(57)【要約】【課題】簡素な設備で俊敏な温度変更が可能となり、しかもランニングコストや冷媒のハンドリング等の面でも問題のない冷却加熱装置を提供する。【解決手段】パルスチューブ冷凍機３の冷端４側の冷熱を伝達する熱媒体をチャック部２に対して供給することにより上記チャック部２を冷却する冷却手段と、上記パルスチューブ冷凍機３の温端５側の熱を伝達する熱媒体をチャック部２に対して供給することにより上記チャック部２を加熱する加熱手段と、上記冷却手段による冷却状態と加熱手段による加熱状態とを切り替え制御することにより制御対象部を冷却もしくは加熱する制御手段とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスチューブ冷凍機の冷端側の冷熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を冷却する冷却手段と、
上記パルスチューブ冷凍機の温端側の熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を加熱する加熱手段と、
上記冷却手段による冷却状態と加熱手段による加熱状態とを切り替え制御することにより制御対象部を冷却もしくは加熱する制御手段とを備えたことを特徴とする冷却加熱装置。
【請求項２】
上記熱媒体として常温で気体のガスを使用している請求項１記載の冷却加熱装置。
【請求項３】
上記加熱手段で制御対象部を加熱している間、冷却手段では制御対象部を冷却するための熱媒体を冷却して蓄積するように構成されている請求項１または２記載の冷却加熱装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記加熱手段による加熱状態から冷却手段による冷却状態に切り替えるときに、加熱された制御対象部に上記蓄積された熱媒体を供給して冷却するよう制御する請求項３記載の冷却加熱装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記冷却手段による冷却状態から加熱手段による加熱状態に切り替えるときに、パルスチューブ冷凍機の昇温運転を行なって冷端側を昇温することにより制御対象部を昇温する請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却加熱装置。
【請求項６】
上記制御対象部に供給される熱媒体は空気であり、制御対象部に供給されて熱交換を終えた熱媒体を大気放出する請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却加熱装置。
【請求項７】
パルスチューブ冷凍機の冷端側の冷熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を冷却する冷却状態と、上記パルスチューブ冷凍機の温端側の熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を加熱する加熱状態とを切り替え制御することにより制御対象部を冷却もしくは加熱することを特徴とする冷却加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象部を例えば−１００℃以下程度から＋１５０℃以上程度まで冷却および加熱することが可能な冷却加熱装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の冷却加熱装置は、例えば半導体ウェハの電気的特性の検査を行なう検査装置に用いられており、下記の特許文献１および２に示すものが開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された検査装置は、図８に示すように、冷却加熱の対象部であるウェハチャック１１１と、上記ウェハチャック１１１の冷却および加熱を行なう冷却加熱装置１１２とを備えて構成されている。
【０００４】
上記冷却加熱装置１１２は、第１循環路１１７を循環する一次冷却液を冷却もしくは加熱するスターリング熱機関１２０と、第１循環路１１７を循環する一次冷却液により冷却もしくは加熱される二次冷却液が貯留される冷却液タンク１１３と、上記冷却液タンク１１３の二次冷却液を循環させてウェハチャック１１１を冷却もしくは加熱する第２循環路１１５とを備えて構成されている。図において、１１６、１１４はそれぞれ第１循環路１１７および第２循環路１１５の冷却液を循環させるための循環ポンプである。
【０００５】
上記スターリング熱機関１２０は、駆動機構１２１が正転することにより作動ガスが圧縮／膨張されて熱交換器１３０を冷却すると同時に放熱器１２８を加熱する。反対に、駆動機構１２１が逆転することにより作動ガスが圧縮／膨張されて熱交換器１３０を加熱すると同時に放熱器１２８を冷却する。このときの熱交換器１３０の冷却または加熱により、第１循環路１１７を循環する一次冷却液の冷却もしくは加熱を行なうようになっている。
【０００６】
熱交換器１３０を冷却しているときに加熱された放熱器１２８の熱および、熱交換器１３０を加熱しているときに冷却された放熱器１２８の冷熱は、冷却水循環路１２２を循環する冷却水で放熱されるようになっている。図において、１２３は冷却水循環路１２２の冷却水を循環させるポンプ、１２５は冷却水循環路１２２の冷却水を放熱させるための放熱部、１２４は放熱部１２５を放熱させるためのファンである。
【０００７】
上記冷却液タンク１１３には、二次冷却液の温度を検出する温度センサ１１３Ａが設けられ、上記温度センサ１１３Ａの検出値に基づいて温度調節器１１８が作動し、温度調節器１１８からの信号に基づいて熱機関駆動用のインバータ１１９が作動してスターリング熱機関１２０の駆動機構１２１の正転および逆転を制御するようになっている。
【０００８】
これにより、駆動機構１２１の正転および逆転を制御して熱交換器１３０を所望の温度に冷却もしくは加熱して第１循環路１１７の一次冷却液を冷却もしくは加熱し、一時冷却液の循環によってさらに第２循環路１１５の二次冷却液を冷却もしくは加熱し、二次冷却液の循環により対象部であるウェハチャック１１１を冷却もしくは加熱しうるようになっている。
【特許文献１】特開２００７−２４００３５
【特許文献２】特開２００４−００３７５３
【特許文献３】特開平７−０４９１５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の冷却加熱装置では、ウェハチャックを冷却するときはスターリング熱機関で熱交換器を冷却することにより冷却液を冷却し、反対にウェハチャックを加熱するときはスターリング熱機関で熱交換器を加熱することにより冷却液を加熱する。スターリング熱機関は、熱交換器を冷却したときは放熱器が加熱されてその熱は放熱部で放熱させる必要がある。一方、熱交換器を加熱したときは放熱器が冷却されてその冷熱は放熱部で放熱させる必要がある。このように、熱交換器を冷却したときに発生する熱も、熱交換器を加熱したときに発生する冷熱も、全く利用することなく放熱させてしまうことから、極めて熱効率が悪いという問題がある。
【００１０】
また、上記従来の冷却加熱装置では、冷媒（冷却液）として液体を用いているため、温度変更の際には対象部であるウェハチャックだけでなく、熱容量の大きい液体まで冷却または加熱しなければならず、温度変更に要する時間が長くかかるという問題がある。また、冷却液としては一般にハイドロフルオロエーテル等の冷媒が使用されるが、非常に高価であるうえ、漏れ出るのは環境に好ましくない。しかも、このような溶媒は沸点が低いため、加熱時に蒸発しやすく、配管の圧力が上がるために耐圧構造を強化する必要があるうえ、漏れ防止のためのシーリングにも十分なものとする必要が生じる。このため、冷却液を直接対象部であるウェハチャックに循環させることができず、冷却液の循環系統を一次循環路と二次循環路の２系統にする必要もある。このために温度変更には、まず一次循環系統を温度変更し、その温度変化によって二次循環系統を温度変更し、それによってやっと対象部であるウェハチャック等の温度変更がなされるため、温度変更には非常に長時間を要するという問題がある。
【００１１】
このように、従来の冷却加熱装置では、俊敏な温度変更ができないうえ、設備も大掛かりでランニングコストも高くつき、冷媒のハンドリング等の面でも煩雑なものがあった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、簡素な設備で俊敏な温度変更が可能となり、しかもランニングコストや冷媒のハンドリング等の面でも問題のない冷却加熱装置および方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の冷却加熱装置は、パルスチューブ冷凍機の冷端側の冷熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を冷却する冷却手段と、
上記パルスチューブ冷凍機の温端側の熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を加熱する加熱手段と、
上記冷却手段による冷却状態と加熱手段による加熱状態とを切り替え制御することにより制御対象部を冷却もしくは加熱する制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の冷却加熱方法は、パルスチューブ冷凍機の冷端側の冷熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を冷却する冷却状態と、上記パルスチューブ冷凍機の温端側の熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を加熱する加熱状態とを切り替え制御することにより制御対象部を冷却もしくは加熱することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
すなわち、本発明は、パルスチューブ冷凍機を運転することによって冷端側に発生する冷熱を冷却に利用し、パルスチューブ冷凍機を運転することによって温端側に発生する熱を加熱に利用することから、従来の冷却加熱装置に比べて極めて熱効率が良い。
【００１６】
また、上記熱媒体として常温で気体のガスを使用している場合には、熱媒体としてのガスの熱容量が液体に比べて小さいため、温度変更に要する時間が短縮される。また、従来のＨＦＣ等の溶媒を使用する場合に比べて加熱時の圧力上昇も小さく、耐圧構造も簡素なものですむ。また、空気や窒素等の放出可能なガスを使用した場合には、ガス漏れに対する配慮も簡素なものにすることができ、設備を大幅に簡素化することができる。また、放出可能なガスであれば、ランニングコストや冷媒のハンドリング等の面でも有利である。しかも、従来のような２系統の冷却路を設ける必要がなく、熱媒体ガスの供給経路を直接制御対象部に導入することができるため、温度変更に要する時間がさらに短縮され、俊敏な温度変更が可能となる。
【００１７】
本発明において、上記加熱手段で制御対象部を加熱している間、冷却手段では制御対象部を冷却するための熱媒体を冷却して蓄積するように構成されている場合には、パルスチューブ冷凍機の運転中には常に温端側が加熱され、冷端側が冷却されるため、温端の熱を加熱に利用して加熱手段で制御対象部を加熱している間、冷端側の冷熱を利用して制御対象部を冷却するための熱媒体を冷却して蓄積することにより、つぎに冷却が必要なときに冷却されて蓄積された熱媒体を利用して急冷することができ、極めて熱効率よく、加熱状態から冷却状態への温度変更を俊敏に行なうことができる。
【００１８】
本発明において、上記制御手段は、上記加熱手段による加熱状態から冷却手段による冷却状態に切り替えるときに、加熱された制御対象部に上記蓄積された熱媒体を供給して冷却するよう制御する場合には、加熱状態から冷却状態に切り替えるときに、加熱手段で制御対象部を加熱している間に冷却されて蓄積された熱媒体を利用して急冷することができ、極めて熱効率よく、加熱状態から冷却状態への温度変更を俊敏に行なうことができる。
【００１９】
本発明において、上記制御手段は、上記冷却手段による冷却状態から加熱手段による加熱状態に切り替えるときに、パルスチューブ冷凍機の昇温運転を行なって冷端側を昇温することにより制御対象部を昇温する場合には、パルスチューブ冷凍機自体の昇温運転により制御対象部を昇温するため、冷却状態から加熱状態への切り換えが極めて速やかに行なわれるほか、温端の熱を蓄積する必要がないことから、高温の熱蓄積部を設ける必要がなく、危険が少ない。
【００２０】
本発明において、上記制御対象部に供給される熱媒体は空気であり、制御対象部に供給されて熱交換を終えた熱媒体を大気放出する場合には、ガス漏れに対する配慮も簡素なものにすることができ、設備を大幅に簡素化することができる。また、放出可能なガスであれば、ランニングコストや冷媒のハンドリング等の面でも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００２２】
図１は、本発明の冷却加熱装置の一実施の形態を示す。この例は、本発明を半導体ウェハの電気的特性の検査を行なう検査装置に適用した例であり、温度制御対象部を例えば−１００℃以下程度から＋１５０℃以上程度まで冷却および加熱することが可能な冷却加熱装置である。
【００２３】
この装置は、上記検査装置においてウェハのチャックを行なう本発明の制御対象部としてのチャック部２と、上記制御対象部としてのチャック部２の冷却および加熱を行なう冷却加熱装置１とを備えて構成されている。
【００２４】
上記チャック部２は、冷却加熱装置１から熱媒体の供給を受けてチャック部２を冷却もしくは加熱するための熱媒体供給路６が設けられている。また、上記チャック部２には、熱媒体供給路６への熱媒体の供給で加熱が不足したときに熱を補うための電気ヒータ７が設けられている。一方、上記チャック部２には、内部に検査の際の雰囲気ガスとなるドライエアを供給するドライエア供給路８および、ドライエアを排出するドライエア排出路９が設けられている。
【００２５】
上記冷却加熱装置１は、パルスチューブ冷凍機３を備え、パルスチューブ冷凍機３の冷端４側の冷熱を伝達する熱媒体をチャック部２に対して供給することにより上記チャック部２を冷却する冷却手段を備えている。また、上記パルスチューブ冷凍機３の温端５側の熱を伝達する熱媒体をチャック部２に対して供給することにより上記チャック部２を加熱する加熱手段を備えている。そして、上記冷却手段による冷却状態と加熱手段による加熱状態とを切り替え制御することによりチャック部２を冷却もしくは加熱する制御手段をさらに備えて構成されている。
【００２６】
より詳しく説明すると、上記パルスチューブ冷凍機３は、圧縮機１３からの作動ガスが供給される蓄冷管１２と、この蓄冷管１２に連通しているパルス管１１とを備えている。上記パルス管１１と蓄冷管１２に挟まれた部分に冷端４が、パルス管１１の冷端４との他端側に温端５が設けられている。さらに、上記パルス管１１の温端５側に高圧バッファタンク１４および低圧バッファタンク１５が接続され、上記蓄冷管１２の冷端４とは反対側の端部に作動ガスを圧縮する圧縮機１３が接続されている。この状態で、パルス管１１の温端５側のバッファ接続管１６から、蓄冷管１２端部の圧縮機接続管１７まで作動ガスが流通しうるようになっている。
【００２７】
蓄冷管１２端部の圧縮機接続管１７には、圧縮機１３の高圧側が高圧側バルブ１８を介して接続されるとともに、圧縮機１３の低圧側が低圧側バルブ１９を介して接続されている。一方、パルス管１１温端５側のバッファ接続管１６には、高圧バッファタンク１４が高圧バッファバルブ２０を介して接続されるとともに、低圧バッファタンク１４が低圧バッファバルブ２１を介して接続されている。
【００２８】
上記構成により、上記パルスチューブ冷凍機３はつぎのようにして運転され、冷端４側に冷熱を発生するとともに、温端５側に温熱を発生する。
【００２９】
すなわち、初期状態では、パルス管１１は圧縮機１３の低圧側と同圧になっており、この状態から圧縮機１３の運転と、高圧側バルブ１８、低圧側バルブ１９、高圧バッファバルブ２０、低圧バッファバルブ２１の切換え開閉動作が開始されることにより、冷凍機の運転が開始する。
【００３０】
まず最初に、高圧側バルブ１８が開弁され、高圧バッファタンク１４がパルス管１１に連通すると、高圧バッファタンク１４内の高圧ガスがパルス管１１内に流入し、パルス管１１のガス圧は高圧バッファタンク１４の圧力近くまで上昇する。
【００３１】
ついで、高圧側バルブ１８が開弁されることにより、圧縮機１３の高圧側が圧縮機接続管１７，蓄冷管１２，冷端４，パルス管１１，温端５およびバッファ接続管１６を経て高圧バッファタンク１４に連通する。このときの圧縮機１３からの高圧ガスは高圧バッファタンク１４のガス圧よりも高くなっており、パルス管１１に流入した高圧ガスは高圧バッファタンク１４に流入する。
【００３２】
つぎに、高圧側バルブ１８および高圧バッファバルブ２０が開弁され、低圧バッファバルブ２１が開弁されると、パルス管１１内の作動ガスが低圧バッファタンク１５に流入し、パルス管１１内のガス圧が低下する。このとき、作動ガスが膨張して温度降下し、パルス管１１の冷端４側を冷却する。
【００３３】
そして、低圧側バルブ１９が開弁されると、低圧バッファタンク１５がバッファ接続管１６、温端５、パルス管１１、冷端４、蓄冷管１２および圧縮機接続管１７を経て圧縮機１３の低圧側に連通される。これにより、パルス管１１で膨張した作動ガスが圧縮機１３の低圧側に排出されるとともに、低圧バッファタンク１５内のガスがパルス管１１に流入する。そののち、低圧側バルブ１９および低圧バッファバルブ２１が閉弁され、再び最初の高圧側バルブ１８の開弁動作に戻る。
【００３４】
以上に述べたサイクルを繰り返すことにより、圧縮機１３の運転と、高圧側バルブ１８、低圧側バルブ１９、高圧バッファバルブ２０および低圧バッファバルブ２１の切換え開閉動作により、作動ガスが連続的に冷端４側に冷熱を発生する一方、温端５側に温熱を発生する。
【００３５】
ここで、上記パルスチューブ冷凍機３は、バッファ接続管１６と、圧縮機１３の低圧側とが昇温路２２で接続されており、上記昇温路２２に設けられた昇温バルブ２３を開弁制御することにより、温端５、パルス管１１、冷端４、蓄冷管１２内に、蓄冷管１２側から温端５側に向かう作動ガスの流れを生じさせて内部を均圧化し、パルスチューブ冷凍機３の冷端４の温度を上昇させる昇温運転を行ない得るようになっている。
【００３６】
上記パルスチューブ冷凍機３には、温端５側の熱を伝達する熱媒体と熱交換を行なう加熱用熱交換器２５が設けられている。また、上記パルスチューブ冷凍機３には、冷端４側の熱を伝達する熱媒体と熱交換を行なう冷却用熱交換器２６および蓄冷用熱交換器２７が設けられている。
【００３７】
上記冷却用熱交換器２６には、チャック部２の熱媒体供給路６と連通する熱媒体循環路２９の一部が通過し、熱媒体循環路２９を通過する熱媒体と冷端４側の冷熱とが熱交換を行なって循環し、冷却された熱媒体が熱媒体供給路６を通過することによりチャック部２を冷却するようになっている。ここで、熱媒体循環路２９を循環する熱媒体としては、常温で気体のガスが使用され、この例では、後述するように、チャック部２のドライエア排出路９から排出されたドライエアが導入されて循環するようになっている。
【００３８】
すなわち、上記冷却用熱交換器２６、熱媒体循環路２９、熱媒体供給路６等が、パルスチューブ冷凍機３の冷端４側の冷熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を冷却する本発明の冷却手段として機能する。
【００３９】
上記熱媒体循環路２９には、循環路熱交換器３０およびファン３１が設けられ、熱媒体循環路２９を循環する熱媒体を一旦常温付近まで加熱してファン３１で循環のための圧力を付与し、再び冷却して循環させるようになっている。また、上記熱媒体循環路２９には、放出弁３２が設けられ、熱媒体循環路２９に導入された熱媒体を放出しうるようになっている。
【００４０】
上記加熱用熱交換器２５には、チャック部２のドライエア排出路９に接続された加熱用ドライエア導入路３３が通過し、チャック部２から排出されたドライエアが熱媒体として導入され、温端５側の熱と熱交換してチャック部２を加熱するための熱媒体として熱媒体循環路２９に導入しうるようになっている。上記加熱用ドライエア導入路３３には、加熱用ドライエア導入弁３５が設けられている。熱媒体循環路２９に導入されたドライエアは、熱媒体供給路６を通過することによりチャック部２を加熱し、その後は放出弁３２から放出されるようになっている。
【００４１】
すなわち、上記加熱用熱交換器２５、加熱用ドライエア導入路３３、熱媒体循環路２９熱媒体供給路６等が、上記パルスチューブ冷凍機３の温端５側の熱を伝達する熱媒体を制御対象部に対して供給することにより上記制御対象部を加熱する加熱手段として機能する。
【００４２】
上記蓄冷用熱交換器２７には、チャック部２のドライエア排出路９に接続された蓄冷用ドライエア導入路３４が通過し、チャック部２から排出されたドライエアが熱媒体として導入され、冷端４側の冷熱と熱交換してチャック部２を冷却するための熱媒体として液体空気となって液体空気タンク３７に貯留され、冷熱を蓄積するようになっている。すなわち、上記蓄冷用熱交換器２７、蓄冷用ドライエア導入路３４、液体空気タンク３７等が、蓄冷手段として機能する。
【００４３】
上記液体空気タンク３７に貯留された液体空気は、液体空気導入路３９および液体空気導入弁３８を介して熱媒体循環路２９に導入されるようになっている。熱媒体循環路２９に導入された液体空気は、熱媒体供給路６を通過することによりチャック部２を冷却し、その後は放出弁３２から放出されるようになっている。すなわち、上記液体空気タンク３７、液体空気導入路３９、熱媒体循環路２９、熱媒体供給路６等が、蓄冷冷媒供給手段として機能する。
【００４４】
つぎに、ウェハを検査する際の冷却加熱装置の運転状態について説明する。
【００４５】
以下の説明では、図示しない制御手段が、加熱用ドライエア導入弁３５、蓄冷用ドライエア導入弁３６、液体空気導入弁３８、昇温バルブ２３、放出弁３２およびファン３１等の開閉制御を行う。すなわち、上記制御手段が、上記冷却手段による冷却状態と加熱手段による加熱状態とを切り替え制御することにより制御対象部を冷却もしくは加熱する本発明の制御手段として機能する。
【００４６】
まず、上述したように、圧縮機１３の運転と、高圧側バルブ１８、低圧側バルブ１９、高圧バッファバルブ２０および低圧バッファバルブ２１の切換え開閉動作により、パルスチューブ冷凍機３を運転し、冷端４側に冷熱を発生させるとともに、温端５側に温熱を発生させる。
【００４７】
〔高温運転；加熱状態〕
図２は、ウェハを高温検査するときの運転状態すなわち加熱状態を示す。まず、制御手段は、上記加熱用ドライエア導入弁３５および放出弁３２を開弁制御し、チャック部２から排出されるドライエア（空気）を加熱用熱交換器２５で加熱して熱媒体循環路２９に導入する。熱媒体循環路２９に導入された加熱空気は、熱媒体供給路６に供給されてチャック部２を加熱し、熱交換を終えた熱媒体としての空気は熱媒体循環路２９から放出弁３２を介して大気放出される。これにより、パルスチューブ冷凍機３の温端５側の熱を利用した加熱運転が可能となる。このとき、熱媒体供給路６に供給される加熱空気の熱量だけで十分な加熱が得られない場合には、補助的に電気ヒータ７を併用してチャック部２を加熱することが行なわれる。
【００４８】
〔蓄冷運転〕
図３は、上記加熱運転の最中に行なう蓄冷運転を説明する図である。上記加熱状態の運転を行なっている間に、パルスチューブ冷凍機３の冷端４側の冷熱を蓄積する蓄冷運転を同時に行なう。すなわち、制御手段は、蓄冷用ドライエア導入弁３６を開弁制御し、チャック部２から排出されるドライエア（空気）を蓄冷用ドライエア導入路３４に導入して蓄冷用熱交換器２７で冷却することにより液体空気とし、この液体空気を液体空気タンク３７に貯留することが行なわれる。このように、加熱手段で制御対象部を加熱している間、冷却手段では制御対象部を冷却するための熱媒体を冷却して蓄積するように構成されている。これにより、パルスチューブ冷凍機３の温端５側の熱を利用した加熱運転を行なっている間に、冷端４側の冷熱を利用した蓄熱運転を行なうようになっている。
【００４９】
〔高温運転→低温運転の切り換え〕
図４は、高温検査が終了して低温検査に切り換えるときの切り換え運転状態を説明する図である。上記制御手段は、加熱用ドライエア導入弁３５および蓄冷用ドライエア導入弁３６を閉弁制御するとともに、液体空気導入弁３８を開弁制御し、液体空気タンク３７に蓄積された液体空気を熱媒体循環路２９に導入する。熱媒体循環路２９に導入された液体空気は、熱媒体供給路６に供給されてチャック部２を冷却し、熱交換を終えた熱媒体としての空気は熱媒体循環路２９から放出弁３２を介して大気放出される。これにより、加熱運転中に蓄積された冷熱でチャック部２を急冷し、高温運転から低温運転への切り換えを俊敏に行なう。すなわち、上記制御手段は、上記加熱手段による加熱状態から冷却手段による冷却状態に切り替えるときに、加熱された制御対象部に上記蓄積された熱媒体を供給して冷却するよう制御する。
【００５０】
〔低温運転；冷却状態〕
図５は、ウェハを低温検査するときの運転状態すなわち冷却状態を示す。まず、上記制御手段は、放出弁３２を閉弁制御するとともにファン３１を駆動制御し、熱媒体循環路２９での空気の循環を開始し、まもなく液体空気導入弁３８を閉弁制御する。そして、熱媒体循環路２９を循環する空気は、順じ冷却用熱交換器２６で冷端４側の冷熱で冷却されて熱媒体供給路６に供給され、チャック部２を連続的に冷却する。
【００５１】
〔低温運転→高温運転の切り換え〕
図６は、低温検査が終了して高温検査に切り換えるときの切り換え運転状態を説明する図である。上記制御手段は、昇温バルブ２３を開弁制御し、パルスチューブ冷凍機３の昇温運転を行なう。すなわち、圧縮機１３で圧縮された作動ガスを、蓄冷管１２側から温端５側に向かって流して蓄冷管１２やパルス管１１内を均圧化し、冷端４の温度を上昇させる。このとき、低温運転で行なった熱媒体循環路２９での空気の循環を継続し、常温付近まで温度上昇した冷端４の熱を冷却用熱交換器２６で熱媒体循環路２９を流れる空気に熱交換し、それを熱媒体供給路６に供給することにより、チャック部２を昇温する。すなわち、上記制御手段は、上記冷却手段による冷却状態から加熱手段による加熱状態に切り替えるときに、パルスチューブ冷凍機３の昇温運転を行なって冷端側を昇温することにより制御対象部を昇温するように構成されている。
【００５２】
チャック部２が常温付近まで昇温されたら、検査を終了する場合は終了する。次の検査を行なう場合は、制御手段は昇温バルブ２３を開弁制御してパルスチューブ冷凍機３を通常運転に戻し、冷端４が冷却されるとともに、温端５が加熱されると、再び制御手段は、上記加熱用ドライエア導入弁３５および放出弁３２を開弁制御して加熱運転を行なうとともに、蓄冷用ドライエア導入弁３６を開弁制御して蓄冷運転を行なう（図２および図３参照）。
【００５３】
以上のように、上記実施形態の冷却加熱装置では、パルスチューブ冷凍機３を運転することによって冷端４側に発生する冷熱を冷却に利用し、パルスチューブ冷凍機３を運転することによって温端５側に発生する熱を加熱に利用することから、従来の冷却加熱装置に比べて極めて熱効率が良い。
【００５４】
また、上記熱媒体として常温で気体のガスを使用しているため、熱媒体としてのガスの熱容量が液体に比べて小さいため、温度変更に要する時間が短縮される。また、従来のＨＦＣ等の溶媒を使用する場合に比べて加熱時の圧力上昇も小さく、耐圧構造も簡素なものですむ。また、空気や窒素等の放出可能なガスを使用したため、ガス漏れに対する配慮も簡素なものにすることができ、設備を大幅に簡素化することができる。また、放出可能なガスであれば、ランニングコストや冷媒のハンドリング等の面でも有利である。しかも、従来のような２系統の冷却路を設ける必要がなく、熱媒体ガスの供給経路を直接制御対象部に導入することができるため、温度変更に要する時間がさらに短縮され、俊敏な温度変更が可能となる。
【００５５】
また、上記加熱手段で制御対象部を加熱している間、冷却手段では制御対象部を冷却するための熱媒体を冷却して蓄積するように構成されているため、パルスチューブ冷凍機３の運転中には常に温端５側が加熱され、冷端４側が冷却されるため、温端５の熱を加熱に利用して加熱手段で制御対象部を加熱している間、冷端４側の冷熱を利用して制御対象部を冷却するための熱媒体を冷却して蓄積することにより、つぎに冷却が必要なときに冷却されて蓄積された熱媒体を利用して急冷することができ、極めて熱効率よく、加熱状態から冷却状態への温度変更を俊敏に行なうことができる。
【００５６】
また、上記制御手段は、上記加熱手段による加熱状態から冷却手段による冷却状態に切り替えるときに、加熱された制御対象部に上記蓄積された熱媒体を供給して冷却するよう制御するため、加熱状態から冷却状態に切り替えるときに、加熱手段で制御対象部を加熱している間に冷却されて蓄積された熱媒体を利用して急冷することができ、極めて熱効率よく、加熱状態から冷却状態への温度変更を俊敏に行なうことができる。
【００５７】
また、上記制御手段は、上記冷却手段による冷却状態から加熱手段による加熱状態に切り替えるときに、パルスチューブ冷凍機３の昇温運転を行なって冷端４側を昇温することにより制御対象部を昇温するため、パルスチューブ冷凍機３自体の昇温運転により制御対象部を昇温するため、冷却状態から加熱状態への切り換えが極めて速やかに行なわれるほか、温端５の熱を蓄積する必要がないことから、高温の熱蓄積部を設ける必要がなく、危険が少ない。
【００５８】
また、上記チャック部２に供給される熱媒体は空気であり、制御対象部に供給されて熱交換を終えた熱媒体を大気放出する場合には、ガス漏れに対する配慮も簡素なものにすることができ、設備を大幅に簡素化することができる。また、放出可能なガスであれば、ランニングコストや冷媒のハンドリング等の面でも有利である。
【００５９】
なお、上記実施形態では、冷却運転の際に熱媒体循環路２９に熱媒体である空気を循環させるようにしたが、常に空気を導入して冷却用熱交換器２６で冷却された空気を熱媒体供給路６に供給してチャック部２の冷却を行い、熱交換終了後の空気を放出するようにすることもできる。
【００６０】
図７は、本発明の第２実施形態を示す。
【００６１】
この例では、冷端４側の冷熱および温端５側の熱を熱媒体に熱交換して制御対象部であるチャック部２に供給するのではなく、パルスチューブ冷凍機３の冷端部４Ａの作動ガスおよび温端部５Ａの作動ガスを直接、チャック部２や蓄冷用熱交換器２７に供給して熱交換するようにしたものである。
【００６２】
より詳しく説明すると、パルスチューブ冷凍機３の温端部５Ａを構成するバッファ接続管１６の一部が延長されてチャック部２内の加熱用熱交換部４１に接続されている。これにより、バッファ接続管１６を流れる加熱された作動ガスが直接加熱用熱交換部４１に導入されてチャック部２を加熱しうるようになっている。
【００６３】
一方、パルスチューブ冷凍機３の冷端部４Ａを構成する冷端管４２の一部が延長されてチャック部２内の冷却用熱交換部４３に接続されている。これにより、冷端管４２を流れる冷却された作動ガスが直接冷却用熱交換部４３に導入されてチャック部２を冷却しうるようになっている。
【００６４】
また、パルスチューブ冷凍機３の冷端部４Ａを構成する冷端管４２の一部が分岐されて液体空気タンク３７に貯留する液体空気を生成するための蓄冷用熱交換部４４に接続されている。これにより、冷端管４２を流れる冷却された作動ガスが蓄冷用熱交換部４４に導入されて液体空気タンク３７に液体空気が貯留されるようになっている。液体空気タンク３７に貯留された液体空気は、蓄冷ガス用熱交換部４５に導入されてチャック部２を冷却し、その後は放出される。
【００６５】
図において、４７は、パルスチューブ冷凍機３の温端部５Ａを流れる作動ガスを、加熱用熱交換部４１に供給するか、供給しないで直接高圧バッファタンク１４または低圧バッファタンク１５に導入するかを切り換える第１切換弁４７である。また、４８は、パルスチューブ冷凍機３の冷端部４Ａを流れる作動ガスを、冷却用熱交換部４３に供給するか、蓄冷用熱交換部４４に供給するかを切り換える第２切換弁４８である。
【００６６】
この例では、制御手段は、上記第１切換弁４７および第２切換弁４８等を切り換え制御して上述したのと同様の高温運転（加熱状態）、蓄冷運転、高温運転→低温運転の切り換え運転、低温運転（冷却状態）、低温運転→高温運転の切り換え運転を実現するようになっている。それ以外は、上記実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この例でも、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態の冷却加熱装置を示す構成図である。
【図２】上記冷却加熱装置の運転状態を説明する構成図である。
【図３】上記冷却加熱装置の運転状態を説明する構成図である。
【図４】上記冷却加熱装置の運転状態を説明する構成図である。
【図５】上記冷却加熱装置の運転状態を説明する構成図である。
【図６】上記冷却加熱装置の運転状態を説明する構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の冷却加熱装置を示す構成図である。
【図８】従来技術を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  冷却加熱装置
２  チャック部
３  パルスチューブ冷凍機
４  冷端
４Ａ  冷端部
５  温端
５Ａ  温端部
６  熱媒体供給路
７  電気ヒータ
８  ドライエア供給路
９  ドライエア排出路
１１  パルス管
１２  蓄冷管
１３  圧縮機
１４  高圧バッファタンク
１５  低圧バッファタンク
１６  バッファ接続管
１７  圧縮機接続管
１８  高圧側バルブ
１９  低圧側バルブ
２０  高圧バッファバルブ
２１  低圧バッファバルブ
２２  昇温路
２３  昇温バルブ
２５  加熱用熱交換器
２６  冷却用熱交換器
２７  蓄冷用熱交換器
２９  熱媒体循環路
３０  循環路熱交換器
３１  ファン
３２  放出弁
３３  加熱用ドライエア導入路
３４  蓄冷用ドライエア導入路
３５  加熱用ドライエア導入弁
３６  蓄冷用ドライエア導入弁
３７  液体空気タンク
３８  液体空気導入弁
３９  液体空気導入路
４１  加熱用熱交換部
４２  冷端管
４３  冷却用熱交換部
４４  蓄冷用熱交換部
４５  蓄冷ガス用熱交換部
４７  第１切換弁
４８  第２切換弁
１１１  ウェハチャック
１１２  冷却加熱装置
１１３  冷却液タンク
１１３Ａ  温度センサ
１１４  ポンプ
１１５  第２循環路
１１６  ポンプ
１１７  第１循環路
１１８  温度調節器
１１９  インバータ
１２０  スターリング熱機関
１２１  駆動機構
１２２  冷却水循環路
１２３  ポンプ
１２４  ファン
１２５  放熱部
１２８  放熱器
１３０  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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