JP3536251B2

JP3536251B2 - ウエハプローバ

Info

Publication number: JP3536251B2
Application number: JP2000254182A
Authority: JP
Inventors: 淳伊藤; 靖二平松; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: JP2001135685A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】このようなプローバとして、例えば、特許
第２５８７２８９号公報、特公平３−４０９４７号公
報、特開平１１−３１７２４号公報等には、アルミニウ
ム合金やステンレス鋼などの金属製チャックトップを有
するウエハプローバが開示されている（図１４参照）。
このようなウエハプローバでは、例えば、図１３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１３は、ウエハ
プローバに電源を接続した状態を模式的に示す断面図で
ある。ウエハプローバのチャックトップ電極（チャック
トップ導体層）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１６、１７を介して電源Ｖ₁が接続
されている。グランド電極６は、接地され、０電位とな
っている。また、チャックトップ導体層２とガード電極
５とは、等電位である。発熱体４１には、電源Ｖ₂ が、
プローブ６０１には、電源Ｖ₃ が、それぞれ接続されて
いる。

【０００４】ところが、このような金属製のチャックト
ップを有するウエハプローバには、シリコンウエハを吸
引、吸着するための溝が形成されているため、プローブ
カード６０１のテスタピンが、シリコンウエハの溝の真
上にある部分に接触し、圧力が加えられると、溝を起点
としてシリコンウエハが破壊されてしまうという問題が
あった。また、溝を設けて吸着する方法では、吸着が溝
部分で局所的に起こり、シリコンウエハを均一に吸着す
ることができないという問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑み、プローブカードのテスタピンの位置によりシリコ
ンウエハに破壊が発生することがなく、シリコンウエハ
の全体を均一に吸着することができるウエハプローバを
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、回路が形成さ
れたウエハを台座上に載置し、テスタピンを持つプロー
ブカードを押しつけることにより導通テストを行うウエ
ハプローバであって、上記台座には、貫通孔が設けられ
るとともに、その上に多孔質のチャックトップ導体層が
形成され、上記台座は、円板状で、その厚さは１〜１０
ｍｍの窒化物セラミック製または炭化物セラミック製の
セラミック基板からなり、上記セラミック基板には、発
熱体が設けられてなることを特徴とするウエハプローバ
である。上記ウエハプローバにおいて、上記チャックト
ップ導体層の厚さは、１〜２００μｍであることが望ま
しく、上記チャックトップ導体層の気孔率は、５〜８０
容量％であることが望ましく、上記チャックトップ導体
層は、タングステンまたはモリブデンにより構成されて
いることが望ましい。

【０００７】

【発明の実施形態】本発明のウエハプローバは、回路が
形成されたウエハを台座上に載置し、テスタピンを持つ
プローブカードを押しつけることにより導通テストを行
うウエハプローバであって、上記台座には、貫通孔が設
けられるとともに、その上に多孔質のチャックトップ導
体層が形成され、上記台座は、円板状で、その厚さは１
〜１０ｍｍの窒化物セラミック製または炭化物セラミッ
ク製のセラミック基板からなり、上記セラミック基板に
は、発熱体が設けられてなることを特徴とする。

【０００８】本発明のウエハプローバでは、貫通孔を有
する台座上に、多孔質のチャックトップ導体層が形成さ
れているので、特に上記台座の上面に溝を設けなくて
も、シリコンウエハ全体を均一にチャックトップ導体層
に吸着させることができる。また、台座の上面に溝を設
け、この溝の上に上面が平坦な多孔質のチャックトップ
導体層を形成することにより、溝を利用して均一な吸引
が可能となり、また、チャックトップ導体層の上面が平
坦であるため、溝に起因する破損という問題も発生しな
い。

【０００９】すなわち、上記チャックトップ導体層上に
シリコンウエハを載置し、上記台座に設けられた貫通孔
から空気を吸引すると、チャックトップ導体層に形成さ
れた開孔（オープンポア）を通ってチャックトップ導体
層の表面全体から均一に空気が吸引されるため、その上
に載置されたシリコンウエハがチャックトップ導体層に
均一に吸着することになる。

【００１０】チャックトップ導体層がこのような機能を
有するためには、チャックトップ導体層に一主面から他
の主面に通じる開孔が形成されている必要があり、さら
に、チャックトップ導体層の表面に載置されたシリコン
ウエハの全体が均一に吸引されるためには、開孔がチャ
ックトップ導体層の内部でお互いに結合し、チャックト
ップ導体層の下に存在する貫通孔から空気を吸引した
際、その周囲の広い範囲で均一に空気が吸引されること
が望ましい。

【００１１】本発明のウエハプローバを構成する台座と
しては、剛性の高いセラミック基板よりなる台座が望ま
しい。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、チャ
ックトップの厚さを金属に比べて小さくすることができ
るからである。

【００１２】さらに、チャックトップの厚さを金属に比
べて小さくすることができるため、熱伝導率が金属より
低いセラミックを用いても熱容量を小さくすることがで
き、昇温、降温特性を改善することができる。

【００１３】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る。また、図２は、図
１に示したウエハプローバの平面図であり、図３は、そ
の底面図であり、図４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。本発明の導体層や貫通
孔等が形成されたセラミック基板は、チャックトップ
板、すなわちプロービングステージとして機能するもの
であるが、以下の説明においては、便宜上、このような
導体層や貫通孔等が形成されたセラミック基板をウエハ
プローバということとする。

【００１４】このウエハプローバでは、平面視円形状の
セラミック基板３の表面にシリコンウエハを吸引するた
めの複数の吸引用貫通孔８が設けられており、このセラ
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で
おり、このチャックトップ導体層２は多孔質の金属焼結
体により構成されている。

【００１５】一方、セラミック基板３の底面には、シリ
コンウエハの温度をコントロールするために、図３に示
したような平面視同心円形状の発熱体４１が設けられて
おり、発熱体４１の両端には、外部端子ピン１９１が接
続、固定され、セラミック基板３の内部には、ストレイ
キャパシタやノイズを除去するためにガード電極５とグ
ランド電極６とが設けられている。

【００１６】本発明のウエハプローバは、例えば、図１
〜４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。

【００１７】本発明のウエハプローバでは、吸引用の貫
通孔が設けられたセラミック等からなる台座上に、多孔
質のチャックトップ導体層が形成されている。また、本
発明のウエハプローバでは、シリコンウエハの裏面を電
極として使用するため、台座上にチャックトップ導体層
が形成されている。

【００１８】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種の金属の焼結体を使用すること
ができる。

【００１９】上記チャックトップ導体層は、タングステ
ン、モリブデン等により構成されるものがより好まし
い。上記チャックトップ導体層の抵抗値を下げることが
でき、多孔質のものを比較的容易に作製することができ
るからである。

【００２０】これらチャックトップ導体層の形成方法は
特に限定されるものではないが、例えば、成形治具の内
部に上記金属の粉末を充填した後、焼成する方法等が挙
げられる。上記チャックトップ導体層の厚さは、１〜２
００μｍが望ましい。１μｍ未満の厚さの焼結体を作製
することは困難であり、一方、２００μｍ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。

【００２１】チャックトップ導体層の気孔率は、５〜８
０容量％程度が望ましい。５容量％未満であると、チャ
ックトップ導体層の内部に連続的な開気孔を形成するこ
とが困難となり、一方、８０容量％を超えると、機械的
強度が低下し、使用しているうちに破損しやすくなる。
チャックトップ導体層とセラミック基板との接合は、半
田やろう材を用いる。

【００２２】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に示したように空気の吸引用貫通
孔８が形成されていることが望ましい。吸引用貫通孔８
の数は、１〜２０個が好ましく、２〜１０個がより好ま
しい。このように吸引用貫通孔を複数設けることによ
り、シリコンウエハのより均一な吸着を行うことができ
る。

【００２３】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１〜１０ｍｍが望ましい。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】これらのセラミックの中では、窒化物セラ
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化
物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適であ
る。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからであ
る。

【００２８】上記セラミック中には、カーボンを１００
〜２０００ｐｐｍ含むことが望ましい。セラミック内の
電極パターンを隠蔽し、かつ、高輻射熱が得られるから
である。カーボンは、Ｘ線回折で検出可能な結晶質また
は検出不能な非晶質の一方または両方であってもよい。

【００２９】本発明においては、セラミック基板に温度
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。

【００３０】上記温度制御手段としては図１に示した発
熱体４１のほかに、ペルチェ素子であってもよい。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。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。

【００３１】発熱体としては、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、発熱するに充分な抵抗値を有する
からである。

【００３２】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には、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。

【００３３】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。

【００３４】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 ₂ Ｏ₃ ）、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。

【００３５】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。

【００３６】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホ
ウ素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、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２０〜７
０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。

【００３７】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（図１１（ｅ）参照）。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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】温度制御手段としてペルチェ素子を使用す
る場合は、電流の流れる方向を変えることにより発熱、
冷却両方行うことができるため有利である。ペルチェ素
子は、図７に示すように、ｐ型、ｎ型の熱電素子４４０
を直列に接続し、これをセラミック板４４１などに接合
させることにより形成される。ペルチェ素子としては、
例えば、シリコン・ゲルマニウム系、ビスマス・アンチ
モン系、鉛・テルル系材料等が挙げられる。

【００４２】本発明では、温度制御手段とチャックトッ
プ導体層との間に少なくとも１層以上の導電層が形成さ
れていることが望ましい。図１におけるガード電極５と
グランド電極６が上記導体層に相当する。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。これらの電極の
厚さは、１〜２０μｍが望ましい。薄すぎると、抵抗値
が高くなり、厚すぎるとセラミック基板が反ったり、熱
衝撃性が低下するからである。

【００４３】これらのガード電極５、グランド電極６
は、図４に示したような格子状に設けられていることが
望ましい。即ち、円形状の導体層５１の内部に矩形状の
導体層非形成部５２が多数整列して存在する形状であ
る。このような形状としたのは、導体層上下のセラミッ
ク同士の密着性を改善するためである。

【００４４】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の底面に発
熱体４１が設けられ、発熱体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の層と
がそれぞれ設けられた構成のウエハプローバ１０１、図
５に示すようにセラミック基板３の内部に扁平形状の発
熱体４２が設けられ、発熱体４２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２０１、図６に示すようにセ
ラミック基板３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、図７に示すようにペルチェ素子４４
（熱電素子４４０とセラミック基板４４１からなる）が
セラミック基板３の外側に形成され、ペルチェ素子４４
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４０１
等が挙げられる。いずれのウエハプローバも、溝７と吸
引用貫通孔８とを必ず有している。

【００４５】本発明では、図１〜７に示したようにセラ
ミック基板３の内部に発熱体４２、４３が形成され（図
５〜６）、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１〜７）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）１
６、１７、１８が必要となる。スルーホール１６、１
７、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。なお、図１〜７では、スルーホール
１６、１７、１８をウエハ加熱面の反対側に露出するよ
うに形成したが、セラミック基板の側面から露出させて
もよい。

【００４６】また、接続部（スルーホール）１６、１
７、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１１（ｇ）参照）。

【００４７】外部端子ピンとの接続は、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。

【００４８】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℃〜１００
０℃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１
００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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】図８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用
貫通孔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）をチャックトップ導体層２の表面
に吸い付けるのである。

【００５２】図９（ａ）は、支持台の他の一例を模式的
に示した縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）図における
Ｂ−Ｂ線断面図である。図９に示したように、この支持
台では、ウエハプローバがプローブカードのテスタピン
の押圧によって反らないように、多数の支持柱１５が設
けられている。支持台は、アルミニウム合金、ステンレ
スなどを使用することができる。

【００５３】次に、本発明のウエハプローバの製造方法
の一例を図１０〜１１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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】次に、グリーンシート３０にガード電極、
グランド電極を印刷する。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電性ペーストを印刷することにより
形成する。

【００５７】これらの導電性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。

【００５８】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。

【００５９】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、導電ペーストを充填してスルーホール印刷
体１６０、１７０を得る。

【００６０】次に、図１０（ａ）に示すように、印刷体
５０、６０、１６０、１７０を有するグリーンシート３
０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３
０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
熱体形成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。

【００６１】（２）次に、図１０（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
導電ペーストを焼結させる。加熱温度は、１０００〜２
０００℃、加圧は１００〜２００ｋｇ／ｃｍ² 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、１
７、ガード電極５、グランド電極６が形成される。

【００６２】（３）次に、図１０（ｃ）に示すように、
焼結体の底面に導電ペーストを印刷してこれを焼成し、
発熱体４１を作製する。

【００６３】（４）次に、図１１（ｄ）に示すように、
発熱体４１の表面に無電解ニッケルめっき等により保護
層４１０を形成する。（５）次に、溝７から裏面にかけて貫通する吸引用貫通
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、グランド電極など
と接続されていることが望ましい。

【００６４】（６）一方、セラミック基板とは別に、チ
ャックトップ導体層となる金属の多孔質体を作製する。
この多孔質体は、タングステン等の高融点金属の粉末を
成形用治具の内部に充填した後、１０００〜２０００℃
で焼成することにより製造する。通常は、焼成の温度、
圧力、時間等により、気孔率を制御する。（７）次に、図１１（ｅ）に示すように、ウエハ載置面
（溝形成面）に上記（６）で製造したチャックトップ導
体層を半田付けまたはろう付けにより接着し、これによ
りチャックトップ導体層２を設ける。（８）最後に、図１１（ｆ）に示すように、発熱体４１
表面の取りつけ部位に半田ペーストを印刷した後、外部
端子ピン１９１を乗せて、加熱してリフローする。加熱
温度は、２００〜５００℃が好適である。

【００６５】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。

【００６６】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２０１（図
５参照）を製造する場合は、発熱体をグリーンシートに
印刷すればよい。また、ウエハプローバ３０１（図６参
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。さらに、ウエハプローバ
４０１（図７参照）を製造する場合は、ペルチェ素子を
溶射金属層を介して接合すればよい。

【００６７】

【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。（実施例１）（１）平均粒子径３μｍのタングステン粉末を内部が円
板状の成形治具に入れて、窒素ガス中で温度１８９０
℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ² で３時間ホットプレスし、
直径２００ｍｍ、厚さ１１０μｍのタングステン製の多
孔質チャックトップ導体層を得た。

【００６８】（２）次に、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
混合した組成物を用い、ドクターブレード法により成形
を行って厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。

【００６９】（３）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。（４）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
部を混合して導電性ペーストＡとした。

【００７０】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
量部を混合して導電性ペーストＢとした。

【００７１】次に、グリーンシートに、この導電性ペー
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。
また、端子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通
孔に導電性ペーストＢを充填した。

【００７２】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１
３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ² の圧力で一体化することによ
り積層体を作製した（図１０（ａ）参照）。

【００７３】（５）次に、この積層体を窒素ガス中で６
００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５０ｋｇ／
ｃｍ² 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。得られた板状体を、直径２３０
ｍｍの円形状に切り出してセラミック製の板状体とした
（図１０（ｂ）参照）。また、ガード電極５、グランド
電極６の厚さは１０μｍ、ガード電極５の形成位置は、
ウエハ載置面から１ｍｍ、グランド電極６の形成位置
は、ウエハ載置面から１．２ｍｍであった。また、ガー
ド電極５、グランド電極６の導体非形成領域の１辺の大
きさは、０．５ｍｍであった。

【００７４】（６）上記（５）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）を設けた。

【００７５】（７）さらに、ウエハ載置面に対向する面
に発熱体４１を印刷した。印刷は導電ペーストを用い
た。導電ペーストは、プリント配線板のスルーホール形
成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストＰＳ
６０３Ｄを使用した。この導電ペーストは、銀／鉛ペー
ストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、
アルミナからなる金属酸化物（それぞれの重量比率は、
５／５５／１０／２５／５）を銀１００重量部に対して
７．５重量部含むものであった。また、銀の形状は平均
粒径４．５μｍでリン片状のものであった。

【００７６】（８）導電ペーストを印刷したヒータ板を
７８０℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼
結させるとともにセラミック基板３に焼き付けた（図１
０（ｃ）参照）。さらに硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう
酸３０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌおよびロッ
シェル塩６０ｇ／ｌを含む水溶液からなる無電解ニッケ
ルめっき浴にヒータ板を浸漬して、銀の焼結体４１の表
面に厚さ１μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッ
ケル層４１０を析出させた。この後、ヒータ板は、１２
０℃で３時間アニーリング処理を施した。銀の焼結体か
らなる発熱体は、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであり、
面積抵抗率が７．７ｍΩ／□であった（図１０（ｄ）参
照）。

【００７７】（９）上面から底面に抜ける吸引用貫通孔
８をドリル加工により形成した後、上記（１）で得た多
孔質チャックトップ導体層を、Ｎｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８
１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量％、不純物０．１重量
％）からなる金ろうの粉末を介してセラミック基板に載
置し、９７０℃でリフローし、多孔質チャックトップ導
体層をセラミック基板の上面に接着した（図１１（ｅ）
参照）。

【００７８】（１０）スルーホール１６、１７を露出さ
せるための袋孔１８０をドリル加工により設けた。この
袋孔１８０に、上記（９）のチャックトップ導体層を接
合する際に使用した金ろうを用い、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（図１１（ｆ）参照）。また、発熱体に半田（ス
ズ９／鉛１）を介してコバール製の外部端子ピン１９１
を形成した。

【００７９】（１１）次に、温度制御のための複数熱電
対を凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ１０１を得
た。（１２）このウエハプローバ１０１を図８に示したステ
ンレス製の支持容器１１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
介して嵌め込み、シリコンウエハを載置し、吸引口１３
から吸引した。この実施例で得られたウエハプローバ
は、チャックトップ導体層に半導体ウエハが均一に吸着
する。

【００８０】（実施例２）（９）の工程において、吸引
用貫通孔６８を形成する際に、ドリル加工にて吸引用の
溝６７を形成したほかは、実施例１と同様にしてウエハ
プローバを製造した。製造されたウエハプローバは、図
１２に示したように、セラミック基板３の上面に溝６７
が設けられ、この溝６７の上に上面が平坦な多孔質のチ
ャックトップ導体層６２が形成されている。

【００８１】評価方法支持台上に載置された上記実施例１〜２で製造したウエ
ハプローバについて、チャックトップ導体層の上に、図
１３に示したようにシリコンウエハＷを載置し、加熱な
どの温度制御を行いながら、プローブカード６０１を押
圧して導通テスト（１００Ｖ印加）を行った。その結
果、このウエハプローバでは、プローブカードを押圧し
た場合にも反りがなく、シリコンウエハの破損もなかっ
た。

【００８２】また、上記実施例１〜２で製造したウエハ
プローバについて、チャックトップ導体層のチャック力
をロードセルで測定した。その結果、上記実施例１〜２
に係るウエハプローバのチャック力は、いずれも１．０
ｋｇ／ｃｍ² であり、充分に大きなチャック力を有して
いた。

【００８３】さらに、ウエハプローバ上にシリコンウエ
ハを載置せず、加熱も行わず、吸引のみを行い、チャッ
クトップ導体層表面の種々の場所に液体を滴下し、この
液体がチャックトップ導体層の内部に吸引される状態を
観察したところ、多孔質のチャックトップ導体層の表面
全体から均一に空気を吸引していることがわかった。

【００８４】

【発明の効果】以上説明のように、本発明のウエハプロ
ーバは、吸引用の貫通孔が設けられた台座上に、多孔質
のチャックトップ導体層が形成されているので、上記台
座上に載置されたシリコンウエハは、プローブカードの
テスタピンの位置により破壊されることはなく、全体的
に均一な吸着力でしっかりとチャックトップ導体層に吸
着、固定され、テスタピンにより押圧した場合にも、シ
リコンウエハがずれることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハプローバを一例を模式的に示す
断面図である。

【図２】図１に示したウエハプローバの平面図である。

【図３】図１に示したウエハプローバの底面図である。

【図４】図１に示したウエハプローバのＡ−Ａ線断面図
である。

【図５】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６】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７】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８】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。

【図９】（ａ）は、本発明のウエハプローバを他の支持
台と組み合わせた場合を模式的に示す縦断面図であり、
（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。

【図１０】（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。

【図１１】（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。

【図１２】本発明のウエハプローバの別の一例を模式的
に示す部分拡大断面図である。

【図１３】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。

【図１４】従来のウエハプローバを模式的に示す断面図
である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１ウエハプローバ２、６２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、６７溝８、６８吸引用貫通孔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スルーホール１８０袋孔１９、１９０、１９１外部端子ピン４１、４２発熱体４１０保護層４３金属線４４ペルチェ素子４４０熱電素子４４１セラミック基板５１導体層５２導体層非形成部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−230542（ＪＰ，Ａ) 特許2587289（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 1/06 G01R 31/26 G01R 31/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回路が形成されたウエハを台座上に載置
し、テスタピンを持つプローブカードを押しつけること
により導通テストを行うウエハプローバであって、前記台座には、貫通孔が設けられるとともに、その上に
多孔質のチャックトップ導体層が形成され、前記台座は、円板状で、その厚さは１〜１０ｍｍの窒化
物セラミック製または炭化物セラミック製のセラミック
基板からなり、前記セラミック基板には、発熱体が設けられてなること
を特徴とするウエハプローバ。
【請求項２】前記チャックトップ導体層の厚さは、１
〜２００μｍである請求項１記載のウエハプローバ。
【請求項３】前記チャックトップ導体層の気孔率は、
５〜８０容量％である請求項１または２に記載のウエハ
プローバ。
【請求項４】前記チャックトップ導体層は、タングステ
ンまたはモリブデンにより構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。