JP2002506279A

JP2002506279A - 低熱容量で、熱伝導性の加熱プレートを含む加熱／冷却装置

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Publication number: JP2002506279A
Application number: JP2000535180A
Authority: JP
Inventors: エイチ．アームストロング，キース; ジー．ケンプ，ケビン; （フランク）リアング，ファクイ; ラマナン，ナタラジャン
Original assignee: エフエスアイインターナショナルインコーポレイテッド
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2002-02-26
Also published as: WO1999045745A1; EP1068775A1; KR20010041579A; CN1146300C; AU2889899A; KR100549231B1; CN1591774A; US6072163A; CN1297670A

Abstract

(57)【要約】個別の加熱機構及び冷却機構の間で加工品を持ち上げおよび移送することなしで、例えば、０℃〜３５０℃の広い温度範囲にわたり温度／時間プロフィルを介して加工品（12）を急速に循環可能にするシステムおよび方法。本発明は、加熱および冷却の両方の作業工程中に、低熱量で、熱導電性の加熱部材（20）を用いてマイクロエレクトロニクスデバイス等の部品を支持するという概念に一部分基づいている。加工品を一面側で支持している間、加熱部材の他の面は、比較的熱容量が大きい冷却プレート（26）と熱的に接触または非接触となり、加熱と冷却の作業を切換えることができる。急速に加熱を完了するために加熱部材と冷却プレート（26）を物理的に分離させ、また急速に冷却を完了するために加熱部材（20）と冷却プレートを接合させる単純な機構が必要とされる。この処理法は、加熱部材から別の冷却プレートへマイクロエレクトロニクスデバイスを持ち上げおよび移送するための、加工品の処理機構に頼る必要が完全になくなる。これは、また、マイクロエレクトロニクスデバイスを下側から加熱と冷却の両方を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 (技術分野）本発明は、好ましくは、少なくとも１つの加熱工程および少なくとも１つの冷
却工程の両方またはいずれか一方を含んでいる温度プロフィルを介して加工品を
処理するためのシステムおよび方法に関する。

【０００２】特に、本発明は、温度プロフィルを介して加工品を処理する加熱／冷却装置に
監視、この温度プロフィルは、第１平衡温度から所望の他の平衡温度にシフトす
るとき、迅速な応答により、一般的に、1つ以上の正確に平衡な温度に加工品を保持することを含んでいる。

【０００３】 (背景技術）多くの製品の製造では、温度および温度変化に対して正確な制御が必要とされ
る。例えば、集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜ヘッド、および類似
物等のマイクロエレクトロニクスデバイスの製造では、（集積回路の場合では、
半導体ウエハ等の）基板の表面上にフォトレジスト等の材料の層を付加する工程
を含んでいる。特に、フォトレジストは、加熱され、その後の処理中において、
フォトレジストの選択された部分を固定または硬化するために冷却されなければ
ならない。この加熱と冷却工程は、フォトレジストの選択された部分が適正に良
好な解像度で固定されるように、苛酷な温度の制約条件の範囲内で正確に制御さ
れなければならない。

【０００４】苛酷な温度の制約条件を含む他の製品および処理法は、薬品の調合、機器の殺
菌、およびバイオエンジニアリングを含む医薬品と処理法、加速したライフテス
ト処方、射出成形作業、圧電素子、写真フィルム処理、スパッタリングおよび表
面処理等の材料蒸着法、マイクロマシン製造、インクジェットプリント、燃料射
出、および類似物を含んでいる。

【０００５】マイクロエレクトロニクスデバイス用の加熱および冷却作業は、加工品が高い
平衡温度に維持され、比較的低い平衡温度に冷却され、および平衡温度間の変化
率（時間に対する温度に基づいて）による温度変化を受ける、所望の温度プロフ
ィルを介して加工品を循環させることを一般的に含んでいる。加熱および冷却工
程を完了するために、公知の加熱／冷却作業は、加工品の搬送機構を使用するこ
とが必要とされた個別の加熱プレートおよび冷却プレートを含み、加工品それ自
体を１つのプレートから他のプレートに物理的に持ち上げかつ移動することを含
んでいた。

【０００６】この方法は、多数の欠点を有する。第１に、加熱プレートおよび冷却プレート
間の移送中に、加工品温度は制御されない。第２に、各々のプレートへ加工品を
移動させるために必要な時間が可変するので加熱／冷却処理を完了するのに必要
な全体の時間を正確に制御することができない。第３に、必要とされる移動に時
間がかかり、その結果、製造工程の処理能力が低下する。第４に、プレートから
プレートへの移送中、加工品を処理するための特別の構成部品が必要となるので
、必要以上に設備の費用が高くなる。第５に、プレート間の機械的移動は、加工
品の汚染が起こる可能性を導く。このように、加熱プレートから個別の冷却プレ
ートにわたってかつその逆に、加工品自体を物理的に持ち上げかつ移送すること
なしで、加熱と冷却の両方を達成できることが望ましい。

【０００７】一般的に、加熱操作は、加工品を特定の上昇した平衡温度にまで加熱し、さら
に、定められた時間周期に対する特定の平衡温度に加工品を維持することを含ん
でいる。この製造処理の処理能力は、加工品を平衡温度にまで加熱することがで
きる温度変化率によって影響を受ける。なだらかな温度勾配の変化率は、平衡温
度に到達する時間が長くかかり、それゆえ、製造処理能力が低下する。同様に、
一般的な冷却操作は、加工品を比較的高い温度から比較的低い冷却平衡温度にま
で冷却する動作を含んでいる。さらに、冷却を完全にするために、ゆっくりとし
た冷却速度で長い時間をかける必要がある。それゆえ、また、製造処理能力が低
下する。

【０００８】したがって、製造処理能力を改善するために、加熱／冷却中、加工品温度を変
化させて、加工品をより早く加熱平衡温度または冷却平衡温度を生じさせること
ができるように温度変化率を増加させることが望ましい。加熱および冷却中に加
工品の温度を変化させる速度を正確に制御できるようにすることが望ましい。

【０００９】加熱および冷却の変化率が増加したとしても、加工品製造のための正確な温度
仕様が満足なものとなるようにするために、加熱／冷却処理の全体にわたり加工
品の温度を正確に制御することが依然として必要となる。例えば、冷却と加熱の
両方またはいずれか一方の温度変化率を１℃／ｓ〜５０℃／ｓ程度の速さ、好ま
しくは、５℃／ｓ〜１５℃／ｓ程度の速さが用いられる場合、この制御方法は、
このような急速な温度変化を伴う同一基準で加工品の温度を十分に制御すること
ができるように鋭敏である必要がある。加熱制御のために使用されるこれまでの
現在の制御手法は、このような能力を有する加熱／冷却ステーションに対して遅
れないようにできる一般的に必要な機敏性に欠けている。

【００１０】マイクロエレクトロニクスデバイスの製造に関して，最近の例では、比較的大
きくて重い加熱プレートを用いている。この加熱プレートは、一般的に、比較的
長い時間間隔、例えば、１つの温度から変化させ、さらに、新しい温度に平衡す
るために３０分までの時間を必要とする。従って、加熱温度を変える各時間をそ
う長く待たないように、最近の例では、異なる平衡温度に設定された多数の加熱
プレートと、１つの加熱プレートから次の加熱プレートへ、かつ固定の、緩やか
な温度勾配の変化率で、加工品を移送するための加工品ハンドラーを用いている
。

【００１１】 (発明の開示）本発明は、広い温度範囲、例えば、０℃〜３５０℃にわたる温度／時間プロフ
ィルを介して、個別の加熱および冷却機構の間に加工品を持ち上げ上げかつ移送
することなく、加工品の急速なサイクルを可能にするシステムおよび方法を提供
する。

【００１２】本発明のシステム及び方法は、フラットパネルディスプレイ、コンピュータ用
ディスク駆動装置の薄膜ヘッド、及び半導体素子等の加工処理用マイクロエレク
トロニクスデバイス；薬品の調合、機器の殺菌、およびバイオエンジニアリング
を含む医薬品と処理法；加速したライフテスト処方；射出成形作業；圧電素子；
写真フィルム処理；スパッタリングおよび表面処理等の材料蒸着法；マイクロマ
シン製造；インクジェットプリント；燃料射出、および類似物を含んでいる。

【００１３】好ましくは、本発明のシステムと方法は、マイクロエレクトロニクスデバイス
の処理のために使用される。これに関して、加熱／冷却装置の形をした本発明の
実施形態は、ミネソタ州、チャスカのＦＩＳインターナショナル社によって製
造されたマイクロリソグラフィークラスター(microlithography cluster)ポラリ
スアールティエム（ＰＯＬＡＲＩＳ．ＲＴＭ．）内に包含される構成部品とし
て特に有益である。

【００１４】このＰＯＬＡＲＩＳ．ＲＴＭ．マイクロリソグラフィークラスターは、半導体
ウエハ基板上に形成される集積回路を製造するために複数のワークステーション
を含むツールクラスターである。ＰＯＬＡＲＩＳ．ＲＴＭ．マイクロリソグラフ
ィークラスターの特徴は、「ＰＯＬＡＲＩＳ．ＲＴＭ．2100／2200マイクロリソ
グラフィークラスター製品仕様書、506026−001 改訂Ａ 1996年11月1日」に記
載されており、この開示内容は、参考として、ここに含まれる。

【００１５】本発明は、温度プロフィル、加熱平衡温度、および冷却平衡温度の正確で、柔
軟な規格を可能にする。例えば、システムが、半導体ウエハ基板（ここでは、半
導体素子としても呼称する。）上に形成される集積回路を処理するのに用いられ
るとき、加工品間の温度は、平衡状態で0.2℃以内に均一に制御することができ、また、加工品の平均温度を所定時間にわたって0.01℃以内に制御することがで
きる。このシステムは、驚くほど単純構成であり、かつ加熱／冷却の能力と性能
において実質的な改善をもたらす。

【００１６】本発明は、低い熱容量で、熱伝導性を有する加熱プレートを用いて、加工およ
び冷却作業中、半導体素子等の加工品を支持するという概念に一部分基づいてい
る。加工品を１つの表面で支持している間、加熱プレートの他方の表面は、加工
および冷却作業の間、容易に切換えて、比較的熱容量の大きい冷却プレートと熱
的に接触したり引き離したりすることができる。単純な機構とは、加熱プレート
と冷却プレートを物理的に引き離して急速加熱を達成するか、または加熱プレー
トと冷却プレートを接触させて急速冷却を達成するかのいずれかが必要となるだ
けである。この手法は、加熱プレートから、離れた冷却プレートへ半導体素子を
持ち上げたり移動したりするために、加工品のハンドリング機構に頼る必要を完
全になくす。この手法は、また、半導体素子の下側の方向から冷却および加熱の
両方を行なうことを可能にする。

【００１７】好ましい実施形態では、加熱プレートは、冷却中、冷却プレートの上部にあり
、場合によっては、加熱中に、これらの構成部品の１つまたは両方を上昇したり
下降したりして、これらを分離する。加熱および冷却状態の切換は、非常に迅速
に、例えば、１秒以下の時間で、せいぜい２秒以内で行なうことができる。

【００１８】加熱プレートは、好ましくは、非常に薄板の形式で、対向する主表面を有し、
かつその熱出力を制御できる加熱部材で作られている。この種の加熱プレートの
低熱容量は、加熱および冷却中に利点を与える。冷却時に、加熱プレートが冷却
プレートと熱的に接触した状態に置かれるとき、冷却プレートの冷却効果は、加
熱プレートからの熱伝導を介して半導体素子に迅速に分け与えられる。その結果
、加工品は、加熱プレートから加工品を物理的に移動したり、加工品を冷却プレ
ートの上方に移送することなしに、加熱プレートを介して直に冷却される。

【００１９】加熱中、低熱容量の加熱プレートは、１℃／ｓ〜５０℃／ｓ程度の速さ、好ま
しくは、５℃／ｓ〜１５℃／ｓ程度の速さの温度変化率を達成することが可能で
ある。このように、温度応答が速くなるばかりでなく、加熱中の温度プロフィル
が所望数の温度ステップで形成することができ、温度勾配に対して顕著な柔軟性
と正確さを備えることができる。

【００２０】好ましい実施形態において、本発明は、ダイナミック「冷却ブースト」手法を
用いており、それにより急速冷却、あるいは加工品を所望の冷却平衡温度または
加熱平衡温度に熱する。冷却に関連して本発明を実施する特別の好ましいモード
によれば、この「冷却ブースト」は、さらに、加熱プレートが冷却プレートと熱
的接触している間、加熱プレートの出力を減少させることにより、非常に簡単で
かつ正確に、冷却を停止して加工品を所望の平衡温度に維持することを含んでい
る。

【００２１】冷却または加熱中、事情に応じて、加工品温度は動的に監視され、所望の平衡
温度に達した時、付加的な冷却や加熱を停止することができる。この「冷却ブー
スト」手法は、通常の手法と比較して、約３３％程度、処理時間を短縮するだけ
でなく、また加工品を正確に既知の温度に留めることができる。

【００２２】また、好ましい実施形態において、加熱プレートは、フレーム部材、例えば、
半導体素子を処理する場合に、加熱および冷却中、加工品の回りを囲む環状のフ
レームを含むようにしてもよい。フレーム部材は、多くの利点を有する。第１に
、加工品は、フレーム部材の内部空間内にはめ込まれ、これにより加熱プレート
に設けられた下側加熱ゾーンに正しく位置決めるのに役立つ。しかし、さらに重
要なことは、フレーム部材が熱の均一性を非常に向上させ、これにより、加工品
が加熱されまたは冷却される。例えば、加熱プレートの加熱ゾーンが、フレーム
部材と加工品の両方を横たえるのに十分なほど大きいとき、フレーム部材は、加
熱プレートからの熱を分配し、かつ加工品のエッジ部分の回りに起こる熱の変動
を均等にするのを助ける。特に、熱における不均一性は、フレーム部材が備えら
れていない場合には、加工品のエッジよりもフレーム部材の外側周辺の回りに起
こる傾向にある。また、フレーム部材は、加工品のエッジから失われる熱の対流
を減少させるのに役立つ。フレーム部材の熱容量は、不均一な熱効果を減少させ
、さもないと加工品の直径における変動により熱の不均一が生じることになる。

【００２３】更なる利点として、フレーム部材は、加熱／冷却動作の全範囲にわたり予測で
きる方法で、フレーム部材と加工品の上部表面の温度が互いに一致するように形
作ることができる。その結果、フレーム部材の温度は、加工品の温度を監視する
ために、間接的に、便宜的な、正確度の高い方法として監視することができる。

【００２４】本発明は、また、加熱処理および冷却処理にわたり、正確で鋭敏な制御を与え
る多数の革新的な特徴を含む制御装置に関する。特に、この制御装置は、パルス
幅変調（ＰＷＭ）された制御信号を用いて、加熱プレートに供給されるべき直流
の電気エネルギーの量を変調するための制御信号を用いる。好ましい実施形態で
は、これは、公共施設から入力した６０Ｈｚの交流電力を20ＫＨｚのＰＷＭ制御
信号を用いて変調される直流電圧に変換することを含み、この各制御信号パルス
のデューティサイクルを制御して変化させ、ヒータに達する直流電力の量を調整
する。

【００２５】特に好ましい実施形態では、加熱プレートに供給される電圧（加熱プレート電
圧）は、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルに比例し、加熱プレートの熱出力
は、加熱電圧の二乗に比例する。

【００２６】こうして、直流電力が３００ボルトで供給され、かつＰＷＭ制御信号のデュー
ティサイクルが５０％の場合、加熱プレート間の電圧は、１５０ボルト（即ち、
３００ボルトの５０％）となるであろう。これに対応する熱出力が発生する。そ
れゆえ、有利なことに、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを調整することに
より、容易に加熱プレートの熱出力を増加したり、減少させたりすることができ
る。比例積分微分（ＰＩＤ）制御の技術が、加熱／冷却中、加熱プレートの温度
を制御するために適用される。

【００２７】この革新的な制御装置は非常に迅速かつ正確であるので、制御装置は、ヒータ
を制御するのに用いられたこれまでのスローで鈍い制御手法に関連した、のこ歯
状の温度プロフィルを実際に取り除く。このようなスローな制御手法は、長い時
定数を有する容量の大きな加熱プレートに対して適しているかも知れないが、加
熱プレートの時定数が非常に小さい本発明において使用するには適していない。

【００２８】１つの実施形態では、本発明は、少なくとも１つの加熱ステップと、少なくと
も１つの冷却ステップを含む温度プロフィルを介して、加工品を循環させるのに
適する加熱・冷却を組み合わせた装置に関する。この装置は、低熱容量で、熱伝
導性を有する加熱プレートを含み、このプレートは、加工品を加熱プレートと熱
的接触状態で支持するような支持表面を有し、加熱プレートからの熱エネルギー
を加熱中、加工品に伝達することができる。この装置は、また、高い熱容量を有
する冷却部材を含んでいる。この装置は、加熱プレートと冷却部材を少なくとも
、冷却部材が加熱プレートに熱的接触している第１形態において支持するように
作動する。

【００２９】他の形態では、本発明は、マイクロエレクトロニクスデバイスを加熱するため
の加熱装置に関する。この装置は、加熱部材の表面上に設けられた加熱部材とフ
レーム部材を含む。フレーム部材は、加工品を受入れることができる内部空間を
有する。

【００３０】また、他の形態では、本発明は、対象物の温度を制御するためのシステムに関
する。このシステムは、対象物の温度を示す出力温度信号を発生するのに有効な
位置においてこのシステムに連結された、少なくとも１つの温度センサを含む。
このシステムには、制御可能な可変デューティサイクルを有する、パルス幅変調
(ＰＷＭ)された制御信号の出力源が含まれ、このＰＷＭ制御信号が、温度信号を
含む情報から導かれる。システムの加熱部材は、加熱中、対象物を支持するため
の表面を有する。この加熱部材は、制御可能な熱出力を有し、ＰＷＭ制御信号の
デューティサイクルに対応する出力レベルを確定できる。

【００３１】また他の形態では、本発明は、冷却した温度（Ｔｃ）に加工品を冷却する方法
に関する。この方法によれば、加工品は、低熱容量で、熱伝導性の支持体と熱的
に接触して支持されている。この加工品は、Ｔｃ以上の温度にある。低熱容量の
支持体は、Ｔｃ以下の温度に維持された冷却部材と熱的に接触して置かれる。支
持体の温度は、冷却中、監視される。冷却工程は、支持体がＴｃにほぼ一致する
温度になると、停止する。

【００３２】また、他の形態では、本発明は、シート形状の、積層された、低熱容量で熱伝
導性を有する、加工品を加熱するための加熱部材に関する。この加熱部材は、加
工品支持表面と加工品冷却表面にそれぞれ相当する、第１，第２の対向する主表
面を含む。これにより、加工品は、冷却表面がヒートシンクと熱的接触状態に置
かれる時、支持表面上に位置決めされる。

【００３３】また、他の形態では、本発明は、加工品の温度を制御するための装置に関する
。この装置は、加工品支持表面と加工品冷却表面にそれぞれ相当する、第１，第２
の対向する主表面を有するシート状の加熱部材を含んでいる。この装置は、また
冷却部材を含む。この装置は、加熱部材と冷却部材を第１形態に支持するように
作動し、この第１形態では、加熱部材と冷却部材が，加工品冷却表面を冷却部材
と熱的に接触するように引き付けるための付勢力を受けている。この装置はまた
、加熱部材と冷却部材を第２形態に支持するように作動し、この第２形態では、
上記付勢力に打ち勝って、加工品冷却表面と冷却部材が、熱的に引き離されるよ
うになっている。

【００３４】また、他の形態では、本発明は、加工品の加熱および冷却の方法に関する。加
工品が第１，第２の対向する主表面を有するシート形状の加熱部材に支持されて
いる間、加工品は加熱される。第１主表面は、加工品を支持し、第２主表面は、
冷却部材に熱的に接触するように配置される。加熱部材の第２主表面が冷却部材
と熱的に接触している間、加熱部材の熱出力を制御して、第１主表面に支持され
た加工品を冷却する。

【００３５】また、別の形態では、本発明は、加工品を加熱する方法に関する。加工品が、
シート状で積層されかつほぼ平らな基板層とこの基板層に積層された加熱層を含
む加熱部材に支持されている間、加工品は加熱される。加熱層は、少なくとも１
つの制御可能な加熱ゾーンを含んでいる。

【００３６】また、別の形態では、本発明は、加工品を冷却する方法に関する。加工品は、
第１，第２の対向する主表面を含む、シート状の加熱部材に支持される。第１主
表面は，加熱部材を支持する。第２主表面は、冷却部材と熱的に接触して配置さ
れる。第２主表面が冷却部材と熱的に接触している間、加熱部材の熱出力は、第
１主表面に支持された加工品が冷却されるように制御される。

【００３７】また、他の形態では、本発明は、加工品を平衡温度に維持する方法に関する。
加工品は、第１，第２の対向する主表面を含む、シート状の加熱部材に支持され
る。第１主表面は，加熱部材を支持する。第２主表面は、冷却部材と熱的に接触
して配置される。第２主表面が冷却部材と熱的に接触している間、加熱部材の熱
出力は、加工品が前記平衡温度に維持されるように制御される。

【００３８】また、他の形態では、本発明は、マイクロエレクトロニクスデバイスを製造す
るためのツールクラスターに関する。このツールクラスターは、低熱容量で熱伝
導性を有する加熱部材を含み、この加熱部材は、加熱部材と熱的に接触して加工
品を支持できる表面を有して、加熱部材からの熱エネルギーを加工品に伝達する
ことができる。また、高熱容量の冷却部材が含まれる。本装置は、加熱部材と冷
却部材を少なくとも、冷却部材が加熱部材と熱的に接触している第１形態におい
て支持するように作動する。

【００３９】本発明の上述したおよび他の利点と、この利点を達成する方法が、より明らか
となり、また、本発明自体も付随する図面と関連して本発明の以下に記述する実
施形態を参照してより良く理解されるであろう。（好適な実施形態の説明）以下に述べる本発明の実施形態は、完全なもの、または本発明をその後に続く
詳細な説明において開示される形態に制限するように意図するものではない。む
しろ、当業者が本発明の原理および実践を評価および理解しやすいように、本実
施形態を選んで説明を行ったものである。

【００４０】図１ａ、図１ｂ、図１ｃは、それぞれ、三つの構成を示す概略図である。これ
は、少なくとも一回の焼成工程と少なくとも一回の冷却工程とを含む温度プロフ
ィルを通じて、半導体素子１２などの加工品を循環させるのに適した加熱・冷却
複合装置１０（以下、「加熱／冷却装置１０」と称する）の好適な実施形態の図である。加熱／冷却装置１０は、底部ハウジング部材１６と上部カバー１８とを
有するハウジング１４を含む。底部ハウジング部材１６と上部カバー１８は、ハ
ウジング１４を繰り返し開閉するために、図１ａで図示されているように互いに
分離されているか、または図１ｂ（焼成工程）および図１ｃ（冷却工程）で図示
されているように接触している。ハウジング１４が開いている場合、半導体素子
１２をハウジング１４に挿入して、加熱および冷却に備えて固定支持ピン１９に
設置することができる。

【００４１】ウエハ１２をハウジング１４に挿入すると、ハウジング１４は、閉じた、環境
的に密閉された処理室を与えるために図１ｂおよび図１ｃに図示されるように閉
じることができ、また、この処理室は、そうでなければ加熱および冷却時に起こ
り得る熱対流を実質的に回避するために十分小さい容量を有する。さらに、周囲
環境の密閉によって処理室とその内容物を汚染から保護することになり、処理室
をガスを用いてより効率的にパージしたり（特別な環境において処理することが
望ましい場合）、所望に応じてガスを排出させたり（真空または部分的な真空に
おいて処理することが望ましい場合）することが可能になる。

【００４２】ハウジング１４は、加熱プレート２０の形式である、比較的低熱容量で、熱伝
導性の加熱部材と、冷却部材２６の形式である、比較的高熱容量のヒートシンク
とを含む。本明細書で使用されているように、「低熱容量」とは、加熱プレート
２０の熱容量が最大で、処理される加工品の熱容量とほぼ同じ大きさのオーダー
であることを意味する。好ましくは、加工品に対する加熱プレート２０の熱容量
の比率は、約１：１００から約５：１の範囲であり、好ましくは１：１０から約
２：１である。本明細書で使用しているように、「高い熱量」とは、冷却部材２
６の熱容量が加熱プレート２０か加工品のいずれかのオーダーと少なくともほぼ
同じオーダーの大きさであることを意味する。好ましくは、加熱プレート２０お
よび／または加工品のいずれかの熱容量に対する冷却部材２６の熱容量の比率は
、少なくとも１０：１であり、より好ましくは１０：１から１００：１であり、
より好ましくは３０：１から５０：１である。「熱容量」とは、物体の温度を摂
氏１度だけ上昇させるのに必要なエネルギー量を示す。たとえば、ウエハ１２、
加熱プレート２０、冷却部材２６などの固体の熱容量Ｑは、次の式によってあら
わすことができる。

【００４３】 Q=Mc_p ここで、Ｍはkg単位による本体の質量であり、C_pは所望の温度範囲における本
体の平均熱容量（J/kg−℃）である。

【００４４】加熱プレート２０は、半導体素子１２を支持するための第１の主表面２２を有
し、この加熱プレート２０からの熱エネルギーが加熱中に半導体素子１２に伝わ
ることができるようにしている。また、加熱プレート２０は、冷却部材２６と熱
接触するように配置可能な第２の主表面２４も含む。「熱接触」とは、加熱プレ
ート２０と冷却部材とが十分に近接し、冷却部材２６の冷却効果が加熱プレート
２０を通じて半導体素子１２に伝わるようになっていることを意味する。最も急
速な冷却は、図１ｃに示すように、第２の主表面２４が冷却部材２６に物理的に
直接接触しているときに生じる。しかし、効率的な冷却は、たとえば好適な実施
形態では加熱プレート２０と冷却部材２６との間において、最大で約３ｍｍの、
物理的な隔たりがある場合にも生じることが可能である。

【００４５】加熱プレート２０は、好ましくは、抵抗性加熱エレメント（特に図示せず）の
形式である加熱ゾーン２５を含み、この加熱エレメントは、電気接続３６によっ
て加熱ゾーン２５に供給される電気エネルギー量を、それに相当する量の熱エネ
ルギーに変換する。加熱プレート２０は、比較的熱容量が低く、熱伝導性がある
ため、加熱プレート２０に放散される熱エネルギーは、急速に半導体素子１２へ
と伝達される。

【００４６】表面領域については、加熱ゾーン２５は、半導体素子１２よりも大きいことが
が好ましく、加熱ゾーン２５がウエハ１２の下にあるだけでなく同様にウエハ１
２の端縁１３にまで伸びるようになっている。加熱ゾーン２５が半導体素子１２
よりも小さいと、ウエハ１２の非均一な加熱が生じる恐れがある。より好ましく
は、環状部材４０などのフレーム部材を含む装置１０の実施形態において、加熱
ゾーン２５を、ウエハ１２の下に配置されるだけでなく少なくとも環状部材４０
のほぼ全体を含むほど十分な大きさがあることが望ましい。このようにして、半
導体素子１２の非常に均一な加熱が得られる。たとえば、図１ａ、図１ｂ、図１
ｃに見られるように、加熱ゾーン２５の表面領域は、ウエハ１２と環状部材４０
との両方を合わせた表面領域とほぼ同じサイズである。

【００４７】冷却部材２６は、半導体素子１２や加熱プレート２０と比較して、比較的高い
熱容量を有する。このため、冷却部材２６は熱容量ヒートシンクとして機能し、
たとえば、一般的に１５℃から２３℃で冷却を行うのに効率的であるように、所
望の冷却温度を保持することが可能である。熱伝導を介して、加熱プレート２０
が冷却部材２６と熱接触するように配置されると、加熱プレート２０、それに伴
ってウエハ１２は急速に冷却される。冷却部材２６は、冷却部材２６の内部を貫
通する冷却経路２８を含む。これにより、たとえば水などの冷却された冷却媒体
が冷却経路２８を循環することによって、冷却部材２６が所望の冷却温度に保持
されることが可能になる。冷却媒体は、冷却部材の腐食を防ぐために腐食防止剤
を含むことができる。

【００４８】好適な実施形態では、冷却部材２６は、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、こ
れらの組み合わせなどの、腐食防止用の熱伝導性金属で形成される。冷却部材２
６が銅で作られている場合、この銅には、銅の腐食を防止し銅イオンがウエハ１
２を汚損しないようにするニッケルなどのコーティングを含まれることが好まし
い。冷却部材２６がアルミニウムで作られている場合、このアルミニウムは、ア
ルミニウムの腐食を防止する、たとえばポリテトラフルオロエチレンを含浸した
酸化アルミニウムを含むコーティングなど、コーティングによって保護すること
ができる。

【００４９】当然のことながら、この冷却部材２６の実施形態のみが好ましいが、その他の
種類の冷却構造および装置を代わりに使用することができる。たとえば、水など
の液状の冷却媒体を使用する代わりに、冷却した気体を冷却媒体として使用する
こともできる。ただし、冷却媒体は必ずしも必要ではない。たとえば、冷却部材
２６はぺルティエ装置とすることができる。こうした種類の装置は冷却を行うた
めの冷却媒体に依存しないが、電気的なエネルギーが与えられると冷却される。

【００５０】加熱プレート２０および冷却部材２６は、互いに往復移動可能であるため、加
熱プレート２０の第２主表面２４および冷却部材２６の上部表面３０を、互いに
分離または接触させることができ、それにより加熱および冷却を制御することが
できる。また、半導体素子１２を最も急速に加熱するために、加熱プレート２０
と冷却部材２６とを十分に離して、第２の主表面２４と上部表面３０とを熱接触
させることができる（図１ｂ参照）。加熱プレート２０と冷却部材２６とをこの
ように分離させると、冷却部材２６の冷却効果は、加熱プレート２０または半導
体素子１２に対してわずかまたはほとんどない。半導体素子１２の最も急速な冷
却を行うには、全く電気的エネルギーが加熱ゾーン２５に供給されない間に、加
熱プレート２０の第２主表面２４と冷却部材２６の上部表面３０とを互いに物理
的に接触させるように配置することができる（図１c参照）。冷却および／または加熱の中間比率は、冷却部材２６と加熱プレート２０との間の間隔を調整する
こと、および／または加熱プレート２０の熱出力を変えることにより得ることが
できる。例によっては、加熱プレート２０に対する望ましい温度プロフィルは、
同時にある程度まで半導体素子１２を加熱および冷却している間に、加熱プレー
ト２０と冷却部材２６との間の熱接触を維持することによって得ることができる
。実際に、同時の加熱および冷却は、望ましい平衡温度（所望により、加熱ある
いは冷却の平衡温度のいずれかでありうる）で、加熱プレート２０、ひいてはウ
エハ１２を維持するのに特に有益であり、その温度において、加熱プレートの平
衡温度は±０．０１℃以内に抑えられる。

【００５１】加熱プレート２０と冷却部材２６との互いに往復移動は、当技術において公知
のいずれかの便宜な移送機構を使うことによって達成することができる。図１ａ
、図１ｂ、図１ｃに図示された１つの代表的な技術によると、加熱プレート２０
は、加熱プレートポスト３２上に支持され、それに対応する加熱プレート２０の
独立した運動を行うために上昇したり下降したりすることができる。好適な実施
形態では、加熱プレートポスト３２は、加熱ゾーン２５に電気的エネルギーを双
方向に移送するハウジングの電気配線３６のために中空になっている。望ましく
は、中空の加熱プレートポスト３２内に収容された電気配線３６は、外観上のた
めに見えないように隠されているだけでなく、加熱プレートポスト３２の壁面に
よって十分保護されている。同様に、冷却部材２６は、上昇または下降が可能な
冷却部材ポスト３４上に支持されて、冷却部材２６のそれに対応する独立した運
動を行うようになっている。ポスト３２、３４も同時に作動可能であり、所望で
あれば、加熱プレート２０と冷却部材２６との協働運動を行うことができる。

【００５２】半導体素子１２が加熱プレート２０の第１主表面２２上に支持されているとき
、半導体素子１２は、好適には、半導体処理のために好適な形態で環状部材４０
として示されるフレーム部材によって取り囲まれており、このフレーム部材は、
加熱プレート２０の第１主表面２２に適宜の方法で固定されている。環状部材４
０は、半導体素子１２を収容するようにした内部空間を形成する内側周辺部４２
を有し、ウエハエッジ１３と環状部材４０との間に生じた隙間６３が許容可能な
寸法に形成かつ配置できるほど小さくなるようになっている。一例として、１ｍ
ｍは、公称的には、適正であると考えられている隙間の大きさであり、これは、
ウエハの現在の仕様によってウエハの直径を±１ｍｍまで変更可能だからである
。また、こうした隙間は、加熱時に生じるウエハの熱膨張（一般的には約０．３
ｍｍ）に見合う十分な大きさがある。環状部材４０の外側周辺部４４は断熱材（
図示せず）によって覆うことで熱損失を低減させ、それによって第１の主表面２
２の全領域にわたって均一な加熱を促進することができることが好ましい。こう
した断熱材は、ポリイミド、ポリアミド、または加熱作業中に品質が低下するこ
とのないセラミックなどの耐熱性材料で作ることが好ましい。

【００５３】環状部材４０は、処理される半導体素子１２の熱拡散特性にできる限り一致し
た熱拡散特性の組成物から作成することが好ましい。本発明の実施形態において
、本体の熱拡散率αは、次式によって与えられる。

【００５４】 α = k/C_pρ この場合、ｋは本体の熱伝導率であり、C_pは本体の熱容量であり、ρは本体の密度である。特に好適な実施形態では、ウエハ１２の熱拡散の環状部材４０の熱
拡散に対する比率は、好ましくは0.8:1から1:0.8の範囲であり、より好ましくは
約１：１である。

【００５５】環状部材４０とウエハ１２との間の熱拡散率がきわめて近いのは、ウエハ１２と同種の材料で環状部材４０とウエハ１２が形成される場合である。たとえば、
ウエハ１２が、シリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラスなどの半導体組
成物の重量のうち少なくとも８０重量パーセント、好ましくは少なくとも９０重
量パーセント、より好ましくは少なくとも９８重量パーセントで形成される場合
、環状部材４０はシリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラスの、それぞれ
の重量のうち少なくとも８０重量パーセント、好ましくは少なくとも９０重量パ
ーセント、より好ましくは少なくとも９８重量パーセントにすることもできる。

【００５６】しかし、これらの半導体材料は砕けやすい傾向にある。したがって、もっと頑
健さや耐久性を所望する場合には、この環状部材４０はアルミニウム、マグネシ
ウム、および／またはステンレス鋼を含む合金か金属間組成物（アルミニウム合
金、マグネシウム合金のどちらかまたは両方が好ましい）で形成することができ
る。環状部材４０を形成するのに適していると考えられているアルミニウム合金
の一つには、工業規格７０７５−Ｔ６のタイプがある。このアルミニウム合金は
多くの市販品から入手可能である。

【００５７】適切な材料、または材料の組み合わせを選択すると、環状部材４０の厚さは、
環状部材４０とウエハ１２との熱容量が互いに所望の関係になるように選択され
る。好適な実施形態では、環状部材４０とウエハ１２との熱容量はほぼ互いに一
致し、加熱プレート２０の均一な加熱特性が最適化される。半導体素子１２がシ
リコンウエハ上に配置されかつ環状部材４０がアルミニウム合金で作成される本
発明の実施形態では、ウエハが約０．７６ｍｍの厚さ、環状部材４０が約０．６
６ｍｍの厚さである場合にこの目的が達成される。

【００５８】加熱プレート２０を環状部材４０と組み合わせて使用する場合でも、半導体素
子１２の温度は、加熱や冷却時にウエハ１２の表面にわたって所望の均一温度に
することが依然としてできない。特に、温度勾配期間では、エッジ１３に近接す
るウエハ１２の部分は、ウエハ１２の内側部分よりも先に変化する傾向にある。
すなわち、加熱勾配時には、エッジ１３はウエハ１２の内側部分よりもいくらか
高温になる傾向にあり、冷却勾配時または平衡時には、エッジ１３はいくらか低
温になる傾向にある。こうした温度エッジの影響を補うには、加熱プレート２０
は、少なくともウエハ１２の内側部分の下に位置する第１の内側加熱ゾーン部分
と、少なくとも環状部材４０の部分の下に位置する第２の環状の外側加熱ゾーン
部分とを二つの独立した加熱ゾーンを組み込むことができるという利点がある。
二つの加熱ゾーンの間の境界は、所望であれば、環状部材４０の下、ウエハ１２
の下、隙間６３の下もしくはそれらのいずれかに配置することができる。

【００５９】こうした第１および第２の加熱ゾーン部分は、好ましくは独立して制御可能に
なっていて、それぞれのゾーン部分の熱出力を各自調整可能にすることによって
半導体素子１２の直径にわたる温度プロフィルをより均一にすることができるよ
うになっている。このため、温度エッジの影響を観察しなければならない場合に
、第２の加熱ゾーン部分は、こうした影響を低減、好ましくは除去するために、
第１の加熱ゾーン部分に対して適切なようにより低いまたはより高い加熱エネル
ギー量を出力するように調整することもできる。所望の場合、別の加熱ゾーンを
、別々のヒータコントローラによって制御することができる。あるいは、こうし
たゾーンは、ゾーンを制御する共通コントローラを共有して、それぞれの熱出力
を所望の方法で制御することもできる。

【００６０】ウエハを支持する、加熱プレート２０の第１主表面２２は、複数の突起５６を
含み、この突起は、直接物理的に接触する領域を低減する。加熱プレート２０と
半導体素子１２との間の均一な大きさの隙間６２を確保することが好ましい。従
来の実施例によると、突起５６は均一な高さであり、一般的には１０マイクロメ
ートルから３００マイクロメートルの範囲の、好ましくは５０マイクロメートル
から２００マイクロメートルの高さを有している。突起５６は、それぞれ、一般
的に０．０１mm²から約６mm²の範囲の加工品支持断面領域を有することができる
。突起５６は、様々な形状に形成することができ、たとえば、平坦な上部表面を
有する直線形状、平坦な上部表面を有する円筒形形状、球状または楕円形状、チ
ューブの軸が表面２２の平面に対して直交することによって管状形状の突起５６
の壁面エッジのみが半導体素子１２に接触する中空チューブ形状、これらの組み
合わせなどがある。

【００６１】突起５６は、好ましくはウエハ１２をひっかくことのない寸法的に一定の耐久
性のある材料で形成することができる。たとえば、突起５６はポリマー、金属、
セラミック、またはこれらの混合物で形成することができる。ポリアミドまたは
ポリイミドなどの耐熱性の化合物が、現時点では好適である。突起５６は、物理
的な配置、エッチング、スパッタ蒸着、化学蒸着法、適切なマスクによる噴霧、
スクリーン印刷などを使って形成することができる。

【００６２】突起５６は、半導体素子１２の下に位置する第１の主表面２２の領域の１パー
セントの、好ましくは０．１パーセント未満の半導体素子１２と加熱プレート２
０との間の全接触領域を生じさせるのに効果的な密度分布特性が備えられている
ことが好ましい。図１ｄに図示されている突起特性の一つの特定の例によると、
高さ１５０マイクロメートル、外径約１．６ｍｍ、内径約０．８ｍｍの６個の管
状の突起５６は、加熱プレート２０の中心から二つの別々の半径５８および６０
において配置されている二つの三角形のパターンに配置される。この方法で、半
導体素子１２と加熱プレート２０との間の接触領域は、考慮しなくてよいほど小
さいものであるが、半導体素子１２（およびもしある場合には環状部材４０）は
適切に支持される。別の例では、多数の突起５６は全体表面２２にわたってアレ
イ（array）として形成可能であり、これはたとえば、隣接する突起５６が約４ｍｍから６ｍｍ離れている三角形のパターンである。かかるアレイでは、それぞ
れの突起５６は一般的には、その直径は０．１ｍｍから０．５ｍｍであり、好ま
しくは０．２ｍｍから０．３ｍｍである。

【００６３】加熱プレート２０は、加熱プレート２０と半導体素子１２との間に流体が連通
する（隙間６２を生じさせるために、一つまたは複数の流路３８を選択的に設け
ることができる。隙間６２は、加熱プレート２０と半導体素子１２との間の熱伝
導を高めることを所望する場合に、通常の空気またはより伝導性の高い気体等の
ガスで満たすことができる。たとえば、ヘリウムガスは空気よりも約７倍も伝導
性が高い。隙間６２に気体を導入することで、半導体素子エッジ１３の傾向を低
減させることにもなり、半導体素子１２のほかの部分に対して過熱をすることに
なる。あるいは、半導体素子１２と加熱プレート２０との間の封止が適切に行わ
れている場合、隙間６２を使って、ウエハ１２を位置固定するのに役立てるため
にウエハ１２に対し、３０００Ｐａから１４０００Ｐａの範囲の真空度などの、
わずかな真空を実行することができる。たとえば、環状の突起（図示せず）をエ
ッジ１３に近接する加熱プレート２０に設けて、こうした密閉の形成に役立てる
こともできる。

【００６４】図１ａ、図１ｂ、図１ｃを参照すると、半導体素子１２の温度は望ましくは、
加熱および冷却操作中に直接または間接に監視して、加熱プレート２０の熱出力
を、ＰＩＤ制御などの適切なフィードバック制御手法を使って制御できるように
する。ウエハの温度を監視する直接の方法によると、適切な温度センサ（図示せ
ず）を半導体素子１２に直接取り付けることができる。ただし、高容量の製造の
場合は、この方法は実は実際的または望ましいとはいえない。これは、この直接
の方法には、新しい半導体素子を処理のために装置１０に挿入するたびに、半導
体素子に温度センサを取り付けたり取り外したりするさらなる処理ステップが必
要となるからである。さらに、ウエハは一般的には、温度センサと接触すること
で悪影響が及びかねない繊細な部品を支持する。

【００６５】したがって、特に、環状部材４０の熱容量が上記で述べたようにウエハ１２の
熱容量と一致する場合、適切な温度センサを環状部材４０に取りつけることによ
り、間接的に半導体素子１２の温度を監視することがずっと望ましい。こうした
状況において、半導体素子１２の上部表面の実際の温度は、加熱時および冷却時
、また温度勾配時においてさえ、ほぼ全ての時点において、環状部材４０の上部
表面の温度とほぼ一致する。実際に、環状部材４０の上部表面と半導体素子１２
の上部表面との温度差は、実際に、ほぼ一定であり、より好ましくは無視するこ
とができる。このため、環状部材４０の上部表面に結合されている温度センサを
使って半導体素子１２の上部表面の温度を間接的に監視する場合、必要であれば
、計測された温度に対して簡単な修正を行って、半導体素子１２と環状部材４０
との上部表面の間に生じた温度差を埋めることができる。

【００６６】本発明で使用する温度センサは、長時間でも安定および一貫して急な間隔で温
度を感知することができるいずれかの適切な温度センサにすることができる。様
々に適切な温度感知装置が公知であるが、この中でも抵抗性薄膜（ＲＴＤ）セン
サが最も好適である。いくつかの適切な種類のものが様々な市販品として入手可
能である。一例として、適切な薄膜ＲＴＤセンサが、ミネソタ州ミネアポリスの
ミンコプロダクツ社の製品型番517422 PDX4 0Aとして市販されている。このセ
ンサは、約１００マイクロメートル（すなわち包囲ワイヤは約２５０マイクロメ
ートルの全体直径を有する）の厚さの“ＫＡＰＴＯＮ”ブランドのポリアミド樹
脂層で包囲された約５０マイクロメートルの直径のプラチナワイヤを含む。この
ＲＴＤセンサは、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シ
リコン樹脂、エポキシ樹脂、微構造ポリテトラフルオロエチレン、これらの組み
合わせなどの適切な耐熱性接着剤を使って所望の位置に接着することができる。

【００６７】ＲＴＤ温度センサを購入する代わりに、ＲＴＤ温度センサはもとの場所に配置
したり、内側に配置して、スパッタエッチング処理などの当技術において公知の
適切な形成技術を使うＲＴＤ特性を有する電気的耐性のある材料で定位置に接着
することができる。たとえば、もとの場所にＲＴＤセンサを形成するためには、
プラチナなどの適切な電気的耐性のある金属層を所望の位置に堆積し、ＲＴＤ温
度センサを形成するためにエッチングすることができる。断熱層はセンサとその
センサを取りつけた部品との間に堆積することが望ましい。断熱層は、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、二酸化シリ
コン、窒化シリコン、これらの組み合わせなどを含む、マイクロエレクトロニク
ス業界で従来使用される種類の断熱材料のいずれかを含むことができる。

【００６８】いくつかの応用では、それのみで使用するＲＴＤセンサは、ウエハ温度の意味
のある制御を提供するのに必要とされる必須の鋭敏さを有していなくともよい。
これらの状況では、特に好適な温度センサは、比較的低速で安定した第１の温度
感知装置（好適にはＲＴＤセンサ）と比較的高速で不安定な第２のセンサ装置（
好ましくは熱電対）の組み合わせを含むハイブリッドセンサシステムである。高
速／不安定な第２のセンサ装置は、より大きな速度でウエハ１２の温度を感知す
るのに使用されるが、低速／安定な第１のセンサ装置で感知した温度は、第２の
センサを自動的にオンラインに校正するのに使われて第２のセンサ測定が時間経
過しても正確さと信頼性を保つようにする。

【００６９】ハイブリッド温度センサを用いる考えは、熱電対（サーモカップル）が１００
０Ｈｚから２０００Ｈｚの高速で温度を感知できるが時間に対して比較的劣った
温度感知安定性を有する傾向にあるという認識に基づくものである。一方で、一
般的なＲＴＤ温度センサは、たとえば、わずか１０Ｈｚ以下の温度感知性能など
のより低速の感知速度であることがあっても、ＲＴＤセンサは長時間にわたって
優れた温度感知安定性を有するのが普通である。このため、熱電対を自動的にオ
ンラインに校正するためにＲＴＤセンサを使うことにより、このＲＴＤセンサシ
ステムは、それぞれの欠点を排除しつつ両方の種類の感知装置の長所を有する。
熱電対を含むハイブリッド装置を使用するこの発明の実施形態では、熱電対をＲ
ＴＤセンサに対して上記に述べたように接着剤を使用する位置に接着できる。

【００７０】ハイブリッド温度センサを使用すると、ＲＴＤセンサからの信号を使った熱電
対の校正は、好ましくは自動的に繰り返し進行ベースで行われる。このように、
熱電対によって感知される温度データは、必ず、ＲＴＤセンサで感知されるより
安定した温度データとほぼ一致する。使用された校正方法の種類は重要ではなく
、従来の校正方法を使用することができる。温度センサを校正する校正メソドロ
ジーが公知であり、たとえば米国特許第５，４９５，０９３号、第５，４７５，
６１０号、５，４６０，７０９号、第４，９４１，３０８号、および第４，４８
０，３１２号に記載されている。

【００７１】図１ａ、図１ｂ、図１ｃは、どのようにして加熱および冷却を実行できるかを
詳細に示す装置１０の三つの形態を概略的に示す。図１ａは、ハウジング１４が
開いており、半導体素子１２を装置１０に挿入して固定支持ピン１９を配置する
ことが可能になっている「準備段階」形態における装置１０を示す。加熱プレー
ト２０は、当初は、冷却部材２６の上に載置する好適な「アイドル」位置にある
。

【００７２】図１ｂは、装置１０の第２形態を示し、加熱サイクルが冷却部材２６とは関係
なく加熱プレート２０を持ち上げることにより開始され、冷却部材２６から加熱
プレート２０の第２主表面２４を熱的に分離させる。この形態では、加熱プレー
ト２０の第１主表面は、支持ピン１９と少なくとも同一の面上または所望であれ
ばそれよりも高く持ち上げられることによって、半導体素子１２が加熱プレート
２０の第１主表面２２に熱接触される。半導体素子１２は、所望であれば低圧の
真空を用いて加熱プレート２０の上に固定することができる。加熱ゾーン２５が
電気的な抵抗ヒータによって与えられている本発明の実施形態では、所望の加熱
プロフィルを提供するために効率的に加熱ゾーン２５を通じて電流を流すことに
より加熱される。

【００７３】図１ｃは、急速な冷却を与えるために効率的な装置１０の構成を示す。この構
成では、冷却部材２６は加熱プレート２０の第２主表面２４と熱接触するまで上
昇している。冷却部材２６の冷却効果が、熱伝導によって加熱プレート２０を通
じて半導体素子１２に伝達される。最も急速な冷却速度は、冷却中に加熱ゾーン
２５を完全にオフにすることで得られるが、もっとゆるやかな温度降下は単に加
熱ゾーン２５の熱出力を調整することで得られる。図１ｃの形態は、冷却部材２
６の冷却効果が十分な大きさになることで所望の加熱速度が得られるまで加熱ゾ
ーン２５の熱出力を増加させることによって比較的低速な加熱速度を得るために
使用することもできる。加熱プレート２０と半導体素子１２とは、冷却が完了す
ると冷却部材２６から熱的に分離可能である。熱的な分離は加熱プレート２０と
冷却部材２６とを分離させて、図１ｂの構成にすることで最もよく行われる。代
わりに、比較的少量だが十分な量のエネルギーを加熱ゾーン２５に与えることで
所望の冷却平衡温度にウエハ１２を維持しておくことができる一方で、加熱プレ
ート２０と冷却部材２６とを結合したままにしておくことが可能である。

【００７４】図２ａおよび図２ｂには、本発明の積層された加熱プレート７０の特に好適な
実施形態が示されている。加熱プレート７０は、ヒータプライ（ply）７２のそれぞれの側に対称的に配置された誘電体層７４と構造基板７６に挟持された中心
に配置されたヒータプライ７２を含む。突起７７は、ウエハ８０と環状部材８２
とを支持するために加熱プレート７０のある表面７８に設けられている。突起７
７は、図１ａ、図１ｂ、図１ｃの突起５６に相当する。このため、突起７７は、
突起５６と同じ構成、構造、大きさ、配置の特性を有することができる。図２ａ
では、加熱プレート７０の断面、加熱プレート７０を構成する各層状レイヤー７
２、７４、７６、７７の厚さを、説明上、正確な縮尺率で図示せず拡大した。こ
うしたレイヤーの実際の代表的な適正な厚さの範囲を、以下に説明する。

【００７５】加熱プレート７０の対称的な挟持構造により、多くの長所が与えられている。
まずは、様々なレイヤー７２、７４、７６は、一般的な加熱および冷却処理の範
囲によって特徴づけられる材料からできている傾向にあるため、温度変化時にレ
イヤー７２，７４，７６，７７の間に応力が生じることがある。こうした応力に
より、非対称の層状構造がゆがんでしまうことがある。ただし、中心に配置され
たヒータプライ７２を中心として加熱プレート７０が対称となっているため、こ
うした応力は加熱プレート７０において均衡している。結果的に、温度変化時に
平坦さを維持しようとする加熱プレート７０の能力は、こうした対称性がかけて
いる層状の加熱プレート構造に対して向上する。別な長所として、構造的な基板
７６が加熱プレート７０の外側にありヒータプライ７２がこの構造の内側にあっ
て保護されている場合、加熱プレート７０は、様々な層を互いに層状に積み重ね
た後で、経済的で効率的なラッピング手法を用いて平面化することができる。各
基板７６のラッピングによって２５マイクロメートルから２００マイクロメート
ルほど厚さが減ってしまうことがあるため、当初の加熱プレート７０は、こうし
た材料の除去を行うために十分余分な厚さを有する基板７６から形成することが
できる。

【００７６】図２ａと図２ｂを共に参照すると、ヒータプライ７２は、環状加熱ゾーン８５
を形成する導電性通路８６を含むことが好ましい。電気は電気接続８８を通じて
加熱ゾーン８５へ、およびここから伝達される。導電性通路８６を伝わる電気は
ウエハ８０を加熱するために熱エネルギーに変換される。加熱ゾーン８５で発生
される熱量は、加熱ゾーン８５に送られる電気エネルギーのボルテージと相関関
係がある。一般的に、より大きな電気エネルギー量を使うと、より加熱される傾
向がある。好適な実施形態では、たとえば、加熱ゾーン８５の熱出力は、こうし
た電圧の二乗に比例する。

【００７７】導電性通路８６は、ヒータプライ７２がウエハ８０の加熱を均一に行うことが
できるほど十分な通路密度を有する加熱ゾーン８５を横断している。実際の例で
は、導電性通路８６の各ターンは、一般的には幅０．２ｍｍから２ｍｍであり、
導電性通路８６の隣接するターンの間の隙間８７は一般的には幅０．２ｍｍから
２ｍｍである。図２ｂで図示される好適な形態では、導電性通路８６は二重螺旋
の形態形態になっている。その他の構成も使用することができる。たとえば、通
路８６は、所望であれば直線状に加熱ゾーン８５を横断することが可能である。

【００７８】加熱ゾーン８５は様々な方法で形成可能である。ある方法によると、加熱ゾー
ン８５は、連続層として最初は存在する導電性材料で形成される。加熱ゾーン８
５は、いずれかの従来のエッチング手法を用いて連続層を簡単にエッチングする
ことで形成することができる。ヒータゾーン８５を形成するための適切な導電性
材料は、銅などを含む金属、カナダのインコアロズインターナショナル社の製品
名称"INCONEL"として市販されているNi-Cr-Co合金などの合金を含むNi-Crまたは
、ニュージャージー州フランクリンレイクスのエドファーガソンから市販さ
れている"KOVAR" Ni-Cr-Co合金、プラチナ、これらの組み合わせなどを含む。加
熱ゾーン８５は、本発明により考えられる種類の電気的耐性の加熱を行うために
適切な厚さを有することができる。たとえば、通常、「１／２オンスの銅フォイ
ル」と呼ばれる１７．８ミクロン（０．０００７インチ）の厚さの銅フォイルか
ら加熱ゾーン８５を形成することが適切であることがわかっている。

【００７９】本発明の一実施形態では、ヒータプライ７２と誘電体レイヤー７４の一つとは
、"PYRALUX"という製品名でE.I. DuPont de Nemours and Companyから市販され
ている銅クラッディングポリイミドでまとめて形成可能である。「片面」の形成
では、この特定の合成構造は、いくらか厚みを増したポリイミドレイヤーに層状
にした非常に軽量な銅フォイルを含む。この軽量な銅フォイルレイヤーは、ポリ
アミド層がある誘電体層７４として働いている一方でヒータプライ７２を形成す
るためにエッチングすることができる。この発生物は、ポリアミド層が二つの外
側フォイル層に挟持される「両面」の形で購入することもできる。

【００８０】図２ａを参照すると、誘電体層７４は、ヒータプライ７２を基板７６、ウエハ
８０、環状部材８２、およびその他の周囲環境エレメントから電気的に断熱する
ために、ヒータプライ７２を挟持している。誘電体層７４は、また、ヒータプラ
イ７２を基板７６に層形成する接着層としても機能する。各誘導体層７４は、厚
さの範囲が１０マイクロメートルから３０マイクロメートル、およびマイクロエ
レクトロニクス業界で従来使用されている誘電体の材料のいずれかから形成でき
ることが好ましい。適切な誘電体材料の代表例は、二酸化シリコン、窒化シリコ
ン、ほぼアルカリフリーの磁器フリットなどの非有機誘電体と、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの耐温度性のあ
る組成物と、加熱および冷却に関する温度範囲において電気的に断熱の特性を保
持するその他のいずれかの電気的な断熱材料と、これらの組み合わせなどを含む
。

【００８１】約３００℃以上の温度による処理のために、二酸化シリコン、窒化シリコン、
ほぼアルカリフリーのガラス化磁器フリットなどの電気的に断熱の材料が好適で
ある。ポリアミド樹脂は、約３００℃未満の温度で生じる処理で使用する誘電体
層を形成するためにより好適な材料である。望ましくは、ポリイミド樹脂は優れ
た接着と誘電体を有するだけでなく、安価に入手できて層状構造に組み込みやす
くなっている。ポリアミド樹脂は、また、一般的には、所望であれば、ポリアミ
ド材料を組み込んだ加熱プレート７０が適合した特性を有することができるよう
に可撓性を持つ傾向にある。本発明で有益なことがわかっているポリアミドの特
定の例は、E.I.デュポンデネモオス社のＥＫＪポリアミド熱硬化性接着剤としてシート形式で入手できる。

【００８２】各基板７６は、加熱プレート７０の別のレイヤーを支持および保護するための
構造プライとしてはたらく。基板７６はまた、半導体素子８０と加熱プレート７
０上に支持される環状部材８２との均一な加熱を促進するために加熱プレート７
０を通じて熱が横方向および縦方向の両方に伝導するようにしている。このため
、各基板７６は概して、それぞれ、ゆがみ、たるみ、しわ、張力の欠如、または
その他の望ましくない品質低下が生じることなく加熱および冷却処理の温度変化
に耐えるだけでなく、加熱プレート７０の他のレイヤーを構造的に支持すること
が可能な、適切な構造材料または材料の組み合わせでできている。

【００８３】各基板７６を形成するのに使うことが可能な材料の代表例には、銅、ステンレ
ス鋼、高剛性合金鋼、上記で述べた"INCONEL"および"KOVAR "Ni-Cr-Co合金（"KO
VAR"合金は多くの加熱および冷却処理にかかわる一般的な温度範囲のシリコンと
より近い熱膨張係数を有するため"KOVAR"合金がより好適である）などのNi-Cr含
有合金、アルミニウム、およびこれらの組み合わせなどの、金属組成物を含む。
銅を使用する場合、この銅は、両面をニッケル加工してウエハ８０が銅イオンで
汚損されないようになっていることが好ましい。たとえば、１００オングストロ
ームから１０００オングストロームの範囲の厚さのニッケルのフラッシュ（flas
h）コーティングがこの目的には適している。

【００８４】各基板７６を形成するためのその他の適切な材料は、単結晶または多結晶シリ
コン、炭化シリコン、グラファイト、ガラス、ダイアモンドなどの、非金属の無
機材料が含まれる。基板７６も、ダイアモンド合成物、金属クラッディングポリ
マー、金属充填したセラミック、セラミック充填した金属、これらの組み合わせ
などの合成材料から形成することができるのが望ましい。基板７６として使用す
る金属／セラミックの合成物の例には、金属の構造的なシェルおよび／または金
属セラミックの合成物内にある熱分解グラファイト合成物が含まれる。こうした
シート状の製品は、オハイオ州レイクウッドのアドバンスドセラミックス社の製品型番ＴＣ１０５０およびＴＣ５００で市販されている。

【００８５】厚さについては、各基板７６は十分薄くすることで、各基板７６が比較的低い
熱容量にして冷却および加熱の影響が急速にウエハ８０に伝わるようにしなけれ
ばならない。ただし、基板７６が薄すぎると、加熱プレート７０の機械的な強度
と耐久性が劣化してしまい、寿命が比較的短くなってしまうことがある。横方向
の伝導、および加熱の均一性は、基板の厚さが薄くなると低下する。一方で、よ
り厚い基板７６は横方向の熱伝導性がよくなる傾向があるため、加熱プレート７
０上に支持されるウエハのより均一な加熱が行われる傾向にある。より厚い基板
７６は、また、ウエハエッジ８４の均一な加熱を促進する半導体素子８０と環状
部材８２との間の隙間８１に比較的大きい熱容量を有するという利点がある。た
だし、基板７６が厚すぎると、基板７６は熱容量が大きくなって、ウエハ８０で
加熱および冷却される速度が低下する。

【００８６】こうした点のバランスを取るには、各基板７６は、好ましくは、２０マイクロ
メートルから３ｍｍの範囲の厚さにする。加熱プレート７０の特に好適な実施形
態では、各基板７６はラップ前の厚さが１ｍｍのアルミニウムから形成され、各
誘導性のレイヤー７４は約５０マイクロメートルの厚さのポリアミドで形成され
、ヒータプライ７２は約２５マイクロメートルの厚さのエッチングされた銅フォ
イルである。

【００８７】加熱プレート７０を形成するある方法によると、共に層状形成されるそれぞれ
のレイヤーは共に記録可能に積層される。ピン（図示せず）の配置は、レイヤー
が共に積層されると適切な整列を得られるようにするために積層レイヤーによっ
て記録可能に配置される。レイヤーの積層は平坦なスチールコール（steel caul
）板の間の真空バッグに配置される。真空吸引され、圧力３５０psi（２４気圧）においてコール板は共にプレスされ、クランプされたアセンブリは３５０℃で
レイヤーを共に効率的に連結するのに十分な時間（一般的には２時間から２４時
間）で加熱される。

【００８８】図３は、本発明の層状構造にした加熱プレート７０の別の実施形態を示す。一
般的に、図３の加熱プレート７０は、図３のレイヤー７２、７４、７６、７７が
異なる順で互いに層状構造にされていることをのぞくと、図２の加熱プレート７
０と同じである。さらに、図３の加熱プレート７０は、たった一つの構造基板７
６を含む。特に、図３の加熱プレート７０は、構造基板７６、誘電体レイヤー７
４、ヒータプライ７２、第２の誘電体レイヤー７４、最後に突起７７、の順にこ
れから形成される積層構造である。それ以外では、図３のレイヤー７２、７４、
７６、７７は図２ａの対応するレイヤーと同じである。

【００８９】望ましくは、図３に図示される形態では、加熱プレート７０の最も熱容量の大
きい部品となる基板７６は、積層構造の底部にある。このため、基板７６は冷却
処理時に冷却部材２６（図１ａ、図１ｂ、図１ｃ参照）に最も近接する。こうし
て近接することにより、冷却部材２６は、基板７６が積層の別の場所にあるとき
よりも高速に基板７６から熱を引き出すことができる。つまり、加熱プレート７
２の冷却は、基板７６が図３に示す位置にあるときにきわめて急速である。

【００９０】図４は、本発明の加熱プレート７０の別の実施形態を示す。概して、図４の加
熱プレート７０は、図４のレイヤー７２、７４、７６、７７が互いに異なる順で
積層されていることを除き、図３の加熱プレート７０と同様である。特に図４の
加熱プレート７０は、第１の誘電体レイヤー７４、ヒータプライ７２、第２の誘
電体レイヤー７４、構造基板７６、最後に突起７７を含む積層の順番から順に形
成される積層構造である。それ以外では、図３のレイヤー７２、７４、７６、７
７は図３の対応するレイヤーと同じである。

【００９１】いくつかの実施形態では、上記で述べた加熱プレート７０のいずれかに組み込
まれる図２ａ、図３、図４のいずれかの基板は、本来的に自立したものではない
。一般的に、これは、こうした基板が比較的薄い場合（たとえば、２５μｍから
約０．２ｍｍの範囲の厚さで特徴付けられるような）のことである。こうした比
較的薄い基板は、半径方向に柔軟的に伸張され、伸張されたシートを組み込んだ
積層加熱プレートのレイヤーを組み立てる際の半径方向の張力を維持することが
望ましい。張力は、環状部材８２、別のフープ型フレームなどにすることができ
る適切なフレーム部材に伸張したシートを取りつけることで維持することができ
る。こうしたより薄いシートは、一般的な加熱および冷却温度範囲、たとえば０
℃から３５０℃の範囲内で十分低い熱膨張係数を有する材料で形成することが望
ましい。それにより、許容可能な張力レベルが、加熱および冷却処理中ずっと基
板７６において維持される。たとえば、製品名称INCONELおよびKOVARとして市販
されているNi-Cr-Co合金は、本発明の半径方向の伸張された基板を形成するのに
適切である。本発明の半径方向に伸張された基板は、弾性係数や厚さ特性につい
て望ましくはできるだけ等方性のあるシート金属から形成できることが好ましい
。

【００９２】図５ａ、図５ｂ、図５ｃは、図２ａ、図３、図４、またはそのいずれかで使用
される基板７６に対応するタイプの基板１７３に半径方向の張力を与えるのに適
した半径方向の張力付加装置１６０の一実施形態を示す。半径方向の張力付加装
置１６０は、上部フープ１６２と、スクリュー１６６によって上部フープ１６２
に結合された底部フープ１６４とを含む。上部フープ１６２と底部フープ１６４
との間の距離は、スクリュー１６６の調整によって調整可能である。周辺リッジ
１６８が底部フープ１６４の外側に配置されてフープクランプ１７０と協働し、
基板１７３を半径方向の張力付加装置１６０の低位置に固定する。フープクラン
プ１７０は、スクリュー１７２の締め具合を調整するだけで底部フープ１６４の
外側周囲できつくしたり緩めたりすることができるよう調整可能となっている。
ねじ締めスクリュー１７２を一方向に回転させると、フランジ１７４が共にルー
プクランプ１７０を締め、これによって底部フープ１６４に対するククランプ力
が与えられる。あるいは、別方向にねじ締めスクリュー１７２を回転させると、
フランジ１７４を引き離すことにより、フープクランプ１７０が緩められて底部
フープ１６４に対するクランプ圧力が解放される。

【００９３】好適な実施形態では、上部フープ１６２と底部フープ１６４とは、二つのフー
プ間の分離が最小になるまで調整される。大きすぎる基板１７３は、上部フープ
１６２および底部フープ１６４においてひだが付けられる。基板１７３は、基板
１７３の周辺部分が周辺リッジ１６８の底部フープ１６４の外側表面にくるよう
十分な大きさがなければならない。いくつかの実施例では、このように基板１７
３にひだを付けるのは難しいことがある。その場合は、図５ｃに示されているよ
うに、複数の半径方向のカット１７１を基板１７３の外側周辺に作り、所望であ
ればフープ１６２および１６４に基板１７３をフィットさせられるようにするこ
とができる。こうしてフープクランプ１７０は底部フープ１６４の周囲で締めら
れて、基板１７３を定位置に固定することができる。ねじ１６６は上部フープ１
６２と底部フープ１６４との間の分離を増加させるよう調整することで、半径方
向の張力下で基板１６１を配置することができる。基板１７３は、好ましくは屈
曲点を越えるまで伸張される。

【００９４】基板１７３が半径方向の張力を受けている一方で、適切なフープ型フレーム（
図示せず）を結合させることができ、あるいは基板１７３が装置１６０から取り
外された後に基板１７３の半径方向の張力を維持するために基板１７３に取りつ
けることができる。フレームを基板１７３に結合させた後で、環状部材周辺の外
側に位置した基板１７３の余分な部分を切り取ることができる。伸張された基板
１７３を組み込む加熱プレートの別のプライを、所望であれば半径方向の張力付
加の前後のいずれかにおいて基板１７３に形成することができる。

【００９５】図１ａ、図１ｂ、図１ｃに図示する装置の冷却特性について、図６および図７
の温度プロフィルに関してさらに説明する。ある方法では、冷却部材２６は、半
導体素子１２が冷却される温度Ｔcに維持することができる。図６は、この方法を使う場合の冷却時の一般的な半導体素子１２の温度プロフィル９６を示す。最
初、半導体素子１２は最初の温度Ｔoであり、その後、t_fの時点の後で最終的な温度Ｔcに漸近してほぼこれに達する。図６に示すように、この従来の方法は、半導体素子温度とＴsとの差が比較的大きい場合に領域９８で半導体素子１２の急速な最初の冷却を行う。ただし、領域１００で示されているように、装置の温
度がＴcに近づくにつれて冷却速度は指数関数的に遅くなる。実際に、図６に示す方法では、冷却時間の５０パーセント以上を、半導体素子１２の熱の最後の２
パーセントから３パーセントを得るために使うことができる。

【００９６】当然のことながら、図６の冷却方法は、所望であれば本発明の実施に使用する
ことができる。ただし、図６の方法の非効率性を避けるために、本発明は、半導
体素子１２を冷却するのにより好適な「冷却促進」方法を使用することが好まし
い。図７で示されるこの冷却促進法によると、冷却部材２６はＴcよりも低いＴs
の温度に維持されており、装置の温度は冷却中に動的に監視されて、装置１２が
Ｔcまで冷却されると冷却を停止できるようになっている。図７は半導体素子１２の温度プロフィル１０４を示し、これは、最初の比較的高い温度Ｔoから所望の最終温度Ｔcまで冷却される。しかし、冷却部材２６の温度Ｔsは、Ｔcより低い温度を維持することが望ましい。これにより、半導体素子１２は、ほぼ全ての
冷却が領域１０６に関する急速な冷却速度に従って行われるようにTcまで冷却で
きるようになる。このため、領域１０８に関する漸近の非常に低速の冷却速度が
完全に回避される。一般的に、ＴsをＴcよりも低い約２℃から３℃の温度に設定
することは、冷却促進の望ましい量を得るために適しているということがわかっ
ている。この冷却促進の方法は、冷却を行うためのきわめて急速で正確な方法で
ある。この冷却促進法により、主に、指数関数的に領域１０８に関する冷却の非
常に遅い速度が完全に回避されるため、冷却促進がない従来の方法を使うよりも
３倍以上も高速に冷却を完了させることができるようになった。

【００９７】装置１２をＴcまで冷却すると、プロフィル領域１０９で表されるように、ある時間間隔Ｔcにおいて、装置１２の温度を平衡に維持することが望ましい。これは、図１ａ、図１b、図１ｃの装置１０を使うと容易に達成される。より簡単には、冷却を開始するために、加熱プレート２０をオフにして図１ｃで図示する
ように冷却部材２６と熱接触させる。装置１２がこれにより冷却されて、装置温
度はTcまで低下し始める。装置１２がＴcに達すると、加熱プレート２０が十分なパワーによりオンに戻り、Ｔcにおけるウエハ１２を維持できる一方で図１ｃの構成が維持される。適切なプロセス制御の方法論を使用して、装置１２を所望
の平衡温度Ｔcに維持するように加熱プレート２０の熱出力を制御できる。

【００９８】加熱プレート２０の熱出力と冷却部材２６の冷却効果を組み合わせて利用する
ことにより平衡温度を維持したり温度プロフィルを制御したりすることができる
ことで、多くの意義深い長所が得られる。第１に、平衡温度は長時間に渡ってか
なり高い精度で維持することができる。たとえば、この方法は正確であり、特に
図１０で以下に述べる制御システムを加熱プレート２０の熱出力を制御するのに
使用する場合に、約摂氏±０．０３度の精度でＴcにおいてウエハ１２を維持することができる。第２に、この制御方法は、加熱プレート２０からの熱をさらな
る冷却をきわめて高速にストップさせるために使うことができることから、大変
反応がよい。第３に、冷却部材２６の温度は大変厳密に制御する必要がない。冷
却部材２６がＴcより低い温度である限り、装置温度のきわめて正確な制御は、加熱プレート２０の熱出力を制御することで達成可能である。第４に、冷却部材
２６の温度を非常に厳密に制御する必要がないので、正確な温度において冷却部
材２６に冷却媒体を供給するために通常信頼された機構を完全に排除することが
できる。

【００９９】一旦Ｔcに達すると、どの時間の長さでもウエハがＴcであることを維持するこ
とを望まない場合に冷却を停止させる別の方法として、適切な時点において冷却
部材２６から加熱プレート２０を分離するだけで冷却を停止させることができる
。この方法を使うと、冷却プロセスを停止させる制御信号を発生する冷却プロセ
スにおいて点（「冷却終了点」）を予測することができることが望ましいことが
ある。これによって、装置１２は、最終的な冷却温度Ｔcにできる限り近づくように冷却される。実施例において、好ましくは、このような予測は、必要とされ
る有限のタイムラグを考慮に入れて行なわれるべきであり、こうした信号が発生
される場合の信号に応答する装置10が必要となる。

【０１００】たとえば、図１ａ、図１ｂ、図１ｃに図示された装置１０について、冷却停止
のための制御信号が最初に発生する時間の後で、冷却部材２６から加熱プレート
２０を物理的に分離する時間は短いが無視できない長さの時間がかかる。したが
って、こうしたラグ時間を想定して、半導体素子１２が最終的な冷却温度に実際
に達する時間の直前に冷却プロセスを停止させる制御信号を装置１０に送信すべ
きである。特定の例として、約５００ミリ秒のラグタイムを用いて、半導体素子
１２がＴcとなることが予測される前に、分離信号を５００ミリ秒間に送ることが可能である。

【０１０１】ラグタイムを考慮して適切な冷却終了点を決定することは、適切なオープンル
ープまたはクローズドループプロセス制御手法を用いることにより達成すること
ができる。たとえば、ＰＩＤ手法を用いた制御システムなどの適切な制御システ
ムを動的に用いて、適切な時間において冷却を停止させる制御信号を装置１０に
送る冷却終了点を決定することが可能である。あるいは、冷却終了点に関連する
パラメータ（たとえば、ウエハ温度、経過した冷却時間、ラグ時間など）を特徴
づけることができ、こうしたパラメータを冷却の時間を停止させるために監視す
ることができる。

【０１０２】次に、図１ａ、図１ｂ、図１ｃに図示された装置１０の加熱特性を、図８およ
び図９においてさらに説明する。図８は、装置１２を期間t_fにわたってＴo（たとえば室温）からＴB（たとえば１３０℃）まで加熱する加熱処理のために、それぞれ加熱プレート２０と半導体素子１２との一般的な温度プロフィル１３０と
１３２とを示す。こうした加熱時には、加熱プレートプロフィル１３０は一般的
に素子プロフィル１３２に対して先行する。すなわち、加熱プレート２０は、加
熱プレート２０と装置１２とがＴBにほぼ対応する平衡温度、好ましくはＴBの±
０．０３度に達するまで加熱時において、常時、装置１２よりもいくらか高くな
る傾向にある。したがって、加熱プレート２０の温度はＴBを通り越して高くし、装置１２がＴBに確実に達するようにしなければならない。このため、加熱プロセスのある時点において、加熱プレート２０の熱出力が減少し、装置１２およ
び加熱プレート２０がＴBに漸近しほぼこれに達することが可能になる。これは、一般的には、加熱プレートがTB以上の最大温度Ｔmにある時間tiの後で、装置１２がＴBより低い温度Ｔiにある時に生じる。加熱プレート２０の熱出力が減少
するこの正確な時間tiは、制御システムの時定数に依存しており、従来のＰＩＤ
コントローラの一般的な出力となっている。

【０１０３】図８の加熱方法によって、加熱プレート２０の熱出力が減少する前にプロフィ
ル領域１３４、１３６において比較的急速に加熱が加速される。ただし、この加
熱速度は、加熱プレート２０がtiの時点においてパワーダウンすると、プロフィ
ル領域１３８、１４０において指数関数的に遅くなる。実際に、素子１２をＴo からＴBに加熱するのに必要な時間の少なくとも約７０％が、素子１２をＴiから
ＴBに加熱する時間に対応しており、これは、ＴBとＴiとの間の温度差がＴoから
ＴBまでの全温度範囲のほんの一部であっても同様である。言いかえると、加熱時間の大部分の時間は、半導体素子１２にわずかな温度だけ最後に上昇させるた
めに加えるために費やされる。半導体素子１２をＴBにまで高めるのに必要な温度に変更するために多くの加熱時間が使われる。

【０１０４】当然のことながら、所望であれば、図８の加熱方法を本発明の有益な結果と共
に使用することができる。実際に、図８の方法は半導体素子１２を４０から５０
秒の高速でＴoからＴBまで加熱することができる。ただし、より高速の性能は、
本発明の原理を使用して得ることができる。特に、プロフィル領域１３８および
１４０に関する時間の非効率性は、冷却部材２６から「冷却促進」を使用するこ
とで実質的に低減させることができる。一般的に、加熱のための「冷却促進」方
法によると、加熱プレート２０はＴmよりも大きい温度に達することが可能になり、加熱プレート２０をパワーダウンさせる前にＴBにずっと近づく温度まで加熱が可能になる。冷却部材２６は加熱プレート２０から余分な熱を急速に引きだ
すよう使用されて、装置１２の温度がＴBにほぼ達するがこれを越えることはないようにする。

【０１０５】「冷却促進」の加熱方法の利点を図９に図示する。図９は、加熱プレート２０
の熱出力がti₂において低減する場合に加熱プレート２０が（Ｔmと比較して）よ
り高い最大温度Ｔm₂に達し、かつ装置１２が（Ｔiと比較して）より高い温度Ｔi ₂ に達するということを除き、図８とほぼ同じである。調整を行わない場合、および図８の加熱スキームを冷却促進なしにこの点で使用する場合、加熱プレート
２０および素子１２の両方の余分な熱によって通常、素子１２の温度はＴBを越えてしまう。すなわち、加熱プレート２０と素子１２とはＴBを越える平衡温度に指数関数的に近づく。ただし、この例では、冷却部材２６は効率的な条件下に
おいて加熱プレート２０と熱接触して、余分な熱が冷却部材２６に取り込まれる
。このため、加熱プレート２０と半導体素子１２とはtfの時点よりも実質的に少
ないtf₂の時点でＴBに達する。この素子１２の温度は加熱プレート２０がパワー
ダウンした後にＴBに漸近する傾向にあるが、この漸近する加熱に関連する期間は図８に関するものに対して実質的に減少する。たとえば、図８の加熱方法によ
って完了までに４０から５０秒かかるとしても、この時間は、図９の方法の「冷
却促進」を使用すると約２５から３５秒まで減少する。

【０１０６】従来の加熱／冷却装置で以前使用されているタイプの従来の制御システムは、
遅すぎるため本発明の加熱／冷却装置の意義のある制御を行うことができない。
ただし、本発明は、ヒータ温度に対して急速にまた精密に制御を行う革新的なヒ
ータ制御方法に依存する。本発明に従って、高周波数（例えば、１０００Ｈｚ以
上の周波数が好ましい）の、周波数変調された制御信号は、ヒータが抵抗であり
インダクタおよびコンデンサによってヒータの直流電圧レベルをスムーズにする
ようなＲＬＣ（抵抗／インダクタ／コンデンサ）回路に組み込まれるヒータに供
給される直流電流エネルギーを変調するのに使用される。この方法によって、ヒ
ータで制御可能に確立される電圧量を、急速にかつ連続的に０パーセントから１
００パーセントの範囲のパワー内で変更することができる。実際の効果では、ヒ
ータにおいて生じる直流電圧が実際に無限に小さい粒状となっている。これによ
って、ヒータ温度は幅広い動的な範囲にわたって鋭敏さおよび正確さをもって制
御が可能になる。

【０１０７】したがって、図１０は、本発明の革新的な制御システム３００の一実施形態の
概略図であり、本発明は、直流電流を高周波のＰＷＭ制御信号を使用して変調し
て、低熱容量の加熱プレートの熱出力を制御する。システム３００では、レジス
タ３０２は加熱プレートの抵抗を表す。おおむね、コントローラ３０４は高周波
のパルス幅変調した制御信号を温度センサ３０６によって生じた温度信号に応答
して生じさせる。温度センサは、二重方向矢印３０５で示されるように加熱プレ
ート３０２と熱的に結合される。ＰＷＭ制御信号は、制御信号の各パルスのデュ
ーティサイクルの「オン部分」についてスイッチ３４２を作動させるのに使われ
る。これにより、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルに比例したレジスタ３０
２に対応した電圧が加えられる。ヒータの電力出力はかかる電圧の二乗に比例す
る。

【０１０８】たとえば、直流電流が３００ボルトで供給されると、１０パーセントのデュー
ティサイクルを有する２００００ＨｚのＰＷＭ制御信号がレジスタ３０２につい
て３０ボルト（３００ボルトの１０パーセント）およびそれに対応する１パーセ
ントの熱出力を与える。直流電流は３００ボルトで供給される場合、６０％のデ
ューティサイクルを有する２００００ＨｚのＰＷＭ制御信号はレジスタ３０２に
ついて１８０ボルト（３００ボルトの６０パーセント）および３６％の熱出力を
与える。同様に、直流電流が３００ボルトで供給される場合、５パーセントのデ
ューティサイクルを有する２００００ＨｚのＰＷＭ制御信号はレジスタ３０２に
ついて１５ボルト（３００ボルトの５パーセント）、したがって０．２５％の熱
出力を形成する。

【０１０９】システム３００の特徴をより詳細に参照すると、温度センサ３０６はコントロ
ーラ３０４への温度信号を含む情報を送信する。システム３００は、望ましくは
、従来のドライバ回路３０１とノイズフィルタ３０３とを含み、データがコント
ローラ３０４に達する前に温度センサ３０６から取得された温度データを処理す
る。温度センサ３０６が複数のセンサを含むハイブリッドセンサである場合、対
応するドライバおよび／またはノイズフィルタはそれぞれこうしたセンサ部品の
ために使用することができる。ドライバ回路３０１は探知した温度信号の大きさ
を調整したり、所望であれば更なる処理により適した別の形態を探知したデータ
を変換するのに使われる。ノイズフィルタ３０３は、コントローラ３０４の処理
能力を高めるために温度センサ信号のノイズ量を低減、すなわちノイズ率への信
号を増加させる。

【０１１０】コントローラ３０４は、ハードウェア、ソフトウェアなどの組み合わせにより
構成することができ、このコントローラを作動させて、温度センサ入力からＰＷ
Ｍ制御信号を発生させる。こうした情報からＰＷＭ出力を発生するには、比例／
積分／微分（ＰＩＤ）制御の手法が好適であるが、いずれかの適当なプロセス制
御手法および構成要素を用いることができる。ＰＩＤ制御、およびプロセス制御
の原理は、コウアノールおよびコッペル（Coughanowr and Koppel）のプロセス
システム分析および制御,マクグローヒル社 (1 965)およびエフ.ジー.シンスキ
ー（F.G.Shinskey）のプロセス制御システム(1988)に記載されている。

【０１１１】コントローラ３０４は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその組み合わせ
から形成することができる。コントローラ３０４は、デジタルまたはアナログ、
またはその両方の形式とすることができる。コントローラ３０４の使用に適した
様々な市販のシステムが市販されており、これらを購入してプラグアンドプレイ
式でシステム３００に組み込むことができる。たとえば、一実施形態では、テキ
サス州オースチンのナショナルインストルメンツの製品名称「LABVIEW」として市販されているＰＣベースの制御および分析システムをコントローラ３０４と
して使用することができる。あるいは、より好ましくは、コントローラ３０４は
一つまたは複数のマイクロプロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサ（
ＤＳＰ‘ｓ）を組み込んだ組み込みコントローラの形にすることができる。ＤＳ
Ｐは高速な信頼性のある安価なものである。ＤＳＰは、Curran, L., Machine De
sign, 「DSPs Find a Place in Motor Control」（１９９７年１１月６日）の９５頁〜１０２頁に記載されている。適切なＤＳＰ装置のセットの代表例は、ア
ナログデバイス社で市販されており、(i)ＡＤ７７１５（１６ビットのシグマデルタＡＤＣ）装置またはＡＤ７７１１（ＲＴＤ励磁電流でＡＤＣを調整する信
号）およびＡＤＳＰ−２１００（デジタルプロセッサ）装置を含む。

【０１１２】オペレータは、所望であれば直接あるいは間接的にコントローラ３０４と相互
送信させることができる。たとえば、直接の相互送信を含む好適な実施形態では
、オペレータはコントローラ３０４と順次にインタフェースされているホストコ
ンピュータと直接接続することができる。ＰＯＬＡＲＩＳ．ＲＴＭ．マイクロリ
ソグラフィ・クラスタは、ホストコンピュータを介してこのような間接的な相互
送信に使用する。

【０１１３】コントローラ３０４は、広い範囲において一つまたは複数の周波数を有するＰ
ＷＭ制御信号を生じさせるよう構成可能である。適切な周波数、または所望する
場合ＰＷＭ制御信号を発生させるための周波数の範囲を選択するには、選択した
周波数は、温度制御における所望の精度を獲得するのに十分に高いがスイッチ時
間またはノイズ問題が生じるほど高くしなくともよい。一般的に、１０００Ｈｚ
から５０，０００Ｈｚの範囲、好ましくは２０，０００Ｈｚの周波数を有するＰ
ＷＭ制御信号が適している。

【０１１４】温度センサ３０６が熱電対とＲＴＤ温度センサとを組み込むハイブリッドセン
サである実施形態において、コントローラ３０４は、ハードウェア回路構成、ソ
フトウェア、またはその組み合わせの形の構成を含み、熱電対温度センサを校正
するためにＲＴＤセンサで生じるデータを使用することができる。こうした実施
形態では、コントローラ３０４は、両方の装置によって探知される感知された温
度データがコントローラ３０４への入力信号として受信可能になるようにＲＴＤ
と熱電対センサとに作動可能に結合される。こうしてコントローラ３０４の対応
する校正構成により、コントローラ３０４は自動的にオンラインで熱電対を校正
できるようにする。校正は、加熱／冷却プロセス時のいずれかの期間でＲＴＤと
熱電対センサによって取得される感知された温度データを使用して行うことがで
きる。ただし、校正は、加熱プレート１２４が平衡温度で維持されている間に感
知された温度データを使用することで最も容易に行われる。

【０１１５】コントローラ３０４からのＰＷＭ出力は、制御可能なスイッチ回路構成３４１
に送信され、この回路は、制御可能なスイッチ３４２（絶縁ゲート形バイポーラ
トランジスタ、つまり「ＩＧＢＴ」スイッチとして好適な形態で図示される）と
ドライバ回路３４４（ＩＧＢＴドライバ回路として好適な形態で図示される）と
を含む。ドライバ回路３４４は、コントローラ３０４からＰＷＭ制御信号を受信
し、この制御信号を対応する方法で制御可能なスイッチ３４２を開閉するために
使用する。

【０１１６】これについては、システム３００の処理の好適な実施形態と関連して以下にそ
の詳細を説明する。制御可能なスイッチ回路構成３４１の代表的な実施形態は、
制御可能なスイッチ３４２としてIMBC 15-060 ディスクリート形IGBTとドライバ
回路３４４としてEXB840 ハイブリッド形IC IGBTドライバを組み込んでいる。共に、富士電気株式会社から市販されている。この装置の組み合わせの電気的仕
様は業者によって入手可能な製品文書に示されている。

【０１１７】システム３００は交流電源３０８から電流を受信するように構成されている。
米国では、交流電源３０８は、もっとも一般的には２０８Ｖの実効値電圧の三相
交流６０Hｚの電流を供給する電源である。システム３００は交流電流を直流電流に変換するために整流器３１０を組み込んでいる。たとえば、２０８Ｖの実効
値電圧は２９４ボルトの直流に整流される。図１０に示す実施形態では、いずれ
かの適切な整流手段が所望のものとして使用できるが、整流器３１０は６ダイオ
ード形の整流器が好適な形態として示されている。６ダイオードの整流装置は、
ひとつのユニットとしてパッケージングおよび販売される一般的な装置であり、
多くの市販品の中から入手することができる。たとえば、日本のSansha 電気工業株式会社から製品名称DF30BA80として市販されている６ダイオード整流器が、
本発明の実施において適切であることがわかっている。

【０１１８】整流器３１０によって形成される直流電力は、望ましくないレベルの「交流リ
ップル」を含む脈動の形態で発生する傾向にある。したがって、システム３００
は、望ましくは平滑回路部３１２を含み、直流パルスを平滑化させ、それにより
、「交流リップル」を減少させた平滑化された直流電流を生じる。平滑化した直
流電流は以下に述べるように変調された形で抵抗３０２に供給される。図示され
ている好適な平滑回路部３１２は、上部端子３２２と下部端子３２４との間に一
般的には並列接続されている抵抗３１４と、コンデンサ３１６と、コンデンサ３
１８と、抵抗３２０とを含む。平滑回路部３１２は、リレーコイル３２６と常開
（ＮＯ）接点３２８を有するリレースイッチを含む。

【０１１９】次に、平滑回路部３１２の構成部品をより詳細に参照すると、コンデンサ３１
６は、高周波ノイズが主電源３０８に再びフィードバックされることを防ぐため
に役立つ比較的低い値の高周波コンデンサである。好適な実施形態では、コンデ
ンサ３１６は０．０１μＦ、６００Vのポリプロピレンタイプのコンデンサである。コンデンサ３１８は、直流フィルタ用として使われる比較的高い値のコンデ
ンサである。好適な実施形態では、コンデンサ３１８は２２００μＦで６００V の定格の電解コンデンサである。抵抗３１４はシステム２００の電源がオフにな
るとコンデンサ３１８から電荷を放出させるために役立つ高抵抗である。たとえ
ば、約１０秒の期間にわたってコンデンサ３１８から電荷を放出させるために、
抵抗３１４は５０００Ω,２０ｗのレジスタであることが好ましい。

【０１２０】抵抗３０２は、熱出力が制御される加熱プレートの抵抗を表す。抵抗３０２は
、システム３００の負荷回路部３３０に組み込まれる。抵抗３０２に加えて、負
荷回路部３３０は、さらに、上部端子３２２と負荷回路底部端子３３８との間に
ともに接続されるダイオード３３２と、コンデンサ３３４と、インダクタ３３６
とを含む。負荷回路部３３０内では、コンデンサ３３４と抵抗３０２とは、上部
端子３２２と負荷回路の中間端子３４０との間のＲＣ回路部分３３５に互いに並
列に接続される。インダクタ３３６とＲＣ回路部分３３５は、上部端子３２２と
負荷回路底部端子３３８との間に互いに直列に接続される。負荷回路部３３０内
では、抵抗３０２と、インダクタ３３６と、コンデンサ３３４とは、抵抗３０２
において生じる直流電流を平滑化するために２極形ローパスフィルタのように機
能する。実際の効果としては、この「フィルタ」は、直流電流を通過するがコン
トローラ３０４のＰＷＭ出力の周波数において交流電流を抑える。周波数２０，
０００ＨｚのＰＷＭ出力という一般的な実施形態において、インダクタ３３６は
４ｍＨ、１０Ａの、２０ｋＨｚで作動可能なコイルであり、コンデンサ３３４は
、5μＦの高周波６００Ｖのコンデンサである。抵抗３０２は一般的には35Ωである。こうしてできたＲＬＣ回路は２０，０００Ｈｚの交流電流を抑える。

【０１２１】負荷回路底部端子３３８は、ダイオード３３２によって上部端子３２２に再び
結合される。ダイオード３３２は多くの有効な機能を有する。ダイオード３３２
は、スイッチ３４２をオフにすると負荷回路底部端子３３８の底部の電圧をクラ
ンプするために、バックまたは「フライホイール」ダイオードとして働く。ダイ
オード３３２は、抵抗３０２を介して所望の直流電流を保持しやすくするように
している。ダイオード３３２は、富士電気株式会社から発売されているＥＲＷ05
−060タイプであることが好ましい。負荷回路底部端子３３８はまた、制御可能なＩＧＢＴスイッチ３４２のコレクタに接続されている。

【０１２２】システム３００の好適な実施形態では、交流電源３０８から引き出された２９
４Ｖの直流電流を使う場合、抵抗３０２の熱出力を制御するために、２０，００
０ＨｚのＰＷＭ制御信号をスイッチ３４２に供給する。温度センサ３０６は、抵
抗３０２上に支持される加工品の温度読み込みを表す電気信号を発生する。加工
品の温度を表す電気信号は、望ましくはドライバ３０１とノイズフィルタ３０３
とで処理された後に、コントローラ３０４に送信される。コントローラ３０４は
ノイズフィルタ３０３の出力を受信し、所望の温度からの抵抗３０２のずれ具合
に応じて、デューティサイクルを有するＰＷＭ出力を発するようにＰＩＤ制御を
行なう。状況によっては、コントローラ３０４はＰＩＤ制御を使って、抵抗３０
２の熱出力の調整または維持を行うために適切なデューティサイクルを有するＰ
ＷＭ制御信号を決定しそしてこの信号を発生する。

【０１２３】コントローラ３０４のＰＷＭ出力はＩＧＢＴドライバ３４４に送られる。ＩＧ
ＢＴドライバ回路３４４は、該当する方法でスイッチ３４２を開閉するためにコ
ントローラ３０４から制御信号を使用する。たとえば、コントローラ３０４が、
デューティサイクル２５パーセントの２０，０００ＨｚのＰＷＭ制御信号を発生
すると、スイッチ３４２は２５パーセントのデューティサイクルにおいて閉じて
いるスイッチ３４２で２０，０００Ｈｚの比率で開閉される。同様に、コントロ
ーラ３０４が信号のデューティサイクルを７０％まで上げる場合、スイッチ３４
２は、このスイッチが各ＰＷＭ間隔の７０％で閉じてしまうことを除くと、２０
，０００Ｈｚの比率で開閉される。

【０１２４】このようにスイッチ３４２を作動させることで、レジスタ３０２の熱出力を容
易に制御することができる。一般的に、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを
上げると電圧が上昇するとともに抵抗３０２の熱出力が上がる傾向にある。同様
に、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルが減少すると、電圧、ひいては抵抗３
０２の熱出力が減少する傾向にある。実際の実施形態では、スイッチ３４２は０
パーセントから１００％の範囲のデューティサイクルを有するＰＷＭ制御パルス
に応じて開閉するように作動させることができる。ただし、スイッチ３４２が、
たとえば２０，０００Ｈｚの高周波で作動している場合でも、負荷回路部３３０
の時定数は一般的にはこれよりもずっと低い。これは、コンデンサ３３４とイン
ダクタ３３６とが抵抗３０２で生じる電圧を驚くほど平滑化するからである。し
たがって、生じる電圧、ひいては抵抗３０２の熱出力は、実際に大いに平滑化さ
れて安定し、上記で述べるようにＰＷＭ制御信号の平均デューティサイクルに比
例するようになっている。

【０１２５】図１１から図２２は、図１ａから図１０に関連して上記に説明される本発明の
原理を組み込んだ本発明の加熱／冷却装置４００の特に好適な実施形態である。
装置４００は、この説明の目的上、ウエハ５４０の形態で加工品を処理するのに
適している本発明の実施形態である。概して、装置４００は、加熱および冷却処
理を実行するための５つの主要なサブアセンブリを含む。こうした５つのサブア
センブリは、蓋アセンブリ４０１、ウエハ支持アセンブリ４０２、加熱プレート
アセンブリ４０３、冷却部材アセンブリ４０４、およびドライブトレインアセン
ブリ４０５を含む。こうした５つのアセンブリは主要なベース４１３に支持およ
び／または搭載されている。ドライブトレインアセンブリ４０５は加熱プレート
と冷却部材との上昇・下降の動きを生じさせる構成部品を含んでおり、荷積み／
荷降ろし形態、冷却形態、および加熱形態を含む三つの処理形態の一つに装置４
００を配置する。初めに、装置４００は、荷積み／荷降ろし形態の装置４００を
示す図１１から図１９までについて説明が行われる。３つの形態全体および装置
４００の作動は、さらに以下で図２０〜図２２に関連して説明を行う。

【０１２６】図１１および図１３〜図１６をまず参照すると、蓋アセンブリ４０１はそれぞ
れ、本質的にはリング型の側壁部材４０６、４０７、４０８および、底部、中部
、および上部パネル４０９、４１０、４１１の階層構造アセンブリを含む。こう
した階層構造の構成部品は、加熱および冷却処理中にヒータアセンブリ４０６の
部分を受入れるように接続されている上部プレナム４１２、下部プレナム４１４
、および蓋リセス４１５（まず図１５から図１６を参照）を形成する。スペーサ
リング４１６は、下部プレナム４１４の中心に配置されかつねじ４５１で固定さ
れており、底部パネル４０９と中部パネル４１０との間の間隔を維持するのに役
立つ。また、スペーサリング４１６は下部プレナム４１４を外側プレナム部分４
１７と内側プレナム部分４１８とに分割している。蓋アセンブリ４０１の階層構
造の構成部品は、ねじ、リベット、ボルト等の適切な固定具４２１を使って互い
に固定される。

【０１２７】側壁部材４０６、４０７、４０８は、ほぼ矩形状の肩部４１９、４２０を備え
るように構成され、このうちの1つは、１種以上の気体を外側プレナム部分４１７に流すことができる取入れ通路（図示せず）を含んでいる。その他の肩部は、
上部プレナム４１２から気体が排出可能になっている排出通路（図示せず）を含
む。開口（図示せず）は、外側プレナム部分４１７に近接する底部パネル４０９
の周囲に配置されており、その結果、外側プレナム部分４１７の気体が蓋リセス
４１５へ下方に流れることができ、これによって、ウエハの形態で処理される加
工品５４０を気体で覆うことができる。また、開口（図示せず）は、内部プレナ
ム部分４１８に近接する底部パネル４０９と中部パネル４１０とに配置されるた
め、内部プレナム部分４１８を介して上方に流れ、さらに気体を上部プレナム４
１２に流すことができる。気体は、上部プレナム４１２から、対応する肩部４１
９または４２０の排出通路を通じて排出する場合もあり得る。

【０１２８】蓋アセンブリ４０１は、固定して一対の蓋支持ポスト４２２に支持され、その
ため、蓋アセンブリ４０１は加熱および冷却処理中に移動することはない。各蓋
ポスト４２２は対応する肩部４１９または４２０に取付けられる。本明細書中に
記載されていない限り、蓋アセンブリ４０１およびポスト４２２の構成部品は、
アルミニウムなどのその他の材料や、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミ
ドなどの高温プラスティックを使用することもできるが、ステンレス鋼で形成さ
れていることが好ましい。

【０１２９】一般的な実施形態では、たとえば、パネル４０９、４１０、４１１は、厚さが
０．９mmから１．２mmのステンレス鋼の形態にすることができる。ただし、こう
した底部パネル４０９は、加熱／冷却処理中に温度を正確に制御することを妨げ
る比較的大きい熱容量を有することができる。この影響を解消し、より均一な加
熱および冷却を促進するために、底部パネル４０９は低い熱容量膜、つまり、好
ましくは内向きの表面４２４上に赤外線（ＩＲ）反射特性を有する、厚さが０．
０５mmから０．１mmの膜の形式にすることができる。望ましくは、こうした低い
熱量の膜によって少なくとも二つの理由によって加熱および冷却処理に外側の周
囲の影響を減少するのに役立つ。第１の例では、ＩＲ反射の内向きの表面４２４
は、装置４００の内側に輻射熱エネルギーを反射して返す傾向にあるため、より
少ない輻射熱エネルギーが底部パネル４０９に達して吸収される。第２の例では
、上部プレナム４１２および下部プレナム４１４が、外側周囲から底部パネル４
０９を断熱するのに役立つ。こうした特徴により、それらの特徴がなければ上方
または下方から底部パネル４０９によって吸収される熱量を大幅に低減すること
ができ、これによって実際に底部パネル４０９の熱量を無効にするのに役立つ。

【０１３０】低熱容量の、底部パネル４０９のＩＲ反射の実施形態では、内向きの表面４２
４に対応する基板表面にＩＲ反射コーティングしたポリメトリック基板を含む。
加熱処理中に不適当なゆがみまたは品質低下を避けるには、このポリメトリック
基板は、加熱処理中に実行されうる最高温度より高いガラス移行温度（Ｔg）を有するポリマーから形成することが好ましい。したがって、ポリイミド、ポリア
ミド、ポリアミドイミドなどの高いＴgポリマーが好ましい。ＩＲ反射コーティングは、いずれかの耐熱性のＩＲ反射材料、即ち、金属、合金、および金、アル
ミニウム、ニッケル、これらの組み合わせなどの金属間組成物組成から形成する
ことが好ましい。特に好適な実施形態では、底部パネル４０９は、約５０μｍの
厚さの、アルミニウム合金で金属皮膜された少なくとも一つの表面を有するＫＡ
ＰＴＯＮブランドのポリアミド基板である。

【０１３１】ウエハ支持アセンブリ４０２の構成部品は、図１２ないし図１６において最も
よくわかる。ここでは、リフトピンベース４２６は、リフトピンベース４２６の
周囲に１２０°間隔に三角形状に配置された三組のリフトピンシャフト４２７を
支持する。リフトピン４２８は、ウエハ５４０を受けるのに適した高さでリフト
ピンシャフト４２７から伸びている。各リフトピンシャフト４２７とリフトピン
４２８は協働して、スプリング４３０をリフトピン４２８に固定することができ
る。リフトピンシャフト４２７とリフトピン４２８は、選択的に中空にすること
で、所望であればウエハ５４０をリフトピン４２８上に支持するために真空吸引
することができる。この真空は、チャンバ４３１を介して発生し、このチャンバ
は、対応する導管４３２を介して各リフトピンシャフト４２７の内部に接続され
ている。ホース継手４５２は、所望であれば真空を吸引することができるホース
をリフトピンベース４２６に取り付ける場所を提供する。

【０１３２】冷却部材アセンブリ４０４の特徴は、図１５および図１６において最もよく図
示されている。冷却部材アセンブリ４０４は、環状支持リング４３３、支持リン
グ４３３上に支持される冷却部材４３４、および冷却部材４３４と環状支持リン
グ４３３がヒータ支持シャフト４６４と摺動可能に係合するためのフランジ中空
ベアリング４４８とを含んでいる。フランジ中空ベアリング４４８は、溶接、接
着、圧着、またはねじ締めで適所に固定することができる。図示されてはいない
が、こうした構成部品の間の摩擦界面には潤滑材を使用して、環状支持リング４
３３と冷却部材４３４がヒータ支持シャフト４６４上で自由に上下動できるよう
になっている。

【０１３３】図１５と図１６に示されているように、冷却部材アセンブリ４０４は装置４０
０の最低位置にある。こうして装置４００が開き、ウエハ５４０は処理のために
容易に挿入することができる。加熱および冷却処理中に、冷却部材アセンブリ４
０４の構成部品は、冷却部材アセンブリ４０４が蓋アセンブリ４０１と係合する
まで上方に移動することができる。冷却部材装置４０４のさらなる上方の動きは
この係合によって制限される。この動きにより装置４００を閉じて、ウエハを周
囲を密閉したチャンバ内で加熱および冷却することができる。加熱および冷却が
完了すると、冷却部材アセンブリ４０４は、装置４００を開くために下降でき、
こうして処理したウエハを取り外され、別のウエハを挿入することができる。

【０１３４】より詳細には、冷却部材４３４は、上方冷却板４３６と、下方冷却板４３７と
、側壁部材４３８を含む。上方および下方冷却板４３６、４３７が組み立てられ
ると、上方冷却板４３６の底部表面４３９には、冷却媒体路４４０を形成するた
めの溝が設けられる。上方および下方冷却板４３６、４３７は、共に、ステンレ
ス鋼、アルミニウム合金、皮膜保護した（ニッケル塗装した）銅が好適な、金属
、合金または金属間組成物などの熱伝導材料から形成されていることが好ましい
。

【０１３５】側壁部材４３８の上部は、オプションとして、Ｏリング（図示せず）を受ける
ように溝を設ける（図示せず）ことができ、こうして側壁部材４３８は蓋アセン
ブリ４０１に密着して係合することができる。側壁部材４３８は、上方冷却板４
３６または下方冷却板４３７のいずれかと結合して形成することができ、あるい
はまた図示するように別個のものとして形成することができる。別々に形成する
場合、側壁部材４３８はステンレス鋼またはアルミニウムなどの熱伝導材料から
形成することができ、またはポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、超高
分子量ポリエチレンなどの断熱材料から形成することができる。

【０１３６】アセンブリについては、冷却板４３６、４３７と側壁部材４３８は、ねじ、ボ
ルト、接着、溶接等の所望の手段を使って組立てて冷却部材４３４を形成する。
組み立てられた冷却部材４３４は、ねじ、ボルト、接着、溶接等の適当な手段を
用いて環状支持リング４３３に取り付けて固定することができる。冷却部材４３
４は、その構成部品により組み立てられ、それからねじ４４１を使って環状支持
リング４３３に取り付けられており、装置４００は、保守および点検のために分
解および再組み立てできることが好ましい。上方および下方の冷却板４３６およ
び４３７は、リフトピンシャフト４２７とリフトピン４２８にはまり込むように
構成されるが、冷却部材４３４は、この部材の上下移動中に、リフトピンシャフ
ト４２７またはリフトピン４２８に摺動可能に係合しないようにすることが好ま
しい。

【０１３７】加熱プレートアセンブリ４０３の特徴は、図１５ないし図１９において最もよ
くわかる。加熱プレートアセンブリ４０３は、一般的に環状ヒータ支持リング４
６０を含み、このヒータ支持リングは、べースとして役立ち、これに取り付けら
れて固定された3組のヒータ支持シャフト４６４上に加熱プレートサブ組立体４６２を支持する。図１６から図１７に最もよく図示されているように、各ヒータ
支持シャフト４６４は、比較的狭い底部ピン４７０を含み、このピンが対応する
3組の開口に係合するように寸法決めされている。支持シャフトナット４７６は、各ヒータ支持シャフト４６４を適所に固定する。もちろん、いずれかの他の固
定方法（接着、溶接、圧着など）を用いてヒータ支持シャフト４６４をヒータ支
持リング４６０に取り付けることもできる。ヒータ支持シャフト４６４の少なく
とも1つは、通路を形成するために中空にすることができ、この通路を介して加熱プレートサブ組立体４６２に連結するための電気配線等をガイドすることがで
きる。ヒータ支持リングは、さらに、以下により詳細に述べるような方法で、ド
ライブトレインアセンブリ４０５にヒータ支持リング４６０を連結できる開口４
６３をさらに含む。

【０１３８】各ヒータ支持シャフト４６４の上部端において、いずれかの適切な固定方法を
使用して、加熱プレートサブ組立体４６２が、各ヒータ支持シャフト４６４の上
部に固定される。図示されているように、たとえば、ある方法では、ヒータ取付
ねじ４６５を用いて、各ヒータ支持シャフト４６４の頂部にある対応するねじ付
き開口にねじ止めする。このため、ヒータ支持リング４６０を上昇させると、加
熱プレートサブ組立体４６２も持ち上がる。同様に、ヒータ支持リング４６０が
下がると、加熱プレートアセンブリ４６２も下がる。この動きにより、以下に述
べるように、この動きによって、荷積み／荷降ろし、加熱／冷却の各形態間にお
ける装置４００の形態の変更を容易にする。

【０１３９】図１５および図１６で最もよく見られるように、冷却部材サブ組立体４０４は
、ヒータ支持シャフト４６４に摺動可能にはめ込められ、実際に加熱プレートサ
ブ組立体４６２とヒータ支持リング４６０との間のヒータ支持シャフト４６４上
に支持される。これにより、加熱及び冷却処理中に、冷却部材４３４上方で加熱
プレートサブ組立体４６２を降下させたり上昇させたりすることができる。重要
なのは、ばね４７８が、ヒータ支持シャフト４６４上に取り付けられかつヒータ
支持リング４６０と冷却部材支持リング４３３との間に配置されることである。
装置４００は、図１１ないし図２０に図示されている荷積み／荷降ろし形態にあ
る場合に、ばね４７８は冷却部材アセンブリ４０４と加熱プレートサブ組立体４
６２とを強固に付勢する。ばね４７８の使用は特に望ましいが、これは、簡単な
一つのリフト機構を用いて、装置４００を三つの異なる処理形態に容易に配置す
ることができるからである。

【０１４０】加熱プレートサブ組立体４６２の特徴は、図１５ないし図１９に最もよく示さ
れている。ここでは、低熱容量の平坦な加熱プレート４８２（わかりやすくする
ために二層の積層構成を有するように略図で示されている）が、エッチングされ
る加熱フォイル（図１７の４８４で示される特徴によって概略的に示される）か
ら構成され、上方リングクランプ４８６と下方リングクランプ４８８との間に挟
持されている。上方リングクランプ４８６と下方リングクランプ４８８とは、互
いに係合するように構成されており、さらにねじ４９６によって互いに固定され
る。上方リングクランプ４８６と下方リングクランプ４８８は、加熱プレート４
８２がその間に支持される複数の支柱５０６を含み、それにより、加熱プレート
４８２に直接接触する部分を最小にする。支柱５０６を使用することでより均一
な、より制御可能な加熱および冷却処理が促進される。

【０１４１】上方および下方のリングクランプ４８６と４８８は、いずれかの適切な剛性か
つ耐熱性のある材料で形成することができる。特に好適な材料は、さらに優れた
断熱装置でもある。クランプ４８６および４８８を形成するのに適切なこうした
材料の代表例は、ポリイミド、ポリアミド、アルミナ、合成水晶またはその他の
非アルカリセラミック材料やこれらの組み合わせなどを含む。テキサス州オース
チンのボーデッカープラスチック社から、製品名称「ＵＬＴＥＭ２０００」
としてある好適なポリマークランプ材料が市販されている。

【０１４２】環状部材４９２は外側周辺部４９２と内側周辺部４９６を含む。外側周辺部４
９４は上方リングクランプ４８６内にちょうどはまり込むように寸法決めされて
おり、内側周辺部は、処理のためにウエハ５４０を配置可能な環状リセスを形成
する。加熱プレート４８２の上部表面５００は、上部表面５００に等距離で環状
部材４９２とウエハ５４０とを支持する複数の突起５０２が設けられている。さ
らに、加熱プレート４８２は、加熱プレートサブ組立体４６２をリフトピン４２
８に摺動可能に取り付けることを可能にする3組の開口５０４を含む。

【０１４３】加熱および冷却時において、加熱プレート４８２は、温度変化につれて膨張お
よび収縮する傾向がある。傾斜したコイルリング４９８が、加熱プレート４８２
とクランプ４８６、４８８のいずれかまたは両方との間に配置されており、こう
した寸法的な変化を変更する。このように、そうしなければ生じ得る自由な動き
または結合応力が回避される。

【０１４４】ドライブトレインアセンブリ４０５は、図１２ないし図１６において最もよく
示されている。ドライブトレインアセンブリ４０５は、一般的には、ステップモ
ータサブ組立体５１０、3組のリフトサブ組立体５１２、ドライブチェーン５１４、およびチェーンテンショナー５１６を含む。ステップモータセンブリ５１０
はステップモータ５１８とパワースプロケット５２０を含む。ステップモータ５
１８は正逆回転可能であり、パワースプロケット５２０を、正方向または逆方向
に回転駆動することができる。本発明の目的では、「正の」方向は、加熱プレー
トおよび／または冷却部材サブ組立体４０３、４０４を垂直上方に移動させる回
転方向になっていると考えられる。「逆の」方向は、加熱プレートおよび／また
は冷却部材サブ組立体４０３、４０４を垂直下方に移動させる回転方向になって
いると考えられる。ステップモータ５１８は、ゴム製の絶縁支持体５１９上のメ
インベース４１３に取り付けられて、装置４００の他の構成部品からモータの振
動を分離するようになっている。

【０１４５】各リフトサブ組立体５１２は、上部ベアリング５２２と下部ベアリング５２４
との間に回転可能に支持されるリードねじ５２１を含む。上部ベアリング５２２
は、ブレース５２８によってリードスクリュー５２１の上部端に支持される上部
支持アーム５２６に配置されている。下部ベアリング５２４は、メインベース４
１３へ取りつけられる、フット５２５に配置されている。チェーンスプロケット
５３０は各リードねじ５２１の底部に連結して固定され、その結果、チェーンス
プロケット５３０の回転運動によって、対応するリードねじ５２１が対応する方
法で回転する。

【０１４６】パワースプロケット５２０からの回転運動は、各チェーンスプロケット５３０
に伝えられ、ついで各リードねじ５２１に、チェーンスプロケット５３０によっ
て少なくとも部分的に形成される通路を横切る閉ループドライブチェーン５１４
により伝達される。チェーンテンショナーは、アイドラスプロケット５３２、調
整可能な板５３４、およびアーム５３５を含み、ドライブチェーン５１４の張力
を容易に調整することができる。

【０１４７】各リードねじ５２１は、対応するリードねじにねじ止めされかつヒータ支持リ
ング４６０に固定される、バネ付勢されたリードねじフォロア５３６を含み、こ
のねじフロア５３６は、ヒータ支持リング４６０に対して回転不能になっている
。リテイナー５３８によって、各リードねじフォロアが適切な位置に固定される
。このため、各リードねじ５２１はリードねじフォロア５３６内で回転可能であ
るが、各リードねじフォロア５３６は回転しない。これによって、正方向のリー
ドねじ５２１の回転によってリードねじフォロア５３６が駆動され、それによっ
てヒータ支持リング４６０は垂直方向上方に移動する。同様に、逆方向にリード
ねじ５２１が回転することによってリードねじフォロア５２６が駆動され、ヒー
タ支持リング４６０は垂直方向下方に移動する。

【０１４８】装置４００の好適な実施形態を、図２０ないし図２２について説明する。図２
０では、装置４００は、装置４００を開くことでウエハ５４０を装置４００の内
側へ挿入したりこれから取り除いたりすることができる荷積み／荷降ろしの形態
になっている。この形態では、加熱プレートサブ組立体４６２は、ばね４７８の
作用によって上方冷却板４３６の上部に引っ張られ、リフトピン４２８は上記の
加熱プレートサブ組立体４６２のずっと上方に突出する。これによってウエハ５
４０は処理のためにリフトピン４２８上に配置することができる。

【０１４９】図２１は、冷却形態にある装置４００を示す。図２０の荷積み／荷降ろしの形
態から冷却形態に変更するために、ステップモータ５１８は、リードねじ５２１
を正方向に駆動させるように作動する。こうすることでリードねじフォロア５３
６がリードねじ５２１を上方に駆動させる。リードねじフォロア５３６に固定結
合されたヒータ支持リング４６０と加熱プレートサブ組立体４６２は同様に、上
方に駆動される。この間、ヒータ支持リング４６０の上方の動きにより、ばね４
７８が、フランジ中空ベアリング４４８のフランジ４５０を上方へ押しつけるよ
うにする。こうして冷却部材アセンブリ４０４は同様に上方へ駆動される。ステ
ップモータ５１８によって、冷却部材アセンブリ４０４の側壁部材４３８が、蓋
アセンブリ４０１、閉じ動作の装置４００と係合するまで、正方向にリードねじ
５２１を駆動させる。側壁部材４３８の上部にオプションの溝（図示せず）にお
いてＯリングガスケット（図示せず）があるために、上方の動きの実際的な範囲
内においてよい密封が得られる。これによって、装置４００が閉じたあと、かつ
冷却部材アセンブリ４０４と加熱プレートサブ組立体４６２が、ばね４７８の作
用によってともに引かれている間、冷却形態が達成される。冷却部材アセンブリ
４０４と加熱プレートサブ組立体４６２が冷却形態の上方に駆動されるため、ウ
エハ５４０はリフトピン４２８を下降させて突起５０２に支持される。

【０１５０】このため、装置４００を荷積み／荷降ろし形態から冷却形態へと変更すると、
加熱プレートアセンブリ４０３と冷却部材アセンブリ４０４は、強調した方法で
上方へ移動する。こうして生じた冷却形態では、ウエハ５４０は加熱プレートサ
ブ組立体４６２の加熱プレート４８２上に支持され、代わりに加熱プレートサブ
組立体４６２は上方冷却板４３６に対して引っ張られる。実際の効果として、上
方冷却板４３６はウエハ５４０と熱接触することによって、冷却処理を実行する
ことができる。ステップモータ５１８を作動して逆方向にリードねじ５２１を駆
動させることにより、装置４００を荷積み／荷降ろし構成に復帰させることがで
きる。

【０１５１】図２２は、加熱形態における装置４００を示す。図２１の冷却形態から加熱形
態に変更させるためには、ステップモータ５１８を作動させてリードねじ５２１
を正方向に駆動させる。これにより、リードねじフォロア５３６は、冷却形態に
関連したリードねじフォロア５３６の位置よりもさらに上方になる。ただし、こ
の状況では、冷却アセンブリ４０４のさらなる上方の動きは蓋アセンブリ４０１
によって阻止されている。したがって、加熱プレートアセンブリ４０３のみが上
方へ駆動される。これは、図２２に示されるように、ばね４７８のさらなる圧縮
によってヒータ支持リング４６０がその時点では固定されている冷却板支持リン
グ４３３に向けて上方に駆動される。この形態では、加熱プレートサブ組立体４
６２は上方冷却板４３６との熱接触から脱して持ち上げられることにより、加熱
処理がその時点で実行可能になる。装置４００は、ステップモータ５１８を作動
させて逆方向にリードねじ５２１を駆動させることによって冷却形態または荷積
み／荷降ろし形態に復帰させることができる。

【０１５２】本発明のその他の実施形態は、本明細書を考慮して、または本明細書で開示さ
れている本発明の実施により、当業者には明らかであろう。本明細書に記載され
ている原理および実施形態には、様々な省略、修正、変更を、添付のクレームで
示す本発明の真の範囲および精神から逸脱しないかぎり当業者により実行するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ａは、準備状態における側面図を示す本発明の加熱／冷却装置の概略構成
である。図１ｂは、加熱状態における側面図を示す側面図を示す本発明の加熱／
冷却装置の概略構成である。図１ｃは、冷却状態における側面図を示す本発明の
加熱／冷却装置の概略構成である。図１ｄは、ウエハ支持突出部の好ましい配置
を示す本発明の加熱プレートの上面図である。

【図２】図２ａは、好ましい積層構造を示す本発明の加熱プレートの実施形態を示す断
面図である。図２ｂは、図２ａの加熱プレート内に含まれる加熱層の上面図であ
る。

【図３】図３は、他の積層構造を示す本発明の加熱プレートにおける別の実施形態を示
す断面図である。

【図４】図４は、他の積層構造を示す本発明の加熱プレートにおける別の実施形態を示
す断面図である。

【図５】図５ａは、本発明の半径方向に引張り力を受けた加熱プレート基板に適合する
半径方向引張装置の１つの実施形態を示す斜視図である。図５ｂは、図５ａの半
径方向引張装置の側断面図である。図５ｃは、図５ａの半径方向引張装置の配置
を容易にする周縁カット部を有する本発明の基板における上面図である。

【図６】図６は、所望の最終冷却ドウエル温度と同一温度に維持される冷却プレートを
用いて冷却している半導体素子の温度プロフィルである。

【図７】図７は、最終の所望冷却平衡温度以下の温度に維持される冷却プレートを用い
て冷却している半導体素子の温度プロフィルである。

【図８】図８は、冷却ブーストを用いて、平衡温度に加熱される半導体素子の温度プロ
フィルである。

【図９】図９は、冷却ブーストを用いて、平衡温度に加熱される半導体素子の温度プロ
フィルである。

【図１０】図１０は、ヒータの熱出力を制御するための本発明の好適な制御装置の概略図
である。

【図１１】図１１は、本発明の加熱／冷却ステーションの好ましい実施形態を示す上面図
である。

【図１２】図１２は、図１１の加熱／冷却ステーションの底面図である。

【図１３】図１３は、図１１の加熱／冷却ステーションの斜視図である。

【図１４】図１４は、図１１の加熱／冷却ステーションの側面図である。

【図１５】図１１の15−15線に沿って切り取った断面を示す図１１の加熱／冷却ステーシ
ョンの側面図である。

【図１６】図１の16−16線に沿って切り取った図１１の加熱／冷却ステーションの側断面
図である。

【図１７】加熱プレートのサブ組立体の特徴をより詳細に示している図１１の装置の一部
分を断面で示した拡大側面図である。

【図１８】図１１の装置内に含まれる加熱プレートのサブ組立体の斜視図である。

【図１９】図１８の加熱プレートにおけるサブ組立体の分解斜視図である。

【図２０】本装置の構造をより明瞭にするためにいくつかの部材を取り除いたローディン
グ／アンローディング構成を示す図１１の装置の側面図である。

【図２１】本装置の構造をより明瞭にするためにいくつかの部材を取り除いた、冷却手段
の構成を示す図１１の装置の側面図である。

【図２２】本装置の構造をより明瞭にするためにいくつかの部材を取り除いた、加熱手段
の構成を示す図１１の装置の側面図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年９月７日（２０００．９．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者リアング，ファクイ（フランク) アメリカ合衆国テキサス 75025 プラノクリスチャンコート 8812 (72)発明者ラマナン，ナタラジャンアメリカ合衆国テキサス 75093 プラノウエストパーカー 5945 アパートメント 1311 Ｆターム(参考） 3K058 AA02 AA41 AA86 BA00 CA16 CA69 CB07 CE19 3K092 PP20 QA05 RF03 UA05 VV15 VV22 4K063 BA12 CA03 CA06 DA31 EA10 FA01 5F031 CA02 CA05 CA20 HA12 HA37 HA38 HA58 JA01 JA08 JA21 JA46 LA01 MA27 MA28 MA29 MA30 MA32 PA04 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工品の温度を制御するのに適した装置であって、該装置は
、 (a) 加工品と熱的に接触して前記加工品を支持できる加熱部材の表面を有し、かつ加熱中、前記加熱部材からの加熱エネルギーが前記加工品に伝達される、低
熱容量で熱伝導性の加熱部材と、 (b) 高熱容量の冷却部材とを含み、前記装置は、少なくとも、冷却部材が加熱部材と熱的に接触する第１形態にお
いて、前記加熱部材と冷却部材を支持するように作動することを特徴とする装置
。
【請求項２】さらに、加熱部材と冷却部材が熱的に切り離されている第２
形態を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】加工品がマイクロエレクトロニクスデバイスからなることを
特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】さらに、加熱部材と冷却部材が熱的に引き離されている第２
形態を含み、前記加熱部材は、対向する第１，第２の主表面を有し、第１主表面
は加工品の支持面に対応し、装置が前記第１形態にあるとき、前記加熱部材の第
２主表面と冷却部材が熱的に接触し、装置が前記第２形態にあるとき、前記加熱
部材と冷却部材は、前記加熱部材の第２主表面と冷却部材の間の物理的分離によ
って熱的に切り離されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】加熱部材は、少なくとも、 (a) 基板層と、 (b) この基板層に積層され、少なくとも１つの制御可能な加熱ゾーンを含む加熱層と、を備えている積層板であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】前記加工品の支持表面にさらにフレーム部材が設けられ、こ
のフレーム部材は、加工品を受入れることができる内部空間を有していることを
特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】フレーム部材に対する加工品の熱的拡散度の比は、0.8：1〜
1：0.8の範囲であることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】加工品は、マイクロエレクトロニクスデバイスであり、フレ
ーム部材は、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウム、ガリウム−砒化物、ガラ
ス、ステンレス鋼、アルミ合金、アルミニウムを含む金属間組成物、マグネシウ
ム合金、マグネシウムを含む金属間組成物およびそれらの組合せから選択される
材料を含んでいることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項９】加工品は、前記材料の重量％が少なくとも９8パーセントであり、前記フレーム部材が同一の前記材料の重量％が少なくとも９8パーセントであることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項１０】フレーム部材と加工品が各々ほぼ同一の厚さを有すること
を特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項１１】少なくとも１つの温度センサがフレーム部材に連結されて
いることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項１２】温度センサは、ＲＴＤ素子であることを特徴とする請求項
１１記載の装置。
【請求項１３】さらに、 (i) 前記加熱部材に連結され、加工品の温度に対応する第１温度信号を感知する
のに有効な位置に設けられており、かつ第１温度を感知する時定数と安定度を有
する第１温度センサと、 (ii) 前記加熱部材に連結され、加工品の温度に対応する第２温度信号を感知するのに有効な位置に設けられており、かつ第２温度を感知する時定数と安定度を
有する第２温度センサとを含み、第２温度を感知する時定数は、第１温度を感知する時定数よりも大きく、第１
温度を感知する安定度は、第２温度を感知する安定度よりも大きいことを特徴と
する請求項１記載の装置。
【請求項１４】第１，第２温度センサと連結して作動する制御装置をさら
に含み、この制御装置は、第１，第２温度信号を含む情報を用いて前記制御装置
が自動的に第１温度センサをオンラインで校正できる命令プログラムを含んでい
ることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】加工品の支持表面に設けられたフレーム部材をさらに含み
、このフレーム部材は、加工品を受入れる内部空間を有し、かつ第１，第２温度
センサが、前記フレーム部材に連結されていることを特徴とする請求項１３記載
の装置。
【請求項１６】第１温度センサは、薄いフィルムの抵抗温度素子（ＲＴＤ
）センサであることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】第２温度センサは、サーモカップル（ＴＣ）センサである
ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１８】第１温度センサは、薄いフィルムの抵抗温度素子センサで
あり、かつ第２温度センサは、サーモカップルセンサであることを特徴とする請
求項１３記載の装置。
【請求項１９】加熱部材は、第１，第２の独立に制御可能な加熱ゾーンを
含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項２０】加熱部材は、フレーム部材の内部空間の少なくとも一部分
に横たわる制御可能な第１加熱ゾーンと、前記フレーム部材の少なくとも一部分
に横たわりかつ前記第１加熱ゾーンを取り囲む、制御可能な第２加熱ゾーンを含
むことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項２１】加熱層は、フレーム部材の内部空間またはフレーム部材の
少なくとも一部分に横たわる制御可能な加熱ゾーンを含むことを特徴とする請求
項６記載の装置。
【請求項２２】加熱部材の加工品支持表面が、さらに加工品を支持するた
めの複数の突出部を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２３】マイクロエレクトロニクスデバイスを加熱するための加熱
装置であって、 (a) 加熱部材と、 (b) この加熱部材の表面に設けられ、かつ前記マイクロエレクトロニクスデバイスを受入れることができる内部空間を有するフレーム部材を含むことを特徴と
する加熱装置。
【請求項２４】加熱部材の表面から上方に突出し、前記フレーム部材とマ
イクロエレクトロニクスデバイスの少なくとも１つを支持するための複数の突出
部をさらに含むことを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項２５】マイクロエレクトロニクスデバイスは半導体素子からなり
、かつフレーム部材は環状であることを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項２６】フレーム部材に対する加工品の熱的拡散度の比は、0.8：1
〜1：0.8の範囲であることを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項２７】マイクロエレクトロニクスデバイスに対する加熱部材の熱
容量の比は、約1：100〜約5：1の範囲である特徴とする請求項２３記載の加熱装
置。
【請求項２８】マイクロエレクトロニクスデバイスに対する加熱部材の熱
容量の比は、約1：10〜約2：1の範囲であることを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項２９】フレーム部材に対するマイクロエレクトロニクスデバイス
の熱的拡散度の比は、約1：1の範囲であることを特徴とする請求項２３記載の加
熱装置。
【請求項３０】フレーム部材は、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウム
、ガリウム−砒化物、ガラス、ステンレス鋼、アルミ合金、アルミニウムを含む
金属間組成物、マグネシウム合金、マグネシウムを含む金属間組成物およびそれ
らの組合せから選択される材料を含んでいることを特徴とする請求項２３記載の
加熱装置。
【請求項３１】加工品は、前記材料の重量％が少なくとも９8パーセントであり、前記フレーム部材が同一の前記材料の重量％が少なくとも９8パーセントであることを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項３２】フレーム部材とマイクロエレクトロニクスデバイスは、ほ
ぼ同一の厚さであることを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項３３】加熱部材は、第１，第２の独立した制御可能な加熱ゾーン
を含むことを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項３４】加熱部材は、フレーム部材の内部空間の少なくとも一部分
に横たわる制御可能な第１加熱ゾーンと、前記フレーム部材の少なくとも一部分
に横たわりかつ前記第１加熱ゾーンを取り囲む、制御可能な第２加熱ゾーンを含
むことを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項３５】フレーム部材に連結された少なくとも１つの温度センサを
さらに含むことを特徴とする請求項２３記載の加熱装置。
【請求項３６】温度センサは、ＲＴＤ素子であることを特徴とする請求項
３５記載の加熱装置。
【請求項３７】さらに、 (i) 前記加熱部材に連結され、マイクロエレクトロニクスデバイスの温度に対応
する第１温度信号を感知するのに有効な位置に設けられており、かつ第１温度を
感知する時定数と安定度を有する第１温度センサと、 (ii) 前記加熱部材に連結され、加工品の温度に対応する第２温度信号を感知するのに有効な位置に設けられており、かつ第２温度を感知する時定数と安定度を
有する第２温度センサとを含み、第２温度を感知する時定数は、第１温度を感知する時定数よりも大きく、第１
温度を感知する安定度は、第２温度を感知する安定度よりも大きいことを特徴と
する請求項２３記載の加熱装置。
【請求項３８】第１，第２温度センサと連結して作動する制御装置をさら
に含み、この制御装置は、第１，第２温度信号を含む情報を用いて前記制御装置
が自動的に第１温度センサをオンラインで校正できる命令プログラムを含んでい
ることを特徴とする請求項３７記載の加熱装置。
【請求項３９】第１，第２温度センサは、フレーム部材に連結されている
ことを特徴とする請求項３７記載の加熱装置。
【請求項４０】第１温度センサは、薄いフィルムの抵抗温度素子（ＲＴＤ
）センサであることを特徴とする請求項３７記載の加熱装置。
【請求項４１】第２温度センサは、サーモカップル（ＴＣ）センサである
ことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４２】第１温度センサは、薄いフィルムの抵抗温度素子センサで
あり、かつ第２温度センサは、サーモカップルセンサであることを特徴とする請
求項３７記載の加熱装置。
【請求項４３】対象物の温度を制御するためのシステムであって、 (a) 前記対象物の温度を示す出力温度信号を有効に発生する位置内で前記システムに連結される少なくとも１つの温度センサと、 (b) 制御可能に可変するデューティサイクルを有し、パルス幅変調（PWM)制御信号が前記温度信号を含む情報から導かれる、パルス幅変調された制御信号源と
、 (c) 加熱中、前記対象物を支持するための表面を有し、前記ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルに対応する制御可能な熱出力レベルを有する、低熱容量で熱
伝導性の加熱部材と、を含むことを特徴とするシステム。
【請求項４４】前記ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルに対応した電圧
レベルが前記加熱部材に生じるように前記ＰＷＭ制御信号源と前記加熱部材に電
気的に接続されるスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項４３記載のシス
テム。
【請求項４５】前記スイッチは、ＩＧＢＴトランジスタであることを特徴
とする請求項４４記載のシステム。
【請求項４６】さらに負荷回路を含み、この負荷回路は、ＲＣ回路が直列
接続されたインダクターを含み、前記ＲＣ回路は、キャパシタと抵抗が並列接続
され、前記抵抗が加熱部材に対応することを特徴とする請求項４３記載のシステ
ム。
【請求項４７】前記負荷回路に電気的に接続されるスイッチを含み、この
スイッチは、前記負荷回路の電圧が負荷回路間に発生するとき、前記加熱部材の
熱出力を変調するＰＷＭ制御信号に応答することを特徴とする請求項４６記載の
システム。
【請求項４８】前記負荷回路は、下部端子と、上部端子と、前記下部端子
と上部端子に電気的に接続されたダイオードとを含み、このダイオードは、前記
下部端子から上部端子に流れる電流に関して順方向にバイアスされていることを
特徴とする請求項４６記載のシステム。
【請求項４９】ＰＷＭ制御信号源は、ＤＳＰを含むコントローラを含むこ
とを特徴とする請求項４３記載のシステム。
【請求項５０】対象物は、マイクロエレクトロニクスデバイスを含むこと
を特徴とする請求項４３記載のシステム。
【請求項５１】温度センサは、抵抗温度素子（ＲＴＤ）センサであること
を特徴とする請求項４３記載のシステム。
【請求項５２】ＰＷＭ制御信号は、少なくとも1000Ｈｚから約50、000Ｈｚまでの範囲内の周波数を有することを特徴とする請求項４３記載のシステム。
【請求項５３】ＰＷＭ制御信号は、約20、000Ｈｚの周波数を有することを特徴とする請求項４３記載のシステム。
【請求項５４】ＰＷＭ制御信号源は、温度信号にＰＩＤ制御手法を適用す
ることによってＰＷＭ制御信号を発生することを特徴とする請求項４３記載のシ
ステム。
【請求項５５】冷却した温度（Ｔｃ）に加工品を冷却する方法であって、
(a) 加工品がＴｃ以上の温度となるように、低熱容量でかつ熱伝導性の支持体に熱的に接触する加工品を支持し、 (b) 前記加工品が前記支持体からの熱伝導により冷却されるように、前記低熱容量の支持体をＴｃ以下の温度に維持された冷却部材に接触させて配置し、 (c) 冷却中、前記支持体の温度を監視し、 (d) 支持体がＴｃに相当する温度になったとき、冷却部材から加熱部材を物理的に分離することにより冷却を完了させる、各工程を有することを特徴とする方
法。
【請求項５６】工程(d)は、加工品をＴｃ温度に維持できる状態下で冷却部材と熱的に接触している間、前記加工品を加熱することを含んでいる請求項５
５記載の方法。
【請求項５７】工程(d)は、冷却部材から加工品と支持体とを物理的に分離することを含んでいる請求項５５記載の方法。
【請求項５８】加工品は、マイクロエレクトロニクスデバイスからなるこ
とを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項５９】支持体は、比較的低熱容量で熱伝導性を有する、加熱制御
可能な加熱部材であり、この加熱部材は、第１，第２の対向する主表面を有して
おり、前記工程(a)は、前記加熱部材の第１主表面に加工品を支持することを含んでいる請求項５５記載の方法。
【請求項６０】工程(b)は、加熱部材の第２主表面を、加熱部材の第１主表面に支持された加工品を冷却する冷却部材と熱的に接触させることを含んでい
る請求項５９記載の方法。
【請求項６１】加工品を加熱するために、シート形状の積層された、低熱
容量で熱伝導性を有する加熱部材であって、前記加工品支持表面と加工品冷却表面にそれぞれ相当する第１，第２の対向す
る主表面を有し、前記支持表面上に配置された加工品は、前記冷却表面がヒートシンクとして熱
的に接触するとき、冷却されることを特徴とする加熱部材。
【請求項６２】加工品の温度を制御する装置が、加工品支持面上に配置さ
れたフレーム部材をさらに含み、このフレーム部材は、前記加工品を受け入れる
内部空間を有することを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項６３】フレーム部材に対する加工品の熱的拡散度の比は、0.8：1
〜1：0.8の範囲であることを特徴とする請求項６２記載の加熱部材。
【請求項６４】加工品は、マイクロエレクトロニクスデバイスであり、フ
レーム部材は、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウム、ガリウム−砒化物、ガ
ラス、ステンレス鋼、アルミ合金、アルミニウムを含む金属間組成物、マグネシ
ウム合金、マグネシウムを含む金属間組成物およびそれらの組合せから選択され
る材料の重量％が少なくとも８０パーセントを含んでいることを特徴とする請求
項６２記載の加熱部材。
【請求項６５】加工品は、前記材料の重量％が少なくとも９８パーセント
であり、フレーム部材も前記同一材料の重量％が少なくとも９８パーセントであ
ることを特徴とする請求項６２記載の加熱部材。
【請求項６６】フレーム部材と加工品は、おのおの同一の厚さであること
を特徴とする請求項６２記載の加熱部材。
【請求項６７】フレーム部材に連結される少なくとも１つの温度センサを
さらに含むことを特徴とする請求項６２記載の加熱部材。
【請求項６８】温度センサは、抵抗温度素子（ＲＴＤ）センサであること
を特徴とする請求項６７記載の加熱部材。
【請求項６９】さらに、 (i) 前記加熱部材に連結され、加工品の温度に対応する第１温度信号を感知する
のに有効な位置に設けられており、かつ第１温度を感知する時定数と安定度を有
する第１温度センサと、 (ii) 前記加熱部材に連結され、加工品の温度に対応する第２温度信号を感知す
るのに有効な位置に設けられており、かつ第２温度を感知する時定数と安定度を
有する第２温度センサとを含み、第２温度を感知する時定数は、第１温度を感知する時定数よりも大きく、第１
温度を感知する安定度は、第２温度を感知する安定度よりも大きいことを特徴と
する請求項６１記載の加熱部材。
【請求項７０】第１，第２温度センサと連結して作動する制御装置をさら
に含み、この制御装置は、第１，第２温度信号を含む情報を用いて前記制御装置
が自動的に第１温度センサをオンラインで校正できる命令プログラムを含んでい
ることを特徴とする請求項６９記載の加熱部材。
【請求項７１】加熱部材は、加工品支持表面上に設けられたフレーム部材
を含み、前記フレーム部材は、前記加工品を受入れることができる内部空間を有
し、第１，第２温度センサが前記フレーム部材に連結されていることを特徴とす
る請求項６９記載の加熱部材。
【請求項７２】第１温度センサは、薄いフィルムの抵抗温度素子（ＲＴＤ
）センサであることを特徴とする請求項６９記載の加熱部材。
【請求項７３】第２温度センサは、サーモカップル（ＴＣ）センサである
ことを特徴とする請求項６９記載の加熱部材。
【請求項７４】第１温度センサは、薄いフィルムの抵抗温度素子センサ
であり、かつ第２温度センサは、サーモカップルセンサであることを特徴とする
請求項６９記載の加熱部材。
【請求項７５】加熱部材は、第１，第２の独立に制御可能な加熱ゾーンを
含むことを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項７６】加熱部材は、フレーム部材の内部空間の少なくとも一部分
に横たわる制御可能な第１加熱ゾーンと、前記フレーム部材の少なくとも一部分
に横たわりかつ前記第１加熱ゾーンを取り囲む、制御可能な第２加熱ゾーンを含
むことを特徴とする請求項６２記載の加熱部材。
【請求項７７】加熱層は、フレーム部材の内部空間およびフレーム部材の
少なくとも一部分に横たわる制御可能な加熱ゾーンを含むことを特徴とする請求
項６２記載の加熱部材。
【請求項７８】加熱部材の加工品支持表面が、さらに加工品を支持するた
めの複数の突出部を有することを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項７９】加熱部材は、対称的なサンドイッチ構造であることを特徴
とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項８０】加熱部材は、第１，第２の構造層間に挟まれた加熱層を有
する対称的なサンドイッチ構造であることを特徴とする請求項６１記載の加熱部
材。
【請求項８１】対称的なサンドイッチ構造は、さらに、加熱層と各構造層
との間に誘電体層が介在することを特徴とする請求項８０記載の加熱部材。
【請求項８２】加熱部材は、 (a) 第１電気絶縁層と、 (b) この第１電気的絶縁層に積層された加熱層と、 (c) この加熱層上に設けられた第２電気絶縁層と、 (d) この第２電気絶縁層上に設けられた基板と、 (e) この基板上に設けられ加工品を支持するための複数の突出部と、を含んでいることを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項８３】加熱部材は、 (a) 基板と、 (b) この基板に積層された第１電気絶縁層と、 (c) この第１電気絶縁層に積層された加熱層と、 (d) この加熱層上に積層された第２電気絶縁層と、 (e) この第２電気絶縁層上に設けられ加工品を支持するための複数の突出部と、を含んでいることを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項８４】加熱部材は、ポリアミド樹脂からなる少なくとも１つの層
を含むことを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項８５】加熱部材は、耐アルカリ性のガラス状磁器フリットからな
る少なくとも１つの層を含むことを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項８６】加熱部材は、加熱層に積層された基板層を含み、かつ加熱
層は、抵抗加熱要素であることを特徴とする請求項６１記載の加熱部材。
【請求項８７】加工品の温度を制御するための装置であって、 (a) 加工品支持表面と加工品冷却表面にそれぞれ相当する第１，第２の対向する主表面を有する、シート形状の、低熱容量で熱伝導性を有する加熱部材と、 (b) 冷却部材とを含み、前記装置は、加熱部材と冷却部材を第１形態に支持するように作動し、この形態において、
前記加熱部材と冷却部材が、加工品冷却表面を前記冷却部材に熱的に接触させる
ように引き付けるための付勢力を受け、かつ前記加熱部材と冷却部材を第２形態に支持するように作動し、この形態におい
て、前記付勢力に打ち勝って、前記加工品冷却表面と前記冷却部材が、熱的に引
き離されるようになっていることを特徴とする装置。
【請求項８８】加工品を加熱および冷却する方法であって、 (a) シート形状の、低熱容量で熱伝導性を有し、かつ第１，第２の対向する主表面を有してその第１主表面が加工品を支持するように構成された加熱部材上に
、前記加工品を支持している間、前記加工品を加熱し、 (b) 前記加熱部材の第２主表面を冷却部材に熱的に接触させるように配置し、 (c) 前記加熱部材の第２主表面が前記冷却部材と熱的に接触している間、前記加熱部材の熱出力を制御して、前記第１主表面に支持された加工品を冷却する、
各工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項８９】ほぼ平らな基板層と、この基板層に積層された加熱層とを
有し、かつこの加熱層に少なくとも１つの制御可能な加熱ゾーンを含んでいる、
シート状に積層された加熱部材の上に、加工品が支持されている間、前記加工品
を加熱する工程を含んでいることを特徴とする加工品の加熱方法。
【請求項９０】加工品を冷却する方法であって、 (a) 第１，第２の対向する主表面を含み、かつ前記第１主表面で加工品を支持する、シート状の加熱部材上に加工品を支持し、 (b) 前記第２主表面を冷却部材と熱的に接触するように配置し、 (c) 前記第２主表面が冷却部材と熱的に接触している間、第１主表面に支持された加工品が冷却されるように前記加熱部材の熱出力を制御する、各工程を有す
ることを特徴とする冷却方法。
【請求項９１】加工品を平衡温度に維持する方法であって、 (a) 第１，第２の対向する主表面を含み、かつ前記第１主表面で加工品を支持する、シート状の加熱部材上に加工品を支持し、 (b) 前記第２主表面を冷却部材と熱的に接触するように配置し、 (c) 前記第２主表面が冷却部材と熱的に接触している間、第１主表面に支持された加工品が前記平衡温度に維持されるように前記加熱部材の熱出力を制御する
、各工程を有することを特徴とする方法。
【請求項９２】マイクロエレクトロニクスデバイスを製造するためのツー
ルクラスターであって、該ツールクラスターが (a) 加熱部材からの熱エネルギーを加熱中加工品に伝達できるように前記加熱部材と熱的に接触する加工品を支持できる表面を有する、低熱容量で熱伝導性の
加熱部材と、 (b) 高熱容量の冷却部材とを含み、製造装置は、少なくとも、冷却部材が加熱部材と熱的に接触する第１形態にお
いて、前記加熱部材と冷却部材を支持するように作動することを特徴とするツー
ルクラスター。