JP2021128965A - 温度制御装置、温度制御方法、および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度制御対象物が発熱する場合にも、高精度かつ高速で温度制御対象物の温度をフィードバック制御することができる温度制御装置、温度制御方法、および検査装置を提供する。
【解決手段】温度制御対象物の温度制御を行う温度制御装置は、温度制御対象物を加熱する加熱源を有する加熱機構と、温度制御対象物を冷却する冷却源を有する冷却機構と、温度制御対象物の温度を測定する赤外線センサと、赤外線センサからの測定信号に基づいて、スライディングモード制御を含む制御系により加熱機構および冷却機構を制御して制御対象物の温度をフィードバック制御する温度コントローラとを備える。
【選択図】図４

Description

本開示は、温度制御装置、温度制御方法、および検査装置に関する。

半導体製造プロセスでは、所定の回路パターンを持つ多数の電子デバイスが半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す。）上に形成される。形成された電子デバイスは、電気的特性等の検査が行われ、良品と不良品とに選別される。

特許文献１には、各電子デバイスが分割される前のウエハの状態で電子デバイスの電気特性を検査する検査装置が記載されている。この検査装置は、多数のピン状のプローブを有するプローブカードと、ウエハを載置する載置台と、テスタとを備える。この検査装置においては、プローブカードの各プローブをウエハに形成された電子デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプに接触させ、電子デバイスからの信号をテスタへ伝達させて電子デバイスの電気的特性を検査する。また、特許文献１の検査装置は、デバイスの電気的特性を検査する際、当該電子デバイスの実装環境を再現するために、載置台内の冷媒流路やヒータによって載置台の温度を制御する温度制御装置を有している。

また、特許文献２には、ウエハの温度制御を冷却水と熱電変換モジュールを用いて、スライディングモード制御で行うことが記載されている。

特開平１０−１３５３１５号公報 特開２００２−３１８６０２号公報

本開示は、温度制御対象物が発熱する場合にも、高精度かつ高速で温度制御対象物の温度をフィードバック制御することができる温度制御装置、温度制御方法、および検査装置を提供する。

本開示の一態様に係る温度制御装置は、温度制御対象物の温度制御を行う温度制御装置であって、前記温度制御対象物を加熱する加熱源を有する加熱機構と、前記温度制御対象物を冷却する冷却源を有する冷却機構と、前記温度制御対象物の温度を測定する赤外線センサと、前記赤外線センサからの測定信号に基づいて、スライディングモード制御を含む制御系により前記加熱機構および前記冷却機構を制御して前記制御対象物の温度をフィードバック制御する温度コントローラと、を備える。

本開示によれば、温度制御対象物が発熱する場合にも、高精度かつ高速で温度制御対象物の温度をフィードバック制御することができる温度制御装置、温度制御方法、および検査装置が提供される。

一実施形態に係る検査装置の概略構成を示す斜視図である。 図１の検査装置の一部を断面で示す正面図である。 検査対象基板であるウエハの構成を概略的に示す平面図である。 ステージの上部構成、赤外線センサが装着されたプローブカード、および温度制御装置を概略的に示す断面図であり、検査を行っている際の状態を示す図である。 赤外線センサの他の取り付け手法を示す断面図である。 加熱機構の構成を概略的に示す断面図である。 スライディングモード制御を説明するための図である。 温度コントローラの第１の例の制御ブロックを示すブロック図である。 図８の温度コントローラの第１の例におけるスライディングモードコントローラの内部を示すブロック図である。 図９のスライディングモードコントローラの非線形入力部を示すブロック図である。 図８の温度コントローラの第１の例における冷却モードコントローラおよび切替コントローラの構成およびこれらの信号の授受を示すブロック図である。 プラントモデルの内部を示すブロック図である。 第２の例の温度コントローラの制御ブロックを示すブロック図である。 図１３の温度コントローラの第２の例における冷却モードコントローラおよび切替コントローラの内部およびこれらの信号の授受を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態について説明する。

＜検査装置＞
最初に、一実施形態に係る検査装置について説明する。
図１は一実施形態に係る検査装置の概略構成を示す斜視図、図２は図１の検査装置の一部を断面で示す正面図である。

図１および図２に示すように、検査装置１は、基板としてのウエハＷに形成された複数の電子デバイスそれぞれの電気的特性の検査を行うものであり、検査部２と、ローダ３と、テスタ４とを備える。

検査部２は、内部が空洞の筐体１１を有し、筐体１１内には検査対象のウエハＷが吸着固定されるステージ１０を有する。また、ステージ１０は、移動機構（図示せず）により水平方向および鉛直方向に移動自在に構成されている。ステージ１０の下方には、ステージの温度を制御する温度制御装置２０が設けられている。温度制御装置２０については、後で詳細に説明する。

検査部２における該ステージ１０の上方には、該ステージ１０に対向するようにプローブカード１２が配置される。プローブカード１２は接触子である複数のプローブ１２ａを有する。また、プローブカード１２は、インターフェース１３を介してテスタ４へ接続されている。各プローブ１２ａがウエハＷの各電子デバイスの電極に接触する際、各プローブ１２ａは、テスタ４からインターフェース１３を介して電子デバイスへ電力を供給し、または、電子デバイスからの信号をインターフェース１３を介してテスタ４へ伝達する。したがって、インターフェース１３およびプローブ１２ａは、電子デバイスに電力（パワー）を供給する供給部材として機能する。

ローダ３は、筐体１４を有し、筐体１４内にウエハＷが収容された搬送容器であるＦＯＵＰ（図示せず）が配置されている。また、ローダ３は搬送装置（図示せず）を有し、搬送装置によりＦＯＵＰに収容されているウエハＷを取り出して検査部２のステージ１０へ搬送する。また、搬送装置により電気的特性の検査が終了したステージ１０上のウエハＷを搬送し、ＦＯＵＰへ収容する。

また、ローダ３の筐体１４内には、検査対象の電子デバイスの温度制御等の各種制御を行う制御部１５が設けられている。

制御部１５は、コンピュータからなり、温度制御装置２０に含まれる温度コントローラ３０を有する。制御部１５は、温度コントローラ３０の他に、検査装置１の各構成部を制御する複数の制御機能部を有する主制御部を有しており、主制御部により検査装置の各構成部の動作を制御する。また、制御部１５は、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置を有している。主制御部による各構成部の制御は、記憶装置に内蔵された記憶媒体（ハードディスク、光デスク、半導体メモリ等）に記憶された制御プログラムである処理レシピにより実行される。

なお、制御部１５は検査部２の筐体１１内に設けられてもよい。

検査部２の筐体１１には、制御部１５の一部を構成するユーザインターフェース部１８が設けられている。ユーザインターフェース部１８は、ユーザ向けに情報を表示したりユーザが指示を入力したりするためのものであり、例えば、タッチパネルやキーボード等の入力部と液晶ディスプレイ等の表示部とからなる。

テスタ４は、電子デバイスが搭載されるマザーボードの回路構成の一部を再現するテストボード（図示省略）を有する。テストボードは、検査対象の電子デバイスからの信号に基づいて、該電子デバイスの良否を判断するテスタコンピュータ１７に接続される。テスタ４では、上記テストボードを取り替えることにより、複数種のマザーボードの回路構成を再現することができる。

なお、プローブカード１２、インターフェース１３、テスタ４は、検査機構を構成する。

電子デバイスの電気的特性の検査の際、テスタコンピュータ１７が、電子デバイスと各プローブ１２ａを介して接続されたテストボードへデータを送信する。そして、テスタコンピュータ１７が、送信されたデータが当該テストボードによって正しく処理されたか否かを当該テストボードからの電気信号に基づいて判定する。

検査対象基板であるウエハＷは、図３に示すように、略円板状のシリコン基板にエッチング処理や配線処理を施すことによりその表面に互いに所定の間隔をおいて形成された、複数の電子デバイスＤを有している。電子デバイスＤの表面には、電極Ｅが形成されており、該電極Ｅは当該電子デバイスＤの内部の回路素子に電気的に接続されている。電極Ｅへ電圧を印加することにより、各電子デバイスＤの内部の回路素子へ電流を流すことができる。

＜温度制御装置＞
次に、温度制御装置２０の構成について図４を用いて説明する。図４は、ステージ１０の上部構成、赤外線センサが装着されたプローブカード１２の構成、および温度制御装置２０を概略的に示す断面図であり、検査を行っている際の状態を示している。

図４に示すように、ステージ１０は、有底部材３２と蓋部材３１とを有する。蓋部材３１は、有底部材３２の上にシールリング３３を介して取り付けられる。ウエハＷは蓋部材３１の上に吸着保持される。

蓋部材３１は、円板状に形成されており、例えばＳｉＣで構成される。ＳｉＣは、熱伝導率およびヤング率が高い。また、後述する加熱機構４０のＬＥＤ４１からの光に対する吸収効率も高く、加熱機構４０からの光により効率的に蓋部材３１を加熱することができる。

蓋部材３１の上面には、ウエハＷを吸着するための吸着穴（図示省略）が形成されている。また、蓋部材３１には、複数の温度センサ３１ａが平面視において互いに離間した位置に埋設されている。このような温度センサとしては、一般的に熱電対が用いられる。

有底部材３２は、蓋部材３１と略同径の円板状に形成されており、後述するＬＥＤからの光の波長に対して透明な材料で構成されている。有底部材３２の上部には、冷媒を流すための溝が形成されており、該溝は、蓋部材３１に覆われて冷媒流路３２ａを形成する。すなわち、ステージ１０は、内部に冷媒流路３２ａを有している。

プローブカード１２は、ベース基板１２１と、多層セラミック基板１２２とを有し、多層セラミック基板１２２から複数のプローブ１２ａが突出している。多層セラミック基板１２２には、検査時に電子デバイスＤの温度を測定する赤外線センサ８０が装着されている。赤外線センサは、被測定物の温度をその物体温度に応じて放射される赤外線量から検出する非接触型温度センサである。赤外線センサ８０としては、従来用いられている種々の素子を適用することができ、例えばサーマルダイオードを挙げることができる。赤外線センサを赤外線カメラや放射温度計の形態で用いてもよい。赤外線センサは応答速度が１０ｍｓｅｃ以下と非常に高速である。

図４では、赤外線センサ８０がプローブカード１２の多層セラミック基板１２２の外周部に装着され、プローブ１２ａの外側から電子デバイスＤの周辺部の温度を測定する例を示している。

図５に示すように、多層セラミック基板１２２として赤外線透過材料を使用し、赤外線センサ８０を多層セラミック基板１２２の上部中央（プローブ１２ａの上方位置）に設け、プローブ１２ａの上方から電子デバイスＤの中央部の温度を測定してもよい。

温度制御装置２０は、加熱機構４０と、冷却機構５０と、温度コントローラ３０とを有している。温度制御装置２０は、加熱機構４０による加熱、冷却機構５０による冷却、および温度コントローラ３０による加熱・冷却の制御により、ステージ１０上のウエハＷに形成された電子デバイスＤの温度を目標温度で一定になるように制御する。

加熱機構４０は、光照射機構として構成され、ステージ１０の蓋部材３１に光を照射して当該蓋部材３１を加熱することにより、ウエハＷを加熱し、ウエハＷ上に形成された電子デバイスＤを加熱する。

加熱機構４０は、ステージ１０のウエハＷ載置面と反対側の面、すなわち有底部材３２の下面と対向するように配置されている。加熱機構４０は、加熱源としてウエハＷに向けて光を照射する複数のＬＥＤ４１を有する。具体的には、加熱機構４０は、複数のＬＥＤ４１がユニット化されたＬＥＤユニット４３が複数、ベース４２の表面に搭載された構成を有する。加熱機構４０におけるＬＥＤユニット４３は、例えば、図６に示すように、電子デバイスＤ（図３参照）に対応するように配列された平面視正方形状のユニット４３ａと、その外周に設けられた平面視非正方形状のユニット４３ｂとを有する。ユニット４３ａおよび４３ｂによりベース４２の略全面を覆っており、ＬＥＤユニット４３のＬＥＤ４１から、少なくとも蓋部材３１におけるウエハＷが搭載される部分全体に光を照射することができるようになっている。

各ＬＥＤ４１は、例えば近赤外光を出射する。ＬＥＤ４１から出射された光（以下、「ＬＥＤ光」とも称する。）は、光透過部材からなるステージ１０の有底部材３２を透過する。冷媒通路３２ａを流れる冷媒はＬＥＤ４１からの光を透過する材料からなり、有底部材３２を透過した光は、冷媒流路３２ａを流れる冷媒を透過し、蓋部材３１に入射する。ＬＥＤ４１からの光が近赤外光である場合、有底部材３２を構成する光透過部材として、ポリカーボネイト、石英、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂又はガラスを用いることができる。これらの材料は、加工や成形が容易である。

加熱機構４０では、ステージ１０のウエハＷが載置される蓋部材３１に入射されるＬＥＤ光は、ＬＥＤユニット４３単位で制御される。したがって、加熱機構４０は、蓋部材３１における任意の箇所へのみＬＥＤ光を照射したり、また、照射する光の強度を任意の箇所と他の箇所とで異ならせたりすることができる。

冷却機構５０は、チラーユニット５１と、冷媒配管５２と、可変流量バルブ５３と、高速バルブ５４とを有する。チラーユニット５１は冷媒を貯留し、冷媒の温度を所定の温度に制御する。冷媒としては、例えば、ＬＥＤ４１から照射される光が透過可能な液体である水が用いられる。冷媒配管５２は、有底部材３２の側部に設けられた供給口３２ｂと排出口３２ｃに接続され、かつチラーユニット５１に接続されている。チラーユニット５１内の冷媒は、冷媒配管５２に設けられたポンプ（図示せず）により、冷媒配管５２を介して冷媒流路３２ａに循環供給される。可変流量バルブ５３は、冷媒配管５２のチラーユニット５１の下流側に設けられ、高速バルブ５４はチラーユニット５１の下流側で可変流量バルブ５３をバイパスするバイパス配管５２ａに設けられている。可変流量バルブ５３は、流量設定可能であり、設定した流量の一定量で冷媒を供給するようになっている。また、高速バルブ５４は、高速で開閉（オン・オフ）し、バイパス配管５２ａを流れる冷媒の供給／停止を高速で行えるようになっている。

＜温度コントローラ＞
次に、温度コントローラ３０について詳細に説明する。
温度コントローラ３０は、電子デバイスＤの検査時に、上述した赤外線センサ８０で測定した電子デバイスＤの温度の測定信号を受け取り、その測定信号に基づいて、スライディングモード制御を含む制御系により加熱機構４０および冷却機構５０を制御し、電子デバイスＤの温度をフィードバック制御する。これにより、高精度の温度制御を実施する。また、検査時以外は、温度測定の信号をステージ１０の蓋部材３１に設けられた温度センサ３１ａに切り替えて温度制御を行う。

スライディングモード制御は、状態空間内の予め設定した切替超平面（切替面）に状態を拘束するように、切替超平面の上下で制御を切り替える制御手法である。制御対象の初期状態が切替超平面外にある場合には、制御対象の状態を切替超平面に有限時間で到達・拘束させる（到達モード）。制御対象の状態が切替超平面に達したら状態を切替超平面で滑り動作させながら目標値へ収束させる（スライディングモード）。スライディングモード制御の制御入力ｕは、線形項（線形制御操作量）ｕ_ｌと非線形項（非線形制御操作量）ｕ_ｎｌとの和であり、以下の式で表すことができる。
ｕ＝−（ＳＢ）^−１ＳＡｘ−Ｋ（ＳＢ）^−１・ｓｇｎ（σ）
＝−（ＳＢ）^−１｛ＳＡｘ＋Ｋ・ｓｇｎ（σ）｝
σ＝Ｓｘ
ＳＡｘが線形項であり、Ｋ・ｓｇｎ（σ）が非線形項である。Ａ、Ｂは状態方程式の行列であり、ＳとＫが制御パラメータである。関数ｓｇｎは不連続な関数を表していて、ｓｇｎ（σ）がスライディングモードの切替関数となる。切替超平面は線形制御の枠組みで設計可能であり、スライディングモードでは、切替超平面上を、非線形項により図７に示す領域IIと領域Ｉを極めて短時間で行き来しながら進んでいく。すなわち、スライディングモードでは、線形項（線形制御操作量）は制御システムの状態を切替超平面上で制御誤差を最小にするようにし、非線形項（非線形制御操作量）はモデル化誤差や不確かな外乱があると制御システムの状態を切替超平面へ向かわせる。これにより極めて高い精度で温度制御を行うことができる。

以下、温度コントローラ３０の好適な例について説明する。ただし、温度コントローラ３０はスライディングモード制御を含む制御系であれば以下の例に限定されない。

［温度コントローラの第１の例］
温度コントローラ３０の第１の例は、加熱源であるＬＥＤ４１へ投入するパワー（電流値出力）を操作量としたスライディングモード制御、および冷却源である高速バルブへ投入するパワー（すなわち高速バルブの開閉信号）を操作量とした冷却モード制御により温度制御を行う。

これにより、加熱源であるＬＥＤ４１へ投入するパワー（電流値出力）を操作量としたスライディングモード制御を用いた場合よりも吸熱を大きくして、より大きな発熱外乱に対応することができる。

図８は第１の例の温度コントローラ３０の制御ブロックを示す図である。本例では、温度コントローラ３０は、スライディングモードコントローラ７１と、冷却モードコントローラ７２と、切替コントローラ７３と、プラントモデル７４とを有する。

スライディングモードコントローラ７１は、加熱機構４０のＬＥＤ４１へ投入するパワー（電流値として出力）を操作量として出力し、温度制御を行う。スライディングモードコントローラ７１では、図９に示すように、電子デバイスＤの推定温度ｘが入力され、線形項（線形ゲイン項）と、非線形入力部７５で生成された非線形項（非線形ゲイン項）により制御入力ｕが形成される。非線形入力部７５は、図１０に示すように、切替関数σと、ＳＷｇａｉｎ：ｋと、ＳＷｉｔａ：ηとにより、非線形入力（非線形項）：ｕ_ｎｌが生成される。ｕ_ｎｌは、以下の式で表される。
ｕ_ｎｌ＝−ｋ・σ／（｜σ｜＋η）
ηはチャタリング抑制項である。非線形入力（非線形項）：ｕ_ｎｌは、切り替え周波数を無限としているため、状態量が切替超平面近傍でチャタリング（高周波振動）する。このため、ηを用いてチャタリングを抑制して入力を平滑化する。

図１１は、冷却モードコントローラ７２および切替コントローラ７３の内部を示すブロック図である。
冷却モードコントローラ７２は、冷却源である高速バルブ５４へ投入するパワー（高速バルブ５４の開閉信号）を操作量として冷却制御を行う。これによりステージ１０の冷媒流路３２ａに供給される冷媒の量を制御し、電子デバイスＤの温度制御を行う。冷却モードコントローラ７２の出力は、冷媒流量および吸熱係数に基づき吸熱モデルにより算出される。図１１では吸熱係数が−０．４と表示されているが、これは一例にすぎず、その値は電子デバイス等によって変化する。

切替コントローラ７３は、スライディングモードコントローラの非線形項ｕ_ｎｌの値を切替信号として用いる。すなわち、切替コントローラ７３は、非線形項ｕ_ｎｌの値により、スライディングモードコントローラ７１の出力（制御入力）をそのまま用いるか、スライディングモードコントローラ７１の出力を使用せず、冷却モードコントローラ７２の出力を第２の操作量として使用するかを決定する。

スライディングモードコントローラ７１の出力（制御入力）をそのまま用いるとは、スライディングモードコントローラ７１の出力を第１の操作量として加熱源であるＬＥＤ４１に出力することである。

冷却モードコントローラ７２の出力を第２の操作量として使用するとは、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力を第２の操作量として使用することである。

具体的には、切替コントローラ７３は、非線形項ｕ_ｎｌの値が正（切替超平面の一方側；図７の領域Ｉ）の場合は、スライディングモードコントローラ７１の出力をそのまま第１の操作量としてＬＥＤ４１に出力する。また、非線形項ｕ_ｎｌの値が負（切替超平面の他方側；図７の領域II）の場合は、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力（高速バルブの開閉信号）を第２の操作量として使用する。高速バルブの開閉時間は０．１ｓｅｃ以下と高速であり、高速バルブ５４は、非線形項ｕ_ｎｌによる高速な切替に追従して開閉することができ、制御性高く温度制御を行うことができる。

プラントモデル７４は、温度制御対象である電子デバイスＤ（ステージ１０）の物理モデルであり、図１２に示すようなものである。そして、切替コントローラ７３から出力された信号が、プラントモデル７４に入力され、プラントモデル７４での必要な演算を経て制御信号が得られる。

電子デバイスＤの温度制御は、温度コントローラ３０により、冷却機構５０の可変流量バルブ５３を冷媒流量が一定流量になるように操作した状態で行われる。すなわち、温度コントローラ３０により、加熱源であるＬＥＤ４１に投入されるパワーを操作量とするスライディングモード制御、および冷却源である高速バルブ５４に投入するパワー（高速バルブ開閉信号）を操作量とする冷却モード制御による温度制御を行う。このとき、切替コントローラ７３により、非線形項ｕ_ｎｌの値により、非線形項ｕ_ｎｌをそのまま用いてスライディングモード制御を行うか、非線形項ｕ_ｎｌを高速バルブ５４の開閉信号として用いて冷却モード制御を行うかが決定される。スライディングモード制御の非線形項ｕ_ｎｌの値が正の場合には、そのまま、ＬＥＤ４１に投入するパワーを操作量とするスライディングモード制御による温度制御が行われる。スライディングモード制御の非線形項ｕ_ｎｌの値が負になった場合は、非線形項ｕ_ｎｌが高速バルブ５４の開閉信号として出力され、ＬＥＤ４１のスライディングモード制御が、冷却モード制御に切り替えられる。このとき温度制御にはスライディングモードコントローラ７１の出力は使用しない。冷却モード制御を用いることにより、ＬＥＤ４１をオフにした場合以上に電子デバイスＤを冷却できるようになる。これにより、テスタ４から電子デバイスＤへの印加電圧（電力）が大きく非常に大きな発熱があった場合でも電子デバイスＤの温度制御性が確保される。

［温度コントローラの第２の例］
温度コントローラの第２の例の基本構成は、第１の例と同じであるが、後述する図１３に示すように、第１の例とは制御方式が異なっている。

本例の温度コントローラにおいても、第１の例と同様、電子デバイスＤの温度推定結果に基づいて、加熱源であるＬＥＤ４１へ投入するパワー（電流値出力）を操作量としたスライディングモード制御に基づく制御を行う。また、本例の温度コントローラでは、第１の例の温度コントローラと同様、スライディングモード制御に加え、高速バルブへ投入するパワー（すなわち高速バルブの開閉信号）を操作量とした冷却モード制御を行う。ただし、本例の温度コントローラは、冷却モードの際に加熱源であるＬＥＤ４１にも制御信号を送る点が第１の例の温度コントローラとは異なっている。

以下、本例の温度コントローラを温度コントローラ３０´として詳細に説明する。
図１３は温度コントローラ３０´の制御ブロックを示す図である。温度コントローラ３０´は、スライディングモードコントローラ７１と、冷却モードコントローラ７２と、加算器７７と、切替コントローラ７３´と、プラントモデル７４とを有する。スライディングモードコントローラ７１と、冷却モードコントローラ７２と、プラントモデル７４の基本構成は、第１の例の温度コントローラ３０と同様である。

図１４は、冷却モードコントローラ７２、加算器７７および切替コントローラ７３´の構成およびこれらの信号の授受を示すブロック図である。

上述したように、冷却モードコントローラ７２は、冷却源である高速バルブ５４へ投入するパワー（高速バルブ５４の開閉信号）を操作量として冷却制御を行う。これによりステージ１０の冷媒流路３２ａに供給される冷媒の量を制御し、電子デバイスＤを温度制御する。冷却モードコントローラ７２の出力は、冷媒流量および吸熱係数に基づき吸熱モデルにより算出される。図１４では吸熱係数が−２０と表示されているが、これは一例にすぎず、その値は電子デバイス等によって変化する。

切替コントローラ７３´は、第１の例の切替コントローラ７３と同様、スライディングモードコントローラの非線形項ｕ_ｎｌの値を切替信号として用いる。そして、切替コントローラ７３´は、非線形項ｕ_ｎｌの値により、スライディングモードコントローラ７１の出力をそのまま用いるか、第２の操作量を使用するかを決定する。切替コントローラ７３´は、第２の操作量として、加算器７７でスライディングモード出力と冷却モードコントローラ７２の出力とを加えたものを使用する。すなわち、第２の操作量は、スライディングモードコントローラ７１からの加熱源であるＬＥＤ４１への出力と、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力とを加えたものである。

スライディングモードコントローラ７１の出力（制御入力）をそのまま用いるとは、スライディングモードコントローラ７１の出力を第１の操作量として加熱源であるＬＥＤ４１に出力することである。

具体的には、切替コントローラ７３´は、非線形項ｕ_ｎｌの値が正（切替超平面の一方側；図７の領域Ｉ）の場合は、スライディングモードコントローラ７１の出力をそのまま第１の操作量としてＬＥＤ４１に出力する。また、非線形項ｕ_ｎｌの値が負（切替超平面の他方側；図７の領域II）の場合は、スライディングモードコントローラ７１の出力と、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力（高速バルブの開閉信号）とを加えたものを第２の操作量として使用する。

冷却モードコントローラ７２では、上述したように、開閉時間が０．１ｓｅｃ以下と高速で動作する高速バルブ５４を、非線形項ｕ_ｎｌによる高速な切替に追従して開閉させる。これにより、ＬＥＤ４１をオフにした場合以上に電子デバイスＤを冷却できるようになり、電子デバイスＤに非常に大きな発熱があった場合の電子デバイスＤの温度制御性が確保される。また、第２の操作量として、このような冷却モードコントローラ７２の高速バルブの出力のみではなく、スライディングモードコントローラ７１の出力が加えられることにより、急冷の過渡応答を緩和して良好な制御性を得ることができる。

＜検査装置による検査処理＞
次に、検査装置１を用いたウエハＷに対する検査処理の一例について説明する。
まず、ローダ３のＦＯＵＰから搬送装置によりウエハＷを取り出してステージ１０に搬送し、載置する。次いで、ステージ１０を所定の位置に移動する。

そして、加熱機構４０の全てのＬＥＤ４１を点灯させ、蓋部材３１の温度センサ３１ａから取得される情報に基づいて、蓋部材３１の温度が面内で均一になるように、ＬＥＤ４１からの光出力と、ステージ１０内の冷媒流路３２ａを流れる冷媒の流量を可変流量バルブ５３により調整する。

この状態で、ステージ１０を移動させて、ステージ１０の上方に設けられているプローブ１２ａと、ウエハＷの検査対象の電子デバイスＤの電極Ｅとを接触させる。また、温度コントローラ３０に温度データを送る温度センサを赤外線センサ８０に切り替える。

その後、リレー６２をテスタ４側の配線６１側に接続させることにより、全てのプローブ１２ａに検査用の信号が入力される。この状態で、電子デバイスＤの検査が開始される。

上記検査中、温度制御装置２０により電子デバイスＤの温度制御が行われる。温度制御装置２０においては、赤外線センサ８０により電子デバイスＤの温度を測定し、その測定温度に基づいて、温度コントローラ３０（３０´）のスライディングモード制御を含む制御系により加熱機構４０および冷却機構５０を制御して電子デバイスＤの温度をフィードバック制御する。

上述した特許文献１の検査装置では、電子デバイスの電気的特性を検査する際、当該電子デバイスの実装環境を再現するために、載置台内の冷媒流路やヒータによって載置台の温度制御を行っている。

一方、近時、汎用ＣＰＵの高集積化、クロック速度上昇の影響、および人工知能の応用範囲拡大にともなうＧＰＵへの対応の増加により、電子デバイスの発熱密度増大に向かっている。ＧＰＵは、同時に複数の演算を実行するため、発熱量も増大の一途とされている。このため、電子デバイスの検査中に発熱外乱が与えられてしまい電子デバイスに不具合を生じさせるおそれがある。しかし、上記特許文献１では、このような発熱外乱を解消する方法は示されていない。

このため、本実施形態では、電子デバイスの検査の際に、電子デバイスの大きな発熱を考慮して精度の高いスライディングモード制御を含む制御系によるフィードバック制御を行う。このようなスライディングモード制御を含む制御系によるフィードバック制御は、高速応答が必要であり、それに対応して温度を高速にフィードバックする必要がある。電子デバイスには、ＰＮジャンクション、リングオシレータ等の温度測定回路が組み込まれていることがあり、その場合はこれらの温度測定回路により電子デバイスの温度を高速にフィードバックすることができる。しかし、すべての電子デバイスに温度測定回路が組み込まれているわけではない。このような温度測定回路が組み込まれていない場合、従来は、ステージ１０（蓋部材３１）に設けられた熱電対等の温度センサ３１ａにより温度測定を行い、その温度に基づいて温度制御を行わざるを得ない。

しかし、熱電対等の温度センサは、一般的にステージ１０（蓋部材３１）内に埋め込んだ状態とされ、熱伝達に時間がかかり、接触抵抗もあるため、温度センサまで温度が到達するのに無駄時間が発生する。このため、高速応答時の高速フィードバック制御に対応することが困難である。

これに対して、本実施形態では、検査時の温度センサとして赤外線センサ８０を用いる。赤外線センサ８０は非接触センサであり、しかも応答速度が１０ｍｓｅｃ以下で非常に高速である。このため、電子デバイスＤの発熱外乱が大きい場合にも電子デバイスＤの温度を高精度で制御できるスライディングモード制御を含む制御系を用いた場合に、その制御系で要求される高速でのフィードバック制御に対応することができる。すなわち、検査中に電子デバイスＤが発熱する場合にも、高精度かつ高速で電子デバイスＤの温度をフィードバック制御することができる。

上記第１の例の温度コントローラ３０では、加熱源であるＬＥＤ４１に投入するパワーを操作量とするスライディングモード制御、および冷却源である高速バルブ５４に投入するパワー（高速バルブ開閉信号）を操作量とする冷却モード制御による温度制御を行う。このとき、切替コントローラ７３は、上述のように、非線形項ｕ_ｎｌの値により、スライディングモードコントローラ７１の出力（制御入力）をそのまま用いるか、非線形項ｕ_ｎｌを高速バルブ５４の開閉信号として用いて冷却モード制御するかを決定する。そして、電子デバイスＤの発熱が大きくスライディングモード制御の非線形項ｕ_ｎｌが負になった場合は、切替コントローラ７３により冷却モード制御に切り替える。これにより、ＬＥＤ４１をオフにした場合以上にステージ１０を冷却することができ、冷却能力が強化され、非常に大きな発熱があった場合でも、電子デバイスＤを十分に冷却して、良好な制御性で電子デバイスＤの温度制御を行うことができる。このため、冷媒流量を一定として、ＬＥＤ４１に投入するパワーを操作量とするスライディングモード制御のみで電子デバイスＤの温度制御を行う場合よりも、より大きな発熱に対応することができる。なお、このときの高速バルブ５４の位置は、できる限りむだ時間を少なくする観点から、極力ステージ１０に近づけることが望ましい。

さらに、高速バルブ５４を用いて冷却モード制御を行うので、切替信号として用いた非線形項ｕ_ｎｌの正負の変動に追従して高速バルブ５４を開閉することができ、高精度で冷却制御を行うことができる。

上記第２の例の温度コントローラ３０´では、切替コントローラ７３´が、非線形項ｕ_ｎｌの値により、スライディングモードコントローラ７１の出力をそのまま用いるか、スライディングモード出力と冷却モードコントローラ７２の出力とを加えた第２の操作量を使用するかを決定する。より具体的には、非線形項ｕ_ｎｌが負の場合の第２の操作量として、冷却モードコントローラ７２の高速バルブの出力のみではなく、スライディングモードコントローラ７１の出力を加える。これにより、第１の例の温度コントローラ３０の効果に加え、電流値の振幅を小さく、かつ高速バルブ５４の開の頻度を少なくすることができ、より振幅が小さく滑らかな温度制御が可能となるといった効果を奏する。

第１の例の温度コントローラ３０では、制御性は良好であるものの、非線形項ｕ_ｎｌが負の場合に、高速バルブ５４の動作のみであるため、急冷の過渡応答となることがある。つまり、切替コントローラ７３により高速バルブ５４を開にしたときの電子デバイスＤの温度低下を補うために、ＬＥＤ４１の出力を大きくする必要があり、また、次の冷却を行うタイミング（高速バルブを開にするタイミング）も早くなる。このため、切替コントローラ７３による制御の際に、電流値の振幅が大きくかつ高速バルブ５４の開の頻度が多くなる傾向にある。これに対し、第２の例の温度コントローラ３０´では高速バルブ５４の動作中にＬＥＤ４１にも同時に制御信号を送るので、急冷の過渡応答を緩和することができ、電流値の振幅を小さく、かつ高速バルブ５４の開の頻度を少なくすることができる。これにより、より振幅が小さく滑らかな温度制御が可能となるといった効果を奏するのである。

なお、電子デバイスの検査は、複数のデバイスを一括して行ってもよく、また、ＤＲＡＭ等で採用される一括コンタクトプロービングのように全ての電子デバイスを一括して行ってもよい。いずれの場合も、検査対象の電子デバイスの温度を上述のようにＬＥＤ４１のパワーを操作量とするスライディングモード制御と、高速バルブの開閉による冷却モード制御を併用することにより良好な制御性で電子デバイスの温度制御を行うことができる。

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記実施形態では、加熱源としてＬＥＤを用いた場合について説明したが、加熱源はＬＥＤにかぎらず、抵抗ヒータ等の他の加熱源であってもよい。また、上記実施形態では、温度制御対象としてウエハ上の電子デバイス（チップ）を例にとって示したが、これに限るものではない。また、温度制御装置を検査装置に適用した場合について示したが、これに限るものでもない。

１；検査装置
２；検査部
３；ローダ
４；テスタ
１０；ステージ
１２；プローブカード
１２ａ；プローブ
１３；インターフェース
１５；制御部
２０；温度制御装置
３０、３０´；温度コントローラ
３１ａ；温度センサ
３２ａ；冷媒流路
４０；加熱機構
４１；ＬＥＤ
５０；冷却機構
５２；冷媒配管
５３；可変流量バルブ
５４；高速バルブ
７１；スライディングモードコントローラ
７２；冷却モードコントローラ
７３、７３´；切替コントローラ
７４；プラントモデル
７７；加算器
８０；赤外線センサ
Ｄ；電子デバイス
Ｗ；ウエハ

Claims (19)

1. 温度制御対象物の温度制御を行う温度制御装置であって、
   前記温度制御対象物を加熱する加熱源を有する加熱機構と、
   前記温度制御対象物を冷却する冷却源を有する冷却機構と、
   前記温度制御対象物の温度を測定する赤外線センサと、
   前記赤外線センサからの測定信号に基づいて、スライディングモード制御を含む制御系により前記加熱機構および前記冷却機構を制御して前記制御対象物の温度をフィードバック制御する温度コントローラと、
   を備える、温度制御装置。
2. 前記赤外線センサは、サーマルダイオードを含む、請求項１に記載の温度制御装置。
3. 前記温度コントローラは、
   前記加熱源へ投入するパワーを操作量とするスライディングモードコントローラと、
   前記冷却源へ投入するパワーを操作量とする冷却モードコントローラと、
   前記スライディングモードコントローラの出力である線形項と非線形項のうち、前記非線形項の値により、前記スライディングモードコントローラの出力をそのまま第１の操作量として前記加熱源に出力するか、または、前記スライディングモードコントローラの出力を使用せず、前記冷却モードコントローラの出力を第２の操作量として使用するかを決定する切替コントローラと、
   を有する、請求項１または請求項２に記載の温度制御装置。
4. 前記温度コントローラは、
   前記加熱源へ投入するパワーを操作量とするスライディングモードコントローラと、
   前記冷却源へ投入するパワーを操作量とする冷却モードコントローラと、
   前記スライディングモードコントローラの出力である線形項と非線形項のうち、前記非線形項の値により、前記スライディングモードコントローラの出力をそのまま第１の操作量として前記加熱源に出力するか、または、前記スライディングモードコントローラの出力と前記冷却モードコントローラの出力とを加えたものを第２の操作量として使用するかを決定する切替コントローラと、
   を有する、請求項１または請求項２に記載の温度制御装置。
5. 前記冷却機構は、前記温度制御対象物を冷媒により冷却し、前記冷却源は冷媒の流路を開閉する高速バルブであり、前記冷却モードコントローラの出力は前記高速バルブへの開閉信号である、請求項３または請求項４に記載の温度制御装置。
6. 前記加熱源はＬＥＤであり、前記第１の操作量はＬＥＤに投入する電流値である、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の温度制御装置。
7. 前記温度制御対象物は、基板に設けられた電子デバイスである、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温度制御装置。
8. 温度制御対象物の温度制御を行う温度制御方法であって、
   赤外線センサにより温度制御対象物の温度を測定する工程と、
   前記赤外線センサからの測定信号に基づいて、スライディングモード制御を含む制御系により前記温度制御対象物を加熱する加熱機構および前記温度制御対象物を冷却する冷却機構を制御して前記制御対象物の温度をフィードバック制御する工程と、
   を有する、温度制御方法。
9. 前記温度制御対象物の温度を制御する工程は、
   前記加熱源へ投入するパワーを操作量としてスライディングモード制御を行う工程と、
   前記温度制御対象物を冷却する冷却源へ投入するパワーを操作量として冷却モード制御を行う工程と、
   前記スライディングモード制御における出力である線形項と非線形項のうち、前記非線形項の値により、前記スライディングモード制御の出力をそのまま第１の操作量として前記加熱源に出力するか、または、前記スライディングモード制御の出力を使用せず、前記冷却モード制御の出力を第２の操作量として使用するかを決定する工程と、
   を有する、請求項８に記載の温度制御方法。
10. 前記温度制御対象物の温度を制御する工程は、
    前記温度制御対象物を加熱する加熱源へ投入するパワーを操作量としてスライディングモード制御を行う工程と、
    前記スライディングモード制御と、前記温度制御対象物を冷却する冷却源へ投入するパワーを操作量とする冷却モード制御とを併用する工程と、
    前記スライディングモード制御における出力である線形項と非線形項のうち、前記非線形項の値により、前記スライディングモード制御の出力をそのまま第１の操作量として前記加熱源に出力するか、または、前記スライディングモード制御の出力と前記冷却モード制御の出力を加えたものを第２の操作量として使用するかを決定する工程と、
    を有する、請求項８に記載の温度制御方法。
11. 前記温度制御対象物は、基板に設けられた電子デバイスである、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の温度制御方法。
12. 複数の電子デバイスが設けられた基板を載置するステージと、
    前記ステージ上の基板に設けられた前記電子デバイスにプローブを電気的に接触させて当該電子デバイスを検査する検査機構と、
    前記電子デバイスの温度制御を行う温度制御装置と、
    を具備し、
    前記温度制御装置は、
    前記電子デバイスを加熱する加熱源を有する加熱機構と、
    前記電子デバイスを冷却する冷却源を有する冷却機構と、
    前記電子デバイスの温度を測定する赤外線センサと、
    前記赤外線センサからの測定信号に基づいて、スライディングモード制御を含む制御系により前記加熱機構および前記冷却機構を制御して前記電子デバイスの温度をフィードバック制御する温度コントローラと、
    を備える、検査装置。
13. 前記赤外線センサは、前記検査機構に設けられている、請求項１２に記載の検査装置。
14. 前記検査機構は、前記プローブを有するプローブカードを備え、前記赤外線センサは、前記プローブカードの外周部、または、前記プローブカードの前記プローブの上方位置に設けられる、請求項１３に記載の検査装置。
15. 前記ステージは、前記基板の温度を測定する温度センサを有し、前記検査機構による前記電気デバイスの検査時以外には、前記温度コントローラの温度情報として前記温度センサの測定信号を用いる、請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の検査装置。
16. 前記温度コントローラは、
    前記加熱源へ投入するパワーを操作量とするスライディングモードコントローラと、
    前記冷却源へ投入するパワーを操作量とする冷却モードコントローラと、
    前記スライディングモードコントローラの出力である線形項と非線形項のうち、前記非線形項の値により、前記スライディングモードコントローラの出力をそのまま第１の操作量として前記加熱源に出力するか、または、前記スライディングモードコントローラの出力を使用せず、前記冷却モードコントローラの出力を第２の操作量として使用するかを決定する切替コントローラと、
    を有する、請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の検査装置。
17. 前記温度コントローラは、
    前記加熱源へ投入するパワーを操作量とするスライディングモードコントローラと、
    前記冷却源へ投入するパワーを操作量とする冷却モードコントローラと、
    前記スライディングモードコントローラの出力である線形項と非線形項のうち、前記非線形項の値により、前記スライディングモードコントローラの出力をそのまま第１の操作量として前記加熱源に出力するか、または、前記スライディングモードコントローラの出力と、前記冷却モードコントローラの出力とを加えたものを第２の操作量として使用するかを決定する切替コントローラと、
    を有する、請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の検査装置。
18. 前記冷却機構は、前記温度制御対象物を冷媒により冷却し、前記冷却源は冷媒の流路を開閉する高速バルブであり、前記冷却モードコントローラの出力は前記高速バルブへの開閉信号である、請求項１６または請求項１７に記載の検査装置。
19. 前記加熱源はＬＥＤであり、前記第１の操作量はＬＥＤに投入する電流値である、請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の検査装置。
    

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