JP2020061434A - 基板冷却装置及び基板冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱処理後の基板の冷却による反りの増長を抑えつつ、基板の冷却に要する時間を適切化する基板冷却装置及び基板冷却方法を提供する。【解決手段】加熱処理後の基板を冷却する基板冷却装置（熱処理装置２００）であって、冷却機構１６４を備える冷却載置部１６１と、冷却載置部１６１上に、昇降機構１６６によって昇降する昇降ピン１６５を配置し、加熱処理後の基板Ｗを一旦、予め冷却された昇降ピン１６５上に載置し、加熱直後の基板Ｗが直接的に冷却載置部１６１上に受け渡されないようにする。【選択図】図８

Description

本開示は、基板冷却装置及び基板冷却方法に関する。

特許文献１には、載置した基板を所定温度に加熱自在な加熱載置台と、当該加熱載置台から加熱後の基板を受け取って載置し、載置した基板を所定温度に冷却自在な冷却載置台と、が同一ケーシング内に設けられた構成が開示されている。

特開平１１−２７４０６４

本開示にかかる技術は、加熱処理後の基板の冷却による反りの増長を抑えつつ、基板の冷却に要する時間を適切化する。

本開示の一態様は、加熱処理後の基板を冷却する基板冷却装置であって、冷却機構を備える冷却載置部と、加熱処理後の基板を直接受け取り、当該受け取った基板を支持して前記冷却載置部の上で昇降させる支持部材と、を有する。

本開示によれば、加熱処理後の基板の冷却による反りの増長を抑えつつ、基板の冷却に要する時間を適切化することができる。

ウェハ処理システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。 ウェハ処理システムの構成の概略を模式的に示す正面図である。 ウェハ処理システムの構成の概略を模式的に示す背面図である。 本実施形態に係る熱処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 本実施形態に係る熱処理装置の構成の概略を模式的に示す平面図である。 本実施形態に係る冷却部の要部の構成を拡大して示す要部拡大図である。 熱処理装置における主な工程の動作を模式的に示す説明図である。 第２の実施形態に係る熱処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 第２の実施形態に係る熱処理装置の処理の流れを模式的に示すフロー図である。

特許文献１に開示の熱処理装置には、加熱載置台及び冷却載置台が設けられている。この熱処理装置においては、加熱処理が行われた直後の基板（以下、「ウェハ」という。）を移動可能な冷却載置台上に載置して冷却が行われる。

ところで、熱処理が施されるウェハには、例えば成膜やエッチングなどの前処理の影響や、近年の３Ｄ−ＮＡＮＤのようにウェハを積層したことによる影響など、種々の要因により反りを生じているものがある。

このように、反りを生じているウェハ、特に中央部分が上方に凸に湾曲したウェハ（以下、凸型ウェハということがある）を冷却載置台に載置して冷却する場合、ウェハの反りが増長されてしまうことがある。すなわち、凸型ウェハを冷却載置台上に載置する場合、ウェハの周縁部は冷却載置台表面と近接するのに対し、中央部においては冷却載置台との間にギャップ（間隙）が生じる。これにより、ウェハの周縁部が冷却載置台と接近して急冷される一方で、中央部は冷却載置台との間の距離が周縁部よりも大きいため、ウェハの外縁部と中央部とでは温度差が生じ、ウェハの中央部はさらに反りあがる（反りが増長する）方向に変形してしまうことがある。

このようにウェハの反りが増長した場合、例えばウェハ処理システムにおける搬送用のメインアームによる保持ができなくなったり、後のバキューム吸着による反りの矯正が利かなくなるおそれがある。さらに冷却載置台上には、ウェハの裏面が冷却載置台と直接接してパーティクルが発生しないように、０．１ｍｍ程度の高さを有するプロキシミティピン（ギャップピンとも称呼される）が設けられている。したがって冷却載置台上にウエハを載置して冷却するとはいっても、実際にはこのプロキシミティピン上にウエハを載せて、冷却載置台表面と極めて近接させて冷却している。このような現状の下、冷却対象のウェハの反りが増長すると、ウェハの裏面、特に周縁部がプロキシミティピンの位置から下がって冷却載置台表面と接触し、パーティクルが発生するおそれもあった。

そこでプロキシミティピンの高さを高くして、プロキシミティピン上に載せられたウェハの裏面と冷却載置台表面からの距離を長くすることで、冷却載置台表面への接近による急冷箇所をなくして、全体的に緩慢に冷却させることが考えられる。こうすることで、緩慢ではあるがウェハ全体として均一に冷却させ、反りの増長を抑えることが期待できる。

しかしながら、そのようにウェハの裏面と冷却載置台表面からの距離を長くして緩慢に冷却させると、反りがないウェハ、反りがあっても許容範囲にあるウェハを冷却する場合、所定の温度にまで冷却する時間が従来よりも長くかかってしまい、スループットが低下してしまうという問題が生ずる。

そこで、本開示にかかる技術は、加熱処理後に受け取ったウェハを冷却載置部の上で昇降させる支持部材を備えることで、ウェハと冷却載置部との間の距離を自在に調節できるようにして、問題の解決を図る。

以下、本実施形態にかかる冷却処理装置を備えた、基板処理システムとしてのウェハ処理システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜ウェハ処理システム＞
先ず、本実施形態にかかるウェハ処理システムの構成について説明する。図１〜３は、それぞれウェハ処理システム１の構成の概略を模式的に示す平面図、正面図及び背面図である。本実施形態においては、ウェハ処理システム１がウェハＷに対してフォトリソグラフィー処理を行う塗布現像処理システムである場合を一例として説明する。

ウェハ処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション２と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション３と、を有する。そしてウェハ処理システム１は、カセットステーション２と、処理ステーション３と処理ステーション３に隣接する露光装置４との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２は、カセット搬入出部１０とウェハ搬送部１１に分かれている。例えばカセット搬入出部１０は、ウェハ処理システム１のＹ軸方向負方向（図１の左方向）側の端部に設けられている。カセット搬入出部１０には、カセット載置台１２が設けられている。カセット載置台１２上には、複数、例えば４つのカセット載置板１３が設けられている。カセット載置板１３は、水平方向のＸ方向（図１の上下方向）に一列に並べて設けられている。これらのカセット載置板１３には、ウェハ処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置することができる。

ウェハ搬送部１１には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２０上を移動自在なウェハ搬送装置２１が設けられている。ウェハ搬送装置２１は、上下方向及び鉛直軸回り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板１３上のカセットＣと、後述する処理ステーション３の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション３には、各種処理装置を備えた複数、例えば第１〜第４の４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション３の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション３の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション３のカセットステーション２側（図３のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション３のインターフェイスステーション５側（図３のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。

第１のブロックＧ１には、図４に示すように複数の液処理装置、例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。

例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２及び上部反射防止膜形成装置３３は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２及び上部反射防止膜形成装置３３の数や配置は、任意に選択できる。

これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２及び上部反射防止膜形成装置３３では、例えばウェハＷ上に所定の処理液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に処理液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、処理液をウェハＷの表面に拡散させる。

例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの加熱や冷却といった熱処理を行う本実施形態に係る熱処理装置４０が上下方向と水平方向に並べて設けられている。また第２のブロックＧ２には、レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるために疎水化処理を行う疎水化処理装置４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４２が上下方向と水平方向に並べて設けられている。これら熱処理装置４０、疎水化処理装置４１、周辺露光装置４２の数や配置についても、任意に選択できる。なお、熱処理装置４０の構成については後述する。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばウェハ搬送装置７０が配置されている。

ウェハ搬送装置７０は、例えばＹ方向、前後方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム７０ａを有している。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。ウェハ搬送装置７０は、例えば図３に示すように上下に複数台配置され、例えば各ブロックＧ１〜Ｇ４の同程度の高さの所定の装置にウェハＷを搬送できる。

また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置７１が設けられている。

シャトル搬送装置７１は、例えば図３のＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置７１は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、同程度の高さの第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側には、ウェハ搬送装置７２が設けられている。ウェハ搬送装置７２は、例えば前後方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム７２ａを有している。ウェハ搬送装置７２は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置５０〜５６にウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション５には、ウェハ搬送装置８０と受け渡し装置８１が設けられている。ウェハ搬送装置８０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム８０ａを有している。ウェハ搬送装置８０は、例えば搬送アーム８０ａにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置６０〜６２、受け渡し装置８１及び露光装置４との間でウェハＷを搬送できる。

以上のウェハ処理システム１には、制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、ウェハ処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、実施の形態にかかる冷却処理装置を備えた熱処理装置をはじめとして上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、ウェハ処理システム１におけるウェハ処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御装置１００にインストールされたものであってもよい。

＜ウェハ処理システムの動作＞
ウェハ処理システム１は以上のように構成されている。次に、以上のように構成されたウェハ処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。

先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、ウェハ処理システム１のカセットステーション２に搬入され、カセット載置板１３に載置される。次に、ウェハ搬送装置２１によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次取り出され、処理ステーション３の第３のブロックＧ３の受け渡し装置５３に搬送される。

受け渡し装置５３に搬送されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され温度調節処理される。続いてウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、加熱処理が行われた後、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５３に戻される。

受け渡し装置５３に戻されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７２によって同じ第３のブロックＧ３の受け渡し装置５４に搬送される。続いてウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の疎水化処理装置４１に搬送され、疎水化処理が行われる。

疎水化処理が行われたウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってレジスト塗布装置３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送されて、プリベーク処理され、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５５に搬送される。

受け渡し装置５５に搬送されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送されて、加熱により、温度調節される。温度調節後、ウェハＷは周辺露光装置４２に搬送され、周辺露光処理される。

周辺露光処理されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置５６に搬送される。

受け渡し装置５６に搬送されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７２によって受け渡し装置５２に搬送され、シャトル搬送装置７１によって第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２に搬送される。受け渡し装置６２に搬送されたウェハＷは、インターフェイスステーション５のウェハ搬送装置８０によって露光装置４に搬送され、所定のパターンで露光処理される。

露光処理されたウェハＷは、ウェハ搬送装置８０によって第４のブロックＧ４の受け渡し装置６０に搬送される。その後、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、露光後ベーク処理される。

露光後ベーク処理されたウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって現像処理装置３０に搬送され、現像される。現像終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、ポストベーク処理される。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置５０に搬送され、カセットステーション２のウェハ搬送装置２１によって所定のカセット載置板１３のカセットＣに搬送される。こうして、一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

＜熱処理装置＞
次に、熱処理装置４０の詳細な構成について説明する。図４、図５はそれぞれ、熱処理装置４０の構成の概略を模式的に示した縦断面図及び平面図である。

熱処理装置４０は、内部を密閉可能な処理容器１４０を有している。処理容器１４０の後述の冷却部１６０側であって、ウェハ搬送領域Ｄ側（図５のＸ方向正方向側）の側面には、ウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には開閉シャッタ（図示せず）が設けられている。

処理容器１４０の内部には、ウェハＷを加熱処理する加熱部１５０と、ウェハＷを所定温度にまで冷却する基板冷却装置としての冷却部１６０が設けられている。加熱部１５０と冷却部１６０はＹ方向に並べて配置されている。

加熱部１５０は、ウェハＷを上面に載置して加熱処理を行う加熱載置台１５１と、加熱載置台１５１の上方に位置して前記加熱載置台１５１と一体になって処理室Ｒを形成する、上下動自在な蓋体１５２を備えている。

加熱載置台１５１は、厚みのある略円板形状を有する加熱板１５３の外周部を保持して収容する環状の保持部材１５４と、保持部材１５４の外周を囲んで設けられ、下端が前記処理容器１４０の底面に固定される略筒状のサポートリング１５５を備えている。

加熱板１５３の上面には、ウェハＷを上面に載置するためのたとえばギャップピン１５６が複数、例えば８本、加熱板１５３と同心円状に配置されている。なお、ギャップピン１５６の配置、数は、ウェハＷを均等に支持することができれば、任意に設定が可能である。

また、加熱板１５３の内部には例えば給電により発熱するヒータ１５７が設けられている。加熱板１５３の温度は、例えば制御装置１００により制御され、加熱載置台１５１上、具体的にはギャップピン１５６上に載置されたウェハＷを所定の温度に加熱することができる。

図４、図５に示すように加熱板１５３の下方には、ウェハＷを下方から支持して昇降させるための昇降ピン１５８が例えば３本設けられている。また、平面視において加熱板１５３の前記昇降ピン１５８に対応する位置には、当該加熱板１５３を厚み方向に貫通する貫通孔１５８ａが形成されている。昇降ピン１５８は、昇降機構１５９の動作により貫通孔１５８ａを挿通し、ウェハ受渡位置と退避位置との間で上下動自在に構成されている。

前記ウェハ受渡位置は、前記ウェハ搬送装置７０や後述の冷却部１６０との間でウェハＷの受け渡しを行う際に昇降ピン１５８が待機する位置であり、昇降機構１５９により昇降ピン１５８が最も上方に持ち上げられる位置である。ウェハ受渡位置で昇降ピン１５８が待機している場合においては、当該昇降ピン１５８の上端が、前記ギャップピン１５６の上端よりも上方に突出するように構成されている。

一方、前記退避位置は、昇降ピン１５８がウェハＷを支持しない場合において昇降ピン１５８が待機する位置であり、昇降機構１５９により昇降ピン１５８が最も下方に降下した位置である。退避位置で昇降ピン１５８が待機している場合においては、当該昇降ピン１５８の上端がギャップピン１５６の上端よりも下方に位置するように構成されている。これにより、昇降ピン１５８がウェハＷを支持した状態でウェハ受渡位置から退避位置に移動することにより、昇降ピン１５８からギャップピン１５６にウェハＷを受け渡すことができる。

蓋体１５２は、下面が開口した略円筒形状を有している。蓋体１５２の上面中央部には、排気口１５２ａが設けられている。処理室Ｒ内の雰囲気は、排気口１５２ａから均一に排気される。

冷却部１６０は、ウェハＷを上面に載置して冷却処理を行う冷却載置部１６１を有している。冷却載置部１６１は、厚みのある略方形の平板形状を有する冷却板１６２と、当該冷却板１６２上に設けられ、ウェハＷを上面に載置するためのギャップピン１６３とを有している。ギャップピン１６３は複数、例えば８本、冷却板１６２と同心円状に配置されている。なお、ギャップピン１６３の数、配置は、ウェハＷを均等に支持することができれば、任意に設定が可能である。

冷却板１６２は、一端部が円弧状の平板形状を有しており、加熱部１５０側の端面が円弧状に成形されている。また、冷却板１６２にはＹ方向に沿った２本のスリット１６２ａが形成されている。スリット１６２ａは、冷却板１６２の加熱部１５０側の端面から冷却板１６２の中央部付近まで形成されている。また、冷却板１６２の内部には、例えばペルチェ素子などの冷却機構１６４が設けられている。冷却板１６２の温度は、例えば制御装置１００により制御され、冷却載置部１６１上、具体的にはギャップピン１６３上に載置されたウェハＷを所定の温度に冷却することができる。

図４、図５に示すように冷却板１６２の下方には、ウェハＷを下方から支持して昇降させるための支持部材としての昇降ピン１６５が例えば３本設けられている。また、平面視において冷却板１６２の前記昇降ピン１６５に対応する位置には、当該冷却板１６２を厚み方向に貫通する貫通孔１６５ａが形成されている。なお、当該貫通孔１６５ａは、冷却板１６２が後述の駆動機構１６８により加熱部１５０側へ移動した際に、加熱部１５０側の前記昇降ピン１５８と干渉しない位置に設けられている。

昇降ピン１６５は、冷却載置部１６１の下方に一体に設けられた昇降機構１６６の動作により貫通孔１６５ａを挿通し、ウェハ受渡位置と退避位置との間で上下動自在に構成されている。このように昇降機構１６６は冷却載置部１６１と一体に設けられているため、後述の駆動機構１６８により冷却載置部１６１が加熱部１５０側へと移動する際には、当該昇降機構１６６及び昇降ピン１６５も一体となって加熱部１５０部側へと移動する。

昇降ピン１６５の少なくとも頂上部は、断熱性材料、若しくは耐熱性の材料、例えばＰＥＥＫによって構成され、昇降ピン１６５上に載置されたウェハＷと冷却載置部１６１とを適切に熱的分離することができる。これにより冷却載置部１６１の冷熱によりウェハＷが急冷されることを適切に防止することができる。

前記ウェハ受渡位置は、図６（Ａ）に示すように、前記ウェハ搬送装置７０や前記加熱部１５０との間でウェハＷの受け渡しを行う際に昇降ピン１６５が待機する位置であり、昇降機構１６６により昇降ピン１６５が最も上方に持ち上げられる位置である。ウェハ受渡位置で昇降ピン１６５が待機している場合においては、当該昇降ピン１６５の上端が、前記ギャップピン１６３の上端よりも上方に突出するように構成されている。

なお、以下の説明において図６（Ａ）に示す状態においてウェハＷの冷却を行う場合、すなわち、冷却載置部１６１上に直接ウェハＷが載置されておらず、昇降ピン１６５上にウェハＷが載置された状態で行う冷却を、「間接冷却」という場合がある。

一方、前記退避位置は、図６（Ｂ）に示すように、昇降ピン１６５がウェハＷを支持しない場合において昇降ピン１６５が待機する位置であり、昇降機構１６６により昇降ピン１６５が最も下方に降下された位置である。退避位置で昇降ピン１６５が待機している場合においては、当該昇降ピン１６５の上端がギャップピン１６３の上端よりも下方に位置するように構成されている。これにより、昇降ピン１６５がウェハＷを支持した状態でウェハ受渡位置から退避位置に移動することにより、昇降ピン１６５からギャップピン１６３にウェハＷを受け渡すことができる。

なお、以下の説明において図６（Ｂ）に示す状態においてウェハＷの冷却を行う場合、すなわち、冷却載置部１６１上、具体的にはギャップピン１６３上にウェハＷが載置された状態で行う冷却を、「直接冷却」という場合がある。また、前記間接冷却と、前記直接冷却とを併せて、「冷却工程」という場合がある。

また、図６（Ａ）に示すように、例えば昇降ピン１６５がウェハ受渡位置に位置する場合における昇降ピン１６５の高さＨ１、すなわち冷却板１６２の上面とウェハＷの下面との間の距離は、例えば１ｍｍに設定されている。また、図６（Ｂ）に示すように、ギャップピン１６３の高さＨ２、すなわち冷却載置部１６１上にウェハＷが載置された際における冷却板１６２の上面とウェハＷの裏面との間の距離は、例えば０．１ｍｍに設定されている。ただし、かかる昇降ピン１６５及びギャップピン１６３の高さは、これに限定されるものではなく、ウェハＷを適切に冷却することができれば、任意に設定が可能である。例えばウェハＷの種類、材料、厚み、処理の種類によって選択される。

冷却板１６２は、支持アーム１６７に支持されている。また支持アーム１６７には、駆動機構１６８が取り付けられている。駆動機構１６８は、Ｙ方向に延伸する２本のレール１６９、１６９に取り付けられている。レール１６９は冷却部１６０から加熱部１５０まで延伸して設けられており、冷却板１６２は、駆動機構１６８の動作によりレール１６９に沿って加熱部１５０まで移動可能になっている。

＜熱処理装置の動作＞
次に、熱処理装置４０において行われる熱処理について説明する。以下の説明においては、熱処理装置４０内に搬入されたウェハＷを加熱部により５００℃まで昇温処理した後に、冷却部において１００℃まで冷却処理され、その後、熱処理装置４０の外部へ搬出する場合を例に説明する。

図７（Ａ）〜図７（Ｆ）は、熱処理装置４０における加熱部１５０及び冷却部１６０の動作を模式的に表した説明図である。

先ず、ウェハ搬送装置７０により搬入出口（図示せず）から熱処理装置４０にウェハＷが搬入されると、予めウェハ受渡位置に上昇して待機していた冷却部１６０の昇降ピン１６５にウェハＷが受け渡される。

昇降ピン１６５に受け渡されたウェハＷは、ウェハ受渡位置から待機位置への昇降ピン１６５の降下によりギャップピン１６３上に載置される。また、これと共に加熱部１５０の蓋体１５２が上昇する。加熱部１５０の蓋体１５２が上昇すると、駆動機構１６８によって冷却載置部１６１がレール１６９に沿って加熱部１５０側へと移動する。

駆動機構１６８によって冷却載置部１６１が加熱部１５０の内部に進入すると、昇降ピン１５８が待機位置からウェハ受渡位置へと上昇し、ギャップピン１６３から昇降ピン１５８上へとウェハＷが受け渡される。なお、このとき昇降ピン１５８は、冷却板１６２の前記スリット１６２ａを介してウェハ受渡位置まで上昇する。すなわち、冷却載置部１６１と干渉することなく、冷却載置部１６１との間でウェハＷの受け渡しをすることができる。

昇降ピン１５８にウェハＷが受け渡されると、冷却載置部１６１は駆動機構１６８の動作により冷却部１６０側へと退避する。冷却載置部１６１が退避すると、昇降ピン１５８がウェハ受渡位置から退避位置へと降下され、ウェハＷが昇降ピン１５８からギャップピン１５６へと受け渡される。またこれと同時に、蓋体１５２も降下し、加熱載置台１５１と接触することにより処理室Ｒが形成される（図７（Ａ））。

処理室Ｒが形成されると、加熱板１５３に内蔵されたヒータ１５７に給電することによって、ウェハＷの加熱処理が行われ、たとえば５００℃まで昇温される。

加熱部１５０における加熱処理が終了すると、蓋体１５２が上昇する。また、冷却部１６０の昇降ピン１６５が上昇し、加熱部１５０からウェハＷを受け取る準備が行われる（図７（Ｂ））。

蓋体１５２が上昇すると、昇降ピン１５８が待機位置からウェハ受渡位置へと上昇し、ギャップピン１５６上に載置されていたウェハＷが昇降ピン１５８に受け渡される。昇降ピン１５８がウェハ受渡位置まで上昇すると、駆動機構１６８により冷却載置部１６１が加熱部１５０の内部であって、前記昇降ピン１５８の上昇により持ち上げられたウェハＷの下方に進入する（図７（Ｃ））。

冷却載置部１６１が加熱部１５０の内部に進入すると、加熱部１５０の昇降ピン１５８がウェハ受渡位置から退避位置まで降下する。これにより、昇降ピン１５８上に載置されていたウェハＷは、冷却載置部１６１の昇降ピン１６５上に受け渡される（図７（Ｄ））。なお、上述のように昇降ピン１６５は、昇降ピン１５８と干渉しない位置に設けられているため、加熱部１５０と干渉することなくウェハＷの受け渡しをすることができる。

昇降ピン１６５上にウェハＷが受け渡されると、冷却載置部１６１は駆動機構１６８の動作により冷却部１６０側へと退避する。またこれと同時に、蓋体１５２が降下する（図７（Ｅ））。

冷却載置部１６１に受け渡されたウェハＷは、冷却部１６０における冷却処理により、所定温度たとえば１００℃まで冷却される。以下その際の冷却工程について説明する。

先ず、冷却載置部１６１が冷却部１６０側に退避すると、昇降ピン１６５はウェハ受渡位置に上昇した状態で所定時間、例えば５０秒間維持され、間接冷却される。

昇降ピン１６５が間接冷却されることにより、ウェハＷが昇降ピン１６５上において所定の温度、例えばギャップピン１６３上に載置されてもウェハＷの反りが増長されることのない温度まで冷却される。ウェハＷが前記所定の温度まで冷却されると、昇降ピン１６５がウェハ受渡位置から退避位置まで降下し、昇降ピン１６５からギャップピン１６３にウェハＷが受け渡される（図７（Ｆ））。なお、かかる昇降ピン１６５のウェハ受渡位置から退避位置までの降下動作は、例えば２〜３秒で行われる。

ウェハＷがギャップピン１６３に受け渡されると、ウェハＷが熱処理装置４０からの搬出温度としての１００℃まで、例えば２０秒間、直接冷却される。これによって冷却工程は終了する。

冷却部１６０における冷却工程が終了すると、ウェハＷは冷却載置部１６１から前記ウェハ搬送装置７０に受け渡され、熱処理装置４０の外部へと搬出される。これにより一連の熱処理が終了する。

以上の例によれば、冷却載置部１６１上に、昇降機構１６６によって昇降する昇降ピン１６５配置されているため、加熱載置台１５１から加熱後のウェハＷを受け取る際、一旦この昇降ピン１６５上にウエハＷが載置され、加熱直後のウェハＷが直接的に冷却載置部１６１上に受け渡されることが無い。
すなわち加熱されたウェハＷは昇降ピン１６５上で支持されている間は間接冷却されるから、冷却載置部１６１によって直ちに急冷されてしまうことはない。したがって加熱処理されたウェハＷに反りが生じていた場合に、冷却載置部１６１上にウエハＷが直接載置されて急冷されてしまい、それによって当該ウェハＷの面内で温度差が生じて、反りが増長されることが無い。

なお、上記実施形態に示した冷却工程における冷却部１６０の動作は、上記実施形態には限定されない。例えば、加熱部１５０の昇降ピン１５８からウェハＷを受け渡された後、昇降ピン１６５をウェハ受渡位置に維持させることなく、徐々にウェハＷを降下させるように制御してもよい。すなわち、昇降ピン１６５をウェハ受渡位置から退避位置まで例えば２０秒程度の時間で降下させ、当該降下の間に反りが増長されることのない温度までウェハＷが間接冷却されるように制御してもよい。そしてそのような温度に達した後、ウェハＷを降下させて、冷却載置部１６１上のギャップピンに１６３に載置させて、以後急冷、すなわち直接冷却を行なうようにしてもよい。これによって反りの増長を抑えつつ、冷却工程の短縮を図ることができる。

また例えば、昇降ピン１６５はウェハ受渡位置から退避位置までの間を段階的に降下するように制御されてもよい。また、このように段階的に昇降ピン１６５を降下させる場合、各段階間における昇降ピン１６５の降下速度は、全て一律となるように制御されてもよいし、又は段階毎に差をつけて制御されてもよい。この場合にも、反りの増長を抑えつつ、冷却工程の短縮を図ることができる。
なお前記した各制御、すなわち昇降ピン１６５の降下制御による間接冷却は、ウェハＷの形状に基づいて行うようにしてもよい。

以上のように、間接冷却時において冷却載置部１６１とウェハＷとの間の距離を変化させることにより、ウェハＷの冷却時間を任意且つ適切に調節することができる。また、このように冷却載置部１６１とウェハＷ裏面との間の距離を任意に変化させることによりウェハＷの冷却速度を選択することができる。すなわち、ウェハＷの温度、材質、厚み、反りの程度、形状に応じて、ウェハＷ裏面との間の距離、間接冷却の時間を制御して、反りの増長を適切に防止、冷却時間を適切なものとすることができる。

なお、上記実施形態においては、たとえば反りのあるウェハＷに対してウェハＷを昇降ピン１６５上で５０秒間、間接冷却した後、ギャップピン１６３上において２０秒間、直接冷却をすることによりウェハＷを１００℃まで冷却するように制御された。その結果、たとえば前記したように反りの増長を防止するためにギャップピン１６３の高さを高くして、緩慢に冷却する場合と比べて、ウェハＷの所定温度までに冷却する時間を３０％短縮することができた。

なおウェハＷの目標冷却温度が１００℃よりも高く設定されている場合には、間接冷却、直接冷却に要する合計の冷却時間は当然に短くなる。一方、目標冷却温度が１００℃よりも低く設定された場合には、冷却時間は長くなる。また間接冷却と直接冷却の比率は、ウェハＷの温度、材質、厚み、反りの程度に応じて、適宜設定することができる。

例えばウェハＷが加熱載置台１５１から冷却載置部１６１に受け渡されるまでの時間、すなわち間接冷却を行なう時間を、冷却工程の全体に要する時間の約半分程度となるように設定してもよい。かかる設定を行うことにより、反りのあるウェハＷについてはウェハＷの反りを抑えつつ、ウェハＷの冷却時間を従来より短縮することができる。

＜第２の実施形態＞
次に第２の実施形態に係る熱処理装置２００の構成について図面を参照して説明する。図１０は、熱処理装置２００の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。熱処理装置２００は、第１の実施形態に係る熱処理装置４０の構成に加え、反り形状取得機構を有している。

図１０に示すように、本実施形態における熱処理装置２００は、第１の実施形態における熱処理装置４０の構成に加え、冷却載置部１６１の上方に反り形状取得機構２１０を有している。反り形状取得機構２１０には、例えばレーザ変位計が用いられる。反り形状取得機構２１０は、冷却載置部１６１上に載置されたウェハＷの上方を走査することにより、ウェハＷの面内における高さ方向の変位を測定する。また、反りのない平坦なウェハＷを冷却載置部１６１上に載置した状態の、当該ウェハＷの高さ方向の基準値をあらかじめ把握しておく。そして、反り形状取得機構２１０により取得されたウェハＷの面内の変位と、基準値との差から、ウェハＷの反り量情報を取得する。反り形状取得機構２１０により取得されたウェハＷの反り形状情報は、前記制御装置１００に出力される。なお、当該反り形状取得機構２１０における反り形状情報の取得時には、冷却部１６０におけるウェハＷの冷却は行われない。

＜熱処理装置２００の動作＞
続いて、第２の実施形態に係る熱処理装置２００の動作を説明する。図１１は、本実施形態に係る熱処理装置２００の主な動作を示す、フローチャートである。なお、第１の実施形態の熱処理装置４０と実質的に同一の動作については、その詳細な説明を省略する。

昇降ピン１６５に受け渡されたウェハＷは、ウェハ受渡位置から待機位置への昇降ピン１６５の降下によりギャップピン１６３上に載置される（図９のステップＳ１）。また、これと共に加熱部１５０の蓋体１５２が上昇する。加熱部１５０の蓋体１５２が上昇すると、駆動機構１６８によって冷却載置部１６１がレール１６９に沿って加熱部１５０側へと移動する。この際、反り形状取得機構２１０は、冷却載置部１６１の移動に伴い、冷却載置部１６１上のウェハＷの反り形状情報を取得し、当該情報と基準値との変位の差を比較する。かかる動作により、ギャップピン１６３上に載置されたウェハＷが、上方に凸形状を有しているのか、フラット形状を有しているのか、又は凹型の形状を有しているのかを特定する（図９のステップＳ２）。

ステップＳ２により反り形状情報が取得されたウェハＷが反りを有していないフラット形状である場合、又は凹形状、すなわち基準値と比べてウェハＷの外縁部が上方に位置すると特定された場合、ウェハＷは加熱部１５０へと搬送され、加熱処理が行われる（図９のステップＳ５）。

一方、ステップＳ２により反り形状情報が取得されたウェハＷの形状が凸形状、すなわち基準値と比べてウェハＷの外縁部が下方に位置すると特定された場合、反り形状取得機構２１０がウェハＷの面上を走査する。これにより、ウェハＷの全面における反り形状情報を取得し、当該情報と基準値との変位の差を比較する。かかる動作により、ギャップピン１６３上に載置されたウェハＷの全面における、反り量情報が取得される（図９のステップＳ３）。

ウェハＷの全面における反り量情報が取得されると、当該取得結果に基づいて、この後に行われる冷却工程における動作パラメータが算出される（図９のステップＳ４）。動作パラメータとしては、例えば加熱部１５０からウェハＷを受け取る際における昇降ピン１６５の高さ、昇降ピン１６５のウェハ受渡位置から退避位置までの下降速度等があげられる。

なお、前記動作パラメータを算出するための反り情報取得工程、すなわちギャップピン１６３上に載置されたウェハＷの形状及び反り量情報の取得は、熱処理装置２００における熱処理よりも前に行われる。よって、かかる反り情報取得工程の以降に行われる加熱処理により、当該ウェハＷの反り形状の変化が予測される場合には、かかる予測される変化を加味して動作パラメータの補正を行ってもよい。かかる補正を行う場合、例えば加熱板１５３の温度や、加熱時間を補正要素として用いてもよい。

冷却工程おける動作パラメータが算出されると、ウェハＷは加熱部１５０へと搬送され、加熱処理が行われる（図９のステップＳ５）。

ステップＳ５の加熱処理が終了すると、ウェハＷが冷却部１６０へと受け渡され、冷却処理が行われる（図９のステップＳ６）。

ウェハＷの冷却処理においては、前記反り形状取得機構２１０により取得されたウェハＷの形状がフラット形状、又はウェハＷの周縁部が内側より反り上がっている凹形状であった場合には、上述のようにウェハＷの反りが増長される恐れが無い。したがってかかる場合には、ウェハＷの間接冷却は行われず、加熱部１５０の昇降ピン１５８から、直接的に冷却載置部１６１のギャップピン１６３上にウェハＷが受け渡されて直接冷却が行われる。

かかる場合の判断はたとえば次のようになされる。すなわち冷却対象となるウェハＷが、その面内における中央部が最も下方に位置しない形状を有する場合には、当該ウェハＷは凸型ウェハとみなして、ウェハＷと冷却載置部１６１との間の距離を変化させて間接冷却を行なう。
他方、冷却対象となるウェハＷが、その面内において中央部が最も下方に位置する形状を有する場合には、急冷による反りの増長はない凹型ウェハ、あるいはフラットなウェハとみなして、昇降ピン１６５は当該ウェハＷを直ちに冷却載置部１６１のギャップピン１６３上に載置して直接冷却を行なうようにしてもよい。

一方、前記反り形状取得機構２１０により取得されたウェハＷが凸型ウェハＷであった場合には、前記算出された動作パラメータに基づいてウェハＷの冷却工程が行われる。そして、冷却処理の終了後、ウェハＷはウェハ搬送装置７０により熱処理装置の外部へと搬出される（図９のステップＳ７）。これにより、一連の熱処理が終了する。

本実施形態によれば、反り形状取得機構２１０により取得されたウェハＷの反り形状情報に基づいて冷却工程における動作パラメータを決定することができるため、ウェハＷの冷却温度及び冷却時間を更に適切に制御することができる。また、ウェハＷの反りの増長をより適切に防止することができる。

なお、以上の説明においては反り形状取得機構２１０により取得されたウェハＷの形状がフラット形状、又は凹形状である場合に間接冷却を省略するように冷却工程の制御を行ったが、間接工程の省略はかかる場合に限られない。例えば、反り形状取得機構２１０により取得されたウェハＷの形状が凸形状であった場合であっても、加熱処理により、当該ウェハＷの反りが改善されると予測される場合には、かかる予測を加味して間接冷却を省略してもよい。

また前記したように、ウェハＷの反り形状によりウェハＷの間接冷却が不要な場合には、間接冷却を省略し、加熱部１５０の昇降ピン１５８から直接冷却載置部１６１ギャップピン１６３上にウェハＷが受け渡して直接冷却することで、冷却工程におけるスループットを向上させることができる。

なお、上記実施形態によれば、反り形状取得工程は加熱処理の前に行われたが、加熱処理よりも後、冷却工程を行う前に行うようにしてもよい。

なお上記実施の形態にでは、反り形状取得機構２１０は、熱処理装置４０内の上方に固定したものであったが、反り形状取得機構２１０側を移動可能な構成としてもよい。また反り形状取得機構２１０は、熱処理装置４０の外部に設けてもよい。すなわち。ウェハＷの反り形状を把握するための独立した装置を設けてもよいし、又は他の処理装置内に反り形状取得機構が設けられていてもよい。このように、上述の実施形態において用いられる反り形状情報は、ウェハＷが熱処理装置４０に搬入されるよりも前に取得されたものであってもよい。

さらにまた上記実施形態によれば反り形状取得機構２１０としてレーザ変位計を用いたが、ウェハＷの反り形状を計測することができればこれに限定されず、例えばＣＣＤカメラ等を用いてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、以上の説明においてはウェハＷの形状を、大きく３パターン、すなわち凸形状、フラット形状、凹形状の３つに分類して制御を行ったが、例えばウェハＷが鞍型形状等に変形していた場合であっても、これを凸型ウェハの変形とみて、凸型ウェハと同様に間接冷却を実施するようにしてもよい。

また以下のような構成も本開示の技術的範囲に属するものである。
（１）加熱処理後の基板を冷却する基板冷却装置であって、
冷却機構を備える冷却載置部と、
加熱処理後の基板を直接受け取り、当該受け取った基板を支持して前記冷却載置部の上で昇降させる支持部材と、を有する基板冷却装置。
（２）前記支持部材の昇降により、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて前記基板を冷却する、（２）に記載の基板冷却装置。
（３）前記基板の反り形状に基づいて、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて前記基板を冷却する、（２）に記載の基板冷却装置。
（４）前記基板が、当該基板の面内において当該基板の中央部が最も下方に位置しない形状を有する場合には、前記支持部材は、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて冷却する、（２）または（３）のいずれかに記載の基板冷却装置。
（５）前記基板が、当該基板の面内において当該基板の中央部が最も下方に位置する形状を有する場合には、前記支持部材は、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させないで冷却する（２）または（３）のいずれかに記載の基板冷却装置。ここで前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させないで冷却するとは、支持部材が受け取った加熱後の基板を支持部材が冷却載置部上に直ちに移動させて冷却することを含むものである。
（６）前記支持部材の昇降速度を変化させる、（２）〜（５）のいずれかに記載の基板冷却装置。
（７）前記冷却載置部は少なくとも水平方向に移動可能である、（１）〜（６）のいずれかに記載の基板冷却装置。ここで水平方向とは、一方向、例えばＸ方向の移動だけでもよい。
（８）加熱処理後の基板を冷却する基板冷却方法であって、
冷却機構を備える冷却載置部に前記基板を直接載置して冷却する直接冷却と、
前記冷却載置部上にて、基板を昇降させる支持部材で前記基板を支持して冷却する間接冷却と、を含む基板冷却方法。
ここでいう冷却載置部に前記基板を直接載置するとは、冷却載置部の表面に直接載置することを意味するのではなく、前記実施の形態で説明したように、冷却載置部の表面に設けられたプロキシミティピン（ギャップピン）の上に載置されることをいう。
（９）前記間接冷却は、前記支持部材の昇降により、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて前記基板を冷却する、（８）に記載の基板冷却方法。
（１０）前記間接冷却は、基板の反り形状に基づいて行われる、（９）に記載の基板冷却方法。
（１１）前記間接冷却は、前記基板の形状が、前記基板の面内において、基板の中央部が最も下方に位置しない形状の場合に行われる、（８）〜（１０）のいずれかに記載の基板冷却方法。
（１２）前記間接冷却による基板の冷却時間は、前記基板を所定温度に冷却するまでに要する時間の半分以下となるように制御される、（８）〜（１１）のいずれかに記載の基板冷却方法。
（１３）前記間接冷却は、前記冷却載置部が移動中に行われる、（８）〜（１２）のいずれかに記載の基板冷却方法。
（１４）前記間接冷却は、前記基板の形状が、前記基板の面内において、基板の中央部が最も下方に位置する形状の場合には行われない、（８）に記載の基板冷却方法。

１ ウェハ処理システム
４０ 熱処理装置
１００ 制御装置
１６１ 冷却載置部
１６４ 冷却機構
１６５ 昇降ピン
Ｗ ウェハ

Claims (14)

1. 加熱処理後の基板を冷却する基板冷却装置であって、
   冷却機構を備える冷却載置部と、
   加熱処理後の基板を直接受け取り、当該受け取った基板を支持して前記冷却載置部の上で昇降させる支持部材と、
   を有する基板冷却装置。
2. 前記支持部材の昇降により、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて前記基板を冷却する、請求項１に記載の基板冷却装置。
3. 前記基板の反り形状に基づいて、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて前記基板を冷却する、請求項２に記載の基板冷却装置。
4. 前記基板が、当該基板の面内において当該基板の中央部が最も下方に位置しない形状を有する場合には、前記支持部材は、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて冷却する、請求項２または３のいずれか一項に記載の基板冷却装置。
5. 前記基板が、当該基板の面内において当該基板の中央部が最も下方に位置する形状を有する場合には、前記支持部材は、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させないで冷却する、請求項２または３のいずれか一項に記載の基板冷却装置。
6. 前記支持部材の昇降速度を変化させる、請求項２〜５のいずれか一項に記載の基板冷却装置。
7. 前記冷却載置部は少なくとも水平方向に移動可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板冷却装置。
8. 加熱処理後の基板を冷却する基板冷却方法であって、
   冷却機構を備える冷却載置部に前記基板を直接載置して冷却する直接冷却と、
   前記冷却載置部上にて、基板を昇降させる支持部材で前記基板を支持して冷却する間接冷却と、を含む基板冷却方法。
9. 前記間接冷却は、
   前記支持部材の昇降により、前記基板と冷却載置部との間の距離を変化させて前記基板を冷却する、請求項８に記載の基板冷却方法。
10. 前記間接冷却は、基板の反り形状に基づいて行われる、請求項９に記載の基板冷却方法。
11. 前記間接冷却は、
    前記基板の形状が、前記基板の面内において、基板の中央部が最も下方に位置しない形状の場合に行われる、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の基板冷却方法。
12. 前記間接冷却による基板の冷却時間は、前記基板を所定温度に冷却するまでに要する時間の半分以下となるように制御される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の基板冷却方法。
13. 前記間接冷却は、前記冷却載置部が移動中に行われる、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の基板冷却方法。
14. 前記間接冷却は、
    前記基板の形状が、前記基板の面内において、基板の中央部が最も下方に位置する形状の場合には行われない、請求項８に記載の基板冷却方法。

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