JP4747504B2 - 半導体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置や半導体検査装置に使用される半導体加熱装置に関し、特にウェハプローバやハンドラ装置あるいはテスター装置など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。

また、前記チップを個々に切断し、パッケージなどに封入後の半導体に対しても、同様に加熱して電気的な性能を測定して不良品を取り除いている。これらチップに通電して電気的特性を測定する際に、チップは発熱する。近年は、チップの高出力化が進み、大きいものは１００Ｗ以上となっており、自己発熱で破壊してしまうので、電気的特性の測定後は、急速な冷却が求められている。

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、ウェハとグランド電極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。

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。

バーンイン工程では、チップの用途により、測定温度は異なるが、例えば、最高温度が２００℃、最低温度が−３５℃で電気特性を測定する。ウェハ上に形成した多数のチップのうち、２００℃に加熱する必要があるチップは、電気特性を測定するチップだけであるが、特許文献１のような従来のヒータでは、ウェハ全体を加熱するので、ウェハ上に形成された全てのチップを加熱することになる。

チップは長時間高温に曝されると、熱により特性の劣化を引き起こすことがあり、測定しないチップの温度は上げず、測定するチップだけを測定温度に昇温することが望まれる。しかし、前記従来のヒータでは、直径２００ｍｍや３００ｍｍのウェハ上に多数形成された２０ｍｍ角程度の大きさの個々のチップを、独立に１個づつ温度を上げることは困難であった。また、前記自己発熱により、そのチップが破壊するだけではなく、その周囲のチップも劣化することがあった。
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、大面積のウェハ上に形成した多数のチップの電気特性を測定する際、１個あるいは複数個のチップだけを均一に加熱し、他のチップはできるだけ温度を下げて待機させることのできる半導体加熱装置を提供することである。また、高剛性、低熱容量でありながら、反りの心配が無く、金属層の電気抵抗が充分低い半導体加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体加熱装置は、半導体回路が形成された基板を加熱する装置であり、該装置は前記基板を搭載するための被処理物搭載面を有しており、該被処理物搭載面を形成する材料は、熱伝導率の高い材料が、熱伝導率の低い材料に、前記被処理物搭載面に対して垂直方向に囲まれている構造が複数個並べられており、少なくとも前記熱伝導率の高い材料の被処理物搭載面が同一平面上にあることを特徴とする。熱伝導率の高い材料が、円柱状または角柱状であることが更に好ましい。

熱伝導率の高い材料に溝を形成し、熱伝導率の低い材料を空間で置き換えてもよい。また、少なくとも熱伝導率の最も高い材料の被処理物搭載面が、同一平面上にあることが好ましく、その平面度が、１００μｍ以下であることが好ましい。３０μｍ以下であれば、更に好ましい。

また、前記熱伝導率が最も高い材料に、発熱体が形成されていることが好ましく、該発熱体は、被処理物搭載面の反対側の面に形成されていることが好ましい。更に、該発熱体は、個別に温度制御されていることが好ましい。

また、前記被処理物搭載面の反対側に、冷却モジュールを備えることが好ましい。該冷却モジュールは、ネジ止めやロウ付けあるいは接合や嵌め合いによって、熱伝導率の高い材料あるいは熱伝導率の異なる材料に固定されることが好ましい。また、該冷却モジュールは、熱伝導率の高い材料に、当接、分離可能なように可動式になっていてもよい。

前記熱伝導率が最も高い材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、このような材料として、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｗ、Ｍｏのうちのいずれか１種類以上からなることが好ましい。

また、熱伝導率が最も低い材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ未満であることが好ましく、このような材料として、アルミナ、ムライト、ムライト−アルミナ、多孔質材料のうちのいずれか１種類以上からなることが好ましい。

また、前記被処理物搭載面の反対側に、熱伝導率の高い材料か熱伝導率の低い材料が被処理物搭載面と平行に配置されていることが好ましい。更に、前記被処理物搭載面に平行に配置された材料に発熱体が形成されていることが好ましく、該発熱体は、平行に配置された材料の、被処理物搭載面とは反対側の表面に形成されたことが好ましい。

また、前記発熱体の主成分が、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒから選ばれる１種以上の材質であることが好ましい。

また、前記被処理物搭載面側に、金属板または金属−セラミックス複合体を設置することが好ましい。前記金属板または金属−セラミックス複合体は、前記熱伝導率の高い材料の上に設置され、お互いが電気的に接続されて同一電位であることが好ましい。あるいは、前記被処理物搭載面に金属メタライズおよび／またはメッキが施されていることが好ましく、メッキの主成分は、ニッケル（Ｎｉ）および／または金（Ａｕ）であることは好ましい。前記金属メタライズまたはメッキは、熱伝導率の高い材料の上に施され、お互いが電気的に接続されて同一電位であることが好ましい。

前記被処理物搭載面に、導電性または非導電性のダイヤモンドあるいはＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）がコーティングされていることが好ましい。また、前記被処理物搭載面に、真空吸着用の溝を形成することが好ましい。

本発明の半導体加熱装置は、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有用である。

本発明によれば、大面積のウェハ上に形成した多数のチップの電気特性を測定する際、１個あるいは複数個のチップだけを均一に加熱し、他のチップはできるだけ温度を下げて待機させることができるので、例えば、プローブカードによる電気的特性を測定するときに、全てのチップを長時間高温状態にしないことにより、高温に曝されることによるチップの劣化を抑制することが可能である。また、高剛性、低熱容量でありながら、反りの心配が無く、金属層の電気抵抗が充分低い半導体加熱装置とすることができ、ウェハプローバやハンドラ装置やテスター装置として有用である。

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。高熱伝導率材料１と低熱伝導率材料２が、被処理物搭載面１０に対して垂直に複数個並べられている。このような構成とすることにより、被処理物の一部分を、高熱伝導率材料を介して急速に加熱、冷却することができ、かつ熱伝導率の低い材料を隣接させることによって、昇温や冷却の影響を周囲に及ばなくする効果がある。

熱伝導率の高い材料が、熱伝導率の低い材料によって、被処理物搭載面に対して垂直方向に囲まれるような構造とすることが好ましい。このような構造にすることによって、熱伝導率の高い材料同士が、熱的に分断され、熱伝導率の高い材料部分に相当する被処理物搭載面を、その部位毎に別々に管理することが可能となる。また、熱伝導率の高い材料を円柱状または角柱状にすることによって、被処理物搭載面を熱伝導率の高い材料の存在する円形または四角形の領域に分けて、縦方向に熱を出し入れして管理することが可能となる。

また、図１に示すように、少なくとも熱伝導率の最も高い材料１の被処理物搭載面１０が同一平面上にあることが好ましい。このような構成にすることにより、高熱伝導率材料と被処理物との接触状態が被処理物全面において均等となるので、昇温や降温処理のバラツキが被処理物全面に渡って均等となる。また、電気的特性の測定条件を、被処理物全面に渡って、均一とすることができる。

前記同一平面上の平面度は、１００μｍ以下であることが好ましい。１００μｍ以下にすることによって、被処理物全面に渡って、各被処理物搭載面と被処理物とが均等に密着し、熱の伝わりが均等で素早く行われるので、部位による温度的なバラツキを少なくすることができる。更に、３０μｍ以下であれば、被処理物全面に亘って、各被処理物搭載面と被処理物との密着性が向上するので、温度的なバラツキを更に少なくすることができる。

また、個々の高熱伝導率材料１の表面または内部に発熱体３を形成することにより、効率的に加熱処理を行うことができる。該発熱体は、被処理物搭載面の反対側の表面に形成し、絶縁性のガラス６で被覆することが好ましい。このようにすることによって、発熱体で発生した熱が、被処理物搭載面に拡散する過程で、被処理物搭載面と平行な方向へも拡散して、被処理物搭載面の均熱性を高めることができる。また、該発熱体は、各高熱伝導率材料毎に個別に温度制御できるようにすることが好ましい。このように構成することによって、より効率的に部分的な加熱や冷却を行うことができる。

また、図１に示すように、低熱伝導率材料は、高熱伝導率材料と同じ高さでもよいが、高熱伝導性材料よりも高さが低くてもかまわない。

更に、図２に示すように、被処理物搭載面１０の反対側に、冷却モジュール７を備えてもよい。冷却モジュールを備えることにより、冷却速度の向上を図ることができる。冷却モジュールは、ネジ止めやガラス付けあるいは接合や嵌め合いによって、熱伝導率の高い材料あるいは熱伝導率の異なる材料に固定されることが好ましい。固定することによって、構造的に安定するとともに、熱抵抗が減少して冷却モジュールによる冷却能力の向上が図れる。また、該冷却モジュールは、図５に示すように、熱伝導率の高い材料に、当接、分離可能なように可動式になっていてもよい。この場合、冷却モジュールは、エアーシリンダーなどの昇降手段（図示せず）によって、取り付けることが好ましい。冷却モジュールは、昇温時には、発熱体で発生した熱を奪って昇温を妨げるので、可動式にして、昇温時には、分離しておき、高温時に当接させる方が、昇温、降温速度の向上や、省電力の観点から有効である。

また、熱伝導率が最も高い材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。３０Ｗ／ｍＫ以上の材料にすることによって、昇温や降温速度を向上させることができる。具体的な材料として、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｗ、Ｍｏのうちのいずれか１種類以上であることが好ましい。このような材料を用いることにより、高熱伝導率、高剛性、耐熱性、耐久性が優れたものにすることができる。

また、熱伝導率が最も低い材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ未満であることが好ましい。３０Ｗ／ｍＫ未満の材料にすることによって、前記熱の影響を横の高熱伝導率材料へ及びにくくするという断熱効果を高めることができる。具体的な材料としては、アルミナ、ムライト、ムライト−アルミナ、多孔質材料のうちのいずれか１種類以上からなる材料が好ましい。このような材料を用いることによって、効率的な断熱効果を得ることが可能となる。

また、図３に示すように、被処理物搭載面の反対側に、絶縁性の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上と高い材料８が被処理物搭載面と平行に配置されていることにより、例えば、発熱体が高熱伝導率材料の表面に形成されている場合でも、通常金属で形成される冷却ブロックとの間で、漏電が生じる恐れが無くなる。

更に、図４に示すように、前記被処理物搭載面と平行に配置された材料８に発熱体３を形成してもよい。このようにすれば、個々の高熱伝導率材料に発熱体を形成する必要が無いので、発熱体の形成が容易になり、コスト低減の効果がある。このように、被処理物搭載面と平行に配置された材料に、発熱体を形成する場合は、被処理物搭載面と平行に配置された材料は絶縁性で熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以下の材料でもよい。

また、図６に示すように、高熱伝導率材料１に発熱体３を形成し、前記被処理物搭載面と平行に配置された材料８に形成した発熱体３を予備加熱用に用いることもできる。予備加熱することによって、処理工程のスループットを上げることができる。具体的には、予備加熱しない場合は、チップは室温（２５℃）から、例えば２００℃まで、１７５℃昇温しなければならないが、例えば、１００℃に予備加熱しておけば、１００℃から２００℃まで、１００℃昇温するだけになる。このため、昇温時間を短縮することができるので、工程のスループットを上げることができる。また、半導体チップは、通常１５０℃以上の温度に長時間曝されると徐々に劣化する恐れがあるので、１５０℃未満の温度に予備加熱しておけば、チップが劣化する恐れもなくなる。

前記発熱体は、前記平行に配置された材料の被処理物搭載面とは反対側の表面に形成することによって、前記平行に配置された材料の横方向へも発熱体の熱が拡散するので、均熱性の向上が図れる。

また、発熱体と被処理物搭載面との間に、少なくとも厚さ５ｍｍ以上の電気絶縁性のセラミックスを有することが好ましい。発熱体と被処理物搭載面との間に、厚さ５ｍｍ以上の電気絶縁性のセラミックスを配置することにより、被処理物の裏面と発熱体との間の電気容量を大きくとることができるので、発熱体と被処理物との電気的な相互作用が少なくなるので、例えば、プローブカードによる電気特性の測定において、発熱体の電気変動などに伴う影響を受けにくくすることができる。電気容量は、例えば１０００ｐＦ以下であることが望ましい。

また、発熱体の主成分は、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒから選ばれる１種以上の材質であることが、その電気抵抗、耐熱性から高発熱効率で耐久性の高い発熱体とすることができる。金属単体の発熱体として、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ等を用いることができる。また、Ａｇ−ＰｄやＮｉ−Ｃｒ等の合金を用いることもできる。

ウェハプローバにおいては、ウェハ裏面を電気的にグランドにアースするため、被処理物搭載面は、導電性が必要とされることが多い。このためには、被処理物搭載面に金属板または金属−セラミックス複合体を設置することが望ましい。被処理物搭載面全面に、１枚の金属板や金属−セラミックス複合体を設置してもよいが、個々の高熱伝導材料毎に金属板や金属−セラミックス複合体を設置することも可能である。この場合、金属板や金属−セラミックス複合体同士を電気的に接続して、全ての金属板や金属−セラミックス複合体が同一の電位となるようにすれば、系外への電気配線をまとめて行えるので、回路を簡便にすることが可能となる。

また、被処理物搭載面に金属メタライズおよび／またはメッキを施すことによって、前記導電性を付与することも可能である。メッキの場合は、ニッケルメッキか金メッキあるいは、ニッケルと金の両方をメッキすることが好ましい。ニッケルや金は、耐酸化性や耐熱性に優れるからである。

この場合も、被処理物搭載面全面に、金属メタライズやメッキを施してもよいが、個々の高熱伝導材料毎に金属メタライズやメッキを施すことも可能である。この場合、個々の金属メタライズやメッキ同士を電気的に接続して、全ての金属板や金属−セラミックス複合体が同一の電位となるようにすれば、系外への電気配線をまとめて行えるので、回路を簡便にすることが可能となる。特に、低熱伝導率材料を溝で形成した場合には、このようにした方がよい。

また、ウェハプローバによって、チップの電気的特性を測定する際に、チップが発熱することがある。チップで発熱した熱によって、チップが劣化することを防止するために、被処理物搭載面にダイヤモンドやＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）をコーティングすることが好ましい。ダイヤモンドやＤＬＣは、熱伝導率が高いので、チップで発生した熱を素早く拡散してチップの劣化を防止することが可能となる。ダイヤモンドやＤＬＣは、導電性のものでも非導電性のものでもいずれでも効果に変わりは無い。

また、前記被処理物搭載面に、真空吸着用の溝を形成することが好ましい。被処理物を吸着により被処理物搭載面に密着させることにより、熱抵抗を小さくすることができるので、昇温や降温の効率が上がる。該溝は、熱伝導率の異なる材料の間に設けられた隙間で代用することができる。該隙間を減圧あるいは真空にすることによって、前記密着を図ることができ、また溝や真空吸着口を別途設ける必要が無いので、構造が簡便になる。

本発明の半導体加熱装置は、半導体製造装置や半導体検査装置、あるいは液晶パネル製造装置等の分野で使用可能であるが、特にウェハプローバやハンドラ装置やテスター装置に有用である。これらの装置では、例えば回路を形成した直径３００ｍｍのシリコンウェハの検査や、パッケージに封入された半導体チップの検査などを行うことができる。

１００重量部のムライト粉末と０．５重量部の酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、焼結後に直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍになるようにプレス成形した。その後、焼結後に３０ｍｍ×３０ｍｍの開口となるように、３７個の貫通孔をハニカム状に加工した。これを、５００℃で脱脂し、窒素雰囲気中１７００℃で焼結し、３７個の開口を有するムライト焼結体を作製した。このムライト焼結体の熱伝導率は、１Ｗ／ｍＫであった。上下面を研磨加工し、開口を加工して全て４０ｍｍ×４０ｍｍの大きさに仕上げた。開口部間の距離は、１．０ｍｍである。

１００重量部の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末と、０．５重量部の酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、仕上げ寸法で、４０ｍｍ×４０ｍｍで厚み１０ｍｍになるようにプレス成形し、７００℃、窒素雰囲気中で脱脂後、窒素雰囲気中１８５０℃で焼結した後、加工して４０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍのＡｌＮ焼結体を３２個作成した。このＡｌＮ焼結体の熱伝導率は、１７５Ｗ／ｍＫであった。

ＡｌＮ焼結体の４０ｍｍ×４０ｍｍの面にＷペーストを用いて、発熱体回路をスクリーン印刷した。Ｗペーストは、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末に焼成用のガラス粉末とエチルセルロースバインダーを添加し、混錬して作成した。その後、窒素雰囲気中で９００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１８００℃、３時間の条件で焼結を行った。図１に示すように、発熱体回路３を形成した面に、温度測定素子取付部と給電部を除いて、Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系のガラスペースト６を、１００μｍの厚さに塗布し、窒素雰囲気中７００℃で焼成した。

給電部に、Ｗ製の電端子を金ろうを用いて直接接合し、更に、Ｗ端子にＮｉ電極４をネジ止めし、温度測定用にＫ熱電対５を取り付けて、３２個のＡｌＮ製のヒータを完成させた。ＡｌＮ製のヒータの発熱体回路を形成した面とは反対側の面が被処理物搭載面である。この被処理物搭載面にＮｉメッキを施した。

ムライト焼結体２の３２個の開口部に、ＡｌＮ焼結体１を挿入した。３２個のＡｌＮ焼結体のＮｉ電極４は、外部電源（図示せず）に接続し、３２個のＡｌＮ焼結体をそれぞれ独自に発熱できるようにした。また、図８に示すように、Ｎｉメッキ２０同士を、２ｍｍ×２ｍｍ×０．５ｍｍのＮｉ箔２１のバネで、電気的に接続し、グランドにつないで、加熱装置を完成させた。

この加熱装置をウェハプローバとして用い、直径３００ｍｍの回路形成したＳｉウェハを搭載して、プローブカードにて電気特性を測定するチップに対応する部分のヒータのみに通電して２００℃に昇温させた。その結果、測定するチップのみ、２００℃±０．２℃の均熱が得られ、そのチップの周辺のチップは５０℃以下の温度であった。このようにして電気特性を測定して良好と判断されたチップ１０００個を、１０００時間の加速劣化試験を行ったが、劣化したチップはなかった。
［比較例］

比較のため、焼結加工後に、直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍになるようにプレスした以外は、実施例１と同様にしてＡｌＮ焼結体を作成した。実施例１と同様にして発熱体３や電極４などを形成して、図７に示すようなＡｌＮ製のヒータ１のみを有する加熱装置を作成した。この加熱装置を、実施例１と同様に、ウェハプローバとして用い、ウェハを搭載して、プローブカードにて電気特性を測定するために、２００℃に加熱した。温度分布は、全面２００℃±１℃であった。ウェハに形成されたチップは全て、測定が終了するまで、２００℃に加熱されていた。

このようにして、電気特性を測定して良好と判断されたチップ１０００個を、１０００時間の加速劣化試験を行ったところ、５個のチップが劣化した。

実施例１の熱伝導率の高い材料３２個の、被処理物搭載面は全て同一平面上にあるが、その平面度を、１、５、３０、５０、１００、１２０、２００μｍになるように調整して、実施例１と同様に２００℃に加熱したときの均熱性を測定した。その結果、２００℃±０．１℃、±０．１５℃、±０．２℃、±０．４℃、±０．５℃、±０．８℃、±１．０℃となり、平面度が大きくなるに従って、均熱性は悪くなった。平面度が、１００μｍ以下で、±０．５℃以下の均熱性が得られ、３０μｍ以下では、±０．２℃以下という特に優れた均熱性が得られた。

実施例１と同様にして加熱装置を作成した。ただし、ＡｌＮ焼結体は、Ａｌ_２Ｏ_３を添加し、その添加量を変えて、熱伝導率を１０、２５、３０、５０Ｗ／ｍＫとしたものと、実施例１と同様だがＹ_２Ｏ_３を添加しないもの（熱伝導率８０Ｗ／ｍＫ）を用意した。各加熱装置で、２００Ｗの電力を供給して昇温したところ、全て個別に昇温ができることを確認したが、昇温速度が変わった。昇温速度は、１、２、５、７．５、１０℃／分であった。実用上は、５℃／分以上が好ましいので、高熱伝導率材料の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。ちなみに、実施例１の加熱装置の昇温速度は、２５℃／分であった。

実施例１と同様にして加熱装置を作成した。ただし、ＡｌＮ焼結体に代えて、表１に示す熱伝導率を有する材質を用い、各材質の被処理物搭載面の反対側に、実施例１と同様にして作成した、４０ｍｍ×４０ｍｍ×５ｍｍのＡｌＮ焼結体の４０ｍｍ×４０ｍｍの１面にＷ製の発熱体を形成したヒータをネジ止めして加熱できるようにした。各加熱装置を実施例２と同様に２００Ｗの電力を供給して、昇温し、昇温速度を測定した。その結果を表１に示す。

表１から判るように、いずれも昇温速度が５℃／分以上であり、実用上問題ないことが確認できた。熱伝導率が高い材料ほど昇温速度が速いことが判る。

実施例１のムライト焼結体に代えて、表２に示す熱伝導率を有する材質を用いた以外は、実施例１と同様にして加熱装置を作成した。また、表２のムライトは、厚みを５ｍｍとしたものである。実施例２と同様に昇温したところ、いずれも２５℃／分の昇温速度で昇温できた。２００℃に昇温した時の隣接するチップの温度を測定したところ、表２に示す温度であった。

表２から判るように、低熱伝導率の材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ未満であれば、いずれも隣接するチップの温度は１００℃以下であり、断熱効果が高い。

実施例１の加熱装置の被処理物搭載面の反対側に、図２に示すように、冷却モジュール７を、ネジ（図示せず）で取り付けた。冷媒は、−６０℃のガルデンである。実施例１と同様に、１個のＡｌＮ焼結体の発熱体に給電して、その上のチップを２００℃に加熱し、隣接するチップの温度を測定したところ１０℃であった。このように冷却モジュールを組み合せることにより、加熱したチップの周囲のチップの温度を低温に制御することができることが判った。

実施例６と同様に、冷却ブロックを取り付けた。取付方法をガラス付け、嵌め合い、冷却ブロックの上に実施例１の加熱装置を載置しただけで機械的に固定しない３通りとした。実施例６のネジ止めでは、２００℃に昇温後、通電を停止してから５０℃まで冷却するのに要した時間は、５分であったが、ガラス付けでは２分、嵌め合いでは４分、固定しないと１２分であった。ちなみに、実施例１のように、冷却ブロックを取り付けない場合は、４０分であった。

冷却ブロックを図５のように可動式にして、昇温時には、冷却ブロックを実施例１の加熱装置から１０ｍｍ離し、冷却時に該加熱装置に当接させた。実施例１の装置では、昇温時間は６分、冷却時間は４０分であったが、本装置では、５０℃から２００℃までの昇温時間は、４分であり、２００℃から５０℃までの冷却時間は、３分であった。

実施例１の加熱装置で、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍのＡｌＮ焼結体には、発熱体を形成しないで、図４に示すように、直径３１０ｍｍで厚み５ｍｍのＡｌＮ焼結体に、４０ｍｍ×４０ｍｍ毎に実施例１で形成した発熱体回路を形成し実施例１と同様に４０ｍｍ×４０ｍｍの領域毎に発熱を制御できるようにした。このＡｌＮ焼結体を、実施例６で用いたのと同じ冷却モジュールの上に載置して、加熱装置とした。

４０ｍｍ×４０ｍｍの領域１箇所のみ発熱させ、その上のチップを２００℃に加熱した。その時、そのチップの周囲のチップは１０℃に制御可能であることを確認した。３２個のＡｌＮ焼結体個々に発熱体を形成することがないので、発熱体を形成する工程が大幅に簡便となり、コスト低減を達成しながら、個々のＡｌＮ焼結体に発熱体を形成した場合と同様に、領域毎に発熱を制御することができた。

図６に示すように、実施例１の４０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍのＡｌＮ焼結体と、実施例９の直径３１０ｍｍ厚み５ｍｍのＡｌＮ焼結体の両方に、実施例１と９と同様に発熱体回路を形成し、冷却ブロックと組み立てた。直径３１０ｍｍのＡｌＮ焼結体に形成した発熱体を用いて全体を１００℃に加熱しておき、４０ｍｍ×４０ｍｍのＡｌＮに形成した発熱体で、必要なときに２００℃に昇温した。

実施例１では、５０℃から２００℃に加熱し、５０℃に冷却するというパターンで測定していたが、１００℃から２００℃に加熱し、１００℃に冷却するというパターにすることができたので、測定時間が半分以下になった。なお、測定しないチップは１５０℃未満の１００℃に制御していたので、チップの劣化はなかった。

実施例１のＡｌＮ焼結体とムライト焼結体の厚みを１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍにして、実施例１と同様に昇温してチップの電気特性を測定したところ、１ｍｍと３ｍｍの厚みでは、測定データにノイズがみられたが、５ｍｍと１０ｍｍの厚みではノイズの発生は無かった。

実施例１の発熱体の材質をＭｏ、Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒに代えて、実施例１と同様の加熱装置を作成した。実施例１と同様に昇温して温度の均熱性を測定したが、いずれも実施例１と同じ２００℃±０．５℃であった。

実施例１のＡｌＮ焼結体のＮｉメッキを施さず、代わりに４０ｍｍ×４０ｍｍ×５ｍｍのＣｕ板あるいはＳｉ−ＳｉＣ板を、ＡｌＮ焼結体の被処理物搭載面にネジ止めし、実施例１と同様に加熱装置を作成した。４０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍｍの板同士は、実施例１と同様にＮｉ箔２１のバネで電気的に接続し、グランドに繋いだ。実施例１と同様に昇温して、電気特性を測定した。均熱性は、Ｃｕ板では、２００℃±０．２℃、Ｓｉ−ＳｉＣ板では２００℃±０．３℃であった。電気特性の測定は、いずれも問題なく行うことができた。

実施例１のＡｌＮ焼結体のＮｉメッキの上に、更にＡｕメッキを施した以外は、実施例１と同様に加熱装置を作成した。実施例１と同様の加熱しての電気特性の測定を行ったが、実施例１と同じ結果が得られた。実施例１の加熱装置は、大気中２００℃で、１０００時間使用すると、加熱装置の表面が微量酸化してくすみが発生したが、この加熱装置では、全くくすみの発生はなかった。

実施例１のＡｌＮ焼結体のＮｉメッキの代わりに、導電性のダイヤモンドをコーティングした。実施例１と同様にして電気的接続を行い、加熱装置を作成した。プローブカードで電気的特性を測定する時、実施例１ではチップが瞬間的に発熱し、熱的なゆらぎがみられたが、導電性のダイヤモンドをコーティングすると、瞬間的に熱が拡散して熱的なゆらぎは観察されなかった。

実施例１のＡｌＮ焼結体のＮｉメッキの代わりに、導電性のＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）をコーティングした。実施例１と同様にして電気的接続を行い、加熱装置を作成した。プローブカードで電気的特性を測定する時、実施例１ではチップが瞬間的に発熱し、熱的なゆらぎがみられたが、導電性のＤＬＣをコーティングすると、瞬間的に熱が拡散して熱的なゆらぎは観察されなかった。

本発明によれば、大面積のウェハ上に形成した多数のチップの電気特性を測定する際、１個あるいは複数個のチップだけを均一に加熱し、他のチップはできるだけ温度を下げて待機させることができるので、例えば、プローブカードによる電気的特性を測定するときに、全てのチップを長時間高温状態にしないことにより、高温に曝されることによるチップの劣化を抑制することが可能である。また、高剛性、低熱容量でありながら、反りの心配が無く、金属層の電気抵抗が充分低い半導体加熱装置とすることができ、ウェハプローバやハンドラ装置やテスター装置として有用である。

本発明の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の他の加熱装置の断面模式図を示す。 従来の加熱装置の断面模式図を示す。 本発明の電気接続方法の一例を示す。

符号の説明

１ 高熱伝導率材料
２ 低熱伝導率材料
３ 発熱体
４ 電極
５ 温度計測手段
６ 絶縁ガラス
７ 冷却ブロック
８ 水平部材
１０ 被処理物搭載面
２０ メッキ
２１ 電気接続手段

Claims (21)

1. 半導体回路が形成された基板を加熱する装置であり、該装置は前記基板を搭載するための被処理物搭載面を有しており、該被処理物搭載面を形成する材料は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率の高い材料が、アルミナ、ムライト、ムライト−アルミナ、多孔質材料のうちいずれか１種類以上からなる熱伝導率の低い材料に、前記被処理物搭載面に対して垂直方向に囲まれている構造が複数個並べられており、少なくとも前記熱伝導率の高い材料の被処理物搭載面が同一平面上にあることを特徴とする、バーンイン用またはプローバ用半導体加熱装置。
2. 前記熱伝導率の高い材料が、円柱状または角柱状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体加熱装置。
3. 前記同一平面上の平面度が、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
4. 前記同一平面上の平面度が、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
5. 前記熱伝導率の高い材料に、発熱体が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
6. 前記発熱体が、被処理物搭載面の反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体加熱装置。
7. 前記発熱体が、個別に温度制御されていることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体加熱装置。
8. 前記被処理物搭載面の反対側に、冷却モジュールを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
9. 前記冷却モジュールが、熱伝導率の高い材料に、当接、分離可能なように可動式になっていることを特徴とする請求項８に記載の半導体加熱装置。
10. 前記熱伝導率の高い材料が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｗ、Ｍｏのうちのいずれか１種類以上からなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
11. 前記熱伝導率の低い材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
12. 前記被処理物搭載面の反対側に、前記熱伝導率の高い材料が被処理物搭載面と平行に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
13. 前記被処理物搭載面に平行に配置された材料に発熱体が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体加熱装置。
14. 前記発熱体が、平行に配置された材料の、被処理物搭載面とは反対側の表面に形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体加熱装置。
15. 前記発熱体の主成分が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）から選ばれる１種以上の材質であることを特徴とする請求項５乃至７、請求項１４のいずれか１項に記載の半導体加熱装置。
16. 前記熱伝導率が高い材料において、個々の熱伝導率の高い材料毎に被処理物搭載面側に金属板または金属−セラミックス複合体が設置され、前記金属板または金属−セラミックス複合体がお互いに電気的に接続されて同一電位であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
17. 前記被処理物搭載面に金属メタライズおよび／またはメッキが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
18. 前記メッキの主成分が、ニッケル（Ｎｉ）および／または金（Ａｕ）であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体加熱装置。
19. 前記金属メタライズまたはメッキが、熱伝導率の高い材料の上に施され、お互いが電気的に接続されて同一電位であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の半導体加熱装置。
20. 前記被処理物搭載面に、導電性または非導電性のダイヤモンドあるいはＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）がコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。
21. 前記被処理物搭載面に、真空吸着用の溝を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体加熱装置。

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