JP6205225B2 - 基板検査装置及び基板温度調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、載置台に載置された基板を検査する基板検査装置及び基板温度調整方法に関する。

基板としての半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に形成された半導体デバイス、例えば、パワーデバイスやメモリの電気的特性を検査する装置としてプローバが知られている。プローバは、多数のプローブ針を有するプローブカードと、ウエハを載置して上下左右に自在に移動するステージとを備え、プローブカードの各プローブ針を半導体デバイスが有する電極パッドや半田バンプに接触させ、各プローブ針から電極パッドや半田バンプへ検査電流を流すことによって半導体デバイスの電気的特性を検査する。また、プローバはプローブカードによる半導体デバイスの電気的特性の検査結果に基づいて、半導体デバイスの良／不良を判定するテストヘッドを有する（例えば、特許文献１参照）。

ところで、車載用の半導体デバイスは過酷な環境において使用されるため、このような過酷な環境において半導体デバイスの動作を保証する必要がある。そこで、プローバでは、ウエハを加熱した高温環境において、半導体デバイスの電気的特性を検査することがある。これに対して、パワーデバイスの検査回路に検査電流を流す場合や、ウエハに形成された多数のメモリの各々の検査回路に一括して検査電流を流す場合には、ウエハからの発熱量が大きくなるため、ウエハを冷却しながら半導体デバイスの電気的特性を検査することもある。

そこで、従来のプローバでは、図９に示すように、ステージ７０がヒータ７１を内蔵し、媒体流路７２がステージ７０を通過し、媒体流路７２にはチラー７３から低温媒体が供給され、ヒータ７１のオンオフや媒体流路７２への低温媒体の供給量を制御することにより、ステージ７０に載置されたウエハＷの加熱や冷却を行う。

特開平７―２９７２４２号公報

しかしながら、図９のプローバでは、チラー７３が、例えば、−３０℃の低温媒体を供給する場合において、パワーデバイスの検査回路に検査電流を流すことにより、高温、例えば、９５℃まで温度が上昇したウエハＷを、所望の温度、例えば、８５℃まで冷却するために媒体流路へ低温媒体を供給すると、所望の温度と低温媒体の温度差が大きいため、ステージ７０の温度がハンチングして、ウエハＷを所望の温度に維持するのが困難であるという問題がある。

このようなステージの温度のハンチングを抑制するために、比較的高温、例えば、７５℃の媒体を媒体流路へ供給することも試みられているが、チラー７３は通常、供給する媒体の温度を変化させないため、ウエハＷ及びステージ７０の間の伝熱条件によってはウエハＷの温度を所望の温度に近づけることはできても、所望の温度に到達させることができないという問題がある。

すなわち、プローバでは、ウエハＷのパワーデバイスやメモリの電気的特性を検査する際に、ウエハＷを所望の温度に調整するのが困難となっている。

本発明の目的は、基板を所望の温度に調整することができる基板検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板検査装置は、半導体デバイスが形成された基板を載置する載置台と、前記載置された基板の前記半導体デバイスの電気的特性を検査する検査部と、前記載置台の温度を調整する温度調整部と、前記載置台を通過する媒体流路とを備える基板検査装置において、前記温度調整部は、高温媒体を前記媒体流路へ供給する高温媒体供給部と、低温媒体を前記媒体流路へ供給する低温媒体供給部と、前記媒体流路へ供給される前記高温媒体及び前記低温媒体を混合する媒体混合部と、前記載置台を通過した前記媒体流路を分岐する分岐点と前記高温媒体供給部とを接続する第１の還流路、及び前記載置台を通過した前記媒体流路を分岐する分岐点と前記低温媒体供給部とを接続する第２の還流路と、前記高温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される高温媒体の一部を前記載置台をバイパスして前記第１の還流路に還流させる高温媒体還流路、及び前記低温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される低温媒体の一部を前記載置台をバイパスして前記第２の還流路に還流させる低温媒体還流路と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の基板検査装置は、請求項１記載の基板検査装置において、前記媒体混合部は、前記高温媒体の流量を制御する第１の制御弁と、前記低温媒体の流量を制御する第２の制御弁とを有し、前記高温媒体及び前記低温媒体を混合する前に、前記第１の制御弁は前記高温媒体の流量を制御するとともに、前記第２の制御弁は前記低温媒体の流量を制御することを特徴とする。

請求項３記載の基板検査装置は、請求項１又は２記載の基板検査装置において、前記媒体流路は前記載置台の下流において循環路に分岐する分岐点を有し、前記循環路は、前記媒体混合部及び前記載置台の間の合流点において前記媒体流路へ接続され、さらに前記分岐点から前記合流点へ媒体を圧送するポンプを有することを特徴とする。

請求項４記載の基板検査装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検査装置において、前記基板は円板状の半導体ウエハであり、前記基板の直径は３００ｍｍ以上であることを特徴とする。

請求項５記載の基板検査装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板検査装置において、前記高温媒体の温度は２０℃〜１８０℃であり、前記低温媒体の温度は−１００℃〜６０℃であることを特徴とする。

請求項６記載の基板検査装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板検査装置において、前記媒体混合部及び前記載置台の間において前記媒体流路に配置される温度センサをさらに備えることを特徴とする。

請求項７記載の基板検査装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板検査装置において、前記載置台に配置される温度センサをさらに備えることを特徴とする。

請求項８記載の基板検査装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板検査装置において、前記載置台に配置されるヒータ及びペルチェ素子の一方又は両方をさらに備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９記載の基板温度調整方法は、半導体デバイスが形成された基板を載置する載置台と、前記載置された基板の前記半導体デバイスの電気的特性を検査する検査部と、前記載置台の温度を調整する温度調整部と、前記載置台を通過する媒体流路とを備える基板検査装置における基板温度調整方法であって、前記温度調整部は、高温媒体を前記媒体流路へ供給する高温媒体供給部と、低温媒体を前記媒体流路へ供給する低温媒体供給部とを有し、前記高温媒体及び前記低温媒体を混合して前記媒体流路へ供給し、前記載置台を通過した混合媒体を前記載置台の下流側で分岐された第１の還流路及び第２の還流路を経て前記高温媒体供給部及び前記低温媒体供給部にそれぞれ還流させると共に、前記高温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される高温媒体の一部を前記載置台をバイパスする高温媒体還流路を経て前記第１の還流路に還流させ、前記低温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される低温媒体の一部を前記載置台をバイパスする低温媒体還流路を経て前記第２の還流路に還流させることを特徴とする。

請求項１０記載の基板温度調整方法は、請求項９記載の基板温度調整方法において、前記高温媒体及び前記低温媒体を混合する前に、前記高温媒体の流量を制御するとともに、前記低温媒体の流量を制御することを特徴とする。

請求項１１記載の基板温度調整方法は、請求項９又は１０記載の基板温度調整方法において、前記媒体流路は前記載置台の下流の分岐点の間において循環路に分岐し、前記循環路は前記載置台の上流の合流点において前記媒体流路に接続され、前記合流点及び前記分岐点の間における前記媒体流路、並びに前記循環路において媒体を循環させることを特徴とする。

請求項１２記載の基板温度調整方法は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板温度調整方法において、前記温度調整部は、前記載置台に配置されるヒータを備え、前記ヒータを動作させることにより、前記載置台の温度調整範囲の上限値を上げることを特徴とする。

請求項１３記載の基板温度調整方法は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の基板温度調整方法において、前記温度調整部は、前記載置台に配置されるペルチェ素子をさらに備え、前記ペルチェ素子を加熱素子として動作させることにより前記載置台の温度調整範囲の上限値を上げ、前記ペルチェ素子を冷却素子として動作させることにより前記載置台の温度調整範囲の下限値を下げることを特徴とする。

本発明によれば、載置台を通過する媒体流路へ供給される高温媒体及び低温媒体を混合するので、媒体流路を流れる媒体の温度を調整することができ、載置台に載置される基板の温度を、温度が調整された媒体によって調整することができる。その結果、基板を所望の温度に調整することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバの概略構成を示す斜視図である。 図１のプローバが備えるステージの移動機構の概略構成を示す斜視図である。 図１のプローバが備える温度調整システムの概略構成を示すブロック図である。 図３の温度調整システムにおける各バルブの配置を示す配管図である。 本発明の第２の実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバが備える温度調整システムの概略構成を示すブロック図である。 図５の温度調整システムにおける各バルブの配置を示す配管図である。 図１のプローバが備えるステージの概略構造を示す断面図である。 図７の２つのステージの温度調整範囲を比較して模式的に示す図である。 従来のプローバにおける温度調整システムの概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、第１の実施の形態に係る基板検査装置及び基板温度調整方法について説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバの概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、プローバ１０は、ウエハＷを載置するステージ１１（基板載置台）を内蔵する本体１２と、本体１２に隣接して配置されるローダ１３と、本体１２を覆うように配置されるテストヘッド１４（検査部）とを備え、大口径、例えば、直径が３００ｍｍや４５０ｍｍのウエハＷに形成された半導体デバイスの電気的特性の検査を行う。

本体１２は、内部が空洞の筐体形状を呈する。本体１２の天井部１２ａには、ステージ１１に載置されたウエハＷの上方において開口する開口部１２ｂが設けられている。そして、開口部１２ｂには、後述するプローブカード１７（図２参照）が配置され、プローブカード１７はウエハＷと対向する。ウエハＷは、ステージ１１に対する相対位置がずれないように、ステージ１１へ静電吸着される。

テストヘッド１４は方体形状を呈し、本体１２上に設けられたヒンジ機構１５によって上方向へ回動可能に構成される。テストヘッド１４が本体１２を覆う際、テストヘッド１４は不図示のコンタクトリングを介してプローブカード１７と電気的に接続される。また、テストヘッド１４は、プローブカード１７から伝送される半導体デバイスの電気的特性を示す電気信号を測定データとして記憶する不図示のデータ記憶部や、測定データに基づいて検査対象のウエハＷの半導体デバイスの電気的な欠陥の有無を判定する不図示の判定部を有する。

ローダ１３は、ウエハＷの搬送容器である不図示のＦＯＵＰ或いはＭＡＣに収容されている、半導体デバイスが形成されたウエハＷを取り出して、本体１２のステージ１１へ載置し、また、半導体デバイスの電気的特性の検査が終了したウエハＷを、ステージ１１から取り出して、ＦＯＵＰ或いはＭＡＣへ収容する。

プローブカード１７の下面には、ウエハＷの半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに対応して、多数のプローブ針（図示しない）が配置される。ステージ１１は、プローブカード１７及びウエハＷの相対位置を調整して半導体デバイスの電極パッド等を各プローブ針へ当接させる。

半導体デバイスの電極パッド等を各プローブ針へ当接する際、テストヘッド１４は、プローブカード１７の各プローブ針を介して半導体デバイスへ検査電流を流し、その後、半導体デバイスの電気的特性を示す電気信号をテストヘッド１４のデータ記憶部に伝送する。テストヘッド１４のデータ記憶部は、伝送された電気信号を測定データとして記憶し、判定部は記憶された測定データに基づいて、検査対象の半導体デバイスの電気的な欠陥の有無を判定する。

図２は、プローバ１０が備えるステージ１１の移動機構の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、ステージ１１の移動機構１８は、図２中に示すＹ方向に沿って移動するＹステージ１９と、同図中に示すＸ方向に沿って移動するＸステージ２０と、同図中に示すＺ方向に沿って移動するＺ移動部２１とを有する。

Ｙステージ１９は、Ｙ方向に沿って配置されたボールねじ２２の回動によってＹ方向に高精度に駆動され、ボールねじ２２は、ステップモータであるＹステージ用モータ２３によって回動される。Ｘステージ２０は、Ｘ方向に沿って配置されたボールねじ２４の回動によってＸ方向に高精度に駆動される。ボールねじ２４もステップモータである不図示のＸステージ用モータによって回動される。また、ステージ１１は、Ｚ移動部２１の上において、図２中に示すθ方向に移動自在に配置され、ステージ１１上にウエハＷが載置される。

移動機構１８では、Ｙステージ１９、Ｘステージ２０、Ｚ移動部２１及びステージ１１が協働して、ウエハＷに形成された半導体デバイスをプローブカード１７と対向する位置に移動させ、さらに、半導体デバイスの電極パッド等を各プローブ針へ当接させる。

ところで、半導体デバイスの電気的特性を検査する際には、使用環境における動作を保証するためにウエハＷを加熱する必要がある一方で、半導体デバイスが発熱するためにウエハＷを冷却する必要がある。本実施の形態では、これに対応して、プローバ１０に、ウエハＷを静電吸着するステージ１１の加熱と冷却を行うための温度調整システム２５を取り付ける。温度調整システム２５はステージ１１を介してウエハＷを加熱することができ、逆に冷却することもできる。

図３は、プローバ１０が備える温度調整システム２５の概略構成を示すブロック図である。図４は、温度調整システム２５における各バルブの配置を示す配管図である。

図３に示すように、温度調整システム２５は、例えば、温度が２０℃〜１８０℃の高温媒体を供給する高温チラー２６（高温媒体供給部）と、温度が−１００℃〜６０℃の低温媒体を供給する低温チラー２７（低温媒体供給部）と、ステージ１１を通過する調温流路２８（媒体流路）と、調温流路２８及び高温チラー２６、低温チラー２７の間に介在する混合バルブユニット２９（媒体混合部）と、高温チラー２６及び混合バルブユニット２９を連結する高温媒体供給路３０と、低温チラー２７及び混合バルブユニット２９を連結する低温媒体供給路３１とを備える。高温チラー２６及び低温チラー２７のそれぞれが供給する高温媒体及び低温媒体は、同じ種類の媒体からなり、例えば、純水、ガルデン（登録商標）やフロリナート（登録商標）等が用いられる。

温度調整システム２５では、高温チラー２６によって供給される高温媒体が高温媒体供給路３０を介して混合バルブユニット２９に到達するとともに、低温チラー２７によって供給される低温媒体が低温媒体供給路３１を介して混合バルブユニット２９に到達し、混合バルブユニット２９が高温媒体及び低温媒体を混合し、混合された高温媒体及び低温媒体（以下、単に「混合媒体」という）が調温流路２８を流れ、混合媒体がステージ１１へ熱を供給し、またはステージ１１の熱を吸収することにより、ステージ１１を介してウエハＷの温度を調整する。

調温流路２８は、ステージ１１の下流に位置する第１の分岐点３２において第１の還流路３３及び第２の還流路３４に分岐し、第１の還流路３３は高温チラー２６に連結され、第２の還流路３４は低温チラー２７に連結される。したがって、ステージ１１の温度を調整した混合媒体は、高温チラー２６及び低温チラー２７の双方へ還流する。また、混合バルブユニット２９及び第１の還流路３３は高温媒体還流路３５によって連結され、混合バルブユニット２９及び第２の還流路３４は低温媒体還流路３６によって連結される。

図４に示すように、混合バルブユニット２９は、高温媒体供給路３０、調温流路２８及び高温媒体還流路３５の間に介在する高温媒体分流弁３７（第１の制御弁）と、低温媒体供給路３１、調温流路２８及び低温媒体還流路３６の間に介在する低温媒体分流弁３８（第２の制御弁）とを有する。

高温媒体分流弁３７は、高温媒体供給路３０を介して流入する高温媒体を調温流路２８及び高温媒体還流路３５へ分流させるとともに、高温媒体の調温流路２８への分流量及び高温媒体還流路３５への分流量を制御する。低温媒体分流弁３８は、低温媒体供給路３１を介して流入する低温媒体を調温流路２８及び低温媒体還流路３６へ分流させるとともに、低温媒体の調温流路２８への分流量及び低温媒体還流路３６への分流量を制御する。

高温媒体分流弁３７によって分流量が制御された高温媒体と、低温媒体分流弁３８によって分流量が制御された低温媒体は、高温媒体分流弁３７及び低温媒体分流弁３８の下流で合流して混合される。このとき、混合媒体の温度は高温媒体の分流量及び低温媒体の分流量によって決定される。したがって、温度調整システム２５では、高温媒体の分流量及び低温媒体の分流量を制御することにより、混合媒体の温度を調整することができる。例えば、混合媒体を高温にする場合には、高温媒体の分流量を増加させるとともに、低温媒体の分流量を低下させ、混合媒体を低温にする場合には、低温媒体の分流量を増加させるとともに、高温媒体の分流量を低下させる。

高温媒体分流弁３７及び低温媒体分流弁３８のいずれも、調温流路２８への高温媒体の分流量及び調温流路２８への低温媒体の分流量を０にすることができ、これにより、混合媒体の温度の調整幅を拡大することができる。

第１の還流路３３には第１の混合媒体制御弁３９が配置され、第２の還流路３４には第２の混合媒体制御弁４０が配置される。第１の混合媒体制御弁３９が閉弁することにより、ステージ１１へ熱を供給し、またはステージ１１の熱を吸収した混合媒体（以下「調温後混合媒体」という）が高温チラー２６へ還流するのを防止する。また、第２の混合媒体制御弁４０が閉弁することにより、調温後混合媒体が低温チラー２７へ還流するのを防止する。

高温媒体還流路３５には高温媒体制御弁４１が配置されており、高温媒体制御弁４１が閉弁することにより、第１の還流路３３を流れる調温後混合媒体が混合バルブユニット２９へ流入するのを防止する。また、低温媒体還流路３６には低温媒体制御弁４２が配置されており、低温媒体制御弁４２が閉弁することにより、第２の還流路３４を流れる調温後混合媒体が混合バルブユニット２９へ流入するのを防止する。

混合バルブユニット２９及びステージ１１の間における調温流路２８には温度センサ４３が配置されており、温度センサ４３は混合媒体の温度を測定する。また、温度センサ４３はコントローラ４４に接続されており、コントローラ４４は、測定された混合媒体の温度に基づいて高温媒体分流弁３７や低温媒体分流弁３８の動作を制御し、高温媒体の分流量及び低温媒体の分流量を制御して、混合媒体の温度を調整する。なお、コントローラ４４は高温媒体分流弁３７や低温媒体分流弁３８以外の弁、例えば、第１の混合媒体制御弁３９や第２の混合媒体制御弁４０の動作も制御する。

コントローラ４４は、ステージ１１に設けられた温度センサ４５に接続されている。温度センサ４５によって測定されたステージ１１の温度に基づいて、コントローラ４４により混合媒体の温度が調整されるようにしてもよい。或いは、コントローラ４４をウエハＷに形成された半導体デバイスが有する不図示の温度センサに接続し、この温度センサによって測定された半導体デバイスの温度に基づいて、コントローラ４４により混合媒体の温度が調整されるようにしてもよい。

本実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバ１０によれば、ステージ１１を通過する調温流路２８へ供給される高温媒体及び低温媒体を混合するので、調温流路２８を流れる混合媒体の温度を調整することができ、ステージ１１に載置されるウエハＷの温度を、温度が調整された混合媒体によってステージ１１を介して調整することができる。その結果、ウエハＷを所望の温度に調整することができる。

また、プローバ１０では、高温媒体及び低温媒体を混合する前に高温媒体分流弁３７によって高温媒体の流量を制御するとともに、低温媒体分流弁３８によって低温媒体の流量を制御し、その後、高温媒体及び低温媒体を混合して混合媒体の温度を調整するので、高温媒体及び低温媒体の流量を制御するだけで混合媒体の温度を容易に調整することができる。

次に、第２の形態に係る基板検査装置及び基板温度調整方法について説明する。本実施の形態の構成や作用は上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、本実施の形態では、混合媒体を高温チラー２６や低温チラー２７へ還流させることなく、調温流路２８を含む循環路で循環可能に構成されている点で、上述した第１の実施の形態と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用について説明する。

図５は、本実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバが備える温度調整システム４６の概略構成を示すブロック図であり、図６は、図５の温度調整システム４６における各バルブの配置を示す配管図である。

図５に示すように、温度調整システム４６では、調温流路２８がステージ１１の下流に位置する第２の分岐点４７において循環路４８に分岐する。そして、循環路４８は、混合バルブユニット２９及びステージ１１の間に位置する合流点４９において調温流路２８に接続される。調温流路２８には圧送ポンプ５０が配置されており、圧送ポンプ５０は、混合媒体を第２の分岐点４７から合流点４９へ向けて圧送する。圧送ポンプ５０の動作は、コントローラ４４によって制御される。

また、循環路４８には、合流点４９及び圧送ポンプ５０の間において逆止弁５１が配置されており、これにより、循環路４８における混合媒体の逆流を防止している。さらに、循環路４８は、逆止弁５１及び圧送ポンプ５０の間において分岐し、且つ、第２の分岐点４７よりも下流において第２の還流路３４に合流する分岐路５２を有する。分岐路５２は、例えば、循環路４８内の混合媒体の圧が急上昇した際に、混合媒体の一部を第２の還流路３４へ還流して、循環路４８内の圧を調整する。なお、分岐路５２には制御弁５３が設けられる。

温度調整システム４６では、循環路４８と、合流点４９及び第２の分岐点４７の間における調温流路２８とによって循環流路が形成され、圧送ポンプ５０が混合媒体を圧送することによって混合媒体を循環流路において循環させる。そのため、ステージ１１を通過する調温流路２８を流れる混合媒体の流量を増加させることができ、混合媒体がステージ１１を介してウエハＷとの間で熱交換を行う際、混合媒体の温度が急激に変化するのを防止することができる。その結果、ステージ１１における温度の均一性を担保することができる。

また、温度調整システム４６では、混合媒体の循環流路の循環により、ウエハＷから多量の熱を吸収することができるため、温度調整システム４６は、発熱量が大きいパワーデバイスの電気的特性の検査や、多数のメモリの電気的特性の一括検査に好適に用いることができる。

さらに、温度調整システム４６では、循環路４８は高温チラー２６や低温チラー２７よりもステージ１１の近傍に配置されるため、圧送ポンプ５０によって調温流路２８を流れる混合媒体の流量を増加させるときの循環路４８における圧損が、高温チラー２６や低温チラー２７によって混合媒体の流量を増加させるときの圧損よりも少なく、よって、混合媒体の流量を効果的に増加させることができる。

上述した温度調整システム４６では、ウエハＷの温度と調温流路２８を流れる混合媒体の温度が近接し、さらにウエハＷの温度が安定した場合には、第１の混合媒体制御弁３９及び第２の混合媒体制御弁４０を閉弁し、さらに高温媒体分流弁３７や低温媒体分流弁３８の動作を制御して、新たな高温媒体や低温媒体の調温流路２８への流入を停止するようにしてもよい。この場合、混合媒体は循環流路のみを流れて循環するが、ウエハＷの温度に多少の変動が発生しても、循環する混合媒体がウエハＷの熱を吸収し、またはウエハＷへ熱を供給するので、ウエハＷの温度の変動を解消することができる。また、混合媒体が第１の還流路３３や第２の還流路３４を介して高温チラー２６や低温チラー２７に還流することがないので、高温チラー２６における高温媒体や低温チラー２７における低温媒体の温度の維持を容易に行うことができる。

なお、圧送ポンプ５０や循環路４８はステージ１１に内蔵されていてもよく、または、ステージ１１に内蔵されず、本体１２の外部に配置されていてもよい。また、第２の分岐点４７は、図５に示すように、第１の分岐点３２の上流に位置してもよく、または、図６に示すように、第１の分岐点３２の下流に位置してもよい。

次に、上記実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバ１０が備え、温度調整システム２５，４６が適用されるステージ１１の構造について説明する。以下、図７及び図８を参照して、ステージ１１の例として、具体的に２つのステージ１１Ａ，１１Ｂを取り上げ、これらについて説明する。

図７（Ａ）は、ステージ１１の第１の例であるステージ１１Ａの概略構造を示す断面図であり、図７（Ｂ）は、ステージ１１の第２の例であるステージ１１Ｂの概略構造を示す断面図である。

既に説明した通り、ステージ１１の温度調整は、温度調整システム２５，４６により、ステージ１１を通過する調温流路２８を流れる混合媒体によって行われる。そのため、原則として、ステージ１１自体にはステージ１１の温度調整を行うため加熱機構及び冷却機構は必要ではない。よって、図７（Ａ）のステージ１１Ａは、内部に調温流路２８が形成され、その他の加熱機構及び冷却機構を備えない簡単な構造となっている。

一方、プローバ１０がステージ１１Ａを備える場合には、ステージ１１Ａの温度調整範囲は、高温媒体及び低温媒体として用いられる媒体の物性に依存することとなる。そのため、温度調整範囲を変更或いは拡大したい場合には、媒体を変える等の対応が必要になってしまう。そこで、温度調整システム２５，４６により温度調整可能な温度範囲を簡易な構造で広げることを可能とするために、温度調整システム２５，４６を構成する冷却機構と加熱機構をステージ１１Ａに設けたものが図７（Ｂ）のステージ１１Ｂである。

ステージ１１Ｂは、図７（Ｂ）に示すように、加熱機構としてのヒータ６１と、加熱機構及び冷却機構としてのペルチェ素子（熱電素子）６２を備える。ヒータ６１を動作させることで、ステージ１１Ｂの温度調整範囲を高温側へ広げることができる。同様に、ペルチェ素子６２を加熱素子として用いた場合には、ステージ１１Ｂの温度調整範囲を高温側へ広げることができる。一方、ペルチェ素子６２に流す電流の極性を逆にして冷却素子として用いることで、ステージ１１Ｂの温度調整範囲を低温側へ広げることができる。なお、ヒータ６１及びペルチェ素子６２の動作制御は、コントローラ４４により行われる。

図８は、ステージ１１Ａとステージ１１Ｂの温度調整範囲を比較して模式的に示す図である。なお、ステージ１１Ａとステージ１１Ｂの構造以外の条件は同じである。ステージ１１Ａの場合、所定の媒体を用いて、温度Ｔ１〜Ｔ２（例えば、Ｔ１＝１１０℃、Ｔ２＝−３０℃）の温度範囲で温度調整が可能となっているものとする。これに対して、ステージ１１Ｂの場合、同媒体を用いたときに、ヒータ６１を動作させ、及び／又は、ペルチェ素子６２を加熱素子として動作させることにより、温度調整が可能な上限温度を温度Ｔ１から温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ１、例えば、Ｔ３＝１５０℃）へ上げることができる。また、ステージ１１Ｂの場合、同媒体を用いたときに、ペルチェ素子６２を冷却素子として動作させることにより、温度調整が可能な下限温度を温度Ｔ２から温度Ｔ４（Ｔ４＜Ｔ２、例えば、Ｔ４＝−４０℃）へ下げることができる。このように、ステージ１１Ｂを用いることで、ステージ１１Ａを用いる場合と比較して、簡易な構成で、温度調整範囲を広げることが可能となっている。なお、温度Ｔ１〜Ｔ４の温度は例示であって、本発明を限定するものではない。

また、ステージ１１Ａでの温度調整範囲で温度調整を行う場合に、ヒータ６１を動作させ、及び／又は、ペルチェ素子６２を加熱素子として動作させることにより、混合媒体のみを用いる場合よりも昇温速度を速くすることができる。また、ペルチェ素子６２を冷却素子として動作させることにより、混合媒体のみを用いる場合よりも降温速度を速くすることができる。

ところで、ステージ１１Ｂを用いた場合には、ステージ１１Ｂの温度が、高温媒体及び低温媒体として用いられる媒体の沸点を超える温度に設定されることが起こり得、この場合、ステージ１１Ｂ内の調温流路２８内において、媒体が沸騰し、蒸気が発生することで、媒体からステージ１１Ｂへの熱伝導性が低下する事態が心配される。しかし、ステージ１１Ｂは、銅等の良熱伝導性材料で構成されているため、現実として、媒体が沸騰してもステージ１１Ｂの表面には、ウエハＷの検査に支障を生じさせるような温度分布（温度不均一性）が生じることはない。

なお、ステージ１１Ｂは、図７（Ｂ）では調温流路２８の上側にペルチェ素子６２を配置しているが、例えば、ペルチェ素子６２を調温流路２８の間に配置してもよい。また、ステージ１１Ｂの変形例として、ヒータ６１を備えずに、ペルチェ素子６２のみを備える構成としてもよく、この場合でも、高温側及び低温側へ温度調整範囲を広げることができる。これとは逆に、ステージ１１Ｂの変形例として、ペルチェ素子６２を備えずに、ヒータ６１のみを備える構成としてもよく、高温側へ温度調整範囲を広げることができる。

以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。例えば、温度調整システム２５や温度調整システム４６では、高温媒体として、純水、ガルデンやフロリナートを用いたが、これらの媒体の沸点よりも高温の媒体が必要な場合には、高温媒体供給路３０や低温媒体供給路３１等の全ての経路に圧を負荷して純水等の沸点を上昇させてもよい。

Ｗ ウエハ
１０ プローバ
１１ ステージ
１４ テストヘッド
２５，４６ 温度調整システム
２６ 高温チラー
２７ 低温チラー
２８ 調温流路
２９ 混合バルブユニット
４７ 第２の分岐点
４８ 循環路
４９ 合流点
５０ 圧送ポンプ
６１ ヒータ
６２ ペルチェ素子

Claims (13)

1. 半導体デバイスが形成された基板を載置する載置台と、前記載置された基板の前記半導体デバイスの電気的特性を検査する検査部と、前記載置台の温度を調整する温度調整部と、前記載置台を通過する媒体流路とを備える基板検査装置において、
   前記温度調整部は、
   高温媒体を前記媒体流路へ供給する高温媒体供給部と、低温媒体を前記媒体流路へ供給する低温媒体供給部と、前記媒体流路へ供給される前記高温媒体及び前記低温媒体を混合する媒体混合部と、
   前記載置台を通過した前記媒体流路を分岐する分岐点と前記高温媒体供給部とを接続する第１の還流路、及び前記載置台を通過した前記媒体流路を分岐する分岐点と前記低温媒体供給部とを接続する第２の還流路と、
   前記高温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される高温媒体の一部を前記載置台をバイパスして前記第１の還流路に還流させる高温媒体還流路、及び前記低温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される低温媒体の一部を前記載置台をバイパスして前記第２の還流路に還流させる低温媒体還流路と、
   を備えることを特徴とする基板検査装置。
2. 前記媒体混合部は、前記高温媒体の流量を制御する第１の制御弁と、前記低温媒体の流量を制御する第２の制御弁とを有し、前記高温媒体及び前記低温媒体を混合する前に、前記第１の制御弁は前記高温媒体の流量を制御するとともに、前記第２の制御弁は前記低温媒体の流量を制御することを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
3. 前記媒体流路は前記載置台の下流において循環路に分岐する分岐点を有し、
   前記循環路は、前記媒体混合部及び前記載置台の間の合流点において前記媒体流路へ接続され、さらに前記分岐点から前記合流点へ媒体を圧送するポンプを有することを特徴とする請求項１又は２記載の基板検査装置。
4. 前記基板は円板状の半導体ウエハであり、前記基板の直径は３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検査装置。
5. 前記高温媒体の温度は２０℃〜１８０℃であり、前記低温媒体の温度は−１００℃〜６０℃であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板検査装置。
6. 前記媒体混合部及び前記載置台の間において前記媒体流路に配置される温度センサをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板検査装置。
7. 前記載置台に配置される温度センサをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板検査装置。
8. 前記載置台に配置されるヒータ及びペルチェ素子の一方又は両方をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板検査装置。
9. 半導体デバイスが形成された基板を載置する載置台と、前記載置された基板の前記半導体デバイスの電気的特性を検査する検査部と、前記載置台の温度を調整する温度調整部と、前記載置台を通過する媒体流路とを備える基板検査装置における基板温度調整方法であって、
   前記温度調整部は、高温媒体を前記媒体流路へ供給する高温媒体供給部と、低温媒体を前記媒体流路へ供給する低温媒体供給部とを有し、
   前記高温媒体及び前記低温媒体を混合して前記媒体流路へ供給し、前記載置台を通過した混合媒体を前記載置台の下流側で分岐された第１の還流路及び第２の還流路を経て前記高温媒体供給部及び前記低温媒体供給部にそれぞれ還流させると共に、
   前記高温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される高温媒体の一部を前記載置台をバイパスする高温媒体還流路を経て前記第１の還流路に還流させ、前記低温媒体供給部から前記媒体流路へ供給される低温媒体の一部を前記載置台をバイパスする低温媒体還流路を経て前記第２の還流路に還流させることを特徴とする基板温度調整方法。
10. 前記高温媒体及び前記低温媒体を混合する前に、前記高温媒体の流量を制御するとともに、前記低温媒体の流量を制御することを特徴とする請求項９記載の基板温度調整方法。
11. 前記媒体流路は前記載置台の下流の分岐点において循環路に分岐し、前記循環路は前記載置台の上流の合流点において前記媒体流路に接続され、
    前記合流点及び前記分岐点の間における前記媒体流路、並びに前記循環路において媒体を循環させることを特徴とする請求項９又は１０記載の基板温度調整方法。
12. 前記温度調整部は、前記載置台に配置されるヒータを備え、
    前記ヒータを動作させることにより、前記載置台の温度調整範囲の上限値を上げることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板温度調整方法。
13. 前記温度調整部は、前記載置台に配置されるペルチェ素子をさらに備え、
    前記ペルチェ素子を加熱素子として動作させることにより前記載置台の温度調整範囲の上限値を上げ、前記ペルチェ素子を冷却素子として動作させることにより前記載置台の温度調整範囲の下限値を下げることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の基板温度調整方法。

Images