JP3548695B2 - シリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板 - Google Patents
シリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハを加熱または冷却してそれを所定の温度に調節する温度調節装置用の熱伝導板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サーモモジュール（ペルチェ素子）等を使用して、フェースプレート上に載置したシリコンウエハを加熱または冷却する温度調節装置は、従来から多用されている。
上記装置におけるフェースプレートは、高熱伝導性が要求され、一般的には、アルミニウム系の材料が用いられているが、さらに熱伝導性の向上が望まれている。この熱伝導性の向上は、昇降温時間の短縮ばかりでなく、プレート表面の温度分布をなくして、表面温度を均一化するためにも有効なものである。
【０００３】
このような熱伝導性の向上のためには、フェースプレートとして銅系の材料を用いることが考えられる。しかしながら、銅はフェースプレートとしての強度、特に曲げ強度において問題があり、例えば、装置への組付け時におけるビスの締結によってプレートが曲がり、表面の高い平面度を確保できなくなる可能性がある。そして、この平面度が低下すると、シリコンウエハとプレートとの間のプロキシミティギャップが場所によって変化し、それによって温度分布が発生することになる。このような曲げ強度の低下を抑止するためには、フェースプレートを厚くするのが有効であるが、それに伴って熱容量が増大し、昇降温時間の増大、昇降温のための電力の増加等の問題が生じてくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、基本的には、上記フェースプレート材料として銅を用いることにより該プレートの熱伝導性を高め、昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図ることにある。
本発明のさらに具体的な技術的課題は、フェースプレート材料として曲げ強度の小さい銅を用いながら、その厚さを増大させることなく曲げ強度を高め、これにより熱容量の増大を抑制して、この点でも昇降温時間を短縮できるようにし、生産性の向上、省電力化を達成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の温度調節装置用熱伝導板は、シリコンウエハを所定の温度に加熱または冷却する温度調節装置のフェースプレートとして、温度調節部とシリコンウエハとの間で熱の伝導を行う熱伝導板であって、銅板の内部に補強材を鋳込むことにより構成し、その補強材を、銅よりも大きい曲げ強度を有する材料により形成され、内部に表裏面の銅材を相互に繋ぐための多くの隙間を有するものとしたことを特徴とするものである。
上記補強材は、多くの隙間を介して結合された枠状部材により、あるいは、板状部材に多数の孔からなる隙間を設けることにより構成することができる。
【０００６】
上記構成を有する熱伝導板は、その素材として銅を用いているので熱伝導性が高められ、昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図ることができ、一方、銅を用いることにより生じる曲げ強度の低下は、内部に鋳込んだ補強材によって高められるので、熱伝導板自体の厚さを増大させることなく曲げ強度を高め、熱容量の増大を抑制して、この点でも昇降温時間を短縮することができ、生産性の向上、省電力化を図ることができる。
また、補強材を内部に鋳込んだ銅板は、該補強材の内部に設けた多くの隙間を通して表裏面の銅材が相互に繋がっていて、その部分を通して熱がよく伝導するので、銅に比べて熱伝導性が低い補強材を鋳込んでいても、熱伝導性が低下することはない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の熱伝導板を組み付けるシリコンウエハの温度調節装置を例示している。図１は、シリコンウエハを所定の温度に加熱する加熱装置において、熱伝導板１を加熱プレート（フェースプレート）として使用する場合を示すもので、ヒータ押え３によって電気ヒータ２を保持することにより構成した温度調節部上に、上記熱伝導板１を配置している。また、図２は、シリコンウエハを所定の温度に冷却する冷却装置において、熱伝導板１を冷却プレート（フェースプレート）として使用する場合を示すもので、放熱板５上に複数のサーモモジュール（ペルチェ素子）４を配設することにより構成した温度調節部上に、上記熱伝導板１を配置している。
【０００８】
本発明の熱伝導板は、これらの図に例示するように、温度調節部と熱伝導板１上に載置したシリコンウエハとの間で熱の伝導を行い、そのシリコンウエハを所定の温度に加熱または冷却するものであり、そのため、温度調節装置自体の構成は、ここに例示したものなどに限定されるものではない。
【０００９】
図３及び図４は、上記熱伝導板１の構成を例示するもので、銅板１０の内部に補強材１１を鋳込むことにより構成している。この補強材１１は、銅よりも大きい曲げ強度を有する材料により形成され、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等の鉄系材料、あるいは、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、ジルコニア等のセラミックス材料が適している。勿論、これらは例示であって、これら以外の材料を用いることもできる。
【００１０】
上記熱伝導板１における補強材１１は、内部に表裏面の銅材を相互に繋ぐための多くの隙間を有するもので、さらに具体的には、多くの隙間１２ａを介して結合された枠状部材１２により構成している。各枠状部材１２は、補強という機能を十分に発揮させるために、相互に高強度に結合されていることが望まれるが、各枠状部材１２自体の曲げ強度により熱伝導板を十分に補強できるのであれば、上記高強度の結合の必要はない。
【００１１】
図５乃至図８の各Ａ，Ｂは、上記図３及び図４に示す補強材１１に代えて銅板内に鋳込むことができる補強材２１を例示している。これらの補強材２１は、板状部材２２内に表裏面の銅材を相互に繋ぐための多数の孔からなる隙間を設けることにより構成したものであり、図５のＡ，Ｂに示す補強材２１では、板状部材２２内に多数の三角形状の孔からなる隙間２２ａを設けることにより構成し、図６のＡ，Ｂに示す補強材２１では、板状部材２２内に多数の四角形状の孔からなる隙間２２ｂを設けることにより構成し、図７のＡ，Ｂに示す補強材２１では、板状部材２２内に多数の六角形状の孔からなる隙間２２ｃを設けることにより構成し、また、図８のＡ，Ｂに示す補強材２１では、円形の板状部材２２内に多数の大小の円形孔からなる隙間２２ｄを設けることにより構成している。
【００１２】
なお、上記隙間２２ａ〜２２ｄの形状は、図示の例に限るものではなく、孔を開設した板状部材により熱伝導板の必要な補強を行うことができ、且つ孔によって形成された隙間をとおして表裏面の銅材を相互に繋ぐことにより所要の熱伝導性が確保できるのであれば、任意の形状とすることができる。
また、ここでは、板状部材２２に各種形状の多数の孔を開設することによって補強材２１を形成する旨を説明したが、上記図５乃至図７に示すような形状の補強材２１は、図３及び図４によって説明したような枠状部材１２を一つの平面内に配置し、それらの各交点を相互に接合することによっても構成することができる。
【００１３】
上記構成を有する熱伝導板１は、銅板の内部に多くの隙間１２ａ，２２ａを持つ補強材を鋳込んでいるので、それらの隙間１２ａ，２２ａを通して表裏面の銅材が相互に繋がり、その部分を通して熱がよく伝導するので、銅に比べて熱伝導性が低い補強材１１，２１を鋳込んでいても、全体として熱伝導性が低下することはなく、実質的に熱伝導板の全体を銅により形成した場合と同等の高熱伝導性を得ることができる。この熱伝導性の改善は、熱伝導板１の昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図るために有効なものである。
【００１４】
一方、上記枠状部材１２や板状部材２２の素材として銅を用いることにより、それらの曲げ強度が低下することになるが、内部に鋳込んだ補強材１１，２１によってその曲げ強度が高められるので、装置への組付け時におけるビスの締結等によって熱伝導板１が曲がるようなことがなく、表面の高い平面度を確保することが可能になり、それによって、シリコンウエハとプレートとの間のプロキシミティギャップが場所により変化して、温度分布が発生するのを抑止することができる。
【００１５】
また、上記補強材の鋳込みにより、高強度化のために銅板の厚さを増大させる必要がなくなり、銅板を可及的に薄くしながら曲げ強度を高めることができ、そのため、熱伝導板１の質量を小さくして、熱容量（質量×比熱）の増大を抑制することができる。特に、この熱容量を小さくすると、熱伝導板１の速い加熱、速い冷却が可能になるため、昇降温時間が短縮されて生産性を向上させることができ、また、その昇降温時に使用する電力も低減され、省エネルギを達成することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、シリコンウエハの温度調節装置におけるフェースプレート材料として銅を用いることにより、その熱伝導性を高め、昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図ることができ、また、上述のようにフェースプレート材料として曲げ強度の小さい銅を用いながら、補強材の鋳込みにより、その全体的な厚さを増大させることなく、曲げ強度を高め、これにより熱容量の増大を抑制して、この点でも昇降温時間を短縮できるようにし、生産性の向上、省電力化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱伝導板を組み付けるシリコンウエハの温度調節装置の一例（加熱装置）を示す説明図である。
【図２】本発明の熱伝導板を組み付けるシリコンウエハの温度調節装置の一例（冷却装置）を示す説明図である。
【図３】本発明の熱伝導板の一実施例を示す平断面図である。
【図４】上記実施例の縦断面図である。
【図５】Ａ及びＢは、銅板に鋳込む補強材の一例を示す平面図及び断面図である。
【図６】Ａ及びＢは、同補強材の他の一例を示す平面図及び断面図である。
【図７】Ａ及びＢは、補強材のさらに他の一例を示す平面図及び断面図である。
【図８】Ａ及びＢは、補強材のさらに他の一例を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１ 熱伝導板
１０ 銅板
１１ 補強材
１２ 枠状部材
１２ａ 隙間
２１ 補強材
２２ 板状部材
２２ａ〜２２ｄ 隙間
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハを加熱または冷却してそれを所定の温度に調節する温度調節装置用の熱伝導板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サーモモジュール（ペルチェ素子）等を使用して、フェースプレート上に載置したシリコンウエハを加熱または冷却する温度調節装置は、従来から多用されている。
上記装置におけるフェースプレートは、高熱伝導性が要求され、一般的には、アルミニウム系の材料が用いられているが、さらに熱伝導性の向上が望まれている。この熱伝導性の向上は、昇降温時間の短縮ばかりでなく、プレート表面の温度分布をなくして、表面温度を均一化するためにも有効なものである。
【０００３】
このような熱伝導性の向上のためには、フェースプレートとして銅系の材料を用いることが考えられる。しかしながら、銅はフェースプレートとしての強度、特に曲げ強度において問題があり、例えば、装置への組付け時におけるビスの締結によってプレートが曲がり、表面の高い平面度を確保できなくなる可能性がある。そして、この平面度が低下すると、シリコンウエハとプレートとの間のプロキシミティギャップが場所によって変化し、それによって温度分布が発生することになる。このような曲げ強度の低下を抑止するためには、フェースプレートを厚くするのが有効であるが、それに伴って熱容量が増大し、昇降温時間の増大、昇降温のための電力の増加等の問題が生じてくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、基本的には、上記フェースプレート材料として銅を用いることにより該プレートの熱伝導性を高め、昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図ることにある。
本発明のさらに具体的な技術的課題は、フェースプレート材料として曲げ強度の小さい銅を用いながら、その厚さを増大させることなく曲げ強度を高め、これにより熱容量の増大を抑制して、この点でも昇降温時間を短縮できるようにし、生産性の向上、省電力化を達成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の温度調節装置用熱伝導板は、シリコンウエハを所定の温度に加熱または冷却する温度調節装置のフェースプレートとして、温度調節部とシリコンウエハとの間で熱の伝導を行う熱伝導板であって、銅板の内部に補強材を鋳込むことにより構成し、その補強材を、銅よりも大きい曲げ強度を有する材料により形成され、内部に表裏面の銅材を相互に繋ぐための多くの隙間を有するものとしたことを特徴とするものである。
上記補強材は、多くの隙間を介して結合された枠状部材により、あるいは、板状部材に多数の孔からなる隙間を設けることにより構成することができる。
【０００６】
上記構成を有する熱伝導板は、その素材として銅を用いているので熱伝導性が高められ、昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図ることができ、一方、銅を用いることにより生じる曲げ強度の低下は、内部に鋳込んだ補強材によって高められるので、熱伝導板自体の厚さを増大させることなく曲げ強度を高め、熱容量の増大を抑制して、この点でも昇降温時間を短縮することができ、生産性の向上、省電力化を図ることができる。
また、補強材を内部に鋳込んだ銅板は、該補強材の内部に設けた多くの隙間を通して表裏面の銅材が相互に繋がっていて、その部分を通して熱がよく伝導するので、銅に比べて熱伝導性が低い補強材を鋳込んでいても、熱伝導性が低下することはない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の熱伝導板を組み付けるシリコンウエハの温度調節装置を例示している。図１は、シリコンウエハを所定の温度に加熱する加熱装置において、熱伝導板１を加熱プレート（フェースプレート）として使用する場合を示すもので、ヒータ押え３によって電気ヒータ２を保持することにより構成した温度調節部上に、上記熱伝導板１を配置している。また、図２は、シリコンウエハを所定の温度に冷却する冷却装置において、熱伝導板１を冷却プレート（フェースプレート）として使用する場合を示すもので、放熱板５上に複数のサーモモジュール（ペルチェ素子）４を配設することにより構成した温度調節部上に、上記熱伝導板１を配置している。
【０００８】
本発明の熱伝導板は、これらの図に例示するように、温度調節部と熱伝導板１上に載置したシリコンウエハとの間で熱の伝導を行い、そのシリコンウエハを所定の温度に加熱または冷却するものであり、そのため、温度調節装置自体の構成は、ここに例示したものなどに限定されるものではない。
【０００９】
図３及び図４は、上記熱伝導板１の構成を例示するもので、銅板１０の内部に補強材１１を鋳込むことにより構成している。この補強材１１は、銅よりも大きい曲げ強度を有する材料により形成され、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等の鉄系材料、あるいは、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、ジルコニア等のセラミックス材料が適している。勿論、これらは例示であって、これら以外の材料を用いることもできる。
【００１０】
上記熱伝導板１における補強材１１は、内部に表裏面の銅材を相互に繋ぐための多くの隙間を有するもので、さらに具体的には、多くの隙間１２ａを介して結合された枠状部材１２により構成している。各枠状部材１２は、補強という機能を十分に発揮させるために、相互に高強度に結合されていることが望まれるが、各枠状部材１２自体の曲げ強度により熱伝導板を十分に補強できるのであれば、上記高強度の結合の必要はない。
【００１１】
図５乃至図８の各Ａ，Ｂは、上記図３及び図４に示す補強材１１に代えて銅板内に鋳込むことができる補強材２１を例示している。これらの補強材２１は、板状部材２２内に表裏面の銅材を相互に繋ぐための多数の孔からなる隙間を設けることにより構成したものであり、図５のＡ，Ｂに示す補強材２１では、板状部材２２内に多数の三角形状の孔からなる隙間２２ａを設けることにより構成し、図６のＡ，Ｂに示す補強材２１では、板状部材２２内に多数の四角形状の孔からなる隙間２２ｂを設けることにより構成し、図７のＡ，Ｂに示す補強材２１では、板状部材２２内に多数の六角形状の孔からなる隙間２２ｃを設けることにより構成し、また、図８のＡ，Ｂに示す補強材２１では、円形の板状部材２２内に多数の大小の円形孔からなる隙間２２ｄを設けることにより構成している。
【００１２】
なお、上記隙間２２ａ〜２２ｄの形状は、図示の例に限るものではなく、孔を開設した板状部材により熱伝導板の必要な補強を行うことができ、且つ孔によって形成された隙間をとおして表裏面の銅材を相互に繋ぐことにより所要の熱伝導性が確保できるのであれば、任意の形状とすることができる。
また、ここでは、板状部材２２に各種形状の多数の孔を開設することによって補強材２１を形成する旨を説明したが、上記図５乃至図７に示すような形状の補強材２１は、図３及び図４によって説明したような枠状部材１２を一つの平面内に配置し、それらの各交点を相互に接合することによっても構成することができる。
【００１３】
上記構成を有する熱伝導板１は、銅板の内部に多くの隙間１２ａ，２２ａを持つ補強材を鋳込んでいるので、それらの隙間１２ａ，２２ａを通して表裏面の銅材が相互に繋がり、その部分を通して熱がよく伝導するので、銅に比べて熱伝導性が低い補強材１１，２１を鋳込んでいても、全体として熱伝導性が低下することはなく、実質的に熱伝導板の全体を銅により形成した場合と同等の高熱伝導性を得ることができる。この熱伝導性の改善は、熱伝導板１の昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図るために有効なものである。
【００１４】
一方、上記枠状部材１２や板状部材２２の素材として銅を用いることにより、それらの曲げ強度が低下することになるが、内部に鋳込んだ補強材１１，２１によってその曲げ強度が高められるので、装置への組付け時におけるビスの締結等によって熱伝導板１が曲がるようなことがなく、表面の高い平面度を確保することが可能になり、それによって、シリコンウエハとプレートとの間のプロキシミティギャップが場所により変化して、温度分布が発生するのを抑止することができる。
【００１５】
また、上記補強材の鋳込みにより、高強度化のために銅板の厚さを増大させる必要がなくなり、銅板を可及的に薄くしながら曲げ強度を高めることができ、そのため、熱伝導板１の質量を小さくして、熱容量（質量×比熱）の増大を抑制することができる。特に、この熱容量を小さくすると、熱伝導板１の速い加熱、速い冷却が可能になるため、昇降温時間が短縮されて生産性を向上させることができ、また、その昇降温時に使用する電力も低減され、省エネルギを達成することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、シリコンウエハの温度調節装置におけるフェースプレート材料として銅を用いることにより、その熱伝導性を高め、昇降温時間の短縮、温度分布の低下による表面温度の均一化を図ることができ、また、上述のようにフェースプレート材料として曲げ強度の小さい銅を用いながら、補強材の鋳込みにより、その全体的な厚さを増大させることなく、曲げ強度を高め、これにより熱容量の増大を抑制して、この点でも昇降温時間を短縮できるようにし、生産性の向上、省電力化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱伝導板を組み付けるシリコンウエハの温度調節装置の一例（加熱装置）を示す説明図である。
【図２】本発明の熱伝導板を組み付けるシリコンウエハの温度調節装置の一例（冷却装置）を示す説明図である。
【図３】本発明の熱伝導板の一実施例を示す平断面図である。
【図４】上記実施例の縦断面図である。
【図５】Ａ及びＢは、銅板に鋳込む補強材の一例を示す平面図及び断面図である。
【図６】Ａ及びＢは、同補強材の他の一例を示す平面図及び断面図である。
【図７】Ａ及びＢは、補強材のさらに他の一例を示す平面図及び断面図である。
【図８】Ａ及びＢは、補強材のさらに他の一例を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１ 熱伝導板
１０ 銅板
１１ 補強材
１２ 枠状部材
１２ａ 隙間
２１ 補強材
２２ 板状部材
２２ａ〜２２ｄ 隙間
Claims (3)
- シリコンウエハを所定の温度に加熱または冷却する温度調節装置のフェースプレートとして、温度調節部とシリコンウエハとの間で熱の伝導を行う熱伝導板であって、
銅板の内部に補強材を鋳込むことにより構成し、その補強材を、銅よりも大きい曲げ強度を有する材料により形成され、内部に表裏面の銅材を相互に繋ぐための多くの隙間を有するものとした、
ことを特徴とするシリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板。 - 補強材を、多くの隙間を介して結合された枠状部材により構成したことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板。
- 補強材を、板状部材に多数の孔からなる隙間を設けることにより構成したことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11675199A JP3548695B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | シリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11675199A JP3548695B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | シリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000306984A JP2000306984A (ja) | 2000-11-02 |
| JP3548695B2 true JP3548695B2 (ja) | 2004-07-28 |
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ID=14694869
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| JP11675199A Expired - Fee Related JP3548695B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | シリコンウエハの温度調節装置用熱伝導板 |
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|---|---|---|---|---|
| CN102485935B (zh) * | 2010-12-06 | 2013-11-13 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 均热板及应用该均热板的基片处理设备 |
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1999
- 1999-04-23 JP JP11675199A patent/JP3548695B2/ja not_active Expired - Fee Related
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