JP2001134324A - 温度調整システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 温度制御対象物の設定温度を短時間で変更さ
せることの可能な温度調整システムを提供すること。 【解決手段】 温度制御対象物Ｗを載置するプレート２
Ａと熱交換器２Ｃを備えた温調プレート２を温調するた
めの装置３で、蓄冷及び蓄熱回路１０Ｓ，２０Ｓは夫
々、貯留タンク１１、２１と圧送ポンプ２１、２２と冷
却及加熱手段１３、２３とを介して当熱交換器の流体出
口と入口２Ｃｏ，２Ｃｉを繋ぐ夫々の循環回路１０、２
０と夫々蓄冷及蓄熱切換弁１４、２４を介して夫々の閉
ループ回路を構成し、流体出口と両循環回路の一方とを
接続する供給側切換弁３０と、流体入口へ両循環回路か
らの熱交換流体を所定の流量比で導入させる排出側制御
弁４０と、供給側切換弁３０と排出側制御弁４０と蓄冷
切換弁１４と蓄熱切換弁２４とを動作制御するコントロ
ール手段５０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度制御対象物と
の間で熱交換を行う熱交換器と、該熱交換器に熱交換流
体を循環供給するとともに該熱交換流体の温度調整を行
なう温度調整装置とを具備して成る温度調整システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、基板(半導体ウェハ)の製造プロ
セスあるいは検査時等において、基板を所定の設定温度
(高温／低温)とするべく加熱／冷却する従来の温度調整
システムを示している。なお、ここで言う加熱および冷
却とは、常温を基準とした温度の増減を指すものではな
く、設定温度の範囲内において温度を上昇させる行為、
および温度を下降させる行為を呼称し、相対的な温度の
上昇および下降を指すものである。

【０００３】この温度調整システムＡは、温度調整プレ
ートＢと温度調整装置Ｃとから構成されており、上記温
度調整プレートＢは、温度制御対象物である基板Ｗの載
置される載置プレートＢａと、この載置プレートＢａの
底面に設置された熱電素子モジュールＢｂと、この熱電
素子モジュールＢｂの下部に設置された熱交換器として
の水冷プレートＢｃとを具備している。

【０００４】上記温度調整プレートＢは、熱電素子モジ
ュールＢｂを加熱側あるいは冷却側に稼働させて載置プ
レートＢａを加熱／冷却することより、該載置プレート
Ｂａに載置された基板Ｗを加熱／冷却するよう構成され
ている。

【０００５】一方、温度調整装置Ｃは、水冷プレートＢ
ｃの排水口Ｂｏと吸水口Ｂｉとを繋ぐ循環回路Ｃｓに、
加熱器Ｃａおよび冷却器Ｃｂを収容したタンクＣｔと圧
送ポンプＣｐとを介装して成り、上記圧送ポンプＣｐに
よって水冷プレートＢｃへ水(熱交換流体)を循環供給す
るとともに、加熱器Ｃａおよび冷却器Ｃｂによって水
(熱交換流体)を加熱／冷却するよう構成されている。

【０００６】ここで、熱電素子モジュールＢｂの冷却能
力(加熱能力)△ｔは約50℃前後が限界なので、例えば＋
130℃ 〜−50℃の範囲で基板Ｗを加熱／冷却する場合に
は、水冷プレートＢｃに供給される水(熱交換流体)の温
度を＋80℃〜−10℃の範囲で変化させる必要がある。

【０００７】すなわち、上記構成の温度調整システムＡ
では、基板Ｗを設定温度(高温)に加熱する場合、熱電素
子モジュールＢｂを加熱側に稼働させるとともに、温度
調整装置Ｃの加熱器Ｃａによって加熱した水(熱交換流
体)を水冷プレートＢｃに循環供給し、一方、基板Ｗを
設定温度(低温)に冷却する場合には、熱電素子モジュー
ルＢｂを冷却側に稼働させるとともに、温度調整装置Ｃ
の冷却器Ｃｂによって冷却した水(熱交換流体)を水冷プ
レートＢｃに循環供給している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の温度調整システムＡでは、冷却されている基板Ｗを
設定温度(高温)に加熱する場合、低温に冷却されている
水(熱交換流体)を温度調整装置Ｃの加熱器Ｃａによって
加熱する必要があり、また加熱されている基板Ｗを設定
温度(低温)に冷却する場合、高温に加熱されている水
(熱交換流体)を温度調整装置Ｃの冷却器Ｃｂによって冷
却する必要がある。

【０００９】このように、基板Ｗの設定温度を低温から
高温へ、あるいは高温から低温へ変更する場合、水(熱
交換流体)の加熱／冷却に多大なエネルギーを必要と
し、もって基板Ｗを所定の設定温度にまで加熱／冷却す
るのに多大な時間を必要とする不都合があった。

【００１０】本発明は上記実状に鑑みて、温度制御対象
物の設定温度を短時間で変更させることの可能な温度調
整システムの提供を目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段および効果】上記目的を達
成するべく、請求項１の発明に関わる温度調整システム
は、温度制御対象物との間で熱交換を行う熱交換器と、
該熱交換器に熱交換流体を循環供給するとともに該熱交
換流体の温度調整を行なう温度調整装置とを具備して成
る温度調整システムであって、その温度調整装置は、冷
却手段と圧送ポンプと貯留タンクとを介装するとともに
熱交換器の流体出口と流体入口とを繋ぐ冷却側循環回路
と、冷却側循環回路において冷却手段と圧送ポンプと貯
留タンクとを介装して閉ループ回路を構成する蓄冷循環
回路と、加熱手段と圧送ポンプと貯留タンクとを介装す
るとともに熱交換器の流体出口と流体入口とを繋ぐ加熱
側循環回路と、加熱側循環回路において加熱手段と圧送
ポンプと貯留タンクとを介装して閉ループ回路を構成す
る蓄熱循環回路と、熱交換器における流体出口からの熱
交換流体を冷却側循環回路あるいは加熱側循環回路の一
方に導入させる供給側切換弁と、熱交換器の流体入口へ
冷却側循環回路および加熱側循環回路からの熱交換流体
を所定の流量比で導入させる排出側制御弁と、供給側切
換弁および排出側制御弁を動作制御するコントロール手
段とを備えている。

【００１２】そして請求項１の発明に関わる温度調整シ
ステムでは、温度制御対象物を低温の設定温度で定常的
に冷却する際、コントロール手段からの指令に基づき、
供給側切換弁により熱交換器の流体出口と冷却側循環回
路とを接続し、排出側制御弁により冷却側循環回路と熱
交換器の流体入口とを接続して、冷却側循環回路により
冷却した熱交換流体を熱交換器に循環供給し、かつ蓄熱
循環回路において熱交換流体を加熱しつつ循環させてい
る。

【００１３】また、温度制御対象物を低温の設定温度か
ら高温の設定温度に昇温する際、コントロール手段から
の指令に基づき、供給側切換弁により熱交換器の流体出
口と冷却側循環回路とを接続した状態で、排出側制御弁
により蓄熱循環回路において加熱された熱交換流体を熱
交換器の流体入口へ導入させている。

【００１４】また、温度制御対象物を高温の設定温度で
定常的に加熱する際、コントロール手段からの指令に基
づき、供給側切換弁により熱交換器の流体出口と加熱側
循環回路とを接続し、排出側制御弁により加熱側循環回
路と熱交換器の流体入口とを接続して、加熱側循環回路
により加熱した熱交換流体を熱交換器に循環供給し、か
つ蓄冷循環回路において熱交換流体を冷却しつつ循環さ
せている。

【００１５】また、温度制御対象物を高温の設定温度か
ら低温の設定温度に降温する際、コントロール手段から
の指令に基づき、供給側切換弁により熱交換器の流体出
口と加熱側循環回路とを接続した状態で、排出側制御弁
により蓄冷循環回路において冷却された熱交換流体を熱
交換器の流体入口へ導入させている。

【００１６】すなわち上記構成においては、温度制御対
象物を低温の設定温度から高温の設定温度に昇温する
際、温度制御対象物を低温の設定温度で定常的に冷却し
ている際に蓄熱循環回路で加熱しておいた熱交換流体を
熱交換器に導入しており、また温度制御対象物を高温の
設定温度から低温の設定温度に降温する際、温度制御対
象物を高温の設定温度で定常的に加熱している際に蓄冷
循環回路で冷却しておいた熱交換流体を熱交換器に導入
しており、もって本発明に関わる温度調整システムによ
れば、温度制御対象物の設定温度を低温から高温へ、あ
るいは高温から低温へ短時間で変更させることが可能と
なる。

【００１７】請求項２の発明に関わる温度調整システム
は、基板の載置される載置プレートおよび熱交換器を備
えた温度調整プレートと、該温度調整プレートの前記熱
交換器に熱交換流体を循環供給するとともに該熱交換流
体を加熱／冷却する温度調整装置とを具備して成る温度
調整システムであって、その温度調整装置は、冷却手段
と圧送ポンプと貯留タンクとを介装するとともに熱交換
器の流体出口と流体入口とを繋ぐ冷却側循環回路と、冷
却側循環回路において冷却手段と圧送ポンプと貯留タン
クとを介装して閉ループ回路を構成する蓄冷循環回路
と、加熱手段と圧送ポンプと貯留タンクとを介装すると
ともに熱交換器の流体出口と流体入口とを繋ぐ加熱側循
環回路と、加熱側循環回路において加熱手段と圧送ポン
プと貯留タンクとを介装して閉ループ回路を構成する蓄
熱循環回路と、熱交換器における流体出口からの熱交換
流体を冷却側循環回路あるいは加熱側循環回路の一方に
導入させる供給側切換弁と、熱交換器の流体入口へ冷却
側循環回路および加熱側循環回路からの熱交換流体を所
定の流量比で導入させる排出側制御弁と、供給側切換弁
および排出側制御弁を動作制御するコントロール手段と
を備えている。

【００１８】そして請求項２の発明に関わる温度調整シ
ステムでは、基板を低温の設定温度で定常的に冷却する
際、コントロール手段からの指令に基づき、供給側切換
弁により熱交換器の流体出口と冷却側循環回路とを接続
し、排出側制御弁により冷却側循環回路と熱交換器の流
体入口とを接続して、冷却側循環回路により冷却した熱
交換流体を温度調整プレートの熱交換器に循環供給し、
かつ蓄熱循環回路において熱交換流体を加熱しつつ循環
させている。

【００１９】また、基板を低温の設定温度から高温の設
定温度に昇温する際、コントロール手段からの指令に基
づき、供給側切換弁により熱交換器の流体出口と冷却側
循環回路とを接続した状態で、排出側制御弁により蓄熱
循環回路において加熱された熱交換流体を熱交換器の流
体入口へ導入させている。

【００２０】また、基板を高温の設定温度で定常的に加
熱する際、コントロール手段からの指令に基づき、供給
側切換弁により熱交換器の流体出口と加熱側循環回路と
を接続し、排出側制御弁により加熱側循環回路と熱交換
器の流体入口とを接続して、加熱側循環回路により加熱
した熱交換流体を温度調整プレートの熱交換器に循環供
給し、かつ蓄冷循環回路において熱交換流体を冷却しつ
つ循環させている。

【００２１】また、基板を高温の設定温度から低温の設
定温度に降温する際、コントロール手段からの指令に基
づき、供給側切換弁により熱交換器の流体出口と加熱側
循環回路とを接続した状態で、排出側制御弁により蓄冷
循環回路において冷却された熱交換流体を熱交換器の流
体入口へ導入させている。

【００２２】すなわち上記構成においては、基板を低温
の設定温度から高温の設定温度に昇温する際、基板を低
温の設定温度で定常的に冷却している際に蓄熱循環回路
で加熱しておいた熱交換流体を熱交換器に導入してお
り、また基板を高温の設定温度から低温の設定温度に降
温する際、基板を高温の設定温度で定常的に加熱してい
る際に蓄冷循環回路で冷却しておいた熱交換流体を熱交
換器に導入しており、もって本発明に関わる温度調整シ
ステムによれば、基板の設定温度を低温から高温へ、あ
るいは高温から低温へ短時間で変更させることが可能と
なる。

【００２３】請求項３の発明に関わる温度調整システム
は、請求項１または請求項２記載の温度調整システムに
おいて、排出側制御弁を、冷却側循環回路から熱交換器
へ導入される熱交換流体の流量と、加熱側循環回路から
熱交換器へ導入される熱交換流体の流量との比を、暫時
変化させる態様で動作する比例弁によって構成すること
を特徴としている。上記構成によれば、温度制御対象物
または基板の設定温度を短時間で変更させることが可能
となるとともに、比例弁から構成された排出側制御弁の
動作によって設定温度の変更に要する時間を調整するこ
とが可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、実施例を示す図面に基づい
て、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に関わる
温度調整システムを、基板（半導体ウェハ）の製造プロ
セスあるいは検査時等において、温度制御対象物である
基板を所定の設定温度（高温／低温）とするべく加熱／
冷却する温度調整システムに適用した例を示している。

【００２５】なお、文中における「加熱」および「冷
却」は、常温を基準とした温度の増減を指すものではな
く、上述した設定温度の範囲内における相対的な温度の
増減を指すものであり、設定温度の範囲内において温度
を上昇させる行為を「加熱」、温度を下降させる行為を
「冷却」と呼称するものである。

【００２６】ここで、本発明に関わる温度調整システム
１は、例えば＋130℃ 〜−50℃の範囲において、基板を
サイクリックに加熱／冷却するものであり、図２に示す
如く低温の設定温度(−50℃)に保持した状態(矢印ａ)
と、低温の設定温度(−50℃)から高温の設定温度(＋130
℃)への昇温(矢印ｂ)と、高温の設定温度(＋130℃)に保
持した状態(矢印ｃ)と、高温の設定温度(＋130℃)から
低温の設定温度(−50℃）への降温(矢印ｄ)とが繰り返
し行なわれる。

【００２７】図１に示す如く、本発明に関わる温度調整
システム１は、温度調整プレート２と温度調整装置３と
を具備しており、上記温度調整プレート２は、基板Ｗの
載置される載置プレート２Ａと、この載置プレート２Ａ
の底面に設置された熱電素子モジュール２Ｂと、この熱
電素子モジュール２Ｂの下部に設置された熱交換器とし
ての水冷プレート２Ｃとを具備している。

【００２８】この温度調整プレート２は、熱電素子モジ
ュール２Ｂを加熱側あるいは冷却側に稼働させて載置プ
レート２Ａを加熱／冷却することにより、この載置プレ
ート２Ａに載置された温度制御対象物である基板Ｗを加
熱／冷却するよう構成されている。

【００２９】また、この温度調整プレート２では、熱電
素子モジュール２Ｂの冷却能力（加熱能力）△ｔの限界
が約 50℃前後であるため、上述した＋130℃〜−50℃の
範囲において基板Ｗの加熱／冷却を可能とするべく、水
冷プレート２Ｃに供給される水(熱交換流体)の温度を、
温度調整装置３によって＋80℃〜−10℃の範囲で変化さ
せている。

【００３０】上記温度調整装置３は、温度調整プレート
２の水冷プレート２Ｃに冷却した水(熱交換流体)を循環
供給する冷却側循環回路１０と、温度調整プレート２の
水冷プレート２Ｃに加熱した水(熱交換流体)を循環供給
する加熱側循環回路２０とを具備している。

【００３１】上記冷却側循環回路１０は、後述する供給
側切換弁３０および排出側制御弁４０を介して、水冷プ
レート２Ｃにおける流体出口２Ｃｏと流体入口２Ｃｉと
を繋いでおり、流体出口２Ｃｏ側から順に貯留タンク１
１、圧送ポンプ１２、冷却手段１３が介装されている。
なお、上記冷却手段１３としては、コンプレッサー式の
冷却装置や、熱電素子を用いた冷却装置等、種々の装置
を採用することが可能である。

【００３２】ここで、冷却側循環回路１０において、水
(熱交換流体)は矢印ｏ，ｏ…で示す如く、水冷プレート
２Ｃの流体出口２Ｃｏから、貯留タンク１１、圧送ポン
プ１２、冷却手段１３を介して、水冷プレート２Ｃの流
体入口２Ｃｉへ環流する。

【００３３】冷却側循環回路１０における貯留タンク１
１の上流部と、冷却手段１３の下流部とは、蓄冷切換弁
１４を介装したバイパス通路１５によって連通されてお
り、冷却側循環回路１０において貯留タンク１１、圧送
ポンプ１２、冷却手段１３を介装した部位と、蓄冷切換
弁１４を介装したバイパス通路１５とから成る閉ループ
回路によって、水(熱交換流体)を循環させつつ冷却する
蓄冷循環回路１０Ｓが構成されている。

【００３４】ここで、蓄冷循環回路１０Ｓにおいて、水
(熱交換流体)は矢印ｐ，ｐ…で示す如く、貯留タンク１
１、圧送ポンプ１２、冷却手段１３、蓄冷切換弁１４を
介して循環する。

【００３５】なお、冷却側循環回路１０における貯留タ
ンク１１の直前の部位と、冷却手段１３の直後の部位と
は、リリーフ弁１６を介装したリリーフ通路１７によっ
て連通されている。

【００３６】一方、上記加熱側循環回路２０は、後述す
る供給側切換弁３０および排出側制御弁４０を介して、
水冷プレート２Ｃにおける流体出口２Ｃｏと流体入口２
Ｃｉとを繋いでおり、流体出口２Ｃｏ側から順に貯留タ
ンク２１、圧送ポンプ２２、加熱手段２３が介装されて
いる。なお、上記加熱手段２３としては、ハロゲンラン
プを用いたランプ加熱器等、種々の装置を採用すること
が可能である。

【００３７】ここで、加熱側循環回路２０において、水
(熱交換流体)は矢印ｑ，ｑ…で示す如く、水冷プレート
２Ｃの流体出口２Ｃｏから、貯留タンク２１、圧送ポン
プ２２、冷却手段２３を介して、水冷プレート２Ｃの流
体入口２Ｃｉへ環流する。

【００３８】加熱側循環回路２０おける貯留タンク２１
の上流部と、加熱手段２３の下流部とは、蓄熱切換弁２
４を介装したバイパス通路２５によって連通されてお
り、加熱側循環回路２０において貯留タンク２１、圧送
ポンプ２２、加熱手段２３を介装した部位と、蓄熱切換
弁２４を介装したバイパス通路２５とから成る閉ループ
回路によって、水(熱交換流体)を循環させつつ加熱する
蓄熱循環回路２０Ｓが構成されている。

【００３９】ここで、蓄熱循環回路２０Ｓにおいて、水
(熱交換流体)は矢印ｒ，ｒ…で示す如く、貯留タンク２
１、圧送ポンプ２２、加熱手段２３、蓄熱切換弁２４を
介して循環する。

【００４０】なお、加熱側循環回路２０における貯留タ
ンク２１の直前の部位と、加熱手段２３の直後の部位と
は、リリーフ弁２６を介装したリリーフ通路２７によっ
て連通されている。

【００４１】水冷プレート２Ｃにおける流体出口２Ｃｏ
と、上述した冷却側循環回路１０および加熱側循環回路
２０との間には、上記流体出口２Ｃｏからの水(熱交換
流体)を、冷却側循環回路１０あるいは加熱側循環回路
２０の何れかに選択的に導入させるべく動作する供給側
切換弁３０が設けられている。

【００４２】一方、上述した冷却側循環回路１０および
加熱側循環回路２０と、水冷プレート２Ｃにおける流体
入口２Ｃｉとの間には、冷却側循環回路１０および加熱
側循環回路２０からの水(熱交換流体)を、所定の流量比
で水冷プレート２Ｃにおける流体入口２Ｃｉに導入させ
るべく動作する排出側制御弁４０が設けられており、該
排出側制御弁４０は、冷却側循環回路１０に介装された
冷却側比例弁４１と、加熱側循環回路２０に介装された
加熱側比例弁４２とから構成されている。

【００４３】また、上記温度調整装置３は、上述した供
給側切換弁３０、排出側制御弁４０、蓄冷切換弁１４お
よび蓄熱切換弁２４を、後に詳述する態様で動作制御す
るコントロール手段５０を具備している。

【００４４】ここで、本実施例における温度調整システ
ム１では、基板を低温の設定温度に保持する状態(図２
の範囲Ａ)、昇温(図２の範囲Ｂ)、基板を高温の設定温
度に保持する状態(図２の範囲Ｃ)、および降温(図２の
範囲Ｄ)は、それぞれの所要時間が予め設定されてお
り、この予設定されたタイミングに基づいて、上記コン
トロール手段５０は各弁(３０，４０，１４，２４)を動
作制御する。

【００４５】上述した構成の温度調整システム１におい
て、温度調整プレート２に載置した基板Ｗを、低温の設
定温度(−50℃)で定常的に冷却している状態（図２中の
範囲Ａ）では、温度調整プレート２の熱電素子モジュー
ル２Ｂを冷却側に稼働させるとともに、温度調整装置３
において−10℃に冷却された水(熱交換流体)を、温度調
整プレート２の水冷プレート２Ｃに循環供給している。

【００４６】ここで、基板Ｗを定常的に冷却している
際、図３に示す如く温度調整装置３では、コントロール
手段(図示せず)からの指令に基づいて、供給側切換弁３
０が水冷プレート２Ｃの流体出口２Ｃｏと冷却側循環回
路１０とを接続するよう動作されている。

【００４７】また、排出側制御弁４０における冷却側比
例弁４１が全開され、加熱側比例弁４２が全閉されてい
るとともに、蓄冷循環回路１０Ｓの蓄冷切換弁１４が切
断状態(閉)に動作され、蓄熱循環回路２０Ｓの蓄熱切換
弁２４が接続状態(開)に動作されている。

【００４８】これにより、水冷プレート２Ｃから温度調
整装置３に導入された水（熱交換流体）は、供給側切換
弁３０を介して矢印ｏ，ｏ…で示す如く冷却側循環回路
１０を流れ、冷却手段１３により−10℃に冷却されつ
つ、排出側制御弁４０（冷却側比例弁４１）を介して水
冷プレート２Ｃに循環供給される。

【００４９】また、蓄熱循環回路２０Ｓにおいて、水
(熱交換流体)が矢印ｒ，ｒ…で示す如く循環しており、
これによって水(熱交換流体)が加熱手段２３により＋80
℃に加熱(蓄熱)されている。

【００５０】基板Ｗを低温の設定温度(−50℃)で定常的
に冷却している状態（図２中の範囲Ａ）から、昇温（図
２中の範囲Ｂ）に移行する際、図４に示す如く温度調整
装置３では、コントロール手段(図示せず)からの指令に
基づいて、供給側切換弁３０が水冷プレート２Ｃの流体
出口２Ｃｏと冷却側循環回路１０との接続を維持した状
態で、蓄冷循環回路１０Ｓの蓄冷切換弁１４、および蓄
熱循環回路２０Ｓの蓄熱切換弁２４が共に切断状態(閉)
に動作される。

【００５１】また、全開状態であった冷却側比例弁４１
が徐々に閉じられるように動作されるとともに、全閉状
態であった加熱側比例弁４２が徐々に開けられるように
動作制御される。

【００５２】これにより、蓄熱循環回路２０Ｓにおいて
＋80℃に加熱された水(熱交換流体)が、加熱側比例弁４
２を介して徐々に流量を増加させる態様で水冷プレート
２Ｃに導入（矢印ｑ，ｑ…）される一方、冷却側循環回
路１０から冷却側比例弁４１を介して水冷プレート２Ｃ
に導入（矢印ｏ，ｏ…）される水(熱交換流体)の供給量
(流量)が徐々に減少して行く。

【００５３】ここで、水冷プレート２Ｃへは、冷却側循
環回路１０と加熱側循環回路２０とからの水(熱交換流
体)が供給されるため、冷却側循環回路１０において余
剰となった水(熱交換流体)はリリーフ通路１７を介して
貯留タンク１１に環流（破線矢印ｖ，ｖ…）し、また加
熱側循環回路２０において余剰となった水(熱交換流体)
はリリーフ通路２７を介して貯留タンク２１に環流(破
線矢印ｗ，ｗ…)する。

【００５４】また、水冷プレート２Ｃの流体出口２Ｃｏ
から排出された水(熱交換流体)は、供給側切換弁３０を
介して冷却側循環回路１０に導入され、加熱側循環回路
２０に導入されることがないので、蓄熱循環回路２０Ｓ
において＋80℃に加熱された水(熱交換流体)の温度を不
用意に低下させることがない。

【００５５】冷却側比例弁４１が全閉するとともに、加
熱側比例弁４２が全開することにより、水冷プレート２
Ｃへは蓄熱循環回路２０Ｓからの＋80℃に加熱された水
（熱交換流体）のみが供給され、水冷プレート２Ｃ内の
水(熱交換流体)が全て＋80℃に加熱された水(熱交換流
体)と入れ替わった時点で昇温が完了する。

【００５６】ここで、水冷プレート２Ｃ内の水(熱交換
流体)が、全て＋80℃に加熱された水(熱交換流体)と入
れ替わるまでの時間、すなわち昇温に要する時間は、冷
却側比例弁４１の全開から全閉までの所要時間、および
加熱側比例弁４２の全閉から全開までの所要時間を、そ
れぞれ適宜に設定することによって任意に調整すること
が可能であり、上述した実施例においては昇温に要する
時間を２分〜３分の間に設定している。

【００５７】昇温(図２中の範囲Ｂ)から、基板Ｗを高温
の設定温度(＋130℃）で定常的に加熱する状態（図２中
の範囲Ｃ）へ移行する際、図５に示す如く温度調整装置
３では、コントロール手段(図示せず)からの指令に基づ
いて、供給側切換弁３０が水冷プレート２Ｃの流体出口
２Ｃｏと加熱側循環回路２０とを接続するよう動作され
る。

【００５８】また、排出側制御弁４０における加熱側比
例弁４２が全開され、冷却側比例弁４１が全閉されると
ともに、蓄熱循環回路２０Ｓにおける蓄熱切換弁２４が
切断状態(閉)に動作され、かつ蓄冷循環回路１０Ｓにお
ける蓄冷切換弁１４が接続状態(開)に動作される。

【００５９】これにより、水冷プレート２Ｃから温度調
整装置３に導入された水（熱交換流体）は、供給側切換
弁３０を介して矢印ｑ，ｑ…で示す如く加熱側循環回路
２０を流れ、加熱手段２３により＋80℃に加熱されつ
つ、排出側制御弁４０（加熱側比例弁４２）を介して水
冷プレート２Ｃに循環供給される。

【００６０】また、蓄冷循環回路１０Ｓにおいて、水
(熱交換流体)が矢印ｐ，ｐ…で示す如く循環しており、
これによって水(熱交換流体)が冷却手段１３により−10
℃に冷却(蓄冷)される。

【００６１】ここで、温度調整装置３において＋80℃に
加熱された水(熱交換流体)が、温度調整プレート２の水
冷プレート２Ｃに循環供給されている状態において、温
度調整プレート２の熱電素子モジュール２Ｂを加熱側に
稼働させることにより、基板Ｗが高温の設定温度(＋130
℃）で定常的に加熱されることとなる。

【００６２】基板Ｗを高温の設定温度(＋130℃)で定常
的に加熱している状態(図２中の範囲Ｃ)から、降温(図
２中の範囲Ｄ）に移行する際、図６に示す如く温度調整
装置３では、コントロール手段(図示せず)からの指令に
基づいて、供給側切換弁３０が水冷プレート２Ｃの流体
出口２Ｃｏと加熱側循環回路２０との接続を維持しつ
つ、蓄冷循環回路１０Ｓの蓄冷切換弁１４、および蓄熱
循環回路２０Ｓの蓄熱切換弁２４が共に切断状態(閉)に
動作される。

【００６３】また、全開状態であった加熱側比例弁４２
が徐々に閉じられるように動作されるとともに、全閉状
態であった冷却側比例弁４１が徐々に開けられるように
動作制御される。

【００６４】これにより、蓄冷循環回路１０Ｓにおいて
−10℃に冷却された水(熱交換流体)が、冷却側比例弁４
１を介して徐々に流量を増加させる態様で水冷プレート
２Ｃに導入（矢印ｏ，ｏ…）される一方、加熱側循環回
路２０から加熱側比例弁４２を介して水冷プレート２Ｃ
に導入（矢印ｑ，ｑ…）される水(熱交換流体)の供給量
(流量)が徐々に減少して行く。

【００６５】ここで、水冷プレート２Ｃへは、冷却側循
環回路１０と加熱側循環回路２０とからの水(熱交換流
体)が供給されるため、冷却側循環回路１０において余
剰となった水(熱交換流体)はリリーフ通路１７を介して
貯留タンク１１に環流（破線矢印ｖ，ｖ…）し、また加
熱側循環回路２０において余剰となった水(熱交換流体)
はリリーフ通路２７を介して貯留タンク２１に環流(破
線矢印ｗ，ｗ…)する。

【００６６】また、水冷プレート２Ｃの流体出口２Ｃｏ
から排出された水(熱交換流体)は、供給側切換弁３０を
介して加熱側循環回路２０に導入され、冷却側循環回路
１０に導入されることがないので、蓄冷循環回路１０Ｓ
において−10℃に加熱された水(熱交換流体)の温度を不
用意に上昇させることがない。

【００６７】加熱側比例弁４２が全閉するとともに、冷
却側比例弁４１が全開することにより、水冷プレート２
Ｃへは蓄冷循環回路１０Ｓからの−10℃に冷却された水
（熱交換流体）のみが供給され、水冷プレート２Ｃ内の
水(熱交換流体)が全て−10℃に冷却された水(熱交換流
体)と入れ替わった時点で降温が完了する。

【００６８】ここで、水冷プレート２Ｃ内の水(熱交換
流体)が、全て−10℃に冷却された水(熱交換流体)と入
れ替わるまでの時間、すなわち降温に要する時間は、冷
却側比例弁４１の全閉から全開までの所要時間、および
加熱側比例弁４２の全開から全閉までの所要時間を、そ
れぞれ適宜に設定することによって任意に調整すること
が可能であり、上述した実施例においては降温に要する
時間を２分〜３分の間に設定している。

【００６９】降温(図２中の範囲Ｄ)から、基板Ｗを低温
の設定温度(−50℃)で定常的に冷却する状態（図２中の
範囲Ａ）へ移行する際、図３に示す如く温度調整装置３
では、コントロール手段(図示せず)からの指令に基づい
て、供給側切換弁３０が水冷プレート２Ｃの流体出口２
Ｃｏと冷却側循環回路１０とを接続するよう動作され
る。

【００７０】また、排出側制御弁４０における冷却側比
例弁４１が全開され、加熱側比例弁４２が全閉されると
ともに、蓄冷循環回路１０Ｓにおける蓄冷切換弁１４が
切断状態(閉)に動作され、かつ蓄熱循環回路２０Ｓにお
ける蓄熱切換弁２４が接続状態(開)に動作される。

【００７１】これにより、水冷プレート２Ｃから温度調
整装置３に導入された水（熱交換流体）は、供給側切換
弁３０を介して矢印ｏ，ｏ…で示す如く冷却側循環回路
１０を流れ、冷却手段１３により−10℃に冷却されつ
つ、排出側制御弁４０（冷却側比例弁４１）を介して水
冷プレート２Ｃに循環供給される。

【００７２】また、蓄熱循環回路２０Ｓにおいて、水
(熱交換流体)が矢印ｒ，ｒ…で示す如く循環しており、
これによって水(熱交換流体)が加熱手段２３により＋80
℃に加熱(蓄熱)される。

【００７３】ここで、温度調整装置３において−10℃に
冷却された水(熱交換流体)が、温度調整プレート２の水
冷プレート２Ｃに循環供給されている状態において、温
度調整プレート２の熱電素子モジュール２Ｂを冷却側に
稼働させることにより、基板Ｗが低温の設定温度(−50
℃）で定常的に冷却されることとなる。

【００７４】以下、図３〜図６を示して説明した如く、
基板Ｗを低温の設定温度で定常的に冷却する状態（図２
中の範囲Ａ）、昇温（図２中の範囲Ｂ）、基板Ｗを降温
の設定温度で定常的に加熱する状態（図２中の範囲
Ｃ）、降温（図２中の範囲Ｄ）が繰り返されることによ
り、温度調整プレート２にセットされた基板Ｗが＋130
℃〜−50℃の範囲においてサイクリックに加熱／冷却さ
れることとなる。

【００７５】以上、詳述した如く、本発明に関わる温度
調整システム１では、基板Ｗを低温の設定温度(−50℃)
で定常的に冷却している状態(図２中の範囲Ａ)から昇温
（図２中の範囲Ｂ）に移行する際、蓄熱循環回路２０Ｓ
において予め加熱しておいた水(熱交換流体)を水冷プレ
ート２Ｃに導入している。また、基板Ｗを高温の設定温
度(＋130℃)で定常的に加熱している状態(図２中の範囲
Ｃ）から降温(図２中の範囲Ｄ)に移行する際、蓄冷循環
回路１０Ｓにおいて予め冷却しておいた水(熱交換流体)
を水冷プレート２Ｃに導入している。

【００７６】すなわち、従来の温度調整システム(図７
参照)では、昇温時において低温の水(熱交換流体)を加
熱し、かつ降温時において高温の水(熱交換流体)を冷却
しているため、設定温度の変更に多大な時間を必要とし
ていたのに対し、本発明に関わる温度調整システム１に
よれば、昇温時および降温時にの何れにおいても、予め
所定の温度に加熱および冷却しておいた水(熱交換流体)
を水冷プレート２Ｃに供給しているので、温度制御対象
物である基板の設定温度を低温から高温へ、あるいは高
温から低温へ短時間で変更させることが可能となる。

【００７７】また、上述した温度調整システム１の温度
調整装置３において、冷却手段１３は冷却側循環回路１
０(蓄冷循環回路１０Ｓ)を循環する低温の水(熱交換流
体)を冷却しており、また加熱手段２３は加熱側循環回
路２０(蓄熱循環回路２０Ｓ)を循環する高温の水(熱交
換流体)を加熱しているため、上記冷却手段１３および
加熱手段２３は高出力を必要とすることがなく、もって
低出力のコンパクトな装置を採用することができるの
で、温度調整装置３、延いては温度調整システム１全体
のコンパクト化を達成することが可能となる。

【００７８】さらに、本発明に関わる温度調整システム
１では、上述した如く設定温度の変更(昇温／降温)を短
時間で実施することが可能なので、加熱側循環回路１０
（蓄熱循環回路１０Ｓ）の貯留タンク１１、および冷却
側循環回路２０（蓄冷循環回路２０Ｓ）の貯留タンク２
１は、設定温度の変更を実施する短い時間内に水冷プレ
ート２Ｃに供給する水(熱交換流体)を貯留し得る容量が
有れば良く、その外観は可及的にコンパクトなものとな
るので、温度調整装置３、延いては温度調整システム１
全体のコンパクト化を達成することが可能となる。

【００７９】なお、上述した実施例において、供給側切
換弁３０、排出側制御弁４０、蓄例切換弁１４および蓄
熱切換弁２４は、予設定されたタイミングに基づいて、
コントロール手段５０により動作制御されているが、例
えば温度調整プレート２における載置プレート２Ａの温
度、上記載置プレート２Ａにセットされた基板Ｗの温
度、あるいは水冷プレート２Ｃに供給／排出される水
（熱交換流体）の温度等を検出し、この温度情報に基づ
いて各弁（３０，４０，１４，２４）を動作制御させる
よう構成することも可能である。

【００８０】また、供給側切換弁３０、排出側制御弁４
０、蓄例切換弁１４および蓄熱切換弁２４は、その全て
を同一の制御方法（予設定されたタイミング／温度情
報）で動作制御させる必要はなく、例えば排出側制御弁
４０を温度情報に基づいて動作制御し、供給側切換弁３
０と蓄例切換弁１４および蓄熱切換弁２４とを予設定さ
れたタイミングに基づいて制御するよう構成しても良
い。

【００８１】また、上述した実施例では、温度調整装置
における排出側制御弁を、冷却側循環回路に介装した冷
却側比例弁と、加熱側循環回路に介装した加熱側比例弁
とから構成しているが、冷却側循環回路あるいは加熱側
循環回路の何れかを選択的に水冷プレートの流体入口に
接続させるべく動作する切替弁によって構成することも
可能である。

【００８２】また、上述した実施例では、載置プレート
と水冷プレート(熱交換器)との間に熱電モジュールを介
装して成る温度調整プレートを採用しているが、ヒータ
を備えた載置プレートと水冷プレート(熱交換器)とから
成る温度調整プレートを採用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる温度調整システムの全体構成を
示す概念図。

【図２】本発明の温度調整システムによる設定温度と時
間との関係を示す図。

【図３】本発明の温度調整システムにおいて基板を低温
の設定温度で定常的に冷却する際の温度調整装置の動作
態様を示す概念図。

【図４】本発明に関わる温度調整システムにおいて基板
を昇温する際の温度調整装置の動作態様を示す概念図。

【図５】本発明の温度調整システムにおいて基板を高温
の設定温度で定常的に加熱する際の温度調整装置の動作
態様を示す概念図。

【図６】本発明に関わる温度調整システムにおいて基板
を降温する際の温度調整装置の動作態様を示す概念図。

【図７】従来の温度調整システムにおける全体構成を示
す概念図。

【符号の説明】

１…温度調整システム、 ２…温度調整プレート、 ２Ａ…載置プレート、 ２Ｂ…熱電素子モジュール、 ２Ｃ…水冷プレート(熱交換器)、 ３…温度調整装置、 １０…冷却側循環回路、 １０Ｓ…蓄冷循環回路、 １１…貯留タンク、 １２…圧送ポンプ、 １３…冷却手段、 １４…蓄冷切換弁、 ２０…加熱側循環回路、 ２０Ｓ…蓄熱循環回路、 ２１…貯留タンク、 ２２…圧送ポンプ、 ２３…加熱手段、 ２４…蓄熱切換弁、 ３０…供給側切換弁、 ４０…排出側制御弁、 ４１…冷却側比例弁、 ４２…加熱側比例弁、 ５０…コントロール手段、 Ｗ…基板(温度制御対象物)。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H309 AA20 BB05 CC02 DD02 EE04 FF01 GG03 HH21 JJ06 5H323 AA40 BB04 CA06 CB04 CB12 CB23 CB32 CB33 CB35 CB40 CB44 DA04 DB15 EE05 FF01 FF04 KK05 LL18 MM06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度制御対象物との間で熱交換を行う
   熱交換器と、該熱交換器に熱交換流体を循環供給すると
   ともに該熱交換流体の温度調整を行なう温度調整装置と
   を具備して成る温度調整システムであって、 上記温度調整装置は、 冷却手段と圧送ポンプと貯留タンクとを介装するととも
   に熱交換器の流体出口と流体入口とを繋ぐ冷却側循環回
   路と、 冷却側循環回路において冷却手段と圧送ポンプと貯留タ
   ンクとを介装して閉ループ回路を構成する蓄冷循環回路
   と、 加熱手段と圧送ポンプと貯留タンクとを介装するととも
   に熱交換器の流体出口と流体入口とを繋ぐ加熱側循環回
   路と、 加熱側循環回路において加熱手段と圧送ポンプと貯留タ
   ンクとを介装して閉ループ回路を構成する蓄熱循環回路
   と、 熱交換器における流体出口からの熱交換流体を冷却側循
   環回路あるいは加熱側循環回路の一方に導入させる供給
   側切換弁と、 熱交換器の流体入口へ冷却側循環回路および加熱側循環
   回路からの熱交換流体を所定の流量比で導入させる排出
   側制御弁と、 供給側切換弁および排出側制御弁を動作制御するコント
   ロール手段とを備え、 温度制御対象物を低温の設定温度で定常的に冷却する
   際、コントロール手段からの指令に基づき、供給側切換
   弁により熱交換器の流体出口と冷却側循環回路とを接続
   し、排出側制御弁により冷却側循環回路と熱交換器の流
   体入口とを接続して、冷却側循環回路により冷却した熱
   交換流体を熱交換器に循環供給し、かつ蓄熱循環回路に
   おいて熱交換流体を加熱しつつ循環させ、 温度制御対象物を低温の設定温度から高温の設定温度に
   昇温する際、コントロール手段からの指令に基づき、供
   給側切換弁により熱交換器の流体出口と冷却側循環回路
   とを接続した状態で、排出側制御弁により蓄熱循環回路
   において加熱された熱交換流体を熱交換器の流体入口へ
   導入させ、 温度制御対象物を高温の設定温度で定常的に加熱する
   際、コントロール手段からの指令に基づき、供給側切換
   弁により熱交換器の流体出口と加熱側循環回路とを接続
   し、排出側制御弁により加熱側循環回路と熱交換器の流
   体入口とを接続して、加熱側循環回路により加熱した熱
   交換流体を熱交換器に循環供給し、かつ蓄冷循環回路に
   おいて熱交換流体を冷却しつつ循環させ、 温度制御対象物を高温の設定温度から低温の設定温度に
   降温する際、コントロール手段からの指令に基づき、供
   給側切換弁により熱交換器の流体出口と加熱側循環回路
   とを接続した状態で、排出側制御弁により蓄冷循環回路
   において冷却された熱交換流体を熱交換器の流体入口へ
   導入させるよう構成したことを特徴とする温度調整シス
   テム。
2. 【請求項２】 基板の載置される載置プレートおよび
   熱交換器を備えた温度調整プレートと、該温度調整プレ
   ートの熱交換器に熱交換流体を循環供給するとともに該
   熱交換流体の温度調整を行う温度調整装置とを具備して
   成る温度調整システムであって、 上記温度調整装置は、 冷却手段と圧送ポンプと貯留タンクとを介装するととも
   に熱交換器の流体出口と流体入口とを繋ぐ冷却側循環回
   路と、 冷却側循環回路において冷却手段と圧送ポンプと貯留タ
   ンクとを介装して閉ループ回路を構成する蓄冷循環回路
   と、 加熱手段と圧送ポンプと貯留タンクとを介装するととも
   に熱交換器の流体出口と流体入口とを繋ぐ加熱側循環回
   路と、 加熱側循環回路において加熱手段と圧送ポンプと貯留タ
   ンクとを介装して閉ループ回路を構成する蓄熱循環回路
   と、 熱交換器における流体出口からの熱交換流体を冷却側循
   環回路あるいは加熱側循環回路の一方に導入させる供給
   側切換弁と、 熱交換器の流体入口へ冷却側循環回路および加熱側循環
   回路からの熱交換流体を所定の流量比で導入させる排出
   側制御弁と、 供給側切換弁および排出側制御弁を動作制御するコント
   ロール手段とを備え、 基板を低温の設定温度で定常的に冷却する際、コントロ
   ール手段からの指令に基づき、供給側切換弁により熱交
   換器の流体出口と冷却側循環回路とを接続し、排出側制
   御弁により冷却側循環回路と熱交換器の流体入口とを接
   続して、冷却側循環回路により冷却した熱交換流体を温
   度調整プレートの熱交換器に循環供給し、かつ蓄熱循環
   回路において熱交換流体を加熱しつつ循環させ、 基板を低温の設定温度から高温の設定温度に昇温する
   際、コントロール手段からの指令に基づき、供給側切換
   弁により熱交換器の流体出口と冷却側循環回路とを接続
   した状態で、排出側制御弁により蓄熱循環回路において
   加熱された熱交換流体を熱交換器の流体入口へ導入さ
   せ、 基板を高温の設定温度で定常的に加熱する際、コントロ
   ール手段からの指令に基づき、供給側切換弁により熱交
   換器の流体出口と加熱側循環回路とを接続し、排出側制
   御弁により加熱側循環回路と熱交換器の流体入口とを接
   続して、加熱側循環回路により加熱した熱交換流体を温
   度調整プレートの熱交換器に循環供給し、かつ蓄冷循環
   回路において熱交換流体を冷却しつつ循環させ、 基板を高温の設定温度から低温の設定温度に降温する
   際、コントロール手段からの指令に基づき、供給側切換
   弁により熱交換器の流体出口と加熱側循環回路とを接続
   した状態で、排出側制御弁により蓄冷循環回路において
   冷却された熱交換流体を熱交換器の流体入口へ導入させ
   るよう構成したことを特徴とする温度調整システム。
3. 【請求項３】 前記排出側制御弁は、前記加熱側循環
   回路から前記熱交換器へ導入される熱交換流体の流量
   と、前記冷却側循環回路から前記熱交換器へ導入される
   熱交換流体の流量との比を、暫時変化させる態様で動作
   する比例弁であることを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の温度調整システム。