KR20090074383A

KR20090074383A - 프로브 구조물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090074383A
Application number: KR1020080000144A
Authority: KR
Inventors: 문성욱; 이승훈; 추성일
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2008-01-02
Filing date: 2008-01-02
Publication date: 2009-07-07
Also published as: KR100980002B1

Abstract

본 발명은 미세 피치의 웨이퍼 및 대면적의 웨이퍼를 효과적으로 테스트할 수 있으며, 제작 공정의 단순화 및 프로브의 재생을 용이하게 구현할 수 있는 프로브 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 프로브 구조물 제조방법은 프로브 구조물을 복수의 단위 프로브 패턴으로 구분하고, 각각의 단위 프로브 패턴을 단위 공정을 적용하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 단위 공정은, 단위 프로브 패턴 마스크를 형성하는 제 1 과정과, 상기 단위 프로브 패턴 마스크에 의해 노출된 영역 상에 단위 프로브 패턴을 형성하는 제 2 과정과, 상기 단위 프로브 패턴 마스크를 제거하는 제 3 과정과, 상기 단위 프로브 패턴을 포함한 전면 상에 금속 물질의 희생층을 형성하는 제 4 과정과, 상기 단위 프로브 패턴의 상부면이 노출되도록 상기 단위 프로브 패턴 및 희생층을 평탄화하는 제 5 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

프로브, 희생층, 일체형

Description

프로브 구조물 및 그 제조방법{Probe and method for fabricating the same}

본 발명은 프로브 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 피치의 웨이퍼 및 대면적의 웨이퍼를 효과적으로 테스트할 수 있으며, 제작 공정의 단순화 및 프로브의 재생을 용이하게 구현할 수 있는 프로브 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정은 크게 전 공정인 패브리케이션(fabrication) 공정과 후 공정인 어셈블리(assembly) 공정으로 구분된다. 패브리케이션 공정은 웨이퍼 상에 집적회로 패턴을 형성하는 공정이며, 어셈블리 공정은 웨이퍼를 복수의 칩으로 분리시키고, 외부 장치와 전기적 신호의 연결이 가능하도록 각각의 칩에 도전성의 리드(lead)나 볼을 접속시킨 다음, 칩을 에폭시 등으로 몰딩시킴으로써 집적회로 패키지를 형성하는 공정이다.

어셈블리 공정을 진행하기 전에 각각의 칩의 전기적 특성을 검사하는 EDS(Electrical Die Sorting) 공정이 진행된다. EDS 공정은 웨이퍼를 구성하는 칩 들 중에서 불량 칩을 판별하여 재생(repair) 가능한 칩은 재생시키고 재생 불가능한 칩은 제거시킴으로써 후속의 어셈블리 공정 등에서 소요되는 시간 및 원가를 절감하는 역할을 한다.

이와 같은 EDS 공정은 프로버(Prober)에서 진행되는데, 프로버(700)는 통상, 도 6에 도시한 바와 같이 테스트 대상물인 웨이퍼(702)가 안착되는 웨이퍼 척(701)과, 프로브 카드가 구비되는 테스트 헤드(703)를 포함하여 구성된다. 프로브 카드 상에는 다수의 프로브구조물이 구비되며, 프로브는 웨이퍼의 각 칩에 구비된 패드에 전기적으로 접촉하여 궁극적으로 해당 칩의 불량 여부를 판별하게 된다.

프로브 카드 상에 구비되는 프로브 구조물은 형태에 따라 크게 니들형, 블레이드형, 수직형, 캔틸레버형 등으로 구분되며, 상기 니들형 프로브를 제외한 최근의 프로브는 멤즈(MEMS : Micro-Electro-Mechanical Systems) 공정을 통해 제작되고 있다.

니들형 프로브는 기계 가공 및 수작업을 통해 제작되며, 반도체 칩의 패드 피치가 크고 패드 수가 적은 소자 검사에 사용된다. 이와 같은 니들형 프로브는 일반적으로 텅스텐 재질로 구성된다. 한편, 블레이드형, 수직형, 캔틸레버형 프로브는 멤즈 공정을 통해 제작되는데, 이 중 블레이드형 프로브는 메모리 소자의 번인(burn-in) 테스트용으로 주로 사용되고, 수직형 프로브는 로직 소자 등의 비메모리 소자 테스트용으로 사용되며, 캔틸레버형 프로브는 메모리 테스트에 사용된다.

상술한 바와 같은 다양한 종류의 프로브 구조물에 있어서, 캔틸레버형 프로브는 미세 피치의 웨이퍼 검사가 가능하여 현재 가장 널리 사용되고 있다. 캔틸레 버형 프로브를 제작하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 실리콘 웨이퍼와 공간 변형기를 준비하고, 실리콘 웨이퍼 상에는 캔틸레버와 선단부를 구비시키고 공간 변형기 상에는 지지부를 구비시킨 상태에서, 실리콘 웨이퍼와 공간 변형기를 접합하여 프로브 구조물을 제작하는 방법이 있다.

이와 같은 제작 방법은 프로브 선단부의 정렬 오차가 작고 제작에 소요되는 시간이 짧으며 재생(repair)이 가능하다는 장점이 있으나, 높은 종횡비를 갖는 미세 몰드에 균일하게 전기도금을 적용하는데 어려움이 있고, 실리콘 웨이퍼와 공간 변형기 사이의 열팽창계수 차이 등으로 인해 접합 공정의 수율이 낮다는 단점이 있다. 또한, 고가 장비를 이용해야 함에 따라 제작 비용이 높으며 대면적의 프로브 카드 제작에 용이하지 않다는 문제점이 있다.

다른 방법으로, 공간 변형기 상에 포토리소그래피 공정 및 전기도금 공정을 이용하여 지지부, 캔틸레버, 선단부를 순차적으로 형성하여 프로브를 제작하는 방법이 있다. 이 방법은, 제작 공정이 단순하여 제작에 소요되는 비용을 절감할 수는 있으나 재생이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 몰드로서 포토레지스트가 이용됨에 따라 각 층의 평탄화 공정 진행시 프로브 구조물에 스트레스를 유발할 가능성이 상존하며, 프로브 구조물을 구성하는 재료층과 포토레지스트 몰드 사이에 단차가 발생되어 후속의 포토리소그래피 공정을 수행함에 어려움이 있다. 이와 함께, 캔틸레버부 형성시 또는 각 층간에 도금 전극을 위해 이종 금속을 증착해야 함에 따라, 프로브가 기계적, 구조적으로 취약해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 미세 피치의 웨이퍼 및 대면적의 웨이퍼를 효과적으로 테스트할 수 있으며, 제작 공정의 단순화 및 프로브의 재생을 용이하게 구현할 수 있는 프로브 구조물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로브 구조물 제조방법은 프로브 구조물을 복수의 단위 프로브 패턴으로 구분하고, 각각의 단위 프로브 패턴을 단위 공정을 적용하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 단위 공정은, 단위 프로브 패턴 마스크를 형성하는 제 1 과정과, 상기 단위 프로브 패턴 마스크에 의해 노출된 영역 상에 단위 프로브 패턴을 형성하는 제 2 과정과, 상기 단위 프로브 패턴 마스크를 제거하는 제 3 과정과, 상기 단위 프로브 패턴을 포함한 전면 상에 금속 물질의 희생층을 형성하는 제 4 과정과, 상기 단위 프로브 패턴의 상부면이 노출되도록 상기 단위 프로브 패턴 및 희생층을 평탄화하는 제 5 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 단위 프로브 패턴은 프로브 구조물의 단면 형상에 따라 구분될 수 있으며, 상기 복수의 단위 프로브 패턴은 지지부, 리페어층, 캔틸레버부, 선단부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 단위 프로브 패턴을 포함한 전면 상에 금속 물질의 희생층을 형성하는 제 4 과정은, 상기 단위 프로브 패턴의 상부면 및 측부에 시드층을 형성하고, 상기 시드층을 포함한 전면 상에 희생층을 형성할 수 있다. 상기 시드층은 상기 희생층과 동일한 물질로 형성할 수 있으며, 상기 시드층은 3000∼5000Å의 높이로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 단위 공정을 복수번 반복하여 상기 각각의 단위 프로브 패턴을 형성할 수 있으며, 상기 복수의 단위 프로브 패턴은 동일한 물질로 구성될 수 있다.

상기 단위 공정을 통해 상기 복수의 프로브 패턴이 완성된 상태에서 상기 희생층을 제거하여 상기 프로브 구조물을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 단위 프로브 패턴 마스크에 의해 노출된 영역 상에 단위 프로브 패턴을 형성하는 제 2 과정은 전기도금법을 이용하여 상기 단위 프로브 패턴을 형성하고, 상기 단위 프로브 패턴을 포함한 전면 상에 희생층을 형성하는 제 4 과정은, 전기도금법 또는 스핀 온 글래스 방법을 이용하여 상기 단위 프로브 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상기 단위 프로브 패턴 마스크를 형성하는 제 1 과정은, 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 단위 프로브 패턴 마스크를 형성할 수 있다.

상기 복수의 단위 프로브 패턴은 니켈(Ni), 코발트(Co), 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 희생층은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어지고, 상기 리페어층은 금(Au)-주석(Sn) 합금으로 이루어질 수 있다.

상기 지지부는 150∼500㎛의 높이로 형성할 수 있다. 또한, 상기 선단부는 단면적이 서로 다른 복수의 층으로 형성할 수 있으며, 상기 선단부는 100∼200㎛의 높이로 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 구조물 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

금속 재질의 희생층을 이용함에 따라, 평탄화 공정시 프로브 구조물에 인가되는 스트레스를 최소화할 수 있게 된다. 이와 함께, 더미 단위 프로브 패턴을 선택적으로 적용하여 프로브 구조물에 인가되는 스트레스를 완화시킬 수 있게 된다.

또한, 각각의 단위 프로브 패턴을 동일 물질로 구성함에 따라, 프로브 구조물의 기계적 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물의 단면 구성도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물은 인쇄회로기판(도시하지 않음)과의 전기적 연결을 매개하고 프로브 구조물의 장착 공간을 제공하는 역할을 하는 공간 변형기(100)(space transformer) 상에 구비된다.

상기 프로브 구조물은 일체형으로 구성되고 동일 물질로 구성되는데, 그 형상 및 역할에 따라 지지부(202a), 리페어층(302a), 캔틸레버부(402a), 선단 부(502a)로 구분할 수 있다. 또한, 상기 프로브 구조물은 니켈(Ni), 코발트(Co), 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 다만 상기 리페어층(302a)은 250∼350℃의 녹는점을 갖는 물질 예를 들어, 금(Au)-주석(Sn) 합금으로 구성될 수도 있다. 상기 리페어층(302a)은 전기도금법을 통해 형성되는 것이 바람직한데, 이에 대한 상세한 설명은 후술하는 프로브 구조물 제조방법에서 하기로 한다.

한편, 상기 지지부(202a)는 상기 공간 변형기(100) 상에 구비되어 상기 캔틸레버부(402a), 리페어층(302a) 및 선단부(502a)를 지지하는 역할을 수행하는 것으로서, 일 실시예로 기반층(102a)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 기반층(102a)을 포함한 지지부(202a)는 오버 드라이브에 효과적으로 대응하기 위해 150∼500㎛의 높이를 갖는 것이 바람직하다.

상기 리페어층(302a)은 레이저 등의 열에 의해 상기 지지부(202a)와 캔틸레버부(402a)의 탈착 및 접합이 가능하도록 하는 역할을 수행하는 것으로서, 기계적 강도가 우수하고 반복적인 하중에도 잘 견딜 수 있으며 250∼350℃의 적절한 녹는점을 갖는 금속 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 리페어층(302a) 패턴(302)은 금(Au)-주석(Sn) 합금으로 구성할 수 있다.

상기 캔틸레버부(402a)는 상기 선단부(502a)를 지지하는 역할을 수행하는 것으로서, 상기 선단부(502a)가 반도체 칩의 패드와 접촉시 탄성을 제공하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 리페어층(302a), 지지부(202a)와는 달리 수평적으로 일정 길이 이상으로 설계된다. 상기 캔틸레버부(402a)는 상기 지지부(202a)와 동일한 물질 로 구성된다.

마지막으로, 상기 선단부(502a)는 반도체 칩의 패드와 실질적으로 접촉하는 부분으로서 단면적이 서로 다른 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 선단부(502a)를 구성하는 각각의 층에 있어서 상층으로 갈수록 그 단면적이 작도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 선단부(502a)를 구성하는 각각의 층은 직육면체 또는 원통 형상으로 구성할 수 있다. 이와 같은 선단부(502a)는 오버 드라이브에 대응하기 위해 100∼200㎛의 높이로 갖는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 프로브 구조물 제조방법의 전체적인 원리를 설명하기로 한다.

본 발명은, 프로브 구조물을 임의의 단위 프로브 패턴 예를 들어, 지지부, 리페어층, 캔틸레버부, 선단부 등으로 구분하고, 각각의 단위 프로브 패턴을 동일한 순서를 갖는 일련의 단위 공정을 적용하여 완성하도록 함으로써 임의의 단위 프로브 패턴이 조합된 전체 프로브 구조물을 제조하는 것을 특징으로 한다.

즉, 동일한 단위 공정을 순차적으로 반복, 실시하여 상기 지지부, 리페어층, 캔틸레버부, 선단부 등의 각각의 단위 프로브 패턴을 적층, 완성할 수 있으며, 이를 통해 지지부, 리페어층, 캔틸레버부, 선단부 등의 조합으로 이루어지는 프로브 구조물을 제조할 수 있게 된다.

상기 각각의 단위 프로브 패턴 제조를 위한 단위 공정은 1) 단위 프로브 패턴 마스크 형성 - 2) 단위 프로브 패턴 형성 - 3) 단위 프로브 패턴 마스크 제거 - 4) 희생층 형성의 순서로 진행된다. 참고로, 지지부에 상응하는 단위 프로브 패턴 제조시에는 상기 '4) 희생층 형성 과정'을 진행하기에 앞서 '희생층 형성을 위한 시드층 적층 과정'이 추가되는데 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다. 또한, 후술에 있어, 지지부 이외에 기반층을 기재하고 있는데, 넓은 의미에서 지지부는 기반층과 지지부를 모두 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 1a 내지 도 1f, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3e, 도 4a 내지 도 4e 및 도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 참고로, 본 실시예에서는 프로브 구조물의 구성하는 단위 프로브 패턴을 기반층, 지지부, 캔틸레버부, 리페어층, 선단부로 구분하였으며, 상기 도 1a 내지 도 1f, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3e, 도 4a 내지 도 4e, 도 5a 내지 도 5e는 각각 상기 기반층, 지지부, 캔틸레버부, 리페어층, 선단부 제조를 위한 공정 단면도이다. 이와 같은 프로브 구조물의 구분은 일 실시예에 따른 것이며, 상술한 바와 같은 구분 이외에 다양하게 변형, 실시하여 프로브 구조물을 구분할 수 있음은 물론이다.

<기반층 형성>

프로브 구조물을 구성하는 복수의 단위 프로브 패턴 중 하나인 기반층에 대한 제조 공정을 살펴보면 다음과 같다. 상기 기반층은 기본적으로 상술한 바와 같은 일련의 단위 공정 즉, 1) 단위 프로브 패턴 마스크 형성 - 2) 단위 프로브 패턴 형성 - 3) 단위 프로브 패턴 마스크 제거 - 4) 희생층 형성의 순서로 이루어지는 단위 공정에 의해 형성되며, 상기 희생층의 형성 전에 희생층 형성을 위한 시드층 적층 과정이 추가된다.

구체적으로, 먼저 단위 프로브 패턴 마스크 형성 과정을 진행한다. 여기서, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(101)라 함은 단위 프로브 패턴(본 단위 공정에서는 기반층에 상응)이 형성될 영역을 정의하는 마스크를 일컫는 것으로서, 일 예로 도 1a에 도시한 바와 같이 공간 변형기(space transformer)(100) 전면 상에 감광막을 도포한 다음 포토리소그래피 공정을 통해 단위 프로브 패턴이 형성될 영역을 정의하도록 패터닝함으로써 단위 프로브 패턴 마스크(101)를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 공간 변형기(100)는 프로브 구조물의 일 구성요소로서 프로브와 인쇄회로기판 사이에 구비되어 상기 프로브와 인쇄회로기판 사이의 전기적 연결을 매개하는 역할을 하며, 도면에 도시하지 않았지만 상기 공간 변형기(100)의 내부에는 전기적 연결을 위한 도선이 형성되어 있다.

이와 같은 상태에서, 도 1b에 도시한 바와 같이 상기 단위 프로브 패턴이 형성될 영역 즉, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(101)에 의해 노출된 공간 변형기(100) 상에 단위 프로브 패턴(102)을 형성한다. 상기 단위 프로브 패턴(102)의 형성은 일 실시예로 전기도금법을 이용할 수 있으며, 상기 단위 프로브 패턴(102) 을 구성하는 물질로는 니켈(Ni), 코발트(Co), 텅스텐(W) 중 적어도 하나 이상이 포함된 물질을 이용할 수 있다.

상기 단위 프로브 패턴(102)이 형성된 상태에서 도 1c에 도시한 바와 같이 상기 단위 프로브 패턴 마스크(101)를 제거한다. 그런 다음, 도 1d에 도시한 바와 같이 상기 단위 프로브 패턴(102)의 측부 및 상부면 상에 시드층(seed layer)(103)을 형성한다. 상기 시드층(103)은 희생층 형성을 위한 시드층으로서, 스퍼터링 공정(Sputtering) 또는 전자빔 증착법(E-Beam Evaporation)을 이용하여 형성할 수 있으며 후술하는 희생층과 동일한 물질을 구성하는 것이 바람직하다. 일 실시예로 상기 시드층(103)과 희생층은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 구성할 수 있으며, 상기 시드층(103)은 3000∼5000Å의 높이로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 단위 프로브 패턴(102)의 측부 및 상부면 상에 시드층(103)이 형성된 상태에서, 도 1e에 도시한 바와 같이 상기 단위 프로브 패턴(102)을 포함한 공간 변형기(100) 전면 상에 금속 물질의 희생층(104)을 형성한다. 상기 희생층(104)은 전기도금법 또는 스핀 온 글래스(spin on glass) 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 전기도금법을 이용하여 형성하는 경우 전술한 바와 같이 상기 희생층(104)은 상기 시드층(103)과 동일한 금속 물질을 이용하여 형성한다.

그런 다음, 도 1f에 도시한 바와 같이 랩핑(lapping)과 폴리싱(polishing)을 통해 상기 단위 프로브 패턴(102)의 표면이 드러나도록 평탄화하면 프로브 구조물을 구성하는 복수의 단위 프로브 패턴(102) 중 하나인 기반층(102a)이 완성된다.

이상, 기반층의 형성 공정을 살펴보았는데, 상술한 바와 같은 공정 진행에 있어서 랩핑과 폴리싱을 통한 평탄화 공정 수행시 단위 프로브 패턴(102)에 인가되는 스트레스를 최소화하기 위해 단위 프로브 패턴(102)들 사이에 더미 단위 프로브 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(101) 형성시 단위 프로브 패턴(102) 영역 이외에 더미 단위 프로브 패턴 영역을 정의하는 마스크를 형성할 수 있으며, 후속의 단위 프로브 패턴(102) 형성시 단위 프로브 패턴(102) 이외에 더미 단위 프로브 패턴을 함께 형성할 수 있다. 이 때, 상기 더미 단위 프로브 패턴의 크기는 그 크기에 제한이 없으며 상기 단위 프로브 패턴(102)의 크기에 상응하도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 지지부의 형성 공정을 살펴보기로 한다.

<지지부 형성>

상기 공간 변형기(100) 상에 기반층에 상응하는 단위 프로브 패턴이 형성된 상태에서, 지지부 형성을 일련의 단위 공정 즉, 1) 단위 프로브 패턴 마스크 형성 - 2) 단위 프로브 패턴 형성 - 3) 단위 프로브 패턴 마스크 제거 - 4) 희생층 형성의 순서로 이루어지는 단위 공정을 적용하여 상기 기반층 상에 지지부를 형성한다. 참고로, 도 1a 내지 도 1f는 평면 배치되는 여러 개의 기반층을 도시하고 있으나, 이하의 설명에서는 하나의 기반층만을 도시하여 설명하기로 한다.

먼저, 단위 프로브 패턴 형성을 위한 즉, 지지부 형성을 위한 단위 프로브 패턴 마스크(201)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성한다(도 2a 참조). 상기 단위 프로브 패턴 마스크(201)에 의해 노출되는 영역은 상기 기반층의 상부면에 상 응한다.

그런 다음, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(201)에 의해 노출된 영역 상에 단위 프로브 패턴(202)(본 단위 공정에서는 지지부에 상응하며, 용어의 혼동을 피하기 위해 본 단위 공정의 이하의 설명에서는 지지부 패턴(202)이라 칭하기로 한다)을 형성한다(도 2b 참조). 여기서, 상기 지지부 패턴(202)은 상기 기반층(102a)과 동일한 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 이어, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(201)를 제거한다(도 2c 참조).

이와 같은 상태에서, 상기 지지부 패턴(202)을 포함한 공간 변형기(100) 전면 상에 희생층(203)을 형성한다(도 2d 참조). 이 때, 상기 기반층 형성 과정을 통해 희생층(104)이 형성되어 있음에 따라 희생층 형성을 위한 별도의 시드층은 요구되지 않는다. 한편, 상기 희생층(203)은 상기 기반층 형성시의 희생층(104)과 동일한 물질이며 전기도금법 또는 스핀 온 글래스 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 마지막으로, 랩핑과 폴리싱을 통해 상기 지지부 패턴(202)의 상부면이 노출되도록 평탄화하면 지지부(202a)가 완성된다(도 2e 참조).

이상의 공정을 통해 기반층(102a) 및 지지부(202a)가 형성되는데, 상기 기반층은 넓은 의미에서 상기 지지부에 포함될 수 있으며, 상기 기반층을 포함한 지지부는 오버 드라이브에 효과적으로 대응하기 위해 150∼500㎛의 높이를 갖는 것이 바람직하다.

<리페어층 형성>

상기 공간 변형기(100) 상에 기반층(102a), 지지부(202a) 및 희생층(104)(203)이 형성된 상태에서, 상기 지지부(202a) 형성시의 단위 공정 즉, 1) 단위 프로브 패턴 마스크 형성 - 2) 단위 프로브 패턴 형성 - 3) 단위 프로브 패턴 마스크 제거 - 4) 희생층 형성의 순서로 진행되는 단위 공정을 적용하여 리페어층을 형성한다.

구체적으로, 단위 프로브 패턴(302) 형성을 위한 단위 프로브 패턴 마스크(301)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성한다(도 3a 참조). 상기 단위 프로브 패턴 마스크(301)에 의해 노출되는 영역은 상기 지지부(202a) 상부면의 일부 또는 그에 상응하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 단위 프로브 패턴(302)이라 함은 본 단위 공정에서는 리페어층에 상응하며, 용어의 혼동을 피하기 위해 본 단위 공정의 이하의 설명에서는 리페어층 패턴(302)이라 칭하기로 한다.

이어, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(301)에 의해 노출된 영역 상에 리페어층 패턴(302)을 형성한다(도 3b 참조). 리페어층은 레이저 등의 열에 의해 상기 지지부(202a)와 캔틸레버부의 탈착 및 접합이 가능하도록 하는 역할을 수행하는 것으로서, 기계적 강도가 우수하고 반복적인 하중에도 잘 견딜 수 있으며 250∼350℃의 적절한 녹는점을 갖는 금속 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 리페어층 패턴(302)은 금(Au)-주석(Sn) 합금으로 구성할 수 있다.

상기 리페어층 패턴(302)이 형성된 상태에서, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(301)를 제거한다(도 3c 참조). 그런 다음, 리페어층 패턴(302)을 포함한 공간 변형기(100) 전면 상에 희생층(303)을 형성하고(도 3d 참조), 랩핑과 폴리싱을 통 해 상기 리페어층 패턴(302)의 상부면이 노출되도록 평탄화하면 리페어층(302a)이 완성된다(도 3e 참조). 여기서, 상기 희생층(303)은 전술한 단위 공정에서의 희생층(104)(203)과 동일한 물질이며 전기도금법을 이용하여 형성할 수 있다.

<캔틸레버부 형성>

상기 리페어층(302a)이 형성된 상태에서, 1) 단위 프로브 패턴 마스크 형성 - 2) 단위 프로브 패턴 형성 - 3) 단위 프로브 패턴 마스크 제거 - 4) 희생층 형성의 순서로 이루어지는 단위 공정을 적용하여 상기 리페어층(302a) 상에 캔틸레버부를 형성한다.

먼저, 캔틸레버부 형성을 위한 단위 프로브 패턴 마스크(401)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성한다(도 4a 참조). 상기 캔틸레버부는 일단에 선단부가 지지되어, 상기 선단부가 반도체 칩의 패드와 접촉시 탄성을 제공하는 역할을 수행하는 것으로서, 이를 위해 상기 리페어층(302a), 지지부(102a)와는 달리 수평적으로 일정 길이 이상으로 설계되어야 한다. 따라서, 본 단위 공정에서의 단위 프로브 패턴 마스크(401)에 의해 노출되는 영역은 상기 리페어층(302a)의 상부면뿐만 아니라 희생층(303)의 상부면 일부를 포함한다. 여기서, 상기 단위 프로브 패턴(402)이라 함은 본 단위 공정에서는 캔틸레버부에 상응하며, 용어의 혼동을 피하기 위해 본 단위 공정의 이하의 설명에서는 캔틸레버부 패턴(402)이라 칭하기로 한다.

이어, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(401)에 의해 노출된 영역 상에 캔틸레버부 패턴(402)을 형성한다(도 4b 참조). 상기 캔틸레버부 패턴(402)은 전기도금을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 기반층(102a), 지지부(202a)와 동일한 물질로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 캔틸레버부 패턴(402)이 형성된 상태에서, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(401)를 제거하고(도 4c 참조), 상기 캔틸레버부 패턴(402)을 포함한 공간 변형기 전면 상에 희생층(403)을 형성한다(도 4d 참조). 그런 다음, 랩핑과 폴리싱을 통해 상기 캔틸레버부 패턴(402)의 상부면이 노출되도록 상기 캔틸레버부 패턴(402)과 희생층(403)을 평탄화하면 캔틸레버부(402a)가 완성된다(도 4e 참조). 상기 희생층(403)은 전술한 단위 공정에서의 희생층(104)(203)(303)과 동일한 물질이며 전기도금법 또는 스핀 온 글래스 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

<선단부>

상기 공간 변형기(100) 상에 기반층(102a), 지지부(202a), 리페어층(302a) 및 캔틸레버부(402a)가 형성된 상태에서 선단부를 형성하면 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물이 완성된다. 이를 위해 전술한 바와 같은 동일한 단위 공정 즉, 1) 단위 프로브 패턴 마스크 형성 - 2) 단위 프로브 패턴 형성 - 3) 단위 프로브 패턴 마스크 제거 - 4) 희생층 형성의 순서로 이루어지는 단위 공정을 적용한다.

먼저, 단위 프로브 패턴(502) 형성을 위한 단위 프로브 패턴 마스크(501)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성한다(도 5a 참조). 상기 단위 프로브 패턴 마스크(501)에 의해 노출되는 영역은 상기 캔틸레버부(402a) 상부면의 일부이며, 상 기 단위 프로브 패턴 마스크(501)에 의해 정의되는 영역은 직육면체 또는 원기둥의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 단위 프로브 패턴(502)이라 함은 본 단위 공정에서는 선단부에 상응하며, 용어의 혼동을 피하기 위해 본 단위 공정의 이하의 설명에서는 선단부 패턴(502)이라 칭하기로 한다.

이어, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(501)에 의해 노출된 영역 상에 선단부 패턴(502)을 형성한다(도 5b 참조). 상기 선단부는 반도체 칩의 패드와 실질적으로 접촉하는 부분으로서, 상기 캔틸레버부(402a)와 동일한 물질을 이용하여 전기도금법으로 형성할 수 있다.

상기 선단부 패턴(502)이 형성된 상태에서, 상기 단위 프로브 패턴 마스크(501)를 제거한다(도 5c 참조). 그런 다음, 선단부 패턴(502)을 포함한 공간 변형기(100) 전면 상에 희생층(503)을 형성하고(도 5d 참조), 랩핑과 폴리싱을 통해 상기 선단부 패턴(502)의 상부면이 노출되도록 상기 선단부 패턴(502) 및 희생층(503)을 평탄화하면 선단부(502a)가 완성된다. 여기서, 상기 희생층(503)은 전술한 단위 공정에서의 희생층(104)(203)(303)(403)과 동일한 물질이며 전기도금법 또는 스핀 온 글래스 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

한편, 상기 선단부(502a)는 단면적이 서로 다른 복수의 층으로 구성되는 것이 바람직하며, 이를 위해 상술한 바와 같은 선단부 형성을 위한 단위 공정을 복수번 반복하여 복수의 층으로 구성되는 선단부를 형성할 수 있다(도 5e 참조). 최종적으로 형성되는 선단부는 오버 드라이브에 대응하기 위해 100∼200㎛의 높이로 갖는 것이 바람직하다.

<희생층 제거>

상기 선단부(502a)가 형성된 상태에서, 상기 기반층(102a), 지지부(202a), 리페어층(302a), 캔틸레버부(402a), 선단부(502a) 형성시 함께 형성되었던 희생층(104)(203)(303)(403)(503)을 습식 식각 등을 이용하여 제거하면 기반층, 지지부, 리페어층 캔틸레버부, 선단부 등이 일체형으로 이루어진 프로브 구조물이 완성된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물의 제조방법을 설명하였다. 상기 설명에 있어서, 상기 선단부가 단위 공정을 복수번 반복하여 형성함을 기술하였으나 상기 선단부 이외에 상기 기반층, 지지부, 리페어층, 캔틸레버부 역시 단위 공정을 복수번 반복하여 해당 단위 프로브 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 프로브 구조물을 구성하는 단위 프로브 패턴들을 기반층, 지지부, 리페어층, 캔틸레버부, 선단부로 구분하였으나, 이와 같은 구분 이외에 다양하게 변형하여 단위 프로브 패턴들을 정의할 수 있으며 이에 따라, 단위 공정의 반복 횟수 역시 다양하게 변형, 실시할 수 있다. 일 예로, 상기 단위 프로브 패턴의 구분은 프로브 구조물의 단면 형상에 따라 구분할 수 있다.

한편, 상기 기반층 형성 과정에 대한 설명에 있어서, 더미 단위 프로브 패턴의 형성이 가능함을 기재하고 있는데, 상기 기반층 형성 과정 이외에 지지부, 리페어층, 캔틸레버부, 선단부 형성시에도 더미 단위 프로브 패턴을 형성할 수 있다.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 구조물의 단면 구성도.

도 7은 프로버의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100 : 공간 변형기

101, 201, 301, 401, 501 : 단위 프로브 패턴 마스크

101, 202, 302, 402, 502 : 단위 프로브 패턴

103 : 시드층

104, 203, 303, 403, 503 : 희생층

Claims

프로브 구조물을 복수의 단위 프로브 패턴으로 구분하고, 각각의 단위 프로브 패턴을 단위 공정을 적용하여 형성하는 것을 특징으로 하며,

상기 단위 공정은,

단위 프로브 패턴 마스크를 형성하는 제 1 과정과,

상기 단위 프로브 패턴 마스크에 의해 노출된 영역 상에 단위 프로브 패턴을 형성하는 제 2 과정과,

상기 단위 프로브 패턴 마스크를 제거하는 제 3 과정과,

상기 단위 프로브 패턴을 포함한 전면 상에 금속 물질의 희생층을 형성하는 제 4 과정과,

상기 단위 프로브 패턴의 상부면이 노출되도록 상기 단위 프로브 패턴 및 희생층을 평탄화하는 제 5 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 단위 프로브 패턴은 프로브 구조물의 단면 형상에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 단위 프로브 패턴은 지지부, 리페어층, 캔틸레버부, 선단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 프로브 패턴을 포함한 전면 상에 금속 물질의 희생층을 형성하는 제 4 과정은,

상기 단위 프로브 패턴의 상부면 및 측부에 시드층을 형성하고, 상기 시드층을 포함한 전면 상에 희생층을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 시드층은 상기 희생층과 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 시드층은 3000∼5000Å의 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 공정을 복수번 반복하여 상기 각각의 단위 프 로브 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 단위 프로브 패턴은 동일한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 리페어층은 금(Au)-주석(Sn) 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 공정을 통해 상기 복수의 프로브 패턴이 완성된 상태에서 상기 희생층을 제거하여 상기 프로브 구조물을 형성하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 프로브 패턴 마스크에 의해 노출된 영역 상에 단위 프로브 패턴을 형성하는 제 2 과정은,

전기도금법을 이용하여 상기 단위 프로브 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 프로브 패턴을 포함한 전면 상에 금속 물질의 희생층을 형성하는 제 4 과정은,

전기도금법 또는 스핀 온 글래스 방법을 이용하여 상기 희생층을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 프로브 패턴 마스크를 형성하는 제 1 과정은,

포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 단위 프로브 패턴 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 복수의 단위 프로브 패턴은 니켈(Ni), 코발트(Co), 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 희생층은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 프로브 패턴의 상부면이 노출되도록 상기 단위 프로브 패턴 및 희생층을 평탄화하는 제 5 과정은,

랩핑 및 폴리싱을 이용하여 평탄화하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 지지부는 150∼500㎛의 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 선단부는 단면적이 서로 다른 복수의 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 선단부는 100∼200㎛의 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 리페어층은 250∼350℃의 녹는점을 갖는 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조방법.
지지부, 리페어층, 캔틸레버부 및 선단부를 포함하여 구성되는 프로브 구조물에 있어서,

상기 리페어층, 캔틸레버부 및 선단부를 지지하는 역할을 지지부;

상기 지지부와 캔틸레버부 사이에 구비되어, 상기 지지부와 캔틸레버부의 탈착 및 접합이 가능하도록 하는 역할을 하는 리페어층;

상기 리페어층 상에 구비되며, 일단에 상기 선단부를 지지하여 상기 선단부가 반도체 칩의 패드와 접촉시 탄성을 제공하는 역할을 하는 캔틸레버부; 및

상기 캔틸레버부의 일단에 구비되어 반도체 칩의 패드와 실질적으로 접촉하는 역할을 하는 선단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 21 항에 있어서, 상기 선단부는 단면적이 서로 다른 복수의 층으로 구성되고, 상기 선단부를 구성하는 각각의 층에 있어서 상층으로 갈수록 그 단면적이 작은 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 21 항에 있어서, 상기 지지부, 리페어층, 캔틸레버부 및 선단부는 동일 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 23 항에 있어서, 상기 지지부, 리페어층, 캔틸레버부 및 선단부는 니켈(Ni), 코발트(Co), 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 21 항에 있어서, 상기 리페어층은 250∼350℃의 녹는점을 갖는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 25 항에 있어서, 상기 리페어층은 금(Au)-주석(Sn) 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 21 항에 있어서, 상기 지지부는 150∼500㎛의 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 21 항에 있어서, 상기 선단부는 100∼200㎛의 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.
제 21 항에 있어서, 상기 리페어층은 전기도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물.