TWM626555U - 微機電探針之製造裝置 - Google Patents

Abstract

一種微機電探針之製造裝置，包括：一雷射光源，以提供一雷射光束；    一振鏡掃描模組，具有一X-Y光學掃描鏡頭及一光學反射鏡片；一視覺模組，具有一第一分光鏡組；一平移載台，具有一工作平台及至少可進行X、Y二個軸向之位移機構；以及一基板正面塗佈有成形微機電探針附著物之工件，係置於該工作平台上進行雷射蝕刻作業；則雷射光束將藉由該光學反射鏡片的反射，再藉由該X-Y光學掃描鏡頭的角度移轉與該位移機構的協同位移，以實現雷射光斑的聚焦並逐區逐點地投射到該工件所欲的照射點上，進而完成該微機電探針其製造過程中包括去除光刻膠與氣化黏著層之雷射蝕刻作業。

Description

微機電探針之製造裝置

本創作係有關一種探針之製造裝置，尤指透過微機電製程及雷射蝕刻加工之一種微機電探針之製造裝置。

按，一般半導體製程中，在完成晶圓加工但尚未進行切割封裝之前，必須先以探針卡對晶圓階段的IC進行電氣特性測試，該測試報告除了可以將結果回饋給前段製程進行微調，以確保晶圓加工的良率；同時，也可以先將不良品淘汰，避免後段封裝製程的浪費，進而達到降低成本與增加產能的成效。進行測試時，是經由探針卡上的探針與IC晶片上的銲墊（Pad）或凸塊（Bump）接觸，以構成測試迴路；且測試機發出的訊號係藉由探針的傳遞送入晶片，再將晶片回饋資料傳送回測試機進行分析與判斷，據以檢測晶圓上每一顆晶粒的功能是否正常。

近年來隨著半導體晶片的高集成化，晶片上的銲墊變得更細且間距也越加微小，由於測試裝置中其探針卡上的探針必須隨之縮小，因此，應用微機電製程所製作的探針乃因應而生。次按，微機電系統(Microelectro mechanical Systems，縮寫為 MEMS）是將微電子技術與機械工程融合到一起的一種工業技術，它的操作範圍在微米尺度內，而一般微機電裝置的尺寸則在20微米到一毫米之間。

再按，台灣發明專利編號202009496「利用鐳射的半導體檢查用MEMS探針的製造方法」，即係應用微機電的製程來製作探針；其作法包括：1.在基板上沉積犧牲層；2.在犧牲層上面塗布光致抗蝕劑；3.形成光致抗蝕劑圖案；4.形成金屬層；5.去除光致抗蝕劑；6.進行蝕刻去除犧牲層但保留支持部；7.利用黏接部件固定探針；8.利用鐳射切斷支持部；9.從黏接部件分離探針。其中圖1A所示為基板910，而基板上先沉積一犧牲層920，再塗布光致抗蝕劑930；圖1B〜1C所示為在基板上使用光刻方式形成光致抗蝕劑圖案940，再使導電性材料沉積形成金屬層950後，去除光致抗蝕劑形成簍空穴960；再以蝕刻去除犧牲層920但保留支持部970，使金屬層950得到支撐；最後利用黏接部件980固定探針之金屬層950。圖2A〜2B所示為利用鐳射切斷支持部970，最後再從黏接部件980分離探針990。上述步驟中必須分割兩階段，先後採以蝕刻方式去除犧牲層920與支持部970，由於犧牲層920與支持部970都是導電性材料，該項蝕刻作業需耗費冗長時程與大量電力，況且支持部970在進行蝕刻過程中，常有殘屑留存使探針表面失去平滑，進而影響後續晶圓檢測的準確性；因此該如何提升探針製作的品質及生產效益，便成為本創作人積極思考的課題。

緣是，本創作之主要目的，係在透過微機電製程及應用雷射蝕刻的方法，以提升探針的生產速度及增進探針的品質，進而確保晶圓檢測過程的可靠度及其效益。

為達上述目的，本創作中該微機電探針之製造方法，包括步驟a)在一基板表面塗佈一黏著層；步驟b).在黏著層上塗佈一晶種層；步驟c).在晶種層上塗佈一厚度達15〜35微米之光刻膠層；步驟d).透過光罩的光刻方法使光刻膠層形成具有複數探針排列圖案之模穴；步驟e).使用電鍍方法使一具導電性之材料沉積以形成探針形狀的金屬層；步驟f).應用雷射蝕刻以除去金屬層周圍之光刻膠；步驟g).使用一具黏性之定位件固定金屬層(探針)；步驟h).應用雷射蝕刻以氣化黏著層；以及步驟i).自定位件上分離探針。

說明前一段落中部份詞彙之含義，其中步驟a)之「基板」，係僅用於探針的製程，而塗布其上的材料可於不損壞基板之情況下於後續製程中被移除或氣化消失；因此，基板係可重複使用之材料；又，步驟b).述及一晶種層，該「晶種」係指在結晶法中，通過加入不溶的添加物即晶種，形成晶核以加快或促進與之晶型或其立體構型相對映異構體結晶的生長；換言之，晶種是一種小型單晶，可置於飽和或過飽和溶液中以長出大晶體者。又，步驟c).中述及一光刻膠層，該「光刻膠」又稱光致抗蝕劑，係由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分組成的對光敏感的混合液體。

依據前揭特徵，本創作中該步驟a)所述基板之材料包括陶瓷、玻璃、金屬、塑膠及半導體晶圓之其中任一種。

依據前揭特徵，本創作中該步驟a)所述之黏著性材料可為金屬、或是膠體與金屬的組合；而前述之金屬包括銅、鉻、鎢、鎳、鎳鉻合金、鎳銅合金、鎳鈷合金、鎳燐合金、鉛及金之其中任一種；且前述之膠體包括壓克力膠、環氧樹脂、聚醯亞胺及PET之其中任一種。

依據前揭特徵，本創作中該步驟g)所述之定位件可為一膠膜。

依據前揭特徵，本創作中該步驟f)及步驟h)所述之雷射蝕刻係應用一種具有大面積雷射光束掃描裝置，包括：一雷射光源，係應用一雷射光機以提供一雷射光束；一振鏡掃描模組，具有一X-Y光學掃描鏡頭及一光學反射鏡片，其係置於該雷射光束的傳遞途徑上；一視覺模組，具有一第一分光鏡組，其係設於該雷射光源與該振鏡掃描模組之間；一平移載台，具有一工作平台及至少可進行X、Y二個軸向之位移機構，其係設置於該振鏡掃描模組的下方；以及一基板正面塗佈有成形微機電探針附著物之工件，係以該基板正面朝上置於該工作平台上進行去除光刻膠之作業，或是以該基板背面朝上置於該工作平台上進行氣化黏著層之作業；則該雷射光束將藉由該光學反射鏡片的反射及該X-Y光學掃描鏡頭的角度移轉，以實現雷射光斑的聚焦進而投射到該工件所欲的照射點上；且令該雷射光束將進一步產生一響應光束，後經該X-Y光學掃描鏡頭的收光與該光學反射鏡片的反射，再進入該第一分光鏡組以供檢視分析，並藉以驅使該X-Y光學掃描鏡頭與該位移機構協同位移，使該雷射光束逐區逐點地照射，進而完成該去除光刻膠或氣化黏著層之雷射蝕刻作業。

依據前揭特徵，本創作中該雷射光束的波長為355nm〜1070nm。

本創作中係自基板表面依次塗佈一黏著層、一晶種層、一光刻膠層；並於光刻膠層中以光刻方式形成具有複數探針排列圖案之模穴；再於模穴中電鍍沉積金屬層；最後則應用雷射蝕刻的方式，先除去光刻膠再氣化黏著層；由於雷射蝕刻的過程中不會耗費太多的時程與電力，且探針表面也沒有任何的殘屑積聚；因此本創作所產製的微機電探針具有品質與成本效益。

首先，請參閱圖3所示，為本創作微機電探針之製造方法，包括：步驟a).塗佈黏著層S10：將一黏著性材料塗覆在一基板之表面以形成一黏著層；步驟b).塗佈晶種層(seed layer)S20：將一單晶種子材料塗覆在該黏著層上以形成一晶種層；步驟c).塗佈光刻膠層S30：將一光刻膠材料塗覆在該晶種層上以形成一厚度達15〜35微米之光刻膠層；步驟d).形成探針排列圖案S40：使用透過光罩的光刻方法，使該光刻膠層形成具有複數探針排列圖案之模穴；步驟e).形成探針形狀的金屬層S50：使用電鍍方法使一具導電性且同於該單晶種子之材料沉積於前述步驟之模穴中，形成複數探針形狀之金屬層；步驟f).除去光刻膠S60：應用雷射蝕刻自該基板正面照射以除去該金屬層周圍之光刻膠；步驟g).固定探針S70：使用一具黏性之定位件黏附於該金屬層表面，使探針固定於該定位件上；步驟h).氣化黏著層S80：應用雷射蝕刻自該基板背面照射該黏著層使該黏著性材料氣化消失；步驟i).分離探針S90：將探針逐一自該定位件上予以分離。

承上，本創作中步驟a)S10所述之基板，其材料包括陶瓷、玻璃、金屬、塑膠及半導體晶圓之其中任一種。又所述之黏著性材料可為金屬、或是膠體與金屬的組合；而前述之金屬包括銅、鉻、鎢、鎳、鎳鉻合金、鎳銅合金、鎳鈷合金、鎳燐合金、鉛及金之其中任一種；且前述之膠體包括壓克力膠、環氧樹脂、聚醯亞胺及PET之其中任一種。

圖4〜5所示，為本創作步驟g之進行與完成作業之狀態圖；由於步驟a〜f的製程中，金屬層之探針14已成形於基板11之表面，而探針14與基板11之間則存在一黏著層12，且原先存在於金屬層周圍之光刻膠已被除去；故而後續製程中一旦要將基板11予以脫離，探針14勢必凌亂脫落而造成損傷；因此步驟g中即以一具黏性之定位件13黏附於該金屬層表面，使探針14固定於該定位件13上；本創作中該定位件13可為一膠膜，但不以此為限。

圖6所示，為本創作步驟h氣化黏著層的作業示意；其係應用雷射蝕刻的方式自基板11背面照射該黏著層12使該黏著性材料氣化消失；本創作中該雷射蝕刻的裝置係為一種具有大面積雷射光束掃描裝置100，由於該裝置的掃描頭將投射一波長為355nm〜1070nm的雷射光束用以照射該黏著層12，而附著有複數探針14的基板11則置於該裝置的載台上，且將基板11的背面朝上，並藉由掃描頭與載台的相對運動或者一固定一移動的方式，則該黏著層12將逐區逐點被雷射光束照射而氣化消失。

本創作中該步驟f)及步驟h)所述之雷射蝕刻，係使用一種具有大面積雷射光束掃描裝置100，如圖7所示，包含：一雷射光源20，其係為一雷射光機21，用以產生一雷射光束L1作為工件M(即基板及其上之附著物)之照射光源；一平移載台30，係設置於該雷射光源20之相對側，其具有一可供放置工件M之工作平台31，及一可進行X、Y二個軸向位移之位移機構(圖未示)；本發明中該位移機構更包括一Z軸之位移功能，使該工作平台31可配合雷射光束L1的投射焦距來升降其高度；一振鏡掃描模組40，係設置於該平移載台30之上方，以及該雷射光束L1的傳遞途徑上，其具有一X-Y光學掃描鏡頭41及光學反射鏡片42，該雷射光束L1則藉由該光學反射鏡片42的反射，將其水平投射的方向轉向下方，再藉由該X-Y光學掃描鏡頭41的聚焦，進而實現雷射光斑的聚焦與產生對應的角度移轉，該雷射光束L1偏轉並聚焦在該工件M其所欲的照射點上，則該工件M將產生一光致螢光的響應光束R1，並經該X-Y光學掃描鏡頭41的收光與該光學反射鏡片42的反射，使響應光束R1朝向水平方向傳遞，以供進行雷射光束照射狀況之分析。一視覺模組50，具有一第一分光鏡組51，係位於該雷射光束L1與響應光束R1之傳遞途徑上，使該視覺模組50可用以檢視該雷射光束L1投射於所欲之照射點及該響應光束R1的位置與光斑狀態；並驅使該X-Y光學掃描鏡頭41與該平移載台30之位移機構協同位移，使該雷射光束對應地投射在所欲的照射點上，進而完成雷射蝕刻作業。

請進一步參閱圖8所示，為本創作進行雷射蝕刻的狀態；其中，工件M(即基板及其上之附著物)放置於該工作平台31上，該雷射光機21送出一雷射光束L1經該光學反射鏡片42的折射，使該水平方向的雷射光束L1轉向下方的工作平台31，藉由該視覺模組50以檢視並調整相關構件之設定狀態，繼而驅使平移載台30之工作平台31進行所欲照射區域之位移，照射區域定位後，再藉由該振鏡掃描模組40之光學反射鏡片42進行角度偏轉，使該雷射光束L1逐一對應地投射在所欲之照射點上，本作業中該照射區域內可區分為9個照射點；圖中，每個正方形係表示該平移載台30位移後該X-Y光學掃描鏡頭41的照射視野區域S，透過該光學反射鏡片42的個別偏轉，將使該雷射光束L1自左上角第1點至右下角第9點逐一對應地投射在所欲之照射點P上，每一點的照射其光致螢光的響應光束R1，將經由該X-Y光學掃描鏡頭41的收光與該光學反射鏡片42的反射，再由該視覺模組50進行監控；當完成該照射視野區域S中的各照射點P之照射後，該平移載台30將再一次的位移至新的照射視野區域S，並逐一反覆進行各照射點P之照射；如此連續性地且逐一地在各照射視野區域S反覆進行，進而完成雷射蝕刻作業。

圖9所示，為本創作完成氣化黏著層步驟之狀態示意；由於探針14係固定於定位件13上，而探針14與基板11之間之黏著層12，因逐區逐點被雷射光束照射而氣化消失，因此探針14與基板11產生分離效果，但此時依然固定在定位件13上。

綜上所述，本創作所揭示之構造，為昔所無，且確能達到功效之增進，並具可供產業利用性，完全符合新型專利要件，祈請  鈞局核賜專利，以勵創新，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本創作之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。

11:基板 12:黏著層 13:定位件 14:探針 20:雷射光源 21:雷射光機 30:平移載台 31:工作平台 40:振鏡掃描模組 41:X-Y光學掃描鏡頭 42:光學反射鏡片 50:視覺模組 51:第一分光鏡組 100:具有大面積顯微光致螢光掃描裝置 L1:雷射光束 M:工件(即基板及其上之附著物) P:照射點 R1:響應光束 S:照射視野區域

圖1A〜1C係習用一種微機電探針前製程之成形示意圖。 圖2A〜2B係習用一種微機電探針後製程之成形示意圖。 圖3係本創作之製造步驟方塊圖。。 圖4係本創作步驟g之作業示意圖。 圖5係本創作完成步驟g之狀態示意圖。 圖6係本創作步驟h之作業示意圖。 圖7係本創作雷射蝕刻之裝置示意圖。 圖8係本創作進行雷射蝕刻之作業示意圖。 圖9係本創作完成步驟h之狀態示意圖。

20:雷射光源

21:雷射光機

30:平移載台

31:工作平台

40:振鏡掃描模組

41:X-Y光學掃描鏡頭

42:光學反射鏡片

50:視覺模組

51:第一分光鏡組

100:具有大面積顯微光致螢光掃描裝置

L1:雷射光束

M:工件(即基板及其上之附著物)

P:照射點

R1:響應光束

S:照射視野區域

Claims (2)

1. 一種微機電探針之製造裝置，包括： 一雷射光源，係應用一雷射光機以提供一雷射光束； 一振鏡掃描模組，具有一X-Y光學掃描鏡頭及一光學反射鏡片，其係置於該雷射光束的傳遞途徑上； 一視覺模組，具有一第一分光鏡組，其係設於該雷射光源與該振鏡掃描模組之間； 一平移載台，具有一工作平台及至少可進行X、Y二個軸向之位移機構，其係設置於該振鏡掃描模組的下方；以及 一基板正面塗佈有成形微機電探針附著物之工件，係以該基板正面朝上置於該工作平台上進行去除光刻膠之作業，或是以該基板背面朝上置於該工作平台上進行氣化黏著層之作業；則該雷射光束將藉由該光學反射鏡片的反射及該X-Y光學掃描鏡頭的角度移轉，以實現雷射光斑的聚焦進而投射到該工件所欲的照射點上；且令該雷射光束將進一步產生一響應光束，後經該X-Y光學掃描鏡頭的收光與該光學反射鏡片的反射，再進入該第一分光鏡組以供檢視分析，並藉以驅使該X-Y光學掃描鏡頭與該位移機構協同位移，使該雷射光束逐區逐點地照射，進而完成該去除光刻膠或氣化黏著層之雷射蝕刻作業。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電探針之製造裝置，其中，該雷射光束的波長為355nm〜1070nm。

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