CN101308165A - 探针阵列及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种形成一探针阵列的方法，其包括在一探针材料块上形成一尖端材料层(101)。在所述尖端材料层上设置一第一电子放电机(EDM)电极(201)，所述EDM电极具有对应于将形成的复数个探针的复数个开孔。从所述尖端材料层和所述探针材料块上移除多余的材料以形成所述的复数个探针。设置一具有对应于复数个探针的复数个通孔的衬底，以使所述探针穿透所述复数个通孔。将所述衬底结合至复数个探针。移除多余的探针材料以将所述衬底平面化。

Description

探针阵列及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种制造一用于探测电子器件的探针阵列，例如一用于探测一半导体晶片上的电路小片的探针卡的方法。

背景技术

在制造过程中，半导体电路小片必须经过测试，以确保电路小片上集成电路的可靠性和性能特性。因此，半导体制造商已开发了不同的用于测试半导体电路小片的测试程序。通常通过在晶片级上用探针对电路小片进行测试来执行对整体功能的标准测试。晶片级的探针测试也可用于评定电路小片的速度等级。

在晶片级上并行测试大量集成电路芯片会提供明显的优势，因为测试时间与成本会大大减少。目前，需要使用包括大型计算机在内的大规模测试仪来每次测试甚至一个芯片，并且当增大并行测试芯片阵列的能力时，这些仪器的复杂度会增加。然而，由于并行测试会节省时间，因而人们已引入了能够同时探测和从多个电路小片收集数据的高引线数测试仪，并且可同时测试的芯片数量一直在逐渐增加。

提供一种能允许在切割之前并行地测试及老化一晶片上各电路小片的改良的晶片测试及老化方案将会使成本大大降低。

随着晶片测试要求变得越来越复杂，对高密度探针及制造这些探针的有效并且相对低廉的方法的需求仍继续是一种挑战。因此，需要一种制造高密度探针阵列的低廉且有效的方法。

发明内容

本发明涉及一种用于测试半导体晶片的探针阵列和其能够基本上消除相关技术的一个或多个问题和缺点的制造方法。

本发明提供一种制造一探针阵列的方法，其包括形成一具有复数个通孔的第一衬底。形成一嵌有复数个探针尖端的第二衬底。将复数条导线结合至第二衬底中对应的探针尖端。第一衬底中的通孔与所述复数条导线相配合。移除第二衬底。将第一衬底平面化，并在第一衬底上形成与复数条导线的连接以便连接至外部信号源。

在另一方面，提供一种形成一探针阵列的方法，其包括在一探针材料块上形成一尖端材料层。将一第一电子放电机(EDM)电极置于该层尖端材料上，所述EDM电极具有对应于将形成的复数个探针的复数个开孔。从该尖端材料层和该探针材料块上移除多余材料，以形成复数个探针。设置一具有与所述复数个探针相对应的复数个通孔的衬底，以使所述探针穿透所述复数个通孔。将该衬底结合至复数个探针。移除多余的探针材料，以将衬底平面化。根据本发明制造探针阵列的方法的优点包括对两个不同的衬底使用两个阶段的步骤。因此，可并行并相互独立地执行这两个阶段的处理步骤。任何可能出现的错误或缺陷仅需要重复一组步骤。而且，所形成的探针阵列具有可沿探针的至少一段提供支撑的通孔。在存在横向接触运动或摩擦接触的探针阵列中，该支撑尤其有利。

在又一方面中，提供一种探针阵列，其包括一衬底和用于接触一测试装置上的测试端子的复数个探针。每一探针均具有一探针杆和一尖端。每一探针均穿透衬底以便得到支撑。所述衬底具有复数个通孔，以使探针杆穿透所述通孔并结合至衬底。

本发明的其他特征和优点将在下文的说明中提出，并且其部分将根据本说明得知，或可通过实践本发明而得知。本发明的优点将通过所述结构来实现和获得，并且将在书面说明、权利要求书及附图中特别地指出。

应当了解，上文的大体说明及后文的详细说明都是实例性、解释性的，并且旨在提供对请求专利权的本发明的进一步解释。

附图说明

所包含的附图旨在显示本发明的实例性实施例，其并入本说明书并构成本说明书的一部分，这些附图显示本发明的实施例并与本说明一起用来解释本发明的原理。附图中：

图1-4显示一种用于一垂直探针阵列的探针制造方法的步骤。

图5-6显示将图1-4中显示的探针与一衬底相接合以形成探针阵列的步骤。

图7-8显示图6所示探针阵列中探针尖端部的定形步骤。

图9以流程图的形式显示在制造探针阵列中所涉及的对应于图1-8的步骤。

图10显示一可用于制造一探针阵列的探针的替代EDM电极。

图11显示图10中所示EDM电极的一剖面图。

图12-16显示一种制造探针的替代方法。

图17显示根据图12-16中所示方法形成的松散探针。

图18显示一用于固定探针的基础衬底。

图19显示图18中基础衬底的一剖面图。

图20-21显示将探针组装成一阵列。

具体实施方式

现在将详细地介绍本发明的实施例，其实例显示在附图中。

图1-8显示一形成一探针阵列的第一种方法，并且图9以流程图的形式显示制造图1-8所示探针的步骤901-908。

如图1所示，将一尖端材料块101附着至一探针材料块102(步骤901)。尖端材料101和探针材料102应是导电性材料，但是也可由任意数量的习知材料制成。合适的尖端材料和探针材料的实例包括钯、铜、金、铑、镍、钴、银、铂、导电性氮化物、导电性碳化物、钨、钛、钼、铼、铟、锇、耐熔金属及包含一种或多种任何上述材料的合金或复合物组合物。例如，尖端材料101可电镀到探针材料102上。尖端材料101也可用熔焊、焊接、铜焊等到探针材料102上。当然，可对探针材料102和/或尖端材料101进行进一步处理。例如，可以对所述材料两者之一或两者都进行热处理或退火；可在所述材料两者之一或两者内植入离子；等等。而且，这种进一步的处理可在该过程期间的任一时刻进行，包括在所述EDM电极定形所述材料之前及所述材料由EDM电极完全定形之后。此外，在由一EDM电极定形期间的任一时刻，均可停止定形过程，并对材料进行处理。

然后，使用一电子放电机(“EDM”)将尖端材料101和探针材料102定形成基本的探针形状(步骤902-903)。如图2和图3所示，将一定形为所期望探针阵列形式的第一EDM电极201敷至尖端材料块101和探针材料102上。在移除多余的材料后，结果得到的结构如图4所示。然后，使用焊料503或某种其它合适的接合材料将探针401固定于一衬底501(例如，其可由陶瓷、硅、印刷电路板材料等制成)的通孔502中，如图5所示(步骤904-905)。也可以使用压配合和热配合技术。然后移除探针材料102的底部部分504(相对图5中显示的取向而言)，如图6所示(步骤906)。在一个实例中，移除底部部分504的多余的探针材料102以使所述衬底平面化。可以使用蚀刻、研磨、抛光、精研或其它合适的方法来移除底部部分504。另一选择为，可留下探针401的某些部分贯穿衬底501的底部(如图5所示的取向)。例如，可只移除底部部分504(例如，使用一EDM电极、蚀刻等)。探针401的贯穿衬底501底部的部分可以固定(例如，通过焊接)到另一衬底上。

如图7所示，一第二EDM电极701用于通过移除多余材料(步骤907)来定形探针401末端上的尖端材料101，以得到图8中的结构。然后在第一衬底501上形成连接至探针401的电连接(未示出)，以用于连接至外部测试信号源(步骤908)。图8所示的结构可用于制作一探针卡组件或其他用于探测电子器件的装置。当然，在将探针401固定到衬底501之前，可如图7和图8所示对尖端材料101进行定形。

EDM电极201可以由任何可蚀刻、机加工或以其他方式处理形成所期望图案的导电材料制成。例如，第一EDM电极201可以由可使用激光烧蚀(例如使用准分子激光器)来图案化的石墨形成。作为另一实例，第二EDM电极701可以由硅制成，所述硅可经高度掺杂并且可以通过在硅的表面内蚀刻凹坑来图案化。视情况，可通过溅射、电镀、化学气体沉积和其它技术将EDM电极的一表面金属化，或者进行其他处理。

因此，提供一种形成一探针阵列的方法，其包括在一探针材料块102上形成一尖端材料层101。在该尖端材料层101上设置一第一电子放电机(EDM)电极201，该EDM电极201具有对应于将形成的复数个探针401的复数个开孔。从该尖端材料层101与该探针材料块102上移除多余材料以形成复数个探针401。设置一具有对应于所述复数个探针401的复数个通孔502的衬底501，以使探针401穿透复数个通孔502。将衬底501结合至复数个探针401。移除多余的探针材料以将衬底501平面化。尖端材料可以在探针形成前或形成后受到进一步处理。例如，尖端材料可以使用离子植入技术、电镀等来处理。

图10和图11显示另一可以用于制造探针阵列中的探针的实例性EDM电极1002。图10显示电极1002的底视图，图11显示电极1002的剖面侧视图。可以看到，电极1002的底部具有复数个空腔1004。如所将看到，孔洞1004呈将要制成的探针形状。

如图12-14(其中显示电极1002的剖面)所示，电极1002开始与探针材料1206相接触，探针材料1206可与上述探针材料102类似。如图12所示，探针材料1206可视情况粘着至牺牲材料1208。如图13所示，电极1002会定形探针材料1206。如图14所示，电极1002也可部分地定形牺牲材料1208。

图15和图16分别显示电极材料1206和牺牲材料1208在由电极1002(如图12-14所示)定形后的顶视图和剖面侧视图。如图所示，电极1002按电极1002上的空腔1004所界定来定形探针材料1206和第一层牺牲材料1501(即，一上层原始牺牲材料1208)。然后，探针材料1206从牺牲材料1208和1501上释放，而留下由探针材料1206制成的松散探针1510，如图17所示。另一选择为，可将EDM电极设计为在探针1510之间留有少量材料(未示出)，从而将各探针连接在一起。这可允许成组地对探针进行进一步处理和操作。这也可有助于在后续组装期间对探针进行操作。较佳地，所留下的这种连接材料的量足够薄，以便易于从探针上将其移除(例如，破碎)。

如上文所述，牺牲材料1208并非必需。可单独提供探针材料1206，并且电极1002可以仅蚀刻穿过探针材料1206。而且，如果使用牺牲材料1208，那么牺牲材料1208也不需要由电极1002来定形。也就是说，在图14中，电极1002可恰好在其到达牺牲材料1208时停止，以使其仅蚀刻探针材料1206。

不管是否蚀刻牺牲材料1208，如何将牺牲材料1208粘着至探针材料1206然后再自探针材料1206释放对本发明并不重要。同样，用作牺牲材料1208的材料对本发明也不重要。例如，探针材料1206和牺牲材料1208可借助任何适当的粘合剂(如环氧树脂等)粘着在一起。然后，可以通过溶解、蚀刻掉或以其他方式移除胶合剂来使探针材料1206与牺牲材料1208分离。作为另一实例，可以溶解或蚀刻掉牺牲材料1208来使探针1510从牺牲材料上分离。

另一选择为，初始探针材料块1206可以是一复合材料，其包括一种用于探针1510的主体的材料和一用于探针1510的尖端的不同材料。例如，经处理后得到如图15所示结果的初始材料块可以跨越图15所示更大矩形结构的顶部和底部包括一矩形尖端材料幅。(实例性矩形幅在图15中以虚线显示并标记为1511。)此等幅将大至足以包含图15中所示的探针1510的尖端。通过这种方式，探针1510可包含多种材料(例如，一种材料用于探针主体，一种不同的材料用于探针的尖端)。另一选择为，整个块由同一种材料制成，但是对幅1511进行特殊处理，例如上文结合图1所示探针或尖端材料所述。

图17中所示松散探针1510的一实例性使用显示在图18-21中。图18和图19显示的是一带有开孔1816和开孔1816周围的焊料1814的基础衬底1812。如图20所示，探针1510可以插入至开孔1816内，并且焊料1814变形以将探针1510固定在开孔1816中。如图21所示，一个或多个此种基础衬底1812又可固定(例如，通过焊料1814、铜焊、熔焊或其他方法)到一更大衬底上，例如一带有导电端子2122的电子部件2120上。作为一实例，电子部件2120可以是一个用于一探针卡总成的空间转换器，例如一用于在1999年11月2日所颁布的第5,974,662号美国专利中所揭示的探针卡总成的空间转换器，该美国专利以引用方式并入本文中。前文所述的将松散探针组装成探针阵列的实例性方法在2002年7月24日提出申请且共同受让的第10/202,712号美国专利申请案中进行了更详细的介绍，该美国专利申请案也以引用方式并入本文中。

与EDM电极201一样，EDM电极1002可以由任何导电材料制成。同样，空腔1004可以采用任何合适的方法图案化于电极1002中。例如，可以在电极1002内通过蚀刻、机加工等方式形成空腔1004。作为另一实例，空腔1004可以使用激光烧蚀形成。作为又一实例，可以使用光阻剂覆盖牺牲衬底1208(例如，硅晶片)，并且将所述光阻剂图案化、显影、及移除，以便仅在牺牲衬底1208上要形成空腔1004的地方留有光阻剂。然后将牺牲衬底1208金属化(例如，通过电镀、沉积等)，从而围绕经图案化的光阻剂形成所述电极的一底板，然后移除光阻剂，从而在新形成的底板上留下空腔1004。

根据本发明制造探针阵列的方法的优点包括独立地处理两个不同的衬底。因此，所述两个阶段的处理步骤可以并行且相互独立地执行。可能出现的任何错误或缺陷仅需要重复一组步骤。而且，所得到的探针阵列具有可沿探针的至少一段提供支撑的通孔。在存在横向接触运动或摩擦接触(即探针首先沿测试器件的表面横向运动，然后“撞击”测试器件上的一端子垫)的探针阵列中，该支撑尤其有利。

所属领域的技术人员应了解，可对其在形式上和细节上作出各种变化，此并不背离在随属权利要求书中所界定的本发明的精神和范围。因此，本发明的广度和范围不应受限于上文所说明的任一实例性实施例，而应仅根据下文权利要求书及其等价内容来界定。

Claims (3)

1、一种制造复数个探针的方法，所述方法包括：

提供一材料块；及

使用一电子放电机从所述材料块移除材料以形成所述复数个探针；

其中所述材料块包含设置在牺牲材料上的探针材料。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述材料块进一步包含设置在所述牺牲材料上的尖端材料。

3、如权利要求2所述的方法，其中所述从所述块移除材料的步骤包括：

提供一包含复数个空腔的电子放电机电极，一空腔对应于一探针的一形状并且具有一对应于所述探针形状的一主体部分的第一空腔部分和一对应于所述探针形状的一尖端部分的第二空腔部分，及

在所述材料块上设置所述电子放电机电极，以使所述第一空腔部分位于所述探针材料上并且所述第二空腔部分位于所述尖端材料上。

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