KR101101237B1 - 프로브 카드에 사용되는 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에 관한 것으로, 다층 세라믹 기판의 표면에 플라즈마를 이용한 화학적 또는 물리적 증착법을 이용하여 세라믹 박막을 증착하는 단계; 상기 다층 세라믹 기판의 두께를 균일하기 위하여 증착된 세라믹 박막의 표면을 연마하는 단계; 상기 세라믹 박막에 마스킹 금속층을 세라믹 박막위에 형성하는 단계; 상기 마스킹 금속층을 형성한 후, 포토리소그래피 공정을 이용하여 마스킹 금속층에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스킹 금속층의 마스크 패턴에 따라 세라믹 박막을 에칭(etching)하고, 다층 세라믹 기판의 내부 전기회로를 개방하는 단계; 및 상기 마스킹 금속층을 제거하고, 상기 세라믹 박막의 에칭에 의해 형성된 공간에 금속물질을 채워서 내부 전기회로를 연장시키는 단계;를 포함하는 공정과 이를 통해서 제작된 다층 세라믹 기판 표면을 제공한다. 본 발명에 의하면 다층 세라믹 기판의 표면 거칠기를 유기재료나 금속물질와 같은 표면 평탄도로 개선시킬 수 있고, 전극품질을 우수하게 함으로써 프로브 카드의 성능 향상 및 사용 수명을 크게 연장시킬 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.

세라믹 박막, 에칭, 마스킹 금속층, 연마, 다층 세라믹 기판, 전극, 증착

Description

프로브 카드에 사용되는 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법{THE PLANARIZATION PROCESS FOR THE SURFACE OF MULTILAYER CERAMIC SUBSTRATE IN PROBE CARD}

본 발명은 다층 세라믹 기판 표면을 평탄화시켜 금속 전극의 접합력을 향성시키는 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층 세라믹 기판의 표면에 플라즈마를 이용한 기상 증착법으로 세라믹 피막을 증착시키고, 세라믹 피막을 연마시켜 평탄화한 다음, 전극을 형성시킴으로써 다층 세라믹 기판의 표면 평탄도를 향상시켜 전극품질을 우수하게 함으로써 프로브 카드의 품질을 크게 향상시킬 수 있도록 된 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 상에 패턴을 형성시키는 패브리케이션(Fabrication) 공정과, 패턴이 형성된 웨이퍼를 각각의 칩으로 조립하는 어셈블리(Assembly) 공정을 통해 제조되며, 이와 같은 패브리케이션 공정과 어셈블리 공정 사이에 웨이퍼를 구성하는 칩 각각의 전기적 특성을 검사하는 EDS(Electrical die sorting) 공정을 수행한다.

이러한 EDS 공정은 웨이퍼를 구성하고 있는 칩들 중에서도 특히 불량 칩을 판별하기 위한 공정으로, 즉 웨이퍼를 구성하고 있는 각 칩들에 전기적 신호로부터 체크되는 신호에 의해서 불량 여부를 판단하도록 하는 것이며, 이를 위해서는 웨이퍼 상의 칩 패턴과 직접적으로 접촉되면서 전기적 신호를 인가하는 프로브 카드의 구비가 필수적이다.

통상적으로, 프로브 카드(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 칩(미 도시)들의 패턴에 직접적으로 접촉하는 프로브 빔(12)들이 일측면에 다수 형성된 공간 변형기(20)을 구비하고, 이와 같은 공간 변형기(20)는 이에 인접한 PCB 기판(30)과의 사이에서 인터페이스 수단인 연결기(40)를 통하여 전기적으로 서로 결합된 구조이다.

이와 같은 프로브 카드(10)는 공간 변형기(20)의 구조가 다층 세라믹 기판으로 이루어진 것으로서, 이와 같은 다층 세라믹 기판은 그 표면에 전극 배선을 형성시켜 PCB(Printed Circuit Board) 기판(30)과 전기적으로 연결시키거나, 프로브빔(12)을 연결하고, 또는 다른 전기 제품(미 도시)을 연결시키는 등의 전자 부품 결합이 진행되고 있다.

이와 같이 공간 변형기(20)을 형성하는 다층 세라믹 기판(50)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 내부 전기회로(52)를 구비하고 그 표면에 전극을 접합시키게 되는데, 세라믹 물질의 특성상 그 표면을 연마하게 되면, 그 표면의 거칠기가 기타 유기재료나 금속물질에 비교하여 매우 거칠기 때문에 그 표면에 전극을 형성시키는 것이 불량하게 된다.

도 2b는 종래 공간 변형기(20)의 표면 거칠기를 나타내며, 다층 세라믹 기 판(50)의 내부에 전기회로(52)가 있음을 알 수 있으며, 이 전기회로(52)는 다층 세라믹 기판(50)의 위/아랫면으로 표출되어 있다. 그리고 상기 다층 세라믹 기판(50)은 그 전면의 거칠기가 동일하나, 그림에는 편의상 윗면에만 거친 정도를 표현했다. 이와 같은 공간 변형기(20)를 구성하는 다층 세라믹 기판(50)의 표면에 우수한 품질의 전극을 형성시키기 위해서는 그 표면 거칠기가 중요한 품질관리 요소가 된다.

그 일례로서 종래에는 내부에 전기회로(52)를 구비하여 사전에 제작된 다층 세라믹 기판(50)의 표면을 연마기(60)를 이용한 화학적 및 기계적 미세 연마 공정(Chemical and Mechanical Polishing)을 통해 표면 거칠기를 개선시킨다.

그 다음에는 다층 세라믹 기판(50)의 표면 전극 형성 직전에 화학 전처리를 통해서 화학적으로 금속 전극과 잘 결합할 수 있도록 세라믹 표면의 결합력을 향상시킨 다음, 다층 세라믹 기판(50)의 표면에 범프 형성 및 프로브빔 접합 등의 다음 공정을 진행하고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 표면 전극형성 공정에 의해 제조되는 다층 세라믹기판(50)은 그 표면을 연마하게 되면 유기재료나 금속물질에 비해 여전히 그 표면이 거칠어서 화학적 전처리를 하여도, 단자 형성표면(70)이 거칠게 남게되어 전극을 형성하게 되면 여전히 전극 불량 의 원인으로 계속 존재하게 된다.

따라서, 프로브 카드와 같은 전자제품의 수명이 크게 단축되는 문제점이 발생하는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은 다층 세라믹 기판의 표면에 플라즈마 증착법을 이용하여 세라믹 박막을 형성시켜서 세라믹 물질 특성상 존재하는 단자 형성표면의 골을 세라믹 박막으로 채워서 표면 거칠기를 개선한 후, 그 표면을 연마하고, 평탄도가 개선된 다층 세라믹 기판의 표면에 전극을 형성시켜서 향상된 전극 접합력을 갖도록 함으로써 전극 불량을 개선할 수 있고, 프로브 카드와 같은 전자제품의 수명 단축을 효과적으로 방지할 수 있도록 된 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법 및 이를 이용하여 제작된 다층 세라믹 기판을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로브 카드에 사용되는 다층 세라믹 기판의 표면을 평탄화하기 위한 가공 공정에 있어서, 다층 세라믹 기판의 표면에 플라즈마를 이용한 화학적 또는 물리적 증착법을 이용하여 세라믹 박막을 증착하는 단계; 상기 다층 세라믹 기판의 두께를 균일하기 위하여 증착된 세라믹 박막의 표면을 연마하는 단계; 상기 세라믹 박막에 마스킹 금속층을 세라믹 박막위에 형성하는 단계; 상기 마스킹 금속층을 형성한 후, 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 마스킹 금속층에 마스크 패턴(pattern)을 형성하는 단계; 상기 마스킹 금속층의 마스크 패턴에 따라 세라믹 박막을 에칭(etching)하고, 다층 세라믹 기판의 내부 전기회로를 개방하는 단계; 및 상기 마스킹 금속층을 제거하고, 상기 세라믹 박막의 에칭된 공간에 금속물질을 채워서 내부 전기회로를 연장시키는 단계;를 포함하는 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법을 제공한다. 이를 통하여 본 발명은 다층 세라믹 기판의 표면 거칠기를 유기재료나 금속물질와 같은 표면 평탄도로 개선시킬 수 있다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 세라믹 박막은 산화 알루미늄 계열이나 산화 규소 계열의 물질을 사용하고, 상기 세라믹 박막은 비정질(amorphous) 또는 다결정체로 이루어진 것이다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 세라믹 박막 형성후, 열처리를 통하여 다결정 구조를 제어하는 것이다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 마스킹 금속층은 박막으로 이루어지고, 그 두께는 1um 내지 999um인 것이다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 세라믹 박막의 에칭은 산성 또는 염기성 화학 물질을 이용한 화학적 에칭으로 이루어진 것이다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자 제품에 사용되고 내부에는 전기회로를 형성한 다층 세라믹 기판에 있어서, 다층 세라믹 재료로 이루어지고, 내부에는 전기회로가 형성되며, 표면으로 전기회로가 표출된 보디; 상기 보디의 표면에 증착 형성되고, 표면은 거울면의 평탄도를 형성한 세라믹 박막; 및 상기 세라믹 박막을 관통하여 상기 보디의 전기회로에 연결되고, 상기 전기회로를 세라믹 박막의 표면으로 연장시키도록 형성된 금속물질의 전기회로 연결부;를 포함하는 다층 세라믹 기판을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 전자제품은 웨이퍼칩들을 전기적 신호로 체크하기 위한 프로브 카드인 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법 및 이를 이용하여 제작된 다층 세라믹 기판은 플라즈마 증착법을 이용하여 다층 세라믹 기판의 표면에 산화 알루미늄 계열이나 산화 규소 계열의 세라믹 박막을 형성시키고 이를 연마시킴으로서 다층 세라믹 기판의 표면 거칠기를 개선시켜 유기재료나 금속물질와 같은 표면 평탄도로 개선시킬 수 있다.

따라서 이와 같이 평탄도가 개선된 다층 세라믹 기판의 단자 형성표면에 전극을 형성시키면, 금속 물질과 내부 전기회로와의 접합력이 향상됨은 물론, 미세한 전극 패턴을 제작하는 데도 용이하게 되어 프로브 카드와 같은 전자제품의 성능 향상 및 사용 수명을 크게 연장시킬 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법(100)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다층 세라믹 기판(110) 표면에 세라믹 박막(120)을 플라즈마 기법으로 증착하고, 이를 연마한 후 전극을 형성하게 된다. 이와 같은 공정에서 본 발명에 의해서 다층 세라믹 기판(110)을 평탄화시키는 공정에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 사전에 내부 전기회로(112)를 형성하고 제 조된 다층 세라믹 기판(110) 상에 화학적 또는 물리적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition or Physicla Vapor Deposition)을 이용하여 세라믹 박막(120)을 표면에 증착하는 단계(S1)가 이루어진다.

이와 같은 세라믹 박막(120)은 다층 세라믹 기판(110)의 물질과 동일한 물질, 예를 들면 산화 알루미늄 계열이나 산화 규소 계열의 물질을 사용하고, 비정질(amorphous) 또는 다결정체를 포함하는 것이다.

그리고 이와 같은 세라믹 박막(120)은 플라즈마를 이용하여 수십~수백um의 두께(t1)로 다층 세라믹 기판(110) 상에 증착되는데, 세라믹 박막(120)의 두께(t1)는 공간 변형기의 거칠기에 따라 결정된다.

또한 이와 같이 다층 세라믹 기판(110)상에 증착된 세라믹 박막(120)의 두께(t1)를 균일하게 하기 위하여 도 3b에 도시된 바와 같이, 세라믹 박막(120)의 표면을 연마하는 단계(S2)가 이루어진다.

이와 같은 연마 단계(S2)에서는 통상적인 연마기(130)를 이용한 화학적 및 기계적 미세 연마 공정(Chemical and Mechanical Polishing)을 통해 표면 거칠기를 개선시키게 되며, 연마된 후의 세라믹 박막(120)의 표면은 거울면을 가지게 된다.

그리고 다음으로는 도 3c에 도시된 바와 같이, 다층 세라믹 기판(110) 내의 내부 전기회로(112)는 외부로 도출되어 있어야, 이후 프로브 카드와 같은 전자제품의 조립시, 프로브빔이나 상호 연결장치에 전기적으로 연결이 될 수 있으므로, 이를 위하여 사전 작업으로서 마스킹 금속층(140)을 세라믹 박막(120) 위에 형성하는 단계(S3)가 이루어진다.

이때, 마스킹 금속층(140)은 금속 박막으로 이루어지고, 그 두께(t2)는 1um 내지 999um 내외이며, 통상적인 도금작업을 통하여 이루어질 수 있다.

또한 다음으로는 다층 세라믹 기판(110)의 표면에 세라믹 박막(120)의 피복후, 일련의 사진 식각 공정, 에칭 공정, 그리고 도금 공정을 통하여 내부 전기회로(112)가 세라믹 박막(120)으로부터 연장되어 외부로 표출되도록 한다.

이를 위해서 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 마스킹 금속층(140) 위에 통상적인 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 마스크 패턴(pattern)(150)을 형성하는 단계(S4)가 이루어진다.

이와 같이 마스크 패턴(pattern)(150)을 형성하는 단계(S4)는 포토리소그래피(Photolithography)인 사진 식각 공정을 통해서 마스킹 금속층(140)에 마스크 패턴(pattern)(150)을 형성시킨다.

그리고 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 마스킹 금속층(140)의 마스크 패턴(150)에 따라 세라믹 박막(120)을 에칭(etching)하여 다층 세라믹 기판(110)의 내부 전기회로(112)를 개방하는 단계(S5)가 이루어지는데, 이와 같은 단계(S5)에서는 마스킹 금속층(140)의 마스크 패턴(150)을 그대로 세라믹 박막(120)에 패턴 전사시켜 에칭하고, 다층 세라믹 기판(110)의 내부에 형성된 전기회로(112)를 세라믹 박막(120)의 에칭에 의해 외부로 표출시키게 된다.

또한 다음으로는 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 마스킹 금속층(140)을 제거하고, 상기 세라믹 박막(120)의 에칭에 의해 형성된 공간에 금속물질(170)을 채워서 내부 전기회로(112)를 연장시키는 단계(S6)가 이루어진다.

이와 같은 단계(S6)에서는 세라믹 박막(120)의 에칭에 의해 형성된 공간을 다층 세라믹 기판(110)의 내부에 형성된 전기회로(112)와 같은 금속물질(170)로 채워서, 내부 전기회로(112)를 세라믹 박막(120)의 표면으로 연장시켜 외부로 노출되도록 형성시킨다.

이때 도금 등의 방법을 통하여 세라믹 박막(120)의 에칭에 의해 형성된 공간을 다층 세라믹 기판(110)의 내부에 형성된 전기회로(112)와 같은 금속물질(170)로 채울 수 있다.

따라서 이와 같은 본 발명의 공정을 거친 다층 세라믹 기판(110)의 거친 표면은 세라믹 박막(120)으로 인해 기존의 내부 전기회로(112)에 영향을 주지 않고, 표면 거칠기만 개선된다. 그리고 후속 공정에서 표면 전극 형성시나, 프로브 카드와 같은 전자제품의 조립시 접합력이 향상되어 제품 성능을 향상시키게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법(100)은 플라즈마 증착법을 이용하여 다층 세라믹 기판(110)의 표면에 산화 알루미늄 계열이나 산화 규소 계열의 세라믹 박막(120)을 형성시키고, 이를 연마시킴으로서 기존 다층 세라믹 기판(110)의 표면 거칠기를 유기재료나 금속물질와 같은 표면 평탄도로 개선시킬 수 있다.

도 5에는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법(100)을 이용하여 제작된 다층 세라믹 기판(110)이 단면으로 도시되어 있다.

본 발명의 다층 세라믹 기판(110)은 다층 세라믹 재료로 이루어지고, 내부에 는 전기회로(112)가 형성되며, 표면으로 전기회로(112)가 표출된 보디(110a)를 갖는다.

이와 같은 보디(110a)의 표면에는 세라믹 박막(120)이 증착 형성되고, 그 표면은 연마되어 거울면의 평탄도를 구비한다.

그리고 상기 세라믹 박막(120)을 관통하여 상기 보디(110a)의 전기회로(112)에 연결되고, 상기 전기회로(112)를 세라믹 박막(120)의 표면으로 연장시키도록 형성된 금속물질(170)의 전기회로 연결부(180)를 포함한다.

따라서 이와 같이 평탄도가 개선된 다층 세라믹 기판(110)의 표면으로 노출된 금속물질(170)의 전기회로 연결부(180)에 전극(미 도시)을 형성시키면, 금속물질(170)과 내부 전기회로(112)와의 접합력이 향상됨은 물론, 미세한 전극 패턴을 제작하는 데도 용이하게 되어 프로브 카드와 같은 전자제품의 성능 향상 및 사용 수명을 크게 연장시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법이 적용되는 프로브 카드의 단면도이다.

도 2a는 종래의 기술에 따라서 다층 세라믹 기판의 표면을 연마가공하는 공정을 도시한 설명도이다.

도 2b는 종래의 기술에 따라서 다층 세라믹 기판의 표면을 연마가공한 다층 세라믹 기판을 도시한 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에서 세라 믹 박막을 증착시킨 구조를 도시한 단면도이다.

도 3b는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에서 세라믹 박막을 연마시킨 구조를 도시한 단면도이다.

도 3c는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에서 세라믹 박막과 마스킹 금속층을 증착시킨 구조를 도시한 단면도이다.

도 4a는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에서 마스킹 금속층 위에 마스크 패턴(pattern)을 형성시킨 구조를 도시한 단면도이다.

도 4b는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에서 세라믹 박막을 에칭하여 공간을 형성시킨 구조를 도시한 단면도이다.

도 4c는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법에서 세라믹 박막의 에칭에 의해 형성된 공간에 금속물질을 채워 전기회로를 연장시킨 구조를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법을 통하여 제작된 다층 세라믹 기판을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...... 프로브 카드 12..... 프로브 빔

20...... 공간 변형기 30...... PCB 기판

40...... 연결기 50..... 다층 세라믹 기판

52,112...... 전기회로 70..... 단자 형성표면

100..... 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법

110..... 다층 세라믹 기판 110a.... 보디

120..... 세라믹 박막 130..... 연마기

140..... 마스킹 금속층 150..... 마스크 패턴(pattern)

170..... 금속물질

180..... 전기회로 연결부

S1..... 세라믹 박막을 증착하는 단계

S2..... 세라믹 박막의 표면을 연마하는 단계

S3..... 마스킹 금속층을 형성하는 단계

S4..... 마스크 패턴(pattern)을 형성하는 단계

S5..... 에칭에 의한 공간에 의해 내부 전기회로를 개방하는 단계

S6..... 내부 전기회로를 연장시키는 단계

t1..... 세라믹 박막두께 t2..... 마스킹 금속층 두께

Claims (4)

1. 프로브 카드에 사용되는 다층 세라믹 기판의 표면을 평탄화하기 위한 가공 공정에 있어서,

   다층 세라믹 기판(110)의 표면에 플라즈마를 이용한 화학적 또는 물리적 증착법을 이용하여 세라믹 박막(120)을 증착하는 단계(S1);

   상기 다층 세라믹 기판(110)상에 증착된 세라믹 박막(120)의 두께(t1)를 균일하게 하기 위하여 증착된 세라믹 박막(120)의 표면을 연마하는 단계(S2);

   상기 세라믹 박막(120)에 마스킹 금속층(140)을 세라믹 박막(120) 위에 형성하는 단계(S3);

   상기 마스킹 금속층(140)을 형성한 후, 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 마스킹 금속층(140)에 마스크 패턴(pattern)(150)을 형성하는 단계(S4);

   상기 마스킹 금속층(140)의 마스크 패턴(150)에 따라 세라믹 박막(120)을 에칭(etching)하하고, 다층 세라믹 기판(110)의 내부 전기회로(112)를 개방하는 단계(S5); 및

   상기 마스킹 금속층(140)을 제거하고, 상기 세라믹 박막(120)의 상기 에칭에 의해 형성된 공간(160)을 금속물질(170)을 채워서 내부 전기회로(112)를 연장시키는 단계(S6);를 포함하는 것임을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법(100).
2. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 박막(120)은 산화 알루미늄 계열이나 산화 규소 계열의 물질로 이루어지고, 상기 세라믹 박막(120)은 비정질(amorphous) 또는 다결정체로 이루어진 것임을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법(100).
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 마스킹 금속층(140)은 박막으로 이루어지고, 그 두께(t2)는 1um 내지 999um인 것임을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 표면의 평탄화 가공방법(100).

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