JPH04137547A

JPH04137547A - 連続式ウエハ冷却装置

Info

Publication number: JPH04137547A
Application number: JP26005490A
Authority: JP
Inventors: Hideari Horinouchi; 秀有堀之内; Tsutomu Ueno; 勉上野
Original assignee: Nagase and Co Ltd; Nagase Sangyo KK
Current assignee: Nagase and Co Ltd; Nagase Sangyo KK
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1992-05-12
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0671037B2

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】［産業上の利用分野］本発明は半導体素子の極低温における諸特性の測定をウ
ェハ状態でかつ連続して行なうことができる連続式ウェ
ハ冷却装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］近年、
コンピュータの高速化等の要求から、低温で動作する半
導体材料・素子の開発が盛んであり、そのためには、素
子の低温試験を行なうことが必要である。

しかるに、従来はウェハ状に形成された個々のチップを
切り出し、各チップ毎にテストリードを付は保護手段を
施した後に冷却し、電気的特性テストを行なう方法が採
られていた。しかしながら、かかる方法では、素子の切
り出し等に多くの手間がかかり、多大な労力及び時間を
費やさなければならなかった。

このような事情に鑑み、最近、プローブを備え、ウェハ
状態で低温における素子の諸特性を測定することができ
る装置が開発されている。

しかし、このような装置であっても、素子の取り替えを
行なう毎に冷却・昇温工程を繰り返し行なわなければな
らず、連続して多種類の素子の特性測定を行なう場合に
は、多大な時間を要するという欠点があった。

また、冷凍機本体の振動によりウェハ載置台も微振動す
る場合があり、安定した測定ができない場合もあった。

本発明は上記した課題を解消するためになされたもので
あり、半導体素子の評価及び試験をウェハ状態で連続し
てかつ安定して行なうことができる連続式ウェハ冷却装
置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明の連続式ウェハ冷却装
置は、試験すべき半導体ウェハの載置台を内蔵し、プロ
ーバにより該半導体ウェハの電気的特性を測定する連続
式ウェハ冷却装置において、半導体ウェハ出入れ口を有
する予備室と、該出入れ口から挿入された半導体ウェハ
を保持し、該半導体ウェハを所定位置まで搬送可能なア
ームを有するアクチュエータと、半導体ウェハ載置台を
有するとと共に、該予備室とゲートパルプを介１、アｌ
！Ｉ１．ｆＥト乙＋ｔ＝、ｆｌｌ−−テ１１＋７７１’
２ミで、ルー’ｊＶ！Ｉ’；ミｒｇｒｊｓ４７冷却ヘッ
ドが臨んで配設される冷凍機と、該冷凍機の冷却ヘッド
と半導体ウェハ載置台とを接続する伝熱体と、前記予備
室と測定室を真空とすることができる真空装置と、を有
し、測定室を常時真空に維持することにより、半導体ウ
ェハの低温試験を連続して行ない得るように設けたこと
を特徴とする。

［実施例１以下、図面に示した本発明の一実施例に基づきさらに詳
細に説明する。

図において、■は本実施例の冷却装置を示し、予備室２
、測定室４、冷凍機７等を有して構成される。

予備室２は、半導体ウェハの出入れ口が形成されている
と共に、半導体ウェハ搬送用のアームが該予備室２内を
移動可能に配設され、かつ密閉空Ｍ８−竪成ｊ、得るよ
う↓こ構成されていれば特に限定されるものではない。

本実施例では、第３図（ａ）〜（ｄ）に示すように、二
つの筒状体を用い、一方の筒状体２０の周壁部に他方の
筒状体２１を溶接等により気密に連結して略丁字形に形
成した。この場合、一体成形により丁字形の予備室２と
してもよいことはもちろんである。

一方の筒状体２０の一端開口部は半導体ウェハ出入れ口
として機能し、この出入れ口に対し蓋体２２が第１図の
点線で示したようにエアシリンダ（図示せず）等により
上下に摺動可能に、あるいは螺子等により取り外し可能
に取付けられ、該出入れ口を開閉する。なお、筒状体２
０の他端開口部は円板２３により閉塞されている。２４
は該−方の筒状体２０の周壁部に、他方の筒状体２１に
対向させて開口した開口部２０ａに突設したアクチュエ
ータ連結部である。２５は内部状態確認用の観察窓であ
り、該一方の筒状体２０の周壁土部付近に設けられてい
る。また周壁下部付近には任意の不動部に固定するため
の取付は突片２６が設けられている。

他方の筒状体２１の後端開口部にはその周部にフランジ
２１ａが設けられており、後述するゲートバルブ５に連
結可能に形成されている。

アクチュエータ３は、第１図に示すように、シリンダ３
１、ロッド３２及び該ロッド３２の先端部に取付けられ
た半導体ウェハ保持用アーム３３を有し、該ロッド３２
に組み込まれた磁石を利用して該ロッド３２を摺動させ
る構造のものである。そして、ロッド３２及びアーム３
３を筒状体２０の周壁に設けた開口部２０ａに挿通して
該筒状体２０内に臨ませ、シリンダ３１の先端部を上記
連結部２４に気密に接続することにより本装置１の所定
位置に配設されるものである。

測定室４は、第１図及び第２図に示すように、例えば略
箱状に形成されて上記予備室２に隣接して配設される。

また、該予備室２の第２の筒状体２１の後端開口部と対
面する位置には、同径の筒状ボート４１が突設形成され
、その周部にはフランジ４１ａが設けられている。なお
、この測定室４は、後述する冷凍機７等が配設される機
械室８に対して隔壁６により仕切られている。

ゲートバルブ５は、第４図に示すように、２つのフラン
ジ５１．５１と、該フランジ５１．５１間の中空部５１
ａを仕切る仕切り板５２と、該仕切り板５２を作動させ
る駆動部Ｓ３とを有して構成される。そして、上記予備
室２の他方の筒状体２１のフランジ２１ａと測定室４の
筒状ボート４１のフランジ４１ａとの間に固定配設され
ている。

冷凍機７は、冷却ヘッド７ａと圧縮機（図示せず）とか
ら構成され、３０〜３００に程度の温度範囲で動作する
能力を有する極低温冷凍機であれば特に限定されるもの
ではない。

この冷凍機７は、上記測定室４とその下方に設けた機械
室８とを仕切る隔壁６に形成された取付は孔（図示せず
）に、冷却ヘッド７ａを該取付は孔から測定室４内部に
臨ませて固定配設されている。

測定室４内において冷却ヘッド７ａの上方には、半導体
ウェハを載置するための半導体ウェハ載置台ｌＯが配設
されている。この載置台１０は第５図に示すように、そ
れぞれ銅板より形成される、基台１０１、該基台１０１
上部に載置された断面略コ字状の下プレート１ｏ２及び
略中央部に所定径の窓部１０３ａが開設された上プレー
ト１０３とを有してなる。

基台１０１は、任意の不動部、例えば機械室８内に突設
した固定シャフト１７の固定部１７ａに連結された４本
の固定ロッド１０４により支持されている。なお、第１
図において、符号１１は冷凍機７の周囲に装填されると
共に、一端部が冷凍機７のフランジ７ｂに固着されてい
るベローズであり、このベローズ１１の他端部を固定シ
ャフト１７の固定部１７ａと連結することにより、冷凍
機７の振動を吸収し得るように構成されている。

１０５は可動ロッドであり、モータ１７ｃによって駆動
せしめられる駆動ロッド１７ｄに連結されている。そし
て、この可動ロッド１０５は、上プレーｔ−１−０３と
連結され、該上プレート１０３を上下動可能に支持して
いる。なお、モータ１７ｃは、固定シャフト１７の一端
部に連結した底板部材１７ｂ上に配設されている。

１２は該可動ロッド１０５に周設されたベローズであり
、一端部が該可動ロッド１０５に突設したフランジ１０
５ａに、他端部が上記固定シャフト１７の固定部１７ａ
に固着されて配設され、上記ベローズ１１と同様、冷凍
機７の振動吸収を行なう。

また、第５図に示したように、上プレート１０３の両測
部付近には下方に突設されたクランプ部１０３ａが設け
られており５下プレート１０２には、該クランプ１０３
ａに対応する位置に該クランプ受部１０２ａが形成され
ている。

１０２ｂは該下プレート１０２上面に固着された絶縁用
板部材であり、半導体ウェハ載置部として機能する。

１０７は銅編み線であり、伝熱体としての機能を果たす
。この銅編み線１０７はウェハ載置台ｌＯ全体を均一に
冷却するために、冷却ヘッド７ａと下プレート１０２、
下プレート１０２と上プレート１０３の各部材のそれぞ
れに各端部が固着されて複数本配設されている。この銅
編み線１０７は、また、上記ベローズ１１．１２と共に
冷凍機７の振動吸収を行なうという機能も果たす。

第１図及び第２図において模式的に示した符号１３は、
４本の固定ロッド１０４のうち測定室４内に臨んでいる
部分の周囲に掛け渡し巻回した表面に金属薄膜層が形成
されてなるシート状シールド部材であり、冷却効率を上
げるために配設される。このシート状シールド部材１３
としては、例えばデエボン社製のカプトン（商標名）等
のアルミ蒸着シートを用いることができる。なお、巻回
する際には、載置台ｌＯの半導体ウェハが挿入される部
分及びプローバ針が挿入される上プレート１０３の窓部
１０３ａが開口するように巻回することはもちろんであ
る。

測定室４には、上記した冷却へ・ンド７ａ及び載置台ｌ
Ｏの他、プローバ（図示せず）力≦配設されている。こ
のプローバは従来公知のものでよく、例えば、可動アー
ムによりＸ−Ｙ−Ｚ方向４こ移動可能なステージと、該
ステージに取付けられたプローブ針とを有して構成され
るものを用５ｓることかできる。すなわち、測定の際に
は待機位置力）ら×またはＹ方向に移動して、ウェハ載
置台ｌＯの直上位置、すなわち、上記した上プレート１
０３の窓部１０３ａの上方に至った後゛、Ｚ方向すなわ
ち上下方向に移動してプローブ針が該窓部１０３ａから
挿入せしめられ、半導体ウエノ＼と接触し、その電気的
特性を測定する構成のものである。

機械室８には、冷凍機７の他に２つの真空装置が配設さ
れている。一方はロータリーポンプ１４であり、図示し
ない配管により予備室２と測定室４のそれぞれに連通さ
れ、各室２．４を大気圧から所定の真空度にするために
配設される。

他方はターボポンプ１５であり、ロータリーポンプ１４
により所定の真空度となった測定室４内を測定に適した
さらに高い真空度とするために配設される。このターボ
ポンプ１５は、配管部１５ａの中途にゲートバルブ１６
が配設されており、該ゲートバルブ１６を開閉すること
により、測定室４内を真空引きできるものである。なお
、このターボポンプ１５は配管部１５ａ先端に突設した
フランジ（図示せず）が、隔壁６に形成した取付は孔（
図示せず）に固定せしめられて配設されている。

本実施例の連続式ウェハ冷却装置ｌは次のように使用さ
れる。

まず、蓋体２２を第１図に示すように上方に摺動させて
開放し、ウェハ出入れ口から試験すべき半導体ウェハＡ
をアクチュエータ３のアーム３３上にセットする。次に
、蓋体２２を閉め、ロータリーポンプ１４を作動させ、
予備室２及び測定室４内を所定の真空度にする。そして
、アクチュエータ３を作動させ、ロッド３２を伸張させ
てアーム３３を載置台ｌＯの下プレート１０２上方まで
移動させる。このとき、予めゲートバルブ５は開状態に
してお（。

載置台ｌＯの下プレート１０２上方までアーム３３を移
動させた後、可動ロッド１０５を駆動して上プレート１
０３のクランプ部１０３ａにより該アーム３３上から半
導体ウェハＡをす（い上げるように持ち上げる。そして
、アーム３３を載置台ｌＯの下プレート１０２上方から
予備室２側に後退移動させ、ウェハ出入れ口付近の原位
置に待機させる。一方、上プレート１０３は半導体ウェ
ハＡをすくい上げた後下降し、該半導体ウェハＡを下プ
レート１０２の絶縁用板部材１０２ｂ上に載置する。

しかる後、ゲートバルブ５を閉成方向に作動し、予備室
２と測定室３とを仕切り板５２により仕切る。そして、
ターボポンプＩ５を作動させて、測定室４内を測定に適
した高い真空状態にする。なお、冷凍機７は上記した動
作を行なう前にあらかじめ作動させてお（。

測定室４内が所定の温度に達した後、プローバのステー
ジを例えばＹ方向に移動させ、プローブ針が半導体ウェ
ハＡの直上位置となるようにする。次に、該ステージを
Ｚ方向に移動させ、プローブ針を上プレート１０３の窓
部１０３ａから挿入して半導体ウェハＡに当接し、該半
導体ウェハＡの電気的特性を測定する。

このとき、本実施例においては載置台ｌＯを支持する固
定ロッド１０４及び可動ロッド１０５がベローズ１１．
１２を介して配設されているため、冷凍機７の振動を緩
和することができ、正確な測定が行なわれる。また、銅
編み線１０７により冷却ヘッド７と載置台１０の所定個
所とが連結されているため、半導体ウェハＡ全体を均一
に冷凍することができると共に、該銅編み線１０７によ
っても振動吸収が行なわれる。さらに、シート状シール
ド部材１３が配設されているため、従来と比較して冷却
時間を短縮することができる。

測定後は、ゲートバルブ５の仕切り板５２を開方向に移
動させると共に、上記アクチュエータ３を作動させアー
ム３３を載置台１０まで再び前進移動させる。そして、
上プレート１０３のクランプ部１０３ａによって持ち上
げられている半導体ウェハＡを該アーム３３上に載せ、
ロッド３２を後退させて該アーム３３を原位置まで復帰
させる。と同時に、ゲートバルブ５を閉成動作する。

アーム３３が原位置に復帰した後、蓋体２２を開け、測
定済の半導体ウェハＡを取り出し、次の試験すべき半導
体ウェハＡをアーム３３上に載せて、上記した動作を繰
り返す。

測定室４と予備室２とはゲートバルブ５により仕切られ
ているので、半導体ウェハＡの交換により、予備室２内
が大気圧になっても、測定室４内は、常時、真空状態に
維持されており、載置台ｌＯも低温状態に維持されてい
る。

［発明の効果］本発明の連続式ウェハ冷却装置によれば、測定室内を常
に真空状態に、また、載置台を低温状態に維持しておく
ことができる構造であるため、従来のように、冷却・昇
温工程を繰り返す必要がなく、連続測定する際の測定時
間を従来と比較して著しく短縮することができる。

また、測定室内における半導体ウェハ載置台を、ベロー
ズを介して支持すると共に、冷凍機に対して銅編み線に
より連結したため、効率のよい冷却を行なうことができ
る。また、冷凍機の振動を吸収することができるため、
半導体ウェハの電気的特性を正確に測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の連続式ウェハ冷却装置の一実施例を模
式的に示した縦断面図である。第２図は第１図■−■線
矢視図である。第３図は予備室の構造を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図、（
ｄ）は正面図、である。第４図はゲートバルブを示す斜
視図である。第５図は半導体ウェハ載置台及び冷却ヘッドの配設関係
を示す斜視図である。１・−・・・・連続式ウェハ冷却装置２・・・・・・予備室３・・・・・・アクチュエータ４・・・・・・測定室５．１６−・・・・・ゲートバルブ６・・・・・・隔壁７・・・・・・冷凍機８　＝−−−−機械室ｌＯ・・・・・・半導体ウニ八載置台Ｌｌ、１２・・・・・・ベローズ１３・・・・・・シート状シールド部材１４・・・・・
・ロータリーポンプ１５・・・・・・ターボポンプ１７・・・・・・固定シャフト

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試験すべき半導体ウェハの載置台を内蔵し、プロ
ーバにより該半導体ウェハの電気的特性を測定する連続
式ウェハ冷却装置において、半導体ウェハ出入れ口を有する予備室と、該出入れ口から挿入された半導体ウェハを保持し、該半
導体ウェハを所定位置まで搬送可能なアームを有するア
クチュエータと、半導体ウェハ載置台を有するとと共に
、該予備室とゲートバルブを介して隣接して設けられた
測定室と、該測定室内に冷却ヘッドが臨んで配設される
冷凍機と、該冷凍機の冷却ヘッドと半導体ウェハ載置台
とを接続する伝熱体と、前記予備室と測定室を真空とすることができる真空
装置と、を有し、測定室を常時真空に維持することによ
り、半導体ウェハの低温試験を連続して行ない得るよう
に設けたことを特徴とする連続式ウェハ冷却装置。
（２）前記半導体ウェハ載置台が、任意の不動部に対し
ベローズを介して連結された固定ロッドに支持されると
共に冷却ヘッド上方に配設される基台と、半導体ウェハ
載置部を有すると共に該基台上に配設される下プレート
と、クランプ部を有すると共に、任意の不動部に対しベ
ローズを介して上下動可能に連結配設された可動ロッド
に支持され、搬送されてきた半導体ウェハをクランプ部
によりアーム上から前記下プレートの載置部に載置可能
な上プレートと、を有して構成される請求項１記載の連
続式ウェハ冷却装置。
（３）表面に金属薄膜層が形成されてなるシート状シー
ルド部材を、少なくとも前記固定ロッド間に掛け渡し巻
回することにより、前記冷却ヘッドを取り囲むように配
設してなる請求項２記載の連続式ウェハ冷却装置。