JPH10339591A

JPH10339591A - ヒートパイプを利用した温度制御装置

Info

Publication number: JPH10339591A
Application number: JP9152705A
Authority: JP
Inventors: Kanichi Kadotani; ▲かん▼一門谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高い均熱性が実現でき且つ加熱と冷却とが高
速に行えるヒートパイプを利用した温度制御装置を提供
する。【解決手段】ヒートパネル２の上面上に温度制御対象
の基板１が載置される。ヒートパネル２には、そのほぼ
全面に亘って、均一密度で木目の細かいヒートパイプ網
が形成されている。ヒートパネル２の上面は平坦で下面
は凹凸があることが望ましい。ヒートパネル２の下面に
は、冷却時には多数の噴射ノズル６から低温液体のシャ
ワーが吹きつけられ、加熱時には多数のランプ２３から
赤外線のシャワーが照射される。噴射ノズル６及びラン
プ２３は、ヒートパネル２の下面全体に均一に液体シャ
ワー及び赤外線シャワーを当られるように設計されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、半導体ウェハのような平
板状の物体又は壁面のような平面の温度をヒートパイプ
を利用して制御するための温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として特開平７−２２６３７１
号に開示された基板冷却装置がある。この装置は、半導
体ウェアやガラス基板や光磁気ディスク基板などを所定
温度に冷却するためのものである。この装置は、処理基
板が載置される基板載置プレートと、この基板載置プレ
ートの下面に接して配置された、屈曲した冷却配管とを
備える。基板載置プレート内には、同プレートをそれぞ
れ上下に貫通した、互いに独立した多数本のヒートパイ
プが、同プレートの全域にわたって敷き詰められてい
る。基板載置プレート上に熱い処理基板が載せられる
と、処理基板の熱が基板載置プレート内の多数本のヒー
トパイプによって、基板載置プレート下面へ伝えられ、
冷却配管に吸収される。処理基板の温度が高い箇所ほ
ど、その箇所に当たるヒートパイプ内の作動液が活発に
蒸発して潜熱を奪うから、処理基板全体が均一温度に冷
却される。

【０００３】別の従来技術として特開平５−２１３０８
に開示されたウェハ支持装置がある。この装置では、ウ
ェハを吸着する平板状の吸着ブロックの背面に、ヒート
パイプとペルチェ素子と冷却ブロックとが順に積層され
ている。非常に高い熱伝導率をもつヒートパイプの作用
により、ヒートパイプの表面に熱を速やかに拡散させて
効率良く冷却が行える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術はいず
れも、ヒートパイプのもつ非常に高い熱伝導性を利用し
て、半導体ウェハなどの基板を均一温度に冷却しようと
するものである。ところで、一般に、基板の加熱時及び
冷却時に要求される温度の均一度（以下、均熱性とい
う）は極めて高い。例えば半導体ウェハの場合、目標温
度から摂氏±０．１度以下の温度範囲内にウェハ全体の
温度を均一化しなければ、製品としての信頼性を失う。
しかしながら、従来技術のように単にヒートパイプの高
い熱伝導性を利用するだけでは、上記の様な高い均熱性
を実現することは難しい。

【０００５】また、基板の加熱及び冷却の双方を効率良
く高速に行えることが望まれる。しかし、上記従来技術
は冷却を目的としたものであり、加熱及び冷却の双方を
効率良く行うことは困難である。

【０００６】従って、本発明の目的は、高い均熱性が実
現できるヒートパイプを利用した温度制御装置を提供す
ることにある。

【０００７】本発明の別の目的は、加熱と冷却とが高速
に行えるヒートパイプを利用した温度制御装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の温度制御装置
は、前面と背面とをもったプレート形ヒートパイプと、
このヒートパイプの背面から離れて配置され、熱媒体を
射出してヒートパイプの背面に当てる非接触タイプの少
なくとも一種類の熱源装置とを備える。

【０００９】非接触タイプの熱源装置とは、例えば、冷
却用又は加熱用の流体（例えば、液体、気体又は液体と
気体の混合体）をヒートパイプの背面へ噴射する流体噴
射機構や、加熱用の電磁波（例えば赤外線）をヒートパ
イプの背面へ照射するランプなどである。

【００１０】本発明の温度制御装置によれば、プレート
形ヒートパイプが高い均熱性をもつと共に、非接触タイ
プの熱源装置がヒートパイプの背面を均一に加熱又は冷
却することができるので、両利点があいまって優れた均
熱効果が発揮できる。

【００１１】本発明では、冷却と加熱の一方を非接触タ
イプの熱源装置とし他方を接触タイプの熱源装置（例え
ば、ヒートパイプの背面に接合された電熱線や冷却管な
ど）とすることもできるし、冷却と加熱の双方を非接触
タイプの熱源装置とすることもできる。後者の場合、共
に非接触タイプである冷却用熱源装置と加熱用熱源装置
とを互いに干渉し合うことなく設けることが可能である
ため、プレート形ヒートパイプのもつ高い熱運搬速度と
あいまって、冷却と加熱の双方を高速に行えるようにす
ることが可能である。

【００１２】均熱効果を高めるためには、プレート形ヒ
ートパイプは、作動液の封入された多数のパイプを有
し、それら多数のパイプは連通してパイプ網を形成し、
かつ前記プレート形ヒートパイプのほぼ全面に亘って実
質的に均一な密度で配置されていることが望ましい。ま
た、その場合、多数のパイプの各々が正多角形又は円形
であることも好ましい。さらに、パイプ網の網目がパイ
プ網のほぼ全域に亘って実質的に均一の密度で配置され
ていることも好ましい。

【００１３】熱媒体とプレート形ヒートパイプとの熱交
換率を高めて加熱・冷却速度を高めるためには、プレー
ト形ヒートパイプの背面に適度な凹凸があることが望ま
しい。

【００１４】また、半導体ウェハのような平板状の対象
を加熱・冷却する場合には、対象が置かれるプレート形
ヒートパイプの前面は平坦であることが望ましい。

【００１５】本発明におけるその他の様々な改良及びそ
の目的は、以下の説明で明らかにする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、半導体製造工程での半導体
ウェハの温度制御に本発明を適用した実施形態を説明す
る。

【００１７】半導体製造工程において、例えばレジスト
膜は、通常次のようなプロセスを経てウェハ表面に形成
される。

【００１８】（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、プリベークでは、べ一キング温度は摂氏９０〜
２００度に設定され（プロセスによって異なる）、この
プリベークに後続するクーリングではその目標温度は摂
氏２０度程度の室温に設定される。また、ポストベーク
では、ベーキング温度は摂氏１００〜２５０度に設定さ
れ（プロセスによって異なる）、このホストベークに後
続するクーリングではその目標温度は摂氏２０度程度の
室温に設定される。プリベーク＋クーリング工程の次工
程は露光であり、またポストベーク＋クーリング工程の
次工程はエッチングである。これら次工程にすぐに移行
できるよう、ウァハの温度分布にかなり厳しい条件が要
求される。

【００１９】以下に示す実施形態は、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、最初にウエハを高温に加熱し（ベ一キン
グ）、その後このウエハを室温程度まで冷却する（クー
リング）というサイクルをウェハ単位に数10秒間隔で繰
り返す。従って、加熱の目標温度と冷却の目標という２
つの目標温度をもって、加熱と冷却を交互に繰り返す。

【００２０】図１にこの実施形態の全体構成を示す。

【００２１】図１に示すように、ウエハ１がプレート形
のヒートパイプ（以下、ヒートパネルという）２の上面
に載置される。ヒートパネル２の複数箇所には、複数本
の上下動可能な細いピン３が、ヒートパネル２を下面か
ら上面へ貫通して設けられている（その駆動機構は図示
省略）。実際にはウエハ１はそれらピン３の先端の上に
載置される。ベ一キングやクーリングの時には、それら
ピン３は先端がヒートパネル２の上面から僅かに突出し
た位置まで降りているので、ウエハ１はヒートパネル２
の上面上に微小なエアギャップを介して置かれている。

【００２２】ヒートパネル２の基本構造は、周知の通
り、所定の作動液を封じ込めた多数の連通した空間を内
部に有したプレートであり、極めて高い熱伝導性と小さ
い熱容量をもつ。ヒートパネル２の役目は、ウェハ１と
ヒートパネル２下面に当てられる後述の熱媒体（流体や
光）との間の熱交換を、ウェハ１全面に亘って均一に且
つ高速に行うことである。この役目を効果的に果たせる
よう、本実施形態のヒートパネル２は後述する特別の構
造をもつ。

【００２３】ヒートパネル２の下方には温度制御室４が
設けられており、ヒートパネル２はこの温度制御室４の
天井壁を構成している。温度制御室４のヒートパネル２
以外の壁５は、熱伝導性の悪い材料で作られている。温
度制御室４内には、多数の流体噴出ノズル６が立設され
ている。これら流体噴出ノズル６は、図２の平面図に示
すように、ヒートパネル２の下面をカバーする２次元領
域の全体に亘ってほぼ均一な密度で縦横に配列されてい
る。これらの流体噴出ノズル６には、流体貯留管７を通
じて低温（つまり、ウェハ冷却用）の液体８が供給され
る。流体噴出ノズル６は、その先端部には１個乃至多数
個の小さい噴出孔を有しており、その噴出孔から矢印で
示すような液体８の高速シャワーを天井のヒートパネル
２へ吹きつけることができる。液体シャワーをヒートパ
ネル２の下面全体に出来るだけ均一な密度で当てられる
よう、流体噴出ノズル６の配列のピッチ、噴出孔の個数
や形状、噴出孔からヒートパネル２下面までの距離など
が最適に設計されている。

【００２４】流体貯留管７には液体供給路１０の先端が
接続され、液体供給路１０の基端は温度制御室４底壁の
液体排出口１４に接続され、液体供給路１０の途中には
バルブ９、ポンプ１１及びチラー１２が設けられてい
る。温度制御室４の底に落ちた液体８はチラー１２に送
られ、ここで所定の低温度に調整された後、ポンプ１１
の圧力で流体噴出ノズル６へ供給され、高速シャワーと
なってヒートパネル２の下面へ吹きつけられ、再び温度
制御室４の底へ落ちて同様に循環される。

【００２５】液体８としては、光透過性および絶縁性を
有する液体、例えばフロリナート（登録商標）を用いる
ことができる。また、取扱の容易な水やエチレングリコ
ールなども、要求される温度条件を満たせば用いること
ができる。

【００２６】温度制御室４は、密閉タイプとすること
も、外気への開孔１３を有した開放タイプとすることも
できる。密閉タイプの温度制御室４では、液体が充満し
た室内で噴出ノズル６から液体ジェット流を噴出するこ
とによって、室内に流体噴出ノズル６→天井のヒートパ
ネル２→排出口１４と経由する強制対流を発生させ、こ
の強制対流によってヒートパネル２を冷却することがで
きる。また、閉放タイプの温度制御室４では、液体シャ
ワーが空間を通って天井のヒートパネル２に衝突するの
で、ヒートパネル２には常に新しい液体のみが衝突して
熱交換を速やかに行うことができる。

【００２７】温度制御室４には更に、加熱用の複数個の
長筒形の赤外線ランプ２３が噴出ノズル６の各アレイ１
５間に並べられている（図２参照）。ランプ２３は例え
ばハロゲンランプであり多くの近赤外光を放射する。各
ハロゲンランプ２３は、上部に開口をもつ反射ミラー２
０内に納められており、反射ミラー２０の上部開口は光
透過性材料のカバー２５で塞がれている。更に、各ハロ
ゲンランプ２３の下方には、ランプ２３や反射ミラー２
０を冷却するための水冷管２４も配設されているが、水
冷管２４に代えて、液体貯留管７をランプ２３や反射ミ
ラー２０の冷却手段として流用してもよい。また、条件
によってはランプ２３や反射ミラー２０の冷却手段は無
くてもよい。

【００２８】各ハロゲンランプ２３からの放射光は、反
射ミラー２０の作用で扇形状に広がりながら天井のヒー
トパネル２の下面に照射されて、放射熱をヒートパネル
２に与える。ヒートパネル２下面の全体にできるだけ均
一な強度で光が照射されるよう、ハロゲンランプ２３の
サイズ、ハロゲンランプ２３の配列ピッチ、反射ミラー
２０の形状、ハロゲンランプ２３からヒートパネル２ま
での距離などが最適に設計されている。

【００２９】尚、加熱手段として、ハロゲンランプ２３
に代えて、又はハロゲンランプ２３と併用して、高温の
液体を噴射する多数の流体噴射ノズルを、冷却用の流体
噴射ノズル６と同様な態様で設けてもよい。ハロゲンラ
ンプと２３と加熱用流体噴射ノズルとを併用した場合に
は、より大きい加熱能力が得られる。

【００３０】ヒートパネル２には、種々の構成のものが
採用し得る。以下に、その好適な構成例を幾つか紹介す
る。

【００３１】図３は第１の構成例にかかるヒートパネル
２の下面側から視た平面図、図４は図３のＡ−Ａ線での
同ヒートパネル２の断面図である。

【００３２】ヒートパネル２の外殻体は、概略的に、例
えば、熱伝導性の高いアルミニウムや銅などの材料の２
枚の薄板３１、３２を重ね合せ、両板間の所定の領域に
作動液の封入される空間（つまり、パイプ）３３を形成
し、そのパイプ３３以外の領域にて両板３１、３２を接
合したものである。図３では、ハッチングを付した領域
が接合された部分であり、ハッチングを付してない領域
がパイプ３３の部分である。また、パイプ３３は図４Ａ
に示すようにヒートパネルの片面側へ、又は図４Ｂに示
すように両面側へ膨出しているが、その膨出したパイプ
３３の尾根を図３では一点鎖線で示している。パイプ３
３内には、所定の作動液が適当量だけ封入され、パイプ
の内壁には作動液を毛細管現象を利用して運ぶウィック
３６が設けられている。

【００３３】図３に示すように、ヒートパネル２の平面
視外形状は半導体ウェハのそれに合せて円形であるが、
必ずしも円形である必要はなく、後述する他の構成例が
そうであるように、例えば正方形でもよい。要するに、
ヒートパネル２の平面外形は設計・製造に都合が良く、
かつウェハ全体を均熱化するのに適したものであればよ
い。

【００３４】ヒートパネル２のパイプ３３は、一点鎖線
で示した尾根の形状から分る通り、ハニカム断面のよう
に小さい多数の正六角形パイプを繋いだ形のパイプ網３
５を構成しており、ヒートパネル２のほぼ全面に亘り一
定の密度で配置されている。尚、パイプ網３５の目（正
六角形の接合部分）３４は図３では一部しか図示してな
いが、実際には尾根に囲まれた全ての正六角形領域の中
心位置に存在する。目３４はヒートパネル２の機械的強
度を高めるので、必要な機械的強度を維持しつつ板３
１、３２を薄くしてヒートパネル２の熱容量を小さく
し、もって伝熱速度や均熱効果を高めるのに貢献する。

【００３５】図４Ａに示すようにパイプ３３が片面のみ
に膨出しているタイプのヒートパネルも、同図Ｂに示す
ように両面に膨出しているタイプのヒートパネルも採用
できるが、望ましいのは図４Ａに示す片面膨出タイプで
ある。片面膨出タイプの方が機械的強度に優れると共
に、次の理由から均熱度も優れるからである。すなわ
ち、本実施形態では、片面膨出タイプのヒートパネル２
を、その平坦面を上面（ウェハ１が載置される面）、パ
イプ膨出面を下面（液体シャワーや放射光が当たる面）
にして使用する。すると、ヒートパネル２の上面とウェ
ハ１との距離が一定であり、且つ、ヒートパネル２の上
面に沿った熱拡散性も方向や場所に左右されずに均一で
あるから、ヒートパネル２のとウェハ１間の熱交換が均
一になり易い。また、ヒートパネル２の高い強度も、ヒ
ートパネル２の熱変形を抑制してウェハ１との距離を一
定に保つのに貢献する。一方、ヒートパネル２の下面は
パイプ３３が膨出しているため、平坦面に比較して、液
体や光との接触面積が大きく、液体シャワーが当たった
とき同じ液体が接触している時間を短くして熱境界層の
生成を抑制する効果や乱流を発生させる効果も期待で
き、また、光が当たったとき乱反射を繰り返すことによ
るホール効果も期待できるため、熱交換効率が良い。結
果として、高い均熱効果が得られる。

【００３６】ところで、ヒートパネル２のパイプ網３５
の目３４の形状は必ずしも図示のように正六角形である
必要はなく、正方形や正三角形や円形などでもよい。但
し、高い均熱効果を得るには、パイプ３３及び目３４の
密度が方向や場所に左右されずにパイプ網３５の全域に
亘って一定であることが望ましい。また、特開平７−２
２６３７１号のような個々のヒートパイプが独立してい
るのではなく、パイプ網３５内で個々の場所のパイプ３
３は周囲の場所のパイプに連通していることが望まし
い。

【００３７】図５は第２の構成例にかかるヒートパネル
２の平面視断面図、図６Ａ、Ｂはそれぞれ図５のＡ−Ａ
線、Ｂ−Ｂ線での同ヒートパネル２の断面図である。

【００３８】このヒートパネル２は、アルミニウム製や
銅製の２枚の板４１、４２を重ね合わせて接合したもの
である。ヒートパネル２の上面を構成する上板４１は下
板４２より厚く、そしてその下面側には、その周縁部を
除いて、広面積の凹部４４が形成されている。この凹部
４４内には、多数本の細い柱４３が立設されている。図
５では一部の柱４３しか図示してないが、実際は柱４３
は凹部４４の全域に亘って一定ピッチで配置されてい
る。この上板４１に対しその凹部４４を覆うように下板
４２が重ね合わされ、図５でハッチングを付した周縁部
と、柱４３の先端部とで両板４１、４２が接合されてい
る。その結果、柱４３を目とする均一密度の木目細かい
パイプ４５の網が凹部４４内に形成される。柱４３はヒ
ートパネル２の機械的強度を高めるのに貢献する。パイ
プ４５内にはウィック４６が設けられ、作動液が封入さ
れている。

【００３９】この構造では、図３、４に示した構造に比
較して、パイプ網の網目である柱４３の断面積を非常に
小さく設計することができるので、パイプ網の全体領域
に占めるパイプ４５の面積の比率を大きくすることがで
きる。よって、熱の拡散速度が速く優れた均熱効果を発
揮できるヒートパネルが実現できる。尚、柱４３の断面
形状は図５では長方形であるが、円形などの他の形状で
あってもよい。

【００４０】図７は第３の構成例にかかるヒートパネル
２の下面側から視た平面図、図８は図７のＡ−Ａ線での
断面図である。

【００４１】このヒートパネル２は、アルミニウム製や
銅製の２枚の板５１、５２を重ね合わせ、板５１、５２
の周縁部を封止部材５３で封止し、全面に亘って一定ピ
ッチで配列した多数の小さい点（スポット）５４にて両
板５１、５２を接合したものである。上板５１は下板５
１より厚い平板であり、下板５２は図８に示すようにス
ポット５４の箇所だけ突出した形状に予め成形されてい
る。従って、両板５１、５２を接合すると、そのほぼ全
面に亘って、小さいスポット５４を目とした均一密度の
木目細かいパイプ５６の網が形成される。パイプ５６内
にはウィック５７が設けられ、作動液が封入されてい
る。スポット５４はヒートパネル２の機械的強度を高め
る役割を持つ。パイプ網の網目であるスポット５４の面
積が小さいので、パイプ５６の面積比が大きく、よって
熱拡散が速く優れた均熱効果が発揮できる。

【００４２】図９は第４の構成例にかかるヒートパネル
２の平面図、図１０は図９のＡ−Ａ線での断面図であ
る。

【００４３】このヒートパネル２は、ループ形蛇行細管
ヒートパイプ（ＬＣＨＰ）と呼ばれるタイプの応用であ
り、ウィックは不要である。図示のように、アルミニウ
ム製や銅製の２枚の板６１、６２が間に薄い隔壁板６３
を挟んで接合されている。２枚の板６１、６２の各々の
接合面には、同面のほぼ全面に亘って一定の小さいピッ
チで互いに平行に走る多数本の極めて細い溝６４、６５
が削り込まれている。板６１の多数本の溝６４は、隣接
するもの同士が順次に異なる側の端部で連結されて、全
体として一本の蛇行した溝６８を形成している。板６２
の多数本の溝６５も、同様に連結されて全体として一本
の蛇行溝６９を形成している。２枚の板６１と６２は、
蛇行溝６８と６９が直交する方向で接合されている。蛇
行溝６８と６９は隔壁板６３によってその開口が覆われ
るので、それぞれ極細の蛇行パイプを形成する。この２
本の蛇行パイプ６８、６９はその両端部６６、６７にお
いて隔壁板６３を貫通して互いに連結され、全体として
閉ループ状の蛇行パイプを構成している。この直交し且
つ連通した蛇行パイプ６８、６９も、一種のパイプ網と
いうことができ、図９から分るように、パネル面全体に
亘って均一な密度でパイプが配置されている。

【００４４】蛇行パイプ６８、６９内には作動液が封入
されている。蛇行パイプ６８、６９（溝６４、６５）の
内径は、作動液がその表面張力でその液層と蒸気泡とが
プラグのように蛇行パイプ６８、６９を塞ぐことができ
る程度の細さ（０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度）である。

【００４５】ＬＣＨＰタイプのヒートパネル２は、図３
〜図８に示したタイプのヒートパネルとは異なる原理、
つまり、作動液とその蒸気泡の蛇行パイプ内での循環も
しくは軸方向振動によって熱を高速に輸送する。

【００４６】図９、１０に示したヒートパネルでは、配
列ピッチの小さい２つの蛇行パイプ６８、６９が互いに
直交するように重ね合わされて、パイプがパネル面全体
に亘って均一密度で木目細かく配置されたパイプ網を形
成しており、しかも、熱輸送を直交する両方向で行える
ので、優れた均熱効果が発揮できる。

【００４７】尚、上述した種々のヒートパネル２におい
て、その下面での熱交換率を高めるために、その下面に
凹凸等を設ける、突起を設ける、ピンを立てる、削って
表面を荒らす、光吸収材をコーティングするなどの加工
を加えてもよい。

【００４８】以上の構成の下での本実施形態の動作を以
下に説明する。

【００４９】ウエハ１の温度を例えば摂氏１５０度にし
て行うベーキングと、ウエハ１の温度を例えば摂氏２０
度まで冷却するクーリングとが交互に実行される。ま
ず、レジストが塗布されたウエハ１がピン３上にヒート
パネル２上面から微小ギャップを介して載置され、ハロ
ゲンランプ２３が点灯されてベーキングが開始される。
各ランプ２３からの放射熱はヒートパネル２の下面に吸
収され、ヒートパネル２のパイプ３３内を下面から上面
へ高速に運ばれ、ヒートパネル２の上面からウェハ１に
伝達される。図示しない温度センサによってヒートパネ
ル２の温度が検出されており、その検出温度に基づいて
ランプ２３の光量が調節されてウェハ１の温度が目標温
度の摂氏１５０度に制御される。

【００５０】べ一キングが終了すると、ランプ２３を消
灯し、続いてクーリングに入る。まず、バルブ９を開
き、ポンプ１１を始動して、チラー１２から摂氏２０度
近傍の温度の液体８を液体貯留管７に供給する。貯留管
７に供給された液体８はノズル６から高速シャワーとな
って噴出し、ヒートパネル２の下面に衝突してヒートパ
ネル２下面の熱を奪う。ヒートパネル２のパイプ３３で
は上面から下面へ高速に熱が伝達され、ウエハ１の熱が
ヒートパネル２に奪われる。前述した温度センサの検出
温度に基づいて液体８の噴出量が調整されて、ウェハ１
の温度が目標温度の摂氏２０度に制御される。

【００５１】クーリングが終了したウエハ１はヒートパ
ネル２上から取り去られ、次のレジストが塗布されたウ
エハ１が同様にヒートパネル２上に置かれて、ベーキン
グとクーリングの処理を受ける。

【００５２】本実施形態では、ウェハ１の加熱及び冷却
の双方を高い均熱度をもって高速に行い得る。その理由
は次の通りである。

【００５３】(1)加熱及び冷却の熱源装置はランプ２３
と液体噴射ノズル６であり、いずれもヒートパネル２の
下面に対し、そこから離れた場所から赤外光や低温液体
のような熱媒体のシャワーを当てる非接触タイプの熱源
である。そのため、特開平７−２２６３７１号の冷却配
管や特開５−２１３０８のペルチェ素子のような接触タ
イプの熱源に比較して、熱媒体をヒートパイプの下面全
体に均一な密度で当てて均一な加熱及び冷却を行うこと
が容易である。

【００５４】(2)加熱用熱源と冷却用熱源とが共に非接
触タイプであるため、一方が他方の邪魔になることがな
い。例えば、特開平７−２２６３７１号の冷却配管のよ
うな接触タイプの冷却用熱源を用いると、加熱では冷却
配管も含めて加熱する必要が生じ、熱容量が大きくなる
ので加熱速度が低下する。本実施例では、このような問
題が無いため、加熱も冷却も高速に行える。

【００５５】(3)ヒートパネル２では、作動液を封入し
たパイプがパネルのほぼ全面に亘って実質的に均一な密
度で且つ木目細かく配置されており、しかも互いに連結
してパイプ網を形成している。従って、面方向の熱拡散
性が良好であり、良好な均熱効果を発揮できる。

【００５６】(4) (1)で述べた熱源の良好な均熱性と、
(3)で述べたヒートパネル２自体の良好な均熱性とがあ
いまって、全体として優れた均熱効果が得られる。

【００５７】(5) (1)で述べた熱源の良好な均熱性と、
(3)で述べたヒートパネル２自体の良好な均熱性とは、
ヒートパネル２の熱変形を減らす効果も奏する。ヒート
パネル２の熱変形が減れば、ウェーハ１とヒートパネル
２との間のギャップの不均一が減るので、このことも均
熱効果の向上に寄与する。

【００５８】(6)ヒートパネル２のパイプ網の目が細か
く一定密度で分布していることも、ヒートパネル２の熱
変形を減らして均熱効果を高めるのに寄与する。

【００５９】(7)ヒートパネル２の上面が平坦面である
ことも、ウェーハ１とヒートパネル２との間のギャップ
を一定にし、且つ、上面での熱拡散を良好にして均熱効
果を高めるのに寄与する。

【００６０】(8)ヒートパネル２の上板が下板より厚い
ことも、上面の剛性を高め熱変形を減らし均熱効果を高
めるのに寄与する。

【００６１】(9)ヒートパネル２の下面を凹凸形状にす
る、突起を設ける、ピンを立てる、削って表面を荒ら
す、光吸収材をコーティングするなどの加工を加えた場
合、流体シャワーの乱流効果や光のホール効果が得られ
て下面での熱交換率が高まり、加熱・冷却の速度を高め
る効果が得られる。

【００６２】(10)ヒートパネルに熱媒体を直接当てるこ
とも、加熱・冷却の速度を高めるのに寄与する。

【００６３】(11)ヒートパネル２上に微小はエアギャッ
プのみを介してウェハを載置することも、加熱・冷却の
速度を高めるのに寄与する。

【００６４】図１１は、本発明の別の実施形態を示す。
尚、上述の実施形態と同様の機能をもつ構成要素には同
一の参照番号を付して重複した説明を省略する。

【００６５】この実施形態は、気体が混合された液体を
ミスト状にしてヒートパネル２の下面に吹きつけるする
ようにしている。高温液体は高温液体供給路７０を介し
て多数の加熱用ミストノズル７１に供給される。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。また、低温液体が低温液体供
給路７４を介して多数の冷却用ミストノズル７５に供給
される。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。

【００６６】温度制御室４のミストノズル７１、７５の
上方には、多孔板７９が設けられ乱流効果を向上させる
ようにしている。ミストノズル７１、７５から噴射され
たミスト状流体は乱流効果を得て伝熱能力を高めるとと
もに、ヒートパネル２の下面に均一に当たることにな
る。また、ヒートパネル２の下面から流下する流体がノ
ズル７１、７５の熱を奪わないよう、ノズル７１、７９
の噴出孔を除いた領域にプロテクタをかぶせるようにし
てもよい。

【００６７】以上、本発明の好適な実施形態を説明した
が、本発明は上記の実施形態のみに限らず、他の種々の
形態でも実施することができるものである。上記実施形
態では冷却と加熱の双方に非接触タイプの熱源装置を用
いたが、例えばヒートパイプ下面に接触させた電熱線ヒ
ータと上記実施形態と同様の低温液体や低温ミストの噴
射装置とを組合せるというように、加熱と冷却の熱源装
置の一方だけを非接触タイプとし他方を接触タイプとす
ることもできる。また、例えば、冷却は実施形態と同様
にヒートパイプ下面から行うが、加熱はウェハの上方に
配置した赤外線ランプを用いてヒートパイプを介さずに
行うというように、ヒートパイプを利用する場面を加熱
か冷却の一方のみとすこともできる。さらに、上述の実
施形態のような半導体ウェハの処理装置だけでなく、そ
の他各種の基板の処理装置や、壁面やテーブル面の温度
制御装置にも本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す構成図。

【図２】流体噴射ノズルとハロゲンランプの平面配置を
示す平面図。

【図３】第１の構成例にかかるヒートパネル２の下面側
から視た平面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線での同ヒートパネル２の断面
図。

【図５】第２の構成例にかかるヒートパネル２の平面視
断面図。

【図６】図５のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線でのヒートパネル２
の断面図。

【図７】第３の構成例にかかるヒートパネル２の下面側
から視た平面図。

【図８】図７のＡ−Ａ線での断面図。

【図９】第４の構成例にかかるヒートパネル２の平面
図。

【図１０】図９のＡ−Ａ線での断面図。

【図１１】本発明の別の実施形態を示す構成図。

【符号の説明】

１半導体ウェハ２プレート型ヒートパイプ（ヒートパネル）４温度制御室６流体噴射ノズル２３ハロゲンランプ３３、４５、５６、６８、６９パイプ７１加熱用ミストノズル７５冷却用ミストノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前面と背面とをもったプレート形ヒート
パイプと、このヒートパイプの背面から離れて配置され、熱媒体を
射出して前記ヒートパイプの背面に当てる非接触タイプ
の少なくとも一種類の熱源装置とを備えた温度制御装
置。
【請求項２】請求項１記載のものにおいて、前記プレート形ヒートパイプが、作動液の封入された多
数のパイプを有し、それら多数のパイプは連通してパイ
プ網を形成し、かつ前記プレート形ヒートパイプのほぼ
全面に亘って実質的に均一な密度で配置されている温度
制御装置。
【請求項３】請求項２記載のものにおいて、前記多数のパイプの各々が正多角形又は円形である温度
制御装置。
【請求項４】請求項２記載のものにおいて、前記パイプ網の網目が前記パイプ網のほぼ全域に亘って
実質的に均一の密度で配置されている温度制御装置。
【請求項５】請求項１乃至３記載のものにおいて、前記プレート形ヒートパイプの背面が凹凸を有する温度
制御装置。
【請求項６】請求項１乃至４記載のものにおいて、前記プレート形ヒートパイプの前面が平坦である温度制
御装置。
【請求項７】請求項１乃至６記載のものにおいて、前記熱源装置が、前記熱媒体としての液体、気体又は液
体と気体の混合体である流体を前記ヒートパイプの背面
へ向けて噴射する流体噴射機構を含んだ温度制御装置。
【請求項８】請求項７記載のものにおいて、前記流体噴射機構が、加熱用の流体を噴射する加熱機構
と、冷却用の流体を噴射する冷却機構とを含んだ温度制
御装置。
【請求項９】請求項１乃至８記載のものにおいて、前記熱源装置が、前記熱媒体としての電磁波を前記ヒー
トパイプの背面へ向けて放射する電磁波放射手段を含ん
だ温度制御装置。
【請求項１０】請求項１乃至９記載のものにおいて、前記熱源装置が、前記熱媒体を前記ヒートパネルの背面
に、この背面の全体に亘って実質的に均一な密度で当て
るよう構成されている温度制御装置。