TWI421500B - A method of making microprobe components and microprobes using a three-dimensional silicon perforation technique (TSV) - Google Patents

A method of making microprobe components and microprobes using a three-dimensional silicon perforation technique (TSV) Download PDF

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以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件及微探針之方法
本發明係有關於一種以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件及微探針之方法，特別是指於矽基材上以TSV形成微穿孔，並於微穿孔內成型微探針，之後去除部份或者全部矽基材，而得到微探針組件或微探針。
微探針廣泛使用於如同原子力顯微鏡(AFM)等精密檢測儀器，而用以作材料表面的物性量測，而量測原理係利用微探針之尖端和試片表面原子或分子團產生某種交互作用，以探測試片表面的形貌或特性，諸如聲、光、力、電、磁等，除此之外並可運用於奈米物體的搬運、奈米級微影及奈米資料儲存，而微探針製作方法一般是利用放電加工，但其生產速度較慢，且生產成本較高，亦可能於微探針上殘留熱應力。
中華民國專利第584925號「微探針製造方法」，其揭露：首先，形成一氧化層於具有一第一面向以及一第二面向的一矽基板之上述第一面向上，然後，形成一第一接觸孔及一第二接觸孔於上述氧化層中，其中上述第二接觸孔小於上述第一，接觸孔，再形成一導電層於上述第一接觸孔、第二接觸孔及整個表面上，最後，使用一夾具夾住該基板，以上述夾具當作蝕刻罩幕，對上述矽基板之上述第二面向進行蝕刻，直到露出上述導電層，以得到 一個微探針之結構，然其缺點在於：
1.雖然以半導體製程製作微探針不會有殘留應力之現象，但應用多次蝕刻方式製作微探針具有多道之製程程序，造成製程過於繁複，且亦無法一次大量生產。
2.以3D IC製程而言，不管是孔先(Via First)或者是孔後(Via Last)製程，其所製作的電路幾乎沒有訊號輸出接點(I/O Pad)，頂多也只有TSV接點，其TSV間距至少會小於5微米。若是再考量到晶圓的薄化，那麼，若是拿現有的探針卡，因為間距的關係及應力的關係，一定無法使用於3D IC薄化前或者薄化後的晶圓偵測上。
爰此，有鑑於習知製作微探針之方法過於繁複，且通常無法一次大量生產，或者製成探針卡使用時，各微探針之間間距過大而無法使用於3D IC偵測的缺失，故本發明提供一種以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，步驟如下：
A.製作微穿孔：於一矽基材上以三維矽穿孔技術(TSV)形成一個以上之微穿孔。
B.成型微探針：於該矽基材之微穿孔內以導電材成型一微探針，並將該微探針一端區分為一探針頭，另一端則區分為一探針根部。
C.構成微探針組件：去除包覆該探針頭之矽基材，並使包覆該探針根部之矽基材形成一探針床，構成一微探針組件。
上述步驟A中，該微穿孔係呈錐形，而步驟B中，該微探針亦呈錐形，且該探針頭係為該錐形之微探針的尖銳端。
上述步驟C中，係以蝕刻方式去除包覆該探針頭之矽基材。
上述以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，其中成型該微探針之導電材係銅、鎢或高分子導電材。
上述步驟B中，該探針根部係具有測試電路，形成測試樣本(Test Pattern)。
上述步驟C構成之微探針組件具有複數個微探針，則切割該微探針組件，形成複數個具有比該微探針組件之微探針數量少之微探針組件或切割形成複數個具有單一微探針之微探針組件。
本發明亦為一種以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，步驟如下：
A1.製作微穿孔：於一矽基材上以三維矽穿孔技術(TSV)形成一個以上之微穿孔。
B1.成型微探針：於該矽基材之微穿孔內以導電材成型一微探針，並將該微探針一端區分為一探針頭，另一端則區分為一探針根部。
C1.取出微探針：去除包覆該微探針之矽基材，分離出該單獨之微探針。
上述驟A1中，該微穿孔係呈錐形，而步驟B1中，該微探針亦呈錐形，且該探針頭係為該錐形之微探針的尖銳端。
上述步驟C1中，係以蝕刻方式去除該矽基材。
上述以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，其中成型該微探針之導電材係銅、鎢或高分子導電材。
上述步驟B1中，該探針根部係具有測試電路，形成測試樣本(Test Pattern)。
本發明具有下列之優點：
1.本發明以TSV形成之微穿孔具有微間距，可使微探針組件中形成大量間距(Pitch)很小之微探針，且微探針成型於矽基材之微穿孔內，其長度可以根據矽基材的薄化高度而定，其孔徑則可小至5微米以下，所以特別適合於奈米級製程之SOC晶圓探針卡之使用，另外亦可偵測間距小於5微米且無輸出入訊號墊(I/O Pad)特性及薄化後厚度很小的3D IC之晶圓。
2.本發明構成具有單一微探針之微探針組件或微探針可用於高倍率之掃描探針顯微鏡(SPM)或原子力顯微鏡(AFM)等精密檢測儀器。
3.本發明微探針的形狀可以是錐形的(Tapered)，而不需要用一般3D IC使用之較好的TSV挖孔(Formation)製程，因為不需要有垂直且深的TSV微穿孔，而可以提高探針頭的尖銳程度，並且大量降低費用。
(1)‧‧‧矽基材
(11)‧‧‧微穿孔
(2)‧‧‧微探針
(21)‧‧‧探針頭
(22)‧‧‧探針根部
(3)‧‧‧探針床
(A)‧‧‧待測晶圓
(B)‧‧‧夾具
第一圖係為本發明製作微探針組件之步驟流程示意圖。
第二圖係為本發明製作微探針組件之操作流程示意圖。
第三圖係為本發明微探針組件具有複數個微探針，並作為偵測待測晶圓之探針卡之使用示意圖。
第四圖係為以夾具挾持本發明具有單一微探針之微探針組件之使用示意圖。
第五圖本發明製作微探針之步驟流程示意圖。
第六圖係為本發明製作微探針之操作流程示意圖。
第七圖係為以夾具挾持本發明微探針之使用示意圖。
首先，請參閱第一圖及第二圖所示，本發明係為一種以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，步驟如下：
A.製作微穿孔：於一矽基材(1)上以三維矽穿孔技術(TSV)形成一個以上之微穿孔(11)，且該微穿孔(11)係呈錐形，且TSV中使用之蝕刻貫孔或雷射貫孔所形成之該微穿孔(11)之孔徑係可小至5微米以下。
B.成型微探針：於該矽基材(1)之微穿孔(11)內以導電材成型一微探針(2)，並將該微探針(2)一端區分為一探針頭(21)，另一端則區分為一探針根部(22)，而由於該微穿孔(11)係呈錐形，故該微探針(2)亦呈錐形，且該探針頭(21)係為該錐形之微探針(2)的尖銳端，而該微探針(2)可依使用者之需求而以銅、鎢、或高分子導電材等適合於TSV製作之材料製成，另外，該探針根部(22)亦可具有測試電路，而形成測試樣本(Test Pattern)。
C.構成微探針組件：去除包覆該探針頭(21)之矽基材(1)，並使包覆該探針根部(22)之矽基材(1)形成一探針床(3)，構成一微探針組件，而其中去除該矽基材(1)之方式係可以半導體蝕刻方式達成。
請參閱第三圖所示，當步驟C構成之微探針組件具有複數個微探針(2)時，可作為偵測一待測晶圓(A)上線路之探針卡，使用上可將該微探針組件之探針床(3)及該待測晶圓(A)連接至一偵測基座[圖中未示]，此時，該微探針(2)之排列位置則可以根據該待測晶圓(A)所需下針之位置設計而成，使該微探針(2)之探針頭(21)可藉此檢測該待測晶圓(A)之線路品質，又由於步驟A中製作之微穿孔(1)孔徑可小至5微米以下，故 其成型之該微探針(2)間距亦可小於5微米以下，所以特別適合作為奈米級製程SOC晶圓之探針卡使用，或者，亦可偵測間距小於5微米且無輸出入訊號墊(I/O Pad)特性及薄化後厚度很小的3D IC之晶圓品質。
請參閱第二圖及第四圖所示，當步驟C構成之微探針組件具有複數個微探針(2)，亦可切割該微探針組件，而形成複數個具有比該微探針組件之微探針(2)數量少之微探針組件或切割形成複數個具有單一微探針(2)之微探針組件，該微探針(2)數量較少之微探針組件可用於檢測如同單一晶片之線路等用途[可參閱第三圖所示]，而該具有單一微探針(2)之微探針組件則可將該微探針組件之探針床(3)挾持於一夾具(A)，並將該夾具(A)耦接於夾具控制元件[圖中未示]，同樣可使用於半導體製程上之晶圓線路檢測或者亦可使用於高倍率之掃描探針顯微鏡(SPM)或原子力顯微鏡(AFM)等精密檢測儀器。
請參閱第五圖及第六圖所示，本發明亦為一種以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，步驟如下：
A1.於一矽基材(1)上以三維矽穿孔技術(TSV)形成一個以上之微穿孔(11)，且該微穿孔(11)係呈錐形，且TSV中使用之蝕刻貫孔或雷射貫孔所形成之該微穿孔(11)之孔徑係可小至5微米以下。
B1.成型微探針：於該矽基材(1)之微穿孔(11)內以導電材成型一微探針(2)，並將該微探針(2)一端區分為一探針頭(21)，另一端則區分為一探針根部(22)，而由於該微穿孔(11)係呈錐形，故該微探針(2)亦呈錐形，且該探針頭(21)係為該錐形之微探針(2)的尖銳端，而該微探針(2)可依使用 者之需求而以銅、鎢、或高分子導電材等適合於TSV製作與測試之材料製成，另外，該探針根部(22)亦可具有測試電路，而形成測試樣本(Test Pattern)。
C1.取出微探針：去除包覆該微探針(2)之矽基材(1)，分離出該單獨之微探針(2)，而其中去除該矽基材(1)之方式係可以半導體蝕刻方式達成。
請參閱第七圖所示，步驟C1中取出之單一微探針(2)之用途可如同上述具有探針床(3)之微探針組件，不同之處在於係將該微探針(2)之探針根部(22)挾持於該夾具(B)，並將該夾具(B)耦接於夾具控制元件[圖中未示]，同樣可使用於半導體製程上之晶圓線路檢測或者亦可使用於高倍率之掃描探針顯微鏡(SPM)或原子力顯微鏡(AFM)等精密檢測儀器。
另外，本發明之製程程序簡便，同時可大量生產該具有探針床(3)之微探針組件或該單獨之微探針(2)，而該微探針(2)係呈錐形(Tapered)，而不需要用一般3D IC使用之較好的TSV挖孔(Formation)製程，因為不需要有垂直且深的TSV穿孔，反而可以提高該探針頭(21)的尖銳程度，並且大量降低費用。

Claims (11)

  1. 一種以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，步驟如下：A.製作微穿孔：於一矽基材上以三維矽穿孔技術(TSV)形成一個以上之微穿孔；B.成型微探針：於該矽基材之該微穿孔內以導電材成型一微探針，並將該微探針一端區分為一探針頭，另一端則區分為一探針根部；C.構成微探針組件：去除包覆該探針頭之該矽基材，並使包覆該探針根部之該矽基材形成一探針床，構成一微探針組件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，其中步驟A中，該微穿孔係呈錐形，而步驟B中，該微探針亦呈錐形，且該探針頭係為該錐形之微探針的尖銳端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，其中步驟C中，係以蝕刻方式去除包覆該探針頭之該矽基材。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，其中成型該微探針之導電材係銅、鎢或高分子導電材。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，其中步驟B中，該探針根部係具有測試電路，形成測試樣本(Test Pattern)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針組件之方法，當步驟C構成之微探針組件具有複數個微探針，則切割該微 探針組件，形成複數個具有比該微探針組件之微探針數量少之微探針組件或切割形成複數個具有單一微探針之微探針組件。
  7. 一種以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，步驟如下：A1.製作微穿孔：於一矽基材上以三維矽穿孔技術(TSV)形成一個以上之微穿孔；B1.成型微探針：於該矽基材之該微穿孔內以導電材成型一微探針，並將該微探針一端區分為一探針頭，另一端則區分為一探針根部；C1.取出微探針：去除包覆該微探針之該矽基材，分離出該單獨之微探針。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，其中步驟A1中，該微穿孔係呈錐形，而步驟B1中，該微探針亦呈錐形，且該探針頭係為該錐形之微探針的尖銳端。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，其中步驟C1中，係以蝕刻方式去除該矽基材。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，其中成型該微探針之導電材係銅、鎢或高分子導電材。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之以三維矽穿孔技術(TSV)製作微探針之方法，其中步驟B1中，該探針根部係具有測試電路，形成測試樣本(Test Pattern)。
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