CN1361725A - 膜片测试*** - Google Patents

Abstract

衬底(200)最好由延展性材料构造成,而工具(210)具有最终装置所需的形状,该最终装置用于与检验装置上的接触垫片相接触,该工具被带入与该衬底相接触。该工具最好由比衬底硬的材料构造成,使得凹陷(216)能容易地在衬底上制成。最好已形成图案的非导电(绝缘)层由该衬底支承。导电材料被置入该凹陷内并且之后最好被抛光以便从非导电层的顶部表面除去多余物并提供平坦的总体表面。示踪件在非导电层及导电材料上形成图案。然后聚酰亚胺层最好在该整个表面上方形成图案。然后用任何合适的工艺除去该衬底。

Description

膜片测试***

发明的背景

本发明涉及通常用于检验集成电路(IC)的那种类型的测头组件，并且具体地说，本发明涉及具有触头的膜片测试组件，这些触头以局部控制的方式擦过每台装置的各输入/输出导体，以便可靠地抹净通常存在于那些导体上的表面氧化物，由此保证测试组件与每台装置之间的良好电连接。

特别是集成电路技术中电子件生产的发展趋势已朝向几何尺寸越来越小的方向，其中非常大量的分立电路元件被制造在单个的衬底或“晶片”上。加工之后，这个晶片被分成若干个矩形芯片或“小电路片(die)”，每个小电路片呈现为矩形的或其它规则的金属化接触垫片结构，通过该垫片进行输入/输出连接。虽然每个小电路片最后是分开包装的，为提高效率起见，造在每个小电路片上的电路的检验最好是当各小电路片仍在晶片上连接在一起时来完成。一种典型的程序是把晶片支承在平台或“夹盘”上并相对于测试组件的头部在X、Y及Z方向移动晶片，使得测试组件上的各触头从一小电路片移动到另一小电路片以与每个小电路片连续地接合。各信号线、电源线及地线从检验仪通向测试组件，于是使每个电路顺序地连接于检验仪上。

用于检验集成电路的一种传统形式的测试组件备有针状尖头的多个触头。这些尖头安装于造在测试板上的中央开口的周围，以便径向地向内汇集并朝下穿过该开口。当晶片升高到超出某个点时，在该点处晶片上的垫片首先与这些尖头进入接触，这些尖头朝上弯曲以便向前滑过它们各自的垫片，由此除去积累在垫片上的氧化物。

这种形式的测试组件的问题是由于针状尖头的窄小几何形状而出现高电感，使得通过这些尖头进行的高频测量中信号失真严重。还有，当这些尖头擦过它们各自的垫片时，它们的作用方式像饱削刀具，由此导致垫片过度损伤。使用期间这个问题扩大到测试尖头弯曲走形的程度；或者相反不能终止于公其平面上，这导致更多的向前尖头过重地压向它们各自的垫片。还有，使这些尖头的中心至中心的间距安装成小于100微米或成多排栅格状图案，以适应更时新的更高密度小电路片的垫片布置，这是不切实际的。还有，这种形式的测试组件的针状尖头的擦拭长度是25微米或更长，这增大了保持在允许的测试区域内的困难。

为了减少电感损失、降低垫片磨损并适应较小装置的几何尺寸，已开发了第二种形式的测试组件，它使用柔性的膜片结构来支承测试触头。在这种组件中，良好限定的几何形状的引线被制在一层或多层柔性的绝缘薄膜上，该薄膜诸如聚酰亚胺或MYLAR^TM。如果应用分离的各层，这些层被结合在一起以形成例如多层的传输导线结构。在这种柔性的结构或膜片的中央部分，每根导线用各自的测试触头作为端点，该触头造在膜片的外表面上并从该外表面的向外凸伸。这些测试触头布置成与装置垫片的图案相配的预定图案，并且一般是做成耸起的凸起以测试通常由垫片限定的平坦表面。膜片的内面支承在支承结构上。这个支承结构可取为例如截头棱锥的形式，在此情况下，膜片中心部分的内面支承在该支承结构的截头端部，而膜片的边缘部分以与中心部分成角度地被拉离中心部分，以清除可能围绕装置上的垫片的任何竖立成分。

关于刚才描述的膜片测试组件，通过仔细选择引线的几何形状来消除过大的线路电感，并且最好应用光刻工艺，以便能对测试触头的尺寸、间隔及布置进行一些控制，以适应较高密度的结构。然而，虽然已提出若干不同形式的这种测试组件，但这种形式的组件在减小垫片磨损和实现从每个装置垫片上可靠地清除氧化物层以保证组件与测试中的装置之间的充分电连接方面，已经碰到困难。

一种常用形式的膜片测试组件，例如Rath的欧洲专利公布No.259,163A2中所示装置的举例。这种装置具有片状膜片的中央部分，该片状膜片以贴在刚性支承上来进行直接安装。依次，该刚性支承通过包含有弹性的或橡胶的块体的弹性件连接在组件的主体上，使膜片能倾斜以与装置的倾斜相匹配。Huff的美国专利No.4,918,383显示了一种密切相关的装置，其中径向延伸的片簧允许刚性支承的垂直轴线移动而同时防止它倾斜，使得垫片上没有接触凸起的滑动或“不对准”，并且进一步使得整个膜片将轻微地在水平面内移动，以便为了从这些垫片上清除表面氧化物而使各触头“擦拭”通过它们各自的垫片。

然而，就这些装置的两方面而论，因为有制造公差，某些接触凸起相对于它们的相邻凸起好像处于凹进的位置，并且这些凹进的凸起将没有足够的机会与它们的垫片接合，因为在刚性支承上的它们的相邻凸起的作用下它们将被拉离它们的垫片。再者，即使在Huff方式中具备“擦拭”运动，当各触头实施擦拭运动时它们将往往会摩擦地粘住装置，即装置的各垫片具有与各触头一起移动的趋势以致使触头运动失效。无论任何擦拭作用，其实际产生都依赖于垫片能移动多远，依次，这又取决于侧向窜动的程度，窜动是由于在测试头的各承载表面与夹盘之间存在正常公差的结果。因此这种形式的膜片测试组件不能保证每个触头与垫片之间的可靠的电连接。

第二种常用形式的膜片测试组件是Barsotti的欧洲专利公布No.304,868A2中所示装置的例子。这个装置为柔性膜片的中央的或触头载运的部分提供了柔性的靠背。在Barsotti的专利中，膜片由弹性件直接支靠，依次，该弹性件由刚性支承支靠，所以能适应各触头或各垫片之间较小的高度变化。也可能应用正压空气、负压空气、液体或无靠背的弹性体来为膜片提供柔性的支靠。如Gangroth的美国专利No.4,649,339、Ardezzone的美国专利No.4,636,772、Reed，Jr.等人的美国专利No.3,596,228和Okubo等人的美国专利No.5,134,365中分别地所示的。然而，这些替代的装置在测试触头与装置垫片之间设有给予足够压力以便可靠地穿透生成在垫片表面上的氧化物。

在这个第二种形式的膜片测试组件中，如Okubo专利中所指出的，各触头可被限制成沿Z轴线移动，以便防止接合期间在触头与垫片之间的滑动及其引起的不对准。于是，在Barsotti专利中，位于弹性件下面的刚性支承被固定在合适位置上，虽然对Z轴运动，也可以按Huff的美国专利No.4,980,637中所示的方式来安装刚性支承。然而，这种形式的设计可能产生垫片损伤，因为在各触头与装置之间一般会出现一定量的倾斜，并且那些成角度地最靠近装置的触头比那些成角度地离开装置的触头通常将产生高得多的接触压力。Garretson的欧洲专利公布No.230,348A2中所示的有关组件现出了相同的问题，尽管在Garretson装置中，弹性件的特点是：当那些触头被置于与它们的垫片进入挤压接合时驱使各触头作侧向移动。还有另一个相关的组件示于Evans的美国专利No.4,975,638中，它应用了可转动地安装的支承来支靠弹性件，以便适应各触头与装置之间的倾斜。然而，Evans装置遇到已描述的摩擦粘贴问题，其程度达到当支承绕轴旋转并引起各触头侧向移动时装置的垫片好像粘住了触头。

其它常用形式的膜片测试组件示于Crumly的美国专利No.5,395,253、Barsotti等人的美国专利No.5,059,898和Evans等人的美国专利No.4,975,638之中。在Crumly的专利中，应用弹簧使可扩展膜片的中心部分弹性地偏置到完全扩展的状态。当各触头与它们各自的垫片接合时，扩展的中心部分逆着弹簧缩回至部分放松状态，以便在径向擦拭方向上朝膜片中心拉动各触头。在Barsotti的专利中，每排触头由各自的L型臂的端部支承，所以当各触头与它们各自的垫片成排接合时，相对应的臂朝上弯曲并导致触头排同时地侧向擦拭通过它们各自的垫片。然而，在Crumly和Barsotti的两个专利中，在接合的时刻，如果在各触头与装置之间出现任何倾斜，这个倾斜将引起成角度地最接近装置的各触头比那些成角度地更远离装置的各触头更多地擦拭。再者，较短的触头在它们有机会与它们各自的垫片接合之前，由于它们的相邻触头的控制擦拭作用，较短的触头将被迫使在它们的擦拭方向上移动。特别是，Crumly装置还有的缺点是，较靠近膜片中心的各触头比较靠近周边的那些触头更少地擦拭，所以擦拭效率随接触位置而变化。

在Evans等人的美国专利No.5,355,079中，每个触头构成一个弹簧金属指，而每个指安装成以悬臂的方式相对于膜片成预定角度地延伸离开下面的膜片。在Higgins的美国专利No.5,521,518中介绍了相似的结构。然而，让这些指初始地定位成使它们终止于共同平面是困难的，特别是如果需要高密度图案时是如此。再者，使用期间这些指容易弯离其位置并且不易再弯回它们的初始位置。因此，某些指往往会先于其它的指触碰，而对于不同的指擦拭压力及距离往往不同。并且，在Evans专利中也没有至少合适的机构以允许指与垫片之间有较小程度的倾斜。虽然Evans建议使每个指的表面***糙以改善电连接的质量，但这种***糙可引起垫片表面过度的磨损及损坏。Evans及Higgins两个专利中显示的另外的触头指的缺点是，在相对少次数的“触碰”或工作循环后，由于重复弯曲及受力，这种指会发生疲劳和失效。

参考图1，Oregon州Beaverton市的Cascade Microtech Inc.开发了一种用于安装膜片测试***42的测试头40。为了测量包含在硅晶片46上的特殊小电路片区域44的电性能，测试头的高速数字线路48和/或屏蔽传输线路50通过合适的电缆组件连接于检验仪的输入/输出口，而支承着晶片的夹盘51在互相垂直的X、Y、Z方向移动以便携带小电路片的区域的垫片与包含在膜片测试组件的下接触部分上的各触头进行挤压接合。

测试头40包含有其上布置有数据/信号线路48及50的测试板52。参考图2～3，膜片测试组件42包含有由诸如硬聚合物的不可压缩材料形成的支承元件54。这个元件用4个六角螺栓56及相应的螺母58(每个螺栓穿过支承元件的各自的连接臂60，而分离的支靠元件62把螺栓的夹紧力均匀地分布传至支承元件的整个背侧)可拆卸地连接在测试板的上侧。按照这种可拆卸的连接，不同的测试组件具有不同的接触结构，如果需要测试不同装置，接触结构可快速地互相替换。

参考图3～4，支承元件54包含有与连接臂60连成一体的后底板部分64。支承元件54上还包含从平坦的底板部分向外凸伸的前支承或插塞件66。这个前支承具有朝平坦的支承表面70收敛的倾斜侧面68，以使前支承具有截头棱锥的形状。还参考图2，柔性膜片组件72在利用包含在底板部分上的对准销74进行对准之后被安装在支承上。这个柔性膜片组件由一层或多层绝缘片或其它的聚酰亚胺薄膜形成，该绝缘片诸如是由E.I.Du Pont de Nemours出售的KAPTON^TM，而柔性导电层或带被置于这些层之间或其上以形成数据/信号线路76。

当支承元件54如图3所示安装在测试板52的上侧时，前支承66凸出穿过测试板上的中央开口78，以便使布置在柔性膜片组件的中央区域80上的各触头出现在检验时与装置的垫片挤压接合的合适位置上。参考图2，膜片组件包含径向延伸的臂段82，臂段82被向内弯曲的边沿84所分隔，边沿84使组件具有纹章十字(formee cross)的形状，而这些臂段以倾斜的方式沿斜边68延伸，由此清除绕垫片的任何竖立成分。一系列接触垫片86是数据/信号线路76的终端，以便当安装支承元件时，这些垫片和设在测试板上侧的相对应终端垫片在电路上接合，使得测试板上的数据/信号线路48在电路上连接于中央区域的各触头。

测试组件42的特点是它的以某种方式测试稍微密集布置的径大量次数接触循环的接触垫片的性能，该方式于每次循环中在触头与垫片之间通常提供了可靠的电连接，尽管垫片上积累有氧化物。这种性能是支承元件54、柔性膜片组件72的结构及它们的互相连接方式的函数。尤其是，膜片组件是这样构造成及连接于支承元件，即当触头被带入与这些垫片接触时，在膜片组件上的触头在局部控制方式下最好侧向地抹过或擦过垫片。描述了用于产生这种擦拭作用的优选机构以及图6及图7a-7b中最佳地描绘的优选膜片组件72a的结构及互相连接。

图6显示了膜片组件72a的中央区域80a的放大视图。在这个实施例中，各触头88布置成正方形图案，适于与垫片的正方形结构相结合。还参考图7a，它表示沿图6中的7a-7a线截取的剖视图，每个触头包括相对厚的刚性梁90，在其一端造有刚性接触凸起92。接触凸起包含其上的接触部分93，接触部分93包括熔接在接触凸起上的一小块铑。应用电镀求，每个梁以与柔性的导电示踪件76a的端部叠加连接的方式来形成，以便由此形成连接。与背部平面导电层94相联的这个导电示踪件有效地提供了至触头的受控阻抗数据/信号线路，因为它的尺寸是应用光刻工艺建立的。背部平面层的上面最好包含有开口以在制造期间帮助例如气体排放。

通过***的弹性层98使膜片组件与平坦的支承表面70互相连接，该弹性层98与支承表面共同扩张并可用硅树脂橡胶化合物制成，该化合物诸如是由Borden公司制造的ELMER’S STICK-ALL^TM或由DowCorning公司制造的Sylgard 182。这种化合物可在糊状形态下方便地使用，它在就绪时硬化。如前面提到的，平坦支承表面由不可压缩材料制成并最好是坚硬的非导电体，诸如聚砜或玻璃。

根据以上描述的结构，当一个触头88被带入与相应的垫片100挤压接合时，如图7b所示，在刚性梁90及凸起92结构上产生的偏心力导致梁克服由弹性垫片98产生的弹性恢复力转动或倾斜。这个倾斜运动的方位局限于梁的前部分102朝平坦支承表面70的移动距离大于同一梁的后部分104的移动距离。其结果是，驱使触头作侧向擦拭运动通过垫片，如图7b中所示的，分别以虚线及实线代表触头在垫片上的开始及结束位置。在这种方式中，积累在每个垫片上的绝缘氧化物被除去，以保证触头至垫片的充分电连接。

图8以虚线图表示触头88及垫片100在初始接合或触碰时刻的相对位置，而以实线图表示这些相同的元件在直接朝向平坦的支承表面70的垂直方向上于垫片“超越”一距离106之后的相对位置。如图所示，侧向擦拭运动的距离108直接取决于触头88的垂直偏转，或等效地取决于垫片100移动的超越距离106。因此，由于每个触头在中央区域80a上的超越距离将基本上是相同的(因接触高度的变化而产生差别)，每个触头在中央区域上的侧向擦拭运动距离将基本上是均匀的，而且尤其是不受在中央区域上的每个触头的相对位置的影响。

因为弹性层98是由不可压缩支承表面70所支靠的，所以弹性层在每个倾斜梁90上施加恢复力并由此使每个触头93在擦试期间保持触头至垫片的压力。与此同时，弹性层可适应各个触头之间的一些高度变化。于是，参考图9a，当相对较短的触头88a位于紧紧相邻的一对较高触头88b之间并且这些较高的触头被带入与其相应的垫片接合时，那么，如图9b中所示，在垫片进一步作些超越之后，弹性层的变形允许较短触头被带入与其垫片接合。应注意，在这个例子中，每个触头的倾斜动作是局部地受控的，并且尤其是较大的触头可相对于较小的触头独立地倾斜，以便较小的触头在它实际触碰在其垫片上之前不被驱使作侧向运动。

参考图10及11，构造这种梁结构的电镀工艺如图8中所示意地包含有，限定支承表面70的不可压缩材料68，和连接于其上诸如弹性层98的衬底材料。应用弯曲电路构造技术，然后牺牲性衬底上生成柔性导电示踪件76a的图案。其次，形成聚酰亚胺层77图案，以覆盖除了梁90在示踪件76a部分上的所需位置外的牺牲性衬底及示踪件76a的整个表面。然后梁90在聚酰亚胺层77的开口中电镀。此后，在聚酰亚胺77及梁90的两个表面上生成光致抗蚀剂层79的图案以留下接触凸起92的所需位置的开口。然后接触凸起92在光致抗蚀剂层79上的开口中电镀。去除光致抗蚀剂层79并制成较厚的光致抗蚀剂层81图案以覆盖除接触部分93所需位置外的暴露表面。然后接触部分93在光致抗蚀剂层81上的开口中电镀。然后除去光致抗蚀剂层81。除去牺牲性衬底层并使余留的各层连接在弹性层98上。如图12中更精确地图示的，最终的梁90、接触凸起92及接触部分93提供了装置的独立的倾斜及擦拭功能。

不幸的是，上述构造技术导致结构具有许多不希望有的特性。

第一，若干梁90、接触凸起92及接触部分93(它们的每一个可看作是一个装置)彼此接近，导致电镀槽中不同的局部电流密度，依次，这又导致许多梁90、接触凸起92及接触部分93的高度上的差异。还有，电镀槽中离子的不同密度及电镀槽中的“随机”变化也导致许多梁90、接触凸起92及接触部分93的高度上的差异。许多梁90、接触凸起92及接触部分93的不同高度是许多装置的总高度的三个组成方面。因此，许多装置将具有与其它装置显著不同的高度。进行具有可变装置高度的膜片测试需要，有比如果所有装置具有相等的总高度时所需的压力更大的压力，以保证所有接触部分93与检验装置充分接触。对于高密度膜片测试，诸如在小面积内有2000或更多的装置，每个装置所需的附加压力的累积效果可能超过测试头及测试站允许的总作用力。该过量压力还可导致测试站、测试头、和/或膜片测试组件的弯曲及破坏。此外，因为使具有最低高度的装置良好接触所需增加的压力，可能会使具有最大高度的装置损坏检验装置上的垫片。

第二，减小装置之间的节距(间隔)的性能受到电镀工艺对聚酰亚胺77和光致抗蚀剂层79及81的边缘的“迅速生长”效应的限制。“迅速生长”效应难于控制并且导致梁90、接触凸起92及接触部分93的宽度变化。如果梁90、接触凸起92或接触部分93的高度增加，则“迅速生长”效应通常增大，于是各部分的宽度增大。一个部分的宽度增加一般导致总体装置较宽，这依次增大了接触部分93之间的最小间隔。另一方面，梁90、接触凸起92或接触部分93的高度减小一般使“迅速生长”效应的宽度减小，这依次减小了接触部分93之间的最小间隔。然而，如果接触部分93相对于相应梁90的高度充分地减小，则在使用中梁90的后端部可充分地倾斜及在一可接受的位置接触检验装置，即脱离接触垫片。

第三，难于把第二金属层直接镀在第一金属层的顶部，诸如使接触部分93镀在接触凸起92上，特别是当应用镍时是如此。为了提供接触凸起92与接触部分93之间的结合，应用了诸如铜或金的接口晶粒层以改善互相连接。不幸的是，由于接口层较低的完全(sheer)强度，该接口晶粒层降低了装置的侧向强度。

第四，在非均匀表面上方应用光致抗蚀剂层往往会有半保形性质，该性质导致光致抗蚀剂材料本身的厚度不均匀。参考图13，梁90的上升部分上方的光致抗蚀剂层79(及81)往往比聚酰亚胺77的下部分上方的光致抗蚀剂层79(及81)厚些。此外，光致抗蚀剂层79(及81)的厚度往往随梁90的密度而变化。因此，在具有较密集分布的装置的膜片测试区域，其光致抗蚀剂层79(及81)的平均厚度比密度分布较稀的装置的厚些。光致抗蚀剂层79(及81)的暴光及蚀刻处理期间，工艺的持续时间取决于光致抗蚀剂79(或81)的厚度。由于光致抗蚀剂厚度可变，难于良好地处理光致抗蚀剂以提供均匀的开口。再者，光致抗蚀剂层79(或81)的较薄区域往往会过度暴光，导致开口尺寸变化。还有，光致抗蚀剂层79(或81)的厚度越大，其厚度变化就越大。因此，光致抗蚀剂的应用存在许多处理问题。

第五，独立的对准处理需要，对准在示踪件76a上的梁90，对准在梁90上的接触凸起92，以及对准在接触凸起92上的接触部分93。每次对准处理都有内在的变化，该变化必须在确定每部分尺寸时计算。接触部分93的最小尺寸主要由侧向强度要求及该部分内的最大允许电流密度所限定。计算对准中的公差，依次又限定了接触凸起92的最小尺寸，使得接触部分93确定地构造在接触凸起92上。考虑到接触部分93及计算对准中的公差，接触凸起92的最小尺寸限定了梁90的最小尺寸，使得接触凸起92确定地构造在梁90上。因此，接触凸起92与接触部分93的公差之和与接触部分93的最小尺寸一起限定了最小的装置尺寸，并由此限定了各接触垫片之间的最小节距。

因此，所希望的膜片测试构造技术及结构归结为，更均匀的装置高度，减小的各装置之间的间隔，最大化的侧向强度，所希望的几何形状，以及恰当的对准。

发明的概述

本发明通过提供一种由延展性材料优选地构成的衬底来克服先有技术的前述缺点。一种具有最终装置所需的形状的工具用于与检验装置上的接触垫片相接触，该工具被带入与衬底接触。该工具最好由比衬底硬的材料构造成，以便在其中可以容易地形成凹陷。最好生成图案的一种非导电(绝缘)层由衬底所支承。导电材料被置于凹陷之内而然后最好使之平面化以从非导电层的顶表面除去多余物并提供平坦的总体表面。在非导电层及导电材料上形成示踪件图案。然后最好在整个表面上形成聚酰亚胺层的图案。然后用任何合适的工艺除去衬底。

根据本发明的下列详细说明并联系附图将更容易地理解本发明的前述及其它目的、特点及优点。

附图的若干视图的简要说明

图1是膜片测试组件及晶片的透视图，该测试组件用螺栓固定在测试头上，该晶片支承在夹盘的合适位置上以用该组件测试。

图2是表示图1的测试组件的各部分的底部正视图和测试板的局部视图，图1的侧试组件的各部分包含支承元件及柔性的膜片组件，而测试板具有与膜片组件上的相应线路相连接的数据/信号线路。

图3是图1中的膜片测试组件的侧视图，其中已去掉膜片组件的一部分以露出支承元件的内藏部分。

图4是典型的支承元件的顶视图。

图5a～5b是示意的侧视图，表示在检验中支承元件及膜片组件是如何能实现倾斜以与装置的方位相匹配。

图6是图2的膜片组件的构造的中央区域的放大顶视图。

图7a～7b是沿图6中的7a～7a线截取的剖视图，首先表示触碰前的触头，而后表示在触碰及擦拭移动通过其各自的垫片之后的同一触头。

图8是示意的侧视图，以虚线表示在初始的触碰时刻的图7a～7b中的触头，而以实线表示垫片进一步垂直地超越之后的同一触头。

图9a及9b表示弹性层的变形以带动触头与其垫片进入接触。

图10是图8的装置的纵向剖视图。

图11是图8的装置的截面剖视图。

图12是图10及11所示装置更精确的示意图。

图13是图11所示装置的详细视图，表示处理期间引起的不均匀层。

图14是衬底的示意图。

图15是本发明的工具的示范性实施例的示意图，并且它特别是一制窝工具的示范性实施例的示意图。

图16是表示图15的工具与图14的衬底进入接触的示意图。

图17是图15的工具已和图14的衬底进入接触后该衬底的示意图。

图18是图14的衬底的剖视图，该衬底带有支承在其上的聚酰亚胺层。

图19是图16的工具与Z-轴止动器在一起的示意图。

图20是图14的衬底的剖视图，该衬底带有示踪件、处于凹陷中的导电材料以及在其上的附加聚酰亚胺层。

图21是图20的装置的示意图，处于翻转位置，除去了衬底。

图22是图21的接触部分的断开的剖视图。

图23是表示本发明的装置的一种布置的示意视图。

图24是表示传统接触部分的触头及焊料凸起的氧化物层的示意性视图。

图25是带有细长的测试部分的另一个装置的平面图。

图26是图25的带有细长的测试部分的装置的侧视图。

图27是焊料凸起的示意图，该凸起上带有由图25及26的装置造成的痕迹。

图28是另一个替代的测试装置的示意图。

图29是适用于焊料凸起的另外的替代的测试装置的示意图。

图30是应用本发明的装置的真正的Kelvin连接件的侧视图。

优选实施例的详细说明

目前应用的用于膜片测试的构造技术涉及从平坦的刚性衬底开始到制造在其上的支承附加层的技术。为了减小节距及提供具有提高的均匀性的装置，需要越来越复杂及昂贵的处理技术。与构造各层的现有技术直接相对照，该现有技术在支承衬底上依据“倒置”方式来构造各层，本发明者实现了通过使用合适的工具可以精压出衬底以生成所需的梁，接触凸起以及接触部分。然后余下的各层“自顶向下”地构造在梁上。之后衬底本身被除去。

参考图14，衬底200最好由延展性材料构造成，该延展性材料诸如是铝、铜、铅、铟、黄铜、金、银、铂或钽，其厚度最好在10密耳和1/8英寸之间。衬底200的顶部表面202最好是平坦的并抛光至某光学透明度以改善外观，如后面所描述的。

参考图15，工具特别是“制窝”工具210构造成带有头部212，该头部212具有最终装置所需的形状以和检验装置上的接触垫片相接触。制窝工具210包含有与制窝机(未图示)连接的凸伸杆214。工具210由制窝机支承，而该头部212被定位成与衬底200的顶部表面202进入接触。工具210最好由比衬底200硬的材料构造成，使得可以容易地在衬底上构成凹窝。适合做工具210的材料例如是工具钢、硬质合金、铬及金刚石。优选制窝机是具有精确的X、Y及Z轴向控制的测试站。应该明白，任何其他合适的制窝机可同样被使用。参考图16，工具210受挤压与衬底200的顶部表面202进入接触，一旦工具从衬底200上移离，结果就造成一个与工具210的形状相匹配的凹陷216，如图17中所示。工具210被用于在衬底200上生成与所需图形相匹配的多个凹陷216，该所需图案例如图6中所示的图案。相反地，工具210可保持固定而衬底200可沿Z方向移动直至衬底的顶部表面202受挤压进入与工具210接触，一旦工具210离开衬底200，结果就造成与工具210的形状相匹配的相同凹陷216，如图17中所示。

参考图18，聚酰亚胺层220围绕凹陷216构成图案。应该理解的是，也可以同样地使用任何其它合适的绝缘层或非导电层。在生成聚酰亚胺层220的图案的处理中，在聚酰亚胺层220的暴光及蚀刻处理期间从凹陷216中去除聚酰亚胺稍有困难。当凹陷216相对地较深并具有陡峭的倾斜侧面时，这点是特别实际的。另一种方法是，聚酰亚胺层220可在衬底200的顶部表面202生成图案，而开口位于其中需要凹陷216之处。之后，应用工具210通过开口在衬底200上生成凹陷216，该开口设在聚酰亚胺层220上。这个替代技术消除了从凹陷216中充分地除去聚酰亚胺层220的困难工艺。

为使聚酰亚胺层220暴光而制作掩模是昂贵的，该聚酰亚胺层220具有的公差是以精确地对准用于凹陷216的开口。工具210与制窝机相结合可对准一个开口的实际位置，这造成了用相对地不贵和稍为不精确的掩模对聚酰亚胺层220暴光及蚀刻。本发明者已实现，掩模局部区域，以及由此产生的开口往往会为制窝目的而相对良好地对准。同样，彼此相隔的掩模的区域往往不会为制窝目的而相对良好地对准。因此，使用精确的制窝机在衬底200上自动地制窝以与具有彼此相离的许多凹陷216的预期的图案相匹配，这将导致制窝工具不能精确地与开口对准，该开口在离开初始对准点的区域处。为了提高对准开艺的精度，本发明者已实现了制窝机可对准不同的远距离位置处的聚酰亚胺层220上的实际开口，从而使得每个局部区域相对地被精确对准，而总体对准可稍为偏离。在这种方式中可应用相对地不贵的掩模。

制窝机最好包含有精确的Z轴运动，使得每个凹陷的深度相等，或基本相等。参考图19，如果不能获得足够精确的Z轴运动，则可应用具有内建的Z轴止动器242的替代制窝工具240。该Z轴止动器242是个凸伸杆，该凸伸杆从头部244向外延伸，头部244会停止在聚酰亚胺220的顶部表面上或衬底200的顶部表面202上。该Z轴止动器242相对于头部244定位，从而可获得合适的深度，这考虑了在使用制窝工具240之前聚酰亚胺层220是否预先被制成图案的情况。

参考图20，导电材料250被电镀到聚酰亚胺220及衬底200的上面，由此用导电材料250填满凹陷216，该导电材料诸如是镍及铑。应该理解，任何其它合适的技术都可用来把导电材料置入凹陷216内。然后导电材料250最好被抛光以便从聚酰亚胺层220的顶部表面除去多余物并提供平坦的全部表面。优选的抛光工艺是化学-机械平面化工艺。在聚酰亚胺层220及导电材料250的上面形成示踪件件的252的图案。示踪件252最好是诸如铜、铝或金的良导体。然后在整个表面上形成聚酰亚胺层254的图案。还可形成另外的金属层及非导电层。然后利用任何合适的工艺除去衬底200，诸如使用盐酸(HCL 15％)或硫酸(H₂SO₄)的蚀刻工艺。盐酸及硫酸既不与聚酰亚胺层220也不与诸如镍或铑的导电材料250起反应。应该理解，聚酰亚胺层254可用任何合适的绝缘体或非导电层代替。

参考图21，最终装置的接触部分260最好选择得具有低的接触电阻，以便可以与检验装置形成良好的电连接。而镍具有相对低的接触电阻，铑甚至具有比镍更低的接触电阻并比镍更耐磨。因此，凹陷216最好覆盖以铑层。应用通常的处理技术，铑的厚度限制在约5微米。最终装置以及特别是接触部分260包含有铑的外层，然后其被填以剩余的导电材料或不导电填充物，该导电材料诸如是镍。不需要把导电材料填在整个凹陷中。

上述的“从顶向下”构造工艺与在支承衬底上构造各层的“倒置”处理技术相比提供了许多优点。这些优点还允许能够以改善的特点构造装置。

第一，对最终装置的高度设有限制，该最终装置预先已施加了光致抗蚀剂处理的限制。构造具有任意合适高度的装置的性能还摆脱了由企图在光致抗蚀剂的高窄开口中进行电镀所施加的限制，这种电镀是困难的。

第二，装置的接触部分260的升起极均匀，因为它仅由工具加工工艺所决定，而该工艺本质上是机械式的。消除了电镀槽的不同局部电流密度、电镀槽内的不同离子密度以及电镀槽内的“随机”变化对最终装置的总体形状及高度的影响。由于装置的基本均匀的升起，使装置与检验装置充分接触所需的力较小，这依次减小了测试站、测试头、和/或膜片测试组件弯曲及破裂的可能。还有，装置的基本均匀的升起减小了由于过度压力而损坏检验装置上的接触垫片的可能。

第三，装置的接触部分260更坚固，因为该装置是在无需分界的各层的一次沉积工艺期间由单一同质的材料构造成，如同先前在复合处理步骤中所需的那样。这允许接触部分的尺寸减小至一个极限，该极限是检验期间其中所允许的最大电流密度的极限而不是分界的各层的最小完全力的极限。

第四，最终装置的形状定做成有效地测试不同材料。装置的形状可具有诸如85°的陡峭的侧壁角度，而仍然提供机械强度、稳定性及整体性。陡硝的侧壁允许构造较窄的装置，该装置允许用于在检验装置上的越来越密集的接触垫片布置中的较大的装置密度。此外，侧壁的角度不依赖于(例如独立于)衬底的晶体结构。

第五，已明确地知道接触部分的形状，并且其在各装置之间是均匀的，这允许它与检测装置的接触垫片均匀接触。

第六，最终装置的不同部分的对准在各装置之间是精确均匀的，因为每个装置是应用相同的工具加工工艺来构造成的。由于每个装置(梁有接触凸起)的下部相对于接触部分的精确对准，就不需要提供附加的余地来适应光致抗蚀剂工艺中及电镀工艺中固有的处理变化。还有，消除了电镀工艺的“蘑菇生长”效应，这也减小了装置所需的尺寸。不同装置300的对准可变性的减小及实际消除可达到显著减小的节距，它适合于检验装置上的具有增大的密度的接触垫片。

第七，最终装置的形状可以是特制的形状以提供最佳的机械性能。如背景部分中所描述的那样，为了提供擦拭功能，装置应具有在触头上倾斜的梁及凸起结构。装置300可包含有在其尾部302与接触部分260之间的倾斜表面304。为了提高沿装置300的长度部分的强度而设置倾斜表面304，这允许尾部302比其头部306薄些。在装置300的倾斜过程期间作用在装置300上的扭转力在装置300的全长上趋于减小，装置300具有相应地较薄的材料，该材料根据倾斜表面304来限定。由于较薄的尾部302及接近尾部302的材料，如果发生过度的倾斜，装置300的尾部302对检验装置产生影响的可能变得较小。装置300的改进形状也减少了所需的金属材料的量。

第八，应用了“检查”照相机以获得膜片测头的下部分的图像，以便确定装置300相对于检验装置上的接触垫片的精确位置。应用“检查”照相机能实现膜片装置相对于接触垫片的自动对准，以便可以完成自动检验。为了获得膜片测头上的装置300的图像，“检查”照明机通常使用光来照亮装置300。不幸的是，传统的平面处理技术导致在梁上、接触凸起上及接触部分上的相对平坦的表面，在垂直于“检查”照相机的方位上，每个平坦表面都把光反射回“检查”照相机。从所有表面反射回“检查”照相机的光频繁地引起对接触部分260的精确位置的某些干扰。装置300的倾斜表面304往往会反射掉来自较低地布置的“检查”照相机的入射光，而接触部分306往往会把入射光反射回较低地布置的“检查”照相机。主要来自接触部分306的光返回至“检查”照相机引起对接触部分的精确位置较少的潜在干扰。

第九，衬底200的顶部表面202的初始抛光结果产生与在衬底200上生成图案的聚酰亚胺层220相匹配的光滑下表面。在蚀刻掉或以其它方式除去衬底200之后，聚酰亚胺层220的下表面是光滑的并且最终的聚酰亚胺层220通常在光学上是透明的。因此，示踪件与金属化的装置300之间的空间是相对的透光的，所以使装置定位的操作者能容易地看透示踪件与各装置之间的装置。这帮助操作者在装置上进行膜片测头的手工定位，否则装置将被遮掩。此外，装置300的棱锥形状使得操作者更容易地确定接触部分相对于检验装置上的接触垫片的精确位置，而它们先前是被宽梁结构(相对于接触部分)所遮掩的。

第十，参考图22，装置的接触部分260最好构造有铑的外表面340，一般可被有效地镀至仅近似5微米厚。铑的镀覆工艺是半保形的，所以最终层在与外侧面352及354垂直的方向上近似5微米厚。接触部分的顶部350的宽度和工具210的侧面352及354的角度选择成使镀在两侧面352及354上的铑340最好连接在一起形成V型。装置的剩余部分最好是镍的。而铑340的厚度在垂直方向上仅为5微米，铑340在装置的顶部350的垂直方向上的厚度大于5微米。因此，在应用期间会在顶部350的通常垂直的方向磨损的该接触部分将比如果顶部只镀以5微米厚的铑延续使用更长时间。

第十一，接触部分260的结构可选择成在检验装置的接触垫片上提供描述过的擦拭效应。尤其是，工具可包含有相应的接触部分上的粗糙表面图案以便为所有装置提供均匀的结构。

第十三，应用本发明的构造技术来构造各装置是相对快的，因为减少了处理步骤的数量，导致显著地节约成本。

上述的构造技术还提供了若干涉及装置形状的优点，否则该装置将难于构造，如果不是不可能的话。

第一，如果不需要擦拭动作，工具可设有任何想要的形状，诸如简单的凸起。

第二，与只是一部分金属由较大的接触凸起所支承的情况相反，高达接触部分260的检验装置的倾斜支承侧面为接触部分260提供了优越的机械支承。具有来自倾斜侧面的这种支承，可使接触部分变得更小些而不会冒它将从装置上分开的风险。当装置倾斜以穿透入积累在接触垫片表面上的氧化物时，较小的接触部分改善了与检验装置的接触垫片的接触。此外，装置的尾部302可比装置的其余部显著地更薄些，这减少了当装置倾斜时在检验期间尾部302对检测装置的接触垫片影响的可能。

第三，由装置的接触部分施加的压力通过改变装置的旋转中心来改变，该装置的接触部分被给予由测试头施加的预定压力。装置的旋转中心可通过选择装置的长度及接触部分相对于装置的位置/高度来选定。因此，如果需要，可以选择压力以便和两种不同的接触垫片的特性相匹配。

第四，参考图23，装置印迹的三角形状为装置的高度侧向稳定性创造条件，而允许减小各装置之间的节距。对于检验装置的许多接触垫片，装置的接触部分403最好排列成直线布置。装置的三角形部分排列成可替换的相对方向。

第五，构造各接触部分的性能使装置提供擦拭动作而装置的下表面需要微小的运动，该各接触部分从装置的下表面升高，而仍保持装置高度及结构强度方面的均匀性。装置的下表面的微小运动使得检验期间有良好的电接触，降低了装置的下表面下面的各层上的应力。因此，减小了聚酰亚胺层及导电示踪件碎裂的可能。

当测试晶片上的焊料凸起或焊料球上的氧化物层时，该晶片将应用“倒装片“包封技术，该焊料凸起或焊料球诸如印刷电路板上的焊料凸起，在该电路板上产生的氧化物层难于有效地穿透。参考图24，当膜片测头的传统接触部分接触到焊料凸起时，氧化物285往往会与接触部分289一起被压入焊料凸起287中，导致不良的互相连接。当在焊料凸起上应用传统的针式测头时，该针头往往会在焊料凸起上滑动、弯曲至焊料凸起内部下面，在针头上收集碎片、在检验装置的表面上剥离碎片以及清洁针式测头是费时和乏味的。再者，针式测头在焊料凸起上留下非均匀的测试痕迹。当焊料凸起测试应用在倒装片上时，留在焊料凸起的上部分的测试痕迹往往会截留其中的焊剂(flux)，当受热时焊剂往往会***，这恶化或以其他方式破坏互相连接。参考图25及26，显示了一种改进的装置结构，适用于测试焊料凸起。装置的上部分包含有一对陡峭地倾斜的侧面291及293，诸如与垂线成15°角，该侧面最好是抛光的侧面。倾斜侧面291及293在其顶部处最好形成尖锐的脊295。侧面291及293的角度按照侧面与焊料凸起上的氧化物之间的摩擦系数来选择，使得当装置穿透入焊料凸起时覆盖表面的氧化物趋于主要沿侧面291及293的表面滑动，或者以其他方式被切离，而不是明显地附载在侧面上。参考图27，基本上尖锐的脊在接触后还产生了痕迹(定位槽)，该痕迹延伸经过整个焊料凸起。焊料凸起与焊剂一起的随后加热导致焊剂从焊料凸起的侧面离去，由此避免了***的可能性。此外，留在焊料凸起上的最终痕迹在性质上是均匀的，这允许焊料凸起的制造把最终痕迹考虑在它们的结构中。还有，需要施加在装置上的力较小，因为它往往会切穿焊料凸起而不是与焊料凸起进行挤压接触。较平坦的表面405防止过深地切入焊料球(凸起)。

参考图28，为检验焊料凸起提供较大的接触面积，可应用格栅结构形图案。

参考图29，一种替代的装置包含有一对凸伸部311及313，它们最好位于拱315的端部。凸伸部311与313之间的间隔最好比待检测的焊料凸起317的直径小。由于这种布置，凸伸部311及313将撞在焊料凸起317的侧面，由此不会把痕迹留在焊料凸起317的上部分。由于痕迹在焊料凸起317的侧面上，随后应用的焊剂将可能变得较少地被截留在痕迹内和较少***。此外，如果装置的对准设有在焊料凸起317上找正中心，则极其可能是凸伸部311及313中的一个仍然撞上焊料凸起317。

先前的装置构造技术导致该装置包含有的接触部分相当大以及难于保证对准。参考图30，依靠改进的构造技术，本发明者实现了可把膜片测头用作连接于检验装置上的接触垫片的“真正的”Kevlin连接件。一对装置351及353用它们彼此相邻的接触部分355及353来对准。根据这种布置，一个装置可以“施力”而另一装置是Kelvin检验布置的“传感”部分。两个接触部分355及357都与检验装置上的同一接触垫片相接触。Kelvin连接件的更详细分析描述于Fink，D.G.，ed.，Electronics Engineers’Handbook，1sted.，McGraw-Hill Book Co.，1975，Sec.17-61，PP.17-25，17-26，“The Kelvin Double Bridge”，和美国专利申请系列No.08/864,287中，以上两分资料被结合在本文作参考。

应注意各装置将呈现上述的任何优点，这些装置是根据本发明，依照使用的技术、所需用途以及实现的结构来构造的。

Claims (1)

1.一种构造膜片测头的方法包括：

(a)提供衬底；

(b)在所述衬底内生成凹陷；

(c)将导电材料置入所述凹陷内；

(d)将导电示踪件连接于所述导电材料；以及

(e)从所述导电材料上除去所述衬底。

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