JP7004935B2 - プローバ及びプローブ針の接触方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハに形成された半導体チップの電気的特性の検査に用いられるプローバ及びプローブ針の接触方法に関する。

半導体ウェハの表面には、同一の電気素子回路を有する複数の半導体チップが形成されている。各半導体チップは、ダイサーで個々に切断される前に、ウェハテストシステムにより電気的特性が検査される。このウェハテストシステムは、プローバとテスタとを備える（特許文献１参照）。

プローバは、半導体ウェハをウェハチャック上に保持した状態で、プローブ針を有するプローブカードとウェハチャックとを相対移動させることにより、半導体チップの電極パッドにプローブ針を電気的に接触（コンタクト）させる。テスタは、プローブ針に接続された端子を介して、半導体チップに各種の試験信号を供給すると共に、半導体チップから出力される信号を受信及び解析して半導体チップが正常に動作するか否かをテストする。

このような半導体チップは広い用途に使用されており、広い温度範囲で使用される。そのため、半導体チップの検査は、例えば室温（常温）、２００度のような高温、及び－５５度のような低温で行う必要がある。このため、プローバのウェハチャックには、例えばヒータ機構、チラー機構、ヒートポンプ機構などの温度調整部を設けられており、この温度調整部によってウェハチャック上に保持されている半導体ウェハが加熱又は冷却される（特許文献１参照）。

半導体ウェハを高温又は低温で検査する場合、又は高温又は低温での検査が終了した後に常温で検査する場合、ウェハチャックに半導体ウェハを保持した後、温度調整部はウェハチャックが所望の検査温度になるように制御を開始する。そして、ウェハチャックの温度が所望の検査温度範囲内になると、半導体ウェハの温度も所望の検査温度範囲内であるとみなして、アライメントを行ってプローブ針の先端位置と半導体ウェハの半導体チップとの相互関係（相対位置）を検出し、この相対位置に基づき半導体チップにプローブ針を接触させる。プローブ針を接触した半導体チップの検査が終了すると、次に検査する半導体チップにプローブ針を接触させる。このような動作を半導体ウェハの全ての半導体チップの検査が終了するまで繰り返す。

この際に、プローバのウェハチャック以外の各部の温度もウェハチャックの温度に近づくように徐々に変化する。このため、各部が加熱による熱膨張又は冷却により収縮することによって変形し、この変形に伴いプローブ針と半導体チップとの相対位置も変化する。これにより、半導体チップの検査を行うために、プローブ針と半導体ウェハとを相対移動させた際に、プローブ針が半導体チップに正しく接触しないプロービングミスが生じるおそれがある。

そこで、特許文献２には、プローブ針を有するプローブカードに温度センサを取り付け、この温度センサの測定結果に基づき、プローブ針と半導体チップとを接触させる際のウェハチャックの高さ位置を補正（微調整）するプローバが開示されている。この特許文献２に記載のプローバでは、プローブカードの温度とプローブ針の高さ方向の変位量との関係を予め求めておくことで、温度センサの測定結果からウェハチャックの高さ位置の補正量を求め、この補正量に基づきプローブ針と半導体チップとの接触時の高さ位置を補正する。

また、特許文献３には、ウェハチャック、プローブカードを保持するカードホルダ、及びカードホルダを保持するヘッドステージにそれぞれ温度センサを取り付け、各温度センサの測定結果に基づき、プローブ針と半導体チップとの接触位置を補正するプローバが開示されている。この特許文献３のプローバでは、ウェハチャック、及びカードホルダの各温度とプローブ針の位置との関係を予め求めて、各温度の変化に伴うプローブ針の位置変化を示す予測モデルを生成する。そして、特許文献３のプローバでは、各温度センサの温度測定結果に基づき、予測モデルを参照することで、プローブ針と半導体チップとの接触位置を補正する。

特開２００５－２２８７８８号公報 特開２００６－１７３２０６号公報 特開２００７－３１１３８９号公報

ところで、プローブカード及びカードホルダは、検査対象の半導体チップの種類に応じて多種多様であり、さらにプローブカード及びカードホルダの交換は検査対象の半導体チップの切り替えに応じて頻繁に行われる。このため、検査対象の半導体チップの切り替えに応じてプローブカード及びカードホルダを交換する毎に、特許文献２及び特許文献３に記載のプローバのようにプローブカード及びカードホルダに温度センサを毎回取り付けることは、検査効率（スループット）が著しく低下するため実際の運用では困難である。

従って、従来ではプローバによる検査中に一定間隔でプローブ針の先端位置の変位を確認していたが、この変位の確認を行う最適な間隔を定めることは容易ではなく、さらにこの確認を行う場合には検査効率が低下するという問題も生じる。

また、特許文献２及び特許文献３のプローバでは、プローブカード及びカードホルダのいずれか一方だけの温度測定を行っている。しかし、プローブカード及びカードホルダは、熱源であるウェハチャックに近い位置にあり、プローブカード及びカードホルダの双方がウェハチャックの熱の影響を受けて変形する。このため、特許文献２及び特許文献３に記載のプローバのように、プローブカード及びカードホルダのいずれか一方だけの温度を変数とした予測モデル等を生成及び参照しても、プローブ針の先端位置の変位を正確に予測することは困難である。従って、既述のプロービングミスが生じる可能性は依然としてある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、プローブ針を半導体チップに効率良く安定して接触させることができるプローバ及びプローブ針の接触方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するためのプローバは、半導体ウェハに形成された複数の半導体チップにプローブ針を接触させるプローバにおいて、半導体ウェハを保持するウェハチャックと、プローブ針を有するプローブカードと、プローブカードの外周を保持して、プローブカードを半導体ウェハに対向させるカードホルダと、半導体ウェハを保持したウェハチャックをプローブ針に対して相対移動させて、半導体ウェハ内の半導体チップにプローブ針を接触させる相対移動部と、カードホルダ及びプローブカードの双方の温度を取得する温度取得部と、半導体チップとプローブ針との接触前に、双方の温度と、双方の熱変形により変位したプローブ針の先端位置との関係を示す予測モデルを参照して、温度取得部の温度取得結果からプローブ針の先端位置を予測する予測部と、予測部が予測したプローブ針の先端位置に基づき、相対移動部を制御して、プローブ針と半導体ウェハとの接触位置を補正する移動制御部と、を備える。

このプローバによれば、カードホルダ及びプローブカードの熱変形に伴うプローブ針の先端位置の変位を正確に予測することができると共に、プローブ針の先端位置の取得を繰り返し行う必要がなくなるので検査効率を向上させることができる。

本発明の他の態様に係るプローバにおいて、ウェハチャックには、ウェハチャックが保持している半導体ウェハの温度を調整する温度調整部が設けられており、相対移動部は、接触位置を順次変えることで、プローブ針が接触する半導体ウェハ内の半導体チップを順次切り替え、温度取得部は、接触位置ごとに接触前の双方の温度を取得し、予測部は、温度取得部による接触位置ごとの温度取得結果に基づき、接触位置ごとに接触前のプローブ針の先端位置を予測し、移動制御部は、予測部による接触位置ごとの予測結果に基づき、相対移動部を制御して、接触位置の補正を接触位置ごとに行う。これにより、時間の経過と共にプローブ針と半導体ウェハ（熱源であるウェハチャック）との接触位置が変わる場合でも、カードホルダ及びプローブカードの熱変形に伴うプローブ針の先端位置の変位を正確に予測することができる。

本発明の他の態様に係るプローバにおいて、予測モデルの生成を行う場合、相対移動部は接触位置を順次変え、且つ温度取得部は接触位置ごとに接触前の双方の温度を取得し、温度取得部にて双方の温度の取得が行われるごとに、プローブ針の先端位置を取得する針位置取得部と、温度取得部による接触位置ごとの温度取得結果と、接触位置ごとの温度取得結果にそれぞれ対応する針位置取得部の針位置取得結果とに基づき、予測モデルを生成する予測モデル生成部と、を備える。これにより、時間の経過と共にプローブ針と半導体ウェハ（熱源であるウェハチャック）との接触位置が変わる場合でも、カードホルダ及びプローブカードの熱変形に伴うプローブ針の先端位置の変位を正確に予測することができる。

本発明の他の態様に係るプローバにおいて、温度取得部は、相対移動部によって双方に対して相対移動自在に保持された温度センサであって、且つ双方の温度を測定する温度センサを有する。これにより、カードホルダ及びプローブカードの双方の温度を定点測定することができる。

本発明の他の態様に係るプローバにおいて、ウェハチャック及び相対移動部を支持するベースと、カードホルダの外周を保持して、カードホルダを介してプローブカードを半導体ウェハに対向させるヘッドステージであって且つ外周が矩形状のヘッドステージと、を備え、ヘッドステージの四隅部が支柱を介してベースに固定されている。

本発明の他の態様に係るプローバにおいて、温度取得部は、双方の温度を非接触で取得する。これにより、効率良く双方の温度を取得することができる。

本発明の目的を達成するためのプローブ針の接触方法は、複数の半導体チップが形成された半導体ウェハを保持するウェハチャックと、プローブ針を有するプローブカードと、プローブカードの外周を保持して、プローブカードを半導体ウェハに対向させるカードホルダと、を備えるプローバのプローブ針を半導体チップに接触させるプローブ針の接触方法において、半導体ウェハを保持したウェハチャックをプローブ針に対して相対移動させて、半導体ウェハ内の半導体チップにプローブ針を接触させる相対移動ステップと、カードホルダ及びプローブカードの双方の温度を取得する温度取得ステップと、半導体チップとプローブ針との接触前に、双方の温度と、各々の熱変形により変位したプローブ針の先端位置との関係を示す予測モデルを参照して、温度取得ステップでの温度取得結果からプローブ針の先端位置を予測する予測ステップと、予測ステップで予測したプローブ針の先端位置に基づき、プローブ針に対する半導体ウェハの接触位置を補正する移動制御ステップと、を有する。

本発明のプローバ及びプローブ針の接触方法は、プローブ針を半導体チップに効率良く安定して接触させることができる。

半導体ウェハに形成された複数の半導体チップの電気的特性を検査するウェハテストシステムに用いられるプローバの概略図である。 プローバの外観斜視図である。 プローバから支柱及びヘッドステージを取り外した状態の斜視図である。 検査対象の半導体ウェハの一例を示した上面図である。 半導体ウェハの検査時のプローブ針と半導体ウェハとの相対移動を説明するための説明図である。 ウェハチャックの温度の影響によるカードホルダ及びプローブカードの熱変形を説明するための説明図である。 ヘッドステージの中心にウェハチャックが位置している状態を説明するための説明図である。 温度センサによるカードホルダ及びプローブカード内の温度測定ポイントの一例を示した説明図である。 プローバの各部を統括制御する制御部の機能を示す機能ブロック図である。 予測モデル生成部による予測モデルの生成の一例を説明するための説明図である。 プローバでの予測モデルの生成処理の流れを示すフローチャートである。 半導体ウェハの半導体チップの電極パッドにプローバのプローブ針を接触させる際の処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態のプローバの効果を説明するための説明図である。 本実施形態のプローバの効果を説明するための説明図である。

［プローバの構成］
図１は、半導体ウェハＷに形成された複数の半導体チップ９（図４参照）の電気的特性を検査するウェハテストシステムに用いられるプローバ１０の概略図である。図１に示すように、プローバ１０は、ベース１２と、Ｙステージ１３と、Ｙ移動部１４と、Ｘステージ１５と、Ｘ移動部１６と、Ｚθステージ１７と、Ｚθ移動部１８と、ウェハチャック２０と、支柱２３（図２参照）と、ヘッドステージ２４（図２参照）と、カードホルダ２５と、プローブカード２６と、ウェハ位置合わせカメラ２９と、上下ステージ３０と、針位置合わせカメラ３１と、クリーニング板３２と、温度センサ３４と、を備える。

ベース１２は、脚部材（図２参照）上に保持され、略平板状である。このベース１２のＺ軸方向上面（以下、単に上面という）には、Ｙ移動部１４を介して略平板状のＹステージ１３がＹ軸方向に移動自在に支持されている。

図２はプローバ１０の外観斜視図である。また、図３はプローバ１０から支柱２３及びヘッドステージ２４を取り外した状態の斜視図である。なお、図３では、図面の煩雑化を防止するため、後述の温度センサ３４の図示は省略している。

図１から図３に示すように、Ｙ移動部１４は、例えば、ベース１２の上面に設けられ且つＹ軸に平行なガイドレールと、Ｙステージ１３のＺ軸方向下面（以下、単に下面という）に設けられ且つガイドレールに係合するスライダと、Ｙステージ１３をＹ軸方向に移動させるモータ等の駆動機構と、を備える。このＹ移動部１４は、ベース１２上でＹステージ１３をＹ軸方向に移動させる。

Ｙステージ１３の上面には、Ｘ移動部１６を介して略平板状のＸステージ１５がＸ軸方向に移動自在に支持されている。Ｘ移動部１６は、例えば、Ｙステージ１３の上面に設けられ且つＸ軸に平行なガイドレールと、Ｘステージ１５の下面に設けられ且つガイドレールに係合するスライダと、Ｘステージ１５をＸ軸方向に移動させるモータ等の駆動機構と、を備える。このＸ移動部１６は、Ｙステージ１３上でＸステージ１５をＸ軸方向に移動させる。

Ｘステージ１５の上面には、Ｚθステージ１７及び上下ステージ３０が設けられている。Ｚθステージ１７にはＺθ移動部１８が設けられている。また、Ｚθステージ１７の上面には、Ｚθ移動部１８を介してウェハチャック２０が保持されている。

Ｚθ移動部１８は、例えば、Ｚθステージ１７の上面をＺ軸方向（上下方向）に移動させる昇降機構と、且つこの上面をＺ軸の軸周りに回転させる回転機構とを有する。このため、Ｚθ移動部１８は、Ｚθステージ１７の上面に保持されているウェハチャック２０をＺ軸方向に移動させると共に、Ｚ軸周りに回転させる。

ウェハチャック２０の上面には、真空吸着等の各種保持方法により半導体ウェハＷが保持される。また、ウェハチャック２０には、その上面に保持している半導体ウェハＷの温度調整を行うための温度調整部２０ａが設けられている。この温度調整部２０ａとしては、例えばヒータ機構、チラー機構、及びヒートポンプ機構などの公知の機構が用いられる。温度調整部２０ａは、半導体チップ９（図４参照）の用途に応じて、ウェハチャック２０に保持されている半導体ウェハＷの温度を調整する。

ウェハチャック２０は、既述のＹステージ１３とＹ移動部１４とＸステージ１５とＸ移動部１６とＺθステージ１７とＺθ移動部１８とを介して、ＸＹＺ軸方向に移動自在に支持されている共に、Ｚ軸の軸周りに回転自在に支持されている。これにより、ウェハチャック２０に保持されている半導体ウェハＷと、後述のプローブ針３５とを相対移動させることができる。すなわち、Ｙステージ１３とＹ移動部１４とＸステージ１５とＸ移動部１６とＺθステージ１７とＺθ移動部１８とは、本発明の相対移動部として機能する。

支柱２３は、Ｙステージ１３、Ｘステージ１５、及びＺθステージ１７（以下、単に各ステージ１３，１５，１７という）等を挟み込むようにベース１２のＸ軸方向両側部に立設されている（図３参照）。そして、支柱２３は、各ステージ１３，１５，１７等の上方位置において、略環状で且つ外周が矩形状のヘッドステージ２４の四隅部を支持（４点支持）する。これにより、ヘッドステージ２４の四隅部が支柱２３を介してベース１２に固定される。

ヘッドステージ２４の略中央部には、プローブカード２６を保持する略環状のカードホルダ２５が保持されている。このヘッドステージ２４はカードホルダ２５の外周を保持し、且つカードホルダ２５はプローブカード２６の外周を保持する。このため、ヘッドステージ２４は、カードホルダ２５を介して、プローブカード２６を半導体ウェハＷに対向する位置に保持する。

カードホルダ２５にはプローブカード２６の外周を保持する保持穴２５ａが形成され、この保持穴２５ａにプローブカード２６が保持される。これにより、プローブカード２６がウェハチャック２０に保持されている半導体ウェハＷに対向する。このプローブカード２６は、検査する半導体チップ９（図４参照）の電極パッド９ａ（図４参照）の配置等に応じて配置されたプローブ針３５を有している。これらカードホルダ２５及びプローブカード２６は、検査する半導体チップ９の種類に応じて交換される。

プローブカード２６には、プローブ針３５に電気的に接続された不図示の接続端子が設けられており、この接続端子には不図示のテスタが接続される。テスタは、プローブカード２６の接続端子、及びプローブ針３５を介して、半導体チップ９（図４参照）の電極パッド９ａ（図４参照）に各種の試験信号を供給すると共に、半導体チップ９の電極パッド９ａから出力される信号を受信及び解析して半導体チップ９が正常に動作するか否かをテストする。なお、テスタの構成及びテスト方法は公知技術であるので詳細な説明は省略する。

ウェハ位置合わせカメラ２９は、ベース１２上に設けられた不図示の支柱によって、プローブカード２６の側方位置で、且つウェハチャック２０よりもＺ軸方向上方側に保持されている。このウェハ位置合わせカメラ２９は、ウェハチャック２０に保持されている半導体ウェハＷの半導体チップ９（図４参照）を撮像する。このウェハ位置合わせカメラ２９にて撮像された撮像画像４８（図９参照）に基づき、検査対象の半導体チップ９の電極パッド９ａ（図４参照）の位置を検出することができる。

上下ステージ３０には、ヘッドステージ２４等に略対向する位置に針位置合わせカメラ３１及びクリーニング板３２が設けられている。また、この上下ステージ３０は、Ｚ軸方向（上下方向）に移動自在な昇降機構（不図示）を有しており、針位置合わせカメラ３１及びクリーニング板３２のＺ軸方向位置を調整することができる。なお、針位置合わせカメラ３１及びクリーニング板３２は、Ｙステージ１３とＹ移動部１４とＸステージ１５とＸ移動部１６と上下ステージ３０とを介して、ＸＹＺ軸方向に移動自在に支持されている。これにより、針位置合わせカメラ３１及びクリーニング板３２と、プローブ針３５とを相対移動させることができる。

針位置合わせカメラ３１は、プローブカード２６のプローブ針３５を撮像する。この針位置合わせカメラ３１にて撮像されたプローブ針３５の撮像画像４９（図９参照）に基づき、プローブ針３５の位置を検出することができる。具体的には、プローブ針３５の先端位置のＸＹ座標は針位置合わせカメラ３１の位置座標から検出され、プローブ針３５の先端位置のＺ座標は針位置合わせカメラ３１の焦点位置から検出される。

クリーニング板３２は、プローブ針３５の先端に付着した削りカス或いは異物等のゴミを除去する。具体的には、プローブ針３５とクリーニング板３２とを接触させた状態で、両者を相対的に移動、振動、又は揺動等することで、プローブ針３５の先端に付着したゴミがクリーニング板３２により除去され、プローブ針３５がクリーニング処理される。

上記構成のプローバ１０で半導体ウェハＷの半導体チップ９（図４参照）の検査を行う場合、針位置合わせカメラ３１がプローブ針３５の下方に位置するように、各ステージ１３，１５，１７を移動させた後、針位置合わせカメラ３１でプローブ針３５を撮像する。この針位置合わせカメラ３１の撮像画像４９（図９参照）に基づき、既述の通りプローブ針３５の先端位置を検出することができる。なお、プローブ針３５の先端位置の検出は、プローブカード２６を交換した場合には必ず行う必要があり、プローブカード２６を交換しない場合でも所定個数の半導体チップ９を検査する毎に適宜行われる。

次いで、ウェハチャック２０に検査する半導体ウェハＷを保持させた状態で、半導体ウェハＷがウェハ位置合わせカメラ２９の下方に位置するように、各ステージ１３，１５，１７を移動させた後、ウェハ位置合わせカメラ２９で半導体ウェハＷの半導体チップ９（図４参照）を撮像する。このウェハ位置合わせカメラ２９の撮像画像４８（図９参照）に基づき、検査対象の半導体チップ９の電極パッド９ａ（図４参照）の位置を検出することができる。なお、１つの半導体チップ９の全ての電極パッド９ａの位置を検出する必要はなく、幾つかの電極パッド９ａの位置を検出すればよい。また、半導体ウェハＷ上のすべての半導体チップ９の電極パッド９ａを検出する必要はなく、幾つかの半導体チップ９の電極パッド９ａの位置を検出すればよい。

図４は、検査対象の半導体ウェハＷの一例を示した上面図である。図５は、半導体ウェハＷの検査時のプローブ針３５と半導体ウェハＷとの相対移動を説明するための説明図である。なお、図４中の括弧付き数字（１）、（２）、（３）、（４）、…は、半導体ウェハＷに対するプローブ針３５の接触位置を示す。また、図５中の符号Ｃは、本実施形態ではプローブカード２６のプローブ針３５の先端の概略位置を示す。

図４及び図５の符号５Ａに示すように、プローブ針３５の位置及び半導体ウェハＷの位置の検出（すなわち双方の相対位置の検出）が完了した後、半導体チップ９の電極パッド９ａ（図５では図示を省略）の配列方向がプローブ針３５の配列方向に一致するように、Ｚθ移動部１８によりウェハチャック２０をＺ軸周りに回転する。次いで、半導体ウェハＷ内で最初に検査する半導体チップ９の電極パッド９ａがプローブ針３５の下に位置するように、Ｙステージ１３及びＸステージ１５を移動させた後、Ｚθステージ１７によりウェハチャック２０を上昇させて、電極パッド９ａをプローブ針３５に接触させる。これにより、プローブ針３５と半導体ウェハＷとが接触位置（１）で接触、すなわちプローブ針３５が最初に検査する半導体チップ９の電極パッド９ａに電気的に接触する。

そして、不図示のテスタにより最初に検査する半導体チップ９の検査が実行されると、図５の符号５Ｂに示すように、半導体ウェハＷ内で２番目に検査する半導体チップ９の電極パッド９ａがプローブ針３５の下に位置するように、Ｙステージ１３及びＸステージ１５を移動させた後、Ｚθステージ１７によりウェハチャック２０を上昇させて、電極パッド９ａをプローブ針３５に接触させる。これにより、プローブ針３５と半導体ウェハＷとが接触位置（２）で接触、すなわちプローブ針３５が２番目に検査する半導体チップ９の電極パッド９ａに電気的に接触し、その後、テスタによる半導体チップ９の検査が実行される。

以下同様にして図５の符号５Ｃに示すように、半導体ウェハＷ内の全ての半導体チップ９の検査が完了するまで、プローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触位置（３）、（４）、…を順次変えることで、プローブ針３５が接触する半導体ウェハＷ内の半導体チップ９を順次切り替える。

なお、各接触位置の数、配置、及び順番（半導体チップ９の検査順番）等を示す接触パターンは、図４及び図５に示した例に限定されるものではなく、任意に変更してもよい。また、本実施形態では、半導体ウェハＷ内の半導体チップ９を１個ずつ検査しているが、検査効率（スループット）の向上のため、複数の半導体チップ９の検査を同時に行うマルチプロービング処理を行ってもよい。この場合には、各接触位置において複数の半導体チップ９の電極パッド９ａにそれぞれプローブ針３５が同時に接触する。

＜カードホルダ及びプローブカードの変形＞
ここで、既述の温度調整部２０ａは、半導体チップ９の用途に応じてウェハチャック２０に保持されている半導体ウェハＷの温度を調整している。この際に、半導体ウェハＷを高温（例えば２００度）或いは低温（例えば－５５度）で検査する場合、カードホルダ２５及びプローブカード２６は、熱源であるウェハチャック２０（温度調整部２０ａ）に近い位置にある。このため、各接触位置においてプローブ針３５と半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）とを接触させると、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方がウェハチャック２０の温度の影響を受ける。

図６は、ウェハチャック２０の温度の影響によるカードホルダ２５及びプローブカード２６の熱変形を説明するための説明図である。この図６ではプローブ針３５の図示は省略している。なお、本明細書でいうカードホルダ２５及びプローブカード２６の熱変形とは、カードホルダ２５及びプローブカード２６がそれぞれ加熱又は冷却により変形することを指す。

図６に示すように、既述の各接触位置においてプローブ針３５と半導体ウェハＷとを接触させた場合に、カードホルダ２５及びプローブカード２６は、ウェハチャック２０の温度の影響を受けることによって熱変形する。

この際に、ウェハチャック２０により近い位置にあるプローブカード２６は、ウェハチャック２０の温度の影響が最も大きくなるので急速に変形する。これに対して、カードホルダ２５は、ウェハチャック２０に対しプローブカード２６よりも離れた位置にあるため、プローブカード２６よりも緩やかに変形し且つプローブカード２６よりも小さな変形量で変形する。このため、カードホルダ２５及びプローブカード２６はそれぞれ異なる速度及び変形量で変形し、この変形に伴いプローブ針３５の先端位置が変位する。

図７は、ヘッドステージ２４の中心にウェハチャック２０が位置している状態を説明するための説明図である。図７に示すように、ヘッドステージ２４の中心にウェハチャック２０が位置している場合、カードホルダ２５及びプローブカード２６の熱は、ヘッドステージ２４を介して４本の支柱２３で吸収されるため、カードホルダ２５及びプローブカード２６の熱分布は双方の中心を基準として略均一になる。その結果、カードホルダ２５及びプローブカード２６は双方の中心を基準として均等に熱変形する。この場合、カードホルダ２５及びプローブカード２６は図６に示したように主としてＺ軸方向に熱変形し、この熱変形に伴いプローブ針３５の先端位置も主としてＺ軸方向に変位する。

しかしながら、既述の図５に示したように、プローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触位置は順次変わるため、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方の温度分布は図７に示したように均一にならず、接触位置が変わるごとに双方の温度分布も変化する。このため、カードホルダ２５及びプローブカード２６は、双方の中心を基準として均等に熱変形せず、Ｚ軸方向のみならずＸＹ軸方向にも熱変形し、さらに接触位置が変わるごとにＸＹ軸方向の変形方向も変化する。

そこで本実施形態では、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方の温度を取得（測定又は検出）し、この双方の温度取得結果に基づきプローブ針３５の変位（変位方向及び変位量）を予測することにより、各接触位置におけるプローブ針３５と半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）との接触位置を補正する。なお、ここでいうプローブ針３５の先端位置の変位には、カードホルダ２５及びプローブカード２６の熱変形に伴うプローブ針３５の実際の変位の他に、ウェハチャック２０の近傍に位置する上下ステージ３０の熱変形に伴う針位置合わせカメラ３１の変位（すなわち、針位置合わせカメラ３１による先端位置の検出誤差）も含まれる。

＜温度センサ＞
図１に戻って、温度センサ３４は、本発明の温度取得部を構成するものであり、カードホルダ２５及びプローブカード２６の半導体ウェハＷ側（ベース１２側）の面に対向する位置に設けられている。具体的に本実施形態では、温度センサ３４がＺθステージ１７の側面と上下ステージ３０の側面とにそれぞれ設けられている。これにより、各ステージ１３，１５，１７，３０を駆動することで、カードホルダ２５及びプローブカード２６に対して温度センサ３４を相対移動することができる。すなわち、温度センサ３４は、各ステージ１３，１５，１７，３０によって、カードホルダ２５及びプローブカード２６に対して相対移動自在に保持されている。

温度センサ３４は、例えば放射エネルギー検出方式を用いた非接触式の温度センサであり、カードホルダ２５及びプローブカード２６の温度を非接触で測定する。

図８は、温度センサ３４によるカードホルダ２５及びプローブカード２６内の温度測定ポイントの一例を示した説明図である。なお、図８では、プローブカード２６のプローブ針３５の図示は省略している。

図８に示すように、温度センサ３４は、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方の温度分布が検出できるように、カードホルダ２５内の複数の温度測定ポイントＰ１と、プローブカード２６内の複数の温度測定ポイントＰ２と、を含む双方の複数箇所の温度を非接触で測定する。なお、図８中の各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２は例示であり、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の位置及び数は適宜変更してもよい。

温度センサ３４は、後述の制御部４０（図９参照）の制御の下、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度測定を行い、その温度測定結果を制御部４０へ出力する。なお、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度測定時には、温度センサ３４が各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を測定可能な温度測定位置に配置されるように、後述の制御部４０（図９参照）の制御の下で各ステージ１３，１５，１７，３０を移動、すなわちカードホルダ２５及びプローブカード２６に対し温度センサ３４を相対移動させる。これにより、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度の定点測定が可能となる。

このような温度センサ３４による各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度測定は、既述の針位置合わせカメラ３１を用いたプローブ針３５の先端位置の検出よりも短時間で実行することができる。

＜制御部の機能＞
図９は、プローバ１０の各部を統括制御する制御部４０の機能を示す機能ブロック図である。なお、図９では、プローブ針３５と半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）との接触制御に係る構成のみを図示し、他の制御に係る構成については公知技術であるため図示を省略している。

図９に示すように、制御部４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等を含む各種の演算部と処理部とメモリ等により構成されている。この制御部４０には、各種の通信インタフェース（不図示）を介して、既述のウェハ位置合わせカメラ２９、針位置合わせカメラ３１、及び温度センサ３４等が接続されている。

制御部４０は、半導体ウェハＷ内の半導体チップ９の電極パッド９ａにプローブ針３５を接触させる場合に、メモリ等から読み出した不図示の制御プログラムを実行することにより、温度取得部４１、針位置取得部４２、予測部４３、予測モデル生成部４４、及び移動制御部４５として機能する。

温度取得部４１は、既述の温度センサ３４と共に本発明の温度取得部を構成する。この温度取得部４１は、温度センサ３４による各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度測定を制御して、温度センサ３４が測定した各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を取得する。

温度取得部４１は、各接触位置（既述の図４及び図５参照）において、プローブ針３５と半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）とが接触する前（以下、単にプローブ針接触前と略す）に、温度センサ３４による各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度測定を実行させる。これにより、接触位置（１）でのプローブ針接触前のタイミングと、接触位置（Ｍ）［Ｍは接触位置の総数よりも小さい自然数］での検査後で且つ次の接触位置（Ｍ＋１）でのプローブ針接触前のタイミングとで、温度センサ３４による各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度測定が実行される。その結果、温度取得部４１は、接触位置ごとに、プローブ針接触前の各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を温度センサ３４から順次取得する。

このような温度取得部４１による各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度の接触位置ごとの取得は、半導体ウェハＷの検査時の他に、後述の予測モデル４７の生成時においても行われる。

また、温度取得部４１は、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果を接触位置ごとに順次取得する度に、新たに取得した温度取得結果を、予測部４３と予測モデル生成部４４とにそれぞれ順次出力する。

針位置取得部４２は、針位置合わせカメラ３１から入力されるプローブ針３５の撮像画像４９に基づき、既述の針位置合わせカメラ３１の位置座標及び焦点位置等を参照して、プローブ針３５の先端位置を取得（検出）する。この針位置取得部４２によるプローブ針３５の先端位置の取得は、半導体ウェハＷの検査時の他に、後述の予測モデル４７の生成時において、温度取得部４１による各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度の取得が行われるごとに実行される。

具体的に針位置取得部４２は、プローブ針３５の先端位置の取得を、接触位置（１）でのプローブ針接触前のタイミングと、接触位置（Ｍ）での検査後で且つ次の接触位置（Ｍ＋１）でのプローブ針接触前のタイミングとにおいて実行する。その結果、針位置取得部４２は、既述の温度取得部４１による接触位置ごとの温度取得に合せて、各温度取得時点でのカードホルダ２５及びプローブカード２６の熱変形によって変位したプローブ針３５の先端位置をそれぞれ取得する。これにより、接触位置ごとの各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度にそれぞれ対応するプローブ針３５の先端位置が取得される。

また、針位置取得部４２は、プローブ針３５の先端位置を接触位置ごとに順次取得する度に、このプローブ針３５の先端位置を示す針位置情報（針位置取得結果）を予測モデル生成部４４と移動制御部４５とにそれぞれ順次出力する。

予測部４３は、各接触位置におけるプローブ針接触前に、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方の熱変形に伴い変位（変動）したプローブ針３５の先端位置を予測する。具体的に予測部４３は、温度取得部４１が順次取得した接触位置ごとの各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果に基づき、予め生成された後述の予測モデル４７を参照してプローブ針３５の先端位置を接触位置ごとに順次予測し、この接触位置ごとの先端位置の予測結果を移動制御部４５へ順次出力する。

予測モデル４７は、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方の各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度と、双方の熱変形により変位したプローブ針３５の先端位置との関係を示す予測式などが用いられる。この予測モデル４７は、製品用の半導体ウェハＷの検査前に、後述の予測モデル生成部４４によって生成される。

図１０は、予測モデル生成部４４による予測モデル４７の生成の一例を説明するための説明図である。図１０に示すように、予測モデル生成部４４は、温度取得部４１から入力される接触位置ごとの各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果と、接触位置ごとの温度取得結果にそれぞれ対応して針位置取得部４２から入力される接触位置ごとのプローブ針３５の針位置情報とに基づき、予測モデル４７を生成する。なお、予測モデル４７の生成時には、製品用の半導体ウェハＷ、或いはこの製品用の半導体ウェハＷと同一の試験用（予測モデル作成用）の半導体ウェハＷを用いて、温度取得部４１による温度取得と、針位置取得部４２による針位置情報の取得と、を行う。

例えば予測モデル生成部４４は、接触位置ごとの各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果及びプローブ針３５の針位置情報に基づき、初期状態［接触位置（１）でのプローブ針接触前の状態］から、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度をそれぞれ変化させた場合のプローブ針３５の先端位置の変位を検出する。そして、予測モデル生成部４４は、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度をそれぞれ変化させた場合のプローブ針３５の先端位置の変位（変位方向及び変位量）を変数として多変量解析を行うことにより、予測モデル４７を生成する。なお、多変量解析の方法は公知技術であるため、具体的な説明は省略する。

また、予測モデル生成部４４は、生成した予測モデル４７を既述の予測部４３或いは不図示のメモリ等に出力する。これにより、予測部４３は、予測モデル４７を参照することで、カードホルダ２５及びプローブカード２６の各々の各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の現在の温度から、現在のプローブ針３５の先端位置を予測することができる。

なお、予測モデル４７は、プローバ１０の製造メーカ或いはプローバ１０のユーザによって、カードホルダ２５及びプローブカード２６の種類ごとに生成される。また、同一種類のカードホルダ２５及びプローブカード２６であっても、既述の接触パターンが複数存在する場合には、接触パターンごとに予測モデル４７が生成される。

図９に戻って、移動制御部４５は、Ｙ移動部１４、Ｘ移動部１６、及びＺθ移動部１８を駆動制御することにより、各ステージ１３，１５，１７の移動を制御する。この移動制御部４５は、ウェハ位置合わせカメラ２９から入力された半導体チップ９の撮像画像４８に基づき、ウェハチャック２０に保持されている半導体ウェハＷの半導体チップ９の電極パッド９ａの位置を取得する。また、移動制御部４５は、針位置取得部４２から取得した針位置情報に基づき、プローブ針３５の位置を取得する。

そして、移動制御部４５は、既述の予測モデル４７の生成時には、電極パッド９ａ及びプローブ針３５の双方の位置検出結果に基づき、各移動部１４，１６，１８を駆動制御して、予め定めた接触パターン（図５参照）に従って、プローブ針３５に対してウェハチャック２０（半導体ウェハＷ）を相対移動させる。これにより、プローブ針３５と半導体ウェハＷとが接触位置ごとに順番に接触される。なお、各接触位置でのプローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触時間は、製品用の半導体ウェハＷ（半導体チップ９）の検査に要する検査時間と同じ時間である。

一方、移動制御部４５は、製品用の半導体ウェハＷの検査時においても予測モデル４７の生成時と基本的に同様に、予め定めた接触パターンに従ってプローブ針３５に対して半導体ウェハＷを相対移動させることで、プローブ針３５と半導体ウェハＷとを接触位置ごとに順番に接触させる。

この際に、移動制御部４５は、既述の予測部４３が接触位置ごとにプローブ針接触前にそれぞれ予測したプローブ針３５の先端位置の予測結果に基づき、各移動部１４，１６，１８を駆動制御して、接触位置ごとにプローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触位置の補正を行う。これにより、カードホルダ２５及びプローブカード２６の熱変形によりプローブ針３５の先端位置が変位した場合であっても、この変位後の先端位置に対応した補正後の各接触位置でプローブ針３５と半導体ウェハＷとをそれぞれ接触させることができる。

［本実施形態のプローバの作用］
次に、図１１及び図１２を用いて上記構成のプローバ１０の作用について説明を行う。図１１はプローバ１０での予測モデル４７の生成処理の流れを示すフローチャートである。また、図１２は半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）にプローバ１０のプローブ針３５を接触させる際の処理（本発明のプローブ針の接触方法）の流れを示すフローチャートである。

＜予測モデル生成＞
図１１に示すように、検査する半導体ウェハＷの半導体チップ９に対応してカードホルダ２５及びプローブカード２６の交換を行い、この交換後のカードホルダ２５及びプローブカード２６の種類と接触パターンとの双方に対応した予測モデル４７が存在していない場合、検査に先立って予測モデル４７の生成が行われる。なお、この場合には、ウェハチャック２０に製品用の半導体ウェハＷ、或いはこれと同一の試験用の半導体ウェハＷが保持される。

次いで、ユーザ或いはメーカのオペレータ等が不図示の操作部で予測モデル４７の生成開始操作を行うと、プローブ針３５と半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）との相対位置を検出するウェハアライメントが開始される。最初に移動制御部４５は、各移動部１４，１６，１８を駆動制御して、針位置合わせカメラ３１がプローブ針３５の下方に位置するように各ステージ１３，１５，１７を移動させる。

この移動が完了すると、針位置合わせカメラ３１によるプローブ針３５の撮像が実行されて、針位置合わせカメラ３１から針位置取得部４２へプローブ針３５の撮像画像４９が出力される。これにより、針位置取得部４２は、プローブ針３５の撮像画像４９等に基づきプローブ針３５の先端位置を取得し、この先端位置を示すプローブ針３５の針位置情報を移動制御部４５へ出力する。

次いで、移動制御部４５は、各移動部１４，１６，１８を駆動制御して、各ステージ１３，１５，１７を移動させることにより、半導体ウェハＷがウェハ位置合わせカメラ２９の下方に位置するようにウェハチャック２０の移動を行う。

この移動が完了すると、ウェハ位置合わせカメラ２９による半導体ウェハＷの半導体チップ９の撮像が実行されて、ウェハ位置合わせカメラ２９から移動制御部４５へ半導体チップ９の撮像画像４８が出力される。そして、移動制御部４５は、半導体チップ９の撮像画像４８に基づき、検査対象の半導体チップ９の電極パッド９ａの位置を検出する。これにより、プローブ針３５と半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）との相対位置が検出され、ウェハアライメントが完了する（ステップＳ１）。

このウェハアライメントが完了すると、移動制御部４５は、半導体チップ９の電極パッド９ａの配列方向がプローブ針３５の配列方向に一致するように、Ｚθ移動部１８によりウェハチャック２０をＺ軸周りに回転させる。

次いで、移動制御部４５は、各ステージ１３，１５，１７，３０を駆動して、カードホルダ２５及びプローブカード２６に対し温度センサ３４を相対移動させ、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を測定可能な温度測定位置に温度センサ３４を配置する。この温度センサ３４の配置が完了すると、温度取得部４１は、温度センサ３４に各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度の測定を実行させて、温度センサ３４から各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を取得した後、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果を予測モデル生成部４４へ出力する（ステップＳ２）。

温度取得部４１による温度取得等が完了すると、移動制御部４５は、各移動部１４，１６，１８を駆動制御して、針位置合わせカメラ３１がプローブ針３５の下方に位置するように各ステージ１３，１５，１７を移動させる。

この移動が完了すると、針位置合わせカメラ３１によるプローブ針３５の撮像が実行されて、針位置合わせカメラ３１から針位置取得部４２へプローブ針３５の撮像画像４９が出力される。これにより、針位置取得部４２は、プローブ針３５の撮像画像４９等に基づきプローブ針３５の先端位置を取得し、この先端位置を示すプローブ針３５の針位置情報を予測モデル生成部４４へ出力する（ステップＳ３）。これにより、初期状態［接触位置（１）でのプローブ針接触前］での各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度、及びプローブ針３５の先端位置の取得が完了する。

次いで、移動制御部４５は、予め定めた接触パターンに従って各ステージ１３，１５，１７を駆動して、プローブ針３５に対して半導体ウェハＷ（ウェハチャック２０）を相対移動させることにより、プローブ針３５と半導体ウェハＷとを接触位置（１）で接触させる（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６）。なお、図中のＮは［１≦Ｎ≦接触位置の総数］を満たす自然数である。

そして、プローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触時間が製品用の半導体ウェハＷ（半導体チップ９）の検査に要する検査時間と同時間に到達、すなわち検査時間が経過すると（ステップＳ７）、移動制御部４５は、各ステージ１３，１５，１７，３０を駆動して既述の温度測定位置に温度センサ３４を配置する。

この温度センサ３４の配置が完了すると、温度取得部４１は、温度センサ３４に各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度の測定を実行させ、温度センサ３４から各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を取得する（ステップＳ８）。これにより、接触位置（２）でのプローブ針接触前の状態、すなわち接触位置（１）でのプローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触後（以下、プローブ針接触後という）の状態における各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度が取得される。そして、温度取得部４１は、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果を予測モデル生成部４４へ出力する。

温度取得部４１による温度取得等が完了すると、移動制御部４５による針位置合わせカメラ３１の移動と、針位置合わせカメラ３１によるプローブ針３５の撮像と、針位置取得部４２による針位置情報の取得とが実行される（ステップＳ９）。これにより、接触位置（２）でのプローブ針接触前の状態、すなわち接触位置（１）でのプローブ針接触後の状態におけるプローブ針３５の先端位置が取得される。その結果、接触位置（１）での接触によりカードホルダ２５及びプローブカード２６が熱変形しても、この熱変形によって変位したプローブ針３５の先端位置を取得することができる。そして、針位置取得部４２は、取得した針位置情報を予測モデル生成部４４へ出力する。

以下、最終接触位置でのプローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触が完了するまで、既述のステップＳ５からステップＳ９までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ１０，Ｓ１１）。これにより、接触位置（Ｎ）でのプローブ針接触前の状態、すなわち接触位置（Ｎ－１）でのプローブ針接触後の状態における各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得と、プローブ針３５の先端位置の取得とが繰り返し実行される。これにより、予測モデル生成部４４には、接触位置（Ｎ）ごとの温度取得結果及び針位置情報が入力される。

次いで、予測モデル生成部４４は、接触位置（Ｎ）ごとの温度取得結果及び針位置情報に基づき公知の多変量解析等を行うことにより予測モデル４７を生成し、この予測モデル４７を予測部４３へ出力する（ステップＳ１２）。これにより、予測部４３に予測モデル４７が格納され、プローバ１０における製品用の半導体ウェハＷの検査準備が完了する。

なお、交換後のカードホルダ２５及びプローブカード２６の種類と接触パターンとの双方に対応した予測モデル４７がプローバ１０において既に生成されている場合には、上述の予測モデル４７の生成は省略できる。

＜半導体ウェハの検査＞
図１２に示すように、予測部４３による予測モデル４７の取得が完了すると、製品用の半導体ウェハＷの検査が実行可能になる。最初に、予測モデル４７に対応した製品用の半導体ウェハＷがウェハチャック２０に保持される。次いで、ユーザが不図示の操作部で検査開始操作を行うと、既述の予測モデル４７の生成時と同様にウェハアライメントが実行される（ステップＳ２１）。

次いで、接触位置（１）においてプローブ針３５と半導体ウェハＷ（半導体チップ９の電極パッド９ａ）とを接触させる前に（ステップＳ２２）、移動制御部４５は、各ステージ１３，１５，１７，３０を駆動して、既述の温度測定位置に温度センサ３４を配置する。この配置が完了すると、温度取得部４１は、温度センサ３４に各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度の測定を実行させ、温度センサ３４から各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を取得する（ステップＳ２３、本発明の温度取得ステップに相当）。これにより、温度取得部４１は、既述の初期状態での各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を取得し、この温度取得結果を予測部４３へ出力する。

温度取得部４１から温度取得結果の入力を受けた予測部４３は、接触位置（１）でのプローブ針接触前に、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果に基づき、予測モデル４７を参照して現在のプローブ針３５の先端位置を予測し、この予測結果を移動制御部４５へ出力する（ステップＳ２４，Ｓ２５、本発明の予測ステップに相当）。

予測部４３から予測結果の入力を受けた移動制御部４５は、この予測結果に基づき既述の接触パターンで規定されている接触位置（１）を補正する。そして、移動制御部４５は、補正後の接触位置（１）に基づき、各移動部１４，１６，１８を駆動制御して、プローブ針３５に対して半導体ウェハＷを相対移動させることにより、プローブ針３５と半導体ウェハＷとを補正した接触位置（１）で接触させる（ステップＳ２６，Ｓ２７、本発明の相対移動ステップ及び移動制御ステップに相当）。

次いで、不図示のテスタにより補正後の接触位置（１）でプローブ針３５と接触している半導体チップ９の検査が実行される。そして、既述の検査時間が経過すると、接触位置（２）においてプローブ針３５と半導体ウェハＷとを接触させる前に、移動制御部４５は、各ステージ１３，１５，１７，３０を駆動して既述の温度測定位置に温度センサ３４を配置する（ステップＳ２８，Ｓ２９，Ｓ３０）。

温度センサ３４の配置が完了すると、既述の温度取得部４１よる各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得と、予測部４３による予測モデル４７の参照及びプローブ針３５の先端位置の予測と、が繰り返し実行される（ステップＳ２３からステップＳ２５）。これにより、接触位置（２）でのプローブ針接触前の状態、すなわち接触位置（１）でのプローブ針接触後の状態における各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度が取得される。そして、この取得した温度に基づき、接触位置（１）での接触に伴うカードホルダ２５及びプローブカード２６の熱変形によって変位したプローブ針３５の先端位置が予測される。

ここで、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得は、針位置合わせカメラ３１を用いたプローブ針３５の先端位置の取得よりも短時間で行うことができる。このため、針位置合わせカメラ３１を用いて接触位置（Ｎ）ごとにプローブ針３５の先端位置を取得する場合よりも検査効率を大幅に向上させることができる。

そして、移動制御部４５は、予測部４３による予測結果に基づき既述の接触パターンで規定されている接触位置（２）を補正した後、この補正後の接触位置（２）に基づき、各移動部１４，１６，１８を駆動制御して、プローブ針３５と半導体ウェハＷとを補正した接触位置（２）で接触させる（ステップＳ２６，Ｓ２７）。

次いで、不図示のテスタにより補正後の接触位置（２）においてプローブ針３５と接触している半導体チップ９の検査が実行される。

以下、最終接触位置でのプローブ針３５と半導体ウェハＷとの接触が完了するまで、既述のステップＳ２３からステップＳ２８までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ２９，Ｓ３０）。これにより、接触位置（Ｎ）でのプローブ針接触前の状態、すなわち接触位置（Ｎ－１）でのプローブ針接触後の状態における各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得と、プローブ針３５の先端位置の予測とがそれぞれ実行される。そして、接触位置（Ｎ）の補正と、補正後の接触位置（Ｎ）でのプローブ針３５及び半導体ウェハＷの接触と、不図示のテスタによる検査と、が実行される。

［本実施形態のプローバの効果］
図１３及び図１４は、本実施形態のプローバ１０の効果を説明するための説明図である。ここで、図１３及び図１４の「本実施例」は、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方の温度を変数とする本実施形態の予測モデル４７に基づき予測した接触位置ごとのプローブ針３５の先端位置を示す。また、両図の「比較例」は、カードホルダ２５のみの温度を変数とする比較例の予測モデル（不図示）に基づき予測した接触位置ごとのプローブ針３５の先端位置を示す。さらに、両図の「実測値」は、針位置合わせカメラ３１等を用いて取得された接触位置ごとのプローブ針３５の先端位置の実測値を示す。

図１３及び図１４の横軸は、プローバ１０における半導体ウェハＷの検査開始から検査終了までの時間であり、既述の接触パターンで規定された各接触位置［接触位置（１）、（２）、…］に対応している。また、両図の縦軸は、各接触位置（各接触位置に対応する時間）でのプローブ針３５の初期状態からの変位量を示す。なお、図面の煩雑化を防止するため、プローブ針３５の変位方向については記載を省略している。また、図１４では、接触位置ごとに、「本実施例」及び「比較例」の双方の変位量をそれぞれ「実測値」の変位量で正規化している。

図１３及び図１４に示すように、「本実施例」の方が「比較例」よりも「実測値」に近づくことが確認された。これにより、カードホルダ２５及びプローブカード２６の各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果に基づき、カードホルダ２５及びプローブカード２６の双方の温度を変数とする予測モデル４７を参照することによって、接触位置ごとのプローブ針接触前のプローブ針３５の先端位置を実測値に近い値で予測することができる。このように本実施形態では、プローブ針３５の先端位置の変位を正確に予測することができるので、プロービングミスの発生を確実に防止することができる。

この際に、特に本実施形態では、製品用の半導体ウェハＷの検査時と同一の条件（接触パターン）で、カードホルダ２５及びプローブカード２６の各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得と、プローブ針３５の先端位置取得とを行って生成した予測モデル４７を用いるので、より実測値に近いプローブ針３５の先端位置の変位を予測することができる。

また、本実施形態では、製品用の半導体ウェハＷの検査時に針位置合わせカメラ３１を用いたプローブ針３５の先端位置の取得を繰り返し行う必要がなく、この先端位置の取得よりも短時間で可能な各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得を行うだけでよいので、検査時間を短縮することができる。その結果、検査効率を向上させることができる。

さらに本実施形態では、非接触式の温度センサ３４を用いるため、カードホルダ２５及びプローブカード２６を交換する度に、交換後のカードホルダ２５及びプローブカード２６に接触式の温度センサを設ける必要が無くなり、その結果、検査効率を向上させることができる。

以上のように本実施形態のプローバ１０では、カードホルダ２５及びプローブカード２６の各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度取得結果に基づき、予測モデル４７を参照してプローブ針３５の先端位置の変位を予測することによって、プローブ針３５を半導体チップ９に効率良く安定して接触させることができる。

［その他］
上記実施形態では、Ｚθステージ１７及び上下ステージ３０の２箇所に非接触式の温度センサ３４を設けているが、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を測定可能であれば温度センサ３４の設置数及び設置位置は適宜変更してもよい。なお、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の定点測定を行うためには、プローブ針３５に対して温度センサ３４を相対移動させることができるように、各ステージ１３，１５，１７，３０のいずれかに温度センサ３４を設けることが好ましい。

上記実施形態では、非接触式の温度センサ３４を用いて各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を取得しているが、例えば温度取得時に接触式の温度センサを各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２に接触させることによって、各温度測定ポイントＰ１，Ｐ２の温度を取得してもよい。

上記実施形態では、プローバ１０で予測モデル４７の生成を行っているが、プローバ１０のメーカ或いは別の場所に設置されているプローバ１０において所望の予測モデル４７が既に生成されている場合、インターネット或いは各種の記録媒体を介して予測モデル４７の取得を行ってもよい。

上記実施形態では、針位置合わせカメラ３１によって撮像されたプローブ針３５の撮像画像４９に基づきプローブ針３５の位置を取得しているが、プローブ針３５の位置の取得方法は特に限定されるものではなく、公知の取得方法を採用してもよい。

なお、半導体ウェハＷとプローブ針３５と相対移動させる相対移動部の構成は、上記各実施形態で示した構成に限定されるものではなく、公知の各種構成を採用することができる。

９…半導体チップ，９ａ…電極パッド，１０…プローバ，１３…Ｙステージ，１４…Ｙ移動部，１５…Ｘステージ，１６…Ｘ移動部，１７…Ｚθステージ，１８…Ｚθ移動部，２０…ウェハチャック，２４…ヘッドステージ，２６…プローブカード，３１…針位置合わせカメラ，３２…クリーニング板，３４…温度センサ，３５…プローブ針，４０…制御部，４１…温度取得部，４２…針位置取得部，４３…予測部，４４…予測モデル生成部，４５…移動制御部，４７…予測モデル，４８，４９…撮像画像，Ｗ…半導体ウェハ

Claims (2)

1. 半導体ウェハに形成された複数の半導体チップにプローブ針を接触させるプローバにおいて、
   前記半導体ウェハを保持するウェハチャックと、
   前記プローブ針を有するプローブカードと、
   前記プローブカードの外周を保持して、前記プローブカードを前記半導体ウェハに対向させるカードホルダと、
   前記半導体ウェハを保持した前記ウェハチャックを前記プローブ針に対して相対移動させて、前記半導体ウェハ内の前記半導体チップに前記プローブ針を接触させる相対移動部と、
   前記カードホルダ及び前記プローブカードの双方の温度を取得する温度取得部と、
   前記半導体チップと前記プローブ針との接触前に、前記双方の温度と、前記双方の熱変形により変位した前記プローブ針の先端位置との関係を示す予測モデルを参照して、前記温度取得部の温度取得結果から前記プローブ針の先端位置を予測する予測部と、
   前記予測部が予測した前記プローブ針の先端位置に基づき、前記相対移動部を制御して、前記プローブ針と前記半導体ウェハとの接触位置を補正する移動制御部と、
   を備えるプローバ。
2. 複数の半導体チップが形成された半導体ウェハを保持するウェハチャックと、プローブ針を有するプローブカードと、前記プローブカードの外周を保持して、前記プローブカードを前記半導体ウェハに対向させるカードホルダと、を備えるプローバの前記プローブ針を前記半導体チップに接触させるプローブ針の接触方法において、
   前記半導体ウェハを保持した前記ウェハチャックを前記プローブ針に対して相対移動させて、前記半導体ウェハ内の前記半導体チップに前記プローブ針を接触させる相対移動ステップと、
   前記カードホルダ及び前記プローブカードの双方の温度を取得する温度取得ステップと、
   前記半導体チップと前記プローブ針との接触前に、前記双方の温度と、前記双方の熱変形により変位した前記プローブ針の先端位置との関係を示す予測モデルを参照して、前記温度取得ステップでの温度取得結果から前記プローブ針の先端位置を予測する予測ステップと、
   前記予測ステップで予測した前記プローブ針の先端位置に基づき、前記プローブ針に対する前記半導体ウェハの接触位置を補正する移動制御ステップと、
   を有するプローブ針の接触方法。

Images