(57)【要約】ワークピース内の温度を制御するシステムと方法が述べられる。流体循環システムはワークピースチャックを通って合成ＨＦＥ流体等の温度制御流体を循環する。流体循環システムに連結された流体回収システムが流体チューブとチャック内の流体通路を含む流体循環システムを通って気体を循環させることにより流体循環システムから温度制御流体の一部を回収する。気体（空気でもよい）は循環されながら流体循環システムの残留または過剰流体の一部を運ぶ。残留流体はタンクに戻されてチャックの温度を制御するために引き続き用いることができる。気体と温度制御流体蒸気がタンクから換気されて、それらは蒸気を凝縮する吸入ライン熱交換器を通って流される。気体と凝縮された流体は流体分離器内で分離される。分離された流体はタンクに戻され、分離された空気は大気に排気される。
2004502918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御システム用の熱交換器であって、冷媒が前記熱交換器に入る入口と、複数のプレートと、前記プレートの上に前記冷媒を向ける、前記入口の近傍にある偏向面とを備え、前記冷媒が前記プレートに分配されるように前記偏向面が傾斜していることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記偏向面が前記入口内に取り付け可能なインサートの部分として形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記インサートが、前記冷媒が前記熱交換器に入るオリフィスを含むことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記入口が、前記冷媒が前記熱交換器に入るオリフィスを含むことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
前記偏向面の傾斜角が、前記冷媒が前記プレートの上に均等に分配されるようになっていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】
前記熱交換器が蒸発器であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項７】
前記冷媒が前記熱交換器を出る出口をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項８】
前記冷媒中の潤滑剤が前記冷媒と共に前記出口を通って前記熱交換器を出るように前記熱交換器が方向付けられていることを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
【請求項９】
前記熱交換器を通って流体を循環させる流体入口をさらに備え、前記流体が前記冷媒と熱を交換することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記流体が前記熱交換器により冷却されることを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記流体がメチル・ノナフルオロイソブチル・エーテルを含むことを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記流体がメチル・ノナフルオロブチル・エーテルを含むことを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記温度制御システムがワークピースを支持するのに用いられるワークピースチャック内の温度を制御するために用いられることを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記ワークピースが半導体ウェーハであることを特徴とする請求項１３記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記流体が前記ワークピースチャックを通って循環されて前記ワークピースの温度を制御することを特徴とする請求項１３記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記温度制御システムがワークピースを支持するのに用いられるワークピースチャック内の温度を制御するために用いられることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記ワークピースが半導体ウェーハであることを特徴とする請求項１６記載の熱交換器。
【請求項１８】
温度制御方法であって、入口を通って冷媒を熱交換器に入るようにするステップと、前記冷媒が傾斜偏向面により前記熱交換器内の複数のプレートの上に向けられるように前記冷媒を前記熱交換器内の前記傾斜偏向面の上に向けるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記偏向面が前記入口内に取り付け可能なインサートの部分として形成されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記インサートが、前記冷媒が前記熱交換器に入るオリフィスで形成されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記入口が、前記冷媒が前記熱交換器に入るオリフィスを含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記偏向面の傾斜角が、前記冷媒が前記プレートの上に均等に分配されるようになっていることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記熱交換器が蒸発器であることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
さらに前記冷媒が出口を通って前記熱交換器を出るようにするステップを含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
さらに前記冷媒内の潤滑剤が前記冷媒と共に前記出口を通って前記熱交換器を出るように前記熱交換器を方向付けるステップを含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
さらに前記熱交換器を通って流体を循環させるステップを含み、前記流体が前記冷媒と熱を交換することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２７】
前記流体が前記熱交換器により冷却されることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記流体がメチル・ノナフルオロイソブチル・エーテルを含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記流体がメチル・ノナフルオロブチル・エーテルを含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
ワークピースを支持するのに用いられるワークピースチャック内で温度が制御されることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３１】
前記ワークピースが半導体ウェーハであることを特徴とする請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記流体が前記ワークピースチャックを通って循環されて前記ワークピースの温度を制御することを特徴とする請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
ワークピースを支持するために用いられるワークピースチャック内で温度が制御されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項３４】
前記ワークピースが半導体ウェーハであることを特徴とする請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
ワークピース用の温度制御システムであって、前記ワークピースチャック内で流体を循環させるポンプと、前記流体の温度を制御する熱交換器を含む冷却システムであって、前記熱交換器は、前記冷媒が前記熱交換器に入る入口と、複数のプレートと、前記プレートの上に前記冷媒を向ける入口近傍の偏向面であって、前記冷媒がプレートの上に分配されるように傾斜した偏向面とを備える冷却システムと、を備えることを特徴とする温度制御システム。
【請求項３６】
前記偏向面が前記入口内に取り付け可能なインサートの部分として形成されることを特徴とする請求項３５記載の温度制御システム。
【請求項３７】
前記冷媒が前記熱交換器に入るオリフィスを前記インサートが含むことを特徴とする請求項３６記載の温度制御システム。
【請求項３８】
前記入口が、前記冷媒が前記熱交換器に入るオリフィスを含むことを特徴とする請求項３５記載の温度制御システム。
【請求項３９】
前記偏向面の傾斜角が、前記冷媒が前記プレートの上に均等に分配されるようになっていることを特徴とする請求項３５記載の温度制御システム。
【請求項４０】
前記熱交換器が蒸発器であることを特徴とする請求項３５記載の温度制御システム。
【請求項４１】
前記冷媒が前記熱交換器を出る出口をさらに備えることを特徴とする請求項３５記載の温度制御システム。
【請求項４２】
前記冷媒中の潤滑剤が前記冷媒と共に出口を通って前記熱交換器を出るように前記熱交換器が方向付けられていることを特徴とする請求項４１記載の温度制御システム。
【請求項４３】
前記熱交換器を通って前記流体を循環させる流体入口をさらに備え、前記流体が前記冷媒と熱を交換することを特徴とする請求項３５記載の温度制御システム。
【請求項４４】
前記流体が前記熱交換器により冷却されることを特徴とする請求項４３記載の温度制御システム。
【請求項４５】
前記流体がメチル・ノナフルオロイソブチル・エーテルを含むことを特徴とする請求項４３記載の温度制御システム。
【請求項４６】
前記流体がメチル・ノナフルオロブチル・エーテルを含むことを特徴とする請求項４３記載の温度制御システム。
【請求項４７】
前記流体が前記ワークピースチャック内の温度を制御するために用いられることを特徴とする請求項４３記載の温度制御システム。
【請求項４８】
前記ワークピースチャックが半導体ウェーハを支持するために用いられることを特徴とする請求項３５記載の温度制御システム。
【請求項４９】
ワークピースチャック用の温度制御システムであって、前記ワークピースチャックを通って温度制御流体を循環させる流体循環システムと、前記流体循環システムから温度制御流体の一部を回収し、前記流体循環システムに連結された流体回収システムを含み、前記流体回収システムは、気体が前記流体循環システムの中に強制的に入れられ、前記流体循環システムを通って循環されるようにして前記流体循環システムを通って前記温度制御流体の一部を運ぶ気体入口と、タンクに接続された出口であって、前記タンクが、前記流体循環システムを通って循環された気体と前記温度制御流体の一部とを前記出口から受ける出口とを備えることを特徴とする温度制御システム。
【請求項５０】
前記温度制御流体がハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）を含むことを特徴とする請求項４９記載の温度制御システム。
【請求項５１】
前記温度制御流体がメソキシ・ノナフルオロブタン（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）を含むことを特徴とする請求項４９記載の温度制御システム。
【請求項５２】
前記流体循環システムを強制的に通される前記気体が空気であることを特徴とする請求項４９記載の温度制御システム。
【請求項５３】
前記流体回収システムが、蒸気を凝縮する前記タンクから前記温度制御流体の換気された気体と蒸気を受ける熱交換器をさらに備えることを特徴とする請求項４９記載の温度制御システム。
【請求項５４】
前記流体回収システムが、前記熱交換器から気体と凝縮された温度制御流体とを受け、気体と凝縮された温度制御流体を分離する分離器をさらに備えることを特徴とする請求項５３記載の温度制御システム。
【請求項５５】
前記流体回収システムが、前記凝縮された温度制御流体を前記分離器から前記タンクに運ぶ流体ラインをさらに備えることを特徴とする請求項５４記載の温度制御システム。
【請求項５６】
前記流体回収システムが、分離された気体を前記分離器から大気に排気する気体ラインをさらに備えることを特徴とする請求項５４記載の温度制御システム。
【請求項５７】
ワークピースチャック内の温度を制御する方法であって、前記ワークピースチャックを通って温度制御流体を循環させる循環システムを設けるステップと、前記流体循環システムからの前記温度制御流体の一部を回収する流体回収システムを流体循環システムに連結するステップと、前記流体循環システムを通って気体を循環させて前記流体循環システムを通って前記温度制御流体の一部を運ぶステップと、前記流体循環システムを通って循環された前記気体と前記温度制御流体の一部とをタンクに流すステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項５８】
前記温度制御流体がハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）であることを特徴とする請求項５７記載の方法。
【請求項５９】
前記温度制御流体がメソキシ・ノナフルオロブタン（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）であることを特徴とする請求項５７記載の方法。
【請求項６０】
前記流体循環システムを強制的に通される前記気体が空気であることを特徴とする請求項５７記載の方法。
【請求項６１】
換気された気体と前記温度制御流体の蒸気とを前記蒸気を凝縮する熱交換器に流すステップをさらに含むことを特徴とする請求項５７記載の方法。
【請求項６２】
気体と凝縮された温度制御流体とを前記熱交換器から分離器に流し、前記分離器が前記気体と前記凝縮された温度制御流体を受けたり分離したりするステップをさらに含むことを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６３】
前記凝縮された温度制御流体を前記分離器から前記タンクに流すステップをさらに含むことを特徴とする請求項６２記載の方法。
【請求項６４】
前記分離された気体を前記分離器から大気に排気するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明はワークピースチャックの温度を制御するシステムと方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
半導体集積回路産業において、個々の集積回路チップダイのコストはＩＣパッケージコストと比較して減少し続けている。その結果、比較的高価なパッケージングステップが実行された後ではなく、ダイがまだウェーハ上にある間に多くのＩＣ処理ステップを実行することがより重要になりつつある。
【０００３】
典型的には、ＩＣ処理において半導体ウェーハは一連の試験および評価ステップを経る。各ステップに対して、処理が実行される処理ステーションにおいてウェーハは静止位置に保持される。例えば、パッケージに組立てる前にＩＣの温度スクリーニングを行なうための広温度範囲に渡る回路プローブ試験がますます実行されつつある。ウェーハは、典型的にはウェーハ上の回路を電気的に試験するプローバ装置の真空支持面に対して静的に保持される。プローバは、テスタと連携してウェーハ上の回路の種々の所定部分に対して所定の電気的刺激を与え、刺激に対する回路の反応を感知する一群の電気プローブを含む。
【０００４】
典型的なプローバシステムにおいては、ウェーハはウェーハチャックの上面に取り付けられ、ウェーハチャックの下面がプローバの支持構造に対して固定される。真空、静電、または他のタイプのウェーハ保持システムは典型的にはチャックに接続される。真空システムにおいては、チャックの上面と連通する一連の通路または空白領域が真空をウェーハに伝えて、それをチャックの上面の所定位置に保持する。チャック用のプローバ支持構造は、そのあと、ウェーハ回路に対して電気試験を実行するのに必要なプローブの下にウェーハを配置するために用いられる。
【０００５】
チャックはまた所望のウェーハ温度スクリーニングを実行するために必要なチャック表面とウェーハの温度を上げ下げする温度制御システムを含んでもよい。そのような試験の精度にとって、ウェーハの温度、従ってチャック表面の温度をできるだけ正確かつ精密に制御することが重要である。
【０００６】
ウェーハ温度制御への種々のアプローチが採用されてきた。一つの先行システムにおいて、チャックは冷却流体を循環させる循環システムを含む。冷却流体は一定の低温に維持され、チャックの中を循環する。温度制御はやはりチャックに配置されたヒータを作動することにより実現される。ヒータは必要なだけオンオフを繰り返されて必要な温度までチャックとワークピースを加熱する。
【０００７】
別の先行システムにおいて、温度制御流体とチャックヒータの両方がワークピース温度を制御するために使用される。このシステムにおいては、流体はワークピースを所望の温度設定点について一定許容誤差内に入れるために使用される。そのあとにヒータが温度を設定点まで調節するために必要なだけ繰り返しオンオフされる。
【０００８】
温度制御システムは典型的には循環流体のような媒体を加熱および冷却するための凝縮器および蒸発器等の熱交換器を含む。例えば、空調システムにおいてはフレオンのような冷媒がシステムを循環して循環された空気から熱を除去する。具体的には、蒸発器の熱交換器は冷却されるべき空気に密接している。フレオンが蒸発すると空気から熱が除去され空気を冷却する。
【０００９】
従来の蒸発器の一つのタイプにおいては、冷たい冷媒がオリフィスを通って蒸発器に入り、冷媒のためにそれらの間に間隙をもたせて互いに平行に配置された金属プレートの上に流れるようになっている。冷媒がプレートの間を流れると、プレートは冷える。一つの形状において、冷却された媒体、例えば空気は蒸発器を通って流されて、プレートの冷媒に接する面に対向する面の間をやはり流れ、冷たいプレートにより空気は冷却される。
【００１０】
多くの設定において、蒸発器が極めて効率的で、可能な限りの冷却を提供することが重要である。例えば、循環流体がワークピースおよび／またはチャックの温度制御に使用されるワークピースチャックにおいては、ワークピースおよび／またはチャックが非常に速くかつ高精度で加熱および冷却されることが重要である。そのような場合、蒸発器は非常に高い効率を有すべきである。蒸発器の効率は多くの要因に影響される。例えば、従来の蒸発器においては、低温冷媒は高圧でオリフィスを通って蒸発器に入る。それは一般に制御されない、不均一なやり方でプレートの上に分配され、効率の損失を生じる。プレートの上に冷媒を均等に分配してプレートが均等に冷却されれば有利である。これは循環温度制御流体の均等な冷却を提供し、また所定のシステムパラメータセットに対する最大の冷却を提供する。
【００１１】
過去において、温度制御システム内を循環する流体は大気に蒸発されまた排気されるので環境に有害である傾向があった。最近は、温度制御システムにはもっと環境に優しい流体が用いられつつある。これらの新しい流体はオゾン層に対する損傷効果がより小さく、かつ地球温暖化に対する寄与がより小さい傾向にある。そのような部類の流体の一つはハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）である。しかしながらＨＦＥの一定の欠点はそれらが高揮発性で高温において壊れ易いという点を含む。これによりフッ化物イオンの放出が生じる。この現象は半導体製造産業、特に半導体処理において用いられる温度制御チャックには非常に望ましくない。また半導体ウェーハ試験に見受けられる高温設定において、ＨＦＥの高揮発性は蒸発した蒸気が大気に排気されて実質的な流体損失を生じる。
【００１２】
（発明の開示）
発明の第１の態様によれば、先行技術の欠点を克服する高効率の熱交換器と温度制御方法が提供される。発明の熱交換器は冷媒が熱交換器に入る入口や冷媒を受容する複数のプレートを含む。傾斜した偏向面が入口の近傍に配置され、冷媒が熱交換器に入る際に、それに接触する。傾斜偏向面は冷媒がプレート全体に分配されるように冷媒を流す。一つの実施例においては、発明の熱交換器は蒸発器である。
【００１３】
一つの実施例においては、偏向面は冷媒が熱交換器に入る入口の内側に取り付けられたインサートの部分として形成される。冷媒が熱交換器に入る入口はオリフィスを含んでもよい。一つの実施例においては、オリフィスは入力ポートに取り付けられたインサートの部分として形成される。偏向面の傾斜角は冷媒がプレートの上に均等に分配されるように選択され、その結果、蒸発器内の均一で効率的な冷却を生じる。
【００１４】
発明の熱交換器は冷たい冷媒が熱交換器の上から入るように取り付けられる。冷媒はプレートの上を装置の下まで流れ、そこで冷媒は出口を通って装置から出る。多くの設定において、蒸発器を流れる冷媒は圧縮器のような冷却サイクルにおける他の装置により用いられる潤滑剤が付加される。冷媒と潤滑剤が蒸発器の上から下まで流れるので、潤滑剤は重力により装置から単純に流れ出て、先行装置に用いられるような毛細管のような手段により回収する必要はない。
【００１５】
一つの実施例において、発明の熱交換器、例えば蒸発器は循環流体の温度を制御するように動作する温度制御システムにおいて使用される。例えば、一つの実施例において、流体はワークピースチャックを通って循環し、そこで半導体ウェーハのようなワークピースの温度が制御される。流体の温度は発明の熱交換器を用いる温度制御システムにより制御される。そのようなシステムにおいて、発明の熱交換器は温度制御流体が装置を通って循環するように流体入口と流体出口を含む。流体は、冷媒により冷却されるプレートを通って装置を通り抜ける。熱は従って流体から除去され、プレートを介して冷媒に伝達される。一つの特定の実施例においては、循環温度制御流体はメチル・ノナフルオロイソブチル・エーテルを含む。別の実施例において、流体はメチル・ノナフルオロブチル・エーテルを含む。
【００１６】
本発明の熱交換器は多くの温度コントロール設定において使用できる。特に、発明の熱交換器はチャックを通って循環する流体の温度を制御することによりワークピースチャック内の温度を制御するために用いられる流体温度制御システムにおける蒸発器でもよい。そのようなシステムは、例えば本願の出願人と同一の出願人の、１９９７年１２月３１日に出願された同時係属中の米国特許出願第０９／００１，８８７号に述べられている。その出願の内容は本願に引用して援用される。
【００１７】
本発明は従来の熱交換器、特に蒸発器に優る多数の利点を提供する。蒸発器プレート全体に冷媒を均等に分配するために傾斜偏向面が用いられる。その結果、プレートのより均一な冷却が達成される。これは循環温度制御流体からのより効率的な熱伝達とホスト温度制御システムにより効率的な全体動作を生み出す。
【００１８】
発明の第２の態様によれば、チャック内を循環する温度制御流体が回収され、チャック内の流体破損が実質的に少ないワークピースチャック用の温度制御システムおよび方法が提供される。発明によれば、流体循環システムはワークピースチャックを通って温度制御流体を循環させる。流体回収システムは流体循環システムから温度制御流体の一部を回収する流体循環システムに連結される。流体回収システムは気体を流体循環システムに強制的に入れ、流体循環システムを通って循環させて流体循環システムを通って温度制御流体の前記部分を運ぶ気体入口を備える。気体と流体の組合せは流体循環システムの出口を介してタンクに流される。
【００１９】
一つの実施例において、流体回収システムはタンク内の流体の上の領域にある蒸気の形でタンクから出て行く流体を回収する能力を提供する。循環された空気と回収された流体をタンクが受けたときに、タンク内の空気と流体蒸気はタンクから出て行く可能性がある。これらの蒸気を単純に大気に排気したら実質的に蒸気を損失することになる。発明によれば、蒸気になった流体は回収される。そのために、流体回収システムはまたタンクから出て行った気体と蒸気を受ける熱交換器を含む。熱交換器は蒸気を凝縮して液体に戻す。一つの実施例において、生じた気体と凝縮された液体との組合せはそれらを分離する液体分離器に流される。次に凝縮された流体はタンクに戻され、そこでチャック内の温度を制御するために引き続き用いられる。分離された気体は大気に排気される。
【００２０】
一つの実施例において、温度制御流体はハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）であるか、あるいはそれを含む。一つの特定の実施例において、流体はメソキシ・ノナフルオロブタン（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）であるか、あるいはそれを含む。一つの実施例において、流体循環システムを通って循環される気体は空気である。
【００２１】
発明のシステムと方法は循環された流体を用いて温度制御する先行アプローチに優る多数の利点を提供する。残留流体が発明のチャックからパージできるので、高温の流体から生じるフッ素イオンに伴う欠点が実質的に除去される。また、流体蒸気を凝縮し、それを温度制御システムに戻すことにより実質的な流体損失が除去される。発明により提供されるこれらの利点は環境に優しいハイドロフルオロエーテル類の流体の高温半導体ウェーハ製作および試験への応用を可能にする。
【００２２】
（発明を実施するための最良の形態）
発明の以上および他の目的、特徴、および利点は添付図に示す、発明の好ましい実施例の以下のより詳細な説明から明らかであろう。図面は必ずしも正しくスケーリングしたものではなく、発明の原理を示すことに重きを置いている。
【００２３】
図１は本発明による熱交換器および温度制御アプローチが用いられる一つの特定の温度制御システム１００の模式図である。図１の例の温度制御システムはワークピースチャック１０に関連して用いられる。チャック１０は処理中に半導体ウェーハのような平坦なワークピースをその上面１２で保持するために用いられ、例えば、全てそのまま本願に引用して援用する、「ワークピースチャック」という名称として２０００年６月１３日に発行された米国特許第６，０７３，６８１号、「ワークピースチャック」という名称として２０００年２月１日に発行された米国特許第６，０１９，１６４号、および「ワークピースチャック」という名称として１９９９年１２月２８日に出願された同時係属中の米国特許出願第０９／４７３，０９９号に述べられるタイプのものでよい。
【００２４】
ワークピースに対して実行される処理はプローバ装置のようなホストマシンを用いて所定の温度範囲に渡るウェーハに対する電気的回路試験を含んでもよい。ウェーハの温度サイクルを実施するために、チャック１０は流体が中を循環できるヒートシンク１４と、ウェーハを加熱するために用いられる電気ヒータ１６とを含む。発明の温度制御システム１００は、チャックの温度、従って試験ウェーハの温度を制御するために、ヒータ１６と、ヒートシンク１４を通る流体の温度および流れを制御するのに用いられる。後で詳細に述べるように、一つの実施例において、本願ではＨ３とも呼ばれるヒータ１６は実際に二つの抵抗加熱要素１６Ａおよび１６Ｂを含み、そのそれぞれは発明の電力および制御システムにより供給されるそれ自体の個々に制御可能な電力信号により電力供給される。加熱要素１６Ａと１６Ｂは後で詳細に述べるように、多段、例えば二段のワークピース加熱手順の実施ができるように個々に制御可能である。
【００２５】
図１において破線または鎖線は電気接続を示し、矢印のついた実線は、チャックを冷却するのに用いられ、あるいは、冷媒の温度を制御するために用いられる流体のような熱力学的媒体の流れを実行する線を示すことに留意すべきである。
【００２６】
発明のシステム１００はまた、チャック１０とホストマシン間の熱の流れを防止するためにチャック１０の下部を周囲環境温度に維持するために用いることもできる。そのために、チャック１０は、ベース４８に取り付けられた、セラミックの熱的および電気的絶縁プレートである下部支持またはプレート２２を含む。一つの実施例において、ベース４８はチャック１０が取り付けられるホストマシンの部分である。もう一つの実施例においては、図１に示すように、ベース４８はチャックの部分である。ベースは本願ではチャック１０の部分であるものをいうが、ホストマシンの一部であってもよいことは言うまでもない。どちらの場合も、ベース４８の温度はチャック１０とホストマシンの間の熱の流れを制御するように制御される。流体はベース４８を通って循環され、ベースを周囲温度に維持することができる。これはチャックとホストマシンの間に熱の流れの壁を作る。
【００２７】
発明の温度制御システム１００はチャック１０に出入りする流体の温度と流れを制御する流体温度制御モジュール１１０を含む。流体は流入ライン１１２を介してヒートシンク１４に入り、帰還ライン１１３を介してヒートシンク１４から出る。流体はまたもう一つの流入ライン１１４を介してベース４８に入り、別の帰還ライン１１５を介してベース４８から出る。二つの帰還ライン１１３と１１５は一つの帰還ライン１１６に合流し、流体を流体制御モジュール１１０に戻す。流体はメチル・ノナフルオロイソブチル・エーテルでもよい。あるいは、流体はメチル・ノナフルオロブチル・エーテルでもよい。流体はまた、３Ｍ（商標）のＮｏｖｅｃ（商標）Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ　Ｆｌｕｉｄ　ＨＦＥ−７１００として知られるメソキシ・ノナフルオロブタン（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）でもよい。
【００２８】
発明のシステム１００はまた電気制御装置５０と電源６０を含む電力および制御システムを含む。制御装置５０はシステム１００の種々のコンポーネントから電気入力信号を受け、システム１１０の必要な温度制御機能を実行するのに必要なシステムコンポーネントに電気制御信号を送る。電源６０は種々のシステムコンポーネントと制御装置５０に必要なだけ電力を供給する。
【００２９】
発明の一つの実施例において、チャック１０と温度制御モジュール１１０内の種々の位置に配置された一連の温度センサにより温度フィードバックが制御装置５０に供給される。図１に示す実施例において、Ｔ１〜Ｔ６と付された六つの温度センサが用いられる。本願中の参照符号Ｔ１〜Ｔ６はセンサ自体でも、それが示す温度値でもよいことに留意すべきである。それは意図された文脈から明らかであろう。
【００３０】
センサＴ１はヒートシンク１４の、あるいはその近傍のチャック温度を示すチャック上面温度センサである。一つの実施例において、温度試験の前に較正工程が実行され、そこでセンサＴ１での温度とウェーハでの実際の温度との差が決定される。較正中に、表面に取り付けられた熱電対または他の温度センサにより、あるいはウェーハ上の較正されたダイオードを用いることにより、あるいは何か他の技術によりウェーハ上面の温度は決定でき、センサＴ１とウェーハ表面の温度差を確定する補正係数が作り出される。この補正係数は一連の温度制御工程中の調節として用いられ、ウェーハを所望温度に維持する。あるいは、ウェーハ表面に接触式または非接触式の温度センサを用いてＴ１温度測定を行なってもよい。これは較正の必要性を除去する。この温度センサは較正されたダイオード、熱電対、または他のどのような接触式、非接触式センサでもよい。
【００３１】
センサＴ２はベース温度センサである。これはベース４８の温度を感知する。この温度は周囲温度（センサＴ３）またはその近傍に維持されてチャック１０とホストマシンとの間の熱の流れを防止する。センサＴ３は雰囲気／環境温度センサである。これはチャックとホストマシンを囲む環境の周囲温度を感知する。理想的にはＴ２はＴ３にできるだけ近く維持され、ベース４８を通って流体を循環させることにより、チャックとホストマシンとの間の熱の流れを防止する。
【００３２】
センサＴ４は流体温度センサである。これは流体が流体ヒータＨ１から流れ出るとき、かつ弁ＳＶ４の状態によって、ライン１１２を介してヒートシンク１４に流れる前、または流体ヒータＨ２とライン１１４を介してベース４８に流れる前に流体の温度を感知する。Ｔ４における温度は流体がヒートシンク１４またはベース４８に入る際の流体温度を制御できるようにモニターされる。
【００３３】
センサＴ５はベース流体温度センサである。これはライン１１４に沿って流体温度制御モジュール１１０からチャック１０に向かって流れ出るときの流体温度を感知する。Ｔ５の温度は流体がベース４８に入るときの流体温度制御ができるようにモニタされ、ベース温度（Ｔ２）が周囲温度（Ｔ３）近傍に維持できる。
【００３４】
センサＴ６は帰還流体温度センサである。これは流体がチャック１０から帰還ライン１１６に沿って戻るときの流体温度を感知する。これは流体が循環されてチャック１０に戻る前に流体に予備冷却のような熱力学的処理を実行すべきかどうかを決定するために用いられる。
【００３５】
他の温度センサ構造を用いてもよいことに留意すべきである。例えば、センサＴ１とＴ２を帰還チューブ１１３および１１５に配置してもよく、あるいはさらなるセンサをチューブ１１３および１１５のどちらかまたは両方に追加してもよい。
【００３６】
温度制御システム１００はまた循環流体を必要なだけ加熱する一対の流体ヒータＨ１およびＨ２を含む。ベース流体温度制御ヒータであるヒータＨ２はベース４８を通って流される流体を加熱する。チャック／ベース流体温度制御ヒータであるヒータＨ１はＳＶ４の状態によりヒートシンク１４またはベース４８のどちらかを通って循環される流体を加熱する。上記のように、システム１００はまたチャック温度制御ヒータ１６（Ｈ３）を含み、これはチャック１０に配置されてワークピースを加熱するためにチャック１０に直接熱が与えられ、また実際に多数の個々に制御可能な加熱要素１６Ａおよび１６Ｂを含んでもよい。
【００３７】
システム１００を通る流体の流れはポンプ１２０と一連の弁により制御装置５０を介して制御される。ポンプ１２０は蒸発器１３４および／またはそのバイパスとアキュムレータ１５４からの流体を受け、流体を流体ヒータＨ１とＨ２に向かって吸い上げ、ヒートシンク１４および／またはベース４８まで送る。
【００３８】
必要なだけ流体を冷却する容量制御冷却サイクルを実行するために凝縮器１３０、蒸発器１３４、熱膨張弁１３６、圧縮器１４０、および圧力調節器１３８が用いられる。下記の特定の所定環境の下では、流体から熱を取り除くことが要請されるとして、冷却システムを通して流体を流すため電磁弁ＳＶ２及びＳＶ３が用いられる。他の環境の下では、流体が冷却サイクルの一つ以上の部分をバイパスするように流体を流すために電磁弁ＳＶ２およびＳＶ３が用いられる。周囲予備冷却熱交換器１３５を通って流体を流すために周囲予備冷却器選択電磁弁ＳＶ２が用いられる。周囲予備冷却が所望されるときは、ＳＶ２はオン状態に切り替えられて予備冷却熱交換器１３５を通って流体を流す。ＳＶ２がオフのときは図１に示すように流体は周囲予備冷却をバイパスする。
【００３９】
流体のさらなる冷却が所望されるときは、流体は蒸発器１３４を通って流される。蒸発器１３４を通る流体の流れを制御するために蒸発器バイパス選択電磁弁ＳＶ３と蒸発器バイパス冷媒流体計測弁Ｍ２が用いられる。計測弁Ｍ２は、常にライン１４２内の流体の所定の割合がソレノイド弁ＳＶ３をバイパスし、冷却用蒸発器１３４に流れるようにする。一つの実施例において、この割合は約１５％に設定される。図１に示すようにＳＶ３がそのオフ状態にあるときは、ライン１４２内の流体の全ては冷却用の蒸発器を通って流される。ＳＶ３がオンのときは、流体の所定の割合（１５％）が蒸発器１３４に流れ、残りの流体が蒸発器１３４をバイパスし、ポンプ１２０に向かって流れる。
【００４０】
ポンプ１２０の出口においてライン１４４を流れる流体の所定量はヒータＨ１に流れる。この量はベース供給流体計測弁Ｍ３により設定される。一つの実施例において、Ｍ３はライン１４４内の流体の５％がＨ１をバイパスしてライン１４５にあるＨ２に向かって流れ、残りの９５％がＨ１を流れるように設定される。従って、この構造では流体のある部分が常にベース４８を流れ、その部分の温度が制御できる。
【００４１】
チャックがチャックヒータ１６（Ｈ３）により加熱されているようなある条件の下では、ヒータＨ１から出る流体はライン１４７に対するチャックヒートシンクバイパス選択電磁弁ＳＶ４によりルート決めされて、ヒートシンク１４ではなくヒータＨ２とベース４８を流れる。ＳＶ４がオンのときはＨ１とＨ２の両方から出る流体の全てがベース４８を流れる。図示のようにＳＶ４がオフのときは、ヒータＨ１から出る流体はヒートシンク１４を通って流される。
【００４２】
システム１００はまた露点センサ１５０と露点計１５２を組み入れる。露点センサ１５０はチャック１０を囲む周囲環境の露点を検出し、感知された露点を示す電気信号を発生し、露点計１５２に送る。露点計１５２は、露点が特定の値以上に上昇したらスイッチを入れることにより制御装置５０に露点警報信号を送ることができる。チャックを周囲に対して加熱し、システムを遮断するといった補正行為がとられて、曇り形成のような環境要因によるワークピースの損傷を避けることができる。
【００４３】
アキュムレータ１５４はチャック１０を通って循環される流体のタンクの役割をする。アキュムレータは、システムに対し広い動作温度範囲に渡る流体の膨張と収縮に適応できる量の流体を保持する。低流体レベルを示す信号がアキュムレータ１５４により発生されて、ライン１４９上の制御装置５０に送られる。
【００４４】
制御装置５０はまたＲＳ−２３２インタフェース２３７を介してホストマシン、例えばプローバから入力を受ける。ＲＳ―２３２インタフェースは、ホストマシンが新しいチャック温度設定点のような情報をチャックに通信するようにする。
【００４５】
次に温度制御システム１００により用いられる制御論理を詳細に説明する。システム１００の動作に関連して一定の変数が定義される。ＴＣはチャック１０に対する温度設定点として定義される。これは現在チャックを設定しようとする温度である。ＴＥＢは蒸発器バイパス切り替え温度である。これは一定の正の数であり、これに対しＴＣがいくつかの条件の下で比較される。ＴＳは支持プレートまたはベースの温度の設定点であり、典型的には近似的に雰囲気／環境温度Ｔ３に等しい。ＤＴＣはチャック温度偏差であり、これはチャック温度Ｔ１とチャック温度設定点ＴＣとの差であり、即ち、ＤＴＣ＝Ｔ１−ＴＣである。
【００４６】
ＤＴＳはチャック温度偏差の最大値であり、この温度偏差対してチャックが定常状態にあるように定められ、典型的には１℃と５℃の間の一定の正の数に等しい。実際の温度と設定点（ＤＴＣ）との差の大きさが小さいとき、即ち実際の温度が所望の温度とほんのわずかに異なるときは、チャック温度は定常状態にあると考えられる。具体的には−ＤＴＳ＜ＤＴＣ＜ＤＴＳのときにチャックは定常状態にあると考えられる。
【００４７】
システム１００は広範囲の温度に渡りチャックとワークピースの温度を制御する。一つの実施例において、温度範囲は低温部分範囲と高温部分範囲に効率的に分割される。低温部分範囲において、チャック１０とワークピースの温度はチャック１０を通る流体の流れのみにより制御され、チャックヒータ１６（Ｈ３）は作動されない。温度設定点が周囲温度より高いときでもこれは当てはまる。その場合、流体は必要な加熱を提供する。高温部分範囲において、チャックヒータ１６はチャック１０とワークピースを加熱するために用いられる。低温部分範囲と高温部分範囲の境界の温度は、本願ではＴＢと呼ぶこととする。一つの実施例においてはＴＢ＝＋４０℃である。従って、全温度範囲が例えば−１０℃から＋２００℃の場合、低温部分範囲は−１０℃から＋３９．９℃まで拡げられ、高温部分範囲は＋４０℃から＋２００℃まで拡げられる。他の温度部分範囲を選択してもよい。
【００４８】
システム１００の論理動作を述べるために、設定がなされる物理的システム条件と共にシステム１００の種々のコンポーネントの設定を述べる。上記のように圧縮器１４０と凝縮器１３０は冷却システムの部分であり、本発明によりチャック１０を通って循環される流体の温度を制御するように制御可能である。圧縮機１４０と凝縮器ファンは、システム１００の動作中はオンであり、そうでない場合はオフである。チャック１０を通って流体を循環させるために用いられるポンプ１２０は、システム１００の動作中はまたオンであり、そうでない場合はオフである。
【００４９】
現在の実際のチャック温度Ｔ１より十分低い設定温度にチャックを冷却してシステムを定常状態から外したいとき、即ちＤＴＣ＞ＤＴＳで温度Ｔ１がＴＢより高いときは、弁ＳＶ２はオンされて予備冷却熱交換器１３５を通って流体を流すことにより周囲予備冷却を実施する。そうでない場合、ＳＶ２はオフされ、周囲予備冷却をバイパスする。
【００５０】
上記のように、図１に示すように電磁弁ＳＶ３がオフのときは、流体は蒸発器１３４を通って流され、流体を冷却する。ＳＶ３がオンのときは、ほとんどの流体はヒータＨ１に流されて、流体を加熱する。二つの条件セットのどちらかの条件下でＳＶ３はオンされる。現在の実際のチャック温度よりずっと高い温度にチャックを加熱してシステムを定常状態から外したいとき、即ちＤＴＣ＜−ＤＴＳのときは、それはオンになる。あるいはシステムが定常状態条件にあるとき、即ち−ＤＴＳ＜ＤＴＣ＜ＤＴＳのとき、およびシステムを高温部分範囲、即ちＴＣ＞ＴＢで動作したいときは、ＳＶ３はオンになる。そうでない場合、ＳＶ３はオフされて流体を冷却する。
【００５１】
上記のように、電磁弁ＳＶ４は、ヒータＨ１から出た流体がヒートシンク１４に流されるか、ベース４８に流されるかを制御する。ＳＶ４がオンのときは、流体はベース４８に流され、ＳＶ４がオフのときは、流体はヒートシンク１４に流される。システムを高温部分範囲で動作したいとき、即ちＴＣ＞ＴＢであって、チャックを現在の実際のチャック温度よりずっと低い設定点温度に冷却してシステムを定常状態から外したいとき以外、即ちＤＴＣ＞ＤＴＳのとき以外はＳＶ４はオンされる。そうでない場合、ＳＶ４はオンになる。
【００５２】
ヒータＨ１、Ｈ２、およびＨ３は制御装置５０で実施される比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループにより制御される。種々の温度センサＴ１〜Ｔ６は制御装置５０にヒータを制御させる、必要な温度フィードバックを提供する。制御装置５０は必要なだけヒータのオンオフを繰り返すパルス幅変調信号を提供する。
【００５３】
システムを低温部分範囲で動作したいとき、即ちＴＣ＜ＴＢのときであって、チャックを現在の実際のチャック温度よりずっと低い温度に冷却してシステムを定常状態から外したいとき以外、即ちＤＴＣ＞ＤＴＳのとき以外は、ヒータＨ１はＰＩＤ制御を介してオンを繰り返してチャック温度Ｔ１を設定点温度ＴＣに等しく維持する。システムを高温部分範囲で動作したいとき、即ちＴＣ≧ＴＢであって、チャックを現在の実際のチャック温度よりずっと低い温度に冷却してシステムを定常状態から外したいとき以外、即ちＤＴＣ＞ＤＴＳのとき以外は、ヒータＨ１はまた、オンを繰り返して支持プレート温度Ｔ２を雰囲気／環境温度Ｔ３に等しく維持する。ヒータＨ１は他の条件下ではオフになる。
【００５４】
ＳＶ４がオンされてヒータＨ１から出た流体を、ベース４８を通って流すとき以外は、ヒータＨ２はＰＩＤ制御を介してオンを繰り返してベース温度Ｔ２を雰囲気／環境温度Ｔ３に等しく維持する。この場合、ヒータＨ１は流体に対する加熱負荷の大部分を取り扱う。他の環境下ではヒータＨ２はオフになる。
【００５５】
システムを高温部分範囲で動作したいとき、即ちＴＣ≧ＴＢのときであって、チャックを現在の実際のチャック温度よりずっと低い温度に冷却してシステムを定常状態から外したいとき以外、即ちＤＴＣ＞ＤＴＳのとき以外は、チャックヒータＨ３はＰＩＤ制御を介してオンを繰り返してチャック温度Ｔ１を設定点温度ＴＣに等しく維持する。他の条件下ではヒータＨ３はオフになる。
【００５６】
図２は本発明が用いられるもう一つの温度制御システム４００の模式的詳細図である。図１に関連して上に述べたコンポーネントおよび制御論理は以下に述べる例外を除けば図２のそれらと同一である。図２のシステム４００は図１に関連して述べたシステム１００とは異なる流体温度制御システム４１０を用いる。図２の流体冷却システムは凝縮器１３０と蒸発器４３４を含む。循環冷媒を冷却するのに用いられる冷媒はライン４５３に沿って凝縮器１３０を出て、膨張弁４３８に入り、そこで蒸発器４３４に入る前に絞られる。チャック温度制御流体のさらなる冷却をしたくないときは、電磁弁ＳＶ２は周囲予備冷却熱交換器４３５をバイパスするのに用いられる。しかしながら、さらなる冷却が不要の場合に蒸発器をバイパスするのに用いられた図１のシステムの電磁弁ＳＶ３は図２の流体温度制御システム４１０には含まれない。その代わり、さらなる流体冷却が不要のときは、通常は閉じられた電磁弁ＳＶ６は蒸発器に対して冷たい冷媒を締め出すために閉じられたままにされ、圧縮機からの高温気体がライン４５１に沿って蒸発器４３４の中に供給されて流体の加熱を行なう。一つの構造において、この付加的な加熱が望まれるときは、オプションの高温気体バイパスを作動する電磁弁ＳＶ５が開かれて圧縮機１４０から出た高温気体が蒸発器４３４に送られるようにする。必要な加熱量に従って、蒸発器４３４に導入される高温気体を制御するために高温気体圧力調節器４３６が用いられる。
【００５７】
従って、ＳＶ６は蒸発器熱交換器４３４における冷却能力を調整することにより流体温度を制御することに用いられる。ＳＶ６は流体温度を必要なだけ精密に維持するために制御装置のＰＩＤループを通じて制御してもよい。
【００５８】
一つの構造において、もう一つのオプションの弁ＳＶ７が凝縮器１３０と蒸発器４３４との間に含まれる。弁ＳＶ７は高速応答の計測装置に流体を供給し、これは毛細管４３９でもよい。ＳＶ７はまたＰＩＤループを通じて制御できる。しかしながら、これは、それが低容量の高速応答計測装置（毛細管４３９）である点でＳＶ６と異なる。この配置が用いられる場合、ＳＶ６は例えば立ち上がり中に最大容量に駆動できる。ＳＶ７は従って、ＳＶ６が駆動停止している間、立ち上がり後に設定点を精密に維持するために使用できる。
【００５９】
また図１の温度センサＴ６は図２のシステムには用いられないで、別の温度センサＴ７が付け加えられる。センサＴ７は蒸発器流体出口温度センサである。これは流体が蒸発器熱交換器４３４を出るときの流体温度を感知する。Ｔ７で感知された温度は、凝縮器１３０、圧縮機１４０、および蒸発器４３４を含む流体冷却サブシステムの冷却能力を調節するために用いられる。
【００６０】
図１および図２の温度制御システムを制御し動作するために用いられる電力および制御システムは本願の出願人と同一出願人の、「ワークピースチャック用の電力および制御システム」という名称の２０００年７月１８日発行の米国特許第６，０９１，０６０号に述べられているタイプのものである。この特許は本願にそのまま引用して援用される。
【００６１】
本発明によれば、それぞれ図１および図２の温度制御システムにおける蒸発器１３４および４３４は極めて効率的である。発明の蒸発器において、蒸発器を流れる冷媒はプレートの均等な冷却が達成されるように内部プレートの上に均等に分配される。
【００６２】
図３は本発明の一つの実施例による熱交換器、例えば蒸発器５３４の模式的斜視図を含み、図４は発明による図３の蒸発器５３４の内部の模式的断面図を含む。図３および図４の熱交換器５３４はそれぞれ図１または図２に示す冷却システムにおける蒸発器１３４，４３４として用いることができる。蒸発器５３４は冷媒入口５０２を含み、それを通ってシステムの冷媒が蒸発器５３４に入る。冷媒はオリフィス５０３を通り抜け平行プレート５０８の形をした垂直に向いた熱交換器の上に分配される。冷媒はそれらを冷却するためにプレート５０８の間の間隙内を流れ下り、蒸発器５３４の底で収集される。冷媒は冷媒出口５１０を通って蒸発器５３４から流れ出て冷却システムの残りの部分を通って循環される。
【００６３】
発明によれば、冷媒がオリフィス５０３を通り抜けた後に、それは一つの実施例において入口５０２にあるインサートとして実施される分配マニホールド５０４に入る。分配マニホールド５０４は冷媒入口５０２において蒸発器ユニット５３４の内側に例えばネジ、溶接、鑞付け、または他の方法により取り付けられる。一つの実施例において、分配マニホールドはオリフィス５０３と一体的に形成される。即ち、分配マニホールド５０４とオリフィス５０３はオリフィス５０３と単一ユニットとして形成されてマニホールド５０４への入口の役目をする。一つの実施例において、分配マニホールド５０４とオリフィス５０３は成形および／または機械加工により真鍮等の単一金属片から形成される。
【００６４】
分配マニホールド５０４は実質的に平坦で傾斜した偏向面５０６を含む。高圧の冷媒がオリフィス５０３からマニホールド５０４に入り、傾斜した偏向面５０６を叩く。冷媒が偏向面５０６に衝突し、プレート５０８の間の間隙に流れ降り、あるいは滴下する。偏向面の傾斜のために冷媒はプレート５０８の全体に均等に分配されてプレート５０８の均等かつ効率的な冷却を実現する。
【００６５】
蒸発器と圧縮機を用いる多くの冷却システムにおいて、特に圧縮機において、サイクルの一つ以上のコンポーネントを潤滑するために潤滑剤が冷媒と共に冷却サイクルを通じて循環される。冷媒は潤滑剤から分離できる。従来の蒸発器においては、分離された潤滑剤は装置から吸い上げて冷却サイクルに戻さなければならない。この潤滑剤の除去を実行するために従来の蒸発器は潤滑剤が集まるタンク領域に毛細管を備えなければならない。図３および図４に示すように、一つの実施例において、発明の蒸発器５３４が、潤滑剤を除去するための分離処理および機構を必要とせずに、冷媒と潤滑剤が重力により蒸発器５３４を通ってプレート５０８の上に流れ、蒸発器５３４の底から流れ出るようになっている。これは発明の蒸発器に対してかなりのコストと効率の節約を付加する。
【００６６】
上記のように、発明の蒸発器５３４は、ワークピースチャックに保持されたワークピースのような装置の温度を制御するために循環流体が用いられる温度制御設定に応用可能である。そのために、温度制御流体は流体を冷却するために蒸発器５３４を循環される。流体は流体入口５１２を通って蒸発器５３４に入り、蒸発器５３４のプレート５０８内に形成された通路７０１と、プレート５０８の間を接続するチューブ７０３の中を流れる。熱はプレート内の温度制御流体からプレートの外面に衝突する冷媒に伝達されて流体を冷却し、冷媒を加熱する。冷却された流体は流体出口５１４を通って蒸発器を出る。
【００６７】
このように、冷たい冷媒は、冷媒入口５０２を通って蒸発器５３４の上に入り、暖められながらプレート５０８に沿って流れ下る。暖められた冷媒は底にある出口５１０を通って蒸発器５３４を出る。それと対照的に、比較的に暖かい温度制御流体が入口５１２を通って蒸発器５３４の底から入り、出口５１４まで流れ上る。循環温度制御流体が蒸発器５３４を通り過ぎながら最も冷たい冷媒に向かって進行するので、この配置は高効率の熱伝達に備える。
【００６８】
図５Ａおよび図５Ｂは発明の一つの実施例による分配マニホールド５０４の模式的断面図である。図５Ａおよび図５Ｂはマニホールド５０４の縦軸の周りに互いに対して９０度回転されている。図に示すように、この実施例のマニホールド５０４はオリフィス５０３を含み、そこを通って冷媒が蒸発器５３４に入る。マニホールド５０４はまたマニホールド５０４の胴体に沿って形成された傾斜偏向面５０６を含む。上記のように、冷媒はオリフィス５０３を通ってマニホールド５０４に入り、冷媒が蒸発器プレート５０８の上に均等に分配されるように傾斜偏向面５０６により方向付けられる。
【００６９】
別の態様において、発明は、流体が循環されていない温度制御サイクル中にラインおよび／またはチャック内に残っている残留過剰温度制御流体についてチャックおよび流体循環ラインをパージする能力が提供される。パージはそのようなサイクル中に実行できる。このパージ工程は空気等の気体を流体循環ラインに強制的に通すことにより行なわれ、ラインとチャックから過剰流体を除去し、その過剰流体を流体タンクに戻す。
【００７０】
発明の一つの実施例において、チャックを通って循環する温度制御された流体は３Ｍ（商標）Ｎｏｖｅｃ（商標）Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ　Ｆｌｕｉｄ　ＨＦＥ―７１００として知られるメソキシ・ノナフルオロブタン（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）のようなハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）である。このタイプの流体は比較的低沸点を有し、高温で壊れ、フッ素イオンが形成され、流体循環ラインを通ってチャックの中に移動する。発明によれば、温度制御工程がラインとチャックを通って流体が循環されない状態に入るときに、ラインとチャックから残りのＨＦＥ流体を除去するために、ラインとチャックを通って空気を吹きつけるようにパージが行なわれ、こうしてフッ素イオンの形成とチャックとウェーハ領域の中への移動を防止する。
【００７１】
図６は発明の温度制御システムの別の実施例の模式的機能図である。図６に示す実施例においてチャックの温度を制御するためにチャック１２を通って循環されるＨＦＥ流体は発明による流体循環ラインからパージされる。図示のように、システム８００は冷却および流体温度制御システム８０２を含み、これは上記の発明によれば一般的に温度制御システムと呼ばれる。図６に示すように、温度制御流体はポンプ１２０により流体制御ライン８１４を通じて温度制御システム８０２の中に吸い上げられ、そこでその温度が上記に従って制御される。流体は流体ライン８１６に沿ってシステム８０２から出て、ライン８１０を通ってチャック１２まで流される。流体はチャック１２を通って循環され、ライン８１２に沿ってポンプ１２０まで戻り、そこで流体は再循環される。
【００７２】
上記のように、ポンプがオフされたときに、流体は循環されず、流体がラインとチャックに残り得る。チャックとラインが高温である場合、この残留流体は蒸発し続けて、壊れ、チャック内に、またおそらくワークピース領域に移動する望ましくないフッ素イオンを生じ、潜在的に汚染を生じる。発明のこの態様によれば、ライン８１０、８１２およびチャック１２から残留または過剰ＨＦＥ流体を除去またはパージするために、ラインとチャックを通って空気を循環できる。空気は入口８２４において供給され、ライン８１２に連結されたライン８２６を通ってチャック１２まで循環される。それが循環されながら、空気は残留ＨＦＥ流体および蒸気と混合する。チャック１２およびラインからのＨＦＥ流体および／または蒸気と結合した空気はライン８１０を伝ってライン８２８、８３０、および８３２を通って戻り、そこで流体タンク８０４への入力として供給される。従って発明のシステム８００は、過剰残留ＨＦＥ流体が循環用ラインとチャックから除去され、流体タンク８０４に戻されるようになっており、それはチャック内の温度を制御するために使用し続けることができる。
【００７３】
空気と流体がタンク８０４にライン８３２において入れられた際に、ＨＦＥ蒸気で飽和された、ＨＦＥ流体の上にあるタンクの上の空気は換気によりタンクの上から強制的に出される。この飽和空気が単純に大気に排気されたら、ＨＦＥの実質的損失が生じる。本発明によれば、その代わりに空気中の流体は回収され、タンク８０４に戻され、そこでチャック１２の温度を制御するために循環できる。発明によればタンク８０４内のＨＦＥ流体の上のＨＦＥ蒸気で飽和された空気は強制的にタンク８０４の上から圧力解放弁ＰＲＶを通り、ライン８３６を通って吸引ライン熱交換器８０６に入れられる。熱交換器８０６はＨＦＥ流体を凝縮する凝縮器の役目をする。吸入ライン熱交換器８０６に対する冷媒は冷却および流体温度制御システム８０２から冷媒ライン８２２を介して供給される。冷媒は冷媒ライン８２３を介してシステム８０２に戻される。熱交換器８０６はテキサス州のＰａｃｋｌｅｓｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　ｏｆ　Ｗａｃｏにより販売されるタイプのものでよい。具体的には吸入熱交換器８０６はＰａｃｋｌｅｓｓ　ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓのモデルＨＸＲ−５０冷媒熱交換器でもよい。
【００７４】
空気と凝縮されたＨＦＥ流体の混合物はライン８３８を通じて熱交換器８０６を出て、変形アキュムレータまたは流体分離器８０８に入り、そこで空気と流体が分離される。空気／流体混合物は分離を起こすに十分な速度と圧力で分離器の内壁に接するように入る。アキュムレータ８０８内の遠心力は空気とＨＦＥ流体を分離し、排気がアキュムレータ８０８の上８４０を通って出て、凝縮されたＨＦＥ流体がアキュムレータ８０８の底に沈む。アキュムレータ８０８の排気弁はアキュムレータを比較的高圧、例えば約６０ｐｓｉに加圧するために遮断される。タンク８０４が約２ｐｓｉ、アキュムレータ８０８が約６０ｐｓｉで電磁弁ＳＶ６が開かれて凝縮されたＨＦＥ流体を、ライン８３２を介してタンク８０４に強制的に戻し、それにより大量の流体を回収し、損失および大気への蒸気の逃げを最小にする。アキュムレータ８０８の上にある排気弁が開かれるときに、分離された空気がライン８４２に沿って電磁弁ＳＶ８を通って運ばれ、大気に排気される。
【００７５】
タンク８０４に集められたＨＦＥ流体はタンク８０４の底８１８から出て、さらなる流体が必要なときにライン８５０に沿ってポンプ１２０に戻される。こうして、失われていたかも知れない流体は回収され、チャック１２の温度を制御するために引続き用いられる。
【００７６】
今度は流体の回収あるいはパージシーケンスを図６を参照して述べる。コールドパージ中、ポンプ１２０はオフされ、電磁弁ＳＶ２は閉じ、電磁弁ＳＶ３は開き、６０ｐｓｉｇの空気を流体ライン８１２、８１０、およびチャック１２に入れ、こうして流体をタンク８０４に向かって戻す。弁ＳＶ６、ＳＶ４、およびＳＶ１は閉じられ、ＳＶ５は開かれてパージされた流体をライン８１０、８２８、８３０、および８３２に沿ってタンク８０４に流す。上記のように、戻る流体とパージ空気がタンク８０４に入るときにそれらはタンク８０４に入っていたＨＦＥ流体の飽和蒸気を換気する。換気された蒸気はパージ空気と共にタンク８０４を出て吸入ライン熱交換器８０６に達し、そこで蒸気はＨＦＥ流体に凝縮される。凝縮された流体とパージ空気は流体分離器（変形アキュムレータ）８０８に留まり続け、そこで分離される。空気は通常は開かれた電磁弁ＳＶ８を通って大気に排気され、一方流体は分離器８０８の底に残る。
【００７７】
パージが終了すると、弁ＳＶ３は閉じ、システムに対し空気を遮断する。一つの実施例において、約１０秒後、弁ＳＶ５とＳＶ８は閉じ、タンク８０４を吸入ライン熱交換器８０６と分離器８０８から隔離する。一つの実施例において、約２秒の遅延後、弁ＳＶ３とＳＶ１は開き、空気が吸入ライン熱交換器８０６と流体分離器８０８を約６０ｐｓｉｇに加圧する。この時点で、タンク８０４は解放弁ＰＲＶにより約２ｐｓｉｇに設定される。一つの実施例において、約１０秒後、弁ＳＶ３とＳＶ１は閉じ、約２秒後、弁ＳＶ６は開き、流体を強制的にタンク８０４に戻す。約１０秒後、弁ＳＶ８とＳＶ１は開き、一方ＳＶ６は閉じ、システムを排気させる。その後に、約１秒の遅延の後にＳＶ１は閉じる。
【００７８】
図７Ａは発明の一つの実施例による流体分離器（変形アキュムレータ）８０８の図である。図７Ｂは図７Ａの線Ａ−Ａに沿って見た分離器８０８の断面図である。分離器８０８は共振器／マフラー胴体部８１１を含み、その中で空気と流体が循環する。空気／流体の組合せは、共振器／マフラー胴体部８１１の内壁に対して接するように向いている入口８０９を通って共振器／マフラー胴体部８１１に入る。空気／流体は十分高速かつ高圧で入り、それらが内部を通って回転したときに遠心力がそれらを分離する。分離された流体は、流体ライン８４４に接続されたオプションのストレーナ出口８４５を通って逃げ（図６参照）、分離された空気は分離器８０８に取り付けられた空気ライン８４２を通って反対側の端から逃げる。
【００７９】
本発明はその好ましい実施例を参照して具体的に示され、かつ述べられたが、上記の特許請求の範囲に定められる発明の精神と範囲から逸脱することなく、形式と詳細における種々の変更が本願において成され得ることは当業者にはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の温度制御システムの一つの実施例の模式的詳細ブロック図である。
【図２】発明の温度制御システムの別の実施例の模式的詳細ブロック図である。
【図３】本発明の一つの実施例による蒸発器の模式的斜視図である。
【図４】発明による図３の蒸発器の内部の模式的断面図である。
【図５Ａ】発明による分配マニホールドの一つの実施例の模式的断面図である。
【図５Ｂ】発明による分配マニホールドの一つの実施例の模式的断面図である。
【図６】循環温度制御流体がチャックおよび循環ラインからパージされ、流体循環システムに戻されるチャック温度制御システムの模式的機能ブロック図である。
【図７Ａ】発明の一つの実施例による流体分離器（変形アキュムレータ）の図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線Ａ−Ａに沿って見た発明の分離器の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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