JP2004088117A

JP2004088117A - 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

Info

Publication number: JP2004088117A
Application number: JP2003346154A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 伊藤　淳; Yasuji Hiramatsu; 平松　靖二; Yasutaka Ito; 伊藤　康隆
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】　高温にさらされた場合にも、反りが発生せず、チャックトップ導体層上にシリコンウエハを載置して導通試験を行っても、シリコンウエハが破損することがなく、セラミック基板を大型で薄いものとすることができるウエハプローバに使用されるセラミック基板を提供すること。
【解決手段】　セラミック基板の一主面にはチャップトップ導体層が形成され、他の主面には導体層が形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。
【選択図】　　　　　図１

Description

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。

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。

このようなウエハプローバとして、例えば、特許第２５８７２８９号公報などには、セラミック基板を用いたウエハプローバが開示されている。
上記ウエハプローバでは、例えば、図８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８は、ウエハプローバに電源を接続した図を示し、ウエハプローバ５０１のチャックトップ電極２、グランド電極６およびガード電極５には、スルーホール１７、１６などを介して電源Ｖ_１が接続されており、グランド電極６は、接地されて０電位となっている。また、チャックトップ電極２とガード電極５とは等電位である。
また、発熱体４１には電源Ｖ_２が、プローブカード６０１には電源Ｖ_３がそれぞれ接続されている。

上記公報などに開示されているセラミック基板は、いずれもその直径が６インチ（１５０ｍｍ）程度か、その厚さがある程度厚いもの（例えば、８ｍｍ以上）であった。
ところが、最近のシリコンウエハの大型化にともない、セラミック基板に関しても、直径が８インチ以上のものが求められるようになってきている。

また、シリコンウエハの製造工程に用いるウエハプローバでは、セラミック基板の内部に発熱体が埋設されたものを使用して加熱する必要があり、さらに、その熱容量を小さくして温度追従性を向上させるために、厚さを薄くすることが必要となってきている。

しかしながら、このような大型で薄いセラミック基板では、一方の面にチャックトップ導体層を形成した場合、１５０〜３００℃程度まで加熱すると反りが発生してしまう。
この反りが発生すると、セラミック基板にシリコンウエハを載置してテスタピンを押し当てたとき、シリコンウエハが破損してしまうという問題があった。

そこで本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、この原因がチャックトップ導体層の金属膜が加熱によって収縮するためであることを見い出した。
収縮の起きる理由は明らかでないが、例えば、めっき膜の場合は、内部に吸蔵された水素が加熱によって除去されてめっき膜が収縮するためであると推定している。
そこで、セラミック基板のチャックトップ導体層形成面の反対側面に導体層を形成することにより、このような反りを防止することができることを知見し、本発明を完成させた。

即ち本発明は、セラミック基板の一主面にはチャックトップ導体層が形成され、他の主面には導体層が形成されてなることを特徴とするウエハプローバ、および、ウエハプローバに使用されるセラミック基板である。

以上説明のように、本願発明の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は、セラミック基板の両面に、チャックトップ導体層と反り防止用の導体層とが形成されているので、このウエハプローバ等が高温にさらされた場合にも、反りが発生せず、チャックトップ導体層上にシリコンウエハを載置して導通試験を行っても、シリコンウエハが破損することはない。
さらに、導体層を設けることにより、セラミック基板の厚さを薄くすることができ、昇温、降温特性に優れたウエハプローバ等とすることができる。

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、セラミック基板の一主面にはチャックトップ導体層が形成され、他の主面には導体層が形成されてな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。
なお、半導体と同種のセラミック基板の上に金属薄膜を形成したステージは、実開昭６２−１８０９４４号公報や特開昭６２−２０１９３７号公報に開示されているが、ここには、両主面に導体層を形成することは記載、示唆ともにされていない。

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一主面に、導体層が形成されているので、例えば、このセラミック基板が１５０〜３００℃程度の高温になり、チャックトップ導体層が収縮しても、チャックトップ導体層が形成されている面の反対側面（以下、底面という）に形成されている導体層も同様に収縮し、セラミック基板に反りが発生するのを防止することができる。
従って、このような高温下において、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、チャックトップが反ることはなく、その結果、シリコンウエハの破損を防止することができる。

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、降温特性を改善することができる。

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、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。

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。

一方、セラミック基板３の底面には、平面視円形状（図示せず）の導体層４１が設けられており、一方、セラミック基板３の内部には、発熱体４２が設けられるとともに、図３に示したような形状のガード電極５とグランド電極６とが設けられている。
なお、図１においては、セラミック基板の内部に発熱体４２が設けられ、底面に導体層４１が設けられていたが、本発明では、導体層４１が発熱体を兼ねていてもよい。この場合、セラミック基板の内部には、発熱体４２を形成しない。

本発明のウエハプローバは、例えば、図１〜３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。

本発明においては、セラミック基板の底面に導体層が形成されている。
上記導体層としては反りを防止することができるものであれば特に限定されず、例えば、金属焼結体、非焼結性金属体、導電性セラミックの焼結体などが挙げられる。上記導体層は、発熱体を兼ねていてもよい。なお、発熱体については、後で詳述する。

上記金属焼結体、上記非焼結性金属体の原料としては、例えば、高融点金属を使用することができる。上記高融点金属としては、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、インジウム、貴金属（金、銀、パラジウム、白金）などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステンまたはモリブデンの炭化物等が挙げられる。

上記導体層の厚さは、１〜５０μｍ程度が望ましい。１μｍより薄いと反り防止の効果がなく、５０μｍより厚くなるとセラミック板全体の反りや、ウエハ載置面の平坦度の低下を招くからである。

上記導体層の形状は特に限定されるものではなく、例えば、平面形状（円形状）、平面形状を幾つかの部分に分割した形状、渦巻き形状、同心円形状、格子形状等が挙げられる。また、導体層の形成範囲は、底面の一部であっもよいが、底面のほぼ全体に形成されていることが望ましい。底面のほぼ全体に形成することにより反り防止の効果が充分に発揮されるからである。

上記導体層の表面は、金属層で被覆されていることが望ましい。上記導体層は、金属粒子等の焼結体であり、露出していると酸化しやすく、この酸化により導体層が壊れやすくなるからである。

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。

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。

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、炭化タングステン等が挙げられる。

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。

本発明で使用するセラミック基板は、直径２００ｍｍ以上のものが好ましいが、これは、半導体ウエハの直径が８インチ以上が主流となり、大型化が求められているからである。
また、上記セラミック基板の直径は、１２インチ（３００ｍｍ）以上であることがより好ましい。次世代の半導体ウエハの主流となる大きさだからである。

上記セラミック基板の厚さは１０ｍｍ以下が好ましい。１０ｍｍを超えると、セラミック基板の熱容量が大きくなり、温度制御手段を設けて加熱、冷却すると温度追従性が低下してしまうからである。
セラミック基板の厚さは、５ｍｍ以下がより好ましい。５ｍｍを超えると熱容量がさらに大きくなり、温度制御性、ウエハ載置面の温度均一性が低下するからである。

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、１〜２０ｍｍ、望ましくは１〜１０ｍｍが最適である。上記セラミック基板は、その直径が２００ｍｍ以上であることが望ましく、特に２００〜５００ｍｍであることが最適である。
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。

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。

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。

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。
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。

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。また、ニッケルを含むチャックトップ導体層では、マイグレーションがおきにくい。
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。

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。

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電解めっきで析出させたものとすることも可能である。

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０．４〜２．５μｍが望ましい。

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。

本発明のウエハプローバには、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。

上記温度制御手段としては、例えば、発熱体４２等が挙げられる。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。
本発明では、セラミック基板の両主面に導体層が形成されており、従って、発熱体を反り防止用の導体層とも兼ねて形成するか、または、上記導体層とは別に、発熱体をセラミック基板の内部に設ける。発熱体の形状としては、例えば、同心円形状、渦巻き形状等が挙げられる。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。

発熱体としては、導体層の場合と同様に、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、発熱するのに充分な抵抗値を有するからである。

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、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。

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。

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_２Ｏ_３）、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。

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。

また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、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２０〜７０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重量部が好ましい。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。

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。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。

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。

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。

本発明では、セラミック基板の内部にガード電極５やグランド電極６が形成されていることが望ましい。
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。

また、これらの導体層は、図３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。

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３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。

ガード電極５およびグランド電極６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。

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。

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の底面に導体層４１が設けられ、導体層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と発熱体４２とがそれぞれ設けられた構成のウエハプローバ１０１、図４に示すようにセラミック基板３の底面に導体層４１が形成されるとともに、そ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。

本発明では、セラミック基板３の内部に発熱体４２、４３が形成され（図１、図４）、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１〜４）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）１６、１７、１８が必要となる。スルーホール１６、１７、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。

また、接続部（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７（ｆ）参照）。

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。

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℃〜１０００℃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１００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。

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−１６０２（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。

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Ｃｕ／ｎｉ合金の組合せである。

図５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。

次に、本発明のウエハプローバの製造方法の一例を図６〜７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。

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。

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。

次に、グリーンシート３０にガード電極、グランド電極、発熱体を印刷する。
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、発熱体用印刷体７０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体ペーストを印刷することにより形成する。

これらの導体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。

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、導体ペーストを充填してスルーホール印刷体１６０、１７０、１８０を得る。

次に、図６（ａ）に示すように、印刷体５０、６０、７０、１６０、１７０、１８０を有するグリーンシート３０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３０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。

（２）次に、図６（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体ペーストを焼結させる。
加熱温度は、１０００〜２０００℃、加圧は１０〜２０ＭＰａ（１００〜２００ｋｇ／ｃｍ^２）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、１７、ガード電極５、グランド電極６、発熱体４２が形成される。

（３）次に、図６（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、焼結体の底面にスパッタリングにより導体層を形成する。次工程で溝形成面にスパッタリングによりチャックトップ導体層を形成する際、同時に底面に導体層４１を形成してもよい。また、導体ペーストを印刷し、これを焼成することにより導体層４１を形成してもよい。

（５）次に、図７（ｄ）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。

（６）次に、図７（ｅ）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。
（７）最後に、図７（ｆ）に示すように、発熱体４１に接続しているスルーホールの露出部分に半田ペーストを印刷した後、外部端子ピン１９１を載せ、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。

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３０１（図４参照）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。

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。

（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体ペースト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３．７重量および分散剤０．２重量部を混合して導体ペーストＢとした。

次に、グリーンシートに、この導体ペースト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を印刷した。さらに、発熱体用印刷体７０を同心円パターンとして印刷した。

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体ペーストＢを充填した（図６（ａ）参照）。
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℃、８ＭＰａ（８０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で一体化し、積層体を作製した。

（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５ＭＰａ（１５０ｋｇ／ｃｍ^２）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３００ｍｍの円状に切り出してセラミック製の板状体とした（図６（ｂ）参照）。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０．７ｍｍ、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。

（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）およびシリコンウエハ吸着用の溝７（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた（図６（ｃ）参照）。

（６）次に、溝７が形成された面と底面と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。なお、スパッタリングの後、３００℃で１時間アニーリングした。
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。

（７）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／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７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層を両面に析出させ、３００℃で１時間アニーリングした（図７（ｄ）参照）。

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。

（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を設けた（図７（ｅ）参照）。この袋孔１８０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。外部端子１９、１９０は、Ｗ製でもよい。また、スルーホール１８が露出した部分に、金ろうを用い、外部端子１９１を接続させた（図７（ｆ）参照）。

（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１０１を得た。
（１０）このウエハプローバ１０１を図５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。

（実施例２）　ウエハプローバ３０１（図４参照）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。
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０．４μｍ）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１５ＭＰａ（１５０ｋｇ／ｃｍ^２）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３００ｍｍ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）〜（１０）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５に示した支持台１１上に載置した。

（実施例３）
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）８０重量部、イットリア（平均粒径０．４μｍ）６重量部、窒化ケイ素２０重量部、アクリル系バインダ１２重量部およびアルコールからなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製した。
（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。この生成形体にドリル加工を施し、シリコンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔となる部分を形成した。
（３）上記加工処理の終わった生成形体を１８００℃、圧力２０ＭＰａ（２００ｋｇ／ｃｍ^２）でホットプレスし、厚さが３ｍｍの窒化アルミニウム−窒化ケイ素板状体を得た。
次に、この板状体から直径１２インチ（３００ｍｍ）の円板体を切り出し、セラミック製の板状体（セラミック基板）とした。さらに、表面に溝加工を施した。

（４）このセラミック基板の表面と裏面とに実施例１と同様にして、金めっき層を持つチャックトップ導体層と主としてＮｉめっき層（ガード電極として機能）からなる金属層を形成した。
（５）ドリルで貫通孔を設け、二クロム線をシリコンラバーで挟んだラバーヒータとこのセラミック基板とを一体化し、支持台にセラミックファイバーからなる断熱材を介してボルトで固定した。

（比較例１）導体層を有さないウエハプローバ（直径１２インチ、厚み３ｍｍ）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）、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重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレート法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。

（２）次に、このグリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた。
（３）グリーンシートを５０枚、１３０℃、８ＭＰａ（８０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で積層した。
（４）次に、得られた積層体を窒素ガス中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５ＭＰａ（１５０ｋｇ／ｃｍ^２）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３００ｍｍの円板状に切り出した。
（５）この後、実施例２の（５）〜（１０）と同様にして、溝、吸引孔およびチャックトップ導体層等を形成したが、底面には導体層４１を形成しなかった。

評価方法
支持台上に載置された上記実施例１〜３および比較例１で製造したウエハプローバについて、１５０℃における反り量を測定した。反り量の測定には、京セラ社製　形状測定器、商品名「ナノウェイ」を使用した。

また、１．５ＭＰａ（１５ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力でプローブカードを押圧した場合にシリコンウエハに破損が発生するか否かについて調べた。
その結果を下記の表１に示した。

上記表１より明らかなように、導体層４１を備えたウエハプローバ（実施例１〜３）では、厚さが３ｍｍと薄くても反りが発生せず、シリコンウエハの破損も発生していないのに対し、導体層を備えていないウエハプローバ（比較例１）では、反りが発生し、シリコンウエハにも破損が発生した。

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１に示したウエハプローバの平面図である。図１に示したウエハプローバのＡ−Ａ線断面図である。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。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。（ａ）〜（ｃ）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。（ｄ）〜（ｆ）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。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。

符号の説明

１０１、３０１　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
７　溝
８　吸引孔
１０　断熱材
１１　支持台
１２　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　導体層
４２　発熱体
４３　金属線
５１　導体層
５２　導体層非形成部

Claims

セラミック基板の一主面にはチャックトップ導体層が形成され、他の主面には導体層が形成されてなることを特徴とするウエハプローバ。
前記他の主面の導体層は、ガード電極として機能する請求項１に記載のウエハプローバ。
前記ウエハプローバには、温度制御手段が設けられてなる請求項１または２に記載のウエハプローバ。
前記セラミック基板には、ガード電極および／またはグランド電極が形成されてなる請求項１〜３のいずれか１に記載のウエハプローバ。
セラミック基板の一主面には、チャックトップ導体層が形成され、他の主面には、導体層が形成されてな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。
前記他の主面の導体層は、ガード電極として機能する請求項５に記載のウエハプローバに使用されるセラミック基板。
前記ウエハプローバには、温度制御手段が設けられてなる請求項５または６に記載のウエハプローバに使用されるセラミック基板。
前記セラミック基板には、ガード電極および／またはグランド電極が形成されてなる請求項５〜７のいずれか１に記載のウエハプローバに使用されるセラミック基板。