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JP7162500B2 - 温調装置 - Google Patents

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Description

本発明は、温調装置に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、基板を成膜処理する成膜装置、基板を露光処理する露光装置、及び基板をエッチング処理するエッチング装置のような、様々な半導体処理装置が使用される。半導体処理装置には、基板の温度を調整する温調装置が設けられている場合が多い。例えば基板をドライエッチング処理する場合、エッチング速度は基板の温度の影響を受けるため、温調装置により基板の温度を調整しながらドライエッチング処理が実行される。特許文献１には、半導体処理装置の真空チャンバにおいて基板の温度を調整する基板支持アセンブリが開示されている。特許文献１において、基板支持アセンブリは、温調装置として機能する。基板支持アセンブリは、基板を支持するためのトップ板と、トップ板の下方に配置されるベース板と、トップ板とベース板との間に配置されるカバー板とを有する。カバー板とベース板との間の内部空間に熱電モジュールが配置される。熱電モジュールは、カバー板と接合される。
特開２０１５－００８２８７号公報
温調装置が高温環境下で使用される場合、熱電モジュール及び熱電モジュールに隣接する部材の少なくとも一方の熱変形に起因して、熱電モジュール及び部材の少なくとも一方に過度な応力が作用する可能性がある。その結果、温調装置の少なくとも一部が損傷し、温調装置の性能が低下する可能性がある。
本発明の態様は、温調装置の少なくとも一部が熱変形しても、温調装置の性能の低下を抑制することを目的とする。
本発明の態様に従えば、基板を支持する天板と、前記天板との間において内部空間を形成するように前記天板に接続されるベース板と、前記内部空間に配置される熱電モジュール板と、前記内部空間に配置され、前記熱電モジュール板と熱交換する熱交換板と、前記熱電モジュール板及び前記熱交換板を介して前記天板と前記ベース板とを結合し、前記天板及び前記ベース板のそれぞれに固定される第１結合部材と、前記熱電モジュール板及び前記熱交換板を介して前記天板と前記ベース板とを結合し、前記天板に固定され前記ベース板と相対移動可能な第２結合部材と、を備える温調装置が提供される。
本発明の態様によれば、温調装置の少なくとも一部が熱変形しても、温調装置の性能の低下を抑制することができる。
図１は、本実施形態に係る半導体処理装置の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、本実施形態に係る温調装置の一例を模式的に示す断面図である。 図３は、本実施形態に係る温調装置の一例を示す分解斜視図である。 図４は、本実施形態に係る熱電モジュール板の一部を拡大した断面図である。 図５は、本実施形態に係る熱電発電モジュールの一部を示す斜視図である。 図６は、本実施形態に係る第１結合部材の一例を示す断面図である。 図７は、本実施形態に係る第２結合部材の一例を示す断面図である。 図８は、本実施形態に係る凸部の一例を示す断面図である。 図９は、本実施形態に係る作用を説明するための模式図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とする。所定面内においてＸ軸と直交するＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とする。所定面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面は、所定面と平行である。Ｙ軸及びＺ軸を含むＹＺ平面は、ＸＹ平面と直交する。Ｘ軸及びＺ軸を含むＸＺ平面は、ＸＹ平面及びＹＺ平面のそれぞれと直交する。本実施形態において、ＸＹ平面は、水平面と平行である。Ｚ軸方向は、鉛直方向である。＋Ｚ方向（＋Ｚ側）は、上方向（上側）である。－Ｚ方向（－Ｚ側）は、下方向（下側）である。なお、ＸＹ平面は、水平面に対して傾斜してもよい。
［半導体処理装置］
図１は、本実施形態に係る半導体処理装置１の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体処理装置１は、チャンバ装置２と、チャンバ装置２の内部空間２Ｓに配置され、内部空間２Ｓにおいて基板Ｗの温度を調整する温調装置３とを備える。
本実施形態において、半導体処理装置１は、基板Ｗをドライエッチング処理するドライエッチング装置を含む。基板Ｗは、半導体ウエハを含む。ドライエッチング処理において、チャンバ装置２の内部空間２Ｓの圧力は、大気圧よりも低い圧力になるように調整される。内部空間２Ｓの圧力は、例えば２００［Ｐａ］になるように調整される。トライエッチング処理において、基板Ｗの温度は、温調装置３により調整される。チャンバ装置２の内部空間２Ｓが減圧され、基板Ｗの温度が調整された状態で、チャンバ装置２の内部空間２Ｓにエッチングガスが供給される。内部空間２Ｓにエッチングガスが供給されることにより、基板Ｗはドライエッチング処理される。
温調装置３は、基板Ｗを支持した状態で、基板Ｗの温度を調整する。温調装置３は、基板Ｗの温度を調整して、エッチング速度を調整することができる。また、温調装置３は、基板Ｗの温度分布を調整することができる。
チャンバ装置２は、内部空間２Ｓを形成するチャンバ部材２Ｔと、チャンバ部材２Ｔの温度を調整する温度調整装置２Ｕとを有する。温度調整装置２Ｕによりチャンバ部材２Ｔが加熱されると、温調装置３に支持されている基板Ｗの温度が目標温度よりも過度に高くなったり、基板Ｗの温度分布が目標温度分布にならなかったり可能性がある。温調装置３は、チャンバ部材２Ｔが加熱されても、基板Ｗが目標温度になるように、基板Ｗの温度を調整する。温調装置３は、チャンバ部材２Ｔが加熱されても、基板Ｗが目標温度分布になるように、基板Ｗの温度分布を調整する。
［温調装置］
図２は、本実施形態に係る温調装置３の一例を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係る温調装置３の一例を示す分解斜視図である。
図１、図２、及び図３に示すように、温調装置３は、基板Ｗを支持する天板４と、天板４との間において内部空間３Ｓを形成するように天板４に接続されるベース板５と、内部空間３Ｓに配置される熱電モジュール板６と、内部空間３Ｓに配置され、熱電モジュール板６と熱交換する熱交換板７と、天板４とベース板５とを結合する結合部材８と、基板Ｗの裏面を支持してＺ軸方向に移動するリフトピン９と、天板４及びベース板５のそれぞれに接触するシール部材１０とを備える。
天板４、熱電モジュール板６、熱交換板７、及びベース板５のそれぞれは、実質的に円板状である。天板４、熱電モジュール板６、熱交換板７、及びベース板５は、Ｚ軸方向に積層される。以下の説明において、ＸＹ平面内において温調装置３の中心を通り、Ｚ軸と平行な仮想軸を適宜、温調装置３の中心軸ＡＸ、と称する。
天板４は、基板Ｗを支持する支持面４Ａを有する。天板４は、例えばアルミニウム製である。天板４は、ステンレス鋼製でもよい。支持面４Ａは、＋Ｚ方向を向く。天板４は、基板Ｗの表面とＸＹ平面とが平行になるように、基板Ｗを支持する。基板Ｗは、支持面４Ａに載置される。
天板４は、支持面４Ａ及び支持面４Ａの反対方向を向く裏面４Ｂを有する円板状の支持部４１と、支持部４１の周縁部に接続され、支持部４１の周縁部からベース板５に突出する周壁部４２とを有する。
ベース板５は、天板４を支持する。ベース板５は、例えばアルミニウム製である。ベース板５は、ステンレス鋼製でもよい。ベース板５は、天板４、熱電モジュール板６、及び熱交換板７よりも－Ｚ側に配置される。ベース板５は、天板４の周壁部４２の下面４Ｃに対向する上面５Ａと、熱交換板７の下面７Ｂと間隙を介して対向する対向面５Ｄとを有する。上面５Ａ及び対向面５Ｄのそれぞれは、＋Ｚ方向を向く。対向面５Ｄは、上面５Ａよりも－Ｚ側に配置される。上面５Ａは、円環状である。ＸＹ平面内において、上面５Ａは、対向面５Ｄの周囲に配置される。上面５Ａは、周壁部４２の下面４Ｃに接触する。周壁部４２の下面４Ｃとベース板５の上面５Ａの少なくとも一部とが接触することにより、天板４とベース板５との間に、温調装置３の内部空間３Ｓが形成される。
ベース板５は、対向面５Ｄから支持部４１に突出する凸部５Ｔを有する。凸部５Ｔの少なくとも一部は、熱交換板７に設けられている貫通孔７Ｊに配置される。凸部５Ｔの少なくとも一部は、熱電モジュール板６に設けられている貫通孔６Ｊに配置される。凸部５Ｔの上端部は、天板４の支持部４１に接続される。
ベース板５は、対向面５Ｄから支持部４１に突出する凸部５Ｕを有する。中心軸ＡＸの放射方向において、凸部５Ｕは、中心軸ＡＸと凸部５Ｔとの間に配置される。凸部５Ｕの少なくとも一部は、熱交換板７に設けられている貫通孔７Ｋに配置される。凸部５Ｕの少なくとも一部は、熱電モジュール板６に設けられている貫通孔６Ｋに配置される。凸部５Ｕの上端部は、天板４の支持部４１に接続される。
熱電モジュール板６は、天板４の支持面４Ａに支持されている基板Ｗの温度を調整する。熱電モジュール板６は、電力の供給により吸熱又は発熱する熱電モジュール２０を含む。熱電モジュール板６は、内部空間３Ｓに配置される。熱電モジュール板６は、天板４の支持部４１よりも－Ｚ側に配置される。熱電モジュール板６は、内部空間３Ｓにおいて天板４に隣接するように配置される。熱電モジュール板６の上面６Ａは、支持部４１の裏面４Ｂに対向する。
熱電モジュール２０は、ペルチェ効果により、吸熱又は発熱する。熱電モジュール２０は、支持部４１を介して、支持面４Ａに支持されている基板Ｗから熱を奪うことができる。熱電モジュール２０は、支持部４１を介して、支持面４Ａに支持されている基板Ｗに熱を与えることができる。熱電モジュール２０が吸熱又は発熱することにより、支持面４Ａに支持されている基板Ｗの温度が調整される。
熱電モジュール板６は、熱電モジュール２０と、熱電モジュール２０の上面に接続される第１絶縁膜２１と、熱電モジュール２０の下面に接続される第２絶縁膜２２と、熱電モジュール２０の周囲に配置される隔壁部材２３とを有する。熱電モジュール２０は、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２と隔壁部材２３とで規定される空間に配置される。第１絶縁膜２１及び第２絶縁膜２２のそれぞれは、例えばポリイミド製の膜を含む。熱電モジュール板６の上面６Ａは、第１絶縁膜２１の上面を含む。熱電モジュール板６の下面６Ｂは、第２絶縁膜２２の下面を含む。
図３に示すように、熱電モジュール板６は、第１熱電モジュール板６１と、第２熱電モジュール板６２と、第３熱電モジュール板６３と、第４熱電モジュール板６４と、第５熱電モジュール板６５と、第６熱電モジュール板６６と、第７熱電モジュール板６７とを含む。第１熱電モジュール板６１は、ＸＹ平面内において中央部に配置される円形状の板である。中心軸ＡＸは、第１熱電モジュール板６１を通る。第２熱電モジュール板６２は、第１熱電モジュール板６１の周囲に配置される円環状の板である。第３熱電モジュール板６３は、第２熱電モジュール板６２の周囲に配置される円環状の板である。第４熱電モジュール板６４は、第３熱電モジュール板６３の周囲の一部に配置される円弧状の板である。第５熱電モジュール板６５は、第３熱電モジュール板６３の周囲の一部において第４熱電モジュール板６４の隣に配置される円弧状の板である。第６熱電モジュール板６６は、第３熱電モジュール板６３の周囲の一部において第５熱電モジュール板６５の隣に配置される円弧状の板である。第７熱電モジュール板６７は、第３熱電モジュール板６３の周囲の一部において第４熱電モジュール板６４と第６熱電モジュール板６６との間に配置される円弧状の板である。
第１～第７熱電モジュール板６１～６７のそれぞれが、熱電モジュール２０、第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２２、及び隔壁部材２３を有する。第１～第７熱電モジュール板６１～６７のそれぞれが、上面６Ａ及び下面６Ｂを有する。
熱交換板７は、熱電モジュール板６と熱交換する。熱交換板７は、内部空間３Ｓにおいて、熱電モジュール板６よりも－Ｚ側に配置される。Ｚ軸方向において、熱電モジュール板６は、支持部４１と熱交換板７との間に配置される。Ｚ軸方向において、熱交換板７は、熱電モジュール板６とベース板５との間に配置される。熱交換板７は、内部空間３Ｓにおいて熱電モジュール板６に隣接するように配置される。熱交換板７の上面７Ａは、熱電モジュール板６の下面６Ｂに対向する。
熱電モジュール２０が支持面４Ａに支持されている基板Ｗから熱を奪う場合、基板Ｗの熱は、支持部４１及び熱電モジュール板６を介して、熱交換板７に移動する。熱交換板７は、温調用流体が流通する内部流路（不図示）を有する。温調用流体は、冷却水のような冷媒を含む。温調用流体は、流体温度調整装置（不図示）により温度調整された後、内部流路の入口を介して内部流路に流入する。温調用流体は、内部流路を流通して、熱交換板７に移動した熱を奪う。熱を奪った温調用流体は、内部流路の出口から流出し、流体温度調整装置に戻される。
熱交換板７は、銅製である。銅は、熱伝導率が高い。そのため、熱交換板７は、熱電モジュール板６と効率良く熱交換することができる。
結合部材８は、熱電モジュール板６及び熱交換板７を介して、天板４とベース板５とを結合する。結合部材８は、複数設けられる。結合部材８は、ボルトを含む。ベース板５は、結合部材８の頭部が配置される凹部５Ｃを有する。凹部５Ｃは、ベース板５の下面５Ｂに設けられる。
ベース板５は、結合部材８の軸部の少なくとも一部が配置される貫通孔５Ｈを有する。熱交換板７は、結合部材８の軸部の少なくとも一部が配置される貫通孔７Ｈを有する。熱電モジュール板６は、結合部材８の軸部の少なくとも一部が配置される貫通孔６Ｈを有する。天板４は、結合部材８の軸部の先端部が挿入されるねじ孔４Ｈを有する。結合部材８は、熱電モジュール板６の貫通孔６Ｈ及び熱交換板７の貫通孔７Ｈを介して、天板４とベース板５とを結合する。
結合部材８は、天板４の第１部分Ｐ１に結合される第１結合部材８１と、第１部分Ｐ１の周囲に複数規定された天板４の第２部分Ｐ２に結合される第２結合部材８２とを含む。第１部分Ｐ１は、ＸＹ平面内において、天板４の支持部４１の中央部分に規定される。第２部分Ｐ２は、ＸＹ平面内において、天板４の支持部４１の第１部分Ｐ１の周囲に複数規定される。本実施形態において、第２部分Ｐ２は、第１部分Ｐ１の周囲の６箇所に規定される。なお、第２部分Ｐ２は、第１部分Ｐ１の周囲の少なくとも３箇所に規定されていればよい。第１結合部材８１は、熱電モジュール板６及び熱交換板７を介して、天板４の第１部分Ｐ１とベース板５とを結合する。第２結合部材８２は、熱電モジュール板６及び熱交換板７を介して、天板４の第２部分Ｐ２とベース板５とを結合する。
複数の第２結合部材８２のうち、少なくとも１つの第２結合部材８２は、凸部５Ｔに設けられている貫通孔５Ｊに配置される。
天板４は、裏面４Ｂからベース板５に突出する凸部４Ｔを有する。第１結合部材８１が挿入されるねじ孔４Ｈは、凸部４Ｔに設けられる。熱交換板７は、第１結合部材８１及び凸部４Ｔが配置される貫通孔７Ｈを有する。熱電モジュール板６は、第１結合部材８１及び凸部４Ｔが配置される貫通孔６Ｈを有する。凸部４Ｔの下端面は、ベース板５に設けられている凸部５Ｓの上端面に、断熱材４０を介して接触する。
リフトピン９は、基板Ｗが支持面４Ａに接近したり支持面４Ａから離れたりするように、基板Ｗの裏面を支持してＺ軸方向に移動する。リフトピン９の少なくとも一部は、凸部５Ｕに設けられている貫通孔５Ｗに配置される。リフトピン９の少なくとも一部は、天板４に設けられている貫通孔４Ｗに配置される。貫通孔５Ｗの内側の空間及び貫通孔４Ｗの内側の空間は、チャンバ装置２の内部空間２Ｓに接続される。
内部空間３Ｓは、大気開放される。内部空間３Ｓは、大気圧に維持される。内部空間３Ｓは、通路１１を介して、チャンバ装置２の外部空間（大気空間）に接続される。通路１１の少なくとも一部は、ベース板５に設けられる。図３に示すように、ベース板５は、環状のリム部５１と、リム部５１の内側に配置されるスポーク部５２とを有する。リム部５１とスポーク部５２との間に通路１１が設けられる。天板４の第１部分Ｐ１に結合される結合部材８が配置される貫通孔５Ｈは、スポーク部５２に設けられる。
温調装置３の内部空間３Ｓは、大気圧に維持される。温調装置３の周囲のチャンバ装置２の内部空間２Ｓは、大気圧よりも低い圧力に維持される。温調装置３の内部空間３Ｓの圧力がチャンバ装置２の内部空間２Ｓの圧力よりも高いので、チャンバ装置２の内部空間２Ｓに供給されたエッチングガスが、温調装置３の内部空間３Ｓに流入することが抑制される。これにより、エッチングガスと熱電モジュール２０との接触が抑制される。例えばエッチングガスが腐食性である場合、エッチングガスと熱電モジュール２０とは接触しないことが好ましい。本実施形態においては、温調装置３の内部空間３Ｓの圧力がチャンバ装置２の内部空間２Ｓの圧力よりも高いので、エッチングガスと熱電モジュール２０との接触が抑制される。
シール部材１０は、天板４及びベース板５のそれぞれに接触する。シール部材１０は、天板４の周壁部４２とベース板５との境界をシールする。シール部材１０が設けられることにより、チャンバ装置２の内部空間２Ｓに供給されたエッチングガスが、温調装置３の内部空間３Ｓに流入することが抑制される。また、シール部材１０が設けられることにより、温調装置３の内部空間３Ｓの気体が、チャンバ装置２の内部空間２Ｓに流出することが抑制される。例えば熱電モジュール板６及び熱交換板７の少なくとも一方から発生した異物が、チャンバ装置２の内部空間２Ｓに流出することが抑制される。これにより、支持面４Ａに支持されている基板Ｗに異物が付着することが抑制される。本実施形態において、熱交換板７は、銅製である。銅を含む異物が基板Ｗに付着すると、基板Ｗから製造される半導体デバイスの性能が低下する可能性がある。シール部材１０が設けられることにより、温調装置３の内部空間３Ｓで発生した異物が、支持面４Ａに支持されている基板Ｗに付着することが抑制される。
［熱電発電モジュール］
図４は、本実施形態に係る熱電モジュール板６の一部を拡大した断面図である。図５は、本実施形態に係る熱電モジュール板６の一部を示す斜視図である。なお、図４は、第１熱電モジュール板６１と第２熱電モジュール板６２との境界を拡大した断面図である。第２熱電モジュール板６２から第７熱電モジュール板６７のそれぞれの境界の構造は、第１熱電モジュール板６１と第２熱電モジュール板６２との境界の構造と同様である。
図４及び図５に示すように、熱電モジュール板６は、熱電モジュール２０と、熱電モジュール２０の上面に接続される第１絶縁膜２１と、熱電モジュール２０の下面に接続される第２絶縁膜２２と、熱電モジュール２０の周囲に配置される隔壁部材２３とを有する。熱電モジュール２０は、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２と隔壁部材２３とで規定される空間に配置される。第１絶縁膜２１及び第２絶縁膜２２のそれぞれは、例えばポリイミド製の膜を含む。熱電モジュール板６の上面６Ａは、第１絶縁膜２１の上面を含む。熱電モジュール板６の下面６Ｂは、第２絶縁膜２２の下面を含む。
隔壁部材２３は、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との間に配置される。隔壁部材２３は、熱電モジュール２０が配置される空間を囲むように設けられた環状の部材である。隔壁部材２３は、セラミックス製である。隔壁部材２３は、酸化アルミニウム製でもよいし、窒化アルミニウム製でもよい。隔壁部材２３は、接着剤により、第１絶縁膜２１及び第２絶縁膜２２のそれぞれに接合される。
熱電モジュール２０は、熱電半導体素子２４と、第１電極２５と、第２電極２６とを有する。熱電半導体素子２４は、ｐ型熱電半導体素子２４Ｐと、ｎ型熱電半導体素子２４Ｎとを含む。ＸＹ平面内において、ｐ型熱電半導体素子２４Ｐとｎ型熱電半導体素子２４Ｎとは、交互に配置される。第１電極２５は、ｐ型熱電半導体素子２４Ｐ及びｎ型熱電半導体素子２４Ｎのそれぞれに接続される。第２電極２６は、ｐ型熱電半導体素子２４Ｐ及びｎ型熱電半導体素子２４Ｎのそれぞれに接続される。ｐ型熱電半導体素子２４Ｐの上面及びｎ型熱電半導体素子２４Ｎの上面は、第１電極２５に接続される。ｐ型熱電半導体素子２４Ｐの下面及びｎ型熱電半導体素子２４Ｎの下面は、第２電極２６に接続される。第１電極２５は、第１絶縁膜２１に接続される。第２電極２６は、第２絶縁膜２２に接続される。熱電モジュール２０の上面は、第１電極２５の上面を含む。熱電モジュール２０の下面は、第２電極２６の下面を含む。
熱電モジュール２０は、ペルチェ効果により、吸熱又は発熱する。第１電極２５と第２電極２６との間に電位差が与えられると、熱電半導体素子２４において電荷が移動する。電荷の移動により、熱電半導体素子２４において熱が移動する。これにより、熱電モジュール２０は、吸熱又は発熱する。本実施形態においては、熱電半導体素子２４の＋Ｚ側の端部に接続される第１電極２５が吸熱し、熱電半導体素子２４の－Ｚ側の端部に接続される第２電極２６が発熱するように、第１電極２５と第２電極２６との間に電位差が与えられる。第１電極２５が吸熱することにより、支持面４Ａに支持されている基板Ｗは冷却される。なお、第１電極２５が発熱し、第２電極２６が吸熱するように、第１電極２５と第２電極２６との間に電位差が与えられてもよい。第１電極２５が発熱することにより、支持面４Ａに支持されている基板Ｗは加熱される。
熱電モジュール板６の第１絶縁膜２１は、天板４の支持部４１に隣接する。天板４の支持部４１と熱電モジュール板６の第１絶縁膜２１との間に粘弾性膜１２が設けられる。粘弾性膜１２は、熱伝導グリスを含む。なお、粘弾性膜１２は、ゲルシートを含んでもよい。第１電極２５が吸熱することにより、支持面４Ａに支持されている基板Ｗの熱は、支持部４１、粘弾性膜１２、及び熱電モジュール板６を介して、熱交換板７に移動する。
第２絶縁膜２２は、熱交換板７に接合される。第２絶縁膜２２は、例えば接着剤により、熱交換板７に接合される。
［第１結合部材］
図６は、本実施形態に係る第１結合部材８１の一例を示す断面図である。第１結合部材８１は、熱電モジュール板６及び熱交換板７を介して天板４とベース板５とを結合する。第１結合部材８１は、熱電モジュール板６の貫通孔６Ｈ及び熱交換板７の貫通孔７Ｈを介して、天板４の第１部分Ｐ１とベース板５とを結合する。第１部分Ｐ１は、ＸＹ平面内において、天板４の支持部４１の中央部分に規定される。第１結合部材８１は、天板４の中央部分に固定される。第１結合部材８１は、天板４及びベース板５のそれぞれに固定される。
第１結合部材８１は、ボルトを含む。第１結合部材８１は、頭部８１Ｈと、軸部８１Ｓと、ワッシャ８１Ｗとを有する。軸部８１Ｓの先端部（上端部）にねじ山が設けられる。支持部４１の第１部分Ｐ１の裏面４Ｂに、軸部８１Ｓの先端部が挿入されるねじ孔４Ｈが形成される。ねじ孔４Ｈにねじ溝が設けられる。軸部８１Ｓに設けられているねじ山とねじ孔４Ｈに設けられているねじ溝とが噛み合うことにより、第１結合部材８１は、天板４に固定される。
軸部８１Ｓの少なくとも一部は、ベース板５の貫通孔５Ｈに配置される。軸部８１Ｓの表面と貫通孔５Ｈの内面とは離れている。軸部８１Ｓの少なくとも一部は、熱交換板７の貫通孔７Ｈに配置される。軸部８１Ｓの表面と貫通孔７Ｈの内面とは離れている。軸部８１Ｓの少なくとも一部は、熱電モジュール板６の貫通孔６Ｈに配置される。軸部８１Ｓの表面と貫通孔６Ｈの内面とは離れている。なお、軸部８１Ｓの表面と、貫通孔５Ｈの内面、貫通孔７Ｈの内面、及び貫通孔６Ｈの内面の少なくとも一つとが接触してもよい。
頭部８１Ｈは、ベース板５の下面５Ｂに設けられた凹部５Ｃに配置される。凹部５Ｃの内径は、貫通孔５Ｈの内径よりも大きい。貫通孔５Ｈと凹部５Ｃとの境界に支持面５Ｅが配置される。支持面５Ｅは、－Ｚ方向を向く。頭部８１Ｈと支持面５Ｅとの間にワッシャ８１Ｗが配置される。ワッシャ８１Ｗは、軸部８１Ｓの周囲に配置される。
軸部８１Ｓの先端部をねじ孔４Ｈにねじ込むことにより、頭部８１Ｈは、ワッシャ８１Ｗを介して支持面５Ｅに押し付けられる。これにより、第１結合部材８１は、ベース板５に固定される。
第１結合部材８１が天板４及びベース板５のそれぞれに固定されることにより、第１結合部材８１と天板４とベース板５との相対位置は維持される。
［第２結合部材］
図７は、本実施形態に係る第２結合部材８２の一例を示す断面図である。第２結合部材８２は、熱電モジュール板６及び熱交換板７を介して天板４とベース板５とを結合する。第２結合部材８２は、熱電モジュール板６の貫通孔６Ｈ及び熱交換板７の貫通孔７Ｈを介して、天板４の第２部分Ｐ２とベース板５とを結合する。第２部分Ｐ２は、ＸＹ平面内において、天板４の支持部４１に規定された第１部分Ｐ１の周囲に複数規定される。第２結合部材８２は、第１結合部材８１の周囲に複数固定される。第２結合部材８２は、天板４に固定され、ベース板５と相対移動可能である。
第２結合部材８２は、ボルトを含む。第２結合部材８２は、頭部８２Ｈと、軸部８２Ｓと、ワッシャ８２Ｗとを有する。軸部８２Ｓの先端部（上端部）にねじ山が設けられる。支持部４１の第２部分Ｐ２の裏面４Ｂに、軸部８２Ｓの先端部が挿入されるねじ孔４Ｈが形成される。ねじ孔４Ｈにねじ溝が設けられる。軸部８２Ｓに設けられているねじ山とねじ孔４Ｈに設けられているねじ溝とが噛み合うことにより、第２結合部材８２は、天板４に固定される。
軸部８２Ｓの少なくとも一部は、ベース板５の貫通孔５Ｈに配置される。軸部８２Ｓの表面と貫通孔５Ｈの内面とは離れている。軸部８２Ｓの少なくとも一部は、熱交換板７の貫通孔７Ｈに配置される。軸部８２Ｓの表面と貫通孔７Ｈの内面とは離れている。軸部８２Ｓの少なくとも一部は、熱電モジュール板６の貫通孔６Ｈに配置される。軸部８２Ｓの表面と貫通孔６Ｈの内面とは離れている。
頭部８２Ｈは、ベース板５の下面５Ｂに設けられた凹部５Ｃに配置される。凹部５Ｃの内径は、貫通孔５Ｈの内径よりも大きい。貫通孔５Ｈと凹部５Ｃとの境界に支持面５Ｅが配置される。支持面５Ｅは、－Ｚ方向を向く。
ワッシャ８２Ｗは、頭部８２Ｈよりも＋Ｚ側に配置される。ワッシャ８２Ｗは、軸部８２Ｓの周囲に配置される。ワッシャ８２Ｗは、頭部８２Ｈに固定される。
本実施形態において、温調装置３は、第２結合部材８２とベース板５との間に配置される摺動部材１４を備える。摺動部材１４は、頭部８２Ｈと支持面５Ｅとの間に配置されるワッシャを含む。摺動部材１４は、軸部８２Ｓの周囲に配置される。摺動部材１４は、第２結合部材８２のワッシャ８２Ｗよりも＋Ｚ側に配置される。
摺動部材１４と支持面５Ｅとの間にワッシャ１５が配置される。ワッシャ１５は、摺動部材１４よりも＋Ｚ側に配置される。ワッシャ１５は、ワッシャ１５の上面が支持面５Ｅに接触するように、凹部５Ｃに配置される。ワッシャ１５の外径は、凹部５Ｃの内径に実質的に等しい。ワッシャ１５は、凹部５Ｃに嵌る。ワッシャ１５の位置は、凹部５Ｃにおいて固定される。ワッシャ１５とベース板５との相対位置は維持される。
本実施形態において、ベース板５は、ワッシャ１５を含む。すなわち、ワッシャ１５は、ベース板５の構成要素とみなされる。ベース板５とワッシャ１５とは一体であるとみなされる。
摺動部材１４は、第２結合部材８２のワッシャ８２Ｗとベース板５のワッシャ１５との間に配置される。ワッシャ８２Ｗの上面と摺動部材１４の下面とが対向する。ワッシャ８２Ｗの上面と摺動部材１４の下面とは接触する。摺動部材１４の上面とワッシャ１５の下面とが対向する。摺動部材１４の上面とワッシャ１５の下面とは接触する。
摺動部材１４は、摺動部材１４の上面がワッシャ１５の下面に接触するように、凹部５Ｃに配置される。摺動部材１４の外径は、凹部５Ｃの内径に実質的に等しい。摺動部材１４は、凹部５Ｃに嵌る。摺動部材１４の位置は、凹部５Ｃにおいて固定される。摺動部材１４とベース板５との相対位置は維持される。
ワッシャ８２Ｗは、ワッシャ８２Ｗの上面が摺動部材１４の下面に接触するように、凹部５Ｃに配置される。ワッシャ８２Ｗの外径及び頭部８２Ｈの外径のそれぞれは、凹部５Ｃの内径よりも小さい。
第２結合部材８２に対する摺動部材１４の表面の摩擦係数は、第２結合部材８２に対するベース板５の表面の摩擦係数よりも小さい。本実施形態においては、ワッシャ８２Ｗに対する摺動部材１４の表面の摩擦係数は、ワッシャ１５の表面の摩擦係数よりも小さい。本実施形態において、ワッシャ８２Ｗ及びワッシャ１５のそれぞれは、ステンレス鋼製である。摺動部材１４は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ：polyetheretherketone）製である。第２結合部材８２のワッシャ８２Ｗは、摺動部材１４の下面に対して滑ることができる。
軸部８２Ｓの先端部をねじ孔４Ｈにねじ込むことにより、頭部８２Ｈ及びワッシャ８２Ｗは、摺動部材１４及びワッシャ１５を介して支持面５Ｅに押し付けられる。ワッシャ８２Ｗは、摺動部材１４の下面に対して滑ることができる。頭部８２Ｈとワッシャ８２Ｗとは固定されており、一体である。ワッシャ８２Ｗの外径及び頭部８２Ｈの外径のそれぞれは、凹部５Ｃの内径よりも小さい。そのため、頭部８２Ｈ及びワッシャ８２Ｗは、凹部５Ｃの内側で、摺動部材１４の下面に対して滑りながら、ＸＹ平面内において移動することができる。
頭部８２Ｈと軸部８２Ｓとワッシャ８２Ｗとは一体である。したがって、第２結合部材８２は、摺動部材１４の下面に対して滑りながら、ＸＹ平面内において移動することができる。
第２結合部材８２が天板４に固定されることにより、第２結合部材８２と天板４との相対位置は維持される。第２結合部材８２は、摺動部材１４を滑ることにより、ベース板５に対してＸＹ平面内において相対移動する。第２結合部材８２の中心軸と直交するＸＹ平面内において、第２結合部材８２とベース板５との相対位置は変化する。
［凸部］
図８は、本実施形態に係る凸部５Ｔの一例を示す断面図である。ベース板５は、対向面５Ｄから支持部４１に突出する凸部５Ｔを有する。凸部５Ｔの少なくとも一部は、熱交換板７に設けられている貫通孔７Ｊに配置される。凸部５Ｔの少なくとも一部は、熱電モジュール板６に設けられている貫通孔６Ｊに配置される。凸部５Ｔの上端部は、天板４の支持部４１に接続される。複数の第２結合部材８２のうち、少なくとも１つの第２結合部材８２は、凸部５Ｔに設けられている貫通孔５Ｊに配置される。
凸部５Ｔが支持部４１に接続されるので、Ｚ軸方向において、支持部４１の裏面４Ｂとベース板５の上面５Ａ及び対向面５Ｄとの距離が維持される。
本実施形態において、凸部５Ｔの上端面と支持部４１の裏面４Ｂとの間にスペーサ１６が配置される。凸部５Ｔの上端部は、スペーサ１６を介して支持部４１に接続される。スペーサ１６の厚さ又はスペーサ１６の数が調整されることにより、支持部４１の裏面４Ｂとベース板５の上面５Ａ及び対向面５Ｄとの距離が調整される。
スペーサ１６は、例えばカーボンのような熱伝導率が低い材料で形成される。これにより、基板Ｗの熱が、ベース板５にダイレクトに伝達されることが抑制される。基板Ｗの熱は、熱電モジュール板６に効率良く伝達される。
［動作］
次に、本実施形態に係る温調装置３の動作について説明する。チャンバ装置２の内部空間２Ｓが減圧される。基板Ｗがチャンバ装置２の内部空間２Ｓに搬入される。リフトピン９は、リフトピン９の上端部が支持面４Ａよりも上方に配置されるように上昇する。リフトピン９は、内部空間２Ｓに搬送された基板Ｗの裏面を支持する。基板Ｗの裏面を支持したリフトピン９は下降する。リフトピン９が下降することにより、基板Ｗは天板４の支持面４Ａに支持される。
熱電モジュール２０に電位差が与えられることにより、温調装置３は、支持面４Ａに支持されている基板Ｗの温度の調整を開始する。本実施形態において、熱電モジュール板６は、第１～第７熱電モジュール板６１～６７を含む。第１～第７熱電モジュール板６１～６７のそれぞれは、基板Ｗの温度を別々に調整可能である。第１～第７熱電モジュール板６１～６７のそれぞれに与えられる電位差が調整されることにより、温調装置３は、基板Ｗの温度分布を調整することができる。
チャンバ装置２の内部空間２Ｓにエッチングガスが供給される。チャンバ部材２Ｔが温度調整装置２Ｕにより加熱される。チャンバ部材２Ｔが加熱されることにより、エッチング処理により生成された異物がチャンバ部材２Ｔの内面に異物が付着することが抑制される。
チャンバ部材２Ｔが加熱されると、温調装置３の支持面４Ａに支持されている基板Ｗの温度が目標温度よりも過度に高くなったり、基板Ｗの温度分布が目標温度分布にならなかったり可能性がある。温調装置３は、チャンバ部材２Ｔが加熱されても、基板Ｗが目標温度になるように、基板Ｗの温度を調整する。また、温調装置３は、チャンバ部材２Ｔが加熱されても、基板Ｗが目標温度分布になるように、基板Ｗの温度分布を調整する。
温調装置３の少なくとも一部は、チャンバ部材２Ｔの輻射熱により熱変形する可能性が高い。天板４は、板状の部材であるため、ＸＹ平面内における天板４の熱変形量は、Ｚ軸方向における天板４の熱変形量よりも大きい。同様に、ＸＹ平面内における熱電モジュール板６の熱変形量は、Ｚ軸方向における熱電モジュール板６の熱変形量よりも大きい。また、天板４の線膨張係数と熱電モジュール板６の線膨張係数とは異なる。そのため、天板４の熱変形量と熱電モジュール板６の熱変形量とは異なる可能性が高い。ＸＹ平面内における天板４の熱変形量と熱電モジュール板６の熱変形量との差は、大きくなる可能性が高い。
図９は、本実施形態に係る作用を説明するための模式図である。本実施形態において、第２結合部材８２は、第２結合部材８２の先端部が天板４に固定されている状態で、ベース板５に対してＸＹ平面内において相対移動可能である。そのため、天板４がＸＹ平面内において熱変形した場合、第２結合部材８２は、天板４の熱変形に連動するように、ＸＹ平面内において移動することができる。これにより、天板４に過度な応力が作用したり、熱電モジュール板６に過度な応力が作用したりすることが抑制される。
天板４と熱電モジュール板６との間に粘弾性膜１２が設けられる。そのため、天板４は、熱電モジュール板６に対してＸＹ平面内において円滑に相対移動することができる。これにより、天板４の熱変形量と熱電モジュール板６の熱変形量との差が大きくても、天板４に過度な応力が作用したり、熱電モジュール板６に過度な応力が作用したりすることが抑制される。
粘弾性膜１２は、熱伝導グリスを含む。そのため、基板Ｗの熱は、熱伝導グリスを介して、熱電モジュール板６に移動することができる。
第２結合部材８２とベース板５との間に摺動部材１４が配置される。これにより、第２結合部材８２は、摺動部材１４を滑りながら、ベース板５に対して円滑に相対移動することができる。
第１結合部材８１は、天板４及びベース板５のそれぞれに固定される。そのため、天板４とベース板５との相対位置は、第１結合部材８１によって固定される。
天板４は、中心軸ＡＸを基準として、放射方向に熱変形する可能性が高い。本実施形態において、第１結合部材８１の先端部が固定される天板４の第１部分Ｐ１は、天板４の中央部分に規定される。天板４の熱変形に連動する第２結合部材８２の先端部が固定される天板４の第２部分Ｐ２は、第１部分Ｐ１の周囲に複数規定される。したがって、天板４及び熱電モジュール板６のそれぞれに過度な応力が作用することが抑制される。
凸部５Ｔは、天板４にダイレクトに接続される。これにより、天板４がＸＹ平面内において熱変形したり、粘弾性膜１２がつぶれたり膨張したりしても、Ｚ軸方向における天板４とベース板５との相対距離は維持される。
エッチング処理が終了した後、リフトピン９が上昇する。リフトピン９は、基板Ｗの裏面を支持した状態で上昇する。これにより、基板Ｗの裏面と天板４の支持面４Ａとが離れる。天板４から離れた基板Ｗは、アンロード装置（不図示）により、チャンバ装置２から搬出される。
［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、第１結合部材８１は、熱電モジュール板６及び熱交換板７を介して天板４の第１部分Ｐ１とベース板５とを結合する。第２結合部材８２は、熱電モジュール板６及び熱交換板７を介して第１部分Ｐ１とは異なる天板４の第２部分Ｐ２とベース板５とを結合する。第１結合部材８１は、天板４及びベース板５のそれぞれに固定されるので、天板４とベース板５との相対位置は、第１結合部材８１によって固定される。第２結合部材８２は、天板４に固定され、ベース板５と相対移動可能なので、天板４が熱変形した場合、第２結合部材８２は、天板４の熱変形に連動することができる。これにより、天板４に過度な応力が作用したり、熱電モジュール板６に過度な応力が作用したりすることが抑制される。したがって、温調装置３の損傷が抑制され、温調装置３の性能の低下が抑制される。
天板４と熱電モジュール板６との間に粘弾性膜１２が設けられる。そのため、天板４は、熱電モジュール板６に対してＸＹ平面内において円滑に相対移動することができる。これにより、天板４の熱変形量と熱電モジュール板６の熱変形量との差が大きくても、天板４に過度な応力が作用したり、熱電モジュール板６に過度な応力が作用したりすることが抑制される。
粘弾性膜１２は、熱伝導グリスを含む。そのため、基板Ｗの熱は、熱伝導グリスを介して、熱電モジュール板６に移動することができる。
第２結合部材８２とベース板５との間に摺動部材１４が配置される。これにより、第２結合部材８２は、摺動部材１４を滑りながら、ベース板５に対して円滑に相対移動することができる。
摺動部材１４は、第２結合部材８２の軸部８２Ｓの周囲に配置されるワッシャを含む。これにより、第２結合部材８２は、摺動部材１４に対して円滑に滑ることができる。
天板４は、中心軸ＡＸを基準として、放射方向に熱変形する可能性が高い。第１結合部材８１の先端部が固定される天板４の第１部分Ｐ１は、天板４の中央部分に規定される。天板４の熱変形に連動する第２結合部材８２の先端部が固定される天板４の第２部分Ｐ２は、第１部分Ｐ１の周囲に複数規定される。したがって、天板４及び熱電モジュール板６のそれぞれに過度な応力が作用することが抑制される。
凸部５Ｔは、天板４にダイレクトに接続される。これにより、天板４がＸＹ平面内において熱変形したり、粘弾性膜１２がつぶれたり膨張したりしても、Ｚ軸方向における天板４とベース板５との相対距離は維持される。
１…半導体処理装置、２…チャンバ装置、２Ｓ…内部空間、２Ｔ…チャンバ部材、２Ｕ…温度調整装置、３…温調装置、３Ｓ…内部空間、４…天板、４Ａ…支持面、４Ｂ…裏面、４Ｃ…下面、４Ｈ…ねじ孔、４Ｔ…凸部、４Ｗ…貫通孔、５…ベース板、５Ａ…上面、５Ｂ…下面、５Ｃ…凹部、５Ｄ…対向面、５Ｅ…支持面、５Ｈ…貫通孔、５Ｊ…貫通孔、５Ｓ…凸部、５Ｔ…凸部、５Ｕ…凸部、５Ｗ…貫通孔、６…熱電モジュール板、６Ａ…上面、６Ｂ…下面、６Ｈ…貫通孔、６Ｊ…貫通孔、６Ｋ…貫通孔、７…熱交換板、７Ａ…上面、７Ｂ…下面、７Ｈ…貫通孔、７Ｊ…貫通孔、７Ｋ…貫通孔、８…結合部材、９…リフトピン、１０…シール部材、１１…通路、１２…粘弾性膜、１４…摺動部材、１５…ワッシャ、１６…スペーサ、２０…熱電モジュール、２１…第１絶縁膜、２２…第２絶縁膜、２３…隔壁部材、２４Ｐ…ｐ型熱電半導体素子、２４Ｎ…ｎ型熱電半導体素子、２５…第１電極、２６…第２電極、４０…断熱材、４１…支持部、４２…周壁部、５１…リム部、５２…スポーク部、６１…第１熱電モジュール板、６２…第２熱電モジュール板、６３…第３熱電モジュール板、６４…第４熱電モジュール板、６５…第５熱電モジュール板、６６…第６熱電モジュール板、６７…第７熱電モジュール板、８１…第１結合部材、８１Ｈ…頭部、８１Ｓ…軸部、８１Ｗ…ワッシャ、８２…第２結合部材、８２Ｈ…頭部、８２Ｓ…軸部、８２Ｗ…ワッシャ、ＡＸ…中心軸、Ｐ１…第１部分、Ｐ２…第２部分、Ｗ…基板。

Claims (7)

  1. 基板を支持する天板と、
    前記天板との間において内部空間を形成するように前記天板に接続されるベース板と、
    前記内部空間に配置される熱電モジュール板と、
    前記内部空間に配置され、前記熱電モジュール板と熱交換する熱交換板と、
    前記熱電モジュール板及び前記熱交換板を介して前記天板と前記ベース板とを結合し、前記天板及び前記ベース板のそれぞれに固定される第１結合部材と、
    前記熱電モジュール板及び前記熱交換板を介して前記天板と前記ベース板とを結合し、前記天板に固定され前記ベース板と相対移動可能な第２結合部材と、を備え、
    前記第１結合部材は、前記天板の中央部分に固定され、
    前記第２結合部材は、前記第１結合部材の周囲に複数固定される、
    温調装置。
  2. 前記熱電モジュール板は、前記内部空間において前記天板に隣接するように配置され、
    前記天板と前記熱電モジュール板との間に設けられる粘弾性膜を備える、
    請求項１に記載の温調装置。
  3. 前記粘弾性膜は、熱伝導グリスを含む、
    請求項２に記載の温調装置。
  4. 前記第２結合部材と前記ベース板との間に配置される摺動部材を備える、
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温調装置。
  5. 前記第２結合部材は、ボルトを含み、
    前記摺動部材は、前記ボルトの周囲に配置されるワッシャを含む、
    請求項４に記載の温調装置。
  6. 前記第２結合部材に対する前記摺動部材の摩擦係数は、前記第２結合部材に対する前記ベース板の摩擦係数よりも小さい、
    請求項４又は請求項５に記載の温調装置。
  7. 前記摺動部材は、前記第２結合部材のワッシャと前記ベース板のワッシャとの間に配置され、
    前記第２結合部材のワッシャに対する摺動部材の表面の摩擦係数は、前記ベース板のワッシャの表面の摩擦係数よりも小さい、
    請求項４に記載の温調装置。
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