JP2000235971A - 温度制御プレート及びこれを用いた半導体製造装置 - Google Patents

温度制御プレート及びこれを用いた半導体製造装置

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JP2000235971A
JP2000235971A JP11037830A JP3783099A JP2000235971A JP 2000235971 A JP2000235971 A JP 2000235971A JP 11037830 A JP11037830 A JP 11037830A JP 3783099 A JP3783099 A JP 3783099A JP 2000235971 A JP2000235971 A JP 2000235971A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被対象物の加熱及び冷却を迅速かつ高精度
に行うことが可能であり、また被対象物の壁面に直接接
着することが容易でありコンパクトな温度制御プレート
及び迅速かつ高精度な温度制御機能を有し構造が簡素な
エッチング等の半導体製造装置を提供する。 【解決手段】 ペルチェ効果による吸熱作用により被対
象物の冷却を行う熱電素子モジュールと、該熱電素子モ
ジュールから発生する熱の放熱を行う水冷板と、被対象
物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行
う薄膜ヒータとを互いに接着し、前記熱電素子モジュー
ルの吸熱面または前記薄膜ヒータを前記被対象物に接着
させることができる一体構造を形成しており、また各部
材同士は絶縁性接着剤で接着され、可撓性を有すること
ができることとする。また、エッチング等の半導体製造
装置の気密容器と処理基板設置電極と対向電極のいずれ
かの温度制御のために該温度制御プレートを直接接着す
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、被対象物を加熱、
冷却するための温度制御プレート及び該温度制御プレー
トを用いたエッチング等の半導体製造装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子等の加熱及び冷却を行
う装置として熱電素子モジュールが使用されている。こ
の熱電素子モジュールは吸熱面と発熱面とを有する。
【０００３】前記熱電素子モジュールを半導体素子の冷
却装置として使用する場合、熱電素子モジュールの吸熱
面を半導体素子の発熱部分に接着する。このとき半導体
素子に発生した熱は、熱電素子モジュールの吸熱面から
発熱面へポンピングされ放熱される。このとき発熱面に
発生する熱量は微少であるため冷却措置はとられていな
い。
【０００４】また、エッチング装置の冷却構造として、
被対象物内に循環する流路を形成し液体、たとえば水と
不凍液との混合水、を循環させる。前記流路に配管を介
して前記対象物外部に配置された温度制御部に接続し、
前記液体の温度制御をしている。この冷却構造は、たと
えば特許第２６０７３８１号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、冷却対象物が
大きくなると、熱電素子モジュールの発熱面に発生する
熱量は多くなり、発熱面での放熱が十分でなくなる。こ
のため熱電素子モジュールによる冷却機能は低下すると
いう問題が生じる。この問題を解決する手段としては発
熱面の冷却が考えられる。
【０００６】さらに、熱電素子モジュールは各プレート
との間を電気的に絶縁するためにセラミックを介在させ
た構成を採用しているので該セラミックが熱抵抗として
作用する。また対象物の壁面が平面でなく曲面の場合、
平板状の温度制御プレートでは曲面に密着させられず接
触面積を大きくとることが不可能であり、対象物を適切
に温度制御できないという問題も存在する。
【０００７】したがって、本発明の目的は、被対象物の
加熱及び冷却を迅速かつ高精度に行うことが可能であ
り、また被対象物の壁面に直接接着することが容易であ
りコンパクトな温度制御プレート及び迅速かつ高精度な
該温度制御機能を有し構造が簡素なエッチング等の半導
体製造装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用、効果】上記目
的を達成するため請求項１，２，３に係る発明は、被対
象物の加熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、
ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行
う熱電素子モジュールと、該熱電素子モジュールから発
生する熱の放熱を行う水冷板と、被対象物の加熱及び熱
電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜ヒータと
を互いに接着し、前記熱電素子モジュールの吸熱面また
は前記薄膜ヒータを前記被対象物に接着させることがで
きる一体構造を形成しており、また各部材同士は絶縁性
接着剤で接着され、可撓性を有することができることを
特徴とする。
【０００９】本発明によれば、被対象物に発生した熱
は、ペルチェ効果を利用する熱電素子モジュールの動作
により吸熱面で吸熱され、発熱面へポンピングされる。
この熱は熱電素子モジュールの発熱面に発生し、水冷板
内を環流する冷却水に放熱される。一方被対象物は薄膜
ヒータの動作により直接加熱される。
【００１０】また、該水冷板と該熱電素子モジュールと
該薄膜ヒータは可撓性を有することにより温度制御プレ
ート全体が可撓性を有することができる。
【００１１】この結果、被対象物の加熱及び冷却を迅速
かつ高精度に行うことが可能であり、また被対象物の壁
面に直接接着することが容易である温度制御プレートを
提供することができる。
【００１２】また請求項４に係る発明は、温度制御対象
部位に、ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の
冷却を行う熱電素子モジュールと、該熱電素子モジュー
ルから発生する熱の放熱を行う水冷板と、被対象物の加
熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜
ヒータとを互いに接着し、前記被対象物を前記熱電素子
モジュールの吸熱面、または前記ヒータに接着させる温
度制御プレートが直接接着されていることを特徴とす
る。
【００１３】前記温度制御プレートを半導体製造装置で
あるプラズマエッチング装置に用いる場合は、エッチン
グ処理をする気密容器（以下、処理室）内に設けられた
被処理基板設置電極を支持する電極体（以下、下部電極
体）と、被処理基板設置電極と所定の間隔を設けて配置
した対向電極を支持する電極体（以下、上部電極体）の
温度制御が必要である部分に直接接着する。
【００１４】この結果迅速かつ高精度な温度制御機能を
有し構造が簡素なエッチング装置を提供することができ
る。
【００１５】また請求項５に係る発明は、被対象物の加
熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、被対象物
に接着されペルチェ効果による吸熱作用及び発熱作用に
より被対象物の加熱及び冷却を行う熱電素子モジュール
と、該熱電素子モジュールに絶縁性接着剤で接着され該
熱電素子モジュールと熱交換を行う水冷板とを具備する
ことを特徴とする。
【００１６】このように、請求項５に係わる発明では、
熱電素子モジュールの吸熱作用及び発熱作用を利用する
ことで被対象物の加熱及び冷却を行うことができる。
【００１７】また請求項６に係る発明は、温度制御対象
部位に、被対象物に接着されペルチェ効果による吸熱作
用及び発熱作用により被対象物の加熱及び冷却を行う熱
電素子モジュールと、該熱電素子モジュールに絶縁性接
着剤で接着され該熱電素子モジュールと熱交換を行う水
冷板とを具備する温度制御プレートが直接接着されてい
ることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の断面構
造図であり、図２は温度制御プレート１を被対象物１３
の壁面に接着した図である。
【００１９】温度制御プレート１は、被対象物１３を冷
却のために使用する熱電素子モジュール１２と、該熱電
素子モジュール１２が発する熱を放熱する水冷板２と、
被対象物１３を加熱及び冷却の調整のために使用する薄
膜ヒータ１０と、熱伝導性グリス３と、２枚の絶縁性接
着剤シート４，５と，被対象物１３に接着するための接
着剤フィルム１１により構成される。
【００２０】水冷板２の内部には、冷却水を通すための
通路（冷却水配管）が布設されている。
【００２１】絶縁性接着剤シート４，５には、例えばポ
リイミド樹脂のような電気的絶縁性と、耐熱性とを有す
る接着剤を薄膜状に形成したものが採用される。絶縁性
接着剤シート４は、熱伝導性グリス３を介して水冷板２
と熱電素子モジュール１２の間に介在され、絶縁性接着
剤シート５は、熱電素子モジュール１２と薄膜ヒータ１
０の間に介在される。
【００２２】銅電極箔６は、絶縁性接着剤シート４の図
１で示す側に、溶着した銅箔に対しエッチングを施すこ
とにより形成した配線パターンである。同様に、銅電極
箔７も、絶縁性接着剤シート５の図１で示す側に、溶着
した銅箔に対しエッチングを施すことにより形成した配
線パターンである。
【００２３】Ｐ型熱電半導体素子８及びＮ型熱電半導体
素子９は、それぞれ極めて薄い半田層（図示しない）に
より、銅電極箔６，７に溶着されている。これらの熱電
半導体素子８，９と、銅電極箔６，７とでペルチェ効果
による発熱又は吸熱を起こすためのπ型直列回路の熱電
素子モジュール１２を構成する。
【００２４】熱電素子モジュール１２の動作原理につい
て説明すると、上記構成において、直流電源（図示しな
い）からの直流電流が、π型直列回路のＰ型熱電半導体
素子８側からＮ型熱電半導体素子９側（図の矢印方向）
に向かって流れるときには、ペルチェ効果により水冷板
２側で発熱が、薄膜ヒータ１０側で吸熱がそれぞれ生じ
る。また、π型直列回路のＮ熱電半導体素子９側からＰ
型熱電半導体素子８側（図の矢印逆方向）に向かって流
れるときには、ペルチェ効果により水冷板２側で吸熱
が、薄膜ヒータ１０側で発熱がそれぞれ生じる。
【００２５】ここで温度制御プレート１の動作原理につ
いて説明する。この場合、図の矢印方向に電流を流すこ
とにより、熱が薄膜ヒータ１０を介して水冷板２へ向か
ってポンピングされるため、対象物の壁面を冷却するこ
とができる。よって、当温度制御プレートは冷却プレー
トとなる。このとき薄膜ヒータ１０は動作していない
が、冷却の調整のために動作することも可能である。
【００２６】一方、薄膜ヒータ１０を動作すれば、被対
象物の壁面を直接加熱することができる。よって、当温
度制御プレートは加熱プレートとなる。このとき熱電素
子モジュール１２は動作していないが、動作することも
可能である。
【００２７】以上のように、本発明は用途に応じて、加
熱及び冷却プレートとして使用することができる。
【００２８】なお、水冷板２、熱電素子モジュール１
２、薄膜ヒータ１０に可撓性を与えると、温度制御プレ
ート１自体も可撓性を有するために被対象物の壁面が曲
面であっても直接接着することができる。
【００２９】図３は薄膜ヒータと被対象物との間に水冷
板と熱電素子モジュールを介在させた場合の実施形態の
断面構造図であり、熱電素子モジュールの吸熱面が被対
象物に接着されている。また、薄膜ヒータ１０を接着剤
１４で水冷板２に接着している。
【００３０】温度制御プレート１５の動作原理は温度制
御プレート１と同じであり、熱電素子モジュール１２を
動作すれば冷却プレートとなり、薄膜ヒータ１０を動作
すれば加熱プレートとなる。また、加熱時及び冷却時に
熱電素子モジュール１２と薄膜ヒータ１０とを同時に動
作することも可能である。
【００３１】また、水冷板２と熱電素子モジュール１２
の発熱面との間に薄膜ヒータ１０を介在させる構造の温
度制御プレートも考えられる。
【００３２】該温度制御プレートの動作原理は温度制御
プレート１と同じであり、熱電素子モジュール１２を動
作すれば冷却プレートとなり、薄膜ヒータ１０を動作す
れば加熱プレートとなる。また、加熱時及び冷却時に熱
電素子モジュール１２と薄膜ヒータ１０とを同時に動作
することも可能である。
【００３３】図４は当温度制御プレートを使用したプラ
ズマエッチング装置の処理室ついての概略図である。
【００３４】プラズマエッチング装置には、真空装置に
連設した処理室１６内の下方に下部電極体１７が設けら
れ、下部電極体１７と対向する上方に上部電極体１８が
設けられている。これらの電極に電源が接続してあり、
前記下部電極１７上に被処理基板１９を設定して、前記
電源から各電極間に電力を印加する。同時に所望の処理
ガスを前記電極間に供給する。すると、この処理ガスが
上記電力によりプラズマ化され、このプラズマ化した処
理ガスにより前記被処理基板１９表面をエッチングする
ものである。
【００３５】前記処理室１６、前記下部電極体１７、前
記上部電極体１８のそれぞれの壁面に温度制御プレート
１または温度制御プレート１５を直接接着する。
【００３６】ただし、水冷板の冷却水はエッチング装置
の外部より取り入れなければならない。
【００３７】図５は熱電素子モジュール１２と水冷板２
を用いた場合の実施形態の断面構造図であり、熱電素子
モジュール１２が被対象物１３に接着されている。
【００３８】前記のように熱電素子モジュール１２は電
流の流れる向きをかえることで吸熱作用及び発熱作用を
有する。このため被対象物を冷却したい場合と加熱した
い場合に対応できる。
【００３９】温度制御プレート２０を使用したプラズマ
エッチング装置の構成及び働きは、温度制御プレート１
を用いたプラズマエッチング装置と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の断面構造図である。
【図２】温度制御プレートを対象物の壁面に接着した図
である。
【図３】薄膜ヒータと被対象物との間に水冷板と熱電素
子モジュールを介在させた場合の実施形態の断面構造図
である。
【図４】当温度制御プレートを使用したプラズマエッチ
ング装置の処理室ついての概略図である。
【図５】熱電素子モジュールと水冷板を用いた場合の実
施形態の断面構造図である。
【符号の説明】
１…温度制御プレート ２…水冷板 １０…薄膜ヒータ １２…熱電素子モジュール １５…温度制御プレート １６…処理室 １７…上部電極体 １８…下部電極体 ２０…温度制御プレート

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御
    プレートにおいて、 ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行
    う熱電素子モジュールと、 該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷
    板と、 被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調
    整を行う薄膜ヒータとを互いに接着し、前記熱電素子モ
    ジュールの吸熱面または前記薄膜ヒータを前記被対象物
    に接着させることを特徴とする温度制御プレート。
  2. 【請求項２】 前記水冷板と、前記熱電素子モジュール
    と、前記薄膜ヒータとの接着面が絶縁性接着剤により接
    着されていることを特徴とする請求項１記載の温度制御
    プレート。
  3. 【請求項３】 前記水冷板、前記熱電素子モジュール、
    前記薄膜ヒータのいずれもが可撓性を有することを特徴
    とする請求項１記載の温度制御プレート。
  4. 【請求項４】 温度制御対象部位に、 ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行
    う熱電素子モジュールと、 該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷
    板と、 被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調
    整を行う薄膜ヒータとを互いに接着し、前記熱電素子モ
    ジュールの吸熱面または前記薄膜ヒータを前記被対象物
    に接着させる温度制御プレートが直接接着されているこ
    とを特徴とする半導体製造装置。
  5. 【請求項５】 被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御
    プレートにおいて、 被対象物に接着されペルチェ効果による吸熱作用及び発
    熱作用により被対象物の加熱及び冷却を行う熱電素子モ
    ジュールと、 該熱電素子モジュールに絶縁性接着剤で接着され該熱電
    素子モジュールと熱交換を行う水冷板とを具備すること
    を特徴とする温度制御プレート。
  6. 【請求項６】 温度制御対象部位に、 被対象物に接着されペルチェ効果による吸熱作用及び発
    熱作用により被対象物の加熱及び冷却を行う熱電素子モ
    ジュールと、 該熱電素子モジュールに絶縁性接着剤で接着され該熱電
    素子モジュールと熱交換を行う水冷板とを具備する温度
    制御プレートが直接接着されていることを特徴とする半
    導体製造装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006065062A1 (en) * 2004-12-14 2006-06-22 Hyung Woo Kim A heating apparatus of wafer deposition substrate
US8109328B2 (en) * 2007-02-16 2012-02-07 Kelk Ltd. Fluid temperature control device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006065062A1 (en) * 2004-12-14 2006-06-22 Hyung Woo Kim A heating apparatus of wafer deposition substrate
US8109328B2 (en) * 2007-02-16 2012-02-07 Kelk Ltd. Fluid temperature control device

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