JP3169900B2 - プローバ - Google Patents

プローバ

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JP3169900B2
JP3169900B2 JP21308098A JP21308098A JP3169900B2 JP 3169900 B2 JP3169900 B2 JP 3169900B2 JP 21308098 A JP21308098 A JP 21308098A JP 21308098 A JP21308098 A JP 21308098A JP 3169900 B2 JP3169900 B2 JP 3169900B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェハ(以
下、ウェハという)上に規則正しく配列・形成されたチ
ップの電気的特性を検査する際に用いられるプローバに
関し、特にウェハの大口径化に対応したプローバに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、プローバは図7に示すように検査
すべきウェハWをローダ部750より搬送し、XYステ
ージ760のチャックトップ761に載置した後、アラ
イメント部でXYステージ760のXY軸とウェハのス
クライブラインとの位置合わせを行ない、次いでプロー
ビング部770でXYステージ760を駆動しながらウ
ェハWの各チップごとにテストヘッド790側の検査用
探針群(プローブカード780)と位置合わせ及びコン
タクトを行なうものである。ここで、テストへッド79
0はプローバ本体に対し、アーム791を介して取リ付
けられておリ、非測定時にはプローバ本体から離反した
待機位置に移動することが可能であるが、測定時にはプ
ローバ本体のトッププレート上に載置され、 検査用探
針群を備えたプローブカード780と電気的に接続させ
る。
【0003】従って、測定時においてはテストヘッド7
90及びプローブカード780はプローバ本体に対し固
定されたものであり、もっばらウェハ側を移動すること
により検査用探針群とチップとのコンタクトが図られて
いる。このため、プローブカード780の検査用探針群
のある位置を固定の状態でウェハ上のすべてのチップを
測定のため移動させるには、プロービングエリアとして
最低でもウェハサイズの4倍の面積を必要とし、そのよ
うにウェハを駆動するXYステージとしても大規模なも
のが必要であった。特に、近年12インチ等の大型サイ
ズのウェハが開発されるに至り、このような大型サイズ
のウェハに対応するプローバは大型にならざるを得ない
し、又、従来の6、8インチのウェハ用のプローバでは
大型ウェハに対応することができなかった。特にウェハ
状態での検査はクリーンルームで実行する必要があるた
め、クリーンルームの有効利用の面からも1台のプロー
バの占有体積の増加は極めて大きな問題となっている。
【0004】この問題を解決する手段の1つとして、特
開平2−210276号公報(以下、公知例とする)
に、被処理体(半導体ウェハ)をチャックしたXYステ
ージに対してテストヘッドを水平移動可能にしたプロー
バが開示されている。
【0005】図8は、公知例に開示されたプローバを示
す図であり、図9は公知例のプローバによるプロービン
グ方法を説明する図である。
【0006】図8,9を参照すると、この公知例のプロ
ーバは、複数のウェハWを収納したカセットから一枚ず
つウェハを取り出して搬送するとともに測定後のウェハ
をカセットに戻すためのローダ部801、ウェハを搭載
したチャックトップ821を水平方向に駆動するXYス
テージ802、ウェハのスクライブラインをXYステー
ジ802のXY軸と整合するための図示されていないア
ライメント部、アライメント後のウェハをテストへッド
803と位置合わせしながらその電気的特性を測定する
ためのプロービング部804及びテストヘッド803を
駆動するテストヘッド駆動部805から成っている。ロ
ーダ部801及びアライメント部の構成については公知
であるのでここでは説明を省略する。
【0007】従来のプローバではインサートリング部は
本体のトッププレ−トに固定されていたが、この公知例
のプローバのインサートリング部831は、プロービン
グ部804ではなくテストヘッド803に固定されてい
る。従って、インサートリング部831はテストへッド
803と一体に移動する。このインサートリング部83
1は、ウェハWのチップと接触するための接触針を備え
たプローブカード832が取り付けられるもので、その
他、適宜プローブカード832の回転機構、不良チップ
にマークを付すためのマーキング機構等を備えている。
【0008】テストヘッド803はアーム851を介し
てテストヘッド駆動部805に固定されている。テスト
へッド駆動部805は、例えば図8に示すようにアーム
851を支承する水平軸853と、水平軸853を両端
で支える支柱854と、支柱854をX方向に摺動可能
に支持する支持レール855と図示しない駆動手段から
成っている。
【0009】支柱854は例えぼステップモータ等の駆
動手段によって所定の精度で支持レール855に沿って
移動することができ、これによりテストへッド803及
びプローブカード832をプロービング部804のX方
向に移動することができる。
【0010】テストヘッド803は手動あるいは他の駆
動手段によって水平軸853を中心として回動させるこ
とができ、非測定時にはプロービング部804から離反
する待機位置に移動することができる。この位置でプロ
ーブカード832の交換、インサートリング831の保
守、点検を行うことができる。
【0011】又、測定時にはテストへッド803を逆に
回動させてプロービング部804上の所定位置に移動す
る。このテストへッド803の駆動機構として、水平軸
853は図示しないモータ等の駆動手段及び該モータの
回転を水平軸853に伝達する回転伝達手段を備えてい
る。
【0012】この回転伝達手段によって水平軸853を
回転させることにより、水平軸853に固定されたアー
ム851を介してテストヘッド803を非測定時の待機
位置あるいは測定時の位置に移動することができる。更
に、テストヘッド803の測定時の位置は支柱854を
支持レール855に沿ってX方向に移動することにより
変えることができる。
【0013】次に、この構成のプローバにおけるプロー
ビング方法について説明する。まず、テストヘッド80
3を回動させて測定位置にセットする前にあるいはセッ
トした後、支柱854を支持レール855に沿ってX方
向に移動させ、テストへッド803に固定されたプロー
ブカード832の接触針が第1の測定位置P1 (図9)
となるようにする。
【0014】この位置でチャックトップに搭載されてア
ライメントの済んだウェハWを針合わせし、XYステー
ジ802を駆動しながら、例えばウェハWの右半分につ
いて通常の測定を行う。次いで、支柱854を移動させ
てプローブカード832の接触針が第2の測定位置P2
となるようにする。P1 とP2 との間隔はほぼ測定する
ウェハの幅の半分になっている。測定位置P2 で同じウ
ェハについて針合わせを行ない、その左半分について同
様の測定を行う。尚、接触針とチップとの針合わせは通
常マイクロスコープ又はTVカメラで行うが、これら装
置についても移動可能になっている。
【0015】この場合、図9からも明らかなように、ウ
ェハの重なり分だけプロービングエリアを狭くすること
が可能となっている。
【0016】又、比較的サイズの小さいウェハを測定す
る場合は2つの測定位置P1 ・P2のいずれかの位置あ
るいは中間の位置で測定を行い、より大型のウェハを測
定する場合は、例えば2つの測定位置で測定することと
し各測定位置間の間隔を適宜選択することによって、多
種のサイズのウェハに対応することが可能となってい
る。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】公知例に開示されてい
るプローバでは、テストヘッドをXYステージに対して
水平移動可能にすることで、プロービングエリアを従来
のプローバのそれの略1/2に削減できているが、一方
でウェハ全体を連続して検査するには、検査の途中で、
大型で重量のあるテストヘッドを移動させなければなら
ず、測定時間が大幅に長くなる、或いは各ウェハを1/
2ずつ2回に分けて検査をするとすれば測定ヘッドの移
動は1回で済むが、測定管理が複雑になるという別の問
題が生じている。
【0018】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、多種のサイズのウェハに対応すること
ができ、更に、測定時間の増大や測定管理の複雑化をま
ねくことなく、装置全体として小型化を可能にするプロ
ーバを提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明のプローバは、ウ
ェハ上に規則正しく配列して形成されたチップの電気的
特性を検査する際に用いられるプローバであって、前記
チップに検査用探針群を順次接触させながらこの検査用
探針群が前記ウェハ上全面を移動せしめられる機構と、
被検査ウェハが載置されるウェハ保持手段と、を少なく
とも備え、前記ウェハ保持手段が、少なくとも前記ウェ
ハ周辺の3点以上で当該ウェハを支える担持ユニット
と、この担持ユニットと対をなし前記担持ユニットに支
えられている前記ウェハを挟持する押圧ユニットと、前
記検査用探針群と連動して移動し各試験対象チップを裏
面(探針接触面の裏側)から支えるヘッドユニットとを
含み構成されることを特徴としている。
【0020】具体的には、本発明のプローバは、被検査
ウェハが載置されるウェハ保持手段と、検査用探針群を
備えたプローブカードを搭載するプローブカード搭載部
が装着され第1の方向(X方向とする)に精密移動可能
な移動手段を備えた第1のステージ部と、前記プローブ
カード搭載部との間を第1の接続手段で電気的に接続さ
れた第1の信号中継部が装着され前記第1の方向に対し
て直角の第2の方向(Y方向とする)に精密移動可能な
移動手段を備えた第2のステージ部と、前記第1の信号
中継部との間を第2の接続手段で電気的に接続されると
共に試験用電気信号を供給するテスタのテストヘッドと
の接続手段を有する第2の信号中継部と、を少なくとも
備え、且つ前記ウェハ保持手段が、少なくとも前記ウェ
ハ周辺の3点以上で当該ウェハを支える担持ユニット
と、この担持ユニットと対をなし前記担持ユニットに支
えられている前記ウェハを挟持する押圧ユニットと、前
記検査用探針群と連動して移動し各試験対象チップを裏
面から支えるヘッドユニットとを含み構成されることを
特徴としている。
【0021】尚、第1,第2の接続手段は、フレキシブ
ルプリント基板或いはフラットケーブル或いはこれらの
組合せで構成されることが好ましい。
【0022】
【0023】更に、本発明のプローバは、ウェハ保持手
段を被検査ウェハが略垂直状態になるように構成し、検
査用探針群を被検査ウェハに略水平方向から接触させる
ように構成することもできる。
【0024】このとき、プローブカード搭載部の移動を
X方向が略垂直方向となるように構成することが好まし
い。
【0025】
【発明の実施の形態】次に、本発明について、図面を参
照して詳細に説明する。
【0026】図1は、本発明の関連技術のプローバの主
要部の概略を示す正面図であり、図2は、同じプローバ
を上部から俯瞰した図であり、図3は第1の接続手段の
好ましい接続の状態を説明するための模式図である。
尚、図面が煩瑣になるのを避けるため、公知のウェハロ
ーダ部、アライメント部、不良チップにマークを付すた
めのマーキング機構等の図示は省略してある。
【0027】図1,2を参照すると、この関連技術のプ
ローバは、被検査ウェハWが載置されるウェハ保持手段
1と、検査用探針群21を備えたプローブカード2を搭
載するプローブカード搭載部3(インサートリング部)
が装着されX方向に精密移動可能な移動手段(図示せ
ず)を備えた第1のステージ部4と、プローブカード搭
載部3との間をフラットケーブル或いはフレキシブルプ
リント基板を用いた第1の接続手段5で電気的に接続さ
れた第1の信号中継部6が固定されY方向に精密移動可
能な移動手段(図示せず)を備えた第2のステージ部8
と、第1の信号中継部6との間をフラットケーブル或い
はフレキシブルプリント基板を用いた第2の接続手段7
で電気的に接続されると共に試験用電気信号を供給する
テスタ(図示せず)のテストヘッド11との接続手段
(接続リング10)を有する支柱12に装着された第2
の信号中継部9とを、少なくとも備えている。尚、第1
のステージ部4に装着されたプローブカード搭載部3
は、装着に用いられている支持部材14,15のいずれ
かを軸として回動可能にしておけばプローブカード2の
着脱が容易となり、好ましい。また、第2の信号中継部
9は、テストヘッド11との接続をより容易に行うこと
ができるように、支柱12に沿って上下に移動可能にし
ておくことが好ましい。また、ウェハ保持手段1は、公
知のウェハ全面を裏面から支えるチャックトップ方式の
ものであって良い。
【0028】また、第1の接続手段1に用いられるフラ
ットケーブル或いはフレキシブルプリント基板は、信号
線の配列方向をY方向とし、端部をX方向に移動させた
とき屈曲自在になるように且つ第1のステージ部4の可
動範囲に余裕を持って対応でき尚かつできるだけ短くな
るようにしておかなければならない。更に、図3に示す
ように、第1の接続手段1に用いられるフラットケーブ
ル或いはフレキシブルプリント基板の垂れ下がりを防止
するケーブル保持手段16を設け、第1のステージ部4
の動きに連動させるようにすれば、第1のステージ部4
の動きがより滑らかになる。一方、第2の接続手段7に
用いられるフラットケーブル或いはフレキシブルプリン
ト基板は、X,Y方向いずれにも直角な第3の方向(Z
方向とする)信号線の配列方向とし、端部をY方向に移
動させたときに屈曲自在になるように且つ第2のステー
ジ部8の可動範囲に余裕を持って対応でき尚かつできる
だけ短くなるようにしておかなければならない。
【0029】次に、この関連技術のプローバの動作につ
いて説明する。
【0030】この関連技術のプローバを用いて被検査ウ
ェハ上の各チップの電気的試験を実施するには、所定の
テスタ(図示せず)のテストヘッド11を支柱12に装
着された第2の信号中継部9に接続リング10を介して
接続し、当該チップの試験用プログラムをテスタに準備
する。また、第1のステージ部4に固定されたプローブ
カード搭載部3に当該チップに対応するプローブカード
2を装着する。その後、図示されていないウェハローダ
部よりウェハを移送してウェハ保持手段1に保持させ、
顕微鏡或いはTVカメラ(図示せず)により検査用探針
群21が最初の被試験チップの電極パッドに接触するよ
うに針合わせした後、検査用探針群21を電極パッドに
接触させて試験を実行する。試験終了後、検査用探針群
を次のチップ上に移動させ、以後同様にしてウェハ上の
全チップを試験する。このとき、検査用探針群21の移
動方向は、X方向を優先方向とする。すなわち、検査用
探針群21は、まずX方向に1列全て試験後、Y方向に
1列ずらし、又この列をX方向に1列全て試験するとい
うように移動させられる。
【0031】この関連技術のプローバを用いてウェハW
上のチップの電気的試験を実行する際は、上述の通り検
査用探針群21側がウェハW上を移動するので、最小限
必要なプロービングエリアSは、ウェハの半径をRw、
プローブカードの半径をRpとすると、 S=π(Rw+Rp)2 となる。
【0032】一方、従来の検査用探針群を固定して、ウ
ェハを移動させた場合の最小限必要なプロービングエリ
アS’は、 S’=4π(Rw)2 であるから、Rp<Rwとなった場合(12インチウェ
ハではこうなる)は、本実施形態のプローバプロービン
グエリアのほうが従来のプローバのそれよりも小さくな
り、プローバの設置面積をより小さくできる。
【0033】次に本発明の第の実施形態のプローバに
ついて説明する。
【0034】本実施形態のプローバは、基本的な構成は
上記関連技術のプローバと同様であるが、ウェハ保持手
段1が異なっている。図4は本実施形態のプローバのウ
ェハ保持手段1の構成を説明するための図で、分図
(a)はウェハ保持手段1にウェハWが固定・保持され
ている状態を模式的に示す図であり、分図(b)はウェ
ハ保持手段1からウェハWが移送可能になった状態を模
式的に示す図である。また、図5は、本実施形態のプロ
ーバのウェハ保持手段1がウェハWを5点で支え担持し
ている状態を模式的に示す図である。
【0035】図4,5を参照すると、本実施形態のプロ
ーバのウェハ保持手段1は、ウェハWを支える担持ユニ
ット411と、この担持ユニット411と対をなし担持
ユニット411に支えられているウェハWを挟持する押
圧ユニット412と、検査用探針群21と連動して移動
すると共に上下に可動になっており各試験対象チップを
裏面(探針接触面の裏側)から支えるヘッドユニット4
13とヘッドユニット駆動手段414、押圧ユニット駆
動手段415とを含んで構成されている。また、これら
の担持ユニット411,押圧ユニット412,ヘッドユ
ニット413,ヘッドユニット駆動手段414、押圧ユ
ニット駆動手段415は、全てウェハ保持手段基体41
6に搭載され、且つ全体が上下に可動になっている。
尚、ヘッドユニット413の大きさは、被測定チップの
大きさと略同等にできるように交換可能にしてある。
【0036】次に、図4を参照して、このウェハ保持手
段1におけるウェハWのロード/アンロード動作を説明
する。
【0037】まず、押圧ユニット駆動手段415により
押圧ユニット412を駆動して、押圧ユニット412の
位置が図4(b)の状態になるようにする。この図4
(b)の状態で、図示されていないウェハ移送手段によ
り、ウェハWをロード/アンロードする。ウェハWがウ
ェハ保持手段1にロードされた場合は、次に押圧ユニッ
ト駆動手段415を再度駆動して、押圧ユニット412
の位置が図4(a)の状態になるようにし、ロードされ
たウェハWを固定・保持する。
【0038】このウェハ保持手段1に固定・保持された
ウェハWを試験する際には、被測定チップの裏面から検
査用端子群21と連動して移動するように構成されたヘ
ッドユニット413が検査用端子群21からの接触圧力
と平衡する力で支えている。ヘッドユニット413の大
きさは被測定チップサイズ略同じになるようにしてある
ので、ウェハWに反りが存在しても、ヘッドユニット4
13は上下に可動であり、反った状態のままで支えるこ
とができるので、ウェハWに無用な力が加わることがな
く、割れを防止できる。また、ヘッドユニット413の
大きさは被測定チップサイズと略同じであり、ウェハW
との接触面積が従来のウェハ全面を支えるチャックトッ
プ方式に比べて大幅に小さくなっているので、ヘッドユ
ニット413とウェハWとの接触部に異物が介在する確
率も大幅に低下し、ウェハ割れの防止に役立っている。
【0039】本実施形態のプローバのウェハ保持手段1
を用いることにより、従来のウェハ裏面全面を支えるチ
ャックトップ方式でウェハWのサイズが大きくなったと
き生じやすかった、ウェハWの反りやウェハWとチャッ
クトップの間の異物によるウェハWの割れの問題を緩和
することができる。
【0040】次に、本発明の第の実施形態のプローバ
について説明する。
【0041】図6は、本実施形態のプローバの主要部の
概略を示す正面図である。
【0042】本実施形態のプローバの構成要素は、第1
の実施形態のプローバの構成要素と同じであり、第1の
実施形態のプローバとの違いは、ウェハ保持手段1がウ
ェハWを略垂直に保持するように構成されていると共
に、検査用探針群21が略水平方向から接触するように
構成されている点のみであり、詳細な説明は省略する。
尚、本実施例のプローバにおいて、第1のステージ部4
の移動方向であるX方向が略垂直になるようにすれば、
第1の接続手段5に用いられるフラットケーブル或いは
フレキシブルプリント基板の垂れ下がりを防止するケー
ブル保持手段16は付加することなく第1のステージ部
4の移動は充分滑らかにできる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるプロ
ーバは、検査用探針群側がウェハ上全面を移動せしめら
れる機構を備えることにより、ウェハ全面のチップを連
続して試験可能でありながら、従来のウェハ側を移動さ
せる方式に比べ、ウェハが大口径化した場合に最小限必
要なプロービングエリアが小さくなり、プローバの専有
面積を削減できるという効果が得られる。
【0044】又、本発明のプローバのウェハ保持手段
を、ウェハ周辺部の3点以上で担持ユニット及びこれと
対をなしている押圧ユニットと、被測定チップを裏面か
ら支える略チップサイズの大きさのヘッドユニットとか
ら構成することにより、ヘッドユニットとウェハの間に
異物が入る可能性を大幅に低減すると共にウェハの反り
にも柔軟に追従することができ、試験時のウェハの割れ
発生を防止できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の関連技術のプローバの主要部の概略を
示す正面図である。
【図2】図1のプローバを上部から俯瞰した図である。
【図3】第1の接続手段の好ましい接続の状態を説明す
るための模式図である。
【図4】本発明の第実施形態のプローバのウェハ保持
手段1の構成を説明するための図で、分図(a)はウェ
ハ保持手段1にウェハWが固定・保持されている状態を
模式的に示す図であり、分図(b)はウェハ保持手段1
からウェハWが移送可能になった状態を模式的に示す図
である。
【図5】図4のウェハ保持手段1がウェハWを5点で支
え、担持している状態を模式的に示す図である。
【図6】本発明の第の実施形態のプローバの主要部の
概略を示す正面図である。
【図7】従来のプローバの主要構成の概要を示す図であ
る。
【図8】特開平2−210276号公報に開示されたプ
ローバを示す図である。
【図9】図8のプローバによるプロービング方法を説明
する図である。
【符号の説明】
1 ウェハ保持手段 2,780,832 プローブカード 3 プローブカード搭載部 4 第1のステージ部 5 第1の接続手段 6 第1の信号中継部 7 第2の接続手段 8 第2のステージ部 9 第2の信号中継部 10 接続リング 11,790,803 テストヘッド 12,854 支柱 14,15 支持部材 16 ケーブル保持手段 21 検査用探針群 411 担持ユニット 412 押圧ユニット 413 ヘッドユニット 414 ヘッドユニット駆動手段 415 押圧ユニット駆動手段 416 ウェハ保持手段基体 750,801 ローダ部 760,802 XYステージ 761 チャックトップ 770,804 プロービング部 791,851 アーム 805 テストヘッド駆動部 831 インサートリング部 853 水平軸 855 支持レール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−265443(JP,A) 特開 昭62−62536(JP,A) 特開 平8−29499(JP,A) 特開 平9−232390(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/66 G01R 1/06 G01R 31/28

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウェハ(以下、ウェハという)上
    に規則正しく配列して形成されたチップの電気的特性を
    検査する際に用いられるプローバであって、前記チップ
    に検査用探針群を順次接触させながらこの検査用探針群
    が前記ウェハ上全面を移動せしめられる機構と、被検査
    ウェハが載置されるウェハ保持手段と、を少なくとも備
    え、 前記ウェハ保持手段が、少なくとも前記ウェハ周辺の3
    点以上で当該ウェハを支える担持ユニットと、この担持
    ユニットと対をなし前記担持ユニットに支えられている
    前記ウェハを挟持する押圧ユニットと、前記検査用探針
    群と連動して移動し各試験対象チップを裏面(探針接触
    面の裏側)から支えるヘッドユニットとを含み構成され
    てい ることを特徴とするプローバ。
  2. 【請求項2】 ウェハ上に規則正しく配列して形成され
    たチップの電気的特性を検査する際に用いられるプロー
    バであって、 被検査ウェハが載置されるウェハ保持手段と、 検査用探針群を備えたプローブカードを搭載するプロー
    ブカード搭載部が装着され第1の方向に精密移動可能な
    移動手段を備えた第1のステージ部と、 前記プローブカード搭載部との間を第1の接続手段で電
    気的に接続された第1の信号中継部が装着され前記第1
    の方向に対して直角の第2の方向に精密移動可能な移動
    手段を備えた第2のステージ部と、 前記第1の信号中継部との間を第2の接続手段で電気的
    に接続されると共に試験用電気信号を供給するテスタの
    テストヘッドとの接続手段を有する第2の信号中継部
    、を少なくとも備え 且つ前記ウェハ保持手段が、少なくとも前記ウェハ周辺
    の3点以上で当該ウェハを支える担持ユニットと、この
    担持ユニットと対をなし前記担持ユニットに支えられて
    いる前記ウェハを挟持する押圧ユニットと、前記検査用
    探針群と連動して移動し各試験対象チップを裏面から支
    えるヘッドユニットとを含み構成されてい ることを特徴
    とするプローバ。
  3. 【請求項3】 第1及び第2の接続手段が、フレキシブ
    ルプリント基板、フラットケーブル又はこれらの組合せ
    で構成された請求項2記載のプローバ。
  4. 【請求項4】 ウェハ保持手段が、被検査ウェハを略垂
    直状態になるように構成され、検査用探針群が前記被検
    査ウェハに略水平方向から接触させるように構成された
    請求項2又は3記載のプローバ。
  5. 【請求項5】 プローブカード搭載部の第1の方向への
    移動が略垂直方向となるように構成され請求項4記載
    のプローバ。
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