(57)【要約】【課題】立ち上がり時間が短く、かつ、安定に冷却対象を冷却することが可能な冷却装置と、当該冷却装置を用いた半導体検査装置を提供する。【解決手段】冷媒を循環させるポンプと、前記冷媒を、冷凍機を介して冷却対象に循環させるメインラインと、前記メインラインから分岐するとともに、前記冷凍機をバイパスして前記メインラインに合流するバイパスラインと、前記冷媒の温度を検知する温度検知手段と、前記メインラインと前記バイパスラインの流量を調整する流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記温度検知手段で検知される温度に対応して分岐後の前記メインラインと前記バイパスラインの流量を制御するとともに、分岐後の前記メインラインの流量と前記バイパスライン流量を合わせた流量が実質的に一定となるように当該メインラインと当該バイパスラインの流量を制御することを特徴とする冷却装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させるポンプと、
前記冷媒を、冷凍機を介して冷却対象に循環させるメインラインと、
前記メインラインから分岐するとともに、前記冷凍機をバイパスして前記メインラインに合流するバイパスラインと、
前記冷媒の温度を検知する温度検知手段と、
前記メインラインと前記バイパスラインの流量を調整する流量調整手段と、
前記流量調整手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記温度検知手段で検知される温度に対応して分岐後の前記メインラインと前記バイパスラインの流量を制御するとともに、分岐後の前記メインラインの流量と前記バイパスライン流量を合わせた流量が実質的に一定となるように当該メインラインと当該バイパスラインの流量を制御することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記流量調整手段は、前記メインラインと前記バイパスラインの分岐点に設けられた三方バルブであることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記流量調整手段は、分岐後の前記メインラインに設けられた第１の流量調整バルブと、分岐後の前記バイパスラインに設けられた第２の流量調整バルブであることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷凍機がインバータ制御されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷却装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の冷却装置と、
前記冷却装置によって前記冷媒が循環されるとともに、半導体装置が形成された被処理基板を保持する基板保持台と、
前記基板保持台に設置される加熱手段と、を有することを特徴とする半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機を用いて冷却した冷媒を冷却対象に循環させて冷却する冷却装置と、当該冷却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冷却装置（チラー）が用いられる。
【０００４】
図１は、半導体検査装置の構成の一例を模式的に示した図である。図１を参照するに、本図に示す半導体検査装置１０は、被処理基板（ウェハ）を保持する保持台１６と、保持台１６を加熱する加熱手段１７とを有している。
【０００５】
また、保持台１６には、保持台１６を冷却するための冷却ライン１１が接続され、冷凍機１２によって冷却された冷媒がポンプ１３によって循環される構造となっている。また、ポンプ１３の下流側では、冷却ライン１１が２つに分岐している。分岐した冷却ライン１１のうちの一方は、保持台１６に接続されている。また、保持台１６に供給された冷媒は、保持台１６を冷却した後で、低温タンク１４に環流される構造となっている。
【０００６】
また、分岐した他方の冷却ライン１１は、冷凍機１２を介して低温タンク１４に接続され、冷却された冷媒が低温タンクに環流される構造となっている。また、冷媒の冷却量は、流量調整弁１５によって調整される。
【０００７】
しかし、上記の構造においては、冷却を開始した直後の状態においては、所定の容量を有する低温タンク１４内の冷媒を冷却する必要があるため、冷媒の温度を低下させるために時間を要する問題があった。
【０００８】
例えば、低温タンクを用いずに冷却装置を構成する例としては、冷凍機によって冷却された冷媒を循環させるメインラインと、冷凍機をバイパスするバイパスラインを構成し、上記の２つのラインへの流量を三方バルブで制御する方法が提案されていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６４−８４０６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記の特許文献１に係る方法では、パルス状のタイミングで三方バルブの切り替えを行っており、メインラインとバイパスラインとを合わせた総流量が安定しない問題を有していた。例えば、図１に示す半導体検査装置においては、保持台１６を循環する冷媒の流量の変動が大きいと、保持台１６に保持される被処理基板の面内温度分布が大きくなり、検査の精度が低下してしまう懸念がある。特に、冷媒の流量が低下した場合には、加熱手段１７の温度分布の影響が強くなるため、ウェハの面内温度分布が大きくなって安定に冷却対象を冷却することが困難となっていた。
【００１０】
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な冷却装置と、当該冷却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。
【００１１】
本発明の具体的な課題は、立ち上がり時間が短く、かつ、安定に冷却対象を冷却することが可能な冷却装置と、当該冷却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】
【００１２】
本発明の第１の観点では、上記の課題を、冷媒を循環させるポンプと、前記冷媒を、冷凍機を介して冷却対象に循環させるメインラインと、前記メインラインから分岐するとともに、前記冷凍機をバイパスして前記メインラインに合流するバイパスラインと、前記冷媒の温度を検知する温度検知手段と、前記メインラインと前記バイパスラインの流量を調整する流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記温度検知手段で検知される温度に対応して分岐後の前記メインラインと前記バイパスラインの流量を制御するとともに、分岐後の前記メインラインの流量と前記バイパスライン流量を合わせた流量が実質的に一定となるように当該メインラインと当該バイパスラインの流量を制御することを特徴とする冷却装置により、解決する。
【００１３】
また、本発明の第２の観点では、上記の課題を、上記の冷却装置と、前記冷却装置によって前記冷媒が循環されるとともに、半導体装置が形成された被処理基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に設置される加熱手段と、を有することを特徴とする半導体検査装置により、解決する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、立ち上がり時間が短く、かつ、安定に冷却対象を冷却することが可能な冷却装置と、当該冷却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】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、説明する。
【実施例１】
【００１６】
図２は、実施例１による冷却装置３００と、冷却装置３００を用いた半導体検査装置４００とを模式的に示した図である。図２を参照するに、半導体検査装置４００の概略は、半導体装置が形成された基板Ｗを保持するとともに、基板Ｗ（半導体装置）の温度制御を行う基板温度制御部１００と、基板温度制御部１００が内部に設置されたチャンバ２００と、基板温度制御部１００に基板の温度制御のための冷媒（液体）を循環させるための冷却装置３００と、を有する構成となっている。また、冷却装置３００とチャンバ２００とは、配管（メインライン）３０３で接続され、冷媒の循環が可能となるように構成されている。なお、このような冷却装置３００は、チラーと呼ばれる場合がある。
【００１７】
まず、上記の基板温度制御部１００についてみると、基板温度制御部１００は、半導体装置が形成された、検査の対象となる基板Ｗを保持するための基板保持台１０１を有している。基板保持台１０１には、基板Ｗ（基板保持台１０１）の温度を制御するための冷媒が循環される循環路１０４が形成されている。
【００１８】
例えば、循環路１０４には、後述する冷却装置３００によって冷却された冷媒が循環され、基板Ｗの温度制御が行われる。上記の冷媒と基板保持台１０１との熱交換によって基板保持台１０１が所定の温度に制御され、基板Ｗの温度制御が行われる。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基板保持台１０１を、周囲（例えば接地されたチャンバ２００など）から電気的に隔絶するのに好適である。
【００１９】
また、基板温度制御部１００（基板保持台１０１）には、例えばヒータなどよりなる加熱手段１０５が設置されている。例えば、循環路１０４に冷却された冷媒が循環される場合、基板の温度制御に加熱手段１０５を併用することで、温度の制御の幅が大きくなる。
【００２０】
また、基板温度制御部１００を内部に有するチャンバ２００は、内部に図示を省略する移動手段を有し、当該移動手段によって基板温度制御部１００（基板保持台１０１）を所定の方向に移動し、テスタに接続されるための接続針に半導体装置を接続させることが可能となるように構成されている。また、チャンバ２００の内部には、基板温度制御部１００に接続される、媒体が循環されるフレキシブル配管２０１が設置され、基板保持台１０１の移動に対応する構成とされている。
【００２１】
次に、基板温度制御部１００に温度制御のための冷媒を循環させる冷却装置３００について説明する。冷却装置３００の概略は、冷媒を冷却して循環させる機能を有する装置本体３０９と、装置本体３０９の内部の機構を制御する制御部３０１と、を有する構造になっている。
【００２２】
装置本体３０９には、冷媒を循環させるポンプ３０７と、冷媒を冷却するための冷凍機３０２とが収納されている。上記のポンプ３０７はメインライン（配管）３０３に設置されている。ポンプ３０７によって送り出された冷媒は、メインライン３０３を介して冷凍機３０２に送られて冷却される。冷却された冷媒はメインライン３０３を介して基板保持台１０１に送られ、さらに基板保持台１０１を冷却した後にポンプ３０７に環流される構造になっている。また、メインライン３０３には、ポンプ３０７から吐出された冷媒をポンプ３０７の吸い込み口へ戻すためのリリーフ弁３０８が設置され、冷媒の吐出圧力が所定の値以上とならないように構成されている。
【００２３】
また、上記の冷却装置３００では、メインライン３０３から分岐するとともに、冷凍機３０２をバイパスしてメインライン３０３に再び合流するバイパスライン３０４を有している。また、メインライン３０３とバイパスライン３０４が合流した後の部分に、循環する冷媒の温度を検知する温度検知手段３０６が設置されている。
【００２４】
さらに、メインライン３０３とバイパスライン３０４の分岐点には、例えば三方バルブよりなる流量調整手段３０５が設けられている。上記の流量調整手段３０５は、後述する制御手段（流量制御手段）３０１Ｅにより、制御される。
【００２５】
上記の制御手段３０１Ｅを有する制御部３０１は、冷却装置３００の全体の動作を制御するＣＰＵ（コンピュータ）３０１Ａと、記録媒体３０１Ｂ、入力手段３０１Ｃ、表示手段３０１Ｄを有している。
【００２６】
上記の冷却装置３００では、制御手段３０１Ｅが、温度検知手段３０６で検知される温度に対応して分岐後のメインライン３０３とバイパスライン３０４の流量を制御するとともに、分岐後のメインライン３０３の流量とバイパスライン３０４の流量を合わせた総流量が実質的に一定となるようにメインライン３０３とバイパスライン３０４の流量を制御することを特徴としている。
【００２７】
制御手段３０１Ｅは、温度検知手段３０６によって検知される温度に基づき、分岐後のメインライン３０３とバイパスライン３０４の流量を制御する。例えば、冷媒の温度が設定温度（目標温度）よりも高い場合、制御手段３０１Ｅは、流量調整手段３０５を制御し、分岐後のメインライン３０３に流れる流量を多くし、分岐後のバイパスライン３０４に流れる流量を少なくする。このため、冷凍機３０２によって冷却される冷媒の流量が増大し、冷媒の冷却量が大きくなる。
【００２８】
また、一方で、冷媒の温度が設定温度よりも低い場合には、制御手段３０１Ｅは、流量調整手段３０５を制御し、分岐後のメインライン３０３に流れる流量を少なくし、分岐後のバイパスライン３０４に流れる流量を多くする。このため、冷凍機３０２によって冷却される冷媒の流量が減少し、冷媒の冷却量が小さくなる。
【００２９】
このようにして、冷媒の温度を所定の温度に制御し、さらに、温度制御された冷媒によって、基板保持台（冷却対象）１０１を冷却する。
【００３０】
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３０２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、上記の冷媒は、基板Ｗの低温領域での試験に対応するため、０℃以下の低温、例えば好ましくは０℃乃至―８０℃、より好ましくは−３０℃乃至―８０℃とされる。
【００３１】
上記の冷却装置３００は、図１に示した冷却装置のように、冷媒を保持する冷却タンクを要しないため、用いられる冷媒の量が少なくてすむ特徴がある。このため、冷媒の温度を短時間で低下させることが可能であり、いわゆる冷却装置の立ち上がりが短くて済む特徴がある。
【００３２】
また、本実施例による冷却装置３００では、分岐後のメインライン３０３の流量とバイパスライン３０４流量を合わせた流量（総流量）が、実質的に一定となるように、メインライン３０３とバイパスライン３０４の流量が、流量調整手段３０５（制御手段３０１Ｅ）によって制御されることが特徴である。
【００３３】
例えば、分岐後のメインライン３０３の流量とバイパスライン３０４流量を合わせた流量（総流量）、すなわち、実質的に保持台１０１に循環される冷媒の流量が変動すると、保持台１０１に保持される被処理基板Ｗの面内温度分布が大きくなり、半導体の検査の精度が低下してしまう懸念があった。特に、冷媒の流量が低下した場合には、加熱手段１０５の温度分布の影響が強くなるため、被処理基板Ｗの面内温度分布が大きくなって安定に冷却対象を冷却することが困難となっていた。
【００３４】
そこで、本実施例による冷却装置では、制御手段３０１Ｅによって流量調整手段３０５を制御し、実質的に保持台１０１に供給される流量が安定して実質的に一定となるように制御している。このため、冷却対象である保持台１０１を安定に冷却することが可能であり、特に加熱手段１０５と組み合わせて被処理基板Ｗの温度制御を行う場合に、被処理基板Ｗの面内の温度分布の均一性が良好となる効果を奏する。
【００３５】
すなわち、本実施例による冷却装置は、立ち上がり時間が短く、かつ、安定に冷却対象を冷却することが可能であるという、従来の冷却装置にはない、本願特有の特徴を有している。また、上記の冷凍機３０２をインバータ制御し、冷媒を冷却するようにすると、冷媒をさらに安定に、かつ、速やかに冷却することが可能となり、好適である。
【００３６】
また、制御手段３０１Ｅによって制御される流量調整手段３０５は三方バルブに限定されず、例えば、分岐後のメインライン３０３に設けられた流量調整バルブ（第１の流量調整バルブ）と、分岐後のバイパスライン３０４に設けられた流量調整バルブ（第２の流量調整バルブ）より構成されるようにしてもよい。このように、２つの流量調整バルブを用いて流量調整手段を構成した例について説明する。
【実施例２】
【００３７】
図３は、実施例２による冷却装置３００Ａと、冷却装置３００Ａを用いた半導体検査装置４００Ａとを模式的に示した図である。ただし、実施例１（図２）で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。
【００３８】
図３を参照するに、本実施例においては、実施例１における三方バルブよりなる流量調整手段３０５に相当する流量調整手段３０５Ａが、分岐後のメインライン３０３に設けられた流量調整バルブ（第１の流量調整バルブ）３０５ａと、分岐後のバイパスライン３０４に設けられた流量調整バルブ（第２の流量調整バルブ）３０５ｂとにより、構成されていることが特徴である。
【００３９】
制御手段３０１Ｅは、実施例１の場合と同様に、温度検知手段３０６によって検知される温度に基づき、分岐後のメインライン３０３とバイパスライン３０４の流量を制御する。例えば、冷媒の温度が設定温度（目標温度）よりも高い場合、制御手段３０１Ｅは、流量調整手段３０５Ａを制御し、流量調整バルブ３０５ａの開度を大きくして分岐後のメインライン３０３に流れる流量を多くし、流量調整バルブ３０５ｂの開度を小さくして分岐後のバイパスライン３０４に流れる流量を少なくする。このため、冷凍機３０２によって冷却される冷媒の流量が増大し、冷媒の冷却量が大きくなる。
【００４０】
また、一方で、冷媒の温度が設定温度よりも低い場合には、制御手段３０１Ｅは、流量調整手段３０５Ａを制御し、流量調整バルブ３０５ａの開度を小さくして分岐後のメインライン３０３に流れる流量を少なくし、流量調整バルブ３０５ｂの開度を大きくして分岐後のバイパスライン３０４に流れる流量を多くする。このため、冷凍機３０２によって冷却される冷媒の流量が減少し、冷媒の冷却量が小さくなる。
【００４１】
また、本実施例による冷却装置３００Ａでは、実施例１の場合と同様に、分岐後のメインライン３０３の流量とバイパスライン３０４流量を合わせた流量（総流量）が、実質的に一定となるように、制御手段３０１Ｅによって、流量調整バルブ３０５ａと流量調整バルブ３０５ｂの開度が制御されることが特徴である。
【００４２】
このため、冷却対象である保持台１０１を安定に冷却することが可能であり、特に加熱手段１０５と組み合わせて被処理基板Ｗの温度制御を行う場合に、被処理基板Ｗの面内の温度分布の均一性が良好となる効果を奏する。
【００４３】
すなわち、本実施例による冷却装置は、実施例１の場合と同様に、立ち上がり時間が短く、かつ、安定に冷却対象を冷却することが可能であるという、従来の冷却装置にはない、本願特有の特徴を有する。
【実施例３】
【００４４】
次に、上記の実施例２による冷却装置３００Ａ（半導体検査装置４００Ａ）のさらに具体的な構成の一例について説明する。また、下記の構成（数値）は本発明の具体的な実施の形態の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
まず、ポンプ３０７の吐出圧力は、０．３ＭＰａであり、この場合のポンプ３０７によって吐出される流量は８Ｌ／ｍｉｎとなる。また、リリーフ弁３０８によって４Ｌがポンプの吸入側に戻されるため、循環する流量は、例えば４Ｌ／ｍｉｎとなる。
【００４６】
また、メインライン３０３のうち、冷凍機３０２の熱交換部に相当する部分は２重管を用いて構成し、外管の外径が１インチ、内管の外径が１／２インチ、管の壁の厚さは１ｍｍ、長さは２０ｍとした。また、その他のメインライン３０３とバイパスライン３０４は、単管を用いて構成し、外径１／２インチ、管の壁の厚さは１ｍｍ、メインライン３０３の長さは１０ｍ、バイパスライン３０４の長さは１ｍとした。上記の構成において、メインライン３０３とバイパスライン３０４のコンダクタンスは、流量調整バルブ３０５ａ、３０５ｂによって調整され、それぞれの流量が制御される。
【００４７】
上記の構成において、例えば、冷媒の温度が高い場合、分岐後のメインライン３０３の流量は０．５Ｌ／ｍｉｎ、分岐後のバイパスライン３０４の流量を３．５Ｌ／ｍｉｎとする。また、冷媒の温度が低い場合には、例えば、分岐後のメインライン３０３の流量は３。０Ｌ／ｍｉｎ、分岐後のバイパスライン３０４の流量を１Ｌ／ｍｉｎとすればよい。また、上記の流量は一例であり、冷媒の温度に対して様々に変更すればよい。
【００４８】
また、冷媒の温度は、−６５℃乃至＋３５℃程度（例えば−４５℃）に制御される。また、基板保持台１０１（被処理基板Ｗ）の温度は、先に説明したように、−５５℃程度乃至＋１５０℃（例えば−４０℃）に制御される。
【００４９】
図４は、上記の構成において、基板保持台１０１に循環される総流量、分岐後のメインライン３０３の流量（図中メイン流量と表記）、および分岐後のバイパスライン３０４の流量（図中バイパス流量と表記）の変化をそれぞれ模式的に示したものである。
【００５０】
また、図５は、図４に対応する図であり、基板保持台１０１の設定温度（目標温度）と、保持台１０１の温度の変化を模式的に示した図である。
【００５１】
図４，図５を参照するに、設定温度を室温（２５℃）から、−４０℃に変更した直後は、総流量の殆どがメイン流量で占められ、バイパス流量は殆ど０であることがわかる。ここで、冷媒の冷却量が大きくなり、図５に示すように保持台の温度が急速に低下している。さらに、保持台の温度が低くなるに従い、徐々にメイン流量が少なくなり、一方でバイパス流量が増大している。その後、メイン流量とバイパス流量は上下動を繰り返しながら、所定の流量に収束し、保持台の温度も設定温度の−４０℃に収束している。
【００５２】
上記の場合、総流量は、４Ｌ／ｍｉｎで一定であり、安定に冷却対象を冷却することが可能となっていることがわかる。
【００５３】
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】
【００５４】
本発明によれば、立ち上がり時間が短く、かつ、安定に冷却対象を冷却することが可能な冷却装置と、当該冷却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】
【００５５】
【図１】従来の半導体検査装置を示す図である。
【図２】実施例１による冷却装置と、当該冷却装置を用いた半導体検査装置を示す図である。
【図３】実施例２による冷却装置と、当該冷却装置を用いた半導体検査装置を示す図である。
【図４】メインラインの流量、バイパスラインの流量および総流量の関係を模式的に示した図である。
【図５】設定温度と保持台温度の関係を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  基板温度制御部
１０１  基板保持台
１０４  循環路
１０５  加熱手段
２００  チャンバ
２０１  フレキシブル配管
３００  冷却装置
３０１  制御部
３０１Ａ  ＣＰＵ
３０１Ｂ  記録媒体
３０１Ｃ  入力手段
３０１Ｄ  表示手段
３０１Ｅ  制御手段
３０２  冷凍機
３０３  メインライン
３０４  バイパスライン
３０５、３０５Ａ  流量調整手段
３０５ａ，３０５ｂ  流量調整バルブ
３０６  温度検知手段
３０７  ポンプ
３０８  リリーフ弁
３０９  装置本体
【図１】
2008267640.tif 000003
【図２】
2008267640.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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