CN100578748C

CN100578748C - 悬臂式探针以及制造该悬臂式探针的方法

Info

Publication number: CN100578748C
Application number: CN200680028649A
Authority: CN
Inventors: 金基俊; 曹容辉
Original assignee: Phicom Corp
Current assignee: Soulbrain ENG Co Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: TW200706886A; CN101238567A; WO2007018367A1; JP2009503537A; KR100664443B1; US7678587B2; US20090128180A1; TWI301196B

Abstract

本发明公开了一种悬臂式探针以及制造该悬臂式探针的方法。该悬臂式探针包括悬臂和尖端，该悬臂的长度大于它的宽度和高度，该尖端从悬臂的底部延伸并且形成在悬臂的一端。与悬臂底部平行的尖端的剖面是矩形，具有四个相对于悬臂的长度方向倾斜的侧边。

Description

悬臂式探针以及制造该悬臂式探针的方法

技术领域

本发明涉及电子器件检测系统的探针以及制造该探针的方法，具体地说，涉及用于通过接触微电子器件的焊盘来检测电特性的悬臂式探针，以及制造这种悬臂式探针的方法。

背景技术

探针是用于测量微电子器件(例如，半导体器件)的电特性的机械工具。众所周知，半导体器件具有多个用于与外部电子系统进行信号通信的焊盘(pad)。半导体器件可以处理通过焊盘输入的电信号，然后通过焊盘将处理结果传输到外部电子系统。探针布置在探针板的印刷电路板上并与上述焊盘物理接触，因此它们形成与外部电子系统进行信号传输的电通道。

众所周知，探针板可以根据探针的类型而分类为针式、立式和悬臂式。第2001-0064603号或第2004-7021434号韩国专利申请中公开了探针板。针式探针板的缺点是，因为探针针体没有足够的恢复力，因此探针针体可能由于重复使用而在水平和对准方向上变形。另外，由于针式探针板的探针针体自身的尺寸很大，因此不适合用于检测高度集成的半导体器件。相反，由于立式探针板较小而且探针以较窄的间距布置，因此立式探针板适合用于检测高度集成的半导体器件。但是，因为使探针与焊盘接触的力是沿着探针长度方向的，因此立式探针板也存在由于恢复力不足而变形的问题。

根据图1中所示的典型悬臂式探针板，与焊盘3接触的尖端2联接在悬臂1的一端，并且悬臂1平行于焊盘3的顶面而固定在印刷电路板(未示出)上。因此，在这种悬臂式探针板中，使探针(具体地说为尖端2)与焊盘3接触的力作用在与悬臂1的长度方向垂直的方向上。这种悬臂式探针板的结构能够提供足够的恢复力。

发明内容

[技术问题]

然而，根据传统技术，如图2所示，与焊盘3接触的尖端2的端部是矩形的，并且尖端2的四个侧面中的两个侧面与悬臂1的长度方向平行。尖端2的四个侧面中的其余两个侧面垂直于悬臂1的长度方向。因而，如图3和图4所示，传统悬臂式探针板产生了长而深的刮痕。该长而深的刮痕将会产生传导性副产物，导致检测结果差、探针板寿命缩短或者微电子器件损坏。

[技术方案]

本发明的目的是提供一种能防止形成较深刮痕的悬臂式探针。

本发明还涉及一种制造能防止形成较深刮痕的悬臂式探针的方法。

在一些实施例中，本发明提供了一种悬臂式探针，其中，四边形尖端的两个相对角部之间的对角线与悬臂的长度方向平行。该探针包括沿长度方向而不是宽度和高度方向延伸的悬臂，以及形成在悬臂的一端并从悬臂底部延伸的尖端。平行于悬臂底面的尖端的剖面是四边形，具有四个相对于悬臂长度方向倾斜的侧壁。

当远离悬臂时，尖端的端部的剖面变小。与悬臂底面平行的四边形剖面的对角线与悬臂的长度方向平行。

在另一个实施例中，本发明提供了一种制造悬臂式探针的方法，其中，四边形尖端的两个相对角部之间的对角线与悬臂的长度方向平行。该方法包括：在基底上形成掩模图案，该掩模图案带有使该基底的顶面露出的第一开口；使用该掩模图案作为蚀刻掩模而蚀刻该基底，并在该第一开口下形成沟槽；去除该掩模图案，从而使该基底的顶面露出；在包括该沟槽的基底上形成成型图案，该成型图案带有使该沟槽露出的第二开口；形成填充该第二开口和该沟槽的导电膜；蚀刻该导电膜以进行平整化直到露出该成型图案，并形成探针，该探针具有分别在该沟槽和该第二开口中的尖端和悬臂；以及去除该成型图案和该基底，从而使探针剥离。第一开口是在第二开口一端的位置处形成的六面体空间。第一开口的侧壁相对于第二开口的长度方向倾斜。

根据本发明的实施例，第一开口的侧壁相对于第二开口的长度方向倾斜40°～50°。

基底由对掩模图案、成型图案、导电膜具有蚀刻选择性的材料形成。基底优选由具有晶体结构的材料形成。例如，基底由单晶硅形成。掩模图案由选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、光刻胶中的至少一种形成。成型图案由选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、光刻胶中的至少一种形成。优选地，基底在法向方向上具有<100>晶向。

沟槽的形成包括使用选自氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵、乙二胺邻苯二酚(EDP)中的一种蚀刻剂来蚀刻沟槽的步骤。在这种情况下，当从沟槽的入口靠近沟槽底部时，沟槽下部的宽度可以变窄。

[有益效果]

根据本发明，由于四边形尖端的两个相对角部之间的对角线与悬臂的长度方向平行，因此当使探针过驱动以进行检测时，由尖端的角部产生刮痕。由于通过尖端角部进行的刮擦操作能够减小刮痕的长度和深度，因此本发明的探针就能提供针对于检测结果差、探针板寿命缩短、测量目标损坏等问题的改进。而且，本发明的探针能够容易地划破形成在测量目标的焊盘上的自然氧化膜。并且，由于所产生的刮擦副产物较小，因此就能使探针的清洁周期变长。

附图说明

图1和图2描述了传统悬臂式探针。

图3和图4示出了由传统悬臂式探针产生的关于刮痕的照片和模拟结果。

图5是描述本发明的悬臂式探针的平面图。

图6～图18中那些编号为双号的图是沿图5中虚线I-I′的剖面图，示出了本发明的悬臂式探针制造方法的处理步骤。

图7～图19中那些编号为单号的图是沿图5中虚线II-II′的剖面图，示出了本发明的悬臂式探针制造方法的处理步骤。

图20和图21是描述本发明的悬臂式探针的立体图。

图22和图23示出了由本发明悬臂式探针产生的关于刮痕的照片和模拟结果。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细描述，在附图中显示了这些优选实施例的例子。但是，本发明并不被本文随后描述的实施例所限制，并且对这些实施例的描述是为了更容易和完整地理解本发明的范围和精神。

应当理解，当一个层被称为在其他层或基底“上”时，它可以直接在该其他层或基底上，或者也可以存在中间层。同样，在附图中，为清楚起见而扩大了各区域和各层的厚度。还应当理解，虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等可以用在这里以便描述各元件、组成、区域、层和/或段，但这些元件、组成、区域、层和/或段应当不限于这些术语。这些术语只用于将一个元件、组成、区域、层或段与另一个元件、组成、区域、层或段区分开。因此，可以将第一元件、组成、区域、层或段称为第二元件、组成、区域、层或段，而不背离本发明的指导。此处说明和描述的每个实施例也包括它的补充实施例。

图5是描述本发明的悬臂式探针的平面图。图6～图18和图7～图19分别是沿图5中虚线I-I′和虚线II-II′的剖面图，示出了本发明的悬臂式探针制造方法的处理步骤。

参照图5、图6和图7，在基底10上形成掩模图案20。为了在后续的湿法蚀刻过程中能够允许各向异性蚀刻，基底10优选由晶体材料制成。根据本发明的实施例，基底10由在法向方向上为<100>晶向的单晶硅形成。

掩模图案20的形成包括如下步骤：在基底10上沉积掩模膜之后，使该掩模膜形成图案，从而形成使基底10的预定顶面露出的第一开口22。此处，掩模图案20由对基底10具有蚀刻选择性的材料形成。例如，掩模图案20可以由选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和光刻胶中的至少一种制成。根据本发明的实施例，掩模图案20由氧化硅制成。用氧化硅形成掩模图案20可以通过将基底10热氧化或通过化学气相沉积(CVD)来实现。可以将第一开口22构造成具有四个侧壁的长方体形状，优选为规则正方体形状。

接着，使用掩模图案20作为蚀刻掩模，将基底10各向异性地蚀刻预设深度h₁，形成在制作探针尖端时作为模子使用的第一初级沟槽30。对基底10的各向异性蚀刻过程可以通过使用选自CF₄、SF₆、C₄F₈、O₂的处理气体来完成。根据本发明的实施例，这一步骤使用SF₆、C₄F₈或O₂作为处理气体。

参照图5、图8和图9，使掩模图案20形成图案，从而扩展第一开口22的宽度，围绕着第一初级沟槽30形成使基底10的顶面露出的第一扩大开口22′。使掩模图案20形成图案包括如下步骤：在借助于光刻过程形成光刻胶图案(未示出)之后，通过使用该光刻胶图案作为蚀刻掩模来蚀刻掩模图案20。

然后，对通过第一扩大开口22′而局部露出的基底10执行湿法蚀刻过程，从而扩展第一初级沟槽30。因此，在第一扩大开口22′下面形成了用于早先限定探针尖端形状的第二初级沟槽32。根据本发明的实施例，第二初级沟槽32的形成通过使用选自氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵、乙二胺邻苯二酚(EDP)中的一种蚀刻剂来完成。在基底10由单晶硅形成的情况下，蚀刻率随基底10晶向的不同而不同。因此，如图所示，第二初级沟槽32的侧壁可以是垂直的或者相对于基底10的顶面倾斜一角度(此处该角度为54.74°)。蚀刻率随表面晶向的不同而不同的细节在Marc J.Madou著作的“Fundamentals of Microfabrication：The Science ofMiniaturization(the second edition，CRC PRESS)”中公开。在晶向和蚀刻率之间存在这种关系的情况下，在第二初级沟槽32的入口a和底部b处，当从第二沟槽的入口向第二沟槽的底部靠近时，第二初级沟槽32的宽度变窄。在入口a和底部b的中间区域c处，形成预设宽度的侧壁。

参照图5、图10和图11，使用掩模图案25作为蚀刻掩模，各向异性地蚀刻通过第一扩大开口22′露出的基底10，从而形成比第二初级沟槽32深的沟槽35。沟槽35的形成可以通过使用选自CF₄、SF₆、C₄F₈、O₂的处理气体来完成。根据本发明的实施例，这一步骤使用SF₆、C₄F₈或O₂作为处理气体。

通过各向异性蚀刻操作，将第二初级沟槽32的底部轮廓转录至沟槽35中。沟槽35的底部b和中间区域c的轮廓与第二初级沟槽32的对应部分相当。并且，沟槽35的入口处的深度大于第二初级沟槽32的入口a处的深度。沟槽35成为用于限定本发明探针的尖端结构的模子。

此外，根据上述实施例，在进行各向异性蚀刻过程从而形成第一初级沟槽30和进行各向同性蚀刻过程从而形成第二初级沟槽32之后，再次使用各向异性蚀刻过程从而形成沟槽35。但也允许改变沟槽35的形成过程。举例来说，处理步骤的顺序可以改变，例如，部分地省略该形成过程的一个步骤，或者向该形成过程中增加一个步骤。理解晶向与蚀刻率之间的上述关系有利于本领域技术人员对实施例进行修改。因此，本发明很显然不限于上述特征。

参照图5、图12和图13，在掩模图案25上形成包括第二开口45的成型图案40，从而限定探针的悬臂。成型图案40的形成包括如下步骤：在掩模图案25上沉积成型膜之后，使该成型膜形成图案，从而形成使沟槽35露出的第二开口。成型图案40由对基底10具有蚀刻选择性的材料形成。例如，成型图案40可以由选自氧化硅、氮化硅、光刻胶中的至少一种制成。根据本发明的实施例，成型图案40由通过光刻过程所制成的光刻胶膜形成。

如图5所示，第二开口45由较窄的宽度方向的侧壁42和大于侧壁42宽度的长度方向的侧壁41限定。因此，根据本实施例，第二开口45具有矩形剖面。但是，第二开口45的形状可以根据本领域技术人员的需要视情况进行更改。根据本发明，第一开口22的侧壁相对于第二开口45的长度方向的侧壁倾斜。上述侧壁之间的倾斜角

优选为40°～50°。倾斜角

更优选为45°。为此，如图5所示，第二开口45形成得在长度方向上平行于第一开口22的相对角部之间的对角线。

第一开口22和第二开口45之间的这种布置关系能简单地应用，即使第二开口45的形状可能改变。如果第二开口45的形状改变，那么根据将要由后续处理步骤形成的悬臂的变形方向，或者根据刮痕的方向，来限定第二开口45的长度方向。例如，当探针与焊盘接触时，悬臂的变形方向决定了刮痕的方向。另外，不管第二开口45的结构如何，沿长度方向限定刮痕的方向。按照上述限定的第二开口45的长度方向与第一开口22的对角线平行。

根据本发明的一个实施例，第一扩大开口22′也可以形成得具有四边形剖面。并且，如图5所示，第一扩大开口22′的相对角部之间的对角线平行于第二开口45的长度方向。然而，根据本发明的另一实施例，不管第二开口45的长度方向如何，第一扩大开口22′可以形成自己的方向。

根据本发明的修改实施例，允许在形成成型图案40之前去除掩模图案25。在这种情况下，优点在于，不需要在后续的剥离探针步骤中执行另外的用于去除掩模图案25的蚀刻步骤。

参照图5、图14和图15，在成型图案40上形成导电膜50，从而填充沟槽35和第二开口45。导电膜50借助于电镀、化学气相沉积或溅射而形成。导电膜50由对基底10具有蚀刻选择性的金属材料形成。例如，导电膜50优选由选自铜、镍以及它们的合金中的一种制成。导电膜50形成得其厚度能够完全填充沟槽35和第二开口45。

参照图5、图14和图15，蚀刻导电膜50以进行平整化，直到露出成型图案40的顶面，从而得到分别填充沟槽35和第二开口45的尖端52和悬臂53。尖端52和悬臂53构成本发明的探针55。由于探针55是通过蚀刻导电膜50而生成的，因此尖端52和悬臂53一体构成。探针55的形成通过包括借助于化学机械抛光技术蚀刻导电膜50的步骤来完成。

参照图5、图18和图19，去除成型图案40、掩模图案25和基底10，从而将探针55从基底10上剥离。剥离探针55的处理步骤通过对探针55具有蚀刻选择性的蚀刻配方来完成。

通过使用沟槽35作为模子而形成了尖端52，同时通过使用第二开口45作为模子而形成了悬臂53。因而，尖端52和悬臂53的结构由沟槽53和第二开口45的结构和设置决定。

也就是说，如图20和图21所示，悬臂53沿着其长度方向延伸，其长度大于宽度和高度。尖端52设置在悬臂53的一端，从悬臂53的底部延伸(为了描述的方便，图20和图21将悬臂53显示成底部朝上)。与悬臂53的底面平行的尖端52的剖面为四边形形状。并且，尖端52的四个侧面相对于悬臂53的长度方向以角度

倾斜。

如前所述，根据本发明的优选实施例，倾斜角在40°～50°范围内。倾斜角

更优选为45°。换句话说，根据本实施例，尖端52的四边形剖面的对角线与悬臂53的长度方向平行。

另外，如前面参照图10和图11所述的那样，当远离悬臂53的底部时，尖端52的端部的剖面变小。

图22和图23示出了由本发明悬臂式探针产生的关于刮痕的照片和模拟结果。具体地，图22是示出了由100μm的过驱动接触操作产生的刮痕的显微照片。由本发明探针形成的刮痕为长16.2μm、宽10.5μm的六边形形状。然而，参照图3，在相同的过驱动条件下，由传统探针形成的刮痕为长20.2μm、宽7.9μm的矩形形状。另外，本发明探针造成的刮痕的深度为

而传统探针造成的刮痕的深度为

因此，由本发明探针造成的刮痕的长度和深度都小于由传统探针造成的刮痕的长度和深度。本发明探针所遗留的刮擦副产物小于传统探针所遗留的刮擦副产物。考虑到前述的相关现有技术，刮擦废物会导致检测结果差、探针板寿命缩短以及测量目标损坏，可以理解，本发明的探针提供了比传统技术更好的改进的效果。

这些改进来自于在过驱动操作中尖端和焊盘之间接触方案的不同。也就是说，根据本发明，由于四边形尖端的对角线与悬臂的长度方向平行，因此刮痕是由尖端的角部造成的。图22中的六边形刮痕示出了这样的结果。在传统技术中，由于四边形尖端的侧壁与悬臂的长度方向垂直或平行，因此刮痕是由尖端的一个侧边造成的。总的来说，本发明与现有技术在技术方案上的不同之处在于，本发明中造成刮痕的尖端部分是角部，而在现有技术中造成刮痕的尖端部分是侧壁，这就导致了前述的本发明改进效果。

另外，考虑到施加到一个面上的压力与该处的接触面积成反比，因此，如同本发明的探针那样，由尖端角部进行的刮擦操作就能够通过容易地划破焊盘上的自然氧化膜而实现。

[工业应用]

本发明适用于检测具有焊盘的微电子器件。

Claims

1.一种制造探针的方法，包括：

在基底上形成带有第一开口的掩模图案，所述第一开口使所述基底的顶面的预定区域露出；

使用所述掩模图案作为蚀刻掩模而蚀刻所述基底，从而在所述第一开口下面形成沟槽；

去除所述掩模图案，从而使所述基底的顶面露出；

在包括所述沟槽的基底上形成带有第二开口的成型图案，所述第二开口使所述沟槽露出；

形成带有尖端和悬臂的探针，所述尖端和所述悬臂分别布置在所述沟槽和所述第二开口中；以及

去除所述成型图案和所述基底，从而将所述探针剥离，

其中所述第一开口是六面体空间，并且所述第一开口的侧壁相对于所述第二开口的长度方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一开口的侧壁相对于所述第二开口的长度方向倾斜40°～50°。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述探针的形成包括：

形成导电膜，从而填充所述第二开口和所述沟槽；以及

平整化地蚀刻所述导电膜，从而使所述成型图案露出。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述基底由对所述掩模图案、所述成型图案和导电膜具有蚀刻选择性的材料形成，

并且所述基底由具有晶体结构的材料形成。

5.根据要求1或4所述的方法，其中所述基底由单晶硅形成，

并且所述基底在法向方向上具有<100>晶向。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其中所述掩模图案由选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、光刻胶中的至少一种形成，

并且所述成型图案由选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、光刻胶中的至少一种形成。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述沟槽的形成包括使用选自氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、乙二胺邻苯二酚中的一种蚀刻剂来蚀刻所述沟槽，

并且，当从所述沟槽的入口向所述沟槽的底部靠近时，所述沟槽下部的宽度变窄。

8.根据权利要求3所述的方法，其中导电膜的形成通过使用选自电镀、化学气相沉积、溅射中的至少一种方法来完成。

9.一种探针，包括：

悬臂，它的长度大于宽度和高度；以及

尖端，它设置在所述悬臂的一端，从所述悬臂的底面延伸，

其中与所述悬臂底部平行的所述尖端的剖面是四边形，具有四个相对于所述悬臂的长度方向倾斜的侧边。

10.根据权利要求9所述的探针，其中当远离所述悬臂时，所述尖端的端部的剖面变小。

11.根据权利要求9所述的探针，其中与所述悬臂底面平行的所述尖端的四边形剖面的对角线平行于所述悬臂的长度方向。