WO2005101471A1 - 被処理体の処理装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a processing apparatus that performs various processes such as an annealing process and a cooling process on a processing target such as a semiconductor wafer.
- a process of a channel layer of a transistor which is a semiconductor device will be described.
- an annealing process is performed for the purpose of stabilizing an atomic structure after ions of impurity atoms are implanted into a channel layer. It is.
- the annealing needs to be performed in a short time as much as possible. More specifically, in order to stabilize the atomic structure without causing the penetration of impurity atoms in the channel layer having a small thickness, it is necessary to raise the temperature of the semiconductor wafer to a high temperature at a high speed and to perform the annealing after the annealing. In such a case, it is necessary to rapidly lower the temperature to a low temperature at which diffusion does not occur.
- a conventional processing apparatus is provided with a lamp house accommodating a heating lamp, and a shutter mechanism for blocking radiant heat of the heating lamp. ing. Then, such a processing apparatus performs a high-temperature annealing process, and then operates a shutter mechanism to cut off the radiant heat of the heating lamp power, thereby rapidly reducing the temperature of the wafer.
- a Peltier element is provided on the wafer stage.
- a Peltier device is used to raise and lower the temperature of a wafer for etching processing of the wafer in a temperature range of about 100 to 250 ° C.
- a Peltier device When a Peltier device is used for raising and lowering the temperature of a wafer, generally, several tens of Peltier devices each having a height and a width of several mm are arranged in a plane to form one element module. Is composed. This element module is used as one unit module. A plurality of element modules are arranged in a plane so as to correspond to the wafer area, and are screwed by a flat susceptor to form a heating means.
- the wafer After the wafer is placed on the susceptor, the wafer can be heated by energizing the Peltier element. In addition, the wafer can be cooled by energizing the Peltier element in a direction opposite to that during heating.
- the susceptor and the element module are screwed as described above. It is fixed in a state of being strongly pressed. For this reason, the susceptor fixed by the screw cannot tolerate its own thermal expansion and contraction. Therefore, there is a risk that the susceptor may be deformed and curved by thermal expansion of the susceptor, or the susceptor-Peltier element may be damaged.
- a susceptor is mounted on an element module, and a wafer is mounted on the susceptor. That is, a thin plate-like member called a susceptor is interposed between the wafer and the Peltier element. Due to the existence of the thin plate-shaped member, there is a limit in improving or improving the heat conduction efficiency.
- An object of the present invention is to provide a processing apparatus for a processing target, which can improve heat conduction efficiency.
- another object of the present invention is to provide a susceptor (a mounting plate on which an object to be processed is provided) to allow thermal expansion and contraction of the susceptor and prevent damage to the susceptor.
- An object of the present invention is to provide a processing apparatus for an object to be processed.
- the present invention provides a processing container having an interior capable of being evacuated, gas introducing means for introducing a predetermined gas into the processing container, a support provided in the processing container, and the support A ring-shaped support portion provided above for supporting the object to be processed, a plurality of thermoelectric conversion elements provided on the upper surface of the support table inside the support portion, and supported by the support portion An object housing space exhaust means for evacuating an element housing space formed between a lower surface of the object to be processed, an upper surface of the support base, and the support portion; Processing device.
- the inside of the element accommodating space formed between the lower surface of the object to be processed supported by the ring-shaped support portion, the upper surface of the support base, and the ring-shaped support portion is evacuated. Therefore, the object to be processed is in a vacuum chucked state, and the lower surface of the object to be processed can directly contact the upper end surface of the thermoelectric conversion element. This prevents unnecessary members from intervening between the lower surface of the object to be processed and the upper end surface of the thermoelectric conversion element. Therefore, the heat conduction resistance therebetween can be significantly reduced. As a result, the heat transfer efficiency between them can be greatly improved.
- thermoelectric conversion element since the periphery of the thermoelectric conversion element is in a vacuum state, the backflow of heat transferred by the thermoelectric conversion element can be minimized.
- thermoelectric conversion element improves the heat responsiveness and the accuracy of temperature control.
- the present invention provides a processing container having an inside capable of being evacuated, gas introducing means for introducing a predetermined gas into the processing container, a support table provided in the processing container, A ring-shaped support portion provided on the support base, a mounting plate for mounting an object supported by the support portion, and an upper surface of the support base inside the support portion; A plurality of thermoelectric conversion elements, and an element storage space exhaust that evacuates an element storage space formed between the lower surface of the mounting plate supported by the support portion, the upper surface of the support base, and the support portion.
- the inside of the element accommodating space formed between the lower surface of the mounting plate supported by the ring-shaped support portion, the upper surface of the support base, and the ring-shaped support portion is evacuated. Therefore, the mounting plate is in a vacuum chucked state, and thermal expansion and contraction in the plane direction of the mounting plate can be allowed. .
- the lower surface of the mounting plate can directly contact the upper end surface of the thermoelectric conversion element, and the adhesion between the lower surface of the mounting plate and the upper end surface of the thermoelectric conversion element is also improved. The heat transfer resistance between them can be greatly reduced. As a result, the heat transfer efficiency between them can be greatly improved.
- thermoelectric conversion element since the periphery of the thermoelectric conversion element is in a vacuum state, the backflow of heat transferred by the thermoelectric conversion element can be minimized.
- the object to be processed can be prevented from being contaminated by constituent elements such as thermoelectric conversion elements.
- a wiring pattern for electrically connecting the plurality of thermoelectric conversion elements is formed on a lower surface of the mounting plate.
- the mounting plate is supported by the support portion via a plurality of pins so as to allow thermal expansion and contraction of the mounting plate in the horizontal direction.
- the processing apparatus for the object to be processed further includes a clamp mechanism for pressing a peripheral portion of the object to be processed downward.
- the height of the upper end surface of the thermoelectric conversion element is uniform, and the height of the mounting surface of the support is equal to the height of the upper end surface of the thermoelectric conversion element.
- the height of the upper end surface of the thermoelectric conversion element is uniform, and the height of the mounting surface of the support portion is slightly higher than the height of the upper end surface of the thermoelectric conversion element.
- the height of the upper end surface of the thermoelectric conversion element is slightly smaller at the periphery than at the center of the support base.
- the present invention provides a processing container having an interior capable of being evacuated, gas introducing means for introducing a predetermined gas into the processing container, a support provided in the processing container, A plurality of thermoelectric conversion elements provided on the upper surface of the support base and having an upper end surface for supporting the lower surface of the object to be processed, and a clamp mechanism for pressing a peripheral portion of the object to be processed downward.
- a processing apparatus for processing an object to be processed comprising:
- the clamp mechanism presses the peripheral portion of the object to be processed downward, the adhesion between the lower surface of the object to be processed and the upper end surface of the thermoelectric conversion element is improved. Thereby, the heat conduction resistance between them can be greatly reduced. As a result, heat conduction between them Efficiency can be greatly improved. Further, the direct contact between the lower surface of the object to be processed and the upper end surface of the thermoelectric conversion element improves the heat responsiveness and the accuracy of temperature control.
- the clamp mechanism has a ring-shaped clamp plate that comes into contact with an upper surface of a peripheral portion of the object to be processed.
- the height of the upper end face of the thermoelectric conversion element is slightly lower at the periphery than at the center of the support base.
- the present invention provides a processing container, the inside of which can be evacuated, a gas introducing means for introducing a predetermined gas into the processing container, a support provided in the processing container, A plurality of thermoelectric conversion elements provided on an upper surface of a support base, a mounting plate for mounting a processing object supported by upper end surfaces of the plurality of thermoelectric conversion elements, and a peripheral portion of the processing object And a clamp mechanism for pressing the workpiece downward.
- the clamp mechanism presses the peripheral portion of the object to be processed downward, the lower surface of the mounting plate and the thermoelectric conversion element are allowed while allowing the thermal expansion and contraction in the planar direction of the mounting plate.
- the adhesiveness with the upper end surface of the substrate is improved. This can significantly reduce the heat conduction resistance between them. As a result, the heat transfer efficiency between them can be greatly improved.
- the object to be processed can be prevented from being contaminated by constituent elements such as thermoelectric conversion elements.
- the mounting plate is also supported by the support table via a heat expansion / contraction pin extending in the horizontal direction in order to suppress the vertical movement and allow the heat expansion / contraction in the horizontal direction. obtain.
- the plurality of thermoelectric conversion elements may be provided, for example, by arranging a plurality of element modules configured by a predetermined number of thermoelectric conversion elements in a predetermined arrangement state.
- a coolant passage for flowing a cooling medium is formed in the support base.
- the treatment apparatus for the object to be processed further includes a heating means for heating the object to be processed.
- a heating means for heating the object to be processed For example, upper end surfaces of the plurality of thermoelectric conversion elements are selectively connected to each other by an upper wiring, and lower end surfaces of the plurality of thermoelectric conversion elements are selectively connected to a lower wiring. And at least one of the upper surface of the upper wiring and the lower surface of the lower wiring is in a state where the conductive material forming the upper wiring and Z or the lower wiring is exposed. In this case, the thermal responsiveness of the thermoelectric conversion element is improved, and the accuracy of the temperature control can be improved.
- the upper surface of the upper wiring is configured to directly contact the lower surface of the object to be processed.
- the thermal response to the thermoelectric conversion element is improved, and the accuracy of temperature control can be improved.
- upper end surfaces of the plurality of thermoelectric conversion elements are selectively connected by an upper wiring
- lower end surfaces of the plurality of thermoelectric conversion elements are selectively connected to a lower wiring
- at least one of the upper surface of the upper wiring and the lower surface of the lower wiring is covered with an insulating film.
- a plate-like insulating material which can be formed separately, between the upper wiring and the lower surface of the workpiece and between Z or the lower wiring and the surface of the support base. Thermal conductivity can be improved, and thermal responsiveness can be improved.
- the insulating film is a compound of a conductive material forming the upper wiring and Z or the lower wiring.
- the lower surface of the lower wiring is covered with the insulating film and is in direct contact with the surface of the support base.
- the insulating film is any one of carbide, fluoride, silicide, oxide, and nitride of the conductive material.
- the conductive material includes carbon (carbon), aluminum, tantalum, tantalum, Ni-Ti alloy (superelastic alloy), Fe-Cr-Ni-Mo2 phase stainless steel (superplastic material), Is one of silicon.
- the upper wiring and the lower wiring can be formed in a plate shape.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a processing apparatus for processing an object to be processed according to a first embodiment of the present invention. It is.
- FIG. 2A and FIG. 2B are partially enlarged cross-sectional views showing a peripheral portion of a support table of FIG. 1.
- FIG. 3 is a plan view showing an arrangement state of thermoelectric conversion elements.
- FIG. 4 is a graph showing simulation results of a cooling rate of the processing apparatus according to the first embodiment of the present invention and a conventional processing apparatus.
- FIG. 5 is a partially enlarged view showing a modified example of the first embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a partially enlarged view schematically showing an example in which the height of a Peltier element is changed.
- FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a processing apparatus for processing an object to be processed according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic sectional view showing an apparatus for processing an object to be processed according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a plan view showing a mounting plate according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a schematic sectional view showing an apparatus for processing an object to be processed according to a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a plan view showing a mounting plate according to a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is a diagram showing an example of a clamp mechanism with a lift pin.
- FIG. 13 is a schematic sectional view showing an apparatus for processing an object to be processed according to a fifth embodiment of the present invention.
- FIG. 14 is a partially enlarged cross-sectional view showing a part of the Peltier device in FIG.
- FIG. 1 is a schematic sectional view showing an apparatus for processing an object to be processed according to the first embodiment of the present invention.
- 2A and 2B are partially enlarged cross-sectional views showing a peripheral portion of the support table of FIG.
- FIG. 3 is a plan view showing an arrangement state of the thermoelectric conversion elements.
- the processing apparatus 2 of the present embodiment has a processing container 4 formed into a cylindrical shape by, for example, aluminum.
- the processing container 4 has an open ceiling.
- a transparent transmission window 8 is provided on the ceiling (opening) through a sealing member 6 such as an O-ring. It is provided airtight.
- a gate valve 10 that is opened and closed for loading and unloading a semiconductor wafer W as an object to be processed is provided on a side wall of the processing container 4. Further, a gas nozzle 12 is provided on a side wall of the processing container 4 as a gas introducing means for introducing a gas necessary for processing the semiconductor wafer W into the processing container 4.
- an exhaust port 14 is formed on the other side wall of the processing container 4.
- the exhaust port 14 is connected to an exhaust system including a vacuum pump (not shown). Thereby, the atmosphere in the processing container 4 can be evacuated, for example.
- a support 16 is provided at the bottom of the processing container 4.
- a thick support base 16 made of, for example, aluminum is hermetically attached and fixed to a lower end of the processing container 4 where the opening is formed, with a sealing member 18 such as an O-ring interposed therebetween.
- the support 16 is provided with a support 20 that protrudes upward to support the peripheral portion of the semiconductor wafer W.
- the support portion 20 is formed in a ring shape, and, as shown in FIGS. 2A and 2B, a plate-shaped heat insulating material 22 made of, for example, quartz is provided around the support base 16. It is provided.
- the support portion 20 is made of aluminum, quartz, or the like.
- the support portion 20 is positioned so as to be substantially concentric with the mounting position of the eno and W. Further, a step-shaped mounting surface 20A (see FIG. 2A) is formed on the inner peripheral side above the ring-shaped support portion 20.
- the wafer W can be placed on the support portion 20 such that the lower surface of the peripheral portion of the wafer W abuts on the placement surface 20A.
- the distance HI (see FIG. 2A) between the side surface of the step forming the mounting surface 20A and the outer peripheral end of the wafer W placed at an appropriate position is determined by the step For example, it is preferable to set the distance to about lmm. In such a case, for example, when a 300 mm wafer is heated to 1000 ° C., the diameter of the 300 mm wafer expands by about 2 mm, but at that temperature, the 300 mm wafer fits on the mounting surface 20A with almost no gap. In any case, the value of the distance HI can be set appropriately depending on the wafer size and the target temperature.
- a region inside the support portion 20 of the support base 16 is formed as an element accommodation space SO.
- a plurality of thermoelectric conversion elements which are features of the present invention, are provided.
- a Peltier device 24 is provided. Specifically, a thin plate-like ceramic such as A1N or Al 2 O 3
- Insulating material 26 is formed. On this insulating material 26, a number of standing Peltier devices 24 are arranged in order.
- each Peltier element 24 is formed as a single unit (single module).
- the Peltier device 24 includes a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. These P-type semiconductors and N-type semiconductors are alternately arranged. Then, the upper electrodes or the lower electrodes of adjacent P-type and N-type semiconductors are connected alternately by upper wires 28 or lower wires 30, respectively, as shown in FIGS. 2A and 2B. As a result, as shown in FIG. 3, the P-type semiconductor and the N-type semiconductor constituting the Peltier element 24 are connected in series. That is, for example, electricity flows in the order of P-type ⁇ N-type ⁇ P-type ⁇ N-type ⁇ P-type ⁇ N-type.
- the upper wiring 28 and the lower wiring 30 are made of, for example, a copper plate or a carbon fiber plate having high elasticity. These wirings 28 and 30 are fixed by welding, brazing, soldering, or the like, depending on the heat treatment temperature.
- the upper wiring 28 and the lower wiring 30 may be formed in a thin plate shape having a thickness of, for example, about 0.1 to 2 mm.
- the surfaces of the upper wiring 28 and the lower wiring 30 may be in a state where the conductive material constituting these wirings, for example, carbon, is exposed, or may be covered with an insulating film made of a conductive material compound. , You can.
- the Peltier elements 24 are connected in series in a meandering manner over substantially the entire upper surface of the support base 16.
- the mode of connection of the Peltier element 24 is not limited to this.
- the Peltier element 24 may be connected in series for each of a plurality of zones into which the upper surface of the support 16 is divided, for example, for each of a plurality of concentric zones. In this case, individual control for each zone is possible.
- each Peltier element 24 is, for example, a cubic shape having a height and width of 3 mm ⁇ 3 mm ⁇ 3 mm.
- the distance L1 between the Peltier elements 24 (see FIG. 3) is set to, for example, about lmm.
- the upper end surface of the Peltier element 24 approaches the entire back surface of the wafer W substantially uniformly.
- FIG. 3 shows the theory of the present invention. To facilitate the solution, the distance LI between the Peltier elements 24 is drawn larger than it actually is.
- the Peltier device 24 is connected to an external Peltier control unit (not shown) via a lead wire (not shown).
- the Peltier controller controls the direction and magnitude of the current flowing through the Peltier element 24.
- thermoelectric conversion refers to converting heat energy to electric energy and converting electric energy to heat energy.
- Peltier element 24 for example, a BiTe (bismuth tellurium) element, a PbTe (lead tellurium) element, or a SiGe (silicon germanium) element that can withstand use at a high temperature of 400 ° C. or higher is used.
- BiTe bismuth tellurium
- PbTe lead tellurium
- SiGe silicon germanium
- the Peltier device 24 corresponds to a wafer having a diameter of 300 mm, for example, about 100 pieces are used. For example, when using a wafer with a diameter of 200 mm, about 50 wafers are used.
- the mounting surface 20 A of the support portion 20 is formed at a position equivalent to or slightly higher than the upper end surface of the Peltier element 24 (more precisely, the upper end surface of the upper wiring 28). Specifically, the distance H2 (see FIG. 2A) between the mounting surface 20A and the upper end surface of the upper wiring 28 is set to about 0 to 0.1 mm.
- the support table 16 includes an element storage space exhaust means 32 for evacuating the element storage space SO formed between the lower surface of the wafer W, the upper surface of the support table 16, and the support portion 32. Is set up. Specifically, the support base 16 is provided with an exhaust port 34 communicating with the element housing space SO, and the exhaust port 34 is connected to an exhaust system 36 in which a vacuum pump (not shown) is provided. Thereby, the inside of the element housing space SO can be evacuated as necessary. As a result, as shown in FIG. 2B, the wafer W is bent downward and vacuum-chucked.
- a plurality of (three in FIG. 3) pin holes 38 are formed on the support base 16 at predetermined intervals along the circumferential direction of the support base 16.
- a lift pin 40 is passed through each pin hole 38.
- the lower end of the lift pin 40 is commonly connected to and supported by, for example, a ring-shaped elevating plate 42.
- the lifting plate 42 is raised and lowered by an actuator not shown. As a result, the lift pins 40 protrude and retract further above the upper end surface of the Peltier element 24, and the wafer W To lift or lower.
- a metal bellows 44 which is made to be able to expand and contract in a bellows-like manner is provided in a penetrating portion of the support base 16 by each lift pin 40. As a result, the lift pin 40 is moved up and down while the vacuum in the processing container 4 is maintained.
- a cooling passage 46 for flowing a cooling medium is formed in the support base 16.
- a cooling medium circulator 48 is connected to the cooling passage 46 via a flow path 50. By controlling the cooling medium circulator 48 and allowing the cooling medium to flow through the cooling passage 46 as necessary, the lower surface side of the Peltier element 24 can be cooled via the support base 16.
- heating means 52 for heating the wafer W is provided above the transmission window 8.
- heating means 52 of the present embodiment includes a plurality of heating lamps 52A. These heating lamps 52A are attached over substantially the entire inner surface of the ceiling of a container-like lamp house 54 provided above the transmission window 8.
- the inner surface of the ceiling of the lamp house 54 is formed as a reflecting mirror 56.
- the heat rays from each of the heating lamps 52A are reflected downward.
- an unprocessed semiconductor wafer W is introduced into the processing chamber 4 through the opened gate valve 10.
- the lower surface of the peripheral portion of the semiconductor wafer W is supported on the mounting surface 20A of the support 20 (see FIG. 2A). Thereafter, the inside of the processing container 4 is sealed.
- the processing gas for example, N gas or Ar gas flows through the gas nozzle 12.
- the processing container 4 It is introduced into the processing container 4 while controlling the amount.
- the processing space S in the processing container 4 is evacuated and maintained at a predetermined process pressure, for example, 1 to 100 Pa (7.5 mTorr to 750 mTorr).
- the device housing space exhaust means 32 is driven, and the inside of the device housing space SO on the lower surface side of the wafer W is evacuated.
- each heating lamp 52A is turned on, and a current flows through each Peltier element 24 as described later.
- each heating lamp 52A passes through transmission window 8 and enter the surface of semiconductor wafer W. Thereby, the semiconductor wafer W is rapidly heated. Furthermore, current flows through the Peltier element 24 so that the upper end surface of the Peltier element 24 generates heat, thereby causing C W is also heated by the Peltier element 24. Therefore, the semiconductor wafer W is heated very quickly.
- the pressure in the element accommodation space SO is higher than the pressure in the processing space S on the upper surface side of the wafer W. Is lower. Due to the pressure difference, as shown in FIG. 2B, a downward pressing force F is applied to the wafer W, and the wafer and the W are slightly deformed downward. As a result, the lower surface of the wafer W adheres substantially uniformly to the upper end surface of each Peltier element 24 in the in-plane direction. Therefore, the thermal resistance between the lower surface of the wafer and each of the Peltier elements 24 becomes very small, the heat conduction efficiency is remarkably improved, and the temperature of the wafer W can be increased efficiently.
- the heating rate at this time is, for example, about 1 to 400 ° CZsec.
- the thermal responsiveness is significantly improved.
- the accuracy of the temperature raising rate can be improved.
- the pressure difference between the processing space S and the element housing space SO to control the pressing force F the contact thermal resistance between the Ueno, W and each Peltier element 24 is changed, You can adjust the heating rate.
- the cooling medium circulator 48 does not operate, and the cooling medium does not flow through the cooling passage 46 of the support 16!
- the inside of the element housing space SO is evacuated, heat transfer between the upper and lower sides of the Peltier element 24 due to convection of gas is prevented. Also in this respect, the heating efficiency by the Peltier element 24 is improved.
- each heating lamp 52A is turned off, and the current flowing through each Peltier element 24 is turned off. Is switched, that is, a current flows in such a direction that the upper end surface of each Peltier element 24 cools.
- the upper end face of each Peltier element 24 is forcibly cooled, so that the wafer W in contact with the Peltier element 24 Is forcibly cooled. As a result, the wafer W can be cooled at a high speed.
- each Peltier element 24 since heat is generated at the lower end surface of each Peltier element 24, the cooling medium flows through the cooling passage 46 formed in the support base 16. Thereby, the heat generated on the lower end surface of each Peltier element 24 can be carried out of the system by the cooling medium.
- the cooling medium cooling water or the like can be used.
- the element accommodation space exhaust means 32 is continuously operating. Therefore, as shown in FIG. 2B, the lower surface of the wafer W and the upper end surface of each peltier element 24 are in direct contact with each other over substantially the entire lower surface of the wafer W. Therefore, the contact thermal resistance between the lower surface of the wafer W and the upper end surface of each Peltier element 24 is extremely small, and the wafer W can be efficiently cooled. Further, by adjusting the pressure difference between the processing space S and the element accommodating space SO, the contact thermal resistance between the wafer W and each Peltier element 24 is changed to adjust the temperature drop rate. Monkey
- the portion (contact surface) when the upper end surface of the Peltier element 24 (specifically, the upper surface of the upper wiring 28) comes into direct contact with the lower surface of the wafer W to be processed, the portion (contact surface) ), The thermal responsiveness is improved, and the temperature of the wafer W can be raised and lowered efficiently and quickly.
- FIG. 4 is a graph showing a simulation result of a cooling rate of the processing apparatus according to the first embodiment of the present invention and a conventional processing apparatus.
- the temperature reduction rate when the temperature of the wafer W is increased to 1000 ° C and the wafer temperature is decreased from the temperature (1000 ° C) is shown.
- the heat capacity of the aluminum mounting plate is large, it hardly depends on the wafer temperature, and the cooling rate is 10 to 20 ° C. / Very low in sec.
- the heat capacity inside the processing apparatus is very small, so that 100 to several hundred degrees CZsec !, high! Is shown. That is, in the case of the first embodiment of the present invention, the temperature of the wafer W can be quickly and efficiently lowered.
- a sheet member 58 such as an O-ring may be provided on the ring-shaped mounting surface 20A while applying force.
- the space between the lower surface of the peripheral portion of the wafer W and the mounting surface 20A is sealed to some extent, so that the pressing force F for pressing the wafer W downward increases.
- the adhesion between the lower surface of the wafer W and the upper end surface of each Peltier element 24 is increased.
- the thermal resistance between the lower surface of the wafer W and the upper end surface of each Peltier element 24 is further reduced, and the thermal efficiency can be further increased.
- each Peltier element 24 is all constant.
- the invention is not limited to such embodiments.
- FIG. 6 is a partially enlarged view schematically showing an example in which the height of the Peltier element is changed.
- the height H3 of the Peltier element 24 is slightly higher in the periphery than in the center of the support base 16. Specifically, the height H3 of the Peltier element 24 gradually increases as the force at the center of the support 16 goes to the periphery.
- each Peltier element 24 is set so as to follow the curved surface generated when the peripheral portion of the wafer W is deformed by being protruded downward and deformed while being supported by the support portion 20. .
- the adhesion between the lower surface of the wafer W and the upper end surface of each Peltier element 24 can be further improved, and the thermal efficiency can be further improved.
- an element accommodation space exhausting means 32 is provided as a means for bringing the lower surface of the wafer W into close contact with the upper end surface of each Peltier element 24.
- a conventionally well-known clamping mechanism is used in place of the element housing space exhaust means 32.
- FIG. 7 is a schematic sectional view showing a processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 7 shows the same components as those of the first embodiment shown in FIG. One symbol is attached, and the description is omitted.
- the processing apparatus is not provided with the element accommodation space exhaust means 32. Instead, a clamp mechanism 60 for pressing the peripheral portion of the wafer W downward is provided.
- the support portion 20 may be provided as shown in FIG. 1 or may not be provided as shown in FIG. In the case where the support base 20 is not provided, the wafer W is directly mounted on the upper end surface of the Peltier device 24.
- the clamp mechanism 60 has a ring-shaped clamp plate 62 made of a ceramic such as A1N, for example.
- the clamp plate 62 is supported by a plurality of support rods 64. Each support rod 64 is connected to a lifting rod 68 via a spring 66.
- the elevating rod 68 extends downward through a rod hole 70 formed in the support part 16 and is capable of being elevated by an actuator (not shown). Further, a bellows 72 is provided in the rod hole 70 in order to allow a vertical movement of the lifting rod 68 from a force S that does not maintain the airtightness in the processing container 4.
- the lower surface of the inner peripheral portion of the ring-shaped clamp plate 62 uses the elastic force of the spring 66 to form a peripheral portion of the wafer W. Press the top surface.
- the lower surface of the wafer W is in close contact with the upper end surface of each Peltier device 24.
- the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
- the thermal conductivity between the lower surface of the wafer W and the upper surface of each Peltier device 24 is reduced by reducing the contact thermal resistance between the lower surface of the Ueno and W and the upper surface of each Peltier device 24. Can be improved.
- the thermal responsiveness can be improved.
- the peripheral portion of wafer W since the peripheral portion of wafer W is pressed downward, the central portion of wafer W may be deformed into a curved shape so as to slightly bulge upward. . Therefore, contrary to the case shown in FIG. 6, it is preferable that the height H3 of the Peltier element 24 is set to be slightly lower in the peripheral part than in the central part of the support base 16. In other words, it is preferable that the height H3 of the Peltier element 24 be gradually reduced in a curved shape as the height H3 increases toward the central portion of the wafer toward the peripheral portion. In this case, the underside of Ueno and W and each Peltier element Adhesion with the upper end surface of 24 can be further improved, and heat conduction efficiency can be further improved.
- each Peltier element 24 the lower surface of the wafer W and the upper end surface of each Peltier element 24 are in direct contact. Therefore, there is a possibility that the wafer W itself may be contaminated with metal by metal elements constituting the Peltier element 24 and the like, for example, germanium, bismuth, tellurium, lead and the like.
- the third embodiment of the present invention aims to prevent metal contamination of wafer W.
- FIG. 8 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a plan view showing the mounting plate according to the present embodiment. 8 and 9, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
- the wafer W is directly supported by the support portion 20.
- a disc-shaped mounting plate 74 formed to have substantially the same diameter as the wafer W is supported by the support portion 20. Then, the wafer W comes to be mounted on the mounting plate 74!
- the thickness of the mounting plate 74 is, for example, about 0.1 to 5 mm.
- the mounting plate 74 can be deformed by the pressure difference between the processing space S and the element housing space SO.
- a material having high electric resistance and low heat resistance for example, SiC, SiN, A1N, sapphire, or the like can be used.
- a pin hole 82 through which the lift pin 40 passes is formed in the mounting plate 74.
- the height of the step portion of the support portion 20 is set higher than in the first embodiment. It is preferable to set the height higher by the thickness of the placing plate 74.
- the mounting plate 74 since the mounting plate 74 is interposed, the lower surface of the wafer W and the upper end surface of each Peltier element 24 are different from those in the first and second embodiments. The heat transfer efficiency and heat efficiency between them are low. However, it can be said that the heat conduction efficiency and the heat efficiency are higher than those of the conventional equipment. [0098]
- the mounting plate 74 By providing the mounting plate 74, even when the metal element or the like constituting the Peltier element 24 scatters upward, the metal element or the like is trapped by the mounting plate 74. Is done. Accordingly, metal contamination of the wafer W can be prevented. Further, the mounting plate 74 is vacuum-checked, so that the lower surface of the mounting plate 74 and the upper end surface of each of the Peltier elements 24 can be securely brought into close contact with each other.
- the mounting plate 74 itself is considerably expanded and contracted by the temperature rise and fall of the wafer W.
- the mounting plate 74 is fixed by a vacuum chuck, that is, its expansion and contraction in the plane direction is restricted. Absent. Therefore, breakage of the mounting plate 74 can be prevented.
- the upper wiring 28 (see FIG. 2A) of each Peltier element 24 is joined to the upper electrode of each Peltier element 24 by welding or the like.
- the upper wiring 28 may be provided on the lower surface of the mounting plate 74 as a wiring pattern.
- the wiring pattern can be formed of W (tungsten), TiN, MO, Ti, Ta that can withstand high temperatures. These wiring patterns can be attached to the lower surface of the mounting plate 74 by plating, thermal spraying, implantation, CVD, PVD, or the like.
- a part of the peripheral portion of the mounting plate 74 is fixed with pins 76. Then, for example, a portion located on the diametrically opposite side of the mounting plate 74 with respect to the pin 76 is stopped by the pin 80 through the elongated hole 78.
- the length direction of the long hole 78 is a direction toward the pin 76.
- the mode having the pins 76, 80 and the like described with reference to FIG. 9 can also be adopted when the wiring pattern is not provided on the lower surface of the mounting plate 74. Also in this case, the effect of the jumping of the wafer W is effective. Can be prevented.
- This embodiment is a mode in which the second embodiment and the third embodiment are combined.
- FIG. 10 is a schematic sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a plan view showing the mounting plate of FIG. 10 and 11, the same components as those shown in FIGS. 1, 7, and 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
- the device housing space exhaust means 32 of the first embodiment is used for the wafer W, using the clamp mechanism 60 (see FIG. 7). Press the periphery of. Further, in the present embodiment, the wafer W is mounted on the upper surface of the mounting plate 74 (see FIG. 8) used in the third embodiment.
- the center of the mounting plate 74 extends horizontally from the support 84 that stands upright on the periphery of the support portion 16.
- a guide pin 86 is provided in the direction (see FIG. 11).
- the guide pins 86 are provided at three locations at substantially equal intervals along the circumferential direction of the mounting plate 74.
- the distal end of each guide pin 86 is loosely inserted into a guide hole 88 formed on the side surface of the mounting plate 74. Accordingly, the thermal expansion and contraction of the mounting plate 74 itself in the horizontal direction can be allowed, while the mounting plate 74 can be prevented from jumping up.
- a wiring pattern may be formed on the lower surface of the mounting plate 74 as in the case of the third embodiment.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a clamp mechanism with a lift pin. In this case, the lift pins 40 and the clamp plate 62 can be moved up and down integrally.
- both surfaces of the upper wiring 28 and the lower wiring 30 that join the P-type semiconductor and the N-type semiconductor constituting the Peltier element 24 are different from each other.
- the conductive material (conductive metal) that makes up the wiring 28 and 30 is exposed.
- the lower surface (back surface) of the wafer W needs to be always insulated.
- the state of the lower surface of the wafer may vary.
- a bare wafer has a conductive lower surface from the beginning.
- the oxide film may be partially peeled off and the conductive portion may be exposed.
- the oxide film itself may be inadequate and have some degree of conductivity.
- the backside can be shaved and the conductive material exposed. Therefore, in the case where these wafers are used, some kind of insulation treatment is required in order to carry out the treatment without causing the Peltier element 24 to be short-circuited.
- a thin insulating film made of a compound of a constituent material of the wiring is formed to prevent the occurrence of a short circuit. ing.
- FIG. 13 is a schematic sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
- FIG. 14 is a partially enlarged view showing a Peltier device shown in FIG.
- the same components as those in each of the embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- the wiring structure of the present embodiment can be applied to any of the first to fourth embodiments, but in the present embodiment, the wiring structure of the second embodiment shown in FIG. Applied to form.
- At least one of the upper wiring 28 connecting the upper ends of the Peltier elements 24 and the lower wiring 30 connecting the lower ends of the Peltier elements 24 constitutes the wiring. It is covered with an insulating film having an insulating property, which is a compound of a conductive material. [0117]
- the insulating film is not limited to the compound of the conductive material forming the wiring, and may be another type of insulating film.
- insulating films 28A and 30A are formed on the surfaces of both the upper wiring 28 and the lower wiring 30.
- each of the insulating films 28A and 30A is formed on at least a surface in contact with another member.
- the upper wiring 28 is formed only on the upper surface in contact with the lower surface of the wafer W
- the lower wiring 30 is formed only on the lower surface in contact with the support (bottom) 16.
- the insulating film 30A is formed on the lower surface of the lower wiring 30, the lower wiring 30 and the support base 16 can be directly connected without the thin insulating plate 26 shown in FIG. Contact can be made, and the thermal resistance of this contact portion can be reduced accordingly.
- the thickness of the insulating films 28A and 30A depends on the material, but is, for example, about 10 to 1000 m.
- the compound of the conductive material for example, a carbide, a fluoride, a silicate, an oxide, a nitride, or the like of the material is selected and used according to the conductive material.
- a carbide, a fluoride, a silicate, an oxide, a nitride, or the like of the material is selected and used according to the conductive material.
- carbon carbon
- Examples of carbon include a carbon fiber plate and the like.
- silicide silicon carbide
- SiC silicon carbide
- Al 2 O 3 alumina
- nitride A1N aluminum nitride
- tantalum is used as the conductive material
- an oxide TaO tantalum oxide film
- tungsten is used as the conductive material.
- WC carbon tungsten
- WO tungsten oxide
- Silicon is used as a conductive material.
- SiF silicon fluoride
- SiF silicon fluoride
- the insulating films 28A and 30A as described above can be formed by ion sputtering or vapor deposition. It can also be formed by applying a sol-gel substance and drying or baking it. Can be done. Furthermore, the surface of the plate-shaped wiring material is subjected to carbonization, fluoridation, kerification, oxidation, nitriding, or the like in advance to form the insulating film, and the wiring material is placed between the multi-elements. You can join them. By using a compound of a conductive material constituting a wiring as a material of the insulating film, peeling between the two hardly occurs because the bonding strength between the two is strong.
- the wafer W is directly contacted with the upper wiring 28 regardless of the state of the lower surface of the wafer W. And can be placed. As a result, the thermal resistance of the contact portion is reduced, and the thermal responsiveness can be improved.
- the Peltier is directly provided on the support 16 without the thin plate-shaped insulating material 26 interposed therebetween. Element 24 can be contacted. As a result, the thermal resistance of the contact portion is reduced, and the thermal responsiveness can be improved.
- insulating films 28A and 30A are formed on both surfaces of upper wiring 28 and lower wiring 30, but the present invention is not limited to this.
- An insulating film may be formed only on one of the upper wiring 28 and the lower wiring 30.
- the force described by taking a semiconductor wafer as an example of an object to be processed is not limited to this.
- the present invention can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, and the like.
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Abstract
本発明は、内部を真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内に設けられた支持台と、前記支持台上に設けられた被処理体を支持するためのリング状の支持部と、前記支持部の内側の前記支持台の上面に設けられた複数の熱電変換素子と、前記支持部に支持される被処理体の下面と前記支持台の上面と前記支持部との間で形成される素子収容空間内を真空引きする素子収容空間排気手段と、を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置である。
Description
被処理体の処理装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に対してァニール処理や冷却処理等の各 種の処理を行う処理装置に関する。
背景技術
[0002] 一般に、所望の半導体デバイスを製造する際、半導体ウェハに、成膜処理、パター ンエッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、ァニール処理等の各種の熱処理が繰 り返し行なわれる。近年、半導体デバイスの高密度化、多層化及び高集積ィ匕に伴つ て、熱処理の仕様は厳しくなつてきている。特に、各種の熱処理について、ウェハ面 内における均一性の向上及び膜質の向上が望まれている。
[0003] 例えば、半導体デバイスであるトランジスタのチャネル層の処理について説明する と、チャネル層に不純物原子のイオンが注入された後に、原子構造を安定化させる 目的でァニール処理が行われることが一般的である。
[0004] この場合において、前記ァニール処理が長時間にわたって行われると、原子構造 は安定ィ匕するものの、不純物原子が膜厚方向の奥深くまで拡散して下方へ突き抜け てしまう。このような現象を防ぐため、前記ァニール処理は極力短時間で行われる必 要がある。より詳細に説明すれば、薄い膜厚のチャネル層において不純物原子の突 き抜けを生ずることなく原子構造を安定化させるためには、半導体ウェハを高温まで 高速で昇温し、且つ、ァニール処理後にあっては拡散が生じないような低温まで高 速で降温することが必要となる。
[0005] 前記のような好適なァニール処理を実現するために、従来の処理装置は、加熱ラン プを収容したランプハウスと、前記加熱ランプの輻射熱を遮断するためのシャッター 機構と、が設けられている。そして、そのような処理装置は、高温でのァニール処理を 施した後、シャッター機構を作動させて加熱ランプ力 の輻射熱を遮断することによ つて、ウェハの高速降温を行うようになっている。
[0006] 他の従来の処理装置では、例えば特開 2001— 85408号公報に示されるように、ゥ
ェハステージにペルチェ素子が設けられている。例えば 100〜250°C程度の温度範 囲でのウェハのエッチング処理のために、ペルチェ素子がウェハの昇降温のために 用いられる。
[0007] ウェハの昇降温のためにペルチェ素子が用いられる場合、一般的には、数 10個程 度の縦横高さがそれぞれ数 mmのペルチヱ素子が平面的に配列されて、 1つの素子 モジュールを構成する。この素子モジュールが、 1つの単位モジュールとして使用さ れる。そして、複数個の素子モジュール力 ウェハ面積に相当するように平面的に配 置され、平板状のサセプタによってネジ止めされて、加熱手段を形成する。
[0008] 前記サセプタ上にウェハが載置された後、ペルチヱ素子に通電することにより、ゥェ ハが加熱され得る。また、ペルチヱ素子に対して加熱時とは逆方向に通電することに より、ウェハが冷却され得る。
発明の要旨
[0009] 前記の従来技術においては、各素子モジュールの上面とサセプタとの接触熱抵抗 をできるだけ低減させて熱伝導効率を良くするために、サセプタと素子モジュールと は、前記のように、ネジ止めによって強く圧接した状態で固定されている。このため、 ネジにより固定されているサセプタは、自身の熱伸縮を許容することができない。従つ て、サセプタの熱膨張により、サセプタが変形して湾曲したり、サセプタゃペルチェ素 子が破損するという恐れもあった。
[0010] また、前記の従来技術では、素子モジュール上にサセプタが乗せられ、当該サセプ タ上にウェハが載置される。すなわち、ウェハとペルチェ素子との間に、サセプタとい う薄板状の部材が介在する。当該薄板状の部材の存在により、熱伝導効率の向上乃 至改善に関して限界がある。
[0011] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもの である。本発明の目的は、熱伝導効率を向上させることが可能な被処理体の処理装 置を提供することにある。
[0012] あるいは、本発明の他の目的は、サセプタ (被処理体を載置する載置板）が設けら れる場合において、当該サセプタの熱伸縮を許容して当該サセプタの破損等を防止 することが可能な被処理体の処理装置を提供することにある。
[0013] 本発明は、内部を真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器内へ所定の ガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内に設けられた支持台と、前記支持 台上に設けられた被処理体を支持するためのリング状の支持部と、前記支持部の内 側の前記支持台の上面に設けられた複数の熱電変換素子と、前記支持部に支持さ れる被処理体の下面と前記支持台の上面と前記支持部との間で形成される素子収 容空間内を真空引きする素子収容空間排気手段と、を備えたことを特徴とする被処 理体の処理装置である。
[0014] 本発明によれば、リング状の支持部に支持される被処理体の下面と支持台の上面 とリング状の支持部との間で形成される素子収容空間内が真空引きされるため、被処 理体は真空チャックされた状態となり、被処理体の下面と熱電変換素子の上端面と が直接的に接触することができる。これにより、被処理体の下面と熱電変換素子の上 端面との間に不要な部材が介在することがないため、また、被処理体の下面と熱電 変換素子の上端面との間の密着性も向上するため、これらの間の熱伝導抵抗が大 幅に低減され得る。結果的として、これらの間の熱伝導効率が大幅に向上され得る。
[0015] 更に、熱電変換素子の周囲が真空状態となるので、熱電変換素子によって移動さ れた熱の逆流を最小にすることができる。
[0016] また、被処理体の下面と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触することにより、 熱の応答性も向上して、温度制御の精度をも向上させることができる。
[0017] あるいは、本発明は、内部を真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器 内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内に設けられた支持台と 、前記支持台上に設けられたリング状の支持部と、前記支持部に支持された被処理 体を載置するための載置板と、前記支持部の内側の前記支持台の上面に設けられ た複数の熱電変換素子と、前記支持部に支持される前記載置板の下面と前記支持 台の上面と前記支持部との間で形成される素子収容空間内を真空引きする素子収 容空間排気手段と、を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置である。
[0018] 本発明によれば、リング状の支持部に支持される載置板の下面と支持台の上面とリ ング状の支持部との間で形成される素子収容空間内が真空引きされるため、載置板 は真空チャックされた状態となり、載置板の平面方向における熱伸縮が許容され得る
。また、載置板の下面と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触することができ、載 置板の下面と熱電変換素子の上端面との間の密着性も向上するため、これらの間の 熱伝導抵抗が大幅に低減され得る。結果的として、これらの間の熱伝導効率が大幅 に向上され得る。
[0019] 更に、熱電変換素子の周囲が真空状態となるので、熱電変換素子によって移動さ れた熱の逆流を最小にすることができる。
[0020] また、被処理体が熱電変換素子等の構成元素により汚染されることが防止され得る
[0021] 好ましくは、前記載置板の下面には、前記複数の熱電変換素子を電気的に接続す る配線パターンが形成されて 、る。
[0022] 例えば、前記載置板は、当該載置板の水平方向への熱伸縮を許容するように、複 数のピンを介して前記支持部に支持されて 、る。
[0023] また、好ましくは、被処理体の処理装置は、前記被処理体の周辺部を下方向へ押 圧するためのクランプ機構を更に備えて 、る。
[0024] 好ましくは、前記熱電変換素子の上端面の高さは、一律であり、前記支持部の載置 面の高さは、前記熱電変換素子の上端面の高さと同等である。あるいは、好ましくは 、前記熱電変換素子の上端面の高さは、一律であり、前記支持部の載置面の高さは 、前記熱電変換素子の上端面の高さよりも僅かに高い。あるいは、前記熱電変換素 子の上端面の高さは、前記支持台の中心部においてよりもその周辺部において僅か 尚!ヽ。
[0025] あるいは、本発明は、内部を真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器 内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内に設けられた支持台と 、前記支持台の上面に設けられ、被処理体の下面を支持するための上端面を有する 複数の熱電変換素子と、前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクラン プ機構と、を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置である。
[0026] 本発明によれば、クランプ機構が被処理体の周辺部を下方向へ押圧するために、 被処理体の下面と熱電変換素子の上端面との間の密着性が向上する。これにより、 これらの間の熱伝導抵抗が大幅に低減され得る。結果的として、これらの間の熱伝導
効率が大幅に向上され得る。また、被処理体の下面と熱電変換素子の上端面とが直 接的に接触することにより、熱の応答性も向上して、温度制御の精度をも向上させる ことができる。
[0027] 例えば、前記クランプ機構は、前記被処理体の周辺部の上面と接触するリング状の クランプ板を有する。
[0028] また、例えば、前記熱電変換素子の上端面の高さは、前記支持台の中心部におい てよりもその周辺部にぉ 、て僅かに低!、。
[0029] あるいは、本発明は、内部を真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器 内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内に設けられた支持台と 、前記支持台の上面に設けられた複数の熱電変換素子と、前記複数の熱電変換素 子の上端面によって支持された被処理体を載置するための載置板と、前記被処理体 の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構と、を備えたことを特徴とする被処 理体の処理装置である。
[0030] 本発明によれば、クランプ機構が被処理体の周辺部を下方向へ押圧するために、 載置板の平面方向における熱伸縮が許容されつつ、載置板の下面と熱電変換素子 の上端面との間の密着性が向上する。これにより、これらの間の熱伝導抵抗が大幅 に低減され得る。結果的として、これらの間の熱伝導効率が大幅に向上され得る。ま た、被処理体が熱電変換素子等の構成元素により汚染されることが防止され得る。
[0031] 例えば、前記載置板は、上下方向の移動を抑制すると共に水平方向への熱伸縮を 許容するために、水平方向に延びる熱伸縮許容ピンを介して前記支持台にも支持さ れ得る。
[0032] 以上において、前記複数の熱電変換素子は、例えば、所定の数の熱電変換素子 力 構成される素子モジュールの複数個を所定の配列状態に配置して設けられ得る
[0033] また、好ましくは、前記支持台には、冷却媒体を流すための冷媒通路が形成される
[0034] また、一般には、被処理体の処理装置は、前記被処理体を加熱する加熱手段を更 に備える。
[0035] また、例えば、前記複数の熱電変換素子の上端面同士は、選択的に、上部配線に よって接続されており、前記複数の熱電変換素子の下端面同士は、選択的に、下部 配線によって接続されており、前記上部配線の上面と前記下部配線の下面との内の 少なくとも一方は、当該上部配線及び Zまたは当該下部配線を形成する導電性材 料が剥き出し状態になっている。この場合、熱電変換素子による熱応答性が向上さ れ、温度制御の精度が向上され得る。
[0036] 例えば、前記上部配線の上面は、前記被処理体の下面に直接的に接触するように 構成されている。この場合、被処理体と上部配線の上面とが直接的に接触するため 、熱電変換素子に対する熱応答性が向上され、温度制御の精度が向上され得る。
[0037] また、例えば、前記複数の熱電変換素子の上端面同士は、選択的に、上部配線に よって接続されており、前記複数の熱電変換素子の下端面同士は、選択的に、下部 配線によって接続されており、前記上部配線の上面と前記下部配線の下面との内の 少なくとも一方は、絶縁膜により覆われている。この場合、上部配線と被処理体の下 面との間、及び Zまたは、下部配線と支持台表面との間に、別体で構成され得る板 状の絶縁材を介在させる必要がないため、熱伝導性が向上され、熱応答性が向上さ れ得る。
[0038] 例えば、前記絶縁膜は、前記上部配線及び Zまたは前記下部配線を形成する導 電性材料の化合物である。
[0039] また、例えば、前記下部配線の下面は、前記絶縁膜により覆われており、前記支持 台の表面と直接的に接触している。
[0040] また、例えば、前記絶縁膜は、前記導電性材料の炭化物、フッ化物、ケィ化物、酸 化物、窒化物のいずれかである。
[0041] また、例えば、前記導電性材料は、炭素 (カーボン）、アルミニウム、タンタル、タンダ ステン、 Ni— Ti合金（超弾性合金）、 Fe— Cr—Ni— Mo2相ステンレス（超塑性材）、 シリコンのいずれかである。
[0042] また、例えば、前記上部配線及び前記下部配線は、板状に形成され得る。
図面の簡単な説明
[0043] [図 1]は、本発明の第 1の実施の形態による被処理体の処理装置を示す概略断面図
である。
[図 2]図 2A及び図 2Bは、図 1の支持台の周辺部を示す部分拡大断面図である。
[図 3]は、熱電変換素子の配列状態を示す平面図である。
[図 4]は、本発明の第 1の実施の形態の処理装置と従来の処理装置との、降温レート のシミュレーション結果を示すグラフである。
[図 5]は、本発明の第 1の実施の形態の変形例を示す部分拡大図である。
[図 6]は、ペルチェ素子の高さを変化させた例を模式的に示す部分拡大図である。
[図 7]は、本発明の第 2の実施の形態による被処理体の処理装置を示す概略断面図 である。
[図 8]は、本発明の第 3の実施の形態による被処理体の処理装置を示す概略断面図 である。
[図 9]は、本発明の第 3の実施の形態による載置板を示す平面図である。
[図 10]は、本発明の第 4の実施の形態による被処理体の処理装置を示す概略断面 図である。
[図 11]は、本発明の第 4の実施の形態による載置板を示す平面図である。
[図 12]は、リフトピンの付いたクランプ機構の一例を示す図である。
[図 13]は、本発明の第 5の実施の形態による被処理体の処理装置を示す概略断面 図である。
[図 14]は、図 13のペルチ 素子の部分を示す部分拡大断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0044] 以下に、本発明に係る被処理体の処理装置の実施の形態を添付図面に基づ!/、て 詳述する。
[0045] 図 1は、本発明の第 1の実施の形態による被処理体の処理装置を示す概略断面図 である。図 2A及び図 2Bは、図 1の支持台の周辺部を示す部分拡大断面図である。 図 3は、熱電変換素子の配列状態を示す平面図である。
[0046] 図 1に示すように、本実施の形態の処理装置 2は、例えばアルミニウムにより筒体状 に成形された処理容器 4を有している。処理容器 4は、開口する天井部を有している 。この天井部（開口部）には、 Oリング等のシール部材 6を介して、透明な透過窓 8が
気密に設けられている。
[0047] 処理容器 4の側壁には、被処理体としての半導体ウェハ Wの搬出入のために開閉 されるゲートバルブ 10が設けられている。また、処理容器 4の側壁には、半導体ゥェ ハ Wの処理に必要なガスを処理容器 4の内部へ導入するガス導入手段として、ガスノ ズル 12が設けられている。
[0048] また、処理容器 4の他方の側壁には、排気口 14が形成されている。排気口 14には 、図示しない真空ポンプを含む排気系が接続されている。これにより、処理容器 4内 の雰囲気を例えば真空排気可能となっている。
[0049] また、処理容器 4の底部には、支持台 16が設けられている。すなわち、処理容器 4 の開口する下端部に、例えば Oリング等のシール部材 18を介在させて、例えばアル ミニゥム製の肉厚な支持台 16が気密に取り付け固定されている。
[0050] 支持台 16には、半導体ウェハ Wの周辺部を支持するべく上方へ突状に起立する 支持部 20が設けられている。具体的には、支持部 20は、リング状に成形されて、図 2 A及び図 2Bに示すように、支持台 16の周辺部において、例えばクォーツ等よりなる 板状の断熱材 22を介して設けられて 、る。
[0051] 支持部 20は、アルミニウム、クォーツ等よりなる。支持部 20は、ウエノ、 Wの載置位置 と略同心となるように位置決めされている。そして、リング状の支持部 20の上方内周 側に、段状の載置面 20A (図 2A参照）が形成されている。当該載置面 20A上にゥェ ハ Wの周辺部の下面が当接するように、ウェハ Wが支持部 20上に載置され得る。
[0052] 載置面 20Aを構成する段部の側方面と適正位置に載置されたウェハ Wの外周端と の間の距離 HI (図 2A参照）は、当該段部がウェハ Wの位置決め機能を有するよう に、例えば lmm程度に設定されることが好ましい。このような場合、例えば 300mm ウェハが 1000°Cまで加熱されると 300mmウェハの直径は 2mm程度膨張するが、 当該温度において 300mmウェハは載置面 20A上に略隙間なく収まるということにな る。いずれにしても、距離 HIの値は、ウェハサイズ及び目的とする温度に依存して 適宜に設定され得る。
[0053] 支持台 16の支持部 20よりも内側の領域は、素子収容空間 SOとして形成されている 。この素子収容空間 SO内に、本発明の特徴である複数の熱電変換素子として、複数
のペルチェ素子 24が設けられている。具体的には、支持台 16の支持部 20よりも内 側の上面に、その全面に亘つて、薄板状の例えば A1Nや Al O 等のセラミックより
2 3
なる絶縁材 26が形成されている。この絶縁材 26上に、多数の起立するペルチェ素 子 24が順序良く配列されている。
[0054] ここでは、各ペルチェ素子 24が単体（単体モジュール）として形成されて 、る。ペル チェ素子 24は、 P型の半導体と N型の半導体とからなる。これら P型の半導体及び N 型の半導体が、交互に配置されている。そして、隣り合う P型及び N型の半導体の上 部電極同士または下部電極同士力 それぞれ上部配線 28または下部配線 30で、図 2A及び図 2Bに示すように交互に接続されている。これにより、図 3に示すように、ぺ ルチェ素子 24を構成する P型の半導体と N型の半導体とは直列に接続されている。 すなわち、例えば、 P型→N型→P型→N型→P型→N型…のように電気が流れるよう になっている。
[0055] 上部配線 28及び下部配線 30は、例えば銅板や弾力性に富むカーボン繊維プレ ート等よりなる。これらの配線 28、 30は、熱処理温度に依存して、例えば溶接、ろう付 け、ハンダ付け等で接合固定される。
[0056] 上部配線 28及び下部配線 30は、例えば厚さが 0. l〜2mm程度の薄い板状に形 成され得る。上部配線 28及び下部配線 30の表面は、これらの配線を構成する導電 性材料、例えばカーボン、が剥き出し状態に状態になっていてもよいし、導電性材料 の化合物よりなる絶縁膜で覆われて 、てもよ 、。
[0057] 図 3では、支持台 16の上面の略全域に亘つて、ペルチェ素子 24が蛇行状に直列 接続されている。し力しながら、ペルチヱ素子 24の接続の態様は、これに限定されな い。例えば、支持台 16の上面が分割された複数のゾーン毎に、例えば同心円状の 複数のゾーン毎に、ペルチヱ素子 24が直列に接続されてもよい。この場合、各ゾー ン毎の個別的な制御が可能である。
[0058] ここで、各ペルチェ素子 24の大きさは、例えば、縦横高さが 3mm X 3mm X 3mm の立方体状である。また、ペルチェ素子 24間の間隔 L1 (図 3参照）は、例えば、 lm m程度に設定されている。これにより、ウェハ Wの裏面全体に対して、ペルチェ素子 2 4の上端面が略均一に近接するようになっている。尚、図 3においては、本発明の理
解を容易にするために、ペルチヱ素子 24間の間隔 LIが実際よりも大きく描かれてて いる。
[0059] 前記ペルチェ素子 24は、図示しないリード線を介して、外部の図示しないペルチェ 制御部へ接続されている。ペルチエ制御部は、ペルチェ素子 24に通電する電流の 方向及び大きさを制御するようになっている。なお、熱電変換とは、熱エネルギーを 電気エネルギーに変換すること、及び、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する ことを言う。
[0060] また、ペルチヱ素子 24としては、例えば 400°C以上の高温下での使用に耐え得る Bi Te (ビスマス ·テルル）素子、 PbTe (鉛 ·テルル）素子、 SiGe (シリコン ·ゲルマ
2 3
二ゥム）素子等が用いられ得る。ここで、ペルチェ素子 24は、直径が 300mmのゥェ ハに対応する場合には、例えば 100個程度が使用される。直径が 200mmのウェハ に対応する場合には、例えば 50個程度が使用される。
[0061] また、支持部 20の載置面 20Aは、ペルチェ素子 24の上端面 (正確には上部配線 2 8の上端面）と同等力、これよりも少し高い位置に形成されている。具体的には、載置 面 20Aと上部配線 28の上端面との間の距離 H2 (図 2A参照）は、 0〜0. 1mm程度 に設定されている。
[0062] また、支持台 16には、ウェハ Wの下面と支持台 16の上面と支持部 20との間に形 成される素子収容空間 SO内を真空排気するための素子収容空間排気手段 32が設 けられている。具体的には、支持台 16に素子収容空間 SOに連通する排気口 34が 設けられ、当該排気口 34に図示しない真空ポンプが介設された排気系 36が接続さ れている。これにより、必要に応じて、素子収容空間 SO内が真空引きされ得る。これ により、図 2Bに示されるように、ウェハ Wが下方向へたわまされて真空チャックされる ようになっている。
[0063] また、支持台 16には、支持台 16の周方向に沿って所定の間隔で複数（図 3では 3 つ）のピン孔 38が形成されている。各ピン孔 38には、リフトピン 40が揷通されている。 リフトピン 40の下端部は、共通に、例えばリング状になされた昇降板 42に連結されて 支持されている。昇降板 42は、図示しないァクチユエータによって昇降される。これ により、リフトピン 40は、ペルチェ素子 24の上端面より更に上方に出没してウェハ W
を持ち上げる、或いは、持ち下げるようになつている。
[0064] また、各リフトピン 40による支持台 16の貫通部には、蛇腹状に伸縮可能になされた 金属製のベローズ 44が設けられている。これにより、処理容器 4内の真空が維持され ながら、リフトピン 40の上下移動が実施されるようになって 、る。
[0065] また、支持台 16には、冷却媒体を流すための冷却通路 46が形成されている。冷却 通路 46には、冷却媒体循環器 48が流路 50を介して接続されている。冷却媒体循環 器 48を制御して必要に応じて冷却通路 46に冷却媒体を流すことにより、支持台 16 を介して、ペルチェ素子 24の下面側を冷却することが可能である。
[0066] 一方、透過窓 8の上方には、ウェハ Wを加熱するための加熱手段 52が設けられて いる。具体的には、本実施の形態の加熱手段 52は、複数の加熱ランプ 52Aよりなる 。これらの加熱ランプ 52Aは、透過窓 8の上方に設けられた容器状のランプハウス 54 の天井部の内面の略全体に亘つて取り付けられている。ここで、ランプハウス 54の天 井部の内面は、反射鏡 56として形成されている。これにより、各加熱ランプ 52Aから の熱線は、下方向に反射されるようになっている。
[0067] 次に、上述のように構成された処理装置 2の動作について説明する。ここでは、半 導体ウェハ Wにァニール処理が行われる。
[0068] まず、開放されたゲートバルブ 10を介して、未処理の半導体ウェハ Wが処理容器 4 内へ導入される。当該半導体ウェハ Wの周辺部の下面が、支持部 20の載置面 20A 上に支持される（図 2A参照)。その後、処理容器 4内が密閉される。
[0069] そして、ガスノズル 12を介して、処理ガスである例えば N ガス或いは Arガスが流
2
量制御されつつ処理容器 4内へ導入される。同時に、処理容器 4内の処理空間 Sが 真空引きされて、所定のプロセス圧力、例えば l〜100Pa (7. 5mTorr〜750mTor r)、に維持される。更にこれと同時に、素子収容空間排気手段 32が駆動されて、ゥェ ハ Wの下面側の素子収容空間 SO内が真空引きされる。そして、各加熱ランプ 52Aが 点灯されると共に、後述のように各ペルチェ素子 24に電流が流される。
[0070] 各加熱ランプ 52Aから発せられる熱線は、透過窓 8を透過して半導体ウェハ Wの 表面に入射する。これにより、半導体ウェハ Wは急速に加熱される。更に、ペルチェ 素子 24の上端面が発熱するようにペルチェ素子 24に電流が流されることにより、ゥェ
ハ Wはペルチェ素子 24によっても加熱される。従って、半導体ウェハ Wは非常に急 速に加熱される。
[0071] 更に、前記の第 1の実施の形態では、素子収容空間 SO内が真空引きされるため、 ウェハ Wの上面側の処理空間 Sの圧力よりも、素子収容空間 SO内の圧力の方が低く なる。その差圧により、図 2Bに示すように、ウェハ Wには下方向に向力 押圧力 Fが 付与され、ウエノ、 Wは僅か〖こ下方向へ変形する。この結果、ウェハ Wの下面は、各 ペルチェ素子 24の上端面と面内方向において略均一に密着する。従って、ウェハの 下面と各ペルチェ素子 24との間の熱抵抗は非常に小さくなつて、熱伝導効率が顕著 に改善され、ウェハ Wが効率的に昇温され得る。この時の昇温速度は、例えば 1〜4 00°CZsec程度である。
[0072] また、前述のように、ウェハ Wの下面とペルチェ素子 24の上端面とが直接的に接触 するため、熱応答性が顕著に向上される。これにより、例えばペルチェ素子 24に流 れる電流を制御することにより、昇温レートの精度を向上させることができる。また、処 理空間 Sと素子収容空間 SOとの間の差圧を調整して押圧力 Fをコントロールすること により、ウエノ、 Wと各ペルチェ素子 24との間の接触熱抵抗を変化させて、昇温レート を調整することちできる。
[0073] 尚、上記ァニール処理中は、冷却媒体循環器 48は動作しないで、支持台 16の冷 却通路 46には冷却媒体が流されな!/、。
[0074] 更に、素子収容空間 SO内が真空引きされているため、ガスの対流によるペルチェ 素子 24の上下間の熱移動が防止される。この点においても、ペルチェ素子 24による 加熱効率が向上されている。
[0075] 以上のようなウェハ Wの加熱状態においてァニール処理が終了したならば、ウェハ Wを急速に冷却するために、各加熱ランプ 52Aが消灯されると共に、各ペルチェ素 子 24に流される電流の方向が切り替えられる、すなわち、各ペルチェ素子 24の上端 面が冷えるような方向の電流が流される。これにより、処理空間 S内の対流と処理容 器 4からの熱放射による冷却効果に加えて、各ペルチェ素子 24の上端面が強制冷 却されるので、当該ペルチヱ素子 24と接しているウェハ Wが強制冷却される。これに より、ウェハ Wの高速降温を行うことができる。
[0076] この時、各ペルチェ素子 24の下端面には熱が発生するので、支持台 16に形成さ れた冷却通路 46に冷却媒体が流される。これにより、各ペルチェ素子 24の下端面に 発生した熱を、前記冷却媒体により系外へ運び出すことが可能である。冷却媒体とし ては、冷却水等を用いることができる。
[0077] この時も、素子収容空間排気手段 32は継続的に動作している。従って、図 2Bに示 すように、ウェハ Wの下面と各ペルチヱ素子 24の上端面とは、ウェハ Wの下面の略 全面において、直接的に接触している。従って、ウェハ Wの下面と各ペルチェ素子 2 4の上端面との間の接触熱抵抗は非常に小さぐウェハ Wを効率的に冷却することが 可能である。また、処理空間 Sと素子収容空間 SOとの間の差圧を調整することにより 、ウェハ Wと各ペルチェ素子 24との間の接触熱抵抗を変化させて、降温レートを調 整することちでさる。
[0078] 前述のように、ペルチェ素子 24の上端面 (具体的には上部配線 28の上面）が被処 理体であるウェハ Wの下面と直接的に接触することにより、当該部分 (接触面)の熱 抵抗が小さくなつて熱の応答性が向上し、ウェハ Wの昇温も降温も効率的かつ迅速 に行うことができる。
[0079] なお、ウェハ Wの下面 (裏面）には、一般的には絶縁性の酸ィ匕膜が形成されている ので、当該部分に導電性材料が剥き出し状態の上部配線 28が接触しても、ベルチ ェ素子 24間が短絡することはない。また、上部配線 28の表面に絶縁膜が形成されて いる場合には、ウェハの下面の状態に関係なぐ前記短絡の問題は生じない。
[0080] ここで、前記第 1の実施の形態の処理装置と、ウェハを載置するサセプタとてアルミ ユウムの載置板を用いる従来の処理装置と、について、降温速度をシミュレーション により求めた。その結果について説明する。
[0081] 図 4は、本発明の第 1の実施の形態の処理装置と従来の処理装置との、降温レート のシミュレーション結果を示すグラフである。ここでは、ウェハ Wが 1000°Cまで昇温さ れ、当該温度（1000°C)からウェハ温度が降温された時の降温レートが示されている
[0082] 図 4から明らかなように、従来の処理装置の場合には、アルミニウム製の載置板の 熱容量が大きいために、ウェハ温度にほとんど依存せず、降温レートは 10〜20°C/
secで非常に低い。これに対して、本発明の第 1の実施の形態の場合には、処理装 置の内部の熱容量が非常に小さ 、ために、 100〜数 100°CZsecと!、う高!、降温レ ートを示している。すなわち、本発明の第 1の実施の形態の場合には、ウェハ Wが迅 速且つ効率的に降温され得る。
[0083] 尚、図 2A及び図 2Bに示す例では、支持部 20の載置面 20A上には何も形成され ていない。し力しながら、図 5に示すように、リング状の載置面 20A上に Oリング等の シート部材 58が設けられてもよい。この場合、素子収容空間 SO内が真空引きされる 時に、ウェハ Wの周辺部の下面と載置面 20Aとの間がある程度シールされるので、 ウェハ Wを下方向へ押圧する押圧力 Fが増して、ウェハ Wの下面と各ペルチヱ素子 24の上端面との密着性が増す。これにより、ウェハ Wの下面と各ペルチヱ素子 24の 上端面との間の熱抵抗が更に減少されて、熱効率を一層増加させることができる。
[0084] また、図 1に示す例では、各ペルチェ素子 24の高さはすべて一定となっている。し 力しながら、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、図 6に示すような態様 を採用してもよい。図 6は、ペルチヱ素子の高さを変化させた例を模式的に示す部分 拡大図である。図 6に示す例では、ペルチェ素子 24の高さ H3は、支持台 16の中心 部よりも周辺部において僅かに高くなつている。具体的には、ペルチヱ素子 24の高さ H3は、支持台 16の中心部力も周辺部に行くに従って少しずつ高くなつている。この 時、各ペルチヱ素子 24の上端面の位置は、ウェハ Wの周辺部が支持部 20によって 支持されつつ下方向へ突状に湾曲して変形する時に生ずる曲面に倣うように設定さ れている。この場合、ウェハ Wの下面と各ペルチヱ素子 24の上端面との密着性を更 に向上させることができ、熱効率を一層向上させることができる。
[0085] 次に、本発明の第 2の実施の形態について説明する。
図 1に示す第 1の実施の形態では、ウェハ Wの下面と各ペルチヱ素子 24の上端面 とを密着させる手段として、素子収容空間排気手段 32が設けられている。本実施の 形態では、素子収容空間排気手段 32に替えて、従来周知のクランプ機構が用いら れる。
[0086] 図 7は、本発明の第 2の実施の形態の処理装置を示す概略断面図である。図 7〖こ ぉ 、て、図 1に示す第 1の実施の形態の構成部分と同一の構成部分にっ 、ては同
一符号を付し、その説明は省略する。
[0087] 図 7に示すように、本実施の形態の処理装置には、素子収容空間排気手段 32は設 けられていない。その代わりに、ウェハ Wの周辺部を下方向へ押圧するためのクラン プ機構 60が設けられている。なお、本実施の形態において、支持部 20については、 図 1に示すように設けられても良いし、図 7に示すように設けられなくてもよい。支持台 20が設けられな!/、場合には、ウェハ Wはペルチェ素子 24の上端面に直接載置され ることになる。
[0088] クランプ機構 60は、具体的には、例えば A1N等のセラミック等よりなるリング状のクラ ンプ板 62を有している。
[0089] このクランプ板 62は、複数の支持ロッド 64により支持されている。各支持ロッド 64は 、スプリング 66を介して、昇降ロッド 68に連結されている。昇降ロッド 68は、支持部 1 6に形成されたロッド孔 70を貫通して下方に延び、図示しないァクチユエータによつ て昇降可能とされている。また、ロッド孔 70〖こは、処理容器 4内の気密性を保持しな 力 Sら昇降ロッド 68の上下動を許容するために、ベローズ 72が設けられている。
[0090] 本実施の形態では、ァニール処理時 (加熱時)及び冷却時に、リング状のクランプ 板 62の内周部の下面によって、スプリング 66の弾性力を利用して、ウェハ Wの周辺 部の上面を押圧する。これにより、ウェハ Wの下面は各ペルチェ素子 24の上端面と 密着する。これにより、第 1の実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。すな わち、ウエノ、 Wの下面と各ペルチェ素子 24の上端面との間の接触熱抵抗を減少さ せて、ウェハ Wの下面と各ペルチェ素子 24の上端面との間の熱伝導効率を向上さ せることができる。また、ウェハ Wの下面とペルチェ素子 24の上端面との間に余分な 部材がないので、熱応答性も向上させ得る。
[0091] なお、本実施の形態の場合には、ウェハ Wの周辺部が下方向へ押圧されるため、 ウェハ Wの中央部が僅かに上方へ突状に盛り上がるように湾曲状に変形し得る。こ のため、図 6に示す場合とは逆に、ペルチ 素子 24の高さ H3が、支持台 16の中心 部より周辺部の方が僅かに低くなるように設定されることが好ましい。すなわち、ペル チエ素子 24の高さ H3が、ウェハ中心部側において高ぐ周辺部に行く程に順次湾 曲状に低ぐ設定されることが好ましい。この場合、ウエノ、 Wの下面と各ペルチェ素子
24の上端面との密着性を更に向上させることができ、熱伝導効率を一層向上させる ことができる。
[0092] 次に、本発明の第 3の実施の形態について説明する。
第 1の実施の形態及び第 2の実施の形態では、ウェハ Wの下面と各ペルチヱ素子 24の上端面とが直接的に接触する。従って、ペルチェ素子 24等を構成する金属元 素、例えばゲルマニウム、ビスマス、テルル、鉛等によって、ウェハ W自体が金属汚 染を受ける恐れがある。
[0093] 本発明の第 3の実施の形態は、ウェハ Wの金属汚染を防止することを目的とする。
図 8は、本発明の第 3の実施の形態を示す概略断面図である。図 9は、本実施の形 態の載置板を示す平面図である。図 8及び図 9において、図 1に示す第 1の実施の形 態の構成部分と同一の構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する
[0094] 第 1の実施の形態では、支持部 20によってウェハ Wが直接的に支持される。これに 対して、本実施の形態では、図 8に示すように、ウェハ Wと略同じ直径に形成された 円板状の載置板 74が支持部 20によって支持される。そして、この載置板 74上に、ゥ ェハ Wが載置されるようになって!/、る。
[0095] 載置板 74の厚さは、例えば 0. l〜5mm程度である。これにより、処理空間 Sと素子 収容空間 SOとの間の差圧によって、載置板 74は変形可能である。載置板 74として は、電気抵抗が大きぐしかも熱抵抗が小さい材料、例えば SiC、 SiN、 A1N、サファ ィァ等を用いることができる。その他、載置板 74には、リフトピン 40が貫通するピン孔 82が形成される。
[0096] なお、本実施の形態の場合、ウェハ Wの横すベり等による脱落を防止するために、 支持部 20の段部の高さは、第 1の実施の形態の場合よりも載置板 74の厚さの分だけ 高く設定することが好ましい。
[0097] 本実施の形態では、載置板 74が介在するために、第 1の実施の形態及び第 2の実 施の形態と比較して、ウェハ Wの下面と各ペルチェ素子 24の上端面との間の熱伝導 効率及び熱効率は低い。し力 ながら、従来装置と比較すれば、熱伝導効率及び熱 効率は高いと言える。
[0098] し力も、載置板 74を設けたことにより、ペルチェ素子 24を構成する金属元素等が上 方に飛散する場合であつても、当該金属元素等は載置板 74〖こよってトラップされる。 従って、ウェハ Wが金属汚染されることが防止され得る。また、載置板 74が真空チヤ ックされることにより、載置板 74の下面と各ペルチェ素子 24の上端面とが確実に密着 することができる。
[0099] 更に、ウェハ Wの昇降温に伴って載置板 74自体がかなり熱伸縮する力 載置板 74 は真空チャックによって固定されており、すなわち、その平面方向への伸縮は制限さ れていない。従って、載置板 74の破損等を防止することができる。
[0100] また、第 1の実施の形態及び第 2の実施の形態では、各ペルチェ素子 24の上部配 線 28 (図 2A参照）が各ペルチェ素子 24の上部電極に溶接等によって接合されてい る力 本実施の形態では、上部配線 28を載置板 74の下面に配線パターンとして設 けてもよい。当該配線パターンは、高温に耐えられる W (タングステン）、 TiN、 MO、 Ti、 Taによって形成され得る。これらの配線パターンは、メツキ、溶射、インプラ、 CV D、 PVD等によって、載置板 74の下面に被着され得る。
[0101] 前記のように載置板 74の下面に上部配線 28となる配線パターンを被着させる場合 には、当該配線パターンと各ペルチェ素子 24の上部電極との位置ずれを防止する ために、載置板 74の位置ずれを防止する必要がある。一方で、載置板 74の熱伸縮 は、依然として許容されなければならない。
[0102] そこで、図 9に示すように、載置板 74の周辺部の一部がピン 76で固定される。そし て、当該ピン 76に対して例えば載置板 74の直径方向の反対側に位置する部分が、 長孔 78を介して、ピン 80で止められる。長孔 78の長さ方向は、ピン 76に向かう方向 である。このような態様により、載置板 74の水平方向への熱伸縮を許容しつつ、載置 板 74の位置ずれを防止することができる。この結果、配線パターン (上部配線）と各 ペルチヱ素子 24の上部電極とが、電気的に好適に接合され得る。また、急激な昇降 温によるウェハの変形や載置板の変形、それに伴うウェハ Wの跳ね上がり等、も防止 できる。
[0103] 図 9を用いて説明したピン 76、 80等を有する態様は、載置板 74の下面に配線パタ ーンを設けない場合にも採用され得る。この場合も、ウェハ Wの跳ね上がり等が効果
的に防止され得る。
[0104] 次に、本発明の第 4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第 2の実 施の形態と第 3の実施の形態とを組み合わせた態様である。
[0105] 図 10は、本発明の第 4の実施の形態を示す概略断面図である。図 11は、図 10の 載置板を示す平面図である。図 10及び図 11において、図 1、図 7及び図 8に示す構 成部分と同一の構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
[0106] 図 10に示すように、本実施の形態では、第 1の実施の形態における素子収容空間 排気手段 32は用 、な 、で、クランプ機構 60 (図 7参照）を用 、てウェハ Wの周辺部 を押圧する。更に、本実施の形態では、第 3の実施の形態で用いた載置板 74 (図 8 参照）の上面に、ウェハ Wが載置されるようになっている。
[0107] また、本実施の形態では、ウェハ Wの位置決めとウェハの跳ね上がりの防止とのた めに、支持部 16の周辺部にぉ ヽて起立する支柱 84から水平に載置板 74の中心方 向に向けて、ガイドピン 86が設けられている（図 11参照）。ガイドピン 86は、載置板 7 4の周方向に沿って略等間隔の 3箇所に設けられている。各ガイドピン 86の先端部 は、載置板 74の側面に形成されたガイド穴 88に、それぞれ遊嵌状態で挿入されて いる。これにより、載置板 74自体の水平方向の熱伸縮が許容され得る一方、載置板 74の跳ね上がりを防止することができる。尚、載置板 74の下面に、第 3の実施の形 態と同様に、配線パターンを形成してもよい。
[0108] 本実施の形態によれば、先に説明した第 2の実施の形態及び第 3の実施の形態と 同様な作用効果を得ることができる。
[0109] なお、第 2の実施の形態及び第 4の実施の形態では、リフトピン 40とクランプ機構 6 0とが別体で設けられている。し力しながら、図 12に示すように、これらを一体化させ た構成も採用され得る。図 12は、リフトピンの付いたクランプ機構の一例を示す図で ある。この場合、リフトピン 40とクランプ板 62とは一体的に昇降され得る。
[0110] 次に、本発明の第 5の実施の形態について説明する。
前述の第 1の実施の形態乃至第 4の実施の形態では、ペルチェ素子 24を構成する P型の半導体と N型の半導体とを接合する上部配線 28及び下部配線 30の表面にお いて、両配線 28、 30を構成する導電性材料 (導電性金属）が剥き出し状態にされて
いた。そして、ペルチヱ素子 24間の短絡を防止する必要から、ウェハ Wの下面 (裏面 )は常に絶縁状態となっていることが必要であった。
[0111] し力しながら、実際の処理装置においては、ウェハの下面の状態は様々であり得る 。例えばベアウェハは、当初から下面が導電性の状態である。また、ウェハ下面に絶 縁性の酸化膜が形成されていても、当該酸化膜が部分的に剥がれ落ちて導電性部 分が剥き出し状態になることもある。あるいは、酸化膜自体が不十分で、ある程度の 導電性が存在していることもある。定期的あるいは不定期的に流される品質管理用の ウェハでは、裏面が削られて、導電性材料が露出され得る。従って、これらのウェハ が使用される場合において、ペルチェ素子 24の短絡を生じることなく処理を行うため には、何らかの絶縁処理が必要である。
[0112] この場合、前述のように、別体で構成した薄板状のセラミック板等の絶縁板を設ける ことも考えられる。しかしながら、そのような別体で設けた絶縁板は、耐久性を持たせ るために、ある程度の板厚が必要である。その結果、熱抵抗が増大して熱応答性が 劣化してしまう。
[0113] そこで、本実施の形態では、上部配線 28及び下部配線 30の表面において、当該 配線の構成材料の化合物よりなる薄!、絶縁膜を形成して、短絡の発生を防止するよ うになつている。
[0114] 図 13は、本発明の第 5の実施の形態を示す概略断面図である。図 14は、図 13の ペルチェ素子の部分を示す部分拡大図である。図 13及び図 14において、前記各実 施の形態における構成部分と同一の構成部分については同一符号を付し、その説 明は省略する。
[0115] 本実施の形態の配線構造は、第 1の実施の形態乃至第 4の実施の形態のいずれ にも適用可能であるが、本実施の形態では、図 7に示す第 2の実施の形態に対して 適用されている。
[0116] 本実施の形態では、ペルチェ素子 24の上端部同士を接合する上部配線 28とペル チェ素子 24の下端部同士を接合する下部配線 30とのうちの少なくとも一方が、当該 配線を構成する導電性材料の化合物である絶縁性を有する絶縁膜によって、覆われ ている。
[0117] この絶縁膜は、配線を構成する導電性材料の化合物に限定されず、他の種類の絶 縁膜であってもよい。
[0118] ここでは、図 14に示すように、上部配線 28及び下部配線 30の両配線の表面に絶 縁膜 28A及び 30Aが形成されている。この場合、各絶縁膜 28A及び 30Aは、少なく とも他の部材と接する面において形成される。具体的には、上部配線 28に関しては 、ウェハ Wの下面と接する上面のみに形成され、下部配線 30に関しては、支持台（ 底部） 16と接する下面のみに形成される。
[0119] 以上のように、下部配線 30の下面に絶縁膜 30Aが形成されたので、図 7において 示した薄板の絶縁板 26を介在させることなぐ下部配線 30と支持台 16とを直接的に 接触させることができ、その分、この接触部分の熱抵抗を下げることが可能となる。こ のときの絶縁膜 28A、 30Aの厚さは、材料にもよるが、例えば 10〜1000 m程度で ある。
[0120] 前記導電性材料の化合物としては、当該材料の例えば炭化物、フッ化物、ケィ化 物、酸化物、窒化物などが、当該導電性材料に応じて選択して、用いられる。具体的 には、上部配線 28及び下部配線 30を構成する導電性材料としては、炭素 (カーボン )、アルミニウム、タンタル、タングステン、？^ー1合金（超弹性合金）、 6— 0:—？^ — Mo2相ステンレス (超塑性材）、シリコン等力 適宜選択して用いられる。炭素の例 としては、カーボン繊維プレート等が挙げられる。
[0121] 導電性材料としてカーボンが用いられる場合、絶縁膜としてケィ化物である SiC (炭 化ケィ素）が用いられ得る。また、導電性材料としてアルミニウムが用いられる場合、 絶縁膜として酸ィ匕物である Al O (アルミナ)や窒化物である A1N (窒化アルミ）が用
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いられ得る。また、導電性材料としてタンタルが用いられる場合、絶縁膜として酸化物 である TaO (タンタル酸ィ匕膜)が用いられ得る。また、導電性材料としてタングステン
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が用いられる場合、絶縁膜として炭化物である WC (カーボンタングステン)や酸化物 である WO (酸化タングステン）が用いられ得る。また、導電性材料としてシリコンが
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用いられる場合、絶縁膜としてフッ化物である SiF (フッ化シリコン）が用いられ得る。
[0122] 前記のような絶縁膜 28A、 30Aは、イオンスパッタ法ゃ蒸着法によって形成され得 る。更に、ゾル 'ゲル状態の物質を塗布して乾燥あるいは焼成することによつても形成
され得る。更に、板状の配線材料の表面に予め炭化処理、フッ化処理、ケィ化処理、 酸化処理、窒化処理などを施して前記絶縁膜を形成しておいて、当該配線材料をべ ルチヱ素子間に接合してもよ ヽ。絶縁膜の材料として配線を構成する導電性材料の 化合物が利用されることにより、両者の結合力が強ぐ両者間の剥がれが生じ難い。
[0123] 以上のように、上部配線 28の表面に当該材料の化合物よりなる絶縁膜 28Aを設け ることにより、ウェハ Wの下面の状態に関係なぐ上部配線 28上にウェハ Wを直接的 に接触させて載置することができる。その結果、当該接触部分の熱抵抗が少なくなつ て、熱応答性を向上させることができる。
[0124] また、同様に、下部配線 30の表面に当該材料の化合物よりなる絶縁膜 30Aを設け ることにより、支持台 16上に薄板状の絶縁材 26を介在させることなく直接的にペル チェ素子 24を接触させることができる。その結果、当該接触部分の熱抵抗が少なくな つて、熱応答性を向上させることができる。
[0125] 本実施の形態では、上部配線 28と下部配線 30との両方の表面に絶縁膜 28A、 30 Aが形成されたが、これに限定されない。上部配線 28と下部配線 30とのいずれか一 方にのみ絶縁膜が形成されてもよい。
[0126] なお、本発明では、被処理体として半導体ウェハを例にとって説明した力 これに 限定されず、 LCD基板、ガラス基板等にも適用することができる。
Claims
[1] 内部を真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内に設けられた支持台と、
前記支持台上に設けられた被処理体を支持するためのリング状の支持部と、 前記支持部の内側の前記支持台の上面に設けられた複数の熱電変換素子と、 前記支持部に支持される被処理体の下面と前記支持台の上面と前記支持部との 間で形成される素子収容空間内を真空引きする素子収容空間排気手段と、 を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。
[2] 内部を真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内に設けられた支持台と、
前記支持台上に設けられたリング状の支持部と、
前記支持部に支持された被処理体を載置するための載置板と、
前記支持部の内側の前記支持台の上面に設けられた複数の熱電変換素子と、 前記支持部に支持される前記載置板の下面と前記支持台の上面と前記支持部と の間で形成される素子収容空間内を真空引きする素子収容空間排気手段と、 を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。
[3] 前記載置板の下面には、前記複数の熱電変換素子を電気的に接続する配線バタ ーンが形成されている
ことを特徴とする請求項 2に記載の被処理体の処理装置。
[4] 前記載置板は、当該載置板の水平方向への熱伸縮を許容するように、複数のピン を介して前記支持部に支持されて 、る
ことを特徴とする請求項 2または 3に記載の被処理体の処理装置。
[5] 前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構
を更に備えたことを特徴とする請求項 2乃至 4のいずれかに記載の被処理体の処理 装置。
[6] 前記熱電変換素子の上端面の高さは、一律であり、
前記支持部の載置面の高さは、前記熱電変換素子の上端面の高さと同等である ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[7] 前記熱電変換素子の上端面の高さは、一律であり、
前記支持部の載置面の高さは、前記熱電変換素子の上端面の高さよりも僅かに高 い
ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[8] 前記熱電変換素子の上端面の高さは、前記支持台の中心部においてよりもその周 辺部において僅かに高い
ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[9] 内部を真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内に設けられた支持台と、
前記支持台の上面に設けられ、被処理体の下面を支持するための上端面を有する 複数の熱電変換素子と、
前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構と、
を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。
[10] 前記クランプ機構は、前記被処理体の周辺部の上面と接触するリング状のクランプ 板を有する
ことを特徴とする請求項 9に記載の被処理体の処理装置。
[11] 前記熱電変換素子の上端面の高さは、前記支持台の中心部においてよりもその周 辺部において僅かに低い
ことを特徴とする請求項 9または 10に記載の被処理体の処理装置。
[12] 内部を真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内に設けられた支持台と、
前記支持台の上面に設けられた複数の熱電変換素子と、
前記複数の熱電変換素子の上端面によって支持された被処理体を載置するため の載置板と、
前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構と、 を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。
[13] 前記載置板は、上下方向の移動を抑制すると共に水平方向への熱伸縮を許容す るために、水平方向に延びる熱伸縮許容ピンを介して前記支持台に支持されて ヽる ことを特徴とする請求項 12に記載の被処理体の処理装置。
[14] 前記複数の熱電変換素子は、所定の数の熱電変換素子から構成される素子モジ ユールの複数個を所定の配列状態に配置して設けられている
ことを特徴とする請求項 1乃至 12のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[15] 前記支持台には、冷却媒体を流すための冷媒通路が形成されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 14のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[16] 前記被処理体を加熱する加熱手段
を更に備えたことを特徴とする請求項 1乃至 15のいずれかに記載の被処理体の処理 装置。
[17] 前記複数の熱電変換素子の上端面同士は、選択的に、上部配線によって接続さ れており、
前記複数の熱電変換素子の下端面同士は、選択的に、下部配線によって接続さ れており、
前記上部配線の上面と前記下部配線の下面との内の少なくとも一方は、当該上部 配線及び Zまたは当該下部配線を形成する導電性材料が剥き出し状態になってい る
ことを特徴とする請求項 1乃至 16のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[18] 前記上部配線の上面は、前記被処理体の下面に直接的に接触するように構成さ れている
ことを特徴とする請求項 17に記載の被処理体の処理装置。
[19] 前記複数の熱電変換素子の上端面同士は、選択的に、上部配線によって接続さ れており、
前記複数の熱電変換素子の下端面同士は、選択的に、下部配線によって接続さ れており、
前記上部配線の上面と前記下部配線の下面との内の少なくとも一方は、絶縁膜に より覆われている
ことを特徴とする請求項 1乃至 16のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[20] 前記絶縁膜は、前記上部配線及び Zまたは前記下部配線を形成する導電性材料 の化合物である
ことを特徴とする請求項 19に記載の被処理体の処理装置。
[21] 前記下部配線の下面は、前記絶縁膜により覆われており、前記支持台の表面と直 接的に接触している
ことを特徴とする請求項 19または 20に記載の被処理体の処理装置。
[22] 前記絶縁膜は、前記導電性材料の炭化物、フッ化物、ケィ化物、酸化物、窒化物 のいずれかである
ことを特徴とする請求項 19乃至 21のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[23] 前記導電性材料は、炭素 (カーボン）、アルミニウム、タンタル、タングステン、 Ni- Ti合金（超弾性合金）、 Fe Cr Ni— Mo2相ステンレス（超塑性材）、シリコンのい ずれかである
ことを特徴とする請求項 17乃至 22のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
[24] 前記上部配線及び前記下部配線は、板状に形成されて 、る
ことを特徴とする請求項 17乃至 23のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
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