KR101322264B1 - 프로브 카드용 전기접촉소자 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법은 a)기판 상에 절연 물질을 도포하여 희생층을 형성하는 단계; b) 상기 희생층 상에 포토레지스트 층을 형성하는 단계; c) 상기 포토레지스트 층에서 상기 기판의 배선부에 대응하는 부위를 선택적으로 식각 제거하는 단계; d) 상기 포토레지스트 층을 마스크로 이용하여 상기 희생층에서 상기 기판의 배선부에 대응하는 부위를 선택적으로 식각 제거하여 접촉 소자의 기둥부에 대한 금형을 형성하는 단계; 및 e) 상기 금형에 전도성 금속을 충전하여 상기 접촉 소자의 기둥부를 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 프로브 카드용 접촉소자의 형성 방법을 이용하면, 접촉소자의 기둥부 형성에 이용되며, 상기 형성된 접촉소자의 기둥부와 별도의 희생 기판상에 형성된 접촉소자의 몸체부의 접합을 도와주는 희생층이 후속 공정에서 팽창됨 없이 제거되어, 접촉소자의 기둥부와 접촉소자의 몸체부와의 접합 상태가 양호하게 유지될 수 있게 된다.

프로브 카드

Description

프로브 카드용 전기접촉소자 제조 방법{Electronical contact element production method for probe card}

도 1 내지 도 3은 종래의 프로브 카드용 접촉소자의 제조 방법을 개략적으로 보여준다.

도 4는 종래의 프로브 카드용 접촉소자의 제조 방법에 따라 제작된 프로브 카드용 접촉소자의 접합 불량 상태를 보여준다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 프로브 카드용 접촉소자의 제조 방법을 개략적으로 보여준다.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 프로브 카드용 접촉소자의 제조 방법에 따라 제조된 프로브 카드용 접촉소자를 보여준다.

본 발명은 프로브 카드용 전기접촉소자 제조 방법, 특히 접촉소자의 기둥부와 몸체부 사이의 접촉 상태를 양호하게 유지하도록 제작할 수 있는 프로브 카드용 전기접촉소자 제조 방법에 관한 것이다.

웨이퍼 프로빙 장치는 웨이퍼 상에 형성되어 있는 각 개별 반도체 칩들을 프 로브 카드를 이용하여 전기적으로 테스트하는 장치이며, 프로브 카드용 접촉소자는 각 개별 반도체 칩들의 금속 패드에 접촉하여 테스트가 수행될 수 있게 한다.

이렇게 웨이퍼 상의 각 개별 반도체 칩의 전기 테스트를 수행하기 위한 프로브 카드의 접촉소자는 일반적으로 침 형태로 사용되며('프로브 침' 이라고도 한다), 이러한 접촉소자는 프로브 카드에 각각 실장되어 사용된다. 그러나 침 형태의 접촉소자를 프로브 카드에 일일이 실장하는 것은 그 제조 시간, 및 경비 측면에서 바람직하지 않다.

따라서 복수개의 프로브 카드 용 접촉소자를 반도체 식각 기술을 이용하여 동시에 제조하는 방법이 연구되고 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 반도체 식각 기술을 이용한 종래의 프로브 카드용 접촉소자의 제조 방법을 구체적으로 살펴본다.

먼저, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 기판(10)에 포토레지스트 물질로 포토레지스트 층(20)을 형성한 후, 프로브 카드용 접촉소자에 전기 신호를 전달하는 배선부(11) 주위의 포토레지스트 층(20)을 제거한다.

그후, 이렇게 식각 제거된 부위에 금속을 도금하여 접촉소자의 기둥부(bump)(30)를 형성한다.

그리고, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 희생 기판(40)상에 반도체 식각 공정을 통해 접촉소자의 팁부(50)에 대응하는 부위를 식각 제거하고, 위에서 설명한 공정과 유사한 방법을 사용하여, 포토레지스트 층(60)을 형성하고, 포토레지스트 층(60) 내에서 접촉소자의 몸체부(70)에 대응하는 부위를 식각 제거한 후, 식각 제 거된 부위에 금속을 도금하여 접촉소자의 팁부(50) 및 몸체부(70)를 형성한다.

다음으로, 도 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 접촉소자의 팁부(50) 및 몸체부(70)가 형성된 희생 기판(40)을 접촉소자의 기둥부(30)가 형성된 기판(10) 상에 정렬하고, 접촉소자의 몸체부(70)와 접촉소자의 기둥부(30)를 접합층(80)을 사용하여 접착시켜, 접촉소자의 모양을 완성하게 된다.

그리고, 제조 공정중에 잔존하고 있는 포토레지스트 층(20), 포토레지스트층(60), 및 희생기판(40)을 식각 제거하여 프로브 카드용 접촉소자를 제조하게 된다.

그런데, 이러한 포토레지스트 층(20)을 형성하는데 사용되는 포토레지스트 물질은 종류에 따라 이를 제거하는 식각 용액(stripper)에 의해 쉽게 용해되지 않아, 포토레지스트 층(20) 제거 공정에서 포토레지스트 층(20)이 팽창(swell)하는 현상을 유발 시킬 수 있다.

이와 같이, 포토레지스트 층(20)이 팽창하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 접촉소자의 기둥부(30)와 몸체부(70) 사이의 접합이 벌어져, 접합 불량을 일으킬 수 있게 된다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 접촉소자의 기둥부 생성을 위해 희생층을 이용하고, 이러한 희생층을 팽창시킴 없이 식각 제거하여 접촉소자의 기둥부와 몸체부의 접합 불량을 방지할 수 있는 프로브 카드용 전기접촉소자 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 한 특징에 따른 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법은 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법은 a)기판 상에 절연 물질을 도포하여 희생층을 형성하는 단계; b) 상기 희생층 상에 포토레지스트 층을 형성하는 단계; c) 상기 포토레지스트 층에서 상기 기판의 배선부에 대응하는 부위를 선택적으로 식각 제거하는 단계; d) 상기 포토레지스트 층을 마스크로 이용하여 상기 희생층에서 상기 기판의 배선부에 대응하는 부위를 선택적으로 식각 제거하여 접촉 소자의 기둥부에 대한 금형을 형성하는 단계; 및 e) 상기 금형에 전도성 금속을 충전하여 상기 접촉 소자의 기둥부를 형성하는 단계;를 포함한다.

상기 절연 물질로서 HF 또는 BOE에 대하여 높은 용융성을 가지는 것을 이용할 수 있다.

상기 절연 물질은 스핀 온 글래스(spin on glass: 이하, 'SOG'라고 한다) 물질 또는 산화 물질(oxide material)일 수 있다.

상기 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법은 f) 희생 기판 상에 상기 접촉 소자의 몸체부 및 팁부를 형성하는 단계; g) 상기 접촉 소자의 몸체부가 상기 접촉 소자의 기둥부의 상부에 위치하도록 상기 희생 기판을 상기 기판 상에 정렬하는 단계; h) 상기 접촉 소자의 몸체부와 상기 접촉 소자의 기둥부를 접합시키는 단계; 및 i)상기 희생층을 식각 용액으로 식각 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 식각 용액이 HF 또는 BOE 일 수 있다.

상기 희생층의 형성을 수회 반복하여 복수개의 상기 희생 층의 높이가 상기 기둥부의 높이에 대응하게 할 수 있다.

상기 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법은 상기 접촉 소자의 기둥부의 상부에 접합 재료를 도포하여 접합 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 기술적 과제의 달성을 위해, 본 발명은 식각 용액에 의해 용이하게 제거될 수 있는 절연 물질로 이용하여 희생 층을 형성하고, 포토레지스트 층을 이용하여 희생 층을 선택적으로 식각함으로써, 접촉소자의 기둥부 형성을 위한 금형을 제작하여 이용하였다. 그에 따라, 본 발명에 의한 프로브 카드용 접촉소자 제조 방법은 희생 층의 식각 제거시 식각 용액에 의한 팽창을 방지할 수 있으며, 그에 따라 접촉소자의 기둥부와 몸체부의 접합 상태를 양호하게 유지할 수 있게 되었다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(100)에 절연 물질을 도포하고 경화시켜 희생층(200)을 형성하였다. 이렇게 형성되는 희생층(200)은 수백 ㎛인 프로브 카드용 접촉소자의 기둥부의 높이에 대응하도록 복수의 층으로 형성될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 절연 물질은 통상적으로 패턴 사이의 미세 갭을 매립하여 표면의 평탄화를 달성하며, 노광시 빛의 반사를 방지하기 위해 이용되는 스핀 온 글래스(spin on glass: 이하, 'SOG'라고 한다) 물질, 플립 칩 패키징 범핑(Flip Chip Packaging Bumping) 공정에 사용되는 솔더 마스크 감광 재료, 반도체 팹 공정용 패시배이션 재료, 또는 산화 물질(oxide material)등이 바람직하게 사용된다.

이러한 SOG 물질은 통상적으로 유기(organic) SOG와 무기(inorganic) SOG로 분류되며, 각각 유기물과 무기물의 조성조건에 따라 실리케이트(Silicate)형 및 실록산 (Siloxane)형과 MSQ(Methyl Silsesquioxane)형 및 HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)형으로 분류된다. 이 중 실리케이트형 SOG는 Si-O 구조의 Si 원자에 -OH가 결합된 구조를 가지고, 실록산형 SOG는 Si-O 구조의 Si 원자에 -OH와 메틸(-CH₃)이 결합된 구조를 가지고, MSQ형은 다량의 메틸을 가지며 HSQ는 다량의 수소를 갖는다. 이러한 SOG막은 통상적으로 스핀코터(spin coater)에 의해 SOG 용액을 분사하여 이루어진다.

한편, 본 발명에서 기판(100)은 웨이퍼 프로빙 검사 장치로부터 테스트 신호를 전달할 수 있는 것이면 특별한 제한 없이 사용되며, 본 실시예에서는 스페이스 트랜스포머를 이용하였다.

이와 같이, 희생층(200)이 형성되면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(200) 상부에 포토 레지스트 물질을 도포하여 제1 포토레지스트 층(300)을 형성한다. 제1 포토레지스트 층(300) 형성을 위해 사용되는 포토 레지스트 물질로는 특별한 제한이 없으며, 양성 포토레지스트 물질 또는 음성 포토레지스트 물질일 수 있다.

그후, 도 5c에 도시된 바와 같이 마스크(도시 하지 않음)을 통해 제1 포토레지스트 층(300)에서 기판의 배선부(110)에 대응하는 부위 만을 선택적으로 노광시켜, 제1 포토레지스트 층(300)의 포토레지스트 물질을 변질시켰다. 이때, 본 발명의 희생층(200)을 구성하는 SOG 물질은 노광시 제1 포토레지스트 층(300)을 통과하는 광을 흡광하여, 상기 마스크로 가려지지 않은 부위의 포토레지스트 층(300)이 변질되지 않게 하여, 상기 선택적 노광의 정확도를 향상시키게 한다.

그리고, 이러한 선택적 노광으로 인해 변질된 포토레지스트 층만을 선택적으로 식각 제거할 수 있는 식각 용액을 이용하여 제1 포토레지스트 층(300)에서 배선부(110)에 대응하는 부위 만을 식각 제거하였다.

다음으로, 도 5d에 도시된 바와 같이 제1 포토레지스트 층(300)을 마스크로 이용하여 희생층(200) 상에서 배선부(110)에 대응하는 부위 만을 선택적으로 식각 제거하여, 기판(100)의 배선부(110)를 노출시켰다. 이와 같이 희생층(200)의 선택적 식각은 바람직하게는 포토레지스트 물질에 대하여 높은 선택성을 가지는 플루오르 카본 에칭 방법 등으로 이루어 진다. 그러나 발명의 목적에 따라 산소 플라즈마 에칭 방법이 이용될 수도 있다.

이와 동시 또는 후에, 제1 포토레지스트 층(300) 역시 식각 제거하여, 프로브 카드용 접촉소자의 기둥부에 대한 금형을 형성한다.

그 후, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 금형에 도금 방법에 따라 전도성 금속으로 충전하여 접촉소자의 기둥부(400)를 형성한다. 기둥부(400) 형성 후, 돌출된 부분을 화학 기계 연마(CMP) 등으로 갈아낸다. 이때, 기둥부(400)의 높이는 발 명의 목적에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 이러한 기둥부(400)의 모양은 특별한 제한이 없다.

그 후, 접촉소자의 몸체부(800)의 소정의 영역과의 접합을 위해, 접촉소자의 기둥부(400)의 상부에 접합 재료를 도포하여 접합 층(900)을 형성한다. 이러한 접합 재료는 바람직하게는 Au 페이스트를 이용하며, 접합 재료의 도포는 스크린 프린터를 이용하여 수행한다.

다음으로, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 희생 기판(500)을 준비하고, 준비된 희생 기판(500)의 상면에 제2 포토레지스트 층(700)을 통해 반도체 식각 공정을 이용하여 접촉소자의 팁부(600)와, 상기 팁부(600)로부터 일방향으로 일정 길이만큼 연장되어 있는 몸체부(800)를 형성하였다. 여기서, 희생 기판(500)으로는 실리콘 기판 또는 적층 세라믹 기판이 바람직하게 사용된다.

여기서, 접촉소자의 팁부(600)와 몸체부(800)의 형성은 통상적인 리소그라피등의 통상적인 반도체 식각 공정이나 멤스(Micro electro mechanical system; MEMS) 공정을 이용하여 수행될 수 있는 것으로서, 본 발명의 명세서에서는 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

그 후, 도 6에 의해 내부에 접촉소자의 팁부(600)와 몸체부(800)가 형성된 희생 기판(500)을 도 5a 내지 도 5e에 의해 접촉소자의 기둥부(400)가 형성된 기판(100) 상부에 정렬시킨다. 이때, 접촉소자의 몸체부(800)의 소정의 영역이 접촉소자의 기둥부(400)의 접합 층(900)에 위치하도록 희생 기판(500)과 기판(100)의 위치를 정렬한다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 접촉소자의 몸체부(800)의 소정의 영역이 접촉소자의 기둥부(400)의 접합 층(900)에 접촉하도록 희생 기판(500)과 기판(100)을 부착한 후, 접합 층(900)에 열과 압력을 가하여 접촉소자의 기둥부(400)의 상단과 접촉소자의 몸체부(800)의 상기 소정의 영역을 열접합하여 서로 부착시킨다. 이러한 열접합 방법으로는 FCB(flip chip bond) 또는 음이온 결합 방법을 이용할 수 있다.

이와 같이, 접촉소자의 기둥부(400)와 접촉소자의 몸체부(800)가 서로 부착되면, 희생 기판(500), 희생층(200), 및 제2포토레지스트층(700) 등을 식각 용액으로 모두 식각 제거하여 도 8에 도시된 바와 같은 프로브 카드 용 접촉소자를 형성한다.

이때, 프로브 카드의 접촉소자의 기둥부(400)의 주위를 감싸며, 접촉소자의 몸체부(800)를 지지하고 있는 희생층(200)을 구성하고 있는 SOG 물질은 HF 또는 BOE(Bottom Oxide Etching)와 같은 식각 용액으로 팽창(swell)됨 없이 용이하게 식각 제거된다.

본 발명의 프로브 카드용 접촉소자의 형성 방법에 의하면 기판상에 한번에 복수개의 접촉소자를 동시에 형성할 수 있으며, 이렇게 복수개의 접촉소자가 동시에 형성된 기판은 후속 공정을 수행하여 프로브 카드로 제조된다.

이와 같은 본 발명의 프로브 카드용 접촉소자의 형성 방법을 이용하면, 접촉소자의 기둥부 형성에 이용되며, 상기 형성된 접촉소자의 기둥부와 별도의 희생 기 판상에 형성된 접촉소자의 몸체부의 접합을 도와주는 희생층이 후속 공정에서 팽창됨 없이 제거되어, 접촉소자의 기둥부와 접촉소자의 몸체부와의 접합 상태가 양호하게 유지될 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 프로브 카드용 접촉소자의 형성 방법은 프로브 카드용 접촉소자의 품질을 개선시킬 수 있으며, 프로브 카드용 접촉소자의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (7)

1. a) 기판 상에 절연 물질을 도포하여 희생층을 형성하는 단계;

   b) 상기 희생층 상에 포토레지스트 층을 형성하는 단계;

   c) 상기 포토레지스트 층에서 상기 기판의 배선부에 대응하는 부위를 선택적으로 식각 제거하는 단계;

   d) 상기 포토레지스트 층을 마스크로 이용하여 상기 희생층에서 상기 기판의 배선부에 대응하는 부위를 선택적으로 식각 제거하여 접촉 소자의 기둥부에 대한 금형을 형성하는 단계; 및

   e) 상기 금형에 전도성 금속을 충전하여 상기 접촉 소자의 기둥부를 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 희생층을 형성하는 단계는, 상기 희생층의 형성을 수회 반복하여 생성된 복수개의 희생층의 높이가 상기 기둥부의 높이에 대응하게 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절연 물질이 HF 또는 BOE에 대하여 높은 용융성을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 절연 물질이 SOG 물질 또는 산화 물질인 것을 특징을 하는 상기 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   f) 희생 기판 상에 상기 접촉 소자의 몸체부 및 팁부를 형성하는 단계;

   g) 상기 접촉 소자의 몸체부가 상기 접촉 소자의 기둥부의 상부에 위치하도록 상기 희생 기판을 상기 기판 상에 정렬하는 단계;

   h) 상기 접촉 소자의 몸체부와 상기 접촉 소자의 기둥부를 접합시키는 단계; 및

   i) 상기 희생층을 식각 용액으로 식각 제거하는 단계;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 식각 용액이 HF 또는 BOE 인 것을 특징으로 하는 상기 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 접촉 소자의 기둥부의 상부에 접합 재료를 도포하여 접합 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 프로브 카드용 접촉 소자의 제조 방법.

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