KR101441632B1 - 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 이에 의해 제조된 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 관한 것으로서, 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법에 있어서, 글라스 기판을 준비하는 제1단계와, 상기 글라스 기판 상에 비아홀 형성을 위한 마스크 패턴층을 형성하는 제2단계와, 상기 글라스 기판에 상기 마스크 패턴층의 설정패턴에 따라 비아홀을 형성하는 제3단계와, 상기 비아홀에 도전재를 채우는 제4단계와, 상기 비아홀과 전기적으로 연결되며, 상기 글라스 기판 표면에 금속배선전극을 형성하는 제5단계 및 상기 글라스 기판 상에 금속배선전극 간 절연을 위한 절연막을 형성하는 제6단계포함하며, 상기 제1단계에서 제6단계를 반복하여 형성되는 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머를 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 이에 의해 제조된 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 관한 것이다. 이에 의해 본 발명은, 기존의 다층세라믹 동시소결 방법을 사용하지 않기 때문에 수축 및 팽창으로 인한 스페이스 트랜스포머의 변형이 발생하지 않아 수율을 향상시킴으로써 생산성을 향상 시키고 제조비용이 절감시키는 이점이 있다.

Description

글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 이에 의해 제조된 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머{Manufacturing method of space transformer for glass base probe card and the space transformer for glass base probe card thereby}

본 발명은 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 관한 것으로서, 기존의 다층 세라믹 동시 소결 방법을 사용하지 않고 글라스 기판을 사용하여 수율을 향상시켜 제조비용을 절감시키는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 이에 의해 제조된 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 집적 회로 장치들은 복수의 집적 회로 칩들이 아주 복잡하면서 정교하게 패키징되어 형성된다.

이러한 반도체 집적 회로들에 대한 전기적 특성 검사를 수행하여, 반도체 집적 회로의 불량 여부를 검사하게 되는데, 일반적으로 프로브 카드(probe card)라는 검사 장치가 사용된다.

상기 프로브 카드는 반도체 집적 회로의 웨이퍼와 테스터(tester)를 전기적으로 연결하는 기능을 하며, 스페이스 트랜스포머(space transformer)와, 프로브로 크게 구성된다.

특히, 상기 스페이스 트랜스포머는 반도체 집적 회로의 칩의 본드 패드에 접촉되는 프로브를 고정시키고, 그 프로브를 프로브 카드의 메인 보드에 연결하는 역할을 하게 된다.

이러한 스페이스 트랜스포머는 세라믹 재질로 형성되어 복수개로 적층된 기판과, 상기 기판의 상하부면에 형성된 회로 패턴, 그리고, 상기 기판에 상하로 관통되게 형성된 비아홀(via hole)로 크게 구성되어, 상기 비아홀에 의해 상기 스페이스 트랜스포머의 상하부가 전기적으로 연결되게 된다.

종래의 이러한 스페이스 트랜스포머는 세라믹 기판을 이용하여 다층 세라믹 동시 소결 방법으로 제조하기 때문에 단가가 비싸고, 고온 공정에 의한 세라믹 시트의 수축 및 팽창으로 제품의 변형이 발생하여 제품 수율이 떨어지게 되며, 이에 의한 전기적 단락이 발생하게 되어 반도체 집적 회로 검사가 제대로 이루어지지 않게 된다.

또한, 이러한 세라믹 기판의 뒤틀림 현상으로 평탄도 불량이 발생하여 스페이스 트랜스포머에 접속되어 있는 프로브의 평탄도에 불량이 발생하게 되며, 이는 반도체 집적 회로에 프로브가 접촉되지 않는 부분이 발생하게 되어, 검사가 제대로 되지 않게 된다.

더욱이, 스페이스 트랜스포머의 제작을 위한 800℃ 이상의 고온 공정에 의한 긴 소결 시간은 제품이 완료되는데 긴 시간이 소요되게 되어, 공정 시간의 증가에 따른 공정 비용의 증가를 가져오게 된다.

종래의 이러한 스페이스 트랜스포머 제작을 위한 기술은 많이 제시되어 있다.

이러한 스페이스 트랜스포머 제작을 위한 종래의 기술로, 먼저, 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0903291호 "스루 비아를 갖는 스페이스 트랜스포머와 그 제조 방법"이 있다.

상기 종래 기술은 스페이스 트랜스포머 기판의 관통구멍에 삽입된 와이어와 그 관통 구멍의 내벽과 와이어의 사이에 형성된 점착 물질층이나 도금층으로 이루어진 스루 비아(through via)가 형성되고, 와이어와 연결되게 스페이스 트랜스포머 기판의 상하면에 회로패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 종래 기술은 종래의 세라믹 기판을 사용하는 경우 소결시 발생하게 되는 세라믹의 팽창이나 수축에 따른 전기적 단락 문제점을 해결하기 위해 스루 비아를 와이어 및 점착 물질층이나 도금층으로 형성한 것이나, 이는 여전히 세라믹 기판의 소결 공정에 따른 장시간의 공정 및 프로브의 평탄도 불량, 이에 따른 전기적 연결 상태의 불량 등의 문제점을 가지고 있다.

그리고, 종래의 다른 기술로써, 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0951344호 " 프로브 카드, 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머 및 스페이스 트랜스포머 제조 방법"이 있다.

상기 종래 기술은 복수의 세라믹 시트를 적층한 후 소결하여 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머를 제작하는 방법에 있어서, 상기 세라믹 시트에 서로 인접하는 복수의 비아홀(via hole)들을 천공하고, 상기 세라믹 시트의 천공된 비아홀들에 금속재료를 채운 후, 상기 세라믹 시트에 인접하는 비아홀들을 서로 연결하는 연결 패드를 인쇄하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 종래 기술 또한 스페이스 트랜스포머의 불량률을 감소시키기 위한 것이나, 세라믹 시트 소결로 인한 상기의 문제점을 여전히 가지고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 다층 세라믹 동시 소결 방법을 사용하지 않고 글라스 기판을 사용하여 수율을 향상시켜 제조비용을 절감시키는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 이에 의해 제조된 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법에 있어서, 글라스 기판을 준비하는 제1단계와, 상기 글라스 기판 상에 비아홀 형성을 위한 마스크 패턴층을 형성하는 제2단계와, 상기 글라스 기판에 상기 마스크 패턴층의 설정패턴에 따라 비아홀을 형성하는 제3단계와, 상기 비아홀에 도전재를 채우는 제4단계와, 상기 비아홀과 전기적으로 연결되며, 상기 글라스 기판 표면에 금속배선전극을 형성하는 제5단계 및 상기 글라스 기판 상에 금속배선전극 간 절연을 위한 절연막을 형성하는 제6단계포함하며, 상기 제1단계에서 제6단계를 반복하여 형성되는 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머를 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 이에 의해 제조된 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 관한 것이다.

여기에서, 상기 글라스 기판은, 투명한 글라스(glass), 사파이어(Al₂O₃), 탄화 규소(SiC) 및 석영(quartz) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2단계의 마스크 패턴층은, DFR(dry film resist), 포토레지스트, 절연막 및 메탈막 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3단계의 비아홀은, 샌드 블라스팅(sand blasting), 건식 식각 공정, 습식 식각 공정, 초음파 가공 및 레이저 가공 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

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또한, 상기 도전재는, 전도성 폴리머를 충진하여 사용할 수도 있다.

또한, 상기 제5단계의 금속배선전극은, 전자빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering), 도금 공정, 프린팅 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되며, 상기 금속배선전극은 글라스 기판 상에 포토-에칭(photo-etching) 공정에 의해 형성된 트렌치(trench) 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제6단계의 절연막은, 화학기상증착법(CVD), 전자빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing) 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다

이와 같이, 상기에서 제작된 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머는 웨이퍼 본딩에 의해 적층되어 형성되는 것이 바람직하며, 상기 웨이퍼 본딩은 500℃ 이하의 융융(fusion) 본딩, 직접 양극(direct anodic) 본딩, 금속-금속 본딩, 유기 용재 본딩 및 무기 용재 본딩 중 어느 하나의 방법에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 비아홀은, 상부층보다 하부층이 더 작게 형성되며, 상기 금속배선전극 제조 공정 없이 상기 글라스 기판 간의 비아홀이 전기적으로 직접 연결되게 형성할 수도 있다.

한편, 상기 글라스 기판의 비아홀 최하부 영역에 도전 범프를 형성하고, 상기 도전 범프에 프로브를 연결하기 위한 접착층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 기존의 다층세라믹 동시소결 방법을 사용하지 않기 때문에 수축 및 팽창으로 인한 스페이스 트랜스포머의 변형이 발생하지 않아 수율을 향상시킴으로써 생산성을 향상 시키고 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 각 층의 접합이 웨이퍼 본딩 공정으로 이루어지기 때문에 고온공정으로 인한 기판의 뒤틀림 현상 억제로 자체 평탄도가 향상되는 기술적 효과가 있다.

또한, 비아홀의 상부층이 더 크게 형성하여 금속배선전극 제조 과정을 생략할 수 있으며, 마스크 패턴층을 이용하여 비아홀의 미세 패턴 구현 및 정밀 가공이 가능한 효과가 있다.

도 1 - 본 발명에 따른 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법에 대한 모식도.

본 발명은 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 관한 것으로서, 특히 기존의 다층 세라믹 동시 소결 방법을 사용하지 않고 글라스 기판을 사용하여 수축 및 팽창으로 인한 제품의 변형이 발생하지 않아 수율을 향상시킴으로써 생산성을 향상 시키고 제조비용을 절감시키는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 이에 의해 제조된 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 관한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법 및 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법은 글라스 기판(100)을 준비하는 제1단계와, 상기 글라스 기판(100) 상에 비아홀(300) 형성을 위한 마스크 패턴층(200)을 형성하는 제2단계와,상기 글라스 기판(100)에 상기 마스크 패턴층(200)의 설정패턴에 따라 비아홀(300)을 형성하는 제3단계와, 상기 비아홀(300)에 도전재(310)를 채우는 제4단계와, 상기 비아홀(300)과 전기적으로 연결되며, 상기 글라스 기판(100) 표면에 금속배선전극(400)을 형성하는 제5단계 및 상기 글라스 기판(100) 상에 금속배선전극(400) 간 절연을 위한 절연막(500)을 형성하는 제6단계를 포함하며, 상기 제1단계에서 제6단계를 반복하여 형성되는 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머를 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

먼저, 제1단계는 글라스 기판(100)을 준비하는 단계이다.

상기 글라스 기판(100)은 글라스(glass), 사파이어(Al₂O₃), 탄화 규소(SiC) 및 석영(quartz)과 같은 투명한 기판을 포함한다.

그 다음 제2단계는, 상기 글라스 기판(100) 상에 비아홀(via hole)(300) 형성을 위한 마스크 패턴층(200)을 형성하는 것이다.

상기 비아홀(300) 형성을 위해 상기 글라스 기판(100) 상에 마스크 패턴층(200)을 먼저 형성하는 것으로서, 상기 마스크 패턴층(200)은, DFR(dry film resist), 포토레지스트, 절연막 및 메탈막 중 어느 하나를 형성하여, 패터닝 공정에 따라 설정패턴에 따른 마스크 패턴층(200)을 형성한다.

그리고, 제3단계는, 상기 글라스 기판(100)에 상기 마스크 패턴층(200)의 설정패턴에 따라 비아홀(via hole)(300)을 형성한다.

상기 비아홀(300)은 상기 글라스 기판(100)을 상하로 관통되게 형성하며, 상부층이 하부층보다 더 큰 원추형태로 형성되도록 하며, 구체적으로는 상기 비아홀(300)의 상부층과 하부층의 크기를 1:1 이하로 형성하여 후술할 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머 간의 전기적인 연결을 위한 금속배선전극(400) 형성 공정 없이 직접적으로 각 글라스 기판(100) 간에 비아홀(300)을 통해 전기적으로 연결되도록 하기 위함이다.

또한 상기 비아홀(300)은 상기 마스크 패턴층(200)을 마스크로 하여 설정패턴에 따라 샌드 블라스팅(sand blasting), 건식 식각 공정, 습식 식각 공정, 초음파 가공 및 레이저 가공 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된다.

그 다음, 제4단계는, 상기 비아홀(300)에 도전재(310)를 채우는 것이다.

상기 비아홀(300)에 충진되는 도전재(310)는 전도성 폴리머로 충진된다.

삭제

삭제

그리고, 상기 비아홀(300)에 도전재(310)의 충진이 완료되면, 포토레지스트 등을 제거하고 글라스 기판(100)이 노출될 때까지 평탄화 식각 공정(chemical mechanical polishing)을 수행한다.

그 다음, 제5단계로 상기 비아홀(300)과 전기적으로 연결되며, 상기 글라스 기판(100) 표면에 금속배선전극(400)을 형성하는 것이다.

상기 금속배선전극(400)의 경우 마스크를 통한 포토 공정에 의해 형성되며 전자 빔 증착 (e-beam evaporator), 스퍼터링 (sputtering), 프린팅 (printing) 또는 도금 공정에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상기 금속배선전극(400)은 글라스 기판(100) 상에 포토-에칭(photo-etching) 공정에 의해 형성된 트렌치(trench) 영역에 형성될 수도 있으며, 설정패턴에 따라 적절한 방법으로 금속배선전극(400) 패턴을 형성한다.

다음으로, 상기 제6단계는 상기 글라스 기판(100) 상에 금속배선전극(400) 간 절연을 위한 절연막(500)을 형성하는 것이다.

상기 절연막(500)은, 화학기상증착법(CVD), 전자빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing) 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된다.

상기 절연막(500)은 실리콘 산화막 또는 질화막을 기판의 전면에 감싸도록 증착하고, 상기 금속배선전극(400)을 포함하는 배선 라인 부분의 경우 마스크를 통한 포토 공정 및 식각 공정을 통해 글라스, 실리콘 산화막 또는 질화막 등을 제거하여 형성하거나, 마스크를 통한 포토 공정에 의해 절연막(500)을 형성할 수도 있다.

상기와 같이 제작된 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머는 다수개로 제작하여 적층하여 스페이스 트랜스포머의 제작을 완료하게 된다. 이 경우 적층되는 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머에 형성되는 비아홀(300) 및 금속배선전극(400)의 패턴 간의 간격 및 크기는 설정패턴 및 검사하고자 하는 반도체 집적 회로 및 테스터 간의 접촉 거리 등을 고려하여 적절하게 형성한다.

각각의 글라스 시트를 접합하기 위해 상기 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머는 웨이퍼 본딩에 의해 적층되어 접합된다.

상기 웨이퍼 본딩은 500℃ 이하의 저온 공정에서 융융(fusion) 본딩, 직접 양극(direct anodic) 본딩, 금속-금속 본딩, 유기 용재 본딩 및 무기 용재 본딩 중 어느 하나의 방법에 의해 접합이 이루어지게 된다.

이에 의해 종래의 800℃ 이상의 고온소결 공정이 필요하지 않아 단시간에 효과적으로 스페이스 트랜스포머를 제작할 수 있으며, 수축이나 변형으로 인한 불량 문제를 해소하여 높은 수율의 스페이스 트랜스포머를 제공할 수 있게 된다.

한편, 적층된 스페이스 트랜스포머의 제일 하단의 상기 글라스 기판의 비아홀 최하부 영역에 도전 범프(600)를 형성하고, 상기 도전 범프(600)에 프로브를 연결하기 위한 접착층을 형성한다. 이는 스페이스 트랜스포머에 프로브의 결합을 용이하도록 한 것으로, 상기 접착층은 도전성 접착제를 사용한다.

이와 같이 본 발명에 따른 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머를 제조하는 과정에서 고가의 세라믹 소재를 사용하지 않아 기존의 세라믹 다층소결 방법과 같은 고온 공정이 불필요하여 제품의 수축이나 변형이 발생되지 않아 공정 수율이 향상되고 작업시간이 단축되는 이점이 있다.

100 : 글라스 기판 200 : 마스크 패턴층
300 : 비아홀 310 : 도전재
400 : 금속배선전극
500 : 절연막 600 : 도전 범프

Claims (18)

1. 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법에 있어서,
   글라스 기판을 준비하는 제1단계;
   상기 글라스 기판 상에 비아홀 형성을 위한 마스크 패턴층을 형성하는 제2단계;
   상기 글라스 기판에 상기 마스크 패턴층의 설정패턴에 따라 비아홀을 형성하는 제3단계;
   상기 비아홀에 도전재를 채우는 제4단계;
   상기 비아홀과 전기적으로 연결되며, 상기 글라스 기판 표면에 금속배선전극을 형성하는 제5단계;
   상기 글라스 기판 상에 금속배선전극 간 절연을 위한 절연막을 형성하는 제6단계;를 포함하며, 상기 제1단계에서 제6단계를 반복하여 형성되는 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머를 적층하여 형성하되,
   상기 제2단계의 마스크 패턴층은,
   DFR(dry film resist), 절연막 및 메탈막 중 어느 하나로 형성되며,
   상기 제4단계는, 상기 비아홀에 도전재로 전도성 폴리머를 채우는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 글라스 기판은,
   투명한 글라스(glass), 사파이어(Al₂O₃), 탄화 규소(SiC) 및 석영(quartz) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 제3단계의 비아홀은,
   샌드 블라스팅(sand blasting), 건식 식각 공정, 습식 식각 공정, 초음파 가공 및 레이저 가공 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 제5단계의 금속배선전극은,
   전자빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering), 도금 공정, 프린팅 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 금속배선전극은
   글라스 기판 상에 포토-에칭(photo-etching) 공정에 의해 형성된 트렌치(trench) 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 제6단계의 절연막은,
   화학기상증착법(CVD), 전자빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing) 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
10. 제 1항에 있어서, 제1층의 글라스 기판 스페이스 트랜스포머는 웨이퍼 본딩에 의해 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 웨이퍼 본딩은 500℃ 이하의 융융(fusion) 본딩, 직접 양극(direct anodic) 본딩, 금속-금속 본딩, 유기 용재 본딩 및 무기 용재 본딩 중 어느 하나의 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 비아홀은,
    상부층보다 하부층이 더 작게 형성되며, 상기 글라스 기판 간의 비아홀이 전기적으로 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
13. 제 1항에 있어서, 상기 글라스 기판의 비아홀 최하부 영역에 도전 범프를 형성하고, 상기 도전 범프에 프로브를 연결하기 위한 접착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 글라스 기반 프로브 카드용 스페이스 트랜스포머의 제조방법.
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