JP2003526921A - 基板熱管理システム - Google Patents

基板熱管理システム

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JP2003526921A JP2001566181A JP2001566181A JP2003526921A JP 2003526921 A JP2003526921 A JP 2003526921A JP 2001566181 A JP2001566181 A JP 2001566181A JP 2001566181 A JP2001566181 A JP 2001566181A JP 2003526921 A JP2003526921 A JP 2003526921A
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ディクラン バビキアン
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シリコン ヴァレイ グループ インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、広範な温度範囲に亘る効率的、迅速、制御可能、及び、一様な熱管理のための基板熱管理システムである。本熱管理システムは、熱源、熱シンク、及び、熱拡散器を統合する。本発明によると、該熱拡散器は、ウェーハ表面に対して静止して置かれ、ウェーハ表面に対して同じく静止している熱源及び熱シンクと結合される。該熱源は、異なる熱量を供給して熱拡散器に隣接する表面に亘って制御可能な温度場を形成するようになっている複数の区域を含む。該熱シンクは、温度制御可能な熱搬送媒体を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、一般にウェーハ処理の分野に関し、特に集積回路製造の間の半導体
ウェーハの迅速かつ一様な加熱と冷却に関する。
【０００２】 （背景技術） ウェーハ表面に亘る温度の一様性は、製作に使用される評価工程が一般に温度
に依存するため、多くの集積回路製作段階における重要な要素である。特定の処
理においては、熱的な非一様性は、回路素子の臨界寸法の大きさを設計目標に対
して拡大し、悪影響を及ぼす可能性がある。すなわち、より小さな集積回路臨界
寸法への傾向が続くので、ウェーハ熱管理システムに対する温度の一様性の要求
は、ますます厳しくなることになる。
【０００３】 例えば、以前の規格と比較して、直径数百ミリメートルのウェーハに亘る現在
の０．１℃の温度一様性要件は、温度一様性の５０％の増加を表している。ウェ
ーハの加熱及び冷却ユニットは、通常約２０℃から摂氏数百度までの広範な処理
作動温度に亘り、ウェーハ間で一貫した方法でそのような温度一様性の性能指数
を達成する必要がある。作動温度範囲に亘る迅速な熱の管理はまた、処理の経済
性からも必要である。
【０００４】 ウェーハ処理技術においては、広範な温度範囲に亘る効率的、迅速、制御可能
、及び、一様な熱管理に対する厳しい要件は、集積装置において十分に満たされ
ていない。密接に関連する技術の例においては、別々の装置が加熱と冷却の機能
を実行するが、それは、互いに対して反対側に置かれた別々の加熱ユニット及び
冷却ユニットの単なる組合せである。これらの装置では、ウェーハは、加熱素子
と冷却素子との間に挿入され、素子間で移動される。
【０００５】 そのような装置の例が図１に示されている。図１には、半導体ウェーハ１１０
、加熱表面１２０、及び、冷却面１３０が示されている。ウェーハと相互作用す
る高温の熱源及び低温の熱シンクは一体化されていない。それらは、むしろ、物
理的に分離されるか、又は、それ以外の方法で互いに熱的に隔離されている。半
導体ウェーハを加熱又は冷却するために、ウェーハは、目標とする機能に応じて
加熱表面及び冷却面の間の空間に機械的に移動される。これは、加熱及び冷却の
両方の機能を実行する一体型熱管理装置と比べて、製造工程の流れ及びクリーン
ルームの床スペースの利用にとって非効率的である。 すなわち、関連技術の限界のために、広範な温度範囲に亘る効率的、迅速、制
御可能、及び、一様な熱管理の方法に対する必要性が存在する。更に、定常状態
条件及び過渡的条件の両方の間に高性能をもたらし、製造環境内での容易な使用
に非常に適した装置に対する必要性が存在する。
【０００６】 （発明の開示） 本発明は、広範な温度範囲に亘る効率的、迅速、制御可能、及び、一様な熱管
理のための基板熱管理システムである。 本熱管理システムの１つの目的は、熱源、熱シンク、及び、熱拡散器を統合す
ることである。本発明によれば、熱拡散器は、ウェーハ表面に対して静止して置
かれ、ウェーハ表面に対して同様に静止している熱源及び熱シンクに結合される
。熱シンクは、温度制御可能な熱搬送媒体を含む。
【０００７】 本熱管理システムの別の目的は、熱源内の区域の非一様な制御によってウェー
ハ表面に亘る熱の非一様性を最小にすることである。本発明によれば、熱拡散器
は、ウェーハ表面に対して静止して置かれ、ウェーハ表面に対して同様に静止し
ている熱源及び熱シンクと結合される。熱源は、異なる熱量を供給して熱拡散器
に隣接する表面に亘って制御可能な温度場を形成するようになっている複数の区
域を含む。熱シンクは、温度制御可能な熱搬送媒体を含む。
【０００８】 （発明を実施するための最良の形態） 他の特許の教示と異なり、本発明は、基板熱管理システムの熱源及び熱シンク
を一体化する。基板と相互作用する加熱ユニット及び冷却ユニットの一体化は、
広い温度範囲に亘る効率的、迅速、制御可能、及び、一様な温度管理を可能にす
るという、単なる熱源及び熱シンクの組合せ以上の付帯的な利点を有する。この
目標とする高い性能は、定常状態及び過渡期の両方の条件中で達成され、本シス
テムの装置は、製造環境内で容易に使用するのに極めて好適である。
【０００９】 図２は、本発明の一実施形態による組立体を示す分解図である。この組立体は
、図２に示したもの、又は、大気圧以下のエンクロージャや大気圧以上のエンク
ロージャのような複数の装置を更に含むシステム構成要素であってもよい。しか
し、典型的な実施形態は、室内条件で作動するようになっている。 図２には、ウェーハ２００、ウェーハ表面２１０、熱リザーバ２２０、熱拡散
器２３０、加熱表面２３５、熱源２４０、熱シンク２４５、電源２５０、制御装
置２６０、及び、オプションの断熱材２７０及び２７５が示されている。好まし
い実施形態は、Ｃｕ又はＡｌなどの等方性熱伝導率を有する材料で作られた熱拡
散器と、実質的にＫａｐｔｏｎ（登録商標）で作られた断熱材２７０とを含む。
代替の実施形態は、非等方性熱伝導率を有する材料で作られた熱拡散器を含む。
一般に、ウェーハ表面に垂直な熱拡散器の厚さは、約０．１００インチ未満であ
る。
【００１０】 図２において、ウェーハは、ウェーハ表面２１０と加熱表面２３５との間の隙
間に亘って加熱される。隙間は、一般に幅が数百ミクロンであり、室内空気、窒
素、ヘリウム、又は、他の目標とする物理特性を有する気体が充填される。代替
実施形態では、隙間の幅が異なり、熱伝導率が空気よりも比較的大きな気体を有
する。熱リザーバ２２０、熱拡散器２３０、熱源２４０、及び、熱シンク２４５
は、各々、付随する熱質量Ｍr、Ｍd、Ｍs、及び、Ｍskを有する。加熱表面と、
熱拡散器に隣接する熱源の表面とは、各々、付随する温度場Ｔd及びＴsを有する
。熱源、熱リザーバ、及び、熱拡散器は一体化され、熱伝導によって不可分に連
通している。一般に、熱シンク２４５は、一定温度であり得る制御可能な温度を
有する多量の流れる流体材料である。すなわち、熱シンク及び熱リザーバは、一
般に伝導及び対流熱伝達によって不可分に連通している。熱シンクの他の実施形
態は流れる流体に限定されず、例えば静止流体又は固体などである。
【００１１】 図２において、熱シンク２４５は、熱管理システムの下限温度を決める。熱シ
ンクの熱質量Ｍskは、他の構成要素の熱質量よりもかなり大きくてもよい。異な
る実施形態では、Ｍskは、Ｍdよりも少なくとも１０倍、又は、少なくとも１０2 倍、又は、少なくとも１０3倍、又は、少なくとも１０4倍大きい。好ましい実施
形態では、熱シンクは、工場の冷却水供給によってもたらされる一定温度の熱シ
ンクである。熱シンクの比較的大きな熱質量の熱リザーバ２２０への連続した結
合のために、熱リザーバは、実質的に一定かつ実質的に一様な温度の熱リザーバ
であり得る。熱リザーバの特定の実施形態では、温度の一様性を更に向上させる
機能である「ｉｎｆｒａ」を含んでもよい。
【００１２】 図３は、熱源２４０の特定実施形態を示す略図である。図３には、加熱素子３
１０、加熱区域３２０、温度センサ３２５、カバー材料３３０、熱源表面３４０
、電源３５０、及び、制御装置３６０が示されている。図２に示すように、熱源
２４０は、熱リザーバ２２０と熱拡散器２３０とに結合される。熱源の特定実施
形態は、熱源の過熱を防ぐために、熱リザーバ及び熱シンクへの作動中の連続し
た熱結合を必要とするであろう。カバー材料３３０は、一般に絶縁体である。特
定実施形態は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）などの熱抵抗性カバー材料を含む。好
ましい実施形態では、熱源と熱リザーバとの熱結合は不可分である。
【００１３】 一般的に、熱源２４０は、図２に示す他の構成要素の熱質量と比べて比較的小
さな熱質量Ｍsを有する電気抵抗ヒータである。異なる実施形態では、比（Ｍs／
Ｍd）は、約１０-1未満、又は、約１０-2未満、又は、約１０-3未満、又は、約
１０-4未満である。熱源の特定実施形態は、熱源表面３４０上に表面温度場Ｔs
を生成するために少なくとも１つのヒータ区域３２０に包含された大きさがミリ
メートルよりも小さい金属電気抵抗加熱素子３１０を有するヒータである。その
ような抵抗ヒータの例としては、米国ミネソタ州ミネアポリス所在のミンコ・プ
ロダクツ・インコーポレーテッド製のＴｈｅｒｍｏｆｏｉｌ（登録商標）ヒータ
がある。一般に、熱源は、定格が１００ワット／平方インチ未満であり、ポリマ
ーカバー材料を含んでもよい。ウェーハ２００と垂直な方向の熱源の厚さ（図２
参照）は、一般に０．０５インチ未満である。熱源の熱質量は、一般に熱拡散器
の熱質量の約１／１０未満である。
【００１４】 加熱区域３２０内の加熱素子３１０の特定の形態及び分布、及び、独立に制御
可能な加熱区域の数及び配置により、制御装置３６０が熱源２４０の表面上の表
面温度場Ｔsを調節することが可能になる。更に、熱源の電気抵抗加熱素子に供
給される電力量を制御することにより、カバー材料３３０と熱源が結合された別
の素子との間のインタフェースに亘って滑らかに変化し得る制御可能なエネルギ
束がもたらされる（図２参照）。熱源に埋め込まれた少なくとも１つの温度セン
サ３２５を使用して、Ｔsのフィードバック制御が達成される。特定の実施形態
では、センサ及び区域の数は同じでもよい。典型的な実施形態では、Ｔｓを１℃
未満の範囲で一様であるように制御することができる。代替実施形態は、制御可
能に非一様なＴsを有してもよい。一般に、熱源と熱シンクとの間の温度差は約
２００〜３００℃であるが、この数値は限定ではない。
【００１５】 図２に示すように、熱源２４０は、ウェーハ２００に面する熱拡散器２３０に
結合される。好ましい実施形態では、熱源及び拡散器は直接接触している。熱拡
散器は、受動的に作用し、熱が拡散器を通過する時にＴs勾配のマグニチュード
を低減して加熱表面２３５に実質的に一様な温度場をもたらす。Ｔsの勾配は、
熱源２４０の構造に固有の長さのスケールから生じ、ウェーハの非一様な加熱を
もたらす可能性がある。加熱表面上の実質的に一様な温度場Ｔdは、次に、一般
に数百ミクロンの非常に狭い隙間に亘ってウェーハ表面２１０を加熱するように
作用する。
【００１６】 図４は、本発明の一実施形態に対する熱の時間応答曲線を表すグラフである。
ウェーハ温度４１０と加熱表面２３５（図２参照）の温度との両方が示されてい
る。本実施形態は、８℃の一定温度での熱シンク、４５ワット／平方インチのエ
ネルギ束を供給する熱源、及び、０．０６０インチ厚のアルミニウム熱拡散器を
含む。０．００６インチの空隙が、温度拡散器とウェーハとの間にある。一般的
に、好ましい実施形態は、ウェーハを約６０秒を超えない時間間隔で加熱又は冷
却する設計温度範囲に及んでいる。熱速度は、通常、０．５℃／秒よりも大きい
。図４では、ウェーハは、室温から１５０℃まで６０秒未満の時間で加熱され、
１５０℃から室温まで約６０秒間で冷却されている。典型的な実施形態では、冷
却時間は、同じ温度範囲に亘り約２５％以内の範囲で加熱時間に相当する。
【００１７】 図５は、本発明の一実施形態に対する熱拡散器２３０（図２参照）による温度
勾配の平滑化を示すグラフである。図５は、一群の温度プロフィールを含んでい
る。温度プロフィールは、熱拡散器材料内の様々な深さに対して円形熱拡散器の
半径に沿ったものである。熱源２４０から近位及び遠位のプロフィールが、それ
ぞれ５１０及び５２０で示されている。この実施形態では、熱源は、０．０３０
インチ〜０．０６０インチの間隔で配置された０．０４０インチ幅の電気抵抗ス
トリップで構成されている。熱拡散器は、０．０４０インチ厚のＡｌである。熱
拡散器とウェーハとの間には、０．００６インチの空隙がある。図５に示すよう
に、加熱表面２３５での温度プロフィールは、約０．１５℃以内の範囲で一様で
ある。
【００１８】 図６は、過渡的作動の間の時間間隔に亘る本発明の一実施形態に対する熱拡散
器２３０（図２参照）による温度勾配の平滑化を示すグラフである。図６は、一
群の温度プロフィールを含む。温度プロフィールは、２５ミリ秒の時間間隔に亘
り、熱拡散器材料内の様々な深さに対して円形熱拡散器の半径に沿ったものであ
る。熱源２４０から近位及び遠位のプロフィールは、それぞれ６１０及び６２０
で示されている。すなわち、図６における熱源から遠位のプロフィールは、加熱
表面２３５（図２参照）上の温度プロフィールである。図６の実施形態では、熱
源は、０．０２０インチの間隔で配置された０．０２０インチ幅の電気抵抗スト
リップで構成されている。熱拡散器は、０．０４０インチ厚のＡｌである。熱拡
散器とウェーハとの間には、０．００６インチの空隙がある。図６に示すように
、加熱表面２３５での温度プロフィール６２０は、過渡的な時間間隔に亘って極
めて一様である。
【００１９】 図７Ａ〜図７Ｄは、対流熱伝達を使用することによって熱リザーバと熱源との
インタフェース（図２参照）での一様な温度場を形成するのに適する本発明の特
定の態様を示す略図である。熱シンクは、通常、液体の水のような流れている単
相流体である。代替実施形態では、静止している固体熱シンク又は気体熱シンク
が使用されてもよい。熱シンクの温度は、通常、約−４０℃を超える。図７Ａは
、関連技術分野からの装置の上面概略図である。図７Ａには、熱リザーバ７００
、流体入口７０１、及び、流体出口７０２が示されている。流体は、入口７０１
から入り出口７０２から出るが、異なる流体要素は、熱リザーバ内で異なる滞留
時間を経過する。この異なる滞留時間は、流体の有限熱伝導率に起因する熱リザ
ーバ内の流体の小さな温度勾配をもたらすことができる。流体の温度勾配は、熱
リザーバ表面上の有害な温度勾配を導く場合がある。
【００２０】 本発明によると、熱リザーバの内部構造は、その内部の流体要素の滞留時間を
等しくする。更に、熱リザーバ構造は、内部流体の流れ場を加速する、又は、非
一様流を確立するように設計される。これは、熱リザーバ内の実質的に一様な流
体温度と、残りの熱管理装置（図２参照）に面する熱リザーバ表面上の対応する
実質的に一様な温度場とを達成する。 一様な温度の流体は、熱リザーバを通る流体質量流量と流体速度とを変化させ
ることによって形成される。熱リザーバの内部構造は、一様な流体温度をもたら
すために流体要素の中への一様な有効熱流束を確立する方法で流体速度を変化さ
せる。上記において、有効熱流束は、伝導及び対流からの寄与で構成される。熱
リザーバ内の一様温度流体により、残りの熱管理装置に面する熱リザーバ表面上
に実質的に一様な温度場がもたらされる。
【００２１】 図７Ｂは、一実施形態の上面の略図であり、熱リザーバ２２０、オリフィス７
１５、入口７０１、出口７０２、及び、プレナム７１０が示されている。流体は
、入口からプレナムへ入る。プレナムから出口までの流体の流れは、プレナムと
出口との間の圧力勾配によって動かされる。流れの対称性は、各流体要素が流れ
の場に実質的に同じ時間滞留することを可能にする。 図７Ｃは、図７Ｂの実施形態の断面を示す略図である。図７Ｃは、熱リザーバ
内の実質的に一様な流体温度を達成するために内部流体の流れ場の加速を可能に
する熱リザーバ構造の態様を示している。図７Ｃには、入口７０１、出口７０２
、プレナム７１０、オリフィス７１５、典型的な流線７５０及び７６０、断面積
７６５、インタフェース面７９０、及び、オプションの第２熱拡散器７８０が示
されている。図７Ｃにおいて、流体は、入口からプレナムに入り、オリフィスを
通過して典型的な流線に沿って出口まで流れるまでプレナムに滞留する。
【００２２】 熱リザーバ２２０内で熱シンク２４５として働く流体が休止している場合、伝
導の原動力である温度勾配が減少するので、流体の温度は、インタフェース面７
９０を横切る熱流束の作用の下で上昇する傾向にあることになる。同様に、流体
要素が図７Ａに示すように熱リザーバを通って移動する時、流体要素が熱リザー
バに滞留する間のその温度のいかなる上昇も、伝導に起因する熱周囲から流体要
素への熱の流束を減少させる傾向にあることになる。すなわち、熱リザーバへの
一様な熱流束入力に対して、流体への非一様な伝導熱流束が生じる。
【００２３】 対流熱伝達のマグニチュードは、流速及び温度勾配に依存する。熱リザーバの
流体流れの速度が一様な場合、対流に起因する熱流束は、伝導に起因する熱流束
と類似の方法でスケーリングされることになる。しかし、流速が熱リザーバ内で
変化する場合、対流に起因する熱流束が非一様になる可能性がある。次に組合せ
で作用すると、非一様な伝導熱流束及び非一様な対流熱流束は、一様な温度流体
をもたらすであろう。
【００２４】 本発明によれば、断面積７６５の変化は、熱リザーバの流体速度の変化を引き
起こす。流路断面積の変化が流体流れを加速又は減速することは公知である。流
体速度が熱リザーバ内で非一様であるために、流体に対する有効熱流束は、一様
な流体温度をもたらすであろう。熱リザーバ内の一様な温度を有する流体により
、インタフェース面７９０での温度場もまた実質的に一様であり得る。また、熱
拡散器２３０（図２参照）と類似の特性を有するオプションの第２熱拡散器７８
０が熱リザーバに隣接して結合されてもよく、あらゆる残りの温度の非一様性を
更に減少させるように働くであろう。
【００２５】 図７Ｄ〜図７Ｆは、一実施形態に対する熱リザーバ部分組立体の構成要素の図
である。この実施形態においては、複数のオリフィス７１５を包含するリング７
７０が、少なくとも１つの入口７０１及び出口７０２を有する本体７９２に置か
れている。カバー７９１が本体にボルト締めされ、部分組立体を密封してプレナ
ム７１０を形成する。本実施形態においては、本体表面７９３の形態が実質的に
流路断面積の変化を決める。 本発明が上述の実施形態に限定されないことは当業者には直ちに明白であろう
。本発明の範囲から逸脱することなく異なる構成及び実施形態を創出することが
でき、それらが特許請求の範囲に含まれるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 典型的な従来技術の装置を示す図である。
【図２】 本発明の組立体の一実施形態を示す分解図である。
【図３】 図２に示す装置と共に使用される熱源の一実施形態を示す略図である。
【図４】 本発明の特定の実施形態に対する熱の時間応答を示すグラフである。
【図５】 熱拡散器による温度勾配の平滑化を示すグラフである。
【図６】 過渡的作動の間の時間間隔に亘る熱拡散器による温度勾配の平滑化を示すグラ
フである。
【図７Ａ】 対流熱伝達の使用によって熱リザーバに一様な温度場を形成するのに適する本
発明の態様を示す略図である。
【図７Ｂ】 対流熱伝達の使用によって熱リザーバに一様な温度場を形成するのに適する本
発明の態様を示す略図である。
【図７Ｃ】 対流熱伝達の使用によって熱リザーバに一様な温度場を形成するのに適する本
発明の態様を示す略図である。
【図７Ｄ】 対流熱伝達の使用によって熱リザーバに一様な温度場を形成するのに適する本
発明の態様を示す略図である。
【図７Ｅ】 対流熱伝達の使用によって熱リザーバに一様な温度場を形成するのに適する本
発明の態様を示す略図である。
【図７Ｆ】 対流熱伝達の使用によって熱リザーバに一様な温度場を形成するのに適する本
発明の態様を示す略図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年９月２４日（２００２．９．２４）
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項５６】 ウェーハ温度は、約１℃／秒の割合で変化することを特徴
とする請求項８に記載のウェーハ熱管理装置。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１１月８日（２００２．１１．８）
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】

Claims (56)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウェーハ表面に対して静止して置かれ、拡散器熱質量Ｍdと
    前記ウェーハ表面を加熱する加熱表面上に温度場Ｔdとを有する熱拡散器と、 前記ウェーハ表面に対して静止して置かれ、Ｍdに等しいか又はそれ以下の熱
    源熱質量Ｍsと前記熱拡散器に隣接する表面上にＴdと異なる温度場Ｔsとを有す
    る熱源と、 前記ウェーハ表面に対して静止して置かれ、制御可能な温度Ｔskを有する熱搬
    送媒体を含み、固体材料に亘る又は液体材料及び固体材料に亘る熱伝達によって
    前記熱源及び熱拡散器に熱的に結合された熱シンクと、 前記熱源に接続された少なくとも１つの制御可能な電源と、 を含むことを特徴とするウェーハ熱管理装置。
  2. 【請求項２】 ウェーハ表面に対して静止して置かれ、リザーバ熱質量Ｍr
    を有し、熱搬送能力を備えた媒体を内部に包含する熱リザーバと、 前記熱リザーバ及びウェーハ表面に対して静止して置かれ、Ｍr未満の拡散器
    熱質量Ｍdと前記ウェーハ表面を加熱する加熱表面上に温度場Ｔdとを有する熱拡
    散器と、 前記熱拡散器と前記熱リザーバとの間に挿入され、Ｍdに等しいか又はそれ以
    下の熱源熱質量Ｍsと前記熱拡散器に隣接する表面上にＴdと異なる温度場Ｔsと
    を有する熱源と、 制御可能な温度Ｔskを有する熱搬送媒体を含み、前記熱リザーバにより実質的
    に包含され、固体材料に亘る又は液体材料及び固体材料に亘る熱伝達によって前
    記熱源、熱リザーバ、及び、熱拡散器と熱的に結合された熱シンクと、 前記熱源に接続された少なくとも１つの制御可能な電源と、 を含むことを特徴とするウェーハ熱管理装置。
  3. 【請求項３】 ウェーハ表面に対して静止して置かれ、拡散器熱質量Ｍdと
    前記ウェーハ表面を加熱する加熱表面上に温度場Ｔdとを有する熱拡散器と、 異なる熱量を与えるようになっている複数の区域を含み、前記ウェーハ表面に
    対して静止して置かれ、Ｍdに等しいか又はそれ以下の熱源熱質量Ｍsと前記熱拡
    散器に隣接する表面上にＴdと異なる制御可能な温度場Ｔsとを有する熱源と、 処理を受けているウェーハに対して静止して置かれ、制御可能な温度Ｔskを有
    する熱搬送媒体から成り、固体材料に亘る又は液体材料及び固体材料に亘る熱伝
    達によって前記熱源及び熱拡散器と熱的に結合された熱シンクと、 前記熱源に接続された少なくとも１つの制御可能な電源と、 を含むことを特徴とするウェーハ熱管理装置。
  4. 【請求項４】 前記熱源と前記熱シンクとの間に挿入された少なくとも１つ
    の断熱材を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  5. 【請求項５】 前記熱源と前記ウェーハとの間に挿入された少なくとも１つ
    の断熱材を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  6. 【請求項６】 前記熱源と前記ウェーハとの間に挿入された少なくとも１つ
    の断熱材と、前記熱源と前記熱シンクとの間に挿入された少なくとも１つの断熱
    材とを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  7. 【請求項７】 前記断熱材は、実質的にＫａｐｔｏｎ（登録商標）材料から
    作られることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれか１項に記載のウェー
    ハ熱管理装置。
  8. 【請求項８】 Ｍd／Ｍsk＜０．１であることを特徴とする請求項１に記載
    のウェーハ熱管理装置。
  9. 【請求項９】 Ｍd／Ｍsk＜０．０１であることを特徴とする請求項１に記
    載のウェーハ熱管理装置。
  10. 【請求項１０】 Ｍd／Ｍsk＜０．００１であることを特徴とする請求項１
    に記載のウェーハ熱管理装置。
  11. 【請求項１１】 前記熱拡散器は、等方性熱伝導率を有する材料から作られ
    ることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  12. 【請求項１２】 前記熱拡散器は、実質的にＡｌ又はＣｕから作られること
    を特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  13. 【請求項１３】 前記熱拡散器は、非等方性熱伝導率を有する材料から作ら
    れることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  14. 【請求項１４】 前記熱拡散器の前記ウェーハ表面に垂直な方向の厚さは、
    ０．１００インチ未満であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理
    装置。
  15. 【請求項１５】 前記熱拡散器の前記ウェーハ表面に垂直な方向の厚さは、
    ０．０５０インチ未満であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理
    装置。
  16. 【請求項１６】 前記熱拡散器の前記ウェーハ表面に垂直な方向の厚さは、
    ０．０２５インチ未満であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理
    装置。
  17. 【請求項１７】 前記熱拡散器の厚さは、０．１００インチ未満であること
    を特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  18. 【請求項１８】 前記熱源は、前記熱源内に埋め込まれた少なくとも１つの
    温度センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  19. 【請求項１９】 前記熱源は、金属電気抵抗素子を含むことを特徴とする請
    求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  20. 【請求項２０】 前記熱源は、５０ワット／平方インチ未満の定格を有する
    熱源であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  21. 【請求項２１】 前記熱源は、４０ワット／平方インチ未満の定格を有する
    熱源であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  22. 【請求項２２】 前記熱源は、２０ワット／平方インチ未満の定格を有する
    熱源であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  23. 【請求項２３】 前記熱源は、１０ワット／平方インチ未満の定格を有する
    熱源であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  24. 【請求項２４】 前記熱源は、区域に分配された複数の独立制御可能な電気
    抵抗加熱素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  25. 【請求項２５】 前記区域は、不揃いの温度場を有することを特徴とする請
    求項２４に記載のウェーハ熱管理装置。
  26. 【請求項２６】 前記熱源は、ポリマー材料から成ることを特徴とする請求
    項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  27. 【請求項２７】 前記熱源は、前記ウェーハと垂直な方向に０．０４０イン
    チ未満の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  28. 【請求項２８】 前記熱源は、前記ウェーハと垂直な方向に０．０３０イン
    チ未満の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  29. 【請求項２９】 前記熱源は、前記ウェーハと垂直な方向に０．０２０イン
    チ未満の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  30. 【請求項３０】 Ｍs／Ｍdが約０．１以下であることを特徴とする請求項１
    に記載のウェーハ熱管理装置。
  31. 【請求項３１】 Ｍs／Ｍdが約０．０１以下であることを特徴とする請求項
    １に記載のウェーハ熱管理装置。
  32. 【請求項３２】 Ｍs／Ｍdが約０．００１以下であることを特徴とする請求
    項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  33. 【請求項３３】 前記熱シンクは、半導体熱シンクであることを特徴とする
    請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  34. 【請求項３４】 前記半導体熱シンクは、熱電チップであることを特徴とす
    る請求項３３に記載のウェーハ熱管理装置。
  35. 【請求項３５】 前記熱シンクは、液体熱シンクであることを特徴とする請
    求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  36. 【請求項３６】 前記熱シンクは、水であることを特徴とする請求項３５に
    記載のウェーハ熱管理装置。
  37. 【請求項３７】 前記熱シンクは、ガス状熱シンクであることを特徴とする
    請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  38. 【請求項３８】 前記熱シンクは、約０℃を超える温度を有することを特徴
    とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  39. 【請求項３９】 前記熱シンクは、約−３０℃を超える温度を有することを
    特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  40. 【請求項４０】 前記熱拡散器と前記ウェーハとの間の隙間は、空気を含有
    することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  41. 【請求項４１】 前記熱拡散器と前記ウェーハとの間の隙間は、類似の熱力
    学的条件での空気の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する気体を含有すること
    を特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  42. 【請求項４２】 前記ウェーハを囲む大気圧以上のチャンバを更に含むこと
    を特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  43. 【請求項４３】 前記ウェーハを囲む大気圧以下のチャンバを更に含むこと
    を特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  44. 【請求項４４】 請求項１に記載のウェーハ熱管理装置を少なくとも１つ含
    むことを特徴とするウェーハ処理システム。
  45. 【請求項４５】 室内条件の開放環境で作動するようになっている、請求項
    １に記載のウェーハ熱管理装置を少なくとも１つ含むことを特徴とするウェーハ
    処理システム。
  46. 【請求項４６】 前記熱シンクは、流体媒体を含み、 前記流体媒体は、前記熱リザーバの少なくとも１つの通路を通って流れる、 ことを特徴とする請求項２に記載のウェーハ熱管理装置。
  47. 【請求項４７】 前記熱リザーバは、前記流体媒体のためのプレナムと複数
    の入口オリフィスとを含むことを特徴とする請求項４６に記載のウェーハ熱管理
    装置。
  48. 【請求項４８】 流体通路の断面積は、その通路に沿って変化することを特
    徴とする請求項４６に記載のウェーハ熱管理装置。
  49. 【請求項４９】 前記熱源と前記熱リザーバとの間に挿入された第２の熱拡
    散器を更に含むことを特徴とする請求項２に記載のウェーハ熱管理装置。
  50. 【請求項５０】 前記熱シンクの温度は、制御可能かつ実質的に一定の温度
    であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  51. 【請求項５１】 前記熱源は、１℃未満の範囲内で空間的に一様な熱源であ
    ることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  52. 【請求項５２】 前記熱源温度場Ｔsは、非一様であることを特徴とする請
    求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  53. 【請求項５３】 熱源及び熱シンク間の温度差は、約２００℃であることを
    特徴とする請求項１に記載のウェーハ熱管理装置。
  54. 【請求項５４】 前記熱シンク温度及び熱源温度により制限される範囲のウ
    ェーハ温度は、約６０秒以下の時間間隔で達成されることを特徴とする請求項５
    ３に記載のウェーハ熱管理装置。
  55. 【請求項５５】 ウェーハ温度は、約５秒以下の時間間隔で約２１℃から約
    ２５℃まで変化することを特徴とする請求項５３に記載のウェーハ熱管理装置。
  56. 【請求項５６】 ウェーハ温度は、約１℃／秒の割合で変化することを特徴
    とする請求項８に記載のウェーハ熱管理装置。
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