KR20000006268A - 반도체웨이퍼검사접촉기및그의제조방법 - Google Patents

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KR20000006268A
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커리테오도르에이.
존스마크알.
리알.케이쓰
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Abstract

반도체 웨이퍼, 패키징된 LSI 또는 인쇄 회로 기판(검사 대상 디바이스)을 검사하기 위한 접촉기는 포토리소그라피 기술에 의해서 기판의 평탄한 표면상에 형성된다. 이 접촉기는 전기적 전도 경로인 상호연결 트레이스를 상부에 갖고 있는 기판과, 이 기판상에 포토리소그라피 공정을 통해 형성된 접촉기를 구비한다. 이 접촉기는 기판상에 수직하게 형성된 베이스 부분, 일단부가 상기 베이스 부분상에 형성된 수평 부분 및 상기 수평 부분의 타단부에 수직하게 형성된 접촉 부분을 갖는다. 접촉기의 수평 부분의 스프링력은 검사 대상 디바이스에 프로브 접촉기가 가압되는 경우에 접촉력을 발생한다.

Description

반도체 웨이퍼 검사 접촉기 및 그의 제조 방법{PROBE CONTACTOR FORMED BY PHOTOLITHOGRAPHY PROCESS}
본 발명은 전기 회로 또는 디바이스의 접촉 패드 또는 리이드(contact pal or lead)와 같은 접촉 타겟(contact target)과 전기적으로 접촉하는 프로브 접촉기(probe contactor)에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼, 반도체 칩, 패키징된 반도체 디바이스 또는 인쇄 회로 기판 등을 검사하되 주파수 대역폭, 밀도 및 품질을 향상시킨 프로브 카드(probe card)에서 사용하는 프로브 접촉기에 관한 것이다.
LSI 및 VLSI 회로와 같은 고밀도 및 고속의 전기적 디바이스를 검사할 때에는 고성능의 프로브 접촉기 또는 검사 접촉기를 사용해야만 한다. 본 발명의 접촉기는 반도체 웨이퍼 및 다이의 검사 및 번-인(burn-in) 용도에만 제한되는 것이 아니라 패키징된 반도체 디바이스, 인쇄 회로 기판 등의 검사 및 번-인 용도에까지 확장된다. 본 발명의 프로브 접촉기는 또한 IC 리이드, IC 패키징 및 다른 전기적 연결을 비롯하여 더욱 일반적인 용도에서도 사용될 수 있다. 그러나, 설명의 편리상, 본 발명을 주로 반도체 웨이퍼 검사에 관련시켜 설명하겠다.
검사할 반도체 디바이스가 반도체 웨이퍼 형태를 갖는 경우에는, 항상 IC 검사기와 같은 반도체 검사 시스템을 자동 웨이퍼 프로버(automatic wafer prober)와 같은 기판 핸들러(substrate handler)에 연결하여 반도체 웨이퍼를 자동적으로 검사한다. 그러한 예를 도 1에 도시한다. 도 1에서, 반도체 검사 시스템은 검사 헤드(test head)를 갖는데, 이 검사 헤드는 통상 별도의 하우징(housing)내에 수용되며 케이블 다발에 의해 검사 시스템에 연결된다. 검사 헤드와 기판 핸들러는 서로 기계적으로 연결되며, 검사하고자 하는 반도체 웨이퍼는 기판 핸들러에 의해서 검사 헤드의 검사 위치에 자동적으로 제공된다.
검사 헤드 상에 제공된 검사하고자 하는 반도체 웨이퍼에는 반도체 검사 시스템이 발생한 검사 신호가 인가된다. 검사중의 반도체 웨이퍼로부터 나오는 출력 신호는 반도체 검사 시스템으로 전송되며, 이 반도체 검사 시스템은 그 출력 신호를 예측 데이터와 비교하여 반도체 웨이퍼상의 IC 회로가 정확하게 기능을 행하고 있는지를 판단한다.
검사 헤드와 기판 핸들러는 인터페이스 부분(140)에 의해서 연결되는데, 인터페이스 부분(140)은 검사 헤드의 전기적 인쇄 배선, 동축 케이블, 포고-핀(pogo-pin) 및 커넥터에 대해 유일한 전기적 회로 연결 수단을 가진 인쇄 회로 기판인 성능 보드(performance board)(120)를 구비한다. 도 2에서, 검사 헤드(100)는 검사 채널의 수에 대응하는 다수의 인쇄 회로 기판(150)을 구비한다. 각각의 인쇄 회로 기판은 커넥터(160)를 갖는데, 이 커넥터(160)는 성능 보드(120)의 대응하는 접촉 단자(121)를 수납하기 위한 것이다. 성능 보드(120)상에는 "프로그" 링("frog)" ring)(130)이 장착되는데, 이 프로그 링은 기판 핸들러(400)에 대한 접촉 위치를 정확하게 결정하기 위한 것이다. 프로그 링(130)은 동축 케이블(124)을 통해 접촉 단자(121)에 연결된 ZIF 커넥터 또는 포고-핀과 같은 다수의 접촉 핀(141)을 갖는다.
도 2는 또한 반도체 웨이퍼의 검사시 기판 핸들러(400), 검사 헤드(100) 및 인터페이스 부분(140)의 구조를 더욱 상세히 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 검사 헤드(100)는 기판 핸들러(400) 위에 설치되며 그 기판 핸들러에 인터페이스 부분(140)을 통해서 기계적 및 전기적으로 연결된다. 기판 핸들러(400)에서, 검사하고자 하는 반도체 웨이퍼(300)는 척(chuck)(180)상에 장착된다. 프로브 카드(170)는 검사하고자 하는 반도체 웨이퍼(300) 위에 제공된다. 프로브 카드(170)는 검사중인 웨이퍼(300)의 IC 회로내에 있는 회로 단자 또는 접촉 타겟과의 접촉을 위해 다수의 프로브 접촉기(예를 들어 캔틸레버 또는 니들(cantilever or needle))를 가진다.
프로브 카드(170)의 전기적 단자 또는 접촉 리셉터클(receptacle)은 프로그 링(130)상에 제공된 접촉 핀(141)에 전기적으로 연결된다. 접촉 핀(141)은 또한 동축 케이블(124)에 의해 성능 보드(120)의 접촉 단자(121)에 연결되며, 각각의 접촉단자(121)는 검사 헤드(100)의 인쇄 회로 기판(150)에 연결된다. 또한, 인쇄 회로 기판(150)은 수백개의 내부 케이블을 가진 케이블(110)을 통해 반도체 검사 시스템에 연결된다.
이러한 구성에서, 프로브 접촉기(190)는 척(180)상에 있는 반도체 웨이퍼(300)의 표면에 접촉하여 검사 신호를 반도체 웨이퍼(300)에 인가하고 또한 그 웨이퍼(300)로부터의 결과적인 출력 신호를 수신한다. 검사중인 반도체 웨이퍼(300)로부터의 결과적인 출력 신호는 반도체 검사 시스템이 발생한 예측 데이터와 비교됨으로써 반도체 웨이퍼(300)가 적절하게 동작하고 있는 지의 여부가 판단된다.
도 3은 도 2의 프로브 카드에 대한 하면도이다. 이 예에서, 프로브 카드(170)는 에폭시 링을 갖는데, 이 링상에는 니들 또는 캔틸레버라고 하는 다수의 프로브 접촉기(190)가 장착된다. 반도체 웨이퍼(300)가 장착되는 척(180)이 도 2에서 상방으로 이동하면, 캔틸레버(190)의 팁들은 웨이퍼(300)상의 패드 또는 범프(bump)에 접촉한다. 캔틸레버(190)의 단부는 와이어(194)에 연결되며, 와이어(194)는 프로브 카드(170)내에 형성된 전송 라인(도시 안함)에 연결된다. 전송 라인들은 도 2의 포고 핀(141)에 접촉하는 다수의 전극(197)에 연결된다.
전형적으로, 프로브 카드(170)는 많은 층상에 접지면, 전원면, 신호 전송 라인을 가진 폴리이미드(polyimide) 기판의 다수 층에 의해서 구성된다. 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 각각의 신호 전송 라인은 프로브 카드(170)내에서 분포 파라미터 즉 폴리이미드의 유전 상수 및 투자율, 인덕턴스 및 신호의 캐패시턴스를 평형화시키는 것에 의해 예로서 50Ω의 특성 임피던스를 갖도록 설계된다. 따라서, 그들 신호 전송 라인은 임피던스 매칭된 전송 라인으로 되므로, 정상 상태(steady state) 동안 전류를 제공하는 웨이퍼(300)에 대한 고 주파수 전송 대역 및 디바이스의 출력 스위칭에 의해 발생되는 전류 피크가 얻어진다. 프로브 카드상의 전원면과 접지면 사이에는 잡음을 제거하기 위해 캐패시터(193, 195)를 제공한다.
도 4에는 통상적인 프로브 카드 기술에서의 대역폭 제약을 설명하기 위해 프로브 카드(170)의 등가 회로를 도시한다. 도 4의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 프로브 카드(170)상의 신호 전송 라인은 전극(197)으로부터, 스트립 라인(임피던스 매칭된 라인)(196), 와이어(194) 및 니들(캔틸레버)(190)로 연장한다. 와이어(194) 및 니들(190)은 임피던스 매칭된 것이 아니므로, 이들 부분은 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 고 주파수 대역에서 인덕터(L)로서 작용한다. 와이어(194) 및 니들(190)의 전체 길이는 약 20㎜ 내지 30㎜이므로, 검사중인 디바이스의 고 주파수 성능을 검사하는데 있어서 상당한 제약을 받게 된다.
프로브 카드(170)에서 주파수 대역폭을 제한하는 다른 요인은 도 4의 (d) 및 (e)에 도시한 전원 니들 및 접지 니들에 있다. 전원 라인이 검사중인 디바이스에 충분히 큰 전류를 제공할 수 있는 경우에는, 그 전원 라인이 디바이스 검사시 동작 대역폭을 심각하게 제한하지는 않을 것이다. 그러나, 전원을 공급하기 위한 와이어(194)와 니들(190)의 직렬 접속체[도 4의 (d)] 및 전원 및 신호를 접지시키기 위한 와이어(194)와 니들(190)의 직렬 접속체[도 4의 (e)]는 인덕터와 같기 때문에, 고속 전류 흐름이 심각하게 제한된다.
또한, 캐패시터(193, 195)는 전원 라인과 접지 라인 사이에 제공되어 전원 라인상의 노이즈 또는 서지 펄스를 걸러냄으로써 디바이스의 적절한 성능을 유지시킨다. 캐패시터(193)는 예를 들어 10㎌의 비교적 큰 값을 가지므로, 필요에 따라서는 스위치에 의해 전원 라인으로부터 분리시킬 수 있다. 캐패시터(195)는 예를 들어 0.01㎌의 비교적 작은 값을 가지므로, DUT에 근접시켜 고정 연결한다. 이들 캐패시터는 전원 라인상의 고 주파수 분리 캐패시터로서 작용한다. 따라서, 그들 캐패시터는 프로브 카드(170)의 고 주파수 동작을 또한 제한한다.
따라서, 상술한 바와 같이 가장 널리 사용되고 있는 프로브 접촉기들은 주파수 대역이 약 200㎒로 제한되는데, 이 정도의 주파수 대역은 최신 반도체 디바이스의 검사에는 불충분하다. 당해 기술 분야에서는, 현재 1㎓ 이상의 IC 검사기 능력과 적어도 동일한 주파수 대역이 장래에 필요할 것이라고 생각된다. 또한, 당해 기술 분야에서는, 검사 용량의 증대를 위해 프로브 카드가 32개 이상의 반도체 디바이스 특히 메모리를 병렬로 취급(병렬 검사)할 수 있는 것이 바람직하다.
멤브레인(membrane) 접촉기를 가진 새로운 유형의 프로브 카드는 충분히 높은 대역을 가질 것으로 예견되는데, 이는 그 프로브 카드가 접촉기의 팁에 대해 임피던스 매칭된 전송 라인을 가질 수 있기 때문이다. 그러나, 멤브레인 접촉기는 온도 변화에 의해서 접촉 성능이 더 이상 이용될 수 없는 정도까지 변형된다는 점에서 단점을 가진다. 멤브레인 접촉기의 다른 단점은 접촉기에 스프링력을 제공하기 어렵기 때문에 멤브레인상에 제한된 수의 접촉기를 제조할 수 밖에 없다는 점에 있다. 또한, 이같은 기술에 내재하는 또다른 단점은 접촉기들의 개별적인 컴플라이언스(compliance)가 서로에 대해 부족하다는 것으로, 이는 접촉기들이 공통의 멤브레인상에 장착됨으로써 접촉기들 간의 독립적인 이동이 제한되기 때문이다. 그러므로, 멤브레인 접촉기는 다수의 디바이스를 병렬로 검사하는데 적합하지 않다.
통상의 기술에서, 도 3에 도시한 바와 같은 프로브 카드 및 프로브 접촉기는 수작업으로 만들어지므로 품질이 일관적이지 못하다. 이러한 일관적이지 못한 품질의 예로서는, 크기, 주파수 대역, 접촉력 및 저항 등의 변동을 들 수 있다. 통상적인 프로브 접촉기에서, 접촉 성능을 신뢰할 수 없게 하는 다른 요인으로서는, 프로브 접촉기와 검사중인 반도체 웨이퍼가 서로 다른 온도 팽창 계수를 갖는 것을 들 수 있다. 따라서, 온도가 변하면, 접촉기와 반도체 웨이퍼간의 접촉 부분이 변하여 접촉력, 접촉 저항 및 대역폭이 악영향을 받을 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 접촉 타겟과 전기적 접촉을 이루는 접촉기로서, 고 주파수 대역폭, 많은 핀 수, 높은 접촉 성능 및 높은 신뢰성을 제공할 수 있는 접촉기를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 예로서 반도체 디바이스 등을 검사하는 바와 같은 응용 분야에서 전기적 접속을 제공하기 위한 프로브 접촉기와 같은 접촉 구조로서, 매우 높은 주파수 대역폭을 가져 차세대 반도체 기술에서의 검사 요건들을 충족시킬 수 있는 접촉 구조를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 웨이퍼 및 패키징된 LSI 등을 검사하는데사용할 프로브 접촉기로서, 다수의 반도체 디바이스를 동시에 병렬로 검사하는데 적합한 프로브 접촉기를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 웨이퍼 및 패키징된 LSI 등을 검사하는데 사용할 프로브 접촉기로서, 수동 조립 또는 취급 없이도 표준 반도체 생산 공정을 통해 생산될 수 있어 일관성있는 품질을 얻을 수 있는 프로브 접촉기를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 웨이퍼 및 패키징된 LSI 등을 검사하기 위해 프로브 카드상에 장착할 프로브 접촉기로서, 검사 대상 반도체 웨이퍼의 온도 팽창 계수를 보상할 수 있는 프로브 접촉기를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 검사 헤드를 가진 반도체 검사 시스템과 기판 핸들러간의 구조적인 관계에 대한 개략도.
도 2는 기판 핸들러에 반도체 검사 시스템의 검사 헤드를 연결하는 상세 구조의 예에 대한 개략도.
도 3은 다수의 캔틸레버를 프로브 접촉기로서 장착하기 위한 에폭시 링을 가진 프로브 카드의 예에 대한 하면도.
도 4의 (a) 내지 (e)는 도 3에 도시한 프로브 카드의 등가 회로에 대한 회로도.
도 5는 포토리소그라피 공정에 의해 제조한 본 발명의 프로브 접촉기에 대한 개략도.
도 6a 내지 6c는 실리콘 기판상에 형성된 본 발명에 따른 프로브 접촉기 구조의 예들에 대한 개략도.
도 7a 내지 7r은 본 발명의 프로브 접촉기를 제조하기 위한 제조 공정의 예에 대한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 검사 헤드
120 : 성능 보드
140 : 인터페이스 부분
150 : 인쇄 회로 기판
110 : 케이블
121 : 접촉 단자
124 : 동축 케이블
130 : 프로그 링
141 : 접촉 핀
160 : 커넥터
170 : 프로브 카드
180 : 척
190 : 프로브 접촉기
193, 195 : 캐패시터
194 : 와이어
196 : 스트립 라인
197 : 전극
220 : 기판
230 : 접촉기
232 : 상호연결 트레이스
233, 236 : 상호연결 패드
300 : 반도체 웨이퍼
320 : 접촉 타겟
400 : 기판 핸들러
a : 상호연결 트레이스
b, d : 수직 부분
c : 수평 부분
e : 팁 부분
본 발명에서, 접촉 타겟과의 전기적 접속을 이루기 위한 프로브 접촉기는 반도체 기술에서 확립된 포토리소그라피 공정을 통해 형성되는 접촉기를 상부에 가진 평탄한 표면의 기판에 의해서 형성된다.
본 발명의 프로브 접촉기는 전기적 전도 경로인 상호연결 트레이스를 상부에 갖고 있는 기판과, 이 기판상에 포토리소그라피 공정을 통해 형성된 접촉기로서 기판상에 수직하게 형성된 베이스 부분과 이 베이스 부분상에 일단부가 형성된 수평 부분과 이 수평 부분의 타단부에 수직하게 형성된 접촉 부분을 가진 접촉기를 구비하며, 접촉기의 수평 부분은 프로브 접촉기가 검사 대상 디바이스에 대해 가압되는 경우에 접촉력을 발생한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 접촉기 제조 방법은 실리콘 기판상에상호연결 트레이스를 침착 또는 도금에 의해서 형성하는 단계와, 포토리소그라피 공정들을 적용하여 상호연결 트레이스상에 수직하게 형성된 베이스 부분과 이 베이스 부분상에 일단부가 형성된 수평 부분과 이 수평 부분의 타단부에 수직하게 형성된 접촉 부분을 가진 접촉기를 형성하는 단계를 포함하며, 상기한 포토리소그라피 공정들의 각각은 포토레지스트 코팅, 마스킹, 노출, 현상, 포토레지스트 스트리핑 및 전도성 재료 침착 단계들을 포함한다.
본 발명의 따르면, 접촉기는 차세대 반도체 기술의 검사 요건들을 충족시킬 수 있는 매우 높은 주파수 대역폭을 가진다. 이 프로브 접촉기는 반도체 생산 공정에서 사용하는 현대식 초소형화 기술을 통해 형성되기 때문에, 많은 수의 접촉기를 작은 공간에 정렬시킬 수가 있어 동시에 많은 수의 반도체 디바이스를 검사하는데 적합하다.
또한, 본 발명에 의하면, 많은 수의 프로브 접촉기를 수동 조작 없이 초소형 제조 기술에 의해 기판상에 동시에 형성할 수 있기 때문에, 접촉 성능 면에서 일정한 품질, 높은 신뢰성 및 긴 수명을 얻을 수 있다. 또한, 프로브 접촉기들을 검사중에 있는 디바이스의 것과 동일한 기판 재료상에 제조할 수 있기 때문에, 검사중에 있는 디바이스의 온도 팽창 계수를 보상할 수 있어 위치 에러를 피할 수 있다.
이제, 본 발명의 접촉기를 도 5 내지 7을 참조하여 설명하겠다. 도 5는 전형적으로는 실리콘 기판인 기판(220) 상에 형성된 본 발명의 접촉기(230)들을 도시한 것이다. 기판으로서는 유리 섬유, 세라믹, 알루미늄 또는 다른 유전체 재료와 같은 다른 재료도 사용될 수 있다. 모든 접촉기(230)는 동일한 포토리소그라피 공정을통해 실리콘 또는 유전체 기판(220)상에 형성된다.
검사중의 반도체 웨이퍼(300)를 상방으로 이동시키면, 접촉기(230)는 그와 대응하는 웨이퍼(300)상의 타겟(전극)(320)과 접촉하게 된다. 패드(320)들 간의 피치를 50㎛ 이하로 작게 할 수 있고, 그 피치로 접촉기(230)들을 쉽게 정렬시킬 수 있는데 이는 그들 접촉기를 웨이퍼의 제조시에 동일한 반도체 생산 공정을 통해 제조하기 때문이다.
실리콘 기판(220)상의 접촉기(230)를 도 3에 도시한 바와 같은 프로브 카드상에 직접 장착하거나 패키지 예를 들어 리이드를 가진 전통적인 IC 패키지내에 성형시켜 그 패키지를 프로브 카드상에 장착할 수도 있다. 접촉기(230)들을 아주 작은 크기로 제조할 수 있기 때문에, 본 발명의 접촉기들이 장착되는 프로브 카드의 주파수 대역폭을 2㎓ 이상으로 쉽게 증가시킬 수 있다. 또한, 접촉기 크기를 작게 할 수 있기 때문에, 프로브상의 접촉기 수를 예를 들어 2,000개로 증가시킬 수 있다. 2,000개의 접촉기 수는 동시에 32개 이상의 메모리 디바이스에 대한 검사를 가능케 한다.
또한, 본 발명의 접촉기(230)는 실리콘 기판(220)상에 형성되기 때문에, 실리콘 기판의 온도 팽창 계수와 같은 환경 변화가 검사중에 있는 반도체 웨이퍼의 환경 변화와 동일하게 된다. 따라서, 접촉기(230)와 패드(320)간의 위치설정을 검사중에 정확하게 유지시킬 수 있다.
도 6a 내지 6c는 실리콘 기판(220)상의 접촉기(230)를 더욱 상세히 도시한 것이다. 도 6a 내지 6c의 예들에서는 상술한 IC 패키지 또는 프로브 카드와의 상호연결을 위한 기본적인 3가지 유형의 전기적 경로를 도시한다. 도 6a는 그러한 상호연결 수단을 기판의 상부에 형성한 예를 도시한 것이고, 도 6b는 전기적 상호연결 수단을 기판의 하부에 형성한 예를 도시한 것이며, 도 6c는 전기적 상호연결 수단을 기판의 에지에 형성한 예를 도시한 것이다. 거의 모든 유형의 기존 IC 패키지 구성 또는 프로브 카드 구성은 도 6a 내지 도 6c에 도시한 상호연결 유형중의 적어도 하나를 채용할 수 있다.
도 6a의 예는 기판(220)상에 a로도 표기한 상호연결 트레이스(232)와 상호연결 패드(233)를 포함한다. 상호연결 트레이스(232)는 접촉기(230)와 상호연결 패드(233)간의 전기적 경로를 형성한다. 도 6b의 예는 상호연결 트레이스(232)와, 기판(220)을 관통하는 상호연결 패드(233)와, 기판(220) 하부의 상호연결 패드(236)를 포함한다. 도 6c의 예에서는, 상호연결 트레이스(232)가 기판(220)의 에지로 연장한다. 이들 각각의 예에서, 상호연결 트레이스(232)는 접촉기(230)의 작은 피치를 프로브 카드 또는 IC 패키지와의 정합에 적당한 큰 피치로 확대시키는 역할을 한다.
도 6a 내지 6c의 각각에 도시한 바와 같이, 접촉기(230)는 수직 부분(b, d)과 수평 빔(beam)(c)과 팁(tip) 부분(e)을 가진다. 접촉기(230)의 팁 부분(e)은 예리하게 하여 그 접촉기(230)의 팁 부분(e)을 접촉 타겟(320)에 대해 가압시켜 금속 산화물내로 침투시킬 때에 스크러빙 효과(scrubbihg effect)가 나타나게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 웨이퍼(300)상의 타겟(320)의 표면상에 알루미늄 산화물이 형성되어 있는 경우, 낮은 접촉 저항 상태의 전기적 접촉을 형성하기 위해서는 스크러빙 효과가 필요하다. 접촉 패드(320)에 대한 적당한 접촉력은 수평 빔(c)의 스프링력에 의해서 얻어진다. 수평 빔(c)의 스프링력에 의해서 생성되는 탄성은 또한 접촉기(230), 실리콘 기판(220), 접촉 패드(320) 및 웨이퍼(300)에 관계되는 크기 차 또는 평탄도 변동을 보상하는 역할을 한다.
접촉기(230) 재료의 일 예로서는 니켈, 알루미늄 및 구리가 있다. 팁 부분(e)은 니켈 팔라듐(nickel paladium), 로듐(rhodium), 니켈 금(nickel gold), 이리듐(iridium) 또는 수개의 다른 침착가능 재료에 의해 도금할 수도 있다. 프로브 검사용 접촉기의 크기는 일 예로 접촉 타겟(320)들 간의 피치를 50㎛으로 한 경우 전체 높이를 400㎛(최적하게는 약 200㎛)로 하고 수평 길이를 50㎛ 내지 400㎛(최적하게는 150㎛ 내지 200㎛)로 하며 두께를 약 30㎛ 내지 60㎛로 할 수도 있다.
도 7a 내지 7r은 본 발명의 접촉기를 포토리소그라피 기술에 의해 제조하는 공정의 일 예를 도시한 것이다. 도 7a에서는, 실리콘 기판(220)상에 예를 들어 구리의 얇은 금속 층(237)을 형성하는데, 이 금속 층(237)은 전기 도금을 통해 도 6의 상호연결 트레이스(232) 및 접촉기(230)를 형성하기 위해서 전기적 도전성을 얻고자 하는 것이다. 상호연결 트레이스(232) 및 접촉기(230)를 다른 침착 공정 예를 들어 스퍼터링에 의해서 형성하는 경우에는, 얇은 금속 층(237)이 필요하지 않을 수도 있다.
다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 얇은 금속 층(237)상에는 포토레지스트 층(242)을 형성하고, 이 포토레지스트 층(242) 위쪽에는 그 층이 자외선에 노출될 수 있게 마스크(245)를 정렬시킨다. 포지티브 작용 레지스트를 사용하는 경우에는,마스크(245)에 의해 덮여진 포토레지스트가 자외선에 노출된 후에 경화된다. 노출된 레지스트 부분은 도 7c에 도시된 바와 같이 용해 및 제거되어 포토 마스크 층(242)을 남긴다. 포토 마스크 층(242)의 윈도우(window)내에는 도 7d에 도시한 바와 같이 접촉기 재료 예를 들어 구리, 니켈, 알루미늄 또는 다른 재료를 침착시켜 상호연결 트레이스(232)를 형성한다. 도 7d의 상호연결 트레이스는 도 6a 내지 6c에 도시한 부분에 대응한다.
도 7e의 공정에서는, 상호연결 트레이스(232)상에 얇은 금속 층(238)을 예를 들어 도금에 의해서 형성한다. 금속 층(238)의 용도들 중의 하나는 상호연결 트레이스(232)를 에칭으로부터 보호하는 것이다. 금속 층(238)의 재료는 상호연결 트레이스(232) 또는 얇은 금속 층(237)의 재료와는 다르게 해야 한다. 도 7f에서는, 포토마스크(242)상에 포토 마스크 층(243)을 도 7b 및 도 7c에서와 동일한 포토리소그라피 공정을 통해 형성한다. 도 7g에서는, 포토 마스크(243)의 윈도우내에 니켈, 알루미늄 및 구리와 같은 접촉기 재료를 침착시켜 도 6에 도시한 접촉기(230)의 수직 부분(b)을 형성하는데, 이 공정에서는 진공 증발, 캐소드 스퍼터링, 기상 침착 및 도금을 비롯한 각종 침착 기법을 사용할 수 있다. 도 7g의 과잉도금된 부분(overplated portion)은 도 7h의 연마(평면화) 공정에서 제거한다.
상기한 공정들은 접촉기의 다른 부분들을 형성하기 위해 반복될 것이다. 도 7i에서는, 수평 빔(c)을 형성하기 위해서 도 7b 및 도 7c의 공정을 사용하여 포토 마스크 층(243)상에 포토 마스크 층(244)을 형성한다. 다음, 침착 공정을 통해 도 7j에 도시한 바와 같이 수평 빔(c)을 형성한 후, 이 수평 빔(c)에 대해 평면화 공정을 수행해서 도 7k에 도시한 바와 같이 과잉도금된 부분을 제거한다. 다음, 수직 부분(d)을 형성하기 위해 포토 마스크(244) 및 수평 빔(c)상에 도 7l에 도시한 바와 같이 포토 마스크 층(246)을 제공하는데, 이 포토 마스크 층(246)은 도 7b 및 도 7c에서와 동일한 포토리소그라피 공정에 의해서 형성한다. 따라서, 침착 후에는, 포토 마스크 층내에 도 6의 수직 부분(d)이 도 7m에 도시한 바와 같이 형성되는데, 이 수직 부분(d)에 대해서는 평면화 공정을 수행하여 도 7n에 도시한 바와 같이 과잉도금된 부분을 제거한다. 도 7o에서는 또한 포토 마스크(248)를 형성하고, 그다음 도 7p에서 접촉기(230)의 팁(e)을 형성한다.
도 7q에서는, 포토 마스크(242, 243, 244, 246 및 248)를 특정 용제로 제거한다. 도 7r에서는, 에칭 공정을 수행하여 금속 층(237)의 대부분을 제거한다. 상기 설명에서와 같이, 접촉기(230) 및 상호연결 트레이스(232)는 포토리소그라피 기술에 의해 실리콘 기판(220)상에 형성된다.
본 명세서에서는 본 발명의 양호한 실시예만을 도시하고 설명하고 있으나, 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 상술한 개시내용을 참조하여 또한 특허청구범위내에서 본 발명의 많은 변형 및 변경이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 프로브 접촉기는 차세대 반도체 기술의 검사 요건들을 충족시킬 수 있는 매우 높은 주파수 대역폭을 가진다. 이 프로브 접촉기는 반도체 생산 공정에서 사용하는 현대식 초소형화 기술을 통해 형성되기 때문에, 많은 수의 접촉기를 작은 공간에 정렬시킬 수가 있어 동시에 많은 수의 반도체 디바이스를 검사하는데 적합하다. 본 발명의 접촉기 구조는 또한 IC 리이드, IC 패키징 및 다른 전기적 연결을 비롯하여 더욱 일반적인 용도로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 많은 수의 프로브 접촉기를 수동 조작 없이 초소형 제조 기술에 의해 기판 상에 동시에 형성할 수 있기 때문에, 접촉 성능 면에서 일정한 품질, 높은 신뢰성 및 긴 수명을 얻을 수 있다. 또한, 프로브 접촉기들을 검사중에 있는 디바이스의 것과 동일한 기판 재료상에 제조할 수 있기 때문에, 검사중에 있는 디바이스의 온도 팽창 계수를 보상할 수 있어 위치 에러를 피할 수 있다.

Claims (16)

  1. 반도체 웨이퍼, 패키징된 LSI 또는 인쇄 회로 기판(검사 대상 디바이스)을 검사하기 위한 접촉기에 있어서,
    전기적 전도 경로인 상호연결 트레이스를 상부에 갖고 있는 유전체 기판과,
    상기 유전체 기판상에 포토리소그라피 공정을 통해 형성된 접촉기로서, 상기 유전체 기판상에 수직하게 형성된 베이스 부분과, 일단부가 상기 베이스 부분상에 형성된 수평 부분과, 상기 수평 부분의 타단부에 수직하게 형성된 접촉 부분을 가진 접촉기
    를 구비하며, 상기 접촉기의 수평 부분은 상기 접촉기가 상기 검사 대상 디바이스에 대해 가압되는 경우에 접촉력을 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기판상에 상기 상호연결 트레이스 및 상기 접촉기에 전기적으로 연결되는 상호연결 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기판이 특정의 유전 상수 및 투자율을 갖는 것을 특징으로 하는반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상호연결 트레이스는 금속으로 제조되며, 침착, 증발, 스퍼터링 또는 도금 공정에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접촉기는 상기 상호연결 트레이스상에 직접 형성되어 그들 간의 전기적 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접촉기는 금속으로 제조되며, 상기 상호연결 트레이스상에 포토 마스크를 형성한 후에 침착 공정에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접촉기는 상기 상호연결 트레이스상에 적어도 3회의 포토리소그라피 공정을 반복하는 것에 의해서 형성되며, 상기 포토리소그라피 공정들 각각은 포토레지스트 코팅, 마스킹, 노출, 포토레지스트 스트리핑 및 전도성 재료 침착 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접촉기의 상기 접촉 부분의 재료는 상기 접촉기 부분을 형성하는데 사용되는 재료가 아닌 다른 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  9. 반도체 웨이퍼, 패키징된 LSI 또는 인쇄 회로 기판(검사 대상 디바이스)을 검사하기 위한 접촉기에 있어서,
    전기적 전도 경로인 상호연결 트레이스를 상부에 갖고 있는 실리콘 기판과,
    상기 실리콘 유전체 기판상에 포토리소그라피 공정을 통해 형성된 접촉기로서, 상기 실리콘 유전체 기판상에 수직하게 형성된 베이스 부분과, 일단부가 상기 베이스 부분상에 형성된 수평 부분과, 상기 수평 부분의 타단부에 수직하게 형성된 접촉 부분을 가진 접촉기
    를 구비하며, 상기 접촉기의 수평 부분은 상기 접촉기가 상기 검사 대상 디바이스에 대해 가압되는 경우에 접촉력을 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실리콘 유전체 기판상에 상기 상호연결 트레이스 및 상기 접촉기에 전기적으로 연결되는 상호연결 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 상호연결 트레이스는 금속으로 제조되며, 침착, 증발, 스퍼터링 또는 도금 공정에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 접촉기는 상기 상호연결 트레이스상에 직접 형성되어 그들 간의 전기적 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 접촉기는 금속으로 제조되며, 상기 상호연결 트레이스상에 포토 마스크를 형성한 후에 침착 공정에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 접촉기는 상기 상호연결 트레이스상에 적어도 3회의 포토리소그라피 공정을 반복하는 것에 의해서 형성되며, 상기 포토리소그라피 공정들 각각은 포토레지스트 코팅, 마스킹, 노출, 포토레지스트 스트리핑 및 전도성 재료 침착 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 접촉기의 상기 접촉 부분의 재료는 상기 접촉기 부분을 형성하는데 사용되는 재료가 아닌 다른 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기.
  16. 반도체 웨이퍼, 반도체 다이, 패키징된 LSI 또는 인쇄 회로 기판(검사 대상 디바이스)을 검사하기 위한 접촉기를 제조하는 방법에 있어서,
    유전체 또는 반도체 재료로 제조된 기판을 제공하는 단계와,
    상기 기판상에 상호연결 트레이스를 침착 또는 도금에 의해서 형성하는 단계와,
    각각이 포토레지스트 코팅, 마스킹, 노출, 포토레지스트 스트리핑 및 전도성 재료 침착 단계들을 포함하는 포토리소그라피 공정들을 적용하여, 상기 상호연결 트레이스상에 수직하게 형성된 베이스 부분과, 일단부가 상기 베이스 부분상에 형성된 수평 부분과, 상기 수평 부분의 타단부에 수직하게 형성된 접촉 부분을 가진 접촉기를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 접촉기 제조 방법.
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