JP2000277237A - 基板温度制御プレート及びそれを備える基板温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換プレート上で熱処理されるウェハの温
度分布を均一にする。 【解決手段】 熱交換プレート１は、円板形の容器であ
り、両端に冷却水の流入口１１と流出口１３とを有し、
内部に冷却水が流れる。プレート１の表面は、熱容量及
び放熱量の異なる例えば４つのゾーンに区分され、各ゾ
ーンに独立制御可能なフォイルヒータ２１Ａ，２３Ａ，
２５Ａ，２７Ａが貼られている。ヒータ２１Ａは、プレ
ート上に載置される基板を外周から囲むゾーンを、ヒー
タ２３Ａは基板の真下のゾーンを、ヒータ２５は流出口
１３付近のゾーンを、ヒータ２７Ａは流入口１１付近の
ゾーンをカバーする。第２ゾーンの、第１〜第４ゾーン
の影響を受け易い４箇所のプレート内部に温度センサ３
１〜３３が配置される。温度センサ３１〜３３が検出し
た各プレート温度から、ウェハの対応する箇所の温度を
推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、半導体製造装置における
半導体ウェハの加熱・冷却用プレートのように、基板を
加熱又は冷却する熱交換プレートにおいて、基板の温度
を所望の温度に制御するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造装置において、半導体
ウェハを加熱したり冷却したりするために、加熱用と冷
却用に別個の熱交換プレートを設け、その間をロボット
によりウェハを搬送させる方式が一般に採用されてい
る。そこでは、各熱交換プレートには大きな熱容量をも
って温度変動が少ないものを用い、各プレートの温度を
一定に保つという静的な温度制御が行われる。

【０００３】一方、１枚の熱交換プレートに加熱と冷却
の両機能をもたせる方式もある。そこでは、小さな熱容
量をもった応答性の高いプレートを用い、それを低温状
態から高温状態へ、及びその逆へと動的に操作する制御
が必要になる。熱交換プレートは、一般に、内部に熱媒
体流体が流れる空洞を有する円形の板状容器であり、そ
の上面にウェハが載置され、熱交換プレート内を流れる
熱媒体流体によってウェハの温度が制御される。また、
熱交換プレートの上下面には、ウェハを加熱するための
フォイルヒータ（箔状のパターン配線された電熱線ヒー
タ）が貼付されているものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】後者の方式において、
高スループットを実現しつつ製品歩留まりを向上させる
ためには、高速・高精度の温度制御性能が要求される。
この要求に完全に応えるには、制御方法やプレート構造
など種々の側面にて改良が必要になるであろうが、その
一つの重要な側面に、ウェハの面内温度分布を非常に小
さく抑えることがある。

【０００５】しかし、上述した熱交換プレートは、プレ
ート表面において、ウェハが載置される略中央の領域
(以下、ゾーンという)とその周縁ゾーンとでは、熱容量
及び放熱量が同心円環状に異なるので、ウェハにおいて
も同心円環状に温度分布のばらつきが生じる。また、そ
のプレートには、上記熱媒体流体の出入口が設けられる
が、それに係るゾーンは上記２つのゾーンと熱容量及び
放熱量が異なるので、それによってもウェハの温度分布
にばらつきが生じる。

【０００６】これらの問題点を解消させるべく、国際公
開ＷＯ９８／０５０６０の熱交換プレートは、プレート
表面を、上記熱容量及び放熱量が異なる３つのゾーン、
すなわち、略中央ゾーンと、その周縁ゾーンと、流体出
入口ゾーンとに分けて、それぞれに独立した電気回路で
あるフォイルヒータを貼付し、独立して温度制御するよ
うにした。

【０００７】しかし、この熱交換プレートにもいくつか
の問題点がある。第１に、載置されるウェハの下にフォ
イルヒータのリードがきてしまうことがある。リード部
分はフォイルヒータの発熱部分とは異なり、その部分で
温度差が生じるので、ウェハにも温度分布を生じさせて
しまう。第２に、流体の出口と入口とでは、放熱量が大
きく異なることである。第３に、各ゾーンに温度センサ
を設けて各ゾーンの温度を制御していることによる問題
がある。例えば、あるゾーンがウェハの外にある場合に
は、そのゾーンの温度を他ゾーンと同じ温度に制御した
としても、ウェハの温度分布を均一にすることを保証で
きない。特に、上記流体出入口付近の温度は、ウェハの
目標温度より高温又は低温にしないと、ウェハが目標温
度にならない場合がある。

【０００８】従って、本発明の目的は、上述した問題点
を解決し、熱交換プレート上で熱処理されるウェハの温
度分布を均一にすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に従う基板温度制
御プレートは、その基板温度制御プレートを区分した複
数のゾーンと、基板の真下であり且つ複数のゾーンの各
々影響を受ける位置にそれぞれ配置されその位置の温度
を検出する温度センサと、複数のゾーンのそれぞれを独
立して温度制御するヒータとを備える。

【００１０】温度センサの各々は、自身が配置されてい
る基板下の位置の温度を検出し、ヒータは、検出される
各温度に応じて複数のゾーンのそれぞれを独立して制御
する。この構成によれば、複数の温度センサの検出温度
は、基板の対応する複数箇所の温度を反映している。そ
のため、これらの検出温度に基づいて、それらの温度に
影響を与えるゾーンのヒータを制御することにより、基
板の複数箇所温度を均等に、つまり、基板全体の温度を
良好に均一に制御することができる。

【００１１】好適な実施形態では、複数のゾーンは、基
板温度制御プレートの熱容量又は熱伝導率が異なる部分
で区別されて構成されている。

【００１２】例えば、この実施形態に係る基板温度制御
プレートが、基板の温度を制御するための熱媒体流体が
通る空洞を内部に有し、空洞に熱媒体流体を供給するた
めの入口と、空洞から熱媒体流体を排出するための出口
とを備えている場合、上記複数のゾーンは、基板の外縁
より外側で基板を囲む位置にある第１ゾーンと、基板の
真下に位置する第２ゾーンと、出口付近の第３ゾーン
と、入口付近の第４ゾーンである。これら４つのゾーン
が、基板温度制御プレートの熱容量又は熱伝導率が大き
く異なる部分なので、このように区別しそれらを独立し
て温度制御することは、基板全体の温度を均一にする上
で大変効果的である。

【００１３】好適な実施形態では、ヒータが基板温度制
御プレートの上面と下面に対称になるよう接合され、こ
の基板温度制御プレートは、その全体が実質的に上下対
称になる。例えば、基板温度制御プレートが上述のよう
に第１、第２、第３及び第４のゾーンを備える場合、こ
の実施形態に係る基板温度制御プレートは、上記第１、
第２、第３及び第４のゾーンのそれぞれに対応する第
１、第２、第３、及び第４ヒータを有し、これらヒータ
は、基板温度制御プレートの上面と下面に上下対称にな
るよう接合される。このような構成によれば、プレート
の上面と下面の温度差を実質的に無くすことができ、そ
の温度差によって生じるプレートの熱変形を抑えること
ができる。

【００１４】好適な実施形態では、上記第２ゾーンに
は、第１、第２、第３及び第４の温度センサが配置さ
れ、第１の温度センサは第２ゾーンの第１ゾーンに近接
した位置に配置され、第２の温度センサは第２ゾーンの
略中央の位置に配置され、第３の温度センサは第２ゾー
ンの第３ゾーンに近接した位置に配置され、第４の温度
センサは第２ゾーンの第４ゾーンに近接した位置に配置
される。

【００１５】好適な実施形態では、あるゾーンのヒータ
のリードによって生じるプレート全体の温度分布のばら
つきを、別のゾーンのヒータが補償する。これにより、
基板全体の温度を、より良好に均一にすることができ
る。

【００１６】本発明に従う基板温度制御プレートは、例
えば次のような基板温度制御装置に備える。その基板温
度制御装置は、上記基板温度制御プレートと、温度決定
装置と、温度制御手段とを備える。温度決定装置は、上
記温度センサが検出した温度に基づいて、上記複数のゾ
ーンのそれぞれの目標温度を決定する。温度制御手段
は、それら複数のゾーンのそれぞれを、上記温度決定装
置が決定したそれぞれの目標温度になるように温度制御
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にか
かる半導体ウェハのフォトレジスト工程で用いられる熱
交換プレートの平面図である。図２は、この熱交換プレ
ートの図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は、この熱
交換プレートの図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【００１８】これらの図に示すように、熱交換プレート
１は、その上にウェハ２９が載置される円形の板状容器
であるプレート本体３と、このプレート本体３の左右の
外縁箇所から外方へ張り出した耳形の板状容器であるイ
ンレット部５とアウトレット部７とから構成される。イ
ンレット部５とアウトレット部７は、プレート本体３の
中心を挟んで反対側(対象)の位置に配置されている。よ
って、熱交換プレート１の平面形状は、対称なバランス
のとれたものになっている。図２に示すように、プレー
ト本体３の上面に形成された複数個の小さなボス４１、
４３上に半導体ウェハ２９が載置される。半導体ウェハ
２９の下面とプレート本体３の上面とは直接接触せず、
両者間には極めて狭いエアプロキシミティエアギャップ
４５がある。図２、３に示すように、この熱交換プレー
ト１の内部には、冷却液が通る空洞９が形成されてお
り、この空洞９はインレット部５から始まって、プレー
ト本体９の全体領域に広がり、そしてアウトレット部７
で終わる。インレット部５の底壁には、空洞９へ冷却水
を流入させる流入口１１が形成され、アウトレット部７
の底壁には、空洞９から冷却水を流出させる流出口１３
が形成されている。空洞９内には、その全域にわたっ
て、多数の柱状又はピン状のリブ(又はフィン)１５が、
底壁と上壁を繋いで立てられている。これらのリブ１５
は、プレート１の強度を高めて冷却水圧によるプレート
１の膨らみを防止し、かつ、冷却水流を乱して温度分布
の均一化及び冷却水とプレート１間の熱交換効率の向上
に寄与する。

【００１９】図１に示すように、熱交換プレート１の上
面には、フォイルヒータ（箔状のパターン配線された電
熱線ヒータ）２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａが貼り付
けられている。図１と図３を対比すると判るように、フ
ォイルヒータ２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａは、空洞
９が存在する領域を完全にカバーしている。図２から判
るように、熱交換プレート１の下面にも、上面のフォイ
ルヒータ２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａと略同形状の
フォイルヒータ２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ，２７Ｂが略同
位置に貼り付けられており、上面のフォイルヒータ２１
Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａと下面のフォイルヒータ２
１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ，２７Ｂとがこの熱交換プレート
１において上下対称の熱バランスを形成するようになっ
ている。このように、熱交換プレート１は、実質的に上
下対称の構成になっている。

【００２０】図１に示すように、熱交換プレート１の上
面は、熱容量及び放熱量の異なる例えば４つの領域に分
割され、各領域は、互いに独立した電気回路であるフォ
イルヒータ２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａで覆われて
いる。第１のフォイルヒータ２１Ａが覆う領域は、プレ
ート本体３の上面のうち、その上に置かれた半導体ウェ
ハ２９の外縁より外側に位置するドーナツ形の領域であ
り、これを「第１ゾーン」という。第２のフォイルヒー
タ２３Ａが覆う領域は、プレート本体３の上面のうち、
その上に置かれた半導体ウェハ２９の真下に位置する円
形の領域であり、これを「第２ゾーン」という。第１ゾ
ーンと第２ゾーンは同心の配置になっている。第３のフ
ォイルヒータ２５Ａが覆う領域は、アウトレット部７の
冷却液が通る領域を覆う領域であり、これを「第３ゾー
ン」という。第４のフォイルヒータ２７Ａが覆う領域
は、インレット部７の冷却液が通る領域を覆う領域であ
り、これを「第４ゾーン」という。各フォイルヒータ２
１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａからは、それを夫々のヒ
ータ電源回路（図４参照番号５７）に接続するためのリ
ード２１Ｃ，２１Ｄ，２３Ｃ，２３Ｄ，２５Ｃ，２５
Ｄ，２７Ｃ，２７Ｄが外方へ出ている。プレート１の下
面についても、上記した上面と同様である（以下、上面
のみ説明し、下面の説明は省略する）。

【００２１】このように、熱交換プレート１の上面は４
つのゾーンに分けられ、各ゾーンが、それぞれ独立して
制御可能なヒータによって、それぞれ独立して温度制御
できるようになっている。これは、プレートに不均一な
熱容量又は伝熱特性が存在する場合には、熱容量又は伝
熱特性の互いに異なる各部分を独立して温度制御すると
いう考えに基づくものである。すなわち、この実施形態
では、プレート本体３のウェハ外側の部分、つまり第２
ゾーンを取り囲むドーナツ形の部分（第１ゾーン）と、
プレート本体３のウェハ真下に位置する部分、つまりウ
ェハ２９の下面とエアプロキシミティギャップ４５を介
して対向する円形の部分（第２ゾーン）と、冷却水流出
口付近つまりアウトレット部７の部分（第３ゾーン）
と、冷却水流入口付近つまりインレット部５の部分（第
４ゾーン）という、４つの熱容量又は伝熱特性の異なる
部分に熱交換プレート１を分け、夫々の部分を独立して
温度制御できるようになっている。

【００２２】尚、４つのゾーンのフォイルヒータのリー
ドのうち、第２フォイルヒータ２３Ａのリードだけが他
のゾーンを横切っているが、他のゾーンのフォイルヒー
タのリードは他のゾーンを横切っていない。そして、第
２ゾーンを担当する第２フォイルヒータ２３Ａのリード
２３Ｃ，２３Ｄは、インレット部５に最も近い位置から
第１ゾーンを横切って外方へ引き出されている。そし
て、第４フォイルヒータ２７Ａは、インレット部５つま
り第４ゾーンの温度補償だけでなく、第２ゾーンからの
リード２３Ｃ，２３Ｄが通る箇所の温度補償も行う目的
で、リード２３Ｃ，２３Ｄに沿ってインレット部５から
三角形状に伸び出て、第１ゾーンを貫き第２ゾーンの外
縁に達している。ウェハの真下に位置する第２ゾーン
は、完全に第２フォイルヒータ２３Ａでカバーされてお
り、そこにはどのフォイルヒータのリードも通っていな
い。

【００２３】プレート本体３の内部には、複数個の接触
型の温度センサ３１、３３、３５、３７が配置されてい
る。各温度センサ３１、３３、３５、３７は、例えば感
熱抵抗体素子であり、例えば空洞９内のいずれかの柱状
リブ１５の内部に埋め込まれている。これらの温度セン
サ３１、３３、３５、３７は全て第２ゾーンつまり半導
体ウェハ２９の真下の位置、別の言い方をすれば、プレ
ート本体１のうちウェハ２９に対してエアプロキシミテ
ィギャップ４５を介して対向する部分（ウェハ２９の温
度制御を実質的直接に関与する部分）に配置されてい
る。そして、各温度センサ３１、３３、３５、３７は、
第２ゾーンの中で第１〜第４の各ゾーンの温度の影響が
実質的最も良好に（又は、比較的に良好に）現われる場
所、換言すれば、半導体ウェハ２９の温度に第１〜第４
の各ゾーンの温度が実質的最も良好に（又は、比較的に
良好に）影響する場所にそれぞれ配置されている。すな
わち、第１の温度センサ３１は、ウェハ温度に第１ゾー
ンの温度が実質的最も良好に（又は、比較的に良好に）
影響する場所、つまり、第２ゾーンの中で第１ゾーンに
近接した場所（又は、第２ゾーンの熱的中心又は幾何学
的中心よりも第１ゾーン側へ寄った場所）に配置されて
いる。第２の温度センサ３３は、ウェハ温度に第２ゾー
ンの温度が実質的最も良好に（又は、比較的に良好に）
影響する場所、換言すれば、第２ゾーン以外のゾーンの
温度の影響が最も現われにくい場所、つまり、第２ゾー
ンの熱的中心又は幾何学的中心又はそれら中心の近傍に
配置されている。第３の温度センサ３５は、ウェハ温度
に第３ゾーン（アウトレット部７）の温度が実質的最も
良好に（又は、比較的に良好に）影響する場所、つま
り、第２ゾーンの中で第３ゾーンに近接した場所（又
は、第２ゾーンの熱的中心又は幾何学的中心よりも第３
ゾーン側へ寄った場所）に配置されている。第４の温度
センサ３７は、ウェハ温度に第４ゾーン（インレット部
５）の温度の影響が実質的最も良好に（又は、比較的に
良好に）現われる場所、つまり、第２ゾーンの中で第４
ゾーンに近接した場所（又は、第２ゾーンの熱的中心又
は幾何学的中心よりも第４ゾーン側へ寄った場所）に配
置されている。このように、第１〜第４の各ゾーンに対
応して別個の温度センサが設けられている。尚、この実
施形態では１ゾーンに対応して１個の温度センサを設け
ているが、１ゾーンに対応して２個以上の温度センサを
設けることもできる。

【００２４】上述した熱交換プレート１は、流体の入口
と出口とを別の場所に備えそれぞれを独立したゾーンと
し、その入口と出口のゾーンと、ウェハの真下のゾーン
と、ウェハを囲むゾーンとの、熱容量及び放熱量が異な
る４つのゾーンを、独立して温度制御する。また、各４
つのゾーンに係る温度センサ３１、３３、３５、３７を
全て第２ゾーンつまり半導体ウェハ２９の真下の位置に
備える。これらの温度センサ３１、３３、３５、３７に
より、第２ゾーンの温度が均一になるように４つのゾー
ンのフォイルヒータを制御できる。これらにより、ウェ
ハの温度分布を正確に且つ確実に均一にすることができ
る。また、第４フォイルヒータ２７Ａが、半導体ウェハ
２９に隣接して位置するリード２３Ｃ，２３Ｄが通る箇
所の温度を補償する。そのため、リードによって生じ易
いウェハの温度分布のばらつきを確実に抑えることがで
きる。

【００２５】このような構成の熱交換プレート１を用い
て、その上に置かれた半導体ウェハ２９の温度を制御す
る場合、基本的に、冷却の場合は、冷却目標温度よりも
低い温度に設定された冷却水をプレート１に流すこと
と、フォイルヒータ２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ，
２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ，２７Ｂで加熱することとによ
り、半導体ウェハ２９の温度を目標温度に制御する。そ
の際、プレート１内に埋め込んだ温度センサ３１〜３７
がそれぞれ検出する各場所のプレート温度から、計算に
より各場所のウェハ温度を推定し、この各場所の推定ウ
ェハ温度が目標温度に一致するように、各場所に対応し
たゾーンを担当する各フォイルヒータ２１Ａ，２３Ａ，
２５Ａ，２７Ａ，２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ，２７Ｂへの
供給電力を調節する。

【００２６】図４は、このような制御を行うための制御
システムの構成を示す。なお、図４に示したものは、制
御システムの中の１つのゾーンに対応する部分だけであ
る。

【００２７】図４に示すように、ある１つのゾーンに対
応した温度センサ５１（例えば、第１ゾーンであれば温
度センサ３１）の出力信号を、ウェハ温度推定部５３
が、所定の十分に短いサンプリング時間間隔で取り込ん
で各時刻のプレート温度を把握する。ウェハ温度推定部
５３は、過去から現在までのプレート温度に基づいて計
算により現在のウェハ温度を推定する。ウェハ温度推定
部５３は、この推定作業を上記サンプリング時間間隔で
繰り返す。ヒータ制御部５５は、ウェハ温度推定部５３
が推定した現在のウェハ温度を取り込んで、これが目標
温度になるようにヒータ電源回路５７に対してその出力
電力を操作するための操作信号を出力する。ヒータ制御
部５５は、この動作を上記サンプリング時間間隔で繰り
返す。ヒータ電源回路５７は、ヒータ制御部５５からの
操作信号に従って制御された電力を当該ゾーンを担当す
るフォイルヒータ５９（例えば、第１ゾーンであれば第
１ゾーンの上面と下面のフォイルヒータ２１Ａ，２１
Ｂ）に供給する。

【００２８】ウェハ温度推定部５３とヒータ制御部５５
は、それぞれ、コンピュータ６１のタスクとして実現す
ることもできるし、専用ハードウェア回路で実現するこ
ともできる。熱交換プレート１には上述した通り４つの
ゾーンがあるから、図４に示した制御システムが４つ並
列に存在する。これら４つの制御システムのウェハ温度
推定部５３とヒータ制御部５５は、１台のコンピュータ
６１によるマルチタスク処理で実現されてもよいし、別
個のコンピュータによる個別処理又は分散処理で実現さ
れてもよいし、別個の専用ハードウェ回路として実現さ
れてもよいし、それらの組み合わせでもよい。

【００２９】ウェハ温度推定部５３は、プレート温度
（入力）とウェハ温度（出力）の状態空間モデルを用い
て、温度センサの検出したプレート温度からウェハ温度
を推定する。この状態空間モデルは、設計段階で予め行
われた熱交換プレート１のプレート温度とウェハ温度の
実測結果に基づき、システム同定理論により作成された
ものである。この状態空間モデルは、例えば下記の式セ
ットで表される。

【００３０】

【数１】 ここに、ｔはサンプリング時刻、ｔ+１は次のサンプリ
ング時刻である。ｕ（ｔ）はプレート温度、ｙ（ｔ）は
ウェハ温度である。また、ｅ（ｔ）は、主としてウェハ
２９とプレート１間のエアプロキシミティギャップ４５
（図２参照）の変動に起因するウェハ温度の決定因子で
ある。また、ｘ（ｔ）は状態変数である。Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄは上記実測結果に基づいて決定された係数（スカラ
ー、ベクトル又はテンソル）である。

【００３１】上記（１）式に示すように、各時刻の状態
変数ｘ（ｔ+１）は、前の時刻の状態変数ｘ（ｔ）とプ
レート温度ｕ（ｔ）とエアプロキシミティギャップ因子
ｅ（ｔ）の関数（例えば、線形一次関数）として定義さ
れる。上記（２）式に示すように、各時刻のウェハ温度
ｙ（ｔ）は、同じ時刻の状態変数ｘ（ｔ）とプレート温
度ｕ（ｔ）とエアプロキシミティギャップ因子ｅ（ｔ）
の関数（例えば、線形一次関数）として定義される。
尚、係数Ｄの値ｄは０に設定することができる（つま
り、各時刻のウェハ温度ｙ（ｔ）は、過去のプレート温
度に影響されるが、同じ時刻のプレート温度ｕ（ｔ）に
は影響されないよう定義することができる）。

【００３２】なお、上記エアプロキシミティギャップ因
子ｅ（ｔ）は、熱処理中のウェハ２９及びプレート１の
熱変形、並びに熱処理前後のウェハ２９のウェハ昇降な
どによって非線形に、実質的にランダムに変動する要素
であり、これは上記実測結果からＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄなどの
係数を決めて暫定的なモデルを構築した後に、この暫定
的モデルを用いて推定したウェハ温度と、ウェハ温度の
実測結果との間の誤差から計算される。よって、このエ
アプロキシミティギャップ因子ｅ（ｔ）には、エアプロ
キシミティギャップ４５の変動だけでなく、チャンバ温
度変動や電源電圧の変動など、実質的にランダムに変動
する諸々の要素が含まれており、これは実質的に白色雑
音である。

【００３３】発明者らのシミュレーションによれば、状
態空間モデルは上に例示したような５次の場合がもっと
も適合が良かった。ウェハ温度推定部５３は、４次のル
ンゲ・クッタ法を用いて計算を行うことができる。

【００３４】上記状態空間モデルを用いることにより、
精度良くウェハ温度を推定することができる。また、こ
のモデルは、エアプロキシミティギャップ４５などの実
質的にランダムな変動要素つまり白色雑音要素を考慮に
入れており、この点も推定精度の向上に寄与する。この
ように高精度に推定したウェハ各部の温度を用いて、そ
のウェハ各部の温度に影響を及ぼすプレート部分（ゾー
ン）の温度を独立に制御することにより、ウェハ全体を
精度良く目標温度に制御することが可能となる。

【００３５】以上、本発明の一実施形態を説明したが、
上記の実施形態はあくまで本発明の説明のための例示で
あり、本発明を上記実施形態にのみ限定する趣旨ではな
い。従って、本発明は、上記実施形態以外の様々な形態
でも実施することができるものである。例えば、流体の
出入口は、隣接した場所に設けても良い。プレート表面
も４ゾーンより多くのゾーンに細分化し、それに応じて
温度センサもより多く用意し、ウェハの温度分布をより
厳密に均一にすることもできる。プレート温度からウェ
ハ温度を推定する場合に、上述の式セットで定義した状
態空間モデルを用いる必要は必ずしもなく、別の式セッ
トで定義した状態空間モデル、例えば、ｕ（ｔ）をプレ
ート温度、フォイルヒータの電力操作量（加熱時の動的
歪に相当する）、及びウェハ昇降用のステッピングモー
タのステップ数を要素として含んだベクトルとし、ｅ
（ｔ）を残りの雑音とした状態空間モデルなどを用いる
こともできる。更に、状態空間モデルではなく、例え
ば、統計的なデータから割り出したプレート温度とウェ
ハ温度の関係式又はプレート温度とウェハ温度の対応テ
ーブルや、理論的な解析により割り出したプレート温度
とウェハ温度の理論的な関係式などを用いて、プレート
温度からウェハ温度を推定するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体ウェハのフ
ォトレジスト工程で用いられる熱交換プレートの平面
図。

【図２】熱交換プレートの図１のＡ−Ａ線に沿った断面
図。

【図３】熱交換プレートの図２のＢ−Ｂ線に沿った断面
図。

【図４】制御システムの１ゾーンに対応する部分を示す
ブロック図。

【符号の説明】

１ 熱交換プレート ３ プレート本体 ５ インレット部 ７ アウトレット部 ２９ 半導体ウェハ ２１、２３、２５、２７、５９ フォイルヒータ ３１．３３、３５、５１ 温度センサ ４５ エアプロキシミティギャップ ５３ ウェハ温度推定部 ５５ ヒータ制御部 ５７ ヒータ電源回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箕西 幹夫 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 3K058 AA13 AA65 AA86 BA00 CA12 CA28 CA61 CA92 CA93 CB12 CB32 CE13 CE19 CE29 CE31 GA03 GA05 5F031 CA02 FA01 FA07 HA06 HA37 HA38 JA46 JA51 MA26 MA30 PA11 5F045 DP02 EK10 EM02 GB05 GB15

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に載置される基板の温度を制御する
   ための基板温度制御プレートにおいて、 前記基板温度制御プレートを区分した複数のゾーンと、 前記基板の真下であり且つ前記複数のゾーンの各々影響
   を受ける位置にそれぞれ配置され前記位置の温度を検出
   する温度センサと、 前記複数のゾーンのそれぞれを独立して温度制御するヒ
   ータとを備える基板温度制御プレート。
2. 【請求項２】 前記複数のゾーンは、基板温度制御プレ
   ートの熱容量又は熱伝導率が異なる部分で区別されて構
   成される請求項１記載の基板温度制御プレート。
3. 【請求項３】 前記ヒータがこの基板温度制御プレート
   の上面と下面に対称になるよう接合され、全体が実質的
   に上下対称になっている請求項１記載の基板温度制御プ
   レート。
4. 【請求項４】 基板温度制御プレートは、前記基板の温
   度を制御するための熱媒体流体が通る空洞を内部に有
   し、前記空洞に前記熱媒体流体を供給するための入口
   と、前記空洞から前記熱媒体流体を排出するための出口
   とを備え、 前記複数のゾーンは、前記基板の外縁より外側で前記基
   板を囲む位置にある第１ゾーンと、前記基板の真下に位
   置する第２ゾーンと、前記出口付近の第３ゾーンと、前
   記入口付近の第４ゾーンである基板温度制御プレート。
5. 【請求項５】 前記第２ゾーンに第１、第２、第３及び
   第４の前記温度センサが配置され、 前記第１の温度センサは前記第２ゾーンの前記第１ゾー
   ンに近接した位置に配置され、前記第２の温度センサは
   前記第２ゾーンの略中央の位置に配置され、前記第３の
   温度センサは前記第２ゾーンの前記第３ゾーンに近接し
   た位置に配置され、前記第４の温度センサは前記第２ゾ
   ーンの前記第４ゾーンに近接した位置に配置される請求
   項４記載の基板温度制御プレート。
6. 【請求項６】 前記入口と前記出口は、プレートを互い
   に挟むような対称の位置に備える請求項４記載の基板温
   度制御プレート。
7. 【請求項７】 あるゾーンのヒータのリードによって生
   じるプレート全体の温度分布のばらつきを、別のゾーン
   のヒータが補償する請求項１記載の基板温度制御プレー
   ト。
8. 【請求項８】 上面に載置される基板の温度を制御する
   ための基板温度制御プレートと、温度決定装置と、温度
   制御手段とを備え、 前記基板温度制御プレートは、その基板温度制御プレー
   トを区分した複数のゾーンと、前記基板の真下であり且
   つ前記複数のゾーンの各々影響を受ける位置にそれぞれ
   配置され前記位置の温度を検出する温度センサと、前記
   複数のゾーンのそれぞれを独立して温度制御するヒータ
   とを備え、 前記温度決定装置は、前記温度センサが検出した温度に
   基づいて、前記複数のゾーンのそれぞれの目標温度を決
   定し、 前記温度制御手段は、前記複数のゾーンのそれぞれを、
   前記温度決定装置が決定したそれぞれの目標温度になる
   ように温度制御する基板温度制御装置。