(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、
ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行い、またペルチェ効果による発熱作用により被対象物の加熱を行う熱電素子モジュールと、
該熱電素子モジュールが被対象物を冷却する場合に、該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷板と、
被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜ヒータとを備え、
前記薄膜ヒータの一面を被対象物に対する接着面とし、前記薄膜ヒータの他面に前記熱電素子モジュールの一面が接着され、前記熱電素子モジュールの他面に前記水冷板の一面が接着されていることを特徴とする温度制御プレート。
【請求項２】
被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、
ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行い、またペルチェ効果による発熱作用により被対象物の加熱を行う熱電素子モジュールと、
該熱電素子モジュールが被対象物を冷却する場合に、該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷板と、
被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜ヒータとを備え、
前記熱電素子モジュールの一面を被対象物に対する接着面とし、前記熱電素子モジュールの他面に前記水冷板の一面が接着され、前記水冷板の他面に前記薄膜ヒータの一面が接着されていることを特徴とする温度制御プレート。
【請求項３】
被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、
ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行い、またペルチェ効果による発熱作用により被対象物の加熱を行う熱電素子モジュールと、
該熱電素子モジュールが被対象物を冷却する場合に、該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷板と、
被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜ヒータとを備え、
前記熱電素子モジュールの一面を被対象物に対する接着面とし、前記熱電素子モジュールの他面に前記薄膜ヒータの一面が接着され、前記薄膜ヒータの他面に前記水冷板の一面が接着されていることを特徴とする温度制御プレート。
【請求項４】
前記水冷板と、前記熱電素子モジュールと、前記薄膜ヒータとの接着面が絶縁性接着剤により接着されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の温度制御プレート。
【請求項５】
前記水冷板、前記熱電素子モジュール、前記薄膜ヒータのいずれもが可撓性を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の温度制御プレート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被対象物を加熱、冷却するための温度制御プレートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子等の加熱及び冷却を行う装置として熱電素子モジュールが使用されている。この熱電素子モジュールは吸熱面と発熱面とを有する。
【０００３】
前記熱電素子モジュールを半導体素子の冷却装置として使用する場合、熱電素子モジュールの吸熱面を半導体素子の発熱部分に接着する。このとき半導体素子に発生した熱は、熱電素子モジュールの吸熱面から発熱面へポンピングされ放熱される。このとき発熱面に発生する熱量は微少であるため冷却措置はとられていない。
【０００４】
また、エッチング装置の冷却構造として、被対象物内に循環する流路を形成し液体、たとえば水と不凍液との混合水、を循環させる。前記流路に配管を介して前記対象物外部に配置された温度制御部に接続し、前記液体の温度制御をしている。この冷却構造は、たとえば特許第２６０７３８１号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷却対象物が大きくなると、熱電素子モジュールの発熱面に発生する熱量は多くなり、発熱面での放熱が十分でなくなる。このため熱電素子モジュールによる冷却機能は低下するという問題が生じる。この問題を解決する手段としては発熱面の冷却が考えられる。
【０００６】
さらに、熱電素子モジュールは各プレートとの間を電気的に絶縁するためにセラミックを介在させた構成を採用しているので該セラミックが熱抵抗として作用する。また対象物の壁面が平面でなく曲面の場合、平板状の温度制御プレートでは曲面に密着させられず接触面積を大きくとることが不可能であり、対象物を適切に温度制御できないという問題も存在する。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、被対象物の加熱及び冷却を迅速かつ高精度に行うことが可能であり、また被対象物の壁面に直接接着することが容易でありコンパクトな温度制御プレート及び迅速かつ高精度な該温度制御機能を有し構造が簡素なエッチング等の半導体製造装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
上記目的を達成するため請求項１に係る発明は、被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行い、またペルチェ効果による発熱作用により被対象物の加熱を行う熱電素子モジュールと、該熱電素子モジュールが被対象物を冷却する場合に、該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷板と、被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜ヒータとを備え、前記薄膜ヒータの一面を被対象物に対する接着面とし、前記薄膜ヒータの他面に前記熱電素子モジュールの一面が接着され、前記熱電素子モジュールの他面に前記水冷板の一面が接着されている。
また請求項２に係る発明は、被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行い、またペルチェ効果による発熱作用により被対象物の加熱を行う熱電素子モジュールと、該熱電素子モジュールが被対象物を冷却する場合に、該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷板と、被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜ヒータとを備え、前記熱電素子モジュールの一面を被対象物に対する接着面とし、前記熱電素子モジュールの他面に前記水冷板の一面が接着され、前記水冷板の他面に前記薄膜ヒータの一面が接着されている。
また請求項３に係る発明は、被対象物の加熱及び冷却を行う温度制御プレートにおいて、ペルチェ効果による吸熱作用により被対象物の冷却を行い、またペルチェ効果による発熱作用により被対象物の加熱を行う熱電素子モジュールと、該熱電素子モジュールが被対象物を冷却する場合に、該熱電素子モジュールから発生する熱の放熱を行う水冷板と、被対象物の加熱及び熱電素子モジュールによる冷却の調整を行う薄膜ヒータとを備え、前記熱電素子モジュールの一面を被対象物に対する接着面とし、前記熱電素子モジュールの他面に前記薄膜ヒータの一面が接着され、前記薄膜ヒータの他面に前記水冷板の一面が接着されている。
また請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一つに係る発明において、前記水冷板と、前記熱電素子モジュールと、前記薄膜ヒータとの接着面が絶縁性接着剤により接着されている。
また請求項５に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一つに係る発明において、前記水冷板、前記熱電素子モジュール、前記薄膜ヒータのいずれもが可撓性を有する。
【０００９】
本発明によれば、被対象物に発生した熱は、ペルチェ効果を利用する熱電素子モジュールの動作により吸熱面で吸熱され、発熱面へポンピングされる。この熱は熱電素子モジュールの発熱面に発生し、水冷板内を環流する冷却水に放熱される。一方被対象物は薄膜ヒータの動作により直接加熱される。
【００１０】
また、該水冷板と該熱電素子モジュールと該薄膜ヒータは可撓性を有することにより温度制御プレート全体が可撓性を有することができる。
【００１１】
この結果、被対象物の加熱及び冷却を迅速かつ高精度に行うことが可能であり、また被対象物の壁面に直接接着することが容易である温度制御プレートを提供することができる。
【００１３】
前記温度制御プレートを半導体製造装置であるプラズマエッチング装置に用いる場合は、エッチング処理をする気密容器（以下、処理室）内に設けられた被処理基板設置電極を支持する電極体（以下、下部電極体）と、被処理基板設置電極と所定の間隔を設けて配置した対向電極を支持する電極体（以下、上部電極体）の温度制御が必要である部分に直接接着する。
【００１４】
この結果迅速かつ高精度な温度制御機能を有し構造が簡素なエッチング装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の断面構造図であり、図２は温度制御プレート１を被対象物１３の壁面に接着した図である。
【００１９】
温度制御プレート１は、被対象物１３を冷却のために使用する熱電素子モジュール１２と、該熱電素子モジュール１２が発する熱を放熱する水冷板２と、被対象物１３を加熱及び冷却の調整のために使用する薄膜ヒータ１０と、熱伝導性グリス３と、２枚の絶縁性接着剤シート４，５と，被対象物１３に接着するための接着剤フィルム１１により構成される。
【００２０】
水冷板２の内部には、冷却水を通すための通路（冷却水配管）が布設されている。
【００２１】
絶縁性接着剤シート４，５には、例えばポリイミド樹脂のような電気的絶縁性と、耐熱性とを有する接着剤を薄膜状に形成したものが採用される。絶縁性接着剤シート４は、熱伝導性グリス３を介して水冷板２と熱電素子モジュール１２の間に介在され、絶縁性接着剤シート５は、熱電素子モジュール１２と薄膜ヒータ１０の間に介在される。
【００２２】
銅電極箔６は、絶縁性接着剤シート４の図１で示す側に、溶着した銅箔に対しエッチングを施すことにより形成した配線パターンである。同様に、銅電極箔７も、絶縁性接着剤シート５の図１で示す側に、溶着した銅箔に対しエッチングを施すことにより形成した配線パターンである。
【００２３】
Ｐ型熱電半導体素子８及びＮ型熱電半導体素子９は、それぞれ極めて薄い半田層（図示しない）により、銅電極箔６，７に溶着されている。これらの熱電半導体素子８，９と、銅電極箔６，７とでペルチェ効果による発熱又は吸熱を起こすためのπ型直列回路の熱電素子モジュール１２を構成する。
【００２４】
熱電素子モジュール１２の動作原理について説明すると、上記構成において、直流電源（図示しない）からの直流電流が、π型直列回路のＰ型熱電半導体素子８側からＮ型熱電半導体素子９側（図の矢印方向）に向かって流れるときには、ペルチェ効果により水冷板２側で発熱が、薄膜ヒータ１０側で吸熱がそれぞれ生じる。また、π型直列回路のＮ熱電半導体素子９側からＰ型熱電半導体素子８側（図の矢印逆方向）に向かって流れるときには、ペルチェ効果により水冷板２側で吸熱が、薄膜ヒータ１０側で発熱がそれぞれ生じる。
【００２５】
ここで温度制御プレート１の動作原理について説明する。この場合、図の矢印方向に電流を流すことにより、熱が薄膜ヒータ１０を介して水冷板２へ向かってポンピングされるため、対象物の壁面を冷却することができる。よって、当温度制御プレートは冷却プレートとなる。このとき薄膜ヒータ１０は動作していないが、冷却の調整のために動作することも可能である。
【００２６】
一方、薄膜ヒータ１０を動作すれば、被対象物の壁面を直接加熱することができる。よって、当温度制御プレートは加熱プレートとなる。このとき熱電素子モジュール１２は動作していないが、動作することも可能である。
【００２７】
以上のように、本発明は用途に応じて、加熱及び冷却プレートとして使用することができる。
【００２８】
なお、水冷板２、熱電素子モジュール１２、薄膜ヒータ１０に可撓性を与えると、温度制御プレート１自体も可撓性を有するために被対象物の壁面が曲面であっても直接接着することができる。
【００２９】
図３は薄膜ヒータと被対象物との間に水冷板と熱電素子モジュールを介在させた場合の実施形態の断面構造図であり、熱電素子モジュールの吸熱面が被対象物に接着されている。また、薄膜ヒータ１０を接着剤１４で水冷板２に接着している。
【００３０】
温度制御プレート１５の動作原理は温度制御プレート１と同じであり、熱電素子モジュール１２を動作すれば冷却プレートとなり、薄膜ヒータ１０を動作すれば加熱プレートとなる。また、加熱時及び冷却時に熱電素子モジュール１２と薄膜ヒータ１０とを同時に動作することも可能である。
【００３１】
また、水冷板２と熱電素子モジュール１２の発熱面との間に薄膜ヒータ１０を介在させる構造の温度制御プレートも考えられる。
【００３２】
該温度制御プレートの動作原理は温度制御プレート１と同じであり、熱電素子モジュール１２を動作すれば冷却プレートとなり、薄膜ヒータ１０を動作すれば加熱プレートとなる。また、加熱時及び冷却時に熱電素子モジュール１２と薄膜ヒータ１０とを同時に動作することも可能である。
【００３３】
図４は当温度制御プレートを使用したプラズマエッチング装置の処理室ついての概略図である。
【００３４】
プラズマエッチング装置には、真空装置に連設した処理室１６内の下方に下部電極体１７が設けられ、下部電極体１７と対向する上方に上部電極体１８が設けられている。これらの電極に電源が接続してあり、前記下部電極１７上に被処理基板１９を設定して、前記電源から各電極間に電力を印加する。同時に所望の処理ガスを前記電極間に供給する。すると、この処理ガスが上記電力によりプラズマ化され、このプラズマ化した処理ガスにより前記被処理基板１９表面をエッチングするものである。
【００３５】
前記処理室１６、前記下部電極体１７、前記上部電極体１８のそれぞれの壁面に温度制御プレート１または温度制御プレート１５を直接接着する。
【００３６】
ただし、水冷板の冷却水はエッチング装置の外部より取り入れなければならない。
【００３７】
図５は熱電素子モジュール１２と水冷板２を用いた場合の実施形態の断面構造図であり、熱電素子モジュール１２が被対象物１３に接着されている。
【００３８】
前記のように熱電素子モジュール１２は電流の流れる向きをかえることで吸熱作用及び発熱作用を有する。このため被対象物を冷却したい場合と加熱したい場合に対応できる。
【００３９】
温度制御プレート２０を使用したプラズマエッチング装置の構成及び働きは、温度制御プレート１を用いたプラズマエッチング装置と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の断面構造図である。
【図２】温度制御プレートを対象物の壁面に接着した図である。
【図３】薄膜ヒータと被対象物との間に水冷板と熱電素子モジュールを介在させた場合の実施形態の断面構造図である。
【図４】当温度制御プレートを使用したプラズマエッチング装置の処理室ついての概略図である。
【図５】熱電素子モジュールと水冷板を用いた場合の実施形態の断面構造図である。
【符号の説明】
１…温度制御プレート
２…水冷板
１０…薄膜ヒータ
１２…熱電素子モジュール
１５…温度制御プレート
１６…処理室
１７…上部電極体
１８…下部電極体
２０…温度制御プレート
【図１】
0004026265.tif 000002
【図２】
0004026265.tif 000003
【図３】
0004026265.tif 000004
【図４】
0004026265.tif 000005
【図５】
0004026265.tif 000006