(57)【要約】【課題】チャンバ内に設置されているチャックを冷却する上で、チャンバ内の露点温度を監視しながらチャックの冷却温度を制御することにより、チャック温度が如何なる場合でも、チャックに結露を生じさせずに迅速な冷却制御を可能とする。【解決手段】チャンバ１０内のチャック４０を冷却するための冷却手段及び加熱するための加熱手段と、チャンバ内に乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段と、チャックの温度を計測する温度センサＳ１と、チャンバ内の露点を計測する露点温度計測器Ｓ２と、温度センサ及び露点温度計測器からの計測値を用いて冷却手段、加熱手段、及び乾燥空気供給手段を制御する制御部１とを備える。制御部は、乾燥空気が供給されている状態でチャンバの冷却制御を開始し、チャックがあらかじめ設定される温度目標値に到達するまでは、チャック温度設定値≧（露点温度計測値＋あらかじめ設定される結露防止温度余裕値）で規定される不等式を満足するようにチャック温度設定値を変化させながら冷却制御を行うことにより、チャック温度設定値を温度目標値に近付ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、このチャンバ内における特定部位を冷却／加熱するための冷却手段及び加熱するための加熱手段と、前記チャンバ内に乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段と、前記特定部位の温度を計測する温度計測手段と、前記チャンバ内の露点を計測する露点計測手段と、前記温度計測手段及び露点計測手段からの計測値を用いて前記冷却手段、加熱手段、及び乾燥空気供給手段を制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記乾燥空気が供給されている状態で前記チャンバの冷却制御を開始し、前記特定部位があらかじめ設定される温度目標値に到達するまでは、
特定部位温度設定値≧（露点温度計測値＋あらかじめ設定される結露防止温度余裕値）
で規定される不等式を満足するように前記特定部位温度設定値を変化させながら冷却制御を行うことにより、前記特定部位温度設定値を前記温度目標値に近付けることを特徴とするチャンバ温度制御方式。
【請求項２】
請求項１に記載のチャンバ温度制御方式において、前記乾燥空気供給手段は、前記チャンバへの空気供給配管に並列に接続された大流量開閉バルブと小流量開閉バルブとを備え、前記制御手段は、前記チャンバの冷却制御開始に際しては少なくとも前記大流量開閉バルブを開にすると共に、
露点温度目標値＝（前記温度目標値−あらかじめ設定される露点温度余裕値）で規定される前記露点温度目標値を算出し、前記露点温度計測値が前記算出された露点温度目標値以下になると、前記小流量開閉バルブのみを開とすることを特徴とするチャンバ温度制御方式。
【請求項３】
請求項１または２に記載のチャンバ温度制御方式において、前記制御手段は、
特定部位温度計測値＜（前記露点温度計測値＋あらかじめ設定される露点エラー余裕値）
で規定される判定を行い、該判定の結果、前記特定部位温度計測値が前記不等式を満足しない場合には前記冷却制御を停止すると共に、前記加熱手段により前記特定部位を室温以上まで加熱することを特徴とするチャンバ温度制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチャンバ内を所望の温度に維持するための温度制御方式に関し、特にチャンバ内の特定部位を所望の温度に維持する機能と結露防止機能とを実現できるようにしたチャンバ温度制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チャンバ内の特定部位を所望の温度に維持する機能を持つ装置として、例えばプローバチャンバと呼ばれるものが知られている。
【０００３】
プローバチャンバは、シリコンウェハ（以下、ウェハと呼ぶ）上に作成された半導体デバイスの電気特性を検査するための装置であり、図３に示されるように、ウェハ３０を保持するためのチャック（特定部位）４０を備えている。チャック４０は、封止用のチャンバ（図示せず）内に設置され、半導体デバイスの電気特性を検査する上で、ウェハ３０を吸着して保持するための検査台である。プローバチャンバでは、チャック温度制御装置５０によりチャック温度制御が行われる。
【０００４】
チャック温度制御というのは、チャックの温度を調節し、ウェハをチャックと同じ温度にすることによって、任意の温度条件（例えば−６０℃〜１６０℃）におけるウェハの検査を行なうことを目的とした制御である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４を参照して、プローバチャンバにおける温度制御形態の一例を説明する。図４において、封止用のチャンバ１０内にチャック４０が設置されている。チャック４０は冷却のために冷却液の循環回路Ｃ１を内蔵すると共に加熱のために電気ヒータＨ１を内蔵している。チャック４０にはまた、温度検出のために温度センサＳ１が内蔵されている。チャンバ１０は内部の空気を排気するための排気系を備えているが図示は省略している。
【０００６】
チャック温度制御装置５０は、循環回路Ｃ１と共に冷却手段を構成する冷凍機５１、冷却液タンク５２、ポンプ５３、調整弁５４を含む。この冷却手段は、チャック４０を上記の温度条件、例えば−６０℃程度まで冷却可能である。チャック温度制御装置５０はまた、電気ヒータＨ１と共に加熱手段を構成する加熱用電源５５を含む。チャック温度制御装置５０は更に、チャンバ１０内に乾燥空気を供給するために乾燥空気供給装置５７及び開閉バルブ５８を備えている。なお、冷却液タンク５２内には冷却液の温度を検出するための冷却液温度センサが設置されているが、図示は省略している。
【０００７】
制御部１００は、温度センサＣ１、冷却液温度センサから検出信号を受け、チャック４０を設定値（以下、チャック温度設定値と呼ぶ）に維持する制御を行うと共に、冷却液タンク５２内の冷却液温度を設定値に維持する制御を行う。つまり、ポンプ５３から吐出された冷却液タンク５２内の冷却液は一部が冷凍機５１に送られて冷却され冷却液タンク５２に戻る。そして、制御部１００がこの流量を調整弁５４で調整することにより冷却液タンク５２内の冷却液温度が設定値に維持される。一方、ポンプ５３から吐出された冷却液タンク５２内の冷却液の残りは循環回路Ｃ１に供給される。制御部１００は温度センサＳ１の検出値に基づいてチャック４０の温度がチャック温度設定値になるように電気ヒータＨ１の発熱量、つまり加熱用電源５５を制御する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３３２６０８（第４頁、図３）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
なお、チャック４０をチャック温度設定値まで冷却する際、チャンバ１０内に乾燥空気を投入し、チャンバ１０内の露点温度がチャック温度設定値より低くなるまで露点温度を下げる必要がある。このために、チャンバ１０内には露点温度計測器Ｓ２が設置されている。露点温度を下げる際、これまでの方式では、チャンバ１０内の露点温度が目標温度（以下、露点温度目標値と呼ぶ）に下がるまで待機してから、チャック４０の冷却制御を開始している。こうすると、露点温度が下がりきるまではチャック４０の冷却を行えないため、その分無駄時間が発生し、チャック４０の冷却に時間がかかるという欠点がある。
【００１０】
また、乾燥空気の投入は開閉バルブ５８でオン、オフ制御する方式であるため、露点温度が露点温度目標値を下回った場合でも、同じ量の乾燥空気を投入し続けるので乾燥空気の消費量が多いという欠点もある。
【００１１】
更に、チャック４０が冷却された状態にあるにも拘らず、何らかのトラブルにてチャンバ４０が開放された時には、制御部１００はチャンバ開放エラーとしてチャック４０の冷却制御を停止する。この場合、チャンバ１０内への大気の侵入によりチャック４０廻りの露点温度が急激に上昇するため、チャック４０やウェハ３０に結露が生じたままとなる欠点がある。
【００１２】
そこで、本発明の課題は、チャンバ内の特定部位、例えばチャックを冷却する上で、チャンバ内の露点温度を監視しながらチャックの冷却温度を制御することにより、チャック温度が如何なる場合でも、チャックに結露を生じさせずに迅速な冷却制御を可能とするチャンバ温度制御方式を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の課題は、トラブル等にて特定部位、例えばチャックに結露が生じてしまった場合にも迅速な復旧を可能とするチャンバ温度制御方式を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、チャンバと、このチャンバ内における特定部位を冷却／加熱するための冷却手段及び加熱するための加熱手段と、前記チャンバ内に乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段と、前記特定部位の温度を計測する温度計測手段と、前記チャンバ内の露点を計測する露点計測手段と、前記温度計測手段及び露点計測手段からの計測値を用いて前記冷却手段、加熱手段、及び乾燥空気供給手段を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段は、前記乾燥空気が供給されている状態で前記チャンバの冷却制御を開始し、前記特定部位があらかじめ設定される温度目標値に到達するまでは、
特定部位温度設定値≧（露点温度計測値＋あらかじめ設定される結露防止温度余裕値）
で規定される不等式を満足するように前記特定部位温度設定値を変化させながら冷却制御を行うことにより、前記特定部位温度設定値を前記温度目標値に近付けることを特徴とするチャンバ温度制御方式が提供される。
【００１５】
本チャンバ温度制御方式においては、前記乾燥空気供給手段が、前記チャンバへの空気供給配管に並列に接続された大流量開閉バルブと小流量開閉バルブとを備えるようにし、前記制御手段は、前記チャンバの冷却制御開始に際しては少なくとも前記大流量開閉バルブを開にすると共に、
露点温度目標値＝（前記温度目標値−あらかじめ設定される露点温度余裕値）で規定される前記露点温度目標値を算出し、前記露点温度計測値が前記算出された露点温度目標値以下になると、前記小流量開閉バルブのみを開とするようにすることが好ましい。
【００１６】
本チャンバ温度制御方式においてはまた、前記制御手段は、
特定部位温度計測値＜（前記露点温度計測値＋あらかじめ設定される露点エラー余裕値）
で規定される判定を行い、該判定の結果、前記特定部位温度計測値が前記不等式を満足しない場合には前記冷却制御を停止すると共に、前記加熱手段により前記特定部位を室温以上まで加熱するようにすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１、図２を参照して、本発明によるチャンバ温度制御方式を、前述したプローバチャンバに適用した場合の実施の形態について説明する。図１において、本形態におけるプローバチャンバは、図４で説明したものとは制御部１の制御動作が異なる他に、以下の点において異なる。
【００１８】
乾燥空気供給手段における乾燥空気の供給配管には、大流量開閉バルブ５８ａと小流量開閉バルブ５８ｂとを並列に接続したものが配置される。これらは、制御部１によりオン、オフ制御されることは言うまでも無い。
【００１９】
制御部１は、温度センサＣ１、冷却液タンク５２内に設置された冷却液温度センサ（図示せず）から検出信号を受け、チャック４０をあらかじめ設定されるチャック温度目標値に維持する制御を行うと共に、冷却液タンク５２内の冷却液温度を設定値に維持する制御を行う。つまり、ポンプ５３から吐出された冷却液タンク５２内の冷却液は一部が冷凍機５１に送られて冷却され冷却液タンク５２に戻る。そして、制御部１がこの流量を調整弁５４で調整することにより冷却液タンク５２内の冷却液温度が設定値に維持される。一方、ポンプ５３から吐出された冷却液タンク５２内の冷却液の残りは循環回路Ｃ１に供給される。制御部１は温度センサＳ１の検出値に基づいてチャック４０の温度がチャック温度目標値になるように電気ヒータＨ１の発熱量、つまり加熱用電源５５を制御する。具体的には、チャック４０側に供給される冷媒の流量がほぼ一定となるようにされ、この冷媒の温度がチャック温度目標値より若干低くなるように調整弁５４によりタンク５２の冷媒温度が制御されている。そして、これだけではチャックの温度はチャック温度目標値より低くなるので、電気ヒータＨ１で加熱を行うようにしたうえで、加熱用電源５５を制御してチャックの温度をチャック温度目標値に精度良く維持できるようにしている。
【００２０】
本形態による温度制御方式は、上記のような制御に並行して、制御部１が以下のような制御を行う点に特徴を有する。
【００２１】
本形態では、露点温度を下げるための時間を有効に利用して、チャック４０をチャック温度目標値まで迅速に冷却するために、結露防止温度余裕値Ｔ１  をあらかじめ設定し、以下の不等式（１）のようにチャンバ１０内の露点温度計測値と組み合わせ、露点温度計測値が露点温度目標値まで下がっていない時点では、冷却制御の指標となるチャック温度設定値がチャンバ１０内の露点温度以下とならないように制限を設けることによって、チャック４０に結露を生じさせることなく、最も早くチャック温度目標値に到達させる冷却制御を行う。なお、この時には、大流量開閉バルブ５８ａ、小流量開閉バルブ５８ｂのうち、少なくとも大流量開閉バルブ５８ａが開とされていれば良い。
【００２２】
チャック温度設定値≧（露点温度計測値＋結露防止温度余裕値Ｔ１  ）  （１）
つまり、制御部１は、チャンバ１０内に乾燥空気が供給されている状態でチャンバ１０の冷却制御を開始すると、チャック４０がチャック温度目標値に到達するまでは、上記式（１）で規定される不等式を満足するようにチャック温度設定値を変化させながら冷却制御を行うことにより、チャック温度設定値をチャック温度目標値に一致させる。以後、チャンバ１０内でウェハ３０の処理が行われている間は、制御部１によりチャック４０はチャック温度目標値に維持される。
【００２３】
次に、本形態では、前述したように、チャンバ１０内に乾燥空気を投入するための乾燥空気供給装置５７の空気供給配管に大流量開閉バルブ５８ａ、小流量開閉バルブ５８ｂを設置しており、あらかじめ露点温度余裕値Ｔ２  が設定される。制御部１は、以下の式（２）で表される露点温度目標値を算出し、露点温度計測値が算出された露点温度目標値以下となった時点で大流量開閉バルブ５８ａは閉、小流量開閉バルブ５８ｂを開とすることにより、以後の乾燥空気の消費量を低減させるようにしている。
【００２４】
露点温度計測値≦露点温度目標値にて、大流量開閉バルブ５８ａ閉
露点温度目標値＝チャック温度目標値−露点温度余裕値Ｔ２    （２）
つまり、制御部１は、上記式（２）で規定される露点温度目標値を算出し、露点温度計測値が算出された露点温度目標値以下になると、小流量開閉バルブ５８ｂのみを開とする。
【００２５】
更に、本形態では、チャック４０が冷却された状態にあるにも拘らず、何らかのトラブルにて、チャンバ１０が開放された時、露点温度の急上昇にてチャック４０に結露が生じてしまった場合にこの結露を迅速に無くすために、制御部１において以下のような制御を行うようにしている。露点エラー余裕値Ｔ３  があらかじめ設定され、制御部１は、以下の式（３）で規定されるチャック温度計測値を、露点温度が急上昇した時の判定値とし、エラーが発生した時点で、冷却制御を停止すると共に電気ヒータＨ１にて加熱を行い、チャック温度を室温以上まで急加熱し、チャック４０に生じた結露を蒸発させる。こうすることによって、チャンバ開放エラーが解消された時点から、再び、チャック４０の冷却制御が直ぐに開始できる。
【００２６】
チャック温度計測値＜露点温度計測値＋露点エラー余裕値Ｔ３      （３）
つまり、制御部１は、上記式（３）で規定される判定を行い、この判定の結果、式（３）を満足しない場合、つまりチャック温度計測値が（露点温度計測値＋露点エラー余裕値Ｔ３  ）を越える場合には冷却制御を停止すると共に、電気ヒータＨ１によりチャック４０を室温以上になるまで加熱する。
【００２７】
なお、チャック温度目標値は、前述したように−６０℃〜１６０℃程度、結露防止温度余裕値Ｔ１  、露点温度余裕値Ｔ２  、露点エラー余裕値Ｔ３  は数℃〜十数℃程度の値が設定される。また、結露防止温度余裕値Ｔ１  ＞露点エラー余裕値Ｔ３  とされるのが好ましい。
【００２８】
なお、上記の説明は、チャック４０を冷却する場合であるが、チャック４０を室温以上に加熱する場合には、電気ヒータＨ１による加熱を行う。必要に応じて、ポンプ５３をオン、オフして冷却液の循環量を調節することでチャック４０を所望の温度に維持する制御を行うようにしても良い。
【００２９】
以上、本発明を半導体デバイスの電気特性検査のためのプローバチャンバーに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、封止用のチャンバを備え、このチャンバー内温度を露点温度以下に制御する必要のある、言い換えれば結露を極力防止することが要求されるチャンバ温度制御方式全般に適用可能である。
【００３０】
また、チャック温度制御装置５０における冷却手段として図１に示したものはあくまでも一例であり、チャック４０を所望の温度まで冷却可能なものであれば良い。また、図１の例で言えば、ポンプ５３から循環回路Ｃ１に至る配管、あるいは戻りの配管に調整弁を設けて冷却液の循環量を調整する構成でも良い。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、露点温度の降下に追従してチャックを冷却制御することができるので、冷却時間を短縮することができる。また、露点温度が十分に下がっていると判断された場合、乾燥空気の消費量を低減させることができる。更に、トラブル等による露点温度の急上昇により結露が発生した場合にも、チャック上の結露をすぐに蒸発させることによって、次の冷却制御が直ぐに再開できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を半導体デバイス検査用のプローバチャンバに適用した場合の温度制御方式の構成を示した図である。
【図２】図１の温度制御方式により実現される各部の温度変化の一例を示した図である。
【図３】従来のプローバチャンバの温度制御を説明するための図である。
【図４】従来の温度制御制御方式を半導体デバイス検査用のプローバチャンバに適用した場合の構成を示した図である。
【符号の説明】
１、１００    制御部
１０    チャンバ
３０    ウェハ
４０    チャック
５０    チャック温度制御装置
５１    冷凍機
５２    冷却液タンク
５３    ポンプ
５４    調整弁
５５    加熱用電源
５７    乾燥空気供給装置
５８    開閉バルブ
５８ａ    大流量開閉バルブ
５８ｂ    小流量開閉バルブ
Ｓ１    温度センサ
Ｓ２    露点温度計測器
Ｈ１    電気ヒータ
Ｃ１    冷却液の循環回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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