JP2002500432A - ワークピースチャック用温度制御システム - Google Patents

ワークピースチャック用温度制御システム

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Abstract

(57)【要約】 半導体ウェハ等の平坦なワークピースの温度を制御するためのシステム及びその方法が開示される。ワークピースはワークピースチャック（１０）上に設置される。チャックは、ウェハ上の集積回路をテストするために使用されるウェハプローバ等のホストマシンとチャック（１０）との間のベース（４８）上に設置される。チャックは、ワークピースが設置される上部分（１２）を含む。チャック（１０）の上部分（１２）の温度を制御して、ワークピースの温度を制御する。ベース（４８）の温度は、チャックとホストマシンとの間の熱流の量を低減するように制御される。電力システム（６０）及び制御システム（５０）はスイッチング電源（２００）を含み、これが、ワークピースを加熱するのに使用されるチャック（１０）内のヒータ（１６Ａ，１６Ｂ）を含むシステム構成要素に電力を与える。一連のフィルタ（３００，３０２，３０４）により、スイッチング電源（２００）が発生した電気ノイズを除去し、低ノイズ動作を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、一般的には、電力（ｐｏｗｅｒ：動力）および制御システムに関す
るものであり、特に、半導体ウェーハのような加工物の温度制御、およびまたは
、前記加工物が保持される加工物チャックの温度制御に使用される電力および制
御システムに関するものである。
【０００２】 （背景技術） 半導体集積回路産業においては、個々の集積回路チップダイの経費は、ＩＣパ
ッケージの経費に比較して、減少し続けている。その結果、多くのＩＣ処理ステ
ップを、比較的経費が嵩むパッケージステップが実行された後よりは、ダイがま
だウェーハ内に有る間に実行することがますます重要になりつつある。
【０００３】 一般に、ＩＣ処理工程においては、半導体ウェーハは、一連の試験および評価
のステップを必要とする。各ステップにおいて、ウェーハは、静止位置に保持さ
れ、処理部で処理される。例えば、回路プローブ試験は、ＩＣをパッケージに組
み立てる前に温度遮蔽をするため、ますます、広い温度範囲にわたって実行され
るようになっている。ウェーハは、一般的に、ウェーハ上の回路を電気的に試験
する探触機の真空支持面上に静止するように保持される。前記探触機は、一群の
電気的プローブを具備し、これらは、試験器と結合して、所定の電気的刺激を、
ウェーハ上の回路の種々の所定の場所に印加し、その刺激に対するその回路の応
答を検知する。
【０００４】 代表的な探触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装着
され、ウェーハチャックは、その底面において探触機の支持構造部に保持される
。真空システムが、一般的に、前記チャックに接続されている。チャックの上面
と連通している一連の溝または隙間の部分が、真空をウェーハに導き、ウェーハ
をチャックの上面の所定の位置に保持する。探触機のチャック支持部によって、
その後、ウェーハは、プローブの直下に位置するように移動され、ウェーハ回路
の電気的試験が実行される。
【０００５】 このチャックは、また、温度制御システムを具備し、チャック面およびウェー
ハの温度を、ウェーハの所要の温度遮蔽が実行されるように、上昇および下降さ
せる。そのような試験の精度に対しては、ウェーハの温度、従って、チャック面
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】 ウェーハの温度の制御に対しては、種々の方法が適用されてきた。ある従来技
術では、チャックは、冷却液が循環する循環システムを具備している。冷却液は
一定の低温度に維持され、チャックを通過して循環する。温度制御は、同様に、
チャック内に配置されるヒータを活性化することによって実現される。ヒータは
、オンとオフを繰り返し、チャックと加工物は、所要の温度まで加熱される。
【０００７】 この方法には、ある欠点がある。チャックを加熱する場合、循環液が常に低温
度に維持され、かつ、常にチャックを通過して循環しているため、大きな時間遅
れが発生する。その結果、チャックと加工物を高温度まで加熱するのに長い時間
が必要となる。さらに、このシステムでは、ヒータに提供されたエネルギの多く
が、低温度の循環液によって浪費されるため、効率が悪い。さらに、循環液を冷
却するのに使用されるエネルギが、チャックと加工物を加熱している間に浪費さ
れてしまう。
【０００８】 別の従来技術システムにおいては、温度制御液とチャックヒータは、共に、加
工物の温度を制御するのに用いられる。このシステムにおいては、温度制御液は
加工物が所要の設定温度のある許容範囲内に来るように、使用される。ヒータは
、次にオンとオフを繰り返し、温度を設定点に調節する。このシステムも、また
、時間遅れが大きく、かつ、効率が低いという欠点がある。
【０００９】 さらに別の従来技術システムでは、温度制御は、チャックを通過して循環して
いる液体との間の受動的熱伝達作用だけによって実行される。このシステムでは
、チャックの内部には、一連の溝が準備され、その中を温度制御された液体が循
環する。チャックの温度は、その液体の温度を制御することによって、制御され
る。このシステムも、また、時間遅れが大きく、かつ、比較的、効率が低いとい
う欠点がある。
【００１０】 ウェーハを回路探触機上で試験する場合のような応用においては、このシステ
ムに誘導される電気的ノイズは、探触機によって実行される測定に悪影響を及ぼ
すから、そのような電気的ノイズを低減することが重要である。測定にノイズが
入ることは、ウェーハの温度試験を探触機上で実行する場合の共通的な問題であ
る。抵抗を用いるチャックヒータのような要素に印加される電力および制御信号
は、一般的に、ウェーハに極めて近い場所にあり、従って、かなりのノイズ源と
なり得る。
【００１１】 従って、加熱要素に動力を提供するための動力供給は、出来るだけノイズを生
じないことが重要である。その結果、従来の熱チャック動力システムは、線形動
力供給を具備し、加熱要素に動力を提供する。しかし、線形供給は極めて低効率
になる傾向がある。実際、それらの動力散逸は、入力電圧に大きく依存する。従
って、入力線路動力が変化し得る条件の下では、かなりの低効率が生じる。さら
に、欧州の線路動力電圧レベルは、米国で用いられているものよりも高いので、
線形供給の動力散逸は、米国におけるよりも大きくなり、結果として、別な供給
とシステム設計または別な動力散逸変動の許容範囲を必要とする。さらに、線形
供給は力率補正ができない。近く実施される欧州規格では、高動力供給は力率補
正が可能でなければならないことになっている。線形供給は、ある条件下では、
これらの新しい規格に適合しないことも有り得る。従って、ノイズを生じない動
力信号によって動力を受け、線形動力供給に依存しないような加工物チャックを
提供することは望ましいことである。
【００１２】 （発明の開示） 一態様によると、本発明は温度制御システムおよびワークピースチャックにチ
ャックされた半導体ウェーハ等のワークピースの温度を制御する方法に関し、こ
れらのシステムおよび方法は、ワークピースの温度をより正確かつ効率的に制御
する。ワークピースチャックは上部分を有し、この部分にワークピースを搭載で
きる。上部分はベース等の中間層上に搭載される。この層はチャックの上部分と
、チャックが用いられるウェーハプローブ装置等のホスト装置との間に位置する
。温度制御システムは、ワークピースの温度を制御するためにチャック上部分の
温度を制御する手段と、チャックとホスト装置の間の熱流に影響を及ぼすために
ベースの温度を制御する手段と、を有する。ある実施形態では、ベースの温度は
ベースを循環する流体によって制御される。流体の一部がチャックの上部分にも
循環してチャックの上部分の温度を制御する。ある実施形態では、チャックとホ
スト装置との間の熱流が軽減される。
【００１３】 ある実施形態では、本発明の温度制御システムは、流体をワークピースチャッ
クを通して循環させるポンプを有する。このシステムは、流体の一部をチャック
上部分に送ってワークピースの温度を制御する手段と、チャックとホスト装置と
の間の熱流に影響を及ぼすように流体の別の部分をベース中間層に送る手段と、
を有する。
【００１４】 ある実施形態では、温度制御システムは、流体の温度を制御するシステムを有
する。この流体温度制御システムは冷却システムを有する。流体が冷却システム
を通過すると、ポンプによってチャックに押出される前に、冷却される。流体制
御システムは、必要に応じて流体を加熱する一個以上のヒータも有する。流体制
御システムは、多様な流体ルート機能を制御する一個以上のバルブまたはスイッ
チも有する。例えば、流体を加熱しなくてはならない場合、一個以上のバルブを
制御して、流体が冷却システムを迂回するようにするか、一個以上の流体ヒータ
を通過するようにするか、その両方にする。この結果、冷却システムに課される
不必要な負荷が軽減され、多くの動力を軽減できる。流体を冷却したい他の状況
下では、一個以上のバルブを制御して、流体が冷却装置に流れるようにする。
【００１５】 更にこのバルブを用いて、ワークピースの温度を制御するために流体をチャッ
ク上部分に流すか、チャックとホスト装置との間に熱流バリアを形成するために
ベースに流すか、を制御できる。ある実施形態では、個別に制御可能な２個のフ
ローパスを設ける。ある条件下でこのバルブを制御して流体の一部がチャック上
部分に流れるようにして、ワークピースの温度を制御する。同時に、流体の第二
の部分がベースに流れるようにして、ベースを周囲温度あるいはこれに近い温度
に維持し、これによって熱流がホスト装置との間を行き来することを防ぐ。他の
状況下では、流体全体がベースに流れるようにバルブを制御する。
【００１６】 ある実施形態では、両方の流体パスに流体ヒータを設ける。流体ヒータは、流
体の両方の部分の温度を別個に制御できるように、別個に制御可能である。
【００１７】 更にこのバルブを使って、システムを循環する流体の量を制御できる。制御可
能バルブによって、ポンプを迂回させることができる。このバルブを作動すると
、ポンプの出口における流体の所定部分が再循環されて入口に戻るので、チャッ
クに到達する流体の量が軽減する。こうして、例えばチャックを加熱する場合に
、循環する流体の量を軽減できる。
【００１８】 本発明の温度制御システムは更に、チャックに一個以上のヒータを設けること
ができる。このヒータのオン、オフを繰り返して、必要に応じてチャックとワー
クピースを加熱する。ある実施形態では、チャックヒータはＤＣ動力供給源によ
って駆動される抵抗要素を有する。ある特定の実施形態では、個別に制御可能な
２個以上の抵抗ヒータを用いることで、効果的な多段階（例えば２段階）チャッ
ク加熱手順を下述のように容易にする。
【００１９】 ある実施形態では、本発明のシステムの効率を改良するために、システムの動
作温度範囲を多数のサブ範囲に効果的に分割する。特定のサブ範囲においてシス
テムが動作することで、システム制御に用いる動作パラメータセットを規定する
。例えば、動作温度範囲を２つのサブ範囲、上方サブ範囲と下方サブ範囲、に分
割する。一方のサブ範囲において設定点を選択すると、特定の条件セットが規定
される。本発明のシステムはこれらの条件を用いてシステム動作パラメータセッ
トを規定し、これらのパラメータを実現するためにシステムの多様な構成物を制
御する。例えば、上方のサブ範囲で動作させたい実施形態において、チャックヒ
ータを用いてチャックを加熱し、全流体をベース付近に流してベースを周囲温度
に保つ。この動作構成を達成するために、バルブを動作させて流体がベースに流
れるようし、必要に応じてヒータを循環させる。
【００２０】 本発明の温度制御システムは、更に複数の温度センサを有する。このセンサに
よってシステム中の多様な場所で温度フィードバックを行う。ある実施形態では
、少なくとも１個の温度センサを流体パス中に設けて流体温度をモニタする。チ
ャック上部分に向かう流体パスと、ベースに向かうパスとに温度センサを設けて
、両方のパスの温度を別個にモニタできる。更に、チャックの上部分にセンサを
設けてワークピースの温度をモニタできる。流体温度と、ワークピース温度の両
方をモニタすることで、ワークピース温度制御のための二重ループ制御形式を提
供する。これによって、より正確な温度制御が可能になる。さらにベースと周囲
環境にもセンサを設けることができる。これらのセンサを流体センサと共に用い
ることで、ベース温度の二重ループ制御を可能にして、チャックとホスト装置と
の間の熱流を排除する。
【００２１】 他の態様において、本発明は、本発明の温度制御システムを動作させるために
必要な電力と制御を提供する電力および制御システムおよび方法に関する。特に
、本発明のこの態様は、システムヒータを作動させるために必要な電力と、本発
明の温度制御システムにおける多様なバルブや流体ヒータを動作させるために必
要な制御とを提供する電力および制御システムおよび方法に関する。本発明の電
力システムは、ワークピースチャックにチャックされたワークピースを加熱する
少なくとも一個のヒータを有するワークピースチャックに適用できる。電力シス
テムはインターフェイスを有し、このインターフェイスにおいて、電力システム
とワークピースチャックヒータとの間で動力が伝達される。このシステムは更に
、出力動力信号を生成する切替え動力供給部を有し、これはインターフェイスを
介してチャックヒータと接続されて、動力を伝達する。
【００２２】 ある実施形態では、本発明の動力システムは更に、切替え動力供給部から出力
動力信号を受信するフィルタを有する。このフィルタによって信号を濾過して切
替え動力供給ノイズを信号から除去する。この結果、チャックヒータに供給され
る動力信号はノイズをワークピースに結合しない。したがって、非常に正確なワ
ークピース測定が可能となる。
【００２３】 ある実施形態では、切替え動力供給部からの出力動力信号を、オン状態とオフ
状態の間を切り替えるように制御できる。オン状態においてヒータに動力信号が
適用され、オフ状態ではヒータに動力が適用されないので、ヒータは切れる。切
替え動力供給部からの出力動力信号は、増幅器にも接続される。この増幅器は出
力動作信号レベルを変化できるように制御可能である。この結果、ヒータに伝達
される動力、つまり、ヒータによって提供される熱を変化できる。
【００２４】 上述の通り、ある実施形態では、チャックが実際に、ワークピースに熱を供給
するために使用される２個以上の抵抗加熱要素を有することができ、切替え動力
供給部は２個以上の出力動力信号を提供できる。これらの各信号は、それぞれの
加熱要素に接続される。出力動力信号は個別に制御可能なので、加熱要素に供給
される動力を個別に制御できる。この実施形態では、多段階（例えば２段階）加
熱手順を実行してワークピースの温度変化を効率的に制御できるように、加熱要
素と出力信号とを構成することができる。例えば、ワークピースの温度を迅速か
つ大幅に上昇させたい２段階加熱要素構成では、両方の動力出力、つまり両方の
加熱要素を同時に作動させることができる。ワークピースの温度が第一目標閾値
温度を超えて上昇したら、加熱要素の一つをオフし、もう一方の加熱要素を引き
続き用いてワークピースの温度を調整し、所望の最終目標温度にすることができ
る。
【００２５】 ある実施形態では、この２段階手順を実行するために、第一の出力動力信号は
オンとオフとを切替え可能であり、他の信号をレベル可変に制御可能な増幅器に
適用する。第一目標温度に温度を上昇させる間は両方のヒータをオンし、目標閾
値温度に達したら、第一ヒータをオフし、第二調整可能ヒータをオンに維持する
。次に、増幅器を制御して、調整可能ヒータに伝達された出力動力信号のレベル
を調整し、ワークピースを最終目標温度まで正確に加熱して、この温度に維持す
る。他の実施形態では、ワークピースが最終温度に達した後も、特にワークピー
スを高温に維持する必要がある場合は、両方のヒータをオンに維持する。更に他
の実施形態では、３個のヒータを用いて２段階加熱処理を実行する。２個のヒー
タは切替え可能であり、１個のヒータは可変である。最終温度では、切替え可能
ヒータの一つをオフし、他の切替え可能ヒータと可変ヒータをオンに維持してワ
ークピースを最終温度に維持する。
【００２６】 更に、本発明の電力および制御システムは、本発明の温度制御システムに使用
されるバルブや流体ヒータを制御して、チャックとワークピースの温度を制御す
るための駆動信号を提供する。ある実施形態では、制御信号は中継駆動信号であ
り、この信号は中継器を駆動し、中継器はバルブおよび流体ヒータの動作を制御
する。制御システムは温度センサ、露点警告センサスイッチ、流体レベルスイッ
チから入力を受信し、システムを必要に応じて動作させるためにシステム構成物
を制御するために必要な制御信号を、これらの入力を用いて生成する。
【００２７】 本発明の温度制御は、従来システムに比べて多くの効果を奏する。例えば、本
発明の動力システムは切替え動力供給部を用いるため、リニア動力供給部を使用
するシステムよりも遥かにエネルギー効率が良い。また、切替え動力供給源は力
率訂正されているので(power-factor corrected)、新しい欧州動力基準を満たし
ている。また、本発明では独自の濾過を用いるので、動力供給出力のノイズは最
小限に抑えられる。温度制御システム自身は更に、従来の温度制御システムと比
べて優る効果を奏する。例えば、チャックの上部分とホスト装置の間にあるベー
スの温度を周囲温度に維持するので、チャックとホスト装置との間の熱流は実質
的に排除される。また、システムの全温度範囲を分割した複数のサブ範囲を用い
ることで、システム効率を改善できる。システムの温度範囲をより小さなサブ範
囲に分割することで、より狭い温度サブ範囲用に注意深く調整された異なる制御
設定を採用できる。また、これによってシステム効率が改善される。
【００２８】 （発明を実施するための最良の形態） 図１は、ワークピースチャック１０に関して使用される本発明による温度制御
システム１００の１実施形態を示す概略図である。チャック１０は、半導体ウェ
ーハなど、平坦な処理中のワークをその上部表面１２に保持するために使用がで
き、本願と同一の譲受人に譲渡され、その全部分が参考のため本願に組み込まれ
た、同一出願日（filed on even date）の同時係属特許出願（"Workpiece Chuck
”）に記載された形状にすることができる。
【００２９】 ワークに行う処理には、プローバ（prober）装置などのホスト装置を使用した
、所定の温度範囲にわたるウェーハへの電気回路テストを含むことができる。ウ
ェーハの温度循環を実施するために、チャック１０は、流体が内部で循環可能な
ヒートシンク１４と、ウェーハの加熱に使用可能な電気ヒータ１６とを含む。本
発明の温度制御システム１００は、チャックの温度を制御し、それにより検査中
の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を流れる
流体の温度及び流れとを制御する。以下に詳細に説明するように、１実施形態に
おいては、Ｈ３とも呼ばれるヒータ１６は、実際には２つの抵抗性加熱素子１６
Ａ及び１６Ｂを含むことができる。これらの加熱素子はそれぞれ、本発明の電力
及び制御システムによって供給される、それぞれ個別に制御可能な動力信号によ
り駆動される。個々に制御可能な加熱素子１６Ａ及び１６Ｂにより、以下に詳細
に説明するような、多段階、例えば２段階のワーク加熱処理を実行することがで
きる。
【００３０】 なお、図１において、鎖線及び点線は電気的接続を示し、矢印のついた実線は
、チャックの温度制御に使用される流体またはその流体の冷却に使用される冷媒
などの熱力学媒体の流れを実施するためのラインを示している。
【００３１】 本発明のシステム１００は、チャック１０の下部を周囲環境温度に維持し、チ
ャック１０とホスト装置との間の熱流を防ぐためにも使用可能である。このため
、チャック１０は、ベース４８に取り付けられた、セラミックの熱及び電気絶縁
プレートで構成できる下部支持部材又はプレート２２を含む。１実施形態におい
ては、ベース４８は、チャック１０を取り付けたホスト装置の一部である。別の
実施形態では、図１に示すように、ベース４８はチャックの一部である。ここで
は、ベースをチャック１０の一部として説明するが、ベースはホスト装置の一部
でもよい。いずれの場合にも、ベース４８の温度が制御され、チャック１０とホ
スト装置との間の熱流が制御される。ベース４８を流体が循環し、ベースを周囲
温度に維持する。これにより、チャックとホスト装置との間に熱流バリアが形成
される。
【００３２】 本発明の温度制御システム１００は、チャック１０に流出入する流体の温度及
び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、インレットラ
イン１１２を介してヒートシンク１４に搬入され、リターンライン１１３を介し
てヒートシンクから流出される。また、流体は別のインレットライン１１４を介
してベース４８に流入し、別のリターンラインによりベースから流出する。２つ
のリターンライン１１３及び１１５は単一のリターンライン１１６に結合し、流
体を流体制御モジュールに戻す。
【００３３】 本発明のシステム１００は、電気コントローラ５０及び動力供給源６０を含む
ことのできる電力及び制御システムを含む。以下に詳細に説明するように、コン
トローラ５０は、システム１００の種々の要素から電気入力信号を受信し、必要
に応じてシステム要素に電気制御信号を送り、システム１１０の要求される温度
制御機能を実行する。動力供給源６０は、必要に応じて種々のシステム要素及び
コントローラ５０に動力を供給する。
【００３４】 本発明の１実施形態においては、チャック１０及び温度制御モジュール１１０
の様々な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コン
トローラ５０に与えられる。図１に示される実施形態においては、Ｔ１〜Ｔ６で
示された６つの温度センサが使用されている。ここで、Ｔ１〜Ｔ６は、センサ自
体を示すことも、それが示す温度を示すこともでき、どちらを意味するかは文脈
から明らかである。
【００３５】 センサＴ１は、ヒートシンク１４またはその付近におけるチャックの温度を示
す、チャック上部表面温度センサである。１実施形態においては、温度テストに
先立ち、較正処理を行って、センサＴ１における温度とウェーハにおける実際の
温度との差を判定する。較正において、上部表面に置かれたウェーハの温度は、
表面に取り付けられた熱電対や他の温度センサにより、あるいはウェーハの較正
されたダイオードを使用して、又は他の技術によって判断できる。また、センサ
Ｔ１とウェーハ表面との温度差を識別する補正係数が生成される。この補正係数
は、次の温度制御処理における調整に使用され、これによりウェーハを所望の温
度に維持する。あるいは、接触または非接触温度センサをウェーハ表面に使用し
てＴ１温度測定を行うこともできる。この場合は較正の必要がなくなる。この温
度センサは、較正されたダイオードでも、熱電対または他の任意の接触または非
接触センサでもよい。
【００３６】 センサＴ２はベース温度センサであり、ベース４８における温度を検出する。
この温度は、チャック１０とホスト装置との間の熱流を防ぐべく、周囲温度（Ｔ
３）又はこれに近く維持される。センサＴ３は、環境空気／環境温度センサであ
り、チャック及びホスト装置周辺の環境の周囲温度を検出する。理想的には、ベ
ース４８において流体を循環させることにより、Ｔ２はできる限りＴ３に近く維
持され、チャックとホスト装置との間の熱流を防ぐ。
【００３７】 センサＴ４は流体温度センサであり、流体ヒータＨ１から送られた流体が、ラ
イン１１２を介してヒートシンク１４に、あるいは流体ヒータＨ２及びライン１
１４を介してベース４８のいずれかにバルブＳＶ４の状態に応じて流入する前に
、流体の温度を検出する。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に流入する際の流体温度を制御可能にすべくモニタされている。
【００３８】 センサＴ５はベース流体温度センサであり、流体が流体温度制御モジュール１
１０からライン１１４に沿ってチャック１０の方向に流れる際の流体の温度を検
出する。Ｔ５における温度は、ベース４８に入る流体の温度を制御可能にすべく
モニタされ、ベース温度（Ｔ２）が周囲温度（Ｔ３）付近に維持される。
【００３９】 センサＴ６は戻り流体温度センサであり、リターンライン１１６に沿ってチャ
ック１０から戻る流体の温度を検出する。センサＴ６は、流体がチャック１０に
戻る前に、流体に事前冷却などの熱力学処理が必要か否かを判断するために使用
される。
【００４０】 上記以外の温度センサ構造を用いて本発明を実行することも可能である。例え
ば、センサＴ１及びＴ２をリターン管１１３及び１１５に配置することもできる
し、管１１３，１１５のいずれか又はいずれにもさらなるセンサを設けてもよい
。
【００４１】 温度制御システム１００は、必要に応じて循環流体を加熱するための一対の流
体ヒータＨ１及びＨ２を含む。ヒータＨ２は、ベース流体温度制御ヒータであり
、ベース４８の方向に流れる流体を加熱する。ヒータＨ１は、チャック／ベース
流体温度制御ヒータであり、ＳＶ４の状態に応じてヒートシンク１４又はベース
４８のいずれかを循環する流体を加熱する。上述のように、システム１００は、
チャック温度制御ヒータ１６（Ｈ３）をさらに含む。ヒータＨ３は、チャック１
０内に設けられ、チャック１０を直接加熱することによりワークを加熱する。ヒ
ータＨ３は実際には、個々に制御可能な複数の加熱素子１６Ａ及び１６Ｂを含む
ことができる。
【００４２】 システム１００における流体の流れは、コントローラ５０を介して、ポンプ１
２０及び一連のバルブにより制御される。ポンプ１２０は、蒸発器３４とそのバ
イパス（側管）の少なくともいずれか、及びアキュムレータ１５４から流体を受
け、その流体を流体ヒータＨ１及びＨ２，さらにヒートシンク１４とベース４８
の少なくともいずれかに圧力により供給する。
【００４３】 コンデンサ１３０、蒸発器１３４、熱膨張バルブ１３６、コンプレッサ１４０
及び圧力調整器１３８が、必要に応じて流体を冷却する、容量制御された冷却処
理を実行するために使用される。以下に説明する特定の所定環境では、ソレノイ
ドバルブＳＶ２及びＳＶ３を使用して、冷却システムを通過する流体を必要に応
じて導き、流体から熱を除去する。別の環境では、ＳＶ２及びＳＶ３は、流体が
冷却サイクルの１つ以上の部分を迂回するように流体を導くために使用される。
周囲事前冷却熱交換器１３５を通過する流体を導くために、周囲事前冷却選択ソ
レノイドバルブＳＶ２が使用される。周囲事前冷却を所望する場合、ＳＶ２をオ
ン状態に切り替え、流体を事前冷却熱交換器１３５を通過するように導く。ＳＶ
２が図１に示すようにオフであれば、流体は周囲事前冷却を迂回する。
【００４４】 流体をさらに冷却したい場合には、流体を蒸発器１３４を通過するよう向ける
ことができる。蒸発器バイパス選択ソレノイドバルブＳＶ３及び蒸発器バイパス
冷媒流体調量バルブＭ２を使用して、蒸発器１３４を通過する流体の流れを制御
する。調量バルブＭ２は、常にライン１４２内の所定パーセントの流体が、ソレ
ノイドバルブＳＶ３を迂回して蒸発器１３４に流入し、冷却されるようにする。
１実施形態においては、この割合は約１５％に設定されている。図１に示される
ようにＳＶ３がオフ状態にある場合、ライン１４２中の全流体が冷却のために蒸
発器に向けられる。ＳＶ３がオンであれば、所定パーセント（１５％）の流体が
蒸発器１３４に流入し、残りの流体は蒸発器１２４を迂回してポンプ１２０に向
かって流れる。
【００４５】 ポンプ１２０の出口においてライン１４４に流れる流体の所定量がヒータＨ１
に流れ込む。この量は、基板供給流体調量バルブＭ３によって設定される。１実
施形態においては、Ｍ３は、ライン１４４中の流体の５％がＨ１を迂回してライ
ン１４５のＨ２に向かって流れ、残りの９５％がＨ１に流れるように設定される
。したがって、この実施形態においては、流体の一部は常にベース４８に流れ込
み、この部分の温度が制御可能である。
【００４６】 チャックがチャックヒータ１６（Ｈ３）によって加熱されている場合など、あ
る状況下では、ヒータＨ１から流出した流体は、ライン１４７に接続したチャッ
クヒートシンクバイパス選択ソレノイドバルブＳＶ４により、ヒートシンク１４
ではなく、ヒータＨ２及びベース４８を通過して流れるよう導かれる。ＳＶ４が
オンであれば、Ｈ１とＨ２のいずれから流出した流体も全てベース４８を流れる
。一方、図示されるようにＳＶ４がオフであれば、Ｈ１から流出した流体は、ヒ
ートシンク１４を通過すべく向けられる。
【００４７】 本発明のシステム１００にはまた、露点センサ１５０及び露点メータ１５２が
組み込まれる。露点センサ１５０は、チャック１０の周りの周辺環境の露点を検
出し、検知した露点をあらわす電気信号を発生し露点メータ１５２に送信する。
もし、露点が特定値を上回った場合露点メータ１５２は、スイッチを閉じること
により露点警報信号をコントローラ５０へ送信できる。霜の形成などの環境要因
による作業素材へのダメージを回避するために、チャックを室温まで加熱するこ
とやシステムの運転を停止することなどの修正活動を行うことができる。
【００４８】 アキュムレータ１５４は、チャック１０を通じて循環される流体の貯蔵所とし
て働く。アキュムレータは、システムの広い範囲の運転温度における流体の膨張
及び収縮に適応するために十分な流体を保持する。流体のレベルが低いことを示
す信号は、アキュムレータ１５４によって発生され、ライン１４９上をコントロ
ーラ５０へと送信される。
【００４９】 コントローラ５０はまた、例えばプローバなどのホストマシンからの入力を、
ＲＳ−２３２インターフェース２３７を介して受信することができる。ＲＳ−２
３２インターフェースは、ホストマシンがチャックに新しいチャック温度設定ポ
イントなどの情報を伝達することを可能にする。
【００５０】 本発明の温度制御システム１００によって使われる制御ロジックを詳しく説明
する。特定の変数は、システム１００の運転と関連され定義される。Ｔcは、チ ャック１０の温度設定ポイントとして定義される。これは、現時点でチャックを
設定したい温度である。ＴEBは、エバポレータ（蒸発機）バイパス切替え温度で
ある。これは、いくつかの条件下で、Ｔcと比べられる正の定数である。Ｔsは、
支持プレート又はベース温度設定ポイントであり、一般的にはおよそＴ３に等し
い。Ｔ３は、周辺空気／環境の温度である。ＤＴcは、チャック温度偏差であり 、これは、チャック温度Ｔ１と、チャック温度設定ポイントＴcとの差を示す値 であり、すなわちＤＴc＝Ｔ１−Ｔcである。
【００５１】 ＤＴsは、チャックが定常状態にあると定義される、チャック温度偏差の最大 値であり、一般的には１から５℃の正の定数である。チャック温度は、実際の温
度と設定ポイント（ＤＴc）との差の大きさが小さい時、すなわち、実際の温度 が所望温度よりも少しだけ異なる時に、定常状態にあると考慮される。詳しく言
えば、−ＤＴs＜ＤＴc＜ＤＴsの条件が満たされた時、チャックは定常状態にあ ると考慮される。
【００５２】 本発明のシステムは、チャック及び作業素材の温度を広い温度範囲にわたって
制御する。一つの実施形態では、温度範囲が、下部副範囲及び上部副範囲に効果
的に分割される。下部副範囲では、チャック１０及び作業素材の温度は、チャッ
ク１０を通じての流体の流れのみにより制御される。チャックヒータ１６（Ｈ３
）は使われない。これは温度設定ポイントが周辺温度よりも高い時にも当てはま
る。この場合、流体により必要な熱が提供される。上部副範囲では、チャックヒ
ータ１６が使われ、チャック１０及び作業素材を加熱する。下部副範囲と上部副
範囲との間の境界温度を、ここではＴBとして参照する。一つの実施形態では、 ＴB＝＋４０℃である。したがって、総合温度範囲が、例えば−１０℃から＋２ ００℃の場合、下部副範囲は、−１０℃から＋３９．９℃へわたることができ、
上部副範囲は、＋４０℃から＋２００℃へわたることができる。その他の温度副
範囲を選択することもまた可能である。
【００５３】 システム１００のロジックの運転を説明するために、システム１００の様々な
部品の設定を、その設定が行われる物理的なシステム状態と共に説明する。上述
のように、コンプレッサ１４０及びコンデンサ１３０は、冷却システムの一部で
あり、この冷却システムは、本発明によりチャック１０を通じて循環される流体
の温度を制御するために制御可能である。コンプレッサ１４０及びコンデンサフ
ァンは、システム１００が運転中はオン状態であり、そうでない時はオフ状態に
なっている。チャック１０を通じて流体を循環させるために使われるポンプ１２
０もまた、システム１００の運転中はオン状態であり、そうでなければオフ状態
である。
【００５４】 チャックを現在の実際のチャックの温度Ｔ１から十分に低い設定ポイント温度
に冷却し、システムを定常状態から外すことが望まれる時、すなわちＤＴc＞Ｄ Ｔsであり温度Ｔ１がＴBよりも大きい時には、流体を予備冷却熱交換器１３５を
通じて経路を定め、周辺予備冷却を実施するために、バルブＳＶ２がオン状態に
される。そうでなければ、ＳＶ２はオフ状態にされ、周辺予備冷却を迂回する。
【００５５】 上述のように、ソレノイドバルブＳＶ３が図１に示すようにオフ状態の時は、
流体は、冷却されるためにエバポレータ（蒸発機）１３４に経路を設定される。
ＳＶ３がオン状態の時は、流体の大半がヒータＨ１に経路を設定され、流体が加
熱される。ＳＶ３は次の二つの条件のいずれかの下でオン状態にされる。チャッ
クを現在の実際のチャック温度よりも十分に高い温度に加熱し、システムを定常
状態から脱させることが望まれる時、すなわちＤＴc＜−ＤＴsの時に、ＳＶ３は
オン状態にされる。その他に、システムが定常状態にあり、すなわち−ＤＴs＜ ＤＴc＜ＤＴsが満たされており、システムを上部温度副範囲、すなわちＴc≧ＴB の範囲で運転することが望まれる時に、ＳＶ３はオン状態にされる。そうでなけ
れば、流体を冷却するためにＳＶ３はオフ状態にされる。
【００５６】 上述のように、ソレノイドバルブＳＶ４は、ヒータＨ１から出てくる流体が、
ヒートシンク１４に経路付けられるか、ベース４８に経路付けられるかを制御す
る。ＳＶ４がオン状態の時は、流体はベース４８に経路付けされる。ＳＶ４がオ
フ状態の時は、流体は、ヒートシンク１４に経路付けされる。ＳＶ４は、チャッ
クを現在の実際のチャック温度よりも十分に低い設定ポイント温度に冷却しシス
テムを定常状態から脱させることが望まれる時、すなわちＤＴc＞ＤＴsの時以外
の、システムを上部温度副範囲、すなわちＴc＞ＴBの状態で運転することが望ま
れる時にオン状態にされる。その他の場合、ＳＶ４はオン状態にされる。
【００５７】 ヒータＨ１及びＨ２及びＨ３は、コントローラ５０によって実施される比例積
分微分（ＰＩＤ）制御ループにより制御できる。様々な温度センサＴ１からＴ６
が、必要な温度フィードバックを提供し、コントローラ５０がヒータを制御する
ことを可能にする。コントローラ５０は必要に応じ、ヒータをオン状態やオフ状
態にサイクルさせるためのパルス幅変調信号を提供する。
【００５８】 ヒータＨ１は、チャックを現在の実際のチャック温度よりも十分に低い温度に
冷却し、システムを定常状態から脱させることが望まれる時、すなわちＤＴc＞ ＤＴsの時以外の、システムを下部温度副範囲、すなわちＴc＜ＴBの状態で運転 することが望まれる時に、ＰＩＤ制御を介してオン状態にサイクルされ、チャッ
ク温度Ｔ１を設定ポイント温度Ｔcに等しく保持する。ヒータＨ１はまた、チャ ックを現在の実際の温度よりも十分に低い温度に冷却しシステムを定常状態から
脱させることが望まれる時、すなわちＤＴc＞ＤＴsの時以外の、システムを上部
温度副範囲、すなわちＴc≧ＴBの状態で運転することが望まれる時に、オン状態
にサイクルされ、支持プレート温度Ｔ２を周辺空気／環境温度Ｔ３に等しく保持
する。ヒータＨ１は、他の条件下ではオフ状態にされる。
【００５９】 ヒータＨ２は、ＳＶ４がオン状態にされ、ヒータ１から出る流体をベース４８
を通じて流れるようにする時以外の時に、ＰＩＤ制御を介してオン状態にサイク
ルされ、ベース温度Ｔ２を周辺空気／環境温度Ｔ３に等しく保持する。この場合
、ヒータＨ１が、流体の加熱負荷の大半を取り扱う。他の場合では、ヒータＨ２
はオフ状態にされる。
【００６０】 チャックヒータＨ３は、チャックを現在の実際のチャック温度よりも十分に低
い温度に冷却し、システムを定常状態から脱させることが望まれる時、すなわち
ＤＴc＞ＤＴsの時以外の、システムを上部温度副範囲、すなわちＴc≧ＴBの状態
で運転することが望まれる時に、ＰＩＤ制御を介してオン状態にサイクルされ、
チャック温度Ｔ１を設定ポイント温度Ｔcと等しい温度に保持する。他の条件下 では、ヒータＨ３はオフ状態にされる。
【００６１】 図２は、本発明の温度制御システムのもう一つの実施形態４００を示す概略詳
述ブロック図である。図１に関して上で説明した部品及び制御ロジックは、図２
のそれと下記の部分を除き同一である。図２の実施形態４００は、図１に関して
説明した実施形態１００とは異なる流体温度制御システム４１０を使用する。図
２の流体冷却システムは、コンデンサ１３０とエバポレータ４３４を含む。循環
流体を冷却するために使われる冷却剤は、コンデンサ１３０からライン４５３に
沿って出、膨張バルブ４３８に入り、エバポレータ４３４に入る前にその流れを
絞られる。チャック温度制御流体の更なる冷却が望まれない場合は、ソレノイド
バルブＳＶ２を使い周辺予備冷却熱交換機４３５を迂回することができる。しか
しながら、図１の実施形態において、更なる冷却が必要でない時にエバポレータ
を迂回するために使われたソレノイドバルブＳＶ３は、図２に示す実施形態４０
０の流体温度制御システム４１０には含まれない。その代わりに、更なる流体の
冷却が望まれない場合は、通常は閉じられているソレノイドバルブＳＶ６が閉じ
たままにされ、エバポレータへの冷たい冷却剤を閉鎖し、コンプレッサからの熱
い気体がライン４５１に沿ってエバポレータ４３４に供給され、流体への熱を提
供する。一つの実施形態では、この追加の加熱が望まれる時に、オプションであ
る熱気体迂回許可ソレノイドバルブＳＶ５が開けられ、コンプレッサ１４０から
の熱い気体がエバポレータ４３４に伝達されることを可能にする。熱気体圧力レ
ギュレータ４３６が使われ、必要な加熱量に基づき、エバポレータ４３４へ送ら
れる熱い気体の量を制御する。
【００６２】 したがってＳＶ６は、エバポレータ熱交換機４３４における冷却能力を調節す
ることにより、流体温度を制御するために使われる。ＳＶ６は、コントローラＰ
ＩＤループを通じて制御され、流体温度を必要に応じた正確さで保持することも
できる。
【００６３】 一つの実施形態では、もう一つのオプションバルブＳＶ７が、コンデンサ１３
０とエバポレータ４３４の間に含まれる。バルブＳＶ７は高速応答計測装置を供
給する。この高速応答計測装置は、一つの実施形態では毛細管４３９であっても
よい。ＳＶ７はまた、ＰＩＤループを通じて制御されてもよい。しかしながらＳ
Ｖ７は、低い能力で応答が早い計測装置（毛細管４３９）を制御するという点で
、ＳＶ６とは異なる。この構成が使われる場合は、ＳＶ６は例えば、移転の際に
最大能力までエネルギを与えられても良い。そしてＳＶ７は、移転の後ＳＶ６が
動力源を断たれている間、設定ポイントを正確に保持するために使われることも
できる。
【００６４】 また、図１の温度センサＴ６が、図２の実施形態からは除去され、もう一つの
温度センサＴ７が追加されている。センサＴ７はエバポレータ流体出口温度セン
サである。このセンサは、流体がエバポレータ熱交換器４３４を出る際の温度を
検知する。Ｔ７において検知された温度は、流体冷却副システムの冷却能力を調
節するために使われ、この副システムはコンデンサ１３０と、コンプレッサ１４
０と、エバポレータ４３４とを含む。
【００６５】 図３は、本発明の電力及び制御システム３００の一つの実施形態の概略ブロッ
ク図である。システム３００は、上述のように、電源６０とコントローラ５０と
を含む。システム３００は、チャックヒータ１６（Ｈ３）を運転するために必要
な電力信号と、上述のソレノイドバルブ及び流体ヒータＨ１及びＨ２を運転する
ために使われる制御信号とを発生する。チャックヒータ１６は、抵抗加熱素子１
６Ａ及び１６Ｂを含む。
【００６６】 電力及び制御システム３００の電源６０部分は、三つの電源モジュール２００
、２０２、及び２０４を含むことができ、これらの電源モジュールは、ＡＣライ
ン入力電力を受けとる。本発明では、入力電力は、標準の１１５ＶＡＣ、６０Ｈ
ｚであってもよく、またはヨーロッパの標準にしたがってもよい。スイッチング
電源モジュール２００は、チャックヒータＨ３を駆動するために使われる主要電
力信号を提供する。上述のように、一つの実施形態では、チャックヒータＨ３が
実際には二つの抵抗加熱素子１６Ａ及び１６Ｂから成り、この抵抗加熱素子の各
々は、別個に制御可能なそれぞれの電力信号によって駆動される。二つのヒータ
１６Ａと１６Ｂとの使用を可能にするために、スイッチング電源モジュール２０
０は、二つのＤＣ出力の集合をライン２０８及び２１０に発生させ、Ｈ３内の加
熱素子１６Ａ及び１６Ｂを駆動する。出力ラインの一つの集合２０８は、±３６
ＶＤＣの出力電力出力信号を提供し、出力ライン２１０は、±４８ＶＤＣの出力
電力信号を提供する。
【００６７】 残りの電源モジュール２０２および２０４も、スイッチング電源であっても良
い。モジュールの１つ２０２は、システムの残りにおける論理を駆動するように
＋５ＶＤＣを供給できる。モジュール２０２はまた、制御システム５０内の増幅
器、フィルタリングおよび他の回路を駆動するように±１５ＶＤＣをも供給でき
る。この±１５ＶＤＣはフィルタ２０１に供給され、制御回路５０の線形低ノイ
ズ増幅器２１６およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１８に供給される前にレギ
ュレータ２０３によって±１２ＶＤＣの電圧まで調整される。線形低ノイズ増幅
器２１６は、この±１２ＶＤＣ信号をフィルタリングするための更なるフィルタ
リング回路２１７を含む。ＬＰＦ２１８もまた、この±１２ＶＤＣのための更な
るフィルタリングを含む。これらの調整およびフィルタリングはすべて、ノイズ
のないＤＣ電力を増幅器およびＬＰＦに与えて、低ノイズ電力信号を加熱素子１
６Ａおよび１６Ｂに与えることができるように用いられる。他の電源モジュール
２０４は、冷却するためのシステムファンを駆動するために使用され得る＋２４
ＶＤＣ信号を発生するために使用できる。
【００６８】 ±３６ＶＤＣおよび±４８ＶＤＣ信号が、コントローラ５０内のフィルタリン
グ回路２０６に与えられ、スイッチング電源２００または他のノイズ源によって
もたらされたノイズを信号から除去する。上述のように、電源２００の出力によ
って駆動されるＨ３内の加熱素子１６Ａおよび１６Ｂは、回路プローバマシン上
に配置されて回路のテストを行う際にウエハを保持するのに用いられるワークピ
ースチャック内に配置されるのが好適である。この構成において、システムに結
合されるノイズが最小にされるのが重要である。というのは、このようなノイズ
はプローバによって行われているテストを妨害して不正確な結果をもたらす可能
性があるためである。従って、フィルタリング回路２０６は、プローバによって
行われる回路測定の精度を向上させる上で重要である。
【００６９】 フィルタリングされた電源出力は、フィルタ２０６からライン２１２および２
１４上に供給される。一実施形態では、±３６ＶＤＣがライン２１２を介してワ
ークピースチャックにおけるヒータＨ３の第１の加熱素子１６Ａに直接供給され
る。さらに、±４８ＶＤＣがライン２１４を介して線形低ノイズ増幅器２１６に
供給され、これが、ヒータＨ３内の第２の抵抗加熱素子１６Ｂに供給される電圧
レベルを制御する。一実施形態においては、バイポーラまたはダブルエンドＤＣ
電圧がライン２０７上の線形低ノイズ増幅器２１６の出力において供給される。
増幅器２１６から供給される電圧レベルは、０ＶＤＣと±４２ＶＤＣとの間で可
変である。第２の抵抗素子１６Ｂに与えられる電圧のレベルを変化させることに
より、ヒータによって与えられる熱量を変えることができる。このように、増幅
器２１６からの電圧を制御することにより、ワークピースの温度を制御できる。
【００７０】 線形低ノイズ増幅器２１６からのライン２０７上の出力レベルは、デジタル−
アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ２２０によって与えられるアナログ信号入力によ
って制御され、このコンバータ２２０の出力は、中央処理装置（ＣＰＵ）２２６
からのデータによって制御される。Ｄ／Ａ２２０からのアナログ信号は、ローパ
スフィルタ２１８によってフィルタリングされて、能動制御ループ中においては
かなりのものであり得るＤ／Ａスイッチングノイズを信号から除去する。次に信
号は線形低ノイズ増幅器２１６に渡されて、ヒータＨ３内の第２の加熱素子１６
Ｂに与えられる信号のレベルを精度よく制御する。ローパスフィルタ２１８およ
び低ノイズ増幅器２１６は、Ｄ／Ａ２２０またはＣＰＵ２２６によってもたらさ
れたデジタルスイッチングノイズ等の残留ノイズを信号から実質的にすべて除去
し、クリーンで比較的ノイズのない信号をヒータＨ３に与える。一実施形態では
、ピークノイズが２５０μＶ未満の信号が得られる。
【００７１】 本発明の電力システムはまた、フィルタ２０６からの±４８ＶＤＣ出力に加え
られる制御可能なプリロード２２２を含む。ＣＰＵ２２６は、制御ライン２２４
を介してプリロード２２２の適用を制御する。プリロード２２２は線形低ノイズ
増幅器２１６からの出力が比較的低レベルに設定されるような状況で加えられる
。この状況でプリロードがなければ、スイッチング電源２００は比較的軽い負荷
のもとで動作し、過剰なノイズを発生してしまう傾向がある。プリロード２２２
を加えることにより、スイッチング電源２００は負荷をかけられ、発生するノイ
ズ量が低減される。
【００７２】 ＣＰＵ２２６はまた、制御信号をライン２２７を介して継電器ドライバ２４４
に供給する。継電器ドライバ２４４は、本発明の温度制御システム１００内のヒ
ータＨ１およびＨ２ならびにソレノイドバルブの動作を制御する継電器に適切な
信号を供給する。この継電器は、例えば、半導体継電器であっても良い。ＣＰＵ
はまた、ＩＥＥＥ４８８インタフェース２３６およびＲＳ−２３２インタフェー
ス２３７を含んでも良く、これを介して、ＣＰＵ２２６は回路プローバ等のホス
トマシンと通信できる。ＣＰＵは、ホストマシンからＲＳ−２３２インタフェー
ス２３７を介してワークピース温度設定点等の入力を受けることができる。ＣＰ
Ｕ２２６はまた、関連のメモリ２４２を含み、これは本発明の機能を実行するの
に必要な命令およびデータを記憶するＲＯＭおよびＲＡＭを含んでもよい。ＣＰ
Ｕはまた、キーボード２３８およびディスプレイ２４０を含んでも良いユーザイ
ンタフェースを含む。
【００７３】 ＣＰＵ２２６はまた、スイッチング電源２００に制御ライン２３０を、さらに
、フィルタ２０６に制御ライン２２８を与える。制御ライン２３０は、±３６お
よび±４８ＶＤＣ出力電力信号をＯＮおよびＯＦＦに選択的に切り替えるのに使
用される。使用されないときには、電力信号のうちの一方または両方がＯＦＦに
されて、スイッチング電源２００によってもたらされるノイズの量およびシステ
ムの電力消費を低減するようにしても良い。
【００７４】 一実施形態においては、制御ライン２３０は、少なくとも１つの出力電力信号
、好適には±３６ＶＤＣ信号をＯＮおよびＯＦＦに切り替えるために使用され得
る。制御信号２３０は１つ以上の継電器を開および閉状態の間で切り替えるのに
使用される。継電器が開状態であれば、対応する出力電力信号がＯＦＦにされる
。継電器が閉状態であれば、出力はＯＮにされる。一実施形態では、フィルタ２
０６への制御ライン２２８を使用して、フィルタ回路２０６内の継電器を制御す
ることによって、ライン２１２および２１４上の出力電力信号をＯＮおよびＯＦ
Ｆ状態の間で切り替える。
【００７５】 ＣＰＵ２２６は、温度センサＴ１ないしＴ６、露点センサアラームスイッチ１
５２およびアキュムレータ低流体レベルスイッチからのシステム入力を受ける。
これらのセンサおよびスイッチの出力は、ライン２３４を介してコントローラ５
０によって受け取られ、これらのラインがセンサ出力をＡ／Ｄコンバータ２３２
に与える。Ａ／Ｄコンバータ２３２は信号をデジタル信号に変換し、これがライ
ン２３５を介してＣＰＵ２２６に転送される。メモリ２４２に記憶された命令の
制御下で動作するＣＰＵ２２６は、これらの種々の入力とともに、温度設定点等
のユーザまたはホストマシンからの情報を処理し、上述のシステム論理に従って
適切な制御信号を発生して、必要に応じてワークピースの温度を制御する。ＣＰ
Ｕ２２６によって発生された制御信号は、ヒータ電力信号をＯＮおよびＯＦＦに
するライン２２８および２３０上の信号、線形低ノイズ増幅器２１６によって出
力される信号のレベルを制御するＤ／Ａコンバータ２２０への信号、ライン２２
４上のプリロード制御信号、および継電器制御ライン２２７を含む。
【００７６】 一実施形態において、Ｈ３内の加熱素子の一つ１６Ａは、フィルタ２０６から
ライン２１２を介して±３６ＶＤＣ出力信号を受ける。この実施形態において、
第２の抵抗加熱素子１６Ｂは、線形低ノイズ増幅器２１６からの制御可能な±４
２ＶＤＣ信号を受ける。±３６ＶＤＣ信号は、制御ライン２３０および／または
２２８を介してＯＮおよびＯＦＦにすることが可能であり、それにより、第１の
抵抗加熱素子１６ＡをＯＮおよびＯＦＦにする。上述のように、ライン２０７上
の第２の抵抗加熱素子１６Ｂへの電圧レベルは、ＣＰＵ２２６、Ｄ／Ａコンバー
タ２２０、および増幅器２１６を介して制御できる。ライン２０７上の電圧信号
を変えることにより、第２の抵抗加熱素子１６Ｂによって与えられる熱を変える
ことができる。一実施形態では、この構成により、２段階のチャック加熱プロセ
スを可能にする。これは、ワークピースをその現在の温度よりもかなり高い温度
まで加熱するのが望ましい場合は特に、一段階の加熱プロセスを含む従来のシス
テムと比較して、本発明のシステムをはるかに効率的なものとする。これは、例
えば、温度サイクリング中にワークピースの現在の温度よりもはるかに高い温度
に温度設定点が変更される場合に当てはまる。
【００７７】 これらの状況において、この２段階の手順の第１段階で、ヒータＨ３内の抵抗
加熱素子１６Ａおよび１６Ｂの双方がＯＮにされ、ライン２０７を介して第２の
抵抗加熱素子１６Ｂに与えられる電圧レベルがその最大値に調整される。ワーク
ピースの温度が第１の予め設定されたターゲットしきい値温度に達すると、ライ
ン２１２上の±３６ＶＤＣ信号をＯＦＦにすることによって、第１の抵抗加熱素
子１６ＡをＯＦＦにすることができる。これは、制御ライン２３０および／また
は２２８を介して達成できる。次に、ライン２０７を介して第２の抵抗加熱素子
１６Ｂに与えられる電圧レベルを、ワークピースの温度が所望の最終設定点ター
ゲット温度にもたらされるように制御する。この制御は、ＣＰＵ２２６がライン
２３５上の入力をうけ、適切な信号を増幅器２１６に与えて、ワークピースをタ
ーゲット温度にもたらすことによって達成される。別の実施形態では、ワークピ
ースが高い温度で維持されているときなど、熱量が比較的多く必要な場合には、
加熱素子１６Ａおよび１６Ｂの双方を、ワークピースが最終温度に達した後もＯ
Ｎのままにしておいてもよい。
【００７８】 更に別の実施形態では、チャックヒータ１６（Ｈ３）は、２つの切替可能素子
および１つの可変素子を含む３つの抵抗加熱素子を含んでも良い。ワークピース
が加熱されているとき、３つの加熱素子すべてがＯＮにされ得る。最終温度に達
すると、切替可能ヒータのうちの１つはＯＦＦにされてもよいが、他方の切替可
能ヒータおよび可変ヒータはＯＮのままとされ、ワークピースを最終温度に維持
する。
【００７９】 図４は、本発明のフィルタ２０６の一実施形態の概略ブロック図である。図４
に示されるように、フィルタ２０６はライン２０８を介して±３６ＶＤＣ入力を
受ける。具体的には、＋３６ＶＤＣをライン２０８Ａを介して受け、−３６ＶＤ
Ｃをライン２０８Ｂを介して受ける。さらに、±４８ＶＤＣ信号をライン２１０
を介して受ける。すなわち、＋４８ＶＤＣをライン２１０Ａを介して受け、−４
８ＶＤＣをライン２１０Ｂを介して受ける。
【００８０】 スイッチング電源ノイズを除去するために、各出力信号が一連のフィルタに与
えられる。図４に示される実施形態では、各信号がまず受動フィルタネットワー
ク３０２に与えられ、次に能動フィルタ段３００に与えられる。次に、第２の受
動フィルタ段３０４が信号を受信し、結果として得られるフィルタリングされた
ＤＣ信号を継電器３０６へと送る。継電器３０６Ａ−３０６Ｄは、ＣＰＵ２２６
から制御ライン２２８Ａ−２２８Ｄによって制御可能である。各出力電力信号は
、そのそれぞれの継電器３０６が制御ライン２２８を介して閉じているときには
、フィルタ２０６から出るようにされる。±３６ＶＤＣ信号は、ライン２１２を
介してヒータＨ３の第１の加熱素子へと送られる。すなわち、＋３６ＶＤＣはラ
イン２１２Ａを介して、−３６ＶＤＣはライン２１２Ｂを介して送られる。±４
８ＶＤＣ信号はライン２１４を介して線形低ノイズ増幅器２１６へと送られる。
すなわち、＋４８ＶＤＣはライン２１４Ａを介して増幅器２１６へ、−４８ＶＤ
Ｃはライン２１４Ｂを介して増幅器２１６へと送られる。
【００８１】 一連のフィルタ３０２、３００、および３０４は、スイッチング電源２００か
らの出力信号からスイッチングノイズを除去する。その結果、フィルタ２０６か
らの信号を、ワークピースおよびワークピーステストを行うマシンに対してスイ
ッチング電源ノイズを結合させることなく、ワークピースチャック内のヒータに
与えることができる。
【００８２】 本発明を具体的に示し、その好適な実施形態を参照して説明したが、以下の請
求の範囲で定義される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、その形態
および詳細において種々の変更が可能であることが当業者には理解されるであろ
う。
【００８３】 本発明の上記及び他の目的、特徴及び効果は、添付の図面に例示されるような
、本発明の好ましい実施形態のより特定的な以下の記載により明らかである。図
面は必ずしも一定の縮小率ではなく、本発明の原理を例示するために強調されて
いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の温度制御システムの１実施形態を示す概略詳細ブロック
図である。
【図２】 本発明の温度制御システムの別の実施形態を示す概略詳細ブロッ
ク図である。
【図３】 本発明の電力及び制御回路の１実施形態を示す概略ブロック図で
ある。
【図４】 本発明による電気ノイズフィルタの１実施形態の概略ブロック図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G003 AA07 AA10 AB01 AC01 AD01 AG04 AH07 AH09 4M106 AA01 BA01 CA60 CA62 DD30 DJ02 DJ40 5F031 CA02 HA37 HA38 JA46

Claims (49)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワークピースチャック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はワークピースが設置される上部分を有し、前記上部分は前
    記上部分とホスト装置との間に位置するベースの上方に設置される、温度制御シ
    ステムにおいて、 流体を循環させるポンプと、 前記ポンプに接続され、前記ベースの温度を制御することで前記チャックと前
    記ホスト装置との間の熱流に影響を及ぼすよう前記ベース内に前記流体を循環さ
    せる第一の流体輸送手段と、 前記ポンプに接続され、前記ワークピースの温度を制御するよう前記ワークピ
    ースチャックの前記上部分内に前記流体を循環させる第二の流体輸送手段と、を
    有する温度制御システム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の温度制御システムにおいて、 前記ベースが前記ワークピースの一部であることを特徴とする温度制御システ
    ム。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の温度制御システムにおいて、 前記ベースが前記ホスト装置の一部であることを特徴とする温度制御システム
    。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記ワークピースチャック内に位置し、前記ワークピースチャックの前記上部
    分を加熱するヒータを有する温度制御システム。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体の温度を制御する手段を有する温度制御システム。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体温度制御手段が前記流体に連結した冷却システムを有することを特徴
    とする温度制御システム。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体が前記冷却システムを少なくとも部分的に迂回するよう切り換える手
    段を有する温度制御システム。
  8. 【請求項８】 請求項６に記載の温度制御システムにおいて、 前記冷却システムが、第一の熱交換器からの高温ガスを第二の熱交換器に連結
    することで前記流体を加熱する手段を有することを特徴とする温度制御システム
    。
  9. 【請求項９】 請求項５に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体温度制御手段が、前記流体を加熱する流体ヒータを有することを特徴
    とする温度制御システム。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体が前記流体ヒータを少なくとも部分的に迂回するよう切り換える手段
    を有する温度制御システム。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体温度制御手段が、前記流体を加熱する第二の流体ヒータを有すること
    を特徴とする温度制御システム。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の温度制御システムにおいて、 前記第一の流体ヒータが、前記ワークピースチャックの前記上部分を循環する
    前記流体を加熱することを特徴とする温度制御システム。
  13. 【請求項１３】 請求項１０に記載の温度制御システムにおいて、 前記第一および第二の流体ヒータのうちの少なくとも一方が、前記ベースを循
    環する前記流体を加熱することを特徴とする温度制御システム。
  14. 【請求項１４】 請求項１０に記載の温度制御システムにおいて、 前記第一および第二の流体ヒータが、前記ベースを循環する前記流体を加熱す
    ることを特徴とする温度制御システム。
  15. 【請求項１５】 請求項１に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体を前記第一の流体輸送手段と前記第二の流体輸送手段との間で切り換
    える手段を有する温度制御システム。
  16. 【請求項１６】 請求項１に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体の温度を感知する第一の温度センサと、前記ワークピースチャックの
    温度を感知する第二の温度センサと、を有し、 前記第一および第二の温度センサが前記ワークピースチャックの温度を制御す
    る際に使用されることを特徴とする温度制御システム。
  17. 【請求項１７】 請求項１に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体の温度を感知する第一の温度センサと、 前記ワークピースチャックの前記上部分の温度を感知する第二の温度センサで
    あって、前記第一および第二の温度センサが前記ワークピースチャックの前記上
    部分の温度を制御する際に使用される、第二の温度センサと、 前記ベースの温度を感知する第三の温度センサであって、前記第一および第三
    の温度センサが前記ベースの温度を制御する際に使用される、第三の温度センサ
    と、を有する温度制御システム。
  18. 【請求項１８】 ワークピースチャック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はワークピースが設置される上部分と、前記上部分の下部
    に装着された中間層とを有する、温度制御システムにおいて、 前記ワークピースの温度を制御するよう前記ワークピースチャックの前記上部
    分の温度を制御する手段と、 前記チャックと前記チャックが設置されるホスト装置との間の熱流に影響を及
    ぼすよう前記中間層の温度を制御する手段と、を有する温度制御システム。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の温度制御システムにおいて、 前記中間層は、前記ワークピースチャックを前記ホスト装置に設置させる、前
    記ワークピースチャックのベースであることを特徴とする温度制御システム。
  20. 【請求項２０】 請求項１８に記載の温度制御システムにおいて、前記中間
    層温度制御手段は、 流体をポンプするポンプと、 前記ポンプに接続され、少なくとも前記流体の一部分を前記中間層内に循環さ
    せる流体輸送手段と、を有することを特徴とする温度制御システム。
  21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の温度制御システムにおいて、 前記中間層温度制御手段が、前記流体の温度を制御する手段を含むことを特徴
    とする温度制御システム。
  22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体温度制御手段が、前記流体に連結された冷却システムを含むことを特
    徴とする温度制御システム。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体が前記冷却システムを少なくとも部分的に迂回するよう切り換える手
    段を有する温度制御システム。
  24. 【請求項２４】 請求項２２に記載の温度制御システムにおいて、 前記冷却システムが、第一の熱交換器からの高温ガスを第二の熱交換器に連結
    することで前記流体を加熱する手段を有することを特徴とする温度制御システム
    。
  25. 【請求項２５】 請求項２１に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体温度制御手段が、前記流体を加熱する流体ヒータを有することを特徴
    とする温度制御システム。
  26. 【請求項２６】 請求項２５に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体が前記流体ヒータを少なくとも部分的に迂回するよう切り換える手段
    を有する温度制御システム。
  27. 【請求項２７】 請求項２０に記載の温度制御システムにおいて、前記チャ
    ック上部分の温度制御手段は、 前記ポンプに接続され、少なくとも前記流体の第二の部分を前記チャック上部
    分内に循環させる第二の流体輸送手段と、 前記流体の温度を制御する手段と、を有することを特徴とする温度制御システ
    ム。
  28. 【請求項２８】 請求項２７に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体温度制御手段が、前記流体に連結された冷却システムを含むことを特
    徴とする温度制御システム。
  29. 【請求項２９】 請求項２８に記載の温度制御システムにおいてさらに、 前記流体が前記冷却システムを少なくとも部分的に迂回するよう切り換える手
    段を有する温度制御システム。
  30. 【請求項３０】 請求項２７に記載の温度制御システムにおいて、 前記冷却システムが、第一の熱交換器からの高温ガスを第二の熱交換器に連結
    することで前記流体を加熱する手段を有することを特徴とする温度制御システム
    。
  31. 【請求項３１】 請求項２７に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体温度制御手段が、前記流体を加熱する流体ヒータを有することを特徴
    とする温度制御システム。
  32. 【請求項３２】 請求項１８に記載の温度制御システムにおいて、前記ワー
    クピースチャック上部分の温度制御手段は、 流体をポンプするポンプと、 前記ポンプに接続され、前記流体の一部分を前記ワークピースチャック上部分
    内に循環させる流体輸送手段と、を有することを特徴とする温度制御システム。
  33. 【請求項３３】 請求項１８に記載の温度制御システムにおいて、 前記ワークピースチャック上部分の温度制御手段が、前記ワークピースチャッ
    ク上部分内に位置するヒータを含むことを特徴とする温度制御システム。
  34. 【請求項３４】 ワークピースチャックの温度制御方法であって、前記ワー
    クピースチャックはワークピースが設置される上部分を有し、前記上部分は前記
    上部分とホスト装置との間に位置するベースの上方に設置される、温度制御方法
    において、 前記ベースの温度を制御することで前記ワークピースチャックと前記ホスト装
    置との間の熱流に影響を及ぼすよう、前記ベース内に流体を循環させるステップ
    と、 前記ワークピースチャックの前記上部の温度を制御するよう、前記ワークピー
    スチャックの前記上部分内に前記流体の一部分を循環させるステップと、を有す
    る方法。
  35. 【請求項３５】 請求項３４に記載の方法においてさらに、 前記流体の温度を制御するステップを有する方法。
  36. 【請求項３６】 請求項３５に記載の方法において、 前記流体の温度を制御するステップが、前記流体を冷却する冷却システムを設
    けるステップを含むことを特徴とする方法。
  37. 【請求項３７】 請求項３６に記載の方法においてさらに、 前記流体が前記冷却システムを少なくとも部分的に迂回するよう切り換えるス
    テップを有する方法。
  38. 【請求項３８】 請求項３６に記載の方法においてさらに、 前記冷却システムの第一の熱交換器からの高温ガスを前記冷却システムの第二
    の熱交換器に連結することで前記流体を加熱するステップを有することを特徴と
    する方法。
  39. 【請求項３９】 請求項３５に記載の温度制御システムにおいて、 前記流体の温度を制御するステップが、前記流体を加熱する少なくとも一つの
    流体ヒータを設けるステップを有することを特徴とする方法。
  40. 【請求項４０】 請求項３９に記載の方法においてさらに、 前記流体が前記少なくとも一つの流体ヒータを少なくとも部分的に迂回するよ
    う切り換えるステップを有する方法。
  41. 【請求項４１】 請求項３９に記載の方法において、 第一の流体ヒータおよび第二の流体ヒータのうちの少なくとも一方が、前記ベ
    ース内を循環する前記流体を加熱することを特徴とする方法。
  42. 【請求項４２】 請求項３９に記載の方法において、 第一の流体ヒータおよび第二の流体ヒータが、前記ベース内を循環する前記流
    体を加熱することを特徴とする方法。
  43. 【請求項４３】 請求項３４に記載の方法においてさらに、 前記流体を前記ワークピース上部分と前記ベースとの間で切り換えるステップ
    を有する方法。
  44. 【請求項４４】 請求項３４に記載の方法においてさらに、 前記流体の温度を感知するステップと、 前記ワークピースチャックの温度を感知するステップと、 前記ワークピースチャックの温度を制御する際に、前記感知した流体温度と前
    記感知したワークピースチャック温度とを使用するステップと、を有する方法。
  45. 【請求項４５】 請求項３４に記載の方法においてさらに、 前記流体の温度を感知するステップと、 前記ワークピースチャック上部分の温度を感知するステップと、 前記ベースの温度を感知するステップと、 前記ワークピースチャックの前記上部分の温度を制御する際に、前記感知した
    流体温度と前記感知したワークピースチャック上部分温度とを使用するステップ
    と、 前記ベースの温度を制御する際に、前記感知した流体温度と前記感知したベー
    ス温度とを使用するステップと、を有する方法。
  46. 【請求項４６】 請求項３４に記載の方法においてさらに、 前記ワークピースチャックの前記上部分を加熱するヒータを前記ワークピース
    チャック内に設けるステップを有する方法。
  47. 【請求項４７】 ワークピースチャックの温度制御方法であって、前記ワー
    クピースチャックはワークピースが設置される上部分と、前記上部分の下部に装
    着された中間層とを有する、温度制御方法において、 前記ワークピースの温度を制御するよう前記ワークピースチャックの前記上部
    分の温度を制御するステップと、 前記ワークピースチャックと前記ホスト装置との間の熱流に影響を及ぼすよう
    前記中間層の温度を制御するステップと、を有する方法。
  48. 【請求項４８】 請求項４７に記載の方法において、 前記中間層が、前記ワークピースチャックを前記ホスト装置に設置させる、前
    記ワークピースチャックのベースであることを特徴とする方法。
  49. 【請求項４９】 請求項４７に記載の方法においてさらに、 前記ワークピースチャックの前記上部分を加熱するヒータを前記ワークピース
    チャック内に設けるステップを有する方法。
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