KR101097147B1 - 프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법에 관한 것으로서, 반도체 기판을 식각하여 프로브 팁 영역 및 프로브 빔 영역에 프로브 팁 및 프로브 빔을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 하부에 팁 도금용 홀 영역을 정의하는 제 3 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 3 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 일정 깊이의 팁 도금용 홀을 형성하는 단계 및 상기 팁 도금용 홀에 상기 프로브 팁 소재보다 내마모성이 큰 금속 용액을 주입하여 상기 프로브 팁을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 프로브 구조물의 전체적인 탄성력을 유지하면서도 마모의 문제를 해결할 수 있고, 찌꺼기의 발생을 최대한 억제하여 세척 주기를 연장시킬 수 있으며, 반도체 기판을 식각하여 프로브 구조물을 형성하는 공정 내에서 프로브 팁 도금 공정이 이루어지도록 함으로써 공정의 연속성이 확보되어 생산 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

프로브, 카드, 반도체, 검사, 팁, 도금.

Description

프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법{A Method For Fabricating Probe Structure of Probe Card}

본 발명은 프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 희생 기판을 식각하여 미세한 피치를 가지는 프로브 카드의 프로브 구조물을 제조함에 있어 희생 기판의 하부에 팁 도금용 홀을 형성한 후, 팁 도금용 홀에 프로브 팁 소재보다 내마모성이 큰 금속 용액을 주입하여 프로브 팁을 도금함으로써 마모의 문제를 해결함과 동시에 세척 주기를 연장시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 프로브 카드는 반도체 메모리, 평면 디스플레이(FPD) 등의 반도체 소자의 제작 중 또는 제작 후에 그 결함 유무를 테스트하기 위하여, 웨이퍼와 반도체 소자 검사 장비를 전기적으로 연결시켜서 검사 장비의 전기적 신호를 웨이퍼에 형성된 반도체 다이(die)에 전달하여 주고, 반도체 다이로부터 돌아오는 신호를 반도체 소자의 검사 장비에 전달하는 장치이다.

한편 반도체 디바이스는 점차 미세한 사이즈로 축소되면서 회로의 집적도는 더욱 높아지고 있으므로 프로브 카드의 니들이 접촉되는 반도체 디바이스의 전극패드 또한 더욱 미세해지는 추세이며, 초미세 회로선폭에 적용될 수 있도록 반도체 공정을 적용하여 다수의 프로브가 일체로 형성되는 MEMS형(Micro Electro Mechanical Systems type)가 사용되고 있다.

이러한 MEMS형 프로브 카드는 반도체 기판을 식각하여 팁 영역을 형성하고 빔 영역을 정의하는 감광막 패턴을 이용하여 프로브 구조물을 형성하게 된다.

이러한 프로브 카드의 재질은 니켈에 코발트를 첨가하여 도금하는 방식이 주로 사용되는데 Ni-Co의 경우 탄성이 높은 장점이 있으나, 알루미늄 재질의 패드에 스크럽시 마모되는 문제가 발생하여 그 수명이 길지 못하고 또한 스크럽시 찌꺼기가 팁 끝단에 고착되어 세척 주기가 짧다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 프로브 팁 끝단만 내마모성이 우수한 금속으로 도금처리함으로써 전체적으로 탄성력을 유지하면서도 마모의 문제를 해결하고 세척 주기를 연장시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 기판을 식각하여 프로브 구조물을 형성하는 공정 내에서 프로브 팁 도금 공정이 이루어지도록 함으로써 공정의 연속성이 확보되고 프로브 팁 도금이 매우 용이하도록 하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 반도체 기판 상부에 프로브 빔 영역을 정의하는 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판 및 제 1 마스크 패턴 상부에 프로브 팁 영역을 정의하는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 2 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 프로브 팁 영역을 형성하는 단계, 상기 제 2 마스크 패턴을 제거하는 단계, 상기 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 프로브 빔 영역을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 노출된 부분을 소정 깊이 식각하는 단계, 상기 프로브 팁 영역 및 프로브 빔 영역에 프로브 팁 및 프로브 빔을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 하부에 팁 도금용 홀 영역을 정의하는 제 3 마 스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 3 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 일정 깊이의 팁 도금용 홀을 형성하는 단계 및 상기 팁 도금용 홀에 상기 프로브 팁 소재보다 내마모성이 큰 금속 용액을 주입하여 상기 프로브 팁을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법이 제공된다.

여기서, 상기 팁 도금용 홀을 상기 프로브 빔의 하부까지 추가적으로 식각하는 단계 및 상기 반도체 기판을 제거하는 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 프로브 구조물은 Ni-Co 합금재질이고, 상기 도금 금속은 Rh인 것이 보다 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 프로브 구조물의 전체적인 탄성력을 유지하면서도 마모의 문제를 해결할 수 있고, 찌꺼기가 발생을 최대한 억제하여 세척 주기를 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 반도체 기판을 식각하여 프로브 구조물을 형성하는 공정 내에서 프로브 팁 도금 공정이 이루어지도록 함으로써 공정의 연속성이 확보되어 생산 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하 게 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1n은 본 출원인의 등록특허에 따른 프로브 구조물 제조 방법을 도시한 단면도들로서, 본 발명에 따른 프로브 팁 도금 공정이 적용되기 전까지의 공정을 나타낸다.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 프로브 빔 영역(140)을 정의하는 제1 마스크 패턴(110)을 형성한다. 제1 마스크 패턴(110)은 반도체 기판(100) 상부에 산화막 또는 포토레지스트를 형성한 후 선택적으로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.

도 1b를 참조하면, 반도체 기판(100) 및 제1 마스크 패턴(110) 상부에 프로브 팁 영역(130)을 정의하는 제2 마스크 패턴(120)을 형성한다. 제2 마스크 패턴(120)은 제1 마스크 패턴(110)과 마찬가지로, 반도체 기판(100) 상부에 산화막 또는 포토레지스트를 형성한 후 선택적으로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.

도 1c를 참조하면, 제2 마스크 패턴(120)을 식각 마스크로 반도체 기판(100)을 식각하여 프로브 팁 영역(130)을 형성한다.

도 1d를 참조하면, 제2 마스크 패턴(120)을 제거하여 프로브 빔 영역(140)으로 예정된 부분을 노출시킨다.

도 1e를 참조하면, 제1 마스크 패턴(110)을 식각 마스크로 반도체 기판(100)을 식각하여 프로브 빔 영역(140)을 형성한다.

도 1f를 참조하면, 제1 마스크 패턴(110)에 의해 노출된 반도체 기판(100)의 표면에 절연막(150)을 형성한다.

도 1g를 참조하면, 반도체 기판(100)의 표면이 노출될 때까지 절연막을 이방성 식각하여 프로브 팁 영역(130) 및 프로브 빔 영역(140)의 측벽에 측벽 절연막 패턴(150a)을 형성한다.

도 1h를 참조하면, 측벽 절연막 패턴(150a) 및 제1 마스크 패턴(110)을 마스크로 반도체 기판(100)의 노출된 부분을 소정 깊이 식각한다.

도 1i를 참조하면, 측벽 절연막 패턴(150a) 및 제1 마스크 패턴(110)을 식각하여 제거한다. 상기 식각 공정은 KOH 및 TMAH 용액을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.

도 1j를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 씨드층(160)을 형성한다. 씨드층(160)은 Ti층과 Cu층의 적층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.

도 1k를 참조하면, 프로브 팁 영역(130) 및 프로브 빔 영역(140)을 노출시키는 더미 마스크층 패턴(170)을 형성한다.

도 1l을 참조하면, 프로브 팁 영역(130) 및 프로브 빔 영역(140)에 각각 프로브 팁 및 프로브 빔(180)을 형성한다. 프로브 팁 및 프로브 빔은 도금 공정을 이용하여 Ni-Co층으로 형성하는 것이 바람직하다.

도 1m을 참조하면, 도전 범프로 예정된 영역, 즉 프로브 빔의 단부를 노출시키는 감광막 패턴(190)을 형성한다. 다음에는, 금속 등으로 도전 범프(200)를 형성한다.

도 1n을 참조하면, 감광막 패턴(190)을 제거하여 프로브 구조물을 1차적으로 완성한다.

상기에서 프로브 팁 및 프로브 빔은 Ni - Co 합금 재질로 형성되어 프로브 팁이 검사면에 접촉될 때 충분히 휘어질 수 있도록 탄성력을 제공하는 것이 바람직하다.

도 2는 도 1의 프로브 구조물 제조 후 프로브 팁을 도금하는 과정을 도시한 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 반도체 기판(100)의 하부에 팁 도금용 홀 영역을 정의하는 제 3 마스크 패턴(205)을 형성한다. 제 3 마스크 패턴(205)은 제 1 및 제 2 마스크 패턴(110, 120)과 마찬가지로, 반도체 기판(100)의 하부에 산화막 또는 포토 레지스트를 형성한 후 선택적으로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.

도 2b를 참조하면, 제 3 마스크 패턴(205)을 식각 마스크로 반도체 기판(100)의 하부를 식각하여 일정 깊이의 팁 도금용 홀(210)을 형성한다.

도 2c를 참조하면, 팁 도금용 홀(210)에 Ni-Co 합금보다 내마모성이 큰 금속 용액을 주입하여 프로브 팁을 도금한 도금층(220)을 형성한다. 도금 금속은 Ni-Co 합금보다 탄성도는 떨어지나 내마모성이 우수한 로듐(Rh) 등의 경질 금속이 사용되는 것이 바람직하다.

도 2d 및 도 2e를 참조하면, 팁 도금용 홀(210)을 프로브 빔의 하부까지 추가적으로 식각한 후, 제 3 마스크 패턴(205)을 제거하여 프로브 구조물을 완성한다. 도 2d에서 팁 도금용 홀(210)을 프로브 빔의 하부까지 추가적으로 식각하는 것은 제조된 프로브 구조물을 기판에 본딩하는 경우 열에 의해 반도체 기판(100)이 팽창하여 프로브 빔과 프로브 팁의 연결부위에 압력이 가해져서 해당 부분이 손상되거나 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

즉, 도 2d와 같이 팁 도금용 홀(210)을 프로브 빔의 하부까지 추가적으로 식 각하면 프로브 빔과 프로브 팁의 연결부위 주변에는 반도체 기판(100)이 상당거리 이격되어 있으므로 열팽창에 의한 압력이 가해지지 않게 되는 것이다.

도시되지는 않았으나, 도 1n의 구조물을 도전 범프(200)를 매개로 캔틸레버 받침대가 형성된 기판에 부착하고 반도체 기판(100)을 제거하야 프로브 카드를 완성한다.

본 실시예에서는 도 1과 도 2가 연속 공정으로 처리되는 것을 예시적으로 설명하였으나, 이는 대표적 실시예에 불과한 것으로서 도 1에 도시된 방법 외에 각종 방법에 의해 반도체 기판을 식각하여 제조되는 프로브 구조물에 도 2의 프로브 팁을 도금하는 과정을 적용할 수 있고, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것임은 당연한 것이다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1a 내지 도 1n은 프로브 팁 도금 전단계까지의 프로브 카드의 프로브 구조물 제조 방법을 도시한 단면도들로서,

도 1a는 제 1 마스크 패턴을 형성하는 공정,

도 1b는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 공정,

도 1c는 프로브 팁 영역을 형성하는 공정,

도 1d는 제 2 마스크 패턴을 제거하는 공정,

도 1e는 프로브 빔 영역을 형성하는 공정,

도 1f는 반도체 기판의 노출된 부분에 절연막을 형성하는 공정,

도 1g는 측별 절연막 패턴을 형성하는 공정,

도 1h는 반도체 기판의 노출된 부분을 소정 깊이 식각하는 공정,

도 1i는 제 1 마스크 패턴을 제거하는 공정,

도 1j는 씨드층을 형성하는 공정,

도 1k는 더미 마스크층을 형성하는 공정,

도 1l은 프로브 팁 영역과 프로브 빔 영역에 프로브를 형성하는 공정,

도 1m은 감광막 패턴과 도전 범프를 형성하는 공정,

도 1n은 감광막 패턴을 제거하여 프로브 구조물을 형성하는 공정이다.

도 2는 도 1의 프로브 구조물 제조 후 프로브 팁을 도금하는 과정을 도시한 단면도로서,

도 2a는 팁 도금용 홀 영역을 정의하는 제 3 마스크 패턴을 형성하는 공정,

도 2b는 일정 깊이의 팁 도금용 홀을 형성하는 공정,

도 2c는 프로브 팁을 도금하는 공정,

도 2d는 팁 도금용 홀을 프로브 빔의 하부까지 추가적으로 식각하는 공정,

도 2e는 제 3 마스크 패턴을 제거하여 프로브 구조물을 완성하는 공정을 나타낸 것이다.

<주요 도면부호에 관한 설명>

100 : 반도체 기판 110 : 제 1 마스크 패턴

120 : 제 2 마스크 패턴 130 : 프로브 팁 영역

140 : 프로브 빔 영역 150 : 절연막

150a : 측벽 절연막 패턴 160 : 씨드층

170 : 더미 마스크층 패턴 180 : 프로브 팁 및 프로브 빔

190 : 감광막 패턴 200 : 도전 범프

205 : 제 3 마스크 패턴 210 : 팁 도금용 홀

220 : 도금층

Claims (3)

1. 반도체 기판 상부에 프로브 빔 영역을 정의하는 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계;

   상기 반도체 기판 및 제 1 마스크 패턴 상부에 프로브 팁 영역을 정의하는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계;

   상기 제 2 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 프로브 팁 영역을 형성하는 단계;

   상기 제 2 마스크 패턴을 제거하는 단계;

   상기 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 프로브 빔 영역을 형성하는 단계;

   상기 프로브 팁 영역 및 상기 프로브 빔 영역의 측벽에 측벽 절연막 패턴을 형성하여 상기 측벽 절연막 패턴이 형성된 부분을 제외한 반도체 기판을 노출시키는 단계;

   상기 반도체 기판의 노출된 부분을 소정 깊이 식각하는 단계;

   상기 측벽 절연막 패턴 및 제 1 마스크 패턴을 제거하는 단계;

   상기 프로브 팁 영역 및 프로브 빔 영역에 프로브 팁 및 프로브 빔을 형성하는 단계;

   상기 반도체 기판의 하부에 팁 도금용 홀 영역을 정의하는 제 3 마스크 패턴을 형성하는 단계;

   상기 제 3 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 일정 깊이의 팁 도금용 홀을 형성하는 단계; 및

   상기 팁 도금용 홀에 상기 프로브 팁 소재보다 내마모성이 큰 금속 용액을 주입하여 상기 프로브 팁을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 팁 도금용 홀을 상기 프로브 빔의 하부까지 추가적으로 식각하는 단계; 및

   상기 반도체 기판을 제거하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 프로브 구조물은 Ni-Co 합금재질이고, 상기 도금 금속은 Rh인 것을 특징으로 하는 프로브 카드의 프로브 구조물 제조방법.

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