JPH10284382A

JPH10284382A - 温度制御装置

Info

Publication number: JPH10284382A
Application number: JP9088236A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Kitahashi; 正光北橋; Izumi Nishizawa; 泉西澤; Akihiro Osawa; 昭浩大沢; Hiroyuki Tokunaga; 裕之徳永; Kanichi Kadotani; ▲かん▼一門谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換効率のよい温度制御によってウェハなど
の被温度制御対象物を速やかに所望の温度に制御する。【解決手段】温度制御対象物を支持する支持プレート
と、この支持プレートの下部にその上部壁面が当接する
ように設けられた流体噴出室と、この流体噴出室の上部
内壁面に対して流体を噴出する複数の流体噴出孔を有す
る流体噴出ノズルと、この流体噴出ノズルに対し所定の
温度に調整された流体を供給する流体供給手段と、前記
複数の流体噴出孔から噴出された流体を前記流体噴出室
から排出する流体排出手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ウェハなどの温
度制御対象物を温度制御する温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
製造工程には、ウェハに塗布したレジスト膜に残存する
溶剤を取り除くための加熱工程（プリベーキング）や、
エッチング前にレジストと基板との密着を容易にするた
めの加熱工程（ポストベーキング）や、加熱したウェハ
を室温レベルに冷却するクーリング工程などが含まれて
おり、これらの工程の際にウェハをより効率よくかつ高
精度に温度制御することがスループットを上げる上で重
要であり、従来より各種の温度制御が採用されている。

【０００３】この種の従来技術として、特開昭６２−４
５１２１号公報がある。この従来技術は、ウェハを所定
のパターンにマスクするフォトレジストを除去するフォ
トレジスト除去装置に採用されるもので、ウェハを載置
するサセプタの下にヒータを装着してウェハを加熱可能
にすると共に、これらウェハの上方に紫外線ランプが配
設する。さらに、紫外線ランプの上方に、多数の酸素ガ
ス噴出孔が形成された回転可能なディスパージョンヘッ
ドを設け、酸素ガスをウェハの上方からシャワー状に供
給する。

【０００４】すなわち、この従来技術では、シャワー状
に供給した酸素ガスを紫外線ランプによって励起してオ
ゾンを発生させ、このオゾンガスによってウェハ表面の
フォトレジストをウェハの表面から離脱させ、排気ノズ
ルを通じて外部に排気するようにしている。

【０００５】しかし、この従来技術では、ウェハの温度
制御はウェハ載置台（サセプタ）に設けたヒータのみに
よってしか行っていないために、ウェハ温度を冷却する
際には、自然放熱に頼るしかなく、ウェハを所定の温度
に制御するためには、精度及び速度的に問題がある。

【０００６】また、他の従来技術として、特開昭６２−
１６９３３０号公報に示されるものがある。この従来技
術は、半導体露光装置において、ウェハ上にフォトマス
クパターンを転写するに当たってのウェハまたはマスク
の温度制御に関するもので、ウェハ支持台（ウェハチャ
ック）の下部に画成した室にヒータおよび温度検出のた
めの白金温度抵抗体を設けるとともに、上記ウェハ支持
台の下部に画成した室に冷却用エアを循環させるように
している。この従来構成によれば、加熱はヒータによっ
て行い、冷却は冷却エアを流す事によって行うようにし
ており、余熱をもつヒータ及びウェハ支持台の両方を冷
却エアによって冷却する事ができる。

【０００７】しかし、この従来技術では、冷却処理をウ
ェハ支持台の下部に画成した室に冷却用エアを循環させ
ることによって行い、加熱処理はヒータによって行うよ
うにしているので、加熱冷却共に熱交換効率が悪く、ウ
ェハを所定の温度に達するまでに時間がかかるという問
題がある。

【０００８】また、他の従来技術として、特開平５−２
１３０８号公報に示されたものがある。この従来技術は
Ｘ線露光装置におけるウェハ温度制御装置に関するもの
で、ウェハ支持台（吸着ブロック）の下に複数のペルチ
ェ素子、ヒートパイプ、冷却ブロックを順次積層し、ヒ
ートパイプによって熱の拡散を速やかに行いつつペルチ
ェ素子によって温度制御を行うようにしている。

【０００９】しかしこの従来技術では、基本的にはペル
チェ素子による温度制御であるため、制御可能な温度範
囲に限りがあり、また熱交換効率も悪いため、制御する
温度範囲が広い場合に、ウェハを所望の温度に達するま
でに時間がかかるという問題がある。

【００１０】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、熱交換効率のよい温度制御によってウェハな
どの被温度制御対象物を速やかに所望の温度に制御する
温度制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】また、この発明は、広い温度範囲の中で複
数の異なる温度制御の目標値があってこれら複数の異な
る目標値間を周期的に移動させるような温度制御におい
て、被温度制御対象物を速やかに前記複数の目標値に制
御することができる温度制御装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用効果】この発明で
は、温度制御対象物を支持する支持プレートと、この支
持プレートの下部にその上部壁面が当接するように設け
られた流体噴出室と、この流体噴出室の上部内壁面に対
して流体を噴出する複数の流体噴出孔と、この流体噴出
孔に対し所定の温度に調整された流体を供給する流体供
給手段と、前記複数の流体噴出孔から噴出された流体を
前記流体噴出室から排出する流体排出手段とを備えるよ
うにしたことを特徴とする。

【００１３】係る発明によれば、温度制御対象物を支持
する支持プレートの下部に配した流体噴出室の上部内壁
面に対して所定の温度に調整された流体を噴出するよう
にして、温度制御対象物を温度制御するようにしてい
る。すなわち、前記支持プレートを介して温度制御対象
物と前記流体噴出室の上部壁面との間で熱交換を行うこ
とで、温度制御対象物を温度制御するようにしている。

【００１４】したがってこの発明によれば、従来に比べ
熱交換効率を上げる事ができ、温度制御対象物を速やか
に所望の温度に制御することができるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施例を添付図面
に従って詳細に説明する。

【００１６】半導体製造工程において、レジスト膜は、
通常次のようなプロセスを経て成膜される。

【００１７】(1)ウェハ洗浄 (2)レジストコーティング (3)プリベーク＋クーリング (4)露光 (5)現像 (6)リンス (7)ポストベーク＋クーリング (8)エッチングここで、上記プリベーク工程では、ベーキング温度は１
１０゜Ｃ〜１３０゜Ｃに設定され（プロセスによって異
なる）、またこのプリベーク工程の次に行われるクーリ
ング工程ではその目標温度は例えば２０゜Ｃ程度の室温
温度に設定される。

【００１８】また、上記ポストベーク工程では、ベーキ
ング温度は１２０゜Ｃ〜１５０゜Ｃに設定され（プロセ
スによって異なる）、またこのポストベーク工程の次に
行われるクーリング工程ではその目標温度は例えば２０
゜Ｃ程度の室温温度に設定される。

【００１９】上記プリベーク工程の次工程は露光であ
り、また上記ポストベーク工程の次工程はエッチングで
あるので、これらの工程にすぐに移行できるようにする
ためには、ウァハの温度分布にかなり厳しい条件が要求
される。

【００２０】以下に示す実施例の温度制御装置は、上記
プリベーク＋クーリング工程またはポストベーク＋クー
リング工程に用いられるもので、最初にウェハを高温に
加熱し（ベーキング工程）、その後このウェハを室温程
度まで冷却する（クーリング工程）というサイクルをウ
ァハ単位に数１０秒間隔で繰り返す。すなわち、この場
合は、加熱の際の目標温度と冷却の際の目標温度という
２つの目標温度をもっており、加熱冷却が交互に繰り返
されることになる。

【００２１】［第１実施例］図１〜図３にこの発明の第
１実施例を示す。

【００２２】図１において、ウェハ１は、放吸熱プレー
ト２を挿通した複数のピン３（この場合４本、図２参
照）によって支持されている。各ピン３は、プレート２
の上面から例えば0.1mm程度突出しており、ウェハ１と
プレート２との間には極く僅かの隙間が形成されてい
る。なお、図２は、図１のウェハ１を省略してプレート
２を上方から見た平面図である。

【００２３】放吸熱プレート２は熱伝導率の高い材質
（アルミニウムや銅）で構成されており、ウェハ１との
熱交換がウェハ１の全面に亘って均一に行われるために
設けられている。放吸熱プレート２としてヒートパネル
を用いるようにしてもよい。

【００２４】プレート２と基台５との間には、複数の
（この場合図２に示すように９個）ペルチェ素子（熱電
素子）４が接合されている。ペルチェ素子４は、周知の
ように、多数のＰ型半導体ピースとＮ型半導体ピースと
を２次元平面上に交互に配列するとともに、これらＰ型
半導体ピースとＮ型半導体ピースとを多数の平面電極を
用いて電気的に接続したもので、このペルチェ素子４に
直流電流を供給すると、ペルチェ効果が生じて一方の面
で吸熱を行い他方の面で放熱を行うように動作する。

【００２５】すなわち、これらのペルチェ素子４は、基
台５と放吸熱プレート２との間で熱の運搬を行うと共
に、微妙な温度制御を行うために設けられている。

【００２６】基台５もプレート２と同様、熱伝導率の高
い材質（アルミニウムや銅）で構成されている。この基
台１のペルチェ素子４が接合されていない部位にウェハ
１を支持する複数のピン３が螺着されている。

【００２７】基台５の下は、複数の（９個）ペルチェ素
子に対応して複数（９個）の流体噴出室６に画成されて
おり、各流体噴出室６の中央には、流体噴出７に接続さ
れた流体噴出ノズル８が配置されている。すなわち、ペ
ルチェ素子４が配置されていない基台５の領域Ｅ（図２
参照）は、直接熱交換には寄与しないので、この場合に
は、複数のペルチェ素子に対応して流体噴出室を仕切
り、基台５のこれらの領域には流体を接触させないよう
にしている。

【００２８】流体噴出管７には、切替えバルブ９、供給
路１０、絞り１１を介して高温流体と低温流体とが供給
されるようになっており、絞り１１によって流体噴出管
７での流速が速くなるようになっている。

【００２９】流体噴出ノズル８には、図３に示すよう
に、多数の小さな噴出孔が形成されており、シャワー状
の高速流体を流体噴出室６の天井を構成する基台５の下
面に対し放射状に噴出する。

【００３０】流体噴出室６は、じょうごのように、その
断面は上から下に向かって徐々に断面積が小さくなるよ
うに形成されており、その最下部には流体戻り管１２が
接続されている。流体戻り管１２は、排出路１３を介し
て切替えバルブ１４に接続されており、切替えバルブ１
４の切替えによって高温流体はヒータ１５に供給されて
再加熱されるとともに、低温流体はチラー１６に供給さ
れて再冷却が行われるようになっている。ヒータ１５お
よびチラー１６とバルブ９の間には、ポンプ１７および
１８がそれぞれ接続されており、再加熱／再冷却した流
体が再度バルブ９に循環されるようになっている。

【００３１】ここで、この第１の実施例では各流体噴出
室６は密閉されている。したがって、この場合には流体
が充満された流体噴出室６に対して噴出ノズル８からジ
ェット流が噴出することによって流体噴出室６に図１の
矢印で示すような強制対流を発生させ、該強制対流によ
って基台５の下面を加熱または冷却するようにしてい
る。

【００３２】なお、上記構成において、各流体噴出室６
を画成するための側壁部は１９は、熱伝導率の悪い材質
で構成し、噴出流体の熱が基台５を介してペルチェ素子
４に効率よく伝達されるようにしている。

【００３３】高温流体としては、その目標温度に応じ
て、フロリナート（登録商標）、エチレングリコール、
オイル、水などの液体、さらには窒素、空気、ヘリウム
等の気体が適宜選択して使用される。

【００３４】低温流体としては、フロリナート、エチレ
ングリコール、水、オイルなどの液体、空気、窒素、ヘ
リウム等の気体が使用される。

【００３５】かかる構成において、ウェハの温度を１２
０゜Ｃと２０゜Ｃに数１０秒間隔で交互に温度制御する
場合の動作について説明する。すなわち、ウェハの温度
を１２０゜Ｃにして行うベーキング工程と、ウェハの温
度を２０゜Ｃに冷却するクーリング工程とを交互に実行
する。

【００３６】まず、レジストが塗布されたウェハ１が搬
入されてピン３上に載置される。この段階で、ヒータ１
５によって高温流体が１２０゜Ｃ近傍の温度に調整され
ており、該高温流体をポンプ１７によってバルブ９、供
給路１０、絞り１１を介して流体噴出管７に導入する、
流体噴出管７内の高温流体は、絞り１１を通過すること
によりその流速が速められ、さらに流体噴出ノズル８の
多数の噴出孔を介することによりジェット状になって流
体が充満された流体噴出室６に噴出される。該噴出され
た高温流体は、流体噴出室６の天井を構成する基台５の
下面に衝突される。この流体の衝突によって基台５の下
面の熱伝達係数が上がることになり、基台５のペルチェ
素子４に接する上面を高速に高温流体の温度に近づける
ことができる。そして、基台５に伝達された熱は、ペル
チェ素子４およびプレート２を介してウェハ１に伝達さ
れる。

【００３７】この場合、微妙な温度制御はペルチェ素子
を駆動制御して実行する。すなわち、基台５またはプレ
ート２の温度を図示しないセンサによって検出し、該検
出温度に基づいてペルチェ素子を駆動制御することによ
り、ウェハ１の温度を目標温度１２０゜Ｃに制御する。

【００３８】なお、流体噴出室６においては、高温流体
が満たされているために、流体噴出ノズル８を介して噴
出された高温流体の量分の流体が流体戻り管１２を介し
て排出路に１３に排出される。

【００３９】このようにして、ウェハ温度を１２０゜Ｃ
まで加熱して行われるベーキング工程が終了すると、今
度はウェハ温度を２０゜Ｃまで冷却するクーリング工程
を実行する。

【００４０】まず、バルブ９を低温流体側に切替え、チ
ラー１６から２０゜Ｃ近傍の温度の低温流体を前記同様
にして、流体噴出管７に供給する。流体噴出管７に供給
された低温流体は、流体噴出ノズル８を介してジェット
状になって噴出され、前記同様の作用によって基台５の
下面を速やかに２０゜Ｃ近くに冷却する。すなわち、こ
の場合は、ウェハ１の熱がプレート２、ペルチェ素子
４、基台５を介して放熱されることにより、ウェハ１が
冷却される。この冷却の際にも、微妙な温度制御はペル
チェ素子を駆動制御して実行する。すなわち、基台５ま
たはプレート２の温度を前記同様図示しないセンサによ
って検出し、該検出温度に基づいてペルチェ素子を駆動
制御することにより、ウェハ１の温度を目標温度２０゜
Ｃに制御する。

【００４１】以上のようにして、ウェハ１のクーリング
工程が終了すると、ウェハは装置の外に搬出され、代わ
りにレジストが塗布された新たなウェハが搬入され、前
記同様に加熱、冷却される。

【００４２】かかる構成によれば、流体噴出ノズル８か
ら噴出された流体は、基台５の下面に接触して熱を吸収
或いは放熱して即座に新しい流体と入れ替わるようにし
て熱交換が行われるので、基台５の下面には常に所望の
温度に近い温度の流体が供給されることになり、この結
果ウェハ１を高速に所望の温度に温度制御することがで
きるようになる。

【００４３】また、上記実施例によれば、噴出流体によ
って基台５の温度を目標温度近くまで加熱又は冷却した
状態で該基台５に当接するペルチェ素子４によって温度
調整を行うようにしたので、ペルチェ素子の機能を有効
に使用することができ、その熱応答性は極めて高いもの
となる。すなわち、ペルチェ素子には、高温側と低温側
の接合部の温度差が小さいほうが吸熱量が大きいという
性質があるので、上記噴出流体によって基台５の温度を
目標温度近くまで加熱又は冷却することで、ペルチェ素
子の接合部の温度差を小さくし、これにより熱応答性よ
くペルチェ素子による温度制御を行うようにしているの
である。

【００４４】なお、図１の切替えバルブ９によって流体
を切替える際、流体が供給路１０を通過する時間による
遅れ分を考慮して、図４に示すように、工程開始の時点
より早めに切替えバルブ９を切り換えるようにすれば、
ウェハ１をより高速に所望の温度に加熱冷却することが
可能になる。

【００４５】すなわち、ベーキング工程開始の所定時間
ｔ1前にバルブ９を切り換えて供給流体を高温流体から
低温流体に切り換えるとともに、クーリング工程開始の
所定時間ｔ2前にバルブ９を切り換えて供給流体を低温
流体から高温流体に切り換えるようにする。

【００４６】なお、この第１の実施例において、流体噴
出室６の仕切りを無くして１つの流体噴出室とし、流体
戻り管１２および排出路１３を１つにしてもよい。さら
に、流体噴出管７も１つにして、噴出ノズル８を基台５
の下面全体をカバーできる大面積として、ジェット流を
噴出させるようにようにしてもよい。

【００４７】また、噴出ノズル８として、図５(a)に示
すような竜巻型の旋回流を発生させる旋回流ノズル２０
を用いるようにしてもよい。

【００４８】この旋回流ノズル２０は、ノズル先端に円
錐状のくぼみ２１を有し、その斜面に４つの孔２２が形
成されており、これらの孔はノズルの円錐部の壁面の厚
みを利用して、図５(b)(c)に示すように、流体が円錐部
の周面に沿って噴出されるように空けられている。これ
らの孔２２から噴出された流体は、円錐部の周面に沿う
方向の速度成分と上方への速度成分を有しているため
に、竜巻状の旋回流となって噴出されることになる。

【００４９】かかる旋回流ノズル２０によれば、上方方
向への速度成分の他に旋回方向の速度成分を持っている
ために、殆ど上方への速度成分しか持たない図１の実施
例のノズルに比べ、流体噴出室６の側面および天井部に
長時間接することになり、熱交換効率を上昇させること
ができる。

【００５０】なお、この旋回流ノズルは、図１に示す実
施例のように、各流体噴出室別に設けるようにしてもよ
いが、流体噴出室の仕切りを無くして１つの流体噴出管
で流体を供給するようにした場合にも採用することがで
きる。この場合は、旋回流ノズルを基台５の下面全体を
カバーできる大面積として、円錐部２１の周面に沿って
旋回流が発生するように多数の孔を形成するようにすれ
ばよい。この場合は、基台５の下側で１つの大きな旋回
流が形成されることになる。

【００５１】また、上記実施例では、基台５からプレー
ト２への熱エネルギーの運搬を行う熱エネルギー運搬手
段として、ペルチェ素子を用いるようにしたが、このペ
ルチェ素子の代わりに多数のヒートパイプが併設された
ヒートパネルを用いるようにしてもよい。さらに、上記
熱エネルギー運搬手段としてヒートパネルおよびペルチ
ェ素子の両方を用いるようにしてもよい。この際、ヒー
トパネルとペルチェ素子の上下関係は任意である。

【００５２】また、ウェハ支持プレート２およびペルチ
ェ素子４の代わりにヒートパネルを用いるようにすれ
ば、コンパクトな構成で均一に熱を伝えることができ
る。

【００５３】［第２実施例］図６にこの発明の第２の実
施例を示す。

【００５４】この第２の実施例では、流体噴出室３０を
密閉するのではなく、流体噴出室３０を開口部３１によ
って開放するとともに、流体噴出室３０の上方に多孔板
３２を配設して噴出された流体の乱流効果を向上させる
ようにしている。

【００５５】また、この第２実施例では、流体噴出室３
０は各ペルチェ素子毎に画成するのではなく、仕切りを
無くして１つの流体噴出室とし、流体戻り管１２を１つ
にするようにしている。

【００５６】また、この場合、流体供給路１０を介して
供給された流体は、たまり部３４で一旦貯められた後、
流体噴出室３０の天井部の全面をカバーするように配置
された複数の噴出ノズル３５を介して噴出される。各噴
出ノズル３５は、図７に示すように、多数の孔３６が形
成されており、これらの孔３６を介して流体をシャワー
状に噴出する。なお、噴出ノズル３５の径を小さくし、
これら多数の噴出ノズルにそれぞれ１つの噴出孔を形成
するようにしてもよい。

【００５７】かかる第２の実施例によれば、流体噴出室
３０が開口部３１によって開放されているために、複数
のノズル３５から噴出された流体は、先の第１の実施例
とか異なり、空間を通って流体噴出室３０の天井を構成
する上部内壁面５に衝突されることになるので、先の第
１の実施例に比べ噴出流の流速が増すと共に、流体噴出
室の天井には常に新しい流体のみが衝突することにな
り、熱交換が速やかに行われる。したがって、この実施
例は流体の温度を頻繁に切り換えてウェハの温度を制御
する際に、特に有効である。

【００５８】また、第２の実施例のように流体噴出室３
０を解放した場合、高温流体を噴出した場合の噴出室３
０の内壁面の熱膨張を吸収することができるので、放吸
熱プレート２の平坦度が保たれ、ウェハ１を均一に加熱
することができる。

【００５９】また、この実施例の場合、流体の供給を止
めると、直ちに流体と上部内壁面５との熱的コンタクト
が切れるので、その熱応答性は極めて高い。

【００６０】流体噴出室３０の天井に衝突された流体
は、流体噴出室３０の室下部に流下して流体戻り管１２
を介して室外に排出される。流体噴出室３０の底面は傾
斜が付けられ、自然に流体戻り管１２に流体が流れ落ち
るようになっている。

【００６１】この場合、流体は、たまり部３４で一旦貯
めれた後複数のノズル３５を介して噴出されるようにな
っているので、流体噴出室３０の天井全面に亘ってより
均一な流速で衝突されることになり、流体噴出室３０の
天井部の温度均一性の面でも有利である。

【００６２】なお、たまり部３４の厚さは、できるだけ
薄くしてその熱容量を小さくするようにしたほうが望ま
しい。すなわち、たまり部３４を薄くすれば、当然その
容積も小さくなり、流体を高温流体と低温流体に切り換
える際に先に貯められていた流体の温度の悪影響が少な
くて済むからである。なお、この場合、薄くしたたまり
部を支えるために、柱などの補強部材を設けるようにし
てもよい。

【００６３】また、複数のノズル３５の間隔を近接させ
るようにすれば、１つのノズルから噴出される末広がり
のジェット流とこれに隣接したノズルから噴出されるジ
ェット流が重なるようになり、流体噴出室３０の天井部
の温度均一性の面で更に有利である。すなわち、ノズル
３５から噴出された流体は、山型の流速空間分布をもつ
ために、山のすそ部を重複させることで、その流速分布
を流体噴出室３０の天井全面に亘って均一にするのであ
る。

【００６４】なお、この第２の実施例のように、流体噴
出室３０を開放する技術を先の第１の実施例に適用する
ようにしてもよい。この場合、ペルチェ素子単位に画成
された各流体噴出室６毎に開口部を設けるようにすれば
よい。

【００６５】また、この第２の実施例において、熱殿素
子の代わりにヒータを設けるようにしてもよい。

【００６６】［第３実施例］図８にこの発明の第３実施
例を示す。図８(b)は図８(a)のＡ−Ａ断面を示すもので
ある。

【００６７】上記第１及び第２の実施例では、流体噴出
ノズル８、３５は高温流体用及び低温流体用に共用する
ようにしたが、この第３の実施例では、高温流体用の噴
出ノズルと低温流体用の噴出ノズルを各別に設けるよう
にする。すなわち、流体供給路と排出路を高温用と低温
用とに別個に設けている。

【００６８】すなわちこの第３実施例では、多数の高温
流体用の噴出ノズル４０が形成された高温流体供給管４
１と、多数の低温流体用の噴出ノズル４２が形成された
低温流体供給管４３とを櫛形に形成し、これらを噛み合
うように配置するようにしている。

【００６９】高温流体は、バルブ４４を介して高温流体
供給管４１に供給されて噴出ノズル４０から噴出され
る。この際、バルブ１００は開かれ、バルブ１０１は閉
じられている。噴出された高温流体は、流体噴出室４６
の上部内壁面に衝突したした後、バルブ１００、排出管
４７を介して排出される。

【００７０】低温流体は、バルブ４５を介して低温流体
供給管４３に供給されて噴出ノズル４２から噴出され
る。この際、バルブ１００は閉じられ、バルブ１０１は
開かれている。噴出された低温流体は、流体噴出室４６
の上部内壁面に衝突したした後、バルブ１０１、排出管
４８を介して排出される。

【００７１】この場合、流体噴出室は第１の実施例のよ
うに密閉するようにしてもよく、あるいは第２の実施例
のように開放するようにしてもよい。

【００７２】このように、この第３実施例では、流体噴
出室４６に対する高温流体用の噴出経路と低温流体用の
噴出経路を別置し、一方の流体の供給を行っている際に
は他方の流体の供給を停止させるようにしたので、高温
流体供給経路と低温流体供給経路間で余計な熱の授受が
なくなり、より高速且つ効率のよいウェハの温度制御を
なし得る。また、流体排出経路も高温用と低温用とを別
個に設けるようにしたので、さらに高速且つ効率のよい
ウェハの温度制御をなし得る。

【００７３】［第４実施例］図９にこの発明の第４実施
例を示す。

【００７４】この第４実施例では、加熱は流体を用いる
ことなくヒータ５０のみによって行い、冷却のみを低温
流体を用いて行うようにしている。

【００７５】すなわち、図９に示すように、ウェハ１の
下のプレート２の下にヒータ５０を配設し、ヒータ５０
の下の流体噴出室５１の天井部を構成する上部内壁面５
２には、低温流体のみを噴出するようにする。流体噴出
室５１の構造は、先の第１実施例のように密閉するよう
にしてもよく、また第２の実施例のように開放するよう
にしてもよい。また、流体噴出室５１を仕切る／仕切ら
ない構成も任意である。

【００７６】すなわち、図９の実施例によれば、ウェハ
１を加熱する際には、ヒータ５０のみを用いてプレート
２の表面温度を目標温度に制御する。

【００７７】また、ウェハ１を冷却する際には、供給す
る低温流体の温度を目標温度より少し低い温度に調整し
（例えば目標温度が２０゜Ｃのときにはこれより若干低
い温度例えば１５゜Ｃに調整する）、この低温流体を流
体噴出室５１の上部内壁面５２に向かって噴出させる。
すなわち、目標温度より少し低めの低温流体を流体噴出
室５１の上部内壁面５２に噴出するようにすれば、流体
噴出室５１の上部内壁面５２は過冷却ぎみになるので、
この過冷却分をヒータ５０の発熱によって相殺して、目
標温度になるように制御するのである。

【００７８】上記ヒータ５０としては、ペルチェ素子を
用いるようにしてよいが、電気ヒータを用いてもよい。
また、放吸熱プレート２としては、熱伝達率良いアルミ
ニウム等で構成してもいいし、ヒートパイプのような熱
拡散性を高いものを用いるようにしても良い。

【００７９】なお、ウェハの加熱の際に流体噴出室５１
に高温流体を供給して、高温流体とヒータ５０によって
加熱制御を行うようにしてもよい。

【００８０】［第５実施例］図１０にこの発明の第５実
施例を示す。

【００８１】この第５実施例では、先の各実施例によう
に、流体噴出室の上部内壁面に高温流体及び低温流体を
噴射してウェハの加熱冷却処理を行う第１の構成に対
し、高温ガスおよび低温ガスを上部からウェハに吹き付
ける第２の構成を付加するようにして、ウェハの加熱冷
却処理を補助加速するようにしている。

【００８２】図１０においては、上記第１の構成として
第１の実施例の構成を採用しており、重複する説明は省
略する。

【００８３】図１０において、第１の実施例の温度制御
装置はウェハ１とともに温度制御室６０内に収容されて
いる。ウェハ１の上方にはガス供給ノズル６１が設けら
れ、このガス供給ノズル６１から切替えバルブ６２を介
して供給された高温ガスまたは低温ガスを噴出する。ま
た、温度制御室６０内のガスは排気孔６３を介して排気
される。排気管路にはバルブ６４が設けられ、該バルブ
６４の切替えによって通常の排気通路６５と真空ポンプ
６６側の排気通路とを切り換える。

【００８４】かかる図１０の実施例を用いてベーキング
工程及びクーリング工程を実行する際には、図１１に示
すような温度制御を実行する。

【００８５】すなわち、ベーキング工程の際には、ヒー
タ１５から高温流体を流体噴出管７に導入してこの高温
流体を噴出ノズル８を介して基台５の下面に噴出すると
ともに、高温ガスをバルブ６２を介してガス供給ノズル
６１から噴出する。

【００８６】また、クーリング工程の際には、バルブ９
を低温流体側に切替えてチラー１６からの低温流体を流
体噴出管７に導入して低温流体を噴出ノズル８を介して
基台５の下面に噴出するとともに、低温ガスをバルブ６
２を介してガス供給ノズル６１から噴出する。

【００８７】このようにウェハ１の下面および上方から
の温度伝達によってウェハ１の温度は上昇、下降する
が、ウェハ１の温度が所定の温度以上になるとレジスト
溶媒の蒸発温度域に入るために、この温度域ではウェハ
表面の温度ばらつきをできるだけ小さくする必要があ
る。

【００８８】そこで、この実施例では、加熱および冷却
工程中において、ウェハ温度がレジスト溶媒の蒸発温度
以上になっている領域では、ガス供給ノズル６１からの
高温ガスおよび低温ガスの噴出を停止させるようにして
いる。

【００８９】さらに、より厳しい条件が要求される場合
には、前記ガス停止の際に、真空ポンプ６６を用いて温
度制御室６０内を真空にするようにして、温度分布制御
の外乱を無くするようにしてもよい。

【００９０】なお、この実施例において、ガス供給ノズ
ル６１からの噴出ガスは、加熱の際のみまたは冷却の際
のみに用いるようにしてもよい。

【００９１】［第６実施例］図１２にこの発明の第６実
施例を示す。

【００９２】この第６実施例では、気体が混合された液
体をミスト状にして流体噴出室の上部内壁面に噴出する
ようにしている。

【００９３】図１２において、高温液体は高温液体供給
路７０を介して複数の高温用ミストノズル７１に供給さ
れている。また、Ｎ2あるいはＨｅなどの高温ガスが高
温気体供給源７２から供給され、ポンプ７３によって高
温液体供給路７０の途中で高温液体に混合されるように
なっている。

【００９４】また、低温液体は低温液体供給路７４を介
して複数の低温用ミストノズル７５に供給されている。
一方、空気あるいはＮ2などの低温ガスが低温気体供給
源７６から供給され、ポンプ７７によって低温液体供給
路７４の途中で低温液体に混合されるようになってい
る。

【００９５】流体噴出室７８の上には、ペルチェ素子、
電気ヒータなどのヒータ５０、放吸熱プレート２、ウェ
ハ１が積層されている。

【００９６】流体噴出室７８の天井面のヒータ５０が置
かれている領域７９は熱伝達率のよいアルミニウム等の
材料で構成されているが、それ以外の領域８０は熱伝達
率の悪い材料で構成するようにしている。

【００９７】流体噴出室７８のミストノズル７１、７５
の上方には、多孔板３３が設けられ、乱流効果をさらに
向上させるようにしている。

【００９８】すなわち、この実施例では、ミスト状流体
を流体噴出室７８の上部内壁面７９に噴出することで、
乱流効果を得て伝熱能力を向上させるとともに、たまり
部が無くても流体を流体噴出室７８の上部内壁面７９に
均一に当てることができるようにしている。

【００９９】なお、この実施例において、上部内壁面７
９に凹凸等を設ける、突起設ける、削るなどして内壁面
７９の表面を荒らすことによって乱流効果をさらに高め
るようにしてもよい。

【０１００】また、噴出したミスト状流体が上部内壁面
７９と熱の授受を行っ後流下してノズル７１、７５の熱
を奪わないように、ノズル７１、７９の噴出孔除いた領
域にプロテクタをかぶせるようにしてもよい。

【０１０１】［変形例］なお、上記各実施例で用いた各
種の制御構成はその実施例以外の他の実施例に適用する
ようにしてもよい。

【０１０２】また、温度制御において、目標温度が３つ
以上複数ある場合は、目標温度に対応する数の異なる温
度を有する流体を供給するようにすればよい。

【０１０３】さらに、この発明は、半導体ウェハ以外の
温度制御対象物に対しても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す図。

【図２】第１実施例の熱電素子などの配置例を示す平面
図。

【図３】第１実施例における流体噴出ノズルの平面図。

【図４】第１実施例におけるバルブ切替えタイミングを
示す図。

【図５】旋回流ノズルを示す図。

【図６】この発明の第２実施例を示す図。

【図７】第２実施例における流体噴出ノズルの平面図。

【図８】この発明の第３実施例を示す図。

【図９】この発明の第４実施例を示す図。

【図１０】この発明の第５実施例を示す図。

【図１１】第５実施例における液体およびガスの供給タ
イミングを示す図。

【図１２】この発明の第６実施例を示す図。

【符号の説明】

１…ウェハ２…放吸熱プレート３…ピン４
…熱電素子５…基台６，３０，４６、５１，７８…流体噴出室７…流体噴出管８，３５，４０，４２，７１，７５
…流体噴出ノズル９，１４，４４，４５，６２，６４…バルブ１０…
流体供給路１１…しぼり１２…流体戻り管１３，４７，４
８…排出路１５…ヒータ１６…チラー１７，１８，７３，
７７…ポンプ２０…旋回流ノズル２１…くぼみ２２…孔３
１…開孔部３３…多孔板３４…溜まり部５０…ヒータ
６０…温度制御室６１…ガス噴出ノズル６６…真空ポンプ７２…
高温気体供給源７６…低温気体供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳永裕之神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者門谷 ▲かん▼一神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度制御対象物を支持する支持プレート
と、この支持プレートの前記温度制御対象物を支持する面と
反対側の面に対して流体を噴出する複数の流体噴出孔
と、これら複数の流体噴出孔に所定の温度に調整された流体
を供給する流体供給手段と、前記複数の流体噴出孔から噴出された流体を排出する流
体排出手段と、を備えるようにしたことを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】温度制御対象物を支持する支持プレート
と、この支持プレートの下部にその上部壁面が当接するよう
に設けられた流体噴出室と、この流体噴出室の上部内壁面に対して流体を噴出する複
数の流体噴出孔と、この流体噴出孔に対して所定の温度に調整された流体を
供給する流体供給手段と、前記複数の流体噴出孔から噴出された流体を前記流体噴
出室から排出する流体排出手段と、を備えるようにしたことを特徴とする温度
制御装置。
【請求項３】前記支持プレートは、温度制御対象物を支持して前記温度制御対象物に対して
放熱および吸熱をおこなう放吸熱プレート部材と、この放吸熱プレート部材と前記流体噴出室の上部壁面と
の間に配設されて、前記放吸熱プレート部材と前記流体
噴出室の上部壁面との間で熱の運搬を行う熱運搬手段
と、を具える請求項２記載の温度制御装置。
【請求項４】前記熱運搬手段は熱電素子であることを特
徴とする請求項３記載の温度制御装置。
【請求項５】前記放吸熱プレート部材はヒートパネルで
ある請求項３記載の温度制御装置。
【請求項６】前記熱運搬手段はヒートパネルと熱電素子
が積層されたものである請求項３記載の温度制御装置。
【請求項７】前記支持プレートはヒートパネルである請
求項２記載の温度制御装置。
【請求項８】前記熱運搬手段は複数の並設された熱電素
子であり、前記流体噴出室は、これら複数の並設された熱電素子に
対応して複数の室に画成され、これら画成された複数の
流体噴出室毎に、１または複数の流体噴出孔を有する流
体噴出ノズルを少なくとも１つ具える請求項２記載の温
度制御装置。
【請求項９】前記流体噴出孔は前記流体供給手段の流体
供給路の先端部に設けられた流体噴出ノズルに形成さ
れ、この流体噴出ノズルは、旋回流を流体噴出室の上部
内壁面に対して噴出する旋回流ノズルであることを特徴
とする請求項２記載の温度制御装置。
【請求項１０】前記流体噴出室は密閉室であることを特
徴とする請求項２記載の温度制御装置。
【請求項１１】前記流体噴出室は開放室であることを特
徴とする請求項２記載の温度制御装置。
【請求項１２】前記流体噴出孔は前記流体供給手段の流
体供給路の先端部に設けられた流体噴出ノズルに形成さ
れ、この流体噴出ノズルは流体供給手段から供給された
流体を一旦蓄積するたまり部を有する請求項２記載の温
度制御装置。
【請求項１３】前記複数の流体噴出孔は、各噴出孔から
噴出された流体が少なくとも隣接した流体噴出孔からの
噴出流体と一部が重なるように、近接して配置されてい
る請求項２記載の温度制御装置。
【請求項１４】少なくとも前記温度制御対象物および前
記支持プレートを収容する温度制御室と、この温度制御室内の前記温度制御対象物の上方に設けら
れて、前記温度制御対象物に対してガスを噴出する複数
のガス噴出孔と、このガス噴出孔に対し所定の温度に調整されたガスを供
給するガス供給手段と、前記温度制御室内のガスを排出するガス排出手段と、を更に備えるようにしたことを特徴とする請求項２記載
の温度制御装置。
【請求項１５】前記温度制御対象物は半導体ウェハであ
り前記流体供給手段は前記半導体ウェハのベーキング処
理用の高温流体および半導体ウェハの冷却処理用の低温
流体を切り換えて供給するものであり、前記ガス供給手段は、前記半導体ウェハのベーキング処
理用の高温ガスおよび前記冷却処理用の低温ガスを前記
ベーキング処理および冷却処理の何れか一方または両方
の処理の際に供給することを特徴とする請求項１４記載
の温度制御装置。
【請求項１６】前記温度制御対象物は半導体ウェハであ
り前記流体供給手段は前記半導体ウェハのベーキング処
理用の高温流体および半導体ウェハの冷却処理用の低温
流体を切り換えて供給するものであり、前記ガス供給手段は前記半導体ウェハのベーキング処理
用の高温ガスおよび前記冷却処理用の低温ガスを切り換
えて供給するものであって、前記流体供給手段およびガス供給手段から高温流体及び
高温ガスを夫々供給して行うベーキング処理と、前記流
体供給手段およびガス供給手段から低温流体及び低温ガ
スを夫々供給して行う冷却処理とを交互に行わせる制御
手段と、これらベーキング処理及び冷却処理の際、前記半導体ウ
ェハの温度がレジスト溶媒の蒸発温度に対応する所定の
温度より低いときには前記ガス供給手段によるガスの供
給を行い、前記半導体ウェハの温度が前記所定の温度を
超えたときは前記ガス供給手段によるガスの供給を停止
するガス供給制御手段とを更に備えるようにした請求項
１４記載の温度制御装置。
【請求項１７】前記ガス供給制御手段は、半導体ウェハ
の温度が前記所定の温度を超えたときに、前記温度制御
室内を真空にする制御を行う請求項１６記載の温度制御
装置。
【請求項１８】前記流体供給手段は所定の温度の液体を
供給するものであり、前記流体噴出孔は前記流体供給手段の流体供給路の先端
部に設けられた流体噴出ノズルに形成され、この流体噴
出ノズルは１または複数の噴出孔を有するミストノズル
であり、前記流体供給手段によって供給される液体に気体を混入
する気体混入手段を更に具え、前記ミストノズルの噴出孔からミスト状の液体を噴出す
るようにしたことを特徴とする請求項２記載の温度制御
装置。
【請求項１９】前記支持プレートは、温度制御対象物を支持して前記温度制御対象物に対して
放熱および吸熱をおこなう放吸熱プレート部材と、この放吸熱プレート部材と前記流体噴出室の上部壁面の
間に配設されて、前記放吸熱プレート部材と前記流体噴
出室の上部壁面との間で熱の運搬を行うとともに、前記
放吸熱プレート部材を介して前記温度制御対象物を加熱
するヒータ手段とを有することを特徴とする請求項２記
載の温度制御装置。
【請求項２０】前記流体供給手段は、前記流体噴出孔に
対し前記温度制御対象物を冷却するための所定の温度に
調整された低温流体または前記温度制御対象物を加熱す
るための所定の温度に調整された高温流体を供給する請
求項１９記載の温度制御装置。
【請求項２１】前記流体供給手段は、温度の異なる複数の流体を各別に供給する複数の流体供
給路と、これら複数の流体供給路の流体を切り換えて前記流体噴
出孔に供給する流体切替え手段と、を有する請求項２記載の温度制御装置。
【請求項２２】前記流体供給手段は温度の異なる複数の
流体を各別に供給する複数の流体供給路を有し、前記流体噴出孔は、これら複数の流体供給路に対応して
各別に設けられる請求項２記載の温度制御装置。