JPH0320758Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、各種半導体あるいは金属、非金属
等の材料あるいは部品等を低温において検査もし
くは測定するための低温試験用試料冷却装置に関
し、特にその低温試験用試料冷却装置において低
温の試料に対し外部から光を入射させたり外部へ
光を放出させたりするための光学窓や試料表面に
おける水分などの不純物による曇りを防止する技
術に関するものである。

従来の技術 Ga−As系半導体あるいはGa−In−As系半導
体等の各種半導体の製造にあつては、品質管理の
ために低温環境に置かれた半導体試料に光を照射
して格子欠陥等の各種欠陥を検出することが行な
われている。またこのほか、各種材料に対してそ
の低温での特性や挙動を調べるため、低温環境に
置かれた試料に光を照射したり、またその低温試
料の光の透過光、反射光、散乱光等を測定したり
することが最近では広く行なわれるようになつて
いる。

このような低温での光学的試験を行なうにあた
つて試料を低温に冷却保持しておくための試料冷
却装置としては、最近に至り第２図に示すような
装置が開発されている。この試料冷却装置につい
て次に説明する。

液体窒素あるいは液体ヘリウム等の低温液化ガ
ス１を収容するための冷却槽２には、全体として
中空筒状をなす内筒体３がその冷却槽２の中央部
を上下に貫通するように配設されており、その内
筒体３の下端には、冷却槽２の下方において試料
室４が形成されている。またその内筒体３の上部
には、内筒体３内および試料室４内にヘリウムガ
ス等の熱交換用ガスを導入するための導入口１０
が設けられている。前記内筒体３内には、半導体
試料などの試験対象となる試料５を保持しておく
ための試料保持部６を下端に設けた保持軸７が上
方から挿入されている。そして前記冷却槽２およ
び試料室４はその全体が間隔を置いて外装体８に
よつて取囲まれており、その冷却槽２および試料
室４の外面と外装体８の内面との間は例えば真空
断熱による断熱層９とされている。さらに前記試
料保持部６に保持される試料５に対向する位置に
おける試料室４の壁面および外装体８の壁面に
は、それぞれ試料５に光を入射させたり逆に透過
光、反射光、散乱光等を放出させたりするための
光学窓１１，１２が形成されている。なお第２図
において１３は冷却槽２内へ低温液化ガスを供給
するための供給管、１４は冷却槽２内で蒸発した
ガスの放出口である。

第２図に示す装置を用いて試料５の低温光学試
験を行なうにあたつては、予め内筒体３および試
料室４内を排気して真空とした後、冷却槽２内に
液体窒素等の低温液化ガス１を注入しておき、熱
交換用ガス導入口１０から内筒体３および試料室
４内へヘリウムガス等の熱交換用ガス１５を導入
する。この熱交換用ガス１５は内筒体３の内面で
熱交換されて低温に冷却され、その低温となつた
ガスにより試料室４内において試料５が低温に冷
却される。そして前記光学窓１２，１１を経て入
射する光によつて試料５の低温試験がなされる。

考案が解決すべき問題点 上述のような低温試験用試料冷却装置におい
て、熱交換用ガス１５を内筒体３および試料室４
内に導入する際には、熱交換用ガス１５は内筒体
４内において液体窒素温度程度の低温まで急速に
冷却されるため、水分や炭酸ガスなどの不純物の
凝結が生じて試料室４の光学窓１１の内面を曇ら
せてしまうことがある。すなわち、内筒体４内へ
熱交換用ガス１５を導入するための導入管や配管
途中のバルブなどには、不可避的に若干の水分な
どが付着しているのが通常であり、そのためガス
供給源においては露点の低いガスであつても、内
筒体４内に導入される際には水分などを含有して
いるガスとなり、そのガスが冷却することにより
水分などの凝結が生じて光学窓１１を曇らせてし
まうことが多いのである。このように光学窓１１
内面が曇れば、光学的試験の精度が低下するのみ
ならず、極端な場合は試験が困難となることもあ
る。

また光学窓のみならず試料表面に水分などによ
る曇りが生じれば光学試験の精度低下等の問題を
招くおそれがある。そして試料表面の水分などに
よる曇りは、光学試験の場合のみならず、そのほ
かの低温試験においても問題となることが多い。

この考案は以上の問題を有効に解決し、試料室
の光学窓の内面や試料表面が熱交換ガスの導入に
よつて曇つてしまう事態の発生を防止するように
した低温試験用試料冷却装置を提供することを目
的とするものである。

問題点を解決するための手段 この考案は、全体として中空筒状をなす内筒体
が、低温液化ガスを収容する冷却槽の中央部を上
下に貫通するように配設され、かつその内筒体の
下端には冷却槽の下方において試料室が形成さ
れ、また前記内筒体内には、試料を保持するため
の試料保持部を下端に設けた保持軸が上方から挿
入され、前記冷却槽および試料室が全体として外
装体によつて取囲まれ、かつその冷却槽および試
料室の外面と外装体との間が断熱層とされ、前記
試料室の壁面および外装体の壁面には、それぞれ
前記試料に対応する位置に光学窓が形成されてお
り、さらに前記内筒体および試料室内に外部から
熱交換用ガスを導入するように構成された低温試
験用試料冷却装置において、前記冷却槽内の低温
液化ガスに浸漬される位置に、外部から前記熱交
換用ガスが導入されてその導入ガス中の水分や炭
酸ガスなどの不純物を吸着するための不純物吸着
トラツプが配設され、この不純物吸着トラツプを
通過した熱交換ガスを内筒体および試料室内へ導
入するための管路が、前記試料室の壁面の光学窓
に対向する位置まで延びており、その光学窓に熱
交換用ガスを吹付けるように構成されていること
を特徴とするものである。

作 用 この考案の低温試験用試料冷却装置において
は、外部からの熱交換用ガスが、冷却槽内の低温
液化ガスに浸漬される位置に設けた不純物吸着ト
ラツプを通過してから内筒体および試料室内に導
入される。このように不純物吸着トラツプは冷却
槽内の低温液化ガスに浸漬される位置に設けられ
ているから、熱交換用ガスはその不純物吸着トラ
ツプを通過する際に低温に冷却されつつ、水分な
どが除去される。したがつてその部分で冷却によ
り水分などの凝結が生じてもその凝結水分などは
ただちに不純物吸着トラツプにより吸着除去され
るから、熱交換用ガスは充分に低温でしかも水分
などの不純物が充分に除去された状態ではじめて
内筒体および試料室内に導入される。そのため内
筒体および試料室内では、もはや熱交換用ガス中
の水分などの凝結はほとんど生ぜず、したがつて
試料室の光学窓内面や試料表面が曇ることは有効
に防止される。

ここで、場合によつては試料交換時の外気侵入
などによつて内筒体内面に予め水分などが結露に
より付着されていることもあり、この場合不純物
吸着トラツプを通過した熱交換ガスを内筒体の上
部に導入すれば、そのガスが試料室に至るまでの
間に内筒体内面の付着水分などを同伴して試料室
の光学窓を曇らせてしまう可能性があるが、この
考案では、熱交換用ガスを導入する管路を試料室
壁面の光学窓の内面に対向する位置まで延長さ
せ、その光学窓に熱交換用ガスを直接吹付けるよ
うに構成しているから、そのような事態の発生を
防止できる。

実施例 第１図はこの考案の一実施例の低温試験用試料
冷却装置を示す。なお第１図において、第２図に
示される要素と同一の要素については同一の符号
を付し、その説明は省略する。

第１図において、冷却槽２内の低温液化ガス１
に浸漬される位置には、上下に長い不純物吸着ト
ラツプ１６が上方から外装体８の上面を貫通して
ほぼ垂直に挿入されている。この不純物吸着トラ
ツプ１６は、上下面を閉じた中空筒状の吸着剤容
器１７の中心軸位置に、下端を開放した中空管状
のガス供給管１８を上方から同心状に挿入すると
ともに、吸着剤容器１７の上部側面にガス導出口
１９を形成し、かつガス供給管１８の外面と吸着
剤容器１７の内面との間に活性炭等の吸着剤２０
を充填したものである。この不純物吸着トラツプ
１６のガス供給管１８には、外部の図示しないガ
ス源から外部配管２１およびバルブ２２を介して
ヘリウムガス等の熱交換用ガス１５が導かれ、そ
のガスはガス供給管の下端から吸着剤容器１７内
の吸着剤２０中を上昇する際に吸着剤容器１７の
壁面で熱変換されて低温液化ガス１の温度近くま
で冷却されるとともに、その冷却によつて凝結し
た水分やその他の不純物成分は吸着剤２０に吸着
される。したがつて熱交換用ガス１５がガス導出
口１９から出る際には、低温液化ガス１の温度近
くの低温となつておりしかも水分やその他の不純
物が充分に除去された状態となつている。

前記不純物吸着トラツプ１６のガス導出口１９
には、内筒体３の下端の試料室４の光学窓１１の
近くまで熱交換用ガス１５を導くための導入管路
２３が接続されている。この導入管路２３は、内
筒体３の上部において内筒体３内に挿入され、下
方へ延長されてその先端の開口端２３Ａは試料室
４の光学窓１１に向いている。したがつて前述の
ように不純物吸着トラツプ１６において低温に冷
却されかつ充分に水分などが除去された熱交換用
ガス１５は導入管路２３の開口端２３Ａから直接
試料室４の光学窓１１に向けて吹付けられること
になる。そのため試料室４の光学窓１１が凝結水
分などによつて曇ることが有効に防止され、特に
この実施例では、たとえ試料交換時の外気侵入な
どにより内筒体３の内面に結露水などが付着して
いたとしても、その水分などが熱交換用ガスに同
伴されて試料室４の光学窓１１に至ることがな
く、したがつて光学窓１１に対する曇り防止効果
は極めて大きい。

なお第１図の実施例においては、冷却槽２内の
低温液化ガス１の蒸発ガスを外部へ放出させるた
めの放出口１４は、不純物吸着トラツプ１６の上
部の周囲に形成されているが、必ずしも放出口１
４はこのように構成する必要はなく、不純物吸着
トラツプ１６とは別に設けておいても良いことは
勿論である。

なおまた、第１図の実施例では試料５に対する
試料室４および装置外装体８の片面側のみにそれ
ぞれ光学窓１１，１２を設けた構成としたが、光
学試験の種類に応じて試料５に対する両面側にそ
れぞれ光学窓を設けても良いことは勿論であり、
この場合は試料室４の両面側の光学窓にそれぞれ
不純物吸着トラツプ１６を通過した熱交換ガスを
直接吹付けるように構成することが望ましい。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案の低温
試験用試料冷却装置においては、試料室の光学窓
や試料表面が、低温に冷却された熱交換用ガス中
の水分などの凝結によつて曇つてしまう事態の発
生を有効に防止でき、したがつて試料室光学窓や
試料表面の曇りにより試料に対する外部からの入
射光や試料からの反射光、透過光、散乱光等が遮
られて光学試験の測定誤差が増大したり試験が不
可能となつたりすることを有効に防止できる。ま
た光学試験の場合のみならずその他の低温試験の
場合も試料表面の曇り防止によりその試験精度を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の低温試験用試料
冷却装置を示す縦断面図、第２図は従来の低温光
学試験用試料冷却装置の一例を示す縦断面図であ
る。 １……低温液化ガス、２……冷却槽、３……内
筒体、４……試料室、５……試料、６……試料保
持部、７……保持軸、８……外装体、９……断熱
層、１１……光学窓、１５……熱交換用ガス、１
６……不純物吸着トラツプ、２０……吸着剤、２
３……導入管路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 全体として中空筒状をなす内筒体が、低温液化
   ガスを収容する冷却槽の中央部を上下に貫通する
   ように配設され、かつその内筒体の下端には冷却
   槽の下方において試料室が形成され、また前記内
   筒体内には、試料を保持するための試料保持部を
   下端に設けた保持軸が上方から挿入され、前記冷
   却槽および試料室が全体として外装体によつて取
   囲まれ、かつその冷却槽および試料室の外面と外
   装体との間が断熱層とされ、前記試料室の壁面お
   よび外装体の壁面には、それぞれ前記試料に対応
   する位置に光学窓が形成されており、さらに前記
   内筒体および試料室内に外部から熱交換用ガスを
   導入するように構成された低温試験用試料冷却装
   置において、 前記冷却槽内の低温液化ガスに浸漬される位置
   に、外部から前記熱交換用ガスが導入されてその
   導入ガス中の水分、炭酸ガス等の不純物を吸着す
   るための不純物吸着トラツプが配設され、この不
   純物吸着トラツプを通過した熱交換ガスを内筒体
   および試料室内へ導入するための管路が、前記試
   料室の壁面の光学窓に対向する位置まで延びてお
   り、その光学窓に熱交換用ガスを吹付けるように
   構成されていることを特徴とする低温試験用試料
   冷却装置。