JP3681628B2 - Wafer prober apparatus and ceramic substrate used for wafer prober apparatus - Google Patents

Wafer prober apparatus and ceramic substrate used for wafer prober apparatus Download PDF

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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、薄くて軽く、昇温降温特性に優れるウエハプローバを含み、誤動作のないウエハプローバ装置およびセラミック基板に関する。
【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。
このようなウエハプローバでは、例えば、ウエハプローバ上にシリコンウエハを載置し、このシリコンウエハにテスタピンを持つプローブカードを押しつけ、加熱、冷却しながら電圧を印加して導通テストを行う。
【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、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という問題があった。
【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という問題があった。
【０００６】
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を基板として用い、その表面に導体層を設けてこれをチャックトップ導体層し、さらに、このセラミック基板に発熱手段を設けることを想起した。
【０００７】
しかしながら、セラミック基板は誘電率が高いため、チャックトップ導体層上にシリコンウエハを載置し、このシリコンウエハにテスタピンを持つプローブカードのテスタピンを押しつけて導通テストを行う際、このセラミック基板の高誘電性に起因して測定回路内にストレイキャパシタが発生するとともに、このストレイキャパシタに起因してノイズが発生し、ウエハプローバ装置を誤動作させる原因となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、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ことができるため、このストレイキャパシタに起因するノイズが発生することがなく、誤動作が発生しないウエハプローバ装置および該ウエハプローバ装置に使用されるセラミック基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のウエハプローバ装置は、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るとともに、上記セラミック基板の内部にガード電極が配設されたウエハプローバ（以下、その表面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、ガード電極が配設されたセラミック基板を含む）、および、電源を含んで構成されるウエハプローバ装置であって、
上記電源により、上記チャックトップ導体層と上記ガード電極との電位差が、チャックトップ導体層の電位の±１０％以内となるように電圧が印加されていることを特徴とするウエハプローバ装置である。
【００１０】
本発明のセラミック基板は、上記ウエハプローバ装置に使用され、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。このように上記セラミック基板は、上記ウエハプローバ装置を構成する一部品であるので、以下においては、ウエハプローバ装置とともに説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のウエハプローバ装置は、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るとともに、上記セラミック基板の内部にガード電極が配設されたウエハプローバ、および、電源を含んで構成されるウエハプローバ装置であって、
上記電源により、上記チャックトップ導体層と上記ガード電極との電位差が、チャックトップ導体層の電位の±１０％以内となるように電圧が印加されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、セラミック基板の表面に形成されたチャックトップ導体層と、上記セラミック基板に配設されたガード電極とに、上記チャックトップ導体層と上記ガード電極との電位差が、チャックトップ導体層の電位の±１０％以内となるように電圧が印加されているので、これにより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ことができ、このストレイキャパシタに起因するノイズの発生を防止することができる。その結果、このウエハプローバ装置に誤動作が発生することはない。
【００１３】
また、本発明では、剛性の高いセラミック基板を使用し、かつ、このセラミック基板にガード電極および／またはグランド電極を配設しているので、これらが補強効果を有し、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を含んで構成されたウエハプローバ装置の一実施形態を模式的に示した概念図である。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のＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
このウエハプローバ装置を構成するウエハプローバ１０１では、平面視円形状のセラミック基板３の表面（吸着面）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。
【００１７】
一方、セラミック基板３の内部にガード電極５とグランド電極６とが設けられており、ガード電極５はスルーホール１６、外部端子ピン（図示せず）および配線を介して定電圧電源３１と接続されている。
また、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、固定されている。
【００１８】
このガード電極５は、誘電率の比較的高いセラミック基板に起因して、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に設けられた電極であり、定電圧電源３１により、測定回路（即ち図１のチャックトップ導体層２）の接地電位と同じ電位Ｖ1 が与えられている。即ち、グランド電極６とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極６とガード電極５との間に、通常、１００Ｖの電圧（Ｖ1 ）を印加し、かつ、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与え、ストレイキャパシタをキャンセルしている。
【００１９】
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、接地されており、発熱体４１には、所定の温度に発熱させるために、所定の電圧（Ｖ2 ）が印加されている。発熱体４１に印加する電圧は、直流である。
【００２０】
図１〜４に示したウエハプローバ装置では、ガード電極５およびグランド電極６を、セラミック基板３の内部に形成しているが、これらガード電極およびグランド電極は、セラミック基板の表面に設けられていてもよい。
【００２１】
図８は、セラミック基板の両主面に、それぞれチャックトップ導体層およびガード電極が配設され、前記ガード電極に絶縁体を介してグランド電極が配設されたウエハプローバ（セラミック基板）を模式的に示す断面図である。
【００２２】
このウエハプローバ（セラミック基板）では、吸着面にチャックトップ導体層７２が形成されるとともに、底面にガード電極７５が形成され、このガード電極７５の上にアルミナ等のセラミック板７７が配設され、セラミック板７７にグランド電極７６が設けられている。
【００２３】
なお、セラミック板７７は、セラミック基板７３上に形成された絶縁層７４を介して結合されており、セラミック基板７３とセラミック板７７との間は、ガード電極７５と絶縁層７４とで完全に充填されており、吸引孔７８は、これらセラミック基板７３、絶縁層７４およびセラミック板７７を貫通するように形成されている。
【００２４】
この絶縁層７４は、例えば、シリカゾル等の無機接着材をセラミック基板の底面に塗布した後、セラミック板７７をその上に重ねて加熱処理することにより形成されており、充分な耐熱性と接着力とを有する。
また、このウエハプローバ（セラミック基板７３）では、その内部に発熱体７１が設けられている。なお、発熱体はグランド電極に、例えば、シリコンゴム、樹脂、セラミック等の絶縁体を介して接触させて配設してもよい。
【００２５】
このように構成されたウエハプローバ（セラミック基板）は、図１に示したウエハプローバ（セラミック基板）と同様の機能を有する。
【００２６】
本発明のウエハプローバ装置を構成するウエハプローバは、例えば、図１〜４、８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装置を構成する各部材、および、本発明のウエハプローバ装置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。
【００２７】
上述したように、ウエハプローバを構成するセラミック基板３には、ストレイキャパシタをキャンセルするためのガード電極５と温度制御手段からのノイズをキャンセルするためのグランド電極６とが設けられている。
これらの導体層は、図４に示したように格子状に設けられていることが望ましい。導体層上下のセラミック同士の密着性を改善することができ、熱衝撃が加えられた場合でもクラックが発生したり、ガード電極５、グランド電極６とセラミックの界面で剥離が生じないからである。
【００２８】
格子の導体非形成部分は、図４に示したような方形であってもよく、円、楕円であってもよい。また、導体非形成部分が方形の場合には、その角にアールが設けられていてもよい。
【００２９】
ガード電極５、グランド電極６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、または、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から選ばれる少なくとも１種を使用することができる。ガード電極５および／またはグランド電極６の少なくとも一部は、上記導電性セラミックで構成されていることが望ましい。
【００３０】
ガード電極５およびグランド電極６の厚さは、１〜２０μｍが望ましい。これらの電極の厚さが１μｍ未満では抵抗が高くなり、一方、２０μｍを超えると耐熱衝撃性が低下するからである。
【００３１】
定電圧電源３１、３２、３３、８１、８２、８３は、特に限定されるものではなく、通常用いられている定電圧を発生する装置を用いることができる。定電圧電源３１、８１は、ガード電極５、７５とグランド電極６、７６との間、および、チャックトップ導体層２、７２とグランド電極６、７６との間に挿入され、これらの電圧が制御されている。また、プローブカード６０１のテスタピンには、別の定電圧電源３３、８３が接続され、これによりプローブカード６０１の電圧が制御されている。
【００３２】
図１に示したウエハプローバ１０１では、定電圧電源３１、３２、３３を用いているが、本発明では、これらの定電圧電源の代わりに、定電流電源を用いることもできる。
【００３３】
本発明のウエハプローバ装置に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。
【００３４】
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、炭化タンステン等が挙げられる。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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（吸着面）にチャックトップ導体層が形成されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
チャックトップ導体層は、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。
【００４２】
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。また、ニッケルを含むチャックトップ導体層では、マイグレーションがおきにくい。
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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無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無電解めっきで析出させたものとすることも可能である。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
上記温度制御手段としては図３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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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主部が好ましい。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。
【００５４】
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１２（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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
本発明で用いるウエハプローバの吸着面には図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。
【００５９】
本発明におけるウエハプローバ装置としては、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を定電圧電源３１等と組み合わせたウエハプローバ装置、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を定電圧電源又は定電流電源（図示せず）と組み合わせたウエハプローバ装置、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を定電圧電源又は定電流電源（図示せず）と組み合わせたウエハプローバ装置、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を定電圧電源又は定電流電源（図示せず）と組み合わせたウエハプローバ装置等が挙げられる。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。
【００６０】
また、本発明のウエハプローバ装置としては、図８に示すように、セラミック基板７３の両主面に、それぞれチャックトップ導体層７２およびガード電極７５が配設され、ガード電極７５上に絶縁体であるセラミック板７７を介してグランド電極７６が配設された構成のウエハプローバ５０１を定電圧電源８１等と組み合わせたウエハプローバ装置も挙げられる。
【００６１】
本発明で用いるウエハプローバでは、図１〜８に示したようにセラミック基板３、７３の内部に発熱体４２、４３、７１が形成され（図５、６、８）、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、８７が必要となる。
スルーホール１６、１７、１８、８７は、ガード電極５、グランド電極６の端部付近から延設され、袋孔１８０によりセラミック基板の底部に露出し、外部端子ピン１９、１９０により接続されていてもよく、側面の付近に袋孔（図示せず）により露出し、外部端子により接続されていてもよい。
スルーホール１６、１７、１８、８７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。
【００６２】
また、接続部（スルーホール）１６、１７、１８、８７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１６、１７、１８、８７を接続パッドとして外部端子ピンを接続する（図１２（ｇ）参照）。
【００６３】
袋孔（図示せず）の作成に関しては、グリーンシートを作成した後、このグリーンシートにパンチング等により袋孔となる貫通孔を設けてもよく、セラミック基板を作成した後、サンドブラスト、ドリル等により袋孔を形成してもよい。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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吸着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。
【００６７】
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。
【００６８】
図９は、以上のような構成の本発明で用いる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。
【００６９】
図１０（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１０に示したように、この支持台２１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。
【００７０】
さらに、この支持台１１、２１には、ガード電極５、グランド電極６、発熱体４１からの配線を外に取り出すための配線や端子等（図示せず）が設けられているため、これらの配線等を用いて定電圧電源等（図示せず）との接続等を行い、シリコンウエハの導通テストを行うウエハプローバ装置を組み立てる。
そして、グランド電極６とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に、例えば、１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えることにより、ストレイキャパシタをキャンセルする。
【００７１】
次に、本発明のウエハプローバ装置を構成するウエハプローバ（セラミック基板）の製造方法の一例を図１１〜１２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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
次に、図１１（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。
【００７８】
（２）次に、図１１（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。
【００７９】
（３）次に、図１１（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１１（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。
【００８０】
（５）次に、図１２（ｅ）に示すように、吸着面（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。
【００８１】
（６）次に、図１２（ｆ）に示すように、溝７から底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。
（７）最後に、図１２（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。
【００８２】
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。
【００８３】
この後、ガード電極５に接続された外部端子１９に定電圧電源３１からの配線をソケット等を介して接続し、同様に、チャックトップ導体層２、発熱体４１、グランド電極６、プローブカード６０１等からの配線を定電圧電源３１、３２、３３に接続することにより、ウエハプローバ装置を組み立てる。
【００８４】
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。
【００８５】
また、ウエハプローバ５０１（図８参照）を製造する場合は、発熱体をグリーンシートに印刷してセラミック基板を成形した後、底面にガード電極を形成し、そのセラミック基板に、グランド電極を配設したセラミック板を無機接着剤で接合すればよい。
【００８６】
【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）の製造とウエハプローバ装置の組み立て
（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。
【００８７】
（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。
【００８８】
また、平８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。
【００８９】
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。
【００９０】
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１１（ａ）参照）。
【００９１】
（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１１（ｂ）参照）。スルーホール１６、１７の大きさは、直径３．０ｍｍ、深さ３．０ｍｍ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、吸着面から１．２ｍｍ、グランド電極６の形成位置は、吸着面から３．０ｍｍであった。
【００９２】
（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吸着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１１（ｃ）参照）。
【００９３】
（６）さらに、吸着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。
【００９４】
（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１１（ｄ））。
【００９５】
（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。
【００９６】
（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。
【００９７】
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１２（ｅ）参照）。
【００９８】
（１０）溝７から底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１２（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１２（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。
【００９９】
（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９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を介して載置した。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、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ことができる。
【０１００】
さらに、この支持台１１には、ガード電極５、グランド電極６、発熱体４１からの配線を外に取り出すための配線や端子等（図示せず）が設けられているため、これらの配線等を用いて定電圧電源等（図示せず）との接続等を行い、シリコンウエハの導通テストを行うことができるウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えた。
【０１０１】
（実施例２）ウエハプローバ２０１（図５参照）の製造とウエハプローバ装置の組み立て
（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。
【０１０２】
（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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（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２．０ｍｍ、深さ３．０ｍｍ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、吸着面から０．７ｍｍ、グランド電極６の形成位置は、吸着面から１．４ｍｍ、発熱体の形成位置は、吸着面から２．８ｍｍであった。
【０１０７】
（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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
（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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
（８）溝７から底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。
【０１１２】
（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を介して載置した。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、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ことができるように構成されている。
【０１１３】
さらに、この支持台２１には、ガード電極５、グランド電極６、発熱体４１からの配線を外に取り出すための配線や端子等（図示せず）が設けられているため、これらの配線等を用いて定電圧電源等（図示せず）との接続等を行い、シリコンウエハの導通テストを行うことができるウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えた。
【０１１４】
（実施例３） ウエハプローバ３０１（図６参照）の製造とウエハプローバ装置の組み立て
（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９に示した支持台１１上に載置し、実施例１の場合と同様にしてウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えた。
【０１１５】
（実施例４） ウエハプローバ４０１（図７参照）の製造とウエハプローバ装置の組み立て
実施例１の（１）〜（５）、および、（８）〜（１０）を実施した後、さらに吸着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９に示した支持台１１上に載置し、実施例１の場合と同様にしてウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えた。
【０１１６】
（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とウエハプローバ装置の組み立て
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９に示した支持台１１上に載置し、実施例１の場合と同様にしてウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えた。
【０１１７】
（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とウエハプローバ装置の組み立て
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９に示した支持台１１上に載置し、実施例１の場合と同様にしてウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えた。
【０１１８】
（実施例７）多孔質チャックトップ導体層を含むウエハプローバの製造とウエハプローバ装置の組み立て
（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。
【０１１９】
（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。
【０１２０】
（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に半導体ウエハが均一に吸着する。
次に、実施例７で得られたウエハプローバを、実施例１と同様に図９に示した支持台１１上に載置し、実施例１の場合と同様にしてウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間、および、グランド電極とガード電極５との間に１００Ｖの電圧を印加し、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えた。
【０１２１】
（比較例１）
実施例１と同様にして、ウエハプローバを製造した後、実施例１と同様にしてウエハプローバ装置を組み立てた。
そして、グランド電極とチャックトップ導体層２との間には、１００Ｖの電圧を印加し、グランド電極とガード電極５との間には回路を形成せず、チャックトップ導体層２とガード電極５との電位を異なったものとした。
【０１２２】
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１に示したように良品のシリコンウエハＷを載置し、１５０℃に加熱しながら、プローブカード６０１を押圧して導通テストを行い、誤動作の有無を調べた。その結果を下記の表１に示した。
【０１２３】
【表１】

Figure 0003681628
【０１２４】
上記表１より明らかなように、ガード電極を備え、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えたウエハプローバ装置（実施例１〜７）では、正しい判定がなされているのに対し、ガード電極を備えてはいるものの、チャックトップ導体層２とガード電極５とに同じ接地電位を与えなかったウエハプローバ装置（比較例１）では、ノイズにより誤った判定がなされてしまう。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明のように、本発明のウエハプローバ装置では、上記チャックトップ導体層と上記ガード電極との電位差が、チャックトップ導体層の電位の±１０％以内となるように電圧が印加されているので、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ことができ、このストレイキャパシタに起因するノイズが発生せず、誤動作が発生しないウエハプローバ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のウエハプローバを含んで構成されたウエハプローバ装置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装置を構成する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装置を構成する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装置を構成する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装置を構成するウエハプローバの一例を模式的に示す断面図である。
【図９】 本発明で用いる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１０】 （ａ）は、本発明で用いる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１１】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明で用いる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】 （ｅ）〜（ｇ）は、本発明で用いる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。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ ウエハプローバ
２、７２ チャックトップ導体層
３、７３ セラミック基板
５、７５ ガード電極
６、７６ グランド電極
７ 溝
８、７８ 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、８７ スルーホール
１８０ 袋孔
１９、１９０、１９１ 外部端子ピン
４１、４２、７１ 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 apparatus and a ceramic substrate which are mainly used in the semiconductor industry, are thin and light, and include a wafer prober excellent in temperature rise and fall characteristics, and have no malfunction.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[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, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-31724, etc. disclose a wafer prober having a metal chuck top such as an aluminum alloy or stainless steel. Has been.
In such a wafer prober, for example, a silicon wafer is placed on the wafer prober, a probe card having tester pins is pressed against the silicon wafer, and a continuity test is performed by applying a voltage while heating and cooling.
[0004]
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. As a result, there is a problem that the weight of the chuck top increases and becomes 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. There is a problem that temperature control becomes impossible when a silicon wafer is placed at a high temperature.
[0006]
As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors have used a highly rigid ceramic as a substrate instead of a metal chuck top, and provided a conductor layer on the surface thereof, which is used as the chuck top conductor layer. Furthermore, it was recalled that the ceramic substrate is provided with heat generating means.
[0007]
However, since the dielectric constant of the ceramic substrate is high, when a silicon wafer is placed on the chuck top conductor layer and a tester pin of a probe card having a tester pin is pressed against the silicon wafer to conduct a continuity test, the ceramic substrate has a high dielectric constant. As a result, a stray capacitor is generated in the measurement circuit, and noise is generated due to the stray capacitor, causing the wafer prober apparatus to malfunction.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and since a stray capacitor interposed in a measurement circuit can be canceled, noise caused by the stray capacitor does not occur and a wafer that does not malfunction is generated. It is an object of the present invention to provide a prober apparatus and a ceramic substrate used in the wafer prober apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The wafer prober apparatus of the present invention has a chuck top conductor layer formed on the surface of a ceramic substrate and a wafer prober in which a guard electrode is disposed inside the ceramic substrate (hereinafter, a chuck top conductor layer is formed on the surface). A wafer prober apparatus including a ceramic substrate on which a guard electrode is disposed), and a power source,
With the above power supplyThe potential difference between the chuck top conductor layer and the guard electrode is within ± 10% of the potential of the chuck top conductor layer.The wafer prober apparatus is characterized in that a voltage is applied so that
[0010]
The ceramic substrate of the present invention is used in the above-mentioned wafer prober device, and specifically functions as a stage for semiconductor wafer probing (so-called chuck top). As described above, the ceramic substrate is a component constituting the wafer prober apparatus, and therefore, the description will be given below together with the wafer prober apparatus.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A wafer prober apparatus according to the present invention includes a wafer prober including a chuck top conductor layer formed on the surface of a ceramic substrate and a guard electrode disposed in the ceramic substrate, and a power supply. A device,
With the above power supplyThe potential difference between the chuck top conductor layer and the guard electrode is within ± 10% of the potential of the chuck top conductor layer.A voltage is applied so that
[0012]
In the present invention, the chuck top conductor layer formed on the surface of the ceramic substrate and the guard electrode disposed on the ceramic substrate,A voltage is applied so that the potential difference between the chuck top conductor layer and the guard electrode is within ± 10% of the potential of the chuck top conductor layer.Thus, the stray capacitor interposed in the measurement circuit can be canceled, and the generation of noise due to the stray capacitor can be prevented. As a result, no malfunction occurs in the wafer prober apparatus.
[0013]
Further, in the present invention, a highly rigid ceramic substrate is used, and a guard electrode and / or a ground electrode is provided on the ceramic substrate, so that these have a reinforcing effect and are chucked by a tester pin of the probe card. Even if the top is pushed, the chuck top does not warp, and the thickness of the chuck top can be made smaller than that of metal.
[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 than the metal, as a result, the heat capacity is reduced, and the temperature rise / fall characteristics can be improved. .
[0015]
FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing an embodiment of a wafer prober apparatus including 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 thereof, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the wafer prober shown in FIG.
[0016]
In the wafer prober 101 constituting the wafer prober apparatus, concentric grooves 7 are formed on the surface (suction surface) of the ceramic substrate 3 having a circular shape in plan view, and a silicon wafer is sucked into a part of the grooves 7. A plurality of suction holes 8 are provided, and the chuck top conductor layer 2 for connecting to the electrode of the silicon wafer is formed in a circular shape in most of the ceramic substrate 3 including the grooves 7.
[0017]
On the other hand, a guard electrode 5 and a ground electrode 6 are provided inside the ceramic substrate 3, and the guard electrode 5 is connected to a constant voltage power source 31 through a through hole 16, an external terminal pin (not shown) and wiring. ing.
Further, in order to control the temperature of the silicon wafer, a heating element 41 having a concentric shape in plan view as shown in FIG. 3 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate 3. Terminal pins 191 are connected and fixed.
[0018]
The guard electrode 5 is an electrode provided for canceling a stray capacitor interposed in the measurement circuit due to a ceramic substrate having a relatively high dielectric constant. 1 is the same potential V as the ground potential of the chuck top conductor layer 2)1 Is given. In other words, a voltage of 100 V (V) is normally applied between the ground electrode 6 and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode 6 and the guard electrode 5.1 ) And the same ground potential is applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5 to cancel the stray capacitor.
[0019]
The ground electrode 6 is provided for canceling noise from the temperature control means, and is grounded. The heating element 41 has a predetermined voltage (V) to generate heat at a predetermined temperature.2 ) Is applied. The voltage applied to the heating element 41 is a direct current.
[0020]
In the wafer prober apparatus shown in FIGS. 1 to 4, the guard electrode 5 and the ground electrode 6 are formed inside the ceramic substrate 3. The guard electrode and the ground electrode are provided on the surface of the ceramic substrate. Also good.
[0021]
FIG. 8 schematically shows a wafer prober (ceramic substrate) in which a chuck top conductor layer and a guard electrode are disposed on both main surfaces of a ceramic substrate, respectively, and a ground electrode is disposed on the guard electrode via an insulator. FIG.
[0022]
In this wafer prober (ceramic substrate), a chuck top conductor layer 72 is formed on the suction surface, a guard electrode 75 is formed on the bottom surface, and a ceramic plate 77 such as alumina is disposed on the guard electrode 75. A ground electrode 76 is provided on the ceramic plate 77.
[0023]
The ceramic plate 77 is coupled via an insulating layer 74 formed on the ceramic substrate 73, and the gap between the ceramic substrate 73 and the ceramic plate 77 is completely filled with the guard electrode 75 and the insulating layer 74. The suction hole 78 is formed so as to penetrate the ceramic substrate 73, the insulating layer 74, and the ceramic plate 77.
[0024]
The insulating layer 74 is formed, for example, by applying an inorganic adhesive such as silica sol to the bottom surface of the ceramic substrate and then heat-treating the ceramic plate 77 on top of the insulating layer 74. And have.
Further, in this wafer prober (ceramic substrate 73), a heating element 71 is provided therein. Note that the heating element may be disposed in contact with the ground electrode through an insulator such as silicon rubber, resin, or ceramic.
[0025]
The wafer prober (ceramic substrate) configured as described above has the same function as the wafer prober (ceramic substrate) shown in FIG.
[0026]
The wafer prober constituting the wafer prober apparatus of the present invention has a structure as shown in FIGS. In the following, each member constituting the wafer prober apparatus and other embodiments of the wafer prober apparatus of the present invention will be sequentially described in detail.
[0027]
As described above, the ceramic substrate 3 constituting the wafer prober is provided with the guard electrode 5 for canceling the stray capacitor and the ground electrode 6 for canceling noise from the temperature control means.
These conductor layers are desirably provided in a lattice form as shown in FIG. This is because the adhesion between the ceramics above and below the conductor layer can be improved, and cracks do not occur even when a thermal shock is applied, and peeling does not occur at the interface between the guard electrode 5, the ground electrode 6 and the ceramic.
[0028]
The conductor non-formation portion of the lattice may be a square as shown in FIG. 4, or a circle or an ellipse. Moreover, when the conductor non-forming part is a square, rounds may be provided at the corners.
[0029]
Examples of the guard electrode 5 and the ground electrode 6 include at least one selected from refractory metals such as copper, titanium, chromium, nickel, noble metals (gold, silver, platinum, etc.), tungsten, molybdenum, or tungsten carbide, At least one selected from conductive ceramics such as molybdenum carbide can be used. It is desirable that at least a part of the guard electrode 5 and / or the ground electrode 6 is made of the conductive ceramic.
[0030]
As for the thickness of the guard electrode 5 and the ground electrode 6, 1-20 micrometers is desirable. This is because the resistance increases when the thickness of these electrodes is less than 1 μm, while the thermal shock resistance decreases when the thickness exceeds 20 μm.
[0031]
The constant voltage power supplies 31, 32, 33, 81, 82, and 83 are not particularly limited, and a device that generates a constant voltage that is normally used can be used. The constant voltage power supplies 31 and 81 are inserted between the guard electrodes 5 and 75 and the ground electrodes 6 and 76, and between the chuck top conductor layers 2 and 72 and the ground electrodes 6 and 76, and these voltages are controlled. Has been. Further, other constant voltage power supplies 33 and 83 are connected to the tester pins of the probe card 601 so that the voltage of the probe card 601 is controlled.
[0032]
In the wafer prober 101 shown in FIG. 1, constant voltage power supplies 31, 32, and 33 are used. However, in the present invention, a constant current power supply can be used instead of these constant voltage power supplies.
[0033]
The ceramic substrate used in the wafer prober apparatus of the present invention is preferably at least one selected from the group consisting of nitride ceramics, carbide ceramics and oxide ceramics.
[0034]
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 tantalum carbide.
[0035]
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.
[0036]
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.
[0037]
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.
[0038]
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 is formed on the surface (adsorption surface) of the ceramic substrate.
[0039]
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.
[0040]
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.
[0041]
The chuck top 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 will be 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.
[0042]
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. Further, migration is difficult to occur in the chuck top conductor layer containing nickel.
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.
[0043]
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.
[0044]
Further, titanium and copper may be sputtered in this order, and nickel may be deposited thereon by electroless plating or electroless plating.
Further, chromium and copper may be sputtered in this order, and nickel may be deposited thereon by electroless plating or electroless plating.
[0045]
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.
[0046]
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.
[0047]
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.
The temperature control means may be a Peltier element in addition to the heating element 41 shown in FIG. When providing a heat generating body, you may provide the blowing port of refrigerant | coolants, such as air, as a cooling means.
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.
[0048]
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.
[0049]
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 may be spherical, flake shaped, or a mixture of spherical and flake shaped.
[0050]
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 nitride ceramic or carbide ceramic surface. It is considered that the oxide films are sintered and integrated through the metal oxide, and the metal particles and the nitride ceramic or carbide ceramic are in close contact with each other.
[0051]
Examples of the metal oxide include lead oxide, zinc oxide, silica, and boron oxide (B2 OThree ), 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.
[0052]
The metal oxide is desirably 0.1% by weight or more and less than 10% by weight with respect to 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.
[0053]
Lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B2 OThree ), 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 is 1 to 10 parts by weight, yttria is 1 to 50 parts by weight, and titania is preferably 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.
[0054]
When the heating element is provided on the surface of the ceramic substrate, the surface of the heating element is preferably covered with the metal layer 410 (see FIG. 12E). 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.
[0055]
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.
[0056]
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.
[0057]
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 thermoelectric elements 440 in series and bonding them to a ceramic plate 441 or the like.
Examples of the Peltier element include silicon / germanium-based materials, bismuth / antimony-based materials, lead / tellurium-based materials, and the like.
[0058]
As shown in FIG. 2, a groove 7 and an air suction hole 8 are preferably formed on the suction surface of the wafer prober used in the present invention. A plurality of suction holes 8 are provided to achieve uniform suction. This is because the silicon wafer W can be placed and sucked from the suction holes 8 to suck the silicon wafer W.
[0059]
As a wafer prober apparatus according to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a heating element 41 is provided on the bottom surface of the ceramic substrate 3, and a guard electrode 5 layer and a ground are provided between the heating element 41 and the chuck top conductor layer 2. A wafer prober device in which a wafer prober 101 having a structure in which the layers of the electrodes 6 are respectively provided is combined with a constant voltage power supply 31 or the like, and a flat heating element 42 is provided inside the ceramic substrate 3 as shown in FIG. A wafer prober device in which a wafer prober 201 having a configuration in which a guard electrode 5 and a ground electrode 6 are provided between a heating element 42 and a chuck top conductor layer 2 is combined with a constant voltage power source or a constant current power source (not shown); As shown in FIG. 6, a metal wire 43 as a heating element is embedded in the ceramic substrate 3, and a guard is provided between the metal wire 43 and the chuck top conductor layer 2. A wafer prober device in which a wafer prober 301 having a configuration in which an electrode 5 and a ground electrode 6 are provided is combined with a constant voltage power source or a constant current power source (not shown), and as shown in FIG. 7, a Peltier element 44 (thermoelectric element 440 and A constant voltage power source for a wafer prober 401 having a structure in which a guard electrode 5 and a ground electrode 6 are provided between the Peltier element 44 and the chuck top conductor layer 2. Alternatively, a wafer prober device combined with a constant current power source (not shown) can be used. Every wafer prober necessarily has a groove 7 and a suction hole 8.
[0060]
In addition, as shown in FIG. 8, the wafer prober apparatus of the present invention has a chuck top conductor layer 72 and a guard electrode 75 disposed on both main surfaces of a ceramic substrate 73, respectively, and an insulator on the guard electrode 75. A wafer prober apparatus in which a wafer prober 501 having a configuration in which a ground electrode 76 is disposed via a certain ceramic plate 77 is combined with a constant voltage power supply 81 or the like is also exemplified.
[0061]
In the wafer prober used in the present invention, as shown in FIGS. 1 to 8, heating elements 42, 43, 71 are formed inside the ceramic substrates 3, 73 (FIGS. 5, 6, 8), and inside the ceramic substrate 3. Since the guard electrode 5 and the ground electrode 6 (FIGS. 1 to 7) are formed, connection portions (through holes) 16, 17, 18, and 87 for connecting these to external terminals are required.
The through holes 16, 17, 18, and 87 extend from the vicinity of the end portions of the guard electrode 5 and the ground electrode 6, are exposed to the bottom of the ceramic substrate through the bag holes 180, and are connected by external terminal pins 19 and 190. Alternatively, it may be exposed by a bag hole (not shown) in the vicinity of the side surface and connected by an external terminal.
The through holes 16, 17, 18, and 87 are formed by filling a refractory metal such as tungsten paste or molybdenum paste, or a conductive ceramic such as tungsten carbide or molybdenum carbide.
[0062]
Moreover, as for the diameter of the connection part (through hole) 16, 17, 18, 87, 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 16, 17, 18, and 87 as connection pads (see FIG. 12G).
[0063]
Regarding the creation of a bag hole (not shown), a green sheet may be created, and then a through hole that becomes a bag hole may be provided in the green sheet by punching or the like. A bag hole may be formed.
[0064]
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.
[0065]
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-FiveWhen 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.
[0066]
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, the temperature controllability is improved and the temperature distribution on the adsorption 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).
[0067]
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, E type is a combination of Ni / Cr alloy and Cu / Ni alloy, J type is a combination of Fe and Cu / Ni alloy, T type is Cu and Cu / Ni It is a combination of alloys.
[0068]
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the support base 11 for installing the wafer prober used in the present invention having the above-described configuration.
A coolant outlet 12 is formed in the support 11, and the coolant is blown from the coolant inlet 14. Further, air is sucked from the suction port 13, and a silicon wafer (not shown) placed on the wafer prober is sucked into the groove 7 through the suction hole 8.
[0069]
FIG. 10A is a longitudinal sectional view schematically showing another example of the support base, and FIG. 10B is a sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 10, the support base 21 is provided with a large number of support columns 15 so that the wafer prober does not warp when the tester pins of the probe card are pressed.
An aluminum alloy, stainless steel, etc. can be used for a support stand.
[0070]
Further, since the support bases 11 and 21 are provided with wiring, terminals, etc. (not shown) for taking out the wiring from the guard electrode 5, the ground electrode 6, and the heating element 41, these wirings are provided. Etc. are used to connect a constant voltage power source or the like (not shown), etc., and a wafer prober apparatus for conducting a silicon wafer continuity test is assembled.
Then, for example, a voltage of 100 V is applied between the ground electrode 6 and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same grounding is applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. The stray capacitor is canceled by applying a potential.
[0071]
Next, an example of a method for manufacturing a wafer prober (ceramic substrate) constituting the wafer prober apparatus of the present invention will be described with reference to the cross-sectional views shown in FIGS.
(1) First, a green sheet 30 is obtained by mixing ceramic powders such as oxide ceramics, nitride ceramics, and carbide ceramics with a binder and a solvent.
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.
[0072]
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 green sheet 30.
[0073]
The green sheet 30 can be provided with a through hole for inserting a support pin of a silicon wafer or a recess for embedding a thermocouple, if necessary. The through hole and the concave portion can be formed by punching or the like.
The thickness of the green sheet 30 is preferably about 0.1 to 5 mm.
[0074]
Next, a guard electrode and a ground electrode are printed on the green sheet 30.
Printing is performed so as to obtain a desired aspect ratio in consideration of the shrinkage rate of the green sheet 30, thereby obtaining the guard electrode printed body 50 and the ground electrode printed body 60.
The printed body is formed by printing a conductive paste containing a conductive ceramic, metal particles, and the like.
[0075]
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.
[0076]
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 bodies 160 and 170 are obtained by filling holes formed by punching or the like with a conductive paste.
[0077]
Next, as shown in FIG. 11A, the green sheet 30 having the printed bodies 50, 60, 160, and 170 and the green sheet 30 having no printed body are laminated. The reason why the green sheet 30 having no printing body is laminated on the heating element forming side is to prevent the end face of the through hole from being exposed and being oxidized during the heating element forming firing. If firing of the heating element is performed with the end face of the through hole exposed, it is necessary to sputter a metal that is difficult to oxidize such as nickel, and more preferably, even if it is coated with Au—Ni gold brazing. Good.
[0078]
(2) Next, as shown in FIG.11 (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 holes 16 and 17, the guard electrode 5 and the ground electrode 6 are formed in this process.
[0079]
(3) Next, as shown in FIG. 11C, grooves 7 are provided on the surface of the sintered body. The groove 7 is formed by drilling, sandblasting or the like.
(4) Next, as shown in FIG. 11 (d), a conductive paste is printed on the bottom surface of the sintered body and fired to produce a heating element 41.
[0080]
(5) Next, as shown in FIG. 12E, after sputtering titanium, molybdenum, nickel or the like on the adsorption surface (groove forming surface), electroless nickel plating or the like is performed to provide the chuck top conductor layer 2. At the same time, the protective layer 410 is also formed on the surface of the heating element 41 by electroless nickel plating or the like.
[0081]
(6) Next, as shown in FIG. 12F, a suction hole 8 penetrating from the groove 7 to the bottom surface and a bag hole 180 for connecting an external terminal are provided.
It is desirable that at least a part of the inner wall of the bag hole 180 is conductive, and the conductive inner wall is connected to a guard electrode, a ground electrode, or the like.
(7) Finally, as shown in FIG. 12 (g), after the solder paste is printed on the mounting portion on the surface of the heating element 41, the external terminal pins 191 are placed and heated to reflow. 200-500 degreeC is suitable for heating temperature.
[0082]
In addition, external terminals 19 and 190 are also provided in the bag hole 180 through a gold solder. Furthermore, if necessary, a bottomed hole can be provided and a thermocouple can be embedded therein.
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.
[0083]
Thereafter, wiring from the constant voltage power supply 31 is connected to the external terminal 19 connected to the guard electrode 5 through a socket or the like, and similarly, the chuck top conductor layer 2, the heating element 41, the ground electrode 6, and the probe card 601. The wafer prober apparatus is assembled by connecting wirings from the above to the constant voltage power supplies 31, 32, 33.
[0084]
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.
[0085]
When manufacturing the wafer prober 501 (see FIG. 8), after forming a ceramic substrate by printing a heating element on a green sheet, a guard electrode is formed on the bottom surface, and a ground electrode is disposed on the ceramic substrate. What is necessary is just to join the made ceramic board with the inorganic adhesive agent.
[0086]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
(Example 1) Manufacture of wafer prober 101 (see FIG. 1) and assembly of wafer prober apparatus
(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.
[0087]
(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. .
[0088]
Further, 100 parts by weight of tungsten particles having a flat 8 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 part by weight of a dispersant were mixed to obtain a conductive paste B.
[0089]
Next, a grid-like guard electrode printing body 50 and a ground electrode printing body 60 were printed on the green sheet by screen printing using the conductive paste A.
Moreover, the conductive paste B was filled in through holes for through holes to be connected to the terminal pins.
[0090]
Furthermore, 50 sheets of printed green sheets and 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.11 (a)).
[0091]
(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. 11B). The through holes 16 and 17 had a diameter of 3.0 mm and a depth of 3.0 mm.
Further, the thicknesses of the guard electrode 5 and the ground electrode 6 were 10 μm, the formation position of the guard electrode 5 was 1.2 mm from the adsorption surface, and the formation position of the ground electrode 6 was 3.0 mm from the adsorption surface.
[0092]
(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 thermocouple and silicon on the adsorption surface by blasting with SiC or the like A groove 7 for wafer adsorption (width 0.5 mm, depth 0.5 mm) was provided (see FIG. 11C).
[0093]
(6) Furthermore, the heating element 41 was printed on the surface facing the suction surface. A conductive paste was used for printing. As the conductive paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuri Chemical Laboratory, which is used for forming through holes in printed wiring boards, was used. This conductive paste is a silver / lead paste, and a metal oxide composed of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina (each weight ratio is 5/55/10/25/5) is 100 weights of silver. 7.5 parts by weight with respect to parts.
The silver shape was scaly with an average particle size of 4.5 μm.
[0094]
(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 ceramic substrate 3. Further, a heater plate is immersed in an electroless nickel plating bath made of an aqueous solution containing 30 g / l of nickel sulfate, 30 g / l of boric acid, 30 g / l of ammonium chloride and 60 g / l of Rochelle salt. A nickel layer 410 having a thickness of 1 μm and a boron content of 1 wt% or less was deposited. Thereafter, the heater plate was annealed at 120 ° C. for 3 hours.
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. 11 (d)).
[0095]
(8) A titanium layer, a molybdenum layer, and a nickel layer were sequentially formed on the surface on which the groove 7 was formed by a sputtering method. As an apparatus for sputtering, SV-4540 manufactured by Nippon Vacuum Technology Co., Ltd. was used. The sputtering conditions were an atmospheric pressure of 0.6 Pa, a temperature of 100 ° C., and a power of 200 W, and the sputtering time was adjusted for each metal within a range of 30 seconds to 1 minute.
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.
[0096]
(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.
[0097]
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. 12E).
[0098]
(10) The air suction hole 8 that extends from the groove 7 to the bottom surface is formed by drilling, and the bag hole 180 for exposing the through holes 16 and 17 is provided (see FIG. 12 (f)). An external terminal pin 19 made of Kovar was reflowed by heating at 970 ° C. using a gold solder made of a Ni—Au alloy (Au 81.5 wt%, Ni 18.4 wt%, impurities 0.1 wt%) in the bag hole 180. , 190 were connected (see FIG. 12G). In addition, external terminal pins 191 made of Kovar were formed on the heating element via solder (tin 9 / lead 1).
[0099]
(11) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the recess to obtain a wafer prober heater 101.
(12) This wafer prober 101 was placed on a stainless steel support base having the cross-sectional shape of FIG. 9 via a heat insulating material 10 made of ceramic fiber (trade name Ibi wool manufactured by Ibiden Co., Ltd.). The support 11 has a cooling gas injection nozzle 12, can adjust the temperature of the wafer prober 101, and can suck air from the suction port 13 to adsorb the silicon wafer.
[0100]
Furthermore, since this support base 11 is provided with wiring, terminals, etc. (not shown) for taking out the wiring from the guard electrode 5, the ground electrode 6, and the heating element 41, these wirings, etc. A wafer prober apparatus that can be connected to a constant voltage power source or the like (not shown) and can conduct a silicon wafer continuity test was assembled.
Then, a voltage of 100 V was applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same ground potential was applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. .
[0101]
(Example 2) Production of wafer prober 201 (see FIG. 5) and assembly of wafer prober apparatus
(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.
[0102]
(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. .
[0103]
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.
[0104]
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.
[0105]
Moreover, the conductive paste B was filled in through holes for through holes to be connected to the terminal pins.
Furthermore, 50 sheets of printed green sheets and unprinted green sheets are laminated to 130 ° C. and 80 kg / cm.2 The laminate was produced by integrating with the pressure of
[0106]
(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 2.0 mm in diameter and 3.0 mm in depth. Further, the thickness of the guard electrode 5 and the ground electrode 6 is 6 μm, the formation position of the guard electrode 5 is 0.7 mm from the adsorption surface, the formation position of the ground electrode 6 is 1.4 mm from the adsorption surface, and the formation position of the heating element Was 2.8 mm from the adsorption surface.
[0107]
(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.
[0108]
(6) A titanium, molybdenum, and nickel layer was formed on the surface on which the groove 7 was formed by sputtering. As an apparatus for sputtering, SV-4540 manufactured by Nippon Vacuum Technology Co., Ltd. was used. The sputtering conditions were an atmospheric pressure of 0.6 Pa, a temperature of 100 ° C., and a power of 200 W, and the sputtering time was adjusted between 30 seconds and 1 minute for each metal.
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.
[0109]
(7) The ceramic plate 3 obtained in (6) is immersed in an electroless nickel plating bath made of 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. 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 metal layer formed by sputtering, and annealed at 120 ° C. for 3 hours.
[0110]
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.
[0111]
(8) The air suction hole 8 that extends from the groove 7 to the bottom surface is formed by drilling, and the bag hole 180 for exposing the through holes 16 and 17 is provided. An external terminal pin 19 made of Kovar was reflowed by heating at 970 ° C. using a gold solder made of a Ni—Au alloy (Au 81.5 wt%, Ni 18.4 wt%, impurities 0.1 wt%) in the bag hole 180. , 190 were connected. The external terminals 19 and 190 may be made of W.
[0112]
(9) A plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the recess to obtain a wafer prober heater 201.
(10) This wafer prober 201 was placed on a stainless steel support base having the cross-sectional shape shown in FIG. 9 via a heat insulating material 10 made of ceramic fiber (trade name: Ibi wool). A support column 15 for preventing warpage of the wafer prober is formed on the support table 11, and the silicon wafer can be adsorbed by sucking air from the suction port 13.
[0113]
Furthermore, since this support base 21 is provided with wiring, terminals, etc. (not shown) for taking out the wiring from the guard electrode 5, the ground electrode 6, and the heating element 41, these wirings, etc. A wafer prober apparatus that can be connected to a constant voltage power source or the like (not shown) and can conduct a silicon wafer continuity test was assembled.
Then, a voltage of 100 V was applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same ground potential was applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. .
[0114]
(Example 3) Manufacture of wafer prober 301 (see FIG. 6) and assembly of wafer prober apparatus
(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 guard electrode 5 and a ground electrode 6) and tungsten wire are 100 parts by weight of aluminum nitride powder (manufactured by Tokuyama, average particle size 1.1 μm), yttria (average particle size) 0.4 μm) together with 4 parts by weight, put in a mold and in nitrogen gas at 1890 ° C., pressure 150 kg / cm2 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 plate-like body.
(2) The steps (5) to (10) of Example 2 are performed on the plate-like body to obtain a wafer prober 301. Similarly to Example 1, the wafer prober 301 is shown in FIG. The wafer prober apparatus was assembled in the same manner as in Example 1.
Then, a voltage of 100 V was applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same ground potential was applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. .
[0115]
(Example 4) Manufacture of wafer prober 401 (see FIG. 7) and assembly of wafer prober apparatus
After carrying out (1) to (5) and (8) to (10) of Example 1, nickel was thermally sprayed on the surface facing the adsorption surface, and thereafter, a lead / tellurium-based Peltier device was formed. The wafer prober 401 was obtained by bonding, and the wafer prober 401 was placed on the support base 11 shown in FIG. 9 in the same manner as in Example 1, and the wafer prober apparatus was assembled in the same manner as in Example 1.
Then, a voltage of 100 V was applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same ground potential was applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. .
[0116]
(Example 5) Manufacture of a wafer prober using silicon carbide as a ceramic substrate and assembly of a wafer prober apparatus
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 guard electrode 5 and a ground electrode 6) and tetraethoxy on the surface. A tungsten wire coated with a sol solution consisting of 10% by weight of silane, 0.5% by weight of hydrochloric acid and 89.5% by weight of water was used and fired at a temperature of 1900 ° C. In addition, the sol solution is calcined with SiO2 Thus, an insulating layer is formed.
Next, the wafer prober 401 obtained in Example 5 was placed on the support base 11 shown in FIG. 9 as in Example 1, and the wafer prober apparatus was assembled in the same manner as in Example 1. .
Then, a voltage of 100 V was applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same ground potential was applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. .
[0117]
(Example 6) Manufacture of wafer prober using alumina as ceramic substrate and assembly of wafer prober device
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 support base 11 shown in FIG. 9 as in Example 1, and the wafer prober apparatus was assembled in the same manner as in Example 1.
Then, a voltage of 100 V was applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same ground potential was applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. .
[0118]
(Example 7) Production of wafer prober including porous chuck top conductor layer and assembly of wafer prober apparatus
(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.
[0119]
(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. .
[0120]
(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 semiconductor wafer is uniformly adsorbed on the chuck top conductor layer.
Next, the wafer prober obtained in Example 7 was placed on the support base 11 shown in FIG. 9 similarly to Example 1, and the wafer prober apparatus was assembled in the same manner as in Example 1.
Then, a voltage of 100 V was applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2 and between the ground electrode and the guard electrode 5, and the same ground potential was applied to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5. .
[0121]
(Comparative Example 1)
After producing a wafer prober in the same manner as in Example 1, a wafer prober apparatus was assembled in the same manner as in Example 1.
A voltage of 100 V is applied between the ground electrode and the chuck top conductor layer 2, and no circuit is formed between the ground electrode and the guard electrode 5. The potentials of were different.
[0122]
Evaluation methods
A good silicon wafer W as shown in FIG. 1 is placed on the wafer prober manufactured in the above-described embodiment and comparative example placed on the support table, and heated to 150 ° C., and the probe card 601 is placed. Was pressed to conduct a continuity test to check for malfunctions. The results are shown in Table 1 below.
[0123]
[Table 1]
Figure 0003681628
[0124]
As is clear from Table 1 above, the wafer prober apparatus (Examples 1 to 7) provided with the guard electrode and applied the same ground potential to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5 correctly determined. On the other hand, in the wafer prober apparatus (Comparative Example 1) that includes the guard electrode but does not apply the same ground potential to the chuck top conductor layer 2 and the guard electrode 5, an erroneous determination is made due to noise.
[0125]
【The invention's effect】
As described above, in the wafer prober apparatus of the present invention,The potential difference between the chuck top conductor layer and the guard electrode is within ± 10% of the potential of the chuck top conductor layer.Since the voltage is applied, the stray capacitor intervening in the measurement circuit can be canceled, and the wafer prober apparatus in which no noise due to the stray capacitor is generated and no malfunction occurs can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober apparatus including 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 constituting the wafer prober apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober constituting the wafer prober apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober constituting the wafer prober apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of a wafer prober constituting the wafer prober apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a case where the wafer prober used in the present invention is combined with a support base.
FIG. 10A is a longitudinal sectional view schematically showing a case where the wafer prober used in the present invention is combined with another support base, and FIG. 10B is a sectional view taken along the line BB in FIG.
FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views schematically showing a part of the manufacturing process of the wafer prober used in the present invention. FIGS.
FIGS. 12E to 12G are cross-sectional views schematically showing a part of the manufacturing process of the wafer prober used in the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401, 501 Wafer prober
2,72 Chuck top conductor layer
3, 73 Ceramic substrate
5, 75 Guard electrode
6, 76 Ground electrode
7 groove
8, 78 Suction hole
10 Insulation
11 Support stand
12 Outlet
13 Suction port
14 Refrigerant inlet
15 Support pillar
16, 17, 18, 87 Through hole
180 bag hole
19, 190, 191 External terminal pin
41, 42, 71 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 (2)

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るとともに、前記セラミック基板の内部にガード電極が配設されたウエハプローバ、および、電源を含んで構成されるウエハプローバ装置であって、
前記電源により、前記チャックトップ導体層と前記ガード電極との電位差が、チャックトップ導体層の電位の±１０％以内となるように電圧が印加されていることを特徴とするウエハプローバ装置。A wafer prober device including a chuck probe conductor layer formed on a surface of a ceramic substrate and a guard electrode disposed in the ceramic substrate, and a wafer prober device including a power source,
A wafer prober apparatus, wherein a voltage is applied by the power supply so that a potential difference between the chuck top conductor layer and the guard electrode is within ± 10% of a potential of the chuck top conductor layer . その表面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、その内部にガード電極が配設されたセラミック基板、および、電源を含んで構成されるウエハプローバ装置であって、
前記電源により、前記チャックトップ導体層と前記ガード電極との電位差が、チャックトップ導体層の電位の±１０％以内となるように電圧が印加されていることを特徴とするウエハプローバ装置。A wafer prober device including a ceramic substrate having a chuck top conductor layer formed on the surface thereof and a guard electrode disposed therein, and a power source,
A wafer prober apparatus, wherein a voltage is applied by the power supply so that a potential difference between the chuck top conductor layer and the guard electrode is within ± 10% of a potential of the chuck top conductor layer .
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