JPH07121247A - 半導体ウエハの冷却方法及びその装置 - Google Patents

半導体ウエハの冷却方法及びその装置

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JPH07121247A
JPH07121247A JP29126293A JP29126293A JPH07121247A JP H07121247 A JPH07121247 A JP H07121247A JP 29126293 A JP29126293 A JP 29126293A JP 29126293 A JP29126293 A JP 29126293A JP H07121247 A JPH07121247 A JP H07121247A
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JP
Japan
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cooling
temperature
cooling plate
semiconductor wafer
plate
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JP29126293A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Sakama
間 博 之 坂
Masao Zaiga
賀 正 生 財
Hiroyasu Goto
藤 洋 康 後
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SMC Corp
Original Assignee
SMC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却時間を短縮できる半導体ウエハの冷却方
法及び装置を提供する。 【構成】 半導体ウエハ1の冷却板2と、その放熱板3
と、これらの間のサーモモジュール4と、冷却板の温度
信号を出力する制御用センサ5と、冷却板の冷却目標温
度信号と制御用センサの出力信号とを演算するPID演
算機構7と、該演算機構でPID制御されるサーモモジ
ュールの駆動回路6とを備えた冷却装置20に、冷却板
の温度θp と冷却目標温度θpsetとの差が大きいときは
ONし所定の差になるとOFFとなる温度切換スイッチ
21と、該スイッチのOFF後所定の時間出力を持続さ
せる遅れ要素22と、スイッチ21のONにより駆動回
路をフル作動させるリレー要素23と、リレー要素の作
動と非作動によって駆動回路6をフル作動とPID制御
とに切換える制御切換スイッチ24とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サーモモジュールによ
って高温の半導体ウエハを冷却する、半導体ウエハの冷
却方法及び冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4はサーモモジュールを使用する公知
の半導体ウエハの冷却装置を示し、この冷却装置は、高
温(150〜200℃)の半導体ウエハ1を冷却する冷
却板2と、その熱を放熱する放熱板3と、これらの板
2,3間のペルチェ素子よりなるサーモモジュール4,
・・と、冷却板2内に設けられその温度を検出して信号
を出力する制御用センサ5と、サーモモジュール4,・
・の通電量を制御する駆動回路(温度コントローラ)6
とを備え、該駆動回路6は、図5に示すように、冷却板
2の目標温度θpset(通常23〜25℃)と制御用セン
サ5が検出した冷却板の温度θp とを演算するPID演
算機構7によりPID制御され、これによって冷却板2
の温度θp が制御される。上記冷却板2は、該冷却板か
ら出没するウエハ押上ピン10,・・と、半導体ウエハ
1を0.1 〜0.2mm 程度のエアギャップを有して載置する
ためのギャップ用スぺーサ11,・・とを備え、放熱板
3に冷却水の循環回路12が設けられている。上記エア
ギャップは、半導体ウエハ1が冷却板2に接触して汚染
することを防止するために設けたものである。
【0003】上記公知の冷却装置は、ウエハ押上ピン1
0,・・を冷却板2から突出させて高温の半導体ウエハ
1を載置した後、これらのピンを冷却板2に没入させる
と、ギャップ用スぺーサ11,・・に載置された半導体
ウエハ1と冷却板2との間に所定のエアギャップが形成
され、PID演算機構7でPID制御される駆動回路6
によりサーモモジュール4,・・への通電量が制御さ
れ、該サーモモジュール4,・・により冷却される冷却
板2が半導体ウエハ1を冷却し、その熱は放熱板3から
放熱される。しかしながら、上記冷却装置は、半導体ウ
エハ1と冷却板2間のエアギャップによって半導体ウエ
ハ1から冷却板2への熱伝達が遅れるために、駆動回路
6をフル作動にして冷却板2をフルに冷却すると、冷却
板2の温度が速やかに低下して、半導体ウエハ1の温度
θw が十分に低下する前にサーモモジュール4,・・に
よる冷却板2の冷却が停止するので、結果的に冷却時間
が長くなる(45〜60秒)という問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、冷却時間を短縮できる半導体ウエハの冷却
方法及びその装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の半導体ウエハの冷却方法は、冷却板の冷却
目標温度信号と冷却板の温度信号とによってPID制御
される駆動回路でサーモモジュールの通電量を制御し
て、上記冷却板にエアギャップを設けて載置された高温
の半導体ウエハを冷却する半導体ウエハの冷却方法にお
いて、上記冷却板の温度と冷却板の冷却目標温度との差
が大きいときは、上記駆動回路をフル作動として冷却板
をフルに冷却し、上記温度差が所定の差になった後も遅
れ要素によって所定の時間上記冷却を持続させ、所定の
時間の経過後に駆動回路をPID制御に切換えて冷却板
を冷却することを特徴としている。
【0006】また、同様の課題を解決するため、本発明
の半導体ウエハの冷却装置は、半導体ウエハを冷却する
冷却板と、その熱を放熱する放熱板と、これらの間のサ
ーモモジュールと、上記冷却板の温度を検出して信号を
出力する制御用センサと、冷却板の冷却目標温度信号と
上記制御用センサの信号とを演算するPID演算機構
と、該PID演算機構によってPID制御される上記サ
ーモモジュールの駆動回路とを備え、上記冷却板に設け
たギャップ用スぺーサに載置した高温の半導体ウエハを
冷却する半導体ウエハの冷却装置において、上記冷却装
置が、上記冷却板の温度とその冷却目標温度との温度差
が大きいときはONとなり、温度差が所定の差になった
ときはOFFとなる温度切換スイッチと、該温度切換ス
イッチがOFFとなった後に所定の時間その出力を持続
させる遅れ要素と、上記温度切換スイッチのONの出力
により駆動回路をフル作動させるリレー要素と、該リレ
ー要素の作動と非作動とによって駆動回路をフル作動と
PID制御とに切換える制御切換スイッチとを備え、上
記温度差が大きいとき及び遅れ要素による所定の時間経
過までは冷却板をフルに冷却し、遅れ要素の所定の時間
が経過すると冷却板をPID制御によって冷却すること
を特徴としている。
【0007】
【作用】冷却目標温度信号が入力された定常状態におい
ては、駆動回路はPID演算機構でPID制御され、冷
却板が冷却目標温度に冷却されている。冷却板のギャッ
プ用スぺーサに高温の半導体ウエハを載置すると冷却板
の温度が上昇し、制御用センサから出力される冷却板の
温度信号とその冷却目標温度との差が大きいウエハの載
置当初は、温度切換スイッチがONになるので、リレー
要素が駆動回路をフル作動に切換えてサーモモジュール
が冷却板をフルに冷却し、フル冷却された冷却板によっ
て半導体ウエハが速やかに冷却される。
【0008】半導体ウエハの冷却により上記温度差が所
定の差になると、温度切換スイッチがOFFとなるが、
遅れ要素によってその出力が所定の時間持続するため、
駆動回路がPID制御に切換わることなく、フル冷却さ
れる冷却板が引き続き半導体ウエハを冷却する。遅れ要
素による所定の時間が経過すると、温度切換スイッチの
出力がなくなるためにリレー要素が非作動となり、制御
切換スイッチによって駆動回路がPID演算機構による
PID制御に切換えられて冷却板を冷却し、半導体ウエ
ハの温度が所定の温度に冷却されて冷却が終了する。こ
の場合、駆動回路をPID制御に切換えた直後は、冷却
板が冷えすぎているために、サーモモジュールが一時的
に加熱動作になるが、サーモモジュールの加熱量は冷却
熱量の3倍近いために、加熱動作の時間は極めて短時間
であるから、駆動回路をPID制御のみで制御する従来
の冷却と比べて、半導体ウエハの冷却時間を短縮するこ
とができる。
【0009】
【実施例】本発明の実施例における冷却装置20は、後
記する温度切換スイッチ21、遅れ要素22、リレー要
素23、及び制御切換スイッチ24(いずれも図1参
照)を有している以外は、図4に示す公知の冷却装置と
同一の構成を備えているから、詳細な説明は省略する。
【0010】上記温度切換スイッチ21は、冷却板2に
エアギャップを設けて載置された半導体ウエハ1によっ
て上昇した冷却板2の温度θp と、冷却板2の冷却目標
温度θpsetとの温度差ε1 が大きいときはONとなり、
温度差が所定の値ε2 になるとOFFとなるものであ
り、遅れ要素22は、温度切換スイッチ21の上記作動
を所定の時間遅らせて作動させるものである。また、リ
レー要素23は、温度切換スイッチ21の出力により作
動して、駆動回路6をサーモモジュール4,・・のフル
作動に切換えて冷却板2をフルに冷却し、出力がなくな
ると非作動となるものであり、制御切換スイッチ24
は、リレー要素23が作動したときはOFFとなって駆
動回路6のPID制御を解除し、非作動のときはONと
なって駆動回路6をPID演算機構7によるPID制御
に切換えるものである。
【0011】上記遅れ要素22における遅れ時間(所定
の時間)を決める伝達関数Gは、次の各式に記載するむ
だ時間要素、一次遅れ要素または位相遅れ要素のいずれ
か1つによって定められる。 むだ時間要素による伝達関数 G=e-st 一次遅れ要素による伝達関数 G=1/(1+sT) 位相遅れ要素による伝達関数 G=(1+sT1 )/
(1+sT2 ) これらの式において、sはラプラス演算子、tはむだ時
間、T,T1 ,T2 は時定数を示す。この場合、パラメ
ータε1 ,ε2 、及び時定数t,T,T1 ,T2 は、冷
却板2の冷却能力、エアギャップの大きさ、周囲温度、
冷却目標温度によって適宜変更することは勿論である。
【0012】図2は上記実施例のブロック線図を示し、
このブロック線図は、図5に示す公知のブロック線図
に、上記温度切換スイッチ21、遅れ要素22、リレー
要素23、及び制御切換スイッチ24、並びに冷却目標
温度θpsetが変化した場合にOFFとなる設定切換スイ
ッチ25を備えている。
【0013】上記実施例は、冷却目標温度θpsetがPI
D演算機構7に入力された定常状態においては、制御切
換スイッチ24と設定切換スイッチ25が共にONとな
り、サーモモジュール4,・・の駆動回路6がPID演
算機構7によってPID制御され、これによって冷却板
2が冷却されている。高温の半導体ウエハ1を冷却板2
のギャップ用スぺーサ11,・・に載置すると、冷却板
2の温度が上昇してその温度θp と冷却目標温度θpset
との温度差が大きいために温度切換スイッチ21がON
となり、リレー要素23が作動して制御切換スイッチ2
4がOFFとなるので、駆動回路6がPID演算機構7
によるPID制御からフル作動に切換わって、サーモモ
ジュール4,・・が冷却板2をフルに冷却する。
【0014】半導体ウエハ1が冷却されて、冷却板2の
温度θp と冷却板2の冷却目標温度θpsetとの温度差が
所定の差ε2 になると、温度切換スイッチ21がOFF
となるが、遅れ要素22によって所定の時間駆動回路6
のフル作動が持続される。遅れ要素22による遅れ時間
が経過すると、遅れ要素22の出力がなくなるため、リ
レー要素23が非作動になって制御切換スイッチ24が
ONとなるので、駆動機構6はPID演算機構7による
PID制御に切換えられて冷却板2を冷却する(図2及
び図3参照)。駆動回路6がPID制御に切換わった直
後は、冷却板2が冷えすぎているために、サーモモジュ
ール4,・・が一時的に加熱動作となるが、サーモモジ
ュール4,・・の加熱量は冷却熱量の約3倍であるから
加熱時間は極めて短く、遅れ要素22による遅れ時間の
経過までサーモモジュール4,・・がフルに作動して半
導体ウエハ1を速やかに冷却するので、公知のPID制
御のみによる冷却と比べて、半導体ウエハ1の冷却時間
を短縮することができる(図3参照)。
【0015】
【発明の効果】本発明は、冷却板の温度とその冷却目標
温度との温度差が大きいときは、駆動回路をフル作動に
切換えて冷却板をフルに冷却して半導体ウエハを速やか
に冷却するとともに、その温度差が所定の差になった後
も所定の時間駆動回路のフル作動を持続させるので、半
導体ウエハの冷却温度を短縮することができる。また、
定常状態においては、従来のPID制御と同じであるか
ら、温度の安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のブロック線図である。
【図2】同じくフローシート図である。
【図3】本発明と従来方法の温度変化の比較図である。
【図4】公知の冷却装置の縦断正面図である。
【図5】同じくブロック線図である。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ 2 冷却板 3 放熱板 4 サーモモジュール 5 制御用センサ 6 駆動回路 7 PID演算機構 11 ギャップ用スぺーサ 20 冷却装置 21 温度切換スイッチ 22 遅れ要素 23 リレー要素 24 制御切換スイッチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却板の冷却目標温度信号と冷却板の温
    度信号とによってPID制御される駆動回路でサーモモ
    ジュールの通電量を制御して、上記冷却板にエアギャッ
    プを設けて載置された高温の半導体ウエハを冷却する半
    導体ウエハの冷却方法において、 上記冷却板の温度と冷却板の冷却目標温度との差が大き
    いときは、上記駆動回路をフル作動として冷却板をフル
    に冷却し、上記温度差が所定の差になった後も遅れ要素
    によって所定の時間上記冷却を持続させ、所定の時間の
    経過後に駆動回路をPID制御に切換えて冷却板を冷却
    する、ことを特徴とする半導体ウエハの冷却方法。
  2. 【請求項2】 半導体ウエハを冷却する冷却板と、その
    熱を放熱する放熱板と、これらの間のサーモモジュール
    と、上記冷却板の温度を検出して信号を出力する制御用
    センサと、冷却板の冷却目標温度信号と上記制御用セン
    サの信号とを演算するPID演算機構と、該PID演算
    機構によってPID制御される上記サーモモジュールの
    駆動回路とを備え、上記冷却板に設けたギャップ用スぺ
    ーサに載置した高温の半導体ウエハを冷却する半導体ウ
    エハの冷却装置において、 上記冷却装置が、上記冷却板の温度とその冷却目標温度
    との温度差が大きいときはONとなり、温度差が所定の
    差になったときはOFFとなる温度切換スイッチと、該
    温度切換スイッチがOFFとなった後に所定の時間その
    出力を持続させる遅れ要素と、上記温度切換スイッチの
    ONの出力により駆動回路をフル作動させるリレー要素
    と、該リレー要素の作動と非作動とによって駆動回路を
    フル作動とPID制御とに切換える制御切換スイッチと
    を備え、 上記温度差が大きいとき及び遅れ要素による所定の時間
    経過までは冷却板をフルに冷却し、遅れ要素の所定の時
    間が経過すると冷却板をPID制御によって冷却する、
    ことを特徴とする半導体ウエハの冷却装置。
JP29126293A 1993-10-27 1993-10-27 半導体ウエハの冷却方法及びその装置 Pending JPH07121247A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108181950A (zh) * 2017-12-25 2018-06-19 河南英富迪光电科技有限公司 高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置

Cited By (2)

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CN108181950A (zh) * 2017-12-25 2018-06-19 河南英富迪光电科技有限公司 高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置
CN108181950B (zh) * 2017-12-25 2020-10-20 河南英富迪光电科技有限公司 高频帧非制冷红外成像探测器的温度控制装置

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