JPH113893A - 半導体基板の温度調節装置 - Google Patents

半導体基板の温度調節装置

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JPH113893A
JPH113893A JP15644797A JP15644797A JPH113893A JP H113893 A JPH113893 A JP H113893A JP 15644797 A JP15644797 A JP 15644797A JP 15644797 A JP15644797 A JP 15644797A JP H113893 A JPH113893 A JP H113893A
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JP
Japan
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temperature
wafer
plate
heat pipe
heat
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Pending
Application number
JP15644797A
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English (en)
Inventor
Ryoji Kobayashi
良二 小林
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Orion Machinery Co Ltd
Original Assignee
Orion Machinery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH113893A publication Critical patent/JPH113893A/ja
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハを、場所によって、及び中心からの
距離によって温度の不均一がなく、かつ、均一に温度を
保ったまま、急速冷却を可能とする。 【構成】 熱良導性素材からなり半導体基板を接触若し
くは近接させて載置可能な一面を備え、他面には熱電変
換素子がその一側において熱交換自在に接触する温度調
節プレートと、前記熱電変換素子の他側には、内部に熱
媒体流路が形成されている熱交換器が熱授受可能に接触
している温度調節器において、前記温度調節プレート
に、平板型ヒートパイプを備えたことを特徴とする半導
体基板の温度調節器である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として半導体素子の
製造過程において、高温に加熱された半導体ウェーハを
均一な温度分布を保って冷却或いは保温するのに適した
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】このような半導体素子の製造工程では、
高温(120〜150℃)に加熱処理されたウェーハを
急速に冷却する工程を何度も繰り返す必要があるため、
製造効率の面から、冷却速度のスピードアップが求めら
れており、また、歩留まり向上の面から、熱歪みを出来
得る限り小さく抑えるために、冷却工程におけるウェー
ハの温度分布の均一性が厳しく求められている。
【0003】この種の装置としては、図3に示すよう
に、ウェーハを載置するための基板載置板100の下面
に、適当数の熱電変換素子114の一面を接触させ、該
熱電変換素子114の他側の面には、内部に冷却水が流
れる熱交換器110を接触させ、基板載置板100に内
蔵させた温度検出器115の検出信号を、マイクロコン
ピュータ117に入力し、制御器116を通して、熱電
変換素子へ、ウェーハが高温のときは、大きな電流を流
して急冷し、ウェーハが目標温度に近づいたら、急冷信
号を停止して、ウェーハが過冷却にならないように、冷
却するものが、知られている。(特開平6−28349
3号公報参照)。111は、熱交換器110への給水
管、112は、配水管である。
【0004】ウェーハは、基板載置板に直接接触するよ
うに、置かれたり、或いは、温度調節プレート(前記基
板載置板に相当する)の温度が不均一な場合は、該温度
調節プレートとウェーハとの間に、数百ミクロンのオー
ダーの微小透き間を空けて、温度調節プレートに装着
し、主としてウェーハからの輻射熱を温度調節プレート
が吸収するようにして、放射冷却させることも行われ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、実際の冷却
工程においては、温度調節プレートは、周囲の温度の影
響を受けやすく、周囲雰囲気から熱を吸収し易いプレー
ト周縁部の温度は高くなり、温度調節プレートの中心部
の温度は、周囲雰囲気の影響を受けにくいため、その温
度は低く保たれる。従って、冷却過程におけるウェーハ
温度を測定すると、例えば、120℃に加熱されたウェ
ーハを、略40秒程度で、室温(23℃)に、冷却する
場合、ウェーハ周縁部とウェーハ中心部との温度差は、
冷却開始からほぼ10秒後当たりから出現し、20秒を
経過するまでに30〜50℃となる。この傾向は、特
に、微小透き間を置いて、ウェーハを温度調節プレート
に装着した場合に著しい。
【0006】これは、従来の温度調節プレートが、この
ような現象に気づいておらず、熱電変換素子(ペルチェ
素子)を、温度調節プレートの裏面に、ほぼ均一に分布
するように配設しており、温度調節プレートの1ヵ所に
設けられた温度検出器による温度検出信号により、これ
らのペルチェ素子の駆動を制御しているので、ともすれ
ば、ウェーハ周辺部の冷却不足や、或いは、中心部の過
冷却を招く恐れがあった。
【0007】本発明の第1の目的は、ウェーハを、場所
による温度分布の不均一がなく、均一温度を保って、急
速に冷却できる温度調節器を開示することにある。
【0008】本発明の第2の目的は、ウェーハを、中心
からの距離による温度の不均一がなく、所定の温度に保
持することができる温度調節器を開示することにある。
【0009】本発明の第3の目的は、ウェーハを、均一
に温度を保ったまま、急速冷却をする方法を開示するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
目的を達成するために、熱良導性素材からなり半導体基
板を接触若しくは近接させて載置可能な一面を備え、他
面には熱電変換素子がその一側において熱交換自在に接
触する温度調節プレートと、前記熱電変換素子の他側に
は、内部に熱媒体流路が形成されている熱交換器が熱授
受可能に接触している温度調節器において、前記温度調
節プレートに、平板型ヒートパイプを備えたことを特徴
とする半導体基板の温度調節器である。
【0011】
【発明の構成】上記において、温度調節プレートは、ア
ルミニウム、銅、それらの合金などから構成される。熱
交換器としては、同様の素材から成る伝熱ブロック中
に、水やブラインなどの熱媒体の流路を渦巻き状や蛇行
配設したものなどが挙げられる。このような温度調節プ
レートは、ウェーハの載置面側と熱電変換素子との接触
面側との間に平板型ヒートパイプを熱授受可能に設け
る。
【0012】平板型ヒートパイプは内部に、上面が高温
の時でも作動液を還流させるように、同一面内及び他面
間にもあまねく作動液を行き渡らせるウィック構造をも
つ。
【0013】
【作用】本発明は、ウェーハの載置面側と熱電変換素子
接触面側との間に平板型ヒートパイプを熱授受可能に設
けており、高温のウェーハを冷却する際、熱電変換素子
と接触する部分が特に冷却され面内温度が不均一になる
が、平板型ヒートパイプを介すことによりウェーハ載置
面は等温化され、ウェーハの面内温度を均一に冷却す
る。
【0014】また、周囲雰囲気から熱を吸収しやすい温
度調節プレートの周縁部の温度は高くなろうとするが、
平板型ヒートパイプにより温度調節プレートは等温化さ
れ、ウェーハの面内温度を均一に冷却する。
【0015】さらに、ヒートパイプにより熱電変換素子
とウェーハの載置面との熱の授受が大量に迅速に行なわ
れ、面内温度を均一に保ったまま急速に冷却する。
【0016】
【発明の実施形態】図1及び図2は、本発明に係る温度
調節器の一実施態様の要部を示すものである。円形アル
ミニウム厚板から成る温度調節プレート2は、表面と裏
面とは、平滑面をなし、裏面には、熱電変換素子4、
4、…が、その吸放熱面の一側において、密接してい
る。熱電変換素子4は、図示しない制御器により、温度
調節プレートに埋設された温度センサ6の検出信号を受
け入れて、その作動が制御され、温度調節プレート2を
冷却する。
【0017】温度調節プレート2の冷却プレート2aと
ベースプレート2bとで、円盤状の平板型ヒートパイプ
を挟み込んで熱的に密接させている。その際に互いの接
する面を平滑にするとともに伝熱グリースを介すること
によって、熱の移動を妨げないようにしている。平板型
ヒートパイプ5は、内部空間に熱媒としてフロンやアル
コールを封入し、作動液を行き渡らせるためにメッシュ
状ウィック5aを全面に設け、またトップヒートモード
時にも上の面に還流させるために、多孔質の金属焼結体
から成るウィック5bを対向面間に設けている。
【0018】ベースプレート2b表面上に熱伝変換素子
による局所的な冷却や加熱があっても、ヒートパイプが
持つ等温性により、ヒートパイプ表面上では殆ど等温度
となって、冷却プレート2の温度分布を均一にするとと
もに、見かけ上、熱伝導率が非常に高いため、素早く大
量の熱伝達を可能としている。
【0019】3は、熱伝変換素子4、4、…の放熱側に
密接して、これを冷却する放熱器で、アルミニウム製の
厚板中に熱媒体の流路を蛇行配設したものから成る。
【0020】
【効果】冷却プレートとベースプレート間に平板型ヒー
トパイプを備えることによって、温度調節プレート面内
の温度は、場所によるものや、中心からの距離による不
均一がなくなり、ウェーハの面内温度分布も均一に保た
れるため、熱歪も少なく半導体成膜パターンの歩留まり
が向上する。
【0021】また、大径のウェーハに対応するように
(例えばウェーハ直径300mm)、温度調節プレート
を大型化しても、従来の小型(150mm程度)のもの
と同等以上の面内温度分布の均一性が確保できる。更
に、冷却プレート内に平板型ヒートパイプを備えること
によって、温度調節プレート全体としても見かけ上の熱
伝導率が向上し、面内温度分布を均一に保ったまま、ウ
ェーハを急速に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す平面概略図である。
【図2】本発明の実施例を示すA−A断面図である。
【図3】従来技術の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 温度調節器 2 温度調節プレート 2a 冷却プレート 2b ベースプレート 3 放熱器 4 熱電変換素子 5 平板型ヒートパイプ 5a ウイック(メッシュ) 5b ウイック(焼結金属体) 6 温度センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱良導性素材からなり半導体基板を接触若
    しくは近接させて載置可能な一面を備え、他面には熱電
    変換素子がその一側において熱交換自在に接触する温度
    調節プレートと、前記熱電変換素子の他側には、内部に
    熱媒体流路が形成されている熱交換器が熱授受可能に接
    触している温度調節器において、前記温度調節プレート
    に、平板型ヒートパイプを備えていることを特徴とする
    半導体基板の温度調節器。
JP15644797A 1997-06-13 1997-06-13 半導体基板の温度調節装置 Pending JPH113893A (ja)

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Cited By (8)

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