DE19882931T5

DE19882931T5 - Leistungs- und Steuersystem für ein Einspannvorrichtung für ein Werkstück

Info

Publication number: DE19882931T5
Application number: DE19882931T
Authority: DE
Inventors: Paul A. Placerville Getchel; Henry A. Wellesley Lyden; Donald C. Chelmsford Miffitt
Original assignee: Temptronic Corp
Current assignee: Temptronic Corp
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2006-01-19
Also published as: JP2002500448A; WO1999034644A1; US6091060A

Abstract

Ein Leitungssystem für eine thermische Werkstückeinspannvorrichtung, welche wenigstens eine Heizeinrichtung zum Heizen eines auf der Werkstückeinspannvorrichtung montierten Werkstücks aufweist, wobei die Leitungseinrichtung aufweist:
ein Interface zur Übermittlung von Leistung zwischen dem Leistungssystem und wenigstens einer Heizeinrichtung, und
eine Schaltleistungsversorgung zur Erzeugung eines Ausgabeleistungssignals, welche der wenigstens einen Heizeinrichtung über das Interface zur Leistungsversorgung der wenigstens einen Heizeinrichtung eingekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leistungs- und Steuersysteme und insbesondere Leistungs- und Steuersysteme zur Verwendung der Steuerung der Temperatur eines Werkstücks, wie einer Halbleiterscheibe (wafer), und/oder die Steuerung der Temperatur der Einspannvorrichtung des Werkstücks, auf der das Werkstück gehalten ist.
In der Industrie integrierter Schaltkreiss auf Halbleiterbasis sinken die Kosten der individuellen Chipformen für integrierte Schaltkreise stetig im Vergleich zu den IC-Packungskosten. Folglich wird es immer wichtiger, viele IC-Verarbeitungsschritte durchzuführen, während die Form noch in dem Wafer ist, statt anschließend an die Durchführung der relativ teuren Packungsschritte.
Typischerweise werden bei der IC-Bearbeitung Halbleiterwafer einer Reihe von Tests und Bewertungsschritten unterzogen. Für jeden Schritt wird der Wafer in einer stationären Position an der Verarbeitungsstation gehalten, an der die Verarbeitung stattfindet. Beispielsweise wird ein Versuchsschaltkreistest immer mehr über einen weiten Temperaturbereich durchgeführt, um die IC's vor Einbau in eine Packung temperaturmäßig abzutasten. Der Wafer wird typischerweise stationär relativ zu einer Vakuumtragfläche einer Überprüfungsmaschine gehalten, die elektrisch die Schaltkreise auf dem Wafer testet. Die Überprüfung umfasst eine Gruppe elektrischer Überprüfungen, bei denen in Verbindung mit einer Testeinrichtung elektrische Anregungen an verschiedenen vorbestimmten Bereichen des Schaltkreises auf dem Wafer angelegt und die Antworten der Schaltkreise auf diese Anregungen erfasst werden.
In einem typischen Überprüfungssystem wird der Wafer auf einer Oberseite einer Wafereinspannvorrichtung montiert, die auf ihrer Unterseite an einer Tragstruktur für die Überprüfungsvorrichtung gehalten ist. Ein Vakuumsystem ist typischerweise mit der Einspannvorrichtung verbunden. Eine Reihe von Kanälen oder Lückenbereichen, die in Verbindung mit der Oberseite der Einspannvorrichtung stehen, legen das Vakuum an den Wafer, um diesen auf der Oberseite der Einspannvorrichtung an Ort und Stelle zu halten. Die Überprüfungstragstruktur für die Einspannvorrichtung wird dann dazu ver wendet, den Wafer unter den Testeinrichtungen zu lokalisieren, wie es zur elektrischen Überprüfung der Waferschaltkreise notwendig ist.
Die Einspannvorrichtung kann auch ein Temperatursteuersystem umfassen, das die Temperatur der Einspannvorrichtungsoberfläche und des Wafers anhebt oder absenkt, um die erwünschte Temperaturabtastung des Wafers durchführen zu können. Für die Genauigkeit einer solchen Überprüfung ist es wichtig, dass die Temperatur des Wafers und daher die Temperatur der Oberfläche der Einspannvorrichtung so genau und exakt wie möglich gesteuert wird.
Verschiedene Ansätze zur Steuerung der Wafertemperatur sind im Einsatz. In einem früheren System weist die Einspannvorrichtung ein Zirkulationssystem auf, durch das ein Kühlfluid zirkuliert. Das Kühlfluid wird auf einer konstanten kalten Temperatur gehalten und zirkuliert durch die Einspannvorrichtung. Die Temperatursteuerung wird durch Aktivierung einer Heizeinrichtung realisiert, die ebenfalls in der Einspannvorrichtung angeordnet ist. Die Heizeinrichtung wird zyklisch ein- und ausgeschaltet je nach Erfordernis, um die Einspannvorrichtung und das Werkstück auf die erforderliche Temperatur zu erwärmen.
Dieser Ansatz hat bestimmte Nachteile. Eine große Zeitverzögerung tritt auf, wenn die Einspannvorrichtung erwärmt wird, da das Zirkulationsfluid immer auf einer niedrigen Temperatur bleibt und immer durch die Einspannvorrichtung zirkuliert. Als Ergebnis kann eine lange Zeit erforderlich sein, die Einspannvorrichtung und das Werkstück auf eine hohe Temperatur zu erwärmen. Außerdem kann das System ineffizient sein, da viel Energie, die der Heizeinrichtung zugeführt wird, durch die Anwesenheit des zirkulierenden kalten Fluids vergeudet wird. Weiterhin wird Energie zur Kühlung des Fluids vergeudet, wenn Einspannvorrichtung und Werkstück erwärmt werden.
In einem anderen früheren System werden sowohl ein temperaturgeregeltes Fluid und eine Heizeinrichtung der Einspannvorrichtung zur Steuerung der Werkstücktemperatur verwendet. Bei diesem System wird das Fluid verwendet, um das Werkstück bis auf eine bestimmte Toleranz an den erwünschten eingestellten Temperaturwert heranzubringen. Die Heizeinrichtung wird dann zyklisch je nach Erfordernis betrieben, um die Temperatur an diesem Einstellpunkt zu halten. Dieses System weist ebenfalls eine lange Zeitverzögerung und eine geringe Effizienz auf.
In einem noch weiteren früheren System nach Stand der Technik wird die Temperatursteuerung dadurch implementiert, dass nur ein passiver Wärmeübergang von und zu einem Fluid erfolgt, das durch die Einspannvorrichtung zirkuliert. Bei diesem System weist die Einspannvorrichtung eine Reihe von internen Kanälen auf, durch die das temperaturgesteuerte Fluid zirkuliert. Die Temperatur der Einspannvorrichtung wird durch Steuerung der Temperatur des Fluids gesteuert. Dieses System leidet ebenfalls an großen Zeitverzögerungen und einer relativ geringen Effektivität.
In einigen Anwendungen, beispielsweise bei solchen, bei denen ein Wafer auf einem Schaltkreistester getestet wird, ist es notwendig, das elektrische Rauschen, das in das System eingebracht wird, zu reduzieren, da solches Rauschen nachteilig die durch die Testeinrichtung durchzuführenden Messungen beeinflussen kann.
Einführen von Rauschen in die Messung ist ein allgemeines Problem bei einer Temperaturüberprüfung des Wafers, die auf der Testeinrichtung durchgeführt wird. Leistungs- und Steuersignale, die den Elementen, wie beispielsweise Widerstandsheizeinrichtungen der Einspannvorrichtung, zugeführt werden, sind wesentliche Rauschquellen, da diese Heizeinrichtungen typischerweise in enger Nachbarschaft zu den Wafern angeordnet sind.
Daher ist es wichtig, dass die Leistungsversorgungen, die Leistung Heizelementen zuführen, so rauschfrei wie möglich sind. Als Ergebnis verwenden frühere thermische Einspannvorrichtungen Leistungssysteme linearer Leistungsversorgungen, um Leistung den Heizelementen zuzuführen. Allerdings sind solche linearen Versorgungen sehr uneffektiv. Tatsächlich ist ihre Leistungsdissipation sehr hoch abhängig von der Eingangsspannung. Daher, wenn die Eingangsleistung variieren kann, kann sich eine wesentliche Uneffektivität ergeben. Da die standardmäßige europäische Spannungsversorgung höher als die in den USA verwendete ist, würde die Leistungsdissipation einer linearen Versorgung höher in Europa als in den USA sein, wodurch unterschiedliche Versorgung- und Systementwürfe oder die Tolerierung von wesentlichen Variationen in der Leistungsdissipation erforderlich sind. Weiterhin sind lineare Versorgungen nicht in der Lage zur Leistungsfaktorkorrektur. Unter neuen europäischen Standards, die bald implementiert werden sollen, müssen die Hochleistungsversorgungen leistungsfaktorkorrigierbar sein. Linearversorgungen können diese neuen Standards unter bestimmten Bedingungen nicht erfüllen. Daher wäre es wünschenswert, eine Werkstückhaltevorrichtung zu haben, die durch rauschfreie Leistungssignale versorgt wird, aber nicht auf lineare Leistungsversorgungen angewiesen ist.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Temperatursteuersystem und ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Werkstücks, wie eines Halbleiterwafers, der auf einer Werkstückeinspannvorrichtung montiert ist, die eine verbesserte Temperatursteuergenauigkeit und eine verbesserte Effektivität ermöglichen. Die Werkstückeinspannvorrichtung hat einen oberen Bereich, auf dem das Werkstück montiert werden kann. Der obere Bereich ist über einer Zwischenschicht montiert, wie einer Basis, die zwischen dem oberen Bereich der Einspannvorrichtung und dem Wirtsgerät angeordnet ist, an dem die Einspannvorrichtung verwendet wird, wie beispielsweise einer Wafertestmaschine. Das Temperatursteuersystem umfasst Einrichtungen zur Steuerung der Temperatur des oberen Bereichs der Einspannvorrichtung, um die Temperatur des Werkstücks zu steuern, und Einrichtungen zur Steuerung einer Temperatur der Basis, um einen Wärmefluss zwischen der Einspannvorrichtung und dem Wirtsgerät zu beeinflussen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur der Basis durch ein Fluid gesteuert, das durch die Basis zirkuliert. Ein Teil des Fluids kann auch durch den oberen Bereich der Einspannvorrichtung zirkulieren, um die Temperatur des oberen Bereichs der Einspannvorrichtung zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel wird der Wärmefluss zwischen Einspannvorrichtung und Wirtsmaschine reduziert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Temperatursteuersystem gemäß Erfindung eine Pumpe zur Zirkulierung des Fluids durch die Werkstückeinspannvorrichtung auf. Das System weist weiterhin Einrichtungen zur Übertragung eines Teils des Fluids zu dem oberen Bereich der Einspannvorrichtung auf, um die Temperatur des Werkstücks zu steuern, und Einrichtungen zur Übertragung eines weiteren Teils des Fluids zur Basiszwischenschicht, so dass der Wärmefluss zwischen der Einspannvorrichtung und der Wirtsmaschine beeinflusst werden kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Temperatursteuersystem ein System zur Steuerung der Temperatur des Fluids auf. Diese System umfasst ein Kühlsystem, durch welches das Fluid fließt, um das Fluid vor dem Pumpen zur Einspannvorrichtung zu kühlen. Das Fluidsteuersystem kann außerdem eine oder mehrere Heizeinrichtungen zum Heizen des Fluids je nach Erfordernis aufweisen. Das Fluidsteuersystem kann auch ein oder mehrere Ventile oder Schalter zur Steuerung der verschiedenen Fluidlenkfunktionen aufweisen. Beispielsweise können, wenn ein Erwärmen des Fluids erforderlich ist, ein oder mehrere Ventile gesteuert werden, um das Fluid am Kühlsystem vorbeizuführen und/oder es durch ein oder mehrere Fluidheizeinrichtungen fließen zu lassen. Dies kann zu einer erheblichen Leistungsersparnis durch Reduzieren nicht notwendiger Belastungen des Kühlsystems führen. Unter anderen Umständen kann ein Kühlen des Fluids erwünscht sein. In diesem Fall werden ein oder mehrere Ventile so gesteuert, dass das Fluid durch das Kühlsystem geleitet wird.
Die Ventile können ebenfalls zur Steuerung verwendet werden, ob das Fluid zum oberen Bereich der Einspannvorrichtung zur Steuerung der Werkstücktemperatur oder zur Basis zum Erzeugen einer Wärmeflussbarriere zwischen Einspannvorrichtung und Wirtsmaschine gelenkt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel werden zwei individuell steuerbare Strömungspfade gebildet. Unter bestimmten Bedingungen sind die Ventile so gesteuert, dass ein Teil des Fluids zu dem oberen Bereich der Einspannvorrichtung geleitet wird, um die Werkstücktemperatur zu steuern. Zur gleichen Zeit kann ein zweiter Teil des Fluids zur Basis gelenkt werden, um die Basis bei oder nahe bei Umgebungstemperatur zu halten und dadurch einen Wärmefluss zu und von der Wirtsmaschine zu vermeiden. Unter anderen Bedingungen werden die Ventile so gesteuert, dass sie das gesamte Fluid zur Basis leiten.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Fluidwärmeeinrichtungen in beiden Fluidpfaden vorgesehen. Die Fluidwärmeeinrichtungen sind individuell steuerbar, so dass die Temperatur beider Teile des Fluids individuell gesteuert werden kann.
Die Ventile können ebenfalls zur Steuerung der Fluidmenge verwendet werden, die durch das System zirkuliert. Die Pumpe kann durch ein steuerbares Ventil umgangen werden, welches bei seiner Aktivierung einen vorbestimmten Teil des Fluids am Ausgang der Pumpe zurück zum Eingang führt, um die die Einspannvorrichtung erreichende Menge des Fluids zu reduzieren. Die Menge des zirkulierenden Fluids kann folglich vermindert werden, wenn beispielsweise die Einspannvorrichtung geheizt wird.
Das Temperatursteuersystem gemäß der Erfindung kann ebenfalls ein oder mehrere Heizeinrichtungen in der Einspannvorrichtung umfassen. Die Heizeinrichtung kann zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, um je nach Erfordernis Wärme der Einspannvorrichtung und dem Werkstück zuzuführen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Heizeinrichtungen der Einspannvorrichtung Widerstandselemente, die durch eine Gleichstromquelle versorgt werden. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel sind zwei oder mehr individuell steuerbare Widerstandsheizeinrichtungen in Verwendung, um eine effiziente mehrstufige, beispielsweise zweistufige, Einspannvorrichtungsheizprozedur wie im Folgenden beschrieben zu ermöglichen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Effektivität des erfindungsgemäßen Systems dadurch verbessert, dass der Betriebstemperaturbereich des Systems in mehrere Unterbereiche effektiv aufgeteilt wird. Die Betätigung des Systems in einem bestimmten Unterbereich bestimmt eine Menge von Betriebsparametern, die zur Steuerung des Systems verwendet werden. Beispielsweise wird bei einem Ausführungsbeispiel der Betriebstemperaturbereich in zwei Unterbereiche aufgeteilt, einen oberen und einen unteren Unterbereich. Auswahl eines Einstellpunktes in einem der Unterbereiche bestimmt eine bestimmte Menge von Bedingungen. Das erfindungsgemäße System verwendet diese Bedingungen, um eine Menge von Systembetriebsparametern zu bestimmen und die verschiedenen Komponenten des Systems zu steuern, um diese Parameter zu realisieren. Beispielsweise wird bei einem Ausführungsbeispiel, wo der Betrieb in einem oberen Unterbereich erwünscht ist, die Heizeinrichtung der Spaneinrichtung zu deren Heizen verwendet und alle Fluidströme benachbart zur Basis werden so gesteuert, dass sie diese auf Umgebungstemperatur halten. Um diese Betriebskonfiguration zu erhalten, werden die Ventile betätigt, um Fluid zur Basis zu lenken und die Heizeinrichtung wird nach Erfordernis zyklisch betrieben.
Das Temperatursteuersystem gemäß Erfindung umfasst weiterhin eine Vielzahl von Temperatursensoren, die eine Temperaturrückmeldung von verschiedenen Positionen im System geben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens ein Temperatursensor in dem Fluidweg vorgesehen, um die Temperatur des Fluids zu überwachen. Tempera tursensoren können in dem Fluidweg zu dem oberen Bereich der Einspannvorrichtung und in dem Weg zur Basis vorgesehen sein, um eine unabhängige Temperaturüberwachung beider Pfade zu ermöglichen. Ein Sensor kann ebenfalls in dem oberen Bereich der Einspannvorrichtung zur Überwachung der Werkstücktemperatur vorgesehen sein. Durch Überwachung sowohl der Fluidtemperatur und der Werkstücktemperatur wird eine Art von Doppelschleifensteuerung zur Werkstücktemperatursteuerung bereitgestellt. Dies ermöglicht eine genauere Temperatursteuerung. Ein Sensor kann ebenfalls in der Basis und in der Umgebung vorgesehen sein. Diese Sensoren zusammen mit dem Fluidsensor ermöglichen eine Doppelschleifensteuerung der Basistemperatur, um einen Wärmefluss zwischen Gastmaschine und Einspannvorrichtung zu unterbinden.
Bei einem weiteren Aspekt gemäß Erfindung betrifft diese ein Leistungs- und Steuersystem und ein Verfahren, die Leistung und Steuerung erforderlich zur Betätigung des Temperatursteuersystems gemäß Erfindung bereit zu stellen. Insbesondere ist dieser Aspekt der Erfindung auf ein Leistungs- und Steuersystem und ein Verfahren gerichtet, das Leistung zum Laufen der Systemheizeinrichtungen liefert und die zur Betätigung der verschiedenen Ventile und Fluidheizeinrichtungen in dem Temperatursteuersystem gemäß Erfindung erforderliche Steuerung ermöglicht. Das Leistungssystem gemäß Erfindung ist auf eine Einspannvorrichtung eines Werkstücks anwendbar, die wenigstens eine Heizeinrichtung zum Heizen des Werkstücks aufweist, das auf der Einspannvorrichtung angeordnet ist. Das Leistungssystem umfasst ein Interface, über welches Leistung zwischen dem Leistungssystem und der Heizeinrichtung der Einspannvorrichtung des Werkstücks übertragen wird. Das System umfasst weiterhin eine Schaltleistungsversorgung zur Erzeugung eines Ausgangsleistungssignals, das der Heizeinrichtung der Einspannvorrichtung eingekoppelt wird über das Interface, um die Heizeinrichtung leistungsmäßig zu versorgen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Leistungssystem gemäß Erfindung ein Filter, das das Ausgangsleistungssignal von der Schaltleistungsversorgung empfängt. Das Filter filtert das Signal, um Rauschen von der Schaltspannungsversorgung aus dem Signal zu entfernen. Als ein Ergebnis koppelt das der Heizeinrichtung der Einspannvorrichtung zugeführte Leistungssignal kein Rauschen in das Werkstück ein und ermöglicht daher sehr genaue Werkstückmessungen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Ausgangsleistungssignal von der Schaltleistungsversorgung so steuerbar, dass es zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand schaltbar ist. In dem EIN-Zustand wird das Leistungssignal der Heizeinrichtung zugeführt. In dem AUS-Zustand wird keine Leistung der Heizeinrichtung zugeführt, so dass diese ausgeschaltet ist. Das Ausgangsleistungssignal von der Schaltleistungsversorgung kann ebenfalls einer Verstärkungseinrichtung eingekoppelt werden, die so steuerbar ist, dass der Pegel des Ausgangsleistungssignals variierbar ist. Als Ergebnis kann die an die Heizeinrichtung gelieferte Leistung und daher die durch die Heizeinrichtung bereitgestellte Wärme variiert werden.
Wie bereits oben erwähnt, kann bei einem Ausführungsbeispiel die Einspannvorrichtung tatsächlich zwei oder mehr Widerstandsheizelemente zur Zufuhr von Wärme zum Werkstück aufweisen und die Schaltleistungsversorgung kann zwei oder mehr Ausgangsleistungssignale bereitstellen, von denen jedes mit seinem eigenen entsprechenden Heizelement verbunden ist. Die Ausgangsleistungssignale können separat steuerbar sein, so dass die den Heizelementen zugeführte Leistung separat steuerbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Heizelemente und die Ausgangssignale so konfiguriert sein, dass sie effizient Temperaturänderung des Werkstücks durch Implementierung einer vielstufigen, beispielsweise zweistufigen, Heizprozedur steuern. Beispielsweise können bei einer Zweiheizelementkonfiguration, bei der ein schneller Temperaturanstieg im Werkstück um einen wesentlichen Betrag erwünscht ist, beide Leistungsausgänge und daher beide Heizelemente gleichzeitig aktiviert werden. Ist die Temperatur des Werkstücks oberhalb eines ersten Zieltemperaturwerts, kann eines der Heizelemente ausgeschaltet werden, während das andere weiterhin verwendet wird, um die Temperatur des Werkstücks auf einen erwünschten Endtemperaturwert zu justieren.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Implementierung einer solchen Zweistufenprozedur ist das erste Ausgangsleistungssignal schaltbar zwischen EIN- und AUS-Zuständen. Dabei wird das andere einem steuerbaren Verstärker zugeführt, wodurch dessen Pegel variierbar ist. Während der Erhöhung der Temperatur auf einen ersten Temperaturzielwert, können beide Heizeinrichtungen eingeschaltet sein. Ist dieser Temperaturzielwert erreicht, kann die erste Heizeinrichtung ausgeschaltet werden, während die zweite, justierbare Heizeinrichtung eingeschaltet bleibt. Der Verstärker kann dann gesteuert werden, um den Pegel des Ausgangsleistungssignals zu justieren, das der justierbaren Heizeinrichtung zugeführt wird, um das Werkstück genau und akkurat zu erwärmen und dessen Temperatur auf dem Endtemperaturwert zu halten. Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel bleiben beide Heizeinrichtungen eingeschaltet, selbst wenn das Werkstück seine Endtemperatur erreicht hat, insbesondere wenn es erforderlich ist, das Werkstück auf einer hohen Temperatur zu halten. Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel können drei Heizeinrichtungen verwendet werden, um den zweistufigen Heizprozess zu implementieren. Zwei der Heizeinrichtungen können schaltbar sein, während die dritte variabel ist. Bei der Endtemperatur kann eine der schaltbaren Heizeinrichtungen ausgeschaltet werden und die andere schaltbare Heizeinrichtung und die variable Heizeinrichtung können eingeschaltet bleiben, um das Werkstück auf der Endtemperatur zu halten.
Das Leistungs- und Steuersystem gemäß Erfindung kann ebenfalls Treibersignale bereitstellen, um die Ventile und die Fluidheizeinrichtungen zu steuern, die in dem Temperatursteuersystem der Erfindung zur Steuerung der Temperatur von Einspanneinrichtung und Werkstück verwendet werden.
Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sind die Steuersignale Relaistreibersignale, die Relais antreiben, welche wiederum die Tätigkeit der Ventile und der Fluidheizeinrichtung steuern. Das Kontrollsystem kann Eingaben von Temperatursensoren, von einem Taupunktalarmsensorschalter und von einem Fluidpegelschalter erhalten und kann diese Eingänge zur Erzeugung von Steuersignalen verwenden, die zur Steuerung der Systemkomponenten zur Betätigung des Systems erforderlich sind.
Die Temperatursteuerung gemäß Erfindung ermöglicht eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Beispielsweise ist das System aufgrund der Verwendung von schaltbaren Leistungsversorgungen weit energieeffizienter als Systeme, die lineare Leistungsversorgung verwenden. Da die Schaltleistungsversorgung ebenfalls leistungsfaktorkorrigiert ist, erfüllt sie die neuen europäischen Leistungsstandards. Aufgrund der bestimmten Filterung gemäß Erfindung werden Leistungsversorgungsausgaben mit minimalen Rauschen realisiert. Das Temperatursteuersystem selbst bietet Vorteile gegenüber bekannten Temperatursteuersystemen. Beispielsweise, da die Temperatur der Basis zwischen dem oberen Bereich der Einspannvorrichtung und der Gastmaschine auf Umgebungstemperatur gehalten wird, wird ein Wärmefluss zwischen der Einspannvorrichtung und der Wirtsmaschine im Wesentlichen eliminiert. Auch die Verwendung vieler Unterbereiche zur Unterteilung des gesamten Temperaturbereichs des Systems gewährleistet eine verbesserte Systemeffektivität. Durch Teilen des Temperaturbereichs des Systems in kleinere Unterbereiche, können unterschiedliche Steuereinstellungen, die sorgfältig auf einen kleinen Temperaturunterbereich abgestellt sind, verwendet werden. Dies führt ebenfalls zu einer größeren Systemeffektivität.
Die vorangehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich von der folgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele gemäß Erfindung, wie sie in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht und dienen statt dessen zur Darstellung der Prinzipien der Erfindung.
Es zeigen:
1 ein schematisches Detailblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Temperatursteuersystems gemäß Erfindung;
2 ein schematisches Detailblockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Temperatursteuersystems nach Erfindung;
3 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Leistungs- und Steuerschaltung gemäß Erfindung; und
4 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Rauschfilters gemäß vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Temperatursteuersystems 100 gemäß vorliegender Erfindung in Verbindung mit einer Werkstückeinspannvorrichtung 10. Die Einspannvorrichtung 10 kann zum Halten eines flachen Werkstücks, wie eines Halbleiterwafers, auf ihrer Oberseite 12 verwendet werden, während der Verarbeitung des Wafers, und kann eine solche Form aufweisen, wie sie in der anhängigen Patentanmeldung mit Titel "Werkstück-Halteeinrichtung" beschrieben ist, die gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereicht wurde und den gleichen Anmelder wie diese Anmeldung aufweist. Auf den Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit unter Bezugnahme verwiesen.
Die Verarbeitung, die an dem Werkstück durchgeführt wird, kann ein elektrisches Schaltkreistesten auf einem Wafer in einem vorbestimmten Temperaturbereich unter Verwendung einer Wirtsmaschine wie einer Überprüfungsmaschine umfassen. Um eine zyklische Temperierung des Wafers zu ermöglichen, weist die Einspanneinrichtung 10 eine Wärmesenke 14 auf, durch die ein Fluid zirkulieren kann, und eine elektrische Heizeinrichtung 16, die zum Erwärmen des Wafers verwendet werden kann. Das Temperatursteuersystem 100 gemäß Erfindung wird zur Steuerung der Heizeinrichtung 16 und der Temperatur des Fluids und des Fluidstroms durch die Wärmesenke 14 verwendet, um die Steuerung der Temperatur der Einspannvorrichtung und daher der Temperatur des getesteten Wafers zu steuern. Wie im Detail im Folgenden beschrieben wird, kann bei einem Ausführungsbeispiel die Heizeinrichtung 16, die ebenfalls als H3 bezeichnet wird, tatsächlich zwei Widerstandsheizelemente 16A und 16B aufweisen, von denen jedes durch sein eigenes, individuell steuerbares Leistungssignal betrieben wird, das durch das erfindungsgemäße Leistungs- und Steuersystem bereitgestellt wird. Die Heizelemente 16A und 16B sind individuell steuerbar, um die Implementierung einer vielstufigen, beispielsweise zweistufigen, Werkstückheizprozedur zu ermöglichen, wie sie im Detail im Folgenden beschrieben wird.
Es sei angemerkt, dass in 1 unterbrochene oder gestrichelte Linien elektrische Verbindungen und durchgehende Linien mit Pfeilen Leitungen zur Bereitstellung des Flusses eines thermodynamischen Mediums, wie eines Fluids zur Steuerung der Temperatur der Einspannvorrichtung oder des Kühlmittels zum Kühlen des Fluids anzeigen.
Das System 100 gemäß Erfindung kann ebenfalls verwendet werden, um einen unteren Bereich der Einspannvorrichtung 10 auf Umgebungstemperatur zu halten, um einen Wärmestrom zwischen Einspannvorrichtung 10 und der Wirtsmaschine zu vermeiden. Dazu umfasst die Einspannvorrichtung 10 eine untere Abstützung oder Platte 22, die eine keramische, thermische und elektrisch isolierende Platte sein kann, die auf einer Basis 48 montiert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Basis 48 Teil der Wirtsmaschine, auf der die Einspannvorrichtung 10 montiert ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, siehe 1, ist die Basis 48 Teil der Einspannvorrichtung. Die Basis wird im Folgenden als Teil der Einspannvorrichtung 10 bezeichnet, auch wenn sie Teil der Wirtsmaschine sein kann. In jedem Fall wird die Temperatur der Basis 48 gesteuert, um den Wärmestrom zwischen der Einspannvorrichtung 10 und der Wirtsmaschine zu steuern. Das Fluid kann durch die Basis 48 zirkulieren, um diese auf Umgebungstemperatur zu halten. Dadurch wird eine Wärmeströmungsbarriere zwischen der Einspannvorrichtung und der Wirtsmaschine gebildet.
Das Temperatursteuersystem 100 gemäß Erfindung weist ein Fluidtemperatursteuermodul 110 auf, das die Temperatur und den Fluss des Fluids zu und von der Einspannvorrichtung 10 steuert. Das Fluid wird in die Wärmesenke 14 über eine Eingangsleitung 112 und von der Wärmesenke 14 über eine Rückkehrleitung 113 geführt. Das Fluid kann ebenfalls in die Basis 48 über eine andere Eingangsleitung 114 und aus der Basis 48 über eine andere Rückkehrleitung 115 transportiert werden. Die beiden Rückkehrleitungen 113 und 115 treffen sich zu einer einzigen Rückkehrleitung 116, die das Fluid zurück zu dem Fluidsteuermodul 110 führt.
Das System 100 gemäß Erfindung umfasst ebenfalls ein Leistungs- und Steuersystem, das eine elektrische Steuereinrichtung 50 und eine Leistungsversorgung 60 aufweisen kann. Wie im Detail im Folgenden beschrieben wird, empfängt die Steuereinrichtung 50 elektrische Eingangssignale von verschiedenen Bauteilen des Systems 100 und übermittelt elektrische Steuersignale in die Systembauteile, wie zur Durchführung der erforderlichen Temperatursteuerfunktion des Systems 110 erforderlich. Die Leistungsversorgung 60 führt Leistung den verschiedenen Systemkomponenten und der Steuereinrichtung 50 je nach Erfordernis zu.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Temperaturrückmeldung zur Steuereinrichtung 50 durch eine Reihe von Temperatursensoren ermöglicht, die an verschiedenen Stellen in der Einspannvorrichtung 10 und dem Temperatursteuermodul 110 angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 sind sechs Temperatursensoren T1–T6 im Einsatz. Es sei angemerkt, dass die Bezugnahme auf T1–T6 sowohl den Sensor selbst als auch dessen Temperaturwert betreffen kann. Aus dem Kontext wird jeweils klar sein, welcher Gebrauch beabsichtigt ist.
Sensor T1 ist der Temperatursensor der Oberseite der Einspannvorrichtung, der die Einspannvorrichtungstemperatur an oder nahe der Wärmesenke 14 anzeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird vor dem Temperaturtest ein Kalibrierverfahren durchgeführt, in dem der Unterschied zwischen der Temperatur am Sensor T1 und der tatsächlichen Temperatur des Wafers bestimmt wird. Während der Kalibrierung kann die Temperatur des Wafers an der Oberseite durch ein oberflächenmontiertes Thermoelement oder einen anderen Temperatursensor bestimmt werden, oder unter Verwendung einer kalibrierten Diode auf dem Wafer oder durch irgendeine andere Technik. Ein Korrekturfaktor wird erzeugt, der den Temperaturunterschied zwischen Sensor T1 und der Waferoberfläche anzeigt. Der Korrekturfaktor wird zur Justierung während der folgenden Temperatursteuerverfahren verwendet, um den Wafer auf der erwünschten Temperatur zu halten. Alternativ kann ein Temperatursensor in Kontakt oder außer Kontakt an der Waferoberfläche verwendet werden, um die T1-Temperaturmessung bereitzustellen. Dadurch wird die Notwendigkeit einer Kalibrierung vermieden. Der Temperatursensor kann eine kalibrierte Diode, ein Thermoelement oder ein anderer Kontakt- oder Nichtkontaktsensor sein.
Sensor T2 ist der Basistemperatursensor. Er misst die Temperatur der Basis 48. Diese Temperatur wird nahe oder auf Umgebungstemperatur (Sensor T3) gehalten, um einen Wärmestrom zwischen der Einspannvorrichtung 10 und der Wirtsmaschine zu verhindern. Sensor T3 ist der Umgebungsluft/Umgebungstemperatursensor. Er misst die Umgebungstemperatur der Umgebung rund um die Einspannvorrichtung und die Wirtsmaschine. Idealerweise kann T2 durch Zirkulieren des Fluids durch die Basis 48 so nahe wie möglich bei T3 gehalten werden, um Wärmestrom zwischen der Einspannvorrichtung und der Wirtsmaschine zu verhindern.
Sensor T4 ist ein Fluidtemperatursensor. Er ermittelt die Temperatur des Fluids bei dessen Fliessen aus der Fluidheizeinrichtung H1 und bevor das Fluid entweder in die Wärmesenke 14 über Leitung 112 oder Basis 48 über Fluidheizeinrichtung H2 und Leitung 114 fließt, in Abhängigkeit vom Zustand des Ventils SV4. Die Temperatur bei T4 wird überwacht, um eine Steuerung der Fluidtemperatur zu ermöglichen, wenn sie die Wärmesenke 14 oder Basis 48 erreicht.
Sensor T5 ist ein Basisfluidtemperatursensor. Er ermittelt die Temperatur des Fluids bei dessen Ausfließen aus dem Fluidtemperatursteuermodul 110 in Richtung Einspannvorrichtung 10 entlang der Leitung 114. Die Temperatur von T5 wird überwacht, um eine Steuerung der Fluidtemperatur zu ermöglichen, wenn diese in Basis 48 eintritt, so dass die Basistemperatur (T2) nahe der Umgebungstemperatur (T3) aufrecht erhalten wird.
Sensor T6 ist der Rückkehrfluidtemperatursensor. Er ermittelt die Temperatur des Fluid bei dessen Rückkehr von der Einspannvorrichtung 10 entlang der Rückkehrleitung 116. Dies wird verwendet, um zu bestimmen, ob thermodynamische Verfahren, wie Vorkühlung, bei dem Fluid vor dessen Rückkehr zur Einspannvorrichtung 10 durchgeführt werden sollen.
Es sei angemerkt, dass eine andere Temperatursensorkonfiguration zur Durchführung der Erfindung verwendet werden kann. Beispielsweise können Sensoren T1 und T2 in den Rückkehrleitungen 113 und 115 oder zusätzliche Sensoren können entweder einer oder beiden der Leitungen 113 und 115 zugeordnet sein.
Das Temperatursteuersystem 100 weist weiterhin ein Paar von Fluidheizeinrichtungen H1 und H2 zum Heizen des zirkulierenden Fluids je nach Erfordernis auf. Heizeinrichtung H2, die Heizeinrichtung zur Steuerung der Basisfluidtemperatur, wärmt durch die Basis 48 geführtes Fluid auf. Heizeinrichtung H1, die Heizeinrichtung zur Steuerung der Einspannvorrichtung/Basisfluidtemperatur, heizt das durch entweder die Wärmesenke oder Basis 48 zirkulierende Fluid auf in Abhängigkeit vom Zustand des SV4. Wie oben erwähnt, weist das System 100 ebenfalls eine Heizeinrichtung 16 (H3) zur Steuerung der Einspanneinrichtungstemperatur auf, die in der Einspanneinrichtung 10 zur Bereitstellung von Wärme direkt zu dieser zum Heizen des Werkstücks angeordnet ist und die tatsächlich eine Reihe individuell steuerbarer Heizelemente 16A und 16B aufweisen kann.
Der Fluidstrom durch das System 100 wird durch die Steuereinrichtung 50 mittels einer Pumpe 120 und einer Reihe von Ventilen gesteuert. Die Pumpe 120 empfängt Fluid von dem Verdampfer 134 und/oder dessen Umgehungsleitung und Sammeleinrichtung 154 und pumpt das Fluid in Richtung der Fluidheizeinrichtungen H1 und H2 und dann zur Wärmesenke 14 und/oder Basis 48.
Wärmetauscher (Kühler) 130, Verdampfer 134, thermisches Expansionsventil 136, Kompressor 140 und Druckregler 138 werden verwendet, um einen kapazitätsgesteuerten Kühlkreislauf zu implementieren, der das Fluid je nach Erfordernis abkühlt. Unter bestimmten aber vorgegebenen Umständen, die im Folgenden beschrieben werden, werden Elektromagnetventile SV2 und SV3 verwendet, um das Fluid durch das Kühlsystem je nach Erfordernis zu lenken, um Wärme vom Fluid zu entnehmen. Unter anderen Umständen werden SV2 und SV3 zum Lenken des Fluids verwendet, so dass es ein oder mehrere Bereiche des Kühlkreislaufs umgeht. Das Elektromagnetventil SV2 zur Auswahl des Umgebungsvorkühlers wird verwendet, um Fluid durch den Umgebungsvorkühlwärmeaustauscher 135 zu leiten. Wird eine Umgebungsvorkühlung erwünscht, wird SV2 in den EIN-Zustand geschaltet, um das Fluid durch den Vorkühlwärmetauscher 135 zu leiten. Ist SV2 AUS geschaltet, siehe 1, umgeht das Fluid die Umgebungsvorkühlung.
Wird eine weitere Kühlung des Fluids erwünscht, kann das Fluid durch den Verdampfer 134 geführt werden. Das Elektromagnetventil SV3 zur Auswahl der Umgehung des Verdampfers und das Ventil M2 zur Messung des den Verdampfer umgehenden Kühlmittelfluids werden verwendet, um den Fluss des Fluids durch den Verdampfer 134 zu steuern. Das Messventil M2 ermöglicht immer einen vorbestimmten Anteil des Fluids in Leitung 142 zum Umgehen des Elektromagnetventils SV3 und zum Fließen in den Verdampfer 134 zum Kühlen. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird dieser Anteil auf 15 % gesetzt. Ist SV3 in dem AUS-Zustand nach 1, wird alles Fluid in Leitung 142 durch den Verdampfer zur Kühlung gelenkt. Ist SV3 im EIN-Zustand wird der vorbestimmte Anteil (15 %) des Fluids in den Verdampfer 134 einfließen und das verbleibende Fluid umgeht den Verdampfer 134 und fließt in Richtung Pumpe 120.
Eine vorbestimmte Menge des Fluids am Ausgang der Pumpe 120, die in Leitung 144 fließt, fließt in Heizeinrichtung H1. Diese Menge wird durch das Ventil 3 zur Messung der Basisversorgungsfluidmenge eingestellt. In einem Ausführungsbeispiel ist M3 so eingestellt, dass 5 % des Fluids in Leitung 144 H1 umgehen und in Richtung H2 in Leitung 145 fließen und die verbleibenden 95 % durch H1 fließen. Folglich wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Teil des Fluids immer durch die Basis 48 fließen und die Temperatur dieses Teils ist steuerbar.
Unter bestimmten Bedingungen, wenn beispielsweise die Einspannvorrichtung durch die Einspannheizeinrichtungen 16 (H3) geheizt wird, wird das Fluid von der Heizeinrichtung H1 durch das Elektromagnetventil SV4 zur Einspanneinrichtungwärmesenkenumgehung zur Leitung 147 geleitet, um durch Heizeinrichtung H2 und die Basis 48 anstelle durch die Wärmesenke 14 zu fließen. Ist SV4 EIN geschaltet, fließt alles Fluid sowohl aus H1 und H2 durch die Basis 48. Ist SV4 AUS geschaltet, wird das Fluid aus der Heizeinrichtung H1 durch die Wärmesenke 14 geleitet.
Das System 100 nach der Erfindung umfasst ebenfalls einen Taupunktsensor 150 und ein Taupunktmessgerät 152. Der Taupunktsensor 150 erfasst den Taupunkt in der Umgebung um die Einspannvorrichtung 10 und erzeugt und übermittelt ein elektrisches Signal an das Taupunktmessgerät 152 zur Anzeige des erfassten Taupunkts. Das Taupunktmessgerät 152 kann ein Taupunktalarmsignal an die Steuereinrichtung 50 durch Schließen eines Schalters senden, falls der Taupunkt über einen bestimmten Wert steigt. Korrekturtätigkeiten, wie Aufwärmen der Einspannvorrichtung auf Umgebungstemperatur und Herunterfahren des Systems können durchgeführt werden, um Beschädigung des Werkstücks aufgrund von Umgebungsfaktoren, wie eine Frostformation zu vermeiden.
Der Akkumulator 154 dient als Reservoir für das durch die Einspanneinrichtung 10 zirkulierte Fluid. Der Akkumulator enthält genügend Fluid um Expansion und Kontraktion des Fluids über einen weiten Betriebstemperaturbereich des Systems zu ermöglichen. Ein Signal zur Anzeige eines Niedrigfluidniveaus wird durch den Akkumulator 154 erzeugt und über Leitung 149 der Steuereinrichtung 50 übermittelt.
Die Steuereinrichtung 50 kann ebenfalls Eingaben von der Wirtsmaschine, beispielsweise einem Testgerät, über ein RS-232 Interface 237 empfangen. Das RS-232 Interface ermöglicht der Wirtsmaschine eine Kommunikation mit der Einspanneinrichtung über solche Informationen, wie neue Einspanneinrichtungstemperatureinstellpunkte.
Die Steuerlogik, die von dem Temperatursteuersystem 100 nach Erfindung verwendet wird, wird nun im Detail beschrieben. Bestimmte Variablen werden in Verbindung mit den Tätigkeiten des Systems 100 bestimmt. T_C ist als Temperatureinstellpunkt für die Einspanneinrichtung 100 bestimmt. Dies ist die Temperatur, auf die gegenwärtig die Einspanneinrichtung gewünschterweise eingestellt werden soll. T_EB ist die Verdampferumgehungsschalttemperatur. Diese ist ein konstanter positiver Wert, mit dem T_C unter bestimmten Bedingungen verglichen wird. T_S ist die Tragplatten- oder Basiseinstelltemperatur und ist typischerweise ungefähr gleich T3, der Umgebungsluft/Umgebungstemperatur. DT_C ist die Einspanneinrichtungstemperaturabweichung, die ein Mass für den Unterschied zwischen der Einspannungseinrichtungstemperatur T1 und dem Einspannungseinrichtungstemperatureinstellwert T_C ist, d.h. DT_C = T1 – T_C.
DT_S ist der Maximalwert der Temperaturabweichung der Einspanneinrichtung, für die diese noch in einem stationären Zustand ist und diese ist typischerweise gleich einem konstanten positiven Wert zwischen 1 und 5°C. Die Temperatur der Einspannungseinrichtung wird als stationär angesehen, wenn die Größe der Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur und dem Einstellwert (DT_C) klein ist, d.h., wenn die tatsächliche Temperatur nur leicht unterschiedlich zur erwünschten Temperatur ist. Insbesondere wird die Einspanneinrichtung als in einem stationären Zustand betrachtet, wenn – DT_S < DT_C < DT_S ist.
Das erfindungsgemäße System steuert die Temperatur der Einspanneinrichtung und des Werkstücks über einen weiten Bereich von Temperaturen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Temperaturbereich effektiv in einen unteren Unterbereich und einen oberen Unterbereich aufgeteilt. In dem unteren Unterbereich wird die Temperatur der Einspanneinrichtung 10 und des Werkstücks durch Fluidströmung durch die Einspanneinrichtung 10 allein gesteuert, wobei die Heizeinrichtung 16 (H3) der Einspanneinrichtung nicht aktiviert ist. Dies gilt ebenfalls, wenn der Temperatureinstellpunkt oberhalb der Umgebungstemperatur ist. In diesem Fall ermöglicht das Fluid die erforderliche Erwärmung. In dem oberen Unterbereich wird die Heizeinrichtung 16 der Einspanneinrichtung zum Heizen der Einspanneinrichtung 10 und des Werkstücks verwendet. Die Temperatur an der Grenze zwischen dem unteren Unterbereich und dem oberen Unterbereich wird als T_B bezeichnet. In einem Ausführungsbeispiel ist T_B = +40°C. Beträgt also der gesamte Temperaturbereich beispielsweise –10°C bis +200°C, kann sich der untere Unterbereich von –10°C bis +39,9°C und der obere Unterbereich von +40°C bis +200°C erstrecken. Andere Temperaturunterbereiche können ausgewählt werden.
Um die logische Tätigkeit des System 100 zu beschreiben, werden die Einstellungen der verschiedenen Bauteile des Systems 100 zusammen mit den physikalischen Systembedingungen, unter denen diese Einstellungen erfolgen, beschrieben. Wie oben erwähnt, sind der Kompressor 140 und der Kühler 130 Teile eines Kühlsystems, das zur Steuerung der Temperatur des Fluids durch die Einspanneinrichtung 10 gemäß vorliegender Erfindung steuerbar ist. Der Kompressor 140 und der Kühlerventilator sind EIN geschaltet, wenn das System 100 in Tätigkeit ist, und sind ansonsten AUS geschaltet. Die Pumpe 120, die zur Zirkulation des Fluid durch die Einspanneinrichtung 10 verwendet wird, ist EIN geschaltet, wenn das System 100 in Tätigkeit ist, und andererseits ausgeschaltet.
Ventil SV2 wird eingeschaltet werden, um die Umgebungsvorkühlung durch Leiten des Fluids durch den Vorkühlwärmetauscher 135 zu ermöglichen, wenn es wünschenswert ist, die Einspanneinrichtung auf einen Einstellwert der Temperatur zu kühlen, der weit genug unterhalb der aktuellen Einspanneinrichtungstemperatur T₁ liegt, um das System aus dem stationären Zustand zu bewegen, d.h. es gilt DT_C > DT_S und die Temperatur T₁ ist größer als T_B. Ansonsten wird SV2 AUS geschaltet, um die Vorkühlung zu umgehen.
Wie oben beschrieben, wird bei AUS geschaltetem Elektromagnetventil SV3 nach 1 das Fluid durch den Verdampfer 134 zum Kühlen des Fluids geleitet. Ist SV3 EIN geschaltet, wird das meiste Fluid zur Heizeinrichtung H1 zum Heizen des Fluids geleitet. SV3 wird EIN geschaltet unter einer von zwei Bedingungen. Es ist EIN geschaltet, wenn es erwünscht ist, die Einspanneinrichtung auf eine Temperatur zu erwärmen, die hoch genug oberhalb der gegenwärtigen tatsächlichen Einspannvorrichtungstemperatur ist, um das System aus dem stationären Zustand zu entfernen, d.h. es gilt DT_C < –DT_S. Alternativ wird SV3 EIN geschaltet, wenn das System in dem stationären Zustand ist, d.h. –DT_S < DT_C < DT_S und es wünschenswert ist, das System in dem oberen Temperaturunterbereich zu betätigen, d.h. T_C ≥ T_B. Andererseits wird SV3 AUS geschaltet, um das Fluid zu kühlen.
Wir vorangehend beschrieben, steuert das Elektromagnetventil SV4, ob das Fluid von der Heizeinrichtung H1 zur Wärmesenke 14 oder zur Basis 48 umgeleitet wird. Ist SV4 EIN geschaltet, wird das Fluid zur Basis 48 geleitet, ist SV4 AUS geschaltet, wird das Fluid zur Wärmesenke 14 geleitet. SV4 wird EIN geschaltet, wenn es wünschenswert ist, das System in dem oberen Temperaturunterbereich zu betreiben, d.h. wenn T_C > T_B ist, außer wenn es wünschenswert ist, die Einspanneinrichtung auf einen Temperatureinstellwert zu kühlen, der weit genug unterhalb der gegenwärtigen tatsächlichen Einspanneinrichtungstemperatur ist, um das System aus dem stationären Zustand zu nehmen, d.h. wenn gilt DT_C > DT_S. Ansonsten wird SV4 EIN geschaltet.
Die Heizeinrichtungen H1, H2 und H3 können durch proportional-integral-Ableitungssteuerkreise (PID) gesteuert werden, die in der Steuereinrichtung 50 enthalten sind. Die verschiedenen Temperatursensoren T1–T6 stellen die erforderliche Temperaturrückmeldung bereit, die der Steuereinrichtung 50 die Steuerung der Heizeinrichtungen ermöglicht. Die Steuereinrichtung 50 stellt pulsweiten modulierte Signale zum zyklischen Ein- und Ausschalten der Heizeinrichtungen, je nach Erfordernis, bereit.
Heizeinrichtung H1 wird zyklisch EIN geschaltet über die PID-Steuerung, um die Einspanneinrichtungstemperatur T1 gleich der Einstelltemperatur T_C zu halten, wenn es wünschenswert ist, das System in dem niedrigeren Temperaturunterbereich zu betreiben, d.h. wenn T_C < T_B ist, außer wenn es wünschenswert ist, die Einspanneinrichtung auf eine Temperatur zu kühlen, die weit genug unterhalb der gegenwärtigen aktuellen Einspannungseinrichtungstemperatur ist, um das System aus dem stationären Zustand zu holen, wenn gilt DT_C > DT_S. Heizeinrichtung H1 wird ebenfalls zyklisch eingeschaltet, um die Tragplattentemperatur T2 gleich zur Umgebungsluft/Umgebungstemperatur T3 beizubehalten, wenn es wünschenswert ist, das System in dem oberen Temperaturunterbereich zu betreiben, d.h. wenn gilt T_C ≥ T_B, außer wenn es erwünscht ist, die Einspanneinrichtung auf eine Temperatur zu kühlen, die weit genug unterhalb der gegenwärtigen aktuellen Einspannungseinrichtungstemperatur ist, um das System aus dem stationären Zustand zu holen, d.h. wenn gilt DT_C > DT_S. Heizeinrichtung H1 ist unter den anderen Bedingungen AUS geschaltet.
Heizeinrichtung H2 wird zyklisch über die PID-Steuerung EIN geschaltet, um die Basistemperatur T2 gleich der Umgebungsluft/Umgebungstemperatur T3 zu halten, außer wenn SV4 EIN geschaltet ist, um das Fluid von Heizeinrichtung H1 durch die Basis 48 fließen zu lassen. In diesem Fall, handhabt Heizeinrichtung H1 die gesamte Menge der Heizlast für das Fluid. Unter anderen Umständen ist die Heizeinrichtung H2 AUS geschaltet.
Die Heizeinrichtung H3 der Einspanneinrichtung wird zyklisch über PID-Steuerung eingeschaltet, um die Temperatur der Einspanneinrichtung T1 gleich der Einstelltemperatur T_C zu halten, wenn es wünschenswert ist, das System in dem oberen Temperaturunterbereich zu betreiben, d.h. wenn gilt T_C ≥ T_B, außer wenn es wünschenswert ist, die Einspanneinrichtung auf eine Temperatur soweit unterhalb der tatsächlichen gegenwärtigen Einspanneinrichtungstemperatur zu kühlen, um das System aus dem stationären Zustand herauszuholen, d.h., wenn gilt DT_C > DT_S. Unter anderen Bedingungen ist die Heizeinrichtung H3 AUS geschaltet.
2 ist ein schematisches Detailblockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels 400 des erfindungsgemäßen Temperatursteuersystems. Die Bauteile und Steuerlogik, wie sie in Verbindung mit 1 beschrieben wurde, sind die gleichen wie in 2 mit den im Folgenden beschriebenen Ausnahmen. Das Ausführungsbeispiel 400 nach 2 verwendet ein anderes Fluidtemperatursteuersystem 410 als Ausführungsbeispiel 100 nach 1. Das Fluidkühlsystem nach 2 umfasst einen Kühler 130 und einen Verdampfer 434. Das Kühlmittel, das zur Kühlung des Zirkulationsfluids verwendet wird, tritt aus dem Kühler 130 entlang der Leitung 453 aus und tritt in ein Expansionsventil 438 ein, in dem es vor Eintreten in den Verdampfer 434 gedrosselt wird. Das Elektromagnetventil SV2 kann zum Umgehen des Umgebungsvorkühlwärmetauschers 435 verwendet werden, wenn eine weitere Kühlung des Fluids zur Steuerung der Einspannvorrichtungstemperatur nicht erwünscht ist. Allerdings ist das Elektromagnetventil SV3 des Ausführungsbeispiels nach 1, das zur Umgehung des Verdampfers verwendet wird, wenn eine weitere Kühlung nicht erforderlich ist, nicht in dem Fluidtemperatursteuersystem 410 des Ausführungsbeispiels nach 2 enthalten. Statt dessen wird, wenn eine weitere Kühlung des Fluids nicht erwünscht ist, das normalerweise geschlossene Elektromagnetventil SV6 in dem geschlossenen Zustand gehalten, um kaltes Kühlmittel in dem Verdampfer zurückzuhalten und heißes Gas von dem Kompressor entlang der Leitung 451 dem Verdampfer 434 zum Heizen des Fluids zuzuführen. Bei einem Ausführungsbeispiel, falls dieses zusätzliche Aufwärmen erwünscht ist, wird das optionale Elektromagnetventil SV5 zur Herbeiführung des heißen Gases geöffnet, um das heiße Gas vom Kompressor 140 zum Verdampfer 434 zu übermitteln. Ein Heißgasdruckregu lator 436 wird verwendet, um die Menge des heißen Gases zu steuern, die dem Verdampfer 434 zugeführt wird entsprechend zum erforderlichen Aufheizen.
Folglich wird SV6 bei der Steuerung der Fluidtemperatur durch Modulierung der Kühlkapazität des Verdampferwärmetauschers 434 verwendet. SV6 kann durch eine PID-Schleife gesteuert werden, um die Fluidtemperatur so genau wie erforderlich beizubehalten.
In einem Ausführungsbeispiel ist ein weiteres optionales Ventil SV7 im Einsatz zwischen Kühler 130 und Verdampfer 434. Ventil SV7 versorgt eine Schnellmesseinrichtung, die bei einem Ausführungsbeispiel eine Kapillarröhre 439 sein kann. SV7 kann ebenfalls durch eine PID-Schleife gesteuert werden. Dieses Ventil unterscheidet sich von SV6 allerdings darin, dass es eine Einrichtung mit geringer Kapazität und schneller Messfähigkeit steuert (Kapillarröhre 439). Wo diese Anordnung verwendet wird, kann SV6 zur maximalen Kapazität betrieben werden, während Übergängen beispielsweise. SV7 kann dann verwendet werden, um den Einstellpunkt nach Übergang genau beizubehalten, während SV6 unwirksam geschaltet ist.
Ebenfalls ist der Temperatursensor T6 nach 1 bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 nicht mehr in Anwendung und ein anderer Temperatursensor T7 ist hinzugefügt worden. Der Sensor T7 ist der Temperatursensor zur Bestimmung der Verdampferfluidauslasstemperatur. Er misst die Temperatur des Fluids beim Verlassen des Verdampferwärmetauschers 434. Die ermittelte Temperatur durch T7 wird zur Justierung der Kühlkapazität des Fluidkühluntersystems verwendet, das den Kühler 130, Kompressor 140 und Verdampfer 434 umfasst.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Leistungs- und Steuersystems 300 gemäß vorliegender Erfindung. Das System 300 umfasst eine Leistungsversorgung 60 und eine Steuereinrichtung 50, auf die oben Bezug genommen wurde. Es erzeugt Leistungssignale, die zum Betreiben der Heizeinrichtung 16 (H3) der Einspanneinrichtung erforderlich sind, welche Widerstandsheizelemente 16A und 16B enthält, und die Steuersignale werden zur Betätigung der Elektromagnetventile und der Fluidheizeinrichtungen H1 und H2, wie oben beschrieben, verwendet.
Der Bereich der Leistungsversorgung 60 des Leistungs- und Steuersystems 300 kann drei Leistungsversorgungsmodule 200, 202 und 204 umfassen, die eine Wechselstromeingangsleistung über eine Leitung empfangen. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Eingangsleistung standardmäßig 115VAC mit 60 Hz sein oder kann europäischen Standards genügen. Das Schaltspannungsversorgungsmodul 200 stellt die Hauptleistungssignale zur Verfügung, die zum Betreiben der Heizeinrichtung H3 der Einspanneinrichtung verwendet werden. Wie oben beschrieben, ist bei einem Ausführungsbeispiel die Heizeinrichtung H3 tatsächlich aus zwei Widerstandsheizelementen 16A und 16B gebildet, von denen jedes durch sein eigenes, separat kontrollierbares Leistungssignal betrieben wird. Um die Verwendung der beiden Heizelemente 16A und 16B zu ermöglichen, erzeugt das Schaltleistungsversorgungsmodul 200 zwei Mengen von Gleichstromausgaben auf Leitungen 208 und 210, um die Heizelemente 16A und 16B in H3 zu treiben. Eine Menge von Ausgangsleitungen 208 gibt ein Ausgangsleistungssignal von ±36 VDC und Ausgangsleitungen 210 ein Ausgangsleitungssignal von ±48 VDC, ab.
Die verbleibenden Leistungsversorgungsmodule 202 und 204 können Schaltleitungsversorgungen sein. Eines der anderen Module 202 kann +5 VDC zum Antreiben der Logik in dem Rest des Systems bereitstellen. Das Modul 202 kann ebenfalls ±15 VDC zum Antreiben von Verstärker, Filterung und anderen Schaltkreisen im Steuersystem 50 bereitstellen. Die ±15 VDC werden einem Filter 201 zugeführt und dann durch einen Regulator 203 auf eine Spannung von ±12 VDC reguliert, bevor diese einem linearen Verstärker 216 mit geringem Rauschen und dem Tiefpassfilter (LPF) 218 der Steuerschaltung 50 zugeführt wird. Der lineare Niedrigrauschverstärker 216 umfasst zusätzlich Filterschaltung 217 zur Filterung des ±12 VDC-Signals. Der LPF 218 umfasst ebenfalls eine weitere Filterung für die ±12 VDC. Die gesamte Regulierung und Filterung wird verwendet, um eine rauschfreie Gleichstromversorgung dem Verstärker und dem LPF bereit zu stellen, so dass rauscharme Leistungssignale den Heizelementen 16A und 16B zuführbar sind. Das andere Leistungsversorgungsmodul 204 kann zur Erzeugung eines +24VDC-Signals verwendet werden, das zum Antreiben eines Systemventilators zum Kühlen verwendet werden kann.
Die ±36 VDC und ±48 VDC-Signale werden der Filterschaltung 206 in der Steuereinrichtung 50 zugeführt, um von diesen Signalen durch die Umschaltleistungsversorgung 200 oder andere Quellen von Rauschen eingeführtes Rauschen zu entfernen. Wie oben erwähnt, sind die Heizelemente 16A und 16B der H3, die durch die Leistungsversorgung 200 betrieben werden, vorzugsweise in der Einspannvorrichtung des Werkstücks angeordnet, die auf einer anderen Schaltkreistestmaschine angeordnet werden kann und zum Halten eines Wafers während der Schaltkreisüberprüfung verwendet wird. Bei dieser Konfiguration ist es wichtig, dass dem System eingekoppeltes Rauschen minimiert ist, so dass solches Rauschen nicht mit den durch das Testgerät durchgeführten Testen interferiert und dadurch falsche Resultate erzeugt. Die Filterschaltung 206 ist daher wichtig zur Verbesserung der Genauigkeit der Schaltkreismessung, die durch das Testgerät durchgeführt wird.
Gefilterte Leistungsversorgungsausgaben werden von dem Filter 206 auf Leitungen 212 und 214 bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ±36 VDC auf Leitung 212 direkt einem ersten Heizelement 16A der Heizeinrichtung H3 der Einspanneinrichtung des Werkstücks zugeführt. Zusätzlich wird ±48 VDC auf Leitung 214 einem linearen Niederrauschverstärker 216 zugeführt, der den Pegel der Spannung steuert, die dem zweiten Widerstandsheizelement 16B in Heizeinrichtung H3 zugeführt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel, wird eine bipolare oder doppelendige Gleichspannung am Ausgang des linearen Niederrauschverstärkers 216 auf Leitung 207 bereitgestellt. Der Spannungspegel bereitgestellt durch Verstärker 216 ist variabel zwichen 0 VDC und ±42 VDC. Durch Variieren des Spannungspegels, der dem zweiten Widerstandselement 16B zugeführt wird, kann die Wärmemenge bereitgestellt durch die Heizeinrichtung variiert werden. Folglich kann durch Steuerung der Spannung vom Verstärker 216 die Temperatur des Werkstücks gesteuert werden.
Der Ausgangspegel auf Leitung 207 von dem linearen Niederrauschvestärker 216 wird durch eine analoge Signaleingabe gesteuert, die von einem Digital/Analog-Wandler 220 bereitgestellt wird, dessen Ausgabe durch Daten einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 226 gesteuert wird. Das Analogsignal von D/A 220 wird durch ein Tiefpassfilter 218 gefiltert, um D/A-Umschaltrauschen vom Signal zu entfernen, das erheblich während eines aktiven Steuerkreises sein kann. Das Signal wird dann zu dem linearen Niederrauschverstärker 216 geführt, um genau den Pegel des Signals zu steuern, der dem zweiten Heizelement 16B in der Heizeinrichtung H3 zugeführt wird. Der Tiefpassfilter 218 und der Niederrauschverstärker 216 entfernen praktisch alles verbleibendes Rau sches aus dem Signal, wie digitales Schaltrauschen eingebracht durch D/A 220 oder CPU 226, so dass ein reines und relativ rauschfreies Signal der Heizeinrichtung H3 zugeführt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Signal mit weniger als 250 μV Spitzenrauschen erhalten.
Das Leitungssystem gemäß Erfindung umfasst ebenfalls ein steuerbares Vorladen 222, das bei dem ±48 VDC-Ausgang des Filters 206 angewendet wird. CPU 226 steuert die Anwendung der Vorladung 222 über Steuerleitung 224. Die Vorladung 222 wird in Situationen angewendet, in denen die Ausgabe von dem linearen Niederrauschverstärker 216 auf einen relativ geringen Pegel eingestellt ist. Unter dieser Bedingung würde ohne Vorladung die Schaltleistungsversorgung 200 unter einer relativ geringen Last betrieben und würde dazu tendieren, übermäßiges Rauschen zu erzeugen. Durch Anwenden der Vorladung 222 wird die Schaltleistungsversorgung 200 weniger belastet, wodurch von dieser erzeugtes Rauschen vermindert wird.
Die CPU 226 stellt ebenfalls Steuersignale auf Leitungen 227 an Relaistreiber 244 zur Verfügung. Die Relaistreiber 244 übermitteln angemessene Signale an Relais, die die Tätigkeit der Elektromagnetventile und der Heizeinrichtungen H1 und H2 in dem Temperatursteuersystem 100 gemäß Erfindung steuern. Die Relais können beispielsweise Halbleiterrelais sein. Die CPU kann ebenfalls ein IEEE 488 Interface 236 wie auch ein RS-232 Interface 237 aufweisen, über welches die CPU 226 mit der Wirtsmaschine, d.h. dem Schaltkreistestgerät kommunizieren kann. Die CPU kann Eingaben empfangen, wie Werkstücktemperatureinstellwerte, von der Wirtsmaschine über das RS-232 Interface 237. Die CPU 226 weist weiterhin eine zugeordnete Speichereinrichtung 242 auf, die ROM und RAM enthalten kann, in welcher Daten und Instruktionen gespeichert sind, die zum Durchführen der Funktion der Erfindung erforderlich sind. Die CPU weist weiterhin ein Benutzerinterface auf, das eine Tastatur 238 und eine Anzeigeeinrichtung 240 enthalten kann.
Die CPU 226 stellt weiterhin Steuerleitungen 230 zu der Schaltungsleistungsversorgung 200 sowie auf Steuerleitungen 228 zum Filter 206 bereit. Die Steuerleitungen 230 werden zum selektiven schalten der ±36 und ±48 VDC-Ausgangsleistungssignale in den EIN- und AUS-Zustand verwendet. Eins oder beide der Leistungssignale können ausgeschaltet werden, wenn sie nicht verwendet werden, um den Leistungsverbrauch des Systems und das durch die Schaltungsleistungsversorgung 200 eingeführte Rauschen zu senken.
Bei einem Ausführungsbeispiel können die Steuerleitungen 230 zum Schalten wenigstens eines der Ausgangsleistungssignale, vorzugsweise des ±36 VDC-Signals, in den EIN- oder AUS-Zustand verwendet werden. Die Steuersignale 230 werden zum Schalten eines oder mehrerer Relais zwischen offenem und geschlossenen Zustand verwendet.
Sind die Relais geöffnet, ist das entsprechende Ausgangsleistungssignal ausgeschaltet. Sind die Relais geschlossen, ist der Ausgang EIN geschaltet. In einem Ausführungsbeispiel, können die Steuerleitungen 228 zum Filter 206 ebenfalls verwendet werden, um die Ausgangsleistungssignale auf Leitungen 212 und 214 zwischen EIN- und AUS-Zustand durch Steuerung der Relais in der Filterschaltung 206 zu schalten.
CPU 226 empfängt Systemeingaben von den Temperatursensoren T1 bis T6, des Taupunktsensoralarmschalters 152 und des Niedrigpegelschalters im Akkumulator. Die Ausgaben dieser Sensoren und Schalter werden durch die Steuereinrichtung 50 entlang Leitungen 234 empfangen, die die Sensorausgaben dem A/D-Wandler 232 zuführen. Der A/D-Wandler 232 wandelt die Signale in Digitalsignale um, die entlang Leitungen 235 zu der CPU 226 übertragen werden. Die CPU 226 verarbeitet diese verschiedenen Eingänge, wobei sie unter Steuerung der in dem Speicher 242 abgespeicherten Instruktionen betrieben wird, sowie auch jegliche Information von der Wirtsmaschine oder eines Benutzers, wie einen Temperatureinstellpunkt, und erzeugt entsprechende Steuersignale entsprechend zur Systemlogik, die oben zur Steuerung der Temperatur des Werkstücks je nach Anforderung beschrieben wurde. Die durch die CPU 226 erzeugten Steuersignale umfassen die Signale auf Leitungen 228 und 230, um die Heizeinrichtungsleistungssignale EIN und AUS zu schalten, Signale zum D/A-Wandler 220 zur Steuerung des Pegels der Signalausgabe durch den linearen Niederrauschverstärker 216, das Vorladungssteuersignal auf Leitung 224 und die Relaissteuerleitungen 227.
Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt ein Heizelement 16A der H3 das ±36 VDC-Ausgabesignal vom Filter 206 auf Leitung 212. In diesem Ausführungsbeispiel empfängt das zweite Widerstandsheizelement 16B das steuerbare ±42 VDC-Signal von dem line aren Niederrauschverstärker 216. Das ±36 VDC-Signal kann EIN und AUS geschaltet werden über Steuerleitungen 230 und/oder 228, so dass das erste Widerstandsheizelement 16A EIN und AUS geschaltet werden kann. Wie oben beschrieben, kann der Spannungspegel auf Leitungen 207 zu dem zweiten Widerstandsheizelement 16B über die CPU 226, D/A-Wandler 220 und den Verstärker 216 gesteuert werden. Durch Variation des Spannungssignale auf Leitungen 207 kann ebenfalls die vom zweiten Widerstandsheizlement 16B erzeugte Wärme variiert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel erlaubt diese Konfiguration einen zweistufigen Heizprozess der Einspannvorrichtung, der das System nach Erfindung effizienter als bekannte Systeme mit nur einem einstufigen Heizprozess macht, insbesondere wenn es erwünscht ist, das Werkstück auf eine Temperatur wesentlich höher als eine vorliegende Temperatur zu erwärmen. Dies gilt beispielsweise, wenn der Temperatureinstellpunkt auf eine Temperatur viel höher als die gegenwärtige Temperatur des Werkstücks während des Temperaturzyklus verändert wird.
Unter diesen Bedingungen werden in dem ersten Schritt des zweistufigen Verfahrens beide Widerstandsheizelemente 16A und 16B in der Heizeinrichtung H3 eingeschaltet und der auf Leitungen 207 zum zweiten Widerstandsheizelement 16B zugeführte Spannungswert wird auf seinen Maximalwert eingestellt. Erreicht die Temperatur des Werkstücks einen ersten eingestellten Zielwert, kann das erste Widerstandsheizelement 16A durch Ausschalten der ±36 VDC-Signale auf Leitungen 212 ausgeschaltet werden. Dies kann über Steuerleitungen 230 und/oder Steuerleitungen 228 erreicht werden. Anschließend wird der der zweiten Widerstandsheizelement 16B auf Leitungen 207 zugeführte Spannungswert gesteuert, um die Temperatur des Werkstücks auf den erwünschten Endeinstellzieltemperaturwert zu bringen. Diese Steuerung erfolgt durch CPU 226, die Eingänge über Leitungen 235 empfängt und entsprechende Signale an den Verstärker 216 übermittelt, um das Werkstück auf die Zieltemperatur zu bringen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, werden die Heizelemente 16A und 16B eingeschaltet belassen auch nachdem das Werkstück die Endtemperatur erreicht hat, wenn eine relativ hohe Wärmemenge erforderlich ist, wenn beispielsweise das Werkstück auf einer hohen Temperatur gehalten werden soll.
Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel kann die Heizeinrichtung 16 (H3) der Einspanneinrichtung drei Widerstandsheizelement aufweisen, von denen zwei schaltbare Elemente und eines ein variables Element ist. Wird das Werkstück aufgeheizt, können alle drei Heizelemente EIN geschaltet sein. Wird die Endtemperatur erreicht, wird eins der schaltbaren Heizelemente AUS geschaltet, während das andere schaltbare Heizelement und das variable Heizelement eingeschaltet bleiben, um das Werkstück auf seiner Endtemperatur zu halten.
4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Filters 206 gemäß Erfindung. Nach 4 empfängt der Filter 206 das ±36 VDC-Eingabesignal auf Leitungen 208. Insbesondere wird +36 VDC auf Leitung 208A und –36 VDC auf Leitung 208B empfangen. Auch das ±48 VDC-Signal wird auf Leitung 210 empfangen. Insbesondere +48 VDC auf Leitung 210A und –48 VDC auf Leitung 210B.
Um Rauschen der Schaltleistungsversorgung zu entfernen, wird jedes Ausgabesignal einer Reihe von Filtern zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 wird jedes Signal zuerst einem passiven Filternetzwerk 302 und dann einer aktiven Filterstufe 300 zugeführt. Anschließend empfängt eine zweite passive Filterstufe 304 die Signale und leitet die entsprechend gefilterten Gleichspannungssignale an ein Relais 306. Die Relais 306A–306D sind über Steuerleitungen 228A–228D von der CPU 226 steuerbar. Jedes Ausgangsleistungssignal wird aus dem Filter 206 herausgeführt, wenn das entsprechende Relais 306 über Steuerleitung 228 geschlossen wird. Die ±36 VDC-Signale werden zu dem ersten Heizelement der Heizeinrichtung H3 über Leitungen 212 geleitet. Insbesondere wird +36 VDC über Leitung 212A und –36 VDC über Leitung 212B geleitet. Die ±48 VDC-Signale werden zu dem linearen Niederrauschverstärker 216 über Leitungen 214 geleitet. Insbesondere wird +48 VDC zu dem Verstärker 216 über Leitung 214A und –48 VDC zu dem Verstärker 216 über Leitung 214B geleitet.
Diese Reihen von Filtern 302, 300 und 304 entfernen Schaltrauschen aus den Ausgabesignalen der Schaltleistungsversorgung 200. Als Ergebnis können die Signale vom Filter 206 zu den Heizeinrichtungen der Einspannvorrichtung des Werkstücks eingespeist werden, ohne Koppeln von Schaltleistungsversorgungsrauschen zum Werkstück und der Maschine, die die Werkstücküberprüfung durchführt.
Auch wenn die Erfindung insbesondere dargestellt und beschrieben wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele, ist es für Fachleute verständlich, dass Änderungen in Form und Details ohne Abweichen vom Schutzumfang, wie er in beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, möglich sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein System und ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines flachen Werkstücks, wie eines Halbleiterwafers, offenbart. Das Werkstück ist auf einer Werkstückeinspannvorrichtung (10) montiert, die über einer Basis (48) zwischen der Einspannvorrichtung und einer Wirtsmaschine montiert ist, wobei eine solche Wirtsmaschine ein Wafertestgerät zum Testen integrierter Schaltkreise auf dem Wafer sein kann. Die Einspannvorrichtung weist einen oberen Bereich auf, auf dem das Werkstück montiert ist. Die Temperatur des oberen Bereichs der Einspannvorrichtung wird zur Steuerung der Temperatur des Werkstücks gesteuert. Die Temperatur der Basis (48) wird gesteuert, um die Größe des Wärmestroms zwischen der Einspannvorrichtung (10) und der Wirtsmaschine zu vermindern. Ein Leistungs- und Steuersystem umfasst eine Schaltleistungsversorgung, die Leistung den Systembauteilen zuführt, einschließlich Heizeinrichtungen in der Einspannvorrichtung, die zum Erwärmen des Werkstücks verwendet werden. Eine Reihe von Filtern (206, 217, 218) entfernt elektrisches Rauschen, das durch die Schaltleistungsversorgung erzeugt wird, so dass eine Tätigkeit mit niedrigem Rauschen realisiert wird.

Claims

Ein Leitungssystem für eine thermische Werkstückeinspannvorrichtung, welche wenigstens eine Heizeinrichtung zum Heizen eines auf der Werkstückeinspannvorrichtung montierten Werkstücks aufweist, wobei die Leitungseinrichtung aufweist: ein Interface zur Übermittlung von Leistung zwischen dem Leistungssystem und wenigstens einer Heizeinrichtung, und eine Schaltleistungsversorgung zur Erzeugung eines Ausgabeleistungssignals, welche der wenigstens einen Heizeinrichtung über das Interface zur Leistungsversorgung der wenigstens einen Heizeinrichtung eingekoppelt ist.
Leistungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Filter zum Entfernen elektrischen Rauschens von dem Ausgabeleistungssignal umfasst.
Leistungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Inerfaces so, dass das Ausgabeleistungssignal zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand schaltbar ist.
Leistungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verstärker zur Verstärkung des Ausgabeleistungssignals.
Leistungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker so steuerbar ist, dass ein Pegel des Ausgabeleistungssignals variabel ist.
Leistungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker über ein Ausgabesignal von einem Analog/Digital-Wandler steuerbar ist.
Leistungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Filter zur Filterung des Ausgabesignals von dem Analog/Digital-Wandler.
Leistungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Werkstückeinspannvorrichtung eine erste und eine zweite Heizeinrichtung zum Heizen des Werkstücks aufweist, und die Umschaltleistungsversorgung ein zweites Ausgabeleistungssignal erzeugt, wobei sowohl erstes als auch zweites Ausgabeleistungssignal einer der entsprechenden ersten und zweiten Heizeinrichtungen eingekoppelt sind.
Leistungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch erste und zweite Filter zum Entfernen von elektrischem Rauschen vom ersten und zweiten Ausgabeleistungssignal.
Leistungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Interfaces so, dass das erste und zweite Ausgabeleistungssignal zwischen einem AUS-Zustand in einen EIN-Zustand umschaltbar ist.
Leistungssystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Verstärker zur Verstärkung des anderen von erstem und zweiten Ausgabeleistungssignal.
Leistungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker so steuerbar ist, dass ein Pegel des anderen des ersten und zweiten Ausgabeleistungssignals variabel ist.
Leistungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Verstärker zur Verstärkung eines des ersten und zweiten Ausgabeleistungssignals.
Leistungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker so steuerbar ist, dass ein Pegel von erstem oder zweitem Ausgabeleistungssignal variabel ist.
Verfahren zur Bereitstellung von Leistung zur einer thermischen Werkstückeinspannvorrichtung mit wenigstens einer Heizeinrichtung zum Heizen eines auf der Werkstückeinspanneinrichtung montierten Werkstückes, welches Verfahren umfast: Breitstellen eines Interfaces zur Übertragung von Leistung zu der wenigstens einen Heizeinrichtung; Breitstellung einer Schaltleitungsversorgung zur Erzeugung eines Ausgabeleistungssignals, und Einkoppeln des Ausgabeleistungssignals in die wenigstens eine Heizeinrichtung über das Interface zur Leistungsversorgung der wenigstens einen Heizeinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin das Ausgabeleistungssignal zum Entfernen elektrischen Rauschens aus dem Ausgabeleistungssignal gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Interface so gesteuert wird, dass das Ausgabeleistungssignal zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand geschaltet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabeleistungssignal einem Verstärker zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker so gesteuert wird, das ein Pegel des Ausgabeleistungssignals variabel ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker über ein Ausgabesignal von einem Analog/Digital-Wandler gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesignal von Analog/Digital-Wandler gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Werkstückeinspannvorrichtung erste und zweite Heizeinrichtungen zum Heizen des Werkstücks aufweist, und die Umschaltleistungsversorgung ein zweites Ausgabeleistungssignal erzeugt, wobei sowohl erstes als auch zweites Ausgabeleistungssignal entsprechend der ersten oder der zweiten Heizeinrichtung eingekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Filter elektrisches Rauschen aus erstem und zweiten Ausgabeleistungsignal entfernen.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Interface so gesteuert wird, dass eines der ersten und zweiten Ausgabeleistungssignale zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand umschaltbar ist.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das andere von erstem und zweiten Ausgabeleistungssignal einem Verstärker zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker zur Änderung eines Pegels des anderen von erstem und zweiten Ausgabeleistungssignal gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eines der ersten und zweiten Ausgabeleistungssignale einem Verstärker zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker zur Änderung eines Pegels eines der Signale von dem ersten und zweiten Ausgabeleistungssignal gesteuert wird.
Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Werkstücks, welches auf einer Werkstückeinspannvorrichtung montiert ist, wobei die Werkstückeinspannvorrichtung erste und zweite Heizeinrichtungen zum Heizen des Werkstücks aufweist, gekennzeichnet durch: Bereitstellen einer Leistungsversorgung zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten Leistungsversorgungsausgabesignals; Einkoppeln des ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignals in entsprechend eine der ersten und zweiten Heizeinrichtungen; Schalten einer der ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignale zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand zum Schalten der entsprechenden ersten oder zweiten Heizeinrichtung zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand, und Variieren eines Pegels des anderen Signals der ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignale zur Änderung eines Wärmepegels, der durch die andere der ersten und zweiten Heizeinrichtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, das der Pegel des anderen der ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignale verändert wird durch Einkopplung des anderen des ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignals in einen steuerbaren Verstärker, und Steuern des Verstärkers zur Veränderung des Pegels des anderen der ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignale.
Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch: Schalten des einen der ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignale in einen EIN-Zustand, um entsprechend eine der ersten und zweiten Heizeinrichtung in den EIN-Zustand zu schalten, bei Erreichen eines ersten Temperaturzielwertes durch das Werkstück, Schalten des einen der ersten und zweiten Heizeinrichtung in den AUS-Zustand und Ändern des Pegels des anderen der ersten und zweiten Leistungsversorgungsausgabesignale zur Veränderung des Pegels der durch die andere der ersten und zweiten Heizeinrichtung erzeugten Wärme, um die Temperatur des Werkstücks auf einem zweiten Zielwert zu halten.