(57)【要約】【課題】小型で高密度配置が可能であり曲面にも配置することができ、かつ安価な圧力センサ素子を提供すること。【解決手段】圧力センサ素子１０は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、圧力を印加することにより電気特性が変化する素子本体１１と、素子本体１１に設けられ、素子本体の電気特性の変化を取り出す電極１２，１３とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、圧力を印加することにより電気特性が変化する素子本体と、
前記素子本体に設けられ、前記素子本体の電気特性の変化を取り出す電極と
を有することを特徴とする圧力センサ素子。
【請求項２】
前記電気特性は、素子本体の容量であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ素子。
【請求項３】
前記電極は前記素子本体の対向する一対の面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサ素子。
【請求項４】
可撓性を有する固定板に固定され、曲面に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧力センサ素子。
【請求項５】
シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、圧力を印加することにより電気特性が変化する素子本体と、前記素子本体に設けられ、前記素子本体の電気特性の変化を取り出す電極とを有する圧力センサ素子を、扁平状の容器内に平面状に複数配置してなることを特徴とするシート状圧力センサ。
【請求項６】
基板上に形成された多数の電極パッドに接触子を接触させて電気特性を測定するプローブ装置において、基板を載置する載置台に基板に対応するように設けられることを特徴とする請求項５に記載のシート状圧力センサ。
【請求項７】
第１の保持部材に保持された第１の部材と、第２の保持部材に保持された第２の部材とを接着剤で貼り合わせる貼り合わせ装置において、一方の部材に対応するように設けられることを特徴とする請求項５に記載のシート状圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ素子およびシート状圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造においては、半導体ウエハに素子を形成し、ダイシングにより個々の素子に分離する前にプローブ装置により素子の電気的特性の検査を行っている。
【０００３】
従来のプローブ装置においては、プローブ装置におけるプローブまたは接触子の圧力を部分的に測定し、その情報を用いて半導体ウエハの全面に亘って比較的均一な圧力分布を実現している（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、シリコンチップの積層やシリコンチップとインターポーザー等の接合を行う貼り合わせ装置においては、種々の材料を所定の圧力をかけた状態で加熱してウエハに貼り付ける（例えば特許文献２）。
【０００５】
さらに、半導体製造装置においては、プロセス条件の把握等に、ガス配管やチャンバ内曲面等における圧力測定が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５５１２８号公報
【特許文献２】特開２００５−０５１０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、半導体ウエハは、生産性向上の観点から大口径化が進み、直径４５０ｍｍのものが検討されているが、このような大口径の半導体ウエハでは、プローブ装置において従来のような部分的な圧力測定を行っても、プローブや接触子の必要な圧力またはその均一性を実現することが困難である。
【０００８】
また、貼り合わせ装置においては、異種材料を加熱して貼り付ける際に生じる熱膨張率差による応力を考慮した圧力制御を行う必要があり、従来の圧力センサでは十分な圧力制御を行えないとう問題がある。
【０００９】
これらの問題を解決するためには、ウエハ全面に亘って高密度に配置することができ、全面の圧力または圧力分布を高精度で測定できる圧力センサが必要であるが、従来の圧力センサは大きく、ウエハの全面に亘って高密度に配置することができず、ウエハ全面の圧力分布を高精度で測定することができないという問題がある。また、従来の圧力センサは高価である。
【００１０】
また、従来の圧力センサは大型なものであるのみならず、剛体基板上に搭載されているため、チャンバの曲面や配管に設置することはできない。
【００１１】
本発明は、小型で高密度配置が可能であり曲面にも配置することができ、かつ安価な圧力センサ素子を提供しようとするものである。
また、本発明は、大面積の圧力または圧力分布を高精度で測定することができる圧力センサシートを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、圧力を印加することにより電気特性が変化する素子本体と、前記素子本体に設けられ、前記素子本体の電気特性の変化を取り出す電極とを有することを特徴とする圧力センサ素子を提供する。
【００１３】
本発明の第２の観点は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、圧力を印加することにより電気特性が変化する素子本体と、前記素子本体に設けられ、前記素子本体の電気特性の変化を取り出す電極とを有する圧力センサ素子を、扁平状の容器内に平面状に複数配置してなることを特徴とするシート状圧力センサを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧力センサ素子によれば、素子本体がシリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなる有機材料であるため、圧力印加による変形が大きく、広い圧力範囲でリニアに電気特性が変化するから、広い圧力範囲で高精度に圧力を検出することができる。また、本発明の圧力センサ素子は原理的に素子本体が小さくても圧力検出を行うことができ、素子本体に電極を形成した簡単な構成であるから小型化することができる。このため、高密度配置することができ、これにより大面積の圧力または圧力分布を高精度で測定することができる。また、素子本体がシリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなるので、安価である。さらに、小型であり、素子本体および電極を有する圧力センサ素子が可撓性を有するため、チャンバの曲面や配管等に設置することができる。
【００１５】
本発明のシート状圧力センサによれば、圧力センサ素子は小型で簡易な構造を有しているため、高密度配置可能であり、したがって、これを複数配置してなる本発明のシート状圧力センサは、ウエハのような大面積の測定対象に対する圧力または圧力分布の検出に極めて適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧力センサ素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る圧力センサ素子に対し、圧力印加しない状態から圧力を印加した際の変化の様子を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るシート状圧力センサを示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るシート状圧力センサの一部を示す断面図である。
【図５】上記第２の実施形態のシート状圧力センサを搭載したプローブ装置の一例を示す断面図である。
【図６】上記第２の実施形態のシート状圧力センサを搭載した貼り合わせ装置の一例を示す断面図である。
【図７】上記第１の実施形態の圧力センサ素子を上に凸面に設けた状態を示す模式図である。
【図８】上記第１の実施形態の圧力センサ素子を凹面に設けた例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る圧力センサ素子を示す概略断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る圧力センサ素子１０は、電気駆動型ポリマーである、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなる素子本体１１と、その両側に設けられた電極１２および１３とを有している。この圧力センサ素子１０は弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなる容器１４に収容されており、圧力センサ素子１０の下面は容器１４に接着されている。容器１４は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等の金属または可撓性を有する材料からなる固定板１５に固定されている。電極１２および１３からは計測配線１６が延びており、計測配線１６はセンサアンプ１７に接続されている。そして、素子本体１１に一方向、例えば上方から圧力が加えられると、素子本体１１が変形し、その変形により電気特性が変化するが、この電気特性の信号が電極１２および１３から計測配線１６に取り出され、センサアンプ１７により増幅されて出力される。また、素子本体１１は圧力が解除されると元の形状に戻る。
【００２０】
素子本体１１を構成するシリコーンを含むエラストマーとしては、ＤＶＰＤＭＳ（α,ω-divinyl-polydimethylsiloxane）とＰＭＨＳ（poly  methyl  hydrogen  siloxane）とを架橋反応させることにより生成されるポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane）を用いることができる。
【００２１】
また、イオン液体としては、イミダゾリウム塩、ピペリジニウム塩、ピリジニウム化合物、ピロリジニウム塩等を用いることができる。好ましくは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＥＭＩ］［ＢＦ４］：1-Ethyl-3-methylimidazolium  Tetrafluoroborate）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＢＭＩ］［ＢＦ４］：1-Butyl-3-methylimidazolium  Tetrafluoroborate）、１−へキシル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＨＭＩ］［ＢＦ４］：1-Hexyl-3-methylimidazolium  Tetrafluoroborate）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム２−（２−メトキシエトキシ）−エチルスルファート（［ＥＭＩ］［ＭＥＥＳ］：1-Ethyl-3-methylimidazolium  2-(2-methoxyethoxy)ethyl  sulfate）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスフォニル）イミド（［ＥＭＩ］［ＴＦＳＩ］：1-Ethyl-3-methylimidazolium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスフォニル）イミド（［ＢＭＰ］［ＴＦＳＩ］：1-Butyl-1-methylpyrrolidinium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）が挙げられる。
【００２２】
また、上記以外に用いることが可能なイオン液体としては、シクロヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Cyclohexyltrimethylammonium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、メチルトリ-n-オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Methyltri-n-octylammonium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、テトラブチルアンモニウムブロミド（Tetrabutylammonium  Bromide）、テトラブチルアンモニウムクロリド（Tetrabutylammonium  Chloride）、テトラブチルホスホニウムブロミド（Tetrabutylphosphonium  Bromide）、トリブチル(2-メトキシエチル)ホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Tributyl(2-methoxyethyl)phosphonium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、トリエチルスルホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Triethylsulfonium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1,3-ジメチルイミダゾリウムクロリド（1,3-Dimethylimidazolium  Chloride）、1,3-ジメチルイミダゾリウムジメチルホスファート（1,3-DimethylimidazoliumDimethyl  Phosphate）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムクロリド（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium  Chloride）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium  Hexafluorophosphate）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムポリエチレングリコールヘキサデシルエーテルスルファート被覆リパーゼ（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium  Polyethylene  Glycol  Hexadecyl  Ether  Sulfate  coated  Lipase）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium  Tetrafluoroborate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Butyl-3-methylimidazolium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Butyl-3-methylimidazolium  Bromide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Butyl-3-methylimidazolium  Chloride）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-3-methylimidazolium  Hexafluorophosphate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヨージド（1-Butyl-3-methylimidazolium  Iodide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロフェラート（1-Butyl-3-methylimidazolium  Tetrachloroferrate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート（1-Butyl-3-methylimidazolium  Trifluoromethanesulfonate）、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium  Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Bromide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Chloride）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Dicyanamide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Ethyl  Sulfate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Hexafluorophosphate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム硫酸水素塩（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Hydrogen  Sulfate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヨージド（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Iodide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムメタンスルホン酸塩（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Methanesulfonate���、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロフェラート（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Tetrachloroferrate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート（1-Ethyl-3-methylimidazolium  Trifluoromethanesulfonate）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Hexyl-3-methylimidazolium  Bromide）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Hexyl-3-methylimidazolium  Chloride）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Hexyl-3-methylimidazolium  Hexafluorophosphate）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムブロミド（1-Methyl-3-n-octylimidazolium  Bromide）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムクロリド（1-Methyl-3-n-octylimidazolium  Chloride）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Methyl-3-n-octylimidazolium  Hexafluorophosphate）、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムヨージド（1-Methyl-3-propylimidazolium  Iodide）、1-ブチル-1-メチルピペリジニウムブロミド（1-Butyl-1-methylpiperidinium  Bromide）、1-ブチル-3-メチルピリジニウムブロミド（1-Butyl-3-methylpyridinium  Bromide）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムブロミド（1-Butyl-4-methylpyridinium  Bromide）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムクロリド（1-Butyl-4-methylpyridinium  Chloride）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-4-methylpyridinium  Hexafluorophosphate）、1-ブチルピリジニウムブロミド（1-Butylpyridinium  Bromide）、1-ブチルピリジニウムクロリド（1-Butylpyridinium  Chloride）、1-ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート（1-Butylpyridinium  Hexafluorophosphate）、1-エチル-3-(ヒドロキシメチル)ピリジニウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-(hydroxymethyl)pyridinium  Ethyl  Sulfate）、1-エチル-3-メチルピリジニウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-methylpyridinium Ethyl  Sulfate）、1-エチルピリジニウムブロミド（1-Ethylpyridinium  Bromide）、1-エチルピリジニウムクロリド（1-Ethylpyridinium  Chloride）、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムブロミド（1-Butyl-1-methylpyrrolidinium  Bromide）、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムクロリド（1-Butyl-1-methylpyrrolidinium  Chloride）等が挙げられる。
【００２３】
この素子本体１１の製造方法としては、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体とを例えばイオン液体が４０重量％になるように混合し混合液を生成し、この混合液を、所望の形状の型に流し込み、真空脱気を行い、例えば１５０℃で３０分の加熱処理を行った後、型を取り除く方法が例示される。
【００２４】
電極１２および１３は、素子本体１１の変形に追従可能な柔軟な材料であることが好ましく、例えば金のスパッタリングにより形成することができる。また、金以外の材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、カーボンナノチューブ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性高分子、銀グリース等を好適に用いることができる。
【００２５】
次に、このように構成される圧力センサ素子１０の動作について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、何も圧力を印加しない状態でセンサアンプ１７からの出力をとる。このとき、素子本体１１においては、シリコーンを含むエラストマーにイオン液体が均一に分散している。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、素子本体１１の上方から、圧力子１８により絶縁膜１４および電極１２を介して圧力を印加する。このとき、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなる素子本体１１は印加された圧力により変形し、イオン液体に分極等が生じてその構造が変化する。そして、このような構造の変化にともなって素子本体１１の誘電率が変化し、これにより素子本体１１全体の容量等の電気特性が変化し、その容量等の電気特性の変化を検出することにより、印加した圧力を検出することができる。
【００２７】
本実施形態の圧力センサ素子１０は、素子本体１１が有機材料であるため、圧力印加による変形が大きく、広い圧力範囲でリニアに電気特性が変化するから、広い圧力範囲で高精度に圧力を検出することができる。また、圧力センサ素子１０は原理的に素子本体１１が小さくても圧力検出を行うことができ、素子本体１１に電極１２および１３を形成した簡単な構成であるから小型化することができる。このため、高密度配置することができ、これにより大面積の圧力または圧力分布を高精度で測定することができる。また、素子本体１１がシリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなるので、安価である。さらに、小型であり、素子本体１１および電極１２、１３を有する圧力センサ素子１０が可撓性を有するため、固定板１５を曲面に対応可能な可撓性を有するものとすれば、チャンバの曲面や配管等に設置することができる。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、上記圧力センサ素子１０を複数備えたシート状圧力センサについて示す。図３は本発明の第２の実施形態に係るシート状圧力センサを示す平面図、図４はその一部を示す断面図である。
【００２９】
このシート状圧力センサ２０は、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなる扁平形状の容器２１の中に、上記素子本体１１の両面に電極１２および１３を形成した圧力センサ素子１０を平面状に高密度に複数配し、これら圧力センサ素子１０の下面を容器２１の内面に貼り付け、この容器２１を例えば、Ａｌ、Ｃｕ等の金属または可撓性材料からなる固定板２３に固定して構成される。
【００３０】
各圧力センサ素子１０の電極１２および１３からは計測配線１６が延びており、全ての圧力センサ素子１０からの計測配線１６がセンサアンプ３１へと延び、センサアンプ３１は演算回路３２に接続されている。演算回路３２には電源３３から給電され、複数の圧力センサ素子１０からの信号に基づいて、各圧力センサ素子１０が受けた圧力を演算し、その演算結果を表示器３４に表示する。また、演算結果は、表示器３４に表示すると同時に、または表示器３４に表示することなく、制御対象に制御出力として出力する。
【００３１】
上述したように圧力センサ素子１０は小型で簡易な構造を有しているため、高密度配置可能であり、したがって、これを複数配置してなる本実施形態のシート状圧力センサ２０は、ウエハのような大面積の測定対象に対する圧力または圧力分布の検出に極めて適したものとなる。
【００３２】
＜応用例＞
以下、上記実施形態の圧力センサ素子、シート状圧力センサの応用例について説明する。
【００３３】
（プローブ装置への応用）
図５は、上記第２の実施形態のシート状圧力センサを搭載したプローブ装置の一例を示す断面図である。
プローブ装置４０は、プローブカード４１と、被検査体としてのウエハＷを載置する載置台４２とを有している。載置台４２にはウエハＷとほぼ同じ面積の上述した構造のシート状圧力センサ２０が固定され、その上にウエハＷが載置される。
【００３４】
プローブカード４１は、全体が略円盤状に形成されている。プローブカード４１は、検査時にウエハＷの電極パッドＵに接触する接触子（プローブ）９０を下面で支持する支持基板５１の上面側に設けられ、接触子９０に検査用の電気信号を送る回路基板５２とを有している。
【００３５】
回路基板５２は、略円盤状に形成され、図示しないテスタに電気的に接続されている。回路基板５２の内部には、接触子９０との間で検査用の電気信号を伝送するための電子回路が実装されている。テスタからの検査用の電気信号は、回路基板５２の電子回路を介して接触子９０に送受信される。回路基板５２の下面には、接続端子５２ａが配置されている。
【００３６】
回路基板５２の上面側には、回路基板５２を補強する補強部材５３が設けられている。補強部材５３は、回路基板５２の上側に平行に配置された本体部５３ａと、本体部５３ａの外周部から下方に延び、回路基板５２の外周部を固定する固定部５３ｂを有し、固定部５３ｂは、回路基板５２の内側に突出するとともに、外側に延びており、固定部５３ｂの外周部は、図示しないホルダに保持されている。
【００３７】
回路基板５２の上面には、連結部材５４が回路基板５２と平行に設けられている。連結部材５４は、回路基板５２よりも小径の略円盤状をなし、補強部材５３の固定部５３ｂの内側に設けられている。
【００３８】
連結部材５４の外周部の下面には、支持板５１と連結部材５４とを連結し一体化するための連結体５５が固定されている。連結体５５は、鉛直方向に延び、支持板５１の外周部の複数箇所、例えば４箇所に設けられている。
【００３９】
連結体５５は、回路基板５２を厚さ方向に貫通し、下端部が支持板５１の外周部の外方位置まで到達しており、連結体５５の下部に形成された２箇所設けられた突出部５５ａにより支持板５１が保持されている。支持板５１と連結部材５４とは、これらの中央で回路基板５２を貫通して延びるボルト５６により固定されている。
【００４０】
連結部材５４の上面には、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重を一定に維持する荷重調整部材としてのバネ部材６０が設けられている。バネ部材６０は例えば３つ、同一円周上に等間隔で配置されている。バネ部材６０は、鉛直方向に伸縮するように配置されたバネ６１と、バネ６１を支持し、かつ鉛直方向に伸縮自在の支持部６２とを有している。バネ部材６０の上面は補強部材５３の本体部５３ａに当接しており、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重を一定に維持することができるようになっている。
【００４１】
連結部材５４の外周部には弾性部材としての板バネ６４が設けられている。板バネ６４の一端は連結部材５４の外周部に固定され、他端は補強部材５３の固定部５３ｂに固定されており、円周方向に複数、例えば３個、好ましくは等間隔に配置されている。これら板バネ６４により支持板５１の水平方向の位置が固定される。
【００４２】
支持板５１は、載置台４２と対向し、かつ回路基板５２と平行になるように配置されている。支持板５１は、略方盤状に形成されており、その上面には、複数の接続端子５１ａが設けられている。接続端子５１ａは、回路基板５２の接続端子５２ａに対応するように配置されている。
【００４３】
支持板５１の接続端子５１ａと、接続端子５１ａに対応する回路基板５２の接続端子５２ａとの間には、これらの間の電気的導通をとるための中間部材７０が複数設けられている。複数の中間部材７０は、支持板５１の上面内において均一に配置されている。また、各中間部材７０は、それぞれが独立して鉛直方向に伸縮するように形成されており、したがって、例えば接触子９０と電極パッドＵが異なる高さで接触した場合でも、これら中間部材７０が接触子９０と電極パッドとの接触荷重の面内分布を均一にするように作用する。
【００４４】
支持板５１の下面には、上面の接続端子５１ａより狭いピッチで接触子９０が設けられている。下面の接触子９０は接続端子５１ａに対応して同数設けられ、対応する接続端子５１ａと接触子９０とは支持板５１の内部の配線により接続されている。すなわち、支持板５１は、回路基板５２の接続端子５２ａのピッチを変換するピッチ変換基板として機能する。
【００４５】
載置台４２は、ＸＹＺ移動機構４３により水平方向および鉛直方向に移動自在に構成されており、駆動機構４４によりＸＹＺ移動機構４３を駆動させることにより、シート状圧力センサ２０を介して載置台４２に載置されたウエハＷを三次元移動して精密なアライメントを行えるようになっている。
【００４６】
シート状圧力センサ２０は、図３に示すように、圧力センサ素子１０が複数配列されているが、本例のようにプローブ装置４０の接触子の圧力測定に適用する場合には、圧力センサ素子１０を接触子９０に対応するように設ける必要があり、２〜５ｍｍ角毎という極めて高密度に圧力センサ素子１０を配置する必要がある。目標スペックは、測定圧力：２０ｋｇｆ／ｃｍ２前後、動作温度：−４０〜１５０℃、繰り返し再現性：±１％ＦＳであり、圧力センサ素子１０を用いたシート状圧力センサ２０によって十分に達成できるものである。
【００４７】
シート状圧力センサ２０の複数の圧力センサ素子１０から取り出された信号は計測配線１４０を経てセンサアンプ１４１で増幅され、増幅された信号が演算部１４２に送られ、そこで圧力値が計算され、ウエハＷ全面に印加された圧力および圧力分布が高精度で求められる。この圧力測定信号は装置全体を制御する制御部１５０に送られる。
【００４８】
シート状圧力センサ２０からの信号を受けた制御部１５０は、接触子９０をウエハＷ上の電極パッドＵに接触させた際におけるシート状圧力センサ２０により検出した圧力値または圧力分布が所望の値から外れている場合に、圧力または圧力分布が所望の範囲になるように、例えば載置台４２の高さを変更したり、異常な圧力が検出された場合には、その原因を取り除く、例えば支持板５１が傾斜していたような場合には、その傾斜をなくすように制御する。
【００４９】
このような構成のプローブ装置４０によって実際にウエハＷの電気特性を検査する際には、予めバネ部材６０に初期荷重がかけられた状態で、まず、ウエハＷが載置台４２上に保持され、その後、載置台４２が上昇し、ウエハＷの各電極パッドＵが接触子９０に接触する。さらに電極パッドＵが上昇すると、接触子９０は、下から上方向に作用する力により鉛直方向に圧縮される。このとき発生荷重は接触子９０によって吸収される。さらに電極パッドＵを上昇させると、発生荷重は支持板５１を介して中間部材７０に伝達されるとともに、支持板５１、連結体５５および連結部材５４を介してバネ部材６０に伝達される。このときバネ部材６０の付勢力によって、支持板５１が接触子９０側に押される。そして、ウエハが所定の接触荷重で接触子９０に押しつけられた状態で、回路基板５２から検査用の電気信号が中間部材７０、支持体５１の接続端子５１ａ、および接触子９０を順に通ってウエハＷ上の各電極パッドＵに送られて、ウエハＷ上の回路の電気的特性が検査される。
【００５０】
このとき、支持板５１に連結される連結部材５４の上面にバネ部材６０を設けたので、検査時に接触子９０と電極パッドＵが接触する際、原理的には、その接触荷重を所定荷重に維持することができる。
【００５１】
（貼り合わせ装置への応用）
図６は、上記第２の実施形態のシート状圧力センサを搭載した貼り合わせ装置の一例を示す断面図である。
この貼合せ装置１７０は、中央部に配置された装置本体部１６１と、その側方に配置された、搬送途中のキャリア体２０２の上に液晶ワックスを供給する液晶ワックス供給機構１６２とを有している。
【００５２】
装置本体１６１は、ヘッドプレート１７１と図示しないベースプレートとを有しており、これらが互いに平行にかつ所定の位置関係を保つように図示しない筐体の上下に固定されるようになっている。ヘッドプレート１７１は矢印方向に開動して開閉可能となっている。
【００５３】
ヘッドプレート１７１の下面には、フローティング機構１７３を介して貼合せ対象である薄板体２０１をその下面に保持するプレート状をなす第１の保持部材１７４がヘッドプレート１７１から浮いた状態で移動可能に設けられている。
【００５４】
一方、ベースプレートの上にはＸＹＺθ移動機構１７５を介して貼合せ対象であるキャリア体２０２をその上面に保持するプレート状をなす第２の保持部材１７６がＸＹＺθ方向に移動可能に第１の保持部材１７４に対向するように設けられている。第２の保持部材１７６には、キャリア体２０２とほぼ同じ面積の上述した構造のシート状圧力センサ２０が固定され、その上にキャリア体２０２が載置される。第２の保持部材１７６は、駆動機構１７２によりＸＹＺθ移動機構１７５を駆動させることにより、シート状圧力センサ２０を介して第２の保持部材１７６に保持されたキャリア体２０２を三次元移動して精密なアライメントを行えるようになっている。
【００５５】
これにより第１の保持部材１７４に保持された薄板体２０１と第２の保持部材１７６に保持されたキャリア体２０２とはそれらの貼合せ面が対向するように配置されることとなる。
【００５６】
第１の保持部材１７４には、薄板体２０１を保持する保持機構としての真空吸着機構１７７が設けられている。この真空吸着機構１７７は、第１の保持部材１７４の下面に複数形成された真空吸着溝１７７ａと、これら真空吸着溝１７７ａが接続され第１の保持部材１７４内に水平に延びる排気路１７７ｂと、排気路１７４ｂに接続された排気ライン１７７ｃとを有しており、図示しない真空ポンプを作動させて排気ライン１７７ｃを介して真空引きすることにより薄板体２０１が第１の保持部材１７４の下面に真空吸着される。薄板体２０１が１００μｍ以下の極めて薄いものの場合、反り等が発生しやすいが、真空吸着溝１７７ａを適切に設計することにより、このように薄いものでも高平面度で吸着することができる。
【００５７】
第２の保持部材１７６にも、キャリア体２０２を保持する保持機構としての真空吸着機構１７８が設けられている。この真空吸着機構１７８は、第２の保持部材１７６の上面に複数形成された真空吸着溝１７８ａと、これら真空吸着溝１７８ａが接続され第２の保持部材１７６内に水平に延びる排気路１７８ｂと、排気路１７８ｂに接続された排気ライン１７８ｃとを有している。また、図示はしていないが、シート状圧力センサ２０には、真空吸着溝１７８ａに対応する位置に複数の真空吸着孔が形成されている。これにより、図示しない真空ポンプを作動させて排気ライン１７８ｃを介して真空引きすることによりキャリア体２０２が第２の保持部材１７６の上面にシート状圧力センサ２０を介して真空吸着される。
【００５８】
第２の保持部材１７６の中には、加熱手段としてのヒーター１７９が埋設されている。このヒーター１７９はヒーター電源１８０から給電されて発熱するようになっている。また、第２の保持部材１７６の中には、冷却手段として、冷却水のような冷却媒体を通流する冷媒流路１８１が設けられている。ヒーター１７９に給電することにより、その上面に保持されたキャリア体２０２が加熱され、キャリア体２０２の上に供給された接着剤としての液晶ワックス２０４が液状に維持される。また、冷媒流路２８１に冷却水等の冷却媒体が通流されることにより、キャリア体２０２の上に供給された液晶ワックスが固化される。
【００５９】
ヘッドプレート１７１には、薄板体２０１の貼合せ面とキャリア体２０２の貼合せ面との平行度を調節する平行度調節機構としてのピエゾ機構１８２が設けられている。このピエゾ機構１８２は、ヘッドプレート１７１の中央に設けられた空間１７１ａの中に設けられ、固定板１７１ｂによりヘッドプレート１７１に固定されている。ピエゾ機構１８２は、固定板１７１ｂに固定された支持体１８２ａと、支持体１８２ａの下面に支持された複数のピエゾ素子１８２ｂとを有しており、これらピエゾ素子１８２ｂの下端は第１の保持部材１７４の上面に固定されている。そしてピエゾ素子１８２ｂに所定の電圧を与えることによりこれらピエゾ素子１８２ｂに所望の変位を生じさせ、第１の保持部材１７４の傾きを調整して薄板体２０１の貼合せ面とキャリア体２０２の貼合せ面との平行度を調節する。
【００６０】
なお、第１の保持部材１７４の側方および第２の保持部材１７６の側方には、それぞれキャリア体２０２の位置および薄板体２０１の位置を検出して位置合わせを行うための上部位置合わせ機構および下部位置合わせ機構（いずれも図示せず）が設けられている。
【００６１】
液晶ワックス供給機構１６２は、液晶ワックスを搬送中のキャリア体２０２の上に供給するディスペンサー１８９と、ディスペンサー１８９に液晶ワックスを供給する液晶ワックス供給源１９０と、ディスペンサー１８９を水平方向に移動させる駆動機構１９１とを有している。そして、図示しない加熱手段により液晶ワックス供給源１９０からディスペンサー１８９に至るまでの間、液晶ワックスが液状になるようにされ、液状の液晶ワックスがディスペンサー１８９からキャリア体２０２の上に供給される。接着に用いる液晶ワックスは、溶融時にも結晶性を示すものであり、液相と固相との間での相変化がある温度で急激に生じる性質を有する。
【００６２】
シート状圧力センサ２０は、図３に示すように、圧力センサ素子１０が複数配列されているが、本例のように貼り合わせ装置１７０の貼り合わせ圧力測定に適用する場合には、１ｃｍ角毎という高密度に圧力センサ素子１０を配置する必要がある。目標スペックは、測定圧力：数百ｋｇｆ／ｃｍ２、動作温度：１５０〜２６０℃、繰り返し再現性：±１％ＦＳであり、圧力センサ素子１０を用いたシート状圧力センサ２０によって十分に達成できるものである。
【００６３】
シート状圧力センサ２０の複数の圧力センサ素子１０から取り出された信号は計測配線２１０を経てセンサアンプ２１１で増幅され、増幅された信号が演算部２１２に送られ、そこで圧力値が計算され、貼り合わせ時に印加された圧力および圧力分布が高精度で求められる。この圧力測定信号は装置全体を制御する制御部２２０に送られる。
【００６４】
シート状圧力センサ２０からの信号を受けた制御部２２０は、薄板体２０１とキャリア体２０２を貼り合わせる際においてシート状圧力センサ２０により検出された貼り合わせ圧力または圧力分布が外れている場合に、圧力または圧力分布が所望の範囲になるように、駆動機構１７２により第２の保持部材１７６の高さを制御する。
【００６５】
次に、以上のような装置を用いた、薄板体２０１とキャリア体２０２との貼合せ動作について説明する。
図示しない搬送装置によりキャリア体２０２を貼り合わせ装置１７０に搬送し、まず、液晶ワックス供給機構１６２からキャリア体２０２上へ液晶ワックスを供給し、次いで液晶ワックス２０４が供給されたキャリア体を、第２の保持部材１７６の上に搬送し、真空吸着によりシート状圧力センサ２０を介して第２の保持部材１７６の上面に保持させる。
【００６６】
次に、図示しない搬送装置により薄板体２０１を、ヘッドプレート１７１を開いた状態の貼合せ装置１７０の第１の保持部材１７４に対応する位置に搬送し、その後ヘッドプレート１７１を閉じて第１の保持部材１７４の下面に薄板体２０１を吸着させる。
【００６７】
次に、上部位置合わせ機構および下部位置合わせ機構により、キャリア体２０２の貼合せ面および薄板体２０１の貼合せ面の位置情報を認識し、これに基づいて薄板体２０１とキャリア体２０２との間の位置合せ（アライメント）、具体的には、ＸＹＺθ移動機構１７５による薄板体２０１とキャリア体２０２の平面的なアライメントと、ピエゾ機構１８２による薄板体２０１とキャリア体２０２の平行度の調整を行う。
【００６８】
その後、駆動機構１７２によりＸＹＺθ移動機構１７５を駆動して第２の保持部材１７６を上昇させ、薄板体２０１とキャリア体２０２とを所定の位置まで近づけ、ヒーター１７９により第２の保持部材１７６を加熱し、キャリア体２０２上の液晶ワックス２０４を溶融させる。そして、溶融した液晶ワックス２０４を薄板体２０１とキャリア体２０２との間に挟んだ状態で、ＸＹＺθ移動機構１７５のＸ方向の移動およびＹ方向の移動を組み合わせてキャリア体２０２を回転動作させることにより、液晶ワックス２０４を全面に広げる。
【００６９】
次に、前記平面的な位置合わせを行った際の情報に基づいて、ＸＹＺθ移動機構１７５によりキャリア体２０２の位置をその際の位置に合わせ、液状の液晶ワックス２０４を所定の厚さに制御する。
【００７０】
このようにして液晶ワックス２０４の厚さを制御し、一定時間、加熱状態を保持した後、第２の保持部材１７６内の冷媒流路１８１に冷却媒体、例えば冷却水を通流させて第２の保持部材１７６を冷却し、駆動機構１７２により薄板体２０１およびキャリア体２０２を加圧しつつ液晶ワックス２０４を冷却・固化させる。
【００７１】
以上のような貼合せ作業は熱をともなうものであるから、薄板体２０１とキャリア体２０２との間で熱膨張係数の差が大きい場合には、冷却過程において、圧力が十分でない場合、これらの熱膨張差により、一旦貼り合わされた薄板体２０１とキャリア体２０２が剥がれるおそれがある。このため、この例では、シート状圧力センサ２０により、これらの貼り合わせ体にかかる圧力を測定し、全体の圧力値および圧力分布が熱膨張によって剥がれが生じないものになるように制御する。このように制御することにより、剥がれのない貼り合わせを実現することができる。
【００７２】
（曲面における圧力測定）
図７は上記第１の実施形態の圧力センサ素子を凸面２３０に設けた状態を示す模式図であり、図８は上記第１の実施形態の圧力センサ素子を凹面２４０に設けた例を示す模式図である。いずれの例においても圧力センサ素子１０は、図１に示すように素子本体１１の両側に電極１２および１３が形成されてなり、ポリイミド等の弾性を有する樹脂からなるカバー２５１で覆われており、樹脂等の可撓性材料からなる固定板２５２に固定されている。電極１２および１３からは計測配線２５３が延びており、計測配線２５３はセンサアンプ２５４に接続され増幅された信号が演算部２５５に送られ、そこで圧力値が計算され、その信号が制御部等に送られる。
【００７３】
圧力センサ素子１０は、素子本体１１が樹脂であるから可撓性を有し、しかも小型であるから、図７、８のような曲面でも問題なく設置することができ、圧力測定することができる。このため、チャンバ内の曲面や配管の内外にも設置することができる。チャンバ内や配管内は圧力範囲が広範であり、１×１０−７〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力測定範囲が必要であるが、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物を素子本体として用いることにより十分測定が可能である。また、動作温度：−４０〜１５０、繰り返し再現性：±１％ＦＳのスペックも十分満たすことができる。
【００７４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、圧力センサ素子をポリイミド等の絶縁膜で覆った例を示したが、適用によっては、このような絶縁膜は必ずしも必要ではない。また、上記応用例はあくまでも例示であり、本発明はこのような例に限定されるものではないことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１０…圧力センサ素子
１１…素子本体
１２、１３…電極
１４…カバー
１５…固定板
１６…計測配線
１７，３１…センサアンプ
２０…シート状圧力センサ
２１…容器
２３…固定板
３２…演算回路
３３…電源
３４…表示器
【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】
2011099847.tif 000008
【図７】
2011099847.tif 000009
【図８】
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