JP2007036165A - ウエハ検査装置の載置台 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁性が高く低コストのウエハ載置台を、導電膜を有するセラミックで形成すること。さらに、セラミックの絶縁性を高く保つために導電膜の形成過程でセラミック表面に微細な凸凹が発生しないようにすること。
【解決手段】 ウエハ検査器のウエハ載置台において、ウエハ載置台の基材をセラミックとしその表面と電気配線を取り付けるための側面の一部に導電膜を有し電気配線を固定するためのねじ孔を有し、その表面と側面の一部の導電膜は連続し、側面の一部の導電膜を有する部分は他の側面より陥没させ、導電膜を全面に形成後、不要な部分を機械的に除去しセラミック基材の表面を荒らす化学的なエッチングを行わない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウエハ上に製造される半導体微細素子を検査するためのウエハ検査装置（プローバ）のウエハ載置台の導電性保護膜とその製造方法に係る。

ウエハ検査装置は主に半導体製造の最終段階で、半導体ウエハ基板上に形成された微細な半導体素子の動作検証を行うために用いられる。このウエハ検査装置には当該ウエハを載置させ固定するためのウエハ載置台を搭載している。このウエハ載置台は主にウエハをウエハ載置台に大気圧により固定させるための真空チャック部と、ウエハを電気的に絶縁するための絶縁部を有す。この絶縁部はウエハ上の素子を計測するときにウエハの基板を通して検査器の大地に流れる電流があるとその計測結果に影響を与えるため、非常に高い絶縁性を保つ必要がある。近年ではその漏れ電流は数百ｆＡ（フェムトアンペア）で管理が必要とされている。また、ウエハ検査装置では、半導体素子の使用温度に対する耐久性試験あるいは使用の加速試験のため−４０℃の低温から２００℃までの高温にウエハの温度を設定する必要があるため、絶縁部は熱に対して膨張が少ないもの、そりやたわみ、その他機械的特性に優れたものが要求される。この絶縁部の絶縁体としてアルミナ製のセラミックを使うのが一般的である。さらに、ウエハ載置台表面は休みなくたくさんのウエハを連続的に接触させても、その表面からパーティクルなどが発生しないようにしなければならない。磨耗に対する耐久性を高めるため、また同時に検査ウエハを外部電気的擾乱から守り、安定して分解能の高い検査が行えるよう、ニッケルなどの導電性の金属で保護層を形成している。

この導電膜はウエハ裏面と接触する上面と、この導電膜の電位をとるためセラミックの側面に設けた電気的に上面層と導通している、ねじ孔とねじ孔周辺を含む一部に施されている。

図１は従来の製作方法の一例を説明したもので、円形のセラミック基材１にリフトピン孔２とねじ孔３の加工の後、セラミック基材１の側面の下側と裏面そしてリフトピン孔２の側面など導電膜５が不要の部分にマスク４を塗布あるいは貼り付け、全体に蒸着あるいはメッキ処理により導電膜５を形成し、後マスク４を除去することにより、上面とねじ孔３をふくむ側部の一部に導電膜５を形成している。もう一つの製作方法は、エッチングにより不要な導電膜を除去する方法である。セラミック基材１に全面導電膜を成膜した後、導電膜を残したいセラミック基材１の上面や一部側面にマスクキングを施し、エッチングにより不要な導電膜を除去する。

従来の製作方法は、マスキングは刷毛塗りやテーピングなどの手作業によるものであるため、個体差が出やすく、また大量生産に向かないためコストが高くなる。前者の方法の場合、マスクの隙間から蒸気や溶液が染み込む場合が多く、成膜に再現性が欠けるため歩留まりが悪いという問題があった。後者の場合、特に円周部の角の部分などのマスキングが困難である。さらにこの方法では、エッチングによりセラミックの表面が荒らされ、微少な凸凹が生じるため、表面に水分が吸着しやすくなり、結果高い絶縁性を維持できなくなるという問題があった。

特開平２００３−７７９６３号公報には、検査ウエハの電気的シールドを強化するためにウエハ載置台の裏面あるいは側面に導電膜が設けているものが開示されている。特開２００４−６３４６８号公報にも検査ウエハの電気的シールドを強化するためにウエハ載置台の裏面あるいは側面に導電膜を設けているものが開示されている。特開平１−１０２３７５号公報にも、検査ウエハの電気的シールドを強化するためにウエハ載置台の絶縁体の下部電位ガードを設けているものが開示されている。これら特許文献では主に検査体であるウエハをその検査器またはその外部からの電気的擾乱から守るための工夫が開示されているが、本発明に係るウエハ載置台の絶縁性を高めることについては特に記載がない。

特開平２００３−７７９６３号公報 特開２００４−６３４６８号公報 特開平１−１０２３７５号公報

絶縁性が高く低コストのウエハ載置台を、導電膜を有するセラミックで形成すること。さらに、セラミックの絶縁性を高く保つために導電膜の形成過程でセラミック表面に微細な凸凹が発生しないようにすること。

請求項１に係る発明は、ウエハ検査装置のウエハ載置台において、前記ウエハ載置台の基材をセラミックとしその表面と電気配線を取り付けるための側面の一部に導電膜を有し電気配線を固定するためのねじ孔を有し、その表面と側面の一部の導電膜は連続し、側面の一部の導電膜を有する部分は他の側面より陥没していることを特徴とする、ウエハ検査装置のウエハ載置台とする。ウエハ載置台の基材を絶縁性の高いセラミックを用い、その側面の一部に凹部を設け、ウエハ載置台の上面と電位をとるためのねじ孔部の電気的連続性を保ち、導電膜を全面に形成後、不要な部分を機械的に除去しセラミック基材の表面を荒らす化学的なエッチングを行わない。

請求項２に係る発明は、請求項１のセラミックは、アルミナ、サイアロン、窒化珪素の中から選ばれる一種以上の材質からなる、請求項１に記載のウエハ検査装置のウエハ載置台とする。ここで、アルミナはアルミの酸化物（化学式Ａｌ_２Ｏ_３）、サイアロンはシリコン、アルミ、酸素、窒素からなるファインセラミックで、通常アルミナと窒化珪素から合成される。これらのセラミックは非常に電気的絶縁性が高く、体積抵抗が１Ｅ１０^{１４〜１５}Ω・ｃｍである。これら三者のセラミックの中でコストの観点から、通常アルミナが好適である。

請求項３に係る発明は、請求項２のアルミナは、純度が９９．５％以上で二酸化珪素の割合が０．１５％以下であることを特徴とする、請求項１〜２に記載のウエハ検査装置のウエハ載置台である。アルミナには様々な不純物が含まれており一般的に高純度のものほど体積抵抗値が高い。また、セラミック製造時に焼結助剤としてＭｇＯやＳｉＯ_２が添加されるが、ＳｉＯ_２が多くなると高温域で絶縁性が低下するのでその割合を０．１５％以下、好ましくは０．１％以下としたものを使うのが好適である。

請求項４に記載の発明は、請求項１の導電膜はニッケル、銅、チタン、クロム、金、銀、白金、タングステン、モリブデン、パラジウムから選ばれる一種以上の金属からなり、その製膜方法が無電解メッキ、スパッタリングあるいはイオンプレーティングで形成する、請求項１のウエハ検査装置のウエハ載置台である。導電膜は耐摩耗性、導電率、熱の放射率などの観点から選択され、高温で使用するものについては熱の放射率が高い、ニッケル、モリブデンが好適で、価格の観点でさらにニッケルが好適である。成膜には蒸着、無電界メッキ、イオンプレーティング法などが好適である。導電膜の膜厚は０．５〜３０μｍ程度が耐摩耗性、膜の信頼性、製作コストの観点から好適である。

請求項５に係る発明は、請求項１の導電膜は炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンから選ばれる一種以上の導電性セラミックからなることを特徴とする、請求項１のウエハ検査装置のウエハ載置台である。これらのチタン化合物は金属と同等に好適な導電性を有するとともに、耐摩耗性、耐腐食性にも優れているためである。これらの膜はＰＶＤ法により成膜され、膜の厚さは前記の金属膜の場合と同等である。

請求項６に係る発明は、ウエハ載置台製造方法は、載置台側面のねじ孔の周囲を一部切り欠き、セラミック基材全面に導電膜を形成し、側面の導電膜を機械加工により切り欠き部の導電膜を残して削り取ることを含む、請求項１〜５に記載のウエハ載置台製造方法である。ウエハ載置台側面のねじ孔の周囲を一部切り欠くことによって、後の導電膜の不要部分の除去を機械加工で行うことができ、セラミック基材表面を荒らす原因となる化学的なエッチング法を使わなくてよい。

エッチングあるいはマスキング法を使わないため良好な導電膜がセラミックの表面と側面のねじ孔周辺に形成され、またそれら部位間の境界である円周部の角についても導電膜の良好な連続性が保てるため、確実な電気接続を電気線の端子をねじ孔にねじで固定することにより実現できる。また、セラミックの表面はエッチング処理液などで荒らされることがため、微細な凸凹がなく水分を捕捉しにくく、良好な絶縁性を保証できる。さらに本発明によれば手作業の部分がないため、歩留まりが向上し、価格の改善に大きく寄与する。

発明の実施するための最良の形態

図２に基づいて、直径２００ｍｍのウエハに適合するウエハ載置台の本発明の実施形態について説明する。実際には本発明によるウエハ載置台２００は真空チャックとしても機能させる必要があるためセラミック基材１の表面に１０程度の同心円状の溝（幅０．８ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）を有し、それぞれの溝の一部には小さな貫通孔が明けられている。セラミック基材１の母体はアルミナ製で、純度は９９．５％以上のものを使用する。セラミック基材１の板厚は４ｍｍで外径２０７ｍｍである。セラミック基材の側面はねじ孔３を明けた後、あるいはねじ孔３をあける前に、セラミック基材１の上部面を一部含めそのねじ孔３を含む周辺を一部掘り込み、切り欠き部６を形成する。その部分の大きさは縦３ｍｍ、横３ｍｍ、深さ０．２ｍｍである。リフトピン孔２に関しては、予め孔あけ予定場所に逆円錐の窪み７をセラミック基材１の表面に直径８．２ｍｍで加工する。次の工程の無電界メッキ後に当該場所に直径８．０ｍｍの孔を明けることで、リフトピン孔２のエッジは０．１ｍｍのメッキ部分を有すＣ面取り部が形成され、周辺の導電膜５が穴明け加工時に剥がれることをなくすためである。次に、ニッケルの導電膜５を無電解メッキ法によりセラミック表面全面とねじ孔の内部も含め全面に形成する。膜厚は１〜２μｍである。次に、グラインディングセンタに装着したダイヤモンド砥石などで、側面の導電膜５をセラミックごと研削除去する。図中にセラミック基材の加工面１ａを示す。このとき当初の切り欠き部６の深さが０．１ｍｍ程度残るようにすることで、その部分の導電膜５を形成時のまま残す。また、リフトピン孔２を３つ明ける。リフトピン孔２のエッジは０．１ｍｍのメッキ部分を有すＣ面取り部が形成されているので、ドリルで加工するとき周辺のメッキが剥がれることがない。そして、導電膜５は鏡面であることが望ましいのでラップ処理により磨き仕上げとし、本発明によるウエハ載置台２００を完成する。

完成したウエハ載置台は図３に示す如く、温調媒体を流す経路と発熱体を有する基盤に接合し、さらにこれらをウエハ検査装置の取付台に設置される。ウエハ検査装置の計測器からの配線はねじ孔にねじで接続され、被検査ウエハはウエハ載置台の上面の導電膜の上に載置される。計測器に接続された接触子がウエハ上の素子の電極に接触させ、電気特性、温度特性など様々な計測が行われる。

本発明は半導体微細素子を含むウエハ検査装置の絶縁性のウエハ載置台、その他高度な分解能で被測定物の静電容量、電気特性、高周波特性などを計測する試験機の載置台として有効である。

従来例のウエハ載置台形成方法。 本実施例のウエハ載置台形成方法。 実施例１の発明のウエハ載置台を取り付けるウエハ検査装置の一例。

符号の説明

１ セラミック基材
１ａ セラミック基材の加工面
２ リフトピン孔
３ ねじ孔
４ マスク
５ 導電膜
６ 切り欠き部
７ 逆円錐の窪み
１００ 従来例によるウエハ載置台
２００ 本発明によるウエハ載置台

Claims (6)

1. ウエハ検査装置のウエハ載置台において、前記ウエハ載置台の基材をセラミックとし、その表面と電気配線を取り付けるための側面の一部に導電膜を有し電気配線を固定するためのねじ孔を有し、その表面と側面の一部の導電膜は連続し、側面の一部の導電膜を有する部分は他の側面より陥没していることを特徴とする、ウエハ検査装置のウエハ載置台。
2. 請求項１のセラミックは、アルミナ、サイアロン、窒化珪素の中から選ばれる一種以上の材質からなる、請求項１に記載のウエハ検査装置のウエハ載置台。
3. 請求項２のアルミナは、純度が９９．５％以上で二酸化珪素の割合が０．１５％以下であることを特徴とする、請求項１〜２に記載のウエハ検査装置のウエハ載置台。
4. 請求項１の導電膜はニッケル、銅、チタン、クロム、金、銀、白金、タングステン、モリブデン、パラジウムから選ばれる一種以上の金属からなり、その成膜方法が無電解メッキ、スパッタリングあるいはイオンプレーティングで形成する、請求項１のウエハ検査装置のウエハ載置台。
5. 請求項１の導電膜は炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンから選ばれる一種以上の導電性セラミックからなることを特徴とする、請求項１のウエハ検査装置のウエハ載置台。
6. ウエハ載置台製造方法は、載置台側面のねじ孔の周囲を一部切り欠き、セラミック基材全面に導電膜を形成し、側面の導電膜を機械加工により切り欠き部の導電膜を残して削り取ることを含む、請求項１〜５に記載のウエハ載置台製造方法。

Images