JP5715444B2

JP5715444B2 - 載置装置

Info

Publication number: JP5715444B2
Application number: JP2011041934A
Authority: JP
Inventors: 浩史山田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012178527A; CN102683241A; TWI518822B; US20120216559A1; TW201308465A; KR20120098503A; KR101370235B1

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体を低温下で処理する際に、被処理体を所定の温度に冷却する冷却機構を備えた載置装置に関し、更に詳しくは、冷却機構を簡素化して低コスト化することができる載置装置に関するものである。

従来の載置装置は、半導体製造分野では種々の処理装置に用いられている。ここでは半導体ウエハの電気的特性検査を行う検査装置に用いられる載置装置を例に挙げて説明する。

従来の検査装置Ｅは、例えば図４に示すように、半導体ウエハＷを搬送するローダ室Ｌと、ローダ室Ｌから搬送された半導体ウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室Ｐと、制御装置（図示せず）を備え、制御装置の制御下で、半導体ウエハＷをローダ室Ｌからプローバ室Ｐへ搬送し、プローバ室Ｐ内で半導体ウエハＷの電気的特性検査を行った後、半導体ウエハＷを元に戻すように構成されている。

プローバ室Ｐは、図４に示すように、半導体ウエハＷを載置し且つ温度調節可能なウエハチャック１と、ウエハチャック１をＸ、Ｙ方向に移動させるＸＹテーブル２と、このＸＹテーブル２を介して移動するウエハチャック１の上方に配置されたプローブカード３と、プローブカード３の複数のプローブ３Ａとウエハチャック１上の半導体ウエハＷの複数の電極パッドを正確に位置合わせするアライメント機構４とを備えている。

また、図４に示すようにプローバ室Ｐのヘッドプレート５にはテスタのテストヘッドＴが旋回可能に配設され、テストヘッドＴとプローブカード３はパフォーマンスボード（図示せず）を介して電気的に接続されている。そして、ウエハチャック１上の半導体ウエハＷを例えば低温領域から高温領域の間で半導体ウエハＷの検査温度を設定し、テスタからの信号をテストヘッドＴを介してプローブ３Ａへ送信し、半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う。

半導体ウエハＷの低温検査をする場合には、一般的に図５に示すようにウエハチャック１に連結された冷却装置６によって冷却液を冷却し、その冷却液をウエハチャック１内の冷媒通路を介して循環させて半導体ウエハＷを例えば−数１０℃の低温領域まで冷却する。冷却装置６としては、例えば本出願人が特許文献１において提案した冷却加熱装置がある。この冷却加熱装置６は、例えば図５に示すように、冷却液を溜める冷却液タンク６１と、ウエハチャック１と冷却液タンク６１との間で冷却液が第１のポンプ６２Ａを介して循環する第１の冷却液循環路６２と、冷却液タンク６１の冷却液が第２のポンプ６３Ａを介して循環する第２の冷却液循環路６３と、冷却液タンク６１内の冷却液の温度を検出する温度センサ６１Ａと、温度センサ６１Ａの検出値に基づいて作動する温度調節器６４と、温度調節器６４からの信号に基づいて作動する熱機関駆動用インバータ（以下、単に「インバータ」と称す。）６５と、インバータ６５からの信号に基づいて駆動するスターリング熱機関６６（図２参照）と、を備え、スターリング熱機関６６によって第２の冷却液循環路６３を通る冷却液を加熱または冷却するように構成されている。

冷却加熱装置６を用いて冷却液を冷却する場合には、冷却液タンク６１内の冷却液が第１のポンプ６２Ａの働きで第１の冷却液循環路６２とウエハチャック１の間を循環してウエハチャック１を冷却する。この間に冷却液タンク６１に戻った冷却液の温度が上昇する。温度センサ６１Ａが冷却液タンク６１内の冷却液の温度を検出し、検出信号を温度調節器６４に送信する。温度調節器６４では予め設定された設定温度と検出温度とを比較し、その温度差に基づいてインバータ６５を駆動させる。インバータ６５は、温度調節器６４からの指令信号に基づいて所定の周波数でスターリング熱機関６６を駆動する。スターリング熱機関６６は、第２のポンプ６３Ａの働きで第２の冷却液循環路６３を循環する冷却液を熱交換器６７において冷却する。このように図５に示す冷却加熱装置６は、弁類を使用せず配管構造が簡素化されているため、故障が少なく消費電力を削減できるなどの利点がある。

特開２００６−０６０３６１

しかしながら、図５に示すウエハチャック１の冷却加熱装置６を用いる載置装置の場合には、冷却液タンク６１、第１、第２の冷却液循環路６２、６３、第１、第２のポンプ６２Ａ、６３Ａ及びスターリング熱機関６６等の設置スペースが必要となり、載置装置に用いる冷却装置としては省スペース化に問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、載置体上に載置される半導体ウエハ等の被処理体を冷却する冷却機構の省スペース化及び低コスト化を実現することができる載置装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の載置装置は、被処理体に所定の処理を施すために上記被処理体を載置する載置体と、上記載置体を介して上記被処理体を冷却する冷却機構と、を備え、上記冷却機構は、上記載置体の下面に設けられた熱交換器と、上記熱交換器の熱媒体から吸熱する吸熱部を有する冷却装置と、を備え、上記熱交換器は、上記載置体の下面に面接触する上記熱媒体と、上記熱媒体を収納し且つ断熱材料によって形成された筐体と、を有し、上記冷却装置は上記熱媒体内に挿入された上記吸熱部を介して上記熱交換器に固定されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の載置装置は、請求項１に記載の発明において、上記冷却装置がスターリングクーラーとして構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の載置熱装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記熱媒体が金属によって形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の載置装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記載置体を外周縁部で支持する支持体と、この支持体を複数箇所で昇降させる昇降機構と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の載置装置は、請求項４に記載の発明において、上記昇降機構は、シリンダ機構として構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の載置装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、被処理体が電気的特性検査を行う被検査体であることを特徴とするものである。

本発明によれば、載置体上に載置される被処理体を冷却する冷却機構は、上記載置体の下面に設けられた熱交換器と、上記熱交換器の熱媒体から吸熱する吸熱部を有する冷却装置と、を備え、上記熱交換器は、上記載置体の下面に面接触する上記熱媒体と、上記熱媒体を収納し且つ断熱材料によって形成された筐体と、を有し、上記冷却装置は上記熱媒体内に挿入された上記吸熱部を介して上記熱交換器に固定されているため、熱交換器の筐体が外部から熱媒体への入熱を抑えると共に吸熱部が熱媒体を介して載置体の熱を効率よく吸熱することができ、また、冷却機構の省スペース化及び低コスト化を実現することができる載置装置を提供することができる。

本発明の載置装置の一実施形態を示す断面図である。図１に示す載置装置に適用される冷却装置を示す模式図である。本発明の載置装置の他の実施形態を示す断面図である。従来の載置装置を備えた検査装置の内部構造を示す図である。図４に示す検査装置に用いられる載置装置の一例を示す構成図である。

以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

本実施形態の載置装置１０は、例えば図１に示すように、半導体ウエハＷを載置する載置体（ウエハチャック）１１と、このウエハチャック１１を介して半導体ウエハＷを冷却する冷却機構１２と、ウエハチャック１１を外周縁で支持する支持体１３と、支持体１３を基台１４上で昇降可能に支持する昇降機構１５と、を備え、例えば半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う検査装置に適用するように構成されている。

ウエハチャック１１の上方にはプローブカード２０が設けられている。このプローブカード２０は、カードホルダ２０Ａを介して検査装置のプローバ室の上面を形成するヘッドプレート３０に装着されている。プローバ室内にはアライメント機構（図示せず）が設けられ、アライメント機構を介してウエハチャック１１上の半導体ウエハＷとプローブカード２０のプローブ２１とのアライメントが行われる。

半導体ウエハＷの低温検査を行う場合には、ウエハチャック１１上の半導体ウエハＷは冷却機構１２によって例えば−数１０℃の低温領域の所定の温度まで冷却される。半導体ウエハＷが冷却される間に、ウエハチャック１１上の半導体ウエハＷは、アライメント機構を介して電極パッドとプローブカード２０のプローブ２１とのアライメントが行われ、その後、ウエハチャック１１が昇降機構１５を介して上昇し、半導体ウエハＷの複数の電極パッドとプローブカード２０の全てのプローブ２１が一括して電気的に接触して半導体ウエハＷに形成された複数のデバイスの電気的特性検査が所定の低温下で行われる。

而して、冷却機構１２は、図１に示すように、ウエハチャック１１の下面中央部に設けられた熱交換器１２１と、熱交換器１２１の側面から内部へ挿入される吸熱部１２２Ａを有する冷却装置１２２と、を備え、冷却装置１２２は吸熱部１２２Ａを介して熱交換器１２１の側面に横向きに固定されている。熱交換器１２１は、熱媒体１２１Ａと、熱媒体１２１Ａを収納する筐体１２１Ｂと、を有している。熱媒体１２１Ａは熱伝導性に優れた金属等によって形成され、筐体１２１Ｂは断熱材料によって形成されている。冷却装置１２２は、図１に示すように、吸熱部１２２Ａと、吸熱部１２２Ａの横方向に連設された駆動部１２２Ｂと、を有し、吸熱部１２２Ａと駆動部１２２Ｂがハウジングを介して一体的化している。

冷却装置１２２について図２を参照しながら更に説明する。吸熱部１２２Ａは、図２に示すように、第１シリンダ１２２Ｃと、第１シリンダ１２２Ｃ内に往復移動可能に配置されたディスプレーサ１２２Ｄと、第１シリンダ１２２Ｃの外周面に配置された再生器１２２Ｅと、これらを収納する第１ハウジング部１２２Ｆと、を有し、第１ハウジング部１２２Ｆ内には作動ガスが封入されている。駆動部１２２Ｂは、図２に示すように、第１シリンダ１２２Ｃの真下に配置された第２シリンダ１２２Ｇと、第２シリンダ１２２Ｇ内に往復移動可能に配置されたピストン１２２Ｈと、ピストン１２２Ｈを往復移動させる駆動機構１２２Ｉと、これらを収納する第２ハウジング部１２２Ｊと、を有し、第２ハウジング部１２２Ｊ内でピストン１２２Ｈが駆動機構１２２Ｉを介して第２シリンダ１２２Ｇ内で往復移動するように構成されている。第１ハウジング部１２２Ｆと第２ハウジング部１２２Ｊは、ハウジングとして一体化している。そして、第１ハウジング部１２２Ｆと第２ハウジング部１２２Ｊは、第２シリンダ１２２Ｇの外側で区画されている。この冷却装置１２では、第１シリンダ１２２Ｃと第２シリンダ１２２Ｇは同一外径及び同一内径に形成されている。尚、第１シリンダ１２２Ｃと第２シリンダ１２２Ｇは、一体化したもので、吸熱部１２２Ａの下端部に連通孔が形成されたものであっても良い。

図２に示すようにハウジング内では、駆動機構１２２Ｉが駆動し、ピストン１２２Ｈが第２シリンダ１２２Ｇに沿って往復移動すると共に、その上方のディスプレーサ１２２Ｄが第１シリンダ１２２Ｃ内でピストン１２２Ｈと一定の位相差で往復移動する間に作動ガスが再生器１２２Ｅを介して矢印で示す方向に往復し、ディスプレーサ１２２Ｄの上下に膨張空間及び圧縮空間をそれぞれ形成する。膨張空間では作動ガスの温度が低下して外部から吸熱し、圧縮空間では作動ガスの温度が上昇して外部へ放熱する。膨張空間では吸熱フィンを介して吸熱し、圧縮空間では排熱フィンを介して排熱するようになっている。

従って、ディスプレーサとピストンが第１、第２シリンダ内で一定の位相差をもって往復移動する間に、作動ガスが圧縮と膨張を繰り返すスターリングサイクルが行われ、吸熱部１２２Ａの先端部で吸熱が行われ、ディスプレーサ１２２Ｄとピストン１２２Ｈの間で排熱される。吸熱部１２２Ａは、図１に示すように熱交換器１２１内に挿入されているため、吸熱部１２２Ａが熱媒体１２１Ａから吸熱し、熱媒体１２１Ａを介してウエハチャック１１を冷却し、もってウエハチャック１１上の半導体ウエハＷを冷却することができる。

このように本実施形態で用いられる冷却機構１２は、ウエハチャック１１の下面に直付けされているため、従来のように冷却液を用いてウエハチャックを冷却する場合と比較して冷却液タンク、冷却液の循環配管、循環ポンプ等を省略し、それぞれの固有の設置スペースが不要になり、冷却機構１２としての構造が格段に簡素化することができ、大幅なコスト削減を実現することができる。

図１では冷却装置１２２を熱交換器１２１の側面に横方向に装着した場合について説明したが、図３に示すように冷却装置１２２を熱交換器１２１の下面から縦向きに装着することができる。この場合には冷却装置１２２とウエハチャック１１の軸心が一致するため、載置装置１０が水平方向へ移動する時にバランスよく移動することができる。また、冷却装置１２２は駆動部１２２Ｂが昇降ガイド１６によって昇降可能に支持されている。

次に、動作について説明する。まず、半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う場合には、予め載置装置１０のウエハチャック１１を冷却機構１２によって冷却する。この際、冷却機構１２では図２に示すように冷却装置１２２の駆動部１２２Ｂにおいて駆動機構１２２Ｉが駆動してピストン１２２Ｈを第２シリンダ１２２Ｇに従って往復移動する。ピストン１２２Ｈが往復移動すると、吸熱部１２２Ａにおいてディスプレーサ１２２Ｄがピストン１２２Ｈと一定の位相差で第１シリンダ１２２Ｃに従って往復移動する。この時ディスプレーサ１２２Ｄの上側では作動ガスが膨張して吸熱フィンを介して熱交換器１２１の熱媒体１２１Ａから吸熱する。一方、ディスプレーサ１２２Ｄとピストン１２２Ｈの間では作動ガスが圧縮して温度が上昇し排熱フィンを介してハウジング外へ排熱する。このスターリングサイクルを一定の周期で繰り返すことにより吸熱部１２２Ａでは熱交換器１２１の熱媒体１２１Ａから徐々に吸熱してウエハチャック１１を冷却する。吸熱部１２２Ａで吸熱された熱はディスプレーサ１２２Ｄとピストン１２２Ｈの間の圧縮空間から放熱フィンを介してハウジング外へ放熱される。

このようにして冷却機構１２を介して冷却する間に、ウエハチャック１１上へプリアライメントされた半導体ウエハＷを載置する。半導体ウエハＷは、アライメント機構を介してプローブカード２０に対してアライメントされる。その後、昇降機構１５が駆動してウエハチャック１１が所定の低温（例えば−５０℃）に冷却されて上昇し、半導体ウエハＷの電極パッドとプローブカード２０の全てのプローブ２１が電気的に接触し、所定の低温検査が行われる。半導体ウエハＷの低温検査後には、半導体ウエハＷはウエハチャック１１から元の場所へ戻され、次の半導体ウエハＷの低温検査が行われる。

以上説明したように本実施形態によれば、載置装置１０に付設された冷却機構１２は、ウエハチャック１１の下面に設けられた熱交換器１２１と、熱交換器１２１の熱媒体１２１Ａから吸熱する吸熱部１２２Ａを有する冷却装置１２２と、を備え、冷却装置１２２は吸熱部１２２Ａを介して熱交換器１２１に固定されているため、従来のようにウエハチャック１１を冷却する冷却液、冷却液タンク、冷却液の循環配管等を必要とせず、冷却機構１２の構造が極めて簡素化されており、冷却機構１２としての省スペース化を実現することができ、延いてはコスト削減を実現することができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて適宜設計変更することができる。上記実施形態では、検査装置に用いる載置装置について説明したが、被処理体を冷却するする機能を備えた載置装置に広く適用することができる。また、熱交換器１２１の熱媒体１２１Ａとして金属を用いているが、金属以外の物質を用いることもできる。また、冷却装置１２２として用いられるスターリングクーラーは、上記実施形態に制限されるものではなく、必要に応じてその構成要素を適宜設計変更することができる。

１０載置装置
１１ウエハチャック（載置体）
１２冷却機構
１３支持体
１５昇降機構
１２１熱交換器
１２１Ａ熱媒体
１２２冷却装置
１２２Ａ吸熱部
Ｗ半導体ウエハ（被処理体または被検査体）

Claims

被処理体に所定の処理を施すために上記被処理体を載置する載置体と、上記載置体を介して上記被処理体を冷却する冷却機構と、を備え、上記冷却機構は、上記載置体の下面に設けられた熱交換器と、上記熱交換器の熱媒体から吸熱する吸熱部を有する冷却装置と、を備え、上記熱交換器は、上記載置体の下面に面接触する上記熱媒体と、上記熱媒体を収納し且つ断熱材料によって形成された筐体と、を有し、上記冷却装置は上記熱媒体内に挿入された上記吸熱部を介して上記熱交換器に固定されていることを特徴とする載置装置。
上記冷却装置がスターリングクーラーとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の載置装置。
上記熱媒体が金属によって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の載置装置。
上記載置体を外周縁部で支持する支持体と、この支持体を複数箇所で昇降させる昇降機構と、を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の載置装置。
上記昇降機構は、シリンダ機構として構成されていることを特徴とする請求項４に記載の載置装置。
被処理体が電気的特性検査を行う被検査体であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の載置装置。