[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。