JP3614764B2 - Wafer prober and ceramic substrate used for wafer prober - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体産業において使用されるウエハプローバおよびウエハプローバに使用されるセラミック基板に関し、特には、薄くて軽く、昇温降温特性に優れるウエハプローバおよびウエハプローバに使用されるセラミック基板に関する。
【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１３参照）。
このようなウエハプローバでは、例えば、図１２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１２において、Ｖ３ は、プローブカード６０１を印加する電源３３、Ｖ２ は、抵抗発熱体４１に印加する電源３２、Ｖ１ は、チャックトップ導体層２とガード電極５に印加する電源３１であり、この電源３１は、グランド電極６にも接続され、設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、次のような問題があった。
まず、金属製であるため、チャックトップの厚みは１５ｍｍ程度と厚くしなければならない。このようにチャックトップを厚くするのは、薄い金属板では、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、チャックトップの金属板に反りや歪みが発生してしまい、金属板上に載置されるシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしてしまうからである。
このため、チャックトップを厚くする必要があるが、その結果、チャックトップの重量が大きくなり、またかさばってしまう。
【０００５】
また、熱伝導率が高い金属を使用しているにもかかわらず、昇温、降温特性が悪く、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ないため温度制御をしにくく、高温でシリコンウエハを載置すると温度制御不能になってしまう。
【０００６】
本願発明は、上記課題に鑑み、軽量で昇温、降温特性に優れており、しかも、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や測定ミスを有効に防止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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、金属製のチャックトップに代えて、剛性の高いセラミックにチャックトップ導体層を形成し、セラミック部分の厚さをチャックトップ導体層の厚さより厚くすることで、反りが発生しないウエハプローバが得られることを見いだした。
【０００８】
さらに、金属製のチャックトップを有するウエハプローバでは、熱伝導率が高い金属を使用しているにもかかわらず、昇温、降温特性が悪くなるのは、金属板の厚みが厚すぎて熱容量が大きくなってしまうためであることを突き止めるとともに、セラミックを使用することにより、熱伝導率が金属より劣っていても、厚みを薄くして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という、従来の常識とは全く逆の新たな技術思想に想到し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、プローブカードを押圧して導通テストを行うために使用され、セラミック基板の表面に導体層（以下、チャックトップ導体層ともいう）が形成されてなるとともに、上記導体層の厚さは、セラミック基板の厚さより薄く
上記セラミック基板と上記チャックトップ導体層との厚さの比率（セラミック基板の厚さ／導体層の厚さ）は、５を超え、１００００以下であることを特徴とするウエハプローバおよび該ウエハプローバに使用されるセラミック基板である。本発明のセラミック基板は、ウエハプローバに使用され、具体的には、半導体ウエハのプロービング用ステージ（いわゆるチャックトップ）として機能する。
なお、半導体と同種のセラミック基板の上に金属薄膜を形成したステージは、実開平６２−１８０９４４号公報に開示があるが、ここには、金属薄膜の厚さとセラミック基板の厚さと関係については記載されておらず、示唆もない。
【００１０】
上記ウエハプローバ（以下、ウエハプローバに使用されるセラミック基板も含む）において、上記導体層は、チャックトップ導体層であることが望ましい。
また、上記ウエハプローバにおいて、上記セラミック基板には温度制御手段が設けられていることが望ましい。
【００１１】
また、上記ウエハプローバにおいて、上記セラミック基板は、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。
また、上記温度制御手段は、ペルチェ素子であるか、または、発熱体であることが望ましい。
また、上記ウエハプローバにおいて、上記セラミック基板中には、少なくとも１層の導体層が形成されいることが望ましく、上記セラミック基板の表面には溝が形成されていることが望ましい。
また、上記セラミック基板の表面には溝が形成され、その溝には、空気の吸引孔が形成されていることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のウエハプローバは、プローブカードを押圧して導通テストを行うために使用され、セラミック基板の表面に導体層（以下、チャックトップ導体層ともいう）が形成されてなるとともに、上記導体層の厚さは、セラミック基板の厚さより薄い、ウエハプローバであって、
上記セラミック基板と上記チャックトップ導体層との厚さの比率（セラミック基板の厚さ／導体層の厚さ）は、５を超え、１００００以下であることを特徴とする。
本発明では、セラミック基板の厚さよりもチャックトップ導体層の厚さを薄くすることにより、チャックトップ部分の平均熱容量を小さくすることができ、ウエハプローバの昇温、降温特性を改善することができる。
【００１３】
また、剛性の高いセラミックからなる基板を使用しているため、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。
【００１４】
また、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であっても結果的に金属に比べて熱容量が小さくなり、昇温、降温特性を改善することができる。
【００１５】
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り、図２は、その平面図であり、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。
【００１６】
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、同心円形状の溝７が形成されるとともに、溝７の一部にシリコンウエハを吸引するための複数の吸引孔８が設けられており、溝７を含むセラミック基板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ている。このチャックトップ導体層２は、セラミック基板３の厚さよりも薄く形成されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
また、本発明においては、シリコンウエハの裏面を電極として使用するため、セラミック基板の表面にチャックトップ導体層が形成されている必要がある。
【００２０】
上記チャックトップ導体層の厚さは、１〜２０μｍが望ましい。１μｍ未満では抵抗値が高くなりすぎて電極として働かず、一方、２０μｍ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。
また、セラミック基板とチャックトップ導体層の厚さの比率（セラミック基板の厚さ／チャックトップ導体層の厚さ）は、５を超え、１００００以下であることが望ましく、１００〜１０００であることが最適である。
上記比率が１００００を超えると、材料のもつ熱伝導率の特性が失われてしまい、一方、５以下では、金属ほどではないにしろ、反りが発生してしまい、支持容器内に柱を形成しなければならなくなる。
【００２１】
また、上記比率が１００未満であると、セラミック基板の厚さが薄いため、反り等が発生する場合があり、一方、上記比率が１０００を超えると、セラミック基板の厚さが厚いため、全体の熱容量が大きくなり、昇温・降温特性が劣化することがある。
【００２２】
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種の金属を使用することができる。
チャップ導体層は、金属や導電性セラミックからなる多孔質体であってもよい。多孔質体の場合は、後述するような吸引吸着のための溝を形成する必要がなく、溝の存在を理由としたウエハの破損を防止することができるだけでなく、表面全体で均一な吸引吸着を実現できるからである。
このような多孔質体としては、金属焼結体を使用することができる。
また、多孔質体を使用した場合は、その厚さは、１〜２００μｍで使用することができる。多孔質体とセラミック基板との接合は、半田やろう材を用いる。
【００２３】
チャックトップ導体層としては、ニッケルを含むものであることが望ましい。硬度が高く、テスタピンの押圧に対しても変形等しにくいからである。
チャックトップ導体層の具体的な構成としては、例えば、初めにニッケルスパッタリング層を形成し、その上に無電解ニッケルめっき層を設けたものや、チタン、モリブデン、ニッケルをこの順序でスパッタリングし、さらにその上にニッケルを無電解めっきもしくは電解めっきで析出させたもの等が挙げられる。
【００２４】
また、チタン、モリブデン、ニッケルをこの順序でスパッタリングし、さらにその上に銅およびニッケルを無電解めっきで析出させたものであってもよい。銅層を形成することでチャックトップ電極の抵抗値を低減させることができるからである。
【００２５】
さらに、チタン、銅をこの順でスパッタリングし、さらにその上にニッケルを無電解めっきもしくは電解めっきで析出させたものであってもよい。
また、クロム、銅をこの順でスパッタリングし、さらにその上にニッケルを無電解めっきもしくは電解めっきで析出させたものとすることも可能である。
【００２６】
上記チタン、クロムは、セラミックとの密着性を向上させることができ、また、モリブデンはニッケルとの密着性を改善することができる。
チタン、クロムの厚みは０．１〜０．５μｍ、モリブデンの厚みは０．５〜７．０μｍ、ニッケルの厚みは０．４〜２．５μｍが望ましい。
【００２７】
上記チャックトップ導体層の表面には、貴金属層（金、銀、白金、パラジウム）が形成されていることが望ましい。
貴金属層は、卑金属のマイグレーションによる汚染を防止することができるからである。貴金属層の厚さは、０．０１〜１５μｍが望ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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（Ｂ２ 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。
【００３９】
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。
【００４０】
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２０〜７０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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
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に示したように溝７と空気の吸引孔８が形成されていることが望ましい。吸引孔８は、複数設けられて均一な吸着が図られる。シリコンウエハＷを載置して吸引孔８から空気を吸引してシリコンウエハＷを吸着させることができるからである。
【００４７】
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と吸引孔８とを必ず有している。
【００４８】
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）１６、１７、１８が必要となる。スルーホール１６、１７、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。
【００４９】
また、接続部（スルーホール）１６、１７、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）。
【００５０】
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。
【００５１】
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℃〜１０００℃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１００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。
【００５２】
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。
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。
【００５３】
Ｋ型は、Ｎｉ／Ｃｒ合金とＮｉ合金の組合せ、Ｒ型はＰｔ−１３％Ｒｈ合金とＰｔの組合せ、Ｂ型は、Ｐｔ−３０％Ｒｈ合金とＰｔ−６５％Ｒｈ合金の組合せ、Ｓ型は、Ｐｔ−１０％Ｒｈ合金とＰｔの組合せ、Ｅ型は、Ｎｉ／Ｃｒ合金とＣｕ／Ｎｉ合金の組合せ、Ｊ型はＦｅとＣｕ／Ｎｉ合金の組合せ、Ｔ型は、ＣｕとＣｕ／ｎｉ合金の組合せである。
【００５４】
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、冷媒の吹き出し口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）を溝７に吸い付けるのである。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。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。
【００６２】
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３０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３０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。
【００６３】
（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、１０００〜２０００℃、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、１７、ガード電極５、グランド電極６が形成される。
【００６４】
（３）次に、図１０（ｃ）に示すように、焼結体の表面に溝７を設ける。溝７は、ドリル、サンドブラスト等により形成する。
（４）次に、図１０（ｄ）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。
【００６５】
（５）次に、図１１（ｅ）に示すように、ウエハ載置面（溝形成面）にチタン、モリブデン、ニッケル等をスパッタリングした後、無電解ニッケルめっき等を施しチャックトップ導体層２を設ける。このとき同時に、発熱体４１の表面にも無電解ニッケルめっき等により保護層４１０を形成する。
【００６６】
（６）次に、図１１（ｆ）に示すように、溝７から裏面にかけて貫通する吸引孔８、外部端子接続のための袋孔１８０を設ける。
袋孔の内壁は、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。
（７）最後に、図１１（ｇ）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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
【実施例】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）ウエハプローバ１０１（図１参照）の製造
（１）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。
【００７０】
（２）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。
（３）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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１３０℃、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）。
【００７４】
（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６００℃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４ｍｍ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２３０ｍｍ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）。スルーホール１６、１７の大きさは、直径０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍであった。
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。
【００７５】
（５）上記（４）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）およびシリコンウエハ吸着用の溝７（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた（図１０（ｃ）参照）。
【００７６】
（６）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ＰＳ６０３Ｄ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。
【００７７】
（７）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。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、１２０℃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））。
【００７８】
（８）溝７が形成された面に、スパッタリング法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッケル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本真空技術株式会社製のＳＶ−４５４０を使用した。スパッタリングの条件は気圧０．６Ｐａ、温度１００℃、電力２００Ｗであり、スパッタリング時間は、３０秒から１分の範囲内で、各金属によって調整した。
得られた膜の厚さは、蛍光Ｘ線分析計の画像から、チタン層は０．３μｍ、モリブデン層は２μｍ、ニッケル層は１μｍであった。
【００７９】
（９）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、および、硫酸ニッケル２５０〜３５０ｇ／ｌ、塩化ニッケル４０〜７０ｇ／ｌ、ホウ酸３０〜５０ｇ／ｌを含み、硫酸でｐＨ２．４〜４．５に調整した電解ニッケルめっき浴を用いて、上記（８）で得られたセラミック板を浸漬し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層を析出させ、１２０℃で３時間アニーリングした。
発熱体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっきで被覆されない。
【００８０】
さらに、表面にシアン化金カリウム２ｇ／ｌ、塩化アンモニウム７５ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム５０ｇ／ｌおよび次亜リン酸ナトリウム１０ｇ／ｌを含む無電解金めっき液に、９３℃の条件で１分間浸漬し、ニッケルめっき層１５上に厚さ１μｍの金めっき層を形成した（図１１（ｅ）参照）。
【００８１】
（１０）溝７から裏面に抜ける空気吸引孔８をドリル加工により形成し、さらにスルーホール１６、１７を露出させるための袋孔１８０を設けた（図１０（ｆ）参照）。この袋孔１８０にＮｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量％、不純物０．１重量％）からなる金ろうを用い、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（ｇ）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。
【００８２】
（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の断面形状を有するステンレス製の支持台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を介して組み合わせた。この支持台１１は冷却ガスの噴射ノズル１２を有し、ウエハプローバ１０１の温度調整を行うことができる。また、吸引口１３から空気を吸引してシリコンウエハの吸着を行う。
【００８３】
（実施例２）ウエハプローバ２０１（図５参照）の製造
（１）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、アクリルバイダー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、ドクターブレード法により成形し、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを得た。
【００８４】
（２）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。
（３）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。
【００８５】
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。
【００８６】
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、グランド電極用印刷体を印刷した。さらに、発熱体を図３に示すように同心円パターンとして印刷した。
【００８７】
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。
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１３０℃、８０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で一体化し、積層体を作製した。
【００８８】
（４）次に、この積層体を窒素ガス中で６００℃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。これを直径２３０ｍｍの円状に切り出してセラミック製の板状体とした。スルーホールの大きさは直径０．２ｍｍ、深さ０．３ｍｍであった。また、ガード電極５、グランド電極６の厚さは６μｍ、ガード電極５の形成位置は、ウエハ載置面から０．７ｍｍ、グランド電極６の形成位置は、ウエハ載置面から１．４ｍｍ、発熱体の形成位置は、ウエハ載置面から２．８ｍｍであった。
【００８９】
（５）上記（４）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）およびシリコンウエハ吸着用の溝７（幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）を設けた。
【００９０】
（６）溝７が形成された面にスパッタリングにてチタン、モリブデン、ニッケル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本真空技術株式会社製のＳＶ−４５４０を使用した。スパッタリングの条件は気圧０．６Ｐａ、温度１００℃、電力２００Ｗで、スパッタリングの時間は、３０秒から１分の間で、各金属により調整した。
得られた膜は、蛍光Ｘ線分析計の画像からチタンは０．５μｍ、モリブデンは４μｍ、ニッケルは１．５μｍであった。
【００９１】
（７）硫酸ニッケル３０ｇ／ｌ、ほう酸３０ｇ／ｌ、塩化アンモニウム３０ｇ／ｌ、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（６）で得られたセラミック板３を浸漬して、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ７μｍ、ホウ素の含有量が１重量％以下のニッケル層を析出させ、１２０℃で３時間アニーリングした。
【００９２】
さらに、表面にシアン化金カリウム２ｇ／ｌ、塩化アンモニウム７５ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム５０ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム１０ｇ／ｌからなる無電解金めっき液に９３℃の条件で１分間浸漬して、ニッケルめっき層上に厚さ１μｍの金めっき層を形成した。
【００９３】
（８）溝７から裏面に抜ける空気吸引孔８をドリル加工により形成し、さらにスルーホール１６、１７を露出させるための袋孔１８０を設けた。この袋孔１８０にＮｉ−Ａｕ合金（Ａｕ８１．５重量％、Ｎｉ１８．４重量％、不純物０．１重量％）からなる金ろうを用い、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。外部端子１９、１９０は、Ｗ製でもよい。
【００９４】
（９）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２０１を得た。
（１０）このウエハプローバ２０１を図９の断面形状を持つステンレス製の支持台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を介して組み合わせた。この支持台１１には、ウエハプローバの反り防止のための支持柱１５が形成されている。また、吸引口１３から空気を吸引してシリコンウエハの吸着を行う。
【００９５】
（実施例３） ウエハプローバ３０１（図６参照）の製造
（１）厚さ１０μｍのタングステン箔を打抜き加工することにより格子状の電極を形成した。格子状の電極２枚（ぞれぞれガード電極５、グランド電極６となるもの）およびタングステン線を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重量部とともに、成形型中に入れて窒素ガス中で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。これを直径２３０ｍｍの円状に切り出して板状体とした。
（２）この板状体に対し、実施例２の（５）〜（１０）の工程を実施し、ウエハプローバ３０１を得、実施例１と同様にウエハプローバ３０１を図８に示した支持台１１上に載置した。
【００９６】
（実施例４） ウエハプローバ４０１（図７参照）の製造
実施例１の（１）〜（５）、および、（８）〜（１０）を実施した後、さらにウエハ載置面に対向する面にニッケルを溶射し、この後、鉛・テルル系のペルチェ素子を接合させ、ウエハプローバ４０１を得、実施例１と同様にウエハプローバ４０１を図８に示した支持台１１上に載置した。
【００９７】
（実施例５） 炭化珪素をセラミック基板とするウエハプローバの製造
以下に記載する事項または条件以外は、実施例３の場合と同様にして、ウエハプローバを製造した。即ち、平均粒径１．０μｍの炭化ケイ素粉末１００重量部を使用し、また、格子状の電極２枚（ぞれぞれガード電極５、グランド電極６となるもの）、および、表面にテトラエトキシシラン１０重量％、塩酸０．５重量％および水８９．５重量％からなるゾル溶液を塗布したタングステン線を使用し、１９００℃の温度で焼成した。なお、ゾル溶液は焼成でＳｉＯ２ となって絶縁層を構成する。次に、実施例５で得られたウエハプローバ４０１を、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【００９８】
（実施例６） アルミナをセラミック基板とするウエハプローバの製造
以下に記載する工程または条件以外は、実施例１の場合と同様にして、ウエハプローバを製造した。アルミナ粉末（トクヤマ製、平均粒径１．５μｍ）１００重量部、アクリルバイダー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、ドクターブレード法を用いて成形し、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。また、焼成温度を１０００℃とした。次に、実施例６で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【００９９】
（実施例７）
（１）平均粒子径３μｍのタングステン粉末を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て、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。
【０１００】
（２）次に、実施例１の（１）〜（４）、および、（５）〜（７）と同様の工程を実施し、ガード電極、グランド電極、発熱体を有するセラミック基板を得た。
【０１０１】
（３）上記（１）で得た多孔質チャックトップ導体層を金ろう（実施例１の（１０）と同じもの）の粉末を介してセラミック基板に載置し、９７０℃でリフローした。
（４）実施例１の（１０）〜（１２）と同様の工程を実施してウエハプローバを得た。
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と半導体ウエハとが均一に吸着する。
【０１０２】
（実施例８）
グリーンシートの積層枚数を増やし、セラミック基板の厚さを１０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてウエハプローバを製造した。次に、実施例８で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１０３】
（実施例９）
グリーンシートの積層枚数を増やし、セラミック基板の厚さを２０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてウエハプローバを製造した。次に、実施例９で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１０４】
（実施例１０）
グリーンシートの積層枚数を増やし、セラミック基板の厚さを５０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてウエハプローバを製造した。次に、実施例１０で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１０５】
（実施例１１）
グリーンシートの積層枚数を増やし、セラミック基板の厚さを８０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてウエハプローバを製造した。次に、実施例１１で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１０６】
（比較例１）
グリーンシートの積層枚数を増やし、セラミック基板の厚さを１２０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてウエハプローバを製造した。
次に、比較例１で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１０７】
（比較例２）
セラミック基板の厚さを０．５５ｍｍとした以外は、実施例７と同様にしてウエハプローバを製造した。
次に、比較例２で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１０８】
（比較例３）
基本的には、特公平３−４０９４７号公報に記載された方法に準じ、図１３に示す構造を有する金属製ウエハプローバを作製した。
すなわち、このウエハプローバにおいて、チャックトップ１Ｂに直径２３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍのステンレス鋼、その下層には、厚さ３ｍｍの雲母３Ｂ、そのさらに下層には直径２３０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの銅板１００Ｂが配置されている。また、銅板１００Ｂの下には、厚さ３ｍｍの雲母３Ｂを介してニクロム線による発熱体４Ｂが接合されており、さらにその下に、雲母３Ｂを介してアルミナ断熱板２０Ｂが接合されている。チャックトップの表面には溝７が形成されている。次に、比較例３で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１０９】
（比較例４）
チャックトップ１Ｂは厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼、その下層には厚さ０．３ｍｍの雲母３Ｂ、そのさらに下層には厚さ１．５ｍｍの銅板１００Ｂが配置されているほかは、比較例１と同様に構成されている金属製ウエハプローバを作製した。
次に、比較例４で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図８に示した支持台１１上に載置した。
【０１１０】
評価方法
支持台上に載置された上記実施例および比較例で製造したウエハプローバの上に、図１２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を行った。その際、１５０℃に昇温するまでの時間をそれぞれ測定した。また、１５ｋｇ／ｃｍ２ の圧力でプローブカードを押圧した場合のウエハプローバの反り量について測定した。反り量は、京セラ社製 形状測定器、商品名「ナノウェイ」を使用した。なお、実施例２に係るウエハプローバは、反り防止の支持柱が形成されている支持台に最初に載置して反り量等を測定した後、支持柱が形成されていない図８に示した支持１上にも載置し、反り量等を測定した。結果を下記の表１に示した。
【０１１１】
【表１】
表１に示した結果から明らかなように、セラミック基板の厚さとチャックトップ導体層との厚さの比率が１００００を超えると、反り量はほとんど０となるが、昇温時間が長くなることがわかる。
また、比較例１では、ＡＬＮを使用しているにもかかわらず、アルミナよりも昇温特性が低下してしまう。つまり、窒化物セラミックや炭化物セラミック等の高熱伝導材料を使用するのであれば、上記比率は１００００を超えないことが望ましい。材料の熱伝導率の特性が発揮できないからである。また逆に、上記比率が５以下であれば、昇温特性には優れるが、金属を使用した場合ほどではないにしろ、反り量が大きくなり、柱を支持容器内に設ける必要がある。
また、表１から、アルミナのような熱伝導率が比較的低い材料を使用した場合も含めて、つまり、どんな材料を使用した場合でも、反り量の低減と昇温時間短縮を実用的な範囲で両立することができるのは、上記比率が１０以上８０００未満の場合と考えられる。上記比率が８０００以上では、昇温特性が悪くなる。特には１００〜１０００が最適である。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明のように、本願発明のウエハプローバは、軽量で昇温、降温特性に優れており、しかも、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や測定ミスを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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）〜（ｄ）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】（ｅ）〜（ｇ）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１３】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 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 溝
８ 吸引孔
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、１８ 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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer prober used mainly in the semiconductor industry and a ceramic substrate used for a wafer prober, and more particularly to a wafer prober used for a wafer prober and a wafer prober which are thin and light and have excellent temperature rise / fall characteristics. .
[0002]
[Prior art]
A semiconductor is an extremely important product required in various industries. For example, a semiconductor chip is obtained by slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness to produce a silicon wafer, and then various circuits and the like on the silicon wafer. It is manufactured by forming.
In the manufacturing process of this semiconductor chip, a probing process is required to measure and check whether or not the electrical characteristics of the silicon wafer are operating as designed. For this purpose, a so-called prober is used.
[0003]
As such a prober, for example, Japanese Patent No. 2587289, Japanese Patent Publication No. 3-40947, and Japanese Patent Laid-Open No. 11-31724 disclose a wafer prober having a metal chuck top such as an aluminum alloy or stainless steel. (See FIG. 13).
In such a wafer prober, for example, as shown in FIG. 12, a silicon wafer W is placed on the
In FIG. 12, V3 The
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the wafer prober having such a metal chuck top has the following problems.
First, since it is made of metal, the thickness of the chuck top must be increased to about 15 mm. In order to increase the thickness of the chuck top in this way, in the case of a thin metal plate, the chuck top is pushed by the tester pin of the probe card, and the metal plate of the chuck top is warped or distorted and placed on the metal plate. This is because the silicon wafer is damaged or tilted.
For this reason, it is necessary to increase the thickness of the chuck top, but as a result, the weight of the chuck top becomes large and bulky.
[0005]
In addition, despite the use of metals with high thermal conductivity, temperature rise and fall characteristics are poor, and the temperature of the chuck top plate does not quickly follow changes in voltage and current amount, so temperature control is performed. It is difficult to control the temperature if the silicon wafer is placed at a high temperature.
[0006]
In view of the above-mentioned problems, the present invention is lightweight and has excellent temperature rise and temperature drop characteristics. Further, there is no warp even when the probe card is pressed, and the silicon wafer can be effectively prevented from being damaged and measurement errors. An object is to provide a wafer prober.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have formed a chuck top conductor layer on a highly rigid ceramic instead of a metal chuck top, and set the thickness of the ceramic portion to the chuck top conductor layer. It has been found that a wafer prober with no warpage can be obtained by making it thicker than.
[0008]
Furthermore, in a wafer prober having a metal chuck top, the temperature rise and temperature drop characteristics deteriorate despite the fact that a metal having high thermal conductivity is used. It is because it becomes large, and by using ceramic, even if the thermal conductivity is inferior to metal, the thickness can be reduced and the heat capacity can be reduced, improving the temperature rise and fall characteristics The inventors have come up with a new technical idea that is completely opposite to conventional common sense, and have completed the present invention.
[0009]
That is, the present inventionUsed to perform continuity test by pressing the probe card,A conductor layer (hereinafter also referred to as a chuck top conductor layer) is formed on the surface of the ceramic substrate, and the thickness of the conductor layer is smaller than the thickness of the ceramic substrate.
A wafer prober characterized in that the ratio of the thickness of the ceramic substrate to the chuck top conductor layer (the thickness of the ceramic substrate / the thickness of the conductor layer) is more than 5 and not more than 10,000.TheIt is a ceramic substrate used for a wafer prober. The ceramic substrate of the present invention is used in a wafer prober, and specifically functions as a stage for semiconductor wafer probing (so-called chuck top).
A stage in which a metal thin film is formed on a ceramic substrate of the same type as that of a semiconductor is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 62-180944. Here, the relationship between the thickness of the metal thin film and the thickness of the ceramic substrate is described. There is no suggestion.
[0010]
In the wafer prober (hereinafter also including a ceramic substrate used for a wafer prober), the conductor layer is preferably a chuck top conductor layer.
In the wafer prober, the ceramic substrate is preferably provided with temperature control means.
[0011]
In the wafer prober, the ceramic substrate is preferably at least one selected from a ceramic belonging to a nitride ceramic, a carbide ceramic, and an oxide ceramic.
The temperature control means is preferably a Peltier element or a heating element.
In the wafer prober, it is desirable that at least one conductor layer be formed in the ceramic substrate, and it is desirable that a groove be formed on the surface of the ceramic substrate.
Further, it is desirable that a groove is formed on the surface of the ceramic substrate, and an air suction hole is formed in the groove.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The wafer prober of the present invention isUsed to perform continuity test by pressing the probe card,A conductor layer (hereinafter also referred to as a chuck top conductor layer) is formed on the surface of the ceramic substrate, and the thickness of the conductor layer is a wafer prober thinner than the thickness of the ceramic substrate,
The thickness ratio between the ceramic substrate and the chuck top conductor layer (the thickness of the ceramic substrate / the thickness of the conductor layer) is more than 5 and 10000 or less.
In the present invention, by making the thickness of the chuck top conductor layer thinner than the thickness of the ceramic substrate, the average heat capacity of the chuck top portion can be reduced, and the temperature rise / fall characteristics of the wafer prober can be improved. .
[0013]
In addition, since a rigid ceramic substrate is used, even if the chuck top is pushed by the tester pin of the probe card, the chuck top will not bend, and the thickness of the chuck top should be smaller than that of metal. Can do.
[0014]
In addition, since the thickness of the chuck top can be made smaller than that of metal, even if the ceramic has lower thermal conductivity, the heat capacity is smaller than that of metal, resulting in improved temperature rise and temperature drop characteristics. can do.
[0015]
1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a wafer prober of the present invention, FIG. 2 is a plan view thereof, FIG. 3 is a bottom view thereof, and FIG. It is the sectional view on the AA line in the wafer prober shown in FIG.
[0016]
In this wafer prober,
[0017]
On the other hand, in order to control the temperature of the silicon wafer, a
[0018]
The wafer prober of the present invention has a configuration as shown in FIGS. In the following, each member constituting the wafer prober and other embodiments of the wafer prober of the present invention will be described sequentially in detail.
[0019]
The thickness of the ceramic substrate of the chuck top in the present invention needs to be thicker than the chuck top conductor layer, and specifically, 1 to 10 mm is desirable.
In the present invention, since the back surface of the silicon wafer is used as an electrode, a chuck top conductor layer needs to be formed on the surface of the ceramic substrate.
[0020]
The thickness of the chuck top conductor layer is preferably 1 to 20 μm. If the thickness is less than 1 μm, the resistance value becomes too high to function as an electrode, while if it exceeds 20 μm, the conductor is easily peeled off by the stress of the conductor.
The ratio of the thickness of the ceramic substrate to the chuck top conductor layer (the thickness of the ceramic substrate / the thickness of the chuck top conductor layer) is preferably more than 5 and 10000 or less, and preferably 100 to 1000. Is optimal.
If the ratio exceeds 10,000, the thermal conductivity characteristics of the material will be lost. On the other hand, if it is 5 or less, warping will occur if not as much as metal, and columns will be formed in the support container. Will have to.
[0021]
Further, when the ratio is less than 100, the ceramic substrate is thin, and thus warp or the like may occur. On the other hand, when the ratio exceeds 1000, the thickness of the ceramic substrate is large. The heat capacity may increase and the temperature rise / fall characteristics may deteriorate.
[0022]
As the chuck top conductor layer, for example, at least one metal selected from refractory metals such as copper, titanium, chromium, nickel, noble metals (gold, silver, platinum, etc.), tungsten, and molybdenum can be used.
The chap conductor layer may be a porous body made of metal or conductive ceramic. In the case of a porous body, it is not necessary to form a groove for suction adsorption as described later, and not only can the wafer be damaged due to the presence of the groove, but also uniform suction adsorption over the entire surface. It is because it is realizable.
As such a porous body, a metal sintered body can be used.
Moreover, when using a porous body, the thickness can be used by 1-200 micrometers. Solder or brazing material is used to join the porous body and the ceramic substrate.
[0023]
The chuck top conductor layer preferably contains nickel. This is because the hardness is high and the deformation is difficult even when the tester pin is pressed.
As a specific configuration of the chuck top conductor layer, for example, a nickel sputtering layer is first formed, and an electroless nickel plating layer is provided thereon, or titanium, molybdenum, and nickel are sputtered in this order. Further, nickel deposited by electroless plating or electrolytic plating may be used.
[0024]
Alternatively, titanium, molybdenum, and nickel may be sputtered in this order, and copper and nickel may be deposited thereon by electroless plating. This is because the resistance value of the chuck top electrode can be reduced by forming the copper layer.
[0025]
Further, titanium and copper may be sputtered in this order, and nickel may be deposited thereon by electroless plating or electrolytic plating.
Further, chromium and copper may be sputtered in this order, and nickel may be deposited thereon by electroless plating or electrolytic plating.
[0026]
The above titanium and chromium can improve the adhesion with ceramics, and molybdenum can improve the adhesion with nickel.
The thickness of titanium and chromium is preferably 0.1 to 0.5 μm, the thickness of molybdenum is preferably 0.5 to 7.0 μm, and the thickness of nickel is preferably 0.4 to 2.5 μm.
[0027]
A noble metal layer (gold, silver, platinum, palladium) is preferably formed on the surface of the chuck top conductor layer.
This is because the noble metal layer can prevent contamination due to base metal migration. As for the thickness of a noble metal layer, 0.01-15 micrometers is desirable.
[0028]
The ceramic substrate used in the wafer prober of the present invention is preferably at least one selected from nitride ceramics, carbide ceramics and oxide ceramics.
[0029]
Examples of the nitride ceramic include metal nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride.
Examples of the carbide ceramic include metal carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide.
[0030]
Examples of the oxide ceramic include metal oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, and mullite.
These ceramics may be used independently and may use 2 or more types together.
[0031]
Of these ceramics, nitride ceramics and carbide ceramics are more desirable than oxide ceramics. This is because the thermal conductivity is high.
Of the nitride ceramics, aluminum nitride is most preferred. This is because the thermal conductivity is as high as 180 W / m · K.
[0032]
The ceramic preferably contains 100 to 2000 ppm of carbon. This is because the electrode pattern in the ceramic is concealed and high radiant heat is obtained. The carbon may be one or both of crystalline or non-detectable amorphous detectable by X-ray diffraction.
[0033]
In the present invention, it is desirable to provide temperature control means on the ceramic substrate. This is because a silicon wafer continuity test can be performed while heating or cooling.
[0034]
The temperature control means may be a Peltier element in addition to the
A plurality of heating elements may be provided. In this case, it is desirable that the pattern of each layer is formed so as to complement each other, and the pattern is formed in some layer as viewed from the heating surface. For example, it is a structure that is staggered with respect to each other.
[0035]
Examples of the heating element include a sintered body of metal or conductive ceramic, a metal foil, a metal wire, and the like. The metal sintered body is preferably at least one selected from tungsten and molybdenum. This is because these metals are relatively difficult to oxidize and have a resistance value sufficient to generate heat.
[0036]
Further, as the conductive ceramic, at least one selected from carbides of tungsten and molybdenum can be used.
Furthermore, when the heating element is formed outside the ceramic substrate, it is desirable to use noble metals (gold, silver, palladium, platinum) and nickel as the metal sintered body. Specifically, silver, silver-palladium, or the like can be used.
The metal particles used for the metal sintered body can be spherical, flake shaped, or a mixture of spherical and flake shaped.
[0037]
A metal oxide may be added to the metal sintered body. The metal oxide is used in order to adhere the nitride ceramic or carbide ceramic to the metal particles. Although the reason why the metal oxide improves the adhesion between the nitride ceramic or carbide ceramic and the metal particles is not clear, a slight oxide film is formed on the metal particle surface and the surface of the nitride ceramic or carbide ceramic. It is considered that the oxide films are sintered and integrated through the metal oxide, and the metal particles and the nitride ceramic or the carbide ceramic are in close contact with each other.
[0038]
Examples of the metal oxide include lead oxide, zinc oxide, silica, and boron oxide (B2 O3 ), At least one selected from alumina, yttria, and titania. This is because these oxides can improve the adhesion between the metal particles and the nitride ceramic or carbide ceramic without increasing the resistance value of the heating element.
[0039]
The metal oxide is desirably 0.1% by weight or more and less than 10% by weight based on the metal particles. This is because the resistance value does not become too large, and the adhesion between the metal particles and the nitride ceramic or carbide ceramic can be improved.
[0040]
Lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B2 O3 ), Alumina, yttria, and titania, when the total amount of metal oxide is 100 parts by weight, lead oxide is 1 to 10 parts by weight, silica is 1 to 30 parts by weight, and boron oxide is 5 to 50 parts by weight. Zinc oxide is preferably 20 to 70 parts by weight, alumina 1 to 10 parts by weight, yttria 1 to 50 parts by weight, and titania 1 to 50 parts by weight. However, it is desirable that the total of these is adjusted within a range not exceeding 100 parts by weight. This is because these ranges can particularly improve the adhesion to the nitride ceramic.
[0041]
When the heating element is provided on the surface of the ceramic substrate, it is desirable that the surface of the heating element is covered with the metal layer 410 (see FIG. 11E). The heating element is a sintered body of metal particles, and is easily oxidized when exposed, and the resistance value changes due to this oxidation. Therefore, oxidation can be prevented by coating the surface with a metal layer.
[0042]
As for the thickness of a metal layer, 0.1-10 micrometers is desirable. This is because the oxidation of the heating element can be prevented without changing the resistance value of the heating element.
The metal used for coating may be a non-oxidizing metal. Specifically, at least one selected from gold, silver, palladium, platinum, and nickel is preferable. Of these, nickel is more preferable. This is because the heating element requires a terminal for connecting to a power source, and this terminal is attached to the heating element via solder, but nickel prevents thermal diffusion of the solder. As a connection terminal, a terminal pin made of Kovar can be used.
In addition, when forming a heat generating body inside a heater board, since a heat generating body surface is not oxidized, coating | covering is unnecessary. When the heating element is formed inside the heater plate, a part of the surface of the heating element may be exposed.
[0043]
The metal foil used as the heating element is preferably a heating element formed by patterning nickel foil or stainless steel foil by etching or the like.
The patterned metal foil may be bonded with a resin film or the like.
Examples of the metal wire include a tungsten wire and a molybdenum wire.
[0044]
When a Peltier element is used as the temperature control means, it is advantageous because both heat generation and cooling can be performed by changing the direction of current flow.
As shown in FIG. 7, the Peltier element is formed by connecting p-type and n-type
Examples of the Peltier element include silicon / germanium-based materials, bismuth / antimony-based materials, lead / tellurium-based materials, and the like.
[0045]
In the present invention, it is desirable that at least one conductive layer is formed between the temperature control means and the chuck top conductor layer. The
The
As for the thickness of these electrodes, 1-20 micrometers is desirable. This is because if the thickness is too thin, the resistance value becomes high, and if the thickness is too thick, the ceramic substrate is warped or the thermal shock resistance is lowered.
[0046]
These
It is desirable that
[0047]
As a wafer prober in the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a
[0048]
In the present invention, as shown in FIGS. 1 to 7,
[0049]
Moreover, as for the diameter of the connection part (through-hole) 16, 17, 18, 18, 0.1-10 mm is desirable. This is because cracks and distortion can be prevented while preventing disconnection.
External terminal pins are connected using the through holes as connection pads (see FIG. 11G).
[0050]
Connection is made with solder or brazing material. As the brazing material, silver brazing, palladium brazing, aluminum brazing, or gold brazing is used. As the gold brazing, an Au—Ni alloy is desirable. This is because the Au—Ni alloy has excellent adhesion to tungsten.
[0051]
The Au / Ni ratio is desirably [81.5-82.5 (wt%)] / [18.5-17.5 (wt%)].
The thickness of the Au—Ni layer is preferably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure the connection. 10-6-10-5When used at a high temperature of 500 ° C. to 1000 ° C. at a high vacuum of Pa, the Au—Cu alloy deteriorates, but the Au—Ni alloy is advantageous without such deterioration. The amount of impurity elements in the Au—Ni alloy is desirably less than 1 part by weight when the total amount is 100 parts by weight.
[0052]
In the present invention, a thermocouple can be embedded in the ceramic substrate as necessary. This is because the temperature of the heating element can be measured by a thermocouple, and the temperature can be controlled by changing the voltage and current based on the data.
The size of the joining portion of the metal wire of the thermocouple is preferably equal to or larger than the strand diameter of each metal wire and 0.5 mm or less. With such a configuration, the heat capacity of the joint portion is reduced, and the temperature is accurately and quickly converted into a current value. For this reason, temperature controllability is improved and the temperature distribution on the heating surface of the wafer is reduced.
Examples of the thermocouple include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as described in JIS-C-1602 (1980).
[0053]
K type is a combination of Ni / Cr alloy and Ni alloy, R type is a combination of Pt-13% Rh alloy and Pt, B type is a combination of Pt-30% Rh alloy and Pt-65% Rh alloy, S type Is a combination of Pt-10% Rh alloy and Pt, type E is a combination of Ni / Cr alloy and Cu / Ni alloy, type J is a combination of Fe and Cu / Ni alloy, type T is Cu and Cu / Ni It is a combination of alloys.
[0054]
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the
A
[0055]
Fig.9 (a) is the longitudinal cross-sectional view which showed typically another example of the support stand, (b) is a BB sectional drawing in (a) figure. As shown in FIG. 9, in this support base, a large number of
An aluminum alloy, stainless steel, etc. can be used for a support stand.
[0056]
Next, an example of a method for manufacturing a wafer prober according to the present invention will be described based on the cross-sectional views shown in FIGS.
(1) First, a
As the above-mentioned ceramic powder, for example, aluminum nitride, silicon carbide or the like can be used, and if necessary, a sintering aid such as yttria may be added.
[0057]
The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol.
Further, the solvent is preferably at least one selected from α-terpineol and glycol.
A paste obtained by mixing these is formed into a sheet shape by a doctor blade method to produce a
[0058]
The
The thickness of the
[0059]
Next, a guard electrode and a ground electrode are printed on the
Printing is performed so as to obtain a desired aspect ratio in consideration of the shrinkage rate of the
The printed body is formed by printing a conductive paste containing a conductive ceramic, metal particles, and the like.
[0060]
The conductive ceramic particles contained in these conductive pastes are optimally tungsten or molybdenum carbides. This is because it is difficult to oxidize and the thermal conductivity is difficult to decrease.
Moreover, as a metal particle, tungsten, molybdenum, platinum, nickel etc. can be used, for example.
[0061]
The average particle diameter of the conductive ceramic particles and metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because it is difficult to print the paste if these particles are too large or too small. Examples of such a paste include 85 to 97 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles, 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve and polyvinyl alcohol, α-terpineol, glycol A paste prepared by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from ethyl alcohol and butanol is optimal.
Further, through-hole printed
[0062]
Next, as shown in FIG. 10A, the
[0063]
(2) Next, as shown in FIG.10 (b), a laminated body is heated and pressurized, and a green sheet and an electrically conductive paste are sintered.
The heating temperature is 1000 to 2000 ° C., and the pressure is 100 to 200 kg / cm.2 These heating and pressurization are performed in an inert gas atmosphere. Argon, nitrogen, etc. can be used as the inert gas. Through
[0064]
(3) Next, as shown in FIG. 10C,
(4) Next, as shown in FIG. 10 (d), a conductive paste is printed on the bottom surface of the sintered body and fired to produce a
[0065]
(5) Next, as shown in FIG. 11 (e), after sputtering titanium, molybdenum, nickel or the like on the wafer mounting surface (groove forming surface), electroless nickel plating or the like is applied to form the chuck
[0066]
(6) Next, as shown in FIG. 11 (f), a
It is desirable that at least a part of the inner wall of the bag hole is made conductive, and the inner wall made conductive is connected to a guard electrode, a ground electrode, or the like.
(7) Finally, as shown in FIG. 11 (g), after the solder paste is printed on the mounting portion on the surface of the
[0067]
In addition,
As the solder, an alloy such as silver-lead, lead-tin, or bismuth-tin can be used. The thickness of the solder layer is preferably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure the connection by solder.
[0068]
In the above description, the wafer prober 101 (see FIG. 1) is taken as an example. However, when the wafer prober 201 (see FIG. 5) is manufactured, the heating element may be printed on the green sheet. When manufacturing the wafer prober 301 (see FIG. 6), a ceramic plate may be embedded with a metal plate as a guard electrode and a ground electrode, and a metal wire may be embedded as a heating element and sintered.
Furthermore, when manufacturing the wafer prober 401 (see FIG. 7), the Peltier element may be bonded via a sprayed metal layer.
[0069]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
(Example 1) Manufacture of wafer prober 101 (see FIG. 1)
(1) Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama, average particle size 1.1 μm) 100 parts by weight, yttria (average particle size 0.4 μm) 4 parts by weight, acrylic binder 11.5 parts by weight, dispersant 0.5 part by weight And using the composition which mixed 53 weight part of alcohol which consists of 1-butanol and ethanol, it shape | molded by the doctor blade method and obtained the green sheet of thickness 0.47mm.
[0070]
(2) After this green sheet was dried at 80 ° C. for 5 hours, a through hole for a through hole for connecting the heating element and the external terminal pin by punching was provided.
(3) Conductive paste A was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of α-terpineol solvent and 0.3 parts by weight of a dispersant. .
[0071]
Further, 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant were mixed to obtain a conductive paste B.
[0072]
Next, a grid-like guard
Moreover, the conductive paste B was filled in through holes for through holes to be connected to the terminal pins.
[0073]
Furthermore, 50 printed green sheets and 50 unprinted green sheets are laminated to 130 ° C. and 80 kg / cm.2 The laminated body was produced by integrating with the pressure of (refer Fig.10 (a)).
[0074]
(4) Next, this laminate was degreased at 600 ° C. for 5 hours in nitrogen gas, and 1890 ° C., pressure 150 kg / cm.2 Was hot-pressed for 3 hours to obtain an aluminum nitride plate having a thickness of 4 mm. The obtained plate-like body was cut into a circular shape having a diameter of 230 mm to obtain a ceramic plate-like body (see FIG. 10B). The through holes 16 and 17 had a diameter of 0.2 mm and a depth of 0.2 mm.
Further, the thicknesses of the
[0075]
(5) After polishing the plate-like body obtained in (4) above with a diamond grindstone, a mask is placed, and a concave portion (not shown) for a thermocouple is formed on the surface by blasting with SiC or the like and a silicon wafer An adsorption groove 7 (width 0.5 mm, depth 0.5 mm) was provided (see FIG. 10C).
[0076]
(6) Furthermore, the
The silver shape was scaly with an average particle size of 4.5 μm.
[0077]
(7) The heater plate on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste and baked onto the
The heating element made of a silver sintered body had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of 7.7 mΩ / □ (FIG. 10D).
[0078]
(8) A titanium layer, a molybdenum layer, and a nickel layer were sequentially formed on the surface on which the
The thickness of the obtained film was 0.3 μm for the titanium layer, 2 μm for the molybdenum layer, and 1 μm for the nickel layer from the image of the fluorescent X-ray analyzer.
[0079]
(9) Electroless nickel plating bath comprising an aqueous solution containing nickel sulfate 30 g / l, boric acid 30 g / l, ammonium chloride 30 g / l and Rochelle salt 60 g / l, and nickel sulfate 250-350 g / l, nickel chloride 40- Using an electrolytic nickel plating bath containing 70 g / l, boric acid 30-50 g / l and adjusted to pH 2.4-4.5 with sulfuric acid, the ceramic plate obtained in (8) above is immersed, and by sputtering A nickel layer having a thickness of 7 μm and a boron content of 1 wt% or less was deposited on the surface of the formed metal layer and annealed at 120 ° C. for 3 hours.
The surface of the heating element does not pass current and is not coated with electrolytic nickel plating.
[0080]
Furthermore, the surface was immersed in an electroless gold plating solution containing 2 g / l of potassium gold cyanide, 75 g / l of ammonium chloride, 50 g / l of sodium citrate and 10 g / l of sodium hypophosphite at 93 ° C. for 1 minute. Then, a gold plating layer having a thickness of 1 μm was formed on the nickel plating layer 15 (see FIG. 11E).
[0081]
(10) The
[0082]
(11) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the recess to obtain a
(12) The
[0083]
(Example 2) Manufacture of wafer prober 201 (see FIG. 5)
(1) Aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama Corporation, average particle size 1.1 μm) 100 parts by weight, yttria (average particle size 0.4 μm) 4 parts by weight, acrylic binder 11.5 parts by weight, dispersant 0.5 part by weight And the composition which mixed 53 weight part of alcohol which consists of 1-butanol and ethanol was shape | molded by the doctor blade method, and the 0.47 mm-thick green sheet was obtained.
[0084]
(2) After this green sheet was dried at 80 ° C. for 5 hours, a through hole for a through hole for connecting the heating element and the external terminal pin by punching was provided.
(3) Conductive paste A was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of α-terpineol solvent and 0.3 parts by weight of a dispersant. .
[0085]
Further, 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant were mixed to obtain a conductive paste B.
[0086]
Next, a grid-like guard electrode print and a ground electrode print were printed on the green sheet by screen printing using the conductive paste A. Further, the heating element was printed as a concentric pattern as shown in FIG.
[0087]
Moreover, the conductive paste B was filled in through holes for through holes to be connected to the terminal pins.
Furthermore, 50 printed green sheets and 50 unprinted green sheets are laminated to 130 ° C. and 80 kg / cm.2 The laminate was produced by integrating with the pressure of
[0088]
(4) Next, this laminate was degreased at 600 ° C. for 5 hours in nitrogen gas, and 1890 ° C., pressure 150 kg / cm.2 Was hot pressed for 3 hours to obtain an aluminum nitride plate having a thickness of 3 mm. This was cut into a circle having a diameter of 230 mm to obtain a ceramic plate. The size of the through hole was 0.2 mm in diameter and 0.3 mm in depth. Further, the thickness of the
[0089]
(5) After polishing the plate-like body obtained in (4) above with a diamond grindstone, a mask is placed, and a concave portion (not shown) for a thermocouple is formed on the surface by blasting with SiC or the like and a silicon wafer An adsorption groove 7 (width 0.5 mm, depth 0.5 mm) was provided.
[0090]
(6) A titanium, molybdenum, and nickel layer was formed on the surface on which the
The obtained film was 0.5 μm for titanium, 4 μm for molybdenum, and 1.5 μm for nickel from an X-ray fluorescence spectrometer image.
[0091]
(7) The
[0092]
Furthermore, the surface was immersed in an electroless gold plating solution composed of 2 g / l potassium gold cyanide, 75 g / l ammonium chloride, 50 g / l sodium citrate, and 10 g / l sodium hypophosphite at 93 ° C. for 1 minute. Then, a gold plating layer having a thickness of 1 μm was formed on the nickel plating layer.
[0093]
(8) The
[0094]
(9) A plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the recess to obtain a
(10) This
[0095]
(Example 3) Manufacture of wafer prober 301 (see FIG. 6)
(1) A grid-like electrode was formed by punching a tungsten foil having a thickness of 10 μm. Two grid-like electrodes (each of which serves as a
(2) The steps (5) to (10) of Example 2 are performed on this plate-like body to obtain a
[0096]
(Example 4) Manufacture of wafer prober 401 (see FIG. 7)
After carrying out (1) to (5) and (8) to (10) of Example 1, nickel was thermally sprayed on the surface facing the wafer mounting surface, and thereafter, lead-tellurium-based Peltier The elements were bonded to obtain a
[0097]
(Example 5) Manufacture of a wafer prober using silicon carbide as a ceramic substrate
A wafer prober was produced in the same manner as in Example 3 except for the items or conditions described below. That is, 100 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle size of 1.0 μm is used, and two grid-like electrodes (each serving as a
[0098]
(Example 6) Manufacture of a wafer prober using alumina as a ceramic substrate
A wafer prober was produced in the same manner as in Example 1 except for the steps or conditions described below. A composition in which 100 parts by weight of alumina powder (manufactured by Tokuyama, average particle size 1.5 μm), 11.5 parts by weight of an acrylic binder, 0.5 parts by weight of a dispersant, and 53 parts by weight of an alcohol comprising 1-butanol and ethanol are mixed. Was molded using a doctor blade method to obtain a green sheet having a thickness of 0.5 mm. The firing temperature was 1000 ° C. Next, the wafer prober obtained in Example 6 was placed on the
[0099]
(Example 7)
(1) Tungsten powder with an average particle diameter of 3 μm is put in a disk-shaped forming jig, and the temperature is 1890 ° C. and the pressure is 150 kg / cm in nitrogen gas.2 Was pressed for 3 hours to obtain a tungsten porous chuck top conductor layer having a diameter of 200 mm and a thickness of 110 μm.
[0100]
(2) Next, the same steps as (1) to (4) and (5) to (7) of Example 1 were performed to obtain a ceramic substrate having a guard electrode, a ground electrode, and a heating element. .
[0101]
(3) The porous chuck top conductor layer obtained in the above (1) was placed on a ceramic substrate through a powder of gold solder (the same as (10) of Example 1) and reflowed at 970 ° C.
(4) A wafer prober was obtained by performing the same steps as (10) to (12) of Example 1.
In the wafer prober obtained in this embodiment, the chuck top conductor layer and the semiconductor wafer are uniformly adsorbed.
[0102]
(Example 8)
A wafer prober was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the number of green sheets was increased and the thickness of the ceramic substrate was 10 mm. Next, the wafer prober obtained in Example 8 was placed on the
[0103]
Example 9
A wafer prober was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the number of green sheets was increased and the thickness of the ceramic substrate was 20 mm. Next, the wafer prober obtained in Example 9 was placed on the
[0104]
(Example 10)
A wafer prober was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the number of green sheets was increased and the thickness of the ceramic substrate was 50 mm. Next, the wafer prober obtained in Example 10 was placed on the
[0105]
(Example 11)
A wafer prober was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the number of stacked green sheets was increased and the thickness of the ceramic substrate was 80 mm. Next, the wafer prober obtained in Example 11 was placed on the
[0106]
(Comparative Example 1)
A wafer prober was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the number of green sheets was increased and the thickness of the ceramic substrate was 120 mm.
next,Comparative Example 1The wafer prober obtained in (1) was placed on the
[0107]
(Comparative Example 2)
A wafer prober was produced in the same manner as in Example 7 except that the thickness of the ceramic substrate was 0.55 mm.
next,Comparative Example 2The wafer prober obtained in (1) was placed on the
[0108]
(Comparative example3)
Basically, a metal wafer prober having the structure shown in FIG. 13 was produced according to the method described in Japanese Patent Publication No. 3-40947.
That is, in this wafer prober, stainless steel having a diameter of 230 mm and a thickness of 15 mm is disposed on the chuck top 1B, a
[0109]
(Comparative example4)
Comparative Example 1 except that the chuck top 1B is 1.5 mm thick stainless steel, the lower layer is a 0.3 mm
Next, a comparative example4The wafer prober obtained in (1) was placed on the
[0110]
Evaluation methods
The silicon wafer W is placed on the wafer prober manufactured in the above-described embodiment and comparative example placed on the support base as shown in FIG. 12, and the temperature of the
[0111]
[Table 1]
As is clear from the results shown in Table 1, when the ratio of the thickness of the ceramic substrate to the chuck top conductor layer exceeds 10,000, the amount of warpage is almost zero, but the temperature rise time may be long. Understand.
Also,Comparative Example 1Then, although ALN is used, the temperature rise characteristic is lower than that of alumina. That is, if a high thermal conductive material such as nitride ceramic or carbide ceramic is used, it is desirable that the ratio does not exceed 10,000. This is because the thermal conductivity characteristics of the material cannot be exhibited. On the other hand, if the ratio is 5 or less, the temperature rise characteristics are excellent, but the amount of warpage becomes large if not using metal, and it is necessary to provide a column in the support container.
In addition, from Table 1, it is possible to reduce the amount of warpage and shorten the heating time regardless of the material used, including the case where a material with relatively low thermal conductivity such as alumina is used. It can be considered that the above ratio is 10 or more and less than 8000. When the ratio is 8000 or more, the temperature rise characteristics deteriorate. In particular, 100 to 1000 is optimal.
[0113]
【The invention's effect】
As described above, the wafer prober of the present invention is lightweight and has excellent temperature rise and temperature drop characteristics, and there is no warpage when the probe card is pressed, effectively preventing silicon wafer breakage and measurement errors. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober of the present invention.
2 is a plan view of the wafer prober shown in FIG. 1. FIG.
3 is a bottom view of the wafer prober shown in FIG. 1. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line AA of the wafer prober shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a case where the wafer prober of the present invention is combined with a support base.
FIG. 9A is a longitudinal sectional view schematically showing a case where the wafer prober of the present invention is combined with another support base, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line BB in FIG.
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views schematically showing a part of the manufacturing process of the wafer prober of the present invention.
11E to 11G are cross-sectional views schematically showing a part of the manufacturing process of the wafer prober of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a continuity test is performed using the wafer prober of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a conventional wafer prober.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401 Wafer prober
2 Chuck top conductor layer
3 Ceramic substrate
5 Guard electrode
6 Ground electrode
7 groove
8 Suction hole
10 Insulation
11 Support stand
12 Outlet
13 Suction port
14 Refrigerant inlet
15 Support pillar
16, 17, 18 Through hole
180 bag hole
19, 190, 191 External terminal pin
41, 42 Heating element
410 Protective layer
43 Metal wire
44 Peltier element
440 Thermoelectric element
441 Ceramic substrate
51 Conductor layer
52 Conductor layer non-formation part
Claims (18)
前記セラミック基板と前記導体層との厚さの比率（セラミック基板の厚さ／導体層の厚さ）は、３６以上、１００００以下であることを特徴とするウエハプローバ。 It is used to perform a continuity test by pressing a probe card, and a conductor layer is formed on the surface of the ceramic substrate, and the thickness of the conductor layer is a wafer prober thinner than the thickness of the ceramic substrate,
A wafer prober, wherein a ratio of the thickness of the ceramic substrate and the conductor layer (the thickness of the ceramic substrate / the thickness of the conductor layer) is 36 or more and 10,000 or less.
前記セラミック基板と前記導体層との厚さの比率（セラミック基板の厚さ／導体層の厚さ）は、３６以上、１００００以下であることを特徴とするウエハプローバに使用されるセラミック基板。 Used to perform a continuity test by pressing a probe card. A conductor layer is formed on the surface of a ceramic substrate, and the thickness of the conductor layer is smaller than the thickness of the ceramic substrate. A ceramic substrate,
A ceramic substrate used for a wafer prober, wherein a ratio of thicknesses of the ceramic substrate and the conductor layer (thickness of the ceramic substrate / thickness of the conductor layer) is 36 or more and 10,000 or less.
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