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JP2004273967A - チャンバ温度制御方式 - Google Patents

チャンバ温度制御方式 Download PDF

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JP2004273967A JP2003066025A JP2003066025A JP2004273967A JP 2004273967 A JP2004273967 A JP 2004273967A JP 2003066025 A JP2003066025 A JP 2003066025A JP 2003066025 A JP2003066025 A JP 2003066025A JP 2004273967 A JP2004273967 A JP 2004273967A
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Masamichi Ando
正道 安東
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

【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

Description

【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T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T) (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T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T (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T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T (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T)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T、露点温度余裕値T、露点エラー余裕値T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T>露点エラー余裕値T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

Claims (3)

  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。
  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。
  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。
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