JP2014204017A

JP2014204017A - 被処理体の受容装置

Info

Publication number: JP2014204017A
Application number: JP2013080176A
Authority: JP
Inventors: 俊志高岡; Shunji Takaoka; 貴司重田; Takashi Shigeta
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-27
Also published as: TW201502313A

Abstract

【課題】被処理体の処理システムの小型化を実現できるとともに、気体の使用量及びその給排気に伴うエネルギの消費量を低減できる、冷却効率の高い被処理体の受容装置を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハの受容装置１は、真空処理室で処理を施された高温状態の半導体ウェーハＷを大気圧作業室に受け渡す場合において、制御手段４が、真空状態にある閉止空間内の載置台に載置された半導体ウェーハＷに向かって給気手段１１０より気体を導入させつつ、排気手段１２より気体の導出を行わせることで、半導体ウェーハＷの温度を低下させつつ閉止空間内の圧力を大気圧に向かわせるように構成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、ロードロック室の機能と冷却室の機能とを兼ね備えつつ、ランニングコストを低減できるとともに、良好な冷却効率を得ることのできる被処理体の受容装置に関するものである。

半導体装置の製造工程において、被処理体としての半導体ウェーハは、例えば、処理室で処理が施された後、冷却室で冷却されてからロードロック室を介して大気圧室に搬送されてカセット等に収容される。処理室及び冷却室は通常時において真空雰囲気にあり、処理室から冷却室、及び冷却室からロードロック室への半導体ウェーハの搬送は、真空環境下において動作可能とされた真空搬送ロボットにより行われる。また、ロードロック室からカセット等への半導体ウェーハの搬送は、大気圧環境下で使用する大気搬送ロボットにより行われる。

冷却室では、例えば、処理室での処理により２５０℃程度の高温となった半導体ウェーハを６５℃以下まで冷却する。この冷却は、大気搬送ロボットや半導体ウェーハを収容するカセット等の熱による損傷を防ぐために行われる。なお、真空搬送ロボットについては、半導体ウェーハを支持するハンド部にセラミック等の耐熱性の高い素材が用いられていることに加えて真空条件下では熱が伝わりにくいことから、高温の半導体ウェーハを搬送することによる熱損傷は起こりにくい。

特許文献１には、冷却室内に搬送された高温状態の半導体ウェーハを冷却室の上方から下方に向かって噴射される冷却用の気体により冷却した後、冷却後の半導体ウェーハをロードロック室に搬送して大気圧作業室に受け渡す半導体ウェーハの処理システムが開示されている。

特開２０１２−８９５９１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような半導体ウェーハの処理システムでは、冷却室及びロードロック室の両方を必要とすることから、フットプリント（装置占有面積）が広く、装置が大型化するという問題がある。また、上記ロードロック室内は、半導体ウェーハが搬送されると窒素等の気体が供給されて真空雰囲気から大気圧雰囲気に置き換えられることから、冷却室及びロードロック室の両方で気体を使用することになり、気体の使用量やこれらの気体の供給及び排出を行うために要するエネルギの消費量が多くなってランニングコストが高くなる。さらに、冷却処理中に、半導体ウェーハからの伝熱により温度が上昇した冷却用の気体が冷却室内にこもることから、冷却効率が低く、半導体ウェーハの冷却に要する時間が長くなるという問題がある。なお、半導体ウェーハの他の冷却方法として、半導体ウェーハの下面全体を冷却板に近接又は接触させる方法があり、この方法であれば冷却用の気体を使用する必要がなく気体の使用量を低減できるが、このような冷却板を用いる処理システムは、冷却板と半導体ウェーハとの間に真空搬送ロボットのハンド部を挿入するために半導体ウェーハを冷却板から昇降させる機構が必要となり、装置構成が複雑となることから好ましくない。

本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、被処理体の処理システムの小型化を実現可能であるとともに、気体の使用量及びその給排気に伴うエネルギの消費量を低減してランニングコストを抑制でき、さらに高い冷却効率を得ることのできる被処理体の受容装置を提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するために次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明に係る被処理体の受容装置は、減圧下において被処理体に処理を行う減圧処理室と、常圧下で被処理体の搬送等の作業を行う常圧作業室との間に設けられ、これらの間で被処理体を受け渡しするために用いる被処理体の受容装置であって、前記減圧処理室側及び前記常圧作業室側の壁面にそれぞれ設けられ、前記被処理体を通過させることのできる開口と、これらの開口を開閉可能であり、当該開口を閉じることで閉止空間を形成する遮断機構と、前記閉止空間の内部で被処理体を保持するための保持手段と、前記保持手段によって保持された被処理体に向かって冷却用の気体を導入することのできる給気手段と、前記閉止空間内の気体を外部に導出することのできる排気手段と、前記給気手段による気体の導入と、前記排気手段による気体の導出とを制御するための制御手段とを備えており、前記減圧処理室で処理を施された高温状態の被処理体を前記常圧作業室に受け渡す場合において、前記制御手段が、減圧状態にある閉止空間内の保持手段に保持された被処理体に向かって前記給気手段より気体を導入させつつ、前記排気手段より気体の導出を行わせることで、被処理体の温度を低下させつつ閉止空間内の圧力を常圧に向かわせるように構成されていることを特徴とする。

このように構成すると、常圧作業室又は減圧処理室から開口を介して被処理体を受容装置内の保持手段に保持させることができるとともに、逆にこの保持手段から開口を介して常圧作業室又は減圧処理室に被処理体を搬送することができる。また、受容装置から常圧作業室に被処理体を搬送する際には、制御手段の制御によって、遮断機構により形成される閉止空間を給気手段から導入される冷却用の気体により常圧雰囲気に置き換えることができるとともに、この気体により被処理体を冷却することができる。さらに、被処理体からの伝熱により温度が上昇した気体を排気手段により閉止空間外に導出することができる。そのため、このような受容装置を被処理体の処理システムに組み込むことで、受容装置に既存の冷却室及び既存のロードロック室の両方の機能を兼用させて処理システムの構成を簡略化でき、フットプリント（装置占有面積）を小さくして装置の小型化及び低価格化を実現することができる。また、閉止空間の内部に導入する気体を被処理体の冷却に利用することから、冷却用の気体及びその給排気に伴うエネルギの消費を減らすことが可能となる。さらに、給気手段から気体を導入させつつ排気手段より気体の導出も行うことから、給気手段からの気体導入に際して閉止空間内の圧力の不要な増大を抑えて気体流量を適正に確保できるとともに、温度の上昇した冷却用の気体を閉止空間外に排出することで冷却効率を高めることができる。

また、冷却後の被処理体を常圧作業室側に移送するべく遮断機構を開放した場合において、受容装置側の圧力のほうを高くして受容装置内へのパーティクルの進入を抑制するためには、前記制御手段が、前記閉止空間内で前記被処理体の冷却を終了するに際し、前記給気手段における気体の導入の停止に先駆けて、前記排気手段における気体の導出を停止するように構成されていることが望ましい。

さらに、まだ充分に温度の低い冷却用の気体が閉止空間外に排出されることを抑制して、冷却用の気体の消費量を一層削減するためには、前記制御手段が、前記閉止空間内で前記被処理体の冷却を開始するに際し、前記給気手段における気体の導入と、前記排気手段における気体の導出とを順次実行するように構成されていることが望ましい。

併せて、冷却効率を一層高めるためには、前記保持手段が前記被処理体の縁部を支持するもので、前記閉止空間内において少なくとも被処理体の上下面の中央部を開放する開放部が設けられており、前記給気手段が前記開放部内において被処理体の上下面それぞれに向かって気体を噴射するように構成されていることが望ましい。

また、被処理体へのパーティクルの付着を抑制して被処理体の品質向上を図るには閉止空間の下方にあるパーティクルの上方への巻き上げを抑制することが好ましく、そのためには、前記給気手段により被処理体の上面に向かって噴射する気体の圧力が、被処理体の下面に向かって噴射する気体の圧力よりも大きくなるように設定していることが望ましい。

さらにランニングコストを一層低減するためには、前記給気手段より前記閉止空間内に導入する気体が、前記常圧作業室側の気体と同一のものであることが望ましい。

以上説明した本発明によれば、被処理体の処理システムに組み込むことで、フットプリントを小さくして処理システムの小型化及び低価格化を実現できるとともに、冷却用の気体及びその給排気に伴うエネルギの消費量を低減することができる冷却効率の高い被処理体の受容装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハの受容装置を備える半導体ウェーハの処理システムの平面図。図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面矢視図。同受容装置の平面断面図。真空側仕切バルブを取り外した状態で同受容装置を示す側面図。同受容装置の模式図。噴射ノズルの配置位置を示す図。噴射ノズルの配置位置を示す図。噴射ノズルを４本ずつ設けた場合における半導体ウェーハの表面温度の変化を示すグラフ。噴射ノズルを６本ずつ設けた場合における半導体ウェーハの表面温度の変化を示すグラフ。噴射ノズルの本数に対する半導体ウェーハの冷却時間を示すグラフ。噴射ノズルの本数に対する半導体ウェーハの振動加速度を示すグラフ。半導体ウェーハを大気圧作業室から真空処理室に搬送する際の処理手順を示すフローチャート。半導体ウェーハを真空処理室から大気圧作業室に搬送する際の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、半導体ウェーハＷの処理システム１００を示している。半導体ウェーハＷの処理システム１００は、本実施形態に係る半導体ウェーハの受容装置（以下単に「受容装置」とも記載する）１と、受容装置１の一方側に設けられた減圧処理室である真空処理室５及び減圧搬送室である真空搬送室３と、他方側に設けられた常圧作業室である大気圧作業室２とを含む。大気圧作業室２内は常圧雰囲気、具体的には大気圧雰囲気であり、真空処理室５内及び真空搬送室３内は減圧雰囲気、具体的には真空雰囲気である。真空搬送室３には搬送装置としての真空搬送ロボット３０、大気圧作業室２には搬送装置としての大気搬送ロボット２０が設置されており、これらの搬送ロボット２０，３０は、被処理体としての円板状の半導体ウェーハＷをアームの一部をなすハンド２１，３１上に保持して搬送することができる。

処理システム１００内での半導体ウェーハＷの搬送ルートは図１中の矢印に示す通りであり、具体的には、大気搬送ロボット２０により大気圧作業室２から受容装置１に搬送されて受容装置１内に載置された後、真空搬送ロボット３０により受容装置１から取り出され、真空搬送室３を介して真空処理室５に搬送される。また、真空搬送ロボット３０により真空処理室５から真空搬送室３を介して受容装置１に搬送されて受容装置１内に載置された後、大気搬送ロボット２０により大気圧作業室２に搬送されて図示しないカセット等に収容される。

このような処理システム１００に備わる受容装置１は、図２，５に示すように、半導体ウェーハＷを支持する一対の載置台１０，１０と、遮断手段１６と、給気手段１１と、排気手段１２と、真空手段１３と、冷却水循環手段１７と、これらを制御する制御手段４とを含んで構成されている。また、図２に示すように受容装置１の内部には上段チャンバ１４と下段チャンバ１５とが形成されており、受容装置１は、上段チャンバ１４内を大気圧雰囲気から真空雰囲気、又は、真空雰囲気から大気圧雰囲気に置き換えることができるとともに、真空処理室５で所定の処理が施されて高温（例えば２５０℃）になった半導体ウェーハＷを所定温度まで冷却するものである。上記所定温度の目安としては、例えば大気搬送ロボット２０等の熱損傷が起こらない６５℃以下に設定することが好ましい。なお、真空処理室５における処理の種類によっては、高温になる場合であっても２５０℃以外になることもあり得る。

受容装置１の上記構成手段を具体的に説明すると、一対の載置台１０，１０は、図２，３に示すように、上段チャンバ１４内において半導体ウェーハＷの搬送方向（図１参照）に直交する方向に互いに離間して設けられているものであり、その上面１０ａ，１０ａには、半導体ウェーハＷの搬送方向に沿って載置部１０１が３つずつ設けられている。これら一対の載置台１０，１０は、載置部１０１に半導体ウェーハＷの縁部Ｗ３を載せ、協同して半導体ウェーハＷを水平に支持する。なお、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１と載置台１０の上面１０ａとの間には所要の隙間が形成されており、例えば０．３ｍｍである。

このような載置台１０，１０上に半導体ウェーハＷが載置されると、図２に示すように、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１の中央部及び上面Ｗ２の中央部を開放する開放部１８０が形成される。具体的には、載置台１０，１０間と半導体ウェーハＷの下面Ｗ１との間に下部開放空間１８０ａが形成され、半導体ウェーハＷの上方に上部開放空間１８０ｂが形成される。載置台１０，１０上に半導体ウェーハＷが載置された直後には、この下部開放空間１８０ａを利用して大気搬送ロボット２０のハンド２１又は真空搬送ロボット３０のハンド３１が載置台１０，１０間から引き抜かれ、載置台１０，１０から半導体ウェーハＷを持ち上げる際には、この下部開放空間１８０ａを利用して大気搬送ロボット２０のハンド２１又は真空搬送ロボット３０のハンド３１が載置台１０，１０間に挿入される。

また、図２，３に示すように、各載置台１０，１０の内部には冷却水が循環する循環路１７１，１７１が形成されており、冷却水供給部１７０，１７０から供給された冷却水がこの循環路１７１，１７１内を流れるように構成されている。循環路１７１，１７１及び冷却水供給部１７０，１７０は前述の冷却水循環手段１７を構成するものであり、載置台１０，１０がこのように水冷式のウェーハ受けであることで、半導体ウェーハＷの冷却効率をさらに向上させることができる。

図１，３に示す遮断手段１６は、大気側仕切バルブＧＶ１と真空側仕切バルブＧＶ２とで構成される。大気側仕切バルブＧＶ１は、大気圧作業室２側の壁面１ｄに取り付けられており、この壁面１ｄに形成された半導体ウェーハＷを通過可能な開口１４ｂ（図２参照）を開閉可能に設けられる。真空側仕切バルブＧＶ２は、真空処理室５側の壁面１ａに取り付けられており、この壁面１ａに形成された半導体ウェーハＷを通過可能な開口１４ａ（図１参照）を開閉可能に設けられる。大気側仕切バルブＧＶ１及び真空側仕切バルブＧＶ２により前記開口１４ａ，１４ｂを閉じることで、上段チャンバ１４内には閉止空間１８１（図２，５参照）が形成される。

図２，５に示す給気手段１１は、上段チャンバ１４の下方に設けられた第１の給気手段１１１と、上段チャンバ１４の上方に設けられた第２の給気手段１１０と、冷却用の気体を供給可能な気体供給源１１９に接続されることで冷却用の気体を導くことのできるガス導入配管１１６と、ガス導入配管１１６に取り付けられたガス導入バルブＰＶ２とから構成される。給気手段１１により閉止空間１８１内に冷却用の気体が供給されることで、半導体ウェーハＷの冷却が行われるとともに受容装置１内が真空雰囲気から大気圧雰囲気に置き換わる。

第１の給気手段１１１は、上段チャンバ１４の底壁１ｆの中央部に設けられた下部シャワープレート１１５と、下部シャワープレート１１５を厚み方向に貫通するように設けられた第１の噴射ノズル１１６と、下部シャワープレート１１５と底壁１ｆとの隙間１１５ａから伸びてガス導入バルブＰＶ２に接続された下部ガス導入配管１１７とを有する。

下部ガス噴出し穴である第１の噴射ノズル１１６は、図３，６（ａ）に示すように、載置台１０，１０に載置された半導体ウェーハＷと同心かつ半導体ウェーハＷよりも径の小さい円周上に均等に４本設けられており、これらの第１の噴射ノズル１１６は、前記半導体ウェーハＷの縁部Ｗ３に向かって、より具体的には垂直方向に対して所定角度、具体的には４５°傾斜して設けられている。併せて、図３に示すように、半導体ウェーハＷの搬送方向に対して周方向に４５°回転した位置に設けられている。そのため、第１の噴射ノズル１１６から噴射された気体は、一対の載置台１０，１０と半導体ウェーハＷの下面Ｗ１との間に形成される下部開放空間１８０ａ内で滞留しにくくなり、下部開放空間１８０ａ外へ流れやすくなることから、冷却効率をより一層向上させることができる。

気体供給源１１９から供給される冷却用の気体は、下部ガス導入配管１１７を通って下部シャワープレート１１５下方の隙間１１５ａに充満し、第１の噴射ノズル１１６を介して下部開放空間１８０ａの下方より、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に向けて噴射される。なお、冷却用の気体としては、空気、窒素、ヘリウム、水素等が挙げられ、本実施形態では空気を冷却して用いている。

第２の給気手段１１０は、上段チャンバ１４の上壁１ｅの中央部に設けられた上部シャワープレート１１２と、上部シャワープレート１１２を厚み方向に貫通するように設けられた第２の噴射ノズル１１３と、上部シャワープレート１１２と上壁１ｅとの隙間１１２ａから伸びて下部ガス導入配管１１７に接続された上部ガス導入配管１１４とを有する。上部ガス噴出し穴である第２の噴射ノズル１１３は、図６（ｂ）に示すように、周方向に異なる位相となる箇所に設けられていること以外は第１の噴射ノズル１１６と同様に設けられており、気体供給源１１９から供給される冷却用の気体は、上部ガス導入配管１１４を通って上部シャワープレート１１２上方の隙間１１２ａに充満し、第２の噴射ノズル１１３を介して上部開放空間１８０ｂの上方より半導体ウェーハＷの上面Ｗ２に向けて噴射される。なお、各第２の噴射ノズル１１３が設けられる円周の径は、第１の噴射ノズル１１６が設けられる前記円周の径と等しい。

前述のように、第２の噴射ノズル１１３と第１の噴射ノズル１１６とは周方向に異なる位相となる箇所に設けられているが、具体的には、第２の噴射ノズル１１３は、第１の噴射ノズル１１６を周方向に４５°回転させた位置、換言すると隣接する第１の噴射ノズル１１６から等距離となる位置に設けられている。なお、下部シャワープレート１１５及び上部シャワープレート１１２にそれぞれ設けられる各噴射ノズル１１３，１１６からは、ほぼ同一量の気体が噴射される。

図４，５に示す排気手段１２は、上段チャンバ１４の下方から側壁１ｃ内を貫通して上方に伸びる排気口１２０と、排出バルブＰＶ１と、排気口１２０と排出バルブＰＶ１とに接続されたガス排気配管１２１とから構成される。排気口１２０が上段チャンバ１４の下方に設けられていることから、閉止空間１８１内では、各第１の噴射ノズル１１６から上向きに噴射された気体は、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に沿ってその縁部Ｗ３に向けて流れた後、閉止空間１８１の下方を流れて排気口１２０を介して受容装置１の外部にある図示しない排気先に向けて排出される。また、各第２の噴射ノズル１１３から下向きに噴射された気体は、半導体ウェーハＷの上面Ｗ２に沿ってその縁部Ｗ３に向けて流れた後、閉止空間１８１内を下降し、閉止空間１８１の下方を流れて排気口１２０を介して受容装置１の外部にある図示しない排気先に向けて排出される。

図２，４，５に示す真空手段１３は、側壁１ｂを貫通して上段チャンバ１４内と連通する空冷エキゾースト１３０と、これに接続された真空用配管１３２と、真空用配管１３２に取り付けられた真空用バルブ１３１とを含んで構成され、真空用バルブ１３１が図示しない真空吸引ポンプに接続されることで真空引きを行うことが可能となっている。真空引きを行うことにより、受容装置１内を大気圧雰囲気から真空雰囲気に置き換えることができる。真空引きを行うと、閉止空間１８１内の気体は、空冷エキゾースト１３０から真空用配管１３２へ流れ、真空用バルブ１３１より真空吸引ポンプを介して排気される。なお、真空手段１３の機能を排気手段１２に兼用させてもよく、その場合には例えば排気手段１２の近傍に真空用バルブを設けてその真空用バルブにより排気口１２０を介して閉止空間１８１内の気体を排出できるようにすれば良い。

図５に示す制御手段（コントローラ）４は、ＣＰＵ、メモリ及びインターフェースを具備する通常のマイクロコンピュータユニットにより構成されて、メモリ内に半導体ウェーハＷの冷却等に関する所定のプログラムが書き込まれており、ＣＰＵは適宜必要なプログラムを呼び出して実行することにより、周辺ハードリソースと協働して、所定の動作が実行される。

具体的に制御手段４は、給気手段１１による気体の導入、排気手段１２による気体の導出、真空手段１３による気体の導出、冷却水循環手段１７による冷却水の循環、遮断手段１６の開閉動作等を制御するように構成されている。

本実施形態では、前述のように上部シャワープレート１１２及び下部シャワープレート１１５にそれぞれ４本の噴射ノズル１１３，１１６が設けられているが、各噴射ノズル１１３，１１６の数はこれに限定されず４〜６本の範囲が好ましい。例えば噴射ノズル１１３，１１６を６本ずつ設ける場合には、図６（ｂ）に示すように、載置台１０，１０に載置された半導体ウェーハＷと同心かつ半導体ウェーハＷよりも径の小さい円周上に均等に設ければ良い。

以下では、噴射ノズル１１３，１１６の本数として４〜６本ずつが好ましい理由を述べる。まず、本実施形態のように噴射ノズル１１３，１１６を４本ずつ設け、閉止空間１８１に１００リットル／分の冷却用の気体を３０秒間噴射した場合、図８で示されているように２３秒で半導体ウェーハＷの表面全体が２５０℃から６５℃以下まで低下する。この試験を行うにあたり、半導体ウェーハＷの表面温度は、その下面Ｗ１及び上面Ｗ２にそれぞれ取り付けた図６（ａ）に示す熱電対Ｐ１〜Ｐ９を利用して測定した。これらのうち熱電対Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ６〜Ｐ９は、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２において縁部Ｗ３に対応する位置にそれぞれ均等に配置し、熱電対Ｐ５は半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２において中央に１個ずつ設置した。このように噴射ノズル１１３，１１６を４本ずつ設けると、処理効率を良好に維持することができる所定時間、例えば３０秒間以内に半導体ウェーハＷの表面温度が６５℃低下まで低下させることができる。

また、図６（ｂ）に示すように噴射ノズル１１３，１１６を６本ずつ設け、冷却用の気体の噴射量及び噴射時間を上記と同様に設定した場合、図９に示されているように３０秒間で半導体ウェーハＷの表面全体が６５℃以下まで低下する。

さらに、図７に示すように噴射ノズル１１３，１１６の本数を１〜３本ずつに変更して冷却用の気体の噴射量及び噴射時間を上記と同様に設定した場合の測定結果と、上記４本ずつ及び６本ずつの測定結果とを比較すると、半導体ウェーハＷの表面全体が６５℃以下まで低下するまでに要する冷却時間は、図１０に示すように２，４本ずつの場合が相対的に短く、１，３，６本ずつの場合が相対的に長くなるが、全ての場合で３０秒以下となっており、６５℃以下まで冷却される時間に大きく差異は生じない。しかしながら、冷却用の気体が噴射されることによって発生する半導体ウェーハＷの振動に関しては、図１１に示すように噴射ノズル１１３，１１６の本数が多いほど振動加速度が小さくなり低減する。半導体ウェーハＷが大きく振動すると載置台１０，１０との間で摺動して、半導体ウェーハＷの損傷やパーティクルの発生につながる可能性があることから、振動加速度は小さいことが好ましい。具体的には０．２Ｇ以下となることがより好ましく、本実施形態ではこれを所定の振動目標値として定めている。上記の試験結果からすると、振動目標値を満たすためには各噴射ノズル１１３，１１６の本数を４〜６本ずつの範囲とすることが好ましいことが分かる。

以上のような半導体ウェーハＷの処理システム１００を用いて、半導体ウェーハＷを大気側と真空側との間で移送するための手順を以下に説明する。

まず、半導体ウェーハＷを大気圧作業室２から真空処理室５に搬送する場合、図１２に示すように、大気側仕切バルブＧＶ１を開放し（ステップＳＰ１）、大気圧雰囲気の受容装置１内に大気搬送ロボット２０のハンド２１を進入させる（ステップＳＰ２）。このハンド２１上には半導体ウェーハＷが支持されており、ハンド２１上の半導体ウェーハＷを載置台１０，１０に載置すると（ステップＳＰ３）、大気搬送ロボット２０のハンド２１を受容装置１から退出させる（ステップＳＰ４）。その後、大気側仕切バルブＧＶ１を閉止して（ステップＳＰ５）、真空手段１３により真空引きを行い（ステップＳＰ６）、これによって受容装置１内が大気圧雰囲気から真空雰囲気に置き換わる。真空雰囲気に置き換わると、真空側仕切バルブＧＶ２を開放して（ステップＳＰ７）、受容装置１内に、真空搬送室３から真空搬送ロボット３０のハンド３１を進入させる（ステップＳＰ８）。このハンド３１により半導体ウェーハＷを載置台１０，１０から持ち上げて半導体ウェーハＷの受け取りを行い（ステップＳＰ９）、半導体ウェーハＷを支持したハンド３１を受容装置１から退出させると（ステップＳＰ１０）、真空側仕切バルブＧＶ２を閉止する（ステップＳＰ１１）。なお、大気搬送ロボット２０及び真空搬送ロボット３０の動作は図示しない制御手段により行われるものである。

このようにして真空搬送室３内に搬送された半導体ウェーハＷは、真空搬送ロボット３０により図１に示す真空処理室５に搬送され、そこで所定の処理が施される。この処理により高温状態となった半導体ウェーハＷは、真空搬送ロボット３０により真空搬送室３に持ち出されて大気圧作業室２まで搬送される。高温状態の半導体ウェーハＷを真空搬送室３から大気圧作業室２まで搬送する場合には、図１３に示すように、まず、真空側仕切バルブＧＶ２を開放し（ステップＳＰ２０）、真空雰囲気の受容装置１内に真空搬送ロボット３０のハンド３１を進入させる（ステップＳＰ２１）。このハンド３１上から載置台１０，１０に半導体ウェーハＷを載置すると（ステップＳＰ２２）、真空搬送ロボット３０のハンド３１を受容装置１から退出させる（ステップＳＰ２３）。その後、真空側仕切バルブＧＶ２を閉止すると（ステップＳＰ２４）、給気手段１１により閉止空間１８１の上下から給気を開始し（ステップＳＰ２５）、続いて排気手段１２により閉止空間１８１内の気体の排出を開始する（ステップＳＰ２６）。これによって、真空状態にある閉止空間１８１内において半導体ウェーハＷに向かって給気手段１１より気体を導入させつつ、排気手段１２より気体の導出を行わせることになり、半導体ウェーハＷの温度を低下させつつ閉止空間１８１内の圧力を大気圧に向かわせることができる。

受容装置１内が真空雰囲気から大気圧雰囲気に置き換わると、排気手段１２による排気を停止し（ステップＳＰ２７）、続いて給気手段１１による給気を停止してから（ステップＳＰ２８）、大気側仕切バルブＧＶ１を開放する（ステップＳＰ２９）。このように排気の停止のタイミングよりも給気の停止のタイミングを遅らせて、受容装置１内の圧力が大気圧作業室２内の圧力よりも高くなるように設定する。

大気側仕切バルブＧＶ１を開放すると、受容装置１内に、大気圧作業室２から大気搬送ロボット２０のハンド２１を進入させる（ステップＳＰ３０）。このハンド２１により半導体ウェーハＷを載置台１０，１０から持ち上げて導体ウェーハＷの受け取りを行い（ステップＳＰ３１）、半導体ウェーハＷを支持したハンド２１を受容装置１から退出させると（ステップＳＰ３２）、大気側仕切バルブＧＶ１を閉止する（ステップＳＰ３３）。

以上のように本実施形態の半導体ウェーハの受容装置１は、真空下において被処理体としての半導体ウェーハＷに処理を行う減圧処理室としての真空処理室５と、大気圧下で半導体ウェーハＷの搬送等の作業を行う常圧作業室としての大気圧作業室２との間に設けられ、これらの間で半導体ウェーハＷを受け渡しするために用いられるものであり、真空処理室５側及び大気圧作業室２側の壁面１ａ，１ｄにそれぞれ設けられ、半導体ウェーハＷを通過させることのできる開口１４ａ，１４ｂと、これらの開口１４ａ，１４ｂを開閉可能であり、当該開口１４ａ，１４ｂを閉じることで閉止空間１８１を形成する遮断機構としての遮断手段１６と、閉止空間１８１の内部で半導体ウェーハＷを保持するための保持手段としての載置台１０，１０と、載置台１０，１０上に置かれる半導体ウェーハＷに向かって冷却用の気体を導入することのできる給気手段１１と、閉止空間１８１内の気体を外部に導出することのできる排気手段１２と、給気手段１１による気体の導入と、排気手段１２による気体の導出とを制御するための制御手段４とを備えており、真空処理室５で処理を施された高温状態の半導体ウェーハＷを大気圧作業室２に受け渡す場合において、制御手段４が、真空状態にある閉止空間１８１内の載置台１０，１０に載置された半導体ウェーハＷに向かって給気手段１１より気体を導入させつつ、排気手段１２より気体の導出を行わせることで、半導体ウェーハＷの温度を低下させつつ閉止空間１８１内の圧力を大気圧に向かわせるように構成されている。

このように構成されているため、大気圧作業室２又は真空処理室５から開口１４ａ，１４ｂを介して半導体ウェーハＷを受容装置１内の載置台１０，１０に保持させることができるとともに、逆にこの載置台１０，１０から開口１４ａ，１４ｂを介して大気圧作業室２又は真空処理室５に半導体ウェーハＷを搬送することができる。また、受容装置１から大気圧作業室２に半導体ウェーハＷを搬送する際には、制御手段４の制御によって、遮断手段１６により形成される閉止空間１８１を給気手段１１から導入される冷却用の気体により大気圧雰囲気に置き換えることができるとともに、この気体により半導体ウェーハＷを冷却することができる。さらに、半導体ウェーハＷからの伝熱により温度が上昇した気体を排気手段１２により閉止空間１８１外に導出することができる。そのため、このような受容装置１を半導体ウェーハＷの処理システム１００に組み込むことで、受容装置１に既存の冷却室及び既存のロードロック室の両方の機能を兼用させて処理システム１００の構成を簡略化でき、フットプリント（装置占有面積）を小さくして装置の小型化及び低価格化を実現することができる。また、真空状態より大気圧状態に変更するために閉止空間１８１の内部に導入する気体を半導体ウェーハＷの冷却に利用することから、処理システム１００全体で冷却用の気体及びその給排気に伴うエネルギの消費を減らすことが可能となり、ランニングコストを低減することができる。さらに、給気手段１１から気体を導入させつつ排気手段１２より気体の導出も行うことから、給気手段１１からの気体導入に際して閉止空間１８１内の圧力の不要な増大を抑えて気体流量を適正に確保できるとともに、温度の上昇した冷却用の気体を閉止空間１８１外に排出することで冷却効率を高め、半導体ウェーハＷの冷却に要する時間を短縮することができる。

また、制御手段４が、閉止空間１８１内で半導体ウェーハＷの冷却を終了するに際し、給気手段１１における気体の導入の停止に先駆けて、排気手段１２における気体の導出を停止するように構成したことから、排気手段１２による気体の導出を停止してから給気手段１１による気体の導入を停止するまでの間で閉止空間１８１内の圧力を高めることができ、冷却後の半導体ウェーハＷを大気圧作業室２側に移送するべく大気側仕切バルブＧＶ１を開放した場合において、受容装置１側への気体の流入を抑制して、受容装置１内へのパーティクルの進入を抑制することが可能となる。

併せて、制御手段４が、閉止空間１８１内で半導体ウェーハＷの冷却を開始するに際し、給気手段１１における気体の導入と、排気手段１２における気体の導出とを順次実行するように構成したことから、給気手段１１による気体の導入を開始して閉止空間１８１内の圧力が高まった後に排気手段１２による気体の導出を開始することになり、まだ充分に温度が上昇していない冷却用の気体が閉止空間１８１外に排出されることを抑制し、気体の消費量を削減することが可能となる。

特に、載置台１０，１０が半導体ウェーハＷの縁部Ｗ３を支持するもので、閉止空間１８１内において少なくとも半導体ウェーハＷの上面Ｗ２の中央部及び下面Ｗ１の中央部を開放する開放部１８０が設けられており、給気手段１１が開放部１８０内において半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２それぞれに向かって気体を噴射するように構成したことから、冷却用の気体を、直接的に半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２に対して供給することができ、冷却効率を高めて、冷却時間を一層短縮することが可能となる。

さらに、給気手段１１より閉止空間１８１内に導入する気体として、大気圧作業室２側の気体と同一のものを利用するように構成したことから、特殊（高価）な気体を使用することなく、大気搬送ロボット２０の周囲にある気体を利用することで、ランニングコストを低減するとともに、受容装置１と大気圧作業室２とで作業環境が変化することを抑制することが可能となる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、給気手段１１により半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２に向かって噴射される気体の圧力がそれぞれ等しくなるように設定されているが、第２の給気手段１１０により半導体ウェーハＷの上面Ｗ２に向かって噴射される気体の圧力が、第１の給気手段１１１により半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に向かって噴射される気体の圧力よりも大きくなるように設定されていてもよい。これによって、閉止空間１８１において上から下へ向かう気体の流れを多くして、閉止空間１８１の下方にあるパーティクルの上方への巻き上げを抑制できることから、半導体ウェーハＷの上面Ｗ２へのパーティクルの付着を抑制することが可能になる。なお、上下で気体の噴射圧力を異ならせるためには、気体の供給圧力をそれぞれ異ならせても良いし、気体の流路を上下で異ならせて下側の流路抵抗を大きくするなどの手段を採ることもできる。

また本実施形態では、冷却用の気体として安価な空気を用いているが、これとほぼ同じ特性を有するとともに安全性の高い不活性ガスである窒素を用いることがより好ましい。窒素を用いることで、閉止空間１８１内の冷却性能を維持しつつ半導体ウェーハＷ表面をより清浄に保つことが可能になる。

また、下段チャンバ１５にも上段チャンバ１４と同様に載置台１０，１０、給気手段１１、排気手段１２等を設けて、下段チャンバ１５でも半導体ウェーハＷの冷却等を行えるように構成してもよい。

また本実施形態では、噴射ノズル１１３，１１６を４本ずつ設けたが５本あるいは６本ずつ、又はこれら以外の本数ずつ設けても良い。

また、前記上部シャワープレート１１２及び前記下部シャワープレート１１５の中央にさらに噴射ノズルを設け、この噴射ノズルにより載置台１０，１０に支持された半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２の中心に向けて冷却用の気体を噴射できるように構成するとともに、冷却時には、まず中央に設けた前記噴射ノズルにより半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２の中心を冷却し、中心がある程度冷却された時点で他の噴射ノズル１１３，１１６からの噴射に切り替えるように構成されてもよい。半導体ウェーハＷの中央部は縁部Ｗ３よりも熱が外部に発散されにくく温度が低下しにくいことから、このような構成とすることで、冷却の初期段階において最も温度が下がりにくい部分に冷却用の気体を集中させてから全体の冷却に移行することで、さらに冷却効率を向上させることができ、気体の使用量を低減して冷却時間をより短縮することができる。

さらに、空冷エキゾースト１３０と下部シャワープレート１１５下方の隙間１１５ａとを繋ぐ循環排気ポートを設置して、冷却時に第２の噴射ノズル１１３から導入された気体の少なくとも一部が当該循環排気ポートを介して第１の噴射ノズル１１６から噴射されるように構成されてもよい。このように半導体ウェーハＷの上面Ｗ２の冷却に利用した気体をすぐに排気することなく、循環させて半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に向けて噴射し再度冷却に利用することで、気体の使用量を一層低減することができる。この場合、循環排気ポートに一部、気体供給源１１９から直接気体を取り入れ可能な構成とすることで、循環排気ポート内にフレッシュな気体を取り入れて循環排気ポート内の気体の温度を下げて冷却効率を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、大気圧作業室２内は大気圧雰囲気、真空処理室５内及び真空搬送室３内は真空雰囲気に設定されているが、これに限定されず、大気圧作業室２内は常圧雰囲気、真空処理室５内及び真空搬送室３内は減圧雰囲気に設定されていればよい。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…被処理体の受容装置（半導体ウェーハの受容装置）
１ａ，１ｄ…壁面
２…常圧作業室（大気圧作業室）
４…制御手段
５…減圧処理室（真空処理室）
１０…保持手段（載置台）
１１…給気手段
１２…排気手段
１４ａ，１４ｂ…開口
１６…遮断機構（遮断手段）
１８０…開放部
１８１…閉止空間
Ｗ…被処理体（半導体ウェーハ）
Ｗ１…被処理体（半導体ウェーハ）の下面
Ｗ２…被処理体（半導体ウェーハ）の上面
Ｗ３…被処理体（半導体ウェーハ）の縁部

Claims

減圧下において被処理体に処理を行う減圧処理室と、常圧下で被処理体の搬送等の作業を行う常圧作業室との間に設けられ、これらの間で被処理体を受け渡しするために用いる被処理体の受容装置であって、
前記減圧処理室側及び前記常圧作業室側の壁面にそれぞれ設けられ、前記被処理体を通過させることのできる開口と、
これらの開口を開閉可能であり、当該開口を閉じることで閉止空間を形成する遮断機構と、
前記閉止空間の内部で被処理体を保持するための保持手段と、
前記保持手段によって保持された被処理体に向かって冷却用の気体を導入することのできる給気手段と、
前記閉止空間内の気体を外部に導出することのできる排気手段と、
前記給気手段による気体の導入と、前記排気手段による気体の導出とを制御するための制御手段とを備えており、
前記減圧処理室で処理を施された高温状態の被処理体を前記常圧作業室に受け渡す場合において、前記制御手段が、減圧状態にある閉止空間内の保持手段に保持された被処理体に向かって前記給気手段より気体を導入させつつ、前記排気手段より気体の導出を行わせることで、被処理体の温度を低下させつつ閉止空間内の圧力を常圧に向かわせるように構成されていることを特徴とする被処理体の受容装置。
前記制御手段が、前記閉止空間内で前記被処理体の冷却を終了するに際し、前記給気手段における気体の導入の停止に先駆けて、前記排気手段における気体の導出を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の被処理体の受容装置。
前記制御手段が、前記閉止空間内で前記被処理体の冷却を開始するに際し、前記給気手段における気体の導入と、前記排気手段における気体の導出とを順次実行するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の被処理体の受容装置。
前記保持手段が前記被処理体の縁部を支持するもので、前記閉止空間内において少なくとも被処理体の上下面の中央部を開放する開放部が設けられており、前記給気手段が前記開放部内において被処理体の上下面それぞれに向かって気体を噴射するように構成さ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被処理体の受容装置。
前記給気手段により被処理体の上面に向かって噴射する気体の圧力が、被処理体の下面に向かって噴射する気体の圧力よりも大きくなるように設定していることを特徴とする請求項４記載の被処理体の受容装置。
前記給気手段より前記閉止空間内に導入する気体が、前記常圧作業室側の気体と同一のものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の被処理体の受容装置。