TWI834180B - 探針器控制裝置、探針器控制方法及探針器 - Google Patents

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Abstract

提供一種可更正確地預測探針之前端位置的探針器控制裝置、探針器控制方法及探針器。在使探針接觸於半導體晶片的探針器控制裝置中具備：輸入資料取得部，其取得輸入資料，該輸入資料包含探針卡及探針卡保持器之至少一者的溫度資料；預測部，其根據輸入資料取得部取得的輸入資料，使用以輸入資料作為輸入且探針之前端位置作為輸出的預測模型，預測探針的前端位置；及決定部，其於預測部進行預測前，根據作為教導資料使用於預測模型之機器學習的輸入資料、及輸入資料取得部取得的輸入資料，決定可否執行預測部的預測。

Description

探針器控制裝置、探針器控制方法及探針器
本發明係關於一種探針器之探針器控制裝置、探針器控制方法及探針器，其用以檢查形成於晶圓之半導體晶片的電氣特性。
於晶圓之表面形成有複數個半導體晶片，這些半導體晶片具有相同的電性元件電路。各半導體晶片係在藉由切割機分別被切割成為一個一個的晶片之前，藉由晶圓測試系統檢查電氣特性。該晶圓測試系統具備探針器及測試器(參照專利文獻1至專利文獻4)。
探針器係於將晶圓保持於晶圓吸盤上的狀態下，藉由使具有探針的探針卡與晶圓吸盤相對移動，以使探針與半導體晶片的電極焊墊電性接觸(接觸)。測試器經由連接於探針的端子朝半導體晶片提供各種試驗信號，並且接收及分析從半導體晶片輸出的信號，以測試半導體晶片是否正常動作。
半導體晶片係使用於廣泛之用途，且於寬闊之溫度範圍內使用。因此，半導體晶片之檢查需要於例如室溫(常溫)、高溫及低溫下進行。因此，於探針器的晶圓吸盤設置有例如加熱器機構、冷卻循環機構、熱泵機構等溫度調整部，藉由該溫度調整部對保持於晶圓吸盤上的晶圓進行加熱或冷卻。
此時，探針器之除晶圓吸盤以外的各部分的溫度，也以接近晶圓吸盤之溫度的方式逐漸變化。因此，各部分因加熱引起的熱膨脹或因冷卻收縮而變形，伴隨該變形，探針與半導體晶片的相對位置也變化。其結果，當為了進行半導體晶片之檢查而使探針與晶圓相對移動時，會有產生探針未能正確地接觸半導體晶片的檢測錯誤之虞。
因此，於專利文獻1揭示有一種探針器，係在具有探針的探針卡安裝溫度感測器，且根據該溫度感測器的測定結果，校正使探針與半導體晶片接觸時之晶圓吸盤的高度位置。於該專利文獻1記載的探針器中，藉由預先求得探針卡之溫度與探針的高度方向之位移量的關係，可根據溫度感測器之測定結果求出晶圓吸盤的高度位置的校正量。
於專利文獻2揭示有一種探針器，係在探針卡及X方向移動工作台設置溫度感測器，且於根據溫度感測器之測定結果而使探針器之既定部位的溫度穩定的狀態下，使探針與半導體晶片接觸。根據該專利文獻2記載的探針器，可縮短預先加熱晶圓及探針卡等的預加熱時間。
於專利文獻3揭示有一種探針器，係於晶圓吸盤、保持探針卡的探針卡保持器、及保持探針卡保持器的頭部工作台分別安裝溫度感測器，且根據各溫度感測器的測定結果，校正探針與半導體晶片的接觸位置。於該專利文獻3的探針器中，藉由預先求出晶圓吸盤、及探針卡保持器之各溫度與探針的位置之關係，生成顯示探針伴隨各溫度的變化而位置變化的預測模型。藉此，專利文獻3的探針可根據各溫度感測器的溫度測定結果，且參照預測模型，校正探針與半導體晶片的接觸位置。
專利文獻4揭示有一種探針器，係對探針卡及探針卡保持器雙方進行溫度測定，且根據雙方的溫度測定結果，參照顯示雙方之溫度、與因雙方之熱變形而位移的探針之前端位置的關係的預測模型，預測探針的前端位置。根據該專利文獻4記載的探針器，可高效且穩定地使探針接觸於半導體晶片。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2006-173206號公報 專利文獻2：日本特開2005-228788號公報 專利文獻3：日本特開2007-311389號公報 專利文獻4：日本特開2018-117095號公報
[發明欲解決之課題]
於前述專利文獻3及專利文獻4記載的探針器中雖預先生成預測模型，但在如晶圓吸盤剛發生溫度變化等那樣探針器內之溫度不穩定的狀態下生成預測模型的情況下，會在根據預測模型預測的探針之前端位置的預測值與探針的前端位置的實測值之間產生背離。其結果，有產生檢測錯誤之虞。因此，於此情況下，需要長時間持續生成(學習)預測模型迄至探針器內之溫度穩定為止。
此外，即使使用了在探針器內之溫度穩定的狀態下生成的預測模型，在經過長時間而產生溫度感測器之漂移、或者探針之前端位置伴隨於探針內未進行溫度測定之部位的溫度變動而產生位移的情況下，亦有在探針之前端位置的預測值與實測值之間產生背離之虞。
爰此，本發明之目的在於，提供一種探針器控制裝置、探針器控制方法及探針器，其可更正確地預測探針之前端位置。 [用以解決課題之手段]
為了達成本發明之目的，一種探針器控制裝置，係驅動探針器之相對移動部而使探針接觸於半導體晶片，該探針器具備：晶圓吸盤，其保持形成有複數個半導體晶片的晶圓；探針卡，其具有探針；探針卡保持器，其保持探針卡的外周，且使探針卡與晶圓相對向；及相對移動部，其使晶圓吸盤對探針相對移動；該探針器控制裝置具備：輸入資料取得部，其取得輸入資料，該輸入資料包含探針卡及探針卡保持器之至少一者的溫度資料；預測部，其根據輸入資料取得部取得的輸入資料，使用以輸入資料作為輸入且探針之前端位置作為輸出的預測模型，預測探針的前端位置；及決定部，其於預測部進行預測前，根據作為教導資料使用於預測模型之機器學習的輸入資料、及輸入資料取得部取得的輸入資料，決定可否執行利用預測部的預測。
根據該探針器控制裝置，可於預測部進行預測前，判定於該預測中使用之預測模型是否可根據現在的輸入資料預測正確之探針的前端位置。
於本發明之另一態樣的探針器控制裝置中，決定部進行以下之處理：按照輸入資料之每個參數，運算輸入資料取得部取得的輸入資料與作為教導資料使用之輸入資料的差分；及按照每個參數運算差分之平方和的平方根，且根據於每個參數之差分之平方和的平方根中是否至少有一個成為預定之一定範圍內者，來判定可否執行利用預測部的預測。
於本發明之另一態樣的探針器控制裝置中，具備：針位置取得部，其取得探針的前端位置；及再學習部，其使用教導資料，使預測模型進行再學習，該教導資料中加入了輸入資料取得部取得之輸入資料及針位置取得部取得的探針之前端位置；於決定部決定為否的情況下，針位置取得部、再學習部、輸入資料取得部及決定部反復動作迄至決定部決定為可為止。藉此，可正確地預測探針的位置。
於本發明之另一態樣的探針器控制裝置中，再學習部係從教導資料中將最舊之輸入資料及與輸入資料對應的探針的前端位置排除後，再根據教導資料執行預測模型的再學習。藉此，可降低輸入資料取得部(溫度感測器)之漂移的影響。
於本發明之另一態樣的探針器控制裝置中，具有移動控制部，其根據預測部所預測之探針的前端位置，控制相對移動部，使探針與半導體晶片接觸，於決定部決定為可的情況下，預測部預測探針的前端位置。藉此，可正確地使探針與半導體晶片接觸。
於本發明之另一態樣的探針器控制裝置中，輸入資料取得部，除了溫度資料外，還取得對準資料作為輸入資料，該對準資料包含半導體晶片的晶片尺寸、晶圓的位置、及用於半導體晶片之檢測的第一相機及用於探針之檢測的第二相機的位置關係中的至少任一者。
用以達成本發明之目的的探針器為具備：晶圓吸盤，其保持形成有複數個半導體晶片的晶圓；探針卡，其具有探針；探針卡保持器，其保持探針卡的外周，且使探針卡與晶圓相對向；相對移動部，其使晶圓吸盤對探針相對移動；及前述的探針器控制裝置。
用以達成本發明之目的的探針器控制方法為，驅動探針器之相對移動部而使探針接觸於半導體晶片之探針器控制方法，該探針器具備：晶圓吸盤，其保持形成有複數個半導體晶片的晶圓；探針卡，其具有探針；探針卡保持器，其保持探針卡的外周，且使探針卡與晶圓相對向；及相對移動部，其使晶圓吸盤對探針相對移動；其中，該探針器控制方法包含以下之步驟：輸入資料取得步驟，其取得輸入資料，該輸入資料包含探針卡及探針卡保持器之至少一者的溫度資料；預測步驟，其根據於輸入資料取得步驟中取得的輸入資料，使用以輸入資料作為輸入且探針之前端位置作為輸出的預測模型，預測探針的前端位置；及決定步驟，其於預測步驟之前，根據作為教導資料使用於預測模型之機器學習的輸入資料、及於輸入資料取得步驟中取得的輸入資料，決定可否執行預測步驟。 [發明之效果]
本發明可更正確地預測探針的前端位置。
[探針器之構成] 圖1為用於晶圓測試系統之探針器10的示意圖，該晶圓測試系統係檢查形成於晶圓W之複數個半導體晶片9(參照圖3)的電氣特性。圖2為探針器10之外觀立體圖。
如圖1及圖2所示，探針器10，具有底座12、Y工作台13、Y移動部14、X工作台15、X移動部16、Zθ工作台17、Zθ移動部18、晶圓吸盤20、支柱23(參照圖2)、頭部工作台24(參照圖2)、探針卡保持器25、探針卡26、晶圓對位相機(Align Camera)29、上下工作台30、針對位相機31、無塵板32及溫度感測器34。再者，探針器10之外觀構成不限於圖1及圖2所示的例子，可適宜變更。
於底座12之上面，藉由Y移動部14可朝Y軸方向移動自如地支撐Y工作台13。
Y移動部14，例如具備設於底座12上面且與Y軸平行的導軌、設於Y工作台13下面且與導軌繫合的滑塊、及使Y工作台13朝Y軸方向移動的馬達等之致動器。該Y移動部14係於底座12上使Y工作台13沿Y軸方向移動。
於Y工作台13的上面，藉由X移動部16可朝X軸方向移動自如地支撐X工作台15。X移動部16，例如具有設於Y工作台13上面且與X軸平行的導軌、設於X工作台15下面且與導軌繫合的滑塊、及使X工作台15朝X軸方向移動的馬達等之致動器。該X移動部16係於Y工作台13上使X工作台15沿X軸方向移動。
於X工作台15之上面設置有Zθ工作台17及上下工作台30。於Zθ工作台17設置有Zθ移動部18。此外，於Zθ工作台17之上面，隔著Zθ移動部18保持有晶圓吸盤20。
Zθ移動部18，例如具有使Zθ工作台17朝Z軸方向(上下方向)移動的升降機構、及使Zθ工作台17繞Z軸旋轉的旋轉機構。因此，Zθ移動部18係使保持於Zθ工作台17上面之晶圓吸盤20朝Z軸方向移動並且繞Z軸旋轉。
於晶圓吸盤20之上面，藉由真空吸附等之各種保持方法保持晶圓W。此外，於晶圓吸盤20設置有用以進行晶圓W之溫度調整的溫度調整部20a。作為該溫度調整部20a，例如可使用加熱器機構、冷卻循環機構及熱泵機構等之公知的機構。溫度調整部20a係調整保持於晶圓吸盤20之晶圓W的溫度。
晶圓吸盤20係隔著所述的Y工作台13、Y移動部14、X工作台15、X移動部16、Zθ工作台17及Zθ移動部18，被支撐為可朝XYZ軸方向移動自如，並且被支撐為可繞Z軸旋轉自如。藉此，可使保持於晶圓吸盤20之晶圓W與後述的探針35相對移動。即，Y工作台13及Y移動部14、X工作台15及X移動部16、及Zθ工作台17及Zθ移動部18係發揮作為本發明之相對移動部之功能。
圖3為保持於晶圓吸盤20之晶圓W的俯視圖。如圖3所示，於晶圓W形成有複數個半導體晶片9。此外，於各半導體晶片9形成有複數個電極焊墊9a。
返回圖1及圖2，支柱23係設於底座12的上面，且於Y工作台13、X工作台15及Zθ工作台17(以下，簡稱為各工作台13、15、17)的上方位置支撐頭部工作台24。藉此，頭部工作台24隔著支柱23被固定於底座12上。
於頭部工作台24之中央部保持有探針卡保持器25。於探針卡保持器25形成有保持探針卡26之外周的保持孔25a，於該保持孔25a保持探針卡26。藉此，探針卡26隔著頭部工作台24及探針卡保持器25被保持於與晶圓W相對向的位置。
探針卡26具有探針35，該探針35係因應於檢查對象之半導體晶片9的電極焊墊9a之配置等而配置。這些探針卡保持器25及探針卡26可因應於半導體晶片9的種類進行交換。
於探針卡26設置有與探針35電性連接之未圖示的連接端子，且該連接端子與未圖示的測試器連接。測試器經由探針卡26之連接端子及探針35對半導體晶片9的電極焊墊9a供給各種試驗信號，並且接收及分析從電極焊墊9a輸出的信號以測試半導體晶片9是否正常動作。再者，由於測試器之構成及測試方法屬於公知技術，因此省略詳細說明。
晶圓對位相機29相當於本發明之第一相機，其對保持於晶圓吸盤20之晶圓W的半導體晶片9進行攝影。根據藉由該晶圓對位相機29攝影的攝影圖像，可檢測檢查對象之半導體晶片9的電極焊墊9a的位置。再者，晶圓對位相機29之設置位置及構造，雖無特別限制，但於本實施形態中，如日本特開2003-303865號公報所揭示，採用可測定與後述之針對位相機31之間的相對距離之設置位置及構造(點光之照射光學系統)。
於上下工作台30且與頭部工作台24等大致相對向之位置設置有針對位相機31及無塵板32。此外，該上下工作台30具有可朝Z軸方向移動自如的升降機構(未圖示)，可調整針對位相機31及無塵板32的Z軸方向位置。再者，針對位相機31及無塵板32係隔著Y工作台13及Y移動部14、X工作台15及X移動部16、及上下工作台30而被支撐為可朝XYZ軸方向移動自如。藉此，可使針對位相機31及無塵板32與探針35相對移動。
針對位相機31相當於本發明之第二相機，用以對探針卡26的探針35進行攝影。根據藉由針對位相機31攝影之探針35的攝影圖像，可檢測探針35之位置。具體而言，探針35之前端位置的XY坐標係從針對位相機31之位置坐標檢測，探針35之前端位置的Z坐標係從針對位相機31之焦點位置檢測。
於藉由前述構成之探針器10對晶圓W的半導體晶片9進行檢查之情況下，每交換探針卡26或者每檢查既定個數的半導體晶片9時，於驅動各工作台13、15、17使針對位相機31朝探針35之攝影位置相對移動之後，藉由針對位相機31對探針35進行攝影。如上述，根據該針對位相機31的攝影圖像檢測探針35之前端位置。
此外，於使晶圓吸盤20保持檢查對象之晶圓W的狀態下，驅動各工作台13、15、17使晶圓對位相機29朝晶圓W的攝影位置相對移動，然後藉由晶圓對位相機29對晶圓W的半導體晶片9進行攝影。根據該晶圓對位相機29的攝影圖像，檢測檢查對象之半導體晶片9的電極焊墊9a的位置。
然後，驅動各工作台13、15、17，使探針35與先做檢查之半導體晶片9的電極焊墊9a電性接觸。於此狀態下，藉由未圖示之測試器執行先做檢查的半導體晶片9的檢查。以下同樣地執行檢查對象的剩餘半導體晶片9之檢查。再者，半導體晶片9之具體檢查方法屬於公知技術，因此在此省略具體說明(例如參照專利文獻4)。
溫度感測器34，分別設於與探針卡保持器25及探針卡26各自的下面相對向的位置，例如Zθ工作台17之側面及上下工作台30之側面。因此，各溫度感測器34藉由各個工作台13、15、17、30可對探針卡保持器25及探針卡26相對移動自如地被保持。
溫度感測器34，例如為使用放射能檢測方式的非接觸式溫度感測器，以非接觸方式測定探針卡保持器25及探針卡26的溫度。探針卡保持器25及探針卡26係受晶圓吸盤20之溫度影響而熱變形，探針35之前端位置伴隨該熱變形而產生位移。因此，藉由溫度感測器34測定探針卡保持器25及探針卡26的溫度，可預測探針35之前端位置[位移(位移方向、位移量)](參照前述專利文獻4)。
圖4為顯示探針卡保持器25及探針卡26之藉由溫度感測器34測定的溫度測定點之一例的說明圖。再者，於圖4中，省略探針35之圖示。如圖4所示，為了檢測探針卡保持器25及探針卡26雙方的溫度分佈，溫度感測器34測定包含探針卡26內之複數個溫度測定點P1〜P5、及探針卡保持器25內的複數個溫度測定點P6〜P13之雙方的複數個部位的溫度。再者，圖4中的各溫度測定點P1〜P13係例示而已，其位置及數量也可適宜變更。
溫度感測器34係於後述之控制部40(參照圖5)的控制下，進行各溫度測定點P1〜P13的溫度測定，且將為該溫度測定結果之溫度資料輸出至控制部40。再者，於測定各溫度測定點P1〜P13的溫度時，以溫度感測器34配置於可測定各溫度測定點P1〜P13之溫度的位置之方式，於後述之控制部40之控制下驅動各工作台13、15、17、30，也就是使溫度感測器34對探針卡保持器25及探針卡26相對移動。藉此，可對各溫度測定點P1〜P13的溫度進行定點測定。
＜控制部的功能＞ 圖5為顯示探針器10之控制部40的功能之功能方塊圖。再者，於圖5中，於控制部40之各功能中，僅圖示與探針35及晶圓W(半導體晶片9的電極焊墊9a)的接觸控制相關的功能，關於其他的功能，由於屬於公知技術，故而省略圖示。
如圖5所示，控制部40相當於本發明之探針器控制裝置，其統籌控制探針器10的各部。再者，控制部40可內建於探針器10之本體內，或者也可與本體分別設置。
控制部40，例如藉由諸如個人電腦等的運算裝置構成，且具備由各種之處理器(Processor)及記憶體等構成的運算電路。各種處理器包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、GPU(Graphics Processing Unit，圖像處理單元)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊應用積體電路)及可程式化邏輯元件[例如，SPLD(Simple Programmable Logic Devices，簡單可程式化邏輯裝置)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，複雜可程式化邏輯裝置)及FPGA(Field Programmable Gate Arrays，現場可程式化閘陣列)]等。再者，控制部40的各種功能可藉由一個處理器實現，也可藉由相同種類或不同種類的複數個處理器實現。
此外，控制部40除了經由各種之通信介面(未圖示)連接所述的晶圓對位相機29、針對位相機31及溫度感測器34等外，還連接有對準資料測定部38及記憶部39。
對準資料測定部38係控制晶圓對位相機29及針對位相機31等，以測定對準資料。對準資料與所述的溫度資料皆為用於預測探針35之前端位置(位移)的資料。該對準資料，例如包含檢查對象之半導體晶片9的三維晶片尺寸、晶圓W的三維位置、及晶圓對位相機29與針對位相機31之間的三維相對距離(以下，簡稱為相機相對距離)。再者，相機相對距離係顯示晶圓對位相機29及針對位相機31之位置關係。
具體而言，對準資料測定部38係根據藉由晶圓對位相機29攝影之晶圓W(半導體晶片9)的攝影圖像，測定半導體晶片9的晶片尺寸(膨脹量)。此外，對準資料測定部38係根據藉由晶圓對位相機29攝影之半導體晶片9的特定圖案(省略圖示)的攝影圖像，測定晶圓W的位置。並且，對準資料測定部38係如日本特開2003-303865號公報所揭示，使用晶圓對位相機29、針對位相機31、及照射點光的光學系統(省略圖示)，測定相機相對距離。並且，對準資料測定部38係將包含半導體晶片9的晶片尺寸、晶圓W的位置及相機相對距離的對準資料朝控制部40輸出。
記憶部39除了儲存使控制部40動作之控制程式(省略圖示)及利用探針器10對半導體晶片9的檢查結果以外，還儲存有使用於後述之預測模型47之機器學習的教導資料56(也稱為訓練資料)。
於檢查晶圓W內之檢查對象的半導體晶片9時，控制部40藉由執行從記憶部39讀出之未圖示的控制程式，發揮作為輸入資料取得部42、針位置取得部44、預測部46、預測模型生成部48、決定部50及移動控制部52的功能。
於控制使探針35接觸於檢查對象之半導體晶片9的接觸前(以下，簡稱為控制接觸前)、及後述之預測模型47的生成前及再學習前，輸入資料取得部42係執行溫度感測器34對各溫度測定點P1〜P13的溫度測定、及對準資料測定部38對對準資料的測定。藉此，輸入資料取得部42係於前述各時間點取得輸入資料，該輸入資料包含來自溫度感測器34之各溫度測定點P1〜P13的溫度資料、及來自對準資料測定部38之對準資料。
此外，輸入資料取得部42係將於控制接觸前取得的輸入資料朝後述之預測部46及決定部50輸出，且將於預測模型47生成前及再學習前取得的輸入資料朝後述的預測模型生成部48輸出。
針位置取得部44係於交換探針卡26後、檢查既定個數之半導體晶片9後、及後述之預測模型47生成前及再學習之前，利用針對位相機31對探針35執行攝影，且從針對位相機31取得探針35之攝影圖像，然後根據該攝影圖像取得探針35之前端位置。
此外，針位置取得部44係將於預測模型47生成前及再學習前取得的探針35之前端位置朝後述的預測模型生成部48輸出，且將交換探針卡26後等取得的探針35之前端位置朝後述的移動控制部52輸出。
於控制接觸前且後述之決定部50決定預測部46的預測執行為「可」的情況下，預測部46預測探針35之前端位置。具體而言，預測部46係根據輸入資料取得部42取得的輸入資料(各溫度測定點P1〜P13的溫度資料、對準資料)，且參照預先生成之後述的預測模型47，預測探針35之前端位置，將該前端位置的預測結果朝移動控制部52輸出。再者，於藉由預測模型47預測之探針35的前端位置還包含來自藉由針位置取得部44取得的探針35之前端位置的變動量(校正量)。
預測模型47係藉由後述之預測模型生成部48，以根據多元迴歸模型(稱為多元迴歸方程式、多元迴歸分析)的機器學習(附帶教導的學習)生成的學習完畢模型。預測模型47係將作為說明變數之複數個輸入資料(各溫度測定點P1〜P13的溫度資料、對準資料)作為輸入，輸出作為目的變數之探針35之前端位置的預測值。
預測模型生成部48係於製品用之晶圓W的半導體晶片9之檢查前進行預測模型47的生成。首先，預測模型生成部48使用製品用之晶圓W或與其相同的試驗用(預測模型製作用)的晶圓W，進行教導資料56(輸入資料、對準資料及探針35之前端位置)的測定。
圖6為顯示於預測模型生成部48之預測模型47的機器學習中使用之教導資料56的一例的說明圖。再者，於圖6中，為了防止圖式的複雜化，僅例示了XYZ方向中之單向(在此為Y方向)的對準資料、及單向之探針35的前端位置。
如圖6及所述的圖5所示，預測模型生成部48，控制溫度感測器34、對準資料測定部38及後述的移動控制部52等，以既定時間執行輸入資料之測定(各溫度測定點P1〜P13的溫度測定、對準資料的測定)。藉此，可獲得各溫度測定點P1〜P13的溫度資料T1〜T13。此外，作為對準資料，可獲得半導體晶片9的晶片尺寸D1(來自批次開始時的變化量)、晶圓W之晶圓位置D2(來自批次開始時的變動量)、及相機相對距離D3(來自批次開始時的變動量)。
預測模型生成部48係依據前述輸入資料的測定時序，控制針對位相機31、針位置取得部44及後述的移動控制部52等，執行探針35之前端位置的測定。藉此，可獲得每次測定輸入資料時的探針35之前端位置Y[α](α為任意的自然數)。
如此，預測模型生成部48，取得複數個教導資料56，該教導資料56包含輸入資料、及與輸入資料對應的探針35之前端位置Y[α]。再者，詳細容待後述，於本實施形態中，由於可進行預測模型47之再學習，因此教導資料56只需取得預測模型47之機器學習所需的最低數量即可，例如於本實施形態中，使用1枚晶圓W進行教導資料56的取得。
接著，預測模型生成部48係根據複數個教導資料56即作為說明變數的輸入資料(T1〜T13、D1〜D3)、及作為目的變數之探針35的前端位置Y[α]，藉由根據多元迴歸模型的機器學習，生成用以根據輸入資料預測探針35之前端位置的預測模型47。由於該預測模型47之具體生成方法、即使用多元迴歸模型之機器學習的演算法係公知技術，因此在此省略具體說明。藉此，預測部46可根據現在的輸入資料預測現在之探針35的前端位置。
再者，用以生成預測模型47之機器學習的演算法不限於多元迴歸模型，也可使用例如卷積神經網絡(Convolutional neural network：CNN)等公知之機器學習的演算法。
此外，預測模型生成部48係將使用於預測模型47之機器學習的教導資料56(也可僅為輸入資料)記憶於記憶部39。記憶於記憶部39之教導資料56係用於後述之決定部50所進行的決定預測部46可否執行預測。
並且，詳細容待後述，預測模型生成部48係於預測模型47生成後且後述的決定部50決定預測部46之預測執行為「否」的情況下動作，進行預測模型47之再學習。
返回圖5，於控制接觸前(預測部46進行預測前)動作，決定部50對輸入資料取得部42取得之現在(最新)的輸入資料、與記憶部39內之教導資料56的輸入資料進行比較，以決定可否執行預測部46之預測(簡稱為決定可否預測)。
若現在的輸入資料與預測模型47之機器學習中使用的教導資料56之輸入資料的差距不大，則該預測模型47係為已完成了機器學習的學習完畢狀態，該機器學習係利用與現在的輸入資料對應的教導資料56。因此，於預測部46根據現在的輸入資料且使用預測模型47預測探針35之前端位置的情況下，可預測正確之探針35的前端位置。
另一方面，於現在的輸入資料與教導資料56的輸入資料差距大的情況下，該預測模型47係於未利用與現在的輸入資料對應之教導資料56進行機器學習的未學習狀態。因此，即使預測部46使用該未學習狀態的預測模型47進行探針35之前端位置的預測，也不能預測正確之探針35的前端位置。
藉此，決定部50對現在的輸入資料與記憶部39內之教導資料56的輸入資料進行比較，藉由對現在的輸入資料判定預測模型47是在學習完畢狀態還是未學習狀態，以進行決定可否預測。
首先，決定部50按照輸入資料的每個參數(溫度資料T1〜T13、晶片尺寸D1、晶圓位置D2、相機相對距離D3)，運算現在的輸入資料與教導資料56之輸入資料的差分。接著，決定部50按照每個參數運算差分之平方和的平方根，且根據每個參數之平方和的平方根中是否至少有一個形成於一定範圍內(臨限值以下)，判定預測模型47是學習狀態還是未學習狀態。
以下，對決定部50之決定方法(判定方法)具體進行說明。再者，為了防止說明的複雜化，在此假設輸入資料僅由溫度資料T1〜T13構成者進行說明。
於將輸入資料的參數數量設為m個、且將學習完畢次數設為N次的情況下，學習完畢之輸入資料(說明變數)係由下述的[數式1]表示。此外，學習完畢之探針35的前端位置Y[α](目的變數)係由下述的[數式2]表示。並且，藉由使用多元迴歸模型之機器學習的演算法獲得的函數、即預測模型47係由下述的[數式3]表示。
[數式1]
[數式2]
[數式3]
於由下述之[數4]式所示的X[T]表示在進行探針35之前端位置的預測之階段取得的「現在的輸入資料」之情況下，該現在的輸入資料X[T]與任意之第s次的教導資料56的輸入資料、即X[s]之歐氏(Euclid)距離D[s]，係由下述的[數式5]表示。
[數式4]
[數式5]
決定部50係就全部之歐氏距離D[s](s=1、2、…、N)與預先設定的臨限值D th進行比較，在至少存在一個低於臨限值D th之歐氏距離D[s]的情況下，判定預測模型47([數式3])為處於學習完畢狀態，決定執行該預測模型47的預測。於此情況下，所述的預測部46根據作為說明變數的現在輸入資料X[T]，使用由[數式3]表示的預測模型47，預測作為目的變數之探針35的前端位置Y[T]。
另一方面，在低於臨限值D th的歐氏距離D[s]連一個也不存在的情況下，決定部50判定預測模型47為未學習狀態，決定該預測模型47之預測的執行為否。於此情況下，預測模型生成部48藉由接受來自決定部50之決定結果的輸入而發揮作為本發明之再學習部的功能，以執行預測模型47之再學習。
於進行預測模型47之再學習的情況下，預測模型生成部48控制針位置取得部44及後述的移動控制部52等，取得與現在的輸入資料X[T]對應之作為目的變數的探針35之前端位置Y[T]。再者，此時，預測模型生成部48也可控制溫度感測器34、對準資料測定部38、及移動控制部52等，執行輸入資料的再測定。
接著，預測模型生成部48係對記憶部39內之教導資料56加入現在的輸入資料X[T]及探針35之前端位置Y[T]，製作新的教導資料56。此時，為了降低溫度感測器34的漂移的影響，較佳為，如下述的[數式6]及[數式7]所示，預測模型生成部48從記憶部39內之教導資料56(說明變數、目的變數)中將最舊的資料(X[1]、Y[1])排除。
[數式6]
[數式7]
然後，預測模型生成部48係根據記憶於記憶部39內的教導資料56、即前述[數式6]所示之輸入資料(說明變數)、及前述[數式7]所示的探針35之前端位置(目的變數)，進行利用多元迴歸模型之機器學習，並進行預測模型47之再學習。藉此，如下述的[數式8]所示，獲得新的預測模型47(函數)。
[數式8]
當完成預測模型47之再學習時，藉由輸入資料取得部42執行輸入資料的取得，然後藉由決定部50執行決定可否預測。
以下，迄至決定部50於決定可否預測中決定為可為止，藉由使針位置取得部44、預測模型生成部48、輸入資料取得部42及決定部50反復動作，以反復執行探針35之前端位置的取得、記憶部39內之教導資料56的更新、預測模型47之再學習、輸入資料的取得、及決定可否預測。藉此，預測部46可常時使用學習完畢狀態之預測模型47預測探針35的前端位置。
移動控制部52係藉由Y移動部14、X移動部16及Zθ移動部18進行各工作台13、15及17之驅動。該移動控制部52係根據從晶圓對位相機29輸入的攝影圖像，取得保持於晶圓吸盤20之晶圓W的檢查對象之半導體晶片9(電極焊墊9a)的位置。此外，移動控制部52係從針位置取得部44取得探針35之前端位置(在交換探針卡26時等所測定的值)。
然後，於檢查製品用之晶圓W時，移動控制部52驅動各工作台13、15、17，使晶圓W對探針35相對移動，而使探針35依序接觸於晶圓W之檢查對象的半導體晶片9。此時，移動控制部52係根據預測部46對探針35的前端位置之預測結果，驅動各工作台13、15、17，按照檢查對象之每個半導體晶片9進行探針35對半導體晶片9之接觸位置的校正。藉此，即使探針35之前端位置因探針卡保持器25及探針卡26的熱變形等而產生位移，也可在與該位移後之前端位置對應的校正後之各接觸位置使探針35與檢查對象的半導體晶片9接觸。
[本實施形態之作用] 圖7為顯示與本發明之探針器控制方法對應的、藉由前述構成之探針器10將探針35接觸於半導體晶片9的接觸方法之流程的流程圖。再者，假定預測模型47係預先生成，且於記憶部39記憶有用於該機器學習的教導資料56，並且還藉由針位置取得部44進行探針35之前端位置的取得，藉此進行說明。
當製品用的晶圓W被保持於晶圓吸盤20時，藉由晶圓對位相機29執行對晶圓W的半導體晶片9之攝影。然後，移動控制部52根據藉由晶圓對位相機29攝影的攝影圖像，判斷檢查對象之半導體晶片9(電極焊墊9a)的位置。
此外，輸入資料取得部42，執行利用溫度感測器34之各溫度測定點P1〜P13的溫度測定、及利用對準資料測定部38進行對準資料的測定。藉此，輸入資料取得部42取得現在的輸入資料(步驟S1，相當於本發明之輸入資料取得步驟)，該現在的輸入資料包含各溫度測定點P1〜P13的溫度資料、及對準資料。
當完成現在的輸入資料的取得時，決定部50動作，對輸入資料取得部42取得之現在的輸入資料與記憶部39內之教導資料56的輸入資料進行比較，進行決定可否預測(步驟S2，相當於本發明之決定步驟)。具體而言，決定部50根據對由前述[數式5]表示之歐氏距離D[s](s=1、2、…、N)的各個距離與臨限值D th進行比較而得之結果，判定預測模型47對於現在的輸入資料是於學習完畢狀態還是未學習狀態。
於決定部50在決定可否預測中決定為否的情況下(步驟S3中為否)，預測模型生成部48控制針位置取得部44及移動控制部52等，取得與現在的輸入資料對應之探針35的前端位置(步驟S4)。再者，此時也可執行輸入資料的再取得。
接著，如前述[數式6]及[數式7]所示，預測模型生成部48，藉由對記憶部39內之教導資料56加入現在的輸入資料及探針35之前端位置Y並且將最舊的資料排除，以進行教導資料56的更新(步驟S5)。然後，預測模型生成部48係根據記憶部39內之新的教導資料56執行預測模型47之再學習，生成新的預測模型47(步驟S6)。
當完成預測模型47之再學習時，輸入資料取得部42再次取得輸入資料(步驟S2)，決定部50根據該輸入資料進行決定可否預測(步驟S3)。以下，反復執行步驟S4〜步驟S6、步驟S1及步驟S2的處理迄至決定部50於決定可否預測中決定為可為止。
於決定部50在決定可否預測中決定為可的情況下(步驟S3中為「是」)，預測部46根據於最近的步驟S1中取得的輸入資料，參照預測模型47預測探針35之前端位置(步驟S7，相當於本發明之預測步驟)。然後，預測部46將探針35之前端位置的預測結果朝移動控制部52輸出。
接著，移動控制部52係根據從預測部46輸入的探針35之前端位置的預測結果、及先判別之檢查對象的半導體晶片9的位置，控制各工作台13、15、17之移動，使探針35接觸於檢查對象的半導體晶片9(步驟S8)。於該接觸之後，藉由未圖示之測試器執行半導體晶片9的檢查(步驟S9)。
以下，對剩餘之檢查對象的半導體晶片9也同樣地執行檢查。此時，也可於每檢查既定個數的半導體晶片9或每經既定時間時，反復執行步驟S1至步驟S7之處理。
[本實施形態之效果] 如上述，於本實施形態中，決定部50比較在控制接觸前取得之現在的輸入資料與教導資料56的輸入資料，進行決定可否預測，且於該決定部50決定為否的情況下，執行預測模型47之再學習，藉此，可較過往更正確地預測探針35之前端位置。
圖8為於不執行決定部50之決定及預測模型47之再學習的比較例中，顯示探針35之前端位置的預測值PV與實測值MV之曲線圖(參照符號VIIIA)、及顯示探針35之前端位置的預測值PV與實測值MV之差分值的曲線圖(參照符號VIIIB)。圖9為於本實施形態中顯示探針35之前端位置的預測值PV與實測值MV之曲線圖(參照符號IXA)、及顯示探針35之前端位置的預測值PV與實測值MV之差分值的曲線圖(參照符號IXB)。
再者，圖8及圖9之曲線圖係顯示於將晶圓吸盤20之溫度設定為200°的狀態下，於XYZ方向中的任意一個方向(在此為Y方向)之探針35的前端位置之預測值PV與實測值MV的時間變化、及其差分值的時間變化。此外，圖8及圖9中的符號WA顯示進行了機器學習的機器學習範圍。
如圖8所示，於比較例中確認了由於產生溫度感測器34的漂移、或者探針35之前端位置伴隨於探針10內未進行溫度測定之部位的溫度變動而產生的位移，會於機器學習範圍WA以後，於探針35之前端位置的預測值PV與實測值MV之間產生背離，且差分值逐漸增大。
相對地，如圖9所示，於本實施形態中確認了即使於機器學習範圍WA以後，藉由執行決定部50之決定可否預測及預測模型47之再學習，探針35之前端位置的預測值PV與實測值MV也大致一致，且差分值降低。藉此，於本實施形態中，即使於產生溫度感測器34的漂移、或者探針35之前端位置伴隨於探針器10內未測進行溫度測定之部位的溫度變動而產生位移的情況下，藉由執行預測模型47之再學習，仍可更正確地預測探測針的前端位置。
此外，於本實施形態中，藉由使預測模型47之再學習成為可能，由於不需要長時間持續生成初次的預測模型47(機器學習)，因此可減少預測模型47之生成所需的作業。
[其他] 於前述實施形態中，雖然預測模型生成部48進行了預測模型47之生成及再學習雙方，但預測模型47之生成也可藉由探針器10之製造廠商或者其他的探針器10等進行。於此情況下，也可於控制部40設置僅進行預測模型47之再學習的再學習部來取代預測模型生成部48。
於前述實施形態中，決定部50係使用前述[數式5]執行決定可否預測，但該決定方法並無特別限制。例如，也可按照輸入資料的每個參數，判定教導資料56之輸入資料的最大值與最小值之間(下面，稱為最大最小範圍)內是否包含現在的輸入資料，且可根據於所有參數中現在的輸入資料是否包含於最大最小範圍內，執行決定可否預測。
作為前述實施形態，在輸入資料方面，雖然測定了探針卡保持器25及探針卡26的溫度資料、及對準資料，但也可僅測定溫度資料。此外，於前述實施形態中，在輸入資料方面，雖然測定了探針卡保持器25及探針卡26雙方的溫度資料，但也可測定探針卡保持器25及探針卡26中的至少一者的溫度資料。並且，於前述實施形態中，在對準資料方面，雖然測定了半導體晶片9的晶片尺寸、晶圓W的位置及相機相對距離，但也可測定這些當中的至少一個。
於前述實施形態中，使用了非接觸式的溫度感測器34，但也可使用接觸式的溫度感測器34。
9:半導體晶片 9a:電極焊墊 10:探針器 12:底座 13:Y工作台 14:Y移動部 15:X工作台 16:X移動部 17:Zθ工作台 18:Zθ移動部 20:晶圓吸盤 20a:溫度調整部 23:支柱 24:頭部工作台 25:探針卡保持器 25a:保持孔 26:探針卡 29:晶圓對位相機 30:上下工作台 31:針對位相機 32:無塵板 34:溫度感測器 35:探針 38:對準資料測定部 39:記憶部 40:控制部 42:輸入資料取得部 44:針位置取得部 46:預測部 47:預測模型 48:預測模型生成部 50:決定部 52:移動控制部 56:教導資料 D:歐氏距離 D1:晶片尺寸 D2:晶圓位置 D3:相機相對距離 D th:臨限值 MV:實測值 P1〜P13:溫度測定點 PV:預測值 T1〜T13:溫度資料 W:晶圓 WA:機器學習範圍
圖1為用於晶圓測試系統之探針器的示意圖，該晶圓測試系統係檢查形成於晶圓之複數個半導體晶片的電氣特性。 圖2為探針器之外觀立體圖。 圖3為保持於晶圓吸盤之晶圓的俯視圖。 圖4為顯示探針卡保持器及探針卡之藉由溫度感測器測定的溫度測定點之一例的說明圖。 圖5為顯示探針器之控制部的功能之功能方塊圖。 圖6為顯示於預測模型生成部之預測模型的機器學習中使用之教導資料的一例的說明圖。 圖7為顯示藉由探針器將探針接觸於半導體晶片之接觸方法的流程之流程圖。 圖8為於不執行決定部之決定及預測模型的再學習之比較例中，顯示探針之前端位置的預測值與實測值之曲線圖(參照符號VIIIA)、及顯示探針之前端位置的預測值與實測值之差分值的曲線圖(參照符號VIIIB)。 圖9為於本實施形態中，顯示探針之前端位置的預測值與實測值之曲線圖(參照符號IXA)、及顯示探針之前端位置的預測值與實測值之差分值的曲線圖(參照符號IXB)。
10:探針器
13:Y工作台
14:Y移動部
15:X工作台
16:X移動部
17:Zθ工作台
18:Zθ移動部
29:晶圓對位相機
31:針對位相機
34:溫度感測器
38:對準資料測定部
39:記憶部
40:控制部
42:輸入資料取得部
44:針位置取得部
46:預測部
47:預測模型
48:預測模型生成部
50:決定部
52:移動控制部
56:教導資料

Claims (9)

  1. 一種探針器控制裝置，係藉由驅動探針器之相對移動部而使探針接觸於半導體晶片，該探針器具備：晶圓吸盤，其保持形成有複數個半導體晶片的晶圓；探針卡，其具有探針；探針卡保持器，其保持前述探針卡的外周，且使前述探針卡與前述晶圓相對向；及相對移動部，其使前述晶圓吸盤對前述探針相對移動；該探針器控制裝置之特徵為具備：輸入資料取得部，其取得輸入資料，該輸入資料包含前述探針卡及前述探針卡保持器之至少一者的溫度資料；預測部，其根據前述輸入資料取得部取得的前述輸入資料，使用以前述輸入資料作為輸入且前述探針之前端位置作為輸出的預測模型，預測前述探針的前端位置；及決定部，其於前述預測部進行預測前，根據作為教導資料使用於前述預測模型之機器學習的前述輸入資料、及前述輸入資料取得部取得的前述輸入資料，決定可否執行利用前述預測部的預測。
  2. 如請求項1之探針器控制裝置，其中前述決定部進行以下之處理：按照前述輸入資料之每個參數，運算前述輸入資料取得部取得的前述輸入資料與作為前述教導資料使用之前述輸入資料的差分；及按照每個前述參數運算前述差分之平方和的平方 根，且根據於每個前述參數之前述差分之平方和的平方根中是否至少有一個成為預定之一定範圍內者，來判定可否執行利用前述預測部的預測。
  3. 如請求項1之探針器控制裝置，其具備：針位置取得部，其取得前述探針的前端位置；及再學習部，其使用前述教導資料，使前述預測模型進行再學習，該教導資料中加入了前述輸入資料取得部取得之前述輸入資料及前述針位置取得部取得的前述探針之前端位置；且於前述決定部決定為否的情況下，前述針位置取得部、前述再學習部、前述輸入資料取得部及前述決定部反復動作迄至前述決定部決定為可為止。
  4. 如請求項2之探針器控制裝置，其具備：針位置取得部，其取得前述探針的前端位置；及再學習部，其使用前述教導資料，使前述預測模型進行再學習，該教導資料中加入了前述輸入資料取得部取得之前述輸入資料及前述針位置取得部取得的前述探針之前端位置；且於前述決定部決定為否的情況下，前述針位置取得部、前述再學習部、前述輸入資料取得部及前述決定部反復動作迄至前述決定部決定為可為止。
  5. 如請求項4之探針器控制裝置，其中前述再學習部係從前述教導資料中將最舊之前述輸入資料及與前述輸入資料對應的前述探針的前端位置排除後，再根據前述教導資料執行前述預測模型的再學習。
  6. 如請求項1至5中任一項之探針器控制裝置，其具有移動控制部，其根據前述預測部所預測之前述探針的前端位置，控制前述相對移動部，使前述探針與前述半導體晶片接觸，於前述決定部決定為可的情況下，前述預測部預測前述探針的前端位置。
  7. 如請求項1至5中任一項之探針器控制裝置，其中前述輸入資料取得部，除了前述溫度資料外，還取得對準資料作為前述輸入資料，該對準資料包含前述半導體晶片的晶片尺寸、前述晶圓的位置、及用於前述半導體晶片之檢測的第一相機及用於前述探針之檢測的第二相機的位置關係中的至少任一者。
  8. 一種探針器，其具備：晶圓吸盤，其保持形成有複數個半導體晶片的晶圓；探針卡，其具有探針；探針卡保持器，其保持前述探針卡的外周，且使前述探針卡與前述晶圓相對向；相對移動部，其使前述晶圓吸盤對前述探針相對移動；及如請求項1至7中任一項之探針器控制裝置。
  9. 一種探針器控制方法，係藉由驅動探針器之相對移動部而使探針接觸於半導體晶片之探針器控制方法，該探針器具備：晶圓吸盤，其保持形成有複數個半導體晶片的晶圓；探針卡，其具有探針；探針卡保持器，其保持前述探針卡的外周，且使前述探針卡與前述 晶圓相對向；及相對移動部，其使前述晶圓吸盤對前述探針相對移動；該探針器控制方法包含以下之步驟：輸入資料取得步驟，其取得輸入資料，該輸入資料包含前述探針卡及前述探針卡保持器之至少一者的溫度資料；預測步驟，其根據於前述輸入資料取得步驟中取得的前述輸入資料，使用以前述輸入資料作為輸入且前述探針之前端位置作為輸出的預測模型，預測前述探針的前端位置；及決定步驟，其於前述預測步驟之前，根據作為教導資料使用於前述預測模型之機器學習的前述輸入資料、及於前述輸入資料取得步驟中取得的前述輸入資料，決定可否執行前述預測步驟。
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