JPH02290038A - 試料温度制御装置 - Google Patents
試料温度制御装置Info
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- JPH02290038A JPH02290038A JP6419290A JP6419290A JPH02290038A JP H02290038 A JPH02290038 A JP H02290038A JP 6419290 A JP6419290 A JP 6419290A JP 6419290 A JP6419290 A JP 6419290A JP H02290038 A JPH02290038 A JP H02290038A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、試料温度の制御装置に係り、特に、短時間に
試料の温度を可変することのできる試料温度制御装置に
関する。
試料の温度を可変することのできる試料温度制御装置に
関する。
従来の技術は、実開昭５９ − ９１７３４号公報に記
載のように発熱部の上に冷却部が重ねて設けられ、さら
に、その冷却部の表面に試料を搭載する構造となってい
た。しかし、発熱部のヒータ加熱によって短時間に試料
の温度を制御する場合、発熱部と試料間に冷却部がある
ため、発熱部の熱が試料に伝わりにくく、試料の温度制
御の応答速度が悪くなっていた， 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、温度を制御する試料と発熱部の間に冷
却部があるため、発熱部の熱は、冷却部を介して試料に
伝わっていく。このため、冷却部の熱容量により発熱部
から試料へ伝わる熱の応答性が悪くなっていた。
載のように発熱部の上に冷却部が重ねて設けられ、さら
に、その冷却部の表面に試料を搭載する構造となってい
た。しかし、発熱部のヒータ加熱によって短時間に試料
の温度を制御する場合、発熱部と試料間に冷却部がある
ため、発熱部の熱が試料に伝わりにくく、試料の温度制
御の応答速度が悪くなっていた， 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、温度を制御する試料と発熱部の間に冷
却部があるため、発熱部の熱は、冷却部を介して試料に
伝わっていく。このため、冷却部の熱容量により発熱部
から試料へ伝わる熱の応答性が悪くなっていた。
本発明の目的は、試料の温度の応答性を良くすること及
び試料として半導体を想定しているため試料台の材質と
してＡＱ２０ｓやＳｉＣ等のセラミックスで形成するこ
とにより試料と試料台間に発生する熱応力を小さくする
ことである。
び試料として半導体を想定しているため試料台の材質と
してＡＱ２０ｓやＳｉＣ等のセラミックスで形成するこ
とにより試料と試料台間に発生する熱応力を小さくする
ことである。
上記目的は、薄膜状のヒータを埋込んだ高熱伝導率また
は高温度伝導率のセラミックスの試料台を冷却部に取付
けて、ヒータ加熱によって温度制御することにより達成
される。こうして試料台上の試料の温度の制御を速め、
また試料に熱応力がかからない試料温度制御装置が得ら
れる。
は高温度伝導率のセラミックスの試料台を冷却部に取付
けて、ヒータ加熱によって温度制御することにより達成
される。こうして試料台上の試料の温度の制御を速め、
また試料に熱応力がかからない試料温度制御装置が得ら
れる。
冷却部に取付けた試料台は、高熱伝導率のセラミックス
で形成され、しかも、試料台に薄膜状のヒータが埋込れ
ている。試料台に取付けた試料の温度は、試料台が熱を
伝え易い性質があるため冷却部の温度とほぼ等しくなる
。また、試料の温度を冷却部の温度以上に設定したい場
合、試料台の温度をモニターしてヒータの加熱量を調整
すると、試料台の温度を任意に設定でき、試料自体も試
料台と熱伝導率の高い材料を介することで試料台の温度
の値とほぼ等しくできることから試料温度は、冷却部か
らの熱量と試料台のヒータの熱量のバランスにより任意
に設定，制御が可能となる。
で形成され、しかも、試料台に薄膜状のヒータが埋込れ
ている。試料台に取付けた試料の温度は、試料台が熱を
伝え易い性質があるため冷却部の温度とほぼ等しくなる
。また、試料の温度を冷却部の温度以上に設定したい場
合、試料台の温度をモニターしてヒータの加熱量を調整
すると、試料台の温度を任意に設定でき、試料自体も試
料台と熱伝導率の高い材料を介することで試料台の温度
の値とほぼ等しくできることから試料温度は、冷却部か
らの熱量と試料台のヒータの熱量のバランスにより任意
に設定，制御が可能となる。
また、試料と試料台のヒータを隣接して構成するため、
ヒータ加熱による試料の熱応答はむだ時間も少なくでき
ることがら速応性の温度制御が可能となる。
ヒータ加熱による試料の熱応答はむだ時間も少なくでき
ることがら速応性の温度制御が可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図（ｄ）（ｂ
）により説明する。試料１は、インジウム，ガリウム，
半田等（図示せず）で、高熱伝導材である炭化けい素（
Ｓ ｉ Ｃ）やアルミナ（Ａα２０３）等のセラミック
スの試料台２に貼付けている。また、試料１を取付でな
い試料台２の片面には，電気的に絶縁された薄膜状のヒ
ータ３が埋込れており、ヒータ３のリード線４は試料台
２の外周まで導かれてリード線の端子５に結線されてい
る。ここで、り−１〜線４と端子５は、試料台２といす
れも電気絶縁が施されている。試料台２は、試料台２の
外周上に溝６が彫ってあり、バヨネット７（保持手段）
によりブロック８に連結される。ブロック８の下方には
室１６を形成するため試料台２と対接する冷却ステージ
９がベローズ１０を介して気密に取付けてある。冷却ス
テージ９は、鋼，アルミニウム，しんちゅう，ステンレ
ス鋼等の材質でできている。
）により説明する。試料１は、インジウム，ガリウム，
半田等（図示せず）で、高熱伝導材である炭化けい素（
Ｓ ｉ Ｃ）やアルミナ（Ａα２０３）等のセラミック
スの試料台２に貼付けている。また、試料１を取付でな
い試料台２の片面には，電気的に絶縁された薄膜状のヒ
ータ３が埋込れており、ヒータ３のリード線４は試料台
２の外周まで導かれてリード線の端子５に結線されてい
る。ここで、り−１〜線４と端子５は、試料台２といす
れも電気絶縁が施されている。試料台２は、試料台２の
外周上に溝６が彫ってあり、バヨネット７（保持手段）
によりブロック８に連結される。ブロック８の下方には
室１６を形成するため試料台２と対接する冷却ステージ
９がベローズ１０を介して気密に取付けてある。冷却ス
テージ９は、鋼，アルミニウム，しんちゅう，ステンレ
ス鋼等の材質でできている。
第１の冷媒１１の供給配管工２は第２の冷媒１３を貯め
た容器１４中のらせん管１５，室１６を経て吐出配管１
７に至る。１８は、容器１−４を保持する支持体で、１
９．２０は、冷媒１３の注入管とガス吐出管である。
た容器１４中のらせん管１５，室１６を経て吐出配管１
７に至る。１８は、容器１−４を保持する支持体で、１
９．２０は、冷媒１３の注入管とガス吐出管である。
第２図（ｄ）（ｂ）は、第１図に示したバコネツ１−７
の付近を分解して示す斜視図である。ヒータ３は、試料
台２に熱を均一に伝えるため、試料台全体に薄膜状のヒ
ータ３を取付けている。ヒータ３への電流供給は、試料
台２を本装置に取イ」けたとき外部のりート線と結線さ
れるようになっている。つまり、リード線の端子５は、
試料台の端子用溝２２の中のバネ２１の上部に接触され
ており、試料台２を本装置に取付けたときバヨネツ１一
のリード端子２３と接触し温度調節器２４と通電される
。
の付近を分解して示す斜視図である。ヒータ３は、試料
台２に熱を均一に伝えるため、試料台全体に薄膜状のヒ
ータ３を取付けている。ヒータ３への電流供給は、試料
台２を本装置に取イ」けたとき外部のりート線と結線さ
れるようになっている。つまり、リード線の端子５は、
試料台の端子用溝２２の中のバネ２１の上部に接触され
ており、試料台２を本装置に取付けたときバヨネツ１一
のリード端子２３と接触し温度調節器２４と通電される
。
次に動作について説明すると、基板３を高温に加熱した
いとき、容器１４内の冷媒１３を空にした状態で温度調
節器２４の温度設定を任意の温度にセツＩ一することで
、試料台２の表面温度（感熱素子位置図示せず）の信号
を温度調節器２４が受け、温度調節器２４内部で自動的
にヒータの電流がコン１〜ロールされて任意の試料台２
の温度が得られる。試料１の温度は、試料１と試料台２
の間のインジュウム（図示せず）が試料台２の熱を受け
さらに試料１へと伝えられて試料台２の温度と等しくな
る。従って試料１の温度も任意の温度に設定することが
できる。試料１は、薄膜状ヒータ３を埋込んだ試料台２
にインジュウムで接着されているため、むだ時間もなく
、しかも熱容量が小さくできることから熱応答性も良い
。また、外部から試料へ電子ビームのような熱照射によ
る熱的外乱を受けた場合においても、熱容量が小さいこ
とと、試料１に最も近い試料台２に薄膜状ヒータ３が直
接取付けているため熱的外乱に強くなっているので設定
温度に回復するのが早くなっている。
いとき、容器１４内の冷媒１３を空にした状態で温度調
節器２４の温度設定を任意の温度にセツＩ一することで
、試料台２の表面温度（感熱素子位置図示せず）の信号
を温度調節器２４が受け、温度調節器２４内部で自動的
にヒータの電流がコン１〜ロールされて任意の試料台２
の温度が得られる。試料１の温度は、試料１と試料台２
の間のインジュウム（図示せず）が試料台２の熱を受け
さらに試料１へと伝えられて試料台２の温度と等しくな
る。従って試料１の温度も任意の温度に設定することが
できる。試料１は、薄膜状ヒータ３を埋込んだ試料台２
にインジュウムで接着されているため、むだ時間もなく
、しかも熱容量が小さくできることから熱応答性も良い
。また、外部から試料へ電子ビームのような熱照射によ
る熱的外乱を受けた場合においても、熱容量が小さいこ
とと、試料１に最も近い試料台２に薄膜状ヒータ３が直
接取付けているため熱的外乱に強くなっているので設定
温度に回復するのが早くなっている。
これとは逆に、試料１の温度を常温以下の低温にした場
合、例えば、試料１の温度を液体窒素温度にするときは
、第１−図に示した装置の温度調節器２４をのぞいた部
分を真空容器（図示せず）に入れて行う。これは、冷媒
１３として液体窒素を使用するため、真空断熱により液
体窒素の蒸発量を少なくする目的である。冷媒１１とし
て窒素ガスを供給配管１２より注入する。窒素ガスは、
途中のらせん管１５で冷却されらせん管１５出口では液
化し、液体窒素となる。その液体窒素は、ブロック８と
冷却ステージ９で形成された室１６を通過するとき高温
のブロック８と冷却ステージ９の熱を奪い冷却ステージ
９を低温に冷却する。液体窒素ま、冷却ステージの熱を
受けて、蒸発し、ガス化して，吐出管から大気中に出る
。供給配管工２からの窒素ガスの注入を続けると冷却ス
テージ９の温度は、徐々に低温になり、最終的に液体窒
素温度となる。さらに、試料１も、冷却ステージ９に接
触している試料台２を介して冷たい熱が伝わって液体窒
素温度となる。ここで、冷却ステージ９と試料台２の接
触面圧は、本装置内の真空（１ ０ ’Ｔｏｒｒ以下）
と室１６の圧力（大気圧）の圧力差により冷却ステージ
９上面に１ ｓｔｍの圧力が加わり、そして、ベローズ
１０が伸びて、冷却ステージ９と試料台２の接触する構
造となっている。
合、例えば、試料１の温度を液体窒素温度にするときは
、第１−図に示した装置の温度調節器２４をのぞいた部
分を真空容器（図示せず）に入れて行う。これは、冷媒
１３として液体窒素を使用するため、真空断熱により液
体窒素の蒸発量を少なくする目的である。冷媒１１とし
て窒素ガスを供給配管１２より注入する。窒素ガスは、
途中のらせん管１５で冷却されらせん管１５出口では液
化し、液体窒素となる。その液体窒素は、ブロック８と
冷却ステージ９で形成された室１６を通過するとき高温
のブロック８と冷却ステージ９の熱を奪い冷却ステージ
９を低温に冷却する。液体窒素ま、冷却ステージの熱を
受けて、蒸発し、ガス化して，吐出管から大気中に出る
。供給配管工２からの窒素ガスの注入を続けると冷却ス
テージ９の温度は、徐々に低温になり、最終的に液体窒
素温度となる。さらに、試料１も、冷却ステージ９に接
触している試料台２を介して冷たい熱が伝わって液体窒
素温度となる。ここで、冷却ステージ９と試料台２の接
触面圧は、本装置内の真空（１ ０ ’Ｔｏｒｒ以下）
と室１６の圧力（大気圧）の圧力差により冷却ステージ
９上面に１ ｓｔｍの圧力が加わり、そして、ベローズ
１０が伸びて、冷却ステージ９と試料台２の接触する構
造となっている。
試料１の冷却機構は、この冷却ステージ９がベローズの
伸縮によって試料台２と接触することにより冷たい熱を
試料台２に伝えるものである。試料１は、さらに、試料
台２中を伝導によって熱が伝わり冷えてくる。
伸縮によって試料台２と接触することにより冷たい熱を
試料台２に伝えるものである。試料１は、さらに、試料
台２中を伝導によって熱が伝わり冷えてくる。
液体窒素温度より温度を上げるときは、冷媒１１を供給
している状態で試料台２に埋込まれているヒータに、温
度調節器２４で任意の温度に設定し、熱負荷をかければ
よい。たとえば、試料１を８０Ｋから１５０Ｋにしたい
ときには、感温素子（図示せず）を試料台２に取付けて
おき、その感温素子の信号を温度調節器２４に入力すれ
ば，試料台２の任意の温度が得られる。さらに試料１も
試料台からの熱を受け、試料台２と等しい温度となる。
している状態で試料台２に埋込まれているヒータに、温
度調節器２４で任意の温度に設定し、熱負荷をかければ
よい。たとえば、試料１を８０Ｋから１５０Ｋにしたい
ときには、感温素子（図示せず）を試料台２に取付けて
おき、その感温素子の信号を温度調節器２４に入力すれ
ば，試料台２の任意の温度が得られる。さらに試料１も
試料台からの熱を受け、試料台２と等しい温度となる。
従来問題とされていた試料温度の可変速度もヒータを試
料１の最も近い試料台に埋込んでいるため温度の応答速
度も高く任意の温度に速く設定できる特徴をもっている
。また、試料１に外部からふく射熱等の熱的外乱が入っ
た場合においても試料台２に取付けた感温素子（図示せ
ず）がその熱を感知し温度調節器２４でヒータの熱量を
自動制御するため、試料１の温度は、長時間にわたり一
定の温度を維持する特徴ももっている。
料１の最も近い試料台に埋込んでいるため温度の応答速
度も高く任意の温度に速く設定できる特徴をもっている
。また、試料１に外部からふく射熱等の熱的外乱が入っ
た場合においても試料台２に取付けた感温素子（図示せ
ず）がその熱を感知し温度調節器２４でヒータの熱量を
自動制御するため、試料１の温度は、長時間にわたり一
定の温度を維持する特徴ももっている。
さらにまた、試料としてＳｉの半導体部品を想定すると
試料台の材質にはＳｉと同程度の熱膨張係数をもつＡｆ
ｌ２０ｇ’セラミックスが熱歪を緩和する上で良好であ
る。
試料台の材質にはＳｉと同程度の熱膨張係数をもつＡｆ
ｌ２０ｇ’セラミックスが熱歪を緩和する上で良好であ
る。
第３図（ｄ）（ｂ）は、セラミックスヒータ２５を利用
したものである。このセラミックスヒータは、セラミッ
クスの面上に薄膜のヒータを取付けてさらに上面には電
気絶縁膜が施されている。
したものである。このセラミックスヒータは、セラミッ
クスの面上に薄膜のヒータを取付けてさらに上面には電
気絶縁膜が施されている。
セラミックスヒータの取付け方法は、試料台２にセラミ
ックスと同じ大きさの溝穴を彫りさらにヒータと試料台
とが熱的に接続されるようにインジウム膜で薄く溝穴表
面をおおいその上にセラミックスヒータを取付ける。こ
の方法によれば、セラミックスヒータを取付けた場合に
おいても、第１図及び第２図を使って説明してきた薄膜
状ヒータ埋込み試料台と同じ効果を得ることができる。
ックスと同じ大きさの溝穴を彫りさらにヒータと試料台
とが熱的に接続されるようにインジウム膜で薄く溝穴表
面をおおいその上にセラミックスヒータを取付ける。こ
の方法によれば、セラミックスヒータを取付けた場合に
おいても、第１図及び第２図を使って説明してきた薄膜
状ヒータ埋込み試料台と同じ効果を得ることができる。
本発明によれば、セラミックスの試料台中に、ヒー夕を
埋込むことにより、試料台上の基板に速く熱を伝える効
果がある。さらに、基板（Ｓｉ等の半導体部品）の熱膨
張係数に近い焼結体を試料台として用いたことにより熱
歪を緩和する効果がある。
埋込むことにより、試料台上の基板に速く熱を伝える効
果がある。さらに、基板（Ｓｉ等の半導体部品）の熱膨
張係数に近い焼結体を試料台として用いたことにより熱
歪を緩和する効果がある。
第１図は、本発明の一実施例に係る試料温度制御装置の
縦断面図、第２図（ａ）（ｂ）は、第１図の試料台の解
体斜視図、第３図（ａ）（ｂ）は、本発明の他の実施例
の説明図である。 菓 図 （＾ジ （ｂ）
縦断面図、第２図（ａ）（ｂ）は、第１図の試料台の解
体斜視図、第３図（ａ）（ｂ）は、本発明の他の実施例
の説明図である。 菓 図 （＾ジ （ｂ）
Claims (1)
- １、真空容器内冷媒室と被温度制御試料間の着脱可能な
試料台にヒータを埋め込み、かつ、該試料台の材質をセ
ラミックスにしたことを特徴とする試料温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6419290A JPH02290038A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 試料温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6419290A JPH02290038A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 試料温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02290038A true JPH02290038A (ja) | 1990-11-29 |
| JPH0574225B2 JPH0574225B2 (ja) | 1993-10-18 |
Family
ID=13250958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6419290A Granted JPH02290038A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 試料温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02290038A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07244003A (ja) * | 1994-03-01 | 1995-09-19 | Komatsu Electron Kk | 温度制御装置 |
| CN111855736A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-10-30 | 同济大学 | 一种电卡性能测试系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54108657U (ja) * | 1978-01-14 | 1979-07-31 | ||
| JPS5986235A (ja) * | 1982-11-09 | 1984-05-18 | Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd | 半導体基板の電気的特性測定方法 |
-
1990
- 1990-03-16 JP JP6419290A patent/JPH02290038A/ja active Granted
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| CN111855736A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-10-30 | 同济大学 | 一种电卡性能测试系统 |
| CN111855736B (zh) * | 2020-03-18 | 2022-02-18 | 同济大学 | 一种电卡性能测试系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0574225B2 (ja) | 1993-10-18 |
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