特許 7554985 ウェーハチャック、温度制御システム及び温度制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-12

(45)【発行日】2024-09-24

(54)【発明の名称】ウェーハチャック、温度制御システム及び温度制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240913BHJP

   G01N 25/00 20060101ALI20240913BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20240913BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

G01N25/00 P

H01L21/02 Z

H01L21/66 H

H01L21/68 N

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023076050

(22)【出願日】2023-05-02

【審査請求日】2024-07-12

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】高橋 武孝

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２１２１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１７０７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１９６２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４０２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３７７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６６２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０９６８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２１３８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１３６４３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２－２１／４８

Ｈ０１Ｌ ２１／６７－２１／６８７

Ｇ０１Ｒ ３１／２６－３１／３１９３

Ｇ０１Ｎ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェーハを保持する保持面を有するウェーハチャックであって、
前記ウェーハチャックを加熱又は冷却する加熱冷却部と、
前記ウェーハチャックに配置された少なくとも１つの温度センサと、
前記ウェーハチャックに配置され、複数の熱電対を直列に接続して、且つ互いに隣接する前記熱電対の接続部分が、前記保持面から第１深さ位置と、前記第１深さ位置よりも深い第２深さ位置と、に交互に配置されている熱流センサと、
を備え、
前記温度センサが、前記ウェーハチャックにおける前記ウェーハの発熱部分に対応した部分を対応部分とした場合に、前記対応部分での前記第２深さ位置の温度である基準温度の測定に用いられ、
前記熱流センサは、前記熱電対毎に設けられた複数の測温点を有し、前記ウェーハチャックを平面視した場合に、前記複数の測温点が前記ウェーハチャックの全体にわたって配置されており、前記対応部分での前記第１深さ位置と前記第２深さ位置との上下温度差の測定に用いられる、ウェーハチャック。

【請求項2】

複数の前記温度センサが分散して配置されている請求項１に記載のウェーハチャック。

【請求項3】

請求項１に記載の前記ウェーハチャックと、
前記温度センサの検出結果と前記熱流センサの検出結果とに基づいて、前記対応部分又は前記発熱部分の温度を制御温度として算出する温度制御部と、
を備える温度制御システム。

【請求項4】

前記温度制御部が、
前記温度センサの検出結果に基づいて、前記基準温度を検出する処理と、
前記熱流センサの検出結果に基づいて、前記上下温度差を算出する処理と、
前記基準温度と前記上下温度差とに基づいて、前記対応部分の温度である発熱部測温点の温度を前記制御温度として算出する処理と、
を実行する請求項３に記載の温度制御システム。

【請求項5】

前記温度制御部が、
前記温度センサの検出結果に基づいて、前記基準温度を検出する処理と、
前記熱流センサの検出結果に基づいて、前記上下温度差を算出する処理と、
前記基準温度と、前記上下温度差と、前記ウェーハ及び前記ウェーハチャックの物性値及び寸法を含むデータと、に基づいて、前記発熱部分の温度であるデバイス温度を前記制御温度として算出する処理と、
を実行する請求項３に記載の温度制御システム。

【請求項6】

前記ウェーハチャックには、複数の前記温度センサが分散して配置され、
前記温度制御部が、複数の前記温度センサがそれぞれ検出した温度から、最も低い温度、平均もしくは中央値を前記基準温度として検出する請求項４又は５に記載の温度制御システム。

【請求項7】

請求項１に記載の前記ウェーハチャックの温度を制御する温度制御方法において、
少なくとも１つの前記温度センサが前記ウェーハチャックの前記基準温度を検出する基準温度検出ステップと、
前記熱流センサが、前記保持面に保持された前記ウェーハの部分的な発熱により生じた熱流を検出する熱流検出ステップと、
前記熱流検出ステップの検出結果に基づいて前記上下温度差を算出して、前記基準温度検出ステップで検出した前記基準温度と、前記上下温度差とに基づいて前記対応部分又は前記発熱部分の温度を制御温度として算出する温度制御ステップと、
を含む温度制御方法。

【請求項8】

前記温度制御ステップが、
前記基準温度と前記上下温度差とに基づいて、前記対応部分の温度である発熱部測温点の温度を前記制御温度として算出する処理を含む請求項７に記載の温度制御方法。

【請求項9】

前記温度制御ステップが、
前記基準温度と、前記上下温度差と、前記ウェーハ及び前記ウェーハチャックの物性値及び寸法を含むデータと、に基づいて、前記発熱部分の温度であるデバイス温度を前記制御温度として算出する処理を含む請求項７に記載の温度制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェーハチャック、温度制御システム及び温度制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程では、半導体ウェーハに各種の処理を施して、半導体デバイスをそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサで分断された後、リードフレーム等に固定されて組み立てられる。電気的特性の検査は、プローバとテスタで構成されるウェーハテストシステムにより行われる。プローバは、ウェーハをウェーハチャックに固定し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源及び各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号を解析して、検査対象のチップの半導体デバイスが正常に動作するかを確認する。

【0003】

プローバでは、電気的特性の検査時の温度を設定された温度にし、且つ一定に維持する必要がある。そのため、ウェーハチャックは、検査対象のチップの半導体デバイス（測定デバイス）の発熱に対して、その温度や発熱量を検知するために、測温抵抗体や熱電対式温度センサ等の温度センサを設置し、温度センサの検出結果に基づいてウェーハチャックの温度制御が行われる。

【0004】

例えば、特許文献１に開示されたプローバは、ウェーハチャック（プローバチャック）に複数の温度センサを配設し、複数の温度センサの中から検査対象となる測定デバイスに最も近い温度センサの検出結果に基づいてウェーハチャックの温度制御を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００６－２９４８７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献１に開示されたプローバにおいて、測定デバイスの発熱部分に対応するウェーハチャックの温度を正確に測定するためには、ウェーハチャックに設置する温度センサの数を多くする必要がある。しかしながら、ウェーハチャック内部の構造的な制限から、その設置数や設置位置に制限があり、多くの温度センサを理想的な位置に組み込むことが困難である。また、多くの温度センサを設置した場合、温度センサの信号線のセットは温度センサの数だけ必要になり、その配線処理が非常に困難となる。

【0007】

特に、測定デバイスが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＰＵ（Accelerated Processing Unit）等のＳｏＣ（System On Chip）系のデバイスである場合には、メモリデバイスと比べて、局部的に熱密度の大きい発熱となる。そのため、多くの温度センサをウェーハチャックに設置できない場合、測定デバイスの発熱に対してウェーハチャックの温度を適切に制御することが困難となる。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、設置する温度センサの数を多くすることなくウェーハの発熱部分に対応するウェーハチャックの温度測定が可能なウェーハチャックと、ウェーハチャックの温度を適切に制御することができる温度制御システム及び温度制御方法と、を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的を達成するためのウェーハチャックは、ウェーハを保持する保持面を有するウェーハチャックであって、ウェーハチャックを加熱又は冷却する加熱冷却部と、ウェーハチャックに配置された少なくとも１つの温度センサと、ウェーハチャックに配置され、複数の熱電対を直列に接続して、且つ互いに隣接する熱電対の接続部分が、保持面から第１深さ位置と、第１深さ位置よりも深い第２深さ位置と、に交互に配置されている熱流センサと、を備え、熱流センサは、熱電対毎に設けられた複数の測温点を有し、ウェーハチャックを平面視した場合に、複数の測温点がウェーハチャックの全体にわたって配置される。

【0010】

このウェーハチャックによれば、設置する温度センサの数を多くすることなくウェーハの発熱部分に対応するウェーハチャックの温度測定が可能になる。

【0011】

本発明の他の態様に係るウェーハチャックにおいて、複数の温度センサが分散して配置されている。これにより、検査対象のウェーハにおける測定デバイスが発熱した場合に、その発熱による影響を受けない部分におけるウェーハチャックの温度を、複数の温度センサのうちの少なくとも１つで検出することができる。

【0012】

本発明の目的を達成するための温度制御システムは、上述のウェーハチャックと、温度センサの検出結果と熱流センサの検出結果とに基づいて制御温度を算出する温度制御部と、を備える。

【0013】

この温度制御システムによれば、ウェーハチャックに配設する温度センサの数を多くすることなく、ウェーハチャックの温度を適切に制御することができる。

【0014】

本発明の他の態様に係る温度制御システムにおいて、温度制御部が、ウェーハチャックにおけるウェーハの発熱部分に対応した部分を対応部分とした場合に、温度センサの検出結果に基づいて、対応部分での第２深さ位置の温度である基準温度を検出する処理と、熱流センサの検出結果に基づいて、対応部分での第１深さ位置と第２深さ位置との上下温度差を算出する処理と、基準温度と上下温度差とに基づいて、対応部分の温度である発熱部測温点の温度を算出する処理と、発熱部測温点の温度を制御温度として加熱冷却部を制御する処理と、を実行する。これにより、ウェーハチャックに配設する温度センサの数を多くすることなく、ウェーハチャックの温度を適切に制御することができる。

【0015】

本発明の他の態様に係る温度制御システムにおいて、温度制御部が、ウェーハチャックにおけるウェーハの発熱部分に対応した部分を対応部分とした場合に、温度センサの検出結果に基づいて、対応部分での第２深さ位置の温度である基準温度を検出する処理と、熱流センサの検出結果に基づいて、対応部分での第１深さ位置と第２深さ位置との上下温度差を算出する処理と、基準温度と、上下温度差と、ウェーハ及びウェーハチャックの物性値及び寸法を含むデータと、に基づいて、ウェーハの発熱部分の温度であるデバイス温度を算出する処理と、デバイス温度を制御温度として加熱冷却部を制御する処理と、を実行する。これにより、ウェーハチャックに配設する温度センサの数を多くすることなく、ウェーハチャックの温度を適切に制御することができる。

【0016】

本発明の他の態様に係る温度制御システムにおいて、ウェーハチャックには、複数の温度センサが分散して配置され、温度制御部が、複数の温度センサがそれぞれ検出した温度から、最も低い温度、平均もしくは中央値を基準温度として検出する。

【0017】

本発明の目的を達成するための温度制御方法は、上述のウェーハチャックの温度を制御する温度制御方法において、少なくとも１つの温度センサがウェーハチャックの基準温度を検出する基準温度検出ステップと、熱流センサが、保持面に保持されたウェーハの部分的な発熱により生じた熱流を検出する熱流検出ステップと、温度センサの検出結果と、熱流センサの検出結果とに基づいて制御温度を算出する温度制御ステップと、を含む。

【0018】

本発明の他の態様に係る温度制御方法において、基準温度検出ステップでは、ウェーハチャックにおけるウェーハの発熱部分に対応した対応部分での第２深さ位置の温度を基準温度として検出し、温度制御ステップが、熱流検出ステップの検出結果に基づいて、対応部分での第１深さ位置と第２深さ位置との上下温度差を算出する処理と、基準温度と上下温度差とに基づいて、対応部分の温度である発熱部測温点の温度を前記制御温度として算出する処理と、を含む。

【0019】

本発明の他の態様に係る温度制御方法において、基準温度検出ステップでは、ウェーハチャックにおけるウェーハの発熱部分に対応した対応部分での第２深さ位置の温度を基準温度として検出し、温度制御ステップが、熱流検出ステップの検出結果に基づいて、対応部分での第１深さ位置と第２深さ位置との上下温度差を算出する処理と、基準温度と、上下温度差と、ウェーハ及びウェーハチャックの物性値及び寸法を含むデータと、に基づいて、ウェーハの発熱部分の温度であるデバイス温度を前記制御温度として算出する処理と、を含む。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、設置する温度センサの数を多くすることなくウェーハの発熱部分に対応するウェーハチャックの温度測定が可能になる。また、ウェーハチャックの温度を適切に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】ウェーハテストシステムの全体構成を示した概略図である。

【図2】第１実施形態の温度制御システムの概略構成図である。

【図3】ウェーハチャックの内部構造を示す概略平面図及び拡大断面図である。

【図4】第１実施形態における温度制御装置の構成を示した機能ブロック図である。

【図5】熱流センサから得られる発熱部分の面積の計算例の概念図である。

【図6】第１実施形態の温度制御システムにおける温度制御方法の一例を示したフローチャートである。

【図7】熱流センサが２つのセンサ体で構成される場合の構成例を示した図である。

【図8】第１変形例に係る温度制御システムの概略構成図である。

【図9】第２変形例に係る温度制御システムの概略構成図である。

【図10】第２実施形態における温度制御装置の構成を示した機能ブロック図である。

【図11】デバイス温度の算出方法を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。

【0023】

＜ウェーハテストシステム＞
図１は、ウェーハテストシステム１の全体構成を示した概略図である。なお、以下では、ウェーハチャック１８に平行な面をＸＹ平面とするＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。

【0024】

図１に示すウェーハテストシステム１は、ウェーハＷ上の各チップの電極にプローブ２５を接触させるプローバ１０と、プローブ２５に電気的に接続され、電気的検査のために各チップに電流や電圧を印加し特性を測定するテスタ３０とを備える。

【0025】

プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動回転部１５と、ウェーハチャック１８と、ウェーハアライメントカメラ１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に取り付けられるプローブカード２４とを有する。

【0026】

プローブカード２４には、プローブ２５が設けられる。なお、プローブ２５の位置を検出する針位置合わせカメラや、プローブをクリーニングするクリーニング機構などが設けられるが、ここでは省略している。

【0027】

移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動回転部１５とは、ウェーハチャック１８を３軸方向に移動し及びＺ軸周りに回転する移動回転機構を構成する。移動回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。

【0028】

ウェーハチャック１８は、複数のチップが形成されたウェーハＷを真空吸着により保持する。ウェーハチャック１８の上面にはウェーハＷを保持する保持面１８Ａが設けられる。

【0029】

ウェーハチャック１８の内部には、チップを高温状態（例えば、最高で１５０℃）、又は低温状態（例えば最低で－４０℃）で電気的特性検査が行えるように、加熱冷却源としての加熱冷却部４０が設けられる。加熱冷却部４０は、ウェーハチャック１８を加熱又は冷却する。加熱冷却部４０としては、適宜の加熱器及び又は冷却器を適用することができる。加熱冷却部４０としては、例えば、ヒータと冷却板とを組み合わせたもの、ペルチェ素子と冷却板とを組み合わせたもの、面ヒータの加熱層と冷却流体の通路を設けた冷却層との二重層構造にしたもの、熱伝導体内に加熱ヒータを巻き付けた冷却管を埋設した一層構造のなど、様々のものを適用することができる。加熱冷却部４０は本発明の加熱冷却部の一例である。

【0030】

ウェーハチャック１８は、Ｚ軸移動回転部１５の上に取り付けられる。ウェーハチャック１８は、上述した移動回転機構により３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）に移動可能であり、且つＺ軸周りの回転方向（θ方向）に回転可能である。

【0031】

ウェーハＷが保持されるウェーハチャック１８の上方には、プローブカード２４が配置される。プローブカード２４は、プローバ１０の筺体の天板を構成するヘッドステージ２２の開口部（プローブカード取付部）に着脱自在に装着される。

【0032】

プローブカード２４は、検査するチップの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するチップに応じて交換される。

【0033】

テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを備えている。プローブカード２４には、各プローブ２５に接続される電極が設けられる。コンタクトリング３２は、この電極に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。

【0034】

制御装置９０は、制御プログラムを実行することで機能を発揮し、プローバ１０全体の動作を制御する。例えば、制御装置９０は、上述した移動回転機構（移動ベース１２、Ｙ軸移動台１３、Ｘ軸移動台１４、及びＺ軸移動回転部１５）の移動制御を行う。また、制御装置９０は、テスタ３０や加熱冷却部４０の動作を制御する。なお、制御装置９０には、後述する温度制御装置１００（図２参照）が含まれる。

【0035】

＜温度制御システム＞
次に、本実施形態のプローバ１０に組み込まれている温度制御システムについて説明する。なお、温度制御システムは、本発明における温度制御システムの一例である。

【0036】

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態の温度制御システム５０の概略構成図である。図３は、ウェーハチャック１８の内部構造を示す概略平面図である。

【0037】

図２に示すように、第１実施形態の温度制御システム５０は、ウェーハチャック１８と、温度制御装置１００と、複数の温度センサ５２と、熱流センサ５４と、冷却板４２と、ヒータ４４と、から構成されている。冷却板４２及びヒータ４４は、上述した加熱冷却部４０の構成要素である。

【0038】

ウェーハチャック１８は、チャックトップ吸着板２８を備えている。チャックトップ吸着板２８は、ウェーハチャック１８の上側（ウェーハＷが配置される側）の部分を構成する。チャックトップ吸着板２８は、ウェーハチャック１８の保持面１８Ａに相当するチャックトップ表面２８Ａと、チャックトップ表面２８Ａ（保持面１８Ａ）の反対側のチャックトップ裏面２８Ｂと、を有している。チャックトップ吸着板２８の内部には冷却板４２が配置される。ヒータ４４は、チャックトップ吸着板２８の下側（ウェーハＷが配置される側とは反対側）であって、チャックトップ裏面２８Ｂと接する位置に配置される。

【0039】

冷却板４２には冷却装置９２が接続されており、温度制御装置１００の制御の下、冷却装置９２から冷却板４２に冷却液が供給される。ヒータ４４にはヒータ電源９４が接続されており、温度制御装置１００の制御の下、ヒータ電源９４からヒータ４４にヒータ電力が供給される。

【0040】

複数の温度センサ５２は、ウェーハチャック１８（チャックトップ吸着板２８）の内部に設けられる。各温度センサ５２は、例えば、測温抵抗体（RTD:Resistance temperature Detector）、熱電対（TC:ThermoCouple）等で構成される。

【0041】

複数の温度センサ５２は、後述するウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆを検出するために、ウェーハチャック１８（チャックトップ吸着板２８）の平面視（Ｚ方向視）において均等に分散配置されている（図３参照）。本実施形態では、一例として、図３に示すように、５つの温度センサ５２がチャックトップ吸着板２８の内部に設けられる。具体的には、５つの温度センサ５２のうち、１つの温度センサ５２がウェーハチャック１８の中心部に配置され、残りの４つの温度センサ５２がウェーハチャック１８の外周部において周方向に沿って均等に配置されている。各温度センサ５２は、ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆを検出することができれば、ウェーハチャック１８の平面視において不均等に分散配置されていてもよい。

【0042】

なお、「分散配置」とは、複数の温度センサ５２が互いに所定の間隔を空けて配置されることであり、検査対象のウェーハＷにおける測定デバイスが発熱した場合に、その発熱による影響を受けない部分におけるウェーハチャック１８の温度（上述の基準温度Ｔｒｅｆに相当）を、複数の温度センサ５２のうち少なくとも１つの温度センサ５２が検出することができるような配置形態をいう。すなわち、ウェーハＷにおける測定デバイスの数にあわせて複数の温度センサ５２が密接して配置されるのではなく、少なくとも１つの温度センサ５２がウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆを検出できるように複数の温度センサ５２が互いの距離を離して配置された状態という。

【0043】

熱流センサ５４は、温度センサ５２と共に、ウェーハチャック１８（チャックトップ吸着板２８）の内部に設けられる。熱流センサ５４は、測定デバイスの発熱量を熱流（熱流束：単位時間当たりに単位面積を流れる熱量）として検知するものである。なお、「熱流センサ」は「熱流束センサ」とも称される。

【0044】

図２及び図３に示すように、熱流センサ５４は、複数（測温点数個分）の熱電対５６を直列に接続して構成されたものである。熱流センサ５４の両端部には、熱流センサ５４で検知された熱流（熱流束）を示す出力信号（電圧信号）（以下、「センサ信号」という。）を出力するための出力配線部８０を備えている。出力配線部８０は温度制御装置１００に接続されており、熱流センサ５４から出力されたセンサ信号が温度制御装置１００に入力されるように構成されている。

【0045】

各熱電対５６は、互いに種類の異なる金属５６Ａ及び５６Ｂを接合して構成されており、金属５６Ａと金属５６Ｂとの接続部分となる測温点６０を有している。すなわち、熱流センサ５４は、熱電対５６毎にそれぞれ測温点６０を備えている。各測温点６０は、チャックトップ吸着板２８の内部において上方位置（チャックトップ表面２８Ａ側となる位置）にそれぞれ配置され、且つ、ウェーハチャック１８の平面視（Ｚ方向視）においてウェーハチャック１８の全体にわたって密に配置される。なお、「密に配置」とは、ウェーハチャック１８の平面視において、ウェーハＷにおいて部分的に発生する測定デバイスの発熱量を検知できるように、複数の測温点６０の配置密度が少なくとも複数の温度センサ５２の配置密度よりも高い状態で配置されている配置形態をいう。また、複数の測温点６０は、ウェーハＷにおいて部分的に発生する測定デバイスの発熱量を検知する観点から、ウェーハチャック１８の平面視においてウェーハチャック１８の全体にわたって均等且つ密に配置されていることが好ましいが、これに限らず、必ずしも複数の測温点６０が均等に配置されていなくてもよい。

【0046】

また、熱流センサ５４は、直列に接続された隣接する熱電対５６同士の接続部分（すなわち、隣接する熱電対５６同士のうち、一方の熱電対５６の金属５６Ａと、他方の熱電対５６の金属５６Ｂとの接続部分）となる基準接点６２を有している。すなわち、熱流センサ５４は複数の基準接点６２を備えている。各基準接点６２は、チャックトップ吸着板２８の下側となるチャックトップ裏面２８Ｂにそれぞれ所定位置に配置される。なお、本実施形態では、一例として、各基準接点６２は、ウェーハチャック１８の平面視（Ｚ方向視）において直列に接続された隣接する熱電対５６同士の中間位置にそれぞれ配置される。

【0047】

ここで、ウェーハチャック１８に対する熱流センサ５４の具体的な取り付け形態の一例について説明する。図３の拡大図に示すように、ウェーハチャック１８を構成するチャックトップ吸着板２８には、各測温点６０にそれぞれ対応する位置に熱電対収容溝３４が設けられている。各熱電対収容溝３４は、チャックトップ吸着板２８のチャックトップ裏面２８Ｂに開口した有底の細長い溝である。各熱電対収容溝３４には、それぞれ、熱電対５６を構成する金属５６Ａ及び５６Ｂの先端側部分（測温点６０側の部分）が収容されている。そして、各熱電対収容溝３４の底部（チャックトップ表面２８Ａ側；図３において上側）において、それぞれ対応する熱電対５６を構成する金属５６Ａ及び５６Ｂの先端側部分が接続されることで測温点６０を構成している。

【0048】

また、熱電対５６を構成する金属５６Ａ及び５６Ｂの基端側部分は、各熱電対収容溝３４の外部であるチャックトップ裏面２８Ｂに沿って配置されており、それぞれ、直列に接続された隣接する他の熱電対５６の金属５６Ａ又は５６Ｂの基端側部分と接続されることで基準接点６２を構成している。

【0049】

このようにウェーハチャック１８（チャックトップ吸着板２８）に対して複数の熱電対収容溝３４を設けた形態によれば、直列に接続された複数の熱電対５６をウェーハチャック１８に対して効率的且つ容易に組み込むことが可能となる。なお、本実施形態では、好ましい態様の１つとして、ウェーハチャック１８に対して複数の熱電対収容溝３４を設けた形態を示したが、熱流センサ５４における複数の測温点６０を、ウェーハチャック１８の平面視においてウェーハチャック１８の全体にわたって密に配置することが可能であれば、ウェーハチャック１８に対する熱流センサ５４の取り付け形態は特に限定されるものではない。

【0050】

図４は、温度制御装置１００の構成を示した機能ブロック図である。温度制御装置１００は、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、温度制御装置１００の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

【0051】

温度制御装置１００は、不図示の制御プログラムを実行することで、基準温度検出部１０２、温度差検出部１０４、及び温度制御部１０６として機能する。

【0052】

基準温度検出部１０２は、複数の温度センサ５２と接続され、各温度センサ５２でそれぞれ検出されたウェーハチャック１８の温度を取得する。基準温度検出部１０２は、各温度センサ５２でそれぞれ検出された温度から、最も低い温度、平均もしくは中央値等を、ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆとして検出（選択）する。そして、基準温度検出部１０２において検出された基準温度Ｔｒｅｆは温度制御部１０６に入力される。基準温度検出部１０２は、本発明の基準温度検出部の一例である。

【0053】

なお、「基準温度Ｔｒｅｆ」とは、検査対象のウェーハＷにおける測定デバイスが発熱した場合に、その発熱による影響を受けない部分におけるウェーハチャック１８の温度のことを指すものである。本実施形態では、複数の温度センサ５２のうち、ウェーハＷにおいて部分的に発熱した測定デバイスから最も離れた位置における温度センサ５２が、測定デバイスの発熱による影響が最も小さく、最も低い温度を検出するものとなることから、各温度センサ５２でそれぞれ検出された温度の中から最も低い温度を基準温度Ｔｒｅｆとして選択するようにしているが、デバイスの発熱によるウェーハチャック１８の温度上昇を検出したほうが、温度制御に対するウェーハチャック１８の温度追従性が優れる場合があり、各温度センサ５２でそれぞれ検出された温度の平均もしくは中央値等を、ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆとする方法もある。

【0054】

また、基準温度検出部１０２において検出された基準温度Ｔｒｅｆは、ウェーハチャック１８において測定デバイスの発熱による影響を受けにくい部分であるチャックトップ吸着板２８のチャックトップ裏面２８Ｂ（すなわち、熱流センサ５４における複数の基準接点６２が配置される位置）における温度と実質的に等しい温度とみなすことが可能であることから、後述する発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄから発熱部測温点の温度Ｔを求めるための基準温度として用いられる。なお、「発熱部測温点」とは、熱流センサ５４を構成する複数の測温点６０のうちウェーハＷの発熱部分に対応した位置における測温点６０を指すものとする。

【0055】

温度差検出部１０４は、熱流センサ５４と接続され、熱流センサ５４から出力されたセンサ信号を取得する。温度差検出部１０４は、熱流センサ５４から出力されたセンサ信号から起電力（熱起電力）を抽出し、その起電力をもとに発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを算出する。

【0056】

温度制御部１０６は、基準温度検出部１０２から基準温度Ｔｒｅｆを取得すると共に、温度差検出部１０４から発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを取得する。そして、温度制御部１０６は、基準温度Ｔｒｅｆ及び発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄに基づいて、発熱部測温点の温度Ｔを算出する。さらに温度制御部１０６は、算出した発熱部測温点の温度Ｔを制御温度（ＰＶ値）とし、この制御温度が予め設定された目標温度（例えば検査温度）となるように加熱冷却部４０の制御を行う。温度制御部１０６は本発明の温度制御部の一例である。

【0057】

＜温度制御の原理について＞
次に、本実施形態における温度制御の原理について詳しく説明する。

【0058】

本実施形態における熱流センサ５４では、ウェーハＷにおける測定デバイスの発熱により、熱流センサ５４に対してウェーハチャック１８の厚さ方向（Ｚ方向）に熱流が通過した場合に、熱流センサ５４の表側と裏側との温度差が生じる。すなわち、熱流センサ５４に対してウェーハチャック１８の厚さ方向に熱流が通過すると、ウェーハチャック１８の一方側（チャックトップ表面２８Ａ側）と他方側（チャックトップ裏面２８Ｂ側）とで温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって、ウェーハチャック１８の一方側と他方側とにおいて起電力が発生する。そして、熱流センサ５４では、熱流センサ５４の表側と裏側の間の流れる熱流に基づいて生じる起電力（熱起電力）をセンサ信号として出力する。

【0059】

本実施形態における熱流センサ５４は、上記のような構成であるため、熱流センサ５４が出力したセンサ信号、すなわち、熱流センサ５４の起電力に基づいて、熱流センサ５４の表側と裏側と間の温度差を算出することができる。

【0060】

なお、熱流センサ５４の起電力をＶ、熱流センサ５４を通過する熱流をｑとした場合、ｑ＝α・Ｖ（αはセンサ定数）の関係がある。また、熱流センサ５４の表側と裏側との温度差をΔＴとした場合、熱流センサ５４を通過する熱流ｑは、熱流センサ５４の温度差ΔＴに比例する。したがって、熱流センサ５４の起電力Ｖと熱流センサ５４の温度差ΔＴの間には相関関係があるため、これらの関係を示すデータ（起電力‐温度差変換データ）を予め実験的又は設計的に求めておくことにより、熱流センサ５４の起電力から温度差ΔＴを求めることができる。

【0061】

ここで、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差をΔＴ［℃］とし、熱流センサ５４を通過する熱量をＱ［Ｗ］とし、熱流センサ５４の面積をＳ［ｍ^２］とし、熱流センサ５４の熱流距離（熱流センサ５４の表側と裏側の距離）をＬｊ［ｍ］とし、熱流センサ５４が埋め込まれている材料の熱伝導率をｋ［Ｗ／ｍＫ］とした場合、熱流センサ５４を通過する熱量Ｑは、以下の式（１）から求められる。

【0062】

【数1】

【0063】

また、発熱部の熱量をＱｄ［Ｗ］とし、発熱部面積をＳｄ［ｍ^２］とした場合、発熱部の熱量Ｑｄは、以下の式（２）に示すとおりとなる。

【0064】

【数2】

【0065】

すなわち、発熱部の熱量Ｑｄは、熱流センサ５４を通過する熱量Ｑに対して、熱流センサ５４の面積Ｓに対する発熱部面積Ｓｄの面積比（Ｓｄ／Ｓ）を乗じた値となる。さらに熱流センサ５４を通過する熱量Ｑを式（１）に示した関係式を用いて置き換えると、発熱部の熱量Ｑｄは、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴで表すことが可能となる。

【0066】

さらに、発熱部測温点の上下温度差をΔＴｄ［℃］とした場合、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、以下の式（３）に示すとおりとなる。

【0067】

【数3】

【0068】

すなわち、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、発熱部の熱量Ｑｄと熱流距離Ｌｊに比例し、発熱部面積Ｓｄに反比例する関係にある。さらに発熱部の熱量Ｑｄを式（２）に示した関係式を用いて置き換えると、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、熱流センサ５４の起電力から求めた温度差ΔＴに対して、上記面積比の逆比（すなわち、発熱部面積Ｓｄに対する熱流センサ５４の面積Ｓの面積比）を乗じた値となる。

【0069】

このように発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、熱流センサ５４の起電力から求めた温度差ΔＴを発熱部面積Ｓｄで換算した温度差となるので、発熱部測温点の温度をＴ［℃］とした場合、以下の式（４）に示すとおり、発熱部測温点の温度Ｔは、基準温度Ｔｒｅｆ（複数の温度センサ５２が検出した温度の中から最も低い温度）に、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを加算した値となる。

【0070】

【数4】

【0071】

なお、基準温度Ｔｒｅｆは、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄの基準となる部分（すなわち、熱流センサ５４の裏側（チャックトップ裏面２８Ｂ）における基準温度のことである。ウェーハＷにおいて部分的に発熱した測定デバイスから最も離れた位置における温度センサ５２は最も低い温度を検出するため、この温度センサ５２が検出した温度は、熱流センサ５４の裏側（チャックトップ裏面２８Ｂ）における温度に実質的に等しいものとみなすことができる。したがって、上記の式（４）に示すとおり、基準温度検出部１０２が検出した基準温度Ｔｒｅｆに、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを加算することで、発熱部測温点の温度Ｔを求めることが可能である。

【0072】

＜発熱部分の温度の計算例の概念について＞
図５は、熱流センサ５４から得られる発熱部分の面積の計算例の概念図である。なお、以下に説明する計算例は、一例として、次に示す条件を前提としたものである。
・熱流センサ５４の熱流距離：Ｌｊ＝0.01［ｍ］
・熱流センサ５４が埋め込まれている材料の熱伝導率：ｋ＝180［Ｗ／ｍＫ］

【0073】

［発熱部が１箇所の場合］
図５の５Ａは、ウェーハＷにおける発熱部分ＨＰが１箇所である場合において熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴの一例を示したものである。なお、発熱部分ＨＰの熱量をＱｄ＝100［Ｗ］とし、発熱部面積をＳｄ＝0.000625［ｍ^２］（25ｍｍ×25ｍｍ）とする。

【0074】

図５の５Ａに示した例では、熱流センサ５４の起電力は0.353［ｍＶ］となり、この起電力から求められる温度差はΔＴ＝8.89［℃］となっている。

【0075】

一方、式（３）における一番左側の関係式を利用して、発熱部分ＨＰの熱量Ｑｄから実際の上下温度差ΔＴｄを求めると、以下の式（５）に示すとおりとなる。なお、この場合における発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、熱流センサ５４を通過する熱流の向きに依存して符号が決まる。

【0076】

【数5】

【0077】

図５の５Ａに示した例の場合には、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴは、発熱部分ＨＰの熱量Ｑｄから求めた上下温度差ΔＴｄの絶対値と等しくなる（すなわち、ΔＴ＝｜ΔＴｄ｜）。

【0078】

［発熱部が２箇所の場合］
図５の５Ｂは、ウェーハＷにおける発熱部分ＨＰが２箇所である場合（図５の５Ａの発熱部分ＨＰの発熱面積に対して２倍の発熱面積である場合）において熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴの一例を示したものである。なお、発熱部分ＨＰの熱量をＱｄ＝200［Ｗ］とし、発熱部面積をＳｄ＝0.00125［ｍ^２］（25ｍｍ×50ｍｍ）とする。

【0079】

図５の５Ｂに示した例では、熱流センサ５４の起電力は0.706［ｍＶ］となり、この起電力Ｖから求められる温度差はΔＴ＝17.78［℃］となっている。

【0080】

一方、式（３）における一番左側の関係式を利用して、発熱部分ＨＰの熱量Ｑｄから発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを求めると、以下の式（６）のとおりとなる。なお、この場合における発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、熱流センサ５４を通過する熱流の向きに依存して符号が決まる。

【0081】

【数6】

【0082】

図５の５Ｂに示した例では、ウェーハＷにおける発熱部分ＨＰの発熱面積が、図５の５Ａに示した例の場合に比べて２倍となっているため、発熱部分ＨＰの発熱面積に比例して熱流センサ５４の起電力も２倍に増加する。そのため、温度差の絶対値比較で、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴは、発熱部分ＨＰの熱量Ｑｄから求められる発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄの２倍となる。

【0083】

このようにウェーハＷにおける発熱部分ＨＰの面積の変化に応じて熱流センサ５４の起電力が変化し、その変化に応じて起電力から求められる温度差ΔＴも変化する。すなわち、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴは、発熱部分ＨＰの面積の変化に応じて変化する見かけ上の温度差であり、実際の温度差とずれている。そのため本実施形態では、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴを発熱部面積Ｓｄで換算した値とすることで、発熱部測温点における実際の温度差に略等しい温度差を求めるようにしている。

【0084】

＜実際の制御温度の求め方について＞
次に、本実施形態の温度制御装置１００において行われる実際の制御温度（発熱測温点の上下温度差ΔＴｄ）の求め方について説明する。

【0085】

本実施形態における温度制御の原理については既述のとおりであるが、実際の熱流センサ５４の出力値（起電力）は、熱流センサ５４を構成する熱電対５６の数とその実装密度（すなわち、熱電対５６一対当たりの面積）によって決まる。そのため、本実施形態では、上述した式（１）から式（３）において、熱流センサ５４が埋め込まれている面積Ｓを、熱電対５６一対当たりの面積Ｓｓとして計算することにより、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを求めるようにしている。なお、以下に説明する発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄの計算例は、一例として、次に示す条件を前提としたものである。
・熱流センサが埋め込まれている面積（φ300mm）：Ｓｄ＝0.070875［ｍ^２］
・熱流センサの測温点数：Ｎｓ＝114［点］
・熱電対１対当たりの面積：Ｓｓ＝ＳＤ÷Ｎｓ＝0.070875÷114＝0.000622［ｍ^２］＝Ｓ

【0086】

［発熱箇所が１箇所の場合］
図５の５Ａに示した例において、発熱部面積をＳｄ＝0.000625［ｍ^２］（25ｍｍ×25ｍｍ）とした場合、熱流センサ５４の起電力は0.353［ｍＶ］となり、この起電力から求められる温度差はΔＴ＝8.89［℃］となる。そして、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、以下の式（７）に示すとおり、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴを発熱部面積Ｓｄで換算することで求められる。

【0087】

【数7】

【0088】

［発熱箇所が２箇所の場合］
図５の５Ｂに示した例において、発熱部面積をＳｄ＝0.00125［ｍ^２］（２５ｍｍ×５０ｍｍ）とした場合、熱流センサ５４の起電力は0.706［ｍＶ］となり、この起電力から求められる温度差はΔＴ＝17.78［℃］となる。そして、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、以下の式（８）に示すとおり、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴを発熱部面積Ｓｄで換算することで求められる。

【0089】

【数8】

【0090】

このように本実施形態の温度制御装置１００では、発熱部分ＨＰの面積が変化した場合でも、熱流センサ５４の起電力から求められる温度差ΔＴ（見かけ上の温度差）から発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄ（実際の温度差）を算出することができる。そして、基準温度検出部１０２が検出した基準温度Ｔｒｅｆ（熱流センサ５４の裏側の温度に実質的に相当する温度）に、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを加算した値を発熱部測温点の温度Ｔとし、この温度Ｔを制御温度（ＰＶ値）として加熱冷却部４０を制御することで、ウェーハＷにおける測定デバイスの発熱状態に応じて、ウェーハチャック１８を適切に温度制御することが可能となる。

【0091】

＜温度制御方法＞
次に、第１実施形態の温度制御システム５０における温度制御方法について説明する。図６は、第１実施形態の温度制御システム５０における温度制御方法の一例を示したフローチャートである。

【0092】

まず、ウェーハＷがウェーハチャック１８に保持され、ウェーハＷとプローブカード２４とのアライメントが行われた後、ウェーハＷの電気的特性検査が開始される。そして、ウェーハＷの電気的特性検査の開始から終了までの間、図６に示したフローチャートが実行される。

【0093】

図６に示したフローチャートが開始されると、まず始めに、設定温度決定ステップ（ステップＳ１０）が行われる。設定温度決定ステップでは、温度制御部１０６がウェーハチャック１８の設定温度を決定する。ウェーハチャック１８の設定温度は、温度制御部１０６がウェーハチャック１８に対する温度制御を実行する際の目標温度（例えば検査温度）である。なお、ウェーハチャック１８の設定温度は必ずしも検査温度である必要はなく、例えば検査温度に基づいて設定される温度であってもよい。

【0094】

設定温度決定ステップが行われた後、基準温度検出ステップ（ステップＳ１２）と上下温度差検出ステップ（ステップＳ１４）とが並列的に行われる。基準温度検出ステップと上下温度差検出ステップとは必ずしも同じタイミング（同時刻）に実行される必要はないが、この後に行われる制御温度決定ステップ（ステップＳ１６）において両方のステップにおける検出結果をもとに制御温度が決定されることから、基準温度検出ステップと上下温度差検出ステップとが同じタイミングで実行されることが好ましい。

【0095】

基準温度検出ステップ（ステップＳ１２）では、複数の温度センサ５２で検出された温度がそれぞれ基準温度検出部１０２に入力される。基準温度検出部１０２は、各温度センサ５２で検出された温度の中から最も低い温度を、ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆとして検出（選択）する。ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆは、後述する発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄから発熱部測温点の温度Ｔを求める際に基準となる温度であり、熱流センサ５４の裏側（チャックトップ吸着板２８のチャックトップ裏面２８Ｂ）における温度と実質的に等しい温度とみなしうる温度である。基準温度検出ステップで検出された基準温度Ｔｒｅｆは、温度制御部１０６に入力される。

【0096】

上下温度差検出ステップ（ステップＳ１４）では、熱流センサ５４によりウェーハチャック１８に保持されたウェーハＷの部分的な発熱により生じた熱流を検出し、熱流センサ５４から出力されたセンサ信号（起電力）が温度差検出部１０４に入力される。温度差検出部１０４は、熱流センサ５４の起電力から熱流センサ５４における表側と裏側との温度差ΔＴを求める。そして、温度差検出部１０４は、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄとして、熱流センサ５４の起電力から求めた温度差ΔＴを発熱部面積Ｓｄで換算した値を算出する。なお、発熱部面積Ｓｄは、メモリ部（不図示）に記憶された検査情報（測定デバイスの面積を含む）を参照することで取得される。また、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄの算出方法については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

【0097】

基準温度検出ステップと上下温度差検出ステップとが行われた後、温度制御ステップ（ステップＳ１６）が行われる。温度制御ステップでは、温度制御部１０６が、基準温度検出部１０２から入力された基準温度Ｔｒｅｆと、温度差検出部１０４から入力された発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄとに基づいて、発熱部測温点の温度Ｔを算出する。具体的には、発熱部測温点の温度Ｔは、基準温度Ｔｒｅｆに上下温度差ΔＴｄを加算した値として求められる（すなわち、Ｔ＝Ｔｒｅｆ＋ΔＴｄ）。

【0098】

温度制御部１０６は、このようにして算出した発熱部測温点の温度Ｔを制御温度（ＰＶ値）とし、制御温度である発熱部測温点の温度Ｔが、設定温度決定ステップにおいて決定したウェーハチャック１８の設定温度に近づくように加熱冷却部４０を制御する。例えば、発熱部測温点の温度Ｔが設定温度よりも低い場合には、温度制御部１０６の制御に従って、ヒータ電源９４からヒータ電力がヒータ４４に供給され、ヒータ４４がウェーハチャック１８を加熱する。また、発熱部測温点の温度Ｔが設定温度より高い場合には、温度制御部１０６の制御に従って、冷却装置９２から冷却液が冷却板４２に供給され、冷却板４２がウェーハチャック１８を冷却する。これにより、ウェーハＷの測定デバイスの発熱状態に応じて、ウェーハチャック１８の温度（発熱部測温点の温度Ｔ）が設定温度に近づくように、ウェーハチャック１８に対する温度制御（加熱冷却制御）が行われる。

【0099】

このようにして温度制御ステップが行われた後、判定ステップ（ステップＳ１８）が行われる。判定ステップでは、温度制御部１０６が、ウェーハＷの電気的特性検査が終了したか否かを判定する。判定ステップにおいて、温度制御部１０６が、ウェーハＷの電気的特性検査が終了していないと判定した場合（Ｎｏ判定の場合）には、ステップＳ１２からステップＳ１８までの処理を繰り返し実行する。一方、温度制御部１０６が、ウェーハＷの電気的特性検査が終了したと判定した場合（Ｙｅｓ判定の場合）には、温度制御部１０６による制御を終了する。以上により、本フローチャートは終了となる。

【0100】

このように本実施形態の温度制御システム５０は、複数の温度センサ５２と、複数の熱電対５６を直列に接続して配置（ウェーハチャック１８の全体にわたって複数の測温点６０を密に配置）した熱流センサ５４との両方をウェーハチャック１８の内部にそれぞれ組み込み、複数の温度センサ５２の検出結果と熱流センサ５４の検出結果とに基づいて発熱部測温点の温度Ｔ（ウェーハＷの発熱部分に対応するウェーハチャック１８の温度）を算出し、この温度Ｔが予め設定した設定温度となるようにウェーハチャック１８に対する温度制御（加熱冷却制御）が行われる。これにより、ウェーハチャック１８に設置される温度センサ５２の数を多くすることなく、ウェーハチャック１８の温度を適切に制御することが可能となる。

【0101】

なお、本実施形態において、好ましい態様の１つとして、ウェーハチャック１８（チャックトップ吸着板２８）に５つの温度センサ５２を配置した形態を示したが、ウェーハチャック１８に配置される温度センサ５２の数は、ウェーハＷにおける測定デバイスの数よりも十分に少なく、且つ、ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆを検出することができるような数であれば特に限定されず、例えば、温度センサ５２を２～４つ配置する形態、又は、６つ以上配置する形態なども採用し得る。また、ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆを検出することができれば、温度センサ５２を１つ配置する形態であってもよい。すなわち、ウェーハチャック１８の基準温度Ｔｒｅｆを検出できるように、少なくとも１つの温度センサ５２がウェーハチャック１８に配置されていればよい。

【0102】

また、本実施形態では、好ましい態様として、熱流センサ５４が１つのセンサ体（複数の熱電対５６が直列に接続された一体物）で構成される場合を示したが、これに限らず、熱流センサ５４が複数のセンサ体で構成されていてもよい。

【0103】

図７は、熱流センサ５４が２つのセンサ体で構成される場合の構成例を示した図であって、ウェーハチャック１８の内部構造を示した概略平面図である。なお、図７では、一例として、熱流センサ５４が２つのセンサ体で構成される場合の構成例を示したが、３つ以上のセンサ体で構成されてもよいことはいうまでもない。

【0104】

図７に示した構成例では、熱流センサ５４が２つのセンサ体５４Ａ、５４Ｂで構成される。具体的には、ウェーハチャック１８の平面視（Ｚ方向視）において、ウェーハチャック１８の一方側（図７の左側）の領域にセンサ体５４Ａが配置され、且つ、ウェーハチャック１８の他方側（図７の右側）の領域にセンサ体５４Ｂが配置される。

【0105】

２つのセンサ体５４Ａ、５４Ｂは、上述した本実施形態の熱流センサ５４の構成と基本的に同様の構成であり、それぞれ、複数の熱電対５６を直列に接続して構成され、且つ、複数の測温点６０が各々の配置領域の全体にわたって密に配置されている。

【0106】

また、２つのセンサ体５４Ａ、５４Ｂの両端部には、それぞれのセンサ信号を温度制御装置１００に出力するための出力配線部８０Ａ、８０Ｂを備えている。各出力配線部８０Ａ、８０Ｂは温度制御装置１００に接続されており、各センサ体５４Ａ、５４Ｂから出力されたセンサ信号は温度制御装置１００に入力されるように構成されている。

【0107】

温度制御装置１００は、２つのセンサ体５４Ａ、５４Ｂのうち測定デバイスが存在する領域に配置されたセンサ体から出力されたセンサ信号（起電力）をもとに発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄを求める。なお、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄの算出方法については、本実施形態と基本的に同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0108】

また、本実施形態では、加熱冷却部４０として、チャックトップ吸着板２８の内部に冷却板４２を配置し、且つ、チャックトップ吸着板２８の下側（ウェーハＷが配置される側とは反対側）にヒータ４４を配置した構成を示したが、これに限らず、例えば、後述する他の構成例を採用することもできる。

【0109】

図８は、第１変形例に係る温度制御システム５０Ａの概略構成図である。なお、上記第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

【0110】

図８に示すように、第１変形例に係る温度制御システム５０Ａは、冷却板４２と、ペルチェ素子４６と、を備えている。冷却板４２及びペルチェ素子４６は加熱冷却部４０の構成要素であり、ウェーハチャック１８の内部に設けられる。具体的には、ペルチェ素子４６は、チャックトップ吸着板２８の裏面側（チャックトップ裏面２８Ｂ）に接した状態で配置される。冷却板４２は、ペルチェ素子４６を挟んでチャックトップ吸着板２８とは反対側の位置に配置される。換言すれば、チャックトップ吸着板２８と冷却板４２との間にペルチェ素子４６が配置される。

【0111】

ペルチェ素子４６にはペルチェ電源９６が接続されており、温度制御装置１００の制御の下、ペルチェ電源９６からペルチェ素子４６にペルチェ電力が供給される。また、冷却板４２には冷却装置９２が接続されており、温度制御装置１００の制御の下、冷却装置９２から冷却板４２に冷却液が供給される。

【0112】

第１変形例によれば、ペルチェ素子４６での加熱と冷却板４２での冷却とを組み合せた制御を実現することにより、第１実施形態と同様に、ウェーハチャック１８に対する温度制御を行うことができる。なお、ペルチェ素子４６での冷却を更に組み合わせて制御を行うようにしてもよい。

【0113】

図９は、第２変形例に係る温度制御システム５０Ｂの概略構成図である。なお、上記第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

【0114】

図９に示すように、第２変形例に係る温度制御システム５０Ｂは、ウェーハチャック１８の内部に冷却板４２及びヒータ４４を備える点では第１実施形態と共通しているが、冷却板４２とヒータ４４との配置形態が第１実施形態とは異なる。具体的には、ヒータ４４は、チャックトップ吸着板２８の裏面側（チャックトップ裏面２８Ｂ）に接した状態で配置される。冷却板４２は、ヒータ４４を挟んでチャックトップ吸着板２８とは反対側の位置に配置される。

【0115】

第２変形例においても、ヒータ４４での加熱と冷却板４２での冷却とを組み合せた制御を実現することにより、第１実施形態と同様に、ウェーハチャック１８に対する温度制御を行うことができる。

【0116】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の温度制御システム５０について説明する。上記第１実施形態では、複数の温度センサ５２の検出結果と熱流センサ５４の検出結果とに基づいて、発熱部測温点の温度Ｔ（ウェーハＷの発熱部分に対応するウェーハチャック１８の温度）を算出し、算出した発熱部測温点の温度Ｔに基づいてウェーハチャック１８に対する温度制御を行う。これに対し、第２実施形態では、複数の温度センサ５２の検出結果と、熱流センサ５４の検出結果と、発熱部測温点から発熱部分まで物性値や寸法等に係る情報とに基づいて、ウェーハＷの発熱部分の温度に相当するデバイス温度を算出し、算出したデバイス温度に基づいてウェーハチャック１８に対する温度制御を行う。

【0117】

なお、第２実施形態は、ウェーハチャック１８に対する温度制御を行う際の制御温度がデバイス温度である点を除けば、上記第１実施形態と基本的に同じ構成である。以下では、上記第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

【0118】

図１０は、第２実施形態の温度制御装置１００Ａのブロック図である。図１０に示すように、第２実施形態の温度制御装置１００Ａは、デバイス温度算出機能を有する温度制御部１０６Ａを備えている。

【0119】

温度制御部１０６Ａには、上記第１実施形態と同様に、基準温度検出部１０２で検出された基準温度Ｔｒｅｆと、温度差検出部１０４で検出された発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄとがそれぞれ入力される。また、メモリ部（不図示）には、デバイス温度を算出するためのデバイス温度算出条件データとして、発熱部測温点から発熱部分まで（すなわち、ウェーハチャック１８及びウェーハＷ）の物性値や寸法等に係る情報が予め登録されており、温度制御部１０６Ａはメモリ部からデバイス温度算出条件データを取得することが可能となっている。

【0120】

温度制御部１０６Ａは、基準温度検出部１０２から取得した基準温度Ｔｒｅｆと、温度差検出部１０４から取得した発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄと、メモリ部から取得したデバイス温度算出条件データとに基づき、ウェーハＷの発熱部分の温度（デバイス温度）を算出する。そして、温度制御部１０６Ａは、このデバイス温度を制御温度とし、予め設定された設定温度（例えば検査温度）にデバイス温度が近づくように、ウェーハチャック１８に対する温度制御（加熱冷却制御）を実行する。

【0121】

ここで、第２実施形態において行われるデバイス温度の算出方法について説明する。図１１は、デバイス温度の算出方法を説明するための説明図である。なお、メモリ部には、デバイス温度算出条件データとして、ウェーハＷの熱伝導率Ｋｗ、熱流センサ５４が埋め込まれている材料の熱伝導率Ｋｊ、熱流センサ５４の測温点６０とウェーハチャック１８の保持面１８Ａとの距離Ｌｃ、ウェーハＷの裏面と発熱部分ＨＰとの距離Ｌｗなどが予め登録されている。

【0122】

図１１に示すように、熱流センサ５４の測温点６０とウェーハチャック１８の保持面１８Ａとの間の温度差をΔＴｃとし、ウェーハＷの裏面と発熱部分ＨＰとの間の温度差をΔＴｗとし、ウェーハＷの発熱部分ＨＰの温度（デバイス温度）をＴｗとした場合、デバイス温度Ｔｗは、以下の式（９）に示すとおり求めることができる。

【0123】

【数9】

【0124】

なお、基準温度Ｔｒｅｆ及び発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、それぞれ、基準温度検出部１０２、温度差検出部１０４において第１実施形態と同様にして検出される。

【0125】

発熱部分ＨＰの熱量をＱｄ［Ｗ］とした場合、熱流センサ５４の測温点６０とウェーハチャック１８の保持面１８Ａとの温度差ΔＴｃ、及び、ウェーハＷの裏面と発熱部分ＨＰとの間の温度差ΔＴｗは、それぞれ、以下の式（１０）、（１１）により求められる。なお、Ｓｄは、ウェーハＷの発熱部分ＨＰの面積（発熱部面積）である。

【0126】

【数10】

【0127】

【数11】

【0128】

発熱部分ＨＰの熱量Ｑｄは、上記式（３）における一番左側の関係式を利用して求めることができる。すなわち、発熱部分ＨＰの熱量Ｑｄは、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄ（すなわち、熱流センサ５４の起電力から求めた温度差ΔＴを発熱部面積Ｓｄで換算した値）を用いて、以下の式（１２）に示すとおり求めることができる。なお、Ｌｊは、熱流センサ５４の熱流距離（熱流センサ５４の表側と裏側の距離）である。

【0129】

【数12】

【0130】

したがって、式（９）から式（１２）を利用することで、デバイス温度Ｔｗを算出することができる。

【0131】

（デバイス温度の計算例）
次に、デバイス温度Ｔｗの計算例について説明する。なお、ここで説明するデバイス温度Ｔｗの計算例は、一例として、次に示す条件を前提としたものである。
・ウェーハチャック１８の基準温度：Ｔｒｅｆ＝100［℃］
・熱流センサ５４の熱流距離：Ｌｊ＝0.01［ｍ］
・熱流センサ５４の測温点６０とウェーハチャック１８の保持面１８Ａとの距離：Ｌｃ＝0.005［ｍ］
・ウェーハＷの裏面と発熱部分ＨＰとの距離：Ｌｗ＝0.0005［ｍ］
・熱流センサ５４が埋め込まれている材料の熱伝導率Ｋｊ＝180［Ｗ／ｍＫ］
・ウェーハＷの材料の熱伝導率：Ｋｗ＝160［Ｗ／ｍＫ］
・発熱部面積：Ｓｄ＝0.000625［ｍ^２］
・熱流センサ５４の起電力Ｖから求められる温度差：ΔＴ＝8.89［℃］
・熱流センサの測温点数：Ｎｓ＝114［点］
・熱電対１対当たりの面積：Ｓｓ＝ＳＤ÷Ｎｓ＝0.070875÷114＝0.000622［ｍ^２］＝Ｓ

【0132】

なお、発熱部面積Ｓｄ、熱流センサ５４の起電力Ｖから求められる温度差ΔＴ、熱流センサ５４の測温点数Ｎｓ、及び熱電対１対当たりの面積Ｓｓについては、第１実施形態において示した計算例における条件と同様である。

【0133】

デバイス温度Ｔｗを算出するための各温度差は、次のようにして求められる。まず、発熱部測温点の上下温度差ΔＴｄは、第１実施形態の計算例と同様に、以下の式（１３）に示すとおり、8.847［℃］となる。

【0134】

【数13】

【0135】

また、熱流センサ５４の測温点６０とウェーハチャック１８の保持面１８Ａとの温度差ΔＴｃは、以下の式（１４）に示すとおり、4.42［℃］となる。

【0136】

【数14】

【0137】

また、ウェーハＷの裏面と発熱部分ＨＰとの間の温度差ΔＴｗは、以下の式（１５）に示すとおり、0.50［℃］となる。

【0138】

【数15】

【0139】

したがって、デバイス温度Ｔｗは、以下の式（１６）に示すとおり、113.77［℃］となる。

【0140】

【数16】

【0141】

第２実施形態における温度制御部１０６Ａは、上述したデバイス温度の算出方法に従って、デバイス温度Ｔｗの算出を行う。そして、温度制御部１０６Ａは、算出したデバイス温度を制御温度として、予め設定された設定温度（例えば検査温度）にデバイス温度が近づくように、ウェーハチャック１８に対する温度制御を実行する。

【0142】

したがって、第２実施形態の温度制御システム５０によれば、複数の温度センサ５２の検出結果と、熱流センサ５４の検出結果と、デバイス温度算出条件データ（発熱部測温点から発熱部分まで物性値や寸法等に係る情報）とに基づいて、ウェーハＷの発熱部分であるデバイス温度を算出し、算出したデバイス温度に基づいてウェーハチャック１８に対する温度制御を行うので、所望の検査温度で測定デバイスの電気的特性検査をより高精度に行うことが可能となる。

【0143】

以上、本発明に係る温度制御システム及び温度制御方法について詳細に説明したが、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、いくつかの改良又は変形を行ってもよいのはもちろんである。

【符号の説明】

【0144】

１・・・ウェーハテストシステム、１０・・・プローバ、１８…ウェーハチャック、２４・・・プローブカード、２５・・・プローブ、２８・・・チャックトップ吸着板、３４・・・熱電対収容溝、４０・・・加熱冷却部、４２・・・冷却板、４４・・・ヒータ、４６・・・ペルチェ素子、５０、５０Ａ、５０Ｂ・・・温度制御システム、５２・・・温度センサ、５４・・・熱流センサ、５６・・・熱電対、６０・・・測温点、６２・・・基準接点、９０・・・制御装置、９２・・・冷却装置、９４・・・ヒータ電源、９６・・・ペルチェ電源、１００・・・温度制御装置、１００Ａ・・・温度制御装置、１０２・・・基準温度検出部、１０４・・・温度差検出部、１０６・・・温度制御部、１０６Ａ・・・温度制御部、ＨＰ・・・発熱部分、Ｗ・・・ウェーハ

【要約】

【課題】設置する温度センサの数を多くすることなく温度が測定可能なウェーハチャックと、ウェーハチャックの温度を適切に制御することができる温度制御システム及び温度制御方法と、を提供する。
【解決手段】ウェーハチャック１８を加熱又は冷却する加熱冷却部４０と、ウェーハチャック１８に配置された少なくとも１つの温度センサ５２と、ウェーハチャック１８に配置され、複数の熱電対５６を直列に接続して、且つ互いに隣接する熱電対５６の接続部分が、保持面１８Ａから第１深さ位置と、第１深さ位置よりも深い第２深さ位置と、に交互に配置されている熱流センサ５４と、を備え、熱流センサ５４は、熱電対５６毎に設けられた複数の測温点６０を有し、ウェーハチャック１８を平面視した場合に、複数の測温点６０がウェーハチャック１８の全体にわたって配置される。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】