(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部側から外周側にかけて放射状に形成された複数の流路をそれぞれ備えた２つの伝熱板を互いに重ね合わせると共に、一方の伝熱板の前記複数の流路と他方の伝熱板の前記複数の流路とを前記中央部側の上下連絡流路あるいは前記外周側の上下連絡流路で互いに連通させ、前記中央部側で連通させた場合には前記一方の伝熱板の前記複数の流路を前記外周側から前記中央部側へと流れた熱媒体が、前記中央部側の上下連絡流路を経由して前記他方の伝熱板の前記複数の流路を前記中央部側から前記外周側へと連続的に流れるようにし、前記外周側で連通させた場合には前記一方の伝熱板の前記複数の流路を前記中央部側から前記外周側へと流れた熱媒体が、前記外周側の上下連絡流路を経由して前記他方の伝熱板の前記複数の流路を前記外周側から前記中央部側へと連続的に流れるようにしたウエハーチャック用冷却又は加熱板であって、
該ウエハーチャック用冷却又は加熱板にはウエハーリフト機構が組み合わされ、該ウエハーリフト機構は該ウエハーチャック用冷却又は加熱板を貫通して上下動可能にされたウエハー支持用の複数のピンを含み、
前記ウエハーチャック用冷却又は加熱板における前記各ピンの貫通穴は、数本の前記流路にわたる径を持つ筒状部材により形成されており、
前記一方及び他方の伝熱板における前記筒状部材の外周側には、該筒状部材による熱媒体遮断域を迂回させて前記数本の流路を連通状態にする迂回流路を設けたことを特徴とするウエハーチャック用冷却又は加熱板。
【請求項２】
請求項１記載のウエハーチャック用冷却又は加熱板を備えたことを特徴とするウエハーチャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハーチャック用冷却又は加熱板及びこれを備えたウエハーチャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣなど、ほとんどの半導体素子はシリコンウエハー上に作られている。１つの機能を持った半導体素子は、シリコンウエハーから切り出される前に、最終的な電気試験（機能試験）が行われ、その特性が測定され、良否の判定が行われる。試験ではウエハープローバ（ウエハーの移動と加熱または冷却の温度調節を行う装置）及びウエハーテスター（電気特性測定装置）と呼ばれる装置が使われている。
【０００３】
ウエハープローバ内部には平面内に精密に移動可能なテーブル（Ｘ−Ｙテーブルと呼ばれる）があり、テストするウエハーを搭載及び保持するウエハーチャックは、このテーブルに取り付けられている。
【０００４】
上記の試験は、ウエハーをウエハーチャックに保持させ、半導体素子が置かれることになるであろう使用環境を模擬した状態（動作環境温度）を作り出して行なわれる。このような試験は、以前は、高温（室温から１５０℃程度まで）で行なわれることが多かったが、最近では、低温（−１０℃〜−５０℃）で行なわれることも多くなってきている。
【０００５】
高温、低温のいずれの試験にも対応できるように本発明者により提案（特願２０００年第１５４５３３号）されているウエハーチャック用冷却又は加熱（以下では、冷却／加熱と略記することがある）板の分解斜視図を図３に示す。
【０００６】
図３において、ウエハーチャック用冷却／加熱板１０は、ケースを構成する下板１１、側壁板１２、及び上板１３と、このケース内に上下に重ねて収容され、熱媒体（例えば冷却の場合、通常は冷却液であるが、低温のガスや空気の場合もある）との熱交換を行なう、ほぼ同一構造の下伝熱板１４、上伝熱板１５を有している。
【０００７】
下板１１、側壁板１２、及び上板１３は、金属製で、各々２ｍｍ程度の厚みを有している。また、側壁板１２の外周面には、ケース内に熱媒体を導入し、また排出するための、熱媒体出入口１６が取り付けられている。これら下板１１、側壁板１２、及び上板１３は、銅製でもよいが、それより機械的強度が強い（熱に強い）ステンレスや、チタン等の方が望ましい。
【０００８】
下伝熱板１４は熱伝導率の大きな金属材料、例えば銅、銅合金、アルミニウム、あるいはアルミニウム合金等から成り、板状部材１４ａ、多数の略扇形の扇形部材１４ｂ、及び円柱部材１４ｃを有している。詳述すると、下伝熱板１４は、厚さ２ｍｍ程度の薄い金属円板である板状部材１４ａの上面に、同じく厚さ２ｍｍ程度の多数の扇形部材１４ｂを、互いに僅な距離（０．５〜１ｍｍ程度）を置いて円環状に並べ、そこにろう付けまたは接着してある。ここで、扇形部材１４ｂが形成する円環の外径は、板状部材１４ａの直径を２００ｍｍより若干大きいものとすると（８インチ半導体ウエハーに対応するものとすると）、それより２４ｍｍ程度小さい。また、板状部材１４ａの中央部には、扇形部材１４ｂが形成する円環の内径が２８ｍｍ程度であるとして、厚み６ｍｍ程度、外径１８ｍｍ程度の円柱部材１４ｃが、ろう付けまたは接着されている。
【０００９】
上伝熱板１５は、ほぼ下伝熱板１４と同じ構成であるが、その中央に内径２８ｍｍ程度の円孔を有し、円柱部材を持たない点で異なっている。詳述すると、上伝熱板１５は、厚さ２ｍｍ程度のドーナツ盤状の板状部材１５ａの上面に、下伝熱板１４と同様、厚さ２ｍｍ程度の多数の扇形部材１５ｂを、互いに僅な距離（０．５〜１ｍｍ程度）を置いて円環状となるように並べ、そこにろう付けまたは接着してある。
【００１０】
なお、下伝熱板１４、上伝熱板１５は、それぞれ１つの厚みがある金属円板を切削加工して一体的に作られることもある。
【００１１】
下伝熱板１４、上伝熱板１５は、それらの中心軸が一致するように互いに重ねられ、ろう付けあるいは接着され、上板１１、側壁板１２、及び上板１３からなるケース内に収容され、ろう付けまたは接着にて固定される。
【００１２】
図４に、下伝熱板１４、上伝熱板１５をケースに収容した状態（上板１３を外した状態）を示す。図４に示すように、上伝熱板１５の扇形部材１５ｂが形成する円環の外周面と側壁板１２の内周面との間には、比較的幅の広いリング状の空間が形成される。この空間は、熱媒体が流れる（排出側）外周流路２１となる。また、隣り合う扇形部材１５ｂの間に形成される幅０．５〜１ｍｍの空間は、放射状流路２２となる。更に、扇形部材１５ｂが形成する円環の内周面と円柱部材１４ｃとの間に形成される空間は、上下連絡流路２３となる。なお、下伝熱板１４に関しても、上伝熱板１５と重ねられてケース内に収容されることで、（供給側）外周流路、放射状流路、及び上下連絡流路（上伝熱板１５側の上下連絡流路２３と一体）が形成される。
【００１３】
図５に、図３に示すウエハーチャック用冷却／加熱板１０を用いたウエハーチャックの断面図を示す。なお、ここでは、ウエハーチャック用冷却／加熱板１０が単一部材からなるように描かれており、また、２つの熱媒体出入口１６が上下に並んで配置されているように描かれている点で、図３のものとは異なっている。
【００１４】
図５のウエハーチャックは、ウエハーチャック用冷却／加熱板１０を用いた点以外は、従来のウエハーチャックと同じである。即ち、上面に複数の同心円状溝６５が形成され、これらの溝６５に連通する真空排気通路７１が形成された、半導体ウエハー６１を吸着保持するための吸着板６２と、吸着板６２の下面側に密着するよう取り付けられた電気ヒーター６３と、電気ヒーター６３の下面側に密着するよう取り付けられたウエハーチャック用冷却／加熱板１０とを備えている。なお、ウエハーチャック用冷却／加熱板１０には加熱用の熱媒体（液体や気体）を導入することもできるので、この場合には電気ヒーター６３は省略されても良い。
【００１５】
次に、このウエハーチャックの動作について、図５に加え、図３及び図４をも参照して説明する。
【００１６】
熱媒体出入口１６の一方からウエハーチャック用冷却／加熱板１０に流入した加圧熱媒体は、下伝熱板１４の（供給側）外周流路３１に流れ込む。低温の熱媒体は、液体の場合粘度が大きいので、幅の狭い放射状流路３２に流れ込むよりも、比較的幅の広い供給側外周流路３１内を流れ易い。従って、ウエハーチャック用冷却／加熱板１０に流入した熱媒体は、まず下伝熱板１４の供給側外周流路３１内を満たし、その後、全ての放射状流路３２へと均等に流れ込む。放射状流路３２に流れ込んだ熱媒体は、下伝熱板１４の中心部へと向かい、上下連絡流路２３へと流れ込む。さらに、熱媒体は、上下連絡流路２３から、上伝熱板１５の放射状流路２２へと流れ込み、外周側へと流れ、排出側外周流路２１へと流れ込む。排出側外周流路２１へと流れ込んだ熱媒体は、図４に矢印で示すように、他方の熱媒体出入口１６へと向かい、そこから排出される。
【００１７】
以上のように、このウエハーチャック用冷却／加熱板１０では、多数の幅の狭い（等価直径の小さい）放射状流路２２、３２を、熱媒体が流れるようにしたので、熱伝達率の向上、伝熱面積の向上、及び圧力損失の低下を実現できる。例えば、放射状流路２２、３２の各々の幅を１ｍｍとすると、従来のものに比べ５倍程度の熱伝達率を実現でき、また、伝熱面積も５倍程度を実現できる。その結果、熱伝達能力は従来に比べ２５倍に改善できる。しかも、各放射状流路の長さが短いので、圧力損失は小さい。
【００１８】
また、このウエハーチャック用冷却／加熱板１０では、下伝熱板１４、上伝熱板１５を上下に重ね、これらの下伝熱板１４、上伝熱板１５（特に、その放射状流路２２、３２）に流れる熱媒体の流動方向を互いに逆方向としたことで、ウエハーチャック用冷却／加熱板１０表面温度をその中心部側と外周側とでほぼ等しくすることができる。
【００１９】
なお、上記の例では、熱媒体が下伝熱板１４から上伝熱板１５へと流れるようにしているが、上伝熱板から下伝熱板１４へと流れるようにされる場合もあり得る。
【００２０】
次に、図６を参照して、本発明者により提案されているウエハーチャック用冷却／加熱板の別の例について説明する。
【００２１】
図６に示すように、本例によるウエハーチャック用冷却／加熱板５０では、ケースを構成する下板の下面の中央部であって、少しばかり偏心した位置に熱媒体出入口５１が設けられている。これに伴い、このウエハーチャック用冷却／加熱板５０では、図３のウエハーチャック用冷却／加熱板１０とは異なる点がいくつかある。
【００２２】
まず、下伝熱板は、その中心部に円柱部材が取り付けられておらず、板状部材の中心部には、熱媒体出入口５１に繋がる２つの開口５２が形成されている。また、上伝熱板の板状部材には、その中心部に円孔が形成されておらず、熱媒体出入口５１の一方に連通する連通管５３が取り付けられている。この結果、このウエハーチャック用冷却／加熱板５０の中央部には、上下連絡通路２３が存在しない。
【００２３】
そして、上伝熱板の板状部材は、更に、その外周を扇形部材が形成する円環の外周と一致させてある。この結果、上伝熱板の外周流路２１と下側の外周流路３１とが連続する空間となり、これが上下連絡通路となる。
【００２４】
図６のウエハーチャック用冷却／加熱板５０において、熱媒体出入口５１の一方から上伝熱板の中央部に流れ込んだ熱媒体は、上伝熱板の放射状流路２２を外周へ向かって流れ、外周流路２１から下伝熱板の外周流路３１へと流れ込む。下伝熱板の外周流路３１へと流れ込んだ熱媒体は、下伝熱板の放射状流路３２へと流れ込みその中央部へと向かって流れ、他方の熱媒体出入口５１から排出される。
【００２５】
なお、この例では、熱媒体が上伝熱板から下伝熱板へと流れる場合について説明したが、下伝熱板から上伝熱板へと流れるようにされる場合もある。この場合、熱媒体の流れは図６とは逆向きになる。
【００２６】
本例においても、図３の例と同様、熱伝達率の向上、伝熱面積の向上、及び圧力損失の低下を実現できる。また、冷却／加熱板の表面温度をその中心側と外周側とでほぼ等しくすることができる。
【００２７】
なお、上記のいずれの例でもＸ−Ｙテーブルは図示を省略しているが、Ｘ−Ｙテーブルは、通常、ウエハーチャック用冷却／加熱板の下側に組み合わされる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体素子やＩＣが作られている半導体ウエハーは測定のためウエハーチャック上に載せられ、測定が終わると、次の半導体ウエハーと交換される。このとき、半導体ウエハーを取り扱うのにハンドリング装置が使われる。半導体素子は、半導体ウエハー表面に形成されているため、いわゆる吸着パッドで取り扱うことができない。半導体ウエハーは表面に傷を付けないようにその外周部をハンドリングアームで保持するが、このとき、半導体ウエハーをつかむため、半導体ウエハーをウエハーチャックより数ｍｍ持ち上げなければならない。半導体ウエハーは最外周近くまで半導体素子が作られており、ウエハーチャックは半導体ウエハーより大きく作られている。このため、半導体ウエハーを持ち上げるには、ウエハーチャックを貫通したリフ卜機構のピンが最低３本（１２０度の角度間隔をおいて）必要となる。
【００２９】
図７にリフト機構のピンがウエハーチャック用冷却／加熱板を貫通している様子を示している。なお、図７では図５あるいは図６に示したチャック機構部分は図示を省略している。リフト機構のピン８１の貫通穴には、ここから熱媒体が漏れ出ないように、筒状部材８５が必要である。
【００３０】
図８にピン８１用の貫通穴を持ったウエハーチャック用冷却／加熱板の平面図を示す。ここでも、図４と同様、上板が外された状態で示している。図８に示すように、貫通穴を形成するための筒状部材８５の径はある程度の大きさが必要で、この部分にかかる数本の放射状流路を塞いでしまう。このため、貫通穴のある部分の放射状流路は、中央部側は勿論のこと、外周側についても熱媒体が流れないため、塞がれている数本の放射状流路で規定される扇形の領域は冷却あるいは加熱が行われない。これはウエハーの冷却あるいは加熱能力の低下や温度分布の一様性の悪化をもたらす。
【００３１】
そこで、本発明の課題は、リフト機構のピンを貫通させるための貫通穴に起因する冷却あるいは加熱性能の悪化や温度分布の悪化を防ぐことのできるウエハーチャック用冷却又は加熱板及びこれを備えたウエハーチャックを提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、中央部側から外周側にかけて放射状に形成された複数の流路をそれぞれ備えた２つの伝熱板を互いに重ね合わせると共に、一方の伝熱板の前記複数の流路と他方の伝熱板の前記複数の流路とを前記中央部側の上下連絡流路あるいは前記外周側の上下連絡流路で互いに連通させ、前記中央部側で連通させた場合には前記一方の伝熱板の前記複数の流路を前記外周側から前記中央部側へと流れた熱媒体が、前記中央部側の上下連絡流路を経由して前記他方の伝熱板の前記複数の流路を前記中央部側から前記外周側へと連続的に流れるようにし、前記外周側で連通させた場合には前記一方の伝熱板の前記複数の流路を前記中央部側から前記外周側へと流れた熱媒体が、前記外周側の上下連絡流路を経由して前記他方の伝熱板の前記複数の流路を前記外周側から前記中央部側へと連続的に流れるようにしたウエハーチャック用冷却又は加熱板であって、該ウエハーチャック用冷却又は加熱板にはウエハーリフト機構が組み合わされ、該ウエハーリフト機構は該ウエハーチャック用冷却又は加熱板を貫通して上下動可能にされたウエハー支持用の複数のピンを含み、前記ウエハーチャック用冷却又は加熱板における前記各ピンの貫通穴は、数本の前記流路にわたる径を持つ筒状部材により形成されており、前記一方及び他方の伝熱板における前記筒状部材の外周側には、該筒状部材による熱媒体遮断域を迂回させて前記数本の流路を連通状態にする迂回流路を設けたことを特徴とするウエハーチャック用冷却又は加熱板が提供される。
【００３３】
本発明によればまた、上記のウエハーチャック用冷却又は加熱板を備えたウエハーチャックが提供される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１、図２を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１、図２において、図３、図５と同じ部分には同一番号を付している。図２でも、便宜上、下伝熱板、上伝熱板が単一部材からなるように描かれており、２つの熱媒体出入口１６が上下に並んで配置されているように描かれている。また、下伝熱板の下面側、上伝熱板の上面側にそれぞれ、ステンレス鋼による板部材９１が設けられている。なお、上伝熱板側に設けられるチャック機構部分も図示を省略している。
【００３５】
前に述べたように、チャック機構部分にはその上面に置く半導体ウエハーの取り扱い（半導体ウエハーを載せたり、測定の終わった半導体ウエハーを取り出す）をするための、ウエハーリフト機構が設けられている。ウエハーリフト機構のピン８１は半導体ウエハーの下面の３点を支持できるように、ウエハーチャックを貫通するように配置されている。このため、ウエハーチャック用冷却又は加熱（以下では、冷却／加熱と略記する）板１０にはピン８１の通る貫通穴があけられている。ウエハーチャック用冷却／加熱板１０における各ピン８１の貫通穴は、数本の放射状流路にわたる径を持つ筒状部材８５により形成されている。
【００３６】
本形態では、ウエハーチャック用冷却／加熱板１０の冷却／加熱性能を落とすことなく、ピン８１の通る貫通穴を形成するために、下伝熱板及び上伝熱板における筒状部材８５の外周側に、この筒状部材８５による熱媒体遮断域を迂回させて前記数本の放射状流路を連通状態にする迂回流路９５を設けている。迂回流路９５は、ここでは円環状に形成され、これに接する放射状流路はすべてこの円環状の迂回流路９５に連通するようになっている。
【００３７】
このように、ウエハーリフト機構のピン８１が貫通する貫通穴の領域には熱媒体の迂回流路９５が設けられているので、熱媒体は、この迂回流路９５を通って流れることが可能となる。
【００３８】
なお、上記の例では、熱媒体出入口１６として、入口と出口を１つずつ設けた例について説明したが、熱媒体入口及び熱冷媒出口をそれぞれ複数設けるようにしてもよい。この場合、複数の入口及び出口は、ケースの側壁板１２に、周方向に沿って均等に配置することが望ましい。
【００３９】
図２では、熱媒体が下伝熱板から上伝熱板へと流れる場合について説明したが、上伝熱板から下伝熱板へと流れるようにされる場合もある。この場合には、図６で説明したような構造を採用しても良い。勿論、図６でも説明したように、図６とは逆向きの熱媒体の流れによるウエハーチャック用冷却／加熱板であっても良い。
【００４０】
更に、上記の形態では、放射状流路３２を上側に向けた下伝熱板１４の上に、放射状流路２２を上側に向けた上伝熱板１５を重ねるようにしている。この場合、図１、図２で言えば上伝熱板１５の板状部材１５ａが放射状流路３２と放射状流路２２との間を仕切る仕切り板部材として機能することは明らかである。これとは別に、放射状流路３２を上側に向けた下伝熱板１４の上に、放射状流路２２を下側に向けた上伝熱板１５を重ねるようにしても良い。この場合には、放射状流路３２と放射状流路２２との間にこれらを仕切る仕切り板部材を設ければ良い。この場合の仕切り板部材は、板状部材１５ａと同様に、中央部に上下連絡流路２３を形成するための貫通穴を持つ板が使用される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハーチャック用冷却／加熱板にウエハーリフト機構のピンが貫通する貫通穴が設けられている場合であっても、熱媒体は迂回流路を通って流れることが可能となり、放射状に切られた下伝熱板、上伝熱板の放射状流路はすべて有効に機能する。これにより、冷却／加熱性能の悪化や温度分布の悪化を招くことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるウエハーチャック用冷却又は加熱板を上板を外した状態で上から見た図である。
【図２】  図１のウエハーチャック用冷却又は加熱板の断面構成図である。
【図３】  本発明が適用されるウエハーチャック用冷却又は加熱板の分解斜視図である。
【図４】  図３のウエハーチャック用冷却又は加熱板を上板を外した状態で上から見た図である。
【図５】  図３のウエハーチャック用冷却又は加熱板を用いたウエハーチャックの断面構成図である。
【図６】  本発明が適用されるウエハーチャック用冷却又は加熱板の別の例を示した断面構成図である。
【図７】  図３に示したウエハーチャック用冷却又は加熱板にリフト機構を組み合わせた断面構成図である。
【図８】  図７のウエハーチャック用冷却又は加熱板を上板を外した状態で上から見た図である。
【符号の説明】
１０、５０      ウエハーチャック用冷却又は加熱板
１１      下板
１２      側壁板
１３      上板
１４      下伝熱板
１４ａ、１５ａ      板状部材
１４ｂ、１５ｂ      扇形部材
１４ｃ      円柱部材
１５      上伝熱板
１６、５１      熱媒体出入口
２１      外周流路
２２、３２      放射状流路
２３      上下連絡流路
３１      （供給側）外周流路
５２      開口
５３      連通管
６１      半導体ウエハー
６２      吸着板
６３      電気ヒーター
８１      ピン
８５    筒状部材
９５    迂回流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003729722.tif 000009