JP2000236013A - 均熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱体と定盤との密着性が甘く、熱の伝わり
方にむらが生じ、結果的に温度むらを減少させることが
難しかった。 【解決手段】 定盤（第１の板状部材）１の内部に同心
円状に配置された複数の円形流通路２からなる流通路３
を設け、この流通路３内を真空排気したのち作動液４を
充填する。さらに発熱体６を複数の円形流通路２に沿う
ように設置して、発熱体６の接触性の甘さに起因する温
度むらを作動液４またはその蒸気の流動によって平均化
し、定盤１の表面温度むらを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェハな
ど精密加工する対象物を、加工のために固定する台上で
均一に加熱あるいは冷却するための均熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある固体材料に種々の加工を施す場合で
あるとか、型に溶湯状の素材を流し込んで成形加工を行
う場合、材料の部分によって温度にむらがあると、精密
な加工に支障を来すこととなることは周知である。そこ
で従来から加工対象物を固定する台などを均一に加熱、
あるいは冷却することによって対象物を均一温度にする
ための均熱装置が工夫されている。図１２は定盤１６の
下面に平板状の発熱体１７を配置して、均一に加熱する
ことにより定盤１６上に載置した１個または複数の被加
工物５を加熱処理するものである。また、図１３は例え
ば特開平６−２７８１３９号公報に示された均熱装置を
有する合成樹脂の成形装置を示している。図中１６はマ
スター１９を載せた定盤で、プレス装置２０により押し
上げられ溶湯状態の素材を圧縮して対象物５を成形す
る。１７は定盤１６の内部に設けた孔の中に挿入された
ヒータ、１８は冷却媒体を流すための冷却管、２０は定
盤１６を押し上げるプレス装置である。

【０００３】次に図１２のもの、及び図１３のものの動
作について説明する。図１２のものも図１３のものも、
仮に定盤１６が均一に加熱されたとしても、定盤１６の
周辺からの放熱は中心付近からの放熱より大きいので、
定盤１６の表面の温度が均一に保持されることは難し
い。また、図１３のものではヒータ１７を挿入する孔の
中でヒータ１７があらゆる部分で同等に密着するように
することは困難であるため、均一に熱が伝わらず、均一
に加熱すること自体が難しい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の均熱装置は以上
のように構成されているので、発熱体または冷却管と定
盤との密着性が十分でなく、定盤を均一温度にすること
が困難で加工精度の向上が期待出来ないという問題点が
あった。

【０００５】また、外周部分での放熱または吸熱は一般
的に内周部分での放熱／吸熱より大きく、温度むらが生
じやすいという問題があった。また、このため均一な温
度に達するまでの所要時間が長くかかるという問題があ
った。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、発熱体または冷却管の熱が均一
に伝達されるとともに、定盤上の部分放熱／吸熱量に応
じた加熱／冷却を行うことができ、より均一な表面温度
がえられる均熱装置を得ようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による均熱装置
は、加熱又は冷却する対象物を載置する略円形の第１の
面と、この第１の面の裏面であって溝状で同心円状に配
置された複数の円形流通路と、これらの円形流通路を互
いに連通する溝状の半径方向流通路とが形成された第２
の面とを有する第１の板状部材、前記両流通路を覆うよ
うに前記第１の板状部材の第２の面に一つの面が接合さ
れる第２の板状部材、前記両流通路内を真空排気した
上、この両流通路内に充填された作動液とを備えた均熱
装置であって、前記第２の板状部材の他の面に接して前
記複数の円形流通路に沿って配置された発熱体または冷
却管を備えたものである。

【０００８】また、発熱体または冷却管と第２の板状部
材との間に高伝熱性材料を挿入したものである。

【０００９】また、発熱体または冷却管は第２の板状部
材の一面に設けたこの発熱体または冷却管と同形の溝の
中に配置されるものである。

【００１０】また、発熱体または冷却管は、この発熱体
または冷却管と同形の溝を備えた第３の板状部材によっ
て、第２の板状部材に押しつけられ固定されるものであ
る。

【００１１】また、第３の板状部材は断熱性素材からな
る蓋を備えたものである。

【００１２】また、発熱体または冷却管は複数の円形流
通路の中心に近く配置された第１の発熱体または冷却管
と、前記複数の円形流通路の外周寄りに配置され前記第
１の発熱体または冷却管とは異なる発熱量または吸熱量
に独立して調整可能な電源または冷却装置に接続された
第２の発熱体または冷却管とで構成構成されているもの
である。

【００１３】また、半径方向流通路は複数の円形流通路
の中心に近く配置された第１の半径方向流通路と、この
第１の半径方向流通路と連通することなく前記複数の円
形流通路の外周寄りに配置された第２の半径方向流通路
とで構成されているものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１による均熱装置の構成を図１〜３に示す。理解を
助けるため図１の左半分は表面図を、右半分は内部構造
を示している。図２は断面図である。図３は図１のもの
の裏面図で（ａ），（ｂ）２通りを示している。なお、
以下の図の説明において従来の図と同一符号のものは同
一または相当部分を示すので、その詳細な説明は省略す
る。図において、１は略円形で上面（第１の面という）
が平面に加工され、下面（第２の面という）には同心円
状に配置された複数の溝２（複数の円形流通路という）
が形成された第１の板状部材であり、第１の面は複数の
対象物を載置し得る定盤となっている。

【００１５】２１は第１の板状部材の第２の面に、図示
しないネジなどによって締結され、接合される第２の板
状部材で、溝２を密閉している。複数の溝２は第２の板
状部材で密閉されることにより流通路３となり、これら
流通路３を半径方向に連通する半径方向の溝３０（半径
方向流通路ともいう）が設けられて互いに流通可能とな
っている。流通路３の内部は真空排気された後、所定の
量の作動液４が充填されて熱の移動を助けるので、第１
の板状部材１の第１の面の温度が均一化され、均熱定盤
として動作する。６は例えばシーズヒータ、バンドヒー
タなど自由に任意の形状に曲げ加工することが可能な発
熱体である。発熱体６は複数の円形流通路（溝２）に沿
ってほぼ平行するような形に成形され、そのような位置
に配置される。９９は発熱体６のリード線である。

【００１６】次に動作について説明する。発熱体６によ
って加熱されると、流通路３の内部の作動液４も加熱さ
れ、蒸気となって流通路３内の空間に拡散し、この蒸気
は流通路３内の温度の低い上面（第１の面）の側で凝縮
潜熱として熱を放出し液化する。そして、この液化した
作動液４は流通路３の内部で下面側に重力により落下し
て還流し、この動作が順次繰り返されることにより、流
通路３内の場所による温度差がなくなるとともに、発熱
体６から第１の面へと熱輸送され、第１の面に載置され
る対象物５がむらなく加熱される。

【００１７】以上のように、発熱体６と、対象物５を載
置する第１の面との間に設けられた作動液４を有する流
通路３、及び半径方向流通路３０は、熱の横方向移動を
助けるので、例えば発熱体６と第２の板状部材との接触
にむらがあって、熱の横方向分布にむらが生じていて
も、第１の板状部材の第１の面では温度むらが少なくな
り、対象物５をむらなく加熱することができる。

【００１８】上記説明において、熱源は発熱体６として
説明したが、冷却するための冷媒の通じた冷却管であっ
ても同様の効果が得られる。また、溝２が第１の板状部
材１に設けられ、第２の板状部材は単に溝２を密閉する
ための蓋であるとして説明したが、溝２の一部が第２の
板状部材に設けられていても同様の効果が得られる。図
３（ａ）では発熱体６は二重渦巻き形として図示し、図
３（ｂ）では、単純な一重渦巻きの場合を示している。
勿論どちらであっても複数の円形流通路に沿って配置さ
れておれば良い。

【００１９】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
よる均熱装置の構成を図４に示す。図において７は例え
ば伝熱グリス、伝熱セメント、半田などのロー材、シリ
コン樹脂などのような高伝熱性材料で発熱体６と第２の
板状部材２１との間に塗り込められている。これにより
発熱体６の寸法精度が悪く、接触が不完全であることに
よる熱伝導の不均一な状態は軽減される。また、熱抵抗
も低くなるので発熱体６の熱をより有効に使用できる。

【００２０】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
よる均熱装置の構成を図５に示す。図において９は発熱
体６を固定するためのブロック（第３の板状部材とい
う）、８はブロック９に設けた発熱体固定溝である。ブ
ロック９は図示しないねじによって第２の板状部材２２
に締結されている。発熱体固定溝８の深さは発熱体６の
径よりも若干小さくしてあるので、発熱体６は第２の板
状部材２１に強く押しつけられる。これにより、発熱体
６を強固に固定できるとともに発生熱を無駄なく伝える
ことが出来るようになる。勿論実施の形態２の図４で説
明した高伝熱性材料７を併用してもよいことは言うまで
もない。

【００２１】実施の形態４．この発明の実施の形態４に
よる均熱装置の構成を図６に示す。図において２３は発
熱体６を収納固定する発熱体固定溝８を設けた第２の板
状部材である。発熱体固定溝８を設けた第２の板状部材
２３は第１の板状部材１の溝２を密閉するとともに発熱
体６の位置を正しく保持する役目を担うので、実施の形
態３の図５のものに比べて板状部材の使用数を減らすこ
とが出来る。溝８には高伝熱材料７を使用すれば更に効
果が大となることは言うまでもない。

【００２２】実施の形態５．この発明の実施の形態５に
よる均熱装置の構成を図７に示す。図において１１は発
熱体固定溝８を設けた第２の板状部材２３の下面に設け
た蓋である。蓋１１は発熱体６を固定する役目を担う
が、同時に発熱体６の発熱が下方向に逃げるのを防止す
る。従って蓋１１は熱伝導率の低いステンレスなどの金
属板、もしくはテフロン、ベークライト、ガラスエポキ
シ樹脂など熱伝導率の小さい断熱素材、セラミック等の
素材、あるいは断熱素材と金属板を重ねたものなどで構
成する。

【００２３】実施の形態６．この発明の実施の形態６に
よる均熱装置の構成を図８、９に示す。図８は裏面図、
図９は断面図である。図において、１２及び１３は例え
ばシーズヒータなど自由に任意の形状に曲げ加工するこ
とが可能な発熱体で、１２は複数の円形流通路の中心に
近く配置された第１の発熱体、１３はこの第１の発熱体
とは異なる発熱量に独立して調整可能な電源（図示しな
い）に接続された第２の発熱体である。両発熱体は同心
円状の溝２にほぼ平行するような、あるいは沿った形に
成形され、そのような位置に配置されている。

【００２４】次に動作について説明する。第１の板状部
材１の横方向温度分布は、端部における放熱が大きいた
めに周辺部で温度が低下する（加熱の場合）傾向があ
る。しかし、第１の発熱体１２と第２の発熱体１３とは
異なる発熱量になるように制御できるので、外周部に位
置する第２の発熱体１３の発熱量を、中心部に位置する
第１の発熱体１２の発熱量よりも増加させることによっ
て、全表面の温度むらを更に低減させることが出来る。
以上の説明は熱源が発熱体である場合について説明した
が、熱源が低温（冷却装置）で対象物を冷やす場合につ
いても同様であり、冷却の場合には外側の温度が上がる
傾向となるから、外側の冷却温度を下げるように制御す
る。

【００２５】実施の形態７．この発明の実施の形態７に
よる均熱装置の構成を図１０、１１に示す。図１０は表
面図、図１１は断面図である。図１０、１１の発熱体１
２，１３は実施の形態６の図８，９と同様なので詳細な
説明は省略する。図において、３１は同心円状流に配置
された複数の円形流通路の中心近く（第１の発熱体１２
の配置されている範囲）に配置された第１の半径方向流
通路、３２は複数の円形流通路の外周寄り（第２の発熱
体１３の配置されている範囲）に配置された第２の半径
方向流通路である。第１の半径方向流通路３１と第２の
半径方向流通路３２とは互いに接続されていないので、
流通路も内側流通路１４と外側流通路１５の２通路に分
離され、内部の作動液４が混ざり合うことはない。

【００２６】このように、発熱体を発熱量の異なる第１
及び第２の発熱体に分離し、更に、半径方向流通路も第
１、第２の半径方向流通路に分離しているので、例え
ば、外周部からの放熱の影響で外周側の温度が極端に低
い場合でも、第２の発熱体１３の発熱量を増加させて温
度低下を効率よく補うことが出来、均一な温度が得られ
るまでの所要時間を短縮することができる。以上の実施
の形態の説明において、熱源は発熱体６として説明した
が、図示しない冷却装置に接続された冷却管であって
も、同様の効果が得られることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】この発明の均熱装置は、複数の円形流通
路に沿うように配置された発熱体または冷却管を有する
ので、発熱体または冷却管と第２の板状部材との接触む
らによる発熱の不均一性が流通路内の作動液の移動によ
って平均化され、温度むらを軽減することが出来るとい
う効果を有する。

【００２８】また、発熱体または冷却管と第２の板状部
材との間に高伝熱性材料を挿入したので、発熱体または
冷却管と第２の板状部材との間の伝熱むらを更に軽減す
る効果が得られる。

【００２９】また、発熱体または冷却管は第２の板状部
材の中に設けた同形の溝に固定されるので、伝熱むらを
更に軽減できる。

【００３０】また、発熱体または冷却管は同形の溝を有
する第３の板状部材の中に固定されるので、伝熱むらを
更に軽減できる。

【００３１】また、第３の板状部材は断熱性素材からな
る蓋を有しているので、無駄な放熱が軽減されるという
効果が得られる。

【００３２】また、発熱体または冷却管を中心付近に設
けた第１の発熱体または冷却管と、外周付近に設けた第
２の発熱体または冷却管とに分離して、それぞれ独立し
て発熱量を制御できるようにしたので、外周付近からの
放熱または吸熱をカバーして、温度の均一性を更に向上
できる。

【００３３】また、半径方向流通路を中心付近の第１の
半径方向流通路と外周付近の第２の半径方向流通路とに
分離して、内周付近と外周付近の熱の相互流通を減らす
ようにしたので、外／内周部分の間の温度むらを更に効
果的に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による均熱装置の構
成図である。

【図２】 図１の均熱装置の断面図である。

【図３】 図１の均熱装置の裏面図である。

【図４】 実施の形態２による均熱装置の断面図であ
る。

【図５】 実施の形態３による均熱装置の断面図であ
る。

【図６】 実施の形態４による均熱装置の断面図であ
る。

【図７】 実施の形態５による均熱装置の断面図であ
る。

【図８】 実施の形態６による均熱装置の裏面図であ
る。

【図９】 図８の均熱装置の断面図である。

【図１０】 実施の形態７による均熱装置の構成図であ
る。

【図１１】 図１０の均熱装置の側面図である。

【図１２】 従来の均熱装置の断面図である。

【図１３】 従来の他の均熱装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 第１の板状部材、 ２ 溝、 ３ 流通路、
４ 作動液、５ 対象物、 ６ 発熱体、 ７ 高伝
熱性材料、 ８ 発熱体固定溝、９ ブロック（第３の
板状部材）、 １１ 蓋、 １２ 第１の発熱体、１３
第２の発熱体、 １４ 内側流通路、 １５ 外側流
通路、２１ 第２の板状部材、 ２３ 発熱体固定溝８
を設けた第２の板状部材、３０ 半径方向流通路、 ３
１ 第１の半径方向流通路、３２ 第２の半径方向流通
路、

フロントページの続き (72)発明者 好永 功夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 HA37 HA38

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱又は冷却する対象物を載置する略円
   形の第１の面と、この第１の面の裏面であって溝状で同
   心円状に配置された複数の円形流通路と、これらの円形
   流通路を互いに連通する溝状の半径方向流通路とが形成
   された第２の面とを有する第１の板状部材、前記両流通
   路を覆うように前記第１の板状部材の第２の面に一つの
   面が接合される第２の板状部材、前記両流通路内を真空
   排気した上、この両流通路内に充填された作動液とを備
   えた均熱装置であって、前記第２の板状部材の他の面に
   接して前記複数の円形流通路に沿って配置された発熱体
   または冷却管を備えたことを特徴とする均熱装置。
2. 【請求項２】 発熱体または冷却管と第２の板状部材と
   の間に高伝熱性材料を挿入したことを特徴とする請求項
   １に記載の均熱装置。
3. 【請求項３】 発熱体または冷却管は、第２の板状部材
   の一面に設けたこの発熱体または冷却管と同形の溝の中
   に配置されることを特徴とする請求項２に記載の均熱装
   置。
4. 【請求項４】 発熱体または冷却管は、この発熱体また
   は冷却管とほぼ同形の溝を有する第３の板状部材の前記
   溝内に設置され、第２の板状部材に押圧、固定されるも
   のであることを特徴とする請求項２に記載の均熱装置。
5. 【請求項５】 第３の板状部材は断熱性素材からなる蓋
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載の均熱装置。
6. 【請求項６】 発熱体または冷却管は、同心円状に配置
   された複数の円形流通路の中心に近く配置された第１の
   発熱体または冷却管と、前記複数の円形流通路の外周寄
   りに配置され前記第１の発熱体または冷却管とは異なる
   発熱量または吸熱量に独立して調整可能な電源または冷
   却装置に接続された第２の発熱体または冷却管とで構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の均熱装
   置。
7. 【請求項７】 半径方向流通路は同心円状に配置された
   複数の円形流通路の中心に近く配置された第１の半径方
   向流通路と、前記複数の円形流通路の外周寄りに配置さ
   れ前記第１の半径方向流通路とは連通していない第２の
   半径方向流通路とで構成されていることを特徴とする請
   求項６に記載の均熱装置。