KR20000064001A - Probe and probe card - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프로브, 프로브 카드 및 브로브의 제조 방법에 관한 것으로서, 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼에 사진 및 식각 공정을 통해서 다수 개의 프로브와, 프로브 패드들을 형성시킨다. 프로브의 하부에는 접촉부가 정의되고, 이들 프로브의 접촉부는 프로브 기판 상부에 정의된 상기 프로브 패드와 전기적으로 연결되며, 상기 프로브 패드는 프로브 카드의 PCB와 전기적으로 도통 된다. 이 때, 프로브의 형태는 양 측면과 한 일단은 프로브 기판과 분리되고 반대쪽 일단은 기판과 연결되게 하여 접촉실행 시 프로브의 니들부가 수직방향으로 탄성 변형 및 복원된다. 상기의 프로브 및 프로브 기판은 사진 및 식각 공정으로 제조되기 때문에 프로브의 밀집 도를 높일 수 있으며, 원하는 위치 어느 곳에서나 프로브를 정의할 수 있다. 상기와 같이 제조된 프로브 및 프로브 카드를 사용하면 다수 개의 반도체 집적회로 다이를 동시에 테스트 할 수 있게 되는 장점이 있다. 또한, 결정 실리콘을 프로브 재질로 사용함으로써 반복적인 사용에도 탄성의 저하 없이 최초의 형태가 유지된다. 프로브 니들의 접촉부가 둥근 반원형으로 가공되고 비 산화성, 고 전도성의 금속 또는 합금으로 표면처리 되어 있으므로 집적회로 패드와 접촉 시 프로브 접촉부에 집적회로 패드 재질과 같은 이물질 침전되는 현상이 최소화 되고, 고온 테스트에서도 프로브와 패드간의 접촉불량이 최소화 된다. 또, 글라스 기판, 보조 회로 기판, 미세 도선이 포함된 완충 패드, 와이어 본딩 등과 같은 보조 부품 및 공정들의 사용을 배제하여 제품의 생산성이 향상된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a probe, a probe card, and a brob, wherein a plurality of probes and probe pads are formed on a single crystal or polycrystalline silicon wafer through photolithography and etching. Contacts are defined at the bottom of the probe, and the contacts of these probes are electrically connected to the probe pads defined at the top of the probe substrate, and the probe pads are in electrical communication with the PCB of the probe card. At this time, the shape of the probe is so that both sides and one end is separated from the probe substrate and the other end is connected to the substrate so that the needle portion of the probe is elastically deformed and restored in the vertical direction during contact. Since the probe and the probe substrate are manufactured by a photo and etching process, the density of the probe may be increased, and the probe may be defined at a desired position. Using the probe and the probe card manufactured as described above has the advantage that it is possible to simultaneously test a plurality of semiconductor integrated circuit die. In addition, by using crystalline silicon as a probe material, the initial shape is maintained even after repeated use without deterioration of elasticity. The contacts of the probe needle are rounded semi-circular and surface-treated with non-oxidizing, highly conductive metals or alloys, which minimizes the deposition of foreign substances such as the integrated circuit pad material on the probe contacts when contacted with the integrated circuit pads. The poor contact between the probe and the pad is minimized. In addition, product productivity is improved by eliminating the use of auxiliary components and processes such as glass substrates, auxiliary circuit boards, buffer pads with fine conductors, wire bonding, and the like.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼에 형성된 반도체 집적회로 장치를 테스트(test)하기 위한 프로브(probe)와, 프로브의 제조 방법, 프로브들이 다수 부착되어 있는 프로브 카드에 관한 것이다.The present invention relates to a probe for testing a semiconductor integrated circuit device formed on a semiconductor wafer, a method of manufacturing the probe, and a probe card to which a plurality of probes are attached.
일반적으로 반도체 집적회로 장치들은 제조과정 중, 제조 후, 또는 패키징(packaging)할 때 그 전체적인 또는 부분적인 전기적 특성이 설계와 일치하도록 제조 되었는지를 테스트(test)하게 된다.In general, semiconductor integrated circuit devices are tested to see if their overall or partial electrical characteristics are manufactured to match the design during, during, or after manufacturing.
이러한 테스트에 사용되는 장비가 시험 장치 및 프로브 카드가 장착된 프로브 장비이며, 상기 프로브 카드는 시험 장치 내의 각종 전기적 신호 발생부와 반도체 접적 회로 장치내의 패드(pad)간, 또는 시험 장치 내의 전기적 신호의 검출부와 반도체 집적회로 장치내의 패드(pad)간을 전기적으로 소통 시키는 역할을 한다.The equipment used for such a test is a probe device equipped with a test device and a probe card, and the probe card is provided between the various electrical signal generators in the test device and pads in the semiconductor integrated circuit device or between the electric signals in the test device. It serves to electrically communicate between the detection unit and the pad in the semiconductor integrated circuit device.
이하, 첨부 도면 도 1a 내지 도 3을 참조하여 종래의 프로브 및 프로브 카드에 대해 설명한다.Hereinafter, a conventional probe and a probe card will be described with reference to the accompanying drawings, FIGS. 1A to 3.
도 1a는 종래의 소위 텅스텐 니들(needle) 프로브 카드를 도시한 것으로서, 텅스텐으로 만들어진 니들(11)은 어레이(array)로 정렬되고, 서로로부터 전기적으로 절연된다.1A shows a conventional so-called tungsten needle probe card, in which needles 11 made of tungsten are arranged in an array and electrically insulated from each other.
텅스텐 니들 지그(12)는 상기 텅스텐 니들(11)을 고밀도로 유지하고, 니들의 접촉부(13)는 상기 텅스텐 니들 지그(12)로부터 돌출된다. 텅스텐 니들(11)의 다른 단부(14)는 저 밀도로 텅스텐 니들 지지기(15)를 통과하고, 상기 텅스텐 니들 지지기(15)로부터 돌출된다. 결선(도시 않음)은 상기 다른 단부(14)에 연결되어 회로 기판(16)을 통해서 시험 장치(도시 않음)에 전기적으로 연결된다. 도 1b에 보인 바와 같이 상기 텅스텐 니들 지그(12)가 텅스텐 니들의 접촉부(13)를 웨이퍼(17)에 형성된 반도체 집적회로 장치의 패드(18)에 접촉시킴으로써 시험 장치(도시 않음)는 텅스텐 니들 프로브 카드를 통하여 집적회로 장치와 소통한다.The tungsten needle jig 12 maintains the tungsten needle 11 at a high density, and the contact portion 13 of the needle protrudes from the tungsten needle jig 12. The other end 14 of the tungsten needle 11 passes through the tungsten needle support 15 at low density and protrudes from the tungsten needle support 15. A connection (not shown) is connected to the other end 14 and electrically connected to a test device (not shown) through the circuit board 16. As shown in FIG. 1B, the tungsten needle jig 12 contacts the contact portion 13 of the tungsten needle to the pad 18 of the semiconductor integrated circuit device formed on the wafer 17 so that a test device (not shown) can be used. Communicate with the integrated circuit device through the card.
상기 종래 기술의 텅스텐 니들 프로브 카드는 니들 접촉부(13)의 피치(pitch)를 감소시켜 프로브의 밀집 도를 높이기가 어렵게 되는 문제점을 발생시키며, 상기 니들(11)의 수가 많아 질수록 니들 접촉부(13) 들을 동일한 높이로 정열하기 어렵게 되는 문제점을 발생시킨다. 또한 제조 가격은 텅스텐 니들(11)의 숫자에 따라 증가한다. 또한 텅스텐 니들은 분말 소결법 등의 방법으로 제조되는데, 제조방법의 특성상 날카롭게 가공된 접촉부에 공극과 같은 재료결함이 밀집하게 되고, 반복 사용 시 상기 결함부에 반도체 집적회로 장치의 패드 재질인 알루미늄 등이 침전되어 접촉저항이 증대하는 등의 결함을 야기시킨다. 또한 니들을 반도체 집적회로의 패드에 안정적으로 접촉시키기 위해서는 니들의 탄성이 필요한데, 상기 텅스텐 니들은 반복 사용 시 수평도가 틀어져서 탄성을 잃는 문제점이 있다. 또한 반도체 집적회로 테스트는 상온 뿐만 아니라 고온에서도 요구되어 지는데, 상기한 프로브 및 프로브 카드는 반도체 집적회로 웨이퍼와 열팽창 계수가 다를 뿐 아니라, 온도 상승 시 팽창되는 방향도 일치하지 않으므로 프로브의 접촉부와 반도체 집적회로 패드간에는 미끄러짐 현상이 발생되고, 결국 접촉저항 증가 내지는 소통 불안을 야기시키는 문제점이 있다. 또한 고속 동작형 반도체 집적회로의 테스트에 사용할 경우에, 니들의 길이가 길고 인접해 있어 인접한 니들들 간에 전기적인 상호작용을 일으켜 테스트의 정확 도를 떨어뜨리는 요인이 된다.The tungsten needle probe card of the prior art causes a problem that it is difficult to increase the density of the probe by reducing the pitch of the needle contact portion 13, and as the number of the needles 11 increases, the needle contact portion 13 ) Makes it difficult to align them to the same height. The manufacturing price also increases with the number of tungsten needles 11. In addition, the tungsten needle is manufactured by a method such as powder sintering, etc. Due to the characteristics of the manufacturing method, material defects such as voids are concentrated in the sharply processed contact portion, and in the defect portion, aluminum, which is a pad material of a semiconductor integrated circuit device, is repeatedly used. It precipitates and causes defects such as an increase in contact resistance. In addition, in order to stably contact the needle with the pad of the semiconductor integrated circuit, the elasticity of the needle is required, and the tungsten needle has a problem that the elasticity is lost due to the horizontality of the needle being repeatedly used. In addition, the semiconductor integrated circuit test is required not only at room temperature but also at high temperature. The probe and the probe card not only have different thermal expansion coefficients from the semiconductor integrated circuit wafer, but also do not coincide with the direction of expansion when the temperature rises. Slip phenomenon occurs between the circuit pads, which leads to an increase in contact resistance or communication instability. In addition, when used for testing high-speed semiconductor integrated circuits, the needles are long and adjacent to each other, causing electrical interactions between adjacent needles, which reduces the accuracy of the test.
도 2는 소위 박막 프로브 카드로 불리 우는 다른 종래 기술의 프로브 카드를 도시한 것이다. 도 2에 도시 된 바와 같이 상기 종래 기술의 박막 프로브 카드는 지지 판(21)을 포함하여 형성되며, 지지 막(22)은 엘라스토머 층(23)에 의하여 지지 판(21)에 고정된다. 도전성 범퍼(24)는 상기 지지 막(22)위에 정렬되어 정의되고, 결선(25)에 선택적으로 연결된다. 상기 도전성 범퍼(24)는 집적회로 장치의 패드(26)와 접촉하게 되고, 시험 장치(도시 않음)는 종래의 박막카드를 통하여 집적회로 장치와 소통한다.Fig. 2 shows another prior art probe card called a thin film probe card. As shown in FIG. 2, the prior art thin film probe card includes a support plate 21, and the support film 22 is fixed to the support plate 21 by the elastomer layer 23. Conductive bumpers 24 are defined in alignment on the support membrane 22 and are selectively connected to the wiring 25. The conductive bumper 24 comes into contact with the pad 26 of the integrated circuit device, and a test device (not shown) communicates with the integrated circuit device through a conventional thin film card.
상기한 종래 기술의 박막 프로브 카드는 이것의 짧은 행정으로 인한 문제점을 발생시킨다. 보다 상세하게는, 도전성 범퍼(24)를 정밀한 피치(pitch)로 정렬시켜 밀집 도를 높이는 것은 가능하지만 범퍼의 높이는 항상 범퍼 저면 부의 직경보다 더 짧게 된다는 문제점이 있다. 즉, 정밀한 피치로의 배열을 위해서 상기 도전성 범퍼의 크기를 최소로 할 때 높이는 감소하여 반도체 집적회로 장치의 패드(26) 높이의 분산을 충분히 수용할 수 없게 되고, 상기 도전성 범퍼(24)와 반도체 집적회로 패드(26)간의 접촉 불량을 야기하는 문제점이 있다.The above-described thin film probe card of the prior art causes a problem due to its short stroke. More specifically, it is possible to increase the density by aligning the conductive bumpers 24 at a precise pitch, but there is a problem that the height of the bumper is always shorter than the diameter of the bottom portion of the bumper. That is, the height decreases when the size of the conductive bumper is minimized for precisely aligning the pitch so that the dispersion of the height of the pad 26 of the semiconductor integrated circuit device cannot be sufficiently accommodated, and the conductive bumper 24 and the semiconductor There is a problem that causes poor contact between the integrated circuit pads 26.
또 다른 종래의 프로브 내지 프로브 카드 기술로는 수직 동작형 프로브 어셈블리에 관한 것으로서, 미국 특허 제5,134,365호, 국내 특허 제10-0212169호 등이 있다. 상기 수직 동작형 프로브 들은 밀집 도는 높일 수 있으나, 상기한 텅스텐 프로브가 갖고 있는 다른 문제점들, 예를 들어 반복사용에 따른 탄성저하, 니들 접촉부의 높이를 균일하게 유지하기 어렵게 되는 문제점, 또는 접촉부에 반도체 집적회로 패드 재료들이 침전되는 문제점 등은 여전히 수반된다. 또한 모든 프로브들을 하나하나씩 보조 판에 삽입해야 하므로 생산성 저하 등의 문제점도 야기 시킨다.Another conventional probe to probe card technology relates to a vertically operated probe assembly, such as US Patent No. 5,134,365, Korean Patent No. 10-0212169, and the like. The vertically operated probes can increase the density, but other problems of the tungsten probe, for example, a decrease in elasticity due to repeated use, a difficulty in maintaining the height of the needle contact uniformly, or a semiconductor in the contact portion The problem of depositing integrated circuit pad materials is still accompanied. In addition, all the probes must be inserted into the auxiliary plate one by one, which causes problems such as reduced productivity.
또 다른 종래의 프로브 내지 프로브 카드 기술로는 국내 특허 공개 제특2000-0017761호가 있으며, 첨부도면 도 3에 도시 되어 있다. 도 3을 참조하여 상기 종래 기술을 설명하면, 다수의 미세 프로브(31) 들이 글라스(glass) 기판(32) 전면에 정의되고, 상기 글라스 기판(32)은 보조 회로 기판(33)에 부착되며, 상기 보조 회로 기판(33)은 완충 패드부(34)를 통해서 주회로 기판(35)과 결합된다. 상기 프로브(31)의 단자는 상기 글라스 기판(32)에 뚫린 구멍을 통해서 와이어(36)로 상기 보조 기판(33)과 전기적으로 연결되며, 상기 보조 기판(33)은 미세 도선들이 다수 포함된 완충 패드(34) 부를 통해서 상기 주 회로기판(35)과 전기적으로 도통 된다. 일반적으로 반도체 집적 회로 종류별로 집적회로의 패드 배치가 다른데, 상기한 종래의 프로브 및 프로브 카드를 사용할 경우, 종류가 다른 반도체 집적 회로 들을 테스트 하기 위해서는 호환성이 있는 프로브 카드의 주 회로 기판만을 제외하고는 프로브(31) 부와 글라스 기판(32) 부, 보조 회로 기판(33) 모두를 재 제조하여야 하는 단점이 있다.Another conventional probe to probe card technology is Korean Patent Laid-Open No. 2000-0017761, which is shown in FIG. Referring to FIG. 3, a plurality of fine probes 31 are defined in front of a glass substrate 32, and the glass substrate 32 is attached to the auxiliary circuit board 33. The auxiliary circuit board 33 is coupled to the main circuit board 35 through the buffer pad part 34. The terminal of the probe 31 is electrically connected to the auxiliary substrate 33 by a wire 36 through a hole formed in the glass substrate 32, and the auxiliary substrate 33 is a buffer including a plurality of fine wires. The pad 34 is in electrical communication with the main circuit board 35. In general, the pad arrangement of the integrated circuits is different according to the types of semiconductor integrated circuits. In the case of using the conventional probes and probe cards described above, only the main circuit boards of the compatible probe cards are used to test different types of semiconductor integrated circuits. There is a disadvantage in that both the probe 31 part, the glass substrate 32 part, and the auxiliary circuit board 33 must be remanufactured.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 반도체 집적회로 패드 높이의 분산을 수용할 수 있을 정도로 프로브의 높이가 충분히 높으며, 또한 니들 접촉부의 높이가 동일하고 반복 사용 후에도 상기 프로브의 탄성 변화가 거의 발생하지 않으며, 또한 프로브의 접촉부에 공극과 같은 재료결함을 수반하지 않는 프로브들이 미세한 피치로 밀집하여 정의된 프로브 카드를 제공함을 목적으로 하고 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the height of the probe is sufficiently high to accommodate the dispersion of the height of the semiconductor integrated circuit pad, the height of the needle contact is the same and the elasticity of the probe even after repeated use It is an object of the present invention to provide a defined probe card in which a change hardly occurs, and probes which are not accompanied by material defects such as voids in the contact portion of the probe are packed at a fine pitch.
또한, 본 발명은 프로브 카드를 구성하는 부품들 중에서 테스트 하고자 하는 반도체 집적회로의 크기나 모양에 따라 그 크기, 모양, 배치 등을 달리하여 제조되어야 하는 글라스 기판, 보조 회로 기판등과 보조 회로 기판과 주 회로 기판을 전기적으로 도통 시키는 역할을 하는 미세 금속선이 내장된 완충 패드 등의 사용이 배제되어 부품의 호환성과 완제품의 생산성이 향상된 프로브 및 프로브 카드를 제공함을 목적으로 하고 있다.In addition, the present invention is a glass substrate, an auxiliary circuit board and the auxiliary circuit board and the like to be manufactured by varying the size, shape, arrangement, etc. according to the size or shape of the semiconductor integrated circuit to be tested among the components constituting the probe card The purpose of the present invention is to provide a probe and a probe card that improve the compatibility of components and the productivity of finished products by eliminating the use of a buffer pad including a fine metal wire that serves to electrically conduct the main circuit board.
또한 본 발명은 다수개의 반도체 집적회로 다이 들을 동시에 테스트 할 수 있는 프로브, 프로브 카드를 제공함을 목적으로 하고 있다.Another object of the present invention is to provide a probe and a probe card capable of simultaneously testing a plurality of semiconductor integrated circuit dies.
또한 본 발명은 상온에서 뿐만 아니라, 고온에서도 접촉저항의 변화 없이 테스트 할 수 있는 프로브, 프로브 카드를 제공함을 목적으로 하고 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a probe, a probe card that can be tested at room temperature as well as a change in contact resistance even at a high temperature.
또한 본 발명은 고속 동작형 반도체 집적회로 테스트에도 프로브간의 상호 간섭을 최소한으로 줄여서 테스트 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 프로브 및 프로브 카드를 제공함을 목적으로 하고 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a probe and a probe card that can improve the reliability of the test results by minimizing the mutual interference between the probes to a high-speed operation semiconductor integrated circuit test.
도 1a는 종래기술에 의한 소위 텅스텐 니들 프로브 카드를 도시한 평면도.1A is a plan view of a so-called tungsten needle probe card according to the prior art;
도 1b는 종래기술에 의한 소위 텅스텐 니들 프로브 카드 사용 시 텅스텐 니들과 반도체 집적회로의 패드가 접촉된 상태를 도시한 상태도.1B is a state diagram showing a state where a tungsten needle and a pad of a semiconductor integrated circuit are in contact when using a so-called tungsten needle probe card according to the prior art;
도 2는 종래기술에 의한 소위 박막 프로브 카드의 동작 상태를 도시한 상태도.2 is a state diagram showing an operating state of a so-called thin film probe card according to the prior art.
도 3은 종래기술에 의한 미세 프로브 및 프로브 카드를 도시한 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a fine probe and a probe card according to the prior art.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로브를 도시한 단면도Figure 4a is a cross-sectional view showing a probe according to an embodiment of the present invention
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로브를 도시한 평면도Figure 4b is a plan view showing a probe according to an embodiment of the present invention
도 4c는 상기 도 4b의 a-a'면을 절단한 단면도4C is a cross-sectional view taken along the line a-a 'of FIG. 4B.
도 4d는 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로브의 동작 상태를 도시한 상태도.Figure 4d is a state diagram showing the operating state of the probe according to an embodiment of the present invention.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 프로브를 도시한 단면도Figure 5a is a cross-sectional view showing a probe according to another embodiment of the present invention
도 5b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 프로브를 도시한 평면도Figure 5b is a plan view showing a probe according to another embodiment of the present invention
도 5c는 상기 도 5b의 b-b'면을 절단한 단면도5C is a cross-sectional view taken along the line b-b 'of FIG. 5B.
도 5d는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 프로브의 동작 상태를 도시한 상태도.Figure 5d is a state diagram showing the operating state of the probe according to another embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 방법으로 프로브가 제조되는 공정도.6A-6G are process diagrams in which a probe is prepared by the method of the present invention.
<도면의 세부사항 설명><Details of Drawing>
11 : 텅스텐 니들(needle)11: tungsten needle
12 : 텅스텐 니들 지그12: Tungsten Needle Jig
13 : 텅스텐 니들의 접촉부13: contact portion of tungsten needle
14 : 텅스텐 니들의 다른 단부14: other end of tungsten needle
15 : 텅스텐 니들 지지기15: Tungsten Needle Support
16 : 프로브 카드의 회로 기판16: circuit board of the probe card
17 : 반도체 집적회로가 정의된 웨이퍼17 wafer defined semiconductor integrated circuit
18 : 반도체 집적회로 장치의 패드18: pad of semiconductor integrated circuit device
19 : 프로브 장비의 스테이지(stage)19: stage of probe equipment
21 : 지지 판21: support plate
22 : 지지 막22: support membrane
23 : 엘라스토머 층23: elastomer layer
24 : 도전성 범퍼24: conductive bumper
25 : 결선25: Final connection
26 : 반도체 집적회로 장치의 패드26: pad of semiconductor integrated circuit device
27 : 반도체 집적회로가 정의된 웨이퍼27: wafer in which semiconductor integrated circuit is defined
28 : 프로브 장비의 스테이지(stage)28: stage of probe equipment
31 : 미세 프로브31: fine probe
32 : 글라스 기판32: glass substrate
33 : 보조 회로 기판33: auxiliary circuit board
34 : 완충 패드34: buffer pad
35 : 주 회로 기판35: main circuit board
36 : 와이어36: wire
41 : 프로브41: probe
42 : 프로브와 프로브 기판의 연결부42: connection between the probe and the probe board
43 : 프로브 기판43: probe substrate
44 : 프로브의 접촉부44: contact portion of the probe
45 : 절연 막45: insulation film
46 : 프로브 패드46: probe pad
47 : 도전성 금속 내지는 합금47: conductive metal or alloy
48 : 반도체 집적회로48: semiconductor integrated circuit
49 : 반도체 집적회로의 패드49: pad of semiconductor integrated circuit
51 : 프로브51: probe
52 : 프로브와 프로브 기판의 연결부52: connection between the probe and the probe board
53 : 프로브 기판53: probe substrate
54 : 프로브의 접촉부54: contact portion of the probe
55 : 관통 홈55: through groove
56 : 절연 막56: insulation film
57 : 프로브 패드57: probe pad
58 : 도전성 금속 내지는 합금58: conductive metal or alloy
59 : 반도체 집적회로59: semiconductor integrated circuit
60 : 반도체 집적회로의 패드60: pad of semiconductor integrated circuit
61 : 실리콘 웨이퍼61: Silicon Wafer
62 : 실리콘 식각용 보호막62: protective film for silicon etching
63 : 프로브 외곽 모형부63: Probe outline model unit
64 : 잔여 실리콘 막64: residual silicon film
65 : 프로브의 접촉부65 contact of probe
66 : 표면 절연 막66: surface insulation film
67 : 프로브 패드67: probe pad
68 : 프로브 접촉부68: probe contact
69 : 도전성 금속 내지는 합금69: conductive metal or alloy
70 : 프로브 카드 PCB70: probe card PCB
71 : 프로브 카드 PCB의 패드71: Probe Card PCB Pads
72 : 솔더 볼72: solder ball
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 프로브, 프로브 제조방법 및 프로브 카드의 바람직한 실시 예들을 다음과 같이 설명한다.In order to achieve the above technical problem, preferred embodiments of the probe, probe manufacturing method and probe card according to the present invention will be described as follows.
첫번째 실시 예로서, 도 4a는 본 발명에 의한 프로브가 도시 된 단면도, 도 4b는 본 발명의 프로브가 도시 된 평면도, 도 4c는 상기 도 4b의 a-a' 부분의 절단면을 도시한 단면도이다. 상기한 이들 도면에 도시 된 바와 같이, 프로브(41)는 단결정 또는 다결정 실리콘(silicon) 웨이퍼의 일부를 선택적으로 식각하여 형성되며 프로브 들은 하나 또는 다수의 연결부(42)를 제외하고는 주변 프로브 기판(43)과 분리된 형상을 하고 접촉부(44)는 기타의 주변 부들보다 돌출되게 형성된다. 이들 상기한 프로브 및 프로브 기판 모두는 표면이 절연 막(45)으로 형성된다. 또한 돌출된 접촉부를 포함한 프로브 하단의 일부와 프로브 상단 및 프로브 기판 상단에 외부 PCB(printed circuit Board, 도시 않음)와 연결시키기 위해서 형성되는 프로브 패드(46)를 포함하여 금속 내지는 합금(47)으로 서로 연결되게 도금 처리 시켜 접촉부와 상기 연결용 패드는 전기적으로 도통하게 된다.As a first embodiment, Figure 4a is a cross-sectional view showing a probe according to the present invention, Figure 4b is a plan view showing a probe of the present invention, Figure 4c is a cross-sectional view showing a cut section of the portion a-a 'of Figure 4b. As shown in these figures above, the probe 41 is formed by selectively etching a portion of a single crystal or polycrystalline silicon wafer, and the probes are formed of a peripheral probe substrate (except for one or more connections 42). It has a shape separate from 43 and the contact portion 44 is formed to protrude more than the other peripheral portions. Both of these probes and probe substrates are formed with an insulating film 45 on its surface. It also includes a portion of the bottom of the probe including protruding contacts and a probe pad 46 formed on the top of the probe and the top of the probe substrate to connect with an external printed circuit board (not shown). The plating is connected to the contact portion and the connection pad is electrically conductive.
도 4d는 상기 프로브에 규정된 압력을 인가하여 반도체 집적회로 장치(48)의 패드(49)부에 접촉한 상태를 도시한 상태도이다.FIG. 4D is a state diagram showing a state in which the prescribed pressure is applied to the probe to contact the pad 49 of the semiconductor integrated circuit device 48.
두 번째 실시 예로서, 도 5a는 본 발명에 의한 프로브가 도시 된 단면도, 도 5b는 본 발명의 프로브가 도시 된 평면도, 도 5c는 상기 도 5b의 b-b' 부분의 절단면을 도시한 단면도이다. 상기한 이들 도면에 도시 된 바와 같이, 프로브(51)는 단결정 또는 다결정 실리콘(silicon) 웨이퍼의 일부를 선택적으로 식각하여 형성시키며 프로브 들은 하나 또는 다수의 연결부(52)를 제외하고는 주변 프로브 기판(53)과 분리된 형상을 하고 접촉부(54)는 기타의 주변부들보다 돌출되게 형성되며, 웨이퍼 기판에는 상 하단을 관통하는 홈(55)이 형성된다. 홈의 크기는 수 마이크로(micro meter)에서 수백 마이크로 가 적절하며, 후속 도금단계를 고려하면 수십 마이크로가 적당하다. 상기한 이들 프로브, 프로브 기판 및 관통 홈 까지 포함하여 모든 실리콘 표면은 절연 막(56)으로 형성된다. 또한 돌출된 접촉부를 포함하여 프로브 하단부와 이에 연장하여 관통 홈을 포함하는 부분과 관통 홈 내부 측벽, 프로브 기판 상단에 외부 PCB(도시 않음)와 연결하기 위해 형성되는 패드부(57)까지를 금속 내지는 합금(58)으로 도금하여 형성시켜 접촉부와 상기 연결용 패드는 전기적으로 도통하게 된다.As a second embodiment, Figure 5a is a cross-sectional view showing a probe according to the present invention, Figure 5b is a plan view showing a probe of the present invention, Figure 5c is a cross-sectional view showing a cut section of the portion b-b 'of FIG. As shown in these figures above, the probe 51 is formed by selectively etching a portion of a single crystal or polycrystalline silicon wafer, and the probes are formed of a peripheral probe substrate (except for one or more connections 52). 53 and the contact portion 54 is formed to protrude more than the other peripheral portions, and the groove 55 is formed in the wafer substrate penetrating the upper bottom. The groove size is suitable for several micrometers to hundreds of micrometers, and dozens of micrometers are suitable for subsequent plating steps. All silicon surfaces, including those probes, probe substrates, and through grooves described above, are formed of an insulating film 56. In addition, a metal or a bottom portion of the probe including a protruding contact portion extending therefrom, a portion including a through groove, an inner side wall of the through groove, and a pad portion 57 formed to connect with an external PCB (not shown) on the top of the probe substrate. The alloy 58 is plated and formed so that the contact portion and the connection pad are electrically conductive.
도 5d는 상기 프로브에 규정된 압력을 인가하여 반도체 집적회로 장치(59)의 패드부(60)에 접촉한 상태를 도시한 상태도이다.FIG. 5D is a state diagram showing a state in which the pad portion 60 of the semiconductor integrated circuit device 59 is contacted by applying a pressure prescribed to the probe.
단결정 또는 다결정 실리콘은 고탄성물질로서 소성변형이 거의 발생하지 않으며, 마이크로(micro) 단위의 미세 구조물일 때의 충분한 강도는 예를 들어 인장강도는 스텐레스 강보다 높음이 이미 알려져 있다. 본 발명의 프로브는 상기한 결정 실리콘으로 만들어져서 수만 번의 반복적인 접촉과정을 거쳐도 휨이나 뒤틀림 같은 소성변형이 없어 원형을 유지하게 된다.Single crystal or polycrystalline silicon is a high elastic material, hardly plastic deformation occurs, and it is already known that sufficient strength when the microstructure is a micro unit, for example, tensile strength is higher than that of stainless steel. The probe of the present invention is made of the above-described crystalline silicon, so that even after tens of thousands of repeated contact processes, there is no plastic deformation such as bending or warping, thereby maintaining a circular shape.
이하, 본 발명의 첫번째 실시 예에 따른 프로브 제조 방법 중 일 예를 첨부도면 도 6a 내지 도 6h를 참조하여 설명하며, 본 발명의 두 번째 실시예의 제조 방법 또한 거의 동일 하므로 따로 설명하지 않기로 한다.Hereinafter, one example of a probe manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6H, and the manufacturing method of the second embodiment of the present invention is also almost the same and will not be described separately.
첫번째 단계는 프로브의 두께 조절 및 상부 공간 확보 단계로서, 도 6a에 도시 된 바와 같이 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼(61)의 상단 면에 질화 실리콘 막 내지는 산화 실리콘 막, 또는 이들의 혼합 막 등의 박막을 실리콘 식각을 위한 보호막(62)으로 형성시키고, 여기에 사진 공정으로 감광막 패턴을 형성시킨 다음, 적절한 식각 방법, 예를 들어 질화 막의 경우에는 인산을 사용하는 습식 식각이나 CCl2F3가스를 사용하는 건식 식각을 사용하고, 산화 막의 경우에는 불산 등의 습식 식각이나 CCl2F3, CF4, C2F6, C3F8등의 가스를 적절히 사용하는 건식 식각의 방법으로 상기 보호막에 소정의 패턴을 형성시킨다.The first step is to adjust the thickness of the probe and to secure the upper space. A thin film such as a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a mixed film thereof is formed on the top surface of the single crystal or polycrystalline silicon wafer 61 as shown in FIG. 6A. After forming a protective film 62 for silicon etching, a photoresist pattern is formed thereon by a photo process, and then a suitable etching method, for example, wet etching using phosphoric acid or CCl 2 F 3 gas using phosphoric acid is used. In the case of an oxide film, a dry etching method using dry etching and wet etching such as hydrofluoric acid, or dry etching using appropriate gases such as CCl 2 F 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8, etc. Form a pattern.
다음으로 도 6b에 도시 된 바와 같이 이들 보호막을 사용하여 하부의 실리콘을 소정의 깊이로 식각 시킨 후 보호막을 벗겨 낸다. 실리콘 식각은 단결정 웨이퍼를 사용하는 경우에는 KOH, EDP(ethylene diamine pyrocathechol), TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 등이 실리콘의 (111)결정 방향 식각 속도가 다른 결정방향의 식각 속도보다 수천 배 정도 느리다는 성질을 이용한 이 방성 습식 식각이나 Cl2, CCl4, BCl3, CHCl3, CHF3, CF4등의 가스들을 적절히 사용한 이방성 건식 식각으로 실행시키며, 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용할 경우에는 상기한 건식 식각을 사용한 이방성 식각으로 실행시킨다. 이때 식각 될 깊이는 웨이퍼의 두께와 만들고자 하는 프로브의 두께, 프로브의 접합 니들부의 높이에 따라 적절히 선택된다. 이 중 프로브의 두께는 매우 중요하여 프로브의 폭, 길이와 더불어 접합을 위한 압력 인가 시 프로브의 탄성 및 강도를 결정하는 변수이므로 제작하고자 하는 프로브의 사용 환경에 따라 정확히 계산된 두께를 사용하여야 하며, 상기한 사용환경이 매우 다양할 수 있으므로 본 발명에서는 구체적인 두께는 언급하지 않기로 한다.Next, as shown in FIG. 6B, the lower silicon is etched to a predetermined depth using these protective films, and then the protective film is peeled off. When etching single crystal wafers, KOH, EDP (ethylene diamine pyrocathechol), TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide), etc., are about thousands of times slower than those of other crystals. Anisotropic wet etching using or anisotropic dry etching using appropriate gases such as Cl 2 , CCl 4 , BCl 3 , CHCl 3 , CHF 3 , CF 4, and the like, and when using a polycrystalline silicon wafer Run with anisotropic etching. The depth to be etched is appropriately selected according to the thickness of the wafer, the thickness of the probe to be made, and the height of the bonding needle of the probe. Of these, the thickness of the probe is very important, and it is a variable that determines the elasticity and strength of the probe when applying pressure for bonding together with the width and length of the probe. Therefore, the thickness calculated according to the usage environment of the probe to be manufactured should be used. Since the above-described use environment may be very diverse, the specific thickness is not mentioned in the present invention.
다섯번째 단계는 외부의 PCB(printed circuit board)와 연결되는 패드부(67)와 프로브의 접촉부(68)를 전기적으로 도통 시키는 단계로서, 도 6f에 도시 된 바와 같이 접합부를 포함하여 프로브의 하단면 일부를 전도성이 좋고 내 산화성이 강한 금속 내지는 합금(69)을 사진 및 박막 형성 공정으로 선택적으로 도금하고, 프로브의 상단부와 이와 연결된 프로브 기판 상부에도 수십에서 수백 마이크로 크기의 패드 모양으로 상기한 금속 및 합금을 사진 및 박막형성 방법으로 선택적으로 도금하여 프로브의 접촉부(68)와 프로브의 패드부(67)를 전기적으로 도통 시키면 실리콘 프로브 및 프로브 기판 형성이 완료된다.The fifth step is to electrically conduct the pad portion 67 connected to the external printed circuit board (PCB) and the contact portion 68 of the probe, and as shown in FIG. 6F, the bottom surface of the probe including a junction portion. The metal or alloy 69 having a high conductivity and high oxidation resistance is selectively plated by a photo and thin film forming process, and the above-described metal in the shape of a pad having a size of tens to hundreds of micros also on the upper part of the probe and the upper part of the probe substrate connected thereto. The alloy is selectively plated by photo and thin film formation to electrically conduct contact between the contact portion 68 of the probe and the pad portion 67 of the probe to complete the formation of the silicon probe and the probe substrate.
이상에서 설명한 공정단계는 일 예에 불과하며, 상기한 각 공정단계의 순서를 바꾸거나 변형도 가능하며, 이러한 공정단계의 변형 등도 결국 실리콘 웨이퍼를 사용하고 이 웨이퍼의 일부가 프로브를 형성하며 상단에는 PCB(printed circuit board) 와 연결되기 위한 프로브 패드가 형성되는 프로브 및 프로브 기판에 대한 본 발명의 이념에 반하지 않음은 자명한 사실이다.The above-described process steps are just examples, and the order of the above-described process steps may be changed or modified. Such process steps may also be modified using a silicon wafer, and part of the wafer may form a probe. It is obvious that the present invention is not contrary to the idea of a probe and a probe substrate on which a probe pad is formed for connection with a printed circuit board (PCB).
다음단계는 상기의 방법으로 제조된 프로브 및 프로브 기판 상부에 PCB(70)를 연결하여 최종적인 프로브 카드를 완성하는 단계로서, 도 6g에 도시 된 바와 같이 본 발명에 의한 프로브 패드들과 직접 연결될 수 있게 적절히 제작된 PCB의 금속 패드부(71)를 위치시킨 다음, 솔더볼(solder ball,72) 등과 같은 저 융점의 도전성 금속 또는 합금을 위치시키고 융점 이상의 온도를 가해 프로브 패드와 PCB를 연결시키면 최종적인 프로브 카드가 완성된다.The next step is to complete the final probe card by connecting the PCB 70 on the probe and the probe substrate manufactured by the above method, as shown in Figure 6g can be directly connected to the probe pads according to the present invention After positioning the metal pad 71 of the properly manufactured PCB, and then placing a low melting point conductive metal or alloy such as a solder ball 72 and applying a temperature above the melting point, the probe pad and the PCB are finally connected. The probe card is complete.
본 발명에 의하면, 사진 및 식각 공정을 통해서 미세 프로브들이 프로브 기판 상에 정의되므로, 프로브 들의 밀집 도를 높이는 효과가 있다.According to the present invention, since the fine probes are defined on the probe substrate through a photo and etching process, there is an effect of increasing the density of the probes.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 모든 프로브들은 니들 접촉부의 높이가 균일하게 유지되는 효과가 있다.In addition, all the probes produced by the method of the present invention has the effect that the height of the needle contact is kept uniform.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 프로브들은 충분한 니들부의 높이와 고 탄성이 유지되므로 반도체 집적회로 패드와의 접촉 시 반도체 집적회로 패드 높이의 분산을 수용하여 안정된 전기적 도통을 이루는 효과가 있다.In addition, since the probes manufactured by the method of the present invention maintain sufficient needle height and high elasticity, there is an effect of achieving stable electrical conduction by accommodating the dispersion of the height of the semiconductor integrated circuit pad upon contact with the semiconductor integrated circuit pad.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 프로브들은 반복적인 사용 후에도 고탄성을 유지하여 모양이 변형되지 않는 효과가 있다.In addition, the probes produced by the method of the present invention have the effect of maintaining a high elasticity even after repeated use does not deform the shape.
또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 프로브 카드에는 글라스 기판, 보조 회로 기판, 미세 금속선이 내장된 완충 패드 등과 같은 보조부품 들의 사용이 배제되므로 부품 호환성과 완제품의 생산성이 향상되는 효과가 있다.In addition, since the probe card manufactured by the method of the present invention excludes the use of auxiliary parts such as a glass substrate, an auxiliary circuit board, a buffer pad having a fine metal wire, and the like, there is an effect of improving component compatibility and finished product productivity.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 프로브 카드는 다수개의 반도체 집적회로 들을 동시에 테스트 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the probe card manufactured by the method of the present invention has the effect of simultaneously testing a plurality of semiconductor integrated circuits.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 프로브, 프로브 기판 들은 그 재질이 반도체 집적회로 기판과 동일 하므로 온도 상승에 따른 프로브 기판의 열팽창 계수가 반도체 집적회로 기판의 열팽창 계수와 동일하고, 상기 프로브 기판의 구성이나 모양이 상기 반도체 집적회로 기판과 유사하여 온도 변화에 따라 발생되는 프로브 기판의 팽창 내지는 수축의 방향이 상기 반도체 집적회로 기판과 동일하므로 온도 상승 환경 하에서의 테스트 실행 시 프로브와 반도체 집적회로 패드간의 접촉부에서 미끄럼 현상 등이 발생되지 않고 안정적인 소통을 이룰 수 있다.In addition, since the materials of the probe and the probe substrates manufactured by the method of the present invention are the same as those of the semiconductor integrated circuit board, the thermal expansion coefficient of the probe substrate according to the temperature rise is the same as the thermal expansion coefficient of the semiconductor integrated circuit board. The shape of the semiconductor integrated circuit board is similar to that of the semiconductor integrated circuit board, and thus the direction of expansion or contraction of the probe substrate generated by the temperature change is the same as that of the semiconductor integrated circuit board. Sliding does not occur and can achieve stable communication.
또한, 본 발명의 방법으로 제조된 프로브 및 프로브 카드는 인접한 프로브 들 간의 상호 전기적 간섭현상이 최소화 되므로써, 고속 동작형 반도체 집적회로의 테스트에도 신뢰도 높은 테스트 결과를 얻을 수 있다.In addition, the probe and the probe card manufactured by the method of the present invention can minimize the mutual electrical interference between adjacent probes, it is possible to obtain a reliable test results even in the test of the high-speed operation semiconductor integrated circuit.
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