(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスを配置することのできる温度制御構造において、
前記デバイスを受ける着座面と加熱／冷却領域とを有する本体と、
前記本体内に伸張する１つ又はそれ以上のガス流路であって、ガス源を受けるようになっている第１のポートをそれぞれに有するガス流路と、
前記本体内に伸張する１つ又はそれ以上の光学的に透明な流路であって、前記本体の加熱／冷却領域内の孔で終わる第１端と、レーザー光を受けるようになっている第２端とを有する流路と、を備え、
前記１つ又はそれ以上の光学的に透明な各流路の少なくとも一部分は、前記ガス流路の内の１つの少なくとも一部分と交差していて、前記ガス流路の前記第１のポートを通して供給されるガスが、オリフィスを抜け出て膨張し、加熱／冷却領域に入るガスを冷やせるようになっており、一方で、前記１つ又はそれ以上の光学的に透明な各流路は、前記レーザー光が通過できるようになっていることを特徴とする温度制御構造。
【請求項２】
前記本体が透明な材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項３】
前記デバイスを前記本体の前記着座面に保持するための保持構造を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項４】
前記保持構造は真空構造として設けられていることを特徴とする請求項３に記載の温度制御構造。
【請求項５】
前記真空構造は、
前記本体を貫通して突き出しているチューブであって、前記着座面の下方に表面がある第１端と、前記真空源に連結されるようになっている第２端とを有するチューブを、備えていることを特徴とする請求項４に記載の温度制御構造。
【請求項６】
前記本体は、前記デバイスを前記着座面の特定の個所に正確に案内するためのテーパを付けたガイド構造を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項７】
前記ガイド構造は、前記着座面で終わっている、前記本体の１つ又はそれ以上のテーパの付いた上面から構成されていることを特徴とする請求項６に記載の温度制御構造。
【請求項８】
前記光学的に透明な流路は、それぞれノズルを形成する領域を有しており、膨張するガスのジェットストリームが前記加熱／冷却領域の前記孔を出て行くようになっていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項９】
前記光学的に透明な各流路は円錐形部分を有していることを特徴とする請求項８に記載の温度制御構造。
【請求項１０】
前記加熱／冷却領域は、複数の側壁と底部により画定される前記本体の窪み部に対応しており、前記光学的に透明な流路の前記孔は前記底部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項１１】
前記底部は、前記光学的に透明な流路の前記孔が設けられている、複数の窪み領域を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項１２】
前記着座面は前記本体の側壁から突き出しているボスにより画定されていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項１３】
前記着座面は、前記孔を通って伝播するレーザー光線とガスが前記デバイスの同じ領域において前記デバイスに衝突するように、前記加熱／冷却領域の孔の上方に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項１４】
前記光学的に透明な各流路の前記第２端に連結されたレーザー源と、
前記各ガス流路の前記第１端に連結されたガス源と、を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御構造。
【請求項１５】
デバイスの温度を制御するための温度制御構造において、
（ａ）加熱／冷却領域を有する本体と、
（ｂ）一端が、前記本体の前記加熱／冷却領域に露出された状態で、前記本体内に配置されている加熱流路と、
（ｃ）一端が、前記本体の前記加熱／冷却領域に露出された状態で、前記本体内に配置されている冷却流路と、を備え、
前記加熱流路と前記冷却流路は、前記加熱流路内を伝播するレーザー光と前記冷却流路内を伝播するガスとが前記デバイスの同じ領域に直接衝突するように配置されることを特徴とする温度制御構造。
【請求項１６】
前記光学的に透明な各流路は、ガスのジェット流が前記加熱／冷却領域内の孔を出て行くような形状を有していることを特徴とする請求項１５に記載の温度制御構造。
【請求項１７】
前記光学的に透明な各流路は、前記ガスを膨張させそのガスが室を冷却できるようにするノズルを形成する、狭くなっていく領域を有していることを特徴とする請求項１５に記載の温度制御構造。
【請求項１８】
前記加熱／冷却領域は、複数の側壁と底部により画定される前記本体の窪み部に対応しており、前記光学的に透明な流路の前記孔は前記底部に設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の温度制御構造。
【請求項１９】
前記底部は、前記光学的に透明な流路の前記孔が設けられている複数の窪み領域を含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の温度制御構造。
【請求項２０】
デバイスの温度を制御するための温度制御システムにおいて、
加熱／冷却領域と、レーザー流路と、ガス流路が設けられている構造と、
光を伝送するために、レーザー源からの光が前記デバイスに直接衝突するように設置されているレーザー流路に連結されているレーザー源と、
前記構造内にガスを導入するために、ガス流路に連結されているガス源と、を備え、
前記レーザー流路とガス流路は、前記レーザー流路内を伝播するレーザー光と前記ガス流路内を伝播するガス流とが前記デバイスの同じ領域に直接衝突するように配置されていることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２１】
ガスは冷却領域に入るときに膨張し、それにより断熱膨張によって冷却することを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、温度制御システムに関し、より厳密には、デバイスを位置付け、保持し、その温度を制御するための構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
当技術分野ではよく知られているように、多くの半導体及び生物学的デバイスでは、加工及び試験中には迅速且つ正確に温度制御する必要がある。このような制御を行うために、デバイスは、通常、温度制御構造内に配置されている。温度制御構造はデバイスの温度を調節する。
【０００３】
集積回路のようなデバイスは益々小型化が進んでいるが、同時にデバイスは益々多くの電力を消散するようになっている。その結果、デバイスの熱的質量は比較的小さくなり、作動中に急激に加熱され易くなっている。
【０００４】
一方、温度制御構造は、加熱装置と吸熱器を備えていなければならないので、一般的に熱的質量は小さくはない。例えば、米国特許第５，８２１，５０５号には、第１及び第２の相対する面を有する電気毛布型加熱器を利用した代表的な温度制御構造が記述されている。吸熱器は電気加熱器の第１面に接し、試験をする電子デバイスは電気加熱器の第２面と接する。このやり方では、加熱器が試験をする電子デバイスと吸熱器との間に配置されている、構成要素を層状に直列に積み上げた構造となる。
【０００５】
温度センサーは電子デバイスに連結され、制御回路は温度センサーと加熱器に連結されている。温度センサーがデバイスの温度Ｔdを感知し、感知された電子デバイスの温度が設定点より上であれば、制御回路は加熱器への電力を下げ、下であれば電力を上げる。加熱器の温度Ｔhがデバイスの温度Ｔdよりも低ければ、熱は電子デバイスから加熱器を通り吸熱器へと流れ、Ｔd−Ｔhが増加するほど熱流の速度は増す。ＴhがＴdよりも高い場合には、熱は加熱器から電子デバイスへと流れ、Ｔh−Ｔdが増加するほど熱流の速度は増す。加熱電力だけを電気的に制御することにより、電子デバイスを出入りする熱流を調節することができ、それでデバイスの温度を調整することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
加熱及び冷却されるデバイスは熱的質量が比較的小さく、加工及び／又は試験のためにデバイスを載せる温度制御構造はデバイスの何倍もの熱的質量を有しているので、デバイス自体は、システムの熱力学に大きく影響を及ぼすわけではない。即ち、システムの熱力学は温度制御構造により支配される。従って、デバイスを特定の温度に維持する際の主要な仕事は、デバイスを搭載する温度制御構造の温度をサーボ制御することである。
【０００７】
温度制御構造の熱的質量がデバイスの熱的質量よりもはるかに大きいために、デバイスの温度を制御する際には熱応答時間に遅れが生じる。更に、温度制御構造はデバイス自体の何倍もの熱的質量があるので、熱的質量の大きい制御構造を使用して熱的質量の小さいデバイスを加熱及び／又は冷却する際には、多量のエネルギーが浪費されることとなる。
【０００８】
更に、加熱器が、両側の誘電体材料の層により周りから隔てられた電気トレースを含んでいる構造である場合、この層状の構成要素を使った様式には、加熱器の誘電体層が金属加熱要素と電気デバイス及び吸熱器との間の熱抵抗になるという別の問題が付きまとう。また、加熱要素の誘電体層は繰り返し加熱、冷却されるので、膨張と収縮を繰り返すことになる。従って、この領域は、温度変化による誘電体の膨張と収縮の繰り返しを原因とする機械的損傷が発生する可能性のある区域である。
【０００９】
従って、デバイスの温度を急激に変化させることのできる、熱的質量の比較的小さい温度制御構造及びシステムを提供することが望ましい。また、熱応答は早いが一旦所望の温度に到達すると温度の安定性が良好なシステムを提供することも望ましい。また更に、比較的小さな試験室でも利用でき、試験するデバイスに対して良好に電気的接触を行うことができ、複数のデバイスを同時に試験できる環境でも使用できる、コンパクトな温度制御構造を提供することも望ましい。
【００１０】
本発明の目的の１つは、直接衝突型の冷却ジェットとレーザー光線とを使用してデバイスと接する、デバイスの温度を制御するための構造を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、１つ又はそれ以上のレーザー光線と１つ又はそれ以上の拡張ガス冷却ジェットを同軸に整列させ、レーザー光線と冷却ジェットがデバイスの実質的に同じ領域に衝突するようにさせることである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、加熱及び冷却効果がデバイスの表面上で直接生じ、デバイスと温度が制御された表面との間の機械的接触により得られる有効熱伝達係数に比べて相対的に高い有効熱伝達係数を有するシステムを提供することである。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、デバイスの温度を制御する構造の上にデバイスをしっかりと真空保持できるような真空構造を提供することである。
【００１４】
本発明の更に別の目的は、温度制御構造の着座面にデバイスを案内し、配置するのを助けるための案内及び配置用構造を含み、この案内及び配置用構造は比較的軽量な断熱体でもある、温度制御構造を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記及びその他の目的は、デバイスが曝される加熱／冷却領域を有する本体を備え、加熱流路を一方の端が加熱／冷却領域に露出するようにして本体内に配し、冷却流路を一方の端が加熱／冷却領域に露出するようにして本体内に配し、この加熱及び冷却流路が、加熱流路内を伝播するエネルギーが冷却流路を伝播するガスと混ぜ合わせられ、加熱エネルギーと冷却ガスがデバイスの表面に直接衝突するように本体内に配設されている、デバイスの温度を制御するための構造を提供することにより達成される。この特定の配置により、デバイスの温度を制御するための構造が提供される。加熱流路は、光学的に透明な流路として設け、加熱源は、レーザー光を発生させるレーザー源として設けることができ、このレーザー光は光学的に透明な流路を通過して直接デバイスに衝突する。冷却流路はガス流路として設けられ、冷却源は、このガス流路内を通る加圧ガスを提供するガス源として設けることができる。ガスは、ノズル構造を経てジェット流となり、加熱／冷却領域に入る。ガスジェット流がノズルを出ると、ガスは急速に膨張する。このように、ガスはガス流路で急激に膨張するガス流となることによって冷却作用を生じ、デバイスに直接衝突する。レーザー光とガスは、加熱源の衝突帯と冷却源の衝突帯が混ざり合うように、実質的にデバイスの同一領域に焦点が合わせられている。ある好適な実施例では、ガスジェット流が、加熱源（例えば、レーザー光）の中心に配置されており、従って、加熱流と冷却流とが同軸流になると考えられる。加熱源及び冷却源が直接デバイスに衝突するので、温度制御システムのシステム質量と熱応答時間が最小化される。本発明の技術では、加熱器と吸熱器を効果的に一体の混合源へと合体させることにより、先行技術によるシステムでは必ず発生した加熱器対吸熱器の熱抵抗は完全に排除される。温度制御構造が使用される具体的なシステムと、システムの作動要件次第ではあるが、ミリ秒レベルの熱応答時間が可能になる。更には、加熱源と冷却源が直接デバイスに衝突するので、デバイスを保持する温度制御構造は吸熱器の機能を果たす必要がなくなる。その結果、温度制御構造は比較的質量の小さいどのような金属からでも製作することができるようになる。従って、温度制御構造の質量を、実際に、デバイスの質量よりも小さくできる。
【００１６】
なお、迅速且つ正確な温度制御は、半導体加工、プリント回路板製作、及び薬品処理などをはじめ、但しこれらに限定せず、多種多様な用途に使用できる。化学反応は、温度及び温度速度の変化に比較的敏感であるため、ある実施例では、温度制御構造内に配置されているデバイスは、組み合わせ化学チップとなっており、このチップには別々の試験が含まれている。
【００１７】
温度制御構造は更に、本体を通り加熱／冷却領域に突き出たチューブを含んでいてもよい。このチューブの第１端は着座面の下方で終わり、このチューブの第２端は真空源に連結されるようになっている。チューブを通して真空引きされると、デバイスを着座面上に保持する真空力が生まれる。また、真空チューブの最上面を着座面の高さよりやや下に配することにより、真空チューブは、ガス流路を経て加熱／冷却領域に入ってくる膨張冷却ガスに対するドレインとしての役目も果たす。
【００１８】
更に、温度制御構造は、温度制御構造の着座面上の特定の位置にデバイスを正確に案内するためのガイド構造を備えていてもよい。ある好適な実施例では、ガイド構造は、１つ又はそれ以上のテーパの付いた本体の上面部から構成されており、それらは温度制御構造の着座面上で終わっている。このように、本発明の温度制御構造は、試験及び／又は加工中に温度制御すべきデバイスを、位置付け保持するために、配置と真空挟持の双方の構造を備えることができる。
【００１９】
【実施例】
本発明の以上の特徴、並びに本発明自体は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば深く理解頂けるであろう。
【００２０】
図１に示すように、デバイスの温度を制御するための温度制御システム１０には、複数のレーザーポート１２ａ−１２ｈが底部に設けられ、複数のガスポート１３ａ−１３ｄが１つ又はそれ以上の側面に設けられた温度制御構造１２が備えられている。図面理解と説明に明瞭さを期すために、図１では３個のレーザーポート１２ａ、１２ｅ及び１２ｆしか示していない。レーザー源１４は各レーザー光ポート１２ａ−１２ｈに連結され、ガス源１６は各ガスポート１３ａ−１３ｄに連結されている。なお、ある実施例では、レーザー源１４を、エネルギーの集束ビームを発生させる別の型式のエネルギー発生装置と取り替えた方が望ましい場合もある。
【００２１】
光学的に透明なポート１２ａ−１２ｈ及びガスポート１３ａ−１３ｄは、それぞれ、光学的に透明な流路及びガス流路につながっているが、これについては図２に関連付けて後に説明する。ここでは、光源１４及びガス源１６は、構造１２内に配置されたデバイスを加熱及び／又は冷却するために光とガスを構造１２に送る、と言うだけで十分である。これを実現する具体的な方法については図２に関連付けて後に説明する。
【００２２】
温度制御構造１２は、総称的に参照番号２０で示す複数の孔２０ａ−２０ｈが設けられた底面１８を備えている。構造１２は、ここでは８個のレーザーポート１２ａ−１２ｈと、４個のガスポート１３ａ−１３ｄと、８個の孔２０ｃ−２０ｈを有するものとして示しているが、構造１２に設けられるレーザーポート１２ａ−１２ｈ、ガスポート１３ａ−１３ｄ、又は孔２０ｃ−２０ｈの数はいくつであってもよい。何らかの特定の用途に使用されるポート１２ａ−１２ｈ、１３ａ−１３ｄ、及び孔２０ｃ−２０ｈの数は、限定するわけではないが、利用可能な空間、加熱及び冷却の要件などを含む様々な要因に従って選択される。
【００２３】
側壁２２は底面１８の上方に突き出している。ガスポート１３ｂは支持構造１２の側壁２２に設けられ、構造１２内に設けられた流路につながっている。構造１２は、上に載せられたデバイスを支えるのに十分な強度を有し、熱伝動特性が比較的低ければ、どのような材料で製造してもよい。構造１２は、例えばプラスチックや磁器などの材料から作ることができるが、これらに限定されるわけではない。中には、構造全体を光学的に透き通った即ち透明な材料から製造することが望ましいか、或いは必要である実施例もある。図１に示す特定の実施例では、側壁２２には、側面２５ａと頂面２６を有するボス２５上で終わっているテーパの付いた上面２４が設けられている。頂面２６は着座面２６を画定している。
【００２４】
図２に関連して以下に説明するが、テーパの付いた側壁面２４は、着座面２６へデバイスを正確に案内するのに役立つ。着座面２６は、デバイスの底面が着座面２６上で平らになるように、幅Ｗが選択されている。ある実施例では、デバイスと面２６との間の密着性を改善するために、着座面２６上にガスケット又はシーラント材を配設している。実施例の中には、導電性材料で作られたガスケットを設けるのが望ましいものもあれば、ガスケットを非導電性材料で作るものもある。底部１８及びボス側部２５ａは加熱／冷却領域２９を画定している。
【００２５】
構造１２は、更に、デバイス保持構造３０を備えている。この特定の実施例では、保持構造３０は、中心縦軸に沿って真空孔３４を有する真空チューブ３２で構成されている。真空チューブ３２は、底部１８を貫通して設置されており、真空チューブの頂面３６がデバイスの面の僅かに下方となるように、底部１８の上方にある距離だけ突き出している。この特定の実施例では、頂面３６は、着座面２６で画定される面の下方にある。この構造により、真空孔３４は、デバイスを着座面２６に対して保持できると同時に、孔２０ａ−２０ｈを通って領域２９に入ってくる膨張／冷却ガスのドレインとしての役目も果たすが、そのやり方については後に説明する。保持構造３０を真空構造として説明してきたが、当業者には他の保持構造も使用できることがお分かり頂けるであろう。なお、図２に示すように、ガスの衝突ジェット流の力によって試験中のデバイスが制御構造１２から吹き飛ばされないように、通常、デバイスは電気プローブのアレイと接している。当業者には無論お分かりのように、クランプのような他の技法又は保持構造を使用することもできる。
【００２６】
また、底部１８には、構造１２内に伸張する光学的に透明な流路４０ａ−４０ｈ（図２）に続くポート１３ａも含まれている。１つ又はそれ以上の流路４０ａ−４０ｈは、それぞれ、構造１２の加熱／冷却領域２９内の対応する孔２０ａ−２０ｈで終わっている第１端を有する。各流路４０ａ−４０ｈの第２端は、それぞれ、レーザー源１４からのレーザー信号を受けるようになっている対応するポート１２ａ−１２ｈで終わっている。レーザー源１４は、レーザー光線又は光を提供するが、そのレーザー光線又は光の大きさ及び形状は、実質的に流路４０ａ−４０ｈの大きさ及び形状を満たすがそれより大きくないことが望ましい。例えば、流路４０ａ−４０ｈがある特定の直径を有する円形断面形状流路として設けられている場合、レーザー源１４は、流路４０ａ−４０ｈの直径と実質的に同一直径を有する円形断面形状を有するレーザー光線を提供するのが望ましい。
【００２７】
なお、各流路４０ａ−４０ｈは、大きさ及び／又は形状が同じである必要はない。例えば、ある特定の用途では、流路４０ａ−４０ｈの大きさ及び／又は形状をまちまちにすることにより有効な温度制御特性が実現できる。この場合、各レーザー光線の大きさ及び形状は、レーザー光線が伝播する流路４０ａ−４０ｈの大きさ及び／又は形状と実質的に整合するように選択されるものとする。
【００２８】
孔２０は、底部１８の第１面上に、底部１８の随意的な窪み領域４４に開口している。孔２０はここでは窪み領域内に設けられているとして示しているが、開口は単純に底部１８と面一にしてもよいし、或いは底部１８の上方に隆起した構造体（たとえば、柱や他の隆起構造物）内に孔２０を設けてもよい。窪み領域は必要とは言えないが、開口が面一である必要もない。なお、図１では孔２０の大きさ及び／又は形状は全て同じように示されているが、各孔の大きさ及び形状は同じでなくともよい。
【００２９】
図２では、図１の温度制御構造システム１２の類似要素には同様の参照番号を付しており、構造１２にはその着座面２６に試験中のデバイス５０が置かれている。デバイスを定位置に置いた状態では、加熱／冷却領域２９は密閉された空洞となり、その中にガス及び光（例えば、レーザー光線）が孔２０を介して導入される。この特定の例では、デバイス５０は、複数のボール５１をデバイス５０の表面上に配置して構成されるボール格子アレイ状の接点を含んでおり、それらを介してデバイス５０内の電気デバイス及び構成要素への電気的接続が形成されている。
【００３０】
デバイス５０を覆うように、複数のテストプローブ５４を有するテスター５２が配置されている。明瞭さを期すために、図２ではテスター５２の一部しか示していない。テストプローブ５４は、デバイス５０の電気的接点５１と物理的及び電気的に接している。テスタープローブ５４は、膨張するガスが加熱／冷却領域２９に曝されているデバイス５０の面に衝突しても、デバイス５０を着座面２６上に保持するのに十分な力を、接点５１を介してデバイス５０に提供している。なお、この設計では、プローブ５４又は他の比較的短い電気リード線を使ってボール５１への接点を設けるようにしている。
【００３１】
側壁２２のテーパの付いた上面２４は、デバイスの下面５０ａの部分が着座面２６に対して平らになるように、着座面２６上にデバイス５０を案内し、位置付けるのを助ける。こうして、真空チューブ３２を通して真空引きすると、真空力が発生して、デバイス５０を着座面２６上に付勢又は保持することができる。更に、真空チューブ３２の頂面３６を着座面２６の高さの僅かに下側に設けることにより、真空孔３２は、孔２０を介して領域２９に入ってくる膨張冷却ガスに対するドレインとしても働く。代わりに、真空チューブ３２が膨張するガスのためのドレインとして働かない場合（例えば、チューブ３２が着座面２６により画定される面の下にない場合）は、１つ又はそれ以上の逃し経路３３を構造１２の側壁２２に設けて、ガスを領域２９から逃がせるようにしてもよい。ここでは、２本の逃し経路３３を示しているが、当業者には、ガスを領域２９から逃すのに十分であれば使用される経路の数は幾つでもよいことがお分かり頂けよう。
【００３２】
光学的に透明なポート１２ａ−１２ｈは、それぞれ、対応する流路４０ａ−４０ｈの第１端に開口が設けられている。各流路４０ａ−４０ｈの第１端には、透明な密封ウインドウ５２ａ−５２ｈが配設され、各流路４０ａ−４０ｈの第２端には透明な密封ウインドウ５７ａ−５７ｈが配設されている。ウインドウ５７ａ−５７ｈの頂面は窪み領域４４（図１）の底面を形成している。この特定の例では、レーザー源１４（図１）は、光を外部レーザー源から流路４０ａ−４０ｈに向かわせているので、各透明密封ウインドウ５２は、流路４０ａ−４０ｈの第１端に気密シールを提供する光学的に透明なプラグとして設けられている。流路４０ａ−４０ｈの第２端に配置されている透明なウインドウ５７ａ−５７ｈは、孔２０ａ−２０ｈにつながる開口部５６ａ−５６ｈを有している。なお、図２では２本の流路４０ａ、４０ｅしか示していない。
【００３３】
図２を見ると分かるように、光学的に透明なプラグ５７ａ−５７ｈの開口部５６ａ−５６ｈは、寸法が小さくなった経路５９に続く、狭くなっていく領域５８を備え、一体としてノズル構造６０を形成している。ノズル構造６０はガスをジェット流に形成し、このジェット流が孔２０ａ−２０ｈを出て加熱／冷却領域２９に入る。こうして、ガスのジェット流は、膨張オリフィス５６ａ−５６ｈを通り穴２０ａ−２０ｈを出る。
【００３４】
各ガスポート１２ａ−１２ｈは、対応するガス流路５４ａ−５４ｄの第１端に開口部を設けている。各ガス流路は、所定の各孔２０ａ−２０ｈに通じる経路を含んでいる。なお、図２ではガス流路５４ａ、５４ｅしか示していない。
【００３５】
なお、流路５４ａ−５４ｈの大きさ及び／又は形状は、図１、２では全て同じように示しているが、各流路５４ａ−５４ｈの大きさ及び形状は同じである必要はない。例えば、ある特定の用途では、流路５４ａ−５４ｈの大きさをまちまちにすることにより有効な温度制御特性が実現される。その場合、各ノズル６０の大きさ、形状、及び／又は指す方向は、特定の冷却特性を提供するように選択することができる。
【００３６】
１つ又はそれ以上の流路４０ａ−４０ｈそれぞれの少なくとも一部は、ガス流路５４ａ−５４ｄのうちの１つの少なくとも一部と交差している。図２に示すように、例えば、流路４０ａと４０ｅは、それぞれガス流路５４ａ、５４ｄと交差し、ガス流路１３ｃ、１３ｄの第１ポートを通って供給されるガスが、透明ウインドウ５７ａ−５７ｈの開口部５６ａ−５６ｈを通って移動し、加熱／冷却領域２９に露出されている膨張ガス孔２０ａ、２０ｅを抜け出るようになっている。通路又は流路４０の端に配置された透明なプラグ５２ａ−５２ｈは、ガスが流路４０ａ−４０ｈの第２端から出て行くのを阻止する。
【００３７】
ポート１２ａ−１２ｈ、１３ａ−１３ｄ、流路４０ａ−４０ｈ、ガス流路４１ａ−４１、及び孔２０ａ−２０ｈの直径は、以下に限定するわけではないが、デバイスの具体的な寸法、デバイスが曝される温度の範囲、デバイスを温度範囲内の特定の温度に保持すべき精度、システムへ供給される利用可能なガス流量と圧力、及び利用可能なレーザー出力を始めとする各種要因に従って選択される。真空ポート３２の大きさと形状も、例えば、デバイスがロボットアームによりある場所から別の場所へと移動されることから、限定するわけではないが、デバイスを表面２６に対して保持するのに必要な力を始めとする各種要因により選択される。このような移動では、ロボットアーム又は他の移送構造の加速と減速によりデバイスに大きな力が掛ることになる。
【００３８】
ガス源１６（図１）は、ガスポート１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄを通してデバイスを冷却するに十分な圧力でガスを供給する。ガスは、ガス流路５４ａ−５４ｈ（図２では流路５４ａと５４ｄしか示していない）を通って上向きに移動するが、図１ではこのような流路が合計４本（ガスポート毎に１本）存在する。ガス流路５４に導入されたガスは、光学的に透明なプラグ５２ａ−５２ｈがあるので流路４０の底部からは脱出できない。
【００３９】
ガスは、孔２０ａ−２０ｈを出ると、領域２９で膨張し、デバイス５０の表面に直接衝突する間に急速に冷却する。これにより、結果的に、先行技術で実施されている固体又は液体を介した伝導により実現可能な熱伝達係数に比較すると、相対的に高いと考えられる熱伝達係数が得られる。
【００４０】
冷却を調節するため、又は加熱を提供するために、レーザー源１４（図１）はレーザー光線を発生させ、この光線は光学的に透明なウインドウ５２ａ−５２ｈと光学的に透明な膨張オリフィス５６ａ−５６ｈを通過して、デバイス５０の表面５０ａ上の膨張するガスと実質的に同じ領域に衝突する。この結果が、混合型又は同軸の加熱及び冷却源の直接衝突である。
【００４１】
衝突するガスジェット流を使用することにより、熱伝達係数は、デバイス５０の下側と平行な流れにより得られるものよりも高くなる。更に、膨張するガスの熱力学的特性を利用した膨張オリフィスを使用することにより、局所的な冷却効果が得られる。これは、熱応答が迅速になるという結果をもたらす。なお、ガス源１６（図１）により供給されるガスは、室温で送出してもよいし、或いは、ガスを室温より低い温度（例えば、相対的に冷たい温度）まで冷却してからガスポート１３ａ−１３ｈ（図１）に送出してもよい。
【００４２】
本発明の直接衝突設計により、加熱源と冷却源の間の軸方向に向いた熱抵抗経路を排除することができる。加熱源と冷却源の間に軸方向に向いた熱抵抗経路が存在しないので、比較的迅速な熱応答時間を有し、どの領域にも機械的構造の加熱と冷却の繰り返しに起因する熱疲労が発生する可能性の無い、システムを提供することができる。
【００４３】
ここでは、ノズル／ジェット構造を温度制御構造１２の底部に設けるものとして示したが、実施例の中には、ノズル／ジェット構造をここに示すものとは異なるように配置するのが望ましいか、又は必要である場合もあることをご理解頂きたい。ノズル／ジェット構造は、混合された加熱及び冷却源の衝突が提供されるのであれば、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、如何様にもに配置することができる。
【００４４】
ここに引用した全ての参考文献は、その全体を参考文献として本願に明示的に援用する。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施例について説明してきたが、それらの原理を組み入れた他の実施例も使用できるであろうことは当業者には自明であろう。
例えば、ある用途では、デバイスが真空チューブ３２の頂面３６上に配置されるように、真空構造３２の高さを着座面２６の上方に延ばすのが望ましい場合もある。この場合、真空逃がしチューブ３３は必要ではなく、デバイスは、温度制御構造にピックアップされテスターに接して配置される前に正しく整列されることになる。代わりに、デバイスが確実にテスターに対して正しく整列されるようにするために、テスターが整列構造を有していてもよい。
【００４６】
また、着座面２６は、異なる形状を有していてもよい。例えば、テストをするデバイスの周囲縁が特定の熱発生又は熱変動の領域に対応している場合は、着座面は、テストするデバイスが大体において又は完全にその中心領域で支持され、従ってデバイスの周囲領域を露出したままにできるような形状を有するようにしてもよい。このようにすると、膨張するガスとレーザーのエネルギーは、テスト中のデバイスの熱発生又は温度変動の領域に対応しているデバイスの周囲領域に直接衝突することができる。こうすると、冷却ガスと加熱レーザーを、対象領域に向け、従ってデバイスの温度をより良好に制御することができる。
【００４７】
同様に、デバイス自体が温度極値の特定領域（いわゆる、ホットスポット又はコールドスポット）を有することもあるので、ガスジェットストリーム及びレーザービームの方向を、膨張するガス及び／又はレーザービームがデバイスの特定の領域に衝突するように、選択することもできる。ガスジェット及びレーザービームの方向を変えことができる１つの方法は、流路４０又は領域２９に開口している流路４０の一部を、デバイスの表面に対して垂直でない角度に設けることである。
【００４８】
従って、これら実施例は、開示された実施例にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲に述べる精神及び範囲によってのみ限定されるものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  温度制御システムの斜視図である。
【図２】  図１の２−２線に沿った温度制御構造の横断面図であり、デバイスを上に載せた状態を示している。
【図１】
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【図２】
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