JP4525571B2 - ウェハ保持体およびそれを搭載したヒータユニット、ウェハプローバ - Google Patents

Description

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

従来、半導体の検査工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）に対して加熱処理が行われる。すなわち、ウェハを通常の使用温度よりも高温に加熱して、不良になる可能性のある半導体チップを加速的に不良化させて取り除き、出荷後の不良の発生を予防するバーンインが行われている。バーンイン工程では、半導体ウェハに半導体回路を形成した後、個々のチップに切断する前に、ウェハを加熱しながら各チップの電気的な性能を測定して、不良品を取り除いている。このバーンイン工程において、スループットの向上のために、プロセス時間の短縮が強く求められている。

このようなバーンイン工程では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのヒータが用いられている。従来のヒータは、ウェハの裏面全面をグランド電極に接触させる必要があるので、金属製のものが用いられていた。金属製の平板ヒータの上に、回路を形成したウェハを載置し、チップの電気的特性を測定する。測定時は、通電用の電極ピンを多数備えたプローブカードと呼ばれる測定子を、ウェハに数１０ｋｇｆから数百ｋｇｆの力で押さえつけるため、ヒータが薄いと変形してしまい、ウェハとプローブピンとの間に接触不良が発生することがある。そのため、ヒータの剛性を保つ目的で、厚さ１５ｍｍ以上の厚い金属板を用いる必要があり、ヒータの昇降温に長時間を要し、スループット向上の大きな障害となっていた。

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

そこで、特許文献１では、厚い金属板の代わりに、薄くても剛性が高く、変形しにくいセラミックス基板の表面に薄い金属層を形成することにより、変形しにくくかつ熱容量が小さいウェハプローバが提案されている。この文献によれば、剛性が高いので接触不良を起こすことがなく、熱容量が小さいので、短時間で昇温及び降温が可能であるとされている。そして、ウェハプローバを設置するための支持部材として、アルミニウム合金やステンレスなどを使用することができるとされている。

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

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

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

更に、スループットを向上するために、プローバの昇降温速度を向上するために、冷却機構が設けられていることが多い。しかしながら、従来は冷却機構が例えば特許文献1のように空冷であったり、金属製ヒータの直下に冷却板を設けたりしていた。前者の場合、空冷であるがために、冷却速度が遅いという問題点があった。また後者の場合でも、冷却板が金属であり、プロービング時に、この冷却板に直接プローブカードの圧力がかかるため、変形しやすいという問題点があった。

また、半導体の生産において、半導体基板などの加熱に利用されるヒータユニットは、例えばリソグラフ工程において基板上に塗布されたレジスト液を加熱乾燥するために用いられている。このような半導体の生産では、連続操業による大量生産によって製品の低価格化が競われており、このため製造装置ではタクトタイムの短縮化が要望されている。１台の装置で高いスループットを得るには、温度維持時間中の被処理材の処理時間はもちろんのこと、処理条件の変更に伴うヒータ温度変更に要する時間（昇温時間、冷却時間）を短くしていく必要がある。このため、特許文献２のように加熱されたヒータ基板に、所望の熱容量を有する冷却ブロックを当接することによって、ヒータ基板およびこのヒータ基板に載置した被処理物の温度を短時間で下げることを可能とし、その結果、熱処理工程の所要時間を短縮することが提案されている。しかし、この発明では、冷却ブロックとヒータとの間に界面が存在するため、接触抵抗が生じ、冷却速度をある程度以上速くすることはできないという問題があった。
特開２００１−０３３４８４号公報 特開２００４−０１４６５５号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、高剛性であり、断熱効果を高めることにより、位置精度の向上や均熱性の向上、更にはチップの急速な昇温と冷却ができ、ウェハ保持体の製造コストの低減が可能なウェハ保持体およびそれを搭載したウェハプローバ装置を提供することを目的とする。

本発明のウェハ保持体は、ウェハを載置するための載置面を有する載置台と、前記載置台を保持する保持部材とから構成されるウェハ保持体において、前記載置台の熱伝導率をＫ１、ヤング率をＹ１、前記保持部材の熱伝導率をＫ２、ヤング率をＹ２としたとき、Ｋ１＞Ｋ２かつＹ１＜Ｙ２であることを特徴とする。また、前記保持部材の下部に支持部材を備え、該支持部材の熱伝導率をＫ３としたとき、Ｋ２＞Ｋ３であることが好ましい。

前記保持部材の下面側に、冷却モジュールを有することが好ましく、また、前記保持部材の下面側に、発熱体を有することが好ましい。更に、前記冷却モジュールを有し、更にその下に発熱体を有することが好ましい。

前記支持部材は、保持部材を支持する複数の柱状部材を有することが好ましい。

前記載置台に、被載置物を吸着するための吸着孔と溝が形成されていることが好ましく、前記載置台に、前記保持部材を吸着するための吸着孔と溝が形成されていることが好ましい。

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

本発明によれば、断熱構造に優れ、軽量化を図ることのできるプローバを提供することができる。また、冷却モジュールを搭載することで、ウェハ保持体の降温速度を向上させることができる。更に、ウェハ保持体の製造コストの低減や均熱性の向上も図ることができる。

本発明の実施の形態を、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の一例である。本発明のウェハ保持体１は、ウェハを載置する載置台２と、該載置台を保持する保持部材３とから構成される。このとき、載置台の常温における熱伝導率をＫ１、ヤング率をＹ１、保持部材の常温における熱伝導率をＫ２、ヤング率をＹ２としたとき、Ｋ１＞Ｋ２であり、かつＹ１＜Ｙ２とする。

載置台の熱伝導率を保持部材の熱伝導率よりも高くすることにより、載置台のウェハ載置面の均熱性を向上させることができる。例えば、ウェハを加熱するための発熱体が、前記保持部材の下部に設置されている場合、発熱体で発生した熱は、保持部材、載置台を伝わり、ウェハを加熱する。保持部材の表面（載置台側）まで伝わった熱を、載置台の熱伝導率を高くすることで載置面全体に行渡らせ、均熱性を保持部材の表面よりも高くすることができる。つまり、保持部材の熱伝導率が低くても、載置台の熱伝導率が高いことで、均熱性を向上させることができる。すなわち、保持部材の載置台と接触する面の均熱性が悪くとも、載置台の高い熱伝導率によって温度を均一にすることができる。

均熱性を向上させるためには、載置台の熱伝導率が高いことが要求されるが、本発明のウェハ保持体を、例えばウェハプローバのような検査装置として使用する場合には、ウェハ保持体全体に剛性も要求される。このため、本発明では載置台のウェハ載置面の反対側に、載置台よりもヤング率の高い保持部材を配置する。このような構成にすることによって、ウェハ載置面の均熱性と、剛性に優れたウェハ保持体とすることができる。

載置台の材料としては、特に制約はないが、ウェハ載置面の均熱性を向上させるために、熱伝導率の高いものが好ましく、好適には１００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。これを満たす材料としては、金属では銅、アルミニウム、タングステン、モリブデンなどが上げられる。またセラミックスでは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などを例示することができる。また金属とセラミックスの複合体としてはアルミニウムやシリコンと炭化珪素、窒化アルミニウムなどの複合体（Ａｌ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＡｌＮ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ｓｉ−ＡｌＮ）を挙げることができる。

また、保持部材の材料としては、特に制約はないが、保持部材の剛性を高めるためにヤング率の高いものが好ましい。具体的には、金属ではタングステンやモリブデン、セラミックスの場合は炭化珪素やアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素などが挙げられ、更にはアルミニウムやシリコンと、炭化珪素、窒化アルミニウムの複合体なども挙げることができる。この保持部材は剛性が非常に重要な特性であるが、熱伝導率も高いことが好ましい。なぜなら、保持部材の下部に設置することができる発熱体や冷却モジュールなどの温度制御機構からの熱や冷気をすばやく伝えることができるようにして、応答性の速い保持部材とすることができるためである。この観点から上記材料の内、特に金属ではタングステンやモリブデン、セラミックスの場合は炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素などが挙げられ、更にはアルミニウムやシリコンと、炭化珪素、窒化アルミニウムの複合体なども挙げることができる。また、より好ましい保持部材のヤング率は２００ＧＰａ以上である。２００ＧＰａ以上のヤング率を有する材料を用いれば、保持部材の変形も大幅に低減することができるため、保持部材をより薄型化、軽量化できるため特に好ましい。

上記のような組み合わせのうち、載置台の常温における熱伝導率をＫ１、ヤング率をＹ１、保持部材の熱伝導率をＫ２、ヤング率をＹ２としたときに、Ｋ１＞Ｋ２、Ｙ１＜Ｙ２とする。このようにすることで、載置台にはウェハ載置面の均熱性を向上させる役割、保持部材には剛性を確保するための役割をそれぞれ担うことでコストの低いウェハ保持体を形成することができる。

載置台についてはウェハを吸着固定する必要があるため、真空吸着用の穴１０や、溝１１を形成する必要がある。これらを形成する場合には、一般に機械加工にて行うため、機械加工の行いやすい材料であるほうが好ましい。このため、保持部材より熱伝導率が高く、なおかつヤング率の低い材料が好ましい。

このため、最良の形態としては、載置台に熱伝導率が高い物質として、銅や銅合金を使用し、保持部材としては剛性の高いタングステンや、ＳｉＣ、ＳｉとＳｉＣの複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）を使用することができる。またウェハ保持体をより軽量化するためには、載置台にアルミニウムやその合金を使用し、保持部材にＳｉＣあるいはＳｉ−ＳｉＣを用いることができる。

載置台に銅やアルミニウムを用いれば、ウェハを保持するための真空吸着用の穴加工などの機械加工が、金属材料に施されるため、その加工コストは、例えばタングステンやＳｉ-ＳｉＣなどの剛性（ヤング率）の高い物質に対して施した場合に比較して、コストを低減することができるのである。

また、図１に示すように、載置台のウェハ載置面とは反対側の面にも真空吸着用の溝や、穴を機械加工することができる。このようにすることで、ウェハを載置し、真空吸着したとき、載置台と保持部材間も真空に吸着することができるため、保持部材と載置台との密着性が向上し、発熱体や冷却モジュールからの熱や冷気の移動をスムーズにすることができる。また載置台と保持部材は、例えばネジ止めなどの機械的な手法で固定することもできる。このような手法を組み合わせることで、載置台と保持部材の密着性を確保し、更に熱の伝わる速度を向上させることができる。

載置台のウェハ載置面には、導体層を形成することができる。導体層を形成する目的としては半導体製造工程で通常使用される腐食性のガス、酸、アルカリの薬液、有機溶剤、水などから載置台を保護し、且つ載置台に載置するウェハとの間に載置台より下部からの電磁ノイズを遮断するため、アースに落とす役割がある。

前記導体層の形成方法としては、特に制約はなく、導体ペーストをスクリーン印刷によって塗布した後焼成する、あるいは蒸着やスパッタ等の手法、あるいは溶射やメッキ等の手法が挙げられる。これらのうちでも、特に溶射法とメッキ法が好ましい。これらの手法においては、導体層を形成する際に、熱処理を伴わないため、載置台自体に、熱処理による反りが発生しないこと、またコストが比較的安価であるために特性の優れた安価な導体層を形成することができる。特にメッキ膜は、溶射膜に比較して緻密で電気伝導率の高い膜が得られやすいため特に好ましい。これらメッキや溶射に使用する材料としては、ニッケルや金が上げられる。これらの材料は比較的熱伝導率も高く、対酸化性にも優れているため好ましい。

前記導体層の表面粗さはＲａで０．５μｍ以下であることが好ましい。面粗さが０．５μｍを超えると、発熱量の大きな素子の測定をする場合、プロービング時に素子自身の自己発熱により発生する熱を導体層及び載置台から放熱することができず素子自身が昇温されて熱破壊してしまうことがある。面粗さはＲａで０．０２μｍ以下であるとより効率よく放熱できるため好ましい。

また、保持部材上に例えば熱伝導率の高い銅や金、銀のメッキ膜を形成することもできる。例えばメッキ膜厚を１００μｍ以上とすれば、載置面の温度分布を比較的均一にすることができるため好ましい。この場合、保持部材とその上部に形成するメッキ膜との密着性を確保するために、例えばニッケルメッキを形成した後、上記のような銅や金、銀をメッキすることも可能である。また、例えば熱伝導率の高い銅のメッキ膜を形成した後、耐酸化性、耐薬品性を付与するために、金メッキを施すことも可能である。

メッキ膜の厚みとしては、均熱性を向上させるために、１００μｍ以上であることが好ましい。これ以下のメッキ厚では、ウェハ載置面の温度を均一化する効果が薄くなる。メッキ膜の膜厚の上限については特に制約はない。このようにメッキ膜を形成した後、ウェハを吸着するための溝加工や、穴あけ加工を実施し、載置面を研磨することでウェハ載置面を形成することができる。この場合の加工は、剛性を有する保持部材を加工する場合に比較して、載置面の加工に関しては特にメッキ膜を加工するため、メッキ厚の分だけ保持部材の溝加工の深さを減少させることができるので、保持部材そのものを加工する場合に比較して、低コストで加工することができる。メッキ膜の厚みは、溝加工の深さより厚い方が好ましい。

また、保持部材上に熱伝導率の高い銅や金、銀を溶射膜によって形成することも可能である。この場合の膜厚に関しても、上記のメッキの場合と同様に１００μｍ以上であることが好ましい。溶射の場合においても、載置面の加工費をメッキの場合と同様安価にすることができるため好ましい。またメッキと溶射を組み合わせることも可能であることはいうまでもない。

保持部材の下部にはヒータや冷却モジュールなどの温度制御機構を設置することができる。例えば図３のように、保持部材３の下部に冷却モジュール５を設置することができる。冷却モジュールは、ウェハや載置台、保持板を冷却する必要が生じた際に、その熱を奪うことで、保持部材や載置台を急速に冷却することができる。

冷却モジュールは、可動式とすることができる。可動式にすれば、ウェハや載置台、保持部材を加熱する際は、冷却モジュールを保持部材から離間させることで、効率よく昇温することができ、冷却する際に保持部材に当接させることで急速に冷却することができる。冷却モジュールを可動式にする手法としては、エアシリンダーなどの昇降手段を用いる。このようにすることで、ウェハや載置台、保持部材の冷却速度を大幅に向上させ、スループットを増加させることができるため好ましい。またこの手法においては、冷却モジュールに、プロービング時のプローブカードの圧力が全くかからないため、冷却モジュールの圧力による変形もなく、更には、保持部材に冷気を吹き付ける空冷に比べ冷却能力も高いため好ましい。

また、ウェハや載置台、保持部材の冷却速度を優先する場合は、冷却モジュールを保持部材に固定しても良い。固定の形態としては、図３に示すように、保持部材３の下面に冷却モジュール５を固定することができる。この時、保持部材と冷却モジュールの間に、変形能と耐熱性を有し、かつ熱伝導率の高い軟性材を挿入することもできる。保持部材と冷却モジュールの間に互いの平面度や反りを緩和できる軟性材を備えることで、接触面積をより広くすることができ、本来備える冷却モジュールの冷却能力をより発揮することが出来るので、冷却速度を高めることができる。軟性材としては、耐熱性を有するもの、例えば、シリコン樹脂やエポキシ、フェノール、ポリイミドなどの耐熱製樹脂や、これらの樹脂に熱伝導性を向上させるためにＢＮやシリカ、あるいはＡｌＮなどのフィラーを分散させたものや、発泡金属などを例示することができる。

固定方法については特に制約はないが、例えばネジ止めや、クランプといった機械的な手法で固定することができる。またネジ止めで保持部材と冷却モジュールを固定する場合、ネジの個数を３個以上、更には６個以上とすることで両者の密着性が高まり、冷却能力がより向上するため好ましい。また、本構造の場合においては、保持部材と冷却モジュールが固定されているため、冷却速度を可動式の場合に比較して、速くすることができる。

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

保持部材と冷却モジュールを一体化する場合、使用する材質としては、上記の保持部材の材質として記載したセラミックスや、セラミックスと金属の複合体を使用することができる。保持部材の載置台と接触する面の反対面側には、冷却するための流路を形成し、更に該保持部材と同材質の基板を、例えば、ロウ付けや、ガラス付けなどの手法で一体化することでウェハ保持体を作製することができる。また当然のことながら、貼り付ける側の基板側に流路を形成しても良いし、両方の基板に流路を形成しても良い。また、ネジ止めにより一体化することも可能である。この場合、形成した流路から、Ｏ−リングなどを用いて、冷媒等が流れ出さないように工夫する必要がある。

このように、保持部材と冷却モジュールを一体化させることによって、上記に記載したように保持部材に冷却モジュールを固定した場合よりも更に素早くウェハや載置台、保持部材を冷却することができる。

また、本手法においては、一体化された保持部材の材質として、金属を使用することもできる。金属は、上記セラミックスやセラミックスと金属の複合体に比較して、加工が容易、安価であるため、冷媒の流路を形成しやすい。しかし、一体化した保持部材として金属を使用した場合、プロービング時に加わる圧力によって撓みが発生することがある。このため、一体化した場合の材質としてはタングステンやモリブデン、およびその合金や複合体が好ましい。

また、保持部材の材質が金属である場合、表面の酸化や変質が発生しやすい場合、または、電気導電性が高くない場合には、ウェハ載置面の表面に改めて導体層を形成することができる。この手法に関しては、上記に記載したように、ニッケル等の耐酸化性を有するメッキを施したり、溶射との組合せによって導体層を形成することができる。

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

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

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

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

また本発明においては、発熱体などの温度制御機構を取り付けることができる。取り付け位置に関しては特に制約はないが、冷却機能と、加熱機能の両方を兼ね備える必要がある場合には、載置台の下に保持部材を設置し、更にその下に冷却モジュール、ヒータの順番で取り付けることが好ましい。また冷却モジュールとヒータの順番を入れ替えてもかまわない。

発熱体の構成としては、種々の構造をとることができる。例えば、図４に示すように、抵抗発熱体６１を例えばマイカなどの絶縁体６２で挟み込んだものが発熱体６の構造として簡便であるので好ましい。抵抗発熱体は、金属材料を使用することができる。例えば、ニッケルやステンレス、銀、タングステン、モリブデン、クロムおよびこれらの金属の合金の、例えば金属箔を用いることができる。これらの金属の中では、ステンレスとニクロムが好ましい。ステンレスあるいはニクロムは、発熱体の形状に加工する時、エッチングなどの手法により、抵抗発熱体回路パターンを比較的に精度良く形成することができる。また、安価であり、耐酸化性を有するので、使用温度が高温であっても長期間の使用に耐えることができるので好ましい。

また発熱体を挟み込む絶縁体としては、耐熱性を有する絶縁体であれば特に制約はない。例えば上記のようにマイカや、シリコン樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂など特に制約はない。またこのような絶縁性の樹脂で発熱体を挟み込む場合、発熱体で発生した熱をよりスムーズに載置台や保持部材に伝えるために、樹脂中にフィラーを分散させることができる。樹脂中に分散するフィラーの役割は、シリコン樹脂等の熱伝導を高める役割があり、材質としては、樹脂との反応性無ければ特に制約はなく、例えば窒化硼素や、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどの物質を上げることができる。発熱体は、搭載部にネジ止め等の機械的手法で固定することができる。

また、抵抗発熱体を、スクリーン印刷などの手法で保持部材上や冷却モジュール上に形成してもかまわない。この場合、保持部材や冷却モジュールが絶縁体でない場合には、発熱体を形成する面にガラスなどの絶縁層を形成した後、発熱体を形成すればよい。発熱体の材質としては特に制約はないが、銀や白金、パラジウムおよびこれらの合金や混合物などが上げられる。

また本発明においては、発熱体で発生した熱をウェハ保持体の下部に伝えないために、支持部材を具備することが好ましい。支持部材の形状に関しては特に制約はないが、発熱体と直接接触しないほうが好ましい。このため、支持部材は直接保持部材を支持するような形状であることが好ましい。形状の一例としては図５に示すように、放射状に形成された複数の支柱である柱状部材４１を設置し、更に下部に平坦部４２を設け、支持部材４とする。この場合、冷却モジュール５は、図６に示すような形状とすることが好ましい。また、柱状部材の形状や個数には制限はない。しかし、支持部材の下部に冷却モジュールや発熱体を設置する場合は、柱状部材が多数存在したり、大型の柱状部材が存在すると、発熱体や冷却モジュールが分断されることがあるため、製作上困難を生じることがあるので注意が必要である。

また、保持部材や載置台のたわみを最小限にするためには、上記柱状部材を図７に示すように、一体化した形状にすることも可能である。この場合冷却モジュールや発熱体は複数に分割されることになる。更に別の形態としては、図８に示すように、柱状部材４１間に、更に別の支柱４３を設置することで、たわみを低減することができる。

支持部材や支柱の熱伝導率は保持部材の熱伝導率より低いことが好ましい。その理由は、ウェハが加熱されている場合においては、保持部材や、載置台の温度も上昇する。しかし、この熱が支持部材下部に到達すると、更にその下部に存在するウェハの位置合わせ等にかかわる駆動系の部品に熱が伝わってしまう。熱が伝わると、各部品が熱膨張してしまい、ウェハ等の位置合わせ精度が崩れてしまうため好ましくない。具体的な支持部材や支柱の材料としては、例えば金属の場合、ステンレス、鉄や、それらの鋳物が挙げられる。これらの材料は比較的安価であり、熱伝導率も低いためこのましい。またこれらの表面に耐熱性を向上させるために、耐熱性を有するニッケルや、金などのメッキや溶射膜を形成することも可能である。さらにセラミックスとしては比較的熱伝導率の低いムライトやアルミナ、及びそれらの複合体を上げることができる。また支持部材４の平坦部と柱状部材４１及び支柱４３は、別々に形成してもかまわないし、一体に形成してもかまわない。一体に形成する場合は、ウェハ保持体の組立にかかわるコスト低減が可能であるし、別々に形成した場合は、組立コストは上昇するものの、支持部材の平坦部と柱状部材の間、支柱と支持部材の平坦部の間、で界面が形成されるため、熱の伝わりが阻害され、断熱効果を高めることができる。このため、求められる特性によって構造を決定すればよく、特に制約はない。

また、上記のようなウェハ保持体を、ウェハ検査に使用するウェハ保持体に搭載すると、均熱性、断熱性に優れた装置とすることができ、更にコストも安価であるため、好ましい。

下記に示す材料によって、それぞれ載置台、保持部材を作製した。すなわち、厚み５ｍｍ、直径３２０ｍｍの銅板を用意した。これの両面に図１に示すような溝加工を両面に施し、更にこれらを連結させる穴を加工した。更に表面にニッケルメッキを施し、ウェハ載置面側を鏡面研磨加工し、平面度を５μｍ、表面粗さをＲａ＝０．０２μｍに仕上げ、載置台とした。

保持部材として、厚さ１０ｍｍ、直径３２０ｍｍのＳｉ−ＳｉＣ複合体を準備した。この複合体の上下面を研磨し、平面度、平行度をそれぞれ１０μｍ以下に加工して、保持部材とした。次に、図８に示す柱状部材４１と支柱４３をステンレスの鋳物で作製した。この支柱の上下面を研磨し、その平面度と平行度を１０μｍ以下とした。更に支持部材の平坦部として直径３２０ｍｍ厚み１０ｍｍのアルミナ基板を準備した。このアルミナ基板についても上下面を研磨し、平面度、平行度を１０μｍ以下とした。

更に、保持部材の下部に冷却モジュールを設置した。冷却モジュールは厚み５ｍｍ、直径３００ｍｍの銅板２枚に、それぞれ冷媒が流れる流路を機械加工により形成し、これをロウ付けによって接合し、更にその側面から冷媒の出入り口をそれぞれ形成したものであり、更に耐熱性を確保するために、表面にはニッケルメッキを施した。

ついで、冷却モジュールの下部に発熱体を設置した。発熱体は、厚み５０μｍのステンレス箔をエッチングにより回路形成し、ＢＮを分散させたシリコン樹脂によって挟み込んだ。これらを図９に示すように、載置台２、保持部材３、冷却モジュール５、発熱体６をネジ止めにより一体化した。そしてこれら支持部材４に搭載し、ネジ止めしてウェハ保持体Ａを完成した。なお、図９では、柱状部材４１や支柱４３の記載を省略している。

比較のために、直径３２０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの銅板を用いて上記と同様のウェハ保持体Ｂを作製した。ただし、この銅板の下部には保持部材を設けず、ウェハを吸着するための溝加工と穴加工は実施したが、保持部材を真空吸着する加工は行わなかった。

更に比較のために、直径３２０ｍｍ、厚さ１５ｍｍのＳｉ−ＳｉＣ基板を用いて上記と同様のウェハ保持体Ｃを作製した。ただし、このＳｉ−ＳｉＣ基板の下部には保持部材を設けず、ウェハを吸着するための溝加工と穴加工は実施したが、保持板を真空吸着する加工は行わなかった。しかしながら、載置台の加工時間は、銅の場合に比べ２倍以上の時間を要した。なお、銅と同じ加工条件では、刃具及び基板自体が破損してしまった。

使用した銅、Ｓｉ−ＳｉＣの常温における特性を表１に示す。

これらを用いて、それぞれ１８０℃でプロービングを行うとともに、ウェハの均熱性をウェハ温度計を用いて測定した。均熱性は、１８０℃に加熱した状態での、ウェハ温度計の最高値と最低値の差とした。その結果を表２に示す。

以上の結果から本発明のウェハ保持体Ａが、均熱性、コスト、プロービングともに良好であることがわかる。

本発明によれば、断熱構造に優れ、軽量化を図ることのできるプローバを提供することができる。また、冷却モジュールを搭載することで、ウェハ保持体の降温速度を向上させることができる。更に、ウェハ保持体の製造コストの低減や均熱性の向上も図ることができる。

本発明のウェハ保持体の断面構造の一例を示す。 本発明のウェハ保持体のウェハ載置面の一例を示す。 本発明のウェハ保持体の他の断面構造の一例を示す。 本発明の加熱体の断面構造の一例を示す。 本発明の支持部材の平面図の一例を示す。 本発明の冷却モジュールの平面図の一例を示す。 本発明の支持部材の他の平面図の一例を示す。 本発明の支持部材の他の平面図の一例を示す。 本発明のウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。

符号の説明

１ ウェハ保持体
２ 載置台
３ 保持部材
４ 支持部材
５ 冷却モジュール
６ 加熱体
１０ 穴
１１ 溝
４１ 柱状部材
４２ 平坦部
４３ 支柱
６１ 抵抗発熱体
６２ 絶縁体

Claims (4)

1. ウェハを載置するための載置面を有する載置台と、前記載置台を保持する保持部材とから構成されるウェハプローバ用のウェハ保持体において、前記載置台の載置面に被載置物を吸着するための吸着孔が形成されていると共に、前記載置台の載置面と反対側の面に前記保持部材を吸着するための吸着孔が形成されており、前記保持部材の下面側に冷却モジュールと発熱体とを有し、前記保持部材の下部に該保持部材を支持する複数の柱状部材を有する支持部材を備え、前記載置台の熱伝導率をＫ１、ヤング率をＹ１、前記保持部材の熱伝導率をＫ２、ヤング率をＹ２、前記支持部材の熱伝導率をＫ３としたとき、Ｋ１＞Ｋ２＞Ｋ３かつＹ１＜Ｙ２であることを特徴とするウェハプローバ用のウェハ保持体。
2. 前記保持部材の下面側に、冷却モジュールを有し、更にその下に発熱体を有することを特徴とする請求項１に記載のウェハプローバ用のウェハ保持体。
3. 請求項１又は２に記載したウェハ保持体を備えたことを特徴とするウェハプローバ用のヒータユニット。
4. 請求項３に記載のヒータユニットを備えたウェハプローバ。

Images