JP2001316816A

JP2001316816A - 基板冷却装置

Info

Publication number: JP2001316816A
Application number: JP2000136854A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Shiraiwa; 岩裕嗣白
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱された基板を真空室内で冷却するにあた
り、大量のガスを消費することなく、高い効率で冷却
し、しかもパーティクル汚染を抑えること。【解決手段】真空室２内に３０℃程度に冷却されてい
る冷却ステ−ジ３１に、加熱された基板を対向させて保
持し、真空室２に熱媒体用のガスを供給して冷却する。
真空室２内に熱媒体用のガスを導入するためのガス導入
管路５１にバルブＶ１と、バルブＶ２と、バルブＶ１と
バルブＶ２との間に形成した熱媒体用のガスを一時的に
貯留するタンク６０とを設け、排気管路６２にバルブＶ
４を設け、排気管路６２のバイパスにバルブＶ３を設け
る。タンク６０に一時的に貯留したＮ２ガスをバルブＶ
１，Ｖ２等の開閉操作によって真空室２に供給するよう
にしたので、冷却圧力Ｐ２を計算値に基づいて所望な値
に容易に制御決定することができる。ガス供給管５１等
のガス導入ラインが排気管６２等の排気ラインと兼用さ
れていないので、パーティクルが吸引されたり再放出さ
れたりすることがないようにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば熱処理後の
半導体ウエハなどの基板を、真空雰囲気中で冷却する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハに対して真空雰囲気中で熱
処理を行う装置として、スループットの向上を図るため
に、移載アームを備えた真空チャンバよりなる移載室に
複数の予備真空室をなすカセット室と複数の真空処理室
とを気密に接続して構成したクラスタツールなどと呼ば
れている処理装置が知られている。この処理装置では、
カセット室内にウエハカセットを外部から搬入し、ウエ
ハカセットに収納されているウエハを移載室を介して真
空処理室内に搬入して処理を行うのであるが、処理後の
ウエハは例えば２００℃以上もの温度になっており、こ
のままカセットに戻すと、カセットの材質である樹脂を
変形させてしまうため、ウエハを冷却するための専用の
冷却室が移載室に接続されている。

【０００３】ところで真空雰囲気中では放熱が悪いた
め、冷却の手法としては工夫する必要がある。冷却室内
の圧力を例えば大気圧まで復帰させれば放熱速度が早い
が、この場合には圧力調整に時間がかかる。そこで従来
では、例えば特開平４−１４３２７３号公報に記載され
ているように冷却板の上方にウエハを載置し、冷却板と
ウエハとの間の空間にガスを流し、このガスを熱媒体と
してウエハの熱を冷却板に放熱する技術が知られてい
る。またウエハを冷却板の上に直接置いて冷却すること
も知られている。

【０００４】しかしながら前記公報の技術においては、
ガスを熱媒体としてウエハの熱を冷却板に放熱するとい
うよりは、ガスにウエハの熱を吸熱させてこのガスを排
出していると考えられる。何故ならガスの導入を止めれ
ば、ウエハの冷却時間は極端に遅くなる。この理由は、
ウエハと冷却板との間の隙間に熱が溜まると考えられ
る。従って大量のガスを必要とするし、ガスの導入によ
ってパーティクルを巻き上げ、ウエハを汚染する懸念が
ある。

【０００５】また冷却板の上に直接ウエハを載せる手法
は、ウエハの接触面積が大きいのでパーティクル汚染の
おそれが大きく、パターンの線幅の微細化が進みパーテ
ィクル汚染の許容限度が厳しい現状では、採用しにくい
方法である。さらにウエハの冷却時間を短縮するために
ガス導入やガス排気を急激に行うと、パ−ティクルの巻
き上げやウエハの位置ずれが発生するおそれがある。

【０００６】また、従来、ウエハを冷却する上で大量の
ガスを消費しないようにするために、図９に示すような
ガス供給排気システム２００が知られている（特開平１
１−１０２９０４号公報参照）。このガス供給排気シス
テムにおいては、ガス供給管５１には、レギュレ−タ
Ｒ、第１のオリフィスＯ１、ガス導入用のバルブＶａ、
第２のオリフィスＯ２及びフィルタＦとが上流側から順
に介装されており、前記排気管６２には、圧力計ＰＳ
と、排気用のバルブＶｃとが上流側から順に介装されて
いる。またガス供給管５１と排気管６２との間には、一
端側がフィルタＦと真空室２との間に接続され、他端側
がバルブＶｃの下流側に接続されたバイパスＢが設けら
れており、このバイパスＢにはバイパス用のバルブＶｂ
が介装されている。

【０００７】このガス供給排気システム２００では、例
えばウエハＷの搬入の前に閉じておいたバルブＶａ〜Ｖ
ｃの内、先ずガス導入用のバルブＶａとバイパス用のバ
ルブＶｂとを開いて、Ｎ2ガスをガス供給管５１、ガス
供給経路５２、ガス供給孔５３を介して真空室２内に供
給する。ここでバルブＶａ及びバルブＶｂを開くと、Ｎ
2ガスはガス供給管５１を介して真空室２内に供給され
ると共に、バイパスＢにより排気管６２を介して排気さ
れていく。このため真空室２（冷却室）内に供給される
ガスは、バイパスＢに通気していく分少なくなるので、
当該真空室２内にはＮ2ガスがゆっくりと少しずつ供給
されることとなり、これにより冷却室内の圧力は、徐々
に上昇してくる。こうしてＮ2ガスを、真空室２内が適
当な期間例えば５秒間供給した後、バルブＶａ及びバル
ブＶｂを閉じ、真空室２内の圧力をほぼ一定に保った状
態でウエハＷの冷却を行う。このウエハＷの冷却の際、
真空室２内はＮ2ガスで満たされた状態となっており、
ウエハＷと冷却ステ−ジとの間の僅かな隙間もＮ2ガス
で満たされている。そしてこのウエハＷと冷却ステ−ジ
との間のＮ2ガスが熱媒体となってウエハＷの熱を外部
へ放熱る。こうしてウエハＷを例えば３５〜４０秒間冷
却して、例えば５０℃程度まで冷却した後、先ずバルブ
Ｖｂを開き、真空室２内のＮ2ガスを排気する。バルブ
Ｖｂの開放により、Ｎ2ガスはガス供給管５１、バイパ
スＢＢを介して排気管６２より排気される。そしてバル
ブＶｂの開放から例えば４〜５秒経過後バルブｃを開
き、バイパスＢＢを介しての排気に排気管６２による排
気を加え、排気速度を大きくした状態で本排気を行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示すガス供給排気システム２００においては、次のよう
な問題があった。

【０００９】ガス導入時において、バルブＶａ及びバル
ブＶｂを開いている時間が変動すると、真空室２の封入
圧力が変動する。また、排気ポンプを他の真空室と兼用
した場合において排気速度が変動し真空室２の封入圧力
が変動する。このため、真空室２の封入圧力を、効率的
にウエハを冷却できるとともに効率的に次工程で真空引
きできるように選択された最適な圧力範囲に、容易に設
定できない、という問題があった。

【００１０】また、バイパスＢＢをガス導入するのに適
した形状にしようとすると、バルブＶａ及びバルブＶｃ
を開いて行う粗排気の時間を最適化することが難しく、
真空室２の封入圧力を最適な圧力範囲に設定できない、
という問題があった。

【００１１】また、ガス導入ラインの一部が排気ライン
と兼用されているため、排気側に付着したパーティクル
が吸引されたり、さらに吸引されたパーティクルが再放
出されたりする、という問題があった。

【００１２】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題を解消し、大量のガスを消費することなく、高い効
率で冷却することができ、しかもパーティクル汚染のお
それがない基板冷却装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の基板冷却装置は、加熱された基板を真空室
内で冷却する装置において、真空室内に設けられた冷却
板と、この冷却板の冷却面に対して対向するように基板
を保持する基板保持部と、前記真空室内に熱媒体用のガ
スを導入するためのガス導入管路と、前記真空室内のガ
スを排気するための排気管路と、前記ガス導入管路に設
けられた第１ガス導入用弁と、前記第１ガス導入用弁の
下流側で前記ガス導入管路に設けられた第２ガス導入用
弁と、前記第１ガス導入用弁と前記第２ガス導入用弁と
の間に形成された熱媒体用のガスを一時的に貯留するタ
ンクと、前記排気管路に設けられた排気用弁と、前記排
気用弁の上流側と下流側との間に形成されたバイパスを
開閉可能なバイパス用弁と、を備えることを特徴とす
る。

【００１４】前記タンクは、前記第１ガス導入用弁と前
記第２ガス導入用弁との間の前記ガス導入管路の配管自
体であってもよく、あるいは、前記ガス導入管路の配管
自体とは別体であってもよい。

【００１５】前記真空室へのガスの導入及び前記真空室
からのガスの排気を止めた状態で基板を冷却することを
特徴とする。

【００１６】前記タンクの容積は、前記真空室内の圧力
として所望される所望冷却圧力と前記第１ガス導入用弁
と前記排気用弁及び前記バイパス用弁との間の容積との
積が熱媒体用のガスが一時的に貯留された前記タンク内
の圧力と前記タンクの容積との積にほぼ等しくなるよう
に設定されることを特徴とする。

【００１７】また、本発明の基板冷却方法は、加熱され
た基板を真空室内で冷却する方法において、真空室内に
設けられた冷却板と、この冷却板の冷却面に対して対向
するように基板を保持する基板保持部と、前記真空室内
に熱媒体用のガスを導入するためのガス導入管路と、前
記真空室内のガスを排気するための排気管路と、前記ガ
ス導入管路に設けられた第１ガス導入用弁と、前記第１
ガス導入用弁の下流側で前記ガス導入管路に設けられた
第２ガス導入用弁と、前記第１ガス導入用弁と前記第２
ガス導入用弁との間に形成された熱媒体用のガスを一時
的に貯留するタンクと、前記排気管路に設けられた排気
用弁と、前記排気用弁の上流側と下流側との間に形成さ
れたバイパスを開閉可能なバイパス用弁と、を備える基
板冷却装置を用い、前記冷却板の前記冷却面に対して対
向するように前記基板を保持する工程と、前記第１ガス
導入用弁を開き第２ガス導入用弁を閉じ前記タンクに熱
媒体用のガスを貯留する工程と、前記第１ガス導入用弁
を閉じ前記第２ガス導入用弁を開き前記排気用弁を閉じ
前記バイパス用弁を閉じ、前記タンクに貯留した熱媒体
用のガスを前記真空室に供給し前記基板を冷却する工程
と、前記第２ガス導入用弁を閉じ前記排気用弁を閉じ前
記バイパス用弁を開き、前記真空室内のガスを粗排気す
る工程と、前記第２ガス導入用弁を閉じ前記排気用弁を
開き、前記真空室内のガスを本排気する工程と、を備え
ることを特徴とする。

【００１８】熱媒体用のガスが一時的に貯留される前記
タンク内の圧力は、前記真空室内の圧力として所望され
る所望冷却圧力と前記第１ガス導入用弁と前記排気用弁
及び前記バイパス用弁との間の容積との積が前記タンク
内の圧力と前記タンクの容積との積にほぼ等しくなるよ
うに調整されることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の基板冷却装置につ
いて説明する。先ずこの基板冷却装置を備えた例えばク
ラスタツ−ル等と呼ばれる処理装置の全体構成につい
て、図１の平面図に基づいて簡単に説明すると、この装
置は、例えば移載ア−ム１を備えた移載室１１に、例え
ば基板に対して１枚ずつ処理を行う枚葉式処理装置から
なる真空処理室１２と、真空処理室１２にて処理された
基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを
冷却するための本発明の基板冷却装置からなる冷却処理
室１３と、例えばウエハＷを２５枚収納する樹脂製のカ
セット１５が搬入される予備真空室１４とが例えば２個
ずつ気密に接続されて構成されている。また移載室１１
内にはウエハＷのオリフラ又はノッチを合わせてウエハ
Ｗの結晶の方向性を合わせるウエハ位置合わせ機構１０
が設けられている。

【００２０】続いて基板冷却装置（冷却室）の一実施の
形態について図２〜図４により説明する。図中２は内部
を気密に保持するための真空室であり、真空室２内の底
部には冷却板をなす冷却ステ−ジ３１が設けられてい
て、真空室２内の冷却ステ−ジ３１上面と真空室２の上
壁の下面とで囲まれた空間が冷却室Ｓを構成している。
この冷却室Ｓの高さは、ウエハＷを冷却ステ−ジ３１上
に載置するために必要な高さであればよく、例えば１３
ｍｍ程度に設定されている。

【００２１】冷却ステ−ジ３１は例えばアルミニウムに
より構成されており、その上面は例えばウエハＷよりも
わずかに大きくなるように形成されている。また冷却ス
テ−ジ３１内部には図示しない水冷経路が形成されてお
り、この水冷経路には水冷配管３２を介して冷却水が循
環供給されるようになっていて、これにより冷却ステ−
ジ３１は常時例えば３０℃程度の温度に制御されてい
る。

【００２２】冷却ステ−ジ３１には例えば３か所の位置
に、例えば図３に示すように、ウエハＷを冷却ステ−ジ
３１の表面（冷却面）と対向させ、かつ当該表面から例
えば０．２ｍｍ浮上させた状態で保持するための基板保
持部４が設けられている。この基板保持部４は例えばネ
ジにより構成されており、ウエハ下面と冷却ステ−ジ３
１表面との距離の調整ができるようになっている。

【００２３】この際図２ではウエハＷと冷却ステ−ジ３
１表面との間の隙間は表現上省略してあり、図３ではウ
エハＷと冷却ステ−ジ３１とを模式的に示している。ま
た冷却ステ−ジ３１には例えば３本の突出ピン３３が設
けられており、これら突出ピン３３は真空室２の下方側
に設けられた駆動モ−タ３４により昇降板３５を介して
冷却ステ−ジ３１の表面から例えば基板保持部４上面の
上方まで突出するように構成されている。

【００２４】前記真空室２の頂部には、熱媒体用のガス
例えば窒素ガス（Ｎ2ガス）を真空室２内に導入するた
めのガス供給管５１が接続されている。また真空室２の
上壁には、一端側が前記ガス供給管５に接続され、他端
側が冷却ステ−ジ３１と対向する領域において、ガス供
給孔５３として真空室２内に開口するガス供給経路５２
が形成されており、これらガス供給管５１、ガス供給経
路５２、ガス供給孔５３によりガス導入管路が構成され
ている。

【００２５】前記真空室２の側壁には、真空室２内のガ
スを排気するための排気口６１が形成されており、この
排気口６１には排気管６２が接続されていて、これらに
より排気管路が構成されている。排気管６２の他端側は
図示しない真空排気手段に接続されており、真空室２内
のガスは冷却ステ−ジ３１と真空室２の側壁との隙間を
通り、排気口６１を介して排気されていく。さらに真空
室２の側壁には、冷却ステ−ジ３１の側方にウエハＷを
真空室２内に搬入出するためのゲ−トバルブ７が設けら
れている。

【００２６】次に図４を参照して、本実施形態に係る基
板冷却装置におけるガス供給排気システム１００につい
て説明する。

【００２７】図４に示すように、ガス供給排気システム
１００において、前記ガス供給管５１には、ガス供給源
から供給されるＮ2ガスのガス圧等を調整するレギュレ
−タＲと、第１ガス導入用バルブＶ１と、第２ガス導入
用バルブＶ２と、第１ガス導入用弁Ｖ１と第２ガス導入
用弁Ｖ２との間に形成された熱媒体用のガスを一時的に
貯留するタンク６０と、オリフィスＯと、フィルタＦと
が上流側から順に介装されている。排気管６２には、真
空室２内の圧力を測定するための圧力計ＰＳと、排気用
バルブＶ４が介装されている。また排気管６２には、一
端側がバルブＶ４の上流側に接続され、他端側がバルブ
Ｖ４の下流側に接続されたバイパスＢが設けられてお
り、このバイパスＢにはバイパス用バルブＶ３が介装さ
れている。なお、ここで、タンク６０は、第１ガス導入
用弁Ｖ１と第２ガス導入用弁Ｖ２との間のガス導入管路
５１の配管自体であってもよく、ガス導入管路５１の配
管自体とは別体に形成されたものであってもよい。

【００２８】次に図５を参照して、ガス供給排気システ
ム１００の動作例について説明する。ウエハを冷却する
ためにガスを導入するガス導入モードでは、予めタンク
６０に貯留されたＮ2ガスを真空室２へ送るために、バ
ルブＶ３とバルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ１を閉
じバルブＶ２を開けて貯留されているガスを真空室２４
へ送る。なお、ここで、バルブＶ１とバルブＶ２との間
に貯留されたＮ2ガスは、真空室２内だけでなくバルブ
Ｖ１とバルブＶ３及びバルブＶ４との間の配管中にも送
られる。

【００２９】また、タンク６０にＮ2ガスを充填する充
填モードでは、バルブＶ２を閉じてバルブＶ１を開きタ
ンク６０にＮ2ガスを送ってＮ2ガスを一時的に貯留す
る。

【００３０】また、本排気する前に真空室２を粗排気す
る粗排気モードでは、バルブＶ２およびバルブＶ４が閉
じた状態で、バルブＶ３を開き真空室２を粗排気する。

【００３１】また、粗排気の後に真空室２を本格的に排
気する本排気モードでは、バルブＶ２を閉じた状態で、
バルブＶ３とバルブ４を開き、真空室２内を真空引きす
る。

【００３２】図５では、充填モードを粗排気モードと並
行して行なっているが、充填モードはバルブＶ２が閉じ
ていれば実施できるので、本排気モードと並行して行っ
ても良い。また、ガス導入モードでＮ2ガスが充填され
てタンク６０と真空室２の圧力が等しくなった後であれ
ば、ウエハ冷却途中でも、充填モードをガス導入モード
と並行して行なっても良い。

【００３３】次に、ガス導入モードにおける真空室２内
の圧力制御について説明する。

【００３４】バルブＶ１とバルブＶ２との間のタンク６
０の容積をｖａ、真空室２の容積を含むバルブＶ２とバ
ルブＶ３及びバルブＶ４との間の容積ｖｂ、レギュレ−
タＲにおける設定圧力（導入ガス圧力）Ｐ１、真空室２
における冷却圧力Ｐ２とすると、温度が一定であるとし
て、Ｐ１・ｖａ＝Ｐ２・（ｖａ＋ｖｂ）が成立する。従って、Ｐ２＝Ｐ１・ｖａ／（ｖａ＋ｖｂ）（１）となる。容積ｖａと容積ｖｂとは、ガス供給排気システ
ム１００の機械的構造により決まる量であるので、冷却
圧力Ｐ２は導入ガス圧力Ｐ１によって一義的に決定でき
る。容積ｖａは例えば３．５ｃｃであり、容積ｖｂは例
えば１６５０ｃｃである。

【００３５】図６に、導入ガス圧力Ｐ１と冷却圧力Ｐ２
との関係についての測定結果と計算結果を示す。図６か
らわかるように、測定結果はほぼ完全に計算結果に一致
することが認められる。

【００３６】従って、冷却圧力Ｐ２が所望の圧力値にな
るようにするためには、式（１）を参照して導入ガス圧
力Ｐ１を圧力値レギュレ−タＲによって制御すればよ
い。これによって、冷却圧力Ｐ２を後述する所望の圧力
値に極めて確実に容易に制御決定することが可能にな
る。

【００３７】次に、基板冷却装置の全体の作用を簡単に
説明する。先ずウエハＷは外部から予備真空室１４内に
カセット１５に収納された状態で搬入され、その後予備
真空室１４内が真空引きされる。そしてカセット１５か
らウエハＷが移載ア−ム１により１枚ずつ取り出されて
ウエハ位置合わせ機構１０に載置される。ここでウエハ
Ｗを１回転させ、ウエハＷのエッジを光学センサにより
観察することによりウエハＷの位置ずれ量及びノッチ又
はオリフラの方向を検知し、ウエハＷの中心位置とオリ
フラ又はノッチの方向が修正された後に、真空処理室１
２内に移載され、ここでウエハＷに対して例えばＳｉＯ
2膜の形成等の所定の処理が行われる。

【００３８】次いで移載ア−ム１によりウエハを真空処
理室１２から冷却処理室１３に移載し、ここで熱処理終
了後の例えば１８０℃程度の温度のウエハを、カセット
１５が熱変形する温度以下例えば５０℃程度になるまで
冷却する。この後再び移載ア−ム１によりウエハを冷却
処理室１３から予備真空室１４に移載してカセット１５
内に収納し、１カセット分のウエハＷに対して同様の処
理を終了した後、当該カセット１５を予備真空室１４か
ら搬出する。

【００３９】続いて上述の基板冷却装置（冷却処理室）
の作用について説明する。先ずゲ−トバルブ７を開い
て、例えば１×１０-2Ｔｏｒｒ程度に設定された真空室
２内に、真空処理室１２にて熱処理され、例えば１８０
℃程度の温度となっているウエハＷを搬入し、ゲ−トバ
ルブ７を閉じる。真空室２内では、突出ピン３３を基板
保持部４上面の上方まで突出させて、この突出ピン３３
にウエハＷを受け渡し、次いで突出ピン３３を下降させ
ることにより基板保持部４上にウエハＷを保持させる。

【００４０】そして、バルブＶ２を閉じバルブＶ１を開
いて例えば２秒間タンク６０にＮ2ガスを送ってＮ2ガス
を一時的に貯留する。タンク６０に貯留されたＮ2ガス
の圧力は導入ガス圧力Ｐ１であり、導入ガス圧力Ｐ１
は、真空室２内の冷却圧力Ｐ２が後述の実験により設定
される所望の圧力例えば３Ｔｏｒｒになるように、式
（１）を参照して圧力値レギュレ−タＲによって制御さ
れ設定される。

【００４１】そして、バルブＶ３とバルブＶ４を閉じた
状態で、バルブＶ１を閉じバルブＶ２を開けて、予めタ
ンク６０に貯留されたＮ2ガスを真空室２へ供給する。

【００４２】こうしてＮ2ガスによって真空室２内の圧
力をほぼ一定に保った状態で例えば２０秒間ウエハＷの
冷却を行う。

【００４３】このウエハＷの冷却の際、真空室２内はＮ
2ガスで満たされた状態となっており、ウエハＷと冷却
ステ−ジ３１との間の僅かな隙間もＮ2ガスで満たされ
ている。そしてこのウエハＷと冷却ステ−ジ３１との間
のＮ2ガスが熱媒体となってウエハＷの熱を３０℃程度
に冷却されている冷却ステ−ジ３１へ伝達してここに放
熱し、この放熱された熱は冷却ステ−ジ３１の水冷によ
り真空室２の外部へ逃がされる。

【００４４】ここでこのＮ2ガスを熱媒体とする冷却ス
テ−ジ３１への放熱は、ウエハＷと冷却ステ−ジ３１と
の間の距離に左右されることが後述する本発明者らの実
験例により確認されている。つまりウエハＷと冷却ステ
−ジ３１との距離が例えば０．５ｍｍ以上になるとウエ
ハＷの冷却の速度が遅くなり、ウエハＷの冷却にかなり
時間がかかってしまう。この理由は距離が０．５ｍｍ以
上になると、Ｎ2ガスによる冷却ステ−ジ３１への放熱
がスム−ズに起こらなくなり、ウエハＷと冷却ステ−ジ
３１との間の隙間に熱が溜まってしまうからであると考
えられ、この場合にはウエハＷの熱を吸収したＮ2ガス
を通流させなければウエハＷの熱を除去することは困難
であると推察される。

【００４５】こうしてウエハＷを例えば２０秒間冷却し
て、例えば５０℃程度まで冷却した後、バルブＶ２を閉
じた状態で、バルブＶ３を開きバルブＶ４を閉じてバイ
パスＢを介して真空室２を例えば５秒間粗排気する。こ
の粗排気と同時に、バルブＶ２が閉じた状態でバルブＶ
１を開き、次の冷却にそなえてタンク６０内にＮ2ガス
を貯留する。次に、粗排気の後にバルブＶ１及びバルブ
Ｖ２を閉じた状態で、バルブＶ３とバルブ４を開き、真
空室２を例えば３０秒間本排気する。

【００４６】上述の本排気により真空室２内を再び１×
１０-2Ｔｏｒｒ程度の真空状態にした後、ゲ−トバルブ
７を開いて、真空室２から冷却されたウエハＷを搬出
し、予備真空室１４内のカセット１５内に移載する。

【００４７】以上説明したように、本実施の形態のでは
上述のガス供給排気システム１００において、タンク６
０に一時的にＮ2ガスを貯留しバルブＶ１，Ｖ２等の開
閉操作によってタンク６０内のＮ2ガスを真空室２に供
給するようにしたので、図９に示した従来の場合におい
て要したバルブを微妙に開閉制御することは不要にな
り、冷却圧力Ｐ２を計算値に基づいて所望な値に容易に
制御決定することができる。

【００４８】また、粗排気するために専用的なバイパス
Ｂが設けられているので、バイパスＢを粗排気に最適な
形状に形成することができる。

【００４９】また、ガス供給管５１等のガス導入ライン
と排気管６２等の排気ラインとは独立しており互いに兼
用されていないので、パーティクルが吸引されたり再放
出されたりすることがないようにすることができる。

【００５０】また、冷却ステ−ジ３１表面とウエハＷの
下面との距離を例えば０．５ｍｍ以下に設定し、ウエハ
Ｗの熱をＮ2ガスにより冷却ステ−ジ３１へスム−ズに
放熱しているので、ウエハＷが速やかに冷却され、例え
ば１８０℃程度のウエハＷが約５０秒で５０℃程度まで
冷却される。この際Ｎ2ガスの真空室２への供給やＮ2ガ
スの真空室２からの排気を止め、Ｎ2ガスを真空室２内
に封じ込めた状態で冷却しているので、ウエハＷの冷却
に必要なＮ2ガスの量が少なくて済み、大量のガスを消
費することなく、高い効率でウエハＷを冷却することが
できる。

【００５１】またウエハＷが冷却ステ−ジ３１と接触し
ていないので、接触面積が小さくなり、パーティクル汚
染のおそれが小さい上、冷却の際にＮ2ガスが通流しな
いので、ガスの供給によりパーティクルが入り込んだ
り、パーティクルが巻き上がるおそれがなく、この点か
らもウエハＷのパーティクル汚染が抑えられる。

【００５２】さらにまたバイパスＢを設け、Ｎ2ガスの
粗排気時には、このバイパスＢにガスを通気させるよう
にしたので、真空室２からのＮ2ガスの排気速度が小さ
くなる。このためガスを速い速度で通流させることによ
って生じるパーティクルの巻き上げや、急激な圧力変化
によるウエハＷの位置ずれが防止され、さらにパーティ
クル汚染のおそれを小さくすることができる。

【００５３】続いて本発明者らが行った実験例について
説明する。先ず本発明者らは、ウエハＷと冷却ステ−ジ
３１との間の距離と冷却速度との関係を明らかにするた
めに、真空室２内の圧力を３Ｔｏｒｒとし、前記距離を
変えてウエハＷ温度の時間変化を、２秒間隔でサンプリ
ングすることにより測定した。

【００５４】この結果を図７に示すが、ここで図中曲線
●，Δ，▽，×，◇，□，○は、前記距離を０ｍｍ，
０．１ｍｍ，０．２ｍｍ，０．３ｍｍ，０．５ｍｍ，
１．０ｍｍ，１．５ｍｍとした場合を夫々示しており、
サンプリング結果は図示の表現上１０秒毎に示した。こ
の結果によりウエハＷと冷却ステ−ジ３１との距離が大
きくなるにつれて、ウエハＷの冷却速度が小さくなり、
ウエハＷの冷却に時間がかかることが確認された。

【００５５】ウエハＷの冷却の目的温度はカセット１５
の樹脂の材質により異なり、例えばカセット１５がポリ
プロピレンにより構成されている場合には、ウエハＷを
６０〜７０℃程度に冷却すればよいが、この場合には前
記距離を０．５ｍｍ程度とすれば冷却時間が６０秒以内
であるので、前記距離は０．５ｍｍ以内とすることが望
ましく、ウエハＷを５０℃程度まで冷却する場合には前
記距離を０．２ｍｍ程度とすれば冷却時間が５０秒以内
であるので、前記距離は０．２ｍｍ以内とすることが望
ましいことが確認された。

【００５６】続いて本発明者らは、真空室２内の圧力と
冷却速度との関係を明らかにするために、真空室２内の
圧力を変えてウエハＷ温度の時間変化を、１秒間隔でサ
ンプリングすることにより測定した。この際ウエハＷと
冷却ステ−ジ３１との距離は０．７５ｍｍとした。

【００５７】この結果を図８に示すが、ここで図中曲線
□，◇，▽，○，Δは、前記距離を０．１Ｔｏｒｒ，
０．５Ｔｏｒｒ，１．０Ｔｏｒｒ，５．０Ｔｏｒｒ，大
気圧とした場合を夫々示しており、サンプリング結果は
図示の表現上１０秒毎に示した。この結果により真空室
２内の圧力が低いほど、ウエハＷの冷却速度が小さくな
ることが確認され、特に前記圧力が０．５Ｔｏｒｒより
低くなると、ウエハＷを１００℃まで冷却するために約
６０秒以上の時間がかかってしまうので、真空室２内の
圧力は０．５Ｔｏｒｒ以上とすることが望ましいことが
確認された。

【００５８】このようにウエハＷの冷却速度は、ウエハ
Ｗと冷却ステ−ジ３１との距離及び真空室２内の圧力に
より変化するが、例えば１８０℃のウエハＷを５０℃ま
で冷却するまでの所要時間は、前記距離を０．２ｍｍ、
前記圧力を３．４Ｔｏｒｒとした場合には２０秒、前記
距離を０．５ｍｍ、前記圧力を３．４Ｔｏｒｒとした場
合には３５秒、前記距離を０．２ｍｍ、前記圧力を１．
０Ｔｏｒｒとした場合には３０秒程度である。

【００５９】以上のことをまとめると、冷却作用はウエ
ハと冷却ステ−ジとの距離に大きく起因しており、その
距離が０．５ｍｍを越えると、ウエハ→Ｎ2ガス→冷却
ステ−ジへの熱の流れは悪くなり、この場合にはＮ2ガ
スを流しながらウエハの熱をガスにより持ち去るように
しなければ、冷却能力が落ちてしまう。従って上述の経
路でウエハの熱を放熱させ、Ｎ2ガスを流さなくとも短
時間で冷却を行うためには、ウエハと冷却ステ−ジの表
面との距離が０．５ｍｍ以内であることが必要である。

【００６０】また本実施の形態による基板冷却装置は、
例えばクラスタ−ツ−ル等と一般に呼ばれている枚様式
の処理装置に特に有効であるが、上記処理装置の処理の
内容は、例えばＥＣＲ−ＣＶＤ、熱ＣＶＤ、プラズマＣ
ＶＤ等の成膜処理、及びＥＣＲエッチャ−、平行平板エ
ッチャ−、プラズマエッチャ−等のエッチング処理等で
あり、ウエハが加熱される処理であればどのような処理
に対しても上記冷却装置は有効である。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、加熱された基板を真空
室内で冷却するにあたり、大量のガスを消費することな
く、高い効率で冷却することができ、しかもパーティク
ル汚染を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板冷却装置が設けられたクラスタツ
−ルの一実施の形態を示す平面図である。

【図２】本発明の基板冷却装置の一実施の形態を示す断
面図である。

【図３】前記基板冷却装置に設けられた冷却ステ−ジと
ウエハとの関係を模式的に示す断面図である。

【図４】前記基板冷却装置に接続されるガス供給排気シ
ステムを示す図である。

【図５】前記基板冷却装置の作用を説明する表である。

【図６】導入ガス圧力Ｐ１と冷却圧力Ｐ２との関係につ
いての測定結果と計算結果を示す図である。

【図７】ウエハと冷却ステ−ジとの隙間とウエハの冷却
速度との関係を示す特性図である。

【図８】真空室内の圧力とウエハの冷却速度との関係を
示す特性図である。

【図９】基板冷却装置に接続される従来のガス供給排気
システムを示す図である。

【符号の説明】

２真空室３１冷却ステ−ジ４基板保持部５１ガス供給管６０タンク６２排気管ＢバイパスＶ１第１ガス導入用のバルブＶ２第２ガス導入用のバルブＶ３排気用弁Ｖ４バイパス用弁Ｗ半導体ウエハ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 ＢＦターム(参考） 4K029 AA06 BD01 DA00 GA00 GA01 4K030 CA04 DA08 DA09 KA26 KA46 LA15 5F004 AA14 AA15 BA04 BA14 BB25 BC02 BC03 BD04 FA08 5F031 CA02 FA01 FA12 HA08 HA33 HA38 MA04 NA05 NA16 5F045 AA03 AA08 AA09 DP03 EE04 EG02 EJ02 EJ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱された基板を真空室内で冷却する装置
において、真空室内に設けられた冷却板と、この冷却板の冷却面に対して対向するように基板を保持
する基板保持部と、前記真空室内に熱媒体用のガスを導入するためのガス導
入管路と、前記真空室内のガスを排気するための排気管路と、前記ガス導入管路に設けられた第１ガス導入用弁と、前記第１ガス導入用弁の下流側で前記ガス導入管路に設
けられた第２ガス導入用弁と、前記第１ガス導入用弁と前記第２ガス導入用弁との間に
形成された熱媒体用のガスを一時的に貯留するタンク
と、前記排気管路に設けられた排気用弁と、前記排気用弁の上流側と下流側との間に形成されたバイ
パスを開閉可能なバイパス用弁と、を備えることを特徴
とする基板冷却装置。
【請求項２】前記タンクは、前記第１ガス導入用弁と前
記第２ガス導入用弁との間の前記ガス導入管路の配管自
体であることを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装
置。
【請求項３】前記タンクは、前記第１ガス導入用弁と前
記第２ガス導入用弁との間の前記ガス導入管路の配管自
体とは別体であることを特徴とする請求項１に記載の基
板冷却装置。
【請求項４】前記真空室へのガスの導入及び前記真空室
からのガスの排気を止めた状態で基板を冷却することを
特徴とする請求項１記載の基板冷却装置。
【請求項５】前記タンクの容積は、前記真空室内の圧力
として所望される所望冷却圧力と前記第１ガス導入用弁
と前記排気用弁及び前記バイパス用弁との間の容積との
積が熱媒体用のガスが一時的に貯留された前記タンク内
の圧力と前記タンクの容積との積にほぼ等しくなるよう
に設定されることを特徴とする請求項１記載の基板冷却
装置。
【請求項６】加熱された基板を真空室内で冷却する方法
において、真空室内に設けられた冷却板と、この冷却板の冷却面に
対して対向するように基板を保持する基板保持部と、前
記真空室内に熱媒体用のガスを導入するためのガス導入
管路と、前記真空室内のガスを排気するための排気管路
と、前記ガス導入管路に設けられた第１ガス導入用弁
と、前記第１ガス導入用弁の下流側で前記ガス導入管路
に設けられた第２ガス導入用弁と、前記第１ガス導入用
弁と前記第２ガス導入用弁との間に形成された熱媒体用
のガスを一時的に貯留するタンクと、前記排気管路に設
けられた排気用弁と、前記排気用弁の上流側と下流側と
の間に形成されたバイパスを開閉可能なバイパス用弁
と、を備える基板冷却装置を用い、前記冷却板の前記冷却面に対して対向するように前記基
板を保持する工程と、前記第１ガス導入用弁を開き第２ガス導入用弁を閉じ前
記タンクに熱媒体用のガスを貯留する工程と、前記第１ガス導入用弁を閉じ前記第２ガス導入用弁を開
き前記排気用弁を閉じ前記バイパス用弁を閉じ、前記タ
ンクに貯留した熱媒体用のガスを前記真空室に供給し前
記基板を冷却する工程と、前記第２ガス導入用弁を閉じ前記排気用弁を閉じ前記バ
イパス用弁を開き、前記真空室内のガスを粗排気する工
程と、前記第２ガス導入用弁を閉じ前記排気用弁を開き、前記
真空室内のガスを本排気する工程と、を備えることを特
徴とする基板冷却方法。
【請求項７】熱媒体用のガスが一時的に貯留される前記
タンク内の圧力は、前記真空室内の圧力として所望され
る所望冷却圧力と前記第１ガス導入用弁と前記排気用弁
及び前記バイパス用弁との間の容積との積が前記タンク
内の圧力と前記タンクの容積との積にほぼ等しくなるよ
うに調整されることを特徴とする請求項６記載の基板冷
却装置。