(57)【要約】【課題】  試料プレート８の温度を急激に低下させることができる温度制御装置１を提供することである。【解決手段】  冷凍機３から供給される冷媒７を通す冷媒通路６ａと加熱器６ｂとを備えたヒートプレート６に、試料載置部８を設け、試料載置部８の温度制御を行う温度制御装置１において、前記ヒートプレート６よりも低温のコールドプレート９を設け、前記コールドプレート９を前記ヒートプレート６に接近させて当接させることができ、且つ、ヒートプレート６から離間させることができる駆動手段１０を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機から供給される冷媒を通す冷媒通路と加熱器とを備えたヒートプレートに、試料載置部を設け、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よりも低温のコールドプレートを設け、
前記コールドプレートを前記ヒートプレートに接近させて当接させることができ、且つ、ヒートプレートから離間させることができる駆動手段を設けたことを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記試料載置部を、前記ヒートプレートと別部材で構成した請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記試料載置部の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段により検出された温度が、予め設定した試料載置部の設定温度範囲内であるか、設定温度範囲を超えているか、又は設定温度範囲を下回っているかを判定する判定手段を備え、
前記検出された温度が、前記設定温度範囲を超えていると判定された場合には、前記ヒートプレートの冷媒通路に供給する冷媒の量を増加させる、及び／又は、加熱器の出力を低下させ、
前記検出された温度が、前記設定温度範囲を下回っていると判定された場合には、前記ヒートプレートの加熱器の出力を向上させる、及び／又は、冷媒の量を減少させて、試料載置部の温度が設定温度範囲内となるように制御する請求項１又は２に記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記コールドプレートが、ヒートプレートと離間しているときに蓄冷されるようにした請求項１〜３のうちのいずれか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４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、試料プレート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、冷凍機から供給される冷媒を通す冷媒通路と加熱器とを備えたヒートプレートに、試料載置部を設け、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よりも低温のコールドプレートを設け、前記コールドプレートを前記ヒートプレートに接近させて当接させることができ、且つ、ヒートプレートから離間させることができる駆動手段を設けた。
【０００７】
請求項２の発明では請求項１の発明において、前記試料載置部を、前記ヒートプレートと別部材で構成した。
【０００８】
また、請求項３の発明では請求項１又は請求項２の発明において、前記試料載置部の温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度検出手段により検出された温度が、予め設定した試料載置部の設定温度範囲内であるか、設定温度範囲を超えているか、又は設定温度範囲を下回っているかを判定する判定手段を備え、
前記検出された温度が、前記設定温度範囲を超えていると判定された場合には、前記ヒートプレートの冷媒通路に供給する冷媒の量を増加させる、及び／又は、加熱器の出力を低下させ、前記検出された温度が、前記設定温度範囲を下回っていると判定された場合には、前記ヒートプレートの加熱器の出力を向上させる、及び／又は、冷媒の量を減少させて、試料載置部の温度が設定温度範囲内となるように制御するようにした。
【０００９】
さらに請求項４の発明では、請求項１〜３のうちのいずれかの発明に置いて、前記コールドプレートが、ヒートプレートと離間しているときに蓄冷されるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明では、試料載置部を設けたヒートプレートよりも低温のコールドプレートを設け、このコールドプレートとヒートプレートとの間で熱伝達を行うことにより、試料載置部を急冷することができる。
【００１１】
また、コールドプレートをヒートプレートに接近させて当接させることができ、且つ、ヒートプレートから離間させることができる駆動手段を設けたので、駆動手段でコールドプレートをヒートプレートに当接させると、試料載置部を急冷することができ、速やかに試料載置部を所望する温度まで冷却することができる。
【００１２】
請求項２の発明では、試料載置部をヒートプレートと別部材で構成したので、試験対象の複数種類の試料を、予め複数の別部材に載置しておくことができ、ヒートプレートに設置する別部材を順次交換することにより、試験の実施の迅速化を図ることができる。
また、試料載置部をヒートプレートと別部材で構成したので、形状の異なる様々な試料に適応するように、各試料載置部を構成することができる。
【００１３】
請求項３の発明では、試料載置部の温度を検出する温度検出手段を備えたので、応答よく試料載置部の温度を検出することができる。また、温度検出手段により検出された温度が、予め設定した試料載置部の設定温度範囲内であるか、設定温度範囲を超えているか、又は設定温度範囲を下回っているかを判定する判定手段を備えたので、オペレータは、試料載置部の温度が適正範囲であるか否かを認識することができる。
【００１４】
また、判定手段を備えたことにより、検出された温度が設定温度範囲を超えている場合には、ヒートプレートの冷媒通路に供給する冷媒量を増加させ、逆に、検出された温度が設定温度範囲を下回っている場合には、加熱器による供給熱量を増加させて、試料載置部の温度が設定温度範囲内となるように制御することができる。上記操作の代わりに、検出された温度が設定温度範囲を超えている場合には、加熱器による熱量の供給量を減少させ、逆に、検出された温度が設定温度範囲を下回っている場合には、冷媒量を減少させてもよい。また、検出された温度が設定温度範囲を超えている場合には、冷媒量を増加させると共に、加熱器による供給熱量を減少させ、逆に、検出された温度が設定温度範囲を下回っている場合には、冷媒量を減少させると共に、加熱器による供給熱量を増加させるようにすると、試料載置部の温度を、より良好に制御することができる。
【００１５】
請求項４の発明を実施すると、次回に試料載置部を急冷する際に備えて、コールドプレートは、ヒートプレートから離間しているときに蓄冷することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。冷媒回路２上には、冷凍機３とヒートプレート６及びコールドプレート９が設置されている。冷媒回路２は、配管４を備えている。配管４は、途中で配管４ａと配管４ｂとに分岐している。
【００１７】
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、途中に可撓部５を備えた配管４ｂが、コールドプレート９に設けた冷媒通路９ａと連通している。可撓部５は、コールドプレート９の冷媒通路９ａの入口側付近と出口側付近の２カ所に設けてある。また、配管４ａは、ヒートプレート６に設けた冷媒通路６ａと連通している。
【００１８】
図３は、コールドプレート９の内部に備えた冷媒通路９ａを示す斜視図である。図３に示すように、冷媒通路９ａは、コールドプレート９内で蛇行している。低温の冷媒が、この冷媒通路９ａ内に供給されると、コールドプレート９は、全体が均一又はほぼ均一に冷却される。図示していないが、ヒートプレート６の冷媒通路６ａも、冷媒通路９ａと同様な構成を備えている。冷媒通路９ａ及び冷媒通路６ａは、コールドプレート９及びヒートプレート６内を均一又はほぼ均一に冷却することができるように配置されていればよい。
【００１９】
図１に示すように、配管４ａ上には絞り弁１４が設けてある。絞り弁１４の開度は、信号線２０ｃを介して後述するコントロールユニット１２で調整することができるようになっている。絞り弁１４の開度を大きくすると、ヒートプレート６に供給される冷媒量が増加し、逆に絞り弁１４の開度を小さくすると、ヒートプレート６に供給される冷媒量は減少する。また、冷媒回路２内の冷媒７の供給量は、コントロールユニット１２が信号線２０ｄを介して冷凍機３に指令信号を送ることにより調整することができるようになっている。
【００２０】
ヒートプレート６には、加熱器６ｂが設けてある。加熱器６ｂは、信号線２０ｂでコントロールユニット１２と接続されており、コントロールユニット１２は、加熱器６ｂの提供熱量の調整を司っている。この加熱器６ｂにより、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は、冷媒通路６ａに供給される冷媒７によって、温度を低下させることができるので、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。
【００２１】
図１に示すように、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から離間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を往復駆動し、配管４と配管４ｂとは常時密閉状態が保たれている。
【００２２】
また、試料プレート８には、熱電対１１（温度検出手段）が設置されている。熱電対１１により検出された試料プレート８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。
【００２３】
コントロールユニット１２（判定手段）は、ＣＰＵ１２ａとメモリ１２ｂとを有している。メモリ１２ｂには、試料プレート８の目標とする設定温度範囲が記憶されている。ＣＰＵ１２ａは、熱電対１１により検出された試料プレート８の温度が、この設定温度範囲内に入っているか否かを判定する。この判定は、例えば２０msec（ミリ秒）間隔で行われる。そして、ヒートプレート６の温度の微調整は、加熱器６ｂによる加熱の加減と、絞り弁１４の開度調整による冷媒量の増減により行うようになっている。以上、説明したヒートプレート６、コールドプレート９、コントロールユニット１２等で温度制御装置１は構成されている。
【００２４】
図２は、ヒートプレート６とコールドプレート９の位置関係を示す斜視図である。図２（ａ）では、ヒートプレート６からコールドプレート９が距離Ｌだけ離間している。距離Ｌは、上述した可撓部５の変形の許容範囲内であり、コールドプレート９が距離Ｌを移動しても、図１の可撓部５が変形し、配管４（図１）とコールドプレート９の冷媒通路９ａとは常に連通している。
【００２５】
試料プレート８の温度が安定しているときには、図２（ａ）に示すようにヒートプレート６からコールドプレート９を離間（退避）させておく。その際、絞り弁１４の開度は、最小限に小さく設定されており、若干量の冷媒７が配管４ａに流れている。コールドプレート９がヒートプレート６から離間しているときにおいても、コールドプレート９には図１の冷凍機３から冷媒７が供給されており、コールドプレート９は蓄冷され、温度低下が図られている。
【００２６】
試料プレート８の温度を急激に低下させる（つまり急冷する）際には、図１に示すコントロールユニット１２がスライド機構１０を駆動し、図２（ｂ）に示すようにコールドプレート９をヒートプレート６に当接させる。コールドプレート９は、退避中に十分に蓄冷（冷却）されており、コールドプレート９とヒートプレート６との間で熱伝達が行われ、ヒートプレート６及び試料プレート８の温度は急激に低下する。その際、配管４ａ及び４ｂからヒートプレート６及びコールドプレート９へ冷媒７を供給し続けると、試料プレート８を、より早く冷却することができる。
【００２７】
上述の例では、急冷時においては、コールドプレートをヒートプレートに当接させることだけを説明したが、図１に示す配管４ｂ上に、コントロールユニット１２で開閉制御が可能な電磁弁（図示せず）を設け、この電磁弁を閉鎖することにより、冷媒７が配管４ａにのみ流れるようにすると、より顕著に急冷作用を呈することができる。
【００２８】
また、熱電対１１（温度検出手段）は、試料プレート８に設置するのが好ましいが、ヒートプレート６に設置するようにしてもよい。また、上述の例では、試料プレート８は、ヒートプレート６と別部材としたが、ヒートプレート６に試料載置部を設けるようにしてもよい。
【００２９】
請求項１〜請求項４のうちのいずれかの発明を実施すると、試料載置部を急冷することができるので、急冷により、試料載置部内の試料に温度的なストレスを加えることができ、急冷時における試料の耐久性を試験することができる。
【００３０】
また、急冷により、所望する低温側の設定温度への移行時間を短縮することができるので、オペレータの待ち時間の短縮化を図ることができ、作業能率が改善される。したがって、短時間に試料の試験を多数回行うことができるので、多数の試験データを短時間で収集することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の温度制御装置を備えた冷凍回路の系統図である。
【図２】（ａ）は、ヒートプレートからコールドプレートが離間しているときの斜視図である。（ｂ）は、ヒートプレートにコールドプレートが当接しているときの斜視図である。
【図３】コールドプレート内部の冷媒通路を示す斜視図である。
【図４】従来の温度調整システムの系統図である。
【符号の説明】
【００３２】
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
６ａ  冷媒通路
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（判定手段）
１４  絞り弁
【図１】
2006085330.tif 000003
【図２】
2006085330.tif 000004
【図３】
2006085330.tif 000005
【図４】
2006085330.tif 000006