JP2007165806A

JP2007165806A - ウェハプローバ

Info

Publication number: JP2007165806A
Application number: JP2005364030A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuto; 宏之津戸; Tomoyuki Hikita; 友幸引田; Tadashi Matsumoto; 匡史松本; Masahito Iguchi; 真仁井口
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】弾性率が高く、厚みが薄く、軽量で、かつ温度制御の容易なチャックトップを有するウエハプローバを提供する。
【解決手段】シリコンウエハ６上に形成されたＩＣチップの電気特性を検査するウエハプローバにおいて、該ウエハプローバのチャックトップ部１を炭化珪素を強化材とし、かつシリコンをマトリックスとする金属−セラミックス複合材料で構成する。また前記複合材料中における炭化珪素の含有率を３０〜８０体積％とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程で使用されるウェハプローバに関し、詳細にはウェハプローバのチャックトップ部の構成材料に関するものである。

ＩＣの製造においては、まずシリコン単結晶のインゴットを円柱状にブロック切断して、さらにブレードソー方式或いはワイヤーソー方式によって１枚１枚にスライシングする。その後、前工程としてスライシングされたシリコンウェハに多数のＩＣを同時に作り込む工程が行われる。この前工程の最終工程としてシリコンウェハ上の多数のＩＣの電気特性が設計どおりに動作するか否かを計測してＩＣチップの良／不良を判断するＧ／Ｗ工程がある。

これらのＧ／Ｗ工程では検査装置として主にウェハプローバが用いられ、プローバの測定ステージであるチャックトップ部上にシリコンウェハをセットして、ＩＣ上の外部電極引き出し用パッドに、プローブを接触させることでＩＣチップの良／不良を判断している。この方法として、ＩＣの全電極引き出し用パッドに合わせてプローブを配置したプローブガードという機器を使用する。プローブガードの全プローブから信号線が引き出されていてテスタとつながっている。テスタはＩＣの出力信号と予めメモリされている波形を比較して良／不良を判断する。

これらのウェハプローバのチャックトップ部には、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属製のものが使用されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

しかしながら、上述のような金属製のチャックトップ部を有するウェハプローバには以下のような問題がある。
まず、チャックトップがアルミニウム合金製の場合、その弾性率の低さゆえチャックトップ部の金属板の肉厚が薄い場合、Ｇ／Ｗ工程において、プローブガードのプローブがＩＣの電極に接触する際に針圧がかかり、その為に金属板であるチャックトップ部に反りや歪が生じることで、チャックトップ部上にセットされているシリコンウェハが破損したり傾く原因になっていることがあげられる。そのためチャックトップ部の肉厚が約１５ｍｍ程度必要になる。

さらにチャックトップ部の肉厚を上記に記載した理由で厚くする必要があるために、チャックトップ部の重量が重い上に、さらにウェハプローバの外径寸法が大きくなってしまう。その為、軽量でかつコンパクトなウェハプローバを製造することができない。
また、チャックトップがステンレス鋼製の場合、アルミニウム合金に比べて弾性率が高い為、チャックトップ部の肉厚を薄くすることができるが、比重が７．９×１０³ｋｇ／ｍ³と大きい為にチャックトップ部の重量が重くなってしまう。

さらに、ステンレス鋼は熱伝導度が１６Ｗ／ｍ・℃と低いので、昇温降温特性が悪く、電圧や電流の変化に対してチャックトップ部の温度が迅速に追従しない。その為、温度制御がしにくい状況になってしまう。特に、高温でチャックトップ部にシリコンウェハを載置している状態において、低温に切り替えようとしてもチャックトップ部の温度がなかなか下がらない為、温度制御が不能になってしまう。
特許第２５８７２８９号公報特公平３−４０９４７号公報特開平１１−３１７２４号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、弾性率が高く、厚みが薄く、軽量で、且つ温度制御の容易なチャックトップ部を有するウェハプローバを提供することを目的とする。

本発明によれば、シリコンウェハ上に形成されたＩＣチップの電気特性を検査するウェハプローバにおいて、該ウェハプローバのチャックトップ部を、炭化珪素を強化材とし、かつシリコンをマトリックスとする金属−セラミックス複合材料で構成することを特徴とするウェハプローバ、が提供される。

このウェハプローバにおいては、金属−セラミックス複合材料中におけるセラミックスの含有率が３０〜８０体積％であることが好ましい。

本発明によれば、薄く、軽量で、かつ高い熱伝導度、低熱膨張性を有するチャックトップ部を有する、小型・軽量・高剛性のウェハプローバを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明ではシリコンウェハ上に形成されたＩＣチップの電気特性を検査するウェハプローバにおいて、該ウェハプローバのチャックトップ部を、炭化珪素を強化材とし、かつシリコンをマトリックスとする金属−セラミックス複合材料で構成することを特徴とするウェハプローバを提案している。（請求項１）

金属−セラミックス複合材料は以下の特徴を有する。弾性率は２７０〜３５０ＧＰａとステンレス鋼以上の剛性を示す。また、比重においては２．７〜３．１×１０³ｋｇ／ｍ³とアルミニウム合金並に計量である。熱伝導度は１７５〜２００Ｗ／ｍ・℃とアルミニウム合金以上の熱伝導性を示す。さらに熱膨張係数に関しても２〜４×１０^-6とアルミニウム合金よりもかなり低い熱膨張性を示す。

本発明は、通常、ウェハプローバのチャックトップ部には、図２の模式断面図の金属製チャックトップ部７で示されているようにアルミニウム合金やステンレス鋼等の金属製のものが使用されているのに対して、図１の模式断面図の金属−セラミックス複合材料製チャックトップ部１で示されているように、チャックトップ部を金属製から金属−セラミックス複合材料製に変更することにある。一番上層に電気特性を検査するシリコンウェハ６、上から第２層に金属−セラミックス複合材料製チャックトップ部１が構成され、この上にシリコンウェハ６を密着して載置して検査を行う。その下層には金属−セラミックス複合材料製チャックトップ部１を昇温、降温する為に発熱体４と冷却部３（水冷管５を含む）がセラミックス製の絶縁層２を挟んで構成されている。ここで、セラミックス製の絶縁層２は、発熱体４と冷却部３を絶縁する役割を果たす。

ウェハプローバのチャックトップ部を、従来使用されているアルミニウム合金やステンレス鋼等の金属から金属−セラミックス複合材料に変更することにより、剛性の高い基板にすることが出来る為、プローブガードのプローブによりシリコンウェハをセットしたチャックトップ部に針圧がかかってもチャックトップ部の反りがなくなる。又、ステンレス鋼並みに剛性が高いので、チャックトップ部の厚みを薄くできる上に、アルミニウム並みの比重であるため、チャックトップ部の重量が軽くなることが可能になる。さらに、金属−セラミックス複合材料は熱伝導度がステンレス鋼やアルミニウム合金よりも高いので、昇温降温特性がよく、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やすい。

また、本発明では前記複合材料中における炭化珪素の含有率が３０〜８０体積％であることを特徴とするウェハプローバを提案している。（請求項２）
ここで炭化珪素の含有率を３０〜８０体積％に限定したのは炭化珪素の含有率が３０体積％より少ないと、弾性率が２００ＧＰａ程度と合成が低くなり、また８０体積％より多いと金属−セラミックス複合材料の作製が困難となるからである。

次に本発明の製造方法を述べると、先ず強化材としてＳｉＣ粉末を、マトリックス金属としてＳｉ合金を用意する。用意したＳｉＣ粉末とＳｉ合金を慣用の方法で複合化する。例えば、ＳｉＣ、カーボン、シリコン粉末により成形体を作製し、非酸化雰囲気中１３００〜２０００℃で焼成する方法や、ＳｉＣ、カーボン、有機バインダーにより成形体を作製し、溶融したＳｉを非酸化雰囲気中１５００〜２０００℃で含浸させる方法などが挙げられる。

次に、本発明の実施例と比較例について説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

（実施例）
強化材として市販の信濃電気精錬社製のＳｉＣ粉末（品番：＃４００、平均粒形３０μｍ）を用い、これにフェノール樹脂を添加して１００×１００×１０ｍｍ形状に成形した。得られた成形体をＡｒ中で１０００度に加熱してＳｉＣプリフォームを得た。次にＳｉを当該プリフォームとともに炉内に設置し、１７００℃に加熱してＳｉを溶融し、ＳｉＣの含有率が５０体積％になるようにプリフォームに含浸させて金属マトリックスがＳｉである金属−セラミックス複合材料を得た。
この複合材料より３×４×４０ｍｍの試験片を切り出しアルキメデス法により密度を測定し、また、弾性率を共振法により測定した。その結果は、密度が２８００ｋｇ/ｍ³と小さく、弾性率は２８０ＧＰａと高かった。さらに熱膨張係数は２．８×１０⁶／Ｋと小さく、熱伝導度は１７５Ｗ／ｍ・Ｋと高かった。

（比較例）
比較のため比較例ではアルミニウム製のチャックトップ部から試験片を切り出し、実施例と同様に評価した。その結果、密度は２７００ｋｇ/ｍ³、弾性率は８０ＧＰａ、熱膨張係数は２０×１０⁶／Ｋ、熱伝導度は１２５Ｗ／ｍ・Ｋであった。

以上より明らかなように、実施例は比較例のものより密度はほぼ同等であるものの高い弾性率、低い熱膨張係数、高い熱伝導度を示した。このようにウェハプローバのチャックトップ部を従来使用されているアルミニウム合金から金属−セラミックス複合材料に変更することで剛性の高い基盤にすることができるため、プローブガードのプローブによりシリコンウェハをセットしたチャックトップ部に針圧がかかってもチャックトップ部のそりが小さくなることがわかった。また熱伝導度が高くなることから加熱−冷却試験に対しても精度よく評価できることがわかった。

本発明の実施例により得られた金属−セラミックス複合材料としたチャックトップによるウェハプローバを作製し、その上に８インチ（直径２００ｍｍ）のシリコンウェハを載置し、シリコンウェハに針を１箇所接触させて針圧によるシリコンウェハの周囲のそりを測定した。その結果、金属−セラミックス複合材料製チャックトップ部においては５〜１５μｍときわめて小さかった。
比較例であるアルミニウム合金製チャックトップでは同様のそりを測定したところ、９５〜１２０μｍと大きくなった。

以上の通り、本発明のウェハプローバのチャックトップ部を、セラミックスを強化材とし、かつ、シリコンをマトリックスとする金属−セラミックス複合材料に変更することにより、高い剛性の為、チャックトップ部のプローブの針圧による反りがなくなった。

本発明のウェハプローバは、小型・軽量・高剛性であり、装置の移動が多い環境などでの使用に好適である。

本発明の実施例に関わるウェハプローバの模式断面図である。従来使用されているウェハプローバの模式断面図である。

符号の説明

１金属−セラミックス複合材料製チャックトップ部
２絶縁層（セラミック基板）
３冷却部
４発熱体
５水冷管（または空冷管）
６シリコンウェハ
７金属製チャックトップ部
８測定箇所

Claims

シリコンウェハ上に形成されたＩＣチップの電気特性を検査するウェハプローバにおいて、該ウェハプローバのチャックトップ部を、炭化珪素を強化材とし、かつシリコンをマトリックスとする金属−セラミックス複合材料で構成することを特徴とするウェハプローバ。
前記複合材料中における炭化珪素の含有率が３０〜８０体積％であることを特徴とする請求項１記載のウェハプローバ。