JP4121361B2 - チャック温度制御方式 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス等の製造・検査に用いられるチャックの温度制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス製造の分野では、半導体ウェハ上に半導体素子あるいは半導体回路（ＩＣ等）（以下、半導体デバイスと総称する）を製造した後、その半導体デバイスが正常に動作するかどうかを調べるための電気的試験が行われる。
【０００３】
通常、この種の試験は、半導体ウェハをチャックと呼ばれる保持器に保持し、半導体デバイスの使用環境を模擬した状態（動作環境温度）を作り出して行われる。
【０００４】
図２に示すように、チャック１は半導体ウェハ８を吸着し、半導体デバイスを電気的に検査する台のことである。このため、チャック１に対してチャック温度制御を行うチャック温度制御装置１０が必要となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
チャック温度制御装置１０は、チャック１の温度を調節し、半導体ウェハ８をチャック１と同じ温度にすることによって、任意の温度条件（例えば−６０℃〜１６０℃）での半導体デバイスの検査を行なうための装置である。
【０００６】
チャック温度制御装置１０の制御系を図３に示す。ポンプ４により加圧された冷却液の一部を調整弁６により冷却液冷却用の冷凍機７側に流すことにより、タンク９内の冷却液温度をタンク内冷却液温度設定値となるように制御する。チャック１は、冷却液の循環経路を内蔵しており、タンク９内の冷却液はポンプ４にてチャック１ヘも循環される。チャック１はまた、加熱用の電気ヒータ３も内蔵している。
【０００７】
ここで、チャック１に取り付けたチャック温度センサ２の計測値がチャック温度設定値と等しくなるように、チャック１に内蔵された電気ヒータ３にて追加加熱して温度制御を行う。
【０００８】
図４は、図３の温度制御系の構成を示すブロックである。図４において、この温度制御系は第１の温度制御系５０と第２の温度制御系６０とを有している。第１の温度制御系においては、チャック温度設定値とチャック温度センサ２からのチャック温度計測値とに基づいてＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）演算が行われ、電気ヒータ３に対してヒータ電力指令値が出力される。その結果、チャック１はチャック温度設定値に維持される。
【０００９】
第２の温度制御系においては、過冷却温度設定値（固定値）とチャック温度設定値との差が演算され、冷却液温度指令値として出力される。そして、この冷却液温度指令値とタンク内冷却液温度センサ５からの計測値とに基づいてＰＩＤ演算が行われ、調整弁６の制御が行われる。調整弁６は、ポンプ４から吐出された冷却液の冷凍機７への供給量とチャック１への供給量の割合を調整するものである。これは、結果として冷却液の温度制御に加えて、チャック１への冷却液の供給量を制御していることになる。このようにして、タンク９内の冷却液は所望のタンク内冷却液温度設定値に維持される。
【００１０】
この制御方式におけるタンク内冷却液温度は以下の通りとなる。
【００１１】
（タンク内冷却液温度設定値℃）＝（チャック温度設定値℃）−（過冷却温度設定値℃）
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−３３２６０８（第４頁、図３）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この制御方式の場合、チャック１までの経路からの侵入熱等を考慮して、タンク内冷却液温度設定値をチャック温度設定値より低く設定する必要がある。但し、侵入熱が増加した場合にも温度制御を可能とするために過冷却温度設定値には余裕度を持たせる必要がある。この場合、侵入熱が見込みよりも少ない時にはその分だけチャック１を追加加熱する必要があり、電気ヒータ３の消費電力が増えるという欠点がある。これは、図４に示す制御系では、電気ヒータ３の第１の温度制御系５０と冷却液の第２の温度制御系６０とがそれぞれ固定の設定値に基づいて相互に無関係に温度制御を行っていることによる。
【００１４】
また、チャック温度設定値より温度の低すぎる冷媒が流れることがあり、その時にはチャック１の冷媒入口付近の温度が下がることがあって、チャック表面の温度分布が不均一になるおそれがある。
【００１５】
そこで、本発明の課題は、任意の低温度領域における温度制御系全体の消費電力の低減化を実現できるチャック温度制御方式を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電気ヒータによる第１の温度制御系と冷却液による第２の温度制御系とで温度が制御されるチャックの温度制御方式において、前記第１の温度制御系は、チャック温度設定値とチャック温度計測値とに基づいて前記電気ヒータに対するヒータ電力指令値を出力し、前記第２の温度制御系は、前記チャック温度設定値と過冷却温度設定値とに基づいて前記冷却液の温度及び供給量を制御し、前記電気ヒータの消費電力の平均値を計測する手段と、計測された消費電力の平均値とヒータ電力設定値とに基づいて過冷却温度修正値を算出する手段とを更に備え、前記過冷却温度修正値により前記過冷却温度設定値を修正するように前記第２の温度制御系に与えるようにしたことを特徴とするチャック温度制御方式が提供される。
【００１７】
本チャック温度制御方式においては、前記第２の温度制御系は、前記冷却液のタンクと、該タンクの冷却液を冷却液冷却用の冷凍機と前記チャックとに分けて供給する手段と、前記冷凍機への冷却液流量と前記チャックへの冷却液流量の割合を調整する手段とを含み、前記タンク内の冷却液温度に応じて前記割合を調整することにより前記タンク内の冷却液温度を設定値に維持するものである。
【００１８】
本チャック温度制御方式においてはまた、前記過冷却温度修正値を算出する手段は、前記計測された消費電力の平均値と前記ヒータ電力設定値とに基づいてＰＩＤ演算を行うことにより前記過冷却温度修正値を算出する。
【００１９】
【作用】
本発明によるチャック温度制御方式は、チャックの温度制御を行う上で、電気ヒータの消費電力を考慮して冷却液の温度制御パラメータを可変とし、結果として電気ヒータの消費電力を一定とすることによって、任意の低温度制御領域における制御系全体の消費電力の低減化を可能としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明によるチャック温度制御方式の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図３で説明したようなチャック温度制御装置にも適用され得るものである。それゆえ、以下では、図３のチャック温度制御装置に適用した場合について説明する。
【００２１】
図１において、本形態による制御系では、あらかじめチャック１に対して実験を行い、チャック１の仕様に応じてヒータ電力がどの程度必要であるかの範囲が決められる。そして、実際の温度制御に際してはこの範囲内でヒータ電力設定値が設定される。チャック温度設定値、過冷却温度設定値は従来と同じように設定される。
【００２２】
本形態による制御系は、電気ヒータ３による温度制御系（第１の温度制御系）２０と、冷却液による温度制御系（第２の温度制御系）３０に加えて、電気ヒータ３の消費電力の平均値を計測する計測手段４１と、計測された消費電力の平均値とヒータ電力設定値とに基づいて過冷却温度修正値を算出する算出手段４２とを備える。
【００２３】
電気ヒータ３による温度制御系においては、チャック温度設定値とチャック温度センサ２からのチャック温度計測値に基づいてＰＩＤ演算が行われ、電気ヒータ３に対してヒータ電力指令値が出力される。その結果、チャック１はチャック温度設定値に維持される。この間、上記の計測手段４１により電気ヒータ３における消費電力の平均値が計算される。
【００２４】
一方、冷却液による温度制御系においては、図４で説明した構成に新たな構成を加えている。つまり、本形態では、上記の算出手段４２によりヒータ電力設定値と計算された消費電力の平均値とに基づいてＰＩＤ演算が行われ、過冷却温度修正値が算出される。すなわち、ヒータ電力設定値と計算された消費電力の平均値との差分から過冷却温度修正値が算出される。そして、過冷却温度設定値に過冷却温度修正値が加算される。これは、電気ヒータ３の実際の消費電力を考慮して冷却液の温度制御パラメータ、つまり過冷却温度設定値を可変としていることを意味する。上記の加算値とチャック温度設定値との差が演算され、冷却液温度指令値として出力される。そして、この冷却液温度指令値とタンク内冷却液温度センサ５からの計測値とに基づいてＰＩＤ演算が行われ、調整弁６の制御が行われる。
【００２５】
以上の制御を簡単に言えば、本形態では、電気ヒータ３の目標消費電力を設定し、過冷却温度設定値を見掛け上自動可変のパラメータとしてタンク９内の冷却液温度を制御している。よって本制御方式は、過冷却温度制御とヒータ消費電力制御との組合わせにてチャック１の温度制御を行っていることになる。例えば、前述したように、チャック１までの経路からの侵入熱等を考慮して、タンク内冷却液温度設定値をチャック温度設定値より低く設定し、かつ侵入熱が増加した場合にも温度制御を可能とするために過冷却温度設定値に余裕度を持たせたとする。この場合に、侵入熱が見込みよりも少ない時には、その分のチャック１の追加加熱ではなく冷却液温度の制御によりチャック温度が一定に維持される。つまり、本形態による温度制御によれば、見掛け上、過冷却温度設定値を電気ヒータ３の消費電力に応じて可変としているため、常にヒータ消費電力を任意の値以下に抑えることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によるチャック温度制御方式によれば、タンク内冷却液温度の過冷却温度設定値をヒータ消費電力に応じて見掛け上可変とし、ヒータ消費電力に任意の目標値を設けることによって、任意の低温度領域における温度制御系全体の消費電力の低減化を実現できる。加えて、チャック温度設定値より温度の低すぎる冷媒が流れることがなくなり、その結果、チャック表面の温度分布が不均一になることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるチャック温度制御系の機能ブロック図である。
【図２】チャック温度制御を説明するための図である。
【図３】チャック温度制御装置の概略構成を説明するための図である。
【図４】従来のチャック温度制御系の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ チャック
２ チャック温度センサ
３ 電気ヒータ
４ ポンプ
５ タンク内冷却液温度センサ
６ 調整弁
７ 冷凍機
８ 半導体ウェハ
９ タンク
１０ チャック温度制御装置
２０、５０ 第１の温度制御系
３０、６０ 第２の温度制御系
４１ 計測手段
４２ 算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス等の製造・検査に用いられるチャックの温度制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス製造の分野では、半導体ウェハ上に半導体素子あるいは半導体回路（ＩＣ等）（以下、半導体デバイスと総称する）を製造した後、その半導体デバイスが正常に動作するかどうかを調べるための電気的試験が行われる。
【０００３】
通常、この種の試験は、半導体ウェハをチャックと呼ばれる保持器に保持し、半導体デバイスの使用環境を模擬した状態（動作環境温度）を作り出して行われる。
【０００４】
図２に示すように、チャック１は半導体ウェハ８を吸着し、半導体デバイスを電気的に検査する台のことである。このため、チャック１に対してチャック温度制御を行うチャック温度制御装置１０が必要となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
チャック温度制御装置１０は、チャック１の温度を調節し、半導体ウェハ８をチャック１と同じ温度にすることによって、任意の温度条件（例えば−６０℃〜１６０℃）での半導体デバイスの検査を行なうための装置である。
【０００６】
チャック温度制御装置１０の制御系を図３に示す。ポンプ４により加圧された冷却液の一部を調整弁６により冷却液冷却用の冷凍機７側に流すことにより、タンク９内の冷却液温度をタンク内冷却液温度設定値となるように制御する。チャック１は、冷却液の循環経路を内蔵しており、タンク９内の冷却液はポンプ４にてチャック１ヘも循環される。チャック１はまた、加熱用の電気ヒータ３も内蔵している。
【０００７】
ここで、チャック１に取り付けたチャック温度センサ２の計測値がチャック温度設定値と等しくなるように、チャック１に内蔵された電気ヒータ３にて追加加熱して温度制御を行う。
【０００８】
図４は、図３の温度制御系の構成を示すブロックである。図４において、この温度制御系は第１の温度制御系５０と第２の温度制御系６０とを有している。第１の温度制御系においては、チャック温度設定値とチャック温度センサ２からのチャック温度計測値とに基づいてＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）演算が行われ、電気ヒータ３に対してヒータ電力指令値が出力される。その結果、チャック１はチャック温度設定値に維持される。
【０００９】
第２の温度制御系においては、過冷却温度設定値（固定値）とチャック温度設定値との差が演算され、冷却液温度指令値として出力される。そして、この冷却液温度指令値とタンク内冷却液温度センサ５からの計測値とに基づいてＰＩＤ演算が行われ、調整弁６の制御が行われる。調整弁６は、ポンプ４から吐出された冷却液の冷凍機７への供給量とチャック１への供給量の割合を調整するものである。これは、結果として冷却液の温度制御に加えて、チャック１への冷却液の供給量を制御していることになる。このようにして、タンク９内の冷却液は所望のタンク内冷却液温度設定値に維持される。
【００１０】
この制御方式におけるタンク内冷却液温度は以下の通りとなる。
【００１１】
（タンク内冷却液温度設定値℃）＝（チャック温度設定値℃）−（過冷却温度設定値℃）
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−３３２６０８（第４頁、図３）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この制御方式の場合、チャック１までの経路からの侵入熱等を考慮して、タンク内冷却液温度設定値をチャック温度設定値より低く設定する必要がある。但し、侵入熱が増加した場合にも温度制御を可能とするために過冷却温度設定値には余裕度を持たせる必要がある。この場合、侵入熱が見込みよりも少ない時にはその分だけチャック１を追加加熱する必要があり、電気ヒータ３の消費電力が増えるという欠点がある。これは、図４に示す制御系では、電気ヒータ３の第１の温度制御系５０と冷却液の第２の温度制御系６０とがそれぞれ固定の設定値に基づいて相互に無関係に温度制御を行っていることによる。
【００１４】
また、チャック温度設定値より温度の低すぎる冷媒が流れることがあり、その時にはチャック１の冷媒入口付近の温度が下がることがあって、チャック表面の温度分布が不均一になるおそれがある。
【００１５】
そこで、本発明の課題は、任意の低温度領域における温度制御系全体の消費電力の低減化を実現できるチャック温度制御方式を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電気ヒータによる第１の温度制御系と冷却液による第２の温度制御系とで温度が制御されるチャックの温度制御方式において、前記第１の温度制御系は、チャック温度設定値とチャック温度計測値とに基づいて前記電気ヒータに対するヒータ電力指令値を出力し、前記第２の温度制御系は、前記チャック温度設定値と過冷却温度設定値とに基づいて前記冷却液の温度及び供給量を制御し、前記電気ヒータの消費電力の平均値を計測する手段と、計測された消費電力の平均値とヒータ電力設定値とに基づいて過冷却温度修正値を算出する手段とを更に備え、前記過冷却温度修正値により前記過冷却温度設定値を修正するように前記第２の温度制御系に与えるようにしたことを特徴とするチャック温度制御方式が提供される。
【００１７】
本チャック温度制御方式においては、前記第２の温度制御系は、前記冷却液のタンクと、該タンクの冷却液を冷却液冷却用の冷凍機と前記チャックとに分けて供給する手段と、前記冷凍機への冷却液流量と前記チャックへの冷却液流量の割合を調整する手段とを含み、前記タンク内の冷却液温度に応じて前記割合を調整することにより前記タンク内の冷却液温度を設定値に維持するものである。
【００１８】
本チャック温度制御方式においてはまた、前記過冷却温度修正値を算出する手段は、前記計測された消費電力の平均値と前記ヒータ電力設定値とに基づいてＰＩＤ演算を行うことにより前記過冷却温度修正値を算出する。
【００１９】
【作用】
本発明によるチャック温度制御方式は、チャックの温度制御を行う上で、電気ヒータの消費電力を考慮して冷却液の温度制御パラメータを可変とし、結果として電気ヒータの消費電力を一定とすることによって、任意の低温度制御領域における制御系全体の消費電力の低減化を可能としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明によるチャック温度制御方式の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図３で説明したようなチャック温度制御装置にも適用され得るものである。それゆえ、以下では、図３のチャック温度制御装置に適用した場合について説明する。
【００２１】
図１において、本形態による制御系では、あらかじめチャック１に対して実験を行い、チャック１の仕様に応じてヒータ電力がどの程度必要であるかの範囲が決められる。そして、実際の温度制御に際してはこの範囲内でヒータ電力設定値が設定される。チャック温度設定値、過冷却温度設定値は従来と同じように設定される。
【００２２】
本形態による制御系は、電気ヒータ３による温度制御系（第１の温度制御系）２０と、冷却液による温度制御系（第２の温度制御系）３０に加えて、電気ヒータ３の消費電力の平均値を計測する計測手段４１と、計測された消費電力の平均値とヒータ電力設定値とに基づいて過冷却温度修正値を算出する算出手段４２とを備える。
【００２３】
電気ヒータ３による温度制御系においては、チャック温度設定値とチャック温度センサ２からのチャック温度計測値に基づいてＰＩＤ演算が行われ、電気ヒータ３に対してヒータ電力指令値が出力される。その結果、チャック１はチャック温度設定値に維持される。この間、上記の計測手段４１により電気ヒータ３における消費電力の平均値が計算される。
【００２４】
一方、冷却液による温度制御系においては、図４で説明した構成に新たな構成を加えている。つまり、本形態では、上記の算出手段４２によりヒータ電力設定値と計算された消費電力の平均値とに基づいてＰＩＤ演算が行われ、過冷却温度修正値が算出される。すなわち、ヒータ電力設定値と計算された消費電力の平均値との差分から過冷却温度修正値が算出される。そして、過冷却温度設定値に過冷却温度修正値が加算される。これは、電気ヒータ３の実際の消費電力を考慮して冷却液の温度制御パラメータ、つまり過冷却温度設定値を可変としていることを意味する。上記の加算値とチャック温度設定値との差が演算され、冷却液温度指令値として出力される。そして、この冷却液温度指令値とタンク内冷却液温度センサ５からの計測値とに基づいてＰＩＤ演算が行われ、調整弁６の制御が行われる。
【００２５】
以上の制御を簡単に言えば、本形態では、電気ヒータ３の目標消費電力を設定し、過冷却温度設定値を見掛け上自動可変のパラメータとしてタンク９内の冷却液温度を制御している。よって本制御方式は、過冷却温度制御とヒータ消費電力制御との組合わせにてチャック１の温度制御を行っていることになる。例えば、前述したように、チャック１までの経路からの侵入熱等を考慮して、タンク内冷却液温度設定値をチャック温度設定値より低く設定し、かつ侵入熱が増加した場合にも温度制御を可能とするために過冷却温度設定値に余裕度を持たせたとする。この場合に、侵入熱が見込みよりも少ない時には、その分のチャック１の追加加熱ではなく冷却液温度の制御によりチャック温度が一定に維持される。つまり、本形態による温度制御によれば、見掛け上、過冷却温度設定値を電気ヒータ３の消費電力に応じて可変としているため、常にヒータ消費電力を任意の値以下に抑えることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によるチャック温度制御方式によれば、タンク内冷却液温度の過冷却温度設定値をヒータ消費電力に応じて見掛け上可変とし、ヒータ消費電力に任意の目標値を設けることによって、任意の低温度領域における温度制御系全体の消費電力の低減化を実現できる。加えて、チャック温度設定値より温度の低すぎる冷媒が流れることがなくなり、その結果、チャック表面の温度分布が不均一になることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるチャック温度制御系の機能ブロック図である。
【図２】チャック温度制御を説明するための図である。
【図３】チャック温度制御装置の概略構成を説明するための図である。
【図４】従来のチャック温度制御系の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ チャック
２ チャック温度センサ
３ 電気ヒータ
４ ポンプ
５ タンク内冷却液温度センサ
６ 調整弁
７ 冷凍機
８ 半導体ウェハ
９ タンク
１０ チャック温度制御装置
２０、５０ 第１の温度制御系
３０、６０ 第２の温度制御系
４１ 計測手段
４２ 算出手段
Claims (3)
- 電気ヒータによる第１の温度制御系と冷却液による第２の温度制御系とで温度が制御されるチャックの温度制御方式において、
前記第１の温度制御系は、チャック温度設定値とチャック温度計測値とに基づいて前記電気ヒータに対するヒータ電力指令値を出力し、
前記第２の温度制御系は、前記チャック温度設定値と過冷却温度設定値とに基づいて前記冷却液の温度及び供給量を制御し、
前記電気ヒータの消費電力の平均値を計測する手段と、計測された消費電力の平均値とヒータ電力設定値とに基づいて過冷却温度修正値を算出する手段とを更に備え、前記過冷却温度修正値により前記過冷却温度設定値を修正するように前記第２の温度制御系に与えることを特徴とするチャック温度制御方式。 - 請求項１に記載のチャック温度制御方式において、前記第２の温度制御系は、前記冷却液のタンクと、該タンクの冷却液を冷却液冷却用の冷凍機と前記チャックとに分けて供給する手段と、前記冷凍機への冷却液流量と前記チャックへの冷却液流量の割合を調整する手段とを含み、前記タンク内の冷却液温度に応じて前記割合を調整することにより前記タンク内の冷却液温度を設定値に維持することを特徴とするチャック温度制御方式。
- 請求項１または２に記載のチャック温度制御方式において、前記過冷却温度修正値を算出する手段は、前記計測された消費電力の平均値と前記ヒータ電力設定値とに基づいてＰＩＤ演算を行うことにより前記過冷却温度修正値を算出することを特徴とするチャック温度制御方式。
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|---|---|---|---|
| JP2002352651A JP4121361B2 (ja) | 2002-12-04 | 2002-12-04 | チャック温度制御方式 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002352651A JP4121361B2 (ja) | 2002-12-04 | 2002-12-04 | チャック温度制御方式 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004186492A JP2004186492A (ja) | 2004-07-02 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10281520B2 (en) | 2016-08-30 | 2019-05-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Diagnosing an abnormal state of a substrate-processing apparatus |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4996184B2 (ja) * | 2006-09-19 | 2012-08-08 | 東京エレクトロン株式会社 | ウエハの温度制御装置及びウエハの温度制御方法 |
| KR101512874B1 (ko) | 2010-09-07 | 2015-04-16 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 종형 열처리 장치 및 그 제어 방법 |
| JP2023046600A (ja) * | 2021-09-24 | 2023-04-05 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板載置機構、検査装置、および検査方法 |
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2002
- 2002-12-04 JP JP2002352651A patent/JP4121361B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10281520B2 (en) | 2016-08-30 | 2019-05-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Diagnosing an abnormal state of a substrate-processing apparatus |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004186492A (ja) | 2004-07-02 |
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