JP2011174108A - 冷却装置及びその冷却装置を備えた基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱された被処理体を、この被処理体が反ることを抑制しつつ冷却することが可能な冷却装置を提供すること。
【解決手段】 下部冷却部材１０１と、下部冷却部材１０１の上方に設けられた上部冷却部材１０２と、加熱された被処理体Ｗを、下部冷却部材１０１と上部冷却部材１０２との間で昇降させる被処理体昇降機構１０３と、を具備し、被処理体Ｗと下部冷却部材１０１との間隔ｄ１と、被処理体Ｗと上部冷却部材１０２との間隔ｄ２とを互いに等しくしながら、被処理体Ｗを下部冷却部材１０１に近づける。
【選択図】図３

Description

この発明は、冷却装置及びその冷却装置を備えた基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に対し、成膜処理やエッチング処理等の処理が真空の圧力下で行われる。このような真空処理を行う成膜装置やエッチング装置では、大気中に置かれているウエハカセットからウエハを真空中へ搬送するために、大気圧と真空処理の圧力との間で圧力変換を行わなければならない。現状では、この圧力変換を、ウエハカセットと成膜装置やエッチング装置との間にロードロック室を設け、圧力変換をロードロック室において行っている。

ところで、成膜処理やエッチング処理等は、真空処理の圧力、かつ、高い温度を伴う処理である。成膜装置やエッチング装置から搬出されたウエハは、例えば５００℃程度の高温状態となっている。高温状態のウエハを大気に曝露するとウエハが酸化されたり、高温状態のウエハをウエハカセットに戻すと、樹脂製であるウエハカセットが溶けたりする等の不都合が生じる。

このような不都合を回避するためには、ウエハを、不都合が生じない温度に下がるまで待てば良い。しかしながら、ウエハの温度が下がるのを待っていると、スループットが低下する。このため、特許文献１に記載されるように、ロードロック室に、ウエハを冷却する冷却機構を有するクーリングプレートを設け、真空処理の圧力から大気圧に戻す間に、ウエハを冷却することが行われている（特許文献１）。

また、特許文献２には、上下に冷却部材を有し、これら冷却部材の間に冷却キャビティを形成し、この冷却キャビティ内にウエハを収容してウエハを冷却する冷却装置が記載されている。

特開２００９−１８２２３５号公報 特開平１０−１０７１２６号公報

しかし、ウエハは、表面は輻射による放熱のみで冷却されるが、裏面は輻射による放熱に加え、冷却ガスによる熱伝達による冷却が加わる。このため、ウエハの表裏に大きな温度差が生じ、この温度差に起因してウエハが反ってしまう、という事情がある。

この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、加熱された被処理体を、この被処理体が反ることを抑制しつつ冷却することが可能な冷却装置、及びその冷却装置を備えた基板処理装置を提供する。

上記課題を解決するため、この発明の第１の態様に係る基板処理装置は、外部との間で被処理体を搬入出する搬入出部と、前記被処理体に処理を施す処理部と、前記搬入出部と前記処理部との間で前記被処理体を搬入出するロードロック部と、を備えた基板処理装置であって、前記ロードロック部が、加熱された前記被処理体を冷却する冷却装置を備え、前記冷却装置が、下部冷却部材と、前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、前記被処理体と前記下部冷却部材との間隔と、前記被処理体と前記上部冷却部材との間隔とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されている。

この発明の第２の態様に係る基板処理装置は、外部との間で被処理体を搬入出する搬入出部と、前記被処理体に処理を施す処理部と、前記搬入出部と前記処理部との間で前記被処理体を搬入出するロードロック部と、を備えた基板処理装置であって、前記ロードロック部が、加熱された前記被処理体を冷却する冷却装置を備え、前記冷却装置が、下部冷却部材と、前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、前記被処理体が前記下部冷却部材に向かって放熱する熱量と、前記被処理体が前記上部冷却部材に向かって放熱する熱量とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されている。

この発明の第３の態様に係る冷却装置は、加熱された被処理体を冷却する冷却装置であって、下部冷却部材と、前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、前記被処理体と前記下部冷却部材との間隔と、前記被処理体と前記上部冷却部材との間隔とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されている。

この発明の第４の態様に係る冷却装置は、加熱された被処理体を冷却する冷却装置であって、下部冷却部材と、前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、
前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、前記被処理体が前記下部冷却部材に向かって放熱する熱量と、前記被処理体が前記上部冷却部材に向かって放熱する熱量とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されている。

この発明によれば、加熱された被処理体を、この被処理体が反ることを抑制しつつ冷却することが可能な冷却装置、及びその冷却装置を備えた基板処理装置を提供できる。

この発明の一実施形態に係る冷却装置を備えた被処理体処理装置の一例を概略的に示す平面図 この発明の一実施形態に係る冷却装置が配置されたロードロック室の一例を概略的に示す断面図 この発明の一実施形態に係る冷却装置の動作の一例を示す側面図 この発明の一実施形態の変形例に係る冷却装置が配置されたロードロック室の一例を概略的に示す断面図

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。

図１は、この発明の一の実施形態に係る冷却装置を備えた被処理体処理装置の一例を概略的に示す平面図である。本例では、被処理体処理装置の一例として、被処理体として半導体ウエハを取り扱うマルチチャンバ（クラスタツール）型の半導体製造装置を例示する。

図１に示すように、半導体製造装置１は、半導体製造装置１の外部との間で被処理体である半導体ウエハ（以下ウエハ）Ｗを搬入出する搬入出部２と、ウエハＷに処理を施す処理部３と、搬入出部２と処理部３との間でウエハＷを搬入出するロードロック部４と、半導体製造装置１ａを制御する制御部５とを備えている。

搬入出部２は、搬入出室２１を備えている。搬入出室２１は、内部を大気圧、又はほぼ大気圧、例えば、外部の大気圧に対してわずかに陽圧に調圧可能である。搬入出室２１の平面形状は、本例では、長辺と、この長辺に直交する短辺とを有した矩形である。矩形の長辺の一辺は上記処理部３に上記ロードロック部４を介して相対する。長辺の他の一辺には、ウエハＷが収容された、又は空のキャリアＣが取り付けられるロードポート２２が備えられている。本例では、三つのロードポート２２ａ〜２２ｃが備えられている。ロードポート２２の数は三つに限られるものではなく、数は任意である。ロードポート２２ａ〜２２ｃには各々、図示せぬシャッターが設けられている。キャリアＣがロードポート２２ａ〜２２ｃのいずれかに取り付けられると、シャッターが外れる。これにより、外気の侵入を防止しつつ、キャリアＣの内部と搬入出室２１の内部とが連通される。矩形の短辺の位置には、キャリアＣから取り出されたウエハＷの向きを合わせるオリエンタ２３が備えられている。

処理部３は、搬送室３１と、ウエハＷに処理を施す複数の処理室３２とを備えている。本例では、一つの搬送室３１と、一つの搬送室３１の周囲に設けられた四つの処理室３２ａ〜３２ｄとを備えている。処理室３２ａ〜３２ｄはそれぞれ、内部を所定の真空度に減圧可能な真空容器として構成され、内部では、成膜又はエッチングといった処理が行われる。処理室３２ａ〜３２ｄはそれぞれゲートバルブＧ１〜Ｇ４を介して搬送室３１に接続される。

ロードロック部４は、複数のロードロック室４１を備えている。本例では、一つの搬送室３１の周囲に設けられた二つのロードロック室４１ａ及び４１ｂを備えている。ロードロック室４１ａ及び４１ｂはそれぞれ、内部を所定の真空度に減圧可能な真空容器として構成されるとともに、上記所定の真空度と、大気圧又はほぼ大気圧との間で圧力変換可能に構成されている。これにより、ウエハＷの周囲の環境が搬送室３１の内部の環境に変換される。ロードロック室４１ａ及び４１ｂはそれぞれゲートバルブＧ５、Ｇ６を介して搬送室３１に接続されるとともに、ゲートバルブＧ７、Ｇ８を介して搬入出室２１に接続される。また、ロードロック室４１ａ、４１ｂの内部には、この発明の一実施形態に係る冷却装置４２が備えられている。冷却装置４２は、処理室３２ａ〜３２ｄのいずれかで加熱されたウエハＷを冷却する。冷却装置４２の具体的な構成の一例は後述する。

搬入出室２１の内部には、搬入出装置２４が配置されている。搬入出装置２４は、キャリアＣと搬入出室２１との相互間でのウエハＷの搬入出、搬入出室２１とオリエンタ２３との相互間でのウエハＷの搬入出、及び搬入出室２１とロードロック室４１ａ、４１ｂとの相互間でのウエハＷの搬入出を行う。搬入出装置２４は、複数の多関節アーム２５を有し、搬入出室２１の長辺方向に沿って延びるレール２６上を走行可能に構成される。本例では、二つの多関節アーム２５ａ及び２５ｂを有する。多関節アーム２５ａ、２５ｂの先端には、ハンド２７ａ及び２７ｂが取り付けられている。ウエハＷを処理部３へ搬入する際、ウエハＷはハンド２７ａ又は２７ｂに載せられてキャリアＣから搬出され、オリエンタ２３へ搬入される。次いで、ウエハＷがオリエンタ２３において向きが調節された後、ウエハＷは、ハンド２７ａ又は２７ｂに載せられてオリエンタ２３から搬出され、ロードロック室４１ａ又は４１ｂへ搬入される。反対に、ウエハＷを処理部３から搬出する際、ウエハＷはハンド２７ａ又は２７ｂに載せられてロードロック室４１ａ又は４１ｂから搬出され、キャリアＣへ搬入される。

搬送室３１の内部には、搬送装置３３が配置されている。搬送装置３３は、複数のロードロック室４１ａ、４１ｂと搬送室３１との相互間でのウエハＷの搬入出、搬送室３１と複数の処理室３２ａ〜３２ｄとの相互間での搬入出を行う。搬送装置３３は、本例では、搬送室３１のほぼ中央に配置される。搬送装置３３は、伸縮可能、かつ、回転可能な複数のトランスファアーム３４を有する。本例では、二つのトランスファアーム３４ａ及び３４ｂを有する。トランスファアーム３４ａ及び３４ｂの先端には、ピック３５ａ及び３５ｂが取り付けられている。ウエハＷは、ピック３５ａ又は３５ｂに保持され、複数のロードロック室４１ａ、４１ｂと搬送室３１との相互間でのウエハＷの搬入出、及び搬送室３１と複数の処理室３２ａ〜３２ｄとの相互間でのウエハＷの搬入出が行われる。

制御部５は、プロセスコントローラ５１、ユーザーインターフェース５２、及び記憶部５３を含んで構成される。プロセスコントローラ５１は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる。ユーザーインターフェース５２は、オペレータが半導体製造装置１ａを管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、半導体製造装置１ａの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。記憶部５３は、半導体製造装置１ａにおいて実施される処理を、プロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム、各種データ、及び処理条件に応じて半導体製造装置１ａに処理を実行させるためのレシピが格納される。レシピは、記憶部５３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体はコンピュータ読み取り可能なもので、例えば、ハードディスクであっても良いし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば、専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。任意のレシピはユーザーインターフェース５２からの指示等にて記憶部５３から呼び出され、プロセスコントローラ５１において実行されることで、プロセスコントローラ５１の制御のもと、半導体製造装置１ａにおいてウエハＷに対する処理が実施される。

図２は、この発明の一実施形態に係る冷却装置４２が配置されたロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の一例を概略的に示す断面図である。

図２に示すように、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）は、内部の圧力を、真空処理の圧力と大気圧との間で変換することが可能な真空容器として構成される。このため、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）は、ガス排気口４３を介して内部を排気する排気装置４４、及びガス供給口４５を介して内部に冷却ガスや大気を供給するガス供給装置４６に接続されている。冷却ガスの例としては、窒素（Ｎ_２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを挙げることができる。

この発明の一実施形態に係る冷却装置４２はロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の内部に配置される。

冷却装置４２は、下部冷却部材１０１と、下部冷却部材１０１の上方に設けられた上部冷却部材１０２と、加熱されたウエハＷを、下部冷却部材１０１と上部冷却部材１０２との間で昇降させる被処理体昇降機構１０３と、を具備する。

本例の下部冷却部材１０１は、内部に冷却機構１０４ａを備え、ウエハＷを接触又は近接させた状態で冷却するクーリングプレートとして構成されている。図２に示すクーリングプレートは、ウエハＷとの対向面１０５上にストッパ１０６を備え、ウエハＷを近接させた状態で冷却するタイプのクーリングプレートが示されている。クーリングプレートは、例えば、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の底壁上に載置される。

上部冷却部材１０２もまた、内部に冷却機構１０４ｂを備え、ウエハＷを接触又は近接させた状態で冷却するクーリングプレートとして構成される。冷却機構１０４ａ及び１０４ｂの例としては、冷却水循環型（水冷型冷却機構）や、ヒートパイプ型（空冷型冷却機構）を挙げることができる。

被処理体昇降機構１０３は、下部冷却部材１０１の対向面１０５から突没可能に構成された複数のリフトピン１０７と、これら複数のリフトピン１０７を同時に昇降させるリフトピン昇降装置１０８とを含んで構成されている。

また、一実施形態に係る冷却装置４２には、上部冷却部材１０２を昇降させる上部冷却部材昇降機構１０９を備えている。本例の上部冷却部材昇降機構１０９は、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の底壁を介して上部冷却部材１０２を、本例では下部冷却部材１０１側から支持する複数の支持ピン１１０と、これら複数の支持ピン１１０を同時に昇降させる支持ピン昇降装置１１１とを含んで構成されている。

次に、冷却装置４２の動作について説明する。

図３Ａ〜図３Ｃは、冷却装置４２の動作の一例を示す側面図である。

図３Ａ〜図３Ｃに示すように、冷却装置４２は、ウエハＷと下部冷却部材１０１との間隔ｄ１と、ウエハＷと上部冷却部材１０２との間隔ｄ２とを互いに等しくしながら、ウエハＷを下部冷却部材１０１に近づけていく。

具体的には、図３Ａに示すように、図１に示した搬送装置３３を用いて、処理が終了し、加熱されているウエハＷをロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）に搬入し、ウエハＷを、ピック３５ａ又は３５ｂからリフトピン１０７に受け渡す。この状態では、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の内部の圧力は搬送室３１の内部と同等の真空度を保っており、ウエハＷの放熱はさほど進まない。次いで、ピック３５ａ又は３５ｂを、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）から引き出し、ゲートバルブＧ５又はＧ６を閉じる。次いで、被処理体昇降機構１０３を作動させ、ウエハＷの裏面と下部冷却部材１０１との間隔ｄ１と、ウエハＷの表面と上部冷却部材１０２との間隔ｄ２とが互いに等しくなるように、ウエハＷを、例えば、降下させる。ウエハＷを降下させている間は、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の内部の圧力は、搬送室３１の内部と同等の真空度を保っておく。間隔ｄ１と間隔ｄ２とが等間隔になった時点以降で、ロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の内部に、冷却ガスを供給する。冷却ガスの供給開始と同時、又は供給開始後、冷却機構１０４ａ及び１０４ｂを作動させる。これにより、ウエハＷは、その表面、及び裏面で同時に、冷却ガスによる熱伝達及び輻射による放熱による冷却が開始される。

次いで、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、被処理体昇降機構１０３を用いてウエハＷを、さらに、下部冷却部材１０１側に降下させていくとともに、上部冷却部材昇降機構１０９を用いて、上部冷却部材１０２を、間隔ｄ１と間隔ｄ２とが等間隔を保つように降下させていく。

このように、一実施形態に係る冷却装置４２によれば、間隔ｄ１と間隔ｄ２とを互いに等しく、等間隔を保ちながらウエハＷを下部冷却部材１０１に近づけることで、ウエハＷの表面から放熱される熱量と、ウエハＷの裏面から放熱される熱量とを互いに等しくすることができる。ウエハＷの表面、裏面それぞれで放熱される熱量が等しくなることで、ウエハＷの表裏に大きな温度差が生じることを抑制できる。この結果、加熱されたウエハＷの冷却に際し、ウエハＷの反りを抑制することができる。

このように、この発明の一実施形態によれば、加熱されたウエハＷを、このウエハＷが反ることを抑制しつつ冷却することが可能な冷却装置を得ることができる。

なお、この発明は上記一実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一のものでもない。

例えば、上記一実施形態では、処理室を４つ、ロードロック室を２つ設けたマルチチャンバタイプの被処理体処理装置のロードロック室に、一実施形態に係る冷却装置４２を配置した例に従って説明したが、処理室の数、及びロードロック室の数は、これらの数に限定されるものではない。また、上記冷却装置４２は、搬送室３１を持たず、処理室を直接にロードロック室に取り付けたタイプの被処理体処理装置のロードロック室に配置することもできる。

また、上記一実施形態は、図２に示したように、上部冷却部材昇降機構１０９を、下部冷却部材側１０１側に備えた例、即ちロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の底壁側に備えた例を示したが、上部冷却部材昇降機構１０９は、図４に示すように、上部冷却部材側１０２側に備えた例、即ちロードロック室４１（４１ａ又は４１ｂ）の天壁側に備えるようにすることも可能である。

また、上記一実施形態は、ウエハＷと下部冷却部材１０１との間隔ｄ１と、ウエハＷと上部冷却部材１０２との間隔ｄ２とを互いに等しくしながら、ウエハＷを下部冷却部材１０１に近づける例を示した。

しかしながら、処理後のウエハＷでは、ウエハＷの表面の材質と、ウエハＷの裏面の材質とが異なることがある。ウエハＷの材質の表裏の材質が異なると、例えば、輻射熱量が大きく違ってくる場合も想定される。

このような場合には、間隔ｄ１と間隔ｄ２とを等間隔にせず、間隔ｄ１及び間隔ｄ２を、ウエハＷが下部冷却部材１０１に向かって放熱する熱量と、ウエハＷが上部冷却部材１０２に向かって放熱する熱量とが互いに等しくなるような間隔に調節しながら、ウエハＷを下部冷却部材１０１に近づけるようにすることも可能である。
その他、この発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形することができる。

４２…冷却装置、１０１…下部冷却部材、１０２…上部冷却部材、１０３…被処理体昇降機構、１０４ａ、１０４ｂ…冷却機構、１０７…リフトピン、１０８…リフトピン昇降装置、１０９…上部冷却部材昇降機構、１１０…支持ピン、１１１…支持ピン昇降装置。

Claims (7)

1. 外部との間で被処理体を搬入出する搬入出部と、前記被処理体に処理を施す処理部と、前記搬入出部と前記処理部との間で前記被処理体を搬入出するロードロック部と、を備えた基板処理装置であって、
   前記ロードロック部が、加熱された前記被処理体を冷却する冷却装置を備え、
   前記冷却装置が、
   下部冷却部材と、
   前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、
   前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、
   前記被処理体と前記下部冷却部材との間隔と、前記被処理体と前記上部冷却部材との間隔とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 外部との間で被処理体を搬入出する搬入出部と、前記被処理体に処理を施す処理部と、前記搬入出部と前記処理部との間で前記被処理体を搬入出するロードロック部と、を備えた基板処理装置であって、
   前記ロードロック部が、加熱された前記被処理体を冷却する冷却装置を備え、
   前記冷却装置が、
   下部冷却部材と、
   前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、
   前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、
   前記被処理体が前記下部冷却部材に向かって放熱する熱量と、前記被処理体が前記上部冷却部材に向かって放熱する熱量とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
3. 前記上部冷却部材を昇降させる上部冷却部材昇降機構を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記上部冷却部材昇降機構が、前記下部冷却部材側に備えられていることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記上部冷却部材昇降機構が、前記上部冷却部材側に備えられていることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
6. 加熱された被処理体を冷却する冷却装置であって、
   下部冷却部材と、
   前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、
   前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、
   前記被処理体と前記下部冷却部材との間隔と、前記被処理体と前記上部冷却部材との間隔とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されていることを特徴とする冷却装置。
7. 加熱された被処理体を冷却する冷却装置であって、
   下部冷却部材と、
   前記下部冷却部材の上方に設けられた上部冷却部材と、
   前記加熱された被処理体を、前記下部冷却部材と前記上部冷却部材との間で昇降させる被処理体昇降機構と、を具備し、
   前記被処理体が前記下部冷却部材に向かって放熱する熱量と、前記被処理体が前記上部冷却部材に向かって放熱する熱量とを互いに等しくしながら、前記被処理体を前記下部冷却部材に近づけるように構成されていることを特徴とする冷却装置。

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