JPH09297154A - 半導体ウエハの検査方法 - Google Patents

半導体ウエハの検査方法

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JPH09297154A
JPH09297154A JP11247196A JP11247196A JPH09297154A JP H09297154 A JPH09297154 A JP H09297154A JP 11247196 A JP11247196 A JP 11247196A JP 11247196 A JP11247196 A JP 11247196A JP H09297154 A JPH09297154 A JP H09297154A
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semiconductor wafer
metal
bump
bumps
forming
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JP11247196A
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English (en)
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Koichi Nagao
浩一 長尾
Hiroaki Fujimoto
博昭 藤本
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プローブカードのプローブ端子と半導体ウエ
ハの電極をウエハ状態で一括して確実に接触させる半導
体ウエハの検査方法を提供する。 【解決手段】 配線基板24の金属配線21上に形成さ
れたバンプ30へ平板40を当て、加圧してバンプ30
を塑性変形させることにより、バンプ高さのばらつきを
吸収し、バンプ高さを均一に揃える。その後、半導体ウ
エハ10の電極11へ位置合わせし加圧することで、配
線基板24の複数のバンプ30と半導体ウエハ10の複
数の電極11を確実に接触させ、バーンイン等の検査を
低コストにウエハ状態で一括して行うとができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ上に
形成された複数の半導体チップの集積回路をプロブカー
ドを用いて一括して検査する半導体ウエハの検査方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置(以後、「半
導体チップ」と称する)を搭載した電子機器の小型化及
び低価格化の進歩は目ざましく、これに伴って、半導体
チップに対する小型化及び低価格化の要求が強くなって
いる。
【0003】通常、半導体チップは、半導体チップとリ
ードフレームとがボンディングワイヤによって電気的に
接続された後、上記の半導体チップ及びリードフレーム
が樹脂又はセラミクス等により封止され、この状態でプ
リント基板へと供給され、プリント基板に半導体チップ
が実装される。ところが、電子機器の小型化の要求か
ら、最近、半導体チップを半導体ウエハから切り出した
ままの状態(以後、この状態の半導体チップを「ベアチ
ップ」と称する)で回路基板に直接実装する方法が開発
され、品質が保証されたベアチップを低価格で供給する
ことが望まれている。
【0004】ベアチップに対して品質保証を行なうため
には、半導体チップに対してウエハ状態でバーンイン等
の検査をする必要がある。ところが、半導体ウエハ上に
形成されている複数のベアチップに対して1個又は数個
づつ何度にも分けて検査を行なうことは多くの時間を要
するため、時間的にもコスト的にも現実的ではない。そ
こで、全てのベアチップに対してウエハ状態で一括して
バーンイン等の検査を行なうことが要求されている。
【0005】上記したように、ベアチップに対してウエ
ハ状態で一括して検査を行なうには、同一の半導体ウエ
ハ上に形成された複数の半導体チップに電源電圧や信号
を同時に印加し、複数のベアチップを動作させる必要が
ある。このためには、非常に多く(通常、数千個以上)
のプローブ針を持つプローブカードを用意する必要があ
るが、このようにするには、従来のニードル型プローブ
カードではピン数の点からも価格の点からも対応できな
い。
【0006】そこで、ベアチップの検査用電極と接続す
るためのバンプよりなるプローブ端子が設けられたプロ
ーブカードが提案されている。
【0007】上記した第1の従来のプローブカードの例
(例えば、特開平3−171749号公報参照)として
は、シリコンウエハ上へ、ベアチップの電極に対応した
位置に金、半田、アルミ等で構成された複数のバンプ
と、それらのバンプにそれぞれ接続される配線とを有し
たプローブカードがある。
【0008】以下、上記した、従来のプローブカードの
製造方法について説明する。通常、シリコンウエハの表
面に、スパッタ法等を用いて金属薄膜層を形成した後、
金属薄膜層にエッチングを施し、任意のパターン形状に
配線を形成する。次に、配線上に絶縁層を形成し、この
絶縁層にスルーホールを形成した後、配線にメッキ用電
極の一方を接続して電気メッキを行う。メッキ層が目標
の高さまで成長した後、絶縁層を除去してプローブカー
ドを製造する。
【0009】また、プローブカードのバンプと半導体チ
ップの電極との安定した接触を得るために、超音波振動
器によりプローブカードと半導体ウエハをそれぞれ振動
させて半導体チップの検査を行なう第2の従来の方法
(例えば、特開平3−171749号公報参照)が従来
提唱されている。
【0010】以下、上記した、従来のプローブカードを
用いた半導体ウエハの検査方法について説明する。
【0011】半導体ウエハとプローブカードの位置合わ
せを行なった後、半導体ウエハの電極とプローブカード
のバンプを接触させる。その後、半導体ウエハとプロー
ブカードを超音波振動器によりそれぞれ振動させること
により、電極とバンプのより安定な電気的接触を得る。
次に、半導体ウエハとプローブカードを設定温度まで昇
温した状態で、プローブカードの配線に電源電圧や信号
を印可することで、バンプを介してベアチップに所望の
電源電圧や信号を印加し、半導体ウエハを検査するとい
うものである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
ウエハのサイズが大きくなり、ウエハ内に形成されてい
る半導体チップの数が増えることにより、プローブ端子
となるバンプの数も数千個から数万個と非常に多くな
る。このように多くのバンプを電気メッキ法で形成した
場合、バンプ高さのばらつきが大きくなり、半導体ウエ
ハの電極へ均一に接触させることができなくなる。
【0013】通常、電気メッキによりバンプを形成した
場合、バンプの高さは設計値15μmに対して1〜4μ
m程度の高さばらつきを有する。ところが、上記した従
来のプローブカードを用いた半導体ウエハの検査方法の
ように、超音波振動器により半導体ウエハとプローブカ
ードを振動させただけでは、高さの高いバンプを塑性変
形させ、バンプ高さを揃える事ができない。したがっ
て、高さの低いバンプは半導体ウエハの電極へ接触させ
ることができず、電気的接続ができなくなる。
【0014】以上、説明したように、半導体ウエハのサ
イズが大きくなり、プローブ端子となるバンプの数が多
くなると、電気メッキでバンプを形成したときのバンプ
高さのばらつきが大きくなり、半導体ウエハの電極にす
べてのバンプを均一に接触させることができなくなると
いう問題がある。
【0015】そこで、本発明は、プローブカード上に形
成された多数のバンプの高さを、均一に揃えることに新
たに着目して、バンプと電極の均一な接触を得ることを
目的とするものである。すなわち本発明は、上記問題点
に鑑み、バーンイン等の検査をウエハ状態で一括して行
う際に、プローブカード上に形成したプローブ端子とな
るバンプの高さがばらついていても、バンプと半導体ウ
エハの電極に確実に接触するような半導体ウエハの検査
方法を提供することを目的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、プローブカード上に形成したプロー
ブ端子となるバンプへ平板を押し当て、加圧することに
よりバンプを塑性変形させ、バンプ高さを揃えることを
特徴とするものである。
【0017】特に請求項1の発明が講じた解決手段は、
半導体ウエハの検査方法を、配線基板の金属配線層の上
に絶縁性感光樹脂層を形成する工程と、絶縁性感光樹脂
の半導体ウエハの電極に対応した位置に開口部を形成す
る工程と、開口部に金属突起を形成する工程と、配線基
板に形成された複数個の金属突起の表面の高さを揃える
工程と、半導体ウエハの電極に配線基板に形成された金
属突起を位置合わせする工程と、配線基板と半導体ウエ
ハとを相対的に加圧して半導体ウエハの電極と金属突起
とを接触させ電気的接続を行なう工程とを有する構成と
するものである。
【0018】また請求項3の発明が講じた解決手段は、
バンプを形成する際に、第1の金属材料よりなる第1の
バンプを形成する工程と、第1のバンプの上に、第1の
金属材料より硬度が高い第2の金属材料よりなる第2の
バンプを形成する工程とを備えている構成とするもので
ある。
【0019】さらに請求項4の発明が講じた解決手段
は、バンプを形成する際に、第1のバンプの上に、第1
の金属材料より硬度が高い第2の金属材料よりなり、な
おかつ第1のバンプよりも径の大きい第2のバンプを形
成する工程とを備えている構成とするものである。
【0020】また請求項5の発明が講じた解決手段は、
バンプを形成する際に、第1のバンプの上に、第1の金
属材料より融点の高い第2の金属材料よりなる第2のバ
ンプを形成する工程とを備えている構成とするものであ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)以下、図1〜図4を参照しながら本発
明の実施の形態1に係る半導体ウエハの検査方法につい
て説明する。
【0022】図1は本発明の実施の形態1における半導
体ウエハの検査方法の工程フローを示した断面図であ
る。図1において、10は半導体ウエハ、11は半導体
ウエハの電極、24はプローブカードとなる配線基板、
20は配線基板の基材、21はバンプへ信号を供給する
金属配線、22はバンプを選択的に形成するための感光
性レジスト、30はプローブ端子となるバンプを示して
いる。
【0023】まず、配線基板24の配線21上にバンプ
30を形成する工程について図1(a)を参照しなが
ら。
【0024】図1(a)に示すように、基材20の上に
金属配線21を形成する。金属配線21は、例えばCr
/Al、Cr/Au、Ni/Au等の金属材料を例えば
スパッタ法等で基材20上に形成し、エッチングにより
配線パターンを形成する。ここで、基材20は、例えば
テンパックスガラス(α=3.2×10-6/℃)のよう
に、半導体ウエハ10の熱膨張係数(α=3.5×10-
6/℃)にできる限り近い材料を用いることが望まし
い。これにより、バーンインのように高温状態で検査を
するときに、半導体ウエハの電極と配線基板のバンプに
位置ずれが発生するのを防ぐことができる。また、基材
20の厚さは、基板の反りを抑えるために厚い方がよ
く、2mm以上がよい。さらに、金属配線21は1層だ
けではなく、層間絶縁膜を形成して、2層以上の層数に
してもよい。
【0025】次に、金属配線21の上に感光性レジスト
22を塗布する。感光性レジスト22の厚さは、ストレ
ートウォールタイプのバンプ(図2(a))を形成する
場合には5〜15μm、マッシュルームタイプのバンプ
(図2(b))を形成する場合には1〜2μm程度であ
る。
【0026】さらに、露光により、半導体ウエハ10の
電極11に対応する位置に感光性レジスト22の開口部
23を形成する。開口部23の径は5〜30μmで、で
きれば10〜15μmが望ましい。
【0027】次に、開口部23へバンプ30を形成す
る。配線基板24をメッキ液へ浸せきし、金属配線21
をメッキ用電極とし電流を流して、電気メッキによりバ
ンプを成長させる。バンプの高さは5〜30μmで、で
きれば10〜15μmが望ましい。バンプ30の構成材
料としては、例えば金、はんだ(SnPb)、インジウ
ム、銀、銅等を用いる。例えば金バンプを形成する場
合、メッキ液は例えばニュートロネクス210(田中貴
金属(株)製)を使用し、0.04mA/mm2の電流
で、約60分で高さ10μmのバンプを形成することが
できる。このようにして、φ150mmの領域に数千個
のバンプを形成した場合、それらのバンプの高さは、例
えば設計値15μmに対して1〜4μm程度の高さばら
つきを有する。
【0028】尚、金属配線21がメッキ用電極としてす
べての開口部に共通で電流を供給できない場合には、金
属配線21をエッチングする前にバンプ30を形成し、
その後エッチングにより配線パターンを形成してもよ
い。また、無電解メッキ液を使用してもよい。
【0029】上記のようにメッキによりバンプ30を形
成した後、感光性レジスト22を除去する。
【0030】次に、配線基板24のバンプ30が形成さ
れた面に平板40を当て加圧41することにより、バン
プ30を塑性変形させる。平板40には、例えば厚さ2
mm程度の光学研磨したガラス板を用いる。
【0031】図3に、ストレートウォールタイプの金バ
ンプについて、バンプに加える加圧力とバンプの塑性変
形率の関係を示す。これより、直径15μm、高さ15
μmのバンプの場合、バンプ30へ1個当たり13gの
加圧力を加えると約30%塑性変形することがわかる。
これにより、バンプ高さ15μmに対し、約4.5μm
の塑性変形するため、バンプ30形成時の高さばらつき
4μmを吸収し、高さが均一揃ったバンプを形成するこ
とができる。なお、本実施の形態では、平板を金属突起
に押し当てることにより金属突起を塑性変形させて金属
突起表面の高さを揃えたが、必ずしもこの方法を用いる
必要性はなく、金属突起を半導体チップの電極と電気的
に接触させる前にその表面の高さを揃えればよい。
【0032】次に、配線基板24のバンプ30へ半導体
ウエハ10の電極11を位置合わせし、配線基板24と
半導体ウエハ10を重ね合わせる。その後、半導体ウエ
ハ10に等分布荷重12を加えることにより、配線基板
24のバンプ30と半導体ウエハ10の電極11を接触
させ、電気的導通を得ることができる。
【0033】図4に、半導体ウエハに等分布荷重を加え
る方法の一例を示す。図4において、42は半導体ウエ
ハ10を均一に加圧する平板、43は配線基板24と平
板42に囲まれた部分を減圧するためのゴムパッキンで
ある。
【0034】配線基板24と半導体ウエハ10を重ね合
わせた状態で、さらに半導体ウエハ10の裏面に平板4
2を重ね、配線基板24と平板42の間をゴムパッキン
43でシールする。そして、貫通孔25から内側の空気
圧を減圧することにより、平板42に大気圧との圧力差
12が均一に加わる。これにより配線基板24のバンプ
30と半導体ウエハ10の電極11が接触して電気的導
通が得られ、複数の半導体ウエハに同時に信号、電源を
供給してバーンイン等の検査することができる。
【0035】以上のように、配線基板24上に形成され
たバンプ30を平板42により加圧し塑性変形させるこ
とによって、配線基板24上のすべてのバンプ30の高
さを均一に揃えることができ、半導体ウエハ10の電極
21と配線基板24のバンプ30を同時に確実に接触さ
せることができる。
【0036】(実施の形態2)以下、図5〜図6を参照
しながら本発明実施の形態2に係る半導体ウエハの検査
方法について説明する。
【0037】図5は本発明実施の形態2における半導体
ウエハの検査方法の工程フローを示した断面図である。
図1と異なるのは、バンプの耐久性を高める手段とし
て、バンプ30の上にバンプ30の構成材料よりも硬度
の高い材料を用いてバンプ31を形成する工程を追加し
た点である。図5において、図1と同一の機能を有する
ものには同一の符号を付してその詳細な説明を省略す
る。
【0038】以上のように構成された半導体ウエハの検
査方法について、以下その動作を説明する。
【0039】図5(a)に示すように、感光性レジスト
22の開口部23へバンプを形成する。まず、上記した
実施の形態1と同様に、配線基板24をメッキ液へ浸せ
きし、金属配線21をメッキ用電極とし電流を流して、
電気メッキによりバンプ30を成長させる。バンプの高
さは5〜30μmで、できれば10〜15μmが望まし
い。バンプ30の構成材料としては、例えば金、はんだ
(SnPb)、インジウム、銀、銅等を用いる。例えば
金バンプを形成する場合、メッキ液は例えばニュートロ
ネクス210(田中貴金属(株)製)を使用し、0.04
mA/mm2の電流で、約60分で高さ10μmのバン
プを形成することができる。
【0040】次に、バンプ30の構成材料より硬度の高
い材料にて、バンプ30の上にバンプ31を形成する。
バンプ30と同様に、配線基板24をメッキ液へ浸せき
し、金属配線をメッキ用電極とし電流を流して、電気メ
ッキによりバンプ31を成長させる。バンプ31の構成
材料は、例えばロジウム、タングステン、ニッケル等が
ある。また、バンプ31の高さは1〜10μmで、でき
れば1〜2μmが望ましい。
【0041】尚、金属配線21がメッキ用電極としてす
べての開口部に共通で電流を供給できない場合には、金
属配線21をエッチングする前にバンプ30、31を形
成し、その後エッチングにより配線パターンを形成して
もよい。また、無電解メッキ液を使用してもよい。
【0042】この後、配線基板24のバンプ30、31
が形成された面に平板40を当て加圧することにより、
主としてバンプ30を塑性変形させる。これにより、実
施の形態1と同様に、バンプ高さのばらつきを吸収し、
バンプ高さが均一に揃ったバンプを形成することができ
る。
【0043】次に、配線基板24のバンプ30、31へ
半導体ウエハ10の電極11を位置合わせし、配線基板
24と半導体ウエハ10を重ね合わせる。その後、半導
体ウエハ10に等分布荷重12を加えることにより、配
線基板24のバンプ31と半導体ウエハ10の電極11
が接触して、電気的導通が得られ、複数の半導体ウエハ
に同時に信号、電源を供給してバーンイン等の検査する
ことができる。
【0044】配線基板24は、繰り返し使用するため
に、半導体ウエハ10の電極11に接触するバンプの表
面は磨耗しやすい。しかし、バンプ31のように、バン
プの最表面により硬度の高い材料を用いることにより磨
耗を軽減させることができる。
【0045】以上のように、バンプの上層の金属材料は
硬度が高いことから、バンプの磨耗が抑えられプローブ
カードの耐久性が増すため、半導体ウエハの検査を低コ
ストに行うことができる。
【0046】尚、本実施の形態において、バンプの耐磨
耗性を高める手段として、バンプの最表面により硬度の
高い材料を用いるとしたが、バンプ31の形成工程にお
いて、感光性レジスト22の厚さよりバンプ31を大き
く成長させ、バンプ31の径をバンプ30の径より大き
くしてもよい。
【0047】この場合を以下、図6を参考にしながら説
明する。図6(a)は、実施例2に示したもので、感光
性レジスト22の厚さと同じか、もしくは感光性レジス
ト22の厚さよりも小さくバンプ30、31を成長させ
た例である。これにより、バンプ30の径と、バンプ3
1の径は同一となる。
【0048】図6(b)は、感光性レジスト22の厚さ
に一致するまでバンプ30を成長させた後、さらにバン
プ31を成長させた例である。これにより、構成材料の
硬度の高いバンプ31の径に対し、硬度の低いバンプ3
0の径が小さくなり、バンプ31の耐磨耗性がさらに向
上する。また、感光性レジスト22の開口部23の径を
あらかじめ小さく設計しておけば、バンプを塑性変形さ
せ、バンプ高さを均一に揃えるための加圧力がより小さ
くなり、検査装置を小型化できる。
【0049】図6(c)は、感光性レジスト22の厚さ
よりも小さくバンプ30を成長させた後、さらにバンプ
31を感光性レジスト22の厚さよりも大きく成長させ
た例である。これにより、図6(b)と同様に、構成材
料の硬度の高いバンプ31の径に対し、硬度の低いバン
プ30の径が小さくなり、バンプ31の耐磨耗性がさら
に向上する。また、感光性レジスト22の開口部23の
径をあらかじめ小さく設計しておけば、バンプを塑性変
形させ、バンプ高さを均一に揃えるための加圧力がより
小さくなり、検査装置を小型化できる。
【0050】以上のように、構成材料の硬度が高いバン
プ31を感光性レジスト22の厚さよりも大きく成長さ
せることにより、バンプの耐磨耗性を向上させることが
できる。
【0051】さらに、本発明において、バンプを塑性変
形させ、バンプの高さを均一に揃える手段として、バン
プの最表面により硬度の高い材料を用いるとしたが、バ
ンプ31の形成工程において、下層のバンプ30の構成
材料よりも融点の高い構成材料を用いて上層のバンプ3
1を形成してもよい。
【0052】例えば、下層のバンプ30の構成材料とし
てインジウム、上層のバンプ31の構成材料としてロジ
ウムを用い、平板40でバンプ30、31を加圧すると
き、バンプ30、31の温度を140℃〜150℃に保
持する。これにより、バンプ30の硬度は低くなり、常
温の場合より小さな加圧力でバンプ30を塑性変形させ
ることができる。
【0053】以上のように、下層のバンプ30の構成材
料よりも融点の高い構成材料を用いて上層のバンプ31
を形成することにより、より小さな加圧力でバンプを塑
性変形させ、バンプ高さを均一にすることができる。
【0054】
【発明の効果】以上のように本発明は、低コストのプロ
ーブカードを供給することができる。
【0055】請求項1の構成により、プローブカード上
に形成されたバンプの高さを均一に揃えることができ、
半導体ウエハの電極とプローブカードのバンプを同時に
確実な接触をさせることができ、低コストにプローブカ
ードを製造することができる。
【0056】請求項3の構成により、最上層のバンプを
構成する金属材料の硬度が高いことから、バンプの耐磨
耗性が向上し、プローブカードの耐久性が増すため、半
導体ウエハの検査を低コストに行うことができる。
【0057】請求項4の構成により、最上層のバンプは
径が大きく、バンプを構成する金属材料の硬度が高くこ
とから、バンプの耐磨耗性が向上し、プローブカードの
耐久性がより増すため、半導体ウエハの検査を低コスト
に行うことができる。また、プローブカード上に形成さ
れたバンプを平板により加圧する際、より小さな加圧力
によりバンプを塑性変形させることができ、検査装置の
小型化、低コスト化ができる。
【0058】請求項5の構成により、プローブカード上
に形成されたバンプを平板により加圧する際、プローブ
カードの温度を上昇させることにより、より小さな加圧
力でバンプを塑性変形させることができ、検査装置の小
型化、低コスト化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における半導体ウエハの
検査方法の工程断面図
【図2】本発明の実施の形態1における半導体ウエハの
検査に用いるプローブ端子用バンプの断面図
【図3】本発明の実施の形態1における半導体ウエハの
検査における加圧力とバンプの塑性変形率の関係を示す
【図4】本発明の実施の形態1における半導体ウエハの
検査方法における均一加圧方法を示す断面図
【図5】本発明の実施の形態2における半導体ウエハの
検査方法の工程断面図
【図6】本発明の実施の形態2における半導体ウエハの
検査方法に用いるプローブ端子用バンプの断面図
【符号の説明】
10 半導体ウエハ 11 半導体ウエハの電極 20 配線基板の基材 21 配線基板の配線 22 感光性レジスト 24 配線基板 25 貫通孔 30 バンプ(下層) 31 バンプ(上層) 40 平板 42 平板 43 ゴムパッキン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線基板の金属配線層の上に絶縁性感光樹
    脂層を形成する工程と、前記絶縁性感光樹脂の半導体ウ
    エハの電極に対応した位置に開口部を形成する工程と、
    前記開口部に金属突起を形成する工程と、前記配線基板
    に形成された複数個の前記金属突起の表面の高さを揃え
    る工程と、前記半導体ウエハの電極に前記配線基板に形
    成された前記金属突起を位置合わせする工程と、前記配
    線基板と前記半導体ウエハとを相対的に加圧して前記半
    導体ウエハの電極と前記金属突起とを接触させ電気的接
    続を行なう工程とを有する半導体ウエハの検査方法。
  2. 【請求項2】配線基板に形成された複数個の金属突起の
    表面の高さを揃える工程において、前記配線基板の前記
    金属突起が形成された面に平板を当て、前記配線基板の
    金属突起形成面に対し前記平板を鉛直方向に加圧し前記
    金属突起を塑性変形させることにより前記金属突起の表
    面の高さを揃えることを特徴とする請求項1に記載の半
    導体ウエハの検査方法。
  3. 【請求項3】金属突起を形成する工程において、金属配
    線上の絶縁性感光樹脂開口部に第1の金属材料よりなる
    第1の金属突起を形成する工程と、前記第1の金属突起
    の上に前記第1の金属突起よりも硬度が高い第2の金属
    材料よりなる第2の金属突起を形成することを特徴とす
    る請求項1または2に記載の半導体ウエハの検査方法。
  4. 【請求項4】金属突起を形成する工程において、第2の
    金属突起の径が第1の金属突起よりも大きいことを特徴
    とする請求項2に記載の半導体ウエハの検査方法。
  5. 【請求項5】金属突起を形成する工程において、第2の
    金属突起の材料が第1の金属突起の材料より融点が高い
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体ウエハの検査
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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