JP5197505B2 - ウエハチャック用の温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、ウエハチャックで保持されたウエハの温度を測定する温度センサに関し、更に詳しくは、ウエハチャックに対する着脱性、及び耐電圧性に優れたウエハチャック用の温度センサに関する。

例えば検査装置に用いられるウエハチャックは、ウエハに形成された複数のデバイスを真空吸着するなどして保持し、複数のデバイスそれぞれの電気的特性検査を行う際に用いられる。ウエハの検査はウエハを低温領域から高温領域まで種々の温度に設定して行われるため、ウエハチャックには温度センサが装着され、この温度センサによってウエハチャック上のウエハの温度を正確に測定するようにしている。そこで、従来の温度センサを備えた検査装置について図３及び図４を参照しながら説明する。

従来の検査装置は、例えば図３に示すように、互いに隣接するローダ室１及びプローバ室２を備えている。ローダ室１は、複数枚のウエハＷをカセット単位で収納するカセット収納部と、カセットからウエハＷを一枚ずつ搬出入するウエハ搬送機構と、ウエハ搬送機構によってウエハＷを搬送する間にウエハＷをプリアライメントするプリアライメント機構と、を備えている。プローバ室２は、図３に示すように、ウエハＷを保持しＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向で移動可能に構成されたウエハチャック３と、このウエハチャック３上のウエハＷに形成された複数の電極パッドに接触する複数のプローブ４Ａを有するプローブカード４と、このプローブカード４をカードホルダ（図示せず）によって固定する固定機構５と、プローブカード４とテストヘッドＴとを電気的に接続する接続リング６と、を備え、制御装置の制御下でウエハＷに形成された各デバイスの電気的特性検査を行なうように構成されている。尚、図３において、７はウエハチャック３と協働してウエハＷとプローブカード４との位置合わせを行うアライメント機構で、７Ａは上カメラ、７Ｂは下カメラであり、８はプローブカード４の固定機構５が装着されたヘッドプレートである。

ウエハチャック３は、温度調節機構を内蔵し、ウエハＷを所定の検査温度に設定し、高温検査や低温検査に供される。例えば高温検査を行う場合にはウエハＷを例えば２００℃に設定する。ウエハＷを２００℃に設定するには、図４に示すようにウエハチャック３に装着された温度センサ９によってウエハチャック３の温度を検出して、検出温度に基づいてウエハＷを２００℃に設定、制御している。

ここでウエハチャック３と温度センサ９について説明する。ウエハチャック３の側面には図４に示すように温度センサ９の測温体９Ａが挿入される挿入孔３Ａが形成され、この挿入孔３Ａの開口部には雌ネジが形成されている。一方、温度センサ９の測温体９Ａの基端にはアルミナセラミックスからなる接続部９Ｂが一体化され、この接続部９Ｂにおいてケーブル９Ｃが接続されている。この接続部９Ｂの測温体９Ａ側には雄ネジが形成され、接続部９Ｂの雄ネジとウエハチャック３の挿入孔３Ａの雌ネジが螺合することによって、温度センサ９がウエハチャック３に取り付けられる。

ところで、ウエハＷに形成されたパワーデバイスの電気的特性検査を高温下で行う場合には、ウエハチャック３上のウエハＷを２００℃に加熱し、ウエハチャック３のウエハ載置面に高電圧を印加して高温検査を行っている。

しかしながら、従来の温度センサ９の場合には、温度センサ９をウエハチャック３に装着する際、ウエハチャック３の挿入孔３Ａに測温体９Ａを挿入し、接続部９Ｂを回転操作し、接続部９Ｂの雄ネジと挿入孔の雌ネジを螺合させなければ温度センサ９をウエハチャック３に装着、固定することができないため、温度センサ９をウエハチャック３に着脱する度に接続部９Ｂからケーブル９Ｃを一旦取り外さなければ着脱することができず、温度センサ９の着脱操作が煩雑であった。また、従来の温度センサ９の接続部９Ｂは、５ｋＶ程度の高電圧にしか耐えることができないため、最近のパワーデバイスのように、例えば１０ｋＶ程度の高電圧検査を要求される場合には、従来の温度センサ９の接続部９Ｂではこのような高電圧の要求に応えることができず、火花放電することがあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、例えば１０ｋＶ程度の耐電圧特性を有すると共に、ウエハチャックに対する着脱操作を簡単に行うことができるウエハチャック用の温度センサを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のウエハチャック用の温度センサは、ウエハチャックの側面に形成された挿入孔内に挿入された測温体によってウエハチャックに保持されたウエハの処理温度を測定する温度センサであって、上記ウエハチャックの挿入孔に対応する貫通孔を有する固定用ブロックを上記ウエハチャックの側面に連結部材を介して連結し、且つ、上記貫通孔から上記挿入孔に挿入される測温体の基部に設けられた取付部材を介して上記温度センサを上記固定用ブロックに取り付けることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のウエハチャック用の温度センサは、ウエハチャックに保持されたウエハの処理温度を測定するために、上記ウエハチャックの側面に形成された挿入孔に測温体が挿入され、固定用ブロックを介して上記ウエハチャックに取り付けられる温度センサであって、上記固定用ブロックは、上記測温体が貫通し且つ上記測温体の基部で一体化した取付部材が装着される貫通孔と、上記固定用ブロックを上記ウエハチャックに連結するための連結部材と、を備え、上記取付部材を介して上記温度センサを上記固定用ブロックに取り付けることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のウエハチャック用の温度センサは、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記測温体は、保護管内に収納された白金抵抗素子を主体に構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のウエハチャック用の温度センサは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記固定用ブロックは高絶縁性材料によって形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載のウエハチャック用の温度センサは、請求項４に記載の発明において、上記高絶縁性材料は高純度のアルミナセラミックスによって形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、例えば１０ｋＶ程度の耐電圧特性を有すると共に、ウエハチャックに対する着脱操作を簡単に行うことができるウエハチャック用の温度センサを提供することができる。

（ａ）、（ｂ）が本発明の温度センサの一実施形態が適用されたウエハチャックを示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその要部の側面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示すウエハチャックの要部を示す図で、（ａ）はその一部を破断して示す平面図、（ｂ）はその一部を示す断面図である。 従来の検査装置のプローバ室の一部を破断して示す正面図である。 図３に示す検査装置に用いられたウエハチャックの一部を破断して示す平面図である。

以下、図１及び図２に示す実施形態に基づいて本発明のウエハチャック用の温度センサについて説明する。

本実施形態のウエハチャック用の温度センサ（以下、単に「温度センサ」と称す。）１０は、例えば図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、ウエハチャック２０の側面に装着されている。このウエハチャック２０は、チャックトップ２１、冷却ジャケット２２及び加熱用プレート２３を備え、これらは積層されて一体化し、例えばウエハに形成された複数のパワーデバイスをチャックトップ２１上に載置し、所定の高温検査に資するように構成されている。そして、本実施形態の温度センサ１０は、例えば２０ｋＶの高電圧を印加できる構造になっている。尚、チャックトップ２１の上面には従来公知の同心円状の溝２１Ａがウエハの吸着用溝として形成されている。尚、図１の（ａ）、（ｂ）では温度センサ１０の一部の部材（後述の固定用ブロック）のみが図示されている。

また、チャックトップ２１には例えば２０ｋＶの高電圧を印加してウエハの高温検査を行うため、チャックトップ２１に装着される温度センサ１０はこの高電圧に耐える構造を備えている。そこで、本実施形態の温度センサ１０とチャックトップ２０について以下説明する。

本実施形態の温度センサ１０は、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、チャックトップ２１の温度を測定する棒状の測温体１１と、測温体１１に接続されたケーブル１２と、チャックトップ２１の側面に連結、固定された矩形状の固定用ブロック１３と、固定用ブロック１３に温度センサ１０を取り付けるための取付部材１４と、を備え、棒状の測温体１１がチャックトップ２１の側面から中央部に向かって径方向に延びる挿入孔２１Ｂに挿入されている。測温体１１は、先端が閉じた保護管内にケーブル１２に接続された白金抵抗素子（図示せず）が収納され、白金抵抗素子を介してチャックトップ２１の温度、延いてはウエハの温度を測定するようにしている。本実施形態の温度センサ１０は、固定用ブロック１３を介してチャックトップ２１に着脱できる点に特徴があり、測温体１１及びケーブル１２は従来公知と同一のものを使用することができる。

チャックトップ２１の側面に取り付けられる固定用ブロック１３は、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、チャックトップ２１と略同一の厚さを呈するように高絶縁性材料によって形成されている。高絶縁性材料としては、例えば高純度のアルミナセラミックス（純度：９９．７％）が好ましいが、２０ｋＶの高電圧に耐え得る絶縁材料であればアルミナセラミックスに制限されるものではない。

而して、固定用ブロック１３は、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、チャックトップ２１の挿入孔２１Ｂに対応させて形成された第１の貫通孔１３Ａと、固定用ブロック１３をチャックトップ２１の側面に連結するための連結部材（第１のネジ部材）１５を装着するように形成された第２の貫通孔１３Ｂと、温度センサ１０を固定用ブロック１３に固定するための第２のネジ部材１６の雄ネジと螺合する雌ネジ１３Ｃと、を有している。第１の貫通孔１３Ａが第２の貫通孔１３Ｂと雌ネジ１３Ｃの間に配置されている。第１の貫通孔１３Ａには温度センサ１０を固定用ブロック１３に固定するための取付部材１４が装着される。

第１の貫通孔１３Ａは、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、測温体１１が貫通する小径孔１３Ａ_１と、小径孔１３Ａ_１から拡径し、測温体１１を固定用ブロック１３に固定するための取付部材１４が装着される大径孔１３Ａ_２と、からなり、小径孔１３Ａ_１と大径孔１３Ａ_２の境界に取付部材１４が係止される段部が形成されている。取付部材１４は、第１の貫通孔１３Ａの大径孔１３Ａ_２に収納される小径部１４Ａと、小径部１４Ａから拡径し、固定用ブロック１３の側面に接する大径部１４Ｂと、小径部１４Ａと大径部１４Ｂの境界において固定用ブロック１３の雌ネジ１３Ｃ側に延設された固定部１４Ｃと、からなり、大径部１４Ｂで固定用ブロック１３の側面に係止され、固定部１４Ｃの孔を介して第２のネジ部材１６を雌ネジ１３Ｃと螺合させて、温度センサ１０を固定用ブロック１３に固定するようにしてある。

また、第２の貫通孔１３Ｂは、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のネジ部材１５の雄ネジが貫通する小径孔１３Ｂ_１と、小径孔１３Ｂ_１から拡径し、第１のネジ部材１５の頭部が収納される大径孔１３Ｂ_２と、からなり、小径孔１３Ｂ_１と大径孔１３Ｂ_２の境界に第１のネジ部材１５の頭部が係止される段部が形成されている。そして、小径孔１３Ｂ_１は、第１のネジ部材１５の雄ネジが螺合するようにチャックトップ２１に形成された雌ネジに対応して形成されている。第１のネジ部材１５の頭部が収められた第２の貫通孔１３Ｂの大径孔１３Ｂ_２の残余の空間には耐熱、耐寒性、耐衝撃性等に優れた樹脂、例えばＲＴＶ(Room Temperature Vulcanizing Rubber)ゴムが充填されている。また、ＲＴＶゴムは、固定用ブロック１３の表面にコーティングされていると共に固定用ブロック１３とチャックトップ２１を接着している。

従って、固定用ブロック１３をチャックトップ２１に装着する場合には、第１のネジ部材１５を固定用ブロック１３の第２の貫通孔１３Ｂに通し、チャックトップ２１の側面の雌ネジと螺合させ、また、固定用ブロック１３のチャックトップ２１側の側面をチャックトップ２１に接合することによって、固定用ブロック１３がチャックトップ２１の側面に連結、固定される。固定用ブロック１３がチャックトップ２１の側面に固定されると、第１のネジ部材１５の頭部が第２の貫通孔１３Ｂの大径部１３Ｂ_２の底面に接し、第２の貫通孔１３Ｂに空間が残る。この空間内にＲＴＶゴム１７を充填し、固定用ブロック１３の側面を平坦面として形成されている。尚、固定用ブロック１３の表面には予めＲＴＶゴムなどがコーティングされている。

温度センサ１０は、測温体１１、ケーブル１２及び取付部材１４が一体化したまま回転操作することなく、固定用ブロック１３を介しててチャックトップ２１に対して簡単に着脱することができる。

そこで、本実施形態の温度センサ１０の着脱操作について説明する。上述のように、予めチャックトップ２１の側面に連結、固定された固定用ブロック１３を介して温度センサ１０をチャックトップ２１に対して着脱する。

即ち、温度センサ１０をチャックトップ２１に装着する場合には、固定用ブロック１３の第１の貫通孔１３Ａからチャックトップ２１の挿入孔２１Ｂ内に温度センサ１０の測温体１１を挿入し、温度センサ１０の取付部材１４の小径部１４Ａを第１の貫通孔１３Ａの大径孔１３Ａ_２に装着する。次いで、取付部材１４の固定部１４Ｃの孔から固定用ブロック１３の雌ネジ１３Ｃに対して第２のネジ部材１６を螺合させて温度センサ１０を固定用ブロック１３に固定し、チャックトップ２１への温度センサ１０の装着を終了する。

また、温度センサ１０をチャックトップ２１から取り外す場合には、第２のネジ部材１６を固定用ブロック１３から取り外すと、温度センサ１０と固定用ブロック１３との連結が解け、そのまま取付部材１４を掴んで測温体１１をチャックトップ２１から引き抜くことで、簡単に温度センサ１０を抜き取ることができる。

ところで、本実施形態の温度センサ１０は、固定用ブロック１３が高絶縁性材料であるアルミナによって形成されているため、パワーデバイスの電気的特性検査を行う場合などのようにチャックトップ２１に１０ｋＶの高電圧を印加しても固定用ブロック１３が絶縁破壊されることなく、高電圧下でもチャックトップ２１の温度を正確に測定することができ、検査の信頼性を確保することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、ウエハチャック２０、具体的にはチャックトップ２１の挿入孔２１Ｂに対応する第１の貫通孔１３Ａを有する固定用ブロック１３をチャックトップ２１の側面に第１のネジ部材１５を介して連結し、且つ、第１の貫通孔１３Ａからチャックトップ２１の挿入孔２１Ｂに挿入される測温体１１の基部に設けられた取付部材１４を介して温度センサ１０を固定用ブロック１３にネジ止めして取り付けるようにしたため、温度センサ１０の測温体１１を固定用ブロック１３の第１の貫通孔１３Ａからチャックトップ２１の挿入孔２１Ｂへ挿入し、取付部材１４の固定部１４Ｃを第２のネジ部材１６で固定用ブロック１３の側面に締め付けるだけで、温度センサ１０をチャックトップ２１へ簡単に装着することができる。また、第２のネジ部材１６を固定用ブロック１３から取り外すだけで温度センサ１０をチャックトップ２１から簡単に取り外すことができる。

また、本実施形態によれば、測温体１１が保護管内に収納された白金抵抗素子を主体に構成されているため、２００℃の高温下でもチャックトップ２１上のウエハの温度を正確に測定することができる。また、固定用ブロックが高絶縁性材料、例えば純度９９．７％のアルミナセラミックスによって形成されているため、ウエハに形成されたデバイスが高電圧仕様のパワーデバイスであっても安定した温度測定を行うことができ、検査の信頼性を確保することができる。

尚、上記実施形態では検査装置のウエハチャックに用いられる温度センサについて説明したが、ウエハチャックを介してウエハの温度を測定する温度センサに広く適用することができる。要するに、本発明は、上記実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、各構成要素を適宜設計変更することができる。

本発明は、ウエハチャックの温度を測定する温度センサに好適に利用することができる。

１０ 温度センサ
１１ 測温体
１２ ケーブル
１３ 固定用ブロック
１３Ａ 第１の貫通孔（貫通孔）
１４ 取付部材
１５ 連結部材（第１のネジ部材）
２０ ウエハチャック
２１Ｂ 挿入孔

Claims (5)

1. ウエハチャックの側面に形成された挿入孔内に挿入された測温体によってウエハチャックに保持されたウエハの処理温度を測定する温度センサであって、上記ウエハチャックの挿入孔に対応する貫通孔を有する固定用ブロックを上記ウエハチャックの側面に連結部材を介して連結し、且つ、上記貫通孔から上記挿入孔に挿入される測温体の基部に設けられた取付部材を介して上記温度センサを上記固定用ブロックに取り付けることを特徴とするウエハチャック用の温度センサ。
2. ウエハチャックに保持されたウエハの処理温度を測定するために、上記ウエハチャックの側面に形成された挿入孔に測温体が挿入され、固定用ブロックを介して上記ウエハチャックに取り付けられる温度センサであって、上記固定用ブロックは、上記測温体が貫通し且つ上記測温体の基部で一体化した取付部材が装着される貫通孔と、上記固定用ブロックを上記ウエハチャックに連結するための連結部材と、を備え、上記取付部材を介して上記温度センサを上記固定用ブロックに取り付けることを特徴とするウエハチャック用の温度センサ。
3. 上記測温体は、保護管内に収納された白金抵抗素子を主体に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウエハチャック用の温度センサ。
4. 上記固定用ブロックは高絶縁性材料によって形成されていることを特徴とする請求項１〜は請求項３のいずれか１項に記載のウエハチャック用の温度センサ。
5. 上記高絶縁性材料は高純度のアルミナセラミックスによって形成されていることを特徴とする請求項４に記載のウエハチャック用の温度センサ。
   

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