JP2001111121A

JP2001111121A - 熱電モジュールおよび熱電モジュールを用いた温度調整プレート

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Publication number: JP2001111121A
Application number: JP28319699A
Authority: JP
Inventors: Hironaga Akiba; 浩永秋葉; Satoshi Fukuhara; 聡福原
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2019-10-04
Also published as: JP4548626B2

Abstract

(57)【要約】本発明の課題は、被温度制御体の温度分布を均一なもの
とし得る熱電モジュール、および載置プレートの温度分
布を均一なものとし得る熱電モジュールを用いた温度調
整プレートの提供を目的とする。本発明の熱電モジュー
ル１０は、電極１１を載置プレート（被温度制御体）２
に対する接触領域１０Ａの全域に展開する形状としてい
る。本発明に関わる熱電モジュールを用いた温度調整プ
レート１は、熱電モジュール１０における電極１１を、
載置プレート２に対する接触領域１０Ａの全域に展開す
る形状としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電モジュールお
よび熱電モジュールを用いた温度調整プレートに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハの製造工程は、基板(半導
体ウェハ)を加熱するベーキング処理工程や、加熱され
た基板を室温レベルにまで冷却するクーリング処理工程
を含んでいる。

【０００３】これらベーキング処理やクーリング処理
は、温度調整プレートによって実施され、特に上述した
クーリング処理は、図３に示す如き温度調整プレート
（クーリングプレート）によって実施される。

【０００４】この温度調整プレートＡは、載置プレート
Ｂと水冷プレートＣとの間に、複数個の熱電モジュール
Ｄ，Ｄ…を介装して成り、これら熱電モジュールＤ，Ｄ
…への通電によって、載置プレートＢに載置された基板
Ｗを冷却する。

【０００５】なお、各熱電モジュールＤは、交互に配置
した多数のｐ型熱電素子ｐとｎ型熱電素子ｎとを、セラ
ミック材等から成る上下の伝熱板ｈ，ｈに設けた電極
ｔ，ｔ…で接続することによって構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した構
成の温度調整プレートＡでは、熱電モジュールＤ，Ｄ…
が互いに離隔して配置されているため、載置プレートＢ
の温度分布が不均一なものとなり、この載置プレートＢ
に載置された基板Ｗの温度分布も不均一となる不都合が
ある。

【０００７】このような不都合を解消するものとして、
図４に示す温度調整プレートＡ′の如く、交互に配置し
た多数のｐ型熱電素子ｐとｎ型熱電素子ｎとを、載置プ
レートＢ′における取付面(接触面)の全域に亘って分散
配置するとともに電極ｔ，ｔ…により互いに接続して成
る熱電モジュールＤ′を採用し、この熱電モジュール
Ｄ′を絶縁性接着剤Ｅ′によって載置プレートＢ′と水
冷プレートＣ′との間に固定設置する構成が考えられ
る。

【０００８】上記構成の温度調整プレートＡ′によれ
ば、多数の熱電素子（ｐ，ｎ）を載置プレートＢ′の全
域に亘って分散配置したことにより、上記載置プレート
Ｂ′における温度分布の不均一を大幅に改善することが
できる。

【０００９】ここで、図５および図６に示す如く、載置
プレートＢ′はウェハＷの形状に合わせて円盤形状を呈
している一方、熱電モジュールＤ′の各熱電素子（ｐ，
ｎ）は平面から見て格子状に配置されており、これら熱
電素子（ｐ，ｎ）は略矩形状の電極ｔによって接続され
ている。

【００１０】このため、載置プレートＢ′に対する熱電
モジュールＤ′の接触領域Ｄａ′、すなわち熱電モジュ
ールＤ′において最外方に位置する複数個の電極ｔを結
ぶ仮想の円形領域(Ｄａ′)には、載置プレートＢ′の外
周縁部において電極ｔの存在しない空白部分ｓが生じる
こととなる。

【００１１】また、上記載置プレートＢ′にボルト孔ｈ
等が形成されている場合、このボルト孔ｈを避けて配置
された電極ｔとの間にも、接触領域Ｄａ′において電極
ｔの存在しない空白部分ｓが生じることとなる。

【００１２】さらに、上記熱電モジュールＤ′の各熱電
素子（ｐ，ｎ）は全て直列に接続されているので、各熱
電素子（ｐ，ｎ）の接続条件を満足させるために、隣り
合う電極ｔをやむなく離隔配置した場合には、接触領域
Ｄａ′において電極ｔの存在しない空白部分が生じるこ
ととなる。

【００１３】ここで、上記温度調整プレートＡ′におい
ては、熱電モジュールＤ′の電極ｔを介して、各熱電素
子（ｐ，ｎ）と載置プレートＢ′との間で熱伝達が行わ
れるため、上述したように載置プレートＢ′に対する熱
電モジュールＤ′の接触領域Ｄａ′に、電極ｔの配置さ
れていない空白部分ｓが存在することによって、載置プ
レートＢ′における温度分布に斑が生じ、もって基板Ｗ
の温度分布が不均一なものとなる不都合がある。

【００１４】本発明は上記実状に鑑みて、被温度制御体
の温度分布を均一なものとすることの可能な熱電モジュ
ールの提供を目的とする。

【００１５】また、本発明は上記実状に鑑みて、載置プ
レートの温度分布を均一なものとし得る熱電モジュール
を用いた温度調整プレートの提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段および効果】上記目的を達
成するべく、請求項１の発明に関わる熱電モジュール
は、被温度制御体に接触し、多数個の熱電素子を被温度
制御体の接触面の全域に亘って分散配置するとともに、
隣接する熱電素子を電極により互いに接続して成る熱電
モジュールであって、前記電極を被温度制御体に対する
接触領域の全域に展開する形状としたことを特徴とす
る。上記構成によれば、電極を被温度制御体に対する接
触領域の全域に展開する形状とし、接触領域において電
極の配置されていない空白部分を埋めることによって、
被温度制御体の温度分布を均一なものとすることが可能
となる。

【００１７】請求項２の発明に関わる熱電モジュールを
用いた温度調整プレートは、多数個の熱電素子を載置プ
レートの接触面の全域に亘って分散配置し、隣接する熱
電素子を電極により互いに接続して成る熱電モジュール
を、載置プレートの接触面に設けて成る熱電モジュール
を用いた温度調整プレートであって、熱電モジュールに
おける電極を載置プレートに対する接触領域の全域に展
開する形状としたことを特徴とする。上記構成によれ
ば、熱電モジュールにおける電極を、載置プレートに対
する接触領域の全域に展開する形状とし、接触領域にお
いて電極の配置されていない空白部分を埋めることによ
って、載置プレートの温度分布を均一なものとすること
が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、実施例を示す図面に基づい
て、本発明を詳細に説明する。図１および図２は、半導
体ウェハ等の基板の処理時において、クーリング処理を
実施するクーリングプレートに、本発明に関わる温度制
御プレートを適用した例を示している。なお、この温度
調整プレート１は、直径が 100〜300 mmの基板に対して
クーリング処理を実施するための大型のクーリングプレ
ートである。

【００１９】この温度調整プレート１は、被温度制御体
である載置プレート２と、水冷プレート(熱交換器)３と
の間に、熱電モジュール１０を介装することによって構
成されており、上記熱電モジュール１０への通電によっ
て、上記載置プレート２に載置された基板(半導体ウェ
ハ)Ｗを冷却するものである。

【００２０】基板Ｗの載置される載置プレート２は、熱
伝導性の良好なアルミニウム材、銅材、金属基複合材等
から形成され、基板Ｗより一回り大きな円盤形状の外観
を呈しており、一方、水冷プレート３は上記載置プレー
ト２に対応した円盤形状を呈している。

【００２１】上述した載置プレート２と水冷プレート３
との間に介装された熱電モジュール１０は、多数個のｐ
型熱電素子ｐとｎ型熱電素子ｎとを交互に配置するとと
もに、隣接するｐ型熱電素子ｐとｎ型熱電素子ｎとの一
端同士および他端同士を、それぞれ電極１１，１１…で
接続することにより構成されている。

【００２２】また、熱電モジュール１０は、上方側の電
極１１，１１…が絶縁性接着剤ｅによって載置プレート
２の下面(接触面)２ａに接着固定されている。すなわ
ち、上記熱電モジュール１０は、被温度制御体である載
置プレート２と絶縁性接着剤ｇを介して接触するもので
ある。

【００２３】また、熱電モジュール１０における下方側
の電極１１，１１…も、絶縁性接着剤ｅによって水冷プ
レート３の上面に接着固定されている。なお、載置プレ
ート２と水冷プレート３とは、複数本のボルトｂ，ｂ…
を介して互いに結合されている。

【００２４】ここで、上記熱電モジュール１０は、その
各ｐ型熱電素子ｐおよび各ｎ型熱電素子ｎが、互いに等
しい間隔で載置プレート２における下面(接触面)の全域
に格子状に分散配置されている。

【００２５】また、上記熱電モジュール１０は、その全
てのｐ型熱電素子ｐおよびｎ型熱電素子ｎが、電極１
１，１１…を介して互いに直列に接続されており、全て
一括して動作制御されるよう構成されている。

【００２６】図２(ａ)，(ｂ)に示す如く、載置プレート
２に対する熱電モジュール１０の接触領域１０Ａ、すな
わち熱電モジュール１０において最外方に位置する複数
個の電極１１，１１…を結ぶ仮想の円形領域(１０Ａ)の
周縁域に位置する電極１１，１１…は、従来の略矩形状
の電極(図６中の符合ｔ参照)とは大きく相違する異形呈
している。

【００２７】すなわち、これら電極１１，１１…は、従
来の略矩形状の電極（図６中の符合ｔ参照）と対応する
基本部１１Ａと、該基本部１１Ａから延在する増積部１
１ａとを有している。

【００２８】ここで、上記各電極１１における増積部１
１ａは、基本部１１Ａから接触領域１０Ａの一杯にまで
延設されており、図４から図６に示した従来の温度調整
プレートＡ′における電極ｔの存在しない空白部分ｓを
埋めるものである。

【００２９】また、図２(ａ)，(ｂ)に示す各電極１１，
１１…は、載置プレート２に設けられたボルト組付け孔
ｈの周囲に位置しており、これら電極１１，１１…は、
従来の略矩形状の電極(図６中の符合ｔ参照)と対応する
基本部１１Ａと、この基本部１１Ａから延在する増積部
１１ｂとを有している。

【００３０】ここで、上記各電極１１における増積部１
１ｂは、基本部１１Ａからボルト組付け孔ｈの近傍にま
で延設されており、図４から図６に示した従来の温度調
整プレートＡ′における電極ｔの存在しない空白部分ｓ
を埋めるものである。

【００３１】なお、熱電モジュール１０における電極１
１，１１…において、図２に示した接触領域１０Ａの周
縁域やボルト組付け孔ｈの周囲等、特異な位置に配置さ
れた異形の電極１１以外は、図６に示した従来の温度調
整プレートＡ′における電極ｔと同様、略矩形状を呈す
る電極１１が採用されていることは勿論である。

【００３２】また、熱電モジュール１０における各電極
１１，１１…には、良好な導電性と熱伝導性とを兼ね備
えた銅材料が用いられており、熱電モジュール１０を製
造する際、全ての電極１１，１１…は既存のエッチング
加工法により形成される。

【００３３】上記構成の温度調整プレート１では、熱電
モジュール１０における電極１１，１１…を、従来の熱
電モジュールの載置プレートに対する接触領域において
電極の配置されていない空白部分を埋める態様で形成す
ることにより、載置プレート２に対する接触領域１０Ａ
の全域に電極１１，１１…が展開することとなる。

【００３４】かくして、上記熱電モジュール１０によっ
て載置プレート２は温度分布に斑を生じることなく均一
に冷却されることとなり、これによって載置プレート２
に載置された基板Ｗも均一な温度分布で冷却されること
となる。

【００３５】このように、本発明の熱電モジュール１０
によれば、被温度制御体である載置プレートの温度分布
を均一なものとすることができ、また本発明の温度調整
プレート１よれば、基板Ｗの温度分布を均一なものとす
ることができる。

【００３６】また、上述した構成によれば、熱電モジュ
ール１０における電極１１，１１…を、従来の熱電モジ
ュールの載置プレートに対する接触領域において電極の
配置されていない空白部分を埋める態様で形成したこと
で、これら電極１１は従来のよりも大型化することとな
り、載置プレート２に対する電極１１，１１…の接触面
積が増大することによって、載置プレート２と熱電モジ
ュール１０との間で効率良く熱伝達が行われることとな
る。

【００３７】なお、上述した実施例においては、接触領
域１０Ａの周縁域やボルト組付け孔ｈの周囲等に配置さ
れた電極１１を例示したが、各熱電素子（ｐ，ｎ）の接
続条件を満足させるために、やむなく離隔して配置され
ている電極においても、上述したと同様に、電極の設け
られていない部分を埋める態様で大型化すれば良いこと
は言うまでもない。

【００３８】また、上述した実施例における電極１１
は、エッチング加工法によって銅材料から形成された一
層の電極であるが、実施例の電極１１と同じく基本部と
増設部とを備えた表面電極を、従来と同じく略矩形状を
呈する電極本体に積層して成る二層構造の電極をも採用
することが可能である。ここで、上記二層構造の電極に
おける表面電極は、少なくとも熱伝導性の良好な材料か
ら形成されていれば良く、導電性に関しては熱電モジュ
ールの設置条件等に基づいて適宜に設定することが可能
である。

【００３９】また、上述した実施例においては、熱電モ
ジュールを載置プレートに取付けて成る温度調整プレー
トを例示しているが、本発明に関わる熱電モジュール
は、載置プレートを用いることなく、適宜な絶縁層を介
して熱電モジュールに基板を直接に載置するよう構成し
た温度調整装置に対しても、極めて有効に適用し得るも
のであることは言うまでもない。

【００４０】ここで、熱電モジュールと被温度制御体
（載置プレートやウェハ）との接触とは、必ずしも直接
的に接触している状態のみを指すものではなく、例えば
突起やシム等を介して接触し、空気層を介して熱交換を
行う場合をも指していることは言うまでもない。

【００４１】また、上述した実施例においては、熱電モ
ジュールを載置プレートに取付けて成る温度調整プレー
トを例示しているが、本発明に関わる熱電モジュール
は、載置プレートのみならず、様々な被温度制御体に取
り付けられることによって、該被温度制御体の温度分布
を均一なものとすることも可能である。

【００４２】また、熱電モジュールを載置プレートに取
付けて成る温度調整プレートの場合、載置プレートの形
状は円盤形状に限らず四角形等の多角形状の場合も有
り、この場合、熱電モジュールにおける接触領域は載置
プレートの外形に倣って設定されることは言うまでもな
い。

【００４３】また、熱電モジュールを様々な被温度制御
体に取り付けて成る装置においても、被温度制御体は種
々の形状を採用することが可能であり、熱電モジュール
における接触領域は、被温度制御体の外形に倣って適宜
に設定されることは言うまでもない。

【００４４】さらに、上述した各実施例においては、本
発明に関わる温度調整プレートを、クーリングプレート
に適用した例を示したが、熱電モジュールへの通電方向
を変えることにより、半導体ウェハ等の基板の製造時に
ベーキング処理を実施するホットプレートとして、本発
明を有効に適用し得ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ)および(ｂ)は本発明に関わる温度調整プレ
ートを概念的に示す平面図および側面図。

【図２】(ａ)および(ｂ)は本発明に関わる温度調整プレ
ートおよび熱電モジュールを概念的に示す要部平面図。

【図３】従来の温度調整プレートを概念的に示す側面
図。

【図４】従来の温度調整プレートを概念的に示す側面
図。

【図５】従来の温度調整プレートを概念的に示す平面
図。

【図６】従来の温度調整プレートの熱電モジュールを概
念的に示す要部平面図。

【符号の説明】

１…温度調整プレート、２…載置プレート(被温度制御体)、３…水冷プレート、１０…熱電モジュール、１０Ａ…接触領域、１１…電極、１１Ａ…基本部、１１ａ，１１ｂ…増積部、ｐ…ｐ型熱電素子、ｎ…ｎ型熱電素子、Ｗ…基板(半導体ウェハ)。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被温度制御体に接触し、多数個の熱電素
子を前記被温度制御体の接触面の全域に亘って分散配置
するとともに、隣接する熱電素子を電極により互いに接
続して成る熱電モジュールであって、前記電極を、前記被温度制御体に対する接触領域の全域
に展開する形状としたことを特徴とする熱電モジュー
ル。
【請求項２】多数個の熱電素子を載置プレートの接触
面の全域に亘って分散配置し、隣接する熱電素子を電極
により互いに接続して成る熱電モジュールを、前記載置
プレートの接触面に設けて成る熱電モジュールを用いた
温度調整プレートであって、前記熱電モジュールにおける前記電極を、前記載置プレ
ートに対する接触領域の全域に展開する形状としたこと
を特徴とする熱電モジュールを用いた温度調整プレー
ト。