微机械加工的机械部件及其制造方法技术

本发明专利技术主要涉及一种制造一个或多个独立的微机械加工部件的方法。该方法包括对支撑在载体衬底上的光致抗蚀剂和钨基层进行反应性离子蚀刻，从而限定一个或多个微机械加工部件，然后将所得的一个或多个微机械加工部件与载体衬底分离，使得部件是独立的。本发明专利技术还涉及可通过该方法获得的钨基微探针，其中所述微探针在垂直于所述微探针的纵轴的方向上具有基本上正方形或矩形的横截面，本发明专利技术还涉及包括多个这种微探针的探针卡。括多个这种微探针的探针卡。括多个这种微探针的探针卡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微机械加工的机械部件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及微机械加工的机械部件及其制造方法。本专利技术特别涉及但不限于适用于诸如集成电路(IC)测试的应用中的独立式微机械加工探针。

技术介绍

[0002]微机械加工的机械部件(通常定义为具有至少一个在1μm
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100μm范围内的线性尺寸的部件)可用于广泛的应用中。然而，这样的部件的一个关键应用是适合用于诸如集成电路(IC)测试的应用中的微探针。为了测试IC，将探针连接到探针卡上，探针卡用作电子测试系统和半导体晶片之间的接口。探针卡的目的是将晶片上的电路电连接到测试系统。这允许对电路进行晶片级测试和验证。
[0003]现在越来越需要具有更细探针间距和更高制造精度的探针卡，因为这样可以以更低的成本增加每个晶片的可测试器件的数量，并且还允许在单个器件上增加I/O测试盘，从而允许更详细的测试。此外，新的IC技术要求提高射频(RF)频带中的探针性能和高载流能力(CCC)。
[0004]为了解决这些问题，人们已经做了一些工作来生产小型探针。例如，WO2005043594公开了两种用于形成光限定的微电触点的不同方法。第一种方法包括由薄的铍
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铜扁平材形成探针。各光致抗蚀剂层直接沉积在平面CuBe合金片的相对表面上。然后光致抗蚀剂层被曝光(使用掩模)和显影，使得多个探针的正像由合金每个表面上的剩余光致抗蚀剂提供。然后对每个表面进行化学(湿法)蚀刻，以便在CuBe合金中形成多个探针。该技术利用“底切”，其由湿法蚀刻工艺产生，以便产生如图10所示的横截面轮廓。该专利还公开了第二种方法，其中使用光致抗蚀剂和掩模在不锈钢芯轴上形成多个探针的负像。然后使用电铸技术将Ni或NiCo合金镀覆到不锈钢芯轴的暴露区域上，从而在芯轴的暴露表面上形成多个Ni或NiCo探针。这些方法都不适合于将钨形成微探针。此外，第一种方法需要仔细地对准平面CuBe片的相对表面上的掩模。由于难以精确地对准两组掩模，因此所得到的微探针的形状公差必须很大。
[0005]然而，制造微机械加工部件的材料对于许多应用是重要的。对于用作微探针，钨具有许多独特的性能。例如，钨具有高导电率，当用作微探针时，其降低了电阻损耗，因此降低了探针自加热(焦耳加热)。对于给定的探针设计，这允许通过更大的电流。另外，钨具有高熔点，允许探头在较高温度下操作。最后，钨是坚硬的，减少了探针的磨损，因此延长了其寿命。
[0006]然而，要克服的一个重要问题是以前还不可能使用传统的现有技术方法从钨可靠地生产细间距微探针(或其它类似尺寸的微机械加工部件)。制造这种产品主要有三种技术：
[0007]a.拉丝——虽然可以用拉丝生产钨基零件，但是零件形状的再现性差，制造成本高；
[0008]b.冲压——可以制造的部件的最小尺寸受限，大约为100微米的部件宽度。该尺寸
不适合于许多微机械应用(并且在微探针的情况下，不适合于细间距应用；
[0009]c.电镀——虽然电镀可以给出良好的几何尺寸控制，但是钨不能电镀。因此，该方法仅适用于更容易电镀的材料，例如镍或钯合金(如上述WO2005043594中所讨论的)。这些材料与钨相比，性能较差。
[0010]虽然在使用深反应离子蚀刻来制备钨微针方面已经进行了一些工作(参见Shenglin等人的报道(2016)
‑
参考文献1)，但是该工艺存在许多问题。首先，在该工艺中，使用深反应离子蚀刻来深蚀刻散体钨，以形成直立构件(微针)的阵列。每个微针的长度由蚀刻深度控制。以这种方式，微针必须作为散体材料的延伸部分连接。不可能将得到的微针从散体钨基中分离出来以提供独立的单根微针。因此，使用该方法不可能生产独立的微机械加工部件。此外，该方法使用硬铝掩模来限定微针阵列的形状，其在DRIE过程中可能存在Al再沉积的问题，从而使其不适合于批量生产部件。最后，所得到的微针被描述为具有大约14
°
的侧壁倾斜角。因此，不可能生产微机械加工部件的某些应用所需的(或有利的)具有垂直或接近垂直的侧壁的部件。
[0011]本专利技术是根据上述考虑而设计的。

技术实现思路

[0012]本专利技术人已经认识到，通过在微机械加工部件的制造中使用钨层的反应离子蚀刻，可以减少或消除上述一些或全部问题。
[0013]因此，在第一方面，本专利技术提供了一种制造一个或多个独立的微机械加工部件的方法，包括以下步骤：
[0014]提供支撑在载体衬底上的钨基层；
[0015]施加光致抗蚀剂，通过具有预定形状的掩模将所述光致抗蚀剂曝光，去除部分光致抗蚀剂，从而在所述钨基层上或其上方提供光致抗蚀剂掩模；
[0016]进行光致抗蚀剂和钨基层的反应离子蚀刻，从而限定一个或多个微机械加工部件；和
[0017]将所述一个或多个微机械加工部件与所述载体衬底分离。
[0018]如本文所用，术语“钨基层”用于限定包括、基本上由或由钨(W)组成的层。优选地，钨以50at％或更高的原子百分比存在于层中。换言之，钨优选是钨基层的主要成分。钨可以以60at％或更高，70at％或更高，80at％或更高，90at％或更高，95at％或更高，或99at％或更高的原子百分比存在于层中。任选地，可以存在一个或多个其它元件。例如，钨基层可以是钨基合金，例如钨铼合金(W
‑
Re合金)。在本专利技术方法的某些应用中，特别是在微探针的制造中，使用W
‑
Re合金层可能是特别有利的。与纯W微探针相比，W
‑
Re微探针由于尖端的较低氧化而显示出随时间降低的接触电阻，尽管与纯W微探针相比其体电导率可以稍微降低。当钨基层是W
‑
Re合金时，Re的存在量可以为约1at％至约10at％，更优选为约3at％至约5at％。在这样的原子百分比下，Re在W中以固溶体形式存在。
[0019]反应离子蚀刻(RIE)是一种干法蚀刻技术，使用化学反应性等离子体从待蚀刻层中去除材料。该化学活性等离子体在低压(真空)下由电磁场产生，来自等离子体的高能离子冲击材料表面并与其反应。RIE作为干法蚀刻技术，具有与湿法蚀刻技术相比不同的特性。特别地，由于反应离子的大部分垂直传递，与典型地由湿化学蚀刻技术产生的各向同性
轮廓相比，反应离子蚀刻可以产生各向异性的蚀刻轮廓。
[0020]本专利技术人已经发现，通过使用RIE蚀刻钨，可以以较大规模和相对较低的每部件成本制造独立的微机械加工部件。另外，与钨的微加工的现有技术相比，使用RIE可以生产具有光刻精度的微机械加工部件，并且可以在亚微米精度下(例如，当微机械加工部件是微探针、细探针间距和接近垂直的探针侧壁时)实现精细尺寸的部件细节。本专利技术允许以现有技术(例如上述
技术介绍
部分中讨论的线材挤压或片材冲压工艺)不可能的精度水平制造钨基部件。术语“独立”在本公开中通常用于限定不需要连接到另一结构或不需要由另一结构支撑的部件，尽管在实际使用中，这些部件可以很好地连接到另一结构或由另一结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造一个或多个独立的微机械加工部件的方法，包括以下步骤：提供支撑在载体衬底上的钨基层；施加光致抗蚀剂，通过具有预定形状的掩模将所述光致抗蚀剂曝光，去除部分光致抗蚀剂，从而在所述钨基层上或其上方提供光致抗蚀剂掩模；进行光致抗蚀剂和钨基层的反应离子蚀刻，从而限定一个或多个微机械加工部件；和将所述一个或多个微机械加工部件与所述载体衬底分离。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述钨基层包含原子百分比为50at％或更高的钨。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中钨基层是W
‑
Re合金。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中钨基层被设置为箔层。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括抛光所述钨基层的步骤。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述钨基层的一个或两个表面被抛光至平均表面粗糙度R
a
为5nm或更小和/或R
t
为50nm或更小。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在进行光致抗蚀剂和钨基层的反应离子蚀刻步骤之前，所述钨基层具有10μm或更大的厚度。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述载体衬底包括热膨胀系数CTE在所述钨基层的CTE的
±
10％的范围内的材料。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用热膨胀系数CTE在所述钨基层的CTE的
±
10％的范围内的粘合剂将所述钨基层粘结到所述载体衬底上。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：(i)所述光致抗蚀剂是正性光致抗蚀剂，所述掩模的预定形状基本上对应于所述一个或多个独立的微机械加工部件的预期形状；或(ii)所述光致抗蚀剂是负性光致抗蚀剂，所述掩模的预定形状基本上对应于所述一个或多个独立的微机械加工部件的预期形状的负像。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用六氟化硫SF6等离子体进...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：格拉斯哥大学校董会，
类型：发明
国别省市：