以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施の形態に限定されず、他の形態に具体化することもできる。むしろ、ここで紹介される実施の形態は、開示された内容が徹底的、かつ完全になるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。図面において、膜及び領域の厚さは、明確性のために誇張して示している。また、膜が他の膜又は基板“上”にあると説明する場合、それは、他の膜又は基板上に直接的に形成されるか、又はそれらの間に第3の膜が介在しうる。明細書全般にわたって同じ参照番号で表示した部分は、同じ構成要素を示す。
図5は、本発明によるカンチレバー型プローブを説明するための平面図であり、図6、図8、図10、図12、図14、図16、図18及び図7、図9、図11、図13、図15、図17、図19は、本発明によるカンチレバー型プローブの製造方法を説明するための工程断面図であって、それぞれ図5の点線I−I´及びII−II´線に沿う断面を示す。
図5、図6及び図7に示すように、基板10上にマスクパターン20を形成する。後続のウェットエッチング工程において異方性エッチングが可能なように、前記基板10は、結晶構造を有する物質であることが好ましい。本発明の実施の形態によると、前記基板10は、上部面の結晶方向が<100>である単結晶シリコンで形成される。
前記マスクパターン20を形成するステップは、前記基板10上にマスク膜を形成した後に、これをパターニングして、前記基板10の所定領域の上部面を露出させる第1開口部22を形成するステップを含む。このとき、前記マスクパターン20は、前記基板10に対してエッチング選択性を有する物質で形成する。例えば、前記マスクパターン20は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜及びフォトレジスト膜の中から選択された少なくとも1つで形成でき、本発明の実施の形態によると、前記マスクパターン20は、シリコン酸化膜からなる。前記マスクパターン20をシリコン酸化膜で形成するステップは、前記基板10を熱酸化させる方法又は化学気相成長法(CVD)などが使用されうる。また、前記第1開口部22は、4個の側壁を有する四角形の形状であっても良く、好ましくは、正四角形である。
次に、前記マスクパターン20をエッチングマスクとして用いて、前記基板10を所定の深さh1まで異方性エッチングすることによって、プローブのチップを形成するための鋳型として用いられる、第1予備トレンチ30を形成する。前記基板10を異方性エッチングするステップは、CF4、SF6、C4F8及びO2ガスの中から選択された少なくとも1つを工程ガスとして使用して行うことができる。本発明の実施の形態によれば、このステップは、SF6、C4F8及びO2ガスを工程ガスとして使用して行われる。
図5、図8及び図9に示すように、前記マスクパターン20をパターニングして、前記第1開口部22の幅を広めることによって、前記第1予備トレンチ30の周辺の基板10の上部面を露出させる第1拡張開口部22´を形成する。前記マスクパターン20をパターニングするステップは、写真工程により形成されたフォトレジストパターン(図示せず)を形成した後、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて前記マスクパターン20をエッチングするステップが含まれる。
以後、前記第1拡張開口部22´を介して露出した基板10をウェットエッチングして、前記第1予備トレンチ30を拡張させる。その結果、プローブのチップ形態を予備的に定義する第2予備トレンチ32が前記第1拡張開口部22´の下に形成される。本発明の実施の形態によれば、前記第2予備トレンチ32を形成するステップは、水酸化カリウム(KOH)、水酸化テトラメチルアンモニウム及びエチレンジアミンピロカテコール(EDP)の中から選択された少なくとも1つをエッチング液として使用する。このとき、上述したように、前記基板10が単結晶シリコンで形成される場合、エッチング速度は基板の結晶方向によって変わる。その結果、図示のように、前記第2予備トレンチ32の側壁は、前記基板10の上部面に対して垂直であるか、又は所定の角度θに傾斜させることができる(このとき、前記角度θは、54.74゜になる。)。前記エッチング表面の結晶方向に応じるエッチング速度の差と関連した詳細な技術的内容は、Marc J.Madouが著述した「Fundamentals of Microfabrication:The Science of Miniaturization」(2版、CRC PRESS)の187〜189頁に開示されている。このような結晶方向とエッチング速度の関係により、前記第2予備トレンチの入口a及び底bには、前記第2予備トレンチ32の幅が前記第2トレンチの入口から前記第2トレンチの底へ行くほど狭くなる領域が形成され、これらの領域間cには、一定の幅を有する側壁が形成される。
図5、図10及び図11に示すように、マスクパターン25をエッチングマスクとして用いて、前記第1拡張開口部22´を介して露出した基板10を異方性エッチングすることによって、前記第2予備トレンチ32よりも深いトレンチ35を形成する。前記トレンチ35を形成するステップは、CF4、SF6、C4F8及びO2ガスの中から選択された少なくとも1つを工程ガスとして使用して行うことができる。本発明の実施の形態によれば、このステップは、SF6、C4F8及びO2ガスを工程ガスとして使用して行われる。
このような異方性エッチングにより、前記第2予備トレンチ32の下部面の形状は、前記トレンチ35に転写される。これにより、前記トレンチ35の底b及び中間cでの形状は、前記第2予備トレンチ32の相応する部分と同じ形状を有し、前記トレンチ35の入口部分の深さは、前記第2予備トレンチ32の入口部分aの深さよりも深くなる。このように形成されたトレンチ35は、本発明によるプローブのチップ形状を定義する鋳型となる。
一方、上述した実施の形態によれば、異方性エッチング工程を行って前記第1予備トレンチ30を形成し、等方性エッチング工程を行って、前記第2予備トレンチ32を形成した後に、再度異方性エッチング工程を行って前記トレンチ35を形成する。しかしながら、前記トレンチ35を形成するステップは、様々に変形されうる。例えば、上述した実施の形態の工程順序は変わりうるが、一部の工程ステップは、省略されるか、又は所定の工程ステップがさらに追加されうる。上述した結晶方向とエッチング速度の関係及び一般的なエッチング工程の特性に対する理解は、当業者による変形した実施の形態の具現化を可能にする。したがって、本発明の技術的思想は、上述した実施の形態に限定されないことは明らかである。
図5、図12及び図13に示すように、前記マスクパターン25上に、プローブのカンチレバーを定義する第2開口部45を有する鋳型膜パターン40を形成する。前記鋳型膜パターン40を形成するステップは、前記マスクパターン25上に鋳型膜を形成した後、これをパターニングして、前記トレンチ35を露出させる前記第2開口部45を形成するステップを含む。このとき、前記鋳型膜パターン40は、前記基板10に対してエッチング選択性を有する物質で形成する。例えば、前記鋳型膜パターン40は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜及びフォトレジスト膜の中から選択された少なくとも1つで形成でき、本発明の実施の形態によれば、前記鋳型膜パターン40は、写真工程により形成されるフォトレジストパターンからなる。
前記第2開口部45は、図5に示すように、幅の狭い幅方向の側壁42と前記幅方向の側壁42に比べて広い幅を有する長さ方向の側壁41により定義される。結果的に、この実施の形態によれば、前記第2開口部45は、長方形の断面を有する。しかしながら、前記第2開口部45の形状は、多様に変形することができ、このような変形は、当業者の必要による選択の問題に過ぎない。
本発明によれば、前記第1開口部22の一側壁は、前記第2開口部45の長さ方向の側壁42に傾斜するように形成され、好ましくは、これらの間の傾斜角φは、40゜〜50゜である。さらに好ましい実施の形態によれば、前記傾斜角φは45゜である。このため、前記第2開口部45は、図5に示すように、その長さ方向が前記第1開口部22の対向する隅を連結する対角線方向に平行するように形成される。
このような第1開口部22と第2開口部45との配置関係は、前記第2開口部45の形状を変形する場合にも同様である。前記第2開口部45の形状を変形する場合に、前記第2開口部45の長さ方向は後続の工程で形成されるカンチレバーの変形方向又はスクラブマークの方向と関連づけて定義されうる。例えば、プローブとパッドとが接触する場合、前記カンチレバーの変形方向は、前記スクラブマークの方向を決定し、前記スクラブマークの方向は、前記第2開口部45がいかなる形状を有するかに関係なく、その長さ方向により定義される。このように定義された前記第2開口部45の長さ方向は、前記第1開口部22の対角線に平行である。
本発明の一部実施の形態によれば、前記第1拡張開口部22´も、四角形の断面を有するように形成することができ、前記第1拡張開口部22´の対向する隅を連結する対角線は、図5に示すように、前記第2開口部45の長さ方向に平行である。一方、本発明の他の実施の形態によれば、前記第1拡張開口部22´の方向は、前記第2開口部45の長さ方向と無関係に形成することもできる。
本発明の変形した実施の形態によれば、前記鋳型膜パターン40を形成する前に、前記マスクパターン25を除去する実施の形態も可能である。この場合、後続のプローブリフトオフステップにおいて、前記マスクパターン25を除去するための別途のエッチングステップが省略されうるという長所がある。
図5、図14及び図15に示すように、前記鋳型膜パターン40の上部に前記トレンチ35及び前記第2開口部45を満たす導電膜50を形成する。前記導電膜50は、電気メッキ技術、化学気相成長法及びスパッタリング技術の中から選択された少なくとも1つの方法を使用して形成する。また、前記導電膜50は、前記基板10に対してエッチング選択性を有する金属性物質で形成し、好ましくは、銅、ニッケル及びこれらの合金の中から選択された少なくとも1つの物質で形成する。前記導電膜50は、前記トレンチ35及び前記第2開口部45を完全に満たすことができる厚さに形成される。
図5、図16及び図17に示すように、前記鋳型膜パターン40の上部面が露出するまで前記導電膜50を平坦化エッチングすることによって、前記トレンチ35及び前記第2開口部45をそれぞれ満たすチップ52及びカンチレバー53を形成する。前記チップ52及び前記カンチレバー53は、本発明によるプローブ55を構成し、前記プローブ55は、前記導電膜50をエッチングした結果物という点で、前記チップ52及び前記カンチレバー53は一体をなす。前記プローブ55を形成するステップは、化学的−機械的研磨技術を使用して前記導電膜50をエッチングするステップを含む。
図5、図18及び図19に示すように、前記鋳型膜パターン40、マスクパターン25及び基板10を除去して、前記プローブ55を前記基板10からリフトオフさせる。前記プローブ55をリフトオフさせるステップは、前記プローブ55に対してエッチング選択性を有するエッチングレシピを使用して行う。
一方、上述したように、前記チップ52は、前記トレンチ35を鋳型として用いて形成され、前記カンチレバー53は、前記第2開口部45を鋳型として用いて形成される。これにより、前記チップ52及び前記カンチレバー53の構造は、上述した前記トレンチ35と前記第2開口部45との形状及び配置関係により決定される。
すなわち、図20及び図21に示すように、前記カンチレバー53は、幅方向及び高さ方向に比べて長さ方向の長さがさらに長く、前記チップ52は、前記カンチレバー53の下部面から延びて、前記カンチレバー53の一端部に配置される(図20及び図21では、前記カンチレバー53の下部面が上側に向けるように示した)。また、前記カンチレバー53の下部面に平行なチップ52の断面は四角形であり、前記チップ52の4辺は、前記カンチレバー53の長さ方向に対して傾いた傾斜角φを有する。
上述したように、本発明の好ましい実施の形態によれば、前記傾斜角φは、40゜〜50゜であり、さらに好ましい実施の形態によれば、45゜である。すなわち、この実施の形態によれば、前記カンチレバー53の下部面に平行な断面から見るとき、前記チップ52の四角形の断面の対角線は、前記カンチレバー52の長さ方向に平行である。
また、図10及び図11を参照して説明したように、前記チップ52の端部は、前記カンチレバー53からの距離が遠ざかるほど、前記カンチレバー53の下部面に平行なチップ52の断面の面積は減少する。
図22及び図23は、本発明によるカンチレバー型プローブのスクラブマークを示す写真及びシミュレーション結果である。さらに具体的に説明すると、図22は、100μmのオーバードライブにより形成されたスクラブマークを示す写真である。本発明によるプローブにより形成されたスクラブマークは、図示のように、長さ及び幅がそれぞれ16.2μm及び10.5μmである六角形である。同じオーバードライブ条件で形成される、従来の技術によるプローブは、図3に示すように、長さ及び幅がそれぞれ20.2μm及び7.9μmである長方形である。これに加えて、図23に示すように、本発明によるプローブが作るスクラブマークの深さは、1700Åであった。これに比べて、従来の技術によるプローブが作るスクラブマークの深さは6300Åであった。
結果的に、本発明によるプローブが作るスクラブマークは、従来の技術によるプローブが作るスクラブマークに比べて長さが短く、且つ深さが浅い。これにより、本発明によるプローブは、従来の技術によるプローブに比べて少ない量のスクラブカスを作る。前記スクラブカスは、従来の技術で説明したように、テストの不良、プローブカードの寿命短縮又は測定素子に損傷を引き起こす原因になるという点で、本発明によるプローブは、従来の技術によるプローブに比べて改善された効果を提供する。
このように改善された効果は、オーバードライブにおいてチップとパッドとの接触方法の差に起因するものである。すなわち、本発明によれば、四角形チップの一対角線が前記カンチレバーの長さ方向に平行なため、前記スクラブマークを作る部分は、チップの隅である。図22の六角形スクラブマークは、このような結果を示す。これに比べて、従来の技術によれば、四角形チップの辺は、前記カンチレバーの長さ方向に垂直又は平行なため、前記スクラブマークを作る部分は、チップの一辺である。整理すると、スクラブマークを作るのに寄与するチップの部分が本発明ではチップの隅であり、従来の技術ではチップの一辺であるという点で、本発明と従来の技術は技術的差を有する。このような技術的差が上述した本発明の改善された効果をもたらす。
これに加えて、所定の面に加えられる圧力は、接触面積に反比例するという点を考慮すると、本発明によるプローブの場合のように、チップの隅によるスクラビングは、パッドに形成された自然酸化膜を容易に穿孔できるという長所を有する。
産業上利用可能性
本発明は、複数のパッドを備える電子素子装置をテストするのに適用できる。