CN101023363A - 探测器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

探针(20)包括：悬臂(21)、柱状部(22)以及顶部(23)，以在悬臂(21)的一端悬臂支承的方式形成柱状部(22)，在柱状部(22)的顶端形成有顶部(23)。柱状部(22)的高度大于顶部(23)的高度，选择柱状部(22)与顶部(23)的高度使其为宽度的2倍以上。

Description

探测器及其制造方法

技术领域

本发明涉及探测器及其制造方法，例如涉及对半导体晶片的电特性进行检验时使用的探测器及其制造方法。

背景技术

例如，为了对在半导体晶片上形成有多个存储电路或逻辑电路等的IC芯片的电特性进行检验，例如使用日本专利文献特开2000-055936号公报中记载的探针卡来作为接触器。该探针卡当在检验过程中与晶片的电极触点接触时，起到在作为试验装置的测试器与IC芯片之间传递检验信号的授受的作用。

该探针卡例如具有与形成于IC芯片上的多个电极触点相对应的多个探针，从而使各个探针分别与各个电极触点电接触来进行IC芯片的检验。探针包括与电极触点接触的顶部和由弹性部件形成的悬臂。

图6A～图6H是示出探针的制造过程的图，图7是通过图6A～图6H的制造过程而形成的探针的外观立体图。参照图6A～图6H以及图7来说明以往的探针。

在图6A所示的硅基板1的表面上如图6B所示那样形成氧化硅膜2之后，在其表面上形成抗蚀膜3。在通过图中没有示出的光掩模进行曝光后，对抗蚀膜3进行显影处理，在抗蚀膜3上形成四角形的开口槽4。在除去开口4的部分的硅氧化膜2之后对硅基板1进行各向异性湿蚀刻，如图6C所示，形成倒四角锥台状的槽5，然后如图6D所示，除去抗蚀膜3和硅氧化膜2。

然后，如图6E所示，在硅基板1的整个表面上形成作为镀覆(メッキ)的籽晶的钛膜6。然后，通过照相平版印刷技术，在除了相当于悬臂8的部分和相当于槽5的部分以外的部分形成图6F所示的牺牲层7，如图6G所示，除了牺牲层7部分，在相当于悬臂8的部分和槽5中例如通过镀覆来沉积镍合金，如图6H所示除去牺牲层7，形成作为探针顶部的倒四角锥台9和悬臂8。

如图7所示，在通过图6A～图6H所示的制造过程而形成的探测器中，悬臂部分8为长方体形状，例如其长度L为200～500μm，宽度W为60～150μm，厚度T为10～20μm，为倒四角锥台9的顶部的高度H为50～100μm，顶端的平面部分的宽度Wt为10±2μm左右。

最近，IC芯片的集成度不断提高，电极触点的数量也在增加，同时电极触点的排列间距也逐渐变窄。因此，如果不缩小探针的宽度，就无法满足电极触点的间距要求，导致与邻近的电极触点接触。但是，若要减小构成图7所示探针的顶部的倒四角锥台9的宽度，那么其高度就会变低。

即，对于倒四角锥台9来说，由于如图6C所示通过各向异性湿蚀刻来形成槽5，因此，若减小槽5的直径，槽5的深度就会变浅，而如果加深槽5的深度，必然会使直径增大，导致顶部的直径变大，从而无法与电极触点的间距变窄相适应。

如果如上所述倒四角锥台9的高度较低，就会产生诸如悬臂8与电极触点或其他元件接触，或者倒四角锥台9无法与电极触点恰当接触等的问题。并且，如果倒四角锥台9较低，则还会发生悬臂8弯曲而接触到电极触点的危险。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种探测器及其制造方法，该探测器能够可靠地与窄间距排列的电极触点接触。

本发明是一种探测器，其包括悬臂支承在探测器基板上的梁部、和从该梁部的顶端部竖起延伸的接触件，其特征在于，当作为与梁部的连接位置的接触件根部的宽度尺寸为W，从根部至顶点的接触件高度尺寸为H时，有H/W≥2的关系成立。

通过使从接触件的根部至顶点的高度为根部宽度的2倍以上，可使接触件在不与其他元件接触的情况下可靠地与窄间距排列的电极触点接触。

优选的是，接触件包括从根部竖起延伸的柱状部、和从柱状部的顶端呈锥状延伸的顶部，柱状部的高度大于锥状顶部的高度。

优选的是，柱状部具有在其整个高度的范围内大小相同的横截面形状。通过具有相同的横截面形状，可通过相同的蚀刻工序来形成柱状部，因此可简化制造工序。

优选的是，柱状部包括位于根部一侧并具有相对大的宽度尺寸的大直径部、和位于顶端一侧并具有相对小的宽度尺寸的小直径部。由于可在小直径部的顶端形成顶部，因此可使顶部的直径更小。

优选的是，柱状部的顶端部与锥状顶部的根部具有大小相同的横截面形状。通过具有相同的横截面形状，可使制造变得容易。

优选的是，接触件的根部的宽度尺寸W为100μm以下。

本发明的其他方面是一种探测器的制造方法，其包括：对基板的主表面进行各向异性干蚀刻来形成柱状槽的工序；对柱状槽的底部进行各向异性湿蚀刻来形成锥状槽的工序；以及在锥状槽和柱状槽中埋入金属以形成探测器的接触件的工序。

通过采用这样的制造工序，探测器的制造变得容易。

优选的是，基板具有将第一基板材料层和第二基板材料层隔着蚀刻率不同的边界层而层叠起来的结构，柱状槽形成于第一基板材料层中，锥状槽形成于第二基板材料层中。通过使用蚀刻率不同的边界层，可在对第一基板材料进行各向异性干蚀刻时阻止也对第二基板材料进行各向异性干蚀刻。

优选的是，在形成柱状槽时，边界层起到蚀刻阻止层的作用。

优选的是，形成接触件的工序包括：在柱状槽的侧壁和锥状槽的底部形成用于镀覆的籽晶，然后在该籽晶上沉积金属的工序。

优选的是，形成柱状槽的工序包括：对基板的主表面进行各向异性干蚀刻来形成直径相对大的大直径柱状槽的工序；以及对大直径柱状槽的底部进行各向异性干蚀刻来形成直径相对小的小直径柱状槽的工序。

优选的是，还包括对连接小直径柱状槽的侧壁和大直径柱状槽的侧壁的部分进行各向异性湿蚀刻来形成锥状斜面的工序。

在本发明中，通过使接触件的根部到顶点的高度为根部宽度的2倍以上，可使接触件在不与其他元件接触的情况下可靠地与窄间距排列的电极触点接触。并且，即使电极触点以窄的间距排列多排，也能够与该排列对应地将探测器排列在探针卡上，从而能够提高排列的自由度。另外，由于提高了接触件的高度，因此，即使梁部弯曲，也能够防止梁部与电极触点等接触。

附图说明

图1是本发明一个实施方式中的探针的外观立体图；

图2A是图1所示的探针的放大图，是柱状部和顶部的主视图；

图2B是图1所示的探针的放大图，是从下方观看顶部的图；

图3A是示出将探针的顶部的截面形成为正方形的例子的图；

图3B是示出将探针的顶部的截面形成为三角形的例子的图；

图3C是示出将探针的顶部的截面形成为多边形的例子的图；

图3D是示出将探针的顶部的截面形成为长方形的例子的图；

图3E是示出将探针的顶部的截面形成为圆形的例子的图；

图4A示出了图1所示的探针的制造过程，是在将掩埋绝缘层配置于中间的硅基板上形成了NSG膜和抗蚀膜的图；

图4B示出了图1所示的探针的制造过程，是在硅基板上形成了柱状槽的图；

图4C示出了图1所示的探针的制造过程，是对柱状槽的掩埋绝缘层进行干蚀刻而使硅基板的表面露出的图；

图4D示出了图1所示的探针的制造过程，是在柱状槽中形成了氧化膜的图；

图4E示出了图1所示的探针的制造过程，是在柱状部的底部形成了NSG膜的图；

图4F示出了图1所示的探针的制造过程，是使柱状部底部的硅基板露出的图；

图4G示出了图1所示的探针的制造过程，是在柱状部的底部形成了锥状槽的图；

图4H示出了图1所示的探针的制造过程，是在柱状部的侧壁和锥状槽中形成了镀覆的籽晶的图；

图4I示出了图1所示的探针的制造过程，是在镀覆的籽晶上形成了抗蚀层的图；

图4J示出了图1所示的探针的制造过程，是在柱状槽和锥状槽中沉积了镍合金的图；

图4K是探针的外观立体图，其具有通过图4A～图4J所示的过程而形成的悬臂、柱状部以及顶部；

图5A是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是在硅基板间形成了掩埋绝缘层的图；

图5B是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是在硅基板上形成了NSG膜的图；

图5C是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是在抗蚀膜和NSG膜上形成了开口部的图；

图5D是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是在硅基板上形成了柱状槽的图；

图5E是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是扩大了柱状槽的宽度和深度的图；

图5F是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是除去了柱状槽下部的掩埋绝缘层的图；

图5G是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是在柱状槽的开口部上表面、侧壁以及底部上形成了氧化膜的图；

图5H是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是在氧化膜上形成了NSG膜的图；

图5I是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是除去了大柱状槽底部和小柱状槽底部的氧化膜的图；

图5J是示出本发明其他实施方式中的探针的制造过程的图，是在小柱状槽的侧壁上形成斜面并在底部形成了锥状槽的图；

图5K是示出通过图5A～图5J的过程而形成的悬臂、柱状部以及顶部的图；

图6A是示出以往的探针的制造过程的图，是示出硅基板的图；

图6B是示出以往的探针的制造过程的图，是在硅基板上形成了硅氧化膜和抗蚀膜的图；

图6C是示出以往的探针的制造过程的图，是在硅基板上形成了倒四角锥台状的槽的图；

图6D是示出以往的探针的制造过程的图，是从硅基板上除去了抗蚀膜和硅氧化硅膜的图；

图6E是示出以往的探针的制造过程的图，是在硅基板上形成了钛膜的图；

图6F是示出以往的探针的制造过程的图，是在钛膜上形成了牺牲层的图；

图6G是示出以往的探针的制造过程的图，是在与悬臂相当的部分和槽中沉积了镀层的图；

图6H是示出以往的探针的制造过程的图，是除去了牺牲层的图；

图7是通过图6所示的制造过程而形成的探针的外观立体图。

具体实施方式

图1是本发明一个实施方式中的探针的外观立体图，图2A、图2B是放大示出图1所示的探针的图，尤其，图2A是柱状部和顶部的主视图，图2B是从下方观看顶部的图。

在图1中，探针20包括：作为梁部的悬臂21、作为从悬臂21的顶端部竖起延伸的接触件的柱状部22以及顶部23。柱状部22形成在悬臂( 持ち)支承于探测器基板上的悬臂21的一端，顶部23形成在柱状部22的顶端。如图2A所示，柱状部22形成为四角柱形状，其高度h1优选为数十～数百μm，更优选为大约50～200μm，作为与悬臂21的连接位置的柱状部22根部的宽度W优选为数十μm，更优选为大约50μm。

顶部23形成为高度h2大约为30μm的倒四角锥台。即，柱状部22的高度h1高于顶部23的高度h2，柱状部22和顶部23的高度h1+h2＝H与宽度W满足H/W≥2的尺寸关系。并且，柱状部22的横截面积和顶部23的与柱状部22连接的部分的横截面积大致相等。

顶部23形成为锥状，如图2B所示，其顶端部具有一边大约为10μm的四角形状的平面。形成该平面的目的在于：当顶部23与电极触点接触时增大接触面积，减小电阻分量，从而使电流容易流过。

如此，通过使顶部23的直径较细，即使电极触点的间距窄，顶部23也不会接触到相邻的触点。并且，通过柱状部22从悬臂21进一步提高顶部23，由此，即使由于缩小作为顶部23的倒四角锥台的直径，而导致顶部23的高度h2变低，也可以消除悬臂21弯曲而与电极触点接触的危险。

因此，根据本实施方式的探测器的结构较为简单，可以在使接触件的宽度W较窄的同时使高度h1+h2较高，因此，即使以窄的间距排列多排的电极触点，也可以与该排列相对应地排列探针卡，从而能够提高排列的自由度。

另外，图1所示的柱状部22形成为四角柱形状，顶部23形成为倒四角锥台，但是不限于此，柱状部22也可以形成为圆柱形状、三角柱形状、或多角柱形状。另外，顶部23也可以与柱状部22的形状相对应地形成为倒圆锥台、倒三角锥台、或倒多角锥台的形状。

图3A～图3E是示出柱状部的各种例子的横截面图。图3A是将柱状部22形成为四角柱的例子，宽度W是最长的对角线的长度，图3B是将柱状部22形成为三角柱的例子，宽度W是最长的一边的长度。图3C是将柱状部22形成为多角柱的例子，宽度W是最长的对角线的长度。图3D是将柱状部22形成为截面为长方形的四角柱的例子，宽度W为最长的对角线的长度。图3E是将柱状部22形成为圆柱的例子，宽度W为直径。

图4A～图4F是示出图1所示探针20的制造过程的图。在本发明的实施方式中使用中间隔着蚀刻率不同的边界层而层叠的双层结构的基板材料。通过对第一层基板材料的主表面进行各向异性干蚀刻来形成与柱状部22相当的四角柱的槽，通过对第二层基板材料进行各向异性湿蚀刻来形成与倒四角锥台的顶部23相当的槽。通过对如上形成的槽进行镀覆来形成柱状部22和顶部23。作为基板，将预先在硅层的上下形成了氧化硅膜的基板材料和只在硅层的上表面形成了氧化硅膜的基板材料粘合起来使用。

更为详细地说，如图4A所示，在作为第一层基板材料的硅基板31上形成NSG(无掺杂氧化硅膜)膜32，通过CVD法在该硅基板31与作为第二层基板材料的硅基板33之间形成掩埋绝缘层34，作为蚀刻率不同的边界层。掩埋绝缘层34在对硅基板31进行各向异性干蚀刻时起到阻止层(stopper)的作用，在典型情况下使用氧化硅膜，但也可以代替氧化膜而使用氮化硅膜。在NSG膜32上形成抗蚀膜35，并通过光掩模进行曝光后，对抗蚀膜35进行显影处理，并在抗蚀膜35上开设四角形的开口部，实施各向异性干蚀刻，在NSG膜32上形成开口部36，然后，如图4B所示，在硅基板31上形成向开口部36的下侧延伸的深的柱状槽36a，使掩埋绝缘层34的表面露出。并且，如图4C所示，对柱状槽36a下侧的掩埋绝缘层34进行干蚀刻，使硅基板33的表面露出，除去抗蚀膜35，然后如图4D所示在包括基板表面、柱状槽36a的侧壁以及底部的整体上形成氧化膜37。此时，由于图4C所示的NSG膜32被包含在氧化膜37中，因此与柱状槽36a的侧壁相比，柱状槽36a的开口部上面的氧化膜37的厚度变厚。

如图4E所示，通过CVD法形成NSG膜38，使其在硅基板31上的氧化膜37上的厚度较厚，在柱状槽36a的底部上的厚度较薄。于是，当如图4F所示进行各向异性干蚀刻时，柱状槽36a的侧壁的氧化膜37变薄，而底部上的氧化膜37被除去，从而使硅基板33露出。然后，如图4G所示，通过使用KOH水溶液对硅基板33进行各向异性湿蚀刻，在柱状槽36a的底部的硅基板33上形成倒四角锥台的锥状槽36b。

如图4H所示，使用CVD法在氧化膜37上、柱状槽36a的侧壁、以及倒四角锥台的锥状槽36b的底部上形成氧化钛或氧化铜，作为镀覆的籽晶39。然后，如图4I所示，除了与悬臂21相当的部分，使用平版印刷技术在镀覆的籽晶39上形成抗蚀层40，如图4J所示，在被抗蚀层40包围的区域、柱状槽36a以及锥状槽36b中例如沉积镍合金41，并从硅基板31、33等中取出，由此，如图4K所示，能够形成具有悬臂21、柱状部22以及顶部23的探针20。

如上所述，根据本实施方式，通过各向异性干蚀刻来形成与柱状部22相当的柱状槽36a，通过各向异性湿蚀刻来形成与顶部23相当的锥状槽36b，并通过在这些柱状槽36a和锥状槽36b中埋入金属，能够形成结构较为简单的探针20。

在图4A至图4K所示的实施方式中，通过同一过程来形成柱状部22和顶部23，但也可以用其他的牺牲基板单独形成顶部23并将其与柱状部22接合起来。

图5A～图5K是示出本发明其他实施方式的探针的制造过程的图。在本实施方式中形成了台阶部，以使柱状部22具有大直径柱状槽和小直径柱状槽。

在图5A中，在硅基板31和硅基板33之间形成掩埋绝缘层34，如图5B所示，通过CVD法在硅基板31上形成NSG膜32。在NSG膜32上形成抗蚀膜35之后，通过光掩模进行曝光，对抗蚀膜35进行显影处理，并在抗蚀膜35上开设四角形的开口部，进行各向异性干蚀刻，从而如图5C所示，在NSG膜32上开设四角形的开口部36。如图5D所示，在除了与小直径部的柱状槽36c相当的部分之外的开口部36上形成抗蚀膜35，其中所述小直径部的柱状槽36c比开口部36的宽度窄，然后对硅基板31进行各向异性干蚀刻，形成深度大致为硅基板31的一半左右的柱状槽36c。

然后，除去抗蚀膜35，如图5E所示，通过掩模对NSG膜32进行各向异性干蚀刻，扩大柱状槽36c的宽度和深度。结果，形成了包括大直径部的柱状槽36d和位于其下部的小直径部的柱状槽36e的二阶梯的槽。如图5F所示，通过各向异性干蚀刻来除去柱状槽36e下部的掩埋绝缘层34，如图5G所示，在硅基板31的包括柱状槽36d的开口部上面、侧壁以及底部的整体上形成氧化膜37。此时，图5F所示的NSG膜32被包含在氧化膜37中，结果柱状槽36d的开口部上面的氧化膜37的厚度变厚。并且，如图5H所示，通过CVD法在氧化膜37上形成NSG膜38。此时，使形成在大直径部的柱状槽36d的开口部周围的NSG膜38的厚度较厚，并使形成在小直径部的柱状槽36e的底部上的NSG膜38较薄。

如图5I所示，通过进行各向异性干蚀刻，在除去NSG膜38的同时，除去位于柱状槽36d的底部和柱状槽36e的底部的氧化膜37。如图5J所示，使用KOH水溶液对硅基板31、33进行各向异性湿蚀刻，从而在硅基板31的小直径部的柱状槽36e的侧壁上形成斜面42，该斜面42的上部宽度与柱状槽36d的宽度相等，下部的宽度与柱状槽36e的宽度，并且在硅基板33上形成倒四角锥台的锥状槽36f。大直径部的柱状槽36d和其下部的斜面42相当于具有横截面积不同的台阶部的柱状部22a，锥状槽36f与顶部23a对应。

然后，通过与图4H～图4K相同的过程，例如将镍合金沉积在柱状槽36d、锥状槽36f中，由此如图5K所示，可形成悬臂21、柱状部22a、以及与柱状部22a相连的顶部23a。

在本实施方式中，通过在柱状部22a中形成横截面积不同的台阶部，并形成与台阶部相连的顶部23a，可使顶部23a的顶端部形成为进一步向尖端渐细的形状，因此可使顶部23a正确且可靠地接触到电极触点上。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于图示的实施方式。可在与本发明相同或等同的范围内对图示的实施方式进行各种修正或变形。

工业实用性

本发明的探测器通过在柱部的顶端形成顶部，可利用于具有与形成在IC芯片上的多个电极触点相对应的多个探针的探针卡。

Claims (12)

1.一种探测器，包括悬臂支承在探测器基板上的梁部、和从该梁部的顶端部竖起延伸的接触件，其特征在于，

当作为与所述梁部的连接位置的所述接触件的根部的宽度尺寸为W，从所述根部至顶点的接触件高度尺寸为H时，有H/W≥2的关系成立。

2.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，

所述接触件包括从所述根部竖起延伸的柱状部、和从所述柱状部的顶端呈锥状延伸的顶部，

所述柱状部的高度大于所述锥状顶部的高度。

3.如权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述柱状部具有在其整个高度的范围内大小相同的横截面形状。

4.如权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述柱状部包括位于根部一侧并具有相对大的宽度尺寸的大直径部、和位于顶端一侧并具有相对小的宽度尺寸的小直径部。

5.如权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述柱状部的顶端部与锥状顶部的根部具有大小相同的横截面形状。

6.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述接触件的根部的宽度尺寸W为100μm以下。

7.一种探测器的制造方法，其特征在于，包括：

对基板的主表面进行各向异性干蚀刻来形成柱状槽的工序；

对所述柱状槽的底部进行各向异性湿蚀刻来形成锥状槽的工序；以及

在所述锥状槽和所述柱状槽中埋入金属以形成探测器的接触件的工序。

8.如权利要求7所述的探测器的制造方法，其特征在于，

所述基板具有将第一基板材料层和第二基板材料层隔着蚀刻率不同的边界层而层叠起来的结构，

所述柱状槽形成于所述第一基板材料层中，

所述锥状槽形成于所述第二基板材料层中。

9.如权利要求8所述的探测器的制造方法，其特征在于，在形成所述柱状槽时，所述边界层起到蚀刻阻止层的作用。

10.如权利要求7所述的探测器的制造方法，其特征在于，形成所述接触件的工序包括：在所述柱状槽的侧壁和所述锥状槽的底部形成用于镀覆的籽晶，然后在该籽晶上沉积金属的工序。

11.如权利要求7所述的探测器的制造方法，其特征在于，

形成所述柱状槽的工序包括：对所述基板的主表面进行各向异性干蚀刻来形成直径相对大的大直径柱状槽的工序；以及对大直径柱状槽的底部进行各向异性干蚀刻来形成直径相对小的小直径柱状槽的工序。

12.如权利要求11所述的探测器的制造方法，其特征在于，

还包括对连接所述小直径柱状槽的侧壁和所述大直径柱状槽的侧壁的部分进行各向异性湿蚀刻来形成锥状斜面的工序。

Images