KR102068699B1 - 레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법 - Google Patents

레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법 Download PDF

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KR102068699B1
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강신교
임창민
심상범
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주식회사 에스디에이
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Abstract

개시된 내용은 멤스 공정에 의해 프로브를 제작할 때, 웨이퍼와 프로브의 분리를 용이하게 할 수 있고, 프로브의 분실 및 파손을 방지할 수 있으며, 프로브 생산의 수율을 향상시킬 수 있는 프로브의 제조방법에 관한 것이다.
개시된 내용은 멤스 공정에 의한 프로브의 제조방법에 있어서, 기판 상에 희생층을 증착하는 제 1 단계, 상기 희생층의 상면에 포토레지스트(PR)를 도포하는 제 2 단계, 지지부 일측으로부터 다수의 프로브가 연장되는 프로브어레이의 형상으로, 포토레지스트 패턴을 형성하는 제 3 단계, 상기 포토레지스트 패턴에 따라 금속층을 형성하는 제 4 단계, 상기 포토레지스트를 제거하는 제 5 단계, 상기 프로브 하부에 위치한 상기 희생층은 제거되면서, 상기 지지부의 하부에 위치한 상기 희생층은 제거되지 않을 시간동안 식각하는 제 6 단계, 상기 프로브를 접착부재로 고정하는 제 7 단계, 상기 지지부로부터 상기 프로브를 레이저에 의하여 절단하는 제 8 단계 및 상기 접착부재에서 상기 프로브를 분리하는 제 9 단계를 포함하는 레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법을 제시한다.

Description

레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법 {Manufacturing method of MEMS probe for inspecting semiconductor by using laser}
본 명세서에 개시된 내용은 반도체 검사 장치에 사용되는 프로브 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멤스공정과 레이저 가공에 의한 프로브 제조방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로 반도체 소자(semiconductor device)는 웨이퍼(wafer) 상에 개별 집적회로(IC)를 패터닝하고, 각각의 반도체 소자를 분리하여, 패키징 단계를 통해 제조된다. 이러한 반도체 제조 공정 중 웨이퍼를 구성하는 각각의 칩의 전기적 특성 검사를 통하여, 그 불량 여부를 선별하는 테스트 공정에 프로브 카드가 이용된다. 반도체 테스트 장비에 결합된 프로브 카드는 인쇄회로기판과 복수개의 프로브 핀을 구비하고, 인쇄회로기판은 테스트 장비에서 공급되는 전기적 신호를 받아 프로브 핀으로 전달하고, 프로브 핀은 칩의 전기적 통로인 패드(pad)에 접촉되어, 테스트 장비에서 공급되는 전기적 신호를 칩에 인가함으로써, 그 출력 특성을 통해 칩의 불량 여부를 판단한다.
한편, 최근 반도체 칩이 고집적화됨에 따라 상기 반도체 칩의 패드들은 미세화될 뿐만 아니라, 이들 사이의 간격 역시 감소하고 있다. 이에 따라, 프로브 카드 역시 반도체 칩의 고집적화에 대응하여 미세하게 제작돼야 하지만, 이러한 미세화의 요구는 상기 프로브 카드를 제작하는 과정을 어렵게 만든다.
즉, 반도체 칩 테스트 장치는 반도체 기술의 발전에 따른 대형화, 고속화 추세로 인해 기존의 핀(pin) 형보다는 반도체 MEMS 기술을 이용한 미세 프로브 형성 기술이 적용되는 MEMS 프로브 형을 채택하고 있다.
한국특허 제10-0966901호에 의하면 프로브 팁을 제조하는 방법에 있어서, 기판(Substrate) 상에 희생기층을 증착하는 제 1과정과 포토레지스트(PR)를 도포하는 제 2과정과 몰드를 포함한 PR 패턴을 형성하는 제 3과정과 상기 몰드에 전해도금하여 금속층의 프로브 팁을 형성하는 제 4과정과 화학기계적 연마로 상기 몰드와 상기 전해 도금에 의해 형성된 금속층을 함께 연마함으로써 형성된 프로브 팁의 두께를 조절하는 제 5과정 및 PR 패턴을 제거하고, 희생기층을 식각하여 형성된 프로브 팁을 분리하는 제 6과정을 포함하여 프로브 팁을 형성한다.
이러한 공정을 통해 미세한 크기의 프로브를 형성할 수 있으나, 형성된 프로브 팁을 수거하기 위한 작업으로써, 금속 식각용액에 담가 웨이퍼로부터 프로브를 분리하여야 하는데, 수작업으로 프로브를 하나씩 걸러내는 작업이 필요하여, 작업 시간이 많이 소요되고, 작업 중 프로브의 유실 및 파손우려가 있었다.
1. 한국특허공보 제10-0966901호
멤스 공정에 의해 프로브를 제작할 때, 웨이퍼와 프로브의 분리를 용이하게 할 수 있고, 프로브의 분실 및 파손을 방지할 수 있으며, 프로브 생산의 수율을 향상시킬 수 있는 프로브의 제조방법을 제공하고자 한다.
개시된 내용은 멤스 공정에 의한 프로브의 제조방법에 있어서, 기판 상에 희생층을 증착하는 제 1 단계, 상기 희생층의 상면에 포토레지스트(PR)를 도포하는 제 2 단계, 지지부 일측으로부터 다수의 프로브가 연장되는 프로브어레이의 형상으로, 포토레지스트 패턴을 형성하는 제 3 단계, 상기 포토레지스트 패턴에 따라 금속층을 형성하는 제 4 단계, 상기 포토레지스트를 제거하는 제 5 단계, 상기 프로브 하부에 위치한 상기 희생층은 제거되면서, 상기 지지부의 하부에 위치한 상기 희생층은 제거되지 않도록 식각하는 제 6 단계, 상기 프로브를 접착부재로 고정하는 제 7 단계, 상기 지지부로부터 상기 프로브를 레이저에 의하여 절단하는 제 8 단계 및 상기 접착부재에서 상기 프로브를 분리하는 제 9 단계를 포함하는 레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법을 일 실시 예로 제시한다.
개시된 실시예에 따르면, 멤스 프로브를 제조공정 중 식각작용에 의할 때, 웨이퍼와 프로브를 분리하는 과정에서 프로브의 유실 및 파손을 줄일 수 있으며, 프로브어레이 형상으로 보관 및 수량관리가 용이하다. 또한, 레이저를 이용하여 프로브의 형상을 정밀하게 작업할 수 있으며, 작업시간을 단축할 수 있다.
본 실시예들의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 멤스 프로브 팁의 제조방법의 일 실시 예에 대한 흐름도이다.
도 2는 멤스 프로브 팁의 제조방법의 일 실시 예에 대한 공정 설명도이다.
도 3은 멤스 프로브 팁의 제조방법에 의해 제작된 프로브 팁의 예시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들을 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 개선된 멤스프로브의 제조방법의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바에 의하면, 멤스 공정에 의한 프로브의 제조방법에 있어서,
기판(10) 상에 희생층(20)을 증착하는 제 1 단계(S100), 상기 희생층(20)의 상면에 포토레지스트(PR)(30)를 도포하는 제 2 단계(S200), 지지부(51) 일측으로부터 다수의 프로브(52)가 연장되는 프로브어레이의 형상으로, 포토레지스트 패턴(40)을 형성하는 제 3 단계(S300), 상기 포토레지스트 패턴(40)에 따라 금속층(50)을 형성하는 제 4 단계(S400), 상기 포토레지스트(30)을 제거하는 제 5 단계(S500), 상기 프로브(52) 하부에 위치한 상기 희생층(20)은 제거되면서, 상기 지지부(51)의 하부에 위치한 상기 희생층(20)은 제거되지 않도록 식각하는 제 6 단계(S600), 상기 프로브(52)를 접착부재(60)로 고정하는 제 7 단계(S700), 상기 지지부(51)로부터 상기 프로브(52)를 레이저(70)에 의하여 절단하는 제 8 단계(S800) 및 상기 접착부재(60)에서 상기 프로브(52)를 분리하는 제 9 단계(S900)를 포함한다.
구체적으로 살펴보면,
제 1 단계(S100)에서는 기판(10) 상에 희생층(20)을 증착한다. 멤스 공정상에서 기판(10)으로 실리콘 웨이퍼(Si substrate) 또는 SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼를 사용할 수 있다. 상기 희생층(20)은 금속층(50)과의 접착력이 좋고, 층간 박리현상이 발생하지 않되, 추후 제거가 용이한 소재를 사용할 수 있다. 상기 희생층(20)으로 사용될 수 있는 소재는 폴리실리콘, 비결정질 실리콘, 실리콘 산화막, 폴리머, 폴리이미드, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄 또는 크롬 등이 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 의할 경우, 상기 희생층(20)은 도금전극방식으로 증착하므로, 금속소재를 사용함이 바람직하다. 특히, 구리를 사용함이 제조가 용이하며, 경제적이다. 또한, 상기 희생층(20)과 상기 기판(10)간의 접합을 용이하게 하기 위하여, 상기 희생층(20)은 상기 소재들로 단층을 이룰 수 있으며, 상기 소재들과 상기 기판(10) 사이에 접합을 강화하는 접합강화층을 부가하여 복수의 층으로 구성할 수도 있다. 상기 접합강화층으로 바람직하게는 티타늄 또는 크롬 소재를 사용할 수 있다.
제 2 단계(S200)에서는 상기 희생층(20)의 상면에 포토레지스트(PR)(30)를 도포한다. 상기 포토레지스트(30)는 자외선에 반응하는 물질로 이루어진다. 상기 포토레지스트(30)는 파지티브 포토레지스트(Positive PR)와 네거티브 포토레지스트(Negarive PR)로 구분되면, 상기 파지티브 포토레지스트는 자외선이 비추지 않는 부분의 형상이 남는 포토레지스트이고, 상기 네거티브 포토레지스트는 자외선이 비춘 부분의 형상이 남는 포토레지스트로서, 후술하는 프로브어레이의 형상을 형성하기 위한 어떠한 포토레지스트 물질을 사용할 수 있다. 다만, 후술하는 프로브어레이의 형상으로 몰드를 형성하기 위해서는, 상기 포토레지스트(30)의 두께가 50um 또는 100um이상으로 형성되어야 하는데, 상기 파지티브 포토레지스트는 두껍게 도포하기 어렵기에, 상기 프로브어레이 형상의 몰드를 두껍게 형성할 수 있으며, 단단하고 열에도 잘 견딜 수 있는 네거티브 포토레지스트를 사용함이 바람직하다.
제 3 단계(S300)에서는 지지부(51) 일측으로부터 다수의 프로브(52)가 연장되는 프로브어레이의 형상으로, 포토레지스트 패턴(40)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(40)을 형성하는 방법에 있어서, 마스크를 통한 리소그래피 방법을 사용할 수 있다. 상기 마스크는 상기 제 2 단계에서 선택한 포토레지스트(30)의 성질에 따라, 상기 프로브어레이의 형상의 몰드가 형성되도록 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 지지부(51)의 상면에는 절단시 위치제어를 위한 얼라인키(53)를 형성할 수 있다. 얼라인키(53)는 레이저 절단시 위치제어를 위한 어떠한 구성 및 표시도 포함될 수 있다. 도 3에 도시된 얼라인키(53)의 위치 및 형상에 한정되지 않음은 자명하다. 상기 프로브어레이 형상의 일 실시 예로써, 일정 폭을 갖는 빔형태의 지지부(51)와 상기 지지부(51)의 길이방향의 일측면에 가로형태로 위치한 프로브(52)가 다수 결합되어 있으며, 상기 지지부(51)의 폭은 상기 프로브(52)의 폭보다 넓도록 형성할 수 있다. 또한, 다른 일 실시 예로는, 상기 프로브어레이 형상은 상기 프로브(52)의 평면상 위치에서 적어도 어느 한 면에 대응되는 방향으로 공백부를 두고 배치되는 상기 지지부(51)를 포함하되, 상기 프로브(52)와 지지부(51)는 적어도 어느 하나 이상의 브릿지로 결합되어 형성되며, 상기 지지부(51)의 폭은 상기 프로브(52)의 폭보다 넓도록 형성할 수 있다. 이러한 형상을 가짐으로써, 상기 지지부(51)의 하면에 위치한 희생층(20)이 상기 프로브(52)의 하면에 위치한 희생층(20)보다 넓은 면적을 차지하도록 구성할 수 있다.
제 4 단계(S400)에서는 상기 포토레지스트 패턴(40)에 따라 금속층(50)을 형성한다. 상기 금속층(50)을 형성하는 방법으로는 전해도금(electroplating)방법을 사용할 수 있으며, 상기 금속층(50)은 전기적 신호전달을 위한 전도성 금속이면서, 전해도금방법이 가능한 소재로 이루어짐이 바람직하다. 상기 금속층의 재료로는 니켈, 니켈합금, 베릴륨, 구리, 텅스텐 등을 사용할 수 있다. 전해도금방법에 의해 형성된 상기 금속층(50)과 상기 포토레지스트(30)의 상면을 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)를 통해 연마하는 과정을 추가할 수 있다. 상기 화학기계적 연마에 의할 경우, 상기 금속층(50)의 두께를 조절할 수 있다.
제 5 단계(S500)에서는 상기 포토레지스트(30)를 제거한다. 화학적 작용에 의한 제거방법에 의할 수 있으며, 포토레지스트(30)를 제거하기 위한 어떠한 구성도 포함될 수 있다.
제 6 단계(S600)에서는 상기 프로브(52) 하부에 위치한 상기 희생층(20)은 제거되면서, 상기 지지부(51)의 하부에 위치한 상기 희생층(20)은 제거되지 않도록 식각한다. 상기 식각하는 방법은 건식 식각(dry etching)과 습식 식각(wet etching)이 있으며, 상기 금속층(50)에는 영향을 주지 않고 선택적으로 상기 희생층(20)만을 제거할 수 있다. 바람직하게는 습식 식각에 의한 방법으로써, 상기 지지부(51)와 상기 프로브(52)의 폭의 차이에 따른, 식각용액의 침투 속도 및 식각 속도를 조절하여, 상기 프로브(52)의 하부에 위치한 상기 희생층(20)은 식각하면서, 상기 지지부(51)의 하부에 위치한 상기 희생층(20)은 식각되지 않도록 식각할 수 있다.
제 7 단계(S700)에서는 상기 프로브(52)를 접착부재(60)로 고정한다. 상기 기판(10)의 상면에 위치한 상기 프로브어레이의 상기 프로브(52) 부분을 접착부재(60)로 고정할 수 있다. 후술하는 제 8 단계에서 상기 지지부(51)로부터 상기 프로브(52)를 레이저(70)에 의해 절단하는 경우, 상기 프로브(52)가 흩어지지 않도록 하는 어떠한 접착부재(60)를 사용할 수 있다. 바람직하게는 접착테이프를 사용할 수 있으나, 접착부재(60)는 이에 한정되지 않는다.
제 8 단계(S800)에서는 상기 지지부(51)로부터 상기 프로브(52)를 레이저(70)에 의하여 절단한다. 상기 절단하는 방법으로는 기계가공과 레이저에 의한 가공이 있을 수 있다. 다만, 기계가공에 의할 경우 절단면의 상태가 깨끗하지 못하며, 절단되는 상기 프로브(52)의 치수가 정밀하지 못할 수 있다. 따라서 바람직한 절단방법으로는 레이저(70)에 의해 상기 지지부(51)로부터 상기 프로브(52)를 절단하는 것이고, 레이저(70)에 의한 절단방법을 사용하는 경우 작업시간 단축될 수 있고, 정밀도가 높아져 수율이 향상될 수 있다.
제 9 단계(S900)에서는 상기 접착부재(60)에서 상기 프로브(52)를 분리한다. 상기 접착부재(60)에서 상기 프로브(52)를 분리하는 방법으로는 상기 접착부재(60)와 상기 프로브(52)의 접착부위에 알코올 또는 아세톤을 도포하여 쉽게 분리할 수 있다. 그 외의 분리를 용이하게 할 수 있도록, 상기 접착부재(60)의 접착력을 감소시키는 용재를 사용하여 분리할 수 있다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 않는다.
10 : 기판 20 : 희생층
30 : 포토레지스트 40 : 포토레지스트 패턴
50 : 금속층 51 : 지지부
52 : 프로브 53 : 얼라인키
60 : 접착부재 70 : 레이저

Claims (4)

  1. 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법에 있어서,
    기판 상에 희생층을 증착하는 제 1 단계;
    상기 희생층의 상면에 포토레지스트(PR)를 도포하는 제 2 단계;
    지지부 일측으로부터 다수의 프로브가 연장되되, 상기 지지부의 폭은 상기 프로브의 폭보다 넓게 형성되는 프로브어레이의 형상으로, 포토레지스트 패턴을 형성하는 제 3 단계;
    상기 포토레지스트 패턴에 따라 금속층을 형성하는 제 4 단계;
    상기 포토레지스트를 제거하는 제 5 단계;
    상기 지지부와 상기 프로브의 폭의 차이에 따른 식각용액의 침투 속도 및 식각 속도를 조절하여, 상기 프로브 하부에 위치한 상기 희생층은 제거되면서, 상기 지지부의 하부에 위치한 상기 희생층은 제거되지 않도록 식각하는 제 6 단계;
    상기 프로브를 접착부재로 고정하는 제 7 단계;
    상기 지지부로부터 상기 프로브를 레이저에 의하여 절단하는 제 8 단계; 및
    상기 접착부재에서 상기 프로브를 분리하는 제 9 단계를 포함하는 레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 상기 지지부의 상면에 얼라인키를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 상기 프로브어레이 형상은 일정 폭을 갖는 빔형태의 지지부와 상기 지지부의 길이방향의 일측면에 가로형태로 위치한 프로브가 다수 결합되어 있으며, 상기 지지부의 폭은 상기 프로브의 폭보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 상기 프로브어레이 형상은 상기 프로브의 평면상 위치에서 적어도 어느 한 면에 대응되는 방향으로 공백부를 두고 배치되는 상기 지지부를 포함하되, 상기 프로브와 지지부는 적어도 어느 하나 이상의 브릿지로 결합되어 형성되며, 상기 지지부의 폭은 상기 프로브의 폭보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 검사용 멤스 프로브의 제조방법.
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