KR100891346B1 - 프로브 카드 및 그 제조방법 - Google Patents

프로브 카드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

프로브 카드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 프로브 카드 제조방법은, P타입의 실리콘 기판 위에 Si3N4, Au, 및 PR(Photo Resist)을 순차적으로 증착시키는 단계, 및 패턴이 다른 복수의 마스크를 마련하며, Si3N4, Au, 및 PR이 증착된 실리콘 기판을 상기 복수의 마스크에 대응하는 위치별로 순차적으로 식각 및/또는 증착 처리하는 단계를 포함하며, 식각 및/또는 증착 처리에 의해 실리콘 기판의 공동에 탐침이 브리지 형태로 지지되는 것을 특징으로 한다.
프로브 카드, P타입, 실리콘, 공동, cavity, PR

Description

프로브 카드 및 그 제조방법{Probe card and method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 프로브 카드를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 기판의 구성을 설명하기 위해 도시된 단면도,
도 3은 도 1의 프로브 카드 중 공동 영역을 형성하기 위한 제1 마스크의 실시 예를 나타낸 도면,
도 4 내지 도 6은 도 3의 제1 마스크를 이용한 공정처리의 실시 예를 나타낸 도면,
도 7은 도 1의 프로브 카드 중 절연 영역을 형성하기 위한 제2 마스크의 예를 나타낸 도면,
도 8 내지 도 11은 도 7의 제2 마스크를 이용한 공정처리의 예를 나타낸 도면,
도 12는 도 1의 프로브 카드 중 탐침용 팁이 증착되는 영역을 위한 제3 마스크의 예를 나타낸 도면,
도 13 내지 도 15는 도 12의 제3 마스크를 이용한 공정처리의 실시 예를 나타낸 도면,
도 16은 도 1의 프로브 카드 중 탐침용 팁을 형성하기 위한 제4 마스크를 나타낸 도면, 그리고
도 17 내지 도 22는 도 16의 제4 마스크를 이용한 공정처리의 실시 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 반도체 집적회로 소자의 전기적 특성을 검사하기 위한 브리지 타입의 멤스(MEMS) 프로브 카드(probe card) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조공정이 간단한 브리지 타입의 멤스 프로브 카드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 메모리 소자, 로직 소자와 같은 반도체 집적회로 소자(semiconductor integrated circuit device)를 제조하는 공정에서는 칩들을 웨이퍼에 제조한 후, 웨이퍼의 칩들을 각각의 칩으로 절단하기 전에 각 칩들이 양호 또는 불량인지를 판단하기 위해 웨이퍼 테스트를 수행한다. 이와 같은 웨이퍼 테스트는 프로브 카드가 프로브 장치에 연결되고, 프로브 카드의 탐침용 팀이 반도체 칩의 패드에 접촉된 상태에서 수행된다. 이때, 탐침용 팁을 반도체 칩에 접촉시킨 후 임의의 압력을 탐침용 팁과 패드 사이에 인가시킨다. 이것은 탐침용 팁을 패드의 표면에 미끄러지게 하여 표면상의 알루미늄 산화막을 제거시켜 준다. 이로 인해 알루미늄 산화막 아래의 알루미늄과 탐침용 팁이 전기적으로 연결된다.
그런데, 상기와 같은 일반적인 프로브 카드를 제조하기 위해서는 그 제조방법이 복잡할 뿐만 아니라, 그 제조비용 또한 고가라는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제조비용이 저렴할 뿐만 아니라, 그 제조방법이 간단한 프로브 카드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로브 카드는, P타입의 실리콘 위에 Si3N4, Au, 및 PR이 순차적으로 증착된 기판; 상기 기판 중 일정부분의 상기 PR이 제거되며, 그 부분의 상기 Au 및 Si3N4가 브리지 형태로 식각되고, 그 부분의 상기 실리콘에 공동이 형성된 공동 영역; 상기 기판 중 상기 PR이 제거되어 형성된 배선 영역; 상기 기판 중 상기 공동 영역 및 상기 배선 영역을 제외한 부분의 상기 PR를 제거하고 그 부분의 상기 Au를 식각하여 형성된 절연 영역; 및 상기 공동 영역의 중앙에 상기 Au 위에 증착되며, 전체적으로 Au에 의해 코팅되는 탐침용 팁을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기판은 상기 Si3N4와 Au 사이에 접착력을 높여주기 위하여 니크롬(NiCr), 니켈(Ni), 또는 크롬(Cr) 중의 적어도 하나가 증착되는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 프로브 카드는, P타입의 실리콘 기판 위에 Si3N4, Au, 및 PR(Photo Resist)을 순차적으로 증착시키는 단계; 및 패턴이 다른 복수의 마스크를 마련하며, 상기 Si3N4, Au, 및 PR이 증착된 상기 실리콘 기판을 상기 복수의 마스크에 대응하는 위치별로 순차적으로 식각 및/또는 증착 처리하는 단계를 포함하며, 상기 식각 및/또는 증착 처리에 의해 상기 실리콘 기판의 공동(cavity)에 탐침이 브리지 형태로 지지되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기의 프로브 카드 제조방법은, 상기 Si3N4와 Au 사이에 접착력을 높여주기 위하여 니크롬(NiCr), 니켈(Ni), 또는 크롬(Cr) 중의 적어도 하나를 증착하는 단계를 더 포함한다.
여기서, 상기 Au는 상기 Si3N4 위에 0.5㎛ 이상 증착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 니크롬(NiCr), 니켈(Ni), 또는 크롬(Cr) 중의 적어도 하나는 상기 Si3N4와 상기 Au의 사이에 0.03㎛ 이상 증착되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기의 프로브 카드 제조방법은, 상기 복수의 마스크 중 제1 마스크를 이용하여 상기 공동을 형성하기 위한 부분의 PR을 제거하는 단계; 상기 PR이 제거된 부분에 상기 브리지 형태로 상기 Au 및 Si3N4를 식각하는 단계; 남아있는 PR을 제거한 후, PR을 다시 증착하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기의 프로브 카드 제조방법은, 상기 복수의 마스크 중 제2 마스크를 이용하여 상기 제1 마스크 및 복수의 배선을 제외한 부분의 PR을 제거하는 단계; 상기 PR이 제거된 부분의 금을 식각하는 단계; 남아있는 상기 PR을 제거한 후 상기 Au, NiCr, Si3N4, 및 실리콘과 반응하지 않으며 식각용액에 의해 제거할 수 있는 희생층을 증착하는 단계; 및 상기 희생층 위에 PR을 증착하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 희생층은 알루미늄 또는 구리로 구현되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 배선은 라인의 길이에 비례하여 폭이 넓어지는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기의 프로브 카드 제조방법은, 상기 복수의 마스크 중 제3 마스크를 이용하여 탐침용 팁이 증착될 부분의 PR을 제거하는 단계; 상기 희생층을 식각하는 단계; 및 남아있는 상기 PR을 제거한 후, PR을 다시 증착하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기의 프로브 카드 제조방법은, 상기 복수의 마스크 중 제 4 마스크를 이용하여 탐침용 팁이 증착될 부분의 PR을 상기 식각된 희생층의 지름보다 작은 지름으로 제거하는 단계; 상기 제거된 PR의 높이보다 낮은 높이로 상기 탐침용 팁을 증착하는 단계; 남아있는 상기 PR을 제거한 후, 상기 희생층 위 및 상기 탐침용 팁 전체에 금을 증착하는 단계; 남아있는 상기 희생층 및 상기 희생층 위에 적층된 금을 제거하는 단계; 및 상기 실리콘을 식각하여 공동을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 탐침용 팁 전체에 증착되는 금은 상기 Si3N4 위에 증착된 금과 연결되는 것이 바람직하다.
이로써, 프로브 카드는 멤스 기술을 이용하여 간단한 방법으로 제조되며, 그 제조비용 또한 저렴하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 프로브 카드 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 프로브 카드를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 기판의 구성을 설명하기 위해 도시된 단면도이다. 도면을 참조하면, 프로브 카드(10)는 공동(cavity) 영역(3), 배선 영역(5), 절연 영역(7), 및 탐침용 팁(9)으로 구분된다. 프로브 카드(10)는 P타입의 실리콘(12)에 Si3N4(14)가 0.5㎛ 이상 증착되며, Si3N4(14)의 위에 Au(16)가 0.3㎛ 이상 증착되고, 그 위에 PR(Photo Resist)(18)이 증착되어 기판을 형성한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았으나, Si3N4(14)와 Au(16)의 접착력을 높여주기 위하여 Si3N4(14)와 Au(16)의 사이에는 니크롬(NiCr)이 0.03㎛ 이상 증착되는 것이 바람직하다. 이 경우, 니크롬(NiCr)은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)으로 대체될 수 있다.
공동 영역(3)은 P타입의 실리콘(12)에 Si3N4(14), Au(16), 및 PR(Photo Resist)(18)이 순차적으로 증착되어 형성된 기판 중 일정부분의 PR(18)을 제거하고, 그 부분의 Au 및 Si3N4(14)를 브리지 형태로 식각하며,그 부분의 실리콘(12)에 공동을 형성하여 구현된다.
여기서, Si3N4(14)는 절연층으로서, 최후 공정인 공동을 만들기 위한 식각 공정에서 보호층(passivation)으로 사용되며, 실리콘(12)과 탐침 소자간의 절연을 시켜주는 역할을 한다.
PR(18)은 감광성 고분자로서, 노광 공정 시 빛을 받은 부분이 광반응을 하 여 현상 공정 후 패턴(pattern)을 형성한다. PR은 광 감응제가 섞여 있는 유기 화합물로서, 빛에 의해 자체 내에서 화학 반응이 일어나 화학적 구조가 변하여 현상액에 의해 일정 패턴이 형성되도록 하는 물질이다. PR은 집적회로의 제작 공정 중 광(photo) 공정에서 사용하는 화학물질로서 에칭(etching) 공정을 하기 전에 에칭 처리할 지역을 표시하기 위해 웨이퍼 표면에 균일하게 도포하는 물질이다. PR은 포지티브 타입(positive type)의 경우 빛을 받으면 그 부분은 빛과 반응하여 감광되어 현상(develop)시 없어지고 빛을 받지 않은 부분은 그 대로 남아서 에칭을 진행하면 PR이 없는 부분이 식각된다.
배선 영역(5)은 PR(18)이 제거되어 형성되며, 공동 영역(3)으로부터 기판의 테두리로 Au(16)의 라인으로 연장되어 형성된다. 이때, 배선 영역(5)은 라인의 길이에 비례하여 폭이 넓어지도록 구현되는 것이 바람직하다. 즉, 라인의 길이가 길어질수록 배선 영역(5)의 폭은 넓어지도록 구현된다.
절연 영역(7)은 기판 중 공동 영역(3) 및 배선 영역(5)을 제외한 부분의 PR(18)을 제거하고 그 부분의 Au(16)를 식각하여 형성한다.
탐침용 팁(9)은 공동 영역(3)의 중앙에 Au(16) 위에 증착되며, 전체적으로 Au(16)에 의해 코팅되어 형성된다.
도 3은 도 1의 프로브 카드 중 공동 영역을 형성하기 위한 제1 마스크의 예를 나타낸 도면이며, 도 4 내지 도 6은 제1 마스크를 이용한 공정처리의 실시 예를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, P타입의 실리콘(12)에 Si3N4(14), Au(16), 및 PR(18)이 순차적으로 증착된 기판에 대하여, 제1 마스크를 이용하여 공동을 형성하기 위한 부분의 PR(18)을 제거하고, 그 부분을 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 브리지 형태(11)로 Si3N4(14), 니크롬(NiCr), 및 Au(16)를 식각한다. 이때, Au(14)는 Indine-potassium iodide 용액을 이용하며, 니크롬(NiCr)은 Alkaline hexacyanoferrate 용액을 이용하고, Si3N4(14)는 HF를 이용하여 식각한다.
Si3N4(14), 니크롬(NiCr), 및 Au(16)의 식각이 완료되면 PR 리무버(remover) 또는 아세톤을 이용하여 도 5에 도시한 바와 같이 PR(18)을 완전히 제거한 후, 도 6에 도시한 바와 같이 PR(18)을 다시 증착한다.
도 7은 도 1의 프로브 카드 중 절연 영역을 형성하기 위한 제2 마스크의 예를 나타낸 도면이며, 도 8 내지 도 11은 제2 마스크를 이용한 공정처리의 예를 나타낸 도면이다.
제1 마스크를 이용하여 공동 영역(3)을 형성한 후, 제2 마스크를 이용하여 도 8에 도시한 바와 같이 프로브 카드의 공동 영역(3) 및 배선 영역(5)을 제외한 부분의 PR(18)을 제거하고 그 부분의 Au(16)을 식각한다.
다음에, 도 9에 도시한 바와 같이 PR 리무버 또는 아세톤을 이용하여 남아있는 PR(18)을 제거한 후, 도 10에 도시한 바와 같이 희생층(19)을 증착하고, 도 11에 도시한 바와 같이 희생층(19) 위에 다시 PR(18)을 증착한다. 이때, 희생층(19) 은 실리콘(12), Si3N4(14), Au(16), 및 NiCr와 반응하지 않으며 식각용액에 의해 제거할 수 있는 물질로 구현되는 것이 바람직하다. 이와 같은 물질의 예로는, 알루미늄 또는 구리를 들 수 있다.
도 12는 도 1의 프로브 카드 중 탐침용 팁이 증착되는 영역을 위한 제3 마스크의 예를 나타낸 도면이며, 도 13 내지 도 15는 도 12의 제3 마스크를 이용한 공정처리의 실시 예를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 제3 마스크를 이용하여 도 13에 도시한 바와 같이 탐침용 팀이 증착될 부분 즉, 공동 영역(3)의 중앙의 PR(18)을 제거하고 PR 패터닝을 이용하여 그 부분에 드러난 희생층(19)을 식각한다. 다음에, 도 14에 도시한 바와 같이 PR 리무버 또는 아세톤을 이용하여 남아있는 PR(18)을 완전히 제거한 후, 도 15에 도시한 바와 같이 PR(18)을 다시 증착한다.
도 16은 도 1의 프로브 카드 중 탐침용 팁을 형성하기 위한 제4 마스크를 나타낸 도면이며, 도 17 내지 도 22는 도 16의 제4 마스크를 이용한 공정처리의 실시 예를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 제4 마스크를 이용하여 도 17에 도시한 바와 같이 탐침용 팀이 증착될 부분의 PR(18)만을 제거한다. 이때, PR(18)의 지름은 식각된 희생층(19)의 지름보다 3㎛ 정도 작도록 제거되는 것이 바람직하다.
다음에 도 18에 도시한 바와 같이 니켈 전기도금법에 의해 탐침용 팁(20)을 증착한다. 이때, 증착되는 탐침용 팁(20)의 높이는 제거된 PR(18)의 높이보다 약간 낮도록 80㎛ 정도의 높이로 증착되는 것이 바람직하다.
다음에 도 19에 도시한 바와 같이 PR 리무버 또는 아세톤을 이용하여 남아있는 PR(18)을 완전히 제거하고, 도 20에 도시한 바와 같이 스퍼터 또는 이베퍼레이터(evaporator)를 이용하여 전체적으로 금을 0.1㎛ 이상 증착한다. 이때, 탐침용 팁(20)은 전체적으로 금(Au)으로 증착된다.
그 후, 도 21에 도시한 바와 같이 리프트 오프(lift-off) 법을 이용하여 희생층(19) 및 희생층(19) 위에 증착된 금을 모두 제거하고, 도 22에 도시한 바와 같이 KOH를 이용하여 실리콘(12)을 식각함으로써 공동을 형성한다.
실리콘(12)의 식각에 의해 공동 영역(3)의 탐침용 팁(20)은 탐침이 수행되는 경우 약간의 탄성(휘어짐)을 가지게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따르면, 프로브 카드의 제조 공정은 간단하게 되며, 그 제조비용 또한 저렴하게 된다.

Claims (14)

  1. P타입의 실리콘 기판 위에 Si3N4, Au, 및 PR(Photo Resist)을 순차적으로 증착시키는 단계; 및
    패턴이 다른 복수의 마스크를 마련하며, 상기 Si3N4, Au, 및 PR이 증착된 상기 실리콘 기판을 상기 복수의 마스크에 대응하는 위치별로 식각 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 식각 처리에 의해 형성된 상기 실리콘 기판의 공동(cavity)에 탐침이 브리지 형태로 지지되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Si3N4와 Au 사이에 접착력을 높여주기 위하여 니크롬(NiCr), 니켈(Ni), 또는 크롬(Cr) 중의 적어도 하나를 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 Au는 상기 Si3N4 위에 0.5㎛ 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 니크롬(NiCr), 니켈(Ni), 또는 크롬(Cr) 중의 적어도 하나는 상기 Si3N4와 상기 Au의 사이에 0.03㎛ 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 마스크 중 제1 마스크를 이용하여 상기 공동을 형성하기 위한 부분의 PR을 제거하는 단계;
    상기 제1 마스크를 이용하여 PR이 제거된 부분에 상기 브리지 형태로 상기 Au 및 Si3N4를 식각하는 단계;
    상기 제1 마스크를 이용하여 남아있는 PR을 제거한 후, PR을 다시 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 복수의 마스크 중 제2 마스크를 이용하여, 복수의 배선 및 상기 제1 마스크를 제외한 부분의 PR을 제거하는 단계;
    상기 제2 마스크를 이용하여 PR이 제거된 부분의 금을 식각하는 단계;
    상기 제2 마스크를 이용하여 남아있는 PR을 제거한 후, Au, NiCr, Si3N4, 및 실리콘과 반응하지 않으며 식각용액에 의해 제거할 수 있는 희생층을 증착하는 단계; 및
    상기 희생층 위에 PR을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 희생층은 알루미늄 또는 구리인 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 배선은 라인의 길이가 길수록 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 마스크 중 제3 마스크를 이용하여 탐침용 팁이 증착될 부분의 PR을 제거하는 단계;
    상기 제3 마스크를 이용하여 상기 희생층을 식각하는 단계; 및
    상기 제3 마스크를 이용하여 남아있는 PR을 제거한 후, PR을 다시 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 마스크 중 제4 마스크를 이용하여 탐침용 팁이 증착될 부분의 PR을 상기 식각된 희생층의 지름보다 작은 지름으로 제거하는 단계;
    상기 제4 마스크를 이용하여 제거된 PR의 높이보다 낮은 높이로 상기 탐침용 팁을 증착하는 단계;
    상기 제4 마스크를 이용하여 남아있는 PR을 제거한 후, 상기 희생층 위 및 상기 탐침용 팁 전체에 금을 증착하는 단계;
    남아있는 상기 희생층 및 상기 희생층 위에 적층된 금을 제거하는 단계; 및
    상기 실리콘을 식각하여 공동을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 탐침용 팁 전체에 증착되는 금은 상기 Si3N4 위에 증착된 금과 연결되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 제조방법.
  12. P타입의 실리콘 위에 Si3N4, Au, 및 PR이 순차적으로 증착된 기판;
    상기 기판 중 일정부분의 상기 PR이 제거되며, 그 부분의 상기 Au 및 Si3N4가 브리지 형태로 식각되고, 그 부분의 상기 실리콘에 공동이 형성된 공동 영역;
    상기 기판 중 상기 PR이 제거되어 형성되며, 상기 공동 영역으로부터 상기 기판의 테두리로 연장되는 배선 영역;
    상기 기판 중 상기 공동 영역 및 상기 배선 영역을 제외한 부분의 상기 PR를 제거하고 그 부분의 상기 Au를 식각하여 형성된 절연 영역; 및
    상기 공동 영역의 중앙에 상기 Au 위에 증착되며, 전체적으로 Au에 의해 코팅되는 탐침용 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기판은 상기 Si3N4와 Au 사이에 접착력을 높여주기 위하여 니크롬(NiCr), 니켈(Ni), 또는 크롬(Cr) 중의 적어도 하나가 증착되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 배선 영역은 라인의 길이에 비례하여 폭이 넓어지는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
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