(57)【要約】【課題】熱電素子を用いて制御性良く基板の昇降温を行うことができ、発生する熱による熱電素子の耐久性が高い基板載置台を提供すること。【解決手段】基板を載置する載置面を有する第１のプレート１１と、第１のプレート１１に対向して設けられた第２のプレート１２と、第１のプレート１１と第２のプレート１２との間に挟持された複数の熱電素子１３と、第１のプレートおよび第２のプレートの熱電素子側の面に形成された、複数の熱電素子１３に給電するための配線パターン１１ａ，１２ａとにより載置部材１０が構成され、これが冷却水流路１５を有する処理容器の底板４に載せられた状態でウエハ載置台を構成する。【選択図】図５
2005302851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、
前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子と、
前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと
を具備することを特徴とする基板載置台。
【請求項２】
基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、
前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子と、
前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと、
前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路と
を具備することを特徴とする基板載置台。
【請求項３】
基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、
前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子ユニットと、
前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路と
を具備し、
前記各熱電素子ユニットは、相対向して設けられた一対のプレートと、これらプレートの間に挟持された複数の熱電素子と、前記一対のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンとを有することを特徴とする基板載置台。
【請求項４】
前記熱電素子ユニットは、六角形状または四角形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の基板載置台。
【請求項５】
前記冷媒流路は前記第２のプレートに設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項６】
前記複数の熱電素子と前記第１のプレートおよび／または前記第２のプレートとの間に設けられた、熱応力を緩和する熱応力緩和部材をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板載置台。
【請求項７】
前記複数の熱電素子と前記一対のプレートの少なくとも一方との間に設けられた、熱応力を緩和する熱応力緩和部材をさらに有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の基板載置台。
【請求項８】
前記熱応力緩和部材は、前記熱電素子よりも硬度が低い金属または合金からなることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の基板載置台。
【請求項９】
前記熱応力緩和部材は、前記熱電素子側に設けられた前記熱電素子よりも硬度が高い金属または合金からなる第１金属部と、その外側に設けられた前記熱電素子よりも硬度が低い金属または合金からなる第２金属部とを有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の基板載置台。
【請求項１０】
前記熱応力緩和部材は、板バネ構造を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の基板載置台。
【請求項１１】
前記熱電素子は、１個のＰ型熱電素子と１個のＮ型熱電素子とにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１２】
前記熱電素子は６角形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の基板載置台。
【請求項１３】
被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台上の被処理基板を加熱するための加熱手段と
を具備し、被処理基板を加熱して熱処理を施す熱処理装置であって、
前記基板載置台は、
被処理基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、
前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子と、
前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと、
前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路と
を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１４】
被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台上の被処理基板を加熱するための加熱手段と
を具備し、被処理基板を加熱して熱処理を施す熱処理装置であって、
前記基板載置台は、
被処理基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、
前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子ユニットと、
前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路と
を有し、
前記各熱電素子ユニットは、相対向して設けられた一対のプレートと、これらプレートの間に挟持された複数の熱電素子と、前記一対のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンとを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項１５】
前記熱電素子ユニットは、六角形状または四角形状を有していることを特徴とする請求項１４に記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記複数の熱電素子と前記第１のプレートおよび／または前記第２のプレートとの間に設けられた、熱応力を緩和する熱応力緩和部材をさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記複数の熱電素子と前記一対のプレートの少なくとも一方との間に設けられた、熱応力を緩和する熱応力緩和部材をさらに有することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記熱応力緩和部材は、前記熱電素子よりも硬度が低い金属または合金からなることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項１９】
前記熱応力緩和部材は、前記熱電素子側に設けられた前記熱電素子よりも硬度が高い金属または合金からなる第１金属部と、前記第１の金属部の外側に設けられた前記熱電素子よりも硬度が低い金属または合金からなる第２金属部とを有することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項２０】
前記熱応力緩和部材は、板バネ構造を有することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項２１】
前記冷媒流路は前記第２のプレートに設けられていることを特徴とする請求項１３から請求項２０のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項２２】
前記熱電素子は、１個のＰ型熱電素子と１個のＮ型熱電素子とで構成されていることを特徴とする請求項１３から請求項２１のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項２３】
前記熱電素子対は６角形状を有することを特徴とする請求項２２に記載の熱処理装置。
【請求項２４】
前記加熱手段は、前記処理容器の天井部に透過窓を介して設けられた加熱ランプを有することを特徴とする請求項１３から請求項２３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板に対してアニール処理や成膜処理等の枚葉式の熱処理を行う際に基板を載置する基板載置台、および基板に対してそのような熱処理を行う熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する際には、成膜処理、パターンエッチング処理、酸化拡散酸処理、改質処理、アニール処理等の半導体ウエハに対する各種熱処理が存在するが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化されており、それにともなって、これら熱処理の条件等が一層厳しいものとなってきている。
【０００３】
例えば、トランジスタのチャネル層に不純物のイオン注入を行った後に、原子配列構造を安定化させる目的で行われるアニール処理を例にとると、アニール時間を長くすることにより、原子の拡散が進み安定化するが、不純物原子が膜厚方向へ奥深くまで拡散して突き抜けてしまうので、所望の厚さに拡散させるためには極力短時間で制御性良くアニールを行う必要がある。
【０００４】
このようなアニール装置として、従来からランプを用いて急速加熱し、加熱後は冷却水等で冷却して速やかに所定温度まで急速冷却する装置が用いられているが、近時要求される熱処理条件においては、必ずしも十分な性能を有しているとは言えない。
【０００５】
迅速かつ高精度で基板の昇降温を行う技術としては、熱処理の際にペルチェ素子のような熱電素子を利用するものが知られている（例えば特許文献１等）。このような熱電素子は通常、多数の熱電素子を金属容器内に搭載したモジュールの状態で市販されており、このような熱電素子モジュールを上記アニール装置に適用する場合には、基板が載置されるプレートと冷却水路を形成したプレートとの間に多数の熱電素子モジュールを並べて密着させることが考えられる。
【特許文献１】特開２００１−８５４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このように市販の熱電素子モジュールを用いる場合には、熱電素子とサセプタおよび冷却水プレートとの密着性が十分とはいえず、熱抵抗を抑えることができない。また、市販の熱電素子モジュールは、配線端子と内部の熱電素子との間の密着性が十分でなく、電気抵抗が高くならざるを得ない。このため、熱電素子の機能を十分に発揮させることができず、制御性良く迅速な昇降温を十分に達成することができない。さらに、市販の熱電素子モジュールは、内部がブラックボックス化されているため、発生する熱による変形に応じた素子の耐久性を持たせることが困難である。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、熱電素子を用いて制御性良く基板の昇降温を行うことができ、発生する熱による熱電素子の耐久性が高い基板載置台を提供することを目的とする。また、このような基板載置台を搭載した熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子と、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンとを具備することを特徴とする基板載置台を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点では、基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子と、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと、前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路とを具備することを特徴とする基板載置台を提供する。
【００１０】
本発明の第３の観点では、基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子ユニットと、前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路とを具備し、前記各熱電素子ユニットは、相対向して設けられた一対のプレートと、これらプレートの間に挟持された複数の熱電素子と、前記一対のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンとを有することを特徴とする基板載置台を提供する。
【００１１】
本発明の第４の観点では、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に設けられ、被処理基板を載置する基板載置台と、前記基板載置台上の被処理基板を加熱するための加熱手段とを具備し、被処理基板を加熱して熱処理を施す熱処理装置であって、前記基板載置台は、被処理基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子と、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと、前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路とを有することを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１２】
本発明の第５の観点では、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に設けられ、被処理基板を載置する基板載置台と、前記基板載置台上の被処理基板を加熱するための加熱手段とを具備し、被処理基板を加熱して熱処理を施す熱処理装置であって、前記基板載置台は、被処理基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、前記第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に挟持された複数の熱電素子ユニットと、前記第２のプレート側に設けられた冷媒流路とを有し、前記各熱電素子ユニットは、相対向して設けられた一対のプレートと、これらプレートの間に挟持された複数の熱電素子と、前記一対のプレートの前記熱電素子側の面に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンとを有することを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１３】
上記第２〜第５の観点において、前記冷媒流路は前記第２のプレートに設けるようにすることができる。また、第１、第２および第４の観点における前記複数の熱電素子と前記第１のプレートおよび／または前記第２のプレートとの間、または第３および第５の観点における前記熱電素子と前記一対のプレートの少なくとも一方との間に、熱応力を緩和する熱応力緩和部材を設けてもよい。この熱応力緩和部材としては、前記熱応力緩和部材は、前記熱電素子よりも硬度が低い金属または合金からなるもの、前記熱電素子側に設けられた前記熱電素子よりも硬度が高い金属または合金からなる第１金属部と、その外側に設けられた前記熱電素子よりも硬度が低い金属または合金からなる第２金属部とを有するもの、板バネ構造を有するものが例示される。上記第３および第５の観点において、前記熱電素子ユニットは、六角形状または四角形状を有していることが好ましい。上記第４および第５の観点において、前記加熱手段としては、前記処理容器の天井部に透過窓を介して設けられた加熱ランプを有するものを用いることができる。
【００１４】
上記第１〜第５の観点において、前記熱電素子は、１個のＰ型熱電素子と１個のＮ型熱電素子とにより構成されているものが例示される。この場合に、前記熱電素子としては６角形状を有するものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１、第２および第４の観点によれば、基板載置台を、基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートとの間に複数の熱電素子を挟持させた構造とし、第１のプレートおよび第２のプレートの熱電素子側の面に複数の熱電素子に給電するための配線パターンを設けたので、熱電素子と各プレートとを直接密着させて良好な熱伝達を確保することができるとともに、配線パターンにより良好な導電性を確保することができ、熱電素子の機能を有効に発揮させることができる。このため、制御性良く迅速な基板の昇降温を行うことができる。また、熱電素子を、予め熱膨張率の差による熱応力を緩和可能なパターンで配置することができ、発生する熱に対する素子の耐久性を高くすることができる。
【００１６】
本発明の第３および第５の観点によれば、基板を載置する載置面を有する第１のプレートと、第１のプレートに対向して設けられた第２のプレートとの間に、相対向して設けられた一対のプレートと、これらプレートの間に挟持された複数の熱電素子と、これら一対のプレートの熱電素子側の面に形成された、複数の熱電素子に給電するための配線パターンとを有する熱電素子ユニットを挟持させた構造としたので、熱電素子ユニットの一対のプレートと熱電素子とが直接密着されかつこの一対のプレートと第１および第２のプレートとが直接密着されて、良好な熱伝達を確保することができるとともに、配線パターンにより良好な導電性を確保することができ、熱電素子の機能を有効に発揮させることができる。このため、制御性良く迅速な基板の昇降温を行うことができる。また、熱電素子を、予め熱膨張率の差による熱応力を緩和可能なパターンで配置することができ、発生する熱に対する素子の耐久性を高くすることができる。さらに、熱電素子ユニットを基板載置台の形状や大きさに応じて適宜配置することができ、適用の自由度が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図、図２は図１の熱処理装置の載置部材を分解して示す分解斜視図、図３は載置部材に用いられる熱電素子を拡大して示す図、図４は載置部材の第１および第２のプレートに形成された配線パターンを示す斜視図、図５は図１の熱処理装置の載置部材を拡大して示す断面図、図６は給電ゾーンを説明するための図である。
である。
【００１８】
図１に示すように、この熱処理装置１００は、例えばアルミニウムで構成された円筒状の筐体１を有している。この筐体１の天井部は開口されており、この開口を覆うようにシール部材２を介して透明な板状をなす透過窓３が気密に設けられている。一方、筐体１の底部も開口されており、この開口を覆うようにシール部材５を介してアルミニウム製の肉厚な底板４が気密に設けられている。これら筐体１、透過窓３および底板４により内部に気密な処理空間Ｓを有する処理容器が構成されている。
【００１９】
底板４の上には、透過窓３に対向するように被処理基板である半導体ウエハＷを載置する円板状の載置部材１０が密着された状態で設けられている。載置部材１０はウエハＷを載置する載置面を有する第１のプレート１１と、この第１のプレート１１に対向して設けられた第２のプレート１２と、これらの間の全面に平面的に設けられた多数の熱電素子１３とを有している。熱電素１３としては、例えばペルチェ素子を挙げることができる。第１のプレート１１および第２のプレート１２はＡｌＮ等、熱伝導率の高い材料で構成されている。
【００２０】
上記底板４内には冷却媒体である冷却水が通流する冷却水流路１５が設けられており、図示しない冷却水供給源から冷却水導入管１６を介して冷却水流路１５に冷却水が供給され、冷却水排出管１７を介して冷却水流路１５内の冷却水が排出されるようになっている。このように冷却水を通流させることにより、ウエハＷを迅速に冷却可能となっている。すなわち、底板４は冷却水ジャケットとしても機能する。そして、上記載置部材１０と冷却水ジャケットとして機能する底板４とでウエハ載置台を構成している。
【００２１】
筐体１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬出入口２１が設けられ、この搬入出口２１はゲートバルブ２２によって開閉される。また、筐体１の側壁には、熱処理時に必要な処理ガスを処理空間Ｓに供給するガスノズル２３が設けられている。また、底板４には排気管２４が接続されており、この排気管２４を介して図示しない排気装置により処理空間Ｓ内が真空排気可能となっている。
【００２２】
載置部材１０および底板４には、ウエハ昇降ピン２６が装通されており、載置部材１０のウエハＷ載置面に対して突没可能に設けられている。そして、このウエハ昇降ピンを上昇した状態でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００２３】
透過窓３の上方には、ウエハ加熱部３０が設けられている。ウエハ加熱部３０は、山形のハウジング３１と、ハウジング３１の中央の頂上部の内側に設けられた加熱ランプ３２とを有している。ハウジング３１の内側には光反射鏡３３が形成されている。
【００２４】
なお、筐体１と底板４、および筐体１とハウジング３１は、ボルト３５により締結されている。また、透過窓３は、ハウジング３１が筐体１に締結された際に、ハウジング３１により固定されるようになっている。
【００２５】
載置部材１０の熱電素子１３には熱電素子計測制御部４１が接続されており、この熱電素子計測制御部４１により、熱電素子１３への給電を制御するようになっている。一方、ウエハ加熱部３０の加熱ランプ３２には加熱ランプ制御部４２が接続されており、この加熱ランプ制御部４２により、加熱ランプ３２への給電を制御するようになっている。
【００２６】
載置部材１０は、図２に示すように、ウエハ載置面を有する第１のプレート１１と、冷却水ジャケットとして機能する底板４側の第２のプレート１２との間に、多数の熱電素子１３を平面的に配置し、第１および第２のプレート１１，１２を上下から圧接ことにより構成されている。１つの熱電素子１３は、図３に示すように、Ｐ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂとからなっており、これらが合わさって六角形状をなしている。また、図４の（ａ），（ｂ）に示すように、第１のプレート１１および第２のプレート１２の内側（熱電素子側）には、それぞれ、これらに給電するための配線パターン１１ａ，１２ａが形成されている。  また、図５に示すように、配線パターン１１ａ，１２ａは、Ｐ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂとが順次直列に接続されるように形成されている。
【００２７】
また、図６に示すように、熱電素子１３への給電は、同心円状の３つのゾーンに分けて行われるようになっている。すなわち、載置部材１０における中央部に対応する中央ゾーン５１、その外側の中間ゾーン５２、さらに最外側の外側ゾーン５３を有し、熱電素子計測制御部４１により、これら３つのゾーンの熱電素子１３への給電制御がおのおの独立して行われるようになっている。
【００２８】
このように構成される熱処理装置１００においては、まず、ゲートバルブ２２を開にした状態で、搬入出口２１から被処理基板であるウエハＷを処理空間Ｓ内に搬入し、突出した状態の昇降ピン２６の上にウエハＷを載置し、その後昇降ピン２６を下降させて載置部材１０上に載置するとともに、ゲートバルブ２２を閉じ、処理空間Ｓを密閉空間とする。
【００２９】
そして、図示しない処理ガス供給源からガスノズル２３を介して処理空間Ｓに処理ガスとして例えばＮ２ガスまたはＡｒガスを所定の流量で導入するとともに、排気管２４を介して処理空間Ｓを真空排気して所定の圧力、例えば１〜１００Ｐａとする。
【００３０】
次いで、加熱ランプ制御部４２からの指令に基づいて加熱ランプ３２を点灯させ、ウエハＷの加熱を開始するとともに、熱電素子計測制御部４１からの指令に基づいて熱電素子１３によりウエハＷの加熱制御を行い、例えば５００〜１０００℃まで急速加熱を行う。この場合に、ランプ加熱に加えて熱電素子１３によっても加熱を行うため、設定した昇温スケジュールに対応して制御性良くウエハＷを昇温することができる。
【００３１】
加熱終了後、急速に冷却するため、熱電素子計測制御部４１から加熱の時と逆の電圧を熱電素子１３に印加し、ウエハＷに冷熱を供給し、かつ冷却水流路１５に冷却水を流すことにより、熱電素子１３から熱を除去して急速冷却を行う。
【００３２】
この場合に、本実施形態では、第１のプレート１１と、第２のプレート１２との間に複数の熱電素子１３を挟持させた構造としたので、熱電素子１３とこれらプレート１１，１２とを直接密着させることができ、従来の熱電素子モジュールを用いる場合と比較して、これらの間の熱抵抗を格段に小さくすることができ、熱伝達性を著しく向上させることができる。また、第１のプレート１１および第２のプレート１２の熱電素子側の面に複数の熱電素子１３に給電するための配線パターン１１ａ，１２ａを設けたので、従来の熱電素子モジュールを用いる場合と比較して、熱電素子１３の給電部分の電気抵抗を著しく少なくすることができる。このように、従来、熱電素子モジュールを用いていた場合の熱抵抗および電気抵抗の問題を解消することができるので、熱電素子１３の機能を有効に発揮させることができ、制御性良く迅速なウエハＷの昇降温を行うことができる。また、従来の熱電素子モジュールを用いた場合には、熱による熱電素子の変形を予想することができず、熱電素子に熱変形に応じた耐久性を持たせることが困難であったが、本実施形態の場合には、熱電素子１３を第１および第２のプレート１１，１２の間に直接配置するようにしたので、熱電素子１３を、予め熱膨張率の差による熱応力を緩和可能なパターンで配置することができ、発生する熱に対する熱電素子１３の耐久性を高くすることができる。
【００３３】
なお、従来の熱電素子モジュールでは、２００℃程度の加熱への適用が限界であったが、本実施形態のように熱電素子モジュールでなく熱電素子１３自体を第１および第２のプレート１１，１２の間に適切に配置することにより、熱電素子１３に供給する電流の密度を上げることができ、５００℃以上の高温でも適用可能となる。
【００３４】
このようにして、アニール処理が終了した後、処理空間Ｓの圧力を調整し、ゲートバルブ２２を開放して、ウエハＷを搬出し、１枚のウエハの熱処理が終了する。
【００３５】
ところで、従来、この種の熱処理装置において、ウエハ温度の測定は、ウエハ載置台に専用の熱電対またはそれに準じた温度センサーを設置して行う必要があり、測定箇所も数点に限られ、ウエハ接触部全面での温度測定および温度制御を行うことができなかったが、本実施形態のように、ウエハ載置台を構成する載置部材１０の全面に熱電素子１３を配置した場合には、この熱電素子１３の起電力を利用してウエハＷ全面の温度を測定することができる。
【００３６】
すなわち、ペルチェ素子のような熱電素子は、温度に応じた起電力を発生するため、ウエハＷ全面に対応するように配置された熱電素子１３の起電力を測定することによりウエハＷ全面の温度を測定することができる。また、温度測定したい箇所の熱電素子の発生起電力を測定することにより、ウエハＷの任意の位置の温度を測定することができる。
【００３７】
実際の温度測定に際しては、熱電素子１３に電圧を印加して加熱または冷却を行っている途中の所定時間、給電をオフにし、その間に起電力を測定してウエハＷ全面または任意の位置の温度を測定する。具体例を示すと、測定対象の熱電素子１３について、加熱または冷却のために４秒間給電した後、給電を１秒間停止し、その際の起電力を測定することにより温度を測定し、これを繰り返すことにより、５秒毎の温度を測定することができる。
【００３８】
このようにして温度測定を行うことにより、ウエハ全面の温度測定および温度制御を行うことができ、熱処理の面内均一性を向上させることができる。また、従来使用していた熱電対や温度センサーを省略することができ、装置を簡略化することができるので、その分装置コストを低減することができる。
【００３９】
次に、熱電素子１３が熱によって変形した際の耐久性をさらに向上させることが可能な構造例について説明する。
上述したように、本実施形態では、熱電素子１３を、予め熱膨張率の差による熱応力を緩和可能なパターンで配置することができ、発生する熱に対する熱電素子１３の耐久性を高くすることができるが、熱電素子１３の配置による熱応力緩和には自ずから限界がある。このようなことを解決するためには、第１のプレート１１および／または第２のプレート１２と熱電素子１３（Ｐ型熱電素子１３ａ、Ｎ型熱電素子１３ｂ）との間にこれらの間の応力を緩和する応力緩和部材を配置することが考えられる。
【００４０】
この例としては、図７に示すように、第１のプレート１１および第２のプレート１２と熱電素子１３（Ｐ型熱電素子１３ａ、Ｎ型熱電素子１３ｂ）との間に熱電素子１３よりも柔らかい金属または合金からなる応力緩和部材６１を介在させることを挙げることができる。応力緩和部材６１は給電路ともなるため、電気抵抗が低いことも要求される。具体的には、熱電素子１３がモース硬度５程度のものであれば、モース硬度が５より低く、電気抵抗の低いＮｉ（モース硬度３．５）、Ｃｕ（モース硬度３）、Ａｕ（モース硬度２．５）等を用いることができる。
【００４１】
また、熱電素子１３を構成する材料がＢｉ−Ｔｅ系、Ｚｎ−Ｐｂ系、Ｓｉ−Ｇｅ系等の損耗しやすいものである場合には、図８に示すように、熱電素子１３（Ｐ型熱電素子１３ａ、Ｎ型熱電素子１３ｂ）の端部の電極部にまず熱電素子よりも硬度が高い金属または合金からなる第１の金属部６２を形成し、その外側に熱電素子１３よりも硬度が低い金属または合金からなる第２の金属部６３を形成して応力緩和部材６４とすることもできる。例えば、熱電素子１３がＳｉベースである場合に、熱電素子１３の端部の電極部に第１の金属部６２としてＳｉより硬い金属、例えばＴｉ（モース硬度９）やＷ（モース硬度８）のシリサイドを形成し、その外側に第２の金属部６３として上述したようなＣｕやＡｕ等の硬度が低い金属を形成して応力緩和部材６４とすることにより、熱電素子１３の強度的耐久性を高めると同時に、熱応力を緩和することができる。この際、熱電素子１３の電極接触部がシリサイド化されるため、接触抵抗を低減させることができる。
【００４２】
また、応力緩和部材としては、板バネを利用したものを用いることもできる。例えば図９に示すように、配線パターン１１ａまたは１２ａに接続する接続部６５から板バネ部６６および板バネ部６７が延びるようにして応力緩和部材６８が構成されており、これら板バネ部６６および６７に熱電素子１３のＰ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂとを接続するようにすることができる。これにより、熱電素子１３（Ｐ型熱電素子１３ａ、Ｎ型熱電素子１３ｂ）に熱変形が生じて板バネ部６６，６７に応力が及ぼされても、これらのバネ力がクッションとなってこの応力を吸収することができる。この板バネを利用した応力緩和部材６８は、一枚の金属板、例えば銅板を曲げ加工して製造することができる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態の熱処理装置は、載置部材の構造のみが第１の実施形態と異なっているので、載置部材についてのみ説明する。図１０は本実施形態の熱処理装置における載置部材の一部を拡大して示す断面図、図１１は載置部材における熱電素子ユニットの一部を拡大して示す断面図である。本実施形態の載置部材７０は、第１の実施形態における第１のプレート１１および第２のプレート１２と同様に構成された第１のプレート７１および第２のプレート７２を有しており、これら第１のプレート７１と第２のプレート７２との間に、複数の熱電素子ユニット７３が狭持された状態となっている。
【００４４】
熱電素子ユニット７３は、相対向して設けられた一対のプレート７４，７５と、これらプレートの間に挟持されたＰ型熱電素子１３ａ、Ｎ型熱電素子１３ｂからなる複数の熱電素子１３と、プレート７４，７５の内側の面、すなわち熱電素子１３側の面にそれぞれ形成された、熱電素子１３に給電するための配線パターン７４ａ，７５ａとを有し、図１２の（ａ）、（ｂ）の平面図に示すように、全体が六角形状または四角形状になっている。
【００４５】
本実施形態では、このように、第１のプレート７１と、第２のプレート７２との間に複数の熱電素子ユニット７３を挟持させた構造とし、かつ、熱電素子ユニット７３を、対向して設けられた一対のプレート７４，７５との間に複数の熱電素子１３を挟持した構造としたので、熱電素子ユニット７３の一対のプレート７４，７５と熱電素子１３とが直接密着されかつこの一対のプレート７４，７５と第１および第２のプレート７１，７２とが直接密着されて、上記第１の実施形態に準じた良好な熱伝達を確保することができる。また、一対のプレート７４，７５の内側の面、すなわち熱電素子側の面に配線パターン７４ａ，７５ａを設け、そこに熱電素子１３を接続するようにしたので、熱電素子１３の給電部分の電気抵抗を著しく少なくすることができる。このように、従来、熱電素子モジュールを用いていた場合の熱抵抗および電気抵抗の問題を解消することができるので、熱電素子１３の機能を有効に発揮させることができ、制御性良く迅速なウエハＷの昇降温を行うことができる。また、第１の実施形態と同様、熱電素子１３を、予め熱膨張率の差による熱応力を緩和可能なパターンで配置することができ、発生する熱に対する熱電素子１３の耐久性を高くすることができる。さらに、熱電素子ユニット７３を載置部材の形状や大きさに応じて適宜配置することができ、適用の自由度が高い。この場合に、図１２に示すように、熱電素子ユニット７３の形状を六角形状や四角形状とすることにより、熱電素子ユニット７３の充填配置が可能となり、効率的な昇降温を行うことができる。中でも六角形状とすることにより、同一形状の熱電素子ユニットでウエハ形状である円形状に近似させやすく、エッジ部分の無駄を極力排して極めて効率的な昇降温を行うことができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態においては、第２のプレートと冷却水ジャケットを別々に設けたが、第２のプレートに冷却水ジャケットを設けるようにしてもよい。また、上記実施形態では、ランプ加熱によりアニール処理を施した場合について示したが、これに限るものではなく、抵抗加熱等の他の加熱手段であってもよいし、成膜処理、パターンエッチング処理、酸化拡散酸処理、改質処理等の他の熱処理にも適用可能である。また、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、液晶表示基板に代表されるフラットディスプレイ基板等、他の基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図。
【図２】図１の熱処理装置の載置部材を分解して示す分解斜視図。
【図３】載置部材に用いられる熱電素子を拡大して示す図。
【図４】載置部材の第１および第２のプレートに形成された配線パターンを示す斜視図。
【図５】図１の熱処理装置の載置部材を拡大して示す断面図。
【図６】給電ゾーンを説明するための図。
【図７】応力緩和部材を設けた載置部材の一例を示す図。
【図８】応力緩和部材を設けた載置部材の他の例を示す図。
【図９】応力緩和部材を設けた載置部材のさらに他の例を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置の載置部材の一部を拡大して示す図。
【図１１】載置部材における熱電素子ユニットの一部を拡大して示す断面図。
【図１２】熱電素子ユニットの形状を説明するための図。
【符号の説明】
【００４８】
１…筐体
３…透過窓
４…底板
１０，７０…載置部材
１１，７１…第１のプレート
１２，７２…第２のプレート
１１ａ，１２ａ，７４ａ，７５ａ…配線パターン
１３…熱電素子
１３ａ…Ｐ型熱電素子
１３ｂ…Ｎ型熱電素子
１５…冷却水流路
３０…加熱部
３２…加熱ランプ
４１…熱電素子計測制御部
４２…加熱ランプ制御部
６１，６４，６８…応力緩和部材
７３…熱電素子ユニット
７４，７５…一対のプレート
１００…熱処理装置
Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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