멤브레인 서스펜디드 프로브를 구비한 프로브 헤드 document_id A220623050766

집적회로 기술에 의해 수많은 이산 전자회로 소자를 단일 기판 또는 "웨이퍼"상에 제조할 수 있다. 제조 후, 이러한 웨이퍼는 수많은 직사각형 칩 또는 다이로 나누어지는데 각각의 다이는 그 위의 전자회로에 입/출력 접속이 만들어질 수 있도록 하는 직사각형 또는 기타 일반적인 배치의 금속을 입힌 컨택트 패드 또는 본드 패드를 포함한다. 각각의 다이는 효율을 위해 실제로 별개로 패키징되지만, 각각의 다이위에 형성된 회로를 테스트하는 것은 바람직하게는 다이가 웨이퍼상에 부착되어 있는 동안 수행된다. 하나의 전형적인 과정은 웨이퍼를 납작한 스테이지 또는 "처크"상에 지지하고 이 웨이퍼를 프로빙 조립체의 헤드에 대해 X, Y, Z방향으로 이동시킴으로써 프로빙 조립체로부터 뻗어있는 프로브 팁이 각 다이의 컨택트 패드와 연속맞물림되도록 다이에서 다이로 이동될 수 있게 하는 것이다. 각각의 신호, 전력, 그리고 그라운드 도체는 프로브팁을 테스트 도구에 연결하여 각각의 회로가 이 테스트 도구에 순차적으로 접속되어 테스트 도구에 의해 작동되도록 한다. 집적회로를 테스트하는데 사용되는 일 타입의 프로빙 조립체는 피테스트장치상의 컨택트 패드의 패턴과 매칭하는 패턴으로 배치된 복수의 바늘형 컨택트를 이용한다. 도 1 및 2는 상부(26) 및 하부(28) 바늘 카드로 한정된 바늘형 프로브(24)의 어레이를 포함하는 바늘 카드 프로브 헤드(22)를 포함하는 프로빙 조립체(20)를 도시하고 있다. 상부 및 하부 바늘 카드(26, 28)는 프로빙 조립체(20)로 테스트될 IC나 기타 장치의 컨택트 패드 배치에 대응하는 홀 패턴을 포함한다. 프로브(24)의 각각의 하단은 하부 바늘 카드(28)내의, 홀 중 하나를 통해 뻗어나와 포인팅된 프로브 팁에서 종단한다. 프로브(24)의 각각의 상단은 상부 바늘 카드(26)내의 홀에 의해 제한된다. 상부 바늘 카드(26)의 홀은 (브래킷으로 지시된) 공간 변압기(30)의 표면에 배치된 도전성 패드(32)로 덮혀 프로브의 하단이 피테스트장치상의 컨택트 패드와 압축 맞물림될 때 상부 바늘 카드(26)을 통해 미끄러지는 것을 방지한다. 공간 변압기는 견고한 다층 플레이트로서, 플레이트를 통해 뻗는 도전성 트레이스(34)에 의해 전기적으로 연결되는 대향면상에 도전성 컨택트(32, 36)를 구비한다. 공간 변압기(30)는 전기신호를 정교하게 피칭된 바늘 프로브(24) 패턴으로부터 테스트 도구가 프로빙 조립체에 연결되는 인쇄회로기판인 프로브 카드(38)상에서 얻을 수 있는 보다 거칠게 피칭된 패턴으로 재전달한다. 전형적인 프로빙 조립체(20)는 또한 공간 변압기(30)와 프로브 카드(38)사이에 배치된 인터포저(39)를 포함한다. 인터포저(39)는 전형적으로 기판의 대향측상에 호환의 전기 접속을 제공하기 위해 기판을 통해 전기적으로 연결된 복수의 탄성 변형이 가능한 컨택트를 포함한다. 도체의 호환은 공간 변압기(30)의 각 단자와 프로브 카드(38)를 분리하는 거리변화를 보상하여 그 사이의 신뢰성있는 전기적 접속을 향상시킨다. 바늘 프로브(24)는 전형적으로 프로브의 상단과 하단에 각각 인접하여 대개 평행하지만 서로 상쇄적인 상부와 하부를 형성하는 상보적 만곡부를 포함하는 와이어를 포함한다. 하부 바늘 카드(28)의 홀 패턴은 상부 바늘 카드(26)의 홀 패턴과 상보적이어서 프로브의 단부의 오프셋을 도모한다. 프로브의 하단부가 다이상의 컨택트 패드와 눌려 맞물림 될 때, 실질적으로 원주형의 프로브는 오프셋에서 만곡되어 스프링처럼 작용할 수 있다. 프로브의 탄성 만곡에 의해 제공된 컴플라이언스는 프로브의 길이, 프로브 헤드의 평탄도, 및 웨이퍼 형태의 변화를 조정한다. 바늘 카드 프로빙 조립체는 웨이퍼 테스트에서 널리 사용되고 있지만 전자적 생산 추세, 특히 IC생산에 있어서 보다 높은 주파수와 보다 소형의 회로 소자와 구조를 갖는 보다 복잡한 회로로의 경향에 의해 이러한 타입의 프로빙 장치에 몇 가지 한계를 드러내게 되었다. 첫째, 프로브간의 거리인 피치는 제조 오차와 조립 오차에 의해 대략 125□m로 제한되고, 스페이싱은 정교하게 피칭된 컨택트 패드를 갖는 많은 IC에 대해 바람직한 것보다 크다. 또한, 다이의 금속 컨택트 패드는 빠르게 산화하고 프로브의 팁은 컨택트 패드의 표면으로 밀려 정확한 측정에 필요한 양호한 전도도를 얻을 수 있도록 예리하게 하여야한다. 이것은 포인팅된 프로브 단부를 빨리 무디게하고, 프로브를 자주 굽거나 부서지게하며, 너무 크게 침투되는 경우 컨택트 패드에 손상을 가할 수 있다. 또한 컨택트 패드 재료가 프로브에 붙어 자주 청소해주어야하며 따라서 프로브를 빈번히 손상시킨다. 더욱이, 평행한 도체의 인덕턴스는 도체간 길이와 거리의 함수이다. 일반적으로, 비교적 길고 가까이 이격된 바늘형 프로브는 실질적으로 고주파 신호를 왜곡하기에 충분한 1-2nH의 단일 경로 인덕턴스를 일으키고, 이것은 고주파 장치를 테스트하기 위한 바늘형 프로브의 사용을 제한한다. 두 번째 타입의 프로빙 조립체는 Gleason등의 미국 특허 제 6,708,386B2호에 개시되어 있다. 도 3을 참조하면, 멤브레인 프로빙 조립체(40)는 도구로부터 나온 데이터와 신호선(48, 50)이 배치되는 프로브 카드(52)와 멤브레인 프로빙 조립체(42)를 포함한다. 도 3 및 4를 참조하면, 멤브레인 프로빙 조립체(42)는 경화성 폴리머와 같은 압축가능한 물질로 형성된 지지 엘리먼트(54)를 포함한다. 이러한 엘리먼트는 스크루(56)와 대응 너트(58)에 의해 프로브 카드의 상측에 탈착가능하게 연결된다(각각의 스크루는 지지 엘리먼트의 각각의 부착 암(60)을 통과하고 개별 배킹 엘리먼트(62)가 스크루의 클램핑 압력을 지지 엘리먼트의 전체 후측에 고르게 분산시킨다). 서로 다른 컨택트 배치를 갖는 서로 다른 프로빙 조립체는 컨택트 패드의 서로 다른 배치를 갖는 프로빙 장치에 필요한 것으로 서로 신속히 대체될 수 있다. 도 4 및 5를 참조하면, 지지 엘리먼트(54)는 부착 암(60)이 일체적으로 결합되는 후방 베이스부(64)를 포함한다. 또한 지지 엘리먼트(54)상에는 납작한 베이스부에서 외부로 뻗는 전방 지지체 또는 플런저(66)가 포함된다. 이러한 전방 지지체는 절두된 피라미드형이 되도록 납작한 지지면(70)을 향해 수렴하는 각진 측부(68)를 갖는다. 도 4를 참조하면, 유연한 멤브레인 조립체(72)가 베이스부에 포함된 정렬핀(74)에 의해 정렬된 후 지지체에 부착된다. 이러한 유연한 멤브레인 조립체는 하나 이상의 겹의 절연 폴리이미드막으로 형성되고, 이러한 폴리이미드막 겹 위 또는 그 사이에 유연한 도전층 또는 도전 스트립이 제공되어 데이터/신호 선(76)을 형성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 엘리먼트(54)가 프로브 카드(52)의 상측에 장착될 때, 전방 지지체(66)는 프로브 카드내의 중심 개구(78)를 통하여 나와 다이의 컨택트 패드 또는 기타 피테스트 장치와 눌러 맞춤되기 위한 적절한 위치에서 유연한 멤브레인 조립체의 중심 영역(80)상에 배치되는 컨택트를 제공한다. 도 4를 참조하면, 멤브레인 조립체는 조립체에 포미 크로스(formee cross) 모양을 제공하는 내부로 굽은 에지(84)에 의해 분리되는 방사상으로 뻗은 암 세그먼트(82)를 포함하고, 이러한 세그먼트는 각진 측(68)을 따라 경사되게끔 뻗어있어서, 패드를 둘러싸는 임의의 수직의 구성요소를 제거한다. 일련의 컨택트 패드(86)는 데이터/신호 라인(76)을 종단하여 지지 엘리먼트가 장착될 때, 이러한 패드가 프로브 카드의 상측에 제공된 대응 종단 패드와 전기적으로 맞물리게 하여 프로브 카드상의 데이터/신호 라인(48)이 중심 영역상의 컨택트에 전기적으로 연결되게끔 한다. 프로빙 조립체(42)는 컨택트 패드상의 산화물생성에 불구하고 각 사이클마다 컨택트와 패드간의 일반적으로 신뢰성있는 전기접속을 제공하는 방식으로 많은 컨택트 사이클동안 컨택트 패드의 밀집 배치를 프로빙할 수 있다. 멤브레인 어셈블리는 멤브레인 조립체 상의 컨택트가, 이러한 패드와 눌림 맞물림 될 때, 국소적으로 제어되는 방식으로, 수평으로 가로질러 컨택트 패드를 닦거나 문지르도록 구성되고 지지 엘리먼트에 연결된다. 도 8은 다이상의 컨택트 패드의 대응 사각형 배치와 맞물림 되기에 적합한 사각형 패턴으로 컨택트(88)가 배치되는 실시예를 도시하는 멤브레인 조립체(72a)의 중심 영역(80a)의 확대도이다. 멤브레인 조립체는 밀집하게 패킹된 컨택트(88)의 매우 정밀한 피치로부터 데이터/신호 라인(76)을 종단시키는 보다 거칠게 피칭된 컨택트 패드(86)까지 공간 변형을 제공한다. 도 8의 라인 9a-9a를 따라 취한 단면도인 도 9a를 참조하면, 각각의 컨택트는 딱딱한 컨택트 범프(92)가 일 단부에 형성되는 비교적 두꺼운 강성빔(90)을 포함한다. 컨택트 범프는 컨택트 범프에 용융된 로듐 덩이를 포함하는 컨택팅부(93)를 포함한다. 전기도금을 사용하면, 각각의 빔은 그 사이에서 조인트를 형성하기 위해 가요성 도전성 트레이스(76a)의 단부와의 중첩 접속으로 형성된다. 후면 도전층(94)과의 접합에서 이러한 도전성 트레이스는 그 치수가 포토리소그래피 프로세스를 사용하여 정해지므로 컨택트와의 제어된 임피던스 데이터 또는 신호라인을 효과적으로 제공한다. 멤브레인 조립체는 그 층이 지지면과 같은 면에 걸쳐있고 실리콘 고무 화합물로 형성될 수 있는 삽입된 탄성층(98)에 의해 납작한 지지면(70)에 상호연결된다. 상기한 바와 같이, 납작한 지지면은 압축불가한 물질로 만들어지고 바람직하게는 폴리우레탄이나 유리와 같은 견고한 유전체로 제작된다. 컨택트(88)중 하나가, 도 10에 나타난 바와 같이, 다이의 각각의 컨택트 패드(100)와 눌림 맞물림하게 되면, 결과적으로 강성빔(90)과 범프(92)구조상의 중심을 벋어난 힘이 탄성 패드(98)에 의해 가해진 탄성복원력에 대항하여 빔이 피벗하거나 틸팅하게 한다. 이러한 틸팅 동작은 빔의 전방부(102)가 동 빔의 후방부(104)보다 납작한 지지면(70)을 향해 더 큰 거리를 이동하는 관점으로 로컬라이징된다. 이러한 효과는 패드상의 컨택트의 시작위치와 종료위치를 각각 나타내는 점선과 실선 표시로 컨택트 패드를 가로질러 컨택트가 수평 스크러빙 동작하게하는 것과 같은 것이다. 이 방식으로, 각각의 컨택트 패드상의 절연 산화물 생성이 벗겨지고 적당한 컨택트-패드 간 전기접속을 확보하게 한다. 국부적인 스크러빙, 멤브레인 프로빙 조립체는 물리적으로 보다 작은 장치상에 컨택트 패드를 맞물림 하도록 정밀하게 피칭될 수 있고 고전도성을 견뢰성 및 마모와 손상에 대한 저항성과 결합시킨다. 멤브레인 서스펜디드 프로브 또한 일반적인 바늘형 프로브보다 훨씬 낮은 인덕턴스를 나타내도록 보다 큰 단면과 보다 짧은 길이를 결합할 수 있고 이것은 보다 높은 주파수에서 사용가능하게 하며 모든 주파수에서 신호 왜곡을 덜 일으키게 한다. 그러나, 프로브와 신호 및 데이터라인은 멤브레인의 표면상에 형성되어 멤브레인의 주변에 배치된 프로브 카드 단자에 연결한다. 지금까지는, 멤브레인 서스펜디드 프로브가 신호 경로가 프로빙 조립체의 중심을 통과하고 프로빙 조립체의 중심축에 실질적으로 평행하게 배치되는 바늘 카드형 프로브 헤드에 사용하기에 적합한 프로브 카드와 공간 변압기와 사용하는데 채택될 수 없었다. 따라서 바늘형 프로브 헤드에 사용하기에 적합한 프로빙 조립체의 구성요소로 사용하기 위한 강건하고, 정밀하게 피칭되며 낮은 인덕턴스를 갖는 멤브레인 서스펜디드 프로브를 적용하기 위한 장치와 방법이 요구된다.