JP6714696B2 - 半導体検査装置用の冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハーの検査装置の温度を調節する半導体検査装置用の冷却装置に関するものである。

従来より、半導体ウエハーの状態で、ウエハーに形成された半導体デバイスの電気特性を検査するために、通常、プローバーと呼ばれる装置が使用されている。この際、プローバー内にあるチャックにウエハーを載せて、チャックを温度調節することにより、ウエハーを必要な温度（例えば、−６０°Ｃ〜１５０°Ｃ）にして検査を行う。チャックにはチラー（冷却装置）から温度調節された循環液が供給され、最終的にチャックに装備したヒータを制御することにより温度調節が行われる。

ここで、チラー（冷却装置）は、フロンなどを使用した冷凍機などから構成されており、チャックから戻ってきた温度の上がった循環液は、冷凍機により冷却される。この際、検査温度が低温（例えば３０°Ｃ未満）の場合には、チラー（冷却装置）を運転させ、検査温度が高温（例えば３０°Ｃ以上）の場合には、チラー（冷却装置）を止めてチャックのヒータのみによる制御が行われるのが一般的である。

特開２００９−２７８００７号公報

しかしながら、近年では、半導体デバイスが高密度になってきていることなどに伴い、検査時の発熱が大きなウエハー（デバイス）が生産されている。このため、従来とは異なり、検査温度が高い場合であっても、廃熱が必要とされる場合が増えている。そして、熱を取るため（廃熱のため）には、冷凍機を運転させる必要があるが、必要な廃熱が大きくなると、低温まで冷える冷凍機では圧力が上がってしまい、冷凍機に負荷がかかりすぎて運転できなくなる、という課題があった。そのような場合には、検査温度が高温の場合と低温の場合とで、別々の装置により検査を行うしかなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、検査温度が高温の場合でも低温の場合でも検査することができる、半導体検査装置用の冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明は、半導体ウエハーの検査装置の温度を調節する半導体検査装置用の冷却装置において、前記半導体ウエハーが載置されているウエハーチャックの温度を制御するコントローラと、前記ウエハーチャックを冷却する循環液が流れる循環液経路と、前記循環液を冷却する冷凍機とを備え、前記循環液経路には、低温の前記循環液を保持するタンクと、前記タンクに保持されている前記循環液を前記循環液経路に循環させるように作動するポンプと、前記循環液を加熱するヒータとが、前記ウエハーチャックの上流側に配置され、前記ウエハーチャックの下流側に、前記循環液を冷却する冷凍機の熱交換器が備えられており、前記循環液経路の、前記ウエハーチャックと前記熱交換器との間の位置から、前記循環液を前記冷凍機の熱交換器を通らずに前記冷凍機をバイパスさせるバイパス経路を備え、前記バイパス経路には、前記循環液を前記バイパス経路にバイパスさせる量を切り替え可能な第１バルブが設けられ、前記循環液経路には、前記循環液を前記熱交換器に循環させる量を切り替え可能な第２バルブが設けられていることを特徴とする。

この発明の冷却装置によれば、低温まで冷える冷凍機を備えた冷却装置を高温まで運転可能とし、高温での廃熱も可能としたので、検査温度が高温の場合でも低温の場合でも検査することができ、検査時の発熱の大きな半導体ウエハーについても、問題なく検査することができる。

従来の半導体検査装置用の冷却装置の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態における半導体検査装置用の冷却装置の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態において、半導体検査装置用の冷却装置におけるコントローラの動作の一例を示すフローチャートである。

この発明は、半導体ウエハーの検査装置の温度を調節する半導体検査装置用の冷却装置（チラー）に関するものである。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

半導体ウエハーの状態で、ウエハーに形成された半導体デバイスの電気特性を検査するために、通常、プローバーと呼ばれる装置が使用されている。この際、プローバー内にあるウエハーチャックにウエハーを載せて、ウエハーチャックを温度調節することにより、ウエハーを必要な温度（例えば、−６０°Ｃ〜１５０°Ｃ）にして検査を行う。ウエハーチャックには冷却装置（チラー）から温度調節された循環液が供給され、最終的にウエハーチャックに装備されているヒータを制御することにより温度調節が行われる。なお、ウエハーチャックおよびプローバーについては、広く知られている構成であるため、ここでは、図示および詳細な説明を省略する。

図１は、従来の半導体検査装置用の冷却装置（チラー）１０の概略構成を示す図である。図１に示すとおり、この冷却装置１０は、ポンプ１１、タンク１２、ヒータ１３、コントローラ１４、熱交換器１５、圧縮機１６、凝縮器１７、ファン１８、膨張弁１９を備えている。

コントローラ１４は、ウエハーチャック１に設けられている（ウエハーチャック１を加熱する）ヒータ２を制御することにより、半導体ウエハーが載置されているウエハーチャック１の温度を制御するものである。
また、図１に示すとおり、この冷却装置１０は、ウエハーチャック１を冷却する循環液が流れる循環液経路１０Ａと、循環液を冷却する冷凍機１００を備えている。

循環液経路１０Ａには、低温の循環液を保持するタンク１２と、タンク１２に保持されている循環液を循環液経路１０Ａに循環させるように作動するポンプ１１と、循環液を加熱するヒータ１３とが、この順番で、ウエハーチャック１の上流側に配置されている。

ポンプ１１は、タンク１２内に保持された低温の循環液を、ヒータ１３、ウエハーチャック１の順に、すなわち、図中の矢印Ａに示す流路の方向で循環液経路１０Ａに循環させるように作動し、ウエハーチャック１を冷却する。

また、図１において、ウエハーチャック１の下流側に、循環液を冷却する冷凍機１００の熱交換器１５が備えられている。ここで、熱交換器１５、圧縮機１６、凝縮器１７、ファン１８および膨張弁１９が、冷凍機１００を構成している。また、冷凍機１００は、例えばフロンなどの冷媒（冷却媒体）が流れる冷媒流路１０Ｂを備えている。

冷凍機１００では、圧縮機１６、凝縮器１７、膨張弁１９、熱交換器１５の順に、すなわち、図中の矢印Ｂに示す流路の方向に、例えばフロンなどの冷媒（冷却媒体）が供給されて循環して蒸発することにより、熱交換器１５を冷却する。熱交換器１５で気化した冷媒は、圧縮機１６で圧縮された後、凝縮器１７で冷却されて液化し、膨張弁１９を経て熱交換器１５で蒸発する。なお、この実施の形態では、凝縮器１７はファン１８により空冷されるものとして説明するが、水冷であっても構わない。また、二元冷凍機であってもよい。

そして、半導体ウエハー（図示せず）を所定の温度にして検査を行う場合、その半導体ウエハーをウエハーチャック１に保持した状態（半導体ウエハーがウエハーチャックに載置されている状態）で、コントローラ１４が、半導体検査装置の検査温度およびウエハーチャック１内の温度センサー（図性せず）が検出した温度に基づいて、ヒータ２の出力（加熱および冷却）を制御することにより、ウエハーチャック１の温度を制御し、半導体ウエハーが所定の温度になるようにする。

この際、ウエハーチャック１から戻ってきた温度の上がった循環液は、冷凍機１００により冷却される。ただし、検査温度が低温の場合（例えば３０°Ｃ以下の場合）には冷却装置１０を運転させ、検査温度が高温の場合（例えば３０°Ｃより高い場合）には冷却装置１０を止めてウエハーチャック１のヒータ２のみによる制御が行われるのが一般的である。

ここで、冷却装置１０の出口（ヒータ１３の出口）からウエハーチャック１の入口までを完全には断熱できないため、循環液の温度が周囲温度より低ければ熱が入って温度が上昇し、周囲温度以上であれば温度が降下する。すなわち、例えば周囲温度が２５°Ｃであり、冷却装置１０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）が−３０°Ｃであれば、ウエハーチャック１の入口温度は−３０°Ｃより少し上昇して、例えば−２８°Ｃとなる。一方、周囲温度が２５°Ｃであり、冷却装置１０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）が９０°Ｃであれば、ウエハーチャック１の入口温度は９０°Ｃより少し降下して、例えば８８°Ｃとなる。

同様に、ウエハーチャック１の出口から熱交換器１５の入口（冷凍機１００の入口）までを完全には断熱できないため、循環液の温度が周囲温度より低ければ熱が入って温度が上昇し、周囲温度以上であれば温度が降下する。すなわち、周囲温度が２５°Ｃであり、ウエハーチャック１の出口温度が−３０°Ｃであれば、熱交換器１５の入口温度は−３０°Ｃより少し上昇して、例えば−２８°Ｃとなる。一方、周囲温度が２５°Ｃであり、ウエハーチャック１の出口温度が９０°Ｃであれば、熱交換器１５の入口温度は９０°Ｃより少し降下して、例えば８８°Ｃとなる。

そして、コントローラ１４は、例えば検査温度が低温の−３０°Ｃの場合、冷凍機１００により、検査温度より少し低い温度でウエハーチャック１に循環液が入るような温度（例えば−３５°Ｃ）で冷却装置１０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）を制御する。この場合、ウエハーチャック１の入口温度は、−３５°Ｃより少し上昇して、例えば−３３°Ｃとなる。そして最終的には、ウエハーチャック１のヒータ２の出力を少し上げて、ウエハーチャック１の温度を検査温度である−３０°Ｃに制御する。

一方、例えば検査温度が高温の９０°Ｃの場合、ウエハーチャック１の入口温度は、９０°Ｃより少し降下して、例えば８８°Ｃとなる。この場合には、冷凍機１００は稼働させず、ウエハーチャック１のヒータ２の出力を少し上げて、ウエハーチャック１の温度を検査温度である９０°Ｃに制御する。

なお、ここでは、検査温度が低温か高温かを判断するための温度を３０°Ｃとして説明するが、例えば２０°Ｃに設定したり、４０°Ｃに設定するなど、必要に応じて適宜決定すればよいことは言うまでもない。
また、この図１およびウエハーチャックの温度制御については、従来より広く知られている技術であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。

一方、近年では、半導体デバイスが高密度になってきていることなどに伴い、検査時の発熱の大きな半導体ウエハー（デバイス）が生産されている。このため、従来とは異なり、検査温度が高い場合にも、廃熱が必要とされる場合が増えている。そして、熱を取るため（廃熱のため）には、冷凍機を運転させる必要があるが、必要な廃熱が大きくなると、低温まで冷える冷凍機では圧力が上がってしまい、冷凍機に負荷がかかりすぎて運転できなくなるという問題があった。

そこで、この発明の実施の形態では、従来の半導体検査装置用の冷却装置に、熱交換器を流れる循環液量の一部またはすべてをバイパスするバイパス経路を設けることにより、検査温度が高温の場合でも低温の場合でも同じ冷却装置を用いて、半導体ウエハーの検査をすることができるようにするものである。

実施の形態．
図２は、この発明の実施の形態における半導体検査装置用の冷却装置（チラー）２０の概略構成を示す図である。図２に示すとおり、この冷却装置２０は、ポンプ１１、タンク１２、ヒータ１３、コントローラ２４、熱交換器１５、圧縮機１６、凝縮器１７、ファン１８、膨張弁１９に加え、第１バルブ２１、第２バルブ２２および補助冷却器２３を備えている。なお、図１で説明したものと同様の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

コントローラ２４は、ウエハーチャック１に設けられている（ウエハーチャック１を加熱する）ヒータ２を制御することにより、半導体ウエハーが載置されているウエハーチャック１の温度を制御するものである。
そして、半導体ウエハー（図示せず）を所定の温度にして検査を行う場合、その半導体ウエハーをウエハーチャック１に保持した状態（半導体ウエハーがウエハーチャック１に載置されている状態）で、コントローラ２４が、半導体検査装置の検査温度およびウエハーチャック１内の温度センサー（図性せず）が検出した温度に基づいて、ヒータ２の出力（加熱および冷却）を制御することにより、ウエハーチャック１の温度を制御し、半導体ウエハーが所定の温度になるようにする。

また、図２に示すとおり、この冷却装置２０は、ウエハーチャック１を冷却する循環液が流れる循環液経路２０Ａと、循環液を冷却する冷凍機１００を備えている。
循環液経路２０Ａには、低温の循環液を保持するタンク１２と、タンク１２に保持されている循環液を、図中の矢印Ａに示す流路の方向で循環液経路２０Ａに循環させるように作動するポンプ１１と、循環液を加熱するヒータ１３とが、この順番で、ウエハーチャック１の上流側に配置されている。

また、図２においても、冷却装置２０は、ウエハーチャック１の下流側に、循環液を冷却する冷凍機１００の熱交換器１５が備えられている。そして、熱交換器１５、圧縮機１６、凝縮器１７、ファン１８および膨張弁１９が、冷凍機１００を構成している。また、冷凍機１００は、例えばフロンなどの冷媒（冷却媒体）が流れる冷媒流路２０Ｂを備えている。なお、この冷凍機１００において、凝縮器１７はファン１８により空冷されるものとして説明するが、水冷であっても構わない。また、二元冷凍機であってもよい。

さらに、この冷却装置２０は、循環液経路２０Ａの、ウエハーチャック１と熱交換器１５との間の位置から、循環液を熱交換器１５を通らずにバイパスさせて、図中の矢印Ｃに示す流路の方向で循環させるバイパス経路２０Ｃを備えている。すなわち、バイパス経路２０Ｃは、熱交換器１５を流れる循環液の一部またはすべてをバイパスする経路である。
また、バイパス経路２０Ｃには、補助冷却器２３が設けられている。補助冷却器２３はエアー（空冷）の冷却器であるが、低温まで冷える冷凍機１００とは異なる。なお、冷凍機１００が水冷の場合には、補助冷却器２３も水冷とする。

そして、バイパス経路２０Ｃには、循環液経路２０Ａを流れる循環液をバイパス経路２０Ｃにバイパスさせる量を切り替え可能な第１バルブ２１が設けられている。
また、循環液経路２０Ａには、循環液を熱交換器１５に循環させる量を切り替え可能な第２バルブ２２が設けられている。

すなわち、第１バルブ２１により、循環液経路２０Ａの循環液の一部を、冷凍機１００（熱交換器１５）を通らずに補助冷却器２３を通るバイパス経路２０Ｃへとバイパスするよう切り替えることができる。
また、第２バルブ２２は、循環液経路２０Ａの途中に設けられ、この第２バルブ２２により、循環液が冷凍機１００（熱交換器１５）を通って冷凍機１００により冷却されるか否か、すなわち、冷凍機１００を運転させるか否かを切り替えることができる。

なお、第１バルブ２１と第２バルブ２２はいずれも、ＯＮ／ＯＦＦタイプのバルブでもアナログタイプのバルブでもよいが、運転温度範囲を広くするために、この実施の形態では、アナログタイプのバルブであるものとして説明する。

そして、コントローラ２４は、半導体検査装置の検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度とに基づいて、第１バルブ２１と第２バルブ２２の開／閉を制御することにより、ウエハーチャック１を冷凍機１００により冷却するか、補助冷却器２３により冷却するか、冷凍機１００と補助冷却器２３の両方により冷却するか、または冷却しないかを決定して、ウエハーチャック１の温度を制御する。

例えば、検査温度が３０°Ｃ以下の低温の場合には、第１バルブ２１を完全に閉じて、第２バルブ２２を完全に開ける（１００％開ける）ことにより、ウエハーチャック１から戻ってきた温度の上がった循環液を、冷凍機１００により冷却させる。

すなわち、第１バルブ２１を完全に閉じ、第２バルブ２２を１００％開けた場合には、循環液は循環液経路２０Ａから補助冷却器２３に接続するバイパス経路２０Ｃへはバイパスされないので、冷却装置２０は従来の冷却装置１０と同様の冷却装置として動作する。

この場合には、コントローラ２４は、従来の冷却装置１０におけるコントローラ１４と同じように動作する。すなわち、半導体検査装置の検査温度より少し低い温度でウエハーチャック１に循環液が入るような温度で冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）を制御する。

具体的には、例えば検査温度が−３０°Ｃの場合、冷凍機１００により、検査温度より少し低い温度でウエハーチャック１に循環液が入るような温度（例えば−３５°Ｃ）で冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）を制御する。この場合、ウエハーチャック１の入口温度は、−３５°Ｃより少し上昇して、例えば−３３°Ｃとなる。そして、最終的には、ウエハーチャック１のヒータ２の出力を少し上げて、ウエハーチャック１の温度を検査温度である−３０°Ｃにする。

一方、検査温度が３０°Ｃより高い高温の場合には、その温度が高くなるにしたがって、第１バルブ２１を徐々に開けていき、第２バルブ２２を徐々に閉めていく。そして例えば、検査温度の範囲が−６０°Ｃ〜１５０°Ｃの場合には、高温である３０°Ｃ〜１５０°Ｃの間で、その検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度との差に応じて、第１バルブ２１と第２バルブ２２の開／閉の度合いを制御する。

すなわち、第１バルブ２１については検査温度が３０°Ｃのときは０％開け（完全に閉め）、検査温度が１５０°Ｃのときは１００％開けることとし、第２バルブ２２については、検査温度が３０°Ｃのときは１００％開け、検査温度が１５０°Ｃのときには例えば５％開ける（ほぼ閉める）ように制御し、３０°Ｃ〜１５０°Ｃの間の各バルブの開／閉の度合いを検査温度により変化させる。

このように、検査温度が例えば３０°Ｃより高い高温の場合には、その検査温度が高くなるにしたがって第１バルブ２１を徐々に開けて第２バルブ２２を徐々に閉めるとともに、検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度との差に応じて、第１バルブ２１と第２バルブ２２の開／閉の度合いを制御する。

これにより、循環液の一部を循環液経路２０Ａからバイパス経路２０Ｃにバイパスして、補助冷却器２３を通ってタンク１２、ポンプ１１、ヒータ１３の順に循環させることにより、冷凍機１００と補助冷却器２３を併用して（冷凍機１００と補助冷却器２３の両方により）ウエハーチャック１を冷却する。

すなわち、この場合には、冷凍機１００も運転させつつ、循環液の一部を循環液経路２０Ａからバイパス経路２０Ｃにバイパスさせて、補助冷却器２３を通ってまたタンク１２、ヒータ１３の流路に循環させるラインからの冷却との両方により、ウエハーチャック１を冷却することができる。これにより、冷凍機１００に負荷をかけ過ぎずに、かつ、効率よく廃熱を行うことができる。

具体的には、半導体ウエハーの発熱が小さい場合には、コントローラ２４は、半導体検査装置の検査温度より少し低い温度でウエハーチャック１に循環液が入るような温度で冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）を制御する。例えば検査温度が９０°Ｃの場合、第１バルブ２１と第２バルブ２２を両方とも約５０％開けた状態にするとともに、さらにその開／閉の度合いを制御して、冷凍機１００と補助冷却器２３の両方により、検査温度より少し低い温度でウエハーチャック１に循環液が入るような温度（例えば８９°Ｃ）で冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）を制御する。そして、最終的には、ウエハーチャック１のヒータ２の出力を少し上げて、ウエハーチャック１の温度を検査温度である９０°Ｃにする。

一方、半導体ウエハーの発熱が大きい場合には、コントローラ２４は、半導体検査装置の検査温度よりかなり低い温度でウエハーチャック１に循環液が入るような温度で冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）を制御する。このため、まず初めに、検査前にウエハーチャック１のヒータ２を高出力（ここでは、例えば５００Ｗ）で検査温度にしておく。この結果、検査時に半導体ウエハーが発熱した際に、ヒータ２の出力を下げることにより、検査温度を一定に制御することができる。すなわち、５００Ｗの発熱まで簡単に対応できることになる。

例えば検査温度が９０°Ｃの場合、第１バルブ２１と第２バルブ２２を両方とも約５０％開けた状態にするとともに、さらにその開／閉の度合いを制御して、冷凍機１００と補助冷却器２３の両方により、検査温度よりかなり低い温度でウエハーチャック１に循環液が入るような温度（例えば８７°Ｃ）で冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出口温度）を制御する。この場合、ウエハーチャック１の入口温度は、８７°Ｃより少し降下して８５°Ｃとなる。そして最終的には、ウエハーチャック１のヒータ２の出力を上げて、ウエハーチャック１の温度を検査温度である９０°Ｃにする。この際、検査時に半導体ウエハーが発熱した場合には、ヒータ２の出力を下げることにより、検査温度を一定の９０°Ｃに制御することができる。

また、冷凍機１００と補助冷却器２３をどれくらいの割合で使用して冷やすかについては、ウエハーチャック１に供給する循環液を、検査温度よりどれだけ低い温度で供給するかにより決定される。すなわち、検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度との差に応じて決定される。

上記の例では、検査温度は９０°Ｃであり、冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出力温度）は８７°Ｃ、ウエハーチャック１の入口温度は８５°Ｃであるので、９０°Ｃと８７°Ｃとの差（＝３°Ｃ）、または、９０°Ｃと８５°Ｃとの差（＝５°Ｃ）に応じて、第１バルブ２１と第２バルブ２２の開／閉の度合いを調整することにより、冷却装置２０の出口温度（ヒータ１３の出力温度）を８７°Ｃに制御する。

なお、第１バルブ２１については、完全に閉じている状態から１００％開く状態まで変化させることはあるが、第２バルブ２２を完全に閉めてしまうと、冷凍機１００に熱が入らないため冷え過ぎてしまう問題が発生するので、第２バルブ２２については完全に閉まる状態にはしないものとして説明する。ただし、第１バルブ２１を１００％開いた場合には、第２バルブ２２を完全に閉めて冷凍機１００を停止するという制御を行うようにしてもよい。この場合には、ウエハーチャック１を補助冷却器２３のみにより冷却することとなる。

また、検査温度が高温であっても、半導体ウエハーがあまり発熱しないなど、ウエハーチャック１の温度が上がっていくことはなく、廃熱が必要でない場合には、冷却しないと決定して、ウエハーチャック１のヒータ２のみにより、ウエハーチャック１の温度を制御すればよい。

図３は、この発明の実施の形態において、半導体検査装置用の冷却装置２０におけるコントローラ２４の動作の一例を示すフローチャートである。
まず初めに、検査温度のチェックを行い、検査温度が低温の（ここでは３０°Ｃ以下の）場合（ステップＳＴ１のＹＥＳの場合）には、第１バルブ２１を閉じ、第２バルブ２２を１００％開けるように指示を行う（ステップＳＴ２）。これにより、従来の冷却装置１０と同様に、冷凍機１００を稼働させて冷却装置２０を運転させ、ウエハーチャック１を冷却する。

一方、検査温度が高温の（ここでは３０°Ｃより高い）場合（ステップＳＴ１のＮＯの場合）には、その検査温度が高くなるにしたがって第１バルブ２１を徐々に開けて第２バルブ２２を徐々に閉めるとともに、検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度とに基づいて、第１バルブ２１と第２バルブ２２の開／閉を制御する（ステップＳＴ３）。

ここでは、検査温度が例えば−６０°Ｃ〜１５０°Ｃであるものとして説明する。そして、検査温度が３０°Ｃより高い場合を高温とし、検査温度が３０°Ｃ〜１５０°Ｃのときに、その検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度との差に応じて、各バルブの開／閉の度合いを変化させる。

また、説明を簡単にするために、半導体検査装置の検査温度が高くなっても、半導体ウエハーの発熱の度合いは同じ程度である（同じ程度の廃熱が必要である）とすると、例えば、検査温度が４０°Ｃであれば、第１バルブ２１を１０％だけ開けて、第２バルブ２２を１０％閉じる（９０％開けた状態とする）。また、検査温度が１４０°Ｃであれば、第１バルブ２１を９０％開けて、第２バルブ２２を９０％閉じ（１０％開けた状態とし）、検査温度が１５０°Ｃであれば、第１バルブ２１を１００％開けて、第２バルブ２２を９５％閉じる（５％開けた状態とする）。

なお、各バルブの開／閉をどのような条件でどのように制御するかについては、上記に挙げた例はあくまでも一例であり、当然のごとく、各バルブの流量特性や廃熱量（半導体ウエハーが発生する熱量）などによって変わるものである。そのため、半導体検査装置の検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度との差に応じて、各バルブの開／閉の度合いを変化させることにより、ウエハーチャック１の温度を希望する検査温度に維持するものであれば、どのような条件でどのように制御するかについては、用途等に応じて適宜決定すればよいものであり、他の計算手法によるものであっても構わない。

このように、通常は検査温度が高温になると、低温まで冷える冷凍機１００では圧力が上がってしまい、冷凍機１００に負荷がかかりすぎて運転できなくなるという問題があったが、この実施の形態では、検査温度が高温である場合には、冷凍機１００も運転させつつ、この冷凍機１００による冷却と、循環液の一部を循環液経路２０Ａからバイパス経路２０Ｃにバイパスさせて、補助冷却器２３を通ってまたタンク１２、ヒータ１３の流路に循環させるラインからの冷却との両方により、ウエハーチャック１を冷却することができる。

そして、検査終了まで（ステップＳＴ４のＮＯの場合）、検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度とに基づいて、第１バルブ２１と第２バルブ２２の開／閉を制御する、というステップＳＴ３の処理を繰り返すことにより、検査の途中で発熱が多くなってしまい廃熱が必要になったときにも、冷凍機１００と補助冷却器２３の両方によりウエハーチャック１を冷却することができるので、冷凍機１００に負担をかけ過ぎない状態で検査を行うことができる。

すなわち、この実施の形態の冷却装置２０におけるコントローラ２４は、半導体検査装置の検査温度と、ウエハーチャック１の入口温度または冷却装置２０の出口温度とに基づいて、第１バルブ２１と第２バルブ２２の開／閉を制御することにより、ウエハーチャック１を冷凍機１００により冷却するか、補助冷却器２３により冷却するか、冷凍機１００と補助冷却器２３の両方により冷却するか、または冷却しないかを決定して、ウエハーチャック１の温度を制御する。

これにより、冷凍機１００に負荷をかけ過ぎずに、かつ、効率よく廃熱を行うことができるので、検査温度が高温で廃熱が必要な場合であっても、冷凍機１００には負担をかけ過ぎない状態で、低温まで冷える冷凍機１００を備えた冷却装置２０を高温まで運転することができる。

この結果、この冷却装置２０により、半導体検査装置の検査温度が高温の場合でも低温の場合でも半導体ウエハー（半導体デバイス）の電気特性を検査することができ、検査時の発熱の大きな半導体ウエハーについても、問題なく検査することができる。

このように、熱交換器１５を流れる循環液量の一部またはすべてをバイパスするバイパス経路２０Ｃを設けて循環液をバイパスさせることにより、バイパスされた循環液は補助冷却器２３により、例えば凝縮器１７に使われている空気により冷やされる。そして、温度の高い循環液を、冷凍機１００との熱交換器１５だけではなく、補助冷却器２３に流して冷やすことにより、低温まで冷える冷凍機１００を備えた冷却装置２０を高温まで運転可能とし、高温での廃熱を可能とする。

なお、この実施の形態では、検査温度が低温か高温かを判断するための温度を３０°Ｃとして説明したが、例えば低温か高温かを判断するための温度を２０°Ｃに設定したり４０°Ｃに設定するなど、判断するための温度については、必要に応じて適宜決定すればよいことは言うまでもない。

以上のように、この発明の実施の形態の冷却装置２０によれば、熱交換器１５を流れる循環液量の一部またはすべてをバイパスするバイパス経路２０Ｃを設けることにより、低温まで冷える冷凍機１００を備えた冷却装置２０を高温まで運転可能とし、高温での廃熱も可能としたので、検査温度が高温の場合でも低温の場合でも検査することができ、検査時の発熱の大きな半導体ウエハーについても、問題なく検査することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明の冷却装置は、半導体ウエハーの検査装置用として、検査温度が低温の場合だけでなく、高温の場合であっても利用することができる。

１ ウエハーチャック
２ ウエハーチャック１のヒータ
１０，２０ 冷却装置（チラー）
１０Ａ，２０Ａ 循環液経路
１０Ｂ，２０Ｂ 冷媒流路
１１ ポンプ
１２ タンク
１３ ヒータ
１４，２４ コントローラ
１５ 熱交換器
１６ 圧縮機
１７ 凝縮器
１８ ファン
１９ 膨張弁
２０Ｃ バイパス経路
２１ 第１バルブ
２２ 第２バルブ
２３ 補助冷却器
１００ 冷凍機

Claims (3)

1. 半導体ウエハーの検査装置の温度を調節する半導体検査装置用の冷却装置において、
   前記半導体ウエハーが載置されているウエハーチャックの温度を制御するコントローラと、前記ウエハーチャックを冷却する循環液が流れる循環液経路と、前記循環液を冷却する冷凍機とを備え、
   前記循環液経路には、低温の前記循環液を保持するタンクと、前記タンクに保持されている前記循環液を前記循環液経路に循環させるように作動するポンプと、前記循環液を加熱するヒータとが、前記ウエハーチャックの上流側に配置され、前記ウエハーチャックの下流側に、前記循環液を冷却する冷凍機の熱交換器が備えられており、
   前記循環液経路の、前記ウエハーチャックと前記熱交換器との間の位置から、前記循環液を前記冷凍機の熱交換器を通らずに前記冷凍機をバイパスさせるバイパス経路を備え、
   前記バイパス経路には、前記循環液を前記バイパス経路にバイパスさせる量を切り替え可能な第１バルブが設けられ、前記循環液経路には、前記循環液を前記熱交換器に循環させる量を切り替え可能な第２バルブが設けられている
   ことを特徴とする半導体検査装置用の冷却装置。
2. 前記コントローラは、前記半導体検査装置の検査温度と、前記ウエハーチャックの入口温度または前記冷却装置の出口温度とに基づいて、前記第１バルブと前記第２バルブの開／閉を制御することにより、前記ウエハーチャックの温度を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置用の冷却装置。
3. 前記バイパス経路には、補助冷却器が設けられており、
   前記コントローラは、前記半導体検査装置の検査温度と、前記ウエハーチャックの入口温度または前記冷却装置の出口温度とに基づいて、前記第１バルブと前記第２バルブの開／閉を制御することにより、前記ウエハーチャックを前記冷凍機により冷却するか、前記補助冷却器により冷却するか、前記冷凍機と前記補助冷却器の両方により冷却するか、または冷却しないかを決定して、前記ウエハーチャックの温度を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置用の冷却装置。
   

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