JP2008066339A

JP2008066339A - 半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JP2008066339A
Application number: JP2006239435A
Authority: JP
Inventors: Osamu Obara; 治小原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】基板を効率よく均等に冷却することができる半導体装置の製造装置を提供する。
【解決手段】載置台２０の表面に基板６の半導体装置の形成領域に対応した複数の凹部２１が設けられ、凹部２１の中央部に基板６を冷却する第１冷媒の噴出口２４が開口されるとともに、凹部２１の周辺部に第１冷媒の吸入口２５が開口されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造装置に関するものである。

従来から、載置台上に基板を載置し、その基板上に半導体装置を形成する半導体装置の製造装置が知られている。半導体装置の製造装置として、例えばＣＶＤなどの化学的蒸着法やＰＶＤなどの物理的蒸着法により、基板の表面に酸化膜や金属膜を成膜するものが知られている。また、基板表面の薄膜上にレジストマスクを形成し、ドライエッチングなどによって表面加工を行うものが知られている。
これらの半導体装置の製造装置では、成膜時や表面加工時に、処理熱やプラズマ衝撃などによって、基板の温度が薄膜やフォトレジストの耐熱温度以上に上昇することがある。このような温度上昇を防止するために、基板裏面に冷媒を供給することで基板を冷却する半導体装置の製造装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１３４４３７号公報

しかしながら、上記従来の半導体装置の製造装置では、基板裏面を冷却しているにもかかわらず、例えば有機膜上など耐熱性の低い物質上に成膜する場合、基板温度がその物質の耐熱温度以上に上昇してしまい、有機膜を損傷してしまうことがあった。
例えばアクリルなどの有機膜では、略２２０℃を超える温度になると変色してしまう。有機膜のこのような損傷を防止するために、予めヒーターの設定温度を低めに設定しておくなどの対策をとる。しかし、処理時間が長い場合や特殊な条件で成膜する場合は、処理によって基板の温度が上昇し、上記の温度を超えてしまう。

また、同様に、ドライエッチングでも、基板裏面を冷却しているにもかかわらず、プラズマ衝撃のために基板の温度が上昇してフォトレジストの耐熱温度を超えてしまい、フォトレジストが変形するなどしてエッチングが不良となり、製品の不良の原因となっていた。
例えばＩＣＰ式のドライエッチングでは処理開始前の基板は通常室温以下の温度に保持されているが、処理すると基板温度は上昇してしまう。例えば、フォトレジストは略１５０℃を超えると変形してしまう。処理中は基板裏面に例えばＨｅなどの冷媒を流すことで基板を冷却している。しかし、処理時間が長い場合や特殊な条件でエッチングを行う場合は、処理によって基板の温度が上昇し上記の温度を超えてしまう。

また、特許文献１に記載の半導体製造装置では、冷媒が冷却溝によって放射状に供給されるが、基板の冷媒に直接接触する部分は溝部上部のきわめて少ない面積であるため、冷却効率を向上させることが困難であった。また、基板の冷媒が直接接触する部分とそうでない部分との間の温度差が大きくなり、基板を均等に冷却することが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板を効率よく均等に冷却することができる半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置の製造装置は、半導体装置の形成基板を表面に載置しつつ、前記基板を冷却する載置台を備えた半導体装置の製造装置であって、前記載置台の表面に前記基板の複数の冷却領域に対応した複数の凹部が設けられ、前記凹部の中央部に前記基板を冷却する第１冷媒の噴出口が開口されるとともに、前記凹部の周辺部に前記第１冷媒の吸入口が開口されていることを特徴とする。

このように構成することで、各凹部の中央部に設けられた噴出口に第１冷媒を供給することができる。また、各凹部の中央部に供給された第１冷媒を、各凹部の周辺部に設けた吸入口によって吸入して排出することができる。したがって、第１冷媒は各凹部の中央部から周辺部へ放射状に凹部全体に広がるように流通する。すなわち、基板の冷却領域に対応した凹部全体に第１冷媒が流通するので基板の冷却領域全体に第１冷媒を面で接触させることが可能になる。
また、基板の複数の冷却領域に対応した複数の凹部を設けたので、凹部の非形成領域において基板を支持することが可能になる。これにより、基板のたわみを防止することができる。

したがって、本発明によれば、基板の冷却領域全体に第１冷媒を接触させることが可能になるので、冷却溝で冷却する場合と比較して、冷却領域全体をより広い面積で効率よく均等に冷却することができる。また、基板のたわみを防止することができるので、基板の冷却領域を均等に冷却することが可能となる。
よって、たとえ処理時間が長い場合や特殊な処理条件であっても、基板全体を効率よく均等に冷却することができ、基板の温度上昇を抑制することが可能となる。

また、本発明の前記基板の複数の冷却領域は、前記基板における複数の前記半導体装置の形成領域であることを特徴とする。
このように構成することで、基板の各半導体装置の形成領域に対応して載置台の表面に形成した凹部によって、上述のように、各半導体装置の形成領域の裏面全体を均等に冷却することができる。
このとき、基板の半導体装置の形成領域外の裏面部分は第１冷媒によって直接冷却することができない。よって、この裏面が直接冷却されない部分の温度は、凹部によって裏面が直接冷却されている部分の温度よりも上昇しやすい。しかし、この部分の基板の表面は、上記の複数の半導体装置の形成領域外である。したがって、この部分の温度上昇の影響は極めて少ない。
したがって、本発明によれば、基板の半導体装置の形成領域を効率よく均等に冷却することが可能となる。

また、本発明の前記載置台の表面における前記凹部の非形成部には、前記基板の吸着手段が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、載置台上に位置決めし、載置台表面の凹部の非形成部（以下、基板支持部という）に密着させた基板を、吸着手段によって吸着し、確実に保持しておくことができる。よって、載置台表面の各凹部が、対応する基板の冷却領域からずれることが防止されるので、基板の冷却領域を確実に冷却することができる。
したがって、本発明によれば、各凹部に供給された第１冷媒によって、基板の複数の冷却領域を確実に冷却することができる。よって、基板の冷却領域を効率よく均等に冷却することが可能となる。

また、本発明は前記凹部には、前記基板のたわみを規制する突起が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、載置台表面に設けた凹部によって部分的に支持を失った基板の裏面を、凹部に設けた突起によって支持することができる。これにより、載置台に形成された凹部によって支持を失った部分の基板のたわみを規制することができる。よって、凹部の冷媒の流通をより均等にすることができる。
したがって、本発明によれば、基板のたわみを防止し、冷媒の流通をより均等にすることができるので、基板の冷却領域をより均等に冷却することができる。

また、本発明の前記載置台は、前記基板を冷却する第２冷媒が流通する室内に配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、第１冷媒によって基板の半導体装置の形成領域の裏面を冷却しつつ、室内に充満した第２冷媒によって基板表面の全体を冷却することができる。
したがって、本発明によれば、基板を表面と裏面から同時に冷却することができるので、裏面のみを冷却する場合よりも、効率よく均等に基板を冷却することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（製造装置の全体構成）
図１は半導体装置の製造装置１の概略構成図である。図１に示すように、半導体装置の製造装置１は搬送室２を備えている。搬送室２には、ロードロック室３が連設されている。また、搬送室２を挟むように、予備冷却室４とプロセス室５が連設されている。また、各室には、各室を略真空に吸引可能な真空ポンプ（図示せず）が接続されている。搬送室２の内部には、半導体装置が形成される基板６を各室から別室へ搬送可能な搬送ロボット７が設けられている。

ロードロック室３には外部から基板６を入出可能な外部入出口８が設けられている。外部入出口８には、ゲートバルブ（図示せず）が開閉可能に設けられている。また、搬送室２とロードロック室３、予備冷却室４およびプロセス室５との間にも、同様に基板６を入出可能な内部入出口９，１０，１１が設けられ、それぞれゲートバルブ（図示せず）が開閉可能に設けられている。

（載置台）
図２は載置台２０の断面図である。図２に示すように、冷却室４およびプロセス室５の内部には、半導体装置の形成基板６を表面に載置する平面視矩形の載置台２０が設けられている。載置台の表面には矩形の複数の凹部２１が設けられている。載置台２０の表面に載置される基板６は、載置台２０表面の凹部２１非形成部である基板支持部２２によって支持される。また、載置台２０の内部には冷媒供給路２３が備えられ、凹部２１の中央部に第１冷媒の噴出口２４が開口されている。また、第１冷媒の噴出口２４の周囲で、凹部２１の周辺部には複数の第１冷媒の吸入口２５が開口されている。第１冷媒の吸入口２５は載置台２０内部の冷媒回収路２６へと続いている。冷媒供給路２３及び冷媒回収路２６は図示しない冷媒循環装置に接続されている。また、予備冷却室４、及びプロセス室５には排気口３０が設けられている。

図３は基板６の平面図である。図３に示すように、基板６には矩形の半導体装置の形成領域４０が複数設定されている。半導体装置の形成領域４０は、例えば液晶装置に用いられる大型のガラス基板の形成領域である。ここでは、一枚の基板６上に４つの半導体装置の形成領域４０が設定されている、所謂４個取りの基板６となっている。

図４は載置台２０の平面図である。図４に示すように、載置台２０の表面に設けられた４つの凹部２１は、基板６上の４つの半導体装置の形成領域４０に対応している。載置台２０の表面に載置された基板６の輪郭を破線で示す。すなわち、図４に示す載置台２０の各凹部２１の寸法・形状・配置は、図３に示す基板６の各半導体装置の形成領域４０の寸法・形状・配置と略同一となっている。
また、基板支持部２２には基板６の吸着手段として複数の真空チャック２７が設けられている。ここで、真空チャック２７は基板６の四隅４１と中央部４２の下面に対応する位置に配置されている。真空チャック２７の内部には基板６を載置台２０上に浮かせた状態で支持可能なリフタ（図示せず）が収納されている。

また、載置台２０表面の各凹部２１には平面視矩形の柱状の突起２８が設けられている。ここでは、各凹部２１に設けられた噴出口２４と各吸入口２５との間に突起２８が各１つずつ配置されている。
図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５に示すように、各突起２８の先端部の表面は凹部２１の周囲の基板支持部２２の表面と同一の仮想平面上Ｆに形成されている。

次に、この実施形態の作用・効果について説明する。
図１に示すように、ロードロック室３の搬送室２に通じる内部入出口９のゲートバルブを閉じて、外部入出口８のゲートバルブを開き、ロードロック室３内部に基板６を配置する。次に、ロードロック室３の外部入出口８のゲートバルブを閉じて、ロードロック室３内を真空ポンプ（図示せず）により略真空状態とする。続けてロードロック室３の内部入出口９のゲートバルブを開き、搬送ロボット７によって基板６を予備冷却室４へ搬送する（矢印１２）。そして、搬送ロボット７によって基板６を載置台２０に合わせて位置決めして載置台２０表面の真空チャック２７内から延出させたリフタ上に載置する。

図４に示すように、リフタを再び真空チャック２７内に収納することで載置台２０表面に載置された基板６は、真空チャック２７によって載置台２０表面に吸着され、位置決めされた状態で保持される。このとき、基板６の裏面は載置台２０表面の格子状の基板支持部２２と、凹部２１に形成された柱状の突起２８によって支持される。

基板６が載置台２０表面に位置決めと保持された後は、図１に示す搬送ロボット７を搬送室２内に戻し、予備冷却室４と搬送室２の間のゲートバルブを閉じて予備冷却室４を気密に密閉する。次に、図２に示すように、図示しない冷媒循環装置から冷媒供給路２３を通して各凹部２１の各噴出口２４に第１冷媒である低温のヘリウムガス３１を供給する。

凹部２１に供給されたヘリウムガス３１は基板６の半導体装置の形成領域４０の裏面を冷却する。
図４に示すように、噴出口２４から放射状に噴き出したヘリウムガス３１は、凹部２１周囲の基板支持部２２に向けて広がり、様々な経路を経て吸入口２５に吸入される。
例えば、破線矢印で示すように、凹部２１中央部の噴出口２４から凹部２１の略対角線方向に噴出したヘリウムガス３１は、突起２８の周囲を迂回するようにして、凹部の４隅に設けられた吸入口２５に吸入される。
また、噴出口２４から図示上下左右方向に噴き出したヘリウムガス３１は、上述の突起２８を迂回するヘリウムガスの影響を両側から受け、凹部２１周囲の基板支持部２２の内側壁に対して略垂直に流れる。そして、凹部２１周囲の基板支持部２２の内側壁に当たって略直角に方向を変え、凹部２１の四隅に配置された吸入口２５に吸入される。

したがって、突起２８をヘリウムガス３１の噴出口２４と吸入口２５との間に設けることで、噴出口２４と吸入口２５を結ぶ直線上を流通しようとするヘリウムガス３１を迂回させ、凹部２１の各辺の中点、すなわち２つの吸入口２５，２５の中間点を通過するヘリウムガス３１を増加させることができる。
よって、凹部２１全体にヘリウムガス３１をより均等に流通させることができる。

また、基板６を複数の凹部２１によって冷却する場合、凹部２１全体にヘリウムガス３１を流通させ、半導体装置の形成領域４０の突起２８の接触部を除く略全体に接触させることができる。さらに、柱状の突起２８は周囲を流れるヘリウムガス３１によって冷却されるため、突起２８の接触部においても半導体装置の形成領域４０を間接的に冷却することができる。よって、基板６を冷却溝で冷却する場合と比較して、より広い面積で基板６を冷却することができる。したがって、基板６の温度勾配を小さくして均等に冷却することができる。

また、凹部２１を流通する第１冷媒の体積が冷却溝を流通する第１冷媒の体積と比較して大きい。したがって、第１冷媒であるヘリウムガス３１の温度が上昇し難く、第１冷媒の噴出口２４からの距離による基板６の温度勾配が小さくなる。また、基板支持部２２の面積が小さくなるため、基板支持部２２における基板６の温度勾配も冷却溝で冷却する場合と比較して小さくなる。したがって、基板６を均等に冷却することができる。

また、基板６の半導体装置の形成領域４０を凹部２１によって、半導体装置の形成領域４０毎に冷却することができるので、基板をより効率よく冷却することができる。
また、基板６の裏面を載置台２０表面の格子状の基板支持部２２と、凹部２１に形成された柱状の突起部２８によって支持することができるので、例えば大型で薄いガラス基板６であっても、凹部２１におけるたわみを防止して載置台２０表面に保持することができる。よって、基板６を冷却するヘリウムガス３１の流通をより均等にして、基板６をより均等に冷却することができる
したがって、本実施形態によれば、基板６全体をより効率よく均等に冷却することができる。

基板６を冷却することで温度が上昇したヘリウムガス３１は、凹部２１の周辺部の四隅に配置された吸入口２５より吸引されて、図２に示すように冷媒回収路２６を通って冷媒循環装置に回収される。
冷媒循環装置に回収されたヘリウムガス３１は冷却されて、再び冷媒供給路２３を通して凹部２１の噴出口２４に供給される。また、予備冷却室４またはプロセス室５に漏洩したヘリウムガス３１は、排気口３０を通じて冷媒供給装置によって同様に回収、冷却されて、再び冷媒供給路２３より凹部２１に供給される。
したがって、凹部２１には常に低温のヘリウムガス３１が充満した状態となるので、半導体装置の形成領域４０全体をより効率よく冷却することができる。

ここで、予備冷却室４においては基板６を、少なくとも室温以下まで冷却する。なお、基板の温度を次の処理によって発生する温度上昇分、例えば５０〜１００℃低下させることが望ましい。

その後、搬入時と逆の手順によって基板６を予備冷却室４から搬出する。そして、図１に示すように、基板６を搬送ロボット７によりプロセス室５に搬送する（矢印１３）。さらに、予備冷却室４への基板６の搬入時と同様の手順によって、基板６をプロセス室５内の載置台２０表面に載置する。
プロセス室５内の載置台２０に載置された基板６は、基板支持部２２に設けられた真空チャック２７によって載置台２０上に吸着され、位置決めされた状態で保持される。このとき、基板６の裏面は載置台２０表面の格子状の基板支持部２２と、凹部２１に形成された柱状の突起２８によって支持される。
プロセス室５では、基板６に、例えば、ドライエッチングなどの表面処理を行う。

基板６が載置台２０表面に位置決めと保持された後は、搬送ロボット７を搬送室２内に戻し、プロセス室５と搬送室２の間のゲートバルブを閉じてプロセス室５を気密に密閉する。次に、図示しない冷媒供給装置から冷媒供給路２３を通して各凹部２１の各噴出口２４に第１冷媒である低温のヘリウムガス３１を供給する。すなわち、プロセス室５でのドライエッチングによる基板６の表面加工中も、基板６は予備冷却室４と同様に載置台２０によって冷却される。

したがって、予備冷却室４において基板６が冷却され、プロセス室５においても同様に基板６が冷却されるので、処理中の基板６の温度が、基板６上に形成された機能膜の耐熱温度以上に上昇するのを防止することができる。よって、基板６上に形成される機能膜の熱による損傷を防止することができる。
また、たとえ凹部２１の非形成部である基板支持部２２に接触する基板６の裏面の温度が上昇したとしても、その表面は半導体装置の形成領域４０の外であるため、基板６上に形成される薄膜やフォトレジストに与える影響は極めて少ない。

プロセス室５での加工終了後は、ヘリウムガス３１の供給を停止して、搬入時と逆の手順によって基板６を搬出し、搬送ロボット７によりロードロック室３に搬送する（矢印１４）。さらに、ロードロック室３の搬送室２に通じる内部入出口９のゲートバルブを閉じる。そして、最後にロードロック室３の真空状態を解除し、外部入出口８のゲートバルブを開き、ロードロック室３内部に配置された加工済みの基板６を外部に搬出する。

以上に述べたように、本実施の形態によれば、載置台２０の表面に基板６の半導体装置の形成領域４０に対応した複数の凹部２１が設けられ、凹部２１の中央部に基板６を冷却する第１冷媒の噴出口２４が開口されるとともに、凹部２１の周辺部に第１冷媒の吸入口２５が開口されている構成としたので、基板６の半導体装置の形成領域４０を効率よく均等に冷却することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態について、図１および図３〜５を援用し、図６を用いて説明する。図６は第２実施形態に係る載置台の断面図であり、図２に示す予備冷却室４およびプロセス室５において、第２冷媒であるヘリウムガス３２を供給する供給口３３を設けたものである。その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。

図６に示すように、図示しない冷媒供給装置によって、予備冷却室４およびプロセス室５に設けられた供給口３３から室内に第２冷媒である低温のヘリウムガス３２が供給され、排気口３０より回収される。すなわち、載置台２０は第２冷媒であるヘリウムガス３２が流通する室内に配置されている。
室内に供給されたヘリウムガス３２は、基板６の表面全体を冷却する。基板６表面全体を冷却し、温度が上昇したヘリウムガス３２は排気口３０より排出され、冷媒供給装置によって回収、再冷却され、再び供給口３３より室内へ供給される。

したがって、この実施形態によれば、第１実施形態同様の効果が得られるだけでなく、基板６の表面も同時に冷却することができるので、より効率よく基板を冷却することができる。よって、基板を第１実施形態よりもさらに効率よく冷却することができ、基板６上に形成される薄膜やフォトレジストの熱による損傷を防止することができる。

尚、上述の実施形態では冷媒としてヘリウムガスを用いたが、他の気体または液体を用いてもよい。
また、上述の実施形態では第１冷媒の噴出口を凹部の中央部に一つ設け、凹部の周辺部である四隅に各一つずつ計４つの吸入口を設けた場合について説明した。しかし、凹部に形成する噴出口、吸入口、および突起の数、寸法、形状および配置も基板を効率よく均等に冷却できるものであれば、適宜変更して差し支えない。

例えば、上述の実施形態における図４において、隣り合う吸入口２５，２５同士を結ぶ線の中間にさらに吸入口を設けることで、図示上下左右方向のヘリウムガス３１の流通を増加させることができる。しかし、この場合、凹部２１の四隅に到達するヘリウムガス３１は減少する。したがって、例えば、位置によって吸入口の径を調整することが望ましい。また、吸入口を円形ではなく溝状に形成してもよい。
したがって、特に凹部の面積が大きい場合などは、凹部全体に均等に第１冷媒を流通させることができるように、噴出口、吸入口および突起の数、寸法、配置を適宜検討することが望ましい。

また、真空チャックの位置及び個数も基板を載置台表面に確実に固定できるものであれば、適宜変更可能である。
また、基板の保持は吸着だけでなく、例えばメカニカルチャックなどを用いて外周部を機械的に保持する方法や静電チャックを用いて基板を吸着する方法でもよい。
また、基板の半導体装置の形成領域が４つの４個取りの場合について説明したが、半導体の形成領域は基板上に１つでもよく、４以外の複数であってもよい。

また、基板上の半導体装置の形成領域の個数と、凹部の個数とが異なっていてもよい。例えば、基板上の半導体装置の形成領域が一つの場合、その形成領域内に複数の冷却領域を設定し、各冷却領域に対応した複数の凹部を設ければ、各凹部によって基板全体を効率よく冷却することが可能である。この場合、基板における半導体装置の形成領域が大きくても、基板のたわみを防止しつつ基板全体を均等に冷却することができる。

また、例えば、一つの凹部を複数の半導体装置の形成領域に対応させてもよい。この場合、一つの凹部によって冷却することができる基板の冷却領域の中に、複数の半導体装置の形成領域が包含される。これにより、複数の半導体の形成領域を一つの凹部によって効率よく冷却することができ、加えて基板全体を均一に冷却することができる。また、載置台表面に形成する凹部の数を少なくすることができるので、載置台の製作が容易となり、製造コストを削減することができる。

また、上述の実施形態では、一例として液晶装置用ガラス基板を載置する載置台について説明したが、それ以外の半導体装置の製造装置、例えばシリコンウェハーをサポートするための載置台（サセプタ）を有するものに本発明を適用できることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造装置の概略構成図。本発明の第１実施形態に係る載置台の断面図。本発明の第１実施形態に係る基板の平面図。本発明の第１実施形態に係る載置台の平面図。図４のＡ−Ａ線に沿う断面図。本発明の第２実施形態に係る載置台の断面図。

符号の説明

１半導体装置の製造装置、６基板、２０載置台、２１凹部、２２基板支持部（凹部の非形成部）、２４噴出口、２５吸入口、２７真空チャック（吸着手段）、２８突起、３１ヘリウムガス（第１冷媒）、３２ヘリウムガス（第２冷媒）、４０半導体装置の形成領域

Claims

半導体装置の形成基板を表面に載置しつつ、前記基板を冷却する載置台を備えた半導体装置の製造装置であって、
前記載置台の表面に前記基板の複数の冷却領域に対応した複数の凹部が設けられ、前記凹部の中央部に前記基板を冷却する第１冷媒の噴出口が開口されるとともに、前記凹部の周辺部に前記第１冷媒の吸入口が開口されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
前記基板の複数の冷却領域は、前記基板における複数の前記半導体装置の形成領域であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
前記載置台の表面における前記凹部の非形成部には、前記基板の吸着手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
前記凹部には、前記基板のたわみを規制する突起が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
前記載置台は、前記基板を冷却する第２冷媒が流通する室内に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。