JP4094798B2

JP4094798B2 - ウエハレベルバーンイン装置用ウエハ支持台

Info

Publication number: JP4094798B2
Application number: JP2000141649A
Authority: JP
Inventors: 一彦都丸; 勉米山
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2020-05-15
Also published as: JP2001326261A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ支持台に関し、特に半導体ウエハ上に形成された半導体テバイスをウエハ状態で一括して同時に検査するための、バーンイン装置に使用されるウエハ支持台に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスは民生品であるパーソナルコンピューター、ゲーム機、携帯電話などのめざましい普及に伴い、低コスト化への要求が高まっており、低コスト化を実現するために、半導体デバイスをベアチップ状態で供給することが望まれている。そして、ベアチップに対して品質保証を行うためには、半導体デバイスをウエハ状態でバーンインする必要がある。
【０００３】
しかしながら、ウエハ上に形成された複数の半導体デバイスを個々にバーンインするには時間がかかり、コスト的に不利となる。そこで、特開平１１−１２１５４８号公報や特開平１１−１１８８３１号公報には、コンタクト部として複数のバンプを有するメンブレンプローブにより電圧を印加し、前記半導体デバイスの電気特性をウエハ状態で一括して検査する方法が提案されている。また、特開平１１−１２１５４８号公報には、メンブレンプローブを用いてウエハバーンインを行う時に、アルミニウムなどの金属よりなるウエハトレイでウエハを保持し、ウエハトレイ外周部に設置したシール部材にメンブレンプローブを接触させて、メンブレンプローブとウエハトレイ間に密閉空間を作り、この空間を真空吸引により減圧することによって、メンブレンブロープに形成された複数のコンタクト用バンプを半導体デバイスの電極に一括してコンタクトさせる方法が提案されており、低コスト化の成果を上げている。
【０００４】
しかしながら、前記の方法では、アルミニウム製トレイの表面が硬く柔軟性に欠けるために、ウエハのソリやメンブレンプローブの高さのバラツキを十分に吸収することがでず、プローブにかかる圧力が一定しないために、場合によっては確実なコンタクトがとれない部分が発生するという欠点があった。また、上記の欠点を解決するために、金属製台座表面に所定形状のシリコーンゴム層などのゴム層を有する真空吸引方式のウエハ支持台が提案されているが、バーンイン試験では１２０℃以上の高温にウエハを加熱して試験が行われるために、ゴムとシリコンウエハ裏面が固着し剥離が困難となるので、最悪の場合にはウエハが割れるという欠点があった。上記ゴムとシリコンウエハ裏面が固着し剥離が困難となる現象は、主にシリコーンゴム中に含まれるシリカ表面に残存する活性水酸基とシリコンウェハ表面の酸化膜との間で、高温下で水素結合などの化学的な結合が起こるためと考えられる。
【０００５】
また、本発明の真空吸引方式のウエハ支持台とは構造および使用方法が異なる静電チャック表面にシリコーンゴムを使用し、該シリコーンゴム表面にダイヤモンド状炭素膜を形成させ、加熱条件下でウエハとシリコーンゴム表面が固着することを防止することは、特開平１０−１５８８１５号公報に提案されている。しかしながらこの公報にはいかなるシリコーンゴムを用いるかについては何の記載もない。更に、静電チャックによるウエハ吸引力は一般的に真空吸引力に比較して小さい（０．００１〜０．０３ＭＰａ）ので、シリコーンゴム表面とウエハ裏面に加わる力が小さい。従って、上記の場合にはダイヤモンド状炭素膜を表面に形成することにより、前記した固着を防止することができていたが、真空吸引の場合にはウエハ裏面とシリコーンゴム表面に加わる力が０．０５〜０．１ＭＰａと大きく、ウエハ裏面とシリコーンゴム表面の擦れによりダイヤモンド状炭素膜が剥離するので、長期間使用した場合にはシリコーンゴム表面とウエハ裏面とが直接接触する割合が増加するようになり、シリコーンゴム自体がウエハと固着しやすいという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上記の欠点を解決すべく鋭意検討した結果、バーンイン装置に使用される真空吸引式のウエハ支持台として、金属性台座の表面に、順次、ウエハの歪みを吸収し得るシリコーンゴム及びダイヤモンド状炭素膜を形成させてなる支持台を用いた場合には極めて良好な結果を得ることができることを見出し、本発明に到達した。
従って本発明の目的は、シリコーンゴムとウエハ裏面の固着が起りにくい、バーンイン装置に使用される真空吸引式のウエハ支持台を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的は、半導体ウエハ上に形成されている複数の半導体デバイスの各電極に、コンタクト部として複数のバンプを有するメンブレンプローブにより電圧を印加し、前記半導体デバイスの電気特性をウエハ状態で一括して検査するバーンイン装置に使用される真空吸引方式のウエハ支持台において、該ウエハ支持台が、金属製台座の表面に、ウエハの歪みを吸収し得るシリコーンゴム層を有すると共に、該シリコーンゴムの表面にダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）が形成されており、前記シリコーンゴムが、下記（Ａ）〜（Ｃ）の成分を含有するシリコーンゴム組成物の硬化物からなることを特徴とするウエハレベルバーンイン装置用ウエハ支持台によって達成された。特に、本発明においては、シリコーンゴムとウエハ裏面とがバーンイン試験中に加えられる熱により固着するのを防止するために、シリコーンゴム中のシリカ表面の残存活性水酸基を減らすことが必要である。
（Ａ）平均組成式Ｒ ^１ _ａＳｉＯ _{（４−ａ）／２} で表されるオルガノポリシロキサン：１００重量部（但し、式中のＲ ^１は、同一または異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基であり、ａは１．９０〜２．０５の正数である）。
（Ｂ）ＢＥＴ法比表面積が５０ｍ ^２／ｇ以上で表面が疎水化処理されたシリカであって、その表面のＯＨ基数が０〜３．０個／ｎｍ ^２であるシリカ：１〜５０重量部。
（Ｃ）硬化剤：上記（Ａ）及び（Ｂ）からなる組成物を硬化させるのに必要な量。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に使用される金属製台座に使用される金属としては、アルミニウム合金、ジュラルミン、ステンレス、タングステンなどが挙げられるが、加工の容易さの観点から特にアルミニウム合金を使用することが好ましい。
本発明で使用するシリコーンゴムとしては、公知のミラブルタイプ又は液状タイプの何れの組成物を硬化させたものであっても使用可能であるが、シリコーンゴム層の厚みを均一にする観点から、流動性に優れ、金型を用いた圧縮成形または射出成形において加工性に優れる液状タイプの組成物を使用することが好適である。また、その硬化形態は過酸化物硬化型、付加反応硬化型、紫外線硬化型、電子線硬化型等のいずれの硬化型のものであっても良いが、過酸化物硬化型又は付加反応硬化型のものが、取り扱い容易性の観点から特に好適である。
【０００９】
本発明で使用するシリコーンゴム組成物は、下記（Ａ）〜（Ｃ）の成分を含有する。
（Ａ）平均組成式Ｒ^１ _ａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}で表されるオルガノポリシロキサン：１００重量部（但し、式中のＲ^１は、同一または異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基であり、ａは１．９０〜２．０５の正数である）。
（Ｂ）ＢＥＴ法比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上で表面が疎水化処理されたシリカであって、その表面のＯＨ基数が０〜３．０個／ｎｍ^２であるシリカ：１〜５０重量部。
（Ｃ）硬化剤：（Ａ）及び（Ｂ）からなる組成物を硬化させるのに必要な量。
【００１０】
上記平均組成式Ｒ^１ _ａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}におけるＲ^１の具体例としてはメチル基、エチル基等のアルキル基、ビニル基等のアルケニル基、フェニル基等のアリール基、トリフロロプロピル基等の、炭素原子に結合する水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基等が例示される。ａは１．９０〜２．０５の正数である。
上記平均組成式で表されるオルガノポリシロキサンは、一般的には、オルガノポリシロキサンの主鎖がジメチルポリシロキサン単位からなるもの、あるいはオルガノポリシロキサンの主鎖にビニル基、フェニル基、トリフロロプロピル基などを導入したものであることが好ましい。本発明においては、少なくとも２個のアルケニル基、特に、０．００１〜５モル％のアルケニル基を有することが好ましい。また、上記オルガノポリシロキサンの分子鎖末端はトリオルガノシリル基又は水酸基で封鎖されていることが好ましい。上記のトリオルガノシリル基としては、例えばトリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル基、トリビニルシリル基などが例示される。
【００１１】
（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンの重合度は特に限定されるものではないが、１００〜２０，０００の範囲であることが好ましく、特に２００〜１０，０００の範囲が好適である。従って、（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンとしては、オイル状からガム状のものまで種々の性状のものを用いることができ、シリコーンゴム組成物としては液状タイプ、又はミラブルタイプのいずれにも調整することができる。
【００１２】
（Ｂ）成分のシリカは、乾式シリカでも湿式シリカでもよく、エロジル１３０、エロジル２００、エロジル３００、エロジル３８０（何れも、日本アエロジル社製の商品名）、または、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ、ＭＳ−５、同ＭＳ−７（何れもＣａｂｏｔ社製の商品名）などの乾式シリカやＳａｎｔｏｃｅ１ＦＲＣ、同ＣＳ（何れもＭｏｎｓａｎｔｏ社製の商品名）、Ｈｉ−Ｓｉｌ２３３、同Ｘ３０３（何れもＰＰＧ社製の商品名）などの湿式シリカ表面に有機珪素化合物、好ましくはジメチルジクロロシラン又はヘキサメチルジシラザン等で表面疎水化処理を施した、ＯＨ基数が０〜３．０個／ｎｍ^２であるシリカである。特にシリカの平均粒子系が０．５〜５０μｍであり、ＢＥＴ法比表面積が８０〜５００ｍ^２／ｇであるものが好ましい。
【００１３】
（Ｃ）成分の硬化剤は、オルガノポリシロキサン（Ａ）の種類及び架橋反応機構により適宜避択される。架橋反応がラジカル反応の場合には、有機過酸化物が使用される。
このような有機過酸化物としては、例えばベンゾイルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、４−クロルベンゾィルパ−オキサイド、ジクミルパーオキサイド、パラメチルベンゾイルパーオキサイド、オルトメチルベンゾイルパーオキサイド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等が挙げられる。これらは、単独で使用することも、２種以上を組み合わせて使用することもできる。また、有機過酸化物の使用量はシリコーンゴム細成物を硬化させるのに必要な量であるが、通常（Ａ）成分のオルガノポリシロキサン１００重量部に対して０．１〜１０重量部、好ましくは０．２〜５重量部である。。
【００１４】
また、架橋反応が付加反応（脂肪族不飽和基を含むオルガノポリシロキサンの脂肪族不飽和基と、オルガノハイドロジェンポリシロキサン中の珪素原子に結合した水素原子（ＳｉＨ基）との間で生じるヒドロシリル化反応）である場合には、オルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金族金属又は白金族金属系化合物等の付加反応触媒とが組み合わせて使用されると共に、（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンとして、ビニル基やアリル基等の脂肪族不飽和基（アルケニル基）を有するものが使用される。
【００１５】
この場合、オルガノハイドロジェンポリシロキサン及び付加反応触媒は公知のものの中から適宜選択して使用することができる。オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、珪素原子に結合した水素原子を分子中に少なくとも２個有するものが使用される。付加反応触媒の具体例としては、塩化白金酸；アルコール変性塩化白金酸（米国特許３２２０９７２号）：塩化白金酸とオレフィンとのコンプレックス（米国社許３１５９６０１号、同３１５９６６２号、同３７７５４５２号）などが例示される。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンの使用量は、（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンのアルケニル基に対し、珪素原子に結合した水素原子の割合が０．５〜５、特に０．７〜３となる量であることが好ましい。
【００１６】
付加反応触媒の量はいわゆる触媒量でよく、通常白金族金属換算で、（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンに対して１〜１，０００ｐｐｍである。シリコーンゴム組成物の硬化後の硬度は１０〜９０（ＪＩＳＫ６２４９）の範囲のものとすることが好ましく、クッション効果の観点から特に１０〜６０の硬度であることが好ましい。シリコーンゴムを金属製台座上に形成する方法としては、シリコーンゴム組成物とシリコーンゴムを形成させる面にプライマー処理した金属製台座を金型に同時に仕込み、一体熱プレス成形によって形成させる方法；シリコーンゴムを形成させる面にプライマー処理した金属製台座を金型に仕込み、次いでシリコーンゴム組成物をトランスファーまたは射出成形により一体成形させる方法；さらに、シリコーンゴム組成物を、金型を使用して熱ブレス成形、トランスファー成形、射出成形などにより予め所定の形状に成形しておき、金属製台座に公知のシリコーンゴム系接着剤等の接着剤を用いて接着する方法等がある。
【００１７】
シリコーンゴムの表面に設けられるダイヤモンド状炭素膜は、メタン、エタンなどの炭化水素を原料ガスとして、プラズマＣＶＤ法によって形成することができる。また、シリコーンゴムとダイヤモンド状炭素膜間の密着性を向上させるために、シリコーンゴム表面を紫外線や電子線により予め処理しても良い。ダイヤモンド状炭素膜の膜厚は０．０１〜５０μｍの範囲であることが好ましく、シリコーンゴムのクッション性を維持しつつ表面のタックを解消する観点から、特に１〜３０μｍの範囲が好適である。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
実施例１．
Ａ；ジメチルシロキサン単位９９．８５モル％及びメチルビニルシロキサン単位０．１５モル％から成る、平均重合度が８，０００のメチルビニルポリシロキサン１００重量部、
Ｂ：シリカ粉（日木アエロジル社製のアエロジル２００（商品名）をヘキサメチルジシラザン処理した、残存水酸基数が１個／ｎｍ^２のシリカ）２０重量部、
Ｃ：ジ-ｔ-ブチルパーオキサイド（硬化剤）２重量部、
Ｄ：カーボンブラック（着色剤）０．５重量部、
からなるミラブルタイプのシリコーンゴム組成物を使用し、金型を用いて図１に示すシリコーンゴム成形体を熱プレス成形した。成形条件は１７０℃、１０分、５ＭＰaであり、更に、オーブン中、２００℃で４時間ポストキュアを行った。
【００１９】
同一成形条件にて、物性測定用として２ｍｍ厚のシートを成形し、Ｊ１ＳＫ６２４９の試験方法によって物性を測定したところ、硬さは４７、伸びは３４０％、引っ張り強さは５ＭＰaであった。次にシリコーンゴム成形体のウエハと接触する面に、以下の条件で、プラズマＣＶＤ法によって、ダイヤモンド状炭素膜（膜厚５μｍ）を形成させた。
プラズマＣＶＤ条件：
高周波電極の寸法：３００ｍｍ
原料ガス：メタンガス１００ｓｃｃｍ
高周波電力：１３.５６ＭＨｚ、２５０Ｗ
真空度：１０Ｐａ
成膜速度：５０ｎｍ／分
成膜時間：１００分
次に、直径２５０ｍｍで厚みが１０ｍｍのアルミニウム台座に、スクリーン印刷によりシリコーンゴム接着剤ＫＥ４５を膜厚が１５μｍとなるように塗布し、上記シリコーンゴム成形体を接着して図２に示すウエハ支持台を作製した。
【００２０】
実施例２．
Ａ−１：分子鎖両末端がトリビニルシリル基で封鎖されている、２５℃での粘度が１００Ｐａ・ｓであるジメチルポリシロキサン１００重量部、
Ａ−２：下記式で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン２．５重量部

Ｂ−１：シリカ粉（モンサント社製のＳａｎｔｏｃｅｌＦＲＣ（商品名）をヘキサメチルジシラザン処理したもので、残存水酸基が０．５個／ｎｍ^２のシリカ）１０重量部、
Ｂ−２：（ＣＨ_３）_３ＳｉＯ_０．５単位とＳｌＯ_２単位のモル比が０．９のシリコーン樹脂５重量部、
Ｃ：塩化白金酸の２％イソプロピルアルコール溶液０．１重量部、
Ｄ：３-メチル-３-ヒドロキシ-１-ブチン０．０１重量部、
からなる液状タイプのシリコーンゴム組成物を使用して、図１に示すシリコーンゴム成形体を、金型を用いて熱プレス成形した。
【００２１】
成形条件は１５０℃、１０分、５ＭＰａであった。同一成形条件にて、物性測定用に厚み２ｍｍのシートを成形し、ＪＩＳＫ６２４９の試験方法によって物性を測定したところ、硬さは３８、伸びは３００％、引っ張り強さは４ＭＰａであった。次に、シリコーンゴム成形体のウエハと接触する面に、以下の条件でプラズマＣＶＤ法を実施し、ダイヤモンド状炭素膜（膜厚１０μｍ）を形成させた。
【００２２】
プラズマＣＶＤ条件：
高周波電極の寸法；３００ｍｍ
原料ガス：メタンガス２００ｓｃｃｍ
高周波電力：１３．５６ＭＨｚ，３５０Ｗ
真空度：２０Ｐａ
成膜速度：１００ｎｍ／分
成膜時間：１００分
次に、直径２５０ｍｍで厚みが１０ｍｍのアルミニウム台座に、スクリーン印刷によりシリコーンゴム接着剤ＫＥ４５を膜厚が１５μｍとなるように塗布し、上記シリコーンゴム成形体を接着することによって図２に示すウエハ支持台を作製した。
【００２３】
実施例１及び２で得られたウエハ支持台を、図３に示すウエハレベルバーンイン装置の試験環境と同様の環境とすることができる真空圧着装置に装着し、ウエハ支持台表面に、直径が２００ｍｍのシリコンウエハを０．１ＭＰａの圧力で押しつけると同時に、ヒーターによりウエハ温度が１３０℃を保った状態で２時間加熱する試験を１，０００回繰り返して実施した。この試験の間中、ウエハと支持台が固着することはなく、ウエハを容易に剥離することができた。また、試験後のダイヤモンド状炭素膜は、シリコーンゴム表面の１／３の面積で脱落していた。この結果から、本発明のウエハ支持台は、実際のウエハレベルバーンイン装置に応用した場合においても、ウエハの固着がなく極めて有用であることが確認された。
【００２４】
比較例１．
実施例１において使用したシリカ粉の代りに、日木アエロジル社製のアエロジル２００（商品名）で残存水酸基数が３.５個／ｎｍ^２のシリカ粉２０部を配合したシリコーンゴムを用いると共に、該表面にダイヤモンド状炭素膜を形成せずに作製したウエハ支持台を、図３に示すウエハレベルバーンイン装置の試験環境と同様の環境とすることができる真空圧着装置に装着し、ウエハ支持台表面に、直径が２００ｍｍのシリコンウエハを０．１ＭＰａの圧力で押しつけると同時に、ヒーターによりウエハ温度を１３０℃に保った状態で２時間加熱した。この場合には、１回の試験の後、ウエハがシリコーンゴムと強固に固着したため、ウエハを剥離することができなかった。
【００２５】
比較例２．
シリコーンゴム表面にダイヤモンド状炭素膜を実施例１と全く同様に形成させた他は上記比較例１と全く同様にして作製したウエハ支持台を、図３に示すウエハレベルバーンイン装置の試験環境と同様の環境とすることができる真空圧着装置に装着し、ウエハ支持台表面に、直径が２００ｍｍのシリコンウエハを０．１ＭＰａの圧力で押しつけると同時に、ヒーターによりウエハ温度を１３０℃に保った状態で２時間加熱する試験を繰り返し実施したところ、繰り返し５０回目でウエハがシリコ一ンゴムと強固に固着し、ウエハを剥離することができなくなった。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ支持台の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明のウエハ支持台の平面図及びＣ−Ｃ断面図である。
【図３】ウエハレベルバーンイン装置の試験環境と同様の環境とすることができる真空圧着装置。
【符号の説明】
１シリコーンゴム成形体
２脱気用溝
３脱気用貫通孔
４金属製台座
５ダイヤモンド状炭素膜
６真空圧着機
７ヒーター
８シリコーンゴムダイヤフラム
９シリコンウエハ
１０ウエハ支持台

Claims

半導体ウエハ上に形成されている複数の半導体デバイスの各電極に、コンタクト部として複数のバンプを有するメンブレンプローブにより電圧を印加し、前記半導体デバイスの電気特性をウエハ状態で一括して検査するバーンイン装置に使用される真空吸引方式のウエハ支持台において、該ウエハ支持台が、金属製台座の表面に、ウエハの歪みを吸収し得るシリコーンゴム層を有すると共に、前記シリコーンゴムの表面にダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）が形成されており、前記シリコーンゴムが、下記（Ａ）〜（Ｃ）の成分を含有するシリコーンゴム組成物の硬化物からなることを特徴とする、ウエハレべルバーンイン装置用ウエハ支持台。
（Ａ）平均組成式Ｒ ^１ _ａＳｉＯ _{（４−ａ）／２} で表されるオルガノポリシロキサン：１００重量部（但し、式中のＲ ^１は、同一または異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基であり、ａは１．９０〜２．０５の正数である）。
（Ｂ）ＢＥＴ法比表面積が５０ｍ ^２／ｇ以上で表面が疎水化処理されたシリカであって、その表面のＯＨ基数が０〜３．０個／ｎｍ ^２であるシリカ：１〜５０重量部。
（Ｃ）硬化剤：上記（Ａ）及び（Ｂ）からなる組成物を硬化させるのに必要な量。
前記（Ｂ）成分のシリカの平均粒子径が０．５〜５０μｍであると共に、ＢＥＴ法比表面積が８０〜５００ｍ ^２／ｇである、請求項１に記載されたウエハレベルバーンイン装置用ウエハ支持台。
前記（Ｂ）成分のシリカの表面疎水化処理が、ジメチルジクロロシラン及び／又はヘキサメチルジシラザンによる処理である、請求項１又は２に記載されたウエハレベルバーンイン装置用ウエハ支持台。