JPH10256353A - ヒートアップステージの冷却装置およびその冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートアップステージを自然冷却したのでは
短時間での冷却時間が困難であり、冷却プレートによる
冷却では非接触冷却が難しく、強制液冷プレートによる
冷却では冷媒の漏れ対策のために複雑な装置構成となっ
ていた。 【解決手段】 ヒートアップステージの冷却装置１は、
ウエハを加熱するためのヒートアップステージ２１上に
間隔を置いて設けられている平盤１１と、この平盤１１
に一端側が接続されているもので平盤１１のヒートアッ
プステージ２１側に開口１２ｈを設けた配管１２と、こ
の配管１２の他端側に接続されている真空ポンプ１３と
を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートアップステ
ージの冷却装置およびその冷却方法に関し、詳しくはウ
エハに形成した半導体装置の特性を測定する際に、その
ウエハを加熱するために用いるヒートアップステージの
冷却装置およびその冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハに形成した半導体装置の試験を行
う際に、ウエハを加熱するヒートアップステージは、加
熱後、冷却する必要があった。その冷却方法としては、
ヒートアップステージを自然冷却する方法、放熱フ
ィンを有するプレートをヒートアップステージに接触さ
せて放熱する方法、強制液冷が行えるプレートをヒー
トアップステージに接触させて冷却する方法等が提案さ
れ、実施されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自然
冷却法では、加熱したヒートアップステージを加熱前の
温度まで冷却するのに時間がかかる。放熱フィンを有
するプレートを用いる方法ではプレートとヒートアップ
ステージとが温度平衡状態になった場合にそれ以降の冷
却速度が遅くなる。強制液冷が行えるプレートを用い
る方法では、冷却効果は高いが液冷を行う冷媒を供給す
るための配管が必要になる。また冷媒の漏れが発生した
場合に備えて装置の安全性を確保する安全対策が必要に
なり、装置構成が複雑になる。

【０００４】また、放熱フィンを有するプレートおよび
強制液冷が行えるプレートを用いる冷却方法では、プレ
ートをヒートアップステージに接触させるため、接触さ
せることが望ましくないヒートアップステージには使用
できない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたヒートアップステージの冷却装置
およびその冷却方法である。

【０００６】ヒートアップステージの冷却装置は、ウエ
ハを加熱するためのヒートアップステージ上に間隔を置
いて設けられている平盤と、その平盤に一端側が接続さ
れているものでその平盤のヒートアップステージ側に開
口部を設けた配管と、その配管の他端側に接続されてい
る真空ポンプとからなるものである。

【０００７】ヒートアップステージの冷却装置では、真
空ポンプにより配管を通して平盤とヒートアップステー
ジとの間に形成される空間に存在する気体を吸引する。
それによって、空間は周囲に対して負圧になるため、空
間の側方の雰囲気よりこの空間内に気体が流入する。そ
して流入した気体は平盤に設けた開口部より配管を通し
て真空ポンプによって吸引される。そのため、ヒートア
ップステージ上には空間の側方より開口部に向かう気流
が発生するので、その気流によってヒートアップステー
ジは冷却される。そして冷却速度は、吸引量を制御する
ことによって、またヒートアップステージと平盤との距
離を制御することによって可能になる。

【０００８】ヒートアップステージの冷却方法は、ウエ
ハを加熱するためのヒートアップステージの上方に面を
形成することによって側方が開放された空間を形成し、
この空間の上方より空間内の気体を吸引することによ
り、空間の側方より空間内部に気体を流入させて、ヒー
トアップステージ上に気流を発生させるという方法であ
る。ヒートアップステージの冷却速度の制御は、気体の
吸引量を調節することにより、また空間の容量を調節す
ることにより制御する。

【０００９】ヒートアップステージの冷却方法では、ヒ
ートアップステージの上方に面を形成することによって
側方が開放された空間を形成し、この空間の上方より空
間内の気体を吸引することにより、空間の側方より空間
内部に気体を流入させて、ヒートアップステージ上に気
流を発生させる。そのため、上記気流がヒートアップス
テージに接触するので、ヒートアップステージの熱が気
流に奪われる。その結果、ヒートアップステージは冷却
される。そしてヒートアップステージの冷却速度の制御
は、吸引量を調節することによって、また空間の容量を
調節することによって可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の冷却装置に係わる第１実
施形態の一例を、図１の概略構成図によって説明する。
なお、図１において、平盤１１の一部は断面図にて示
す。

【００１１】図１に示すように、ヒートアップステージ
２１は、例えばウエハに形成した半導体装置（図示省
略）の特性を評価する際に、このウエハを加熱するため
に用いるもので、通常、８０℃〜１４０℃程度に加熱さ
れる。このヒートアップステージ２１上には、所定の間
隔ｄ、例えばｄ＝０．５ｍｍ〜１５ｍｍ程度、好ましく
はｄ＝１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の間隔を置いて平盤１１が
設けられている。この平盤１１は、上記ヒートアップス
テージ２１の径に対して９０％〜１１０％程度の径に形
成されていることが好ましい。なお、ヒートアップステ
ージ２１が円形の場合には上記平盤１１は円形状に形成
され、ヒートアップステージ２１が矩形の場合には上記
平盤１１も矩形状に形成されることが好ましい。

【００１２】上記平盤１１のほぼ中央部には、配管１２
の一端側１２ａが接続されていて、この平盤１１のヒー
トアップステージ２１側にその配管１２の開口部１２ｈ
が設けられている。上記配管１２の他端側１２ｂには真
空ポンプ１３が接続されている。上記のようにヒートア
ップステージ２１を冷却するための冷却装置１は構成さ
れている。また上記配管１２には、平盤１１と真空ポン
プ１３との間に流量調整弁としての絞り弁１４が設けら
れていることが好ましい。なお、上記平盤１１は、配管
１２の一方端の側周に形成したフランジを用いることも
可能である。

【００１３】次に上記冷却装置１の動作を説明する。加
熱したヒートアップステージ２１を冷却するには、上記
冷却装置１の平盤１１をヒートアップステージ２１の上
面より例えば０．５ｍｍ〜１５ｍｍ程度、好ましくは１
ｍｍ〜１０ｍｍ程度の間隔を置いて設置する。そして真
空ポンプ１３を駆動して平盤１１とヒートアップステー
ジ２１との間の空間１５に存在する気体を配管１２を通
して吸引する。それによって、空間１５は周囲に対して
負圧になるため、その空間１５の側方に雰囲気よりこの
空間１５に気体（雰囲気が大気であれば空気）が流入
し、流入した気体は、平盤１１に設けた開口部１２ｈよ
り上記配管１２を通して真空ポンプ１３により吸引され
る。このようにして、ヒートアップステージ２１上で
は、その周辺から中央部に流れる気流（矢印で示す）が
生じる。そのため、上記気流によってヒートアップステ
ージ２１が強制冷却される。

【００１４】また、上記配管１２には絞り弁１４が設け
られていることから、冷却速度を速くしたい場合には、
絞り弁１４をさらに開いて吸引量を多くして、上記空間
を流れる流量を多くすればよい。他方、冷却速度を遅く
したい場合には、絞り弁１４をさらに絞って吸引量を少
なくして、上記空間を流れる流量を少なくすればよい。
また、ヒートアップステージ２１と平盤１１との間隔を
狭めて空間１５を流れる気体の流速を早めることにより
冷却速度を速くすることも可能である。他方、ヒートア
ップステージ２１と平盤１１との間隔を拡げて空間１５
を流れる気体の流速を遅くすることにより冷却速度を遅
くすることも可能である。

【００１５】次に上記冷却装置１を用いて加熱したヒー
トアップステージ２１の冷却状態を調べた。その結果を
図２のヒートアップステージの温度と冷却時間との関係
図によって説明する。図２では、縦軸にヒートアップス
テージの温度を示し、横軸に冷却時間を示す。塗りつぶ
しの丸印によって本発明の冷却装置１を用いた場合のヒ
ートアップステージ２１の冷却状態を示し、塗りつぶし
の四角印によって比較例として自然冷却した場合のヒー
トアップステージ２１の冷却状態を示す。

【００１６】図２に示すように、冷却装置１を用いた場
合には、８０℃のヒートアップステージ２１は１０分間
で３２℃まで冷却された。この時のヒートアップステー
ジ２１は直径が２０．５ｃｍであり、平盤１１もヒート
アップステージ２１と同等の径を有するものを用いた。
また平盤１１とヒートアップステージ２１との間隔を１
ｍｍとし、配線１２（内径≒１８ｍｍ）内での圧力が８
０ｋＰａ程度になるように真空ポンプ１３で吸引を行っ
た。一方、比較例の自然冷却の場合には、８０℃のヒー
トアップステージ１１（直径＝２０．５ｃｍ）が３２℃
程度まで冷却されるのに１００分程度かかった。このよ
うに、本発明に冷却装置１を用いることにより、冷却時
間を大幅に短縮することが可能になる。

【００１７】次に冷却装置に係わる第２実施形態の一例
を、図３の概略構成図によって説明する。この冷却装置
２は、上記冷却装置１の平盤１１に支持部材３１を設け
たものである。したがって、図３では、平盤１１を中心
に示し、真空ポンプの図示は省略した。また前記図１に
よって説明した構成部品と同様のものには同一符号を付
す。

【００１８】図３に示すように、この冷却装置２は、平
盤１１の面に対して昇降自在かつ停止可能な支持部材３
１がこの平盤１１のヒートアップステージ２１側に設け
られているものである。すなわち、上記支持部材３１は
雄ネジからなり、ヒートアップステージ２１側に雄ネジ
の平盤状に形成した頭部を位置させたものである。この
支持部材３１を昇降自在かつ停止可能とするために、上
記平盤１１の例えば側周部には雌ネジ部３２がこの平盤
１１を貫通する状態に形成されていて、この雌ネジ部３
２に上記雄ネジからなる支持部材３１が螺合されてい
る。上記雌ネジ部３２は、例えば上記平盤１１の側周部
の４か所（例えば雌ネジ部３２を結んで形成される四角
形内に上記配管１２の開口部（図示省略）が入る状態の
３か所）に形成され、それぞれの雌ネジ部３２に支持部
材３１が螺合されている。ここでは、４か所に雌ネジ部
３２を設けたが、４か所に限定されることはなく例えば
３か所であってもよい。なお、ヒートアップステージ２
１が金属接触を嫌うものであれば、上記支持部材３１を
例えば樹脂（例えばフッ素樹脂等）で形成すればよい。

【００１９】上記図３に示した構成の平盤１１を用いた
冷却装置２では、平盤１１とヒートアップステージ２１
との間隔は、上記支持部材３１を回動させて、平盤１１
のヒートアップステージ２１側の面より上記支持部材３
１が突出する長さを調節することにより決定される。す
なわち、平盤１１の雌ネジ部３２に螺合する支持部材３
１の先端がヒートアップステージ２１の上面２１Ｓに接
触することにより平盤１１とヒートアップステージ２１
との間隔が決定される。また、雌ネジ部３２を結んで形
成される四角形内に上記配管１２の開口部１２ｈが入る
状態の４か所に、この雌ネジ部３２が形成されると、ヒ
ートアップステージ２１の上面に対して平盤１１が安定
的に支持部材３１によって支持されるために平盤１１と
ヒートアップステージ２１との間隔の調節が容易にな
る。

【００２０】なお、ヒートアップステージ２１に支持部
材３１を接触させたくない場合には、ヒートアップステ
ージ２１よりも大きな形を有する平盤１１を用い、ヒー
トアップステージ２１の側方の台座（図示省略）面に支
持部材３１を接触させて、平盤１１とヒートアップステ
ージ２１との間隔を取ればよい。

【００２１】次に冷却装置に係わる第３実施形態の一例
を、図４の概略構成図によって説明する。この冷却装置
３は、上記冷却装置１の平盤１１をスタンド４１によっ
て昇降自在に支持したものである。したがって、図４で
は、平盤１１を中心に示し、真空ポンプの図示は省略し
た。また前記図１によって説明した構成部品と同様のも
のには同一符号を付す。

【００２２】図４に示すように、冷却装置３は、ヒート
アップステージ２１上で平盤１１を昇降自在にするとと
もに、平盤１１とヒートアップステージ２１との距離を
所定距離に保つスタンド４１が備えられているものであ
る。上記スタンド４１は、例えばヒートアップステージ
２１が設置されている台座５１に固定されている支柱４
２と、この支柱４２にそって昇降自在な平盤保持具４３
と、平盤保持具４３を支柱４２に固定する固定具４４と
からなる。例えば、支柱４２にラック（図示省略）が形
成され、平盤保持具４３にピニオン（図示省略）が形成
されていて、ラックにピニオンをかみ合わせることによ
って平盤保持具４３は支柱４２にそって昇降自在な構成
となっている。しかも上記平盤保持具４３は、平盤１１
の下面（ヒートアップステージ２１に対向する面１１
Ｓ）をヒートアップステージ２１の上面２１Ｓに対して
平行状態を保つようになっている。また、例えば平盤保
持具４３の一部分は上記支柱４２を挟むように形成され
ており、その部分に上記固定具４４が設けられている。
その固定具４４は、例えば平盤保持具４３の上記支柱４
２を挟む部分によって支柱４２を締めつけるようなネジ
により構成されている。したがって、平盤保持具４３の
上記支柱４２を挟む部分には固定具４４が螺合する雌ネ
ジ部（図示省略）が形成されている。

【００２３】なお、上記平盤保持具４３は上記支柱４２
にそって昇降自在な構成であればどのような構成であっ
てもよく、例えば、その昇降手段としてボールネジを利
用したもの、リニアモータを利用したもの、支柱４２に
レールを設け、そのレールにそって摺動可能な摺動部を
平盤保持具４３に設けたもの等であってもよい。また上
記固定具４４は上記平盤保持具４３を支柱４２に固定す
るものであればどのような形態のものであってもよい。

【００２４】上記冷却装置３の動作を以下に説明する。
平盤１１とヒートアップステージ２１との間隔を調節す
るには、平盤１１を保持する平盤保持具４３を支柱４２
にそって昇降させ、平盤１１とヒートアップステージ２
１との間隔が所望の間隔になったところで固定具４４に
よって平盤保持具４３を支柱４２に固定する。その状態
で、真空ポンプ（図示省略）によって平盤１１とヒート
アップステージ２１との間の空間内の気体を吸引して、
ヒートアップステージ２１を冷却する。

【００２５】上記冷却装置３では、平盤１１を保持する
とともに平盤１１とヒートアップステージ２１との間隔
を調節するスタンド４１を設けたことにより、平盤１１
をヒートアップステージ２１上に非接触で所定間隔を保
つ状態に設置することが可能になる。

【００２６】次に本発明の冷却方法に係わる一実施形態
を、図５によって説明する。図５では、前記図１によっ
て説明した構成部品と同様のものには同一符号を付す。

【００２７】図５に示すように、ウエハを加熱するため
のヒートアップステージ２１の上方に面１１Ｓを形成す
ることによってこのヒートアップステージ２１と面１１
Ｓとの間に空間１５を形成する。したがって、この空間
１５の側方は開放された状態となる。そして上記空間１
５の上方よりこの空間１５内の気体を吸引することによ
り、この空間１５の側方より空間内部に気体を流入させ
て、ヒートアップステージ２１上に気流（矢印で示す）
を発生させることにより、ヒートアップステージ２１を
冷却する。

【００２８】具体的には、ヒートアップステージ２１の
上方に平盤１１を設置して、その平盤１１の下面により
ヒートアップステージ２１の上方に面１１Ｓを形成す
る。それによって、ヒートアップステージ２１と平盤１
１との間に側方が開放された空間１５を形成する。そし
て平盤１１のヒートアップステージ２１側に開口部１２
ｈを設けた状態でこの平盤１１に配管１２を接続して、
空間１５の内部の気体を配管１２を通して吸引すること
により、空間１５の側方よりこの空間１５の内部に気体
を流入させて、ヒートアップステージ２１上に気流（矢
印で示す）を発生させる。その気流によってヒートアッ
プステージ２１を冷却する。

【００２９】そして、上記ヒートアップステージ２１の
冷却速度は、気体の吸引量を調節することにより制御す
ることが可能である。具体的には、上記配管１２に流量
調整弁として例えば絞り弁（図示省略）を設けることに
より、その絞り弁によって気体の吸引量を調節してヒー
トアップステージ２１の冷却速度を制御する。

【００３０】または、空間１５の容量を調節することに
より、空間１５の側方より空間１５の内部に流入する気
体の流速を制御する。それによって、ヒートアップステ
ージ２１の冷却速度を制御することも可能である。具体
的には、平盤１１とヒートアップステージ２１との間隔
ｄを制御することにより空間１５の容量の調節を行う。
上記間隔ｄを狭めれば気体の流速が高まり冷却速度が向
上する。逆に上記間隔ｄを拡げれば気体の流速が遅くな
り冷却速度が低下する。

【００３１】上記ヒートアップステージの冷却方法で
は、ヒートアップステージ２１の上方に面１１Ｓを形成
することによって側方が開放された空間１５を形成し、
この空間１５の上方より空間１５内の気体を吸引するこ
とにより、空間１５の側方より空間１５の内部に気体を
流入させて、ヒートアップステージ２１上に気流を発生
させる。そのため、その気流がヒートアップステージ２
１に接触することにより、ヒートアップステージ２１の
熱が気流に奪われ、その結果、ヒートアップステージ２
１が冷却される。また空間１５内の気体の吸引量を多く
する、平盤１１とヒートアップステージ２１との間隔を
狭める等により冷却速度を高めて、高い冷却効果を得る
ことが可能である。

【００３２】そして、上記のような簡単な構成でヒート
アップステージ２１の冷却が可能となるため、設備費用
がかからない。しかも非接触でかつ真空排気を利用でき
ることにより、ヒートアップステージ２１への影響、例
えばダストの巻き上げ等が少ない。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明のヒートア
ップステージの冷却装置および冷却方法によれば、冷却
時間の短縮が図れ、冷却にともなう時間損失を削減でき
るのでスループットの向上が図れる。真空排気によって
冷却することが可能であるので、ヒートアップステージ
に直接気体を吹きつける方法と比較して、ダストの巻き
上げが少ない。そのため、ダストによる汚染を防止する
とが可能になる。また、非接触でのヒートアップステー
ジを冷却することが可能であるため、ヒートアップステ
ージ上の汚染を低減することができる。その結果、歩留
りの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却装置の第１実施形態に係わる概略
構成図である。

【図２】ヒートアップステージの温度と冷却時間との関
係図である。

【図３】冷却装置の第２実施形態に係わる概略構成図で
ある。

【図４】冷却装置の第３実施形態に係わる概略構成図で
ある。

【図５】本発明の冷却方法の実施形態に係わる説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 冷却装置 １１ 平盤 １２ 配管 １２ｈ
開口部 １３ 真空ポンプ ２１ ヒートアップステージ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハを加熱するためのヒートアップス
   テージ上に間隔を置いて設けられている平盤と、 前記平盤に一端側が接続されているもので該平盤のヒー
   トアップステージ側に開口部を設けた配管と、 前記配管の他端側に接続されている真空ポンプとを備え
   たことを特徴とするヒートアップステージの冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のヒートアップステージの
   冷却装置において、 前記平盤面に対して昇降自在かつ停止可能な支持部材が
   該平盤の前記ヒートアップステージ側に設けられている
   ことを特徴とするヒートアップステージの冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のヒートアップステージの
   冷却装置において、 前記支持部材は雄ネジからなり、 前記雄ネジが螺合される雌ネジ部が前記平盤に形成され
   ていることを特徴とするヒートアップステージの冷却装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のヒートアップステージの
   冷却装置において、 前記ヒートアップステージ上で前記平盤を昇降自在とす
   るとともに、前記平盤と前記ヒートアップステージとの
   距離を所定距離に保つスタンドが備えられていることを
   特徴とするヒートアップステージの冷却装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のヒートアップステージの
   冷却装置において、 前記配管に流量調整弁が設けられていることを特徴とす
   るヒートアップステージの冷却装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載のヒートアップステージの
   冷却装置において、 前記配管に流量調整弁が設けられていることを特徴とす
   るヒートアップステージの冷却装置。
7. 【請求項７】 請求項３記載のヒートアップステージの
   冷却装置において、 前記配管に流量調整弁が設けられていることを特徴とす
   るヒートアップステージの冷却装置。
8. 【請求項８】 請求項４記載のヒートアップステージの
   冷却装置において、 前記配管に流量調整弁が設けられていることを特徴とす
   るヒートアップステージの冷却装置。
9. 【請求項９】 ウエハを加熱するためのヒートアップス
   テージの上方に面を形成することによって側方が開放さ
   れた空間を形成し、 前記空間の上方より該空間内の気体を吸引することによ
   り、該空間の側方より該空間内部に気体を流入させて、
   前記ヒートアップステージ上に気流を発生させることを
   特徴とするヒートアップステージの冷却方法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のヒートアップステージ
    の冷却方法において、 前記気体の吸引量を調節することにより前記ヒートアッ
    プステージの冷却速度を制御することを特徴とするヒー
    トアップステージの冷却方法。
11. 【請求項１１】 請求項９記載のヒートアップステージ
    の冷却方法において、 前記ヒートアップステージの上方に平盤を設置して該ヒ
    ートアップステージの上方に面を形成することによっ
    て、該ヒートアップステージと該平盤との間に側方が開
    放された空間を形成し、 前記平盤のヒートアップステージ側に開口部を設けた状
    態で該平盤に配管を接続して、前記空間内の気体を前記
    配管を通して吸引することにより、該空間の側方より該
    空間内部に気体を流入させて、前記ヒートアップステー
    ジ上に気流を発生させることを特徴とするヒートアップ
    ステージの冷却方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のヒートアップステー
    ジの冷却方法において、 前記気体の吸引量を調節することにより前記ヒートアッ
    プステージの冷却速度を制御することを特徴とするヒー
    トアップステージの冷却方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載のヒートアップステー
    ジの冷却方法において、 前記配管に設けた流量調整弁により前記気体の吸引量を
    調節して前記ヒートアップステージの冷却速度を制御す
    ることを特徴とするヒートアップステージの冷却方法。
14. 【請求項１４】 請求項９記載のヒートアップステージ
    の冷却方法において、 前記空間の容量を調節することにより前記ヒートアップ
    ステージの冷却速度を制御することを特徴とするヒート
    アップステージの冷却方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のヒートアップステー
    ジの冷却方法において、 前記空間は前記ヒートアップステージと該ヒートアップ
    ステージの上方に設けた平盤との間に形成され、 前記空間の容量の調節は前記ヒートアップステージと前
    記平盤との距離を調節することにより行うことを特徴と
    するヒートアップステージの冷却方法。