JP2007201484A - ウェハプローバ用ウェハ保持体およびそれを搭載したウェハプローバ - Google Patents

Abstract

【課題】 位置精度向上や、均熱性向上、更にはチップの急速な昇温と冷却ができるウェハプローバ用ウェハ保持体およびそれを搭載したウェハプローバ装置を提供する。
【解決手段】 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体とからなり、チャックトップと支持体との間の一部に空隙を有することを特徴とする。前記チャックトップは加熱体を備えることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェハ載置面に半導体ウェハを載置し、プローブカードをウェハに押し当ててウェハの電気的特性を検査するためのウェハプローバに使用されるウェハ保持体およびヒータユニット、それらを搭載したウェハプローバ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。

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、ウェハとプローブピン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。

また、バーンイン工程では、チップに電気を流して電気的特性を測定するが、近年のチップの高出力化に伴い、電気的特性の測定時に、チップが大きく発熱し、場合によっては、チップが自己発熱によって、破壊することがあるので、測定後には、急速に冷却することが求められる。また、測定中は、できるだけ均熱であることが求められている。そこで、金属の材質を、熱伝導率が４０３Ｗ／ｍＫと高い銅（Ｃｕ）が用いられていた。

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。そして、ウェハプローバを設置するための支持台として、アルミニウム合金やステンレスなどを使用することができるとされている。

しかし、特許文献１に記載されているように、ウェハプローバをその最外周のみで支持すると、プローブカードの押圧によって、ウェハプローバが反ることがあるので、多数の支柱を設けるなどの工夫が必要であった。

更に、近年、半導体プロセスの微細化に伴い、プロービング時の単位面積あたりの荷重が増加するとともに、プローブカードとプローバとの位置合わせの精度も求められている。プローバは、通常、ウェハを所定の温度に加熱し、プロービング時に所定の位置に移動し、プローブカードを押し当てるという動作を繰り返す。このとき、プローバを所定の位置にまで動かすために、その駆動系に関しても高い位置精度が要求されている。

しかしながら、ウェハを所定の温度、すなわち１００〜２００℃程度の温度に加熱した際、その熱が駆動系に伝わり、駆動系の金属部品類が熱膨張し、これにより精度が損なわれるという問題点がある。更にはプロービング時の荷重の増加により、ウェハを載置するプローバ自体の剛性も要求されるようになってきた。すなわち、プローバ自体がプロービング時の荷重により変形すると、プローブカードのピンがウェハに均一に接触できなくなり、検査ができなくなる、あるいは最悪、ウェハが破損するという問題点がある。このため、プローバの変形を抑えるため、プローバが大型化してしまい、その重量が増加し、この重量増が駆動系の精度に影響を及ぼすという問題点があった。また更には、プローバの大型に伴い、プローバの昇温及び冷却時間が非常に長くなり、スループットが低下するという問題点も存在していた。

更に、スループットを向上するために、プローバの昇降温速度を向上するために、冷却機構が設けられていることが多い。しかしながら、従来は冷却機構が例えば特許文献1のように空冷であったり、金属製ヒータの直下に冷却板を設けたりしていた。前者の場合、空冷であるがために、冷却速度が遅いという問題点があった。また後者の場合でも、冷却板が金属であり、プロービング時に、この冷却板に直接プローブカードの圧力がかかるため、変形しやすいという問題点があった。
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、高剛性であり、断熱効果を高めることにより、位置精度を向上や、均熱性の向上、更にはチップの急速な昇温と冷却ができるウェハプローバ用ウェハ保持体およびそれを搭載したウェハプローバ装置を提供することを目的とする。

本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体とからなり、チャックトップと支持体との間の一部に空隙を有することを特徴とする。前記チャックトップは加熱体を備えることが好ましい。

また、前記支持体の形状は、有底円筒形状であることが好ましく、該支持体のヤング率は、２００ＧＰａ以上であり、また、熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。更に、該支持体の円筒部分の肉厚は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、円筒部分の高さは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。また、該支持体の底部の厚みは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。また、該支持体の円筒部分と底部が一体でなくてもよい。

前記支持体のチャックトップとの接触部に、断熱構造を有することが好ましく、該断熱構造は、支持体に形成された切り欠きであるか、または、支持体に形成された柱状部材であることが好ましい。支持体のチャックトップと接触する部分の面積は、チャックトップの支持体と向かい合う面積の１０％以下であることが望ましい。接触する部分は、チャックトップ外周から５ｍｍ以内の範囲にあることが好ましい。前記切り欠きは短冊状あるいは放射状が好ましく、切り欠きあるいは柱状部材の配置は、同心円状に均等あるいはそれに類似した配置で、８個以上あることが好ましい。

前記支持体とチャックトップもしくは柱状部材との接触部の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましく、また、前記支持体の底部裏面の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましい。また、前記支持体の円筒部分と底部が一体ではない場合には、該支持体の底部と円筒部分との接触部の少なくとも該底部または円筒部分の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましい。また、前記柱状部材と前記支持体との接触部分及び／または前記チャックトップとの接触部分の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましい。

前記支持体の円筒部分の外周部と該支持体のチャックトップとの接触面、または前記支持体の円筒部分の外周部と柱状部材のチャックトップとの接触面、との直角度が、測定長１００ｍｍに換算して、１０ｍｍ以下であることが好ましい。

前記支持体を形成する材質の主成分は、ムライト、アルミナ、若しくはムライトとアルミナの複合体のいずれかであることが好ましく、該支持体の表面に、金属層が形成されていることが好ましい。また、該支持体の表面の少なくとも一部に導体を具備することが好ましい。更に、該支持体のほぼ中央部に支持棒を備えることが好ましい。

前記チャックトップと加熱体との間に、電磁シールド電極層及びガード電極層を備えることが好ましく、更に、該電磁シールド電極層とガード電極層との間、およびガード電極層とチャックトップとの間に、絶縁層を備えることが好ましい。該絶縁層の抵抗値はそれぞれ１０^７Ω以上が好ましく、更に１０^１０Ω以上が好ましい。また絶縁層の誘電率は１０以下であることが好ましい。また前記チャックトップ導体層とガード電極層との間、およびチャックトップ導体層と電磁シールド層との間、またはチャックトップとガード電極層との間、及びチャックトップと電磁シールド層との間の静電容量が共に５０００ｐＦ以下であることが好ましく、更に１０００ｐＦ以下であることが好ましい。更に絶縁層の厚みはそれぞれ０.２ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上が更に好ましい。前記支持体に、加熱体のヒータ電極及び前記電磁シールド電極の取り出し用の貫通孔又は切り欠きを備えることが好ましい。

前記チャックトップ導体層の表面の反り量は、３０μｍ以下であることが好ましく、特にチャックトップの温度が−７０℃から２００℃の範囲において、３０μｍ以下であることが好ましい。また、該チャックトップ導体層の表面の表面粗さはＲａで０．１μｍ以下であることが好ましい。更に、前記チャックトップ導体層の表面と前記支持体の底部裏面との平行度が３０μｍ以下であることが好ましい。

また、前記チャックトップのヤング率は、２００ＧＰａ以上であることが好ましく、熱伝導率は、１５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、該チャックトップの厚みは、８ｍｍ以上であることが好ましい。また、該チャックトップを形成する材質は、金属とセラミックスとの複合体であることが好ましく、アルミニウムと炭化ケイ素との複合体、又はシリコンと炭化ケイ素との複合体のいずれかであることが更に好ましい。

また、該チャックトップを形成する材質は、セラミックスであってもよく、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナとムライトの複合体のいずれかあることがより好ましい。更に、チャックトップを形成する材質が、アルミナの場合、その純度が９９．６％以上、より好ましくは９９．９％以上であることが好ましい。またチャックトップを形成する材質は、金属であってもよく、タングステンやモリブデン、あるいはこれらの合金であることが好ましい。

前記チャックトップ導体層の表面に、３．１ＭＰａの荷重をかけた時のチャックトップ導体層表面の反り量が３０μｍ以下であることが好ましい。

前記支持体の円筒形状部分に、冷却モジュールを備えることが好ましく、用途や目的に応じて該冷却モジュールが可動式であっても良いし、チャックトップに対して固定されていても良い。更にチャックトップと冷却モジュールを一体化しても良い。この場合、チャックトップのウェハ載置面の反対側にチャックトップ変形防止用基板を備えても良い。また、冷却モジュールの上にチャックトップの機能を有する変形防止用基板を備えても良い。

このようなウェハプローバ用ウェハ保持体を備えたウェハプローバ用のヒータユニットは、および該ヒータユニットを備えたウェハプローバは、高剛性であり、断熱効果を高めることにより、位置精度を向上や、均熱性の向上、更にはチップの急速な昇温と冷却ができる。

本発明によれば、断熱構造に優れ、軽量化を図ることのできるプローバを提供することができる。また冷却モジュールを搭載することでチャックトップの昇降温速度を向上させることができる。

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。本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体１は、チャックトップ導体層３を有するチャックトップ２と、該チャックトップを支持する支持体４とからなり、チャックトップ２と支持体４との間の一部に空隙５を有する。この空隙５を有することで、断熱効果を高めることができる。空隙の形状には特に制約はなく、チャックトップで発生した熱やあるいは冷気が支持体に伝わる量を極力抑えた形状とすればよい。該支持体４は、有底円筒形状とすることにより、チャックトップと支持体の接触面積を小さくすることができ、空隙５を容易に形成することができるので好ましい。このような空隙５を形成することにより、チャックトップと支持体との間は、大部分が空気層となり、効率的な断熱構造とすることができる。

また、前記支持体の形状は、チャックトップとの間に空隙を形成できればよく、例えば図１４に示すように、多数の貫通孔５１を有する形状でもよい。なお、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）のａ−ａ’断面図である。図１５、１６、１７も同様である。貫通孔の形状は、円形でもよく、三角形や四角形等の多角形、楕円、その他の形状であってもよく、また、これらの形状の組み合わせでもよい。さらに、例えば、図１５に示すように、座グリ形状５２であってもよい。また、貫通孔と座グリ形状を組み合わせることも可能である。チャックトップと支持体の間に空隙を形成することで、チャックトップで発生した熱が支持体に伝わる量を低減できればよい。

更に、前記支持体の形状は、梁を渡すような形状であってもよい。例えば、図１６に示すように十字形状の４本の梁でチャックトップを支持すれば、チャックトップを線状に支持することができるので、チャックトップが変形しにくく、比較的強固に支持することができる。また、図１７に示すように、梁で支持できない部分に支持棒７が設置されていてもよい。支持棒と梁は同じ材質であることが好ましい。梁で支持できない部分を支持棒で補強することができるので、チャックトップの変形を低減することができる。梁の数は、４本（図１６）や３本（図１７）だけではなく、５本以上とすることもできる。また、図１６に示すように梁は繋がっていてもよいし、図１７に示すように梁は離れていてもよい。また、梁は、支持体の底部と一体であってもよく、分離していてもよい。

チャックトップには、加熱体６を備えることが好ましい。これは近年の半導体のプロービングにおいては、ウェハを１００〜２００℃の温度に加熱する必要が多いからである。このためもしチャックトップを加熱する加熱体の熱を支持体に伝わることを防止することができなければ、ウェハプローバ支持体下部に備わる、駆動系に熱が伝わり、各部品の熱膨張差により、機械精度にズレを生じ、チャックトップ上面（ウェハ載置面）の平面度、平行度を著しく劣化させる原因となる。しかし、本構造は断熱構造であることから平面度平行度を著しく劣化させることはない。さらに、中空構造であることから、円柱形状の支持体に比べ軽量化が図れる。

図２に示すように、加熱体６は、抵抗発熱体６１をマイカなどの絶縁体６２で挟み込んだものが構造として簡便であるので好ましい。抵抗発熱体は、金属材料を使用することができる。例えば、ニッケルやステンレス、銀、タングステン、モリブデン、クロムおよびこれらの金属の合金の、例えば金属箔を用いることができる。これらの金属の中では、ステンレスとニクロムが好ましい。ステンレスあるいはニクロムは、発熱体の形状に加工する時、エッチングなどの手法により、抵抗発熱体回路パターンを比較的に精度良く形成することができる。また、安価であり、耐酸化性を有するので、使用温度が高温であっても長期間の使用に耐えることができるので好ましい。また発熱体を挟み込む絶縁体としては、耐熱性を有する絶縁体であれば特に制約はない。例えば上記のようにマイカや、シリコン樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂など特に制約はない。またこのような絶縁性の樹脂で発熱体を挟み込む場合、発熱体で発生した熱をよりスムースにチャックトップに伝えるために、樹脂中にフィラーを分散させることができる。樹脂中に分散するフィラーの役割は、シリコン樹脂等の熱伝導を高める役割があり、材質としては、樹脂との反応性無ければ特に制約はなく、例えば窒化硼素や、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどの物質を上げることができる。加熱体は、搭載部にネジ止め等の機械的手法で固定することができる。

また、支持体のヤング率は２００ＧＰａ以上であることが好ましい。支持体のヤング率が２００ＧＰａ未満である場合には、底部の厚みを薄くできないため、空隙部の容積を十分確保できず、断熱効果が期待できない。さらに後述する冷却モジュールを搭載するスペースも確保できない。また、より好ましいヤング率は３００ＧＰａ以上である。３００ＧＰａ以上のヤング率を有する材料を用いれば、支持体の変形も大幅に低減することができるため、支持体をより小型化、軽量化できるため特に好ましい。

また、支持体の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。支持体の熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫを超えると、チャックトップに加えられた熱が、容易に支持体に伝わり、駆動系の精度に影響を及ぼすため好ましくない。近年ではプロービング時の温度として１５０℃という高温が要求されるため、支持体の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることが特に好ましい。またより好ましい熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ以下である。この程度の熱伝導率になると、支持体から駆動系への熱の伝達量が大幅に低下するためである。これらを満たす具体的な支持体の材質は、ムライトもしくはアルミナ、ムライトとアルミナの複合体（ムライト−アルミナ複合体）であることが好ましい。ムライトは熱伝導率が小さく断熱効果が大きい点が、アルミナはヤング率が大きく、剛性が高い点で好ましい。ムライト−アルミナ複合体は熱伝導率がアルミナより小さく且つヤング率がムライトより大きく、総合的に好ましい。

また、支持体の材質は、ステンレス等の金属を用いることもできる。ステンレスの鋳物は低価格であるので好ましい。図１６や図１７に示したような梁の場合、梁の部分を金属とし、底の部分を比較的ヤング率の高い材料とすれば、チャックトップの変形をより抑えることができる。

有底円筒形状の支持体の円筒部分の肉厚は、２０ｍｍ以下であることが好ましい。２０ｍｍを超えると、チャックトップから支持体への熱伝達量が大きくなるため、好ましくない。このため、チャックトップを支持する支持体の円筒部分の肉厚は、１０ｍｍ以下が好ましい。但し、肉厚が１ｍｍ未満になると、ウェハを検査する際に、ウェハにプローブカードを押し当てるが、そのときの押さえつけ圧力により、支持体の円筒部分が変形したり、最悪破損したりするため好ましくない。最も好ましい厚みとしては１０ｍｍから１５ｍｍである。さらに、円筒部のうちチャックトップと接触する部分の肉厚は２〜５ｍｍが好ましい。この程度の厚みが、支持体の強度と断熱性のバランスが良く、好ましい。

また、支持体の円筒部分の高さは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。１０ｍｍ未満であると、ウェハ検査時にプローブカードからの圧力がチャックトップに加わり、更に支持体にまで伝わるため、支持体の底部にたわみを生じ、このためチャックトップの平面度を悪化させるため好ましくない。

支持体の底部の厚みは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。支持体底部の厚みが１０ｍｍ未満であるとウェハ検査時にプローブカードからの圧力がチャックトップに加わり、更に支持体にまで伝わるため、支持体の底部にたわみを生じ、このためチャックトップの平面度を悪化させるため好ましくない。好ましくは、１０ｍｍから３５ｍｍである。なぜなら１０ｍｍ未満であるとチャックトップの熱が支持体底部まで容易に伝わり、支持体が熱膨張によるそりを生じ、チャックトップの平面度、平行度を劣化させるため好ましくない。３５ｍｍ以下であれば小型化でき好適である。また、支持体の円筒部と底部を一体ではなく分離した構造とすることも可能である。この場合、分離された円筒部と底部は互いに界面を有するため、この界面が熱抵抗層となり、チャックトップから支持体に伝わる熱がこの界面で一端遮断されるため、底部の温度が上昇しにくくなるため好ましい。

また、支持体の形状が、図１４や図１５のような場合、貫通孔あるいは座グリ形状同士の間隔（貫通孔あるいはザグリ穴同士の最小距離）は、特に制約は無いが断熱効果を高めるためには、狭い方が好ましい。具体的には、間隔は５０ｍｍ以内が好ましく、２０ｍｍ以内がさらに好ましい。しかし、間隔が０．１ｍｍ未満になると、支持体が破損する恐れがあるので、間隔は０．１ｍｍ以上が好ましい。

チャックトップを支持する支持体の支持面には断熱構造を有することが好ましい。この断熱構造としては、支持体に切り欠き溝を形成し、チャックトップと支持体の接触面積を小さくすることで断熱構造を形成することができる。チャックトップに切り欠き溝を形成し、断熱構造を形成することも可能である。この場合、チャックトップのヤング率が２００ＧＰａ以上有していることが必要である。すなわち、チャックトップにはプローブカードの圧力が加わるため、切り欠きが存在すると、ヤング率が小さい材料である場合には、その変形量がどうしても大きくなり、変形量が大きくなると、ウェハの破損や、チャックトップ自身の破損につながることがある。しかし、支持体に切り欠きを形成すれば上記のような問題は発生しないため、好ましい。切り欠きの形状としては図３に示すように、同心円状の溝２１を形成したものや、図４に示すように放射線状に溝２２を形成したもの、あるいは、突起を多数形成したものなど、形状には特に制約はない。但し、いずれの形状においても対称な形状にする必要がある。形状が対称でない場合は、チャックトップに掛かる圧力を均一に分散することができなくなり、チャックトップの変形や、破損に影響するため好ましくない。

また、断熱構造の形態として、図５に示すように、チャックトップと支持体の間に、複数の柱状部材２３を設置することが好ましい。配置は同心円状に均等あるいはそれに類似した配置で８個以上あることが好ましい。特に近年ではウェハの大きさが８〜１２インチと大型化しているため、これよりも少ない数量では、柱状部材間の距離が長くなり、プローブカードのピンをチャックトップに載置されているウェハに押し当てた際、柱状部材間で撓みが発生しやすくなるため、好ましくない。一体型である場合に比べ、チャックトップとの接触面積が同一の場合、チャックトップと柱状部材、柱状部材と支持体間と界面を２つ形成することができるため、その界面が熱抵抗層となり、熱抵抗層を２倍に増加できるため、チャックトップで発生した熱を効果的に断熱することが可能となる。この柱状部材の形状としては円柱状であっても良いし、三角柱、四角柱、さらにはどのような多角形あるいはパイプ形状であっても良く、その形状に対しては特に制約はない。いずれにしろ、このように柱状部材を挿入することによってチャックトップから支持体への熱を遮断することができる。

前記断熱構造に使用する柱状部材の材質としては熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。これよりも熱伝導率が高い場合、断熱効果が低下するため、好ましくない。柱状部材の材質としてはＳｉ_３Ｎ_４、ムライト、ムライト−アルミナ複合体、ステアタイト、コージライト、ステンレス、ガラス（繊維）、ポリイミドやエポキシ、フェノールなどの耐熱樹脂やこれらの複合体を使用することができる。

前記支持体とチャックトップもしくは柱状部材との接触部分の表面粗さがＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。表面粗さがＲａ０．１μｍ未満である場合、支持体とチャックトップもしくは柱状部材との接触面積が増加すると共に、両者の間の隙間が相対に小さくなるため、Ｒａ０．１μｍ以上の場合に比較して熱の伝達量が大きくなるため好ましくない。また、表面粗さの上限は特にはない。但し、表面粗さＲａが５μｍ以上の場合、その表面を処理するためのコストが高くなることがある。表面粗さをＲａ０．１μｍ以上にするための手法としては、研磨加工や、サンドブラスト等による処理を行うと良い。但しこの場合においては、その研磨条件やブラスト条件を適切化し、Ｒａ０．１μｍ以上に制御する必要がある。

また支持体底部の表面粗さはＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。上記と同様に、支持体底部の表面粗さが粗いことによって、駆動系への熱の伝達量も小さくすることができる。また前記支持体の底部と円筒部が分離できる場合、その接触部の表面粗さは少なくともそのどちらかがＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。これより小さい表面粗さでは、円筒部分から底部への熱の遮断効果小さい。更に前記柱状部材の支持体との接触面、さらにはチャックトップとの接触面の表面粗さについてもＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。この柱状部材に付いても同様表面粗さを大きくすることで支持体への熱の伝わりを小さくすることができる。以上のように、各部材に界面を形成し、その界面の表面粗さをＲａ０．１μｍ以上とすることで支持体底部への熱の伝達量を低減することができるため、結果的に発熱体への電力供給量も低減することができる。

前記支持体の円筒部分の外周部と支持体のチャックトップとの接触面、または前記支持体の円筒部分の外周部と柱状部材のチャックトップとの接触面、との直角度は、測定長１００ｍｍに換算して、１０ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、直角度が１０ｍｍを超えると、チャックトップから加わった圧力が支持体の円筒部分に加わる際に、円筒部分自身の変形が発生しやすくなるため好ましくない。

支持体の表面には、金属層が形成されていることが好ましい。チャックトップを加熱するための発熱体、プローバの駆動部、さらには周囲の機器等からから発生する電場や電磁波が、ウェハの検査時にノイズとなり、影響を及ぼすが、支持体に金属層を形成すれば、この電磁波を遮断することができるため好ましい。金属層を形成する方法としては、特に制約はない。例えば、銀や金、ニッケル、銅などの金属粉末にガラスフリットを添加した導体ペーストをはけなどで塗布して焼き付けても良い。

またアルミニウムやニッケルなどの金属を溶射により形成してもよい。また、表面にメッキで金属層を形成することも可能である。また、これらの手法を組み合わせることも可能である。すなわち、導体ペーストを焼き付けた後、ニッケルなどの金属をメッキしても良いし、溶射後にメッキを形成しても良い。これらの手法のうち特にメッキまたは溶射が好ましい。メッキは密着強度が強く、信頼性が高いため好ましい。また溶射は比較的低コストで金属膜を形成することができるため好ましい。

また、金属層は、支持体の表面の少なくとも一部に導体を具備することでもよい。使用する材質については、導体であれば特に制約は無い。例えば、ステンレスや、ニッケル、アルミニウムなどを挙げることができる。

導体を具備する方法は、支持体の側面にリング形状の導体を取り付けることが可能である。前記材質の金属箔を支持体の外径よりも大きい寸法でリング形状に成形し、これを支持体の側面に取り付けることができる。また支持体の底面部分に、金属箔あるいは金属板を取り付けてもよく、側面に取り付けた金属箔と接続することでより、電磁波を遮断する効果（ガード効果）を高めることができる。また、支持体内部の空間を利用し、金属箔あるいは金属板を有底円筒形空間内に取り付けても良く、側面及び底面に取り付けた金属箔と接続することでよりガード効果を高めることができる。このような手法を採用することによって、メッキや導体ペーストを塗布する場合に比較して、比較的安価に上記効果を得ることができるため好ましい。金属箔および金属板と支持体の固定方法に関しては特に制約はないが、例えば金属ネジを用いて、金属箔及び金属板を支持体に取り付けることができる。また支持体の底面部と側面部の金属箔及び金属板を一体化することが好ましい。

また、図６に示すように、支持体４の中心部付近には、支持棒７が具備されていることが好ましい。この支持棒は、チャックトップにプローブカードが押し付けられた際に、チャックトップの変形を抑えることができる。このときの中心部の支持棒の材質としては、支持体の材質と同一であることが好ましい。支持体、支持棒ともにチャックトップを加熱する加熱体から熱を受けるため、熱膨張する。このとき支持体の材質が異なると熱膨張係数差により支持体と支持棒の間に段差が生じ、これによってチャックトップが変形しやすくなるため好ましくない。支持棒の大きさとしては、特に制約はないが、断面積が０．１ｃｍ^２以上であることが好ましい。断面積がこれ以下である場合には、支持の効果が十分でなく、支持棒が変形しやすくなるため好ましくない。また断面積は１００ｃｍ^２以下であることが好ましい。これ以上の断面積を有する場合、後述するが、支持体の円筒部分に挿入される冷却モジュールの大きさが小さくなり、冷却効率が低下するため好ましくない。また支持棒の形状としては、円柱形状や、三角柱、四角柱、パイプ形状など特に制約はない。支持棒を支持体に固定する方法としては、特に制約はない。活性金属によるロウ付けや、ガラス付け、ネジ止めなどが上げられる。これらの中では、ネジ止めが特に好ましい。ネジ止めすることによって、脱着が容易となり、さらには固定時に熱処理を行わないため、支持体や、支持棒の熱処理による変形を抑えることができるためである。

またチャックトップを加熱する加熱体とチャックトップとの間にも電磁波を遮断（シールド）するための金属層が形成されていることが好ましい。この電磁シールド電極層は、加熱体等で発生した電磁波や電場などのウェハのプロービングに影響を与えるノイズを遮断する役割がある。このノイズは通常の電気特性の測定には大きな影響は与えないが、特にウェハの高周波特性を測定する場合に顕著に影響するものである。この電磁シールド電極層は、例えば金属箔を加熱体とチャックトップとの間に挿入することができ、チャックトップ及び加熱体とは絶縁されている必要がある。この場合、使用する金属箔としては特に制約はないが、加熱体が２００℃程度の温度になるため、ステンレスやニッケル、あるいはアルミニウムなどの箔が好ましい。

チャックトップと電磁シールド電極層との間の絶縁層の役割は、チャックトップが絶縁体である場合にはチャックトップのウェハ載置面に形成されたチャックトップ導体層との間、もしくはチャックトップが導体である場合には、チャックトップ自身と電磁シールド層との間に、電気回路上コンデンサが形成され、このコンデンサ成分がウェハのプロービング時にノイズとして影響することがある。このため、これらの影響を低減するためには、電磁シールド層とチャックトップとの間に絶縁層を形成することで上記ノイズを低減することができる。

更に、チャックトップと電磁シールド電極層との間に、絶縁層を介してガード電極層を備えることが好ましい。該ガード電極層は、前記支持体に形成される金属層と接続することで、ウェハの高周波特性を測定するときに影響するノイズをさらに低減することができる。すなわち、本発明においては、発熱体を含む支持体全体を導体で覆うことで、高周波におけるウェハ特性測定時のノイズの影響を小さくすることができる。更に、ガード電極層を前記支持体に設けた金属層に接続することにより、ノイズの影響をさらに小さくすることができる。

このとき、加熱体と電磁シールド電極層との間、電磁シールド電極層とガード電極層との間、ガード電極層とチャックトップとの間の絶縁層の抵抗値は１０^７Ω以上であることが好ましい。抵抗値が１０^７Ω未満の場合、加熱体からの影響によって、チャックトップ導体層に向かって微小な電流が流れ、これがプロービング時のノイズとなり、プロービングに影響を及ぼすため好ましくない。絶縁層の抵抗値を１０^７Ω以上とすれば、上記微小電流をプロービングに影響のない程度に低減することができるため好ましい。特に最近ではウェハに形成される回路パターンも微細化が進んでいるため、上記のようなノイズをできるだけ低減しておく必要があり、絶縁層の抵抗値を１０^１０Ω以上とすることで、更に信頼性の高い構造とすることができる。

また前記絶縁層の誘電率は１０以下であることが好ましい。絶縁層の誘電率が１０を超えると、絶縁層を挟み込む電磁シールド層、ガード電極層とチャックトップに電荷が蓄えられやすくなり、これがノイズ発生の原因となるため好ましくない。特に最近では、上記のようにウェハ回路の微細化が進展していることから、ノイズを低減しておく必要があり、誘電率は４以下、更には２以下とすることが特に好ましい。誘電率を小さくすることで、絶縁抵抗値や静電容量を確保するために必要な絶縁層の厚みを薄くすることができ、絶縁層による熱抵抗を小さくできるため好ましい。

さらにチャックトップが絶縁体の場合は、チャックトップ導体層とガード電極層との間、及びチャックトップ導体層と電磁シールド電極層との間、チャックトップが導体である場合には、チャックトップ自身とガード電極層との間、チャックトップと電磁シールド電極層との間の静電容量は５０００ｐＦ以下であることがこのましい。５０００ｐＦを超える静電容量を有する場合、絶縁層のコンデンサとしての影響が大きくなり、プロービング時にノイズとして影響することがあるため好ましくない。特に上記のようにウェハ回路の微細化に伴い、特に静電容量として１０００ｐＦ以下であれば、良好なプロービングを実現することができるため、特に好ましい。

以上述べてきたように、プロービング時に影響を与えるノイズを絶縁層の抵抗値、誘電率、静電容量を上記の範囲内に制御することで大幅に低減することができる。このときの絶縁層の厚みとしては、０．２ｍｍ以上が好ましい。本来装置の小型化や、加熱体からチャックトップの熱伝導を良好に保つためには、絶縁層の厚みが薄い方がよいが、厚みが０．２ｍｍ未満になると、絶縁層自体の欠陥や、耐久性の問題が発生するため好ましくない。絶縁層の理想的な厚みとしては１ｍｍ以上である。この程度の厚みを有しておれば、耐久性の問題も無く、また加熱体からの熱の伝導も良好であるため、好ましい。厚みの上限に関しては、特に制約はないが、１０ｍｍ以下であることが好ましい。これ以上の厚みを有する場合、ノイズに関しては、遮断する効果が高いものの、加熱体で発生した熱が、チャックトップ、及びウェハに伝導するまでに時間がかかるため、加熱温度の制御がしにくくなるため好ましくない。好ましい厚みとしては、プロービング条件にもよるが５ｍｍ以下であれば、比較的容易に温度制御が可能となるため、好ましい。

また絶縁層の熱伝導率については、特に制約はないが、上記のように加熱体からの良好な熱伝導を実現するためには０．５Ｗ/ｍＫ以上であることが特に好ましい。また１Ｗ/ｍＫ以上であれば、さらに熱の伝達が良好となるため、好ましい。

絶縁層の具体的な材料として、上記特性を満たし、プロービング温度に耐えるだけの耐熱性を有しておれば特に制約は無く、セラミックスや樹脂などを上げることができる。これらの内、樹脂としては、例えばシリコン樹脂や、この樹脂中にフィラーを分散したものや、アルミナ等のセラミックスが好ましく用いることができる。樹脂中に分散するフィラーの役割は、シリコン樹脂の熱伝導を高める役割があり、材質としては、樹脂との反応性無ければ特に制約はなく、例えば窒化硼素や、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどの物質を上げることができる。

また本絶縁層の形成領域は、前記電磁シールド層や、ガード電極、加熱体の形成領域と同等以上であることが好ましい。形成領域が小さい場合には、絶縁層で覆われていない部分からノイズの侵入が発生することがあるため好ましくない。

以下に例を挙げて説明する。例えば、前記絶縁層として、窒化硼素を分散させたシリコン樹脂を絶縁層として用いる。この材料の誘電率は２である。前記電磁シールド層とガード電極層との間、ガード電極層とチャックトップとの間に窒化硼素分散シリコン樹脂を絶縁層として挟み込む場合、１２インチウェハ対応のチャックトップであれば、例えば直径３００ｍｍに形成することができる。このとき、絶縁層の厚みを０．２５ｍｍとすれば、静電容量は５０００ｐＦとすることができる。更に厚みを１．２５ｍｍ以上とすれば静電容量は１０００ｐＦとすることができる。この材料の体積抵抗率は、９×１０^１５Ω・ｃｍであるため、抵抗値は、直径３００ｍｍの場合、厚み０．８ｍｍ以上とすれば抵抗値を１×１０^１２Ω程度にすることができる。また本材質の熱伝導率は５Ｗ/ｍＫ程度有するため、プロービングを行う条件によって、厚みを選択することができるが、厚みを１．２５ｍｍ以上とすれば静電容量、抵抗値ともに十分な値とすることができる。

図７に拡大した断面図を示すが、支持体４の円筒部４１には加熱体に給電するための電極や電磁シールド電極を挿通するための貫通穴４２が形成されていることが好ましい。この場合、貫通穴の形成位置としては、支持体の円筒部の中心部付近が特に好ましい。形成される貫通穴が外周部に近い場合、プローブカードの圧力による影響で、支持体の円周部で支える支持体の強度が低下し、貫通穴近傍で支持体が変形するため好ましくない。なお、図７以外の図面では、電極や貫通孔は省略している。

チャックトップの反りが３０μｍ以上であると、プロービング時のプローバの針が片あたりを起こし、特性を評価できないまたは接触不良により誤って不良判定をすることで歩留まりを必要以上に悪く評価してしまうため好ましくない。また、チャックトップ導体層の表面と支持体の底部裏面との平行度が３０μｍ以上であっても同様に接触不良を生じ好ましくない。室温時にチャックトップの反り及び平行度が３０μｍ以下で良好であっても、２００℃でのプロービング時に反り、平行度が３０μm以上となると前記に同様好ましくない。-７０℃でのプロービング時においても同様である。すなわち、プロービングを行う温度範囲全域において反り、および平行度ともに３０μｍ以下であることが好ましい。

チャックトップのウェハ載置面には、チャックトップ導体層を形成する。チャックトップ導体層を形成する目的としては半導体製造で通常使用される腐食性のガス、酸、アルカリの薬液、有機溶剤、水などからチャックトップを保護する、且つチャックトップに載置するウェハとの間にチャックトップより下部からの電磁ノイズを遮断するため、アースに落とす役割がある。

チャックトップ導体層の形成方法としては、特に制約はなく、導体ペーストをスクリーン印刷によって塗布した後焼成する、あるいは蒸着やスパッタ等の手法、あるいは溶射やメッキ等の手法が挙げられる。これらのうちでも、特に溶射法とメッキ法が好ましい。これらの手法においては、導体層を形成する際に、熱処理を伴わないため、チャックトップ自体に、熱処理による反りが発生しないこと、またコストが比較的安価であるために特性の優れた安価な導体層を形成することができる。特にチャックトップ上に溶射膜を形成し、その上にメッキ膜を形成することが特に好ましい。これは、溶射膜は、セラミックスや、金属−セラミックスとの密着性は、メッキ膜より優れている。これは溶射される材料、例えばアルミニウムやニッケル等は、溶射時に若干の酸化物や窒化物あるいは酸窒化物を形成する。そしてその形成された化合物がチャックトップの表面層と反応し、強固に密着することができる。

しかし、溶射された膜にはこれらの化合物が含まれるため、膜の導電率が低くなる。それに対してメッキは、ほぼ純粋な金属を形成することができるため、チャックトップとの密着強度は溶射膜ほど高くは無い変わりに、導電性に優れた導体層を形成することができる。そこで、下地に溶射膜を形成し、その上にメッキ膜を形成すると、メッキ膜は溶射膜に対しては、溶射膜が金属であることから良好な密着強度を有し、さらには良好な電気伝導性も付与することができるため、特に好ましい。

さらにチャックトップ上の導体層の表面さはＲａで０．５μｍ以下であることが好ましい。面粗さが０．５μｍを超えると、発熱量の大きな素子の測定をする場合、プロービング時に素子自身の自己発熱により発生する熱をチャックトップから放熱することができず素子自身が昇温されて熱破壊してしまうことがある。面粗さはＲａで０．１μｍ以下であればより効率良く放熱でき、更に０．０２μｍ以下であるとより効率よく放熱できるため好ましい。

チャックトップの発熱体を加熱し例えば２００℃でプロービングする際、支持体下面の温度が１００℃以下であることが好ましい。１００℃を超えると、支持体下部に備わるプローバの駆動系に熱膨張係数差による歪を生じその精度が損なわれ、プロービング時の位置ずれや、反り、平行度の悪化によるプローブの片あたりなど不具合を生じ、正確な素子の評価ができなくなる。また、２００℃昇温測定後に室温測定をする際、２００℃から室温までの冷却に時間を要するためスループットが悪くなる。

チャックトップのヤング率は２００ＧＰａ以上であることが好ましい。ヤング率が２００ＧＰａ未満であると、プロービング時にチャックトップに加わる荷重によりチャックトップに撓みが発生するので、チャックトップ上面の平面度、平行度が著しく劣化する。このため、プローブピンの接触不良が発生するので、正確な検査ができない、さらにはウェハの破損を招くこともある。このため、チャックトップのヤング率は２００ＧＰａ以上が好ましく、さらには２５０ＧＰａ以上が好ましい。

またチャックトップの熱伝導率は１５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。１５Ｗ／ｍＫ未満である場合、チャックトップ上に載置するウェハの温度分布が悪くなり好ましくない。このため熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であれば、プロービングに支障の無い程度の均熱性を得ることができる。このような熱伝導率の材料としては、純度９９．５％のアルミナ（熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ）を挙げることができる。特に好ましくは１７０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。このような熱伝導率を有する材料としては、窒化アルミニウム（１７０Ｗ／ｍＫ）、Ｓｉ−ＳｉＣ複合体（１７０Ｗ／ｍＫ〜２２０Ｗ／ｍＫ）などがある。この程度の熱伝導率になると、均熱性に非常に優れたチャックトップとすることができる。

チャックトップの厚みは８ｍｍ以上であることが好ましい。厚みが８ｍｍ未満であるとプロービング時にチャックトップに加わる荷重によりチャックトップに撓みを生じ、チャックトップ上面の平面度、平行度が著しく劣化することにより、プローブピンの接触不良により正確な検査ができない、さらにはウェハの破損を招くこともある。このため、チャックトップの厚みは８ｍｍ以上が好ましく、さらには１０ｍｍ以上が好ましい。

チャックトップを形成する材質は、金属−セラミックスの複合体や、セラミックス、金属が好ましい。金属−セラミックスの複合体としては、比較的熱伝導率が高く、ウェハを加熱した際に均熱性が得られやすいアルミニウムと炭化ケイ素との複合体、又はシリコンと炭化ケイ素との複合体、又はアルミニウムとシリコンと炭化ケイ素の複合体のいずれかであることが好ましい。これらのうち、特にシリコンと炭化ケイ素の複合体はヤング率が特に高く、熱伝導率も高いため特に好ましい。

またこれらの複合材料は導電性を有するため、発熱体を形成する手法としては、例えばウェハ載置面の反対側の面に、溶射やスクリーン印刷等の手法によって絶縁層を形成し、その上に導体層をスクリーン印刷し、あるいは蒸着等の手法によって導体層を所定のパターンに形成し、発熱体とすることができる。

また、ステンレスやニッケル、銀、モリブデン、タングステン、クロム及びこれらの合金などの金属箔を、エッチングにより所定の発熱体パターンを形成し発熱体とすることができる。この手法においては、チャックトップとの絶縁を、上記と同様の手法によって形成することもできるが、例えば絶縁性のシートをチャックトップと発熱体との間に挿入することができる。この場合、上記の手法に比べ、非常に安価に、しかも容易に絶縁層を形成することができるため好ましい。この場合に使用できる樹脂としては、耐熱性という観点からマイカシートや、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂などが上げられる。この中でも特にマイカが好ましい。その理由としては、耐熱性、電気絶縁性に優れ加工性し易く、しかも安価である。

またチャックトップの材質としてのセラミックスは、上記のように絶縁層を形成する必要が無いため、比較的利用しやすい。またこの場合の発熱体の形成方法としては、上記と同様の手法を選択することができる。セラミックスの材質の中でも特にアルミナや窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライト、アルミナとムライトの複合体が好ましい。これらの材料はヤング率が比較的高いため、プローブカードの押し当てによる変形が小さいため、特に好ましい。これらのうち、アルミナに関しては、比較的コストも安く、また高温における電気的特性も優れているため、最も優れている。特に純度が９９．６％以上のアルミナに関しては、高温の絶縁性が高い。更に９９．９％以上の純度を有するものが特に好ましい。すなわち、アルミナは一般に基板を焼結する際に、焼結温度を低下させるために、シリコンやアルカリ土類金属等の酸化物などを添加しているが、これが純粋なアルミナの高温での電気絶縁性などの電気的特性を低下させているため、純度は９９．６％以上のものが好ましく、さらには９９．９％以上のものが好ましい。

また、チャックトップの材質として金属を適用することも可能である。この場合、特にヤング率の高いタングステンやモリブデン及びこれらの合金を使用することも可能である。具体的な合金としてはタングステンと銅の合金、モリブデンと銅の合金が上げられる。これらの合金は、タングステンやモリブデンに銅を含浸させて作製することができる。これらの金属に対しても、上記のセラミックス−金属の複合体と同様に導電体であるため、上記の手法をそのまま適用して、チャックトップ導体層を形成し、発熱体を形成することでチャックトップとして使用することができる。

チャックトップに３．１ＭＰａの荷重を加えたときに、そのたわみ量は３０μｍ以下であることが好ましい。チャックトップには、プローブカードからウェハを検査するための多数のピンがウェハを押し付けるため、その圧力がチャックトップにも影響を及ぼし、少なからずチャックトップも撓む。このときの撓み量が３０μｍを超えると、プローブカードのピンがウェハに均一に押しあてることができないため、ウェハの検査ができなくなり、好ましくない。この圧力を加えた場合の撓み量としては、更に好ましくは１０μｍ以下である。

本発明においては、図８に示すように、支持体４の円筒部内に冷却モジュール８を具備することができる。冷却モジュールは、チャックトップを冷却する必要が生じた際に、その熱を奪うことで、チャックトップを急速に冷却することができる。またチャックトップを加熱する際は、冷却モジュールをチャックトップから離間させることで、効率よく昇温することができるため、可動式であることが好ましい。冷却モジュールを可動式にする手法としては、エアシリンダーなどの昇降手段９を用いる。このようにすることで、チャックトップの冷却速度を大幅に向上させ、スループットを増加させることができるため好ましい。またこの手法においては、冷却モジュールに、プロービング時のプローブカードの圧力が全くかからないため、冷却モジュールの圧力による変形もなく、更には、空冷に比べ冷却能力も高いため好ましい。

また、チャックトップの冷却速度を優先する場合は、冷却モジュールをチャックトップに固定しても良い。固定の形態としては、図９に示すように、チャックトップ２のウェハ載置面の反対側に抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体６を設置し、その下面に冷却モジュール８を固定することができる。また別の実施形態としては、図１０に示すように、チャックトップ２のウェハ載置面の反対側に直接冷却モジュール８を設置し、さらにその下面に抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体６を固定する方法がある。この時、チャックトップ２のウェハ載置面の反対側と冷却モジュール８の間に、変形能と耐熱性を有し、かつ熱伝導率の高い軟性材を挿入することもできる。チャックトップと冷却モジュールの間に互いの平面度や反りを緩和できる軟性材を備えることで、接触面積をより広くすることができ、本来備える冷却モジュールの冷却能力をより発揮することが出来るので、冷却速度を高めることができる。

いずれの手法においても固定方法については特に制約はないが、例えばネジ止めや、クランプといった機械的な手法で固定することができる。またネジ止めでチャックトップと冷却モジュール及び絶縁ヒータを固定する場合、ネジの個数を３個以上、更には６個以上とすることで両者の密着性が高まり、チャックトップの冷却能力がより向上するため好ましい。

また、本構造の場合においては、支持体の空隙中に冷却モジュールが搭載されても良いし、支持体上に冷却モジュールを搭載し、その上にチャックトップを搭載するような構造にしても良い。いずれの方法においても、チャックトップと冷却モジュールが固定されているため、冷却速度を可動式の場合に比較して、速くすることができる。また冷却モジュール部が、支持体部に搭載されることで、冷却モジュールのチャックトップとの接触面積が増加し、より素早くチャックトップを冷却することができる。

このように、チャックトップに対して冷却モジュールを固定する場合、冷却モジュールに冷媒を流さずに昇温することも可能である。この場合、冷却モジュール内に冷媒が流れないため、発熱体で発生した熱が冷媒に奪われ、系外に逃げることが無いため、より効率的な昇温が可能となる。しかしこの場合であっても、冷却時に冷却モジュールに冷媒を流すことで、効率的にチャックトップを冷却することができる。

更に、チャックトップと冷却モジュールを一体化することも可能である。この場合、一体化する際に使用するチャックトップおよび冷却モジュールの材質としては、特に制約はないが、冷却モジュール内に冷媒を流すための流路を形成する必要があることから、チャックトップ部と、冷却モジュール部との熱膨張係数差は小さい方が好ましく、当然のことながら、同材質であることが好ましい。

この場合使用する材質としては、上記のチャックトップの材質として記載したセラミックスや、セラミックスと金属の複合体を使用することができる。この場合、ウェハ載置面側には、チャックトップ導体層を形成すると共に、その反対面側には、冷却するための流路を形成し、更に該チャックトップと同材質の基板を、例えば、ロウ付けや、ガラス付けなどの手法で一体化することでウェハ保持体を作製することができる。また当然のことながら、貼り付ける側の基板側に流路を形成しても良いし、両方の基板に流路を形成しても良い。また、ネジ止めにより一体化することも可能である。

このように、チャックトップと冷却モジュールを一体化させることによって、上記に記載したようにチャックトップに冷却モジュールを固定した場合よりも更に素早くチャックトップを冷却することができる。

また、本手法においては、一体化されたチャックトップの材質として、金属を使用することもできる。金属は、上記セラミックスやセラミックスと金属の複合体に比較して、加工が容易、安価であるため、冷媒の流路を形成しやすい。しかし、一体化したチャックトップとして金属を使用した場合、プロービング時に加わる圧力によって撓みが発生することがある。このため、図１１に示すように、一体化したチャックトップ２のウェハ載置面の反対側に、チャックトップ変形防止用基板１０を設置することで撓みを防止することができる。

チャックトップ変形防止用基板としては、ヤング率が２５０ＧＰａ以上の基板が好ましく用いられる。また、このチャックトップ変形防止用基板は、図１２に示すように、支持体内に形成された空隙内に収容しても良いし、チャックトップ変形防止用基板を一体化されたチャックトップと支持体の間に挿入するようにしても良い。またこのチャックトップ変形防止用基板と一体化されたチャックトップとは、上記に記載したようにネジ止め等の機械的な手法によって固定しても良いし、ロウ付けやガラス付けなどの手法によって固定しても良い。また前記、チャックトップに冷却モジュール固定した場合と同様に、チャックトップを昇温、あるいは高温でキープする場合は冷媒を流さず、冷却時に冷媒を流すことによって、より効率的に昇降温できるため好ましい。

また、チャックトップの材質が金属である場合の本実施の形態においては、例えばチャックトップの材質として表面が酸化や変質が発生しやすい、または電気導電性が高くない場合には、ウェハ載置面の表面に改めてチャックトップ導体層を形成することができる。この手法に関しては、上記に記載したように、ニッケル等の耐酸化性を有するメッキを施したり、溶射との組合せによってチャックトップ導体層を形成し、ウェハ載置面の表面を研磨することで形成することができる。

また本構造においても、必要に応じて上記に記載した電磁シールド層やガード電極層の形成が可能である。この場合は、絶縁された発熱体を上記のように金属で覆い、更に絶縁層を介してガード電極層を形成し、ガード電極層とチャックトップとの間に絶縁層を形成する。更にチャックトップ変形防止用基板によって、一体的にチャックトップに固定すればよい。

本構造において、冷却モジュールと一体化されたチャックトップの支持体に対する設置方法としては、冷却モジュール部を、支持体に形成された空隙部に設置しても良いし、またチャックトップと冷却モジュールとをネジ止めした場合と同様に、冷却モジュール部で支持体に設置される構造としても良い。

冷却モジュールの材質としては特に制約はないが、アルミニウムや銅及びその合金は、熱伝導率が比較的高いため、急速にチャックトップの熱を奪うことができるため、好ましく用いられる。またステンレスやマグネシウム合金、ニッケル、その他の金属材料を使用することができる。又この冷却モジュールに、耐酸化性を付与するために、ニッケルや金、銀といった耐酸化性を有する金属膜をメッキや溶射等の手法を用いて形成することができる。

また冷却モジュールの材質としてセラミックスを使用することもできる。この場合の材質としては、特に制約はないが、窒化アルミニウムや炭化珪素は熱伝導率が比較的高いため、チャックトップから素早く熱を奪うことができるため好ましい。また窒化珪素や酸窒化アルミニウムにおいては、機械的強度が高く、耐久性に優れているため好ましい。またアルミナやコージェライト、ステアタイトなどの酸化物セラミックスは比較的安価であるため好ましい。以上のように冷却モジュールの材質は、種々選択できるため、用途によって材質を選択すればよい。これらの中では、アルミニウムにニッケルメッキを施したものや、銅にニッケルメッキを施したものが耐酸化性にも優れ、また熱伝導率も高く、価格的も比較的安価であるため、特に好ましい。

またこの冷却モジュールの内部に、冷媒を流すことも可能である。このようにすることで加熱体から冷却モジュールに伝達された熱を素早く冷却モジュールから取り除くことができるため、更に加熱体の冷却速度を向上できるため好ましい。冷却モジュール内に流す冷媒としては、水や、フロリナートなどが選択でき、特に制約はないが、比熱の大きさ、価格を考慮すると水が最も好ましい。

好適な例としては、２枚のアルミニウム板を用意し、その一方のアルミニウム板に水を流す流路を機械加工等によって形成する。そして耐食性、耐酸化性を向上させるために、ニッケルメッキを前面に施す。そしてもう一枚のニッケルメッキを施したアルミニウム板を張り合わせる。このとき流路の周囲には水が漏れないように例えばＯ-リング等を挿入し、ネジ止めや溶接によって２枚のアルミニウム板を張り合わせる。

あるいは２枚の銅（無酸素銅）板を用意し、その一方の銅板に水を流す流路を機械加工等によって形成する。もう一方の銅板と、冷媒出入り口のステンレス製のパイプとを同時にロウ付け接合する。接合した冷却版を耐食性、耐酸化性を向上させるために、ニッケルメッキを全面に施す。また、別の形態としては、アルミニウム板もしくは銅板等の冷却板に冷媒を流すパイプを取り付けることで冷却モジュールとすることができる。この場合パイプの断面形状に近い形状のザグリ溝を冷却板に形成しパイプを密着させることで更に冷却効率を上げることができる。また、冷却パイプと冷却板の密着性を向上させるために介在層として熱伝導性の樹脂やセラミックス等を挿入してもよい。

本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、ウェハ等の被処理物を加熱、検査するために好適に用いることができる。例えば、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適用すれば、高剛性、高熱伝導率である特性を特に活かすことができるので、好適である。

純度９９．５％、直径３１０ｍｍ、厚み１５ｍｍのアルミナ基板を２枚用意した。このアルミナ基板のウェハ搭載面に、ウェハを真空チャックするための同心円状の溝と、貫通孔を形成し、更にそれぞれウェハ載置面にニッケルメッキを施し、チャックトップ導体層を形成した。その後、チャックトップ導体層を研磨加工し、全体の反り量を１０μｍとし、表面粗さをＲａで０．０２μｍに仕上げ、チャックトップとした。

次に支持体として直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を２個準備した。この支持体のうち、１つを内径直径２９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリ加工を施した。またそれぞれのチャックトップには電磁シールド電極層としてシリコン樹脂シートで絶縁したステンレス箔を取り付け、さらにシリコン樹脂シートで挟み込んだ発熱体を取り付けた。発熱体はステンレスの箔を、所定のパターンでエッチングした。また支持体には、発熱体に給電するための電極を接続するための貫通孔を形成した。

次に支持体の上に発熱体と電磁シールド電極層を取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。

上記２種類のウェハプローバ用ウェハ保持体の発熱体に通電することでウェハを１５０℃に加熱して、プロービングを連続的に行った。この結果、支持体に座グリ加工を施したものは１０時間連続でプロービングを行っても問題なかったが、座グリ加工を施さなかったものは、２時間後には、チャックトップに反りを生じプローブピンが片あたりしプロービングできなくなった。

比較のため、座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体で、チャックトップの電磁シールド電極層であるステンレス箔を取り除いて、プロービングを行ったところ、発熱体から発生していると推定されるノイズによって、ウェハの特性をうまく測定することができなかった。

支持体の側面、および底面に金属層を、ニッケルメッキによって形成し、更にチャックトップと電磁シールド電極層との間に、シリコン樹脂シートで絶縁したステンレス箔をガード電極として配置し、支持体側面の金属層と接続したこと以外は、実施例１と同様の支持体に座グリ加工を施したウェハプローバ用ウェハ保持体を作成した。実施例１と同様に、１５０℃に加熱してプロービングを行ったところ、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかった。

また、支持体の金属層をメッキではなく、ステンレス製の金属箔にして、支持体の側面と底面にネジ止めし、ガード電極と支持体側面のステンレス箔と接続しても、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかった。

比較のため、支持体の金属層を取り外して、プロービングを行ったところ、実施例１の条件では、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかったが、高周波に関するプロービングでは、ノイズの影響を受けて、うまくプロービングできないことがあった。

チャックトップの材質をＳｉ−ＳｉＣにしたこと以外は、実施例１と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を作成した。実施例１と同様のプロービングを行ったところ、全く同じ結果が得られた。

支持体として、直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライトーアルミナ複合体を２個準備し、直径３０ｍｍの貫通孔を４０ｍｍピッチで形成したもの、および直径３０ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリを４０ｍｍピッチで形成したものとした。これらの支持体の上に、実施例３のチャックトップを搭載し、実施例１と同様のプロービングを行ったところ、両者ともに良好なプロービングができた。

直径３１０ｍｍ、厚み１５ｍｍの表１に示す材質の基板を用意し、実施例１と同様に同心円状の溝と貫通孔を形成し、ニッケルメッキを施し、チャックトップ導体層を形成し、全体の反りを１０μｍ、表面粗さをＲａで０．０２μｍに仕上げた。

次に支持体として直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を２個準備した。この支持体のうち、１つを内径直径２９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリ加工を施した。またそれぞれのチャックトップには電磁シールド層としてシリコン樹脂シートで絶縁したステンレス箔を取り付け、さらにポリイミドで挟み込んだ発熱体を取り付けた。発熱体はステンレスの箔を、所定のパターンでエッチングした。また支持体には、発熱体に給電するための電極を接続するための貫通孔を形成した。次にこれら支持体の側面、および底面に金属層をアルミニウムの溶射によって形成した。

次に支持体の上に発熱体と電磁シールド層を取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。

上記それぞれのウェハプローバ用ウェハ保持体の発熱体に通電することでウェハを１５０℃に加熱して、プロービングを連続的に行った。この結果、支持体に座グリ加工を施したものは上記基板全て、１０時間連続でプロービングを行っても問題なかったが、座グリ加工を施さなかったものは、いずれも４時間後には、チャックトップに反りを生じプローブピンが片あたりしプロービングできなくなった。

実施例３と同様のチャックトップを用意した。また、表２に示す材質の支持体を実施例１と同様に座グリ加工を施し、実施例１と同様に、チャックトップに発熱体と電磁シールド層を取付け、実施例１と同様に電磁シールド層を溶射した各支持体に搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。

これらのウェハプローバ用ウェハ保持体の発熱体に通電することでウェハを２００℃に加熱して、初期評価としてウェハ全面にわたり良好にプロービングできるものを○、一部でも不良なものは×とし、さらに良好なものについては２４時間連続プロービングを実施し、良好なものを◎、一部でも不良のものを×として表２に示す。

表２から、支持体の熱伝導率は４０Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、ヤング率は２００ＧＰａ以上であることが好ましいことが分かる。

実施例６のアルミナ−１とステンレス−１およびムライト-アルミナ複合体の支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、各支持体の座グリ加工の内径を変えて、円筒部分の肉厚を表３のように変化させた。そして実施例１と同様に電磁シールド層を溶射した後、実施例１と同様の発熱体と電磁シールド層を取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。これらのウェハプローバ用ウェハ保持体を用いて、実施例２と同様に２４時間プロービングを行った。その結果を表３に示す。

以上の結果から、円筒部分の肉厚は２０ｍｍ以下が好ましいことが分かる。また熱伝導率の低い支持体の方が、肉厚が厚くともプロービング性能は良い。またヤング率の高い材料は肉厚が薄くてもプロービングが可能になる。なお、ステンレス-2の支持体には溶射膜を形成していない。

実施例７と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、座グリ深さを変えて、表４に示すような支持体底部の厚みとなるようにした。これらのウェハプローバ用ウェハ保持体を実施例２と同様にプロービングを２４時間行った。その結果を表４に示す。

表４から判るように、支持体底部の厚みは１０ｍｍ以上であることが好ましいことが分かる。

実施例７と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、支持体のチャックトップとの接触面に、外周から２ｍｍピッチで、深さ２ｍｍ、幅２ｍｍの溝加工を施した。これらのウェハプローバ用ウェハ保持体を実施例２と同様にプロービングを２４時間行った。その結果を表５に示す。なお、支持体の円筒部の肉厚は、２５ｍｍとした。

いずれの支持体材質の場合も、溝加工を施すと、支持体への熱伝達量が減少したため、良好なプロービングを実施することができていることがわかる。

実施例６と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、支持体は、ムライト−アルミナとし、材質アルミナ、Ｓｉ−ＳｉＣ、ガラス樹脂複合材の直径１０ｍｍ、厚み２ｍｍの円柱を柱状部材として、チャックトップと支持体との間に均等に表５に示す個数を載置した。これらのウェハプローバ用ウェハ保持体を実施例２と同様にプロービングを２４時間行った。その結果を表６に示す。なお、支持体の円筒部の肉厚は、２５ｍｍとした。

円柱を挿入した場合は、支持体下部の温度が上昇しにくいことが分かる。また、円柱の個数が３個や６個では、片当りが発生しやすい。また、柱状部材の形状を三角柱、四角柱にしても上記と同様の効果が得られた。

実施例１と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、チャックトップは、実施例６のアルミナ−１とシリコンと炭化ケイ素の複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）とした。また、チャックトップの厚みは、表７に示すように変えた。また、支持体と同じ材質の直径１０ｍｍの円柱を支持棒として、支持体の中央部に取り付けた。これらのウェハプローバ用ウェハ保持体を実施例２と同様にプロービングを２４時間行った。その結果を表７に示す。

支持棒を取り付けることで、チャックトップの変形を抑えることができるため、より薄いチャックトップでプロービングが可能となり、プローバの軽量化を図ることができる。またチャックトップの厚みは、８ｍｍ以上が必要であることが分かった。

比較のために、支持棒の材質をアルミナ−１の熱膨張係数より大きな熱膨張係数を有するアルミニウムと炭化ケイ素の複合体（熱膨張係数は１０×１０^−６／℃）に変えたところ、チャックトップの厚みが１０ｍｍでは、チャックトップの温度を１５０℃にすると、チャックトップに若干のがたつきが生じ、うまくプロービングできなかった。

実施例３と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、チャックトップの反りを実施例１の１０μｍよりも大きな表８に示すようなものにした。実施例１と同様に１０時間連続でプロービングを行った結果を表８に示す。

以上の結果から、チャックトップのウェハ載置面における反り量は３０μｍ以下が必要であることが分かる。

実施例１と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、チャックトップ導体層表面の面粗さを実施例１のＲａ０．０２μｍから変えて表９に示すようなものにした。実施例１と同様に１０時間連続でプロービングを行った結果を表９に示す。

以上の結果から、チャックトップ導体層の表面粗さはＲａで０．１μｍ以下であることが好ましいことが分かる。

実施例１と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、チャックトップの材質を表１０に示す材質にした。チャックトップの材質以外は実施例１と同様に、支持体は座グリ加工を施したものを用い、実施例６と同様に２４時間連続でプロービングを行った。その結果を、２００℃でのウェハ面内温度分布のレンジが３℃以内の場合を◎、４℃以内を○、６℃以内を△、６℃を超える場合は×として表１０に示す。なお、表中のＳｉ−ＳｉＣはシリコンと炭化ケイ素の複合体を、Ａｌ−ＳｉＣはアルミニウムと炭化ケイ素の複合体を示し、それぞれＳｉＣの比率を調整して、ヤング率を変えたものである。

以上の結果から、チャックトップの材質としては、ヤング率が２００ＧＰａ以上が好ましく、２５０ＧＰａ以上であればより好ましいことが分かる。またヤング率２６５ＧＰａのＡｌ−ＳｉＣ−１の材質に関しては、ウェハの面内温度分布が１℃以内であったため、特に良好にプロービングを実施することができた。また、ヤング率２００ＧＰａのＡｌ−ＳｉＣ−２の材質に関しても、面内温度分布は１℃以内であった。

実施例１と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。ただし、チャックトップの材質を表１１に示す材質にした。チャックトップの材質以外は実施例１と同様に、支持体は座グリ加工を施したものを用い、実施例１と同様に１５０℃で１０時間連続でプロービングを行った。その結果を表１１に示す。また、室温（２５℃）でのプロービング結果もあわせて示す。なお、各材質の室温（２５℃）と１５０℃での体積抵抗率もあわせて示す。なお、表中の記号は、非常に良好に評価できたものを◎、良好に評価できたものを○、ノイズがのり評価できないことがあるものを△、ノイズがのり評価できなかったものを×とした。

以上のことから、室温での絶縁性チャックトップの材質としては、アルミナでもＡｌＮでも良好である。しかし、１５０℃昇温時にはアルミナ純度９９．６％以上が必要であることがわかる。純度が９９．９％以上では特に良好である。

実施例３と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。−４０℃から２００℃の温度範囲で、３．１ＭＰａの荷重をかけプロービング試験を行った。その結果を表１２に示す。また、チャックトップの中心から表に示す距離の位置でのチャックトップ導体層表面の反り量も測定した。

比較のために、チャックトップの材質をアルミニウムにしたこと以外は実施例１６と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意し、実施例１６と同様の評価を行った。その結果を表１３に示す。

測定温度によらず、荷重をかけた時にもチャックトップの反りは３０μｍ以下であることが必要である。２０μｍ以下であればより好ましい。

実施例３と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。支持体の内部には、銅製で、内部に水路が形成されている冷却モジュールを搭載し、チャックトップ昇温時、及び高温保持時は冷却モジュールを支持体下部に固定し、チャックトップを冷却するときはエアシリンダによってチャックトップに接触させ、冷却させた。このとき冷却モジュールが無い場合、チャックトップが１５０℃から１００℃に冷却するのに３５分かかった。しかし冷却モジュールを押し当てたものに関しては、１２分かかり、更に冷却モジュール内に１リットル／分の流量で２０℃の水を流した場合は４分で冷却することができた。

また、水を流した冷却モジュールを押し当てた状態でチャックトップを１５０℃まで昇温させると、常温から１５０℃まで３５分も必要としたが、冷却モジュールを支持体下部に設置し、チャックトップに接触しない場合は１０分で１５０℃に昇温することができた。このことから可動式の冷却モジュールが、チャックトップの昇降温時間を短縮することができることが分かった。

実施例３と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。支持体の内部には、銅製で、内部に流路が形成されている冷却モジュールを搭載し、チャックトップ昇温時、及び高温保持時は冷却モジュールを支持体下部に固定し、チャックトップを冷却するときはエアシリンダによってチャックトップに接触させる場合と、チャックトップ裏面にネジで固定する場合とで冷却能力を比較した。図８に示すように、エアシリンダを用いる場合は、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体６を、チャックトップ２の裏面に固定した。また、図９に示すように、冷却モジュール８をチャックトップ２に固定するタイプではチャックトップと冷却モジュールの間に、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体６を設置し、冷却モジュールごとネジで固定した。更に別の事例として、冷却モジュールの下部に抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体を設置し、冷却モジュールごとネジで固定したものも用意した。このときのネジの個数は、いずれも６個を同一円周上に、６０°間隔で配置した。これにより昇温、降温可能な構造とした。

高温時は冷却モジュールに冷媒を流さず、冷却するときのみチラーで水温管理した冷媒を流すことで冷却させた。このとき冷却モジュールが無い場合、チャックトップが１５０℃から２５℃に冷却するのに１時間以上かかった。しかし、冷却モジュールをシリンダーで押し当てるものに関しては２０分、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、発熱体を冷却モジュールで挟みこんだものは１０分、発熱体を冷却モジュールの下部に取り付けたものは８分で冷却することができた。また、上記の水路に２５℃の空気を１００ｌ／分流した場合、シリンダーで押し当てるものに関しては５０分で、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、発熱体を冷却モジュールで挟みこんだものは４０分、発熱体を冷却モジュールの下部に取り付けたものは３５分で冷却することができた。

実施例３と同様の座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。支持体の内部には、銅製で、内部に水路が形成されている冷却モジュールを搭載し、チャックトップ昇温時、及び高温保持時は冷却モジュールを支持体下部に固定し、チャックトップを冷却するときはエアシリンダによってチャックトップに接触させる場合と、チャックトップ裏面にネジで固定する場合とで冷却能力を比較した。実施例１８と同様に、エアシリンダを用いる場合は、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体６をチャックトップ裏面に固定した。冷却モジュールをチャックトップに固定する場合は、図１０に示すように、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体６を、冷却モジュール８の下に設置し、冷却モジュールごとネジで固定した。これにより昇温、降温可能な構造とした。高温時は冷却モジュールに冷媒を流さず、冷却するときのみチラーで水温管理した冷媒を流すことで冷却させた。このとき冷却モジュールが無い場合、チャックトップが１５０℃から２５℃に冷却するのに１時間以上かかった。しかし、冷却モジュールをシリンダーで押し当てるものに関しては２０分、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、１０分で冷却することができた。更に、冷却モジュールの直径をチャックトップと同一にした以外は上記と同様の構造であり、これを支持体上に搭載し、上記と同様に冷却速度の測定を行った。その結果、８分で冷却することができた。また、上記の水路に２５℃の空気を１００ｌ／分流した場合、シリンダーで押し当てるものに関しては５０分で、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、４０分で冷却することができた。

実施例１と同様の座グリ加工を施したムライト-アルミナ複合体の支持体を用意した。また、チャックトップ、冷却モジュールの一体型の材料として、直径３１０ｍｍ、厚み５ｍｍの銅板を２枚用意した。次に片一方の銅板にウェハの真空吸着用溝と貫通孔を形成した。そしてもう片一方の銅板に冷媒を流すための溝加工を施し、両者をロウ付けにより接合し、冷却モジュールと一体化したチャックトップを形成した。

出来上がったチャックトップ全面にニッケルメッキを２０μｍ施し、更にウェハ載置面側を表面粗さＲａ＝０．０２μｍに仕上げた。これに図１１に示すように、実施例1と同様にシリコン樹脂シートで挟み込まれたステンレス箔製の発熱体６と、図示しない電磁シールド用のステンレス箔を用意し、これらを純度９９．５％、厚み５ｍｍ、直径３１０ｍｍのチャックトップ変形防止用アルミナ基板１０とともに、チャックトップ２にネジ止めし、ムライト-アルミナ複合体の支持体４に搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。なお、この場合前記ニッケルメッキがチャックトップ導体層３である。次にこのウェハ保持体にウェハを載置し、発熱体に通電することで、ウェハの温度を１５０℃に保持した。次に発熱体への通電を停止し、冷却モジュール部分にチラーで水温を管理した冷媒を流すことで冷却を開始した。その結果、ウェハは７分以内に、２５℃に冷却することができ、実施例１７よりも素早く冷却することが可能となった。また、上記の水路に２５℃の空気を１００ｌ／分流した場合、シリンダーで押し当てるものに関しては５０分で、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、４０分で冷却することができた。

また、図１に示すように、チャックトップ変形防止用基板を設置しない場合においても、冷却速度を測定した。この場合は、変形防止用基板がないため、更に冷却速度が速くなり、5分で冷却することができた。但し、プローブカードよりウェハに加わる圧力が高くなると、チャックトップが変形するため、チャックトップに加わる圧力を調整しながらプロービングする必要がある。

また、図１２に示すように、チャックトップ変形防止用基板１０の直径を、直径２９３ｍｍとし、支持体４内の空隙部分に挿入できるようにした。この場合においても上記と同様７分以内にウェハを冷却することができた。またチャックトップ変形防止用基板の直径を３１０ｍｍとした場合についても、冷却速度を測定した。その結果上記同様７分で冷却することができた。

実施例１４のＳｉ−ＳｉＣ−１を用い、直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍのＳｉ−ＳｉＣ−１基板を用意した。このＳｉ−ＳｉＣ−１基板のウェハ搭載面に、ウェハを真空チャックするための同心円状の溝と、貫通孔を形成し、更にそれぞれウェハ載置面にニッケルメッキを施し、チャックトップ導体層を形成した。その後、チャックトップ導体層を研磨加工し、全体の反り量を１０μｍとし、表面粗さをＲａで０．０２μｍに仕上げ、チャックトップとした。

次に支持体として直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を準備した。この支持体に、内径２９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリ加工を施した。この支持体の側面、および底面に金属層をアルミニウムの溶射によって形成した。

またチャックトップには図１３に示すように、電磁シールド層１４及びガード電極層１６としてステンレス箔を取り付け、表１４に示す材質の絶縁層１５で、ガード電極層と電磁シールド層及びガード電極層とチャックトップとを絶縁した。また、ガード電極は、支持体の金属層と接続した。さらに表１４の材質で挟み込んだ発熱体６を取り付けた。発熱体はステンレスの箔を、所定のパターンでエッチングした。また支持体には、発熱体に給電するための電極を接続するための貫通孔を形成した。

次に支持体の上に、発熱体と電磁シールド層と絶縁層、ガード電極層を取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。この保持体を用いて、通常のプロービングと特にノイズの影響を受けやすい高周波特性のプロービングとについて比較した。その結果を表１４に示す。なお、絶縁層の直径は全て２８０ｍｍとした。

また、表１４において、プロービング結果は、ノイズの影響をほとんどもしくは全く受けずプロービングが可能なものを○、プロービングは可能だが、時々ノイズの影響を受けプロービングできないことがあったものを△、ノイズの影響が大きく、高周波特性が測定できないことが多々あるものを×とした。また、温度制御性は、非常に良好な温度応答性を示し、絶縁層が存在しない場合と同程度のものを○、若干温度応答性が劣るが、プロービング自体は可能であるものを△、温度の応答性が悪く、プロービングに支障をきたすことがあるものを×とした。

以上のことから、絶縁層の誘電率は１０以下が好ましく、さらには小さければ小さいほど好ましいことが分かる。また、静電容量に関しては5000ｐＦ以下が好ましく、抵抗値についても１０¹¹Ω以上が必要であることが分かる。また、絶縁層の厚みは、０．２ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上であれば更に好ましいことが判る。また、絶縁層が窒化硼素分散シリコン樹脂の場合、温度制御性から１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下であれば更に好ましいことが判る。

実施例２１の絶縁層の材質を窒化硼素分散シリコン樹脂において、チャックトップとガード電極層との間（チャックトップ／ガード間）および電磁シールド電極層とガード電極層との間（ガード／シールド間）の厚みを表１５に示すように変化させて、実施例２１と同様の評価を行った。その結果を表１５に示す。表１５のプロービング結果と温度制御性は、表１４と同じ表記である。

以上のことから、絶縁層の材質を窒化硼素分散シリコン樹脂とした場合、チャックトップとガード電極層の間の厚み（絶縁層の厚み）は、３ｍｍ程度、電磁シールド電極層とガード電極層との間の厚み（絶縁層の厚み）は、０．５ｍｍ程度がより好ましいことが判る。

支持体の側面と底面に形成する金属層を、ＳＵＳ板をネジ止めすることとしたこと以外は実施例２１と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を作成し、実施例２１と同様のプロービングを行った。その結果、実施例２０と同じ結果が得られ、金属層を溶射ではなく、ＳＵＳ板で形成しても、溶射と同じ効果が得られることが判った。

支持体の側面と内部の空隙部に金属層を、ＳＵＳ板をネジ止めすることによって形成したこと以外は実施例２１と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を作成し、実施例２１と同様のプロービングを行った。その結果、実施例２１と同じ結果が得られ、金属層を支持体の側面と内部の空隙部に形成した場合でも、側面と底面に溶射やＳＵＳ板で金属層を形成した場合と同じ効果が得られることが判った。

支持体の側面に金属層を、ＳＵＳ板をネジ止め固定して形成し、チャックトップに取り付けたガード電極層と接続したこと以外は実施例２１と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を作成し、実施例２１と同様のプロービングを行った。その結果、実施例２１と同じ結果が得られ、金属層を側面に形成した場合でも、側面と底面に溶射やＳＵＳ板で金属層を形成した場合と同じ効果が得られることが判った。

チャックトップの材質を純度９９．６％のアルミナ基板としたこと以外は、実施例２１と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を作成し、実施例２１と同様のプロービングを行った。その結果を表１６に示す。表１６のプロービング結果と温度制御性は、表１４と同じ表記である。

以上のことから、チャックトップに絶縁基板を用いた場合にも、絶縁層を挿入することにより静電容量を小さくできることがわかる

実施例１４のＳｉ−ＳｉＣ−１を用い、直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍのＳｉ−ＳｉＣ−１基板を用意した。このＳｉ−ＳｉＣ−１基板のウェハ搭載面に、ウェハを真空チャックするための同心円状の溝と、貫通孔を形成し、更にそれぞれウェハ載置面にニッケルメッキを施し、チャックトップ導体層を形成した。その後、チャックトップ導体層を研磨加工し、全体の反り量を１０μｍとし、表面粗さをＲａで０．０２μｍに仕上げ、チャックトップとした。

また、厚み５０μｍのステンレス箔をエッチングによって発熱体パターンを形成し、発熱体とした。チャックトップの下面に窒化硼素を分散させた厚さ２ｍｍのシリコン樹脂、電磁シールド層としてステンレス箔、窒化硼素を分散させた厚さ２ｍｍのシリコン樹脂、前記発熱体、窒化硼素を分散させた厚さ２ｍｍのシリコン樹脂の順に取り付けた。

次に支持体として直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を準備した。この支持体に、内径２９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリ加工を施した。この支持体を一体型と呼ぶ。この支持体の側面、および底面に金属層をアルミニウムの溶射によって形成した。

また、別の支持体として、外径３１０ｍｍ、内径２９５ｍｍ高さ２０ｍｍの円筒と、厚さ２０ｍｍ直径３１０ｍｍの円板を用意した。この支持体を分離型と呼ぶ。この分離型の支持体に関しては、研磨条件を変えることで、その表面粗さを表１７に示すように変化させた。

これらの支持体の上に、発熱体などを取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。この保持体を用いて、ウェハの温度を２００℃として、１０時間連続してプロービングした後、支持体底面の温度を測定した。その結果を表１７に示す。なお、チャックトップのウェハ搭載面と反対側の面の面粗さは、Ｒａ０．１μｍとした。

プロービングに関しては、いずれの支持体でも問題なかった。また、表１７から判るように、分離型の支持体の場合、表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であれば、支持体底面の温度上昇が少ない。

実施例２７のチャックトップと分離型の支持体を用意した。また、柱状部材として、高さ５ｍｍ、直径５ｍｍのムライト−アルミナ複合体を３２個用意した。この柱状部材と支持体の円筒および円板のそれぞれの上下面を研磨条件を変えて表１８に示すような面粗さに仕上げた。実施例２７と同様に、ウェハの温度を２００℃として、１０時間連続してプロービングした後の支持体下面の温度を測定した。その結果を表１８に示す。なお、チャックトップと支持体の円筒との間に前記柱状部材を挟みこんだものを柱状部材ありとして示す。

柱状部材を挟みこむことによって、支持体底面の温度を低下させることができる。

実施例２７のチャックトップと一体型の支持体を用意した。また、柱状部材として、高さ５ｍｍ、直径５ｍｍのムライト−アルミナ複合体を３２個用意した。この柱状部材と支持体のそれぞれの上下面を研磨条件を変えて表１９に示すような面粗さに仕上げた。実施例２７と同様に、ウェハの温度を２００℃として、１０時間連続してプロービングした後の支持体下面の温度を測定した。その結果を表１９に示す。なお、チャックトップと支持体の円筒との間に前記柱状部材を挟みこんだものを柱状部材ありとして示す。

実施例２７のチャックトップと分離型の支持体を用意した。支持体の表面粗さは、全てＲａで１μｍになるよう機械加工した。また、支持体の円筒の直角度を表２０のように変えたものを用意した。実施例１６と同様に、２００℃の温度で、３．１ＭＰａの荷重をかけてプロービングを行い、実施例１５と同様に評価した。なお表２０の直角度は、測定長を１００ｍｍに換算した値で示す。

支持体の円筒の直角度が、測定長１００ｍｍに換算して、１０ｍｍ以下であればチャックトップの変形量が少ないことが判った。

実施例３と同様のチャックトップを用意した。支持体として、ステンレスの鋳物で作製した高さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍの梁を３本用意した。また、直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍのステンレスの鋳物で作製した支持棒を３本用意した。更に、支持体の底部として実施例６で用いたアルミナ−３の材質で作製した直径３１０ｍｍ、厚み２０ｍｍの円板を用意した。これらを図１７のように組み合わせその上にチャックトップをのせてウェハ保持体とした。このウェハ保持体を実施例１と同様にプロービングを行ったところ２４時間連続して問題なくプロービングすることができた。

本発明によれば、高剛性で反りの心配がなく、かつ被処理物搭載面の熱伝導率が高く、均熱性の向上や、チップの急速な冷却ができる加熱装置を容易に得ることができる。このため、本発明の加熱装置を、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などの半導体検査装置に用いれば、加熱装置の変形や反りによる接触不良を起こすことなく、かつウェハ全面において均熱性に優れ、更に短時間で昇温、降温が可能な半導体検査装置とすることができる。

本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の一例を示す。 本発明の加熱体の断面構造の一例を示す。 本発明の断熱構造の一例を示す。 本発明の断熱構造の他の例を示す。 本発明の断熱構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の電極部の断面構造の一例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の支持体の断面構造と平面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の支持体の断面構造と平面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の支持体の断面構造と平面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の支持体の断面構造と平面構造の他の例を示す。

符号の説明

１ ウェハプローバ用ウェハ保持体
２ チャックトップ
３ チャックトップ導体層
４ 支持体
５ 空隙
６ 加熱体
７ 支持棒
８ 冷却モジュール
９ 昇降手段
１０ チャックトップ変形防止用基板
１４ 電磁シールド電極層
１５ 絶縁層
１６ ガード電極層
２１ 環状溝
２２ 放射状溝
２３ 円柱
４１ 支持体円筒部
４２ 貫通孔
５１ 貫通孔
５２ 座グリ形状
６１ 抵抗発熱体
６２ 絶縁体

Claims (49)

1. 表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体とからなり、チャックトップと支持体との間の一部に空隙を有することを特徴とするウェハプローバ用ウェハ保持体。
2. 前記チャックトップは加熱体を備えることを特徴とする請求項１に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
3. 前記支持体の形状が、有底円筒形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
4. 前記支持体のヤング率が、２００ＧＰａ以上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ウェハプローバ用ウェハ保持体。
5. 前記支持体の熱伝導率が、４０Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
6. 前記支持体の円筒部分の肉厚が、２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
7. 前記支持体の円筒部分の高さが、１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
8. 前記支持体の底部の厚みが、１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
9. 前記支持体の円筒部分と底部が一体ではないことを特徴とする請求項３乃至８記載のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
10. 前記支持体のチャックトップとの接触部に、断熱構造を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
11. 前記断熱構造は、支持体の支持面に切り欠き溝を設けた構造であることを特徴とする請求項１０に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
12. 前記断熱構造は、チャックトップと支持体の間に複数の柱状部材を設けた構造であることを特徴とする請求項１０に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
13. 前記支持体を形成する材質の主成分が、ムライト、アルミナ、若しくはムライトとアルミナの複合体のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
14. 前記支持体とチャックトップもしくは柱状部材との接触部の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であ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ウェハプローバ用ウェハ保持体。
15. 前記支持体の底部裏面の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
16. 前記支持体の底部と円筒部分との接触部の少なくとも該底部または円筒部分の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
17. 前記柱状部材と前記支持体との接触部分及び／または前記チャックトップとの接触部分の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
18. 前記支持体の円筒部分の外周部と該支持体のチャックトップとの接触面、または前記支持体の円筒部分の外周部と柱状部材のチャックトップとの接触面、との直角度が、測定長１００ｍｍに換算して、１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
19. 前記支持体の表面に、金属層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
20. 前記支持体の表面の少なくとも一部に導体を具備してなることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
21. 前記支持体のほぼ中央部に支持棒を備え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ウェハプローバ用ウェハ保持体。
22. 前記チャックトップと加熱体との間に、電磁シールド電極層及びガード電極層を備えることを特徴とする請求項２乃至２１のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
23. 前記加熱体と電磁シールド電極層との間、電磁シールド電極層とガード電極層との間、及びガード電極層とチャックトップとの間に、絶縁層を備えることを特徴とする請求項２２に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
24. 前記絶縁層の抵抗値が、１０^７Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項２３に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
25. 前記絶縁層の誘電率が、１０以下であることを特徴とする請求項２３乃至２４のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
26. 前記チャックトップ導体層とガード電極層との間及びチャックトップ導体層と電磁シールド電極層との間、またはチャックトップとガード電極層との間及びチャックトップと電磁シールド電極層との間の静電容量が、共に５０００ｐＦ以下であることを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
27. 前記絶縁層の厚みが、０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２３乃至２６のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
28. 前記支持体に、加熱体のヒータ電極及び前記電磁シールド電極の取り出し用の貫通孔又は切り欠きを備えることを特徴とする請求項２２に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
29. 前記チャックトップ導体層の表面の反り量が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至２８のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
30. 前記チャックトップ導体層の表面の表面粗さがＲａで０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至２９のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
31. 前記チャックトップ導体層の表面と前記支持体の底部裏面との平行度が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項３乃至３０のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
32. 前記チャックトップのヤング率が、２００ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至３１のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
33. 前記チャックトップの熱伝導率が、１５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至３２のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
34. 前記チャックトップの厚みが、８ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３３のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
35. 前記チャックトップを形成する材質が、金属とセラミックスとの複合体であることを特徴とする請求項１至３４のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
36. 前記チャックトップを形成する材質が、アルミニウムと炭化ケイ素との複合体、又はシリコンと炭化ケイ素との複合体、又はアルミニウムとシリコンと炭化ケイ素の複合体のいずれかであることを特徴とする請求項３５に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
37. 前記チャックトップを形成する材質が、セラミックスであることを特徴とする請求項１至３４のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
38. 前記チャックトップを形成する材質が、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナとムライトの複合体のいずれかあることを特徴とする請求項３７に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
39. 前記チャックトップを形成する材質が、アルミナであり、その純度が９９．６％以上であることを特徴とする請求項３８に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
40. 前記チャックトップを形成する材質が、金属であることを特徴とする請求項１至３４のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
41. 前記チャックトップを形成する材質が、タングステンまたはモリブデンまたはこれらの合金であることを特徴とする請求項４０に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
42. 前記チャックトップ導体層の表面に、３．１ＭＰａの荷重をかけた時のチャックトップ導体層表面の反り量が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１至４１のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
43. 前記支持体の円筒形状部分あるいは前記支持体とチャックトップとの間に、冷却モジュールを備えることを特徴とする請求項２至４２のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
44. 前記冷却モジュールが可動式であることを特徴とする請求項４３に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
45. 前記冷却モジュールがチャックトップに固定されていることを特徴とする請求項４３に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
46. 前記チャックトップが冷却モジュールと一体化されていることを特徴とする請求項４３に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
47. 前記チャックトップのウェハ載置面の反対側面に、チャックトップ変形防止用基板を備えていることを特徴とする請求項４６に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
48. 請求項１乃至４７のいずれかに記載したウェハプローバ用ウェハ保持体を備えたことを特徴とするウェハプローバ用のヒータユニット。
49. 請求項４８に記載のヒータユニットを備えたウェハプローバ。

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