JP2001060725A - 温度調整プレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の課題は、載置プレートと熱交換器との熱変形の
相違に起因する熱電モジュールの損傷を未然に防止し得
る温度調整プレートの提供にある。本発明に関わる温度
調整プレート１は、熱電モジュールＭと水冷プレート
（熱交換器）３との間、具体的には熱電モジュールＭに
設けられたポリイミドシート（絶縁層）４ｌと水冷プレ
ート３との間に、載置プレート２と水冷プレート３との
相対移動を許容する熱伝導性グリース(潤滑手段)Ｇを介
在させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数個のｐ型熱電
素子とｎ型熱電素子とを交互に配置し、隣接するｐ型熱
電素子とｎ型熱電素子とを電極により接続して成る熱電
モジュールを備え、該熱電モジュールを挟んで載置プレ
ートと熱交換器とを設けて成る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１０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(熱交換器)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…の両面には、熱伝導性グリースＧを塗布し
ている。そして上記熱電モジュール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(図示せず)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】ここで、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における熱電素子(ｐ，ｎ)と
載置プレートＢおよび水冷プレートＣとの間に、それぞ
れ熱電モジュールＤの伝熱板ｈ，ｈが介在するため、熱
電モジュールＤと載置プレートＢおよび水冷プレートＣ
との熱伝達性が悪く、温度調整プレートＡにおける効率
が悪くなるという不都合がある。

【０００７】また、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が上下の伝熱板ｈ，ｈを備えて
いるために、全体の厚さ(高さ寸法)が嵩んでしまい、小
型・省スペース化が難しいという不都合がある。

【０００８】上述した不都合を解消するものとして、図
１１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、電極
ｔ，ｔ…によって互いに接続して成る熱電モジュール
Ｄ′を採用し、この熱電ジュールＤ′を絶縁性接着剤
Ｅ′により載置プレート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。

【０００９】上記構成の温度調整プレートＡ′によれ
ば、図１０に示した温度調整プレートＡに対して、熱電
モジュールが伝熱板を有していないことにより、効率の
向上および小型化(薄型化)・省スペース化を達成するこ
とができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１１に示
した温度調整プレートＡ′では、載置プレートＢ′およ
び水冷プレートＣ′が、クーリング処理の作業サイクル
に伴う温度の上下動によって熱変形し、しかも温度状況
の相違や形状の相違に起因して、載置プレートＢ′と水
冷プレートＣ′との熱変形の程度は相違したものとな
る。

【００１１】このため、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′とに固定設置されてい
る熱電モジュールＤ′が、載置プレートＢ′と水冷プレ
ートＣ′との熱変形の相違によって破壊されてしまう虞
れがあった。

【００１２】特に、直径が 100〜300 mm程の大径の温度
調整プレートでは、載置プレートおよび水冷プレートの
熱変形の程度が大きく、互いの熱変形の相違も大きなも
のとなるために、上述した如き熱電モジュールの損傷は
大きな問題となる。

【００１３】本発明は上記実状に鑑みて、載置プレート
と熱交換器との熱変形の相違に起因する熱電モジュール
の損傷を未然に防止し得る温度調整プレートの提供を目
的とするものである。

【００１４】

【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の発明に関わる温度調整プレート
は、多数個のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを交互に配
置し、隣接するｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを電極に
より接続して成る熱電モジュールを具備し、該熱電モジ
ュールを挟んで載置プレートと熱交換器とを設けて成る
温度調整プレートであって、熱電モジュールと載置プレ
ートとの間、および熱電モジュールと熱交換器との間の
少なくとも一方に、載置プレートと熱交換器との相対移
動を許容する潤滑手段を介在させている。上記構成によ
れば、熱電モジュールを介在させての載置プレートと熱
交換器との連結が潤滑手段によって絶たれるので、熱電
モジュールが載置プレートと熱交換器との熱変形の相違
に基づく大きな応力を受けることがなく、もって載置プ
レートと熱交換器との熱変形の相違に起因する熱電モジ
ュールの損傷を防止することが可能となる。

【００１５】請求項２の発明に関わる温度調整プレート
は、請求項１記載の温度調整プレートにおいて、潤滑手
段を熱電モジュールに設けた絶縁層と載置プレートまた
は熱交換器との間に介装している。上記構成によれば、
熱電モジュールを介在させての載置プレートと熱交換器
との連結が潤滑手段によって絶たれるので、熱電モジュ
ールが載置プレートと熱交換器との熱変形の相違に基づ
く大きな応力を受けることがなく、もって載置プレート
と熱交換器との熱変形の相違に起因する熱電モジュール
の損傷を防止することが可能となる。

【００１６】請求項３の発明に関わる温度調整プレート
は、請求項１記載の温度調整プレートにおいて、潤滑手
段を載置プレートまたは熱交換器に設けた絶縁層と熱電
モジュールとの間に介装している。上記構成によれば、
熱電モジュールを介在させての載置プレートと熱交換器
との連結が潤滑手段によって絶たれるので、熱電モジュ
ールが載置プレートと熱交換器との熱変形の相違に基づ
く大きな応力を受けることがなく、もって載置プレート
と熱交換器との熱変形の相違に起因する熱電モジュール
の損傷を防止することが可能となる。

【００１７】請求項４の発明に関わる温度調整プレート
は、請求項２または請求項３記載の温度調整プレートに
おいて、絶縁層を樹脂によって構成している。上記構成
によれば、熱電モジュールを介在させての載置プレート
と熱交換器との連結が潤滑手段によって絶たれるので、
熱電モジュールが載置プレートと熱交換器との熱変形の
相違に基づく大きな応力を受けることがなく、もって載
置プレートと熱交換器との熱変形の相違に起因する熱電
モジュールの損傷を防止することが可能となる。

【００１８】請求項５の発明に関わる温度調整プレート
は、請求項２または請求項３記載の温度調整プレートに
おいて、絶縁層をセラミックによって構成している。上
記構成によれば、熱電モジュールを介在させての載置プ
レートと熱交換器との連結が潤滑手段によって絶たれる
ので、熱電モジュールが載置プレートと熱交換器との熱
変形の相違に基づく大きな応力を受けることがなく、も
って載置プレートと熱交換器との熱変形の相違に起因す
る熱電モジュールの損傷を防止することが可能となる。

【００１９】請求項６の発明に関わる温度調整プレート
は、請求項１から請求項５の何れか１つに記載の温度調
整プレートにおいて、熱電モジュールが全ての熱電素子
を直列に接続したものであることを特徴としている。上
記構成によれば、熱電モジュールを介在させての載置プ
レートと熱交換器との連結が潤滑手段によって絶たれる
ので、熱電モジュールが載置プレートと熱交換器との熱
変形の相違に基づく大きな応力を受けることがなく、も
って載置プレートと熱交換器との熱変形の相違に起因す
る熱電モジュールの損傷を防止することが可能となる。

【００２０】

【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製造時において、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。

【００２１】この温度調整プレート１は、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Ｍ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Ｍへの通電によって、載置プレート２に載置
された基板(図示せず)を冷却する。

【００２２】基板(半導体ウェハ)を載置するための載置
プレート２は、基板に対応した円盤形状の外観を呈し、
熱伝導性の良好なアルミニウム材、銅材、金属基複合材
等から形成されている。

【００２３】上記載置プレート２の下方には、熱電モジ
ュールＭが設置されており、この熱電モジュールＭ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ｔ，
ｔ…で接続することによって構成されている。

【００２４】また、上記熱電モジュールＭは、全てのｐ
型熱電素子ｐ，ｐ…、およびｎ型熱電素子ｎ，ｎ…を、
接続態様を示す図２中の鎖線Ｌ−Ｌから明らかなように
互いに直列に接続しており、もって上記熱電モジュール
Ｍにおいては、全てのｐ型熱電素子ｐ，ｐ…、およびｎ
型熱電素子ｎ，ｎ…が一括して制御される。

【００２５】上述した熱電モジュールＭの下方には、載
置プレート２に対応した円盤形状を呈する水冷プレート
３が設置されており、上述した載置プレート２と水冷プ
レート３とは、複数本のボルトＳによって相互の位置決
めを実施しつつ互いに連結されている。

【００２６】ここで、上述した熱電モジュールＭは、上
方側の電極ｔ，ｔ…をポリイミドシート(絶縁層)４ｕに
よって載置プレート２の下面に接着固定されている。上
記ポリイミドシート４ｕは、絶縁性と接着性とを具備し
たシート状の絶縁性接着剤であって、載置プレート２の
下面を覆うように設置され、加熱されて硬化すること
で、熱電モジュールＭを載置プレート２に固定するもの
である。

【００２７】なお、上述したポリイミドシート４ｕに換
えて、ペースト状の絶縁性接着剤により、熱電モジュー
ルＭを載置プレート２に接着固定することも可能であ
る。

【００２８】一方、上述した熱電モジュールＭにおける
下方側の電極ｔ，ｔ…にはポリイミドシート(絶縁層)４
ｌが接着固定されており、該ポリイミドシート４ｌと水
冷プレート３における上面との間には、潤滑手段として
の熱伝導性グリースＧが介在している。

【００２９】上記構成の温度調整プレート１では、熱電
モジュールＭと水冷プレート３との間に潤滑手段として
の熱伝導性グリースＧを介在させているため、熱電モジ
ュールＭを介しての載置プレート２と水冷プレート３と
の連結が熱伝導性グリースＧによって絶たれることとな
る。

【００３０】かくして、温度調整プレート１の稼働に伴
って載置プレート２と水冷プレート３とが熱変形し、し
かも載置プレート２と水冷プレート３との熱変形に相違
が生じている場合でも、熱電モジュールＭは載置プレー
ト２と熱交換器３との熱変形の相違に基づく大きな応力
を受けることがなく、もって熱電モジュールＭの損傷が
未然に防止されることとなる。

【００３１】図３に示した温度調整プレート１０は、熱
電モジュールＭおける上方側の電極ｔ，ｔ…を、ポリイ
ミドシート(絶縁層)１４ｕによって載置プレート２の下
面に接着固定している一方、水冷プレート３の上面には
アルミナ溶射によってセラミック層(絶縁層)１４ｌが形
成されており、熱電モジュールＭにおける下方側の電極
ｔ，ｔ…と上記セラミック層１４ｌとの間に潤滑手段と
しての熱伝導性グリースＧが介在している。

【００３２】なお、図３に示した温度調整プレート１０
において、図１に示した温度調整プレート１の構成要素
と同一の構成要素には、図３において図１中の符合と同
一の符合を付すことによって詳細な説明は省略する。

【００３３】上記構成の温度調整プレート１０において
も、上述した温度調整プレート１と同じく、熱電モジュ
ールＭを介しての載置プレート２と水冷プレート３との
連結が熱伝導性グリースＧによって絶たれるために、載
置プレート２と水冷プレート３との熱変形の相違に起因
する熱電モジュールＭの損傷が未然に防止される。

【００３４】図４に示した温度調整プレート２０は、熱
電モジュールＭおける上方側の電極ｔ，ｔ…に接着固定
されたポリイミドシート(絶縁層)２４ｕと、載置プレー
ト２の下面との間に熱伝導性グリースＧが介在している
一方、熱電モジュールＭおける下方側の電極ｔ，ｔ…
を、ポリイミドシート(絶縁層)２４ｌによって水冷プレ
ート３の上面に接着固定している。

【００３５】図５に示した温度調整プレート３０は、載
置プレート２の下面にアルミナ溶射によってセラミック
層(絶縁層)３４ｕが形成されており、熱電モジュールＭ
における上方側の電極ｔ，ｔ…と上記セラミック層３４
ｕとの間に潤滑手段としての熱伝導性グリースＧが介在
している一方、熱電モジュールＭおける下方側の電極
ｔ，ｔ…を、ポリイミドシート(絶縁層)３４ｌによって
水冷プレート３の上面に接着固定している。

【００３６】なお、図４および図５に示した温度調整プ
レート２０，３０において、図１に示した温度調整プレ
ート１の構成要素と同一の構成要素には、図４および図
５において図１中の符合と同一の符合を付すことによっ
て詳細な説明は省略する。

【００３７】上記構成の温度調整プレート２０，３０に
おいても、上述した温度調整プレート１と同じく、熱電
モジュールＭを介しての載置プレート２と水冷プレート
３との連結が熱伝導性グリースＧによって絶たれるため
に、載置プレート２と水冷プレート３との熱変形の相違
に起因する熱電モジュールＭの損傷が未然に防止される
こととなる。

【００３８】ここで、上述した温度調整プレート１のポ
リイミドシート４ｕ，４ｌ、温度調整プレート１０のポ
リイミドシート１４ｕ、温度調整プレート２０のポリイ
ミドシート２４ｕ，２４ｌ、および温度調整プレート３
０のポリイミドシート３４ｌに換えて、セラミック材を
絶縁層として採用することも可能である。

【００３９】また、上述した温度調整プレート１０のセ
ラミック層１４ｌ、および温度調整プレート３０のセラ
ミック層３４ｕに換えて、ポリイミドシートを絶縁層と
して採用することも可能である。

【００４０】なお、ポリイミドシートに換えてセラミッ
ク材を絶縁層として採用した場合、熱電モジュールＭの
電極ｔ，ｔ…は、ハンダづけによって上記セラミック材
に固定されることとなる。

【００４１】図６に示した温度調整プレート４０は、熱
電モジュールＭおける上方側の電極ｔ，ｔ…に接着固定
されたポリイミドシート(絶縁層)４４ｕと、載置プレー
ト２の下面との間に熱伝導性グリースＧが介在している
とともに、熱電モジュールＭおける下方側の電極ｔ，ｔ
…に接着固定されたポリイミドシート(絶縁層)４４ｌ
と、水冷プレート３の上面との間に熱伝導性グリースＧ
が介在している。

【００４２】図７に示した温度調整プレート５０は、載
置プレート２の下面に形成したセラミック層(絶縁層)５
４ｕと、熱電モジュールＭにおける上方側の電極ｔ，ｔ
…との間に熱伝導性グリースＧが介在しているととも
に、水冷プレート３の上面に形成したセラミック層(絶
縁層)５４ｌと、熱電モジュールＭにおける下方側の電
極ｔ，ｔ…との間に熱伝導性グリースＧが介在してい
る。

【００４３】図８に示した温度調整プレート６０は、熱
電モジュールＭおける上方側の電極ｔ，ｔ…に接着固定
されたポリイミドシート(絶縁層)６４ｕと、載置プレー
ト２の下面との間に熱伝導性グリースＧが介在している
とともに、水冷プレート３の上面に形成したセラミック
層(絶縁層)６４ｌと、熱電モジュールＭにおける下方側
の電極ｔ，ｔ…との間に熱伝導性グリースＧが介在して
いる。

【００４４】図９に示した温度調整プレート７０は、載
置プレート２の下面に形成したセラミック層(絶縁層)７
４ｕと、熱電モジュールＭにおける上方側の電極ｔ，ｔ
…との間に熱伝導性グリースＧが介在しているととも
に、熱電モジュールＭおける下方側の電極ｔ，ｔ…に接
着固定されたポリイミドシート(絶縁層)７４ｌと、水冷
プレート３の上面との間に熱伝導性グリースＧが介在し
ている。

【００４５】なお、図６から図９に示した温度調整プレ
ート４０，５０，６０，７０において、図１に示した温
度調整プレート１の構成要素と同一の構成要素には、図
６から図９において図１中の符合と同一の符合を付すこ
とによって詳細な説明は省略する。

【００４６】上記構成の温度調整プレート４０，５０，
６０，７０においても、上述した温度調整プレート１と
同じく、熱電モジュールＭを介しての載置プレート２と
水冷プレート３との連結が熱伝導性グリースＧによって
絶たれるために、載置プレート２と水冷プレート３との
熱変形の相違に起因する熱電モジュールＭの損傷が未然
に防止されることとなる。

【００４７】ここで、上述した温度調整プレート４０の
ポリイミドシート４４ｕ，４４ｌ、温度調整プレート６
０のポリイミドシート６４ｕ、および温度調整プレート
７０のポリイミドシート７４ｌに換えて、セラミック材
を絶縁層として採用することも可能である。

【００４８】また、上述した温度調整プレート５０のセ
ラミック層５４ｕ，５４ｌ、温度調整プレート６０のセ
ラミック層６４ｌ、および温度調整プレート７０のセラ
ミック層７４ｕに換えて、ポリイミドシートを絶縁層と
して採用することも可能である。

【００４９】なお、上述した温度調整プレート１，１
０，２０，３０，４０，５０，６０，７０においては、
潤滑手段として熱伝導性グリースＧを採用しているが、
十分な潤滑性と良好な熱伝達性を備えたものであれば、
例えば球形の微粒子から成るパウダーや、該パウダーを
混練したグリース、あるいはシリコンシート等、様々な
材料を潤滑手段として採用することが可能である。

【００５０】また、上述した温度調整プレート１〜７０
において、載置プレートはアルミニウム材、銅材、金属
器複合材等から成る無垢の板材であるが、例えばプレー
ト状のヒートパイプによって載置プレートを構成するこ
とも可能である。

【００５１】また、上述した温度調整プレート１〜７０
において、熱交換器を構成している水冷プレートは、そ
の冷却媒体として水以外にエチレングリコール等の各種
冷却媒体をも使用し得るものであることは言うまでもな
い。

【００５２】さらに、熱交換器としては実施例に示した
水冷プレート以外にも、プレート状のヒートパイプ、プ
レート状のヒートパイプと水冷プレートとの組み合わ
せ、あるいは空冷フィン等、様々な構成を採用し得るこ
とは言うまでもない。

【００５３】また、上述した各実施例においては、本発
明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って、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することも可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる温度調整プレートを示す概念的
な側面図。

【図２】本発明に関わる温度調整プレートにおける熱電
モジュールの構成を示す概念的な平面図。

【図３】本発明に関わる温度調整プレートの他の実施例
を示す概念的な側面図。

【図４】本発明に関わる温度調整プレートの他の実施例
を示す概念的な側面図。

【図５】本発明に関わる温度調整プレートの他の実施例
を示す概念的な側面図。

【図６】本発明に関わる温度調整プレートの他の実施例
を示す概念的な側面図。

【図７】本発明に関わる温度調整プレートの他の実施例
を示す概念的な側面図。

【図８】本発明に関わる温度調整プレートの他の実施例
を示す概念的な側面図。

【図９】本発明に関わる温度調整プレートの他の実施例
を示す概念的な側面図。

【図１０】従来の温度調整プレートを示す概念的な側面
図。

【図１１】従来の温度調整プレートを示す概念的な側面
図。

【符号の説明】

１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０…温度
調整プレート、 ２…載置プレート、 ３…水冷プレート(熱交換器)、 ４ｕ，４ｌ，１４ｕ，２４ｕ，２４ｌ，３４ｌ，４４
ｕ，４４ｌ，６４ｕ，７４ｌ…ポリイミドシート(絶縁
層)、 １４ｌ，３４ｕ，５４ｕ，５４ｌ，６４ｌ，７４ｕ…セ
ラミック層(絶縁層)、 Ｍ…熱電モジュール、 ｐ…ｐ型熱電素子、 ｎ…ｎ型熱電素子、 ｔ…電極、 Ｇ…熱伝導性グリース(潤滑手段)。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数個のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子
   とを交互に配置し、隣接するｐ型熱電素子とｎ型熱電素
   子とを電極により接続して成る熱電モジュールを備え、
   該熱電モジュールを挟んで載置プレートと熱交換器とを
   設けて成る温度調整プレートであって、 上記熱電モジュールと上記載置プレートとの間、および
   上記熱電モジュールと上記熱交換器との間の少なくとも
   一方に、上記載置プレートと上記熱交換器との相対移動
   を許容する潤滑手段を介在させて成ることを特徴とする
   温度調整プレート。
2. 【請求項２】 上記潤滑手段を、上記熱電モジュール
   に設けた絶縁層と、上記載置プレートまたは上記熱交換
   器との間に介装したことを特徴とする請求項１記載の温
   度調整プレート。
3. 【請求項３】 上記潤滑手段を、上記載置プレートま
   たは上記熱交換器に設けた絶縁層と、上記熱電モジュー
   ルとの間に介装したことを特徴とする請求項１記載の温
   度調整プレート。
4. 【請求項４】 上記絶縁層が樹脂によって構成されて
   いることを特徴とする請求項２または請求項３記載の温
   度調整プレート。
5. 【請求項５】 上記絶縁層がセラミックによって構成
   されていることを特徴とする請求項２または請求項３記
   載の温度調整プレート。
6. 【請求項６】 上記熱電モジュールは全ての熱電素子
   が直列に接続されていることを特徴とする請求項１から
   請求項５の何れか１つに記載の温度調整プレート。