JP5437910B2 - 温調装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハなどの温調対象物の温調装置に関するものである。

シリコンウェーハなどの半導体ウェーハに処理を施す工程には、シリコンウェーハの温度を目標温度に制御するとともに、シリコンウェーハ（もしくはシリコンウェーハ上の堆積物）の面内の温度分布を所望する温度分布に制御しなければならない工程がある。シリコンウェーハの面内の温度分布を、精度よく所望する温度分布に（面内を均一にしたり、面内温度分布を各部で異ならせたり）することが、特に近年、半導体デバイスの品質を高品質にする上で、求められている。

（従来の実施技術）
そこで、上述した温調の精度を向上させるために、熱電モジュールを複数のゾーンに分けて各ゾーン毎に独立して温度制御する技術が実施されている。

図１は、従来の温調装置１００の構造を示す。

同図１に示すように、温調装置１００は、温調対象物であるシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）が載置されるステージ２０と、たとえば水冷板として構成される熱交換板３０と、これらステージ２０と熱交換板３０とによって挟まれた熱電モジュールプレート１４０とからなる。熱電モジュールプレート１４０は、熱電モジュール４０が配置されたプレートであり、熱電モジュールプレート１４０内のうち熱電モジュール４０として機能する部分を斜線にて示す。

図２（ａ）に示すように、熱電モジュール４０は、ステージ２０側に温調側電極４１が配置され、熱交換板３０側に熱交換板側電極４２が配置され、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎの一方の端面に温調側電極４１が接続され、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎの他方の端面に熱交換板側電極４２が接続されてなるものである。Ｐ型の熱電素子（熱電半導体）４３Ｐ、Ｎ型の熱電素子（熱電半導体）４３Ｎが交互に電極４１、４２を介して電気的に直列接続されることにより熱電モジュール４０が構成されている。

熱電モジュール４０は、熱交換板側電極４２にターミナル４５を介して電流を通電することにより作動する。すなわち、温調側電極４１、熱交換板側電極４２と直列に接続されたP型およびN型の熱電素子４３Ｐ、４３Ｎに電流を流すと、電極間で電荷の移動が起こり、その電荷が熱（エネルギー）を運ぶため熱の移動が起こる。これにより一方の温調側電極４１側では吸熱現象により冷たくなり、他方の熱交換板側電極４２側では発熱現象により熱が放出される。また、逆方向に電流を流すと、温調側電極４１側では、発熱現象により熱が放出される。つまり電流の通電方向に応じて温調側電極４１側に対応するステージ２０面で吸熱作用あるいは発熱作用が行われる。なお、上述した熱電モジュール４０の作動に、チラーが併用されて、ステージ２０面上でシリコンウェーハの温調が行われる。

図３は、従来の熱電モジュール４０の上面図を示している。

熱電モジュール４０は、ステージ２０の中心から外側に向う複数のゾーン１１、１２、１３、１４毎にターミナル４５を介して電流が通電されることにより独立して温調可能に配置されている。中心のゾーン１１は円形状に、その外側の各ゾーン１２、１３、１４は円環状に形成されている。複数のゾーン１１、１２、１３、１４の各ターミナル４５は、各ゾーン１１、１２、１３、１４内に配置されている。

図１に示すように、ターミナル４５および熱交換板３０にはそれぞれ、孔４５ａ、３０ａが形成されており、電流通電用のシャフト５１がターミナル４５の孔４５ａおよび熱交換板３０の孔３０ａに挿通される。そして、外部より図示しない電気信号線がシャフト５１に電気的に接続されて、熱交換板側電極４２への通電が行われる。

（特許文献１に記載の従来技術）
特許文献１には、熱電モジュールが、ステージの中心から外側に向う複数のゾーン毎にターミナルを介して電流が通電されることにより独立して温調可能に配置されるという構成が開示されている。そして、これら各ゾーン毎に熱電モジュールを独立して作動させて、ステージ上に載置されたシリコンウェーハの面内温度分布を均一にしたり、面内温度が内周部と外周部で温度分布が異なるように制御するという発明が記載されている。

（特許文献２に記載の従来技術）
特許文献２には、ステージ側の温調側電極に増設部を、ボルト取付孔の近くまで延長して設けるという構成が開示されている。このボルト取付孔は、ステージと熱交換板（水冷板）を結合するボルトが挿通される孔である。

特表２０００-５０８１１９号公報 特開２００１-１１１１２１号公報

図３に示す従来の熱電モジュール４０の配置では、複数のゾーン１１、１２、１３、１４の各ターミナル４５が、各ゾーン１１、１２、１３、１４内に配置されているため、ターミナル４５が存在している部分には、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎ、温調側電極４１を配置することができず、その部分で熱電モジュール４０としての機能が損なわれる。すなわち、ゾーンの一部に熱的に欠落した部分が生じ、本来熱交換が必要な部分であるにもかかわらず、その部分で熱交換が行われず、要求される温調性能が損なわれてしまう。

とりわけゾーンの数が増加するほど、各ゾーンの熱電モジュール４０に電力を供給するためのターミナル４５の数が増え、熱電モジュール４０として機能しない面積が増大し、温調性能が低下する。

熱電素子４３Ｐ、４３Ｎ、温調側電極４１、熱交換板側電極４２は、理想的には、各ゾーン１１、１２、１３、１４の形状（円形状あるいは円環状）に沿って、整然と途切れることなく配置されていることが、温調性能の精度を向上させるために必要である。しかし、ターミナル４５の存在により、整然で途切れることのない配列が困難となる。このことを図４、図５を用いて説明する。

図４、図５は、従来の熱電モジュール４０の上面図の一部を拡大して示す図で、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎ、熱交換板側電極４２、熱交換板側電極４２に電気的に接続されているターミナル４５の配置構成例を示したものである。

図４では、理想的には円環状に、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎ、熱交換板側電極４２が整然と配列されるべきゾーン１３の一部に、ゾーン１３に電流を通電するターミナル４５が配置されている。このためゾーン１３の円環途中部分で熱電モジュール４０として機能が損なわれ、ゾーン１３の全領域で均一な温度分布を形成することが困難となる。

図５では、ゾーン１２に電流を通電するターミナル４５を、その内側のゾーン１１にせりだし配置した例を示している。このため理想的には真円状に、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎ、熱交換板側電極４２が整然と配列されるべきゾーン１１の一部で、熱電モジュール４０として機能しない欠けの部分が生じてしまい、歪な形状でしか熱電モジュール４０が機能しなくなり、温調機能がスポット的に低下し、ゾーン１１の全領域で均一な温度分布を形成することが困難となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、ターミナル４５の存在により各ゾーン１、２、３、４…で熱電モジュール４０としての機能が損なわれ、温調性能が低下することを抑制できるようにすることを解決課題とするものである。

なお、上記各特許文献には、本発明の課題を解決するための構成は何ら記載されていない。

そこで、第１発明は、
温調対象物が載置されるステージと、熱交換板と、ステージ側に温調側電極が配置され、熱交換板側に熱交換板側電極が配置され、熱電素子の一方の端面に温調側電極が接続され、熱電素子の他方の端面に熱交換板側電極が接続されてなる熱電モジュールとを備え、熱交換板側電極にターミナルを介して電流を通電することにより熱電モジュールを作動させて温調対象物の温調を行う温調装置において、
熱電モジュールは、ステージの中心から外側に向う複数のゾーン毎にターミナルを介して電流が通電されることにより独立して温調可能に配置されており、
複数のゾーンのうち少なくとも１つのゾーンの熱交換板側電極には、電極延長部を介してターミナルが設けられており、
電極延長部は、隣り合う熱電素子に挟まれ温調側電極が跨る位置に配置されており、
ターミナルは、最も外側のゾーンの外側または／および最も面積が大きいゾーンに配置されていること
を特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
複数のゾーンのうち最も外側のゾーンを除く各ゾーンの熱電モジュールの熱交換板側電極には、電極延長部を介してターミナルが設けられており、
全てのゾーンのターミナルは、最も外側のゾーンの外側に配置されていること
を特徴とする。

第３発明は、第１発明において、
全てのゾーンのターミナルは、最も内側のゾーンに配置されていること
を特徴とする。

第４発明は、第１発明において、
全てのゾーンのターミナルは、最も面積が大きいゾーンに配置されていること
を特徴とする。

第５発明は、第１発明において、
複数のゾーンのうち、外側のゾーンのターミナルは、最も外側のゾーンの外側に配置されているとともに、内側のゾーンのターミナルは、最も内側のゾーンに配置されていること
を特徴とする。

第６発明は、第１発明において、
各ゾーン毎のターミナルは、プラスターミナルとマイナスターミナルからなり、
電極延長部は、プラスターミナルとマイナスターミナルのそれぞれに設けられており、
少なくとも１つのゾーンのプラスターミナルとマイナスターミナルのうち一方のターミナルは、電極延長部を介して内側のゾーンに配置されているとともに、他方のターミナルは、電極延長部を介して外側のゾーンに配置されていること
を特徴とする。

第７発明は、第３発明、第４発明において、
各ゾーン毎のターミナルは、プラスターミナルとマイナスターミナルからなり、
電極延長部は、プラスターミナルとマイナスターミナルのそれぞれに設けられており、
電極延長部が設けられたプラスターミナルと電極延長部が設けられたマイナスターミナルは互いに、少なくとも２個の熱電素子に相当する距離だけ離れて、プラスターミナルとマイナスターミナルが配置されていること
を特徴とする。

第８発明は、第４発明において、
各ゾーン毎のターミナルは、プラスターミナルとマイナスターミナルからなり、
電極延長部は、プラスターミナルとマイナスターミナルのそれぞれに設けられており、
電極延長部が設けられたプラスターミナルと電極延長部が設けられたマイナスターミナルは、最も面積が大きいゾーンの境界から少なくとも２個の熱電素子に相当する距離だけ離れた位置に配置されていること
を特徴とする。

第９発明は、第１発明から第８発明において、
ターミナルおよび熱交換板には、孔が形成されており、電流通電用のシャフトがターミナルおよび熱交換板の孔に挿通されていることを特徴とする。

第１０発明は、第１発明から第９発明において、
熱交換板側電極と電極延長部とターミナルは、一体形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数のゾーンのうち少なくとも１つのゾーンの熱交換板側電極に、電極延長部を介してターミナルを設け、電極延長部を、隣り合う熱電素子に挟まれ温調側電極が跨る位置に配置させ、ターミナルを、最も外側のゾーンの外側または／および最も面積が大きいゾーンに配置させるようにしたので、以下のような作用効果が得られる。

各ゾーンのうち電極延長部が存在している部分では、電極延長部を跨ぐ態様で温調側電極が配置されている。このため、各ゾーンのうち電極延長部が存在している部分で熱電モジュールとしての機能が分断されることなく、熱電モジュールの機能が維持されることになる。

最も外側のゾーンの外側は、熱電モジュールとして元々機能しない部分であり、この場所にターミナルを配置しても、それによって熱電モジュールの機能に影響を与えることがない。また最も面積が大きいゾーンは、面積が小さいゾーンに較べて、同じ大きさのターミナルを配置したときに当該ゾーン内の温度分布に与える影響は小さい。

よって、本発明によれば、ターミナルの存在に伴う温調機能の低下を抑制でき、各ゾーンにおける温度分布に与える影響を極力小さく抑えることができる。

図１は、従来の温調装置の構造を示した図である。 図２（ａ）は、熱電モジュールの動作を説明するために用いた図で、図２（ｂ）は、電極ターミナルの構成図である。 図３は、従来の熱電モジュールプレートの上面図である。 図４は、従来の熱電モジュールの断面の一部を拡大して示す図で、熱電素子、熱交換板側電極、熱交換板側電極に電気的に接続されているターミナルの配置構成例を示したものである。 図５は、従来の熱電モジュールの断面の一部を拡大して示す図で、熱電素子、熱交換板側電極、熱交換板側電極に電気的に接続されているターミナルの配置構成例を示したものである。 図６は、実施例の温調装置の構成を示した図である。 図７は、第１実施例の熱電モジュールプレートの上面図である。 図８は、熱電モジュールの構造の斜視図である。 図９は、図８の矢視Ａ図である。 図１０は、熱電モジュールの断面の一部を拡大して示す図で、図８の斜視図を平面図に置き換えた図である。 図１１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、熱電モジュールが動作したときのステージ面の温度分布を示す図で、図１１（ａ）は本実施例、図１１（ｂ）は従来技術として両者を比較するために用いた面内温度分布図である。 図１２は、第２実施例の熱電モジュールプレートの上面図である。 図１３は、熱電モジュールの断面の一部を拡大して示した図である。 図１４は、第２実施例における熱電モジュール動作時の面内温度分布図である。 図１５（ａ）、（ｂ）は、プラスターミナルとマイナスターミナルを、電極延長部を介して、最も面積が大きいゾーンの境界から離間させるとともに互いに離間させて配置した場合（第２実施例）と、同様のプラスターミナルとマイナスターミナルを最も面積が大きいゾーンの境界に直近させるとともに互いに隣接させて配置した場合（比較例）を対比して示す面内温度分布図である。 第２実施例の比較例を示した図である。 図１７は、第３実施例の熱電モジュールプレートの上面図である。 図１８は、第４実施例の熱電モジュールプレートの上面図である。 図１９は、第５実施例の熱電モジュールプレートの上面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る温調装置の実施の形態について説明する。

図６は、温調装置１００の構成を示している。

実施形態の温調装置１００は、ステージ２０上に載置された図示しないシリコンウェーハの温度を目標温度に制御するとともに、シリコンウェーハの面内の温度分布を所望する温度分布に制御するための装置である。この温調装置１００は、たとえばドライプロセスに使用される。なお、温調装置１００に使用されるチラー装置の図示は省略する。

同図６に示すように、温調装置１００は、温調対象物であるシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）が載置されるステージ２０と、たとえば水冷板として構成される熱交換板３０と、これらステージ２０と熱交換板３０とによって挟まれた熱電モジュールプレート１４０とからなる。熱電モジュールプレート１４０は、熱電モジュール４０が配置されたプレートであり、熱電モジュールプレート１４０の面内のうち熱電モジュール４０として機能する部分を斜線にて示す。

ステージ２０は、たとえば真空チャンバ内に配置されている。ステージ２０上には、半導体ウェーハ、たとえばシリコンウェーハが載置される。シリコンウェーハは、静電気によってステージ２０上に保持される。ただし、ステージ２０とシリコンウェーハとの間の熱伝達の効率を高めるためにステージ２０とシリコンウェーハの間にヘリウムガスを流してもよい。ドライプロセス時には、真空チャンバ内は真空引きされており、所定の低圧に維持される。

ステージ２０の下部には、ステージ２０上に載置されたシリコンウェーハの面内温度分布を調整可能に熱電モジュール４０が配置されている。

図２（ａ）に示すように、熱電モジュール４０は、ステージ２０側に温調側電極４１が配置され、熱交換板３０側に熱交換板側電極４２が配置され、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎの一方の端面に温調側電極４１が接続され、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎの他方の端面に熱交換板側電極４２が接続されてなるものである。Ｐ型の熱電素子（熱電半導体）４３Ｐ、Ｎ型の熱電素子（熱電半導体）４３Ｎが交互に電極４１、４２を介して電気的に直列接続されることにより熱電モジュール４０が構成されている。なお、以下において、熱電素子についてＰ型とＮ型を区別しないで総称するときは、「熱電素子４３」と総称するものとする。

熱電モジュール４０は、熱交換板側電極４２にターミナル４５を介して電流を通電することにより作動する。ここで、ターミナル４５は、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂからなる。本明細書において、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂを区別しないで同じものとして扱う場合には、「ターミナル４５」と総称し、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂを区別して扱う場合には、それぞれ「プラスーミナル４５Ａ」、「マイナスターミナル４５Ｂ」と呼称することにする。

温調側電極４１、熱交換板側電極４２と直列に接続されたP型およびN型の熱電素子４３Ｐ、４３Ｎに電流を流すと、電極間で電荷の移動が起こり、その電荷が熱（エネルギー）を運ぶため熱の移動が起こる。これにより一方の温調側電極４１側では吸熱現象により冷たくなり、他方の熱交換板側電極４２側では発熱現象により熱が放出される。また、逆方向に電流を流すと、温調側電極４１側では、発熱現象により熱が放出される。つまり電流の通電方向に応じて温調側電極４１側に対応するステージ２０面で吸熱作用あるいは発熱作用が行われる。なお、上述した熱電モジュール４０の作動に、チラーが併用されて、ステージ２０面上でのシリコンウェーハの温調が行われる。

（第１実施例）
第１実施例では、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。なお、第１実施例を含めて熱電モジュール４０は、特に断りのない限り、４つのゾーン１１、１２、１３、１４で構成され、これら４つのゾーン１１、１２、１３、１４の中で最も内側のゾーン１１の面積が大きいものとする。

図７は、第１実施例の熱電モジュールプレート１４０の上面図を示している。

熱電モジュール４０は、ステージ２０の中心から外側に向う複数のゾーン１１、１２、１３、１４毎にターミナル４５を介して電流が通電されることにより独立して温調可能に配置されている。中心のゾーン１１は円形状に、その外側の各ゾーン１２、１３、１４は円環状に形成されている。

図８は、熱電モジュール４０の構造を斜視図にて示している。また図９は、図８の矢視Ａ図を示す。

すなわち、図７と図８、図９を併せ参照してわかるように、４つのゾーン１１、１２、１３、１４のうち最も外側のゾーン１４を除く内側のゾーン１１、１２、１３の熱交換板側電極４２には、電極延長部４４を介してターミナル４５が設けられている。各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側、つまり熱電モジュール４０の外側に配置されている（図７参照）。

図２（ｂ）に示すように、熱交換板側電極４２と電極延長部４４とターミナル４５は、一体形成されており、全体として電極ターミナル５０を構成する。なお、熱交換板側電極４２と電極延長部４４とターミナル４５を別体の部品とし、これら部品を接続することで電極ターミナル５０を構成してもよい。

電極延長部４４は、隣り合う熱電素子４３Ｐ、４３Ｎに挟まれ温調側電極４１が跨る位置に配置されている（図８、図９参照）。

図８では、最も内側のゾーン１１の電極ターミナル５０を代表して示している。ゾーン１１の電極ターミナル５０を構成する電極延長部４４は、外側のゾーン１２、１３、１４の各熱電素子４３Ｐ、４３Ｎ間に挟まれ、外側のゾーン１２、１３、１４の各温調側電極４１が跨る位置に配置されている。ゾーン１１のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側、つまり熱電モジュールプレート１４０のうち熱電モジュール４０として機能しない部分（図６の斜線外）に配置されている。ターミナル４５には、孔４５ａが形成されている。

一方、図６に示すように、熱交換板３０には孔３０ａが形成されている。電流通電用のシャフト５１がターミナル４５の孔４５ａおよび熱交換板３０の孔３０ａに挿通される。そして、外部より図示しない電気信号線がシャフト５１に電気的に接続されて、熱交換板側電極４２への通電が行われる。

図１０は、熱電モジュール４０の一部を拡大して示す図で、図８を水平方向に切断したときの横断面図である。ただし図１０では、電極延長部４４を跨ぐ温調側電極４１については、説明の便宜のため太い実線にして示している。

図１０に示すように、各ゾーン１２、１３、１４のうち電極延長部４４が存在している部分では、電極延長部４４を跨ぐ態様で温調側電極４１が配置されている。このため、各ゾーン１２、１３、１４のうち電極延長部４４が存在している部分で熱電モジュール４０としての温度調節機能が分断されることなく、熱電モジュール４０の機能が維持されることになる。

ゾーン１１のターミナル４５について説明したが、他のゾーン１２またはゾーン１３のターミナル４５についても同様であり、各ゾーン１２、１３、１４のうち電極延長部４４が存在している部分で熱電モジュール４０としての機能が分断されることなく維持される。

ただし、電極延長部４４が存在する部分では、熱電素子４３Ｐ、４３Ｎを配置することができない。よって、そのことによる若干の温調機能の低下はある。

また、各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。最も外側のゾーン１４の外側は、熱電モジュール４０として元々機能しない部分であり、この場所にターミナル４５を配置しても、それによって熱電モジュール４０の機能に影響を与えることがない。

よって、第１実施例によれば、ターミナル４５の存在に伴う温調機能の低下を抑制でき、各ゾーン１１、１２、１３、１４における温度分布に与える影響を極力小さく抑えることができ、従来発生していた熱電モジュール４０の機能がスポット的に低下するという問題点を解決することができる。

図１１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、熱電モジュール４０が動作したときのステージ２０面の温度分布を、第１実施例と従来技術で比較して示す図である。ステージ２０上の温度分布を、濃度で示している。ステージ２０の白色部分を、温度分布を説明するための便宜上の基準温度として、白色から黒色までの階調により基準温度に対する温度差を示している。基準温度よりも温度が高い程あるいは基準温度よりも温度が低いほど、黒色に近づけている。ステージ２０でリング状に白色となっている部分よりも内側の領域は基準温度に対して温度が高い領域であり、濃度が濃いほど温度が高くなっている。これに対してステージ２０でリング状に白色となっている部分よりも外側の領域は基準温度に対して温度が低い領域であり、濃度が濃いほど温度が低くなっている。

図１１（ｂ）に示すように、従来技術の場合には、図３において各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５、４５、４５、４５が存在する４箇所の場所で、スポット的に温度が低下しており（図１１（ｂ）中の白色のリングよりも外側の領域は広くスポット的に黒色となっており）、温度分布が不均一となり、温調機能が損なわれているのがわかる。これに対して図１１（ａ）に示すように、本第１実施例の場合には、ステージ２０の面内でスポット的な温度低下は見られず（図１１（ａ
）中の白色のリングよりも外側の領域は狭くスポット的に黒色となっている部分はなく）、温度分布が面内で均一となり、温調機能が従来技術に比べて向上しているのがわかる。

なお、第１実施例では、熱電モジュール４０が４つのゾーンから構成されている場合を想定して説明したが、熱電モジュール４０が少なくとも２つのゾーン（たとえばゾーン１１（内側）、ゾーン１２（外側））を有していれば、同様に本発明を適用することができる。

この場合、少なくとも１つのゾーン（ゾーン１１）の熱交換板側電極４２に、電極延長部４４を介してターミナル４５を設け、ターミナル４５を、最も外側のゾーン（ゾーン１２）の外側に配置すればよい。

（第２実施例）
第１実施例では、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５が、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている場合について説明した。しかし、実装する温調装置１００によっては、熱電モジュールプレート１４０の面積に余裕がないなどの理由により、最も外側のゾーン１４の外側へターミナル４５を配置することが困難なことがある。

そこで、この第２実施例では、最も内側のゾーン１１が最も面積が大きく熱電モジュール４０の機能に与える影響が最も少ないという点に鑑み、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５を、最も内側のゾーン１１に配置する。

図１２は、第２実施例の熱電モジュールプレート１４０の上面図を示している。なお、以下では、第１実施例と重複する構成部分については適宜説明を省略し、異なる構成部分について説明する。

図１２に示すように、４つのゾーン１１、１２、１３、１４の熱交換板側電極４２には、電極延長部４４を介してターミナル４５が設けられている（図２（ｂ）参照）。各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５は、最も内側のゾーン１１に配置されている。

なお、第１実施例と同様に、電極延長部４４は、隣り合う熱電素子４３Ｐ、４３Ｎに挟まれ温調側電極４１が跨る位置に配置されている（図９参照）。

図１３は、図１０に対応する図で、熱電モジュール４０の上面図の一部を拡大して示している。

図１３では、最も外側のゾーン１４の電極ターミナル５０を代表して示している。ゾーン１４の電極ターミナル５０を構成する電極延長部４４は、内側のゾーン１３、１２、１１の各熱電素子４３Ｐ、４３Ｎ間に挟まれ、内側のゾーン１３、１２、１１の各温調側電極４１が跨る位置に配置されている。ゾーン１４のターミナル４５は、最も内側のゾーン１１に配置されている。

電極延長部４４は、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂのそれぞれに設けられている。

電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂとは互いに、２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離れて、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂが配置されている。

また、電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂは、最も面積が大きいゾーン１１の境界から２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離れた位置に配置されている。

最も外側のゾーン１４の電極ターミナル５０について説明したが、他のゾーン１３、１２、１１のプラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂについても、同様にして電極延長部４４を介して、最も面積が大きいゾーン１１の境界から同様な距離だけ離れた位置に、互いに同様な距離だけ離れて配置される。

本第２実施例によれば、第１実施例と同様に、各ゾーン１２、１３、１４のうち電極延長部４４が存在している部分では、電極延長部４４を跨ぐ態様で温調側電極４１が配置されている。このため、各ゾーン１２、１３、１４のうち電極延長部４４が存在している部分で熱電モジュール４０としての機能が分断されることなく、熱電モジュール４０の機能が維持されることになる。

また、各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５が最も内側のゾーン１１に配置されている。最も内側のゾーン１１は、最も面積が大きく、面積が小さい他のゾーン１２、１３、１４に較べて、同じ大きさのターミナル４５を配置したときに当該ゾーン１１内の温度分布に与える影響は小さい。

よって、本第２実施例によれば、ターミナル４５の存在に伴う温調機能の低下を抑制でき、各ゾーン１１、１２、１３、１４における温度分布に与える影響を極力小さく抑えることができる。

図１４は、第２実施例の面内温度分布図であり、熱電モジュール４０が動作したときのステージ２０面の温度分布を、図１１と同様にして示している。図１１（ｂ）における従来技術の場合と対比する。従来技術の場合には、図３において各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５、４５、４５、４５が存在する４箇所の場所で、スポット的に温度が低下しており（図１１（ｂ）中の白色のリングよりも外側の領域は広くスポット的に黒色となっており）、温度分布が不均一となり、温調機能が損なわれているのがわかる。これに対して図１４に示すように、本第２実施例の場合には、ステージ２０の面内でスポット的な温度低下は見られず（図１４中の白色のリングよりも外側の領域は狭くスポット的に黒色となっている部分はなく）、温度分布が面内で均一となり、温調機能が従来技術に比べて向上しているのがわかる。

図１５（ａ）、（ｂ）は、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂを、電極延長部４４を介して、最も面積が大きいゾーン１１の境界から離間させるとともに互いに離間させて配置した場合（第２実施例；図１３）と、同様のプラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂを最も面積が大きいゾーン１１の境界に配置するとともに互いに隣接させて配置した場合（比較例）を対比して示す温度分布図である。図１５においてもステージ２０上の温度を、図１１と同様にして示している。

比較例を図１３に対応させて図１６に示す。比較例は、図１２において、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂを図１６に示すごとく配置したものである。

図１６に示すように、電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂとは互いに、隣接して配置されている。

また、電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂは、最も面積が大きいゾーン１１の境界の直近位置に配置されている。

図１５（ｂ）に示すように、比較例の場合には、各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５、４５、４５、４５が存在する４箇所の場所で、スポット的に温度が低下しており（図１５（ｂ）中の白色のリングよりも外側の領域は広くスポット的に黒色となっており）、クールスポットが顕著に現れている。このため温度分布が不均一となり、温調機能が損なわれているのがわかる。これに対して図１５（ａ）に示すように、本第２実施例の場合には、ステージ２０の面内でのクールスポットの範囲は、図１１（ａ）に示す第１実施例の場合よりも広がるが（図１１（ａ）に対し、白色のリングよりも外側の領域は広くなっているが）、図１５（ｂ）の比較例よりも温度の低下が抑えられている（図１５（ａ）中の白色のリングよりも外側の領域でスポット的に黒色となっている部分はない）。このため比較例よりも温度分布が面内で均一となり、温調機能が比較例に比べて向上しているのがわかる。

最も面積の大きいゾーン１１は、クールスポットの影響を受け難いか、その影響を鈍らせることができる。よって、最も面積の大きいゾーン１１の境界から少なくとも２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離すとともに互いに、少なくとも２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離して、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂを配置することが、温度分布を均一に保持するのに有効であると考えられる。

なお、第２実施例では、熱電モジュール４０が４つのゾーンから構成されている場合を想定して説明したが、熱電モジュール４０が少なくとも３つのゾーン（たとえばゾーン１１（最も内側）、ゾーン１２、ゾーン１３（最も外側））を有していれば、同様に本発明を適用することができる。

この場合、少なくとも１つのゾーン（たとえばゾーン１３）の熱交換板側電極４２に、電極延長部４４を介してターミナル４５を設け、ターミナル４５を、最も内側のゾーン（ゾーン１１）に配置すればよい。

図１２では、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５に、電極延長部４４を設けているが、最も内側のゾーン１１、このゾーン１１に隣接するゾーン１２については電極延長部４４を設けることなく熱交換板側電極４２に直接ターミナル４５を接続するようにしてもよい。

（第３実施例）
第２実施例では、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５が、最も内側のゾーン１１に配置されている場合について説明した。しかし、実装する温調装置１００によっては、最も内側のゾーン１１以外のゾーンが最も面積が大きい場合がある。

そこで、この第３実施例では、最も内側のゾーン１１以外のゾーンであるゾーン１２が最も面積が大きく熱電モジュール４０の機能に与える影響が最も少ないという点に鑑み、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５を、最も面積の大きいゾーン１２に配置する。

図１７は、第３実施例の熱電モジュールプレート１４０の上面図を示している。なお、以下では、第１実施例、第２実施例と重複する構成部分については適宜説明を省略し、異なる構成部分について説明する。

図１７に示すように、４つのゾーン１１、１２、１３、１４の熱交換板側電極４２には、電極延長部４４を介してターミナル４５が設けられている（図２（ｂ）参照）。各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５は、最も面積が大きいゾーン１２に配置されている。

なお、第１実施例、第２実施例と同様に、電極延長部４４は、隣り合う熱電素子４３Ｐ、４３Ｎに挟まれ温調側電極４１が跨る位置に配置されている（図９参照）。

なお図１３に示すのと同様に、電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂとは互いに、２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離れて、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂが配置されている。

また、電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂは、図１３におけるゾーン１１をゾーン１２に置き換えて、最も面積が大きいゾーン１２の境界から２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離れた位置に配置されている。

本第３実施例によれば、第１実施例、第２実施例と同様に、各ゾーン１２、１３のうち電極延長部４４が存在している部分では、電極延長部４４を跨ぐ態様で温調側電極４１が配置されている。このため、各ゾーン１２、１３のうち電極延長部４４が存在している部分で熱電モジュール４０としての機能が分断されることなく、熱電モジュール４０の機能が維持されることになる。

また、各ゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５が最も面積が大きいゾーン１２に配置されており、面積が小さい他のゾーン１１、１３、１４に較べて、同じ大きさのターミナル４５を配置したときに当該ゾーン１２内の温度分布に与える影響は小さい。

よって、本第３実施例によれば、ターミナル４５の存在に伴う温調機能の低下を抑制でき、各ゾーン１１、１２、１３、１４における温度分布に与える影響を極力小さく抑えることができる。

なお、第３実施例では、熱電モジュール４０が４つのゾーンから構成されている場合を想定して説明したが、熱電モジュール４０が少なくとも３つのゾーン（たとえばゾーン１１（最も内側）、ゾーン１２（最も面積が大きいゾーン）、ゾーン１３（最も外側））を有していれば、同様に本発明を適用することができる。

この場合、少なくとも１つのゾーン（たとえばゾーン１３）の熱交換板側電極４２に、電極延長部４４を介してターミナル４５を設け、ターミナル４５を、最も面積の大きいゾーン（ゾーン１２）に配置すればよい。

図１７では、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５に電極延長部４４を設けているが、最も面積が大きいゾーン１２とゾーン１２に隣接するゾーン１１、ゾーン１３については電極延長部４４を設けることなく熱交換板側電極４２に直接ターミナル４５を接続するようにしてもよい。

（第４実施例）
第１実施例では、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５が、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている場合について説明し、第２実施例では、全てのゾーン１１、１２、１３、１４のターミナル４５が、最も内側のゾーン１１に配置されている場合について説明した。しかし、電極延長部４４の長さを小さく抑えるために、ゾーンが内側であるか外側にあるかによって、ターミナル４５の配置箇所を内側と外側に振り分けてもよい。

この第４実施例では、４つのゾーン１１、１２、１３、１４のうち、外側のゾーン１３、１４のターミナル４５を、最も外側のゾーン１４の外側に配置するとともに、内側のゾーン１１、１２のターミナル４５を、最も内側のゾーン１１に配置する。

図１８は、第４実施例の熱電モジュールプレート１４０の上面図を示している。なお、以下では、第１実施例、第２実施例、第３実施例と重複する構成部分については適宜説明を省略し、異なる構成部分について説明する。

図１８に示すように、最も外側のゾーン１４を除く各ゾーン１１、１２、１３の熱交換板側電極４２には、電極延長部４４を介してターミナル４５が設けられている（図２（ｂ）参照）。内側のゾーン１１、１２のターミナル４５は、最も内側のゾーン１１に配置されているとともに、外側のゾーン１３、１４のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。

なお、第１実施例、第２実施例、第３実施例と同様に、電極延長部４４は、隣り合う熱電素子４３Ｐ、４３Ｎに挟まれ温調側電極４１が跨る位置に配置されている（図９参照）。

なお図１３に示すのと同様に、電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂとは互いに、２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離れて、プラスターミナル４５Ａとマイナスターミナル４５Ｂが配置されている。

また、電極延長部４４が設けられたプラスターミナル４５Ａと電極延長部４４が設けられたマイナスターミナル４５Ｂは、最も内側のゾーン１１の境界から２個の熱電素子４３に相当する距離だけ離れた位置に配置されている。

本第４実施例によれば、第１実施例、第２実施例、第３実施例と同様に、ゾーン１１、１４のうち電極延長部４４が存在している部分では、電極延長部４４を跨ぐ態様で温調側電極４１が配置されている。このため、ゾーン１１、１４のうち電極延長部４４が存在している部分で熱電モジュール４０としての機能が分断されることなく、熱電モジュール４０の機能が維持されることになる。

また、各ゾーン１３、１４のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。最も外側のゾーン１４の外側は、熱電モジュール４０として元々機能しない部分であり、この場所にターミナル４５を配置しても、それによって熱電モジュール４０の機能に影響を与えることがない。

また、各ゾーン１１、１２のターミナル４５が最も内側のゾーン１１に配置されている。最も内側のゾーン１１は、最も面積が大きく、面積が小さい他のゾーン１２、１３、１４に較べて、同じ大きさのターミナル４５を配置したときに当該ゾーン１１内の温度分布に与える影響は小さい。

よって、本第４実施例によれば、ターミナル４５の存在に伴う温調機能の低下を抑制でき、各ゾーン１１、１２、１３、１４における温度分布に与える影響を極力小さく抑えることができる。

さらに本第４実施例によれば、外側のゾーン１３のターミナル４５を最も外側のゾーン１４の外側に配置し、内側のゾーン１１、１２のターミナル４５を最も内側のゾーン１１に配置するようにしたので、電極延長部４４の長さを小さく抑えることができる。このため電極延長部４４が温度分布に及ぼす影響を小さく抑えることができる。

なお、第４実施例では、熱電モジュール４０が４つのゾーンから構成されている場合を想定して説明したが、熱電モジュール４０が少なくとも３つのゾーン（たとえばゾーン１１（最も内側）、ゾーン１２、ゾーン１３（最も外側））を有していれば、同様に本発明を適用することができる。

この場合、少なくとも１つのゾーン（たとえばゾーン１２）の熱交換板側電極４２に、電極延長部４４を介してターミナル４５を設け、外側のゾーン（ゾーン１２、１３）のターミナル４５を、最も外側のゾーン（ゾーン１３）の外側に配置するとともに、内側のゾーン（ゾーン１１）のターミナル４５を最も内側のゾーン（ゾーン１１）に配置すればよい。

図１８では、最も外側のゾーン１４を除く各ゾーン１１、１２、１３の熱交換板側電極４２に電極延長部４４を介してターミナル４５を設けているが、最も内側のゾーン１１、ゾーン１１に隣接するゾーン１２については電極延長部４４を設けることなく熱交換板側電極４２に直接ターミナル４５を接続するようにしてもよい。

（第５実施例）
以上の各第１実施例〜第４実施例では、１つのゾーン（たとえばゾーン１３）のプラスターミナル４５Ａ、マイナスターミナル４５Ｂを、電極延長部４４を介して同一方向（たとえば外側方向）に導き同一の場所（最も外側のゾーン１４の外側）に配置させるようにしているが、１つのゾーン（たとえばゾーン１３）のプラスターミナル４５Ａ、マイナスターミナル４５Ｂを、電極延長部４４を介してそれぞれ異なる方向（内側方向、外側方向）に導き内側と外側の異なる場所（たとえば最も内側のゾーン１１、最も外側のゾーン１４の外側）に配置させるようにしてもよい。

図１９は、第５実施例の熱電モジュールプレート１４０の上面図を示している。なお、以下では、第１実施例、第２実施例、第３実施例、第４実施例と重複する構成部分については適宜説明を省略し、異なる構成部分について説明する。

図１９に示すように、最も外側のゾーン１４を除く各ゾーン１１、１２、１３の熱交換板側電極４２には、電極延長部４４を介してターミナル４５が設けられている（図２（ｂ）参照）。

最も内側のゾーン１１のターミナル４５は、最も内側のゾーン１１に配置されている。

ゾーン１２のプラスターミナル４５Ａは、最も内側のゾーン１１に配置されているとともに、ゾーン１２のマイナスターミナル４５Ｂは、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。

ゾーン１３のプラスターミナル４５Ａは、最も内側のゾーン１１に配置されているとともに、ゾーン１３のマイナスターミナル４５Ｂは、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。

最も外側のゾーン１４のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。

なお、第１実施例、第２実施例、第３実施例、第４実施例と同様に、電極延長部４４は、隣り合う熱電素子４３Ｐ、４３Ｎに挟まれ温調側電極４１が跨る位置に配置されている（図９参照）。

本第５実施例によれば、第１実施例、第２実施例、第３実施例、第４実施例と同様に、ゾーン１１、１２、１３、１４のうち電極延長部４４が存在している部分では、電極延長部４４を跨ぐ態様で温調側電極４１が配置されている。このため、ゾーン１１、１２、１３、１４のうち電極延長部４４が存在している部分で熱電モジュール４０としての機能が分断されることなく、熱電モジュール４０の機能が維持されることになる。

また、ゾーン１２、１３のマイナスターミナル４５Ｂ、ゾーン１４のターミナル４５は、最も外側のゾーン１４の外側に配置されている。最も外側のゾーン１４の外側は、熱電モジュール４０として元々機能しない部分であり、この場所にターミナル４５を配置しても、それによって熱電モジュール４０の機能に影響を与えることがない。

またゾーン１１のターミナル４５、ゾーン１２、１３のプラスターミナル４５Ａは、最も内側のゾーン１１に配置されている。最も内側のゾーン１１は、最も面積が大きく、面積が小さい他のゾーン１２、１３、１４に較べて、同じ大きさのターミナル４５、プラスターミナル４５Ａを配置したときに当該ゾーン１１内の温度分布に与える影響は小さい。

よって、本第５実施例によれば、ターミナル４５の存在に伴う温調機能の低下を抑制でき、各ゾーン１１、１２、１３、１４における温度分布に与える影響を極力小さく抑えることができる。

なお、第５実施例では、熱電モジュール４０が４つのゾーンから構成されている場合を想定して説明したが、熱電モジュール４０が少なくとも２つのゾーン（たとえばゾーン１１（内側）、ゾーン１２（外側））を有していれば、同様に本発明を適用することができる。

この場合、少なくとも１つのゾーン（たとえばゾーン１２）の熱交換板側電極４２に、電極延長部４４を介してプラスターミナル４５Ａ、マイナスターミナル４５Ｂを設け、プラスターミナル４５Ａを、内側のゾーン（ゾーン１１）に配置するとともに、マイナスターミナル４５Ｂを外側のゾーン１３の外側に配置すればよい。

図１９では、最も外側のゾーン１４を除く各ゾーン１１、１２、１３のターミナル４５に電極延長部４４を設けているが、最も内側のゾーン１１のプラスターミナル４５Ａ、ゾーン１１に隣接するゾーン１２のプラスターミナル４５Ａについては電極延長部４４を設けることなく熱交換板側電極４２に直接プラスターミナル４５Ａを接続するようにしてもよい。

なお、第５実施例では、プラスターミナル４５Ａを内側に導き、マイナスターミナル４５Ｂを外側に導くようにしているが、プラスターミナル４５Ａを外側に導き、マイナスターミナル４５Ｂを内側に導く実施も当然可能である。

なお、各実施例においては、シリコンウェーハを温調する装置を想定して説明したが、本発明は、他の基板などの各種温調対象物を温調する場合にも適用することができる。

１１、１２、１３、１４ ゾーン、２０ ステージ、３０ 熱交換板、４０ 熱電モジュール、４１ 温調側電極、４２ 熱交換板側電極、４３Ｐ、４３Ｎ 熱電素子、４４ 電極延長部、４５（４５Ａ、４５Ｂ） ターミナル（プラスターミナル、マイナスターミナル）、５０ 電極ターミナル

Claims (10)

1. 温調対象物が載置されるステージと、熱交換板と、ステージ側に温調側電極が配置され、熱交換板側に熱交換板側電極が配置され、熱電素子の一方の端面に温調側電極が接続され、熱電素子の他方の端面に熱交換板側電極が接続されてなる熱電モジュールとを備え、熱交換板側電極にターミナルを介して電流を通電することにより熱電モジュールを作動させて温調対象物の温調を行う温調装置において、
   熱電モジュールは、ステージの中心から外側に向う複数のゾーン毎にターミナルを介して電流が通電されることにより独立して温調可能に配置されており、
   複数のゾーンのうち少なくとも１つのゾーンの熱交換板側電極には、電極延長部を介してターミナルが設けられており、
   電極延長部は、隣り合う熱電素子に挟まれ温調側電極が跨る位置に配置されており、
   ターミナルは、最も外側のゾーンの外側または／および最も面積が大きいゾーンに配置されていること
   を特徴とする温調装置。
2. 複数のゾーンのうち最も外側のゾーンを除く各ゾーンの熱電モジュールの熱交換板側電極には、電極延長部を介してターミナルが設けられており、
   全てのゾーンのターミナルは、最も外側のゾーンの外側に配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の温調装置。
3. 全てのゾーンのターミナルは、最も内側のゾーンに配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の温調装置。
4. 全てのゾーンのターミナルは、最も面積が大きいゾーンに配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の温調装置。
5. 複数のゾーンのうち、外側のゾーンのターミナルは、最も外側のゾーンの外側に配置されているとともに、内側のゾーンのターミナルは、最も内側のゾーンに配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の温調装置。
6. 各ゾーン毎のターミナルは、プラスターミナルとマイナスターミナルからなり、
   電極延長部は、プラスターミナルとマイナスターミナルのそれぞれに設けられており、
   少なくとも１つのゾーンのプラスターミナルとマイナスターミナルのうち一方のターミナルは、電極延長部を介して内側のゾーンに配置されているとともに、他方のターミナルは、電極延長部を介して外側のゾーンに配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の温調装置。
7. 各ゾーン毎のターミナルは、プラスターミナルとマイナスターミナルからなり、
   電極延長部は、プラスターミナルとマイナスターミナルのそれぞれに設けられており、
   電極延長部が設けられたプラスターミナルと電極延長部が設けられたマイナスターミナルは互いに、少なくとも２個の熱電素子に相当する距離だけ離れて、プラスターミナルとマイナスターミナルが配置されていること
   を特徴とする請求項３または４記載の温調装置。
8. 各ゾーン毎のターミナルは、プラスターミナルとマイナスターミナルからなり、
   電極延長部は、プラスターミナルとマイナスターミナルのそれぞれに設けられており、
   電極延長部が設けられたプラスターミナルと電極延長部が設けられたマイナスターミナルは、最も面積が大きいゾーンの境界から少なくとも２個の熱電素子に相当する距離だけ離れた位置に配置されていること
   を特徴とする請求項４記載の温調装置。
9. ターミナルおよび熱交換板には、孔が形成されており、電流通電用のシャフトがターミナルおよび熱交換板の孔に挿通されていることを特徴とする請求項１から８に記載の温調装置。
10. 熱交換板側電極と電極延長部とターミナルは、一体形成されていることを特徴とする請求項１から９に記載の温調装置。