(57)【要約】【課題】            高剛性であり、断熱効果を高めることにより、チャックトップを支持する支持体底部の温度を下げ、位置精度の向上や、均熱性の向上、更にはチップの急速な昇温と冷却ができるウェハプローバ用ウェハ保持体およびそれを搭載したウェハプローバ装置を提供する【解決手段】        本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体とからなり、チャックトップと支持体との間の少なくとも一部に空隙を有し、該空隙に反射板を備えることを特徴とする。前記反射板のチャックトップに対面する面の輻射率は、０．５以下であることが好ましい。【選択図】          図１
2007042958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体とからなり、該チャックトップと支持体との間の少なくとも一部に空隙を有し、該空隙に反射板を備えることを特徴とするウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項２】
前記反射板のチャックトップに対面する面の輻射率が、０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項３】
前記反射板の材質が、ステンレス、またはアルミニウム、またはニッケル、またはこれらを含有する合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項４】
前記反射板とチャックトップとの間隔及び反射板と支持体底部との間隔が、１ｍｍ以上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ウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項５】
前記反射板の直径が、チャックトップの直径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項６】
前記反射板のチャックトップに対面する面の平面度が、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項７】
前記反射板のチャックトップに対面する面の表面粗さが、Ｒａ１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項８】
前記空隙の内壁面に金属層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項９】
前記空隙に冷却手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項１０】
前記支持体の底部に冷却手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項１１】
前記チャックトップに加熱体を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項１２】
前記支持体の形状が、有底円筒形状であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のウェハプローバ用ウェハ保持体。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載したウェハプローバ用ウェハ保持体を備えたことを特徴とするウェハプローバ用ヒータユニット。
【請求項１４】
請求項１３に記載のヒータユニットを備えたウェハプローバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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ウェハ保持体およびヒータユニット、それら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、ウェハとプローブピン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】
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、金属の材質を、熱伝導率が４０３Ｗ／ｍＫと高い銅（Ｃｕ）が用いられていた。
【０００５】
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。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されているように、ウェ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、ウェ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。
【０００７】
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、プローブカードとプローバとの位置合わせの精度も求められている。プローバは、通常、ウェ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。このとき、プローバを所定の位置にまで動かすために、その駆動系に関しても高い位置精度が要求されている。
【０００８】
しかしながら、ウェハを所定の温度、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点がある。更にはプロービング時の荷重の増加により、ウェハを載置するプローバ自体の剛性も要求されるようになってきた。すなわち、プローバ自体がプロービング時の荷重により変形すると、プローブカードのピンがウェハに均一に接触できなくなり、検査ができなくなる、あるいは最悪、ウェハが破損するという問題点がある。このため、プローバの変形を抑えるため、プローバが大型化してしまい、その重量が増加し、この重量増が駆動系の精度に影響を及ぼすという問題点があった。また更には、プローバの大型に伴い、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点も存在していた。
【０００９】
更に、スループットを向上するために、プローバの昇降温速度を向上するために、冷却機構が設けられていることが多い。しかしながら、従来は冷却機構が例えば特許文献1のように空冷であったり、金属製ヒータの直下に冷却板を設けたりしていた。前者の場合、空冷であるがために、冷却速度が遅いという問題点があった。また後者の場合でも、冷却板が金属であり、プロービング時に、この冷却板に直接プローブカードの圧力がかかるため、変形しやすいという問題点があった。
【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】
【００１０】
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、断熱効果を高めることにより、チャックトップを支持する支持体底部の温度を下げ、位置精度の向上や、均熱性の向上、更にはチップの急速な昇温と冷却ができるウェハプローバ用ウェハ保持体およびそれ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】
【００１１】
本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、該チャックトップを支持する支持体とからなり、チャックトップと支持体との間の少なくとも一部に空隙を有し、該空隙に反射板を備えることを特徴とする。
【００１２】
前記反射板のチャックトップに対面する面の輻射率は、０．５以下であることが好ましい。また、反射板の材質はステンレス、アルミニウム、ニッケルまたはこれらを含有する合金であることが好ましい。
【００１３】
前記反射板とチャックトップとの間隔及び反射板と支持体底部との間隔が、１ｍｍ以上であることが好ましく、反射板の直径は、チャックトップの直径より小さいこと好ましい。また、反射板の、チャックトップに対面する面の平面度は、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、この面の表面粗さは、Ｒａ＝１．０μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
更に、前記空隙の内壁面に金属層が形成されていることが好ましく、また、該空隙に冷却手段を備えることが好ましい。また、冷却手段は、前記支持体の底部に備えることもできる。
【００１５】
また、前記チャックトップは加熱体を備えることが好ましい。更に、前記支持体の形状は、有底円筒形状であることが好ましく、該支持体のヤング率は、２００ＧＰａ以上であり、また、熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。更に、該支持体の円筒部分の肉厚は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、円筒部分の高さは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。また、該支持体の底部の厚みは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
前記支持体のチャックトップとの接触部に、断熱構造を有することが好ましく、該断熱構造は、支持体に形成された切り欠きであるか、または、支持体に形成された円柱状の突起であることが好ましい。支持体のチャックトップと接触する部分の面積は、チャックトップの支持体と向かい合う面積の１０％以下であることが望ましい。接触する部分は、チャックトップ外周から５ｍｍ以内の範囲にあることが好ましい。前記切り欠きは短冊状あるいは放射状が好ましく、切り欠きあるいは円柱状の突起の配置は、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。
【００１７】
前記支持体を形成する材質の主成分は、ムライト、アルミナ、若しくはムライトとアルミナの複合体のいずれかであることが好ましく、該支持体の表面に、金属層が形成されていることが好ましい。更に、該支持体のほぼ中央部に支持棒を備えることが好ましい。
【００１８】
前記チャックトップと加熱体との間に、電磁シールド電極層を備えることが好ましく、前記支持体に、加熱体のヒータ電極及び前記電磁シールド電極の取り出し用の貫通孔又は切り欠きを備えることが好ましい。
【００１９】
前記チャックトップ導体層の表面の反り量は、３０μｍ以下であることが好ましく、特にチャックトップの温度が−７０℃から２００℃の範囲において、３０μｍ以下であることが好ましい。また、該チャックトップ導体層の表面の表面粗さはＲａで０．１μｍ以下であることが好ましい。更に、前記チャックトップ導体層の表面と前記支持体の底部裏面との平行度が３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
また、前記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く、熱伝導率は、１５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、該チャックトップの厚みは、８ｍｍ以上であることが好ましい。また、該チャックトップを形成する材質は、金属とセラミックスとの複合体であることが好ましく、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更に好ましい。
【００２１】
また、該チャックトップを形成する材質は、セラミックスであってもよく、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナとムライトの複合体のいずれかあることがより好ましい。更に、チャックトップを形成する材質が、アルミナの場合、その純度が９９．６％以上、より好ましくは９９．９％以上であることが好ましい。
【００２２】
前記チャックトップ導体層の表面に、３．１ＭＰａの荷重をかけた時のチャックトップ導体層表面の反り量が３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
前記支持体の円筒形状部分に、冷却モジュールを備えることが好ましく、該冷却モジュールは可動式であってもよいし、チャックトップに固定されていてもよい。
【００２４】
このようなウェハプローバ用ウェハ保持体を備えたウェハプローバ用のヒータユニットは、および該ヒータユニットを備えたウェハプローバは、高剛性であり、断熱効果を高めることにより、位置精度を向上や、均熱性の向上、更にはチップの急速な昇温と冷却ができる
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、断熱構造に優れ、軽量化を図ることのできるプローバを提供することができる。また冷却モジュールを搭載することでチャックトップの昇降温速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体１は、チャックトップ導体層３を有するチャックトップ２と、該チャックトップを支持する支持体４とからなり、チャックトップ２と支持体４との間の一部に空隙５を有し、該空隙に反射板１０を備える。この反射板１０を備えることで、断熱効果を高めることができる。反射板の形状には特に制約はなく、チャックトップで発生した熱あるいは冷気が支持体に伝わる量を極力抑えた形状とすればよい。該支持体４は、有底円筒形状とすることにより、チャックトップと支持体の接触面積を小さくすることができ、空隙５を容易に形成することができるので好ましい。このような空隙５を形成し、該空隙に反射板を備えることにより、チャックトップと支持体との間は、大部分が空気層となり、またチャックトップの熱を反射板で反射することができるので、効率的な断熱構造とすることができる。
【００２７】
反射板のチャックトップに対面する面の輻射率は、０．５以下であることが好ましい。輻射率が０．５を超えると、チャックトップで発生した熱が、輻射により反射板に吸収され、反射板の温度が上昇する。特に長時間、２００℃程度の高温で使用すると、反射板の温度の上昇は顕著となる。反射板の温度が上昇すると、更にその熱が、輻射等の影響により、支持体底部に伝わり、支持体底部の温度を上昇させるため好ましくない。
【００２８】
反射板に使用する材質は、特に制約は無いが、長時間、高温に曝されても表面状態の変化しないものが好ましい。特に表面状態が変化すると、輻射率が上昇し、０．５を超えてしまい、上記のような問題を引き起こす恐れがあるからである。このため、反射板の材質としては、ステンレス、アルミニウム、ニッケルまたはこれらを含有する合金が好ましい。これらの金属は、大気中において、比較的熱や、酸化に対して安定であるため、好ましい。また例えば、メッキなどの手法によって、銅などの表面にニッケルメッキを形成し、表面の酸化を抑えることで、表面状態が変化しやすい金属を使用することも可能である。
【００２９】
また、反射板とチャックトップとの間隔は、１ｍｍ以上であり、反射板と支持体底部との間隔も１ｍｍ以上であることが好ましい。反射板とチャックトップとの間隔が１ｍｍ未満である場合、反射板にチャックトップで発生した熱が、周囲の雰囲気である空気を通じて伝熱により伝わり、反射板の温度が上昇してしまい、チャックトップで発生した熱を遮断する役目を果たせなくなるため好ましくない。また同様に反射板が支持体に近づきすぎると、反射板の熱が、支持体に伝わりやすくなり、支持体の温度が上昇しやすくなるため好ましくない。
【００３０】
反射板のチャックトップと相対する面の面積は、チャックトップの反射板と相対する面の面積の５０％以上であることが好ましい。５０％未満であると、空隙内の気体の対流を充分に分断できず対流による伝熱量が増加するとともに、チャックトップと支持体台座部との間の輻射も反射板に覆われていない部分を通過し、伝熱を効果的に遮ることができないため、好ましくない。
【００３１】
また、反射板と支持体の側面内壁との距離は１ｍｍ以上であることが望ましい。１ｍｍ未満の場合、反射板の熱が支持体に伝わりやすくなり、支持体の温度が上昇しやすくなる。
【００３２】
反射板の平面度平面度が１．０ｍｍ以上であることが好ましい。平面度が１．０ｍｍを超えると反射板と加熱体との距離に１ｍｍ以上の差が生じるため、チャックトップ表面の温度分布を悪くするため好ましくない。
【００３３】
反射板の表面粗さは、Ｒａ１．０μｍ以下であることが好ましい。Ｒａが１．０μｍより大きい場合、反射板の表面積が増加するため、反射板の温度が周囲の温度に応じて変化しやすくなり、結果的にチャックトップと支持体台座部との間の伝熱量が増加するため、好ましくない。１．０μｍ以下であればチャックトップと支持体台座部との間の伝熱量をより低減することができる。０．５μｍ以下であればさらに好ましい。
【００３４】
更に、本発明においては、前記空隙の内壁の少なくとも一部に、金属層を形成することもできる。図２に示すように、この空隙５の内壁の少なくとも一部に金属層２０を形成することで、断熱効果を高めることができる。金属層の材質としては特に制約はないが、ニッケルやアルミニウム、銀、ステンレスなど各種金属を使用することができる。このとき形成する金属層は、少なくとも支持体の反射率よりも高いことが必要である。支持体の反射率よりも高い反射率を有することで、発熱体からの熱が支持体に吸収される熱量を低減させ、支持体の温度上昇を防ぐことができる。
【００３５】
この金属層の形成方法に関しては特に制約はない。例えば、金属箔を支持体の空隙の内壁に敷詰めても良いし、溶射やメッキ、あるいは薄膜法や厚膜法により金属層を形成しても良い。またこれらの手法を組み合わせることもできる。例えば支持体の内壁にアルミニウムを溶射し、その後溶射面に対してニッケル等をメッキすることで金属層を形成することもできる。
【００３６】
前記支持体は、有底円筒形状とすることにより、チャックトップと支持体の接触面積を小さくすることができ、空隙を容易に形成することができるので好ましい。このような空隙を形成し、該空隙の内壁の少なくとも一部に金属層を形成することにより、チャックトップと支持体との間は、大部分が空気層となり、またチャックトップの熱を金属層により反射することができるので、効率的な断熱構造とすることができる。
【００３７】
更に、本発明においては、図３に示すように、前記空隙５に冷却手段３０を備えることができる。この冷却手段によって、断熱効果を高めることができる。前記支持体は、有底円筒形状とすることにより、チャックトップと支持体の接触面積を小さくすることができ、空隙を容易に形成することができるので好ましい。このような空隙を形成し、該空隙に冷却手段を備えることにより、チャックトップと支持体との間は、大部分が空気層となり、またチャックトップの熱を冷却手段により下げることができるので、効率的な断熱構造とすることができる。
【００３８】
前記冷却手段としては、好ましくはチャックトップと支持体間に形成された空隙部に支持体及び/またはチャックトップを冷却するための気体、もしくは液体を流す流路を配置する。設置する流路の配置方法については特に制約はないが、例えば流路として冷却パイプを配置する場合においては、空隙部の底面に、できるだけパイプ間の隙間がないように設置する事が好ましい。このように設置する事で、パイプと支持体との接触面積が増加し、より効率的に支持体を冷却する事ができるため好ましい。このため、例えばパイプの断面形状を三角形や四角形とし、支持体との接触面積を増やす事もできる。
【００３９】
また冷却パイプを支持体の底部に固定しても良い。例えばパイプを金属製のバンドなどを用いてネジ止めすることでパイプと支持体を機械的に固定し、支持体の冷却効率を向上させる事ができる。もちろん支持体とパイプを金属製のロウ材によって接着しても良い。しかしこの場合、冷却パイプとロウ材、支持体の熱膨張係数が異なる場合、接合時に支持体にクラックや割れが発生する場合があるので注意が必要である。
【００４０】
また、冷却パイプに対して、板状体を設置することも可能である。この場合、冷却パイプと板状体は機械的方法、もしくは溶接やロウ付け等の手法で互いに接合している事が望ましい。接合させる手法には特に制約はないが、例えば、板状体上に冷却パイプを這わせ、それを上記のように金属製のバンドで板状体にネジ止めなどの手法で固定する事ができる。また２枚の板状体で挟み込む構造においては、冷却板同士をネジ止めし、その間に冷却パイプを挟み込んだり、溶接やロウ付けによって接合する事ができる。
【００４１】
また別の冷却機構として、２枚の板状体を準備し、この板状体の少なくともどちらかに溝加工を施し、ここに冷却用の流体を流すこともできる。この２枚の板状体は、溶接やロウ付けなどの手法によって一体化しても良いし、ネジ止めなどの機械的な手法で一体化しても良い。この一体化の手法については、流す流体の種類に応じて適宜決定すればよい。
【００４２】
また別の手法としては、支持体の底部に溝加工を施し、これを板状体で覆い、溝加工部に流体を流すことで支持体を冷却することもできる。またこの場合、支持体に溝加工をせず、板状体の支持体面側に溝加工を施しても良く、また両者に溝加工を施しても良い。
【００４３】
更に冷却パイプと板状体を使用する場合には、板状体の冷却パイプとの当接面を冷却パイプの断面形状に近い形状でザグリ加工し、冷却パイプと板状体の接触面積を増加し、冷却効率を向上させる事ができる。また冷却パイプと板状体の間に、変形能を有する熱伝導性の伝熱材を設置することで冷却効率を向上させる事ができる。このとき使用する伝熱材の材質としては特に制約はないが、シリコーン樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等耐熱性を有する樹脂が好ましく使用される。また熱伝導性を向上させるために、これらの樹脂にフィラーとしてセラミックスや無機物質を添加しても良い。また言うまでもないが、これらの開示された技術を組み合わせて冷却装置を作製し、支持体の空隙部に設置すればよい。
【００４４】
また上記のように板状体を設置する場合は、板状体を支持体に機械的に固定する事も可能である。このようにする事で、板状体と支持体の間で良好な密着が得られるため、冷却効率が向上し好ましい。
【００４５】
これら流路に流す気体や液体としては流路を腐食するものでなければ特に制約はない。例えば気体としては、空気や窒素、アルゴンやヘリウムなど特に制限なく使用する事ができる。また液体に関しては、水が熱容量的には好適である。しかし、万が一管からもれた場合に、他装置に対する影響も大きい事から、ガルデン等の溶剤を使用する事ができる。これらの溶剤は、０℃以下の温度において使用する事ができるため、熱容量が小さくとも比較的効率的に冷却する事ができる。またこれらの流体の流量に対する制限はないが、効率的に冷却するためには、１リットル／分以上の流量を有する事が好ましい。また流量に対する上限はないが、３００リットル／分前後程度までが好適である。これ以上の流量になると、配管の継ぎ目などにかかる圧力が大きくなるため、その部分の破損や、漏れが発生しやすくなるためである。このように流体の種類や流量は、その目的に応じて適宜選択すればよい。
【００４６】
また形成する流路に対する断面積の制限は特にはない。しかし、冷却効率を向上させるためには、ある程度流路の断面積は小さいほうが好ましい。目安ではあるが、流路が円形である場合には、流路の内径は２〜１０ｍｍ程度が好ましい。これより小さな流路では、気体や液体を流す際の圧損が大きいため、大面積に流路を配置する場合には、効率的な冷却が難しい。
【００４７】
冷却パイプや板状体の材質として特に制約はないが、加工性を考えると金属を使用するのが一般的である。例えばステンレスや銅、アルミニウム、ニッケル等の金属や、合金を使用する事ができる。またこれらの金属に対して、ニッケルや金などのメッキを施して耐食性を向上させる事もできる。これらの材質のうちでも、冷却効率を向上させるためには、熱伝導率の高い銅やアルミニウムが好ましい。これらの冷却パイプや板状体は、熱伝導率が高いため、流路内を流れる流体によって効率的に熱を取り除けるため好ましい。
【００４８】
また、本発明における冷却装置は、流路のチャックトップ側に冷却板を備えることで、チャックトップ側に当接させ、チャックトップの冷却を行う事も可能である。すなわちこの場合、チャックトップが加熱されている間は、本発明の冷却装置は、支持体下部に設置され、支持体を効率よく冷却させる。その後、チャックトップの温度を低下させる必要が生じた場合は、本冷却装置を可動式とする事で、チャックトップ側に当接させ、チャックトップを効率的に冷却する事ができる。
【００４９】
更に別の冷却機構としては、流体を支持体とチャックトップとの隙間に流入させることでチャックトップおよび／または支持体を冷却することができる。この場合、例えば冷却パイプを前記隙間の中に挿入し、その冷却パイプから空気等の気体を噴出させることで冷却することもできる。噴出の方法としては特に制約はなく、例えば冷却パイプの終端のみから噴出させても良いし、終端を封鎖し、冷却パイプの途中に穴を開けることで噴出させても良く、冷却パイプの本数も１本に限定されず、複数であっても良い。
【００５０】
本発明においては、図１１に示すように、支持体４の円筒部内に冷却モジュール８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、チャックトップのウェハ載置面の反対側から当接し、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、さらに底板を冷却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９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。
【００５１】
冷却モジュールは支持体底部上面に固定することもできる。固定方法としては、ネジ止め、耐熱性の接着材を用いてもよい。接着剤は高熱伝導性のものが好ましい。冷却モジュールを支持体底部に固定する場合は、チャックトップを冷却する必要が生じた場合にはチャックトップ冷却用と支持体冷却用とあわせて2個の冷却モジュールが必要となる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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クス等を挿入してもよい。
【００５７】
また、本発明の３つの実施形態を組み合せた構造とすることによって断熱効果を一層高めることができる。具体的には、反射板を備え、空隙の内壁に金属層を形成する。反射板を備え、冷却手段を備える。反射板と冷却手段を備え、空隙の内壁に金属層を形成する。更に、図４に示すように、前記冷却手段は、空隙部の冷却手段３０に加えて、支持体底部にも冷却手段４０を備えることにより、更に冷却効果を高めることができるようになる。
【００５８】
チャックトップは、加熱体６を備えている。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。しかし、本構造は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。
【００５９】
図５に示すように、加熱体６は、抵抗発熱体６１をマイカなどの絶縁体６２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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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以下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以下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。
【００６５】
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６に示すように、同心円状の溝２１を形成したものや、図７に示すように放射線状に溝２２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。
【００６６】
また、断熱構造の形態として、図８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２３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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
また、図９に示すように、支持体４の中心部付近には、支持棒７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０．１ｃｍ２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。支持棒の支持体に対する固定方法としては、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。
【００７１】
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。
【００７２】
図１０に拡大した断面図を示すが、支持体４の円筒部４１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４２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１０以外の図面では、電極や貫通孔は省略している。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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ー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、平行度の増加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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
また、ステンレスやニッケル、モリブデン、タングステンなどの金属箔を、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。
【００８５】
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。
【００８６】
チャックトップに３．１ＭＰａ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。
【００８７】
本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、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】
【００８８】
直径３１０ｍｍ、厚み１５ｍｍのＳｉ−ＳｉＣ基板を用意した。この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と、貫通孔を形成し、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。
【００８９】
次に支持体として直径３１０ｍｍ、厚み４０ｍｍの円柱状のムライト−アルミナ複合体を準備した。この支持体に、内径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。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。
【００９０】
反射板として、直径２９０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの各種の円板を用意した。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、ウェハプローバ用ウェハ保持体とした。この保持体に、図１に示すように、反射板１０を支持体４の空隙部５にチャックトップから５ｍｍの位置に、ステンレス製の支柱１１を介して取り付けた。反射板の材質、輻射率、表面粗さを表１に示す。これら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を２００℃に加熱保持し、支持体底部温度が定常状態となる３時間後の支持体底部の温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００９１】
【表１】
2007042958.tif 000003
【００９２】
表１から、反射板を設置することで支持体底部の温度上昇を防ぐことができ、さらには、反射板の輻射率を0.4以下、表面粗さを1.0μm以下とすることで更に良好に支持体底部の温度上昇を防ぐことができる。
【実施例２】
【００９３】
実施例１のサンプル１を用いて反射板を支持する支柱の長さをかえることでチャックトップや支持体の距離を変化させたときの支持体底部の温度を測定した。その結果を表２に示す。
【００９４】
【表２】
2007042958.tif 000004
【００９５】
以上のことから、反射板とチャックトップ、支持体との距離をそれぞれ1ｍｍ以上とすることでより効率的な断熱構造とすることができる。
【実施例３】
【００９６】
実施例１のサンプル１の反射板を用い、更に実施例１と同様の支持体を準備し、支持体の空隙部に表３に示す材質の金属層を形成することでその断熱効果を実施例１と同様の手法で測定した。その結果を表３に示す。
【００９７】
【表３】
2007042958.tif 000005
【００９８】
表３から、少なくとも支持体内部の一部に金属層を形成することでより効率的な断熱構造とすることができる。
【実施例４】
【００９９】
実施例１のサンプル１を用いて、支持体内に冷却モジュールを設置した。冷却モジュールは、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した。そしてもう一方の銅板と、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し、接合した銅板の耐食性、耐酸化性を向上させるために、接合した銅板全面にニッケルメッキを施した。これを反射板と支持体底部との間に設置した。そしてチャックトップを冷却する際には、反射板とともに冷却モジュールをチャックトップに押し付け、チャックトップの温度が２００℃から５０℃にまで冷却される時間を比較した。  
【０１００】
その結果、冷却モジュールを取り付けたものは冷媒として水を流した場合は７分、冷媒として空気を流した場合は２０分、冷却モジュールを設置しなかったものに関しては、６０分以上かかった。
【実施例５】
【０１０１】
実施例１のサンプル１を用いて、支持体底部もしくは反射板の背面に冷却モジュールを設置した。設置した冷却モジュールは外径８ｍｍ、内径６ｍｍの銅パイプを同心円状に折り曲げ、支持体の内径とほぼ同程度の直径で、その内部全面に配置した。そして銅パイプ内に空気、あるいは水を流し、支持体底部の温度を実施例１同様に測定した。その結果を表４に示す。
【０１０２】
【表４】
2007042958.tif 000006
【０１０３】
表４から、冷却モジュールを設置することで更に支持体底部の温度を効果的に低下させることができる。更に、上記サンプルのうち、冷媒を空気としたものに関しては、銅パイプに直径１ｍｍの穴をチャックトップ側に５ｍｍピッチで形成し、銅パイプに空気を流した。その結果、支持体底部に設置したものは９７℃、反射板下に設置したものは１０２℃に低下させることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明によれば、高剛性で反りの心配がなく、かつ被処理物搭載面の熱伝導率が高く、均熱性の向上や、チップの急速な冷却ができる加熱装置を容易に得ることができる。このため、本発明の加熱装置を、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などの半導体検査装置に用いれば、加熱装置の変形や反りによる接触不良を起こすことなく、かつウェハ全面において均熱性に優れ、更に短時間で昇温、降温が可能な半導体検査装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の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２】本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の他の断面構造の一例を示す。
【図３】本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の他の断面構造の一例を示す。
【図４】本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体の他の断面構造の一例を示す。
【図５】本発明の加熱体の断面構造の一例を示す。
【図６】本発明の断熱構造の一例を示す。
【図７】本発明の断熱構造の他の例を示す。
【図８】本発明の断熱構造の他の例を示す。
【図９】本発明の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１１】本発明の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。
【符号の説明】
【０１０６】
１    ウェハプローバ用ウェハ保持体
２    チャックトップ
３    チャックトップ導体層
４    支持体
５    空隙
６    加熱体
７    支持棒
８    冷却モジュール
９    昇降手段
１０    反射板
１１    支柱
２０    金属層
２１    環状溝
２２    放射状溝
２３    円柱
３０    冷却手段
４０    他の冷却手段
４１    支持体円筒部
４２    貫通孔
６１    抵抗発熱体
６２    絶縁体
【図１】
2007042958.tif 000007
【図２】
2007042958.tif 000008
【図３】
2007042958.tif 000009
【図４】
2007042958.tif 000010
【図５】
2007042958.tif 000011
【図６】
2007042958.tif 000012
【図７】
2007042958.tif 000013
【図８】
2007042958.tif 000014
【図９】
2007042958.tif 000015
【図１０】
2007042958.tif 000016
【図１１】
2007042958.tif 000017