(57)【要約】      （修正有）【課題】高剛性であり、安価で、簡単な構造の被処理物保持体を提供する。また、該被処理物保持体を搭載したウェハプローバ装置を提供する。【解決手段】被処理物を真空吸着により載置するための載置面２を備えた被処理物保持体１であって、前記保持体１の載置面２とその反対側の面３とを連通する貫通孔４を備え、更に前記被処理物保持体１の載置面２の反対側面３に、凹部５が形成され、該凹部５を被覆する被覆部材６を有する。【選択図】図１
2006303339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を真空吸着により載置するための載置面を備えた被処理物保持体であって、前記保持体の載置面とその反対側の面とを連通する貫通孔を備え、更に前記被処理物保持体の載置面の反対側面に、凹部が形成され、該凹部を被覆する被覆部材を有することを特徴とする被処理物保持体。
【請求項２】
前記被処理物保持体がセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の被処理物保持体。
【請求項３】
前記被処理物保持体がセラミックスと金属の複合体からなることを特徴とする請求項１に記載の被処理物保持体。
【請求項４】
前記被処理物保持体が、ウェハプローバ用チャックトップであ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被処理物保持体。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の被処理物保持体を備えたことを特徴とするウエハプローバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を真空吸着することによって保持するための被処理物保持体に関する。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被処理物保持体および該被処理物保持体を搭載したウェ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、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
特許文献１では、ウェハを真空吸着するために、セラミック基板上に貫通孔を形成し、更にステンレス等の金属容器によってチャックトップとの間に空間を形成し、その空間から真空に引くことで、ウェハを真空吸着している。一般に、真空吸着を行うために、通常はチャックトップの載置面側に複数の溝を形成し、更にその溝に座グリ加工を施し、これらの座グリ部を連結するための横穴をチャックトップに形成し、チャックトップの横部から真空吸引することで真空吸着を行っていた。
【０００６】
しかし、チャックトップの側面に横穴を形成する場合、前述のようにチャックトップには高い剛性が要求されるので、なるべく細い横穴にする必要がある。そのため、横穴を形成するためのコストは非常に高いものと成っていた。さらに、最近ではウエハサイズが８インチや１２インチのものが主流になってきており、横穴の長さが長くなり、さらにコストアップに拍車を掛けていた。このような問題を解決するために、複数の横穴を形成することも検討したが、装置が複雑になるなどの問題があった。
【特許文献１】特開２００１−０３３４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、安価で、簡単な構造の被処理物保持体を提供することを目的とする。また、該被処理物保持体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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の被処理物保持体は、被処理物を真空吸着により載置するための載置面を備えた被処理物保持体であって、前記保持体の載置面とその反対側の面とを連通する貫通孔を備え、更に前記被処理物保持体の載置面の反対側面に、凹部が形成され、該凹部を被覆する被覆部材を有することを特徴とする。
【０００９】
前記被処理物保持体は、セラミックスからなることが好ましく、また、セラミックスと金属の複合体からなることでもよい。この被処理物保持体は、ウェハプローバ用チャックトップであることが好ましく、これらの被処理物保持体を備えたウェハプローバ装置は、安価で簡単な構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高剛性、高硬度、高ヤング率の材料を用いても、安価に簡単に真空吸着機構を有する被処理物保持体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。本発明の被処理物保持体１は、保持体の載置面２とその反対側の面３とを連通する貫通孔４を備え、更に前記被処理物保持体の載置面の反対側面に、凹部５が形成され、該凹部を被覆する被覆部材６を有する。この凹部を介して真空吸着を行うことができる。
【００１２】
本発明の実施の形態を、被処理物がウェハ、被処理物保持体がチャックトップの場合を例にして更に詳細に説明する。図２に示すように、ウェハを載置するチャックトップとしての被処理物保持体１と、チャックトップを支持する支持体１０を有する構造が基本構造となる。
【００１３】
被覆部材６としては、図１０に示すように、チャックトップと同じ直径の後述する抵抗発熱体や、発熱体を支持するあるいは絶縁する絶縁体や、電磁シールド用の金属を使用することができる。これらの被覆部材と被処理物保持体との固定方法は、特に制約はない。被覆部材がガラスや、セラミックスなどの無機物であり、被覆部材とチャックトップの材質が同じ、ないしは熱膨張係数が同一、あるいは熱膨張係数が比較的近い材料である場合にはガラス付けや、ロウ材で接合することも可能である。しかし、マイカや、耐熱性樹脂を使用する場合は、チャックトップとの熱膨張係数差が存在するため、ネジなどの機械的手法にて固定することが好ましい。
【００１４】
また、樹脂などを用いて接着することも可能である。この場合、チャックトップの使用温度によっては、耐熱性の樹脂を使用することが望ましい。また被覆部材とチャックトップの接着、固定に樹脂を使用する場合は、樹脂自身が比較的変形能を有するため、被覆部材とチャックトップとの熱膨張係数差を吸収することができるため好ましい。また被覆部材とチャックトップを接着することで、空間５の真空度が高まることで、ウェハを真空チャックするチャック力が高くなるため好ましい。
【００１５】
被覆部材の形状としては、図１１に示す形状であっても構わない。この場合、チャックトップのウェハ載置面に形成された環状溝４とその貫通孔を連結するように、ウェハ載置面の反対側に座グリ部５を形成し、被覆部材６をこの座グリ部に空間を形成するように設置する。このようにすることで、真空吸着時に被覆部材がチャックトップに密着し、載置面上のウェハを真空チャックすることができる。
【００１６】
被処理物保持体であるチャックトップの材質が、セラミックスやセラミックスと金属の複合体のような、非常に硬質の材料においては、従来の形状である図１２に示すように、横穴８を空けることが困難であり、コストアップにつながる。しかし、本発明によれば、横穴を空ける必要が無く、ウェハ載置面の反対側に溝加工等によって凹部を形成するだけでよいので、コスト低減することができる。特に、ヤング率が２００ＧＰａ更には、３００ＧＰａを超えるような材質においては、横穴に比較して、容易に溝加工ができるだけでなく、横穴形成時に比べて、比較的断面積の小さな凹部とすることができる。
【００１７】
横穴を形成する場合は、ダイヤモンドドリル等で横穴を空けていく。しかし、ドリルの径が小さいと、加工中にドリルが破損してしまうことがあるため、どうしても径の大きなドリルを使用しなければならない。例えば、１２インチウエハ用のチャックトップにおいては、直径４ｍｍ以上、好ましくは６ｍｍ程度の直径のドリルを使用する必要があった。それに対して、本発明によれば、ウェハ等の載置面と敗退側の面とを連通する貫通孔同士を、深さの浅い、例えば３ｍｍ以内の溝加工や座グリ加工を施すことで、真空吸着という機能を果たすことができるため、加工に対するチャックトップのダメージも小さいく、プロービング時に掛けられる圧力に対しても、変形や、破損などのトラブルが発生しにくい。
【００１８】
チャックトップには、加熱体２０を備えることが好ましい。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。このためもしチャックトップを加熱する加熱体の熱を支持体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、平行度を著しく劣化させる原因となる。そこで、本構造は図２に示すように、チャックトップと支持体との間に空隙３０を有する断熱構造とすることが好ましい。断熱構造であることから平面度平行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。
【００１９】
図３に示すように、加熱体２０は、抵抗発熱体２１をマイカやシリコン樹脂などの絶縁体２２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。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。このネジ止めした加熱体を、上記のように被覆部材として使用することが可能である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
有底円筒形状の支持体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、チャックトップを支持する支持体の円筒部分の肉厚は、１０ｍｍ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、円筒部のうちチャックトップ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。
【００２３】
また、支持体の円筒部分の高さは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。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、更に支持体にまで伝わるため、支持体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。
【００２４】
支持体の底部の厚みは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。支持体底部の厚みが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、更に支持体にまで伝わるため、支持体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。なぜなら１０ｍｍ未満であるとチャックトップの熱が支持体底部まで容易に伝わり、支持体が熱膨張によるそりを生じ、チャックトップの平面度、平行度を劣化させるため好ましくない。３５ｍｍ以下であれば小型化でき好適である。
【００２５】
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４に示すように、同心円状の溝１１を形成したものや、図５に示すように放射線状に溝１２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。
【００２６】
また、断熱構造の形態として、図６に示すように、チャックトップと支持体の間に、複数の円柱１３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、円柱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、円柱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、チャックトップと円柱間、円柱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。
【００２７】
前記断熱構造に使用する円柱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。円柱の材質としてはＳｉ３Ｎ４、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。
【００２８】
支持体の表面には、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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、図７に示すように、支持体１０の中心部付近には、支持棒４０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、支持体の材質と同一であることが好ましい。支持体、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。このとき支持体の材質が異なると熱膨張係数差により支持体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１０ｃｍ２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１００ｃｍ２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、四角柱など特に制約はない。支持棒を支持体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。
【００３１】
またチャックトップを加熱する加熱体とチャックトップ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、例えば金属箔を加熱体とチャックトップ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、加熱体が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。
【００３２】
図８に拡大した断面図を示すが、支持体１０の円筒部１０ａ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１０ｂ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８以外の図面では、電極や貫通孔は省略している。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、支持体下面の温度が１００℃以下であることが好ましい。１００℃を超えると、支持体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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。またこの場合においては、形成した発熱体上に、発熱体と絶縁を確保できる被覆部材、もしくは発熱体に絶縁被覆を行ったのち、被覆部材を形成する。このときも被覆部材をネジ等の機械的な手法で固定することが好ましい。
【００４４】
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。これらの絶縁性シートをチャックトップにネジ等の手法で固定することで被覆部材とすることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
チャックトップに６．３ＭＰａ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。
【００４７】
本発明においては、図９に示すように、支持体１０の円筒部内に冷却モジュール５０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、可動式であることが好ましい。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５１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。
【００４８】
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。冷却モジュールは、チャックトップと支持体の間に挟まれるように設置されてもよいし、支持体の空間部分に収納されてもよい。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。
【００４９】
チャックトップの昇温時には冷却モジュールに冷却媒体を流さず、冷却時にのみ冷却媒体を流すと、冷却速度が向上し、より効率的なプロービングを行うことができる。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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、一体化したチャックトップ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を設置することで撓みを防止することができる。
【００５５】
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、支持体内に形成された空隙内に収容しても良いし、チャックトップ変形防止用基板を一体化されたチャックトップと支持体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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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水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水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。
【００６３】
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。
【００６４】
本発明の被処理物保持体は、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。
【実施例１】
【００６５】
直径３１０ｍｍ、厚み１５ｍｍのＳｉ−ＳｉＣ基板を２枚用意した。これらのＳｉ−ＳｉＣ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を形成した。１枚の基板には、この同心円状の溝に貫通孔を形成した。更に、図１０に示すように、貫通孔４を繋げるように、深さ２ｍｍの座グリ加工を行い、凹部５を形成した。また、他方の１枚の基板には、図１２に示すように、同心円状の溝に深さ８ｍｍの有底孔７を形成した。これらの有底孔を連結させるように、基板の側面から、直径４ｍｍの横穴８を形成した。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。
【００６６】
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個準備した。これらの支持体に、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。凹部を形成した被処理物保持体では、図１０に示すように、このマイカで挟み込んだ発熱体が、被覆部材６となる。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、および底面に電磁シールド層をアルミニウムの溶射によって形成した。
【００６７】
次に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、被処理物保持体であるウェハプローバ用ウェハ保持体とした。
【００６８】
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、ウェハ保持体に搭載し、真空吸着した１２インチのＳｉウェハを１５０℃に加熱して、プロービングを連続的に行った。その結果、両者とも問題なくプロービングを実施することができた。
【００６９】
しかし、横穴を形成したウェハプローバ用ウェハ保持体は、チャックトップの機械加工時間が、凹部を形成したウェハプローバ用ウェハ保持体の１．５倍かかったので、加工コストは、凹部形成の方が明らかに安価であった。
【実施例２】
【００７０】
実施例１と同様のＳｉ−ＳｉＣ基板を２枚用意し、同心円状の溝を形成した。１枚の基板には、実施例１と同様に貫通孔を繋げるように、深さ２ｍｍの座グリ加工を行い、更に１ｍｍの段差を付けた座グリ加工を行った。この段差部に、図１１に示すように、厚さ０．９５ｍｍのコバール製の蓋板６をあてがい、真空吸着のときには、蓋板６が座グリ部に接することで真空吸着できるようにした。他方の基板には、実施例１と同様に、有底孔と横穴を形成した。更にそれぞれの基板の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。
【００７１】
また、実施例１と同様の支持体を用意し、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、被処理物保持体であるウェハプローバ用ウェハ保持体とした。
【００７２】
出来上がった、両者について、12インチＳｉウェハをそれぞれ真空チャックにより載置し、発熱体に通電することで１５０℃に保持し、プロービングを行った。その結果両者ともに問題なくプロービングを実施することができた。しかしながら、横穴を形成したものは、チャックトップの機械加工時間が座グリ加工のものに対して、１.５倍程度かかったため、加工コストは座グリ加工の方が明らかに安価であることが分かった。
【実施例３】
【００７３】
チャックトップの材質を、純度９９．６％のアルミナにしたこと以外は、実施例１と同様の図１０と図１２の２種類の被処理物保持体であるウェハプローバ用ウェハ保持体を作製した。
【００７４】
これらのウェハプローバ用ウェハ保持体を用いて、実施例１と同様にプロービングを行った結果、両者とも良好なプロービングを実施することができた。しかしながら、横穴を形成したものは、チャックトップの機械加工時間が座グリ加工のものに対して、１.５倍程度かかったため、加工コストは座グリ加工の方が明らかに安価であることが分かった。
【実施例４】
【００７５】
実施例1、および実施例2で作製した、座グリ加工の保持体に対して、支持体とチャックトップとの間にチャックトップと同径の内部に冷媒が流れる流路が形成された厚み１０ｍｍの銅製の冷却モジュールを設置し、チャックトップとネジ止めによって固定した。次にこれを１５０℃に昇温した後、冷却モジュールに２５℃の水を流して、５０℃までに冷却する時間を測定した。また比較として、それぞれ冷却モジュールを具備しないものに関しての冷却速度も測定した。
【００７６】
その結果、冷却モジュールを具備したものはいずれも１０分以内に冷却することができたが、冷却モジュールを具備しないものは、１時間後でもチャックトップの温度は５０℃を超えていた。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明によれば、高剛性、高硬度、高ヤング率の材料を用いても、安価に簡単に真空吸着機構を有する被処理物保持体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の被処理物保持体の断面構造の一例を示す。
【図２】本発明の被処理物保持体を用いた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。
【図３】本発明の加熱体の断面構造の一例を示す。
【図４】本発明の断熱構造の一例を示す。
【図５】本発明の断熱構造の他の例を示す。
【図６】本発明の断熱構造の他の例を示す。
【図７】本発明の被処理物保持体を用いた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。
【図８】本発明の被処理物保持体を用いた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。
【図９】本発明の被処理物保持体を用いた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。
【図１０】本発明の被処理物保持体の断面構造と平面構造の一例を示す。
【図１１】本発明の被処理物保持体の断面構造の他の例を示す。
【図１２】従来の被処理物保持体の断面構造の例を示す。
【符号の説明】
【００７９】
１    被処理物保持体
２    被処理物搭載面
３    被処理物搭載面の反対面
４    貫通孔
５    凹部
６    被覆部材
７    有底孔
８    横穴
１０    支持体
１１    環状溝
１２    放射状溝
１３    円柱
２０    加熱体
２１    抵抗発熱体
２２    絶縁体
３０    空隙
４０    支持棒
５０    冷却モジュール
５１    昇降手段
【図１】
2006303339.tif 000003
【図２】
2006303339.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006303339.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006303339.tif 000008
【図７】
2006303339.tif 000009
【図８】
2006303339.tif 000010
【図９】
2006303339.tif 000011
【図１０】
2006303339.tif 000012
【図１１】
2006303339.tif 000013
【図１２】
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