多悬臂MEMS探针及在线激光修调方法与流程

本发明涉及半导体器件的测量领域，特别涉及一种多悬臂mems探针及在线激光修调方法。

背景技术：

1、微机电系统（mems）探针卡用于晶圆级电性能测试时，探针针尖需要与芯片焊盘形成稳定接触。不同芯片型号及不同晶圆制造工艺对应的焊盘铝层厚度并不一致，探针的接触压力和受压后的滑移量如果与焊盘条件不匹配，容易使针痕长度或深度超出适宜范围，增加焊盘表面划伤及裂纹风险。不同产品的焊盘铝层厚度存在差异，现有mems探针卡在产品切换前通常需要通过多次接触下压测试验证划痕状态，发现原有针型不适配时，还需重新调整探针针压，探针重新设计和制作会延长探针卡适配周期。

2、现有技术已经存在通过改变探针局部连接状态调节针压的结构。例如，可在针身设置开口、缺口槽及连接块，通过改变连接块的设置数量和位置改变整个针体的压力及弯曲性能，使探针能够以不同压力与芯片接触。此类结构能够扩展探针针压的可选范围，但调节重点仍集中在探针整体弹性状态的改变。当探针按照预定针压完成制作并装配至探针卡后，实际测试中仍可能因具体焊盘尺寸、铝层厚度以及针尖受压滑移状态的差异而出现针痕偏长、针痕偏深或接触状态不匹配的情况。此时若继续通过改变基础承载结构重新确定探针状态，会同时改变已经建立的基础弹性关系，难以在保持基础针压状态的同时对针尖侧局部变形和滑移量作进一步调整。

3、因此，需要一种能够兼顾基础弹性状态设定和装卡后在线修调的多悬臂mems探针，使探针能够先通过多个悬臂路径的不同连接状态适配不同焊盘条件，再在基础连接状态保持不变时针对针尖侧接触状态继续实施局部修调，从而减少因产品适配差异而重新设计和制作探针的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多悬臂mems探针，其具有基础弹性状态可调、在线修调过程中基础承载状态保持稳定、末端局部变形状态可进一步调节、针尖受压滑移长度可控以及对不同焊盘条件适配性较高的优点。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种多悬臂mems探针，包括：锚定底座、多悬臂承载部、末端接触部、基础修调区和轨迹修调部；所述多悬臂承载部连接于所述锚定底座与所述末端接触部之间，所述多悬臂承载部包括呈并联排布的多个微悬臂梁，多个微悬臂梁分别形成弹性承载路径；所述基础修调区包括设置于多个微悬臂梁上的多个基础修调位置，多个基础修调位置能够分别被激光切断，多个基础修调位置的切断状态组合用于改变参与弹性变形的弹性承载路径组合，以形成不同的基础弹性状态；所述轨迹修调部设置于所述多悬臂承载部靠近所述末端接触部的上部悬臂区域，所述轨迹修调部包括沿所述上部悬臂区域的延伸方向间隔设置的第一在线修调区和第二在线修调区；所述第一在线修调区和所述第二在线修调区能够在多个基础修调位置的切断状态组合保持不变的情况下分别被激光选择性切断，以改变所述末端接触部所在侧的局部变形状态并限制所述末端接触部在受压接触过程中的滑移长度。

4、进一步设置：多个微悬臂梁包括第一微悬臂梁、第二微悬臂梁和第三微悬臂梁；所述第一微悬臂梁、所述第二微悬臂梁和所述第三微悬臂梁分别设置波纹镂空段；所述第一微悬臂梁设置两个第一基础修调位置，所述第二微悬臂梁设置两个第二基础修调位置，所述第三微悬臂梁设置两个第三基础修调位置，两个第一基础修调位置、两个第二基础修调位置和两个第三基础修调位置均位于所述基础修调区内；同一微悬臂梁上的两个基础修调位置分别位于对应微悬臂梁沿延伸方向的不同位置，两个第一基础修调位置、两个第二基础修调位置和两个第三基础修调位置的切断状态组合用于确定参与弹性变形的微悬臂梁连接状态。

5、进一步设置：所述第一在线修调区与所述末端接触部之间的距离不等于所述第二在线修调区与所述末端接触部之间的距离；所述第一在线修调区和所述第二在线修调区分别被切断后，使所述上部悬臂区域参与所述末端接触部受压变形的长度不同，以形成不同的末端接触部局部变形状态。

6、进一步设置：所述第一在线修调区和所述第二在线修调区中的至少一个在线修调区包括多个微连接段；多个微连接段间隔设置，并分别连接于至少一个在线修调区的两侧；多个微连接段能够分别被激光切断，在多个微连接段中的部分微连接段被切断时，未被切断的微连接段保持连接状态。

7、进一步设置：多个微连接段中的至少两个微连接段在横截面积和有效连接长度中的至少一项不相等。

8、进一步设置：所述末端接触部为皇冠型mems探针针尖；所述皇冠型mems探针针尖包括镍金层、镀金层和钯铑合金层。

9、本发明的另一目的是提供一种多悬臂mems探针的在线激光修调方法，包括：s1.获取待测目标的焊盘参数以及多悬臂mems探针，所述多悬臂mems探针包括多个微悬臂梁、末端接触部和基础修调区，多个微悬臂梁包括第一微悬臂梁、第二微悬臂梁和第三微悬臂梁，所述基础修调区包括设置于多个微悬臂梁上的多个基础修调位置，其中，所述第一微悬臂梁设置两个第一基础修调位置，所述第二微悬臂梁设置两个第二基础修调位置，所述第三微悬臂梁设置两个第三基础修调位置，所述多悬臂mems探针靠近所述末端接触部的上部悬臂区域设置第一在线修调区和第二在线修调区，根据待测目标的焊盘参数确定初始基础弹性状态，并按照与所述初始基础弹性状态对应的切断状态组合，对多个基础修调位置中的至少一个基础修调位置执行选择性激光切割，使所述多悬臂mems探针进入所述初始基础弹性状态；s2.将处于所述初始基础弹性状态的所述多悬臂mems探针装配于多悬臂mems探针卡，对测试晶圆执行接触下压测试，获取针痕长度和针痕深度，并根据所述针痕长度和所述针痕深度确定当前二维接触状态；s3.根据所述待测目标的焊盘参数确定目标二维接触状态，响应于所述当前二维接触状态落入所述目标二维接触状态对应的目标范围，停止在线激光修调，响应于所述当前二维接触状态未落入所述目标二维接触状态对应的目标范围，获取预标定的候选在线修调路径对针痕长度和针痕深度的响应关系，根据所述当前二维接触状态与所述目标二维接触状态之间的偏差以及所述响应关系，从候选在线修调路径中确定目标在线修调路径，所述候选在线修调路径分别对应所述第一在线修调区和所述第二在线修调区的选择性激光切断操作；s4.响应于所述当前二维接触状态未落入所述目标二维接触状态对应的目标范围，按照所述目标在线修调路径对所述第一在线修调区或所述第二在线修调区执行一次激光切割，在保持所述初始基础弹性状态对应的多个基础修调位置的切断状态组合不变的情况下，使所述多悬臂mems探针由当前结构状态转换为下一结构状态；s5.对处于所述下一结构状态的所述多悬臂mems探针重新执行接触下压测试，响应于重新获取的针痕长度和针痕深度未落入所述目标二维接触状态对应的目标范围且存在由所述下一结构状态能够到达的后续结构状态，从所述后续结构状态中确定后续在线修调路径，并按照所述后续在线修调路径继续对所述第一在线修调区或所述第二在线修调区执行激光切割，响应于重新获取的针痕长度和针痕深度落入所述目标范围或不存在能够到达的后续结构状态，停止在线激光修调。

10、进一步设置：所述s2包括以下子步骤：s21.将处于所述初始基础弹性状态的所述多悬臂mems探针装配于所述多悬臂mems探针卡，并利用测试晶圆执行多次接触下压测试；s22.分别获取各次接触下压测试形成的针痕长度和针痕深度，生成针痕长度数据集合和针痕深度数据集合；s23.根据所述针痕长度数据集合和所述针痕深度数据集合确定所述当前二维接触状态。

11、进一步设置：所述s3包括以下子步骤：s31.根据所述待测目标的焊盘参数确定针痕长度目标范围和针痕深度目标范围，并由所述针痕长度目标范围和所述针痕深度目标范围共同限定所述目标二维接触状态；s32.根据所述当前二维接触状态中的针痕长度与所述针痕长度目标范围之间的关系以及所述当前二维接触状态中的针痕深度与所述针痕深度目标范围之间的关系，确定所述当前二维接触状态对应的二维接触状态区域；s33.响应于所述当前二维接触状态落入所述目标二维接触状态对应的目标范围，停止在线激光修调，响应于所述当前二维接触状态未落入所述目标二维接触状态对应的目标范围，根据所述响应关系，从所述候选在线修调路径中确定能够使所述二维接触状态区域向所述目标二维接触状态移动的在线修调路径，并将确定的在线修调路径作为所述目标在线修调路径。

12、进一步设置：所述s5基于预先建立的有向结构状态图执行，所述第一在线修调区和所述第二在线修调区中的至少一个在线修调区包括多个能够分别被激光切断的微连接段，所述有向结构状态图以所述初始基础弹性状态对应的多个基础修调位置的切断状态组合为固定基础，所述有向结构状态图中的每个节点表示多个微连接段的切断状态组合限定的结构状态，所述有向结构状态图中的每条有向边表示通过切断一个未被切断的微连接段实现的单向状态转换；所述s5包括以下子步骤：s51.将所述下一结构状态映射至所述有向结构状态图中的当前节点；s52.响应于重新获取的针痕长度和针痕深度未落入所述目标范围，确定与所述当前节点通过有向边连接的可达节点；s53.响应于未确定到可达节点，停止在线激光修调，响应于确定到至少一个可达节点，根据所述响应关系，从可达节点中确定后续修调状态；s54.从所述第一在线修调区或所述第二在线修调区中确定与所述后续修调状态对应的未被切断的微连接段，对确定的微连接段执行一次激光切割，重新执行接触下压测试，并将激光切割后的结构状态作为新的下一结构状态；s55.响应于重新获取的针痕长度和针痕深度落入所述目标范围，停止在线激光修调，响应于重新获取的针痕长度和针痕深度未落入所述目标范围，返回所述s51。

13、综上所述，本发明具有以下有益效果：

14、第一，本发明通过多悬臂承载部中的多个微悬臂梁形成相互配合的弹性承载路径，并利用基础修调区中的多个基础修调位置改变各微悬臂梁的实体连接状态，使参与弹性变形的承载路径组合能够随基础修调位置的切断状态组合发生变化，由此使同一探针结构形成不同的基础弹性状态。第一微悬臂梁、第二微悬臂梁和第三微悬臂梁分别设置波纹镂空段，使各微悬臂梁形成能够产生弹性变形的梁段；每条微悬臂梁分别设置两个沿延伸方向间隔的基础修调位置，使同一微悬臂梁能够形成不同的连接状态，并能够与其他微悬臂梁的切断状态相互组合，从而提高基础弹性状态的可选择性，便于针对不同焊盘条件预先设定相应的基础承载状态。在基础弹性状态确定后，第一在线修调区和第二在线修调区能够在基础修调位置的切断状态组合保持不变的情况下继续实施激光修调，使基础承载状态的调整与末端接触部局部变形状态的调整分别在不同修调阶段完成。第一在线修调区和第二在线修调区与末端接触部之间的距离不同，选择不同在线修调区实施激光切割时能够形成不同的有效悬臂长度，并产生不同的末端局部变形状态，从而能够根据实际针痕状态选择相应的在线修调位置，限制末端接触部受压后的滑移长度，提高探针对不同尺寸及不同铝层厚度焊盘的适配能力，并降低针痕过长或过深引起焊盘划伤及裂纹的风险。

15、第二，本发明的第一在线修调区或第二在线修调区设置多个间隔布置的微连接段时，各微连接段能够分别接受激光切割，部分微连接段被切断后，其余未被切断的微连接段继续维持在线修调区两侧悬臂部分之间的实体连接，使一次激光切割后仍能够保留后续可修调结构，避免在线修调只能在完整连接和完全断开两个结构状态之间进行转换。多个微连接段中的至少两个具有不同横截面积或不同有效连接长度时，各微连接段对局部连接约束的贡献能够形成差异，切断不同微连接段后获得不同的剩余实体连接关系，从而为逐级改变末端局部变形状态以及根据实际测试结果继续实施后续修调提供结构基础。末端接触部采用皇冠型mems探针针尖，并通过镍金层、镀金层和钯铑合金层形成多层金属结构，使针尖在用于晶圆接触测试时能够兼顾电连接需求和重复接触过程中的耐磨需求。

16、第三，本发明的在线激光修调方法首先根据待测目标的焊盘参数确定初始基础弹性状态，并按照对应的基础修调位置切断状态组合完成基础激光修调；完成基础弹性状态设定后，再依据实际接触测试结果选择第一在线修调区或第二在线修调区进行在线激光修调，同时保持已经形成的基础切断状态组合不变，使装卡前的基础弹性状态适配与装卡后的末端局部接触状态调整相互分离。接触下压测试同时获取针痕长度和针痕深度，利用针痕长度表征末端接触部的平面滑移状态，利用针痕深度表征末端接触部的压入接触状态，并由两个参数共同确定当前二维接触状态，使后续在线修调路径的选择能够同时考虑滑移和压入两个接触维度。通过多次接触下压测试分别形成针痕长度数据集合和针痕深度数据集合，再根据多个测试样本确定当前二维接触状态，有利于利用重复接触条件下的针痕表现作为在线修调判断依据，降低单次接触结果波动对修调路径选择的影响。进一步根据焊盘参数确定针痕长度目标范围和针痕深度目标范围，并利用预标定的候选在线修调路径对两个针痕参数的响应关系，从候选路径中选择能够使当前二维接触状态向目标二维接触状态移动的在线修调路径，使在线切割动作与实际针痕偏差建立对应关系。每次激光切割完成后重新执行接触下压测试，并依据更新后的针痕长度和针痕深度确定是否继续修调，使不可逆的激光切割过程与逐次接触反馈相结合，降低连续修调过程中出现过量切割的可能性。

17、第四，针对在线修调区具有多个微连接段的实施方式，本发明进一步利用有向结构状态图描述各微连接段切断状态组合之间的转换关系，将不同微连接段切断状态组合分别定义为结构状态节点，并将一次切断一个尚未切断的微连接段定义为相邻结构状态之间的单向转换。由于已经切断的微连接段不能通过后续激光修调恢复连接，当前结构状态只能沿当前剩余未切断微连接段对应的有向路径转换至实体结构实际能够到达的后续状态，从而使在线修调路径受到探针当前剩余连接关系的约束。在线修调过程中，将实际结构状态映射为当前节点，在针痕长度和针痕深度未进入目标范围时先确定当前节点对应的可达节点，再结合候选在线修调路径对针痕长度和针痕深度的响应关系确定后续修调状态，并仅切断与后续修调状态对应的未切断微连接段。针痕状态进入目标范围时停止激光切割，不存在可达节点时同样停止继续修调，由此避免选择与当前实体连接状态不匹配的后续切割路径，并使逐次在线修调始终限定在当前结构实际可达的状态范围内。