TW201308465A - 載置裝置 - Google Patents

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TW201308465A TW101106136A TW101106136A TW201308465A TW 201308465 A TW201308465 A TW 201308465A TW 101106136 A TW101106136 A TW 101106136A TW 101106136 A TW101106136 A TW 101106136A TW 201308465 A TW201308465 A TW 201308465A
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Abstract

本發明提供一種載置裝置，可實現用以冷卻載置體上所載置的被處理體之冷卻機構的省空間化及低成本化。本發明之載置裝置係具備有為了進行晶圓的電氣特性檢測而載置晶圓之晶圓夾具，與透過晶圓夾具來冷卻晶圓之冷卻機構；冷卻機構係具備有設置在晶圓夾具的下面之熱交換器，與具有從熱交換器的熱媒介來吸熱的吸熱部之冷卻裝置；冷卻裝置係透過吸熱部而固定在熱交換器。

Description

載置裝置
本發明關於一種具備有在低溫下處理半導體晶圓等被處理體時，能夠將被處理體冷卻至特定溫度的冷卻機構之載置裝置，更詳細而言，係關於一種可簡化冷卻機構來謀求低成本化之載置裝置。
習知的載置裝置在半導體製造領域中被使用於各種處理裝置。以下，將舉進行半導體晶圓的電氣特性檢測之檢測裝置所使用的載置裝置為例來加以說明。
習知的檢測裝置E例如圖4所示，係具備有搬送半導體晶圓W之裝載室L、對從裝載室L搬送而來的半導體晶圓W進行電氣特性檢測之探針室P、以及控制裝置(未圖示)，而構成為在控制裝置的控制下，將半導體晶圓W從裝載室L搬送至探針室P，並於探針室P內進行半導體晶圓W的電氣特性檢測後，再將半導體晶圓W返回原處。
探針室P如圖4所示，係具備有載置半導體晶圓W且可調節溫度的晶圓夾具1、使晶圓夾具1往X、Y方向移動之XY台座2、配置在透過該XY台座2而移動之晶圓夾具1的上方之探針卡3、以及使探針卡3的複數探針3A與晶圓夾具1上之半導體晶圓W的複數電極焊墊正確地對位之對位機構4。
又，如圖4所示，探針室P的頭板(head plate)5係可旋轉地配設有測試器的測試頭T，測試頭T與探針卡3係透過效能板(performance-board)(未圖示)而電連接。然後，在例如低溫區域至高溫區域之間將晶圓夾具1上的半導體晶圓W設定為半導體晶圓W的檢測溫度，並透過測試頭T將來自測試器的訊號傳送至探針3A，而進行半導體晶圓W的電氣特性檢測。
進行半導體晶圓W的低溫檢測時，一般來說係如圖5所示般地藉由連結至晶圓夾具1之冷卻裝置6來冷卻冷卻液，並透過晶圓夾具1內的冷媒通道來使該冷卻液循環，而將半導體晶圓W冷卻至例如-數10℃的低溫區域。冷卻裝置6有一種例如本案申請人在專利文獻1中所提出的冷卻加熱裝置。該冷卻加熱裝置6例如圖5所示，係具備有供冷卻液儲存之冷卻液槽61、在晶圓夾具1與冷卻液槽61之間冷卻液會透過第1幫浦62A而循環之第1冷卻液循環路徑62、冷卻液槽61的冷卻液會透過第2幫浦63A而循環之第2冷卻液循環路徑63、用以檢測冷卻液槽61內的冷卻液溫度之溫度感測器61A、依據溫度感測器61A的檢測值而作動之溫度調節器64、依據來自溫度調節器64的訊號而作動之熱機關驅動用逆變器(以下簡稱為「逆變器」)65、以及依據來自逆變器65的訊號而驅動之史特林熱機關66(參照圖2)，而構成為藉由史特林熱機關66來加熱或冷卻通過第2冷卻液循環路徑63之冷卻液。
使用冷卻加熱裝置6來冷卻冷卻液時，冷卻液槽61內的冷卻液會因第1幫浦62A的作用而在第1冷卻液循環路徑62與晶圓夾具1之間循環來冷卻晶圓夾具1。在此期間，回到冷卻液槽61的冷卻液溫度會上升。溫度感測器61A會檢測冷卻液槽61內的冷卻液溫度，並將檢測訊號傳送至溫度調節器64。溫度調節器64中會比較預先設定的設定溫度與檢測溫度，並根據其溫度差來驅動逆變器65。逆變器65會根據來自溫度調節器64的指令訊號而以特定頻率驅動史特林熱機關66。史特林熱機關66會使因第2幫浦63A的作用而在第2冷卻液循環路徑63循環之冷卻液在熱交換器67中冷卻。如此地，圖5所示冷卻加熱裝置6由於未使用閥類而可簡化配管構造，故具有故障較少且可減少消耗電力等優點。
專利文獻1：日本特開2006-060361
然而，若載置裝置使用了圖5所示晶圓夾具1的冷卻加熱裝置6之情況，便必須要有冷卻液槽61、第1，第2冷卻液循環路徑62,63、第1，第2幫浦62A,63A及史特林熱機關66等的設置空間，而使得作為載置裝置所使用的冷卻裝置有省空間化之問題。
本發明為了解決上述課題，其目的在於提供一種能夠實現用以冷卻載置體上所載置的半導體晶圓等被處理體之冷卻機構的省空間化及低成本化之載置裝置。
本發明之申請專利範圍第1項的載置裝置係具備有為了對被處理體施予特定處理而載置該被處理體之載置體，與透過該載置體來冷卻該被處理體之冷卻機構；其中該冷卻機構係具備有設置在該載置體的下面之熱交換器，與具有從該熱交換器的熱媒介來吸熱的吸熱部之冷卻裝置；該冷卻裝置係透過該吸熱部而固定在該熱交換器。
又，本發明之申請專利範圍第2項的載置裝置係如申請專利範圍第1項之發明，其中該冷卻裝置係構成為史特林冷凍機(Stirling cooler)。
又，本發明之申請專利範圍第3項的載置裝置係如申請專利範圍第1或2項之發明，其中該熱媒介係由金屬所形成。
又，本發明之申請專利範圍第4項的載置裝置係如申請專利範圍第1至3項中任一項之發明，其具備有以外周緣部來支撐該載置體之支撐體，與使該支撐體在複數部位處升降之升降機構。
又，本發明之申請專利範圍第5項的載置裝置係如申請專利範圍第4項之發明，其中該升降機構係構成為壓缸機構。
又，本發明之申請專利範圍第6項的載置裝置係如申請專利範圍第1至5項中任一項之發明，其中被處理體係進行電氣特性檢測之被檢測體。
依據本發明，便可提供一種能夠實現用以冷卻載置體上所載置的被處理體之冷卻機構的省空間化及低成本化之載置裝置。
以下，根據圖1~圖3所示實施型態來加以說明本發明。
本實施型態之載置裝置10例如圖1所示，係具備有載置半導體晶圓W之載置體(晶圓夾具)11、透過該晶圓夾具11來冷卻半導體晶圓W之冷卻機構12、以外周緣支撐晶圓夾具11之支撐體13、以及在基台14上可升降地支撐支撐體13之升降機構15，而構成為可適用於例如進行半導體晶圓W的電氣特性檢測之檢測裝置。
晶圓夾具11的上方係設置有探針卡20。該探針卡20係透過卡片保持部20A而安裝在形成檢測裝置之探針室的上面之頭板30。探針室內係設置有對位機構(未圖示)，而藉由對位機構來進行晶圓夾具11上之半導體晶圓W與探針卡20的探針21之對位。
進行半導體晶圓W的低溫檢測時係藉由冷卻機構12來將晶圓夾具11上的半導體晶圓W冷卻至例如-數10℃低溫區域的特定溫度。半導體晶圓W被冷卻的期間，晶圓夾具11上的半導體晶圓W係透過對位機構來進行電極焊墊與探針卡20的探針21之對位，之後，藉由升降機構15來使晶圓夾具11上升，而與半導體晶圓 W的複數電極焊墊及探針卡20的所有探針21一次性地電性接觸，以在特定低溫下進行形成於半導體晶圓W之複數元件的電氣特性檢測。
然後，冷卻機構12如圖1所示，係具備有設置於晶圓夾具11的下面中央部之熱交換器121，與具有從熱交換器121的側面插入至內部的吸熱部122A之冷卻裝置122，冷卻裝置122係透過吸熱部122A而橫向地固定在熱交換器121的側面。熱交換器121係具有熱媒介121A，與收容熱媒介121A之框體121B。熱媒介121A係由熱傳導性優異的金屬等所形成，框體121B則由絕熱材料所形成。冷卻裝置122如圖1所示，係具有吸熱部122A與連設於吸熱部122A的橫向之驅動部122B，且透過殼體來使吸熱部122A與驅動部122B一體成型。
參照圖2來更進一步詳加說明冷卻裝置122。吸熱部122A如圖2所示，係具有第1壓缸122C、可往復移動地配置在第1壓缸122C內之置換器(displacer)122D、配置在第1壓缸122C的外周面之再生器122E、以及收容該等之第1殼體部122F，第1殼體部122F內係封入有作動氣體。驅動部122B如圖2所示，係具有配置在第1壓缸122C正下方之第2壓缸122G、可往復移動地配置在第2壓缸122G內之活塞122H、使活塞122H往復移動之驅動機構122I、以及收容該等之第2殼體部122J，而構成為在第2殼體部122J內活塞122H會透過驅動機構122I而在第2壓缸122G 內往復移動。第1殼體部122F與第2殼體部122J係作為殼體而一體成型。然後，第1殼體部122F與第2殼體部122J係在第2壓缸122G的外側處被加以區劃。該冷卻裝置12中，第1壓缸122C與第2壓缸122G係形成為相同外徑及相同內徑。此外，由於第1壓缸122C與第2壓缸122G為一體成型，故亦可為於吸熱部122A的下端部形成有連通孔者。
如圖2所示，在殼體內，驅動機構122I會驅動來使活塞122H沿著第2壓缸122G往復移動，並且當其上方的置換器122D在第1壓缸122C內與活塞122H以一定的相位差往復移動的期間，作動氣體會透過再生器122E而往復於箭頭所示方向，則置換器122D的上下便會分別形成膨脹空間及壓縮空間。在膨脹空間處，作動氣體的溫度會降低而從外部吸熱，在壓縮空間處，作動氣體的溫度則會上升而散熱至外部。膨脹空間處係透過吸熱鰭片而吸熱，在壓縮空間處則會透過散熱鰭片而散熱。
於是，當置換器與活塞在第1，第2壓缸內以一定的相位差往復移動的期間，作動氣體便會進行重複壓縮與膨脹之史特林循環，在吸熱部122A的前端部處會進行吸熱，而在置換器122D與活塞122H之間則會散熱。由於吸熱部122A係如圖1所示般地插入至熱交換器121內，因此吸熱部122A便可從熱媒介121A吸熱，且透過熱媒介12A來冷卻晶圓夾具11，進而冷卻晶圓夾具11上的半導體晶圓W。
如此地，由於本實施型態中所使用之冷卻機構12係直接安裝在晶圓夾具11的下面，因此相較於以往般使用冷卻液來冷卻晶圓夾具的情況，便可省略冷卻液槽、冷卻液的循環配管、循環幫浦等，且分別所固有的設置空間變得不需要，而大為簡化作為冷卻機構12之構造，從而可實現成本的大幅削減。
圖1中，雖係針對將冷卻裝置122橫向地安裝在熱交換器121的側面之情況加以說明，但亦可如圖3所示般地，從熱交換器121的下面來縱向地安裝冷卻裝置122。此情況下，由於冷卻裝置122與晶圓夾具11的軸心為一致，故當載置裝置10往水平方向移動時便可平衡性良好地移動。又，驅動部122B係藉由升降引導部16而可升降地支撐在冷卻裝置122。
接下來，針對動作加以說明。首先，當進行半導體晶圓W的電氣特性檢測時，係預先藉由冷卻機構12來冷卻載置裝置10的晶圓夾具11。此時，冷卻機構12中係如圖2所示般地，在冷卻裝置122的驅動部122B中驅動機構122I會驅動來使活塞122H隨著第2壓缸122G往復移動。當活塞122H往復移動時，在吸熱部122A中置換器122D會與活塞122H以一定的相位差隨著第1壓缸122C往復移動。此時，於置換器122D上側處，作動氣體會膨脹且透過吸熱鰭片而從熱交換器121的熱媒介121A吸熱。另一方面，在置換器122D與活塞122H之間，作動氣體則會壓縮而溫度上升並過散 熱鰭片而散熱至殼體外。藉由以一定的週期重複該史特林循環，則在吸熱部122A處便會從熱交換器121的熱媒介121A慢慢地吸熱來冷卻晶圓夾具11。吸熱部122A所吸收之熱會從置換器122D與活塞122H之間的壓縮空間透過散熱鰭片而散熱至殼體外。
如此地透過冷卻機構12來冷卻的期間，將經預對位後的半導體晶圓W載置於晶圓夾具11上。半導體晶圓W係透過對位機構而相對於探針卡20進行對位。之後，升降機構15會驅動來使被冷卻至特定低溫(例如-50℃)的晶圓夾具11上升，來使半導體晶圓W的電極焊墊與探針卡20的所有探針21電性接觸，而進行特定的低溫檢測。在半導體晶圓W的低溫檢測後，半導體晶圓W會從晶圓夾具11被返回原先的地方，而進行後續半導體晶圓W的低溫檢測。
如以上的說明，依據本實施型態，載置裝置10所附設之冷卻機構12係具備有設置在晶圓夾具11的下面之熱交換器121，與具有從熱交換器121的熱媒介121A來吸熱的吸熱部122A之冷卻裝置122，由於冷卻裝置122係透過吸熱部122A而固定在熱交換器121，因此不需要以往般用以冷卻晶圓夾具11之冷卻液、冷卻液槽或冷卻液的循環配管等，而可極為簡化冷卻機構12的構造，來實現作為冷卻機構12之省空間化，進而可實現降低成本。
此外，本發明不限於上述實施型態，可依需要而適當地變更設計。上述實施型態中，雖係針對使用於檢測 裝置之載置裝置加以說明，但亦可廣泛地適用於具有冷卻被處理體功能之載置裝置。又，雖係使用金屬來作為熱交換器121的熱媒介121A，但亦可使用金屬以外的物質。又，作為冷卻裝置122使用的史特林冷凍機不限於上述實施型態，可依需要而適當地變更其構成要素之設計。
W‧‧‧半導體晶圓(被處理體或被檢測體)
10‧‧‧載置裝置
11‧‧‧晶圓夾具(載置體)
12‧‧‧冷卻機構
13‧‧‧支撐體
14‧‧‧基台
15‧‧‧升降機構
20‧‧‧探針卡
20A‧‧‧卡片保持部
21‧‧‧探針
30‧‧‧頭板
121‧‧‧熱交換器
121A‧‧‧熱媒介
121B‧‧‧框體
122‧‧‧冷卻裝置
122A‧‧‧吸熱部
122B‧‧‧驅動部
122C‧‧‧第1壓缸
122D‧‧‧置換器
122E‧‧‧再生器
122F‧‧‧第1殼體部
122G‧‧‧第2壓缸
122H‧‧‧活塞
122I‧‧‧驅動機構
122J‧‧‧第2殼體部
圖1係顯示本發明載置裝置的一實施型態之剖視圖。
圖2係顯示圖1所示載置裝置所使用的冷卻裝置之示意圖。
圖3係顯示本發明載置裝置的其他實施型態之剖視圖。
圖4係顯示具有習知載置裝置之檢測裝置的內部構造之圖式。
圖5係顯示圖4所示檢測裝置所使用的載置裝置一例之結構圖。
W‧‧‧半導體晶圓(被處理體或被檢測體)
10‧‧‧載置裝置
11‧‧‧晶圓夾具(載置體)
12‧‧‧冷卻機構
13‧‧‧支撐體
14‧‧‧基台
15‧‧‧升降機構
20‧‧‧探針卡
20A‧‧‧卡片保持部
21‧‧‧探針
30‧‧‧頭板
121‧‧‧熱交換器
121A‧‧‧熱媒介
121B‧‧‧框體
122‧‧‧冷卻裝置
122A‧‧‧吸熱部
122B‧‧‧驅動部

Claims (6)

  1. 一種載置裝置，其具備有為了對被處理體施予特定處理而載置該被處理體之載置體，與透過該載置體來冷卻該被處理體之冷卻機構；其中該冷卻機構係具備有設置在該載置體的下面之熱交換器，與具有從該熱交換器的熱媒介來吸熱的吸熱部之冷卻裝置；該冷卻裝置係透過該吸熱部而固定在該熱交換器。
  2. 如申請專利範圍第1項之載置裝置，其中該冷卻裝置係構成為史特林冷凍機(Stirling cooler)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之載置裝置，其中該熱媒介係由金屬所形成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之載置裝置，其具備有以外周緣部來支撐該載置體之支撐體，與使該支撐體在複數部位處升降之升降機構。
  5. 如申請專利範圍第4項之載置裝置，其中該升降機構係構成為壓缸機構。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之載置裝置，其中被處理體係進行電氣特性檢測之被檢測體。
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