探测设备中的校准特征的制作方法

专利名称：探测设备中的校准特征的制作方法
探测设备中的校准特征
本发明申请是名称为"探测电子元件的方法"、申请日为2004年 4月12曰、申请号为200480013141. 1的发明专利的分案申请。 (1 )技术领域 本发明 一般涉及探测元件。 (2 )
背景技术：
虽然本发明通常可适用于探测任何元件，但尤其适用于为测试集 成电路探测集成电路。众所周知，集成电路通常作为半导体晶片上的 多个基片被制造。

图1示出了典型的用于测试半导体晶片124的测 试系统100 。如图1中示出的示例性的测试系统包括测试仪102 ， 测试头118 ，探针卡106和探测器120 。
半导体晶片124》史在卡盘(也被常称为载物台)114上，通常 可以在"x ，， ， " y ，，，和"z ，，的方向上移动。卡盘114也可 以旋转，倾斜和做其它一些运动。一旦半导体晶片124放在卡盘114 上，卡盘通常会在"x " ， " y"方向上移动以使得晶片124的基片 上的接线端(未示出)与探针卡105上的探针108校准。然后卡盘 114通常将晶片124沿"z "方向向上移动，将^^妻线端与揮:4十108 相接触。 一个或多个照相机121 , 122可帮助校准接线端和探针和 确定搾:4J" 108和接线端之间的接触。
一旦基片的接线端(未示出)与探针108接触，可以是计算机地的测试仪102 ,会产生测试凄t据。通过一条或多条通信链路104 测试数据被传送到测试头118 。测试数据通过互连装置116 (例如 pogo插针)从测试头118传送到探针卡106 ，最后通过探针108 传送到基片的接线端(未示出)。基片产生响应数据以相反方向传送， 从探针108 ,经过探针卡106 ，经过互连装置116 ，经过探针头 118 ，经过通^f言链路114 ,到测试^义102 。
通常，基片上的接线端和探针108较小。然而，不管接线端和 探针的尺寸，需要有改进的用于校准接线端和揮4十的方法和技术。 (3 )发明内容.
本发明一般涉及探测一种元件。对探针的图像寻找校准特征。然 后校准特征被用来使接触目标和探针互相接触。校准特征可以是探针 尖端中的一个或多个的特4i。例如，这种特4正可以是一个尖端中的一
个转角。
(4 )附图^兌明
图1示出了示例性的现有技术半导体测试系统。 图2示出了示例性的测试系统。 图3A和3B示出了示例性的探针卡。 图4A示出了图3A中探针382的局部侧一见图。 图4B示出了图3A中探针382的局部俯视图。 图4C示出了图3A中探针382的示例性的局部图像。 图4D示出了图4A和4B中接触结构354的示意性的局部俯 视图。图5示出了图3A中探针386的局部俯视图。 图6示出了图3A中探针384的局部俯视图。 图7示出了展示校准特征的示例性使用在探针上的示例性的方法。
图8示出了图3A的探针阵列的图像。
图9示出了用于制造具有校准特征的示例性探针阵列的示例性 方法。
图10A至12B示出了制造具有校准特征的探针阵列的例子。 图13A至15B示出了制造具有校准特征的探针阵列的另一个 例子。
(5 )具体实施方式
本发明大体涉及探测一种设备。本说明书描述了本发明的示例性 实施例和应用。然而，本发明不应被局限于这些示例性的实施例和应 用，或者是局限于示例性实施例和应用的操作方式或在此描述的方 式。
图2示出了示例性的半导体测试系统200 ，它在某些方面与图 1中示出的测试系统100大体相似。即，示例性的测试系统200包 括测试仪202 , —根或多根通信链路204 ,探测器220 ，测试头 218 ,探^l十卡206 ，在探针卡和测试头之间的互连装置216 ,在某 些情况下它们全部与上述图1中相应元件大体相似。出于方便的目 的(不是作为限制)，图二中的方向用"x " , "y " , " z"坐标系 标识，其中"z "的方向相对于图2是垂直的(上和下)，"x "的方向是水平地进入和穿出图2的页面，"y "方向也是水平的但 是在图2中是向左和向右。
如图2所示，测试系统200还包括基于微处理器的控制器 230 。如所示的那样，控制器230包括数字存储器232 ,微处理器 234 ,输入/输出电子设备236 ，和输入/输出端口 238 。数字存 储器232可以是包括电子存储器，光学存储器，磁存储器，或是上 述存储器的某些结合在内的任何类型的存储器。仅作为两个例子，数 字存储器232可以是只读存储器，或者数字存储器232可以是i兹盘 或光盘和随机存储器的结合。微处理器234执行存储在数字存储器 232中的指令或"软件"，输入/输出电子设备236控制进出控制器 230的电子信号的输入和输出。(在此使用的术语"软件"意图是包 括含有不受限微码和固件的任何类型的机器可执行指令。)经由端口 238接收输入数据和信号及输出数据和信号。各种数据可由口 238 输入到控制器230 。例如，这种数据可以包括表示卡盘214位置或 当前运动状态的数据，探针208和/或晶片224的图像，等等。其 中，用于控制卡盘组件214运动的控制信号可由控制器230经端口 238输出。
在其中，照相机221和222可以提供探针208和晶片224的 图像。正如看到的那样，那些图像可用来校准晶片224上的接线端 (未示出)和探针208 。正如还将看到那样，其中，控制器230中 运行的软件可以对探针208的图像寻找校正特征及移动卡盘214 以使得晶片224上的接线端(未示出)与探针208相接触。图3A和3B示出了可用于测试系统200的示例性的^罙4十卡 306 。图3A示出了探针卡306的俯视图，图犯示出了侧视图。 图3B还示出了与探针卡306的探针相接触的晶片324的局部侧 视图。正如将看到的那样，探针卡306包含有在探针图像中可被可 靠辨别的校准特征。
示例性的探针卡306包括接线板基底302 (例如印刷线路板) 和探针头304 (例如陶瓷基底)。接线板基底302包括用于使互连 装置216接触到测试头218的接触点362 (见图2 )。每个探针 包括本体部分352和接触构件354 ，探针被连接到探针头304上 的接触点350 。内部的和/或外部的电气连接(未示出)将4矣触点 362 —头和接触点350 —头连接在一起。当然，图3A和3B中示 出的探针卡306仅仅是示例性的，可以使用任何类型的探针接触器， 包括诸如第5 ， 974 ， 662号美国专利中示出的不受限制的探针卡 组件，其整体通过引用包括在此。
图3A和图3B中示出的示例性的揮:针卡306配置成接触四个 基片，每个基片具有引线位于中心之构造的十一个接线端。因此4果针 卡306具有四组揮:针308a 。 308b , 308c ， 308d ，每组用于^妾触 基片中的一个。(与探针相关的四个基片308a ， 308b ， 308c ， 308d 的位置和在每一基片上十一个接线端340的位置在图3A中用虚线 示出。)但是，注意每组探针仅包括九个探针。在一些情况下，没 有必要接触基片中的所有接线端来测试基片，并且这是假设为这个例 子中的一种情形。对这个例子来说，假设十一个接线端340中<又有九个需要被探测以测试基片。当然， 一次接触的基片的数量以及接线 端的配置，接线端的总数量，和每个基片上被探针实际接触的接线端 的数量仅仅是示例性的。任何数量的基片可以被一次接触(包括仅有
一个基片或甚至少于一个基片)；每个基片上的接线端的数量和配置 可以不同；每个基片被实际接触的接线端的数量可以不同。
因为在晶片上典型的远多于四个基片，图3A中示出的探针卡 306将测试四个基片，被重新定位来接触和测试四个其它基片，再被 重新定位来接触和测试四个其它基片，等等，直到晶片上的所有基片 都被测试完。图3B中示出的基片324e和324f是其它这样的基 片，或是已被测试过或是接下来将要被测试。应当注意的是可获得能 够同时测试远多于四个基片的探针卡。实际上，探针卡具有足够的探 针以立即接触和测试晶片上的所有基片。图3A中示出的四个基片是 为了简化用图说明。
正如将看到的那样，探针组308a中的三个揮:针(探针382 、 384 、 386 )和探针组308d中的三个探针(探针388 、 390 、 392 )包含有在探针图像中可被辨别的示例性的校准特征。正如同样 将看到的那样，探针382和388中的每个的示例性的校准特征是探 针上接触尖端的一个转角，探针384和390中的每一个的示例性的 校准特征是探针上接触尖端的四个转角，探针386和392中的每一 个的示例性的校准特征是探针上接触尖端的两个转角。当然，选择具 有校准特征的探针组的数量和每个探针组的校准特征的数量仅仅是 示例性的。图3A中的308a和308d组中的三个探:4H义用于例示。图4A和图4B各自示出了示例性探针382的局部侧视图和局 部俯视图。如所示，探针382包括本体部分352和接触构件354 。 本体部分352的一端连接到4笨针头304的接触点350 (见图 3B)，接触构件354连接到本体部分352的另一端。接触构件354 包括支座456和尖端458 。尖端458是与晶片上接线端实际接触 的探针部分。
包括四条边460a , 460b ， 460C ， 460d和四个转角462a ， 462b， 462c， 462d的尖端458被设置在支座456d的最好是通常 为平坦的表面上。如果相机，诸如探测器220中的相机221 (见图 2 ),聚焦于支座456 ，探针的图像将通常看上去如图4C所示。 支座456将会显得亮。尖端458的角状表面及探针头304的背景 表面490将会显得黑，因为照相机221没有聚焦在探针体352上， 它通常也会显得黑或至少比支座456黑一些。
许多图像处理算法已知为用于发现图像的特殊特征，这类算法通 常包括规定最小间隔要求的设计规则，如果遵守设计规则，就创造了 算法发现图像中特征的相对高的可能性。正如将看到的那样，支座 456 ;陂成型及尖端458净皮定位以^使得尖端458的一个转角462C 满足假定图像处理算法的示例性最小间隔的要求。这种最小间隔的要 求通常被称为"设计规则"。设计规则规定用于特征的最小间隔以使 得特征在具有充足对比度的图像中更加明显，这样算法将可靠地发现 图像中的特征。用另一种说法，设计规则意图保证在图像中#^现的 特征被不同颜色的背景充分包围以使得图像处理算法能够可靠地发现图像中的特征。才艮据图像搜寻算法的设计规则形成的特征可以说成 是在包括特征的图像中是"可见的"。
表示支座456和探针352的尖端458的图4D ，示出了示例 性设计规则，用于保证借助假定图像搜寻算法在探针382图像中发 现一个转角(本例中是转角462C)，诸如图4C所示的图像。按图 4D中示出的示例性设计规则，如果形成转角的边沿着边的最短长度 470离支座456的周边的间隔为最小距离472 ，则转角是"可见 的"。如图4D可见的那样，两条边460a和460d形成转角462c 。 虽然边460d的整个长度离支座456的周边的间隔未达到距离 472 ，有等于或大于470长度的边460d离支座456的周边的间隔 达到距离472 。正如也可以看到的那样，边460a ^艮容易满足上述 的设计规则。
正如可以看到的那样，转角462a , 462b , 462d不满足上述的 设计规则。即，形成每一个那些转角的边离转角的长度470 ，从转 角离支座456的周边的间隔不是最小距离472 。应当注意的是转角 462a和462d离支座456的周边有间隔，因此在图4C显示的图係_ 中可显示出清楚的转角的形状。虽然，有很少的明亮颜色的支座456 包围这些转角，但至少在这个例子中可以确信假定的图像搜寻算法可 以可靠地发现转角。
规定为470和472的具体距离和长度将取决于实际使用的图 ^像处理算法。l义作为一个例子，距离为十^f效米或以上的间隔472和 长度为十微米或以上的长度470被认为是对已知的图像处理算法都是足够的。作为另一个例子，长度470可以是边长的1 / 3 ，边长 可能是大约50微米。这样的距离和长度仅是示例性的，但是，对特 殊的图像处理算法较小的距离和长度可能是足够的。
图5示出了探针386的局部俯视图(见图3A )。示例性探针 386与图4A和图4B中示出的探针382大体相似，除了支座556 被成形及尖端458被定位成使得尖端的两个转角，即转角462a和 462b满足上述示例性的设计规则。这样，用假定的图像搜寻算法可 以可靠地发现两个转角462a和462b 。
图6示出了示例性探针384的局部俯视图(见图3A )。示例 性探针384与图4A和图4B ,图.5中示出的探针382和386大 体相似，除了支座656成形及尖端458定位成使得尖端的所有四个 转角462a ， 462b ， 462c， 462d满足上述示例性的设计规则。这 样，用假定的图像搜寻算法可以可靠地发现四个转角462a ， 462b , 462c， 462d 。
图7示出了利用诸如图4A — 6所示的示例性校准特征的才交 准特征使半导体晶片的接线端与探针卡的探针相接触的示例性过程。 该过程可以在类似测试系统200的测试系统上执行及在诸如控制器 230 (见图2 )的基于微处理器的控制器通过软件全部或部分实施。
如所示，图7在步骤702以得到探针的一个(或多个)数字图 像为开始。俘获和数字化图像的设备和方法是公知的，不需要在此描 述。例如，在^笨测器220中的一个或多个照相才几，如照相才几222可 以产生探针卡206的探针208的图像。这个图像可由控制器230经端口 238接收。图8示出了由照相机222俘获的探针卡306
(图3A )的探针的示例性图像。
再回到图7 ,在步骤704对探针的图像搜寻一个或多个校准特 征。此外，搜寻图像的特殊特征的设备和方法是公知的，可以^吏用任 何这类的设备和方法。例如，用于发现图像中转角的计算机算法是7> 知的。这样的算法可以通过寻找会聚形成为大致垂直角度的两条边来 搜寻图像中的转角。这种算法可以通过寻找图像中的邻接部分来识别 边，在邻接部分中有从一种颜色变换到另 一种颜色的大体均勻的和急 剧的变化(所说的"颜色"包括但不局限于纯二进制图像中的黑与白 及纯灰度图像中的不同灰度梯度)。
如前所述，步骤704可以用设计成发现操作控制器230中运行 的图像的转角的基于软件的图像处理算法来实施。(此类图像处理算 法是公知的，不需要在此描述。)典型的，图像中期望的特征的类型 和数量^f皮编程入算法。如上所述，图3A中的探针382和388配置 成使它们尖端的一个转角"可见"；探针384和390配置成使它们 尖端的所有四个转角"可见"；揮:针386和392被布置成使它们尖 端的两个转角"可见"。因此，在控制器230上运行的图像4叟寻算法 可被编程为发现四个转角的两组，每组形成正方形或矩形(每组与揮: 针384或390中的一个相对应)，由线^殳相连的两个转角的两组
(每组与探针386或392中的一个相对应)，及两个隔离的转角(每 个转角与揮:针382或385中的一个相对应)。
可是，应注意的是把算法编程为只发现转角是有利的(不是设置为多个形状的特殊形状，如四个正方形或矩形的转角)。这是因为碎 片将会堆积在探针卡的探针的尖端上，这样的碎片会弄暗尖端的转 角。因此，即使尖端的多个转角配置成满足算法的设计规则，对搜寻 一个转角的图像搜寻算法来也可以是有利的，从而对算法而言是可靠 的"可见的"。例如，探针经常被设计成擦过晶片的接线端。擦过行 为会引起堆积在探针尖端一侧的碎片。因此，配置此类探针的碎片以 使得位于远离碎片易堆积的位置的转角满足图像搜寻算法的设计原 则是有利的(例如，在擦过行为相反的方向的尖端上的转角)。
发现图像中校准特征的步骤(步骤704 )还包括确定探针上与 晶片上接线端实际接触的点的物理位置。表示来源于校准特征的接触 点的物理位置的数据可以被数字化存储，例如存储在控制器230中， 且可被应用于估丈此类计算。例如，对在图4A和4B中示出的示例性 探针382而言与接线端相接触的实际点是尖端458的截断端。表示 实际接触点且不在转角的规定方向上的规定的距离的矢量数据可以 被存储在控制器230中且被控制器用来计算尖端458截断端相对 于所发现的转角的位置。即使尖端458的截断端^^皮例如石卒片堆积弄 暗，它们的位置这样也可计算出来。
仍参照图7 ，下一步骤706是使晶片224 (或324 )的接线 端与探针208 (或308a ， 308b , 308c ， 308d )相接触。确定晶 片上接线端的位置的设备和方法是公知的，可使用任何这类设备和方 法。此类公知方法的一个例子是用照相机221产生晶片224的全部 或部分图像。然后使用图像处理软件来发现晶片上的校准特征。在实践中经常利用晶片的自然特征作为校准特征。例如，集成电路图的部 分独特形状与晶片上的接线端的位置和搜寻独特形状的晶片的图像
预先关联。控制器230上运行的软件可以接收晶片上的图像(例如 用照相机221产生的)，搜寻晶片的校准特征，确定接线端的位置。
利用现在己知的探针位置(从步骤704 )和接线端的位置，卡 盘214移动晶片224 (或324 )以使得所选择的晶片接线端与探 针相接触，形成暂时的电气连接。此外，在控制器230上运行的软 件可以发布命令控制卡盘214的移动。
虽然未在图7中示出， 一旦接线端与探针接触，已接触的接线 端位于其上的晶片基片被测试。此后，如果有必要，晶片被重新定位 以使得晶片上的不同基片的接线端与探针和己测试基片相接触。这个 接触接线端，测试基片，和重新定位晶片以接触和测试其它基片的过 程可以持续直到晶片上的所有基片都被测试完。
图9示出了用校准标记制造探针阵列的示例性方法，这种示例 性的探针阵列如图3A和3B所示。如图9所示，该过程由布置探 针的位置的步骤902开始。典型的，接收标识被测基片上接线端的 数量，位置和指定信号的数据，布置探针使每个探针与探针头304上 的接触点350相连且定位成使它的接触尖端与被测基片上接线端 340的位置相对应(见图3B ).当然，探针头上接触点350必须 与接线板基底上的接触点362成通路，接线板基底与基片接线端要 接收和/或输出的信号类型相一致。
再回到图9 ，在步骤904确定探针阵列中的校准特 的位置。在图3A和8中应当清楚，阵列中在一些相邻探针上的尖端彼此可 以非常相近以致很少有甚至没有在数字图像中可能被区别的校准特 征的空间(即，没有满足被用于图像搜寻算法的设计规则的校准特征 的空间)。如图3A中所示的示例性的探针布置图，在探针组308a中 外部探针382和386被选择为具有校准特征。因为探针周围有多余 的空间存在探针384也被选择。类似的选择用于探针组308d 。在 这个例子中，因为在探针组308a和308d中6个被选的探针382: 384 ， 386 , 388 ， 390 ， 392提供了足够数量的参考点以正确地才交 准探针308a ， 308b , 308c ， 308d同接线端340 ，所以在揮:4十组 308b或308c中没有探针被选择。
然而，必须理解，为具有图3A和8所示的校准特征在步骤904 中所选的探针的数量和图案仅仅是示例性的且被选择为说明各种尖 端形状。可以使用具有可辨别转角的任何数量和/或图案的尖端。例 如，具有可区别转角的尖端可以安置在所有的揮^十上。作为另一个例 子，具有可区别转角的尖端仅可以安置在採:针基底302上的两个探:
针上。作为外一个例子，具有可区别转角的尖端可以安置在每一个採:
针组308a , 308b , 308c ， 308d的两个揮:针上。前述的示例性图 案是不完全的，图案不是决定性的，可选择任何图案。
类似的，图3A和8所示的两个具有一个"可见，，转角的探针 的选择，两个具有两个"可见，，转角的探针的选择，两个具有四个"可 见"转角的探针的选择，仅仅是示例性的。在实践中，所有配置为起 着如4交准标记功能的尖端可以配置成具有同样数量的"可见，，转角。另一方面，可以使用"可见"转角形状的任何结合。
再参考图9 ，下一步骤906是用步骤902确定的探针的布置 和步骤904确定的校准标记来加工揮:针阵列。图10A — 12B示出 了步骤906的第一个例子，图13A — 15B示出了第二个例子。
先看图10A — 12B ，这些图示出了加工探针阵列的一个例子， 在这个例子中，接触构件1160a ， 1160b (各自包含支座1156和 尖端1158 )被分开加工然后被连接到探针本体1152上。为使插图 简洁，阵列中仅有两个採:4十1208a ， 1208b在图10A — 12B中示 出。正如将看到的那样这些探针中的一个1208a将加工为具有校准 标记，这个标记为尖端1158a的一个"可见"转角；另一个探针1208b 将加工为不具有;f交准标记。
图10A — 11B示出了4妾触构件1160a , 1160b在牺牲衬底 1072的成形，牺牲衬底例如可以是》圭晶片。如图10A和10B所示， 在在牺牲衬底1072上制出确定接触结构形状的模型。在图10A和 10B所示的例子中，模型包4舌凹点1058a ， 1058b和开口 1156a ， 1156b 。凹点1058a ， 1058b在牺牲衬底1072上刻蚀并限定要形 成的4妄触构件1160a ， 1160b的尖端1158a ， 1158b 。开口 156a , 1156b以在牺牲衬底1072上淀积的掩模材料1074层的方式加上 图案。凹点1058a , 1058b和开口 1056a , 1056b可以以合适的方 式成形。例如，凹点可以选择性地使用诸如氬氧化钾的溶液通过掩模 刻蚀。掩模材料1074可包含光刻胶。
注意，在图10A和IOB所示的例子中，开口 1056a形成为凹点1058a的一个转角1059的周闺提供足够空间的图案以使得在凹 点1058a形成的尖端1158a的相应转角将在探针1208a的图像中 "可见"。在此例中，开口 1056a和凹点1058a形成图案并且^皮布 置成与图4A和4B示出的示例性支座456和尖端458相类似。另 一方面，开口 1056b不形成为凹点1058b的任何转角的周围提供足 够空间的图案以使得尖端1058b的任何转角在探针1208b的图像 中"可见"。
在图11A和11B所示， 一种或多种材料然后淀积在凹点 1058a ， 1058b和开口 1156a ， 1156b中以形成接触构件1160a ， 1160b ，每一接触构件包含安置在支座1156a ， 1156b上的尖端 1158a , 1158b 。 一种材料可以是各种结构材料的任一种包括但不限 于钯，金，铑，镍，钴，银，柏，导电氮化物，导电碳化物，鴒，钬， 钼，铼，铟，锇，铜及高熔点金属；以及所有上述材料的合金，包括 由一种或多种上述材料结合构成的合金。淀积一种或多种材料的方法 不受限制，包括电镀，化学气相淀积，物理气相淀积，溅射淀积，无 电极淀积，电子束淀积，和热蒸发。
应当注意到其它材料层可在施加掩模层1074前施加到牺牲衬 底1072 。例如，可施加脱离层(未示出)以便于接触构件1060a ， 1060b从牺牲层1072脱离；可施加晶粒或短路层(未示出)以便于 电镀；可施加材料(未示出)以促进接触构件材料的粘结。当然，一 种材料层可服务于一个以上的上述目的。此外，附加的材料可用于接 触构件1060a ， 1060b 。一旦接触构件1060a , 1060b在如图11A和11B所示的牺牲 衬底1072上成形，接触构件1060a , 1060b与探针本体1252连 接，探针本体自身与探针头1204的接触点1250连接。接触构件 1060a ， 1060b可使用任何合适的方式与探针本体1252连接，包括 钎焊，铜焊和焊接。图12A中示出的示例性的探针体1252包含有 绑定在接触点1250 —端的导线。(注意图12A未示出横截面。)导 线可以由如第5, 476， 211号，第5， 917, 707号，第6 ， 336 , 269号美国专利中的任何一个所描述的在其上有较硬材料的涂层的 软材料组成，所有上述专利整体通过引用包括在此。
另一方面，探针本体1252可以是任何类型的探针，包括但不限 于针式探针，弯曲束横梁，(例如"COBRA "探针)，突起，支柱， 和弹簧探针。弹簧探针非排他性的例子可用于探针本体1252 ，包括 但不限于在第5 ， 917 ， 707号美国专利；第6 , 268 ， 015号美 国专利；第6 ， 482 ， 013号美国专利；第5 , 947 ， 662号美国 专利；第2001 / 000108号美国专利申请公布；2001年9月14号 提出的第09 / 953 ， 666号美国专利申请公布(待批)中描述的探 针。所有上述美国专利及公布和待批的专利申请作为整体通过引用包 括在此。
在牺牲层上形成接触构件及接下来连接接触构件到探针本体的 其它例子和进一步论述可参见第5 ， 947 , 662号美国专利，第6 ， 441 ， 315号美国专利，和2001年9月14号提出的序列号为09 / 953号美国专利申请(待批)，所有上述美国专利及待批的专利申请作为整体引用包括在此。
应当清楚的是，支座1156a是定形的及尖端1158a安置在支座 1156a上以使得尖端1158a的一个转角将在揮:4十1208a的图4象中 "可见"。探针1208a因此包括^交准标记(即可见转角)，并与图3A 中的^果针282和288相似。另一方面，因为支座1156b没有定形 且尖端1158b没有安置在支座1156b上，以致尖端1158b的任意 转角将在探针1208a的图像中可靠地"可见"，故探针1508b不包 括校准标记。应当清楚的是，尖端1158a的两个，三个或四个转角 能够被制成为"可见"的是通过对开口 1156a加上图形以限定支座 1156a的形状和定位凹点1158a以在支座1156a上定位尖端 1158a ，以致尖端1158a的两个转角是"可见"的(例如，如图5所 示)，尖端1158a的三个转角是"可见"的，或尖端1158a的所有 四个转角是"可见"的(例如，如图6所示)。当然，尖端1158b也 可以成形以使得尖端1158b的一个或更多的转角是"可见，，的。
接下来看图13A — 15B ,这些图示出了加工探针阵列的例子， 在探针阵列中尖端在横梁1456a ， 1456b上成形。此外，为简化插 图，图13A — 15B只示出了阵列中的两个探针1508a , 1508b 。 正如可以看到的那样，其中的一个揮:针1508a将加工成具有^f交准标 记，校准标记将是尖端1458a的四个"可见，，转角；另一个探针1508b 将加工成不具有校准标记。
图13A — 14B示出了4黄梁1356a , 1356b在牺牲层1372上 成形。 一般来说，图13A — 14B示出的步骤和材料与前面阐述的图10A — 12B示出的步骤和材料大致相似，除了在掩模层1374的开 口 1356a , 1356b ^皮定形形成横梁。例如，凹点1358a , 1358b与 凹点1058a ， 1058b大致相似，淀积在开口 1356a ， 1356b (如图 14A和14B )的材料与淀积在开口 1056a ， 1056b的材料大致相 似。同样，其它的材料(未示出)，诸如脱离材料，晶粒，和/或 粘结材料可以如上面在图10A — 12B中阐述的一样在形成掩模层 1373之前淀积在牺牲层1372上。
注意，在图13A和13B示出的例子中，开口 1356a形成为凹 点1358a的所有四个转角的周围提供足够空间的图案以使得在凹点 1358a形成的1458a尖端的相应四个转角将在探针1508a的图像 中"可见"。在此例中，开口 1156a和凹点1058a加上图案并且祐: 定位在某些方面与图6示出的示例性支座656和尖端458相类 似。另一方面，开口 1356b不形成为凹点1358b的任何转角的周围 提供足够空间的图案以使得在凹点1358b中成形的尖端的转角在探 针1508b的图像中可靠地"可见"。
如图14A和14B所示， 一旦碎黄梁1456a ， 1456b在牺牲层 1372上成形，横梁1460a ， 1460b被连接到立柱构件1580上，立 柱构件自身连接到探针头1504的接触点1550上。横梁1456a ， 1456b可以以任何方式连接到立柱构件1580上，包括4f焊，铜焊， 和焊接。图15A和15B中示出的示例性的立柱构件1580包含有绑 定在接触点1550 —端的导线。(注意图15A未示出横截面。)导线 可以如第2001 / 0012739号美国专利申请公布所描述的在其上带有涂层，上述专利作为整体通过引用包括在此。
立柱构件1580不必由图15A和15B所示的两个构件组成，{旦 可由一个构件或多于一个的构件组成。此外，立柱构件1580不必是 导线而是适于支撑横梁的任何类型的构件。例如，立柱构件1580可 以是如第6 ， 268 ， 015号美国专利所述的光刻成形的立柱。作为 另一个示例，不论是导线或其它结构，当横梁仍在牺牲层1372 (见 图14A和14B )上时立柱构件1580可以成形在横梁1456a ， 1456b上或连接在一黄梁1456a , 1456b ,此过程后立柱将连接到接 触点1550且横梁从牺牲层上脱离。横梁的另外许多变化也是可能 的，例如，通过把掩模层1274定形和/或利用多个掩模层1274可 以使4果针有不同的形状和结构。上述例子可参见第6, 482， 013号 美国专利，第6 ， 184 ， 053号美国专利，第6 , 268 , 015号美 国专利，第2001 / 0001080号美国专利申请〃^布，和1999年3月 30号提出的流水号为09 / 539 ， 287号美国专利申请(待批)，所 有上述专利作为整体通过引用包括在此。
应当清楚的是，横梁1456a是定形的及尖端1458a安置在横梁 1456a上以使得尖端1458a的所有四个转角将在探针1508a的图 像中"可见"。因此，探针1508a包括校准标记(即"可见"转角)。 另一方面，因为横梁1456b没有定形且它的尖端(未示出)没有安 置在横梁1456b上，探针1508b不包括校准标记，以致尖端的任意 转角将在探针1508a的图像中可靠地"可见"。应当清楚的是，尖端 1458a的一个，两个或三个转角能够^皮制成为"可见"的(例如，如图4A ， 4B ， 4C所示)，这可通过对开口 1456a加上图案以限定 才黄梁1456a和定位凹点1358a以在^f黄梁1456a上定位尖端 1458a , <吏尖端1458a仅一个转角是"可见"的(例如，如图4A ， 4B ,和4D所示)，尖端1458a的两个转角是"可见"的(例如， 如图5所示)，或者尖端1458a的三个转角是"可见"的。当然， 横梁1456b上的尖端(未示出)也可以成形以使得其尖端的一个或 更多的转角是"可见"的。
应当注意的是图形不必依比例绘制。例如，图3A和3B示出的 探针与探针头304和接线板基底302相比通常要小的多。同样，晶 片上基片324b , 324d ， 324e , 324f要比图3B示出的通常靠近 的多。为图示之目的，图3A和3B中探针显得更大，基片间隔的更 远。类似的，其它图形也不必依比例绘制。
虽然本发明的原理已经在说明书实施例的内容中作了图示说明 和阐述，本领域技术人员将理解为在不背离本发明的原理下对所公开 的实施例做出各种修改。
例如，虽然上述示例性的实施例示出了本发明应用于探测半导体 晶片的探测器，但本发明同样可应用于任何电子元件的探测，其中， 为测试电子元件的目的，使探针与该电子器件的接线端或其它接触点 或特征接触。上述例子包括用于包括单个半导体基片在内的封装或未 封装电子元件的插孔和测试探针。实际上，本发明适用于任何类型的 探针与任何类型元件的接触点或接触特征相校准的应用。
作为另一个例子，虽然图10A — 15B示出了在牺牲衬底上^笨针的至少一部分的成形，探针可变换地直接地在探针基底304, 1204, 1504上整体或部分成形。此类例子在第6 ， 268 ， 015号美国专利 中有过描述，在此作为整体通过引用包括在此。作为另一种变换，多 个探针可以在多个牺牲层上以多个步骤成形，在第6 ， 520 ， 778 号美国专利中有过描述，在此作为整体引用包括在此。
作为一个例子，虽然控制器230被描述成是基于^f敛处理器的和 在软件控制下运作，控制器230可以用由操作者手工操作的人工控 制器代替。例如，操作者可以手工地搜寻图像和然后手工地移动卡盘 214 。或者，控制器230可以是部分自动化的操作和部分手工的操 作。当然，控制器230可以被不是基于微处理器的控制器或部分基 于微处理器的控制器所代替。
转角作为校准标记；放置校准特征在仿真的探针上(即，探针不与晶 片接线端接触)或放置校准特征在平台或支座上而不是在探针上。
权利要求
1.一种探测电子元件的系统，所述系统包括探测器(220)，所述探测器(220)包括探针接触器，所述探针接触器包括多个探针，所述多个探针中的各个探针具有被配置以接触所述电子元件的尖端；在一组所述探针中的多个探针中的各个探针包括附加在所述探针接触器的第一端的本体部分以及附加在所述本体部分的第二端的支座，所述支座包括一通常平坦的表面，多个所述尖端中的一个尖端被附加到所述表面；其中对于在所述组中的至少两个探针，尖端的第一边被定位在沿着所述第一边的一预定的最小长度离开所述支座的所述通常平坦的表面的周边的至少一预定的最小距离处；以及在多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面上聚焦照相机；与所述探测器(220)相连的控制器(230)，所述控制器(230)用于捕捉多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的图像；在对应于多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的被捕捉的图像中搜索对应于所述尖端的特定特征的图像特征；以及影响在所述电子元件上的目标和所述探针的尖端之间的接触，所述影响接触包括利用对应于所述尖端的特定特征的所述图像特征以校准所述探针的尖端和在所述电子元件上的目标。
2. 如权利要求l所述的系统，其中对于在所述组中的至少两个探针中的 至少一个4罙针，尖端的至少一边^皮定位以沿着所述至少一边的所述预定的最小 长度更靠近所述支座的所述通常平坦的表面的周边的所述预定的最小距离。
3. 如权利要求l所述的系统，其中对于多个探针，尖端的至少三条边中 的每一条边被定位以沿着所述至少一边的所述预定的最小长度更靠近所述支 座的所述通常平坦的表面的周边的所述预定的最小距离。
4. 一种^笨测电子元件的系统，所述系统包括探测器(220 ),所述探测器(220 )包括探针接触器，所述探针接触器包括多个探针，所述多个〗罙针中的各个探针具有^:配置以接触所述电子元件的尖端，在一组所述探针中的多个探针中的各个探针包括附加在所述探针接触器 的第一端的本体部分以及附加在所述本体部分的第二端的支座，所述支座包括 一通常平坦的表面，多个所述尖端中的一个尖端被附加到所述表面；其中对于 在所述组中的至少两个探针，尖端的第一转角被定位在离开所述支座的所述通 常平坦的表面的周边的至少一预定的最小距离处；以及在多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面上聚焦照相机； 与所述^:测器(220 )相连的控制器(230)，所述控制器(230)用于 捕捉多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的图像； 在对应于多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的被捕捉的图像 中搜索对应于所述尖端的特定特征的图像特征；以及影响在所述电子元件上的目标和所述探针的尖端之间的接触，所述影响接 触包括利用对应于所述尖端的特定特征的所述图像特征以校准所述探针的尖 端和在所述电子元件上的目标。
5. 如权利要求4所述的系统，其中对于在所述组中的至少两个^果针中的 至少一个〗笨针，尖端的第二转角被定位以更靠近所述支座的所述通常平坦的表 面的周边的所述预定的最小距离。
6. 如权利要求4所述的系统，其中对于多个探针，尖端的各个转角被定 位以更靠近所述支座的所述通常平坦的表面的周边的所述预定的最小距离。
7. —种探测电子元件的系统，所述系统包括 探测器(220 ),所述探测器(220 )包括探针接触器，所述探针接触器包括多个探针，所述多个揮:针中的各^采针具 有被配置以接触所述电子元件的尖端，在一组所述探针中的多个探针中的各个探针包括附加在所述探针接触器的第一端的本体部分以及附加在所述本体部分的第二端的支座，所述支座包^舌一通常平坦的表面，多个所述尖端中的一个尖端被附加到所述表面；其中对于在所述组中的至少两个揭:夸卜，尖端的会聚以形成所述尖端的第 一转角的第一对 边被定位在沿着在来自所述第一转角的所述第一对边内的各个边的一预定的最小长度离开所述支座的所述通常平坦的表面的周边的一预定的最小距离处； 以及与所述探测器(220 )相连的控制器(230 ),所述控制器(230 )用于 在多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面上聚焦照相机； 捕捉多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的图像； 在对应于多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的被捕捉的图像中搜索对应于所述尖端的特定特征的图像特征；以及 '影响在所述电子元件上的目标和所述探针的尖端之间的接触，所述影响接触包括利用对应于所述尖端的特定特征的所述图像特征以校准所述探针的尖端和在所述电子元件上的目标。
8. 如权利要求7所述的系统，其中对于在所述组中的至少两个探针中的 至少一个探针，尖端的会聚以形成所述尖端的第二转角的第二对边被定位在沿 着在来自所述第二转角的所述第二对边内的各个边的所述预定的最小长度更 靠近所述支座的所述通常平坦的表面的周边的所述预定的最小距离。
9. 如权利要求8所述的系统，其中对于多个探针，尖端的会聚以形成所 述尖端的转角的各对边被定位在沿着在来自由所述对边形成的所述转角的所 述对边内的各个边的所述预定的最小长度更靠近所述支座的所述通常平坦的 表面的周边的所述预定的最小距离。
10. —种探测电子元件的系统，所述系统包括 探测器(220 )，所述探测器(220 )包括探针接触器，所述探针接触器包括多个探针，所述多个探针中的各个挥:针 具有被配置以接触所述电子元件的尖端，在一组所述探针中的多个探针中的各个探针包括附加在所述探针接触器 的第一端的本体部分以及附加在所述本体部分的第二端的支座，所述支座包括一通常平坦的表面，多个所述尖端中的一个尖端被附加到所述表面；其中被捕捉的电子图像包括对应于所述支座的任一支座的所述通常平坦的表面的明亮颜色的区域，所述搜索包括搜索在所述明亮颜色的区域内的黑边，所述黑边对应于被附加到所述支座中的任一支座的尖端的边；以及在多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面上聚焦照相机； 与所述^:测器(220 )相连的控制器(230 )，所述控制器(230 )用于 捕捉多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的图像； 在对应于多个所述支座中的任一支座的通常平坦的表面的被捕捉的图像中搜索对应于所述尖端的特定特征的图像特征；以及影响在所述电子元件上的目标和所述探针的尖端之间的接触，所述影响接触包括利用对应于所述尖端的特定特征的所述图像特征以校准所述探针的尖端和在所述电子元件上的目标。
11. 如权利要求IO所述的系统，其中所述搜索进一步包括搜索在所述明 亮颜色的区域中的各个区域内的多条黑边，所述黑边对应于被附加到对应所述 明亮颜色的区域的所述支座中的任一支座的尖端的边。
12. 如权利要求10所述的系统，其中所述搜索进一步包括搜索在所述明 亮颜色的区域内的多对会聚黑边，所述多对会聚黑边对应于被附加到所述支座 中的任一支座的尖端的边。
13. 如权利要求IO所述的系统，其中所述搜索进一步包括搜索在所述明 亮颜色的区域中的各个区域内的多对所述会聚黑边，所述多对会聚黑边对应于 被附加到对应所述明亮颜色的区域的所述支座中的任一支座的尖端的边。
全文摘要
探针阵列的图像搜寻的校准特征。然后利用校准特征让接触目标和和探针相互接触。校准特征可以是探针的一个或多个尖端的特征。例如，这种特征可以是一个尖端的转角(462b)。可以形成具有这样校准特征的探针阵列。
文档编号G01R31/00GK101629982SQ20091016059
公开日2010年1月20日 申请日期2004年4月12日 优先权日2003年4月10日
发明者永井文策, 金兑磨 申请人:佛姆法克特股份有限公司