(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量で剛性が高く、昇温時や冷却時の変形が小さく、均熱性及び急速な昇降温に優れ、繰り返し使用しても高精度な測定を再現できるプローバ用ウエハ保持体を提供する。【解決手段】ウエハプローバ用ウエハ保持体１は、ウエハ載置面を有するチャックトップ１０と、チャックトップ１０においてウエハ載置面とは反対側の面に設置される温度制御手段２０と、温度制御手段２０においてチャックトップ１０に対向する面とは反対側の面に設置される反り防止板３０とを有している。反り防止板３０の下部には空隙部６０を有する支持体５０が設けられており、反り防止板３０とチャックトップ１０との熱膨張係数差が所定の値以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側の面に設置される温度制御手段と、温度制御手段においてチャックトップに対向する面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、前記反り防止板の下部には空隙部を有する支持体が設けられており、前記反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差は所定の値以下であることを特徴とするウエハプローバ用ウエハ保持体。
【請求項２】
ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、前記反り防止板の下部には空隙部を有する支持体が設けられており、前記チャックトップと前記反り防止板との間には収納部が設けられており、前記収納部に温度制御手段が具備されており、前記反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差は所定の値以下であることを特徴とするウエハプローバ用ウエハ保持体。
【請求項３】
前記チャックトップと前記反り防止板との間に第１支持部材を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウエハプローバ用ウエハ保持体。
【請求項４】
前記第１支持部材が第１リング状部材を有し、前記第１リング状部材の内側に前記収納部が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のウエハプローバ用ウエハ保持体。
【請求項５】
前記支持体が、底部基板と、前記底部基板上に配置され、前記反り防止板を支持する第２支持部材及び／又は前記チャックトップを支持する第３支持部材とからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のウエハプローバ用ウエハ保持体。
【請求項６】
前記第２支持部材が、複数の第２支持柱と第２リング状部材とからなることを特徴とする、請求項５に記載のウエハプローバ用ウエハ保持体。
【請求項７】
前記温度制御手段が、発熱体と冷却モジュールからなり、前記チャックトップ側から発熱体、冷却モジュール、発熱体の順に積層され、前記チャックトップと前記反り防止板とで挟持されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のウエハプローバ用ウエハ保持体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載したウエハプローバ用ウエハ保持体を備えたことを特徴とするウエハプローバ用の温度制御ユニット。
【請求項９】
請求項８に記載の温度制御ユニットを備えたウエハプローバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ載置面に載置した半導体ウエハの電気特性を検査するためのウエハプローバに使用されるウエハ保持体、及びそれを搭載したウエハプローバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の検査工程では、半導体基板（ウエハ）に対して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。このバーンインでは、半導体回路が形成されたウエハを個々のチップに切断する前に通常の使用温度よりも高温に加熱し、不良になる可能性の高い半導体チップを加速的に不良化させ、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は、スループットの向上のために、処理時間の短縮が強く求められている。
【０００３】
ところで、バーンイン工程ではウエハを保持して加熱するためのヒータが用いられているが、従来のヒータは、ウエ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。この金属製の平板ヒータの上に回路を形成したウエハを載置し、その上から通電用の電極ピン（プローブピン）を多数備えたプローブカードと呼ばれる測定子を、数１０ｋｇｆから数百ｋｇｆの力で押さえつけてチップの電気的特性を測定していた。
【０００４】
このとき、ヒータが薄いと変形してしまい、ウエ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った。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、その結果、熱容量が増加して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。
【０００５】
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ている。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、金属板の材質には熱伝導率が４０３Ｗ／ｍＫと高い熱伝導率を有する銅（Ｃｕ）が用いられていた。
【０００６】
一方、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基板を用い、そ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の小さなウエハプローバを作製する技術が提案されている。この特許文献１によれば、剛性が高いので接触不良を起こしにくく、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、ウエ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。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されているように、ウエ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、ウエ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。
【０００８】
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、プローブカードとウエハプローバとの位置合わせに高い精度が求められている。ウエハプローバは、通常、ウエ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。従って、ウエハプローバを所定の位置にまで動かすために使用される駆動系に関しても上記位置合わせの高い精度が要求されている。
【０００９】
しかしながら、従来のウエハプローバではチャックトップに保持したウエハを所定の温度、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があった。更には、プロービング時の荷重の増加により、ウエハを載置するウエハプローバ自体の剛性も要求されるようになってきた。剛性が不足してチャックトップ自体がプロービング時の荷重により変形すると、プローブカードのプローブピンがウエハに均一に接触できなくなって検査ができなくなり、最悪の場合はウエハが破損するおそれがある。
【００１０】
プローバを大型化すればある程度ウエハプローバの変形を抑えることができるが、プローバ自身の重量が増加し、この重量増が駆動系の精度に悪影響を及ぼすという問題があった。また、ウエハプローバの大型化に伴い、ウエハ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も存在していた。
【００１１】
更に、ウエハプローバの昇降温速度を速めてスループットを向上するために、冷却機構が設けられていることが多い。しかしながら、従来は例えば特許文献１に示されるように、冷却機構が空冷であったり、金属製ヒータの直下に金属製の冷却板を設けたりしていた。前者の場合、空冷であるため、冷却速度が遅いという問題があった。また後者の場合でも、冷却板が金属製であるため、プロービング時に冷却板に直接プローブカードの圧力がかかると変形しやすいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−０３３４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
これらの問題点を解決するために、特許文献１ではチャックトップにセラミックスを用いる手法がとられている。しかしながら、チャックトップがセラミックスの場合、ウエハを所定の温度、すなわち１００〜２００℃程度の温度に加熱した際、チャックトップとこれを支持する支持体との間の熱膨張差によりチャックトップに負荷がかかり、チャックトップ自身の破壊強度を超えて割れが生じたり、プローブピンがウエハに均一に接触できなくなって検査ができなくなったりすることがあった。また、最悪の場合はウエハが破損することもあった。
【００１４】
そこで、特開２００１−１３５６８１号公報では、有底円筒状の支持容器に多数の支持柱を設けることによって、セラミックス製のチャックトップの反りや割れを防止する方法が提案されている。これら支持柱は、１〜１０ｍｍ間隔で碁盤目状に配置されることが好ましく、また、多数の箇所で支持することが好ましいと記載されている。
【００１５】
しかしながら、多数の支持柱で支持する場合、１００〜２００℃程度の温度に加熱したチャックトップから支持柱を経由して支持容器に熱が流入しやすくなり、流入した熱によって支持容器に反りが生じてチャックトップに悪影響を及ぼす可能性があるため、チャックトップの反りの問題は解決されていない。この熱の流入の対策として断熱材を介在させることも考えられるが、金属では効果的に断熱することができず、樹脂等では剛性の低下が懸念される。また、多数の支持柱及び支持容器に対して公差１〜２μｍレベルの高精度な断熱材が必要となるが、そもそも断熱材の平面度の制御は困難であるため非常に高コストなものになる上、組み付け自体にも困難を伴うことが予想される。
【００１６】
一方、特許第３９４５５２７号においては、チャックトップと支持体との間に空隙を設けることで、高剛性を損なうことなく断熱効果を高めて位置合わせの精度の向上や均熱性の向上を達成し、更にはチップの急速な昇温と冷却ができるウエハプローバ用ウエハ保持体が開示されている。しかしながら、近年の配線の微細化の進展からチャックトップ上面の高精度の要求はますます高まっており、昇温時や冷却時のチャックトップ厚み方向の温度分布によりチャックトップ自体に反りが発生して、常温時のチャックトップ上面の平面度の精度を昇温時や冷却時には維持できなくなる問題が無視できなくなっている。
【００１７】
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、常温時の高精度なチャックトップ上面の平面度を常温時に限らず昇温時や冷却時にも高精度に維持することができ、プロービングによる押圧に対してもチャックトップの変形や破損を防止することができ、昇温時や冷却時にも高精度な温度分布を実現でき、軽量かつ断熱性の高い構造により下部駆動系への負荷を軽減するとともに熱の流入を遮断でき、高精度なプロービングが実現でき、繰り返し使用しても正確な測定を再現できるウエハプローバ用ウエハ保持体及びそれを搭載したウエハプローバ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明が提供するウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側の面に設置される温度制御手段と、温度制御手段においてチャックトップに対向する面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、前記反り防止板の下部には空隙部を有する支持体が設けられており、前記反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差が所定の値以下であることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明が提供するウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、前記反り防止板の下部には空隙部を有する支持体が設けられており、前記チャックトップと前記反り防止板との間には収納部が設けられており、前記収納部に温度制御手段が具備されており、前記反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差が所定の値以下であることを特徴としている。
【００２０】
上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体においては、チャックトップと反り防止板との間に第１支持部材を備えることが好ましい。また、この第１支持部材として第１リング状部材を設け、この第１リング状部材の内側に上記収納部を形成しても良い。
【００２１】
また、上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体においては、支持体を底部基板と、この底部基板上に配置され、前記反り防止板を支持する第２支持部材及び／又は前記チャックトップを支持する第３支持部材とからなることが好ましい。この第２支持部材は、複数の第２支持柱と第２リング状部材とから構成することができる。
【００２２】
上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハプローバ用の温度制御ユニットに具備することができる。更に、この温度制御ユニットは、ウエハプローバに具備することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、軽量で剛性が高く、昇温時や冷却時にチャックトップが反りによって変形することがほとんどなく、均熱性及び急速な昇降温に優れ、更に繰り返し使用しても高精度な測定を再現できるプローバ用ウエハ保持体及びそれを搭載したプローバ用温度制御ユニット及びそれを搭載したウエハプローバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体の一具体例を示す概略の断面立面図である。
【図２】図１に示すチャックトップの他の支持態様を示す断面立面図である。
【図３】図１に示すチャックトップの更に他の支持態様を示す断面立面図である。
【図４】図１に示すチャックトップの更に他の支持態様を示す断面立面図である。
【図５】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体が好適に具備する第１支持部材の配置例を示す概略の平面図である。
【図６】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体の他の具体例を示す概略の断面立面図である。
【図７】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体が好適に具備する第２支持部材の具体例を示す概略の断面立面図である。
【図８】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体の更に他の具体例を示す概略の断面立面図である。
【図９】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体が好適に具備する第２リング状部材の締結方法の一具体例を示す概略の平面図である。
【図１０】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体の更に他の具体例を示す概略の断面立面図である。
【図１１】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体の温度制御手段の具体例を示す概略の断面立面図である。
【図１２】本発明によるウエハプローバ用ウエハ保持体が好適に具備する第１及び第３支持部材の具体例を示す概略の部分断面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の一実施態様は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側に設置される温度制御手段と、温度制御手段においてチャックトップに対向する面とは反対側の面に設置される反り防止板とを有し、反り防止板とチャックトップとの熱膨張係数差が所定の値以下であることを特徴としている。
【００２６】
これにより、ウエハ上に形成された半導体デバイスの電気的特性を、例えば−数十℃の低温から１５０〜２００℃の高温までの温度範囲において測定する際、チャックトップとチャックトップに取り付けられた例えば金属製の冷却モジュールやヒータなどの温度制御手段の各部材との熱膨張差によって生じる反りによるチャックトップの変形を防止することができ、上記温度範囲において常温時と変わらず高精度なプロービングを実現できる。
【００２７】
上記本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエハ載置面を有するチャックトップに反り防止板が具備されているので高い剛性を有している。これらに剛性の高い材料を用いることでプロービング時の押圧によるチャックトップの変形をより一層抑えることができ、繰り返し使用しても高精度な測定を再現できる。
【００２８】
チャックトップと反り防止板との間には第１支持部材を設けることが好ましい。この第１支持部材は、リング状部材でも支持柱でも良い。チャックトップと接する面には貫通孔やざぐり穴を設けることにより断熱性を高めることができ、接触面積を適宜制御することで高い剛性と高い断熱性を両立することができる。より剛性を重視する場合には、リング状部材でチャックトップの外縁部を支持することが好ましく、リング状部材及び／又は複数の支持柱を適宜組み合わせることで所望の剛性を得ることができる。
【００２９】
上記反り防止板の下部には、空隙部を有する支持体が設けられている。この空隙部の断熱効果により、プロービング時に１５０〜２００℃の高温又は−数十℃の低温となるウエハの熱が、反り防止板及び支持体を経由して更に下方に位置する駆動系に伝わるのを効果的に抑えることができる。その結果、反り防止板と支持体との温度差を小さくすることができ、チャックトップの変形を抑えることができる。更に、駆動系における昇温時の温度上昇及び冷却時の温度降下を小さくして駆動系の精度劣化を抑えることができる。
【００３０】
この支持体は、底部基板と、該底部基板の上に設置され、反り防止板を支持する第２支持部材とから構成するのが好ましく、これらは一体物でも良いが、分離可能に当接していることがより好ましい。かかる構造にすることによって、反り防止板と第２支持部材との間、及び第２支持部材と底部基板との間に熱抵抗となる接触界面を設けることができ、チャックトップから駆動系への断熱効果をより一層増すことができる。その結果、チャックトップの変形を防止することができるとともに、駆動系の熱伝達量を低減し、駆動系の温度上昇を抑えることで精度悪化をより抑えることができる。
【００３１】
第２支持部材の形状としては柱状やリング状が好ましく、それらの組み合わせでも良い。反り防止板を部分的に局部支持するこれら第２支持部材の配置場所とその接触面積を適切に制御することで高い剛性と高い断熱性を両立させることができる。また、第２支持部材を介して反り防止板と底部基板とを締結しても良い。これにより、従来のようにチャックトップと底部基板とを直接締結する場合に比べて、締結部の温度差を小さくできるので熱膨張差を小さくでき、チャックトップの変形を防止することができる。
【００３２】
更に、第２支持部材にリング状部材を採用することにより剛性を高めることができるだけでなく、反り防止板とリング状部材の締結位置と底部基板とリング状部材との締結位置をずらすことで、リング状部材が応力緩和層としての役割を果たすことができ、支持柱のみの場合に比べて高温時及び低温時の反りを低減することができ、高精度な測定を実現できる。
【００３３】
また、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の他の実施態様は、ウエハ載置面を有するチャックトップと、チャックトップにおいてウエハ載置面とは反対側に設置される反り防止板とを有し、この反り防止板とチャックトップとの間に収納部が設けられており、この収納部に温度制御手段が配置されている。これにより、一般に金属製であることが多い温度制御手段を介さずに剛性の高いチャックトップを支えることができ、温度制御手段を介してのみ支持される場合に比べて剛性を高めることができ、チャックトップの変形を抑えることができる。
【００３４】
次に、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の具体例を、図面を参照しつつ説明する。図１には、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体の一具体例が示されている。このウエハプローバ用ウエハ保持体１は、ウエハ載置面１０ａを有するチャックトップ１０と、チャックトップ１０においてウエハ載置面１０ａとは反対側の面に設置される温度制御手段２０と、温度制御手段２０においてチャックトップ１０に対向する面とは反対側の面に配置される反り防止板３０とから構成される。
【００３５】
反り防止板３０とチャックトップ１０との熱膨張係数差は所定の値以下になっている。これにより、温度制御手段２０によってウエハプローバ用ウエハ保持体１の温度を高温又は低温に変化させても、チャックトップ１０の反りによる変形はほとんど生じない。
【００３６】
すなわち、互いの熱膨張係数差が所定の値以下であるチャックトップ１０と反り防止板３０によって温度制御手段２０を挟持することで、温度制御手段２０によってチャックトップ１０が高温に加熱される場合も、逆に低温に冷却される場合もチャックトップ１０と反り防止板３０の熱膨張量を略同一にしてバランスさせることができる。これにより、反り防止板３０がない場合や反り防止板３０とチャックトップ１０の熱膨張係数が大きく離れている場合に比べて温度変化によるチャックトップ１０の変形量を小さくすることができる。
【００３７】
チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度は１０μｍ以下であることが好ましい。この値が１０μｍを超えると、プロービング時のプローブピンが片あたりを起こして特性を正しく評価できなかったり、接触不良により誤って不良品であると判定して歩留まりを必要以上に悪く評価したりすることがある。また、チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａと、後述する支持体の底面との平行度は１０μｍ以下であることが好ましい。この値が１０μｍを超えると、上記と同様に接触不良を生じることがある。
【００３８】
尚、面の平面度とは、当該面を挟む平行な２枚の面の内、それらの間の距離が最も短いものを想定したとき、その距離のことをいう。また、２つの面の平行度とは、一方の面（基準平面）に平行な２つの幾何学的平面で他方の面を挟んだとき、これら２つの幾何学的平面の間隔が最小となる場合のその間隔のことをいう。
【００３９】
室温時にチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度及びこれと支持体の底面との平行度がそれぞれ１０μｍ以下で良好であっても、例えば２００℃でのプロービング時にこれら平面度や平行度が１０μｍを超えると前述と同様に好ましくない。また、例えば−６０℃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平面度及び平行度ともに１０μｍ以下であることが必要である。
【００４０】
例えば、反り防止板３０の熱膨張係数がチャックトップ１０より５×１０−６／Ｋ大きい場合には、１００〜２００℃に昇温した場合、チャックトップ１０の下部に温度制御手段２０を介して配置される反り防止板３０の熱膨張量がチャックトップ１０より大きくなるため、バイメタル効果により、チャックトップ１０にウエハ載置面１０ａが中凹状に湾曲するような応力がかかり、チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度が悪化する。
【００４１】
このように、室温時にチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度及びそれと支持体の底面との平行度が１０μｍ以下で良好であっても、１００〜２００℃に昇温されたときのプロービング時に、これら平面度や平行度が１０μｍを超えると好ましくない。更に、チャックトップ１０の中心部に支持部材を配置している場合には、当該支持部材が中凹状に変形したチャックトップ１０の中央部を突き上げることになり、ひどい場合はチャックトップ１０を破損させ、プロービングが継続できなくなることもある。
【００４２】
逆に−６０℃に冷却した場合には、反り防止板３０がチャックトップ１０に比べてより収縮して小さくなるため、チャックトップ１０にウエハ載置面１０ａが中凸状に湾曲するような応力がかかり、チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度が悪化する。このように、室温時にチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度及びそれと支持体の底面との平行度が１０μｍ以下で良好であっても、−６０℃に冷却したときのプロービング時においてこれら平面度や平行度が１０μｍを超えると好ましくない。
【００４３】
反り防止板３０とチャックトップ１０の熱膨張係数差は５×１０−６／Ｋ以下であることが好ましく、略同一であることがより好ましい。特に、プロービング温度が−６０〜２００℃の範囲であるならば、チャックトップ１０と反り防止板３０との熱膨張係数差は２×１０−６／Ｋ以下が好ましい。この範囲であるならばプロービングを行う温度範囲全域において前述した平面度及び平行度ともに１０μｍ以下とすることができる。
【００４４】
尚、当然のことながら、プロービング時の温度範囲が上記範囲より広い場合には、チャックトップ１０と反り防止板３０の熱膨張係数差はより小さくする必要があるし、逆にプロービング時の温度範囲が狭ければ上記熱膨張係数差よりも大きくても良い。本発明者らの検討結果によれば、ウエハプローバの一般的な使用温度範囲を考慮すれば、２×１０−６／Ｋ以下が好ましい。
【００４５】
また、図２の（ａ）に示すように、チャックトップ１０において反り防止板３０に対向する側の面に外縁部を残してざぐり穴を設け、このざぐり穴からなる収納部に温度制御手段２０を嵌め込んだ上で、チャックトップ１０と反り防止板３０とで温度制御手段２０を挟持することもできる。
【００４６】
このとき、上記と同様に、反り防止板３０とチャックトップ１０との熱膨張係数差を所定の値以下にすることで、温度制御手段２０によりウエハプローバ用ウエハ保持体１を高温又は低温に変化させた際のチャックトップ１０の変形を抑えることができる。更に、チャックトップ１０の外縁部を、剛性の高いチャックトップ１０の平板部と剛性の高い反り防止板３０とで支持することになるので、温度制御手段２０を介してチャックトップ１０を支持した場合に比べて高い剛性を得ることができる。
【００４７】
温度制御手段２０が嵌め込まれる収納部としては、図２の（ｂ）のように、反り防止板３０においてチャックトップ１０に対向する側にざぐり穴を設けて温度制御手段２０を嵌め込み、平板状のチャックトップ１０とで挟持しても良いし、図２の（ｃ）のように、チャックトップ１０における反り防止板３０に対向する側と、反り防止板３０におけるチャックトップ１０に対向する側の両方にざぐり穴を設けて、これら両ざぐり穴に温度制御手段２０を嵌め込んでも良い。
【００４８】
また、チャックトップ１０と反り防止板３０との間に第１支持部材４０を設けても良い。例えば図３に示すように、リング状の第１支持部材４０ａを設けることによって、この第１リング状部材４０ａの内側を収納部として温度制御手段２０を嵌め込むこともできる。このときも上記の場合と同様に、反り防止板３０とチャックトップ１０との熱膨張係数差を所定の値以下にすることで、温度制御手段２０によってウエハプローバ用ウエハ保持体１を高温又は低温に変化させた際のチャックトップ１０の変形を小さくすることができ、剛性を高くすることができる。更に、チャックトップ１０と反り防止板３０との間の接触界面を増やすことができるので、チャックトップ１０の外縁部からの熱の逃げを緩和することができ、図２に示す場合に比べて均熱性を良くすることができる。
【００４９】
また、図４に示すように、第１支持部材４０として複数の第１支持柱４０ｂを設けても良い。これにより剛性を高めることができる上、チャックトップ１０の外縁部を支持する必要がなくなるので、チャックトップ１０の外縁部からの熱逃げを緩和できる。更に、温度制御手段２０を外縁部まで配置できるので、図２や図３に示す構造に比べて均熱性を良くすることができる。図２〜図４に示す構造によりチャックトップ１０と反り防止板３０との間に温度制御手段２０を挟み込むことによって、温度制御手段２０からの熱をチャックトップ１０と反り防止板３０へ平等に伝えることができ、且つチャックトップ１０の支持を温度制御手段２０に直接担わせなくても良くなる。
【００５０】
その結果、温度制御手段２０は、チャックトップ１０や反り防止板３０にかかるネジなどの締結手段７０の応力、あるいはプロービング時にチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａから受けるプローブピンなどからの応力の影響を受けることがない。よって、温度制御手段２０を、これら応力を考慮しない無負荷な構造にすることができる。逆に、チャックトップ１０及び反り防止板３０に対しては、温度制御手段２０の熱変形などによる応力の影響を受けない無負荷な構造とすることができる。
【００５１】
このように、チャックトップ１０及び反り防止板３０は、温度制御手段２０に対して無負荷な構造にすることができるから、チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度に対する温度制御手段２０の影響を回避することができ、チャックトップ１０と反り防止板３０の熱膨張係数差のみを制御することにより、高温時及び低温時のチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの平面度や平行度を制御することができる。
【００５２】
チャックトップ１０を支持する複数の第１支持柱４０ｂは、図５の（ａ）に示すように、チャックトップ１０の中心部に加え、チャックトップ１０に対して同心円状の円上に周方向に均等に配置するのが好ましい。このとき、同心円状の円の直径は、チャックトップ１０の直径の１／２以上であることが好ましい。この値が１／２未満であれば、プロービング時にチャックトップ１０の端部を押圧した際、チャックトップ１０の変形量（撓み量）が許容量を超え、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがある。
【００５３】
複数の第１支持柱４０ｂの他の配置例としては、図５の（ｂ）に示すように、チャックトップ１０に対して同心円状の１つの円上に周方向に均等に複数箇所配置しても良い。また、図５の（ｃ）に示すように、直径（Ｒ１、Ｒ２、・・・）の複数の円をチャックトップ１０に対して同心円状に配置した各円上に、周方向に均等に複数箇所配置しても良い。更に、図５の（ｄ）に示すように、図５の（ｃ）に加えて中心部に１箇所配置しても良い。
【００５４】
複数の同心円状の円上に配置する場合は、最外周の円の直径はチャックトップ１０の直径の１／２以上であることが好ましく、更に２／３以上であることがより好ましい。この直径がチャックトップ１０の直径の１／２未満であると、前述と同様に、チャックトップ１０の外周部におけるプロービング押し圧が強くなるとチャックトップ１０の変形量（撓み量）が許容量を超え、正確なプロービングができなくなるからである。
【００５５】
また、最外周の円上においては、３箇所以上に第１支持柱４０ｂを配置することが好ましく、６箇所以上が特に好ましい。３箇所未満では、隣接する支持柱間のスパンが広くなりすぎるため、隣接する支持柱の中間部分にプロービング時の押圧がかかった場合、チャックトップ１０の変形量（撓み量）が大きくなり、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがあるからである。
【００５６】
第１支持部材４０の数は、多ければ多いほどプロービング時の押圧による撓みに対しては有利であるが、多すぎると温度制御手段２０に第１支持部材４０用の貫通孔を多数設けなければならないので、均熱性が低下するおそれがある。従って、必要とされる剛性と均熱性の両面から適宜設計する必要がある。一般的には、チャックトップ１０と第１支持部材４０の接触面積は、チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの面積の２０％以下が好ましい。この範囲であれば、均熱性を損なうことなく高い剛性を保つことができる。
【００５７】
再度図１を参照すると、反り防止板３０の下部には支持体５０が設けられている。支持体５０は、底部基板５１と、この底部基板５１上に設けられ、反り防止板３０を支持する第２支持部材５２とからなる。第２支持部材５２は、反り防止板３０を複数の局部のみで支持する構造を有することが好ましい。これにより、反り防止板３０と支持体５０の接触面積を小さくすることができる上、反り防止板３０底部基板５１との間に空隙部６０を容易に形成することができる。
【００５８】
空隙部６０によって、チャックトップ１０と底部基板５１との間の大部分が空気層となるため、効率的な断熱構造とすることができる。空隙部６０の形状には特に制約はなく、温度制御手段２０で発生した熱や、ウエハプローバ用ウエハ保持体１周りの冷気が底部基板５１に伝わるのを効果的に抑えることができるのであればいかなる形状であっても良い。
【００５９】
第２支持部材５２は底部基板５１と一体化されていても分離可能に当接されていてもどちらでも良いが、分離可能に当接されていた方が好ましい。反り防止板３と第２支持部材５２との間、及び第２支持部材５２と底部基板５１との間が接触界面になるため、その熱抵抗としての効果が期待できるからである。
【００６０】
上記のようにチャックトップ１０から支持体５０、更には支持体５０の下部へ伝わる熱を効率良く断熱することで、支持体５０の温度変化量を低く抑えることができ、支持体５０の温度変化による反りを低減することができ、チャックトップ１０の反りへの影響を低減できる。更には、駆動系への熱の伝達を抑えることができるため、プロービング時の位置合わせの精度の悪化を防ぐことができ、高精度なプロービングが実現できる。
【００６１】
第２支持部材５２は、適宜自由に配置できるが、第１支持柱４０ｂと同様に配置するのが好ましい。すなわち、反り防止板３０を支持する第２支持部材５２は、図５の（ａ）に示すように、チャックトップ１０の中心部に加え、チャックトップ１０に対して同心円状の円上に周方向に均等に配置するのが好ましい。このとき、同心円状の円の直径は、チャックトップ１０の直径の１／２以上であることが好ましい。この値が１／２未満であれば、プロービング時にチャックトップ１０の端部を押圧した際、チャックトップ１０の変形量（撓み量）が許容量を超え、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがある。
【００６２】
第２支持部材５２の他の配置例としては、図５の（ｂ）に示すように、チャックトップ１０に対して同心円状の１つの円上に周方向に均等に複数箇所配置しても良い。また、図５の（ｃ）に示すように、直径（Ｒ１、Ｒ２、・・・）の複数の円をチャックトップ１０に対して同心円状に配置した各円上に、周方向に均等に複数箇所配置しても良い。更に、図５の（ｄ）に示すように、図５の（ｃ）に加えて中心部に１箇所配置しても良い。
【００６３】
複数の同心円状の円上に配置する場合は、最外周の円の直径はチャックトップ１０の直径の１／２以上であることが好ましく、更に２／３以上であることがより好ましい。この直径がチャックトップ１０の直径の１／２未満であると、前述と同様に、チャックトップ１０の外周部におけるプロービング押し圧が強くなるとチャックトップ１０の変形量（撓み量）が許容量を超え、正確なプロービングができなくなるからである。
【００６４】
また、最外周の円上においては、３箇所以上に第２支持部材５２を配置することが好ましく、６箇所以上が特に好ましい。３箇所未満では、隣接する支持柱間のスパンが広くなりすぎるため、隣接する支持柱の中間部分にプロービング時の押圧がかかった場合、チャックトップ１０の変形量（撓み量）が大きくなり、適正なプロービングを行うことができなくなるおそれがあるからである。
【００６５】
第２支持部材５２の数は、多ければ多いほどプロービング時の押圧による撓みに対しては有利であるが、多すぎると、反り防止板３０と第２支持部材５２との接触面積が大きくなりすぎて昇温時にはチャックトップ１０の熱が第２支持部材５２を介して支持体５０の底部基板５１、更には駆動系にまで伝わり、測定精度を低下させてプロービングを継続できなくなるおそれがある。従って、反り防止板３０と第２支持部材５２の接触面積は、反り防止板３０において底部基板５１に対向する面の面積の２０％以下が好ましい。この範囲であれば、伝熱量が制限されて高精度を保つことができる。
【００６６】
上記した中でも、特に、第２支持部材５２は、底部基板５１の中心部及び外周部に具備することが好ましい。この第２支持部材５２は、チャックトップ１０を支持する反り防止板３０を支えており、チャックトップ１０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１０の変形を抑えることができる。
【００６７】
また、図６に示すように、チャックトップ１０と底部基板５１とを直接的に支持する第３支持部材５３をそれらの中心部にのみ設けても良い。更に、チャックトップ１０の外周部においては第１支持柱４０ｂに挿通させた締結手段７０を介してチャックトップ１０と反り防止板３０とを締結し、内周部においては第２支持部材５２に挿通させた締結手段７０を介して反り防止板３０と底部基板５１とを締結しても良い。このとき、チャックトップ１０の外周部については、底部基板５１とチャックトップ１０との間及び底部基板５１と反り防止板３０との間のいずれも締結しないようにできる。
【００６８】
この締結方法により、チャックトップ１０と底部基板５１の温度差があることによる熱膨張差による反りの影響を大幅に削減することができ、チャックトップ１０と底部基板５１を直接支持し固定する場合に比べて、高温時、低温時のチャックトップ１０の反りを小さく抑えることができる。
【００６９】
また、支持体５０の底部基板５１とチャックトップ１０とを複数の第３支持部材５３を用いて直接支持しても良い。これにより剛性を強化することもできるが、第２支持部材５２を用いて反り防止板３０を支持する場合に比べて温度制御手段２０や反り防止板３０に第３支持部材５３を挿通する穴を開ける必要が生じて剛性が若干劣化する上、後述する温度制御手段２０のヒータパターンや冷媒水路パターンの設計の自由度が制限され、高温時や低温時における均熱性が低下する。この支持方法については、後に図１０を参照して詳細に説明する。
【００７０】
上記したように、反り防止板３０を部分的に局部支持するように第２支持部材５２を構成することによって、反り防止板３０と底部基板５１との間を中空構造にすることができるため、従来行われていたような、チャックトップの外径と同等の外径を有する円柱状の支持体を設けたり、チャックトップの外周部をリング状に支持する支持体を設けたりする場合に比べて軽量化できるため、急速な昇温や降温に優れ、検査工程のスループットを上げることができる。
【００７１】
第２支持部材５２は、図７の（ａ）に示すように、複数の第２支持柱５２ａによって反り防止板３０を支持しても良いし、図７の（ｂ）に示すように、外縁部に配置された第２リング状部材５２ｂと、その内側に配置された複数の第２支持柱５２ａとによって反り防止板３０を支持しても良い。後者の場合は、第２支持柱５２ａの本数を削減できるので前者の場合に比べて部品点数を少なくできる上、剛性を高めることができる。
【００７２】
前述したように、チャックトップ１０の中心部のみを第３支持部材５３によって支持する場合は、図８に示すように、チャックトップ１０と底部基板５１とを第３支持部材５３及びその締結手段７０を用いて直接締結し、外縁部については第２リング状部材５２ｂ及びその締結手段７０ａ、ｂを介して、内周部については第２支持柱５２ａ及びその締結手段７０を介して反り防止板３０と底部基板５１とを締結しても良い。
【００７３】
第２リング状部材５２ｂを反り防止板３０及び底部基板５１に締結する際は、図８及び９に示すように、締結手段７０ａ及びｂを第２リング状部材５２ｂの周方向において反り防止板３０及び底部基板５１に交互に締結しても良い。これにより第２リング状部材５２ｂが応力緩和層として機能し、チャックトップ１０と底部基板５１の温度差により生じる熱膨張差による反りの影響を大幅に削減することができ、チャックトップ１０と底部基板５１を直接支持し固定する場合に比べ、高温時や低温時のチャックトップ１０の反りを小さく抑えることができる。
【００７４】
温度制御手段２０とチャックトップ１０との間、及び温度制御手段２０と反り防止板３０との間に空隙があると、伝熱を阻害し、昇温速度や冷却速度の低下につながるし、均熱性を悪化させる。このため、チャックトップ１０と温度制御手段２０との間や温度制御手段２０と反り防止板３０との間には耐熱性の高熱伝導樹脂シートを配置することが好ましい。これにより、互いの密着性が高まり、上記問題を解決できる。高熱伝導樹脂シートとして、例えば、シリコーン樹脂などは弾力性があり、更には耐熱性を有し、電気絶縁性があるため好ましい。
【００７５】
この高熱伝導樹脂シートの樹脂中には樹脂の熱伝導を高める役割を有するフィラーを分散させることができる。かかるフィラーの材質としては、樹脂との反応性のない限り特に制約はなく、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使用することができる。
【００７６】
反り防止板３０は、チャックトップ１０と同じ材質（熱膨張、熱伝導率、ヤング率）であることが好ましい。当然のことながら、同材質であれば、熱膨張係数も同一であり、熱膨張差を生じないため、高温時、低温時のおいてもチャックトップ１０に反りが発生しにくくなる。
【００７７】
反り防止板３０の材料はチャックトップ１０と異なる材料であっても良いが、この場合はチャックトップ１０の材料の熱膨張係数にあわせて適宜選択することになる。この条件が合えば、反り防止板３０の材料は金属でもセラミックスでも金属セラミックス複合体でも良い。
【００７８】
反り防止板３０の厚みは特に制約はないが、前述したように、反り防止板３０がチャックトップ１０を第１リング状部材４０ａや複数の第１支持柱４０ｂを介して支持する場合には、厚くすればするほど剛性を強くできるが、チャックトップ１０より厚いと熱容量が大きくなり、昇降温速度が遅くなるので、目的や用途に応じて適当な厚みを設定することが好ましい。この場合、反り防止板３０の材料がチャックトップ１０と異なる材料の場合は、プロービング時の荷重によるチャックトップ１０上面の変形を防ぐためヤング率が１００ＧＰａ以上であることが好ましく、２００ＧＰａ以上であるとより好ましい。
【００７９】
一方、前述したように、複数の第３支持部材５３を用いてチャックトップ１０と底部基板５１とを締結し、反り防止板３０をチャックトップ１０の支持に関与させない構造にする場合は、反り防止板３０はプロービング時の剛性に寄与しないため、剛性確保のために厚くする必要はなく、第３支持部材５３を回避するための穴やねじ穴を形成できるだけの厚みがあれば良い。
【００８０】
このように反り防止板３０がチャックトップ１０の支持に関与しない場合は、図１０に示すように、反り防止板３０を薄くできるので熱容量が小さくなり、昇温速度や降温速度を速くすることができる。また、比較的加工性の容易な剛性の低い材料を用いることにより比較的安価に製造することもできる。この場合は、反り防止板３０のヤング率は特に問わないが、１００ＧＰａ以上であるのが好ましい。ヤング率が低すぎると、ネジなどで締結する際の応力でへこみやねじれを生じてしまい、反り防止板３０として機能できなくなるからである。
【００８１】
温度制御手段２０は、発熱体及び／又は冷却モジュールからなり、チャックトップ１０は、この温度制御手段２０によって加熱及び／又は冷却される。近年、半導体ウエハのプロービングにおいては、ウエハを１００〜２００℃の温度に加熱する場合が多く、もしチャックトップ１０を加熱する発熱体の熱が支持体５０に伝わることを防止することができなければ、支持体５０の下部に備わる駆動系に熱が伝わり、当該駆動系を構成する各部品の熱膨張差により機械精度にずれを生じ、チャックトップ１０の上面（ウエハ載置面１０ａ）の平面度や平行度を著しく劣化させる原因となる。
【００８２】
これに対して、本実施形態の支持体５０は、チャックトップ１０を複数の局部のみで支持することができるため、チャックトップ１０と支持体５０との接触面積を低減でき、更に支持体５０は空隙部６０を有することから断熱効果が高く平面度や平行度を著しく劣化させることはない。
【００８３】
ところで、前述した特許第３９４５５２７号公報に記載のウエハ保持体では、支持体にリング状部材を用いる場合には、発熱体及び冷却モジュールの外径をリング状部材の内径より小さくする必要があるため、これら発熱体及び冷却モジュールをチャックトップと同サイズにすることができなかった。このため、昇温時は外周の熱垂れが大きく均熱特性の向上に限界があった。冷却時にも冷媒の流路をチャックトップの外周部まで広げることができないため、冷却時の均熱特性の向上にも限界があった。
【００８４】
これに対し、本実施形態の構造では、チャックトップ１０を局部で支持する構造にできるため、チャックトップ１０とほぼ同じサイズの外径を持つ発熱体や冷却モジュールを搭載することができる。このため、平面度や剛性を維持したまま優れた均熱特性を昇温時及び冷却時に提供することができる。
【００８５】
例えば図１１の（ａ）に示すように、温度制御手段２０としてチャックトップ１０とほぼ同サイズの外径を有する発熱体２１を具備することができる。この場合は、抵抗発熱体２１ａをマイカやシリコーン樹脂などの絶縁シート２１ｂで挟み込んだ構造にするのが簡便であるので好ましい。抵抗発熱体２１ａには、金属材料を使用することができる。例えば、ニッケル、ステンレス、銀、タングステン、モリブデン、ニクロム又はこれらの金属の合金からなる例えば金属箔を用いることができる。
【００８６】
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、抵抗発熱体２１ａ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２１ａの回路パターンを比較的精度良く形成することができるからである。また、比較的安価である上、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からである。
【００８７】
また、抵抗発熱体２１ａを挟み込む絶縁シート２１ｂ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が挙げられる。また、このような絶縁性の樹脂で抵抗発熱体２１ａを挟み込む場合、抵抗発熱体２１ａで発生した熱をよりスムースにチャックトップ１０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、樹脂との反応性がな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使用することができる。
【００８８】
図１１の（ａ）に示すように、発熱体２１のみからなる温度制御手段２０をチャックトップ１０に取り付ける場合は、発熱体２１をチャックトップ１０と反り防止板３０の間に配置し、チャックトップ１０と反り防止板３０とをねじ止め等の機械的手段で固定することができる。
【００８９】
また、図１１の（ｂ）に示すように、温度制御手段２０が冷却モジュール２２を具備する場合は、この冷却モジュール２２の水路２２ａにチラー（図示せず）で別途冷却した不凍冷媒を供給することによって、チャックトップ１０を急速に冷却することができる。チャックトップ１０を加熱する際は、冷却モジュール２２の下部に備えた発熱体２１で昇温することになる。
【００９０】
このとき、冷却モジュール２２は均熱板としての役割を担わせることができるので、冷却モジュール２２にＣｕやＡｌ等の高熱伝導材を用いることでより高い均熱化を図ることができる。尚、冷却モジュール２２やチャックトップ１０に埋め込んだ熱電対や白金抵抗体を用いて温度モニターすることによって、冷却しながら発熱体２１の発熱量を制御し、冷却時の細かい温度制御を行うこともできる。
【００９１】
温度制御手段２０を図１１の（ｂ）に示す構造にする場合は、チャックトップ１０においてウエハ載置面１０ａとは反対側の面に冷却モジュール２２を隣接させて設置し、更に冷却モジュール２２の下面に絶縁シート２１ｂに挟み込まれた構造の抵抗発熱体２１ａを隣接して配置し、これらをチャックトップ１０と反り防止板３０とで挟持して固定することができる。この時、チャックトップ１０においてウエハ載置面１０ａとは反対側の面と冷却モジュール２２との間に、変形能と耐熱性を有し、かつ熱伝導率の高い軟性材２３を挿入することもできる。
【００９２】
例えば、Ｓｉ樹脂等の軟性材２３を挿入することで、チャックトップ１０と冷却モジュール２２の間に互いの平面度や反りを緩和でき、接触面積をより広くとることができる。その結果、冷却モジュール２２が本来備える冷却能力を十分に発揮することができるので、冷却速度を高めることができる。
【００９３】
温度制御手段２０の別の実施形態としては、図１１の（ｃ）に示すように、チャックトップ１０においてウエハ載置面１０ａとは反対側の面に絶縁シート２１ｂで挟み込んだ構造の抵抗発熱体２１ａを設置し、その下面に冷却モジュール２２を配置し、これらをチャックトップ１０と反り防止板３０とで挟持する場合がある。
【００９４】
温度制御手段２０の更に別の実施形態としては、図１１の（ｄ）に示すように、冷却モジュール２２の上下両方に抵抗発熱体２１ａを設置し、これらをチャックトップ１０と反り防止板３０とで挟持しても良い。これにより、チャックトップ１０と反り防止板３０の温度を略同一にするように各抵抗発熱体２１ａの温度を個別に制御することが可能となるので、抵抗発熱体２１ａが冷却モジュール２２の上下いずれかに設けられた図１１の（ｂ）や（ｃ）の場合に比べて、チャックトップ１０の昇温時や冷却時にチャックトップ１０上面の平面度が殆ど変化しない極めて高精度なチャックトップ１０を提供することができる。
【００９５】
チャックトップ１０を加熱する発熱体２１とチャックトップ１０との間には電磁波を遮断（シールド）するための金属層（図示せず）を設けることが好ましい。この電磁波シールド用金属層は、発熱体２１等で発生した電磁波や電場等のウエ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を有している。このノイズは通常の電気特性の測定には大きな影響は与えないが、ウエハの特に高周波特性を測定する場合に顕著に影響を及ぼすものである。
【００９６】
この電磁波シールド用金属層は、例えば、発熱体２１とチャックトップ１０との間に挿入される金属箔から形成され、チャックトップ１０及び発熱体２１から絶縁されている必要がある。金属箔の材料には特に制約はないが、発熱体２１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。
【００９７】
チャックトップ１０が絶縁体である場合には、電磁波シールド用金属層と、チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａに形成されたチャックトップ導体層との間、チャックトップ１０が導体である場合には、チャックトップ１０自身と電磁波シールド用金属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エ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。そこで、このノイズを低減するために、電磁波シールド用金属層とチャックトップ１０との間に絶縁層（図示せず）を形成して上記ノイズを低減することが好ましい。
【００９８】
更に、チャックトップ１０と電磁波シールド用金属層との間に、絶縁層を介してガード電極層（図示せず）を備えることが好ましい。このガード電極層を後述する支持体５０に形成される金属層に接続することで、ウエハの高周波特性を測定するときに影響するノイズを更に低減することができる。すなわち、発熱体２１と支持体５０とを併せた全体を導体で覆うことで、高周波におけるウエハ特性測定時のノイズの影響を小さくすることができる。更に、ガード電極層を支持体５０に設けた金属層に接続することにより、ノイズの影響を更に小さくすることができる。
【００９９】
第１〜第３支持部材を支持柱で形成する場合、その外径の大きさには特に制約はないが、外径が５ｍｍ以上であることが好ましい。外径が５ｍｍ未満である場合は、支持の効果が十分でなく、支持部材が変形しやすくなるため好ましくない。また外径が２０ｍｍ以下であることが好ましい。外径が２０ｍｍを超えると接触面積が大きくなり、断熱効果を得にくくなる。
【０１００】
また、冷却モジュール２２を備える場合、冷却モジュール２２に第１及び第３支持部材との接触を回避するための孔を設ける必要がある。この孔は、昇降温時に伸縮した時に該支持部材に接触しないように適度な間隙を有していることが好ましく、この間隙が十分でない場合は、該支持部材が冷却モジュール２２に接触し、冷却速度を損なったり、平面度を悪化させたりする原因になる。
【０１０１】
第１〜第３支持部材を底部基板５１又は反り防止板３０から分離できるように固定する方法には特に制約はないが、活性金属によるロウ付けや、ガラス付け、ネジ止めなどを用いることができる。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、更には固定時に熱処理を行わないため、底部基板５１又は反り防止板３０、更には該支持部材の熱処理による変形を抑えることができるためである。
【０１０２】
第１〜第３支持部材を支持柱で形成する場合、その形状は特に制約はなく、棒状体であっても円錐体状や角錐体状であっても良く、筒状体であっても良い。筒状体の場合は、図１２に示すように、筒状体Ａの内側にネジ等の締結手段７０を挿通させることによって冷却モジュール２２や発熱体２１等の温度制御手段２０に余分な加工を施すことなくチャックトップ１０と底部基板５１又は反り防止板３０とを固定することができるので特に好ましい。
【０１０３】
尚、図１２の（ａ）は第１支持柱４０ｂの形状が筒状体Ａである場合を示しており、図１２の（ｂ）は第３支持部材５３の形状が筒状体Ａである場合を示している。これら第１支持柱４０ｂ又は第３支持部材５３は、底部基板５１又は反り防止板３０と分離可能に当接していることが好ましい。分離可能に当接することによって、接触界面を増やすことができて断熱性が一層向上する上、チャックトップ１０と底部基板５１又は反り防止板３０が独立に伸縮でき、チャックトップ１０平面度に悪影響を及ぼしにくくなるからである。
【０１０４】
また、底部基板５１のヤング率は２００ＧＰａ以上であることが好ましい。底部基板５１のヤング率が２００ＧＰａ未満である場合は、底部基板５１の厚みを薄くできないため、空隙部６０の容積を十分確保できず、断熱効果が期待できない。更に冷却モジュール２２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、底部基板５１の変形も大幅に低減することができるため、底部基板５１をより小型化、軽量化できるため特に好ましい。
【０１０５】
また、底部基板５１の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。底部基板５１の熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫを超えると、チャックトップ１０に加えられた熱が、容易に底部基板５１に伝わり、駆動系の精度に影響を及ぼすからである。近年、プロービング時の温度として１５０〜２００℃という高温が要求されるため、底部基板５１の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることがより好ましく、５Ｗ／ｍＫ以下が特に好ましい。熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ程度になると、支持体５０から駆動系への伝熱量を著しく低下させることができる。
【０１０６】
これらを満たす具体的な底部基板５１の材質には、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）が挙げられる。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、剛性が高い点が好ましい。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。
【０１０７】
更に、第１及び第３支持部材のヤング率は１００ＧＰａ以上であることが好ましい。該支持部材のヤング率が１００ＧＰａ未満である場合は、多数の支持部材を配置する必要があるが、支持部材を多数本配置すると冷却モジュール２２との接触を回避する穴を冷却モジュール２２に多数設ける必要が生じ、冷却モジュール２２の冷却能力を損なうことになるので好ましくない。また、より好ましいヤング率は底部基板５１と同様に、２００ＧＰａ以上である。
【０１０８】
第１〜第３支持部材の熱伝導率も、底部基板５１と同様に４０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。４０Ｗ／ｍＫを超えると、チャックトップ１０に加えられた熱が容易に底部基板５１に伝わり、駆動系の精度に影響を及ぼすからである。前述したように、近年、プロービング時の温度として１５０〜２００℃という高温が要求されるため、支持部材の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、この熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ以下が特に好ましい。熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ程度になると、支持体５０から駆動系への伝熱量が大幅に低下するからである。
【０１０９】
第２及び第３支持部材の材質としては、底部基板５１の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有するものが好ましいため、底部基板５１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（ムライト−アルミナ複合体）の場合、ムライト−アルミナ複合体、窒化珪素やコージライト、ガラスであることが好ましい。ムライト−アルミナ複合体や窒化珪素は熱膨張係数が小さく剛性が高い点が、コージライトやガラスは、特に熱膨張係数が小さい点が好ましい。
【０１１０】
第１〜第３支持部材とチャックトップ１０及び／又は底部基板５１との接触部分の表面粗さは、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、該支持部材とチャックトップ１０及び／又は底部基板５１との接触面積が増加すると共に、両者の間の隙間が相対的に小さくなるため、Ｒａ０.１μｍ以上の場合に比較して伝熱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。
【０１１１】
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に定め、Ｒａ０.１μｍ以上に制御する必要がある。また底部基板５１の底面の表面粗さはＲａ０.１μｍ以上であることが好ましい。上記と同様に、表面粗さを粗くすることによって、駆動系への伝熱量を小さくすることができる。上記のように、各部材間を分離可能にして接触界面とし、この接触界面の表面粗さをＲａ０.１μｍ以上とすることで底部基板５１の底面から逃げる熱を低減できるため、結果的に発熱体２１への電力供給量を削減することができる。
【０１１２】
第１〜第３支持部材と、これらのチャックトップ１０との接触面との直角度、又はこれらの底部基板５１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。この直角度が１０ｍｍを超えると、チャックトップ１０から加わった圧力が該支持部材に加わる際に、該支持部材自身の変形が発生しやすくなるからである。尚、直角度とは、互いに直角でなければならない部分の直角からの狂いの大きさをいう。
【０１１３】
底部基板５１の表面には、金属層が形成されていることが好ましい。なぜなら、チャックトップ１０を加熱するための発熱体２１、プロ−バの駆動部、更には周囲の機器等から発生する電場や電磁波が、ウエハの検査時にノイズとなり、影響を及ぼすおそれがあるが、底部基板５１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からである。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形成することができる。
【０１１４】
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良いし、表面にめっきで金属層を形成することも可能である。更に、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めっきしても良いし、溶射後にめっきを形成しても良い。これらの手法のうち特にめっき又は溶射が好ましい。めっきは密着強度が強く、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。
【０１１５】
また、金属層は、底部基板５１の表面の少なくとも一部に導体を具備することでも良い。使用する材質については、導体であれば特に制約はない。例えば、ステンレスやニッケル、アルミニウムなどを使用することができる。
【０１１６】
導体を具備する方法には、底部基板５１の側面にリング形状の導体を取り付ける方法がある。すなわち、上記した材質の金属箔を底部基板５１の外径よりも大きい寸法でリング形状に成形し、これを底部基板５１の側面に取り付けるものである。この導体リングをチャックトップ１０の外径より大きくすることでチャックトップ１０とは接触することなく、底部基板５１の底部からチャックトップ１０上面までの側面全体をカバーすることもできる。
【０１１７】
また底部基板５１の底面部分に、金属箔あるいは金属板を取り付けても良く、これを側面に取り付けた金属箔と接続することにより、電磁波を遮断する効果（ガード効果）を高めることができる。また、金属箔あるいは金属板を底部基板５１の上面に取り付けても良く、これを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ガー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、めっきや導体ペーストを塗布する場合と比較して、比較的安価に上記ガード効果を得ることができるため好ましい。
【０１１８】
金属箔及び金属板と支持体５０の固定方法に関しては特に制約はないが、例えば金属ねじを用いて、金属箔及び金属板を底部基板５１に取り付けることができる。また底部基板５１の底面部と側面部の金属箔及び金属板を一体化することが好ましい。
【０１１９】
本実施形態の構造では、冷却モジュール２２をチャックトップ１０と反り防止板３０間に挟持し、好適には軟性材２３を介してチャックトップ１０及び反り防止板３０に密着させることによって、冷却モジュール２２には力が働かない構造にすることができるため、チャックトップが冷却モジュールを介して直接的又は間接的に支持体に支持されていたり、内部水路を有する金属製の冷却モジュールを兼ね備えたチャックトップが支持体に支持されていたりする従来の構造とは異なり、プロービング時のプローブカードの圧力は冷却モジュール２２自体に働くことなく、繰り返し使用しても変形が極めて少ない。
【０１２０】
チャックトップ１０と反り防止板３０との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段で固定することができる。またネジ止めで発熱体２１及び冷却モジュール２２を挟んでチャックトップ１０と反り防止板３０とを固定する場合、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１０の昇降温速度や均熱性がより向上するため好ましい。
【０１２１】
このように、チャックトップ１０に対して冷却モジュール２２を具備する場合、昇温時は冷却モジュール２２に冷媒を流さないようにすることも可能である。これにより発熱体２１で発生した熱が冷媒に奪われて系外に逃げることがなくなるため、より効率的な昇温が可能となる。尚、冷却時には冷却モジュール２２に冷媒を流すことで、効率的にチャックトップ１０を冷却することができる。
【０１２２】
冷却モジュール２２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１０の熱を奪うことができるため、好ましく用いられる。また、スレ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。更に、この冷却モジュール２２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。
【０１２３】
また、冷却モジュール２２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１０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エライト、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。
【０１２４】
以上のように冷却モジュール２２の材質は、種々選択できるため、用途によって材質を適宜選択すれば良い。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、価格も比較的安価であるため、特に好ましい。
【０１２５】
また、前述したように、この冷却モジュール２２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、発熱体２１から冷却モジュール２２に伝達された熱を素早く冷却モジュール２２から取り除くことができるため、発熱体２１の冷却速度をより一層向上できるため好ましい。冷却モジュール２２内に流す冷媒としては、水や、フロリナート、エチレングリコールなどが選択でき、特に制約はない。
【０１２６】
冷却モジュール２２の限定するものではない形成方法としては、２枚の銅（無酸素銅）板を用意し、それら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。この銅板に、もう一方の銅板と冷媒の出入り口用のスレンレス製のパイプとを同時にロウ付け接合する。接合した冷却板に耐食性、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。
【０１２７】
また、別の形成方法としては、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ざぐり溝を冷却板に形成して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、パイプと冷却板と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良い。
【０１２８】
チャックトップ１０のウエハ載置面１０ａ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１０を保護すること、及びチャックトップ１０に載置するウエハに影響を及ぼすチャックトップ１０より下部からの電磁ノイズを遮断するためにアースに落す役割を担わせることである。
【０１２９】
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手法、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。なぜなら、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１０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からである。
【０１３０】
特に、チャックトップ１０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。この方法により、良好な密着強度を有し且つ良好な電気伝導性を有する導電層を形成することができるからである。すなわち、溶射膜は、セラミックスや、金属−セラミックスとの密着性が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し、この形成された化合物がチャックトップ１０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。
【０１３１】
こ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１０との密着強度は溶射膜ほど高くはないかわりに、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ことによって、メッキ膜は、溶射膜が金属である溶射膜に対しては良好な密着強度を有し、更に良好な電気伝導性を付与することができる。
【０１３２】
更にチャックトップ１０上の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。なぜなら、表面粗さが０.５μｍを超えると、発熱量の大きなウエハの測定をする場合、プロービング時にウエハ自身の自己発熱により発生する熱をチャックトップ１０から放熱することができずウエハ自身が昇温されて熱破壊してしまうことがあるからである。表面粗さはＲａで０.０２μｍ以下であるとより効率良く放熱できるためより好ましい。
【０１３３】
発熱体２１によって加熱し、例えば２００℃でチャックトップ１０上のウエハをプロービングする際、支持体５０の下面の温度が１５０℃以下であることが好ましい。１５０℃を超えると、支持体５０の下部に備わるプロ−バ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、ウエハの正確な評価ができなくなるおそれがある。また、２００℃まで昇温して測定した後に室温で測定をする際、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。
【０１３４】
チャックトップ１０のヤング率は、２５０ＧＰａ以上が好ましく、更には３００ＧＰａ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１０に加わる荷重によりチャックトップ１０に撓みが発生するからである。その結果、チャックトップ１０上面の平面度、平行度が著しく劣化し、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。更にはウエハの破損を招くこともある。
【０１３５】
また、チャックトップ１０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１０上に載置するウエハの温度分布が悪くなり好ましくない。一方、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上であることが好ましい。
【０１３６】
チャックトップ１０の厚みは８ｍｍ以上、更には１０ｍｍ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１０に加わる荷重によりチャックトップ１０に撓みが生じ、チャックトップ１０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くなるからである。この場合、更にはウエハの破損を招くこともある。
【０１３７】
チャックトップ１０を形成する材料は、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、ウエ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、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。
【０１３８】
また、これらの複合材料は導電性を有するため、抵抗発熱体２１ａを形成する手法としては、例えばウエハ載置面とは反対側の面に、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、抵抗発熱体２１ａとすることができる。
【０１３９】
また、ステンレスやニッケル、銀、モリブデン、タングステン、二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抵抗発熱体２１ａ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１０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１０と発熱体との間に挿入することができる。この手法は、上記の手法に比べて非常に安価に、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。
【０１４０】
この手法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挙げられる。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が良く、しかも安価だからである。
【０１４１】
また、チャックトップ１０の材質にセラミックスを使用する場合は、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、この場合の抵抗発熱体２１ａ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少ないため、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。
【０１４２】
また、チャックトップ１０の材質に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挙げられる。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。これらの金属は、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１０として使用することができる。
【０１４３】
チャックトップ１０に３.１ＭＰａの荷重を加えたときに、その撓み量は３０μｍ以下であることが好ましい。チャックトップ１０上のウエハには、プローブカードからウエハを検査するための多数のプローブピンが押し付けられるため、その圧力がチャックトップ１０にも影響を及ぼし、少なからずチャックトップ１０も撓む。このときの撓み量が３０μｍを超えると、プローブカードのプローブピンをウエハに均一に押しあてることができないため、ウエハの検査ができなくなり、好ましくない。この圧力を加えたときの撓み量は、１０μｍ以下が更に好ましい。
【０１４４】
本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体は、ウエ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、ウエ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、更に高温時低温時にも高精度を維持できるので、好適である。
【０１４５】
以上、本発明のウエハプローバ用ウエハ保持体を実施形態に基づいて説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能であることを理解すべきである。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲およびその均等物に及ぶものである。
【実施例】
【０１４６】
［実施例１］
下記の方法で試料１〜９を作製した。先ず、熱膨張係数３×１０−６／ＫのＳｉ−ＳｉＣ基板を使用し、これを直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍに加工してチャックトップ１０とした。このチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａに真空吸着用の溝、穴を形成し、ニッケルメッキを施してチャックトップ導体層を形成した。
【０１４７】
次に、チャックトップ１０の下部に銅製の冷却モジュール２２を設置し、冷却モジュール２２の下部には、スレンレス箔をエッチングして形成した抵抗発熱体をＡｌ２Ｏ３粉末入りシリコン樹脂で挟み込んだ発熱体２１を設置した。尚、チャックトップ１０と冷却モジュール２２との間に厚み５００μｍのＡｌ２Ｏ３粉末入りシリコン樹脂を挿入した。
【０１４８】
更に、発熱体２１の下部に、チャックトップ１０と同じ直径及び厚みを有する反り防止板３０を設置し、反り防止板３０とチャックトップ１０をネジ止めにより固定した。尚、反り防止板３０とチャックトップ１０をネジ止めする際、ネジと冷却モジュール２２及び発熱体２１とは昇温時も降温時も接触しないだけの間隙を設定した。また、反り防止板３０の下部には温度を測定するための熱電対を取り付けた。
【０１４９】
ここで、反り防止板３０の材料に熱膨張係数３×１０−６／ＫのＳｉ−ＳｉＣを用いたものを試料１とし、熱膨張係数４.５×１０−６／ＫのＡｌＮを用いたものを試料２とし、熱膨張係数４.２×１０−６／ＫのＡｌ−ＳｉＣを用いたものを試料３とし、熱膨張係数７×１０−６／ＫのＡｌ２Ｏ３を用いたものを試料４とし、熱膨張係数４.５×１０−６／ＫのＷを用いたものを試料５とし、熱膨張係数５.２×１０−６／ＫのＭｏを用いたものを試料６とし、熱膨張係数１７.３×１０−６／Ｋのステンレスを用いたものを試料７とし、熱膨張係数３.２×１０−６／ＫのＳｉＣを用いたものを試料８とし、熱膨張係数４.８×１０−６／Ｋのコバールを用いたものを試料９とした。
【０１５０】
これら試料１〜９のそれぞれに対して、常温時（２０℃）のチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの反り量を接触式の変位計にて測定し、その後発熱体２１に電圧を印加し、２００℃でのチャックトップ１０のウエハ載置面１０ａの常温に対する変形量を接触式の変位計にて測定し、更に−６０℃における変形量も同様に測定した。−６０℃では、結露防止のため、ドライエアを流しながら行った。更に２００℃におけるウエハの均熱性についてもウエハ温度計を用いて測定した。また反り防止板３０の下部に熱電対を取り付け、２００℃における温度を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【０１５１】
【表１】
2010186765.tif 000003
【０１５２】
次に、チャックトップ１０として、熱膨張係数４.５×１０−６／ＫのＡｌＮ基板を使用し、このＡｌＮ基板のウエハ載置面１０ａ側にＴｉを蒸着し、更にＭｏ膜を蒸着により形成した後Ｎｉメッキ膜を形成し、チャックトップ導体層とした。得られたチャックトップ１０に上記と同様に冷却モジュール２２、発熱体２１、反り防止板３０を取り付けて試料１０〜１８とした。これら試料１０〜１８のそれぞれに対して、上記試料１〜９と同様に測定を行った。その結果を下記の表２示す。
【０１５３】
【表２】
2010186765.tif 000004
次に、チャックトップ１０として、熱膨張係数７×１０−６／ＫのＡｌ２Ｏ３基板を使用した以外は上記試料１０〜１８のＡｌＮ基板と同様にしてチャックトップ導体層の形成、及び冷却モジュール２２、発熱体２１、反り防止板３０の取り付けを行って試料１９〜２７とした。これら試料１９〜２７のそれぞれに対して、上記試料１〜１８と同様に測定を行った。その結果を下記の表３示す。
【０１５４】
【表３】
2010186765.tif 000005
この表１〜３の結果から、チャックトップ１０と反り防止板３０の熱膨張係数差が小さければ小さいほどチャックトップ１０の温度が変化してもチャックトップ１０の反りの変化が小さいことがわかる。特にこの熱膨張係数差が２×１０−６／Ｋ以下の場合、チャックトップ１０の反りの変化が極めて小さいことがわかる。また、チャックトップ１０の熱伝導率が高いほど均熱性に優れていることがわかる。
【０１５５】
［実施例２］
下記の表４に示すように、材料にＳｉ−ＳｉＣを使用したチャックトップ１０と、冷却モジュール２２及び発熱体２１からなる発熱体２０と、材料にＳｉ−ＳｉＣ、ＡｌＮ、又はＭｏのいずれかを使用した反り防止板３０とを図２（ａ）〜（ｃ）のいずれかに示す構造で結合し、更に発熱体２１と反り防止板３０との間に厚み５００μｍのＡｌ２Ｏ３粉末入りシリコン樹脂を挿入した以外は実施例１と同様にして試料２８〜３６を作製した。
【０１５６】
尚、外周部の肉厚は、図２（ａ）〜（ｃ）のいずれも６ｍｍとした。また、冷却モジュール２２及び発熱体２１は、昇温時及び冷却時ともに外周肉厚部の内側側面とは接触しないだけの間隙を設けた。これら試料２８〜３６に対して、実施例１と同様に測定を行った。その結果を下記の表４に示す。
【０１５７】
【表４】
2010186765.tif 000006
【０１５８】
次に、下記の表５に示すように、チャックトップ１０の材料にＡｌＮを使用し、反り防止板３０の材料にＳｉ−ＳｉＣ、ＡｌＮ、又はＡｌ２Ｏ３のいずれかを使用した以外は上記試料２８〜３６と同様にして、試料３７〜４５を作製した。これら試料３７〜４５に対して、上記実施例１と同様に測定を行った。その結果を下記の表５に示す。
【０１５９】
【表５】
2010186765.tif 000007
【０１６０】
次に、下記の表６に示すように、チャックトップ１０の材料にＡｌ２Ｏ３を使用し、反り防止板３０の材料にＡｌ２Ｏ３、Ｍｏ、又はＳｉＣのいずれかを使用した以外は上記試料２８〜４５と同様にして、試料４６〜５４を作製した。これら試料４６〜５４に対して、上記実施例１と同様に測定を行った。その結果を下記の表６に示す。
【０１６１】
【表６】
2010186765.tif 000008
【０１６２】
この表４〜６の結果から、図２（ａ）〜（ｃ）の構造においても、チャックトップ１０基板と反り防止板３０の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、チャックトップ１０の温度が変化してもチャックトップ１０の反りの変化が小さいことがわかる。
【０１６３】
［実施例３］
下記の表７に示すように、材料にＳｉ−ＳｉＣを使用したチャックトップ１０と、冷却モジュール２２及び発熱体２１からなる発熱体２０と、材料にＳｉ−ＳｉＣ、ＡｌＮ、又はＭｏのいずれかを使用した反り防止板３０とを図３又は図４に示す構造で結合し、更にチャックトップ１０と冷却モジュール２２との間、及び発熱体２１と反り防止板３０との間に厚み５００μｍのＡｌ２Ｏ３粉末入りシリコン樹脂を挿入した以外は実施例１と同様にして試料５５〜６０を作製した。
【０１６４】
尚、図３のリング状部材は幅６ｍｍとし、チャックトップ１０にはムライト−アルミナ複合体を使用し、熱膨張係数をチャックトップ１０と合致させた。また、図４の支持柱については、外径１０ｍｍ、内径６ｍｍのパイプ状のセラミックスを使用し、その材質は上記と同様チャックトップ１０の熱膨張係数と合うように、ムライト−アルミナ複合体を使用した。
【０１６５】
更に、冷却モジュール２２及び発熱体２１は、昇温時及び冷却時ともに図３においてはリング状部材の内側側面に接触しないだけの間隙を設け、図４においては、支持部材の外周側面と接触しないだけの間隙を設けた。これら試料５５〜６０に対して、実施例１と同様に測定を行った。その結果を下記の表７に示す。
【０１６６】
【表７】
2010186765.tif 000009
【０１６７】
次に、下記の表８に示すように、チャックトップ１０の材料にＡｌＮを使用し、反り防止板３０の材料にＳｉ−ＳｉＣ、ＡｌＮ、又はＡｌ２Ｏ３のいずれかを使用した以外は上記試料５５〜６０と同様にして、試料６１〜６６を作製した。これら試料６１〜６６に対して、上記実施例１と同様に測定を行った。その結果を下記の表８に示す。
【０１６８】
【表８】
2010186765.tif 000010
【０１６９】
次に、下記の表９に示すように、チャックトップ１０の材料にＡｌ２Ｏ３を使用し、反り防止板３０の材料にＡｌ２Ｏ３、Ｍｏ、又はＳｉＣのいずれかを使用し、図３のリング状部材及び図４の支持柱の材質にはＡｌ２Ｏ３を使用した以外は上記試料５５〜６６と同様にして、試料６７〜７２を作製した。これら試料６７〜７２に対して、上記実施例１と同様に測定を行った。その結果を下記の表９に示す。
【０１７０】
【表９】
2010186765.tif 000011
【０１７１】
この表７〜９の結果から、図３又は図４の構造においても、チャックトップ１０基板と反り防止板３０の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、チャックトップ１０の温度が変化してもチャックトップ１０の反りの変化が小さいことがわかる。
【０１７２】
［実施例４］
上記実施例３で使用した試料５８〜５９の各々に対して、図７の（ａ）、図８及び図６に示す構造の支持体を取り付け、試料７３〜７８を作製した。更に、反り防止板３０の厚みを３ｍｍとしたこと以外は上記試料７３〜７８と同様のものを作製し、それぞれ試料７９〜８４とした。
【０１７３】
尚、第１〜第３支持部材には直径１０ｍｍ、内径６ｍｍのムライト−アルミナ複合体パイプを使用し、第２リング状部材も外径３１０ｍｍ、内径２８８ｍｍのムライト−アルミナ複合体を使用した。また底部基板５１には直径３１０ｍｍのアルミナ基板を用いた。これら試料７３〜８４に対して、上記実施例１と同様に測定を行った。
【０１７４】
更に、昇降温速度と剛性についても測定した。尚、昇降温速度は室温（ＲＴ）から２００℃、ＲＴから−６０℃への到達時間の合計で判定した。また、剛性はチャックトップ１０へ同じ荷重を加えた場合の、チャックトップ１０上面の変形量を変位計で測定し比較した。尚、○は測定結果が良好であったことを示し、◎は測定結果が極めて良好であったことを示している。その結果を下記の表１０に示す。
【０１７５】
【表１０】
2010186765.tif 000012
【０１７６】
次に、上記実施例３で使用した試料６４〜６５に対しても上記試料５８〜５９と同様にして、試料８５〜９６を作製した。これら試料８５〜９６に対して、上記試料７３〜８４と同様に測定を行った。その結果を下記の表１１に示す。
【０１７７】
【表１１】
2010186765.tif 000013
【０１７８】
次に、上記実施例３で使用した試料７０〜７１に対しても上記試料５８〜５９や試料６４〜６５と同様にして、試料９７〜１０４を作製した。これら試料９７〜１０４に対して、上記試料７３〜９６と同様に測定を行った。その結果を下記の表１２に示す。
【０１７９】
【表１２】
2010186765.tif 000014
【０１８０】
この表１０〜１２の結果から、底部基板５１の温度を大幅に低減することできることがわかった。また、厚みには関係なくチャックトップ１０基板と反り防止板３０の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、高温時でも低温時でもチャックトップ１０の反りが小さくなることがわかる。一方で、反り防止板３０の厚みが厚いほど剛性は強くなり、薄くするほど昇降温速度は速くなった。よって、条件に合わせて適宜設計することができることがわかった。すなわち、チャックトップ１０基板と反り防止板３０の熱膨張係数差を所定の値以下とすることで、昇降温時の反りを軽減でき、且つ剛性を高めたい場合は、反り防止板３０を厚くし、昇降温速度を速めたい場合は、反り防止板３０を薄くすることで対応できる。
【０１８１】
［実施例５］
上記実施例１で使用した試料１、２及び９の各々に対して、図１０に示す構造となるように支持体を取り付け、試料１０５〜１０７を作製した。更に、反り防止板３０の厚みを３ｍｍとしたこと以外は上記試料１０５〜１０７と同様のものを作製して試料１０８〜１１０とした。
【０１８２】
尚、支持部材に、直径１０ｍｍ、内径６ｍｍのムライト−アルミナ複合体パイプを使用し、底部基板５１には直径３１０ｍｍのアルミナ基板を用いた。これら試料１０５〜１１０に対して、上記実施例４と同様に測定を行った。その結果を下記の表１３に示す。
【０１８３】
【表１３】
2010186765.tif 000015
【０１８４】
次に、上記実施例１で使用した試料１０、１１及び１８の各々に対しても上記試料１、２及び９と同様にして、試料１１１〜１１６を作製した。これら試料１１１〜１１６に対して、上記試料１０５〜１１０と同様に測定を行った。その結果を下記の表１４に示す。
【０１８５】
【表１４】
2010186765.tif 000016
【０１８６】
次に、上記実施例１で使用した試料２２、２４及び２５の各々に対しても上記試料１、２及び９や試料１０、１１及び１８と同様にして、試料１１７〜１２２を作製した。但し、試料１１９及び１２２については、反り防止板３０の材料を熱膨張係数８.４×１０−６／ＫのＴｉにした。これら試料１１７〜１２２に対して、上記１０５〜１１６と同様に測定を行った。その結果を下記の表１５に示す。
【０１８７】
【表１５】
2010186765.tif 000017
【０１８８】
この表１３〜１５の結果から、図１０の構造では、厚みには関係なくチャックトップ１０基板と反り防止板３０の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、高温時でも低温時でもチャックトップ１０の反りが小さくなることがわかる。一方で、反り防止板３０の厚みが厚くても剛性には寄与せず、薄くするほど昇降温速度は速くなった。
【０１８９】
［実施例６］
上記実施例４及び５の試料７３〜１２２に対して、温度制御手段を図１１（ｄ）に示すような冷却モジュール２２の上下両方に発熱体２１を設ける構造に代えて、それぞれ試料１２３〜１７２を作製した。これら試料１２３〜１７２に対して、上記試料７３〜１２２と同様に測定を行った。その結果を下記の表１６〜２１に示す。
【０１９０】
【表１６】
2010186765.tif 000018
【０１９１】
【表１７】
2010186765.tif 000019
【０１９２】
【表１８】
2010186765.tif 000020
【０１９３】
【表１９】
2010186765.tif 000021
【０１９４】
【表２０】
2010186765.tif 000022
【０１９５】
【表２１】
2010186765.tif 000023
【０１９６】
この表１６〜２１の結果から、冷却モジュール２２の上下両方に発熱体２１を設けることによって、チャックトップ１０の反りがより一層小さくなることがわかる。
【０１９７】
［実施例７］
実施例１〜５で作製した試料１〜１２２のうち、下記の表２２に示す試料に対して３００ｍｍウエハを載置し、２００℃でプロービングを行った。その結果を下記の表２２に示す。尚、◎は２４時間連続で試験しても問題なかったことを示し、○は１２時間連続で試験しても問題なかったが、１２時間を超えると、一部でウエハとプローブカードの間にずれが生じたことを示し、×は初期段階からプロービングできない事態が生じたことを示す。
【０１９８】
【表２２】
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【０１９９】
この表２２の結果から、チャックトップ１０基板と反り防止板３０の熱膨張係数差が小さければ小さいほど、プロービング時に問題が生じにくくなることがわかる。
【符号の説明】
【０２００】
１    ウエハプローバ用ウエハ保持体
１０  チャックトップ
２０  温度制御手段
２１  発熱体
２２  冷却モジュール
２３  軟性材
３０  反り防止板
４０  第１支持部材
５０  支持体
５１  底部基板
５２  第２支持部材
５３  第３支持部材
６０  空隙部
７０  締結手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010186765.tif 000030
【図７】
2010186765.tif 000031
【図８】
2010186765.tif 000032
【図９】
2010186765.tif 000033
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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