KR20180000598A - 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀 및 그 제조방법 - Google Patents

탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 내마모성을 가지면서도 반도체 소자의 물질과 이형성을 증가시켜 사용 수명을 증대할 수 있는 반도체 검사 장치용 프로브 핀으로서 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있는 표면부에 질소가 함유된 비정질 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 제공한다.

Description

탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀 및 그 제조방법{Probe pin coated with carbon layer for semiconductor test device and method of fabricating the same}
본 발명은 프로브 핀 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 반도체 검사 장치용 프로브 핀 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 전기적 특성 검사를 위해서는 반도체 소자와 테스터(tester)간에 전기적 연결이 원활하게 이루어져야 한다. 통상 반도체 소자와 테스터의 연결을 위한 검사 장치는 소켓 보드, 프로브 카드 및 커넥터 등이 있다. 반도체 소자가 반도체 패키지 형태인 경우에는 소켓 보드를 사용하고, 반도체 소자가 반도체 칩 상태인 경우에는 프로브 카드를 사용하며, 일부 개별소자(discrete device)에서는 커넥터를 반도체 소자와 테스터를 연결하는 검사 장치로 이용하기도 한다. 소켓 보드, 프로브 카드 또는 커넥터와 같은 검사 장치의 역할은, 반도체 소자의 단자와 테스터를 서로 연결시켜 전기적인 신호가 양방향으로 교환 가능하도록 하는 것이다. 이를 위하여 검사 장치 내부에 사용되는 접촉 수단이 프로브 핀이다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 제10-2011-0126366호(2011.11.23. 공개, 발명의 명칭 : 반도체 검사용 프로브 핀)가 있다.
본 발명은 높은 내마모성을 가지면서도 반도체 소자의 물질과 이형성을 증가시켜 사용 수명을 증대할 수 있는 반도체 검사 장치용 프로브 핀 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 제공한다. 상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀은 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있으며 면부에 질소가 함유된 비정질 탄소막이 코팅된다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀에서, 상기 표면부는 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재의 표면을 포함하고, 상기 표면부와 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막 사이에 개재된 니켈 도금층 및 상기 니켈 도금층 상에 형성된 금 도금층을 더 포함할 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀은 상기 표면부와 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막 사이에 개재된 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층을 더 포함할 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀에서, 상기 밀착층은 상기 표면부 상에 직접 서로 맞닿아 배치될 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀에서, 상기 표면부는 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재의 표면을 포함하고, 상기 표면부와 상기 밀착층 사이에 개재된 니켈 도금층 및 상기 니켈 도금층 상에 형성된 금 도금층을 더 포함할 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀은, 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막과 상기 밀착층 사이에 개재되며, 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층을 더 포함할 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀에서, 상기 혼합층은 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제 1 물질층 및 탄소를 포함하는 제 2 물질층으로 구성된 적어도 하나 이상의 단위적층체를 포함할 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀에서, 상기 혼합층은 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 균일 분포된 하나의 단일층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법을 제공한다. 상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법은 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있는 프로브 핀의 표면부에 형성된 오염물 내지 산화물을 제거하기 위하여 불활성가스의 이온빔 처리를 수행하는 단계, 상기 표면부 상에 스퍼터링 방법으로 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층을 형성하는 단계, 상기 밀착층 상에 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층을 형성하는 단계 및 상기 혼합층 상에 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 형성된 질소가 함유된 비정질 탄소막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법에서, 상기 혼합층을 형성하는 단계는, 스퍼터링 방법으로 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제 1 물질층을 형성하는 단계; 및 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 형성된 탄소를 포함하는 제 2 물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 단위 사이클을 적어도 한 번 이상 수행함으로써 구현될 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법에서, 상기 혼합층을 형성하는 단계는 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 균일 분포된 하나의 단일층을 형성하되, 상기 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나는 스퍼터링 방법으로 구현되고 상기 탄소는 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 구현될 수 있다.
상기 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법에서, 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력은 상기 혼합층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력 이하이며, 상기 혼합층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력은 상기 밀착층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력 이하이며, 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력은 상기 밀착층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력 보다 낮을 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 높은 내마모성을 가지면서도 반도체 소자의 물질과 이형성을 증가시켜 사용 수명을 증대할 수 있는 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 제공할 수 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 이용하여 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 개념적인 구성을 도해한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 구성하는 물질층들을 개요적으로 도해한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법을 수행하는 장치의 구성을 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예와 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 강도를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 비교예와 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 다양한 조건에서 테스트 한 후의 접촉표면부를 촬영한 사진들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
명세서 전체에 걸쳐서, 층 또는 영역과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다.
도 1은 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 이용하여 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하는 개념적인 구성을 도해한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)은 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있다. 반도체 소자의 단자는 단자패드(240)와 솔더(220)를 포함할 수 있다. 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)은 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있는 상단 부재(110)와 상단 부재(110)의 움직임을 가이드하는 하단 부재(120)를 포함할 수 있다. 상단 부재(110)의 일단에는 반도체 소자의 단자와 직접 접촉할 수 있는 접촉탐침부가 형성되며 상단 부재(110)의 타단에는 별도의 구조체(130)가 연결되어 배치될 수 있다. 구조체(130)는, 예를 들어, 탄성 부재 또는 플런저 등을 포함할 수 있으나, 이에 의하여, 본 발명의 실시예를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)은 반도체 소자가 반도체 패키지 형태인 경우에는 소켓 보드에 구비되는 프로브 핀일 수 있으며, 반도체 소자가 반도체 칩 형태인 경우에는 프로브 카드에 구비되는 프로브 핀일 수 있으며, 반도체 소자가 일부 개별소자(discrete device) 형태인 경우에는 커넥터에 구비되는 프로브 핀일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)은 표면부의 적어도 일부에 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)이 코팅될 수 있다. 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)이 코팅되는 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)의 적어도 일부는 반도체 소자와 직접 접촉할 수 있는 상단 부재(110)의 표면부를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 솔더(220)와 직접 접촉하는 접촉탐침부의 표면부를 포함할 수 있다. 물론, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)에서는 상단 부재(110)의 적어도 일부 뿐만 아니라 하단 부재(120)의 적어도 일부 상에도 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)이 코팅될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)에서, 상술한 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)은 질소가 함유된 ta-C(tetrahedral amorphous carbon)막을 포함할 수 있다.
우선, ta-C막은 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 형성되며, sp3 결합의 비율이 상대적으로 높은 비정질 탄소계 경질 박막이다. 비정질 탄소는 sp2 결합으로만 이루어진 그라파이트(graphite)와 sp3 결합으로만 이루어진 다이아몬드 등이 있다. 예를 들어, DC 마그네트론 스퍼터나 이온 어시스트 CVD에 의해 생성되는 탄소막은 수소를 포함하고 있으므로 sp3 결합의 비율은 상대적으로 낮아진다. 이와 달리, FCVA 방법에 의해 생성되는 ta-C(tetrahedral amorphous carbon)막은 수소를 포함하지 않고 탄소만으로 구성되고 sp3 결합의 비율이 상대적으로 높다(60% 이상). 그러나, ta-C막은 상대적으로 높은 내부응력(8~10 GPa)으로 모재와의 밀착성을 확보하기가 어려워 사용 수명이 상대적으로 낮은 단점을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 비정질 탄소막을 형성함에 있어서 질소를 첨가함으로써 질소가 함유된 비정질 탄소막(ta-C:N)을 구현할 수 있다. 질소가 함유된 비정질 탄소막은 질소 첨가에 따라 상대적으로 낮은 내부응력(1~3 GPa)을 가지므로 모재와의 밀착성을 확보하여 내구성이 개선되는 효과를 확보할 수 있음을 확인하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 구성하는 물질층들을 개요적으로 도해한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀은 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재(111), 금 도금층(112), 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층(113), 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층(114) 및 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)으로 이루어질 수 있다. 금 도금층(112)은 전기 전도성이 우수한 장점이 있으며, 금 도금층(112)과 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재(111) 사이의 밀착력과 경도를 부여하기 위하여 니켈(Ni) 도금층이 개재될 수 있다.
한편, 반도체 소자의 솔더부와 접촉 시 전기 전도도를 확보하고 내마모성, 이형성, 내소착성 및 내구성을 증가시키기 위하여 최외각 코팅층으로 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)에 제공된다. 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)과 금 도금층(112) 사이의 밀착력을 향상시키고 전기 전도도를 증가시키기 위하여 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층(113) 및 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층(114)을 더 개재할 수 있다.
티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층(114)은 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층(113)과 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)의 접합력을 더욱 개선하기 위하여 제공될 수 있으며, 다양한 형태의 구성으로 구현될 수 있다.
밀착층(113)의 일 예로, 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층(114)은 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제 1 물질층 및 탄소를 포함하는 제 2 물질층으로 구성된 적어도 하나 이상의 단위적층체를 포함할 수 있다. 예컨대, 혼합층(114)은 티타늄을 포함하는 제 1 물질층과 탄소를 포함하는 제 2 물질층이 서로 교번 적층되는 단위적층체가 적어도 1 회 이상 반복되는 형태로 구현될 수 있다. 여기에서 제 2 물질층을 구성하는 탄소는 FCVA 방법에 의해 생성되는 ta-C(tetrahedral amorphous carbon)를 포함할 수 있다.
밀착층(113)의 다른 예로, 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층(114)은 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 균일 분포된 하나의 단일층을 포함할 수 있다. 예컨대, 혼합층(114)은 티타늄과 탄소가 단일층 내에 균일 분포되어 구현될 수 있다.
상술한 막들의 두께는, 예를 들어, 니켈(Ni) 도금층이 3㎛ 내지 5㎛, 금 도금층(112)이 50nm 내지 300nm, 밀착층(113)이 5nm 내지 100nm, 혼합층(114)이 수 nm 및 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)이 50nm 내지 500nm일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀은 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재(111), 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층(113), 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층(114) 및 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재(111)와 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층(113)은 직접 접촉하며 금 도금층(112)이 개재되지 않을 수 있다. 이는 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)이 충분한 전기 전도성을 확보할 수 있기 때문에 가능한 구성이며, 생산 단가를 효과적으로 절감하는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)의 전기 전도도(electrical conductivity)는 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 공정에서 첨가하는 질소의 유량에 따라 변동될 수 있다. 예를 들어, 질소의 유량이 0sccm에서 40sccm으로 증가됨에 따라 질소가 함유된 비정질 탄소막의 전기 저항(electrical resistance)은 3 kΩ에서 8 Ω으로 감소됨을 확인하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법을 수행하는 장치의 구성을 도해하는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법을 수행하기 위한 코팅 장치(300)는 이온빔 처리 장치(320), 스퍼터링 장치(330) 및 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 장치(340)가 배치되며, 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체가 실장될 수 있는 서셉터(310a 내지 310d)가 회전하면서 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체가 이온빔 처리 장치(320), 스퍼터링 장치(330) 및 FCVA 장치(340)를 순차적으로 거치도록 구성할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법은 서셉터(310b) 위치에 도달한 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체에 대하여 이온빔 처리 장치(320)를 이용하여 불활성가스의 이온빔 처리를 수행하는 단계(S100); 서셉터(310c) 위치에 도달한 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체에 대하여 마그네트론 스퍼터링 장치(330)를 이용하여 밀착층(113)을 형성하는 단계(S200); 서셉터(310c) 내지 서셉터(310d) 사이의 임의의 위치에 도달한 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체에 대하여 마그네트론 스퍼터링 장치(330) 및 FCVA 장치(340)를 이용하여 혼합층(114)을 형성하는 단계(S300); 및 서셉터(310d) 위치에 도달한 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체에 대하여 FCVA 장치(340)를 이용하여 질소가 함유된 비정질 탄소막(115)을 형성하는 단계(S400);를 포함할 수 있다.
불활성가스의 이온빔 처리를 수행하는 단계(S100)는, 예를 들어, 아르곤가스 분위기에서 챔버 내 압력이 5 x 10-4 torr 내지 1 x 10-3 torr 이며, 인가전압은 약 1500V, 인가전류는 100mA 의 조건에서 수행될 수 있으며, 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있는 프로브 핀의 표면부에 형성된 오염물 내지 산화물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
밀착층(113)을 형성하는 단계(S200)는, 예를 들어, 챔버 내 압력이 1.0 x 10-3 torr의 조건에서 수행될 수 있으며, 반도체 검사 장치용 프로브 핀(100)의 표면부 상에 스퍼터링 방법으로 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
질소가 함유된 비정질 탄소막(115)을 형성하는 단계(S400)는, 예를 들어, 1 sccm 내지 40sccm 유량의 질소가스를 첨가하여 챔버 내 질소 분위기 압력이 5 x 10-4 torr 이하로 설정된 상태에서, 덕트 바이어스 파워 서플라이(duct bias power supply, 348)의 전압이 1V 내지 30V 조건에서 수행될 수 있으며, 아크 방전 파워 서플라이(342)에 연결된 탄소 타겟(344)으로부터 발생된 탄소 플라즈마가 덕트(346)를 통하여 서셉터(310d) 위치에 도달함으로써 FCVA 공정이 수행될 수 있다. 덕트(346) 사이에는 절연체(345)가 개재될 수 있다.
혼합층(114)을 형성하는 단계(S300)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
일 예로, 혼합층(114)을 형성하는 단계(S300)는 서셉터(310c) 위치에 도달한 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체에 대하여 마그네트론 스퍼터링 장치(330)를 이용하여 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제 1 물질층을 형성하는 단계(S301) 및 서셉터(310d) 위치에 도달한 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체에 대하여 FCVA 장치(340)를 이용하여 탄소를 포함하는 제 2 물질층을 형성하는 단계(S302)를 순차적으로 진행할 수 있다. 필요에 따라서는, 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체가 실장된 서셉터를 계속 회전하면서 이와 같은 단위 사이클을 반복하여 수행할 수도 있다. 이렇게 형성된 밀착층(113)의 예로, 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층(114)은 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제 1 물질층 및 탄소를 포함하는 제 2 물질층으로 구성된 적어도 하나 이상의 단위적층체를 포함할 수 있다. 예컨대, 혼합층(114)은 티타늄을 포함하는 제 1 물질층과 탄소를 포함하는 제 2 물질층이 서로 교번 적층되는 단위적층체가 적어도 1 회 이상 반복되는 형태로 구현될 수 있다.
다른 예로, 혼합층(114)을 형성하는 단계(S300)는 서셉터(310c) 내지 서셉터(310d) 사이의 임의의 위치에 도달한 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체에 대하여 마그네트론 스퍼터링 장치(330) 및 FCVA 장치(340)를 동시에 이용하여 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 균일 분포된 하나의 단일층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이렇게 형성된 밀착층(113)에서는, 예를 들어, 티타늄과 탄소가 단일층 내에 균일 분포되어 구현될 수 있다. 또한, 서셉터(310c) 내지 서셉터(310d) 사이의 임의의 위치에 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체를 배치하되, 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체와 서셉터(310c) 사이의 이격거리와 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체와 서셉터(310d) 사이의 이격거리를 조절함으로써 혼합층(114) 내에서 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소의 상대적 농도를 조절할 수도 있다. 예컨대, 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체와 서셉터(310c) 사이의 이격거리가 프로브 핀(100)을 포함하는 구조체와 서셉터(310d) 사이의 이격거리 보다 더 크다면, 형성되는 혼합층(114) 내의 탄소의 농도가 티타늄이나 크롬의 농도 보다 더 높을 수 있다.
도 4는 본 발명의 비교예와 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 강도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀은 표면부에 질소가 함유된 비정질 탄소막(ta-C:N)이 코팅된 경우이며, 본 발명의 비교예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀은 질소가 함유되지 않은 비정질 탄소막(ta-C)이 코팅되거나 수소를 함유하는 비정질 탄소막(a-C:H)이 코팅되거나 금속이 도핑된 수소 함유 비정질 탄소막(a-C:H:Me)이 코팅되거나 니켈(Ni) 또는 금(Au)이 코팅된 경우이다.
본 발명의 비교예들 중에서 표면부에 질소가 함유되지 않은 비정질 탄소막(ta-C)이 코팅된 경우는 경도는 높으나 내부응력(5 내지 9 GPa)이 상대적으로 높아 코팅막 자체가 박리되는 현상이 발생되는 문제점이 발생할 수 있으며, 나머지의 경우들에서는 경도 자체가 낮아 코팅막으로 적절하지 않은 문제점이 수반된다.
이에 반하여 본 발명의 실시예에서는 경도도 확보하면서 상대적으로 낮은 내부응력(1~3 GPa)을 가지므로 모재와의 밀착성을 확보하여 내구성이 개선되는 효과를 확보할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 비교예와 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀을 다양한 조건에서 테스트 한 후의 접촉표면부를 촬영한 사진들이다.
먼저, 도 5의 (a)는 본 발명의 비교예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀으로서 표면부에 금(Au)이 코팅된 경우에 해당하며, 전기전도성은 만족하지만 사용수명이 10k 내지 15k에서 마모가 발생됨을 확인할 수 있다. 또한, 솔더의 주석 이물이 과다하게 융착되어 이형성이 부족함을 확인할 수 있다.
도 5의 (b)는 본 발명의 비교예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀으로서 표면부에 금속이 도핑된 수소 함유 비정질 탄소막(a-C:H:Me)이 코팅된 경우에 해당하며, 전기전도성은 만족하며, 사용수명이 40k 까지 개선됨을 확인할 수 있다. 다만, 솔더의 주석 이물이 융착되어 이형성이 부족함을 확인할 수 있다.
도 5의 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀으로서 표면부에 질소 함유 비정질 탄소막(ta-C:N)이 코팅된 경우에 해당하며, 전기전도성은 만족하며, 사용수명도 50k 까지 개선됨을 확인할 수 있다. 또한, 솔더의 주석 이물 융착이 개선되고 이물 크기도 감소되어 내소착성과 이형성이 개선됨을 확인할 수 있다.
도 6의 (a)는 본 발명의 비교예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀으로서 표면부에 질소가 함유되지 않은 비정질 탄소막(ta-C)이 코팅된 경우에 해당하며, 높은 내부응력(8 내지 10 GPa)으로 코팅막 자체가 모재와의 밀착성을 확보하지 못하여 4k 사용 중에 코팅막이 박리되는 현상이 발생함을 확인할 수 있다.
도 6의 (b)는 본 발명의 비교예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀으로서 표면부에 크롬이 함유된 비정질 탄소막(ta-C + Cr)이 코팅된 경우에 해당하며, 내부응력(2 내지 3 GPa) 개선으로 인하여 코팅막의 수명이 40k 까지 증대됨을 확인하였다.
도 6의 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 검사 장치용 프로브 핀으로서 표면부에 질소 함유 비정질 탄소막(ta-C:N)이 코팅된 경우에 해당하며, 질소 첨가에 따른 내부응력(1 내지 3 GPa)이 개선되고 내구성이 100k 까지 개선됨을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 반도체 검사 장치용 프로브 핀
110 : 상단 부재
111 : 모재
112 : 금 도금층
113 : 밀착층
114 : 혼합층
115 : 질소가 함유된 비정질 탄소막
220 : 솔더
310 : 서셉터
320 : 이온빔 처리 장치
330 : 스퍼터링 장치
340 : FCVA 장치

Claims (12)

  1. 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있는 프로브 핀의 표면부에 질소가 함유된 비정질 탄소막이 코팅된, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면부는 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재의 표면을 포함하고,
    상기 표면부와 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막 사이에 개재된 니켈 도금층; 및 상기 니켈 도금층 상에 형성된 금 도금층;을 더 포함하는,
    탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면부와 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막 사이에 개재된 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층을 더 포함하는, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 표면부는 베릴륨동(Cu-Be)을 재질로 하는 모재의 표면을 포함하고,
    상기 표면부와 상기 밀착층 사이에 개재된 니켈 도금층; 및 상기 니켈 도금층 상에 형성된 금 도금층;을 더 포함하는,
    탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 밀착층은 상기 표면부 상에 직접 서로 맞닿아 배치된, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 질소가 함유된 비정질 탄소막과 상기 밀착층 사이에 개재되며, 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층을 더 포함하는, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 혼합층은 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제 1 물질층 및 탄소를 포함하는 제 2 물질층으로 구성된 적어도 하나 이상의 단위적층체를 포함하는, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 혼합층은 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 균일 분포된 하나의 단일층을 포함하는, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀.
  9. 반도체 소자의 단자와 접촉할 수 있는 프로브 핀의 표면부에 형성된 오염물 내지 산화물을 제거하기 위하여 불활성가스의 이온빔 처리를 수행하는 단계;
    상기 표면부 상에 스퍼터링 방법으로 티타늄 또는 크롬을 포함하는 밀착층을 형성하는 단계;
    상기 밀착층 상에 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 혼합되어 형성된 혼합층을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합층 상에 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 형성된 질소가 함유된 비정질 탄소막을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합층을 형성하는 단계는, 스퍼터링 방법으로 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제 1 물질층을 형성하는 단계; 및 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 형성된 탄소를 포함하는 제 2 물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 단위 사이클을 적어도 한 번 이상 수행함으로써 구현되는, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합층을 형성하는 단계는 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나와 탄소가 균일 분포된 하나의 단일층을 형성하되, 상기 티타늄 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나는 스퍼터링 방법으로 구현되고 상기 탄소는 FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc) 방법으로 구현된, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 질소가 함유된 비정질 탄소막을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력은 상기 혼합층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력 이하이며, 상기 혼합층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력은 상기 밀착층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력 이하이며, 상기 질소가 함유된 비정질 탄소막을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력은 상기 밀착층을 형성하는 단계를 수행하는 챔버 내 압력 보다 낮은, 탄소막이 코팅된 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 제조방법.
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