JP3832476B2 - ウエハプローバ - Google Patents

Description

本発明は、半導体検査工程において、ウエハを保持して所定の温度に加熱するウエハプローバに関する。

従来から、半導体製造過程においては、半導体ウエハの電気的な特性を検査するために、所謂プロービング工程が設けられている。このプロービング工程でウエハを保持加熱するために使用されるプローバに関しては、従来から種々の構造が提案なされている。このようなプローバとして、例えば特開平１１−３１７２４号公報に記載されているように、従来から金属製のウエハプローバが使用されてきた。

また、最近では、製造コスト低減のために、ウエハの外径は８インチから１２インチヘと大口径化が進められており、これに伴ってウエハを保持するウエハプローバも直径３００ｍｍ以上になってきている。同時に、ウエハプローバで加熱されるウエハ表面の均熱性についての要求も高まり、通常で±１.０％以下、更に望ましくは±０.５％以下が求められている。

このような高い均熱性の要求に対して、ウエハプローバのチャックトップ導体層にウエハを載置した際に、ウエハ載置面とウエハとの間に隙間が生じると、ウエハの均一な加熱が出来なくなることから、精密加工によりウエハ載置面の平面度を上げることが追求されてきた。しかしながら、上記したウエハプローバの大口径化に伴って、ウエハ表面の均熱性に対する上記要求の実現は困難になりつつある。

特開平１１−３１７２４号公報

上記したように、ウエハプルーバで保持加熱されたウエハ表面の均熱性を向上させるために、従来からウエハプルーバのチャックトップ導体層におけるウエハ載置面の平面度を上げることが追求されてきた。しかしながら、近年においてウエハの大口径化が進むに伴って、均熱性の要求を満たすことが難しくなりつつある。

また、従来の金属製のウエハプローバにおいては、ウエハに押し付けられる多数のテスタピンの圧力によって次第にウエハ載置面が変形してしまい、ウエハが破損する、あるいはプローブカードの測定ピンがウエハに当らないなどの問題が生じていた。そこで、ウエハの破損やプローブカードの測定ピンが当らないことを防ぐために、ウエハプローバの厚みを厚くすることで対応しているのが現状である。しかし、厚みが厚くなるとウエハプローバの熱容量が大きくなり、昇温や降温に長時間を要するという別の問題が生じている。

更には、ウエハプルーバには、ウエハを吸着して確実に固定するために、チャックトップ導体層のウエハ載置面に複数の真空吸着穴が設けてある。例えば、ウエハ載置面に略同心円状の溝を形成して、それぞれの溝内に吸着穴を形成し、これらの穴を通して真空吸着を行うことによって、ウエハ載置面にウエハを密着固定している。

しかし、上記のごとくウエハの加熱時におけるウエハ載置面の反りが大きくなると、ウエハの形状によっては真空吸着が不十分で、ウエハを確実に固定できないという問題点が生じる。このような状態で、ウエハにプローブカードを所定の圧力で押し付けた場合、ウエハが動いてしまったり、ウエハとチャックトップ導体層との導通が十分に取れなかったり、あるいは最悪の場合はウエハが破損してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑み、半導体検査工程でウエハを加熱する高温域においてチャックトップ導体層におけるウエハ載置面の平面度を高くすることができ、加熱時におけるウエハ表面の均熱性を高め、信頼性を向上させたウエハプローバを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、半導体検査工程においてウエハを保持加熱するウエハプローバであって、セラミックス基板の表面に導体層を有し、該導体層を形成した面の反対側の表面又は内部に抵抗発熱体を備え、前記導体層におけるウエハ載置面の反り形状が非加熱時において０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの凹状であることを特徴とするウエハプローバを提供する。

上記本発明のウエハプローバにおいては、前記セラミックス基板が、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸窒化アルミニウム、炭化珪素から選ばれた少なくとも１種からなることが好ましい。また、前記抵抗発熱体は、タングステン、モリブデン、タンタル、白金、パラジウム、銀、ニッケル、クロムから選ばれた少なくとも１種からなることが好ましい。

本発明によれば、ウエハ載置面の反りの形状を制御することによって、半導体検査工程でのウエハ加熱温度域でのウエハ載置面の平面度を高めることができ、従って加熱時におけるウエハ表面の均熱性に優れ、しかもウエハの位置ずれや破損がなく、信頼性の高いウエハプローバを提供することができる。

本発明者らは、ウエハプローバのウエハ載置面における平面度について検討した結果、従来のウエハプローバはウエハ載置面が非加熱時に凸（以下、＋方向とも言う）になる反りの状態にあるうえ、抵抗発熱体に通電加熱することにより温度が上昇し、ヤング率が低下すると、このウエハ載置面の凸状の反りが更に＋方向に大きくなることを見出した。

そこで、本発明者らは、セラミックスヒーターの表面にチャックトップ導体層を形成したウエハプローバを開発するに際し、そのウエハプローバの非加熱時における反りの状態を、導体層のウエハ載置面が凹（以下、−方向とも言う）になるように調整した。即ち、本発明のウエハプローバは、セラミックス基板の表面又は内部に抵抗発熱体を有するセラミックスヒーターと、抵抗発熱体が形成されていない表面に設けた導体層とからなり、その導体層のウエハ載置面における反りの形状が、非加熱時（常温）において、ウエハ載置面の長さ３００ｍｍ当たり０.００１〜０.７ｍｍの凹状となっている。

このようにウエハ載置面の非加熱時における反りの形状を凹状とすることによって、実際のウエハ加熱時の高温域においてはセラミックヒーターが逆の＋方向に反るため、ウエハ加熱時にはウエハ載置面の平面度が向上して、ウエハを確実に密着保持することができる。その結果、ウエハとチャックトップ導体層との接触不良を無くすと共に、ウエハの位置ずれや破損を防ぎ、プローブカードの測定ピンを全てウエハに当てることができる。

特に、セラミックスヒーターを用いた本発明のウエハプローバにおいては、加熱時におけるウエハ表面の均熱性を向上させることができる。具体的には、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上のセラミックスヒーターを用いた場合で±０.５％以下、１０〜１００Ｗ／ｍＫのセラミックスヒーターの場合には±１.０％以下という、極めて優れたウエハ表面の均熱性を達成することができる。

かかる本発明のウエハプローバを製造するには、まず、セラミックス基板の表面又は内部に抵抗発熱体を有するセラミックスヒーターを作製し、その抵抗発熱体が形成されていない表面に研磨などの加工を施して、非加熱時における反りの形状を上記した凹状に形成する。その後、この反りの形状を凹状に形成した表面に導体層を形成し、ウエハの裏面が接触するチャックトップ導体層とする。このようにして、ウエハ載置面の反りの形状が非加熱時に０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの凹状である導体層を有するウエハプローバが得られる。

次に、本発明のウエハプローバに用いるセラミックスヒーターの製造方法について、ヒータ材質が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である場合を例として説明する。尚、ヒータ材質が窒化アルミニウム以外の場合においても、焼結助剤や焼結条件などを適宜選択し調整することによって、ほぼ同様にセラミックスヒーターを製造することができる。

ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２.０〜５.０ｍ^２／ｇのものが好ましい。比表面積が２.０ｍ^２／ｇ未満の場合はＡｌＮの焼結性が低下し、また５.０ｍ^２／ｇを超えると粉末の凝集が非常に強くなるため取扱いが困難になる。また、原料粉末に含まれる酸素量は、２重量％を超えると焼結体の熱伝導率が低下するため、２重量％以下が好ましい。更に、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量が２０００ｐｐｍを超えると焼結体の熱伝導率が低下し、特に金属不純物としてのＳｉなどの４族元素やＦｅなどの鉄族元素は焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、その含有量がそれぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

ＡｌＮは難焼結性材料であるため、原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤としては、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中にＡｌＮ粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、ＡｌＮの緻密化を促進すると共に、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去することにより、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率を向上させる。

かかる希土類元素化合物としては、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で酸化物は、安価で入手が容易であるため特に好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、ＡｌＮ原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性を高めることができるため好適である。

焼結助剤の添加量は、０.０１〜５重量％の範囲が好ましい。０.０１重量％未満では、緻密な焼結体を得ることが困難であると共に、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率が低下する。また、５重量％を超えると、ＡｌＮ焼結体の粒界に焼結助剤が大量に存在することになるので、この場合も熱伝導率の低下を引き起こしやすい。更に好ましくは、焼結助剤の添加量を１重量％以下とすることによって、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるため、高熱伝導率のＡｌＮ焼結体が得られやすくなる。

次に、これらのＡｌＮ原料粉末及び焼結助剤粉末に、溶剤とバインダーを添加し、更に必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合して原料スラリーを調整する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合などが可能である。得られた原料スラリーを成形し、焼結することによって、ＡｌＮ焼結体を得ることができる。その方法には、ポストメタライズ法とコファイアー法との２種類がある。

まず、ポストメタライズ法について説明する。上記のごとく調整した原料スラリーから、スプレードライアー等の手法によって顆粒を作製する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施して成形体とする。この時のプレス圧力は、９.８ＭＰａ以上であることが望ましい。９.８ＭＰａ未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなるからである。

成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１.５〜２.５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。１.５ｇ／ｃｍ^３未満の密度では、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなり、焼結が進行し難くなる。また、成形体の密度が２.５ｇ／ｃｍ^３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。

得られた成形体は、非酸化性雰囲気中で加熱して脱脂処理を行う。大気などの酸化性雰囲気中で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されて焼結体の熱伝導率が低下するためである。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができず、脱脂処理後の成形体中にカーボンが過剰に残存するため、その過剰のカーボンが後の焼結工程で窒化アルミニウムの焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を焼結時に除去することができず、焼結体中の酸素量が多くなり、熱伝導率が低下する。

このような理由から、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、０.１〜１.０重量％であることが好ましい。脱脂処理後の成形体に１.０重量％を超える炭素が残存していると、上記したように窒化アルミニウムの焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることが困難となるからである。また、残存炭素量が０.１重量％未満では、得られる焼結体の熱伝導率が低下しやすい。

脱脂処理後の成形体は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中において、１７００〜２０００℃の温度で焼結を行う。この時使用する窒素などの雰囲気ガスに含有される水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるため、焼結体の熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０.００１体積％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化されて、やはり熱伝導率が低下する可能性がある。

焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。ＢＮ成形体は、焼結温度に対して充分な耐熱性を有すると共に、その表面に固体潤滑性があるため、焼結時に成形体が収縮する際の治具と成形体との間の摩擦を小さくすることができ、歪みの少ない焼結体を得ることができる。

得られたＡｌＮ焼結体は、次工程で抵抗発熱体その他の必要な電気回路を形成するため、必要に応じて加工を施す。例えば、導電ペーストをスクリーン印刷するため、焼結体表面を研磨して、表面粗さをＲａで５μｍ以下とすることが好ましく、１μｍ以下とすることが更に好ましい。表面粗さがＲａで５μｍを超えると、スクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。

また、この時の加工面の平行度は、０.５ｍｍ以下であることが好ましく、０.１ｍｍ以下が更に好ましい。平行度が０.５ｍｍを超えると、スクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。更に、スクリーン印刷する面の平面度についても、０.５ｍｍ以下であることが好ましく、０.１ｍｍ以下が更に好ましい。平面度が０.５ｍｍを超えると、やはり導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。

次に、研磨加工を施したＡｌＮ基板の表面に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、焼成して電気回路の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末にバインダーと溶剤を混合し、必要に応じて金属酸化物粉末を添加し、混練することにより得ることができる。用いる金属粉末としては、抵抗発熱体を形成する場合には高融点金属が好ましく、特にセラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデン、あるいはタンタルが好ましい。

また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、導体ペーストに金属酸化物粉末を添加することもできる。金属酸化物粉末としては、２Ａ族元素や３Ａ族元素の酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などが好ましい。特に、酸化イットリウムは、ＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるため特に好ましい。これらの金属酸化物粉末の添加量は、０.１〜３０重量％の範囲が好ましい。添加量が０.１重量％未満の場合には、形成した電気回路とＡｌＮとの密着強度が低下する。また、３０重量％を超えると、電気回路の電気抵抗値が高くなり過ぎるため好ましくない。

形成する導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなり過ぎると共に、密着強度も低下する。また、厚みが１００μｍを超える場合も、密着強度が低下するため好ましくない。

尚、形成する回路パターンが抵抗発熱体回路の場合、パターンの間隔を０.１ｍｍ以上とすることが好ましい。０.１ｍｍ未満の間隔では、発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする可能性があるからである。このため、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが更に好ましく、３ｍｍ以上であれば最も好ましい。

ＡｌＮ基板上に回路パターンを形成した導電ペーストは、次に窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中において脱脂を行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満の脱脂温度では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分となり、カーボンが残留するため、焼成したときに金属の炭化物を形成して、電気回路の電気抵抗値が高くなるからである。

脱脂後の焼成については、上記高融点金属の場合、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中において、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の焼成温度では、金属粉末の粒成長が進行しないため、焼成後の電気抵抗値が高くなり過ぎると共に、金属粒子間の結合も弱いため、密着性が低下してしまうからである。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中に含有される焼結助剤などが揮散し始め、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスとの密着強度が低下する。

形成した電気回路の絶縁性を確保するために、その上に絶縁層を形成することができる。絶縁層の材質は、電気回路との反応性が小さく、ＡｌＮとの熱膨張係数差が５.０×１０^−６／Ｋ以下であれば特に制約はなく、例えば、高融点金属の電気回路の場合には、結晶化ガラスやＡｌＮなどを使用することができる。尚、このときのＡｌＮ粉末に添加する焼結助剤量は、０.０１重量％以上であることが好ましい。０.０１重量％未満では、ＡｌＮ絶縁層が緻密化せず、金属層との絶縁性を確保することが困難となる。また、焼結助剤量が２０重量％を超えると、過剰の焼結助剤が電気回路の金属層中に浸透し、電気回路の電気抵抗値が変化してしまうことがある。

絶縁層を形成する方法としては、これらの材料を例えばペースト状にして、所定の厚みのスクリーン印刷を行い、必要に応じて脱脂を行った後、所定の温度で焼成すればよい。ペーストを塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。厚みが５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難になるからである。

また、導電ペーストに用いる金属粉末として、上記した高融点金属の外に、白金、パラジウム、銀、又はその混合物や合金を使用することができる。例えば、ペースト中の銀に対してパラジウムや白金を添加することにより、導体の体積抵抗率を増加させることができるため、その添加量を調整して電気回路に応じた電気抵抗値を得ることができる。また、これらパラジウムや白金の添加金属は、回路パターン間のマイグレーションを防止する効果があるため、銀１００重量部に対して０.１重量部以上添加することが好ましい。

更に、導電ペーストに用いる金属粉末として、ＮｉやＣｒ、又はその混合物や合金を使用することも可能である。特に、ＮｉにＣｒを２０重量％程度添加することにより、電気抵抗が高く、耐熱性や耐食性に優れた抵抗発熱体を形成することができる。また、コストを下げるために、Ｆｅを２５重量％まで添加したり、加工性を増すために、Ｍｎを１重量％添加したりしてもよい。

これらの金属粉末を用いる場合にも、ＡｌＮとの密着性を確保するために、金属酸化物粉末を添加することが好ましい。例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化銅、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化鉛、希土類酸化物、遷移金属元素酸化物、アルカリ土類金属酸化物などの粉末を添加することができる。添加量としては、０.１〜５０重量％が好ましい。添加量が０.１重量％より少ないと、ＡｌＮとの密着性が低下するため好ましくない。また、添加量が５０重量％より多くなると、銀などの金属成分の焼結が阻害される。

これらの金属粉末を用いて抵抗発熱体その他の電気回路を形成する場合も、金属粉末にバインダーと溶剤を混合し、必要に応じて金属酸化物粉末を添加し、混練してペーストとする。このペーストを用いて、上記と同様にスクリーン印刷することにより、回路パターンを形成することができる。この場合、形成した回路パターンの焼成は、窒素などの不活性ガス雰囲気中若しくは大気中において、７００℃から１０００℃の温度範囲にて行う。

更に、この場合にも、回路間の絶縁性を確保するために、結晶化ガラスやグレーズガラス、樹脂などを塗布し、焼成若しくは硬化させることで、絶縁層を形成することができる。ガラスの種類としては、硼珪酸ガラス、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などが使用できる。これら粉末に溶剤やバインダーを添加してペースト状にし、スクリーン印刷により塗布する。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。厚みが５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。また、焼成温度としては、電気回路形成時の温度より低温であることが好ましい。回路焼成温度より高い温度で焼成すると、電気回路の抵抗値が大きく変化するからである。

このようにして得られたセラミックスヒーターは、必要に応じて、更にセラミックス基板又は同様のセラミックスヒーターを積層することができる。この積層は、接合剤を介して行うことが好ましい。即ち、酸化アルミニウム粉末やＡｌＮ粉末に、２Ａ族元素化合物や３Ａ族元素化合物及びバインダーと溶剤を加え、ペースト化したものを接着剤とし、これを接合面にスクリーン印刷などの手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラなどの接合欠陥が生じやすくなるからである。

次に、接合剤を塗布したセラミックス基板又はセラミックスヒーターを、非酸化性雰囲気中にて５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板又はセラミックスヒーターを重ね合わせ、所定の荷重を加えながら非酸化性雰囲気中で加熱することにより接合する。加える荷重は５ｋＰａ以上であることが好ましく、５ｋＰａ未満の荷重では充分な接合強度が得られないか、若しくは接合欠陥が生じやすい。接合するための加熱温度は、セラミックス同士が接合層を介して十分固着する温度であれば特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られ難く、接合欠陥を生じやすい。また、脱脂並びに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。

以上のようにして、通電発熱ヒータとなるセラミックスヒーターを得ることができる。尚、電気回路は、上記のごとく導電ペーストを用いずに、例えば、抵抗発熱体回路であればモリブデン線（コイル）を、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合にはモリブデンやタングステンの網状体（メッシュ）を用いることも可能である。

その場合には、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度並びに雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は０.９８ＭＰａ以上とすることが望ましい。０.９８ＭＰａ未満では、コイルやメッシュとＡｌＮとの間に隙間が生じることがあるため、ウエハ載置面の温度ムラが発生したり、作製されたウエハプローバの強度が低下したりするため好ましくない。

次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下とすることが好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなるからである。

このシート上に、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより、所定形状の電気回路パターンを形成する。導電ペーストは、ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。

次に、回路パターンを形成したシート及び形成していないシートを、所定の位置にセットして重ね合わせ、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布する。積層した状態で、必要に応じて加熱し、圧力を加えて一体化する。加熱する場合、加熱温度は１５０℃以下であることが好ましい。１５０℃を超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形するからである。また、積層したシートに加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなり過ぎる。

得られた積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結してセラミックスヒーターとする。脱脂及び焼結の温度や雰囲気、残留炭素量などはポストメタライズ法の場合と同じである。尚、前述の導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路やガード電極など印刷し、それらを積層することによって、複数の電気回路を有するセラミックスヒーターを容易に作製することも可能である。

また、抵抗発熱体などの電気回路がセラミックスヒーターを構成する積層焼結体の最外層に形成されている場合には、その電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法の場合と同様に、電気回路の上に絶縁層を形成することができる。このようにして、セラミックス積層焼結体からなるセラミックスヒーターを作製することができる。

上記のごとくポストメタライズ法又はコファイアー法により作製したセラミックスヒーターは、その後、所定の表面上にチャックトップ導体層を形成する。その際、焼結した状態のままでは表面の反り形状が要求される精度範囲内に通常入らないので、導体層を形成するウエハ載置面側の表面に研磨などの加工を施して、表面の反り形状を０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの凹状にする。更に、ウエハ載置面に略同心円状の溝加工を行うと共に、その溝内に真空吸着用の貫通孔を形成する。

その後、ウエハ載置面側の表面にチャックトップ導体層を形成する。導体層の形成手法について特に制約はないが、例えば、タングステンやモリブデンなどの高融点金属ペーストを表面に塗布して焼き付けても良いし、銀や白金、パラジウムなどの貴金属ペーストを塗布して焼成してもよい。ただし、高融点金属を塗布、焼成する場合には、セラミックスヒーターに新たに反りが発生することがあるため、焼成温度の低い貴金属などのペーストを塗布、焼成する方法が好ましい。

これら貴金属ペーストの焼成温度としては７００〜１０００℃が好ましい。７００℃以下の温度では、貴金属粒子の粒成長が進行しないため、抵抗値が高くなり、更にはＡｌＮとの密着力も低下するため好ましくない。また、導体層を形成した後、その上にニッケルなどのメッキを施すことも可能である。特に導体層が高融点金属である場合、メッキを施すことによって、電気抵抗値を下げることができると共に、導体層の酸化を防ぐこともできるため好ましい。

また、ウエハ載置面側の表面に直接ニッケルなどのメッキを施して、チャックトップ導体層とすることができる。この場合のメッキの厚みとしては、特に制約はないが、１μｍ以上が好適である。これ以下のメッキ厚では、抵抗値が高くなりすぎるため好ましくない。

更に、薄膜法によって、チャックトップ導体層を形成することも可能である。この場合、最初にチタン膜を蒸着によって形成し、その上に更に白金膜を同じく蒸着で形成し、必要に応じてニッケルや金などを蒸着することにより、導体層を形成することができる。

また、チャックトップ導体層の形成方法として、溶射を用いることもできる。この場合、溶射する材料としては、ニッケル、アルミニウム、銅などの導電性の材料を適宜選択すればよい。厚みに関しても、所定の抵抗値が得られる範囲ならば特に制約は無いが、実用上１〜１００μｍの厚みが好適である。厚みが１００μｍを超えると、導体層とＡｌＮの密着力が低下しやすくなる。また、厚みが１μｍ未満では、抵抗値が高くなり過ぎるため好ましくない。

このようにして、セラミックスヒーターの表面にチャックトップ導体層を設けたウエハプローバを製造することができる。得られたウエハプローバでは、非加熱時におけるウエハ載置面の反りの形状は、下地のセラミックス基板の形状を反映して、０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの凹状となる。尚、ウエハプローバのウエハ載置面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ウエハとの摩擦によってＡｌＮが脱粒することがある。脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウエハ処理に対して悪影響を与えることになる。従って、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば更に好適である。

［実施例１］
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、焼結助剤とバインダーを添加し、ボールミルによって分散混合した。この原料スラリーをスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み２０ｍｍの円板状にプレス成形した。得られた成形体を窒素雰囲気中にて温度８００℃で脱脂した後、１９００℃で４時間焼結することによって、ＡｌＮ焼結体を得た。このＡｌＮ焼結体の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍＫであった。

このＡｌＮ焼結体の外周面を外径３３０ｍｍになるまで研磨し、更に上下面を研磨して１５ｍｍの厚さにした。得られたＡｌＮ基板の一表面上に、タングステン粉末と焼結助剤をバインダーに混練して得た導電ペ一ストを印刷塗布し、所定の発熱体回路パターンを形成した。このＡｌＮ基板を窒素雰囲気中にて８００℃で脱脂した後、１８５０℃で焼成して、Ｗの抵抗発熱体を形成した。

その後、温度測定素子取り付け部と給電部を除いた抵抗発熱体上に、Ｂ_２Ｏ_３とＺｎＯを主成分とする結晶化ガラスペーストを印刷塗布し、大気中にて３５０℃で脱脂した後、窒素雰囲気中において７００℃で焼成して絶縁層を形成した。

次に、抵抗発熱体を形成した面とは反対側の表面を研磨加工して、試料毎に下記表１に示す反り量の反り形状とした。所定の反り形状とした表面上に、Ｎｉメッキを５μｍ施して、チャックトップ導体層とした。更に、抵抗発熱体の電極付近に雌ネジ加工を施し、雄ネジ加工を施したＭｏ電極を取り付けた。

このようにして得られたウエハプローバは、図１に模式的に示すように、ＡｌＮのセラミックス基板１の一表面に抵抗発熱体２と絶縁層３を備えたセラミックスヒーター４と、そのセラミックスヒーター４の抵抗発熱体２と反対側の表面（上記のごとく反り量を調整してある）に設けた導体層５とからなる。また、図中の６は、抵抗発熱体２に通電するための電極リードである。

これらのウエハプローバについて、抵抗発熱体に電圧２００Ｖで電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を２００℃まで昇温した。その際、導体層のウエハ載置面について、２００℃での反り量を測定し、その結果を初期の反り量と共に下記表１に示した。尚、表１中の反り量において、＋は反り方向が＋方向（凸状）であることを、−は反り方向が−方向（凹状）であることを表す（以下の各表において同じ）。

また、各ウエハプローバについて、導体層のウエハ載置面上に、厚み０.８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウエハを載せ、セラミックスヒーターの温度を２００℃に加熱した。その際、加熱時におけるウエハの表面温度分布を測定し、ウエハ表面の均熱性を求めた。得られた結果を、試料毎に下記表１に示した。

上記表１に示すように、ウエハプローバのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの範囲内の凹状とすることによって、検査工程でウエハを加熱する温度域においてウエハ載置面の高い平面度を得ることができ、同時にＡｌＮ（熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ）製のウエハプローバに要求されるウエハ表面の均熱性（±０.５％以下）を達成することができた。

［実施例２］
窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）粉末に、焼結助剤とバインダーを添加し、ボールミルによって分散混合した。この原料スラリーをスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み１ｍｍの円板状にプレス成形した。この成形体を非酸化性雰囲気中にて８００℃で脱脂した後、１５５０℃で４時間焼結することによって、Ｓｉ_３Ｎ_４焼結体を得た。このＳｉ_３Ｎ_４焼結体の熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫであった。

このＳｉ_３Ｎ_４焼結体の外周面を外径３３０ｍｍになるまで研磨し、得られたＳｉ_３Ｎ_４基板の一表面上にＡｇ−Ｐｔペーストをスクリーン印刷し、８５０℃で焼成して抵抗発熱体を形成した。その後、実施例１と同様にして、絶縁層を形成し、抵抗発熱体を形成した面と反対側の表面を試料毎に下記表２に示す反り形状に研磨した。更に、実施例１と同様にして、導体層を形成し、電極などを取り付けて、図１に示す構造のＳｉ_３Ｎ_４製のウエハプローバを得た。

このウエハプローバについて、抵抗発熱体に電圧２００Ｖで電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を２００℃まで昇温した。その際、ウエハプローバのウエハ載置面について、２００℃での反り量を測定し、その結果を初期の反り量と共に下記表２に示した。また、ウエハ載置面上に厚み０.８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウエハを載せ、セラミックスヒーターの温度を２００℃に加熱した時のウエハ表面の均熱性を求め、得られた結果を試料毎に下記表２に示した。

上記表２に示すように、ウエハプローバのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの範囲内の凹状とすることによって、検査工程でウエハを加熱する温度域においてウエハ載置面の高い平面度を得ることができ、同時にＳｉ_３Ｎ_４（熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ）製のウエハプローバに要求されるウエハ表面の均熱性（±１.０％以下）を達成することができた。

［実施例３］
酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）粉末に、焼結助剤とバインダーを添加し、ボールミルによって分散混合した。この原料スラリーをスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状にプレス成形した。この成形体を非酸化性雰囲気中にて８００℃で脱脂した後、１７７０℃で４時間焼結することにより、ＡｌＯＮ焼結体を得た。このＡｌＯＮ焼結体の熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫであった。

このＡｌＯＮ焼結体の外周面を外径３３０ｍｍになるまで研磨し、得られたＡｌＯＮ基板の一表面上に、実施例１と同じ方法で、Ｗが８５重量％、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３がそれぞれ５重量％の導体ペーストを印刷し、脱脂した後、窒素雰囲気中にて１７００℃で焼成して抵抗発熱体を形成した。その後、実施例１と同様にして、絶縁層を形成し、抵抗発熱体を形成した面と反対側の表面を試料毎に下記表３に示す反り形状に研磨した。この表面にＮｉの溶射により厚さ１０μｍの導体層を形成し、更に電極などを取り付けて、図１に示す構造のＡｌＯＮ製のウエハプローバを得た。

このウエハプローバについて、抵抗発熱体に電圧２００Ｖで電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を２００℃まで昇温した。その際、ウエハプローバのウエハ載置面について、２００℃での反り量を測定し、その結果を初期の反り量と共に下記表３に示した。また、ウエハ載置面上に厚み０.８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウエハを載せ、セラミックスヒーターの温度を２００℃に加熱した時のウエハ表面の均熱性を求め、得られた結果を試料毎に下記表３に示した。

上記表３から分るように、ウエハプローバのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの範囲内の凹状とすることによって、検査工程でウエハを加熱する温度域においてウエハ載置面の高い平面度を得ることができ、同時にＡｌＯＮ（熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ）製のウエハプローバに要求されるウエハ表面の均熱性（±１.０％以下）を達成することができた。

［実施例４］
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末に焼結助剤を加え、更に有機溶剤とバインダーを加え、ボールミル混合によりスラリーを作製し、実施例１と同様の手法で円板状の成形体を作製し、脱脂した後、窒素雰囲気中にて２０００℃で焼成することによりＳｉＣ焼結体を得た。このＳｉＣ焼結体の熱伝導率は２２０Ｗ／ｍＫであった。

このＳｉＣ焼結体に、実施例1と同様にして、抵抗発熱体と絶縁層を形成し、抵抗発熱体を形成した面と反対側の表面を試料毎に下記表４に示す反り形状に研磨した。この表面に、実施例１と同様にして、導体層を形成し、更に電極などを取り付けて、図１に示す構造のＳｉＣ製のウエハプローバを得た。

このウエハプローバについても、セラミックスヒーターの温度を２００℃まで昇温し、導体層のウエハ載置面について２００℃での反り量を測定し、その結果を初期の反り量と共に下記表４に示した。また、ウエハ載置面上に厚み０.８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウエハを載せ、セラミックスヒーターの温度を２００℃に加熱した時のウエハ表面の均熱性を求め、得られた結果を試料毎に下記表４に示した。

上記表４から分るように、ウエハプローバのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの範囲内の凹状とすることによって、検査工程でウエハを加熱する温度域においてウエハ載置面の高い平面度を得ることができ、同時にＳｉＣ（熱伝導率２２０Ｗ／ｍＫ）製のウエハプローバに要求されるウエハ表面の均熱性（±０.５％以下）を達成することができた。

［実施例５］
上記各実施例で得られた各試料のウエハプローバについて、ウエハ載置面にシリコンウエハを載置し、２００℃に加熱した状態で、プローブカードを１００回押し付け、ウエハの位置ずれの有無を確認した。その結果、比較例の各試料のウエハプローバは全て０.３ｍｍ以上の位置ずれが発生したのに対して、本発明の実施例であるウエハプローバでは、ウエハの位置ずれは全く観測されず、プローブカードの測定ピンを全てウエハに当てることができた。また、比較例である試料９のウエハプローバでは、ウエハにクラックが発生して破損した。

本発明のウエハプローバを示す概略の断面図である。

符号の説明

１ セラミックス基板
２ 抵抗発熱体
３ 絶縁層
４ セラミックスヒーター
５ 電極リード

Claims (3)

1. 半導体検査工程においてウエハを保持加熱するウエハプローバであって、セラミックス基板の表面に導体層を有し、該導体層を形成した面の反対側の表面又は内部に抵抗発熱体を備え、前記導体層におけるウエハ載置面の反り形状が非加熱時において０.００１〜０.７ｍｍ／３００ｍｍの凹状であることを特徴とするウエハプローバ。
2. 前記セラミックス基板が、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸窒化アルミニウム、炭化珪素から選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項１に記載のウエハプローバ。
3. 前記抵抗発熱体が、タングステン、モリブデン、タンタル、白金、パラジウム、銀、ニッケル、クロムから選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウエハプローバ。
   
   
   

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