用于测试电性能的多点探针以及生产多点探针的方法

专利名称：用于测试电性能的多点探针以及生产多点探针的方法
技术领域：
本发明通常涉及在测试样本的特定位置测试电性能的技术，尤其是探测和分析表 面层和多层结构的技术。更具体地，本发明涉及多点探针，多点测试装置和生产多点探针的 方法。
背景技术：
显微镜四点或多点探针是公知的，并且是已建立的用于对测试样本的电性能进行 测试的技术。传统的四点探针典型地具有每个探针臂的特定区域或接触点，其与其他探针 臂对应的特定区域或接触点成直线结构放置。探针臂通常是直的，单向的，并且围绕它们的 中心轴对称，例如沿着纵向延长的中心轴具有相同的矩形或圆形横截面。用于确定测试样本电性能的多点探针和对应的方法以及系统已经在例如 EP1095282BLUS7304486以及US7323890的公开文本中描述过。可以参考上述US专利，并 其并入本说明书作为参考。上述EP专利和对应于US专利申请US2004/0056674的US专利公开了一种多点探 针，其具有源于特定制造工艺的多个探针臂。讨论中的每个探针臂沿纵向对称线是对称的， 并具有位于对称线上的特定区域或接触点。所有探针臂还具有相同的形状，其实际上意味 着公开的多点探针的空间分辨率由探针臂之间的间距单独确定。在上述EP和US专利中也 公开了从探针臂延伸的非对称定位的尖端元件，但是它们都来自于与探针臂的特定制造工 艺不同的制造工艺，即电子束沉积的金属化。清楚地，两个不同的制造工艺增加了制造多点 探针的复杂性。传统地，外部定位系统通过相对于测试样本表面在垂直方向移动四点探针，使四 点探针物理接触测试样本。测试样本表面可能不平，垂直于该表面的力必须施加于四点探 针，用以保证所有特定区域或接触点按需连接。不平的测试表面会导致表面上每个特定区 域或接触点的力在探针臂之间变化。当相关领域中的多点探针按比例缩小时，具有几个运 行约束。探针臂的距离和宽度会变小，尤其是后者会出现一些严重的尺度效应。如果矢量ex，ey和ez形成标准正交基，其中ex平行于中心轴以及ez垂直于由单向 探针臂形成的平面，那么探针臂的长度为L · ex,宽度为w · ey,以及高度为h · ez。由于多点 探针的尺寸和形状，因此，探针臂需要一定高度，以避免探针的支撑体的任意点遇到探针臂 前的样本表面。原则上，三个严重的尺度效应来自于探针臂的狭窄。首先，当建模时，由弹性常量 代表的弯曲度会下降。在平行于ey的y方向上，弹性常量与ky w3h成比例，其中在平行 于ez的ζ方向上，它与kz w3h成比例。因此，当缩短探针臂的宽度时，横向弹性常量ky比 kz下降更快。实际上，这意味着探针臂对于精确定位来说会很软和太柔性，区域或接触点会 很难确定。第二，探针臂变窄会增加连接引线和探针臂尖端之间，即探针臂的近端和远端之 间的电阻和热阻。对于低噪声测量来说，探针臂的低电阻，即连接引线和特定区域或接触点之间的低电阻是必须的。进一步，如果热阻太高，那么由于焦耳热引起的电迁移和/或热迁 移，导致电极材料被损坏或损毁。第三，当探针臂的体积由于宽度和高度的降低而减小时，那么热容量会降低。因 此，探针臂吸收热量或能量的能力会降低，这会导致探针臂在短时间的短暂峰值电流时出 现过热，以及因此探针臂故障。双层(或多层)测试样本表面上测量的表面层灵敏度取决于探针臂的距离。在特 定区域或接触点之间的距离很大时，电流流经样本顶层，或表面层，以及样本底层，或衬底。 但是，如果特定区域或接触点之间的距离足够小，那么电流主要流经样本顶层。对于上述传统的多点探针来说，通过降低探针臂距离来增加灵敏度。但是，在不遭 受上述严重的尺度效应的情况下，存在探针臂距离的下限，其被估计作为可实现的最小探 针臂距离。根据经验中可以发现，最小探针臂距离的限值是Iym的数量级，探针臂距离小 于Iym的探测将遭受严重的尺度效应。注意，探针臂的下限不是突然的，但是响应于尺度 效应逐步发生作用的情况。本发明的目的是获得高灵敏度的测量，而不遭受任何严重的尺 度效应。

发明内容
可以从下述本发明优选实施例的详细描述中显而易见的上述目的、上述优点和上 述特征以及多个其他目的、优点和特征是根据本发明第一方面的，该第一方面通过多点探 针获得，其中该多点探针用于对测试样本的多个特定位置进行电性能测试，所述多点探针 包括(a)限定第一表面的支撑体；(b)多数个第一导电探针臂，每个所述探针臂定义了近端和远端，所述探针臂在所 述近端连接至所述支撑体，并且所述远端从所述支撑体自由延伸，使所述探针臂独立弯曲 运动；所述探针臂和所述支撑体一起限定每个所述探针臂和所述支撑体之间的接触线，每 条所述接触线限定了与所述第一表面平行的垂直平分线；(c)所述导电探针臂源自生产所述多点探针的工艺，其中该工艺包括在支撑晶片 体上产生与所述支撑晶片体正面接触的所述导电探针臂，并移除所述晶片体的一部分，其 中该晶片体提供所述支撑体，并提供从所述支撑体自由延伸的所述导电探针臂；(d)每个所述探针臂限定了与其垂直平分线垂直，并与其和所述支撑体的接触线 平行的最大宽度，以及与其垂直平分线和其与所述支撑体的接触线垂直的最大厚度，所述 最大宽度与所述最大厚度的比例限定在0. 5-20的范围内，例如1-10，优选1-3，每个所述探 针臂在其远端具有特定区域或接触点，用于接触所述测试样本的所述多个特定位置中的一 个特定位置；以及(e)至少一个所述探针臂具有用于限定尖形远端的延伸部，该尖形远端提供相对 于所述探针臂的垂直平分线偏移的所述探针臂的特定区域或接触点。最大宽度与最大厚度的比例在0.5-20的范围内会保证在测量时，尤其是探针臂 距离在超微米尺寸时，探针臂的弯曲中涉及的弹性常量之间的关系保持平衡。很小的最大 宽度会导致在横向方向中很小的弹性常量，即探针臂在平行于ey的方向上很容易弯曲，这 会导致在测试样本上，尤其是在不平的表面上，放置特定区域或接触点的精确性降低。这种影响在最大厚度很大时会增强，这是由于要使用更大的力以保证所有探针臂的特定区域或 接触点与测试样本良好接触。进一步，很大的最大宽度会导致特定区域或接触点距离很远， 这意味着多点探针的空间分辨率更低。当探针臂的特定区域或接触点位于其远端时，这意味着延伸部也在其远端。具有 延伸部的探针臂的特定区域或接触点相对于其垂直平分线偏移。该偏移具有垂直于垂直平 分线和平行于接触线的第一偏移分量，和/或垂直于垂直平分线和垂直于接触线的第二偏 移分量。进一步，具有延伸部的探针臂的特定区域或接触点与另一探针臂的特定区域或接 触点之间的距离可以通过偏移减小，由于这样增加了多点探针的空间分辨率，因此这是一 个优点。多点探针的另一探针臂与该一个探针臂并列放置，在其远端具有与该一个探针臂 的延伸部适合的斜端面，且限定了组成其特定区域或接触点的尖形远端，其中该特定区域 或接触点与该一个探针臂的特定区域或接触点距离很近。在优选实施例中，定位斜端面，使 得探针臂在其远端的宽度随着其近端距离的增加而减少。实际上，这将产生尖形远端。挥 针臂的斜端面也可以认为是探针臂具有倒角的端面，或者具有凸起或凹陷，使得当从垂直 于垂直平分线和接触线的方向观察探针臂时，端面限定了与垂直平分线的角度。另外，探针 臂不限于在其远端具有单个斜端面，其可以具有任意数量的该表面。 一个探针臂可以对应于前述具有延伸部的探针臂。在本文中，表述“适合”优选解 释为其传统形式，即该一个和其他探针臂中的每一个都具有面对其他探针臂的侧面，如果 这些探针臂聚在一起，那么这些侧面将重合。替换的解释是一个探针臂的延伸部具有的几 何形状与其他探针臂的远端的几何形状适合，即几何形状是等大的，它们仅区别于旋转，反 射和/或变换。更宽泛的解释是，与斜端面适合的延伸部对应于延伸的特征，使得一个探针 臂和其他探针臂之间的距离基本恒定，或者当从探针臂的近端到达特定区域或接触点时， 其改变小于任意探针臂最大宽度的一半。其他探针臂的特定区域或接触点可以距离该一个探针臂的特定区域或接触点很 近设置。这可以解释为具有特性的适合的延伸，该特性在于它减小了涉及的探针臂的特定 区域或接触点之间的距离。清楚地，这使得探针臂的特定区域或接触点彼此更近，这是一个 优点，原因在于它能够实现多点探针更高的空间分辨率。其他探针的特定区域或接触点可以偏离其垂直平分线设置。这是优点，因为它可 以将其他探针臂的特定区域或接触点距离该一个探针臂的特定区域或接触点更近，或离再 一个探针臂的特定区域或接触点更近。实际上，由于它增加了多点探针的空间分辨率，因此 这也是优点。多点探针的至少一个探针臂可以具有纵向延伸并相对于该至少一个探针臂的垂 直平分线偏移的拉长式通孔，用于在相对于支撑体柔性移动该探针臂以及垂直于第一表面 移动特定区域或接触点时，在很大程度上消除垂直于探针臂垂直平分线和平行于第一表面 的任何运动。当测量中使用探针臂时，探针臂的特定区域或接触点相对于垂直平分线的偏移使 得特定区域或接触点在平行于其接触线的横向方向移动。由于这会导致在测试样本上放置 特定区域或接触点的精确性下降，即测量的空间精确性下降，因此这是个不足。但是，该孔 可以改变探针臂的结构属性，使得当在测量中使用探针臂时，即使在扭矩还存在的情况下，
7基本消除特定区域或接触点的横向移动。清楚地，该孔可以提高测量的空间精确性，这是一个优点。根据本发明的基本实现方式，根据本发明第一方面的多点探针根据生产电子电路 的技术实现，尤其包含从支撑体产生探针的平板色谱，该支撑体来源于晶片体。在该晶片 体上产生包含沉积的多个第一导电探针臂，该沉积通过本领域公知的任意技术，例如化学 气相沉积(CVD)，等离子体增强化学气相相沉积(PECVD)，电子回旋共振(ECR)，聚焦离子束 (FIB)诱导沉积或溅射，化学蚀刻，等离子蚀刻，聚焦离子束(FIB)蚀刻或任意其他产生技 术，例如高分辨率平版印刷法诸如UV平版印刷术，电子束平版印刷术，原子力显微镜(AFM) 平版印刷术或激光平版印刷术完成。因此，通过机械研磨或蚀刻移除原始支撑体的一部分， 产生本发明特有的自由延伸的导电探针臂，从而构成根据本发明第一方面的多点探针的测 试管脚。从原始晶片体上移除，用于产生支撑导电探针臂的主体的上述部分可以构成原始 晶片体的一小部分或一大部分。与导电探针臂的自由延伸部分相比，该支撑体可以根据本 发明的多点探针的替换实施例，在空间上组成一小部分或一大部分。根据本发明基本实现方式，根据本发明第一方面的多点探针的导电探针臂的特点 允许以导电探针臂相对于要测试的测试样本的表面角定位的形式实现多点探针的接触，这 不同于上述的四点探针，上述的四点探针相对于测试样本的表面垂直移动。多点探针的导 电探针臂的角定位允许柔性和弹性在弯折导电探针臂以接触测试样本的任意特定和预期 的位置，并与讨论中的位置建立可靠的电接触。本发明的技术特点，即利用导电探针臂相对于测试样本的角定位，在多点探针和 测试样本的测试位置之间建立接触，用于在导电探针臂的弯折或弯曲中接触，可以防止探 针臂机械损坏要测试的测试样本或使其恶化，这在特定应用，例如薄膜特性，磁性隧道结 (MJT)特性，层间接触电阻率特性，LSI和VLSI电路中，是非常重要的。与现有技术的四点探针臂不同，由于使用了下述生产技术，根据本发明的包括多 个第一导电探针臂的多点探针可以以任意恰当的结构构造，该生产技术允许为了满足特定 需求，例如要测试的特定测试样本，使得导电探针臂彼此之间以及相对于支撑体以任意相 互方向定位。在本文中，本发明的特殊特征，即利用与生产电子电路的技术一致的生产技术 的可能性，导致允许利用微型系统现有的CAD/CAM技术，根据特定需求很容易地构造多点 探针。但是，根据多点探针的优选实施例，其中该多点探针根据本发明第一方面，多个第一 导电探针臂是单向的，且构成多个平行的支撑体的自由延伸部。根据本发明第一方面的多点探针的多个第一导电探针臂具有单向导电探针臂。进 一步，导电探针臂限定了导电探针臂的第一探针臂的特定区域或接触点和导电探针臂的第 二探针臂的特定区域或接触点之间的第一距离。第一和第二探针臂进一步限定了第一探针 臂的正交平分线和第二探针臂的正交平分线之间的第二距离，其和第一距离一起定义了一 对距离，其中第一距离小于第二距离。根据本发明第一方面的多点探针的三个导电探针臂顺序放置在支撑体上，并由与 一对距离对应的第一间距和也与一对距离对应的第二间距分隔开，其中在第一和第二间距 的每一个中，第一距离小于第二距离。第一间距的第一距离基本与第二间距的第一距离可 以基本相同，或者第一间距的第一距离与第二间距的第一距离可以基本不同。
第一间距的第一距离可以在IOnm至120 μ m，40nm至60 μ m，80nm至30 μ m，和/ 或160nm至15μπι的范围内，优选是200nm，第二间距的第一距离也可以在IOnm至120 μ m， 40nm至60 μ m，80nm至30 μ m，和/或160nm至15 μ m的范围内，优选是200nm。进一步，第 一间距的第一距离可以在 IOnm 至 IOOnm, IOOnm M 300nm, 300nm Mlym, 1μπιΜ5μπι,5μπι 至20 μ m，或20 μ m至120 μ m的范围内，第二间距的第一距离也可以在IOnm至lOOnm，IOOnm 至 300nm, 300nm 至 lym，lym 至 5ym，5ym 至 20ym，或 20ym 至 120ym 的范围内。根据本发明第一方面的多点探针的另一个导电探针臂可以和三个导电探针臂的 序列顺序放置，并通过对应于一对距离的第三间距与三个导电探针臂中最接近的分隔开， 第三间距具有第一距离，该第一距离比第一间距的第一距离和第二间距的第一距离大。第三间距可以具有第一距离，该第一距离比第一和/或第二间距的第一距离大的 倍数在2至1000，5至800，10至600，和/或20至400的范围内，优选是40。进一步，第三 间距可以具有第一距离，其比第一和/或第二间距的第一距离大的倍数在3至10，10至30， 30 至 90，90 至 300，300 至 1000，IO3 至 IO4, IO4 至 IO5, IO5 至 IO6, IO6 至 IO7,或者 IO7 至 IO8 的范围内。并且，可以通过任何其他与测试样本电接触的方法，例如在测试样本的任意位置 上的采样后门，共晶触点，或钳位触点来移除和代替第四探针臂。根据本发明第一方面的多点探针一个表面上的多个第一导电探针臂和前述实施 例一样，在一个表面上具有三个或多个导电探针臂。四个导电探针臂对于单次测量来说，是 优选的数量，而12个是在不同特性的长度比例中，对于几次测量来说是优选的数量。在四 个导电探针臂的任意两个之间，向测试样本的表面施加测试信号用以为剩余的两个导电探 针臂之间提供最终的测试信号，包括测试样本的电性能信息。根据本发明第一方面的多点探针的导电探针臂为多层，并为每个探针臂定义了顶 层和底层，底层连接至支撑体，而顶层连接至底层，并与支撑体位于底层的相对侧。如果所 有拉长式通孔被忽略，那么每个顶层和底层基本都是矩形横截面，因此可以为每层将宽度 的尺寸定义为矩形横截面的连线之间的距离，其中该矩形横截面的连线垂直于支撑体第一 表面的平面；将深度的尺寸定义为矩形横截面的连线之间的距离，其中该矩形横截面的连 线平行于支撑体第一表面的平面；以及将长度的尺寸定义为导电探针臂的近端至导电探针 臂的远端之间的距离。每个导电探针臂的顶层的深度小于底层的深度。进一步，每个导电探针臂的顶层 的宽度大于底层的宽度。进一步，每个导电探针臂的顶层的长度大于底层的长度。导电探 针臂底层的长度与宽度比在500 1至2 1的范围内，例如比例为50 1和5 1，优选 应用的比例为10 1。进一步，导电探针臂底层的宽度与深度比落在20 1至1 5的范 围内，优选应用的比例为2 1。根据本发明第一方面的多点探针的至少一个所述导电探针臂在导电探针臂的远 端具有锥形元件。锥形元件可以是多层并定义了锥形顶层和锥形底层，其分别是导电探针 臂的顶层和底层的延伸部。进一步，导电探针臂的特定区域或接触点位于锥形元件。根据本发明第一方面的多点探针的至少一个导电探针臂具有尖形元件，其从导电 探针臂远端处的区域、点或锥形元件延伸；导电探针臂的特定区域或接触点位于锥形元件 或延伸元件上。根据本发明第一方面的多点探针的多个第一导电探针臂具有的长度在IOOnm至2mm的范围内，优选具有10 μ m的长度。根据本发明第一方面的多点探针的支撑体是陶瓷材料，和/或支撑体是半导体材 料，和/或支撑体是聚合体材料。优选地，材料包括Si，石英(Quartz)，SU-8或其任意组合。 使用该材料或其组合允许多点探针制造工艺中的精密加工，因此受益于精密加工技术的优
点ο根据本发明第一方面的多点探针的底层是介电材料或半导体或聚合体。优选地， 介电材料或半导体或聚合体包括SiO2, SixNy，Si或SU-8。根据本发明第一方面的多点探针的探针臂顶层是导电层。作为替换，顶层可以包 括导电层和承载层，承载层与底层接触，而导电层连接至承载层，并与底层位于承载层的 相对侧。导电层包括导电材料，例如 Au，Ag，Pt，Ni，Ta，Ti，Cr, Cu，Os，W, Mo，Ir, Pd，Cd， Re，导电金刚石，金属硅化物，导电陶瓷，半导体材料或其任意组合。承载层可以包括介电材 料，半导体材料，或金属或合金，例如晶体硅或多晶硅，Ge，金刚石，类金刚石碳，SiC, SixNy， SU-8, TiN, Tiff, NiSi, TiSi2，或 WSi2，优选是晶体硅。可以从下述本发明优选实施例的详细描述中显而易见的上述目的、上述优点和上 述特征以及多个其他目的、优点和特征可以根据本发明的第二方面，借助用于对测试样本 的特定位置进行电性能测试的多点测试装置获得，该多点测试装置包括(i)用于接收和支撑所述测试样本的装置；(ii)电性能测试装置，其包括用于产生测试信号的发电装置和用于检测测量信号 的电测量装置；(iii)多点探针，包括(a)限定第一表面的支撑体；(b)多数个第一导电探针臂，每个所述探针臂定义了近端和远端，所述探针臂在所 述近端连接至所述支撑体，并且所述远端从所述支撑体自由延伸，使所述探针臂独立弯曲 运动；所述探针臂和所述支撑体一起限定每个所述探针臂和所述支撑体之间的接触线，每 条所述接触线限定了与所述第一表面平行的垂直平分线；(c)所述导电探针臂源自生产所述多点探针的工艺，其中该工艺包括在支撑晶片 体上产生与所述支撑晶片体正面接触的所述导电探针臂，并移除所述晶片体的一部分，其 中该晶片体提供所述支撑体，并提供从所述支撑体自由延伸的所述导电探针臂；(d)每个所述探针臂限定了与其垂直平分线垂直并与其和所述支撑体的接触线平 行的最大宽度，以及与其垂直平分线和其与所述支撑体的接触线垂直的最大厚度，所述最 大宽度与所述最大厚度的比例限定在0. 5-20的范围内，例如1-10，优选1-3，每个所述探针 臂在其远端具有特定区域或接触点，用于接触所述测试样本的所述多个特定位置中的一个 特定位置；以及(e)至少一个所述探针臂具有用于限定尖形远端的延伸部，该尖形远端提供相对 于所述探针臂的垂直平分线偏移的所述探针臂的特定区域或接触点；(f)所述多点探针与所述电性能测试装置通信；以及(iv)往复装置，用于相对于所述测试样本移动所述多点探针，使得所述导电探针 臂与所述测试样本的所述特定位置接触，用于执行所述电性能的测试。根据本发明第二方面的多点测试装置基本上包括根据本发明第一方面的多点探针，该多点探针用于组成根据本发明第二方面的多点测试装置的元件，其可以以根据本发 明第一方面的多点探针的任意上述特征为依据实现。并且，根据本发明第二方面的多点测 试装置包括用于对测试样本进行测试的电性能测试装置，其包括发电装置，用于向测试样 本的表面提供测试信号，其根据特定要求，例如测量电阻，电抗，电容，回转速率，单位增益 带宽和3dB带宽，该信号可以是电流或电压，脉冲信号，具有正弦，方形，三角形信号分量的 DC或AC，或者其组合，从LF变化到包括HF的RF。电性能测试装置进一步包括电测量装置， 其提供设施用于检测上述测试信号类型和频率范围的测量信号，以及提供广泛的电性能测 试信息，并包括例如快速傅立叶变换(FFT)，相位锁定和测量的测试信号的实时可视化的功 能。根据特定要求，电性能测试装置以探测测试样本的探测装置为特征，用于执行测试样本 表面和电性能测试装置之间的链接。根据本发明第二方面的多点测试装置也包括后门，用于将电性能测试装置连接至 测试样本。该后门尤其适用于和多点探针结合使用，其中该多点探针具有三个用于对测试 样本电性能进行测试的导电探针臂。根据本发明第二方面的多点测试装置也包括往复装置，用于保持根据本发明第一 方面的多点探针，以及相对于测试样本定位根据本发明第一方面的多点探针，使得导电探 针臂与测试样本表面上特定位置物理接触以执行电性能的测试，并记录根据本发明第一方 面的多点探针相对于测试样本的特定位置，在所有空间方向上的分辨率为0. Ιμπι或者甚 至更小。在所有空间方向中具有全面可操作性的目的是允许利用一个校准的根据本发明第 一方面的多点探针在测试样本的整个平面上进行多点测量，因此避免由于多个校准差异产 生的不精确，其中所有空间方向是与测试样本的表面共面或垂直于测试样本的表面。可操 作性包括沿着与测试样本表面平行的轴的角运动，设置测试样本的表面和根据本发明第一 方面的多点探针上导电探针臂的长度之间的角度，因此利用导电探针臂的弯曲性来避免测 试样本表面上的设备可能的毁坏或恶化，沿着垂直于测试样本表面的轴提供根据本发明第 一方面的多点探针的360°旋转，使得测试样本表面上的设备的测量具有任意相互相对的 共面角位置。根据本发明第二方面的多点测试装置进一步包括用于感测测试样本的表面和根 据本发明第一方面的多点探针的多个导电探针臂之间物理接触的装置，以确保测试样本的 非毁坏性测试，并因此避免测试样本表面上的可能的设备出现的毁坏。可以从下述本发明优选实施例的详细描述中显而易见的上述目的、上述优点和上 述特征以及多个其他目的、优点和特征可以通过本发明的第三方面，借助生产多点探针的 方法来获得，该方法包括下述步骤⑴生产晶片体；(ii)生产多个第一导电探针臂，其与所述晶片体共面且面对放置；以及(iii)移除一部分所述晶片体，用于提供所述导电探针臂，其从所述晶体片的未移 除部分自由延伸，所述晶片体组成支撑体，所述导电探针臂从所述支撑体自由延伸。根据本发明第三方面的生产多点探针的方法包括允许产生自由延伸导电探针臂 的任何相关生产技术，其中该导电探针臂相对于支撑体自由延伸。相关和感兴趣的技术基 于半导体微制造技术，厚膜技术，薄膜技术或其组合。生产的方法进一步包括任何生产多层 导电探针臂的相关生产技术。相关生产技术可以进一步是下述工艺，化学气相沉积(CVD)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，电子回旋共振(ECR)或溅射，机械研磨，蚀刻，高分辨 率平版印刷法诸如UV平版印刷术，电子束平版印刷术，原子力显微镜(AFM)平版印刷术，聚 焦离子术(FIB)，或激光平版印刷术。


本发明附加的目的和特征将结合附图，从下述详细的描述和后附权利要求中更容 易理解，其中图1，提供了测试样本上传统的四点探针测量的整体说明；图2，提供了利用非对称四点探针在测试样本上测量的整体说明；图3，提供了在无孔的情况下，弯曲和扭转探针臂的示意性说明；其中当两个电极 在表面上啮合时，彼此互相移动；图4，提供了在有孔的情况下，弯曲和扭转探针臂的示意性说明；图5，提供了根据优选实施例的，非对称四点探针测量的轮廓说明；图6，描述了在沉积的支撑层形成图案后的衬底；图7，说明了通过去除部分衬底，探针臂的形成；图8，描述了为底切探针臂而进行的衬底蚀刻；图9，描述了导电层的沉积。
具体实施例方式在EP1095^2B1中详细描述了多点探针的一般性技术，以及利用多点探针对测试 样本的特定位置测试电性能的方法。该公开文本和本发明的主题存在相似之处，这里也使 用了所有已述的技术和方法。图1提供了测试样本10上传统的四点探针测量技术的整体说明，其中探针臂21， 22，23和M的特定区域或接触点成直线结构。在该示例中，测试样本是双层材料，其包括 具有不同特性的两层。样本顶层12通过结合表面15附着于样本底层13。探针臂21和M 通过两个探针臂的特定区域或接触点31和34提供电流。电流由从测试样本表面11进入 测试样本10的电流线14代表。其他两个探针臂22和23用于测量相应的探针臂的特定区 域或接触点32和33之间的电压。在该特定示例中，a是31和32之间的间距，b是31和33之间的间距，c是32和 34之间的间距，以及d是33和34之间的间距。如果Pc是结合表面15的单位Ωπι2上特 定的接触电阻(或接触电阻系数或电阻面积之积)，那么&和&分别是样本顶层12和样 本底层13的电阻或层电阻；在由探针臂21和M引入的电流I处，特定区域或接触点32和 33之间的测量电压V可以由下述关系建模和描述
V RtRb 1 (Rr(^fa) ^ id) ^ fb) ^ fc\].-- ρ Γ ^ — ^0 7γ -Κ γ-τ +In —
I Rt +Rb 2π{ΚΒ ^^λ) yAJ\ad)) ()其中Ktl(X)是修正的第二种零阶贝塞尔函数，该函数伴随递增的任意变量X，快速 下降，并且λ是由下述给定的转移长度
为了增加多点探针测量的表面灵敏度和空间分辨率，以及同时避免负的尺度效 应，则提出一种不同于上述尺度缩小的方法是必要的。一种方法是将探针臂的结构从等距 变为非对称，如图2中一般性示意所示。当电流由探针臂22’的特定区域或接触点32’注 入时，电流注入点极近处的静电电势主要取决于样本顶层12’的导电率。非对称探针臂结构具有的优点为，在四个探针臂中的两个之间，即图2 —般性的 示意中的探针臂21’和22’，仅需要最小的电极探针臂距离。因此，该探针臂结构对于使 上述尺度效应最小化更加灵活，尤其是如果它和非对称或非单向探针臂结合使用。探针臂 21’ -23’中的任一个可以用于电流注入和电压测量，第四个探针臂24’原则上可以放置在 测试样本的任何地方，用作后门。根据建议的非对称探针臂结构，可以调整上述与公式1和2相关的相关技术的特 定示例。通过定义上述间距，如果图1中的探针臂34放置在距离其他三个探针臂更远的位 置，那么间距c和d将增加。对于足够大的间距c和d来说，上述公式1可以近似为
Γ VAsym RtRb \ (Rt fa^—7—= n r, ^λ0 — -K0 - +In -
I Rt +Rb 2π{ΚΒ1 UJ U;J Ka))(3)清楚地，当利用非对称探针臂结构时，可以很容易使用特定区域或接触点32和33 之间的电压VAsym和通过探针臂21注入的电流I获得双层(或多层)测试样本的电性能。本发明的不同方面展示了在探针臂的纵向方向上延伸的拉长式通孔的概念。当在 测量中使用探针臂时，图3-4被包括用以示意性说明孔的工作方式。可以理解，图3中探针 臂的扭转已被夸大，其用于展示理想的技术效果。图3示出了附着在支撑体315上的两个探针臂311，其中实线轮廓350对应于未 使用的探针臂的情况，而虚线轮廓351对应于在测量中有效使用的探针臂的情况。探针臂 311具有接触点321，其相对于垂直平分线313偏移。矢量ex，ey和ez的标准正交基在图3 中定义，其中^平行于垂直平分线313，ey平行于接触点321之间的连线。有效使用的探 针臂受与62方向平行的驱动力分量影响，其实质上产生两种力矩，弯矩和扭矩。接触点321 和支撑体315之间的偏移引起弯矩，而接触点321和垂直平分线313之间的偏移引起扭矩。 接触点321与垂直平分线313相比彼此距离更近，这导致当有效使用探针臂时，两个扭矩的 符号相反。因此，扭矩使得探针臂311变形，导致当不使用探针臂311时，接触点321彼此 更接近，这代表接触点321的相反的横向力矩。在图4中，每个探针臀331具有纵向延伸，即与垂直平分线333平行的拉长式通孔 3440在所有其他方面，探针臂331和支撑体335与图3中说明的对应的元件313和315相 同。每个探针臂的孔344与接触点341位于垂直平分线333的相对侧。孔344将改变探针 臂331的结构属性使得，当使用探针臂331时，即使还存在扭矩的情况下，基本消除每个探 针臂331的接触点321的横向移动。结合图5描述四点探针的优选实施例。虽然该特殊实施例仅包括四个探针臂，但 是可以理解该实施例的一些，或所有优点和特征也适用于具有未指定数量探针臂的多点探 针。
13
图5中示出了四点探针100的轮廓，该探针具有顺序放置的四个探针臂 101-101”，。探针臂101-101”，通过接触线202-202”，在其近端205-205”，连接至平面 支撑体105。每条接触线202-202”’限定了沿着相应的探针臂101-101”，纵向延伸的垂 直平分线203-203”’，该垂直平分线在与支撑体105限定的平面106平行的平面上。每个 探针臂101-101”，具有锥形元件207-207”，，并在远端206-206”，具有特定区域或接触点 111-111”，，其中特定区域或接触点111-111”，位于与接触线202-202”，平行的线上。在该特殊优选实施例中，特定区域或接触点111-111”，位于锥形元件207-207”， 的最窄部分208-208”，处的尖形元件209-209”，上。进一步，第一 101，和第三101”探针臂 具有锥形元件207’和207”，其相对于它们的垂直平分线203’和203”具有角度，即最窄部 分208，和208”相对于垂直平分线203，和203”偏移；定位锥形元件207，和207”使得特 定区域或接触点111，和111”彼此的距离比它们所属的探针臂101，和101”的平分线203， 和203”的距离更近。第二 101和第四101”，探针臂具有锥形元件207和207”，，其相对于垂直平分线 203和203”，0没有任何角度，即最窄部分208和208”，沿着垂直平分线203和203”，对齐。 但是，尖形元件209和209”，相对于探针臂101和101”，的垂直平分线203和203”，偏移 设置。因此，所有特定区域或接触点111-111”’相对于各个垂直平分线203-203”’偏移设 置，第一 101，和第三101”探针臂的偏移量比第二 101和第四101”，的大。这会使碍当平行 于支撑体105的平面106的法线，弯曲移动特定区域或接触点111-111”’时，即当探针100 用于测量中时，特定区域或接触点111-111”’会垂直于垂直平分线203-203”’横向移动，这 和在图3和4中进一步解释的一样。通过拉长式通孔204-204”’会在很大程度上消除该横 向移动，其中该通孔相对于垂直平分线203-203”’纵向延伸和偏移。每个探针臂101-101”’ 的孔204-204”’与对应的特定区域或接触点111-111”’位于垂直平分线203-203”’的相对 侧。四点探针100的特征允许高灵敏度测量，且特定区域或接触点之间的最短距离低 于1 μ，并同时可以防止前述严重的尺度效应。第一 101’和第二 101探针臂的特定区域或 接触点之间的距离小于第二 101和第三101”探针臂之间的对应距离，但是具有相同的数量 级。在替换实施例中，这两个距离实质上是相同的。第三101”和第四101”探针臂的特定 区域或接触点之间的距离比第一二之间的距离大约大一个数量级。在操作中，外部定位设备使根据本发明制造的多点探针物理接触测试样本的表 面。一旦在测试样本的表面和所有四个导电探针臂之间实现电接触，则向导电探针臂中的 两个施加电流，并测量两个其他导电臂之间对应的电压。施加电流和检测电压的方法可以 是本领域中任意公知的方法。在替换实施例中，第四探针臂101”’由后门替换(在图5中 未示出)。原则上，后门可以放在测试样本表面的任意位置，并替代一个探针臂。在优选实施例中，第一探针臂101’具有延伸部或锥形元件207’，其限定了提供特 定区域或接触点111’的尖形远端或最窄的部分208’，其中该特定区域或接触点111’相对 于垂直平分线203，偏移。第二探针臂101与第一探针臂101，并列放置，并在其远端206 具有与第一探针臂101’的延伸部207’适合的斜端面220。斜端面220限定了尖形梢端或 最窄的部分208’，该尖形梢端或最窄的部分208’组成了特定区域或接触点111，其距离第 一探针臂101，的特定区域或接触点111，很近。
第二探针臂101也具有另一斜端面221，其相对于第一探针臂101，来说拉于第二 探针臂101的垂直平分线203的另一侧，其中另一斜端面207与第三探针臂101”的延伸部 或锥形元件207”适合。由于斜表面220和221借助延伸部207，和207”具有更近的间距， 因此三个第一探针臂101-101”的特定区域或接触点111-11”彼此间隔很近。进一步，第二 探针臂101也具有其特定区域或接触点111，该特定区域或接触点111相对于垂直平分线 203偏移，并位于第三探针臂101”所在侧。优选实施例涉及制造多点探针，并结合图6-9进行描述。虽然在优选实施例中仅 以两个探针臂为特征，但是可以理解所述方法可以用于制造具有任意数量探针臂的多点探 针。图6中示出了制造的中间状态的晶片410，例如半导体晶片的一部分。它示出了 由底层420覆盖的衬底412的表面416，其可以电绝缘或半导电。底层420顺次由承载层 421覆盖，其或者电绝缘或半导电。在优选实施例中，底层是二氧化硅，承载层是多晶硅。 可以通过本领域公知的技术，例如化学气相沉积(CVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，低压 CVD(LPCVD)，电子回旋共振(ECR)或溅射，完成底层420和紧接的承载层421的沉积。在 替换实施例中，承载层421是由不定形硅的激光晶化产生的多晶硅，其由前述技术，例如 PECVD沉积在底层420上。作为替换，在另一优选实施例中，衬底412和底层420是绝缘硅 (SOI)晶片，并且单晶硅用作承载层421的材料。如图3所示，底层420和承载层421形成图案并被蚀刻以形成横梁401和402，其 分别具有图5中探针臂101和102的特征和特点。横梁不限于任意特殊形式或对称性；它 们可以是限定恰当的特定区域或接触点的任意几何形状。通过形成光致抗蚀图案来形成图案(在图6中未示出)，其限定了承载层421的顶 表面431上的两个横梁401和402。通过传统的照相平版印刷光致抗蚀成型，曝光，显影和 移除技术，形成光致抗蚀图案。然后利用本领域公知的任何技术，例如干蚀刻，湿蚀刻，反应 离子蚀刻(RIE)，以及先进硅蚀刻(ASE)来蚀刻底层420和承载层421，直到从衬底412的 顶表面4 移除承载层421和底层420的未掩膜部分。可以利用一项或几项蚀刻技术在几 个步骤中执行蚀刻。在本发明的替换实施例中，利用高分辨率平版印刷方法，例如电子束平版印刷，聚 焦离子束平版印刷，原子力显微镜(AFM)平版印刷，激光平版印刷，UV平版印刷，或其组合 限定两个横梁401和402，或其一部分。作为该种特殊替换实施例的示例，可以使用聚焦离 子束平版印刷术以限定多点探针的最小部件或结构，而其他高分辨率平版印刷方法用于较 大部件或结构。如图7所说明的，一旦在底层420形成图案，则部分移除衬底以释放形成图案的底 层420，形成两个探针臂401，和402，。探针臂401，和402，分别具有和图5中的探针臂 101和102相同的特征和特点。在优选实施例中，如图7所说明的，移除衬底。通过在衬底412的顶表面和底表面 沉积氮化硅的保护层(在图7中未示出)，实现移除。接下来，通过传统的照相平版印刷光 致抗蚀成型，曝光，显影和移除技术，在衬底的底表面形成光致抗蚀图案。然后，利用反应 离子蚀刻(RIE)，例如在包含SF6和&或类似反应物的等离子体中，在衬底的底表面上未掩 膜的区域移除氮化层，并利用包含氢氧化钾(KOH)的蚀刻化学物质或类似化学物质蚀刻衬
15底，直到自由延伸的探针臂401’和402’暴露出来。作为替换，在另一优选实施例中，深反 应离子蚀刻(DRIE)或ASE用于替代Κ0Η。利用RIE，或利用湿蚀刻从衬底的顶表面移除氮 化物的保护层，其中该湿蚀刻具有包括磷酸(H3PO4)的化学物质或类似化学物质。多点探针的优选实施例的一些基本特征可以在图7中找到。第一探针臂401’具 有延长部207’，其限定了尖端208’，并设置了相对于其垂直平分线203’偏移的特定区域或 接触点111，。第二探针臂402，与第一探针臂401，并列放置，并在其远端206具有斜端面 220，该斜端面与第一探针臂401，的延长部207，适合。斜端面220限定了尖形远端208，其 组成特定区域或接触点111，其中该特定区域或接触点111距离第一探针臂的特定区域或 接触点111’很近。进一步，第二探针臂102的特定区域或接触点111也相对于垂直平分线 203偏移设置。图7也示出了第一探针臂401，的接触线202，的端点，第一探针臂401，的 接触线202的端点。第二探针臂402，也具有另一斜端面221，其与第一探针臂401，位于垂 直平分线203的相对侧。进一步，探针臂401，和402，具有纵向延伸的拉长式通孔204，和 204，并相对于垂直平分线203’和203偏移。当相对于支撑体105弯曲移动探针臂，和垂直 于第一表面106移动特定区域或接触点111’和111时，该实施例在很大程度上，消除了移 动特定区域或接触点111’和111垂直于垂直平分线203’和203以及平行于第一表面106 的任意运动。图8中说明了为底切承载层421而进行的底层的蚀刻。在该优选实施例中，该蚀刻 步骤由干蚀刻方法执行，例如各向同性RIE蚀刻。作为替换，可以通过缓冲氧化物蚀刻(bHF 或HF)或先进氧化物蚀刻(AOE)实现底切。进一步，在蚀刻之后，尖形元件209和209，不 再由底层420支撑，而仅由承载层421支撑。虽然在图8中未示出，但是也可以借助类似技 术或化学反应，通过蚀刻衬底412，来获得底层420的底切。图9中示出了制造的最后阶段，该阶段包括在晶片410的顶表面上沉积导电层 422。导电层 422 由导电材料，例如 Au，Ag, Pt, Ni, Ta, Ti, Cr, Cu, Os, W, Mo, Ir, Pd, Cd, Re, 导电金刚石，金属硅化物，导电陶瓷，或其组合组成。作为替换，导电层可以由高掺杂的半导 体材料组成。导电层422可以利用电子束蒸发，或本领域公知的任意其他类似技术沉积。由 于底层420的底切，导电层422不会在两个探针臂之间产生导电路径，从而形成两个绝缘但 导电的探针臂401”和402”。探针臂401”和402”的特定区域或接触点现在可以电连接至 外部定位和测量设备(图9中未示出)。如图9所示，导电层的沉积产生衬底上的电极。在优选实施例中，这些电极用于导 电探针臂的有效监护，以显著减少漏阻抗以及，因此增加本发明的测量精度。一组本发明的特征点1、一种用于对测试样本的多个特定位置进行电性能测试的多点探针，所述多点探 针包括(a)限定第一表面的支撑体；(b)多数个第一导电探针臂，每个所述探针臂定义了近端和远端，所述探针臂在所 述近端连接至所述支撑体，并且所述远端从所述支撑体自由延伸，使所述探针臂独立弯曲 运动；所述探针臂和所述支撑体一起限定每个所述探针臂和所述支撑体之间的接触线，每 条所述接触线限定了与所述第一表面平行的垂直平分线；(c)所述导电探针臂源自生产所述多点探针的工艺，其中该工艺包括在支撑晶片体上产生与所述支撑晶片体正面接触的所述导电探针臂，并移除所述晶片体的一部分，其 中该晶片体提供所述支撑体，并提供从所述支撑体自由延伸的所述导电探针臂；(d)每个所述探针臂限定了与其垂直平分线垂直，并与其和所述支撑体的接触线 平行的最大宽度，以及与其垂直平分线和其与所述支撑体的接触线垂直的最大厚度，所述 最大宽度与所述最大厚度的比例限定在0. 5-20的范围内，例如1-10，优选1-3，每个所述探 针臂在其远端具有特定区域或接触点，用于接触所述测试样本的所述多个特定位置中的一 个特定位置；以及(e)至少一个所述探针臂具有用于限定尖形远端的延伸部，该尖形远端提供相对 于所述探针臂的垂直平分线偏移的所述探针臂的特定区域或接触点。2、如点1所述的多点探针，其中另一个所述探针臂与所述一个探针臂并列放置， 并在其远端具有与所述一个探针臂的所述延伸部适合的斜端面，且限定了组成其特定区域 或接触点的尖形远端，其中该特定区域或接触点与所述一个探针臂的特定区域或接触点距 离很近。3、如点2所述的多点探针，其中所述其他探针臂的所述特定区域或接触点相对于 其垂直平分线偏移设置。4、如点1-3所述的多点探针，其中至少一个所述探针臂进一步具有纵向延伸并相 对于所述至少一个探针臂的垂直平分线偏移的拉长式通孔，用于在相对于所述支撑体柔性 移动所述探针臂，以及垂直于所述第一表面移动所述特定区域或接触点时，在很大程度上 消除垂直于探针臂垂直平分线和平行于所述第一表面的任何运动。5、如点1-4中任一项所述的多点探针，其中所述多个第一导电探针臂是单向的。6、如点1-5任一项所述的多点探针，其中在所述导电探针臂的第一探针臂的所述 特定区域或接触点和所述导电探针臂的第二探针臂的所述特定区域或接触点之间限定了 第一距离，在所述第一探针臂的所述正交平分线和所述第二探针臂的所述正交平分线之间 限定了第二距离，它们一起定义了一对距离，并且所述第一距离小于所述第二距离。7、如点1-6所述的多点探针，其中三个所述导电探针臂顺序放置在所述支撑体 上，并由与所述一对距离对应的第一间距和也与所述一对距离对应的第二间距分隔开，其 中在所述第一间距和所述第二间距的每一个中，所述第一距离小于所述第二距离。8、如点1-7所述的多点探针，其中所述第一间距的所述第一距离基本与所述第二 间距的所述第一距离相同。9、如点1-8所述的多点探针，其中所述第一间距的所述第一距离基本与所述第二 间距的所述第一距离不同。10、如点1-9所述的多点探针，其中所述第一间距的所述第一距离在Inm至 120 μ m, 40nm至60 μ m，80nm至30 μ m，禾口 /或160nm至15 μ m的范围内，优选是200nm，并且 所述第二间距的所述第一距离在Inm至120 μ m, 40nm至60 μ m，80nm至30 μ m，和/或160nm 至15 μ m的范围内，优选是200nm。11、如点1-10所述的多点探针，其中所述第一间距的所述第一距离在Inm至 IOOnm, IOOnm M 300nm, 300nm M 1 μ m, 1 μ m M 5 μ m, 5 μ m M 20 μ m, 20 μ m M 120 μ m ^ 范围内，所述第二间距的所述第一距离在Inm至lOOnm，IOOnm至300nm，300nm至1 μ m，1 μ m 至5 μ m，5 μ m至20 μ m，或20 μ m至120 μ m的范围内。
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12、如点7-11所述的多点探针，其中另一个所述导电探针臂和所述三个导电探针 臂的序列顺序放置，并通过对应于所述一对距离的第三间距与所述三个导电探针臂中最接 近的分隔开，所述第三间距具有第一距离，其比所述第一间距的所述第一距离和所述第二 间距的所述第一距离大。13、如点12所述的多点探针，其中所述第三间距具有第一距离，其比所述第一间 距的所述第一距离和所述第二间距的所述第一距离大的倍数在2至1000，5至800，10至 600，和/或20至400的范围内，优选是40。14、如点12和13所述的多点探针，其中所述第三间距具有第一距离，其比所述第 一间距的所述第一距离和所述第二间距的所述第一距离大的倍数在3至10，10至30，30至 90，90 至 300，300 至 1000，IO3 至 IO4, IO4 至 IO5, IO5 至 IO6, IO6 至 IO7,或者 IO7 至 IO8 的范围内。15、如点1-14所述的多点探针，其中所述多个第一导电探针臂为多层，并为每个 所述探针臂定义了顶层和底层，所述底层连接至所述支撑体，而所述顶层连接至所述底层， 并与所述支撑体位于所述底层的相对侧，并且如果所有拉长式通孔被忽略，那么每个所述 顶层和所述底层基本都是矩形横截面，并且将宽度的尺寸定义为所述矩形横截面的连线 之间的距离，其中该矩形横截面的连线垂直于所述支撑体所述第一表面的平面；将深度的 尺寸定义为所述矩形横截面的连线之间的距离，其中该矩形横截面的连线平行于所述支撑 体第一表面的平面；以及将长度的尺寸定义为所述导电探针臂的所述近端至所述导电探针 臂的所述远端之间的距离。16、如点15所述的多点探针，其中每个所述导电探针臂的所述顶层的深度小于或 基本等于所述底层的深度。17、如点15和16所述的多点探针，其中每个所述导电探针臂的所述顶层的宽度大 于或基本等于所述底层的宽度。18、如点1-17所述的多点探针，其中所述多个第一导电探针臂的所述底层的所述 长度与所述宽度的比在500 1至2 1的范围内，例如比例为50 1和5 1，优选应用 的比例为5 1。19、如点1-18所述的多点探针，其中所述多个第一导电探针臂的所述底层的所述 宽度与所述深度的比落在20 1至1 5的范围内，优选应用的比例为2 1。20、如点1-19所述的多点探针，其中至少一个所述导电探针臂具有从所述导电探 针臂的所述远端延伸的锥形元件。21、如点1-20所述的多点探针，其中至少一个所述导电探针臂具有从所述导电探 针臂的所述远端延伸的锥形元件，所述锥形元件是多层，并定义了锥形顶层和锥形底层，其 分别是所述导电探针臂的所述顶层和所述底层的延伸部；所述特定区域或接触点位于所述 锥形元件上。22、如点1-21所述的多点探针，其中至少一个所述导电探针臂具有尖形元件，其 从所述导电探针臂的所述远端处的区域、点或锥形元件延伸，并且所述特定区域或接触点 位于所述尖形元件上。23、如点1-22所述的多点探针，其中所述多个第一导电探针臂具有的所述长度在 IOOnm至2mm的范围内，优选具有IOym的长度。
24、如点1-23所述的多点探针，其中支撑体是陶瓷材料。25、如点1-23所述的多点探针，其中支撑体是半导体材料。26、如点25所述的多点探针，其中所述半导材料包括Ge，Si或其任意组合。27、如点116所述的多点探针，其中所述底层是介电材料或半导体。28、如点27所述的多点探针，其中所述介电材料或半导体包括Si02。29、如点1- 所述的多点探针，其中所述顶层是导电层。30、如点1- 所述的多点探针，其中所述顶层包括导电层和承载层，所述承载层 与所述底层接触，而所述导电层连接至所述承载层，并与所述底层位于所述承载层的相对 侧。31、如点四和30所述的多点探针，其中所述导电层包括导电材料，例如Au，Ag，Pt， Ni，Ta，Ti，Cr，Cu，Os, W，Mo，Ir，Pd，Cd，Re，导电金刚石，金属硅化物，导电陶瓷或其任意组
口 O32、如点30和31所述的多点探针，其中所述承载层包括半导体材料，例如晶体硅 或多晶硅，介电材料，金属或合金。33、一种用于对测试样本的特定位置进行电性能测试的多点测试装置，包括(i)用于接收和支撑所述测试样本的装置；(ii)电性能测试装置，其包括用于产生测试信号的发电装置和用于检测测量信号 的电测量装置；(iii)多点探针，包括(a)限定第一表面的支撑体；(b)多数个第一导电探针臂，每个所述探针臂定义了近端和远端，所述探针臂在所 述近端连接至所述支撑体，并且所述远端从所述支撑体自由延伸，使所述探针臂独立弯曲 运动；所述探针臂和所述支撑体一起限定每个所述探针臂和所述支撑体之间的接触线，每 条所述接触线限定了与所述第一表面平行的垂直平分线；(c)所述导电探针臂源自生产所述多点探针的工艺，其中该工艺包括在支撑晶片 体上产生与所述支撑晶片体正面接触的所述导电探针臂，并移除所述晶片体的一部分，其 中该晶片体提供所述支撑体，并提供从所述支撑体自由延伸的所述导电探针臂；(d)每个所述探针臂限定了与其垂直平分线垂直，并与其和所述支撑体的接触线 平行的最大宽度，以及与其垂直平分线和其与所述支撑体的接触线垂直的最大厚度，所述 最大宽度与所述最大厚度的比例限定在0. 5-20的范围内，例如1-10，优选1-3，每个所述探 针臂在其远端具有特定区域或接触点，用于接触所述测试样本的所述多个特定位置中的一 个特定位置；以及(e)至少一个所述探针臂具有用于限定尖形远端的延伸部，该尖形远端提供相对 于所述探针臂的垂直平分线偏移的所述探针臂的特定区域或接触点。(f)所述多点探针与所述电性能测试装置通信；以及(iv)往复装置，用于相对于所述测试样本移动所述多点探针，使得所述导电探针 臂与所述测试样本的所述特定位置接触，用于执行所述电性能的测试。34、如点33所述的多点测试装置，其中所述多点测试装置进一步包括后门，用于 将所述电性能测试装置连接至所述测试样本，所述后门尤其适用于和多点探针结合使用，其中所述多点探针具有至少三个用于对测试样本电性能进行测试的导电探针臂。35、如点33和34所述的多点测试装置，其中所述电性能测试装置进一步包括用于 探测所述测试样本的电性能的装置。36、如点33-35所述的多点测试装置，其中所述往复装置进一步包括保持装置，用 于所述多点探针的所述装置。37、如点33-36所述的多点测试装置，进一步包括用于在所述测试样本上放置所 述保持装置并记录所述保持装置相对于所述测试样本位置的装置。38、如点33-37所述的多点测试装置，其中所述用于放置的装置包括在所有空间 方向上，即在与所述测试样本共面的方向和垂直于所述测试样本的方向上的可操作性。39、如点33-38所述的多点测试装置，其中所述用于放置的装置进一步包括用于 所述保持装置角运动的装置，用以为所述多点探针的所述装置提供角位置。40、如点33-39所述的多点测试装置，其中所述用于放置的装置进一步包括用于 所述保持装置沿着平行于所述测试样本表面的轴角运动的装置，例如用以为所述多点探针 的所述装置提供角位置。41、如点33-40所述的多点测试装置，其中所述用于放置的装置进一步包括用于 所述保持装置沿着垂直于所述测试样本表面的轴角运动的装置，例如用以为所述多点探针 的所述装置提供角位置。42、如点33-41所述的多点测试装置，其中所述用于放置的装置进一步包括用于 感测所述测试样本和所述多点探针的所述装置之间接触的装置。43、如点33-42所述的多点测试装置，其中所述多点探针进一步包括点2_32中任 一项的任意特征。44、一种生产多点探针的方法，包括下述步骤⑴生产晶片体；(ii)生产多个第一导电探针臂，其与所述晶片体共面且面对放置；以及(iii)移除一部分所述晶片体，用于提供所述导电探针臂，其从所述晶体片的所述 未移除部分自由延伸，所述晶片体组成支撑体，所述导电探针臂从所述支撑体自由延伸。45、如点44所述的生产多点探针的方法，其中将导电探针臂与支撑晶片体共面且 面对放置的技术包括精密加工技术，平板色谱技术，CMOS技术，厚膜技术，薄膜技术或其组
I=I O46、如点44和45所述的生产多点探针的方法，所述多个第一导电探针臂是多层 的。47、如点44-46所述的生产多点探针的方法，其中通过下述工艺，即化学气相沉积 (CVD)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，电子回旋共振(ECR)或溅射，机械研磨，蚀刻， 高分辨率平版印刷法诸如UV平版印刷术，电子束平版印刷术，原子力显微镜(AFM)平版印 刷术，聚焦离子束(FIB)和/或激光平版印刷术提供所述多个第一导电探针臂。48、如点44-47所述的方法，所述多点探针具有如点1_43中任一项所述多点探针 的任意特征。
权利要求
1.一种用于对测试样本的多个特定位置进行电性能测试的多点探针，所述多点探针包括(a)限定第一表面的支撑体；(b)多个第一导电探针臂，每个所述探针臂定义了近端和远端，所述探针臂在所述近端 连接至所述支撑体，并且所述远端从所述支撑体自由延伸，使所述探针臂独立柔性运动；所 述探针臂和所述支撑体一起限定每个所述探针臂和所述支撑体之间的接触线，每条所述接 触线限定了与所述第一表面平行的垂直平分线；(c)所述导电探针臂源自生产所述多点探针的工艺，其中该工艺包括在支撑晶片体上 产生与所述支撑晶片体正面接触的所述导电探针臂，并移除所述晶片体的一部分，其中该 晶片体的一部分提供所述支撑体，并提供从所述支撑体自由延伸的所述导电探针臂；(d)每个所述探针臂限定了与其垂直平分线垂直并与其和所述支撑体的接触线平行的 最大宽度，以及与其垂直平分线和其与所述支撑体的接触线垂直的最大厚度，所述最大宽 度与所述最大厚度的比例限定在0. 5-20的范围内，例如1-10，优选1-3，每个所述探针臂在 其远端具有特定区域或接触点，用于接触所述测试样本的所述多个特定位置中的一个特定 位置；以及(e)至少一个所述探针臂具有用于限定尖形远端的延伸部，该延伸部提供相对于所述 探针臂的垂直平分线偏移定位的所述探针臂的特定区域或接触点。
2.如权利要求1所述的多点探针，其中另一个所述探针臂与所述一个探针臂并列放 置，并在其远端具有与所述一个探针臂的所述延伸部适合的斜端面，且限定了组成其特定 区域或接触点的尖形远端，其中该特定区域或接触点与所述一个探针臂的所述特定区域或 接触点距离很近。
3.如权利要求2所述的多点探针，其中所述其他探针臂的所述特定区域或接触点相对 于其垂直平分线偏移设置。
4.如权利要求1-3所述的多点探针，其中至少一个所述探针臂进一步具有纵向延伸并 相对于所述至少一个探针臂的垂直平分线偏移的拉长式通孔，用于在相对于所述支撑体柔 性移动所述探针臂，以及垂直于所述第一表面移动所述特定区域或接触点时，在很大程度 上消除垂直于探针臂垂直平分线和平行于所述第一表面的任何运动。
5.如权利要求1-4中任一项所述的多点探针，其中所述多个第一导电探针臂从所述支 撑体单向延伸。
6.如权利要求1-5任一项所述的多点探针，其中在所述导电探针臂的第一探针臂的所 述特定区域或接触点和所述导电探针臂的第二探针臂的所述特定区域或接触点之间限定 了第一距离，在所述第一探针臂的所述正交平分线和所述第二探针臂的所述正交平分线之 间限定了第二距离，第一距离与第二距离一起定义了一对距离，并且所述第一距离小于所 述第二距离。
7.如权利要求6所述的多点探针，其中三个所述导电探针臂顺序放置在所述支撑体 上，并由与所述一对距离对应的第一间距和也与所述一对距离对应的第二间距分隔开，其 中在所述第一间距和所述第二间距的每一个中，所述第一距离小于所述第二距离。
8.如权利要求7所述的多点探针，其中另一个所述导电探针臂和所述三个导电探针臂 的序列顺序放置，并通过对应于所述一对距离的第三间距与所述三个导电探针臂中最接近的分隔开，所述第三间距具有第一距离，该第一距离比所述第一间距的所述第一距离和所 述第二间距的所述第一距离大。
9.如权利要求4-8所述的多点探针，其中所述多个第一导电探针臂为多层，并为每个 所述探针臂定义了顶层和底层，所述底层连接至所述支撑体，而所述顶层连接至所述底层， 并与所述支撑体位于所述底层的相对侧，并且如果不考虑所有拉长式通孔，那么每个所述 顶层和所述底层基本都是矩形横截面，并且将宽度的尺寸定义为所述矩形横截面的垂直 于所述支撑体所述第一表面的平面的直线之间的距离；将深度的尺寸定义为所述矩形横截 面的平行于所述支撑体第一表面的平面的直线之间的距离；以及将长度的尺寸定义为所述 导电探针臂的所述近端至所述导电探针臂的所述远端之间的距离。
10.一种用于对测试样本的特定位置进行电性能测试的多点测试装置，包括(i)用于接收和支撑所述测试样本的装置；( )电性能测试装置，其包括用于产生测试信号的发电装置和用于检测测量信号的电 测量装置；(iii)多点探针，包括(g)限定第一表面的支撑体；(h)多数个第一导电探针臂，每个所述探针臂定义了近端和远端，所述探针臂在所述近 端连接至所述支撑体，并且所述远端从所述支撑体自由延伸，使所述探针臂独立柔性运动； 所述探针臂和所述支撑体一起限定每个所述探针臂和所述支撑体之间的接触线，每条所述 接触线限定了与所述第一表面平行的垂直平分线；(i)所述导电探针臂源自生产所述多点探针的工艺，其中该工艺包括在支撑晶片体上 产生与所述支撑晶片体正面接触的所述导电探针臂，并移除所述晶片体的一部分，其中该 晶片体的一部分提供所述支撑体，并提供从所述支撑体自由延伸的所述导电探针臂；(j)每个所述探针臂限定了与其垂直平分线垂直并与其和所述支撑体的接触线平行的 最大宽度，以及与其垂直平分线和其与所述支撑体的接触线垂直的最大厚度，所述最大宽 度与所述最大厚度的比例限定在0. 5-20的范围内，例如1-10，优选1-3，每个所述探针臂在 其远端具有特定区域或接触点，用于接触所述测试样本的所述多个特定位置中的一个特定 位置；以及(k)至少一个所述探针臂具有用于限定尖形远端的延伸部，该延伸部提供相对于所述 探针臂的垂直平分线偏移的所述探针臂的特定区域或接触点。(1)所述多点探针与所述电性能测试装置通信；以及(iv)往复装置，用于相对于所述测试样本移动所述多点探针，使得所述导电探针臂与 所述测试样本的所述特定位置接触，用于执行所述电性能测试。
11.如权利要求10所述的多点测试装置，其中所述多点测试装置进一步包括后门，用 于将所述电性能测试装置连接至所述测试样本，所述后门尤其适用于和多点探针结合使 用，其中所述多点探针具有至少三个用于对测试样本电性能进行测试的导电探针臂。
12.如权利要求10-11所述的多点测试装置，其中所述多点探针进一步包括如权利要 求2-9中任一项的任意特征。
13.—种生产多点探针的方法，包括下述步骤(i)生产晶片体；(ii)生产多个第一导电探针臂，其与所述晶片体共面且面对放置；以及(iii)移除一部分所述晶片体，用于提供所述导电探针臂，所述导电探针臂从所述晶体 片的所述未移除部分自由延伸，所述晶片体组成支撑体，所述导电探针臂从所述支撑体自 由延伸。
14.如权利要求13所述的生产多点探针的方法，其中将导电探针臂与支撑晶片体共面 且面对放置的技术包括精密加工技术、平板色谱技术、CMOS技术、厚膜技术、薄膜技术或其组合。
15.如权利要求13和14所述的方法，所述多点探针具有如权利要求1-12中任一项所 述的多点探针的任意特征。
全文摘要
用于对测试样本的多个特定位置进行电性能测试的多点探针包括用于限定第一表面的支撑体，多个第一导电探针臂(101-101”’)，每个探针臂定义了近端和远端。探针臂在近端连接至支撑体(105)，远端从支撑体自由延伸，使探针臂独立弯曲运动。每个探针臂定义了垂直于其垂直平分线并平行于它和支撑体的接触线的最大宽度，以及垂直于其垂直平分线和其与支撑体的接触线的最大厚度。每个探针臂在其远端具有特定区域或接触点(111-111”’)，用于接触测试样本的多个特定位置中的一个特定位置。至少一个探针臂具有用于限定尖形远端的延伸部，该尖形远端用于提供相对于探针臂的垂直平分线偏移的探针臂的特定区域或接触点。
文档编号G01R1/073GK102099694SQ200980128361
公开日2011年6月15日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者德志·佩特森 申请人:卡普雷斯股份有限公司