(57)【要約】【課題】基板とプレートとの間の熱伝達の効率を向上させ、プレートの温度の変化に対して基板の温度を追随させることが目的される。【解決手段】温度制御装置は、プレート２と温度調節部４とを備える。温度調節部４は、熱電モジュール４２と、熱電モジュール４２を介してプレート２に接触される水冷ジャケットとを有する。プレート２は、熱電モジュール４２が接触する表面とは反対側の表面２１に、被処理体１を支持するための突起１２が設けられる。被処理体１が、突起１２で支持されて、プレート２１の表面２１上に載置された場合、被処理体１とプレート２１の表面２１との間には、１００μｍ程度の隙間１１ができる。また、表面２１には、熱伝導を促進する熱伝導層３が形成される。熱伝導層３は、例えばナノ粒子多孔質層である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調節の対象となる被処理体（１）が載置される表面（２１）を有するプレート（２）と、
前記プレートの温度を調節する温度調節部（４）と
を備え、
前記表面（２１）には、熱伝導を促進する熱伝導層（３；３１，３２）が形成される、温度制御装置。
【請求項２】
前記表面（２１）には前記被処理体（１）を支持する突起（１２）が設けられ、
前記突起は、前記被処理体と前記プレート（２）との間に隙間（１１）を作る、請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記表面（２１）は、凹凸（２１１）を有する、請求項１または請求項２記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記熱伝導層（３）は、前記表面（２１）の中央のみに設けられる、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記熱伝導層（３１，３２）は、前記表面（２１）の中央から縁に向かって段階的に熱伝導率が低くなる、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記プレート（２）は、流体が流れる第１流路（５１；５３）を内部に有し、
前記第１流路は、前記表面（２１）に開口している、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の温度制御装置。
【請求項７】
前記プレート（２）は、前記流体が流れる第２の流路（５２；５４）を、更に内部に有し、
前記第２流路は、前記第１流路（５１；５３）の前記開口（５１１；５１５）とは異なる位置で前記表面（２１）に開口し、
前記第１流路から前記表面を経由して前記第２流路へと前記流体が流れる、請求項６記載の温度制御装置。
【請求項８】
前記第１流路（５１；５３）もしくは前記第２流路（５２；５４）の側面には、前記熱伝導層（３３）が形成される、請求項６または請求項７記載の温度制御装置。
【請求項９】
前記熱伝導層（３；３１，３２；３３）は、ナノ粒子多孔質層である、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の温度制御装置。
【請求項１０】
前記熱伝導層（３；３１，３２；３３）は、前記プレート（２）の前記面（２１）もしくは前記第１流路（５１；５３）または前記第２流路（５２；５４）の側面に、ニッケルをメッキすることで形成される、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御装置に関し、例えば半導体ウエハの温度調節に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の基板にパターンを形成するリソグラフィ工程では、基板の加熱及び冷却が繰り返される。
【０００３】
上記工程の際には、基板は、プレート表面に設けられた突起等により支持される。そして、水冷ジャケットや熱電モジュール等によりプレートの温度を調節することで、基板の温度が調節される。
【０００４】
なお、本発明に関連する技術が以下に示される。特許文献１では、ナノ粒子多孔質層を固体の表面に形成することで、固体の周囲を流れる流体との間の熱伝達の効率を向上させる技術が開示されている。特許文献２では、メッキ等により、放熱フィンの表面を熱伝導率の高い金属で被覆することで、放熱効果を向上させる技術が開示されている。特許文献３では、半導体ウエハ等の基板を冷却する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０３３９８０号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０２／０７６１６３号パンフレット
【特許文献３】特開平１１−３１２６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、基板は、その表面が破損しないように、プレートとは非接触である。このため、基板とプレートとの間の熱伝達の効率は低く、プレートの温度の変化に対して基板の温度が追随しにくかった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、基板とプレートとの間の熱伝達の効率を向上させ、プレートの温度の変化に対して基板の温度を追随させることが目的される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１にかかる温度制御装置は、温度調節の対象となる被処理体（１）が載置される表面（２１）を有するプレート（２）と、前記プレートの温度を調節する温度調節部（４）とを備え、前記表面（２１）には、熱伝導を促進する熱伝導層（３；３１，３２）が形成される。
【０００９】
本発明の請求項２にかかる温度制御装置は、請求項１記載の温度制御装置であって、前記表面（２１）には前記被処理体（１）を支持する突起（１２）が設けられ、前記突起は、前記被処理体と前記プレート（２）との間に隙間（１１）を作る。
【００１０】
本発明の請求項３にかかる温度制御装置は、請求項１または請求項２記載の温度調節装置であって、前記表面（２１）は、凹凸（２１１）を有する。
【００１１】
本発明の請求項４にかかる温度制御装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の温度制御装置であって、前記熱伝導層（３）は、前記表面（２１）の中央のみに設けられる。
【００１２】
本発明の請求項５にかかる温度制御装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の温度制御装置であって、前記熱伝導層（３１，３２）は、前記表面（２１）の中央から縁に向かって段階的に熱伝導率が低くなる。
【００１３】
本発明の請求項６にかかる温度制御装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の温度制御装置であって、前記プレート（２）は、流体が流れる第１流路（５１；５３）を内部に有し、前記第１流路は、前記表面（２１）に開口している。
【００１４】
本発明の請求項７にかかる温度制御装置は、請求項６記載の温度制御装置であって、前記プレート（２）は、前記流体が流れる第２の流路（５２；５４）を、更に内部に有し、前記第２流路は、前記第１流路（５１；５３）の前記開口（５１１；５１５）とは異なる位置で前記表面（２１）に開口し、前記第１流路から前記表面を経由して前記第２流路へと前記流体が流れる。
【００１５】
本発明の請求項８にかかる温度制御装置は、請求項６または請求項７記載の温度制御装置であって、前記第１流路（５１；５３）もしくは前記第２流路（５２；５４）の側面には、前記熱伝導層（３３）が形成される。
【００１６】
本発明の請求項９にかかる温度制御装置は、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の温度制御装置であって、前記熱伝導層（３；３１，３２；３３）は、ナノ粒子多孔質層である。
【００１７】
本発明の請求項１０にかかる温度制御装置は、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の温度制御装置であって、前記熱伝導層（３；３１，３２；３３）は、前記プレート（２）の前記面（２１）もしくは前記第１流路（５１；５３）または前記第２流路（５２；５４）の側面に、ニッケルをメッキすることで形成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１にかかる温度制御装置によれば、熱伝導層が設けられることで、被処理体がプレート表面とほぼ非接触でも加熱または冷却されやすい。従って、被処理体の温度が、プレートの温度の変化に追随しやすい。よって、被処理体が所望の温度に達しやすい。
【００１９】
本発明の請求項２にかかる温度制御装置によれば、被処理体がプレートと非接触であるので、被処理体の破損が防止される。
【００２０】
本発明の請求項３にかかる温度制御装置によれば、熱伝導層の表面積が増加するので、被処理体の温度が、プレートの温度の変化に、より追随しやすくなる。
【００２１】
本発明の請求項４または請求項５にかかる温度制御装置によれば、被処理体の加熱または冷却の際に、その中央から縁に向かって温度むらが生じることを抑制する。
【００２２】
本発明の請求項６にかかる温度制御装置によれば、第１流路に例えば空気等の流体を流すことで、被処理体とプレートの表面との間に流体が流れる。よって、被処理体と熱伝導層との間の熱伝達が促進される。
【００２３】
本発明の請求項７にかかる温度制御装置によれば、被処理体とプレートとの間に流体が流れるので、半導体基板と熱伝導層との間の熱伝達が促進される。
【００２４】
本発明の請求項８にかかる温度制御装置によれば、第１流路もしくは第２流路を流れる流体の温度が、プレートの温度に近づくので、被処理体と熱伝導層との間の熱伝達が、より促進される。
【００２５】
本発明の請求項９にかかる温度制御装置によれば、ナノ粒子多孔質層は熱伝導率が高いので、熱伝導層として適用される。
【００２６】
本発明の請求項１０にかかる温度制御装置によれば、ニッケルメッキされた層は熱伝導率が高いので、熱伝導層として適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
第１の実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかる温度制御装置を概念的に示す断面図である。温度制御装置は、プレート２と温度調節部４とを備える。
【００２８】
温度調節部４は、例えば、水冷ジャケット４１と熱電モジュール４２とを有する。図１では、水冷ジャケット４１が熱電モジュール４２を介してプレート２に接触されている。
【００２９】
熱電モジュール４２には、例えばペルチェ素子が採用される。ペルチェ素子では、一の方向に電流を流すことで、プレート２１側から水冷ジャケット４１側に熱が伝達される。また、他の方向に電流を流すことで、水冷ジャケット４１側からプレート２１側に熱が伝達される。また、ペルチェ素子により伝達する熱量は、ペルチェ素子に流れる電流に依存する。つまり、電流が大きくなれば、伝達する熱量も大きくなる。
【００３０】
水冷ジャケット４１は、内部に冷却水が流され、熱電モジュール４２によりプレート２から水冷ジャケット４１側に伝達された熱を吸収する。これにより、プレート２が冷却される。
【００３１】
水冷ジャケット４１に例えば加熱水を流すことで、水冷ジャケット４１から得た熱を熱電モジュール４２によりプレート２側に伝達することで、プレート２を加熱してもよい。
【００３２】
後述するように、被処理体１の温度を調節するためには、プレート２を所望の温度にすることが望ましく、熱電ジュール４２に流す電流を調節することで、プレート２の温度が調節される。
【００３３】
プレート２は、熱電モジュール４２が接触する表面とは反対側の表面２１に、被処理体１を支持するための突起１２が設けられる。被処理体１が、突起１２で支持されて、プレート２１の表面２１上に載置された場合、被処理体１とプレート２１の表面２１との間には、１００μｍ程度の隙間１１ができる。
【００３４】
この隙間１１を設けることで、被処理体１がプレート２と接触しにくくなるので、被処理体１が傷つけられることや、破損することが防止される。
【００３５】
また、表面２１には、熱伝導を促進する熱伝導層３が形成される。熱伝導層３は、例えばナノ粒子多孔質層である。ナノ粒子多孔質層は、１００ｎｍ以下の微小な孔を多数有する。また、熱伝導層３は、ニッケル等の金属で表面２１をメッキして形成される金属層であってもよい。
【００３６】
プレート２は、被処理体１から熱を吸収することで被処理体１を冷却し、または被処理体１に熱を供給することで被処理体１を加熱し、被処理体１の温度をプレート２の温度に近づけることで、被処理体１の温度調節を行う。
【００３７】
上述した温度制御装置によれば、プレート２の表面２に熱伝導層３が形成されているので、プレート２と被処理体１との間の熱伝導が促進される。したがって、被処理体１がプレート２と非接触であっても加熱または冷却されやすく、被処理体１の温度が、プレートの温度の変化に追随しやすい。よって、被処理体１が所望の温度に達しやすい。
【００３８】
図２は、被処理体１である半導体ウエハを、実際に温度制御装置を用いて冷却したときの結果を、時間に対する半導体ウエハの温度の変化として示す。曲線１０１は、プレート２の表面２１に熱伝導層３であるナノ粒子多孔質層が形成されている温度制御装置が適用された場合の結果である。曲線１０２は、プレート２の表面２１に熱伝導層３が形成されていない以外は曲線１０１を測定した場合と同条件の場合の結果である。
【００３９】
この結果によれば、曲線１０１は、曲線１０２よりも短時間で所望の温度２３℃に達している。すなわち、プレート２の表面２にナノ粒子多孔質層を形成することで、プレート２と被処理体１との間の熱伝導が促進されている。
【００４０】
上述した温度制御装置において、図３で示されるように、温度調節部４である水冷ジャケット４１がプレート２の内部に設けられてもよい。このとき、プレート２と水冷ジャケット４１との間で直接、熱の交換が行われる。
【００４１】
上述した温度制御装置のいずれにおいても、図４で示されるように、プレート２の表面２１は凹凸２１１を有してもよい。例えば、プレート２の加工時に形成されるカッターマークが、凹凸２１１として採用できる。
【００４２】
そして、表面２１に形成される熱伝導層３の露出した表面も、凹凸を有することが望ましい。具体的には、凹凸の深さが１０〜１００μｍである場合には、熱伝導層３の厚みは１０〜５０μｍである。
【００４３】
表面２１が凹凸２１１を有することで、熱伝導層３の表面積が増加するので、被処理体１の温度が、プレート２の温度の変化に、より追随しやすくなる。
【００４４】
第２の実施の形態．
例えば、第１の実施の形態で説明したように被処理体１をプレート２上に載置して、被処理体１を冷却させる場合、被処理体１の中央部よりも縁側の方が加熱または冷却されやすい。したがって、被処理体１に温度むらが生じる可能性がある。
【００４５】
図５及び図６は、本実施の形態にかかる熱伝導層３を概念的に示す斜視図である。図５では、プレート２の表面２１の中央付近にのみ熱伝導層３が形成されている。
【００４６】
図６では、表面２１に形成された熱伝導層３は、中央付近に位置する熱伝導層３１と、その周囲に位置する熱伝導層３２とを有する。熱伝導層３１は、熱伝導層３２に比して熱伝導率が高い。
【００４７】
図６で示される熱伝導層３は、表面２１の中央から縁に向かって段階的に熱伝導率が低くなると把握できる。なお、図５で示される熱伝導層３についても、中央から縁に向かって段階的に熱伝導率が低くてもよい。
【００４８】
このような熱伝導層３によれば、被処理体の加熱または冷却の際に、その中央から縁に向かって温度むらが生じることを抑制する。
【００４９】
第３の実施の形態．
図７乃至図９は、本実施の形態にかかる温度制御装置を概念的に示す断面である。図７乃至図９で示される構成要素のうち図１で示される構成要素と同じものには、同符号が付されている。
【００５０】
図７では、プレート２は、流体が流れる流路５１を内部に有する。流路５１は、プレート２の表面２１に開口する開口部５１１と、プレート２の側面に開口する開口部５１２とを有する。
【００５１】
空気等の流体は、表面２１に沿って矢印２０１の方向へ流れ、開口部５１１から流路５１に流入し、流路５１を通って開口部５１２から排出される。これと逆方向に流体が流れても良い。
【００５２】
図８では、プレート２は、流体が流れる流路５１，５２を内部に有する。流路５１は、図７で示される流路５１と同様である。流路５２は、流路５１の開口部５１１とは異なる位置で表面２１に開口する開口部５１３と、プレート２の側面に開口する開口部５１４とを有する。
【００５３】
空気等の流体は、開口部５１２から流路５１に流入し、流路５１を通って開口部５１２から排出される。排出された流体は、プレート２の表面２１に沿って開口部５１３の方向へと流れ、開口部５１３から流路５２に流入する。そして、流路５２を通って開口５１４から排出される。これと逆方向に流体が流れても良い。
【００５４】
図９では、プレート２は、流体が流れる流路５３，５４を内部に有する。流路５３は、プレート２の表面２１に開口する複数の開口部５１５と、プレート２の側面に開口する開口部５１２とを有する。
【００５５】
流路５４は、流路５３の開口部５１５とは異なる位置で表面２１に開口する複数の開口部５１６と、プレート２の側面に開口する開口部５１４とを有する。
【００５６】
空気等の流体は、開口部５１２から流路５３に流入し、流路５３を通って複数の開口部５１５から排出される。排出された流体は、プレート２の表面２１に沿って開口部５１６の方向へと流れ、複数の開口部５１６から流路５４に流入する。そして、流路５４を通って開口５１４から排出される。これと逆方向に流体が流れても良い。
【００５７】
本実施の形態にかかる温度制御装置のいずれにおいても、プレート２上に被処理体１が載置されている場合には、被処理体１とプレート２の表面２１との間に流体が流れる。よって、被処理体と熱伝導層との間の熱伝達が促進され、第１の実施の形態で説明した効果が得やすくなる。
【００５８】
上述した温度制御装置のいずれにおいても、図１０で示されるように、流路５１及び流路５２の側面に第１の実施の形態で説明したと同様の熱伝導層３３を形成してもよい。
【００５９】
これによれば、熱伝導層３３を介して、流路５１，５２を流れる流体とプレート２との間で熱伝達されやすくなる。従って、流路５１，５２においてプレート２の温度に近づいた流体が被処理体１と熱伝導層３との間に流れ込み、被処理体１と熱伝導層３との間での熱伝達が、より促進される。
【００６０】
ただし、図７で示される温度制御装置においては、流体が図７で示される方向とは逆方向に流れた場合に、上述した効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施の形態で説明される、温度制御装置を概念的に示す断面図である。
【図２】被処理体の温度の時間変化を示す図である。
【図３】温度制御装置を概念的に示す断面図である。
【図４】プレートの表面の凹凸を概念的に示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態で説明される、熱伝導層を概念的に示す斜視図である。
【図６】熱伝導層を概念的に示す斜視図である。
【図７】第３の実施の形態で説明される、温度制御装置を概念的に示す断面図である。
【図８】温度制御装置を概念的に示す断面図である。
【図９】温度制御装置を概念的に示す断面図である。
【図１０】温度制御装置を概念的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  被処理体
２  プレート
３，３１，３２，３３  熱伝導層
１１  隙間
１２  突起
２１  表面
２１１  凹凸
５１，５２，５３，５４  流路
５１１，５１５  開口部
【図１】
2006013132.tif 000003
【図２】
2006013132.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006013132.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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