 에너지와 신호를 공급받아, 초음파 다이어프램(20)이 화살표(25)로 나타낸 방향으로 진동된다.
수직 프로브 헤드(13)가 화살표(26, 27) 방향으로 일정한 속도로 상하로 이동할 때, 마모된 팁(4w)이 날카로운 원추 형상으로 재생된다. 작동은 도 4를 참조하여 설명될 것이다.
도 4에서, 연마 세정 겔(14)이 화살표(25) 방향으로 초음파 진동할 때, 연마 입자(15)도 화살표(28)로 나타낸 방향으로 초음파 진동한다. 연마 입자(15)의 초음파 진동으로 인해서, 와이어 프로브(1)의 팁은 연마 입자(15)와 반복적으로 충돌하여 기계적 에칭을 받는다.
와이어 프로브(1)가 화살표(26 및 27) 방향으로 일정한 속도로 상하로 이동될 때, 프로브(1)의 팁에 가까울수록 기계적 에칭의 빈도가 높아진다. 즉, 팁(4w)은 원추 형상으로 수리된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 프로브의 팁은 도 5의 4r에 도시된 바와 같이 날카로운 원추 형상을 가지도록 수리된다.
초음파 진동(25)의 진동 진폭 및 주파수는 상업적으로 이용 가능한 일반적인 초음파 변환기가 사용될 때라도 각각 30 미크론(양쪽 진폭) 및 25 kHz이다. 초음파 진동의 진동 속도가 본 발명의 효과를 나타내기 위해서 계산되었다.
초음파 진동이 정현파(sinusoidal)이므로, 유효 속도는 V = rω/(√2)로 표현된다. 따라서 유효 속도는 V = 0.015 mm × 2π × 25,000/sec/(√2) = 1,665 mm/초 = 약 100 m/분이다.
위의 속도를 일반적인 숫돌 연마 속도와 비교하면, 이는 고속 연마에 비교될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 기계적 에칭의 속도가 빠르고, 고효율의 기계적 에칭이 가능하다.
본 발명의 실시예는 프로브의 마모된 팁을 수리하는 것에 중점을 두고 설명되었다. 그러나, 연마 세정 겔(14)은 프로브의 팁에 부착된 파편을 세정하는데도 사용된다. 본 발명이 고효율의 기계적 에칭 특성을 가지므로, 프로브 팁에 고정된 파편을 세정하는 경우에도 단시간에 파편을 신뢰성 있게 제거하는 것이 가능하다.
본 발명의 효과는 아래에서 요약된다.
(1) 화학적으로 에칭되는 것이 어려운 희금속으로 만들어진 프로브 팁의 형상을 보수하는 것이 가능하다.
(2) 환경오염을 초래하는 화학적 에칭이 불필요하다.
(3) 고속, 고효율의 초음파 진동을 사용하는 기계적 에칭에 의해 단시간에 프로브 팁을 세정하고 팁의 형상을 복원하는 것이 가능하다. 결과적으로, 고가의 프로버의 가동 정지 시간이 감소되어, 반도체 테스트 공정의 비용 절감 및 가동률 개선에 기여한다.
1 : 와이어 프로브
2 : 핀
3 : 절연 코팅
4n : 마모 전의 팁
4w : 마모된 팁
4r : 형상-수리된 팁
5 : 하부 구멍 판
6 : 관통 홀
7a, 7b : 연결 부재
9 : 관통 홀
10 : 상부 전극 판
11 : 인쇄 회로 기판
12a, 12b : 스페이서
13 : 수직 프로브 헤드
14 : 연마 세정 겔
15 : 연마 입자
16 : 겔 형태의 유체
17 : 지지 필름
18 : 접착층
19 : 연마 세정 겔 필름
20 : 초음파 다이어프램
21 : 평판 장착형 초음파 변환기
22 : 장착 베이스
23 : 케이블
24 : 초음파 발진기
25 : 초음파 진동
26 : 화살표
27 : 화살표
28 : 연마 입자의 초음파 진동
(29 내지 50 : 누락된 번호)
51 : 프로브
51w : 재생이 필요한 프로브
53 : 직선 핀
54 : 팁의 원추 형상
54w : 마모된 원추형 팁
54r : 재생된 원추형 팁
55 : 테이블
56 : 용기
57 : 화학 에칭제
58 : 화살표
59 : 화살표
60 : 연마 세정 겔
61 : 연마 입자
62 : 겔 형태의 유체
63 : 지지 필름
64 : 접착층
65 : 연마 세정 겔 필름
66 : 화살표

Claims (2)

  1. 테스트용 프로브(probe)의 팁(tip)을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치로서,
    연마 세정 겔(gel) 층을 가지며 표면에 달라 붙도록 구성되는 연마 세정 겔 필름(film)이 초음파 변환기의 진동 표면에 부착되며 초음파 진동되고, 프로브의 축 방향이 초음파 변환기의 진동 방향과 일치되는 조건하에서, 프로브의 팁이 연마 세정 겔 층에서 미리 결정된 깊이까지 일정 속도로 침투되고 이후에 일정 속도로 당겨지는 작동이 프로브의 팁을 원추 형상으로 형성하기 위해서 1 회 이상 수행되는,
    테스트용 프로브의 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치.
  2. 테스트용 프로브의 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치로서,
    얕은 바닥을 가지는 용기(container)가 초음파 변환기의 진동 표면에 고정되고 미세 연마 입자(grain)가 혼합되고 분산되어 그 안에 점성 유체 또는 겔 유체 층을 형성하는 점성 유체 또는 겔 유체로 충전되며, 프로브의 축 방향이 초음파 변환기의 진동 방향과 일치되는 조건하에서, 프로브의 팁이 점성 유체 또는 겔 유체 층에서 미리 결정된 깊이까지 일정 속도로 침투되고 이후에 일정 속도로 당겨지는 작동이 프로브의 팁을 원추 형상으로 형성하기 위해서 1 회 이상 수행되는,
    테스트용 프로브의 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치.
KR1020230057027A 2022-06-17 2023-05-02 프로브 팁 세정 방법 및 프로브 팁을 원추 형상으로 형성하기 위한 방법 및 장치 KR20230173578A (ko)

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