JP2005302855A - 半導体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大面積のウェハ上に形成した多数のチップの電気特性を測定する際、１個あるいは複数個のチップだけを均一に加熱し、他のチップはできるだけ温度を下げて待機させることのできる半導体加熱装置を提供する。
【解決手段】 本発明の半導体加熱装置は、被処理物を搭載して加熱する加熱部と、該加熱部を支持する支持部と、該支持部と接触する冷却モジュールとからなることを特徴とする。前記加熱部と支持部とは、複数個組み合わされ、該複数の加熱部の被処理物搭載面が同一平面を構成していることが好ましい。また、前記支持部の下に、断熱材を配することが好ましい。前記加熱部はセラミックスヒータであることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置や半導体検査装置に使用される半導体加熱装置に関し、特にウェハプローバやハンドラ装置などに関するものである。

従来、半導体の検査工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）に対して加熱処理が行われる。すなわち、ウェハを通常の使用温度よりも高温に加熱して、不良になる可能性のある半導体チップを加速的に不良化させて取り除き、出荷後の不良の発生を予防するバーンインが行われている。バーンイン工程では、半導体ウェハに半導体回路を形成した後、個々のチップに切断する前に、ウェハを加熱しながら各チップの電気的な性能を測定して、不良品を取り除いている。このバーンイン工程において、スループットの向上のために、プロセス時間の短縮が強く求められている。

また、前記チップを個々に切断し、パッケージなどに封入後の半導体に対しても、同様に加熱して電気的な性能を測定して不良品を取り除いている。これらチップに通電して電気的特性を測定する際に、チップは発熱する。近年は、チップの高出力化が進み、大きいものは１００Ｗ以上となっており、自己発熱で破壊してしまうので、電気的特性の測定後は、急速な冷却が求められている。

このようなバーンイン工程では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのヒータが用いられている。従来のヒータは、ウェハの裏面全面をグランド電極に接触させる必要があるので、金属製のものが用いられていた。金属製の平板ヒータの上に、回路を形成したウェハを載置し、チップの電気的特性を測定する。測定時は、通電用の電極ピンを多数備えたプローブカードと呼ばれる測定子を、ウェハに数１０ｋｇｆから数百ｋｇｆの力で押さえつけるため、ヒータが薄いと変形してしまい、ウェハとグランド電極との間に接触不良が発生することがある。そのため、ヒータの剛性を保つ目的で、厚さ１５ｍｍ以上の厚い金属板を用いる必要があり、ヒータの昇降温に長時間を要し、スループット向上の大きな障害となっていた。

そこで、特許文献１では、厚い金属板の代わりに、薄くても剛性が高く、変形しにくいセラミックス基板の表面に薄い金属層を形成することにより、変形しにくくかつ熱容量が小さいウェハプローバが提案されている。この文献によれば、剛性が高いので接触不良を起こすことがなく、熱容量が小さいので、短時間で昇温及び降温が可能であるとされている。

バーンイン工程では、チップの用途により、測定温度は異なるが、例えば、最高温度が２００℃、最低温度が−３５℃で電気特性を測定する。ウェハ上に形成した多数のチップのうち、２００℃に加熱する必要があるチップは、電気特性を測定するチップだけであるが、特許文献１のような従来のヒータでは、ウェハ全体を加熱するので、ウェハ上に形成された全てのチップを加熱することになる。

チップは長時間高温に曝されると、熱により特性の劣化を引き起こすことがあり、測定しないチップの温度は上げず、測定するチップだけを測定温度に昇温することが望まれる。しかし、前記従来のヒータでは、直径２００ｍｍや３００ｍｍのウェハ上に多数形成された２０ｍｍ角程度の大きさの個々のチップを、独立に１個づつ温度を上げることは困難であった。また、前記自己発熱により、そのチップが破壊するだけではなく、その周囲のチップも劣化することがあった。
特開２００１−０３３４８４号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、大面積のウェハ上に形成した多数のチップの電気特性を測定する際、１個あるいは複数個のチップだけを均一に加熱し、他のチップはできるだけ温度を下げて待機させることのできる半導体加熱装置を提供することである。また、高剛性、低熱容量でありながら、反りの心配が無く、金属層の電気抵抗が充分低い半導体加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体加熱装置は、被処理物を搭載して加熱する加熱部と、該加熱部を支持する支持部と、該支持部と接触する冷却モジュールとからなることを特徴とする。前記加熱部と支持部とは、複数個組み合わされ、該複数の加熱部の被処理物搭載面が同一平面を構成していることが好ましい。また、前記支持部の下に、断熱材を配することが好ましい。

前記加熱部はセラミックスヒータであることが好ましく、該セラミックスヒータの主成分は、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた１種類以上の材料であることが好ましい。

また、前記加熱部の内部または表面に発熱体が形成されていることが好ましい。該発熱体の主成分は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）から選ばれる１種以上の材質であることが好ましい。

前記支持部の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、該支持部の主成分は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｗ、Ｍｏのうちのいずれか１種類以上からなることが好ましい。

また、前記断熱材の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ未満であることが好ましく、該断熱材の主成分は、アルミナ、ムライト、ムライト−アルミナ、多孔体のいずれか１種類以上であることが好ましい。

また、前記支持体と冷却モジュールとが、機械的に結合されていることが好ましい。あるいは、前記冷却モジュールが、前記支持体と当接、分離可能なように可動式であることが好ましい。

また、前記加熱部の被処理物搭載面に、金属板または金属−セラミックス複合体を設置していることが好ましい。あるいは、前記加熱部の被処理物搭載面が、金属処理していることが好ましく、該金属処理が、メッキ処理であり、該メッキが、ニッケルメッキおよび／または金メッキであることが好ましい。

また、前記加熱部が複数個組み合わされ、該加熱部の被処理物搭載面の金属処理の金属同士が、電気的に接続されていることが好ましい。また、前記加熱部が複数個組み合わされ、個々の加熱部の間に設けられた隙間を減圧あるいは真空にして、被処理物を加熱部の被処理物搭載面に吸着することが好ましい。

また、前記加熱部の被処理物搭載面に、ダイヤモンドまたはＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）がコーティングされていることが好ましい。

本発明の半導体加熱装置は、ウェハプローバあるいはハンドラ装置あるいはテスター装置に有用である。

本発明によれば、大面積のウェハ上に形成した多数のチップの電気特性を測定する際、１個あるいは複数個のチップだけを均一に加熱し、他のチップはできるだけ温度を下げて待機させることができるので、例えば、プローブカードによる電気的特性を測定するときに、全てのチップを長時間高温状態にしないことにより、高温に曝されることによるチップの劣化を抑制することが可能である。また、高剛性、低熱容量でありながら、反りの心配が無く、金属層の電気抵抗が充分低い半導体加熱装置とすることができ、ウェハプローバやハンドラ装置やテスター装置として有用である。

本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の一例である。被処理物１０を搭載する加熱部１と、加熱部１を支持する支持部２と、支持部２に接触する冷却モジュール３とからなる半導体加熱装置である。加熱部が直接被処理物を加熱するので、被処理物を急速昇温することが可能となる。また、支持部によって、加熱部が冷却モジュールと熱的につながっているので、被処理物を急速冷却することも可能となり、被処理物を急速昇温、急速冷却することができる加熱装置となる。

また、図２に示すように、加熱部１と支持部２とが、複数個組み合わされ、該加熱部の被処理物搭載面５が、同一平面を構成するようにすることもできる。被処理物の面積より、小さな面積の加熱部を複数個組み合せることにより、被処理物の一部を、加熱部毎に加熱できるようになる。

また、図２に示すように、支持部間に隙間６を設け、断熱材７を配することにより、加熱部間の熱的な分離性を向上させることもできる。このような構成にすることによって、加熱部間の相互作用を無くすことができるため、個々の加熱部を別個に制御することが、より容易になる。

また、前記加熱部は、セラミックスであることが好ましい。加熱部が、セラミックスで形成されることにより、金属などに比べて高い剛性を得ることができる。そのため、例えばウェハプローブカードなどで加圧されても、加熱部が変形しにくく、絶縁性、耐熱性、耐久性等も向上させることができる。セラミックスの主成分は、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた１種類以上の材料であることが好ましい。これらのセラミックスは、他のセラミックスに比べて、剛性や絶縁性、耐熱性、耐久性に優れるからである。

前記セラミックスの内部または表面に発熱体を形成することが好ましい。加熱部を発熱体が形成されたセラミックスとすることによって、発熱体で発生した熱が、無駄なく被処理物の加熱に使えるので、均熱性や熱効率が向上する。セラミックスの内部に発熱体を形成すれば、発熱体の酸化などの劣化を防止することができる。また、セラにックスの表面に発熱体を形成すれば、低コストで加熱部を作成することができる。セラミックスの表面に発熱体を形成する場合は、必要に応じて、発熱体を、絶縁性のガラスなどの材料で被覆してもよい。

また、発熱体の主成分は、電気抵抗、耐熱性、耐久性の観点から、Ｗ，Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒから選ばれる１種以上の材質であることが好ましい。例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ等の単体や、Ａｇ−ＰｄやＮｉ−Ｃｒ等を挙げることができる。

支持部は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上の材質にすることが望ましい。熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であることにより、冷却モジュールへの熱の拡散を素早く行うことができるので、冷却速度を向上させることができる。このような支持部の主成分は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｗ、Ｍｏのうちのいずれか１種類以上からなることが好ましい。

また、断熱材は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ未満の材質であることが好ましい。３０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導率の材質にすることにより、断熱効果を高め、各加熱部毎の加熱制御が容易になる。このような断熱材としては、熱伝導率２０Ｗ／ｍＫのアルミナ、熱伝導率１Ｗ／ｍＫのムライト、熱伝導率５Ｗ／ｍＫのムライト−アルミナ、熱伝導率０．１〜１Ｗ／ｍＫの多孔体を挙げることができる。このような、低熱伝導率の材料にすることにより、各加熱部毎の加熱制御がより容易になるとともに、剛性や耐熱性や耐久性に優れた加熱装置とすることができる。

また、支持体と冷却モジュールは、機械的に結合されていてもよい。機械的結合とは、ネジ止め、ロウ付け、接合、嵌め合いをいう。このように、機械的に結合することにより、冷却モジュールと支持体とを密着させることができるので、冷却モジュールと支持体との間の熱抵抗を下げることができ、冷却速度を向上させることができる。また、機械的に結合することにより、加熱装置の構造が安定する。

また、冷却モジュールは、図３に示すように、支持体に当接、分離可能なように、図示しない昇降手段によって取り付けて可動式にすることもできる。昇温時には、冷却モジュールを分離することによって、冷却モジュールへの熱の逃げが少なくなるので、昇温速度を向上させ、また省電力化することができる。また、冷却時に、冷却ブロックを支持体に当接することによって、冷却速度を向上させることができる。加熱部を加熱中は、冷却ブロックを分離しているので、冷却ブロックを充分に冷却した状態で、支持体に当接させることができるので、冷却速度をより一層速めることができる。

また、被処理物の裏面と系外との電気的に導通をとる場合は、加熱部の被処理物搭載面に、金属板または金属−セラミックス複合体を設置すればよい。あるいは、加熱部の被処理物搭載面を、金属処理しても良い。金属処理は、メッキ処理であることが、安価に信頼性良く金属化できるので好ましく、メッキはニッケルメッキおよび／または金メッキであることが好ましい。ニッケルメッキおよび／または金メッキを施すことによって、金属化面の耐酸化性に優れ、長期間安定した導通をとることができる。

更に、図４に示すように、加熱部１が複数個組み合わされ、該加熱部の被処理物搭載面５の金属処理の金属８同士が、金属クリップや金属箔などの導電用電気回路９によって、電気的に接続されていることが好ましい。このようにすることによって、加熱部の金属化面と系外とを、個々に電気的に接続する必要がなくなり、回路を簡便化することができる。

また、図５に示すように、加熱部と支持部が複数個組み合わされ、個々の加熱部と支持部の間に設けられた隙間６に通じるように断熱材７に貫通孔あけ、隙間６を減圧あるいは真空にして、被処理物を加熱部の被処理物搭載面に吸着するようにすることもできる。被処理物を加熱部に吸着できるようにすれば、被処理物と加熱部との間の熱抵抗を小さくすることができるので、急速昇温や急速冷却が容易になる。また、別途吸着用の貫通孔を設ける必要がなく、加熱装置の構造が簡便になり、コストも低減することができ、構造の信頼性も向上する。

また、ウェハプローバによって、チップの電気的特性を測定する際に、チップが発熱することがある。チップで発熱した熱によって、チップが劣化することを防止するために、被処理物搭載面にダイヤモンドやＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）をコーティングすることが好ましい。ダイヤモンドやＤＬＣは、熱伝導率が高いので、チップで発生した熱を素早く拡散してチップの劣化を防止することが可能となる。ダイヤモンドやＤＬＣは、導電性のものでも非導電性のものでもいずれでも効果に変わりは無い。

本発明の半導体加熱装置は、半導体製造装置や半導体検査装置、あるいは液晶パネル製造装置等の分野で使用可能であるが、特にウェハプローバやハンドラ装置やテスター装置に有用である。これらの装置では、例えば回路を形成した直径３００ｍｍのシリコンウェハの検査や、パッケージに封入された半導体チップの検査などを行うことができる。

１００重量部の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末と０．５重量部の酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、焼結後研磨上りで、３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍの大きさの焼結体が得られるように３２個プレス成形した。これを、窒素雰囲気中、７００℃で脱脂し、窒素雰囲気中１８５０℃で５時間焼結し、３２個のＡｌＮ焼結体を作製した。このＡｌＮ焼結体を加工し、３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍの大きさに仕上げた。このＡｌＮ焼結体の熱伝導率は、１７５Ｗ／ｍＫであった。

前記ＡｌＮ焼結体の３８ｍｍ×３８ｍｍの面に、Ｗペーストを用いて、発熱体回路をスクリーン印刷した。Ｗペーストは、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末に焼成用のガラス粉末とエチルセルロースバインダーを添加し、混錬して作成した。その後、窒素雰囲気中で９００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１８００℃、１時間の条件で焼結を行った。発熱体回路を形成した面に、温度測定素子取付部と給電部を除いて、Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系のガラスペーストを、５０μｍの厚さに塗布し、窒素雰囲気中７００℃で焼成した。

図１に示すように、給電部に、Ｗ製の電極端子を金ろうを用いて直接接合し、更に、Ｗ端子にＮｉ電極４をネジ止めし、温度測定用にＫ熱電対（図示せず）を取り付けて、３２個のＡｌＮ製の加熱部１を完成させた。ＡｌＮ製のヒータの発熱体回路を形成した面とは反対側の面が被処理物搭載面である。この被処理物搭載面にＮｉメッキを施した。

また、上記スプレードライして得たＡｌＮ顆粒を、焼結加工上りで３９ｍｍ×３９ｍｍ×２０ｍｍになるようにプレス成形し、上記と同様に脱脂、焼結して３２個のＡｌＮ焼結体を作成した。このＡｌＮ焼結体の熱伝導率は、１７５Ｗ／ｍＫであった。このＡｌＮ焼結体を、図１に示す支持部２の形状に加工した。

１００重量部のムライト粉末と０．５重量部の酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、焼結後研磨上りで、２０ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの焼結体が得られるように３２個プレス成形した。これを、大気中、５００℃で脱脂し、窒素雰囲気中１７００℃で３時間焼結し、３２個のムライト焼結体を作製した。このムライト焼結体を加工し、２０ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの断熱材７仕上げた。このムライト焼結体の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫであった。

図２に示すように、上記３２個の加熱部１、支持部２および断熱材７を、銅製の冷却モジュール３とともに組み合せた。支持部２と冷却モジュール３とは、ネジ止めした。３２個の加熱部１のＮｉ電極４は、外部電源（図示せず）に接続し、３２個の加熱部１をそれぞれ独自に発熱できるようにした。また、図５に示すように、Ｎｉメッキ８同士を、２ｍｍ×２ｍｍ×０．５ｍｍのＮｉ箔９のバネで、電気的に接続し、グランドにつないで、加熱装置を完成させた。

この加熱装置をウェハプローバとして用い、直径３００ｍｍの回路形成したＳｉウェハを搭載して、プローブカードにて電気特性を測定するチップに対応する部分の加熱部のみに通電して２００℃に昇温させた。なお、冷却モジュールには、−３５℃のガルデンを流した。その結果、測定するチップのみ、２００℃±０．５℃以内の均熱が得られ、そのチップの周辺のチップは５０℃以下の温度であった。電気特性を測定後、次のチップに移動すると同時に、そのチップに対応する加熱部に通電し、測定の終了したチップに対応する加熱部の通電は停止した。通電停止後１分で該加熱部の温度は、５０℃に下がり、通電を開始した部分は、やはり１分で２００℃±０．５℃になった。このようにして電気特性を測定して良好と判断されたチップ１０００個を、１０００時間の加速劣化試験を行ったが、劣化したチップはなかった。
［比較例］

比較のため、焼結加工後に、直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍになるようにプレスした以外は、実施例１と同様にしてＡｌＮ焼結体を作成した。実施例１と同様にして発熱体や電極４などを形成して、図６に示すようなＡｌＮ製の加熱部１のみを有する加熱装置を作成した。この加熱装置を、実施例１と同様に、ウェハプローバとして用い、ウェハを搭載して、プローブカードにて電気特性を測定するために、２００℃に加熱した。温度分布は、全面２００℃±１℃であった。ウェハに形成されたチップは全て、測定が終了するまで、２００℃に加熱されていた。

このようにして、電気特性を測定して良好と判断されたチップ１０００個を、１０００時間の加速劣化試験を行ったところ、５個のチップが劣化した。

１００重量部のＳｉＣ粉末と、１．０重量部の炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）と１．０重量部の炭素（Ｃ）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成した。焼結研磨上りで３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍの焼結体が得られるようにプレス成形し、７００℃アルゴン雰囲下で脱脂し、アルゴン雰囲気中、１９２０℃で５時間焼結し、ＳｉＣ焼結体を３２個作成した。このＳｉＣ焼結体を加工して、３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍに仕上げた。このＳｉＣ焼結体の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫであった。このＳｉＣ焼結体に、実施例１と同様にして、発熱体回路を形成し、Ｗ端子、Ｎｉ電極を取り付け、ＳｉＣ製の加熱部を完成させた。

３２個の加熱部以外は、実施例１と同様にして加熱装置を完成させ、実施例１と同様に評価した。その結果、通電部は、２００℃±０．６℃であり、その周辺は、５０℃であった。実施例１と同様に、通電箇所を切り替えると、切り替えてから１．５分後に、通電部は、２００℃±０．６℃であり、その周辺は、５０℃になった。また、実施例１と同様に、電気特性を測定して良好と判断されたチップ１０００個を、１０００時間の加速劣化試験を行ったが、劣化したチップはなかった。

１００重量部のＳｉ_３Ｎ_４粉末と、１．０重量部のＹ_２Ｏ_３粉末、１．０重量部のＡｌ_２Ｏ_３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成した。焼結研磨上りで３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍの焼結体が得られるようにプレス成形し、７００℃窒素雰囲下で脱脂し、窒素雰囲気中、１６５０℃で５時間焼結し、３２個のＳｉ_３Ｎ_４焼結体を作成した。このＳｉ_３Ｎ_４焼結体を加工して、３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍに仕上げた。このＳｉ_３Ｎ_４焼結体の熱伝導率は、８０Ｗ／ｍＫであった。このＳｉ_３Ｎ_４焼結体に、実施例１と同様にして、発熱体回路を形成し、Ｗ端子、Ｎｉ電極を取り付け、Ｓｉ_３Ｎ_４製加熱部を完成させた。

３２個の加熱部以外は、実施例１と同様にして加熱装置を完成させ、実施例１と同様に評価した。その結果、通電部は、２００℃±０．６５℃であり、その周辺は、５０℃であった。実施例１と同様に、通電箇所を切り替えると、切り替えてから２分後に、通電部は、２００℃±０．６５℃であり、その周辺は、５０℃になった。また、実施例１と同様に、電気特性を測定して良好と判断されたチップ１０００個を、１０００時間の加速劣化試験を行ったが、劣化したチップはなかった。

１００重量部のＡｌ_２Ｏ_３粉末と、２．０重量部の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成した。焼結研磨上りで３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍの焼結体が得られるようにプレス成形し、大気中５００℃で脱脂し、大気雰囲気中、１５５０℃で４時間焼結し、３２個のＡｌ_２Ｏ_３焼結体を作成した。このＡｌ_２Ｏ_３焼結体を加工して、３８ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍに仕上げた。このＡｌ_２Ｏ_３焼結体の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫであった。このＡｌ_２Ｏ_３焼結体に、実施例１と同様にして、発熱体回路を形成し、Ｗ端子、Ｎｉ電極を取り付け、Ａｌ_２Ｏ_３製_の加熱部を完成させた。

３２個の加熱部以外は、実施例１と同様にして加熱装置を完成させ、実施例１と同様に評価した。その結果、通電部は、２００℃±０．８℃であり、その周辺は、５０℃であった。実施例１と同様に、通電箇所を切り替えると、切り替えたから３分後に、通電部は、２００℃±０．８℃であり、その周辺は、５０℃になった。また、実施例１と同様に、電気特性を測定して良好と判断されたチップ１０００個を、１０００時間の加速劣化試験を行ったが、劣化したチップはなかった。

実施例１の支持部の材質を、ＡｌＮ粉末に、Ｙ_２Ｏ_３粉末を添加しないで、Ａｌ_２Ｏ_３を添加して、表１に示すような熱伝導率のＡｌＮ焼結体とした。なお、このＡｌＮ焼結体は、９．８ＭＰａでホットプレスすることにより作成した。支持部以外は、実施例１と同様にして、加熱装置を完成させ、実施例１と同様に、通電箇所を切り替えたとき、２００℃から５０℃までの冷却時間を測定した。その結果を、表１に示す。

表１から判るように、支持体の熱伝導率が高いほど、冷却時間は短くなる。実用上は、１０分以内で５０℃まで冷却できれば好ましいので、支持体の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。

実施例１の発熱体をＷに代えて、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒを用いた以外は、実施例１と同様にして加熱装置を作成した。実施例１と同様に加熱したところ、いずれの発熱体でも、２００℃±０．５℃となり、問題がないことが確認できた。

実施例１の支持体の代わりに、表２に示す熱伝導率を有する材質にしたこと以外は、実施例１と同様にして、加熱装置を作成した。実施例１と同様にして、通電箇所を切り替えたときの２００℃から５０℃までの冷却時間を測定した。その結果を表２に示す。いずれの材質でも、実用上問題のないことが判った。

実施例１の断熱材の代わりに、表３に示す熱伝導率を有する材質にしたこと以外は、実施例１と同様にして、加熱装置を作成した。実施例１と同様にして、通電したところ、通電箇所は、２００℃±０．５℃であったが、その周辺のチップの温度は、表３に示すとおりであった。

チップは、１５０℃を超える温度で長時間保持すると、劣化が進行するので、電気測定するチップ以外のチップは、１００℃以下で保持することが好ましいので、断熱材の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ未満であることが好ましいことが判る。

実施例１の加熱装置では、支持体と冷却モジュールとをネジ止めしたが、ロウ付けあるいは嵌め合いあるいは固定せず載置しただけとしたこと以外は、実施例１と同様にして、加熱装置を作成した。実施例１と同様にして、通電箇所を切り替えたときの２００℃から５０℃までの冷却時間を測定した。冷却時間は、それぞれ、５０秒、８０秒、１２分であった。ネジ止めやロウ付けなどによって、支持体と冷却モジュールとを機械的に結合した方が、冷却時間が短くできることが確認された。

図３に示すように、冷却モジュールを個々の加熱部と同じ程度の大きさとし、昇降手段（図示せず）を用いて、加熱部に当接、分離可能なように可動式とした。それ以外は、実施例１と同様にして、加熱装置を作成した。昇温時には、冷却モジュールを支持部から１０ｍｍ離し、冷却時には、当接させるようにした。５０℃から２００℃までの昇温時間は、５０秒となり、２００℃から５０℃までの冷却時間は、４０秒となった。実施例１では、昇温時間は７０秒、冷却時間は６０秒であったので、実施例１より、昇温時間、降温時間ともに速くなった。

実施例１のＡｌＮ焼結体の被処理物搭載面へのメッキを施さず、被処理物搭載面に導電体として、厚さ１ｍｍのＮｉ板、あるいはＡｌ−ＳｉＣ板を載せて、Ｎｉ箔の短冊をロウ付けして各導電体を電気的に接続した。これ以外は、実施例１と同様にして加熱装置を作成し、ウェハープローバとして用いたが、いずれもウェハ裏面と系外との電気的導通に問題はなかった。

実施例１のＡｌＮ焼結体の被処理物搭載面のメッキを、Ｎｉに代えて、Ａｕとしたこと以外は、実施例１と同様にして、加熱装置を作成した。ウェハープローバとして用いたが、いずれもウェハ裏面と系外との電気的導通に問題はなかった。

図４に示すように、加熱部および支持体の隙間６を利用して、被処理物を真空吸着して、実施例１と同様に昇温して、電気特性を測定した。均熱性は、２００℃±０．３℃と、向上した。被処理物を真空吸着することにより、被処理物と加熱部とが密着し、熱伝導が均一になったことにより、均熱性が向上したと考えられる。

実施例１のＡｌＮ焼結体のＮｉメッキの上に、更にＡｕメッキを施した以外は、実施例１と同様に加熱装置を作成した。実施例１と同様の加熱しての電気特性の測定を行ったが、実施例１と同じ結果が得られた。実施例１の加熱装置は、大気中２００℃で、１０００時間使用すると、加熱装置の表面が微量酸化してくすみが発生したが、この加熱装置では、全くくすみの発生はなかった。

実施例１のＡｌＮ焼結体のＮｉメッキの代わりに、導電性のダイヤモンドをコーティングした。実施例１と同様にして電気的接続を行い、加熱装置を作成した。プローブカードで電気的特性を測定する時、実施例１ではチップが瞬間的に発熱し、熱的なゆらぎがみられたが、導電性のダイヤモンドをコーティングすると、瞬間的に熱が拡散して熱的なゆらぎは観察されなかった。

実施例１のＡｌＮ焼結体のＮｉメッキの代わりに、導電性のＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）をコーティングした。実施例１と同様にして電気的接続を行い、加熱装置を作成した。プローブカードで電気的特性を測定する時、実施例１ではチップが瞬間的に発熱し、熱的なゆらぎがみられたが、導電性のＤＬＣをコーティングすると、瞬間的に熱が拡散して熱的なゆらぎは観察されなかった。

本発明によれば、大面積のウェハ上に形成した多数のチップの電気特性を測定する際、１個あるいは複数個のチップだけを均一に加熱し、他のチップはできるだけ温度を下げて待機させることができるので、例えば、プローブカードによる電気的特性を測定するときに、全てのチップを長時間高温状態にしないことにより、高温に曝されることによるチップの劣化を抑制することが可能である。また、高剛性、低熱容量でありながら、反りの心配が無く、金属層の電気抵抗が充分低い半導体加熱装置とすることができ、ウェハプローバやハンドラ装置やテスター装置として有用である。

本発明の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の電気接続方法の一例を示す。 従来の加熱装置の断面模式図を示す。

符号の説明

１ 加熱部
２ 支持部
３ 冷却モジュール
４ 電極
５ 被処理物搭載面
６ 隙間
７ 断熱材
８ 金属化部
９ 電気接続手段
１０ 被処理物

Claims (21)

1. 被処理物を搭載して加熱する加熱部と、該加熱部を支持する支持部と、該支持部と接触する冷却モジュールとからなることを特徴とする半導体加熱装置。
2. 前記加熱部と支持部とが、複数個組み合わされ、該複数の加熱部の被処理物搭載面が同一平面を構成していることを特徴とする請求項１に記載の半導体加熱装置。
3. 前記支持部の下に、断熱材を配したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
4. 前記加熱部がセラミックスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体加熱装置。
5. 前記セラミックスの主成分が、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた１種類以上の材料であることを特徴とする請求項４に記載の半導体加熱装置。
6. 前記加熱部の内部または表面に発熱体が形成されていることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の半導体加熱装置。
7. 前記発熱体の主成分が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）から選ばれる１種以上の材質であることを特徴とする請求項６に記載の半導体加熱装置。
8. 前記支持部の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体加熱装置。
9. 前記支持部の主成分が、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｗ、Ｍｏのうちのいずれか１種類以上からなることを特徴とする請求項８に記載の半導体加熱装置。
10. 前記断熱材の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ未満であることを特徴とする請求項３乃至９のいずれかに記載の半導体加熱装置。
11. 前記断熱材の主成分が、アルミナ、ムライト、ムライト−アルミナ、多孔体のいずれか１種類以上であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体加熱装置。
12. 前記支持体と冷却モジュールとが、機械的に結合されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体加熱装置。
13. 前記冷却モジュールが、前記支持体と当接、分離可能なように可動式であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体加熱装置。
14. 前記加熱部の被処理物搭載面に、金属板または金属−セラミックス複合体を設置していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の半導体加熱装置。
15. 前記加熱部の被処理物搭載面が、金属処理していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の半導体加熱装置。
16. 前記金属処理が、メッキ処理であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体加熱装置。
17. 前記メッキが、ニッケルメッキおよび／または金メッキであることを特徴とする請求項１６に記載の半導体加熱装置。
18. 前記加熱部が複数個組み合わされ、該加熱部の被処理物搭載面の金属処理の金属同士が、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の半導体加熱装置。
19. 前記加熱部が複数個組み合わされ、個々の加熱部の間に設けられた隙間を減圧あるいは真空にして、被処理物を加熱部の被処理物搭載面に吸着することを特徴とする請求項２に記載の半導体加熱装置。
20. 前記加熱部の被処理物搭載面に、ダイヤモンドまたはＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の半導体加熱装置。
21. 用途が、ウェハプローバあるいはハンドラ装置あるいはテスター装置であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の半導体加熱装置。
    
    
    
    
    
    

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