專利名稱：用于探針結合的硅晶片以及使用其進行結合的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于探針結合(probe bonding)的硅晶片，以及使用該硅晶片的探針結合方法。本分明尤其涉及這樣一種硅晶片以及探針結合方法，所述硅晶片包括在其表面形成的探針尖以及支撐柱，該硅晶片在結構上進行了改進以便利到探針基底的探針結合，而所述探針結合方法用于將所述硅晶片的支撐柱接合到探針基底的凸起。
背景技術：
通常，人們對半導體集成電路器件進行測試，以確定它們是否被制造為具有滿足設計標準的電特性，其測試設備是探針設備。探針板作為探針設備的一個部件被設計為與設置在半導體集成電路器件中的襯墊(pad)接觸，以此利用襯墊與探針設備的各種電信號發(fā)生器或信號探測器進行電通信。通過在探針板上的探針和襯墊之間進行的電通信，來測試半導體集成電路器件的操作是否正常。
懸臂型探針板通常具有4×8的芯片陣列結構(平行的32個DUT)，以與要測試的電組件芯片陣列相對應。
圖1到圖3是示出傳統(tǒng)的標準探針板的制造工藝的平面圖。
以下將對傳統(tǒng)的標準探針板制造工藝進行簡單說明。如圖1所示，首先，在探針基底10的表面形成多個凸起11，以與在要被測試的電組件、芯片等的表面上設置的多個襯墊相對應。
接著，如圖2所示，準備6英寸硅晶片20。6英寸硅晶片20具有在其表面形成的探針尖21以及支撐柱22。這里，凸起11、探針尖21和支撐柱22通過光刻和電鍍工藝形成。
在準備好探針基底10和硅晶片20后，如圖3所示，在各個凸起11的上端施加焊膏P。接著，將硅晶片20設置在探針基底10上，從而使得各個支撐柱22的端部與各個凸起11的上端接觸，并將硅晶片20加熱到約為200到350攝氏度的溫度。由此，焊膏P熔融后將凸起11和支撐柱22相互附接在一起。最后，通過蝕刻將硅晶片20去除，探針結合工藝(其為探針板制造中的關鍵工藝)結束。
時下，隨著半導體制造技術的發(fā)展，在一塊基底上形成更多的芯片，以減少制造成本并提高生產率。這就相應地使用來測試芯片的探針板按比例增加(scale-up)。
圖4到6是示出制造傳統(tǒng)的大尺寸探針板的平面圖。
如圖4-6所示，使用具有8×16芯片陣列結構(平行的128個DUT)的大尺寸探針基底30以及與大規(guī)模的探針基底30對應的12英寸的硅晶片40，來制造傳統(tǒng)的大尺寸探針板。
發(fā)明內容
技術問題然而，上述傳統(tǒng)探針板的制造工藝(如圖1到3所示)具有以下缺點。
首先，由于為了將凸起11附著到支撐柱22，需要將探針基底10和硅晶片20加熱到約為200到350攝氏度的溫度，所以基底10的材料主要局限于基于陶瓷的材料。這就增加了探針板的價格。
其次，當基底10和硅晶片20在受熱和冷卻過程中承受熱脹冷縮時，凸起11和支撐柱22之間的接觸區(qū)域在高溫下會產生位置誤差，這是因為晶片20和陶瓷基底10的熱膨脹系數(shù)不同而導致的。此外，冷卻后產生的殘留的應力會在接觸區(qū)域產生剪力，從而使得在凸起11和支撐柱22之間產生不期望的分割。
第三，當探針基底的大小改變時，傳統(tǒng)探針板的制造工藝對硅晶片的兼容性不好。例如，當必需用如圖4-6所示的128-DUT探針基底替換32-DUT探針基底時，相應地，必需用12英寸的硅晶片代替6英寸的硅晶片。可以想象，隨著探針測試設備的體積的逐漸增大，會周期性地產生傳統(tǒng)探針結合工藝的兼容性問題。
第四，當使用大尺寸的硅晶片時，增加了生產缺陷產品的可能性，從而增加了產品制造成本。
技術方案因此，本發(fā)明針對上述問題而提出，其目的在于提供一種用于探針結合的硅晶片，以及使用該硅晶片的探針結合方法，該方法能夠使得在室溫下使用局部激光掃描的方法制造探針板，從而允許使用各種探針基底材料，以此降低制造成本，并將由于熱膨脹和收縮生成的殘留應力對探針造成的損壞最小化。
本發(fā)明的另一個目的在于提供這樣一種用于探針結合的硅晶片，以及使用該硅晶片的探針結合方法，它們能夠允許使用恒定大小的硅晶片，而不用考慮探針基底的尺寸變化，從而使得用于探針結合的硅晶片具有高的兼容性。
從以上的描述可以明顯看出，根據(jù)本發(fā)明的用于探針結合的硅晶片，以及使用該硅晶片的探針結合方法具有以下的有益效果。
首先，根據(jù)本發(fā)明，能夠使用局部激光掃描的方法，在室溫下制造探針板。其有益效果在于，因為能夠使用各種探針基底的材料，所以降低了探針板的制造成本，此外將由于熱膨脹和收縮生成的殘留應力對探針造成的損壞最小化。
第二，根據(jù)本發(fā)明，即便是探針基底的尺寸在改變，也可以使用具有恒定大小的硅晶片來執(zhí)行在探針基底上的探針結合。這就使得用于探針結合的硅晶片具有高的兼容性。
第三，根據(jù)本發(fā)明，能夠通過環(huán)氧粘接劑、雙面膠等將玻璃板結合到硅晶片模塊的表面上。玻璃板有效地控制所有硅晶片模塊的平坦性，并防止在進行探針結合工藝期間，由于探針基底的凸起和硅晶片的支撐柱之間的接觸區(qū)域被加熱并冷卻而形成的熱膨脹和收縮使硅晶片松弛或變形。
通過下面參照相應的附圖對本發(fā)明進行詳細描述后，本發(fā)明的上述和其他目標、特征和其他有益效果將變得顯而易見，其中，圖1到3為示出傳統(tǒng)標準探針板的制造工藝的平面圖；
圖4到6為示出傳統(tǒng)的大尺寸探針板的制造工藝的平面圖；圖7為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的用于探針結合的硅晶片的平面圖；圖8為示出使用圖7中的硅晶片制造探針板的平面圖；圖9為示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的、用于探針結合的硅晶片的放大平面圖；圖10到13為根據(jù)本發(fā)明的、制造用于探針結合的硅晶片的工藝的側截面圖；圖14和15是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的、用于探針結合的硅晶片模塊的平面圖；圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的、使用硅晶片的探針結合工藝的平面圖；圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的、使用硅晶片模塊的探針結合工藝的平面圖；圖18是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的、用于探針結合的硅晶片的使用實施例的側截面圖；以及圖19為使用圖18的硅晶片的探針結合工藝的、去除了部分部件的放大側截面圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過提供這樣一種用于探針結合的硅晶片實現(xiàn)上述和其他目標，所述硅晶片包括形成于所述硅晶片的第一表面的多個探針尖、以及多個支撐柱，所述支撐柱的每一個具有設置在所述多個探針尖中的每一個上的第一端，以具有預定的排列圖案。所述硅晶片還包括多個開口，其貫穿所述硅晶片形成，以將各個所述支撐柱的與所述探針尖相對的第二端暴露。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過提供這樣一種用于探針結合的硅晶片模塊實現(xiàn)上述和其他目標，所述硅晶片模塊通過將硅晶片分割成預定形狀而形成，所述硅晶片包括多個探針尖，在所述硅晶片的第一表面形成；以及多個支撐柱，其每一個具有與所述多個探針尖中的每一個相接觸的第一端，以具有預定的排列圖案，其中，所述硅晶片還包括貫穿所述硅晶片形成的多個開口，以允許所述多個支撐柱中的每一個的第二端都分別突入所述多個開口中的每一個，其中，所述各個支撐柱的第二端通過所述多個開口暴露到外面。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過提供這樣一種用于探針結合的方法實現(xiàn)上述和其他目標，所述方法可包括以下步驟a)將用于探針結合的硅晶片設置在探針基底上，從而使得所述硅晶片通過在其上形成的各個開口而暴露到外面的支撐柱分別與形成于所述探針基底的凸起接觸；b)通過所述開口、利用來自外部源的激光束進行掃描，以將所述支撐柱結合到所述凸起；以及c)通過蝕刻將所述用于探針結合的硅晶片去除，而保留探針尖和支撐柱。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，通過提供這樣一種用于探針結合的方法實現(xiàn)上述和其他目標，所述方法可包括以下步驟a)將用于探針結合的硅晶片模塊設置在探針基底的預定區(qū)域，從而使得所述硅晶片模塊的支撐柱分別與形成于所述探針基底的凸起接觸，所述支撐柱通過貫穿所述硅晶片模塊形成的各個開口而暴露到外面；b)將待被結合的一個或多個附加硅晶片模塊組合到所述硅晶片模塊，從而與所述探針基底上的所有所述凸起對應；c)通過所述開口、利用來自外部源的激光束進行掃描，以將所述支撐柱結合到所述凸起；以及d)通過蝕刻將所述用于探針結合的硅晶片模塊去除，而保留探針尖和支撐柱。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，通過提供這樣一種用于探針結合的方法實現(xiàn)上述和其他目標，所述用于探針結合的硅晶片具有小于探針基底的尺寸，所述方法可包括以下步驟a)將所述用于探針結合的硅晶片設置在所述探針基底的預定區(qū)域上，從而使得所述硅晶片的支撐柱分別與形成于所述探針基底的凸起接觸，所述支撐柱通過在貫穿所述硅晶片形成的各個開口而暴露到外面；b)通過所述開口、利用來自外部源的激光束進行掃描，以將所述支撐柱結合到所述凸起；c)通過蝕刻將所述用于探針結合的硅晶片去除，而保留探針尖和支撐柱；以及d)使用一個或多個與所述硅晶片的形狀相同的、用于探針結合的附加硅晶片在所述探針基底的剩余部分順序重復執(zhí)行步驟a)到c)。
下面將參照相應的附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細描述，在可能的情況下，在所有附圖中使用相同的附圖標號表示相同或相似的部件。
圖7為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的用于探針結合的硅晶片的平面圖。
如圖7所示，通過蝕刻和電鍍工藝，根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的用于探針結合的硅晶片140在其表面形成有探針尖141和支撐柱142。在該實施方式中，在相互鄰近設置的兩對支撐柱142之間限定出第一開口143，從而使得支撐柱142部分地突入到第一開口143內。此外，在僅設置有一對支撐柱142以形成單位格子的區(qū)域，在兩個支撐柱142之間限定有第二開口143’，從而使得支撐柱142部分地突入到第二開口143’內。第一開口143和第二開口143’從硅晶片140的上表面穿透到其下表面。由于這種結構，部分地突入到第一開口143或第二開口143’中的各個支撐柱142在其突入端經由第一開口143或第二開口143’而暴露在外。
同時，如圖7所示，相互鄰近設置的四個或兩個支撐柱142被分配到第一開口143和第二開口143’，但并不局限于此。在本發(fā)明中，并未限制支撐柱142的排列設置結構，可以為各個開口分配一個或多個支撐柱142。
圖9為示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的、用于探針結合的硅晶片的放大平面圖。
如圖9所示，可以相互平行形成多個水平細長的開口143″，從而將預定個數(shù)的、相互鄰近設置的支撐柱142分配到各個開口143″，并突入到其中。作為一種選擇，可以根據(jù)支撐柱142的排列結構形成彎曲的開口。
開口143通過以下步驟形成在硅晶片140的上表面涂附光刻膠、將形成有開口143的圖案掩模附著到涂附到上表面的光刻膠、以及隨后對掩模進行曝光和顯影。
下面將參照圖11-13詳細描述開口的形成。
圖10到13為根據(jù)本發(fā)明的、示出了用于探針結合的硅晶片的制造工藝的側截面圖。
如圖10所示，首先將光刻膠160施加到硅晶片140的表面，即硅晶片140的與支撐柱142相對的上表面。
其次，如圖11所示，在光刻膠160的預定部分順序執(zhí)行曝光和顯影工藝后，將光刻膠160部分地去除，從而形成開口圖案161。
第三，如圖12所示，利用開口圖案161對硅晶片140干法蝕刻，由此形成開口143。
最后，如圖13所示，通過使用根據(jù)光刻膠的材料選擇的化學制品，例如丙酮，將光刻膠160完全從硅晶片140的表面去除。支撐柱142的一端通過由上述工藝形成的開口143而暴露在外。
圖8為示出使用用于探針結合的硅晶片140制造探針板的工藝平面圖。
首先，支撐柱142通過在硅晶片140上形成的開口143暴露到外面的端部，被定位成與在基底130上形成的各個凸起131的上端接觸，并且通過開口143，將來自分立的外部激光源200的激光束201掃描到支撐柱142和凸起131之間的接觸區(qū)域。激光束201將施加到凸起131上端的焊膏P熔融，以使得支撐柱142與凸起131結合。在將所有的支撐柱142結合到在基底130上形成的相應凸起131后，通過蝕刻將硅晶片140去除，而保留探針尖141和支撐柱142。利用這種方式，完成探針板。
利用根據(jù)本發(fā)明的探針結合方法(其使用用于探針結合的硅晶片以及激光束)，通過局部加熱將凸起和支撐柱結合。這使得探針板能夠在室溫下制造，而無需考慮探針基底的材料，從而使基底的成本降低。此外，本發(fā)明的探針結合方法不會由于熱脹冷縮而產生殘留的應力，從而防止了最后得到的探針被損壞。
同時，根據(jù)本發(fā)明的用于探針結合的硅晶片可被平均地分為四部分，從而將有缺陷的四分之一硅晶片切除，以得到硅晶片模塊。
圖14和15是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的、用于探針結合的硅晶片模塊的平面圖。
首先參照圖14，當確定出用于探針結合的完整硅晶片240的四分之一部分240a具有缺陷部分E時，將四分之一部分240a從硅晶片240去除。
接著，如圖15所示，將硅晶片240除了缺陷部分240a以外的剩余部分240b附著到探針基底230的相應部分上。在這種情況下，將從另一硅晶片切除下來的硅晶片模塊340a附著到探針基底240與四分之一缺陷部分240a對應的剩余部分上。
可以通過將硅晶片分割為兩個半圓部分(而不是四個相等部分)的方式形成硅晶片模塊。此外，如果需要的話，可以通過偏離中心軸線的線將圓形硅晶片非相等地分割。同樣，通過在晶片上形成的各個開口，利用掃描激光束能夠實現(xiàn)使用該實施方式的硅晶片模塊的探針結合。
根據(jù)本發(fā)明如上所述的改變，即便探針基底是大尺寸的，也可以使用傳統(tǒng)的用于探針結合的小尺寸硅晶片。例如，參照圖16，在圖16中示出了根據(jù)本發(fā)明的、使用小于探針基底的硅晶片的探針結合工藝的平面圖。
在現(xiàn)有技術的探針結合方法中，當使用具有平行的128個DUT的探針基底430時，具有平行的32個DUT的6英寸大小的硅晶片是不可用的。然而，形成有根據(jù)本發(fā)明的如圖7所示開口143的6英寸硅晶片440能夠被結合到探針基底430的四分之一。即，在將形成有開口的6英寸硅晶片440附著到探針基底430的四分之一后，使用激光束執(zhí)行上述的探針結合工藝。接著，通過蝕刻將晶片除去，同時保留其探針尖和支撐柱。通過對探針基底430剩余的其他四分之一部分重復執(zhí)行該探針結合工藝，來完成探針板。
圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的、使用硅晶片模塊的探針結合工藝的平面圖。
如圖17所示，作為一種選擇，在準備好具有開口的四個6英寸硅晶片后，將它們相互鄰近設置，以與探針基底430的各個四分之一部分對應。在這種情況下，所有硅晶片的重疊鄰近部分被切除，以此形成6英寸硅晶片模塊440a。接著，使硅晶片模塊440a相互鄰接、并使用激光束將其結合到探針基底430。使用硅晶片模塊440a的探針結合可以連續(xù)地在探針基底430的各個四分之一部分上執(zhí)行，或可以在將硅晶片模塊440a定位在距離探針基底430的各個四分之一的預定高度后，同時執(zhí)行。
圖18是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的、用于探針結合的硅晶片的使用實施例的側截面圖。
如圖18所示，可以將玻璃板170附著到硅晶片140的與其支撐柱和探針尖相對的表面。使用玻璃板170可有效地防止在硅晶片140形成上述細長開口143″(如圖9所示)時，在硅晶片140的中心發(fā)生松弛或變形。即，當使用激光束將凸起和支撐柱的接觸區(qū)域加熱并冷卻時，它們不可避免地會進行熱膨脹或收縮。這將由于細長開口143″的存在而使得硅晶片松弛或變形。玻璃板170能夠有效地防止硅晶片140松弛或變形。
顯然，可以將玻璃板170附著到圖15中的組合的硅晶片模塊340a和240b、或附著到圖17中的組合的硅晶片模塊440a。在這種情況下，玻璃板170還起到了保持硅晶片模塊水平的作用。
在使用中，使用環(huán)氧粘接劑、雙面膠等將玻璃板170結合到硅晶片或硅晶片模塊的表面。圖19是示出了使用設置有玻璃板170的硅晶片140的探針結合工藝的側截面圖，其中去除了部分部件。在這種情況下，玻璃板170允許激光束透入，因此對結合工藝沒有影響。
盡管處于說明的目的，公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本領域的技術人員應該理解，在不背離由所附權利要求書限定的本分明的精神和范圍下，能夠對本發(fā)明作出各種修改、增加、以及替換。
權利要求
1.一種用于探針結合的硅晶片，包括形成于所述硅晶片的第一表面的多個探針尖、以及多個支撐柱，所述支撐柱的每一個具有設置在所述多個探針尖中的每一個上的第一端，以具有預定的排列圖案，所述硅晶片還包括多個開口，其貫穿所述硅晶片形成，以將各個所述支撐柱的與所述探針尖相對的第二端暴露。
2.如權利要求1所述的硅晶片，其中，所述多個開口中的每一個具有線性形狀。
3.如權利要求1所述的硅晶片，其中，所述多個開口中的每一個具有彎曲形狀。
4.如權利要求1到3中任一項所述的硅晶片，還包括與所述硅晶片的第二表面接合的玻璃板，所述第二表面是所述支撐柱的相對面。
5.一種用于探針結合的硅晶片模塊，所述硅晶片模塊通過將硅晶片分割成預定形狀而形成，所述硅晶片包括多個探針尖，在所述硅晶片的第一表面形成；以及多個支撐柱，其每一個具有與所述多個探針尖中的每一個相接觸的第一端，以具有預定的排列圖案，其中，所述硅晶片還包括多個開口，貫穿所述硅晶片形成，以允許所述多個支撐柱中的每一個的第二端都分別突入所述多個開口中的每一個，其中，所述各個支撐柱的第二端通過所述多個開口暴露到外面。
6.如權利要求5所述的硅晶片模塊，其中，所述多個開口中的每一個具有以所述硅晶片模塊的水平方向延伸的細長線性形狀，以及所述多個開口相互平行排列。
7.如權利要求5所述的硅晶片模塊，其中，所述多個開口中的每一個具有彎曲形狀。
8.如權利要求5到7中任一項所述的硅晶片模塊，還包括與所述硅晶片模塊的、第二表面接合的玻璃板，所述第二表面是所述支撐柱的相對面。
9.一種探針結合方法，包括以下步驟a)將用于探針結合的硅晶片設置在探針基底上，從而使得所述硅晶片通過在其上形成的各個開口而暴露到外面的支撐柱分別與形成于所述探針基底的凸起接觸；b)通過所述開口、利用來自外部源的激光束進行掃描，以將所述支撐柱結合到所述凸起；以及c)通過蝕刻將所述用于探針結合的硅晶片去除，而保留探針尖和支撐柱。
10.一種探針結合方法，包括以下步驟a)將用于探針結合的硅晶片模塊設置在探針基底的預定區(qū)域，從而使得所述硅晶片模塊的支撐柱分別與形成于所述探針基底的凸起接觸，所述支撐柱通過貫穿所述硅晶片模塊形成的各個開口而暴露到外面；b)將待被結合的一個或多個附加硅晶片模塊組合到所述硅晶片模塊，從而與所述探針基底上的所有所述凸起對應；c)通過所述開口、利用來自外部源的激光束進行掃描，以將所述支撐柱結合到所述凸起；以及d)通過蝕刻將所述用于探針結合的硅晶片模塊去除，而保留探針尖和支撐柱。
11.如權利要求10所述的方法，在所述步驟b)和步驟c)之間還包括步驟e)將玻璃板接合于所述組合的硅晶片模塊。
12.一種使用用于探針結合的硅晶片的探針結合方法，所述用于探針結合的硅晶片具有小于探針基底的尺寸，所述方法包括以下步驟a)將所述用于探針結合的硅晶片設置在所述探針基底的預定區(qū)域上，從而使得所述硅晶片的支撐柱分別與形成于所述探針基底的凸起接觸，所述支撐柱通過在貫穿所述硅晶片形成的各個開口而暴露到外面；b)通過所述開口、利用來自外部源的激光束進行掃描，以將所述支撐柱結合到所述凸起；c)通過蝕刻將所述用于探針結合的硅晶片去除，而保留探針尖和支撐柱；以及d)使用一個或多個與所述硅晶片的形狀相同的、用于探針結合的附加硅晶片在所述探針基底的剩余部分順序重復執(zhí)行步驟a)到c)。
全文摘要
在本文中公開了一種用于探針結合的硅晶片和使用該硅晶片進行探針結合的方法。該用于探針結合的硅晶片在結構上進行了改進，以便利在探針基底上的探針結合。探針結合方法包括將硅晶片上的支撐柱結合到探針基底上的凸起。硅晶片在其表面形成有探針尖以及位于探針尖端部的支撐柱，以具有預定的排列圖案。硅晶片還包括貫穿其上表面到下表面的開口。各個所述支撐柱的與所述探針尖相對的第二端通過所述開口暴露到外面。
文檔編號G01R3/00GK1957454SQ200580016527
公開日2007年5月2日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權日2004年6月14日
發(fā)明者李廷勛 申請人:飛而康公司