包括檢測探針的探針卡製造方法和探針卡、探針卡檢查系統的製作方法

2023-10-17 16:32:29 4

專利名稱：包括檢測探針的探針卡製造方法和探針卡、探針卡檢查系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製造包括檢測探針的探針卡的方法、探針卡和用於檢查該探針 卡的系統。更具體而言，本發明涉及製造探針卡的方法、探針卡和用於檢查該探針卡的系 統，其中該探針卡包括與檢查探針分開設置的檢測探針，從而可以檢測探針的變形量(over drive) (0D)和晶片的平坦度。
背景技術：
半導體製造工藝包括將多個晶片布置在矽晶片上並將最後得到的結構封裝和切 割成單獨晶片的一系列工藝。為了將最後得到的結構封裝和切割成多個晶片，必須執行將 電信號施加給各個晶片以檢查各個晶片是否正常工作的工藝。這個工藝稱為半導體檢查工 藝。使用具有與矽晶片上形成的晶片相對應的接觸元件的探針卡來執行該半導體檢查工 藝。將接觸元件與矽晶片上的晶片接觸，並向其施加電信號，以檢查晶片是否正常工作。這 種接觸元件在下面稱為探針。 半導體檢查工藝包括以下操作將期望的矽晶片放置在晶片夾上、將探針尖端與 矽晶片上的期望焊點相接觸、以及在以預定外力按壓探針尖端的同時通過施加電信號給期 望的焊點來進行期望的檢查。 這時，必須施加足夠的變形量(0D)以使探針卡的所有探針尖端與矽晶片的期望 焊點相接觸。而且，必須一直保持足夠的OD，以便避免焊點發生致命損壞。這需要用於實時 地檢測OD的當前狀態的裝置。 而且，必須始終保持放置在晶片夾上的矽晶片的恆定平坦度，以便使探針尖端與 相應的焊點精確地接觸，並防止焊點損壞。因此，需要開發用於實時、精確檢測矽晶片的平 坦度的裝置。

發明內容
技術問題 本發明提供製造包括檢測探針的探針卡的方法、探針卡和用於檢查該探針卡的 系統，其中，在檢查探針檢查半導體器件的檢查焊點所使用的MEMS方法中，檢測探針單獨 形成在電路板上，並且構成為對施加給具有高度集成半導體器件的矽晶片的探針的變形量 (0D)進行檢測，並檢測矽晶片相對於探針卡的平坦度。 本發明還提供製造包括檢測探針的探針卡的方法、探針卡和用於檢查該探針卡的 系統，其可以在例如PC等終端的屏幕上顯示檢測探針所檢測的關於探針OD的信息，以及關 於矽晶片相對於探針卡的平坦度的信息，使得操作者實時地檢查關於0D和平坦度的信息。
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本發明還提供製造包括檢測探針的探針卡的方法、探針卡和用於檢查該探針卡的 系統，其可以在例如PC等終端中存儲檢測探針所檢測的關於探針OD的信息，以及關於矽晶 片相對於探針卡的平坦度的信息，從而下一個操作者可以使用所存儲的0D和平坦度信息。
技術方案 本發明的實施例提供了製造探針卡的方法。在這些方法中，形成第一鈍化圖案，以 用於在犧牲襯底上實現電檢查探針的尖端部分和平坦度檢測探針的尖端部分，並且使用第 一鈍化圖案作為蝕刻掩模進行蝕刻工藝，從而在犧牲襯底中形成第一溝槽。除去第一鈍化 圖案，並且形成具有暴露出第一溝槽的條型第一開口的第二鈍化圖案。在第一開口中設置 導電材料，以形成分別連接到檢查探針和檢測探針的尖端部分的橫梁部分，從而形成檢查 探針和檢測探針。將檢查探針和檢測探針的橫梁部分結合到多層電路板。除去犧牲襯底以 暴露檢查探針和檢測探針。 第二鈍化圖案可以形成為使得第一開口的縱向邊與第一溝槽的一側對準。
在一些實施例中，在形成檢查探針和檢測探針之後，該方法還可以包括形成第三
鈍化圖案，其具有使檢測探針的尖端部分上形成的其橫梁部分暴露的第二開口 ；在第二開
口中設置導電材料，以在檢測探針尖端部分上形成信號發射部分；以及除去第三鈍化圖案。 在形成第二鈍化圖案之後，該方法還可以包括使用第二鈍化圖案作為蝕刻掩模來蝕刻犧牲 襯底，從而形成第二溝槽。 在另外的實施例中，第二鈍化圖案可以形成為使得在要形成檢查探針的區域中， 第一開口的縱向邊與第一溝槽的一側對準，並且在要形成檢測探針的區域中，第一溝槽設 置在第一開口的中心部分。在形成第二鈍化圖案之後，該方法還可以包括使用第二鈍化圖 案作為蝕刻掩模來蝕刻犧牲襯底，從而形成第二溝槽。 在其它實施例中，該方法還可以包括形成第三鈍化圖案，其具有使檢測探針的橫 梁部分暴露的第三開口 ；以及在第三開口中設置導電材料，以形成比檢查探針的橫梁部分 厚的檢測探針的橫梁部分。 在其它實施例中，檢查探針和檢測探針可以通過在多層電路板上形成的凸塊 (bump)結合到多層電路板，並且可以將對應於檢查探針的凸塊形成為比對應於檢測探針的 凸塊厚。 在其它實施例中，該方法還可以包括製備多層電路板；在多層電路板上形成用 於實現多個凸塊的第(l-a)鈍化圖案；在第(l-a)鈍化圖案中沉積導電材料以形成凸塊； 依次形成一個或多個第(l-b)鈍化圖案以選擇性地暴露出所述凸塊；以及在第(l-b)鈍化 圖案中沉積導電材料，以單獨調整所述凸塊的高度。 在本發明的一些實施例中，形成探針卡的方法包括製備用於電檢查的檢查探針 和用於檢測平坦度的檢測探針，檢查探針和檢測探針中的每一個都具有條型橫梁部分和連 接到該橫梁部分一端的尖端部分；以及將檢查探針和檢測探針的橫梁部分結合到多層電路 板，其中該檢查探針和檢測探針通過在多層電路板上形成的凸塊結合到該多層電路板，並 且對應於檢查探針的凸塊形成為比對應於檢測探針的凸塊厚。可以使用雷射器將檢測探針 結合到多層電路板。 在本發明的另外的實施例中，形成探針卡的方法包括在犧牲襯底上形成用於電 檢查的檢查探針和用於檢測平坦度的檢測探針，檢查探針和檢測探針中的每一個都具有條
5型橫梁部分和附著到該橫梁部分的尖端部分；製備多層電路板；在多層電路板上對應於檢 測探針的尖端部分的位置處形成信號發射部分；通過多層電路板上的凸塊結合檢查探針和 檢測探針的橫梁部分，該凸塊比信號發射部分高；以及除去犧牲襯底從而使檢查探針和檢 測探針暴露。 在本發明的另外的實施例中，探針卡包括具有接收外部電信號的一個或多個凸 塊的多層電路板；具有條型橫梁部分的懸臂型檢查探針，該條型橫梁部分一端的上表面結 合到多層電路板的凸塊，並且尖端部分附著到橫梁部分另一端的下表面並構造為通過壓力 接觸半導體晶片的焊點；以及檢測單元，將該檢測單元構造為在檢查探針與半導體晶片的 焊點接觸時，檢測施加給檢查探針的變形量(0D)的水平。 在一些實施例中，檢測單元包括具有條型橫梁部分的懸臂型檢測探針，該條型橫 梁部分一端的上表面結合到多層電路板的凸塊，在該條型橫梁部分另一端的上表面上設置 信號發射部分，並且尖端部分附著到橫梁部分另一端的下表面並且構造為通過壓力接觸半 導體晶片的焊點；以及設置在多層電路板上的信號連接端，以檢測到在0D超過預定水平時 與信號發射部分的接觸。 在另外的實施例中，檢測單元包括具有條型橫梁部分的懸臂型檢測探針，該條型 橫梁部分一端的上表面結合到多層電路板的凸塊，而尖端部分附著到橫梁部分的中心部分 的下表面並構造為通過壓力接觸半導體晶片的焊點；以及設置在多層電路板上的信號連接 端，以檢測到在0D超過預定水平時與條型橫梁部分另一端的接觸。 在其它實施例中，檢測單元包括具有條型橫梁部分的懸臂型檢測探針，該條型橫 梁部分一端的上表面結合到多層電路板的凸塊，而尖端部分附著到橫梁部分另一端的下表 面並構造為通過壓力接觸半導體晶片的焊點；以及設置在多層電路板上的信號連接端，以 檢測到在OD超過預定水平時與條型橫梁部分另一端的接觸，其中該懸臂型檢測探針的橫 梁部分比檢查探針的橫梁部分厚。 在其它實施例中，檢測單元包括具有條型橫梁部分的懸臂型檢測探針，該條型橫 梁部分一端的上表面結合到多層電路板的凸塊，而尖端部分附著到橫梁部分另一端的下表 面並且構造為通過壓力接觸半導體晶片的焊點；以及設置在多層電路板上的信號連接端， 以在OD超過預定水平時接觸條型橫梁部分的另一端，其中結合到檢查探針的凸塊比結合 到檢測探針的凸塊厚。 在其它實施例中，檢測單元包括具有條型橫梁部分的懸臂型檢測探針，該條型橫 梁部分一端的上表面結合到多層電路板的凸塊，而尖端部分附著到橫梁部分另一端的下表 面並構造為通過壓力接觸半導體晶片的焊點；設置在多層電路板上對應於檢測探針的尖端 部分位置處的信號發射部分；以及設置在多層電路板上的信號連接端，以檢測到在OD超過 預定水平時該條型橫梁部分的另一端與信號發射部分接觸，其中結合到檢測探針的凸塊比 信號發射部分厚。 在其它實施例中，檢測單元安裝在多層電路板靠近檢查探針的預定部分處，該檢 測單元包括在OD超過預定水平時與半導體測試晶片接觸的接觸傳感器、壓力傳感器或者 光學傳感器。 在本發明的另外的實施例中，探針卡檢查系統包括探針卡，其包括具有接收外 部電信號的一個或多個連接端的多層電路板、設置在多層電路板的連接端上的凸塊、具有條型橫梁部分的懸臂型檢查探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合到多層電路板的凸塊，而尖端部分附著到橫梁部分另一端的下表面並且構造為通過壓力接觸半導體晶片的焊點、以及檢測單元，其構造為檢測施加給檢查探針的0D的水平；控制器，其接收對應於由檢測單元檢測的0D的水平的電信號，並且比較檢測到的OD的水平和預定OD水平，以控制該系統；檢查設備驅動單元，其在控制器的控制下控制檢查設備的工作；以及顯示單元，其根據控制器的控制信號顯示OD水平。 探針卡檢查系統還可以包括報警單元，其響應控制器的控制信號產生報警信號。 檢測單元包括與檢查探針分開的檢測探針。 檢測探針可以接觸半導體晶片的假焊點(dummy pad)。 檢測單元可以包括接觸傳感器、壓力傳感器或光學傳感器。 有益效果 根據製造包括檢測探針的探針卡的方法，在檢查探針檢查半導體器件的檢查焊點所使用的MEMS方法中，檢測探針單獨形成在電路板上，並且構成為對施加給具有高度集成半導體器件的矽晶片的探針變形量(OD)進行檢測，並且檢測矽晶片相對於探針卡的平坦度。因此，可以有效地進行檢查工藝。 而且，根據上述方法製造的探針卡，檢測探針所檢測的關於探針OD的信息以及關於矽晶片相對於探針卡的平坦度的信息存儲在諸如PC等監視終端中，從而下一個操作者可以使用存儲的OD和平坦度信息。因此，可以避免不必要的製造工藝，以減少製造工藝的數量和時間。因此，可以提高製造效率。


圖1是截面圖，其示出了根據本發明的實施例製造包括變形量(OD)檢測探針的探針卡的方法； 圖2是示出製造圖1的探針的另一種方法的截面圖； 圖3是用於檢查由圖1和圖2所示方法製造的探針卡的系統的示意圖； 圖4是截面圖，其示出了根據本發明的另一個實施例製造包括0D檢測探針的探針
卡的方法； 圖5是示出製造圖4的探針的另一種方法的截面圖； 圖6是用於檢查由圖4和圖5所示方法製造的探針卡的系統的示意圖； 圖7是截面圖，其示出了根據本發明另 一個實施例製造包括OD檢測探針的探針卡
的方法； 圖8是示出製造圖7的探針的另一種方法的截面圖； 圖9是用於檢查由圖7和圖8所示方法製造的探針卡的系統的示意圖； 圖IO是截面圖，其示出了根據本發明的另一個實施例製造包括OD檢測探針的探
針卡的方法； 圖11是用於檢查由圖10所示方法製造的探針卡的系統的示意圖； 圖12是截面圖，其示出了根據本發明另 一個實施例製造包括OD檢測探針的探針
卡的方法； 圖13是用於檢查由圖12所示方法製造的探針卡的系統的示意 圖14是示出根據本發明另一個實施例的0D檢測探針的圖； 圖15是示出以與探針卡匹配的方式形成在晶片上的焊點和假焊點的圖。
具體實施例方式
在下面關於本發明實施例的詳細說明中，用於檢查晶片上的焊點狀態的探針通常稱為檢查探針，而用於檢測在檢查焊點期間產生的變形量(OD)或者晶片的平坦度的探針通常稱為檢測探針。 圖1是示出根據本發明最佳實施例製造包括OD檢測探針的探針卡的方法的截面圖。 參照圖1 (a)，將由氧化物層形成的鈍化層(未示出)以預定的方向例如(100)形成在由矽材料形成的犧牲襯底5上。 然後，在其上已經形成鈍化層的犧牲襯底5上塗覆光刻膠，並且依次進行用於曝光和顯影的光刻工藝以及氧化物層蝕刻工藝，以形成將在後面的蝕刻工藝中用作蝕刻掩模的第一鈍化圖案2。 參照圖1 (b)，利用第一鈍化圖案2依次進行溼法蝕刻工藝和各向異性幹法蝕刻工藝，從而在犧牲襯底5上形成對應於探針的尖端的溝槽。 也就是說，儘管在圖中沒有示出，但是利用第一鈍化圖案2形成溝槽包括進行溼法蝕刻工藝以形成對應於探針的尖端的端部的淺溝槽，以及進行各向異性幹法蝕刻工藝以加深該淺溝槽。 對應於探針的尖端的端部的淺溝槽可以根據第一鈍化圖案2的形狀形成為各種形狀，例如圓錐狀和稜錐狀。各向異性幹法蝕刻工藝是深溝槽蝕刻工藝，例如公知的稱為Bosh工藝的反應離子蝕刻(RIE)。 參照圖1(c)，進行溼法蝕刻工藝以除去第一鈍化圖案2。參照圖l(d)，進行濺射工藝以在犧牲襯底5上形成例如銅(Cu)的籽晶層IO，該銅用作隨後電鍍工藝中的籽晶。
參照圖1 (e)，在得到的結構上塗覆光刻膠，並進行曝光和顯影工藝以形成第二鈍化圖案15，該第二鈍化圖案15的圖案空間具有檢查探針和檢測探針的支撐梁的截面的形狀，因而形成用於通過隨後的金屬沉積工藝形成支撐梁的圖案空間。 參照圖l(f)，利用電鍍將導電材料沉積在通過第二鈍化圖案15暴露的圖案空間中，並且進行包括化學機械拋光(CMP)工藝、回刻工藝和打磨工藝的平面化工藝，以形成檢查探針20和檢測探針22。因此，檢查探針20包括橫梁部分20a和與該橫梁部分20a —體形成的尖端部分20b，而檢測探針22包括橫梁部分22a和與該橫梁部分22a —體形成的尖端部分22b。 可選擇地，代替電鍍工藝，可以利用化學氣相沉積(CVD)工藝或者物理氣相沉積(PVD)工藝來形成檢查探針20和檢測探針22。 參照圖1 (g)，將第三鈍化圖案25形成在得到的結構上，使得它的圖案空間具有信號發射部分的截面形狀，其在對應於尖端部分22b的橫梁部分22a的部分上表面上，從而形成空間部分，以用於通過隨後的金屬沉積工藝形成信號發射部分。 參照圖1(h)，利用電鍍將導電材料沉積在第三鈍化圖案25之間形成的空間部分中，從而形成信號發射部分30。
參照圖1 (i)，進行溼法蝕刻工藝，以除去第二鈍化圖案15和第三鈍化圖案25。
參照圖1 (j)，將檢查探針20和檢測探針22的橫梁部分20a和22a的上端部分別結合到多層電路板35上形成的凸塊55和54。 參照圖1 (k)，進行溼法蝕刻工藝，以除去犧牲襯底5，並由此暴露出檢查探針20和檢測探針22，從而完成探針卡。 圖2是示出製造圖1的探針的另一種方法的截面圖。在這個方法中，在犧牲襯底5上依次進行溼法蝕刻工藝和各向異性幹法蝕刻工藝，以在犧牲襯底5中形成檢查探針20和檢測探針22，並且進行電鍍工藝，從而形成與檢測探針22為一體的信號發射部分。在圖2所示的實施例中，與圖l相同的元件用相同的附圖標記表示，並且為了簡潔而省略了關於與圖l相同工藝的說明。 參照圖2(a)，進行與圖1(a)到1 (c)相同的工藝，以便在其中已經形成用於形成探針的尖端部分的溝槽的犧牲襯底5上形成第一鈍化圖案15，該第一鈍化圖案15的圖案空間具有檢查探針和檢測探針的橫梁部分的截面形狀。 其後，利用第一鈍化圖案15作為蝕刻掩模來進行蝕刻工藝，由此在犧牲襯底5中形成溝槽，將在該溝槽中形成檢查探針的橫梁和尖端部分以及檢測探針的橫梁和尖端部分。 參照圖2(b)，在犧牲襯底5上形成籽晶層IO，並且利用電鍍在溝槽中沉積導電材料，以形成檢查探針20和檢測探針22。 參照圖2 (c)，在已經形成檢查探針20和檢測探針22的犧牲襯底5上形成第三鈍化圖案25，該第三鈍化圖案25在對應於檢測探針22的尖端部分22b的橫梁部分22a的部分上表面上具有空間部分，該空間部分具有信號發射部分的截面形狀。
參照圖2(d)，利用電鍍在第三鈍化圖案25之間所形成的空間部分中沉積導電材料，從而形成信號發射部分30。 然後，進行與圖1 (a)到圖1 (k)相同的工藝，以將檢查探針20和檢測探針22結合
到在多層電路板35上形成的凸塊55和54，從而完成探針卡。 圖3是用於檢查由圖1和圖2所示方法製造的探針卡的系統的示意圖。 參照圖3，探針卡檢查系統包括具有接收外部電信號的一個或多個連接端40和
線45的多層電路板35 ;設置在連接端40上的凸塊55 ;多個懸臂型檢查探針20，每個檢查
探針20都具有按壓接觸半導體晶片的焊點的尖端部分和結合到凸塊55的橫梁部分；檢測
施加給檢查探針20的OD的檢測單元；以及探針卡檢查設備60。 檢測單元包括檢測探針22，其通過獨立的凸塊54結合到多層電路板35的連接端40 ;信號發射部分30，其形成在橫梁部分22a的對應於檢測探針22的尖端部分22b的部分上表面上；以及檢測信號連接端50，其設置在多層電路板35的表面上，該檢測信號連接端50面對信號發射部分30，當OD超過預定水平時，其向外部輸出外部電信號。
將信號發射部分30形成為這樣的高度，使得在OD超過預定水平的情況下，它就接觸檢測信號連接端50，反之亦然。 探針卡檢查設備60包括控制器61，其接收對應於檢測單元檢測的OD水平的電信號，然後比較檢測的OD水平和預定的OD水平以控制整個系統；檢查設備驅動單元62，其在控制器61的控制下驅動探針卡檢查設備60 ;顯示單元63，其根據控制器61的控制信號顯示0D量；以及報警單元64，其根據控制器61的控制信號產生報警信號。
下面將參照圖3詳細介紹探針卡和探針卡檢查系統的操作。 參照圖3 (b)，當利用外力按壓檢查探針20的尖端部分20b以接觸檢查焊點1且此外施加的外力使OD存在於對應預定間隔dl的第一範圍內時，檢查探針20在預定間隔dl的範圍內彎曲。因此，檢測探針22相對於檢測信號連接端50保持預定的距離。相應地，低電平的電信號通過由線45連接的檢測信號連接端50和連接端40輸入到探針卡檢查設備60的控制器61。 參照圖3 (c)，當施加外力以使OD偏離第一範圍時，檢查探針20彎曲到偏離第一範圍的預定間隔d2的第二範圍。因此，同樣的外力也被施加給檢測探針20，並由此使信號發射部分30與檢測信號連接端50接觸。相應地，高電平的電信號通過線45和連接端40輸入到探針卡檢查設備60的控制器61。 在這種情況下，在控制器61的控制下，探針卡檢查設備60停止探針卡檢查操作，並且顯示單元63顯示當前的狀態給操作者。 同樣，在控制器61的控制下，報警單元64輸出報警信號，從而其它的操作者或者管理者可以獲知當前的狀態。報警信號可以是蜂鳴聲、電子音頻信號、聲音引導消息等等。
另外，可以將探針卡工作期間所產生的OD檢測信息存儲在存儲單元(未示出)中，從而即使在焊點檢查工藝結束之後也可以利用它。
本發明的方式 現在將詳細介紹本發明的其它實施例。
實施例1 在實施例1中，形成的檢測探針21的橫梁部分21a比檢查探針20的橫梁部分20a長，並且尖端部分21b形成在橫梁部分21a的下表面上且在與橫梁部分21a的端部隔開預定距離的點處。可以以與最佳實施方式相同的方式檢測變形量(0D)。在所述的實施例l中，與最佳實施方式相同的元件用相同的附圖標記表示，並且為了簡潔，將省略關於重複工藝的描述。 圖4是示出根據本發明另一實施例製造包括OD檢測探針的探針卡的方法的截面圖。 參照圖4(a)到4(d)，進行與圖1(a)到1 (d)相同的工藝，以形成用於形成探針的尖端部分的溝槽以及在犧牲襯底5上已經形成溝槽之處形成籽晶層10。參照圖4(e)，將具有與橫梁部分20a和21a對應的圖案空間的第一鈍化圖案15形成在犧牲襯底5上。
參照圖4(f)，利用電鍍將導電材料沉積在通過第一鈍化圖案15暴露的溝槽和圖案空間中，從而形成檢查探針20和檢測探針21 。因此，檢查探針20被構造為包括橫梁部分20a和與該橫梁部分20a的端部一體形成的尖端部分20b，並且檢測探針21形成為包括橫梁部分21a和尖端部分21b，該尖端部分21b形成在橫梁部分21a的下表面上且在與橫梁部分21a的端部隔開預定距離的點處。 探針卡的製造工藝與最佳實施例相同，由此為了簡潔而省略對其的說明。
圖5是示出製造圖4所示檢查探針和檢測探針的另一種方法的截面圖。在這個方法中，依次進行溼法蝕刻工藝和各向異性幹法蝕刻工藝，以便在犧牲襯底5中形成檢查探針和檢測探針。與最佳實施例中的元件相同的元件用相同的附圖標記表示，並且為了簡潔而省略其說明。 參照圖5(a)，在形成具有橫梁部分20a的截面形狀的圖案空間和具有橫梁部分 21a的截面形狀的另一個圖案空間的第一鈍化圖案15之後，依次進行溼法蝕刻工藝和各向 異性幹法蝕刻工藝，以形成用於形成檢查探針20和檢測探針21的空間，檢測探針21具有 尖端部分21b，其中該尖端部分21b形成在橫梁部分21a的下表面上且在與橫梁部分21a的 端部隔開預定距離的點處。 參照圖5(b)，利用電鍍在形成的圖案空間中沉積導電材料，從而形成檢查探針20 和檢測探針21 。因此，檢查探針20形成為包括橫梁部分20a和與橫梁部分20a的端部一體 形成的尖端部分20b，檢測探針21形成為包括橫梁部分21a和尖端部分21b，其中該尖端部 分21b形成在橫梁部分21a的下表面上與橫梁部分21a的端部隔開預定距離的點處。
圖4和圖5所示方法製造的探針卡與最佳實施例的探針卡基本上相同，除了檢測 單元的檢測探針21具有橫梁部分21a和形成在該橫梁部分21a的下表面上且在與該橫梁 部分21a的端部隔開預定距離的點處的尖端部分21b。因此，為了簡潔，將僅說明檢測單元。
檢測單元包括通過凸塊54結合到多層電路板35的連接端40的檢測探針21，該 檢測探針21包括橫梁部分21a和形成在該橫梁部分21a的下表面上與橫梁部分21a的一 端隔開預定距離的點處的尖端部分21b ;以及檢測信號連接端50，其設置在多層電路板35 的表面上與橫梁部分21a的凸塊54側端部相對的位置處，從而在OD超過預定水平時向外 部輸出電信號。 具有上述檢測單元的探針卡檢查設備60與最佳實施例的探針卡檢查設備相同， 因此為了簡潔而省略其詳細說明。 圖6是用於檢查使用由圖4和5所示方法製造的檢查探針和檢測探針的探針卡的 系統示意圖。 參照圖6，當利用從外部施加的外力而在檢查探針20產生OD時，橫梁部分21a的 端部選擇性地連接到檢測信號連接端50，這取決於所產生0D的範圍。響應於來自檢測信號 連接端50的電信號，探針卡檢查設備60的控制器61以和最佳實施例相同的方式控制檢查 設備驅動單元62、顯示單元63和報警單元64。
實施例2 在圖7和8所示的實施例2中，結合到檢查探針20的凸塊55形成為比結合到檢 測探針80的凸塊54高，並且檢測探針80的橫梁部分80a形成為比前面實施例的厚。在所 述的實施例2中，與最佳實施例中的元件相同的元件用相同的附圖標記表示，並且為了簡 潔省略對重複工藝的說明。 參照圖7 (a)，製備多層電路板35，在多層電路板35上形成具有多個凸塊截面圖案 的第一鈍化圖案65。 參照圖7(b)，利用電鍍將導電材料沉積在通過第一鈍化圖案65暴露的凸塊截面 圖案中，從而形成凸塊54和55。 參照圖7(c)，形成用於選擇性地暴露出凸塊55的第二鈍化圖案64。 參照圖7(d)，利用電鍍將導電材料沉積在由第二鈍化圖案64暴露的空間中，從而
增加凸塊55的高度。 參照圖7(e)到7(g)，以和圖l(a)到1 (f)同樣的工藝形成結合到凸塊54和55的檢測探針和檢查探針。 如上所述，利用蝕刻工藝，在犧牲襯底5中形成檢查探針20和檢測探針80，其中該 檢查探針20具有橫梁部分20a和與該橫梁部分20a的端部一體形成的尖端部分20b，而檢 測探針80具有橫梁部分80a和與該橫梁部分80a的端部一體形成的尖端部分80b。
參照圖7(h)，在橫梁部分80a上形成用於生長橫梁部分80a的第三鈍化圖案85。
參照圖7 (i)和7 (j)，利用電鍍在通過第三鈍化圖案85暴露的空間中沉積導電材 料，從而僅僅生長檢測探針80的橫梁部分80a。利用溼法蝕刻工藝除去第一、第二和第三鈍化圖案65、64和85。 參照圖7 (k)，檢查探針20和檢測探針80的一個端部結合到形成在多層電路板35
上的凸塊55和54。 參照圖7(1)，除去犧牲襯底5，以暴露出檢查探針20和檢測探針80。 同樣，圖8的實施例與圖7的實施例的不同之處在於如何在犧牲襯底5上形成檢
查探針20的橫梁部分20a和檢測探針80的橫梁部分80a。 也就是說，以與圖1(a)到1(f)相同的方法製造檢查探針20和檢測探針80，其中 檢查探針20具有橫梁部分20a和與該橫梁部分20a的端部一體形成的尖端部分20b，而檢 測探針80具有橫梁部分80a和與該橫梁部分80a的端部一體形成的尖端部分80b。
參照圖8 (a)，在犧牲襯底5上形成檢查探針20和檢測探針80之後，將用於僅僅生 長橫梁部分80a的鈍化圖案75形成在犧牲襯底5上。附圖標記15表示用於形成檢查探針 20和檢測探針80的鈍化圖案。 參照圖8 (b)，利用電鍍在通過鈍化圖案75暴露出的空間中沉積導電材料，從而僅 僅生長檢測探針80的橫梁部分80a。 隨後的工藝和圖7中的相同，因而為了簡潔而省略它們的說明。 圖7和圖8所示方法製造的探針卡與最佳實施例的基本上相同，除了檢測單元與
最佳實施例的不同。因此，為了簡潔，將僅說明檢測單元。 也就是說，如圖9所示，檢測單元包括具有生長的橫梁部分80a並通過凸塊54連 接到多層電路板35的連接端40的檢測探針80 ;以及檢測信號連接端50，其設置在多層電 路板35的表面上與橫梁部分80a的凸塊54側端部相對的位置處，以便在OD超過預定水平 時向外部輸出電信號。 具有上述檢測單元的探針卡檢查設備60與最佳實施例的相同，因此為了簡潔而 省略其詳細說明。 也就是說，當由於從外部施加的外力而在檢查探針20產生OD時，橫梁部分80a的 端部取決於所產生OD的範圍選擇性地連接到檢測信號連接端50。響應於來自檢測信號連 接端50的電信號，探針卡檢查設備60的控制器61以與最佳實施例相同的方式控制檢查設 備驅動單元62、顯示單元63和報警單元64。
實施例3 在圖10所示的實施例3中，所形成的被結合到檢查探針20的凸塊55的高度與被 結合到檢測探針22的凸塊54的高度不同。 參照圖10(a)，在多層電路板35上形成用於形成凸塊的第一鈍化圖案65。 參照圖10(b)，利用電鍍在通過第一鈍化圖案65暴露出的空間中沉積導電材料，以形成凸塊54和55。 參照圖10(c)，在其上已經形成凸塊55和54的多層電路板35上形成用於選擇性 地生長凸塊55的第二鈍化圖案64。 參照圖10(d)，利用電鍍在由第二鈍化圖案64暴露出的空間中沉積導電材料，從 而僅僅生長凸塊55。 此後，以與圖1 (a)到1 (f)同樣的工藝形成檢查探針20。 參照圖10 (e)，將具有橫梁部分20a和與該橫梁部分20a的端部一體形成的尖端部 分20b的檢查探針20結合到形成在多層電路板35上的凸塊55，然後通過溼法蝕刻工藝除 去犧牲襯底5。 參照圖10(f)，使用雷射結合裝置，將具有橫梁部分22a和與該橫梁部分22a的端 部一體形成的尖端部分22b的檢測探針22單獨地結合到形成在多層電路板35上的凸塊 54。檢測探針22以與檢查探針20同樣的方法形成。 這時，檢查探針20的橫梁部分20a具有和檢測探針22的橫梁部分22a相同的厚 度。如圖11所示，凸塊55和54具有不同的高度，使得當檢查探針20在預定的OD範圍內 工作時，檢測探針22的橫梁部分22a的端部不接觸檢測信號連接端50，但是當檢查探針20 的工作範圍超出預定的OD範圍時，就接觸檢測信號連接端50。 圖IO所示方法製造的探針卡與最佳實施例的基本上相同，除了檢測單元與最佳 實施例的不同。因此，為了簡潔，將僅說明檢測單元。 檢測單元包括檢測探針22，其通過高度低於檢查探針20的凸塊55的凸塊54結 合到多層電路板35的連接端40 ;以及檢測信號連接端50，其設置在多層電路板35的表面 上與橫梁部分22a的凸塊54側端部相對的位置處，以便在OD超過預定水平時向外部輸出 電信號。 具有上述檢測單元的探針卡檢查設備60與最佳實施例的相同，因此為了簡潔省 略其詳細說明。 也就是說，當利用從外部施加的外力而在檢查探針20產生OD時，橫梁部分22a的 端部根據所產生OD的範圍選擇性地連接到檢測信號連接端50。響應於來自檢測信號連接 端50的電信號，探針卡檢查設備60的控制器61以和最佳實施例相同的方式控制檢查設備 驅動單元62、顯示單元63和報警單元64。
實施例4 在圖12所示的實施例4中，信號發射部分95形成在多層電路板35上，以便檢測 探針的0D。 參照圖12(a)，在製備多層電路板35之後，在多層電路板35上與檢測探針的尖端 部分相對應的位置處形成信號發射部分95，並且形成用於形成凸塊的第一鈍化圖案65。
參照圖12(b)，利用電鍍在通過第一鈍化圖案65暴露出的空間中沉積導電材料， 從而形成信號發射部分95以及凸塊54和55。 此後，如圖12(c)所示，形成第二鈍化圖案64，以用於在多層電路板35與檢查探針 和檢測探針的橫梁部分之間插入比信號發射部分95高的凸塊。 參照圖12(d)，利用電鍍在由第二鈍化圖案64暴露出的空間中沉積導電材料，從 而形成生長的凸塊55和54。
參照圖12(e)，利用溼法蝕刻工藝除去第一和第二鈍化圖案65和64。 此後，以與圖1 (a)到1 (f)相同的工藝形成檢查探針20和檢測探針22。 參照圖12 (f)，將具有橫梁部分20a和與該橫梁部分20a的端部一體形成的尖端部
分20b的檢測探針20以及具有橫梁部分22a和與該橫梁部分22a的端部一體形成的尖端
部分22b的檢測探針22同時結合到形成在多層電路板35上的凸塊55和54。 參照圖12 (g)，利用溼法蝕刻工藝除去犧牲襯底5，從而暴露出檢查探針20和檢測
探針22。 圖12所示方法製造的探針卡與最佳實施例的基本上相同，除了用於檢測探針的 OD的信號發射部分形成在多層電路板35上。因此，為了簡潔，將僅說明檢測單元。
參照圖13，檢測單元包括檢測探針22，其通過凸塊54結合到多層電路板35的連 接端40 ;檢測信號連接端50，其設置在多層電路板35上與檢測探針22的尖端部分22b相 對應的位置處；以及形成在檢測信號連接端50上的信號發射部分95，其比凸塊55和54低。
具有上述檢測單元的探針卡檢查設備60與最佳實施例的相同，因此為了簡潔而 省略其詳細說明。 也就是說，當利用從外部施加的外力而在檢查探針20產生OD時，橫梁部分22a的 端部根據所產生OD的範圍選擇性地連接到與檢測信號連接端50連接的信號發射部分95。 響應於來自檢測信號連接端50的電信號，探針卡檢查設備60的控制器61以與最佳實施例 相同的方式控制檢查設備驅動單元62、顯示單元63和報警單元64。 將上述實施例的檢測探針的每一個設置為與半導體晶片的假焊點接觸，並且檢測 單元可以用接觸檢測器、壓力檢測器或者光學檢測器代替。 圖14示出將上述實施例所製造的檢測探針應用於探針卡的實施例。在這個實施 例中，檢測探針設置在不同的位置，以便檢測探針的OD和矽晶片相對於探針卡的平坦度。
圖15示出接觸檢測探針的假焊點。參照圖15(a)和15 (b)，接觸檢查探針尖端 的被檢查焊點設置在晶片的區域①中，而接觸檢測探針尖端的假焊點設置在晶片的區域③ 中，使得它們與具有檢查探針和檢測探針的探針卡匹配。 也就是說，如圖15所示，檢查探針的尖端接觸被檢查焊點1的上部，而檢測探針的 尖端接觸假焊點2的上部，使得可以檢測OD晶片的平坦度並將其傳送到探針卡檢查設備。
工業實用性 根據本發明的探針卡製造方法、探針卡和探針卡檢查系統可以用於檢查半導體器 件。
1權利要求
一種探針卡，包括具有接收外部電信號的一個或多個凸塊的多層電路板；具有條型橫梁部分和尖端部分的懸臂型檢查探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合到所述多層電路板的所述凸塊，並且尖端部分附著到所述橫梁部分另一端的下表面並構造為通過壓力接觸半導體晶片的焊點；以及檢測單元，其構造為檢測在所述檢查探針與所述半導體晶片的所述焊點接觸時施加給所述檢查探針的變形量的水平。
2. 根據權利要求1所述的探針卡，其中所述檢測單元包括具有條型橫梁部分和尖端部分的懸臂型檢測探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合 到所述多層電路板的所述凸塊，在該條型橫梁部分的所述另一端的上表面上設置信號發射 部分，並且尖端部分附著到所述橫梁部分的所述另一端的下表面並構造為通過壓力接觸所 述半導體晶片的所述焊點；以及信號連接端，其設置在所述多層電路板上以在所述變形量超過預定水平時接觸所述信 號發射部分。
3. 根據權利要求1所述的探針卡，其中所述檢測單元包括具有條型橫梁部分和尖端部分的懸臂型檢測探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合 到所述多層電路板的所述凸塊，並且尖端部分附著到所述橫梁部分的中心部分的下表面並 構造為通過壓力接觸所述半導體晶片的所述焊點；以及設置在所述多層電路板上的信號連接端，以在所述變形量超過預定水平時接觸所述條 型橫梁部分的所述另一端。
4. 根據權利要求1所述的探針卡，其中所述檢測單元包括具有條型橫梁部分和尖端部分的懸臂型檢測探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合 到所述多層電路板的所述凸塊，並且尖端部分附著到所述橫梁部分的所述另一端的下表面 並構造為通過壓力接觸所述半導體晶片的所述焊點；以及設置在所述多層電路板上的信號連接端，以在所述變形量超過預定水平時接觸所述條 型橫梁部分的所述另一端，其中所述懸臂型檢測探針的所述橫梁部分比所述檢查探針的所述橫梁部分厚。
5. 根據權利要求1所述的探針卡，其中所述檢測單元包括具有條型橫梁部分和尖端部分的懸臂型檢測探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合 到所述多層電路板的所述凸塊，並且尖端部分附著到所述橫梁部分的所述另一端的下表面 並構造為通過壓力接觸所述半導體晶片的所述焊點；以及設置在所述多層電路板上的信號連接端，以在所述變形量超過預定水平時接觸所述條 型橫梁部分的所述另一端，其中結合到所述檢查探針的所述凸塊比結合到所述檢測探針的所述凸塊厚。
6. 根據權利要求1所述的探針卡，其中所述檢測單元包括具有條型橫梁部分和尖端部分的懸臂型檢測探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合 到所述多層電路板的所述凸塊，並且尖端部分附著到所述橫梁部分的所述另一端的下表面 並構造為通過壓力接觸所述半導體晶片的所述焊點；設置在所述多層電路板上對應於所述檢測探針的所述尖端部分位置處的信號發射部分；以及設置在所述多層電路板上的信號連接端，以檢測到在所述變形量超過預定水平時該條 型橫梁部分的所述另一端與所述信號發射部分接觸，其中結合到所述檢測探針的所述凸塊比所述信號發射部分厚。
7. 根據權利要求1所述的探針卡，其中所述檢測單元安裝在所述多層電路板靠近所述 檢查探針的預定部分處，該檢測單元包括當所述變形量超過預定水平時就與半導體測試芯 片接觸的接觸傳感器、壓力傳感器或者光學傳感器。
8. —種探針卡檢查系統包括 探針卡，其包括具有接收外部電信號的一個或多個連接端的多層電路板； 設置在所述多層電路板的所述連接端上的凸塊；具有條型橫梁部分和尖端部分的懸臂型檢查探針，該條型橫梁部分一端的上表面結合 到所述多層電路板的所述凸塊，並且尖端部分附著到所述橫梁部分的所述另一端的下表面 並構造為通過壓力接觸半導體晶片的焊點；以及檢測單元，其構造為檢測施加給所述檢查探針的變形量的水平；控制器，其接收對應於由所述檢測單元檢測的所述變形量的所述水平的電信號，並且 比較檢測到的所述變形量的水平和預定的變形量水平，以控制所述探針卡檢查系統；檢查設備驅動單元，其在所述控制器的控制下控制檢查設備的操作；以及 顯示單元，其根據所述控制器的控制信號來顯示所述變形量水平。
9. 根據權利要求8所述的探針卡檢查系統，還包括報警單元，其響應所述控制器的所 述控制信號產生報警信號。
10. 根據權利要求8所述的探針卡檢查系統，其中所述檢測單元包括與所述檢查探針 分開的檢測探針。
11. 根據權利要求8所述的探針卡檢查系統，其中所述檢測探針接觸所述半導體晶片 的假焊點。
12. 根據權利要求8所述的探針卡檢查系統，其中所述檢測單元包括接觸傳感器、壓力 傳感器或光學傳感器。
全文摘要
提供了一種探針卡的製造方法。形成第一鈍化圖案，以用於在犧牲襯底上實現電檢查探針的尖端部分和平坦度檢測探針的尖端部分，並且執行使用第一鈍化圖案作為蝕刻掩模的蝕刻工藝，以在犧牲襯底中形成第一溝槽。除去第一鈍化圖案，並且形成具有暴露出第一溝槽的條型第一開口的第二鈍化圖案。在該開口中設置導電材料，以形成分別連接到檢查探針和檢測探針的尖端部分的橫梁部分，從而形成檢查探針和檢測探針。將檢查探針和檢測探針的橫梁部分結合到多層電路板。除去犧牲襯底以暴露出檢查探針和檢測探針。
文檔編號G01R1/067GK101762723SQ200910207279
公開日2010年6月30日 申請日期2005年12月19日 優先權日2004年12月24日
發明者李瀚茂 申請人:飛而康公司