CN100485874C - 被处理体的处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：能够将内部抽成真空的处理容器、向上述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、设置在上述处理容器内的支撑台、设置在上述支撑台上的用于支撑被处理体的环状支撑部、在上述支撑部的内侧的设置在上述支撑台的上面的多个热电转换元件、和将在被上述支撑部支撑的被处理体的下面、上述支撑台的上面和上述支撑部之间形成的元件收容空间内抽成真空的元件收容空间排气单元。

Description

被处理体的处理装置

技术领域

本发明涉及对半导体晶片等的被处理体进行退火处理或冷却处理等的各种处理的处理装置。

背景技术

一般，在制造所希望的半导体器件时，要对半导体晶片反复进行成膜处理、图案蚀刻处理、氧化扩散处理、变质处理和退火处理等的各种热处理。近年，伴随着半导体器件的高密度化、多层化和高集成化，热处理的规格变得越来越严格。特别是，对于各种热处理来说，优选晶片面内的均匀性的提高和膜质的提高。

例如，对作为半导体器件的晶体管的沟道层的处理进行说明，一般，在向沟道层内注入杂质原子的离子后，为了使原子结构稳定而进行退火处理。

这时，若上述退火处理进行较长时间，则原子结构虽然稳定化，但是杂质原子会扩散至膜厚方向的深处，并穿透下方。为了防止发生这样的现象，上述退火处理必须在极短的时间内进行。更详细地说明就是，为了不在较薄膜厚的沟道层中产生杂质原子的穿透且使原子结构稳定，必须使半导体晶片迅速升温至高温且在退火处理后迅速降温至不生成扩散的低温。

为了实现上述的适当的退火处理，现有的处理装置设置有收容加热灯的灯室和用于隔断上述加热灯的辐射热的挡板机构。所以这样的处理装置在高温下进行退火处理后，通过使挡板机构动作隔断来自加热灯的辐射热，进行晶片的高速降温。

例如，如日本特开2001-85408号公报所示，在其他现有的处理装置中，在晶片台上设置有帕尔贴元件(Peltier device)。例如在100～250℃的温度范围内的晶片的蚀刻处理中，为了晶片的升降温使用帕尔贴元件(Peltier device)。

在为了晶片的升降温使用帕尔贴元件时，一般，在平面上配置数十个左右横竖高度分别为数mm的帕尔贴元件，构成一个元件模块。该元件模块被作为一个单位模块使用。然后，平面配置多个元件模块使得与晶片面积相当，并通过平板状的基座而被螺钉固定，形成加热单元。

在上述基座上载置晶片后，通过对帕尔贴元件进行通电，而可以加热晶片。另外，通过对帕尔贴元件按与加热时的反方向进行通电，而可以冷却晶片。

在上述的现有技术中，为了尽可能地降低各元件模块的上面与基座的接触热电阻以改善热传导效率，如上所述，使基座与元件模块利用螺纹连接在紧密压紧的状态下被固定。为此，由螺钉固定的基座，不能够容许自身的热伸缩。所以，有可能因基座的热膨胀而导致基座弯曲变形，从而造成基座和帕尔贴元件的损坏。

另外，在上述的现有技术中，是在元件模块上放置基座，并在该基座上载置晶片。即，在晶片和帕尔贴元件之间存在有称作基座的薄板状部件。由于该薄板状部件的存在，使得热传导效率的提高以及改善存在障碍。

发明内容

本发明是着眼于以上的问题点，为了有效地解决上述问题而提出的发明。本发明的目的在于提供一种能够提高热传导效率的被处理体的处理装置。

或者，本发明的其他目的在于提供一种在设置有基座(载置被处理体的载置板)的情况下，能够容许该基座进行热伸缩以防止该基座的破损等的被处理体的处理装置。

本发明是一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：能够将内部抽成真空的处理容器、向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、设置在所述处理容器内的支撑台、设置在所述支撑台上用于支撑被处理体的环状支撑部、设置在所述支撑部内侧的所述支撑台上面的多个热电转换元件、和将在由所述支撑部支撑的被处理体的下面、所述支撑台的上面和所述支撑部之间形成的元件收容空间内抽成真空的元件收容空间排气单元。

根据本发明，因为支撑在环状支撑部的被处理体的下面、支撑台的上面和环状支撑部之间形成的元件收容空间内被抽成真空，所以被处理体处于被真空夹紧的状态，被处理体的下面和热电转换元件的上端面能够直接接触。由此，因为被处理体的下面与热电转换元件的上端面间不存在多余的部件，另外因为被处理体的下面与热电转换元件的上端面间的密闭性也提高，所以这些部件间的热传导电阻能够大幅降低。结果，这些部件间的热传导效率能够大幅提高。

进一步，因为热电转换元件的周围处于真空状态，所以能够使由热电转换元件移动的热的逆流达到最小。

另外，通过被处理体的下面与热电转换元件的上端面直接接触，热响应性提高，也能够提高温度控制的精度。

或者，本发明是一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：能够将内部抽成真空的处理容器、向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、设置在所述处理容器内的支撑台、设置在所述支撑台上的环状支撑部、被所述支撑部支撑的用于载置被处理体的载置板、设置在所述支撑部内侧的所述支撑台上面的多个热电转换元件、和将在由所述支撑部支撑的所述载置板的下面、所述支撑台的上面和所述支撑部之间形成的元件收容空间内抽成真空的元件收容空间排气单元。

根据本发明，因为支撑在环状支撑部的载置板的下面、支撑台的上面和环状的支撑部之间形成的元件收容空间内被抽成真空，所以载置板处于被真空夹紧的状态，能够容许载置板在平面方向的热伸缩。另外，载置板的下面和热电转换元件的上端面能够直接接触，因为载置板的下面和热电转换元件的上端面之间的密封性提高，所以这些之间的热传导电阻能够大幅降低。结果，这些之间的热传导效率能够大幅提高。

进一步，因为热电转换元件的周围是真空状态，所以能够使由热电转换元件移动的热的逆流达到最小。

另外，能够防止被处理体被热电转换元件等的构成元素污染。

优选在上述载置板的下面形成有电连接上述多个热电转换元件的配线图案。

例如，为了容许上述载置板在水平方向上的热伸缩，该载置板经由多个销被上述支撑部所支撑。

另外，优选被处理体的处理装置还具有用于向下方按压上述被处理体的周边部的夹紧机构。

优选上述热电转换元件的上端面的高度一致，上述支撑部的载置面的高度与上述热电转换元件的上端面的高度一样。或者，优选上述热电转换元件的上端面的高度一致，上述支撑部的载置面的高度比上述热电转换元件的上端面的高度略高。或者，上述热电转换元件的上端面的高度，在上述支撑台的周边部比在上述支撑台的中心部略高。

或者，本发明是一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：能够将内部抽成真空的处理容器、向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、设置在所述处理容器内的支撑台、设置在所述支撑台的上面，具有用于支撑被处理体的下面的上端面的多个热电转换元件、和用于向下方按压所述被处理体的周边部的夹紧机构。

根据本发明，因为夹紧机构向下方按压被处理体的周边部，被处理体的下面与热电转换元件的上端面间的密封性提高。由此，这些部件间的热传导电阻能够大幅降低。结果，这些部件间的热传导效率能够大幅提高。另外，通过被处理体的下面与热电转换元件的上端面直接接触，热响应性提高，也能够提高温度控制的精度。

例如，上述夹紧机构具有与上述被处理体的周边部的上面接触的环状加紧板。

另外，例如，上述热电转换元件的上端面的高度在上述支撑台的周边部比在上述支撑台的中心部略低。

或者，本发明是一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：能够将内部抽成真空的处理容器、向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、设置在所述处理容器内的支撑台、设置在所述支撑台的上面的多个热电转换元件、由所述多个热电转换元件的上端面支撑的，用于载置被处理体的载置板、和用于向下按压所述被处理体的周边部的夹紧机构。

根据本发明，因为夹紧机构向下方按压被处理体的周边部，在容许载置板的平面方向上的热伸缩的同时，载置板的下面与热电转换元件的上端面间的密封性提高。由此，这些部件间的热传导电阻能够大幅降低。结果，这些部件间的热传导效率能够大幅提高。另外，能够防止被处理体被热电转换元件等的构成元素污染。

例如，上述载置板在抑制上下方向的移动的同时容许水平方向的热伸缩，所以经由在水平方向延伸的热伸缩容许销能够被支撑在上述支撑台上。

就以上来说，例如将多个由规定数的热电转换元件构成的元件模块按规定排列状态配置，能够设置上述多个热电转换元件。

另外，优选在上述支撑台上形成用于流动冷却介质的制冷剂通路。

另外，一般，被处理体的处理装置还具有加热上述被处理体的加热单元。

另外，例如，上述多个热电转换元件的上端面之间由上部配线有选择的进行连接，上述多个热电转换元件的下端面之间由下部配线有选择的进行连接，在上述上部配线的上面和上述下部配线的下面中至少有一方，形成该上部配线和/或该下部配线的导电性材料处于裸露状态。这时，热电转换元件导致的热响应性提高，温度控制的精度也得到提高。

例如，上述上部配线的上面构成为与上述被处理体的下面直接接触。这时，因为被处理体与上部配线的上面直接接触，热电转换元件的热响应性提高，温度控制的精度也得到提高。

另外，例如，上述多个热电转换元件的上端面之间由上部配线有选择的进行连接，上述多个热电转换元件的下端面之间由下部配线有选择的进行连接，在上述上部配线的上面和上述下部配线的下面中至少有一方，被绝缘膜覆盖。这时，上部配线和被处理体的下面之间，和/或，下部配线和支撑台表面之间，因为没有必要存在在其他基体上构成的板状的绝缘材料，所以热传导性提高，热响应性也得到提高。

例如，上述绝缘膜是形成上述上部配线和/或上述下部配线的导电性材料的化合物。

另外，例如，上述下部配线的下面由上述绝缘膜覆盖，与上述支撑台的表面直接接触。

另外，例如，上述绝缘膜为上述导电性材料的碳化物、氟化物、硅化物、氧化物和氮化物中的任一种。

另外，上述导电性材料例如为碳(C)、铝、钽、钨、Ni-Ti合金(超弹性合金)、Fe-Cr-Ni-Mo2相不锈钢(超塑性材料)和硅中的任一种。

另外，例如，上述上部配线和上述下部配线形成为板状。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式中的被处理体的处理装置的简要截面图。

图2A和图2B是表示图1的支撑台的周边部的部分扩大截面图。

图3是表示热电转换元件的排列状态的平面图。

图4是表示本发明第一实施方式的处理装置与现有处理装置的降温速度的模拟结果的曲线图。

图5是表示本发明第一实施方式的变形例的部分扩大图。

图6是模式地表示使帕尔贴元件的高度变化后的例子的部分扩大图。

图7是表示本发明第二实施方式中的被处理体的处理装置的简要截面图。

图8是表示本发明第三实施方式中的被处理体的处理装置的简要截面图。

图9是表示本发明第三实施方式中的载置板的平面图。

图10是表示本发明第四实施方式中的被处理体的处理装置的简要截面图。

图11是表示本发明第四实施方式中的载置板的平面图。

图12是表示安装有升降销的夹紧机构的一个例子的图。

图13是表示本发明第五实施方式中的被处理体的处理装置的简要截面图。

图14是表示图13的帕尔贴元件部分的部分扩大截面图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明涉及的被处理体的处理装置的实施方式。

图1是表示本发明第一实施方式中的被处理体的处理装置的简要截面图。图2A和图2B是表示图1的支撑台的周边部的部分扩大截面图。图3是表示热电转换元件的排列状态的平面图。

如图1所示，本实施方式的处理装置2具有例如由铝形成为筒体状的处理容器4。处理容器4具有开口的天井部。在该天井部(开口部)上经由O型圈等的密封件6气密地设置有透明的透过窗8。

在处理容器4的侧壁上设置有为了作为被处理体的半导体晶片W的搬入搬出而开关的闸阀10。另外，在处理容器4的侧壁上设置有气体喷嘴12，作为向处理容器4的内部导入在半导体晶片W的处理中所必需气体的气体导入装置。

另外，在处理容器4的另一方侧壁上，形成有排气口14。在排气口14上连接着包含未图示的真空泵的排气系统。由此，例如能够将处理容器4内的环境排气为真空环境。

另外，在处理容器4的底部设置有支撑台16。即，在处理容器4的开口的下端部，经由例如O型圈等的密封件18，气密地安装固定有例如由铝制成且为厚壁的支撑台16。

在支撑台16上设置有为支撑半导体晶片W的周边部而向上方呈突状立起的支撑部20。具体地说，如图2A和图2B所示，支撑部20呈环状，经由例如由石英等构成的板状隔热件22而被设置在支撑台16的周边部。

支撑部20由铝、石英等构成。支撑部20被定位在与晶片W的载置位置大致同心的位置处。然后，在环状支撑部20的上方内周侧，形成有梯状的载置面20A(参照图2A)。将晶片W载置在支撑部20上，使得晶片W的周边部的下面与该载置面20A的上面接触。

优选将构成载置面20A的梯部的侧面、与载置在适当位置的晶片W的外缘部之间的距离H1(参照图2A)，设定为例如1mm左右，使得该梯部具有定位晶片W的功能。这种情况下，虽然例如300mm的晶片若被加热到1000℃则300mm晶片的直径膨胀2mm左右，但是，在该温度下，300mm晶片能够大致没有间隙地装在载置面20A上。总之，距离H1的值可以根据晶片尺寸和目的温度而适当地进行设定。

支撑台16在支撑部20内侧的区域形成为元件收容空间S0。在该元件收容空间S0内设置有多个帕尔贴元件24，作为构成本发明特征的多个热电转换元件。具体地说，在支撑部20内侧的支撑台16的上面，横跨其整个面，形成有例如由AIN和Al₂O₃等的陶瓷构成的薄板状的绝缘件26。在该绝缘件26上整齐排列有多个立起的帕尔贴元件24。

这里，各帕尔贴元件24形成为单体(单体模块)。帕尔贴元件24由P型半导体和N型半导体构成。这些P型半导体和N型半导体交错配置。所以，相邻的P型和N型半导体的上部电极之间和下部电极之间，分别在上部配线28和下部配线30上如图2A和图2B所示那样交错连接。由此，如图3所示，构成帕尔贴元件24的P型半导体和N型半导体连接成一直列。即，例如，电流按照P型→N型→P型→N型→P型→N型......的方式流动。

上部配线28和下部配线30例如由铜板和富于弹性的碳纤维板构成。这些配线28、30根据热处理温度，例如可以通过熔接、硬焊或者软焊等连接固定。

上部配线28和下部配线30能够形成为例如厚度为0.1～2mm左右的薄板状。在上部配线28和下部配线30的表面，构成这些配线的导电性材料，例如碳，既可以是裸露的状态也可以被由导电性材料的化合物构成的绝缘膜覆盖。

在图3中，在支撑台16上面的大致整个区域，帕尔贴元件24曲折地串连连接在一起。但是，帕尔贴元件24的连接方式并不限定于此。例如，也可以在将支撑台16的上面分割所成的多个区域，例如同心圆状的各区域上，使帕尔贴元件24串连连接。这样，能够对各区域分别进行控制。

因此，各帕尔贴元件24是大小例如长宽高为3mm×3mm×3mm的立方体。另外，将帕尔贴元件24间的间隔L1(参照图3)设定为例如1mm。由此，使得帕尔贴元件24的上端面与晶片W的整个背面距离大致相同。另外，在图3中，为了容易理解本发明，将帕尔贴元件24间的间隔L1画的比实际要大。

上述帕尔贴元件24经由未图示的引线而被连接到外部的未图示的帕尔贴控制部。帕尔贴控制部控制向帕尔贴元件24通电的电流方向和大小。另外，所述热电转换就是将热能转换为电能和将电能转换为热能。

另外，作为帕尔贴元件24，可以使用例如在400℃以上的高温下耐用的Bi₂Te₃(铋·碲)元件、PbTe(铅·碲)元件、SiGe(硅·锗)元件等。这里，对于直径为300mm的晶片使用例如100个左右的帕尔贴元件24。对于直径为200mm的晶片使用例如50个左右的帕尔贴元件24。

另外，支撑部20的载置面20A形成在与帕尔贴元件24的上端面(正确地说是上部配线28的上端面)一样或比之稍高的位置上。具体地说就是将载置面20A与上部配线28的上端面之间的距离H2(参照图2A)设定在0～0.1mm之间。

另外，在支撑台16上设置有元件收容空间排气装置32，该排气装置32用于将形成在晶片W的下面和支撑台16的上面和支撑部20之间的元件收容空间S0内排气为真空环境。具体地说，在支撑台16上设置有与元件收容空间S0连通的排气口34，该排气口34与设置有未图示的真空泵的排气系统36连接。由此，可以根据需要将元件收容空间S0内抽成真空。由此，如图2B所示，晶片W向下弯曲被真空夹紧。

另外，在支撑台16上沿支撑台16的边沿方向按规定的间隔形成有多个(图3中是3个)销孔38。将升降销40插通在各销孔38中。升降销40的下端部共同与例如环状的升降板42连结并被支撑。升降板42通过未图示的调节器进行升降。由此，升降销40在帕尔贴元件24的上端面的更上方进行出没，以举起晶片W或将其放下。

另外，在各升降销40的支撑台16的贯通部上设置有能够曲折伸缩的金属制的波纹管44。由此，使得在维持处理容器4内的真空的同时，能够进行升降销40的上下移动。

另外，在支撑台16上形成有用于流动冷却介质的冷却通路46。在冷却通路46上经由流路50连接着冷却介质循环器48。控制冷却介质循环器48，根据需要使冷却介质在冷却通路46中流动，由此，经由支撑台16能够冷却帕尔贴元件24的下面侧。

另一方面，在透过窗8的上方，设置有用于加热晶片W的加热单元52。具体地说，本实施方式的加热单元52由多个加热灯52A构成。这些加热灯52A被安装在容器状灯室54的天井部内面的绝大部分上，该灯室54被设置在透过窗8的上方。这里，在灯室54的天井部的内面形成有反射镜56。由此，使得来自各加热灯52A的热线向下方反射。

下面，说明上述结构的处理装置2的动作。这里，对半导体晶片W进行退火处理。

首先，经由开放的闸阀10，将未处理的半导体晶片W导入处理容器4内。将该半导体晶片W的周边部的下面支撑在支撑部20的载置面20A上(参照图2A)。随后，密闭处理容器4内。

随后，经由气体喷嘴12，一边控制作为处理气体的例如N₂气体或Ar气体的流量，一边将其导入处理容器4内。同时，处理容器4内的处理空间S被抽成真空，将规定的加工压力维持在例如1～100Pa(7.5mTorr～750mTorr)。再者，与此同时，驱动元件收容空间排气单元32，将晶片W下面侧的元件收容空间S0内抽成真空。然后，在点燃各加热灯52A的同时，如后面所述，向各帕尔贴元件24通电流。

各加热灯52A发出的热线通过透过窗8而入射到半导体晶片W的表面。由此，半导体晶片W被急速加热。而且，通过向半导体元件24通电流使帕尔贴元件24的上端面发热，从而晶片W也由帕尔贴元件24加热。所以，半导体晶片W被迅速加热。

再者，在上述的第一实施方式中，因为元件收容空间S0内被抽成真空，所以元件收容空间S0内的压力比晶片W的上面侧的处理空间S的压力低。如图2B所示，利用该压差向晶片W施加向下方的压力F，晶片W略微向下变形。结果，晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面在面内的方向上大致均匀地紧密接触。所以，晶片的下面与各帕尔贴元件24之间的热电阻变得非常小，热传导效率显著改善，晶片W能够有效地升温。这时的升温速度是例如1～400℃/sec。

另外，如上所述，因为晶片W的下面与帕尔贴元件24的上端面直接接触，所以热响应性显著提高。由此，例如通过控制流向帕尔贴元件24的电流，而能够提高升温速度的精度。另外，通过调整处理空间S与元件收容空间S0之间的压差控制压力F，使晶片W与各帕尔贴元件24之间的接触热电阻变化，能够调整升温速度。

再者，上述退火处理中，因为冷却介质循环器48不动作，所以冷却介质不流过支撑台16的冷却通路46。

再者，因为元件收容空间S0内被抽成真空，所以防止由气体的对流产生的帕尔贴元件24的上下间的热移动。在这一点上，提高了帕尔贴元件24的加热效率。

在以上的晶片W的加热状态中，若退火处理完成，则为了迅速冷却晶片W，在熄灭各加热灯52A的同时，切换各帕尔贴元件24中流动的电流的方向，即，使各帕尔贴元件24的上端面冷却的方向的电流流过。由此，处理空间S内的对流与来自处理容器4的热放射的冷却效果叠加，强制冷却各帕尔贴元件24的上端面，所以与该帕尔贴元件24接触的晶片W被强制冷却。由此，能够进行晶片W的高速降温。

这时，因为在各帕尔贴元件24的下端面产生热，所以冷却介质流过在支撑台16内形成的冷却通路46。由此，在各帕尔贴元件24的下端面发生的热，能够由上述冷却介质运至系统外部。作为冷却介质能够使用冷却水等。

这时，元件收容空间排气单元32也继续动作。所以，如图2B所示，晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面，在晶片W的大致全面上直接接触。所以晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面之间的接触热电阻非常小，能够有效地冷却晶片W。另外，通过调整处理空间S与元件收容空间S0之间的压差，使晶片W与各帕尔贴元件24之间的抵抗热电阻变化，能够调整降温速度。

如上所述，通过帕尔贴元件24的上端面(具体地说就是上部配线28的上面)与作为被处理体的晶片W的下面直接接触，该部分(接触面)的热电阻变小热响应性提高，晶片W的升温降温也能够有效且迅速地进行。

另外，因为在晶片W的下面(背面)一般形成有绝缘性的氧化膜，所以，即使在该部分上导电性材料接触裸露状态的上部配线28，帕尔贴元件24之间也不会短路。另外，在上部配线28的表面形成有绝缘膜的情况下，无论晶片下面的是何状态，都不会生成上述的短路问题。

在此，对上述第一实施方式的处理装置和在载置晶片的基座上使用铝制载置板的现有处理装置，通过模拟求降温速度。对其结果进行说明。

图4是表示本发明第一实施方式的处理装置和现有处理装置的降温速度的模拟结果的曲线图。在此，晶片W被升温至1000℃，表示的是晶片温度从该温度(1000℃)开始降温时的降温速度。

如图4清楚地所示，在现有的处理装置的情况下，因为铝制的载置板的热容量较大，所以其几乎不依赖于晶片温度，降温速度为10～20℃/sec，非常低。与此相对，在本发明的第一实施方式的情况下，因为处理装置内部的热容量非常小，所以表示出100～数100℃/sec的高降温速度。即，在本发明第一实施方式的情况下，晶片W能够迅速且有效地降温。

再者，在图2A和图2B所示的例子中，在支撑部20的载置面20A上什么也没有形成。但是，如图5所示，也可以在环形载置面20A上设置O型圈等的密封件58。这样，在元件收容空间S0内被抽成真空时，因为晶片W的周边部的下面与载置面20A之间被一定程度地密封，所以向下压晶片W的压力F增加，晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面的密封性增加。由此，晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面之间的热电阻更加减少，能够进一步提高热效率。

另外，在图1所示的例子中，各帕尔贴元件24的高度全部一定。但是，本发明并不限定于这样的方式。例如，也可以采用图6所示的方式。图6是模式地表示使帕尔贴元件的高度变化后的例子的部分扩大图。在图6所示的例子中，就帕尔贴元件24的高度H3来说，其在支撑台16的中心部的高度比在周边部的高度略高。具体地说，帕尔贴元件24的高度H3从支撑台16的中心部开始向周边部逐渐升高。这时，晶片W的周边部在由支撑部20支撑的同时向下方成突状弯曲变形而生成曲面，将各帕尔贴元件24的上端面的位置设定为与该曲面一致。这时，能够更加提高晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面的密封性，由此，能够进一步提高热效率。

下面，说明本发明第二实施方式。

在图1所示的第一实施方式中，作为密封晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面的单元，设置有元件收容空间排气单元32。在本实施方式中，使用现有的众所周知的夹紧机构代替元件收容空间排气单元32。

图7是表示本发明第二实施方式的处理装置的简要截面图。在图7中，对于与图1所示的第一实施方式的构成部分一样的构成部分使用相同符号，并省略说明。

如图7所示，本实施方式的处理装置中没有设置元件收容空间排气单元32。取而代之，设置有用于向下按压晶片W的周边部的夹紧机构60。再者，在本实施方式中，就支撑部20来说，可以设置为图1所示的方式，也可以设置为图7所示的方式。在不设置支撑台20的情况下，将晶片W直接载置在帕尔贴元件24的上端面。

具体地说，夹紧机构60具有例如由AIN等的陶瓷等构成的环状的夹板62。

该夹板62由多个支撑杆64支撑。各支撑杆64经由弹簧66与升降杆68连接。升降杆68贯通在支撑部16上形成的杆孔70并向下方延伸，能够通过未图示的调节器升降。另外，为了保持处理容器4内的气密性并容许升降杆68的上下移动，在杆孔70上设置有波纹管72。

在本实施方式中，在退火处理时(加热时)和冷却时，环状的加紧板62的内周部的下面利用弹簧66的弹力，按压晶片W的周边部的上面。由此，晶片W的下面与帕尔贴元件24的上端面紧密接触。由此，能够得到与第一实施方式相同的作用效果。即，使晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面之间的接触热电阻减少，能够使晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面之间的热传导效率提高。另外，因为在晶片W的下面与帕尔贴元件24的上端面之间没有多余的部件，所以热响应性也能够得到提高。

再者，在本实施方式的情况下，因为晶片W的周边部被向下按压，所以晶片W的中央部略微向上呈突状隆起从而产生弯曲状变形。因此，与图6表示的情况相反，优选设定帕尔贴元件24的高度H3为在周边部的高度比在支撑台16的中心部的高度略低。即，优选将帕尔贴元件24的高度H3设定为在晶片中心部较高，向周边部逐渐呈弯曲状降低。这时，能够更加增强晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面之间的密封性，能够进一步提高热传导效率。

下面，说明本发明的第三实施方式。

在第一和第二实施方式中，晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面直接接触。所以，晶片W自身很可能由构成帕尔贴元件24等的金属元素，例如锗、铋、碲、铅等而造成金属污染。

本发明的第三实施方式的目的在于防止晶片W的金属污染。图8是表示本发明第三实施方式的简要截面图。图9是表示本实施方式的载置板的平面图。在图8和图9中，对于与图1所示的第一实施方式的构成部分一样的构成部分使用同样的符号，并省略说明。

在第一实施方式中，由支撑部20直接支撑晶片W。与此对应，如图8所示，在本实施方式中由支撑部20支撑与晶片W直径大致相同的圆板状载置板74。然后使得在该载置板74上载置晶片W。

载置板74的厚度例如为0.1～5mm左右。由此，通过处理空间S与元件收容空间S0之间的压差，载置板74能够变形。作为载置板74能够应用电阻大且热电阻小的材料、例如SiC、SiN、AlN、蓝宝石等。此外，在载置板74上形成有升降销40贯通的销孔82。

再者，在本实施方式的情况中，为了防止由于晶片W的横向滑动产生的脱落，对于支撑部20的梯部的高度，优选只设定载置板74的厚度为比第一实施方式的情况高。

在本实施方式中，由于有载置板74存在，与第一和第二实施方式相比，晶片W的下面与各帕尔贴元件24的上端面间的热传导效率和热效率要低。但是，若与现有装置相比，则可以说热传导效率和热效率较高。

但是，通过设置载置板74，即使是构成帕尔贴元件24的金属元素等向上飞散的情况，该金属元素等也能够由载置板74截留。所以，能够防止晶片W被金属污染。另外，通过真空加紧载置板74，能够可靠地密封载置板74的下面与各帕尔贴元件24的上端面。

此外，载置板74自身随晶片W的升降温热伸缩显著，但载置板74由真空夹盘固定，即，向该平面方向的伸缩没有限制。因此，能够防止载置板74的破损等。

另外，在第一和第二实施方式中，各帕尔贴元件24的上部配线28(参照图2A)通过焊接等与各帕尔贴元件24的上部电极接合，但是，在本实施方式中，也可以将上部配线28作为配线图案设置在载置板74的下面。该配线图案由耐高温的W(tungsten：钨)、TiN、MO、Ti、Ta形成。这些配线图案能够通过电镀、热喷镀、埋入(インプラ：implantation)、CVD、PVD等镀着在载置板74的下面。

在如上所述的在载置板74的下面镀着成为上部配线28的配线图案的情况下，为了防止该配线图案与各帕尔贴元件24的上部电极间的位置偏移，有必要防止载置板74的位置偏移。另一方面，依然不得不容许载置板74的热伸缩。

如图9所示，载置板74的周边部的一部分由销76固定。然后，例如位于载置板74直径方向上的该销76的反对侧位置的部分，经由长孔78而由销80固定。长孔78的长度方向是朝向销76的方向。利用这样的方式，在容许载置板74的水平方向上的热伸缩的同时，能够防止载置板74的位置偏移。结果，配线图案(上部配线)与各帕尔贴元件24的上部电极之间正好能够电接合。另外，也能够防止伴随着由于剧烈升降温产生的晶片的变形和载置板的变形的晶片W的跳动等。

就具有图9中说明的销76、80等的方式而言，也能够在不在载置板74的下面设置配线图案的情况下采用。这种情况也能够有效地防止晶片W的跳动等。

下面，对本发明的第四实施方式进行说明。本实施方式是组合第二实施方式和第三实施方式的方式。

图10是表示本发明第四实施方式的简要截面图。图11是表示图10的载置板的平面图。在图10和图11中，对于与图1、图7和图8表示的构成部分一样的构成部分使用相同的符号，并省略说明。

如图10所示，在本实施方式中，不使用第一实施方式中的元件收容空间排气单元32，使用夹紧机构60(参照图7)按压晶片W的周边部。再者，在本实施方式中，形成为在第三实施方式的载置板74(参照图8)的上面载置晶片W。

另外，在本实施方式中，为了定位晶片W和防止晶片的跳动，从在支撑部16的周边部立起的支柱84开始水平地朝向载置板74的中心方向，设置有导向销86(参照图11)。将导向销86设置在沿载置板74的圆周方向大致等间隔的三处。各导向销86的前端分别以游嵌状态插入在载置板74的侧面形成的导向孔88。由此，在能够容许载置板74自身的水平方向的热伸缩的同时，能够防止载置板74的跳动。另外，与第三实施方式一样，也可以在载置板74的下面形成配线图案。

根据本实施方式，能够得到与之前说明的第二实施方式和第三实施方式一样的作用效果。

另外，在第二和第四实施方式中，升降销40和夹紧机构60分开设置。但是，如图12所示，也能够采用将这些一体化的结构。图12是表示安装升降销的夹紧机构的一例的图。这时，升降销40与加紧板62能够共同升降。

下面，对本发明的第五实施方式进行说明。

在上述第一至第四实施方式中，在连接构成帕尔贴元件24的P型半导体和N型半导体的上部配线28和下部配线30的表面，构成两配线28、30的导电性材料(导电性金属)被置于裸露状态。所以，因为有必要防止帕尔贴元件24间的短路，必须使晶片W的下面(里面)始终处于绝缘状态。

但是，对于实际的处理装置来说，晶片的下面的状态可为各式各样。例如裸晶片(ベアウエハ：bare wafer)，从开始其下面就是导电性的状态。另外，也有即使在晶片下面形成绝缘性的氧化膜，该氧化膜部分的剥落使导电性部分处于裸露状态的情况。或者，有时氧化膜自身不充分，存在某种程度的导电性。对于定期或不定期流动的品质管理用的晶片，其背面被刮，也能露出导电性材料。所以，在使用这些晶片时，为了在不产生帕尔贴元件24的短路的情况下进行处理，有必要进行某种绝缘处理。

这时，如上所述，认为可以分开设置已构成的薄板状的陶瓷板等的绝缘板。但是，为了使这样分开设置的绝缘板具有耐用性，必须要求一定程度的板厚。结果，热电阻增大并且热响应性劣化。

这里，在本实施方式中，在上部配线28和下部配线30的表面形成有由该配线的构成材料的化合物构成的薄绝缘膜，以防止短路的发生。

图13是表示本发明第五实施方式的简要截面图。图14是表示图13的帕尔贴元件部分的部分扩大图。在图13和图14中，对于与上述各实施方式的构成部分一样的构成部分使用一样的符号，并省略说明。

虽然本实施方式的配线结构可能适用于第一实施方式至第四实施方式的任一实施方式，但是在本实施方式中，对于图7所示的第二实施方式适用。

在本实施方式中，在连接帕尔贴元件24的上端部之间的上部配线28和连接帕尔贴元件24的下端部之间的下部配线30之中，至少有一方被构成该配线的导电性材料的化合物的且具有绝缘性的绝缘膜所覆盖。

该绝缘膜不限定于构成配线的导电性材料的化合物，也可以是其他种类的绝缘膜。

在此，如图14所示，在上部配线28和下部配线30的两配线的表面形成有绝缘膜28A和30A。这时，各绝缘膜28A和30A至少形成在与其他部件接触的面上。具体地说，对于上部配线28来说，只在与晶片W的下面接触的上面形成绝缘膜28A，对于下部配线30来说，只在与支撑台(底部)16接触的下面形成绝缘膜30A。

如上所述，因为绝缘膜30A在下部配线30的下面形成，所以不经由图7所示的薄板的绝缘板26，能够使上部配线30和支撑台16直接接触，这样，有可能降低该接触部分的热电阻。这时的绝缘膜28A、30A的厚度也根据材料而定，例如是10～1000μm的范围。

作为上述导电性材料的化合物，根据该导电性材料选择使用该材料的例如碳化物、氟化物、硅化物、氧化物、氮化物等。具体地说就是，作为构成上部配线28和下部配线30的导电性材料，要从碳素(碳、C)、铝、钽、钨、Ni-Ti合金(超弹性合金)、Fe-Cr-Ni-Mo2相不锈钢(超塑性材料)、硅等中进行适当地选择来使用。作为碳素的例子，可以举出碳纤维板等。

使用碳素作为导电性材料的情况，能够使用硅化物的SiC(碳化硅)作为绝缘膜。另外，使用铝作为导电性材料的情况，能够使用氧化物的Al₂O₃(氧化铝)或氮化物的AlN(氮化铝)作为绝缘膜。另外，使用钽作为导电性材料的情况，能够使用氧化物的TaO₃(钽氧化膜)作为绝缘膜。另外，使用钨作为导电性材料的情况，能够使用碳化物的WC(碳化钨)和氧化物的WO₂(氧化钨)作为绝缘膜。另外，使用硅作为导电性材料的情况，能够使用氟化物的SiF(氟化硅)作为绝缘膜。

上述的绝缘膜28A、30A能够通过离子喷镀法和沉积法形成。再者，涂敷溶胶·凝胶的物质，再通过干燥或烧成也能够形成绝缘膜。再者，对板状的配线材料的表面实施预炭化处理、氟化处理、硅化处理、氧化处理和氮化处理等，形成上述绝缘膜，也可以将该配线材料连接在帕尔贴元件之间。通过利用构成配线的导电性材料的化合物作为绝缘膜的材料，两者的结合力较强，难以生成两者间的剥离。

如上所述，通过在上部配线28的表面设置由该材料的化合物构成的绝缘膜28A，则与晶片W的下面状态无关，能够在上部配线28上直接接触载置晶片W。结果，该接触部分的热电阻减少，能够提高热响应性。

另外，同样地，通过在下部配线30的表面设置由该材料的化合物构成的绝缘膜30A，而能够在支撑台16上不经由薄板状的绝缘件26来直接接触帕尔贴元件24。其结果，该接触部分的热电阻减少，能够提高热响应性。

在本实施方式中，虽然在上部配线28和下部配线30的两方的表面形成有绝缘膜28A、30A，但是并不限定于此。也可以只在上部配线28和下部配线30的任一方形成绝缘膜。

再者，虽然在本发明中举半导体晶片作为被处理体的例子进行了说明，但是并不限定于此，也能够适用于LCD基板、玻璃基板等。

Claims (24)

1.一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：

能够将内部抽成真空的处理容器、

向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、

设置在所述处理容器内的支撑台、

设置在所述支撑台上用于支撑被处理体的环状支撑部、

设置在所述支撑部内侧的所述支撑台上面的多个热电转换元件、和

将在由所述支撑部支撑的被处理体的下面、所述支撑台的上面和所述支撑部之间形成的元件收容空间内抽成真空的元件收容空间排气单元。

2.一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：

能够将内部抽成真空的处理容器、

向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、

设置在所述处理容器内的支撑台、

设置在所述支撑台上的环状支撑部、

被所述支撑部支撑的用于载置被处理体的载置板、

设置在所述支撑部内侧的所述支撑台上面的多个热电转换元件、和

将在由所述支撑部支撑的所述载置板的下面、所述支撑台的上面和所述支撑部之间形成的元件收容空间内抽成真空的元件收容空间排气单元，其中，

所述载置板在相对所述多个热电转换元件不固定的状态下以允许该载置板向水平方向热伸缩的方式而被支撑在所述支撑部上。

3.根据权利要求2所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

在所述载置板的下面形成有电连接所述多个热电转换元件的配线图案。

4.根据权利要求2或3所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述载置板经由多个销被支撑在所述支撑部上，以容许该载置板在水平方向上的热伸缩。

5.根据权利要求2所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

还具有用于向下方按压所述被处理体的周边部的夹紧机构。

6.根据权利要求1或2所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述热电转换元件的上端面的高度一致，

所述支撑部的载置面的高度与所述热电转换元件的上端面的高度相同。

7.根据权利要求1或2所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述热电转换元件的上端面的高度一致，

所述支撑部的载置面的高度比所述热电转换元件的上端面的高度略高。

8.根据权利要求1或2所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述热电转换元件的上端面的高度在所述支撑台的周边部比在其中心部略高。

9.一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：

能够将内部抽成真空的处理容器、

向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、

设置在所述处理容器内的支撑台、

设置在所述支撑台的上面，具有用于支撑被处理体的下面的上端面的多个热电转换元件、和

用于向下方按压所述被处理体的周边部的夹紧机构。

10.根据权利要求9所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述夹紧机构具有与所述被处理体的周边部的上面接触的环状加紧板。

11.根据权利要求9或10所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述热电转换元件的上端面的高度在所述支撑台的周边部比在其中心部略低。

12.一种被处理体的处理装置，其特征在于，包括：

能够将内部抽成真空的处理容器、

向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元、

设置在所述处理容器内的支撑台、

设置在所述支撑台的上面的多个热电转换元件、

由所述多个热电转换元件的上端面支撑的，用于载置被处理体的载置板、和

用于向下方按压所述被处理体的周边部的夹紧机构，其中，

所述载置板在相对所述多个热电转换元件不固定的状态下以允许该载置板向水平方向热伸缩的方式而被支撑在所述多个热电转换元件的上端面上。

13.根据权利要求12所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述载置板为了抑制上下方向的移动并容许水平方向上的热伸缩，经由在水平方向延伸的热伸缩容许销而被支撑在所述支撑台上。

14.根据权利要求1、2、9、12中任一项所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

设置所述多个热电转换元件，将多个由规定数量的热电转换元件构成的元件模块配置成规定的排列状态。

15.根据权利要求1、2、9、12中任一项所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

在所述支撑台上形成有用于冷却介质流动的制冷剂通路。

16.根据权利要求1、2、9、12中任一项所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

还具有加热所述被处理体的处理装置。

17.根据权利要求1、2、9、12中任一项所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述多个热电转换元件的上端面之间通过上部配线有选择地进行连接，

所述多个热电转换元件的下端面之间通过下部配线有选择地进行连接，

在所述上部配线的上面和所述下部配线的下面中至少有一方，形成为该上部配线和/或该下部配线的导电性材料处于裸露状态。

18.根据权利要求17所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述上部配线的上面构成为与所述被处理体的下面直接接触。

19.根据权利要求1、2、9、12中任一项所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述多个热电转换元件的上端面之间通过上部配线有选择地进行连接，

所述多个热电转换元件的下端面之间通过下部配线有选择地进行连接，

在所述上部配线的上面和所述下部配线的下面中至少有一方，由绝缘膜覆盖。

20.根据权利要求19所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述绝缘膜是形成所述上部配线和/或所述下部配线的导电性材料的化合物。

21.根据权利要求19所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述下部配线的下面由所述绝缘膜覆盖，与所述支撑台的表面直接接触。

22.根据权利要求19所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述绝缘膜为所述导电性材料的碳化物、氟化物、硅化物、氧化物和氮化物中的任一种。

23.根据权利要求17所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述导电性材料为碳、铝、钽、钨、作为超弹性合金的Ni-Ti合金、作为超塑性材料的Fe-Cr-Ni-Mo2相不锈钢和硅中的任一种。

24.根据权利要求17所述的被处理体的处理装置，其特征在于：

所述上部配线和所述下部配线形成为板状。

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