TWI249216B - Contacting component, method of producing the same, and test tool having the contacting component - Google Patents

Description

1249216 玖、發明說明： (-)發明所屬之技術領域： 本發明是有關於一種和形成在測試物件上之目標區（例 如一電極）做電氣接觸之接觸元件。 (二）先前技術： 接觸元件係使用於半導體電路等之測試。譬如，接觸元 件包括一絕緣基座，於該絕緣基座之一表面上形成之傳導 電路，以及一凸塊接觸，作爲一探針接觸，由導電材料製 成，並且伸出於絕緣基座之另一表面上。傳導電路及凸塊 _ 接觸在穿入該絕緣基座之通孔中形成電氣連接。 傳統上，凸塊接觸係由一導電金屬製成，例如鎳金屬或 是鎳的合金，並且藉由電解質電鍍而形成，因爲其較爲容 易製造。 當測試半導體電路時，凸塊接觸將重覆與一目標區（例如 電極）形成壓力接觸以利量測及測試。 因此，當凸塊接觸具有低硬度時，凸塊接觸可能變形並 且破損。在此情形下，即無法執行精確的測試，而且凸塊 φ 接觸之壽命將會縮短。另一方面，若凸塊接觸之硬度增加 時，凸塊接觸易發生裂縫，在此情形下，凸塊接觸可能自 絕緣基座斷開。由此，對應的問題之間存在著條件的妥協。 再者，在形成凸塊接觸或是連續的壓力接觸操作當中， 凸塊接觸隨時可能自絕緣基座脫離。此種凸塊接觸之脫離 問題迄尙未被慮及。 -5- 1249216 (三）發明內容： 因此，本發明之一目的在於提供一種接觸元件，其具有 之一探針接觸有極佳的耐久性，並且可以防止斷開或脫離。 爲達成上述目的，本發明具備以下各種結構。 結構1 具有探針接觸之一接觸元件係藉電鍍而形成，並且適合 與一目標區域接觸； 該採針接觸係由多晶材料製成，其具有一晶粒徑不小於 10奈米，並且不大於40奈米。 · 結構2 具有探針接觸之一接觸元件係藉電鑛而形成，並且適合 與一目標區域接觸； 該探針接觸係由包含一金屬及碳成分之材料製成，碳之 成分範圍係介於0 · 2原子百分比至丨· 2原子百分比之間。 結構3 根據結構2之接觸元件，其中碳成分係以金屬碳化物之 形式。 _ 結構4 根據結構2或3之接觸元件，其中探針接觸係由鎳或鎳 合金作爲主要材料而製成，而碳則以鎳碳化物之形式含於 其中。 結構5 根據結構1 - 4中任一項之接觸元件，其中探針接觸係由 具有維氏硬度介於450Hv及950Hv且應力不大於30kg/mm2 -6- 1249216 之材料製成。 結键 根據結構1 - 5中任一項之接觸元件，包括： 〜絕緣基座； 〜傳導電路，形成於該絕緣基座之一表面上； 且 探針接觸係由導電材料製成，並且形成於絕緣基座之另 一表面上； 傳統電路及探針接觸係於穿入絕緣基座之一穿孔中形成 電氣連接。 結構1 使用於測試一半導體元件之測試工具，至少包括： 根據結構1之接觸元件；以及 一佈線基座，包括一絕緣基座，於其上備有一佈線層。 結構 8 根據結構7之一測試工具，其中該佈線基座係一雙面之 佈線基座，備有第一及第二佈線層，分別形成於絕緣基座 之相對表面上，該第一及第二佈線層係在穿入絕緣基座之 穿孔中形成電氣連接。 結構9 根據結構7之測試工具，其中該佈線基座係一多層佈線 基座，且多層結構之數個佈線層以及數個絕緣層係交替疊 合於絕緣基座之上，各相鄰接之佈線層係在介於鄰接佈線 層之間的絕緣層中形成的接觸孔內形成電氣連接。 1249216 結構10 用於測試一半導體裝置之測試工具，至少包括： 根據結構2之一接觸元件；以及 一佈線基座’包括一絕緣基座，備有一佈線層形成於該 絕緣基座之上。 結構11 根據結構1 〇之一測試工具，其中該佈線基座係一雙面之 佈線基座，備有第一及第二佈線層，其係分別形成於絕緣 基座之相對表面上，第一及第二佈線層係在穿入絕緣基座 · 之一穿孔中彼此形成電氣連接。 結構12 根據結構1 0之一測試工具，其中該佈線基座係一多層之 佈線基座，且數個各具有多層結構之佈線層以及數個絕緣 層係交替疊合於該絕緣基座上，各相鄰接之佈線層係於一 接觸孔之中完成電氣連接，而此接觸孔係形成於相鄰佈線 層之間的絕緣層之中。 結構1 3 · 根據結構6之接觸元件之製造方法，該方法包括之步驟 & · 爲 · 準備一絕緣基座，其具有一導電金屬膜，形成於絕緣基 座之一表面上，作爲一傳導電路使用； 於絕緣基座中形成一穿孔，且位於一預設之位置；以及 形成探針接觸，與傳導金屬膜電氣連接，其作法係將電 鍍電極之一連接至傳導金屬膜，將絕緣基座浸入一電鍍溶 -8- 1249216 液，以及執行電解質電鍍。 結構1 4 根據結構1 3之方法，其中溶解於電鍍溶液且加於電鍍溶 液之有機物質數量係經調整以控制探針接觸中之碳成分。 結構1 5 根據結構1 3之方法，其中於實施電解質電鍍時，電鍍電 流密度不小於1 A/dm2且不大於60A/dm2。 (四）實施方式： 本發明者發現一探針接觸，例如一凸塊接觸，其硬度與 分離電阻係與此探針接觸之晶粒徑及此探針接觸中之碳成 分密切相關，再者，藉由調整晶粒徑及碳成分，該探針接 觸之硬度與分離電阻可獲得控制。 首先，探針接觸之硬度與分離電阻之控制係藉由調整依 電解質電鍍等而形成之探針接觸之材料的晶粒徑而達成。 更明確而言，以下陳述有關於探針接觸之硬度與分離電 阻以及其晶粒徑間之關係的若干項事實。 (1 )若晶粒徑過大，則無法獲致足夠之硬度，且探針接 觸容易分離。 (2)若晶粒徑減少，則硬度增加。 (3 )若晶粒徑減少，探針接觸之表面粗糙度減少，因此 ，探針接觸對於絕緣基座之附著力增加，且探針接觸之分 離電阻亦獲改善。 (4)若晶粒徑過小，則硬度過大，且探針接觸易產生缺 陷，譬如發生裂痕。此外，探針接觸之應力過大將導致探 -9- 1249216 針接觸之分離。 (5 )依上述（1 )至（4)，晶粒徑最佳範圍係不小於1 〇 n m且 不大於40nm，最佳係不小於1 5nm且不大於針 接觸是由鎳或鎳合金製成，則晶粒徑最佳ιββΚ、於 15nm且不大於35nm(結構1)。 如上所述，第一項發明之特徵係在於晶粒徑減少（調整至 一預定之晶粒徑）以增加其硬度（獲得一預定之硬度）。 第二，若探針接觸係藉由電解質電鍍製成，一預定數量 (0.2原子百分比至1.2原子百分比）之碳包含於探針接觸內 H ，且其由含有金屬及碳之材料製成（結構2)，則將可發現硬 度可以增加（更明確地，不低於45 OHv且不高於95 OHv)。 推測藉由控制探針接觸中之碳含量，可獲致具有理想晶粒 徑之探針接觸，且探針接觸之硬度可調節在一預定之範圍 內。雖然此一機制尙不明朗，但可推斷，在藉由電解質電 鍍等方式形成探針接觸之過程中，形成探針接觸之晶體之 粒徑將因碳成分而減少，且碳成分將集中在相鄰金屬結晶 體之晶粒邊界處，因而能增加硬度。或是另一方面可推斷 ® ，在藉由電解質電鑛等方式形成探針接觸之過程中，形成 探針接觸之晶體之粒徑將因碳成分而減少，且高硬度之金 屬碳化物進駐相鄰接之金屬結晶體之間，因而增加了探針 接觸之整體硬度。 此外，探針接觸所含之碳成分最佳係以金屬碳化物之形 式存在（例如鎳碳化物）（結構3、4)。 探針接觸含有碳成分能改善探針接觸之耗損電阻及腐蝕 1249216 電阻。另外，碳成分能有效抑制探針接觸所含金屬，例如 鎳，之一散射至探針接觸所接觸之目標區域（譬如一鋁金屬 電極）。 探針接觸中之碳成分可加以調整，其係藉加入一溶解於 電鍍液之有機物質於電鍍溶液中，並且調整電鍍條件。依 據加入電鍍溶液中之有機物質種類，有機物質之成分及電 鍍條件可正確地調整。 探針接觸之碳成分較佳係由〇 . 2原子百分比及1 . 5原子百 分比，更佳係由0.2原子百分比至1.2原子百分比（結構2) # ，最佳係由0.3原子百分比至1 · 0 5原子百分比。探針接觸 中之碳成分最佳係以金屬碳化物之形式存在之碳數量。 若碳成分太小，則無法獲致足夠之硬度。若碳成分太大 ，則探針接觸具有一過大之應力，且通常導致缺陷，譬如 發生裂縫。 如上所述，第二項發明之特徵在於含有一預定數量之碳 (最佳係以金屬碳化物之形式存在）以增加硬度（以獲致一預 定之硬度）。或者另一種觀點係含有一預定數量之碳（最佳 · 係以金屬碳化物之形式存在）以減少晶粒徑（以獲致一預定 之晶粒徑）。 在本發明中，探針接觸具有一硬度較佳係介於450Hv與 9 5 0Hv維氏硬度（結構5)，更佳係介於5 0 0Hv及8 0 0Hv之 間。 若硬度低，則探針接觸與測試物件之接觸操作將使探針 接觸變形或磨損。於此情況下，即無法執行精確的測試， 1249216 且探針接觸之壽命將會縮短。如果硬度過大，探針接觸易 導致缺陷，例如出現裂縫。 於本發明中，晶粒徑及碳成分經過調整，因而獲致前述 範圍內之硬度。 於本發明中，探針接觸具有之一應力（以薄膜應力量測） ，其範圍較佳係不大於30kg/mm2(結構5)，更佳範圍係不 大於20kg/mm2，最佳則係不大於15kg/mm2。 若應力過大，則探針接觸容易脫離。 於本發明中，晶粒徑及碳成分經過調整而獲得上述範圍 內之應力。 如上所述，根據本發明，可獲得具有優越耐久性之探針 接觸的接觸元件。 具有優越耐久性探針接觸之接觸元件適合作爲測試工具 中之接觸元件，並使用於測試半導體裝置等。 特別地，本發明提供一接觸板，其具有之探針接觸之硬 度適合作爲接觸板之一接觸元件，並使用於老化測試等， 且其可避免與探針接觸分離。 第一及第二發明亦適合作爲探針接觸之一電鍍膜。換言 之’第一及第二發明有用的情況係當結構1至結構5之探 針接觸由探針接觸之電鍍膜加以取代。 本發明所述之電鍍包含電解質電鍍或無電極電鍍。無論 電解質電鍍或無電極電鍍皆可使用於本發明。當探針接觸 用於測試工具中之接觸元件’以測試半導體裝置時，採用 電解質電鍍較爲有利，因爲當孔徑大小僅爲數個微米至數 1249216 百微米時，將能確保一高品質。若孔徑大小大至毫米等級 時，即可採用無電極電鍍。 附力口 加入電鍍溶液之有機物質必須溶解於電鍍溶液，且必須 具有一功能，使得當探針接觸係由電解質電鍍（電極電鍍） 等方式製造時，碳成分將加入探針接觸中。例如，有機物 質可以是碳酸（H2C〇3)、二氧化碳（C〇2)、糖精、蔗糖、或 葡萄糖。 如上所述之有機物質，亦可使用添加劑，譬如一般使用 在電鍍之美化劑，且最佳係使用具有增加薄膜硬度功能之 添加劑（以下稱爲硬度強化劑），因爲配合本發明將可預期 一綜效之產生。隨著硬度增加，薄膜之應力亦通常會增加 。綜上，最佳情況係使用具有應力弛張功能之添加劑（以下 稱爲應力弛張劑）作爲組合，因爲配合本發明可預期一綜效 之產生。 譬如，硬度強化劑可以是（υ碳原子與氧原子間具有雙鍵 (c = 0)之物質（例如一氧化碳、酮、乙醛、福馬林、塔瑪琳 、烷氧基塔瑪琳、羧酸、蟻酸鎳、甲酸鈉、蛋白質如白明 膠），（2)碳原子與碳原子間具有雙鍵（C = C)之物質（例如烷基 羧基酯、烷基乙醛、芳基乙醛、芳基乙醛磺酸鹽、芳基乙 烯基生物鹼、塔瑪琳及其衍生物等），（3)碳原子與碳原子間 具有三鍵（C = 0)之物質（例如乙炔衍生物、乙炔乙醇、丁炔 -1，4-二醛、炔丙基乙醇等），（4)數種著色劑，（5 )碳原子與 氮原子之間具有三鍵（C = N)之物質（例如乙烯氰醇），（6)具有 -13- 1249216 N_C = S鍵結之物質（例如硫、硫代蘋果酸、硫之環狀化合物 等），（7)氮原子與氮原子間具有雙鍵（N = N)之物質（例如偶氮 ' 著色劑），以及（8)碳原子與氧原子間具有單鍵（C-0)之物質 (例如蔔萄糖）。 具有” = C-”鍵結之物質可以作爲應力弛張劑，例如（1)芳 香烴（如苯及萘），（2)次級芳香烴（如甲苯、二甲苯、萘胺、 甲苯胺及苯甲基萘），（3)烷基鏈化合物（如乙烯基與芳基） ，（4)磺酸、磺酸鹽（如納單-、二-、三·萘磺酸鹽）、醯胺磺 酸鹽（如糖精對-甲苯磺醯胺、醯亞胺磺酸鹽及硫磺）。 春 接下來說明本發明之接觸元件。 請參照第1圖’接觸元件包括一絕緣基座1，其一表面 具有一凸塊接觸2，另一面則具有一電極3以構成傳導電 路之一構件。絕緣基座1具有一穿孔5。凸塊接觸2及構 成傳導電路一部之電極3彼此係相對應之排列，且絕緣基 座1介於其間’其彼此之間係透過一導電部件4而相連接 ’該導電部件4包括塡滿穿孔5之導電物質。 絕緣基座1並無特別限制’可由任何電氣絕緣之物質製鲁 成。最佳情況係絕緣基座1不僅電氣絕緣且具彈性。更明 確言之’絕緣基座1可由聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂、環氧 樹脂、尿院樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚醯胺樹 脂、丙燦腈-丁二烯·苯乙烯共聚物（ABS)樹脂、聚碳酸酯樹 脂、砂氧樹脂等製成。適當材料，無論熱固性樹脂或是熱 塑性樹B曰’皆可依據目的而選用。於上述之樹脂當中，若 接觸元件係用於老化試驗板或是探針卡，則最佳係使用具 -14- 1249216 有優越熱電阻及化學電阻且具有足夠機械強度之聚醯亞胺 樹脂。絕緣基座1可以具有任何適合的厚度。然而，爲確 保一足夠之機械強度及彈性，絕緣基座1之厚度典型範圍 係介於2微米及5 00微米之間，更佳係介於10微米及150 微米間。再者，若接觸元件係使用於老化試驗板或是探針 卡，則最佳係使具有厚度介於1 0微米及5 0微米之間的絕 緣樹脂薄膜。 構成導電電路一部件之電極3係形成於絕緣基座之內部 ’或是在絕緣基座之另一表面上，位處對應於預定位置， · 且凸塊接觸形成於絕緣基座之一表面上之位置。電極係與 該凸塊接觸形成電氣連接。導電電路包含一電路圖樣，其 係由一導體、一半導體以及數種電路元件，例如一接觸點 、一線圈、一電阻器及一電容器而形成。因此，導電電路 可以稱之爲一導電圖樣。導電電路可以形成於絕緣基座之 外部（例如一繞線基座上）。作爲導電電路或是構成其一部 之電極之材料，並無特定之限制，只要該材料具有導電个生 ，無論是導體或半導體。較佳的情形是使用一已知的良導 · 體金屬。例如’可以使用單一金屬’如銅、金、銀、纟自、 給、錫、鎳、鐵、銘、銦、錢、鉻、鎢及釕，以及數種含 有上述金屬之合金，如焊料、錬錫、金銘。另外，—多層 結構亦可藉使用數種選自上述金屬與合金之材料而％ 。 導電電路或是構成其一部之電極之厚度並不受限制j。 導電電路或是構成其一部之電極之形成方法包丨舌@步*驟 爲在絕緣基座之整個表面上形成一導電材料層，然、；^ _倉虫 1249216 刻而部分移除該導電材料層，而留下一設計之電路圖樣。 用於連接構成導電電路一部之電極以及凸塊接觸之穿孔 的直徑未受限制。然而較佳的情形係穿孔具有一較大之直 徑，只要相鄰之穿孔彼此不連接即可。這是因爲導電部之 電阻可以減少。實務上，穿孔之直徑介於5微米與200微 米間，特別是介於1 〇微米與8 0微米間，穿孔之形成可藉 雷射加工、光微影術、使用阻劑不同於絕緣基座之化學電 阻之化學蝕刻、電漿加工、機械加工例如鑿孔等。其中使用 準分子（excimer)雷射、二氧化碳雷射、YAG雷射等之雷射 β 加工係較佳選擇，因其可執行穿孔之微加工技術，具有一 預期之直徑及螺距，因而達到凸塊接觸之精細螺距調整。 該穿孔形成不僅與絕緣基座之平面相垂直，並且亦可與絕 緣基座之平面形成一預設之角度，因而電氣上而言連接了 該電極以及稍微偏離恰在彼此反面位置之凸塊接觸。 本質上，導電部位係形成於穿孔之中，並且作用爲電氣 上連接凸塊接觸以及構成導電電路之一部的電極。舉例而 言，導電部包括一塡滿穿孔之導電物質，或是一導電物質 ® 層，其藉穿孔電鍍而形戶於穿孔之內壁表面上。導電部之 形成可藉由電解質電鍍、無電極電度、沈積如化學氣相沈 積CVD、導電物質以機械方式安裝於穿孔內等方式達成。 除其他方法外’建議使用之方法包括之步驟爲·將構成導 電電路之一部的電極暴露於穿孔之中，然後藉電解質電鍍 及使用電極作爲負端，將導電物質塡入穿孔之中。此一方 法能確保可靠之傳導並且易於實施。 -16- 1249216 探針接觸（包含凸塊接觸）可爲任意形狀，無論自絕緣基 座之平面伸出與否，譬如一凸形、一凹形或是一扁平之似 襯墊形狀，均依探針接觸所接觸之目標部件之形狀而定。 如同已知之凸塊接觸，半球狀之突出型的探針接觸最有利 。此處所稱之”半球狀”包含的不僅是完美的半球形，亦包 含具有單調曲面之突起物。 探針接觸之表面可以是一平滑鏡面或是一粗糙面。爲改 善該接觸之可靠度，採用粗糙表面爲較佳之選擇。爲獲致 粗糙表面，可使用銼屑或砂磨等機械粗糙加工法、化學溶 液之化學粗糙加工法，藉光微影術形成不規則形狀，於探 針接觸之表面上形成一粗糙條件下之表面層（例如未拋光 之粗糙面）等方法。表面層之材料可使用铑、釕、鈷、鉻、 鎢等。 探針接觸之材料（包含凸塊接觸）無特定之限制。然而由 於探針接觸係藉電鑛而形成，故使用一金屬或是一合金。 最佳情形係使用已知凸塊所應用之價廉的良導體，譬如φ 、鎮錫合金、錬iG合金、及銅。 接下來說明根據本發明有關製造接觸元件之方法。 根據本發明之接觸元件的製造方法包括之步驟爲：備妥 一絕緣基座，其具有一傳導金屬膜形成於該絕緣基座之一 表面上，作爲一導電電路；於絕緣基座中之預設位置形成 一穿孔；以及形成一電氣上與傳導金屬膜相連接之探針接 觸，其係藉連接一電鍍電極至該傳導金屬膜，將絕緣基座 浸入一電鍍溶液中，以及執行電解質電鍍而完成。（結構1 3)。 1249216 上述材料可使用於絕緣基座，傳導金屬膜以及探針接觸。 溶解於電鍍溶液且加入電鍍溶液之有機物質的數量經過 調整以控制探針接觸中之碳成分，因而獲致一預期之探針 接觸的硬度及應力。（結構14)。 上述物質可使用於溶解在電鍍溶液中之有機物質。 電解質電鍍中之電鍍電流密度係控制探針接觸之應力的 主要因素。電鍍電流密度最佳情形係不小於1A/dm2且不大 於 6 0 A / d m 2。（結構 1 5 )。 若可溶解於電鍍溶液中之有機物質增加，則探針接觸之 應力會隨著電鍍電流密度之增加而減少。若電鍍電流密度 在1〜5 A/dm2之範圍內，則探針接觸之應力會隨著電鍍電 流密度之增加而急速增加（探針接觸之應力會隨著電鍍電 流密度之減少而急速減少）。若電鑛電流密度之範圍不小於 5 A/dm2，則探針接觸之應力將會隨著電鍍電流密度之增加 而溫和地減少（探針接觸之應力會隨著電鍍電流密度之減 少而溫和地減少）。 若電鍍電流密度小於lA/dm2，探針接觸之硬度及應力之 變動相當大，將不易受控制。此外，應力超過30kg/mm2 時，探針接觸容易分離。另一方面，若電鍍電流密度超過 6 0A/dm2，該硬度及應力之變動雖小，但電鍍效率減少。再 者，氫原子容易聚集在絕緣基座之中形成的穿孔內，使得 電鍍金屬膜不易長成。 因此，較佳的電鍍電流密度係大於4A/dm2且不大於40 A/dm2。 -18- 1249216 電鍍溶液之溫度較佳係保持在3 5 °C與8 0 °C間，更佳係介 於40°C與65 °C之間，以便在所有穿孔中皆生成電鍍膜，且 不致留下空隙或空位。 實例卜5及對照例1-2 以下將說明有關準備第1圖所示接觸元件之特定實例。 首先請參照第2A圖，一雙層膜包括一市場上可獲得之聚 醯亞胺膜1 1係爲絕緣基座，且一銅箔1 3作爲導電電路。 此處採用由Sumitomo Metal Mining有限公司製造及販售 之” S’PERFLEX”。聚醯亞胺膜11之厚度爲25微米，而銅 箔13之厚度爲16微米。 請參考第2B圖，於凸塊接觸形成之處，聚醯亞胺膜11 在預設位置接受KrF準分子雷射（波長248nm)之照射。因 此，數個穿孔5在聚醯亞胺膜11之中形成，並且在各穿孔 5之底部位置將銅箔1 3之一表曝露於外。 接著，進行電漿去光阻作業，以移除藉準分子雷射形成 穿孔5時，附著在聚醯亞胺膜11之碳原子，並改善聚醯亞 胺膜1 1之表面對於電鑛溶液之潤濕能力。 然後，銅箔1 3之另一表面受到保護以不致被電鑛。然後 ，一電鍍電極連接至銅箔1 3之一部。鎳合金之電解質電鍍 係藉使用暴露在各穿孔5中之銅箔1 3作爲一負端而執行。 明確地說，參照第2C圖，鎳合金沈積並且塡滿穿孔5。沈 積持續進行，用以生成鎳合金作爲一半球狀之突起，具有 之高度自聚醯亞胺膜1 1之表面算起爲2 5微米。如此則形 成凸塊接觸2。於執行電鍍時，硬度強化劑及應力弛張劑 1249216 並且加入電鍍溶液中。藉調整電鍍條件以及硬度強化劑與 應力弛張劑之數量，晶粒徑及碳成分得以變化。 最後，銅箔1 3藉蝕刻進行圖案設計’形成導電電路（未 顯示）以及構成其一部之電極3，因而獲得接觸元件’如第 1圖所示。 表1所示爲凸塊接觸之晶粒徑（nm)，凸塊接觸中之碳成 分（原子百分比）（存在於鎳之碳化物中的碳數量），凸塊接觸 之硬度（Hv)，凸塊接觸之應力（kg/mm2)，凸塊接觸形成伊 始之裂縫的存在或不存在，凸塊接觸形成伊始是否發生分 β 離，以及重覆的接觸操作下之凸塊接觸的耐久性。 凸塊接觸之晶粒徑係由X射線繞射儀量測，而得一均値 晶粒徑。 凸塊接觸中之碳成分是由X射線光電分光儀（XPS)量測 。同樣地，金屬碳化物存在與否亦由X射線光電分光儀加 以確認。 凸塊接觸之硬度是由維氏微硬度試驗器針對在銅極上電 鍍之測試樣本進行量測而得，量測厚度可達3 0微米或更大 ® 値。 凸塊接觸之應力係由螺旋形電鍍應力檢測器量測而得薄 膜應力。 凸塊接觸之裂縫存在與否是由顯微鏡觀察。 凸塊接觸之分離係使用一膠帶（例如由Ni chi ban公司製 造銷售之Cellotape (註冊商標））並經由膠帶分離測試而測 得0 -20- 1249216 凸塊接觸之耐久性係由晶圓批次測試接觸板進行重覆之 接觸操作而測得，該測試接觸板之詳細說明在後。 表一 晶粒徑 (nm) 碳成分 (at.%) 硬度 (Hv) 應力 (kg/mm2) 裂縫 分離 耐久性 對照例1 8 1.60 960 35.0 發生 發生 否 實例1 18 1.02 800 16.3 未發生 未發生 是 實例2 20 0.88 745 13.6 未發生 未發生 是 實例3 24 0.51 600 10.8 未發生 未發生 是 實例4 34 0.42 577 10.6 未發生 未發生 是 實例5 40 0.33 457 10.5 未發生 未發生 是 對照例2 52 0.18 200 11.8 未發生 發生 否 由表一可知，若晶粒徑過大（對照例2)，則無法獲得足夠 之硬度，且凸塊接觸容易分離。 由實例1 - 5可知，當晶粒徑變小時，硬度增加。 當晶粒徑太小時（對照例1 )，硬度會過高，因此導致凸塊 接觸發生如裂縫等缺陷，且凸塊接觸之應力增加，因此造 成凸塊接觸之分離。 由表一可知，晶粒徑之大小最佳係介於1 〇 n m與4 0 n m。 由表一可知，若碳成分太少（對照例2)，將無法獲致一足 夠之硬度。另外可以得知，若碳成分太多（對照例1 )，則應 力過度增加，則凸塊接觸將會出現諸如裂縫之缺陷，造成 凸塊接觸之分離。 藉由ESCA(化學分析用電子分光儀）已確認鎳之碳化物 -21- 1249216 在各凸塊接觸內皆已形成。 如表一所示，於實例卜5之接觸元件中，凸塊接觸因膠 帶而未發生分離情形。在對照例2之接觸元件中，凸塊接 觸容易分離，其因晶粒徑過大且黏著力不足。在對照例1 之接觸元件中，凸塊接觸也會分離，這是因爲凸塊接觸形 成伊始發生裂縫以及高應力的情形。 實例6 請參照第3圖，於此實施例中（實例6)，有關晶圓批次測 試接觸板60之製造，具備於上述各實例中製造之接觸元件。 於第3圖中，準備一薄膜環10，包括一矽碳化物之環狀 物1 6以及由該環狀物1 6支撐以延長狀態存在之聚醯亞胺 膜11，並且具有連同第1圖所示之接觸元件。 薄膜環1 〇備有數個電極3，形成在相對於凸塊接觸2突 出之表面之另一表面上。一各向異性之導電橡膠薄板20經 安排將電極與一玻璃多層繞線基座或基板3 0作電氣連接 ，此橡膠薄板與薄膜環1 〇相疊置或置於其上。此外’玻璃 多層繞線基板3 0又與各向異性導電橡膠導板2 0疊置或置 於其上。接下來，將一印刷基板5 0置於玻璃多層繞線基板 3 0之上。因而獲致晶圓批次測試接觸板60。 上述之玻璃多層繞線基板3 0包括一玻璃基座作爲一絕緣 基座，在其上有數個多層結構之繞線層（例如鉻/銅/鎳或鉻/ 銅/鎳/金）以及數個絕緣層（例如聚醯亞胺）係交錯積層’而 其方式則如日本未審專利出版號2000-3 94 5 1所揭示者。每 個相鄰之繞線層在相鄰接繞線層間的絕緣層中形成之接觸 -22- 1249216 孔中，彼此皆電氣連接。 凸塊接觸之耐久件評估 接著，於各實例及對照例中，針對具有接觸元件之接觸 板執行耐久性測試。 耐久性測試係依以下方式實施。準備一矽晶圓4 0，其具 有一半導體元件，有數個鋁電極於其中。藉使用接觸板， 位於矽晶圓4 0之上的鋁電極與凸塊接觸2重覆接觸。然後 ，由一顯微鏡觀測凸塊接觸2之形狀與大小。該接觸操作 之次數爲5 000，接觸之條件爲i〇g/pin(每一凸塊i〇g之負 載）。 於各實例1至5中，具有接觸元件之接觸板中，即使5 0 00 次接觸操作後，也未觀察到實質的變形或是磨損。即使接 觸操作達2,000,000次，變形的程度亦小到僅約2μηι。另一 方面，於對照例2之使用接觸元件的接觸板，當接觸操作 5 000次之後，凸塊接觸變形且磨損大約20μπι。這是因爲 硬度低的緣故。於對照例1之使用接觸元件的接觸板，由 於裂縫已經存在於凸塊接觸以及凸塊接觸之高應力，因此 凸塊接觸產生破裂與分離的情形。上述結果顯示於表一中 的耐久性部分欄位。 於實例6之中，接觸板是使用玻璃多層繞線板。雖無特 定限制，但可使用包含絕緣基座之雙側繞線板，例如玻璃 基座，其具有之繞線層分別形成於絕緣基座之相對表面， 且彼此係透過穿入絕緣基座之一穿孔中形成之導電部件而 達成電氣連接。此一雙側繞線板可以是一多層之雙側繞線 1249216 板，具有數個積層於各絕緣層之繞線層。 根據本發明之接觸元件不僅使用於上述針對晶圓批次測 試之老化試驗板，並且使用於CSP(晶圓尺寸封裝）測試、 單晶片老化試驗之捲帶、老化試驗之探針卡、鼓膜探針卡 等。 根據本發明，藉由調整探針接觸之晶粒徑及探針接觸之 碳成分，可控制該探針接觸之硬度與分離電阻。因此，即 可獲致具有良好耐久性之探針接觸的接觸元件。 具有良好耐久性之探針接觸的接觸元件適合使用於測試 · 半導體元件時，作爲測試工具之接觸元件。 特別地，可獲得一種接觸板，其提供之凸塊接觸具有之 硬度適於作爲接觸板之接觸元件，使用於老化試驗等，且 可避免凸塊接觸之分離。 (五）圖式簡單說明： 第1圖係一部分之剖視圖，用於描述根據本發明之一實 施例之接觸元件； 第2A圖至第2C圖係部分剖視圖，用於描述第1圖所示 春 接觸元件之製程；以及 第3圖係一示意圖，用於描述具有第1圖之接觸元件之 —接觸板。 主要部分之代表符號說明： 1 絕緣基座 2 凸塊接觸 3 電極 -24- 導電部件 穿孔 薄膜環 聚醯亞胺膜 銅箔 橡膠薄板 玻璃多層繞線基板 石夕晶圓 印刷基板 晶圓批次測試接觸板 -25-

Claims (1)

1249216 #s,f7 0修(更}正本 拾、申請專利範圍： 第9212 1 595號「接觸元件及其製造方法和具有該接觸元件之 測試工具」專利案 (2005年6月17日修正） I一種接觸元件，具有一探針接觸，藉電鍍而形成，且適 用於與一目標部件相接觸； 該探針接觸係由含有金屬及碳之材料構成，其中該金 屬爲選自於銅、金、銀、鉑、鉛、錫、鎳、鐵、鈷、銦 、鍩、鉻、鎢及釕等材料，其具有一晶粒徑不小於1 〇nm 且不大於40nm。 2·—種接觸元件，具有一探針接觸，藉電鍍而形成，且適 用於與一目標部件相接觸； 該探針接觸係由含有金屬及碳之材料構成，其中該金 屬爲選自於銅、金、銀、鉑、鉛、錫、鎳、鐵、鈷、銦 、铑、鉻、鎢及釕等材料，其中碳的成分範圍介於0.2 at. % 及1 .2at·%之間，且包含上下限。 3 ·如申請專利範圍第2項之接觸元件，其中碳係以金屬碳 化物之形式存在。 4 ·如申請專利範圍第2項之接觸元件，其中該探針接觸係 由鎳或鎳合金作爲主要材料而製成，碳係以碳化鎳之形 式存在。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之接觸元件，其中該探針接 觸係由硬度介於45 OHv及95 OHv維氏硬度，且應力不大 於30kg/mm2之材料製成。 6 ·如申請專利範圍第1或2項之接觸元件，包括： 1249216 一絕緣基座； 一導電電路，形成於此絕緣基座之一表面上；以及 探針接觸，由一導電材料製成，且形成於該絕緣基座 之另一表面上； 導電電路及探針接觸彼此間係於穿入該絕緣基座之一 穿孔中完成電氣連接。 7. —種使用於測試半導體裝置之測試工具，包括： 一接觸元件，其係如申請專利範圍第1項所述者；以 及 一繞線基座，其包括一絕緣基座，提供形成於該絕緣 基座上之一繞線層。 8. 如申請專利範圍第7項之測試工具，其中該繞線基座係 一雙側之繞線基座，備有（第一及第二）繞線層，其係分 別形成於該絕緣基座之相對表面上，該（第一及第二）繞 線層彼此間之電氣連接係在穿入該絕緣基座之穿孔中完 成。 9 ·如申請專利範圍第7項之測試工具，其中該繞線基座係 一多層之繞線基座，且當中數個各自具有多層結構及數 個絕緣層之繞線層係以交替方式積層於該絕緣基座之上 ，各相鄰之繞線層之間的電氣連接係於相鄰繞線層間之 絕緣層中所形成的接觸孔中完成。 1〇·—種使用於測試半導體裝置之測試工具，包括： 如申請專利範圍第2項之接觸元件；以及 一繞線基座，其包括一絕緣基座，且備有一繞線層形 -2- 1249216 成於該絕緣基座之上。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之測試工具，其中該繞線基座 係一雙側之繞線基座，備有第一及第二繞線層，分別形 成於該絕緣基座之相對表面上，第一及第二繞線層彼此 間之電氣連接係於穿入該絕緣基座之一穿孔中完成。 1 2 ·如申請專利範圍第10項之測試工具，其中該繞線基座 係一多層之繞線基座，且其中數個各自具有多層結構及 數個絕緣層之繞線層係以交替方式積層於該絕緣基座上 ，各相鄰之繞線層係於相鄰繞線層間之絕緣層中形成之 接觸孔中完成電氣連接。 1 3 . —種製造如申請專利範圍第6項之接觸元件之方法， 其包括之步驟爲： 準備一絕緣基座，具有一導電金屬膜，形成於該絕緣 基座之一表面上，作爲一導電電路使用； 於絕緣基座之預定位置處’形成一穿孔；以及 形成探針接觸，並與導電金屬膜電氣相連接，其作法 係將一電鍍電極連接至導電金屬膜’將絕緣基座浸入一 電鍍溶液，以及執行電解質電鍍。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之方法’其中溶解於電鍍溶液 且增加該電鍍溶液之有機物質數量經過調整以控制該探 針接觸中之碳成分。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之方法’其中於實施電解質電 鍍時，使用之電鍍電流密度不小於lA/dm2且不大於60A/ dm2。 -3- 1249216 16·如申請專利範圍第1項之接觸元件，其中碳係以金屬 碳化物之形式存在。 ，其中該探針接觸 ，碳係以碳化鎳之 如申請專利範圍第i項之接觸元件 係由鎳或鎳合金作爲主要材料$ 形式存在。 1 8 ·如申請專利範圍第1項之接觸元件，其中該接觸元件 爲老化試驗之接觸板所使用之接觸元件，和在探針卡所 使用之接觸元件任一者。 1 9 ·如申請專利範圍第2項之接觸元件，其中該接觸元件 爲老化試驗之接觸板所使用之接觸元件，和在探針卡所 使用之接觸元件任一者。 -4-