一种微探针结构及其制造方法

专利名称：一种微探针结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种探针结构及其制造方法，尤其涉及一种适用于电子组件测试用的 探针卡组件的微探针结构及其制造方法。
背景技术：
探针卡是应用在集成电路IC尚未封装前，对裸晶以探针(probe)做功能测试，藉 以筛选出不良品、再进行之后的封装工程。因此，是集成电路制造中对制造成本影响相当大 的重要制程。简言之，探针卡是一测试机台与晶圆间的接口，每一种集成电路IC至少需一 片相对应的探针卡，而测试的目的是使晶圆切割后，让良品将进入下一封装制程、并避免对 不良品继续加工而造成浪费。因此，高可靠度是判断探针卡制造商竞争力相当重要的指标。传统上所采用的技术，如专利号为4，757，256的美国专利中所揭露的环氧树脂环 式探针卡(epoxy ring probe card)，因这类具有少量、多样及弹性制造的优点，至今仍是 业界广泛能接受的技术。此类探针卡的制造方式是以人工逐根摆放的方式来组装探针，然， 此种方式将限制探针数不能再成长、也不适合应用在多晶粒测试，例如，DARM测试，而仅适 用在低脚数、低针数测试，例如，逻辑IC(Logic IC)。又，探针线路太长约数毫米，频宽限制 约200MHz，而此对未来工业界所需要的频宽约IGHz而言，明显无法予以适用。于专利号为6，072，190的美国专利中，揭露一种探针卡，其探针是以悬臂 梁(cantilever beam)式摆放，微接触结构位于悬臂梁前缘、呈金字塔结构(pyramid structure)、且其探针材料为硅，电子讯号连接方式是在悬臂梁的一侧沉积一导电薄膜以 连接待测组件与检测器。然，众所周知，硅是一脆性材料，且其在特定晶面的材料强度较弱、 接触次数(touch-dowrmumber)将较低；又其电气讯号仅靠一薄膜传送而将致使阻抗提高， 负载很容易过高而短路。简言之，这类探针卡可靠度将无法符合工业界的需求。于专利号为5，476，211的美国专利、以及专利号为5，926，951的美国专利中，揭示 一微电子组件弹簧互连组件的制造方法，然，这类探针卡较难承受侧向应力，且微弹簧互连 组件较长，因而，不适于高频测试。又，于专利号为2007/0024298A1的美国专利中，提出一具扭力特性的微弹性探针 (torsion spring probe)，而每一探针设计一微扭力杆(torsionbar)藉以克服侧向应力， 然此将限制这类探针卡细间距发展能力。另，于中国台湾专利公报的发明公告/公开号1279556中，提出一微弹性接触器其 微阶梯悬臂梁设计可强化微探针受力状况，但其第二牺牲层金属所占的面积相当大时，必 须尽可能降低电镀所造成的残留应力，否则容易使这类探针卡强度降低。所以如何寻求一种微探针结构及其制造方法，可适用于电子组件测试用的探针卡 组件，能解决目前高性能电气装置(例如，VLSI、ULSI电路)于电路测试时，所需的高性能 的微探针(probe)课题；另，如何寻求利用一种微探针制造方法，以制造出微探针结构而可 用以做为探针卡的测试头，能适用于各类电子组件测试用的组件，如半导体组件的裸晶测 试(baretesting)、已封装组件的烧机测试(burn-in)、印刷电路板的测试与烧机测试等测试组件，抑或，应用在电子组件的连接装置，如半导体组件的引线及封装；且，做为探针卡的 测试头用的该微探针结构，可有效增加测试频宽、缩小间距及提升并排测试能力，均是待解 决的问题。

发明内容
本发明的主要目的便是在于提供一种微探针结构及其制造方法，适用于电子组件 测试用的探针卡组件，本发明的微探针结构及其制造方法利用半导体制程的微影、电镀、平 坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电镀第二牺牲层金属。本发明的又一目的便是在于提供一种微探针结构及其制造方法，适用于电子组件 测试用的探针卡组件，利用本发明的微探针制造方法所做出的微探针结构，具有强化悬臂 梁的结构设计，适用于各类电子组件测试用的组件，可用以做为探针卡的测试头。本发明的再一目的便是在于提供一种微探针结构及其制造方法，适用于电子组件 测试用的探针卡组件，利用本发明的微探针制造方法所做出的微探针结构，可有效增加测 试频宽、缩小间距及提升并排测试能力。本发明的另一目的便是在于提供一种微探针结构及其制造方法，适用于电子组件 测试用的探针卡组件，利用本发明的微探针制造方法所做出的微探针结构，可适用于各类 电子组件测试用的组件，如半导体组件的裸晶测试(bare testing)、已封装组件的烧机测 试(burn-in)、印刷电路板的测试与烧机测试等测试组件，抑或，应用在电子组件的连接装 置，如半导体组件的引线及封装。本发明的另一目的便是在于提供一种微探针结构及其制造方法，适用于电子组件 测试用的探针卡组件，利用本发明的微探针制造方法所做出的微探针结构，可适用于半导 体组件裸晶测试用的探针卡(probe card)的微探针。根据以上所述之目的，本发明的微探针制造方法包含的步骤为，首先，准备一具有 空间转换(space transformer)的基板，以便于该基板上进行后续的微探针结构形成；接 着，利用半导体制程的微影、电镀、平坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电镀第二牺牲层金 属，于该基板表面上，相继形成具有二层以上之微金属结构，在此，每一层微金属结构由一 种材料所组成，而该二层以上的微金属结构可由相同材料及/或由不同的材料所组成；继 而，以液体或干蚀刻去除该二层以上的微金属结构以外的其它材料，在此，该液体或干蚀刻 不会蚀刻该二层以上的微金属结构；最后，于基板上得到良好的具有该二层以上的微金属 结构的微探针结构。本发明还提供了一种微探针结构，适用于电子组件测试用的探针卡组件，该微探 针结构包含至少一个以上的柱状微结构，该至少一个以上的柱状微结构形成于一具有空间转 换的基板的表面上；水平悬臂梁，于每一该至少一个以上的柱状微结构之上形成一该水平悬臂梁；探针座，于每一该水平悬臂梁上形成一该探针座；以及微探针，于每一该探针座上形成一该微探针；其中，该至少一个以上的该柱状微结构、该水平悬臂梁、该探针座、该微探针于该 基板的该表面上相继形成，且，以液体及/或干蚀刻来去除该至少一个以上的该柱状微结构、该水平悬臂梁、该探针座、该微探针以外的其它材料，该液体及/或该干蚀刻不会蚀刻 该微探针结构。本发明又提供了一种微探针结构，适用于电子组件测试用的探针卡组件，该微探 针结构包含至少一个以上的柱状微结构，该至少一个以上的柱状微结构形成于一具有空间转 换的基板的表面上；至少一个以上的水平梁，于每一该至少一个以上的柱状微结构之上形成每一该至 少一个以上的水平梁；水平悬臂梁，于每一该至少一个以上的水平梁之上形成一该水平悬臂梁；探针座，于每一该水平悬臂梁上形成一该探针座；以及微探针，于每一该探针座上形成一该微探针；其中，该至少一个以上的该柱状微结构、该至少一个以上的水平梁、该水平悬臂 梁、该探针座、该微探针于该基板的该表面上相继形成，且，以液体及/或干蚀刻来去除该 至少一个以上的该柱状微结构、该至少一个以上的水平梁、该水平悬臂梁、该探针座、该微 探针以外的其它材料，该液体及/或该干蚀刻不会蚀刻该微探针结构。本发明再提供一种微探针结构，适用于电子组件测试用的探针卡组件，该微探针 结构包含至少一个以上的柱状微结构，该至少一个以上的柱状微结构形成于一具有空间转 换的基板的表面上；水平悬臂梁，于每一该至少一个以上的柱状微结构之上形成一该水平悬臂梁；至少一个以上的水平梁，于每一该水平悬臂梁之上形成每一该至少一个以上的水 平梁；探针座，于每一该水平悬臂梁上形成一该探针座；以及微探针，于每一该探针座上形成一该微探针；其中，该至少一个以上的该柱状微结构、该水平悬臂梁、该至少一个以上的水平 梁、该探针座、该微探针于该基板的该表面上相继形成，且，以液体及/或干蚀刻来去除该 至少一个以上的该柱状微结构、该水平悬臂梁、该至少一个以上的水平梁、该探针座、该微 探针以外的其它材料，该液体及/或该干蚀刻不会蚀刻该微探针结构。本发明的微探针结构及其制造方法利用半导体制程的微影、电镀、平坦化、蚀刻技 术，并以高分子来取代电镀第二牺牲层金属，于一具有空间转换的基板表面上，相继形成具 有二层以上的微金属结构，藉以得到具有该二层以上的微金属结构的微探针结构，且利用 本发明的微探针制造方法所做出的微探针结构，具有强化悬臂梁的结构设计，适用于各类 电子组件测试用的组件，可用以做为探针卡的测试头。


图1为一流程图，用以显示说明本发明的微探针结构制造方法的流程步骤；图2为一流程图，用以显示说明于图1中的准备一基板的步骤的详细流程程序；图3为一流程图，用以显示说明于图1中的于该基板的表面上相继形成二层以上 的微探针结构的步骤的详细流程程序；
图4为一流程图，用以显示说明于图1中的以液体或干蚀刻去除该二层以上的微 探针结构以外的其它材料的步骤的详细流程程序；图5为一流程图，用以显示说明利用本发明的微探针制造方法的一实施例，以制 造出本发明的一微探针结构的流程步骤； 图6-a至图6-g为示意图，用以显示说明于图5中的利用本发明的微探针制造方 法的一实施例，以制造出本发明的一微探针结构的流程步骤的制程情形；图7为一流程图，用以显示说明利用本发明的微探针制造方法的另一实施例，以 制造出本发明的另一微探针结构的流程步骤；图8-a至图8-h为示意图，用以显示说明于图7中的利用本发明的微探针制造方 法的另一实施例，以制造出本发明的另一微探针结构的流程步骤的制程情形；图9_a为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的又 一微探针结构；图9_b为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的再 一微探针结构；图9-c为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的又 一微探针结构；图9_d为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的另 一微探针结构；图10为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的再 一微探针结构；图11-a为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的 另一微探针结构；图11-b为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的 又一微探针结构；以及图Il-C为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的
再一微探针结构。
具体实施例方式以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员 在研读本说明书后能据以实施。图1为一流程图，用以显示说明本发明的微探针结构制造方法的流程步骤。如图1 中所示的为本发明的微探针结构制造方法，首先，于步骤11，准备一具有空间转换的基板， 以便于该基板上进行后续之微探针结构形成，并进到步骤12。于步骤12，利用半导体制程的微影、电镀、平坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电 镀第二牺牲层金属，于该基板的表面上相继形成二层以上的微金属结构，在此，每一层微金 属结构是由一种材料所组成，而该二层以上的微金属结构可由相同材料及/或由不同的材 料所组成，并进到步骤13。于步骤13，以液体或干蚀刻去除该二层以上的微金属结构以外的其它材料，在此， 该液体或干蚀刻不会蚀刻该二层以上的微金属结构，并进到步骤14。
于步骤14，于基板上得到良好的具有二层以上的微金属结构的微探针结构。图2为一流程图，用以显示说明于图1中的准备一基板的步骤的详细流程 程序。如图2中所示，首先，于步骤111，选取一具有空间转换(spacetransformer) 的基板，该基板具备有将接触垫(contact pad)重布(distribution)、间距放大及 提供很好共平面度(co-plarmer)的功能，并可在相反表面形成相应接触垫，该基板 选取自陶瓷基板、硅基板、玻璃基板或FR-4基板等，在此，陶瓷基板可为多层陶瓷基 板(multi-layer ceramicssubstrate, MLC)、低温共烧陶瓷基板(low temperature co-fired ceramicssubstrate, LTCC)或1 共烧陶瓷基板(high temperature co-fired ceramicssubstrate, HTCC)，并进到步骤 112。于步骤112，于该基板上沉积种子层(seed layer)，在此，该种子层为电镀起始 层，需要有良好的导电性及与基板间的附着性，一般可选取自Cr/Au(Cr under Au)、Ti/ Au (Ti under Au)、Ti/Cu(Ti under Cu)或 Ti—W/Au (Ti_W under Au)，以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr约100-200A，Au约1000-2000A，另，沉积的技术选取自蒸镀(evaporation)、溅镀 (Sputtering)、无电镀(electroless)等；于步骤112完成后，并进到步骤12。图3为一流程图，用以显示说明于图1中的于该基板的表面上相继形成二层以上 的微金属结构的步骤的详细流程程序。由图3中的步骤可知，本发明的微探针结构制造 方法利用半导体制程的微影、电镀、平坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电镀第二牺牲层 金属。如图3中所示，首先，于步骤121，于该基板上批覆光阻及/或硬质蜡及/或高分子 聚合物，端视实际施行情形而定，在此，批覆光阻可依光阻特性而采用适宜的技术，有spin coating、spray coating、lamination、casting等，光阻可为正型、如 Clariant AZ4620、T0K LA900、PMMA,以及，光阻可为负型、如JSR THB-126N、MicroChem SU-8等；于步骤121完成 后，并进到步骤122。于步骤122，进行光阻烘烤，光阻经烘烤后，将其中溶剂蒸发使光阻变硬，之后进 行曝光、显影，以成形所需的微结构图案(pattern)，其中，烘烤方法有加热板直接加热 (direct backing by hot plate)、烘箱(Oven)或红外线加热(IR backing)等，曝光方式 有 X-ray lithography、UV lithography、direct write e-beam 等；于步骤 122 完成后，并 进到步骤123。于步骤123，在微结构图案凹洞内电镀所需的金属结构，一般可电镀的金属可选取 自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等；于步骤 123 完成后，并 进到步骤124。于步骤124，进行平坦化，研磨加工将使得光阻厚度与电镀金属厚度一致，其 中，研磨加工方式选取自机化学加工(Chemical mechanicalpolishing, CMP)、机械研磨 (mechanical lapping)、抛光(polishing)等，并进到步骤 125。于步骤125，重复步骤121至步骤124，用以于该基板的表面上形成二层以上的微
金属结构。图4为一流程图，用以显示说明于图1中的以液体或干蚀刻去除该二层以上的微 金属结构以外的其它材料的步骤的详细流程程序。如图4中所示，于步骤131，以溶剂或干 蚀刻去除光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物，用以释出该二层以上的微金属结构，并进 到步骤132。
于步骤132，以蚀刻液移除种子层，并进到步骤14。图5为一流程图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法的一实施例， 以制造出本发明的一微探针结构的流程步骤。由图5中的步骤可知，本发明的微探针结 构制造方法利用半导体制程的微影、电镀、平坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电镀第二 牺牲层金属。如图5中所示、并请参阅图6-a至图6-g的示意图，首先，于步骤21，选取一 具有空间转换(space transformer)的基板200，该基板200具备有将接触垫(contact pad)重布(distribution)、间距放大及提供很好共平面度(co-plarmer)的功能，并可在 相反表面形成相应接触垫，该基板200选取自陶瓷基板、硅基板、玻璃基板或FR-4基板等， 在此，陶瓷基板可为多层陶瓷基板(multi-layer ceramics substrate，MLC)、低温共烧 陶瓷基板(lowtemperature co-fired ceramics substrate, LTCC)或高温共烧陶瓷基板 (hightemperature co-fired ceramics substrate, HTCC)；于该基板 200 上沉禾只禾中子层 (seed layer) 201，在此，该种子层201为电镀起始层，需要有良好的导电性及与基板200间 的附着性，一般可选取自 Cr/Au (Cr under Au) ,Ti/Au (Ti under Au) ,Ti/Cu (Ti under Cu) 或 Ti-W/Au(Ti-W under Au)，以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr 约 100_200A，Au 约 1000-2000A， 另，沉积的技术选取自蒸镀(evaporation)、溅镀(Sputtering)、无电镀(electroless)等， 本实施例以溅镀为例，步骤21的制程如图6-a中所示，并进到步骤22。于步骤22，先于该基板上批覆光阻202，所批覆的光阻可依光阻特性所采用的适 宜技术选取自 spin coating、spray coating、lamination、casting 等；光阻可为IE型、如 Clariant AZ4620、T0K LA900、PMMA，以及，光阻可为负型如 JSR THB_126N、MicroChem SU-8 等，可依产品特性选择合适的光阻，因本发明的后续须进行研磨加工制程，因而，于本实施 例，采用结构强度较高的epoxy-base photoresist/Su-8并以旋转涂布(spincoating) 来批覆光阻202，以有利于后续制程展开；继而，进行第一层光阻202烘烤，经烘烤后，将 其中溶剂蒸发使第一层光阻202变硬，之后进行曝光、显影，以成形所需的第一层光阻 微结构204，其中，烘烤方法有加热板直接加热、烘箱或红外线加热等，曝光方式有X-ray lithography、UVlithography、direct write e-beam 等，本实施例以 hot plate backing/ UVexposure为例，步骤22的制程如图6_b中所示，于步骤22完成后，并进到步骤23。于步骤23，在第一层光阻微结构204图案凹洞内电镀所需的金属205结构，一般可 电镀的金属 205 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy,Ni-Fealloy,Ni-Co alloy,Sn-Pb 等，步 骤23的制程如图6-c中所示，并进到步骤M。于步骤对，进行平坦化，研磨加工以得到第一层金属微结构206，研磨加工将使得 光阻202与电镀金属205厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研 磨、抛光等；另，光阻应采用具高机械强度印oxy-base photoresist如MicroChem Su_8，步 骤M的制程如图6-d中所示，并进到步骤25。于步骤25，重复步骤22至步骤24，于光阻结构203内、以及于该基板200的表面 上，将形成包含至少1个以上的柱状微结构101、水平悬臂梁102、103探针座、以及微探针 104的微探针结构218，在此，微探针结构218为微探针数组(micro probe array)型式； 微探针结构218包含至少1个以上的柱状微结构101、水平悬臂梁102、探针座103、以及微 探针104，其中，该至少1个以上的柱状微结构101于其下连通基板200的接触垫(contact pad)(未图示出)，该水平悬臂梁102用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针卡(未图示出)、测试机台(未图示出)间的平面误差，但该柱状微结构101较水平悬臂梁102的结构 图案的宽度、长度小，因此，在电镀微水平悬臂梁102前，应再沉积一层电镀起始层(未图示 出)；步骤25的制程如图6-e中所示，并进到步骤26。于步骤沈，以溶剂(未图示出)或干蚀刻(未图示出)去除光阻结构203，用以释 出包含至少1个以上的柱状微结构101、水平悬臂梁102、探针座103、以及微探针104的微 探针结构218，步骤沈的制程如图6-f中所示，并进到步骤27。于步骤27，以蚀刻液(未图示出)移除未被至少1个以上的柱状微结构101、水平 悬臂梁102、探针座103、以及微探针104所覆盖的种子层部份219，以于基板200上得到良 好的微探针结构218，步骤27的制程如图6-g中所示。图6-a至图6-g为示意图，用以显示说明于图5中的利用本发明的微探针制造方 法的一实施例，以制造出本发明的一微探针结构的流程步骤的制程情形。图7为一流程图，用以显示说明利用本发明的微探针制造方法的另一实施例，以 制造出本发明的另一微探针结构的流程步骤。由图7中的步骤可知，本发明的微探针结 构制造方法利用半导体制程的微影、电镀、平坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电镀第二 牺牲层金属。如图7中所示、并请参阅图8-a至图8-h的示意图，首先，于步骤31，选取一 具有空间转换(space transformer)的基板300，该基板300具备有将接触垫(contact pad)重布(distribution)、间距放大及提供很好共平面度(co-plarmer)的功能，并可在 相反表面形成相应接触垫，该基板300选取自陶瓷基板、硅基板、玻璃基板或FR-4基板等， 在此，陶瓷基板可为多层陶瓷基板(multi-layer ceramics substrate，MLC)、低温共烧 陶瓷基板(lowtemperature co-fired ceramics substrate, LTCC)或高温共烧陶瓷基板 (hightemperature co-fired ceramics substrate, HTCC)；于该基板 300 上沉禾只禾中子层 (seed layer) 301，在此，该种子层301为电镀起始层，需要有良好的导电性及与基板300间 的附着性，一般可选取自 Cr/Au (Cr under Au) ,Ti/Au (Ti under Au) ,Ti/Cu (Ti under Cu) 或 Ti-W/Au(Ti-W under Au)，以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr 约 100_200A，Au 约 1000-2000A， 另，沉积的技术选取自蒸镀(evaporation)、溅镀(Sputtering)、无电镀(electroless)等， 本实施例以溅镀为例，步骤31的制程如图8-a中所示，并进到步骤32。于步骤32，先于该基板上批覆光阻302，所批覆的光阻可依光阻特性所采用 的适宜技术选取自 spin coating、spray coating、lamination、casting 等；光阻可 为正型、如 Clariant AZ4620、TOK LA900、PMMA，以及，光阻可为负型如 JSR THB-126N, M i c r ο Ch e m S U - 8等，可依产品特性选择合适的光阻，于本实施例，采用结构强度较高的 印oxy-bas印hotoresist/Su-8并以旋转涂布(spin coating)来批覆光阻302，以有利于后 续制程展开；继而，进行第一层光阻302烘烤，经烘烤后，将其中溶剂蒸发使第一层光阻302 变硬，之后进行曝光、显影，以成形所需的第一层光阻微结构304，其中，烘烤方法有加热板 直接加热、烘箱或红外线加热等，曝光方式有X-ray lithography,UV lithography,direct write e-beam等，本实施例以hot plate backing/UV exposure为例，步骤32的制程如图 8-b中所示，于步骤32完成后，并进到步骤33。于步骤33，在第一层光阻微结构304图案凹洞内电镀所需的金属305结构，一般可 电镀的金属 305 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy,Ni-Fealloy,Ni-Co alloy,Sn-Pb 等，步 骤33的制程如图8-c中所示，并进到步骤34。
于步骤34，先以溶剂(未图示出)或干蚀刻(未图示出)将第一层光阻微结构 304予以去除，再涂覆易溶解的硬质蜡或高分子聚合物以形成第一硬质层307，此第一硬质 层307材料可承受研磨加工的机械力，同时又可改善光阻选择的限制，步骤34的制程如图 8-d中所示，并进到步骤35。于步骤35，进行平坦化，研磨加工以得到第一层金属微结构306，研磨加工将使得 所涂覆的第一硬质层307与电镀金属305厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工 (CMP)、机械研磨、抛光等，步骤35的制程如图8-e中所示，并进到步骤36。于步骤36，重复步骤32至步骤35，所涂覆的易溶解的硬质蜡或高分子聚合物将形 成第二硬质层312，而于所涂覆之第一硬质层307、以及第二硬质层312内、且于该基板300 的表面上，将形成包含至少1个以上的柱状微结构401、水平悬臂梁402、403探针座、以及 微探针404的微探针结构418，在此，微探针结构418为微探针数组(micro probe array) 型式；微探针结构418包含至少1个以上的柱状微结构401、水平悬臂梁402、探针座403、 以及微探针404，其中，该至少1个以上的柱状微结构401于其下连通基板300的接触垫 (contact pad)(未图示出)，该水平悬臂梁402用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针 卡(未图示出)、测试机台(未图示出)间的平面误差，但该水平悬臂梁402较微探针404 的结构图案的宽度、长度小，因此，在电镀形成微探针404之前，应再沉积一层电镀起始层 (未图示出)；步骤36的制程如图8-f中所示，并进到步骤37。于步骤37，以溶剂(未图示出)或干蚀刻(未图示出)去除第一硬质层307、以 及第二硬质层312，用以释出包含至少1个以上的柱状微结构401、水平悬臂梁402、探针座 403、以及微探针404的微探针结构418，步骤37的制程如图8_g中所示，并进到步骤38。于步骤38，以蚀刻液(未图示出)移除未被至少1个以上的柱状微结构401、水平 悬臂梁402、探针座403、以及微探针404所覆盖的种子层部份319，以于基板300上得到良 好的微探针结构418，步骤38的制程如图8-h中所示。图8-a至图8-h为示意图，用以显示说明于图7中的利用本发明的微探针结构制 造方法的另一实施例，以制造出本发明的另一微探针结构的流程步骤的制程情形。本发明的微探针结构的其它实施例，可藉由本发明的微探针制造方法来予以施 行，而该些实施例的微探针结构采用重复相同的微探针制程、并可具有不同的二层以上的 微金属结构，请参阅图9-a至图9-d、图10、图11-a至图ll_c，为本发明的微探针结构的其 它实施形式。图9_a为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的又 一微探针结构.如图9-a中所示，微探针结构518包含至少1个以上的柱状微结构501、 水平悬臂梁502、水平梁503、探针座504、以及微探针505，其中，水平悬臂梁502与水平梁 503相互堆栈连接，该至少1个以上的柱状微结构501于其下电性连通基板400的接触垫 (contact pad)(未图示出)，该水平悬臂梁502用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针 卡(未图示出)、测试机台(未图示出)间的平面误差。图9_b为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的再 一微探针结构.如图9-b所示，微探针结构618包含至少1个以上的柱状微结构601、水平悬 臂梁602、水平梁603、探针座604、以及微探针605，其中，水平悬臂梁602与水平梁603相互 堆栈连接，该至少1个以上的柱状微结构601于其下电性连通基板500的接触垫(contactpad)(未图示出)，该水平悬臂梁602用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针卡(未图示 出)、测试机台(未图示出)间的平面误差。依据力学分析，图6-g、图8-h中的微探针104、404于受力时，其最大应力位在水平 悬臂梁102与至少1个以上的柱状微结构101的接合接口、以及位在水平悬臂梁402与至 少1个以上的柱状微结构401的接合接口，在此，最有效增加强度的方式就是在水平悬臂梁 102,402的尾端上或下增加至少1个水平梁。因而，于图9-a中，于水平悬臂梁502的尾端 下增加一水平梁503，而于图9-b中，则于水平悬臂梁602的尾端上增加一水平梁603.图9-c为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的又 一微探针结构.如图9-c所示，微探针结构718包含至少1个以上的柱状微结构701、水平 悬臂梁702、水平梁703、水平梁704、探针座705、以及微探针706，其中，水平梁703与其上 的水平梁704堆栈连接，而水平梁704与其上的水平悬臂梁702堆栈连接，该至少1个以上 的柱状微结构701于其下电性连通基板600的接触垫(contact pad)(未图示出)，该水平 悬臂梁702用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针卡(未图示出)、测试机台(未图示 出)间的平面误差。图9-d为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的另 一微探针结构.如图9-d所示，微探针结构818包含至少1个以上的柱状微结构801、水平 悬臂梁802、水平梁803、水平梁804、探针座805、以及微探针806，其中，水平悬臂梁802与 其上的水平梁803堆栈连接，而水平梁803与其上的水平梁704堆栈连接，该至少1个以上 的柱状微结构801于其下电性连通基板600的接触垫(contactpad)(未图示出)，该水平悬 臂梁802用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针卡(未图示出)、测试机台(未图示出) 间的平面误差。依据力学分析，图6-g、图8-h中的微探针104、404于受力时，其最大应力位在水平 悬臂梁102与至少1个以上的柱状微结构101的接合接口、以及位在水平悬臂梁402与至 少1个以上的柱状微结构401的接合接口，在此，最有效增加强度的方式就是在水平悬臂梁 102,402的尾端上或下增加至少1个水平梁。因而，于图9-c中，于水平悬臂梁702的尾端 下增加水平梁703、以及水平梁704，而于图9-d中，则于水平悬臂梁802的尾端上增加水平 梁803、以及水平梁804。图10为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的再 一微探针结构.如图10中所示，微探针结构918包含至少1个以上的柱状微结构901、水 平悬臂梁902、水平梁903、水平梁904、探针座905、以及微探针906，其中，探针座905由微 金属结构9051、以及微金属结构9052所组成，该至少1个以上的柱状微结构901于其下电 性连通基板700的接触垫(contact pad)(未图示出)，该水平悬臂梁902用以提供足够的 上、下变形量，以补偿探针卡(未图示出)、测试机台(未图示出)间的平面误差。当探针卡垂直方向的挠曲约为75 μ m，若探针座为如图6_g、图8_h中探针座103、 403的细长结构时，则将较难予以制造，因而，于图10中，探针座905将由微金属结构9051、 以及微金属结构9052所组成。图11-a为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的 另一微探针结构.如图11-a所示，微探针结构7 包含柱状微结构711、水平悬臂梁712、 探针座713、以及微探针714，其中，柱状微结构711于其下电性连通基板720的接触垫(contact pad)(未图示出)，该水平悬臂梁712用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针 卡(未图示出)、测试机台(未图示出)间的平面误差，在此，为增加柱状微结构与基板间的 附着力，因而加大柱状微结构与基板的接触面积。图11-b为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的 又一微探针结构.如图11-b所示，微探针结构拟8包含至少1个以上的柱状微结构811、 水平悬臂梁812、水平梁813、水平梁814、探针座815、以及微探针816，其中，水平梁813与 其上的水平梁814堆栈连接，而水平梁814与其上的水平悬臂梁812堆栈连接，柱状微结构 811于其下电性连通基板820的接触垫(contact pad)(未图示出)，该水平悬臂梁812用 以提供足够的上、下变形量，以补偿探针卡(未图示出)、测试机台(未图示出)间的平面误 差，在此，为增加柱状微结构与基板间的附着力，因而加大柱状微结构与基板的接触面积。图Il-C为一示意图，用以显示说明利用本发明的微探针结构制造方法所形成的 再一微探针结构.如图11-c所示，微探针结构拟8包含至少1个以上的柱状微结构911、水 平悬臂梁912、水平梁913、水平梁914、探针座915、以及微探针916，其中，水平悬臂梁912 与其上的水平梁913堆栈连接，而水平梁913与其上的水平梁914堆栈连接，柱状微结构 911于其下电性连通基板920的接触垫(contact pad)(未图示出)，该水平悬臂梁912用 以提供足够的上、下变形量，以补偿探针卡(未图示出)、测试机台(未图示出)间的平面误 差，在此，为增加柱状微结构与基板间的附着力，因而加大柱状微结构与基板的接触面积。依据力学分析，图6-g、图8-h中的微探针104、404于受力时，其最大应力位在水 平悬臂梁102与至少1个以上的柱状微结构101的接合接口、以及位在水平悬臂梁402与 至少1个以上的柱状微结构401的接合接口，在此，最有效增加强度的方式就是在水平悬臂 梁102、402的尾端上或下增加至少1个水平梁。因而，于图11-b中，于水平悬臂梁812的 尾端下增加水平梁813、以及水平梁814，而于图11-c图中，则于水平悬臂梁912的尾端上 增加水平梁913、以及水平梁914。于以上的本发明的微探针结构的实施例中，依据力学分析，例如，于图6_g、图8_h 中的微探针104、404于受力时，其最大应力位在水平悬臂梁102与至少1个以上的柱状微 结构101的接合接口、以及位在水平悬臂梁402与至少1个以上的柱状微结构401的接合 接口，在此，增加强度的方式亦可将水平悬臂梁102、水平悬臂梁402的尾端宽度放大，而尾 端宽度放大的水平悬臂梁的实施例的施行情况，其原理相同、类似于以上的实施例所述，在 此不再赘述。于以上利用本发明的微探针制造方法以制造出微探针结构的实施例中，为以高分 子取代电镀第二牺牲层金属；且，无论是于图6-g中所示的微探针结构218、于图8-h中所 示的微探针结构418，及/或于图9-a至图9-d、图10、图ll_a至图ll_c中的各微探针结 构，该些微探针结构均具有强化悬臂梁的结构设计，适用于各类电子组件测试用的组件， 可用以做为探针卡的测试头；该些微探针结构有效增加测试频宽(bandwidth)、缩小间距 (pitch)及提升并排(parallel)测试能力。另，虽于图6-g中所示的微探针结构218、于图8-h中所示的微探针结构418，及/ 或于图9-a至图9-d、图10、图11-a至图ll_c中所示的各微探针结构，为适用于半导体组 件裸晶测试用的探针卡(probe card)的微探针，然，本发明的微探针制造方法亦可适用于 制造出可适用于各类电子组件测试用的组件，如半导体组件的裸晶测试、已封装组件的烧机测试、印刷电路板的测试与烧机测试等测试组件，抑或，应用在电子组件的连接装置，如 半导体组件的引线及封装，而其理均相同、类似于以上所述的实施例，是故，在此不再赘述。综合以上之实施例，我们可得到本发明的一种微探针结构及其制造方法，适用于 电子组件测试用的探针卡组件，本发明的微探针结构及其制造方法利用半导体制程的微 影、电镀、平坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电镀第二牺牲层金属，于一具有空间转换的 基板表面上，相继形成具有二层以上的微金属结构，藉以得到具有该二层以上的微金属结 构的微探针结构，在此，每一层微金属结构由一种材料所组成，而该二层以上的微金属结构 可由相同材料及/或由不同的材料所组成。利用本发明的微探针结构制造方法所做出的微 探针结构，具有强化悬臂梁的结构设计，适用于各类电子组件测试用的组件，可用以做为探 针卡的测试头，而有效增加测试频宽、缩小间距及提升并排测试能力。本发明的微探针制造 方法及其结构包含以下优点提供一种微探针结构及其制造方法，适用于电子组件测试用的探针卡组件，本发 明的微探针结构及其制造方法制造方法为以高分子取代电镀第二牺牲层金属，利用本发明 的微探针结构制造方法所做出的微探针结构，具有强化悬臂梁的结构设计，适用于各类电 子组件测试用的组件，可用以做为探针卡的测试头(testing head)。利用本发明的微探针结构制造方法所做出的微探针结构，可有效增加测试频宽 (bandwidth)、缩小间距(pitch)及提升并排(parallel)测试能力。利用本发明的微探针结构制造方法所做出的微探针结构，可适用于各类电子 组件测试用的组件，如半导体组件的裸晶测试(bare testing)、已封装组件的烧机测试 (burn-in)、印刷电路板的测试与烧机测试等测试组件，抑或，应用在电子组件的连接装置， 如半导体组件的引线及封装。利用本发明的微探针结构制造方法所做出的微探针结构，可适用于半导体组件裸 晶测试用的探针卡((probe card)的微探针。以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式 上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括 在本发明意图保护的范畴。
权利要求
1.一种微探针结构制造方法，适用于电子组件测试用的探针卡组件，其特征在于，该微 探针结构制造方法包含以下程序准备一具有空间转换的基板；于该基板的表面上相继形成二层以上的微金属结构；以液体及/或干蚀来去除该二层以上的微金属结构以外的其它材料，该液体不会蚀刻 该二层以上的微金属结构；以及于该基板上得到具有该二层以上的微金属结构的微探针结构。
2.如权利要求1所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该准备一具有空间转换的 基板的程序包含以下步骤选取一具有空间转换的基板；以及于该基板上沉积种子层，该种子层具导电性、并具与该基板间的附着性，可选取自Cr under Au、Ti under Au、Ti under Cu^Ti-W underAu。
3.如权利要求1所述的微探针结构制造方法，其特征在于，于该基板的表面上相继形 成该二层以上的微金属结构的程序包含以下步骤(a)批覆光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物；(b)对所批覆的该光阻进行烘烤，该光阻经烘烤后，将其中溶剂蒸发使该光阻变硬，之 后进行曝光、显影，以成形所需的微结构图案；(c)在该微结构图案凹洞内电镀所需的金属结构；(d)进行研磨加工，研磨加工将使得 该光阻与电镀金属厚度一致；以及选取、并利用以上步骤(a)至(d)，于该基板的表面上形 成二层以上的微金属结构。
4.如权利要求1所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该液体为溶剂，用以去除光 阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物，该溶剂不会蚀刻该二层以上的微金属结构。
5.如权利要求2所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该液体包含溶剂、以及蚀刻 液，该溶剂用以去除光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物，该溶剂不会蚀刻该二层以上的 微金属结构，且，以该蚀刻液移除该种子层。
6.如权利要求1或2所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该基板选取自硅基板、 玻璃基板、陶瓷基板。
7.如权利要求6所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该陶瓷基板选取自多层陶 瓷基板、低温共烧陶瓷基板、高温共烧陶瓷基板。
8.如权利要求2所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该沉积方式为蒸镀、溅镀、 无电镀。
9.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该二层以上的微金属结构 用以形成该微探针结构的至少1个以上的柱状微结构、水平悬臂梁、探针座、以及微探针。
10.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该二层以上的微金属结构 用以形成该微探针结构的至少1个以上的柱状微结构、水平悬臂梁、水平梁、探针座、以及 微探针，其中，该水平悬臂梁与该水平梁相互堆栈连接，该至少1个以上的柱状微结构于其 下电性连通该具有空间转换的基板的接触垫，该水平悬臂梁用以提供足够的上、下变形量， 以补偿探针卡、测试机台间的平面误差。
11.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该二层以上的微金属结构用以形成该微探针结构的至少1个以上的柱状微结构、水平悬臂梁、一水平梁、另一水平 梁、探针座、以及微探针，其中，该一水平梁与其上的该另一水平梁堆栈连接，而该另一水平 梁与其上的该水平悬臂梁堆栈连接，该至少1个以上的柱状微结构于其下电性连通该具有 空间转换的基板的接触垫，该水平悬臂梁用以提供足够的上、下变形量，以补偿探针卡、测 试机台间的平面误差。
12.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该二层以上的微金属结 构用以形成该微探针结构的至少1个以上的柱状微结构、水平悬臂梁、一水平梁、另一水平 梁、探针座、以及微探针，其中，该水平悬臂梁与其上的该一水平梁堆栈连接，而该一水平梁 与其上的该另一水平梁堆栈连接，该至少1个以上的柱状微结构于其下电性连通该具有空 间转换的基板的接触垫。
13.如权利要求9或10或11或12所述的微探针结构制造方法，其特征在于，加大该至 少一个以上的柱状微结构与该具有空间转换的基板的接触面积，藉以增加该至少一个以上 的柱状微结构与该具有空间转换的基板间的附着力。
14.如权利要求11或12所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该探针座由一微金 属结构、以及另一微金属结构所组成。
15.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该批覆光阻的技术选取自 spin coating、spray coating、lamination、casting。
16.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该批覆光阻为正型。
17.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该批覆光阻为负型。
18.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该烘烤的方式选取 自加热板直接加热、烘箱、红外线加热，该曝光的方式选取自X-ray lithography, UV lithography、direct write e_beam0
19.如权利要求3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该研磨加工的方式选取自 机化学加工、机械研磨、抛光。
20.如权利要求1或2或3所述的微探针结构制造方法，其特征在于，该二层以上的微 探针结构选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy, Ni-Fe alloy, Ni-Co alloy, Sn-Pb0
21.一种微探针结构，适用于电子组件测试用的探针卡组件，其特征在于，该微探针结 构包含至少一个以上的柱状微结构，该至少一个以上的柱状微结构形成于一具有空间转换的 基板的表面上；水平悬臂梁，于每一该至少一个以上的柱状微结构之上形成一该水平悬臂梁；探针座，于每一该水平悬臂梁上形成一该探针座；以及微探针，于每一该探针座上形成一该微探针；其中，该至少一个以上的该柱状微结构、该水平悬臂梁、该探针座、该微探针于该基板 的该表面上相继形成，且，以液体及/或干蚀刻来去除该至少一个以上的该柱状微结构、该 水平悬臂梁、该探针座、该微探针以外的其它材料，该液体及/或该干蚀刻不会蚀刻该微探 针结构。
22.—种微探针结构，适用于电子组件测试用的探针卡组件，其特征在于，该微探针结 构包含至少一个以上的柱状微结构，该至少一个以上的柱状微结构形成于一具有空间转换的 基板的表面上；至少一个以上的水平梁，于每一该至少一个以上的柱状微结构之上形成每一该至少一 个以上的水平梁；水平悬臂梁，于每一该至少一个以上的水平梁之上形成一该水平悬臂梁；探针座，于每一该水平悬臂梁上形成一该探针座；以及微探针，于每一该探针座上形成一该微探针；其中，该至少一个以上的该柱状微结构、该至少一个以上的水平梁、该水平悬臂梁、该 探针座、该微探针于该基板的该表面上相继形成，且，以液体及/或干蚀刻来去除该至少一 个以上的该柱状微结构、该至少一个以上的水平梁、该水平悬臂梁、该探针座、该微探针以 外的其它材料，该液体及/或该干蚀刻不会蚀刻该微探针结构。
23.一种微探针结构，适用于电子组件测试用的探针卡组件，其特征在于，该微探针结 构包含至少一个以上的柱状微结构，该至少一个以上的柱状微结构形成于一具有空间转换的 基板的表面上；水平悬臂梁，于每一该至少一个以上的柱状微结构之上形成一该水平悬臂梁；至少一个以上的水平梁，于每一该水平悬臂梁之上形成每一该至少一个以上的水平梁；探针座，于每一该水平悬臂梁上形成一该探针座；以及微探针，于每一该探针座上形成一该微探针；其中，该至少一个以上的该柱状微结构、该水平悬臂梁、该至少一个以上的水平梁、该 探针座、该微探针于该基板的该表面上相继形成，且，以液体及/或干蚀刻来去除该至少一 个以上的该柱状微结构、该水平悬臂梁、该至少一个以上的水平梁、该探针座、该微探针以 外的其它材料，该液体及/或该干蚀刻不会蚀刻该微探针结构。
24.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，加大该至少一个以上的 柱状微结构与该具有空间转换的基板的表面的接触面积，藉以增加该至少一个以上的柱状 微结构与该具有空间转换的基板的表面间的附着力。
25.如权利要求22或23所述的微探针结构，其特征在于，该探针座由一微金属结构、以 及另一微金属结构所组成。
26.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，所述微探针结构为微探 针数组型式。
27.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，所述微探针结构选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb。
28.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，该至少一个以上的柱状 微结构于其下连通该基板的接触垫。
29.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，该水平悬臂梁用以提供 足够的上、下变形量，以补偿探针卡、测试机台间的平面误差，且该水平悬臂梁较该微探针 的结构图案的宽度、长度为小。
30.如权利要求四所述的微探针结构，其特征在于，该微探针以电镀形成，于该电镀形成该微探针之前，沉积一电镀起始层。
31.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，先于该至少一个以上的 柱状微结构形成于具有空间转换的该基板的该表面上之前，具有空间转换的该基板的该表 面上先沉积种子层，该种子层具导电性、并具与该基板间的附着性，可选取自Cr under Au、 Ti under Au、Ti under Cu^Ti-W under Au。
32.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，该至少一个以上的该柱 状微结构、该水平悬臂梁、该探针座、该微探针于该基板的该表面上相继形成，是选取、并利 用以下步骤来予以完成批覆光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物；对所批覆的该光阻进行烘烤，该光阻经烘烤后，将其中溶剂蒸发使该光阻变硬，之后进 行曝光、显影，以成形所需的微结构图案；在该微结构图案凹洞内电镀所需的金属结构；以及进行研磨加工，研磨加工将使得该光阻与电镀金属厚度一致。
33.如权利要求21或22或23所述的微探针结构，其特征在于，该液体为溶剂，用以去 除光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物，该溶剂不会蚀刻该微探针结构。
34.如权利要求31所述的微探针结构，其特征在于，该液体包含溶剂、以及蚀刻液，该 溶剂用以去除光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物，该溶剂不会蚀刻该微探针结构，且， 以该蚀刻液移除该种子层。
35.如权利要求31或32或33所述的微探针结构，其特征在于，该具有空间转换的该基 板选取自硅基板、玻璃基板、陶瓷基板。
36.如权利要求35所述的微探针结构，其特征在于，该陶瓷基板选取自多层陶瓷基板、 低温共烧陶瓷基板、高温共烧陶瓷基板。
37.如权利要求30所述的微探针结构，其特征在于，该沉积的方式为自蒸镀、溅镀、或 无电镀。
38.如权利要求32所述的微探针结构，其特征在于，该批覆光阻的方式为spin coating、spray coating、lamination、casting。
39.如权利要求32所述的微探针结构，其特征在于，该批覆光阻为正型。
40.如权利要求32所述的微探针结构，其特征在于，该批覆光阻为负型。
41.如权利要求32所述的微探针结构，其特征在于，该烘烤的方式为加热板直接加热、 烘箱、红外线加热，该曝光的方式为 X-raylithography、UV lithography、direct write e—beam。
42.如权利要求32所述的微探针结构，其特征在于，该研磨加工的方式为机化学加工、 机械研磨、抛光。
全文摘要
本发明公开了一种微探针结构及其制造方法，适用于电子组件测试用的探针卡组件，本发明的微探针结构及其制造方法利用半导体制程的微影、电镀、平坦化、蚀刻技术，并以高分子来取代电镀第二牺牲层金属，于一具有空间转换的基板表面上，相继形成具有二层以上的微金属结构，藉以得到具有该二层以上的微金属结构的微探针结构，在此，每一层微金属结构是由一种材料所组成，而该二层以上的微金属结构可由相同材料及/或由不同的材料所组成。利用本发明的微探针结构制造方法所做出的微探针结构，具有强化悬臂梁的结构设计，适用于各类电子组件测试用的组件，可用以做为探针卡的测试头，而有效增加测试频宽、缩小间距及提升并排测试能力。
文档编号G01R1/073GK102121944SQ201010000429
公开日2011年7月13日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者王宏杰, 黄雅如 申请人:技鼎股份有限公司