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JP7361624B2 - 加熱源の寿命推定システム、寿命推定方法、および検査装置 - Google Patents

加熱源の寿命推定システム、寿命推定方法、および検査装置 Download PDF

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Description

本開示は、加熱源の寿命推定システム、寿命推定方法、および検査装置に関する。
半導体製造プロセスでは、所定の回路パターンを持つ多数の電子デバイスが半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す。）上に形成される。形成された電子デバイスは、電気的特性等の検査が行われ、良品と不良品とに選別される。
特許文献１には、各電子デバイスが分割される前のウエハの状態で電子デバイスの電気特性を検査する検査装置が記載されている。この検査装置は、多数のピン状のプローブを有するプローブカードと、ウエハを載置する載置台と、テスタとを備える。この検査装置においては、プローブカードの各プローブをウエハに形成された電子デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプに接触させ、電子デバイスからの信号をテスタへ伝達させて電子デバイスの電気的特性を検査する。また、特許文献１の検査装置は、デバイスの電気的特性を検査する際、当該電子デバイスの実装環境を再現するために、冷却手段や加熱手段によって載置台の温度を制御する温度制御装置を有している。また、特許文献２には、このような検査装置の加熱手段としてＬＥＤを用いることが記載されている。
ＬＥＤは比較的寿命が短く、ＬＥＤの寿命を予測ないし推定することが求められており、特許文献３には、ＬＥＤの寿命を予測する方法が開示されている。具体的には、被試験ＬＥＤを高度加速寿命試験装置の容器内に配置し、被試験ＬＥＤからの受光電流の検出値を求め、実測値から理論モデルを用いて被試験ＬＥＤの寿命を予測する技術が開示されている。
特開平１０－１３５３１５号公報 特開２０１８－１５１３６９号公報 特開２０１３－１１４６２号公報
本開示は、加熱源により対象物を加熱し、該対象物の測定温度に基づいて、温度コントローラにより該対象物の温度をフィードバック制御する装置において、加熱源の寿命を簡易に推定することができる加熱源の寿命推定システム、寿命推定方法、および検査装置を提供する。
本開示の一態様に係る加熱源の寿命推定システムは、加熱源により対象物を加熱し、温度測定器による該対象物の測定温度に基づいて、温度コントローラにより該対象物の温度をフィードバック制御する装置において、加熱源の寿命を推定する加熱源の寿命推定システムであって、前記温度コントローラは、前記加熱源に投入されるパワーを制御するとともに、状態空間モデルを用いた温度制御を実施し、前記対象物の温度をフィードバック制御するものであり、前記温度測定器による前記対象物の測定温度をモニタする温度モニタ部と、前記温度モニタ部でモニタされた前記対象物の温度の安定領域における前記対象物の温度のハンチング量を検知するハンチング量検知部と、前記ハンチング量検知部で検知された前記ハンチング量から前記加熱源の寿命を推定する寿命推定部と、を有する。
本開示によれば、加熱源により対象物を加熱し、該対象物の測定温度に基づいて、温度コントローラにより該対象物の温度をフィードバック制御する装置において、加熱源の寿命を簡易に推定することができる加熱源の寿命推定システム、寿命推定方法、および検査装置が提供される。
一実施形態に係る検査装置の概略構成を示す斜視図である。 図１の検査装置の一部を断面で示す正面図である。 検査対象基板であるウエハの構成を概略的に示す平面図である。 ステージの上部構成および温度制御装置を概略的に示す断面図である。 加熱機構の構成を概略的に示す断面図である。 温度コントローラの構成例を示す図である。 スライディングモード制御を説明するための図である。 温度コントローラの制御ユニットをスライディングモードコントローラと冷却モードコントローラを含むものとした場合の一例を示すブロック図である。 温度コントローラの制御ユニットをスライディングモードコントローラと冷却モードコントローラを含むものとした場合の他の例を示すブロック図である。 ＬＥＤ寿命推定システムを示すブロック図である。 現実のプラントにプラントをモデル化したオブザーバを搭載し、最適フィードバック制御を行った際の、出荷当初におけるステップ波形入力後の安定領域でのハンチング状態を示す図である。 現実のプラントにプラントをモデル化したオブザーバを搭載し、最適フィードバック制御を行った際の、ＬＥＤが経時劣化した場合におけるステップ波形入力後の安定領域でのハンチング状態を示す図である。
以下、添付図面を参照して、実施形態について説明する。
＜検査装置＞
最初に、一実施形態に係る検査装置について説明する。
図１は一実施形態に係る検査装置の概略構成を示す斜視図、図２は図１の検査装置の一部を断面で示す正面図である。
図１および図２に示すように、検査装置１は、基板としてのウエハＷに形成された複数の電子デバイスそれぞれの電気的特性の検査を行うものであり、検査部２と、ローダ３と、テスタ４とを備える。
検査部２は、内部が空洞の筐体１１を有し、筐体１１内には検査対象のウエハＷが吸着固定されるステージ１０を有する。また、ステージ１０は、移動機構（図示せず）により水平方向および鉛直方向に移動自在に構成されている。検査部２はまた、加熱源としてＬＥＤを有し、ステージの温度を制御する温度制御装置２０と、加熱源であるＬＥＤの寿命を検知するＬＥＤ寿命推定システム６０とを有する。温度制御装置２０およびＬＥＤ寿命推定システム６０については、後で詳細に説明する。
検査部２におけるステージ１０の上方には、該ステージ１０に対向するようにプローブカード１２が配置される。プローブカード１２は接触子である複数のプローブ１２ａを有する。また、プローブカード１２は、インターフェース１３を介してテスタ４へ接続されている。各プローブ１２ａがウエハＷの各電子デバイスの電極に接触する際、各プローブ１２ａは、テスタ４からインターフェース１３を介して電子デバイスへ電力を供給し、または、電子デバイスからの信号をインターフェース１３を介してテスタ４へ伝達する。したがって、インターフェース１３およびプローブ１２ａは、電子デバイスに電力（パワー）を供給する供給部材として機能する。
ローダ３は、筐体１４を有し、筐体１４内にウエハＷが収容された搬送容器であるＦＯＵＰ（図示せず）が配置されている。また、ローダ３は搬送装置（図示せず）を有し、搬送装置によりＦＯＵＰに収容されているウエハＷを取り出して検査部２のステージ１０へ搬送する。また、搬送装置により電気的特性の検査が終了したステージ１０上のウエハＷを搬送し、ＦＯＵＰへ収容する。
ローダ３の筐体１４内には、検査対象の電子デバイスの温度制御等の各種制御を行う制御部１５が設けられている。制御部１５は、コンピュータからなり、温度制御装置２０に含まれる温度コントローラ３０およびＬＥＤ寿命検知システム６０を有する。制御部１５は主制御部を有している。主制御部は、温度コントローラ３０およびＬＥＤ寿命推定システム６０、および検査装置１の各構成部を制御する他の制御機能部を有している。また、制御部１５は、主制御部の他に、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置を有している。主制御部による各構成部の制御は、記憶装置に内蔵された記憶媒体（ハードディスク、光デスク、半導体メモリ等）に記憶された制御プログラムである処理レシピにより実行される。
なお、制御部１５は検査部２の筐体１１内に設けられてもよい。
検査部２の筐体１１には、制御部１５の一部を構成するユーザインターフェース部１８が設けられている。ユーザインターフェース部１８は、ユーザ向けに情報を表示したりユーザが指示を入力したりするためのものであり、例えば、タッチパネルやキーボード等の入力部と液晶ディスプレイ等の表示部とからなる。
テスタ４は、電子デバイスが搭載されるマザーボードの回路構成の一部を再現するテストボード（図示省略）を有する。テストボードは、検査対象の電子デバイスからの信号に基づいて、該電子デバイスの良否を判断するテスタコンピュータ１７に接続される。テスタ４では、上記テストボードを取り替えることにより、複数種のマザーボードの回路構成を再現することができる。
なお、プローブカード１２、インターフェース１３、テスタ４は、検査機構を構成する。
電子デバイスの電気的特性の検査の際、テスタコンピュータ１７が、電子デバイスと各プローブ１２ａを介して接続されたテストボードへデータを送信する。そして、テスタコンピュータ１７が、送信されたデータが当該テストボードによって正しく処理されたか否かを当該テストボードからの電気信号に基づいて判定する。
検査対象基板であるウエハＷは、図３に示すように、略円板状のシリコン基板にエッチング処理や配線処理を施すことによりその表面に互いに所定の間隔をおいて形成された、複数の電子デバイスＤを有している。電子デバイスＤの表面には、電極Ｅが形成されており、該電極Ｅは当該電子デバイスＤの内部の回路素子に電気的に接続されている。電極Ｅへ電圧を印加することにより、各電子デバイスＤの内部の回路素子へ電流を流すことができる。
＜温度制御装置＞
次に、温度制御装置２０の構成について図４を用いて説明する。図４は、ステージ１０の上部構成および温度制御装置２０を概略的に示す断面図であり、検査を行っている際の状態を示している。
図４に示すように、ステージ１０は、有底部材３２と蓋部材３１とを有する。蓋部材３１は、有底部材３２の上にシールリング３３を介して取り付けられる。ウエハＷは蓋部材３１の上に吸着保持される。
蓋部材３１は、円板状に形成されており、例えばＳｉＣで構成される。ＳｉＣは、熱伝導率およびヤング率が高い。また、後述する加熱機構４０のＬＥＤ４１からの光に対する吸収効率も高く、加熱機構４０からの光により効率的に蓋部材３１を加熱することができる。
蓋部材３１の上面には、ウエハＷを吸着するための吸着穴（図示省略）が形成されている。また、蓋部材３１には、複数の温度センサ３１ａが平面視において互いに離間した位置に埋設されている。このような温度センサとしては、一般的に熱電対が用いられる。温度センサ３１ａは、電子デバイスＤの検査時以外の時におけるステージ１０の温度制御に用いられる。
有底部材３２は、蓋部材３１と略同径の円板状に形成されており、後述するＬＥＤからの光の波長に対して透明な材料で構成されている。有底部材３２の上部には、冷媒を流すための溝が形成されており、該溝は、蓋部材３１に覆われて冷媒流路３２ａを形成する。すなわち、ステージ１０は、内部に冷媒流路３２ａを有している。
温度制御装置２０は、加熱機構４０と、冷却機構５０と、温度コントローラ３０とを有している。温度制御装置２０は、加熱機構４０による加熱、冷却機構５０による冷却、および温度コントローラ３０による加熱・冷却の制御により、ステージ１０上のウエハＷに形成された電子デバイスＤの温度を目標温度で一定になるように制御する。温度コントローラ３０による温度制御は、電子デバイスＤの温度を測定する温度測定器３５、例えば電子デバイスＤに組み込まれた、ＰＮジャンクション、リングオシレータ等の温度測定回路の測定値に基づいて行うことができる。なお、温度測定器３５としては、良好な応答性で温度が測定できれば、これに限るものではない。
加熱機構４０は、光照射機構として構成され、ステージ１０の蓋部材３１に光を照射して当該蓋部材３１を加熱することにより、ウエハＷを加熱し、ウエハＷ上に形成された電子デバイスＤを加熱する。
加熱機構４０は、ステージ１０のウエハＷ載置面と反対側の面、すなわち有底部材３２の下面と対向するように配置されている。加熱機構４０は、加熱源としてウエハＷに向けて光を照射する複数のＬＥＤ４１を有する。具体的には、加熱機構４０は、複数のＬＥＤ４１がユニット化されたＬＥＤユニット４３が複数、ベース４２の表面に搭載された構成を有する。加熱機構４０におけるＬＥＤユニット４３は、例えば、図５に示すように、電子デバイスＤ（図３参照）に対応するように配列された平面視正方形状のユニット４３ａと、その外周に設けられた平面視非正方形状のユニット４３ｂとを有する。ユニット４３ａおよび４３ｂによりベース４２の略全面を覆っており、ＬＥＤユニット４３のＬＥＤ４１から、少なくとも蓋部材３１におけるウエハＷが搭載される部分全体に光を照射することができるようになっている。
各ＬＥＤ４１は、例えば近赤外光を出射する。ＬＥＤ４１から出射された光（以下、「ＬＥＤ光」とも称する。）は、光透過部材からなるステージ１０の有底部材３２を透過する。冷媒通路３２ａを流れる冷媒はＬＥＤ４１からの光を透過する材料からなり、有底部材３２を透過した光は、冷媒流路３２ａを流れる冷媒を透過し、蓋部材３１に入射する。ＬＥＤ４１からの光が近赤外光である場合、有底部材３２を構成する光透過部材として、ポリカーボネイト、石英、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂又はガラスを用いることができる。これらの材料は、加工や成形が容易である。
加熱機構４０では、ステージ１０のウエハＷが載置される蓋部材３１に入射されるＬＥＤ光は、ＬＥＤユニット４３単位で制御される。したがって、加熱機構４０は、蓋部材３１における任意の箇所へのみＬＥＤ光を照射したり、また、照射する光の強度を任意の箇所と他の箇所とで異ならせたりすることができる。
冷却機構５０は、チラーユニット５１と、冷媒配管５２と、可変流量バルブ５３と、高速バルブ５４とを有する。チラーユニット５１は冷媒を貯留し、冷媒の温度を所定の温度に制御する。冷媒としては、例えば、ＬＥＤ４１から照射される光が透過可能な液体である水が用いられる。冷媒配管５２は、有底部材３２の側部に設けられた供給口３２ｂと排出口３２ｃに接続され、かつチラーユニット５１に接続されている。チラーユニット５１内の冷媒は、冷媒配管５２に設けられたポンプ（図示せず）により、冷媒配管５２を介して冷媒流路３２ａに循環供給される。可変流量バルブ５３は、冷媒配管５２のチラーユニット５１の下流側に設けられ、高速バルブ５４はチラーユニット５１の下流側で可変流量バルブ５３をバイパスするバイパス配管５２ａに設けられている。可変流量バルブ５３は、流量設定可能であり、設定した流量の一定量で冷媒を供給するようになっている。また、高速バルブ５４は、高速で開閉（オン・オフ）し、バイパス配管５２ａを流れる冷媒の供給／停止を高速で行えるようになっている。
なお、ステージ１０、加熱機構４０、および冷却機構５０は、ＬＥＤ４１を含む加熱システムとして機能する。
＜温度コントローラ＞
次に、温度コントローラ３０について詳細に説明する。
温度コントローラ３０は、電子デバイスＤの検査時に温度測定器３５、例えば、電子デバイスＤに組み込まれた、ＰＮジャンクション、リングオシレータ等の温度測定回路の温度の測定信号を受け取り、その測定信号に基づいて温度制御を行う。温度コントローラ３０は、可変流量バルブ５３の開度を制御して一定流量で供給される冷媒の流量を設定するとともに、後述するように、ＬＥＤ４１の出力を制御し、また、制御によっては、高速バルブ５４の開閉を制御する。
このときの温度制御は、ＬＥＤ４１を含む加熱システムに、制御ユニット６４から電力信号を含む制御信号が入力され、温度が出力される。このとき、システム同定を実施して、ＬＥＤ４１を含む加熱システムを熱回路モデルに数式化することで伝達関数を作成し、状態空間モデルを用いた温度制御を実施する。例えば、図６に示すように、ＬＥＤ４１を含む加熱システムをプラント６１とし、その下にこのプラント６１をモデル化したオブザーバ６２を搭載し、オブザーバ６２のプラント６１との差分ズレをフィードバックする。図６において、ｕは入力される電力であり、ｙは出力される温度である。
オブザーバ６２は、上記ｕ、ｙを利用して、測定できない内部状態を推定するものであり、基本的にはプラント６１と同じ構成であるが、オブザーバゲインＬが付加されている。オブザーバゲインＬは、オブザーバの極を指定する等により決定される。システム行列Ａ、Ｂ、Ｃは予め同定される。
プラントの状態方程式および出力方程式が以下の（１）に記載されたものとなるとし、オブザーバの状態方程式および出力方程式が以下の（２）に記載されたものとなるとすると、以下の（３）の式が成り立つ。
Figure 0007361624000001
すなわち、上記（３）式に示すように、オブザーバ６２は現実のプラント６１との差分ズレが修正項として存在し、その差分ズレをフィードバックすることにより、プラント６１を修正し、最適フィードバック制御を行う。
また、制御ユニット６４は、電子デバイスＤの温度測定値に基づいて、制御温度が所望の温度になるように、プラント６１およびオブザーバ６２に電力信号を含む制御信号を出力する。制御ユニット６４は、スライディングモード制御を含む制御系とすることができる。
スライディングモード制御は、状態空間内の予め設定した切替超平面（切替面）に状態を拘束するように、切替超平面の上下で制御を切り替える制御手法である。制御対象の初期状態が切替超平面外にある場合には、制御対象の状態を切替超平面に有限時間で到達・拘束させる（到達モード）。制御対象の状態が切替超平面に達したら状態を切替超平面で滑り動作させながら目標値へ収束させる（スライディングモード）。スライディングモード制御の制御入力ｕは、線形項（線形制御操作量）ｕｌと非線形項（非線形制御操作量）ｕｎｌとの和であり、以下の式で表すことができる。
ｕ＝－（ＳＢ）－１ＳＡｘ－Ｋ（ＳＢ）－１・ｓｇｎ（σ）
＝－（ＳＢ）－１｛ＳＡｘ＋Ｋ・ｓｇｎ（σ）｝
σ＝Ｓｘ
ＳＡｘが線形項であり、Ｋ・ｓｇｎ（σ）が非線形項である。Ａ、Ｂは状態方程式の行列であり、ＳとＫが制御パラメータである。関数ｓｇｎは不連続な関数を表していて、ｓｇｎ（σ）がスライディングモードの切替関数となる。切替超平面は線形制御の枠組みで設計可能であり、スライディングモードでは、切替超平面上を、非線形項により図７に示す領域IIと領域Ｉを極めて短時間で行き来しながら進んでいく。すなわち、スライディングモードでは、線形項（線形制御操作量）は制御システムの状態を切替超平面上で制御誤差を最小にするようにし、非線形項（非線形制御操作量）はモデル化誤差や不確かな外乱があると制御システムの状態を切替超平面へ向かわせる。これにより、極めて高い精度で温度制御を行うことができる。なお、図７では座標の表示にｘ、ｙを用いているが、図６、図８、図９のｘ、ｙとは無関係である。
制御ユニット６４がスライディングモード制御を含む場合、制御ユニット６４がスライディングモードコントローラのみで構成されていてもよいし、スライディングモードコントローラと冷却モードコントローラを併用したものであってもよい。
スライディングモードコントローラのみの制御の場合は、冷却機構５０からの冷媒流量を一定として、ＬＥＤ４１に投入するパワーを操作量とするスライディングモード制御を行う。
ただし、電子デバイスＤの発熱外乱が非常に大きくなった場合には、スライディングモードコントローラのみの制御ではＬＥＤ４１をオフしても吸熱が不十分となって、外乱制御の応答が遅くなる場合や、十分な温度制御ができなくなってしまう場合が生じるおそれがある。
そのような場合は、加熱源であるＬＥＤ４１へ投入するパワー（電流値出力）を操作量としたスライディングモード制御、および冷却源である高速バルブへ投入するパワー（すなわち高速バルブの開閉信号）を操作量とした冷却モード制御の両方を用いて温度制御を行うことが好ましい。これにより、加熱源であるＬＥＤ４１へ投入するパワー（電流値出力）を操作量としたスライディングモード制御を用いた場合よりも吸熱を大きくして、より大きな発熱外乱に対応することができる。
図８は、制御ユニット６４をスライディングモードコントローラと冷却モードコントローラを含むものとした場合の一例を示すブロック図である。本例では、スライディングモード制御系は、スライディングモードコントローラ７１と、冷却モードコントローラ７２と、切替コントローラ７３とを有する。
スライディングモードコントローラ７１は、加熱機構４０のＬＥＤ４１へ投入するパワー（電流値として出力）を操作量として出力し、温度制御を行う。スライディングモードコントローラ７１は、温度測定器３５で測定された電子デバイスＤの温度ｘが入力され、線形項と非線形項とで形成されたスライディングモード信号ｕが出力される。
冷却モードコントローラ７２は、冷却源である高速バルブ５４へ投入するパワー（高速バルブ５４の開閉信号）を操作量として冷却制御を行う。これによりステージ１０の冷媒流路３２ａに供給される冷媒の量を制御し、電子デバイスＤの温度制御を行う。冷却モードコントローラ７２の出力は、冷媒流量および吸熱係数に基づき吸熱モデルにより算出される。
切替コントローラ７３は、スライディングモードコントローラの非線形項ｕｎｌの値を切替信号として用いる。すなわち、切替コントローラ７３は、非線形項ｕｎｌの値により、スライディングモードコントローラ７１の出力（制御入力）をそのまま用いるか、スライディングモードコントローラ７１の出力を使用せず、冷却モードコントローラ７２の出力を第２の操作量として使用するかを決定する。
スライディングモードコントローラ７１の出力（制御入力）をそのまま用いるとは、スライディングモードコントローラ７１の出力を第１の操作量として加熱源であるＬＥＤ４１に出力することである。
冷却モードコントローラ７２の出力を第２の操作量として使用するとは、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力を第２の操作量として使用することである。
具体的には、切替コントローラ７３は、非線形項ｕｎｌの値が正（切替超平面の一方側；図７の領域Ｉ）の場合は、スライディングモードコントローラ７１の出力をそのまま第１の操作量としてＬＥＤ４１に出力する。また、非線形項ｕｎｌの値が負（切替超平面の他方側；図７の領域II）の場合は、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力（高速バルブの開閉信号）を第２の操作量として使用する。高速バルブ５４は、開閉時間が０．１ｓｅｃ以下と高速であるため、高速バルブ５４を非線形項ｕｎｌによる高速な切替に追従して開閉させる。すなわち、スライディングモード制御の非線形項ｕｎｌの値が負になった場合は、非線形項ｕｎｌが高速バルブ５４の開閉信号として出力され、ＬＥＤ４１のスライディングモード制御が、冷却モード制御に切り替えられる。冷却モード制御を用いることにより、ＬＥＤ４１をオフにした場合以上に電子デバイスＤを冷却できるようになる。これにより、テスタ４から電子デバイスＤへの印加電圧（電力）が大きく非常に大きな発熱があった場合でも電子デバイスＤの温度制御性が確保される。
図９は、制御ユニット６４をスライディングモードコントローラと冷却モードコントローラを含むものとした場合の他の例を示すブロック図である。図９の例では、スライディングモードコントローラ７１と、冷却モードコントローラ７２と、切り替えコントローラ７３´と、加算器７７とを有している。スライディングモードコントローラ７１と冷却モードコントローラ７２とは図８の例と同様であるが、本例では、冷却モードの際に加熱源であるＬＥＤ４１にも制御信号を送る点が図８の例とは異なっている。
切替コントローラ７３´は、第１の例の切替コントローラ７３と同様、スライディングモードコントローラの非線形項ｕｎｌの値を切替信号として用いる。そして、切替コントローラ７３´は、非線形項ｕｎｌの値により、スライディングモードコントローラ７１の出力をそのまま用いるか、第２の操作量を使用するかを決定する。切替コントローラ７３´は、第２の操作量として、加算器７７でスライディングモード出力と冷却モードコントローラ７２の出力とを加えたものを使用する。すなわち、第２の操作量は、スライディングモードコントローラ７１からの加熱源であるＬＥＤ４１への出力と、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力とを加えたものである。
具体的には、切替コントローラ７３´は、非線形項ｕｎｌの値が正（切替超平面の一方側；図７の領域Ｉ）の場合は、スライディングモードコントローラ７１の出力をそのまま第１の操作量としてＬＥＤ４１に出力する。また、非線形項ｕｎｌの値が負（切替超平面の他方側；図７の領域II）の場合は、スライディングモードコントローラ７１の出力と、冷却モードコントローラ７２の冷却源である高速バルブの出力（高速バルブの開閉信号）とを加えたものを第２の操作量として使用する。
冷却モードコントローラ７２では、上述したように、開閉時間が０．１ｓｅｃ以下と高速で動作する高速バルブ５４を、非線形項ｕｎｌによる高速な切替に追従して開閉させる。これにより、ＬＥＤ４１をオフにした場合以上に電子デバイスＤを冷却できるようになり、電子デバイスＤに非常に大きな発熱があった場合の電子デバイスＤの温度制御性が確保される。また、第２の操作量として、このような冷却モードコントローラ７２の高速バルブの出力のみではなく、スライディングモードコントローラ７１の出力が加えられることにより、急冷の過渡応答を緩和して良好な制御性を得ることができる。
＜ＬＥＤ寿命推定システム＞
ＬＥＤ寿命推定システム６０は、上述したように、制御部１５に組み込まれており、状態空間モデルによる温度制御の特性を利用してＬＥＤ４１の寿命を推定する。ＬＥＤ４１の寿命推定は、加熱機構４０の複数のＬＥＤ４１について一括して行われる。
図１０は、ＬＥＤ寿命推定システム６０を示すブロック図である。図１０に示すように、ＬＥＤ寿命推定システム６０は、温度モニタ部８１と、ハンチング量検知部８２と、ＬＥＤ寿命推定部８３と、ＬＥＤ寿命通知部８４とを有する。温度モニタ部８１は、電子デバイスＤの温度を測定する温度測定器３５、例えば電子デバイスＤに組み込まれた温度測定回路の測定値をモニタする。ハンチング量検知部８２は、温度モニタ部８１でモニタされた電子デバイスＤの温度が入力され、そのモニタされた温度の安定領域でのハンチング量を検知する。ＬＥＤ寿命推定部８３は、ハンチング量検知部８２で検知されたハンチング量からＬＥＤ４１の寿命を推定する。例えば、ハンチング量とＬＥＤの出力の関係を求め、その関係からＬＥＤ４１の寿命を推定（予測）する。また、ＬＥＤ４１のハンチング量の閾値を予め設定しておき、閾値を寿命推定の基準としてもよい。例えば、ハンチング量がその閾値に達した際に、予め設定されたＬＥＤ４１の残余の推定寿命を出力するようにしてもよい。ＬＥＤ寿命通知部８４は、ＬＥＤ寿命推定部８３からの信号に基づいて、適宜の通知を行う。例えば、推定されたＬＥＤ４１の寿命を表示部に表示させる。
ＬＥＤ寿命推定システム６０の原理は、以下のようなものである。
状態空間モデルを用いた温度制御は、システム同定を実施してプラントを特定のモデルに数式化することで、伝達関数を作成し、ある入力に対する出力を推定する。この場合、例えば、実際のプラントとモデル化されたプラントとの差分ズレをフィードバックすることによりプラントを修正し、最適フィードバック制御を実現する。例えば、上述の図６に示すように、ＬＥＤ４１を含む加熱システムをプラント６１とし、その下にこのプラント６１（加熱システム）をモデル化したオブザーバ６２を搭載する。オブザーバ６２は、現実のプラント６１との差分ズレが修正項として存在し、その差分ズレをフィードバックすることにより、プラント６１を修正し、最適フィードバック制御を行う。
このような最適フィードバック制御を行うことにより、出荷当初では、ステップ波形入力後の安定領域での温度は、図１１に示すように、ハンチング量が小さい安定したものとなる。
しかし、実際のプラント６１ではＬＥＤ４１が経時劣化して徐々に出力が低下するため、時間が経過すると状態空間モデルであるオブザーバ６２とプラント６１との間にズレが生じる。経時劣化によりこのズレが大きくなってくると、最適フィードバック制御を行っても、上記の差分は低減され難くなり、図１２に示すように、ステップ波形入力後の安定領域での温度のハンチング量が大きくなり、許容される温度幅を超えるようになる。
つまり、状態空間モデルを用いてＬＥＤ４１を含む加熱システムの温度制御を行う場合、ＬＥＤ４１の劣化にともなう出力低下とステップ波形入力後の安定領域での温度のハンチング量とが強い相関関係を示し、ＬＥＤ４１の劣化にともなってハンチング量が大きくなる。
そこで、本実施形態では、このような原理を利用し、ＬＥＤ寿命推定システム６０により、電子デバイスＤの温度をモニタして安定領域での温度のハンチング量を求め、そのハンチング量からＬＥＤ４１の寿命を推定する。具体的には、上述したように、温度モニタ部８１でモニタされた電子デバイスＤの温度に基づいて、ハンチング量検知部８２でハンチング量を検知し、ハンチング量からＬＥＤ寿命推定部８３によりＬＥＤ４１の寿命を推定（予測）する。
＜検査装置による検査処理＞
次に、検査装置１を用いたウエハＷに対する検査処理の一例について説明する。
まず、ローダ３のＦＯＵＰから搬送装置によりウエハＷを取り出してステージ１０に搬送し、載置する。次いで、ステージ１０を所定の位置に移動する。
そして、加熱機構４０の全てのＬＥＤ４１を点灯させ、蓋部材３１の温度センサ３１ａから取得される情報に基づいて、蓋部材３１の温度が面内で均一になるように、ＬＥＤ４１からの光出力と、ステージ１０内の冷媒流路３２ａを流れる冷媒の流量を可変流量バルブ５３により調整する。
この状態で、ステージ１０を移動させて、ステージ１０の上方に設けられているプローブ１２ａと、ウエハＷの検査対象の電子デバイスＤの電極Ｅとを接触させ、電子デバイスＤの検査が開始される。
上記検査中、温度制御装置２０により電子デバイスＤの温度制御が行われる。温度制御装置２０においては、例えば電子デバイスＤに組み込まれた温度測定回路からなる温度測定器３５により電子デバイスＤの温度を測定し、その測定温度に基づいて、温度コントローラ３０により加熱機構４０および冷却機構５０を制御して電子デバイスＤの温度をフィードバック制御する。具体的には、ＬＥＤ４１を含む加熱システムをプラント６１とし、その下にこの加熱システムをモデル化したオブザーバ６２を搭載し、プラントとの差分ズレをフィードバックすることにより、プラント６１を修正し、最適フィードバック制御を行う。
また、制御ユニット６４から、電子デバイスＤの温度測定値に基づいて、プラント６１から出力される温度が所望の温度になるように、プラント６１およびオブザーバ６２に電力信号を含む制御信号が出力される。制御ユニット６４としては、スライディングモード制御を含むスライディングモード制御系を用いることにより、モデル化誤差や不確かな外乱に強い高精度の温度制御を実現することができる。また、スライディングモード制御および冷却モード制御を併用することにより、近時の電子デバイスの発熱密度増大にともなう大きな発熱外乱に対応することができる。
ところで、加熱機構４０に用いられているＬＥＤは比較的寿命が短いため、ＬＥＤの経時劣化による寿命を推定ないし予測して、ＬＥＤの交換時期を把握することで、ＬＥＤを含む装置の停止時間を最小限にすることが求められている。ＬＥＤの寿命を予測する方法としては、特許文献３に、被試験ＬＥＤをＬＥＤ搭載装置とは別個の高度加速寿命試験装置の容器内に配置し、被試験ＬＥＤからの受光電流の実測値から理論モデルを用いて被試験ＬＥＤの寿命を予測する技術が開示されている。
しかし、このような技術では、ＬＥＤをＬＥＤ搭載装置から取り外して寿命試験を行う必要があり煩雑である。
これに対し、本実施形態では、ＬＥＤ寿命推定システム６０により、状態空間モデルを用いてＬＥＤ４１を含む加熱システムの温度制御を行う場合のＬＥＤ４１の劣化にともなってハンチング量が大きくなる現象を利用して、ＬＥＤ４１の寿命を推定する。具体的には、温度モニタ部８１でモニタされた電子デバイスＤの温度に基づいて、ハンチング量検知部８２でハンチング量を検知し、ハンチング量からＬＥＤ寿命推定部８３によりＬＥＤ４１の寿命を推定（予測）する。これにより、ＬＥＤ搭載装置とは別個の試験装置でＬＥＤの寿命を予測するといった煩雑な操作が必要なく、ＬＥＤの寿命を簡易に推定することができる。また、検査装置１での実際の検査の際にモニタされる温度プロファイルから得られるハンチング量からＬＥＤ４１の寿命を推定できることから、特別なチェック等を行うことなく、検査処理の際にオンタイムでＬＥＤ４１の寿命推定を行える。
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記実施形態では、加熱源としてＬＥＤを用いた場合について説明したが、加熱源はＬＥＤに限らず、抵抗ヒータ等の他の加熱源であってもよい。また、上記実施形態では、温度制御対象としてウエハ上の電子デバイス（チップ）を例にとって示したが、これに限るものではない。また、加熱源（ＬＥＤ）の寿命推定システムを検査装置に適用した場合について示したが、これに限るものでもない。
１；検査装置
２；検査部
３；ローダ
４；テスタ
１０；ステージ
１２；プローブカード
１２ａ；プローブ
１３；インターフェース
１５；制御部
２０；温度制御装置
３０；温度コントローラ
３２ａ；冷媒流路
３５：温度測定器
４０；加熱機構
４１；ＬＥＤ
５０；冷却機構
６０；ＬＥＤ寿命推定システム
６１；プラント
６２；オブザーバ
６４；制御システム
７１；スライディングモードコントローラ
８１；温度モニタ
８２；ハンチング量検知部
８３；ＬＥＤ寿命推定部
８４；ＬＥＤ寿命通知部
Ｄ；電子デバイス
Ｗ；ウエハ

Claims (20)

  1. 加熱源により対象物を加熱し、温度測定器による該対象物の測定温度に基づいて、温度コントローラにより該対象物の温度をフィードバック制御する装置において、加熱源の寿命を推定する加熱源の寿命推定システムであって、
    前記温度コントローラは、前記加熱源に投入されるパワーを制御するとともに、状態空間モデルを用いた温度制御を実施し、前記対象物の温度をフィードバック制御するものであり、
    前記温度測定器による前記対象物の測定温度をモニタする温度モニタ部と、
    前記温度モニタ部でモニタされた前記対象物の温度の安定領域における前記対象物の温度のハンチング量を検知するハンチング量検知部と、
    前記ハンチング量検知部で検知された前記ハンチング量から前記加熱源の寿命を推定する寿命推定部と、
    を有する、加熱源の寿命推定システム。
  2. 前記寿命推定部は、前記ハンチング量と前記加熱源の出力の関係を求め、その関係から前記加熱源の寿命を推定する、請求項１に記載の加熱源の寿命推定システム。
  3. 前記寿命推定部は、前記加熱源における前記対象物の温度の前記ハンチング量の閾値を予め設定しておき、前記閾値を前記寿命の推定の基準とする、請求項１に記載の加熱源の寿命推定システム。
  4. 前記加熱源はＬＥＤである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の加熱源の寿命推定システム。
  5. 前記温度コントローラは、前記加熱源を含む加熱システムをプラントとし、該プラントをモデル化したオブザーバを搭載し、前記オブザーバの前記プラントとの差分ズレをフィードバックする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の加熱源の寿命推定システム。
  6. 前記温度コントローラは、前記対象物の温度測定値に基づいて前記プラントおよび前記オブザーバに電力信号を含む制御信号を出力する、スライディングモード制御を含む制御を行う制御ユニットをさらに有する、請求項５に記載の加熱源の寿命推定システム。
  7. 加熱源により対象物を加熱し、温度測定器による該対象物の測定温度に基づいて、温度コントローラにより該対象物の温度をフィードバック制御する装置において、加熱源の寿命を推定する加熱源の寿命推定方法であって、
    前記温度コントローラは、前記加熱源に投入されるパワーを制御するとともに、状態空間モデルを用いた温度制御を実施し、前記対象物の温度をフィードバック制御するものであり、
    前記温度測定器による前記対象物の測定温度をモニタすることと、
    モニタされた前記対象物の温度の安定領域における前記対象物の温度のハンチング量を検知することと、
    検知された前記ハンチング量から前記加熱源の寿命を推定することと、
    を有する、加熱源の寿命推定方法。
  8. 前記ハンチング量と前記加熱源の出力の関係を求め、その関係から前記寿命が推定される、請求項７に記載の加熱源の寿命推定方法。
  9. 前記加熱源における前記対象物の温度の前記ハンチング量の閾値を予め設定しておき、前記閾値を前記寿命の推定の基準とする、請求項７に記載の加熱源の寿命推定方法。
  10. 前記加熱源はＬＥＤである、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の加熱源の寿命推定方法。
  11. 前記温度コントローラは、前記加熱源を含む加熱システムをプラントとし、該プラントをモデル化したオブザーバを搭載し、前記オブザーバの前記プラントとの差分ズレをフィードバックする、請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の加熱源の寿命推定方法。
  12. 複数の電子デバイスが設けられた基板を載置するステージと、
    前記ステージ上の基板に設けられた前記電子デバイスにプローブを電気的に接触させて当該電子デバイスを検査する検査機構と、
    前記電子デバイスを加熱する加熱源を有する加熱機構と、
    前記電子デバイスを冷却する冷却源を有する冷却機構と、
    前記電子デバイスの温度を測定する温度測定器と、
    前記温度測定器からの測定温度に基づいて、前記加熱源に投入するパワーを制御するとともに、状態空間モデルを用いた温度制御により前記電子デバイスの温度をフィードバック制御する温度コントローラと、
    前記加熱源の寿命を推定する加熱源の寿命推定システムと、
    を備え、
    前記加熱源の寿命推定システムは、
    前記温度測定器による前記電子デバイスの測定温度をモニタする温度モニタ部と、
    前記温度モニタ部でモニタされた前記電子デバイスの温度の安定領域における前記電子デバイスの温度のハンチング量を検知するハンチング量検知部と、
    前記ハンチング量検知部で検知された前記ハンチング量から前記加熱源の寿命を推定する寿命推定部と、
    を有する、検査装置。
  13. 前記寿命推定部は、前記ハンチング量と前記加熱源の出力の関係を求め、その関係から前記加熱源の寿命を推定する、請求項１２に記載の検査装置。
  14. 前記寿命推定部は、前記加熱源における前記電子デバイスの温度の前記ハンチング量の閾値を予め設定しておき、前記閾値を前記寿命の推定の基準とする、請求項１２に記載の検査装置。
  15. 前記加熱源はＬＥＤである、請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の検査装置。
  16. 前記温度測定器は、前記電子デバイスに組み込まれた温度測定回路である、請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の検査装置。
  17. 前記温度コントローラは、前記ステージ、前記加熱機構、および前記冷却機構を含む加熱システムをプラントとし、該プラントをモデル化したオブザーバを搭載し、前記オブザーバの前記プラントとの差分ズレをフィードバックする、請求項１２から請求項１６のいずれか一項に記載の検査装置。
  18. 前記温度コントローラは、前記電子デバイスの温度測定値に基づいて前記プラントおよび前記オブザーバに電力信号を含む制御信号を出力する、スライディングモード制御を含む制御を行う制御ユニットをさらに有する、請求項１７に記載の検査装置。
  19. 前記制御ユニットは、前記加熱源へ投入するパワーを操作量とするスライディングモードコントローラと、前記冷却源へ投入するパワーを操作量とする冷却モードコントローラと、前記スライディングモードコントローラの出力である線形項と非線形項のうち、前記非線形項の値により、前記スライディングモードコントローラの出力をそのまま第１の操作量として前記加熱源に出力するか、または、前記冷却モードコントローラの出力を第２の操作量として使用するかを決定する切替コントローラと、を有する、請求項１８に記載の検査装置。
  20. 前記第２の操作量は、前記冷却モードコントローラの出力のみ、または、前記スライディングモードコントローラの出力と、前記冷却モードコントローラの出力とを加えたものである、請求項１９に記載の検査装置。
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