KR102154176B1 - 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법 및 이에 의해 제조된 멤스 프로브 팁 - Google Patents

극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법 및 이에 의해 제조된 멤스 프로브 팁 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은 미세한 크기의 프로브 팁의 형상을 3차원으로 가공하고, 다수의 프로브 팁을 동시에 가공할 수 있으며, 프로브 팁이 마모된 경우에도 재가공이 가능한 프로브의 제조방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 멤스 프로브 팁의 제조방법에 있어서, 프로브 핀이 가이드홀에 다수 관통배치되는 프로브 헤드의 상면에 상기 프로브핀들의 좌표를 측정하는 제 1 단계, 상기 프로브 핀들의 높이를 측정하는 제 2 단계, 상기 프로브 핀의 일측부에 위치한 프로브 팁의 형상을 레이저에 의해 가공하는 제 3 단계를 포함하는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법을 제시한다.

Description

극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법 및 이에 의해 제조된 멤스 프로브 팁{Manufacturing method of MEMS probe tip by ultra high frequency laser and MEMS probe tip designed by same method}
개시된 내용은 반도체를 검사하는 프로브 카드에 사용되는 프로브 팁의 제조방법 및 이에 의해 제조된 프로브 팁에 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.
반도체 장치의 제조공정에서, 반도체 웨이퍼에 만들어진 다수의 반도체 집적회로는 각각의 반도체 칩으로 분리되기에 앞서, 상기 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는 지를 체크하는 단계를 실시한다. 이를 Electrical Die Sorting 즉, EDS Test라고 하며, 상기 반도체 웨이퍼에 만들어진 반도체 칩의 전기적 특성을 검사하여, 불량여부를 판단하는 테스트과정을 말한다.
이때, 반도체 웨이퍼 등의 피검사체의 전기적 검사에는 각 반도체 집적회로를 검사장치의 전기회로에 접속시키기 위한 전기적특성 검사장치가 사용되는데, 이를 프로브카드(probe card)라고 한다. 일반적인 프로브카드는 기판과 프로프 핀의 전기적 경로를 기판으로 확장하는 공간변환기, 반도체 웨이퍼에 접촉하는 프로브 핀과 상기 프로브 핀이 결합되어 하나의 블록을 형성한 프로브 헤드로 구성되어 있다. 프로브 핀은 검사하고자 하는 반도체 웨이퍼의 크기에 따라 조절되는데, 최근 반도체 집적회로의 집적도가 높아지고 있어, 웨이퍼 상에 있는 반도체 소자에 직접 접촉하는 프로브 핀의 크기 역시 초소형화되고 있다.
프로브 핀을 초소형으로 제작하기 위한 공정으로 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정을 사용하고 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 통해서 미세한 크기의 프로브 팁을 형성할 수 있으나, 형성된 프로브 팁은 MEMS 공정의 특징상 2차원적으로 표현할 수 밖에 없었고, 3차원적으로 표현하기에는 경제적인 문제가 있어 프로브 팁의 형상제작에 있어 제한이 있었다. 또한, 프로브 팁의 형상을 가공하는 경우에는 기계가공을 이용해야 하므로, 프로브 팁의 크기에 제한이 있었으며, 다수의 프로브 팁을 개별적으로 가공을 하여 가공시간이 길다는 문제가 있었다.
그리고, 이렇게 가공한 프로브 팁이 사용에 의해 마모되는 경우에는, 다시 재가공이 불가능하여, 재가공 방법의 필요성이 요구되고 있었다.
1. 한국특허공보 제10-0966901호
미세한 크기의 프로브 팁의 형상을 3차원으로 가공하고, 다수의 프로브 팁을 하나의 공정에 의해 순차적으로 가공할 수 있으며, 프로브 팁이 마모된 경우에도 재가공이 가능한 프로브의 제조방법을 제공하고자 한다.
개시된 내용은 멤스 프로브 팁의 제조방법에 있어서, 프로브 핀이 가이드홀에 다수 관통배치되는 프로브 헤드의 상면에 상기 프로브핀들의 좌표를 측정하는 제 1 단계, 상기 프로브 핀들의 높이를 측정하는 제 2 단계, 상기 프로브 핀의 일측부에 위치한 프로브 팁의 형상을 레이저에 의해 가공하는 제 3 단계를 포함하는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법을 일 실시 예로 제시한다.
개시된 실시 예에 따르면, 멤스 프로브 팁의 형상을 레이저를 이용하여 3차원으로 가공이 가능하고, 프로브 팁의 형상에 따라 반도체 범프와의 접촉안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 프로브 헤드에 결합된 상태에서 가공이 가능하여, 제조공정이 짧아지며, 안정성이 향상될 수 있고, 사용에 의해 마모가 된 경우에도 연마후 재가공이 가능하며, 극초단파 레이저를 사용하여 열영향 데미지를 최소화할 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 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법의 일 실시 예에 대한 흐름도이다.
도 2는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법의 재가공공정을 추가한 일 실시 예에 대한 흐름도이다.
도 3은 멤스 프로브 팁의 일 실시 예로써, 일반적인 플랫형상(a)과 크라운 형상(b) 및 니들(needle) 형상(c)의 사시도이다.
도 4(a)는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법의 일 실시 예인 레이저 장치의 사시도이다.
도 4(b)는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조장치에 의한 제조공정의 개략도이다.
도 5(a)는 레이저 장치에 의해 크라운 형상의 프로브 팁을 가공하는 개략도이다.
도 5(b)는 레이저 장치에 의해 니들 형상의 프로브 팁을 가공하는 개략도이다.
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 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바에 의하면, 멤스 프로브 팁의 제조방법에 있어서,
프로브 핀(21)이 가이드홀에 다수 관통배치되는 프로브 헤드(20)의 상면에 상기 프로브 핀(21)들의 좌표를 측정하는 제 1 단계(S100)와, 상기 프로브 핀(21)들의 높이를 측정하는 제 2 단계(S200)와, 상기 프로브 핀(21)의 일측부에 위치한 프로브 팁의 형상을 레이저에 의해 가공하는 제 3 단계(S300)를 포함하며, 상기 프로브 팁의 형상의 불량여부를 판단하여, 불량시 레이저에 의해 재가공하는 제 4 단계(S400)를 포함할 수 있다.
구체적으로 살펴보면,
제 1 단계(S100)에서는 프로브 핀(21)이 가이드홀에 다수 관통배치되는 프로브 헤드(20)의 상면에 상기 프로브 핀(21)들의 좌표를 측정한다. 상기 프로브 헤드(20)는 다수의 프로브 핀(21)이 관통할 수 있도록 다수의 가이드홀이 형성되어 있을 수 있다. 상기 프로브 핀(21)은 상기 가이드홀을 관통하는 형태로 프로브 헤드(20)에 위치할 수 있다. 이때, 프로브 핀(21)의 일측부에 위치한 프로브 팁이 상면을 바라보도록 배치한 후 각 프로브 핀(21)의 좌표를 측정할 수 있다. 측정방법으로 바람직하게는 비전센서(11)를 이용하여 프로브 팁의 위치를 인식하고 좌표정보를 수집할 수 있다. 그 외의 프로브 핀(21)의 위치를 인식 및 측정 가능한 어떠한 구성도 포함될 수 있다.
제 2 단계(S200)에서는 상기 프로브 핀(21)들의 높이를 측정한다. 상기 제 1 단계에서 위치정보를 취득한 후, 상기 프로브 핀(21)들의 높이를 측정할 수 있다. 측정장비로는 바람직하게는 변위센서(12)를 이용할 수 있으며, 그 외의 프로브 핀(21)의 높이를 인식 및 측정 가능한 어떠한 구성도 포함될 수 있다. 상기 프로브 핀(21)들의 높이가 서로 맞지 않는 경우에는 높이가 같아지도록 연마공정을 추가할 수 있다. 연마공정은 기계연마에 의할 수 있다.
제 3 단계(S200)에서는 상기 프로브 핀(21)의 일측부에 위치한 프로브 팁의 형상을 레이저에 의해 가공한다. 이 때, 레이저장치(13)는 피코세컨드의 펄스를 발생시키는 초단파(VHF)레이저를 사용하거나, 펨토세컨드의 펄스를 발생시키는 극초단파(UHF)레이저를 사용할 수 있다. 멤스공정에 의한 프로브 팁의 크기는 미세하여, 초단파 이상의 레이저를 사용하는 경우 열영향 데미지에 의해 멤스 프로브가 녹거나 잔여물이 남게될 수 있어, 열영향 데미지가 없고, 정밀한 형상가공이 가능한 극초단파 레이저를 사용함이 바람직하다. 도 3에 도시된 바에 의하면, 상기 프로브 팁의 형상은 단면부의 각 모서리가 돌출하는 크라운 형상으로 가공하여, 일반적인 플랫 형상의 프로브 팁에 비해, 반도체의 라운드 범프(round bump)에 접촉력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 프로브 팁의 형상은 단면부의 끝으로 갈수록 면적이 좁아지는 니들(needle)형상으로 가공하여, 일반적인 플랫 형상의 프로브 팁에 비해, 반드체의 플랫 범프(flat bump)에 접촉 정확성을 향상시킬 수 있다.
제 4 단계(S400)에서는 상기 프로브 팁의 형상의 불량여부를 판단하여, 불량시 레이저에 의해 재가공한다. 불량여부를 판단하는 방법으로는 상기 비전센서(11)를 이용하여 상기 프로브 팁의 형상을 확인할 수 있다. 불량으로 판단되면, 다시 상기 제 3 단계의 레이저 가공을 통해 불량인 프로브 팁만을 재가공이 가능하다.
상기 프로브 팁은 사용에 의해 마모가 되는데, 기계가공에 의할 경우에는 상기 프로브 팁의 재가공이 어렵다는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의하면, 상기 프로브 핀과 상기 프로브 헤드가 결합된 상태에서 상기 프로브 팁을 연마하여 평탄화하는 단계를 추가할 수 있으며, 상기 평탄화 단계를 거치고, 다시 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 거치면, 마모되었던 상기 프로브 팁 형상의 재가공이 가능하다.
또한, 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바에 의하면, 별도의 프로브 팁의 형상을 가공하는 장치를 구성할 수 있는데, 프로브 팁의 형상을 가공하는 장치에 대해 살펴보면, 레이저 가공스테이지(40)와 비전센서(11), 변위센서(12) 및 초단파 또는 극초단파 레이저장치(13)를 포함하는 레이저 가공헤드(10)를 포함할 수 있다. 상기 스테이지(40)에 프로브카드(30)를 로딩하되, 프로브 헤드(20)에 결합된 프로브 핀(21)이 상면을 향하도록 배치하면, 상기 레이저 가공헤드(10)의 상기 비전센서(11)에 의해 상기 프로브 핀(21)들의 위치/좌표 데이터를 추출할 수 있다. 그리고, 상기 변위센서(12)에 의해 상기 프로브 핀(21)들의 높이 데이터를 추출할 수 있다. 그리고, 상기 초단파 또는 극초단파 레이저장치(13)에 의해 상기 프로브 핀(21)의 일측부에 위치한 프로브 팁의 형상을 가공할 수 있다. 그리고 레이저 가공이 잘 이루어졌는지 상기 비전센서(11)를 통해 불량여부를 검사하여, 만약 불량이 발생시 해당 불량판정이 내려진 상기 프로브 핀(21)들에 대하여 다시 레이저 가공을 할 수 있는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 가공장치를 구성할 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 상기 초단파 또는 극초단파 레이저장치(13)에 의해 상기 프로브 핀(21)의 상단에 위치한 프로브 팁의 형상을 가공하는 실시 예에 관한 것이다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이 플랫 형상의 프로브 핀(21)에 레이저를 원형과 십자형상을 중복적으로 조사하여, 크라운 형상의 프로브 핀(21)을 가공할 수 있으며, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 플랫 형상의 프로브 핀(21)에 레이저를 내부가 뚫린 사각형과 원형상을 중복적으로 조사하여, 니들 형상의 프로브 핀(21)을 가공할 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 : 레이저 가공헤드
11 : 비전센서
12 : 변위센서
13 : 레이저장치
20 : 프로브 헤드
21 : 프로브 핀
30 : 프로브 카드
40 : 레이저 가공스테이지

Claims (6)

  1. 멤스 프로브 팁의 제조방법에 있어서,
    프로브 핀이 비아홀에 다수 관통배치되는 프로브 헤드의 상면에 상기 프로브 핀들의 좌표를 측정하는 제 1 단계;
    상기 프로브 핀들의 높이를 측정하는 제 2 단계;
    상기 프로브 핀의 일측부에 위치한 프로브 팁의 형상을 레이저에 의해 가공하는 제 3 단계; 및
    상기 프로브 팁의 형상의 불량여부를 판단하여, 불량 시 상기 제 3단계의 레이저를 통해 불량으로 판정된 프로브 팁만을 재가공하는 제 4 단계;를 포함하고
    상기 제 1단계의 상기 프로브 핀은
    상기 비아홀을 관통하는 형태로 프로브 헤드에 위치하고, 상기 프로브 핀의 일측부에 위치한 프로브 팁이 상면을 바라보도록 배치한 후 각 프로브 핀의 좌표를 비전센서를 이용하여 프로브 팁의 위치를 인식하여 좌표정보를 수집하고
    상기 제 2 단계;는
    상기 제 1 단계에서 위치정보를 취득한 후, 상기 프로브 핀들의 높이를 변위센서로 측정하는 단계; 및
    상기 프로브 핀들의 높이가 서로 맞지 않는 경우, 높이가 같아지도록 CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의한 연마공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 프로브 팁의 형상은 단면부의 각 모서리가 길이방향으로 돌출하는 크라운 형상인 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 3 단계에서 상기 레이저는 극초단파 레이저인 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저를 이용한 멤스 프로브 팁의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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