TWI345064B - Cmos process compatible mems probe card - Google Patents

Description

^45064 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關探針卡的製作方法，特別是指一種探針模組製作 的方法，利用標準CMOS製程技術設計探針與空間轉換結構，並結 合微電鑄與研磨技術製作凸塊成為探針頭，最後以微機電技術姓 刻完成探針的懸浮與貫穿孔。 【先前技術】 在半導體製造技術日益精進並進入奈米時代之下，晶片體積縮 小’自然銲制距亦P4之縮小’探針設備與騎卡是魏快速且 準確的與銲塾接觸，便成為晶圓檢測技術未來的重點發展方向。

在降低測試成本的考量下，有效縮減測試時間，也是各業者所 ^績追求的發展方向，因此增加同時測試他____ 疋探針卡«努力發展的目標。依據不_型的產品，由於其⑽ 數的不同，可同時進行晶圓測試的晶粒顆數也有所不同。 因為積體電路(lntegrated α_，IC)體積越來越小 、功能越來 、強，數越來越多’扣銲塾排列方式也由邊緣排列方式變成 矩車式间j侧’使得傳鋪臂式探針卡(㈤η· Card) =不敷現，所而，早細積無法置人更多探針，取而代之採用垂 方式排列探針方式，因此高密度垂直式探針卡（High Density 7 1345064 .Ver^al Probe Card)的需求面因而展露。探針卡依積體電路接腳 • 1/0料分配的方式而麵差異’絲針㈣方式可區分為懸臂式 .與垂直式探針卡兩種形式。而未來探針卡發展的4大方向： 1. 針距微細化.從半導體廠自2〇〇1年推出013微米製程， . 直接在2004年跨入9〇奈米，2007年更跨入65奈米的極 . 深次微米製程中，晶圓探針卡的微距探針，自是符合1C發 ^ 展趨勢。 2. 同步多功能：系統單晶片（80〇已是半導體發展的趨勢， 尚積集、尚承载1C逐漸成為半導體的主流，未來IC的功 月匕將更加複雜’包括邏輯、記憶體、類比等功能區塊將完 全集中於同一顆晶片，相對使晶圓偵測技術困難度提高。 3. 適用晶圓級封裝：在IC逐漸邁向覆晶（Flip chip)與晶圓 、級封裝（Wafer Level Package )的技術層次，未來在晶圓針 • 測即能將良好晶粒篩選，將是最關鍵技術。 4·通机晶片用探針：通訊是持續擴大的明星產業，其中通訊 晶片最重要的是射頻1C在測試技術上，因其使用電流較 低’外接線路的阻抗，容易影響訊號傳輸，因此，針測卡 線路的設計與製造精密度都是開發射頻 1C測試的關鍵。 至於抓針卡的結構設計方面，目前國内外半導體晶片測試仍 有以％氧；Μ*酿固定探針方式來作訊號量測，其優點為探針可依電 極板位置進行配置’以及探針可調變的垂直位移行程範圍較大， 8 1345064 • 可以確保每一探針與電極板之間有良好的電性接觸。另外，每— • 根探針録直方向均可⑽定位觸整，方便運用於高低不一致 •的電極板上，因此可以適用於晶片系統化的測試。此外，若有探 .針損壞時可以進行個_探針更換，而不需更換整_試模組^ . 但其缺點為高頻元件在測試過程中產生的電性以及機械雜訊會影 • 響整_試結果，並輯於微小間距之電極板無法進行針測。所 以利用微機電技術製作之微探針可以克服上述缺點，尤其是使用 籲在通訊高頻晶片測試與針對具有小間距電極板之晶片測試，以及 考量批量製造的成本縮減。 目削微機電技術發展的先進(advanced)微探針卡形式主要如 下所示，例如：1997年Yanwei Zhang等人[參考γ. Zhang，γ Zhang, D. Worsham, D. Morrow, and R. B. Marcus, UA New MEMS Wafer Probe Card, - MEMS?97, Nagoya, Japan, Jan, 1997, pp. • 395-399.]利用微機電技術製作出雙層（bim〇rph)金屬薄膜邊緣形 式微探針矩陣結構，其測試原理主要是利用雙層鋁薄膜中間加以 製作一層加熱益，藉由施加電壓產生高溫方式使微探針變形，並 且利用變形時的出平面結構量測位於晶片上的電極板或凸塊 (bumps)。當其微懸臂樑在長度(3〇〇〜5〇〇μιη)與寬度(4〇〜6〇叩）的情 況下，施給加熱器電源約有50mW時’微懸臂樑會有約15〇μπ]的位移 距離’而其探針結構與金屬電極的接觸電阻(c〇ntact resistance) 小於1Ω。其中，因為此機械結構可以致動而達至，】在同平面待測電 9 1345064 • 極的接觸，可以減少電極板高低不同時所帶來的量測困擾，然而 . 其缺點是必須增加額外的驅動電路，反而使電路佈局設計上增加 •困難度與複雜性，另-方面，使用高溫加熱的方法致動微探針也 會影響訊號量測上的解析度與可靠度。 2000年ItoTakahiro^人[參考I. Takahiro, R. Sawada，E.

Higurashi, "Fabrication Of Micro IC Probe For LSI Testing,»

Sensors and Actuators A, Vol. 80，2000，pp. 126-131·]則利 用SOI晶片技術製作出微小弧形（arch_shaped beam)的積體電路 (1C)探針。其尺寸小於300χ80μιη，間距為ΐΟΟμπρ接觸電阻為〇. 5Ω。 其使用犧牲層的技術搭配薄膜沈積技術，最後利用電鍍製程的方 式加強其結構的剛性，以製作完成之微探針，可以做為大型積體 電路(LSI)量測。 2000年Dong-Seok Lee等人[參考D. S. Lee，J. Y. Park, D. K.

Kim, and J. H. Lee, Tabrication Of A Bump-Type Si Probe,5 Microprocesses and Nanotechnology Conference, Tokyo, Japan, July 2000，pp. 76-77.]也利用SOI晶片與矽蝕刻技術，製作出探針頭約 35μιη ’懸臂樑約15μηι ’而形變位移約可達到8〇μπ^微探針結構。 其結構設計可以縮短探針頭與量測儀器間’訊號連接的距離，進 而於高頻量測時達到訊號不失真，同時達到成本降低的優點。 2001 年Robert B. Marcus等人[參考R. B. Marcus, “A New 1345064 . Coiled Microspring Contact Technology，，，2001 Electronic • Components and Technology Conference, St. Petersburg, Florida, June .2〇01，pp. 1227 - 123Z]則提出一個新穎的接觸技術(咖财 • technology)，作者使用捲曲式結構來做為接觸待測物的電極。其做 法是利用雙層金屬(Cu，Cr)的殘留應力，搭配犧牲層，再經過退火 處理(400〜900)°C造成懸臂樑捲曲。根據其實驗結果，在捲曲直徑 ·/ 60μηι的結構下，可承受負載50mN並產生ΙΟμιη的彈性壓縮形變位 • 移。 20〇2年Bong-Hwan Kim等人[參考B. H. Kim，S. Park，B. Lee， H. Lee, B. G. Min，S. D. Choi，D. I. Cho, and K. Chun，“A Novel MEMS Silicon Probe Card/5 MEMSO2, Las, Vegas, Nevada, January 2002, pp. 368 - 371.]利用（100)單晶矽晶片製作三維微探針結構，利 用微機電技術的面型微加工以及體型微加工，做出間距小於 70μιη，接觸力量為12g的微探針陣列。而其微探針結構做適當的佈 局與设§十可搭配自動化測试設備(Automatic Test Equipment)應用 於晶片級(wafer lever)測試。 2002年Kenichi Kataoka 等人[參考K. Kataoka，S. Kawamura，T.

Itoh, T. Suga, Κ. Ishikawa, and H. Honma, 4iLow Contact-Force And Compliant MEMS Probe Card Utilizing Fritting Contact,MEMSO2, Las，Vegas, Nevada，January 2002, pp. 364-367·]利用兩道電鑄鎳製 程配合犧牲層方式，利用電鑄過程中產生殘留應力，使電鑄懸臂 1345064 . 樑產生出平面的變形。其優點為電鑄鎳探針與鋁電極間有很好的 • 表面接觸特性’相較於其他金屬材料’鎳有較低的接觸電阻，因 .此可以提升訊號量測上的可靠度。 ' 2003年Younghak CH0等人[參考Y. Cho, T. Kuki，Y. Fukuta，H. • Fujita, and B. Kim," Si-Based Micro Probe Card With Sharp • Knife-Edged Tips Combined Metal Deposition,Actuators and φ Microsystems, 12th International Conference, Boston, Massachusetts,

Vol.l，June 2003, pP. 774 _ 777 ·]利用KOH非等向性蝕刻的方式在 單晶石夕晶片上製作具有尖端(tip)凹洞的懸臂樑，再以金屬沈積(q·, W，Au)方式製作探針頭，作者以此製作流程做出陣列式間距小於 ' 40μιη的微探針卡。而其優點在於它的探針頭能將金屬電極表面的 絕緣氧化層給刺穿，使探針頭與電極板接觸效果增加進而降低接 觸電阻，達到良好的訊號針測結果。 釀 2004年Sang-Jun Park 等人[參考Β· H. Kim，S. J. Park，K. Chun， D. I. Cho, W. K. Park, T. U. Jun, and S. Yun, <4A Fine Pitch MEMS Probe Unit For Flat Panel Display As Manufacturing MEMS Application；5 Sensors and Actuators A, Vol. A, March 2004, pp. 46 52·] k出了針對電腦液晶顯示器面板丁FT(thin_j^im transistor)-LCD(liquid crystal displays)、電漿電視(PDP)及平面電視 (FDP)製作出葉片型式的微探針，用於測量各種顯示器驅動汇及面 板本身品質測驗。 12 1345064 . 2004年K. Kata〇ka [參考K. Kataoka，T. Itoh，K. In〇ue，and τ. • Suga, wMulti-Layer Electroplated Micro-Spring Array For MEMS .Probe Card/5 MEMSO4, Maastricht, The Netherlands, January 2004, • pp. 733 - 736.]提出多層膜電鑄彈簧式的微探針陣列，作者利用電 . 鑄鎳技術，製作七層鎳薄膜的S形三維彈簀結構，此微彈簧探針結 構可以在10mN下連續接觸測試loooo次以上，其優點除了可以將 * 微彈簧結構直接與電路板製作在一起外，因其變形位移的方向為 泰 垂直方向，當探針與待測電極接觸時不會有左右方向的移動’也 比較不會大面積的刮傷電極表面而造成損壞。 2005 年Si_Hyung Lee與Bruce C. Kim[參考Si-Hyung Lee，and

Bruce C_ Kim，“Curled micro-cantilevers using benzocyclobutene polymer and Mo for wafer level probing，” Sensors and Actuators A， Vol. 121，2005, p.p. 472-479.]於Sensors and Actuators期刊上發表一 I 篇利用BCB and Mo layers製作翹曲的懸臂樑晶圓及測試探針。其 主要是利用Mo layers與BCB layers兩者的應力關係造成結構捲 曲。但由於此一探針結構也是雙層的薄膜結構，在實際使用於探 針卡時，因機台振動的影響，較容易會產生結構脫層與損壞。 2005 年Young-Min Kim[參考Young-Min Kim, Ho_Cheol Yoon， and Jong-Hyun Lee, ^Silicon Micro-probe Card Using Porous Silicon Micromachining Technology，” ETRI Journal, Vol. 27，Number 4, August 2005, p.p. 433-438.]提出了利用KOH蝕刻與退火處理 13 1345064 .(議沾聯獄SO來製作微探針結構。其結構規格為長叫瓜、 •寬5_、厚度5邮，而此時最高位移變形量她7〇帅，接觸電 •阻小於2Ω。但因此微探針結構需使用電高溫設備進行退火處 •理，在此-製針要很精準控龍結構位移變形量，並不是一件 容易的製程。 & . 齡上述所參考的國⑽參考文獻，可以得知_微機電製 鲁程所製作的微探針卡’無論是利用體型微加工、面型微加工或是 LIGA技術，已是下-辦導體世代柯或缺_試元件，而可以 應用於尚頻、晶圓級測試以及批量製造的做法更是可以降低成本 '符合時勢所趨。但是上述的微機電技術製作的微探針卡基本上幾 乎以懸臂式為主，不易實現垂直探針卡的功能；另外基本上並非 使用CMOS製程來完成，不易内建被動元件與電路，被動元件仍需 要於印刷電路板上實現；再者小轉大的空間轉換器也不易實現； • 因此本發明提出一種新的設計與製造技術，無論半體技術如何 演進’以微機電製作的矩陣式微探針卡皆可以有效的進行搭配， 尤其以微機電製作的微結構可以與電路做整合，因此可以提高探 針卡的優點，諸如尺寸設計變小、訊號量測功能加大以及可靠度 的增加，這些實現系統與晶片整合(System On Chip)的技術，是一 般傳統組装式探針所無法比擬的。 丄州1)64 【發明内容】 …本發明結合懸臂式探針卡與微機電式探針卡的優點，具有更 门的探針密度’隨著銲塾配置方式採驗陣型朗時進行多顆1C •進_試’傳、臂式探針技術瓶輸法克服，因此，垂直式探 針卡的優勢漸漸展露。然而，目前垂直式探針卡龍針製作採用 '抽拉製程或絲居多’精度與形狀控社較困難，本發明導入有 • 限=素軟體進行探針外型設計’並且再使用微機電製程技術，透 過微影、f鑄與研磨技術猜高產量、高精度的凸塊探針，完成 ^針卡製作。故本發明整個設計與製輯具有的特色與優點如下： ⑴利用標準CMOS製程以及電鑄凸塊(Bump)製作垂直探針，同時 利用CMOS的多層内連線(int⑽nnecti〇n)完成小轉大的佈線， 甚至内含測試電路。 (2) CMOS探針晶片的標準化，可藉由後製程來決定探針的位置， •提供不同節距的陣列CM0S探針晶片’使用時可依照客戶需求。 (3) 利用鮮CMOS製如及電鑄雜凸塊與雜的精密研磨技 術製作垂直探針，可改善傳統懸臂式探針排針的問題，可大幅 縮小探針的間隙(Pitch)。。 (4) 將探針與小轉大空間轉換器(space transf〇rmer) 一體成形於 CMOS採針晶片’並以覆晶錫球(s〇ider Bump)於晶片背面直接 與探針卡之_電職(PCB)直麟合，讀提升整個探針卡 共面度至10um以下，領先國際水準之15_2〇um 〇 15 1345064 (5)利用石夕晶圓的石夕底材作為探針結構的一部份，提升過去文獻僅 以凸塊或金屬層為探針的受力能力無法達到數克以上的接觸 力。 ⑹讓1C設計完成後，1C設計人員可同步設計出測試用的CMOS探 針晶片’利用CMOS探針晶片測試κ：，可大幅縮短封裝測試的 時間與步驟。 【實施方式】 本發明乃是一種探針卡，如圖丨所示，主要係由一 CMOS探 針晶片33 (以下簡稱探針晶片）與連接測試儀器用的印刷電路板 32接合而成’該探針晶片33主要特徵為使用標準cm〇s_mems製程 技術設計製侧臂式探針結構，使得探針陣列與空間轉換器 (space transformer)—體成型，如圖2所示，以5 χ 5的探針陣 列1為例；該空_換器具小轉大的功能，係彻㈣製程的内 連線佈局（inte麵崎iQn)納人騎郎轉換的連絲路，該連 接線路從懸臂式探針咖定端向外擴散至探針“ 33的邊緣鲜塾 (:d)2 ;於懸臂式探針的自由端設有凸塊作為探針測試探頭，並 犬出於探針晶片33;晶圓背面藉由微機電後製程加工貫穿孔u =探針晶片33的邊緣銲塾(_2，並填人導電材料抑後，使探 =33背面具有錫球。請注意本發s3實施方式雖 所示’以5X5的探針陣列1為例，但並不以此為限’圖中 1345064 ， 磁彳―、指將貫穿孔(vias)13與錄的石夕基材 4，利用 .DRIE或1CP等乾糊方式，去除的製程。有時亦可指濕钱刻製程。 [製造程式】 步驟1··使用標準半導體製程例如台積電2p4MCM〇s〇35um 製程，來設計凸塊12探針與電路佈線(參考圖3與圖4)。 步驟2.將下線完成後的晶圓(圖5⑻)，利用微電鎊技術製作銅 或金屬凸塊I2探針結構，並加以研磨，提升其共面度，保留其厚 光阻3(圖5(b))。 38與探針晶圓39 步驟3:在承載晶圓37上塗佈一層黏著声 接合(圖5(c))。 曰 步驟4.利用研磨技術將；g夕基材4磨薄(圖5(幻）。 步驟5:在探針晶圓39 t面鋪上高分子材料15，再利用準分 子UV雷射將要侧開孔的地方定義出來，作為下—步灯要^ 刻貫穿孔(vias)13的遮罩16 (圖5(e))。 步驟6_使用ICP钱刻一小部份vjas孔17(圖5你。 步驟7:將高分子材料ls去除，重新鋪上一層高分子 再利用準分子UV雷射將魏·孔的地方絲出來，作為下」 步ICP要|虫刻貫穿孔(vias) i3與多餘的石夕基材4的遮罩！8 (圖々))。 1345064 測试该功能積體電路(IQ，包括探針陣列的設計；空間轉換器 Cspace transformer)的設計’具有小轉大的佈線，乃是利用CM〇s 的多層内連線(interc〇nneetiGn)完成。此測試積體電路晶片，其設 計所需要的佈局可關時與功紙的佈局，設置於同—批次的光 罩上’以料下線取得，也可以與魏IC祕局分開下線取得。 其理由疋本發明的方法是以CMQ s相容的方式設計，*且其探針的 尺寸也’、功積體電路(1C)的鲜^pa(j)尺寸相近，有關尺寸相容性 這一部份可由下列三個實施例得知。 [實施例一]懸臂式探針結構 一叙而吕細節距懸臂式探針結構使用於LCD驅動ic的測試 基本上由於LCD驅動Ic的銲墊㈣)〗上沉積的是金凸塊卿 Bump)目此懸臂式探針的受力範圍為叫左右主要是避免施 力過大將金凸塊表糾傷，所以將模_力量設定為咖丨蘭來 做模擬。 首先，考量TSMC .35 2P4M的製程限制，可用來當 構的材料有氧切、梦、氮财、轉。其中，以氮切、氧二 石夕=最佳選擇材料(因揚氏係數及降伏強度均比其餘較佳）。而且， 考量將來LCD的料_)間距會越來越小，採㈣臂寬度為 ¥、15_及10陣來模擬，在懸臂長度方面選取 1.4 mm、1.6職、以贿及2rnm。妙 20 1345064 夠的’在設計上保留部分的石夕(厚度分別為53μηι、63μιη、73卿及 83μπι) ’來加強支撐懸臂的強度。 .、座過模擬軟體的分析的結果(如圖6(a)〜6(c))，當探針量測點的 .位移需為75·9μηχ，而寬度設為20μιη時： a•若矽厚度53μιη、長度可選擇imm b.若矽厚度63μπι、長度可選擇i.2mm C•若矽厚度73μιη、長度可選擇i.4mm d.若矽厚度83μιη、長度可選擇i.6mm 較為符合規格要求，且其最大應力也不會超過材料本身的降伏應 力。但隨著LCD的解析度越高、製程線寬越小，其銲墊2數量將 a越】且越罪近，應用此製程方法可將每隻懸臂的寬度和間距任 意的調整。當寬度變窄時，只需調整其長度或蝕刻矽基材4的厚 度’便彳艮輕易的達到量測應用端的需求。 例如當探針寬度為15μιη時 a. 若碎厚度53μιη、長度可選擇〇.95mm b. 若矽厚度63μιη、長度可選擇Umm c. 若妙厚度73μηι、長度可選擇i.25mm d·若矽厚度83μιη、長度可選擇i.4mm [實施例二] 懸臂式探針結構可為折疊彎曲型35，以實施高密度垂直式陣 列才木針卡。使用2p4M CM〇s 〇 35um製程，來設計凸塊丨2探針與 1345064 電路佈線(圖7(a)與圖7(b))。利用覆晶技術，將上述完成的晶片33 • 與印刷電路板32結合，完成探針卡的製作(圖1)。 [實施例三] 懸臂式探針結構可為微型36，以實施高密度垂直式陣列探 針卡。使用2P4MCMOS 0.35um製程，來設計凸塊12探針與電路 •佈線(圖8(a)與圖_。利用覆晶技術，將上述完成的晶片％與 • 印刷電路板32結合，完成探針卡的製作(圖1)。 實施例二與三的兩種垂直式探針結構：由於接觸點凸塊口的 •共面度經過研磨後相差不多，所以將垂直式探針的受力範圍設定 -為％左右，並將探針接觸的力量設定為0·〇294Ν來做模擬。 首先，仍舊以TSMC .35 2P4M的製程為例來考量其限制，該 製程可用來當作薄膜結構的材料有氧化矽、矽、氮化矽、鋁等。 其中，以氮化矽、氧化矽為最佳選擇材料。若欲以探針晶片測試 功能1C為目的，考慮IC的銲墊(Pad)2間距，採用探針方型面積 邊長為ΙΟΟμιη及80μιη來模擬’在寬度方面選取2〇μιη。由於光憑 薄膜來支撐是不触，在設計上㈣部分⑽(厚度分別為2叫爪、 1〇μιη及5μηι) ’來加強支撐懸臂的強度。 ‘過模擬軟體分析的結果(如圖9(a)〜9(c))，將安全係數定為 3 ’捸測點的位移量定為20〜4〇μιη。對實施例二與三而言，若長度 ⑺叫爪時：寬度2〇μπι、矽厚度ΙΟμιη;若長度80μιη時：寬度16网、 22 ^45064 石夕厚度ΙΟμιη ;皆能符合規格要求，且其最大應力也不會超過材料 本身的降伏應力。但隨著1C製程線寬越小，其銲塾2數量將會越 J、、越罪近及非規則性佈局，應用此製程方法可將每隻懸臂的寬 度和間距任意賴整。當寬度魏時，只需調整其長度或钱刻石夕 基材4的厚度，便很輕易的達到量測應用端的需求。 雖然本發明已以—較佳實_揭露如上，然其並制以限定 本發明，任何熟習此技藝者，在賴離本發明之精神和範圍内， 田可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施 例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下·· 、

圖1.為本發明之探針卡，分別由探針晶片與印刷電路板所組成。 圖2_為本發明之CM〇s垂直式探針電路佈局圖。 圖3.為本發明之CM〇s垂直式與鮮式探針電路佈局圖。 圖4·為本發明之CM〇S探針卡各種佈局方式。 圖5⑷至圖5 (k)為本發明之c腦探針之製程步驟流程圖。 圖（）至圖6 (c)為本發明實施例一之細長型探針的最大應力值、 23 1345064 • 最大應變值、最大位移量。 圖7⑻至圖7(b)為本發明之復〇8探針實施例二的佈局上 • 立體圖。 .圖8⑻至圖8 (b)為本發明之CM0S探針實施例三的佈局上視圖與 立體圖。 〃 與三之垂直式探針的最大 • 圖9⑷至圖9 . 應力值、 • 【主要元件符號說明】 1· 5x5之陣列探針(含凸塊） -2.小轉大時所用的pa(j • 3.厚光阻 4·梦基材（Si Substrate) 5.金屬層（Matel) ^ 6.仲介窗Via(鶴金屬柱塞） 7. 氧化層（Oxide) 8. 多晶矽化金屬層（N+Pol) 9·多晶矽化金屬層（N+P〇2) 10.氮化層（Nitride) 11·在印刷電路板上佈局的銅線 12. 銅導柱型凸塊(COpper piuar bump) 13. DRIE或ICP蝕刻出之貫穿孔㈧沾） 24 1345064 14. 銲錫（Solder) 15. 向分子材料 16. 蝕刻貫穿孔(vias)的遮罩 17. 使用ICP蝕刻一小部份Vias孔 18. 蝕刻貫穿孔(vias)與多餘矽基材的遮罩 19. 細長型探針 20. Ring 探針 21. Array 探針 22. 為Array探針的局部圖 23. 改良一型探針在單位面積100//mxl00；czin 24. 改良二型探針在單位面積100/zmxl00/zm 25. 改良一型探針在單位面積80//mx80/zm 26. 改良二型探針在單位面積80//m X 80//m 27. 下線回來後，要微電鍍的探針位置 28. 壓阻結構 29. 訊號線 30. 接 Vout 31. 接 Vin(+) 32. 印刷電路板 33. 探針晶片 34. 導電材料 25 1345064

35. 折疊彎曲型 36. 螺旋型 37. 承載晶圓（Carrier Wafer) 38. 黏著層（Adhesive Layer) 39. 探針晶圓 26

Claims (1)

1345064 申請專利範固 種探針卡，主躲由-騎“與連接顺魅用的印刷電路 板接合而成，該探針晶片主要特徵域賴準金氧 與微機電(CM0S-MEMS)製程技術設計製作懸臂式探 探針__換器（spaee transfra〇 間轉換益具小轉大的功能’係姻⑽s製程的内連: (她聰neC)納人探針帥轉換的連接線路，該連接敗 H臂式探針的固定端向外擴散至探針晶片 鮮 (::d);於懸臂式探針的自由端設有凸塊作為探針測試探頭:： 穴出於德針晶片，該探針晶片f面藉由微機電後製程 孔至該探針^的邊緣銲塾，並填人導電材料後 σ 背面具有錫球。 ㈣探針 1.一 曰曰 2.依據帽專利第丨項的探針卡，其中的懸臂式探針結 型，以實施細節距的懸臂式探針卡。 構可為細長 3.依據申請補幻項龍針卡，財_臂式 彎曲型，以實施高密度垂直式_探針卡。、、。構可為折疊 《依據申請專娜項的探針卡，其中的懸 型，以實施高密度垂直式陣列探針卡。 f、，構可為 螺旋 藉由蝕刻保留不同厚度的晶圓材料 _整探針的受力大小 IS] 27 1345064 6. 依據申請專利第1項的探針卡，其中的探針空間轉換的連接線 路’進一步可以納入傳輸線路補償的被動元件或訊號處理電 路’增加測量訊號的頻寬與品質。 7. 依據申請專利第1項的探針卡，其中的凸塊係利用微電鑄技術製 作，並經由研磨製程提升其共面度至±3#m内。 8. —種使用於探針卡的測試積體電路晶片，係利用標準CM〇s製程 以及微機電後製程完成，其設計乃根據功能積體電路(1C)設計而 同步元成’目的在於測試該功能積體電路(IC)，包括探針陣列的 设什，其探針結構具有彈性，各探針自由端點位置的佈局與受 測試之該功能積體電路(1C)的銲墊位置佈局對應，尺寸相當；空 間轉換器（space transformer)的設計，具有小轉大的佈線，乃 疋利用CMOS的多層内連線(interconnectj〇n)完成，每一佈線其一 端連結至一對應探針的固定端，另一端則連結至該測試積體電 路晶片的四周。 9·依據申請專利第8項的測試積體電路晶片，其探針陣列之設計所 需要的佈局可以同時與功能IC的佈局，設置於同一批次的光罩 上’以同時下線取得。 依據申明專利第8項的測試積體電路晶片，其探針陣列之設計所 需要的佈局可以與功能1C的佈局分開下線取得。 又據申明專利第8項的測試積體電路晶片，其中的探針陣列的自 由端可利用微電鑄凸塊(Bump)製作垂直探針。 [S1 28 12.依據申請專利第8項的測試積體電路晶片 佈線設計進-步於探針端與連結至該測試積體^探針陣列之 增加 敵間，納入傳輪線路補償的被動元件或訊號=的四周 測量訊號喊寬與品冑。 &理電路， 針'、、。構可為細㈣，以實施細節距的懸臂式探針。帆、探 14·^ΐί鄉8項_試積體電路晶片，其中隨針_1探 構可為折疊彎曲型’以實施高密度垂直式陣列探針，、 ㈣如龍針陣列其探 t、、·。構可為螺旋型，以實施高密度垂直式陣列探針。 16=據中請專利第8項的測試積體電路晶片，其中的探針陣列 ，十結構在厚度方向除了由C廳製程的内連線的金屬層細層 ^外，可以進-步藉由侧保留不同厚度的晶圓材料以調整ς 針的受力大小。 .種使用標準CMOS-MEMS製程技術來製作探針卡的方法，1 步驟包含： 步驟1:使用CMOS製程，於一探針晶圓上設計凸塊探針與電 路佈線； 步驟2:利用微電鑄技術製作銅或金屬凸塊探針結構； 步驟3:在承載晶圓上塗佈一層黏著層與探針晶圓的正面接 29 1345064 合； 步驟4:利用研磨技術將矽基材磨薄； 步驟5.在探針晶圓背面鋪上高分子材料，並定義要貫穿孔钱 刻一小部份孔的遮罩； 步驟6:餘刻一小部份貫穿孔；

步驟7:將高分子㈣去除，重新再鋪上_層高分子材料，再 將要钱刻開孔的地方定義出來，作為下一步要侧貫 穿孔與多餘的矽基材的遮罩； 步驟8: _在探針晶_面侧貫穿孔與去除多餘的石夕基 材，

步驟9:蝴不需要的氧切，製作出探針的離形； 步驟10:將貫穿孔填滿錫球材料，並迴銲成錫球； 步驟11 1探針嶋承載晶圓-起切割並取下成為探針 片， a曰 步驟12:利用覆晶技術，將上 狀後祕針日日片與印刷電路板 w後移除料子材料，完成探針卡的製作步驟。 队依射請專利第Π項的方法，其中的步驟8進_ 穿孔内壁有絕緣的材料。 乂可以使貝 [S1 30 1345064

圖 5 (k) 53 20

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1.0 12 1.4 1.6 1.8 2.0 k 吱（111111) 圖 6(a) 4() 201345064 wrnnst-----'igwiiiiin·^ -¾ 4ιΙ：^κ%ϋιέι EX. 53 A Φ ▲ > ▲ ι：> •4 & .Λ ▼ ..令 食 m ♦ 1.4 ► 鑤 dm * A 5：20 ♦ 5：!5 m ▲. 5； 10 6320 'Iff 5315 i 6il0 ♦ 7320 蠡 * 二丨5 m 7310 I sili1 8320 ♦ 8315 S310 1.8 2'0 .復(mm) 圖 6(b) EX. 53 5夕基材厚度 20 戀臂穩寬度 1200 1103 ιαχ) _ 9CX). 麵 7CO ωο 4W . 3Χ' Μ # mi # 鼸 5320 • 5315 ▲ 5310 A ▼ 6320 參 職 6315 ¥ 6310 Φ 7320 Φ m 鲁 7315 〆 « # 7310 屬 * 8320 . ▼ # 8315 w 8310 # * Λ線為探侧點 a夸所_T« 6¾ ίί # # Η 6(c) 41 10 1345064 V 'ZJ· Λ 100pm-ncw1 • 80μ ni-new1 ▲ 100pm-new2 ▼ 80u fTvnew2 10 靡 0.06 - 0.04 . 丨.02 α oi is< 1? H ?7 厚琰（/jm) lOOpriwiewl • 80pnvnewl 赢 100|jnvnew2 ▼ 80|jrrMiev/2 ▼ ▲ 12 14 15 H _暴村厚/.i( ,irm) 圖9 44 1345064