KR100424817B1 - Manutacturing process of wafer probe and probe card within vertical type cantilever beam - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼에 집적된 반도체 디바이스의 프로빙 검사(Probing Test)에 사용되는 프로브(probe)와 프로브카드에 관한 것으로서, 특히 검사의 대상이 되는 반도체 디바이스와 동일한 물성의 재질을 사용함으로써 웨이퍼 상태의 번-인(burn-in) 테스트가 가능하며 PCB와의 연결이 용이하도록 한 프로브 및 프로브 카드의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe and a probe card used for a probing test of a semiconductor device integrated on a wafer. In particular, the present invention relates to a change in wafer state by using the same material as the semiconductor device to be inspected. The present invention relates to a method of manufacturing a probe and a probe card, which enables burn-in testing and facilitates connection to a PCB.
반도체 집적회로 제조기술은 MEMS기술의 발전과 더불어 점점 고기능 및 고집적화되고 있는데, 상기 MEMS( Micro Electro Mechanical Systems)란 반도체 공정, 특히 집적회로 기술을 응용한 마이크로머시닝 기술을 이용하여 ㎛ 단위의 초소형 센서나 액추에이터 및 전기 기계적 구조물을 제작 실험하는 분야이다. 마이크로머시닝 기술에 의하여 제작된 미세 기계는 ㎜ 이하의 크기 및 ㎛ 이하의 정밀도를 구현할 수 있다.Semiconductor integrated circuit manufacturing technology is becoming more and more functional and highly integrated with the development of MEMS technology. The MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is a micro sensor using a micromachining technology using a semiconductor process, especially integrated circuit technology. It is a field for manufacturing and experimenting actuators and electromechanical structures. Micromachines manufactured by micromachining techniques can realize sizes of mm or less and precision of μm or less.
MEMS에서 쓰이는 마이크로머시닝 기술은 크게 실리콘 bulk etching 에 의한 bulk micromachining 과, 실리콘 위에 다결정 실리콘, 실리콘 질화막 및 산화막,금속막 등을 증착하고, 설계된 형상을 따라 식각하여 구조물을 제작하는 surface Micromachining 으로 나눌 수 있다.The micromachining technology used in MEMS can be classified into bulk micromachining by silicon bulk etching and surface micromachining by depositing polycrystalline silicon, silicon nitride film, oxide film and metal film on silicon and etching them according to the designed shape. .
상기 bulk micromachining 은 알칼리 용액이 결정방향에 따라 실리콘 단결정을 다른 속도로 식각하는 식각 성질을 이용하는 기술로서, 실리콘 단결정 웨이퍼를 식각하여 원하는 3차원 구조물을 구현할 수 있으며, 정확한 식각 깊이와 형상 제어가 핵심이다. 가속도계 및 각속도계, 초소형밸브나 노즐, 마이크로 펌프 등의 초소형 유체 소자 등의 제작에 많이 이용되는 기술이다.The bulk micromachining is a technique that uses an etching property in which an alkaline solution etches silicon single crystals at different speeds according to the crystal direction. The bulk micromachining can implement a desired three-dimensional structure by etching a silicon single crystal wafer, and precise etching depth and shape control are key. . It is a technology widely used in the manufacture of microfluidic devices such as accelerometers, angular speedometers, microvalve valves, nozzles, and micropumps.
또한, 상기 Surface micromachining 은 실리콘 기판 위에 구조층과 희생층을 증착하고 식각하는 공정을 통해 미세 구조물을 형성한다. 즉 희생층과 구조층을 기판 위에 형성시킨 후 희생층을 식각하여 구조층만 남게 하는 방법이다.In addition, the surface micromachining forms a microstructure through a process of depositing and etching a structure layer and a sacrificial layer on a silicon substrate. In other words, after the sacrificial layer and the structural layer are formed on the substrate, the sacrificial layer is etched to leave only the structural layer.
한편, 반도체 집적회로에서 디바이스(DEVICE)의 크기는 점차 작아지고 있지만, 상대적으로 집적화로 인한 발열의 문제가 크게 대두되고 있으며, 이러한 디바이스들은 제조과정 전·후, 또는 페키징(packaging)형태로 전기적인 특성이 설계와 일치하도록 제조 되었는지 불량여부를 검사하는 과정을 필수적으로 거치게 된다.On the other hand, the size of devices (DEVICE) in the semiconductor integrated circuit is getting smaller, but the problem of heat generation due to the integration is increasing, these devices are before and after the manufacturing process, or packaging (packaging) It is essential to check whether the product is manufactured in accordance with the design and whether it is defective.
이러한 검사를 하기 위해 수평형 니들(needle)을 가지는 프로브 카드들이 많이 사용되고 있지만 디바이스 패드(pad) 수의 증가 및 패드 크기의 축소로 인해 니들 접촉부의 피치(pitch)를 감소시켜 프로브의 밀집도를 높이기가 어렵고 니들 수의 증가로 니들 접촉부들을 동일한 높이로 정열하기 어렵게 되는 문제점이 있었다.Probe cards with horizontal needles are widely used to make these tests, but due to the increase in the number of device pads and the reduction of the pad size, it is possible to reduce the pitch of the needle contact to increase the density of the probe. It was difficult and difficult to align the needle contacts to the same height due to the increase in the number of needles.
따라서, 국내특허등록 제214162호(이하, 선행기술1 이라한다)에 제시된 바와 같이 상기 문제점을 해결할 수 있는 웨이퍼 프로브 카드에 대한 많은 방법들이 제안되고 있다.Therefore, as proposed in Korean Patent Registration No. 214162 (hereinafter referred to as Prior Art 1), many methods for a wafer probe card that can solve the above problems have been proposed.
상기 선행기술1에서는 도 1에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼를 이용하여 실리콘 캔틸레버 빔의 미세 구조물을 형성하기 위한 5단계(a∼e)의 공정을 순서적으로 수행하게 된다.In the prior art 1, as shown in FIG. 1, five steps (a to e) for forming a microstructure of a silicon cantilever beam using a silicon wafer are sequentially performed.
(a)단계에서는, n형 실리콘 웨이퍼(10) 상부에 약 8,000Å 정도의 산화막(도시되지 않음)을 성장시킨다. 다음에 사진식각법을 이용하여 n+ 확산층(20)이 형성될 부분의 산화막을 제거한 후, POCl3를 사용하여 산화막이 선택적으로 노출된 n형 웨이퍼(10)에 n+ 확산층(20)을 만든다. 최종적으로 실리콘 웨이퍼(10) 상부에 남아 있는 산화막을 모두 제거한다.In step (a), an oxide film (not shown) of about 8,000 Å is grown on the n-type silicon wafer 10. Next, after removing the oxide film on the portion where the n + diffusion layer 20 is to be formed by using photolithography, an n + diffusion layer 20 is formed on the n-type wafer 10 to which the oxide film is selectively exposed using POCl 3 . Finally, all the oxide film remaining on the silicon wafer 10 is removed.
(b)단계에서는, 상부에 미세구조물의 캔틸레버 빔(50)을 형성할 n-epi층(30)을 성장시킨다.In the step (b), the n-epi layer 30 to form the cantilever beam 50 of the microstructure is grown on the top.
(c)단계에서는, n-epi층(30) 상부에 포토레지스트를 코팅한 후, 사진식각법을 이용하여 원하는 형태의 마스크패턴을 형성한다. 다음에 패턴 형성에 의해 노출된 n-epi층(30)을 습식식각 또는 건식식각 방법으로 선택적인 식각을 통해 n+ 확산층(20)을 노출시킨다.In step (c), after the photoresist is coated on the n-epi layer 30, a mask pattern having a desired shape is formed by using photolithography. Next, the n + diffusion layer 20 is exposed through selective etching of the n-epi layer 30 exposed by the pattern formation by a wet etching method or a dry etching method.
(d)단계에서는, (c)단계에서 노출된 n+ 확산층(20)을 고농도의 HF용액내에서정전압 또는 정전류원을 사용하여 적절한 시간동안 양극반응을 수행하여 다공질 실리콘(40, PSL)을 형성한다.In step (d), the n + diffusion layer 20 exposed in step (c) is subjected to anodization for a suitable time using a constant voltage or constant current source in a high concentration of HF solution to form porous silicon (40, PSL). .
(e)단계에서는, (d)단계에서 형성된 다공질 실리콘(40)을 5%의 NaOH 용액 등의 식각용액에 제거하여 n형 실리콘 웨이퍼(10)상에 일정한 크기와 형태를 갖는 캔틸레버 빔(50)을 형성한다.In the step (e), the cantilever beam 50 having a predetermined size and shape on the n-type silicon wafer 10 by removing the porous silicon 40 formed in the step (d) to an etching solution such as a 5% NaOH solution. To form.
또 다른 종래의 웨이퍼형 프로브 기술로는 국내특허등록 제202998호(이하, 선행기술2라 한다)가 있는데, 상기 선행기술2는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 선행기술1을 이용하여 형성된 캔틸레버 빔 위에 도 2a및 도 3a와 같이 금속막 또는 산화막을 증착하며, 이를 열처리함으로서 도 2b 및 도 3b와 같은 캔틸레버 빔을 형성한다.Another conventional wafer-type probe technology is domestic patent registration No. 202998 (hereinafter referred to as prior art 2), the prior art 2 is formed using the prior art 1 as shown in Fig. 2 and 3 A metal film or an oxide film is deposited on the cantilever beam as shown in FIGS. 2A and 3A and heat-treated to form a cantilever beam as shown in FIGS. 2B and 3B.
그러나, 상기 선행기술1과 선행기술2에서는 캔틸레버 빔을 형성한 후 금속막 및 산화막을 증착시킬 경우 개개의 캔틸레버 빔과 전기적인 연결을 독립적으로 갖는 다수개의 프로브 및 프로브 카드를 제조하기가 어려운 문제점이 있었다.However, in the prior arts 1 and 2, when forming the cantilever beam and depositing the metal film and the oxide film, it is difficult to manufacture a plurality of probes and probe cards having independent electrical connections with the individual cantilever beams. there was.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다수개의 프로브를 갖는 웨이퍼 프로브 카드를 제조하기 위해 반도체 집적회로 제조 공정 및 MEMS기술을 이용하여 개개의 캔틸레버 빔과 전기적인 연결을 독립적으로 갖는 다수개의 프로브 및 프로브들이 미세한 피치로 밀집하여 정의된 프로브 카드의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and has an independent electrical connection with the individual cantilever beam using a semiconductor integrated circuit manufacturing process and MEMS technology to manufacture a wafer probe card having a plurality of probes. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a probe card, in which a plurality of probes and probes are dense at a fine pitch.
또한, 본 발명은 반도체 재료인 웨이퍼를 이용한 캔틸레버 빔 형태의 수직형 프로브 카드의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vertical probe card in the form of a cantilever beam using a wafer, which is a semiconductor material.
또한, 본 발명은 프로브 카드를 구성하는 부품들 중에서 웨이퍼 타입의 수직형 프로브와 PCB와의 전기적인 연결방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method of electrically connecting a wafer type vertical probe and a PCB among components constituting the probe card.
또한, 본 발명은 테스트하고자 하는 디바이스와 동일한 재질의 웨이퍼를 사용함으로써 종래의 방법에서는 실시하지 못했던 웨이퍼 상태의 번-인(burn-in) 테스트가 가능한 프로브 및 프로브 카드를 제공함에 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a probe and a probe card capable of a burn-in test of a wafer state, which has not been performed in the conventional method, by using a wafer of the same material as the device to be tested. .
도 1은 종래에 실리콘 마이크로 팁의 초기 미세구조물을 형성하기 위한 공정을 순차적으로 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view sequentially illustrating a process for forming an initial microstructure of a silicon micro tip,
도 2a 및 도2b는 도 1의 공정에 의해 제조된 미세구조물 상부에 박막을 증착하고 열처리에 의해 실리콘 마이크로 팁을 형성하기 위한 공정을 순차적으로 나타낸 단면도,2A and 2B are cross-sectional views sequentially illustrating a process for depositing a thin film on the microstructure manufactured by the process of FIG. 1 and forming a silicon micro tip by heat treatment;
도 3a 및 도3b는 도1의 공정에 의해 제조된 미세구조물에 열산화막을 형성하여 실리콘 마이크로 팁을 형성하기 위한 공정을 순차적으로 나타낸 단면도,3A and 3B are cross-sectional views sequentially illustrating a process for forming a silicon micro tip by forming a thermal oxide film on a microstructure manufactured by the process of FIG. 1;
도 4a는 본 발명에 의한 캔틸레버 빔 형태의 미세 프로브를 갖는 프로브 기판을 개략적으로 도시한 단면도,Figure 4a is a cross-sectional view schematically showing a probe substrate having a fine probe in the form of a cantilever beam according to the present invention,
도 4b는 본 발명에 의한 일 실시례로서 완충패드를 사용하여 프로브 기판을 PCB와 연결한 프로브 카드를 도시한 단면도,Figure 4b is a cross-sectional view showing a probe card connecting the probe substrate to the PCB using a buffer pad as an embodiment of the present invention,
도 4c는 본 발명에 의한 다른 실시례로서 완충패드없이 프로브 기판을 PCB와 연결한 프로브 카드를 도시한 단면도,Figure 4c is a cross-sectional view showing a probe card connecting the probe substrate to the PCB without a buffer pad as another embodiment according to the present invention,
도 4d는 도 4b에 도시된 프로브 카드에 있어서 디바이스 패드 상에 캔틸레버 빔의 동작 상태를 도시한 상태도,4D is a state diagram showing an operating state of a cantilever beam on a device pad in the probe card shown in FIG. 4B;
도 4e는 도 4c에 도시된 프로브 카드에 있어서 디바이스 패드 상에 캔틸레버 빔의 동작 상태를 도시한 상태도,4E is a state diagram showing an operating state of a cantilever beam on a device pad in the probe card shown in FIG. 4C;
도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 의한 일 실시례로서 프로브 및 프로브 기판이 제조되는 공정을 순차적으로 나탄낸 공정도이다.5A to 5H are process diagrams sequentially illustrating a process of manufacturing a probe and a probe substrate as an embodiment of the present invention.
<도면 중 주요부호에 대한 간단한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
10: 실리콘 기판 20: n+ 확산층10: silicon substrate 20: n + diffusion layer
30: n-epi층 40: 다공질 실리콘(Porous Silicon)30: n-epi layer 40: porous silicon
50: 마이크로 캔틸레버 빔 60: 질화막(Si3N4)50: micro cantilever beam 60: nitride film (Si 3 N 4 )
70: 절연막 80: 금속막70: insulating film 80: metal film
90: 금속 배선이 형성된 미세 프로브90: fine probe with metal wiring
100: 완충 패드 200: 와이어100: buffer pad 200: wire
300: PCB와의 연결을 위한 KOH 홀 301: 마이크로 솔더볼300: KOH hole for connection to PCB 301: Micro solder ball
400: 주 회로 기판(PCB) 500: 프로브 기판과 PCB의 연결부400: main circuit board (PCB) 500: connection between the probe board and the PCB
600: 반도체 디바이스 패드 700: 반도체 디바이스600: semiconductor device pad 700: semiconductor device
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 웨이퍼 프로브 및 프로브카드를 제조하는 방법과, 그에 의해 생산되는 웨이퍼 프로브 및 프로브 카드의 실시례를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a wafer probe and a probe card according to the present invention and an embodiment of the wafer probe and the probe card produced thereby will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4a는 본 발명에 의한 캔틸레버 빔 형태의 미세 프로브를 갖는 프로브 기판을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4b는 본 발명에 의한 일 실시례로서 완충패드를 사용하여 프로브 기판을 PCB와 연결한 프로브 카드를 도시한 단면도이고, 도 4c는 본 발명에 의한 다른 실시례로서 완충패드없이 프로브 기판을 PCB와 연결한 프로브 카드를 도시한 단면도이고, 도 4d는 도 4b에 도시된 프로브 카드에 있어서 디바이스 패드 상에 캔틸레버 빔의 동작 상태를 도시한 상태도이고, 도 4e는 도 4c에 도시된 프로브 카드에 있어서 디바이스 패드 상에 캔틸레버 빔의 동작 상태를도시한 상태도이고, 도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 의한 일 실시례로서 프로브 및 프로브 기판이 제조되는 공정을 순차적으로 나타낸 공정도이다.Figure 4a is a schematic cross-sectional view showing a probe substrate having a fine probe in the form of a cantilever beam according to the present invention, Figure 4b is a probe card connecting the probe substrate to the PCB using a buffer pad as an embodiment according to the present invention 4C is a cross-sectional view illustrating a probe card connecting a probe substrate to a PCB without a buffer pad as another embodiment according to the present invention, and FIG. 4D is a cross-sectional view of the probe card shown in FIG. 4B. Figure 4e is a state diagram showing the operating state of the cantilever beam, Figure 4e is a state diagram showing the operating state of the cantilever beam on the device pad in the probe card shown in Figure 4c, Figures 5a to 5h As an example, it is a process chart which shows the process which manufactures a probe and a probe board sequentially.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 캔틸레버 빔 형태의 프로브(90)는 열스트레스(Thermal Stress) 및 비저항이 작은 금속막을 증착한 단결정 실리콘(Silicon)의 일부를 선택적인 식각 및 양극반응을 통해 형성하며, 프로브 기판과 외부 PCB(400)를 연결할 영역(300)은 사진 식각공정을 이용하여 정의한 후, 습식식각 또는 건식식각 방법에 의해 형성한다.As shown in FIG. 4A, the cantilever beam type probe 90 according to the present invention performs selective etching and anodization on a part of single crystal silicon (Silicon) on which a metal film having a low thermal stress and a low resistivity is deposited. Formed through, the area 300 to connect the probe substrate and the external PCB 400 is defined using a photolithography process, and then formed by a wet etching method or a dry etching method.
상기 캔틸레버 빔 형태의 프로브(90)는 일정한 제조공정을 거쳐 생산되는데, 상세한 설명은 도 5a 내지 도 5h의 공정에서 후술하게 되며, 선행기술1에 의해 생산되는 프로브(90)로는 본 발명에서와 같은 효과를 나타낼 수 없게 된다.The probe 90 of the cantilever beam type is produced through a certain manufacturing process, a detailed description will be described later in the process of Figures 5a to 5h, as the probe 90 produced by the prior art 1 as in the present invention It will not be effective.
한편, 상기 프로브(90)는 별도의 공정을 통해 프로브 카드로 제조되는데, 이하에서는 그 공정을 실시례에 의해 구분하여 설명한다.On the other hand, the probe 90 is manufactured as a probe card through a separate process, hereinafter, the process will be described separately by the embodiment.
본 발명의 일 실시례로서 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 캔틸레버 빔 형태의 프로브(90)는 세라믹 또는 알루미나 기판을 가공하고 금속선(200)을 삽입한 완충 패드(100)를 사용하여 PCB기판(400)과 직접 연결하여 전기적으로 도통된 수직형 캔틸레버 빔을 갖는 웨이퍼형 프로브 카드를 제조할 수 있다.As an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4B, the cantilever beam-type probe 90 is a PCB substrate 400 using a buffer pad 100 in which a ceramic or alumina substrate is processed and a metal wire 200 is inserted therein. Can be directly connected to fabricate a wafer-type probe card having an electrically conducting vertical cantilever beam.
또한, 본 발명의 다른 실시례로서 도 4c에 도시된 바와 같이 완충 패드(100)없이 PCB(400)의 접촉부(500)와 마이크로 솔더볼(301)을 사용하여 직접 연결함으로서 전기적으로 도통된 수직형 캔틸레버 빔을 갖는 웨이퍼형 프로브 카드를 제조할 수 있으며, 상기 마이크로 솔더볼 대신에 고온용 도전체를 사용할 수 도 있다.In addition, as another embodiment of the present invention as shown in Figure 4c is a vertical cantilever that is electrically conductive by directly connecting using the contact portion 500 and the micro solder ball 301 of the PCB 400 without the buffer pad 100 A wafer type probe card having a beam can be manufactured, and a high temperature conductor can be used instead of the micro solder ball.
따라서, 도 4d에 도시된 바와 같은 완충 패드(100)를 사용한 프로브 카드와, 도 4e에 도시된 바와 같은 완충 패드를 사용하지 않는 프로브 카드는 상기 프로브에 일정한 압력을 인가하여 반도체 디바이스(700)의 패드(600)부에 접촉한 상태로 사용하게 된다.Accordingly, the probe card using the buffer pad 100 as shown in FIG. 4D and the probe card not using the buffer pad as shown in FIG. 4E are applied with a constant pressure to the probe, thereby The pad 600 is used in contact with the state.
이하에서는 본 발명의 실시례에 따른 프로브 및 프로브 기판의 제조공정을 도 5a 내지 도 5h를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing process of a probe and a probe substrate according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5A to 5H.
도 5a 도시된 공정은 실리콘 웨이퍼(10) 상에 일정한 깊이의 n+확산층(20) 및 n-epi층(30)를 형성하고, 약 1,500∼1,800Å 정도의 질화막(Si3N4; 60)을 LPCVD(Low-pressure Chemical Vapor Deposition) 사용하여 성장시키는 단계로서, 이때 n+확산층(20)과 n-epi층(30)의 두께는 캔틸레버 빔이 곡률 반경을 가지며 프로브 역할과 웨이퍼의 탄성 특성을 이용하기 위해서는 매우 중요하게 되는데, 본 발명의 일 실시례로서 n+확산층(20)의 두께를 20㎛ 이상, n-epi층(30)을 2∼10㎛ 정도 성장시키는 것이 바람직하다.The process shown in FIG. 5A forms an n + diffusion layer 20 and an n-epi layer 30 having a constant depth on the silicon wafer 10, and a nitride film (Si 3 N 4 ; 60) of about 1,500 to 1,800 Å. Is grown by using low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD), wherein the thickness of n + diffusion layer 20 and n-epi layer 30 is that the cantilever beam has a radius of curvature and the elasticity of the probe and the wafer In order to use, it becomes very important. As an embodiment of the present invention, it is preferable to grow the thickness of the n + diffusion layer 20 to 20 µm or more and the n-epi layer 30 to about 2 to 10 µm.
도 5b에 도시된 공정은 실리콘 웨이퍼의 후면에서 프로브 금속배선과 PCB 기판(400)의 전기적인 연결을 위한 영역(300)을 형성하기 위한 단계로서, 사진식각 공정을 이용하여 패턴을 정의하고 건식 식각을 사용하여 질화막(Si3N4; 60)을 제거하게 된다.The process illustrated in FIG. 5B is a step for forming a region 300 for electrical connection between the probe metallization and the PCB substrate 400 on the back surface of the silicon wafer. The pattern is defined using a photolithography process and dry etching. To remove the nitride film (Si 3 N 4 ; 60).
도 5c에 도시된 공정은 보호막(60)을 사용하여 실리콘 웨이퍼 상에 일정 크기의 홀(hole;300)을 형성하는 단계로서, 상기 공정에서는 실리콘 식각방법으로 사용되고 있는 습식 식각 또는 건식 식각을 선택적으로 사용할 수 있는데, 본 발명의 일 실시례로서는 프로브 기판으로써의 기계적 강도를 고려한 실리콘 웨이퍼의 두께 및 추후 PCB(400)와 연결 등을 고려하여 이방성 습식 식각액을 사용한 실리콘 습식식각과 실리콘 웨이퍼의 두께 조절을 통한 건식 식각(Deep-RIE 등) 등을 이용하여 실리콘 웨이퍼를 완전히 관통하였으며, 최종적으로 절연막(70)을 형성하여 홀(hole;300)뿐만 아니라 프로브 기판 전체를 절연시킨다.The process illustrated in FIG. 5C is a step of forming a predetermined size hole 300 on a silicon wafer by using a protective film 60, wherein the process selectively wets or dry etch used in a silicon etching method. In one embodiment of the present invention, the thickness of the silicon wafer in consideration of the mechanical strength as the probe substrate and the subsequent connection with the PCB 400 may be used to adjust the thickness of the silicon wet etching and the silicon wafer using the anisotropic wet etching solution. Through dry etching (Deep-RIE, etc.) through the silicon wafer is completely penetrated, and finally the insulating film 70 is formed to insulate not only the hole (300) but the entire probe substrate.
도 5d에 도시된 공정은 캔틸레버 빔 형태의 프로브 접촉부(90)와 PCB(400)와 연결하기 위한 홀(300)을 전기적으로 도통시키기 위한 단계로서, 실리콘 웨이퍼 전면에 박막 형성 방법을 이용하여 금속막(80)을 형성한 후, 사진 식각공정을 통해 프로브(90) 및 금속 배선을 형성하게 되는데, 따라서 프로브(90)와 금속 배선 그리고 PCB(400)와 연결되는 홀(300)은 전기적으로 도통하게 된다.The process illustrated in FIG. 5D is a step for electrically conducting the cantilever beam type probe contact 90 and the hole 300 for connecting the PCB 400 to the front surface of the silicon wafer using a thin film formation method. After the 80 is formed, the probe 90 and the metal wires are formed through the photolithography process. Therefore, the holes 90 connected to the probe 90 and the metal wires and the PCB 400 are electrically connected to each other. do.
상기 금속막(80)은 다른 금속막에 비해 부착력 및 열 스트레스(Thermal Stress)가 상대적으로 우수한 니켈-크롬합금(Ni-Cr) 또는 니켈(Ni) 등과, 비저항이 작고 전도성이 좋으며 경도가 상대적으로 높은 금(Au) 또는 구리(Cu)을 증착하는 것이 바람직하며, 상기 금속막(80)은 후 공정과 호환성을 가져야 한다.The metal film 80 is nickel-chromium alloy (Ni-Cr) or nickel (Ni), etc., which has better adhesion and thermal stress than other metal films, and has a low specific resistance, good conductivity, and relatively high hardness. It is desirable to deposit high gold (Au) or copper (Cu), and the metal film 80 should be compatible with subsequent processes.
또다른 방법으로 실리콘 웨이퍼 전면에 박막 형성 방법을 이용하여 기초금속막(Seed Layer;80)을 형성한 후, 사진 식각공정을 통해 프로브(90) 및 금속 배선 패턴을 정의 하고 도금 공정을 통해 캔틸레버 빔의 기계적인 강도와 접촉 저항(Contact Resist)를 충분히 줄일 수 있는 일정한 두께의 금(Au) 도금을 수행한다. 그 후 포토레지스터(Photoresist)를 제거하고 불필요한 기초 금속막을 식각함으로써, 프로브(90)와 금속 배선 그리고 PCB(400)와 연결되는 홀(300)은 전기적으로 도통하게 된다.In another method, a thin layer 80 is formed on a silicon wafer by using a thin film forming method. Then, the probe 90 and the metal wiring pattern are defined through a photolithography process and a cantilever beam through a plating process. Gold plating of a certain thickness is performed to sufficiently reduce the mechanical strength and contact resistance. Thereafter, the photoresist is removed and the unnecessary base metal film is etched, so that the hole 90 connected to the probe 90, the metal wire, and the PCB 400 is electrically conductive.
도 5e에 도시된 공정은 실리콘 캔틸레버 빔 형태의 프로브(90)를 형성하기 위한 단계로서, 사진 식각공정을 통해 프로브 영역을 정의하고 건식 식각으로 절연막(70)을 제거하며, 최종적으로 n-epi층(30)을 건식 식각함으로서 캔틸레버 빔을 위한 영역이 형성된다.The process illustrated in FIG. 5E is a step for forming a probe 90 in the form of a silicon cantilever beam, defining a probe region through a photolithography process, removing the insulating layer 70 by dry etching, and finally, an n-epi layer. Dry etching the 30 creates an area for the cantilever beam.
도 5f에 도시된 공정은 n+확산층(20)을 다공질실리콘(PSL;40)으로 변성시키는 단계로서, 본 발명의 일 실시례로서 도 5e의 공정에 의해 노출된 n+확산층(20)을 고농도의 HF수용액내에서 정전압 또는 정전류원을 사용하여 소정의 시간동안 양극반응을 시켜 다공질실리콘(PSL;40)으로 변성시키게 된다.The process illustrated in FIG. 5F is a step of denaturing the n + diffusion layer 20 to porous silicon (PSL) 40. As an embodiment of the present invention, the n + diffusion layer 20 exposed by the process of FIG. 5E has a high concentration. In the HF aqueous solution, anodic reaction is carried out for a predetermined time using a constant voltage or constant current source to denature to porous silicon (PSL) 40.
도 5g에 도시된 공정은 도 5f의 공정에 의해 변성된 다공질실리콘(40)을 제거하는 단계로서, 본 발명의 일 실시례로서 5wt% NaOH수용액에 담그어 다공질실리콘(40)을 식각함으로서 3차원 캔틸레버 빔 형태의 프로브(90)가 형성된다.The process shown in FIG. 5G is a step of removing the porous silicon 40 modified by the process of FIG. 5F. As an embodiment of the present invention, the three-dimensional cantilever is etched by etching the porous silicon 40 in 5 wt% aqueous NaOH solution. A beam 90 probe is formed.
도 5h에 도시된 공정은 도 5g의 공정에 의해 형성된 프로브(90)를 일정한 온도의 로(furnace)속에서 일정 시간 열처리하는 단계로서, 상기 열처리에 의해 캔틸레버 빔를 구성하는 각 박막간 열적 스트레스를 이용한 수백 마이크로 높이의 수직형 프로브(90)를 갖는 프로브 기판 형성이 완료된다.The process shown in FIG. 5H is a step of heat-treating the probe 90 formed by the process of FIG. 5G in a furnace at a constant temperature for a predetermined time, by using thermal stress between the thin films constituting the cantilever beam by the heat treatment. Probe substrate formation with a vertical probe 90 several hundred microns in height is complete.
한편, 상기 완성된 웨이퍼용 프로브 기판은 다양한 방법에 의해 PCB기판(400)에 연결가능한데, 본 발명의 일 실시례로서는 세라믹 또는 알루미나 기판을 가공하여 금속 선(200)을 삽입한 완충 패드(100)를 사용하여 마이크로 솔더볼(301)로 PCB기판(400)과 웨이퍼용 프로브 기판를 연결하게 된다.On the other hand, the completed wafer probe substrate can be connected to the PCB substrate 400 by a variety of methods, in one embodiment of the present invention by processing a ceramic or alumina substrate buffer pad 100 into which the metal wire 200 is inserted Using the micro solder ball 301 to connect the PCB substrate 400 and the wafer probe substrate.
또한, 본 발명의 다른 실시례로서는 완충 패드(100)없이 프로브 기판을 PCB(400)의 접촉부(500)와 마이크로 솔더볼(301)로 직접 연결함으로서 전기적으로 도통된 웨이퍼형 프로브 카드가 완성된다.In another embodiment of the present invention, the electrically conductive wafer-type probe card is completed by directly connecting the probe substrate to the contact portion 500 of the PCB 400 and the micro solder ball 301 without the buffer pad 100.
이상에서와 같이 반도체 집적회로 제조 공정 및 MEMS기술을 이용하여 실리콘 웨이퍼의 일부가 캔틸레버 빔 형태의 프로브를 형성하는 수직형 프로브 카드를 제조할 수 있게 되는데, 상기에서 설명한 각각의 제조공정은 본 발명의 일 실시례로 제안된 것이므로 상기 제조공정의 순서를 바꾸거나 변형하여 수직형 프로브 카드를 제조하는 것은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.As described above, it is possible to manufacture a vertical probe card in which a portion of a silicon wafer forms a cantilever beam-type probe by using a semiconductor integrated circuit manufacturing process and MEMS technology. Since it is proposed as an embodiment, manufacturing a vertical probe card by changing or modifying the order of the manufacturing process is all within the scope of the present invention.
본 발명은 웨이퍼에 집적된 반도체 디바이스의 프로빙 검사(Probing Test)에 사용되는 웨이퍼 프로브(probe) 및 와 프로브 카드에 관한 것으로서, 특히 검사의 대상이 되는 반도체 디바이스와 동일한 물성의 재질을 사용함으로써 웨이퍼 상태의 번-인(burn-in) 테스트가 가능하며 PCB와의 연결이 용이하도록 한 프로브 및 프로브 카드의 제조방법에 관한 것으로서, 반도체 집적회로 제조 공정 및 MEMS기술을 이용하여 검사할 디바이스의 재질과 물성적 특성이 일치한 실리콘 웨이퍼를 사용함으로서 디바이스 PAD보다 작은 크기의 프로브를 제조할 수 있고 프로브의 밀집도를 높이는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe probe and a probe card used for a probing test of a semiconductor device integrated on a wafer. In particular, the state of a wafer can be achieved by using the same material as the semiconductor device to be inspected. The present invention relates to a method of manufacturing a probe and a probe card that enables burn-in testing of the device and facilitates connection with a PCB. The material and physical properties of a device to be inspected using a semiconductor integrated circuit manufacturing process and MEMS technology By using silicon wafers with the same characteristics, a probe having a smaller size than a device PAD can be manufactured, and the density of the probe can be increased.
또한, 반도체 집적회로 제조 공정 및 MEMS기술을 이용하여 프로브 및 프로브기판을 일체형으로 제조함으로써 부가적인 공정이 불필요하며, 소형화, 집적화 및 재현성이 쉽고 저가격화할 수 있는 효과가 있다.In addition, by using a semiconductor integrated circuit manufacturing process and the MEMS technology to manufacture the probe and the probe substrate integrally, there is no need for additional processes, it is possible to reduce the size, integration and reproducibility easily and low cost.
또한, 종래의 방법에서는 실시하지 못했던 웨이퍼 상태의 번-인(burn-in) 테스트가 가능하다는 효과가 있다.In addition, there is an effect that a burn-in test of the wafer state, which has not been performed in the conventional method, is possible.
또한, 본 발명에 의해 제조된 프로브 카드는 실리콘 웨이퍼를 사용하기 때문에 반복 사용 후에도 프로브들은 충분한 높이 및 고탄성을 유지하는 효과가 있다.In addition, since the probe card manufactured by the present invention uses a silicon wafer, the probes have an effect of maintaining sufficient height and high elasticity even after repeated use.
또한, 본 발명에 의하면 프로브의 숫자, 크기, 힘 및 형태 등을 다양화할 수 있으며, 프로브 기판과 PCB 기판을 직접 연결함으로서 현재 사용되는 프로브 카드의 보조 부품들인 글라스 기판, 보조 회로 기판, 완충 패드 등과 같은 부품들의 사용이 배재되므로 생산성이 향상되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the number, size, force and shape of the probe can be varied, and by directly connecting the probe substrate and the PCB substrate, auxiliary components of the currently used probe card, such as a glass substrate, an auxiliary circuit board, a buffer pad, etc. Since the use of the same parts is excluded, the productivity is improved.
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