特開 2024-113925 温度調節装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113925

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】温度調節装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240816BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240816BHJP

   F25B 21/02 20060101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/302 101G

F25B21/02 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023019208

(22)【出願日】2023-02-10

(71)【出願人】

【識別番号】590000835

【氏名又は名称】株式会社ＫＥＬＫ

(71)【出願人】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 敦

(72)【発明者】

【氏名】小室 亘

(72)【発明者】

【氏名】元山 崇

(72)【発明者】

【氏名】高橋 武孝

(72)【発明者】

【氏名】西河 秀平

【テーマコード（参考）】

5F004

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F004BB25

5F004BB26

5F131AA02

5F131BA19

5F131CA02

5F131CA18

5F131EA03

5F131EA04

5F131EB81

5F131EB82

(57)【要約】

【課題】載置面の平行度を改善することができる温度調節装置を提供する。
【解決手段】温度調節装置は、温調対象物が載置される載置面を有する載置部と、載置部と第１方向に対向する底部と、載置部と底部とによって第１方向両側から挟み込まれ、載置部の中央部を支持する第１支持部と、第１方向で載置部と底部との間に配置され、載置部を介して温調対象物の加熱及び冷却が可能な熱源と、第１方向で熱源と底部との間に配置され、熱源と熱交換を行う放熱部と、第１方向で載置部と底部との間に配置され、中央部を通り第１方向に延びる軸線に交差する第２方向で、軸線側に設けられ、放熱部の軸線側の端部を支持し、放熱部と底部とを第１方向に離間させる第２支持部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

温調対象物が載置される載置面を有する載置部と、
前記載置部と第１方向に対向する底部と、
前記載置部と前記底部とによって前記第１方向両側から挟み込まれ、前記載置部の中央部を支持する第１支持部と、
前記第１方向で前記載置部と前記底部との間に配置され、前記載置部を介して前記温調対象物の加熱及び冷却が可能な熱源と、
前記第１方向で前記熱源と前記底部との間に配置され、前記熱源と熱交換を行う放熱部と、
前記第１方向で前記載置部と前記底部との間に配置され、前記中央部を通り前記第１方向に延びる軸線に交差する第２方向で、前記軸線側に設けられ、前記放熱部の前記軸線側の端部を支持し、前記放熱部と前記底部とを前記第１方向に離間させる第２支持部と、
を備える、温度調節装置。

【請求項2】

前記第２支持部は、
前記第１支持部と前記第２方向に離間して設けられ、前記放熱部を支持する本体部と、
前記本体部から前記第１方向で前記載置部側に延び、前記第１方向で前記載置部側の端部で前記第１支持部に接続された接続部と、
を有する、請求項１に記載の温度調節装置。

【請求項3】

前記軸線から前記第２方向に離間した前記底部の外周部に設けられ、前記底部から前記第１方向で前記載置部側に延び、前記軸線から前記第２方向に離間した前記載置部の外周部を支持する側部をさらに備える、請求項１又は２に記載の温度調節装置。

【請求項4】

前記第１方向で前記載置部と前記底部との間に設けられ、前記軸線から前記第２方向に離間した前記放熱部の外周部を支持する第３支持部をさらに備える、請求項１又は２に記載の温度調節装置。

【請求項5】

前記第２支持部は、前記第１支持部から前記第２方向に張り出し、前記放熱部の前記第２方向で前記軸線側の内側面に固定されている、請求項１又は２に記載の温度調節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度調節装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造装置では、ウェーハの温度調節を行う温度調節装置が用いられる。
例えば特許文献１には、温度調節装置の一例として、ウェーハを冷却する円形冷却プレートが記載されている。この円形冷却プレートは、一対の伝熱板間に複数のペルチェ素子を配設してなるサーモモジュールを備えている。

【0003】

このような温度調節装置では、トッププレートとボトムプレートとの間に熱源としてペルチェモジュールが配置され、ボトムプレート上に、ペルチェモジュール、トッププレートが積層されている。ボトムプレートは、下面に他の装置に搭載される搭載面を有し、トッププレートは、上面にウェーハ等の温調対象物が載置される載置面を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１８５０５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、温調時には、温度変化によってトッププレートとボトムプレートとが膨張、収縮する。通常、温度調節装置を構成する各部材で、膨張率や温度条件が異なる。このため、部材間で膨張・収縮量に差が生じる。上述した従来の温度調節装置では、トッププレートがボトムプレートに積層されているため、この膨張・収縮量の差によって、トッププレートの載置面がボトムプレートの搭載面に対して傾くように変形する虞がある。
特に半導体業界では、載置面には、例えば０．０１５ｍｍ程度の高い平行度が求められている。しかしながら、上述した従来技術では、温度変化によらず０．０１５ｍｍ程度の高い平行度を維持することが困難とされていた。

【0006】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、載置面の平行度を改善することができる温度調節装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る温度調節装置は、温調対象物が載置される載置面を有する載置部と、前記載置部と第１方向に対向する底部と、前記載置部と前記底部とによって前記第１方向両側から挟み込まれ、前記載置部の中央部を支持する第１支持部と、前記第１方向で前記載置部と前記底部との間に配置され、前記載置部を介して前記温調対象物の加熱及び冷却が可能な熱源と、前記第１方向で前記熱源と前記底部との間に配置され、前記熱源と熱交換を行う放熱部と、前記第１方向で前記載置部と前記底部との間に配置され、前記中央部を通り前記第１方向に延びる軸線に交差する第２方向で、前記軸線側に設けられ、前記放熱部の前記軸線側の端部を支持し、前記放熱部と前記底部とを前記第１方向に離間させる第２支持部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、載置面の平行度を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る、温度調節装置を示す平面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線の断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る温度調節装置のトッププレートの外周部を示す拡大図である。

【図4】本発明の実施形態に係る側部の斜視図である。

【図5】本発明の第１の変形例に係る温度調節装置の断面図である。

【図6】本発明の第２の変形例に係る温度調節装置の断面図である。

【図7】本発明の第３の変形例に係る温度調節装置の断面図である。

【図8】本発明の第４の変形例に係る温度調節装置のトッププレートの外周部を示す拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（温度調節装置の構成）
以下、本発明の実施形態に係る温度調節装置１について、図１から図４を参照して説明する。図１に示す温度調節装置１は、例えば、半導体の製造装置に設置されている。この温度調節装置１は、半導体製造装置においてプラズマ処理、エッチング処理等の所定の処理が施される半導体ウェーハＡを下方から支持する。温度調節装置１は、半導体ウェーハＡを、所定の処理に適した温度に調節する。

【0011】

図１及び、図２に示すように、温度調節装置１は、トッププレート１０（載置部）と、ボトムプレート２０（底部）と、第１支持部３０と、側部４０と、ペルチェモジュール２（熱源）と、クーリングプレート５０（放熱部）と、第２支持部６０と、を備える。

【0012】

（トッププレート）
トッププレート１０は、温調対象物（本実施形態の場合は半導体ウェーハＡ）が載置される載置面１１を有する。トッププレート１０は、伝熱材により形成された、厚さが一様な円板状の部材である。以下では、トッププレート１０の中心軸線Ｏを、単に軸線Ｏと称する。この軸線Ｏは、トッププレート１０の中央部１２を通り、トッププレート１０の板厚方向で一直線状に延びている。この中央部１２とは、板厚方向視でトッププレート１０の中心Ｃを含む、中心Ｃ近傍の所定の領域である。本実施形態では、軸線Ｏは、中央部１２のうち中心Ｃを通る。なお、軸線Ｏは、中央部１２のうち中心Ｃから僅かにずれた位置を通るように延びていてもよい。
さらに、この軸線Ｏの径方向を単に「径方向」と称し、この軸線Ｏの周方向を単に「周方向」と称する。径方向は、軸線Ｏ方向と交差（直交）している。軸線Ｏ方向は第１方向の一例であり、径方向は第２方向の一例である。
また、以下では、トッププレート１０が水平面に沿って配置され、トッププレート１０の軸線Ｏが鉛直上下方向に延びている場合を例に説明する。

【0013】

また、トッププレート１０の中央部１２の下面には、締結孔１３が形成されている。
上述したトッププレート１０は、下方に配置された後述のペルチェモジュール２の熱の影響を受けて膨張収縮する。例えば、高温時にはトッププレート１０が径方向に膨張し、低温時にはトッププレート１０が径方向に収縮する。

【0014】

（ボトムプレート）
ボトムプレート２０は、トッププレート１０と軸線Ｏ方向に対向した位置に配置されている。ボトムプレート２０は、中心軸線が軸線Ｏと一致した円板状に形成されている。ボトムプレート２０は、トッププレート１０と略同径に形成されている。

【0015】

ボトムプレート２０は、軸線Ｏ方向でトッププレート１０とは反対側に搭載面２１を有する。搭載面２１は、載置面１１に対して平行に延在している。ボトムプレート２０は、この搭載面２１で半導体製造装置の装置本体等に搭載される。
また、ボトムプレート２０には、軸線Ｏに沿って貫通した挿通孔２２が形成されている。

【0016】

（第１支持部）
第１支持部３０はトッププレート１０とボトムプレート２０とによって軸線Ｏ方向両側から挟み込まれている。第１支持部３０は、トッププレート１０の中央部１２を支持する。第１支持部３０は、軸線Ｏに沿って一方向に延びている。第１支持部３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、ボルト３３とを有する。第１部分３１と第２部分３２とは、軸線Ｏに沿って並んで配置されている。第１部分３１は軸線Ｏ方向でボトムプレート２０側に配置され、第２部分３２は軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に配置されている。

【0017】

第１部分３１は、本実施形態ではボトムプレート２０と一体形成されている。第１部分３１は、基部３１ａと、凹部３１ｂと、凸部３１ｃとを有する。基部３１ａは、ボトムプレート２０から軸線Ｏ方向に延びる円柱状の部材である。凹部３１ｂは、基部３１ａの軸線Ｏ方向でボトムプレート２０側の端部に設けられている。凹部３１ｂは、ボトムプレート２０の挿通孔２２と連通している。凸部３１ｃは、基部３１ａの軸線Ｏ方向でトッププレート１０側の端部から第２部分３２に向けて突出している。

【0018】

第２部分３２は、基部３２ａと、凹部３２ｂと、凸部３２ｃとを有する。基部３２ａは、第１部分３１の基部３１ａと同様に、軸線Ｏ方向に延びる円柱状の部材である。ただし、第２部分３２の基部３２ａは、第１部分３１の基部３１ａよりも僅かに大径に形成されている。凹部３２ｂは、基部３２ａの軸線Ｏ方向でボトムプレート２０側の端部に設けられている。凸部３２ｃは、基部３２ａの軸線Ｏ方向でトッププレート１０側の端部からトッププレート１０に向けて突出している。凸部３２ｃは、トッププレート１０の締結孔１３内に配置されている。凸部３２ｃと締結孔１３とが締結固定されることにより、第１支持部３０に対してトッププレート１０が固定されている。

【0019】

ボルト３３は、ネジ部３３ｂと、ヘッド３３ａとを有する。ボルト３３は、第１部分３１の凹部３１ｂから軸線Ｏ方向に挿通されている。ネジ部３３ｂは、第１部分３１を貫通して第２部分３２の基部３２ａ内まで延び、ネジ部３３ｂの先端部が第２部分３２に締結されている。また、ヘッド３３ａは、第１部分３１の凹部３１ｂ内に完全に収容されている。

【0020】

（側部）
側部４０は、軸線Ｏから径方向に離間したボトムプレート２０の外周部２３に設けられている。側部４０は、ボトムプレート２０から軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に向けて延びている。側部４０は、軸線Ｏから径方向に離間したトッププレート１０の外周部１４を支持する。本実施形態では、側部４０は、ボトムプレート２０の外周部２３の全周に亘って設けられた、外周壁である。側部４０によって、温度調節装置１の内部構造が遮蔽されている。さらに、図３に示すように、側部４０の軸線Ｏ方向でトッププレート１０側の接触部４１は、軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に向かうに従い先細るように形成されている。
また、図４に示すように、接触部４１には、溝部４２が形成されている。溝部４２は、例えば周方向に等間隔に並んで複数形成されている。
上述した側部４０によって囲われた領域には、ペルチェモジュール２が配置されている。

【0021】

（ペルチェモジュール）
ペルチェモジュール２は、軸線Ｏ方向でトッププレート１０とボトムプレート２０との間に配置されている。ペルチェモジュール２は、トッププレート１０を介して温調対象物の加熱及び冷却が可能とされている。ペルチェモジュール２は、第１支持部３０を径方向外側から囲うように設けられている。

【0022】

（クーリングプレート）
クーリングプレート５０は、軸線Ｏ方向でペルチェモジュール２とボトムプレート２０との間に配置され、ペルチェモジュール２と熱交換を行う。クーリングプレート５０は、第１支持部３０を径方向外側から囲う円環板状に形成されている。クーリングプレート５０内には、冷媒Ｆが流通する流路５１が形成されている。クーリングプレート５０は、流路５１内を流れる冷媒Ｆと、ペルチェモジュール２とで熱交換を行い、ペルチェモジュール２を冷却する。クーリングプレート５０の内周側には、クーリングプレート５０を下方から支持する第２支持部６０が設けられている。

【0023】

（第２支持部）
第２支持部６０は、軸線Ｏ方向でトッププレート１０とボトムプレート２０との間に配置されている。第２支持部６０は、径方向で軸線Ｏ側に設けられている。第２支持部６０は、クーリングプレート５０の中央部１２側の端部を支持し、クーリングプレート５０とボトムプレート２０とを軸線Ｏ方向に離間させている。

【0024】

本実施形態では、第２支持部６０は、第１支持部３０と径方向に離間して設けられ、クーリングプレート５０を支持する本体部６１と、本体部６１から軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に延び、軸線Ｏ方向でトッププレート１０側の端部で第１支持部３０に接続された接続部６２と、を有する。より詳細には、本体部６１は、第１支持部３０を径方向外側から囲う円環状に形成され、接続部６２は、本体部６１の内周端から軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に延びる円筒状に形成されている。接続部６２は、内周面で第１支持部３０の第２部分３２の外周面と例えば螺合することによって固定されている。
また、ボトムプレート２０の外周部２３には、第３支持部７０が設けられている。

【0025】

（第３支持部）
第３支持部７０は、軸線Ｏ方向でトッププレート１０とボトムプレート２０との間に設けられている。第３支持部７０は、軸線Ｏから径方向に離間したクーリングプレート５０の外周部５２を支持している。本実施形態の第３支持部７０は、ボトムプレート２０から軸線Ｏ方向に延びるボルトである。第３支持部７０の軸線Ｏ方向でボトムプレート２０側の端部がボトムプレート２０と螺合することにより、第３支持部７０は、ボトムプレート２０に固定されている。第３支持部７０の軸線Ｏ方向でトッププレート１０側の端部には、クーリングプレート５０が載置されている。第３支持部７０は、周方向に並んで複数個（例えば８～１２個）形成されている。

【0026】

このように、上述した温度調節装置１では、クーリングプレート５０、ペルチェモジュール２、トッププレート１０は、軸線Ｏ方向に順に積層されている。一方で、クーリングプレート５０とボトムプレート２０とは、第２支持部６０と第３支持部７０とによって軸線Ｏ方向に離間されている。

【0027】

＜効果＞
上述した実施形態の温度調節装置１は、以下に示す効果を発揮することができる。
本実施形態では、第２支持部６０が径方向で軸線Ｏ側に設けられ、クーリングプレート５０の軸線Ｏ側の端部を支持し、クーリングプレート５０とボトムプレート２０とを離間させている。

【0028】

これにより、クーリングプレート５０の熱膨張収縮による変形がクーリングプレート５０とボトムプレート２０との間の空間ににげることができる。よって、クーリングプレート５０の変形がトッププレート１０に伝達されにくくなり、トッププレート１０の載置面１１の平行度の改善することができる。
また、トッププレート１０は中央部１２でのみ固定されており、径方向に自由に伸長することが可能となる。

【0029】

本実施形態では、第２支持部６０は、第１支持部３０と軸線Ｏ方向に離間して設けられ、クーリングプレート５０を支持する本体部６１と、軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に延び、軸線Ｏ方向でトッププレート１０側の端部で第１支持部３０に接続された接続部６２と、を有する。

【0030】

これにより、クーリングプレート５０とボトムプレート２０とが熱的に離間され、ボトムプレート２０が熱膨張収縮を起こすことが抑制される。これにより、ボトムプレート２０からトッププレート１０へ伝達されてしまう変形量が減少し、トッププレート１０の傾きが抑制される。よって、トッププレート１０の載置面１１の平行度がより一層改善される。

【0031】

本実施形態では、温度調節装置１は、ボトムプレート２０の外周部２３に設けられ、ボトムプレート２０から軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に延び、トッププレート１０の外周部１４を支持する側部４０をさらに備える。

【0032】

これにより、トッププレート１０が外周側からも支持されるので、安定性が向上される。よって、トッププレート１０の傾きが抑制されるので、トッププレート１０の載置面１１の平行度がより一層改善される。

【0033】

本実施形態では、温度調節装置１は、軸線Ｏ方向でトッププレート１０とボトムプレート２０との間に設けられ、クーリングプレート５０の外周部５２を支持する第３支持部７０をさらに備える。

【0034】

これにより、クーリングプレート５０が外周側からも支持されるので、安定性が向上される。

【0035】

本実施形態では、側部４０の軸線Ｏ方向でトッププレート１０側の接触部４１は、軸線Ｏ方向でトッププレート１０側に向かうに従い先細るように形成されている。

【0036】

これにより、側部４０とトッププレート１０側との接触面積が減少するため、トッププレート１０の膨張、収縮が側部４０によって妨げられること抑制することができる。よって、トッププレート１０の載置面１１が傾くことが抑制されるので、載置面１１の平行度が改善される。

【0037】

さらに、本実施形態では、接触部４１には、溝部４２が形成されている。

【0038】

これにより、側部４０とトッププレート１０側との接触面積をより一層減少させることができるため、トッププレート１０の膨張、収縮が側部４０によって妨げられることより一層抑制することができる。よって、トッププレート１０の載置面１１が傾くことが抑制されるので、載置面１１の平行度がより一層改善される。

【0039】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して説明したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
上記実施形態では、温度調節装置１は、半導体の製造装置に設置されているとしたが、これに限られず、半導体の検査装置に設置されていてもよい。

【0040】

また、上記実施形態では、温調対象物が半導体ウェーハＡである場合を例に説明したが、これに限られない。

【0041】

また、上記実施形態では、載置部が一様な厚さを有した円板状の部材（トッププレート１０）である場合を例に説明したが、これに限られない。載置部は、平坦な載置面１１を有し、熱源によって加熱、冷却が可能な程度の厚さであればよい。例えば、載置部は、矩形板状であってもよく、ブロック状であってもよい。

【0042】

また、例えば、図５に示すように、温度調節装置１は、トッププレート１０の外周部１４を支持する側部４０を備えていなくてもよい。また、第１支持部３０は、第１部分３１と第２部分３２とに分割されておらず、一本の柱状の部材であってもよい。上記実施形態では、第２支持部６０が本体部６１と接続部６２と有した断面視Ｌ字状に形成されている場合を例に説明した。しかしながら、これに限られず、図５で例示されるように、第２支持部６０は、第１支持部３０から径方向外側に向けて張り出したフランジ状に形成され、このフランジ状の第２支持部６０上にクーリングプレート５０が載置されていてもよい。

【0043】

また、例えば、図６に示すように、第２支持部６０は、第１支持部３０から径方向外側にフランジ状に張り出していてもよい。この変形例では、第２支持部６０は、クーリングプレート５０の径方向で軸線Ｏ側の内周部５３に固定されている。より詳細には、第２支持部６０の径方向外側の端部は、例えば締結や溶接等によって内周部５３の径方向で軸線Ｏ側を向く内側面５３ａに固定されている。この場合、温度調節装置１の軸線Ｏ方向の寸法が短くなり、温度調節装置１をより一層小型に製造することができる。

【0044】

また、上記実施形態では、第３支持部７０は、ボトムプレート２０から軸線Ｏ方向に延びるボルトであるとしたが、これに限られない。例えば図７に示すように、第３支持部７０は、側部４０の内周面から径方向内側に向けて延びる板状の部材であってもよい。また、温度調節装置１は、第３支持部７０を備えていなくてもよい。ただし、温度調節装置１が第３支持部７０を備えている場合の方が、ペルチェモジュール２やクーリングプレート５０を安定して支持できるという点で優位性がある。

【0045】

また、例えば、図８に示すように、トッププレート１０の外周部１４には、軸線Ｏ方向でボトムプレート２０側に延びる固定部１５が設けられていてもよい。固定部１５は、側部４０に径方向外側から重ねて配置され、ネジ１６によって径方向に固定されている。これにより、トッププレート１０と側部４０とが連結されるので、温度調節装置１の強度を向上させることができる。

【符号の説明】

【0046】

１…温度調節装置、２…ペルチェモジュール（熱源）、１０…トッププレート（載置部）、１１…載置面、１２…中央部、１３…締結孔、１４…外周部、１５…固定部、１６…ネジ、２０…ボトムプレート（底部）、２１…搭載面、２２…挿通孔、２３…外周部、３０…第１支持部、３１…第１部分、３１ａ…基部、３１ｂ…凹部、３１ｃ…凸部、３２…第２部分、３２ａ…基部、３２ｂ…凹部、３２ｃ…凸部、３３…ボルト、３３ａ…ヘッド、３３ｂ…ネジ部、４０…側部、４１…接触部、４２…溝部、５０…クーリングプレート（放熱部）、５１…流路、５２…外周部、５３…内周部、５３ａ…内側面、６０…第２支持部、６１…本体部、６２…接続部、７０…第３支持部、Ａ…半導体ウェーハ、Ｃ…中心、Ｆ…冷媒、Ｏ…軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】