KR20100126638A - 콘택 부품과 그 제조방법 및 콘택 부품을 구비한 검사 기구 - Google Patents

콘택 부품과 그 제조방법 및 콘택 부품을 구비한 검사 기구 Download PDF

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Abstract

타겟 부분과 접촉하게 되어 있으며 도금에 의해 형성된 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품.
상기 프로브 콘택은 10nm 이상이며, 40nm 이하인 결정 입자 크기를 가지는 다결정 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

콘택 부품과 그 제조방법 및 콘택 부품을 구비한 검사 기구{CONTACTING COMPONENT, METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND TEST TOOL HAVING THE CONTACTING COMPONENT}
본 발명은 이전의 일본 출원 JP2002-229447호의 우선권을 주장하고 있으며, 상기 문헌의 개시는 참조로서 본원 명세서에 병합된다.
본 발명은 검사 대상물 상에 형성된 타겟부분(전극 등)과 전기적 접촉을 하기 위한 콘택 부품에 관한 것이다.
반도체 회로 등을 검사하는데 있어서 콘택 부품이 이용된다. 예컨대, 콘택 부품은 절연 기판, 절연 기판의 하나의 표면 상에 형성된 도전성 회로, 및 도전성 재료로 만들어지고 절연 기판의 다른 표면상으로 돌출하는 프로브 콘택으로서 범프 콘택(볼록 콘택)을 포함한다. 도전성 회로 및 범프 콘택은 절연기판을 관통하는 스루홀내에서 전기적으로 접속된다.
전형적으로, 범프 콘택은 니켈 또는 니켈 합금 등과 같은 도전성 금속으로 만들어지고, 제조과정이 쉽기 때문에 범프 콘택의 형성은 전해도금에 의해 이루어진다.
반도체 회로 등이 검사될 때, 범프 콘택은 피측정 및 피검사 타겟부분(전극 등)과 반복하여 가압 접촉을 하게 된다.
그러므로, 만약 범프 콘택이 낮은 경도(hardness)를 가진다면, 범프 콘택은 변형되고 마모될 수 있다. 이러한 경우, 정확한 테스트가 실행될 수 없고, 범프 콘택의 수명은 짧다. 다른 한편, 만약 범프 콘택이 증가된 경도를 가진다면, 범프 콘택은 크랙이 발생되는 경향이 있다. 이러한 경우, 절연 기판으로부터 범프 콘택이 파손될 수도 있다. 따라서, 상반되는 문제점이 존재한다.
게다가, 범프 컨택은 범프 콘택의 형성동안 또는 가압 접촉동작이 반복되는 동안 절연 기판으로부터 쉽게 이탈한다. 이러한 범프 콘택의 이탈 문제가 지금까지는 고려되지 않았었다.
따라서, 본원 발명의 목적은 뛰어난 내구성을 가지며 기판으로부터 이탈되는 것이 방지되는 프로브 콘택(probe contact)을 가지는 콘택 부품(contacting component)을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본원 발명은 다음과 같은 구성을 가진다.
구성 1
도금에 의해 형성되고 타겟 부분과 접촉하게 될 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품으로서;
상기 프로브 콘택은 10nm보다 작지 않고 40nm보다 크지 않은 결정 입자 크기를 가지는 다결정 재료로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
구성 2
도금에 의해 형성되고 타겟 부분과 접촉하게 될 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품으로서;
상기 프로브 콘택은 금속 및 탄소를 포함하는 재료로 만들어지고, 상기 탄소의 함량이 0.2 at% 및 1.2 at% 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
구성 3
구성 2에 기재된 콘택 부품으로서, 탄소가 금속 탄화물 형태로 함유된 것을 특징으로 한다.
구성 4
구성 2 또는 3에 기재된 콘택 부품으로서, 상기 프로브 콘택은 주 재료로서 니켈 또는 니켈 합금으로 만들어지며, 탄소는 니켈 탄화물의 형태로 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
구성 5
구성 1 내지 4에 기재된 것 중 어느 하나에 따르는 콘택 부품으로서, 상기 프로브 콘택은 450Hv 및 950Hv 사이의 비커스 경도와 30kg/mm2 이하의 응력(stress)을 가지는 재료로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
구성 6
구성 1 내지 5에 기재된 것 중 어느 하나에 따르는 콘택 부품으로서,
절연 기판,
절연 기판의 하나의 표면 상에 형성된 도전성 회로, 및
절연 기판의 다른 표면 상에 형성되고 도전성 재료로 만들어진 프로브 콘택을 구비하고,
상기 도전성 회로와 프로브 콘택이 절연 기판을 관통하는 스루홀 내에서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
구성 7
반도체 장치의 검사에 사용되는 검사 기구로서,
구성 1 에 기재된 콘택 부품; 및
절연 기판 상에 형성된 하나의 배선층이 설치된 절연 기판을 구비하는 배선기판을 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다.
구성 8
구성 7에 기재된 검사 기구로서, 상기 배선 기판은 절연 기판의 대향 표면상에 각각 형성된 제1 및 제2 배선층이 설치된 양면 배선기판이며, 상기 제1 및 제2 배선층은 절연 기판을 관통하는 스루홀에서 서로 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
구성 9
구성 7에 기재된 검사 기구로서, 상기 배선 기판은 다중층 구조의 복수의 배선층과 복수의 절연층이 절연 기판상에 교대로 적층된 다중층 배선기판이며, 배선층들의 인접하는 모든 층들은 인접하는 배선층들 사이의 절연층에 형성된 콘택홀(contact hole)에서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
구성 10
반도체 장치를 검사하는데 사용하는 검사 기구로서,
구성 2에 기재된 콘택 부품; 및
절연 기판상에 형성된 배선층이 설치된 절연기판을 구비하는 배선기판을 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다.
구성 11
구성 10에 기재된 검사기구로서, 배선기판은 절연 기판의 대향 표면 상에 각각 형성된 제1 및 제2 배선층이 설치된 양면 배선기판이고, 상기 제1 및 제2 배선층은 절연기판을 관통하는 스루홀내에서 서로 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
구성 12
구성 10에 기재된 검사기구로서, 상기 배선 기판은 각각 다중층 구조를 가지는 복수의 배선층과 복수의 절연층이 절연 기판상에 교대로 적층된 다중층 배선기판이고, 배선층의 모든 인접하는 층들은 인접하는 배선층들 사이의 절연층에 형성된 콘택홀에서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
구성 13
구성 6에 기재된 콘택 부품을 제조하는 방법으로서,
도전성 회로로 되도록 절연 기판의 하나의 표면상에 형성된 도전성 금속막이 설치된 절연 기판을 준비하는 단계;
예정된 위치에서 절연 기판에 스루홀을 형성하는 단계; 및
도전성 금속막에 도금 전극 중 하나를 접속하고, 절연 기판을 도금 용액에 담그며, 전해 도금을 행함으로써 도전성 금속막에 전기적으로 접속된 프로브 콘택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구성 14
구성 13에 기재된 방법으로서, 도금 용액에 용해가능하며 도금 용액에 첨가된 유기물질의 양은 프로브 콘택내의 탄소 함량을 조절하도록 조정되는 것을 특징으로 한다.
구성 15
구성 13에 기재된 방법으로서, 전해도금이 1A/dm2 이상이고, 60A/dm2 이하인 도금 전류 밀도로 행해지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 프로브 콘택의 결정 입자 크기 및 프로브 콘택내의 탄소 함량을 조정하여 프로브 콘택의 경도 및 이탈 내성을 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 내구성이 뛰어난 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품을 얻을 수 있다.
내구성이 뛰어난 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품은 반도체 장치를 검사하는데 사용하는 검사기구의 콘택 부품으로서 적합하다.
특히, 번인 테스트 등에 사용하는 콘택 보드의 콘택 부품으로서 적합한 경도를 가지는 범프 콘택이 설치되고, 범프 콘택의 이탈이 방지된 콘택 보드를 얻는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따르는 콘택 부품을 설명하는 부분 단면도,
도 2A 내지 2C는 도 1에 도시된 콘택 부품의 제조공정을 설명하기 위한 부분 단면도,
도 3은 도 1의 콘택 부품을 가지는 콘택보드를 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명자는 범프 콘택과 같은 프로브 콘택의 이탈 내성(separation resistance) 및 경도가 프로브 콘택내의 탄소 함량 및 프로브 콘택의 결정 입자 크기와 밀접하게 관련이 있으며, 탄소 함량과 결정 입자 크기를 조정하는 것에 의해, 프로브 콘택의 경도와 이탈 내성이 조절될 수 있다는 것을 알아내었다.
우선, 프로브 콘택의 경도 및 이탈 내성은 전해 도금 등에 의해 형성된 프로브 콘택의 재료의 결정 입자 크기를 조정하여 조절될 수 있다.
구체적으로는, 프로브 콘택의 경도 및 이탈 내성과 결정 입자 크기 사이의 관계에 관하여 이하의 사실을 밝혀냈다.
(1) 만약 결정 입자 크기가 과도하게 크다면, 충분한 경도가 얻어질 수 없으며, 프로브 콘택은 쉽게 이탈된다.
(2) 만약 결정 입자 크기가 감소된다면, 경도는 증가된다.
(3) 만약 결정 입자 크기가 감소된다면, 프로브 콘택의 표면 거칠기(roughness)가 감소되어, 절연 기판에 대한 프로브 콘택의 밀착성이 증가되고 프로브 콘택의 이탈 내성은 개선된다.
(4) 만약 결정 입자 크기가 지나치게 작다면, 경도는 과도하게 높게 되어, 프로브 콘택은 크랙의 발생과 같은 결함을 나타내는 경향이 있다. 뿐만 아니라, 프로브 콘택의 응력이 과도하게 커져, 프로브 콘택의 이탈을 가져온다.
(5) (1) 내지 (4)에서 설명한 바와 같이, 결정 입자 크기는 바람직하게는 10nm 이상, 40nm 이하인 범위내이며, 보다 바람직하게는 15nm 이상, 35nm 이하의 범위내이다. 프로브 콘택이 니켈 또는 니켈 합금으로 만들어지는 경우, 결정 입자 크기는 바람직하게는 15nm 이상, 35nm 이하의 범위내이다(구성 1).
상술한 바와 같이, 제1의 발명은 경도를 증가시키기 위하여(소정의 경도를 얻도록) 결정 입자 크기가 감소되는(소정의 결정 입자 크기로 조정됨) 것을 특징으로 한다.
두번째로, 만약 프로브 콘택이 전해 도금에 의해 제조되어, 소정량(0.2at% 내지 1.2 at%)의 탄소가 금속 및 탄소를 함유하는 재료로 만들어진 프로브 콘택에 포함된다면(구성 2), 경도는 증가될 수 있다(구체적으로는, 450Hv 이상, 950Hv 이하)는 것을 밝혀내었다. 프로브 콘택내에 포함된 탄소의 양을 조절함으로써, 원하는 결정 입자 크기를 가지는 프로브 콘택이 얻어지고 프로브 콘택의 경도는 소정 범위내로 조정될 수 있다고 생각된다. 그 메커니즘이 분명하지 않다고 해도, 전해 도금 등에 의한 프로브 콘택의 형성 공정 동안, 프로브 콘택을 형성하는 결정의 입자크기는 탄소의 추가에 의해 감소되고 탄소는 인접하는 금속 결정 사이의 입자 경계에 집중되어, 경도를 증가시킨다고 생각된다. 선택적으로, 전해 도금등에 의한 프로브 콘택의 형성 공정 동안, 프로브 콘택을 형성하는 결정의 입자 크기는 탄소의 추가에 의해 감소되고, 경도가 높은 금속 탄화물이 인접하는 금속 결정 사이에 들어감으로써, 프로브 콘택 전체로서 경도를 증가시킨다고 생각된다.
게다가, 프로브 콘택내에 함유된 탄소는 바람직하게는 금속 탄화물(예컨대, 니켈 탄화물)의 형태로 존재한다(구성 3 및 4).
프로브 콘택에 함유된 탄소의 존재는 프로브 콘택의 내마모성 및 내부식성을 개선시킨다. 게다가, 탄소의 존재는 유리하게는 프로브 콘택에 함유된 Ni 등과 같은 금속의, 프로브 콘택에 의해 접촉될 타겟부분(예컨대, Al 전극)으로의 확산을 억제한다.
프로브 콘택내의 탄소함량은 도금 용액에 용해가능한 유기 물질을 도금 용액에 첨가하여 도금 조건을 조정함으로써 조절될 수 있다. 도금 용액에 첨가될 유기물질의 종류에 따라서, 유기물질의 함량 및 도금 조건이 적절하게 조정된다.
프로브 콘택내의 탄소 함량은 바람직하게는 0.2 at% 내지 1.5 at%이며, 보다 바람직하게는 0.2 at% 내지 1.2 at%(구성 2)이며, 더욱 바람직하게는 0.3 at% 내지 1.05 at%이다. 프로브 콘택내의 탄소 함량은 바람직하게는 금속 탄화물의 형태로 함유된 탄소의 양이다.
만약 탄소 함량이 너무 작다면, 충분한 경도가 얻어질 수 없다. 만약 탄소 함량이 너무 크다면, 프로브 콘택은 과도하게 큰 응력을 가지며, 때로는 크랙의 발생과 같은 결함을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 제2의 발명은, 소정량의 탄소(바람직하게는 금속 탄화물의 형태)가 경도를 증가시키기 위해(소정의 경도를 얻기 위해) 함유되는 것을 특징으로 한다. 선택적으로, 소정량의 탄소(바람직하게는 금속 탄화물의 형태)가 결정 입자 크기를 감소시키기 위해(소정의 결정 입자 크기를 얻기 위해) 함유된다.
본 발명에서, 프로브 콘택은 바람직하게는 450Hv 및 950Hv 사이의 비커스 경도를 가지고(구성 5), 보다 바람직하게는 500Hv 및 800Hv 사이의 비커스 경도를 가진다.
만약 경도가 낮으면, 프로브 콘택은 검사대상물과 접촉 동작의 결과로서 변형되거나 마모된다. 이경우, 정확한 검사가 실행될 수 없고 프로브 콘택의 수명은 짧아지게 된다. 만약 경도가 지나치게 높다면, 프로브 콘택은 크랙의 발생과 같은 결함을 나타내는 경향이 있다.
본 발명에서는, 결정 입자 크기 및 탄소 함량이 조정되어 상술한 범위내의 경도가 얻어지게 된다.
본 발명에서. 프로브 콘택은 바람직하게는 30 kg/mm2 이하(구성 5), 보다 바람직하게는 20 kg/mm2 이하, 더욱 바람직하게는 15 kg/mm2이하의 범위내에서 응력(막응력으로서 측정됨)을 가진다.
만약 응력이 지나치게 크다면, 프로브 콘택은 쉽게 이탈된다.
본 발명에서, 결정 입자 크기 및 탄소 함량은 상술한 범위의 응력을 얻도록 조정된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 내구성이 뛰어난 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품을 얻을 수 있다.
내구성이 뛰어난 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품은 반도체 장치 등을 검사하는데 사용하는 검사 기구의 콘택 부품으로서 적합하다.
특히, 본 발명은 번인 테스트 등에 사용하는 콘택 보드의 콘택 부품으로서 적합한 경도를 가지는 프로브 콘택을 가지고, 상기 프로브 콘택의 이탈이 방지되는 콘택 보드를 제공한다.
제1 및 제2 발명은, 프로브 콘택의 도금막으로서 또한 유용하다. 즉, 제1 및 제2 발명은 구성 1 내지 5에 있어서 "프로브 콘택"이 "프로브 콘택의 도금막"으로 대체된 경우에 유용하다.
본 발명에서 언급된 도금은 전해도금 또는 무전해 도금을 포함한다. 전해도금 또는 무전해 도금이 본 발명에 이용될 수 있다. 반도체 장치를 검사하는 검사 기구의 콘택 부품용 프로브 콘택의 경우, 개구 크기(aperture size)가 몇 마이크로미터에서 수백 마이크로미터만큼 작다면, 고품질이 보장되므로 전해 도금이 유리하다. 만약 개구 크기가 밀리미터 오더 정도로 크다면, 무전해 도금이 이용될 수 있다.
첨가제
도금 용액에 첨가될 유기물질은, 도금 용액으로 용해되어야 하며 프로브 콘택이 전해 도금(전기 도금)등에 의해 제조되는 경우, 탄소를 프로브 콘택 내로 끌어들이도록 하는 작용을 가져야 한다. 예컨대, 유기 물질은 탄산(H2CO3), 이산화 탄소(CO2), 당분(saccharine), 자당, 또는 포도당일 수 있다.
상술한 유기 물질로서, 도금에 일반적으로 사용되는 광택제(brightening agent)와 같은 첨가물이 사용될 수 있다. 막의 경도를 증가시키는 작용을 가지는 첨가제(이하에서는 경도 증강제(hardness enhancer)라고 함)의 사용은 본 발명과 더불어 시너지 효과가 기대되므로 바람직하다. 경도가 증가함에 따라서, 막응력은 일반적으로 증가된다. 상술한 관점에서, 본 발명과 더불어 시너지 효과가 기대되므로, 응력완화 작용을 가지는 첨가제(이하에서는 응력 완화제(stress relaxer)라고 함)를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
예컨대, 경도 증강제는 (1) C와 O 사이의 이중결합(C=O)을 가지는 물질(예컨대, 일산화탄소, 케톤, 알데히드,포르말린, 타마린, 알콕시타마린, 카르복시산, 포름산 니켈, 포름산 나트륨, 젤라틴과 같은 단백질), (2) C와 C사이에 이중결합(C=C)을 가지는 물질(예컨대, 알킬렌 카르복시 에스테르, 알킬렌 알데히드, 아릴 알데히드, 아릴 알데히드 술폰산염, 아릴 비닐 알칼로이드, 타마린 및 그 유도체 등), (3) C와 C사이에 삼중 결합(C≡C)을 가지는 물질(예컨대, 아세틸렌 유도체, 아세틸렌 알콜, 부틴-1, 4- 디올, 프로파질 알콜(propagyl alcohol) 등) (4) 다양한 염료, (5) C와 N사이에 삼중결합(C≡N)을 가지는 물질(예컨대, 에틸렌 시아노히드린), (6) N-C=S 결합을 가지는 물질(예컨대, 티오요소, 티오사과산(thiomalic acid), 티오요소의 고리모양 화합물 등), (7) N과 N사이에 이중결합(N=N)을 가지는 물질(예컨대 아조 염료(azo colorant)), 및 (8) C와 O (C-O)사이에 단일 결합을 가지는 물질(예컨대, 포도당)을 들 수 있다.
응력 완화제로서, "=C-" 결합을 가지는 물질이 이용될 수 있다. 예컨대, (1) 방향족 탄화수소(예컨대, 벤젠 및 나프탈렌), (2) 방향족 탄화수소의 치환체(예컨대, 톨루엔, 크실렌, 나프틸 아민, 톨루이딘 및 벤질 나프탈렌), (3) 알킬 고리 화합물(예컨대, 비닐 및 아닐), (4)술폰산, 술폰산염(예컨대, 모노-, 디-, 트리-나프탈린술폰산 나트륨), 아미드 술폰산염(예컨대, 사카린 파라-톨루엔 술폰아미드), 이미드 술폰산염 및 술폰 등을 들 수 있다.
다음으로, 본 발명의 콘택 부품에 대하여 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 콘택 부품은 범프 콘택(2)이 설치된 하나의 표면과, 도전성 회로의 일부를 형성하는 전극(3)이 설치된 다른 표면을 가지는 절연 기판(1)을 포함한다. 절연기판(1)에는 스루홀(5)이 설치되어 있다. 범프 콘택(2) 및 도전성 회로의 일부를 형성하는 전극(3)은 그 사이에 절연기판(1)이 삽입된 채 서로 대향하여 위치되고, 스루홀(5)내에 채워진 도전성 물질을 포함하는 도전성 부분(conductive portion, 4)에 의해 서로 접속된다.
절연기판(1)은 특별히 제한되는 것은 아니며, 전기적으로 절연인 임의의 물질로 만들어진 것이면 된다. 바람직하게는, 절연기판(1)은 전기적으로 절연일 뿐만 아니라, 가요성(flexible)이다. 구체적으로는, 절연기판(1)은 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리아미드 수지, ABS 수지, 폴리카보네이트 수지, 실리콘 수지로 만들어질 수 있다. 열경화성 수지이거나 열가소성 수지이건간에, 그 용도에 따라서 적절하게 선택될 수 있다. 상술한 수지 중에서, 바람직하게는 충분한 기계적 강도를 가지는 내약품성 및 내열성이 뛰어난 폴리이미드 수지가, 콘택 부품이 번인보드 또는 프로브 카드에 이용되는 경우에 사용된다. 절연기판(1)은 임의의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 충분한 기계적 강도 및 충분한 유연성을 보장하기 위해서는, 절연 기판(1)의 두께는 통상적으로 2㎛ 및 500㎛ 사이이며, 바람직하게는 10㎛ 및 150㎛ 사이이다. 게다가, 콘택 부품이 번인 보드 또는 프로브 카드에 사용된다면, 바람직하게는 10㎛ 및 50㎛ 사이의 두께를 가지는 절연 수지막이 사용된다.
도전성 회로의 일부를 형성하는 전극(3)은 범프 콘택이 절연 기판의 하나의 표면상에 형성되는 소정의 위치에 대응하는 위치에서 절연 기판의 다른 표면상에 또는 절연 기판의 내부에 형성된다. 전극은 범프 콘택에 전기적으로 접속된다. 도전성 회로는 도전체 및 반도체에 의해 형성된 회로 패턴과, 접촉점(contact point), 코일, 레지스터 및 커패시터와 같은 다양한 회로 소자를 포함한다. 따라서, 도전성 회로는 도전성 패턴이라고 언급될 수도 있다. 도전성 회로는 절연 기판의 외부(예컨대, 배선기판)에 형성될 수 있다. 도전성 회로, 또는 그 일부를 형성하는 전극의 재료로서, 상기 재료가 도전성을 갖는다면 도전체이건 반도체이건간에 특정한 제한이 있는 것은 아니다. 바람직하게는, 공지된 양도체(良導體) 금속이 이용된다. 예컨대, 구리, 금, 은, 백금, 납, 주석, 니켈, 철, 코발트, 인듐, 로듐, 크롬, 텅스텐 및 루테늄 등과 같은 단일체 금속, 및 솔더, 니켈-주석, 금-코발트 등과 같은 상술한 금속들을 포함하는 다양한 종류의 합금이 사용될 수 있다. 선택적으로, 다중층 구조가 상술한 금속 및 합금으로부터 선택된 복수 종류의 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 도전성 회로 또는 그 일부를 형성하는 전극의 두께에는 제한이 없다.
도전성 회로 또는 도전성 회로의 일부를 형성하는 전극은 절연 기판의 전체 표면 상으로 도전성 재료층을 형성하는 단계와, 소정의 회로 패턴을 남기도록 에칭에 의해 도전성 재료층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하는 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
도전성 회로의 일부를 형성하는 전극과 범프 콘택을 접속하는 스루홀의 직경에는 제한이 없다. 그러나, 인접하는 스루홀과 서로 접속되지 않을 정도로 스루홀은 보다 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 도전성 부분의 전기 저항이 감소될 수 있기 때문이다. 통상적으로, 스루홀은 5㎛ 및 200㎛ 사이의 직경을 가지며, 특히 10㎛ 및 80㎛ 사이의 직경을 갖는다. 스루홀은 레이저 가공, 포토리소그래피, 절연기판과 내약품성이 다른 레지스트를 이용하는 화학에칭, 플라즈마 가공, 펀칭등과 같은 기계 가공으로 형성될 수 있다. 이들 중에서, 엑시머 레이저, 탄산가스 레이저, YAG 레이저 등을 이용하는 레이저 가공은 원하는 직경과 원하는 피치를 가지는 스루홀의 미세 가공을 수행하여 범프 콘택의 파인 피치 배열(fine-pitch arrangement)이 달성되므로, 바람직하다. 스루홀은 절연 기판의 평면에 수직하게 형성될 뿐만 아니라, 절연기판의 평면에 대하여 소정 각도로 형성되어, 서로의 바로 뒷면의 위치로부터 조금 벗어난 관계에 있는 전극과 범프 콘택이 전기적으로 접속하게 된다.
기본적으로, 도전성 부분은 스루홀 내에 형성되어, 범프 콘택과 도전성 회로의 일부를 형성하는 전극을 전기적으로 접속하도록 되어 있다. 예컨대, 도전성 부분은 스루홀 내에 채워진 도전성 물질 또는 스루홀 도금에 의해 스루홀의 내벽 표면 상에 형성된 도전성 물질층을 포함한다.
도전성 부분은 전해 도금, 무전해 도금, CVD와 같은 증착, 스루홀로의 도전성 물질의 기계적 부착 등에 의해 형성될 수 있다. 이들 중에서, 스루홀 내에 도전성 회로의 일부를 형성하는 전극을 노출되게 하는 단계 및 전극을 음극으로서 사용하여 전해 도금에 의해 스루홀내에 도전성 물질을 채우는 단계를 포함하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 신뢰성있는 도전을 보장하고, 수행하기가 용이하다.
프로브 콘택(범프 콘택을 포함)의 형상은 절연 기판의 평면으로부터 돌출여부에 상관없이, 프로브 콘택에 의해 접촉될 타겟 부분의 형상에 따라서, 예컨대 볼록형상, 오목 형상 또는 평탄 패드 형상, 등 어떠한 형상이라도 무방하다. 주지된 범프 콘택과 같이, 반구형 돌기와 같은 프로브 콘택이 가장 유리하다. 여기에서 말하는 "반구형"은 완전한 반구뿐만 아니라, 단조로운 곡면을 가지는 돌기 형상도 포함한다.
프로브 콘택의 표면은 평활한 경면(mirror surface) 또는 조면(粗面)화된 표면일 수 있다. 콘택 신뢰도를 개선하기 위하여, 조면화된 표면이 바람직하다. 조면화된 표면은 파일링(filing)과 샌딩(sanding)에 의한 기계적 조면화, 화학용액을 이용한 화학적 조면화, 포토리소그래피에 의한 요철 형성, 조면이 형성되는 조건(무광택 등)에서 프로브 콘택 표면상에 표면층 형성 등을 통하여 얻어질 수 있다. 표면층 재료로서, 로듐, 루테늄, 코발트, 크롬, 텅스텐 등이 사용될 수 있다.
프로브 콘택(범프 콘택 포함)의 재료는 특히 한정되지는 않는다. 그러나, 프로브 콘택이 도금에 의해 형성되므로, 금속 또는 합금이 이용된다. 바람직하게는, 공지된 범프에 이용되는, 예컨대 니켈, 니켈-주석 합금, 니켈-팔라듐 합금 및 구리등과 같은 저렴한 양도체(良導體)가 이용된다.
다음으로, 본원 발명에 따르는 콘택 부품의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따르는 콘택 부품의 제조방법은 도전성 회로로서 기능하도록 절연 기판의 하나의 표면 상에 형성된 도전성 금속막이 설치된 절연 기판을 준비하는 단계; 소정의 위치에서 절연 기판내에 스루홀을 형성하는 단계; 및 도금전극 중 하나를 도전성 금속막에 접속하고, 도금 용액으로 절연 기판을 담그며, 전해도금을 실행함으로써 도전성 금속막에 전기적으로 접속된 프로브 콘택을 형성하는 단계를 포함한다(구성 13).
절연 기판, 도전성 금속막 및 프로브 콘택으로서, 상술한 재료들이 사용될 수 있다.
도금 용액에 용해가능하고 도금 용액에 첨가된 유기물질의 양이 조정되어 프로브 콘택내의 탄소 함량을 조절함으로써, 프로브 콘택의 원하는 경도 및 응력을 얻게 된다(구성 14).
도금 용액에 용해될 유기물질로서, 상술한 물질이 사용될 수 있다.
전해 도금에 있어서 도금 전류 밀도는 프로브 콘택의 응력을 주로 제어하는 요인이다. 바람직하게는, 도금 전류 밀도는 1A/dm2 이상, 60A/dm2 이하이다(구성 15).
도금 용액에 용해가능한 유기물질이 첨가되는 경우, 프로브 콘택의 응력은 도금 전류 밀도가 증가함에 따라서 감소되는 경향이 있다. 만약 도금 전류 밀도가 1-5A/dm2 의 범위내에 있다면, 도금 전류 밀도가 증가함에 따라서 프로브 콘택의 응력은 극적으로 증가되기 쉽다(프로브 콘택의 응력은 도금 전류 밀도가 감소함에 따라서 극적으로 감소되는 경향을 나타낸다). 만약 도금 전류밀도가 5A/dm2 이상인 범위내에 있다면, 도금 전류 밀도가 증가함에 따라서 프로브 콘택의 응력은 적당히 감소되기 쉽다(프로브 콘택의 응력은 도금 전류 밀도가 감소함에 따라 적당히 증가되는 경향이다).
만약 도금 전류 밀도가 1A/dm2 보다 작다면, 프로브 콘택의 경도 및 응력 양자에 있어서의 편차는 커지고, 그것은 경도와 응력의 제어를 어렵게 만든다. 뿐만 아니라, 응력이 30kg/mm2을 초과하여 프로브 콘택이 쉽게 이탈된다. 다른 한편, 만약 도금 전류 밀도가 60A/dm2를 초과한다면, 경도 및 응력 양자에 있어서 편차는 작지만, 도금 효율성은 감소된다. 뿐만 아니라, 수소가 절연 기판에 형성된 스루홀내에 포획되기 쉬워 도금 금속막의 성장이 어렵게 되기 쉽다.
바람직하게는, 도금 전류 밀도는 4A/dm2 보다 크고, 40A/dm2 이하이다.
도금 용액은 바람직하게는 35℃와 80℃ 사이의 온도로 유지되고, 보다 바람직하게는 40℃와 65℃ 사이의 온도로 유지되어, 공극이나 빈틈을 남기지 않고 여러개의 스루홀 전체에 도금막을 성장시키게 된다.
실시예 1-5와 비교예 1-2
도 1에 나타낸 콘택 부품의 준비의 구체적인 예에 대하여 설명하기로 한다.
우선 도 2A를 참조하면, 절연기판으로서 시판되는 폴리이미드막(11)과 도전성 회로로 되는 구리포일(13)을 포함하는 2층막이 준비된다. 여기서, 스미토모 금속 광산(주) 사에 의해 제조되고, 판매된 "S'PERFLEX" 가 사용된다. 폴리이미드막(11)은 25㎛의 두께를 가지며, 구리포일(13)은 16㎛의 두께를 가진다.
도 2B를 참조하면, 폴리이미드막(11)은 범프 콘택이 형성된 소정의 위치에서 KrF 엑시머 레이저(248nm의 파장)로 조사된다. 그 결과, 복수의 스루홀(5)이 폴리이미드막(11)에 형성되어 각각의 스루홀(5)의 저면에서 구리포일(13)의 하나의 표면을 노출시킨다.
그리고 나서, 플라즈마 애싱이 실행되어 엑시머 레이저에 의해 스루홀(5)을 형성할 때 폴리이미드막(11) 표면에 부착된 탄소를 제거하고, 폴리이미드막(11) 표면의 도금 용액에 대한 습윤성(wettability)을 개선시킨다.
다음으로, 구리포일(13)의 다른 표면은 도금되지 않도록 보호된다. 그 이후에, 도금 전극은 구리포일(13) 일부에 접속된다. 음극으로서 각각의 스루홀(5)내에 노출된 구리포일(13)을 이용하여, 니켈 합금의 전해 도금(전기 도금)이 실행되었다. 구체적으로, 도 2C를 참조하면, 니켈 합금이 증착되어 스루홀(5)내에 채워진다. 증착을 계속하여 폴리이미드막(11) 표면으로부터 25㎛의 높이를 가지는 반구형 돌기로서 니켈 합금을 성장시킨다. 그렇게 하여, 범프 콘택(2)이 형성되었다. 전기 도금을 실행할 때, 경도 증강제나 응력 완화제가 도금 용액에 첨가된다. 도금 조건과 경도 증강제 및 응력 완화제의 양을 조정함으로써, 결정 입자 크기와 탄소 함량이 변화되었다.
마지막으로, 구리포일(13)이 도전성 회로(미도시됨)와 그 일부를 형성하는 전극(3)을 형성하도록 에칭에 의해 패터닝된다. 따라서, 도 1에 도시된 콘택 부품이 얻어진다.
표 1은 범프 콘택의 결정 입자 크기(nm), 범프 콘택 내의 탄소 함량(at%)(니켈 탄화물의 형태로 함유된 탄소의 양), 범프 콘택의 경도(Hv), 범프 콘택의 응력(kg/mm2), 범프 콘택의 형성 직후 범프 콘택내의 크랙의 유/무, 범프 콘택의 형성 직후 범프 콘택의 이탈 및 콘택 동작의 반복에 대한 범프 콘택의 내구성을 나타낸다.
범프 콘택의 결정 입자 크기는 평균 입자 크기로서 X선 디프랙트미터(diffractmeter)에 의해 측정되었다.
범프 콘택 내의 탄소 함량은 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectro Spectroscopy)(XPS)에 의해 측정되었다. 유사하게, 금속 탄화물의 존재는 XPS에 의해 확인되었다.
범프 콘택의 경도는 마이크로 비커스 경도 검사기에 의해 두께 30㎛ 또는 그이상까지 구리판상에 도금된 시료에 대하여 측정되었다.
범프 콘택의 응력은 막응력으로서 나선 도금 응력 검출기(spiral plating stress detector)에 의해 측정되었다.
범프 콘택내의 크랙 유무는 현미경에 의해 관찰되었다.
범프 콘택의 이탈성은 점착 테이프(예컨대, 니치반(주)사에 의해 제조되고 판매된 셀로테이프(Cellotape, 등록 상표)를 이용하여 테이프 이탈(박리) 테스트에 의해 검사되었다.
범프 콘택의 내구성은 나중에 설명될 웨이퍼 일괄 검사용 콘택 보드에 의한 콘택 동작의 반복에 의해 검사되었다.
Figure pat00001
표 1로부터, 결정 입자 크기가 과도하게 크면(비교예 2), 충분한 경도가 얻어지지 않으며 범프 콘택은 쉽게 이탈된다.
실시예 1-5로부터, 결정 입자 크기가 작게 될수록, 경도는 증가된다는 것을 알 수 있다.
결정 입자 크기가 너무 작은 경우(비교예 1), 경도가 과도하게 높아져 크랙과 같은 결함이 범프 콘택에서 발생하고, 범프 콘택의 응력이 증가되어, 범프 콘택의 이탈을 가져온다.
표 1로부터, 결정 입자 크기는 10nm와 40nm 사이가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
표 1로부터, 탄소 함량이 너무 작으면(비교예 2) 충분한 경도가 얻어질 수 없다는 것을 알 수 있다. 또한, 탄소 함량이 지나치게 크면(비교예 1), 응력이 과도하게 증가되고 크랙 발생과 같은 결함이 범프 콘택 내에 유발되어, 범프 콘택의 이탈을 가져온다는 것을 알 수 있다.
ESCA(화학적 분석을 위한 전자 분광법)에 의해, 니켈 탄화물이 각 범프 콘택내에 형성되었다는 것이 확인되었다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 - 5의 콘택 부품에 있어서, 범프 콘택은 점착 테이프에 의해 이탈되지 않았다. 비교예 2의 콘택 부품에 있어서, 결정 입자 크기가 지나치게 크고 밀착성이 불량하므로 범프 콘택이 쉽게 이탈되었다. 비교예 1의 콘택 부품에 있어서, 범프 콘택의 형성 직후에 크랙의 존재와 높은 응력으로 인하여 범프 콘택이 또한 이탈되었다.
실시예 6
도 3을 참조하면, 본 실시예(실시예 6)에서 상술한 실시예 각각에서 제조된 콘택 부품을 가지는 웨이퍼 일괄 검사 콘택 보드(60)의 제조가 이루어졌다.
도 3에서, 실리콘 탄화물로 만들어진 링(16)과, 상기 링(16)에 의해 연장된 상태에서 지지된 폴리이미드막(11)을 구비하고, 도 1에서 설명된 콘택 부품이 설치된 멤브레인 링(10)이 준비되었다.
멤브레인 링(10)에는 범프 콘택(2)이 돌출된 하나의 표면에 대향하는 다른 표면상에 형성된 복수의 전극(3)이 설치되었다. 전극과 유리 다중층 배선기판 또는 보드(30)를 전기적으로 접속하게 되는 이방성의 도전 고무시트(20)가 멤브레인 링(10)상에 포개지거나 위에 놓인다. 게다가, 유리 다중층 배선 보드(30)는 이방성 도전 고무시트(20)상에 포개지거나 놓인다. 그 이후에, 프린트 보드(50)는 유리 다중층 배선보드(30)상에 배치된다. 따라서, 웨이퍼 일괄 검사 콘택 보드(60)가 얻어졌다.
상술한 유리 다중층 배선 보드(30)는 다중층 구조의 복수의 배선층(예컨대, Cr/Cu/Ni, 또는 Cr/Cu/Ni/Au) 및 복수의 절연층(예컨대, 폴리이미드)이, 예컨대 일본 특허 공개 제2000-39451호에 개시된 방식으로 교대로 적층된 절연 기판으로서 유리 기판을 포함한다. 배선층들의 모든 인접하는 층들은 인접하는 배선층들 사이의 절연층에 형성된 콘택홀에서 서로 전기적으로 접속된다.
범프 콘택의 내구성 평가
다음으로, 내구성 검사가 각각의 실시예와 비교예의 콘택 부품을 가지는 콘택 보드에 대하여 수행되었다.
내구성 검사는 이하의 방식으로 행해졌다. 복수의 Al 전극을 가지는 반도체 장치가 설치된 실리콘 웨이퍼(40)의 준비가 이루어졌다. 콘택 보드를 사용하여, 실리콘 웨이퍼(40) 상의 Al 전극은 범프 콘택(2)과 반복하여 접촉되었다. 그리고나서, 범프 콘택(2)의 형상과 크기는 현미경에 의해 관찰되었다. 콘택 동작의 회수는 5000회이었다. 콘택 조건은 10g/pin(범프당 10g의 하중)이었다.
각각의 실시예 1 내지 5의 콘택 부품을 가지는 콘택 보드에 있어서, 실질적인 변형이나 마모가 5000회의 콘택 동작후에도 관찰되지 않았다. 2,000,000회의 콘택 동작이후에도, 변형은 대략 2㎛ 정도로 작았다. 다른 한편, 비교예 2의 콘택 부품을 사용하는 콘택 보드에서, 범프 콘택은 5000회의 콘택 동작 이후에 대략 20㎛ 정도 변형되거나 마모되었다. 이것은 경도가 낮기 때문이었다. 비교예 1의 콘택 부품을 사용하는 콘택 보드에 있어서, 범프 콘택에 이미 존재하는 크랙 및 범프 콘택의 높은 응력에 기인하여, 범프 콘택의 파손 및 이탈이 관찰되었다. 상술한 결과는 내구성으로서 표 1에 나타낸다.
실시예 6에서, 유리 다중층 배선 보드를 사용하여 콘택보드가 준비되었다. 그것에만 한정되는 것은 아니며, 절연 기판의 대향 표면상에 각각 형성되고, 절연 기판을 관통하는 스루홀에 형성된 도전성 부재를 통하여 서로 전기적으로 접속된 배선층이 설치된, 유리 기판과 같은 절연 기판을 포함하는 양면 배선보드가 이용될 수도 있다. 양면 배선 보드는 절연층을 통하여 적층된 복수의 배선층을 가지는 다중층 양면 배선보드일 수 있다.
본 발명에 따르는 콘택 부품은 상술한 웨이퍼 일괄 검사를 위한 번인 보드뿐만 아니라, CSP(Chip Size Package) 검사, 원칩 번인테스트용 테이프 캐리어, 번인 프로브 카드, 멤브레인 프로브 카드 등에도 사용된다.

Claims (9)

  1. 타겟부분과 접촉하도록 되어 있으며 도금에 의해 형성된 프로브 콘택을 가지는 콘택 부품으로서,
    상기 프로브 콘택은 10nm 이상이며, 40nm 이하의 결정 입자 크기를 가지는 다결정성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 콘택 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 콘택은 비커스 경도 450Hv 및 950Hv 사이의 경도와, 30kg/mm2 이하의 응력을 가지는 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 콘택 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    절연 기판,
    절연기판의 하나의 표면 상에 형성된 도전성 회로, 및
    절연기판의 다른 표면 상에 형성되고 도전성 재료로 만들어진 프로브 콘택을 포함하며,
    상기 도전성 회로와 프로브 콘택은 절연기판을 관통하는 스루홀내에서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 콘택 부품.
  4. 반도체 장치를 검사하는데 사용하는 검사기구로서,
    제1항에 기재된 콘택 부품; 및
    절연 기판 상에 형성된 배선층이 설치된 절연 기판을 구비하는 배선기판을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 검사기구.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배선기판은 절연 기판의 대향 표면에 각각 형성된 (제1 및 제2) 배선층이 설치된 양면 배선 기판이고, 상기 (제1 및 제2) 배선층은 절연기판을 관통하는 스루홀에서 서로 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 검사기구.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 배선 기판은 각각 다중층 구조를 가지는 복수의 배선층과 복수의 절연층이 절연 기판 상에 교대로 적층된 다중층 배선 기판이며, 상기 배선층의 모든 인접하는 층들은 인접하는 배선층들 사이의 절연층에 형성된 콘택홀에서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 검사기구.
  7. 제3항에 기재된 콘택 부품을 제조하는 방법에 있어서,
    도전성 회로로 되도록 절연기판의 하나의 표면상에 형성된 도전성 금속막이 설치된 절연기판을 준비하는 단계;
    소정의 위치에서 절연기판내에 스루홀을 형성하는 단계; 및
    도전성 금속막에 도금 전극 중 하나를 접속하고, 절연기판을 도금 용액에 담그며, 전해 도금을 수행함으로써, 도전성 금속막에 전기적으로 접속된 프로브 콘택을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 콘택 부품의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도금 용액에서 용해가능하고 도금 용액에 첨가된 유기물질의 양이 조정되어 프로브 콘택 내의 탄소 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 콘택 부품의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전해 도금은 1A/dm2 이상이고, 60A/dm2 이하인 도금 전류 밀도로 수행되는 것을 특징으로 하는 콘택 부품의 제조방법.
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