JP2008218738A - サーマルプレート、及び試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物品載置面の温度ばらつきがより小さいサーマルプレート等を提供する。
【解決手段】サーマルプレート１は、プレート本体２と、断熱材３と、電気ヒータ（ヒータ）５とからなる。プレート本体２の内部にはキャビティ８が形成されている。プレート本体２の底面には、キャビティ８に連通する二つの開口１１、１２が設けられ、それぞれが冷媒導入口、冷媒排出口として機能する。プレート本体２の周面部は断熱材３で覆われている。そのため、サーマルプレート１では、キャビティ８内の冷媒（熱媒体）から物品載置面７へ熱が伝わる際に、プレート本体２の周面部からの放熱を抑えることができる。その結果、物品載置面７への熱的な影響を軽減させることができ、物品載置面７の温度分布をより均一にすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、サーマルプレート及び試験装置に関し、さらに詳細には、回路が形成された半導体ウエハの性能試験等に使用されるサーマルプレート、及び当該サーマルプレートを備えた試験装置に関する。

携帯電話やパソコン等に代表される電子機器が広く普及している。これらの電子機器は、近年、多様な用途や多様な環境で使用される。そのため電子機器そのものや、これらの部品たる集積回路等の環境に対する影響を試験する必要がある。これらの電子部品等を高温環境や低温環境に晒すための装置として、サーマルプレートが用いられている。

一般的なサーマルプレートの構成は図９に示すとおりである。図９に示すサーマルプレート５１は、プレート本体５２と電気ヒータ５５を備える。プレート本体５２は円柱形状を有し、その頂面が物品載置面５７を構成している。さらにプレート本体５２の内部には熱媒体が導入されるキャビティ５８が形成されている。電気ヒータ５５は物品載置面５７の温度を上昇させるためのものであり、プレート本体５２の底面に接触している。そして、電気ヒータ５５の制御と、キャビティ５８内へ熱媒体を導入する動作とを併用し、物品載置面５７の温度を所望の温度に維持する。例えば物品載置面５７の温度を低温にしたい場合には、キャビティ５８に低温の流体を導入する。このようにして、物品載置面５７に載置または固定された電子部品等を高温環境や低温環境に晒すことが可能となる。

サーマルプレートを備えた試験装置としては、特許文献１や特許文献２に開示された構造のものが知られている。特許文献１，２に開示された試験装置は、サーマルプレート（「高低温チャック」と称される。）を備え、当該サーマルプレートに半導体ウエハを載置または固定して試験を行うものである。
特開２００５−４５０３９号公報 特開平１０−２８８６４６号公報

サーマルプレートは、集積回路等を物品載置面に乗せて集積回路等の温度を変化させ、所定の試験を行うために用いるものである。そのためサーマルプレートの物品載置面は、温度ばらつきが小さいものであることが望ましい。そのため当業者にとって、物品載置面の温度ばらつきの大小は最も大きな関心事であり、物品載置面の温度ばらつきを小さくするための研究や工夫がなされている。例えば特許文献１に開示されたサーマルプレートでは、冷媒を特定の位置に供給することによって温度ばらつきを小さくしている。このサーマルプレートは、旧来のものに比べて温度ばらつきが小さいものである。しかしながら、物品載置面の温度ばらつきは、前記した様にサーマルプレートの基本的な性能であり、市場においては、より温度ばらつきが小さいサーマルプレートが望まれている。

本発明は、物品載置面の温度ばらつきがより小さいサーマルプレート等を提供することを目的とするものである。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、熱媒体が導入されるキャビティを有すると共に物品が載置又は保持される物品載置面を有するプレート本体を備え、前記キャビティ内に熱媒体が導入されることにより物品載置面が所定の温度に調節されるサーマルプレートにおいて、前記プレート本体の周面部が断熱材で覆われていることを特徴とするサーマルプレートである。

本発明のサーマルプレートは、熱媒体が導入されるキャビティと、物品が載置又は保持される物品載置面とを有するプレート本体を備えるものであり、キャビティ内に熱媒体が導入されることにより物品載置面が所定の温度に調節されるものである。そして、本発明のサーマルプレートにおいては、プレート本体の周面部が断熱材で覆われている。そのため、本発明のサーマルプレートでは、キャビティ内の熱媒体から物品載置面へ熱が伝わる際に、プレート本体の周囲からの放熱を抑えることができる。その結果、物品載置面への熱的な影響を軽減させることができ、物品載置面の温度分布をより均一にすることができる。

請求項２に記載の発明は、プレート本体は円柱形状を有し、物品載置面は円柱形状の頂面により構成され、周面部は円柱形状の側面により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプレートである。

本発明のサーマルプレートにおいてはプレート本体が円柱形状を有するので、熱媒体から物品載置面への伝熱がより均一に行われる。そのため、物品載置面の温度分布をさらに均一にすることができる。

請求項３に記載の発明は、物品載置面の温度を上昇させるヒータをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルプレートである。

かかる構成により、物品載置面の温度をより高精度かつ広範囲に調節することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサーマルプレートを備えた試験装置であって、前記キャビティに所定温度の熱媒体を導入する熱媒体導入手段を有することを特徴とする試験装置である。

本発明は試験装置に関するものであり、本発明のサーマルプレートを備え、かつプレート本体のキャビティに所定温度の熱媒体を導入する熱媒体導入手段を有する。本発明の試験装置によれば、プレート本体の物品載置面の温度分布がより均一であるので、電子部品等の環境に対する試験をより高精度に行うことができる。

本発明のサーマルプレートによれば、物品載置面の温度ばらつきが小さいので、電子部品等の試験をより高精度に行える試験装置を提供することができる。

本発明の試験装置についても同様であり、サーマルプレートの物品載置面の温度ばらつきが小さいので、電子部品等の試験をより高精度に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るサーマルプレートの斜視図である。図２は、図１のサーマルプレートの分解斜視図である。図３は、図１のサーマルプレートの断面斜視図である。図４は、図１のサーマルプレートに半導体ウエハを載置した状態における断面図である。

図１〜４に示すサーマルプレート１はウエハプローバに内蔵されるものであり、プレート本体２と、断熱材３と、電気ヒータ（ヒータ）５とからなる。
プレート本体２は金属製であり、その形状は高さの低い円柱形状である。プレート本体２の頂面は、被試験物たる半導体ウエハ（物品）１５（図４）等が載置される物品載置面７を構成している。

図２〜４に示す様に、プレート本体２の内部にはキャビティ８が形成されている。またプレート本体２の底面には、キャビティ８に連通する二つの開口１１、１２が設けられている。すなわち、開口１１、１２はキャビティ８内に冷媒（熱媒体）を流すためのものであり、開口１１が冷媒導入口、開口１２が冷媒排出口として機能する。開口１１には図示しない冷媒導入手段（熱媒体導入手段）が接続されており、冷媒導入手段によって開口１１へ冷媒が送られる。

図１〜４に示す様に、プレート本体２には断熱材３が装着されており、プレート本体２の周面部が断熱材３で覆われている。断熱材３は円筒状の形状をなしており、その内径ならびに高さは、それぞれプレート本体２の外径ならびに高さと略同じである。断熱材３はグラスウール、マシナブルセラミックス（例えば、断熱性が高いホトベール（登録商標））、等の素材からなるものである。本実施形態のサーマルプレート１ではプレート本体２の外周部が断熱材３で覆われているので、キャビティ８内の冷媒（熱媒体）から物品載置面７へ熱が伝わる際に、プレート本体２の周面部からの放熱を抑えることができる。その結果、物品載置面７への熱的な影響を軽減させることができ、物品載置面７の温度分布をより均一にすることができる。なお、本実施形態では断熱材３がプレート本体２の周面部の全部を覆っているが、周面部の一部を覆う実施形態も可能である。例えば、プレート本体２の外周部の上半分のみを断熱材３で覆ってもよい。

図２に示す様に、電気ヒータ（ヒータ）５の形状は略円形であり、その直径はプレート本体２の底面の直径と略同じである。そして、電気ヒータ５はプレート本体２の底面の外周に沿って位置し、プレート本体２の底面に接触している。サーマルプレート１においては、電気ヒータ５の発熱と、キャビティ８に導入された冷媒の冷熱によってプレート本体２表面の物品載置面７の温度が調節される。

本実施形態のサーマルプレート１の物品載置面７に半導体ウエハ（物品）１５を載置された状態は、例えば図４に示す様なものとなる。すなわち、物品載置面７より一回り小さいサイズを有する半導体ウエハ１５が、物品載置面７の略中央に載置される。なお実際上、半導体ウエハ１５が載置可能な領域は限られ、物品載置面７と同一サイズの半導体ウエハ１５が載置されることはない。なお、物品載置面には物品を固定するための溝や物品を吸引するための孔等が設けられていてもよい。

上記した実施形態では、サーマルプレート１は電気ヒータ５を備えているが、本発明では電気ヒータ５を備えない実施形態も可能である。

上記した実施形態では、プレート本体２の周面の形状は凹凸等がない滑らかな曲面であるが、周面の形状はこれに限定されるものではなく、図５〜７に示すようなものでもよい。図５（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るサーマルプレートにおけるプレート本体の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６は、本発明の他の実施形態に係るサーマルプレートの断面斜視図である。図７は、図６のサーマルプレートに半導体ウエハを載置した状態における断面図である。なお、図５〜７については、理解を容易にするために共通の部材等について図１〜４と同一の符号を付している。

図５〜７に示す実施形態では、プレート本体４２の周面に２個の凹部４６ａ，４６ｂが全周に渡って設けられている。凹部４６ａ，４６ｂは切り欠き溝であり、切削加工等により形成された環状の溝である。凹部４６ａは、プレート本体４２の厚さ方向に関して物品載置面７とキャビティ８との間の位置に設けられている。一方、凹部４６ｂはプレート本体４２の厚さ方向に関して底面（物品載置面７と反対側の面）とキャビティ８との間の位置に設けられている。また、凹部４６ａ，４６ｂの深さ（半径方向）は、プレート本体４２の周面からキャビティ８の側壁までの距離より短い。

本実施形態においてプレート本体４２の周囲に断熱材３を設けると、図６，７のように断熱材３の一部が凹部４６ａ，４６ｂに入り込むこととなる。これにより、断熱材３のシール性が高まる。また、断熱材３が劣化した場合等に断熱材３を容易に交換することができる。さらに、本実施形態ではプレート本体４２の周面に凹部４６ａ，４６ｂが設けられているので、キャビティ８から物品載置面７への熱伝導に対する周面からの熱的影響（例えば、放熱）が軽減され、物品載置面７の温度分布をさらに均一にすることができる。

次に、試験装置について説明する。図８は、本発明の実施形態に係る試験装置の斜視図である。図８に示すように、本実施形態の試験装置２０は、二つの装置に大きく分かれている。すなわち試験装置２０は、サーマルプレート１が内蔵された試験部２３と、気体供給装置（熱媒体導入手段）２５に分かれており、両者の間が往き側渡り配管２７と戻り側渡り配管２８とによって配管結合されている。気体供給装置２５は、空気を冷却する装置であり、内部に冷却装置が内蔵されている。試験部２３はウエハプローバに属するものである。

サーマルプレート１は、気体供給装置（熱媒体導入手段）２５から独立した筐体３２に収納されている。試験部２３の筐体３２内には２つの配管があり、当該配管により往き側渡り配管２７と開口１１（図２〜４）、並びに、戻り側渡り配管２８と開口１２（図２〜４）とがそれぞれ接続されている。その結果、気体供給装置２５から開口１１を経由してキャビティ８（図２〜４）へ冷却空気が導入される。そして、プレート本体２の底面に設けられた電気ヒータ５（図１〜４）の発熱と、キャビティ８に導入された冷却空気の冷熱によって、物品載置面７の温度が調節される。物品載置面７の温度については、少なくともマイナス７０℃〜プラス２００℃の範囲に調節可能となるように、キャビティ８に導入される冷却空気の温度や導入流量、並びに電気ヒータ５の出力が調節される。

そして、サーマルプレート１はプレート本体２の外周部に断熱材３を有するので、試験装置２０においては物品載置部７の温度分布がより均一なものとなる。本実施形態の試験装置２０によれば、半導体ウエハ等の試験をより高精度に行える。なおサーマルプレート１はＸ−Ｙテーブル３５に載置されており、図示しないモータによってＸ−Ｙに移動可能である。

本実施形態ではキャビティ８に導入される熱媒体が冷却空気であるが、熱媒体は流体であれば特に限定はなく、冷熱と温熱のいずれを伴う流体でもよい。

本実施形態ではサーマルプレートとして図１〜４に示したサーマルプレート１を採用しているが、図５〜７に示したサーマルプレート４１を採用してもよい。

本発明の実施形態に係るサーマルプレートの斜視図である。 図１のサーマルプレートの分解斜視図である。 図１のサーマルプレートの断面斜視図である。 図１のサーマルプレートに半導体ウエハを載置した状態における断面図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態に係るサーマルプレートにおけるプレート本体の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の他の実施形態に係るサーマルプレートの断面斜視図である。 図６のサーマルプレートに半導体ウエハを載置した状態における断面図である。 本発明の実施形態に係る試験装置の斜視図である 従来のサーマルプレートの分解斜視図である。

符号の説明

１ サーマルプレート
２ プレート本体
３ 断熱材
５ 電気ヒータ（ヒータ）
７ 物品載置面
８ キャビティ
１５ 半導体ウエハ（物品）
２０ 試験装置
２５ 気体供給装置（熱媒体供給手段）
４１ サーマルプレート
４２ プレート本体

Claims (4)

1. 熱媒体が導入されるキャビティを有すると共に物品が載置又は保持される物品載置面を有するプレート本体を備え、前記キャビティ内に熱媒体が導入されることにより物品載置面が所定の温度に調節されるサーマルプレートにおいて、前記プレート本体の周面部が断熱材で覆われていることを特徴とするサーマルプレート。
2. プレート本体は円柱形状を有し、物品載置面は円柱形状の頂面により構成され、周面部は円柱形状の側面により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプレート。
3. 物品載置面の温度を上昇させるヒータをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルプレート。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサーマルプレートを備えた試験装置であって、前記キャビティに所定温度の熱媒体を導入する熱媒体導入手段を有することを特徴とする試験装置。

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