TWI278952B - Vertical-type electric contactor and manufacture method thereof - Google Patents

Description

Ι2789§32ρ if.doc 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於測試電子元件（electronic device)的裝置（apparatus)。更具體言之，本發明係針對 一種用於探針卡（probe card)之垂直式電性接觸器以及其 製造方法。 【先前技術】

近年來，半導體元件（semiconductor device)之容量 正增長至255MDRAM以及1GDRAM。隨著半導體元件之 谷里的化長’封t技術採用C4 ( controlled collapse chip C〇nnection (受控塌陷晶片連接））而不是SOC ( system on chiP (晶片系統））。因此，廣泛地使用晶圓級封裝技術 (WaferLevel package technology)來封裝半導體元件。 此等晶圓級封裝技術要求發展探針卡之垂直性 觸器以用於測試以一矩陣排列的球形襯墊（pa/

=1⑷所說明，習知垂直式接觸器包括一具有 突狀的機體2以及多個形成於機體2之底部上的 i=::lsivetip)1。每—尖端1具有-棱錐形狀 及尖端！各是由諸如錄或鋅合單體。機體2以 所說明，可提供—圓柱形顧3。導電材料製成。如圖1⑻ 圖2展示使用此習知垂直 常，垂直式雷性桩鎞哭3Γ接觸态的貫例。通 直^ _觸蚊猎由預定 而垂直地固定至探針卡，接觸 刀（physiealforce) 半導體元件之球形襯墊 12789§32pif.d0c 其後，向襯墊4施加 4的待測試物質之測試部分。 冤訊 號以测試半導體元件是否正常 在t習知垂直式電性接觸器來賴半導體元件之情 的’機體2或3是無彈性的或易碎的。由於 :形狀，可能無域得足夠‘ = 效地分配探針尖端1接觸襯塾4時《 。丨處所產生之反作用力來储探針 1所需之足夠的 【發明内容】 以及範性實施例係針對一種垂直式電性接觸器 種垂以紐接觸_方法， ::生翻，以有效地分配在前述垂直式 ： 襯墊時所產生之反作用力且用以保證足夠的〇/D值。 本發明之-示範性實施例提供一種連 :凸塊的垂直式電性接觸器。前述垂直式電】 舌：-支_，其與凸塊垂直地接合，其中至少茲 ^牛相互間隔_ ; 一固定部件，其安置於支撐樑的底端 处以用於固定ϋΓ述支撐樑；以及—尖端部件， 定部件的底端處’前述尖端部件以及前述固定部件為單體。 ，發明之―示紐實施繼供—歸造—連接至電^ j件（electric _stituent)之凸塊的垂直式電 方法純：在—犧牲基板（隨制咖 /成第-保護圖案（protective pattern );使用 —保護圖案作為-餘刻遮罩來執行製程，以在前= 6 /OV^if.doc 犧牲基板上形成一開口·々 保護圖案以提供；間：：:f:保護圖案；形成一额外 開口以及前述空間 ^ ♦電金屬材科來填充前述 預定形狀之1U定部件，」預定形狀之尖端部件以及— 單體；在前述固定/'大為邛件以及前述固定部件為 至少兩個彎曲彈支撐襟，前述支撐樑2 ，機f;將前述機體與前述上形成-預定形狀 私除前述犧牲基板 、、、牛之凸塊相接合；以及 根據前述衫端料。 件，使得支樓樑2=接觸器’提供至少兩個彈性部 (elastic f0rce )。因此 external f〇rce)而施加彈力 式電性接觸器之# ♦效地分配尖端接觸襯塾時在垂直 垂直i電性接觸直式電性接觸119G的組態。 定部件5〇以已括一機體30、一支撐樑40、一固 順序地_。—糾部件6G’其與電子組件1G之凸塊2〇 、、剌ΪΓ且件10包括至少一連接端子與互連以用於向待 Ι ίί («at display panel)， / "、、員示驅動積體電路（display driving integrated f u等）施加電訊號。凸塊20具有預定形狀且提供於 電子f件10之連接端子上。 機體3〇具有預定形狀且藉由諸如覆晶接合（flip-chip 12789録 bondmg)之接合而與凸塊20之底端耦接。為了前述接合， 凸塊20與機體30具有諸如多角桎（例如，三角形稜柱以 及正方形柱）或圓柱體之相同形狀。或者，凸塊20與機體 30可具有諸如實心柱或空心柱之相同形狀。 圖4展示圖3所示之機體30之各種形狀。具體言之，

圖4(a)、圖4(b)以及圖4(c)分別展示三角形柱機體3如、正 ^形柱機體30b以及圓柱形機體3〇c。然而，可提供空心 三角形稜柱機體、空心正方形柱機體以及空心圓柱形機體。 支撐樑40 (其是本發明之最具特徵的元件）安置於個 別機體30a、30b以及30c之底端上。支擇襟4〇具有多個 彈性部件41，其在施加外力時收縮，而在不施加外力時擴 展1性部件41以規則的間隔而隔開且排列於徑向方向 上。每一彈性部件41可具有 >或;>之形狀。 電性示一包括具有^彈性部件之支榜樑的垂直式 參考圖5⑻，垂直式電性接觸器9舌 可藉由外力而施加彈性作用。較 彈性部件41’。若僅提供一彈二,==形 很難施加平衡的彈性作用。同時，若提供 :::件41”則可引起製造—對彈性ίί: 圖5(b)、圖5⑻以及圖5(句展示 性部件41，之支撐㈣，、財兩個 12789^3 if.doc 襟40以及具有四個 示，提供兩至四支撐襟4(V°如圖所 造困難。 產生適當的彈性且克服其製 ⑻所示，垂直式 少兩個以規則的間隔 $有至 性部件4Γ之支撐樑4〇，^開且排列於徑向方向上的>形彈 類似於圓5所示> ± 個>形彈性部件41 ”。 j梁4〇’，支撐樑40"具有兩至四 分別展示具有三個彈性 性部件41”之支樓_ 4 之支撐钻40、具有兩個彈 樑40"。如圖所示:^及具有四個彈性部件41"之支撐 彈性且克服其製造困難4至四個彈性部件以產生適當的 上述彈性部件41、41，以 具有預定形狀之下Μ〜 中之纟者均固定至- 尖端部件60固定二二°卩件5G。—包括—或多個尖端的 形或三角形之形狀。^固=部件50可具有圓形、四角 心柱之形狀。尖端部件6〇 50可具有實心柱或空 端上，以規則的間隔 之W而提仏於固定部件50之底 如圖7⑻：： 處的尖端部件60可包H ’安置_ "件％之底端 以及圖·示，尖端6Ga。或者，如圖7(c) 如上文所述，垂直包^:f端娜。 固定部件50、支撐接觸益90包括尖端部件60、 支私4〇以及機體3〇,其是以指定的順序 I2789§33if^〇c 另-固定部件。咅即Ύ支擇襟的彈性部件之間提供 可堆疊於尖:部;:心 90,-ψίΜ ^ ^ ㈣、-固定部;二直==90可包括-尖端部 又得+梁4 0Β、·—固定立r从《λ a 一支撐樑4〇A以及一機體3〇， 、 圖9展示使用根據本發明之垂: 測試的程序。具體言之，圖 大=接觸斋之襯ξ 形彈性部件41，之，吉二⑻以及圖9⑻展示使用具有> 囝Q， 直式電性接，器之襯墊測試的程序，且

If生二Ϊ】:(:展不使用具有 >形彈性部件41 ”之垂直式 展示=Γ8所 程序。另外’圖10⑷以及圖_ 序。目斤71"之垂直式電性接觸器之襯墊測試的程 時(二藉：使垂直式電性接觸器90接觸襯墊70而施加力 、θ⑻、圖9(C)以及圖10(e))，將彈性部件41,、41，，、 的反:ίΓ，之形狀改變以分配在尖端部件6〇處所產生 4 =用力（見圖9⑻、圖9⑻以及圖10(〇)。若使垂直 2性接觸㈣在襯墊7G之戦完成之後與 ^。’則恢復了彈性部件411、41 ”、41A以及彻之初始 如貫施例中所描述，每一彈性部件具有|□或>之形狀以 …直式電性接觸器提供彈性。然而，彈性部件之形狀並 ^ / 〇 9S2pif.d〇c 不限於此，且可將其修改 觸器的任何部分提供彈性。。細 康本發明之垂直式電性接 現在將參考圖u以及 式電性接觸器的方法。‘、+.+來描述一種製造上述垂直 成-預定形狀之4部法包括:在-犧牲基板上形 述尖端部件以及前述固定部=形^固定部件’前 形成一具有至少兩^體，在¥述固定部件上 樑上形成—預定形 ^牛之支撐樑；在前述支撐 子組件上之預定形狀述機體與一形成於一電 板以暴露前述尖端部件相接合；以及移除前述犧牲基 製程現ΐ二二前，端部件以及前述固定部件的 護圖案 形狀之,,、"’、肖14且疋岭製成，鄉成-預定 執行光：：:件。第一保護圖案112之形成是藉由順序地 及㈣製程來絲。在光微影製程中， 積^ lth(Tesist)沈積於犧牲基板110上’且將所沈 矛貝之先阻劑暴露並顯影。 如圖11(b)所說明，使用第一保護圖案112作為钱刻遮 罩，/頃序地進行濕式蝕刻製程（wetetchingingprocess)以 及乾式钱刻製程（dry etehinging pr()cess )以在犧牲基板〗J 〇 中形成開口 113。開口 113對應於預定形狀之垂直式電性 ，，器的尖端部件。更具體言之，進行濕式蝕刻以形成一 淺渠溝（shallow trench)，且進行乾式蝕刻以使前述渠溝更 深。淺渠溝對應於尖端的末端。乾式蝕刻為一種深渠溝蝕 I2789S2p if. doc 刻方法’其是藉由被稱為Bosh製程（Bosh Process)的反 應式離子餘刻（reactive i〇n etching，RIE)來實施。 在移除第一保護圖案112之後，藉由如圖11(c)所說明 之漱鐘製程而在開口 113以及犧牲基板110上形成一晶種 層114 °晶種層114是由銅（Cu)製成且充當隨後之電鍍 $程的晶種。將光阻劑於其上沈積一預定厚度。執行暴露 ，程以及顯影製程以形成—具有固定部件之圖案的第二保 濩圖案115，如圖n(d)所說明。 如圖11(e)所說明，一導電金屬材料填充開口 n3以及 一由第二保護圖案115所暴露之空間，其中形成一晶種層 114 °執行諸如化學機械抛光（chemical mechanical P〇Ushing，CMP)、回蝕（etchback)以及研磨（grinding) 之平坦化製程’以將_預定形狀之尖端部件以及—預定形 狀，固定部件形成騎體。尖端部件以及蚊部件之形成 可藉由選自由電鑛、化學氣相沈積（CVD)以及物理氣相 沈積（PVD)所組成之群中的—者來完成。 應在尖端部件以及固定部件形成之後形成支撐襟。如 上文所4田述’支撐樑包括至少兩個彈性部件。較佳地，彈 性部件的數目為兩至四個。 現在將在下文描述支撐樑的形成。 如圖11(f)所說明，將一第三保護圖# 121形成於固定 ，件以及第二保護圖案115上。—導電金屬材料填充一由 第三保護圖案121所提供的空間，以形成一為每_彈性部 件之-部分的第-垂直部件13〇。在第一垂直部件13〇形 12 1278娜 pif.doc 成之後，藉由使用諸如_轰 除第二保護圖請以化學品的臟刻來移 說明。 以二倾圖案⑵，如圖11(§)所 如圖11(h)所5兄明，在第二保護圖案11 圖案叫皮移除的空間處形 5保護 樓層131是充當•用於在隨後的製程中开水t—支 140之晶種層。第一支撐们 :件 CVD以及PVD所組成之群中的—自由電趣、 況下，亦執行諸如CMP、回#以及啦j ^在此情 ^化成-弟-支撐層131。第—_131可由銅（^) 支所說明’將—第四保護圖案132形成於第〜 一:二 ，以形成—界定第—水平部件14G的空間。 =金屬材料填充由第四保護圖案132所提供的空間， y成圖η⑴所說明之第一水平部件14〇。 料11111⑴所祝明，將一第五保護圖案141形成於第四 132以及第一水平部件140上，以提供一用於在 後的製程中形成第二垂直部件150的空間。一導電全屬 充由第五保護圖案141所提供的空間，以形成第二 諸如ft15G °在第二垂直部件15G形成之後，藉由使用 氧氧化鈉之化學品的濕式蝕刻來移除第四保護圖案 以及第五保護圖案141。 士圖12(k)所說明，在第四保護圖案132以及第五保護 ° ” 被移除的空間處形成一第二支樓層151。第二支 13

I2789§2p,T-d0C 據層151是充當一用於在隨後的製程中形成第二尺 ⑽之晶種層。第二支撐層⑸之形成可藉由選了由·^件 CVD以及PVD所組成之群中的一者來完成。即使=、 況下，亦執行諸如CMP、回蝕以及研磨之平坦化穿 情 最終形成一第二支撐層151。第二支撐層151可鉑王，以 製成。 叫（Cu) 如圖12⑴所說明，將一第六保護圖案152形成於# _ 支樓層151上’以提供一界定第二水平部件16〇的空 一導電金屬材料填充由第六保護圖案152所提供的。 以形成圖12(m)所說明之第二水平部件16〇。 二曰， ，第二水平部件16〇形成之後，在第六保護圖案 以及第二水平部件16〇上形成一第七保護圖案161 ^ 供一用於在隨後的製程中形成第三垂直部件17〇之空間: 一導電金屬材料填充由第七保護圖案161所提供的空^， 以形成圖12(n)所說明之第三垂直部件17〇。 二曰’ 藉由以上製程，形成了一支撐樑。前述支撐樑 至四個彈性部件。紐，執行—製程以在支禮樑的 ^ 形成一機體’現在將在下文對其進行描述。 处 在第三垂直部件170形成之後，藉由使用諸如氫氧化 鈉之化學品的濕式蝕刻來移除第六保護圖案152以及第七 保，圖案161。如@ 12⑻所說明，在第六保護圖案152以 及第=保護圖案161被移除的空間上形成—第三支撐層 171。第三支撐層171是充當一用於在隨後的製程中形成二 機體（圖12(p)之30)的晶種層。第三支撐層171為一金 14 I2789§3pif.d〇c 屬層，其可藉由選自由電鍍、CVD以及PVD所組成之群 中的一者來形成。即使在此情況下，亦執行諸如CMp、回 蝕以及研磨之平坦化製程，以最終形成一第三支撐層 171。第三支撐層171可由銅（Cu)製成。 如圖12(〇)所說明，將一第八保護圖案172形成於第三 支撐層171上，以提供一界定一機體（圖12(的之3〇)的 空間。一導電金屬材料填充由第八保護圖案172所提供的 空間，以形成圖12(p)所說明之機體3〇。 、如圖12(p)所說明，藉由使用諸如過氧化鋼之化學品的 濕式蝕刻來移除第八保護圖案172。藉由使用乙酸 fC^COOH)、過氧化氫以及去離子水（DI水）之混合: 學品=濕式蝕刻來移除第一支撐層131、第二支撐層"ΐ5ι 以及第二支撐層171，以完成支撐件4〇以及機體3〇。 一如圖12(q)所說明，圖！2(p)所說明之機體3〇與一耦接 至電子組件1〇的凸塊20相接合。最終，藉由使用氫氧化 鉀（KOH)以及DI水之混合化學品的濕式蝕刻來移除犧 ίίϊ 11G。結果’打開—尖端部件以製造一具有預定形 狀的垂直式電性接觸器。 儘管上述實施例中已描述了 一具有ί13形彈性部件的垂 ，電性接觸器，但是可藉由與上文所描述之方法相同的 三、類似的）方絲製造具有不同形狀之彈性部件的 垂直式電性接觸器。 ’、 性接返垂直式電性接觸器，在不破壞前述垂直式電 态勺情況下有效地分配在尖端部件處所產生之反作 I2789S2p if.doc 用力以測試電性元件。 【圖式簡單說明】 圖1展示習知垂直式電性接觸哭 件 例

。。之切如及尖端部 圖2展示使用習知垂直式電性接觸器來_襯塾的實 圖j展示根據本發明之垂直式電性接觸哭。 圖4為具有各種形狀之垂直式 = 圖5展示具有;=1形彈性部件之支撐樑。 圖6展示具有>形彈性部件之支擇樑。 圖7展示具有若干具有各種形狀之尖端的垂 接觸器。 圖8展示-垂直式電性接觸器，其中支推襟以及固定 部件被堆疊。 圖9以及圖1〇展示使用根據本發明之垂直式電性接觸 器之襯墊測試的實施例。

圖11以及圖12為用於解釋一製造具有[□形彈性部件 之垂直式電性接觸器之方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 1 尖端 2 機體 3 圓柱形機體 4 襯墊 10 電子組件 16 I2789Sip if.doc 20 凸塊 30 機體 30a三角形柱機體 30b正方形柱機體 30c圓柱形機體 40 支撐樑 40’支撐樑 40"支撐樑 40A支撐樑 40B支撐樑 41 彈性部件 4Γ ί11形彈性部件 41" >形彈性部件 50 固定部件 50Α固定部件 50Β固定部件 60 尖端部件 60a棱錐形尖端 60b矩形尖端 70 襯墊 90 垂直式電性接觸器 110犧牲基板 112第一保護圖案 113 開口 17 12789猶卩旧〇。 晶種層 第二保護圖案 第三保護圖案 第一垂直部件 第一支撐層 第四保護圖案 第一水平部件 第五保護圖案 第二垂直部件 第二支撐層 第六保護圖案 第二水平部件 第七保護圖案 第三垂直部件 第三支撐層 第八保護圖案 18

Claims (1)

1. I2789^Epif.d〇c 十、申睛專利範圍·· 觸 L種連接至電性接觸夕 、 器，包含： 蜀為之凸塊的垂直式電性接 一支撐樑，其盘前;十、 彈性部件相互間隔離^鬼垂直地接合，其中至少兩個 一固定部件，1安 定前述支撐樑；以及^ 刖述支撐樑之底端處以用於固 一尖端部件，甘它罟 义 尖端部件以及_固”二，=部件之底端處’前述 與前：相同其:：前述凸塊與前述綱之間且具有 心三角形稜柱、一空心三角形稜柱、一實 群組中之一者的形二二函柱體以及一實心圓柱體所組成之 4.如申請專利範圍第 凸塊的垂直式電性接 =齡Μ接觸， 形部件。 接觸為’其中母一前述彈性部件為一> 二如史請專利範圍第】項所述之連接 垂直式電性接觸器，其中每—前 19 12789路 if. doc .如甲請專利範圍第4項所述之連接至電性 凸塊的垂直式電性接觸器，其中前述彈性部件是 間偏而隔開且排列於一經向方向上。 見則的 λ如申請專利範㈣〗項所述之連接至電 凸塊的垂直式電性接觸器，包含多個堆疊的支二觸為之 凸塊= 第7項所述之連接至電性:觸器之 兀日式電性接觸器，更包含： 述支=定部件，其安置於前述支撐樑之間以用於固定前 9.如u#’]域帛丨項所叙i^接 凸塊的垂直式電性接觸器，其中 =之 =定部件下方安置成排列於-徑向方向 分離之尖端。 〃工五相互間隔 觸器製包造括連接至電子組件之凸塊的垂直式電性接 在犧牲基板上形成—第一保護圖案. 使用前述第一保護圖案作為 製程，以在前述犧牲基板上形遮罩來執行-_ 移除前述第一保護圖案；開口， 形成一額外保護圖案以提供_处 利用一導電金屬材料來填充，、 以形成一預定形狀之尖端部件以及'_汗口以及雨述空間， 件’前述尖端部件以及前述固—預定形狀之固定部 在前述固定部件上形成 ^二體； 琛‘，珂述支撐樑具有至 20 12789秘 if.doc 少兩個彎曲彈性部件； 在前述支撐樑上形成一預定形狀之機體，· 將前述機體與前述電子組件之前述凸^目接合 移除别述犧牲基板以暴露前述尖端部件。 11. 如申請專利範圍第1G項所述之製 件之凸塊的垂直式電性接觸器之方法，其中利 金屬材料來填充前述開口以及前述空間是 ^雪 鑛、化學氣相沈積（CVD)以及物理氣相沈^ ^自2 組成之群中的一者來完成。 、（PVD)所 12. 如”專·㈣1G項崎之 =塊的垂直式電性接觸器之方法，其中形成前= 保護及前述第二保護圖案上形成-第三 供的述第三保護圖案所提 ❿ 移f前述第二以及第三保護圖案； 成及第三保護圖案被移除的前述空間處形 間；⑴述第支#層上形成—第畴護圖案簡供一空 利用一導電金屬材 供的前述空間以形成—d由賴四保護圖案所提 在前述第-水平部件以：:;四保護圖案上形成一 21 I2789SSpif-d〇c 第五保護圖案以提供一空間； 利用一導電金屬材料來填充由前述第五保護圖案所提 供的前述空間以形成一第二垂直部件； 移除前述第四以及第五保護圖案； 在前述第四以及第五保護圖案被移除的前述空間處形 成一第二支撐層； 在前述第二支撐層上形成一第六保護圖案以提供一空 間； 利用一導電金屬材料來填充由前述第六保護圖案所提 供的前述空間以形成一第二水平部件； 在前述第二水平部件以及前述第六保護圖案上形成一 第七保護圖案以提供一空間；以及 利用一導電金屬材料來填充由前述第七保護圖案所提 供的前述空間以形成一第三垂直部件。 13.如申請專利範圍第12項所述之製造連接至電子組 件之凸塊的垂直式電性接觸器之方法，其中在前述支撐樑 上形成前述預定形狀之機體包括： 移除前述第六以及第七保護圖案； 在前述第六以及第七保護圖案被移除的前述空間處形 成一第三支撐層； 在前述第三支撐層上形成一第八保護圖案以提供一空 間；以及 利用一導電金屬材料來填充由前述第八保護圖案所提 供的前述空間。 ’ 22