(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハの急速な冷却ができる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や半導体加熱装置を提供する。【解決手段】ウェハ保持体１は、ウェハ保持体自身にウェハ保持体を急速に冷却する流体を流す流路８が形成されてなる。或いは、流路８は、ウェハ保持体１のウェハ載置面の反対側の面に被覆部材９を設け、ウェハ保持体１と被覆部材９との間に形成されれる。また、流路８は、ウェハ保持体１と被覆部材９のどちらかあるいは両方に形成した凹部とする。【選択図】図２
2007043042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を載置するためのウェハ保持体であって、該ウェハ保持体に流路が形成されていることを特徴とするウェハ保持体。
【請求項２】
前記流路は、前記ウェハ保持体のウェハ載置面の反対側の面に取り付けられた被覆部材との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持体。
【請求項３】
前記流路は、前記ウェハ保持体に形成された凹部であることを特徴とする請求項２に記載のウェハ保持体。
【請求項４】
前記流路は、前記被覆部材に形成された凹部であることを特徴とする請求項２に記載のウェハ保持体。
【請求項５】
前記流路は、ウェハ保持体のウェハ載置面の反対側に取り付けられた管状部材であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持体。
【請求項６】
前記ウェハ保持体は発熱体を有し、該発熱体は前記流路のウェハ載置面の反対側に形成されてい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保持体。
【請求項７】
前記ウェハ保持体は発熱体を有し、該発熱体は前記流路のウェハ載置面側に形成されてい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保持体。
【請求項８】
前記発熱体は、ウェハ保持体のウェハ載置面の反対側に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のウェハ保持体。
【請求項９】
前記発熱体は、前記被覆部材の表面に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のウェハ保持体。
【請求項１０】
前記流路は、ウェハ保持体の成形体中に挿入された中子が加熱により消失することにより形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のウェハ保持体の製造方法。
【請求項１１】
前記流路は、ウェハ保持体と被覆部材を接合、もしくはウェハ保持体と管状部材を接合することによって形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のウェハ保持体の製造方法。
【請求項１２】
前記被覆部材または管状部材は、ロウ材によりウェハ保持体と接合されていることを特徴とする請求項１１に記載のウェハ保持体の製造方法。
【請求項１３】
前記被覆部材又は管状部材は、無機物を含有する接合剤によりウェハ保持体と接合されていることを特徴とする請求項１１に記載のウェハ保持体の製造方法。
【請求項１４】
前記流路は、ウェハ保持体と被覆部材、又はウェハ保持体と管状部材を機械的に結合することで形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のウェハ保持体の製造方法。
【請求項１５】
前記機械的結合は、ネジ止めであることを特徴とする請求項１４に記載のウェハ保持体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれかに記載した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のヒータユニット。
【請求項１７】
請求項１６に記載のヒータユニットを備えたことを特徴とするウェハプローバ。
【請求項１８】
請求項１乃至１５のいずれかに記載したウェハ保持体を備えたことを特徴とするウェハ加熱用のヒータユニット。
【請求項１９】
請求項１８に記載のヒータユニットを備えたことを特徴とする半導体加熱装置。
【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及び、ウェハ上に塗布されたレジストを加熱する、あるいはウェハ上にＣＶＤなどの手法で成膜する、更にはウェハ上にエッチングやアッシングを施すためのウェハ保持体、ヒータユニット、それらを搭載した半導体加熱装置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。
【００１０】
また、半導体の生産において、半導体基板などの加熱に利用されるヒータユニットは、例えばリソグラフ工程において基板上に塗布されたレジスト液を加熱乾燥するために用いられている。このような半導体の生産では、連続操業による大量生産によって製品の低価格化が競われており、このため製造装置ではタクトタイムの短縮化が要望されている。１台の装置で高いスループットを得るには、温度維持時間中の被処理材の処理時間はもちろんのこと、処理条件の変更に伴うヒータ温度変更に要する時間（昇温時間、冷却時間）を短くしていく必要がある。このため、特許文献２のように加熱されたヒータ基板に、所望の熱容量を有する冷却ブロックを当接することによって、ヒータ基板およびこのヒータ基板に載置した被処理物の温度を短時間で下げることを可能とし、その結果、熱処理工程の所要時間を短縮することが提案されている。しかし、この発明では、冷却ブロックとヒータとの間に界面が存在するため、接触抵抗が生じ、冷却速度をある程度以上速くすることはできないという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−０３３４８４号公報
【特許文献２】特開２００４−０１４６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、チップの急速な冷却ができるウェハプローバ用ウェハ保持体、半導体加熱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、半導体加熱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】
【００１２】
本発明のウェハ保持体は、ウェハ保持体自身に流路が形成されていることを特徴とする。前記流路に流体を流すことによって、ウェハ保持体を急速に冷却することができる。
【００１３】
また、前記流路は、前記ウェハ保持体のウェハ載置面の反対側の面に被覆部材を設け、ウェハ保持体と被覆部材との間に形成してもよい。この流路は、ウェハ保持体と被覆部材のどちらかあるいは両方に形成した凹部であることが好ましい。
【００１４】
また、前記流路は、ウェハ保持体のウェハ載置面の反対側に、管状部材を取り付けることにより形成することもできる。
【００１５】
更に、ウェハ保持体を半導体検査装置用チャックトップとして使用する場合、チャックトップは、支持体に取り付けられており、その支持体との間に空隙を有することが好ましい。
【００１６】
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。また、該支持体の円筒部分と底部が一体でなくてもよい。
【００１７】
前記支持体のウェハ保持体である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柱状部材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、切り欠きあるいは柱状部材の配置は、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。
【００１８】
前記支持体とチャックトップもしくは柱状部材との接触部の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましく、また、前記支持体の底部裏面の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましい。また、前記支持体の円筒部分と底部が一体ではない場合には、該支持体の底部と円筒部分との接触部の少なくとも該底部または円筒部分の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましい。また、前記柱状部材と前記支持体との接触部分及び／または前記チャックトップとの接触部分の表面粗さが、Ｒａ０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
前記支持体の円筒部分の外周部と該支持体のチャックトップとの接触面、または前記支持体の円筒部分の外周部と柱状部材のチャックトップとの接触面、との直角度が、測定長１００ｍｍに換算して、１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
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。また、該支持体の表面の少なくとも一部に導体を具備することが好ましい。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。
【００２１】
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及びガード電極層を備えることが好ましく、更に、該電磁シールド電極層とガード電極層との間、およびガード電極層とチャックトップとの間に、絶縁層を備えることが好ましい。該絶縁層の抵抗値はそれぞれ１０７Ω以上が好ましく、更に１０１０Ω以上が好ましい。また絶縁層の誘電率は１０以下であることが好ましい。また前記チャックトップ導体層とガード電極層との間、およびチャックトップ導体層と電磁シールド層との間、またはチャックトップとガード電極層との間、及びチャックトップと電磁シールド層との間の静電容量が共に５０００ｐＦ以下であることが好ましく、更に１０００ｐＦ以下であることが好ましい。更に絶縁層の厚みはそれぞれ０.２ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上が更に好ましい。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、５ｍｍ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、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更に好ましい。
【００２４】
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。またチャックトップを形成する材質は、金属であってもよく、タングステンやモリブデン、あるいはこれらの合金であることが好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
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、用途や目的に応じて該冷却モジュールが可動式であっても良いし、チャックトップに対して固定されていても良い。更にチャックトップと冷却モジュールを一体化しても良い。この場合、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備えても良い。また、冷却モジュールの上にチャックトップの機能を有する変形防止用基板を備えても良い。
【００２７】
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。
【００２８】
また、上記のようにウェハ保持体に直接流路を形成することで、ウェハ保持体の温度サイクル時間を短縮できるため、ウェハに塗布したレジスト膜の加熱、乾燥等に利用した際に、そのスループットを向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ウェハ保持体に流路を形成することにより、冷却速度に優れたウェハ保持体を得ることができ、冷却速度を向上させることにより、スループットの向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の実施の形態をウェハプローバ用のチャックトップに適用した場合を中心に、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であって、該チャックトップに流路８が形成されている。流路８に流体を流すことにより、チャックトップを急速に冷却することができる。このような構造にすることにより、従来に比較して、流路の流す流体が全て効率的にチャックトップの冷却に寄与するので、冷却速度を大幅に向上させることができる。
【００３１】
このようなチャックトップは、チャックトップの材質が、例えばタングステンやモリブデンなどの金属である場合は、流路８を分断するように、図１の点線部分で分割した形状の金属粉末の成形体を用意し、これを重ね合わせて焼成することで、得ることができる。あるいは、機械加工により、分割した形状の部材を作成し、ロウ付けなどにより接合することで、得ることもできる。
【００３２】
またチャックトップの材質として、窒化アルミニウムや窒化珪素、アルミナ、炭化ケイ素、ムライトなどの材料を使用する場合には、これらのグリーンシートを形成し、流路部分を抜き取ったシートと、抜き取らないシートをそれぞれ積層した後、焼成することで形成することができる。あるいは、成形体中にパラフィンなどの加熱によって消失する材質で流路の形状にした中子を埋め込み、焼成することにより形成することもできる。また金属板の場合と同様に、活性金属ロウ材で接合することでチャックトップ内に流路を形成することもできる。さらに金属とセラミックスの複合体の場合においても、上記と同様にロウ材を使用して形成することもできる。これらいずれの材料、手法においても、チャックトップの内部に流路を形成することで冷却効率に優れたチャックトップとすることができる。
【００３３】
またチャックトップに流路を形成する手法としては、図２、図３に示すように、チャックトップのウェハ載置面の反対側に被覆部材９を取り付ける。そして、チャックトップまたは被覆部材に流路８を形成し、これを一体化することでチャックトップに流路を形成することができる。この場合においても上記と同様チャックトップの材料としては金属、セラミックス、金属とセラミックスの複合体いずれも使用することができる。そして、本発明における被覆部材とチャックトップとの固定方法は、流路に流す流体が液体である場合には、ロウ付けや、接合材を用いて接合することが好ましい。このようにすることで流体の液漏れを最小限にすることができる。
【００３４】
本発明で使用できるロウ材に関しては特に制約はなく、一般に市販されている活性金属ロウ材や、いわゆる銀ロウを使用することができる。また接合材としては、セラミックス同士を接合する場合には、チャックトップや被覆部材の成分に近いスラリーを接合面に塗布することで接合することができる。また本発明においては、使用最高温度が２００℃程度であるため、有機成分の樹脂接着剤を使用してもよく、その用途に応じて使い分ければよい。
【００３５】
また被覆部材とチャックトップとの間にＯ-リングを挟みこみ、ネジなどで固定する機械的な手法で固定してもよい。また流路に流す流体が気体である場合には、被覆部材とチャックトップとをネジなどの機械的な手法で固定してもよいが、上記のように気密性を持たせたような固定方法のほうが冷却効率を高くすることができるため好ましい。また図２、図３の手法においては、被覆部材とチャックトップの材質が異なっていても構わない。特に機械的な手法で固定する場合においては、熱膨張係数などの差をそれほど考慮しなくてもよい。
【００３６】
またチャックトップに対して、図４に示すように、管状部材１０を取り付けることも可能である。この場合の取り付け方法としては、特に制約はなく、ロウ付けや、機械的にネジ止めなどの手法で固定することができる。そして、チャックトップの冷却速度を向上させるためには、チャックトップと管状部材の接触部の面積が大きければ大きいほど好ましい。このため図４に示したように、管状部材の断面形状としては、円管状であっても構わないが、四角形や三角形などの多角形にすることでチャックトップとの接触面積を増加させ、より冷却速度を向上させることも可能である。
【００３７】
また冷却用の管状部材を図５に示すように、チャックトップに形成した座繰り部に埋め込むことでさらにチャックトップの冷却速度を増加させることができる。またチャックトップと管状部材を上記のように固定する場合において、ロウ付けなどの手法では、管状部材とチャックトップとの間には、隙間が少なく固定できるため、比較的冷却速度は速いが、しかし、ネジ止めなどの手法では、ロウ材などでの接合の場合に比べてどうしても管状部材とチャックトップとの間の熱抵抗が大きくなってしまう。このため、管状部材とチャックトップとの間に介在層１１を挿入することで、管状部材とチャックトップとの間の熱抵抗を減少させ、冷却速度を向上させることができる。介在層としては管状部材とチャックトップとの間の隙間を埋めるものであれば材質は制約されないが、例えばシリコン樹脂や、エポキシ樹脂、その他の耐熱性樹脂を使用することができる。また、介在層にセラミックスや金属のフィラーを導入し、介在層の熱伝導率を向上することで熱効率を向上させることができる。この場合に導入するフィラーとしては、試用する介在層のベースとなる物質よりも熱伝導率が高ければよく、特に制約はない。例えば樹脂よりも熱伝導率の高い窒化ホウ素や、窒化アルミニウム、アルミナなどの各種の粉末をフィラーとして使用することができる。
【００３８】
以下、本発明のウェハ保持体の構造についてチャックトップの場合を例にして詳細に説明する。図２に示すように、本発明のウェハ保持体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を有してもよい。この空隙５を有することで、断熱効果を高めることができる。空隙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や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、効率的な断熱構造とすることができる。
【００３９】
チャックトップには、抵抗発熱体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。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。
【００４０】
図６に示すように、加熱体６は、抵抗発熱体６１を絶縁体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。また発熱体を挟み込む絶縁体としては、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特に制約はない。またこのような絶縁性の樹脂で発熱体を挟み込む場合、発熱体で発生した熱をよりスムースにチャックトップに伝えるために、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、樹脂との反応性無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上げることができる。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。
【００４１】
また、抵抗発熱体は、チャックトップに埋設してもよい。例えば、チャックトップがセラミックスの場合、タンクステンやモリブデンなどの金属ペーストを用いて、セラミックス基板に例えばスクリーン印刷して、印刷していないセラミックス基板を積層して接合することにより、抵抗発熱体をチャックトップに埋設することができる。
【００４２】
また、抵抗発熱体は、チャックトップのウェハ載置面の反対側の面にスクリーン印刷などの手法で形成してもよい。この場合、抵抗発熱体としては、銀やパラジウム、白金、タングステン、モリブデンなどスクリーン印刷が可能な導体であれば良い。
【００４３】
本発明の直接流路を形成したウェハ保持体に関して、ウェハプローバ用チャックトップ用で説明したが、半導体加熱装置に用いることもできる。半導体加熱装置の場合は、ウェハをウェハ保持体のウェハ載置面から離間して載置し加熱することも可能である。例えば、ウェハ載置面に直径１．１ｍｍ、深さ０．９ｍｍの座グリ穴を３個以上形成し、その座グリ部に直径１ｍｍのセラミックス製の球を設置することで、ウェハをウェハ保持体から１００μｍ離間させて載置することができる。このように離間して載置することによって、ウェハの均熱性が向上する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。また、支持体の円筒部と底部を一体ではなく分離した構造とすることも可能である。この場合、分離された円筒部と底部は互いに界面を有するため、この界面が熱抵抗層となり、チャックトップから支持体に伝わる熱がこの界面で一端遮断されるため、底部の温度が上昇しにくくなるため好ましい。
【００４９】
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７に示すように、同心円状の溝２１を形成したものや、図８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。
【００５０】
また、断熱構造の形態として、図９に示すように、チャックトップと支持体の間に、複数の柱状部材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、柱状部材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、柱状部材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、チャックトップと柱状部材、柱状部材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。この柱状部材の形状としては円柱状であっても良いし、三角柱、四角柱、パイプ形状、さらにはどのような多角形であっても良く、その形状に対しては特に制約はない。いずれにしろ、このように柱状部材を挿入することによってチャックトップから支持体への熱を遮断することができる。
【００５１】
前記断熱構造に使用する柱状部材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。柱状部材の材質としては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。
【００５２】
前記支持体とチャックトップもしくは柱状部材との接触部分の表面粗さが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、支持体とチャックトップもしくは柱状部材との接触面積が増加すると共に、両者の間の隙間が相対に小さくなるため、Ｒａ０．１μｍ以上の場合に比較して熱の伝達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。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化し、Ｒａ０．１μｍ以上に制御する必要がある。
【００５３】
また支持体底部の表面粗さはＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。上記と同様に、支持体底部の表面粗さが粗いことによって、駆動系への熱の伝達量も小さくすることができる。また前記支持体の底部と円筒部が分離できる場合、その接触部の表面粗さは少なくともそのどちらかがＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。これより小さい表面粗さでは、円筒部分から底部への熱の遮断効果小さい。更に前記柱状部材の支持体との接触面、さらにはチャックトップとの接触面の表面粗さについてもＲａ０．１μｍ以上であることが好ましい。この柱状部材に付いても同様表面粗さを大きくすることで支持体への熱の伝わりを小さくすることができる。以上のように、各部材に界面を形成し、その界面の表面粗さをＲａ０．１μｍ以上とすることで支持体底部への熱の伝達量を低減することができるため、結果的に発熱体への電力供給量も低減することができる。
【００５４】
前記支持体の円筒部分の外周部と支持体のチャックトップとの接触面、または前記支持体の円筒部分の外周部と柱状部材のチャックトップとの接触面、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。例えば、直角度が１０ｍｍを超えると、チャックトップから加わった圧力が支持体の円筒部分に加わる際に、円筒部分自身の変形が発生しやすくなるため好ましくない。
【００５５】
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、プローバの駆動部、さらには周囲の機器等からから発生する電場や電磁波が、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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、金属層は、支持体の表面の少なくとも一部に導体を具備することでもよい。使用する材質については、導体であれば特に制約は無い。例えば、ステンレスや、ニッケル、アルミニウムなどを挙げることができる。
【００５８】
導体を具備する方法は、支持体の側面にリング形状の導体を取り付けることが可能である。前記材質の金属箔を支持体の外径よりも大きい寸法でリング形状に成形し、これを支持体の側面に取り付けることができる。また支持体の底面部分に、金属箔あるいは金属板を取り付けてもよく、側面に取り付けた金属箔と接続することでより、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、支持体内部の空間を利用し、金属箔あるいは金属板を有底円筒形空間内に取り付けても良く、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、メッキや導体ペーストを塗布する場合に比較して、比較的安価に上記効果を得ることができるため好ましい。金属箔および金属板と支持体の固定方法に関しては特に制約はないが、例えば金属ネジを用いて、金属箔及び金属板を支持体に取り付けることができる。また支持体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。
【００５９】
また、図１０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、チャックトップからの熱が支持体の底部に伝わりやすくなり、支持体底部の温度が上昇しやすくな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、パイプ形状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。
【００６０】
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、加熱体等で発生した電磁波や電場などのウェ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がある。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、特にウェハの高周波特性を測定する場合に顕著に影響するものである。この電磁シールド電極層は、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、チャックトップ及び加熱体とは絶縁されている必要がある。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。
【００６１】
チャックトップと電磁シールド電極層との間の絶縁層の役割は、チャックトップが絶縁体である場合にはチャックトップのウェハ載置面に形成されたチャックトップ導体層との間、もしくはチャックトップが導体である場合には、チャックトップ自身と電磁シールド層との間に、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ェ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。このため、これらの影響を低減するためには、電磁シールド層とチャックトップとの間に絶縁層を形成することで上記ノイズを低減することができる。
【００６２】
更に、チャックトップと電磁シールド電極層との間に、絶縁層を介してガード電極層を備えることが好ましい。該ガード電極層は、前記支持体に形成される金属層と接続することで、ウェハの高周波特性を測定するときに影響するノイズをさらに低減することができる。すなわち、本発明においては、発熱体を含む支持体全体を導体で覆うことで、高周波におけるウェ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、ガード電極層を前記支持体に設けた金属層に接続することにより、ノイズの影響をさらに小さくすることができる。
【００６３】
このとき、加熱体と電磁シールド電極層との間、電磁シールド電極層とガード電極層との間、ガード電極層とチャックトップとの間の絶縁層の抵抗値は１０７Ω以上であることが好ましい。抵抗値が１０７Ω未満の場合、加熱体からの影響によって、チャックトップ導体層に向かって微小な電流が流れ、これがプロービング時のノイズとなり、プロービングに影響を及ぼすため好ましくない。絶縁層の抵抗値を１０７Ω以上とすれば、上記微小電流をプロービングに影響のない程度に低減することができるため好ましい。特に最近ではウェハに形成される回路パターンも微細化が進んでいるため、上記のようなノイズをできるだけ低減しておく必要があり、絶縁層の抵抗値を１０１０Ω以上とすることで、更に信頼性の高い構造とすることができる。
【００６４】
また前記絶縁層の誘電率は１０以下であることが好ましい。絶縁層の誘電率が１０を超えると、絶縁層を挟み込む電磁シールド層、ガード電極層とチャックトップに電荷が蓄えられやすくなり、これがノイズ発生の原因となるため好ましくない。特に最近では、上記のようにウェハ回路の微細化が進展していることから、ノイズを低減しておく必要があり、誘電率は４以下、更には２以下とすることが特に好ましい。誘電率を小さくすることで、絶縁抵抗値や静電容量を確保するために必要な絶縁層の厚みを薄くすることができ、絶縁層による熱抵抗を小さくできるため好ましい。
【００６５】
さらにチャックトップが絶縁体の場合は、チャックトップ導体層とガード電極層との間、及びチャックトップ導体層と電磁シールド電極層との間、チャックトップが導体である場合には、チャックトップ自身とガード電極層との間、チャックトップと電磁シールド電極層との間の静電容量は５０００ｐＦ以下であることがこのましい。５０００ｐＦを超える静電容量を有する場合、絶縁層のコンデンサとしての影響が大きくなり、プロービング時にノイズとして影響することがあるため好ましくない。特に上記のようにウェハ回路の微細化に伴い、特に静電容量として１０００ｐＦ以下であれば、良好なプロービングを実現することができるため、特に好ましい。
【００６６】
以上述べてきたように、プロービング時に影響を与えるノイズを絶縁層の抵抗値、誘電率、静電容量を上記の範囲内に制御することで大幅に低減することができる。このときの絶縁層の厚みとしては、０．２ｍｍ以上が好ましい。本来装置の小型化や、加熱体からチャックトップの熱伝導を良好に保つためには、絶縁層の厚みが薄い方がよいが、厚みが０．２ｍｍ未満になると、絶縁層自体の欠陥や、耐久性の問題が発生するため好ましくない。絶縁層の理想的な厚みとしては１ｍｍ以上である。この程度の厚みを有しておれば、耐久性の問題も無く、また加熱体からの熱の伝導も良好であるため、好ましい。厚みの上限に関しては、特に制約はないが、１０ｍｍ以下であることが好ましい。これ以上の厚みを有する場合、ノイズに関しては、遮断する効果が高いものの、加熱体で発生した熱が、チャックトップ、及びウェハに伝導するまでに時間がかかるため、加熱温度の制御がしにくくなるため好ましくない。好ましい厚みとしては、プロービング条件にもよるが５ｍｍ以下であれば、比較的容易に温度制御が可能となるため、好ましい。
【００６７】
また絶縁層の熱伝導率については、特に制約はないが、上記のように加熱体からの良好な熱伝導を実現するためには０．５Ｗ/ｍＫ以上であることが特に好ましい。また１Ｗ/ｍＫ以上であれば、さらに熱の伝達が良好となるため、好ましい。
【００６８】
絶縁層の具体的な材料として、上記特性を満たし、プロービング温度に耐えるだけの耐熱性を有しておれば特に制約は無く、セラミックスや樹脂などを上げることができる。これらの内、樹脂としては、例えばシリコン樹脂や、この樹脂中にフィラーを分散したものや、アルミナ等のセラミックスが好ましく用いることができる。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、樹脂との反応性無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上げることができる。
【００６９】
また本絶縁層の形成領域は、前記電磁シールド電極層や、ガード電極、加熱体の形成領域と同等以上であることが好ましい。形成領域が小さい場合には、絶縁層で覆われていない部分からノイズの侵入が発生することがあるため好ましくない。
【００７０】
以下に例を挙げて説明する。例えば、前記絶縁層として、窒化硼素を分散させたシリコン樹脂を絶縁層として用いる。この材料の誘電率は２である。前記電磁シールド層とガード電極層との間、ガード電極層とチャックトップとの間に窒化硼素分散シリコン樹脂を絶縁層として挟み込む場合、１２インチウェハ対応のチャックトップであれば、例えば直径３００ｍｍに形成することができる。このとき、絶縁層の厚みを０．２５ｍｍとすれば、静電容量は５０００ｐＦとすることができる。更に厚みを１．２５ｍｍ以上とすれば静電容量は１０００ｐＦとすることができる。この材料の体積抵抗率は、９×１０１５Ω・ｃｍであるため、抵抗値は、直径３００ｍｍの場合、厚み０．８ｍｍ以上とすれば抵抗値を１×１０１２Ω程度にすることができる。また本材質の熱伝導率は５Ｗ/ｍＫ程度有するため、プロービングを行う条件によって、厚みを選択することができるが、厚みを１．２５ｍｍ以上とすれば静電容量、抵抗値ともに十分な値とすることができる。
【００７１】
図１１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１１以外の図面では、電極や貫通孔は省略している。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
さらにチャックトップ上の導体層の表面さはＲａで０．５μｍ以下であることが好ましい。面粗さが０．５μｍ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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
チャックトップの厚みは５ｍｍ以上であることが好ましい。厚みが５ｍｍ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５ｍｍ以上が好ましく、さらには７ｍｍ以上が好ましい。
【００８１】
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、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、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、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。
【００８２】
また、半導体加熱装置用のウェハ保持体を形成する材質は、金属−セラミックスの複合体や、セラミックス、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、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。さらに、セラミックスとしては、比較的熱伝導率が高い窒化アルミニウムが好ましい。
【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、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、ウェハ保持体との絶縁を、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ウェハ保持体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】
また、チャックトップの材質として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上げられる。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。これらの金属に対しても、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として使用することができる。
【００８７】
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。
【００８８】
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】
【００８９】
イットリウムを酸化物換算で、０．５重量％含有する窒化アルミニウムのグリーンシートを作成した。図１２に示すように、流路にあたる部分を抜き取ったグリーンシート、発熱体６１としてタングステンペーストを印刷したグリーンシート、加工していないグリーンシート２０を積層し、１８５０℃、窒素雰囲下で焼成した。焼成後、上下面を研磨加工し、さらに、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。チャックトップの直径は、３１０ｍｍで厚みは１０ｍｍとした。また、図１３、１４に示すように、同じ大きさで、発熱体の位置を変えたチャックトップ、流路を形成しないチャックトップも作製した。
【００９０】
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。この支持体を内径直径２９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの座グリ加工を施した。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。
【００９１】
次に支持体の上に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。
【００９２】
上記３種類のウェハプローバ用ウェハ保持体の流路に、−７０℃のガルデンを流し、ウェハ載置面に搭載したウェハ温度計の温度が、室温から−５５℃までの冷却される冷却時間を測定した。なお、流路を形成しなかったウェハ保持体は、支持体の底部から−７０℃に冷却した空気を吹き付けることで冷却した。
【００９３】
流路を形成しなかったウェハ保持体は、１時間冷却しても、−５５℃に到達しなかった。図１２のウェハ保持体は、２５分、図１３のウェハ保持体は、２７分で−５５℃に到達した。
【実施例２】
【００９４】
チャックトップの材質を、純度９９．５％のアルミナとしたこと以外は、実施例１と同様の３種類のウェハプローバ用ウェハ保持体を作製し、−５５℃までの冷却時間を測定した。
【００９５】
その結果、流路を形成しなかったウェハ保持体は、１時間冷却しても、−５５℃に到達しなかったが、図１２のウェハ保持体は、３２分、図１３のウェハ保持体は、３４分で−５５℃に到達した。
【実施例３】
【００９６】
直径３１０ｍｍ、厚み５ｍｍのＳｉとＳｉＣの複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）の基板を用意し、流路を機械加工によって形成し、全面にニッケルメッキを施した。次に、流路を向かい合わせる形にセットし、銀ロウを用いて接合した。更に、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。チャックトップの直径は、３１０ｍｍで厚みは１０ｍｍとした。これに、ステンレス箔をエッチングし、シリコン樹脂に挟み込んだ発熱体をウェハ載置面の反対側に取り付けチャックトップとした。
【００９７】
実施例１と同様の支持体の上に、前記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。
【００９８】
上記ウェハプローバ用ウェハ保持体を実施例１と同様に冷却し、室温から−５５℃に冷却されるまでの時間を測定した。その結果、２４分で−５５℃に到達した。
【実施例４】
【００９９】
実施例１と同様にして、図１４に示すような、流路を形成しない発熱体を有する窒化アルミニウム基板を作製し、厚み８ｍｍに仕上げた。次にこの窒化アルミニウム基板のウェハ載置面とは反対側の面に、機械加工にて流路を形成した。次に厚さ３ｍｍの同材質の窒化アルミニウム基板を被覆部材として準備し、これにＡｌＮ−Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３を重量比で２０：５０：３０の比率で混合した粉末を有機溶剤でペースト状にし、それぞれの窒化アルミニウム基板の接合面に塗布した後、つき合わせた形で１８００℃窒素雰囲気中で接合した。次に上下面を研磨し、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。チャックトップ導体層を研磨加工し、全体の反りを１０μｍ、表面粗さをＲａで０．０２μｍに仕上げ、チャックトップとした。チャックトップの外径は、３１０ｍｍで、厚みは１０ｍｍとした。
【０１００】
実施例１と同様の支持体に前記チャックトップを搭載し、実施例１と同様に冷却したところ、２７分で−５５℃に到達した。
【０１０１】
また、流路を、発熱体を有する窒化アルミニウム基板ではなく、被覆部材の窒化アルミニウムに形成したものは、−５５℃に到達するのに２８分を要した。
【０１０２】
また、本実施例において、実施例２と実施例３のように、チャックトップの材質をアルミナあるいはＳｉとＳｉＣの複合体にしたものも作製し、実施例１と同様に冷却時間を測定した。なお、アルミナの場合、接合は活性金属ロウを用いた。
【０１０３】
アルミナの場合は、チャックトップに流路を形成したものは、３５分、被覆部材に流路を形成したものは、３６分で−５５℃に到達した。Ｓｉ−ＳｉＣの場合は、それぞれ、２６分、２７分で−５５℃に到達した。
【０１０４】
更に、チャックトップの材質が窒化アルミニウムで、被覆部材の材質をＳｉ−ＳｉＣとし、被覆部材に流路を形成したものでは、２７分で−５５℃に到達した。
【実施例５】
【０１０５】
直径３１０ｍｍ、厚み１０ｍｍの発熱体を有し、流路を形成しない基板を準備した。材質は、表１に示す。発熱体の形成方法は、実施例１と同様である。ただし、Ｓｉ−ＳｉＣでは、シリコン樹脂で挟みこんだステンレス製の発熱体を、２枚の厚みが５ｍｍのＳｉ−ＳｉＣ基板の間に挟みこむ構造とした。
【０１０６】
これらのチャックトップのウェハ載置面とは反対側に、断面形状が４角形の銅パイプをステンレスバンドにより取り付けた。その際、銅パイプとチャックトップの間に、ＢＮを分散した厚さ０．２ｍｍのシリコン樹脂を介在層として挿入したものも作成した。また、チャックトップのウェハ載置面とは反対側に、座グリ加工を施し、該ザグリ部に前記銅パイプを前記介在層を挿入して取付けたものも作製した。
【０１０７】
各チャックトップを、実施例１と同様の支持体に搭載し、銅パイプにガルデンを流して、実施例１と同様に−５５℃までの冷却時間を測定した。その結果を表１に示す。
【０１０８】
【表１】
2007043042.tif 000003
【０１０９】
表１から、介在層やチャックトップの座グリ加工があった方が、冷却速度が向上することが分かる。
【実施例６】
【０１１０】
イットリウムを酸化物換算で、０．５重量％含有する窒化アルミニウムのグリーンシートを作製した。図１２に示すように、流路にあたる部分を抜き取ったグリーンシート、発熱体６１としてタングステンペーストを印刷したグリーンシート、加工していないグリーンシート２０を積層し、１８５０℃、窒素雰囲下で焼成した。焼成後、上下面を研磨加工し、さらに、ウェハ載置面に直径１．１ｍｍ、深さ０．９ｍｍのザグリ穴を１０箇所形成し、該ザグリ穴に直径１ｍｍのアルミナ製のボールを挿入した。ウェハ保持体の直径は、３１０ｍｍで厚みは１０ｍｍとした。また、図１３、１４に示すように、同じ大きさで、発熱体の位置を変えたチャックトップ、流路を形成しないチャックトップも作成した。
【０１１１】
これらのウェハ保持体に、測温抵抗体を具備したウェハ温度計を搭載し、１８０℃まで加熱した。そして、流路に２５℃の水を流し、７０℃まで冷却した。その結果、図１２のウェハ保持体は、３．５分で７０℃まで冷却できた。図１３のウェハ保持体は、４分で７０℃になったが、流路を形成しなかったウェハ保持体は、２０分経過しても７０℃に到達しなかった。
【実施例７】
【０１１２】
実施例１と同様に、図１２、図１３に示すような流路を形成したウェハ保持体となる窒化アルミニウム基板を作成した。また、図１４に示すような流路を形成しない窒化アルミニウム基板も作成した。いずれの窒化アルミニウム基板の直径は３２０ｍｍ、厚みは１１ｍｍとした。それぞれのウェハ保持体のウェハ載置面を研磨加工して、厚み１０ｍｍとし、全体の反りを１０μｍ、表面粗さＲａを０．０２μｍに仕上げた。更に、ウェハ載置面にプロキシミティを挿入するための座グリ加工（直径１．２ｍｍ、深さ０．９ｍｍ）を１０ヶ所行い、該座グリ部に、直径１．０ｍｍのアルミナボールを挿入し、プロキシミティとした。図１５に示すように、これらのウェハ保持体１を、ステンレス製の容器３２内に設置し、レジスト加熱用ヒータとした。抵抗発熱体に通電することにより１８０℃に加熱したそれぞれのレジスト加熱用ヒータのプロキシミティ３１の上に、直径１２インチのウェハ温度計３３を搭載し、２分後に電源を切り、冷却流路にフロリナートを流すことにより、７０℃まで冷却した。このときの冷却時間は、図１２のウェハ保持体で５分、図１３のウェハ保持体で６分であったが、図１４のウェハ保持体では３０分放置しても７０℃に到達しなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明によれば、ウェハ保持体に流路を形成することにより、冷却速度に優れたウェハ保持体を得ることができ、冷却速度を向上させることにより、スループットの向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の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】本発明のウェハ保持体の他の断面構造の一例を示す。
【図５】本発明のウェハ保持体の他の断面構造の一例を示す。
【図６】本発明の加熱体の断面構造の一例を示す。
【図７】本発明の断熱構造の一例を示す。
【図８】本発明の断熱構造の他の例を示す。
【図９】本発明の断熱構造の他の例を示す。
【図１０】本発明のウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。
【図１１】本発明のウェハ保持体の電極部の断面構造の一例を示す。
【図１２】本発明のウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。
【図１３】本発明のウェハ保持体の断面構造の他の例を示す。
【図１４】流路を形成しないウェハ保持体の断面構造の例を示す。
【図１５】本発明のウェハ保持体を用いたヒータの例を示す。
【符号の説明】
【０１１５】
１    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    流路
９    被覆部材
１０    管状部材
１１    介在層
２１    環状溝
２２    放射状溝
２３    円柱
３１    プロキシミティ
３２    容器
３３    ウェハ
４１    支持体円筒部
４２    貫通孔
６１    抵抗発熱体
６２    絶縁体
【図１】
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【図２】
2007043042.tif 000005
【図３】
2007043042.tif 000006
【図４】
2007043042.tif 000007
【図５】
2007043042.tif 000008
【図６】
2007043042.tif 000009
【図７】
2007043042.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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