JP2012199341A

JP2012199341A - 冷却装置の運転方法及び検査装置

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Publication number: JP2012199341A
Application number: JP2011061823A
Authority: JP
Inventors: Masataka Hatta; 政隆八田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-03-19
Filing date: 2011-03-19
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2031-03-19
Also published as: KR101358504B1; US9310814B2; CN102692938A; TWI540326B; JP5632317B2; US20120234528A1; KR20120106927A; CN102692938B; TW201303330A

Abstract

【課題】検査装置に用いられる冷却装置の消費エネルギーを節減することができる冷却装置の運転方法を提供する。
【解決手段】冷却装置及び加熱装置を介して温度調節可能なウエハチャック上に半導体ウエハを載置し、制御装置の制御下で半導体ウエハの低温検査及び半導体ウエハの高温検査を行う際に、制御装置の制御下でウエハチャックを冷却する冷却装置を制御する方法であって、低温検査を行う時には制御装置を介して冷却装置を連続的に運転し、高温検査を行う時には、制御装置を介して高温検査の開始に合わせて冷却装置を少なくとも一回停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温検査及び低温検査を行うことができる検査装置に関し、更に詳しくは、検査装置に用いられる冷却装置の消費エネルギーを節減することができる冷却装置の運転方法及び検査装置に関するものである。

従来の検査装置は、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の低温検査や高温検査を行う。

半導体ウエハＷの低温検査をする場合には、一般的に図４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によって冷媒を所定の温度に冷却し、その冷媒をウエハチャック１内の冷媒通路を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。本出願人は、特許文献１においてウエハチャック１を循環する冷媒を常に一定の温度に保つことができる冷却加熱装置を提案した。この冷却加熱装置は、スターリング冷凍機の一次冷媒を用いてウエハチャックを循環する二次冷媒を冷却、加熱して二次冷媒を所定のマイナス領域の温度を維持するもので、それまでの冷却装置と比較して冷却回路が簡素化されている。

また、特許文献２には真空処理装置に用いられる冷却装置が記載されている。この冷却装置は、特許文献１の技術のように二次冷媒によって冷却対象物（真空室のシャワープレート）を冷却するのではなく、一次冷媒で直接シャワープレートを冷却している。

特開２００６−０６０３６１特開２００６−３０８２７３

しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置は、検査装置での低温検査、高温検査の区別なく、検査装置の稼動と同時に冷却装置が駆動し、高温検査を行っている時でも冷温検査に備えて所定の低温に冷却された二次冷媒を冷却装置に常に保持するようにしているため、高温検査を行っている間も冷却装置の運転によるエネルギーが消費され、省エネルギー上で好ましくなかった。

一方、特許文献２の技術では、単に真空室のシャワープレートを冷却するために設けられたものであり、検査装置のように高温と低温を使い分けることがないため、検査装置のような問題はない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、検査装置に用いられる冷却装置の消費エネルギーを節減することができる冷却装置の運転方法及び検査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に記載の冷却装置の運転方法は、冷却装置及び加熱装置を介して温度調節可能な載置台上に被検査体を載置し、制御装置の制御下で上記被検査体の低温検査及び上記被検査体の高温検査を行う際に、制御装置の制御下で上記載置台を冷却する冷却装置を制御する方法であって、上記低温検査を行う時には上記制御装置を介して上記冷却装置を連続的に運転し、上記高温検査を行う時には、上記制御装置を介して上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の冷却装置の運転方法は、冷却装置及び加熱装置を介して温度調節可能な載置台上に被検査体を載置し、制御装置の制御下で上記被検査体の低温検査及び上記被検査体の高温検査を行う際に、上記載置台を冷却する冷却装置を、上記冷却装置に設けられた専用制御装置の制御下で制御する方法であって、上記低温検査を行う時には上記専用制御装置を介して上記冷却装置を連続的に運転し、上記高温検査を行う時には、上記専用制御装置を介して上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止させることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の冷却装置の運転方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記高温検査を終えるまでに、上記冷却装置を間欠的に運転、停止することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の冷却装置の運転方法は、被検査体を載置する温度調節可能な載置台と、上記載置台を加熱する加熱装置と、上記載置台を冷却する冷却装置と、上記加熱装置及び上記冷却装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置を介して上記冷却装置及び上記加熱装置を制御して上記被検査体の低温検査及び高温検査を行う検査装置において、上記制御装置は、上記高温検査を行う時には、上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止するように制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の検査装置は、被検査体を載置する温度調節可能な載置台と、上記載置台を加熱する加熱装置と、上記載置台を冷却する冷却装置と、上記加熱装置及び上記冷却装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置を介して上記冷却装置及び上記加熱装置を制御して上記被検査体の低温検査及び高温検査を行う検査装置において、上記冷却装置に専用制御装置を設け、上記専用制御装置は、上記高温検査を行う時には、上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止するように制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の検査装置は、請求項４または請求項５に記載の発明において、上記高温検査を終えるまでに、上記冷却装置を間欠的に運転、停止することを特徴とするものである。

本発明によれば、検査装置に用いられる冷却装置の消費エネルギーを節減することができる冷却装置の運転方法及び検査装置を提供することができる。

本発明の検査装置の一実施形態を示すブロック図である。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ半導体ウエハの検査を行う時の冷却装置の運転方法を説明するためのタイムチャートで、（ａ）は本発明の冷却装置の運転方法の一実施形態を示し、高温検査をする時に冷却装置を停止し、低温検査を開始する時に冷却装置を運転する場合を示す図、（ｂ）は本発明の冷却装置の運転方法の他の実施形態を示し、高温検査をする時に冷却装置を停止し、低温検査を開始するまでの間に間欠的に運転、停止を繰り返す場合を示す図、（ｃ）は従来の冷却装置の運転方法を示す図である。本発明の検査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を示す正面図である。

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。

第１の実施形態
本実施形態の検査置装置１０は、例えば図１に示すように、半導体ウエハＷを載置する温度調節可能な載置台（ウエハチャック）１１と、ウエハチャック１１の温度を検出する温度センサ１２と、ウエハチャック１１を冷却する冷却装置１３と、ウエハチャック１１を加熱する加熱装置１４と、低温検査に関するプログラム及び高温検査に関するプログラムが格納された制御装置１５と、制御装置１５の制御下で冷却装置１３をオン、オフ制御するリレースイッチ１６と、を備え、制御装置１５に格納された低温検査プログラム及び高温検査プログラムに即してウエハチャック１１上に載置された半導体ウエハＷの低温検査及び高温検査を行うように構成されている。尚、本明細書では、５０℃以上の温度で半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う場合を高温検査と定義し、５０℃未満の温度で半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う場合を低温検査と定義する。

また、検査装置１０は、上記の各機器の他に、従来の検査装置と同様にプローブカード、アライメント機構等の検査に必要とされる機器を備え、プローブカードの複数のプローブとウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの複数の電極パッドを電気的に接触させて半導体ウエハＷの低温検査、高温検査を行うように構成されている。

半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う時には、低温検査、高温検査のいずれの場合でも半導体ウエハＷに形成された電気回路への通電により半導体ウエハＷが発熱するため、その影響でウエハチャック１１の温度が上昇する。温度センサ１２は、検査時にウエハチャック１１の温度を検出し、検出温度を検出信号として制御装置１５へ送信する。制御装置１５は、温度センサ１２からの検出信号に基づいて冷却装置１３または加熱装置１４を制御し、ウエハチャック１１を低温検査及び高温検査それぞれで要求される一定の温度に保持する。

而して、冷却装置１３は、図１に示すように、一次冷媒を冷却する冷凍機１３Ａと、冷凍機１３Ａと第１の循環路１３Ｂを介して連結され且つ一次冷媒が循環する熱交換器１３Ｃと、熱交換器１３Ｃとウエハチャック１１内に形成された冷媒通路１１Ａを連結し且つ二次冷媒が循環する第２の循環路１３Ｄと、第２の循環路１３Ｄに設けられたポンプ１３Ｅと、を備え、制御装置１５の制御下で作動するリレースイッチ１６を介して、低温検査をする時には冷凍機１３Ａは連続運転されて二次冷媒を冷却して所定の低温（例えば、−５０℃）を保持し、高温検査をする時には高温検査の開始に合わせて少なくとも一回停止されるように構成されている。尚、第１、２の循環路１３Ｂ、１３Ｄはいずれも断熱処理が施されている。

また、加熱装置１４は、図１に示すように、ウエハチャック１１内に設けられたヒータ１４Ａと、ヒータ１４Ａへの印加電力を制御する電力調節器１４Ｂとを備え、制御装置１５の制御下で温度センサ１２の検出信号に基づいて電力調節器１４Ｂを制御してヒータ１４Ａを介してウエハチャック１１を所定の高温を保持するように構成されている。ヒータ１４Ａは、同図に示すように冷媒通路１１Ａの上方に配置されている。

低温検査を行う時には、制御装置１５が低温検査の開始信号を冷却装置１３の冷凍機１３Ａ及びポンプ１３Ｅへ送信して冷凍機１３Ａ及びポンプ１３Ｅの運転をそれぞれ開始し、低温検査を行っている間、冷却装置１３は制御装置１５を介して連続運転され、二次冷媒を所定の低温（例えば、−５０℃）に保持する。即ち、冷却装置１３が始動すると、冷凍機１３Ａによって冷却された一次冷媒が第１の循環路１３Ｂを介して熱交換器１３Ｃのシェル側を循環する。一次冷媒が熱交換器１３Ｃを循環する間に、ポンプ１３Ｅを介して熱交換器１３Ｃのチューブ側を循環する二次冷媒が一次冷媒との間で熱交換されて所定の温度に冷却される。所定の温度に冷却された二次冷媒は、ウエハチャック１１の冷媒通路１１Ａ内を循環する間にウエハチャック１１を低温検査で要求される温度まで冷却する。低温検査を行う間、制御装置１５が温度センサ１２からの検出信号に基づいてポンプ１３Ｅを制御して二次冷媒の流量を調節し、ウエハチャック１１を低温検査で要求される温度に冷却し、その温度を保持する。

また、高温検査を行う時には、制御装置１５が開始信号を加熱装置１４の電力調節器１４Ｂへ送信して電力調節器１４Ｂを制御する。加熱装置１４が作動すると、制御装置１５が温度センサ１２の検出信号に基づいて電力調節器１４Ｂを介してヒータ１４Ａを制御してウエハチャック１１を高温検査で要求される温度まで加熱し、その温度を保持する。

高温検査を行う時には、基本的にウエハチャック１１を冷却する必要がないため、制御装置１５の制御下で、加熱装置１４のみが作動し、冷却装置１３が少なくとも高温検査を開始する時に運転を停止するようにしている。このように高温検査を行う時には冷却装置１３の運転を停止するため、消費電力を節減することができる。高温検査を行う間、冷却装置１３は、制御装置１５の制御下で作動するリレースイッチ１６を介して高温検査の開始に合わせて少なくとも一回運転を停止し、次の低温検査時に運転を再開する。また、リレースイッチ１６は、高温検査を行っている間に、間欠的に停止、運転を繰り返すように設定することができる。この際の運転時間、停止時間はいずれも制御装置１５を介して適宜設定することができる。冷却装置１３がリレースイッチ１６を介して間欠的に停止、運転を繰り返す場合には後述するように一時間当たり数回以下の頻度で繰り返すことが好ましい。冷却装置１３が頻繁に停止、運転を繰り返すと冷却装置１３の駆動部品の消耗を早めるため、好ましくない。

次いで、図２の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら本実施形態の検査装置において適用される本発明の冷却装置の運転方法の実施形態について説明する。

図２の（ａ）は本発明の冷却装置の運転方法の一実施形態を示す図で、低温検査、高温検査、低温検査の順で半導体ウエハの電気的特性検査を行う場合である。まず、低温検査を行う場合には、制御装置１５による指令信号に基づいて同図に示すように冷却装置１３を連続運転する。この際、冷凍機１３Ａで冷却された一次冷媒が熱交換器１３Ｃを循環する間に二次冷媒を所定の温度（例えば、−５０℃）まで冷却する。二次冷媒は、第２の循環路１３Ｄを介してウエハチャック１１の冷媒通路１１Ａを循環し、半導体ウエハＷの低温検査で要求される温度（例えば、−３０℃）までウエハチャック１１を冷却し、半導体ウエハＷの低温検査が行われる。

低温検査を行う間は温度センサ１２がウエハチャック１１の温度を検出し、制御装置１５が温度センサ１２からの検出信号に基づいてポンプ１６Ｅを制御し、ウエハチャック１１の温度を−３０℃に保持する。低温検査中に半導体ウエハＷが発熱してウエハチャック１１の温度が上昇しても温度センサ１２の検出信号に基づいてポンプ１３Ｅによる二次冷媒の循環流量を上げてウエハチャック１１の温度を一定に保持する。

低温検査時には上述のようにウエハチャック１１の温度を一定に保持することができるため、半導体ウエハＷの低温検査を安定的に行うことができる。また、途中で制御装置１５の指令信号に基づいて半導体ウエハＷの低温検査の温度を−３０℃から２５℃に切り換え、この温度で低温検査を行う場合には、冷却装置１３ではポンプ１３Ｅによる二次冷媒の流量を下げてウエハチャック１１の温度を２５℃に保持し、その温度で低温検査を行う。

低温検査の終了後、制御装置１５の指令信号に基づいて低温検査から高温検査（例えば、８５℃）に切り換えると、図２の（ａ）に示すように冷却装置１３が制御装置１５からの指令信号に基づいて作動するリレースイッチ１６を介して高温検査の開始に合わせて運転を停止すると共に、加熱装置１４が制御装置１５の制御下で作動する。

一方、加熱装置１４が作動すると、電力調節器１４Ｂがヒータ１４Ａに電力を印加し、ヒータ１４Ａを介してウエハチャック１１を高温検査で要求される温度である８５℃まで加熱する。電力調節器１４Ｂは、温度センサ１２の検出信号を受けた制御装置１５によって制御されて、ウエハチャック１１の温度を８５℃に保持し、半導体ウエハＷの高温検査を行う。冷却装置１３は次の低温検査を開始する時まで運転を停止している。

以上説明したように図２の（ａ）に示す運転方法では、高温検査を行っている間、リレースイッチ１６を介して冷却装置１３が運転を停止するため、その間の冷却装置１３を運転するための消費エネルギーを節減することができる。また、冷却装置１３の運転を停止するため、冷却装置１３に用いられている駆動部品の消耗を抑制することができる。

図２の（ａ）に示す実施形態では冷却装置１３は高温検査を行っている間中停止しているため、冷凍機１３Ａ及び熱交換器１３Ｃ、更に熱交換器１３Ｃ内にある二次冷媒の温度は、外部からの熱の進入により徐々に上昇する。従って、次の低温検査を行う時に冷却装置１３の運転を開始すると、二次冷媒の温度を元の温度（−５０℃）まで冷却するまでに時間を要し、低温検査の開始までに待ち時間が生じる。待ち時間が問題にならない場合には、本実施形態の冷却装置の運転方法を採用することができる。

しかしながら、検査状況によっては待ち時間を極力短縮しなくてはならないことがある。この場合には図２の（ａ）に示す冷却装置の運転方法に代えて、図２の（ｂ）に示す冷却装置の運転方法を採用することができる。

図２の（ｂ）に示す実施形態では、高温検査を行う時の冷却装置１３の運転方法を異にする以外は、図２の（ａ）に示す場合と同様であるため、高温検査を行う時の冷却装置の運転方法について説明する。

本実施形態では、図２の（ｂ）に示すように低温検査から高温検査に切り換えると、冷却装置１３は、制御装置１５の制御下で高温検査の開始に合わせて運転を停止する。また、高温検査の継続中に、冷却装置１３は、制御装置１５の制御下にあるリレースイッチ１６を介して間欠的に運転、停止を繰り返す。この際、冷却装置１３は、例えば一時間当たり数回以下の頻度で運転と停止を繰り返すようにリレースイッチ１６のオン、オフのタイミングを設定することが好ましい。

冷却装置１３が間欠的に運転、停止を繰り返すことにより、冷却装置１３の停止中に熱交換器１３Ｃ内部の二次冷媒の温度が上昇しても、冷却装置１３が運転を再開して温度上昇しかけた二次冷媒を冷却して短時間で二次冷媒の温度を実質的に元の温度に戻し、冷却装置１３が再度停止する。この動作は、リレースイッチ１６を介して高温検査が終了するまで繰り返され、二次冷媒の温度上昇を極力抑制することができる。そのため、高温検査から低温検査に切り換わっても、切り換え時点での二次冷媒の温度上昇が少ないため、二次冷媒を短時間で元の温度（例えば、−５０℃）に戻すことができ、低温検査までの待ち時間を短縮し、高温検査から低温検査へ迅速に移行することができ、図２の（ｃ）に示す従来の運転方法のように検査装置の運転開始時から終了時まで連続して冷却装置を運転して二次冷媒の温度を常に低温検査で要求される温度に保持している場合と遜色ない時間で高温検査から低温検査へ移行させることができる。ここで、冷却装置１３を間欠運転する際の停止中における二次冷媒の所定温度からの温度上昇は、例えば１０℃前後を目安にすることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、冷却装置１３による消費エネルギーを節減することができると共に、高温検査から低温検査へ迅速に移行することができ、検査を効率よく行うことができる。

第２の実施形態
上記実施形態の検査装置１０では、検査装置１０に設けられた制御装置１５を用いて冷却装置１３を制御している。本実施形態の検査装置１０Ａは、図３に示すように冷却装置１３は、専用の制御装置（以下、「専用制御装置」と称す。）１３Ｆを備え、冷却装置１３の運転に関しては基本的に専用制御装置１３Ｆが制御装置１５の肩代わりをするようになっている。

即ち、専用制御装置１３Ｆには制御装置１５が接続され、ウエハチャック１１の設定温度を制御装置１５から専用制御装置１３Ｆへ送信するようになっている。冷却装置１３は、制御装置１５からのウエハチャック１１の設定温度に基づいて作動する専用制御装置１３Ｆを介して低温検査時の運転あるいは高温検査時の運転が行われる。冷凍機１３Ａは、低温検査時には専用制御装置１３Ｆ及びリレースイッチ１６を介して低温検査時の運転が行われ、二次冷媒の温度を所定の低温に保持する、更に、制御装置１５は、温度センサ１２の検出信号に基づいてポンプ１３Ｅによる二次冷媒の循環流量を制御して、ウエハチャック１１を低温検査で要求される温度を保持するようにしてある。また、冷却装置１３は、高温検査時には専用制御装置１３Ｆ及びリレースイッチ１６を介して高温検査時の運転が行われる。高温検査時には、冷却装置１３は、専用制御装置１３Ｆの制御下で図２の（ａ）に示す運転、あるいは図２の（ｂ）に示す運転が行われる。本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。

尚、本発明は上記の各実施形態になんらの制限されるものではなく、必要に応じて本発明の要旨に反しない限り、各構成要素を適宜変更することができる。

１０、１０Ａ検査装置
１１ウエハチャック（載置台）
１２温度センサ
１３冷却装置
１３Ｆ専用制御装置
１４加熱装置
１５制御装置
１６リレースイッチ
Ｗ半導体ウエハ（被検査体）

Claims

冷却装置及び加熱装置を介して温度調節可能な載置台上に被検査体を載置し、制御装置の制御下で上記被検査体の低温検査及び上記被検査体の高温検査を行う際に、制御装置の制御下で上記載置台を冷却する冷却装置を制御する方法であって、上記低温検査を行う時には上記制御装置を介して上記冷却装置を連続的に運転し、上記高温検査を行う時には、上記制御装置を介して上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止することを特徴とする冷却装置の運転方法。
冷却装置及び加熱装置を介して温度調節可能な載置台上に被検査体を載置し、制御装置の制御下で上記被検査体の低温検査及び上記被検査体の高温検査を行う際に、上記載置台を冷却する冷却装置を、上記冷却装置に設けられた専用制御装置の制御下で制御する方法であって、上記低温検査を行う時には上記専用制御装置を介して上記冷却装置を連続的に運転し、上記高温検査を行う時には、上記専用制御装置を介して上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止させることを特徴とする冷却装置の運転方法。
上記高温検査を終えるまでに、上記冷却装置を間欠的に運転、停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却装置の運転方法。
被検査体を載置する温度調節可能な載置台と、上記載置台を加熱する加熱装置と、上記載置台を冷却する冷却装置と、上記加熱装置及び上記冷却装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置を介して上記冷却装置及び上記加熱装置を制御して上記被検査体の低温検査及び高温検査を行う検査装置において、上記制御装置は、上記高温検査を行う時には、上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止するように制御することを特徴とする検査装置。
被検査体を載置する温度調節可能な載置台と、上記載置台を加熱する加熱装置と、上記載置台を冷却する冷却装置と、上記加熱装置及び上記冷却装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置を介して上記冷却装置及び上記加熱装置を制御して上記被検査体の低温検査及び高温検査を行う検査装置において、上記冷却装置に専用制御装置を設け、上記専用制御装置は、上記高温検査を行う時には、上記高温検査の開始に合わせて上記冷却装置を少なくとも一回停止するように制御することを特徴とする検査装置。
上記高温検査を終えるまでに、上記冷却装置を間欠的に運転、停止することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の冷却装置の運転方法。