TWI586968B - 高頻垂直式探針、探針卡及高頻垂直式探針的製作方法 - Google Patents

Description

高頻垂直式探針、探針卡及高頻垂直式探針的製作方法

本發明係關於一種探針的技術領域，特別關於一種應用於半導體元件電性測試的高頻垂直式探針、探針卡以及高頻垂直式探針的製作方法。

探針卡主要應用在積體電路尚未封裝前，輔以相關的測試儀器與軟件，針對裸晶以探針進行各項功能測試的作業，從而篩選出不良品，良品則再進行後續的封裝製程。

隨著積體電路製程不斷地演進，電路間的線寬與間距日益縮小，其相對應的探針卡結構也隨之改變。舉例來說，探針卡內的探針設計由早期的針尖彎曲、橫向放置的懸臂式探針，改□針徑更細小、更密集且間距更窄化的垂直式探針。一般而言，製作垂直式探針的技術大致可分□機械加工法、化學蝕刻法或是微影深蝕刻模造法(Lithographie Galvanoformung Abformung，LIGA)法，其中又以微影深蝕刻模造法所製作出之探針具有最佳之精度。

然而，上述的製作方法仍有需改進之處。舉例而言，對於透過微影深蝕刻模造法所生產之垂直式探針，其探針的精度、表面粗糙度以及尺寸公差仍無法完全滿足目前裸晶測試的需求，造成探針容易在測試過程中偏離於預定接觸位置、具有不準確的平衡接觸力(Balance Contact Force，BCF)或甚至是沾黏污染顆粒，此不但影響了實際測得的電性數值，也使得各裸晶的電性特徵無法被準確判斷。

因此，有必要提供一種改良式的高頻垂直式探針、含有高頻垂直式探針的探針卡以及高頻垂直式探針的製造方法，以滿足上述習知技藝之缺失。

為達到上述目的，本發明係提供一種改良式的高頻垂直式探針、含有高頻垂直式探針的探針卡以及高頻垂直式探針的製造方法。

根據本發明之一實施例，係提供一種高頻垂直式探針結構，其包括利用積體電路製程製作而成之第一外側導電層、第二外側導電層以及中間支撐層，其中，第一外側導電層係與第二外側導電層相對設置，且各自具有一彈性部和兩接觸部。

根據本發明之另一實施例，係提供一種高頻垂直式探針卡結構，其包括電路板、多個隔層以及多個高頻垂直式探針結構，其中隔層係定義出可容納高頻垂直式探針結構之容置空間。進一步而言，高頻垂直式探針結構係利用積體電路製程製作而成，其包括第一外側導電層、第二外側導電層以及中間支撐層，其中，第一外側導電層係與第二外側導電層相對設置，且各自具有一彈性部和兩接觸部。

根據本發明之又一實施例，係提供一種高頻垂直式探針的製作方法，其包括下列步驟。首先，提供基板，並在基板上沉積底層犧牲層。接著，依序於底層犧牲層上形成圖案化金屬層以及形成中間犧牲層，其中，中間犧牲層會填滿圖案化金屬層間的間隙。之後，重複形成圖案化金屬層和中間犧牲層，以於圖案化金屬層上形成多層堆疊結構。最後，進行蝕刻製程，以完全去除底層犧牲層以及中間犧牲層。

於下文中，係加以陳述本發明之高頻垂直式探針、探針卡以及高頻垂直探針的製作方法之具體實施方式，使本技術領域中具有通常技術者可據以實施本發明。該些具體實施方式可參考相對應的圖式，使該些圖式構成實施方式之一部分。雖然本發明之實施例揭露如下，然而其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範疇內，當可作些許之更動與潤飾。

第1圖是本發明較佳實施例之垂直式探針結構之爆炸示意圖。如第1圖所示，高頻垂直式探針結構10包括緊密接觸之第一外側導電層12、第二外側導電層14、中間支撐層16以及選擇性設置的板片18、20，其中第一外側導電層12、第二外側導電層14以及中間支撐層16較佳係利用積體電路製程製作而成。相較於由機械加工法、化學蝕刻法或是微影深蝕刻模造法所製得的垂直式探針結構，藉由積體電路製程製作而成高頻垂直式探針結構10可具有較佳的精度、較低的表面粗糙度以及較小的尺寸公差，因此可以滿足目前裸晶測試的需求。以下就各高頻垂直式探針結構10作進一步的描述，俾使本領域的通常知識者能據以實施本發明。

如第1圖所示，第一外側導電層12和第二外側導電層14係設置在高頻垂直式探針結構10的最外側，其各自可以包括兩接觸部122、124、142、144和一彈性部120、140。接觸部122、142和接觸部124、144可以分別電性連接至外部接點，例如裸晶表面上的接觸墊，和測試裝置，而彈性部120、140，可以是平面彈簧結構，其可以在測試過程中提供適當地彈性，使高頻垂直式探針結構10可以依據裸晶上接點的高度而作相應的彈性變形，使得其能與外部接點產生緊密的接觸。進一步而言，第一外側導電層12和第二外側導電層14之組成較佳為具有高導電度的金屬或金屬合金，例如是鈹銅合金，因此可具有較佳的電性傳輸表現。此外，接觸部122、142可以具有一凹槽和至少兩突出端，凹槽可以是楔形、V形或U形凹槽，而突出端的頂面可以是平坦面或圓弧凸面。較佳來說，凹槽和突出端可以分別具有V形和圓弧凸面，但不限於此。

中間支撐層16係設置在第一外側導電層12和第二外側導電層14之間，其具有彼此直接接觸之第一滑動件162和第二滑動件164。第一滑動件162和第二滑動件164各自可以包括一內接觸部162a、164a和一外接觸部162b、164b，使得外接觸部162b、164b的位置可以分別對應至外側導電層12、14的接觸部122、142和接觸部124、144。在測試過程中，中間支撐層16可以使高頻垂直式探針結構10在一定的軸向上伸縮移動，例如沿著垂直於探針卡的結構作伸縮移動，使其不偏離預定的移動方向，因而可有效地接觸至外部接點。外接觸部162b之輪廓較佳係相同於接觸部122、142之輪廓。亦即，外接觸部162b可以具有一凹槽和兩突出端，凹槽可以是楔形、V形或U形凹槽，而突出端的頂面可以是平坦面或圓弧凸面。較佳來說，凹槽和突出端可以分別具有V形和圓弧凸面，但不限於此。此外，根據測試需求，中間支撐層16之組成可以是高導電度的金屬或金屬合金，例如是鈹銅合金，或是絕緣的介電材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等介電材料，但不限於此。

板片18、20可以選擇性地設置在第一外側導電層12和中間支撐層16之間及/或設置在第二外側導電層14和中間支撐層16之間，且其輪廓較佳係相同於接觸部122、142、124、144之輪廓。藉由設置板片18、20，可增加高頻垂直式探針結構10的剛性，使其不易在測試過程中斷裂。根據測試需求，板片18、20之組成可以是高導電度的金屬或金屬合金，例如是鈹銅合金，或是絕緣的介電材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等介電材料，但不限於此。

進一步來說，當上述的第一和第二外側導電層12、14、中間支撐層16以及板片18、20的組成均為導電金屬時，可以使得單一高頻垂直式探針結構10與外部接點具有較大的接觸面積，因此可以增加其荷電流能力；此外，當上述的第一和第二外側導電層12、14和中間支撐層16的組成為導電金屬，而板片18、20的組成為絕緣材料時，中間支撐層16可以當作電訊號的主要傳遞路徑，而第一和第二外側導電層12、14可以當作電訊號的傳遞路徑或是當作屏蔽層。其中，當第一和第二外側導電層12、14當作屏蔽層時，其較佳會接地；又，當上述的第一和第二外側導電層12、14組成為導電金屬，而中間支撐層16和板片18、20的組成為絕緣材料時，則可以利用第一外側導電層12和第二外側導電層14分別輸出及感測電訊號，以進行測試。

此外，根據不同需求，可選擇性地在第一、第二外側導電層12、14的接觸部122、142外側面以及中間支撐層16的接觸部122、142的外側面沉積防沾黏導電層，以避免污染顆粒在測試過程中沾黏至接觸部122、142以及外接觸部162b的外側面。其中，沾黏導電層的材質可以選自貴金屬，較佳係為鉑，但不限於此。

以下就高頻垂直式探針結構10的製作方法作進一步的描述。其中第2圖是本發明較佳實施例之製作垂直式探針結構的光罩俯視示意圖，第3圖至第9圖是本發明較佳實施例之製作垂直式探針結構的剖面示意圖。

如第3圖所示，在製程初始階段，首先提供一基板100，並在其上形成一底層犧牲層102。基板100係為一具有平坦表面之硬質基板，例如是具有平坦表面之半導體基板、金屬基板或是高分子基板，較佳係為單晶矽基板。底層犧牲層102可以是金屬層或絕緣層，較佳為氧化矽，其係用以當作後續堆疊結構的依附底層，且可以在製程的最後階段被移除。接著，在底層犧牲層102上形成一金屬層104，例如具有高導電度的金屬或金屬合金，以完全覆蓋住底層犧牲層102之表面。其中，形成金屬層104之製程可包括電鍍、無電鍍、濺鍍、蒸鍍或其他合適之製程，且金屬層104之組成較佳係相異於底層犧牲層102之組成，但不限定於此。

如第4圖所示，接著可以利用第2圖中的光罩200進行光微影和蝕刻製程P1，以將光罩200內的光罩圖案12’轉移至金屬層104中，而形成圖案化金屬層106。詳細來說，上述步驟可包括先在金屬層104上塗佈一光阻層，之後利用光微影製程將光罩圖案12’轉移至光阻層中，以形成一圖案化光阻層，繼以施行蝕刻製程，利用圖案化光阻層作為蝕刻遮罩，將其圖案進一步轉移至金屬層104中，最後再去除圖案化光阻層。其中，由於光罩圖案12’係用以定義出上述高頻垂直式探針結構10的第一外側導電層12，因此光罩圖案12’之平面輪廓較佳會相同於第一外側導電層12的平面輪廓。

如第5圖所示，接著形成一中間犧牲層108，以覆蓋住圖案化金屬層106並填滿圖案化金屬層106間的間隙S。其中，形成中間犧牲層108之製程可包括旋轉塗佈、電鍍、無電鍍、濺鍍、蒸鍍或其他合適之製程。此外，中間犧牲層108之組成可以包括導電層或絕緣層，較佳係相同於底層犧牲層102之組成，較佳為氧化矽，且相異於金屬層104之組成。之後，可施行一平坦化製程，致使中間犧牲層108的頂面切齊於圖案化金屬層106的頂面。

如第6圖所示，在平坦化中間犧牲層108之後，接著形成一材料層110，以完整覆蓋住圖案化金屬層106和中間犧牲層108。其中，形成中間犧牲層108之製程可包括旋轉塗佈、電鍍、無電鍍、濺鍍、蒸鍍或其他合適之製程。此外，中間犧牲層108之組成可以包括導電層或絕緣層。此外，為了使材料層110的頂面更加平坦，可以選擇性地施行一平坦化製程，以進一步平坦化材料層110的頂面。

如第7圖所示，接著可以利用第2圖中的光罩202進行光微影和蝕刻製程P2，以將光罩202內的光罩圖案18’轉移至材料層110中，以將材料層110圖案化。其中，光罩圖案18’係用以定義出上述頻垂直式探針結構10的板片18，因此光罩圖案18’之平面輪廓較佳會相同於板片18的平面輪廓。

接著可多次施行類似於上述之積體電路製程，例如多次施行塗佈光阻、光微影、蝕刻以及去除光阻之步驟，將如第2圖所示光罩204、206內的光罩圖案16’、14’分別轉移至圖案化金屬層106上，並經過適當的沉積和平坦化製程，致使圖案化金屬層106和材料層110上會堆疊有圖案化金屬層114、132、材料層118和中間犧牲層112、116、130，其中，圖案化金屬層114、132會分別對應至上述頻垂直式探針結構10的中間支撐層16和第二外側導電層14。此外，圖案化金屬層114、132之組成較佳亦為具有高導電度的金屬或金屬合金，而中間犧牲層112、116、130之組成較佳係相異於圖案化金屬層106、114、132以及材料層110、118，更佳為氧化矽。藉由選擇適當的材料組成，在後續的移除製程中，便可以僅移除中間犧牲層112、116、130，而不會連帶移除圖案化金屬層106、114、132及材料層110、118。

如第9圖所示，最後施行一次或多次移除製程P3，例如濕蝕刻製程，以同時完全移除中間犧牲層112、116、130及底層犧牲層102，使得高頻垂直式探針結構能完全分離基板100，而得到類似如第1圖所示之高頻垂直式探針結構10。此外，根據不同製程需求，亦可以先行移除中間犧牲層112、116、130，使得圖案化金屬層106、114、132及材料層110、118仍依附在底層犧牲層102之上，之後再施行另一移除製程，以移除底層犧牲層102，致使高頻垂直式探針結構完全分離基板100。其中，在底層犧牲層102及中間犧牲層112、116、130之組成為氧化矽之情況下，濕蝕刻製程的蝕刻液可以選自氫氟酸（Diluted Hydrofluoric Acid，DHF），但不限於此。至此，便完成本實施例的製作流程。

由於上述製作高頻垂直式探針結構的流程係採用積體電路製程，致使高頻垂直式探針結構10可具有較佳的精度、較低的表面粗糙度以及較小的尺寸公差，因此可以滿足目前裸晶測試的需求。在此需注意的是，本實施例之方法不僅限於製作如第1圖所示之高頻垂直式探針結構，其可以應用於任何可經由積體電路製程所製得之探針。

藉由上述製程，可同時獲得多個高頻垂直式探針結構10。後續可進一步組裝高頻垂直式探針結構10，以獲得具有高頻垂直式探針結構10的探針卡。如第10圖所示，第10圖是本發明較佳實施例之具有高頻垂直式探針的探針卡剖面示意圖。高頻垂直式探針卡300包括電路板302、多個隔板306以及多個高頻垂直式探針結構10。隔板306係固定於電路板302上，其可以劃分出多個彼此獨立之容置空間308，以分別容納各高頻垂直式探針結構10。高頻垂直式探針結構10係豎直地設置於容置空間308內，其一端的接觸部124、144可電性接觸電路板302上的信號接墊304，而另一端的接觸部122、142可以直接接觸並電連接於待測元件310，例如具有積體電路佈局之裸晶或電路板。舉例而言，當進行測試時，探針卡300會在測試機臺上移動，使探針結構10直接接觸待測元件310上的錫球312，接著可藉由對各探針結構10施加特定訊號，及/或利用各探針結構10感側來自於待測元件310之訊號，以篩選出所需的待測元件310。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧高頻垂直式探針結構

12‧‧‧第一外側導電層

12’、14’、16’、18’‧‧‧光罩圖案

14‧‧‧第二外側導電層

16‧‧‧中間支撐層

18、20‧‧‧板片

100‧‧‧基板

102‧‧‧底層犧牲層

104‧‧‧金屬層

106、114、132‧‧‧圖案化金屬層

108、112、116、130‧‧‧中間犧牲層

110、118‧‧‧材料層

122、124、142、144‧‧‧接觸部

120、140‧‧‧彈性部

162‧‧‧第一滑動件

164‧‧‧第二滑動件

162a、164a‧‧‧內接觸部

162b、164b‧‧‧外接觸部

200、202、204、206‧‧‧光罩

300‧‧‧探針卡

302‧‧‧電路板

306‧‧‧隔板

304‧‧‧信號接墊

308‧‧‧容置空間

310‧‧‧待測元件

312‧‧‧錫球

P1、P2‧‧‧光微影和蝕刻製程

P3‧‧‧移除製程

S‧‧‧間隙

第1圖是本發明較佳實施例之垂直式探針結構之爆炸示意圖。 第2圖是本發明較佳實施例之製作垂直式探針結構的光罩俯視示意圖。 第3圖至第9圖是本發明較佳實施例之製作垂直式探針結構的剖面示意圖。 第10圖是本發明較佳實施例之具有高頻垂直式探針的探針卡剖面示意圖。

100‧‧‧基板

102‧‧‧底層犧牲層

106、114、132‧‧‧圖案化金屬層

108、112、116、130‧‧‧中間犧牲層

110、118‧‧‧材料層

Claims (15)

1. 一種高頻垂直式探針結構，包括：一第一外側導電層，具有一彈性部和兩接觸部；一第二外側導電層，與該第一外側導電層相對設置，該第二外側導電層具有一彈性部和兩接觸部；一中間支撐層，設置於該第一外側導電層和該第二外側導電層之間，該中間支撐層包括至少一外接觸部，其中該第一外側導電層、該第二外側導電層以及該中間支撐層係利用積體電路製程製作而成；以及二絕緣板片，各自設置於該外接觸部的相對兩側，且各該絕緣板片的輪廓係相同於該外接觸部的輪廓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高頻垂直式探針結構，其中該第一外側導電層的該彈性部以及該第二外側導電層的該彈性部各自具有一平面彈簧結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高頻垂直式探針結構，其中該中間支撐層包括一第一滑動件和一第二滑動件，其中該第一滑動件和該第二滑動件各自具有一內接觸部，致使彼此電性接觸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之高頻垂直式探針結構，其中該第一滑動件和該第二滑動件各自具有該外接觸部。
5. 如申請專利範圍第4項所述之高頻垂直式探針結構，其中該第一外側導電層的至少一該接觸部、該第二外側導電層的至少一該接觸部以及該第一 滑動件的該外接觸部各自具有一V形凹槽。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高頻垂直式探針結構，其中該絕緣板片之組成為絕緣材料。
7. 一種高頻垂直式探針卡結構，包括：一電路板；複數個隔層，設置於該電路板之上；複數個容置空間，設置於該些隔層之間；以及複數個如申請專利範圍第1項所述之高頻垂直式探針結構，分別設置於各該容置空間中。
8. 一種高頻垂直式探針的製作方法，包括下列步驟：(a)提供一基板；(b)沉積一底層犧牲層於該基板上；(c)形成一圖案化金屬層於該底層犧牲層上；(d)形成一中間犧牲層，以填滿位於該圖案化金屬層間的間隙；(e)重複步驟(c)至(d)至少一次，以於該圖案化金屬層上形成一多層堆疊結構；以及(f)完全去除該底層犧牲層以及該中間犧牲層，以獲得該高頻垂直式探針。
9. 如申請專利範圍第8項所述之高頻垂直式探針的製作方法，其中該底層犧牲層和中間犧牲層之組成相同。
10. 如申請專利範圍第9項所述之高頻垂直式探針的製作方法，其中該底層犧牲層和該中間犧牲層之組成係為氧化矽。
11. 如申請專利範圍第8項所述之高頻垂直式探針的製作方法，其中該底層犧牲層和該中間犧牲層之組成相異於該圖案化金屬層之組成。
12. 如申請專利範圍第8項所述之高頻垂直式探針的製作方法，其中係利用一濕蝕刻製程以完全去除該底層犧牲層以及該中間犧牲層。
13. 如申請專利範圍第8項所述之高頻垂直式探針的製作方法，其中在完全去除該底層犧牲層以及該中間犧牲層之後，該高頻垂直式探針會完全分離於該基板。
14. 如申請專利範圍第8項所述之高頻垂直式探針的製作方法，其中步驟(c)包括：沉積一金屬層於該底層犧牲層上；以及進行一光微影以及一蝕刻製程，以圖案化該金屬層。
15. 如申請專利範圍第8項所述之高頻垂直式探針的製作方法，其中步驟(d)包括：沉積一中間犧牲層，以覆蓋住該圖案化金屬層；以及對該中間犧牲層進行一平坦化製程，使其頂面切齊於該圖案化金屬層之頂面。