KR20090074456A - Ｍｅｍｓ프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

종래 방법에 비해 제조 공정을 줄이고, 다층 박막 기판의 신뢰성을 증진시키는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 관한 것으로, (a) 850~900℃에서 소성된 저온동시소성 세라믹(LTCC) 기판 본체를 마련하는 단계, (b) 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 절연막을 형성하는 단계, (c) 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 베이스 금속막을 형성하는 단계, (d) 상기 베이스 금속막 상에 박막 전도선을 형성하는 단계, (e) 상기 박막 전도선 위에 제1 및 제2의 금속 범프를 형성하는 단계 및 (f) 상기 제2의 금속 범프 상에 도금막을 형성하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 방법을 이용하는 것에 의해, LTCC 다층 배선 기판의 전기도금시 불균일한 도금으로 되는 문제점을 해결할 수 있고, 기판 배선 재료에서의 열 발생을 저감하고, 응답속도를 고속화할 수 있다.

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Description

ＭＥＭＳ프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법{Method for Manufacturing of Multi-layer Thin film Substrate for MEMS Probe Card}

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 프로브 카드(Probe card)용 다층 박막 기판의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 종래 방법에 비해 제조 공정을 줄이고, 다층 박막 기판의 신뢰성을 증진시키는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼 등에 배치된 집적회로는 그 전기적 특성에 대한 테스트 단계를 통하여 집적회로의 불량 여부에 대한 판단을 거쳐야 한다. 양호한 집적회로만이 선별되어 후속되는 패킷 공정에 들어가게 되며, 패킷 공정을 완료한 집적회로는 다른 한 차례의 전기적 테스트를 거쳐 패킷 공정에서의 불량으로 인한 불량품이 선택됨으로써 최종 완제품의 수율이 향상된다. 다시 말하면, 집적회로는 제조 및 후속되는 단계에서 반드시 전기적 특성에 대한 테스트를 몇 차례 거쳐야만 정상적인 제품이 될 수 있다. 이러한 집적회로 테스트 방식은 복수의 프로브를 가진 집적회로 프로브 카드를 이용하여 직접 그 프로브와 집적회로의 접촉에 의해 집적 회로의 전기적 특성이 양호한지 여부를 측정한다.

즉, 웨이퍼 상에 형성된 칩은 프로빙 테스트(Probing test)에 의해서 양품 및 불량품으로 선별되고, 상기 양품으로 선별된 칩은 패키징(Packaging)되어 외부로 출하된다. 이와 같은 프로빙 테스트는 웨이퍼 상에 구현된 칩의 전극 패드와 접촉한 프로브 카드의 프로브 팁을 통해서 테스트장치가 소정의 전기신호를 인가한 후, 이에 대응하는 전기신호를 다시 테스트장치가 수신함으로써 웨이퍼 상에 구현된 칩의 정상 및 비정상 유무를 테스트하게 된다.

또한 최근 이동통신 기술의 발달로 말미암아 이동 통신 기술 분야에서 사용되는 전자부품들이 소형화, 복합화, 모듈화 및 고주파화가 가속되고 있다. 이러한 요구 기술을 만족하기 위해 금속 전도선(배선)의 정밀도는 더욱더 높아지고 있는 실정이다.

이를 위한 종래의 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 공정을 도 1에 나타내었다.

도 1은 종래 다층 박막 기판 제조 공정도를 나타낸 것이다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 다층기판은 HTCC(High Temperature Cofired Ceramic) 다층 기판으로 제조되고, 그 기판 위에 박막 패턴을 형성하였다. HTCC 다층 기판은 1300℃ 이상에서 열처리하는 것으로 기계적인 강도 및 기판의 내화학성 특성이 우수하다. 이런 HTCC 다층 기판은 1300℃ 이상에서 열처리하므로 고온용 금속 재료를 사용하는데, 가장 일반적으로 많이 사용되는 재료는 텡스텐(W) 혹은 몰리브덴(Mo) 이다.

이런 금속을 이용해 전도선 패턴을 형성할 경우 고주파 스위칭이 요구되는 MEMS 프로브 카드용 다층 기판 배선 재료의 전기저항이 Ag 또는 Cu에 비해서 3배 이상 높기 때문에 고속 스위칭이 요구되는 기판 배선 재료로 사용할 경우, 열이 많이 발생되고 응답속도가 늦어지는 문제점이 있었다.

그러나 상술한 종래의 기술에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같이, 그 제조공정이 길고, 상대적으로 복잡하다는 문제가 있었다.

즉, 도 1에 도시된 종래의 다층 박막 기판 제조 공정도에서 알 수 있듯이 HTCC 다층 기판에 박막 패턴을 형성한 후, 범프 형성을 위해 전기도금을 위한 금속 증착을 2차로 실시함으로서 제조 공정이 길고, 상대적으로 복잡한 다층 박막 기판 제도 공정을 가지고 있다.

상기와 같은 종래 다층 박막 기판 제조 방법의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 HTCC 다층 기판을 저온동시소성 세라믹(이하 LTCC(low temperature co-fired ceramics)이라 한다) 다층 기판으로 대신하고, LTCC 다층 기판 제조시 범프를 제조함으로써 종래 다층 기판 제조 방법의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 방법을 제시한다.

LTCC 다층 기판은 850~875℃의 저온에서 회로로 구현된 금속 전극을 전기전도도가 우수한 은(Ag)과 동시에 소성할 수 있는 세라믹 재료를 사용한다. 세라믹 재료는 대부분이 유리성분으로 첨가량에 따라서 소성 온도를 조절할 수 있다. LTCC 다층 기판의 특성으로는 첫 번째가 저 손실 특성이다.

즉 높은 Q 값을 갖는 세라믹 재료와 전기전도도 특성이 우수한 은(Ag) 전도 체를 사용함으로써 전력 사용량을 감소할 수 있을 뿐만 아니라, 고주파 특성이 우수하기 때문에 초고주파 부품 제조에 많이 응용되고 있다.

두 번째 특성으로는 3차원 적층 구조를 금속 배선이 가능하다. 특히 수동 소자인 저항, 커패시터 및 인덕터를 기판 내에 내장이 가능함으로써 고집적화에 따른 부품의 소형화 및 단순화가 가능하다.

세 번째 특성으로는 LTCC 다층 기판의 열팽창 계수가 반도체 소자 제조에 많이 사용되고 있는 Si웨이퍼 또는 고주파 소자 제조에 널리 사용되는 GaAs 기판의 열팽창 계수와 비슷한 ~ 5 ppm/℃ 정도로 열적 안정성이 매우 우수한 특성을 갖는다.

또한 단점으로는 LTCC 다층 배선 기판의 주재료는 유리성분의 세라믹으로 HF와 같은 강산에 잘 녹는 특성이 있고, 또한 층간 연결 재료인 Ag는 벌크(Bulk) 형태로서 얇게 증착된 금속에 비해 전기전도도가 높기 때문에 전기도금시 불균일한 도금으로 되는 문제점을 갖는다, 따라서 이러한 문제점을 해결한다면 MEMS 프로브 카드용 다층 배선 박막 기판으로서 우수한 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, HTCC 다층 배선 기판의 문제점과 LTCC 다층 기판의 문제점을 해결하여 반도체 IC 테스트 시간을 줄이는 고속 스위칭에 적합한 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법은 (a) 850~900℃에서 소성된 저온동시소성 세라믹(LTCC) 기판 본체를 마련하는 단계, (b) 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 절연막을 형성하는 단계, (c) 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 베이스 금속막을 형성하는 단계, (d) 상기 베이스 금속막 상에 박막 전도선을 형성하는 단계, (e) 상기 박막 전도선 위에 제1 및 제2의 금속 범프를 형성하는 단계 및 (f) 상기 제2의 금속 범프 상에 도금막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 (b) 단계 전에 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 소정의 패턴을 형성하는 단계와 상기 (b) 단계 후에 상기 소정의 패턴과 상기 소정의 패턴 상의 절연막을 제거하여 콘택트 비아를 개구시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어 서, 상기 (f) 단계는 상기 제2의 금속 범프를 CMP 방식으로 래핑 및 폴리싱한 후 실행되고, 상기 (f) 단계 후 상기 박막 전도선이 형성된 영역 외의 베이스 금속 막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 양면에 형성된 소정의 패턴은 수직형의 현상기로 동시에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 절연막은 Al2O3, HfO2, TiO2, ZrO2,, Y2O3, Ta2O5 , La2O3 등과 같은 고유전 물질인 하이 케이(High-k) 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 절연막은 성막 속도가 빠른 이온 어스시탄트(Ion assistant) PVD 방식, 전자빔 증착(E-Beam Evaporation) 기술인 PVD 방식, PLD(Plused Laser Deposition)방식 또는 에어로솔 퇴적(Aerosol Deposition) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 절연막은 기판 온도가 상온~400℃로 가열되면서 5~10㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 베이스 금속막은 LTCC 기판의 비아 패턴과 박막 패턴을 연결하고 박막 배선을 형성하기 위한 금속막인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 베이스 금속막은 Ti 금속층을 DC 마그네트론 스퍼터링(sputtering) 방식으로 2000Å 내지 5000Å의 두께로 증착하고, 상기 Ti 금속층 위에 Pd(팔라듐) 금속층을 100Å 내지 500Å의 두께로 성막하고, 마지막으로 주 전도선인 Cu 금속층을 2500Å 내지 10000Å의 두께로 성막하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 박막 전도선은 복합 금속으로 Ti, Pd, Cu 및 Au 또는 Ti, Cu, Ni 및 Au로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 Cu는 주 전도선으로 10~25㎛이고, Ni 금속은 2~4㎛ 그리고 Au 금속은 5㎛ 미만으로 성막되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 Cu는 주 전도선으로 통상 10~25㎛이고, Au 금속 층이 5㎛~10㎛인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제1의 금속 범프는 Ni 금속을 전기 도금에 의해 100~150㎛의 두께로 형성되고, 상기 제2의 금속 범프는 Ni 금속을 전기 도금에 의해 120~150㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제2의 금속 범프 상의 도금막은 전기도금 방법에 의해 Au를 5~10㎛ 의 두 께로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 베이스 금속 막을 제거하는 단계는 습식 에칭(Wet etching) 또는 건식 에칭(Dry etching)에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 건식 에칭은 이온 밀링 방식에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 각각의 단계에서 기판에 잔존하는 미량의 감광제 찌꺼기는 진공의 O₂ 플라즈마 가스 상태에서 디스컴에 의해 제거되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 있어서,

또 본 발명은 상술한 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 의해 이루어진 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 의하면, LTCC 다층 배선 기판의 전기도금시 불균일한 도금으로 되는 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 의하 면, 기판 배선 재료에서의 열 발생을 저감하고, 응답속도를 고속화할 수 있다는 효과도 얻어진다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 다층 박막기판 제조 공정도를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 각각의 공정에 대해서는 도 3 내지 도 16에 따라 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 있어서는 N개의 층으로 구성된 LTCC 다층 배선 기판을 마련한다(S10). 이 층수는 기판 설계 등에 따라서 달라질 수 있는데, 일반적으로 20~30층 정도로 구성되어 있다. 이때 사용된 금속 배선 금속은 Ag가 대부분이고 필요 시 조성은 변경될 수 있다. 세라믹 재료는 60~70% 이상이 유리성분이고 나머지 대부분은 알루미나로 구성되어 있다. 기판의 두께는 고객의 요구사항에 따라 다양화되며, 통상 4~7㎜ 정도이다. 도 3에 있어서 Via 1 내지 Via n은 각각 기판상에 형성된 비아 홀(관통 구멍)이고, Signal line 1 내지 Signal line n은 각각 기판상에 형성된 전도선을 나타낸다.

LTCC 다층 배선 기판은 N개의 그린시트(Green sheet) 각각에 배선을 인쇄하고, 모든 층을 적층하여 850~900℃ 정도에서 동시 소결하여 제조하면 기판 표면이 유리성분과 알루미나 성분이 구분되어 서로 결합되어 있으므로 표면이 거칠다. 박막 패턴을 형성하기 위해서는 기판 표면 거칠기가 약 1㎛ 정도 이하의 거칠기가 요 구되므로, 기계적인 폴리싱(Polishing) 공정을 진행한다. 기판 설계 시에는 기판의 휨을 고려하여 폴리싱 두께보다 두껍게 기판을 형성한 후 폴리싱을 실시한다. 통상 50~100㎛ 정도로 폴리싱한다.

그 후, 폴리싱 기판에 Al2O3, HfO2, TiO2, ZrO2,, Y2O3, Ta2O5 , La2O3 등과 같은 고유전 물질(하이 케이(High-k) 물질)인 절연막을 형성하기 위해서 표면 세척한 후 드라이(Dry) 형태의 포토레지스트(Photoresistor(PR:감광제))를 라미네이터(Laminator) 장비를 이용해 기판 양면에 PR을 라미네이트 한다. 이때 라미네이터의 압력, 온도 및 속도를 잘 조정하여야 기공을 없앨 수 있다. 만약 PR내에 기공이 발생되면 재 작업을 하여야 한다. PR의 두께는 가능하면 두껍게 하는 것이 중요하다. 일반적으로 120㎛ 이상을 사용한다.

도 4에 도시된 공정은 UV 노광 1 공정으로서, 감광제의 빛을 조사하여 패턴(Pattern)을 형성하기 위함이다. Mask1은 빛이 받는 부분이 고분자화가 되도록하기 위해 Mask 1 패턴을 설계하고 이중 노광(Dual expose) 장비를 이용하여 감광제를 감광시키는 공정이다. 이때 중요한 변수는 UV광원의 파워(Power), 노광 시간이다. 만약 광원의 파워가 강하고, 노광 시간이 길어지면 언더 디벨롭(Under-develop)이 되어 원하는 패턴보다 더 큰 패턴이 형성되고, UV광원이 약하고 노광 시간이 짧으면 오버 디벨롭(Over-develop)이 되어서 원하는 패턴보다 작은 패턴이 형성된다.

도 5에 도시된 공정은 현상 1 공정으로서, 양면의 감광제의 패턴(1)을 동시에 형성하므로 수직형(Vertical type)의 현상기를 사용한다. 기판 양면에 노즐을 통한 현상액을 분사함으로서 보다 짧은 시간에 정확한 패턴(1)을 얻을 수 있다. 이때 중요한 변수로는 현상액인 KOH의 농도, 온도, 분사되는 노출의 압력과 컨베이어(Conveyor)의 벨트 속도이다. 만약 용액의 농도, 온도, 압력 및 속도의 변수가 잘 조절되지 못하면 정확한 패턴을 얻기가 힘들다. 이때 농도는 일반적으로 1% 정도를 사용한다.

그 후, 디스컴(Descum) 1 공정으로, 현상된 기판에 감광재의 찌꺼기(Scum)가 기판에 잔존해 있으면, 기판 표면에 절연막 형성 잘 되지 않기 때문에 기판에 잔존하는 미량의 감광제 찌꺼기를 제거하기 위해 플라즈마(Plasma) 장비를 이용하여 진공의 O₂ 플라즈마 가스 상태에서 디스컴을 실시한다. 이때 공정의 중요변수들은 플라즈마 파워, O₂ 가스 유량 및 세척기간이다. 만약 세척시간이 길면 PR이 많이 에칭되므로 주의하여야 한다. 여기서, 디스컴은 현상작업 후 제거되지 않고 남아있는 미량의 감광액 찌꺼기를 추가로 건식 제거하는 작업을 의미한다.

다음에 도 6에 도시된 LTCC 다층 배선 기판 위의 양면에 절연막(2) 형성 공정은 매우 중요한 공정이다. LTCC 기판은 다량의 보이드(Void)를 포함하고 있고, 기판 표면이 유리성분으로 구성되어 있기 때문에 내화학성이 나쁘다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 LTCC 기판 표면에 절연성이 우수한 알루미나 및 안정화 지르코니아 막을 형성한다. 이러한 산화막은 화학적인 코팅 방식인 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식과 플라즈마에 의한 스퍼터 방법 혹은 물리적인 기상 증착법인 PVD(Physical Vapor Deposition)방식이 있다. 본 발명에서는 성막 속도가 빠른 이 온 어스시탄트(Ion assistant) PVD 방식, 전자빔 증착(E-Beam Evaporation) 기술인 PVD 방식, PLD(Plused Laser Deposition)방식 또는 에어로솔 퇴적(Aerosol Deposition) 방식으로 Al₂O₃, 안정화 ZrO₂ 또는 TiO₂막을 5~10㎛ 형성하였다. 이때 기판 온도는 상온~400℃ 정도로 가열하여서 절연막(2)의 치밀도를 향상시켰다. PR 특성에 따라서 기판의 온도를 고려하여야 한다. 또한 기판의 밀착도 증진하기 위해 어닐(Anneal)을 고온에서 실시하였다.

도 7에 도시된 공정은 콘택트 비아(3 : Contact via) 개구를 위해서 비아(Via) 패턴 위의 절연막(2)과 감광제인 PR을 제거하는 공정이다. 절연막(2)은 기계적 스크러빙(Mechanical scrubbing) 방식으로 제거한 후, PR 스트립(Strip) 장비를 이용해 제거하는 공정이다. PR 스트립 시 스트리퍼(Stripper) 용액의 농도 및 노즐 압력을 잘 조절하고, 또한 초음파를 동시에 공급하면 쉽게 PR을 제거할 수 있다. 이때 초음파 파워의 조절이 매우 중요하다. 베이스 금속(Base metal)을 증착하기 전에 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 것이 매우 중요하다. 따라서 베이스 금속의 증착 전 고온에서 기판을 충분히 건조하는 공정이 포함되어 있다.

도 8에 도시된 공정은 LTCC 기판의 비아 패턴과 박막 패턴을 연결하고 박막 배선을 형성하기 위한 베이스 금속(4)을 증착하기 위한 공정이다. 즉, 박막 배선과 LTCC 기판 표면의 밀착력을 증진하기 위해 세라믹 표면과 밀착력 우수한 Ti 금속층을 DC 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 방식으로 2000Å 내지 5000Å, 바람직하게는 3000Å 두께로 증착하고, 바로 Ti 금속층 위에 Cu 층간의 배리 어(Barrier) 역할을 하는 Pd(팔라듐) 금속층을 100Å 내지 500Å, 바람직하게는 200Å 정도 성막하고, 마지막으로 주 전도선인 Cu 금속층을 2500Å 내지 10000Å, 바람직하게는 9000Å 이상 성막하여 베이스 금속 층을 형성하는 공정이다. 이때 Cu 금속층을 2500Å 미만으로 형성할 경우, 전기도금시 Cu 돌기(Nodule) 현상이 발생되므로, 반드시 5000Å 이상이 되도록 성막하여야 한다. 그러나 안정된 도금 두께를 얻기 위해서는 10000Å정도를 성막하는 것이 헐씬 유리하다. 또한 베이스 금속(4)을 성막하기 전에 Ar(알르곤) 가스 프리스퍼터링(Gas pre-sputtering) 공정 실시가 기판과 금속 간의 밀착력과 컨택트 비아 간의 옴 접촉(Ohmic contact) 특성에 영향을 준다.

그 후 박막 전도선을 형성하기 위한 감광제를 기판 양면에 입히는 공정을 실행한다. 이때 사용되는 감광제는 라미네이션(Lamination) 1 공정과 다른 형태의 PR을 사용한다. 왜냐하면 이때 사용되는 패턴은 100㎛ 이하의 미세 패턴으로 감광제 두께가 30㎛ 이하로 얇은 음성 감광제를 사용하기 때문이다. 따라서 라미네이터 장비를 별도로 사용하던지 아니면 작업 조건이 따르다. 작업의 변수는 라미네이션 1과 동일하지만, 작업 조건은 다르다.

도 9에 도시된 공정은 드라이 형태의 네가티브(Negative : 음성) 감광제(5)를 사용하므로, 마스크 패턴이 Mask 1과 다른 Mask 2를 사용한다. 작업 변수는 UV 노광 1 조건과 동일하지만, 작업 조건을 PR 두께가 상대적으로 얇기 때문에 다른 값을 갖는다. 미세 패턴을 형성하기 위해서는 최적의 작업 조건이 요구된다.

다음에 PR 2의 감광제의 현상 공정을 실행한다. 디벨롭 장비는 동일한 장비 를 사용할 수 있으며, 작업 조건은 다르다. 미세 패턴을 형성하기 위해서는 최적 조건이 필요하다.

그 후 PR 디스컴 2 공정으로 기판 표면에 잔존하는 PR 찌꺼기를 제거하며, 이 공정은 일반적으로 가스 플라즈마를 이용한다. 이때 기판의 베이스 금속이 Cu이므로 산화가 되지 않도록 하기 위해서 Ar 및 O₂가 혼합된 가스를 일반적으로 사용된다. 작업의 변수는 디스컴 1 공정과 동일하며, 가스 및 조건이 디스컴 1 공정과 차이가 있으나, 장비는 공용으로 사용이 가능하다.

도 10에 도시된 박막 전도선(6) 형성 공정은 박막 배선의 전기전도도 및 고주파 선로의 전기저항을 줄이기 위해 금속 배선막을 두껍게 하기 위해 전기도금 방법으로 금속 막을 두껍게 성막하는 도금 공정이다. 이때 박막 전도선(6)은 복합 금속으로 Ti, Pd, Cu 및 Au 또는 Ti, Cu, Ni 및 Au로 구성되어 있다. Cu는 주 전도선으로 통상 10~25㎛이고, Ni 금속은 2~4㎛, 그리고 Au 금속은 5㎛ 미만으로 성막한다. 금속 두께는 응용 제품에 따라 달라질 수 있다. 이때 Ni 금속은 선택적으로 제거할 수도 있다. 왜냐하면 Ni 금속은 Cu 층과 Au 층간의 계면의 확산(Diffusion)을 방지하기 위함으로 Au 금속 층이 5㎛ 이상, 바람직하게는 5㎛~10㎛일 경우 제거할 수도 있다.

그 후, MEMS 프로브 카드의 MEMS 프로브용 패드의 포스터(Poster)를 형성하기 위해 PR 라미네이션 3 공정으로 박막 전도선 위에 금속 범프(Bump)를 형성하기 위한 공정을 실행한다. 통상 Ni 범프를 형성하기 위한 범프의 높이는 200㎛ 이상이 다. 200㎛ 이상의 범프를 형성할 경우 2번에 걸쳐서 범프를 형성한다. 따라서 드라이 형태의 네가티브 PR의 두께 120~150㎛을 라미네이터 장비로서 기판 양면에 PR을 라미네이트를 실시한다. 이때 라미네이터의 압력, 온도 및 속도를 잘 조정하여야 기공을 없앨 수 있다. 만약 PR내에 기공이 발생하면, 재 작업을 하여야 한다.

도 11에 도시된 공정은 UV 노광 3 공정으로 감광제의 빛을 조사하여 패턴을 형성하기 위함이다. Mask 3은 빛이 받는 부분이 고분자화가 되도록 하기 위한 Mask 3 패턴을 설계하고, 이중 노광 장비를 이용하여 감광제를 감광시키는 공정이다. 이때 중요한 변수는 UV 광원의 파워, 노광 시간이다. 만약 광원의 파워가 강하고, 노광 시간이 길어지면, 언더 디벨롭이 되어 원하는 패턴보다 더 큰 패턴이 형성되고, UV광원이 약하고 노광 시간이 짧으면 오버 디벨롭이 되어서 원하는 패턴보다 작은 패턴이 형성된다.

다음에 현상 3 공정으로 단면의 범프 1 패턴을 형성하므로 수직형의 현상기를 사용한다. 기판 양면에 노즐을 통한 현상액을 분사함으로써 보다 짧은 시간에 정확한 패턴을 얻을 수 있다. 이때 중요한 변수로는 현상액인 KOH의 농도, 온도, 분사되는 노출의 압력과 컨베이어의 벨트속도이다. 만약 용액의 농도, 온도, 압력 및 속도의 변수가 잘 조절되지 못하면 정확한 패턴을 얻기가 힘들다. 이때 농도는 일반적으로 1% 정도를 사용한다.

그 후, 디스컴 3 공정으로 현상된 기판에 감광재의 찌꺼기(Scum)가 기판에 잔존해 있으면, 기판 표면에 절연막이 형성 잘 되지 않기 때문에 기판에 잔존하는 미량의 감광제 찌꺼기를 제거하기 위해 플라즈마 장비를 이용하여 진공의 O₂ 플라즈마 가스 상태에서 디스컴을 실시한다. 이때 공정의 중요변수들은 플라즈마 파원, O₂ 가스 유량 및 세척기간이다. 만약 세척시간이 길면 PR이 많이 에칭되므로 주의하여야 한다.

도 12에 도시된 공정은 MEMS 프로브 카드의 MEMS 프로브용 패드의 포스터(Poster)를 형성하기 위한 제1 금속 범프(7)를 형성하는 공정이다. 이를 위해 1차 도금으로 Ni 금속을 전기 도금으로 100~150㎛, 바람직하게는 약 120㎛의 두께로 형성하는 공정이다.

그 후, MEMS 프로브 카드의 MEMS 프로브용 패드의 포스터(Poster)를 형성하기 위해 PR 라미네이션 4 공정으로서 박막 전도선(6) 위에 제2 금속 범프를 형성하는 공정을 실행한다. 통상 Ni 범프를 형성하기 위한 범프의 높이는 200㎛ 이상이다. 200㎛ 이상의 범프를 형성할 경우 2번에 걸쳐서 범프을 형성한다. 따라서 드라이 형태의 네거티브 PR의 두께가 120~150㎛를 라미네이터 장비를 이용해 기판 단면에 PR을 라미네이트 한다. 이때 라미네이터의 압력, 온도 및 속도를 잘 조정하여야 기공을 없앨 수 있다. 만약 PR내에 기공이 발생되면 재 작업을 하여야 한다.

도 13에 도시된 공정은 UV 노광 4 공정으로 감광제의 빛을 조사하여 패턴을 형성하기 위함이다. Mask 4는 빛이 받는 부분이 고분자화가 되도록하기 위해 Mask 4 패턴을 설계하고 단일 노광(Single expose) 장비를 이용하여 감광제를 감광시키는 공정이다. 이때 중요한 변수 UV 광원의 파워, 노광 시간이다. 만약 광원의 파 워가 강하고, 노광 시간이 길어지면 언더-디벨롭이 되어 원하는 패턴보다 더 큰 패턴이 형성되고, UV광원이 약하고 노광 시간이 짧으면 오버-디벨롭이 되어서 원하는 패턴보다 작은 패턴이 형성된다.

그 후 공정은 현상 4 공정으로 단면의 범프 패턴을 형성하므로 수직형의 현상기를 사용한다. 기판 양면에 노즐을 통한 현상액을 분사함으로써 보다 짧은 시간에 정확한 패턴을 얻을 수 있다. 이때 중요한 변수로는 현상액인 KOH의 농도, 온도, 분사되는 노출의 압력과 컨베이어의 벨트 속도이다. 만약 용액의 농도, 온도, 압력 및 속도의 변수가 잘 조절되지 못하면 정확한 패턴을 얻기가 힘들다. 이때 농도는 일반적으로 1% 정도를 사용한다.

다음의 공정은 디스컴 4 공정으로 현상된 기판에 감광재의 찌꺼기(Scum)가 기판에 잔존해 있으면 기판 표면에 절연막 형성 잘 되지 않기 때문에 기판에 잔존하는 미량의 감광제 찌꺼기를 제거하기 위해 플라즈마 장비를 이용하여 진공의 O₂ 플라즈마 가스 상태에서 디스컴을 실시한다. 이때 공정의 중요변수들은 플라즈마 파워, O₂ 가스 유량 및 세척기간이다. 만약 세척시간이 길면 PR이 많이 에칭되므로 주의하여야 한다.

도 14에 도시된 바와 같이, MEMS 프로브 카드의 MEMS 프로브용 패드의 포스터를 형성하기 위해 제2 금속 범프(8)를 형성하는 공정을 실행한다. 이를 위해 2차 도금으로 Ni 금속을 전기 도금으로 약 120~150㎛을 형성하는 공정을 실행한다.

LTCC 다층 박막 기판의 범프를 전기도금으로 200㎛ 이상 성막하면, 한 기판 내의 도금 두께가 균일하지 않기 때문에 각 범프 패드의 평탄도(Flatness)를 개선하기 위해 범프 표면을 기계적인 폴리싱을 실시한다. 이때 범프 높이가 200㎛가 되도록 폴리싱을 실시하는 공정이다. 폴리싱 장비로는 일반적인 CMP 공정 장비를 이용할 수도 있고, 기계적인 폴리싱 만으로도 평탄도를 맞출 수가 있다. 이때 금속찌꺼기가 많이 남지 않도록 공정을 개발하는 것이 중요한 변수이다.

그 후의 공정은 마지막 공정인 Au 플레이트 전 세척 공정으로서, Ni 범프 표면을 세척하는 것으로 DI 초음파 세척을 실시하고, DI 스프레이 린스(Spray rinse) 공정을 실시한다. 그 후, 100℃ 건조기에서 충분히 건조한 후 기판에 잔존하는 미량의 감광제 찌꺼기를 제거하기 위해 플라즈마 장비를 이용하여 진공의 O₂ 플라즈마 가스 상태에서 세척을 실시한다. 이때 공정의 중요변수들은 플라즈마 파워, O₂ 가스 유량 및 세척기간이다. 만약 세척시간이 길면 PR이 많이 에칭되므로 주의하여야 한다. 즉 제2 금속 범프(8)는 CMP 방식으로 래핑(Lapping) 및 폴리싱 한다.

도 15에 도시된 공정은 폴리싱 공정이 완료된 Ni 범프 표면에 전기도금 방법으로 Au를 3~10㎛ 정도로 도금막(9)을 형성하는 공정이다. Au 금속의 도금 두께는 응용 제품에 따라 달라질 수 있다. 또한 에칭 방식에 따라서도 Au 도금 두께를 변경할 수도 있다. 여기서 에칭 방식이라 함은 MEMS 프로브 또는 고주파 부품인 경우는 동작 주파수에 따라서 Au 도금 두께를 달리한다. 주파수가 10㎓이상인 경우는 5㎛ 정도, 수㎓ 이하인 경우는 10㎛ 정도가 요구되기도 한다.

그 후의 공정은 감광제인 PR을 제거하는 공정이다. 일반적인 PR 스트립 장 비를 이용해 제거하는 공정이다. PR 스트립시 스트리퍼(Stripper) 용액의 농도 및 노즐 압력을 잘 조절하고, 또한 초음파를 동시에 공급하면 쉽게 PR을 제거할 수 있다. 이때 초음파 파워 조절이 매우 중요하다.

다음에 전기도금을 위해 베이스 금속을 스퍼터링한 3가지의 금속막을 에칭함으로 전도선을 분리한다. 이는 베이스 금속(4)이 기판 전면에 얇게 도포 있기 때문에 그대로 두면 전도선이 모두 단락되어 있기 때문에 불필요한 금속막이다. 이러한 베이스 금속 막을 제거하는 방식으로 두 가지 방법이 있다. 즉 화학 용액을 사용한 습식 에칭(Wet etching) 방식과 이온 밀링(Ion milling) 장비 및 가스를 이용한 건식 에칭(Dry etching) 방법이다.

습식 에칭 방식으로 제거하기 위해서는 Cu, Pd, Ti 금속 에칭 용액을 선택적으로 스프레이 방식으로 기판 양면에 분사하고, Di 세척 및 건조를 실시한다. 습식 에칭 방식은 언더 컷(Under cut)이란 현상이 발생되므로, 고주파용 부품인 경우는 언더 컷 현상을 줄일 수 있는 이온 밀링 방식을 적용하면 고정밀의 마이크로 스트립 라인을 형성할 수가 있다. 하지만 건식 에칭 방식인 이온 밀링은 장비가 고가인 것이 단점이지만 정밀 부품 제작에는 필수적인 공정기술이다.

상술한 바와 같은 공정에 의해 도 16에 도시된 바와 같은 완제품이 형성된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

도 1은 종래 다층 박막 기판 제조 공정도를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 다층 박막기판 제조 공정도를 나타내는 도면,

도 3 내지 도 16은 도 2에 도시된 각각의 공정을 나타내는 도면.

Claims (18)

1. (a) 850~900℃에서 소성된 저온동시소성 세라믹(LTCC) 기판 본체를 마련하는 단계,

   (b) 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 절연막을 형성하는 단계,

   (c) 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 베이스 금속막을 형성하는 단계,

   (d) 상기 베이스 금속막 상에 박막 전도선을 형성하는 단계,

   (e) 상기 박막 전도선 위에 제1 및 제2의 금속 범프를 형성하는 단계 및

   (f) 상기 제2의 금속 범프 상에 도금막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (b) 단계 전에 상기 LTCC 기판 본체의 양면에 소정의 패턴을 형성하는 단계와

   상기 (b) 단계 후에 상기 소정의 패턴과 상기 소정의 패턴 상의 절연막을 제거하여 콘택트 비아를 개구시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (f) 단계는 상기 제2의 금속 범프를 CMP 방식으로 래핑 및 폴리싱한 후 실행되고,

   상기 (f) 단계 후 상기 박막 전도선이 형성된 영역 외의 베이스 금속 막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 양면에 형성된 소정의 패턴은 수직형의 현상기로 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 절연막은 Al2O3, HfO2, TiO2, ZrO2,, Y2O3, Ta2O5 , La2O3 등과 같은 고유전 물질인 하이 케이(High-k) 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 절연막은 성막 속도가 빠른 이온 어스시탄트(Ion assistant) PVD 방식, 전자빔 증착(E-Beam Evaporation) 기술인 PVD 방식, PLD(Plused Laser Deposition)방식 또는 에어로솔 퇴적(Aerosol Deposition) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 절연막은 기판 온도가 상온~400℃로 가열되면서 5~10㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 금속막은 LTCC 기판의 비아 패턴과 박막 패턴을 연결하고 박막 배선을 형성하기 위한 금속막인 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 베이스 금속막은 Ti 금속층을 DC 마그네트론 스퍼터링(sputtering) 방식으로 2000Å 내지 5000Å의 두께로 증착하고, 상기 Ti 금속층 위에 Pd(팔라듐) 금속층을 100Å 내지 500Å의 두께로 성막하고, 마지막으로 주 전도선인 Cu 금속층을 2500Å 내지 10000Å의 두께로 성막하는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 박막 전도선은 복합 금속으로 Ti, Pd, Cu 및 Au 또는 Ti, Cu, Ni 및 Au로 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 Cu는 주 전도선으로 10~25㎛이고, Ni 금속은 2~4㎛ 그리고 Au 금속은 5㎛ 미만으로 성막되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 Cu는 주 전도선으로 통상 10~25㎛이고, Au 금속 층이 5㎛~10㎛인 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 제1의 금속 범프는 Ni 금속을 전기 도금에 의해 100~150㎛의 두께로 형성되고,

    상기 제2의 금속 범프는 Ni 금속을 전기 도금에 의해 120~150㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 제2의 금속 범프 상의 도금막은 전기도금 방법에 의해 Au를 5~10㎛ 의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
15. 제3항에 있어서,

    상기 베이스 금속 막을 제거하는 단계는 습식 에칭(Wet etching) 또는 건식 에칭(Dry etching)에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 건식 에칭은 이온 밀링 방식에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 각각의 단계에서 기판에 잔존하는 미량의 감광제 찌꺼기는 진공의 O₂ 플라즈마 가스 상태에서 디스컴에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법.
18. 특허청구의 범위 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판의 제조 방법에 의해 이루어진 MEMS 프로브 카드용 다층 박막 기판.

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