專利名稱：探針卡結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探針卡結(jié)構(gòu)，特別涉及一種利用晶圓級技術(shù)制成的探針卡結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
探針卡主要是將探針卡上的探針與芯片上的焊墊(pad)或凸點(diǎn)(bump)直接接觸， 引出芯片訊號，再配合周邊測試儀器與軟件控制，以達(dá)到自動(dòng)化量測的目的。換言之，探針卡為電子測試系統(tǒng)與待測半導(dǎo)體晶圓之間的接口，以利于執(zhí)行晶圓測試。其目的在于提供測試系統(tǒng)與待測晶圓之間的電訊號路徑，以利于晶粒在切割與封裝前進(jìn)行晶圓級電路的測試與驗(yàn)證。一般而言，探針卡包括印刷電路板與接觸組件(探針)，用以接觸晶圓上的晶粒 (電路)焊墊。傳統(tǒng)的探針卡還可應(yīng)用于晶圓上的影像傳感器測試。在進(jìn)行晶圓級測試時(shí)，為了將測試設(shè)備所輸出的測試信號傳送至半導(dǎo)體晶圓，而采用收納有多個(gè)具有導(dǎo)電性探針的探針卡。一般在晶圓級測試中，利用探針卡檢測半導(dǎo)體晶圓上的晶粒，使探針個(gè)別接觸每個(gè)晶粒的焊墊。通過將具有導(dǎo)電性的探針接觸后，進(jìn)而輸入測試訊號以利于執(zhí)行檢查，并檢測出不良產(chǎn)品。然而，由于在半導(dǎo)體晶圓上形成有數(shù)百個(gè)至數(shù)萬個(gè)晶粒，因此，對一片半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行測試需花費(fèi)極長的時(shí)間，且隨著晶粒數(shù)目的增加而導(dǎo)致測試成本的上升。為了解決上述問題，業(yè)界逐漸采用一次將探針接觸于半導(dǎo)體晶圓上的所有晶粒或至少一區(qū)塊晶粒的晶圓級測試方法。在此方法中，必須將探針的前端接觸于半導(dǎo)體晶圓的極為精細(xì)的電極墊，因此探針前端必需精準(zhǔn)對位，以利于探針卡與半導(dǎo)體晶圓上的晶粒接觸。然而，晶圓針測技術(shù)隨著半導(dǎo)體制程技術(shù)的演變，探針卡在裸晶切割之后未完成封裝前，可測試其質(zhì)量，節(jié)省了不良產(chǎn)品的封裝成本。由于現(xiàn)行集成電路發(fā)展的微型化，集成電路體積越來越小、功能越來越強(qiáng)、腳數(shù)越來越多，且處理速度與頻率增加。而傳統(tǒng)的探針卡測試已不復(fù)使用，因此，探針卡也需要高密度的探針排列。早期的探針卡為探針與環(huán)氧樹酯(needle/印oxy)的組裝方式，其將數(shù)十根到數(shù)百根探針依據(jù)測試芯片墊層的位置通過手工方式置于探針卡上。此種方式相當(dāng)費(fèi)時(shí)且不方便。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用晶圓級技術(shù)制成的探針卡結(jié)構(gòu)，其訊號傳輸路徑短、傳輸速度快，可克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供的探針卡結(jié)構(gòu)，所述探針卡結(jié)構(gòu)包括金屬薄膜層，具有多個(gè)第一開口 ；填充材料層，形成于金屬薄膜層之上，具有多個(gè)第二開口 ；第一導(dǎo)電層，形成于多個(gè)第二開口之中；第一介電層，形成于填充材料層之上，具有多個(gè)第三開口 ；
第二導(dǎo)電層，形成于多個(gè)第三開口之中，耦合于第一導(dǎo)電層；第二介電層，形成于第一導(dǎo)電層及金屬薄膜層之下，具有多個(gè)第四開口。作為優(yōu)選方案，其中所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含金屬凸塊，形成于第二導(dǎo)電層之上。作為優(yōu)選方案，其中所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含增強(qiáng)層，形成于金屬凸塊之上。作為優(yōu)選方案，其中所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含重布層，形成于多個(gè)第四開口之中及第二介電層之下，耦合于第一導(dǎo)電層；保護(hù)層，形成于重布層之下，具有多個(gè)第五開口。作為優(yōu)選方案，其中所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含金屬墊層，形成于多個(gè)第五開口之中及保護(hù)層之下，耦合于重布層。作為優(yōu)選方案，其中所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含導(dǎo)線，電性連接于焊接凸塊。作為優(yōu)選方案，其中所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含彈性材料，形成于保護(hù)層之下。作為優(yōu)選方案，其中所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含剛性基底，彈性材料形成于其上。作為優(yōu)選方案，其中所述第二開口形成于第一開口之中。本發(fā)明的探針卡結(jié)構(gòu)相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提供的探針卡結(jié)構(gòu)，可有效增加探針卡的效率、可靠度及壽命，并可大幅降低成本。2、本發(fā)明提供的探針卡結(jié)構(gòu)，可以定位與整合到印刷電路板上，以大幅減少傳統(tǒng)探針卡的成本。3、本發(fā)明提供的探針卡結(jié)構(gòu)，其中彈性材料可在探針卡檢測待測物的過程中作為探針卡與待測物進(jìn)行測試接觸時(shí)的緩沖，還可有效地吸收與待測物的導(dǎo)電接點(diǎn)接觸時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，降低外力直接作用于探針結(jié)構(gòu)所造成的沖擊與破壞。4、本發(fā)明提供的探針卡結(jié)構(gòu)，可降低檢測時(shí)的接觸作用力對探針造成的磨損程度，有助于延長探針卡的使用壽命。


圖1是根據(jù)本發(fā)明形成光阻圖案于金屬薄膜層的截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明形成金屬薄膜層的截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明金屬薄膜層附著于基板之上的截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明填充材料層形成于金屬薄膜層之上的截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明形成第一介電層于金屬薄膜層之上的截面圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明形成柱狀金屬層于金屬薄膜層之上的截面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明形成第二介電層于柱狀金屬層之上的截面圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明形成梢端金屬層于第二介電層之上的截面圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明移除基板之后的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明形成金屬薄膜層的截面圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明附著于基板的截面圖。圖12是根據(jù)本發(fā)明形成第三介電層于柱狀金屬層之上的截面圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明形成重布層于柱狀金屬層之上的截面圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明形成保護(hù)層于重布層之上的截面圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明形成金屬墊層于重布層之上的截面圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明附著于另一基板的截面圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明形成金屬凸塊于梢端金屬層之上的截面圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明形成光阻圖案于第二介電層之上的截面圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明形成增強(qiáng)層于金屬凸塊層之上的截面圖。圖20是根據(jù)本發(fā)明的探針卡結(jié)構(gòu)截面圖之一。圖21是根據(jù)本發(fā)明的探針卡結(jié)構(gòu)截面圖之二。主要組件符號說明剛性基底100彈性材料101保護(hù)層102第一介電層105第二介電層103重布層106金屬墊層107金屬薄膜層108、120導(dǎo)電插塞109金屬凸塊110增強(qiáng)層111焊接凸塊112導(dǎo)線113光阻圖案121、141開口102a、103a、104a、105a、121a、141a金屬薄膜層122基板123、130、140填充材料層104、124柱狀金屬層125梢端金屬層12
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將通過以下較佳實(shí)施例與附圖加以敘述。此類敘述應(yīng)理解為例示之用，并非用以限制。因此除說明書中的較佳實(shí)施例外，本發(fā)明亦可廣泛地應(yīng)用在其它實(shí)施例中。首先，形成光阻圖案121于金屬薄膜層120之上，如圖1所示。其中金屬薄膜層120 具有多個(gè)開口 121a形成于其上。金屬薄膜層120為科森(Corson)銅合金(C7025，C7(^6)， 科森銅合金為一種高可靠度且高性能的銅合金，經(jīng)過溫度處理時(shí)，該材料的硬度、強(qiáng)度、導(dǎo)電率及延伸率增加。之后，移除部分金屬薄膜層120以形成金屬薄膜層122，例如通過蝕刻制程完成， 如圖2所示。其中金屬薄膜層122仍具有多個(gè)開口 121a形成于其上。然后，金屬薄膜層122附著于基板123之上，如圖3所示，基板123為玻璃基板。 填充材料(filling material)層1 形成于金屬薄膜層122之上并填入多個(gè)開口 121a之中，如圖4所示。填充材料(filling material)層124為介電材料，此介電材料包含但不限定于彈性介電材料、感光材料、硅介電材料、硅氧烷聚合物(SINR)、聚亞酰胺(PI)或硅樹脂。之后，通過微影制程(曝光/顯影)或蝕刻制程，填充材料層1 之中形成圖案化的填充材料層104于金屬薄膜層122的上面及側(cè)壁，如圖5所示。其中填充材料層104具有多個(gè)開口 10 形成于其中，多個(gè)開口 10 位于金屬薄膜層122之上。形成于金屬薄膜層122側(cè)壁上的填充材料層104的側(cè)壁(side wall)為非垂直側(cè)壁。開口 10 形成于開口 121a之中，開口 104a的大小略小于開口 121a的大小。之后，在金屬薄膜層122之上的多個(gè)開口 10 中填入金屬材料，以形成柱狀金屬層125，例如通過電鍍制程以形成柱狀銅層(Cu pillar needle)，如圖6所示。舉一實(shí)施例而言，適當(dāng)長度的柱狀金屬層125可以吸收部分的形變或應(yīng)力，柱狀金屬層125的上表面與填充材料層104的上表面略平齊(相當(dāng))。然后，形成第一介電層105于柱狀金屬層125之上，如圖7所示。其中多個(gè)開口 10 通過微影制程或蝕刻制程形成于第一介電層105之中， 多個(gè)開口 10 位于柱狀金屬層125之上，暴露柱狀金屬層125。之后，在多個(gè)開口 10 中填入金屬材料，以形成梢端金屬層(tip structure) 12 于第一介電層105之上，例如通過電鍍制程形成梢端鎳/金合金層125a，如圖8所示。柱狀金屬層125及梢端金屬層12 構(gòu)成導(dǎo)電插塞(plug) 109，導(dǎo)電插塞109為銅/鎳/金合金結(jié)構(gòu)，其上表面與第一介電層105 的上表面約略平齊(相當(dāng))。梢端金屬層12 的形成，有利于在進(jìn)行CPkharge-pumping) 測量時(shí)避免柱狀金屬層125發(fā)生扭轉(zhuǎn)。之后，移除基板123，留下基板123之上的結(jié)構(gòu)，如圖9所示。移除底部的金屬薄膜層122而形成金屬薄膜層108，例如通過蝕刻制程的完成，以暴露柱狀金屬層125的底部， 如圖10所示。導(dǎo)電插塞109的上表面及底部表面暴露，并且位于金屬薄膜層108的開口中而貫穿填充材料層104及第一介電層105。其中柱狀金屬層125形成于填充材料層104側(cè)壁間的間隙(開口 104a)中；而梢端金屬層12 形成于第一介電層105側(cè)壁間的間隙(開口 105a)中。利用金屬薄膜層108的金屬特性及其四周多層彈性介電層(102、103、104及 105)的彈性，適當(dāng)厚度的金屬薄膜層108可以自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的曲伸及偏斜，并且金屬薄膜層 108可以通過其形變以適應(yīng)均勻變化的墊(pad)。然后，上述結(jié)構(gòu)附著于基板130之上，其中金屬薄膜層108朝上而暴露，如圖11 所示，基板130為玻璃基板。形成第二介電層103于柱狀金屬層125及填充材料層104之上，如圖12所示。其中多個(gè)開口 103a通過微影制程或蝕刻制程形成于第二介電層103之中，多個(gè)開口 103a位于柱狀金屬層125之上。之后，形成重布層(redistribution layer, RDL) 106(也可稱為導(dǎo)電層106)于柱狀金屬層125及第二介電層103之上、多個(gè)開口 103a 之中，如圖13所示。之后，形成保護(hù)層102于重布層106及第二介電層103之上，如圖14所示。保護(hù)層102通過微影制程或蝕刻制程以形成，保護(hù)層102為介電材料，此介電材料包含但不限定于彈性介電材料、感光材料、硅介電材料、硅氧烷聚合物(SINR)、聚亞酰胺(PI)或硅樹脂。 多個(gè)開口 10 形成于保護(hù)層102之中，位于重布層106之上，以暴露重布層106。然后，在多個(gè)開口 10 區(qū)域中，形成金屬墊層(under ball metal, UBM) 107于重布層106之上，并延伸至保護(hù)層102的側(cè)壁及上表面之上，如圖15所示。
之后，移除基板130，留下基板130之上的結(jié)構(gòu)。在此步驟中，需避免上層保護(hù)層 102的裂開或剝落問題、柱狀銅層125上的金屬層剝落問題以及在金層上的任何殘膠(glue residue)0之后，上述結(jié)構(gòu)附著于基板140之上，其中導(dǎo)電插塞109(梢端金屬層125a)及第一介電層105朝上而暴露，如圖16所示，基板140為玻璃基板。然后，形成金屬凸塊(stud bump) 110于梢端金屬層12 之上，如圖17所示。金屬凸塊110為通過電鍍制程完成的金凸塊(Au stud bump) 110。之后，形成光阻圖案141于第一介電層105之上，并暴露金屬凸塊層110，其中多個(gè)開口 141a區(qū)域涵蓋整個(gè)金屬凸塊層110，如圖18所示。之后，形成增強(qiáng)層(reinforcement layer) 111于金屬凸塊110及第一介電層105 之上，并覆蓋金屬凸塊110，如圖19所示。增強(qiáng)層111通過涂布或電鍍制程完成的金屬層 111。然后，移除光阻圖案141。上述金屬凸塊110類似于探針(needle tip)或探測端的設(shè)計(jì)，其得以確保成功地接觸焊墊而不會(huì)發(fā)生任何錯(cuò)誤的測量。最后，移除基板140，留下基板140之上的結(jié)構(gòu)，如圖20所示，此即完成晶圓級探針卡結(jié)構(gòu)。完成晶圓級探針卡制程之后，利用切割制程(sawing process)得以形成符合單一芯片尺寸的探針卡單元。在上述步驟中，需避免第一介電層105的裂開或剝落問題、柱狀銅層125上的金屬層剝落問題以及金屬墊層(UBM) 107上的任何殘膠。如圖21所示，上述晶圓級探針卡結(jié)構(gòu)可以形成于彈性材料101之上，其中保護(hù)層 102形成于彈性材料101之上，以利于吸收柱狀金屬層125在形變及位移時(shí)的應(yīng)力。彈性材料101為橡膠材料。而彈性材料101形成于剛性基底(rigid kiseUOO之上。此外，金屬墊層107之下可以形成焊接凸塊112，焊接凸塊112電性連接于導(dǎo)線113，以利于電性連接及測試待測組件。舉一實(shí)施例而言，導(dǎo)線113高度不超過金屬凸塊層110的高度。傳統(tǒng)的探針卡存在諸多缺點(diǎn)，本發(fā)明的晶圓級探針卡結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)式探針卡，并且具有傳統(tǒng)式探針卡無法預(yù)期的效果。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)得以領(lǐng)會(huì)其用以說明本發(fā)明而非用以限定本發(fā)明。其專利保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求書的內(nèi)容為準(zhǔn)。舉凡本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在在不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)所作的修改與類似的配置，均應(yīng)同理包含于本發(fā)明的權(quán)利要求之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)包含 金屬薄膜層，具有多個(gè)第一開口 ；填充材料層，形成于金屬薄膜層之上，具有多個(gè)第二開口 ； 第一導(dǎo)電層，形成于多個(gè)第二開口之中； 第一介電層，形成于填充材料層之上，具有多個(gè)第三開口 ； 第二導(dǎo)電層，形成于多個(gè)第三開口中，耦合于第一導(dǎo)電層；以及第二介電層，形成于第一導(dǎo)電層及金屬薄膜層之下，具有多個(gè)第四開口。
2.如權(quán)利要求1所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含金屬凸塊，形成于第二金屬層之上。
3.如權(quán)利要求2所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含增強(qiáng)層，形成于金屬凸塊之上。
4.如權(quán)利要求1所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含重布層，形成于多個(gè)第四開口之中及第二介電層之下，耦合于第一導(dǎo)電層；保護(hù)層，形成于重布層之下， 具有多個(gè)第五開口。
5.如權(quán)利要求4所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含金屬墊層，形成于多個(gè)第五開口之中及保護(hù)層之下，耦合于重布層。
6.如權(quán)利要求4所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含焊接凸塊，形成于金屬墊層之下。
7.如權(quán)利要求6所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含導(dǎo)線，電性連接于焊接凸塊。
8.如權(quán)利要求4所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含彈性材料，形成于保護(hù)層之下。
9.如權(quán)利要求8所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探針卡結(jié)構(gòu)還包含剛性基底，所述彈性材料形成于剛性基底之上。
10.如權(quán)利要求1所述的探針卡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二開口形成于第一開口之中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用晶圓級技術(shù)制成的探針卡結(jié)構(gòu)，所述探針卡結(jié)構(gòu)包括金屬薄膜層；填充材料層，形成于金屬薄膜層之上，具有多個(gè)開口；第一導(dǎo)電層，形成于多個(gè)開口之中；第一介電層，形成于填充材料層之上；第二導(dǎo)電層，耦合于第一導(dǎo)電層；第二介電層，形成于第一導(dǎo)電層及金屬薄膜層之下；重布層，形成于第二介電層之下，耦合于第一導(dǎo)電層；保護(hù)層，形成于重布層之下；以及金屬墊層，形成于保護(hù)層之上，耦合于重布層。本發(fā)明提供的探針卡結(jié)構(gòu)，可有效增加探針卡的效率、可靠度及壽命，并可大幅降低成本；可以定位與整合到印刷電路板上，以大幅減少傳統(tǒng)探針卡的成本；還可降低檢測時(shí)的接觸作用力對探針造成的磨損程度，有助于延長探針卡的使用壽命。
文檔編號G01R31/26GK102455373SQ20101051147
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者劉廣三, 林南君, 鄭雅云, 鄭靖樺 申請人:群成科技股份有限公司