JPH0513520A - プローブ装置 - Google Patents

プローブ装置

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Publication number
JPH0513520A
JPH0513520A JP3162751A JP16275191A JPH0513520A JP H0513520 A JPH0513520 A JP H0513520A JP 3162751 A JP3162751 A JP 3162751A JP 16275191 A JP16275191 A JP 16275191A JP H0513520 A JPH0513520 A JP H0513520A
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JP
Japan
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probe card
wafer
drive source
support base
semiconductor substrate
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Application number
JP3162751A
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English (en)
Inventor
Akio Miyajima
明夫 宮島
Kiyoyuki Morita
清之 森田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0513520A publication Critical patent/JPH0513520A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板(以下ウェハと称する)の上に形
成された半導体装置の電気的特性あるいは回路特性をウ
ェハの状態で測定するためのプローブ装置を提供する。 【構成】 プローブカード支持台101と、プローブカ
ード支持台101に対して水平に設置されたウェハ支持
台103と、プローブカード支持台101に対してウェ
ハ支持台103を水平に保ち回転させるウェハ支持台回
転駆動源109と、ウェハ支持台回転駆動源109を電
気信号により制御する制御装置111とを備えた。 【効果】 1チップの中の任意の位置に、任意の方向に
配置されたプロセスコントロールモニタ(PCM)の全
自動測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板(以下ウェハ
と称する)の上に形成された半導体装置の電気的特性あ
るいは回路特性をウェハの状態で測定するためのプロー
ブ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、高性能化
の要求にともない100万〜200万個の素子を1チッ
プ内に有する大規模集積回路が出現してきている。それ
にともないチップ面積の大規模化が進み、1枚のウェハ
からのチップ取れ数が減少してきている。一方、半導体
装置の製造プロセスが正常に実施されたかどうかを確認
するために、ウェハの上に形成されたプロセスコントロ
ールモニタ(以下PCMと称する)の特性を測定するこ
とが製造コストの削減という意味で非常に重要になって
きた。このPCMの配置に関しては、1ロットに数枚の
PCM搭載ウェハを混入しておく方法、また各ウェハに
数チップのPCMを搭載しておく方法または全チップに
PCMを搭載しておく方法があるが、それぞれに一長一
短がある。
【0003】たとえば、1ロットに数枚のPCMを搭載
したウェハを混入しておき、評価及び特性管理を行うこ
とでプロセスをチェックする方法では、そのPCM搭載
のウェハ特有の不良であっても本体ロット全体を不良と
見なし、みすみす良品を破棄する可能性がある。
【0004】また、各ウェハに数チップのPCMを搭載
しておく方法では、数チップのPCMを評価してそのウ
ェハまたはそのロット全体を評価することになり、チッ
プ特有の不良またはPCM搭載部付近だけの不良であっ
ても、ウェハ全体では良品チップが多数含まれているに
もかかわらず、そのウェハあるいはロット全体を不良と
見なし、みすみす良品を破棄する可能性がある。
【0005】そこで最近、全チップにPCMを搭載して
おき、評価する方法が盛んに行われている。しかしなが
ら、この方法はPCMを搭載するためにチップ面積を大
きくしなければならず、1ウェハ当りのチップ取れ数が
減少することになり、歩留りの観点からも望ましくな
い。
【0006】これらの問題を解決するために、チップ内
の素子密度の低いところに必要最少限のPCMを搭載す
る方法が取られているが、1チップに100万〜200
万個の素子が形成された大規模集積回路では、素子の間
にPCMを搭載しようとすると本番チップの隙間に搭載
しなければならず、PCMを規則正しく配置することが
困難になってくる。
【0007】以下に従来のプローブ装置について説明す
る。図5は従来のプローブ装置の要部構成図である。図
5において、500はPCMを測定するためのプローブ
針を有するプローブカード、501はプローブカード支
持台、502はウェハを支持するためのウェハ支持装
置、503はウェハ支持台、504はウェハ支持台50
3を支持するためのウェハ支持柱、505はウェハ支持
装置502をX方向に移動させるときに必要な動力源の
X方向駆動源、506はX方向駆動源505によりウェ
ハ支持装置502がX方向に移動するときに必要なX方
向移動レール、同様に507はY方向駆動源、508は
Y方向移動レール、509はX方向駆動源505とY方
向駆動源507を電気信号で制御する制御装置である。
【0008】また図6はプローブ装置の説明のために用
いる4ピンを1モジュールとしたPCMの平面図であ
る。図6において、601はモジュールA、602はモ
ジュールB、603はモジュールC、604はモジュー
ルD、605はモジュールA601のピンの並びと平行
な仮想線、606はモジュールC603のピンの並びを
示す仮想線、607は仮想線606と平行な仮想線、6
08はモジュールDのピンの並びを示す仮想線である。
【0009】図7は従来のプローブ装置の動作を説明す
るフローチャートである。以下、図5のように構成され
たプローブ装置で図6に示すPCMを測定する場合につ
いて、図5、図6および図7を参照しながら説明する。
まずウェハ支持台503の上にウェハを設置し(ステッ
プ(a))、プローブカード500に取り付けられたプロ
ーブ針(図示せず)をモジュールA601の電極に位置
合わせする(ステップ(b))。次に1チップ目の最初の
モジュールA601を測定する(ステップ(c) )。次に
モジュールB602を測定するために、制御装置509
から信号を送りX方向駆動源505、Y方向駆動源50
7により所望の距離だけX方向またはY方向にウェハ支
持装置502を移動させてモジュールB602を測定す
る(ステップ(d)→ステップ(e)→ステップ(c))。しか
しながら、同様にしてステップ(d)→ステップ(e)→ステ
ップ(c)を繰り返してモジュールC603、モジュール
D604を測定しようとしても、仮想線606は仮想線
605に対し角度θ1ずれており、さらに仮想線608
は仮想線607に対し角度θ2だけずれているために、
XY方向の移動だけでは測定不可能なので、次のチップ
のモジュールA601及びモジュールB602を測定す
る(ステップ(f)→ステップ(g))。そして、ウェハ上の
所望の全てのチップの測定が終了すると次のウェハの測
定に移る(ステップ(h)→ステップ(i))。
【0010】全ての所望のウェハの測定が終了すると
(ステップ(j))、モジュールC603を測定するため
に、人手により、ウェハを角度θ1回転させ、位置決め
し、そしてステップ(a)〜ステップ(j)までを繰り返して
測定する。そして、全てのウェハについてモジュールC
603の測定が終了すると、同様にしてモジュールD6
04を測定するためにまた角度θ2の設定を行い、位置
決めし、測定を行う。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、プローブカード支持台またはウェハ支持
台を回転させることができないので、全てのPCMを測
定するには、複数回(上記の従来例では3回)ウェハを
セットし、位置決めして測定しなければならないため、
人力を必要とし、測定が長時間化するという課題を有し
ていた。
【0012】また上記課題を解決するために、プローブ
カードを多ピンにすることで対処する方法が考えられる
が、そうすると1つのプローブカードは1品種のみしか
適用できず、また多ピンにすることにより高価になりか
つ位置決めが困難である等の新たな課題が発生する。
【0013】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、100万〜200万個の素子が形成された大規模集
積回路の素子の間にランダムな位置に形成された複数個
のPCMを1回のウェハのセット、位置決めで高精度に
測定できるプローブ装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のプローブ装置は、半導体基板支持台、プロー
ブカード支持台または半導体基板支持台とプローブカー
ド支持台の両方を電気信号により回転できる構成とした
ものである。
【0015】
【作用】この構成によって、半導体基板支持台、プロー
ブカード支持台または半導体基板支持台とプローブカー
ド支持台の両方を必要に応じて回転することができ、1
チップ内の全てのPCMを1回のウェハセット、位置決
めで測定できる。このことより、従来は規則的なX−Y
移動の位置関係でしか搭載できなかった各種PCMを任
意の位置、任意の方向で搭載できるようになり、設計の
自由度が増大するとともにチップ面積の縮小が可能とな
る。
【0016】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の第1の実施例におけ
るプローブ装置の要部構成図である。図1において、1
00はPCMを測定するプローブ針を有するプローブカ
ード、101はプローブカード100を支持するための
プローブカード支持台、102はウェハを支持するウェ
ハ支持装置、103はウェハ支持台、104はウェハ支
持台103を支持するウェハ支持柱、105はウェハ支
持装置102をX方向に移動させるためのX方向駆動
源、106はウェハ支持装置102をX方向に移動させ
るX方向移動レール、107はウェハ支持装置102を
Y方向に移動させるためのY方向駆動源、108はY方
向にウェハ支持装置102を移動させるY方向移動レー
ル、109は水平面内でウェハ支持台103を回転させ
るウェハ支持台回転駆動源、110はウェハ支持台回転
駆動源109からウェハ支持台103に駆動を伝達する
駆動伝達装置、111はX方向駆動源105とY方向駆
動源107及びウェハ支持台回転駆動源109を電気信
号で制御する制御装置である。
【0017】図2は本発明のプローブ装置の動作を説明
するフローチャートである。以下、図1のように構成さ
れたプローブ装置で図6に示すPCMを測定する場合に
ついて、図1、図2および図6を参照しながら説明す
る。まず、ウェハをウェハ支持台103の上に設置し
(ステップ(a))、モジュールA601の測定パッドに
プローブ針を合わせ(ステップ(b))、まず1チップ目
のモジュールA601を測定する(ステップ(c))。次
に制御装置111から制御信号をX方向駆動源105、
Y方向駆動源107に送り、所望の距離だけX方向及び
Y方向にウェハ支持台103を移動させ(ステップ(d)
→ステップ(e))、モジュールB602を測定する(ス
テップ(c))。次にモジュールC603を測定するため
に、角度θ1だけ(θ1は仮想線605と仮想線606の
ずれ角)ウェハ支持台103を回転させるようにウェハ
支持台回転駆動源109に制御装置111から制御信号
を送り、駆動伝達装置110を介してウェハ支持台10
3を回転させる。次に制御装置111から制御信号を送
り、X方向駆動源105、Y方向駆動源107によりウ
ェハ支持装置102を所望のX、Y方向に移動し(ステ
ップ(d)→ステップ(e))、モジュールC603を測定す
る(ステップ(c))。次にモジュールD604を測定す
るために、角度θ2だけ(θ2は仮想線607と仮想線6
08のずれ角)ウェハ支持台103を回転させるように
ウェハ支持台回転駆動源109に制御装置111から制
御信号を送り、駆動伝達装置110を介してウェハ支持
台103を回転させる。次に制御装置111から制御信
号を送り、X方向駆動源105、Y方向駆動源107に
よりウェハ支持装置102を所望のX、Y方向に移動し
(ステップ(d)→ステップ(e))、モジュールD604を
測定する(ステップ(c))。
【0018】このようにして、1チップ内の全てのモジ
ュールの測定が終わった後、制御装置111でウェハ支
持台回転駆動源109で角度を制御し、モジュールA6
01が測定可能となるようにし、つぎのチップの測定に
移る(ステップ(f)→ステップ(g))。このようにして1
枚のウェハの測定が終了すると、次のウェハについて測
定する。
【0019】以上説明したように本実施例のプローブ装
置では、ウェハ支持台103をX、Y方向のみならず水
平面内で回転させる機能を有しているので、最初にウェ
ハをセットし、位置決めを行うだけで所望の測定が可能
となる。これにより、省力化及び測定時間の大幅な短縮
が可能になる。また、従来複数回のウェハセット、位置
決めが煩雑なためPCMをX、Y方向の移動のみで測定
可能のように設計したり、PCMの数を少なくしていた
が、本実施例のプローブ装置では任意の角度で任意の位
置のPCMを測定できるので、設計の自由度が向上す
る。
【0020】なお、ウェハ支持台103は少なくとも1
80度回転できれば、PCMのパッド配置が任意であっ
ても測定が可能である。また本実施例ではθ回転の後に
X、Y方向の移動を行って測定したが、X、Y、θがど
の順番であっても良い。また、説明を省略したが、ウェ
ハ支持台103の回転に際し、プローブカード支持台1
01との水平を保持しなければならないのは当然であ
る。
【0021】次に本発明の第2の実施例について図面を
参照しながら説明する。図3は本発明の第2の実施例に
おけるプローブ装置の要部構成図である。図3におい
て、300はプローブ針を有するプローブカード、30
1はプローブカード300を支持するためのプローブカ
ード支持台、302はウェハを支持するウェハ支持装
置、303はウェハ支持台、304はウェハ支持台30
3を支持するウェハ支持柱、305はX軸方向にウェハ
支持装置302を移動させるためのX方向駆動源、30
6はウェハ支持装置302をX方向に移動させるための
X方向移動レール、307はY方向にウェハ支持装置3
02を移動させるためのY方向駆動源、308はY方向
にウェハ支持装置302を移動させるためのY方向移動
レール、309は水平面内でプローブカード支持台30
1を回転させることのできるプローブカード支持台回転
駆動源、310はX方向駆動源305とY方向駆動源3
07及びプローブカード支持台回転駆動源309を電気
信号で制御する制御装置である。
【0022】以上のように構成された第2の実施例につ
いて、第1の実施例と異なる点のみ説明する。図3に示
す第2の実施例では、図1に示す第1の実施例でウェハ
支持台103を回転させていたウェハ支持台回転駆動源
109と同様のプローブカード支持台回転駆動源309
をプローブカード支持台301を回転させるために装着
している。
【0023】次に第2の実施例の動作について、図6に
示すPCMを測定する例について説明する。まずモジュ
ールA601及びモジュールB602を測定するまでは
第1の実施例で説明した方法と同じである。次にモジュ
ールC603を測定するために、制御装置310からプ
ローブカード支持台回転駆動源309に制御信号を送
り、プローブカード支持台301をθ1だけ回転させ、
プローブカード300を所定の位置にもってくる。次に
制御装置310でX方向駆動源305、Y方向駆動源3
07を制御して所望のX、Y方向の移動を行い、モジュ
ールC603を測定する。次にモジュールD604を測
定するために、制御装置310からプローブカード支持
台回転駆動源309に制御信号を送り、プローブカード
支持台301をθ2だけ回転させる。次に制御装置31
0でX方向駆動源305、Y方向駆動源307を制御し
て所望のX、Y方向の移動を行い、モジュールD604
を測定する。全てのモジュールの測定が終了した後、制
御装置310でプローブカード支持台回転駆動源309
を制御し、モジュールA601を測定できるようにプロ
ーブカード300を回転させ、次のチップの測定を行
う。この動作を所望のチップの測定が終わるまで行う。
1枚のウェハの全チップを測定した後、次のウェハを同
様にして測定する。
【0024】以上の構成により、第1の実施例と同様の
効果が得られる。またプローブカード300のプローブ
針は半導体装置の集積度の向上により高密度に配置せね
ばならなくなってきており、プローブカード300とプ
ローブ針の相対位置関係が各プローブカードでばらつい
ているため、プローブカード300を交換する度に人手
でプローブカード支持台301を微調整しなければなら
ず、煩雑な上熟練度を要していた。しかしながら本発明
の第2の実施例のような構成をもつプローブ装置では、
予め個々のプローブカード300特有のθずれを制御装
置に入力しておくことにより、人手による微調整が不要
となり、測定時間が短縮できる。なお、プローブカード
支持台回転駆動源309は少なくとも180度回転でき
れば、PCMのパッド配置が任意であっても測定が可能
である。この第2の実施例においても、測定に際しての
各部の移動または回転はX、Y、θのどの順番でも良
い。また、説明を省略したが、プローブカード支持台3
01の回転に際し、ウェハ支持台303との水平を保持
しなければならないのは当然である。
【0025】次に本発明の第3の実施例について図面を
参照しながら説明する。図4は本発明の第3の実施例に
おけるプローブ装置の要部構成図である。図4におい
て、400はプローブ針を有するプローブカード、40
1はプローブカード400を支持するためのプローブカ
ード支持台、402はウェハを支持するウェハ支持装
置、403はウェハ支持台、404はウェハ支持台40
3を支持するウェハ支持柱、405はX軸方向にウェハ
支持装置402を移動させるためのX方向駆動源、40
6はウェハ支持装置402をX方向に移動させるための
X方向移動レール、407はY方向にウェハ支持装置4
02を移動させるためのY方向駆動源、408はY方向
にウェハ支持装置402を移動させるためのY方向移動
レール、409は水平面内でウェハ支持台403を回転
させることのできるウェハ支持台回転駆動源、410は
ウェハ支持台回転駆動源409からウェハ支持台403
に駆動を伝える駆動伝達装置、411はプローブカード
支持台401を回転させることのできるプローブカード
支持台回転駆動源、412はX方向駆動源405、Y方
向駆動源407、ウェハ支持台回転駆動源409及びプ
ローブカード支持台回転駆動源411を電気信号で制御
する制御装置である。
【0026】以上のように構成された第3の実施例につ
いて、第1または第2の実施例と異なる点のみ説明す
る。図4に示す第3の実施例が図1に示す第1の実施例
または図3に示す第2の実施例と異なる点は、ウェハ支
持台回転駆動源409とプローブカード支持台回転駆動
源411の二つの回転駆動源を有している点である。
【0027】次に第3の実施例の動作について、図6に
示すPCMを測定する例について説明する。まずモジュ
ールA601及びモジュールB602を測定するまでは
第1の実施例で説明した方法と同じである。次にモジュ
ールC603を測定するために、制御装置412からウ
ェハ支持台回転駆動源409に制御信号を送り、駆動伝
達装置410を介してウェハ支持台403を角度(θ1
/2)だけ回転させる。次にプローブカード支持台回転
駆動源411を逆方向に角度(θ1/2)だけ回転させ
る。次に制御装置412でX方向駆動源405及びY方
向駆動源407を制御し、所望のX、Y方向の移動を行
い、モジュールC603を測定する。次に制御装置41
2からウェハ支持台回転駆動源409に制御信号を送
り、角度(θ2/2)だけウェハ支持台403を回転さ
せる。次に制御装置412からプローブカード支持台回
転駆動源411に制御信号を送り、プローブカード支持
台401を逆方向に角度(θ2/2)だけ回転させる。
次に制御装置412でX方向駆動源405及びY方向駆
動源407を制御し、所望のX、Y方向の移動を行い、
モジュールD604を測定する。全てのモジュールの測
定が終了した後、制御装置412でウェハ支持台回転駆
動源409とプローブカード支持台回転駆動源411を
制御し、モジュールA601を測定できるようにし、次
のチップについて測定を行う。この動作を全チップの測
定が終わるまで行う。その後、次のウェハの測定を行
い、全ウェハの測定が終わるまでこの動作を続ける。
【0028】この構成により、第3の実施例も第1及び
第2の実施例と同様の効果を有する。また第3の実施例
の構成でPCMを測定すると、回転が(θ1/2)と
(θ1/2)を並列的に行うことで実現でき、測定時間
を短縮できる。なお、本実施例では、角度の回転を(θ
/2)ずつ行なったが、プローブカード支持台401、
ウェハ支持台403の回転速度にあわせて、より短時間
で測定を行うように角度を分配して回転させても良い。
なお少なくともプローブカード支持台401とウェハ支
持台403がそれぞれ逆方向に90度回転できるように
すれば、任意の位置、任意の方向に配置されたPCMを
測定できる。また本実施例では、θ回転の後にX、Y方
向の移動を行って測定したが、X、Y、θのどの順番で
移動させても良い。またウェハ支持台403を回転させ
るに際しては、プローブカード支持台401と水平を保
たなければならないのは第1、第2の実施例と同様であ
る。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明は、ウェハ支持台、
プローブカード支持台またはウェハ支持台とプローブカ
ード支持台の両方を水平に保ち、回転させることのでき
る駆動源及びその制御装置を設けることにより、任意の
位置、方向に配置したPCMを人手をかけずに短時間で
高精度に測定することができる優れたプローブ装置を実
現できるものである。
【0030】したがって、本発明のプローブ装置を用い
ることにより、設計時に任意の角度で任意の位置にPC
Mを配置できるので、多くのPCMを1チップ内に搭載
することができ、プロセスをより高精度に評価すること
ができる。また、今後1チップ内の素子占有面積が増加
しても容易にPCMを配置することができ、次世代の大
規模集積回路に適用して十分の効果を発揮することがで
きる。。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるプローブ装置の
要部構成図
【図2】同プローブ装置の動作を説明するフローチャー
【図3】本発明の第2の実施例におけるプローブ装置の
要部構成図
【図4】本発明の第3の実施例におけるプローブ装置の
要部構成図
【図5】従来のプローブ装置の要部構成図
【図6】4ピンを1モジュールとしたPCMの平面図
【図7】従来のプローブ装置の動作を説明するフローチ
ャート
【符号の説明】
100 プローブカード 101 プローブカード支持台 103 ウェハ支持台(半導体基板支持台) 109 ウェハ支持台回転駆動源(半導体基板支持台回
転駆動源) 111 制御装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の上に形成された半導体装置
    の特性を測定するプローブカードを支持するためのプロ
    ーブカード支持台と、前記プローブカード支持台に対し
    て水平に設置された半導体基板を支持するための半導体
    基板支持台と、前記プローブカード支持台に対して前記
    半導体基板支持台を水平に保ち回転させる半導体基板支
    持台回転駆動源と、前記半導体基板支持台回転駆動源を
    電気信号により制御する制御装置とを備えたプローブ装
    置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の上に形成された半導体装置
    の特性を測定するプローブカードを支持するためのプロ
    ーブカード支持台と、前記プローブカード支持台に対し
    て水平に設置された半導体基板を支持するための半導体
    基板支持台と、前記半導体基板支持台に対して前記プロ
    ーブカード支持台を水平に保ち回転させるプローブカー
    ド支持台回転駆動源と、前記プローブカード支持台回転
    駆動源を電気信号により制御する制御装置とを備えたプ
    ローブ装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板の上に形成された半導体装置
    の特性を測定するプローブカードを支持するためのプロ
    ーブカード支持台と、前記プローブカード支持台に対し
    て水平に設置された半導体基板を支持するための半導体
    基板支持台と、前記半導体基板支持台に対して前記プロ
    ーブカード支持台を水平に保ち回転させるプローブカー
    ド支持台回転駆動源と、前記プローブカード支持台に対
    して前記半導体基板支持台を水平に保ち回転させる半導
    体基板支持台回転駆動源と、前記プローブカード支持台
    回転駆動源及び半導体基板支持台回転駆動源とを電気信
    号により制御する制御装置とを備えたプローブ装置。
  4. 【請求項4】 プローブカード支持台が90度回転し、
    半導体基板支持台が前記プローブカード支持台とは逆方
    向に90度回転する請求項3記載のプローブ装置。
JP3162751A 1991-07-03 1991-07-03 プローブ装置 Pending JPH0513520A (ja)

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