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TWI768984B - 卡盤單元和卡盤單元的溫度控制方法 - Google Patents

卡盤單元和卡盤單元的溫度控制方法 Download PDF

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TWI768984B TW110123312A TW110123312A TWI768984B TW I768984 B TWI768984 B TW I768984B TW 110123312 A TW110123312 A TW 110123312A TW 110123312 A TW110123312 A TW 110123312A TW I768984 B TWI768984 B TW I768984B
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Abstract

提供一種卡盤單元，該卡盤單元係從冰點以下至高溫可進行溫度設定，並 可使帕耳帖模組之劣化變少。

卡盤單元係包括：卡盤10，係載置半導體1；加熱器加熱部11，係藉 加熱器12對卡盤10之背面加熱；金屬塊21，係藉接觸冷卻加熱器加熱部11，而進行氣冷或水冷；以及帕耳帖模組31，係對金屬塊21進行加熱冷卻；在金屬塊21與帕耳帖模組31分開時，對加熱器12進行通電，而在金屬塊21與帕耳帖模組31接觸時，遮蔽對加熱器12的通電。

Description

卡盤單元和卡盤單元的溫度控制方法
本發明係有關於一種載置半導體元件之卡盤單元以及加熱器通電方法，例如有關於一種從冰點以下之低溫至高溫可進行溫度設定的卡盤單元。
半導體元件之電性特性的評估係常改變溫度，並作為溫度特性測試所進行。尤其，車用元件係因為在從冰點以下之環境至高溫的車內所使用，所以電性特性測試亦需要在從冰點以下之低溫狀態至超過常溫之高溫狀態進行。為了使載置並固定半導體元件之卡盤成為高溫，需要以加熱器對載置並固定半導體元件之卡盤加熱。
在專利文獻1，係揭示一種加熱冷卻元件，該加熱冷卻元件係包括加熱器與可動式冷卻模組。此可動式冷卻模組係金屬塊，該金屬塊係在加熱時與加熱器分開，而在冷卻時與加熱器接觸。
[先行專利文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2013-123053號公報(圖3，段落0041)
在專利文獻1所記載之加熱冷卻元件係因為藉鋁或銅之金屬塊冷卻，所以無法使晶圓之溫度成為不高於室溫。因此，想到將可動式冷卻模組變更 成帕耳帖模組，並冷卻至冰點以下。可是，帕耳帖模組係與加熱器接觸而成為高溫狀態時，具有劣化變快的問題。
本發明係鑑於這種情況所開發者，其目的在於提供一種卡盤單元以及卡盤單元之溫度控制方法，該卡盤單元係從冰點以下至高溫可進行溫度設定，並可使帕耳帖模組之劣化變少。
為了達成該目的，本發明之卡盤單元係特徵為：包括：卡盤(10)，係載置半導體；加熱器加熱部(11)，係對該卡盤之背面加熱；金屬塊(21)，係藉氣冷或水冷冷卻該加熱器加熱部；以及帕耳帖模組(31)，係對該金屬塊進行加熱冷卻；在該金屬塊與該帕耳帖模組分開時，進行對該加熱器加熱部之加熱器(12)的通電，而在該金屬塊與該帕耳帖模組接觸時，遮蔽對該加熱器的通電。此外，括弧內之符號或文字係在實施形態所附加的符號等，不是限定本發明者。
若依據本發明，是從冰點以下至高溫可進行溫度設定，亦可使帕耳帖模組之劣化變少。
1:晶圓
2:卡盤頂
3:絕緣板
4:保護板
5:絕緣板
9:溫度感測器
10:卡盤
11:加熱塊(加熱器加熱部)
12:面狀加熱器
20:加熱部
21:氣冷塊(金屬塊)
22:流通孔
23:氣冷空氣通口
30:氣冷部(冷卻部)
31:帕耳帖模組(加熱冷卻單元)
32:水冷塊
34:冷卻水通口
40:帕耳帖單元
50:固定單元
60:Z軸致動器
90:控制裝置
100:卡盤單元
200:探針裝置
[圖1]係本發明之第1實施形態之卡盤單元的構成圖。
[圖2]係使用本發明之第1實施形態的卡盤單元進行溫度特性測試時的流程圖。
[圖3]係表示以加熱器對卡盤加熱之狀態的圖。
[圖4]係表示將卡盤冷卻至既定溫度之狀態的圖。
[圖5]係表示以帕耳帖模組冷卻卡盤之狀態的圖。
以下，參照圖面，詳細地說明本發明之實施形態(以下，稱為「本實施形態」)。此外，各圖係只不過示意地表示至可充分地理解本實施形態之程度。又，在各圖，對共同的構成元件或相同的構成元件，係附加相同的符號，並省略那些構成元件之重複的說明。
圖1係本發明之第1實施形態之卡盤單元的構成圖。
卡盤單元100係在從冰點以下之低溫(例如-60℃)升溫至高溫(比帕耳帖模組之最高溫度規格值更高溫，例如300℃~400℃)之狀態，測量晶圓1之電性特性(電壓電流特性)時所使用。卡盤單元100係構成為包括卡盤10、加熱部20、作為冷卻部之氣冷部30、帕耳帖單元40、Z軸致動器60以及控制裝置90。又，探針裝置200係包括卡盤單元100、及使卡盤單元100移動之未圖示的XYZ工作台。
卡盤10係由卡盤頂2、絕緣板3、保護板4以及絕緣板5所積層者。卡盤頂2係載置晶圓1或IC晶片等之半導體之圓形的金屬板(例如，OFC(Oxygen-Free Copper))。在卡盤頂2之表面，係形成吸附半導體之吸附槽(未圖示)或吸入空氣之貫穿孔(未圖示)。絕緣板3、5係以隔著保護板4之方式所形成的的絕緣陶瓷板。保護板4係SUS之薄板，藉由維持於接地電位等，使晶圓1之電位成為穩定。
加熱部20係構成為由加熱塊11與面狀加熱器12所積層。加熱塊11係圓形的金屬板(例如，OFC)。加熱塊11的下面係與面狀加熱器12接觸。即，加熱塊11係藉面狀加熱器12被加熱至高溫。在加熱塊11，係埋入溫度感測器9。溫度感測器9之資料係被送至控制裝置90，並根據藉溫度感測器9所取得之溫度資料，控制面狀加熱器12的溫度。加熱塊11的上面係因為與絕緣板5接觸，所以藉加熱塊11對卡盤10加熱。
氣冷部30係由金屬製之氣冷塊21所構成。在氣冷部30之內部，係形成冷卻用空氣所流通的的流通孔22。流通孔22係未圖示，在平面圖被形成螺 旋狀。在流通孔22之兩端部，係形成氣冷空氣通口23，並插入未圖示之樹脂管。
帕耳帖單元40係由帕耳帖模組31與水冷塊32所構成。帕耳帖模組31係從冰點以下(例如-60℃)可進行加熱冷卻至最高溫度規格值(例如80℃~100℃)的熱電元件。換言之，帕耳帖模組31係具有成為超過最高溫度規格值之高溫時劣化變快的特性。水冷塊32係被配設於帕耳帖模組31之背面，並完成冷卻帕耳帖模組31之任務。在水冷塊32，係設置冷卻水通口34，並插入未圖示之樹脂管。
Z軸致動器60係使帕耳帖單元40在Z方向移動者。即，Z軸致動器60係使帕耳帖模組31的上面與氣冷塊21的下面抵接或分開。此外，卡盤10、加熱部20以及氣冷部30係成為一體化，並將這些元件稱為固定單元50。
控制裝置90係PC(Personal Computer)，藉由未圖示之控制部執行記憶部所儲存之控制程式，實現控制功能，該控制功能係控制帕耳帖模組31、Z軸致動器60、未圖示之氣冷用泵、水冷用泵、以及測量器等。
圖2係溫度特性測試的流程圖，並包含是本發明之第1實施形態之卡盤單元100的溫度控制方法(加熱器通電方法)。圖3~圖5係表示帕耳帖模組40及作為冷卻部之氣冷部30之狀態的圖。
首先，作業員係將晶圓1載置於卡盤10(S1)。接著，藉控制裝置90控制Z軸致動器60，如圖3所示，使帕耳帖單元40與氣冷部30分開(S2)。然後，在帕耳帖單元40與氣冷部30分開之狀態，控制裝置90係進行執行對加熱塊11之面狀加熱器12之通電的控制(S3)，而使氣冷塊21成為既定高溫狀態。此處，高溫狀態係意指比帕耳帖模組31之最高溫度規格值(例如80℃~100℃)更高的溫度(例如300℃~400℃)。此外，在圖3，加熱部20及氣冷部30的影線係表示成為高溫狀態。晶圓1之溫度達到所要之高溫狀態時，控制裝置90係測量晶圓1之電壓電流特性(S4)。
在S4之測量後，控制裝置90係如圖4所示，執行遮斷面狀加熱器12之通電的控制，且執行供給被壓縮之冷卻空氣的控制，而冷卻氣冷塊21(S5)。然後，控制裝置90係測量加熱塊11之溫度，帕耳帖模組31是既定中間溫度(例如，帕耳帖模組31之最高溫度規格值(例如80℃~100℃))以上時，使處理回到S5，而使氣冷塊21之冷卻繼續。另一方面，帕耳帖模組31成為未滿既定中間溫度(例如，最高溫度規格值)時，控制裝置90係在該溫度，測量晶圓1之電壓電流特性。
在S7之測量後，控制裝置90係執行使Z軸致動器60上升的控制，如圖5所示，使帕耳帖單元40的上面與氣冷部30的下面抵接(S8)。帕耳帖單元40與氣冷部30抵接時，控制裝置90係執行降低帕耳帖單元40之溫度的控制，而冷卻固定單元50(S9)。加熱塊11之溫度成為既定冷卻溫度(例如-60℃之冰點以下)時，控制裝置90係測量晶圓1之電壓電流的溫度特性(S10)。
如以上之說明所示，若依據本實施形態之卡盤單元100，使用面狀加熱器12加熱至高溫狀態(例如300℃~400℃)，而使用帕耳帖模組31可冷卻至-60℃之低溫狀態。又，帕耳帖模組31係有最高溫度規格值(例如80℃~100℃)，繼續維持高溫狀態時，具有劣化的性質。可是，因為在從400℃之高溫狀態至中間溫度(例如，最高溫度規格值(例如80℃~100℃))，使帕耳帖單元40與氣冷部30分開，所以可避免帕耳帖模組31之劣化。
(變形例)
本發明係不是被限定為上述之實施形態，例如可進行如以下所示的變形。
(1)在上述之實施形態，係使用氣冷塊21，冷卻加熱部20，但是亦可使用水冷。
(2)在上述之實施形態，係使帕耳帖單元40進行上下動作，但是亦可使固定單元50進行上下動作。
1:晶圓
2:卡盤頂
3:絕緣板
4:保護板
5:絕緣板
9:溫度感測器
10:卡盤
11:加熱塊(加熱器加熱部)
12:面狀加熱器
20:加熱部
21:氣冷塊(金屬塊)
22:流通孔
23:氣冷空氣通口
30:氣冷部(冷卻部)
31:帕耳帖模組
32:水冷塊
34:冷卻水通口
40:帕耳帖單元
50:固定單元
60:Z軸致動器
90:控制裝置
100:卡盤單元
200:探針裝置

Claims (4)

  1. 一種卡盤單元，其特徵為：包括：卡盤，係載置半導體；加熱器加熱部，係對該卡盤之背面加熱；金屬塊，係藉氣冷或水冷冷卻該加熱器加熱部；帕耳帖模組，係對該金屬塊進行加熱冷卻；以及控制裝置，在該金屬塊與該帕耳帖模組分開時，進行對該加熱器加熱部之加熱器的通電，而在該金屬塊與該帕耳帖模組接觸時，遮蔽對該加熱器的通電。
  2. 如請求項1之卡盤單元，其中該控制裝置係在遮蔽對該加熱器的通電時，使用該金屬塊冷卻該卡盤，在冷卻後使該金屬塊與該帕耳帖模組接觸。
  3. 如請求項1之卡盤單元，其中該控制裝置係將該金屬塊冷卻至未滿該帕耳帖模組的最高溫度規格值。
  4. 一種卡盤單元之溫度控制方法，該卡盤單元係包括：卡盤，係載置半導體；加熱器加熱部，係對該卡盤之背面加熱；金屬塊，係藉氣冷或水冷冷卻該加熱器加熱部；帕耳帖模組，係對該金屬塊進行加熱冷卻；以及控制裝置；該卡盤單元之溫度控制方法的特徵為：該控制裝置在該金屬塊與該帕耳帖模組分開時，進行對該加熱器加熱部之加熱器的通電，而在該金屬塊與該帕耳帖模組接觸時，遮蔽對該加熱器的通電。
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