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発明の名称 ウエハプローバおよびウエハプローバに使用されるセラミック基板
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−196425(P2001−196425A)
公開日 平成13年7月19日(2001.7.19)
出願番号 特願2000−313461(P2000−313461)
出願日 平成12年10月13日(2000.10.13)
代理人 【識別番号】100086586
【弁理士】
【氏名又は名称】安富 康男 (外2名)
発明者 伊藤 淳 / 平松 靖二 / 伊藤 康隆
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 セラミック基板の表面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、前記セラミック基板にガード電極および/またはグランド電極が配設されたウエハプローバであって、前記ガード電極および/または前記グランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体で構成されていることを特徴とするウエハプローバ。
【請求項2】 前記ガード電極および/または前記グランド電極の表面のみが導電性セラミックで構成されている請求項1に記載のウエハプローバ。
【請求項3】 前記ガード電極および/または前記グランド電極の全部が導電性セラミックで構成されている請求項1に記載のウエハプローバ。
【請求項4】 前記ガード電極および/または前記グランド電極は高融点金属で形成されてなる請求項1に記載のウエハプローバ。
【請求項5】 その表面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、ガード電極および/またはグランド電極が配設されたセラミック基板であって、前記ガード電極および/または前記グランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体で構成されていることを特徴とするウエハプローバに使用されるセラミック基板。
【請求項6】 前記ガード電極および/または前記グランド電極の表面のみが導電性セラミックで構成されている請求項5に記載のウエハプローバに使用されるセラミック基板。
【請求項7】 前記ガード電極および/または前記グランド電極の全部が導電性セラミックで構成されている請求項5に記載のウエハプローバに使用されるセラミック基板。
【請求項8】 前記ガード電極および/または前記グランド電極は高融点金属で形成されてなる請求項5に記載のウエハプローバに使用されるセラミック基板。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体産業において使用されるウエハプローバおよびウエハプローバに使用されるセラミック基板に関し、特には、薄くて軽く、昇温降温特性、耐久性に優れるウエハプローバおよびウエハプローバに使用されるセラミック基板に関する。
〔発明の詳細な説明〕
【0002】
【従来の技術】半導体は種々の産業において必要とされる極めて重要な製品であり、半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、このシリコンウエハに種々の回路等を形成することにより製造される。この半導体チップの製造工程においては、シリコンウエハの段階でその電気的特性が設計通りに動作するか否かを測定してチェックするプロービング工程が必要であり、そのために所謂プローバが用いられる。
【0003】このようなウエハプローバとして、例えば、特許第2587289号公報、特公平3−40947号公報、特開平11−31724号公報等には、アルミニウム合金やステンレス鋼などの金属製チャックトップを有するウエハプローバが開示されている(図14参照)。このようなウエハプローバでは、例えば、図13に示すように、ウエハプローバ501上にシリコンウエハWを載置し、このシリコンウエハWにテスタピンを持つプローブカード601を押しつけ、加熱、冷却しながら電圧を印加して導通テストを行う。なお、図13において、V3 は、プローブカード601に印加する電源33、V2 は、抵抗発熱体41に印加する電源32、V1 は、チャックトップ導体層2とガード電極5に印加する電源31であり、この電源31は、グランド電極6にも接続され、接地されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような金属製のチャックトップを有するウエハプローバには、次のような問題があった。
【0005】まず、金属製であるため、チャックトップの厚みは15mm程度と厚くしなければならない。このようにチャックトップを厚くするのは、薄い金属板では、プローブカードのテスタピンによりチャックトップが押され、チャックトップの金属板に反りや歪みが発生してしまい、金属板上に載置されるシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしてしまうからである。このため、チャックトップを厚くする必要があるが、その結果、チャックトップの重量が大きくなり、またかさばってしまう。
【0006】また、熱伝導率が高い金属を使用しているにもかかわらず、昇温、降温特性が悪く、電圧や電流量の変化に対してチャックトップ板の温度が迅速に追従しないため温度制御をしにくく、高温でシリコンウエハを載置すると温度制御不能になってしまう。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、金属製のチャックトップに代えて、剛性の高いセラミックを用い、このセラミック基板の表面にチャックトップ導体層が形成され、このセラミック基板にガード電極および/またはグランド電極が形成されたウエハプローバを想起するに至ったが、このガード電極等をタングステン等の高融点金属の金属板で構成した場合、これらの金属と周囲のセラミックとの熱膨張差に起因して、ガード電極等とセラミック基板とが剥離するという問題が発生した。
【0008】本発明者らは、上記課題に鑑みて鋭意研究した結果、このセラミック基板のガード電極等の少なくとも一部を導電性焼結体で構成することにより、上記した問題を解決することができることを見いだし本発明を完成するに至った。
【0009】即ち、本発明のウエハプローバは、セラミック基板の表面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、上記セラミック基板にガード電極および/またはグランド電極が配設されたウエハプローバであって、上記ガード電極および/または上記グランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体で構成されていることを特徴とする。また、本発明のセラミック基板は、その表面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、ガード電極および/またはグランド電極が配設されたセラミック基板であって、前記ガード電極および/または前記グランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体で構成されていることを特徴とする。
【0010】上記ウエハプローバ、および、上記ウエハプローバに使用される上記セラミック基板において、上記ガード電極および/または上記グランド電極の表面は導電性セラミックで構成されているか、上記ガード電極および/または上記グランド電極の全部が導電性セラミックで構成されているか、または、上記ガード電極および/または上記グランド電極は高融点金属で形成されていることが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明のウエハプローバ(以下、ウエハプローバに使用されるセラミック基板も含む)は、セラミック基板の表面にはチャックトップ導体層が形成され、上記セラミック基板には、ガード電極および/またはグランド電極が形成されたウエハプローバであって、上記ガード電極および/または上記グランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体で構成されていることを特徴とする。本発明のセラミック基板は、ウエハプローバに使用され、具体的には、半導体ウエハのプロービング用ステージ(いわゆるチャックトップ)として機能する。
【0012】本発明では、上記ガード電極および/または上記グランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体で構成されているので、これらの電極と周囲のセラミックとの熱膨張差に起因するガード電極等とセラミック基板との剥離は発生しにくい。また、上記ガード電極および/または上記グランド電極の少なくとも一部(表面)を導電性セラミックで構成することにより、例えば、500℃以上の高温まで加熱した場合にも、周囲のセラミックとガード電極等が反応することによる電極の導電率の変動を発生しにくくすることができる。なお、上記導電性焼結体としては、例えば、高融点金属、導電性セラミック等が挙げられる。
【0013】また本発明では、剛性の高いセラミック基板を使用し、このセラミック基板にガード電極および/またはグランド電極を配設することにより、これらが補強的効果を有し、プローブカードのテスタピンが押圧された場合でも、反りを防止することができる。そのため、チャックトップの厚さを金属に比べて小さくすることができる。
【0014】図1(a)は、本発明のウエハプローバの一実施形態を模式的に示した断面図であり、(b)は、その部分拡大断面図である。また、図2は、図1に示したウエハプローバの平面図であり、図3は、その底面図であり、図4は、図1に示したウエハプローバにおけるA−A線断面図である。
【0015】このウエハプローバでは、平面視円形状のセラミック基板3の表面に、同心円形状の溝7が形成されるとともに、溝7の一部にシリコンウエハを吸引するための複数の吸引孔8が設けられており、溝7を含むセラミック基板3の大部分にシリコンウエハの電極と接続するためのチャックトップ導体層2が円形状に形成されている。
【0016】一方、セラミック基板3の底面には、シリコンウエハの温度をコントロールするために、図3に示したような平面視同心円形状の発熱体41が設けられており、発熱体41の両端には、外部端子ピン191が接続、固定されている。さらに、セラミック基板3の内部には、ストレイキャパシタをキャンセルするためのガード電極5(5a、5b)が設けられるとともに、温度制御手段からのノイズをキャンセルするためのグランド電極6(6a、6b)が設けられている。
【0017】また、このガード電極5は、タングステンカーバイト等の導電性セラミックからなる表面電極層5bとタングステン等の高融点金属からなる内部電極層5aとから構成され、また、グランド電極6も、導電性セラミックからなる表面電極層6bと高融点金属からなる内部電極層6aとから構成されている。なお、ガード電極5とグランド電極6とは、表面の一部が導電性セラミックから構成されていてもよく、その全部が導電性セラミックから構成されていてもよい。また、ガード電極5とグランド電極6とは、高融点金属で形成されていてもよい。図2以降においては、ガード電極5とグランド電極6とを、1層で表す。
【0018】図1〜4に示したウエハプローバ装置では、ガード電極5およびグランド電極6を、セラミック基板3の内部に形成しているが、これらガード電極およびグランド電極は、セラミック基板の外に設けられていてもよい。
【0019】図8は、その両主面に、それぞれチャックトップ導体層およびガード電極が配設され、前記ガード電極上に絶縁体を介してグランド電極が配設されたウエハプローバ装置に使用されるセラミック基板を模式的に示す断面図である。
【0020】このウエハプローバ装置に使用されるセラミック基板73では、吸着面にチャックトップ導体層72が形成されるとともに、底面にガード電極75が形成され、このガード電極75の上にアルミナ等のセラミック板77が配設され、セラミック板77の上にグランド電極76が設けられている。
【0021】なお、セラミック基板77は、セラミック基板73上に形成された絶縁層74を介して結合されており、セラミック基板73とセラミック板77との間は、ガード電極75と絶縁層74とで完全に充填されており、吸引孔78は、これらセラミック基板73、絶縁層74およびセラミック板77を貫通するように形成されている。
【0022】この絶縁層74は、例えば、シリカゾル等の無機接着剤をセラミック基板の底面に塗布した後、セラミック板77をその上に重ねて加熱処理することにより形成されており、充分な耐熱性と接着力を有する。
【0023】また、このウエハプローバ装置に使用されるセラミック基板73では、その内部に発熱体71が設けられている。
【0024】本発明のウエハプローバは、例えば、図1〜4に示したような構成を有するものである。以下において、上記ウエハプローバを構成する各部材、および、本発明のウエハプローバの他の実施形態について、順次詳細に説明していくことにする。
【0025】上述したように、ガード電極5は、測定回路内に介在するストレイキャパシタをキャンセルするための電極であり、測定回路(即ち図1のチャックトップ導体層2)の接地電位が与えられている。また、グランド電極6は、温度制御手段からのノイズをキャンセルするために設けられている。
【0026】ガード電極5、グランド電極6としては、例えば、銅、チタン、クロム、ニッケル、貴金属(金、銀、白金等)、タングステン、モリブデンなどの高融点金属から選ばれる少なくとも1種、または、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの導電性セラミックから選ばれる少なくとも1種を使用することができるが、本発明では、ガード電極5および/またはグランド電極6の少なくとも一部は、上記高融点金属および/または上記導電性セラミックの焼結体で構成されている。
【0027】従って、このガード電極5、グランド電極6は、表面またはその一部が導電性焼結体で構成されていてもよく、全部が導電性焼結体で構成されていてもよい。また、表面を導電性セラミックで構成することにより、500℃以上の高温まで加熱した場合にも、周囲のセラミックとガード電極等が反応することによる電極の導電率の変動が発生しにくい。
【0028】ガード電極5およびグランド電極6の全体の厚さは、1〜20μmが望ましい。これらの電極の厚さが1μm未満では抵抗が高くなり、一方、20μmを超えると耐熱衝撃性が低下するからである。これらの表面に導電性セラミックからなる表面電極層5b、6bを形成する場合には、その厚さは、内部電極層6aの厚さの5〜50%が望ましい。5%未満では、熱膨張率の差を完全に吸収することができないため、クラック等が入りやすく、一方、50%を超えると、電極の抵抗が変化するため、使用しずらい。
【0029】ガード電極5およびグランド電極6は、図4に示したように格子状に設けられていることが望ましい。導体層上下のセラミック同士の密着性を改善でき、熱衝撃が加えられた場合でもクラックが発生したり、ガード電極5、グランド電極6とセラミックの界面で剥離が生じないからである。
【0030】さらに、チャックトップ導体層2とガード電極5との間にコンデンサが構成されるが、ガード電極5を格子状とすると無用な静電容量を小さくすることができる。格子の導体非形成部分は、図4に示したような方形であってもよく、円、楕円であってもよい。また、導体非形成部分が方形の場合には、その角にアールが設けられていてもよい。
【0031】本発明のウエハプローバで使用されるセラミック基板は、窒化物セラミック、炭化物セラミックおよび酸化物セラミックに属するセラミックから選ばれる少なくとも1種であることが望ましい。
【0032】上記窒化物セラミックとしては、金属窒化物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。また、上記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タンステン等が挙げられる。
【0033】上記酸化物セラミックとしては、金属酸化物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等が挙げられる。これらのセラミックは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0034】これらのセラミックの中では、窒化物セラミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比べて望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適である。熱伝導率が180W/m・Kと最も高いからである。
【0035】上記セラミック中には、カーボンを50〜5000ppm含むことが望ましい。セラミック内の電極パターンを隠蔽し、かつ、高輻射熱が得られるからである。カーボンは、X線回折で検出可能な結晶質または検出不能な非晶質の一方または両方であってもよい。
【0036】本発明におけるチャックトップのセラミック基板の厚さは、チャックトップ導体層より厚いことが必要であり、具体的には1〜10mmが望ましい。また、本発明においては、シリコンウエハの裏面を電極として使用するため、セラミック基板の表面にチャックトップ導体層が形成されている。
【0037】上記チャックトップ導体層の厚さは、1〜20μmが望ましい。1μm未満では抵抗値が高くなりすぎて電極として働かず、一方、20μmを超えると導体の持つ応力によって剥離しやすくなってしまうからである。
【0038】チャックトップ導体層としては、例えば、銅、チタン、クロム、ニッケル、貴金属(金、銀、白金等)、タングステン、モリブデンなどの高融点金属から選ばれる少なくとも1種の金属を使用することができる。
【0039】チャップ導体層は、金属や導電性セラミックからなる多孔質体であってもよい。多孔質体の場合は、後述するような吸引吸着のための溝を形成する必要がなく、溝の存在を理由としたウエハの破損を防止することができるだけでなく、表面全体で均一な吸引吸着を実現できるからである。
【0040】このような多孔質体としては、金属焼結体を使用することができる。また、多孔質体を使用した場合は、その厚さは、1〜200μmで使用することができる。多孔質体とセラミック基板との接合は、半田やろう材を用いる。
【0041】チャックトップ導体層としては、ニッケルを含むものであることが望ましい。硬度が高く、テスタピンの押圧に対しても変形等しにくいからである。チャックトップ導体層の具体的な構成としては、例えば、初めにニッケルスパッタリング層を形成し、その上に無電解ニッケルめっき層を設けたものや、チタン、モリブデン、ニッケルをこの順序でスパッタリングし、さらにその上にニッケルを無電解めっきもしくは電解めっきで析出させたもの等が挙げられる。
【0042】また、チタン、モリブデン、ニッケルをこの順序でスパッタリングし、さらにその上に銅およびニッケルを無電解めっきで析出させたものであってもよい。銅層を形成することでチャックトップ電極の抵抗値を低減させることができるからである。
【0043】さらに、チタン、銅をこの順でスパッタリングし、さらにその上にニッケルを無電解めっきもしくは無電解めっきで析出させたものであってもよい。また、クロム、銅をこの順でスパッタリングし、さらにその上にニッケルを無電解めっきもしくは無電解めっきで析出させたものとすることも可能である。
【0044】上記チタン、クロムは、セラミックとの密着性を向上させることができ、また、モリブデンはニッケルとの密着性を改善することができる。チタン、クロムの厚みは0.1〜0.5μm、モリブデンの厚みは0.5〜7.0μm、ニッケルの厚みは0.4〜2.5μmが望ましい。
【0045】上記チャックトップ導体層の表面には、貴金属層(金、銀、白金、パラジウム)が形成されていることが望ましい。貴金属層は、卑金属のマイグレーションによる汚染を防止することができるからである。貴金属層の厚さは、0.01〜15μmが望ましい。
【0046】本発明においては、セラミック基板に温度制御手段を設けておくことが望ましい。加熱または冷却しながらシリコンウエハの導通試験を行うことができるからである。
【0047】上記温度制御手段としては図1に示した発熱体41のほかに、ペルチェ素子であってもよい。発熱体を設ける場合は、冷却手段としてエアー等の冷媒の吹きつけ口などを設けておいてもよい。発熱体は、複数層設けてもよい。この場合は、各層のパターンは相互に補完するように形成されて、加熱面からみるとどこかの層にパターンが形成された状態が望ましい。例えば、互いに千鳥の配置になっている構造である。
【0048】発熱体としては、例えば、金属または導電性セラミックの焼結体、金属箔、金属線等が挙げられる。金属焼結体としては、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも1種が好ましい。これらの金属は比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。
【0049】また、導電性セラミックとしては、タングステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくとも1種を使用することができる。さらに、セラミック基板の外側に発熱体を形成する場合には、金属焼結体としては、貴金属(金、銀、パラジウム、白金)、ニッケルを使用することが望ましい。具体的には銀、銀−パラジウムなどを使用することができる。上記金属焼結体に使用される金属粒子は、球状、リン片状、もしくは球状とリン片状の混合物を使用することができる。
【0050】金属焼結体中には、金属酸化物を添加してもよい。上記金属酸化物を使用するのは、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと金属粒子を密着させるためである。上記金属酸化物により、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと金属粒子との密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面および窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの表面はわずかに酸化膜が形成されており、この酸化膜同士が金属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックが密着するのではないかと考えられる。
【0051】上記金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B23 )、アルミナ、イットリア、チタニアから選ばれる少なくとも1種が好ましい。これらの酸化物は、発熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとの密着性を改善できるからである。
【0052】上記金属酸化物は、金属粒子に対して0.1重量%以上10重量%未満であることが望ましい。抵抗値が大きくなりすぎず、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとの密着性を改善することができるからである。
【0053】また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B23 )、アルミナ、イットリア、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を100重量部とした場合に、酸化鉛が1〜10重量部、シリカが1〜30重量部、酸化ホウ素が5〜50重量部、酸化亜鉛が20〜70重量部、アルミナが1〜10重量部、イットリアが1〜50重量部、チタニアが1〜50主部が好ましい。但し、これらの合計が100重量部を超えない範囲で調整されることが望ましい。これらの範囲が特に窒化物セラミックとの密着性を改善できる範囲だからである。
【0054】発熱体をセラミック基板の表面に設ける場合は、発熱体の表面は、金属層410で被覆されていることが望ましい(図12(e)参照)。発熱体は、金属粒子の焼結体であり、露出していると酸化しやすく、この酸化により抵抗値が変化してしまう。そこで、表面を金属層で被覆することにより、酸化を防止することができるのである。
【0055】金属層の厚さは、0.1〜10μmが望ましい。発熱体の抵抗値を変化させることなく、発熱体の酸化を防止することができる範囲だからである。被覆に使用される金属は、非酸化性の金属であればよい。具体的には、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルから選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。なかでもニッケルがさらに好ましい。発熱体には電源と接続するための端子が必要であり、この端子は、半田を介して発熱体に取り付けるが、ニッケルは半田の熱拡散を防止するからである。接続端子しては、コバール製の端子ピンを使用することができる。なお、発熱体をヒータ板内部に形成する場合は、発熱体表面が酸化されることがないため、被覆は不要である。発熱体をヒータ板内部に形成する場合、発熱体の表面の一部が露出していてもよい。
【0056】発熱体として使用する金属箔としては、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して発熱体としたものが望ましい。パターン化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよい。金属線としては、例えば、タングステン線、モリブデン線等が挙げられる。
【0057】温度制御手段としてペルチェ素子を使用する場合は、電流の流れる方向を変えることにより発熱、冷却両方行うことができるため有利である。ペルチェ素子は、図7に示すように、p型、n型の熱電素子440を直列に接続し、これをセラミック板441などに接合させることにより形成される。ペルチェ素子としては、例えば、シリコン・ゲルマニウム系、ビスマス・アンチモン系、鉛・テルル系材料等が挙げられる。
【0058】本発明のウエハプローバのチャックトップ導体層形成面には図2に示したように溝7と空気の吸引孔8が形成されていることが望ましい。吸引孔8は、複数設けられて均一な吸着が図られる。シリコンウエハWを載置して吸引孔8から空気を吸引してシリコンウエハWを吸着させることができるからである。
【0059】本発明におけるウエハプローバとしては、例えば、図1に示すようにセラミック基板3の底面に発熱体41が設けられ、発熱体41とチャックトップ導体層2との間にガード電極5の層とグランド電極6の層とがそれぞれ設けられた構成のウエハプローバ101、図5に示すようにセラミック基板3の内部に扁平形状の発熱体42が設けられ、発熱体42とチャックトップ導体層2との間にガード電極5とグランド電極6とが設けられた構成のウエハプローバ201、図6に示すようにセラミック基板3の内部に発熱体である金属線43が埋設され、金属線43とチャックトップ導体層2との間にガード電極5とグランド電極6とが設けられた構成のウエハプローバ301、図7に示すようにペルチェ素子44(熱電素子440とセラミック基板441からなる)がセラミック基板3の外側に形成され、ペルチェ素子44とチャックトップ導体層2との間にガード電極5とグランド電極6とが設けられた構成のウエハプローバ401等が挙げられる。いずれのウエハプローバも、溝7と吸引孔8とを必ず有している。
【0060】また、本発明のウエハプローバとしては、図8に示すように、セラミック基板73の両主面に、それぞれチャックトップ導体層72およびガード電極75が配設され、ガード電極75上に絶縁体であるセラミック板77を介してグランド電極76が配設された構成のウエハプローバ501も挙げられる。
【0061】本発明では、図1〜8に示したようにセラミック基板3の内部に発熱体42、43、71が形成され(図5、6、8)、セラミック基板3の内部にガード電極5、グランド電極6(図1〜7)が形成されるため、これらと外部端子とを接続するための接続部(スルーホール)16、17、18、87が必要となる。
【0062】スルーホール16、17、18、87は、ガード電極5、グランド電極6の端部付近から延設され、袋孔180によりセラミック基板の底部に露出し、外部端子ピン19、190により接続されていてもよく、側面の付近に袋孔(図示せず)により露出し、外部端子により接続されていてもよい。スルーホール16、17、18、87は、タングステンペースト、モリブデンペーストなどの高融点金属、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの導電性セラミックからなるものであることが望ましい。また、スルーホール16、17、18、87の直径は、0.1〜10mmが望ましい。断線を防止しつつ、クラックや歪みを防止できるからである。このスルーホールを接続パッドとして外部端子ピンを接続する(図12(g)参照)。
【0063】袋孔180の作製に関しては、グリーンシートを作製した後、このグリーンシートにパンチング等により袋孔180となる貫通孔を設けてもよく、セラミック基板を作製した後、サンドブラスト、ドリル等により袋孔180を形成してもよい。
【0064】接続は、半田、ろう材により行う。ろう材としては銀ろう、パラジウムろう、アルミニウムろう、金ろうを使用する。金ろうとしては、Au−Ni合金が望ましい。Au−Ni合金は、タングステンとの密着性に優れるからである。
【0065】Au/Niの比率は、〔81.5〜82.5(重量%)〕/〔18.5〜17.5(重量%)〕が望ましい。Au−Ni層の厚さは、0.1〜50μmが望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。また、10-6〜10-5Paの高真空で500℃〜1000℃の高温で使用するとAu−Cu合金では劣化するが、Au−Ni合金ではこのような劣化がなく有利である。また、Au−Ni合金中の不純物元素量は全量を100重量部とした場合に1重量部未満であることが望ましい。
【0066】本発明では、必要に応じてセラミック基板に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により発熱体の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、電流量を変えて、温度を制御することができるからである。熱電対の金属線の接合部位の大きさは、各金属線の素線径と同一か、もしくは、それよりも大きく、かつ、0.5mm以下がよい。このような構成によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確に、また、迅速に電流値に変換されるのである。このため、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が小さくなるのである。上記熱電対としては、例えば、JIS−C−1602(1980)に挙げられるように、K型、R型、B型、S型、E型、J型、T型熱電対が挙げられる。
【0067】K型は、Ni/Cr合金とNi合金の組合せ、R型はPt−13%Rh合金とPtの組合せ、B型は、Pt−30%Rh合金とPt−65%Rh合金の組合せ、S型は、Pt−10%Rh合金とPtの組合せ、E型は、Ni/Cr合金とCu/Ni合金の組合せ、J型はFeとCu/Ni合金の組合せ、T型は、CuとCu/ni合金の組合せである。
【0068】図9は、以上のような構成の本発明のウエハプローバを設置するための支持台11を模式的に示した断面図である。この支持台11には、冷媒の吹き出し口12が形成されており、冷媒注入口14から冷媒が吹き込まれる。また、吸引口13から空気を吸引して吸引孔8を介してウエハプローバ上に載置されたシリコンウエハ(図示せず)を溝7に吸い付けるのである。
【0069】図10(a)は、支持台の他の一例を模式的に示した縦断面図であり、(b)は、(a)図におけるB−B線断面図である。図10に示したように、この支持台では、ウエハプローバがプローブカードのテスタピンの押圧によって反らないように、多数の支持柱15が設けられている。支持台は、アルミニウム合金、ステンレスなどを使用することができる。
【0070】次に、本発明のウエハプローバの製造方法の一例を図11〜12に示した断面図に基づき説明する。
(1)まず、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミックなどのセラミックの粉体をバインダおよび溶剤と混合してグリーンシート30を得る。前述したセラミック粉体としては、例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などを使用することができ、必要に応じて、イットリアなどの焼結助剤などを加えてもよい。
【0071】また、バインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも1種が望ましい。さらに、溶媒としては、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも1種が望ましい。これらを混合して得られるペーストをドクターブレード法でシート状に成形してグリーンシート30を作製する。
【0072】グリーンシート30に、必要に応じてシリコンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔や熱電対を埋め込む凹部を設けておくことができる。貫通孔や凹部は、パンチングなどで形成することができる。グリーンシート30の厚さは、0.1〜5mm程度が好ましい。
【0073】次に、グリーンシート30にガード電極、グランド電極を印刷する。印刷は、グリーンシート30の収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得られるように行い、これによりガード電極印刷体50、グランド電極印刷体60を得る。印刷体は、導電性セラミック、金属粒子などを含む導電性ペーストを印刷することにより形成する。
【0074】これらの導電性ペースト中に含まれる導電性セラミック粒子としては、タングステンまたはモリブデンの炭化物が最適である。酸化しにくく熱伝導率が低下しにくいからである。また、金属粒子としては、例えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケルなどを使用することができる。
【0075】導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒子径は0.1〜5μmが好ましい。これらの粒子は、大きすぎても小さすぎてもペーストを印刷しにくいからである。このようなペーストとしては、金属粒子または導電性セラミック粒子85〜97重量部、アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブおよびポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも1種のバインダ1.5〜10重量部、α−テルピネオール、グリコール、エチルアルコールおよびブタノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒を1.5〜10重量部混合して調製したぺーストが最適である。
【0076】表面を導電性セラミック、内部を高融点金属とする場合には、例えば、グリーンシート中にカーボン等を混合しておき、焼結過程においてタングステンとカーボン等とを反応させ、タングステンの炭化物等を生成させることにより、表面層を導電性セラミックとする方法や、導電性ペーストを印刷する際、グリーンシート上に導電性セラミック粉末を含むペーストを印刷した後、金属粉末を含むペーストを印刷し、さらにその上に導電性セラミック粉末を含むペーストを印刷して、金属粉末を含むペースト層を完全に包む構造とすること等が挙げられる。さらに、パンチング等で形成した孔に、導電ペーストを充填してスルーホール印刷体160、170を得る。
【0077】次に、図11(a)に示すように、印刷体50、60、160、170を有するグリーンシート30と、印刷体を有さないグリーンシート30を積層する。発熱体形成側に印刷体を有さないグリーンシート30を積層するのは、スルーホールの端面が露出して、発熱体形成の焼成の際に酸化してしまうことを防止するためである。もしスルーホールの端面が露出したまま、発熱体形成の焼成を行うのであれば、ニッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリングする必要があり、さらに好ましくは、Au−Niの金ろうで被覆してもよい。
【0078】(2)次に、図11(b)に示すように、積層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおよび導電ペーストを焼結させる。加熱温度は、1000〜2000℃、加圧は100〜200kg/cm2 が好ましく、これらの加熱および加圧は、不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素などを使用することができる。この工程でスルーホール16、17、ガード電極5、グランド電極6が形成される。
【0079】(3)次に、図11(c)に示すように、焼結体の表面に溝7を設ける。溝7は、ドリル、サンドブラスト等により形成する。
(4)次に、図11(d)に示すように、焼結体の底面に導電ペーストを印刷してこれを焼成し、発熱体41を作製する。
【0080】(5)次に、図12(e)に示すように、ウエハ載置面(溝形成面)にチタン、モリブデン、ニッケル等をスパッタリングした後、無電解ニッケルめっき等を施しチャックトップ導体層2を設ける。このとき同時に、発熱体41の表面にも無電解ニッケルめっき等により保護層410を形成する。
【0081】(6)次に、図12(f)に示すように、溝7から裏面にかけて貫通する吸引孔8や、外部端子接続のための袋孔180をドリル、サンドブラスト等により形成する。袋孔180の内壁は、その少なくとも一部が導電化され、その導電化された内壁は、ガード電極、グランド電極などと接続されていることが望ましい。内壁を導電化するためには、グリーンシート30を作製した際、袋孔180の内壁となる部分に、導電ペースト層を形成しておく必要がある。
【0082】(7)最後に、図12(g)に示すように、発熱体41表面の取りつけ部位に半田ペーストを印刷した後、外部端子ピン191を乗せて、加熱してリフローする。加熱温度は、200〜500℃が好適である。
【0083】また、袋孔180にも金ろうを介して外部端子19、190を設ける。さらに、必要に応じて、有底孔を設け、その内部に熱電対を埋め込むことができる。半田は銀−鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用することができる。なお、半田層の厚さは、0.1〜50μmが望ましい。半田による接続を確保するに充分な範囲だからである。
【0084】なお、上記説明ではウエハプローバ101(図1参照)を例にしたが、ウエハプローバ201(図5参照)を製造する場合は、発熱体をグリーンシートに印刷すればよい。また、ウエハプローバ301(図6参照)を製造する場合は、セラミック粉体にガード電極、グランド電極として金属板を、また金属線を発熱体にして埋め込み、焼結すればよい。さらに、ウエハプローバ401(図7参照)を製造する場合は、ペルチェ素子を溶射金属層を介して接合すればよい。
【0085】また、ウエハプローバ501(図8参照)を製造する場合は、発熱体をグリーンシートに印刷してセラミック基板を形成した後、底面にガード電極を形成し、そのセラミック基板に、グランド電極を配設したセラミック板を無機接着材で接合すればよい。
【0086】
【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)ウエハプローバ101(図1参照)の製造(1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.4μm)4重量部、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.5重量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合した組成物を用い、ドクターブレード法により成形を行って厚さ0.47mmのグリーンシートを得た。
【0087】(2)このグリーンシートを80℃で5時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔を設けた。
(3)平均粒子径1μmのタングステンカーバイド粒子100重量部、アクリル系バインダ3.0重量部、α−テルピネオール溶媒3.5重量および分散剤0.3重量部を混合して導電性ペーストAとした。
【0088】また、平均粒子径3μmのタングステン粒子100重量部、アクリル系バインダ1.9重量部、α−テルピネオール溶媒3.7重量および分散剤0.2重量部を混合して導電性ペーストBとした。
【0089】次に、グリーンシートに、この導電性ペーストAを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用印刷体50、グランド電極用印刷体60を印刷印刷した。また、端子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔に導電性ペーストBを充填した。
【0090】さらに、印刷されたグリーンシートおよび印刷がされていないグリーンシートを50枚積層して130℃、80kg/cm2 の圧力で一体化することにより積層体を作製した(図11(a)参照)。
【0091】(4)次に、この積層体を窒素ガス中で600℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力150kg/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。得られた板状体を、直径230mmの円形状に切り出してセラミック製の板状体とした(図11(b)参照)。スルーホール16、17の大きさは、直径0.2mm、深さ0.2mmであった。また、ガード電極5、グランド電極6の厚さは10μm、ガード電極5の形成位置は、ウエハ載置面から1mm、グランド電極6の形成位置は、ウエハ載置面から1.2mmであった。また、ガード電極5、グランド電極6の導体非形成領域の1辺の大きさは、0.5mmであった。
【0092】(5)上記(4)で得た板状体を、ダイアモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、SiC粒子等によるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部(図示せず)およびシリコンウエハ吸着用の溝7(幅0.5mm、深さ0.5mm)を設けた(図11(c)参照)。
【0093】(6)さらに、ウエハ載置面に対向する面に発熱体41を印刷した。印刷は導電ペーストを用いた。導電ペーストは、プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストPS603Dを使用した。この導電ペーストは、銀/鉛ペーストであり、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、アルミナからなる金属酸化物(それぞれの重量比率は、5/55/10/25/5)を銀100重量部に対して7.5重量部含むものであった。また、銀の形状は平均粒径4.5μmでリン片状のものであった。
【0094】(7)導電ペーストを印刷したヒータ板を780℃で加熱焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともにセラミック基板3に焼き付けた。さらに硫酸ニッケル30g/l、ほう酸30g/l、塩化アンモニウム30g/lおよびロッシェル塩60g/lを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴にヒータ板を浸漬して、銀の焼結体41の表面に厚さ1μm、ホウ素の含有量が1重量%以下のニッケル層410を析出させた。この後、ヒータ板は、120℃で3時間アニーリング処理を施した。銀の焼結体からなる発熱体は、厚さが5μm、幅2.4mmであり、面積抵抗率が7.7mΩ/□であった(図11(d))。
【0095】(8)溝7が形成された面に、スパッタリング法により、順次、チタン層、モリブデン層、ニッケル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本真空技術株式会社製のSV−4540を使用した。スパッタリングの条件は気圧0.6Pa、温度100℃、電力200Wであり、スパッタリング時間は、30秒から1分の範囲内で、各金属によって調整した。得られた膜の厚さは、蛍光X線分析計の画像から、チタン層は0.3μm、モリブデン層は2μm、ニッケル層は1μmであった。
【0096】(9)硫酸ニッケル30g/l、ほう酸30g/l、塩化アンモニウム30g/lおよびロッシェル塩60g/lを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴、および、硫酸ニッケル250〜350g/l、塩化ニッケル40〜70g/l、ホウ酸30〜50g/lを含み、硫酸でpH2.4〜4.5に調整した電解ニッケルめっき浴を用いて、上記(8)で得られたセラミック板を浸漬し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ7μm、ホウ素の含有量が1重量%以下のニッケル層を析出させ、120℃で3時間アニーリングした。発熱体表面は、電流を流さず、電解ニッケルめっきで被覆されない。
【0097】さらに、表面にシアン化金カリウム2g/l、塩化アンモニウム75g/l、クエン酸ナトリウム50g/lおよび次亜リン酸ナトリウム10g/lを含む無電解金めっき液に、93℃の条件で1分間浸漬し、ニッケルめっき層15上に厚さ1μmの金めっき層を形成した(図12(e)参照)。
【0098】(10)溝7から裏面に抜ける空気吸引孔8をドリル加工により形成し、さらにスルーホール16、17を露出させるための袋孔180を同様にドリル加工により設けた(図12(f)参照)。この袋孔180にNi−Au合金(Au81.5重量%、Ni18.4重量%、不純物0.1重量%)からなる金ろうを用い、970℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピン19、190を接続させた(図12(g)参照)。また、発熱体に半田(スズ9/鉛1)を介してコバール製の外部端子ピン191を形成した。
【0099】(11)次に、温度制御のための複数熱電対を凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ101を得た。(12)このウエハプローバ101を図9の断面形状を有するステンレス製の支持台にセラミックファイバー(イビデン社製 商品名 イビウール)からなる断熱材10を介して組み合わせた。この支持台11は冷媒吹き出し口12を有し、ウエハプローバ101の温度調整を行うことができる。また、吸引口13から冷媒や空気を吸引してシリコンウエハの吸着を行う。
【0100】(実施例2)ウエハプローバ201(図5参照)の製造(1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.4μm)4重量部、アクリルバイダー11.5重量部、分散剤0.5重量部、カーボン粉末0.9重量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合した組成物を、ドクターブレード法により成形し、厚さ0.47mmのグリーンシートを得た。
【0101】(2)このグリーンシートを80℃で5時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔を設けた。
(3)平均粒子径1μmのタングステンカーバイド粒子100重量部、アクリル系バインダ3.0重量部、α−テルピネオール溶媒3.5重量および分散剤0.3重量部を混合して導電性ペーストAとした。
【0102】また、平均粒子径3μmのタングステン粒子100重量部、アクリル系バインダ1.9重量部、α−テルピネオール溶媒3.7重量および分散剤0.2重量部を混合して導電性ペーストBとした。
【0103】次に、グリーンシートに、この導電性ペーストBを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用印刷体、グランド電極用印刷体を印刷した。さらに、導電ペーストAを用い、発熱体を図3に示すように同心円パターンとして印刷した。
【0104】また、端子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔に導電性ペーストBを充填した。さらに、印刷されたグリーンシートおよび印刷がされていないグリーンシートを50枚積層して130℃、80kg/cm2 の圧力で一体化し、積層体を作製した。
【0105】(4)次に、この積層体を窒素ガス中で600℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力150kg/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径230mmの円状に切り出してセラミック製の板状体とした。スルーホールの大きさは直径2.0mm、深さ3.0mmであった。また、ガード電極5、グランド電極6の厚さは6μm、ガード電極5の形成位置は、ウエハ載置面から0.7mm、グランド電極6の形成位置は、ウエハ載置面から1.4mm、発熱体の形成位置は、ウエハ載置面から2.8mmであった。また、ガード電極5、グランド電極6の導体非形成領域の1辺の大きさは、0.5mmであった。
【0106】(5)上記(4)で得た板状体を、ダイアモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、SiC粒子等によるブラスト処理で表面に熱電対のための凹部(図示せず)およびシリコンウエハ吸着用の溝7(幅0.5mm、深さ0.5mm)を設けた。
【0107】(6)溝7が形成された面にスパッタリングにてチタン、モリブデン、ニッケル層を形成した。スパッタリングのための装置は、日本真空技術株式会社製のSV−4540を使用した。スパッタリングの条件は気圧0.6Pa、温度100℃、電力200Wで、スパッタリングの時間は、30秒から1分の間で、各金属により調整した。得られた膜は、蛍光X線分析計の画像からチタンは0.5μm、モリブデンは4μm、ニッケルは1.5μmであった。
【0108】(7)硫酸ニッケル30g/l、ほう酸30g/l、塩化アンモニウム30g/l、ロッシェル塩60g/lを含む水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に(6)で得られたセラミック板3を浸漬して、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ7μm、ホウ素の含有量が1重量%以下のニッケル層を析出させ、120℃で3時間アニーリングした。
【0109】さらに、表面にシアン化金カリウム2g/l、塩化アンモニウム75g/l、クエン酸ナトリウム50g/l、次亜リン酸ナトリウム10g/lからなる無電解金めっき液に93℃の条件で1分間浸漬して、ニッケルめっき層上に厚さ1μmの金めっき層を形成した。
【0110】(8)溝7から裏面に抜ける空気吸引孔8をドリル加工により形成し、さらにスルーホール16、17を露出させるための袋孔180を同様にドリル加工により設けた。この袋孔180にNi−Au合金(Au81.5重量%、Ni18.4重量%、不純物0.1重量%)からなる金ろうを用い、970℃で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピン19、190を接続させた。外部端子19、190は、W製でもよい。
【0111】(9)温度制御のための複数熱電対を凹部に埋め込み、ウエハプローバヒータ201を得た。このウエハプローバをガード電極、グランド電極が露出するように切断して、その組成をEPMAで測定したところ、表面はタングステンの炭化物により構成されていることがわかった。
(10)このウエハプローバ201を図10の断面形状を持つステンレス製の支持台にセラミックファイバー(イビデン社製:商品名 イビウール)からなる断熱材10を介して組み合わせた。この支持台21には、ウエハプローバの反り防止のための支持柱15が形成されている。また、吸引口13から空気を吸引してシリコンウエハの吸着を行う。
【0112】(実施例3) ウエハプローバ301(図6参照)の製造(1)厚さ10μmのタングステン箔を打抜き加工することにより格子状の電極を形成した。格子状の電極2枚(ぞれぞれガード電極5、グランド電極6となるもの)およびタングステン線を窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.4μm)4重量部およびカーボン粉末0.9重量部とともに、成形型中に入れて窒素ガス中で1890℃、圧力150kg/cm2 で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径230mmの円状に切り出して板状体とした。
(2)この板状体に対し、実施例2の(5)〜(10)の工程を実施し、ウエハプローバ301を得、実施例1と同様にウエハプローバ301を図9に示した支持台11上に載置した。なお、このウエハプローバをガード電極、グランド電極が露出するように切断して、その組成をEPMAで測定したところ、表面はタングステンの炭化物により構成されていることがわかった。
【0113】(実施例4) ウエハプローバ401(図7参照)の製造実施例1の(1)〜(5)、および、(8)〜(10)を実施した後、さらにウエハ載置面に対向する面にニッケルを溶射し、この後、鉛・テルル系のペルチェ素子を接合させ、ウエハプローバ401を得、実施例1と同様にウエハプローバ401を図9に示した支持台11上に載置した。
【0114】(実施例5) 炭化珪素をセラミック基板とするウエハプローバの製造以下に記載する事項または条件以外は、実施例3の場合と同様にして、ウエハプローバを製造した。即ち、平均粒径1.0μmの炭化ケイ素粉末100重量部を使用し、また、格子状の電極2枚(ぞれぞれガード電極5、グランド電極6となるもの)、および、表面にテトラエトキシシラン10重量%、塩酸0.5重量%および水89.5重量%からなるゾル溶液を塗布したタングステン線を使用し、1900℃の温度で焼成した。なお、ゾル溶液は焼成でSiO2 となって絶縁層を構成する。次に、実施例5で得られたウエハプローバ401を、実施例1と同様に図9に示した支持台11上に載置した。
【0115】(実施例6) アルミナをセラミック基板とするウエハプローバの製造以下に記載する工程または条件以外は、実施例1の場合と同様にして、ウエハプローバを製造した。アルミナ粉末(トクヤマ製、平均粒径1.5μm)100重量部、アクリルバイダー11.5重量部、分散剤0.5重量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合した組成物を、ドクターブレード法を用いて成形し、厚さ0.5mmのグリーンシートを得た。また、焼成温度を1000℃とした。次に、実施例6で得られたウエハプローバを、実施例1と同様に図9に示した支持台11上に載置した。
【0116】(実施例7)
(1)平均粒子径3μmのタングステン粉末を円板状の成形治具に入れて、窒素ガス中で温度1890℃、圧力150kg/cm2 で3時間ホットプレスして、直径200mm、厚さ110μmのタングステン製の多孔質チャックトップ導体層を得た。
【0117】(2)次に、実施例1の(1)〜(4)、および、(5)〜(7)と同様の工程を実施し、ガード電極、グランド電極、発熱体を有するセラミック基板を得た。
【0118】(3)上記(1)で得た多孔質チャックトップ導体層を金ろう(実施例1の(10)と同じもの)の粉末を介してセラミック基板に載置し、970℃でリフローした。
(4)実施例1の(10)〜(12)と同様の工程を実施してウエハプローバを得た。この実施例で得られたウエハプローバは、チャックトップ導体層に半導体ウエハが均一に吸着する。
【0119】(実施例8)
(1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒径1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.4μm)4重量部、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.5重量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合した組成物を用い、ドクターブレード法により成形を行って厚さ0.47mmのグリーンシートを得た。
【0120】(2)このグリーンシートを80℃で5時間乾燥させた後、パンチングにて発熱体と外部端子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔を設けた。
(3)平均粒子径3μmのタングステン粒子100重量部、アクリル系バインダ1.9重量部、α−テルピネオール溶媒3.7重量および分散剤0.2重量部を混合して導電性ペーストとした。
【0121】次に、グリーンシートに、この導電性ペーストを用いたスクリーン印刷で、格子状のガード電極用印刷体50、グランド電極用印刷体60を印刷印刷した。また、端子ピンと接続するためのスルーホール用の貫通孔に導電性ペーストを充填した。
【0122】さらに、印刷されたグリーンシートおよび印刷がされていないグリーンシートを50枚積層して130℃、80kg/cm2 の圧力で一体化することにより積層体を作製した(図11(a)参照)。
【0123】(4)この後、実施例1と同様に焼成を行って板状体を得た後、直径230mmの円形状に切り出してセラミック製の板状体とし、続いて、実施例1と同様にダイアモンド研磨、発熱体の印刷、焼成を行い、めっき、スパッタリング等を行ってウエハプローバを得た。そして、得られたウエハプローバを図9に示した支持台に載置した。
【0124】(比較例1)以下に記載する工程または条件以外は、実施例1の場合と同様にして、ウエハプローバを製造した。実施例1の(1)〜(2)と同様の工程を実施して得られたグリーンシート上に、厚さ100μmのタングステン板を加工することにより形成したガード電極用金属板、グランド電極用金属板を載置した。実施例1の(3)と同様の工程を実施して得られた導電性ペーストBを、スルーホール用の貫通孔に充填した。さらに、金属板が載置されたグリーンシート、および、金属板が載置されていないグリーンシートを50枚積層して130℃、80kg/cm2 の圧力で一体化することにより積層体を作製した。
【0125】次に、比較例1で得られたウエハプローバを、実施例1と同様に図10に示した支持台11に載置した。
【0126】評価方法(1)導通テスト支持台に載置された上記実施例および比較例で製造したウエハプローバの上に、図13に示したようにシリコンウエハWを載置し、加熱などの温度制御を行いながら、プローブカード601を押圧して導通テストを行った。この導通テストでは、チャックトップ導体層およびガード電極にそれぞれ100Vを印加した。また、グランド電極は、接地した。ガード電極には、必要に応じて電圧を印加することができる。
【0127】(2)抵抗値の測定上記実施例および比較例に係るウエハプローバについて、600℃の雰囲気で24時間置いた後、デジタルマルチメーターを用いて加熱前と加熱後のガード電極およびグランド電極の抵抗値を測定した。
【0128】(3)ヒートサイクル試験上記実施例および比較例に係るウエハプローバについて、−55℃で5分間保持した後、150℃で5分間保持するヒートサイクルを1000回繰り返すヒートサイクル試験を行った。
【0129】(4)耐熱衝撃試験上記実施例および比較例に係るウエハプローバについて、200℃まで加熱した後、水中投下する耐熱衝撃試験を行った。これらの結果を下記の表1に示した。
【0130】
【表1】

【0131】上記導通テストの結果、実施例1〜8および比較例1に係るウエハプローバでは、セラミック基板には殆ど反りが発生せず、良好に導通テストを行うことができた。
【0132】また、表1に示した結果より明らかなように、実施例1〜7に係るウエハプローバでは、600℃で24時間置いた後も、殆ど抵抗率に変化がなかったのに対し、比較例1に係るウエハプローバでは、抵抗率が大きく変化していた。また、実施例8に係るウエハプローバは、一部が導通不良となり、良品率が低下してしまった。
【0133】実施例1〜7に係るウエハプローバでは、ガード電極および/またはグランド電極の少なくとも一部が導電性セラミックにより構成されているので、周囲のセラミックとガード電極等が反応することによる電極の導電率の変動が発生しにくいためであると考えられる。
【0134】また、実施例1〜7に係るウエハプローバでは、ヒートサイクル試験や耐熱衝撃試験により、ガード電極等にクラックや剥離が発生しなかったのに対し、比較例1に係るウエハプローバでは、ガード電極等にクラックが発生し、セラミック基板とガード電極等との剥離が発生した。一方、実施例8に係るウエハプローバでは、ヒートサイクル試験により、小さなクラックが発生していたが、剥離は発生していなかった。
【0135】これは、実施例1〜8に係るウエハプローバでは、ガード電極および/またはグランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体により構成されているためであると考えられる。
【0136】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明のウエハプローバは、ガード電極および/またはグランド電極の少なくとも一部が導電性焼結体により構成されているので、セラミック基板とガード電極等との剥離が発生しにくい。また、ガード電極および/またはグランド電極の少なくとも一部を導電性セラミックにより構成することで、これらの電極と周囲のセラミックとの熱膨張差に起因するセラミック基板の破損は発生しにくく、また、500℃以上の高温まで温度が上昇した場合にも、周囲のセラミックとガード電極等が反応することによる電極の導電率の変動が発生しにくいウエハプローバを得ることができる。また、本発明のウエハプローバは、プローブカードを押圧した場合でも反りがなく、ウエハの破損や測定ミスを防止し、かつ昇温、降温特性に優れる。




 

 


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