TWI422832B - 一種以３ｄ微影技術製作微探針之方法與微探針之結構 - Google Patents

Description

一種以3D微影技術製作微探針之方法與微探針之結構

本發明係係揭露一種微探針之製作方法，尤其是使用一雷射以3D直寫曝光的方式製作微探針。

傳統上以微機電製程技術製作之微探針多是以二維(2D)平面堆疊的方式逐層建構微探針，這種技術之特點為多層結構堆疊介面、多個垂直構面，故容易產生諸多問題：例如製作複雜、耗時與昂貴；結構界面在截面積小時附著力不足，整體結構具備許多接合介面以及垂直構面而容易因應力集中產生接面斷裂；且只能以矩形塊體堆疊構成探針，難以利用垂直方向尺寸變化來進行結構設計。對探針間距(pitch)要求越來越微小之探針卡設計而言，垂直方向反而是唯一最多可使用的空間。

近幾年3D雷射直寫曝光技術發展已漸趨成熟，目前多應用在量子晶體或醫學領域。由於先前技術未見以此技術應用在探針卡之製作，故本發明係利用3D雷射直寫曝光技術直接在光阻上成型一3D圖樣的電鍍模具，再以電鍍方式一次成型微探針結構，製程快速；這樣的微結構側壁可以是連續曲面，避免應力集中問題。

本發明係揭露一種微探針製作方法，包含：提供一基板，具有一電路形成於該基板中，且具有複數個金屬墊襯形成於該基板之一第一表面；在該基板之該第一表面上配置一層感光材料；以一雷射聚焦至該層感光材料內部以曝光該感光材料，該雷射之焦點軌跡在該些金屬墊襯之上，以曝光形成複數個3D圖樣；顯影該層感光材料後，去除該些3D圖樣之該感光材料以形成複數個3D模穴；以一電鍍方式將一導電材料填充於該些3D模穴，並與該些金屬墊襯電性耦合；去除該層感光材料之一部分或全部以裸露出複數個微探針。在一實施例中，本發明之方法更包含在該些探針表面塗佈一強化導電層。

本發明另揭露一種微探針製作方法，包含：提供一基板，該基板有一電路形成於該基板中，且具有複數個金屬墊襯形成於該基板之一第一表面；在該基板之該第一表面上配置一層感光材料；以一雷射聚焦至該層感光材料內部以曝光該感光材料，該雷射之焦點軌跡在該些金屬墊襯之上，以曝光形成複數個3D探針圖樣；顯影該層感光材料後，去除該些3D探針圖樣以外之該感光材料；塗佈一強化導電層於該些3D探針圖樣表面以及未被該些3D探針圖樣覆蓋之該些金屬墊襯而形成複數個微探針。

在一實施例中，本發明所製作之探針結構包含一底部接合面導角與一錐狀針尖本體，其中該底部接合面導角係增加該些微探針與該些金屬墊襯接觸面積以強化該些微探針之附著；且該錐狀針尖本體之形狀包含一個針尖或複數個針尖，該等針尖具有曲面之形狀以緩解應力之集中，並降低針尖之反光，避免造成針尖與待測物視覺對位干擾。

在一實施例中，本發明之製作之微探針之方法，其中配置感光材料層之方式包含旋轉塗佈、熱壓、噴塗、印刷。去除感光材料之方式包含反應式離子蝕刻(RIE)、感應耦合電漿應式離子蝕刻(ICP-RIE)，或化學濕蝕刻製程。塗佈該強化導電層之方法包含噴塗、電鍍、化鍍、濺鍍、蒸鍍。

在一實施例中，本發明之製作之微探針之方法，其中所使用之基板包含有機電路板、陶瓷基板、電路軟板。填充3D模穴之導電材料包含金、鎳、鈀、銠、銅、鎢、銀或前述金屬之合金。所塗佈於微探針表面之強化導電層之材料包含具有彈性係數較高或降服強度較高之材料，使該些微探針之彈性係數提升或抗應力之強度增加。

本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本發明之結構及程序，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之較佳實施例外，本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。

本發明係揭露一種微探針之製作方法，尤其是使用一雷射以3D(Three Dimension)曝光的方式製作微探針。本發明之微探針製作方法不但製程步驟少，節省時間與製作成本，而且真正一體成型，沒有多層介面附著問題；可形成側壁曲面，減少垂直構面，避免應力集中；而且可避免平面結構反光干擾測試影像對位的問題；另外，可使用到垂直方向的尺寸變化設計，有利於探針結構設計最佳化。

以下說明本發明之一例示製作微探針之方法，如第1圖(a)所示，提供一基板100，在基板100上已先製作好電路102以及複數個金屬墊襯101形成於基板的第一表面(上表面)，電路102主要是電性連接金屬墊襯101至其他接觸點。在一實施例中，基板100包含有機電路板、陶瓷基板或電路軟板。之後如第1圖(b)所示在基板100配置一層感光材料110，其置方式包含以旋轉塗佈、熱壓、噴塗、印刷等方式製作。之後如第1圖(c)所示，以一雷射120聚焦曝光感光材料110，雷射120在聚焦附近因雙光子效應之波長減半，若設定此減半之波長落在光阻感光區域，且光阻對原波長不作用，則可利用此一特性進行深度曝光變化。曝光之位置在金屬墊襯101位置之上方，以雷射120直接照射式方式曝出一3D的圖樣。感光材料110為正光阻材料，故經顯影後，可去除經雷射120曝光後的3D圖樣而形成複數個3D模穴111，繼之如第1圖(d)所示，以一電鍍之方式將一導電材料填充於3D模穴111，而形成複數個微探針112。微探針112與金屬墊襯101連接，因此探針112可將所感測到的電訊號經由金屬墊襯101與電路102傳送到其他接觸點。

最後以反應式離子蝕刻(RIE)、感應耦合電漿應式離子蝕刻(ICP-RIE)，或化學濕蝕刻製程等方式去除感光材料110，完成微探針112之製作，如第2圖(a)所示。在一實施例中，如第2圖(b)所示，可僅去除部分之感光材料110，以裸露出微探針112之針尖部分，殘留之感光材料110可用以強化微探針112與金屬墊襯101之固著。在另一實施例中，可再塗佈一層強化導電層113於微探針112之表面，強化導電材料113之為彈性係數與降服強度皆較高的材質，使微探針之彈性係數與抗應力強度提升。塗佈強化導電層113的方式可為噴塗、電鍍、化鍍(以化學反應方式鍍膜)、濺鍍或蒸鍍等。

本發明另揭露一種微探針之製作方法，如第3圖(a)所示，提供一基板300，在基板300上已先製作好一電路302以及複數個金屬墊襯301形成於基板300之第一表面(或上表面)，電路302主要是電性連接金屬墊襯301至其他接觸點。在一實施例中，基板300包含有機電路板、陶瓷基板或電路軟板。之後如第3圖(b)所示在基板300配置一層感光材料310，其置方式包含以旋轉塗佈、熱壓、噴塗、印刷等方式製作。之後如第3圖(c)所示，以一雷射320聚焦曝光感光材料310，雷射320在聚焦附近因雙光子效應之波長減半，若設定此減半之波長落在光阻感光區域，且光阻對原波長不作用，則可利用此一特性進行深度曝光變化。曝光之位置在金屬墊襯301位置之上方，以雷射直接照射式方式曝出一3D探針圖樣312且圖樣之底座面積小於金屬墊襯301之表面面積。感光材料310為負光阻材料，故經顯影後，僅留存探針圖樣312之光阻，如第4圖(a)所示。繼之如第4圖(b)所示，再塗佈一層強化導電層313於3D探針圖樣312之表面與未被探針圖樣312覆蓋之金屬墊襯301表面，而形成微探針314。因此微探針314可將所感測到的電訊號經由金屬墊襯301與電路302傳送到其他接觸點。強化導電材料313之為彈性係數與降服強度皆較高的材質，使微探針之彈性係數與抗應力強度提升。

第5圖(a)所示為一例示之微探針之針尖結構製作過程，該製作過程包含提供一基板510，並在基板510上配置複數個微探針彈性部501與一層犧牲材料520。微探針彈性部501係內嵌於犧牲材料520並被其所固定，微探針彈性部501在結構上可分為支柱部分501_1與懸臂樑部分501_2；支柱部分501_1之一端與基板510上的金屬襯墊502電性耦合，而懸臂樑部分501_2之一表面與犧牲材料520的一表面同一水平位置。之後，在懸臂樑部分501_2之上方製作針尖512並與懸臂樑部分501_2之一端電性耦合，其中製作針尖512之方法包含上述實施例使用雷射曝光3D探針之方法。最後去除犧牲材料520而形成如第5圖(b)所示之微探針結構。其中針尖512之結構可區分為一底部接合面導角512_0與一錐狀針尖本體512_1。底部接合面導角512_0之底面積增大，可增加針尖512與微探針彈性部501接觸面積以強化針尖512之附著；而錐狀針尖本體512_1形狀包含一個針尖或複數個針尖，該等針尖可具有曲面之形狀以緩解應力之集中，並降低針尖之反光。

第6圖所示為本發明所製作的微探針結構之例示的實施例。如第6圖(a)、(b)與(c)所示之微探針600為一體成形，但在結構上可分為針尖本體600_1與接合面導角600_2，針尖本體600_1為連續之曲面，針尖最頂端往下逐漸增大針尖本體600_1之截面積，可緩解應力並增加微探針之強度，以防止微探針於操作過程中受應力而變形或斷裂。接合面導角600_2為擴大微探針與位於其下的金屬襯墊610之接觸面積，以增加微探針與金屬襯墊610之間的固著；針尖本體600_1與接合面導角600_2之兩部分實無具體之界面區分，從針尖本體600_1至接近接合面導角600_2處的截面積連續性逐漸擴大，在接合面導角600_2底部有最大的截面樍。在一實施例中，如第6圖(c)所示，針尖本體600_1可包含複數個針尖。

以上敘述係為本發明之較佳實施例，此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

10．．．本發明之一例示微探針製作方法

100．．．基板

101．．．金屬墊襯

102．．．電路

110．．．感光材料

111．．．3D模穴

112．．．微探針

113．．．強化導電層

120．．．雷射

20．．．本發明之一例示微探針

30．．．本發明之一例示微探針製作方法

300．．．基板

301．．．金屬墊襯

302．．．電路

310．．．感光材料

312．．．3D探針圖樣

313．．．強化導電層

314．．．微探針

320．．．雷射

40．．．本發明之一例示微探針

50．．．本發明之一例示微探針製作方法

510．．．基板

501．．．微探針彈性部

501_1．．．支柱部分

501_2．．．懸臂樑部分

502．．．金屬墊襯

520．．．犧牲材料

512．．．針尖

512_0．．．底部接合面導角

521_1．．．錐狀針尖本體

60．．．本發明之一例示微探針結構

600．．．微探針

600_1．．．針尖本體

600_2．．．接合面導角

610．．．金屬襯墊

本發明可藉由說明書中之若干較佳實施例及詳細敘述與後附圖式而得以瞭解。圖式中相同之元件符號係指本發明中之同一元件。然而，應理解者為，本發明之所有較佳實施例係僅用以說明而非用以限制申請專利範圍，其中：

第1圖係說明本發明之一例示微探針製作方法。

第2圖係說明本發明之一例示微探針。

第3圖係說明本發明之一例示微探針製作方法。

第4圖係說明本發明之一例示微探針。

第5圖係說明本發明之一例示微探針製作方法。

第6圖係說明本發明之例示微探針結構。

100‧‧‧基板

101‧‧‧金屬墊襯

102‧‧‧電路

110‧‧‧感光材料

112‧‧‧微探針

113‧‧‧強化導電層

20‧‧‧本發明之一例示微探針

Claims (11)

1. 一種以3D微影技術製作微探針之方法，包含：提供一基板，在該基板上具有複數個金屬墊襯；在該基板之一第一表面上配置一層感光材料；以一雷射聚焦至該層感光材料內部以曝光該感光材料，該雷射之焦點軌跡在該些金屬墊襯之上，以曝光形成複數個3D圖樣；顯影該層感光材料後，去除該些3D圖樣之該感光材料以形成複數個3D模穴；以一電鍍方式將一導電材料填充於該些3D模穴，並與該些金屬墊襯電性耦合；去除該層感光材料之一部分或全部以裸露出複數個微探針。
2. 如申請專利範圍第1項所述之以3D微影技術製作微探針之方法，其中該基板具有一電路形成於該基板中，且具有複數個金屬墊襯形成於該基板之該第一表面。
3. 一種以3D微影技術製作微探針之方法，包含：提供一基板，其中該基板之一第一表面上有複數個金屬墊襯；在該基板之該第一表面上形成複數個微探針彈性部與一層犧牲材料，其中該些微探針彈性部係內嵌於該層犧牲材料之中，該些微探針彈性部之一第一端個別電性耦 合於該基板之該些金屬墊襯；在該些微探針彈性部與該層犧牲材料上配置一層感光材料；以一雷射聚焦至該層感光材料內部以曝光該感光材料，該雷射之焦點軌跡位於該些微探針彈性部之一第二端上方並與該第二端接觸，以曝光形成複數個3D圖樣；顯影該層感光材料後，去除該些3D圖樣之該感光材料以形成複數個3D模穴；以一電鍍方式將一導電材料填充於該些3D模穴，並與該些微探針彈性部之該第二端電性耦合；去除該層感光材料與該層犧牲材料以裸露出複數個微探針。
4. 如申請專利範圍1或3項所述之以3D微影技術製作微探針之方法，更包含在該些微探針表面塗佈一強化導電層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之以3D微影技術製作微探針之方法，其中該強化導電層之材料包含具有彈性係數較高或降服強度較高之材料，使該些微探針之彈性係數提升或抗應力之強度增加。
6. 如申請專利範圍第4項所述之以3D微影技術製作微探針之方法，其中塗佈該強化導電層之方法包含噴塗、電 鍍、化鍍、濺鍍、蒸鍍。
7. 如申請專利範圍第1或3項所述之以3D微影技術製作微探針之方法，其中該導電材料包含金、鎳、鈀、銠、銅、鎢、銀或前述金屬之合金。
8. 一種以3D微影技術製作微探針之結構，包含使用如申請專利範圍第1、3所述之方法而製作之微探針，其中該微探針為一體成形，惟在結構可區分為一錐狀針尖本體與一底部接合面導角。
9. 如申請專利範圍第8項所述之以3D微影技術製作微探針之結構，其中該錐狀針尖本體為連續之曲面，從該錐狀針尖本體最頂端往下逐漸增大截面積。
10. 如申請專利範圍第8項所述之以3D微影技術製作微探針之結構，其中該底部接合面導角擴大該微探針與位於其下之一金屬襯墊的接觸面積，以增加該微探針之固著；從該錐狀針尖本體至接近該接合面導角處的截面積連續性逐漸擴大，在該接合面導角底部有最大的截面積。
11. 如申請專利範圍第8項所述之以3D微影技術製作微探針之結構，其中該錐狀針尖本體之形狀包含一個針尖或 複數個針尖，該等針尖具有曲面之形狀以緩解應力之集中，並降低針尖之反光。