JPH02197142A

JPH02197142A - プローブ装置

Info

Publication number: JPH02197142A
Application number: JP1042655A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sugiyama; 雅彦杉山; Masataka Hatta; 政隆八田; Masahiko Kono; 正彦河野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1990-08-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は試料載置体に関する。

（従来の技術）多数の加工工程を必要とする半導体ウェハや液晶ガラス
基板（ＬＣＤ）の製造における略最終段階で。

原基板、例えば半導体ウェハ（以下、ウェハと略記する
）を設定温度、例えば１０℃に冷却した状態でテスタに
よって検査し、ウェハ上に形成された各素子の不良品の
向上を図ることが必要とされている。

即ち、従来の試料載置体を用いてウェハを設定温度にし
て検査する装置は、第７図に示すように。

冷凍機■によって冷却された流体例えばエチレングリコ
ール溶液■を蓄積槽■から送流ポンプ（イ）の回転によ
って循環している。

そして、上記載置部０の温度が設定温度に到達すると、
上記冷却機■の起動を制御手段（ＣＰＵ）（ｅによって
停止する。上記停止によって、上記溶液■の温度が時間
の経過と共に、冷却方向に降下しているが、室温を吸収
して降下に向っていた溶液■の温度が、昇温するように
なる。この昇温された溶液■の循環によって載置部■の
温度が時間経過と共に設定温度を越えると、載置部■に
埋設されている温度センサー０の検知情報に基づいて。

冷凍機■を起動し、載置部■の設定温度を一定にしてい
る制御方法が一般的に用いられている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の試料載置体■では循環される流体
、例えばエチレングリコール溶液■を冷凍機ので冷却し
ているが、この冷凍機■を連続的に起動させることが難
しく、期間比例で上記冷凍機■の起動をオン・オフを行
いたくても、コンプレッサ起動の制約があり、上記コン
プレッサを頻繁に切り替えることが困難である。

即ち、コンプレッサのピストンを駆動する誘導モータは
初期起動力が小さく、ピストンに高圧が掛けられている
場合では、自動的に通電が遮断され、高圧が無い場合に
通電が復起されるように構成されているので、上記コン
プレッサを頻繁に切り替えることが困難である。

従って、第６図に示すように、載置部■の表面では、上
記コンプレッサの応答遅延により、許容誤差例えば±２
〜３℃の許容誤差範囲内の温度リップル現象が生じてし
まう。

また、上記温度リップルを載置部■に埋設されたヒータ
ー等によって、無くするように制御しようとすれば、こ
れらのヒーター発熱は冷凍機■の負荷となるため冷凍機
■を大型化しなければならなかった。

さらに１発明者らは載置面なかでも、材質がセラミック
などの熱伝性の低い材質の場合は中央領域と外周領域の
間に温度差があることに気付き、その原因を究明した。

即ち、載置部■の載置体（５ａ）の外周は、第１２図に
示すように断熱材、例えばマイカ−（５ｂ）を敷設して
、載置体（５ａ）の外周縁と同じ直径の断熱材、例えば
マイカ円板（５ｃ）にネジ等の固定金具を介在して取着
している。

このように構成された載置体（５ａ）載置面を温度測定
すると載置体（５ａ）の外周から中心に向けて順に１４
４℃乃至１５０℃の温度分布が測定された。その原因を
調べるために第１３図に示すように一般的に知られた計
算手法で２次元有限要素法熱伝導解析を行なった。その
結果、熱貫流ベクトルが外周（５ｄ）に向って大きくな
り、さらに敷設されたマイカ−（５ｂ）とマイカ円板（
５ｃ）の部分で特に熱貫流ベクトルが大きいことが解明
できた。

発明者は、これを解明することにより載置面を均等な温
度分布にすることを考えた。

本発明の目的とするところは、上記問題点に鑑みなされ
たもので、第１の目的は被試料体が載置される載置部の
設定温度の誤差許容範囲を極めて小さくするように改善
した試料載置体を提供することにある。

また、第２の目的は載置面に載置された被試料体の全表
面に熱が均等温に伝導可能に改善した試料載置体を提供
することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は予め定められた温度に設定するための流体を載
置部に循環させ、電気的に絶縁された上記載置面上の被
試料体を所望温度に到達させるようにした試料載置体に
おいて、上記載置部に循環される流体の送流量をＰＩＤ
　（比例、積分、微分）動作で制御する如く構成したこ
とを特徴としている。

また、予め定められた温度に設定するための熱源体を載
置体に設け、電気的に絶縁された上記載置面上の被試料
体を所望温度に到達させるようにした試料載置体におい
て、上記被試料体を載置面に載置した際に、上記被試料
体の全体が均等に伝熱される如く形成された熱拡散板を
上記載置体の裏全面に設けたことを特徴としている。

（作用効果）即ち、本発明によれば、被試料体を載置した載置部の温
度を所望の温度に到達させるために、上記流体の送流量
を、比例動作、積分動作、微分動作を組み合わせたＰＩ
Ｄ動作で制御しているので、載置部の現実温度と、載置
部の所望温度との情報から制御手段により、送流時間と
、送流しない時間の割合を求め、この割合で上記載置部
に流体を迅速に送流させることができる。

従って、上記載置部に送流される流体の設定温度が、不
安定な状態の場合でも、上記載置部はこの不安定な設定
温度に左右されることなく正確に所望温度に到達可能な
試料載置体を得ることができる。

また、被試料体の全体が均等に伝熱される如く形成した
熱拡散板を載置体臭全面に設けたので、上記熱拡散板に
伝熱された熱量は、上記載置体の放熱分布に対応して分
配され、載置面全面を均等な温度に保つことが可能にな
る。且つ、上記載置面に載置された被試料体の全体を均
等温度に熱伝導させることができる。

従って、上記載置面の中央領域と外周領域との温度差を
極めて小さくさせることが可能である。

（第１実施例）以下、本発明の試料載置体をウエハプローバに適用した
一実施例について図面を参照して説明する。

上記ウエハプローバはウェハを平面方向、昇降方向及び
周回転方向、例えばＸ軸Ｙ＠Ｚ＠及びθ回転方向に、移
動または回転可能なステージに固定した載置体のチャッ
クトップに仮固定、例えば真空吸着固定し、ウェハ而に
形成された格子状配列の素子に沿って順番にステップ送
りしながら、各素子毎にこの素子の電極に対応したプロ
ーブ針を接触させて２素子の電気的特性検査を行う装置
である。

ここで、上記プローブ針は上記移動される載置体と上方
の空間を介して対向したプローブカードの面に素子電極
パッドを対応させて配置さ九ている。この配置されたプ
ローブ針の一端は、上記素子電極パッドと接触し、他端
は素子の良否を判定するテスタ側に電気的に接続されて
いる。

上記ウェハを所定の温度に設定したのち、プローブ針を
接触して、検査する場合は、ａ置体を。

加冷機構と、加温機構の組合わせの制御によって設定さ
れた温度を抽出して、ウェハ上の各素子を順次検査して
いる。

上記ウェハが所定温度に設定された状態、例えば載置体
を常に＋２０℃に維持した状態で各素子を検査する場合
に、上記載置体を所望する温度に極めて正確な値にでき
るようにしたものである。

本実施例の特徴的構成は、上記載置部の現実温度及び目
標温度情報から、目標温度に到達させるための熱量を有
した流体量を算出し、この算出した流体を載置体に送流
させて、上記載置体温度が極めて正確な設定温度にした
ことにある。

上記特徴的構成は、第１図を参照して説明する。

上記ウエハプローバ（へ）の検査部は大別して載置部（
９）と循環路（１０）と、この循環路（１０）を制御す
る制御系（１０ａ）とから構成されている。

上記載置部■は、第２図に示すように、ウェハ（１１）
を載置する頂面に設けられているチャックトップ、例え
ば直径１５０＋＋ｎＸ厚１０ｍｍで表面に金メツキを施
したアルミニューム部材またはセラミック部材のチャッ
クトップ（１２）と、このチャックトップ（１２）の頂
面より例えば略５ａａ降下した位置に頂面と平行に外周
側から中心に向けて、直径２．４晴の孔を穿設し、この
孔に装着して載置体表面の温度を検知する温度センサー
（１２ａ）と、上記チャックトップ（１２）の底面には
、冷却手段５例えば直径１４０ｍｍＸ厚７ｏｍの銅部材
で、上記チャックトップ（１２）を冷却する熱交換ジャ
ケット（１３）と、この熱交換ジャケット（１３）の底
面に敷設するように設けられた昇温手段１例えば上記チ
ャックトップ（１２）を加温するヒーターが内蔵して構
成されている。

そして、上記チャックトップ（１２）の頂面には、被検
査体、例えばウェハ（１１）が真空吸着するようになっ
ており、一方、底面には、上記熱交換ジャケット（１３
）が密着する如く固着されている。上記熱交換ジャケッ
ト（１３）は、第３図に示すように、熱交換ジャケット
（１３）の中心を同軸にして、中心から外側に向けて、
多重円形溝、例えば・、断面が幅５　＋ａｎ　Ｘ深５Ｉ
ＩＩｌの溝で、上記熱交換ジャケット（１３）の底面か
ら頂面に向けて、コの字形に彫り込まれている。

上記多重円形状に彫り込まれた溝（１５）にエチレング
リコール溶液を取り込み、また排出するための供給口（
１６ａ）及び排出口（１６ｂ）が上記熱交換ジャケット
（１３）の外周に設けられている。

上記供給口（１６ａ）から送流されたエチレングリコー
ル溶液（１７）を、多重円形溝（１５）に同時に送流さ
せるための直線溝（１８）が上記熱交換ジャケット（１
３）の外周縁から中心に向けて設けられている。

さらに、上記熱交換ジャケット（１３）の底面には、円
板例えば、直径１４０■Ｘ厚ＩＬＩｍの銅部材（１９）
が、上記多重円形状の溝が断面形状を四角になるように
気密に固着して、熱交換ジャケット（１３）内部に流路
（第２図中２０）が形成されるようになっている。

上記熱交換ジャケット（１３）の底面には、ヒーター　
（１４）頂面が密着されて、このヒーター（１４）の端
子からの電源の供給によって加熱される。この加熱され
た熱は上記熱交換ジャケット（１３）のリブ（１３ａ）
を介して、　上記チャックトップ（１２）を昇温させて
いる。

上記ヒーター（１４）の底面は載置体０）の敷円板（２
１）を介して、ＸＹＺ軸方向及びθ回転方向に駆動され
る移動台（図示せず）に設けられている。

上記循環路（１０）は、第１図に戻って説明すると、上
記に述べたａ置体■の熱交換ジャケット（１３）の内部
の流路と、この流路内にエチレングリコール溶液（１７
）を送流させる送流ポンプ（２２）と、上記エチレング
リコール溶液（１７）を蓄積する蓄積槽（２３）と、こ
のＭ積槽（２３）内に蓄積されているエチレングリコー
ル溶液（１７）を冷却する冷凍機（２４）とから構成さ
れ、かつ、上記熱交換ジャケット（１３）に上記エチレ
ングリコール溶液（１７）を上記送流ポンプ（２２）に
よって、エチレングリコール溶液（１７）が循環するよ
うに配管されている。

上記制御系（１０ａ）は、　ウエハプローバ（８）が夫
々の機構を制御する他に循環路（ｌＯ）を制御している
。

この制御は、載置部（９）に設けられた温度センサー（
１２）により検知された現実温度値と、ウェハ（１１）
の設定温度値即ち、表面の載置部（９）の設定温度値（
目標値ともいう）との情報データーに基づいて、上記載
置部（９）に流体、例えばエチレングリコール溶液を送
流させる流体量が算出される構成になっている。

この算出された制御出力、例えばエチレングリコール溶
液を載置部（１２）に送流させるための制御出力は送流
ポンプ（２２）をオン・オフして、このオン・オフ間に
送流された流体量によって載置部０）の温度を設定温度
に達成させるようになっている。

即ち、上記載置部０に冷却された流量を送流する場合、
上記載置部（９）が既に設定温度であれば上記送流ポン
プ（２２）は稼動せず、また、上記載置部■が設定温度
値より高温であれば、現実温度値と目標温度値との温度
差を断続的に送流し、断続的に送流されたエチレングリ
コール溶液（１７）によって段階的に目標温度値に近づ
けるように構成されている。例えば、現実温度値と目標
温度値との温度差に等しい熱量を載置部■に循環する如
く送流ポンプ（２２）を稼動させるようになっている。

次に、上記ウエハプローバ（ハ）の動作について説明す
る。

上記ウエハプローバ（８）を稼働させるために、スイッ
チオンする。上記ウエハプローバ■の操作パネルに設け
られているキーボード（図示せず）で予め検査する時の
ウェハ（１１）の温度を設定するために操作入力、例え
ばウェハ（１１）の設定温度値を＋１２℃で検査するよ
うに操作入力する。

この設定温度、即ち目標温度値＋１２℃、及び温度セン
サー（１２ａ）で検知したデータを予め記憶されたプロ
グラムに従って、ＣＰＵ（２６）に入力する。

この入力された温度情報のデータをもとにして、ＣＰＵ
（２６）は予め記憶されたプログラムに従って、載置部
■内部に送流される送流量１例えば２００ｄｔ／ｍｉｎ
容量値を算出する。

この送流量が載置部（９）内部に送流する如く、送流ポ
ンプ（２２）を回転させるようにモータ（図示せず）を
稼働させる。即ちモータに通電させる。そして、上記送
流量が送流された後の載置部０の温度ＣＰυ（２６）に
フィードバックする。このフィードバックされた載置体
（９）の頂面温度情報のデータを、ＰＩＤ制御方式でエ
チレングリコール溶液量を算出する。この算出された送
流量を載置体■内部に送流される如く、送流ポンプ（２
２）を回転させるように、送流ポンプ（２２）と直結し
たモータに通電させる。即ち、モータのスイッチをオン
にする。

ここで、上記載置体０内部に送流しない場合は、上記モ
ータに通電されないので送流が停止されていることはい
うまでもない。

このようにして、送流ポンプ（２２）のモータに電源を
断続的に繰返すことによって、一定に冷却されたエチレ
ングリコール溶液（１７）を載置体■）の温度に応じて
、この載置体（９）を目標値に到達させるために、この
冷却量、例えば冷却されたエチレングリコール溶液（１
７）ｉｔを変化させて１例えば３００■、　２００ｃｃ
、　１００ｃｃ等の量に変化させて載置体０）に送流し
て温度を目標値に到達させて、さらに、この状態を維持
させている。

上記実施例において、設定温度の目標値、例えば＋１２
℃で説明したが、この目標値を＋２０℃にする場合は冷
却系だけでなく、熱交換ジャケット（１３）の底面に敷
設されているヒーター（１４）の通電によって、得るこ
とが可能である。

上記実施例では、載置体■の温度を制御する場合に、流
体１例えばエチレングリコール溶液（１７）を冷却させ
る冷凍機（２４）は、一定の冷却温度１例えば−１０℃
に冷却するように説明したが、仕様によりウェハ（１１
）を氷点下温度、例えば−１２℃、状態にして、検査す
る場合には上記エチレングリコール溶液（１７）を冷凍
機（２４）でこの氷点下温度よりさらに低い温度、例え
ば−２０℃に冷却して検査することも可能である。

上記実施例では、ウェハ（■１）を検査するウエハプロ
ーバ■について説明したが、ハンドラ等の検査装置にも
適用可能である。

上記実施例では、載置体０と、熱交換ジャケット（１３
）のみで説明したが上記載置体■）と熱交換ジャケット
（１３）との中間部にペルチェ効果を用いたペルチェ素
子を設けて載置体０の温度制御を実行してもよい。

上記実施例の効果は、ウェハ（１１）を載置する載置体
０に、冷却するための流体、例えばエチレングリコール
溶液（１７）を載置体０）の温度に応じた電を算出して
その流体を断続的に送流するように構成したので、この
エチレングリコール溶液（１７）の送流は送流ポンプ（
２２）を駆動させるためのモータを断続駆動、即ちスイ
ッチオン・オフにより容易に行うことができる。

（第２実施例）以下、本発明の試料載置体をウエハプローバに適用した
他の実施例について図面を参照して説明する。

上記説明において、従来例及び第１実施例に使用した部
品と同部品は同符号を用いて説明する。

上記ウエハプローバの概略構成は、−既に第１実施例で
説明したので省略し、ウェハを載置する試料載置体の構
成から説明する。

上記試料載置体は、第８図に示すように、電気的に絶縁
された状態の載置体（２８）　、例えば直径１．７０ａ
ｗＸ厚１０ｍｍセラミックス円板（２８ａ）と、この円
板（２８ａ）の底面にビス（２９）等の固定金具で取着
された熱拡散板、例えば直径１７０ｍＸ厚２ｒｍ銅板（
３０）と、この銅板（３０）の底面の内側１例えば内径
１４０■の内側の密着して設けられた熱源体、例えば予
め定められた温度に設定するための流体を循環させる熱
交換ジャケット（３１）と、この熱交換ジャケット（３
１）を加熱させるために裏面に密着して設けた加熱形の
ヒーター、例えば２００Ｗ容量のヒーター　（３３）と
、上記銅板（３０）の底面の外周縁には有底のリングカ
ップ、例えば内径１４５ｏｍＸ深１０ｍの中空部を有し
た外径１７０＋ｎａｉＸ厚３０ｍのマイカ材のリングカ
ップ（３３）とから構成されている。

ここで、上記銅板（３０）は第８図（ｂ）に示すように
セラミック円板（２８ａ）、及びリングカップ（３３）
の直径より大きく設けるようにしても良い。

また、上記銅板（３０）及びリングカップ（３３）の外
径を第８図（ｃ）に示すように、　セラミックス円板（
２８ａ）より大きく設けても良い。

さらに、熱伝導性の悪いセラミックス円板（２８ａ）に
銅板（３０）からの熱を伝導し易いように載置面に対す
るセラミックス部材の量を減らすため、第８図（ｄ）に
示すように、載置体（２８）の外周方向に銅板（３０）
の厚さを増すように傾斜させるように形成したものであ
ってもよい。また、第８図（８）に示すように銅板（３
０）がセラミックス円板（２８ａ）の外周を囲むように
設けてもよい。

上記載置体（２８）については、予め定められた温度に
設定するための流体を循環させる熱源体で加熱・冷却す
る方法でも、第９図に示すように銅板（３０）と熱交換
ジャケット（３１）との間にペルチェ素子（３４）を設
け、上記銅板（３０）に熱エネルギーが伝熱される方法
を使用しても良い、ここで図示されないが、銅板（３０
）に直接にヒーター（３２）を設けてヒーター（３２）
からの熱エネルギーを銅板（３０）に伝熱しても良い。

次に上記ウエハプローバの動作及び載置体の伝熱作用に
ついて説明する。

先ず、ウエハプローバを稼働させるためにスイッチオン
する。上記ウエハプローバの操作パネルの操作入力で検
査仕様を入力する。例えば直径１３０ｍのウェハを１５
０℃に加温した状態でウェハを検査するように操作入力
を行う、この時、上記載置体の設定温度が１５０℃と操
作入力されると、制御手段が予め定められたプログラム
に従って、ヒーター（３２）を加熱させる指令をヒータ
ー駆動部に送信する。

即ち、冷凍液を熱交換ジャケット（３Ｉ）に循環する循
環系の循環駆動を行わず、熱交換ジャケット（３１）の
底面に設けたヒーター（３２）に電流を印加して、銅製
の熱交換ジャケット（３１）をヒーター（３２）の伝熱
材として用いて、銅板（２７）に熱量を伝熱する。

次に、上記載置体（２８）の伝熱作用について説明する
。

上記載置体（２８）のヒーター（３２）に電流を印加し
て、第１０図に示すように、測温センサー（３５）をセ
ラミっクス円板（２８ａ）の載置面（３６）から５ｍｎ
＋下った側面に直交した孔に装着し、１５０℃一定に制
御して測定する。

上記載置面（３６）は１５０℃と１４９℃の２種類の温
度分布が測定された。これを有限要素法熱伝で導解析す
ると、第１１図に示すようにセラミックス円板（２８ａ
）の外周縁であっても熱貫流ベクトル（３７）の大きさ
は、載置体（２８）の中央との熱貫流ベクトル（３７）
ｆの変化が認められない、さらに、リングカップ（３３
）側には熱貫流ベクトルが大きく測定されている。

従って、上記セラミックス円板（２８ａ）と、上記リン
グカップ（３３）との間に銅板（３０）を設け、さらに
、この銅板（３０）に伝熱された熱エネルギーは上記リ
ングカップ（３３）に伝熱したのち、放熱されてしまう
。上記セラミックス円板（２８ａ）に伝熱された熱エネ
ルギーは、リングカップ（３３）を介在して熱放出する
ことが極めて少なくセラミックス円板（２８ａ）内に菩
精され、ウェハに伝熱される。

上記実施例ではウエハプローバに用いて説明したが、ウ
ェハを所定位置に搬送する際に、ウェハを加熱するホッ
トプレートと称する加熱器がある。

この加熱器にも使用できる。所定温度で、ウェハにレジ
スト等を塗布するレジスト塗布装置のステージ、同時に
現像液を塗布する塗布装置のステージにも使用可能であ
る。

上記実施例の効果はウェハが載置する載置面温度が均等
温度なので、ウェハに形成された半導体チップをすべて
誤差の少ない温度下で検査することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明試料載置体をウエハプローバに用いた一
実施例を説明するための循環系説明図、第２図は第１図
のウェハを載置する載置体構造を説明するための拡大断
面説明図、第３図は第１図の載置体の一部に設けられた
熱交換ジャケットの構造を説明するための熱交換ジャケ
ット断面説明図、第４図は第１図のウエハプローバに用
いられている熱交換ジャケット内に流量が送流される送
流量の割合を説明するためのグラフ説明図、第５図は第
１図のウエハプローバの載置体表面の温度状態を説明す
るためのグラフ説明図、第６図は従来のウエハプローバ
の載置体表面の温度状態を説明するためのグラフ説明図
、第７図は従来のウエハプローバを説明するための循環
系説明図、第８図は本発明試料載置体をウエハプローバ
に用いた他の一実施例を説明するための載置体構造説明
図、第９図は第８図における載置体の伝熱方法でベルチ
エ素子を用いた構造を説明するための他の載置体構造説
明図、第１０図は第８図の載置面の温度分布を説明する
ための実測データ説明図、第１１図は第１０図における
載置体の熱エネルギー流を説明するための２次元有限要
素法伝導解析説明図、第１２図は従来の載置面の温度分
布を説明するための実測データ説明図、第１３図は従来
の載置体の熱エネルギー流を説明するための２次元有限
要素法伝導解析説明図である。８・・ウエハプローバ　９・・・載置体１０・・・循環
路　　　　　１０ａ・・・制御系１１・・・ウェハ　　
　　　１２・・・チャックトップ１３・・・熱交換ジャ
ケットＩ７・・・エチレングリコール溶液（溶液）２６・・・
ＣＰＵ　　　　　　　２８・・・載置体３０・・・銅板
　　　　　　３２・・・ヒーター３３・・・リングカッ
プ　　３４・・・ペルチェ素子３５・・・測温センサー
　　３６・・・載置面３７・・・熱貫流ベクトル特許出願人　東京エレクトロン株式会社第図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）予め定められた温度に設定するための流体を載置
部に循環させ、電気的に絶縁された上記載置面上の被試
料体を所望温度に到達させるようにした試料載置体にお
いて、上記載置部に循環される流体の送流量をＰＩＤ（
比例、積分、微分）動作で制御する如く構成したことを
特徴とする試料載置体。
（２）予め定められた温度に設定するための熱源体を載
置体に設け、電気的に絶縁された上記載置面上の被試料
体を所望温度に到達させるようにした試料載置体におい
て、上記被試料体を載置面に載置した際に、上記被試料
体の全体が均等に伝熱される如く形成した熱拡散板を、
上記載置体の裏全面に設けたことを特徴とする試料載置
体。