JP2003045924A - 半導体素子検査装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体素子検査装置及びその製造方法

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JP2003045924A
JP2003045924A JP2001234791A JP2001234791A JP2003045924A JP 2003045924 A JP2003045924 A JP 2003045924A JP 2001234791 A JP2001234791 A JP 2001234791A JP 2001234791 A JP2001234791 A JP 2001234791A JP 2003045924 A JP2003045924 A JP 2003045924A
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contactor
positioning
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Masatoshi Kanamaru
昌敏 金丸
Kiju Endo
喜重 遠藤
Takanori Aono
宇紀 青野
Ryuji Kono
竜治 河野
Hiroya Shimizu
浩也 清水
Naoto Ban
直人 伴
Hideyuki Aoki
英之 青木
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コンタクタをウエハ全面に高精度に位置決め
し、均一にコンタクトさせ、大口径ウエハの検査ができ
低コスト化が可能な半導体素子の検査装置を実現する。 【解決手段】分割された複数のコンタクタブロック1に
位置決め用の溝25を形成し、その溝25を用いて位置
決め枠2により複数のコンタクタブロック1の位置決め
が行われる。コンタクタブロック1は複数に分割されて
いるため、分割されず多数のコンタクタが一体的に形成
されている場合と比較して、一部の面歪みが他の部分に
影響して面均一性が損なわれることが少なく、複数のコ
ンタクタ1を被検査ウエハ3に均一にコンタクトさせる
ことができる。また、一部のコンタクタブロック1に異
常等が発生しても、その一部のコンタクタブロック1の
み交換すればよいので分割されず多数のコンタクタが一
体的に形成されている場合と比較し、交換費用を低減す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バーンイン検査や
プローブ検査等に適用可能であり、特に、ウェハ状態で
のバーンイン検査、いわゆるウェハレベルバーンインに
好適な半導体素子の検査装置及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置の検査および製造技
術における、バーンイン検査に関する技術について本発
明者が検討したところによれば、例えば、特開平11−
97494号公報、特開平9−148389号公報、
「日経マイクロデバイス、2000年1月号」P148
〜P153に記載される技術などが挙げられる。
【0003】上記特開平11−97494号公報には、
バーンイン検査工程において、押圧部材を用いてメンブ
レンシートに設けられた複数のプローブをウェハに押圧
するときには、押圧部材のウェハ側とは反対側の面の複
数の箇所に押圧荷重を負荷させるために、押圧部材を分
割して押圧の均一化を図る技術が開示されている。
【0004】また、上記特開平9−148389号公報
には、マイクロマシニング技術によりシリコン基板に上
下方向に弾性を保たせた梁を形成し、この梁の先端部に
ウェハの電極と対向配列するように、マイクロコンタク
トピンを先端部に導電性薄膜処理して形成する技術が開
示されている。
【0005】また、上記「日経マイクロデバイス、20
00年1月号」には、多層配線基板とバンプ付き薄膜シ
ートと異方導電性ゴムとの3つの部品からなるTPS
(Three Parts Structure)プロ
ーブを用いた方式や、多層配線基板とプローブ端子とか
らなり、プローブ端子は樹脂シートに銅ポストを貫通さ
せた構造で、加圧すると、この銅ポストがつぶれて電極
の高さばらつきを吸収する方式が記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来におけるバーンイン検査に関する技術について、本発
明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなっ
た。
【0007】例えば、半導体集積回路装置の検査技術と
しては、高温雰囲気中で温度および電圧ストレスを加え
て将来不良となる可能性のあるチップをスクリーニング
するバーンイン検査と、装置が所定の機能通りに動作す
るか否かを確認する機能テストやDC動作特性およびA
C動作特性のテストを行って良品/不良品を判別するプ
ローブ検査とがある。
【0008】近年、半導体集積回路装置のバーンイン検
査においては、ウエハ出荷対応(品質の差別化)、KG
D(Known Good Die)対応(MCP(M
ulti−Chip Package)の歩留まり向
上)、バーンイン検査不良品の救済、バーンイン不良テ
ストデータのフィードバック、トータルコスト低減等の
要求から、ウエハ状態でバーンイン検査を行うウエハレ
ベルバーンインの技術が用いられてきている。
【0009】このウエハレベルバーンイン技術では、ウ
エハ全面に亘って均一に加圧する押圧機構と、ウエハ加
熱及び温度制御機構と、ウエハ全面で1万ピン以上のプ
ローブとが必要である。
【0010】また、ウエハレベルバーンイン技術では、
ウエハの反りやうねりとプローブの高さばらつきを吸収
する必要があり、高温時の熱膨張に倣わせる必要もあ
る。
【0011】さらに、ウエハレベルバーンイン技術で
は、多数の配線引き回し、入力信号の集束、ウエハ全面
へのプローブアライメント、不良チップの切り離しと過
電流遮断、ウエハ全面のコンタクトチェック等が必要で
ある。
【0012】このため、ウエハレベルバーンイン技術で
は、必要な部品点数が多く、調整すべき事項も多数とな
るため、検査コストが高くなるという問題点があった。
【0013】そこで、上記問題点を解決するためのバー
ンイン検査に関する技術として、例えば、上記「日経マ
イクロデバイス、2000年1月号」に記載の技術など
がある。
【0014】しかしながら、上記文献に記載のTPSプ
ローブを用いた方式では、不良チップ除去用の皮膜装置
が必要で、プローブ検査やレーザ救済の最後にしかウェ
ハレベルバーンインが実施できない。また、バンプ付き
薄膜シートはコンタクト回数と共に接触抵抗が増加しや
すく、一体物で部分的リペアは不可能である上、異方導
電性ゴムは寿命が短い、などの問題点がある。
【0015】また、上記「日経マイクロデバイス、20
00年1月号」に記載の、多層配線基板とプローブ端子
からなる技術を用いた方式では、樹脂シートは金パッド
専用で、1回毎の使い捨てである、などの問題点があ
る。
【0016】本発明の目的は、例えば、バーンイン検査
やプローブ検査、特にウエハレベルバーンイン検査にお
いて、分割コンタクタ一体型方式を採用し、この分割さ
れたコンタクタをウエハ全面に高精度に位置決めした
後、均一にコンタクトさせることにより、大口径ウエハ
の検査を可能とすることで低コスト化を図ることができ
る半導体素子の検査装置及びその製造方法を実現するこ
とである。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。
【0018】(1)半導体素子の複数の電極パッドと電
気的に接触するプローブを有するコンタクタ基板を備え
る半導体素子検査装置において、上記コンタクタ基板
は、複数個のコンタクタブロックを有し、それぞれのコ
ンタクタブロックは、梁に形成されるプローブと、配線
と、位置決め用切り欠き部とが形成され、上記コンタク
タブロックに形成された位置決め用切り欠き部を支持す
る支持部が形成され、上記複数のコンタクタブロックの
位置決めを行う位置決め枠を備える。
【0019】(2)好ましくは、上記(1)において、
上記コンタクタブロックの位置決め用切り欠き部は、コ
ンタクタブロックに形成された位置決め用溝であり、こ
の位置決め溝は、コンタクタブロックのプローブ形成面
に形成されている。
【0020】(3)また、好ましくは、上記(2)にお
いて、上記コンタクタブロックの位置決め溝は、互いに
ほぼ直交する2本の溝である。
【0021】(4)また、好ましくは、上記(1)、
(2)、(3)において、上記コンタクタブロックは、
その材質にシリコンを有する。
【0022】(5)また、好ましくは、上記(1)、
(2)、(3)、(4)において、上記位置決め用枠
は、その材質に42アロイ、ニッケル合金、ガラスもし
くはシリコンを有する。
【0023】(6)半導体素子検査装置に用いられ、半
導体素子の複数の電極パッドと電気的に接触するプロー
ブを有するコンタクタ基板において、上記コンタクタ基
板は、複数個のコンタクタブロックを有し、それぞれの
コンタクタブロックは、梁に形成されるプローブと、配
線と、位置決め用切り欠き部とが形成され、上記コンタ
クタブロックに形成された位置決め用切り欠き部を支持
する支持部が形成され、上記複数のコンタクタブロック
の位置決めを行う位置決め枠により、位置決めが行われ
る。
【0024】(7)半導体素子の複数の電極パッドと電
気的に接触するプローブを有するコンタクタ基板であ
り、このコンタクタ基板は、複数個のコンタクタブロッ
クを有し、それぞれのコンタクタブロックは、梁に形成
されるプローブと、配線と、位置決め用切り欠き部とが
形成されている半導体素子検査装置の製造方法におい
て、 基板表面に熱酸化膜を形成し、プローブを形成す
るためのマスクパターンを形成する工程と、エッチング
加工によりプローブを形成する工程と、多層マスクを形
成する工程と、エッチングにより異なる深さの孔を加工
し、梁、貫通孔及び位置決め段差部を加工する工程と、
両面に金属薄膜を形成し、パターニングを行い、配線層
を形成する工程とにより、上記コンタクタブロックが形
成される。
【0025】本発明の半導体素子検査装置によれば、コ
ンタクタ基板の、X方向、Y方向及び高さ方向であるZ
方向の位置決めまで可能となる。さらに、端面でコンタ
クタ基板の位置決めを行う方式と比較して温度上昇によ
る線膨張率の差から発生する相対的な位置ずれ量は外周
部ほど大きくなるが、本発明では分割されたコンタクタ
の中心部で位置決めが可能であることから、位置決め用
枠の温度上昇による線膨張率の差から発生する相対的な
位置ずれ量の影響を受けずらい。言い換えれば大口径の
被検ウエハにおいてもプローブと被検ウエハに形成され
た電極パッドとの位置ずれの影響が大変小さい。
【0026】分割された複数のコンタクタブロックは、
被検査ウエハの大きさに左右されないため、ウエハの大
口径化に対しても旧設備を利用できるので、ウエハ全面
一括コンタクト方式によるコンタクタ基板の製造コスト
を低減することが可能となる。
【0027】さらに、X方向、Y方向及びZ方向の位置
決めまで可能となるため、被検査ウエハの反りやうねり
に対して独立して倣わせ易くすることが可能となる。
【0028】また、バーンイン検査時の温度条件に対し
ても、被検査ウエハとコンタクタブロックとは同じよう
に熱膨張するので、ウエハ全面へのプローブのアライメ
ント精度を十分に得ることが可能となる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態であ
る検査装置により検査される半導体集積回路装置の製造
方法を示すフローチャートである。なお、この例におい
ては、半導体集積回路装置として、SRAMを一例とし
て説明するが、本発明は、SRAMのみならず、DRA
M、フラッシュメモリなどのメモリLSIや、ロジック
LSIなどにも適用可能である。
【0030】(1)前処理工程(ステップS1)におい
ては、半導体ウエハに多数の素子を形成する。すなわ
ち、この前処理工程では、SRAMの仕様に基づいて、
例えば、シリコン基板からなる半導体ウエハに対して、
酸化・拡散・不純物導入、配線パターン形成、絶縁層形
成、配線層形成などの各ウエハ処理を繰り返して所望の
集積回路を形成する。
【0031】(2)次に、ウエハレベルバーンイン工程
(ステップS2)においては、多数の素子が形成された
半導体ウエハをバーンイン検査(熱負荷検査)する。す
なわち、このウエハレベルバーンイン工程では、例え
ば、半導体ウエハを高温(例えば、125℃〜150
℃)雰囲気中において、定格もしくはそれを超える電源
電圧を印加して半導体集積回路に電流を流し、温度及び
電圧ストレスを加えて将来不良に到る可能性のあるチッ
プをスクリーニングする。このウエハレベルバーンイン
工程において、後述する分割コンタクタ一体型によるウ
エハ全面一括コンタクト方式の検査装置が用いられる。
【0032】(3)続いて、第1回目のプローブ検査工
程(ステップS3)においては、多数の素子が形成され
た半導体ウエハをプローブ検査(導通検査)する。すな
わち、このプローブ検査工程では、例えば、半導体ウエ
ハを高温(例えば、85℃〜95℃)雰囲気中におい
て、SRAMへの書き込み及び読み出し動作により所定
のテストパターンを用いてメモリ機能を試験し、所定の
機能通りに動作するか否かを確認する機能テストや、入
出力端子間のオープン/ショート検査、リーク電流検
査、電源電流の測定などのDCテスト、メモリ制御のA
Cタイミングを試験するACテストなどを行う。なお、
この第1回目のプローブ検査工程や、後述する第2回目
のプローブ検査工程においても、後述する分割コンタク
タ一体型によるウエハ全面一括コンタクト方式の検査装
置を用いることが可能である。
【0033】(4)次に、レーザ救済工程(ステップS
4)においては、プローブ検査の結果、不良の素子に対
してレーザ光を照射して救済する。すなわち、このレー
ザ救済工程では、プローブ検査の結果を解析してSRA
Mの不良ビットを見つけ出し、この不良ビットに対応す
る冗長救済ビットのヒューズをレーザ光で切断し、冗長
救済処理を施してリペアを行う。
【0034】(5)続いて、第2回目のプローブ検査工
程(ステップS5)においては、ステップS4における
レーザ救済後に、再び半導体ウエハをプローブ検査(導
通検査)する。すなわち、このプローブ検査工程では、
第1回目のプローブ検査工程と同様のテストを行い、冗
長救済処理により不良ビットを冗長救済用ビットに切り
替えることができたことを確認する。
【0035】(6)ステップS5に続く、ウエハ出荷工
程(ステップS6)においては、レーザ救済後のプロー
ブ検査の結果、良品の半導体ウエハをそのまま製品とし
て出荷する。すなわち、このウエハ出荷工程では、SR
AMの複数のチップが搭載された半導体ウエハを、この
半導体ウエハの状態でユーザに提供する。
【0036】(7)ステップS5に続く、MCP組立工
程(ステップS7)においては、良品の半導体ウエハを
ダイシングしてチップ毎に分離し、このように分離され
たチップを組み合わせてパッケージ構造にする。すなわ
ち、このMCP組立工程では、上記各工程ステップS1
〜S5を経て製造されたSRAMのチップと、同じよう
に前処理工程からダイシング工程までを終了して製造さ
れた、例えばフラッシュメモリのチップとを実装してM
CPとして組み立てる。具体的には、SRAMのチップ
とフラッシュメモリのチップとを基板上に搭載するダイ
ボンディング工程、各チップのパッドと基板上のパッド
とをワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング
工程、各チップ及びワイヤの部分を保護するためにレジ
ンによりモールドするレジンモールド工程、外部リード
を成形・表面処理するリード成形工程等を行う。なお、
ワイヤボンディング工程に限らず、他のボンディング工
程、例えば、フリップチップボンディング工程等も可能
である。
【0037】(8)ステップS7に続く、テスタ選別工
程(ステップS8)においては、組み立てられたMCP
をテスタで選別する。すなわち、このテスタ選別工程で
は、例えば、半導体ウエハのプローブ検査と同様のテス
トを行い、このMCPの良品/不良品を選別し、良品の
MCPのみを製品として出荷し、ユーザに提供する。
【0038】次に、図2〜図5により、上述したウエハ
レベルバーンイン工程においてバーンイン検査を行う、
本発明の一実施形態である半導体素子検査装置の一例を
説明する。
【0039】図2は上記検査装置における真空加圧方式
のウエハレベルバーンインカセットの要部概略断面図、
図3は上記検査装置のコンタクタブロック(複数のコン
タクタブロックからなるものをコンタクタ基板とする)
の平面(a)及び(a)のA−A線に沿った断面(b)
を示す図、図4はコンタクタブロックの要部の平面
(a)及び(b)、(a)のB−B線に沿った断面
(c)を示す図、図5は図4の(c)から変形した状態
の断面図である。
【0040】ウェハレベルバーンイン検査を行う真空加
圧方式の検査装置は、例えば、図2に示すようにカセッ
ト構造を有する。つまり、図2において、真空加圧方式
の検査装置は、分割された複数のコンタクタブロック1
(1a、1b・・・)と、これら複数のコンタクタブロ
ック1を一体化する位置決め枠2と、この位置決め枠2
を支える下板12と、コンタクタブロック1の上に配置
される多層基板9と、真空減圧時に多層基板9等の高さ
を調整するゴムシート11と、このゴムシート11の上
方に配置される上板10と、この上板10の上方に配置
されるバーンイン基板13とを備えている。
【0041】下板12と上板10とはベローズ14によ
って検査装置内の真空状態が維持される構造となってい
る。また、上板10とバーンイン基板13とはボルト1
7によって互いに固定されている。なお、バーンイン基
板13は、図示しないバーンイン装置に接続されてい
る。
【0042】バーンイン検査では、バーンイン装置から
テスト制御信号が検査装置に供給され、このテスト結果
の信号を検査装置から取得することでテストが行われ
る。
【0043】また、バーンイン基板13には、過電流遮
断回路(図示せず)などが設けられ、被検査ウエハ3の
各チップ毎の過電流が遮断され、不良チップの切り離し
やラッチアップの発生が抑制されている。
【0044】このウエハレベルバーンインカセットの位
置決め枠2は、互いに分割された複数のコンタクタブロ
ック1を一体化し、これら複数のコンタクタブロック1
の水平方向の位置を固定する部材であり、被検査ウエハ
3と熱膨張係数が近い材料から形成されている。つま
り、位置決め枠2は、例えば、42アロイ、ニッケル合
金、ガラスまたはシリコンなどから形成されている。こ
れにより、分割コンタクタ一体型によるウエハ全面一括
コンタクト方式の検査装置が実現される。
【0045】一方、被検査ウエハ3はステージ4上に保
持されている。この被検査ウエハ3のステージ4上での
保持は、ステージ4内に形成された真空用通路7aから
バルブ8aを介して減圧することによりウエハ3を吸引
して行う。
【0046】ステージ4にはウエハ3を部分的に加熱す
るための、温度センサが内蔵されたヒータ5が埋め込ま
れており、電気コネクタ6によって電気的な制御、すな
わち温度調節に必要な制御が行える。
【0047】検査装置の減圧は、ステージ4内に形成さ
れた真空用通路7bからバルブ8bを介して行われる。
その場合、真空漏れを防止するためにOリング15が、
下板12とステージ4との間に設置されている。
【0048】電気的にはコンタクタブロック1の、ウエ
ハ3と接触するプローブ形成面の反対面に形成された2
次電極パッドと多層基板9とがはんだボール18で接続
されており、バーンイン基板13と多層基板9とはコネ
クタ16により接続されている。
【0049】2次電極パッドと多層基板9との電気的導
通方法は、例えば銀ペーストや白金ペーストもしくは1
50℃以下で溶解しない金属材料や、これらの複合材料
をスクリーン印刷法等によって形成し焼成することによ
り、これら2次電極パッドと多層基板9との電気的導通
部分を形成することができる。また、これにより、2次
電極パッドと多層基板9とは、容易にリペアが可能な構
造となっている。
【0050】このウェハレベルバーンインカセットは、
分割コンタクタ一体型方式を採用しているため、分割し
た個々のコンタクタブロック1毎でリペアを行うことが
できることにより、全てのコンタクタブロック1を交換
する必要が無く、低コスト化を図ることが可能となって
いる。
【0051】また、コンタクタブロック1は、被検査ウ
エハ3上の複数のチップとコンタクトを取る部材であ
り、例えば、被検査ウエハ3と熱膨張係数が同じ材料で
あるシリコンから形成されている。
【0052】また、コンタクタブロック1には、図3の
(b)に示すように、位置決め枠2との位置決めが容易
となるように段差(溝25)を形成している。この段差
はシリコンの異方性エッチングによって形成したもの
で、位置決め段差部25は、プローブ形成面と境界面で
ある斜面は{111}面24となっている。なお、図3
に示した例は、上記コンタクタブロック1が9チップに
分割されている例である。
【0053】次に、上記コンタクタブロック1の詳細構
造について説明する。図4は、一つのコンタクタブロッ
ク1を示す図であり、このコンタクタブロック1の表面
には、例えば、図4の(a)に示すように、プローブ2
0とこのプローブ20を支持する両端支持梁21とから
なる複数のプローブ部が設けられている。
【0054】各プローブ20は、被検査ウエハ3の各チ
ップの検査用電極パッドに電気的に接触する突起形状を
有しており、例えば、異方性エッチングなどのマイクロ
マシニング技術によりピラミッド状に形成されている。
【0055】また、各プローブ20は個々に両端支持梁
21上に形成されており、その周辺には溝23が形成さ
れている。電気的な接続部分の役割を行う配線層19は
プローブ20の周辺から貫通孔26を介して、例えば、
図4の(b)に示すように、プローブ20が形成された
面とは反対の面に形成した2次電極パッド22まで連続
して形成されている。
【0056】また、プローブ20が形成される側の面で
あって、配線層19の表面には、図4の(c)に示すよ
うに、絶縁膜29が形成されている。一方、被検査ウエ
ハ3の電極パッド27の周辺部にはポリイミドなどから
なる保護膜28が形成されている。
【0057】上記配線層19には、例えば、Au、C
u、Ni、Rh、Pd、Tiなどの組み合わせからなる
スパッタもしくはメッキによる層が形成されている。な
お、配線層19は、信号ラインの配線パターンに比べて
電源、グランドラインの配線パターンが太い配線幅とな
っている。また、プローブ20の突起部は薄いめっき厚
で、他の部分は抵抗値を低くするためにそれに比べて太
いめっき厚となっている。
【0058】プローブ20の周囲の両端支持梁21の部
分は、真空加圧方式による減圧により、たとえば図4の
(c)に示す状態から、図5に示すような状態に変形可
能となっている。そして、図5に示すような変形状態に
おいて、プローブ20が所定の圧力で被検査ウエハ3の
各チップの検査用電極パッド27に均一に接触される。
なお、本発明の一実施形態においては、プローブ20と
電極パッド27との電気的導通に必要な押圧力は、およ
そ6g程度であった。
【0059】以上のような真空加圧方式の検査装置を用
いてウェハレベルバーンイン検査を行う場合には、ウェ
ハレベルバーンインカセットを組み立てた後、装置内を
真空減圧することにより、位置決め枠2に一体化された
コンタクタブロック1の各プローブ20を被検査ウエハ
3の各チップの各検査用電極パッドに所定の圧力で均一
に接触させる。
【0060】そして、ウエハレベルバーンイン検査のテ
スト制御信号を、バーンイン装置からバーンイン基板1
3、多層基板9を介して被検査ウエハ3の各チップに供
給する。このテスト結果信号を、被検査ウエハ3の各チ
ップから、多層基板9、バーンイン基板13を介してバ
ーンイン装置で取得することにより、将来不良に到る可
能性のあるチップをスクリーニングすることができる。
【0061】このバーンイン検査の際に、ウエハレベル
バーンインカセット内では、被検査ウエハ4及びコンタ
クタブロック1は、真空吸着によって、これらウエハ4
等に反りやうねりがあっても、それををならすように固
定される。そして、ウエハレベルバーンイン検査時の高
温条件に対しても、被検査ウエハ3とコンタクタブロッ
ク1と、同様に熱膨張する。また、位置決め枠2も被検
査ウエハ3に近い熱膨張となるので、コンタクタブロッ
ク1の各プローブ20と被検査ウエハ3の各チップの各
検査用電極パッドとのアライメント精度も十分に得るこ
とができる。
【0062】次に、量産性に優れたマイクロマシニング
技術を用いたコンタクタブロック1の加工プロセスにつ
いて図6を用いて説明する。
【0063】図6において、はじめに、(a)に示すよう
に、厚さ500μm(100)方位のシリコンウエハ3
0を準備する。次に、0.5μm厚さの熱酸化膜31を
形成し、ホトリソプロセスを用いて、シリコンウエハ3
0の表面に形成された熱酸化膜31上にレジスト塗布・
パターン露光・現像・熱酸化膜のエッチングを片面から
行い、プローブを形成するためのマスクパターンを形成
する。
【0064】目的とするプローブ先端形状を得るため
に、マスクパターン形状にはエッチングによる角落ちに
対処するための補償パターンが形成されている。
【0065】その後、70℃の水酸化カリウム水溶液を
用いてシリコンウエハ30を20μm段差の異方性エッ
チング加工を片面から行い、図6の(b)に示すように、
プローブ20を形成する。この時、プローブ形成部には
{111}結晶面からなる斜面が形成される。このプロ
セスによって複数のプローブ20を一括して形成でき
る。
【0066】なお、上記シリコンウエハ30のエッチン
グ加工は水酸化カリウム水溶液だけではなく、その他の
ウエットエッチング液、例えば、エチレンジアミンピロ
カテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサ
イド、ヒドラジンを用いることができる。
【0067】さらに、異なる深さの孔を時間差で一括し
てエッチング加工を行うために、多層マスク法を用い
る。図6の(c)に示すように、ホトリソプロセスを用い
て、酸化・レジスト塗布・パターン露光・現像・熱酸化
膜のエッチング・酸化を繰り返し行う。より詳細には酸
化膜形成後、浅い孔から順番にパターニングを行い、多
層マスク31aを形成する。なお、図6に示した構造の
コンタクタブロックは異なる孔が4種類ある。
【0068】次に、図6の(d)に示すように、一番深
い孔である貫通孔26のパターニングを行った後、異方
性エッチングにより異なる深さの孔を加工し、両端支持
梁21、貫通孔26及び位置決め段差部25を加工し構
造体を完成させる。
【0069】異方性エッチング加工以外に本加工プロセ
スではドライエッチング加工法を用いても良い。また、
ドライエッチング加工装置には誘導結合型のプラズマエ
ッチング[ICP―RIE(Inductively Coupled Plasma―R
IE)]装置を用いることによりアスペクト比20程度の
垂直な壁を有するエッチング加工を行うことができる。
【0070】上記加工技術では、異方性エッチングのマ
スク材に熱酸化膜を適用した例について説明したが、マ
スク材としてシリコンナイトライド膜、薄い熱酸化膜の
上にシリコンナイトライド膜を形成した複合膜を用いて
も良い。
【0071】次に、配線形成プロセスでは、図6の
(e)に示すように、構造体全面に熱化膜31を形成し
た後、両面に金属薄膜32をスパッタリング装置により
形成し、電着レジストを用いたホトリソプロセスによ
り、金属薄膜のパターニングを行う。
【0072】続いて、図6の(f)に示すように、メッ
キ装置を用いて銅及びニッケル材料を用いて配線層19
をシリコンウエハ30上に形成する。
【0073】以上の加工プロセスによりコンタクタブロ
ック1が完成される。
【0074】なお、上記加工プロセスにおいて、スパッ
タリング装置を用いた金属薄膜にはCr又はTiを20n
m形成し、その上にAuを1000nm形成したものを
用いた。このCrやTiを形成するのは、下地とAuとの
密着性を向上させるためである。
【0075】また、上記配線材料は150℃以上で溶解
せず、電気的導通を有し、薄膜形成可能な材料であれば
他の材料を用いても良い。また、配線などに用いる装置
もスパッタリング装置以外の装置、例えば、蒸着装置や
CVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いても良
い。
【0076】さらに、配線の形成方法はリフトオフ法に
限らず、電着レジスト又はスプレーレジスト塗布装置等
の3次元的にレジストパターンの形成が可能なレジスト
を用いて基板全面に薄膜を形成した後、ホトリソグラフ
ィ技術を行い、エッチングによって形成し、その後メッ
キを行うことで形成しても良い。その上にCuを10μ
mさらにその上にNiを2μm、メッキ装置により、プ
ローブ20から電極パッドまで多層配線19を形成す
る。
【0077】上述したような加工プロセスは、量産性に
優れており、半導体製造技術で用いられている装置を流
用することが可能であるため、大口径化に対しても旧設
備を利用でき、ウエハ全面一括コンタクト方式によるコ
ンタクタブロックの製造コストを低減することが可能で
ある。
【0078】次に、図7及び図8を参照して、コンタク
タブロック1に形成される位置決め段差部の詳細につい
て説明する。
【0079】図7は、図3に示したコンタクタブロック
とは異なるコンタクタブロックを示す平面図、図8はコ
ンタクタブロックと位置決め枠との位置関係を示す概略
断面図である。
【0080】コンタクタブロック1に形成する位置決め
段差部25は、図3に示したようにプローブ20の周辺
以外の部分の全面を位置決め段差部とする方法もある
が、3次元方向であるX方向、Y方向及びZ方向を高精
度に位置決めするためには、図7に示すように、一つの
コンタクタブロック1に最低でも、互いに直交する2本
のラインで構成することで達成できる。つまり、一本の
ラインでX方向の位置決めを行い、他の一本でY方向の
位置決めを行う。そして、段差部25の高さ方向(深さ
方向)の寸法により、Z方向の位置決めを行う。
【0081】なお、図7はシリコンを用いて異方性エッ
チングを用いて加工した例であり、位置決め段差部25
には{111}結晶面24が形成されている。
【0082】さて、大口径ウエハのバーンイン検査にお
ける問題点は、検査時に被検査ウエハとプローブが形成
された基板またはそれを保持している基板との線膨張率
の差によって検査用電極パッドとプローブとが位置ずれ
を起こすことである。
【0083】その影響は、大口径ウエハの中心部より周
辺部の方が大きい。これは、中心部から半径方向に向か
って膨張するからである。本発明の一実施形態において
は、検査時に被検査ウエハとプローブが形成された基板
またはそれを保持している基板との線膨張率の差によっ
て検査用電極パッドとプローブとが位置ずれを起こしず
らい構造を実現するものである。その構造について以下
に説明する。
【0084】位置決め枠2は、上方端面と下方端面から
なる段差が形成されており、、図8の(a)に示すよう
に、幅方向ではコンタクタブロック1に形成された位置
決め段差部25の斜面24の開始位置と位置決め枠2の
下方端面とのギャップをt1、コンタクタブロック1の
側面と位置決め枠2の上方端面とのギャップをt2とす
る。
【0085】このとき、コンタクタブロック1と位置決
め枠2との位置関係は、t1<t2とする必要がある。
このような位置関係とすることにより、バーンイン検査
時に温度を上昇させた場合に、位置決め枠2が膨張して
伸び、それと同調するようにコンタクタブロック1も位
置ずれを起こす等の影響を受けない。このため、たと
え、ウエハの周辺部であっても、検査用電極パッドとプ
ローブとが位置ずれを起こすことはない。
【0086】また、コンタクタブロック1をウエハから
ダイシング等で切り出す場合の寸法精度を厳しくする必
要がないなどの利点もある。なお、各ギャップの具体的
な寸法は、例えば、t1が5μm、t2が300μmと
することができる。
【0087】また、高さ方向では位置決め段差部25の
深さd1と位置決め枠の段差部の下方端面厚さd2とを
比較するとd1>d2とする必要がある。これは、検査
用電極パッドへの押圧は、梁を撓ませることによって行
うため、d1<d2の関係とすると、検査用電極パッド
へ適正な押圧力が得られないためである。
【0088】なお、d1の深さ寸法は、コンタクタブロ
ック1の厚さの半分以下にすることが好ましい。これ
は、d1の深さ寸法を大きくするとコンタクタブロック
1自体の強度が低下するためである。このd1とd2と
の寸法差の具体的例としては、30μmである。
【0089】位置決め枠の材質にシリコンを用いた場合
の例について、図8の(b)にその構造の一例の概略断
面を示す。図8の(b)において、位置決め枠2aはシ
リコンの異方性エッチングを用いることにより加工する
ことができ、位置決め枠2aの上方及び下方端面に{1
11}結晶面である斜面24を形成することが可能であ
るため、コンタクタブロック1内の位置決め段差部25
に形成された斜面と同一形状の斜面とすることができ
る。
【0090】その結果、図8の(a)に示したギャップ
t1をさらに小さくすることが可能である。さらに、線
膨張率が同じであることから温度上昇による膨張率も同
じになる。そのため位置精度が向上する。
【0091】また、図8の(c)に示すような構造を用
いることもできる。この図8の(c)に示すの構造は、
コンタクタブロック1内の位置決め段差部25の加工に
ドライエッチング加工を用いることにより、斜面24に
代えて垂直面33を形成したものである。この垂直面3
3を形成した例においては、位置決め枠2bにシリコン
を適用した場合、位置決め枠2bもコンタクタブロック
1と同様にドライエッチング加工を用いることにより、
垂直面33を形成させることができる。このため、位置
精度を向上することができる。なお、この加工には上述
した誘導結合型のプラズマエッチング装置を用いると良
い。
【0092】さらに、このような構成とすることによ
り、コンタクタブロック1の位置決めは位置決め段差部
25によって決まるため、例えば、ウエハの厚さばらつ
きが存在するコンタクタブロック1を組み合わせた場合
にも高精度な位置決めが可能である。
【0093】以上のように構成されたコンタクタブロッ
ク1と位置決め枠(2、2a、2b)をウエハレベルバ
ーンイン検査装置に適用することにより、大口径ウエハ
のバーンイン検査が安価に行うことが可能となる。
【0094】次に、図9及び図10を参照して、分割コ
ンタクタ一体型によるウェハ全面一括コンタクト方式に
よるウェハレベルバーンイン検査における本発明の構成
例を詳細に説明する。
【0095】図9は1個のコンタクタブロック1を示す
説明図、図10はコンタクタブロック1と被検査ウエハ
3のチップ34との関係を示す説明図である。
【0096】被検査ウェハ3の各チップ34は、例え
ば、メモリ回路の他にウエハレベルバーンイン用BIS
T(Built−in Self Test)回路を有
し、このBIST回路にはレジスタ回路、コントロール
回路、カウンタ回路、デコーダ回路などが設けられてい
る。
【0097】また、各コンタクタブロック1は、例え
ば、図9に示すように、1個のコンタクタブロック1が
被検査ウェハ3の複数のチップに対応する構成となって
いる。
【0098】このコンタクタブロック1とチップ34と
の関係は、例えば、図10に示すように、コンタクタブ
ロック1の分割エリア36(斜線にて示す)がチップ3
4毎を区別するスクライブエリア35と位置がずれてい
る関係となっている。
【0099】すなわち、コンタクタブロック1の周縁部
とチップ41の周縁部とは、互いに位置がずれるように
なっており、図10において、垂直方向(図の上下方
向)はチップ34のほぼ中心線上にコンタクタブロック
1の周縁部と周縁部との間の分割エリア36が位置し、
水平方向(図の左右方向)ではチップ34の検査用の電
極パッド27どおしの間にコンタクタブロック1の周縁
部と周縁部との間の分割エリア36が位置するような構
成となっている。
【0100】以上のようなコンタクタブロック1とチッ
プ34との位置関係において、1枚のコンタクタブロッ
ク1の各プローブ20を複数単位の各チップ34の検査
用の電極パッド27に電気的に接触させ、各チップ34
に対してウエハレベルバーンイン用クロック信号、テス
トモードセット用信号、ウエハレベルバーンインエント
リー信号、テストデータなどをテスト制御信号として供
給する。そして、良/不良の判別信号をテスト結果信号
として取得することにより、各チップ毎に将来不良に到
る可能性があるか否かを判定することができる。
【0101】分割されたコンタクタブロック1用の位置
決め枠2は、被検査ウエハ3のスクライブエリア35の
縮小化傾向に関係なく、大きく取れる。すなわち、分割
コンタクト方式は一体化するための位置決め枠2が必要
になるが、位置決め枠2の寸法がスクライブエリア35
の寸法に制約されずに広く取れる。
【0102】また、被検査ウエハ3のチップ取得数向上
のため、スクライブエリア35は小さくなる傾向にある
が、問題なく対応できる。さらに、分割されたコンタク
タブロック1の大きさや切り出し精度は、スクライブエ
リア35に制約されずに設計自由度が大きく取れる。
【0103】図11は、コンタクタブロック1の位置決
めを行うための位置決め枠2の平面及び断面図であり、
図11の(b)は図11の(a)のA−A線に沿った断
面である。
【0104】位置決め枠2は、その材質によって加工方
法が異なるため、、枠の位置決め段差側面の形状が異な
るものとなる。図11に示した例は、位置決め枠2の材
質としてシリコンと線膨張率が近い42アロイを用いた
場合の例である。
【0105】図11において、平坦部38は枠2の最上
面を示している。位置決め段差部45はコンタクタブロ
ック1を支持するためのものであり、複数の空間37に
コンタクタブロック1を挿入して、このコンタクタブロ
ック1の位置決めを行う。
【0106】図12は、位置決め枠2の平面及び断面図
であり、図12の(b)は図12の(a)のB−B線に
沿った断面である。
【0107】そして、図12に示した例は、位置決め枠
2の材質としてシリコンを用いた場合の例であり、シリ
コンの異方性エッチングを用いて形成したものである。
【0108】図12において、段差部45は、斜面{1
11}面24a、24bを有している。このため、図3
に示すコンタクタブロック1の{111}面24と同一
の傾斜角度となっているため、コンタクタブロック1の
位置決め精度を向上することができる。
【0109】なお、図11及び図12に示した位置決め
枠2は、説明のために、部分的に示しているが、実際に
は、ウエハ全面に対して、コンタクタブロック1が複数
配置されるため、これら複数のコンタクタブロック1の
位置決めが可能な大きさとなっている。
【0110】つまり、図13に示すように、位置決め枠
2は、被検査ウエハ3の全面を覆うような大きさとなっ
ている。
【0111】以上、本発明をその実施の形態に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。
【0112】例えば、上記実施形態においては、分割コ
ンタクタ一体型によるウエハ全面一括コンタクト方式と
してコンタクタブロックを使用する場合を説明したが、
用途に応じてコンタクタブロックの代わりに、シリコン
メンブレンシートなどを使用することも可能である。
【0113】また、コンタクタブロックのプローブを被
検査ウエハに所定の圧力で接触させる場合には、真空に
限らず、機械的に押圧する構造を用いても良い。
【0114】また、ウェハレベルバーンイン検査のカセ
ット構造についても、上述した例に限定されるものでは
なく、少なくとも1枚の被検査ウエハに対して複数に分
割されているコンタクタブロックを有する構造であれば
よい。
【0115】また、1枚の被検査ウエハに対するコンタ
クタブロックの分割数や、1個のコンタクタブロックで
対応できるチップ数などは、種々変更可能であることは
いうまでもない。
【0116】また、本発明について、プローブを支持す
る梁に両端支持梁を用いた例について説明したが、その
他の梁構造、例えば、片持ち梁を適用しても同様の効果
が得られる。
【0117】また、以上の説明では、主として本発明を
その属する技術分野であるSRAMのウエハレベルバー
ンイン検査に適用した場合について説明したが、これに
限定されるものではなく、例えば、DRAM、フラッシ
ュメモリなどのメモリLSIや、ロジックLSIなどに
適用することも可能であり、さらにウエハ出荷品、MC
P製品などの半導体製品を始め、ウエハレベルバーンイ
ン検査全般に広く応用することができる。
【0118】また、本発明は、ウエハレベルバーンイン
検査に適用されるだけでなく、一般のバーンイン検査や
プローブ検査にも適用可能であり、この場合にもウエハ
レベルバーンイン検査に適用した場合と同様の効果を得
ることができる。
【0119】さらに、コンタクタブロック1には位置決
め用の溝を形成するようにしたが、溝ではなく、穴等の
切り欠き部を形成してもよい。つまり、位置決め枠とコ
ンタクタブロックとの位置決め部の形状は、X方向、Y
方向及び高さ方向であるZ方向の位置決めを行える形状
でよい。このため、位置決め部は直線状の溝のみなら
ず、例えば、円柱形状の突起等の切り欠き部支持部を位
置決め枠に形成し、この突起等の支持部が挿入される穴
をコンタクタブロックに形成し、位置決めを行うことも
可能である。
【0120】また、円柱形状の他に多角形状の突起と穴
を位置決め枠及びコンタクタブロックに形成してもよ
い。また、位置決め枠とコンタクタブロックの両者に溝
を形成し、ガラス球又はガラス棒等を、位置決め枠とコ
ンタクタブロックに形成された溝に挿入して位置決めを
行うことも可能である。。
【0121】
【発明の効果】本発明の半導体素子検査装置によれば、
分割された複数のコンタクタブロックに位置決め用の溝
を形成し、その溝を用いて位置決め枠により複数のコン
タクタブロックの位置決めが行われる。コンタクタブロ
ックは、複数に分割されているため、分割されず多数の
コンタクタが一体的に形成されている場合と比較して、
一部の面歪みが他の部分に影響して面均一性が損なわれ
ることが少なく、複数のコンタクタを被検査ウエハに均
一にコンタクトさせることができる。また、一部のコン
タクタブロックに異常等が発生しても、その一部のコン
タクタブロックのみ、新たなコンタクタブロックに交換
すればよいので、分割されず多数のコンタクタが一体的
に形成されている場合と比較し、交換費用を低減するこ
とができる。
【0122】したがって、コンタクタをウエハ全面に高
精度に位置決めして、均一にコンタクトさせ、大口径ウ
エハの検査が可能であり、低コスト化を図ることができ
る半導体素子の検査装置を実現することができる。
【0123】また、上記半導体素子の検査装置の製造方
法を実現することができる。
【0124】また、量産性に優れており、低コストで信
頼性の高い半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である半導体素子検査装置
により検査される半導体集積回路装置の製造方法を示す
フローチャートである。
【図2】本発明の一実施形態である真空減圧方式を用い
た半導体素子検査装置のウエハレベルバーンインカセッ
トを示す構成図である。
【図3】本発明の一実施例におけるコンタクタブロック
の概略説明図である。
【図4】本発明の一実施例におけるコンタクタブロック
の要部説明図である。
【図5】コンタクタブロックの動作説明図である。
【図6】コンタクタブロックの加工プロセスを示す図で
ある。
【図7】本発明の一実施形態におけるコンタクタブロッ
クに形成された位置決め段差部の説明図である。
【図8】本発明の一実施形態におけるコンタクタブロッ
クと位置決め枠との位置関係を示す断面図である。
【図9】本発明の一実施形態におけるウエハレベルバー
ンイン検査での1個のコンタクタブロックを示す説明図
である。
【図10】本発明の一実施形態におけるウエハレベルバ
ーンイン検査でのコンタクタブロックとチップとの関係
を示す説明図である。
【図11】本発明の一実施形態における位置決め枠の一
例の説明図である。
【図12】本発明の一実施形態における位置決め枠の他
の例の説明図である。
【図13】本発明の一実施形態における位置決め枠とウ
エハとの位置関係を説明する図である。
【符号の説明】
1 コンタクタブロック 2 位置決め枠 3 被検査ウエハ 4 ステージ 5 ヒータ 6 電気コネクタ 7 真空用通路 8 バルブ 9 多層基板 10 上板 11 ゴムシート 12 下板 13 バーンイン基板 14 ベローズ 15 Oリング 16 コネクタ 17 ボルト 18 はんだボール 19 配線層 20 プローブ 21 両端支持梁 22 2次電極パッド 23 溝 24 {111}結晶面 25、45 位置決め段差部 26 貫通孔 27 検査用電極パッド 28 保護膜 29 絶縁膜 30 シリコンウエハ 31 熱酸化膜 32 金属薄膜 33 垂直面 34 チップ 35 スクライブエリア 36 分割エリア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青野 宇紀 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 河野 竜治 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 清水 浩也 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 伴 直人 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 青木 英之 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 2G003 AA10 AC01 AG04 AG08 AG20 AH04 2G011 AA16 AA21 AB07 AC05 AC06 AE00 AF07 2G132 AA00 AF02 AF06 AL03 AL09 AL26 4M106 AA01 BA01 BA14 CA61 DD03 DD16

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子の複数の電極パッドと電気的に
    接触するプローブを有するコンタクタ基板を備える半導
    体素子検査装置において、 上記コンタクタ基板は、複数個のコンタクタブロックを
    有し、それぞれのコンタクタブロックは、梁に形成され
    るプローブと、配線と、位置決め用切り欠き部とが形成
    され、 上記コンタクタブロックに形成された位置決め用切り欠
    き部を支持する支持部が形成され、上記複数のコンタク
    タブロックの位置決めを行う位置決め枠を備えることを
    特徴とする半導体素子検査装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体素子検査装置におい
    て、上記コンタクタブロックの位置決め用切り欠き部
    は、コンタクタブロックに形成された位置決め用溝であ
    り、この位置決め溝は、コンタクタブロックのプローブ
    形成面に形成されていることを特徴とする半導体検査装
    置。
  3. 【請求項3】請求項2記載の半導体素子検査装置におい
    て、上記コンタクタブロックの位置決め溝は、互いにほ
    ぼ直交する2本の溝であることを特徴とする半導体素子
    検査装置。
  4. 【請求項4】請求項1、2、3のうちのいずれか一項記
    載の半導体素子検査装置において、上記コンタクタブロ
    ックは、その材質にシリコンを有することを特徴とする
    半導体素子検査装置。
  5. 【請求項5】請求項1、2、3、4のうちのいずれか一
    項記載の半導体素子検査装置において、上記位置決め用
    枠は、その材質に42アロイ、ニッケル合金、ガラスも
    しくはシリコンを有することを特徴とする半導体素子検
    査装置。
  6. 【請求項6】半導体素子検査装置に用いられ、半導体素
    子の複数の電極パッドと電気的に接触するプローブを有
    するコンタクタ基板において、 上記コンタクタ基板は、複数個のコンタクタブロックを
    有し、それぞれのコンタクタブロックは、梁に形成され
    るプローブと、配線と、位置決め用切り欠き部とが形成
    され、 上記コンタクタブロックに形成された位置決め用切り欠
    き部を支持する支持部が形成され、上記複数のコンタク
    タブロックの位置決めを行う位置決め枠により、位置決
    めが行われることを特徴とするコンタクタ基板。
  7. 【請求項7】半導体素子の複数の電極パッドと電気的に
    接触するプローブを有するコンタクタ基板であり、この
    コンタクタ基板は、複数個のコンタクタブロックを有
    し、それぞれのコンタクタブロックは、梁に形成される
    プローブと、配線と、位置決め用切り欠き部とが形成さ
    れている半導体素子検査装置の製造方法において、 基板表面に熱酸化膜を形成し、プローブを形成するため
    のマスクパターンを形成する工程と、 エッチング加工によりプローブを形成する工程と、 多層マスクを形成する工程と、 エッチングにより異なる深さの孔を加工し、梁、貫通孔
    及び位置決め段差部を加工する工程と、 両面に金属薄膜を形成し、パターニングを行い、配線層
    を形成する工程と、 により、上記コンタクタブロックが形成されることを特
    徴とする半導体素子検査装置の製造方法。
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