KR20100062041A - Ｍｅｍｓ 프로브 카드 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 박막 저항선 및 전도선을 형성하여 안정된 저항비를 얻을 수 있고, 큰 전력 변화에도 사용할 수 있는 MEMS 프로브 카드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 비아 홀에 비아 홀 필러 전도체 또는 저항체가 충전된 기판, 상기 기판의 표면에 형성된 박막 저항선, 상기 비아 홀 필러 전도체의 표면을 포함한 기판의 표면에 형성된 제1 1차 전도선과, 상기 박막 저항선을 사이에 두고 상기 제1 1차 전도선과 대향하는 쪽의 기판 표면에 형성된 제2 1차 전도선, 상기 기판, 상기 박막 저항선, 상기 제1 및 제2 1차 전도선 위에 형성된 절연층 및, 상기 절연층 및 상기 절연층으로부터 노출된 상기 제2 1차 전도선의 부분에 형성된 2차 전도선을 포함하며, 상기 2차 전도선 상에 범프 패드 및 프로브 팁이 고정되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드 및 그의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 MEMS 프로브 카드 및 그 제조 방법에 따르면, 저항값의 비 조절이 용이하며, 반도체 칩 등의 테스트에서 큰 전력 변화에도 안정적으로 사용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

기판, 박막, 저항, 비아 홀

Description

ＭＥＭＳ 프로브 카드 및 그의 제조 방법{Card for MEMS probe and method for manufacturing thereof}

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 프로브 카드(Probe card) 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기판에 박막 저항선 및 전도선을 형성하여 안정된 저항비를 얻을 수 있고, 큰 전력 변화에도 사용할 수 있는 MEMS 프로브 카드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 칩 등의 테스트 장치에 사용되는 프로브 카드(probe card)는 소정의 기판 및 기판상에 배열된 프로브들을 포함하는 장치로서, 반도체 웨이퍼 상에서 칩의 전기적 특성과 동작의 이상 유무를 검사하기 위해 사용된다.

상기 반도체 칩에는 외부 전자 장치와의 상호 신호 전달을 위해 그 표면에 패드들이 구비된다. 즉, 반도체 칩은 패드들을 통해 전기적 신호를 입력받아 소정의 동작을 수행한 후, 처리한 결과를 다시 패드들을 통해 외부 전자장치로 전달한다. 이때, 상기 프로브 카드는 반도체 칩과 외부 전자장치(예를 들면, 테스트 장치) 사이의 전기적 경로를 형성함으로써, 반도체 칩에 대한 전기적 테스트를 가능하게 한다.

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.

그런데 반도체 칩의 I/O 핀이 증대됨에 따라 프로브도 다중 채널형 프로브가 요구되는 한편, 다중 접합 핀에 의한 프로브 카드 적용 시 1 채널만이 단락되더라도 과도한 전류가 한 채널로 과도하게 흘러 프로브 단자에서 스파크성 불량이 발생될 수 있어 이에 대한 대책이 요구되고 있다.

최근 전술한 대책의 일환으로서 박막 저항 또는 후막 저항과 전도선으로 프로브 단자를 연결하여 과도한 전류가 갑자기 흐르는 것을 방지하는 기술이 제안된 바 있다.

도 1은 기판상에 박막 저항이 형성된 박막 저항 기판을 구비한 종래의 MEMS 프로브 카드의 구조의 일부분을 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같은 종래의 MEMS 프로브 카드는 비아 필러(via filler) 전도체가 충전된 비아 홀(11)이 구비된 고온동시소성 세라믹(HTCC : high temperature co-fired ceramics) 기판(10)의 상면에 저항막(12)이 형성되고, 전극(13)이 비아 필러(via filler) 전도체와 저항막(12)과 통전되도록 형성한 구조이 다.

상기 비아 필러 전도체, 저항막(12) 및 전극(13)에 의해 저항 전도선이 이루어지며, 상기 저항 전도선에 의해 전류의 속도 및 전류량 제어가 이루어진다.

여기서, 미설명한 부호 14는 범프 패드이고, 부호 15는 접착제이고, 부호 16은 MEMS 프로브이며, 부호 17은 프로브 팁(probe tip)이다.

그런데 상기와 같은 종래의 박막 저항 기판에서는 반도체 IC의 I/O 핀과 프로브 팁의 증가에 대응하여 다수의 저항막(12)을 형성하기 곤란하다는 문제 즉, 일정 크기의 기판 공간 내에서 원하는 저항값을 갖는 다수의 저항막을 형성하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같은 구조에 있어서는 저항막(12)과 전극(13) 상에 보호층을 형성해야 한다는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 절연층을 도포한 후 2차 전도선을 형성하여 좁은 기판 내의 공간에서도 안정된 저항비를 얻을 수 있고, 큰 전력 변화에도 안정적으로 사용할 수 있는 MEMS 프로브 카드 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 저항값의 비를 용이하게 조절할 수 있는 MEMS 프로브 카드 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드는 비아 홀에 비아 홀 필러 전도체 또는 저항체가 충전된 기판, 상기 기판의 표면에 형성된 박막 저항선, 상기 비아 홀 필러 전도체의 표면을 포함한 기판의 표면에 형성된 제1 1차 전도선과, 상기 박막 저항선을 사이에 두고 상기 제1 1차 전도선과 대향하는 쪽의 기판 표면에 형성된 제2 1차 전도선, 상기 기판, 상기 박막 저항선, 상기 제1 및 제2 1차 전도선 위에 형성된 절연층 및, 상기 절연층 및 상기 절연층으로부터 노출된 상기 제2 1차 전도선의 부분에 형성된 2차 전도선을 포함하며, 상기 2차 전도선 상에 범프 패드 및 프로브 팁이 고정되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드에 있어서, 상기 2차 전도선 상에는 2차 전도선과 동일 패턴으로 범프 패드용 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드의 제조 방법은 비아 홀에 비아 홀 필러 전도체 또는 저항체가 충전된 기판을 마련하는 단계, 상기 기판의 표면에 박막 저항선을 형성하는 단계, 상기 비아 홀 필러 전도체의 표면을 포함한 기판의 표면에 제1 1차 전도선을 형성하고, 상기 박막 저항선을 사이에 두고 상기 제1 1차 전도선과 대향하는 쪽의 기판 표면에 제2 1차 전도선을 형성하는 단계, 상기 기판, 상기 박막 저항선, 상기 제1 및 제2 1차 전도선 위에 절연층을 형성하는 단계 및, 상기 절연층 및 상기 절연층으로부터 노출된 상기 제2 1차 전도선의 부분에 2차 전도선을 형성하고, 상기 2차 전도선 상에 범프 패드 및 프로브 팁을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드의 제조 방법에 있어서, 상기 2차 전도선 상에는 2차 전도선과 동일 패턴으로 범프 패드용 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드 및 그의 제조 방법에 의하면, 절연층을 도포한 후 전도선을 형성하여 좁은 기판 내의 공간에서도 안정된 저항값을 얻을 수 있고, 저항값의 비 조절이 용이하며, 반도체 칩 등의 테스트 시 큰 전력 변화에도 안정적으로 사용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명과 같은 박막 저항 기판에 있어서 저항값(R)의 결정 변수는 저항막의 고유저항값 k, 저항막의 두께t, 저항막의 길이L, 저항막의 폭d 임이 이미 알려져 있다.

따라서 저항값은 하기 식 1과 같이, 물질의 고유저항값과 길이에 비례하고 두께와 폭에 반비례한다.

< 식 1 >

R ∝k (L/A)

여기서, 저항의 통과면적 A= t*d 이다.

저항의 통과면적 A에 대해 차원해석으로서, 예를 들어

t = 10^-9, d = 10^-4

로 하는 경우, d (= 10^-4 ) ≫ t (= 10^-9) 이므로, 면적 계산에서 저항막의 두께 t 는 무시할만하다.

따라서, 상기 식(1)을 다시 정리하면, 저항(R)∝k (L/d) 로 정의할 수 있다.

본 발명자들은 상기와 같은 과정을 통해 저항막의 L과 d를 적절히 설계하면 원하는 저항값을 얻을 수 있다는 것을 알았다.

그런데 고전력의 요구에 대응하도록 저항막의 길이를 길게 하던가 또는 저항막의 폭을 좁게 하는 것에 의해 원하는 저항값을 얻을 수는 있지만, 박막 저항 기판의 소형화, 저항막과 전극의 접촉 패턴의 안정성 등에 의해 기판상에 저항막의 길이와 폭을 조절하는 것은 한계에 이른다.

본 발명은 이러한 한계를 극복하기 위해 이루어진 것으로, 도 2는 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드의 제조공정 흐름을 나타내는 도면이며, 도 3 내지 도 10은 도 2의 각각의 공정을 설명하는 도면이다.

도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 있어서는 먼저 비아 홀 필러 전도체 또는 저항체가 충전된 비아 홀(2)이 구비된 기판(1)을 마련하고, 상기 비아 홀(2)과 기판(1)상에 박막 저항선(3)을 형성한다(S10). 상기 비아 필러 전도체는 Ag, Pd 또는 Pt 금속 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 전도도 등을 고려할 때 Pd 또는 Pt 금속이 적합하다. 또 박막 저항선(3)의 재료는 TaN을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 박막 저항선(3)의 형성 방법을 설명하면, 먼저 도 3에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 방법에 의해 기판(1)의 표면 전체에 TaN을 도포한다. 다음에 드라이(Dry) 형태의 포토레지스트{Photoresistor(PR:감광제)}를 라미네이터(Laminator) 장비를 이용해 기판 표면에 두껍게 라미네이션 하는 PR 라미네이션 공정을 실행한다. 이때 라미네이터의 압력, 온도 및 속도를 조정하여 기공을 없앤다. 만약 PR 내에 기공이 발생되면 재 작업을 하여야 한다. PR의 두께는 가능하면 두껍게 하는 것이 중요하며, 일반적으로 120㎛ 이상을 사용한다.

상기 PR 라미네이션 공정이 완료되면, PR에 UV 광을 조사하여 박막 저항선(3)의 패턴(Pattern)을 형성한다(도 4 참조). 이때 빛이 받는 부분이 고분자화가 되도록 하기 위해 마스크(Mask) 패턴을 설계하고, 예를 들어 이중 노광(Dual expose) 장비를 이용하여 PR을 감광시킨다. 여기서 중요한 변수는 UV 광원의 파워(Power)와 노광 시간이다. 만약 UV 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.

이러한 박막 저항선(3)의 저항값은 예를 들어 폭을 100㎛로 일정하게 하고, 길이를 200㎛로 하는 경우 100Ω 정도이고, 길이를 500㎛로 하는 경우 200Ω 정도 이고, 길이를 700㎛로 하는 경우 300Ω 정도이고, 길이를 900㎛로 하는 경우, 400Ω 정도이다. 즉 본 발명에서는 박막 저항선(3)의 길이를 조정하는 것에 의해 원하는 저항 값을 얻을 수 있다.

다음, 기판(1)의 표면과 박막 저항선(3) 상에 1차 전도선(4)을 형성한다(S20). 상기 1차 전도선(4)의 재료는 복합 금속으로서 Ti/Pd/Cu를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 1차 전도선(4)의 재료로서 Ti/Cu, Ti/W/Cu, Al/Cu 또는 Au를 사용할 수도 있다(도 5 내지 도 6b 참조).

상기 1차 전도선(4)의 형성 방법은 다음과 같다.

먼저 도 5에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 방법에 의해 기판(1)의 표면과 박막 저항선(3)의 표면 전체에 Ti/Pd/Cu를 도포한다. 다음에 PR을 라미네이션하고, 포토리도그래피(Photolithography)로 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같은 1차 전도선(4)의 패턴을 형성한다. 그 후 1차 전도선(4)의 패턴 이외의 부분을 에칭하는 것에 의해 도 6b에 도시한 바와 같이 박막저항선(3)에 연결되며 서로 대향하는 2개의 제1 및 제2 1차 전도선(4',4")을 형성한다. 상기 제1 및 제2 1차 전도선(4',4")은 동시에 형성된다.

다음, 상기 기판(1)의 표면, 박막 저항선(3) 및 1차 전도선(4) 상에 절연층(5)을 형성한다(S30). 이 절연층(5)은 Al₂O₃, HfO₂, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃, Ta₂O₅, La₂O₃ 등과 같은 고유전 물질{하이 케이(High-k) 물질} 중의 어느 하나로 이루어지며, 재료의 원가를 고려할 경우, Al₂O₃ 로 이루어지는 것이 바람직하다(도 7 내지 도 9 참조).

상기 절연층(5)의 형성 방법은 다음과 같다.

도 7에 도시한 바와 같이, 먼저 제2 1차 전도선(4")의 일부에 절연층(5)을 형성하기 위한 PR 패턴(6)을 형성한다. 상기 PR 패턴(6)은 리프트 오프(lift-off) 공정으로 실행한다. 또한, 비아 홀(2)과의 도통을 위한 경우, 제1 1차 전도선(4') 상에 PR 패턴(6)을 형성할 수도 있다.

다음 도 8에 도시한 바와 같이, 기판(1)의 표면, 박막 저항선(3), 제1 및 제2 1차 전도선(4',4")의 일부분 상에 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 Al₂O₃, 안정화 ZrO₂ 또는 TiO₂막을 7~10㎛ 형성한다.

그 후 PR 패턴(6)을 제거하는 것에 의해 도 9에 도시한 절연층(5)이 형성된다.

다음, 상기 PR 패턴(6)이 제거된 제2 1차 전도선(4") 및 절연층(5) 상에 2차 전도선(7)을 형성한다(S40). 상기 2차 전도선(7)의 재료는 1차 전도선(4)과 동일한 복합 금속을 사용한다.

상기 2차 전도선(7)은 도 10에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 방법에 의해 절연층(5)과 상기 절연층(5)으로부터 노출된 제2 1차 전도선(4")의 표면 전체에 Ti/Pd/Cu를 도포하는 것에 의해 형성된다.

다음, 범프 패드용 전극(8)을 형성한다(S50~S60).

상기 범프 패드용 전극(8)의 형성 방법은 다음과 같다.

먼저, 범프 패드용 전극(8)을 형성하기 위해 상기 2차 전도선(7) 상에 PR 패턴을 형성한다. 그 후, 상기 2차 전도선(7) 상에서 PR 패턴이 형성되지 않은 부분에 Cu, Ni 및 Au로 구성된 복합 금속을 전기 도금법으로 도금한다(S50). 이때 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.

다음, 상기 2차 전도선(7) 상에 형성된 PR 패턴을 제거하고, 범프 패드용 전극(8)을 기준으로 하여 상기 2차 전도선(7)을 에칭한다(S60).

또한, 2차 전도선(7)을 형성하는 과정에서는 화학 용액을 사용한 습식 에칭(Wet etching) 방식 또는 이온 밀링(Ion milling) 장비 및 Ar, Xe 혹은 또 다른 반응성 가스를 이용한 건식 에칭(Dry etching) 방법을 사용할 수 있다.

전술한 바와 같은 과정에 의해 형성된 도 11에 도시한 상기 범프 패드용 전극(8) 상에 도 1에 도시한 범프 패드(14)를 형성한 후, 접착제(15)를 이용하여 MEMS 프로브(16) 및 프로브 팁(17)을 순차적으로 고정시키는 것에 의해 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드가 완성된다(S70).

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

본 발명은 반도체 칩 등의 테스트를 위해 매우 유용하게 이용된다.

도 1은 기판상에 박막 저항이 형성된 박막 저항 기판을 구비한 종래의 MEMS 프로브 카드의 구조의 일부분을 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 MEMS 프로브 카드의 제조공정 흐름을 나타내는 도면.

도 3 내지 도 11은 도 2에 도시한 각각의 공정을 설명하는 도면.

Claims (4)

1. 비아 홀에 비아 홀 필러 전도체 또는 저항체가 충전된 기판,

   상기 기판의 표면에 형성된 박막 저항선,

   상기 비아 홀 필러 전도체의 표면을 포함한 기판의 표면에 형성된 제1 1차 전도선과, 상기 박막 저항선을 사이에 두고 상기 제1 1차 전도선과 대향하는 쪽의 기판 표면에 형성된 제2 1차 전도선,

   상기 기판, 상기 박막 저항선, 상기 제1 및 제2 1차 전도선 위에 형성된 절연층 및,

   상기 절연층 및 상기 절연층으로부터 노출된 상기 제2 1차 전도선의 부분에 형성된 2차 전도선을 포함하며, 상기 2차 전도선 상에 범프 패드 및 프로브 팁이 고정되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 2차 전도선 상에는 2차 전도선과 동일 패턴으로 범프 패드용 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드.
3. 비아 홀에 비아 홀 필러 전도체 또는 저항체가 충전된 기판을 마련하는 단계,

   상기 기판의 표면에 박막 저항선을 형성하는 단계,

   상기 비아 홀 필러 전도체의 표면을 포함한 기판의 표면에 제1 1차 전도선을 형성하고, 상기 박막 저항선을 사이에 두고 상기 제1 1차 전도선과 대향하는 쪽의 기판 표면에 제2 1차 전도선을 형성하는 단계,

   상기 기판, 상기 박막 저항선, 상기 제1 및 제2 1차 전도선 위에 절연층을 형성하는 단계 및,

   상기 절연층 및 상기 절연층으로부터 노출된 상기 제2 1차 전도선의 부분에 2차 전도선을 형성하고, 상기 2차 전도선 상에 범프 패드 및 프로브 팁을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 2차 전도선 상에는 2차 전도선과 동일 패턴으로 범프 패드용 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 프로브 카드의 제조 방법.

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