CN101680913A - 制作探针针尖的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于制作探针针尖的方法，其能够在所述探针针尖由于与晶片芯片频繁接触而磨损时防止所述探针针尖的前端的表面尺寸的迅速增大，并且还能够提高所述探针针尖的所述前端的精度。所述用于制作探针针尖的方法包括：在硅晶片上形成所述探针针尖的前端；形成第一保护层，该第一保护层形成图案以使所述探针针尖的所述前端的一部分曝光；以及在通过所述第一保护层的图案而露出的一部分中形成所述探针针尖的主体。
Description
技术领域
本公开内容涉及一种制作探针针尖的方法；并且更具体而言涉及一种制作用于测试半导体设备的探针板的探针针尖的方法。
背景技术
通常，探针板是用于在半导体设备(诸如半导体存储器、显示器等)制造工艺期间或之后对其进行测试的装置。特别是，探针板将晶片和半导体测试装置电连接以从半导体测试装置向形成在晶片上的半导体设备传输电信号，并且也从半导体设备向半导体测试装置传输响应信号，以便能够测试半导体设备。
探针板包括多个探针针尖。近来，因为半导体设备的尺寸越来越小，所以晶片芯片上的垫的尺寸和垫之间的距离(间距)也越来越小。因此，积极地进行了各种研究和开发以使要接触晶片芯片的探针针尖小型化。
图1至9是用于描述制作探针针尖的传统工序的剖视图。
首先，如图1所示，氮化硅膜105形成在硅晶片100上。
其次，如图2所示，有图案的光致抗蚀剂层110形成在氮化硅膜105上。这时，通过使用具有用于形成探针针尖的预定图案的掩模层(未示出)、借助于紫外线曝光设备等曝光光致抗蚀剂层110，然后在该曝光的光致抗蚀剂层上执行显影工艺，以使光致抗蚀剂层110能根据掩模的图案而形成图案。
然后，如图3所示，通过使用等离子体设备蚀刻氮化硅膜105的通过光致抗蚀剂层110的图案曝光的部分。
然后，如图4所示，执行灰化工艺或湿剥离工艺以除去有图案的光致抗蚀剂层110。可替换地，也能执行氧等离子体工艺或使用硫磺酸和过氧化氢混合溶液的工艺，以除去光致抗蚀剂层110。
随后，如图5所示，在其上形成有氮化硅膜105的硅晶片100浸泡在能够在硅上执行各向异性刻蚀工艺的溶液(诸如KOH、TMAH等)中，由此当硅晶片100被刻蚀时形成沟120。
之后，如图6所示，通过使用磷酸等而除去形成在硅晶片100上的氮化硅膜105。
然后，如图7所示，光致抗蚀剂层130形成在除形成沟120的部分之外的硅晶片100的整个表面上。此时，光致抗蚀剂层130的厚度决定待形成的探针针尖的主体的厚度。
然后，如图8所示，将沟120和光致抗蚀剂层130的开口部分涂覆上Ni或Ni合金(诸如NiCo、NiFe、Niw)等，以形成探针针尖140。在涂覆工艺后，能另外执行化学机械抛光(CMP)工艺以使探针针尖的表面平坦化。
最后，如图9所示，通过执行灰化工艺或湿剥离工艺而除去光致抗蚀剂层130，并且通过湿蚀刻工艺除去围绕探针针尖140的剩余的硅晶片100，以完成探针针尖的形成。
这时，由于用于制作探针针尖的硅晶片通常是{100}硅晶片，所以假如根据传统方法制造探针针尖，则探针针尖的前端会因为结晶的原因而仅具有54.7度的角度。
结果，如图10和11所示，假定ΔL是在磨损前探针针尖140的前端的初始高度L1和磨损的探针针尖140’的前端的高度L2之间的差，并且ΔD是探针针尖140的前端的初始表面尺寸d1和磨损的探针针尖140’的前端的表面尺寸d2之间的差，则ΔD/ΔL迅速增大。即，探针针尖的前端表面尺寸当探针针尖磨损时迅速增大，使得难以适当地跟上晶片上的垫和它们之间间距的小型化。换句话说，假如探针针尖的前端不足够锐利，则涉及探针针尖的磨损的问题将变得严重。
同时，为了将探针针尖的前端表面尺寸减小到预定尺寸，可以在探针针尖的前端部上执行砂纸打磨工艺或其他机械工艺。
图12是示出在探针针尖被机械装置进行机械加工处理之前和之后的、探针针尖的前端的形状的平面视图。如图12所示，探针针尖的矩形端面形状能通过诸如砂磨工艺的机械工艺而变成方形端面形状。
然而，在这种情况下，虽然能减小探针针尖的前端的表面尺寸，但是通过砂磨工艺或其他机械工艺的制造精确性显著下降。
因此，强烈需要开发能够不必执行诸如砂磨工艺等的机械工艺而形成用于探针板的具有十分锐利的前端的探针针尖的技术。
发明内容
技术问题
鉴于前述，本公开内容提供一种用于制作具有前端的探针针尖而不必执行附加的机械加工工艺的方法，所述前端具有小的表面尺寸，其中能自由地调节所述探针针尖的所述前端的角度，以防止由所述探针针尖的磨损而引起的所述探针针尖的所述前端的所述表面尺寸的迅速增大。
技术方案
根据本发明的实施方式，提供一种用于制作探针针尖的方法，所述方法包括：在硅晶片上形成所述探针针尖的前端；形成第一保护层，所述第一保护层形成图案以使所述探针针尖的所述前端的一部分曝光；以及，在通过所述第一保护层的图案而露出的一部分中形成所述探针针尖的主体。
形成所述前端的步骤可以包括：在所述硅晶片的一区域内形成沟；以及在所述硅片的不设置所述沟的区域上形成所述探针针尖的所述前端。
形成所述沟的步骤可以包括：在所述硅晶片上形成第二保护层，所述第二保护层形成图案以具有与待形成所述沟的区域相对应的开口；通过将有图案的所述第二保护层用作掩模而蚀刻所述硅晶片，以由此形成所述沟；以及除去所述第二保护层。
形成所述前端的步骤可以包括：在所述硅晶片上形成第三保护层，所述第三保护层形成图案以具有与待形成所述探针针尖的所述前端的区域相对应的开口；在有图案的所述第三保护层的所述开口中形成所述探针针尖的所述前端；使所述探针针尖的所述前端和所述第三保护层的顶面平坦化；以及除去所述第三保护层。
附图说明
图1至9是用于描述制作探针针尖的传统工序的剖视图；
图10是示出在探针针尖磨损之前和之后的探针针尖的形状的立体图；
图11是示出如图10所示在探针针尖磨损之前和之后的探针针尖的前端的表面尺寸之间的比较的平面图；
图12是示出在探针针尖受到机械加工处理之前和之后的探针针尖的前端的形状的平面图；
图13至26是用于描述根据本发明的实施方式的制作探针针尖的工序的简图；以及
图27是根据本发明的实施方式制作的探针针尖的立体图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详述本发明的实施方式，以使本发明可以被本领域技术人员容易地实现。然而，应当注意本发明不限于所述实施方式而是能以各种其他方式实现。在附图中，为简化说明而省略了与说明书无关的部件，并且在整个文件中相同附图标记表示相同部件。
在整个文件中，术语“连接到”或“联接到”用来指明一个元件到另一个元件的连接或联接，包括一个元件“直接连接或联接到”另一个元件的情况和一个元件经又一个元件“电子连接或联接到”另一个元件的情况。此外，用于文件的术语“包含或包括”和/或“包含着或包括着”意味着除了所述的构件、步骤、操作和/或元件之外不排斥一个或更多其他构件、步骤、操作和/或元件的存在或增加。
参看图13至27，将详述根据本发明的实施方式的制作探针针尖的方法。
图13至26是用于描述根据本发明的实施方式的制作探针针尖的工序的简图。
首先，如图13和14所示，有图案的光致抗蚀剂层310形成在硅晶片300上。此时，能使用旋涂法在硅片300上形成光致抗蚀剂层，其中通过在旋转硅晶片300时将光致抗蚀剂喷雾并涂覆在硅晶片300之上而执行该旋涂法。喷涂的光致抗蚀剂借助于紫外线曝光设备等而经受曝光处理，然后通过使用设置有用于形成探针针尖的主体的预定图案的掩模层(未示出)而在曝光的光致抗蚀剂层上执行显影工艺，以形成有图案的光致抗蚀剂层310。
然后，如图15所示，通过在将有图案的光致抗蚀剂层310用作掩模时以预定深度蚀刻硅晶片300而形成沟。用于形成沟的蚀刻工艺例如可以是深硅反应离子蚀刻(DRIE)工艺。
例如，能通过依次执行5秒钟聚合物沉积工艺，接着执行3秒钟聚合物蚀刻工艺，然后接着执行5秒钟硅蚀刻工艺而实现DRIE工艺。这里，在SF6气氛中执行硅蚀刻工艺。
这时，由于沟的厚度决定了随后形成的探针针尖的主体的厚度，因此必须形成足够厚的沟以经受由探针针尖和晶片芯片之间的重复接触而施加在其上的负荷。
随后，如图16所示，通过执行灰化工艺或湿剥离工艺而除去有图案的光致抗蚀剂层310。例如，也能执行氧等离子体工艺或使用硫磺酸和过氧化氢的混合溶液的工艺，以除去有图案的光致抗蚀剂层310。
如图17所示，晶种层320完全涂覆在硅晶片300的顶面以及沟的底面和侧面上。通常，晶种层用来促进涂覆工艺中涂层膜的沉积。即，假如在没有晶种层320的情况下在硅晶片300上执行涂覆工艺，则硅晶片300上涂层膜的沉积将是困难的，并且即使沉积了，涂层膜也可能容易地从硅晶片300分离。因此，在硅晶片300上沉积晶种层320并且之后在晶种层320上沉积涂层膜，比直接在硅片300上执行涂覆工艺更有效。
Ti、Cu、Au等能用作晶种层320的材料。能通过采用用于普通半导体制造工艺的物理汽相淀积法(诸如蒸发法或溅射法)而形成晶种层320。
然而，应当注意，除本实施方式中例示的材料和方法之外，各种其他材料和方法也能用来沉积晶种层320。
接着，如图18所示，光致抗蚀剂层完全沉积在晶种层320和沟的侧壁上，然后通过使用具有预定图案的掩模来执行曝光工艺和显影工艺，从而形成有图案的光致抗蚀剂层330。
这时，形成在光致抗蚀剂层330上的图案决定了通过随后描述的初次涂覆工艺而涂覆的第一涂覆层，其中第一涂覆层形成探针针尖的前端。因而，根据本发明的实施方式的探针针尖的前端的形状依赖于光致抗蚀剂层330上的图案如何形成。例如，如图18所示，可以形成具有梯形形状的图案。
然后，如图19所示，通过将Ni或Ni合金(诸如NiCo、NiFe、NiW等)涂覆在晶种层320的通过光致抗蚀剂层330的图案而露出的顶面部分上而执行初次涂覆工艺，从而形成第一涂覆层340。如上所述，通过初次涂覆工艺而形成的第一涂覆层340形成根据本发明的实施方式的探针针尖的前端。
同时，在实施方式中，虽然通过使用涂覆工艺形成了第一涂覆层340(即，探针针尖的前端)，但是显然能代替地使用各种其他方法，诸如化学汽相淀积(CVD)和物理汽相淀积(PVD)。
在执行初次涂覆工艺之后，如图20所示，通过例如化学机械抛光(CMP)工艺使光致抗蚀剂层330和第一涂覆层340平坦化。
通常，CMP工艺是用于使形成在晶片上的氧化物膜等平坦化的方法。在CMP工艺中，通常，抛光垫和晶片以不同的RPM旋转，以使它们在相对于彼此旋转时彼此摩擦，并且在抛光垫和晶片之间供应泥浆以便加速抛光过程。
然后，如图21所示，通过执行灰化工艺或湿剥离工艺而除去有图案的光致抗蚀剂层330，以使仅第一涂覆层340留在晶种层320的顶面上，以成为探针针尖的前端340。作为除去光致抗蚀剂层330的替代方法，也能执行氧等离子体工艺或使用硫磺酸和过氧化氢的混合溶液的工艺。
随后，如图22所示，使光致抗蚀剂层350形成图案以覆盖晶种层320的顶面的一部分和通过初次涂覆工艺形成的探针针尖的前端340。如上所述，能通过使用具有预定图案的掩模的曝光工艺和显影工艺而执行该工艺。
这时，应该小心不要用光致抗蚀剂层350完全覆盖第一涂覆层340。原因是第一涂覆层340必须通过二次涂覆工艺而生长，以形成探针针尖的主体。
另外，由于光致抗蚀剂层350对随后形成的探针针尖的主体的厚度施加影响，所以光致抗蚀剂层350必须足够厚以便经受由探针针尖和晶片芯片之间的重复接触而施加到其上的负荷。在本发明的实施方式中，光致抗蚀剂层350的厚度形成为大于第一涂覆层340的厚度。然而，也可以形成等于第一涂覆层340的厚度的光致抗蚀剂层350的厚度。
然后，如图23所示，通过将Ni或Ni合金(诸如NiCo、NiFe、NiW等)涂覆在形成于沟的底面上的晶种层320的顶面和第一涂覆层340的其一部分被光致抗蚀剂层350覆盖的顶面上，从而执行二次涂覆工艺，由此形成第二涂覆层360。通过二次涂覆工艺形成的第二涂覆层360随后形成根据本发明的实施方式的探针针尖的主体。
假如在二次涂覆工艺中使用的材料与在初次涂覆工艺中使用的材料相同，即，假如第二涂覆层360的材料与第一涂覆层340的材料相同，则第一涂覆层340的未覆盖有光致抗蚀剂层350的部分通过二次涂覆工艺而生长，从而形成第二涂覆层360。
同时，虽然在本发明的实施方式中初次涂覆工艺和二次涂覆工艺中使用的材料是相同的，但是在必要时材料可以彼此不同。
如图24所示，在执行二次涂覆工艺之后，通过CMP工艺使包括探针针尖的前端340和主体360的表面平坦化，从而最终获得探针针尖370。
接着，如图25和26所示，执行灰化工艺或湿剥离工艺以除去平坦化的光致抗蚀剂层350。
然后，通过湿蚀刻工艺除去晶种层320和硅晶片300，从而获得探针针尖370。
在如上所述的本发明的实施方式中，虽然仅执行初次涂覆和二次涂覆工艺，但是根据待形成的探针针尖的希望厚度和希望形状能执行附加的涂覆工艺。
图27是根据本发明的实施方式制作的探针针尖370的立体图。
如上所述，探针针尖370包括前端340和主体360，其中前端340由通过初次涂覆工艺形成的第一涂覆层制成，并且主体360由通过二次涂覆工艺形成的第一涂覆层制成。
如图27所示，根据本发明的实施方式，探针针尖的前端340的形状不是如现有技术那样根据硅晶片300的晶面来确定的，而是能根据光致抗蚀剂层330的开口图案制成为具有希望的形状，而与硅晶片300的晶面无关。
因而，由于能自由地调节探针针尖的前端340的角度，所以借助于形成如所需要的锐利的探针针尖的前端340，可以解决当探针针尖磨损时探针针尖的前端340的表面尺寸迅速增大的问题。
而且，探针针尖的前端340和主体360能通过初次涂覆工艺和二次涂覆工艺制成为具有不同的厚度。
因此，假如适当调节探针针尖的主体360的厚度以使主体360在半导体芯片测试过程期间能经受由探针针尖和晶片芯片之间的重复接触而施加到其上的负荷，则能在不担心负荷的情况下精微地制作探针针尖的前端340。
另外，由于探针针尖的前端340的形状是根据光致抗蚀剂层330上的图案而决定的，因此假如根据需要调节光致抗蚀剂层330上的图案，则能制作具有微小尺寸的探针针尖而不必执行砂磨工艺或附加的机械工艺。
本发明的上述描述是为了说明而提供的，并且本领域技术人员应当理解，在没有改变本发明的技术概念和实质特征的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，显然上述实施方式在各个方面是说明性的，并不限制本发明。
本发明的范围由随附的权利要求所限定，而不是由实施方式的详述限定。应当理解，根据权利要求和它们的等同要求的意义和范围所设想的所有的变型和实施方式都包括在本发明的范围中。
工业应用性
根据本发明的上述实施方式，可以制作一种具有前端的探针针尖，即使当探针针尖磨损时，也能防止该前端的表面尺寸迅速增大。
另外，由于不执行砂磨工艺或附加的机械工艺，所以能制作具有较高精度的探针针尖。
而且，可以形成具有精细的前端的探针针尖，其能够经受由与晶片芯片的频繁接触而施加到其上的负荷。
Claims (20)
1、一种用于制作探针针尖的方法，该方法包括：
在硅晶片上形成所述探针针尖的前端；
形成第一保护层，所述第一保护层形成图案以使所述探针针尖的所述前端的一部分曝光；以及
在通过所述第一保护层的图案而露出的一部分中形成所述探针针尖的主体。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述前端的步骤包括：
在所述硅晶片的一部分中形成沟；以及
在除形成所述沟之外的其他部分上形成所述探针针尖的所述前端。
3、根据权利要求2所述的方法，其中，形成所述沟的步骤包括：
在所述硅晶片上形成第二保护层，所述第二保护层形成图案以具有与待形成所述沟的区域相对应的开口；
通过将有图案的所述第二保护层用作掩模而蚀刻所述硅晶片，以由此形成所述沟；以及
除去所述第二保护层。
4、根据权利要求2所述的方法，其中，形成所述前端的步骤包括：
在所述硅晶片上形成第三保护层，所述第三保护层形成图案以具有与待形成所述探针针尖的所述前端的区域相对应的开口；
在有图案的所述第三保护层的所述开口中形成所述探针针尖的所述前端；
使所述探针针尖的所述前端和所述第三保护层的顶面平坦化；以及
除去所述第三保护层。
5、根据权利要求2所述的方法，该方法还包括，在形成所述沟的步骤之后，在设有所述沟的所述硅晶片的顶面上和在所述沟的整个底面上形成晶种层。
6、根据权利要求1所述的方法，该方法还包括，在形成所述主体的步骤之后，使所述第一保护层和所述探针针尖的所述主体的顶面平坦化，以及除去除所述探针针尖的所述前端和所述主体之外的所生成的结构。
7、根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一保护层是光致抗蚀剂层。
8、根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二保护层是光致抗蚀剂层。
9、根据权利要求4所述的方法，其中，所述第三保护层是光致抗蚀剂层。
10、根据权利要求1所述的方法，其中，所述探针针尖的所述前端由Ni或Ni合金制成。
11、根据权利要求1所述的方法，其中，所述探针针尖的所述前端由与所述探针针尖的所述主体的材料相同的材料制成。
12、根据权利要求1所述的方法，其中，所述探针针尖的所述前端由不同于所述探针针尖的所述主体的材料的材料制成。
13、根据权利要求11所述的方法，其中，通过生长所述探针针尖的所述前端而形成所述探针针尖的所述主体。
14、根据权利要求12所述的方法，其中，通过生长所述探针针尖的所述前端而形成所述探针针尖的所述主体。
15、根据权利要求4所述方法，其中，通过化学机械抛光工艺执行平坦化工艺。
16、根据权利要求6所述的方法，其中，通过化学机械抛光工艺执行平坦化工艺。
17、根据权利要求2所述的方法，其中，通过深硅反应离子蚀刻工艺执行形成所述沟的步骤。
18、根据权利要求3所述的方法，其中，通过灰化工艺或湿剥离工艺除去所述第二保护层。
19、根据权利要求4所述的方法，其中，通过灰化工艺或湿剥离工艺除去所述第三保护层。
20、根据权利要求6所述的方法，其中，通过灰化工艺或湿剥离工艺除去所述第一保护层。
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