JPH041735Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案はGa−As系半導体あるいはGa−In−
As系半導体等の各種半導体を光やその他電磁波
等によつて低温で検査する際に、その半導体試料
を冷却保持するための試料冷却保持装置に関する
ものである。

従来の技術 Ga−As等の半導体の製造にあたつては品質管
理のために低温環境に置かれた半導体試料に光を
照射して格子欠陥等の各種欠陥を検出することが
行なわれている。このような場合に半導体試料を
低温に冷却保持しておく装置としては、半導体試
料を液体窒素等の冷却液中に直接浸漬させるよう
にした装置と、半導体試料に対して離れた位置に
設けられた冷却槽内の液体窒素等の冷却液と半導
体試料とを銅等の良熱伝導材で連絡して、熱伝導
により半導体試料を間接冷却するようにした装置
（例えば特開昭57−40950号公報、あるいは実開昭
51−72058号公報の第１図参照）が知られている。

前者の冷却液浸漬方式の冷却装置では、冷却液
の泡（気泡）によつて光による正確な検出が妨げ
られたり、また場合によつては冷却液による光の
吸収の問題が生じ、そのため検出誤差が大きくな
る問題があり、さらには試料温度が冷却液自体の
温度のみに制限され、種々の温度での検査ができ
ない欠点がある。

一方後者の間接冷却方式の装置では浸漬方式の
問題がなく、また試料近傍にヒータを設けておい
てヒータによる加熱量を制御することによつて冷
却液自体の温度附近からそれより高い温度範囲で
種々の温度での検査を行なうことができるが、従
来のこの種の装置はその構造上以下に述べるよう
な種々の問題があつた。

間接冷却方式の従来の装置の一例を第２図に示
す。第２図において、液体窒素等の冷却液１を収
容しかつ周囲を真空断熱層２とした冷却槽３の下
側には試料室４が形成されている。さらに銅等の
良熱伝導性材料からなる伝熱片５が前記冷却槽内
から試料室４内へ貫通するように設けられてお
り、この伝熱片５の下端には、試料室４内におい
て半導体試料６を保持するための保持部７が形成
され、またその保持部７の近傍には試料温度調整
用のヒータ８が取付けられている。なお試料室４
の両側には光を透過させるための窓部９が形成さ
れている。このような従来の間接冷却方式の半導
体冷却装置において半導体試料６を交換するにあ
たつては、試料室４を開放させることが必要とな
るが、試料室４を開放すればその内部に外気が流
入してしまい、その結果冷却槽３に対する断熱が
破れることになるから、その時点で冷却槽３内に
液体窒素等の冷却液１が存在していれば、その冷
却液は下側からの伝熱によつてそのほとんどがガ
ス化し、ロスしてしまう。したがつて試料交換の
ために試料室４を開放するにあたつては、予め冷
却槽３内の冷却液１を抜き取つておかなければな
らない。さらに試料を交換して試料室４を閉じた
後には、その内部を排気してから再び冷却液１を
冷却槽３内に注入しなければならず、しかもこの
際試料温度が所定の低温に達するまでには相当の
時間を要する。したがつて試料交換には多大な手
間と時間とを要し、かつその間の冷却液の抜取
り、注入時のガス化によるロスも無視できない量
となる。さらに上述の如く試料室４を開放して外
気が流入すれば、外気中の水分によつて窓部９の
内面などに大量の水が付着し、その後の検査に支
障を来たすことがある。

考案が解決すべき問題点 前述のように従来の第２図に示すような間接冷
却方式（熱伝導方式）による半導体検査用の試料
冷却保持装置は、直接冷却方式（浸漬方式）の欠
点は解消できるものの、試料交換に多くの手間と
時間を要し、そのための検査の作業能率が低く、
かつ冷却液ロスによるコスト高も逸れ得ない問題
があり、また交換時の試料室内の水の付着の問題
もあつた。

この考案は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、従来の間接冷却方式の半導体検査用冷却保持
装置を改良し、多大な時間と手間を要することな
く簡単かつ容易に試料の交換を行なうことがで
き、しかも冷却液ロスも少なく、交換時に試料室
の窓部内面等に水が付着することも避け得るよう
にした装置を提供することを目的とするものであ
る。

問題点を解決するための手段 この考案の半導体検査用試料冷却保持装置は、
基本的には冷却液を収容する冷却槽の周囲が外槽
によつて取囲まれ、その外槽と冷却槽との間が真
空断熱層とされ、全体として中空筒状をなす内筒
体が前記冷却槽の中央部を上下に貫通するように
配設され、かつその内筒体の下端には、その内筒
体の内部空間に連通する中空部を有する試料室が
前記冷却槽の下方において真空断熱層内に突出す
るように形成され、さらに内筒体内には、半導体
試料を保持するための試料保持部を下端に設けた
保持軸が、前記試料室内に試料保持部が位置する
ように上方からの挿抜可能に挿入され、前記内筒
体の全長のうち、冷却槽内の冷却液に浸漬される
部分の少なくとも一部は良熱伝導材料からなる伝
熱部とされ、一方保持軸には前記伝熱部に接する
被伝熱部が形成され、かつその保持軸における被
伝熱部から試料保持部までの部分が良伝熱材料で
形成され、さらに前記内筒体はその内部に乾燥気
体が供給されるように構成されており、しかも前
記内筒体下端の試料室の側面と、それに対応する
外槽の下部側面とには、それぞれ窓部が形成され
ていることを特徴とするものである。

ここで前記保持軸には、その被伝熱部を内筒体
の伝熱部に接せしめる方向へ押圧力を加えるため
の弾性部材を付設した構成とすることが望まし
い。

また前記円筒体の伝熱部の内面は下方へ向つて
径が縮小するテーパー面に作り、一方前記保持軸
の被伝熱部の外面には前記伝熱部内面のテーパー
に沿う逆テーパー面を形成し、これによつて円筒
体の伝熱部と保持軸の被伝熱部とがテーパー面で
広く面接触するように構成することが好ましい。

作 用 この考案の半導体検査用試料保持冷却装置にお
いては、半導体試料は内筒体内に挿入された保持
軸の先端の試料保持部に支持される。したがつて
半導体試料は、冷却槽内の液体窒素等の冷却液に
よる低温が前記内筒体の伝熱部からこれに接する
保持軸の被伝熱部を介し保持軸の先端に伝達され
ることによつて冷却される。試料交換時には保持
軸を内筒体から抜き取れば良いが、保持軸の抜取
りの際には真空断熱層の真空が破られることがな
く、そのため試料交換時にも冷却槽はその周囲が
真空断熱されていることになる。しかも内筒体内
には乾燥気体、望ましくは窒素ガス、ヘリウムガ
ス等の不活性な気体が供給されるように構成され
ているから、検査時のみならず試料交換時にも内
筒体内にその乾燥気体を供給すればこの気体が内
筒体壁面との熱交換によつて冷却された低温気体
となり、それにより試料交換時に外気が急激に流
入することが防止されて内筒体および試料室内は
低温に保たれる。このように試料交換時にも冷却
槽の周囲の真空断熱が保たれ、しかも冷却槽内側
の内筒体および試料室も低温に保たれるから、試
料交換に際して冷却槽内の液体窒素等の冷却液を
抜く必要がないから、冷却液の抜き取りおよび再
注入に要する手間、時間を省くことができ、しか
もその際の冷却液のロス発生も防止できる。また
内筒体および試料室内は前述のように試料交換時
も低温に保たれるため、試料交換後の新たな試料
もすみやかに温度低下し、したがつて試料の温度
降下までの時間も短縮できる。さらに、試料の交
換時に試料内に直ちに外気が流入することがない
ため、試料室の窓部内面等が外気中の水分により
濡れてしまうことが防止される。

そして特に前述のように保持軸を弾性部材によ
つて押圧しておけば、内筒体の伝熱部の内面と保
持軸の被伝達部の外面との接触状態が良好に保た
れ、その間の伝達抵抗が少なくなる。また内筒体
の伝熱部内面と保持軸の被伝熱部外面とがテーパ
ー面で接するように構成しておけば、両面の接触
面積が拡大され、両面間の伝熱は一層良好とな
る。

実施例 第１図にこの考案の一実施例の半導体検査用試
料冷却保持装置を示す。

全体として円筒状をなす外槽１１の下側には試
料室収容部１２が連続して形成されており、その
試料室収容部１２の左右対称位置には石英等の透
明材からなる外窓部１３，１４が設けられてい
る。また前記外槽１１の内側には、円筒状をなす
冷却槽１５が配設されている。この冷却槽１５は
液体窒素等の冷却液１６が収容されるものであつ
て、その上面には冷却液供給管１７およびガス化
した冷却液を排出する排出管１８が設けられてい
る。また外槽１１の上面には真空排気弁１９が設
けられており、外槽１１内を真空排気することに
よつてその外槽１１の内面と冷却槽１５の外面と
の間が真空断熱層２０とされる。また試料室収容
部１２の内部も真空断熱される。

前記冷却槽１５の中央にはこれを上下に貫通す
るように全体として中空円筒状をなす内筒体２１
が配設されている。この内筒体２１は、上部を大
径筒部２１Ａとし、下部を試料室収容部１２内に
突出する小径筒部２１Ｂとするとともに、大径筒
部２１Ａと小径筒部２１Ｂとの間に銅等の良伝熱
材料からなる伝熱部２２を設け、さらに小径筒部
２１Ｂの下端に試料室２３を設けたものである。
前記伝熱部２２は、冷却槽１５内の冷却液１６に
浸漬される位置に設けたものであつて、その外面
にはフイン２２Ａが形成され、またその内面には
下方へ向つて径が縮小するテーパー面２２Ｂが形
成されている。一方試料室２３の左右両側には、
前述の外窓部１３，１４に対応する位置に、石英
ガラス等の透明材料からなる内窓部２４，２５が
設けられている。

前記内筒体２１の上部の大径筒部２１Ａの上端
には、締め付けリング２７を介して連結筒２８が
着脱可能に取付けられており、さらにその連結筒
２８の上部開口端は蓋体３０によつて閉じられて
いる。そしてまた内筒体２１の上部には、内筒体
内部へ窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性な乾燥
気体を供給するための気体供給管３２と、内筒体
２１内を排気して前記低温気体と置換するための
真空排気管（図示せず）および安全弁３４が接続
されている。

さらに前記内筒体２１内には、蓋体３０を貫通
して保持軸３５が挿入されている。この保持軸３
５は、下端側に銅等の良伝熱材料からなる被伝熱
部３６を設け、さらにその被伝熱部３６の下端に
同じく銅等の良伝熱材料からなるヒータ基板３７
を介し同じく銅等の良伝熱材料からなる試料保持
部３８を設けたものである。

前記保持軸３５の被伝熱部３６は、内筒体２１
の伝熱部２２の内面のテーパー面２２Ｂに適合す
るように、下方へ向つて径が縮小するテーパー面
３６Ａを外面に形成したものである。また前記ヒ
ータ基板３７には、試料保持部３８に保持される
半導体試料Ｓの温度を調整するためのヒータ３９
が設けられている。

さらに保持軸３５の上端部には、保持軸３５を
下方へ押圧して被伝熱部３６のテーパー面３６Ａ
を内筒体２１の伝熱部２２のテーパー面２２Ｂに
密に面接触さるための弾性部材４２が付設されて
いる。すなわち保持軸３５の上端部は蓋体３０に
固定された中空雄ネジ部材４３に貫挿され、その
中空雄ネジ部材４３の内周面と保持軸３５の上端
部外周面との間に前記弾性部材４２としてのコイ
ルスプリングが配設され、その中空雄ネジ部材４
３の上部に螺合するキヤツプ４４を締付けること
により保持軸３５に下方への押圧力を与えるよう
に構成されている。なお内筒体２１の上方の連結
筒２８には、図示しない熱伝対等の温度検出器か
らの信号線やヒータ給電用配線などを取り出すた
めの取出し口４５が設けられている。

以上の実施例において、装置使用時において
は、冷却槽１５の周囲および試料室２３の周囲は
それぞれ真空排気されて、真空断熱される。また
冷却槽１５内には液体窒素等の冷却液１６が収容
される。さらに内筒体２１内には、気体供給管３
２を介して乾燥気体、望ましくは窒素ガスやヘリ
ウムガス等の不活性気体が導入され、この気体は
内筒体２１の内壁との熱交換によりただちに冷却
されて低温となり、したがつて内筒体２１および
試料室２３の内部には低温窒素ガス等の低温気体
が供給されたことになる。もちろんその乾燥気体
の導入に先立つては、その内筒体２１および試料
室２３内の空気を排気して、乾燥気体に置換させ
ることが必要である。

半導体試料Ｓの検査時には、試料Ｓは保持軸３
５の先端の試料保持部３８に取付けられた状態で
試料室２３内に挿入されている。そして保持軸３
５は弾性部材としてのコイルスプリング４２によ
り下方へ押圧されて、被伝熱部３６のテーパー面
３６Ａが内筒体２１の伝熱部２２のテーパー面２
２Ｂに密に面接触する。この状態で冷却槽１５内
の液体窒素等の冷却液１６の低温は、内筒体２１
の伝熱部２２から保持軸３５の被伝熱部３６に伝
達され、その被伝熱部３６からヒータ基板３７お
よび試料保持部３８を介して試料Ｓに伝達され
る。そして試料室収容部１２の外窓１３，１４お
よび試料室２３の内窓２４，２５を介して半導体
検査のため光等を入射させるとともに試料透過光
あるいは試料反射光を取出すことによつて、試料
Ｓに対する欠陥検査がなされる。ここで、ヒータ
３９を作動させ、かつそのヒータ３９による加熱
の程度を制御すれば、液体窒素等の冷却液の温度
によつて定まる所定の低温のみならず、それより
も相対的に高温の任意の温度に試料温度を調整す
ることができ、したがつて任意の温度での試料検
査が実現できる。

ある半導体試料の検査が終了して次の試料の検
査に移行する際には、締め付けリング２７を緩め
て連結筒２８を内筒体２１から取外して保持軸３
５を内筒体２１から抜き出す。この時点では内筒
体２１内には、前述のような窒素ガスやヘリウム
ガス等の乾燥気体を連続して供給して、内筒体２
１および試料室２３内を低温の気体で充満させて
おくことにより、外部の大気が急激に流入するこ
とを防止する。したがつて内筒体２１および試料
室２３内はほとんど温度上昇しないから、内筒体
２１側からの伝熱によつて冷却槽１５内の冷却液
１６がロスすることはほとんどなく、しかも冷却
槽１５の周囲は真空断熱が保持されている。その
ため、特に試料交換時に冷却液１６を抜いておく
必要がないのである。また上述のように試料室２
３が試料交換時にも低温気体で充満されているた
め、外気の流入により内窓２４，２５の内面に水
が付着したりすることがない。

新たな試料を取付けた保持軸３５は、内筒体２
１に挿入して、前述とは逆の手法により連結固定
する。この時、被伝熱部３６のテーパー面３６Ａ
が内筒体２１の伝熱部２２のテーパー面２２Ｂに
接すれば、直ちに冷却槽１５内の冷却液１６の低
温が試料Ｓまで伝達され、試料Ｓの温度がすみや
かに所定の低温に至る。

なお図示の実施例では、外槽１１の下部の試料
室収容部１２の左右に一対の外窓部１３，１４を
設け、かつその外窓部１３，１４に対応して試料
室２３の左右に一対の内窓部２４，２５を設けて
いるが、これらの窓部は、半導体に対する検査の
具体的方法や種類によつては必ずしも一対ずつ形
成する必要はなく、それぞれ１個ずつ形成してお
いても良い。要は、半導体の検査のために電磁波
や光等を透過させるために、少なくとも１個の外
窓部とそれに対応する少なくとも１個の内窓部が
形成されていれば良い。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案の半導
体検査用試料冷却保持装置によれば、試料交換時
においても冷却槽の周囲の真空断熱が保たれ、か
つ内筒体内および試料室内が低温に保たれるた
め、冷却槽内の液体窒素等の冷却液を一旦抜き取
る必要がなく、そのため試料交換時に冷却液の抜
取りおよび再注入に要する手間および時間が省か
れ、また交換後の新たな試料もすみやかに温度降
下する。したがつて試料の交換に要する手間およ
び時間が従来よりも大幅に削減される顕著な効果
が得られる。また前述のように試料交換時に冷却
液の抜き取り、再注入を要しないため、その際の
冷却液のロスもなくなり、冷却液消費量を大幅に
少なくしてコスト低減を図ることができる。さら
に、試料交換時に外気の侵入により試料室内が濡
れることがないため、その後の検査に支障を招く
おそれもなく、したがつてこの考案の装置は、各
種半導体の光や電磁波等による低温検査に適用し
て極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の半導体検査用試
料冷却保持装置を示す縦断面図、第２図は従来の
間接冷却方式の半導体検査用試料冷却保持装置の
一例を示す略解的な縦断面図である。 １５……冷却槽、１６……冷却液、２０……真
空断熱槽、２１……内筒体、２２……伝熱部、２
２Ｂ……テーパー面、２３……試料室、３２……
気体供給管、３５……保持軸、３６……被伝熱
部、３６Ａ……テーパー面、３８……試料保持
部、３９……ヒーター、４２……弾性部材（コイ
ルスプリング）、Ｓ……半導体試料。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 冷却液を収容する冷却槽の周囲が外槽によつ
   て取囲まれ、その外槽と冷却槽との間が真空断
   熱層とされ、全体として中空筒状をなす内筒体
   が前記冷却槽の中央部を上下に貫通するように
   配設され、かつその内筒体の下端には、その内
   筒体の内部空間に連通する中空部を有する試料
   室が前記冷却槽の下方において真空断熱層内に
   突出するように形成され、さらに内筒体内に
   は、半導体試料を保持するための試料保持部を
   下端に設けた保持軸が、前記試料室内に試料保
   持部が位置するように上方から挿抜可能に挿入
   され、前記内筒体の全長のうち、冷却槽内の冷
   却液に浸漬される部分の少なくとも一部は良熱
   伝導材料からなる伝熱部とされ、一方保持軸に
   は前記伝熱部に接する被伝熱部が形成され、か
   つその保持軸における被伝熱部から試料保持部
   までの部分が良伝熱材料で形成され、さらに前
   記内筒体はその内部に乾燥気体が供給されるよ
   うに構成されており、しかも前記内筒体下端の
   試料室の側面と、それに対応する外槽の下部側
   面には、それぞれ窓部が形成されている半導体
   検査用試料冷却保持装置。 (2) 前記保持軸には、その被伝熱部を内筒体の伝
   熱部に接せしめる方向へ押圧力を加えるための
   弾性部材が付設されている実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の半導体検査用試料冷却保持装
   置。 (3) 前記内筒体の伝熱部の内面は下方へ向かつて
   径が縮小するテーパー面に作られ、一方前記保
   持部の被伝熱部の外面には前記伝熱部内面のテ
   ーパーに沿うテーパー面が形成されている実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の半導体検査用
   試料冷却保持装置。