JP4646715B2 - ウェハプローバ用ウェハ保持体およびそれを搭載したウェハプローバ - Google Patents

Description

本発明は、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台として、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。
特開２００１−０３３４８４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、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ウェハプローバ用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。

本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体と、該支持体を載置する台座とからなり、支持体と台座との間の一部に空隙を有することを特徴とする。前記チャックトップもしくは支持体に発熱体を備えることが好ましい。

また、前記支持体あるいは台座の形状は、少なくともどちらか一方が有底円筒形状であることが好ましく、両方が有底円筒形状であってもかまわない。どちらか一方が有底円筒形状であれば、他方の形状は、平板形状であってもよい。

前記空隙内に、冷却モジュールを備えることが好ましく、用途や目的に応じて該冷却モジュールが可動式であっても良いし、支持体に対して固定されていても良い。更に支持体と冷却モジュールを一体化しても良い。この場合、支持体のウェハ載置面の反対側に支持体変形防止用基板を備えても良い。また、冷却モジュールの上にチャックトップの機能を有する変形防止用基板を備えても良い。

このようなウェハプローバ用ウェハ保持体を備えたウェハプローバ用のヒータユニット、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チャックトップの昇降温速度を向上させることができる。

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。本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体１は、チャックトップ導体層３を有するチャックトップ２と、該チャックトップを支持する支持体４と、該支持体を載置する台座５からなり、支持体４と台座５の間の一部に空隙６を有する。この空隙６を有することで、断熱効果を高めることができる。空隙の形状には特に制約はなく、チャックトップで発生した熱やあるいは冷気が支持体に伝わる量を極力抑えた形状とすればよい。図１では、台座５を有底円筒形状とし、支持体４を平板形状として、空隙６を形成している。支持体を平板形状とすることにより、チャックトップの変形を低減することができる。

また、図２に示すように、支持体４に凹部を形成して有底円筒形状とし、空隙６を形成してもよい。更に、図３に示すように、支持体４と台座５の両方に凹部を形成し、空隙６としてもよい。このような空隙６を形成することにより、空気層を形成することができるので、断熱効果を高めることができる。

また、図４に示すように、支持体や台座を厚み方向に複数に分割することもできる。支持体や台座を複数に分割することによって、多数の界面１０を形成することができるので、断熱効果をさらに高めることができる。

チャックトップおよび／または支持体には、発熱体７を備えることが好ましい。発熱体７は、図１に示すように、チャックトップ２と支持体４の間に設置してもよく、図２に示すように、支持体４のチャックトップとは反対側に設置してもよく、また、両方に備えてもよい。これは近年の半導体のプロービングにおいては、ウェハを１００〜２００℃の温度に加熱する必要が多いからである。発熱体の設置位置は、チャックトップまたは支持体のどちらか一方でもよいし、両方に設置してもよい。このうち、チャックトップのみに発熱体を形成することが最も好ましい。その理由は、支持体に発熱体を形成した場合に比較して、ウェハ載置面上の温度の応答性に優れること、更には、チャックトップの下部に支持体が存在することによって、支持体とチャックトップ間に界面が存在することによって断熱構造が形成されているために、より効果的に断熱特性を向上させることができるため好ましい。

このため、もし発熱体の熱を台座に伝わることを防止することができなければ、ウェハプローバ支持体下部に備わる、駆動系に熱が伝わり、各部品の熱膨張差により、機械精度にズレを生じ、チャックトップ上面（ウエハ載置面）の平面度、平行度、駆動系の位置精度を著しく劣化させる原因となる。しかし、本構造は断熱構造であることから平面度、平行度、駆動系の位置精度を著しく劣化させることはない。さらに、中空構造であることから、円柱形状の支持体に比べ軽量化が図れる。

図５に示すように、発熱体７は、抵抗発熱体７１をマイカなどの絶縁体７２で挟み込んだものが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スにチャックトップに伝えるために、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。加熱体は、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、支持体のヤング率は２００ＧＰａ以上であることが好ましい。支持体のヤング率が２００ＧＰａ未満である場合には、底部の厚みを薄くできないため、空隙部の容積を十分確保できず、断熱効果が期待できない。さらに後述する冷却モジュールを搭載するスペースも確保できない。また、より好ましいヤング率は３００ＧＰａ以上である。３００ＧＰａ以上のヤング率を有する材料を用いれば、支持体の変形も大幅に低減することができるため、支持体をより小型化、軽量化できるため特に好ましい。

また、支持体の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。支持体の熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫを超えると、チャックトップに加えられた熱が、容易に支持体に伝わり、駆動系の精度に影響を及ぼすため好ましくない。近年ではプロービング時の温度として１５０℃という高温が要求されるため、支持体の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることが特に好ましい。またより好ましい熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ以下である。この程度の熱伝導率になると、支持体から駆動系への熱の伝達量が大幅に低下するためである。これらを満たす具体的な支持体の材質は、ムライトもしくはアルミナ、ムライトとアルミナの複合体（ムライト−アルミナ複合体）であることが好ましい。ムライトは熱伝導率が小さく断熱効果が大きい点が、アルミナはヤング率が大きく、剛性が高い点で好ましい。ムライト−アルミナ複合体は熱伝導率がアルミナより小さく且つヤング率がムライトより大きく、総合的に好ましい。

また、台座のヤング率は２００ＧＰａ以上であることが好ましい。台座のヤング率が２００ＧＰａ未満である場合には、底部の厚みを薄くできないため、空隙部を形成する場合には、その空隙部の容積を十分確保できず、断熱効果が期待できない。さらに後述する冷却モジュールを搭載するスペースも確保できない。また、より好ましいヤング率は３００ＧＰａ以上である。３００ＧＰａ以上のヤング率を有する材料を用いれば、台座の変形も大幅に低減することができるため、台座をより小型化、軽量化できるため特に好ましい。

また、台座の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。台座の熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫを超えると、チャックトップに加えられた熱が、容易に支持体に伝わり、駆動系の精度に影響を及ぼすため好ましくない。近年ではプロービング時の温度として１５０℃という高温が要求されるため、支持体の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることが特に好ましい。またより好ましい熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ以下である。この程度の熱伝導率になると、支持体から駆動系への熱の伝達量が大幅に低下するためである。これらを満たす具体的な台座の材質は、ムライトもしくはアルミナ、ムライトとアルミナの複合体（ムライト−アルミナ複合体）であることが好ましい。ムライトは熱伝導率が小さく断熱効果が大きい点が、アルミナはヤング率が大きく、剛性が高い点で好ましい。ムライト−アルミナ複合体は熱伝導率がアルミナより小さく且つヤング率がムライトより大きく、総合的に好ましい。

以上支持体と台座の特性について述べてきたが、チャックトップに対して両者ともヤング率、熱伝導率ともにその特性を満たしていることが好ましいが、どちらか一方がその特性を満たしていても使用条件によっては駆動部に対する断熱性が十分である場合もあるため、その使用条件によって適宜材料選択をすれば良い。

有底円筒形状の支持体または台座の円筒部分の肉厚は、２０ｍｍ以下であることが好ましい。２０ｍｍを超えると、チャックトップから支持体への熱伝達量が大きくなるため、好ましくない。このため、有底円筒形状の支持体または台座の円筒部分の肉厚は、１５ｍｍ以下が好ましい。但し、肉厚が１ｍｍ未満になると、ウェハを検査する際に、ウェハにプローブカードを押し当てるが、そのときの押さえつけ圧力により、支持体や台座の円筒部分が変形したり、最悪破損したりするため好ましくない。最も好ましい厚みとしては１０ｍｍから１５ｍｍである。さらに、円筒部のうち支持体もしくは台座と接触する部分の肉厚は２〜５ｍｍが好ましい。この程度の厚みが、支持体の強度と断熱性のバランスが良く、好ましい。

台座の底部の厚みは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。台座底部の厚みが１０ｍｍ未満であるとウェハ検査時にプローブカードからの圧力がチャックトップに加わり、更に台座にまで伝わるため、台座の底部にたわみを生じ、このためチャックトップの平面度を悪化させるため好ましくない。好ましくは、１０ｍｍから３５ｍｍである。３５ｍｍ以下であれば小型化でき好適である。また、支持体もしくは台座の円筒部と底部を一体ではなく分離した構造とすることも可能である。この場合、分離された円筒部と底部は互いに界面を有するため、この界面が熱抵抗層となり、チャックトップから支持体に伝わる熱がこの界面で一端遮断されるため、底部の温度が上昇しにくくなるため好ましい。

チャックトップを支持する支持体の支持面には断熱構造を有することが好ましい。この断熱構造としては、支持体に切り欠き溝を形成し、チャックトップと支持体の接触面積を小さくすることで断熱構造を形成することができる。チャックトップに切り欠き溝を形成し、断熱構造を形成することも可能である。この場合、チャックトップのヤング率が２５０ＧＰａ以上有していることが必要である。すなわち、チャックトップにはプローブカードの圧力が加わるため、切り欠きが存在すると、ヤング率が小さい材料である場合には、その変形量がどうしても大きくなり、変形量が大きくなると、ウェハの破損や、チャックトップ自身の破損につながることがある。しかし、支持体や台座に切り欠きを形成すれば上記のような問題は発生しないため、好ましい。

切り欠きの形状としては図６に示すように、同心円状の溝２１を形成したものや、図７に示すように放射線状に溝２２を形成したもの、あるいは、突起を多数形成したものなど、形状には特に制約はない。但し、いずれの形状においても対称な形状にする必要がある。形状が対称でない場合は、チャックトップに掛かる圧力を均一に分散することができなくなり、チャックトップの変形や、破損に影響するため好ましくない。

また、断熱構造の形態として、図８に示すように、チャックトップと支持体の間あるいは支持体と台座の間に、複数の柱状部材２３を設置することが好ましい。配置は同心円状に均等あるいはそれに類似した配置で８個以上あることが好ましい。特に近年ではウェハの大きさが８〜１２インチと大型化しているため、これよりも少ない数量では、柱状部材間の距離が長くなり、プローブカードのピンをチャックトップに載置されているウェハに押し当てた際、柱状部材間で撓みが発生しやすくなるため、好ましくない。一体型である場合に比べ、チャックトップとの接触面積が同一の場合、チャックトップと柱状部材、柱状部材と支持体間と界面を２つ形成することができるため、その界面が熱抵抗層となり、熱抵抗層を２倍に増加できるため、チャックトップで発生した熱を効果的に断熱することが可能となる。この柱状部材の形状としては円柱状であっても良いし、三角柱、四角柱、さらにはどのような多角形であっても良く、その形状に対しては特に制約はない。いずれにしろ、このように柱状部材を挿入することによってチャックトップから支持体への熱を遮断することができる。

前記断熱構造に使用する柱状部材の材質としては熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。これよりも熱伝導率が高い場合、断熱効果が低下するため、好ましくない。柱状部材の材質としてはＳｉ_３Ｎ_４、ムライト、ムライト−アルミナ複合体、ステアタイト、コージライト、ステンレス、ガラス（繊維）、ポリイミドやエポキシ、フェノールなどの耐熱樹脂やこれらの複合体を使用することができる。

前記支持体と台座もしくは柱状部材との接触部分の表面粗さがＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。表面粗さがＲａ０．１μｍ未満である場合、支持体と台座もしくは柱状部材との接触面積が増加すると共に、両者の間の隙間が相対に小さくなるため、Ｒａ０．１μｍ以上の場合に比較して熱の伝達量が大きくなるため好ましくない。また、表面粗さの上限は特にはない。但し、表面粗さＲａが５μｍ以上の場合、その表面を処理するためのコストが高くなることがある。表面粗さをＲａ０．１μｍ以上にするための手法としては、研磨加工や、サンドブラスト等による処理を行うと良い。但しこの場合においては、その研磨条件やブラスト条件を適切化し、Ｒａ０．１μｍ以上に制御する必要がある。

また台座底部の表面粗さはＲａ０．１μｍ以下であることが好ましい。上記と同様に、台座底部の表面粗さが粗いことによって、駆動系への熱の伝達量も小さくすることができる。また前記支持体または台座の底部と円筒部が分離できる場合、その接触部の表面粗さは少なくともそのどちらかがＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。これより小さい表面粗さでは、円筒部分から底部への熱の遮断効果小さい。更に前記柱状部材の支持体あるいは台座との接触面の表面粗さについてもＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。この柱状部材に付いても同様表面粗さを大きくすることで支持体への熱の伝わりを小さくすることができる。以上のように、各部材に界面を形成し、その界面の表面粗さをＲａ０．１μｍ以上とすることで支持体底部への熱の伝達量を低減することができるため、結果的に発熱体への電力供給量も低減することができる。

前記支持体あるいは台座の円筒部分の外周部と、支持体、台座とのそれぞれの接触面、または前記支持体または台座の円筒部分の外周部と柱状部材との接触面、との直角度は、測定長１００ｍｍに換算して、１０ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、直角度が１０ｍｍを超えると、チャックトップから加わった圧力が支持体の円筒部分に加わる際に、円筒部分自身の変形が発生しやすくなるため好ましくない。

支持体と台座の表面には、金属層が形成されていることが好ましい。チャックトップを加熱するための発熱体から発生する電磁波が、ウェハの検査時にノイズとなり、影響を及ぼすが、支持体と台座に金属層を形成すれば、この電磁波を遮断することができるため好ましい。金属層を形成する方法としては、特に制約はない。例えば、銀や金、ニッケル、銅などの金属粉末にガラスフリットを添加した導体ペーストをはけなどで塗布して焼き付けても良い。

またアルミニウムやニッケルなどの金属を溶射により形成してもよい。また、表面にメッキで金属層を形成することも可能である。また、これらの手法を組み合わせることも可能である。すなわち、導体ペーストを焼き付けた後、ニッケルなどの金属をメッキしても良いし、溶射後にメッキを形成しても良い。これらの手法のうち特にメッキまたは溶射が好ましい。メッキは密着強度が強く、信頼性が高いため好ましい。また溶射は比較的低コストで金属膜を形成することができるため好ましい。

また、金属層は、支持体や台座の表面の少なくとも一部に導体を具備することでもよい。使用する材質については、導体であれば特に制約は無い。例えば、ステンレスや、ニッケル、アルミニウムなどを挙げることができる。

導体を具備する方法は、支持体や台座の側面にリング形状の導体を取り付けることが可能である。前記材質の金属箔を支持体の外径よりも大きい寸法でリング形状に成形し、これを支持体の側面に取り付けることができる。また支持体の底面部分に、金属箔あるいは金属板を取り付けてもよく、側面に取り付けた金属箔と接続することでよりシールド効果を高めることができる。また、支持体内部の空間を利用し、金属箔あるいは金属板を有底円筒形空間内に取り付けても良く、側面及び底面に取り付けた金属箔と接続することでよりシールド効果を高めることができる。このような手法を採用することによって、メッキや導体ペーストを塗布する場合に比較して、比較的安価に上記効果を得ることができるため好ましい。金属箔および金属板と支持体あるいは台座との固定方法に関しては特に制約はないが、例えば金属ネジを用いて、金属箔及び金属板を支持体あるいは台座に取り付けることができる。また支持体あるいは台座の底面部と側面部の金属箔及び金属板を一体化してもよい。

また、図９に示すように、空隙部の中心部付近には、支持棒８が具備されていることが好ましい。この支持棒は、チャックトップにプローブカードが押し付けられた際に、チャックトップの変形を抑えることができる。このときの中心部の支持棒の材質としては、空隙部が形成されている側の支持体または台座の材質と同一であることが好ましい。支持体、台座、支持棒ともにチャックトップを加熱する加熱体から熱を受けるため、熱膨張する。このとき空隙部を形成している支持体や台座の材質が異なると熱膨張係数差により支持体や台座と支持棒の間に段差が生じ、これによってチャックトップが変形しやすくなるため好ましくない。支持棒の大きさとしては、特に制約はないが、断面積が０．１ｃｍ^２以上であることが好ましい。断面積がこれ以下である場合には、支持の効果が十分でなく、支持棒が変形しやすくなるため好ましくない。また断面積は１００ｃｍ^２以下であることが好ましい。これ以上の断面積を有する場合、後述するが、支持体や台座の円筒部分に挿入される冷却モジュールの大きさが小さくなり、冷却効率が低下するため好ましくない。また支持棒の形状としては、円柱形状や、三角柱、四角柱、あるいはパイプ形状など特に制約はない。支持棒を支持体や台座に固定する方法としては、特に制約はない。活性金属によるロウ付けや、ガラス付け、ネジ止めなどが上げられる。これらの中では、ネジ止めが特に好ましい。ネジ止めすることによって、脱着が容易となり、さらには固定時に熱処理を行わないため、支持体や、支持棒の熱処理による変形を抑えることができるためである。

またチャックトップや支持体を加熱する発熱体とチャックトップや支持体との間にも電磁波を遮断（シールド）するための金属層が形成されていることが好ましい。この電磁シールド電極層は、前記の支持体や台座に金属層を形成する手法を用いることができる。また、例えば金属箔を発熱体とチャックトップまたは支持体との間に挿入することができる。この場合、使用する金属箔としては特に制約はないが、発熱体が２００℃程度の温度になるため、ステンレスやニッケル、あるいはアルミニウムなどの箔が好ましい。

また、電磁シールド層とチャックトップ、支持体との間に絶縁層を備えることが好ましい。この絶縁層の役割は、加熱体等で発生した電磁波や電場などのウェハのプロービングに影響を与えるノイズを遮断する役割がある。このノイズは特にウェハの高周波特性を測定する場合に顕著に影響するものであり、通常の電気特性の測定には本ノイズは大きな影響を与えない。すなわち、加熱体で発生するノイズは前記電磁シールド層により、かなりの部分は遮断されるが、電磁シールド層とチャックトップが絶縁体である場合にはチャックトップのウェハ載置面に形成されたチャックトップ導体層との間、もしくはチャックトップが導体である場合には、チャックトップ自身と電磁シールド層との間に、電気回路上コンデンサが形成され、このコンデンサ成分がウェハのプロービング時にノイズとして影響することがある。このため、これらの影響を低減するためには、電磁シールド層とチャックトップとの間に絶縁層を形成することで上記ノイズを低減することができる。

このときの絶縁層の抵抗値は１０^７Ω以上であることが好ましい。抵抗値が１０^７Ω未満の場合、加熱体からの影響によって、チャックトップ導体層に向かって微小な電流が流れ、これがプロービング時のノイズとなり、プロービングに影響を及ぼすため好ましくない。絶縁層の抵抗値を１０^７Ω以上とすれば、上記微小電流をプロービングに影響のない程度に低減することができるため好ましい。特に最近ではウェハに形成される回路パターンも微細化が進んでいるため、上記のようなノイズをできるだけ低減しておく必要があり、絶縁層の抵抗値を１０^１０Ω以上とすることで、更に信頼性の高い構造とすることができる。

また絶縁層の誘電率は１０以下であることが好ましい。絶縁層の誘電率が１０を超えると、絶縁層を挟み込む電磁シールド層とチャックトップに電荷が蓄えられやすくなり、これがノイズ発生の原因となるため好ましくない。特に最近では、上記のようにウェハ回路の微細化が進展していることから、ノイズを低減しておく必要があり、誘電率は４以下、更には２以下とすることが特に好ましい。誘電率を小さくすることで、絶縁抵抗値や静電容量を確保するために必要な絶縁層の厚みを薄くすることができ、絶縁層による熱抵抗を小さくできるため好ましい。

さらにチャックトップが絶縁体の場合は、チャックトップ導体層と、電磁シールド層間、チャックトップが導体である場合には、チャックトップ自身と電磁シールド層間の静電容量は５０００ｐＦ以下であることがこのましい。５０００ｐＦを超える静電容量を有する場合、絶縁層のコンデンサとしての影響が大きくなり、プロービング時にノイズとして影響することがあるため好ましくない。特に上記のようにウェハ回路の微細化に伴い、特に静電容量として１０００ｐＦ以下であれば、良好なプロービングを実現することができるため、特に好ましい。

以上述べてきたように、プロービング時に影響を与えるノイズを絶縁層の抵抗値、誘電率、静電容量を上記の範囲内に制御することで大幅に低減することができる。このときの絶縁層の厚みとしては、０．２ｍｍ以上が好ましい。本来装置の小型化や、加熱体からチャックトップの熱伝導を良好に保つためには、絶縁層の厚みが薄い方がよいが、厚みが０．２ｍｍ未満になると、絶縁層自体の欠陥や、耐久性の問題が発生するため好ましくない。絶縁層の理想的な厚みとしては１ｍｍ以上である。この程度の厚みを有しておれば、耐久性の問題も無く、また発熱体からの熱の伝導も良好であるため、好ましい。厚みの上限に関しては、特に制約はないが、１０ｍｍ以下であることが好ましい。これ以上の厚みを有する場合、ノイズに関しては、遮断する効果が高いものの、加熱体で発生した熱が、チャックトップ、及びウェハに伝導するまでに時間がかかるため、加熱温度の制御がしにくくなるため好ましくない。好ましい厚みとしては、プロービング条件にもよるが５ｍｍ以下であれば、比較的容易に温度制御が可能となるため、好ましい。

また絶縁層の熱伝導率については、特に制約はないが、上記のように加熱体からの良好な熱伝導を実現するためには０．５Ｗ／ｍＫ以上であることが特に好ましい。また１Ｗ／ｍＫ以上であれば、さらに熱の伝達が良好となるため、好ましい。

絶縁層の具体的な材料として、上記特性を満たし、プロービング温度に耐えるだけの耐熱性を有しておれば特に制約は無く、セラミックスや樹脂などを上げることができる。これらの内、樹脂としては、例えばシリコン樹脂や、この樹脂中にフィラーを分散したものや、アルミナ等のセラミックスが好ましく用いることができる。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。

また本絶縁層の直径は、前記電磁シールド層や、加熱体の形成領域より大きくする必要がある。形成領域が小さい場合には、絶縁層で覆われていない部分からノイズの侵入が発生することがあるため好ましくない。

以下に例を挙げて説明する。例えば、前記絶縁層として、窒化硼素を分散させたシリコン樹脂を絶縁層として用いる。この材料の誘電率は２である。前記電磁シールド層とチャックトップ間に窒化硼素分散シリコン樹脂を絶縁層として挟み込む場合、１２インチウェハ対応のチャックトップであれば、直径３００ｍｍに形成する。このとき、絶縁層の厚みを０．２５ｍｍとすれば、静電容量は５０００ｐＦとすることができる。更に厚みを１．２５ｍｍ以上とすれば静電容量は１０００ｐＦとすることができる。この材料の体積抵抗率は、９×１０^１５Ω・ｃｍであるため、抵抗値は、直径３００ｍｍの場合、厚み０．８ｍｍ以上とすれば抵抗値を１×１０^１２Ω程度にすることができる。また本材質の熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ程度有するため、プロービングを行う条件によって、厚みを選択することができるが、厚みを１．２５ｍｍ以上とすれば静電容量、抵抗値ともに十分な値とすることができる。

図１０に拡大した断面図を示すが、支持体４や台座５の円筒部４１には加熱体に給電するための電極や電磁シールド電極を挿通するための貫通穴４２が形成されていることが好ましい。この場合、貫通穴の形成位置としては、支持体や台座の円筒部の中心部付近が特に好ましい。形成される貫通穴が外周部に近い場合、プローブカードの圧力による影響で、支持体の円周部で支える支持体の強度が低下し、貫通穴近傍で支持体が変形するため好ましくない。なお、図１０以外の図面では、電極や貫通孔は省略している。

チャックトップの反りが３０μｍ以上であると、プロービング時のプローバの針が片あたりを起こし、特性を評価できないまたは接触不良により誤って不良判定をすることで歩留まりを必要以上に悪く評価してしまうため好ましくない。また、チャックトップ導体層の表面と支持体の底部裏面との平行度が３０μｍ以上であっても同様に接触不良を生じ好ましくない。室温時にチャックトップの反り及び平行度が３０μｍ以下で良好であっても、２００℃でのプロービング時に反り、平行度が３０μm以上となると前記に同様好ましくない。−７０℃でのプロービング時においても同様である。すなわち、プロービングを行う温度範囲全域において反り、および平行度ともに３０μｍ以下であることが好ましい。

チャックトップのウェハ載置面には、チャックトップ導体層を形成する。チャックトップ導体層を形成する目的としては半導体製造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、水などからチャックトップを保護する、且つチャックトップに載置するウェハとの間にチャックトップ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。

チャックトップ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、チャックトップ自体に、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。特にチャックトップ上に溶射膜を形成し、その上にメッキ膜を形成することが特に好ましい。これは、溶射膜は、セラミックスや、金属−セラミックスとの密着性は、メッキ膜より優れている。これは溶射される材料、例えばアルミニウムやニッケル等は、溶射時に若干の酸化物や窒化物あるいは酸窒化物を形成する。そしてその形成された化合物がチャックトップの表面層と反応し、強固に密着することができる。

しかし、溶射された膜にはこれらの化合物が含まれるため、膜の導電率が低くなる。それに対してメッキは、ほぼ純粋な金属を形成することができるため、チャックトップとの密着強度は溶射膜ほど高くは無い変わりに、導電性に優れた導体層を形成することができる。そこで、下地に溶射膜を形成し、その上にメッキ膜を形成すると、メッキ膜は溶射膜に対しては、溶射膜が金属であることから良好な密着強度を有し、さらには良好な電気伝導性も付与することができるため、特に好ましい。

さらにチャックトップ上の導体層の表面さはＲａで０．１μｍ以下であることが好ましい。面粗さが０．１μｍ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チャックトップ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。

チャックトップの発熱体を加熱し例えば２００℃でプロービングする際、台座下面の温度が１００℃以下であることが好ましい。１００℃を超えると、台座下部に備わるプローバの駆動系に熱膨張係数差による歪を生じその精度が損なわれ、プロービング時の位置ずれや、反り、平行度の悪化によるプローブの片あたりなど不具合を生じ、正確な素子の評価ができなくなる。また、２００℃昇温測定後に室温測定をする際、２００℃から室温までの冷却に時間を要するためスループットが悪くなる。

チャックトップのヤング率は２５０ＧＰａ以上であることが好ましい。ヤング率が２５０ＧＰａ未満であると、プロービング時にチャックトップに加わる荷重によりチャックトップに撓みが発生するので、チャックトップ上面の平面度、平行度が著しく劣化する。このため、プローブピンの接触不良が発生するので、正確な検査ができない、さらにはウェハの破損を招くこともある。このため、チャックトップのヤング率は２５０ＧＰａ以上が好ましく、さらには３００ＧＰａ以上が好ましい。

またチャックトップの熱伝導率は１５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。１５Ｗ／ｍＫ未満である場合、チャックトップ上に載置するウェハの温度分布が悪くなり好ましくない。このため熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であれば、プロービングに支障の無い程度の均熱性を得ることができる。このような熱伝導率の材料としては、純度９９．５％のアルミナ（熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ）を挙げることができる。特に好ましくは１７０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。このような熱伝導率を有する材料としては、窒化アルミニウム（１７０Ｗ／ｍＫ）、Ｓｉ−ＳｉＣ複合体（１７０Ｗ／ｍＫ〜２２０Ｗ／ｍＫ）などがある。この程度の熱伝導率になると、均熱性に非常に優れたチャックトップとすることができる。

チャックトップを形成する材質は、金属−セラミックスの複合体や、セラミックス、金属が好ましい。金属−セラミックスの複合体としては、比較的熱伝導率が高く、ウェハを加熱した際に均熱性が得られやすいアルミニウムと炭化ケイ素との複合体、又はシリコンと炭化ケイ素との複合体、又はアルミニウムとシリコンと炭化ケイ素の複合体のいずれかであることが好ましい。これらのうち、特にシリコンと炭化ケイ素の複合体はヤング率が特に高く、熱伝導率も高いため特に好ましい。

またこれらの複合材料は導電性を有するため、発熱体を形成する手法としては、例えばウェハ載置面の反対側の面に、溶射やスクリーン印刷等の手法によって絶縁層を形成し、その上に導体層をスクリーン印刷し、あるいは蒸着等の手法によって導体層を所定のパターンに形成し、発熱体とすることができる。また、前記したように発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造であってもかまわない。

またチャックトップの材質としてのセラミックスは、上記のように絶縁層を形成する必要が無いため、比較的利用しやすい。またこの場合の発熱体の形成方法としては、上記と同様の手法を選択することができる。セラミックスの材質の中でも特にアルミナや窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライト、アルミナとムライトの複合体が好ましい。これらの材料はヤング率が比較的高いため、プローブカードの押し当てによる変形が小さいため、特に好ましい。これらのうち、アルミナに関しては、比較的コストも安く、また高温における電気的特性も優れているため、最も優れている。特に純度が９９．６％以上のアルミナに関しては、高温の絶縁性が高い。更に９９．９％以上の純度を有するものが特に好ましい。すなわち、アルミナは一般に基板を焼結する際に、焼結温度を低下させるために、シリコンやアルカリ土類金属等の酸化物などを添加しているが、これが純粋なアルミナの高温での電気絶縁性などの電気的特性を低下させているため、純度は９９．６％以上のものが好ましく、さらには９９．９％以上のものが好ましい。

更にチャックトップの材質として金属を適用することも可能である。この場合、特にヤング率の高いタングステンやモリブデン及びこれらの合金を使用することも可能である。具体的な合金としてはタングステンと銅の合金、モリブデンと銅の合金が上げられる。これらの合金は、タングステンやモリブデンに銅を含浸させて作製することができる。これらの金属に対しても、上記のセラミックス−金属の複合体と同様に導電体であるため、上記の手法をそのまま適用して、チャックトップ導体層を形成し、発熱体を形成することでチャックトップとして使用することができる。

チャックトップの厚みは８ｍｍ以上であることが好ましい。厚みが８ｍｍ未満であるとプロービング時にチャックトップに加わる荷重によりチャックトップに撓みを生じ、チャックトップ上面の平面度、平行度が著しく劣化することにより、プローブピンの接触不良により正確な検査ができない、さらにはウェハの破損を招くこともある。このため、チャックトップの厚みは８ｍｍ以上が好ましく、さらには１０ｍｍ以上が好ましい。

また、ステンレスやニッケル、銀、モリブデン、タングステン、クロム及びこれらの合金などの金属箔を、エッチングにより所定の発熱体パターンを形成し発熱体とすることができる。この手法においては、チャックトップとの絶縁を、上記と同様の手法によって形成することもできるが、例えば絶縁性のシートをチャックトップと発熱体との間に挿入することができる。この場合、上記の手法に比べ、非常に安価に、しかも容易に絶縁層を形成することができるため好ましい。この場合に使用できる樹脂としては、耐熱性という観点からマイカシートや、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂などが上げられる。この中でも特にマイカが好ましい。その理由としては、耐熱性、電気絶縁性に優れ加工性し易く、しかも安価である。

チャックトップに３．１ＭＰａの荷重を加えたときに、そのたわみ量は３０μｍ以下であることが好ましい。チャックトップには、プローブカードからウェハを検査するための多数のピンがウェハを押し付けるため、その圧力がチャックトップにも影響を及ぼし、少なからずチャックトップも撓む。このときの撓み量が３０μｍを超えると、プローブカードのピンがウェハに均一に押しあてることができないため、ウェハの検査ができなくなり、好ましくない。この圧力を加えた場合の撓み量としては、更に好ましくは１０μｍ以下である。

本発明においては、図１１に示すように、空隙部内に冷却モジュール９を具備することができる。冷却モジュールは、チャックトップを冷却する必要が生じた際に、その熱を奪うことで、チャックトップを急速に冷却することができる。またチャックトップを加熱する際は、冷却モジュールをチャックトップから離間させることで、効率よく昇温することができるため、可動式であってもよい。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１０を用いる。このようにすることで、チャックトップ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、空冷に比べ冷却能力も高いため好ましい。

また、チャックトップの冷却速度を優先する場合は、冷却モジュールをチャックトップに固定しても良い。固定の形態としては、図１２に示すように、支持体４のチャックトップとは反対側に抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の発熱体７を設置し、その下面に冷却モジュール９を固定することができる。また別の実施形態としては、図１３に示すように、支持体４のチャックトップとは反対側に直接冷却モジュール９を設置し、さらにその下面に抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体７を固定する方法がある。いずれの手法においても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。またネジ止めでチャックトップと冷却モジュール及び絶縁ヒータを固定する場合、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、チャックトップの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、支持体の空隙中に冷却モジュールが搭載されても良いし、支持体上に冷却モジュールを搭載し、その上にチャックトップを搭載するような構造にしても良い。いずれの方法においても、チャックトップ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。また冷却モジュール部が、支持体部に搭載されることで、冷却モジュールのチャックトップとの接触面積が増加し、より素早くチャックトップを冷却することができる。

このように、チャックトップに対して冷却モジュールを固定する場合、冷却モジュールに冷媒を流さずに昇温することも可能である。この場合、冷却モジュール内に冷媒が流れないため、発熱体で発生した熱が冷媒に奪われ、系外に逃げることが無いため、より効率的な昇温が可能となる。しかしこの場合であっても、冷却時に冷却モジュールに冷媒を流すことで、効率的にチャックトップを冷却することができる。

更に、チャックトップ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チャックトップ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、チャックトップ部と、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。

この場合使用する材質としては、上記のチャックトップ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。この場合、ウェハ載置面側には、チャックトップ導体層を形成すると共に、その反対面側には、冷却するための流路を形成し、更に該チャックトップと同材質の基板を、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。

このように、チャックトップ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チャックトップに冷却モジュールを固定した場合よりも更に素早くチャックトップを冷却することができる。

また、本手法においては、一体化されたチャックトップの材質として、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、一体化したチャックトップ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、図１４に示すように、一体化したチャックトップ２のウェハ載置面の反対側に、チャックトップ変形防止用基板１１を設置することで撓みを防止することができる。

チャックトップ変形防止用基板としては、ヤング率が２５０ＧＰａ以上の基板が好ましく用いられる。また、このチャックトップ変形防止用基板は、図１４に示すように、台座内に形成された空隙内に収容しても良いし、図１５に示すように、チャックトップ変形防止用基板を支持体と台座の間に挿入するようにしても良い。またこのチャックトップ変形防止用基板と一体化されたチャックトップとは、上記に記載したようにネジ止め等の機械的な手法によって固定しても良いし、ロウ付けやガラス付けなどの手法によって固定しても良い。また前記、チャックトップに冷却モジュール固定した場合と同様に、チャックトップを昇温、あるいは高温でキープする場合は冷媒を流さず、冷却時に冷媒を流すことによって、より効率的に昇降温できるため好ましい。

また、チャックトップの材質が金属である場合の本実施の形態においては、例えばチャックトップの材質として表面が酸化や変質が発生しやすい、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チャックトップ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チャックトップ導体層を形成し、ウェハ載置面の表面を研磨することで形成することができる。

また本構造においても、必要に応じて上記に記載した電磁シールド層の形成が可能である。この場合は、絶縁された発熱体を上記のように金属で覆い、更にチャックトップ変形防止用基板によって、一体的にチャックトップに固定すればよい。

本構造において、冷却モジュールと一体化されたチャックトップの支持体に対する設置方法としては、冷却モジュール部を、支持体に形成された空隙部に設置しても良いし、またチャックトップと冷却モジュールとをネジ止めした場合と同様に、冷却モジュール部で支持体に設置される構造としても良い。

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、急速にチャックトップ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ができる。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、チャックトップ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、特に好ましい。

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加熱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、更に加熱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、窒素や大気等の気体などが選択でき、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枚のアルミニウム板を用意し、その一方のアルミニウム板に冷媒を流す流路を機械加工等によって形成する。そして耐食性、耐酸化性を向上させるために、ニッケルメッキを前面に施す。そしてもう一枚のニッケルメッキを施したアルミニウム板を張り合わせる。このとき流路の周囲には冷媒が漏れないように例えばＯ-リング等を挿入し、ネジ止めや溶接によって２枚のアルミニウム板を張り合わせる。

あるいは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。接合した冷却版を耐食性、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。

本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、ウェハ等の被処理物を加熱、検査するために好適に用いることができる。例えば、ウェハプローバあるいはハンドラ装置あるいはテスター装置に適用すれば、高剛性、高熱伝導率である特性を特に活かすことができるので、好適である。

純度９９．５％、直径３１０ｍｍ、厚み１５ｍｍのアルミナ基板を２枚用意した。このアルミナ基板のウェハ搭載面に、ウェハを真空チャックするための同心円状の溝と、貫通孔を形成し、更にそれぞれウェハ載置面にニッケルメッキを施し、チャックトップ導体層を形成した。その後、チャックトップ導体層を研磨加工し、全体の反り量を１０μｍとし、表面粗さをＲａで０．０２μｍに仕上げ、チャックトップとした。

次に、支持体として直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を２個準備した。更に台座として、直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を２個準備した。この台座のうち、１つを内径直径２９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリ加工を施した。またそれぞれのチャックトップには電磁シールド層としてマイカで絶縁したステンレス箔を取り付け、さらにマイカで挟み込んだ発熱体を取り付けた。発熱体はステンレスの箔を、所定のパターンでエッチングした。また支持体には、発熱体に給電するための電極を接続するための貫通孔を形成した。次にこれら支持体及び台座の側面、および底面に金属層をアルミニウムの溶射によって形成した。

次に台座の上に支持体を載せ、支持体の上に発熱体と電磁シールド層を取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。

上記２種類のウェハプローバ用ウェハ保持体の発熱体に通電することでウェハを１５０℃に加熱して、プロービングを連続的に行った。この結果、台座に座グリ加工を施したものは１０時間連続でプロービングを行っても問題なかったが、座グリ加工を施さなかったものは、２時間後には、チャックトップに反りを生じプローブピンが片あたりしプロービングできなくなった。

比較のため、座グリ加工を施した台座のウェハプローバ用ウェハ保持体で、チャックトップの電磁シールド層であるステンレス箔を取り除いて、プロービングを行ったところ、発熱体から発生していると推定されるノイズによって、ウェハの特性をうまく測定することができなかった。

支持体及び台座の金属層を、ステンレス製の金属箔にして、支持体及び台座の底面と側面にネジ止めし、アースに接続したこと以外は、実施例１と同様の台座に座グリ加工を施したウェハプローバ用ウェハ保持体を作成した。実施例１と同様に、１５０℃に加熱してプロービングを行ったところ、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかった。

比較のため、支持体及び台座の金属層を取り外して、プロービングを行ったところ、実施例１の条件では、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかったが、高周波に関するプロービングでは、ノイズの影響を受けて、うまくプロービングできないことがあった。

チャックトップの材質をＳｉ−ＳｉＣにしたこと以外は、実施例１と同様のウェハプローバ用ウェハ保持体を作成した。実施例１及び実施例２と同様のプロービングを行ったところ、全く同じ結果が得られた。

直径３１０ｍｍ、厚み１５ｍｍの表１に示す材質の基板を用意し、実施例１と同様に同心円状の溝と貫通孔を形成し、ニッケルメッキを施し、チャックトップ導体層を形成し、全体の反りを１０μｍ、表面粗さをＲａで０．０２μｍに仕上げた。

次に支持体、台座として、実施例１と同様のものを準備した。またそれぞれのチャックトップには電磁シールド層としてマイカで絶縁したステンレス箔を取り付け、さらにポリイミドで挟み込んだ発熱体を取り付けた。発熱体はステンレスの箔を、所定のパターンでエッチングした。また支持体には、発熱体に給電するための電極を接続するための貫通孔を形成した。次にこれら支持体の側面、および底面に金属層をアルミニウムの溶射によって形成した。

次に台座の上に支持体を載せ、支持体の上に発熱体と電磁シールド層を取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。

上記それぞれのウェハプローバ用ウェハ保持体の発熱体に通電することでウェハを１５０℃に加熱して、プロービングを連続的に行った。この結果、支持体に座グリ加工を施したものは上記基板全て、１０時間連続でプロービングを行っても問題なかったが、座グリ加工を施さなかったものは、いずれも４時間後には、チャックトップに反りを生じプローブピンが片あたりしプロービングできなくなった。

比較のため、座グリ加工を施した台座のウェハプローバ用ウェハ保持体で、チャックトップの電磁シールド層であるステンレス箔を取り除いて、プロービングを行ったところ、発熱体から発生していると推定されるノイズによって、ウェハの特性をうまく測定することができなかった。

支持体及び台座の金属層を、ステンレス製の金属箔にして、支持体及び台座の底面と側面にネジ止めし、アースに接続したこと以外は、実施例４と同様の５種類の台座に座グリ加工を施したウェハプローバ用ウェハ保持体を作成した。実施例４と同様に、１５０℃に加熱してプロービングを行ったところ、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかった。

比較のため、支持体及び台座の金属層を取り外して、プロービングを行ったところ、実施例４の条件では、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかったが、高周波に関するプロービングでは、ノイズの影響を受けて、うまくプロービングできないことがあった。

実施例１〜５で使用したチャックトップを準備した。次に支持体として直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を２個準備し、一方の支持体に内径直径２９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリ加工を施した。さらに台座として厚み１０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を２個準備した。またそれぞれのチャックトップには電磁シールド層としてマイカで絶縁したステンレス箔を取り付け、さらにマイカで挟み込んだ発熱体を取り付けた。発熱体はステンレスの箔を、所定のパターンでエッチングした。また支持体には、発熱体に給電するための電極を接続するための貫通孔を形成した。次にこれら支持体の側面、および底面に金属層をアルミニウムの溶射によって形成した。

次に台座の上に支持体を載せ、支持体の上に発熱体と電磁シールド層を取り付けたチャックトップを搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。

上記７種類のウェハプローバ用ウェハ保持体の発熱体に通電することでウェハを１５０℃に加熱して、プロービングを連続的に行った。この結果、台座に座グリ加工を施したものは１０時間連続でプロービングを行っても問題なかったが、座グリ加工を施さなかったものは、２時間後には、チャックトップに反りを生じプローブピンが片あたりしプロービングできなくなった。

比較のため、座グリ加工を施した支持体のウェハプローバ用ウェハ保持体で、チャックトップの電磁シールド層であるステンレス箔を取り除いて、プロービングを行ったところ、発熱体から発生していると推定されるノイズによって、ウェハの特性をうまく測定することができなかった。

支持体及び台座の金属層を、ステンレス製の金属箔にして、支持体及び台座の底面と側面にネジ止めし、アースに接続したこと以外は、実施例６と同様の台座に座グリ加工を施したウェハプローバ用ウェハ保持体を作成した。実施例６と同様に、１５０℃に加熱してプロービングを行ったところ、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかった。

比較のため、支持体及び台座の金属層を取り外して、プロービングを行ったところ、実施例１の条件では、１０時間連続でプロービングを行っても問題は生じなかったが、高周波に関するプロービングでは、ノイズの影響を受けて、うまくプロービングできないことがあった。

実施例３と同様の座グリ加工を施したウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。支持体の内部には、銅製で、内部に水路が形成されている冷却モジュールを搭載し、チャックトップ昇温時、及び高温保持時は冷却モジュールを支持体下部に固定し、チャックトップを冷却するときはエアシリンダによってチャックトップに接触させる場合と、チャックトップ裏面にネジで固定する場合とで冷却能力を比較した。図１１に示すように、エアシリンダ１０を用いる場合は、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体７を、チャックトップ２の裏面に固定した。また、図１２に示すように、冷却モジュール９を支持体４に固定するタイプではチャックトップと支持体の間に、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体７を設置し、冷却モジュールごとネジで固定した。このときのネジの個数は６個を同一円周上に、６０°間隔で配置した。これにより昇温、降温可能な構造とした。高温時は冷却モジュールに冷媒を流さず、冷却するときのみチラーで水温管理した冷媒を流すことで冷却させた。このとき冷却モジュールが無い場合、チャックトップが１５０℃から２５℃に冷却するのに１時間以上かかった。しかし、冷却モジュールをシリンダーで押し当てるものに関しては２０分、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、１０分以内で冷却することができた。また、上記の水路に２５℃の空気を１００ｌ／分流した場合、シリンダーで押し当てるものに関しては５０分で、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、４０分で冷却することができた。

実施例３と同様の座グリ加工を施したウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。支持体の内部には、銅製で、内部に水路が形成されている冷却モジュールを搭載し、チャックトップ昇温時、及び高温保持時は冷却モジュールを支持体下部に固定し、チャックトップを冷却するときはエアシリンダによってチャックトップに接触させる場合と、チャックトップ裏面にネジで固定する場合とで冷却能力を比較した。実施例８と同様に、エアシリンダを用いる場合は、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体７をチャックトップ裏面に固定した。冷却モジュールをチャックトップに固定する場合は、図１３に示すように、抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体７を、冷却モジュール９の下に設置し、冷却モジュールごとネジで固定した。これにより昇温、降温可能な構造とした。高温時は冷却モジュールに冷媒を流さず、冷却するときのみチラーで水温管理した冷媒を流すことで冷却させた。このとき冷却モジュールが無い場合、チャックトップが１５０℃から２５℃に冷却するのに１時間以上かかった。しかし、冷却モジュールをシリンダーで押し当てるものに関しては２０分、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、１０分で冷却することができた。更に、冷却モジュールの直径をチャックトップと同一にした以外は上記と同様の構造であり、これを支持体上に搭載し、上記と同様に冷却速度の測定を行った。その結果、８分で冷却することができた。また、上記の水路に２５℃の空気を１００ｌ／分流した場合、シリンダーで押し当てるものに関しては５０分で、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、４０分で冷却することができた。

実施例３と同様の座グリ加工を施したムライト-アルミナ複合体の台座を用意した。また、チャックトップ、冷却モジュールの一体型の材料として、直径３１０ｍｍ、厚み５ｍｍの銅板を２枚用意した。次に片一方の銅板にウェハの真空吸着用溝と貫通孔を形成した。そしてもう片一方の銅板に冷媒を流すための溝加工を施し、両者をロウ付けにより接合し、冷却モジュールと一体化したチャックトップを形成した。

出来上がったチャックトップ全面にニッケルメッキを２０μｍ施し、更にウェハ載置面側を表面粗さＲａ＝０．０２μｍに仕上げた。これに図１４に示すように、実施例３と同様にマイカで挟み込まれたステンレス箔製の加熱体７と、図示しない電磁シールド用のステンレス箔を用意し、これらを純度９９．５％、厚み５ｍｍ、直径３１０ｍｍのチャックトップ変形防止用アルミナ基板１１と支持体４とともに、チャックトップ２にネジ止めし、ムライト-アルミナ複合体の台座５に搭載し、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。なお、この場合前記ニッケルメッキがチャックトップ導体層３である。次にこのウェハ保持体にウェハを載置し、加熱体に通電することで、ウェハの温度を１５０℃に保持した。次に加熱体への通電を停止し、冷却モジュール部分にチラーで水温を管理した冷媒を流すことで冷却を開始した。その結果、ウェハは７分以内に、２５℃に冷却することができ、実施例１７よりも素早く冷却することが可能となった。また、上記の水路に２５℃の空気を１００ｌ／分流した場合、シリンダーで押し当てるものに関しては５０分で、冷却モジュールをネジで固定したものに関しては、４０分で冷却することができた。

また、図１に示すように、チャックトップ変形防止用基板を設置しない場合においても、冷却速度を測定した。この場合は、変形防止用基板がないため、更に冷却速度が速くなり、５分で冷却することができた。但し、プローブカードよりウェハに加わる圧力が高くなると、チャックトップが変形するため、チャックトップに加わる圧力を調整しながらプロービングする必要がある。

また、図１５に示すように、チャックトップ変形防止用基板１１の直径を、直径２９３ｍｍとし、台座５内の空隙部分に挿入できるようにした。この場合においても上記と同様７分以内にウェハを冷却することができた。またチャックトップ変形防止用基板の直径を３１０ｍｍとした場合についても、冷却速度を測定した。その結果上記同様7分で冷却することができた。

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チャックトップの昇降温速度を向上させることができる。

本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の一例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明の加熱体の断面構造の一例を示す。 本発明の断熱構造の一例を示す。 本発明の断熱構造の他の例を示す。 本発明の断熱構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の電極部の断面構造の一例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。 本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。

符号の説明

１ ウェハプローバ用ウェハ保持体
２ チャックトップ
３ チャックトップ導体層
４ 支持体
５ 台座
６ 空隙
７ 加熱体
８ 支持棒
９ 冷却モジュール
１０ 昇降手段
１１ チャックトップ変形防止用基板
２１ 環状溝
２２ 放射状溝
２３ 柱状部材
４１ 支持体円筒部
４２ 貫通孔
７１ 抵抗発熱体
７２ 絶縁体

Claims (5)

1. 表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体と、該支持体を載置する台座とからなり、支持体と台座との間の少なくとも一部に空隙を有し、前記台座が有底円筒形状であり、その材質がムライトもしくはアルミナ、ムライトとアルミナの複合体のいずれかからなることを特徴とするウェハプローバ用ウェハ保持体。
2. 前記チャックトップおよび／または支持体に、発熱体を備え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ウェハ保持体。
3. 前記支持体の形状が、有底円筒形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
4. 前記空隙内に、冷却モジュールを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載したウェハプローバ用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。

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