(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と、
該セラミック基板の表面に形成された、それぞれ電気的に独立した複数の電極層とを備えるプローバ用チャックであって、
表面に複数の気孔が分散して配置されており、表面の隣り合う前記気孔の重心間距離の平均値が、前記気孔の円相当径の平均値の４倍以上であることを特徴とするプローバ用チャック。
【請求項２】
前記気孔の重心間距離の平均値から前記気孔の円相当径の平均値を差し引いた値が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のプローバ用チャック。
【請求項３】
前記気孔の重心間距離の平均値から前記気孔の円相当径の平均値を差し引いた値が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のプローバ用チャック。
【請求項４】
前記気孔の円相当径の変動係数が０．７以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプローバ用チャック。
【請求項５】
前記円相当径が５μｍ以下である前記気孔の１ｍｍ２当たりの個数が２×１０４個以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプローバ用チャック。
【請求項６】
前記セラミック基板の両方の主面それぞれに、前記電極層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプローバ用チャック。
【請求項７】
前記セラミック基板は開気孔率が３体積％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプローバ用チャック。
【請求項８】
前記セラミック基板の外周面に、前記セラミック基板よりも気孔面積占有率が低いセラミック層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプローバ用チャック。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のプローバ用チャックと、
該プローバ用チャックに電圧を印加する電圧印加手段と、前記プローバ用チャックが載置される載置台とを備えてなることを特徴とするプローバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子の製造工程で用いられるプローバ用チャックおよびこれを備えたプローバに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程では、半導体ウェハを切断、分離する前に、半導体ウェハに形成された各半導体素子の電気特性を検査する検査工程がある。
【０００３】
このような半導体素子の検査工程では、半導体ウェハを載置するためのプローバ用チャックを備えたプローバが用いられている。
【０００４】
下記特許文献１に、このようなプローバ用チャックの一例が開示されている。特許文献１のプローバ用チャックでは、絶縁性基板の一方主面と他方主面に導電体（電極）が形成されている。絶縁性基板の表面の導電体の間で電流が流れた場合、プローバによる検査結果にこの流れた電流値の成分が混じってしまう。プローバを用いた検査工程では、この電流の変動がなるべく小さいことが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体素子の微細化や高機能化にともない、上述の電流の変動をより確実に抑制することが求められている。電流の変動は絶縁性基板の電気抵抗の変動にともなって変動するので、プローバ用チャックとしては、絶縁性基板の電気抵抗の変動が少ないことが求められている。本発明は、電気抵抗の変動が少ないプローバ用チャックおよびこれを用いたプローバを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプローバ用チャックは、セラミック基板と、該セラミック基板の表面に形成された、それぞれ電気的に独立した複数の電極層とを備えるプローバ用チャックであって、前記セラミック基板は、表面に複数の気孔が分散して配置されており、表面の隣り合う前記気孔の重心間距離の平均値が、前記気孔の円相当径の平均値の４倍以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のプローバ用チャックは電気抵抗の変動が少なく、プローバに用いた場合に高精度の検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のプローバ用チャックを備えたプローバを示す図であり、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）のプローバ用チャックの斜視図であり、（ｃ）はプローバ用チャックの厚み方向に沿った断面図である。
【図２】本実施形態のプローバ用チャックを構成するセラミック基板を示す写真であり、（ａ）は顕微鏡写真であり、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）のＡ部を拡大した顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態のプローバ用チャックを備えたプローバを示す、（ａ）は、概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）のプローバ用チャックの斜視図であり、（ｃ）は、プローバ用チャックの厚み方向に沿った断面図である。
【００１２】
図１（ａ）に示す例のプローバ１は、半導体ウェハ２の検査工程で用いられ、プローブカード３およびテスタ４などとともに用いることによって、半導体ウェハ２に形成された半導体素子の電気特性を検査する装置である。プローバ１は、半導体ウェハ２が載置されるプローバ用チャック５と、プローバ用チャック５に電圧を印加する電圧印加手段６と、プローバ用チャック５が載置される載置台７とを備えている。
【００１３】
プローバ用チャック５は、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、セラミック基板８と、セラミック基板８の表面に形成された、それぞれ電気的に独立した複数の電極層９，１０とを備える。
【００１４】
セラミック基板８は、プローバ用チャック５の支持部材として、電極層９，１０間の絶縁部材として機能する。
【００１５】
セラミック基板８は、例えば、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体からなる。酸化アルミニウム以外の成分としては、例えば、酸化マグネシウム，酸化カルシウムおよび酸化珪素等の焼結助剤を含んでいたり、ナトリウムまたは鉄などの陽イオンとなる金属の酸化物などの微量成分を含んでいたりしてもよい。
【００１６】
セラミック基板８は、直径が、例えば、１５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の円板である。また、セラミック基板８の厚みは、例えば２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
【００１７】
なお、セラミック焼結体における主成分とは、セラミック焼結体を構成する成分１００質量％において、最も比率の高い成分をいい、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて金属元素の含有量を求め、酸化物に換算すればよい。
【００１８】
また、電極層９は、電圧印加手段６から直流電圧が印加される。電極層９の一部は、セラミック基板８の側面に延びており、電圧印加手段６に電気的に接続した給電用パターン１１を備えている。電極層１０は、電圧印加手段６によって接地される。
【００１９】
電極層９，１０は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、クロム、ニッケル、チタン、白金またはパラジウムなどからなる。なお、電極層９，１０は、異なる金属からなる複数の層であってもよい。電極層９、１０の各厚みは、例えば、０．１μｍ〜５００μｍである。
【００２０】
プローブカード３は、半導体ウェハ２に形成された半導体素子に接触する複数のプローブ１２を備え、このプローブ１２とテスタ４とが電気的に接続されている。
【００２１】
テスタ４は、プローブカード３を介して半導体ウェハ２の各半導体素子に電圧を印加して、半導体素子の電気特性を検査するものである。プローバ１では、テスタ４から所定のプローブ１２に電圧（入力電圧）を印加し、他の所定のプローブ１２の間を流れる電流値（出力電流）を検出することで、これらプローブ１２が接触された半導体素子の動作を検
査する。  図２は、本実施形態のプローバ用チャックを構成するセラミック基板の一例の写真であり、（ａ）は顕微鏡写真であり、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）のＡ部を拡大した顕微鏡写真である。
【００２２】
セラミック基板の気孔には周囲雰囲気の水分等が付着し易い。水分が付着した部分は電荷がチャージし易く、この電荷が移動することで電流が発生する。セラミック基板の開気孔率が大きいほどこの水分等の付着も発生し易いので、周囲雰囲気の湿度の変化にともなうセラミック基板の電気抵抗の変動は大きくなると考えられていた。しかし、セラミック基板の開気孔率を単に小さくしただけでも、電気抵抗の変動をある程度以上に小さくすることは難しかった。本願発明者は、この課題について検討を重ね、セラミック基板の電気抵抗の変動が、単に開気孔率の大きさではなく、気孔と気孔との間の距離にも関係していると考察した。すなわち、同じ開気孔率のセラミック基板であっても、比較的大きな気孔が比較的長い距離を隔てて存在している場合に比べて、比較的小さい気孔が比較的短い距離を隔てて多数存在している場合の方が、気孔と気孔の間すなわちチャージの間の距離が小さくなって電界強度も強まるので、電流が流れやすいのではないかと考察した。本発明は、発明者のこのような技術的考察と、試行錯誤の実験により見出されたものである。
【００２３】
本実施形態のセラミック基板８は、開気孔率が３体積％以下であり、図２に示すように、表面に複数の気孔１２が分散して配置されており、表面の隣り合う気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の重心間距離ｘ１，ｘ２，ｘ３，・・・の平均値ｘが、気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の円相当径ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・の平均値ｄの４倍以上である。
【００２４】
このように構成すると、気孔１２の内部に電荷がチャージしても、隣り合う気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の間隔が広いので、高湿度、例えば湿度４０％以上の雰囲気に長時間曝されても、電気抵抗が低下しにくくなる。
【００２５】
具体的には、気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の重心間距離ｘ１，ｘ２，ｘ３，・・・の平均値ｘは、例えば、１０μｍ以上２５μｍ以下であり、気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の円相当径ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・の平均値ｄは、例えば、１μｍ以上４μｍ以下である。
【００２６】
また、気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の重心間距離ｘ１，ｘ２，ｘ３，・・・の平均値ｘから気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の円相当径ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・の平均値ｄを差し引いた値（ｘ−ｄ）が１０μｍ以上であることが好適である。
【００２７】
このように構成すると、隣り合う気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の間隔がより広くなるので、高湿度の雰囲気に長時間曝されても、電気抵抗が低下しにくくなる。
【００２８】
特に、上記値（ｘ−ｄ）は２０μｍ以上であることが好適である。
【００２９】
また、気孔１２の円相当径の変動係数（円相当径の標準偏差σ／円相当径の平均値ｄ）が０．７以下であることが好適である。このような構成であると、隣り合う気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・が接触して部分的に導通するおそれが低減するので、高湿度の雰囲気に長時間曝されても、電気抵抗がさらに低下しにくくなる。特に、変動係数は、０．６以下であることがより好適である。
【００３０】
また、円相当径が５μｍ以下である気孔１２の１ｍｍ２当たりの個数が２×１０４個以下であることが好適である。このような構成であると、気孔１２の内部に電荷がチャージしても、気孔１２の単位面積当たりの個数が少ないので、高湿度の雰囲気に長時間曝され
ても、電気抵抗がさらに低下しにくくなる。
【００３１】
ここで、セラミック基板８の開気孔率は、ＪＩＳ  Ｒ  １６３４：１９９８に準拠して求めればよい。プローバ用チャック５のセラミック基板８の開気孔率は、電極層９、１０を形成する前のセラミック基板８を、上記ＪＩＳ  Ｒ  １６３４：１９９８に準拠して測定することで求めればよい。また、電極層９や電極層１０が形成されている状態でも、プローバ１のセラミック基板８の開気孔率は、プローバ１のセラミック基板８の電極層９や電極層１０が付いていない部分を切り出し、この切り出し部分を上記ＪＩＳ  Ｒ  １６３４：１９９８ に準拠した方法で測定することで求めるができる。この場合（セラミック基板８の一部を切り出して測定する場合）、切り出した試料（セラミック基板８の一部）の各切り出し面の算術平均粗さ（Ｒａ）の値が、セラミック基板８の電極層９が付着した面の算術平均粗さ（Ｒａ）の値の８０％〜１２０％の値となるよう、各切り出し面を鏡面研磨した試料を作成し、この試料（切り出し部分）を上記ＪＩＳ  Ｒ  １６３４：１９９８ に準拠した方法で測定すればよく、このように切り出した部分を用いて測定した開気孔率の値は、電極層９、１０を形成する前のセラミック基板８を用いて測定した開気孔率の値とよく一致する。各切り出し面の研磨は、セラミック基板８の電極層９が付着した面を研磨する場合と同じ条件（研磨材や研磨時の圧力など）で行うことが好ましい。セラミック基板８内の気孔の大きさや分布の程度は、セラミック基板８の全体で同様の状態であり、セラミック基板８の表面部分と内面部分で大きな違いはないので、このように切り出し部分について求めた開気孔率は、電極層９や電極層１０が形成されていないセラミック基板８について求めた開気孔率とよく一致する。
【００３２】
また、気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の重心間距離ｘ１，ｘ２，ｘ３，・・・の測定方法は、まず、光学顕微鏡を用いて倍率を200倍として、セラミック基板８の外周面
をダイヤモンド砥粒で研磨して得られた鏡面を対象とする。この鏡面から気孔１２の大きさや分布が平均的に観察される部分を選択し、面積が５．３×１０４μｍ２（例えば、横方向の長さが２６７μｍ、縦方向の長さが１９８μｍ）となる範囲の画像を観察の対象として、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製、以下単に画像解析ソフトと記載する。）の重心間距離法という手法を適用する。また、気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の円相当径ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・および円相当径が５μｍ以下である気孔１２の１ｍｍ２当たりの個数の測定方法は、上記画像を観察の対象として、画像解析ソフトの粒子解析という手法を適用する。重心間距離法および粒子解析の設定条件である粒子の明度、２値化の方法および小図形除去面積は、それぞれ暗、手動、０μｍとする。そして、上述した手法により、気孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の重心間距離ｘ１，ｘ２，ｘ３，・・・および円相当径ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・が求められ、平均値ｘ，ｄ，標準偏差σおよび上記変動係数を算出することができる。また、円相当径が５μｍ以下である気孔１２の１ｍｍ２当たりの個数は、粒子解析で得られた個数を換算すればよい。
【００３３】
また、プローバ用チャック５は、セラミック基板８の外周面にセラミック基板８よりも気孔面積占有率が低いセラミック層（不図示）をさらに備えてなることが好適である。セラミック層は、例えば、酸化アルミニウムからなり、その厚みは、例えば、０．１μｍ〜５００μｍである。
【００３４】
このように構成すると、セラミック基板８の外周面に存在する気孔１２の内部に、水分、金属等の導電性成分が付着しにくくなるので、高温に晒されてもセラミック基板８は、高い絶縁性を維持することができる。
【００３５】
ここで、セラミック基板の気孔面積占有率を求めるには、上述した画像を観察の対象として、画像解析ソフトの粒子解析という手法を用いて求められ、気孔面積占有率は画像解
析ソフトでは面積率として表されるものである。
【００３６】
また、セラミック層の気孔面積占有率を求めるには、セラミック層の表面から気孔の大きさや分布が平均的に観察される部分を選択し、上述した方法で求めればよい。
【００３７】
そして、本実施形態のプローバ１は、上述した本実施形態のプローバ用チャック５と、プローバ用チャック５に電圧を印加する電圧印加手段６と、プローバ用チャック５が載置される載置台７とを備えてなる。電気抵抗が低下しにくい本実施形態のセラミック基板８を備えたプローバ用チャック５を用いているので、信頼性の高い装置とすることができる。
【００３８】
次に、本実施形態のプローバ用チャックの製造方法の一例について説明する。
【００３９】
まず、純度が、例えば、９９．７％以上で、平均粒径が０．５μｍ以上１．３μｍ以下の酸化アルミニウムの粉末と、酸化カルシウム，酸化珪素および酸化マグネシウムの各粉末とを用意する。そして、酸化アルミニウムの含有量が９８．５質量％以上であり、酸化カルシウム，酸化珪素および酸化マグネシウムの各粉末の合計１００質量％に対して、酸化カルシウムおよび酸化珪素の含有量がそれぞれ２０質量％以上３７．５５質量％以下であって残部が酸化マグネシウムとなるように秤量した混合粉末を、バレルミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル，サンドミル，アジテーターミルまたはアトライター等を用いて湿式混合し、粉砕してスラリーとする。
【００４０】
ここで、円相当径が５μｍ以下である気孔の１ｍｍ２当たりの個数を調整するには、ビーズミルを用い、粉砕時間で調整すればよい。
【００４１】
次に、ポリビニルアルコール，ポリエチレングリコールやアクリル樹脂などの有機バインダを溶媒に添加した後、混合してスラリーを得る。ここで、有機バインダの添加量は混合粉末１００質量％に対して合計２質量％以上１０質量％以下とする。有機バインダの添加量が２質量％未満であれば、成形体に求められる強度や可とう性が得られず脆い成形体となる。また、有機バインダの添加量が１０質量％を超えると焼成で有機バインダが焼失しにくくなり、クラックなどの不具合が出るおそれが高くなる。有機バインダの添加量を混合粉末１００質量％に対して合計２質量％以上１０質量％以下とすることにより、成形体に求められる強度や可とう性が得られ、クラックなどの不具合が発生しにくい成形体を得ることができる。
【００４２】
また、気孔の重心間距離の平均値から気孔の円相当径の平均値を差し引いた値および気孔の円相当径の変動係数を調整するには、分散剤を溶媒に添加し、その添加量で調整すればよい。
【００４３】
そして、噴霧乾燥装置を用いて造粒して、顆粒を得る。
【００４４】
次に、顆粒を冷間静水圧成形（Cold Isostatic Pressing）法で加圧成形することによ
り、成形体を得る。ここで、表面に複数の気孔が分散して配置されており、表面の隣り合う気孔の重心間距離の平均値が、気孔の円相当径の平均値の４倍以上であるセラミック基板を得るには、成形圧を７８Ｍｐａ以上１３７ＭＰａ以下とすればよい。この成形圧で、開気孔率が３体積％以下であるセラミック基板を得ることができる。
【００４５】
そして、切削加工，レーザ加工等により成形体を円板状にすればよい。そして、円板状に加工された成形体を１５５０℃以上１６５０℃以下として２時間以上４時間以下で焼成することにより、セラミック基板を得ることができる。
【００４６】
また、セラミック基板の外周面にセラミック基板よりも気孔面積占有率が低いセラミック層を設けるには、スパッタリング法またはイオンプレーティング法を用いて、例えば、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック層を形成すればよい。
【００４７】
そして、スパッタリング法またはイオンプレーティング法を用いて、セラミック基板８の一方の主面に電極層９を、また、セラミック基板８の他方の主面に電極層１０を形成することにより、プローバ用チャック５を得ることができる。
【００４８】
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。
【００４９】
例えば、前述した実施形態においては、プローバ用チャック５が電極層９，１０を有する構成を例に説明したが、プローバ用チャック５は電極層９のみを有していても構わない。この場合には、プローバ１は、例えば、半導体ウェハ４が電極層９上に載置されるプローバ用チャック５と、セラミック基板８の他方の主面が接する導電層を有するとともにプローバ用チャックが載置される載置台７と、プローバ用チャック５の電極層９に電圧を印加する電圧印加手段６とを備える。導電層は、前述した電極層１０と同様の構成、機能を有する。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
【００５１】
酸化アルミニウムを主成分とする円板状のセラミック基板の外周面に、イオンプレーティング法により、表面に電極層を備えてなるプローバ用チャックである試料Ｎｏ．１〜２０を作製した。試料作製に当たっては、分散剤の添加量,、ビーズミルによる粉砕時間および冷間静水圧成形（Cold Isostatic Pressing）法における成形圧を調整した。また、試料であるセラミック基板の直径は３１０ｍｍ，厚みは３０ｍｍとした。
【００５２】
各試料を恒温恒湿槽内に載置し、各試料の電極層に５００Ｖの電圧を印加し、窒素雰囲気中、湿度を１５％として、１時間保持した後の電気抵抗を測定したところ、各試料とも電気抵抗値は一律で約５Ｅ+１５Ω・ｍであった。
【００５３】
そして、各試料を恒温恒湿槽内に載置し、各試料の電極層に５００Ｖの電圧を印加し、窒素雰囲気中、湿度を６０％として、１時間保持した後の電気抵抗を測定した。
【００５４】
なお、表面に電極層を形成する前、各試料を構成するセラミック基板の開気孔率をＪＩＳ  Ｒ  １６３４：１９９８に準拠して求めておいた。
【００５５】
また、上記セラミック基板の隣り合う気孔の重心間距離の平均値ｘならびに円相当径の平均値ｄおよび標準偏差σを求め、平均値ｄに対する平均値ｘの倍率，平均値ｄから平均値ｘを差し引いた値（ｄ−ｘ），変動係数（σ／ｄ）を算出した。
【００５６】
また、円相当径が５μｍ以下の気孔の１ｍｍ２当たりの個数を求めた。
【００５７】
これらの測定値を表１に示す。
【００５８】
【表１】
0006441690.tif 000002
【００５９】
表１に示すように、試料Ｎｏ．３〜２０は、セラミック基板の開気孔率が３体積％以下であり、表面に複数の気孔が分散して配置されており、表面の隣り合う気孔の重心間距離の平均値が、気孔の円相当径の平均値の４倍以上であることから、高湿度に曝されても、電気抵抗が低下しにくい。
【００６０】
また、値（ｄ−ｘ）が異なる試料Ｎｏ．４，７，１４〜１８を比べると、試料Ｎｏ．７，１４〜１８は、値（ｄ−ｘ）が１０μｍ以上であることから、高湿度に曝されても、試料Ｎｏ．４よりも電気抵抗が低下しにくいことがわかる。
【００６１】
また、気孔の円相当径の変動係数が異なる試料Ｎｏ．５〜９を比べると、試料Ｎｏ.６
〜８は、気孔の円相当径の変動係数が０．７以下であることから、高湿度に曝されても、試料Ｎｏ．５よりも電気抵抗が低下しにくいことがわかる。
【００６２】
また、円相当径が５μｍ以下である気孔の１ｍｍ２当たりの個数が異なる試料Ｎｏ．６，７，１１〜１３を比べると、試料Ｎｏ．７，１１〜１３は、前記個数が２×１０４個以下であることから、高湿度に曝されても、試料Ｎｏ．６よりも電気抵抗が低下しにくいことがわかる。
【符号の説明】
【００６３】
１：プローバ
２：半導体ウェハ
３：プローブカード
４：テスタ
５：プローバ用チャック
６：電圧印加手段
７：載置台
８：セラミック基板
９，１０：電極層
１１：給電用パターン
１２：気孔
【図１】
0006441690.tif 000003
【図２】
0006441690.tif 000004