KR100835245B1 - 프로브 및 프로브의 제조 방법 - Google Patents

프로브 및 프로브의 제조 방법 Download PDF

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도시히로 요네자와
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가부시끼가이샤 오크테크
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

고속화에 따라 배선 구조의 미세화, 박막화가 급격하게 진행하고, 배선층이 매우 얇아지고 있기 때문에, 종래와 같이 프로브에 접촉 하중을 걸어 검사를 행하면 프로브가 산화막뿐만 아니라 배선층도 관통하고, 또한, 프로브로부터의 집중 응력에 의해 배선층이나 절연층을 손상시킨다. 반대로 접촉 하중을 낮추면 프로브와 전극 패드의 도통이 불안정하게 된다. 본 발명은 낮은 침압으로 산화막을 뚫으며 피검사체를 확실하고 또한 안정적으로 검사하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 피검사체의 전기적 특성 검사를 행할 때에, 상기 피검사체와 전기적으로 접촉하는 프로브로서, 상기 피검사체와의 접촉부가 형성된 프로브 본체와, 이 프로브 본체의 접촉부로부터 돌출하는 선단부를 갖는 복수의 도전성 재료를 구비한다.

Description

프로브 및 프로브의 제조 방법{PROBE AND PROBE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 웨이퍼 등의 피검사체의 전기적 특성 검사를 할 때에 이용되는 프로브에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 검사시의 침압(針壓)을 저감시킬 수 있는 프로브에 관한 것이다.
웨이퍼 등의 피검사체의 전기적 특성 검사를 행하는 경우에, 예컨대 프로브 장치 등의 검사 장치가 이용된다. 검사 장치는 피검사체와 전기적으로 접촉하는 프로브 카드를 구비하고, 프로브 카드에 부착된 복수의 프로브를 피검사체에 형성된 IC 칩의 전극 패드에 전기적으로 접촉시켜 IC 칩의 전기적 특성 검사를 행하도록 하고 있다.
그러나, 전극 패드는 예컨대 알루미늄 등의 도전성 금속에 의해 형성되어 있기 때문에, 프로브를 전극 패드에 접촉시켜 두는 것만으로는 전극 패드의 표면에 형성된 산화막이 절연체를 이루기 때문에 전기적 도통을 취할 수 없다. 그래서, 프로브에 소정의 접촉 하중(침압)을 걸어, 전극 패드 상에서 프로브를 스크라이빙(scribing)시켜 산화막을 절삭하거나, 프로브 선단으로 산화막을 뚫거나 하여, 프로브와 전극 패드와의 사이의 전기적 도통을 취하고 있다.
예컨대 특허 문헌 1에는 전극 패드의 산화막을 뚫는 프로브에 대해 제안되어 있다. 이 프로브는 프로브의 선단부가 복수의 돌기부로 형성되어, 이들의 돌기부로 전극 패드와의 접촉면적을 증대시키고, 나아가서 돌기부로 산화막을 뚫어, 프로브와 전극 패드의 전기적 접촉을 취하고 있다. 돌기부로서는, 선단이 예각인 삼각형의 단면 형상을 한 격자형의 돌기부나, 선단이 예각인 삼각형의 단면 형상을 한 방추형의 돌기부 등이 제안되고 있다.
또한, 특허 문헌 2에는 반도체 칩의 검사용 전극으로서 접속되는 범프(bump)의 선단면에 요철을 형성하는 프로브 카드의 제조 방법이 제안되고 있다. 나아가서, 특허 문헌 3에도 특허 문헌 2와 동종의 콘택터 및 콘택터의 형성방법이 제안되고 있다. 이들의 특허 문헌에서 제안된 범프도 특허 문헌 1의 경우와 동일하게 범프 선단면의 요철에 의해 전극 패드의 산화막을 뚫도록 한 기술이다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평성 제11-051970호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 평성 제08-306749호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 평성 제10-132854호 공보
그러나, 최근, 집적 회로의 고기능화 및 고속화에 따라 배선 구조의 미세화, 박막화가 급격히 진행하여, 배선층이 매우 얇아지고 있기 때문에, 종래의 특허 문헌 1에 기재한 프로브에 침압을 걸어 검사를 행하면 프로브가 산화막뿐만 아니라 배선층도 관통하고, 또한, 프로브로부터의 집중 응력에 의해 배선층이나 절연층을 손상시키는 우려가 있다. 반대로 침압을 낮게 하면 프로브와 전극 패드의 도통이 불안정하게 될 우려가 있다. 또한, 특허 문헌 2, 3에 기재한 범프는, 요철에 의해 전극 패드의 산화막을 확실하게 깨뜨릴 수 있지만, 특허 문헌 1의 경우와 동일하게 침압에 따라서는 배선층이나 절연층을 손상시킬 우려가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 낮은 침압으로 산화막을 뚫어 피검사체를 확실하고 또한 안정적으로 검사할 수 있는 프로브 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 피검사체의 전기적 특성 검사를 행할 때에 상기 피검사체의 전극과 전기적으로 접촉하는 프로브에 있어서, 상기 피검사체와의 접촉부가 형성된 프로브 본체와, 이 프로브 본체의 접촉부로부터 돌출하는 선단부를 갖는 복수의 도전성 재료를 포함하며, 상기 접촉부는 상기 피검사체와의 접촉면을 구비하고, 상기 선단부는 상기 접촉면으로부터 상기 피검사체의 전극 표면의 산화막의 두께보다 돌출하도록 형성되어 있고, 상기 접촉면은 상기 선단부가 상기 산화막을 관통하여 상기 피검사체의 전극에 도달한 때에 상기 전극 표면에 접촉하여, 상기 선단부의 스토퍼가 되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 도전성 재료는 상기 접촉부에 매설되고 또한 상기 접촉부보다 경질 재료로 이루어지는 것이라도 좋다.
또한, 상기 도전성 재료는 도전성 다이아몬드 또는 나노스케일 금속으로 이루어지는 것이라도 좋다.
별도의 관점에 의한 본 발명은, 피검사체의 전기적 특성 검사를 행할 때에 상기 피검사체와 전기적으로 접촉하는 프로브를 제조하는 방법에 있어서, 기판에 상기 피검사체와의 접촉부의 몰드를 형성하는 공정과, 상기 몰드 내에 선단부를 갖는 복수의 도전성 재료를 투입하는 공정과, 상기 몰드 내에 도전성 금속을 충전하여 상기 접촉부를 형성하는 공정과, 상기 접촉부를 포함하는 프로브 본체를 형성하는 공정과, 상기 몰드에서 분리된 상기 접촉부로부터 상기 도전성 재료의 선단부를 돌출시킨 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 낮은 침압으로 산화막을 뚫어 피검사체를 확실하고 또한 안정적으로 검사할 수 있는 프로브 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 프로브의 하나의 실시 형태를 도시한 도면으로서, (a)는 프로브를 적용한 프로브 카드를 도시하는 단면도, (b)는 프로브의 주요부를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시하는 프로브와 전극 패드가 전기적으로 접촉한 상태를 도시하는 단면도.
도 3의 (a)∼(e)는 도 1에 도시하는 프로브의 제조 공정의 주요부를 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 프로브
11 : 프로브 본체
11A : 접촉부
11B : 접촉면
12 : 도전성 입자
12A : 첨단부
이하, 도 1 내지 도 3에 도시하는 각 실시 형태에 기초하여 본 발명을 설명 한다. 또한, 도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 프로브의 하나의 실시 형태를 도시한 도면으로, (a)는 프로브를 적용한 프로브 카드를 도시하는 단면도, (b)는 프로브의 주요부를 도시하는 단면도, 도 2는 도 1에 도시하는 프로브와 전극 패드가 전기적으로 접촉한 상태를 도시하는 단면도, 도 3의 (a)∼(e)는 도 1에 도시하는 프로브의 제조 공정의 주요부를 도시하는 단면도이다.
본 실시 형태의 프로브(10)는 예컨대 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 프로브 카드(20)에 부착하여 이용된다. 프로브 카드(20)는 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 예컨대 세라믹 기판에 의해 형성된 콘택터(21)와, 콘택터(21)에 전기적으로 접속된 프린트 배선 기판(22)을 구비하고, 예컨대 프로브 장치 본체 내에 배치된 적재대(30) 상의 피검사체(웨이퍼)와 대향하여, 적재대(30)의 수평 방향 및 상하 방향의 이동에 의해 프로브 카드(20)의 프로브(10)가 웨이퍼(W)에 형성된 복수의 IC 칩(도시하지 않음)의 일부와 접촉하거나 혹은 모든 IC 칩과 일괄하여 접촉하여, 각 IC 칩의 전기적 특성 검사를 행하도록 구성되어 있다.
콘택터(21)의 하면에는 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 집적 회로의 전극 패드(P)에 대응하는 복수의 오목부(21A)가 소정의 패턴으로 형성되고, 이들의 오목부(21A)에 대응시켜 본 실시 형태의 프로브(10)가 콘택터(21)의 하면에 부착되어 있다. 콘택터(21) 내에는 배선층이 복수층에 걸쳐 형성되고, 이들의 배선층을 통해 프로브(10)와 프린트 배선 기판(22)이 전기적으로 접속되어 있다.
프로브(10)는 예컨대 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 가늘고 긴 형상으로 형성된 프로브 본체(11)와, 이 프로브 본체(11)의 선단부에 형성된 상기 피 검사체와의 접촉부(11A)와, 이 접촉부(11A)로부터 돌출하는 선단부(12A)를 갖는 복수의 도전성 재료(도전성 입자)(12)를 구비하고, 접촉부(11A)가 프로브 본체(11)를 통해 콘택터(21)의 오목부(21A)에서 탄력적으로 출입하도록 되어 있다. 도전성 입자(12)의 선단부(12A)는 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 선단이 뾰족한 첨단부로 형성되어 있다. 그래서, 이하에서는 선단부(12A)를 첨단부(12A)로서 설명한다.
프로브 본체(11)는 인성(靭性) 및 탄력성을 갖는 니켈 등의 도전성 금속에 의해 형성되어 있다. 또한, 접촉부(11A)는 본 실시 형태에서는 프로브 본체(11)와 동일한 도전성 금속에 의해 형성되어 있지만, 별도의 도전성 금속에 의해 형성된 것이라도 좋다. 도전성 입자(12)는 접촉부(11A)보다도 경질의 재료 또는 내약품성이 우수한 재료, 예컨대 도전성 다이아몬드, 카본나노튜브 또는 나노스케일 금속에 의해 형성되어, 접촉부(11A) 내에 매설되어 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 IC 칩의 전극 패드(P)는 예컨대 알루미늄이나 구리 등의 도전성 금속에 의해 형성되어 있다. 또한, 도 1의 (b)에서 도면 부호 I는 보호막이다.
도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 접촉부(11A)에는 후술하는 바와 같이 전극 패드(P)와 접촉하는 접촉면(11B)이 전극 패드(P)의 상면과 거의 평행하게 되도록 형성되어 있다. 복수의 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)는 접촉부(11A)의 접촉면(11B)으로부터 소정 치수만큼 돌출하고, 검사 시에 전극 패드(P)의 산화막(O)을 뚫고 전극 패드(P)와 전기적으로 접촉하며, 나아가서는 프로브(10)와 IC 칩 사이의 전기적 도통을 취하도록 형성되어 있다. 또한, 프로브(10)의 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)가 전극 패드(P)에 꽂히면 접촉면(11B)이 전극 패드(P)와 접촉하여 스토 퍼로서 기능하고, 첨단부(12A)가 소정의 깊이를 넘어 꽂히지 않도록 하고 있다.
본 실시 형태에서는, 예컨대 프로브 본체(11)의 접촉면(11B)이 거의 원형으로 형성되고, 그 직경이 약 30 μ의 크기로 형성되고, 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)가 접촉면(11B)으로부터 약 0.3 μ 돌출하고 있다. 한편, 전극 패드(P)는 예컨대 알루미늄 금속층이 1 μ 정도의 두께로 형성되고, 그 표면에 0.1 μ 정도의 산화막(O)이 형성되어 있다.
본 실시 형태의 프로브(10)를 이용하여 웨이퍼(W)의 전기적 특성 검사를 행하는 경우에는, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 적재대(30) 상에 웨이퍼(W)를 얹고, 적재대(30)가 수평 방향으로 이동하여 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 검사 위치의 바로 아래에 이르게 된다. 계속해서, 적재대(30)를 상승시켜 프로브(10)의 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)와 웨이퍼(W) 내의 전극 패드(P)가 접촉한 후, 적재대(30)를 오버 드라이브하여, 프로브(10)와 전극 패드(P)의 사이에 예컨대 1 gf/개의 침압을 부여한다.
적재대(30)의 오버 드라이브에 의해, 도 2에 도시한 바와 같이 프로브(10)는 접촉부(11A)로부터 돌출한 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)가 전극 패드(P)의 산화막(O)을 뚫고, 전극 패드(P) 내에 침투된 프로브(10)와 전극 패드(P)를 전기적으로 접속한다. 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)가 전극 패드(P) 내의 소정의 깊이에 달하면, 접촉부(11A)가 접촉면(11B)에 의해 전극 패드(P)와 면접촉하고, 그 이상 접촉부(11A)가 전극 패드(P) 내에 침투하지 않는다. 따라서, 전극 패드(P)가 박막화함으로써, 접촉부(11A)의 접촉면(11B)이 스토퍼로서 기능하기 때문에 프로브(10)에 의해 전극 패드(P)를 상처를 입히는 일 없이, IC 칩의 전기적 특성 검사를 확실하고 또한 안정적으로 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 프로브(10)는 예컨대 포토리소그래피 기술을 이용한 마이크로 전자 기계 시스템(micro electronic mechanical system : MEMS) 프로세스 등의 미세 가공 기술에 의해 형성할 수 있다. 그래서, 도 3의 (a)∼(e)를 참조하면서 본 발명의 프로브의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 제조 방법에서는, 프로브(10)의 접촉부(11A) 내에 도전성 입자(12)를 매설하는 것 이외에는 종래 공지의 미세 가공 기술을 이용할 수 있다.
프로브를 제조하는 경우에는 우선, 실리콘 기판의 표면에 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성하고, 포토 마스크를 통해 레지스트막을 노광시킨 후, 현상하여 레지스트막에다 프로브 본체(11)의 접촉부(11A)의 몰드를 만드는 부위에 개구부를 형성한다. 그런 후, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 레지스트막을 마스크로 하여 실리콘 기판(100)에 에칭을 실시하여 접촉부(11A)를 형성하기 위한 몰드(101)를 형성한 후, 레지스트막을 제거한다. 이 때, 몰드(101)는 콘택터(21)의 프로브(10)의 배열 패턴에 맞추어 실리콘 기판(100)의 복수 개소에 형성한다.
계속해서, 실리콘 기판의 표면에 스퍼터링 처리를 실시하여 금속 박막을 형성한 후, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(100)의 몰드(101) 내에 복수의 도전성 입자(12)를 투입한다. 이 상태로 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(100)에 도금 처리를 실시하고 몰드(101) 내에 니켈 등의 금속을 충전하여 프로브 본체(11)의 접촉부(11A)를 형성한다. 이 때, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 프로브 본체(11)를 접촉부(11A)와 함께 형성할 수 있다. 또한, 필요에 따라 접촉부(11A)를 형성한 후, 접촉부(11A)와 동일 재료 또는 다른 재료로 프로브 본체(11)를 형성하여도 좋다.
그 후, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이 프로브 본체(11) 및 접촉부(11A)를 실리콘 기판(100)으로부터 프로브로서 박리한다. 이 상태에서는 도전성 입자(12)는 접촉부(11A) 내에 매몰한 상태이므로, 도 3의 (e)에 도시한 바와 같이 접촉부(11A)를 에칭액에 침지하여 접촉부(11A)의 하단부를 제거하여 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)를 돌출시킴과 동시에 접촉면을 형성한다. 첨단부(12A)의 돌출 치수는 전극 패드의 산화막을 뚫는 깊이(예컨대, 약 0.3 μ)로 설정한다. 접촉부(11A)에 첨단부(12A)를 형성한 후, 프로브를 세라믹 기판의 소정 개소에 전사하여 콘택터(21)로서 완성시킨다. 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)를 접촉부(11A)로부터 돌출시키기 위해, 접촉부(11A)의 하부를 절삭하여도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 프로브(10)에 의하면, 프로브 본체(11)와, 이 프로브 본체(11)의 접촉부(11A)로부터 돌출하는 첨단부(12A)를 갖는 복수의 도전성 입자(12)를 갖기 때문에, 프로브(10)에 소정의 침압을 부여하면 복수의 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)가 전극 패드(P)의 산화막(O)을 복수 개소에서 뚫고 프로브(10)와 전극 패드(P)를 전기적으로 확실하게 접속하여, 웨이퍼(W)의 IC 칩을 확실하고 또한 안정적으로 검사를 행할 수 있다. 이 때, 접촉부(11A)에는 접촉면(11B)이 형성되어 있으므로, 접촉면(11B)이 스토퍼로 기능하여 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)로 전극 패드(P)를 손상시킬 우려가 없다. 또한, 도전성 입 자(12)를 프로브 본체(11) 및 전극 패드(P)보다도 경질의 도전성 다이아몬드로 형성했기 때문에, 프로브(10)의 마모를 경감할 수 있다.
또한, 프로브(10)를 제조할 때에, 도전성 입자(12)를 접촉부(11A)보다도 경질의 재료 혹은 내약품성이 우수한 재료에 의해 형성하기 때문에, 에칭액을 이용하는 것에 의해 접촉부(11A)의 하단부만을 녹여 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)를 접촉부(11A)로부터 간단히 돌출시킬 수 있고, 또한, 에칭액에 상관없이 접촉부(11A)의 하부만을 절삭하여 도전성 입자(12)의 첨단부(12A)를 접촉부(11A)로부터 간단하게 돌출시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 하등 제한되는 것이 아니다. 예컨대 상기 실시 형태에서는 외팔보 타입의 프로브에 대해 설명했지만, 본 발명의 프로브는, 수직 프로브나 지그재그형으로 구부러지어 탄력을 갖는 타입의 프로브 등의 형태를 갖는 것이라도 좋다. 또한, 도전성 재료로서 카본나노튜브를 이용하는 경우에는, 프로브의 접촉부에 카본나노튜브를 성장시킨 후, 접촉부의 일부를 제거하여 카본나노튜브를 돌출시키면 좋다. 요컨대, 본 발명의 프로브는 프로브 본체의 피검사체와의 접촉부에 도전성 재료를 마련하여, 도전성 재료의 선단부를 접촉부로부터 돌출시킨 프로브라면 본 발명에 포함된다.
본 발명은 예컨대 검사 장치의 프로브로서 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 피검사체의 전기적 특성 검사를 행할 때에 상기 피검사체의 전극과 전기적으로 접촉하는 프로브로서,
    상기 피검사체와의 접촉부가 형성된 프로브 본체와, 이 프로브 본체의 접촉부로부터 돌출하는 선단부를 갖는 복수의 도전성 재료를 포함하며, 상기 접촉부는 상기 피검사체와의 접촉면을 구비하고, 상기 선단부는 상기 접촉면으로부터 상기 피검사체의 전극 표면의 산화막의 두께보다 돌출하도록 형성되어 있고, 상기 접촉면은 상기 선단부가 상기 산화막을 관통하여 상기 피검사체의 전극에 도달한 때에 상기 전극 표면에 접촉하여, 상기 선단부의 스토퍼가 되는 것인 프로브.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 재료는, 상기 접촉부에 매설되고 상기 접촉부보다 경질 재료로 이루어지는 것인 프로브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도전성 재료는 도전성 다이아몬드 또는 나노스케일 금속으로 이루어지는 것인 프로브.
  5. 피검사체의 전기적 특성 검사를 행할 때에, 상기 피검사체와 전기적으로 접촉하는 프로브를 제조하는 방법으로서,
    기판에 상기 피검사체와의 접촉부의 몰드를 형성하는 공정과, 상기 몰드 내에 선단부를 갖는 복수의 도전성 재료를 투입하는 공정과, 상기 몰드 내에 도전성 금속을 충전하여 상기 접촉부를 형성하는 공정과, 상기 접촉부를 포함하는 프로브 본체를 형성하는 공정과, 상기 몰드로부터 분리한 상기 접촉부로부터 상기 도전성 재료의 선단부를 돌출시키는 공정
    을 포함하며,
    상기 선단부를 돌출시키는 공정에 의하여, 상기 선단부는 상기 접촉부가 상기 피검사체와 접촉하는 접촉면으로부터 상기 피검사체의 전극 표면의 산화막의 두께보다 돌출하도록 형성되며, 또한, 상기 접촉면은 상기 선단부가 상기 산화막을 관통하여 상기 피검사체의 전극 표면에 도달한 때에 상기 전극 표면에 접촉하여 상기 선단부의 스토퍼가 되는 것인 프로브 제조 방법.
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