(57)【要約】      （修正有）【解決手段】システムは、プローブヘッドの周囲に配置した、ＩＣ上に冷却液流を供給する微細噴霧スプレーヘッドを有する。流体噴流を冷却液流のよどみが存在する領域に導く流動誘起噴射器が備えられる。【効果】どのよどみ点も減少または解消され、ＩＣ全域で温度の均一性を高めることができる。【選択図】図２
2008070351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査段階の集積回路の動作温度を制御する方法であって、
ａ．複数の噴霧器を用いて前記集積回路に流体を噴射する工程と、
ｂ．前記流体の流れのよどみ領域を決定する工程と、
ｃ．少なくとも一つの噴射器からの少なくとも一つの流動誘起流体噴流を前記よどみ領域に導く工程と、
を具える、検査段階の集積回路の動作温度制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記集積回路の温度を測定する工程と、
前記測定温度に従い前記噴射器の流れを制御する工程と、
をさらに具える方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記噴射器が複数の流動誘起噴射器を具える方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記集積回路に噴霧された流体を回収する工程と、
前記回収した流体を温度調整システムに供給する工程と、
をさらに具える方法。
【請求項５】
検査段階の集積回路の温度を制御する装置であって、
前記集積回路上に流体の流れをもたらす噴霧器バンクを有する冷却ヘッドと、
前記流れのよどみを低減するために、前記流体の流れにより生じた流れよどみ領域の位置に向けて流体噴流をもたらす流動誘起噴射器と、
を具える、検査段階の集積回路の温度制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置であって、前記流体を循環させる配管系をさらに具える装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置であって、さらに前記配管が前記流体噴流を再循環させるために集めるように構成された装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置であって、前記冷却液ヘッドおよび前記流動誘起噴射器を内蔵する冷却室をさらに具える装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置であって、前記冷却室内に配置されるとともに内部に対物レンズを収容する対物ハウジングをさらに具える装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置であって、前記対物ハウジングに連結された固体浸レンズをさらに具える装置。
【請求項１１】
請求項５記載の装置であって、前記検査段階が前記集積回路からの光放射を感知する検査を具える装置。
【請求項１２】
請求項５記載の装置であって、前記流体の圧力を測定する圧力センサをさらに具える装置。
【請求項１３】
請求項５記載の装置であって、前記噴射器へ供給される流体の圧力を測定する圧力センサをさらに具える装置。
【請求項１４】
請求項５記載の装置であって、前記噴射器に供給される流体の温度を測定する温度センサをさらに具える装置。
【請求項１５】
集積回路の検査のための方法であって、
ａ．前記集積回路に試験信号を与える工程と、
ｂ．前記集積回路の少なくとも一部に冷却液を噴霧する工程と、
ｃ．前記冷却液の流れのよどみ領域に流動誘起流体噴流を導く工程と、
ｄ．前記集積回路からの出力応答を検知する工程と、
を具える、集積回路の検査方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、噴霧前に前記冷却液の温度を調整する工程をさらに具える方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の方法であって、前記流体噴流の温度を調整する工程をさらに具える方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の方法であって、前記流体噴流の圧力を制御する工程をさらに具える方法。
【請求項１９】
請求項１５記載の方法であって、前記検知された出力応答が前記集積回路からの光出力を具える方法。
【請求項２０】
請求項１５記載の方法であって、前記流体噴流が冷却液流体を具える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロービング、診断または故障解析段階の、電気的に刺激された半導体集積回路の温度管理のためのシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（以下、「ＩＣ」と称することがある。）は、良く知られているパーソナルコンピュータ自体はさておき、ますます多くの民生機器に用いられている。使用例としては、自動車、通信機器およびスマートハウス（食器洗い機、オーブン、冷蔵庫など）が含まれる。この広範囲に及ぶ採用は、年を追うごとに従来よりも数の多い集積回路の製造をもたらしている。集積回路の生産量増加は、集積回路の不具合増加の可能性と同時に、素早く正確なＩＣチップのプロービング、診断および故障解析技術の必要性を生じる。今日のプロービング、診断および故障解析システムの主な目的は、評価段階でチップのゲートレベルの性能を明らかにし、その動作不良の位置および原因を同定することにある。
【０００３】
従来、機械的プローブが電気的スイッチング活動の定量化に使われていた。フリップチップ技術の使用を含めた、今日のチップの極めて高い回路密度、速度および複雑性のために、チップを破壊的に分解することなく機械的に調べることは物理的に不可能である。従って、チップ診断に非接触プロービング技術（non-invasive probing techniques）の使用が必要とされている。そのような非接触プロービング技術は、例えば、レーザーを使ってシリコン中の電界を測定する試み、または、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のようなスイッチングデバイスよりスイッチング中に放出される弱い光パルスを検出する光学的技術を含む。そのような検査に用いられている典型的な顕微鏡は、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４および非特許文献１に記載されている。
【０００４】
チップテストの間、チップは、通常、試験装置または他の刺激回路により比較的高い速度で働かされている。そのような活動は相当な発熱を生じる。デバイスが被包され通常環境で動作する場合には、熱放散を助けるための様々な機構が備えられる。例えば、しばしば集積回路に金属製のフィンが取り付けられ、冷却ファンが集積回路上の風量を高める。しかしながら、デバイスが検査を受けているときは、デバイスは被包されておらず、一般的にその回路基板は検査目的のために薄くされる。したがって、熱放散のための手段は無く、被テストデバイス（ＤＵＴ）は試験をゆがめることとなるような過度の熱の下で動作するかもしれず、最終的に、時期尚早にテストに落ちるかもしれない。それゆえ、被テストデバイスの効果的な熱管理を行う必要性がある。
【０００５】
図１に、従来技術にかかる、被テストデバイスの冷却に使用されるシステムの一例を示す。冷却装置１００は、被テストデバイスの光学的プロービングを可能とする窓１３５を有する冷却板１１０からなる。窓１３５は、単純に切り取り、または、合成ダイヤモンドのような熱伝導性の透明な素材で作り得る。冷却の強化のための合成ダイヤモンドの使用は、例えば特許文献５に記載されている。冷却液を循環させるために、冷却板１１０には導管１２０が付けられている。あるいは、この導管は冷却板と一体に形成されても良い。
【０００６】
図１に示される破線は、光学検査に用いられる顕微鏡対物ハウジング１０５であり、窓１３５と整列した位置に据えられている。試験中、冷却板は、窓１３５が関心のある部位の上に位置するように被テストデバイス１６０の露出面上に置かれる。デバイスからの熱は冷却板により導管および冷却液に伝導される。そして、冷却液は例えば冷却装置などの液体温度調節システムを介して循環し、それによりデバイスから熱を除去する。しかしながら、一般的に被テストデバイスは冷却板の可能動作を制限する補助デバイス１６５を含有しており、その結果、プロービングできる範囲を制限してしまう。この問題を克服するために、デバイス別の特注の基板が作られたが、試験装置のコストおよび動作の複雑度の増加をもたらした。
【特許文献１】米国特許第４，６８０，６３５号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８１１，０９０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４７５，３１６号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９４０，５４５号明細書
【特許文献５】米国特許第５，０７０，０４０号明細書
【非特許文献１】クーラナ（Ｋｈｕｒａｎａ）他、「ゲートされた放射型顕微鏡による製品熱電子問題の解析（Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｈｏｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ｂｙ  Ｇａｔｅｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）」、電気電子技術者協会／国際信頼性シンポジウム（ＩＥＥＥ／ＩＲＰＳ）、１９８６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
革新的で、安価で、柔軟性があり、そして熱的に効果的な、チップ試験機またはプロービング装置のための熱管理の解決法が必要とされていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被テストデバイス（ＤＵＴ）からの熱を除去する装置を提供し、それによって電気的な刺激下でのデバイスの検査を可能とするものである。従って、本発明にかかるシステムは、被テストデバイスのプロービング、診断および故障解析のために用いられる光学顕微鏡との使用に特に適している。
【０００９】
本発明の一態様として、放熱板または熱源の役目を果たすような、被テストデバイスの温度制御のために霧化液体スプレーを活用する熱管理システムが提供される。スプレーヘッドは対物レンズハウジングの周囲に備えられ、噴霧室内部に設置される。噴霧室は、被テストデバイスがその上に位置した板に連結されている。噴霧液が適切に蒸発し得るよう、噴霧室内の圧力を制御しても良い。温度管理システムの動作を監視するために、噴霧室に圧力変換器および温度センサを組み込んでも良い。流動誘起噴射器が、被テストデバイス上のよどみ点の低減または阻止のために備えられている。
【００１０】
本発明の他の態様として、微細噴霧、微細霧などをもたらす数個の噴霧器のバンクまたは噴き出し口を用いて、流体の噴霧が達成される。一実施例によれば、全ての噴霧器が一つの液体供給源に接続されている。一方、他の実施例によれば、噴霧器の各々または噴霧器のグループへの液体の供給は、種々の噴霧器に供給する流体の圧力、タイミング、および／またはタイプを変えるために、独立して制御しても良い。流動誘起噴射器は、噴霧器の流れの交点で流れを引き起こし、交点でのよどみを阻止するために設けられる。
【００１１】
本発明のさらなる態様としては、制御器具が、温度管理システムの正確な動作を提供するために設けられる。被テストデバイス温度は噴霧された流体の、温度、流速（流体供給圧力に直接関係している）、噴霧パターンおよび密度、および流体の沸点（噴霧室圧力と蒸気温度の関数である）を通じて制御できる。飽和温度では飽和溶液の温度が蒸気の温度（非過熱状態）と等しいことに気をつけなければならない。流体供給点付近に任意的に設けられた温度センサは流体供給温度を監視し、その流体供給温度は温度管理システムの制御装置にフィードバックされる。制御装置は、冷却装置または流体の温度を事前に決められた値に制御する他の装置のような流体温度調整システムを制御する。流動誘起噴射器の動作は、潜在的なよどみ点における被テストデバイス上の温度勾配を効果的に避けるように制御される。制御は、例えば、流動誘起噴射器の流体の圧力または温度を変えることによりなされる。
【００１２】
噴霧室の圧力は、噴霧室と連通した圧力変換器で任意的に測定される。蒸気温度（噴霧室と連通した温度センサで測定される）および噴霧室圧力は流体の沸点を決め、その沸点はさらに、被テストデバイス温度が制御される方式に影響する。噴霧室圧力は流体の沸点を操るために操作できる。噴霧室圧力は、例えば、噴霧室と連通している電磁弁、返送ポンプ速度の調整、または液体温度調整システムのタンク内の圧力操作に影響され得る。任意的な機械的圧力安全弁が、電磁弁が動かなかった場合の安全な圧力放出をもたらす。
【００１３】
前に述べた手段の一つ以上は、独立してまたは組合せて、流体流速および／または流体の沸点の制御に用いることができる。最終的な目的は、被テストデバイスを事前に決められた温度に制御するために機器類を使用することである。被テストデバイスの温度は、熱伝対もしくは他のセンサとの機械的接触、熱探知カメラのような非接触手段、または意図された温度安定性のために適した精度の他の手段により測定することができる。どの被テストデバイス温度測定手段も、被テストデバイス温度の制御に用いることができる。ここに示された具体例は説明目的のものであり、何ら本発明を限定するものではない。
【００１４】
コンピュータ、または他の機械的もしくは電子的制御システムは、被テストデバイス温度を監視するのに用いることができ、そして必要な噴霧の調整をもたらし得る。例えば、もし被テストデバイス温度が上昇したら、コンピュータは、流速を増加させ、もしくは流体温度を減少させ、またはそれらの両方を行わせることができる。同様に、もしよどみ点で温度勾配が発達したら、よどみ点に流れを生じさせて温度勾配を減少または解消するように流動誘起噴射器を制御できる。
【００１５】
更なる本発明の態様においては、固体浸レンズが対物レンズと組合せて用いられる。固体浸レンズは、当業者に良く知られており、参照によって本願に含まれる。固体浸レンズは、用いられる冷却スプレーの型式および方式にかかわらず、被テストデバイスと対物レンズとの間の光エネルギーの伝達を可能にする。それゆえ、噴霧器および流体圧力は最適な熱除去効率となるように自由に選択できる。例えば、噴霧器の、大きさ、様式／型、密度、角度および数は、全て調整することができる。付け加えるならば、用いられる冷却液の温度および種類も調整することができる。流動誘起噴射器は、固体浸レンズの周囲のよどみを避けるために固体浸レンズ接点に向け、または近接させることができる。
【００１６】
更に別の本発明の態様においては、いくつかの流動誘起噴射器が備えられ、それらの流動誘起噴射器は、さまざまな場所でよどみを減らすように、いっせいにまたは個々に操作することができる。他の実施例では、流動誘起噴射器は可動で、必要に応じて別途の場所に設置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ここでは、本発明は、図に例示された特定の実施例を参照して説明される。しかしながら、図示されている様々な実施例はただの典型例であり、添付の特許請求の範囲に示された発明を限定するものではないことは理解されなければならない。
【００１８】
本発明にかかる様々な実施態様および実施例は、電気的に刺激されたＩＣを冷却するために、様々なＩＣ試験機およびプローバーと組合せて用いることができる。一つの一般的態様として、霧化された液体噴霧が、プローブヘッドがデータを集める時に被テストデバイスを冷却するために、プローブヘッド周辺に提供される。任意のプローブヘッドを使うことができ、例えばプローブヘッドは、光学的な、光子計数を時間分解された受容器の形式、光学発光顕微鏡またはレーザーを基にしたプロービング手段でも良い。本発明の様々な特性および態様のさらに詳細な説明を提供するために、本発明は、さらに具体的なＩＣプローバー、すなわち光学的光子計数時間分解放出プローブに関して説明する。しかしながら、そのような詳細な説明は最良の実施例を提供するものであり、限定目的でない。
【００１９】
図２は、本発明にかかる冷却システムの一実施例の分解図を示したものである。図２に示される冷却システムは、ＩＣの検査および／または試験用に用いられる任意の型の顕微鏡とともに使用することができる。明確にするために、図２は光学検査／プロービングシステムの対物レンズの部分、および、冷却システムに関係する部分だけを示している。図２に示されるように、保持フレーム２７０は、シール板２８０の上に被テストデバイス（ＤＵＴ）２６０を保持する。このシール板は、負荷台に搭載され、その負荷台はさらに一般的な自動テスト装置の通常のテストヘッド（図示せず）に接続されている。この自動テスト装置は、被テストデバイス２６０の動作状態を模倣するために刺激信号を被テストデバイス２６０に送る。これは、被テストデバイスのための適当なソケットを有する負荷台を使用して、通常の方法で行われる。
【００２０】
対物ハウジング２０５はテストシステムの対物レンズを収納する。ハウジング２０５および対物レンズは、全体としてシステムの光学的受容器、つまりプローブヘッドを形成する。ハウジング２０５は、その中に備えられた噴霧器２１５を有するスプレーヘッド２１０と並んで据え付けられている。このアッセンプリーの全体は、噴霧室２２５の内部に位置しており、任意のシール２３０がその噴霧室の上面に添付されている。シール２３０は、例えばＯ−リングなどのゴム、多孔質材、または、その他の素材で作られている。プローバーの操作を容易にするため、シール板に対する冷却室（噴霧室）の自由摺動を可能とするようにこのシールを設けるのは有益である。噴霧室２２５は、例えば、ｘ−ｙ−ｚステージのような平行移動ステージに付けられる。摺動シールを用いた実施例でテストを実施すると、噴霧室２２５がシール板２８０と接触したときに摺動シール２３０がシール板２８０との間をシールする。シールは気密性のものでもよいが、気密性までは要求されていない。この方式では、噴霧室２２５はシール板２８０とのシールを破ることなく、被テストデバイスの像を取得しようとする特定領域とともに対物レンズを登録に至らせるために、動くことができる。
【００２１】
他の実施例において、ハウジング２２５はシール板２８０と、柔軟な蛇腹（図示せず）を介して接続されている。蛇腹（ベローズ）の材質は、流体の温度および化学的性質に準拠したものでなければならない。いくつかの可能性のある材料としては、折り畳まれた薄壁状の鋼鉄およびゴムがある。
【００２２】
試験中、流体が流体供給連結管２５５を経て噴霧器２１５に供給される。この流体の沸点は、噴霧室２２５内部の圧力を電磁弁２２０または別の方法で制御することにより制御できる。本発明の一つの実施例として、噴霧室２２５内部の圧力は圧力変換器２５０を用いて測定され、また、そこへの流体供給圧力は圧力変換器２４０を用いて測定され、同時に、流体温度は温度センサ２４１により測定され、また、噴霧の温度は温度センサ２４５により測定される。流体温度および噴霧室圧力を固定し、または変えるためには、所要の被テストデバイス温度とするための適切な流体供給圧力を確保するため、測定した流体供給圧力を制御装置にフィードバックする。流速ひいては温度交換率は、流体供給圧力によって制御できる。安全対策として、任意的に機械的圧力安全弁２３５が設けられる。
【００２３】
今までに記載した、システムの動作に関する研究において、本発明者は、被テストデバイス上での流体の流れのよどみにより、被テストデバイス２６０の上に温度勾配が発達することを見出した。よどみ点は、例えば二つの噴射器からの反対方向の流れが互いに衝突することにより起こると思われる。例えば、噴射器２１５Ａおよび２１５Ｂからの流れは中点（図２において破線ＭＰで示される点）で衝突し、その位置で流れをよどませる。そのような流れのよどみが被テストデバイス上の温度勾配をもたらし得る。そのような流れのよどみの発生を避けるために、流動誘起噴射器２９０が冷却室内に備えられている。噴射器２９０は、管路２９５を介して流体を供給される。よどみ位置に流体を噴射することにより、噴射器２９０は流れを誘起して、流れのよどみによって生じた温度勾配を低減し、または避けることができる。流体および噴射の、温度、圧力、パターン等は、最良の結果を得るために制御することができる。
【００２４】
図３は、本発明にかかる一実施例の噴霧冷却システムの断面図である。具体的には、被テストデバイス３６０はシール板３７０に取り付けられ、次いで被テストデバイス負荷台（図示せず）に据え付けられる。この負荷台は、従来の方式でテストアダプターに接続されている。本実施例においては、噴霧室３２５は、摺動シール３３０がシール板３７０と接触するように、シール板３７０へ向けてわずかに加圧されている。対物ハウジング３０５は、スプレーヘッド３１０と同様に噴霧室３２５の内側に位置している。ポンプ３８０は、流体を冷却装置３５０のような液体温度調整システムに返送するのに用いられるとともに、噴霧室内部３３５の圧力を約１０１ｋｐａ（１ａｔｍ）に調整するのに用いることもできる。所望の噴霧室圧力は、用いられる冷却流体の特性および（所定の実施例内での）所望の沸点によって計算できることが、理解されるはずである。代わりの方法として、噴霧室内の圧力は大気圧にすることができ（特に、シール３３０が多孔質の場合）、そして、流体の回収は重力のみで行うことができる。
【００２５】
ポンプ３６５は、供給配管３９５を介して流体を送出し、噴霧器バンク３１５を経て被テストデバイス上に噴射するのに用いられる。本発明の一実施例においては、冷却液が刺激された被テストデバイス３６０上に噴霧され、噴霧するとすぐ、その冷却液が沸点まで加熱されて蒸発し、噴霧室３２５の内部３３５に蒸気が形成される。この蒸気は、噴霧室３２５の壁面で凝結し流路３５５を介して排出され、ポンプ３８０に戻され、または重力によって冷却システムに戻される。その蒸気はまた、直接冷却装置３５０に送られてもよいが、冷却装置の負荷は増加する。他の実施例においては、冷却液は蒸発することなく被テストデバイスから単に吸熱し、するとすぐこの蒸発していない液体は液体温度調節システムに返送される。これら提示された二つの温度管理計画で、流体の熱吸収および蒸発の相対冷却強度は、前にも記載したように、例えば、異なる流体の選択、噴き出し口の設計および数、流体の流速、流体温度、および噴霧室圧力により調整されるという事実を当業者は十分に理解できる。
【００２６】
流体は液体温度調整システム３５０を経て循環され、再び被テストデバイスに噴霧される。本実施例において用いた冷却液は、例えば、ヒドロフルオロエーテルまたはパーフルオロカーボンのような高蒸気圧のものではあるが、例えば、水のような低蒸気圧のものも用いることができる。したがって、大気条件にさらされると、そのような流体はすぐに蒸発する。それゆえ、本実施例に示されるように、冷却システム全体は閉ループシステムを形成している。この閉鎖系は、電磁弁３８５を介して通気されてもよく、さらなる蒸気損失を軽減するため、還流凝縮器のような蒸気回収システムと合わせて動作してもよい。このために、液体温度調整システム３５０は、高圧および低圧の両方、すなわち、大気圧より６９ｋｐａ（１０ｐｓｉ）上、または、−１０１ｋｐａ（−１ａｔｍ）の完全な真空、で動作できる、密閉された冷却装置タンク３９０を具える。タンク３９０は、冷却液から冷却装置コイル（図示せず）への熱移動を高める流体撹拌装置（図示せず）を有してもよい。本実施例においては、冷却装置３５０およびタンク３９０は、例えば−８０度まで下がった低温度でも動作可能である。
【００２７】
このシステムを用いれば、被テストデバイスの温度を、様々な動作状態で試験を受けるように変化させることができる。例えば、操作者は、被テストデバイスを試験する特定の操作温度を入力することができる。一実施例において、被テストデバイスの実際の温度は、当業者に知られている方法で自動テスト装置（図示せず）により検出することができる。例えば、被テストデバイス中に温度ダイオードを組み込み、その信号を自動テスト装置に送ってもよい。これは、例えば被テストデバイスが過熱した場合にシステムを停止するといった安全上の理由から、従来よりなされていた。しかしながら、本発明にかかる本実施例によれば、被テストデバイスの温度は自動テスト装置から制御装置３００に送られる。実際の被テストデバイス温度を用い、制御装置３００は、操作者に選択された温度で被テストデバイスを動作させるために、例えば冷却速度といった温度交換率を調整する。制御装置３００は温度交換率を制御するために、例えば、流体の流速、流体の温度を調整し、または噴霧室の圧力を変えて冷却液の沸点が変化するようにする。
【００２８】
図２に関して説明されていたように、様々な噴霧器３１５からの噴霧は、被テストデバイスを局所的に加熱するよどみ領域を生じるかもしれず、それにより、被テストデバイス中に望まれない温度勾配が生じ得る。そのようなよどみ点を回避し、または最小限に抑えるために、少なくとも一つの流動誘起噴射器３６２が噴霧室３２５の内部に備えられている。噴射器３６２は導管３６４を介して冷却液を供給され、導管３６４は図示されるように管路３９５に接続されていてもよく、または同一若しくは異なる流体を別々に供給されても良い。その噴射器は、流体の流れを誘起させるために、流れよどみ領域に向けられている。理解され得るように、噴射器３６２は図示の目的で左から右に向けて描いているが、噴霧器バンク３１５により作り出されるよどみ領域は、通常、破線で印を付けられた長方形３６６の領域内にある。従って改善効果は、噴射器からの流れがページの内外に向かう方向、つまり読者に向かいまたは読者から離れる方向に、破線の長方形領域へ向けられるように、噴射器３６２の方向を合わせることにより得られるであろう。
【００２９】
図３は、流動誘起噴射器へ流体を供給する二つの可能性を描いている。実線の導管３６４で描かれているように、流体は噴霧器３１５へ流体を供給する同一の流体供給システムから供給できる。この方式によれば、流体の温度および圧力は噴霧器３１５および流動誘起噴射器３６２の両方で同時に制御できる。一方、破線の長方形Ｔと連結された破線の導管は、流動誘起噴射器に別の流体供給システムを設けるという選択肢を描いたものである。この方法によれば、噴射器へ供給される流体の温度および圧力を個々に制御できる。
【００３０】
図２および図３に示し、並びに上記で暗に示したように、様々なセンサおよび器具を、本発明にかかる冷却システムの動作を制御するのに用いることができる。圧力変換器３２０は、ポンプ３６５の速度を制御するために流体供給圧力を測定する。加えて、圧力変換器３２２が、電磁弁３８５を制御して噴霧室内で適切な冷却液の沸点を得るために噴霧室内の圧力を測定する。温度センサ３４０は供給点付近の冷却液温度を測定するのに用いられ、同時に、噴霧室内の蒸気温度は温度センサ３４５により測定される。特に、噴霧室圧力および蒸気（または飽和温度の冷却液）温度からは、刺激された被テストデバイスへ供給される冷却液の熱力学的状態を測定することができる。電磁弁３８５が機能しなくなった場合に、機械的圧力安全弁３２６が安全な放圧をもたらす。
【００３１】
図２および図３にかかる実施例において、結像へ噴霧された冷却液の影響は最小化される必要がある。これを行う一つの方法は、結像系の光軸に霧が入るのを避けるために任意的な遮蔽板３０２を用いることである。この方式によれば、対物ハウジングが被テストデバイス上の特定領域を結像するために移動した際に、被テストデバイスの前記領域を霧から遮蔽できるよう、その遮蔽板が被テストデバイスに接触または非常に近づくことができる。一方で、もし遮蔽板の使用を避けたいのであれば、噴霧器は、使用されている光の波長下で最良の結像が可能なように調整される必要がある。すなわち、その霧の液滴直径が顕微鏡の動作に応じて制御される必要がある。例えば、結像が例えば白色光を用いてなされ、または、例えば赤外光を用いて発光が検出され得る。これらの異なる波長は、霧の液滴直径の適切な選択により、より良い結像をもたらし得る。これは、事前に、またはテスト中に操作者が選ぶことができる。
【００３２】
一方、本発明のさらなる実施態様としては、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズと組合せて用いることにより、改良された結像を得ることができる。固体浸レンズは、用いられている冷却噴霧器の型および方式にほとんど関係なく、被テストデバイスと対物レンズとの間の光エネルギーの伝達を可能にする。それゆえ、噴霧器および流体圧力は最善の熱除去効率を目指して選択できる。
【００３３】
固体浸レンズは技術的に良く知られており、例えば、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第５，００４，３０７号明細書、米国特許５，２０８，６４８号明細書および米国特許５，２８２，０８８号明細書に記載されている。図４は、固体浸レンズと結合して用いられている、本発明にかかる冷却システムの一実施例を示している。図４に例示されているように、本実施例の構成要素の多くは図２および図３の実施例の構成要素と同様である。しかしながら、本実施例においては、固体浸レンズ４５０が対物ハウジング４０５の先端に取り付けられており、また、四つの噴霧器バンク４１５が二つの流動誘起噴射器４６２とともに用いられている。ここでの四つの噴霧器バンクおよび二つの噴射器の使用は固体浸レンズの使用とは無縁であるが、ここで示す二つの代案を一つの図面に描くためにこのようにしている。つまり、固体浸レンズは、二つだけまたは他の数の噴霧器バンクと用いることができ、また、四つまたは他の数の噴霧器バンクおよび噴射器を用いて固体浸レンズを欠いた実施例を構成することもできる。
【００３４】
作動中、固体浸レンズ４５０は被テストデバイスと「連結」されて、エバネセント波エネルギーの伝達を可能にする。言い換えれば、固体浸レンズは被テストデバイスと連結され、臨界角（ここで、臨界角とは、全反射が起こる角度のことである。）より高い角度で、被テストデバイス中を伝播する光線を捕らえる。当該技術分野で知られているように、その連結は、例えば、結像対象との物理的接触、対象から非常に近い設置（最大で２０−２００μｍ）、または屈折率整合材または屈折率整合流体の使用によって達成される。光収集効率の増加に加えて、霧が固体浸レンズと被テストデバイスの間に介在することができないので、固体浸レンズ４５０の使用は結像上の霧の有害な影響を避け、または、劇的に減らす。
【００３５】
図２に示された実施例においては、二つの噴霧器バンクおよび一つの噴射器が用いられている。一方で、図４に示された実施例においては、四つの噴霧器バンクおよび二つの噴射器が、代替的な実施例の説明図として示されている。しかしながら、噴霧器および噴霧器バンクの数が単に例として提供されており、そして、他の数および配置を用いることができるということは十分評価されなければならない。例えば、噴霧器は、直線状のバンクよりはむしろ、対物ハウジングの周囲に円形配列で設置し得る。同様に、噴霧器は、スプレーヘッドに設置するよりはむしろ、例えば対物レンズハウジングといった、用いられている光受容器に直接取り付けていても良い。さらに、様々な噴射器が、異なる噴霧速度で操作されても良く、または、異なる冷却液若しくは異なる温度の同一の冷却液を供給されても良い。任意的に、異なるスプレーヘッドが異なる角度で噴霧を供給するように調整されても良い。用いられた噴霧器の配置にかかわらず、流動誘起噴射器は、噴射器からの流れが噴霧器からの冷却液の流れの中でよどむ可能性のある場所に向くように設置しなければならない。固体浸レンズが用いられた場合には、固体浸レンズの接触位置から冷却室の端の方向に流れを向けると有益である。
【００３６】
図５は、図２に例示されたような本発明にかかる実施例の平面図である。図示のように、対物ハウジング５０５、噴霧器バンク５１０および流動誘起噴射器５６２が噴霧室５２５の中にある。その噴霧器バンクは、矢印ＣＦで描かれる冷却液の流れを作り出す。本発明者は、冷却液の流れが、破線の楕円ＳＺで図示されるようなよどみ領域を作り出すことを見出した。このようなよどみ領域は、被テストデバイスの不適切な冷却をもたらし、被テストデバイス中の好ましくない温度勾配をもたらす。そのような問題を避けるために、本発明者は、流れを誘起するため、二重線矢印ＦＩで描かれるように冷却液または他の流体をよどみ領域に噴射する流動誘起噴射器５６２を発明した。適切に流れを向け、そして、その噴射器への流体供給速度を制御することで、温度勾配を大幅に減少させ、または解消さえさせることができる。その流れは、例えば、噴射器に供給される流体の圧力を測定する圧力センサ５６４を設け、流体の圧力を制御することにより制御することができる。代わりの方法として、その流体の温度を冷却液流体に対して図示されるのと同様の方式で制御および／または調整することもできる。理解されるように、この配置は、固体浸レンズと一緒にまたは固体浸レンズなしで用いることができる。
【００３７】
図６は、温度測定される様々な点ＴＳ１０１−１０７、ＴＳ１０９、ＴＳ２０１およびＴＳ２０２を有する被テストデバイスを描いたものである。被テストデバイス上の固体浸レンズの位置も同様に書かれている。図７に示すように、被テストデバイスは、噴霧器バンクが冷却液を被テストデバイス上に噴射しながら、約ｔｅ＝８６の時点で電圧が印加されている。様々な被テストデバイス上の位置は、多様な点で示されるように、相違する温度を記録している。特に、相対的に高い温度測定値がセンサＴＳ１０３、ＴＳ１０９およびＴＳ２０２で記録されている。これらのセンサは、二つの噴霧器バンク相互間の中点線に沿って一列に並んでおり、そして、相対的に高い温度は、二つの噴霧器バンクから発した流れの相互間のよどみ領域に起因すると考えられる。時点ｔｉにおいて流動誘起噴射器を始動した。図示のように、センサＴＳ１０３により記録された温度は約１５度下がった。センサＴＳ１０９により記録された温度も同じほどではないが下がった。さらに低い低下ではあるが、それにもかかわらず記録できる温度低下がセンサＴＳ２０２により記録された。これは、流動誘起噴出器を構築することにより、よどみ点での温度制御を改善できることを明らかにしている。一方、時点ｔｆで流動誘起噴射器を停止すると、よどみ領域での温度はすぐに噴射器起動前と同じ温度に戻る。これは流動誘起噴出器が被テストデバイス上の温度勾配を減少させるのに有用であることを示している。注意すべきは、ここで示されたのは、単一の温度および流量設定での単一検査だということである。適切な設計および設定により、改良された成果が達成できることは理解されなければならない。
【００３８】
図８は、流れの方向が固体浸レンズ接触域から外側へ向いている点を除き、図５に示される実施例と同様の実施例を示すものである。つまり、図８に示される構成要素は図５のものと同様である。しかしながら、噴射器８６２は、流動誘起噴流ＦＩが固体浸レンズの接触位置から始まりそこから外側へ向かうように位置している。理解され得るように、よどみ領域に応じて一つ以上の噴射器８６２を備えても良い。
【００３９】
本発明を特定の実施例に関して説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されない。特に、添付の特許請求の範囲に示された発明の要旨および範囲を逸脱しない範囲で、周知技術を用いて多様な変化および改良を実施し得る。例えば、本明細書で用いている噴霧器（ａｔｏｍｉｚｅｒ）という語は、微細噴霧、微粒子噴霧、微細霧などをもたらす装置と言うことができる。これは、噴き出し口の使用のような従来の方法で達成できる。更に、参照した先行文献のどれも、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来技術にかかる基板冷却システムを示すものである。
【図２】本発明にかかる冷却システムの一実施例の分解図である。
【図３】本発明にかかる冷却システムの一実施例の断面図である。
【図４】本発明にかかる、固体浸レンズを用いた冷却システムの一実施例の斜視図である。
【図５】本発明にかかる実施例を示す平面図である。
【図６】本発明にかかる実施例の試験で用いられた温度センサの位置を示す、被テストデバイスの図である。
【図７】図６に示される温度センサにより記録された温度プロットを示す図である。
【図８】流れの方向が固体浸レンズ接触領域から外側へ向かうことを除き、図５と同様の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  冷却装置
１０５  顕微鏡対物
１１０  冷却版
１２０  導管
１３５  窓
１６０  被テストデバイス
１６５  補助デバイス
２０５  ハウジング
２１０  スプレーヘッド
２１５Ａ，２１５Ｂ  噴霧器
２２０  電磁弁
２２５  噴霧室
２３０  シール
２３５  安全弁
２４０  圧力変換器
２４１  温度センサ
２４５  温度センサ
２５０  圧力変換器
２５５  連結管
２６０  被テストデバイス
２７０  保持フレーム
２８０  シール板
２９０  噴射器
２９５  管路
３００  制御装置
３０２  遮蔽板
３０５  対物ハウジング
３１０  スプレーヘッド
３１５  噴霧器バンク
３２０  圧力変換器
３２２  圧力変換器
３２５  噴霧室
３２６  安全弁
３３０  摺動シール
３３５  噴霧室内部
３４０  温度センサ
３４５  温度センサ
３５０  冷却装置
３５５  流路
３６０  被テストデバイス
３６２  噴射器
３６４  導管
３６６  長方形
３７０  シール板
３８０  ポンプ
３８５  電磁弁
３９０  タンク
３９５  管路
４０５  ハウジング
４１５  噴霧器バンク
４５０  固体浸レンズ
５０５  ハウジング
５１０  噴霧器バンク
５２５  噴霧室
５６２  噴射器
５６４  圧力センサ
８６２  噴射器
【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】
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【外国語明細書】
2008070351000001.pdf