(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載置プレート１１と、載置プレート１１の載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子１３と、載置プレート１１に対向して設けられ、熱電素子１３を支持する支持プレート１２と、載置プレート１１と熱電素子１３との間、および支持プレート１２と熱電素子１３との間に形成された、複数の熱電素子１３に給電するための配線パターン１１ａ，１２ａとを具備し、載置プレート１１と熱電素子１３とそれらの間の配線パターン１１ａとが一体に形成されている。【選択図】図２
2005303082.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載置プレートと、
前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、
前記載置プレートと前記熱電素子との間に介在された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと
を具備し、
前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されてい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載置プレートと、
前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、
前記載置プレートに対向して設けられ、前記熱電素子を支持する支持プレートと、
前記載置プレートと前記熱電素子との間、および前記支持プレートと前記熱電素子との間に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと
を具備し、
前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されていることを特徴とする基板載置台。
【請求項３】
前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを選択的に結晶成長させ、さらに当該配線パターンの面に前記熱電素子を選択的に結晶成長させることにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成され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４】
前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを形成するための金属層を介して前記熱電素子を形成するための熱電素子プレートを接着し、前記金属層および前記熱電素子プレートをエッチングして熱電素子および配線パターンを形成することにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成され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５】
前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを形成するための金属層を介して前記熱電素子を形成するための熱電素子層をＣＶＤまたはＰＶＤにより形成し、前記金属層および前記熱電素子層をエッチングして熱電素子および配線パターンを形成することにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成され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６】
前記支持プレート側に設けられた冷媒流路をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項７】
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６のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項８】
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７に記載の基板載置台。
【請求項９】
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、
前記被処理基板を冷却するための冷媒流路と
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載置プレートと、
前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、
前記載置プレートと前記熱電素子との間に介在された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと
を有し、
前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
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、
前記被処理基板を冷却するための冷媒流路と
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載置プレートと、
前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、
前記載置プレートに対向して設けられ、前記熱電素子を支持する支持プレートと、
前記載置プレートと前記熱電素子との間、および前記支持プレートと前記熱電素子との間に形成された、前記複数の熱電素子に給電するための配線パターンと
を有し、
前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを選択的に結晶成長させ、さらに当該配線パターンの面に前記熱電素子を選択的に結晶成長させることにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを形成するための金属層を介して前記熱電素子を形成するための熱電素子プレートを接着し、前記金属層および前記熱電素子プレートをエッチングして熱電素子および配線パターンを形成することにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを形成するための金属層を介して前記熱電素子を形成するための熱電素子層をＣＶＤまたはＰＶＤにより形成し、前記金属層および前記熱電素子層をエッチングして熱電素子および配線パターンを形成することにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記冷媒流路は、前記基板載置台の前記支持プレート側に設けられていることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項１５】
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９から請求項１４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項１６】
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１５に記載の熱処理装置。
【請求項１７】
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９から請求項１６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不十分とはいえず、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載置プレートと、前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、前記載置プレートと前記熱電素子との間に介在された、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し、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されてい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載置プレートと、前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、前記載置プレートに対向して設けられ、前記熱電素子を支持する支持プレートと、前記載置プレートと前記熱電素子との間、および前記支持プレートと前記熱電素子との間に形成された、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し、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されてい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、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、前記被処理基板を冷却するための冷媒流路とを具備し、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載置プレートと、前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、前記載置プレートと前記熱電素子との間に介在された、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し、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されていることを特徴とする熱処理装置を提供する。
【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、前記被処理基板を冷却するための冷媒流路とを具備し、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載置プレートと、前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、前記載置プレートに対向して設けられ、前記熱電素子を支持する支持プレートと、前記載置プレートと前記熱電素子との間、および前記支持プレートと前記熱電素子との間に形成された、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し、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されていることを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１２】
上記本発明の第１〜第４の観点において、前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを選択的に結晶成長させ、さらに当該配線パターンの面に前記熱電素子を選択的に結晶成長させることにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとを一体に形成させることができる。
【００１３】
また、前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを形成するための金属層を介して前記熱電素子を形成するための熱電素子プレートを接着し、前記金属層および前記熱電素子プレートをエッチングして熱電素子および配線パターンを形成することにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとを一体に形成させることができる。
【００１４】
さらに、前記載置プレートの前記載置面とは反対側の面に前記配線パターンを形成するための金属層を介して前記熱電素子を形成するための熱電素子層をＣＶＤまたはＰＶＤにより形成し、前記金属層および前記熱電素子層をエッチングして熱電素子および配線パターンを形成することにより、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとを一体に形成することができる。
【００１５】
前記熱電素子としては、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。
【００１６】
上記本発明の第１または第２の観点において、基板載置台を、前記支持プレート側に設けられた冷媒流路をさらに有するものとすることができる。
【００１７】
上記本発明の第３または第４の観点において、冷媒流路を、前記基板載置台の前記支持プレート側に設けるようにすることができる。また、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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板載置台を、基板を載置する載置面を有する載置プレートと、前記載置プレートの載置面とは反対側の面に設けられた複数の熱電素子と、前記載置プレートと前記熱電素子との間に介在された、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構造とし、前記載置プレートと前記熱電素子とそれらの間の配線パターンとが一体に形成されているようにしたので、熱電素子と載置プレートとの間の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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拡大して示す断面図である。
である。
【００２０】
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。
【００２１】
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載置プレート１１と、この載置プレート１１に対向して設けられた支持プレート１２と、これらの間に設けられた多数の熱電素子１３とを有している。熱電素子１３としては、例えばペルチェ素子を挙げることができる。載置プレート１１および支持プレート１２はＡｌＮ等、熱伝導率の高い材料で構成されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
載置部材１０および底板４には、ウエハ昇降ピン２６が挿通されており、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
載置部材１０は、図２に示すように、ウエハ載置面を有する載置プレート１１と、冷却水ジャケットとして機能し、熱電素子１３を支持する機能を有する底板４側の支持プレート１２との間に、多数の熱電素子１３が設けられて構成されており、載置プレート１１および支持プレート１２の内側（熱電素子側）には、それぞれ、これら熱電素子１３に給電するための配線パターン１１ａ，１２ａが形成されている。これら配線パターン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。
【００２９】
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。このように熱電素子１３を六角形状とすることにより、熱電素子１３を充填性良く配置することができ、熱電素子１３の効率を高めることができる。
【００３０】
本実施形態において、上記載置プレート１１と、配線パターン１１ａと、熱電素子１３とは一体に形成されている。これらを一体に形成する具体的な手法としては、以下の（１）〜（４）に示すようなものを例示することができる。
【００３１】
（１）気相成長等による結晶成長
載置プレート１１として絶縁性の単結晶基板を用い、まず、図４の（ａ）に示すように単結晶基板からなる載置プレート１１の上に配線パターン１１ａとなる金属を選択的に結晶成長させ、さらに、図４の（ｂ）に示すように配線パターン１１ａの上にＰ型半導体材料およびＮ型半導材料を選択的に結晶成長させてＰ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂとからなる熱電素子１３を形成する。もちろん、Ｓｉ等の半導体を選択的に成長させて素子前駆体を形成した後、イオン注入してＰ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂを形成するようにしてもよい。
【００３２】
（２）貼り合わせ
例えば絶縁性材料からなるインゴットをスライスしたものを載置プレート１１とし、まず、図５の（ａ）に示すように、この載置プレート１１に配線パターン１１ａを形成するためのメッキ層５１を形成し、次いで、図５の（ｂ）に示すように、熱電素子１３を構成する半導体材料、例えばＳｉからなるインゴットをスライスした熱電素子プレート５２を準備し、その熱電素子プレート５２とメッキ層５１とをプラズマ表面処理して常温接合する。その後、図５の（ｃ）に示すように、熱電素子プレート５２をウエットエッチングして素子前駆体５３を形成し、引き続き図５の（ｄ）に示すように、素子前駆体５３にイオン注入してＰ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂとからなる熱電素子１３とする。次いで、図５の（ｅ）に示すように、メッキ層５１をエッチングして配線パターン１１ａを形成する。なお、メッキ層５１を形成する代わりに金属箔を用いてもよい。
【００３３】
（３）ＣＶＤ
例えば絶縁性材料からなるインゴットをスライスしたものを載置プレート１１とし、まず、図６の（ａ）に示すように、この載置プレート１１にＣＶＤにより配線パターン１１ａを形成するための金属層５４を形成し、次いで図６の（ｂ）に示すように、金属層５４の上にＣＶＤにより熱電素子１３を構成する半導体材料、例えばＳｉからなる熱電素子層５５を形成する。その後、図６の（ｃ）に示すように、熱電素子層５５をウエットエッチングして素子前駆体５６を形成し、引き続き図６の（ｄ）に示すように、素子前駆体５６にイオン注入してＰ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂとからなる熱電素子１３とする。次いで、図６の（ｅ）に示すように、金属層５４をエッチングして配線パターン１１ａを形成する。なお、金属層５４は、めっきやＰＶＤ等の他の方法で形成してもよい。
【００３４】
（４）ＰＶＤ
例えば絶縁性材料からなるインゴットをスライスしたものを載置プレート１１とし、まず、図７の（ａ）に示すように、この載置プレート１１にスパッタリングにより配線パターン１１ａを形成するための金属層５７を形成し、次いで図７の（ｂ）に示すように、金属層５７の上にスパッタリングにより熱電素子１３を構成する半導体材料、例えばＳｉからなる熱電素子層５８を形成する。その後、図７の（ｃ）に示すように、熱電素子層５８をウエットエッチングして素子前駆体５９を形成し、引き続き図７の（ｄ）に示すように、素子前駆体５９にイオン注入してＰ型熱電素子１３ａとＮ型熱電素子１３ｂとからなる熱電素子１３とする。次いで、図７の（ｅ）に示すように、金属層５７をエッチングして配線パターン１１ａを形成する。なお、熱電素子層５８はスパッタリング以外のＰＶＤで形成してもよい。また、金属層５７は、スパッタリング以外のＰＶＤ、めっき、ＣＶＤ等の他の方法で形成してもよい。
【００３５】
以上のようにして、載置プレート１１、配線パターン１１ａ、および熱電素子１３を一体的に形成した後、配線パターン１２ａが形成された支持プレート１２を熱電素子１３の開放端に当接するように配置して、熱電素子１３を載置プレート１１と支持プレート１２との間に挟んだ状態とし、これらを指定トルクで締め、支持プレート１２が配線パターン１２ａを介して熱電素子１３と密着した状態とし、載置部材１０が形成される。
【００３６】
図８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６１、その外側の中間ゾーン６２、さらに最外側の外側ゾーン６３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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
この場合に、本実施形態では、載置プレート１１と、配線パターン１１ａと、熱電素子１３とを一体に形成し、さらに支持プレート１２を配線パターン１２ａを介して熱電素子１３に密着させた構造としたので、従来の熱電素子モジュールを用いる場合のような密着性が低いという問題が解消され、載置プレート１１および支持プレート１２と熱電素子１３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、載置プレート１１および支持プレート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を載置プレート１１および支持プレート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。
【００４２】
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自体を載置プレート１１および支持プレート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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、支持プレートと冷却水ジャケットを別々に設けたが、支持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パネル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】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱処理装置を示す断面図。
【図２】載置部材に用いられる熱電素子を拡大して示す図。
【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】載置プレートと、配線パターンと、熱電素子とを一体に形成する手法の例を説明するための図。
【図５】載置プレートと、配線パターンと、熱電素子とを一体に形成する手法の他の例を説明するための図。
【図６】載置プレートと、配線パターンと、熱電素子とを一体に形成する手法のさらに他の例を説明するための図。
【図７】載置プレートと、配線パターンと、熱電素子とを一体に形成する手法の別の例を説明するための図。
【図８】給電ゾーンを説明するための図。
【符号の説明】
【００５０】
１…筐体
３…透過窓
４…底板
１０…載置部材
１１…載置プレート
１２…支持プレート
１１ａ，１２ａ…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
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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