KR100697785B1 - Method for manufacturing probe structure using wafer bonding technology - Google Patents

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KR100697785B1 KR1020060054341A KR20060054341A KR100697785B1 KR 100697785 B1 KR100697785 B1 KR 100697785B1 KR 1020060054341 A KR1020060054341 A KR 1020060054341A KR 20060054341 A KR20060054341 A KR 20060054341A KR 100697785 B1 KR100697785 B1 KR 100697785B1
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김종복
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Abstract

A method for manufacturing a probe structure is provided to simplify manufacturing processes and to reduce fabrication costs by bonding a first and a second substrate to each other and removing an upper portion of the first substrate using a wafer bonding technology. A first mask pattern is formed on a lower surface of a first substrate(100). A probe beam region is formed on the resultant structure by etching selectively the first substrate using the first mask pattern as an etch mask. The first mask pattern is removed therefrom. A second mask pattern is formed on an upper surface of a second substrate(200). A probe tip region is formed on the resultant structure by etching selectively the second substrate using the second mask pattern as an etch mask. The second mask pattern is removed therefrom. The lower surface of the first substrate is bonded to the upper surface of the second substrate. A probe beam and a probe tip are formed within the probe beam region and the probe tip region, respectively.

Description

웨이퍼 접합 기술을 이용한 프로브 구조물 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PROBE STRUCTURE USING WAFER BONDING TECHNOLOGY}Probe structure fabrication method using wafer bonding technology {METHOD FOR MANUFACTURING PROBE STRUCTURE USING WAFER BONDING TECHNOLOGY}

도 1a 내지 도 1j는 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 기술을 이용한 프로브 구조물 제조 방법을 도시한 단면도들.1A-1J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a probe structure using a wafer bonding technique in accordance with the present invention.

본 발명은 웨이퍼 접합 기술을 이용한 프로브 구조물 제조 방법에 관한 것으로, 특히 소정의 패턴이 형성된 제1 기판과 제2 기판을 접합한 후 제1 기판의 상부를 제거함으로써 제작 공정을 단순화하고 공정 비용을 절감할 수 있는 웨이퍼 접합 기술을 이용한 프로브 구조물 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a probe structure using a wafer bonding technique, and in particular, after bonding the first substrate and the second substrate having a predetermined pattern formed thereon, the upper portion of the first substrate is removed to simplify the manufacturing process and reduce the process cost. The present invention relates to a method for manufacturing a probe structure using a wafer bonding technique.

종래 기술에 따른 프로브 카드에 사용되는 프로브 구조물은 반도체 기판을 식각하여 팁 영역을 형성하고, 빔 영역을 정의하는 감광막 패턴을 이용하여 프로브 구조물을 형성하였다.The probe structure used in the probe card according to the prior art forms a tip region by etching a semiconductor substrate and forms a probe structure by using a photoresist pattern defining a beam region.

이러한 종래 기술에 따른 프로브 구조물 제조 방법은 감광막을 이용하므로 패터닝을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있으나, 본딩 범프 형성시 MLC에 의존하여야 한다는 단점이 있다.The method of manufacturing a probe structure according to the related art has an advantage of facilitating patterning because it uses a photoresist film, but has a disadvantage of having to rely on MLC when forming a bonding bump.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 소정의 패턴이 형성된 제1 기판과 제2 기판을 접합한 후 제1 기판의 상부를 제거함으로써 제작 공정을 단순화하고 공정 비용을 절감할 수 있는 웨이퍼 접합 기술을 이용한 프로브 구조물 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention uses a wafer bonding technique that can simplify the manufacturing process and reduce the process cost by removing the upper portion of the first substrate after bonding the first substrate and the second substrate on which a predetermined pattern is formed. It is an object of the present invention to provide a method for producing a probe structure.

본 발명에 따른 프로브 구조물 제조 방법은 (a) 제1 기판 하부면에 프로브 빔 영역을 정의하는 제1 마스크층 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 마스크층 패턴에 의해 노출된 제1 기판을 식각하여 프로브 빔 영역을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 마스크층 패턴을 제거하는 단계; (d) 제2 기판 상부면에 프로브 팁 영역을 정의하는 제2 마스크층 패턴을 형성하는 단계; (e) 상기 제2 마스크층 패턴에 의해 노출된 제2 기판을 식각하여 프로브 팁 영역을 형성하는 단계; (f) 상기 제2 마스크층 패턴을 제거하는 단계;(g) 상기 제1 기판의 하부면과 상기 제2 기판의 상부면을 접합하는 단계; 및 (h) 상기 프로브 빔 영역 및 프로브 팁 영역에 프로브 빔 및 프로브 팁을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a probe structure according to the present invention includes the steps of: (a) forming a first mask layer pattern defining a probe beam region on a lower surface of a first substrate; (b) etching the first substrate exposed by the first mask layer pattern to form a probe beam region; (c) removing the first mask layer pattern; (d) forming a second mask layer pattern defining a probe tip region on an upper surface of the second substrate; (e) etching the second substrate exposed by the second mask layer pattern to form a probe tip region; (f) removing the second mask layer pattern; (g) bonding the lower surface of the first substrate to the upper surface of the second substrate; And (h) forming a probe beam and a probe tip in the probe beam region and the probe tip region.

여기서, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 각각 단결정 실리콘 기판인 것이 바람직하며, 상기 제1 마스크층 패턴 및 제2 마스크층 패턴은 각각 산화막 및 폴리머층 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.The first substrate and the second substrate may each be a single crystal silicon substrate, and the first mask layer pattern and the second mask layer pattern may each be any one selected from an oxide film and a polymer layer.

또한, 본 발명에 따른 프로브 구조물 제조 방법은 상기 (f) 단계를 수행한 후에 상기 제2 기판의 전면에 산화막을 형성하는 단계; 상기 프로브 팁 영역 저부 의 산화막을 식각하여 상기 프로브 팁 영역 저부의 제2 기판을 노출시키는 단계; 상기 프로브 팁 영역 저부의 제2 기판을 식각하는 단계; 및 상기 산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 프로브 팁 영역 저부의 제2 기판을 식각하는 공정은 습식 식각 공정인 것이 바람직하다.In addition, the method of manufacturing a probe structure according to the present invention comprises the steps of: forming an oxide film on the entire surface of the second substrate after the step (f); Etching the oxide film at the bottom of the probe tip region to expose a second substrate at the bottom of the probe tip region; Etching a second substrate at the bottom of the probe tip region; And removing the oxide film. In this case, the process of etching the second substrate of the bottom portion of the probe tip region is preferably a wet etching process.

또한, 본 발명에 따른 프로브 구조물 제조 방법은 상기 (g) 단계를 수행하기 전에 상기 제2 기판의 표면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 접착층은 산화막인 것이 바람직하다.In addition, the probe structure manufacturing method according to the invention preferably further comprises the step of forming an adhesive layer on the surface of the second substrate before performing the step (g), the adhesive layer is preferably an oxide film.

본 발명에 따른 프로브 구조물 제조 방법은 상기 (g) 단계를 수행한 후에 (g-1) 상기 제1 기판의 상부면을 식각하여 프로브 빔 영역 및 프로브 팁 영역을 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a probe structure according to the present invention may further include exposing the probe beam region and the probe tip region by etching the upper surface of the first substrate after performing the step (g). .

여기서, 상기 (g-1) 단계는 CMP 공정을 포함하거나, CMP 공정을 수행하여 상기 제1 기판의 상부면을 소정 두께 제거하는 단계; 및 상기 프로브 빔 영역 및 프로브 팁 영역이 노출될 때까지 건식 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step (g-1) includes a CMP process, or performing a CMP process to remove a predetermined thickness of the upper surface of the first substrate; And dry etching until the probe beam region and the probe tip region are exposed.

또한, 상기 (b) 단계는 상기 제1 마스크층 패턴에 의해 노출된 제1 기판을 상기 제1 기판의 두께만큼 식각하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step (b) may include etching the first substrate exposed by the first mask layer pattern by the thickness of the first substrate.

또한, 상기 (b) 단계는 상기 제1 마스크층 패턴에 의해 노출된 제1 기판을 소정 깊이 식각하는 단계; 및 상기 프로브 빔 영역이 노출될 때까지 상기 제1 기판의 상부면을 평탄화 식각하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, step (b) may include etching a first depth of the first substrate exposed by the first mask layer pattern; And flattening etching the upper surface of the first substrate until the probe beam region is exposed.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1a 내지 도 1k는 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 기술을 이용한 프로브 구조물 제조 방법을 도시한 단면도들이다.1A to 1K are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a probe structure using a wafer bonding technique according to the present invention.

도 1a를 참조하면, 제1 기판(100) 하부면에 제1 마스크층(110)을 형성한다. 여기서, 제1 기판(100)은 단결정 실리콘 기판인 것이 바람직하다. 또한, 제1 마스크층(110)은 산화막 또는 폴리머층으로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1A, a first mask layer 110 is formed on a lower surface of the first substrate 100. Here, the first substrate 100 is preferably a single crystal silicon substrate. In addition, the first mask layer 110 may be formed of an oxide film or a polymer layer.

도 1b를 참조하면, 제1 마스크층(110)을 선택적으로 제거하여 프로브 빔 영역(120)을 정의하는 제1 마스크층 패턴(110a)을 형성한다. 제1 마스크층 패턴(110a)은 포토리소그래피 공정 등을 이용하여 제1 마스크층(110)을 선택적으로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1B, the first mask layer 110 may be selectively removed to form a first mask layer pattern 110a defining the probe beam region 120. The first mask layer pattern 110a may be formed by selectively etching the first mask layer 110 using a photolithography process or the like.

도 1c를 참조하면, 제1 마스크층 패턴(110a)에 의해 노출된 제1 기판(100)의 하부면을 식각하여 프로브 빔 영역(120)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, the lower surface of the first substrate 100 exposed by the first mask layer pattern 110a is etched to form the probe beam region 120.

제1 기판(100)을 식각할 때 노출된 제1 기판(100)을 소정 깊이만 식각한 후 프로브 빔 영역(120)이 노출될 때까지 식각면의 반대면, 즉 제1 기판(100)의 상부면을 건식 식각 또는 CMP 등으로 평탄화 식각할 수도 있다. 이 경우 후속 공정인 도 1j와 관련된 공정에서 제1 기판(100)의 상부면을 식각하는 공정을 생략할 수 있다. 또한, 제1 기판의 두께가 얇은 경우(예를 들면 두께가 300㎛인 기판)에는, 노출된 제1 기판(100)을 제1 기판(100)의 두께만큼 식각할 수도 있다. 즉, 제1 기판(100)을 상부면까지 식각하여 쓰루홀(through-hole)이 형성되도록 식각할 수도 있다. 이 경우에도 상기 후속 공정에서 제1 기판(100)의 상부면을 식각하는 공정을 생략할 수 있다.When the first substrate 100 is etched, the exposed first substrate 100 is etched only a predetermined depth and then the opposite side of the etching surface, that is, the first substrate 100 of the first substrate 100 until the probe beam region 120 is exposed. The top surface may be planarized etched by dry etching or CMP. In this case, a process of etching the upper surface of the first substrate 100 may be omitted in a process related to FIG. 1J, which is a subsequent process. In addition, when the thickness of the first substrate is thin (for example, a substrate having a thickness of 300 μm), the exposed first substrate 100 may be etched by the thickness of the first substrate 100. That is, the first substrate 100 may be etched to the upper surface to etch through-holes. In this case, the step of etching the upper surface of the first substrate 100 may be omitted in the subsequent process.

도 1d를 참조하면, 제1 마스크층 패턴(110a)을 제거한다.Referring to FIG. 1D, the first mask layer pattern 110a is removed.

도 1e를 참조하면, 제2 기판(200) 하부면에 제2 마스크층(210)을 형성한다. 여기서, 제2 기판(200)은 단결정 실리콘 기판인 것이 바람직하다. 또한, 제2 마스크층(210)은 산화막 또는 폴리머층으로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1E, a second mask layer 210 is formed on the lower surface of the second substrate 200. Here, the second substrate 200 is preferably a single crystal silicon substrate. In addition, the second mask layer 210 may be formed of an oxide film or a polymer layer.

도 1f를 참조하면, 제2 마스크층(210)을 선택적으로 제거하여 프로브 팁 영역(220)을 정의하는 제2 마스크층 패턴(210a)을 형성한다. 제2 마스크층 패턴(210a)은 포토리소그래피 공정 등을 이용하여 제2 마스크층(210)을 선택적으로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1F, the second mask layer 210 is selectively removed to form a second mask layer pattern 210a defining the probe tip region 220. The second mask layer pattern 210a may be formed by selectively etching the second mask layer 210 using a photolithography process or the like.

도 1g를 참조하면, 제2 마스크층 패턴(210a)에 의해 노출된 제2 기판(200)의 상부면을 식각하여 프로브 팁 영역(220)을 형성한다. 다음에는, 제2 마스크층 패턴(210a)을 제거한다. 그 다음에, 제2 기판(200)의 전면에 산화막(230)을 형성한다.Referring to FIG. 1G, the probe tip region 220 is formed by etching the upper surface of the second substrate 200 exposed by the second mask layer pattern 210a. Next, the second mask layer pattern 210a is removed. Next, an oxide film 230 is formed on the entire surface of the second substrate 200.

도 1h를 참조하면, 프로브 팁 영역(220) 저부의 산화막(230)을 식각하여 제2 기판(200)을 노출시킨다. 프로브 팁 영역(220) 저부의 노출된 제2 기판(200)을 추가로 식각한 후 산화막(230)을 제거한다. 여기서, 프로브 팁 영역(220) 저부의 노출된 제2 기판(200)을 식각하는 공정은 습식 식각 공정인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1H, the oxide layer 230 at the bottom of the probe tip region 220 is etched to expose the second substrate 200. After the etching of the exposed second substrate 200 at the bottom of the probe tip region 220, the oxide layer 230 is removed. Here, the etching of the exposed second substrate 200 at the bottom of the probe tip region 220 may be a wet etching process.

도 1i를 참조하면, 제2 기판(200)의 표면에 접착층(230)을 형성한다. 접착층(230)은 산화막인 것이 바람직하다. 다음에는, 제1 기판(100)의 하부면과 제2 기판(200)의 상부면을 접착층(230)을 매개로 접합한다.Referring to FIG. 1I, an adhesive layer 230 is formed on the surface of the second substrate 200. The adhesive layer 230 is preferably an oxide film. Next, the lower surface of the first substrate 100 and the upper surface of the second substrate 200 are bonded to each other via the adhesive layer 230.

도 1j를 참조하면, 제1 기판(100)의 상부면을 식각하여 프로브 빔 영역(120) 및 프로브 팁 영역(220)을 노출시킨다. 상기 식각 공정은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정인 것이 바람직하다. 또한, CMP 공정으로 제1 기판(100)의 상부면을 소정 두께 제거한 후 프로브 빔 영역(120) 및 프로브 팁 영역(220)이 노출될 때까지 건식 식각 공정을 수행할 수도 있다. 도 1c와 관련된 선행 공정에서 제1 기판(100)을 완전히 식각한 경우에는 상부면을 식각하는 공정을 생략할 수 있다.Referring to FIG. 1J, the upper surface of the first substrate 100 is etched to expose the probe beam region 120 and the probe tip region 220. The etching process is preferably a chemical mechanical polishing (CMP) process. In addition, after the predetermined thickness of the upper surface of the first substrate 100 is removed by the CMP process, a dry etching process may be performed until the probe beam region 120 and the probe tip region 220 are exposed. In the preceding process of FIG. 1C, when the first substrate 100 is completely etched, the process of etching the upper surface may be omitted.

도시되지는 않았으나, 도금 공정 등을 수행하여 프로브 빔 영역(120) 및 프로브 팁 영역(220)에 프로브 빔 및 프로브 팁을 각각 형성하고 프로브 빔의 단부를 다른 기판에 형성된 범프에 부착하여 캔틸레버 구조의 프로브 구조물을 형성할 수 있다.Although not shown, a plating process or the like may be performed to form the probe beam and the probe tip in the probe beam region 120 and the probe tip region 220, respectively, and attach the ends of the probe beams to bumps formed on other substrates to form a cantilever structure. Probe structures can be formed.

본 발명에 따른 웨이퍼 접합 기술을 이용한 프로브 구조물 제조 방법은 소정의 패턴이 형성된 제1 기판과 제2 기판을 접합한 후 제1 기판의 상부를 제거함으로써 제작 공정을 단순화하고 공정 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.Probe structure fabrication method using the wafer bonding technology according to the present invention can simplify the manufacturing process and reduce the process cost by removing the upper portion of the first substrate after bonding the first substrate and the second substrate, the predetermined pattern is formed It works.

Claims (12)

(a) 제1 기판 하부면에 프로브 빔 영역을 정의하는 제1 마스크층 패턴을 형성하는 단계;(a) forming a first mask layer pattern defining a probe beam region on a lower surface of the first substrate; (b) 상기 제1 마스크층 패턴에 의해 노출된 제1 기판을 식각하여 프로브 빔 영역을 형성하는 단계;(b) etching the first substrate exposed by the first mask layer pattern to form a probe beam region; (c) 상기 제1 마스크층 패턴을 제거하는 단계;(c) removing the first mask layer pattern; (d) 제2 기판 상부면에 프로브 팁 영역을 정의하는 제2 마스크층 패턴을 형성하는 단계;(d) forming a second mask layer pattern defining a probe tip region on an upper surface of the second substrate; (e) 상기 제2 마스크층 패턴에 의해 노출된 제2 기판을 식각하여 프로브 팁 영역을 형성하는 단계;(e) etching the second substrate exposed by the second mask layer pattern to form a probe tip region; (f) 상기 제2 마스크층 패턴을 제거하는 단계;(f) removing the second mask layer pattern; (g) 상기 제1 기판의 하부면과 상기 제2 기판의 상부면을 접합하는 단계; 및(g) bonding the lower surface of the first substrate and the upper surface of the second substrate; And (h) 상기 프로브 빔 영역 및 프로브 팁 영역에 프로브 빔 및 프로브 팁을 형성하는 단계(h) forming a probe beam and a probe tip in the probe beam region and the probe tip region 를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.Probe structure manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 각각 단결정 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.And the first substrate and the second substrate are single crystal silicon substrates, respectively. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 마스크층 패턴 및 제2 마스크층 패턴은 각각 산화막 및 폴리머층 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first mask layer pattern and the second mask layer pattern are each selected from an oxide film and a polymer layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (f) 단계를 수행한 후에After performing step (f) 상기 제2 기판의 전면에 산화막을 형성하는 단계;Forming an oxide film on an entire surface of the second substrate; 상기 프로브 팁 영역 저부의 산화막을 식각하여 상기 프로브 팁 영역 저부의 제2 기판을 노출시키는 단계;Etching the oxide film at the bottom of the probe tip region to expose a second substrate at the bottom of the probe tip region; 상기 프로브 팁 영역 저부의 제2 기판을 식각하는 단계; 및Etching a second substrate at the bottom of the probe tip region; And 상기 산화막을 제거하는 단계Removing the oxide film 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.Probe structure manufacturing method further comprising a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 프로브 팁 영역 저부의 제2 기판을 식각하는 공정은 습식 식각 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.And etching the second substrate at the bottom of the probe tip region comprises a wet etching process. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (g) 단계를 수행하기 전에 상기 제2 기판의 표면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.And forming an adhesive layer on the surface of the second substrate before performing the step (g). 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 접착층은 산화막인 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.The adhesive layer is a probe structure manufacturing method, characterized in that the oxide film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (g) 단계를 수행한 후에After performing step (g) (g-1) 상기 제1 기판의 상부면을 식각하여 프로브 빔 영역 및 프로브 팁 영역을 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.(g-1) etching the upper surface of the first substrate to expose the probe beam region and the probe tip region. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (g-1) 단계는 CMP 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.Step (g-1) is a probe structure manufacturing method characterized in that it comprises a CMP process. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (g-1) 단계는Step (g-1) is CMP 공정을 수행하여 상기 제1 기판의 상부면을 소정 두께 제거하는 단계; 및Performing a CMP process to remove the upper surface of the first substrate by a predetermined thickness; And 상기 프로브 빔 영역 및 프로브 팁 영역이 노출될 때까지 건식 식각하는 단 계Dry etching until the probe beam region and the probe tip region are exposed. 를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.Probe structure manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는 상기 제1 마스크층 패턴에 의해 노출된 제1 기판을 상기 제1 기판의 두께만큼 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.The step (b) comprises the step of etching the first substrate exposed by the first mask layer pattern by the thickness of the first substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는 상기 제1 마스크층 패턴에 의해 노출된 제1 기판을 소정 깊이 식각하는 단계; 및Step (b) may include etching the first substrate exposed by the first mask layer pattern by a predetermined depth; And 상기 프로브 빔 영역이 노출될 때까지 상기 제1 기판의 상부면을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 구조물 제조 방법.Etching the upper surface of the first substrate until the probe beam region is exposed.
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