(57)【要約】【課題】  予め蓄冷されたコールドプレートで、試料を急冷することができる温度制御装置を提供することである。【解決手段】  試料載置部と加熱器とを有するヒートプレートと、前記ヒートプレートよりも低温のコールドプレートとで構成され、前記試料載置部を急冷する際には、前記コールドプレートをヒートプレートに接触させ、それ以外のときにはヒートプレートからコールドプレートを離隔することにより、前記試料載置部の温度制御を行う温度制御装置において、前記ヒートプレートとコールドプレートとを、気密性を有する幕で接続してヒートプレートとコールドプレートの間に密室を形成し、前記密室に、前記コールドプレートの温度よりも露点が低い気体を封入した。【選択図】  図１
2006084269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料載置部と加熱器とを有するヒートプレートと、前記ヒートプレートよりも低温のコールドプレートとで構成され、前記試料載置部を急冷する際には、前記コールドプレートをヒートプレートに接触させ、それ以外のときにはヒートプレートからコールドプレートを離隔することにより、前記試料載置部の温度制御を行う温度制御装置において、
前記ヒートプレートとコールドプレートとを、気密性を有する幕で接続してヒートプレートとコールドプレートの間に密室を形成し、
前記密室に、前記コールドプレートの温度よりも露点が低い気体を封入したことを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記密室内の気体を除去する気体除去手段と、前記密室内に気体を供給する気体供給手段とを備えた請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記密室と連通する容積可変の別室を設け、前記密室の容積が小さくなった際に、密室内の気体を前記別室に移動させ、前記密室の容積が大きくなった際には、前記別室内の気体を密室内に移動可能にした請求項１に記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を加熱体又は冷却体に接触させて温度制御する型の環境試験装置や半導体試験装置等に使用可能な温度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境試験装置や、半導体試験装置として利用可能な、試料を載置した試料プレートを加熱及び冷却するための温度調整システム８１が、特許文献１に開示されている。図６は、特許文献１の温度調整システム８１の系統図である。特許文献１の温度調整システム８１は、半導体ウェハＷを加熱又は冷却するための以下のような構成を備えている。
【０００３】
温度調整システム８１には、処理部８２、冷却部８５及び蓄熱タンク８６を備えている。処理部８２は、電気ヒータ８３と温度調整プレート８４とを有している。温度調整プレート８４には冷却部８５から供給される低温の冷却液を通す通路が形成されており、冷却液は、供給管路８７を介してこの通路内に冷却液を供給し、温度調整プレート８４の温度を低下させる。温度調整プレート８４内で昇温した冷却液は、還流管路８８を介して冷却部８５に回収される。還流管路８８と供給管路８７とを接続するように蓄熱タンク８６が設置されているが、この蓄熱タンク８６には、昇温した冷却液を収容することができる。以上のような構成により温度調整システム８１の流体循環回路が構成されている。
【０００４】
温度調整プレート８４を加熱する際には、蓄熱タンク８６内の高温の冷却液を供給することにより、電気ヒータ８３で加熱するのに必要なエネルギ量を少なくする。処理部８２は、電気ヒータ８３で加熱することにより温度上昇させることができ、また、温度調整プレート８４に冷却部８５から供給される冷却液を通すことにより温度低下させることができるようになっている。この処理部８２に、半導体ウェハＷが接触させてある。従って、半導体ウェハＷの温度は、処理部８２からの熱伝達により、調整することができる。
【特許文献１】特開２００２−２３８６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この特許文献１に開示された温度調整システム８１は、温度調整プレート８４に低温の冷却液を供給することにより、温度を低下させるが、温度を低下させるべく冷却液の供給量を増加させても、実際に目標温度に達するまでに時間がかかる。昨今は、半導体ウェハＷに相当する試料を急冷することができる温度制御装置の登場が望まれていた。そこで本発明では、予め蓄冷されたコールドプレートで、試料を急冷することができる温度制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、試料載置部と加熱器とを有するヒートプレートと、前記ヒートプレートよりも低温のコールドプレートとで構成され、前記試料載置部を急冷する際には、前記コールドプレートをヒートプレートに接触させ、それ以外のときにはヒートプレートからコールドプレートを離隔することにより、前記試料載置部の温度制御を行う温度制御装置において、前記ヒートプレートとコールドプレートとを、気密性を有する幕で接続してヒートプレートとコールドプレートの間に密室を形成し、前記密室に、低露点気体又は窒素ガスを封入した。
【０００７】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、密室内の気体を除去する気体除去手段と密室内に気体を供給する気体供給手段とを備えた。気体供給手段で供給する気体は、気体除去手段で除去される気体と同種のものである。
【０００８】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、記載前記密室と連通する容積可変の別室を設け、前記密室の容積が小さくなった際に、密室内の気体を前記別室に移動させ、前記密室の容積が大きくなった際には、前記別室内の気体を密室内に移動可能にした。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明を実施すると、ヒートプレートとコールドプレートとを気密性を有する幕で接続してヒートプレートとコールドプレートの間に密室を形成し、この密室にコールドプレートの温度よりも露点の低い気体を封入したので、コールドプレートの表面が結露して氷結することによるヒートプレートとコールドプレートの間の熱伝達の阻害を回避することができ、良好に試料を急冷することができる。
【００１０】
請求項２の発明では、密室内の気体を除去する気体除去手段と、密室内に気体を供給する気体供給手段とを備えたので、試料を急冷する際には、密室内の気体を除去することにより、密室内の気圧が上昇することを回避することができ、ヒートプレートとコールドプレートとの接触を容易に行うことができる。また、試料の急冷を停止する際には、密室内に気体を供給することにより、密室内を負圧にせずに済み、ヒートプレートからコールドプレートを容易に離隔させることができる。
【００１１】
請求項３の発明では、密室と連通する容積可変の別室を設けたので、コールドプレートをヒートプレートに当接させて密室の容積が小さくなった際には、密室内の気体を別室に移動させ、又、コールドプレートをヒートプレートから離隔して密室の容積が大きくなるとき、及び、急冷を停止する際には、別室に移動した気体を密室内に移動させて、密室内に負圧が発生することを回避することができる。また、なんら特別な制御を行わなくても、コールドプレートの表面が結露することを回避でき、コールドプレートとヒートプレートの間の熱伝達を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の温度制御装置１を備えた冷媒回路２の系統図である。配管４は、コールドプレート９内に設けた冷媒通路９ａと連通している。
【００１３】
ヒートプレート６には、試料を載置するための試料プレート８（試料載置部）が設置されている。また、ヒートプレート６の試料プレート８とは反対側に、コールドプレート９が対向するように配置してある。図１に示すように、配管４の、コールドプレート９に設けた冷媒通路９ａの入口側付近と出口側付近の２カ所には、可撓部５が設置されている。
【００１４】
図５は、コールドプレート９内の冷媒通路９ａの一例を示す斜視図である。図５に示すように冷媒通路９ａは、コールドプレート９内を蛇行するように形成されている。この冷媒通路９ａ内を、冷媒７が通過することにより、コールドプレート９は略均一に冷却（蓄冷）されるようになっている。
【００１５】
ヒートプレート６には、加熱器６ｂが設けてある。この加熱器６ｂに通電すると、ヒートプレート６の温度を上昇させることができる。従って、ヒートプレート６の温度は、所定の温度範囲内に入るように微調整することができる。
【００１６】
図１に示すように、試料プレート８には、熱電対１１が設置されている。熱電対１１で検出された試料の温度情報は、信号線２０ａを介してコントロールユニット１２に入力されるようになっている。
【００１７】
コールドプレート９には、信号線２０ｅを介してコントロールユニット１２で制御されるスライド機構１０（駆動手段）が設けてある。スライド機構１０は、コールドプレート９をヒートプレート６に接近させて当接させたり、逆にヒートプレート６から離隔させることができる。スライド機構１０は、可撓部５の変形が許容される範囲でコールドプレート９を往復駆動させ、配管４は常時密閉状態が保たれている。
【００１８】
図１に示すように、ヒートプレート６とコールドプレート９は、気密性、耐熱性及び耐圧性を有する伸縮幕１７で接続されている。伸縮幕１７は、ヒートプレート６の側面と、コールドプレート９の側面に接着されており、ヒートプレート６、コールドプレート９及び伸縮幕１７とで室１８（密室）が形成されている。
【００１９】
室１８内には、コールドプレート９よりも露点の低い気体（例えば、水分をフィルタ等で除去したドライエアや窒素ガス等）が封入されている。そのため、コールドプレート９の表面での結露を防ぎ、コールドプレート９とヒートプレート６との密着性を低下させずに済む。試料プレート８を急冷する際には、コールドプレート９をヒートプレート６に当接させるが、その際には、室１８内の気圧が上昇し、伸縮幕１７に負荷が掛かる。そこで、図１及び図２に示すように、真空ポンプ１５を設け、配管１５ａを介して室１８内の気体を真空ポンプ１５で吸い出すと、室１８内の気圧を上昇させずに済む。
【００２０】
図１に示すように、室１８には、途中に電磁弁１６ｂを備えた配管１６ａを介して加圧室１６と接続されている。加圧室１６には、コールドプレート９の温度よりも露点が低い気体が充填されている。電磁弁１６ｂは、信号線２０ｂを介してコントロールユニット１２と接続されている。電磁弁１６ｂは、コントロールユニット１２の指令信号により開閉制御されるようになっている。
【００２１】
電磁弁１６ｂが開くと、加圧室１６内の気体が、室１８内に供給される。加圧室１６から室１８内へ気体を供給可能にすることにより、コールドプレート９がヒートプレート６から離隔されるときに、室１８内に負圧を生じさせずに済む。
【００２２】
図１に示すように、コントロールユニット１２にはＣＰＵ１２ａとメモリ１２ｂが設けてある。上述したように、コントロールユニット１２は、信号線２０ａを介して熱電対１１から試料の温度情報を入手し、必要に応じて、各信号線２０ｂ〜２０ｅを介して各機器へ指令信号を送信する。
【００２３】
ＣＰＵ１２ａは、熱電対１１から入手した温度情報から、試料プレート８（試料）の温度が所定の範囲内にないと判定した場合には、加熱器６ｂのスイッチのＯＮ、ＯＦＦを切換えて、試料プレート８の温度を適切な温度範囲内に設定する。また、ＣＰＵ１２ａは、冷凍機３に対して、冷凍回路２内（配管４内）を流れる冷媒７の量を適切に調整する。さらにＣＰＵ１２ａは、スライド機構１０、真空ポンプ１５及び電磁弁１６ｂを制御することにより、温度制御装置１の動作を円滑にする。
【００２４】
メモリ１２ｂには、試料プレート８の適切な温度範囲情報が予め記憶されている。さらにメモリ１２ｂは、温度制御装置１の各機器が、現在、どのように動作しているか（又はどのような状態になっているか）を記憶している。例えば、スライド機構１０を駆動してコールドプレート９がヒートプレート６に当接していれば、当接していることを一時的に記憶する。また、コールドプレート９がヒートプレート６から離隔すれば、離隔したことを一時的に記憶する。
【００２５】
以上のように構成された温度制御装置１は、試料プレート８を急冷する際には、コントロールユニット１２がスライド機構１０へ指令信号を発し、図２に示すように、スライド機構１０はコールドプレート９をヒートプレート６に当接させる。同時に、コントロールユニット１２は、真空ポンプ１５を作動させ、室１８内の気体を吸引し、室１８内の気圧が上昇することを回避する。
【００２６】
さらに、試料プレート８の急冷を停止する際には、コントロールユニット１２は、スライド機構１０へ指令信号を発してコールドプレート９をヒートプレート６から離隔させると共に、電磁弁１６ｂを開き、加圧室１６内の気体を室１８内に導くことにより、室１８内が負圧になることを回避する。
【００２７】
図３は、図１及び図２に示す室１８と、容積可変の室２５とを連通させた例を示す部分断面図である。図３に示す例では、配管２６の一端が、気密を保ちつつ伸縮幕１７を貫通しており、配管２６の他端が、シリンダ２５ａと蓋２５ｂ及びピストン２７とで形成された室２５と連通している。室２５内には、室１８内の気体と同じ気体が封入されている。ピストン２７は、シリンダ２５ａ内に摺動可能に設けてある。
【００２８】
図４に示すように、コールドプレート９がヒートプレート６に当接すると、室１８の容積が小さくなり、室１８内の気体は、配管２６を介して室２５へ移動し、ピストン２７はシリンダ２５ａ内を右方へ移動する。また、コールドプレート９がヒートプレート６から離隔すると、室２５内の気体は、配管２６を介して室１８内に移動し、ピストン２７は、図３に示すように、シリンダ２５ａ内を左方へ移動する。
【００２９】
図３及び図４に示すように室１８と連通する容積が可変の室２５を設けると、図１及び図２に示すような真空ポンプ１５や加圧室１６及び電磁弁１６ｂ等が不要となる。したがって、温度制御装置１を動作させる際の省エネルギ化を図ることができる。図３及び図４に示す室２５は、シリンダ２５ａとピストン２７とで形成する以外に、柔軟な袋で代用することができる。配管２６に直接袋を接続し、袋内と室１８内とを連通させても、同様の効果を奏することができる。
【００３０】
伸縮幕１７を弾性のある材質で形成すると、コールドプレート９がヒートプレート６に当接した際に、伸縮幕１７が伸びて室１８内の圧力の上昇を抑制しながら気体を室１８内に収容し続けることができるので、図３に示すような室２５を設けずに済む。
【００３１】
図１、図２に示す例では、ヒートプレート６に加熱器６ｂを設けて、ヒートプレート６を加熱可能にする例を示したが、配管４を分岐させて、分岐した配管を介して冷媒７の一部をヒートプレート６内に供給可能にして、ヒートプレート６の温度を上昇させるのみでなく、積極的に下げることができるような温度調整が可能となるように、ヒートプレート６を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の温度制御装置を備えた冷媒回路の系統図である。
【図２】図１において、コールドプレートがヒートプレートに当接した際の冷媒回路の系統図である。
【図３】図１及び図２に示す室（密室）に、別に設けた容積可変の室を連通させた例を示す部分断面図である。
【図４】図３の室の構成において、コールドプレートをヒートプレートに当接させた状態を示す。
【図５】コールドプレート内の冷媒通路の一例を示す斜視図である。
【図６】従来の温度調整システムの系統図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    温度制御装置
２    冷媒回路
３    冷凍機
４    配管
５    可撓部
６    ヒートプレート
６ｂ  加熱器
７    冷媒
８    試料プレート（試料載置部）
９    コールドプレート
１０  スライド機構（駆動手段）
１１  熱電対（温度検出手段）
１２  コントロールユニット
１５  真空ポンプ（気体除去手段）
１６  加圧室
１６ｂ  電磁弁
１７  伸縮幕（幕）
２５  室（別室）
２５ａ  シリンダ
２６  配管
２７  ピストン
【図１】
2006084269.tif 000003
【図２】
2006084269.tif 000004
【図３】
2006084269.tif 000005
【図４】
2006084269.tif 000006
【図５】
2006084269.tif 000007
【図６】
2006084269.tif 000008