JP2003243461A - ウエハプローバおよびウエハプローバに使用されるセラミック基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガード電極および／またはグランド電極と周
囲のセラミックとの熱膨張差に起因するセラミック基板
の破損が発生しにくく、５００℃以上の高温まで温度が
上昇した場合にも、周囲のセラミックと上記ガード電極
等が反応することによる電極の導電率の変動が発生しに
くく、スルーホールに接合した外部端子の接合界面での
剥離が発生しにくい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はチャックトッ
プ導体層が形成され、前記セラミック基板の内部には、
ガード電極および／またはグランド電極が形成され、前
記ガード電極および／または前記グランド電極にスルー
ホールが接続されてなるウエハプローバであって、前記
ガード電極および／または前記グランド電極の少なくと
も一部が導電性セラミックで構成され、前記スルーホー
ルは高融点金属で構成されてい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】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業に
おいて使用されるウエハプローバおよびウエハプローバ
に使用されるセラミック基板に関し、特には、薄くて軽
く、昇温降温特性、耐久性に優れるウエハプローバおよ
びウエハプローバに使用されるセラミック基板に関す
る。

【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
を形成することで製造される。この半導体チップの製造
工程においては、シリコンウエハの段階でその電気的特
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（図１３参照）。
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６０１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３
１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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【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
を用い、この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、このセラミック基板の内部にガード電
極および／またはグランド電極が形成され、これら電極
がスルーホールで接続されたウエハプローバを想起する
に至ったが、この内部のガード電極等をタングステン等
の高融点金属で構成した場合、これらの金属と周囲のセ
ラミックとの熱膨張差に起因して、セラミック基板が破
損し、また、６００℃程度の高温まで温度が上昇した場
合には、セラミックとタングステン等が反応してガード
電極等の導電率が変動するという問題が発生した。ま
た、上記した電極とスルーホールとを全て導電性セラミ
ックで構成すると、上記スルーホールとこのスルーホー
ルに接合する外部端子との接続が不充分となり、これら
の接合界面て剥離が発生しやすいという問題が発生し
た。

【０００８】本発明者らは、上記課題に鑑みて鋭意研究
した結果、このセラミック基板内部のガード電極等の少
なくとも一部（表面）を導電性セラミックで構成し、か
つ、これらの電極に接続するスルーホールを高融点金属
で構成することにより、上記した問題を解決することが
できることを見いだし本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち、本発明のウエハプローバは、セラミ
ック基板の表面にはチャックトップ導体層が形成され、
上記セラミック基板の内部には、ガード電極および／ま
たはグランド電極が形成され、上記ガード電極および／
または上記グランド電極にスルーホールが接続されてな
るウエハプローバであって、上記ガード電極および／ま
たは上記グランド電極の少なくとも一部が導電性セラミ
ックで構成され、上記スルーホールは高融点金属で構成
されていることを特徴とする。また、本発明のセラミッ
ク基板は、その表面にはチャックトップ導体層が形成さ
れ、内部にはガード電極および／またはグランド電極が
形成され、上記ガード電極および／または上記グランド
電極にスルーホールが接続されてなるセラミック基板で
あって、上記ガード電極および／または上記グランド電
極の少なくとも一部が導電性セラミックで構成され、上
記スルーホールは高融点金属で構成されていることを特
徴とする。

【００１０】上記ウエハプローバおよび上記ウエハプロ
ーバに使用される上記セラミック基板において、上記ガ
ード電極および／または上記グランド電極の表面のみが
導電性セラミックで構成されていること、または、上記
ガード電極および／または上記グランド電極の全部が導
電性セラミックで構成されていることが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のウエハプローバ（以下、
ウエハプローバに使用されるセラミック基板も含む）
は、セラミック基板の表面にはチャックトップ導体層が
形成され、上記セラミック基板の内部には、ガード電極
および／またはグランド電極が形成され、上記ガード電
極および／または上記グランド電極にスルーホールが接
続されてなるウエハプローバであって、上記ガード電極
および／または上記グランド電極の少なくとも一部が導
電性セラミックで構成され、上記スルーホールは高融点
金属で構成されていることを特徴とする。本発明のセラ
ミック基板は、ウエハプローバに使用され、具体的に
は、半導体ウエハのプロービング用ステージ（いわゆる
チャックトップ）として機能する。

【００１２】本発明では、上記ガード電極および／また
は上記グランド電極の少なくとも一部（表面）が導電性
セラミックで構成されているので、これらの電極と周囲
のセラミックとの熱膨張差に起因するセラミック基板の
破損は発生しにくく、また、例えば、５００℃以上の高
温まで温度が上昇した場合にも、周囲のセラミックとガ
ード電極等が反応することによる電極の導電率の変動が
発生しにくい。また、スルーホールが高融点金属により
構成されているので、上記スルーホールとこのスルーホ
ールに接合する外部端子とはしっかりと確実に接合（接
続）され、これらの接合界面て剥離が発生することはな
い。

【００１３】また本発明では、剛性の高いセラミック基
板を使用し、このセラミック基板の内部にガード電極お
よび／またはグランド電極を埋設することにより、これ
らが補強的効果を有し、プローブカードのテスタピンが
押圧された場合でも、反りを防止することができる。そ
のため、チャックトップの厚さを金属に比べて小さくす
ることができる。なお、スルーホールは、セラミック基
板の補強効果をも有し、テスタピンの押圧による反りや
破損を防止する効果を有する。

【００１４】図１（ａ）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、（ｂ）は、
その部分拡大断面図である。また、図２は、図１に示し
たウエハプローバの平面図であり、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。

【００１５】このウエハプローバでは、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。

【００１６】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。さらに、セラミック基板３の内部
には、ストレイキャパシタをキャンセルするためのガー
ド電極５（５ａ、５ｂ）が設けられるとともに、温度制
御手段からのノイズをキャンセルするためのグランド電
極６（６ａ、６ｂ）が設けられている。

【００１７】また、このガード電極５は、タングステン
カーバイト等の導電性セラミックからなる表面電極層５
ｂとタングステン等の高融点金属からなる内部電極層５
ａとから構成され、また、グランド電極６も、導電性セ
ラミックからなる表面電極層６ｂと高融点金属からなる
内部電極層６ａとから構成されている。なお、ガード電
極５とグランド電極６とは、表面の一部が導電性セラミ
ックから構成されていてもよく、その全部が導電性セラ
ミックから構成されていてもよい。図２以降において
は、ガード電極５とグランド電極６とを、１層で表す。

【００１８】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。

【００１９】上述したように、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）と同電位である。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、接地電位が与えられている。

【００２０】ガード電極５、グランド電極６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、または、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
ミックから選ばれる少なくとも１種を使用することがで
きるが、本発明では、ガード電極５および／またはグラ
ンド電極６の少なくとも一部は、上記導電性セラミック
で構成されている。高融点金属は、セラミックの焼結温
度より高い融点であれば、使用することができる。

【００２１】従って、このガード電極５、グランド電極
６は、表面またはその一部が導電性セラミックで構成さ
れていてもよく、全部が導電性セラミックで構成されて
いてもよい。表面を導電性セラミックで構成することに
より、５００℃以上の高温まで加熱した場合にも、周囲
のセラミックとガード電極等が反応することによる電極
の導電率の変動が発生しにくい。

【００２２】ガード電極５およびグランド電極６の全体
の厚さは、１〜２０μｍが望ましい。これらの電極の厚
さが１μｍ未満では抵抗が高くなり、一方、２０μｍを
超えると耐熱衝撃性が低下するからである。これらの表
面に導電性セラミックからなる表面電極層５ｂ、６ｂを
形成する場合には、その厚さは、内部電極層５ａ、６ａ
の厚さの５〜５０％が望ましい。５％未満では、熱膨張
差を充分に吸収することができず、一方、５０％を超え
ると、電極の抵抗が変化しやすくなるため、使用しずら
い。

【００２３】ガード電極５およびグランド電極６は、図
４に示したように格子状に設けられていることが望まし
い。導体層上下のセラミック同士の密着性を改善でき、
熱衝撃が加えられた場合でもクラックが発生したり、ガ
ード電極５、グランド電極６とセラミックの界面で剥離
が生じないからである。

【００２４】さらに、チャックトップ導体層２とガード
電極５との間にコンデンサが構成されるが、ガード電極
５を格子状とすると無用な静電容量を小さくすることが
できる。格子の導体非形成部分は、図４に示したような
方形であってもよく、円、楕円であってもよい。また、
導体非形成部分が方形の場合には、その角にアールが設
けられていてもよい。

【００２５】スルーホール１６、１７、１８は、ガード
電極５、グランド電極６の端部付近から延設され、袋孔
１８０によりセラミック基板の底部に露出し、外部端子
ピン１９、１９０により接続されていてもよく、側面の
付近に袋孔（図示せず）により露出し、外部端子により
接続されていてもよい。

【００２６】スルーホール１６、１７、１８は、タング
ステン、モリブデンなどの高融点金属から構成されてい
る。このスルーホール１６、１７、１８は、金属からな
る外部端子ピン１９、１９０と半田、ろう材等により接
合（接続）されるが、接合対象物がいずれも金属である
ので、極めて良好に接合され、接合界面での剥離が発生
しにくい。スルーホール１６、１７、１８の直径は、
０．１〜１０ｍｍが望ましい。断線を防止しつつ、クラ
ックや歪みを防止することができるからである。

【００２７】袋孔１８０の作製に関しては、グリーンシ
ートを作製した後、このグリーンシートにパンチング等
により袋孔１８０となる貫通孔を設けてもよく、セラミ
ック基板を作製した後、サンドブラスト、ドリル等によ
り袋孔１８０を形成してもよい。

【００２８】本発明のウエハプローバで使用されるセラ
ミック基板は、窒化物セラミック、炭化物セラミックお
よび酸化物セラミックに属するセラミックから選ばれる
少なくとも１種であることが望ましい。

【００２９】上記窒化物セラミックとしては、金属窒化
物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ
素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。また、上
記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、
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、炭化タンステン等が挙げられる。

【００３０】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト等が挙げられる。これらのセラミッ
クは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

【００３１】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化
物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適であ
る。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００３２】上記セラミック中には、カーボンを１００
〜２０００ｐｐｍ含むことが望ましい。セラミック内の
電極パターンを隠蔽し、かつ、高輻射熱が得られるから
である。カーボンは、Ｘ線回折で検出可能な結晶質また
は検出不能な非晶質の一方または両方であってもよい。

【００３３】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。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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】チャックトップ導体層は、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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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が必要となる。通常、このスルーホール１６、
１７を接続パッドとして外部端子ピンを接続する（図１
１（ｇ）参照）。

【００５８】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
に優れるため、接合界面て剥離が生ずることはない。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】Ｋ型は、Ｎｉ／Ｃｒ合金とＮｉ合金の組合
せ、Ｒ型はＰｔ−１３％Ｒｈ合金とＰｔの組合せ、Ｂ型
は、Ｐｔ−３０％Ｒｈ合金とＰｔ−６５％Ｒｈ合金の組
合せ、Ｓ型は、Ｐｔ−１０％Ｒｈ合金とＰｔの組合せ、
Ｅ型は、Ｎｉ／Ｃｒ合金とＣｕ／Ｎｉ合金の組合せ、Ｊ
型はＦｅとＣｕ／Ｎｉ合金の組合せ、Ｔ型は、ＣｕとＣ
ｕ／ｎｉ合金の組合せである。

【００６２】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台１１を模式的に示し
た断面図である。この支持台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。

【００６３】図９（ａ）は、支持台の他の一例を模式的
に示した縦断面図であり、（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
台では、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。支持台は、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。

【００６４】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、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭
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。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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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、レニ
ウムなどを使用することができる。

【００６９】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。

【００７０】表面を導電性セラミック、内部を高融点金
属とする場合には、例えば、導電性ペーストを印刷する
際、グリーンシート上に導電性セラミック粉末を含むペ
ーストを印刷した後、金属粉末を含むペーストを印刷
し、さらにその上に導電性セラミック粉末を含むペース
トを印刷して、金属粉末を含むペースト層を完全に包む
構造とすること等が挙げられる。さらに、パンチング等
で形成した孔に、高融点金属を含む導電ペーストを充填
してスルーホール印刷体１６０、１７０を得る。

【００７１】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。

【００７２】（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。

【００７３】（３）次に、図１０（ｃ）に示すように、
焼結体の表面に溝７を設ける。溝７は、ドリル、サンド
ブラスト等により形成する。 （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。

【００７４】（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。

【００７５】（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や、外部端子接
続のための袋孔１８０をドリル、サンドブラスト等によ
り形成する。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、
グランド電極などと接続されていることが望ましい。内
壁を導電化するためには、グリーンシート３０を作製し
た際、袋孔１８０の内壁となる部分に、導電ペースト層
を形成しておく必要がある。

【００７６】（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。

【００７７】また、袋孔１８０にも金ろうを介して外部
端子１９、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、
０．１〜５０μｍ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。

【００７８】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、セラミック粉体にガード電極、
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。ガード電極、グランド電
極の表面を導電性セラミック層とする場合には、金属板
の表面にスパッタリング等により導電性セラミック層を
形成しておき、この表面が導電性セラミックにより被覆
された金属板を埋め込めばよい。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。

【００７９】

【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、アクリルバインダ１１．５重量部、
分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノール
とからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を用
い、ドクターブレード法により成形を行って厚さ０．４
７ｍｍのグリーンシートを得た。

【００８０】（２）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。 （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。

【００８１】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３．７重量および分散剤０．２重
量部を混合して導電性ペーストＢとした。

【００８２】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。

【００８３】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）。

【００８４】（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。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１．２
ｍｍであった。また、ガード電極５、グランド電極６の
導体非形成領域の１辺の大きさは、０．５ｍｍであっ
た。

【００８５】（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粒子
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）およびシリコンウエハ吸着用の溝７（幅０．５
ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた（図１０（ｃ）参
照）。

【００８６】（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。

【００８７】（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））。

【００８８】（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。

【００８９】（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、および、硫酸ニッケル２５０〜３５０ｇ／ｌ、
塩化ニッケル４０〜７０ｇ／ｌ、ホウ酸３０〜５０ｇ／
ｌを含み、硫酸でｐＨ２．４〜４．５に調整した電解ニ
ッケルめっき浴を用いて、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。

【００９０】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）。

【００９１】（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を同様にドリル
加工により設けた（図１０（ｆ）参照）。この袋孔１８
０にＮｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５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９／鉛１）を介してコバール
製の外部端子ピン１９１を形成した。

【００９２】（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。 （１２）このウエハプローバ１０１を図８の断面形状を
有するステンレス製の支持台にセラミックファイバー
（イビデン社製 商品名 イビウール）からなる断熱材
１０を介して組み合わせた。この支持台１１は冷媒吹き
出し口１２を有し、ウエハプローバ１０１の温度調整を
行うことができる。また、吸引口１３から冷媒や空気を
吸引してシリコンウエハの吸着を行う。

【００９３】（実施例２）ウエハプローバ２０１（図５
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、アクリルバイダー１１．５重量部、
分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノール
とからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を、
ドクターブレード法により成形し、厚さ０．４７ｍｍの
グリーンシートを得た。

【００９４】（２）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。 （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。

【００９５】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３．７重量および分散剤０．２重
量部を混合して導電性ペーストＢとした。

【００９６】次に、グリーンシートに、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、グランド電極用印刷体を印刷した。さらに、導電
ペーストＡを用い、発熱体を図３に示すように同心円パ
ターンとして印刷した。

【００９７】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。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１３０℃、８０ｋｇ
／ｃｍ² の圧力で一体化し、積層体を作製した。

【００９８】（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。これを直径２３０ｍｍの円状に
切り出してセラミック製の板状体とした。スルーホール
の大きさは直径２．０ｍｍ、深さ３．０ｍｍであった。
また、ガード電極５、グランド電極６の厚さは６μｍ、
ガード電極５の形成位置は、ウエハ載置面から０．７ｍ
ｍ、グランド電極６の形成位置は、ウエハ載置面から
１．４ｍｍ、発熱体の形成位置は、ウエハ載置面から
２．８ｍｍであった。また、ガード電極５、グランド電
極６の導体非形成領域の１辺の大きさは、０．５ｍｍで
あった。

【００９９】（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粒子
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）およびシリコンウエハ吸着用の溝７（幅０．５
ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた。

【０１００】（６）溝７が形成された面にスパッタリン
グにてチタン、モリブデン、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、スパ
ッタリングの時間は、３０秒から１分の間で、各金属に
より調整した。得られた膜は、蛍光Ｘ線分析計の画像か
らチタンは０．５μｍ、モリブデンは４μｍ、ニッケル
は１．５μｍであった。

【０１０１】（７）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３
０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌ、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（６）で得られたセラミック板３を浸漬して、スパ
ッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ７μ
ｍ、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。

【０１０２】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、次亜リン酸ナトリウム１０ｇ／ｌからなる
無電解金めっき液に９３℃の条件で１分間浸漬して、ニ
ッケルめっき層上に厚さ１μｍの金めっき層を形成し
た。

【０１０３】（８）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１６、
１７を露出させるための袋孔１８０を同様にドリル加工
により設けた。この袋孔１８０にＮｉ−Ａｕ合金（Ａｕ
８１．５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。外部端子１９、１９０は、Ｗ製でもよい。

【０１０４】（９）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２０１を得た。 （１０）このウエハプローバ２０１を図９の断面形状を
持つステンレス製の支持台にセラミックファイバー（イ
ビデン社製：商品名 イビウール）からなる断熱材１０
を介して組み合わせた。この支持台２１には、ウエハプ
ローバの反り防止のための支持柱１５が形成されてい
る。また、吸引口１３から空気を吸引してシリコンウエ
ハの吸着を行う。

【０１０５】（実施例３） ウエハプローバ３０１（図
６参照）の製造 （１）厚さ１０μｍのタングステン箔を打抜き加工する
ことにより格子状の電極を形成した。スパッタリングに
より、表面が厚さ０．６μｍのタングステンの炭化物に
より被覆された格子状の電極２枚（ぞれぞれガード電極
５、グランド電極６となるもの）およびタングステン線
を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０．４μ
ｍ）４重量部とともに、成形型中に入れて窒素ガス中で
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。
これを直径２３０ｍｍの円状に切り出して板状体とし
た。（２）この板状体に対し、実施例２の（５）〜（１
０）の工程を実施し、ウエハプローバ３０１を得、実施
例１と同様にウエハプローバ３０１を図８に示した支持
台１１上に載置した。なお、このウエハプローバをガー
ド電極、グランド電極が露出するように切断して、その
組成をＥＰＭＡで測定したところ、表面はそのままタン
グステンの炭化物により被覆されていることがわかっ
た。

【０１０６】（実施例４） ウエハプローバ４０１（図
７参照）の製造 実施例１の（１）〜（５）、および、（８）〜（１０）
を実施した後、さらにウエハ載置面に対向する面にニッ
ケルを溶射し、この後、鉛・テルル系のペルチェ素子を
接合させ、ウエハプローバ４０１を得、実施例１と同様
にウエハプローバ４０１を図８に示した支持台１１上に
載置した。

【０１０７】（実施例５） 炭化珪素をセラミック基板
とするウエハプローバの製造 以下に記載する事項または条件以外は、実施例３の場合
と同様にして、ウエハプローバを製造した。即ち、平均
粒径１．０μｍの炭化ケイ素粉末１００重量部を使用
し、また、表面が厚さ０．７μｍのタングステンの炭化
物により被覆された格子状の電極２枚（ぞれぞれガード
電極５、グランド電極６となるもの）、および、表面に
テトラエトキシシラン１０重量％、塩酸０．５重量％お
よび水８９．５重量％からなるゾル溶液を塗布したタン
グステン線を使用し、１９００℃の温度で焼成した。な
お、ゾル溶液は焼成でＳｉＯ₂ となって絶縁層を構成す
る。次に、実施例５で得られたウエハプローバ４０１
を、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置
した。

【０１０８】（実施例６） アルミナをセラミック基板
とするウエハプローバの製造 以下に記載する工程または条件以外は、実施例１の場合
と同様にして、ウエハプローバを製造した。アルミナ粉
末（トクヤマ製、平均粒径１．５μｍ）１００重量部、
アクリルバイダー１１．５重量部、分散剤０．５重量部
および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコー
ル５３重量部を混合した組成物を、ドクターブレード法
を用いて成形し、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得
た。また、焼成温度を１０００℃とした。次に、実施例
６で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８
に示した支持台１１上に載置した。

【０１０９】（実施例７） （１）平均粒子径３μｍのタングステン粉末を円板状の
成形治具に入れて、窒素ガス中で温度１８９０℃、圧力
１５０ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスして、直径２
００ｍｍ、厚さ１１０μｍのタングステン製の多孔質チ
ャックトップ導体層を得た。

【０１１０】（２）次に、実施例１の（１）〜（４）、
および、（５）〜（７）と同様の工程を実施し、ガード
電極、グランド電極、発熱体を有するセラミック基板を
得た。

【０１１１】（３）上記（１）で得た多孔質チャックト
ップ導体層を金ろう（実施例１の（１０）と同じもの）
の粉末を介してセラミック基板に載置し、９７０℃でリ
フローした。 （４）実施例１の（１０）〜（１２）と同様の工程を実
施してウエハプローバを得た。この実施例で得られたウ
エハプローバは、チャックトップ導体層に半導体ウエハ
が均一に吸着する。

【０１１２】（比較例１） （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、アクリルバインダ１１．５重量部、
分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノール
とからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を用
い、ドクターブレード法により成形を行って厚さ０．４
７ｍｍのグリーンシートを得た。

【０１１３】（２）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。 （３）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３．７重量および分散剤０．２重量部を混合し
て導電性ペーストとした。

【０１１４】次に、グリーンシートに、この導電性ペー
スト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を充填した。

【０１１５】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。

【０１１６】（４）この後、実施例１と同様に焼成を行
って板状体を得た後、直径２３０ｍｍの円形状に切り出
してセラミック製の板状体とし、続いて、実施例１と同
様にダイアモンド研磨、発熱体の印刷、焼成を行い、め
っき、スパッタリング等を行ってウエハプローバを得
た。そして、得られたウエハプローバを図８に示した支
持台に載置した。

【０１１７】（比較例２） （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、アクリルバインダ１１．５重量部、
分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノール
とからなるアルコール５３重量部を混合した組成物を用
い、ドクターブレード法により成形を行って厚さ０．４
７ｍｍのグリーンシートを得た。

【０１１８】（２）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。 （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。

【０１１９】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３．７重量および分散剤０．２重
量部を混合して導電性ペーストＢとした。

【０１２０】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Ａを充填した。

【０１２１】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。

【０１２２】（４）この後、実施例１と同様に焼成を行
って板状体を得た後、直径２３０ｍｍの円形状に切り出
してセラミック製の板状体とし、続いて、実施例１と同
様にダイアモンド研磨、発熱体の印刷、焼成を行い、め
っき、スパッタリング等を行ってウエハプローバを得
た。そして、得られたウエハプローバを図８に示した支
持台に載置した。

【０１２３】評価方法 実施例１〜７および比較例１〜２に係るウエハプローバ
について、６００℃の雰囲気で２４時間置いた後、デジ
タルマルチメータを用いて加熱前と加熱後のガード電極
およびグランド電極の抵抗率を測定した。また、−５５
℃で５分間保持した後、１５０℃で５分間保持するヒー
トサイクルを１０００回繰り返すヒートサイクル試験
（熱衝撃試験）を行った。さらに、実施例１〜７および
比較例１〜２に係るウエハプローバについて、ソケット
の脱着試験を１０００回繰り返し、外部端子の剥離の有
無を調べた。その結果を下記の表１に示した。

【０１２４】

【表１】

【０１２５】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、実施例１〜７に係るウエハプローバでは、６００℃
で２４時間置いた後も、殆ど抵抗率に変化がなかったの
に対し、比較例１に係るウエハプローバでは、抵抗率が
かなり変化していた。また、実施例１〜７に係るウエハ
プローバでは、熱衝撃試験によりクラック等の発生はな
かったのに対し、比較例１に係るウエハプローバでは、
セラミック基板にクラックが発生していた。また、比較
例２に係るウエハプローバでは、ソケットの脱着試験に
より、スルーホールと外部端子との接合界面で剥離が発
生した。

【０１２６】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明のウエハプ
ローバは、ガード電極および／またはグランド電極の少
なくとも一部が導電性セラミックにより構成されてお
り、スルーホールが高融点金属により構成されているの
で、これらの電極と周囲のセラミックとの熱膨張差に起
因するセラミック基板の破損は発生しにくく、また、５
００℃以上の高温まで温度が上昇した場合にも、周囲の
セラミックとガード電極等が反応することによる電極の
導電率の変動が発生しにくく、スルーホールに接合した
外部端子の接合界面での剥離が発生しにくい。また、本
発明のウエハプローバは、プローブカードを押圧した場
合でも反りがなく、ウエハの破損や測定ミスを防止し、
かつ昇温、降温特性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、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り、（ｂ）は、その部分拡大断面
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台と組み合わせ
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
台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】従来のウエハプローバを模式的に示す断面図
である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１ ウエハプローバ ２ チャックトップ導体層 ３ セラミック基板 ５ ガード電極 ６ グランド電極 ５ａ、６ａ 内部電極層 ５ｂ、６ｂ 表面電極層 ７ 溝 ８ 吸引孔 １０ 断熱材 １１ 支持台 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） 2G003 AA10 AG04 AH07 AH08 4M106 AA01 DD30 DJ02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板の表面にはチャックトッ
   プ導体層が形成され、前記セラミック基板の内部には、
   ガード電極および／またはグランド電極が形成され、前
   記ガード電極および／または前記グランド電極にスルー
   ホールが接続されてなるウエハプローバであって、前記
   ガード電極および／または前記グランド電極の少なくと
   も一部が導電性セラミックで構成され、前記スルーホー
   ルは高融点金属で構成されていることを特徴とするウエ
   ハプローバ。
2. 【請求項２】 前記ガード電極および／または前記グラ
   ンド電極の表面のみが導電性セラミックで構成されてい
   る請求項１に記載のウエハプローバ。
3. 【請求項３】 前記ガード電極および／または前記グラ
   ンド電極の全部が導電性セラミックで構成されている請
   求項１に記載のウエハプローバ。
4. 【請求項４】 その表面にはチャックトップ導体層が形
   成され、内部にはガード電極および／またはグランド電
   極が形成され、前記ガード電極および／または前記グラ
   ンド電極にスルーホールが接続されてなるセラミック基
   板であって、前記ガード電極および／または前記グラン
   ド電極の少なくとも一部が導電性セラミックで構成さ
   れ、前記スルーホールは高融点金属で構成されているこ
   とを特徴とするウエハプローバに使用されるセラミック
   基板。
5. 【請求項５】 前記ガード電極および／または前記グラ
   ンド電極の表面のみが導電性セラミックで構成されてい
   る請求項４に記載のウエハプローバに使用されるセラミ
   ック基板。
6. 【請求項６】 前記ガード電極および／または前記グラ
   ンド電極の全部が導電性セラミックで構成されている請
   求項４に記載のウエハプローバに使用されるセラミック
   基板。