KR20210088207A

KR20210088207A - 압전 소자 프로브 스테이션 탐침

Info

Publication number: KR20210088207A
Application number: KR1020200001396A
Authority: KR
Inventors: 윤태근
Original assignee: 윤태근
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2021-07-14

Abstract

본 발명은 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에 관한 것으로, 켄틸레버 형태의 프로브 스테이션 탐침에 압전 소자(1)와 상기 압전 소자(1)의 전기적 신호를 전달받을 수 있는 전극을 추가하여, 미세한 회로나 패드와 탐침과의 접촉의 여부 및 그 응력을 조절한다. 이를 통해 미세 패드보다 큰 탐침으로 인해 소자 분석이 불가능하거나, 접촉 응력을 조절하지 못해 전극에 손상이 가해지는 종래와 같은 문제를 해결하여 현재의 반도체 회로 소자의 집적도에 따라 전기적 특성 파악을 용이하게끔 하는 효과가 있다.

Description

압전 소자 프로브 스테이션 탐침{PIEZO VOLTIC PROBE STATION TIP}

본 발명의 실시 예들은 미세 탐침을 프로브 스테이션에 활용하기 위한 것으로서, 회로 소자에 대한 전기적 검사를 수행할 때 회로 소자의 미세한 패드와 전기적으로 접촉하는 미세 탐침의 접촉 여부 및 접촉 면적과 응력을 알 수 있도록 하는 켄틸레버형 탐침에 관한 것이다.

반도체 칩과 같은 미세 회로 소자들은 반도체 웨이퍼 상에서 전기적인 회로를 형성하는 팹(fab)공정과 강기 팹 공정에서 형성된 회로 및 전체 소자의 전기적인 특성과 품질, 성능을 검사하기 이한 EDS(electrical diesorting) 공정, 그리고 마지막으로 상기 미세 회로 소자들을 각각 에폭시 수지 등으로 절연 및 마감하고 개별화 하는 패키지 공정으로 통해 제조된다.

상기 EDS 공정에서는 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성된 미세 회로 및 소자에 전기적인 신호를 인가하고, 상기 미세 회로 소자로부터 출력되는 결과에 해당하는 전기적인 신호들을 읽어내어, 상기 미세 회로 소자들이 상품성을 가질 수 있을 수준의 전기적 특성과 품질, 성능을 보이는지 분석한다.

일반적인 공정과정에서는 상기 미세 회로 소자들을 상기 EDS 공정에서 분석할 때, 상기 전기적인 신호를 인가하여 상기 읽어진 신호를 분석하는 테스터와, 상기 전기적인 신호들을 상기 소자에 전달하거나 상기 소자로부터 상기 테스터에 전달하는 프로브 스테이션이 요구된다. 상기 일반적인 공정에서는 다수의 미세 회로와 다량의 소자를 일괄적으로 처리하므로, 상기 프로브 스테이션 내부에 구비되어 다수의 전극을 통해 상기 미세 회로 소자들의 패드와 접촉하여 상기 전기적인 신호들의 매개체가 되는 프로브 카드가 요구된다.

일반적이지 않거나 혹은 공정 수준의 다량 생산이 아닌 연구 및 실험에서의 경우, 상기 프로브 스테이션에는 상기 프로브 카드가 아닌 한 개의 전극만을 포함하는 프로프 혹은 탐침이 장착되어 있는 프로버들이 구비되어 상기 다수의 미세 회로가 아닌 한 개 혹은 두 개 정도의 미세 회로와 상기 회로가 구성하는 소자의 전기적인 특성과 성능을 분석한다.

과거 수십 년 동안, 해당 산업분야는 수 밀리미터(mm)수준의 회로에서부터 수 마이크로미터(um) 심지어는 나노미터(nm) 수준의 회로에 이르기까지 수많은 발전을 거듭해 왔다. 그에 반해, 상기 프로브 스테이션과 상기 프로브 카드는 대부분의 경우 수십 마이크로 마이크로미터 의 직경을 갖는 전극만을 사용하여 상기 나노미터 수준의 회로의 전기적 특성을 분석하기에 적합하지 않은 형태를 갖고 있다.

상기 전극의 크기나 말단 직경을 단순히 줄이는 것은 종래의 기술만으로도 충분히 가능한 일이나, 상기 마이크로미터 혹은 나노미터 수준의 회로나 패드에 접촉시켰을 시 그 첨예함으로 인해 접촉 여부를 알아내는 것이 까다로우며, 접촉 이후에도 응력에 의해 쉽게 손상될 수 있다는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 제 10-1495046호 ("미세 범프 탐침을 위한 수직형 프로브 카드", 에이아이비트 주식회사) 한국 등록특허공보 제10-1000242호 ("벨로우(9)즈 형상을 가진 수직형 미세 접촉 프로브", 한국기계연구원) 한국 공개특허공보 제2001-0072948호 ("고해상도 분석 프로브 스테이션", 더 마이크로매니프래이터 캄파니 인코포레이티드)

반도체 산업이 고도로 집적화됨에 따라 더욱 미세화 되는 회로 소자의 전기적 특성을 파악하고 분석함에 있어, 종래의 기술과 장비는 적합하지 않은 크기의 전극으로 인해 시편의 분석이 사실상 불가능하거나, 전극의 크기를 조절하더라도 접촉 여부를 확인하는 데에 있어서 어려움이 있고 그 응력을 조절하기가 까다로워 미세 전극에 손상이 생기기 쉽다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 압전 소자 프로브 스테이션 탐침 발명의 목적은 충분히 미세한 탐침을 전극으로 활용하고, 접촉 여부와 응력을 조절할 수 있도록 함에 있다.

언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 압전 소자 프로브 스테이션 탐침은 회로 소자로부터 전기적인 신호를 전달할 프로브 스테이션 팁(6); 상기 프로브 스테이션 팁(6) 하단에 부착될 원자간력 현미경 칩(2); 상기 원자간력 현미경 칩(2) 하단에 부착되어 있는 원자간력 현미경 케틸레버; 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3) 하단에 부착될 원자간력 현미경 팁(4); 상기 프로브 스테이션 팁(6) 상단에 전기적으로 연결되면서 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)에 부착될 압전 소자(1); 상기 압전 소자(1)와 원자간력 현미경 켄틸레버(3) 사이를 절연시킬 절연면(5)을 포함할 수 있다.

언급한 일 실시예에 따른 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에서, 상기 프로브 스테이션 팁(6)은 상기 압전 소자(1)의 신호를 전달하는 상단과, 측정 대상이 되는 소자의 신호를 전달하는 하단이 각각 충분히 작은 전기적 저항과 기계적 강도를 가진 텅스텐 등의 금속으로 이루어져 있으며 그 사이가 절연성과 부착력이 충분한 ANE-10700등의 에폭시 레진을 포함할 수 있다.

언급한 일 실시예에 따른 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에서 상기 원자간력 현미경 칩(2)은 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)와 프로브 스테이션 팁(6)을 절연시킬 수 있는 절연체를 포함할 수 있다.

언급한 일 실시예에 따른 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에서 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)는 상기 원자간력 현미경 팁(4)과 프로브 스테이션 팁(6) 사이에 신호를 전달할 수 있을 정도의 낮은 저항을 가지며, 상기 압전 소자(1)가 압전적 특성을 나타낼 수 있을 정도로 충분한 변형이 가능한 수준의 강도를 갖는 도체를 포함할 수 있다.

언급한 일 실시예에 따른 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에서 상기 원자간력 현미경 팁(4)은 프로브 스테이션으로 측정하고자 하는 패드에 접촉했을 때 전기적 신호를 전달할 수 있을 정도로 저항이 충분히 작고, 수십 나노미터 이내의 말단 직경을 가지며, 상기 압전 소자(1)가 압전적 특성을 나타낼 수 있을 정도의 하중을 견딜 수 있을 정도의 경도를 갖는 도체를 포함할 수 있다.

언급한 일 실시예에 따른 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에서 상기 압전 소자(1)는 실험적을 가할 수 있는 변형도가 가해졌을 때, 측정 가능한 수준의 전압을 형성하는 성질을 갖는 물질을 포함할 수 있다.

언급한 일 실시예에 따른 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에서 상기 절연면(5)은 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)의 변형도를 충분히 낮은 오차 범위로 상기 압전 소자(1)에 전달할 수 있을 수준으로 높은 탄성 계수를 갖고, 충분히 얇은 상태일 때에도 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)와 압전 소자(1)를 절연시킬 수 있는 수준의 저항을 갖는 테플론 등의 물질을 포함할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명 압전 소자 프로브 스테이션 탐침은 켄틸레버 형태의 프로브 스테이션 탐침의 외팔보에 압전 소자(1)와 상기 압전 소자(1)의 전기적 신호를 전달받을 수 있는 전극을 추가로 장치하여, 미세한 회로나 패드에 탐침이 접촉할 때, 접촉의 여부와 그 응력을 조절하여 미세 패드보다 큰 탐침으로 인해 소자 분석이 불가능하거나, 접촉 응력을 조절하지 못해 전극에 손상이 가해지는 종래와 같은 문제를 해결하여 고도로 집적화 되는 현재의 반도체 회로 소자의 전기적 특성 파악을 용이하게끔 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 압전 소자 프로브 스테이션 탐침의 외관을 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 압전 소자 프로브 스테이션 탐침의 외관을 나타낸 평면도이다.
도 3은 압전 소자 프로브 스테이션 탐침의 일실시예에서 벨로우에 장착된 것을 모식적으로 나타낸 것이다
도 4은 압전 소자 프로브 스테이션 탐침의 일실시예에서 실제 프로프 스테이션에서 다수의 패드에 한 개당 한 개의 탐침이 쓰이는 것을 나타낸 것이다.

도 1은 본 발명의 압전 소자 프로브 스테이션 탐침의 외관을 나타낸 측면도이다

이하 도 1을 참조하여 본 발명의 압전 소자 프로브 스테이션 탐침에 대해서 설명하고자 한다.

상기 압전 소자 프로브 스테이션 탐침은 프로브 스테이션 팁(6), 원자간력 현미경 칩(2), 벨로우(9(1)를 포함할 수 있다.

프로브 스테이션 팁(6)은 전체 탐침의 구조를 지지하며, 실시 됐을 때 벨로우(9)에 연결되어 사용하며, 상단부의 경우 압전 소자(1)의 전기적 신호를, 하단부의 경우 측정 대상이 되는 패드로 부터의 신호를 전달한다. 상단부와 하단부는 모두 텅스텐 등의 높은 전기 전도도와 경도 및 강도를 갖는 물질로 이루어져 본 발명의 탐침이 측정 대상에 접촉하는 과정에서 전기 신호를 분석 장비에 무리 없이 전달할 수 있도록 하고, 접촉 과정 동안 손상이 없도록 한다. 또, 그 상단부와 하단부 사이에는 충분한 절연성을 지닌 테플론 등으로 이뤄진 절연면(5)을 포함하여 상기 상단부와 하단부 사이의 전기적 신호의 교차가 없도록 한다.

원자간력 현미경 칩(2)은 원자간력 현미경 켄틸레버(3)와 원자간력 현미경 팁(4)을 지지한다. 상기 세 부분은 일반적인 경우 같이 실리콘으로 이뤄져 있으나 본 발명에서는 원자간력 현미경 칩(2)만이 실리콘으로 이루어져 상기 원자간력 현미경 팁(4) 및 켄틸레버와 상기 프로브 스테이션 팁(6) 상단부와의 절연을 담당한다. 원자간련 현미경 켄틸레버와 팁의 경우 전기적 신호를 매개해야 하므로 금 등의 전기전도성이 높으면서 강도가 좋은 금속으로 구성된다. 원자간력 현미경 켄틸레버(3)는 탐침이 측정 대상 패드에 접촉 시 응력에 따라 휘는 정도가 바뀌는 동작을 한다. 원자간력 현미경 케틸레버 상단에는 상기 압전 소자(1)가 장치되어 있어 켄틸레버가 휘는 정도에 따라 압전적 성질로 인해 전기적 압력을 상기 프로브 스테이션 팁(6) 상단부에 전달한다. 원자간력 현미경 팁(4)은 측정 대상 패드에 접촉하여 소자의 전기적 특성 및 성능에 해당하는 전기 신호를 상기 프로브 스테이션 팁(6) 하단부에 전달한다.

1 : 압전 소자
2 : 원자간력 현미경 칩
3 : 원자간력 현미경 켄틸레버
4 : 원자간력 현미경 팁
5 : 프로브 스테이션 팁 내부 절연면
6 : 프로브 스테이션 팁
7 : 압전 소자와 프로브 스테이션 팁 상단을 연결하는 전극
8 : 원자간력 현미경 팁과 프로브 스테이션 팁 하단을 연결하는 전극
9 : 프로브 스테이션 벨로우

Claims

압전 소자(1) 프로브 스테이션 탐침의 구조에 있어서,
측정하고자 하는 소자의 신호를 전달할 프로브 스테이션 팁(6)과;
프로브 스테이션 팁(6) 하단에 부착되는 원자간력 현미경 칩(2)과;
원자간력 현미경 칩(2) 하단에 부착되어 있는 원자간력 현미경 켄틸레버(3)와;
원자간력 현미경 켄틸레버(3) 하단에 부착되어 있는 원자간력 현미경 팁(4)과;
프로브 스테이션 팁(6) 상단에 전기적으로 연결되며, 켄틸레버에 부착된 압전 소자(1)와;
압전 소자(1)과 켄틸레서 사이를 절연시킬 절연면(5);을 포함하여 구성된 압전 소자 프로브 스테이션 탐침.
제 1항에 있어서,
상기 압전 소자 프로브 스테이션 탐침은 상기 압전 소자(1)의 신호를 전달하는 상단과, 소자의 신호를 전달하는 하단이 각각 충분히 작은 전기적 저항과 기계적 강도를 가진 텅스텐 등의 금속으로 이루어져 있으며 그 사이가 절연성과 부착력이 충분한 ANE-10700등의 에폭시 레진으로 절연되어 있는 특징을 갖는,
압전 소자 프로브 스테이션 탐침.
제 1항에 있어서,
상기 원자간력 현미경 칩(2)은 상기원자간력 현미경 켄틸레버(3)와, 프로브 스테이션 팁(6)을 절연시킬 수 있는 절연체로 이뤄진 특징을 갖는
압전 소자 프로브 스테이션 탐침.
제 1항에 있어서,
상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)는 상기 원자간력 현미경 팁(4)과 프로브 스테이션 팁(6) 사이에 신호를 전달할 수 있을 정도의 낮은 저항을 가지며, 상기 압전 소자(1)가 압전적 특성을 나타낼 수 있을 정도로 충분한 변형이 가능한 수준의 강도를 갖는 도체로 이뤄진 특징을 갖는,
압전 소자 프로브 스테이션 탐침.
제 1항에 있어서,
상기 원자간력 현미경 팁(4)은 프로브 스테이션으로 측정하고자 하는 패드에 접촉했을 때 전기적 신호를 전달할 수 있을 정도로 저항이 충분히 작고, 수십 나노미터 이내의 말단 직경을 가지며, 상기 압전 소자(1)가 압전적 특성을 나타낼 수 있을 정도의 하중을 견딜 수 있을 정도의 경도를 갖는 도체로 이뤄진 특징을 갖는,
압전 소자 프로브 스테이션 탐침.
제1항에 있어서,
상기 압전 소자(1)는 실험적을 가할 수 있는 변형도가 가해졌을 때, 측정 가능한 수준의 전압을 형성하는 성질을 갖는 물질로 이루어진 특징을 갖는,
압전 소자 프로브 스테이션 탐침.
제1항에 있어서,
상기 절연면(5)은 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)의 변형도를 충분히 낮은 오차 범위로 상기 압전 소자(1)에 전달할 수 있을 수준으로 높은 탄성 계수를 갖고, 충분히 얇은 상태일 때에도 상기 원자간력 현미경 켄틸레버(3)와 압전 소자(1)를 절연시킬 수 있는 수준의 저항을 갖는 테플론 등의 물질로 이뤄진 특징을 갖는,
압전 소자 프로브 스테이션 탐침.