KR100242531B1

KR100242531B1 - 프로브 카드 어셈블리 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100242531B1
Application number: KR1019930027536A
Authority: KR
Inventors: 미야데쓰야 우쓰노; 도모아키 모치즈키; 히데토시 기무라
Original assignee: 히가시 데쓰로; 동경 엘렉트론주식회사; 이노우에 쥰이치; 도쿄 에레쿠토론 야마나시 가부시키가이샤
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 2000-02-01
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH06180330A; KR940016978A; US5521523A; JP3066784B2

Abstract

프로브 테스트 중에 프로브 침이 접촉하는 기판으로부터 열적 영향을 받는 프로브 카드 어셈블리로서, 상기 기판에 접촉될 다수 개의 프로브 침을 가지는 프로브 카드 유니트와, 이 프로브 카드 유니트를 그 중앙부에 유지하는 홀더를 구비하고 있다. 이 홀더는 본체 프레임의 상판에 의하여 지지되고, 프로브 카드 유니트를 아래 쪽으로부터 지지하는 링부재와, 이 링부재에 생기는 국부응력 집중을 완화하기 위한 절단 단부 및 슬로트 구멍을 가진다.

Description

프로브 카드 어셈블리 및 그 제조방법

제1도는 프로브 장치를 나타내는 전체 개요도.

제2도는 본 발명의 실시예에 관한 프로브 카드 어셈블리를 나타내는 종단면도.

제3도는 본 발명의 실시예의 프로브 카드 어셈블리를 아래에서 보고 나타내는 평면도.

제4도는 실시예의 프로브 카드 어셈블리를 아래에서 보고 나타내는 평면도.

제5도는 프로브 카드 홀더의 일부를 나타내는 사시도.

제6도는 본 발명의 실시예에 관한 프로브 카드 어셈블리의 제조방법을 나타내는 플로우챠트.

제7도는 프로브 카드 어셈블리의 설계 제작을 설명하기 위하여 프로브 카드 어셈블리를 아래에서 보고 나타내는 평면도.

제8도는 프로브 카드 어셈블리의 설계 제작을 설명하기 위하여 프로브 카드 어셈블리를 위에서 보고 나타내는 평면도.

제9도는 프로브 카드 어셈블리의 설계 제작을 설명하기 위하여 프로브 카드 어셈블리의 각 부분에 있어서의 온도변화를 나타내는 위에서 보고 나타내는 특성도.

제10도는 프로브 카드 어셈블리의 설계 제작을 설명하기 위하여 프로브 카드 어셈블리의 변위량을 나타내는 특성도.

제11도는 프로브 카드 어셈블리의 설계 제작을 설명하기 위하여, 웨이퍼 스테이지로부터 프로브 카드 어셈블리에의 열이동을 모델화하여 나타내는 모식도.

제12도는 프로브 카드 어셈블리의 설계 제작을 설명하기 위하여, 프로브 카드 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 평면도.

제13도는 프로브 카드 어셈블리의 설계 제작을 설명하기 위하여, 프로브 카드 홀더의 프로파일을 나타내는 도면.

제14도는 프로브 카드 어셈블리의 열변형을 설명하기 위하여, 프로브 카드 어셈블리의 일부를 절단하여 나타내는 부분 평면도.

제15도는 프로브 카드 홀더의 응력집중 부분을 설명하기 위하여, 프로브 카드 홀더의 프로파일을 나타내는 도면.

제16도는 프로브 카드 어셈블리의 열변형의 모습을 설명하는 도면.

제17도는 프로브 카드 어셈블리의 열팽창의 모습을 설명하는 평면모식도.

제18도는 실시예의 프로브 카드 어셈블리의 온도분포에 대하여, 실측치의 결과를 수치계산의 결과와 비교하여 나타내는 특성도.

제19도는 실시예의 프로브 카드 어셈블리의 열변형 부분을 나타내는 부분평면도.

제20도는 실시예의 프로브 카드 어셈블리의 응력분포 상태를 가시화하여 나타내는 특성도.

제21도는 실시예의 프로브 카드 어셈블리에 설치한 프로브 침의 열변위를 나타내는 특성도.

제22도는 다른 실시예의 프로브 카드 어셈블리를 나타내는 종단면도.

제23도는 다른 실시예의 프로브 카드 어셈블리를 아래에서 보고 나타내는 평면도.

제24도는 다른 실시예의 프로브 카드 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 종단면도.

제25도는 다른 실시예의 프로브 카드 어셈블리를 아래에서 보고 나타내는 부분 평면도.

제26도는 다른 실시예의 프로브 카드 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 종단면도.

제27도는 다른 실시예의 프로브 카드 어셈블리의 일부를 나타내는 부분 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,3,83 : 홀더 2 : 프린트 기판

3a,3b,3c : 단차 4,84 : 제1링부재(제1링부, 링부재)

5,95 : 제2링부 20 : 함체

21 : 유니트(침고정대, 카드부재) 22 : 프로브 침(재치대)

22a : 실험 튜브 23 : 스테이지

23a : 히터 24 : 구동기구

25 : 컨텍트 링 26 : 테스트 헤드

30 : 어셈블리 33 : 중앙개구

41 : 스페이서 51 : 제1상면

53 : 작은 플랜지 54 : 상판

55 : 탄성부재 61 : 제1긴 구멍

62 : 제2긴 구멍 71 : 간격

72 : 연결부 74 : 절단홈

86 : 나사 88 : 홈

90 : 판 91 : 접촉부재

92 : 부재 101,102,103 : 경사선 영역

E : 열전도류 J : 이점쇄선

K : 점선 L,M,N,P,Q,R : 곡선

W : 반도체 웨이퍼 f : 내측영역

본 발명은, 반도체 디바이스의 프로브 테스트에 사용되는 프로브 카드 어셈블리에 관한 것이다.

반도체 칩을 프로브 테스트하는 경우는 웨이퍼를 스테이지 상에 재치하고, 이것에 프로브 침을 접촉시키고, 프로브 침을 통하여 테스터로부터 칩 회로에 테스트 신호를 보낸다. 다수 개의 프로브 침은 프로브 카드 유니트에 설치되고, 프로브 카드 유니트는 카드 홀더에 유지되어 있다. 또, 프로브 카드 유니트는 콘택트 링을 통하여 테스트 헤드에 전기적으로 접속되어 있다. 카드 홀더에는 동심원 형상으로 3 개의 단차부가 형성되어 있다. 이와 같은 프로브 카드를 사용하여 웨이퍼(W)의 전기적인 측정을 하는 경우는, 웨이퍼 표면과 프로브 침의 침끝과의 간격이, 예를들면 100㎛로 되는 위치에 스테이지를 정지시키고, 이어서 스테이지를 상승시켜서 프로브 침과 웨이퍼 상의 여러 개의 칩 패드를 동시에 접촉시킨다. 또 80㎛ 상승시키고 오버 드라이브를 걸어서 프로브 침이 패드에 확실하게 전기적으로 접촉되도록 한다.

그런데, 최근의 프로브 테스트에서는, 각각 칩으로 자르기 전에, 웨이퍼의 상태에서 스테이지에 내장되어 있는 히터에 의하여 웨이퍼를, 예를들면 60℃~150℃ 전후의 온도로 가열하고, 고온조건하에서 테스트할 수가 있다.

이와 같은 고온조건하에서 테스트하면, 카드 유니트 및 카드 홀더가 열팽창하고, 이 때문에 프로브 침 끝의 레벨(프로브 침 끝의 높이 위치)이 상온시에 비하여 낮게 되어 간다. 따라서 카드 유니트 및 카드 홀더의 온도가 가열된 웨이퍼의 온도에 대하여 안정하기 전에, 즉 프로브 침 끝의 레벨이 안정하기 전에 프로브 침과 전극 패드를 접촉시키면, 접촉후의 웨이퍼로부터의 전열에 의하여 프로브 카드가 열팽창하여 프로브의 침 끝이 웨이퍼 표면에 강한 힘으로 눌러 붙여진다.

한편, 최근에는 IC 칩의 고집적화에 따라 패드수가 증가하고 있으며, 한번에 프로브 침을 접촉시키는 IC 칩이 많게 되는 경향이 있기 때문에, 프로브 침의 수가, 예를들면 1500개나 되는 경우도 있다. 프로브 침이 패드에 설정하중보다도 강한 힘으로 눌러지면 프로브 침의 전체에서 스테이지에 가해지는 하중이 상당히 크게되며, 스테이지의 구동기구 속의 베어링이 변형하여 스테이지가 기울게 되며, 이 결과 프로브 침의 일부가 패드와 접촉불량으로 되며, 정확한 측정이 행해지지 않을 수가 있다. 또, 프로브 침이 변형하고, 이에 따라 프로브 침이 손상할 우려가 있으며, 과잉된 오버 드라이브에 의하여 IC칩이 손상할 우려도 있다.

본 발명이 목적으로 하는 바는, 피검체를 가열 또는 냉각한 상태에서 프로브 테스트를 함에 있어서, 프로브 침 끝의 열변위를 작게할 수 있는 프로브 카드 어셈블리 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 본 발명에 따르면, 프로브 테스트 중에 피검체로부터 열적 영향을 받는 프로브 카드 어셈블리는, 피검체에 접촉될 다수 개의 프로브 침을 가지는 프로브 카드 유니트와, 이 프로브 카드 유니트를 그 중앙부에 유지하는 홀더 수단을 구비하며, 상기 홀더 수단은, 다른 부재에 의하여 지지되며, 상기 프로브 카드 유니트를 하측으로부터 지지하는 링부재와, 이 링부재에 생기는 국부 응력집중을 완화하는 응력집중 완화수단을 가진다.

상기 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프로브 테스트 중에 피검체로부터 열적 영향을 받는 프로브 카드 어셈블리는, 다수 개의 프로브 침을 가지는 프로브 카드 유니트를 가열 또는 냉각하는 공정과, 가열 또는 냉각에 의하여 생긴 프로브 카드 유니트의 열변위를 계측하는 공정과, 계측한 프로브 카드 유니트의 열변위가 허용량을 넘고 있는 경우는 프로브 카드 유니트의 구조 및 / 또는 그 구성부품의 재질의 조합을 변경하는 공정을 가진다.

웨이퍼를 스테이지상에 놓고 소정의 온도로 가열 또는 냉각하고, 이 웨이퍼에 프로브 침을 접촉시켜서 프로브 테스트한다.

프로브 카드는 가열 또는 냉각되고, 열변형을 일으킨다. 이 때문에, 프로브 카드 유니트의 단차부나, 본체 프레임과의 부착부분에 응력이 집중하여 프로브 카드 유니트에 열변위가 일어나고, 접촉수단이 상측 또는 하측(프로브 카드가 수직을 향하고 있는 장치에서는 좌측 또는 우측)으로 변위한다.

이와 같이 하면, 그 열변위가 소정의 변위내에 들도록 개량을 하여 프로브 카드가 제조되기 때문에, 프로브 침을 소정의 하중으로 웨이퍼에 접촉시킬 수 있다.

[실시예]

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 관한 프로브 카드 어셈블리에 대하여 설명한다.

제1도에 나타낸 바와 같이, 프로브 카드 어셈블리(30)는, 프로브 장치의 함체(20) 상부에 있는 상판에 부착되어 있다. 프로브 카드 어셈블리(30)의 바로 밑에는 스테이지(23)가 설치되며, 스테이지(23)상의 반도체 웨이퍼(W)가 프로우빙 테스트되도록 되어 있다. 스테이지(23)는, 구동기구(24)에 의하여 X축, Y축, Z축, θ회전 방향으로 각각 이동되도록 되어 있으며, 히터(23a)를 내장하고 있다. 히터(23a)에 의하여 웨이퍼(W)는 가열되도록 되어 있다. 또, 히터(23a)와 동시에 냉각액을 순환시키는 것에 의하여 스테이지를 냉각하는 쟈켓이 형성되고, 쿨러(도시하지 않음)를 스테이지(23)에 설치하고, 웨이퍼(W)를 냉각하도록 하여도 좋다. 프로브 카드 어셈블리(30)의 바로 위에는 컨텍트 링(25)이 설치되며, 컨텍트 링(25)의 포고핀(도시하지 않음)에 의하여 프로브 카드 어셈블리(30)와 테스트 헤드(26)이 전기적으로 접속되어있다. 이와 같은 프로브 장치는, 예를들면 미국 출원번호 07/978,389 호에 기재되어 있다.

이어서, 제2도 내지 제4도를 참조하면서, 프로브 카드 어셈블리에 대하여 설명한다.

프로브 카드 어셈블리(30)는, 프로브 침과 테스트 헤드와의 사이의 배선에 형성된 프린트 기판(2)과, 홀더(3)와, 침 고정대(프로브 유니트)(21)를 가진다. 홀더(3)는 스테인레스강 등의 금속제의 링형상 부재이다. 프린트 기판(2)은 홀더(3)에 유지되어 있다. 프로브 유니트(12)는 프린트 기판(2)의 하면측에 부착되어 있다. 제3도는 프로브 카드 어셈블리(30)를 아래에서 본 도면이며, 도면중 작은 고리와 검은 고리는 각각 후술하는 온도 측정점을 나타낸다. 또, 제4도에서는 프린트 기판(2)의 도시를 생략하고 있다.

프린트 기판(2)의 회로는 포고 핀(도시하지 않음)을 통하여 테스트 헤드(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또 테스트 헤드에는 테스트가 접속되어 있다. 테스트 신호(테스트 스타트 신호나 테스트 종료 신호)는, 테스터(도시하지 않음)로부터 테스트 헤드 및 프로브 카드 어셈블리(30)를 경유하여 칩 회로에 보내지도록 되어 있다.

홀더(3)는, 제1링부(4)와 제2링부(5)를 가진다. 평면도에서는 제2링부(5)의 내주부는 제1링부(4)의 외주부에 부분적으로 겹치도록 설치되어 있다. 제1링부(4)의 쪽이 제2링부(5) 보다도 아래에 위치하고 있다.

제2링부(5)의 외주부에는 10 개의 작은 플랜지(53)가 설치되어 있다. 홀더(3)는 함체(20)의 상판(54)에 부착되어 있다. 상판(54)과 작은 플랜지(53) 사이에는 탄성부재(55)가 각각 삽입되어 있다. 탄성부재(55)에는 고무제 링 등을 사용한다.

제5도에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2링부(4,5)는, 6 개의 연결부(72)로 서로 연결되어 있다. 6 개의 연결부(72)와 연결부(72) 사이에는 절단홈(74)이 각각 형성되며, 제1 및 제2링부(4,5) 사이에 간격(71)이 형성되어 있다.

제3도의 평면도 중에서는 간격(71)의 폭은 약 1㎜이다.

제2도에 나타낸 바와 같이, 제1링부(4)의 내주단면에는 제1단차부(3a)가 형성되어 있다. 또, 제2링부(5)의 외주단면에는 제2단차부(3b)가 형성되어 있다. 제1단차부(3a)와 제2단차부(3b)는 동심원 형상으로 배열되어 있다. 홀더(5)의 제1상면(51)은, 제2단차부(3b)보다 외주면에 있으며, 이것이 프로브 유니트(12)를 프로브 장치의 상판(54)에 부착하기 위한 기준면으로 된다. 또, 프린트 기판(2)은 제2상면 상에 유지되어 있다.

프로브 유니트(21)는 프린트 기판(2)의 하면에 접촉한 상태로 부착되어 있다. 이 유니트(21)는, 홀더(3)의 중앙 개구(33)에 삽입되어 있으며, 스페이서(41)를 통하여 제1링부재(4)의 내주부 표면에 유지 고정되어 있다. 스페이서(41)는 두께 약 1㎜의 스테인레스 강 부재로 만들어져 있다. 프로브 유니트(21)내에는 수 백개 내지 수천 개의 프로브 침(22)이 수직으로 고정되어 있다. 프로브 침(22)의 직경은 약 70㎛이다. 각 프로브 침(22)은, 그 기초단측이 프린트 기판(2)의 표면의 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 이 프로브 침(22)은, V, Pd-Ag합금, 또는 Be-Cu합금 또는 Au-Cu합금 등으로 되는 심선에 실험 튜브(22a)를 피복하고, 또 실험 튜브(22a)에 전기적인 절연층으로서 폴리파라크실렌을 피복한 것이다.

제1단차부(3a)의 안 쪽(반경방향 안 쪽) 근방에는, 6개의 긴 구멍(61)이 형성되어 있다. 이 들의 제1긴 구멍(61)은 연결부(72)의 안 쪽에 위치하고 있다. 또, 이 들 제1긴 구멍(61)의 안 쪽에는 2 개의 제2긴 구멍(62)이 형성되어 있다. 제2긴 구멍(62)은 프로브 유니트(21)의 좌우에 위치하고 있다. 제1 및 제2긴 구멍(61,62)은 동심원 형상으로 원호를 이루도록 배치되어 있다.

이어서, 상기 프로브 장치를 사용하여 8인치 직경의 웨이퍼(W)상의 칩을 프로브 테스트하는 경우에 대하여 설명한다.

우선, 웨이퍼(W)를 스테이지(23)상에 놓고, 히터(23a)에 의하여 웨이퍼(W)를 100℃ 전후로 가열함과 동시에, 웨이퍼(W)와 프로브 침(22)과의 위치맞춤을 한다.

이어서, 스테이지(23)를 상승시켜서 프로브 침(22)을 8 개의 IC칩의 전극 패드에 동시에 접촉시키고, 또 80㎛만 상승시켜서 오버 드라이브를 건다.

이러한 후에 테스트 헤드(26)에 의하여 IC칩에 대하여 소정의 전기적인 특성이 테스트된다. 이 테스트에는 약 3분간의 시간을 필요로 한다. 다음의 IC칩을 테스트하기 위하여 스테이지(23)를 이동시키기에 수백밀리 초(msec)의 시간을 필요로 한다.

여기에서, 프로브 카드 어셈블리(30)는 웨이퍼(W)로부터 프로브 침(22)을 통하여 열전도나 대류에 의하여 열이 전달되어, 열변형한다. 그러나, 제1링부(4)의 안 쪽 근방에 긴 구멍(61,62)을 설치하고 있기 때문에, 이 들의 긴 구멍(61,62)에 의하여 홀더(3)에 생기는 국부응력 집중은 완화된다. 이 때문에, 프로브 카드 어셈블리(30)의 열변위, 즉 프로브 침(22)의 침 끝의 아래 방향(Z축방향의 변위량)이 매우 작게 된다. 따라서 스테이지(23)에 무리하게 과대한 부하가 걸리지 않기 때문에, 스테이지(23)의 경사를 최소로 억제할 수 있고, 또 프로브 침(22)에 의하여 IC칩을 손상시킬 유려도 없다.

이어서, 제6도 내지 제17도를 참조하면서 상기의 프로브 카드 어셈블리(30)를 설계 및 제작하는 경우에 대하여 설명한다.

우선, 종래 제품에 개량점을 더한 프로브 카드 어셈블리를 CAD를 사용하여 설계한다(공정 S1). 설계상의 기본 개념은 열응력의 완화이다. 설계된 개량형 프로브 카드 어셈블리를 실제로 작성하고(공정 S2), 이것을 프로브 장치의 본체에 부착한다(공정 S3).

프로브 카드 어셈블리(30)를 웨이퍼 스테이지(23)와 대면시키고, 프로브 침(22)을 금속제의 더미 웨이퍼에 접촉시키며, 프로브 카드 어셈블리(30)를 히터(23a)를 간접적으로 가열한다(공정 S4).

또는, 프로브 카드 어셈블리(30)를 냉각한다. 홀더(3)의 각부의 온도를 열전쌍을 사용하여 각각 검출한다(공정 S5).

제7도, 제8도에 나타낸 바와 같이, 홀더(3)상의 상면측에 3 점씩 계 9점에 대하여 온도를 검출하였다. 이 외에 프로브 장치 내의 온도, 프로브 카드 어셈블리 상부의 온도 및 실온을 측정하였다. 도면 중, 하얀 고리가 달린 번호 T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9, T10, T11, T12, T13, T14, T15, T16, T17, T18은, 각각 열전쌍에 의한 온도 측정점을 표시한다.

제9도는, 횡축으로 측정시간을 취하고, 횡축으로 측정온도를 취하여 상기 각 측정점에 있어서의 온도변화를 조사한 결과를 나타내는 그래프이다. 총 측정시간은 150 분간이다. 측정개시로부터 약 20분간 급격하게 온도상승하고, 60분후에는 대략 보합상태로 되지만, 150분까지 약간이지만 상승을 계속하였다. 실온(RT)은 측정하고 있는 사이 대략 27℃ 로 안정하고 있다. 도면 중, MT는 프로브 장치 내의 검출온도 이력을, CT는 프로브 카드 어셈블리 상부의 검출온도 이력을 각각 나타낸다. 또, 이 측정에 사용한 카드 홀더(3)는 외경이 320㎜이고, 프로브 카드 어셈블리(2)의 외경은 250㎜이다.

또, 홀더(3)는 스테인레스강(JIS 규격 SUS303)으로 만들어지며, 카드 유니트(12)는 황동(BsBm)으로 만들어져 있다. 홀더(3)의 온도가 프로브 테스트 온도로 같게 된 바(공정 S6), 프로브 카드 유니트(12)에 발생한 Z방향의 열변위를 계측한다(공정 S7). 계측한 열변위량 데이터를 컴퓨터 연산 시스템에 입력하고, CAD 를 이용하여 프로브 (22) 침 끝에 생긴 변위를 시물레이션한다(공정 S8). 시물레이션 결과로부터 프로브 카드 유니트(21)의 변위가 허용될 수 있는 것인가 아닌가를 판정한다(공정 S9), 허용가능한 경우는 그 프로브 카드 어셈블리를 테스트로 사용할 수 있기 때문에, 프로브 테스트를 실행한다(공정 S10). 허용가능하지 않는 경우는 최초의 공정(S10)으로 되돌려 프로브 카드 어셈블리의 설계를 수정한다.

그리고, 새로운 프로브 카드 어셈블리를 만들고 같은 트라이 엔드 에러를 되풀이한다.

이어서, 프로브 카드 어셈블리 각부의 측정에 대하여 설명한다.

온도측정과 동시에 프로브 카드 어셈블리 각부의 열변위의 측정도 행하였다. 측정방법은 최초로 재치대(23)를 87℃ 로 가열하고, 이 재치대(23)를 상승시키고 더미 웨이퍼가 프로브 (22)의 침끝에 접촉시킨다. 이 접촉은 접촉전류를 검출하는 것에 의하여 이루어진다. 그 접촉위치를 기억하고, 가열개시 후, 4분간격으로 재치대(23)를 상하로 하여 프로브 (22) 침 끝의 위치를 기억한다.

제10도는 횡축에 측정시간을 취하고, 종축에 프로브 (22) 침 끝 위치의 Z 변위를 취하여, 프로브 (22) 침 끝의 위치의 시간경과 변화를 나타내는 그래프이다.

이 도면으로 알 수 있는 바와 같이, 측정개시로부터 20분간으로 프로브 (22) 침 끝은 급격하게 내려가고, 30초후에 최대전위 155㎛ 로 된다. 거기에서 프로브 (22) 침 끝은 약간 상승하고, 80분 경과 이후는 변화하지 않고 145㎛로 일정하게 된다.

또, 재치대(23)의 Z방향 가동정도는 ± 5㎛정도이다.

이어서, 제11도, 제12도를 참조하면서 스테이지(23)로부터 프로브 카드 어셈블리 각부에의 열의 이동에 의하여 개략적으로 설명한다.

메인 열류는 재치대(23)로부터 침 고정대(21)에 직접 전해지는 열전도류(E)와, 재치대(23)에 의하여 따뜻해진 공기의 열대류(H)이다. 또, 유입한 열의 일부는 분위기 중에 방열되고(열류F), 나머지는 상판(54) 등으로 전도한다(열류 G)고 생각된다. 여기에서 열류모델을 간단하게 하기 위하여 열전도만을 고려하고, 재치대(23)로부터 침고정대(21)를 통하여 온 열은 모두 상판(54)으로 흐르는 것으로 하였다.

이에따라 열의 경계조건은 경계온도만으로 된다.

제12도에 나타낸 바와 같이, 모델형상은 홀더(3)의 4분의 1로하여 온도를 계산한다. 즉 홀더(3)의 실측온도를, 경계온도로 하여 열변형한 형상을 컴퓨터에 의하여 시물레이션하였다. 경계온도는 침고정대(21)와 접촉하는 개소에 51℃, 외주에 35℃ 를 측정한다. 이것은 제9도에 나타낸 실측온도로부터 결정된다. 하기 표1에 나타내는 물리정수를 컴퓨터 시뮬레이션의 연산을 사용하였다.

프로브카드 어셈블리 각부의 온도를 구한 결과를 제13도에 나타낸다. 온도분포는 홀더 중앙부분a에서 46~51℃로 되며, 순차, 부분 b에서 43~46℃, 부분 c에서 39~43℃, 부분 d에서 37~39℃, 홀더 테두리부분e에서 35~37℃로 되었다. 또, 홀더 상하면 사이에는 실질적으로 온도차이는 없다.

제14도에 나타낸 바와 같이 홀더 및 카드는 열변형(또는 변위)한다. 도면중, 파선은 변형전의 홀더를 나타내며, 실선은 변형 후의 홀더 및 카드를 나타낸다. 이 도면은 상기 온도차이에 의하여 생기는 열변위(또는 변위)를 계산에 의하여 구하는 것이다.

이 결과, 변위량은 홀더 테두리부에서부터 중앙부를 향하여 서서히 크게 되며, 홀더 중앙부분a에서의 변위량은 최대 126㎛에 달한다.

또, 이 때의 응력분포를 조절한 바, 제15도에 나타낸 바와 같이, 제2단차부(3b)의 내측영역(f)에 큰 응력이 작용하고 있는 것을 알았다. 이에 따라 카드부재(침고정대)(21)는, 홀더(1)를 윗 쪽으로 끌어 올림과 동시에, 스스로 자신도 반대로 올라간다. 이것은 황동(BsBm)제의 카드부재(21) 쪽이 스테인레스 강제의 홀더(3) 보다도 선팽창율이 큰 것에 기인한다. 이에따라 Z축방향의 변위는 123.5㎛ 로 약간 감소한다.

이어서, 제16도, 제17도를 참조하면서 상기 열변형이 생기는 이유에 대하여 다시 설명한다. 제16도, 제17도중에 화살표로 나타낸 바와 같이, 홀더(3)의 중앙부로부터 외부 테두리부를 향하여 등방적으로 열팽창한다. 이 경우에 단차(3a,3b,3c)의 각각의 개소에 불연속적으로 변형한다. 즉 단차가 높은 부분은 낮은부분에 의하여 외주측을 향하여 눌러지는 것에 의하여 양자의 연결부분은 찌그러짐을 일으키지 않으나, 높은 부분 중 비연결부분(눌려지지 않은 부분)은 생기지 않는다. 이 결과, 각 단차(3a,3b,3c)가 높은 부분에 아래 쪽을 향하는 모멘트가 작용한다. 홀더(3)의 테두리부는 다시 큰 부재에 고정되어 있기 때문에, 홀더 중앙부가 아래 방향으로 변위하는 것으로 된다.

제18도에 수치계산에 의하여 구해진 온도분포와 실측온도분포와를 비교하여 나타낸다.

도면중의 이점쇄선(J)과 점선(K)은 수치계산에서 얻어진 온도분포이며, 각각 B방향, C방향을 따른 온도분포이다. 기타는 제7도, 제8도에서 나타낸 150분 후의 정상(定常)상태에서의 온도분포이고, 각각 곡선(L)이 A 상면에 있어서의 온도분포를, 곡선(M)이 A 하면에 있어서의 온도분포를, 곡선(N)이 B 상면에 있어서의 온도분포를, 곡선(P)이 B 하면에 있어서의 온도분포를, 곡선(Q)이 C상면에 있어서의 온도분포를, 곡선(R)이 C 하면에 있어서의 온도분포를 나타낸다. 도면에서 명확한 바와 같이 실측온도분포 L,M,N,P,Q,R과 수치계산 온도분포 J,K와는 거의 일치한다. 단 측정치는 상면과 하면에서 1~2℃의 온도차이 있다.

이상과 같이 이해되는 바와 같이, 홀더(3)는, 안 쪽이 고온이고 바깥쪽을 따라서 저온으로 된다. 이 때문에 바깥쪽을 향하여 등방적(等方的)으로 열팽창하기 때문에, 단차부(3b)의 근방에서 집중하고, 이 결과 홀더 중앙부가 하방으로 변위한다.

따라서, 홀더(3)의 단차부(3b)의 수를 이것 보다 1 개 줄여서 3 단구조로 하는 것에 의하여 응력집중개소를 줄이고, 홀더 중앙부에 있어서의 Z방향 변위를 작게 한다.

또, 긴 구멍(61,62)을 설치하고 있기 때문에, 이들 긴 구멍(61), (62)에서 열팽창이 탄성변형하여 흡수된다. 이 결과, 단차부(3a)의 측면 경사가 억제되기 때문에, 프로브 침(22)의 아래 쪽에의 Z변위가 상당히 작게 된다.

제19도에 상술한 실시예의 프로브 카드 어셈블리가 변형한 모습을 나타낸다. 제20도에 홀더에서 발생한 응력분포를 컴퓨터에 의하여 구한 도면을 나타낸다. 제19도에서는 열변형율을 약 200 배로 확대하고 있다. 또 제20도중의 경사선 영역(101,102,103)에 생기는 응력은 각각 -2.12~-0.06, 0.06~2.68, -2.12~-0.06이고, 기타영역은 -0.06~0.06이었다. 도면으로 알 수 있는 바와 같이, 긴 구멍(61,62) 부분에서 탄성변형이 일어나고, 이에따라 단차부(3a) 부근의 국부응력이 완화된다.

또, 프로브 카드 홀더(3)는 두께 4~5㎜, 외경 320㎜이다. 또, 링부재(4,5) 사이의 단차부(3a) 내경은 186㎜이다. 또, 긴 구멍(61,62)의 폭은 각각 10㎜씩이다. 또, 아래 쪽으로부터의 평면시야 내에서의 간격(71)은 약 1㎜이다.

본 실시예의 구조의 프로브 카드를 사용하여 프로브 침(22)의 Z방향의 변위를, 종래의 프로브 카드 어셈블리의 경우와 같게 측정한 바 제21도에 나타내는 결과가 얻어졌다. 도면으로 알 수 있는 바와 같이, 스테인레스 강제의 홀더(3)를 사용한 경우에 최대변위는 15㎛으로 되었다. 이에 대하여 종래의 프로브 카드 어셈블리에서는 최대변위는 155㎛(제10도 참조)이다.

알루미늄제의 홀더(3)를 사용한 경우에 최대변위는 ±5㎛ 이내였다. 또 본 실시예와 같이 홀더(3)를 3단구조로 하면 바람직하지만, 3단구조라도 긴 구멍(61,62)을 형성하지 않는 경우에는 80㎛ 정도로, 종래의 절반정도밖에 되지 않았고, 실질적인 효과를 얻기 위해서는 긴 구멍(61,62)이 필요하다.

또, 국부응력 완화를 위하여 홀더(3)에 형성하는 구멍은, 긴 구멍(슬로트 구멍)만에 한정되지 않고, 원형의 구멍이나 사각형 구멍이어도 좋다. 또, 여러개의 구멍을 동심원 형상으로 이중형성하여도 좋다.

또, 제22도, 제23도에 나타낸 바와 같이, 2 개의 링부재(84,85)를 조합시켜서 홀더(83)를 구성하여도 좋다. 이 경우에 제1링부재(84)는 제2링부재(85)에 6 개의 나사(86)로 고정되어 있다.

또, 제24도, 제25도에 나타낸 바와 같이, 안 쪽의 링부재(84)에 4 개의 홈(88)을 형성하여도 좋다. 4 개의 홈(88)은 제1링부재(84)의 상면에서 동일한 원주로 나란하도록 설치되어 있다. 홀더(83) 전체가 열팽창하면 홈(88)의 작용에 의하여 안 쪽의 링부재(84)만이, 상측으로 휘어지도록 변위한다. 이 때문에 침 고정대(21)가 링부재(84)에 의하여 위로 눌리워지고, 열팽창에 따르는 프로브 침(22)의 아래로의 Z방향 변위가 상쇄되며, 결과적으로 Z변위가 작게 된다.

이 경우에 홈부(88)는 전체 면에 연속하도록 형성하여도 좋으며, 또는 동심원 형상으로 3중형성하여도 좋다.

또, 제26도에 나타낸 바와 같이, 제1링부재(84)의 하면에 판(90)을 붙이고, 바이메탈로 하여도 좋다. 판(90)에는 스테인레스 강보다도 열팽창 계수가 큰 강(Cu)판 또는 황동판을 사용한다. 이 경우에, 제1링부재(84)의 가장 안쪽부에 접촉부재(91)를 설치하고, 접촉부재(91)가 프로브 카드 유니트(12)에 접촉하도록 한다. 이와 같이 하면, 바이메탈의 작용에 의하여 제1링부재(84)는 판(90)과 함께 상측으로 휘어지기 때문에, 프로브 침(22)의 아래 쪽으로의 Z방향 변위를 작게 할 수 있다.

또, 제27도에 나타낸 바와 같이, 제1링부재(84)의 하부에 부재(92)를 박아 넣어도 좋다. 부재(92)에는 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co)로 구성되는 합금을 사용한다.

상기 실시예에서는, 프로브 카드 어셈블리가 가열되는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 이것이 냉각되는 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우에는 열변형(냉각시의 변형)에 의하여 프로브 침은 윗 쪽으로 변위하는 것으로 된다. 이 때문에, 상기 실시예의 열변위 방지책과는 반대의 방지책을 채택한다.

또, 본 발명은 상술한 실시예와 같은 프로브 침에 대해서도 적용할 수 있다. 또, 반도체 웨이퍼만에 한정되지 않고, LCD 기판에 대하여도 적용할 수 있다.

Claims

프로브 테스트 중에 프로브 침이 접촉하는 기판으로부터 열적 영향을 받는 프로브 카드 어셈블리에 있어서, 테스트 대상의 기판에 접촉될 다수 개의 프로브 침을 가지는 프로브 카드 유니트, 및 상기 프로브 카드 유니트를 그 중앙부에 유지하는 홀더 수단을 구비하고, 상기 홀더 수단이, 동심원형상으로 배치된 안쪽 링부 및 바깥쪽 링부를 가지며, 또한, 이들의 안쪽 링부 및 바깥쪽 링부를 서로 단차를 갖도록 연결하는 환상단차부를 가지며, 상기 프로브 카드 유니트를 아래쪽 방향으로부터 지지하는 링 부재, 및 응력집중 완화수단을 가지며, 상기 응력 집중완화 수단이, 복수의 프로브 침이 상기 기판에 접촉중에 상기 홀더 수단의 열팽창에 의하여 생기는 응력 집중의 정도를 완화하며, 또한, 상기 프로브 카드 유니트의 온도가 변화하여도 복수의 프로브 침의 프로파일을 실질적으로 원래대로 유지하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 응력집중 완화수단이 상기 안쪽 링부의 다수의 동심원상을 따라 배열된 복수의 슬로트 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제2항에 있어서, 상기 슬로트 구멍이 안쪽 링부상에 2개의 동축원상에 배열되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 안쪽 링부 및 바깥쪽 링부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 안쪽 링부가 다른쪽 링부에 스크류에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 응력 집중 완화수단이 상기 안쪽 링부의 한 면에 고정되고, 상기 링부재의 총 열팽을 제거하기 위해, 상기 안쪽 링부의 열팽창 계수와는 다른 열팽창 계수의 바이메탈 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 응력 집중 완화수단이, 안 쪽링부의 한면에 박아 넣어진 안 쪽 링부의 열팽창 계수와는 다른 열팽창 계수의 바이메탈 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
프로브 카드 유니트 어셈블리가, 접촉용의 복수의 프로브 침을 포함하는 프로브 카드 유니트를 가지고 있고, 상기 프로브 카드 유니트를 지지하기 위한 지지부가, 상기 프로브 카드 유니트를 지지하고, 외경을 갖는 안쪽 링부, 상기 안쪽 링부에 연결되어, 상기 안쪽 링의 외경보다도 큰 내경을 갖는 바깥쪽 링, 및 상기 안쪽 링의 중앙부로 향하여, 상기 안쪽 링에 합쳐져 중첩되고, 바깥쪽 링에 연결된 복수의 돌기 부재를 포함하고, 상기 안쪽 링이 상기 돌기 부재로부터 반경 방향 안쪽 위치에 구멍을 갖고 있어, 상기 구멍들이 열 팽창 탄성 변형을 흡수하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제8항에 있어서, 상기 열적 팽창이 상기 외부 링의 안쪽부의 열챙창 이상인 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제8항에 있어서, 상기 구멍이 연장된 형상이고, 반경을 따라 배열되어, 원호를 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제8항에 있어서, 상기 구멍이 2세트의 긴 구멍을 형성되도록 배열되고, 상기 세트가 다른 직경을 갖는 원상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
프로브 카드 유니트 어셈블리가, 접촉용의 복수의 프로브 침을 포함하는 프로브 카드 유니트를 가지고 있고, 상기 프로브 카드 유니트를 지지하기 위한 지지부가, 바깥쪽 링부, 및 상기 바깥쪽 링부에 연결되어, 안쪽 링이 상기 바깥쪽 링에 접속되는 방사상의 안쪽 위치를 관통하는 구멍을 포함하며, 상기 구멍이 탄성 변형에 의해 열팽창을 흡수하도록 작용하는 안쪽 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제12항에 있어서, 상기 열팽창이 상기 바깥쪽 링의 안쪽 부분의 열 팽창 이상인 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제12항에 있어서, 상기 구멍이 연장되는 형태로 동축상으로 배열되며, 원호를 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
제12항에 있어서, 상기 구멍이 2세트의 긴 구멍을 형성하고, 상기 세트가 다른 직경을 갖는 원상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드 어셈블리.
테스트 대상물에 전기적인 접촉을 도통시키기위해, 복수의 프로브를 압착하여 테스트 대상물의 전기적인 특성을 측정하는 프로브 장치에 있어서, 장치 본체, 복수의 프로브 침을 갖는 프로브 카드 수단, 및 상기 프로브 카드 수단을 보유하여, 상기 장치 본체 내의 테스트 대상물과 검사 위치에서 대면하는 프로브 카드 홀더를 구비하고, 상기 프로브 카드 홀더가, 그 원주 방향으로 연장하는 복수의 구멍 또는 홈을 가지며, 검사시에 프로브 카드 홀더에 발생하는 열응력을 저감하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
테스트 대상물에 전기적인 접촉을 도통시키기위해, 복수의 프로브를 압착하여 테스트대상물의 전기적인 특성을 측정하는 프로브 장치에 있어서, 장치 본체, 복수의 프로브 침을 갖는 프로브 카드 수단, 및 상기 프로브 카드 수단을 보유하여, 상기 장치 본체 내의 테스트 대상물과 검사 위치에서 대면하는 프로브 카드 홀더를 구비하고, 상기 프로브 카드 홀더가, 검사시의 열 변형을 해소하도록 열팽창계수가 상이한 재료를 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.