WO2002101816A1

WO2002101816A1 - Dispositif d'etalonnage de tranche

Info

Publication number: WO2002101816A1
Application number: PCT/JP2001/004775
Authority: WO
Inventors: Atsushi Ito; Yasuji Hiramatsu; Yasutaka Ito
Original assignee: Ibiden Co., Ltd.
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2002-12-19
Also published as: IL154264A0; US20040021475A1; EP1394847A1

Description

明細書

ウエノヽプ p一 /

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ェハプローバに関し、特には、薄くて軽く、昇温降温特性に優れるウェハプローバに関する。背景技術

半導体は種々(^産業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ェハを作製した後、このシリコンウェ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、シリコンウェハをカツトしてそれぞれの半導体チップに分割する前の段階で、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一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。

このようなプローバとして、例えば、特許第 2 5 8 7 2 8 9号公報、特公平 3 - 4 0 9 4 7号公報、特開平 1 1— 3 1 7 2 4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ェハプローバが開示されている。

このようなウェハプローバでは、例えば、図 1 2に示すように、ウェハプロ一バ 1 0 1上にシリコンウェハ W "を载置し、このシリコンウェハ Wにテスタピンを持つプローブカード 6 0 1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 1 2において、 V ₃は、プローブカード 6 0 .1に印加する電源 3 3、 V ₂は、抵抗発熱体 4 1に印加する電源 3 2、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 3 1であり、この電源 3 1は、グランド電極 6にも接続され、接地されている。発明の要約ところが、このような金属製のチャックトップを有するウェハプローバには、次のような問題があった。

まず、金属製であるため、チャックトップの厚みは 1 5 mm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ェ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、チャックトツプの重量が大きくなり、またかさばってしまうという問題があった。

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、畀温、降温特性が悪く、電圧や電流量の変化に対してチヤ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、高温でシリコンウェハを載置すると温度制御不能になつてしまうという問題もあった。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、金属製のチヤッタトップに代えて、剛性の高いセラミックを基板として用い、その表面に導体層を設けてこれをチャックトップ導体層し、さらに、このセラミック基板の高誘電率に起因するストレイキャパシタをキャンセルするためにガード電極を設けることを想起した。

し力しながら、ガード電極を設けたのみでは、抵抗発熱体等から発生するノィズがガード電極に大きな影響を与えるのを防止することは難しく、そのため、シリコンウェハの導通テストを行った際に、このノイズに起因して集積回路等に誤動作が発生することがあるため、導通テストにより正確な判定を行うことができない場合があった。

そこで、本発明者らはさらに検討を重ねた結果、側面に金属層を設けることにより、ノイズに起因する集積回路の誤動作をなくすことができ、導通テストにより集積回路等が正常に動作しているか否かについて、正確な判定を行うことできることを見いだし本発明を完成させたものである。

本発明は、セラミック基板の一主面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、その内部にガード電極が形成されてなるウェハプローバであって、, _t 上記セラミック基板の側面に金属層が形成されていることを特徴とするゥプローバである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明のウェハプローバの一例を辫式的に示す断面図である。

図 2は、図 1に示したウェハプローバの平面図である。

図 3は、図 1に示したウェハプローバの底面図である。

図 4は、図 1に示したウェハプローバの A— A線断面図である。

図 5は、本発明のウェハプローバの一例を模式的に示す断面図である。

図 6は、本発明のウェハプローバの一例を模式的に示す断面図である。

図 7は、本発明のウェハプロ一パの一例を模式的に示す断面図である。

図 8は、本発明のウェハプローバを支持容器と組み合わせた場合を模式的に示す断面図である。

図 9において、（a) は、本発明のウェハプローバを他の支持容器と組み合わせた場合を模式的に示す縦断面図であり、（b) は、その B— B線断面図である。図 10において、（a) - (d) は、本発明のウェハプローバの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

図 1 1において、（e) 〜（g) は、本発明のウェハプローバの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。

図 12は、本発明のウェハプローバを用いて導通テストを行っている状態を模式的に示す断面図である。符号の説明

10 1、 201、 301、 401 ウェハプローパ

2 チヤップトップ導体層

2 a 側面導体層

3 セラミック基板

5 ガード電極

6 7 溝

8 吸引孔

10 断熱材

1 1 支持容器

1 2 冷媒吹き出し口

13 吸引口

14 冷媒注入口

15 支持柱

16、 18 スノレーホ一ノレ

17 接続部

180 袋孔

1 9、 190 外部端子ピン

41, 42 発熱体

410 保護層

43 金属線

44 ペルチェ素子

440 熱電素子

441 セラミック基板

51 導体層

52 導体層非形成部発明の詳細な開示

本発明のウェハプローパは、セラミック基板の一主面にチャックトップ導体層が形成されるとともに、その内部にガード電極が形成されてなるウェハプローバであって、上記セラミック基板の側面に金属層が形成されていることを特徴とする。

本発明では、上記セラミック基板の側面に金属層が形成され、上記金属層は上記ガード電極と接続されているので、抵抗発熱体などから発生するノイズが、セラミック基板側面から外側にまわり出してチャックトップ導体層に達するのを防止することができ、このノィズに起因する集積回路の誤動作を防止することができ、導通テストにより集積回路が正常に動作するか否かを正確に判定することが可能となる。

図 1は、本発明のウェ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、図 2は、その平面図であり、図 3は、その底面図であり、図 4は、図 1に示したウェハプローバにおける A— A線断面図である。

このウェハプローバ 1 0 1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ェ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ェ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。

一方、セラミック基板 3の底面には、シリコンウェ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 4 1が設けられており、発熱体 4 1の両端には、外部端子ピン 1 9 0が接続、固定され、セラミック基板 3の内部には、ストレイキャパシタゃノイズを除去するためにガード電極 5とグランド電極 6とが設けられている。

また、セラミック基板 3の側面には金属層 2. aが設けられており、この金属層 2 aは、ガード電極 5に接続されている。そのため、抵抗発熱体 4 1は'、ガード電極 5と側面の金属層（導体層） 2 aで囲まれていることになり、抵抗発熱体 4 1等から発生するノィズに起因する集積回路等の誤動作を確実に防止することができる。

本発明のウェハプローバは、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、上記ウェハプローバを構成する各部材、および、本発明のウェ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。

本発明のウェ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。

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、窒化アルミ二ゥム、窒化ケィ素、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、炭化ケィ素、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。

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、ジノレコニァ、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。

これらのセラミックの中では、窒化物セラミッタ、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 1 8 O W/m · Kと最も高いからである。

上記セラミック中には、カーボンを 1 0 0〜2 0 0 0 p p m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。

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 1〜1 O mmが望ましい。

また、本発明においては、シリコンウェハの裏面を電極として使用するため、セラミック基板の一主面にチャックトップ導体層が形成されており、側面には、ガード電極と接続された金属層（以下、側面導体層ともいう）が形成されている。上記チヤックトツプ導体眉および側面導体層の厚さは、 1〜 2 0 μ mが望ましい。 1 μ m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、 2 0 μ m 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。チャックトップ導体層および側面導体層としては、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、モリプ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。

チヤップトツプ導体層や側面導体層は、金属や導電性セラミックカゝらなる多孔質体であってもよい。チャッブトップ導体層を多孔質体で形成すると、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ェ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。

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 ~ 2 0 0 ju ni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。チャックトツプ導体層およぴ側面導体層としては、ニッケルを含むものであることが望ましい。硬度が高く、チャックトップ導体層の場合、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おょぴ側面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、エ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つきもしくは電解めつきで析出させたもの等が挙げられる。

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つ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。

さらに、チタン、銅をこの順でスパッタリングし、さらにその上にエッケ/レを無電解めつきもしくは無電解めつ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つきもしくは無電解めつきで析出させたものとすることも可能である。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、モリプデンは二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 . 5 i m、モリブデンの厚みは 0 , 5〜7 . 0 /i m、ニッケルの厚みは 0 . 4〜2 . 5 mが望ましい。

上記チャックトップ導体層および側面導体層の表面には、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 . 0 1〜1 5 μ ιηが望ましい。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ェハの導通試験を行うことができるからである。

上記温度制御手段としては図 1に示した発熱体 4 1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、ウェハプローバを嵌め込むための装置に、冷却手段としてエア一等の冷媒の吹きつけ口などを設けてもよい。

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一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。

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、モリプ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。

また、導電性セラミックとしては、タングステン、モリプ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、金属焼結体としてほ、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、銀一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。

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、金属粒子表面およぴ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。

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（ B ₂ 0 ₃) 、アルミナ、イットリア、チタユ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。上記金属酸化物は、金属粒子に対して 0 . 1重量％以上 1 0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。

また、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（B ₂ 0 ₃) 、アルミナ、イツトリァ、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を 1 0 0重量部とした場合に、酸化鉛が 1〜1 0重量部、シリカが 1〜3 0重量部、-酸化ホウ素が 5 ~ 5 0重量部、酸化亜鉛が 2 0〜 7 0重量部、アルミナが 1〜 1 0重量部、イットリアが 1〜 5 0重量部、チタユアが 1〜5 0重量部が好ましい。但し、これらの合計が 1 0 0 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。

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 4 1 0で被覆されていることが望ましい（図 1 1 ( 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。

金属層の厚さは、 0 . 1〜 1 0 m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。

発熱体として使用する金属箔としては、エッケル箔、ステンレス箔をエツ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。温度制御手段としてペルチヱ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 4 4 0を直列に接続し、これをセラミック板 4 4 1などに接合させることにより形成される。ぺノレチェ素子としては、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 'テルル系材料等が拳げられる。

本発明では、温度制御手段とチャックトツプ導体層との間に、ガード電極 5とグランド電極 6とが設けられている。

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、ガード電極 5およびガード電極 5に接続された側面導体層 2 aは、温度制御手段等からのノイズをキャンセルするために設けられている。

これらの電極の厚さは、 1 ~ 2 0 μ ΐηが望ましい。薄すぎると、抵抗値が高くなり、厚すぎるとセラミック基板が反ったり、熱衝撃性が低下するからである。これらのガード電極 5、グランド電極 6は、図 4 示したような格子状に設けられていることが望ましい。即ち、円形状の導体層 5 1の内部に矩形状の導体層非形成部 5 2が多数整列して存在する形状である。このような形状としたのは、導体層上下のセラミック同士の密着性を改善するためである。

ガード電極 5およびグランド電極 6の材料としては、例えば、上記発熱体に用いる金属や導電性セラミックが挙げられる。

本発明のウェハプローパ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。シリコンウェハ Wを載置して吸引孔 8から空気を吸引し、シリコンウェハ Wを吸着させるためである。

本発明におけるウェ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ェハプローバ 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とチャックトツプ導体層 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ェハプローバ 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とチャックトツプ導体層 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ェハプローバ 301、図 7に示すように、熱電素子 440とセラミック基板 441からなるペルチェ素子 44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ェハプローバ 401等が挙げられる。いずれのウェハプローバも、ガード電極 5に接続された側面導体層 2 aと溝 7と吸引孔 8とを有しており、 17は、ガード電極 5と側面導体層 2 aとを接続する接続部 17である。

本努明では、図 1~7に示したようにセラミック基板 3の内部に発熱体 42、 43が形成され（図 5〜6) 、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) が形成されているため、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が必要となる。スルーホール 16、 18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、タンダステンカ一バイド、モリプデンカーパイドなどの導電性セラミックを充填することにより形成される。接続部 17は、ガード電極 5を形成する際、一部またはその全体が外部に露出するように形成すればよい。

また、接続部（スルーホール） 16、 18の直径は、 0. ：!〜 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 1 1 (g) 参照）。

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— N i合金が望ましい。 Au— N i合金は、タングステンとの密着性に優れるからである。 Auノ N iの比率は、〔81. 5〜82. 5 (重量％) 〕 / 〔 18. 5— 17.

5 (重量⁰ /o) 〕が望ましい。

Au— N i層の厚さは、 0. 1〜50 μιη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、 107⁶〜10— ⁵P aの高真空で 500〜1000 の高温で使用すると Au— C u合金では劣化するが、 Au—N i合金ではこのような劣化がなく有利である。また、 A u— N i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。

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ェ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、 J I S— C—1602 (1 980) 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。図 8は、以上のような構成の本発明のウェハプローバを設置するための支持容器 1 1を模式的に示した断面図である。

この支持容器 1 1には、冷媒吹き出し口 12が形成されており、冷媒注入口 1 4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を介してウェハプローバ上に載置されたシリコンウェハ（図示せず）を溝 7に吸い付けるのである。

また、本発明のウェハプローバは、側面に佃 1面導体層 2 aが設けられおり、この側面導体層 2 aは、ガード電極 5と接続され、接地されることになる。一方、支持容器 11を、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属により形成する場合は、図 8に示したように、側面導体層 2 aを支持容器 11と接触させ、この支持容器 1 1を接地することにより、特別な配線を設ける必要がなくなる。

支持容器 11は、セラミックで形成されていてもよい。図 9 ( a ) は、支持容器の他の一例を模式的に示した水平断面図であり、（b ) は、（a ) 図における B— B線断面図である。図 9に示したように、この支持容器では、ウェハプロ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 1 5,が設けられている。

次に、本発明のウェハプローバの製造方法の一例を図 1 0〜： L 1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 3 0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、炭化ケィ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。

また、バインダとしては、ァクリノレ系バインダ、.ェチルセノレロー、プチルセ口ソルプ、ポリビュ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—テルビネオール、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 3 0を作製する。

グリーンシート 3 0に、必要に応じてシリコンウェハの支持ピンを挿入する貫通孔ゃ熱電対を埋め込む凹部を設けておくことができる。貫通孔ゃ凹部は、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 3 0の厚さは、 0 . 1〜 5 mm程度が好ましい。

次に、グリーンシート 3 0にガード電極、グランド電極となる導体ペーストを印刷する。

印刷は、グリーンシート 3 0の収縮率を考慮して所望のァスぺ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 5 0、グランド電極印刷体 6 0を得る。なお、ガード電極印刷体 5 0には、側面に形成する側面導体層 2 aと接続するための接続部用印刷体 1 7 0を形成しておく。側面導体層 2 aと確実に接続するために、接続部用印刷体 1 7 0を複数箇所設けてもよい。

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。

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、タンダステンまたはモリプ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。

導電性セラミック粒子、金属粒子の平均粒子径は 0. 1〜5 /imが好ましい。これらの粒子は、大きすぎても小さすぎても導体用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 8 5〜9 7重量部、アクリル系、ェチルセルロース、プチルセロルブおよぴポリビエ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. 5〜1 0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ぴプ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導体用ペーストが最適である。

さらに、パンチング等で形成した孔に、導体用ペーストを充填してスルーホール印刷体 1 6 0を得る。

次に、図 1 0 (a) に示すように、印刷体 50、 60、 1 6 0、 1 70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 3 0' とを積層する。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、スルーホ一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— N iの金ろうで被覆してもよい。

(2) 次に、図 1 0 (b) に示すように、積層体の加熱および加圧を行い、グリーンシートおょぴ導電ペーストを焼結させる。

加熱温度は、 1 000〜2000° (：、加圧は 1 0〜20MP a (1 00〜20 0 k g/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、接続部 1 7、ガード電極 5、グランド電極 6等が形成される。

(3) 次に、図 1 0 (c) に示すように、焼結体の表面に溝 7を設け、次に、図 10 (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 4 1を作製する。形成された発熱体 4 1は、セラミック基板の表面にしつ力りと密着する。

(4) 次に、ウェハ载置面（溝形成面）および側面にチタン、モリプデン、二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と側面導体層 2 aとが連続的に形成された金属層を設ける。このとき同時に、発熱体 41の表面にも無電解-ッケルめっき等により保護層 4 1 0を形成する。

続いて、チャックトップ導体層 2と側面導体層 2 aとは、その境界部分を研削により除去し、図 1 1 (e) に示すように、チャックトップ導体層 2と側面導体層 2 aとに分ける。

(5) 次に、図 1 1 (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、外部端子接続のための袋孔 1 80を設ける。

袋孔 1 80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 5、グランド電極 6などと接続されていることが望ましい。

(6) 最後に、図 1 1 (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 Γ90を載せて、加熱してリフローする。加熱温度は、 200〜500°Cが好適である。

また、袋孔 1 80にも金ろうを介して外部端子 1 9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。

半田は銀一鉛、鉛一スズ、ビスマス一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〜 50 /Z m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。

なお、上記説明ではウェハプローパ 1 0 1 (図 1参照）を例にしたが、ウェハプローパ 20 1 (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、ウェハプローバ 301 (図 6参照）を製造する場合は、セラミック粉末中にガード電極、グランド電極として金属箔または金属線を発熱体にして埋め込み、焼結すればよい。

さらに、ウェハプローバ 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。発明を実施するための最良の形態

以下、本明をさらに詳細に説明する。

(実施例 1) ウェハプローバ 101 (図 1参照）の製造

(1) 窒化アルミニウム粉末（トクャマ社製、平均粒径 1. 1 ^m) 100重量部、イットリア（平均粒径 0. 4 μπι) 4重量部、ァクリルバインダ 1 1. 5 重量部、分散剤 0. 5重量部および 1—プ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、ドクタープレード法により成形を行. つて厚さ 0. 47 mmのグリーンシートを得た。

(2) このグリーンシートを 80¾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 1 μπιのタングステンカーバイド粒子 100重量部、アタリル系バインダ 3. 0重量部、 α—テルビネオール溶媒 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 Αとした。

また、平均粒子径 3 /im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—テルビネオール溶媒 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 Βとした。

次に、グリーンシートに、この導電性ペースト Α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、接続部用印刷体 1 70を印刷した。

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。

さらに、印刷されたグリーンシート 30および印刷がされていないグリーンシート 30' を 50枚積層して、 1 30°C、 8MP a (80 k g/cm²) の圧力で一体化することにより積層体を作製した（図 10 (a) 参照）。

(4) 次に、この積層体を窒素ガス中で 600でで 5時間脱脂し、 1890°C、圧力 1 5MP a (1 50 k g/cm²) で 3時間ホットプレスし、厚さ 4mm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 23 Ommの円形状に切り出してセラミック製の板状体とした（図 10 (b) 参照）。スルーホー Λ^Ι

6の大きさは、直径 3. Omm、深さ 3. Ommであった。

また、ガード電極 5、グランド電極 6の厚さは 10 m、ガード電極 5の形成位置は、ウェハ載置面から 1. 2mm、グランド電極 6の形成位置は、ウェハ載置面から 3· Ommであった。

(5) 上記（4) で得た板状体のチャックトップ導体層を形成する面にマスクを載置し、 S i C等によるプラスト処理で表面に熱電対のための四部（図示せず

) およびシリコンウェハ吸着用の溝 7 (幅 0. 5 mm、深さ 0. 5 mm) を設けた（図 10 ( c ) 参照）。

(6) さらに、ウェハ载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カ化学研究所製のソルべスト P S 603D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、 5Z55Z10Z25Z 5) を銀 1.00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. 5 /imでリン片状のものであった。

(7) 導電ペーストを印刷したヒータ板を 780°Cで加熱焼成して、導電ぺースト中の銀、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 30 g/ 1、ほう酸 30 gZ 1、塩化アンモ-ゥム 30 gZ 1およびロッシエル塩 60 g/ 1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 1 m、ホウ素の含有量が 1重量％以下のニッケノレ層 410を析出させた。この後、ヒータ板は、 120 で 3時間ァニーリング処理を施した。

銀の焼結体からなる発熱体 41は、厚さが 5 /zm、幅 2. 4 mmであり、面積抵抗率が 7. 7πιΩ /口であった（図 10 (d) ) 。 (8) 溝 7が形成された面おょぴ側面に、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 S V— 4540を使用した。スパッタリングの条件は気圧 0 , 6 P a、温度 100. 、電力 200 W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^ [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. 3 iim、モリブデン層は 2 μ m. ュッケノレ層は 1 μΐηであった。

(9) 硫酸ニッケル 3 O g/ l、ほう酸 30 g l、塩化アンモニゥム 30 g / 1およぴロッシェル塩 60 g/ 1を含む水溶液からなる無電解ュッケルめっき浴、およぴ、硫酸ニッケル 250〜3 5 0 g/ 1、塩化ニッケル 40〜 70 g/ 1、ホウ酸 30〜50 g/1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潰し、スパッタリングにより形成された金属層の表面に厚さ 7 nm、ホウ素の含有量が 1重量％以下のエッケル層を析出させ、 1 20°Cで 3時間ァエーリングした。

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。

さらに、表面にシアン化金カリゥム 2 g/ 1、塩化アンモニゥム 75 g/ 1、クェン酸ナトリウム 50 g/1および次亜リン酸ナトリウム 1 O g/〗を含む無電解金めつき液に、 9 3 °Cの条件で 1分間浸漬し、ニッケルめっき層 1 5上に厚さ 1 μπιの金めつき層を形成した後、ドリル加工による研削を行い、溝 7が形成された面の外周を 0. 5 mm削除し、チャックトップ導体層 2および側面導体層 2 aとした（図 1 1 (e) 参照）。

(1 0) 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 1 6を露出させるための袋孔 1 80を設けた（図 10 (f ) 参照；) 。この袋孔 1 80に N ί— Au合金（Au 8 1. 5 '重量⁰ /₀、 N i l 8. 4重量 %、不純物 0. 1重量％) からなる金ろうを用い、 9 70 で加熱リフローしてコバール製の外部端子ピン 1 9を接続させた（図 1 1 (g) 参照）。また、発熱体に半田（スズ 9Z鉛 1) を介してコバール製の外部端子ピン 190を形成した。

(1 1) 次に、温度制御のための複数熱電対を凹部に埋め込み、ウェハプロ一バヒータ 1 0 1を得た。 (1 2) このウェハプローバ 101を図 8の断面形状を有するステンレス製の支持容器 1 1に載置した。

(実施例 2) ウェハプローバ 201 (図 5参照）の製造

(1) 窒化アルミニウム粉末（トクャマ社製、平均粒径 1. l jum) 100重量部、イットリア（平均粒径 0. 4 ΐη) 4重部、アクリルバイダー 1 1. 5 重量部、分散剤 0. 5重量部および 1ー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. 47 mmのグリーンシートを得た。

(2) このグリーンシートを 80°C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 1 jumのタングステンカーバイド粒子 100重量部、アタリル系バインダ 3. 0重量部、 α—テルビネオール溶媒 3. 5重量おょぴ分散剤 0. 3重量部を混合して導電性ペースト Αとした。

また、平均粒子径 3 /zm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、 a—テルビネオール溶媒 3. 7重量おょぴ分散剤 0. 2重量部を混合して導電性ペースト Bとした。

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、グランド電極用印刷体、接続用印刷体を印刷した。さらに、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。

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°C、 8MP a ( 80 k g / c m²) の圧力で一体化し、積層体を作製した。

(4) 次に、この積層体を窒素ガス中で 600°Cで 5時間脱脂し、 1890°C、圧力 1 5MP a (15 O k gノ cm²) 3時間ホットプレスし、厚さ 3 mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径 23 Omm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. Omm、深さ 3. Om mであつた。また、ガード電極 5、グランド電極 6の厚さは 6 μ m、ガード電極 5の形成位置は、ウェハ载置面から 0. 7mm、グランド電極 6の形成位置は、ウェハ载置面から 1. 4 mm、発熱体の形成位置は、ウェハ载置面から 2. 8 m mであつ 7こ。

(5) 上記（4) で得た板状体チャックトップ導体層を形成する面にマスクを载置し、 S i C等によるプラスト処理で表面に熱電対のための凹部（図示せず）およびシリコンウェハ吸着用の溝 7 (幅 0. 5 mm、深さ 0. 5 mm) を設けた。

(6) 溝 7が形成された面および側面にスパッタリングにてチタン、モリプデン、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庄 0. 6 P a、温度 1 00 °C、電力 200 W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. 5 /zm、モリブデンは 4μΐη、ニッケルは 1. 5 / mであった。

(7) 硫酸ニッケル 3 O gZl、ほう酸 30 g/l、塩化アンモニゥム 30 g / 1、口ッシェル塩 60 g/1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 7 μπι、ホウ素の含有量が 1重量％以下のエッケル層を析出させ、 1 20 °Cで 3時間ァニーリングした。

さらに、表面にシアン化金カリゥム 2 g/1、塩化アンモニゥム 75 gゾ 1、クェン酸ナトリゥム 50 g/1、次亜リン酸ナトリウム 10 g/1からなる無電解金めつき液に 93 °Cの条件で 1分間浸漬して、ニッケルめっき層上に厚さ 1 μ mの金めつき層を形成した後、ドリル加工による研削を行い、溝 7が形成された面の外周を 0. 5 mm削除し、チャックトツプ導体層 2および側面導体層 2 aとした。

(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を設けた。この袋孔 18 0に N i— Au合金（Au 81 , 5重量⁰/。、 N i l 8. 4重量⁰/。、不純物 0. 1 重量％) からなる金ろうを用い、 970°Cで加熱リフローしてコバール製の外部端子ピン 19、 1 90を接続させた。外部端子 19、 190は、 W製でもよい。 (9) 温度制御のための複数熱電対を凹部に埋め込み、ウェハプローバヒータ 20 1を得た。

(1 0) このウェハプローバ 201を、図 9の断面形状を持つステンレス製の支持容器 2 1に载置した。

(実施例 3) ウェハプローバ 30 1 (図 6参照）の製造 '

(1) 厚さ 1 0 m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（それぞれガード電極 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（トクャマ社製、平均粒径 1. 1

) 1 00重量部、イットリア（平均粒径 0. 4 μπι) 4重量部とともに、成形型中に入れて窒素ガス中で 1 890°C、圧力 1 5MP a (1 50 k g/cm²) で 3時間ホットプレスし、厚さ 3 mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径 23 Oramの円状に切り出して板状体とした。なお、ガード電極 5となる電極には、その一端が外部に露出するように、接続部を設けた。

(2) この板状体に対し、実施例 2の（5) 〜（1 0) の工程を実施してゥェハプローバ 30 1を得、実施例 1と同様にウェハプローパ 301を図 8に示した支持容器 1 1に載置した。

(実施例 4) ウェハプローバ 40 1 (図 7参照）の製造

実施例 1の（1) 〜（5) 、および、（8) 〜（1 0) を実施した後、さらにウェハ載置面に対向する面にニッケルを溶射し、この後、鉛'テルル系のベルチェ素子を接合させてウェハプローバ 40 1を得、実施例 1と同様にウェハプロ一パ 40 1を図 8に示した支持容器 1 1上に載置した。

(実施例 5) 炭化珪素をセラミック基板とするウェハプローバの製造以下に記载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、ウェハプローバを製造した。

即ち、平均粒径 1. 0 の炭化ケィ素粉末 1 00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 1 0重量％、塩酸 0. 5重量％および水 8 9. 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、 1 900°Cの温度で焼成してウェハプローバ 4 0 1を得、このウェハプローパ 4 0 1を実施例 1と同様に図 8に示した支持容器 1 1上に載置した。なお、ゾル溶液は焼成で S i 0 ₂ となって絶縁層を構成する。

(実施例 6 ) アルミナをセラミック基板とするウェ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、ウェハプローバを製造した。

アルミナ粉末（トクャマ製、平均粒径 1 . 5 μ τα) 1 0 0重量部、アクリルバイダー 1 1 . 5重量部、分散剤 0 . 5重量部おょぴ 1ーブタノールとエタノールとからなるアルコール 5 3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 . 5 mmのグリーンシートを得た。また、焼成温度を 1 0 0 o°cとした。

そして、実施例 6で得られたウェハプローバを、実施例 1と同様に図 8 示した支持容器 1 1上に载置した。

(比較例 1 )

ガード電極 5および側面導体層 2 aを形成しなかったほかは、実施例 1と同様にしてウェハプローパを製造した。

(比較例 2 )

側面導体層 2 aを形成しなかったほかは、実施例 1と同様にしてウェハプロ一パを製造した。

(比較例 3 )

側面導体層 2 aを形成しなかったほかは、実施例 2と同様にしてウェハプロ一バを製造した。

評価方法

支持容器に載置された実施例 1〜 6および比較例 1〜 3で製造したウェハプローバについて、図 1 2に示したように 1 0 0 0枚の良品のシリコンウェハ Wを順次載置し、 1 5 0 °Cに加熱しながら、プローブカード 6 0 1を押圧して導通テストを行い、誤動作の発生率を調べた。その結果を下記の表 1に示した。誤動作の発生率

(%)

実施例 1 0

実施例 2 0

実施例 3 0

実施例 4 0

実施例 5 0

実施例 6 0

比較例 1 0. 5

比較例 2 0. 1

比較例 3 0. 1 上記表 1より明らかなように、実施例 1〜6に係るウェハプローバでは、正しい判定がなされているのに対し、グランド電極を備えてはいるものの、ガード電極および側面導体層が形成されていない比較例 1に係るウェハプローバでは、ノィズにより誤った判定がなされる場合があり、同様に、側面導体層が形成されていない比較例 2、 3に係るウェハプローバでは、その割合はかなり少ないが、やはりノイズにより誤った判定がなされる場合があった。産業上利用の可能性

以上説明のように、本願発明のウェハプローバは、セラミック基板の側面に金属層が形成され、上記金属層は、ガード電極と接続されているので、チャックトップ導体層をノイズから保護することができ、このノイズに起因する集積回路等の誤動作を防止することができ、集積回路等が正常に動作するか否かを正確に判定することができる。

Claims

請求の範囲

1 . セラミック基板の一主面にチャックトップ導体層が形成されるととも t その内部にガード電極が形成されてなるウェハプローバであって、

前記セラミック基板の側面に金属層が形成されていることを特徴とするゥプローバ。