KR100451627B1 - 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 전체적인 프로브 구조물의 제조과정을 일련의 반도체 공정을 통해 정교하게 제어하고, 이를 통해, 최종 완성된 프로브 구조물이 예컨대, "구조적인 고밀도화", "구조물의 크기, 높이, 간격의 균일화", "각 구성물의 일체화" 등의 요건을 충분히 갖출 수 있도록 한다.

이 경우, 프로브 구조물의 기능이 극대화되기 때문에, 프로브를 생산하는 과정에서의 문제점, 예컨대, "프로브 구조물의 제조시간이 필요 이상으로 소요되던 문제점", "프로브 구조물의 구조를 정밀하게 조절하기가 어려웠던 문제점", "전체적인 제조 공정이 복잡했던 문제점", "최종 완성된 제품의 기계적인 강도가 불안정 했던 문제점", "다수의 프로브 구조물을 균일하게 조립하기 어려웠던 문제점" 등이 손쉽게 해결될 수 있게 되며, 또한 프로브 구조물을 실질적인 반도체 소자 생산라인의 테스트 과정에 투입했을 때의 문제점, 예컨대, "반도체 소자 테스트 과정이 소규모로 진행되던 문제점", "반도체 소자 테스트 시간이 지연되던 문제점", "반도체 소자와 프로브 구조물의 접촉력 확보가 어려웠던 문제점", "반도체 소자의 테스트 패드를 특수하게 디자인하여야 했던 문제점" 등이 손쉽게 해결될 수 있게 된다.

Description

반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 및 그 제조방법{Prove apparatus for testing a semiconductor device and method for fabricating the same}

본 발명은 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 전체적인 장치의 제조과정을 일련의 반도체 공정을 통해 정교하게 제어하고, 이를 통해, 최종 완성된 장치가 예컨대, "구조적인 고밀도화", "구조물의 크기, 높이, 간격의 균일화", "각 구성물의 일체화" 등의 요건을 충분히 갖출 수 있도록 함으로써, 전체적인 반도체 소자 테스트 과정의 운영효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 이러한 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물의 제조방법에 관한 것이다.

통상, 메모리 등의 반도체 소자를 제조하는 생산라인에서는 본격적인 패키징 공정(Packaging process)이 진행되기 이전에, 웨이퍼에 형성된 반도체 소자를 테스트하는 과정을 진행한다. 이 경우, 생산라인에서는 해당 반도체 소자의 양품 분별을 정확히 하기 위해, 여러개의 니들로 구성된 프로브 구조물(Probe apparatus)을 테스트 장비에 탑재시켜, 해당 반도체 소자를 대상으로, 일련의 전기적인 양품 분별 테스트 과정을 진행함으로써, 예측하지 못한 반도체 공정의 오류로 인한 불량품을 미리 선별하고 있다.

이때, 앞의 프로브 구조물은 테스트 대상 반도체 소자와 접촉된 상태에서, 외부 테스트 장비로부터 출력되는 테스트 신호를 반도체 소자로 전달하거나, 반도체 소자로부터 출력되는 결과신호를 외부 테스트 장비로 전달하는 역할을 수행한다.

이와 같이, 종래의 프로브 구조물은 테스트 대상 반도체 소자와 외부 테스트 장비를 매개시키는 역할을 수행하기 때문에, 프로브 구조물의 특성은 전체적인 "반도체 소자 테스트 과정"의 신뢰성 여부에 매우 중요한 변수로 작용하는 것이 일반적이며, 이에 따라, 종래의 생산라인에서는 프로브 구조물의 기능이 좀더 향상될 수 있도록 다양한 방면의 연구를 심도 있게 진행하고 있다.

예컨대, 미국특허공보 제 4,563,640 호 "고정 프로브 보드(Fixed probe board)", 미국특허공보 제 5,070,297 호 "웨이퍼 집적회로 테스트 장치(Full waferintegrated circuit testing device)", 미국특허공보 제 5,172,050 호 "미세가공 반도체 프로브 카드(Micromachined semiconductor probe card)", 미국특허공보 제 6,072,321 호 "반도체 소자용 미세가공 실리콘 프로브 카드 및 그 제조방법(Micromachined silicon probe card for semiconductor device and method of fabrication), 미국특허공보 제 5,475,318 호 "마이크로 프로브(Microprobe)" 등에는 이러한 종래의 프로브 구조물에 대한 연구가 상세하게 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 연구를 바탕으로 한 프로브 구조물들은 아직도 많은 문제점들을 내포하고 있는 실정이다.

예컨대, 상술한 제 4,563,640 호 특허에 제시된 금속 니들(Metal needle)을 이용한 프로브 카드의 경우, 여러 개의 니들들을 수작업으로 조립하는 기술을 개시하고 있는 바, 이 특허의 경우, 기본적으로 각 니들들이 수작업에 의존하여 조립되기 때문에, 니들의 조립시간, 니들의 조립비용이 필요 이상으로 소요되는 심각한 문제점을 어쩔 수 없이 감수할 수밖에 없으며, 이와 아울러, 니들의 위치나 높이를 정밀하게 조절하기가 어려운 문제점 또한 감수할 수밖에 없게 된다. 이 경우, 작업자는 테스트 도중, 수시로 니들의 위치나 높이를 재조정하여야 하는 불편함을 감수하여야 한다.

더욱이, 이 특허의 경우, 다수의 니들들을 집적하기가 매우 어려운 문제점을 기본적으로 내포하고 있기 때문에, 이 특허가 실시되는 경우, 작업자는 어쩔 수 없이, 소규모 단위로 일련의 반도체 소자 테스트 과정을 진행할 수밖에 없으며, 이로 인해, 수많은 반도체 소자가 집적된 웨이퍼 전체를 테스트하는데 필요 이상의 긴시간이 필요한 심각한 문제점을 감수할 수밖에 없게 된다.

실제로, 반도체 소자 생산라인에서는 한 번에 수 십장 이상씩 생산되는 웨이퍼들을 대상으로, 일련의 테스트 과정을 진행하기 위해, 다수의 테스트 장비를 사용할 수밖에 없는 불편함을 감수하고 있는 실정이다.

다른 예로, 상술한 제 5,070,297 호 특허의 경우, 신축성이 있는 폴리이미드 위에 금속 재질의 프로브 팁을 구현한 기술을 제시하고 있는 바, 이 특허가 실시되는 경우, 작업자는 앞의 제 4,563,640 호 특허가 실시되는 경우에 비해, 집적화가 비교적 용이하게 달성되는 효과를 손쉽게 획득할 수 있지만, 이 특허의 경우, 본질적으로, 폴리이미드 막의 잔류응력을 조절하기가 어렵다는 문제점, 금속 프로브 팁의 기계적 성질을 조절하기가 어렵다는 문제점 등을 내포하고 있기 때문에, 앞의 장점에도 불구하고, 이 특허의 개시 내용은 실제 반도체 소자가 집적된 웨이퍼를 테스트하는 과정에 손쉽게 이용할 수 없다.

또 다른 예로, 상술한 제 5,172,050 호 특허의 경우, 단결정실리콘을 몸체 미세가공(Bulk micromachining) 기술에 의해 가공하여, 일련의 프로브 빔(Probe beam)을 형성하고, 이 프로브 빔의 일부에 금속재질의 프로브 팁을 장착하는 기술을 제시하고 있는 바, 이 특허의 경우, 종래의 기술로, 프로브 빔을 몸체 미세가공하기가 쉽지 않다는 기본적인 문제점을 안고 있을 뿐만 아니라, 프로브 빔 형성 후에, 별도로 프로브 팁을 장착하여야 하기 때문에, 전체적인 공정이 복잡해지고, 프로브 팁의 기계적인 안정성을 장시간 유지시키기 힘든 또 다른 문제점을 안고 있다. 더욱이, 이 특허의 경우, 측정하고자 하는 테스트 대상 반도체 소자의 테스트패드를 프로브 빔 및 프로브 팁의 형상에 맞추어 특수하게 디자인하여야 하는 심각한 문제점 또한 안고 있다.

또 다른 예로, 상술한 제 6,072,321 호 특허의 경우, 멤브레인 형태의 프로브 구조 상에 실리콘/금속 박막 프로브 팁을 구현한 기술을 제시하고 있는 바, 이 특허가 실시되는 경우, 앞의 특허들에 비해, 프로브 팁의 기계적인 안정성이 비교적 용이하게 달성되는 효과를 획득할 수 있지만, 이 특허의 경우, 기본적으로, "프로브 팁"과 "반도체 소자의 테스트 패드"를 테스트 진행이 가능한 크기로 충분하게 접촉시킬 수 있는 별도의 수단이 전혀 구비되어 있지 않기 때문에, 어쩔 수 없이, 멤브레인의 뒷면에 프로브 팁을 가압하기 위한 별도의 유체를 유입시키고, 이 유체의 압력을 제어하여야 하는 불편함을 감수할 수밖에 없으며, 이에 따라, 앞의 장점에도 불구하고, 이 특허의 개시 내용은 실제 테스트 과정에 손쉽게 이용할 수 없다.

또 다른 예로, 상술한 제 5,475,318 호 특허의 경우, 알루미늄/실리콘 이중막 구조의 프로브 구조물 내에 다결정실리콘으로 이루어진 히터를 집적화하고, 이 히터의 가열과정에 의해 프로브 구조물을 변형시켜, 반도체 소자와 프로브 구조물을 접촉시키는 기술을 제시하고 있는 바, 이 특허의 경우, 종래의 기술로는 프로브 빔, 프로브 팁, 히터 등을 한꺼번에 제작하는 것이 쉽지 않다는 기본적인 문제점을 내포하고 있을 뿐만 아니라, 프로브 구조물이 박막 상태로 증착되기 때문에, 이 프로브 구조물이 잔류 응력이나, 응력구배의 영향을 쉽게 받음으로써, 기계적인 안정성을 장시간 유지할 수 없는 문제점을 내포하고 있으며, 또한, 반도체 소자와 인터페이스하기 위한 신호라인 이외에, 히터를 구동시키기 위한 신호라인을 별도로 형성시켜야 함으로써, 전체적인 주변 회로가 매우 복잡해지는 문제점을 내포하고 있다.

이러한 여러 가지 문제점들 때문에, 종래의 경우, 앞서 언급한 다양한 연구 진행에도 불구하고, 프로브 구조물의 기능 향상을 위한 뚜렷한 대응 방안을 마련하지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 전체적인 프로브 구조물의 제조과정을 일련의 반도체 공정을 통해 정교하게 제어함으로써, 종래의 "프로브 구조물의 제조시간이 필요 이상으로 소요되던 문제점", "다수 프로브 구조물들의 구조를 정밀하게 조절하기가 어려웠던 문제점" 등을 손쉽게 해결시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 프로브 구조물의 전체적인 제조과정이 일련의 단일 기판을 기반으로 진행될 수 있도록 함으로써, 프로브 구조물 조립시 야기되던 "구조물의 크기, 높이, 간격의 불균일화"를 손쉽게 해결시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 프로브 구조물의 구조를 고밀도화 함으로써, 종래의 "반도체 소자 테스트 과정이 소규모로 진행되던 문제점", "반도체 소자의 테스트 패드를 특수하게 디자인하여야 했던 문제점", "반도체 소자 테스트 시간이 지연되던 문제점" 등을 손쉽게 해결시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 프로브 구조물을 집적화 함으로써, "프로브 구조물의 크기, 높이, 간결의 불균일화로 인하여, 반도체 소자와 프로브 구조물의 접촉력 확보가 어려웠던 문제점"을 손쉽게 해결시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 프로브 구조물의 전체적인 구조를 일체화시킴으로써, 공정의 단순화를 유도함과 아울러, 최종 완성된 프로브 구조물의 기계적인 특성을 안정화시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물을 도시한 예시도.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ을 절취하여 도시한 예시도.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명에 따른 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정도.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물을 확대하여 촬영한 전자 현미경 사진.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 베이스 기판(Base substrate)과, 이 베이스 기판과 일체를 이루는 돌출턱부와, 이 돌출턱부의 일측으로 분기된 다수개의 프로브 빔(Probe beam)들과, 이 프로브 빔의 단부에 장착된 프로브 팁(Probe tip)들의 조합으로 이루어진 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물을 개시한다.

이때, 돌출턱부는 베이스 기판의 표면 상측으로 돌출된 상태에서, 베이스 기판의 표면을 따라 길게 연장된 구조를 이루며, 프로브 빔은 베이스 기판의 표면으로부터 플로팅(Floating)된 상태에서, 앞의 돌출턱부와 다른 방향으로 베이스 기판의 표면을 따라 길게 연장된 막대기 구조를 이루고, 프로브 팁은 표면에 수직한 방향으로 돌출된 상태에서, 테스트 대상 반도체 소자의 테스트 패드들과 물리적·전기적으로 직접 접촉되는 구조를 이룬다.

이러한 본 발명에서는 전체적인 프로브 구조물의 제조과정을 일련의 반도체 공정을 통해 정교하게 제어하고, 이를 통해, 최종 완성된 프로브 구조물이 예컨대,"구조적인 고밀도화", "구조물의 크기, 높이, 간격의 균일화", "각 구성물의 일체화" 등의 요건을 충분히 갖출 수 있도록 함으로써, 종래의 프로브를 생산하는 과정에서의 문제점, 예컨대, "프로브 구조물의 제조시간이 필요 이상으로 소요되던 문제점", "프로브 구조물의 구조를 정밀하게 조절하기가 어려웠던 문제점", "전체적인 제조 공정이 복잡했던 문제점", "최종 완성된 제품의 기계적인 강도가 불안정 했던 문제점", "다수의 프로브 구조물을 균일하게 조립하기 어려웠던 문제점" 등을 손쉽게 해결시킬 수 있게 되며, 또한 프로브 구조물을 "실질적인 반도체 소자 생산라인의 테스트 과정"에 투입했을 때의 문제점, 예컨대, "반도체 소자 테스트 과정이 소규모로 진행되던 문제점", "반도체 소자 테스트 시간이 지연되던 문제점", "반도체 소자와 프로브 구조물의 접촉력 확보가 어려웠던 문제점", "반도체 소자의 테스트 패드를 특수하게 디자인하여야 했던 문제점" 등을 손쉽게 해결시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 및 그 제조방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물(10)은 베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2), 프로브 팁(3)의 조합으로 이루어진다.

이때, 돌출턱부(4)는 베이스 기판(1)과 일체를 이룬 상태에서, 베이스 기판표면(1a)의 상측으로 일정 각도 경사져 돌출된 구조를 이루며, 이 상태에서, 베이스 기판(1)의 일축 표면(1a), 예컨대, 종축 표면(1a)을 따라 길게 연장된 구조를이룬다.

여기서, 도면에 도시된 바와 같이, 앞의 프로브 빔(2)은 돌출턱부(4)와 일체를 이룬 상태에서, 이 돌출턱부(4)의 일측, 예컨대, 좌측으로 분기된 구조를 이루며, 이 상태에서, 베이스 기판(1)의 다른 일축 표면(1a), 예컨대, 횡축 표면(1a)을 따라, 막대형상으로 길게 연장된 구조를 이룬다.

이때, 앞서 언급한 바와 같이, 돌출턱부(4)는 베이스 기판 표면(1a)의 상측으로 약간 경사져 돌출된 구조를 이루고 있기 때문에, 이 돌출턱부(4)에서 분기되어 연장된 프로브 빔(2) 역시, 베이스 기판(1)의 표면과 예컨대, 간격 d만큼 이격된 구조를 이루게 되며, 결국, 프로브 빔(2)은 자신의 선단 전체가 베이스 기판(1)의 표면(1a)으로부터 플로팅된 구조를 이룬다.

이때, 상술한 프로브 팁(3)은 예컨대, 프로브 빔(2)과 일대일 대응된 상태에서, 이 프로브 빔(2)의 단부에 일체로 장착된 구조를 이루며, 이 상태에서, 베이스 기판(1)의 표면(1a)에 수직한 방향으로 돌출된 구조를 이룬다.

여기서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물(10)을 이루는 각 개별 구성요소들, 즉, 베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2) 및 프로브 팁(3)은 하나의 몸체로 일체화된 구조를 이룬다.

이와 같이, 본 발명의 프로브 구조물(10)을 이루는 각 구성요소들이 하나의 몸체로 일체화될 수 있는 이유는 뒤에 언급하는 바와 같이, 본 발명에서는 앞의 각 개별 구성요소들을 별도로 제조하는 것이 아니라, 하나의 단일 벌크기판(Bulk substrate)을 대상으로 하는 일련의 패터닝 과정을 통해, 해당 벌크기판이 순차적인 형상변형을 겪도록 하고, 이 형상변형 과정에 의해 벌크기판이 "베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2) 및 프로브 팁(3)"과 같은 개별 구성요소들의 모습을 자연스럽게 갖출 수 있도록 유도하기 때문이다.

이와 같이, 본 발명의 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물(10)을 이루는 개별 구성요소들, 즉, 베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2) 및 프로브 팁(3)이 단일 벌크기판을 모기판(Mother substrate)로, 순차적인 형성과정을 거쳐, 결국, 일체화된 구조를 이루는 경우, 이들은 모두 벌크기판과 동일한 재질로 형성된다.

이때, 본 발명에서는 벌크기판으로, 예컨대, 단결정 실리콘을 사용함으로써, 최종 완성되는 베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2) 및 프로브 팁(3)이 모두 단결정 실리콘 재질을 갖도록 한다.

다른 예로, 본 발명에서는 벌크기판으로, 예컨대, SOI(Silicon On Insulator) 또는 SOG(Silicon On Glass)를 사용함으로써, 최종 완성되는 베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2) 및 프로브 팁(3)이 앞의 예와 동일하게, 모두 단결정 실리콘 재질을 갖도록 한다.

이때, 본 발명에서는 벌크기판의 원재료로 사용되는 단결정 실리콘, SOI, SOG 등을 무작위로 선택하는 것이 아니라, 바람직하게, (111) 결정면을 갖는 단결정 실리콘, (111) 결정면을 갖는 SOI, (111) 결정면을 갖는 SOG를 벌크기판의 원재료로 선택한다.

이와 같이, 벌크기판의 원재료로 (111) 결정면을 갖는 단결정 실리콘, (111)결정면을 갖는 SOI, (111) 결정면을 갖는 SOG를 사용한다는 사실은 본 발명을 안정적으로 구현하는데 있어 매우 유효한 바, 이러한 기술내용이 전제되는 경우, 벌크기판을 대상으로, 예컨대, "베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2)" 등을 형성하기 위한 일련의 식각과정이 진행되더라도, <111> 방향으로는 일련의 식각과정이 진행되지 않게 되며, 결국, 본 발명에서는 원하는 구조물, 즉, "베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2)" 등의 두께를 매우 정밀하게 조절할 수 있는 효과를 손쉽게 획득할 수 있다. 이에 대한 기반 기술내용은 본 출원인이 기 출원한 한국특허공보 제 1999-79113 호 "(111) 단결정 실리콘을 이용한 마이크로머시닝 제조 방법", 미국특허공보 제 6150275 호 "(111) 단결정 실리콘을 이용한 마이크로메카니칼 시스템 제조방법(Micromechanical system fabrication method using (111) single crystalline silicon)" 등에 좀더 상세히 개시되어 있다.

한편, 본 발명의 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물(10)은 상술한 구성을 갖춘 상태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 테스트 대상 반도체 소자(100)와 일련의 전기적인 연결관계를 형성함으로써, 해당 반도체 소자(100)의 테스트 과정에 적절히 이용된다.

이때, 도면에 도시된 바와 같이, 프로브 빔 상(2)에 돌출 형성된 프로브 팁(3)은 테스트 대상 반도체 소자(100)의 테스트 패드들(101)과 물리적·전기적으로 직접 접촉된 구조를 이룸으로써, 본격적인 "반도체 소자 테스트 과정"이 진행될 수 있는 기반환경을 조성한다. 물론, 앞서 언급한 바와 같이, 프로브 팁(3)을 지지하고 있는 프로브 빔(2)은 베이스 기판(1)으로부터 예컨대, 간격 d만큼 플로팅된구조를 이루고 있다.

이 상태에서, 본 발명의 프로브 구조물(10)은 외부 테스트 장비(도시안됨)로부터 출력되는 테스트 신호를 반도체 소자(100)로 전달하거나, 반도체 소자(100)로부터 출력되는 결과신호를 외부 테스트 장비로 전달하는 역할을 수행함으로써, 일련의 "반도체 소자 테스트 과정"이 효과적으로 마무리될 수 있도록 한다.

이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물(10)의 제조방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물(10)의 제조과정은 크게, 벌크기판의 일측 표면, 예컨대, 테두리쪽 표면을 일정 깊이로 패터닝하여, 상술한 프로브 팁(3)을 형성하는 단계와, 이 프로브 팁(3)이 형성된 상태에서, 벌크기판의 양쪽 측면을 내측으로 패터닝하고, 이를 통해, "베이스 기판(1)", "베이스 기판(1)상에 플로팅된 상태로 고정된 다수의 프로브 빔(2)", "프로브 빔과 일체로 연결된 돌출턱부(4)"를 일괄적으로 형성하는 단계로 나뉜다.

먼저, 앞의 프로브 팁(3)을 형성하는 과정을 설명한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 예컨대, 단결정 실리콘 재질을 갖는 벌크기판(200)의 전면에 일련의 저압화학기상 증착공정을 진행시켜, 일정 두께의 절연막(21a), 예컨대, 실리콘 산화막을 증착시킨다. 물론, 앞의 벌크기판(200)은 단결정 실리콘 뿐만 아니라, SOI 또는 SOG 재질을 갖을 수 있으며, 이 경우, 단결정 실리콘, SOI, SOG 등은 앞서 언급한 바와 같이, 공히, (111) 결정면을 갖는다.

이 상태에서, 절연막(21a)의 상부에 식각 마스킹층으로 사용될 감광막(도시안됨)을 코팅하고, 예컨대, "프로브 팁(3)이 형성될 정해진 일부 영역"을 제외한 다른 영역에 대응되는 감광막을 그 아래의 절연막(21a)이 노출될 때까지 선택적으로 제거한다. 이에 따라, "프로브 팁이 형성될 정해진 일부 영역", 예컨대, 벌크기판(200)의 테두리 영역에 대응되는 절연막(21a) 상에만 감광막 패턴(31)이 잔류하게 된다.

그 다음에, 잔류하는 감광막 패턴(31)을 식각 마스킹층으로 활용하여, 노출된 영역의 절연막(21a)을 그 아래의 벌크기판(200)이 노출될 때까지 식각함으로써, 최종의 절연막 패턴(21)을 형성한다. 이러한 절연막 패턴(21) 형성과정이 마무리되면, 절연막 패턴(21) 위에 잔류하는 감광막 패턴(31)을 완전히 제거한다.

계속해서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 절연막 패턴(21)을 식각 마스킹층으로 활용하여, 벌크기판(200)의 노출된 부분(200a)을 일정 깊이까지 예컨대, 딥 실리콘 에칭(Deep silicon etching)으로 등방성식각 한다.

이러한 등방성식각 과정은 예컨대, t1 시점까지 진행되며, 이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 전체적인 식각과정이 벌크기판(200)의 종·횡으로 진행되기 때문에, 절연막 패턴(21)의 바로 밑에 존재하는 벌크기판(200)은 최종 형성될 프로브 팁(3)의 뾰족한 영역으로 자리잡게 된다.

이후, t1의 시점이 경과하면, 절연막 패턴(21)을 식각 마스킹층으로 활용하여, 벌크기판(200)의 노출된 부분을 일정 깊이까지 이방성식각 한다. 이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 전체적인 식각과정이 벌크기판(200)의 종방향으로만 진행되기 때문에, 뾰족한 영역의 바로 밑에 존재하는 벌크기판(200)은 최종 형성될 프로브 팁(3)의 본체를 형성하게 된다.

이러한 일련의 등방성식각 과정, 이방성식각 과정이 모두 마무리되고, 앞의 절연막 패턴(21)이 완전히 제거되면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 벌크기판(200)의 일측면, 예컨대, 테두리면에는 뾰족한 첨단을 갖는 프로브 팁(3)이 최종 형성된다.

다음으로, "베이스 기판(1)", "이 베이스 기판(1)상에 플로팅된 상태로 고정된 프로브 빔(2)", "이 프로브 빔(2)과 일체로 연결된 돌출턱부(4)"를 일괄적으로 형성하는 과정을 설명한다.

먼저, 도 3d에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(3)을 포함하는 벌크기판의 전면에, 예컨대, 저압화학기상 증착공정을 진행시켜, 일정 두께의 절연막(22a), 예컨대, 실리콘 산화막을 증착시킨다.

이 상태에서, 절연막(22a)의 상부에 식각 마스킹층으로 사용될 감광막(도시안됨)을 코팅하고, 예컨대, "프로브 빔(2)이 형성될 정해진 일부 영역"을 제외한 다른 영역에 대응되는 감광막을 그 아래의 절연막(22a)이 노출될 때까지 선택적으로 제거한다. 이에 따라, "프로브 빔(2)이 형성될 정해진 일부 영역" 예컨대, "벌크기판(200)의 양쪽 측면을 제외한 벌크기판(200)의 안쪽면"에 대응되는 절연막(22a) 상에만 감광막 패턴이 잔류하게 된다.

그 다음에, 잔류하는 감광막 패턴을 식각 마스킹층으로 활용하여, 노출된 영역의 절연막(22a)을 그 아래의 벌크기판(200)이 노출될 때까지 식각함으로써, 최종의 절연막 패턴(22)을 형성한다. 이러한 절연막 패턴(22)의 형성과정이 마무리되면, 절연막 패턴(22) 위에 잔류하는 감광막 패턴을 완전히 제거한다.

계속해서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 절연막 패턴(22)을 식각 마스킹층으로 활용하여, 벌크기판(200)의 노출된 부분(200b)을 일정 깊이, 예컨대, "최종 형성되는 프로브 빔(2)의 두께"에 해당하는 깊이만큼 딥 실리콘 에칭으로 이방성식각 한다.

이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 절연막 패턴(22)을 포함하는 벌크기판(200)의 전면에 저압화학기상 증착공정을 진행시켜, 일정 두께의 보호막(23), 예컨대, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 증착시킨다. 이 보호막(23)은 예컨대, 열산화 공정에 의해 형성되는 열산화막이어도 무방하다. 이러한 보호막(23)은 후술하는 "트랜치(Trench)의 형성을 위한 벌크기판(200)의 식각 단계"에서, 벌크기판(200) 측면부의 식각 손상을 미리 차단하는 역할을 수행한다.

이 상태에서, 도 3g에 도시된 바와 같이, 일련의 이방성식각공정을 진행시킴으로써, 기 존재하던 보호막(23) 아래의 절연막 패턴(22), 벌크기판(200) 등을 노출시킴과 아울러, 벌크기판(200)의 측면부에만 보호막(23)을 잔류시킨다.

계속해서, 도 3h에 도시된 바와 같이, 절연막 패턴(22)을 식각 마스킹층으로 활용하여, 벌크기판의 노출된 부분(200c)을 일정 깊이, 예컨대, "최종 형성될 프로브 빔(2)이 베이스 기판(1)으로부터 플로팅될 간격 d"에 해당하는 깊이만큼 딥 실리콘 에칭으로 이방성식각 한다.

그 다음에, 상술한 과정을 모두 완료한 벌크기판(200)을 습식식각 용액에 침지시킨다. 이 경우, 습식식각 용액은 벌크기판(200)의 결정방향에 따라 선택적인 식각률을 갖는 용액, 바람직하게, KOH 용액, TMAH 용액, NaOH 용액, EDP 용액 등과같은 알칼리성 용액이다.

이때, 앞서 언급한 바와 같이, 벌크기판(200)은 (111) 결정면을 갖고 있기 때문에, 벌크기판(200)이 습식식각 용액에 침지되어, 일련의 식각과정이 진행되더라도, 벌크기판(200)의 {100}면들, {110}면들로는 식각이 진행되지만, {111}면으로는 식각이 진행되지 않게 되며, 결국, 도 3i에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(3)의 아래면에 위치한 벌크기판(200)에는 예컨대, "벌크기판(200)의 내측으로 깊숙히 파여진" 트랜치(1d)가 형성된다. 이러한 트랜치(1d)의 형성으로 인해, 벌크기판(200)의 각 영역에는 "베이스 기판(1)", "이 베이스 기판상에 플로팅된 상태로 고정된 프로브 빔(2)", "이 프로브 빔(2)과 일체로 연결된 돌출턱부(4)"가 일괄적으로 정의된다.

여기서, 일련의 식각 공정 후에 잔류하는 {111}면들은 예컨대, [111] 방향에 대하여, 약간 기울어지기 때문에, 최종 형성되는 돌출턱부(4)는 약간 경사진 구조를 이루게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 개별 구성요소들, 즉, 베이스 기판(1), 돌출턱부(4), 프로브 빔(2) 및 프로브 팁(3)을 단일 벌크기판(200)을 모태로, 순차적으로 형성시켜, 각 개별 구성요소들이 일체화된 구조를 이루도록 유도하기 때문에, 본 발명에 의해 최종 완성되는 프로브 구조물은 박막의 잔류 응력, 응력 구배 등이 존재하지 않는 우수한 기계적 성질을 보유할 수 있다.

또한, 본 발명의 프로브 구조물(10)은 종래의 멤브레인 구조가 아니라, 마치, "종래의 니들구조를 미세화시킨 것"과 같은 형상을 이루기 때문에, 별도의 가압장치 없이도, 테스트 대상 반도체 소자(100)의 테스트 패드(101)와 충분한 접촉력을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 앞서 언급한 바와 같이, 프로브 팁(3) 및 프로브 빔(2)의 구조를 일련의 반도체 제조공정을 통해 고형상비로 구현하기 때문에, 작업자는 테스트 대상 반도체 소자(100)의 테스트 패드(101)를 별도로 디자인하지 않고서도, 일련의 반도체 소자 테스트 과정을 손쉽게 진행시킬 수 있으며, 이와 더불어, 프로브 빔(2), 프로브 팁(3) 등의 고집적화가 용이해지기 때문에, 작업자는 대규모 단위로 일련의 반도체 소자 테스트 과정을 진행시킬 수 있는 효과를 손쉽게 획득할 수 있게 된다.

더욱이, 본 발명의 프로브 빔(2)은 베이스 기판(100)과 일정 간격 플로팅된 구조를 이루고 있기 때문에, 작업자는 다양한 두께 편차를 갖는 반도체 소자를 좀더 손쉽게 테스트할 수 있는 효과를 획득할 수 있게 된다.

이후, 도 3j에 도시된 바와 같이, 식각 마스킹으로 이용되던, 절연막 패턴(22), 보호막(23) 등을 완전히 제거하면, 본 발명에서 최종 완성하고자 하는 프로브 구조물의 제조가 완료되며, 결국, 본 발명의 프로브 구조물은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 완성된 외형을 갖추게 된다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에서는 전체적인 프로브 구조물의 제조과정을 일련의 반도체 공정을 통해 정교하게 제어하고, 이를 통해, 최종 완성된 프로브 구조물이 예컨대, "구조적인 고밀도화", "구조물의 크기, 높이, 간격의 균일화", "각 구성물의 일체화" 등의 요건을 충분히 갖출 수 있도록 한다.

이 경우, 프로브 구조물의 기능이 극대화되기 때문에, 프로브를 생산하는 과정에서의 문제점, 예컨대, "프로브 구조물의 제조시간이 필요 이상으로 소요되던 문제점", "프로브 구조물의 구조를 정밀하게 조절하기가 어려웠던 문제점", "전체적인 제조 공정이 복잡했던 문제점", "최종 완성된 제품의 기계적인 강도가 불안정 했던 문제점", "다수의 프로브 구조물을 균일하게 조립하기 어려웠던 문제점" 등이 손쉽게 해결될 수 있게 되며, 또한 프로브 구조물을 실질적인 반도체 소자 생산라인의 테스트 과정에 투입했을 때의 문제점, 예컨대, "반도체 소자 테스트 과정이 소규모로 진행되던 문제점", "반도체 소자 테스트 시간이 지연되던 문제점", "반도체 소자와 프로브 구조물의 접촉력 확보가 어려웠던 문제점", "반도체 소자의 테스트 패드를 특수하게 디자인하여야 했던 문제점" 등이 손쉽게 해결될 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 표면이 정의된 베이스 기판(Base substrate)과;

   상기 베이스 기판과 동일 재질의 한 몸을 이루며, 상기 표면의 상측으로 일정 각도 경사져 돌출된 상태에서, 상기 표면을 따라 길게 연장된 돌출턱부와;

   상기 돌출턱부의 일측으로 분기된 상태에서, 상기 베이스 기판 및 돌출턱부와 동일 재질의 한 몸을 이루며, 상기 표면으로부터 플로팅(Floating)된 상태에서, 상기 돌출턱부와 다른 방향으로 상기 표면을 따라 길게 연장된 막대형상의 프로브 빔(Probe beam)과;

   상기 프로브 빔의 단부에 장착된 상태에서, 상기 베이스 기판, 돌출턱부 및 프로브 빔과 동일 재질의 한 몸을 이루며, 상기 표면과 수직한 방향으로 돌출된 프로브 팁(Probe tip)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 기판, 돌출턱부, 프로브 빔 및 프로브 팁은 단결정 실리콘 벌크기판, SOI(Silicon On Insulator) 벌크기판, SOG(Silicon On Glass) 벌크기판 중 어느 한 종류의 벌크기판을 모기판(Mother substrate)으로 하여, 형성된 것임을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 벌크기판, SOI 벌크기판, SOG 벌크기판은 표면이(111) 방향인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물.
5. 벌크기판(Bulk substrate)의 일측 표면을 일정 깊이로 패터닝하여, 뾰족한 첨단을 갖는 다수의 프로브 팁을 형성하는 단계와;

   상기 프로브 팁이 형성된 상태에서, 상기 벌크기판의 양쪽 측면을 내측으로 패터닝하여, 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 플로팅된 상태로 고정된 다수의 프로브 빔 및 상기 프로브 빔과 일체로 연결된 돌출턱부를 하나의 몸체로 일괄 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 뾰족한 첨단을 갖는 다수의 프로브 팁을 형성하는 단계는 상기 벌크기판의 표면에 절연막을 증착한 후, 상기 절연막이 상기 벌크기판의 일부 영역에만 잔류하도록 상기 절연막을 패터닝하는 단계와;

   패터닝된 상기 절연막을 마스크로 하여, 상기 벌크기판을 일정 깊이로 등방성식각하는 단계와;

   상기 등방석식각이 완료되는 즉시, 상기 패터닝된 절연막을 마스크로 하여, 상기 벌크기판을 일정 깊이로 이방성식각하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 플로팅된 상태로 고정된 다수의 프로브 빔 및 상기 프로브 빔과 일체로 연결된 돌출턱부를 하나의 몸체로 일괄 형성하는 단계는 상기 프로브 팁이 커버되도록 상기 벌크기판의 표면에 절연막을 증착한 후, 상기 벌크기판의 양쪽 표면 일부가 노출되도록 상기 절연막을 패터닝하는 단계와;

   상기 절연막을 마스크로, 상기 벌크기판의 양쪽 표면을 일정 깊이로 이방성식각하는 단계와;

   상기 패터닝된 절연막 및 식각된 벌크기판의 옆면이 커버되도록 상기 벌크기판의 표면에 보호막을 증착하는 단계와;

   상기 벌크기판의 양쪽 측면을 제외한 양쪽 표면만이 노출되도록 상기 보호막을 패터닝하는 단계와;

   노출된 상기 벌크기판의 양쪽 표면을 일정 깊이로 이방성식각하는 단계와;

   상기 프로브 팁이 형성된 벌크기판을 습식식각 용액을 이용해 패터닝하여, 상기 프로브 팁의 저부에 상기 벌크기판의 내측으로 파여진 트랜치(Trench)를 형성시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 습식식각 용액은 상기 벌크기판의 결정방향에 따라 선택적인 식각률을 갖는 알칼리성 용액인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 알칼리성 용액은 KOH 용액, TMAH 용액, NaOH 용액, EDP 용액 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트용 프로브 구조물 제조방법.