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ウェハプローバーとは

THEME 07 テスト・信頼性 · テスト装置Wafer Prober
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ウェハプローバーとは、ウェーハ上のチップの電極へ、プローブカードの針を正確に当てて電気的につなぐ装置です。 テスタが測るための導通をつくり、1チップずつ順に送ります。

測定の精度を左右するのは、位置合わせの精度と接触の安定性です。押し込む量は、強すぎれば電極を傷め、弱すぎれば接触抵抗を上げます。同時に当てる針を増やすほど測定は速くなりますが、そのぶん荷重と熱がステージへ集まります。

テスタの信号は、プローバがつくる導通を通ってチップへ届く

Section titled “テスタの信号は、プローバがつくる導通を通ってチップへ届く”
プロービングの1サイクル
プローブカードウェーハチャックXYステージ① XYで次のチップへ② 押し込む③ 測って下げる記録ウェーハマップ良品不良未測定
カードは動かず、ウェーハ側がXYで次のチップへ移り、Zを上げて押し込み、測り終えて下げます。この往復ごとに、位置と判定の組がウェーハマップへ1つ増えます。

テスタは信号を与えて応答を測りますが、その信号がチップまで届くには物理的な導通が要ります。電気的検査では、測定器やテスタからプローブ針やプローブカードを介してテスト信号をデバイスへ与え、応答信号を戻します1。そのためにウェーハを搬送し、デバイス上の決められた位置へコンタクトさせる装置がウェーハプローバです。ウェーハ上のチップはまだ切り離されておらず、パッケージの端子が付くのは組立の後なので、表面に並んだ微細な電極へ直接針を当てます。

針を並べた治具がプローブカードです。電極の位置と数は製品ごとに異なるため、プローブカードも製品ごとに作られます。プローバはこのカードを保持し、ウェーハ側を動かして位置を合わせ、押し当て、測定を終えたら次のチップへ送ります。

動作の中身は3つの往復です。XY方向へ送ってねらいのチップを針の下へ運ぶ往復、Zを上げて押し込む往復、測定を終えてZを下げる往復です。1枚でこの3つを数千回から数万回繰り返すため、1回あたりの時間と位置ずれがチップ数ぶん積もります。量産のウェーハプローブテストだけでなく、半導体開発でも試作ICの特性評価、信頼性評価、不良解析にプローバを使います。

ウェーハマップは、測定位置と判定結果の対応で成り立つ

Section titled “ウェーハマップは、測定位置と判定結果の対応で成り立つ”

どの位置のチップが良品でどれが不良かを、測定位置と判定結果の対応として記録するのもプローバの役目です。この記録がウェーハマップで、後工程はこのマップを読み取って良品だけを拾い上げます。MPIは自社のプローバ制御ソフトについて、ウェーハのアライメント、マッピング、プローブマーク検査から、針の位置合わせ機構NAMの運用まで2を受け持つとしています。

マップの中身は、良否の2値より細かくなります。不良の種類ごとに番号を振るとビンソートの分布になり、同じ番号がウェーハの外周だけに集まるのか面内へ散らばるのかで、前工程のどこを疑うかが変わります。プローバが測定位置とテスタの結果を取り違えると、この面内分布そのものが嘘になります。

XYの位置精度は、ステージの駆動方式と世代で7.5倍違う

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プロービング精度
Precio シリーズ（XY）P-8（ボールねじ）±6.0μmPrecio octo（ボールねじ）±2.0μmPrecio XL（リニアモータ）±1.8μmPrexa シリーズPrexa MS（XY）±0.8μmPrexa SDP（XY）±1.5μmPrexa・MS（Z 標準）±5.0μmPrexa・MS（Z オプション）±2.5μm
同じ東京エレクトロンのプローバでも、XY精度はボールねじのP-8の±6.0μmからPrexa MSの±0.8μmまで開き、Zの精度はXYより1段緩い±5.0μmと±2.5μmです。

東京エレクトロンの機種では、ボールねじ駆動の旧機種P-8のXYプロービング精度が±6.0μm、同じボールねじのPrecio octoが±2.0μm、リニアモータ駆動のPrecio XLが±1.8μmです3。メモリ向けのPrexa MSは±0.8μmで4、P-8の±6.0μmとの比を計算すると7.5分の1まで詰まっています。同社は、プローバの新機種を入れるときに最も課題になるのは、前のモデルとの品種パラメータの相互互換だとしています。

この精度が何を買っているかは、パッドピッチと照らすと分かります。日本マイクロニクスのプローブカードは5、パッドピッチを50μm以下・55μm・60μm・80μm・100μm・130μm・150μm以上の7区分で絞り込めます。±6.0μmの振れ幅を往復12μmとして計算すると、50μmピッチの24%にあたります。ここへ針先のばらつきとカードの熱変形が乗ると、針がパッドの縁へ近づいて接触面積が減ります。

Z方向の精度はXYより1段緩く、PrexaとPrexa MSのZは標準±5.0μm、オプション±2.5μmです。Zは押し込む深さそのものなので、この±がそのまま針跡の深さのばらつきになります。

ウェーハ以外の形で当てる機種もあります。個片化デバイス向けのPrexa SDPは、2×2〜100×100mm、XY±1.5μm、Z±2.5μm、荷重500kgです。ACCRETECH（東京精密）のFP3000は、ダイシングフレームに貼った切断済みのウェーハやパッケージを、独自の補正技術で精密に測るとしています6。

押し込む量は、強くしても弱くしても代償がある

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オーバードライブと針跡
押し込み不足針酸化膜アルミ電極チップ酸化膜の上で止まる接触抵抗が上がる規格内酸化膜を破って導通針跡は規格の内側押し込み過多針跡が広く深い縁が盛り上がるオーバードライブを増やす向き
押し込みが足りないと針は酸化膜の上で止まって接触抵抗が上がり、多すぎると針跡が深くなって押しのけたアルミが縁に盛り上がります。

アルミ電極の表面には酸化膜が育つため、針は酸化膜を突き破るだけの押し込み量を要します。針が電極へ触れてからさらにZを進める量をオーバードライブと呼び、この量が接触抵抗と針跡を同時に動かします。

オーバードライブを増やすと、酸化膜を破った面積が広がって接触抵抗が下がり、同じ良品を測ったときの電流値が安定します。代わりに針跡が広く深くなり、電極のアルミが押しのけられて縁が盛り上がります。この盛り上がりがワイヤボンディングやフリップチップの接合面へ残るため、針跡の径と深さは規格として管理されます。

減らすと針跡は小さく収まります。代わりに酸化膜を破った針と表面をなでただけの針が混じり、接触抵抗のばらつきが広がります。上がった抵抗は測定値を良品側から不良側へ押しやるので、本来の良品が落ちます。接触が甘いまま良品側へ通る抜け（本来の不良を良品として後工程へ流すこと）も、同じ甘さから出ます。

押し込みを支えるのがプロービング荷重です。Prexaは300kg、オプション450kg、Prexa MSは600kg、オプション1,000kgまでで4、300kgから1,000kgを計算すると約3.3倍です。この差の出どころは、針1本あたりの荷重よりも同時に当てる針の本数です。

針先に積もったアルミが、良品の電流値を下げる

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針先はアルミ電極を削りながら当たるので、削り取られたアルミが針先へ付いていきます。付着物が積もると接触抵抗が上がり、同じ良品でも電流値が低めに出ます。そのため針先の研磨と針跡（プローブマーク）の実測が定常作業になります。東京エレクトロンはPrecio XLに高速針痕検査TELPADS-Iとカード平行度の自動調整Auto Levelingを載せ3、TELPADS-Iでプローブカードの良否判定と針痕の品質保証ができるとしています。Prexaには針先とプローブマークの高速インスペクション機能4を持たせています。

研磨の頻度にも両側に代償があります。上げると付着物が積もる前に落とせて接触抵抗が安定しますが、針の消耗が早まってカード寿命が縮み、装置稼働率が下がります。下げると稼働率は上がる一方、付着物が積もって接触抵抗が上がり、抜けが増えます。

一括コンタクトは、荷重と熱を装置側へ移す

Section titled “一括コンタクトは、荷重と熱を装置側へ移す”

同時に当てる針を増やすほど、1チップあたりのインデックス時間が下がり、サイクルタイムが縮みます。代わりに必要荷重が300kgから1,000kgの側へ動き、平行度と剛性の要求もカード費用も上がります。減らすとカードは安く平行度も緩く済む一方、1枚を測り切る時間が伸びます。日本マイクロニクスも、多数のデバイスへ一括でコンタクトするための高い剛性と、タクト短縮のための高速制御を欠かせない条件に挙げています。

この方向を極端まで進めた姿が、ウェーハ1枚を一度に当てる一括コンタクトです。東京エレクトロンのCellcia7は300mm対応で、用途はメモリとウェーハレベルバーンイン、ステージは真空コンタクト、セル数は12または25、XYとZは±5.0μm、荷重は200kgです。同社は、一部のメモリテストでは300mm一括コンタクトがすでに確立しているとしています。

ここで数字の向きが入れ替わります。位置精度は±0.8μmの機種より緩い±5.0μmで、荷重も200kgとPrexa MSの1,000kgより小さいです。そのかわりセルが12または25あり、ロットを分けて複数セルへ流すため1枚あたりの待ち時間が縮みます。同社は、各セルが完全に独立して同時にウェーハをテストし、ロットを速く処理するとしています。同社は多段の積み構造で設置面積を削り、単位面積あたりのテスト効率を上げたとしています。勝負どころが位置精度から床面積あたりの測定枚数へ移り、装置稼働率とサイクルタイムに近い指標になった姿です。

一括で当てると、荷重と発熱が同時に装置側へ来ます。東京エレクトロンはPrexa MSについて、先端DRAMを中心にテストピン数と発熱量が増えているとし、1,000kgまでの耐荷重と吸熱制御でフルウェーハテストを実現するとしています。同社は、3次元積層と、複数・異種のデバイスを組み合わせる先進パッケージングの進展で、ウェーハテスト工程での良品ダイの確保が重要になり、プローバの高機能化が求められているとも述べています。針が増えれば必要荷重が増え、チップが同時に動けば発熱が増え、どちらもステージの剛性と温度制御へ跳ね返ります。

温度をふると、熱による伸びが位置決めのマージンを食う

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高温側と低温側で特性を取る場面や、バーンインをウェーハの状態で通す場面では、温度をふって針を当てます。温度をふるとウェーハとカードの両方が伸びます。シリコンとカード基板の線膨張係数は別の値なので、同じ温度でも伸び量に差が出て、常温で合わせた針先と電極の対応がずれます。±1.8μmの機種でも、熱で数μm動けば位置決めのマージンを食い尽くします。

測定温度を上げると高温側でだけ出る不良を先に落とせますが、熱膨張でパッド位置がずれ、±1.8μmの精度に熱の数μmが乗ります。下げると位置は安定する一方、高温側の不良がバーンインやファイナルテストまで持ち越されます。MPIは、PA VEGAシリーズで-40℃から+200℃の極端な温度での試験ができるとしています2。同シリーズは光学系と検出器を選び、LIV、近視野、遠視野の光学特性も測れるとしています。

日本マイクロニクスはウェーハプローバについて1、研究開発用には低温と高温の温度制御機能に加え、ハイパワーデバイスでは測定経路の高耐圧化と低インピーダンス化が要るとしています。トランジスタや配線などの要素デバイスだけを集めたTEG（Test Element Group）を高精度に測るには、電気的なノイズや信号漏れを防ぐ必要があります。同社のアプリケーション区分には微小電流10fAがあり、ウェーハサイズは2インチから12インチまで並びます。10fAの領域では針とケーブル側の漏れ電流が測定値そのものになるため、シールドボックスと同軸プローブ針が測定系の一部になります。

同社のプローブカードのパッド形状には、Al-Padに加えてSolder bumpとCu-pillar bumpが並びます。はんだバンプや銅ピラーへ当てると削れる相手がアルミから移るため、針先へ付く物質も、付着が接触抵抗を押し上げる速さも動きます。同社はカンチレバー型を2023年9月30日で国内生産終了とし5、狭ピッチと高位置精度に向いたアドバンストプローブカードへ移しています。

この用語に対応する装置と製造メーカー

Section titled “この用語に対応する装置と製造メーカー”

装置カタログDBから、この用語に一致する製品familyを持つメーカー 2社／2family を引いています。 各行は各社の公式製品ページを出典とします。 DBからの生成日: 2026-08-22

出典は各社の公式製品ページです。 装置カタログDB では、同じ製品familyを工程・メーカー横断で検索できます。

関連するデータ・ツール

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よくある質問（FAQ）

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ウェハプローバーとは何ですか？

ウェーハ上のチップの電極へ、プローブカードの針を正確に当てて電気的につなぐ装置です。テスタが測るための導通をつくり、1チップの測定を終えたら次のチップへウェーハを送ります。

プローブカードとは何ですか？

測定対象の電極配置に合わせて針を並べた治具です。電極の位置と数が製品ごとに異なるため、製品ごとに作られます。プローバはこのカードを保持し、ウェーハ側を動かして位置を合わせます。

ウェーハマップとは何ですか？

ウェーハ上のどの位置のチップが良品でどれが不良かを記録した地図です。プローバが管理する測定位置とテスタの判定結果を対応させて作り、後工程はこのマップを読み取って良品だけを拾い上げます。

針跡はなぜ管理するのですか？

電極を傷めると後工程の接合に響くためです。針を強く当てれば導通は安定しますが電極の変形が大きくなり、弱すぎれば接触抵抗が上がって測定値がずれます。押し込む量と針跡の大きさを規格として管理します。

何が測定の精度を左右しますか？

位置合わせの精度と接触の安定性です。針が電極の中心からずれれば接触面積が減り、抵抗が上がります。温度をふって測る場合は、熱による寸法変化も位置合わせに影響します。

XYプロービング精度はどのくらいですか？

東京エレクトロンの機種では、ボールねじ駆動の旧機種P-8が±6.0μm、リニアモータ駆動のPrecio XLが±1.8μm、メモリ向けのPrexa MSが±0.8μmです。Z方向はPrexaで標準±5.0μm、オプション±2.5μmと、XYより1段緩く設定されています。

プロービング荷重はなぜ1,000kgもかかるのですか？

同時に当てる針の本数ぶん荷重が積み上がるためです。東京エレクトロンのPrexaは300kg、オプション450kg、メモリ向けのPrexa MSは600kg、オプション1,000kgまでで、同社はテストピン数と発熱量の増大を理由に挙げています。

プローバのメーカーはどこですか？

ACCRETECH（東京精密）、東京エレクトロン、日本マイクロニクス、アドバンテストが代表的なメーカーです。当サイトの装置カタログDBでは、テストとプロービングに一致する製品familyを公式製品ページ単位で引けます。

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