TWI417553B - 用於測試半導體元件之合成探針 - Google Patents

Description

用於測試半導體元件之合成探針

本發明係關於種用於測試半導體元件之合成探針，特別為一種測試半導體元件之元件，特別係關於用於此測試之探針接觸體設計。

積體電路係經由許多圖案化以及處理半導體晶圓的平行程序製作而成，每一枚晶圓包含許多實質相同的積體電路，或稱為「晶粒(die)」；較佳的方式為，在晶粒自晶圓被切割為獨立積體電路並被封裝販售前，能夠測試半導體晶圓，若缺陷能被檢測出來，則缺陷晶粒可以於浪費資源在封裝一缺陷晶粒前被篩選出來，獨立晶粒於被切割為獨立積體電路並被封裝後亦可被測試。

欲測試一晶圓或一獨立晶粒，即一般稱為未測試元件(device under test)或DUT者，一探針卡係廣泛地使用以探觸該DUT之表面，該探針卡一般包含三個獨特的特徵：(1)一複數獨立探針之XY陣列，沿著Z方向移動以探觸該晶粒之焊墊(pad)；(2)一電氣介面以連接該卡至一電路測試裝置；以及(3)一精確參考平面，依一特定方式定義，使探針卡可準確地置放於適當位置；當該探針卡已探觸該晶粒焊墊後，該Z方向移動允許以該探針尖端進行一實質接觸。該探針卡最終提供一電氣介面，其允許一電路測試裝置暫時性地連接至該DUT；該晶粒測試方法細非常有效率，因為許多晶粒可以於同一時間被測試。為使效率更為提高，探針卡製造產業製作更大型之探針卡，具有逐漸增加之探針數目。

目前，兩種探針設計係用以測試一半導體晶粒，分別為懸臂式(cantilever)以及扭力式(torsional)，圖7A及圖7B例示一習知之懸臂式探針；該探針(705)包含：一探針尖端(710)、一彎曲構件(715)、以及一探針基座(720)，其係固定於一基板(725)上；在此，該整體結構即為該探針卡，該整體探針卡一般而言係沿著Z方向移動(例示為箭號730)，使該彎曲構建(715)彎曲並允許該探針尖端(710)得探觸該晶粒焊墊，其係尚未測試；圖7B例示該探針彎曲構件(735)如何彎曲當其被用以與該晶粒接觸時，當一獨立探針移動至接觸該DUT接觸焊墊時(此過程亦稱為觸地(touchdown))，該探針尖端擦洗(scrub)該接觸焊墊，以與該晶粒呈現一電性接觸，使測試可進行；該晶粒接觸焊墊，一般為鋁，通常包覆一薄的氧化鋁層，或其他保護材料，而該探針尖端必需要刺穿該保護層以達成電性連接，一旦測試完成，該探針(705)移離該晶粒焊墊，且該探針回彈至其初始位置。

該懸臂式設計具有許多缺點；典型的懸臂式探針係設計為具有長彎曲構件，於觸地時，該探針尖端呈現一較小的尖端接觸角度(與具相同尖端尺寸的扭力式探針設計比較時)，此將導致一較大的尖端接觸面積，因此需要一較大的探針驅力，以刺穿氧化鋁層。

另一缺點係應力分佈無效率，於觸地過程，一懸臂式探針彎曲，其於探針上創造應力，主要分佈於彎曲構件接近探針之探針基座尾端之上表面以及下表面；圖8A繪示一懸臂式探針之彎曲構件，於該構件之任一尾端之一長度方向之應力剖面圖，同時圖8B繪示一懸臂式探針之彎曲構件，於該 構件之任一尾端之一寬度方向之應力剖面圖(即剖面線A－A以及B－B)；圖式左側靠近分區A－A處(標示為區域805)，係靠近該探針基座之該彎曲構件部分；其右側靠近分區B－B處(區域810)則接近探針尖端；彎曲構件於面臨應力大於最大應力之百分之五十以上的區域顯示為影線(815)。

面臨應力大於最大應力之百分之五十以上的彎曲桿相應體積，約為總懸臂桿體積的百分之二十五，且該體積係位於接近該探針基座(805)部分；該彎曲桿(810)之相對側承受非常低的應力；明顯的，圖8A及圖8B顯示應力分佈係沒有效率的，因為僅有少部分的彎曲構件吸收應力，並且，這些少部分區域即係該探針最容易損毀之處，使得製造商必需要放寬探針腳部的彎曲構件以降低應力並且預防損毀；然而，於探針基座附近設計一較寬的彎曲構件，將不利於該探針卡的封裝密度。

第二種探針態樣係根據一扭力式設計，其係設計以克服前述某些缺點，舉例而言，美國專利第US 6,426,638號描述一扭力彈簧設計；圖9繪示一torsional式探針設計。當該探針尖端(81)接近而探觸該DUT接觸焊墊時，其因應垂直施加於該尖端(81)的力量而彈性地移動，該尖端(81)的垂直移動可抑制該支臂(82)，並於箭號(90)所指示方向扭力式地屈曲該扭力構件(83)，該扭力構件(83)猶如一扭力彈簧，藉此影響一於該尖端(81)之恢復力量。

扭力式設計，相較於懸臂式設計，具有某些優點，典型的扭力式探針係設計為具有短支臂，其於觸地時，該探針尖端呈現一較大的尖端接觸角度(相較於具有相同尖端尺寸之一典型懸臂式探針設計)，其導致一較小 的尖端接觸面積，故僅需一較小的探針力量即可刺穿該氧化鋁層；因此可降低該探針卡所施加的總體力量，降低總體力量係具有好處的，因為該探針卡即相較於一懸臂式設計，無需強化，藉此可降低製造成本。

最後，該扭力式設計更有效率地分佈遍及該扭力構件體積之應力，圖10A繪示一扭力式探針之扭力構件，於該構件之任一尾端之一長度方向之應力剖面圖，同時圖10B繪示一扭力式探針之彎曲構件，於該構件之任一尾端之一寬度方向之應力剖面圖(即剖面線C－C以及D－D)，應力構件於面臨應力大於最大應力之百分之五十以上的區域顯示為影線(1005)，同時該應力構件(1010)之中央部分承受最少之應力，面臨應力大於最大應力之百分之五十以上的應力構件相應體積，約為總應力構件體積的百分之六十，不若一懸臂式設計，此應力係由該扭力式構件之整體長度所承受，且其並非局部集中於該探針基座；因此其更有效率的使該扭力桿之寬度平均，藉此改善其封裝密度。

不幸地，扭力式探針也有其缺點；首先，對於一典型的具較短幾何形狀支臂之扭力式設計而言，其擦洗長度(scrub length)通常較長，而限制了DUT接觸焊墊的尺寸；再者，亦因為其典型的具較短幾何形狀支臂，於該扭力構件的一小的Z方向形變(Z－deformation)可轉變成為於該探針尖端的一大的Z方向位移(Z－shift)，該Z方向形變或許係因為材料疲勞所造成。

因此，一探針同時具有扭力式及懸臂式探針設計之優點，又可避免其伴隨之缺點者，亟為所需。

本案鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件用於測試半導體元件之合成探針。

本發明之目的即在於提供一種用於測試半導體元件之合成探針，係揭露提供一創新合成探針設計，用於一創新探針卡，其藉由允許該探針儲存如扭力以及如彎曲的位移能量(displacement energy)，改善了先前技術之缺點；特定而言，此創新探針卡包含一基板、一樞紐、以及一合成探針連接至該基板；該探針更包含一基座連接到該基板、一扭力構件連接到該基座、一彎曲構件透過一合併角度連接到該扭力構件、以及一探針尖端連接到該彎曲構件；當該探針尖端探觸該DUT時，該探針彈性地儲存位移能量，該扭力構件適可扭曲，因此該扭力構件彈性地儲存該位移能量之第一部份，同時該彎曲構件適可彎曲，因此該彎曲構件彈性地儲存該位移能量之第二部分。

本發明之另一目的即在於提供一種用於測試半導體元件之合成探針，係在另一實施例中，增加合成探針以及樞紐之間距，將允許該扭力構件彎曲並透過彎曲儲存能量，如同透過扭力一般；在另一實施例中，調整該樞紐的位置，將使該扭力構件轉變為一扭力/彎曲構件，而改變該探針之吸收或者分佈能量特徵；在次一實施例中，該探針包含一或者複數附屬有角構件，其改變該探針之吸收或者分佈能量特徵；在所有實施例中，運用該扭力構件以及彎曲構件，及/或該附屬有角構件間之合併角度，改變該探針的特徵。

可達成上述發明目的之用於測試半導體元件之合成探針，該扭力構件及/或該彎曲構件之轉動慣量可以降低，以藉由改變該構件為較長及/或較窄/細，以及運用材料(例如具有較低楊氏係數(Young’s Modulus)之材料)，改變該能量吸收或者分佈特性；反言之，該轉動慣量可以藉由使用一較不易曲折之材料(楊氏係數較高)，及改變該構件為較短及/或較寬/厚，而增加；同時，一分離桿或雙層結構設計可以用來達成一較高之轉動慣量；在另一實施例中，該合成探針或許可使用許多材料，例如以一材料作為彎曲構件，以另一材料作為扭力構件，藉由該樞紐置放、附加有角構件、以及修改轉動慣量來精細調整該合成探針，允許一探針卡製造者，針對一特殊應用最佳化一探針卡，可增加該探針卡效益及成本效益。

以下揭露一種用於測試半導體元件之合成探針，其包含一扭力構件以及一彎曲構件；前述二構件皆允許該合成探針經由扭曲或彎曲儲存該位移能量，該合成設計同時具有扭力式及懸臂式探針設計之優點(意即較大封裝密度、較少因材料疲勞導致探針損壞、較少探針卡受力、以及較短擦洗長度)，並最小化非合成設計之缺點；該合成設計可用以製造一探針卡，其可針對一特殊應用最佳化，更可增加該探針卡效益及成本效益。

請參閱圖1所示，係一具有扭力構件及一彎曲構件之一創新合成探針設計之結構圖，該合成探針(2)包含：一探針基座(5)連接到該基板、該扭力構件(10)、該彎曲構件(15)、該探針尖端(20)以及一探針柱(22)；於觸地時，該探針(2)的一部份可接觸該樞紐(25)，且該樞紐亦連接到該基板；當該探針尖端(20)與 該DUT的接觸焊墊接觸時(例如於觸地(touchdown)時)，該彎曲構件(15)沿著箭號(30)方向移動；該探針(2)必須吸收由該移動造成的位移能量，在該探針(2)完成其對DUT的測試之後，該位移能量使得該探針(2)彈回其原始位置，因為該扭力構件(10)以及該彎曲構件(15)共同處於一角度(35)，該彎曲構件之一部分該位移能量轉移到該扭力構件(10)，造成該扭力構件(10)沿著箭號(40)方向扭曲；在此實施例中，角度(35)約為125度(相對而言，該扭力構件(10)之方向為0度)；然而，如下文所述，該角度可以自90度到270度之間調整，以改變該合成探針之特性，該彎曲構件(15)係長且細，因此將會具有一低轉動慣量，且將能如同一非合成之懸臂式設計般彎曲，儲存部分該位移能量；此實施例參照圖1，包含一短扭力構件(10)以及一長且細彎曲構件(15)，其中.該探針(2)整體可如同一合成物般動作，因為該彎曲構件具有一較低的轉動關量，其動作將更近似一懸臂式探針，而非近似一扭力式探針；事實上，探針(2)同時以扭力式及彎曲式方式，以接近如35：65之比例，儲存位移能量，因此，相較於一動作更接近扭力式之合成物(如下所述)，圖1之實施例將具有一較短的擦洗長度，且因其較短之接觸角度，將對該DUT接觸焊墊呈現一較大的接觸面積，而需要一較大的力量以刺穿該氧化鋁層；此創新合成探針設計可以調整以符合特定應用，舉例而言，該彎曲構件(15)可被製造為具有一低轉動慣量，因此該合成探針(2)將會更近似一懸臂式探針，特定而言，一具有低轉動慣量之彎曲構件(15)將吸收更 多位移能量，而較少能量將被轉移至該扭力構件(10)，此種調整可理解為製造該彎曲構件為較長及/或較細，且運用材料(例如一具有低楊式係數之材料)；藉由如上調整，該創新探針可以一扭力/彎曲比例為15：85之比例吸收該位移能量；反之，該彎曲構件(15)可被製造為較短及/或較厚，以具有較高轉動慣量，亦可使用一較不易曲折之材料，此等調整將會調整該能量吸收比例為較傾向扭力式能量吸收；類似地，該扭力構件(10)可被製造為具有一較低極轉動慣量(polar moment of inertia)，藉此該合成探針(2)將會更近似一扭力式探針。此種調整可理解為製造該扭力構件(10)為較長及/或較細，且運用材料(例如一具有高楊式係數之材料)，一具有一低極轉動慣量之扭力構件(10)可自彎曲構件(15)吸收更多位移能量；藉由如上調整，該能量吸收比例可接近扭力/彎曲比例為85：15之比例，反之，該扭力構件(10)可被製造為較短及/或較厚或較寬，以具有較高極轉動慣量，亦可使用一較不易曲折之材料，增加該極轉動慣量將會調整該能量吸收比例為較傾向彎曲式能量吸收，最終，同時使用扭力及彎曲構件來吸收移動時之該位移能量係具有優點的，因其整體探針(2)皆被用作能量吸收，因此該探針(2)無須增強、過度加工元件，以有效且有效率地運作；此探針可使用數種技術製造，包含揭露於美國專利申請案公開第11/019912號及第11/102982號，皆共同地被同一申請人擁有，並做為參考資料；此二申請案揭露使用一般顯影(photolithography)圖案電鍍技術，合併使用犧牲材料以更進一步創造微結構，例如探針，該等探針可以數種材料 製作，最普遍之材料為鎳合金，其具有高性能及良好電鍍性，此類合金可包含鎳鈷(NiCo)及鎳鉬(NiMo)，其中鎳鉬較容易曲折，例如最低的楊式係數；美國專利申請案公開第11/194,801號教示於不同顯影層形成探針之不同部分，可以揭示於美國申請案第11/019912號及第11/102982號之顯影過程完成，使用此技術，其可以用不同材料製造探針之不同部分，並允許精細調整該合成探針之特徵；舉例而言，欲獲得一較接近扭力式合成探針，該扭力構件可以鎳鉬(較易曲折)製造，同時該彎曲構件可以鎳鈷製造(較不易曲折)，若欲製造較接近懸臂式合成探針，可改變材料選擇；美國專利申請案第11/194,801號亦教示一創新探針尖端，以確保該機械圖像系統可以光學方式區分該探針尖端及該探針柱，舉例而言，該探針柱可以製造為具有粗糙表面；該表面可在顯影圖案化電鍍該探針尖端之前完成粗糙，因此該探針尖端可直接於粗糙表面電鍍，該粗糙表面可以電鍍材料以及合金，例如鎳、鎳合金例如鎳錳、鎳鈷、鎳鎢或鎳鐵，鎢合金例如鈷鎢，鉻或類似材料於一高電流條件製成；或可以附加微粒精製(grain refiner)或其他附加物例如錳鹽於一氨基磺酸鎳浴，或以其他電鍍領域熟知之方式及電鑄形成一粗糙表面之方式完成，最終，此粗糙表面之一光線反射將呈現漫射及折射，此即可協助自動圖像系統藉由提供更多的對比至該探針尖端及該探針柱表面間，以更清楚地解析探針尖端。

請參閱圖2所示，係另一具有扭力構件及一彎曲構件之一創新合成探針設計之結構圖，其中該扭力構件及該彎曲構件之運用與圖1之實施例相關，該探針(202)包含： 一探針基座(205)連接到一基板、一扭力/彎曲構件(210)、一彎曲構件(215)、以及一探針尖端(220)；該探針(202)之一部分可與該連接至該基板的樞紐(225)接觸；當該探針尖端(220)接觸該DUT之接觸焊墊時，該彎曲構件(215)沿著箭號(230)方向移動，且該位移產生之能量藉由該統合角度(235)，於此實施例中為125度，轉移到該扭力/彎曲構件(210)，造成沿著箭號(240)方向之扭曲。

顯而易見的，該統合角度可依需要調整，與圖1之實施例比較，該彎曲構件(215)係較短，因此具有一較高轉動慣量，且較不易彎曲；另外，該扭力/彎曲構件(210)係較長，因此具有一較低極轉動慣量，故該合成探針(202)將會較傾向一扭力式探針；重要的是，該較長的扭力/彎曲構件(210)將具有一低轉動慣量，因此其可沿著箭號(245)方向彎曲；此外，該樞紐可以被放置得更低或者更遠低於該扭力/彎曲構件之位置，藉此其可以沿著箭號(245)方向更為彎曲；因此，該創新合成探針並不需要兩種不同結構以呈現扭力式及彎曲式能量吸收，更甚者，可以一單一結構呈現；在此實施例中，探針(202)以35：65之比例，儲存扭力式能量及彎曲式能量。

請參閱圖3所示，係一具有分離桿扭力構件及一彎曲構件之一創新合成探針設計之結構圖，主要包含：一合成探針(302)設計，其中該扭力構件及彎曲構件已被調整；該探針(302)包含一探針基座(305)連接到一基板、一扭力構件(310)、一彎曲構件(315)、以及一探針尖端(320)；該探針(302)之一部分可與該連接至該基板的樞紐(325)接觸；當該彎曲構件(315)沿著箭號(335) 方向移動時，由於該統合角度(330)，位移能量轉移到該扭力構件(310)，造成沿著箭號(340)方向之扭曲；與圖2之實施例比較，該扭力構件(310)係較短，且具有一分離桿可允許一較低的極慣量，該分離桿之優點為因其可更輕易地製造，相較於一具有相同有效厚度之實心桿；圖3所示之該合成探針(302)可允許更多扭力式能量吸收，相較於圖2所示之實施例；最終，探針(302)以65：35之比例，儲存扭力式能量及彎曲式能量。

請參閱圖4A所示，係一具有樞紐改變之一創新合成探針設計之結構圖，係為本創作用於測試半導體元件之合成探針，為了運用扭力構件及彎曲構件之轉動慣量，運用該樞紐的位置及高度可精細調整該合成探針之效能，主要包含：一合成探針(402)，其與圖2所示之探針類似；不同處為該樞紐(405)之擺放位置更接近該探針基底(410)，此擺放為製造城該扭力/彎曲構件(415)，相較於圖2之探針，更向箭號(420)方向彎曲；在樞紐(405)目前的擺放位置而言，該扭力/彎曲構件(415)仍然呈現兩種樣態之能量吸收(扭力式能量吸收以箭號(425)呈現，彎曲式能量吸收以箭號(420)呈現)，且該探針(402)，整體而言，以70：30之比例，儲存扭力式能量及彎曲式能量；若該樞紐(405)直接擺放於該探針基底(410)之旁側，該扭力/彎曲構件(415)將會呈現非常少的扭力式能量吸收，而大部分的能量將會同時被扭力/彎曲構件(415)以及彎曲構件(340)以彎曲式方式儲存；若將該樞紐(405)擺放於該統合角度(435)之下方，該扭力/彎曲構件(415)將 會呈現最大扭力式能量吸收；關於上述兩種極端的樞紐(405)擺放位置，顯然地，任何熟知此項技術者可知，稍許移動該樞紐(405)之位置可精細調整該合成探針(402)之扭力/彎曲特徵。

請參閱圖4B所示，係一具有樞紐改變之一創新合成探針設計之一扭力/彎曲構件(415)與該樞紐(405)接觸之放大之結構圖；此實施例可隨著圖4A中之扭力/彎曲構件(415)擺放於介於該樞紐(405)間之一較大間距(440)而改變；該間距(440)允許該扭力/彎曲構件(415)透過彎曲方式彎曲並儲存能量，如同扭力式方式一般，因此，於前述任一實施例中，運用該樞紐之高度可改變該合成探針之能量吸收特徵。

請參閱圖5所示，係為一具有附加有角構件之一創新合成探針設計以精細調整該合成探針之扭力/彎曲特徵之結構圖，該探針(520)包含：一有角體(505)連接該扭力構件(510)以及該扭力/彎曲構件(520)；當該探針尖端，該探針尖端沿著箭號(530)方向移動；該移動所產生之能量同時被該扭力構件(510)沿著箭號(535)方向扭曲吸收，以及被扭力/彎曲構件(520)彎曲吸收；因為該有角構件(520)，該扭力/彎曲構件(515)亦可沿著箭號(540)方向扭曲，導致該探針(502)以40：60之比例，儲存扭力式能量及彎曲式能量；該扭力構件(510)可調整以具有一較低轉動慣量，藉此該構件可以更朝向箭號(545)方向彎曲，以一懸臂式方式儲存該位移能量；如同前述，該樞紐(550)可朝向該探針基座(555)移動，以造成該扭力構件(510)更彎曲，以允許更多彎曲能量儲存。

請參閱圖6所示，係為一具有附加有角構件之另一創新合成探針設計之結構圖，該創新合成探針(602)包含：一附加有角構件(605)，其造成構件(610)可同時具有扭力式及彎曲式能量吸收(分別以箭號(607)及(608)表示)；該彎曲構件(615)藉由該統合角度(620)轉移部分該位移能量至該扭力/彎曲構件(610)；一第二有角構件可被附加至該彎曲構件(615)，類似如圖5所示，以允許該彎曲構件(615)亦可儲存扭力式能量；該樞紐(625)之位置可以被調整以精細調整該扭力式及該彎曲式能量吸收；以目前之樞紐安排，該探針(602)以35：65之比例，儲存扭力式能量及彎曲式能量。

最後，該創新探針卡之扭力式及懸臂式特徵可以藉由運用該統合角度及/或該等附加有角構件之角度來調整；一個極端的例子為，若該角度接近零度，則該扭力構件將趨近無扭力運用；另一個極端例子為，若該角度係90度(或270度)，則該扭力構件將呈現更多扭力；藉此兩個極端例子，任何熟知此項技術者可知，稍許變更該角度可精細調整該合成探針之扭力/彎曲特徵。

藉由理解前述實施例，其可製造出一合成探針具有扭力式及懸臂式設計之優點；具有扭力式及彎曲式能量吸收之優點為該探針更有效地吸收遍佈更多探針體積之該位移能量，因此減低了需加強該探針的缺點；相對於純粹的懸臂式設計，該合成探針尖端將呈現一較小的接觸面積至該DUT接觸焊墊(因為該合成探針具咬較大尖端接觸角度)，故該合成探針需要較小的力量即可與該DUT達成一可信賴的電性接觸；其導致一探針卡更有效 的且更具有成本效益的具有較高封裝密度、較低因過度應力導致材料疲勞之損毀率及較少因過度應力導致材料疲勞之探針損毀。藉由調整樞紐擺放位置、附加有角構件、以及調整轉動慣量可精細調整該合成，以允許針對特殊應用之客製化要求，增加探針卡效益及成本效益。

前述關於本發明之特殊實施例，顯然可使熟知此項技術領域者思及許多變化而不超出本發明之精神，如下請求項係為涵蓋本發明精神與範圍內之諸多變化，前述實施例係用以舉例而非用以限制本發明之範圍；本發明之範圍應以請求項記載為準，而非前述說明，所有不脫離請求項均等範圍之變化均應包含於本發明之範圍；最後，申請人並不意圖使請求項與說明書內之實施例被嚴格地限制共同擴張，如同Phillips v.AHW Corp.,415 F.3d 1303,1323(Fed.Cir.2005)(en banc)案。

2‧‧‧合成探針

5‧‧‧探針基座

10‧‧‧扭力構件

15‧‧‧彎曲構件

20‧‧‧探針尖端

22‧‧‧探針柱

25‧‧‧可接觸該樞紐

202‧‧‧合成探針

205‧‧‧探針基座

210‧‧‧扭力/彎曲構件

215‧‧‧彎曲構件

220‧‧‧探針尖端

225‧‧‧樞紐

302‧‧‧合成探針

305‧‧‧探針基座

310‧‧‧扭力構件

315‧‧‧彎曲構件

320‧‧‧探針尖端

325‧‧‧樞紐

402‧‧‧合成探針

405‧‧‧樞紐

410‧‧‧探針基底

415‧‧‧扭力/彎曲構件

502‧‧‧探針

510‧‧‧扭力構件

520‧‧‧扭力/彎曲構件

550‧‧‧樞紐

555‧‧‧探針基座

602‧‧‧合成探針

610‧‧‧扭力/彎曲構件

615‧‧‧彎曲構件

625‧‧‧樞紐

705‧‧‧探針

710‧‧‧探針尖端

715‧‧‧彎曲構件

720‧‧‧探針基座

725‧‧‧基板

735‧‧‧探針彎曲構件

805‧‧‧基座

810‧‧‧彎曲桿

81‧‧‧探針尖端

82‧‧‧支臂

83‧‧‧扭力構件

1010‧‧‧應力構件

圖1繪示一具有扭力構件及一彎曲構件之一創新合成探針設計之結構圖；圖2繪示另一具有扭力構件及一彎曲構件之一創新合成探針設計之結構圖；圖3繪示一具有分離桿扭力構件及一彎曲構件之一創新合成探針設計之結構圖；圖4A繪示一具有樞紐改變之一創新合成探針設計之結構圖；圖4B繪示一具有樞紐改變之一創新合成探針設計之一扭力/彎曲構件與該樞紐接觸之放大結構圖； 圖5繪示一具有附加有角構件之一創新合成探針設計以精細調整該合成探針之扭力/彎曲特徵之結構圖；圖6繪示一具有附加有角構件之另一創新合成探針設計之結構圖；圖7A及圖7B繪示懸臂式探針之結構圖；圖8A及圖8B分別繪示一長度方向剖面圖及一寬度方向剖面圖，表示一懸臂式探針之該彎曲構件體驗之應力；圖9繪示一扭力式探針結構圖；以及圖10A及圖10B分別繪示一長度方向剖面圖及一寬度方向剖面圖，表示一扭力式探針之該扭力構件體驗之應力。

2‧‧‧合成探針

5‧‧‧探針基座

10‧‧‧扭力構件

15‧‧‧彎曲構件

20‧‧‧探針尖端

22‧‧‧探針柱

25‧‧‧可接觸該樞紐

Claims (28)

1. 一種用於測試半導體元件之合成探針，包含：一基板；一合成探針，連接到該基板，該探針包含一基底，其連接至該基板、一扭力構件，連接至該基底、一彎曲構件，經由一統合角度連接至該扭力構件、以及一探針尖端連接至該彎曲構件；其中，當該探針尖端接觸該元件，該探針彈性地儲存一位移能量；且其中該扭力構件適可扭曲以使該扭力構件彈性地儲存該位移能量之一第一部份，且該彎曲構件適可彎曲以使該彎曲構件彈性地儲存該位移能量之一第二部份，且一樞紐連接至該基板，其中該探針之一部分可接觸該樞紐；以及其中該位移能量之該第一部份及該位移能量之該第二部分具有一比例，其介於一自15：85至85：15之範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該位移能量之該第一部份及該位移能量之該第二部分之該比例係介於一自35：65至70：30之範圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件及該扭力構件係以顯影(photolithography)方式製成。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件係以一第一顯影層製成，且該彎曲構件係以一第二顯影層製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件包含一第一材料，且該彎曲構件包含一第二材料，其中該第一材料係為鎳鉬合金及該第二材料係為鎳鈷合金。
6. 如申請專利範圍第5項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該第一材料相對於該第二材料具有一較高楊式係數(Young’s Modulus)。
7. 如申請專利範圍第5項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該第一材料相對於該第二材料具有一較低楊式係數。
8. 如申請專利範圍第5項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該第一材料與該第二材料實質具有相同楊式係數。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件係用以達成一極轉動慣量，該極轉動慣量允許該扭力構件扭曲，藉此該位移能量之該第一部份係大於該位移能量之該第二部分。
10. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件係用以達成一轉動慣量，該轉動慣量允許該彎曲構件彎曲，藉此該位移能量之該第二部份係大於該位移能量之該第一部分。
11. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件或該彎曲構件係一分離桿。
12. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件適可彎曲以使該扭力構件經由彎曲，彈性地儲存該位移能量之一第三部分。
13. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件適可扭曲以使該彎曲構件經由扭曲，彈性地儲存該位移能量之一第三部分。
14. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該樞紐係連接至該基板之一位置，其中該樞紐之該位置係選擇以達成一預設特徵，其係選自下列族群：擦洗長度(scrub length)、探針壓力、封裝密度、因材料疲勞導致之探針損壞、平均應力分佈、以及前述組合。
15. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該統合角度包含一角度。
16. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件包含一附加有角構件，其包含一角度。
17. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件包含一附加有角構件，其包含一角度。
18. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件包含一附加有角構件，其包含一角度，且該彎曲構件包含一附加有角構件，其包含一角度。
19. 如申請專利範圍第15至18中任一項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該角度係位於一自90度至270度之範圍。
20. 如申請專利範圍第19項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該角度係選擇以達成一預設特徵，其係選自下列族群：擦洗長度(scrub length)、探針壓力、封裝密度、因材料疲勞導致之探針損壞、平均應力分佈、以及前述組合。
21. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件包含一鎳合金。
22. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該扭力構件包含一鎳合金。
23. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該探針更包含一探針柱連接至該探針尖端，其中該探針柱之表面係製造以使該探針柱可以光學方式與該探針尖端區分。
24. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件，相對於該扭力構件，係較寬且較細。
25. 如申請專利範圍第24項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件包含一第一材料，具有一楊式係數，且該扭力構件包含一第二材料，具有一楊式係數，且中該第一材料之楊式係數係小於該第二材料之楊式係數。
26. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件，相對於該扭力構件，係較短。
27. 如申請專利範圍第26項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中該彎曲構件包含一第一材料，具有一楊式係數，且該扭力構件包含一第二材料，具有一楊式係數，且中該第一材料之楊式係數係大於該第二材料之楊式係數。
28. 如申請專利範圍第1項所述之用於測試半導體元件之合成探針，其中當該探針尖端接觸該元件時，該探針之該部分接觸該樞紐。