JP2001168155A

JP2001168155A - ウエハプローバ

Info

Publication number: JP2001168155A
Application number: JP34813999A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 淳伊藤; Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック基板を薄くすることができ、しか
も、加熱を行っても殆ど反りが発生しない、昇温、高温
特性に優れたウエハプローバを提供すること。【解決手段】セラミック基板の表面にチャックトップ
導体層が形成されてなるウエハプローバにおいて、前記
セラミック基板は、２５〜８００℃の温度範囲における
ヤング率が２８０〜３５０ＧＰａであることを特徴とす
るウエハプローバ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされ
る極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、
シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウ
エハを作製した後、このシリコンウエハに種々の回路等
を形成することにより製造される。この半導体チップの
製造工程においては、シリコンウエハをＩＣチップに分
割する前に、その電気的特性が設計通りに動作するか否
かを測定してチェックするプロービング工程が必要であ
り、そのために所謂プローバが用いられる。

【０００３】このようなプローバとして、例えば、特許
第２５８７２８９号公報、特公平３−４０９４７号公
報、特開平１１−３１７２４号公報等には、アルミニウ
ム合金やステンレス鋼などの金属製チャックトップを有
するウエハプローバが開示されている。このようなウエ
ハプローバでは、例えば、図１２に示すように、ウエハ
プローバ５０１上にシリコンウエハＷを載置し、このシ
リコンウエハＷにテスタピンを持つプローブカード６０
１を押しつけ、加熱、冷却しながら電圧を印加して導通
テストを行う。なお、図１２において、Ｖ₃ は、プロー
ブカード６０１に印加する電源３３、Ｖ ₂ は、抵抗発熱
体４１に印加する電源３２、Ｖ₁ は、チャックトップ導
体層２とガード電極５に印加する電源３１であり、この
電源３１は、グランド電極６にも接続され、接地されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
金属製のチャックトップを有するウエハプローバには、
次のような問題があった。まず、金属製であるため、チ
ャックトップの厚みは１５ｍｍ程度と厚くしなければな
らない。このようにチャックトップを厚くするのは、薄
い金属板では、プローブカードのテスタピンによりチャ
ックトップが押され、チャックトップの金属板に反りや
歪みが発生してしまい、金属板上に載置されるシリコン
ウエハが破損したり傾いたりしてしてしまうからであ
る。このため、チャックトップを厚くする必要がある
が、その結果、チャックトップの重量が大きくなり、ま
たかさばってしまうという問題があった。

【０００５】また、熱伝導率が高い金属を使用している
にもかかわらず、昇温、降温特性が悪く、電圧や電流量
の変化に対してチャックトップ板の温度が迅速に追従し
ないため温度制御をしにくく、高温でシリコンウエハを
載置すると温度制御不能になってしまうという問題があ
った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
金属製のチャックトップに代えて、剛性の高いセラミッ
ク基板を用い、その表面に導体層を設けてこれをチャッ
クトップ導体層とすることにより、セラミック基板を薄
くすることができ、しかも、加熱を行っても殆ど反りが
発生しない、昇温、高温特性に優れたウエハプローバが
得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。

【０００７】即ち本発明は、セラミック基板の表面にチ
ャックトップ導体層が形成されてなるウエハプローバに
おいて、前記セラミック基板は、２５〜８００℃の温度
範囲におけるヤング率が２８０〜３５０ＧＰａであるこ
とを特徴とするウエハプローバである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のウエハプローバは、セラ
ミック基板の表面にチャックトップ導体層が形成されて
なるウエハプローバにおいて、前記セラミック基板は、
２５〜８００℃の温度範囲におけるヤング率が２８０〜
３５０ＧＰａであることを特徴とする。

【０００９】本発明では、上記セラミック基板は、２５
〜８００℃の温度範囲におけるヤング率が２８０〜３５
０ＧＰａと高い剛性を有するので、プローブカードのテ
スタピンによりチャックトップが押されてもチャックト
ップが殆ど反ることはなく、チャックトップの厚さを金
属に比べて薄くすることができる。

【００１０】また、チャックトップの厚さを金属に比べ
て薄くすることができるため、熱伝導率が金属より低い
セラミックであっても結果的に熱容量が小さくなり、昇
温、降温特性に優れたものとなる。

【００１１】図１は、本発明のウエハプローバの一実施
形態を模式的に示した断面図であり、図２は、その平面
図であり、図３は、その底面図であり、図４は、図１に
示したウエハプローバにおけるＡ−Ａ線断面図である。

【００１２】このウエハプローバ１０１では、平面視円
形状のセラミック基板３の表面に同心円形状の溝７が形
成されるとともに、溝７の一部にシリコンウエハを吸引
するための複数の吸引孔８が設けられており、溝７を含
むセラミック基板３の大部分にシリコンウエハの電極と
接続するためのチャックトップ導体層２が円形状に形成
されている。

【００１３】一方、セラミック基板３の底面には、シリ
コンウエハの温度をコントロールするために、図３に示
したような平面視同心円形状の発熱体４１が設けられて
おり、発熱体４１の両端には、外部端子ピン１９１が接
続、固定されている。また、セラミック基板３の内部に
は、ストレイキャパシタやノイズを除去するためにガー
ド電極５とグランド電極６とが設けられている。

【００１４】本発明のウエハプローバは、例えば、図１
〜４に示したような構成を有するものである。以下にお
いて、上記ウエハプローバを構成する各部材、および、
本発明のウエハプローバの他の実施形態について、順次
詳細に説明していくことにする。

【００１５】本発明のウエハプローバでは、２５〜８０
０℃の温度範囲におけるヤング率が２８０〜３５０ＧＰ
ａであるセラミック基板を使用している。このようなセ
ラミック基板の材料としては特に限定されないが、例え
ば、窒化物セラミック、炭化物セラミック等が挙げられ
る。

【００１６】ヤング率が２８０ＧＰａ未満であると、剛
性が低くなるため、高温時の反り量を小さくすることが
困難となり、プローブカードをシリコンウエハに押し付
けた際にシリコンウエハが破損しやすくなり、一方、３
５０ＧＰａを超えると、セラミック基板それ自体が全く
変形しなくなり、荷重がシリコンウエハに集中してシリ
コンウエハに破損が生じるからである。つまり、２５〜
８００℃では、ヤング率を２８０〜３５０ＧＰａに調整
することにより、シリコンウエハの破損を確実に防止す
ることができるのである。ウエハプローバの使用温度
は、１５０〜２００℃であるが、故障などにより過剰に
昇温されてしまうことがあり、そのような事故が発生し
た場合に検査が実行され、変形が生じることを想定し
て、変形量を小さくする手段が必要である。本発明で
は、８００℃まで昇温されてしまうことを想定してヤン
グ率を２８０〜３５０ＧＰａに調整する。

【００１７】窒化物セラミックとしては、例えば、窒化
アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等が挙げられる。
また、炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ
素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭
化タングステン等が挙げられる。上記窒化アルミニウム
を使用する場合には、５０重量％を超えた量が窒化アル
ミニウムから構成される組成のものが好ましい。この場
合に使用される他のセラミックとしては、例えば、アル
ミナ、サイアロン、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げら
れる。これらのなかでは、窒化アルミニウムが好まし
い。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋとセラミックのなかで
は、最も高いからである。

【００１８】上記セラミック基板のヤング率は、２種類
以上のセラミックを混合あるいは積層して使用すること
により、また、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類金属の酸化物、カーボン等を添加することに
より制御することができる。上記アルカリ金属、アルカ
リ土類金属としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、Ｒｂなどが望
ましく、希土類金属としてはＹが望ましい。またカーボ
ンは非晶質、結晶質いずれのものも使用することができ
る。前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属
の酸化物の含有量は、０．１〜２０重量％が望ましい。
これらの範囲で添加することにより、焼結性を向上させ
てヤング率を前記範囲に調整することができる。また、
気孔率は、２０％以下に調整することが望ましい。２０
％を超えると、ヤング率が低下して前記範囲に調整する
ことができないからである。さらにカーボンは１００〜
２０００ｐｐｍの含有量が望ましい。このような含有量
とすることにより、セラミック基板を黒色化することが
できるからである。

【００１９】本発明におけるチャックトップのセラミッ
ク基板の厚さは、チャックトップ導体層より厚いことが
必要であり、具体的には１〜１０ｍｍが望ましい。前記
セラミック基板の直径は、２００ｍｍ以上であることが
望ましい。２００ｍｍ以上で大きさの直径になると、高
温での反り量が大きくなるからである。また、本発明に
おいては、シリコンウエハの裏面を電極として使用する
ため、セラミック基板の表面にチャックトップ導体層が
形成されている。

【００２０】上記チャックトップ導体層の厚さは、１〜
２０μｍが望ましい。１μｍ未満では抵抗値が高くなり
すぎて電極として働かず、一方、２０μｍを超えると導
体の持つ応力によって剥離しやすくなってしまうからで
ある。

【００２１】チャックトップ導体層としては、例えば、
銅、チタン、クロム、ニッケル、貴金属（金、銀、白金
等）、タングステン、モリブデンなどの高融点金属から
選ばれる少なくとも１種の金属を使用することができ
る。

【００２２】チャップ導体層は、金属や導電性セラミッ
クからなる多孔質体であってもよい。多孔質体の場合
は、後述するような吸引吸着のための溝を形成する必要
がなく、溝の存在を理由としたウエハの破損を防止する
ことができるだけでなく、表面全体で均一な吸引吸着を
実現できるからである。このような多孔質体としては、
金属焼結体を使用することができる。また、多孔質体を
使用した場合は、その厚さは、１〜２００μｍで使用す
ることができる。多孔質体とセラミック基板との接合
は、半田やろう材を用いる。

【００２３】チャックトップ導体層としては、ニッケル
を含むものであることが望ましい。硬度が高く、テスタ
ピンの押圧に対しても変形等しにくいからである。チャ
ックトップ導体層の具体的な構成としては、例えば、初
めにニッケルスパッタリング層を形成し、その上に無電
解ニッケルめっき層を設けたものや、チタン、モリブデ
ン、ニッケルをこの順序でスパッタリングし、さらにそ
の上にニッケルを無電解めっきもしくは電解めっきで析
出させたもの等が挙げられる。

【００２４】また、チタン、モリブデン、ニッケルをこ
の順序でスパッタリングし、さらにその上に銅およびニ
ッケルを無電解めっきで析出させたものであってもよ
い。銅層を形成することでチャックトップ電極の抵抗値
を低減させることができるからである。

【００２５】さらに、チタン、銅をこの順でスパッタリ
ングし、さらにその上にニッケルを無電解めっきもしく
は無電解めっきで析出させたものであってもよい。ま
た、クロム、銅をこの順でスパッタリングし、さらにそ
の上にニッケルを無電解めっきもしくは無電解めっきで
析出させたものとすることも可能である。

【００２６】上記チタン、クロムは、セラミックとの密
着性を向上させることができ、また、モリブデンはニッ
ケルとの密着性を改善することができる。チタン、クロ
ムの厚みは０．１〜０．５μｍ、モリブデンの厚みは
０．５〜７．０μｍ、ニッケルの厚みは０．４〜２．５
μｍが望ましい。

【００２７】上記チャックトップ導体層の表面には、貴
金属層（金、銀、白金、パラジウム）が形成されている
ことが望ましい。貴金属層は、卑金属のマイグレーショ
ンによる汚染を防止することができるからである。貴金
属層の厚さは、０．０１〜１５μｍが望ましい。

【００２８】本発明においては、セラミック基板に温度
制御手段を設けておくことが望ましい。加熱または冷却
しながらシリコンウエハの導通試験を行うことができる
からである。

【００２９】上記温度制御手段としては図１に示した発
熱体４１のほかに、ペルチェ素子であってもよい。発熱
体を設ける場合は、冷却手段としてエアー等の冷媒の吹
きつけ口などを設けておいてもよい。発熱体は、複数層
設けてもよい。この場合は、各層のパターンは相互に補
完するように形成されて、加熱面からみるとどこかの層
にパターンが形成された状態が望ましい。例えば、互い
に千鳥の配置になっている構造である。

【００３０】発熱体としては、例えば、金属または導電
性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙げられ
る。金属焼結体としては、タングステン、モリブデンか
ら選ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの金属は
比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有する
からである。

【００３１】また、導電性セラミックとしては、タング
ステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも１
種を使用することができる。さらに、セラミック基板の
外側に発熱体を形成する場合には、金属焼結体として
は、貴金属（金、銀、パラジウム、白金）、ニッケルを
使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジウ
ムなどを使用することができる。上記金属焼結体に使用
される金属粒子は、球状、リン片状、もしくは球状とリ
ン片状の混合物を使用することができる。

【００３２】金属焼結体中には、金属酸化物を添加して
もよい。上記金属酸化物を使用するのは、窒化物セラミ
ックまたは炭化物セラミックと金属粒子を密着させるた
めである。上記金属酸化物により、窒化物セラミックま
たは炭化物セラミックと金属粒子との密着性が改善され
る理由は明確ではないが、金属粒子表面および窒化物セ
ラミックまたは炭化物セラミックの表面はわずかに酸化
膜が形成されており、この酸化膜同士が金属酸化物を介
して焼結して一体化し、金属粒子と窒化物セラミックま
たは炭化物セラミックが密着するのではないかと考えら
れる。

【００３３】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、アル
ミナ、イットリア、チタニアから選ばれる少なくとも１
種が好ましい。これらの酸化物は、発熱体の抵抗値を大
きくすることなく、金属粒子と窒化物セラミックまたは
炭化物セラミックとの密着性を改善できるからである。

【００３４】上記金属酸化物は、金属粒子に対して０．
１重量％以上１０重量％未満であることが望ましい。抵
抗値が大きくなりすぎず、金属粒子と窒化物セラミック
または炭化物セラミックとの密着性を改善することがで
きるからである。

【００３５】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリア、チタニアの
割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合
に、酸化鉛が１〜１０重量部、シリカが１〜３０重量
部、酸化ホウ素が５〜５０重量部、酸化亜鉛が２０〜７
０重量部、アルミナが１〜１０重量部、イットリアが１
〜５０重量部、チタニアが１〜５０主部が好ましい。但
し、これらの合計が１００重量部を超えない範囲で調整
されることが望ましい。これらの範囲が特に窒化物セラ
ミックとの密着性を改善できる範囲だからである。

【００３６】発熱体をセラミック基板の表面に設ける場
合は、発熱体の表面は、金属層４１０で被覆されている
ことが望ましい（図１１（ｅ）参照）。発熱体は、金属
粒子の焼結体であり、露出していると酸化しやすく、こ
の酸化により抵抗値が変化してしまう。そこで、表面を
金属層で被覆することにより、酸化を防止することがで
きるのである。

【００３７】金属層の厚さは、０．１〜１０μｍが望ま
しい。発熱体の抵抗値を変化させることなく、発熱体の
酸化を防止することができる範囲だからである。被覆に
使用される金属は、非酸化性の金属であればよい。具体
的には、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルから選ば
れる少なくとも１種以上が好ましい。なかでもニッケル
がさらに好ましい。発熱体には電源と接続するための端
子が必要であり、この端子は、半田を介して発熱体に取
り付けるが、ニッケルは半田の熱拡散を防止するからで
ある。接続端子しては、コバール製の端子ピンを使用す
ることができる。なお、発熱体をヒータ板内部に形成す
る場合は、発熱体表面が酸化されることがないため、被
覆は不要である。発熱体をヒータ板内部に形成する場
合、発熱体の表面の一部が露出していてもよい。

【００３８】発熱体として使用する金属箔としては、ニ
ッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパターン形成
して発熱体としたものが望ましい。パターン化した金属
箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよい。金属線と
しては、例えば、タングステン線、モリブデン線等が挙
げられる。

【００３９】温度制御手段としてペルチェ素子を使用す
る場合は、電流の流れる方向を変えることにより発熱、
冷却両方行うことができるため有利である。ペルチェ素
子は、図７に示すように、ｐ型、ｎ型の熱電素子４４０
を直列に接続し、これをセラミック板４４１などに接合
させることにより形成される。ペルチェ素子としては、
例えば、シリコン・ゲルマニウム系、ビスマス・アンチ
モン系、鉛・テルル系材料等が挙げられる。

【００４０】本発明では、温度制御手段とチャックトッ
プ導体層との間に少なくとも１層以上の導電層が形成さ
れていることが望ましい。図１におけるガード電極５と
グランド電極６が上記導体層に相当する。ガード電極５
は、測定回路内に介在するストレイキャパシタをキャン
セルするための電極であり、測定回路（即ち、図１のチ
ャックトップ導体層２）の接地電位が与えられている。
また、グランド電極６は、温度制御手段からのノイズを
キャンセルするために設けられている。これらの電極の
厚さは、１〜２０μｍが望ましい。薄すぎると、抵抗値
が高くなり、厚すぎるとセラミック基板が反ったり、熱
衝撃性が低下するからである。

【００４１】これらのガード電極５、グランド電極６
は、図４に示したような格子状に設けられていることが
望ましい。即ち、円形状の導体層５１の内部に矩形状の
導体層非形成部５２が多数整列して存在する形状であ
る。このような形状としたのは、導体層上下のセラミッ
ク同士の密着性を改善するためである。本発明のウエハ
プローバのチャックトップ導体層形成面には図２に示し
たように溝７と空気の吸引孔８が形成されていることが
望ましい。吸引孔８は、複数設けられて均一な吸着が図
られる。シリコンウエハＷを載置して吸引孔８から空気
を吸引してシリコンウエハＷを吸着させることができる
からである。

【００４２】上記したチャックトップ導体層、発熱体、
ガード電極、グランド電極は、セラミック基板を機械的
に補強する役割も果たし、これらの補強体が設けられた
セラミック基板は、反り量がより小さくなる。

【００４３】本発明におけるウエハプローバとしては、
例えば、図１に示すようにセラミック基板３の底面に発
熱体４１が設けられ、発熱体４１とチャックトップ導体
層２との間にガード電極５の層とグランド電極６の層と
がそれぞれ設けられた構成のウエハプローバ１０１、図
５に示すようにセラミック基板３の内部に扁平形状の発
熱体４２が設けられ、発熱体４２とチャックトップ導体
層２との間にガード電極５とグランド電極６とが設けら
れた構成のウエハプローバ２０１、図６に示すようにセ
ラミック基板３の内部に発熱体である金属線４３が埋設
され、金属線４３とチャックトップ導体層２との間にガ
ード電極５とグランド電極６とが設けられた構成のウエ
ハプローバ３０１、図７に示すようにペルチェ素子４４
（熱電素子４４０とセラミック基板４４１からなる）が
セラミック基板３の外側に形成され、ペルチェ素子４４
とチャックトップ導体層２との間にガード電極５とグラ
ンド電極６とが設けられた構成のウエハプローバ４０１
等が挙げられる。いずれのウエハプローバも、溝７と吸
引孔８とを必ず有している。

【００４４】本発明では、図１〜７に示したようにセラ
ミック基板３の内部に発熱体４２、４３が形成され（図
５〜６）、セラミック基板３の内部にガード電極５、グ
ランド電極６（図１〜７）が形成されるため、これらと
外部端子とを接続するための接続部（スルーホール）１
６、１７、１８が必要となる。スルーホール１６、１
７、１８は、タングステンペースト、モリブデンペース
トなどの高融点金属、タングステンカーバイド、モリブ
デンカーバイドなどの導電性セラミックを充填すること
により形成される。

【００４５】また、接続部（スルーホール）１６、１
７、１８の直径は、０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線
を防止しつつ、クラックや歪みを防止できるからであ
る。このスルーホールを接続パッドとして外部端子ピン
を接続する（図１１（ｇ）参照）。

【００４６】接続は、半田、ろう材により行う。ろう材
としては銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう、
金ろうを使用する。金ろうとしては、Ａｕ−Ｎｉ合金が
望ましい。Ａｕ−Ｎｉ合金は、タングステンとの密着性
に優れるからである。

【００４７】Ａｕ／Ｎｉの比率は、〔８１．５〜８２．
５（重量％）〕／〔１８．５〜１７．５（重量％）〕が
望ましい。Ａｕ−Ｎｉ層の厚さは、０．１〜５０μｍが
望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。
また、１０^-6〜１０^-5Ｐａの高真空で５００℃〜１００
０℃の高温で使用するとＡｕ−Ｃｕ合金では劣化する
が、Ａｕ−Ｎｉ合金ではこのような劣化がなく有利であ
る。また、Ａｕ−Ｎｉ合金中の不純物元素量は全量を１
００重量部とした場合に１重量部未満であることが望ま
しい。

【００４８】本発明では、必要に応じてセラミック基板
に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により
発熱体の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、電流
量を変えて、温度を制御することができるからである。
熱電対の金属線の接合部位の大きさは、各金属線の素線
径と同一か、もしくは、それよりも大きく、かつ、０．
５ｍｍ以下がよい。このような構成によって、接合部分
の熱容量が小さくなり、温度が正確に、また、迅速に電
流値に変換されるのである。このため、温度制御性が向
上してウエハの加熱面の温度分布が小さくなるのであ
る。上記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０
２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ
型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられる。

【００４９】図８は、以上のような構成の本発明のウエ
ハプローバを設置するための支持容器１１を模式的に示
した断面図である。この支持容器１１には、冷媒吹き出
し口１２が形成されており、冷媒注入口１４から冷媒が
吹き込まれる。また、吸引口１３から空気を吸引して吸
引孔８を介してウエハプローバ上に載置されたシリコン
ウエハ（図示せず）を溝７に吸い付けるのである。

【００５０】図９（ａ）は、支持容器の他の一例を模式
的に示した水平断面図であり、（ｂ）は、（ａ）図にお
けるＢ−Ｂ線断面図である。図９に示したように、この
支持容器２１では、ウエハプローバがプローブカードの
テスタピンの押圧によって反らないように、多数の支持
柱１５が設けられている。支持容器は、アルミニウム合
金、ステンレスなどを使用することができる。

【００５１】次に、本発明のウエハプローバの製造方法
の一例を図１０〜１１に示した断面図に基づき説明す
る。（１）まず、窒化物セラミックなどのセラミックの粉体
をバインダおよび溶剤と混合してグリーンシート３０を
得る。

【００５２】前述したセラミック粉体としては、例え
ば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などを使用すること
ができ、必要に応じて、イットリアなどの焼結助剤など
を加えてもよい。また、セラミック基板の黒色化するた
めに、カーボンを加えてもよい。カーボンは、結晶性の
ものであっもよく、非晶質のものであってもよい。

【００５３】また、バインダとしては、アクリル系バイ
ンダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニ
ルアルコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
さらに、溶媒としては、α−テルピネオール、グリコー
ルから選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらを混
合して得られるペーストをドクターブレード法でシート
状に成形してグリーンシート３０を作製する。

【００５４】グリーンシート３０に、必要に応じてシリ
コンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔や熱電対を埋め
込む凹部を設けておくことができる。貫通孔や凹部は、
パンチングなどで形成することができる。グリーンシー
ト３０の厚さは、０．１〜５ｍｍ程度が好ましい。

【００５５】次に、グリーンシート３０にガード電極、
グランド電極を印刷する。印刷は、グリーンシート３０
の収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得られるよう
に行い、これによりガード電極印刷体５０、グランド電
極印刷体６０を得る。印刷体は、導電性セラミック、金
属粒子などを含む導電性ペーストを印刷することにより
形成する。

【００５６】これらの導電性ペースト中に含まれる導電
性セラミック粒子としては、タングステンまたはモリブ
デンの炭化物が最適である。酸化しにくく、熱伝導率が
低下しにくいからである。また、金属粒子としては、例
えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケルなど
を使用することができる。

【００５７】導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒
子径は０．１〜５μｍが好ましい。これらの粒子は、
大きすぎても小さすぎてもペーストを印刷しにくいから
である。このようなペーストとしては、金属粒子または
導電性セラミック粒子８５〜９７重量部、アクリル系、
エチルセルロース、ブチルセロソルブおよびポリビニル
アルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ１．
５〜１０重量部、α−テルピネオール、グリコール、エ
チルアルコールおよびブタノールから選ばれる少なくと
も１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合して調製したぺ
ーストが最適である。さらに、パンチング等で形成した
孔に、導電ペーストを充填してスルーホール印刷体１６
０、１７０を得る。

【００５８】次に、図１０（ａ）に示すように、印刷体
５０、６０、１６０、１７０を有するグリーンシート３
０と、印刷体を有さないグリーンシート３０を積層す
る。発熱体形成側に印刷体を有さないグリーンシート３
０を積層するのは、スルーホールの端面が露出して、発
熱体形成の焼成の際に酸化してしまうことを防止するた
めである。もしスルーホールの端面が露出したまま、発
熱体形成の焼成を行うのであれば、ニッケルなどの酸化
しにくい金属をスパッタリングする必要があり、さらに
好ましくは、Ａｕ−Ｎｉの金ろうで被覆してもよい。

【００５９】（２）次に、図１０（ｂ）に示すように、
積層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおよび
導電ペーストを焼結させる。加熱温度は、１０００〜２
０００℃、加圧は１００〜２００ｋｇ／ｃｍ² が好まし
く、これらの加熱および加圧は、不活性ガス雰囲気下で
行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などを使用
することができる。この工程でスルーホール１６、１
７、ガード電極５、グランド電極６が形成される。ま
た、セラミック基板は、カーボンを含んでいるので、黒
色化される。

【００６０】（３）次に、図１０（ｃ）に示すように、
マスクを介したサンドブラスト処理等により、焼結体の
表面に溝７を設ける。（４）次に、図１０（ｄ）に示すように、焼結体の底面
に導電ペーストを印刷してこれを焼成し、発熱体４１を
作製する。形成された発熱体４１は、セラミック基板の
表面にしっかりと密着する。

【００６１】（５）次に、図１１（ｅ）に示すように、
ウエハ載置面（溝形成面）にチタン、モリブデン、ニッ
ケル等をスパッタリングした後、無電解ニッケルめっき
等を施し、チャックトップ導体層２を設ける。このとき
同時に、発熱体４１の表面にも無電解ニッケルめっき等
により保護層４１０を形成する。

【００６２】（６）次に、図１１（ｆ）に示すように、
溝７から裏面にかけて貫通する吸引孔８、外部端子接続
のための袋孔１８０を設ける。袋孔１８０の内壁は、そ
の少なくとも一部が導電化され、その導電化された内壁
は、ガード電極５、グランド電極６などと接続されてい
ることが望ましい。

【００６３】（７）最後に、図１１（ｇ）に示すよう
に、発熱体４１表面の取りつけ部位に半田ペーストを印
刷した後、外部端子ピン１９１を乗せて、加熱してリフ
ローする。加熱温度は、２００〜５００℃が好適であ
る。また、袋孔１８０にも金ろうを介して外部端子１
９、１９０を設ける。さらに、必要に応じて、有底孔を
設け、その内部に熱電対を埋め込むことができる。半田
は銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用
することができる。なお、半田層の厚さは、０．１〜５
０μｍが望ましい。半田による接続を確保するに充分な
範囲だからである。

【００６４】なお、上記説明ではウエハプローバ１０１
（図１参照）を例にしたが、ウエハプローバ２０１（図
５参照）を製造する場合は、発熱体をグリーンシートに
印刷すればよい。また、ウエハプローバ３０１（図６参
照）を製造する場合は、セラミック粉末中にガード電
極、グランド電極として金属板を、また金属線を発熱体
にして埋め込み、焼結すればよい。さらに、ウエハプロ
ーバ４０１（図７参照）を製造する場合は、ペルチェ素
子を溶射金属層を介して接合すればよい。

【００６５】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１）ウエハプローバ１０１（図１参照）の製造（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
１．１μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径０．
４μｍ）４重量部、および、１─ブタノールおよびエタ
ノールからなるアルコール５３重量部を混合して得た混
合組成物を、ドクターブレード法を用いて成形し、厚さ
０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。

【００６６】（２）次に、このグリーンシートを８０℃
で５時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端
子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔を設け
た。

【００６７】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α─テルピネオール溶媒３．５重量および分散
剤０．３重量部を混合して導電性ペーストＡとした。ま
た、平均粒子径３μｍのタングステン粒子１００重量
部、アクリル系バインダ１．９重量部、α─テルピネオ
ール溶媒を３．７重量部、分散剤０．２重量部を混合し
て導電性ペーストＢとした。

【００６８】次に、グリーンシートに、この導電性ペー
ストＡを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極
用印刷体５０、グランド電極用印刷体６０を印刷印刷し
た。また、端子ピンと接続するためのスルーホール用の
貫通孔に導電性ペーストＢを充填した。

【００６９】さらに、印刷されたグリーンシートおよび
印刷がされていないグリーンシートを５０枚積層して１
３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で一体化することによ
り積層体を作製した（図１０（ａ）参照）。

【００７０】（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６
００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／
ｃｍ² で３時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの窒化アル
ミニウム板状体を得た。得られた板状体を、直径２３０
ｍｍの円形状に切り出してセラミック製の板状体とした
（図１０（ｂ）参照）。スルーホール１６、１７の大き
さは、直径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍであった。

【００７１】また、ガード電極５、グランド電極６の厚
さは１０μｍ、ガード電極５の形成位置は、ウエハ載置
面から１ｍｍ、グランド電極６の形成位置は、ウエハ載
置面から１．２ｍｍであった。また、ガード電極５およ
びグランド電極６の導体非形成領域（方形）の１辺の大
きさは、０．５ｍｍであった。

【００７２】（５）上記（４）で得た板状体を、ダイア
モンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ＳｉＣ等に
よるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部（図示せ
ず）およびウエハ吸着用の溝７（幅０．５ｍｍ、深さ
０．５ｍｍ）を設けた。（図１０（ｃ））。

【００７３】（６）さらに、ウエハ載置面に対向する面
に発熱体４１を印刷した。印刷は導電ペーストを用い
た。導電ペーストは、プリント配線板のスルーホール形
成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ
６０３Ｄを使用した。この導電ペーストは、銀／鉛ペー
ストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、
アルミナからなる金属酸化物（それぞれの重量比率は、
５／５５／１０／２５／５）を銀１００重量部に対して
７．５重量部含むものであった。また、銀の形状は平均
粒径４．５μｍでリン片状のものであった。

【００７４】（７）導電ペーストを印刷したヒータ板を
７８０℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼
結させるとともにセラミック基板３に焼き付けた。さら
に硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／ｌ、塩化ア
ンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェル塩６０ｇ／ｌを
含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴にヒータ板
を浸漬して、銀の焼結体４１の表面に厚さ１μｍ、ホウ
素の含有量が１重量％以下のニッケル層４１０を析出さ
せた。この後、ヒータ板は、１２０℃で３時間アニーリ
ング処理を施した。銀の焼結体からなる発熱体は、厚さ
が５μｍ、幅２．４ｍｍであり、面積抵抗率が７．７ｍ
Ω／□であった（図１０（ｄ））。

【００７５】（８）溝７が形成された面に、スパッタリ
ング法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッケ
ル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本
真空技術株式会社製のＳＶ−４５４０を使用した。スパ
ッタリングの条件は気圧０．６Ｐａ、温度１００℃、電
力２００Ｗであり、スパッタリング時間は、３０秒から
１分の範囲内で、各金属によって調整した。得られた膜
の厚さは、蛍光Ｘ線分析計の画像から、チタン層は０．
３μｍ、モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μｍで
あった。

【００７６】（９）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３
０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッシェ
ル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケルめ
っき浴に、上記（８）で得られたセラミック板を浸漬
し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚
さ７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層
を析出させ、１２０℃で３時間アニーリングした。発熱
体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっきで被覆さ
れない。

【００７７】さらに、表面にシアン化金カリウム２ｇ／
ｌ、塩化アンモニウム７５ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム
５０ｇ／ｌおよび次亜リン酸ナトリウム１０ｇ／ｌを含
む無電解金めっき液に、９３℃の条件で１分間浸漬し、
ニッケルめっき層１５上に厚さ１μｍの金めっき層を形
成した（図１１（ｅ）参照）。

【００７８】（１０）溝７から裏面に抜ける空気吸引孔
８をドリル加工により形成し、さらにスルーホール１
６、１７を露出させるための袋孔１８０を設けた（図１
０（ｆ）参照）。この袋孔１８０にＮｉ−Ａｕ合金（Ａ
ｕ８１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量％、不純物０．１
重量％）からなる金ろうを用い、９７０℃で加熱リフロ
ーしてコバール製の外部端子ピン１９、１９０を接続さ
せた（図１１（ｇ）参照）。また、発熱体に半田（スズ
９０重量％／鉛１０重量％）を介してコバール製の外部
端子ピン１９１を形成した。

【００７９】（１１）次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ１０１を得
た。

【００８０】（実施例２）ＢＣ８重量％、ＳｉＣ９２重
量％からなる粉末を用い、アルゴン雰囲気中、１９８０
℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、
気孔率を３％としたほかは、実施例１と同様にして、Ｓ
ｉＣ焼結体をセラミック基板とするウエハプローバを得
た。

【００８１】（比較例１）イットリヤを添加せず、常圧
焼結を行ったほかは、実施例１と同様にして、気孔率２
５％の窒化アルミニウム基板を有するウエハプローバを
得た。

【００８２】比較例２窒化アルミニウムに代えて、ＳｉＣを使用し、焼結助剤
としてＢＣを８重量％使用し、アルゴン雰囲気中、１９
８０℃、２００ｋｇ／ｃｍ² の条件で５時間加熱し、気
孔率０．１％以下のＳｉＣ緻密体を得た。

【００８３】評価方法（ｉ）ヤング率の測定曲げ共振法ヤング率測定装置を使用して、実施例および
比較例で得られたセラミック基板のヤング率を測定し
た。試験片は、長さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍの形状に切り出したものを使用した。具体的な測定方
法は、以下の通りである。即ち、試験片の両端から０．
２２４Ｌ近傍を支点とし、アルミナ繊維を用いて電気炉
中に試験片を吊り下げ、共振点の測定は、測定温度に達
した時点より１０分間温度を保持してから開始した。曲
げの一次共振点の探索は、まず、簡易発振器の周波数を
主動で走査し、オシロスコープ管面上のリサージュ図形
の変化から周波数の一次測定を行い、ついで、ファンク
ションジェネレータの出力周波数を計算機より制御して
二次測定を行って、共振周波数を求めた。以上により得
た一次曲げモードの共振周波数から、以下の式（１）を
用いてヤング率を測定した。測定結果を下記の表１に示
した。

【００８４】Ｅ＝０．９４６５×｛（ｍ・ｆ² ）／ｗ｝×（Ｌ／ｔ）³ ×｛１＋６・５９×（ｔ／Ｌ）² ｝・・・・（１）但し、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）、ｆ：共振周波数（Ｈ
ｚ）、Ｌ：試験片の長さ（ｍ）、ｗ：試験片の幅
（ｍ）、ｔ：試験片の厚さ（ｍ）、ｍ：試験片の質量
（ｋｇ）である。

【００８５】なお、図１３は、実施例１で得られた窒化
アルミニウムの温度とヤング率との関係を示したグラフ
であり、このグラフより、窒化アルミニウム基板は、２
５〜８００℃の温度領域におけるヤング率が２８０〜３
５０ＧＰａの範囲内であることがわかる。

【００８６】実施例１〜２、および、比較例１で得られ
たウエハプローバを、図８に示した指示容器１１に嵌め
込み、チャックトップ導体層の上にシリコンウエハを載
置し、図１２に示したようにプローブカード６０１を１
５ｋｇ／ｃｍ² の圧力でシリコンウエハに押し当て、セ
ラミック基板の反り量を測定した。反り量は、京セラ社
製形状測定器、商品名「ナノウェイ」を使用した。そ
の結果を下記の表１に示した。

【００８７】

【表１】

【００８８】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、実施例１〜２に係るウエハプローバを構成するセラ
ミック基板は、温度２５℃でヤング率が３１０ＧＰａ
（実施例１）、３４０ＧＰａ（実施例２）と剛性が高
く、プローブカードのテスタピンをシリコンウエハに押
し当てた際、反り量が１μｍであり、シリコンウエハに
は破損が発生しなかった。一方、比較例１に係るウエハ
プローバを構成するセラミック基板は、ヤング率が７０
ＧＰａと剛性が低く、プローブカードのテスタピンをシ
リコンウエハに押し当ててた際、反り量が５μｍと大き
く、シリコンウエハに破損が発生した。また、比較例２
のセラミック基板は、剛性が高すぎるため、荷重がシリ
コンウエハに集中し、やはり破損が発生した。

【００８９】

【発明の効果】以上説明のように、本願発明のウエハプ
ローバでは、セラミック基板の２５〜８００℃の温度範
囲におけるヤング率が２８０〜３５０ＧＰａと剛性が高
いため、反りが殆ど発生せず、チャックトップ導体層上
にシリコンウエハを載置し、プローブカードを押し当て
ても、シリコンウエハに破損が発生することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハプローバの一例を模式的に示す
断面図である。

【図２】図１に示したウエハプローバの平面図である。

【図３】図１に示したウエハプローバの底面図である。

【図４】図１に示したウエハプローバのＡ−Ａ線断面図
である。

【図５】本発明のウエハプローバの一例を模式的に示す
断面図である。

【図６】本発明のウエハプローバの一例を模式的に示す
断面図である。

【図７】本発明のウエハプローバの一例を模式的に示す
断面図である。

【図８】本発明のウエハプローバを支持容器と組み合わ
せた場合を模式的に示す断面図である。

【図９】（ａ）は、本発明のウエハプローバを他の支持
容器と組み合わせた場合を模式的に示す縦断面図であ
り、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のウエハプローバ
の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図１１】（ｅ）〜（ｇ）は、本発明のウエハプローバ
の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

【図１２】本発明のウエハプローバを用いて導通テスト
を行っている状態を模式的に示す断面図である。

【図１３】実施例１のウエハプローバを構成するセラミ
ック基板のヤング率と温度との関係を示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１ウエハプローバ２チャップトップ導体層３セラミック基板５ガード電極６グランド電極７溝８吸引口１０断熱材１１支持容器１２冷媒吹き出し口１３吸引口１４冷媒注入口１５支持柱１６、１７、１８スルーホール１８０袋孔１９、１９０、１９１外部端子ピン４１、４２発熱体４１０保護層４３金属線４４ペルチェ素子４４０熱電素子４４１セラミック基板５１導体層５２導体層非形成部

フロントページの続き (72)発明者伊藤康隆岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社内Ｆターム(参考） 2G011 AA01 AA16 AB06 AB09 AB10 AC33 AE03 AF07 2G032 AB13 AD01 AD08 AE03 AF01 AK04 4M106 AA01 BA01 BA11 DD09 DD10 DD17 DJ32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板の表面にチャックトップ
導体層が形成されてなるウエハプローバにおいて、前記
セラミック基板は、２５〜８００℃の温度範囲における
ヤング率が２８０〜３５０ＧＰａであることを特徴とす
るウエハプローバ。