KR100910068B1 - 피처리체의 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와, 상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기내에 마련된 지지대와, 상기 지지대 상에 마련된 피처리체를 지지하기 위한 링 형상의 지지부와, 상기 지지부의 내측의 상기 지지대의 상면에 마련된 복수의 열전변환소자와, 상기 지지부로 지지되는 피처리체의 하면과 상기 지지대의 상면과 상기 지지부와의 사이에서 형성되는 소자 수용 공간내를 진공배기하는 소자 수용 공간 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치이다.

Description

피처리체의 처리 장치{PROCESSING EQUIPMENT FOR OBJECT TO BE PROCESSED}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 어닐 처리나 냉각 처리 등의 각종의 처리를 실행하는 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 소망하는 반도체 디바이스를 제조할 때, 반도체 웨이퍼에, 성막 처리, 패턴 에칭 처리, 산화 확산 처리, 개질 처리, 어닐 처리 등의 각종의 열 처리가 되풀이하여 실행된다. 최근, 반도체 디바이스의 고밀도화, 다층화 및 고집적화에 따라, 열 처리 과정이 까다로워지고 있다. 특히, 각종의 열 처리에 대하여, 웨이퍼면내에서의 균일성의 향상 및 막질의 향상이 요구되고 있다.
예컨대, 반도체 디바이스인 트랜지스터의 채널층의 처리에 대하여 설명하면, 채널층에 불순물 원자의 이온이 주입된 후에, 원자 구조를 안정화시킬 목적으로 어닐 처리가 실행되는 것이 일반적이다.
이 경우에 있어서, 상기 어닐 처리가 장시간에 걸쳐 실행되면, 원자 구조는 안정화하지만, 불순물 원자가 막두께 방향의 깊숙한 곳까지 확산하여 하방으로 관통해버린다. 이러한 현상을 방지하기 위해서, 상기 어닐 처리는 최대한 단시간에 실행될 필요가 있다. 보다 상세히 설명하면, 얇은 막두께의 채널층에 있어서 불순물 원자가 관통하는 것을 발생시키는 일 없이 원자 구조를 안정화시키기 위해서는, 반도체 웨이퍼를 고온까지 빠르게 온도를 올리고, 또한, 어닐 처리 후에 있어서는 확산이 발생하지 않는 저온까지 빠르게 온도를 내리는 것이 필요해진다.
상기와 같은 바람직한 어닐 처리를 실현하기 위해서, 종래의 처리 장치는, 가열 램프를 수용한 램프 하우스와, 상기 가열 램프의 복사열을 차단하기 위한 셔터 기구가 마련되어 있다. 그리고, 그러한 처리 장치는, 고온에서의 어닐 처리를 실시한 후, 셔터 기구를 작동시켜 가열 램프로부터의 복사열을 차단하는 것에 의해, 웨이퍼의 고속 강온을 실행하도록 되어있다.
다른 종래의 처리 장치에서는, 예컨대 일본 특허 공개2001-85408호 공보에 표시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지에 펠티에 소자가 마련되어 있다. 예컨대 100 ~ 250 ℃정도의 온도 범위에서의 웨이퍼의 에칭 처리를 위해, 펠티에 소자가 웨이퍼의 온도를 올리고 내리는데 이용된다.
웨이퍼의 승강온을 위해 펠티에 소자가 이용되는 경우, 일반적으로, 수 10개정도의 가로세로높이가 각각 수 mm인 펠티에 소자가 평면적으로 배열되어 하나의 소자 모듈을 구성한다. 이 소자 모듈이, 하나의 단위 모듈로서 사용된다. 그리고, 복수개의 소자 모듈이 웨이퍼 면적에 상당하도록 평면적으로 배치되고, 평면 형상의 서셉터에 의해서 나사 고정되어 가열 수단을 형성한다.
상기 서셉터 상에 웨이퍼가 탑재된 후, 펠티에 소자에 전기를 흘리는 것에 의해, 웨이퍼가 가열될 수 있다. 또한, 펠티에 소자에 대하여 가열할 때와는 반대 방향으로 전기를 흘리는 것에 의해, 웨이퍼가 냉각될 수 있다.
상기한 종래 기술에 있어서는, 각 소자 모듈의 상면과 서셉터의 접촉 열 저항을 될 수 있는 한 저감시켜 열전도 효율을 좋게 하기 위해서, 서셉터와 소자 모듈은 상기와 같이 나사 고정에 의해서 강하게 압접한 상태로 고정되어 있다. 이 때문에, 나사에 의해 고정되어 있는 서셉터 자신의 열신축이 어렵게 된다. 따라서, 서셉터의 열팽창에 의해 서셉터가 변형하여 휘거나, 서셉터나 펠티에 소자가 파손되는 우려도 있었다.
또한, 상기한 종래 기술에서는, 소자 모듈 상에 서셉터가 놓여지고, 해당 서셉터 상에 웨이퍼가 탑재된다. 즉, 웨이퍼와 펠티에 소자와의 사이에, 서셉터라는 얇은 판 형상의 부재가 개재(介在)한다. 해당 얇은 판 형상의 부재의 존재에 의해, 열전도 효율의 향상 내지 개선에 관련하여 한계가 있다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 열전도 효율을 향상시키는 것이 가능한 피처리체의 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
혹은, 본 발명의 다른 목적은, 서셉터(피처리체를 탑재하는 탑재판)가 마련되는 경우에 있어서, 해당 서셉터의 열신축을 허용하여 해당 서셉터의 파손 등을 방지하는 것이 가능한 피처리체의 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와, 상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기내에 마련된 지지대와, 상기 지지대 상에 마련된 피처리체를 지지하기 위한 링 형상의 지지부와, 상기 지지부의 내측의 상기 지지대의 상면에 마련된 복수의 열전변환소자와, 상기 지지부로 지지되는 피처리체의 하면과 상기 지지대의 상면과 상기 지지부와의 사이에서 형성되는 소자 수용 공간내를 진공배기하는 소자 수용 공간 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치이다.
본 발명에 의하면, 링 형상의 지지부에 의해 지지되는 피처리체의 하면과 지지대의 상면과 링 형상의 지지부의 사이에서 형성되는 소자 수용 공간내가 진공배기되기 때문에, 피처리체는 진공척된 상태가 되어, 피처리체의 하면과 열전변환소자의 상단면이 직접적으로 접촉할 수 있다. 이에 의해, 피처리체의 하면과 열전변환소자의 상단면의 사이에 불필요한 부재가 개재하는 일이 없기 때문에, 또한, 피처리체의 하면과 열전변환소자의 상단면간의 밀착성도 향상되기 때문에, 이들간의 열전도 저항이 대폭 저감될 수 있다. 결과적으로, 이들간의 열전도 효율이 대폭 향상될 수 있다.
또한, 열전변환소자의 주위가 진공 상태가 되기 때문에, 열전변환소자에 의해서 이동된 열의 역류를 최소로 할 수 있다.
또한, 피처리체의 하면과 열전변환소자의 상단면이 직접적으로 접촉하는 것에 의해, 열의 응답성도 향상하고 온도 제어의 정밀도도 향상시킬 수 있다.
혹은, 본 발명은, 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와, 상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기내에 마련된 지지대와, 상기 지지대 상에 마련된 링 형상의 지지부와, 상기 지지부로 지지된 피처리체를 탑재하기 위한 탑재판과, 상기 지지부의 내측의 상기 지지대의 상면에 마련된 복수의 열전변환소자와, 상기 지지부로 지지되는 상기 탑재판의 하면과 상기 지지대의 상면과 상기 지지부의 사이에서 형성되는 소자 수용 공간내를 진공배기하는 소자 수용 공간 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치이다.
본 발명에 의하면, 링 형상의 지지부에 의해 지지되는 탑재판의 하면과 지지대의 상면과 링 형상의 지지부의 사이에서 형성되는 소자 수용 공간내가 진공배기되기 때문에, 탑재판은 진공척된 상태가 되어 탑재판의 평면 방향에서의 열신축이 허용될 수 있다. 또한, 탑재판의 하면과 열전변환소자의 상단면이 직접적으로 접촉할 수 있어, 탑재판의 하면과 열전변환소자의 상단면간의 밀착성도 향상하기 때문에, 이들간의 열전도 저항이 대폭 저감될 수 있다. 결과적으로, 이들간의 열전도 효율이 대폭 향상될 수 있다.
또한, 열전변환소자의 주위가 진공 상태가 되기 때문에, 열전변환소자에 의해서 이동된 열의 역류를 최소로 할 수 있다.
또한, 피처리체가 열전변환소자 등의 구성 원소에 의해 오염되는 것이 방지될 수 있다.
바람직하게는, 상기 탑재판의 하면에는 상기 복수의 열전변환소자를 전기적으로 접속하는 배선 패턴이 형성되어 있다.
예컨대, 상기 탑재판은, 해당 탑재판의 수평 방향으로의 열신축을 허용하도록, 복수의 핀에 의해 상기 지지부에 지지되어 있다.
또한, 바람직하게는, 피처리체의 처리 장치는, 상기 피처리체의 주변부를 아래 방향으로 가압하기 위한 클램프 기구를 또한 구비하고 있다.
바람직하게는, 상기 열전변환소자의 상단면의 높이는 일률적이고, 상기 지지부의 탑재면의 높이는 상기 열전변환소자의 상단면의 높이와 동등하다. 또는, 바람직하게는, 상기 열전변환소자의 상단면의 높이는 일률적이고, 상기 지지부의 탑재면의 높이는 상기 열전변환소자의 상단면의 높이보다도 약간 높다. 또는, 상기 열전변환소자의 상단면의 높이는, 상기 지지대의 중심부에서보다도 그 주변부에서 조금 높다.
또한, 본 발명은, 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와, 상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기내에 마련된 지지대와, 상기 지지대의 상면에 마련되어, 피처리체의 하면을 지지하기 위한 상단면을 가지는 복수의 열전변환소자와, 상기 피처리체의 주변부를 아래 방향으로 가압하기 위한 클램프 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치이다.
본 발명에 의하면, 클램프 기구가 피처리체의 주변부를 아래 방향으로 가압하기 때문에, 피처리체의 하면과 열전변환소자의 상단면간의 밀착성이 향상한다. 이에 의해, 이들간의 열전도 저항이 대폭 저감될 수 있다. 결과적으로, 이들간의 열전도 효율이 대폭 향상될 수 있다. 또한, 피처리체의 하면과 열전변환소자의 상단면이 직접적으로 접촉하는 것에 의해 열의 응답성도 향상하여, 온도 제어의 정밀도도 향상시킬 수 있다.
예컨대, 상기 클램프 기구는, 상기 피처리체의 주변부의 상면과 접촉하는 링 형상의 클램프판을 가진다.
또한, 예컨대, 상기 열전변환소자의 상단면의 높이는 상기 지지대의 중심부에서보다도 그 주변부에서 조금 낮다.
또한, 본 발명은, 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와, 상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기내에 마련된 지지대와, 상기 지지대의 상면에 마련된 복수의 열전변환소자와, 상기 복수의 열전변환소자의 상단면에 의해서 지지된 피처리체를 탑재하기 위한 탑재판과, 상기 피처리체의 주변부를 아래 방향으로 가압하기 위한 클램프 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치이다.
본 발명에 의하면, 클램프 기구가 피처리체의 주변부를 아래 방향으로 감압하기 때문에, 탑재판의 평면 방향에 있어서의 열신축이 허용되면서, 탑재판의 하면과 열전변환소자의 상단면간의 밀착성이 향상한다. 이에 의해, 이들간의 열전도 저항이 대폭 저감될 수 있다. 결과적으로, 이들간의 열전도 효율이 대폭 향상될 수 있다. 또한, 피처리체가 열전변환소자 등의 구성 원소에 의해 오염되는 것이 방지될 수 있다.
예컨대, 상기 탑재판은, 상하 방향의 이동을 억제함과 동시에 수평 방향으로의 열신축을 허용하기 위해서, 수평 방향으로 연장하는 열신축 허용핀에 의해 상기 지지대에도 지지될 수 있다.
이상에서, 상기 복수의 열전변환소자는, 예컨대, 소정의 수의 열전변환소자로 구성되는 소자 모듈의 복수개를 소정의 배열 상태로 배치하여 마련할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 지지대에는 냉각 매체를 흘리기 위한 냉매통로가 형성된다.
또한, 일반적으로는, 피처리체의 처리 장치는 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단을 또한 구비한다.
또한, 예컨대, 상기 복수의 열전변환소자의 상단면끼리는, 선택적으로 상부 배선에 의해서 접속되어 있고, 상기 복수의 열전변환소자의 하단면끼리는, 선택적으로 하부 배선에 의해서 접속되어 있고, 상기 상부 배선의 상면과 상기 하부 배선의 하면 중 적어도 한쪽은, 해당 상부 배선 및 /또는 해당 하부 배선을 형성하는 도전성 재료가 노출된 상태로 되어 있다. 이 경우, 열전변환소자에 의한 열응답성이 향상되어 온도 제어의 정밀도가 향상될 수 있다.
예컨대, 상기 상부 배선의 상면은 상기 피처리체의 하면에 직접적으로 접촉하도록 구성되어 있다. 이 경우, 피처리체와 상부 배선의 상면이 직접적으로 접촉하기 때문에, 열전변환소자에 대한 열응답성이 향상되어 온도 제어의 정밀도가 향상될 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 복수의 열전변환소자의 상단면끼리는, 선택적으로 상부 배선에 의해서 접속되어 있고, 상기 복수의 열전변환소자의 하단면끼리는, 선택적으로 하부 배선에 의해서 접속되어 있고, 상기 상부 배선의 상면과 상기 하부 배선의 하면 중 적어도 한쪽은 절연막에 의해 덮어져 있다. 이 경우, 상부 배선과 피처리체의 하면의 사이 및/또는 하부 배선과 지지대 표면과의 사이에, 별도로 구성될 수 있는 판 형상의 절연재를 개재시킬 필요가 없기 때문에, 열전도성이 향상되어 열응답성이 향상될 수 있다.
예컨대, 상기 절연막은 상기 상부 배선 및/또는 상기 하부 배선을 형성하는 도전성 재료의 화합물이다.
또한, 예컨대, 상기 하부 배선의 하면은 상기 절연막에 의해 덮어져 있고, 상기 지지대의 표면과 직접적으로 접촉하고 있다.
또한, 예컨대, 상기 절연막은 상기 도전성재료의 탄화물, 불화물, 규화물, 산화물, 질화물 중 어느 하나이다.
또한, 예컨대, 상기 도전성 재료는, 탄소(카본), 알루미늄, 탄탈, 텅스텐, Ni-Ti 합금(초탄성 합금), Fe-Cr-Ni-Mo 2상 스테인레스(초소성재), 실리콘 중 어느 하나이다.
또한, 예컨대, 상기 상부 배선 및 상기 하부 배선은 판 형상으로 형성될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시의 형태에 의한 피처리체의 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2의 A 및 B는, 도 1의 지지대의 주변부를 도시하는 부분확대단면도이다.
도 3은, 열전변환소자의 배열 상태를 도시하는 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 제 1 실시의 형태의 처리 장치와 종래의 처리 장치의 냉각률의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 제 1 실시의 형태의 변형예를 도시하는 부분 확대도이다.
도 6은, 펠티에 소자의 높이를 변화시킨 예를 모식적으로 도시하는 부분 확대도이다.
도 7은, 본 발명의 제 2 실시의 형태에 의한 피처리체의 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 제 3 실시의 형태에 의한 피처리체의 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 제 3 실시의 형태에 의한 탑재판을 도시하는 평면도이다.
도 10은, 본 발명의 제 4 실시의 형태에 의한 피처리체의 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 제 4 실시의 형태에 의한 탑재판을 도시하는 평면도이다.
도 12는, 리프트핀이 부착된 클램프 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 제 5 실시의 형태에 의한 피처리체의 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 14는, 도 13의 펠티에 소자의 부분을 도시하는 부분확대단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 피처리체의 처리 장치의 실시의 형태를 첨부 도면을 들어 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시의 형태에 의한 피처리체의 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다. 도 2의 A 및 B는, 도 1의 지지대의 주변부를 도시하는 부분확대단면도이다. 도 3은, 열전변환소자의 배열 상태를 도시하는 평면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이 본 실시의 형태의 처리 장치(2)는, 예컨대 알루미늄에 의해 통체 형상으로 성형된 처리 용기(4)를 가지고 있다. 처리 용기(4)는, 개구하는 천장부를 가지고 있다. 이 천장부(개구부)에는 O링 등의 실링을 통해 투명한 투과창(8)으로 밀폐되도록 되어 있다.
처리 용기(4)의 측벽에는, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)의 반출입을 위해 개폐되는 게이트 밸브(10)가 마련되어 있다. 또한, 처리 용기(4)의 측벽에는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 필요한 가스를 처리 용기(4)의 내부에 도입하는 가스 도입 수단으로서 가스 노즐(12)이 마련되어 있다.
또한, 처리 용기(4)의 다른 쪽의 측벽에는 배기구(14)가 형성되어 있다. 배기구(14)에는, 도시하지 않는 진공 펌프를 포함하는 배기계가 접속되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(4)내의 분위기를 예컨대 진공배기가 가능하게 되어있다.
또한, 처리 용기(4)의 바닥부에는 지지대(16)가 마련되어 있다. 즉, 처리 용기(4)의 개구하는 하단부에, 예컨대 O링 등의 실링 부재(18)를 개재시켜, 예컨대 알루미늄제의 두툼한 지지대(16)가 기밀하게 부착 고정되어 있다.
지지대(16)에는 반도체 웨이퍼(W)의 주변부를 지지하기 위해 상방으로 돌출 형상으로 서있는 지지부(20)가 마련되어 있다. 구체적으로는, 지지부(20)는 링 형상으로 성형되어, 도 2의 A 및 B에 도시하는 바와 같이 지지대(16)의 주변부에서, 예컨대 쿼츠(quartz) 등으로 이루어지는 판 형상의 단열재(22)를 거쳐서 마련되어 있다.
지지부(20)는 알루미늄, 쿼츠 등으로 이루어진다. 지지부(20)는 웨이퍼(W)의 탑재 위치와 대략 중심이 일치하도록 위치하고 있다. 그리고, 링 형상의 지지부(20)의 상방 내주측에, 단 형상의 탑재면(20A)(도 2의 A 참조)이 형성되어 있다. 해당 탑재면(20A) 상에 웨이퍼(W)의 주변부의 하면이 접촉하도록, 웨이퍼(W)가 지지부(20) 상에 탑재될 수 있다.
탑재면(20A)을 구성하는 단부의 측방면과 적정 위치에 탑재된 웨이퍼(W)의 외주단과의 사이의 거리(H1)(도 2의 A 참조)는, 해당 단부가 웨이퍼(W)의 위치 결정 기능을 가지도록, 예컨대 1 mm 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 예컨대 300 mm 웨이퍼가 1000 ℃까지 가열되면 300 mm 웨이퍼의 직경은 2 mm 정도 팽창하지만, 해당 온도에 있어서 300 mm 웨이퍼는 탑재면(20A) 상에 대략 간격 없이 수납되게 된다. 어느 경우이든지, 거리(H1)의 값은 웨이퍼 사이즈 및 목적으로 하는 온도에 의존하여 적절하게 설정될 수 있다.
지지대(16)의 지지부(20)보다도 내측의 영역은, 소자 수용 공간(S0)으로서 형성되어 있다. 이 소자 수용 공간(S0) 내에, 본 발명의 특징인 복수의 열전변환소자로서, 복수의 펠티에 소자(24)가 마련되어 있다. 구체적으로는, 지지대(16)의 지지부(20)보다도 내측의 상면에, 그 전면에 걸쳐 얇은 판 형상의 예컨대 AlN이나 Al2O3 등의 세라믹으로 이루어지는 절연재(26)가 형성되어 있다. 이 절연재(26) 상에, 다수의 기립하는 펠티에 소자(24)가 순서대로 잘 배열되어 있다.
여기서는, 각 펠티에 소자(24)가 단체(單體)(단체 모듈)로서 형성되어 있다. 펠티에 소자(24)는 P 형의 반도체와 N 형의 반도체로 이루어진다. 이들 P 형의 반도체 및 N 형의 반도체가 교대로 배치되어 있다. 그리고, 이웃하는 P 형 및 N 형의 반도체의 상부 전극끼리 또는 하부 전극끼리가, 각각 상부 배선(28) 또는 하부 배선(30)에 의해, 도 2의 A 및 B에 도시하는 바와 같이 교대로 접속되어 있다. 이에 의해, 도 3에 도시하는 바와 같이 펠티에 소자(24)를 구성하는 P 형의 반도체와 N 형의 반도체는 직렬로 접속되어 있다. 즉, 예컨대, P 형 → N 형 → P 형 → N 형 → P 형 → N 형…과 같이 전기가 흐르도록 되어 있다.
상부 배선(28) 및 하부 배선(30)은, 예컨대 동판이나 탄력성이 풍부한 카본 섬유 플레이트 등으로 이루어진다. 이들 배선(28, 30)은, 열 처리 온도에 따라, 예컨대 용접, 납땜, 땜납 등으로 접합 고정된다.
상부 배선(28) 및 하부 배선(30)은, 예컨대 두께가 0.1 ~ 2 mm 정도의 얇은 판 형상으로 형성될 수 있다. 상부 배선(28) 및 하부 배선(30)의 표면은, 이들의 배선을 구성하는 도전성 재료, 예컨대 카본이 노출된 상태로 되어 있어도 좋고, 도전성 재료의 화합물로 이루어지는 절연막으로 덮어져 있어도 좋다.
도 3에서는, 지지대(16)의 상면의 대략 전역에 걸쳐, 펠티에 소자(24)가 지 그재그 형상으로 직렬 접속되어 있다. 그러나, 펠티에 소자(24)의 접속의 형태는, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 지지대(16)의 상면이 분할된 복수의 영역마다, 예컨대 동심원 형상의 복수의 영역마다, 펠티에 소자(24)가 직렬로 접속되어도 좋다. 이 경우, 각 영역마다 개별적인 제어가 가능하다.
여기서, 각 펠티에 소자(24)의 크기는, 예컨대, 가로세로높이가 3 mm × 3 mm × 3 mm의 입방체 형상이다. 또한, 펠티에 소자(24)간의 간격(L1)(도 3참조)은, 예컨대, 1 mm 정도로 설정되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 이면 전체에 대하여, 펠티에 소자(24)의 상단면이 대략 균일하게 근접하도록 되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 펠티에 소자(24)간의 간격(L1)이 실제보다도 크게 그려져 있다.
상기 펠티에 소자(24)는, 도시하지 않는 리드선을 거쳐서, 외부의 도시하지 않는 펠티에 제어부에 접속되어 있다. 펠티에 제어부는, 펠티에 소자(24)에 통전하는 전류의 방향 및 크기를 제어하도록 되어 있다. 또한, 열전변환이란, 열에너지를 전기에너지로 변환하는 것, 및, 전기에너지를 열에너지로 변환하는 것을 말한다.
또한, 펠티에 소자(24)로서는, 예컨대 400 ℃ 이상의 고온하에서의 사용에 견딜 수 있는 Bi2Te3(Bismuth Tellur) 소자, PbTe(납·텔루르) 소자, SiGe(실리콘·게르마늄) 소자 등이 이용될 수 있다. 여기서, 펠티에 소자(24)는, 직경이 300 mm인 웨이퍼에 대응하는 경우에는, 예컨대 100개 정도가 사용된다. 직경이 200 mm인 웨이퍼에 대응하는 경우에는, 예컨대 50개 정도가 사용된다.
또한, 지지부(20)의 탑재면(20A)은, 펠티에 소자(24)의 상단면(정확히는 상부 배선(28)의 상단면)과 동등하든지, 이것보다도 조금 높은 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 탑재면(20A)과 상부 배선(28)의 상단면과의 사이의 거리(H2)(도 2의 A 참조)는, 0 ~ 0.1 mm 정도로 설정되어 있다.
또한, 지지대(16)에는, 웨이퍼(W)의 하면과 지지대(16)의 상면과 지지부(20)와의 사이에 형성되는 소자 수용 공간(S0)내를 진공배기하기 위한 소자 수용 공간 배기 수단(32)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 지지대(16)에 소자 수용 공간(S0)에 연통하는 배기구(34)가 마련되어, 해당 배기구(34)에 도시하지 않는 진공 펌프가 설치된 배기계(36)가 접속되어 있다. 이에 의해, 필요에 따라, 소자 수용 공간(S0) 내가 진공배기될 수 있다. 이에 따라, 도 2의 B에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)가 아래 방향으로 휘어져 진공척되도록 되어 있다.
또한, 지지대(16)에는, 지지대(16)의 둘레 방향을 따라 소정의 간격으로 복수(도 3에서는 3개)의 핀 구멍(38)이 형성되어 있다. 각 핀 구멍(38)에는, 리프트핀(40)이 삽입 통과되어 있다. 리프트핀(40)의 하단부는, 공통으로, 예컨대 링 형상으로 이루어진 승강판(42)에 연결되어 지지되어 있다. 승강판(42)은, 도시하지 않는 액츄에이터에 의해서 승강된다. 이에 의해, 리프트핀(40)은 펠티에 소자(24)의 상단면보다 더욱 상방으로 출몰하여 웨이퍼(W)를 들어올리거나 내리도록 되어 있다.
또한, 각 리프트핀(40)에 의한 지지대(16)의 관통부에는, 주름진 형상의 신 축이 가능한 금속제의 벨로스(44)가 마련되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(4)내의 진공이 유지되면서, 리프트핀(40)의 상하 이동이 실시되도록 되어 있다.
또한, 지지대(16)에는 냉각 매체를 흐르게 하기 위한 냉각통로(46)가 형성되어 있다. 냉각통로(46)에는 냉각 매체 순환기(48)가 유로(50)를 거쳐서 접속되어 있다. 냉각 매체 순환기(48)를 제어하여 필요에 따라 냉각통로(46)에 냉각 매체를 흐르게 하는 것에 의해, 지지대(16)를 거쳐서 펠티에 소자(24)의 하면측을 냉각하는 것이 가능하다.
한편, 투과창(8)의 상방에는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열 수단(52)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 본 실시의 형태의 가열 수단(52)은 복수의 가열 램프(52A)로 이루어진다. 이들 가열 램프(52A)는 투과창(8)의 상방에 마련된 용기 형상의 램프 하우스(54)의 천장부의 내면의 대략 전체에 걸쳐 부착되어 있다. 여기서, 램프 하우스(54)의 천장부의 내면은 반사경(56)으로서 형성되어 있다. 이에 의해 각각의 가열 램프(52A)로부터의 열선은, 아래 방향으로 반사되도록 되어 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 구성된 처리 장치(2)의 동작에 대하여 설명한다. 여기서는, 반도체 웨이퍼(W)에 어닐 처리가 실행된다.
우선, 개방된 게이트 밸브(10)를 거쳐서, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 처리 용기(4)내로 도입된다. 해당 반도체 웨이퍼(W)의 주변부의 하면이 지지부(20)의 탑재면(20A) 상에 지지된다(도 2의 A 참조). 그 후, 처리 용기(4)내가 밀폐된다.
그리고, 가스 노즐(12)을 거쳐서, 처리 가스인 예컨대 N2 가스 혹은 Ar 가스가 유량 제어되면서 처리 용기(4)내로 도입된다. 동시에, 처리 용기(4)내의 처리 공간(S)이 진공배기되고, 소정의 프로세스 압력, 예컨대 1～100 Pa(7.5 mTorr ~ 750 mTorr)로 유지된다. 또한 이와 동시에, 소자 수용 공간 배기 수단(32)이 구동되어, 웨이퍼(W)의 하면측의 소자 수용 공간(S0)내가 진공배기된다. 그리고, 각 가열 램프(52A)가 점등됨과 동시에, 후술과 같이 각 펠티에 소자(24)에 전류가 흐른다.
각 가열 램프(52A)에서 발생하는 열선은, 투과창(8)을 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 입사한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)는 급속하게 가열된다. 또한, 펠티에 소자(24)의 상단면이 발열하도록 펠티에 소자(24)에 전류가 흐르는 것에 의해, 웨이퍼(W)는 펠티에 소자(24)에 의해서도 가열된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)는 매우 급속하게 가열된다.
또한, 상기한 제 1 실시의 형태에서는, 소자 수용 공간(S0) 내가 진공배기되기 때문에, 웨이퍼(W)의 상면측의 처리공간(S)의 압력보다도 소자 수용 공간(S0) 내의 압력쪽이 낮아진다. 그 압력차에 의해, 도 2의 B에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)에는 아래 방향으로 향하는 가압력(F)이 부여되어, 웨이퍼(W)는 조금 아래 방향으로 변형한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 하면은 각 펠티에 소자(24)의 상단면과 면내 방향에서 대략 균일하게 밀착한다. 따라서, 웨이퍼의 하면과 각 펠티에 소자(24)간의 열 저항은 매우 작아지고, 열전도 효율이 현저히 개선되어, 웨이퍼(W) 가 효율적으로 승온될 수 있다. 이 때의 승온 속도는, 예컨대 1 ~ 400 ℃/sec 정도이다.
또한, 전술한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 하면과 펠티에 소자(24)의 상단면이 직접적으로 접촉하기 때문에 열응답성이 현저히 향상된다. 이에 따라, 예컨대 펠티에 소자(24)에 흐르는 전류를 제어하는 것에 의해, 승온률의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 처리공간(S)과 소자 수용 공간(S0)간의 차압을 조정하여 가압력(F)을 컨트롤하는 것에 의해, 웨이퍼(W)와 각 펠티에 소자(24)간의 접촉열 저항을 변화시켜 승온률을 조정할 수도 있다.
또한, 상기 어닐 처리중에는 냉각 매체 순환기(48)는 동작하지 않고, 지지대(16)의 냉각 통로(46)에는 냉각 매체가 흘러가지 않는다.
또한, 소자 수용 공간(S0)내가 진공배기되어 있기 때문에, 가스의 대류에 의한 펠티에 소자(24)의 상하간의 열 이동이 방지된다. 이 점에 있어서도, 펠티에 소자(24)에 의한 가열 효율이 향상되어 있다.
이상과 같은 웨이퍼(W)의 가열 상태에 있어서 어닐 처리가 종료했다면, 웨이퍼(W)를 급속하게 냉각하기 위해 각 가열 램프(52A)가 소등됨과 동시에, 각 펠티에 소자(24)에 흐르는 전류 방향이 바뀌는, 즉, 각 펠티에 소자(24)의 상단면이 식게되는 방향으로 전류가 흐른다. 이에 의해, 처리공간(S) 내의 대류와 처리 용기(4)로부터의 열방사에 의한 냉각 효과에 더해, 각 펠티에 소자(24)의 상단면이 강제 냉각되기 때문에, 해당 펠티에 소자(24)와 접하고 있는 웨이퍼(W)가 강제 냉각된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 고속 강온을 실행할 수 있다.
이 때, 각 펠티에 소자(24)의 하단면에는 열이 발생하기 때문에, 지지대(16)에 형성된 냉각통로(46)에 냉각 매체가 흐른다. 이에 의해, 각 펠티에 소자(24)의 하단면에 발생한 열을 상기 냉각 매체에 의해 외부로 방출하는 것이 가능하다. 냉각 매체로서는 냉각수 등을 이용할 수 있다.
이 때에도, 소자 수용 공간 배기 수단(32)은 계속적으로 동작하고 있다. 따라서, 도 2의 B에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면과는, 웨이퍼(W)의 하면의 대략 전면에 직접적으로 접촉하고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면간의 접촉열 저항은 매우 작고, 웨이퍼(W)를 효율적으로 냉각하는 것이 가능하다. 또한, 처리 공간(S)과 소자 수용 공간(S0)간의 차압을 조정하는 것에 의해, 웨이퍼(W)와 각 펠티에 소자(24)간의 접촉 열저항을 변화시켜 냉각률을 조정할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 펠티에 소자(24)의 상단면(구체적으로는 상부 배선(28)의 상면)이 피처리체인 웨이퍼(W)의 하면과 직접적으로 접촉하는 것에 의해 해당 부분(접촉면)의 열 저항이 작아져 열의 응답성이 향상하여, 웨이퍼(W)의 승온도 강온도 효율적 또한 신속히 실행할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 하면(뒷면)에는, 일반적으로는 절연성의 산화막이 형성되어 있기 때문에, 해당 부분에 도전성 재료가 노출된 상태의 상부 배선(28)이 접촉해도, 펠티에 소자(24) 사이가 단락하는 일은 없다. 또한, 상부 배선(28)의 표면에 절연막이 형성되어 있는 경우에는, 웨이퍼의 하면의 상태에 관계없이 상기 단락의 문제는 발생하지 않는다.
여기서, 상기 제 1 실시의 형태의 처리 장치와, 웨이퍼를 탑재하는 서셉터와 알루미늄의 탑재판을 이용하는 종래의 처리 장치에 대하여, 강온 속도를 시뮬레이션에 의해 구하였다. 그 결과에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시의 형태의 처리 장치와 종래의 처리 장치의 냉각률의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 웨이퍼(W)가 1000 ℃까지 승온되어, 해당 온도(1000 ℃)로부터 웨이퍼 온도가 강온 됐을 때의 냉각률이 표시되어 있다.
도 4에서 분명하듯이, 종래의 처리 장치의 경우에는, 알루미늄제의 탑재판의 열용량이 크기 때문에, 웨이퍼 온도에 거의 관계없이, 냉각률은 10 ~ 20 ℃/sec로 매우 낮다. 이에 대한 본 발명의 제 1 실시의 형태의 경우에는, 처리 장치의 내부의 열용량이 매우 작기 때문에, 100 ~ 수 백 ℃/sec라는 높은 냉각률을 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 제 1 실시의 형태의 경우에는, 웨이퍼(W)가 신속 또한 효율적으로 강온 될 수 있다.
또한, 도 2의 A 및 B에 도시된 예에서는, 지지부(20)의 탑재면(20A) 상에는 아무것도 형성되어 있지 않다. 그러나, 도 5에 도시하는 바와 같이 링 형상의 탑재면(20A) 상에 O링 등의 시일 부재(58)가 마련되어도 좋다. 이 경우, 소자 수용 공간(S0)내가 진공배기될 때에, 웨이퍼(W)의 주변부의 하면과 탑재면(20A)과의 사이가 어느 정도 밀봉되기 때문에, 웨이퍼(W)를 아래 방향으로 가압하는 가압력(F)이 증가하여, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면과의 밀착성이 증가한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면의 사이의 열 저항이 더욱 감소되어, 열효율을 한층 더 증가시킬 수 있다.
또한, 도 1에 나타난 예에서는, 각 펠티에 소자(24)의 높이는 모두 일정하게 되어있다. 그러나, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 6에 도시하는 바와 같은 형태를 채용해도 좋다. 도 6은 펠티에 소자의 높이를 변화시킨 예를 모식적으로 나타내는 부분 확대도이다. 도 6에 나타내는 예에서는, 펠티에 소자(24)의 높이(H3)는, 지지대(16)의 중심부보다도 주변부에서 조금 높아져 있다. 구체적으로는, 펠티에 소자(24)의 높이(H3)는 지지대(16)의 중심부로부터 주변부로 감에 따라서 조금씩 높아지고 있다. 이 때, 각 펠티에 소자(24)의 상단면의 위치는, 웨이퍼(W)의 주변부가 지지부(20)에 의해서 지지되면서 웨이퍼(W)가 아래 방향으로 돌출 형상으로 만곡하여 변형할 때에 생기는 곡면에 따르도록 설정되어 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면과의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있어, 열효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시의 형태에 대하여 설명한다.
도 1에 나타내는 제 1 실시의 형태에서는 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면을 밀착시키는 수단으로서 소자 수용 공간 배기 수단(32)이 마련되어 있다. 본 실시의 형태에서는 소자 수용 공간 배기 수단(32)을 대신해, 종래의 클램프 기구가 이용된다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시의 형태의 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다. 도 7에 있어서, 도 1에 나타내는 제 1 실시의 형태의 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 그 설명은 생략한다.
도 7에 도시하는 바와 같이 본 실시의 형태의 처리 장치에는, 소자 수용 공간 배기 수단(32)은 마련되어 있지 않다. 그 대신에, 웨이퍼(W)의 주변부를 아래 방향로 가압하기 위한 클램프 기구(60)가 마련되어 있다. 또한, 본 실시의 형태에 있어서, 지지부(20)에 대해서는, 도 1에 도시하는 바와 같이 마련되어도 좋고, 도 7에 도시하는 바와 같이 마련되지 않더라도 좋다. 지지대(20)가 마련되지 않는 경우에는, 웨이퍼(W)는 펠티에 소자(24)의 상단면에 직접 탑재되게 된다.
클램프 기구(60)는, 구체적으로는, 예컨대 AlN 등의 세라믹 등으로 이루어지는 링 형상의 클램프판(62)을 가지고 있다.
이 클램프판(62)은, 복수의 지지로드(64)에 의해 지지되어 있다. 각 지지로드(64)는 스프링(66)을 거쳐서 승강 로드(68)에 연결되어 있다. 승강로드(68)는, 지지대(16)에 형성된 로드 구멍(70)을 관통하여 하방으로 연장하여, 도시하지 않는 액츄에이터에 의해서 승강이 가능하게 되어 있다. 또한, 로드 구멍(70)에는 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하면서 승강로드(68)의 상하동을 허용하기 위해서 벨로스(72)가 마련되어 있다.
본 실시의 형태에서는, 어닐 처리시(가열시) 및 냉각시에, 링 형상의 클램프판(62)의 내주부의 하면에 의해서, 스프링(66)의 탄성력을 이용하여 웨이퍼(W)의 주변부의 상면을 가압한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 하면은 각 펠티에 소자(24)의 상단면과 밀착한다. 이에 의해, 제 1 실시의 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면의 사이의 접촉열 저항을 감소시켜, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면간의 열전도 효율 을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 하면과 펠티에 소자(24)의 상단면과의 사이에 여분의 부재가 없기 때문에 열응답성도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시의 형태의 경우에는, 웨이퍼(W)의 주변부가 아래 방향으로 가압되기 때문에, 웨이퍼(W)의 중앙부가 조금 상방으로 돌출 형상으로 부풀어오르듯이 만곡 형상으로 변형할 수 있다. 이 때문에, 도 6에 나타내는 경우와는 반대로, 펠티에 소자(24)의 높이(H3)가 지지대(16)의 중심부보다 주변부쪽이 조금 낮게 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 펠티에 소자(24)의 높이(H3)가 웨이퍼 중심부측에서 높고, 주변부로 갈수록 순차적으로 만곡 형상으로 낮게 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면과의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있어 열전도 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시의 형태에 대하여 설명한다.
제 1 실시의 형태 및 제 2 실시의 형태에서는, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면이 직접적으로 접촉한다. 따라서, 펠티에 소자(24) 등을 구성하는 금속 원소, 예컨대 게르마늄, 비스무트, 텔루르, 납 등에 의해서, 웨이퍼(W) 자체가 금속 오염될 우려가 있다.
본 발명의 제 3 실시의 형태는 웨이퍼(W)의 금속오염을 방지하는 것을 목적으로 한다. 도 8은 본 발명의 제 3 실시의 형태를 도시하는 개략 단면도이다. 도 9는 본 실시의 형태의 탑재판을 도시하는 평면도이다. 도 8 및 도 9에 있어서, 도 1에 나타내는 제 1 실시의 형태의 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
제 1 실시의 형태에서는, 지지부(20)에 의해서 웨이퍼(W)가 직접적으로 지지된다. 이에 대하여, 본 실시의 형태에서는 도 8에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)와 대략 동일한 직경으로 형성된 원판 형상의 탑재판(74)이 지지부(20)에 의해서 지지된다. 그리고, 이 탑재판(74) 상에 웨이퍼(W)가 탑재되도록 되어 있다.
탑재판(74)의 두께는, 예컨대 0.1 ~ 5 mm 정도이다. 이에 의해, 처리공간(S)과 소자 수용 공간(S0)간의 압력차에 의해 탑재판(74)은 변형이 가능하다. 탑재판(74)으로서는, 전기 저항이 크고, 또한 열 저항이 작은 재료, 예컨대 SiC, SiN, AlN, 사파이어 등을 이용할 수 있다. 그 외, 탑재판(74)에는, 리프트핀(40)이 관통하는 핀 구멍(82)이 형성된다.
또한, 본 실시의 형태의 경우, 웨이퍼(W)가 옆으로 미끄러지는 등의 탈락을 방지하기 위해서, 지지부(20)의 단부의 높이는 제 1 실시의 형태의 경우보다도 탑재판(74)의 두께분만큼 높게 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시의 형태에서는, 탑재판(74)이 개재하기 때문에, 제 1 실시의 형태 및 제 2 실시의 형태와 비교하여, 웨이퍼(W)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면간의 열전도 효율 및 열효율은 낮다. 그러나, 종래 장치와 비교하면 열전도 효율 및 열효율은 높다라고 말할 수 있다.
또한, 탑재판(74)을 마련한 것에 의해, 펠티에 소자(24)를 구성하는 금속 원소 등이 상방으로 비산하는 경우이더라도, 해당 금속 원소 등은 탑재판(74)에 의해서 트랩된다. 따라서, 웨이퍼(W)가 금속 오염되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 탑재판(74)이 진공척되는 것에 의해, 탑재판(74)의 하면과 각 펠티에 소자(24)의 상단면이 확실히 밀착할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 승강온에 따라 탑재판(74) 자체가 꽤 열신축하지만, 탑재판(74)은 진공척에 의해서 고정되어 있고, 즉, 그 평면 방향으로의 신축은 제한되어 있지 않다. 따라서, 탑재판(74)의 파손 등을 방지할 수 있다.
또한, 제 1 실시의 형태 및 제 2 실시의 형태에서는, 각 펠티에 소자(24)의 상부 배선(28)(도 2의 A 참조)이 각 펠티에 소자(24)의 상부 전극에 용접 등에 의해서 접합되어 있지만, 본 실시의 형태에서는 상부 배선(28)을 탑재판(74)의 하면에 배선 패턴으로서 마련해도 좋다. 해당 배선 패턴은, 고온에 견딜 수 있는 W(텅스텐), TiN, MO, Ti, Ta에 의해서 형성될 수 있다. 이들 배선 패턴은, 도금, 용사, 이온 임플란터(ion implanter), CVD, PVD 등에 의해서, 탑재판(74)의 하면에 피착될 수 있다.
상기한 바와 같이 탑재판(74)의 하면에 상부 배선(28)이 되는 배선 패턴을 피착시키는 경우에는, 해당 배선 패턴과 각 펠티에 소자(24)의 상부 전극과의 위치 어긋남을 방지하기 위해서 탑재판(74)의 위치 어긋남을 방지해야한다. 한편, 탑재판(74)의 열신축은 여전히 허용되지 않으면 안된다.
그래서, 도 9에 도시하는 바와 같이 탑재판(74)의 주변부의 일부가 핀(76)으로 고정된다. 그리고, 해당 핀(76)에 대하여 예컨대 탑재판(74)의 직경 방향의 반대측에 위치하는 부분이 긴 구멍(78)을 거쳐서 핀(80)으로 고정된다. 긴 구멍(78)의 길이 방향은 핀(76)으로 향하는 방향이다. 이러한 형태에 의해, 탑재판(74)의 수평 방향으로의 열신축을 허용하면서, 탑재판(74)의 위치 어긋남을 방지할 수 있 다. 이 결과, 배선 패턴(상부 배선)과 각 펠티에 소자(24)의 상부 전극이 전기적으로 적합하게 접합될 수 있다. 또한, 급격한 승강온에 의한 웨이퍼의 변형이나 탑재판의 변형, 그에 따르는 웨이퍼(W)의 튀어 오름 등도 방지할 수 있다.
도 9를 이용하여 설명한 핀(76,80) 등을 가지는 형태는, 탑재판(74)의 하면에 배선 패턴을 마련하지 않는 경우에도 채용될 수 있다. 이 경우도, 웨이퍼(W)의 튀어 오름 등이 효과적으로 방지될 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 4 실시의 형태에 대하여 설명한다. 본 실시의 형태는, 제 2 실시의 형태와 제 3 실시의 형태를 조합한 형태이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시의 형태를 도시하는 개략 단면도이다. 도 11은 도 10의 탑재판을 도시하는 평면도이다. 도 10 및 도 11에 있어서, 도 1, 도 7 및 도 8에 도시하는 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
도 10에 도시하는 바와 같이 본 실시의 형태에서는, 제 1 실시의 형태에 있어서의 소자 수용 공간 배기 수단(32)은 이용하지 않고, 클램프 기구(60)(도 7참조)를 이용하여 웨이퍼(W)의 주변부를 가압한다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 제 3 실시의 형태에서 이용한 탑재판(74)(도 8참조)의 상면에 웨이퍼(W)가 탑재되도록 되어 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 웨이퍼(W)의 위치 결정과 웨이퍼의 튀어 오름을 방지하기 위해서, 지지부(16)의 주변부에 세워있는 지주(支柱)(84)로부터 탑재판(74)의 중심 방향을 향해서 수평으로, 가이드핀(86)이 마련되어 있다(도 11참조 ). 가이드핀(86)은 탑재판(74)의 둘레 방향을 따라 대략 등간격의 3개소에 마련되어 있다. 각 가이드핀(86)의 선단부는 탑재판(74)의 측면에 형성된 가이드 구멍(88)에, 각각 유감(遊嵌) 상태로 삽입되어 있다. 이에 의해, 탑재판(74) 자체의 수평 방향의 열신축이 허용될 수 있는 한편, 탑재판(74)의 튀어 오름을 방지할 수 있다. 또한, 탑재판(74)의 하면에, 제 3 실시의 형태와 동일하게, 배선 패턴을 형성해도 좋다.
본 실시의 형태에 의하면, 먼저 설명한 제 2 실시의 형태 및 제 3 실시의 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 2 실시의 형태 및 제 4 실시의 형태에서는, 리프트핀(40)과 클램프 기구(60)가 별도로 마련되어 있다. 그러나, 도 12에 도시하는 바와 같이 이들을 일체화시킨 구성도 채용될 수 있다. 도 12는 리프트핀이 부착된 클램프 기구의 일례를 도시하는 도면이다. 이 경우, 리프트핀(40)과 클램프판(62)은 같이 동시에 승강될 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 5 실시의 형태에 대하여 설명한다.
상술한 제 1 실시의 형태 내지 제 4 실시의 형태에서는, 펠티에 소자(24)를 구성하는 P 형의 반도체와 N 형의 반도체를 접합하는 상부 배선(28) 및 하부 배선(30)의 표면에서, 양 배선(28, 30)을 구성하는 도전성 재료(도전성 금속)가 노출된 상태로 되어 있었다. 그리고, 펠티에 소자(24)간의 단락을 방지해야 하는 필요로부터, 웨이퍼(W)의 하면(이면)은 항상 절연 상태로 되어 있어야 했다.
그러나, 실제의 처리 장치에 있어서는, 웨이퍼의 하면의 상태는 여러 가지일 수 있다. 예컨대 베어 웨이퍼는, 당초부터 하면이 도전성인 상태이다. 또한, 웨이퍼 하면에 절연성의 산화막이 형성되어 있어도, 해당 산화막이 부분적으로 벗겨져 떨어져 도전성 부분이 노출된 상태가 되는 경우도 있다. 혹은, 산화막 자체가 불충분하고, 어느 정도의 도전성이 존재하고 있는 경우도 있다. 정기적 혹은 부정기적으로 처리되는 품질 관리용의 웨이퍼에서는, 뒷면이 깎여서 도전성 재료가 노출될 수 있다. 따라서, 이들 웨이퍼가 사용되는 경우에 있어서, 펠티에 소자(24)의 단락을 발생하는 일없이 처리를 실행하기 위해서는 어떠한 절연 처리가 필요하다.
이 경우, 전술한 바와 같이, 별도로 구성한 얇은 판 형상의 세라믹판 등의 절연판을 마련하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 그와 같이 별도로 마련한 절연판은 내구성을 가지게 하기 위해서 어느 정도의 판두께가 필요하다. 그 결과, 열 저항이 증대하여 열응답성이 열화해 버린다.
그래서, 본 실시의 형태에서는, 상부 배선(28) 및 하부 배선(30)의 표면에서, 해당 배선의 구성 재료의 화합물로 이루어지는 얇은 절연막을 형성하여, 단락의 발생을 방지하도록 되어 있다.
도 13은 본 발명의 제 5 실시의 형태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 14는 도 13의 펠티에 소자의 부분을 나타내는 부분 확대도이다. 도 13 및 도 14에 있어서, 상기 각 실시의 형태에 있어서의 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
본 실시의 형태의 배선 구조는, 제 1 실시의 형태 내지 제 4 실시의 형태 중 어느 것에도 적용이 가능하지만, 본 실시의 형태에서는, 도 7에 나타내는 제 2 실시의 형태에 대하여 적용되어 있다.
본 실시의 형태에서는, 펠티에 소자(24)의 상단부끼리를 접합하는 상부 배선(28)과 펠티에 소자(24)의 하단부끼리를 접합하는 하부 배선(30) 중 적어도 한쪽이, 해당 배선을 구성하는 도전성 재료의 화합물인 절연성을 가지는 절연막에 의해서 덮어져 있다.
이 절연막은, 배선을 구성하는 도전성 재료의 화합물에 한정되지 않고 다른 종류의 절연막이더라도 좋다.
여기서는, 도 14에 도시하는 바와 같이 상부 배선(28) 및 하부 배선(30)의 양 배선의 표면에 절연막(28A 및 30A)이 형성되어 있다. 이 경우, 각 절연막(28A 및 30A)은, 적어도 다른 부재와 접하는 면에서 형성된다. 구체적으로는, 상부 배선(28)에 관해서는 웨이퍼(W)의 하면과 접하는 상면에만 형성되고, 하부 배선(30)에 관해서는 지지대(바닥부)(16)와 접하는 하면에만 형성된다.
이상과 같이, 하부 배선(30)의 하면에 절연막(30A)이 형성되었기 때문에, 도 7에 있어서 나타낸 얇은 판자의 절연판(26)을 개재시키는 일없이, 하부 배선(30)과 지지대(16)를 직접적으로 접촉시킬 수 있어, 그만큼 이 접점 부분의 열 저항을 내리는 것이 가능해진다. 이 때의 절연막(28A, 30A)의 두께는, 재료에 달려있지만, 예컨대 10 ~ 1000 μm 정도이다.
상기 도전성 재료의 화합물로서는, 해당 재료의 예컨대 탄화물, 불화물, 규화물, 산화물, 질화물 등이, 해당 도전성 재료에 따라 선택하여 이용된다. 구체적 으로는, 상부 배선(28) 및 하부 배선(30)을 구성하는 도전성 재료로서는, 탄소(카본), 알루미늄, 탄탈, 텅스텐, Ni-Ti 합금(초탄성 합금), Fe-Cr-Ni-Mo 2상 스테인레스(초소성재), 실리콘 등으로부터 적절히 선택하여 이용된다. 탄소의 예로서는, 카본섬유 플레이트 등을 들 수 있다.
도전성재료로서 카본이 이용되는 경우, 절연막으로서 규화물인 SiC(탄화규소)가 이용될 수 있다. 또한, 도전성재료로서 알루미늄이 이용되는 경우, 절연막으로서 산화물인 Al2O3(알루미나)이나 질화물인 AlN(질화알루미늄)이 이용될 수 있다. 또한, 도전성 재료로서 탄탈이 이용되는 경우, 절연막으로서 산화물인 TaO3(탄탈 산화막)이 이용될 수 있다. 또한, 도전성 재료로서 텅스텐이 이용되는 경우, 절연막으로서 탄화물인 WC(카본텅스텐)이나 산화물인 WO2(산화텅스텐)가 이용될 수 있다. 또한, 도전성 재료로서 실리콘이 이용되는 경우, 절연막으로서 불화물인 SiF(불화 실리콘)이 이용될 수 있다.
상기와 같은 절연막(28A, 30A)은, 이온 스퍼터법이나 증착법에 의해서 형성될 수 있다. 또한, 졸겔(sol-gel) 상태의 물질을 도포하여 건조 혹은 소성하는 것에 의해서도 형성될 수 있다. 또한, 판 형상의 배선재료의 표면에 미리 탄화 처리, 불화 처리, 규화 처리, 산화 처리, 질화 처리 등을 실시하여 상기 절연막을 형성해 두고, 해당 배선재료를 펠티에 소자 사이에 접합해도 좋다. 절연막의 재료로서 배선을 구성하는 도전성 재료의 화합물이 이용되는 것에 의해, 서로간의 결합력이 강하여 벗겨짐이 발생하기 어렵다.
이상과 같이, 상부 배선(28)의 표면에 해당 재료의 화합물로 이루어지는 절연막(28A)을 마련하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 하면의 상태에 관계없이, 상부 배선(28) 상에 웨이퍼(W)를 직접적으로 접촉시켜 탑재할 수 있다. 그 결과, 해당 접점 부분의 열 저항이 적어져 열응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 동일하게, 하부 배선(30)의 표면에 해당 재료의 화합물로 이루어지는 절연막(30A)를 마련하는 것에 의해, 지지대(16) 상에 얇은 판 형상의 절연재(26)를 개재시키는 일없이 직접적으로 펠티에 소자(24)를 접촉시킬 수 있다. 그 결과, 해당 접점 부분의 열 저항이 적어져 열응답성을 향상시킬 수 있다.
본 실시의 형태에서는, 상부 배선(28)과 하부 배선(30)의 양쪽의 표면에 절연막(28A, 30A)이 형성되었지만 이에 한정되지 않는다. 상부 배선(28)과 하부 배선(30) 중 어느 한쪽에만 절연막이 형성되더라도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, LCD 기판, 유리 기판 등에도 적용할 수 있다.

Claims (26)

  1. 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와,
    상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기내에 마련된 지지대와,
    상기 지지대 상에 마련된 피처리체를 지지하기 위한 링 형상의 지지부와,
    상기 지지부의 내측의 상기 지지대의 상면에 마련된 복수의 열전변환소자와,
    상기 지지부에 지지되는 피처리체의 하면과 상기 지지대의 상면과 상기 지지부와의 사이에서 형성되는 소자 수용 공간내를 진공배기하는 소자 수용 공간 배기 수단을 구비한 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  2. 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와,
    상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기내에 마련된 지지대와,
    상기 지지대 상에 마련된 링 형상의 지지부와,
    상기 지지부에 지지된 피처리체를 탑재하기 위한 탑재판과,
    상기 지지부의 내측의 상기 지지대의 상면에 마련된 복수의 열전변환소자와,
    상기 지지부에 지지되는 상기 탑재판의 하면과 상기 지지대의 상면과 상기 지지부와의 사이에서 형성되는 소자 수용 공간내를 진공배기하는 소자 수용 공간 배기 수단을 구비하며,
    상기 탑재판은, 해당 탑재판의 수평방향으로의 열신축을 허용하도록, 상기 복수의 열전변환소자에 대하여 고정되어 있지 않은 상태로, 상기 지지부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탑재판의 하면에는, 상기 복수의 열전변환소자를 전기적으로 접속하는 배선 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    기재된 피처리체의 처리 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 탑재판은, 해당 탑재판의 수평 방향으로의 열신축을 허용하도록, 복수의 핀을 거쳐서 상기 지지부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 피처리체의 주변부를 아래 방향로 가압하기 위한 클램프 기구를 더 구비한 것을 특징으로
    피처리체의 처리 장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전변환소자의 상단면의 높이는 일율적이고,
    상기 지지부의 탑재면의 높이는 상기 열전변환소자의 상단면의 높이와 동등한 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  7. 제 1 항, 제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전변환소자의 상단면의 높이는 일률적이고,
    상기 지지부의 탑재면의 높이는 상기 열전변환소자의 상단면의 높이보다도 높은 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전변환소자의 상단면이 높이는, 상기 지지대의 중심부에서보다도 그 주변부에서 높은 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  9. 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와,
    상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기내에 마련된 지지대와,
    상기 지지대의 상면에 마련되어, 피처리체의 하면을 지지하기 위한 상단면을 가지는 복수의 열전변환소자와,
    상기 피처리체의 주변부를 아래 방향으로 가압하기 위한 클램프 기구를 구비한 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 클램프 기구는, 상기 피처리체의 주변부의 상면과 접촉하는 링 형상의 클램프판을 가지는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 열전변환소자의 상단면의 높이는, 상기 지지대의 중심부에서보다도 그 주변부에서 낮은 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  12. 내부를 진공 배기가 가능하도록 한 처리 용기와,
    상기 처리 용기내로 소정의 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기내에 마련된 지지대와,
    상기 지지대의 상면에 마련된 복수의 열전변환소자와,
    상기 복수의 열전변환소자의 상단면에 의해서 지지된 피처리체를 탑재하기 위한 탑재판과,
    상기 피처리체의 주변부를 아래 방향으로 가압하기 위한 클램프 기구를 구비하며,
    상기 탑재판은, 해당 탑재판의 수평방향으로의 열신축을 허용하도록, 상기 복수의 열전변환소자에 대하여 고정되어 있지 않은 상태로, 상기 지지부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탑재판은, 상하 방향의 이동을 억제함과 동시에 수평 방향으로의 열신축을 허용하기 위해서, 수평 방향으로 연장하는 열신축 허용핀을 거쳐서 상기 지지대에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  14. 제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 열전변환소자는, 소정 개수의 열전변환소자로 구성되는 소자 모듈의 복수개를 소정의 배열 상태로 배치하여 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  15. 제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지대에는, 냉각 매체를 흘리기 위한 냉매통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체를 가열하는 가열 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  17. 제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 열전변환소자의 상단면끼리는, 선택적으로 상부 배선에 의해서 접속되어 있고,
    상기 복수의 열전변환소자의 하단면끼리는, 선택적으로 하부 배선에 의해서 접속되어 있고,
    상기 상부 배선의 상면과 상기 하부 배선의 하면 중 한쪽 또는 양쪽 모두는, 해당 배선을 형성하는 도전성 재료가 노출 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 상부 배선의 상면은, 상기 피처리체의 하면에 직접적으로 접촉하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  19. 제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 열전변환소자의 상단면끼리는, 선택적으로 상부 배선에 의해서 접속되어 있고,
    상기 복수의 열전변환소자의 하단면끼리는, 선택적으로 하부 배선에 의해서 접속되어 있고,
    상기 상부 배선의 상면과 상기 하부 배선의 하면 중 한쪽 또는 양쪽 모두는, 절연막에 의해 덮어져 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 절연막은, 상기 상부 배선 및 상기 하부 배선을 형성하는 도전성 재료의 화합물인 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  21. 제 19 항에 있어서
    상기 하부 배선의 하면은, 상기 절연막에 의해 덮어져 있고, 상기 지지대의 표면과 직접적으로 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 절연막은, 상기 도전성 재료의 탄화물, 불화물, 규화물, 산화물, 질화물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 도전성재료는, 탄소(카본), 알루미늄, 탄탈, 텅스텐, Ni-Ti 합금(초탄성합금), Fe-Cr-Ni-Mo 2상 스테인레스(초소성재), 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 상부 배선 및 상기 하부 배선은, 판 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  25. 제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 열전변환소자의 상단면끼리는, 선택적으로 상부 배선에 의해서 접속되어 있고,
    상기 복수의 열전변환소자의 하단면끼리는, 선택적으로 하부 배선에 의해서 접속되어 있고,
    상기 상부 배선의 상면과 상기 하부 배선의 하면 중 한쪽 또는 양쪽 모두는, 해당 배선을 형성하는 도전성 재료가 노출 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 절연막은, 상기 상부 배선 또는 상기 하부 배선을 형성하는 도전성 재료의 화합물인 것을 특징으로 하는
    피처리체의 처리 장치.
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