(57)【要約】【課題】  急速に冷却するための冷却モジュールを備えると共に、ウエハの均熱性を更に向上させることができ、ウエハプローバやコーターデベロッパなどに好適に利用することができるウエハ保持体を提供する。【解決手段】  載置面にウエハを載置する載置台と、載置台を加熱するための発熱体１と、載置台を冷却するための冷却モジュールとを備えたウエハ保持体で、冷却モジュールの外径が載置台の外径よりも小さく、且つ発熱体１が載置台の冷却モジュールより外側に配置されている。この外周側の発熱体１と共に、冷却モジュールと載置台との間に、あるいは冷却モジュールの載置台と反対側の面に、補完的な発熱体が配置されていてもよい。【選択図】      図１
2007208186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置面にウエハを載置する載置台と、載置台を加熱するための発熱体と、載置台を冷却するための冷却モジュールとを備え、冷却モジュールの外径が載置台の外径よりも小さく、且つ載置台に取り付けた発熱体が冷却モジュールより外側に配置されていることを特徴とするウエハ保持体。
【請求項２】
前記発熱体と共に、載置台内部に補完的な発熱体が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ保持体。
【請求項３】
前記発熱体と共に、冷却モジュールの載置台と反対側の面に補完的な発熱体が配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウエハ保持体。
【請求項４】
前記冷却モジュールが載置台に固定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項５】
前記冷却モジュールが可動式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ウエハ保持体。
【請求項６】
前記載置台を支持する支持体を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれかに記載のウエハ保持体を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
前記請求項１〜６のいずれかに記載のウエハ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、半導体ウエハを検査するウエハプローバや、半導体ウエハを製造するコーターデベロッパなどの製造装置に好適に利用することができるウエハ保持体に関する。
【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（ウエハ）に対して加熱処理が行われる。即ち、ウエ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。このバーンイン工程では、半導体ウエ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、ウエ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。
【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保持体が用いられている。従来の保持体は、ウエハの裏面全面をグランド電極に接触させる必要があるため、金属製で平板状のものが用いられていた。この金属製の平板状保持体の上に、回路を形成したウエハを載置して、チップの電気的特性を測定することが行われている。
【０００４】
電気的特性の測定時には、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、保持体（ウエハプローバ）上のウエハに数１０ｋｇｆから数百ｋｇｆの力で押し付けるため、保持体が薄いと押し付ける力によって保持体が変形してしまい、ウエハとグランド電極との間に隙間が生じ、接触不良が発生することがある。そのため、保持体が変形しないように剛性を保つ目的で、厚さ１５ｍｍ以上の厚い金属板を用いる必要があった。このため、保持体の熱容量は比較的大きなものとなり、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。
【０００５】
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ため、測定後には急速に冷却することが求められる。また、測定中には、保持体はできるだけ均熱であることが求められている。そのため、保持体を構成する金属として、熱伝導率が４０３Ｗ／ｍＫと高い銅（Ｃｕ）が一般的に用いられていた。
【０００６】
また、ウエハを所定の温度、即ち１００〜２００℃程度の温度に加熱した際、その熱が保持体の駆動系に伝わり、駆動系の金属部品類が熱膨張することにより、精度が損なわれるという問題点があった。更には、プロービング時の荷重の増加により、ウエ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。即ち、ウエハ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エハに均一に接触できなくなり、検査ができない、あるいは最悪の場合はウエハが破損するという問題点があった。変形を抑えるためには、ウエハプローバを大型化することが考えられるが、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。
【０００７】
そこで、特開２００１−０３３４８４号公報には、銅などの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、変形しにくく且つ熱容量が小さいウエハプローバが提案されている。このウエハプローバによれば、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、ウエ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記載されている。
【０００８】
上記のようなセラミックス製の保持体（ウエハプローバ）は、剛性が高いため変形もなく、良好なプロービングを実現できる。しかし、そのウエハ載置面には、例えば精密な加工によって、一定値以下の平面度並びに平行度を実現しなければならず、更にはウエハを載置、吸着するための真空吸着用の溝や穴を形成する必要がある。これらの加工を剛性の高い材料に施すために、コストが高いという問題点があった。
【０００９】
また、ウエハを検査する場合においては、ウエハを所定の温度、即ち１００〜２００℃程度の温度に加熱するが、この際にウエハを均一に加熱し検査する必要がある。上記のセラミックス製の保持体は、ウエハ載置面における均熱性が比較的良好であることは間違いないものの、更に均熱性を向上させることが望まれていた。更にウエハを検査する際には、上記のような高温だけではなく、常温以下の低温領域での検査も必要となっている。
【００１０】
また、本発明者らは、特開２００４−０１４６５５号公報において、ウエハの載置台を急速に冷却するため、冷却モジュールを備える載置台を提案した。このウエハの載置台においては、コーターデベロッパなどによりウエハに塗布したレジストなどの樹脂を熱処理する際に、スループットを向上させることができるという利点がある。しかしながら、この冷却モジュールを備えるウエハ載置台においても、均熱性は比較的良好であるものの、更に均熱性を向上させる必要があった。更に低温領域の検査においては、載置台をいち早く冷却することが求められていた。
【００１１】
【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】
【００１２】
本発明は、上記した従来の事情に鑑みてなされたものであり、急速に冷却するための冷却モジュールを備えると共に、ウエハの均熱性を更に向上させることができ、半導体ウエハを検査するウエハプローバや、半導体ウエハを製造するコーターデベロッパなどの製造装置に好適に利用することができるウエハ保持体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】
【００１３】
本発明が提供するウエハ保持体は、載置面にウエハを載置する載置台と、載置台を加熱するための発熱体と、載置台を冷却するための冷却モジュールとを備え、冷却モジュールの外径が載置台の外径よりも小さく、且つ載置台に取り付けた発熱体が冷却モジュールより外側に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明によるウエハ保持体においては、前記発熱体と共に、載置台の内部に補完的な発熱体が配置されていてもよいし、あるいは冷却モジュールの載置台と反対側の面にも補完的な発熱体が配置されていてもよい。
【００１５】
また、上記本発明によるウエハ保持体においては、前記冷却モジュールが載置台に固定されているか、あるいは前記冷却モジュールが可動式であることを特徴とする。更に、上記本発明によるウエハ保持体は、前記載置台を支持する支持体を備えることができる。
【００１６】
本発明は、また、上記本発明によるウエハ保持体を備えたことを特徴とする半導体製造装置を提供するものであり、更には上記本発明によるウエハ保持体を備えたことを特徴とするウエハプローバを提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷却モジュールによる急速な冷却ができるだけでなく、ウエハの均熱性を一層向上させることが可能なウエハ保持体を提供することができる。従って、本発明のウエハ保持体は、半導体ウエハを検査するウエハプローバや、半導体ウエハを製造するコーターデベロッパなどの製造装置に好適に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のウエハ保持体は、載置面にウエハを載置する載置台と、載置台を加熱するための発熱体を備えると共に、ウエハを載置する載置台よりも外径の小さな冷却モジュールを有している。そして、冷却モジュールは載置台に固定されているか、少なくとも冷却時には載置台に当接されるが、このとき載置台に取り付けられた発熱体は冷却モジュールよりも外側になるように配置されている。
【００１９】
通常、発熱体は、ウエハの載置台を均一に加熱するために、例えば、載置台の内部に比較的均一に埋設されているか、あるいはウエハの載置面と反対側の面に均一に形成されている。発熱体で発生した熱は、載置台に十分に拡散するが、載置台の外周部付近ではどうしても温度が低下するという問題がある。そこで、本発明のウエハ保持体においては、載置台の外径よりも小さな外径の冷却モジュールを有する場合において、その冷却モジュールよりも外周側に発熱体を設ける。尚、本発明による発熱体も、載置台の内部に比較的均一に埋設されているか、載置台の載置面と反対側の面にやはり均一に形成する。
【００２０】
このように載置台の外周側に設けられた発熱体から発生した熱は、当然載置台の中心部付近にも拡散すると共に、載置台の外周部にも拡散する。このとき中心部付近に発熱体が存在しなくても、良好な均熱性を確保することができる。これは、中心部付近は直接加熱されていないので熱の流入量は外周部に比較して少ないが、同時に放熱量も外周部に比較して少ないため、熱収支としては中心部付近と外周部付近とで大差がなくなる結果、良好な均熱性が得られるものと推定される。また、外周側のみに発熱体が存在する場合は、全体に発熱体が存在する場合に比較して、構造を簡略化できるというメリットもある。
【００２１】
また、上記のように載置台内周部の載置台と冷却モジュールとの間に発熱体が存在しない場合のメリットとしては、以下のメリットがあげられる。即ち、載置台のウエハ載置面と反対側面の表面の内周部に発熱体を形成する場合、冷却モジュールもしくは載置台が導体である場合においては、発熱体と載置台もしくは冷却モジュールとの間に絶縁層を形成する必要がある。通常絶縁層は、熱伝導率の低い樹脂やガラスやセラミックスなどの絶縁体が使用される。このため、載置台と冷却モジュールとの間には、大きな熱抵抗が存在することになり、載置台を冷却する際に冷却速度が低下してしまう。特に、冷却モジュール、載置台の両方が導体である場合には、その熱抵抗が非常に大きなものになってしまう。しかし、本発明によれば、載置台と冷却モジュールとの間には上記のような熱抵抗の大きな絶縁層を設置する必要がないため、冷却モジュールによって載置台を急速に冷却することが可能となる。
【００２２】
ただし、冷却モジュールと載置台との間の面を密着させるために、比較的軟質の材料を載置台と冷却モジュールとの間に挿入することも可能ではある。ただしこの場合においても、発熱体を設置した場合のように絶縁性を確保する必要がないため、厚みの比較的薄いもので構わない。このように密着を確保するためのものとしては、発熱体を被覆する際に使用する樹脂や、あるいはアルミニウムや銅などの軟質金属を選択することができる。また、冷却モジュールは、載置台に対して、ネジ止めやバネなどの機械的な手法や、ロウ付けなどの手法で載置台に取り付けることで冷却モジュールの能力を十分に発揮して、冷却速度の速い載置台とすることができる。
【００２３】
上記のごとく冷却モジュールの外側に配置した発熱体に加えて、載置台内部にも補完的に発熱体を配置することができ、あるいは冷却モジュールの載置台とは反対側の面にも補完的に発熱体を配置することができる。このような構造にすることで、載置台の温度を急速に加熱昇温することが可能となる。特に、冷却モジュールの載置台側の面又は冷却モジュールの載置面と反対側の面に補完的な発熱体を設ける場合には、これらの部分の補完的な発熱体は冷却モジュールの外周側の発熱体とは独立した制御を行うことが好ましい。
【００２４】
しかし、これら載置台内部又は冷却モジュールの載置面と反対側の面に設けた補完的な発熱体は、ウエハ保持体が十分に昇温された後では、中心部付近の温度を上昇させて均熱性を乱す要因となる。このため、これら補完的な発熱体については、外周側の発熱体とは独立した制御により、昇温時には外周側の発熱体と共に通電して載置台の昇温速度を早め、昇温完了後若しくは昇温完了付近においては、補完的な発熱体の出力を小さくするか又はゼロにすることで、均熱性に優れたウエハ保持体とすることができる。
【００２５】
ウエハを載置する載置台は、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ未満では、載置台上に載置するウエハの温度分布が悪くなり好ましくない。また、載置台の熱伝導率が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。載置台の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍＫ以上であることが特に好ましく、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（１７０〜２２０Ｗ／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載置台とすることができる。
【００２６】
また、載置台を構成する材質としては、金属−セラミックス複合体や、セラミックスを用いることが好ましい。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、ウエ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からなるＡｌ−ＳｉＣ複合体、又はシリコンと炭化ケイ素からなるＳｉ−ＳｉＣ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Ｓｉ−ＳｉＣ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。更に、載置台として金属を用いることもでき、例えば、銅やアルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属を使用することができる。
【００２７】
尚、本発明のウエハ保持体において、発熱体が冷却モジュールの存在する内周部に形成されていない場合には、載置台として特に熱伝導率の高い材料を使用する必要がある。この場合、特に熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であれば、均熱性を高めることができるため好ましい。
【００２８】
また、載置台をウエハプローバ用のウエハ保持用として使用する場合においては、少なくともウエハの載置面に金属層を形成する必要がある。金属層の形成方法としては、特に制約はないが、ニッケルや金などのメッキのほか、蒸着、スパッタリングなどが好ましく用いられる。
【００２９】
更に、載置面へのウエハの載置方法に関しては、特に制約はないが、ウエハプローバの場合、載置台に同心円状の溝を形成し、その溝を使用して真空チャックすることが一般的である。また、コーターデベロッパなどにおいては、プロキシミティを使用する手法がとられることが多い。
【００３０】
本発明で使用する発熱体は、発熱体を例えばマイカなどの絶縁体で挟み込んだものが、構造が簡便であるため好ましい。発熱体としては、金属材料を使用することができ、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、及びこれらの金属の合金があり、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。ステンレスやニクロムは、発熱体の形状に加工する際に、エッチングなどの手法により、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、比較的安価であり、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。絶縁体に挟み込む発熱体の具体的な形状としては、例えば金属箔とすることができる。
【００３１】
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、上記したマイカのほか、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを使用できる。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載置台に伝えるために、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は、樹脂の熱伝導を高める役割があり、その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、シリカなどを挙げることができる。絶縁体で挟み込んだ発熱体は、載置台の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。
【００３２】
また、発熱体は、スクリーン印刷などの手法により、載置台や冷却モジュールに形成することもできる。載置台や冷却モジュールが絶縁体でない場合には、発熱体を形成する面にガラスなどの絶縁層を形成した後、その絶縁層上に発熱体を形成すればよい。この場合の発熱体の材質としては、特に制約はないが、銀や白金、パラジウム、タングステンやモリブデンなどの高融点金属、及びこれらの合金や混合物などを挙げることができる。
【００３３】
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く、急速に載置台の熱を奪うことができるため好ましい。また、ステンレスやマグネシウム合金、ニッケル、その他の金属材料も使用することができる。これら金属の冷却モジュールには、耐酸化性を付与するために、ニッケル、金、銀などの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。
【００３４】
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ケイ素は熱伝導率が比較的高いため、載置台から素早く熱を奪うことができるので好ましい。また、窒化ケイ素や酸窒化アルミニウムは、機械的強度が高く、耐久性に優れているため好ましい。更に、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。
【００３５】
冷却モジュールは可動式であっても良いし、載置台の載置面と反対側の面（裏面）に固定されていても良い。冷却モジュールを固定式とするか可動式とするかは、その使用目的に合わせて決定すればよい。可動式の場合には、冷却時に冷却モジュールを載置台の裏面に当接させ、昇温時は載置台から離す構造とすることにより、昇温速度を速くすることができ、しかも冷却速度も速くすることができるため好ましい。可動式にする方法としては、特に制約はないが、冷却モジュールをエアシリンダーや油圧装置で駆動すればよい。
【００３６】
冷却モジュールを載置台に固定する場合には、昇温速度は可動式の場合に比較して劣っている。しかしながら、冷却速度は可動式の場合よりも速くすることができる。また、ウエハ保持体を常温より低い温度で使用する場合には、冷却モジュールを載置台に固定した方が効果的に冷却できるため好ましい。冷却モジュールの載置台に対する固定方法に対しては、特に制約はないが、ネジ止めなどの機械的な方法や、ロウ付けなど手法などを使用することができる。
【００３７】
また、冷却モジュールの内部に、冷媒を流すことも可能である。冷媒を流すことで、発熱体から冷却モジュールに伝達された熱を素早く取り除くことができるため、更に発熱体の冷却速度を速めることができる。また、載置台を常温より低い温度で使用する場合には、特に冷媒を流すことが必要である。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あり、特に制約はない。しかし、載置台を０℃以下に冷却する場合は、フロリナートなどを使用することになる。また冷媒が液体の場合には装置から漏れることがありうるため、冷媒として窒素や大気などの気体を流すことも可能である。
【００３８】
冷媒を流す冷却モジュールの好適な例としては、２枚のアルミニウムや銅などの比較的熱伝導率の高い板を用意し、片方の板に冷媒を流す流路を機械加工などによって形成し、耐食性や耐酸化性を向上させるため全面にニッケルメッキを施す。そして、他方の板にもニッケルメッキを施した後、両方のアルミニウム板を張り合わせる。このとき、冷媒の漏れを防ぐため、例えばＯ-リング等を流路の周囲に挿入し、ネジ止めや溶接により２枚の板を張り合わせて冷却モジュールとする。あるいは、２枚の銅（無酸素銅）やアルミニウムなどの熱伝導率の高い板を用意し、片方の銅板に冷媒を流す流路を機械加工などによって形成する。この銅板と他方の銅板を、冷媒の出入口となるステンレス製のパイプと共にロウ付け接合する。接合した後、耐食性及び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。
【００３９】
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熱伝導率の高い金属の冷却板に、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もできる。この場合、パイプを取り付ける方法に制約はないが、ロウ付けや、金属バンドによるネジ止めなどの方法を挙げることができる。また、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、このザグリ溝内にパイプを密着させることで接触面積を増加させ、更に冷却効率を上げることができる。更に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。
【００４０】
上記のような本発明のウエハ保持体は、均熱性に優れ、更には冷却速度にも優れているため、コーターデベロッパなどの半導体製造装置用に好ましく使用することができる。また、本発明によるウエハ保持体は、均熱性及び冷却特性に優れているため、ウエハプローバとして使用した場合においても、均熱性能を発揮することができる。
【００４１】
本発明のウエハ保持体においては、載置台を支持する支持体を有することができる。特にウエハ保持体をウエハプローバに適用する場合には、支持体を有することが好ましい。この場合の支持体には、発熱体で発生した熱が駆動系に伝わることを防ぎ、位置精度を保持する役割がある。このため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、載置台の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℃以上という高温が要求されるため、支持体の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることが更に好ましく、５Ｗ／ｍＫ以下が最も好ましい。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。
【００４２】
また、支持体のヤング率は、２００ＧＰａ以上であることが好ましく、３００ＧＰａ以上であることが更に好ましい。支持体のヤング率が２００ＧＰａ未満である場合には、支持体自体が変形することがあるため好ましくない。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、軽量化することができ特に好ましい。
【００４３】
このような熱伝導率及びヤング率を満たす支持体の材質としては、ムライト、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）がある。ムライトは熱伝導率が小さく断熱効果が大きい点が好ましく、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いため、総合的に好ましい材料である。
【００４４】
支持体の形状としては、特に制約はなく、載置台を外周部あるいは内周部で保持し、載置台が撓まない構造であればよい。また、ウエハ保持体をコータデバロッパのような半導体製造装置として使用する場合においては、支持体に上記のような制約はなく、例えば、ステンレスなどの金属製の容器内にウエハ保持体を収納することもできる。
【００４５】
載置台を支持する支持体の支持面は、載置台から支持体への熱を遮断する断熱構造を有することが好ましい。この断熱構造の一つとして、支持体に切り欠き溝を形成し、載置台と支持体の接触面積を小さくする構造がある。また、載置台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。載置台に切り欠き溝を形成する場合、載置台のヤング率が２００ＧＰａ以上であることが必要である。即ち、ウエハプローバとして使用する場合には、載置台にプローブカードの圧力が加わるため、載置台に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変形量が大きくなり、ウエハの破損や載置台自身の破損につながることがある。
【００４６】
しかし、支持体に切り欠きを形成すれば、こ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、同心円状の溝を形成したものや、放射線状に溝を形成したもの、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。ただし、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、載置台に掛かる圧力を均一に分散することができなくなり、載置台の変形や破損に影響するため好ましくない。
【００４７】
また、載置台から支持体への熱を遮断する断熱構造の別の形態として、載置台と支持体の間に、複数の柱状部材を設置することができる。載置台と支持体の間に柱状部材を有する断熱構造は、載置台と支持体が一体である場合に比べ、載置台と柱状部材の間及び柱状部材と支持体の間に、それぞれ界面を形成することができる。そのため、これらの界面が熱抵抗層となり、載置台との接触面積が同一の場合、熱抵抗層を２倍に増加できるため、載置台で発生した熱を効果的に断熱することが可能となる。
【００４８】
柱状部材の配置は、同心円状に均等又はそれに類似した配置で８個以上あることが好ましい。特に近年ではウエハの大きさが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載置台に載置されているウエハに押し当てた際、柱状部材間で撓みが発生しやすくなる。また、柱状部材の形状としては、円柱状であっても良いし、三角柱状、四角柱状、更には多角柱状、あるいはパイプ状であっても良く、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、載置台から支持体への熱を遮断することができる。
【００４９】
上記断熱構造に使用する柱状部材としては、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、窒化ケイ素、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、及びこれらの複合体を使用することができる。
【００５０】
支持体と載置台の接触部分、若しくは支持体及び載置台と柱状部材との接触部分は、表面粗さがＲａで０.１μｍ以上であることが好ましい。表面粗さがＲａで０.１μｍ未満である場合、互いの接触面積が増加すると共に、相互間の隙間が相対的に小さくなるため、Ｒａが０.１μｍ以上である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ないが、表面粗さがＲａで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Ｒａで０.１μｍ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が好ましい。ただし、その研磨条件やブラスト条件を適切化して、Ｒａで０.１μｍ以上に制御する必要がある。
【実施例】
【００５１】
［実施例１］
載置台として、直径２１０ｍｍ、厚み１０ｍｍの無酸素銅を用意し、同心円状の溝加工を施すと共に、その溝内に銅板の厚みに対して中心部まで達するザグリ孔を形成し、これらザグリ孔を連結する横穴を形成して、ここから真空引きすることで真空チャックできるようにした。また、全面にニッケルメッキを施し、その表面を表面粗さがＲａで０.１５μｍになるように研磨して、ウエハの載置面を形成した。
【００５２】
次に、発熱体として、厚さ５０μｍのステンレス箔をエッチングすることで、外径が１９５ｍｍで内径が１７０ｍｍ（全体の幅２５ｍｍ）であって、図１に示す形状を有する発熱体１を形成した。この発熱体１をＢＮ粉末が分散されたシリコン樹脂で挟み込み、ネジ止めによって上記載置台の裏面（載置面の反対側）に互いの中心が一致するように固定し、更に給電用端子を取り付けた。
【００５３】
一方、冷却モジュールとして、直径が１５０ｍｍであり、厚みが４ｍｍと１ｍｍの２枚の銅板を用意した。このうち、厚み４ｍｍの銅板の表面に、機械加工によって深さ３ｍｍ、幅３ｍｍのザグリ溝を形成し、これを厚み１ｍｍの銅板とロウ接した後、全面にニッケルメッキを施して、冷媒の流路を有する冷却モジュールを形成した。この冷却モジュールを、上記載置台の裏面に互いの中心が一致するように、ボルト締めによって固定した。
【００５４】
更に、支持体として、直径２１０ｍｍ、厚み２５ｍｍのムライト−アルミナ複合体を準備し、これを図２に示す形状に機械加工した。即ち、直径２１０ｍｍの支持体２は、外周部に載置台を支持するための幅２７.５ｍｍの外周環状凸部２ａを有し、この外周環状凸部２ａの上面には幅１７.５ｍｍで深さ５ｍｍの環状溝３が設けてある。また、支持体２の中央部には、内径１５５ｍｍで深さ１０ｍｍの中央凹部４が形成してある。
【００５５】
この支持体２の上に、上記のごとくウエハの載置面と反対側の裏面に冷却モジュールと発熱体１を固定した載置台を搭載して、ウエハ保持体とした。このウエハ保持体においては、載置台が支持体２の外周環状凸部２ａで支持され、同時に載置台の裏面外周側に固定した発熱体１が支持体２の環状溝３内に収納されると共に、載置台の裏面内周側に固定した冷却モジュールが支持体２の中央凹部４内に収納されている。
【００５６】
このウエハ保持体について、ウエハの載置面に直径２００ｍｍのウエハ温度計を搭載し、常温から２００℃までの昇温時間と、２００℃における均熱性を測定した。その結果、２００℃までの昇温時間は１５分であり、均熱性は２００℃±０.５℃であった。
【００５７】
次に、ウエハ温度計に替えて検査前のウエハを搭載し、１５０℃に昇温してプロービング試験を行った。その結果、均熱性は１５０℃±０.３℃であり、良好なプロービングを実施することができた。また、このウエハ保持体の冷却モジュールに冷媒として空気を送り込むことで、ウエハを冷却した。その結果、１５０℃のウエハを７０℃まで冷却する時間は８分であった。更に、冷却モジュールに冷媒としてフロリナートを流すことで載置台を室温から−５０℃まで冷却し、プロービング試験を行った。このときの冷却速度は１２分であり、比較的速い冷却速度を得ることができた。そして低温領域でのプロービングについても、正常に行うことができた。
【００５８】
［実施例２］
実施例１と同じく、裏面中央部に冷却モジュールを有し且つ裏面外周側に発熱体を固定した載置台を２つ準備した。更に補完的な発熱体として、ニクロム箔をエッチングした発熱体をＢＮ粉末が分散されたシリコン樹脂で挟み込み、ネジ止めにより載置台に固定した。その際、片方の載置台では補完的な発熱体を冷却モジュールと載置台との間に設置し、他方の載置台では冷却モジュールの載置台と反対側の面に設置した。これら外周側の発熱体と補完的な発熱体は、独立して制御できるようにした。
【００５９】
これらの載置台を実施例１と同じ支持体上に搭載し、載置面を２００℃まで昇温したが、１９５℃に到達した時点で補完的なの発熱体の通電を停止した。その結果、２００℃までの昇温時間は、冷却モジュールと載置台に間に補完的な発熱体を有する場合は１０分、冷却モジュールのウエハ載置面と反対側の面に補完的な発熱体を有する場合は１２分であり、均熱性はいずれも実施例１と同じ２００℃±０.５℃であった。
【００６０】
また、実施例１と同様にして、１５０℃から７０℃に冷却するのに要した時間を測定したところ、補完的な発熱体が冷却モジュールと発熱体の間にある場合は１０分、補完的な発熱体が冷却モジュールのウエハ載置面と反対側の面にある場合は８分であった。また、室温から−５０℃への冷却速度は、補完的な発熱体が冷却モジュールの載置面とは反対側に存在する場合は実施例１と同様１２分で冷却することができたが、載置台と冷却モジュールの間に存在する場合には３０分以上の時間が掛かった。なお、プロービングは両者とも正常に実施することができた。
【００６１】
［実施例３］
実施例１のウエハ保持体において、エアシリンダーによって制御することで、冷却モジュールを載置台の裏面に当接し又は離間する可動式とした。このウエハ支持体について、昇温時には冷却モジュールを載置台の裏面から離間し、冷却時には冷却モジュールを載置台の裏面に当接させた以外は、上記実施例１と同様にして試験した。その結果、２００℃までの昇温時間は１２分、均熱性は２００℃±０.４℃であり、１５０℃から７０℃までの冷却時間は１２分であった。また、室温から−５０℃までの冷却速度は１７分を要した。
【００６２】
［実施例４］
実施例１のウエハ保持体を、直径２１５ｍｍ、深さ２５ｍｍのステンレス製容器内に収容した。ただし、この実施例４では、載置台に真空チャック用の溝は形成せずに、載置面に均等に１０箇所の深さ０.９ｍｍのザグリ部を形成し、そこに直径１ｍｍのアルミナボールを設置することでプロキシミティを設置した。このウエハ保持体を用いて、上記実施例１と同様に２００℃の均熱性を測定した結果、２００℃±０.４℃であった。また、冷却速度等の特性は、ほぼ実施例１と同様であった。このウエハ保持体を用いて、ウエハ上にコーティングした樹脂の硬化試験を行ったところ、良好な結果が得られた。
【００６３】
［比較例］
実施例１と同じ載置台に対して、直径１８０ｍｍの冷却モジュールを準備し、載置台の裏面に固定した。この冷却モジュールと載置台との間に、実施例１と同様の手法で発熱体を設置した。この載置台を支持体上に搭載したウエハ保持体について、２００℃まで昇温したところ、載置台の外周側端部における温度低下が激しいため、均熱性は２００℃±１.１℃であった。また、室温から−４０℃までの冷却速度は、２０分以上を要した。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例で用いた発熱体の平面図である。
【図２】実施例で用いた支持体の断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１      発熱体
２      支持体
２ａ    外周環状凸部
３      環状溝
４      中央凹部
【図１】
2007208186.tif 000003
【図２】
2007208186.tif 000004