(57)【要約】【課題】基板の帯電を抑制して、安定に基板の温度を制御することが可能な基板温度制御装置と、当該制御装置を用いた半導体検査装置を提供する。【解決手段】基板を保持する保持台と、前記保持台を加熱する加熱手段と、前記加熱手段とともに用いられることで前記保持台の温度を制御する、前記保持台に冷却されたフッ素系の液体を含む冷媒を循環させる冷却手段と、を有する基板温度制御装置であって、前記冷媒には帯電緩和剤が添加されていることを特徴とする基板温度制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する保持台と、
前記保持台を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段とともに用いられることで前記保持台の温度を制御する、前記保持台に冷却されたフッ素系の液体を含む冷媒を循環させる冷却手段と、を有する基板温度制御装置であって、
前記冷媒には帯電緩和剤が添加されていることを特徴とする基板温度制御装置。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記冷媒が内部に流れる流路を有し、当該流路はフッ素系材料により形成される部分を含むことを特徴とする請求項１記載の基板温度制御装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、前記冷媒を冷却する冷凍機を有し、前記冷凍機は前記冷媒を０℃未満に冷却することを特徴とする請求項１または２記載の基板温度制御装置。
【請求項４】
前記帯電緩和剤の凝固点は、−１００℃以下であることを特徴とする請求項３記載の基板温度制御装置。
【請求項５】
前記帯電緩和剤は、前記冷媒に対して０．１体積％乃至５体積％添加されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の基板温度制御装置。
【請求項６】
前記帯電緩和剤はアルコールを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の基板温度制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の基板温度制御装置を用いた、半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板温度を制御する基板温度制御装置と、当該基板温度制御装置を用いた半導体検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置の小型化・高性能化に伴い、例えば半導体装置の検査は、ウェハレベルで実施されることが多くなってきている。また、上記の検査にあたっては基板温度を正確に制御する必要があるため、加熱手段と冷却手段とを組み合わせて基板の温度制御を行うことが一般的である。
【０００３】
例えば、上記の基板の温度制御のためには、基板を保持する保持台と、保持台を加熱する加熱手段、保持台を冷却する冷却手段とが用いられ、保持台の加熱と冷却が制御されることにより、基板温度が所望の値に制御される。例えば、保持台の冷却手段としては、保持台に冷媒を循環させるチラーが用いられる。
【０００４】
また、上記の保持台は半導体装置の電気的な試験を行うにあたって、電気的に隔絶された構成とされる必要がある。このため、保持台に循環される冷媒は、実質的な絶縁材料（高抵抗材料）、例えばフッ素系の液体であることが好ましい（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平成７−２３５５８８号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、循環させる冷媒を絶縁材料とした場合には、冷媒を循環させるにあたって静電気によって保持台（基板）が帯電してしまい、半導体装置の電気的な試験に影響を与えてしまう懸念が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な基板温度制御装置と、当該基板温度制御装置を用いた半導体検査装置を提供することを統括的課題としている。
【０００７】
本発明の具体的な課題は、基板の帯電を抑制して、安定に基板の温度を制御することが可能な基板温度制御装置と、当該基板温度制御装置を用いた半導体検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点では、上記の課題を、基板を保持する保持台と、前記保持台を加熱する加熱手段と、前記加熱手段とともに用いられることで前記保持台の温度を制御する、前記保持台に冷却されたフッ素系の液体を含む冷媒を循環させる冷却手段と、を有する基板温度制御装置であって、前記冷媒には帯電緩和剤が添加されていることを特徴とする基板温度制御装置により、解決する。
【０００９】
本発明によれば、基板の帯電を抑制して、安定に基板の温度を制御することが可能となる。
【００１０】
また、前記冷却手段は、前記冷媒が内部に流れる流路を有し、当該流路はフッ素系材料により形成される部分を含むと、当該保持台を周囲から電気的に隔絶することが容易となる。
【００１１】
また、前記冷却手段は、前記冷媒を冷却する冷凍機を有し、前記冷凍機は前記冷媒を０℃未満に冷却すると、効率よく基板の温度制御を行うことができる。
【００１２】
また、前記帯電緩和剤の凝固点は、−１００℃以下であることが好ましい。
【００１３】
また、前記帯電緩和剤は、前記冷媒に対して０．１体積％乃至５体積％添加されると、冷媒の絶縁性を維持しつつ、効率的に帯電を抑制することができる。
【００１４】
また、前記帯電緩和剤はアルコールを含んでいてもよい。
【００１５】
また、本発明の第２の観点では、上記の課題を、上記の基板温度制御装置を用いた、半導体検査装置により、解決する。
【００１６】
本発明によれば、基板の帯電を抑制して、安定に基板の温度を制御して半導体装置の検査を実施することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基板の帯電を抑制して、安定に基板の温度を制御することが可能な基板温度制御装置と、当該基板温度制御装置を用いた半導体検査装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る基板温度制御装置は、基板を保持する保持台と、前記保持台を加熱する加熱手段と、前記加熱手段とともに用いられることで前記保持台の温度を制御する、前記保持台に冷却されたフッ素系の液体を含む冷媒を循環させる冷却手段と、を有する基板温度制御装置であって、前記冷媒には帯電緩和剤が添加されていることを特徴としている。
【００１９】
従来の基板温度制御装置（半導体検査装置）では、冷媒にフッ素系の液体を含む絶縁材料（高抵抗材料）を用いて温度制御を行っていたため、静電気によって保持台（基板）が帯電してしまう場合があった。そこで、本発明では、上記の冷媒に、帯電緩和剤（液体）を添加して用いることにより、基板の帯電を効果的に抑制することを可能としている。
【００２０】
また、半導体装置の電気特性の検査においては、半導体デバイスが形成された半導体基板が、−５５℃程度乃至＋１５０℃に制御されることが一般的である。上記の温度制御に対応するためには、前記冷媒は前記冷却手段によって０℃未満の低温にされることが好ましい。
【００２１】
この場合、フッ素系の液体は凝固点が低く、低温でも粘性が低下しないために冷媒として好適であるが、一方で、帯電緩和剤についても低温で凝固せずに十分に帯電緩和剤の効果を得られることが好ましい。また、帯電緩和剤の凝固点が低いと、前記冷凍機による冷媒の冷却温度の下限を低くすることが可能となり、基板の温度制御の制御性が良好となる効果を奏する。
【００２２】
次に、上記の基板温度制御装置（半導体検査装置）の具体的な構成の一例について、図面に基づき、以下に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例に１による基板温度制御装置１００の構成を模式的に示した図である。図１を参照するに、本実施例による基板温度制御装置１００は、基板Ｗを保持する保持台２０１を有する基板保持手段２００と、冷媒を循環させて基板Ｗを冷却する、冷凍機３０４を有する冷却手段３００と、基板温度制御装置の動作を制御する制御回路４０１を有する制御手段４００と、を含む構成となっている。
【００２４】
まず、基板保持手段２００の構成についてみると、基板保持手段２００は、処理室（チャンバ）２００Ａの内部に、半導体デバイスが形成された基板（ウェハ）Ｗを保持する保持台２０１が設置された構造になっている。また、保持台２０１には、保持台２０１（基板Ｗ）を加熱するための、例えばヒータなどよりなる加熱手段２０２が設置されている。
【００２５】
さらに、保持台２０１には、内部を冷媒が循環する流路２０４が埋設されている。流路２０４には、冷却手段３００によって冷却された冷媒が流れて保持台２０１（基板Ｗ）が冷却される。
【００２６】
また、保持台２０１には、例えば熱電対よりなる温度検出手段２０３が埋設され、保持台２０１の温度検出が可能となっている。後述する制御手段４００は、温度検出手段２０３によって検出される温度に対応して加熱手段２０２と冷却手段３００を制御し、保持台２０１に保持される基板Ｗの温度を制御する。
【００２７】
次に、冷却手段３００についてみると、冷却手段３００は、冷媒を冷却する冷凍機３０４と、冷媒を保持台２０１（流路２０４）に循環させる流路（配管）３０９、３１０を有している。
【００２８】
冷凍機３０４によって冷却された冷媒は、一旦低温タンク３０１に保持される。低温タンク３０１に保持された冷媒３０２は、ポンプ３０６によって流路３０９を介して保持台２０１（流路２０４）に供給され、保持台の冷却が行われる。流路２０４を通過した冷媒３０２は、流路３１０を介して低温タンク３０１に環流される構造になっている。
【００２９】
また、低温タンク３０１内部に保持される冷媒３０２は、流路３０９から分岐する流路３０３によって、冷凍機３０４に供給される。冷凍機３０４の熱交換部３０５で冷却された冷媒は、再び低温タンク３０１に戻される構造となっている。
【００３０】
また、冷凍機３０４で冷却される冷媒の流量は、流量調整弁３０７で調整される。すなわち、保持台２０１に供給される冷媒の温度は、流量調整弁３０７の開度によって制御される。この場合、流量調整弁３０７の開度は、低温タンク３０１に設置された、例えば熱電対よりなる温度検出手段３１１に対応して、後述する制御手段４００によって制御される。
【００３１】
また、流路３０９には、圧力開放弁３０８が設置され、流路３０９が所定の圧力以上になった場合に圧力を開放して、危険防止措置がとられる構造になっている。
【００３２】
また、低温タンク３０１には、レベルセンサ（水位センサ）３１２が設置されており、冷媒のレベルが低下すると予備タンク３１３から冷媒３０２がポンプ３１５によって補充される構造になっている。また、予備タンク３１３にもレベルセンサ３１４が設置されており、冷媒の補充の要否が確認可能になっている。
【００３３】
上記の冷凍機３０４、低温タンク３０１、予備タンク３１３、ポンプ３０６、３１５などは、例えば金属材料よりなる筐体３００Ａに収納された構造になっている。上記の冷却手段３００は、例えばチラーと呼ばれる場合がある。
【００３４】
次に、制御手段４００についてみると、制御手段４００は、内部に制御回路４０１を有している。制御回路４０１は、基板保持手段２００、冷却手段３００を動作させて基板温度制御を行う。具体的には、基板保持手段２００側では、加熱手段２０２、温度検知手段２０３が制御回路４０１に接続される（これらの配線は図示を省略）。また、冷却手段３００側では、冷凍機３０４、流量調整弁３０７、温度検知手段３１１、ポンプ３０６、３１５、レベルセンサ３１２、３１４などが制御回路４０１に接続される（これらの配線は図示を省略）。
【００３５】
上記の制御手段４００（制御回路４０１）による基板Ｗの温度制御は、以下のように行われる。まず、保持台２０１の温度が、温度検知手段２０３によって検知され、さらに、低温タンク３０１に保持された冷媒３０２の温度が、温度検知手段３０２によって検知される。
【００３６】
そこで、制御手段４００は、保持台２０１の温度と低温タンク３０１内の冷媒３０２の温度に対応して、加熱手段２０２と冷却手段３００を制御する。具体的には、加熱手段２０２による保持台２０１の加熱量（例えば加熱手段２０２がヒータの場合はヒータ電力）と、冷凍機３０４による冷媒の冷却量（流量調整弁３０７の開度）が適宜制御される。この結果、基板Ｗの温度が所望の温度、例えば半導体装置の電気特性の検査に必要な所望の温度に制御される。
【００３７】
例えば、一般的な半導体装置の電気特性の試験の場合、半導体デバイスが形成された半導体基板（例えば３００ｍｍウェハ）は、−５５℃程度乃至＋１５０℃に制御される。この場合、冷凍機３０４では、上記の基板温度の制御に対応して冷媒を冷却することになる。例えば、冷媒の温度は、冷媒の循環において最も温度が低くなる冷凍機３０４の出口近傍において、−９０℃乃至−７０℃程度にされる。
【００３８】
上記の冷媒としては、凝固点が低く、低温でも粘性が低下しないフッ素系の液体を用いることが好ましい。また、フッ素系の液体は電気的な抵抗値が大きく、実質的な絶縁材料であるため、電気特性の試験が実施されるための保持台２０１を、周囲（例えば接地された処理室２００Ａなど）から電気的に隔絶するのに好適である。
【００３９】
しかし一方で、上記のフッ素系の液体は、循環に伴って帯電が生じやすい問題を有していた。例えば、冷媒の循環に伴って保持台２０１や基板Ｗが帯電すると、電気特性の試験の精度が低下し、正確な試験を実施することが困難なる懸念があった。
【００４０】
例えば、上記の冷媒との摩擦による帯電は、冷媒と流路３０９、３１０の間で生じる場合がある。流路３０９、３１０は、保持台２０１に接続されるため、少なくとも一部（例えば保持台２０１と接続される側）が、絶縁材料（高抵抗材料）により形成されていることが好ましい。
【００４１】
例えば、当該絶縁材料としては、フッ素系材料（例えばＰＴＦＥなど）を用いることができる。このように、流路３０９、３１０の少なくとも一部がフッ素系材料より形成されると、保持台２０１が流路３０９、３１０を介して接地されることがなく、電気特性の試験を行う場合に好適である。
【００４２】
上記の構成において、フッ素材料よりなる流路３０９、３１０を、フッ素系の液体よりなる冷媒が循環すると、流路（冷媒）が摩擦によって容易に帯電してしまい、帯電の問題を助長してしまうことになる。
【００４３】
そこで、上記の冷媒３０２には、冷媒の帯電を緩和する帯電緩和剤（帯電緩和液体）が添加されている。このため、本実施例による基板温度制御装置１００では、保持台２０１や基板Ｗの帯電を抑制しつつ、安定に基板の温度制御を行うことが可能となっている。このため、例えば半導体装置の電気特性の試験において、良好な精度で試験を行うことが可能になる。
【００４４】
また、冷媒が低温に冷却されて用いられるため、帯電緩和剤についても上記の冷媒の温度に対応して凝固点が低いことが好ましい。帯電緩和剤の凝固点が低いと、低温においても凝固することなく帯電緩和の効果を得ることができる。
【００４５】
例えば、先に説明した冷凍機３０４の出口近傍の冷媒の温度（−９０℃乃至−７０℃程度）に対応して、帯電緩和剤の凝固点は−１００℃以であることが好ましい。帯電緩和剤の凝固点が低いと、冷凍機３０４による冷媒の冷却温度の下限を低くすることが可能となり、基板Ｗの温度制御の制御性が良好となる効果を奏する。
【００４６】
また、上記の帯電緩和剤としては、例えば、凝固点が低く、フッ素系の液体とよく馴染むために、アルコール（例えばエタノール、メタノールなど）を含むものであることが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、凝固点が比較的低い酢酸などの弱酸の液体も帯電緩和剤として用いることが可能である。
【００４７】
また、前記帯電緩和剤は、添加量が多すぎると冷媒の抵抗値が低下して絶縁性が失われてしまう。また、添加量が少なすぎると帯電の緩和効果が小さくなってしまう。したがって、冷媒の絶縁性を良好に維持しつつ、効率的に帯電を抑制するためには、冷媒に対して帯電緩和剤を、０．１体積％乃至５体積％添加することが好ましい。
【００４８】
次に、上記の帯電緩和剤の帯電緩和効果を調べた結果について、図２、図３に基づき、説明する。
【００４９】
図２は、上記の基板温度制御装置１００において、冷媒に帯電緩和剤を入れずに基板Ｗの温度制御を行った場合の保持台２０１の電圧の変化を示した図である。ただし、上記の評価において、保持台２０１の温度（温度検知手段２０３によって検出される温度）は２５℃となるように制御した。
【００５０】
この場合、冷媒温度（温度検知手段３１１によって検出される温度）は１８℃、冷凍機３０４の入り口近傍の温度は１８℃乃至２０℃、冷凍機３０４の出口近傍の温度は−７５℃乃至−８０℃であった。また、冷媒として、Ｈ−ガルデンＺＴ８５（ＡＵＳＩＭＯＮＴ社製、Ｈ−ガルデンは登録商標）を、３５００ｃｃ用いた。
【００５１】
図２を参照するに、保持台２０１の電位は温度制御開始直後から下がりはじめていることがわかる。また、温度制御開始後１５０秒経過後には電圧が−９００Ｖとなっており、帯電が進行している様子が明らかとなった。
【００５２】
一方、図３は、図２の評価の直後に、上記冷媒に帯電緩和剤としてエタノールを１０ｃｃ添加して、図２の場合と同様に温度制御を行った場合の保持台２０１の電圧の変化を示した図である。
【００５３】
なお、保持台２０１の温度、冷媒温度、冷凍機３０４の入り口近傍の温度、冷凍機３０４の出口近傍の温度は、それぞれ図２の場合と同じとした。
【００５４】
図３を参照するに、保持台２０１の電位は、温度制御開始直後から０Ｖに近づく方向に変化し、帯電が緩和されていることがわかる。すなわち、エタノールの添加によって、摩擦による帯電が緩和され、基板Ｗの帯電を抑制しつつ、安定に基板Ｗの温度制御を行うことが可能であることが確認された。
【実施例２】
【００５５】
また、図４は、実施例１による基板温度制御装置を用いた半導体検査装置１００Ａの構成を模式的に示した図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図４を参照するに、本実施例による半導体検査装置１００Ａは、半導体装置の電気特性を試験するための試験部５００を有している。試験部５００は、内部にテスタ５０１を有し、テスタ５０１と基板Ｗ上に形成された半導体デバイスとは、ピン５０２Ａを有するコンタクト部５０２によって電気的に接続される構成になっている。
【００５７】
本実施例による半導体試験装置によれば、基板Ｗの帯電を抑制するととともに、安定に基板Ｗの温度を制御し、良好な精度で半導体装置の電気特性の試験を行うことが可能になる。
【００５８】
また、上記の実施例１、実施例２では、帯電緩和剤として、アルコール（例えばエタノール、メタノールなど）、弱酸の液体（例えば酢酸など）を例示したが、帯電緩和剤はこれに限定されるものではない。
【００５９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、冷媒による冷却構造を有する基板保持台の帯電を抑制して、安定に基板の温度を制御することが可能な基板温度制御装置と、当該基板温度制御装置を用いた半導体検査装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１による基板温度制御装置を模式的に示す図である。
【図２】図１の基板温度制御装置での帯電状態を示す図（その１）である。
【図３】図１の基板温度制御装置での帯電状態を示す図（その２）である。
【図４】実施例２による半導体テスト装置を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００  基板温度制御装置
１００Ａ  半導体検査装置
２００  基板保持部
２００Ａ  処理室
２０１  保持台
２０２  加熱手段
２０３  温度検知手段
２０４  流路
３００  冷却手段
３０１  低温タンク
３０２  冷媒
３０３，３０９，３１０  流路
３０４  冷凍機
３０５  熱交換部
３０６，３１５  ポンプ
３０７  流量調整弁
３０８  圧力開放弁
３１１  温度検知手段
３１２，３１４  レベルセンサ
３１３  予備タンク
４００  制御手段
４００  制御回路
５００  試験部
５０１  テスタ
５０２  コンタクト部
５０３  ピン
【図１】
2008016487.tif 000003
【図２】
2008016487.tif 000004
【図３】
2008016487.tif 000005
【図４】
2008016487.tif 000006