JP4115111B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の基板を冷却することが可能な処理室を備えた基板処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板処理装置には、バッチ処理装置と枚葉処理装置の2種類があり、ともに高温処理後の基板を、後工程で処理可能な温度にまで冷却する冷却処理室が必要となる。
【0003】
図11に、従来の枚葉処理装置の冷却処理室を示す。冷却処理室101は冷却容器10を有し、容器内部に一つの基板領域102が形成される。この一つの基板領域102内で複数のウェーハ2を共通に冷却処理するようになっている。基板領域102には一側に設けた冷却ガス供給配管8から冷却ガス5が導入され他側の排気口17から排気される。冷却容器10には例えば冷却水4が循環するようになっている。ゲートバルブ6を介して基板領域102内に搬送された複数枚のウェーハ2は、冷却ガス5と冷却容器10からの冷熱放射とによって冷却される。これにより高温になっている処理後の複数枚のウェーハ2はかなり低い所定温度にまで冷却される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では次のような問題があった。
【0005】
(1)枚葉処理装置では、もともと1枚のウェーハを冷却するように構成されている基板領域で、複数枚のウェーハを冷却しようとするため、基板領域の冷却能力を一定に設定すると、所定温度まで冷却する時間がウェーハの処理枚数に応じて異なってしまう。したがって、1枚のウェーハを冷却する場合に比べて、複数枚の基板を所定温度まで冷却するのに時間を要することになる。
【0006】
(2)枚葉処理装置では、スループットを上げるため、高温処理後のウェーハが時間差で冷却処理室に搬送されて来るものもある。この場合、先行ウェーハも後行ウェーハも共通の基板領域で冷却されるため、ウェーハ間で熱交換が起こり、先行冷却されているウェーハが後行ウェーハにより加熱される。したがって、先行ウェーハにあっては所定温度まで冷却するのにさらに時間を要することになる。
【0007】
このため従来の基板処理装置では、上述した(1)の処理枚数や、(2)の時間差冷却などの要因を考慮した最大冷却時間を設定して、冷却処理室を運用しているのが現状である。その結果、冷却処理時間が長くなり、装置のスループットの低下を招いていた。
【0008】
なお、上記問題点は、枚葉処理装置に限定されるものではなく、大量の基板を処理するバッチ処理装置にも共通し、基板処理装置における冷却処理時間の短縮化が要請されている。
【0009】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、冷却処理効率を改善して、装置のスループットを向上することが可能な基板処理装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の基板を冷却することが可能な処理室を備えた基板処理装置において、前記処理室に熱的に遮断される複数の基板領域を形成し、前記複数の基板領域の各基板領域ごとに冷却媒体を供給するようにした基板処理装置である。
【0011】
熱的に遮断される複数の基板領域を形成したので、複数の基板を各基板領域に振分けて収容すれば、他の基板からの熱を受けるなどの外乱に影響されることなく、基板領域に存在する基板を冷却することができる。
【0012】
また、各基板領域ごとに冷却媒体を供給するようにしたので、基板枚数や、基板領域に関係なく、基板の冷却時間を一様にすることができる。
【0013】
したがって、冷却効率改善、及び装置のスループットが向上する。
【0014】
なお、上記発明において、複数の基板領域は、処理室を熱遮蔽体によって区画形成することが好ましい。この場合において、熱遮蔽体から冷却媒体を供給するように構成することが好ましい。処理室に収容される複数の基板間に熱遮蔽体を設けるだけで、個別に基板を収容できる複数の基板領域が形成できる。また、熱遮蔽体から冷却媒体を供給するように構成すると、漠然と処理室に冷却媒体を供給するものと比べて、基板近傍からの供給になるので、基板を効率良く冷却することができる。
【0015】
また、上記発明において、熱遮蔽体にこれを冷却する冷却媒体を流すように構成することが好ましい。熱遮蔽体は、熱伝導性の悪い材料を選んで構成してもよいが、冷却媒体を循環させる熱遮蔽体にすると、基板から受ける熱をより有効に遮断することができる。したがって、この場合、複数の基板領域の各基板領域ごとに供給される冷却媒体には、基板を直接冷却するために供給する冷却媒体と、基板領域を区画形成する熱遮蔽体及び処理室に供給する冷却媒体の両方が含まれる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に実施の形態を説明する。
【0017】
図1は基板処理装置が備える実施の形態による冷却処理室の正断面図を示す。ここで基板処理装置は、冷却処理室及び給排気系等の周辺機器からなる狭義の装置だけでなく、冷却処理室をはじめ、熱処理室、成膜室、搬送ロボットなどを備えた広義の半導体製造装置も含む。
【0018】
冷却処理室1は、複数のウェーハ2を多段に保持して冷却することが可能な所定の容積をもっている。図示例では同時に3枚冷却できるようになっている。冷却処理室1を形成する冷却容器10は、気密に形成されている。開口した一側にゲートバルブ6が設けられ、ここから搬送ロボット(図示せず)でウェーハ2を出し入れできるようになっている。ゲートバルブ6は断熱材で構成するか、必要に応じて水冷ジャケット構造にするとよい。また、底部の一側に冷却ガス供給系25が、他側に排出口17がそれぞれ設けられ、冷却処理室1内に冷却ガス5を供給して排気するようになっている。冷却容器10の周壁には水冷ジャケット22が設けられ、冷却水5を循環することにより冷却容器10及び容器内を冷却するようになっている。冷却処理室1は、上述したように真空に対応できる容器10で構成され、かつゲートバルブ6を有していることが好ましい。
【0019】
冷却処理室1には、熱的に相互に遮断される3つの基板領域16(16a、16b、16c)が形成されている。基板領域16は1枚のウェーハ2を冷却処理する空間である。3つの基板領域16a、16b、16cは、冷却処理室1を3枚の熱遮蔽体としての熱遮蔽板3によって多段に区画形成してある。前述した冷却ガス供給系25は、これらの熱遮蔽板3に接続されて、熱遮蔽板3から冷却ガス5が各基板処理領域16毎に供給されるようになっている。また、熱遮蔽板3には、冷却容器10の周壁と同様に冷却水を循環させて、熱遮蔽板3を冷却するようになっている。図1には示していないが、熱遮蔽板3に冷却水を供給する冷却水供給系が、冷却ガス供給系25に加えて設けられている。
【0020】
基板領域16は、左右に共通排気空間と冷却ガス供給系25とのスペースを確保しつつ、上述したように冷却処理室1内に設けた板状の熱遮蔽板3によって、3つに区画形成されている。したがって、各基板領域16の外周は構造的には閉じていない。しかし、各基板領域16は熱的には閉じている。すなわち、第1の基板領域16cは、上下が第1の熱遮蔽板3cと第2の熱遮蔽板3bとで囲まれ、左右及び前後(紙面の手前と奥)が冷却容器10の側壁10bとゲートバルブ6でそれぞれ囲まれて、熱的に閉じている。第2の基板領域16bは、上下が第2の熱遮蔽板3bと第3の熱遮蔽板3aとで囲まれ、左右及び前後が冷却容器10の側壁10bとゲートバルブ6でそれぞれ囲まれて、熱的に閉じている。そして、第3の基板領域16aは、上下が冷却容器10の上壁10aと第3の熱遮蔽板3aとで囲まれ、左右及び前後が冷却容器10の側壁10bとゲートバルブ6で囲まれて、熱的に閉じている。
【0021】
図2は図1の丸で囲んだC部の拡大図を示す。各熱遮蔽板3は2層構造になっており、下層には冷却水流路31が形成され、冷却水流路31は冷却水供給系24から冷却水4が循環供給されるようになっている。上層には冷却ガス流路32が形成され、冷却ガス供給系25から冷却ガス5が供給され、熱遮蔽板3の表面から噴出され、ウェーハ2の裏面に当たるようになっている。
【0022】
上述した複数枚の熱遮熱板3は、メンテナンスを容易にするために、次に説明するようにユニット化されている。
【0023】
図3に熱遮蔽ユニットの正断面図を示す。ベースプレート23の上に立設された支柱7に、下方から上方に向けて順次、第1の熱遮蔽板3c、第2の熱遮蔽板3b、第3の熱遮蔽板3aが多段に設けられる。ベースプレート23は冷却処理室1の下部に載置される。第1熱遮蔽板3cと第2熱遮蔽板3bとの間に1枚目のウェーハ2が、第2の熱遮蔽板3bと第3の熱遮蔽板3aとの間に2枚目のウェーハ2が、そして第3の熱遮蔽板3aの上方に3枚目のウェーハ2が積層されるようになっている。また、配管8,9の取付け側の各熱遮蔽板3の端を上段に行くにしたがって長く延設するようにして、各熱遮蔽板3から垂下された各配管8、9が互いに干渉しないようにしてある。
【0024】
上記のように熱遮蔽板3とウェーハ2を交互に積層するのは、冷却処理室1に入る各ウェーハ2の熱遮蔽板3からの距離が均等になることで、冷却処理室1内の各ウェーハ2の冷却効率を均等にするためである。熱遮蔽板3が冷却源であるため、熱遮蔽板3からその上方に配置されるウェーハ2までの距離A、及びウェーハ2からその上方に配置される熱遮蔽板3までの距離B、および最上段のウェーハ2と上壁までの距離Bは短ければ短いほど冷却効率がよい。しかし、搬送ロボット(図示せず)のウェーハ取出し機構と熱遮蔽板3の厚みから来る制約により、最少寸法が決定される。
【0025】
上述した熱遮蔽ユニットは、具体的には次のように構成される。
【0026】
図4に熱遮蔽ユニットの組立斜視図を示す。4本の支柱7を立設し、3枚の矩形をした熱遮蔽板3を支柱7の立設方向に多段に取り付ける。3枚の熱遮蔽板3は互いに平行に等間隔で取り付けられる。最上段となる3段目の熱遮蔽板3a上の空間、3段目の熱遮蔽板3aと2段目の熱遮蔽板3bとの空間、及び2段目の熱遮蔽板3bと1段目の熱遮蔽板3cとの空間の計3箇所に、ウェーハ2が1枚づつ保持される。3枚のウェーハ2は4本の支柱7間に水平姿勢で多段に保持される。
【0027】
図5に熱遮蔽ユニットの分解斜視図を示す。上記4本の支柱7は石英で構成され、同じく石英で構成されたベースプレート23の上に半円形状に立設される。特に支柱7を石英で構成するのは、支柱7でウェーハ2を保持するために、ウェーハの汚染を防止し、水平保持のための加工精度を確保するためである。ここでは便宜上、3枚のウェーハ2は、4本の支柱7に熱遮蔽板3を介在させることなく保持されているように描かれているが、実際は上述したように熱遮蔽板3間ないし最上段の熱遮蔽板3上に保持される。3つの熱遮蔽板3は共通に構成される。
【0028】
各熱遮蔽板3は、基板領域を熱的に遮蔽することにより、ウェーハ2の熱を基板領域から逃がさないようになっている。また、冷却ガス5を基板領域に供給することにより、ウェーハ2を冷却するようになっている。
【0029】
矩形をした熱遮蔽板3の一側の下面に、冷却水を給排するための冷却水供給配管8aと冷却水排出配管8bとが垂下して設けられる。冷却水供給配管8aから熱遮蔽板3の内部に冷却水を供給して冷却水排出配管8bから排出することにより、熱遮蔽板3を冷却してウェーハ2間の熱遮蔽をするようになっている。
【0030】
また、熱遮蔽板3の同じ側の下面に、冷却ガスを供給するための冷却ガス供給配管9が垂下して設けられる。熱遮蔽板3の上面に冷却ガスをシャワー状に噴出するための多数のガス噴出孔18が設けられる。冷却ガス供給配管9から熱遮蔽板3の内部に冷却ガスを供給して、熱遮蔽板3の上面のガス噴出孔18からシャワー状に冷却ガスを噴出してウェーハ2を冷却するようになっている。
【0031】
上記熱遮蔽板3に形成されるガス噴出孔18は、ウェーハ2を均一に冷却するために、ウェーハ面よりも広い領域にわたって均一に形成されることが好ましい。しかし、図示例のように、熱遮蔽板3には、4本の支柱7が熱遮蔽板3に干渉しないように、これらの支柱7を挿通するための4本の支柱用挿通穴20が設けられる。それらの支柱用挿通穴20によってガス噴出孔18の形成領域が制約を受けることがある。図示例の場合には、制約内でウェーハ2を均一に冷却するために、ガス噴出孔18の形成領域を十字状に形成してある。
【0032】
図6は上述した3枚のうちの熱遮蔽板3のうち、1枚だけを抜き出した斜視図である。
【0033】
図7の分解斜視図に示すように、この熱遮蔽板3は、5枚のプレート11〜15からなる積層構造になっている。下から数えて1枚目から3枚目までのプレート11〜13で冷却水流路31を構成している。また、3枚目から5枚目までのプレート13〜15で冷却ガス流路32を構成している。
【0034】
冷却水流路31を構成する2枚目の冷却水流路プレート12は、冷却水が導入される側の1辺の中央から対向辺に向けて延在され、冷却水流路31を往路と復路とに分離、例えばU字状にするための仕切片21と、支柱用挿通穴20を形成するための4つの突片26とを残して、フレーム状に打ち抜かれている。最下層の1枚目の冷却水入出プレート11は底板となり、前記冷却水流路フレームの一辺に対応する辺の両端には、U字状の冷却水流路31の往路に連通する冷却水供給配管8aと、U字状の冷却水流路31の復路に連通する冷却水排出配管8bとが垂下して設けられる。3枚目の冷却ガス導入プレート13は冷却水流路31の上蓋となり、その一辺の一端には、冷却ガス導入配管9が垂下して設けられる。上記2枚目の冷却水流路プレート12を、底蓋となる1枚目の冷却水入出プレート11と上蓋となる3枚目の冷却ガス導入プレート13とで挟むことにより、内部に冷却水を流すU字状の冷却水流路31を構成している。上述した冷却水供給配管8aからU字状の冷却水流路31に導入されてU字状に流れて冷却水排出配管8bから排出される。
【0035】
冷却ガス流路32を構成する4枚目の冷却ガス流路プレート14は、支柱用挿通穴20を形成するための4つの突片27を残して、フレーム状に打ち抜かれている。前述した3枚目の冷却ガス導入プレート13は底板となり、その下面の一辺には、前述したように冷却ガス流路32に連通する冷却ガス供給配管9が垂下して設けられる。多数のガス噴出孔18を設けた5枚目のシャワープレート15は冷却水流路32の上蓋となる。上記4枚目の冷却ガス流路プレート14を、底蓋となる3枚目の冷却ガス導入プレート13と上蓋となる最上層のシャワープレート15とで挟むことにより、内部に冷却ガスを流す冷却ガス流路32を構成している。上述した冷却ガス供給配管9から冷却ガス流路32に導入されてガス噴出孔18からシャワー状に噴出される。
【0036】
なお、5枚のプレート11〜15には、前述した4つの支柱用挿通穴20が共通して設けられる。また、冷却水流路31は、プレート12に溝をカットしているだけの簡単な形状としているので、プレート12の厚さが冷却水流路31の高さになる。プレート11〜15厚は、冷却処理室1内に収納できるウェーハ枚数を考慮すれば、t=2〜5mm程度である。また、5枚のプレート11〜15の共通寸法は、ウェーハより小さければ効果が十分に発揮されないので、それ以上のサイズとする。また、5枚のプレート11〜15はレーザ溶接等により接合する。プレート11〜15材料は、溶接接合することと、冷却水流路31をもっていることからSUSが好ましい。ただし、SUSの他に、接合方法及び腐食に対応することができれば他の材料であってもよい。
【0037】
冷却水は、基板処理装置として使用されている冷却水をそのまま使用する。したがって、冷却水温度は特に調節していないが、23±3℃程度である。また、冷却水の流量及び流速は熱遮蔽板3に設ける冷却水流路31の流路面積や流路長で調整可能である。また、冷却ガスには不活性ガスを使用する。特に冷却効率のよいN2またはHeが好ましい。冷却ガスの流路及び流速は、冷却水同様に冷却ガス流路32で調整可能である。
【0038】
冷却処理室1内の温度は、入ってくるウェーハの温度の影響もあるが、熱遮蔽板3を設けたことで、冷却水、冷却ガス流量を調整することによって、ウェーハの放射熱を受けない部分は、冷却ガスと同等の温度にすることが可能である。また、冷却処理室1の排気口17から排気する排気流量、排気速度は、冷却ガスの流量との関係もあるが、大気圧付近で冷却効率がよいので、ウェーハ冷却時は、冷却処理室内の圧力が大気圧になるように調整する。冷却処理室1に対するウェーハの搬入、搬出が真空搬送であれば、冷却処理室内は真空にする。
【0039】
なお、図8に冷却容器からの配管の取出し構造例を示す。冷却容器下壁10cに設けた配管取出穴の外周部に、配管8を挿通することが可能な中空のスタッドボルト36を溶着する。スタッドボルト36の中空部から配管取出穴に配管8を挿通し、スタッドボルト内の配管8にスリーブ35とOリング38を嵌める。さらに穴の開いた袋ナット37を配管8に挿通し、袋ナット37をスタッドボルト36に螺着して、スタッドボルト36内のスリーブ35及びOリング38を締め付ける。これによりOリング38で袋ナット37の配管挿通部がシールされる。このようなシール構造とすることで、メンテナンス時に冷却処理室から熱遮蔽ユニットを取り外すことが可能になる。
【0040】
上述したような実施の形態の構成において、熱的に遮断される複数の基板領域16を形成したので、複数のウェーハ2を各基板領域16に振分けて収容すれば、他のウェーハ2からの熱を受けるなどの外乱に影響されることなく、基板領域16に存在するウェーハ2を冷却することができる。したがって、複数枚(2〜3枚)のウェーハ2を処理する場合であっても、1枚のウェーハ2を冷却処理する場合と同じになり、ウェーハ2の枚数による冷却時間の違いが生じない。したがって、1枚のウェーハ2を冷却する場合も、複数枚のウェーハ2を冷却する場合も、冷却に時間を要しない。
【0041】
また、枚葉処理装置のように、高温処理後のウェーハ2が時間差で冷却処理室1に搬送される場合であっても、基板領域16が独立しているため、ウェーハ2間で熱交換が起こらず、先行するウェーハ2が所定温度まで冷却するのに時間を要せず、冷却済みのウェーハ2として冷却処理室から先行して取り出すことが可能となる。
【0042】
冷却処理室1に搬送されるウェーハの温度は、前工程でのウェーハの処理温度にもよるが、400〜600℃程度である。また、ウェーハを冷却して冷却処理室から取り出す温度は90℃以下がよい。装置のスループットを向上させるためには冷却時間は短いほどよく、後工程で支障がなければ室温まで冷却する必要はない。取り出したウェーハを受け取るカセット樹脂が変形を起こさない温度以下であればよい。ウェーハ寸法は、例えば、φ=300〜200mmである。
【0043】
したがって、枚葉処理装置にあっても、処理枚数や、時間差冷却などの要因を考慮した最大冷却時間を設定する必要がなくなり、このため冷却処理時間が長くなり、装置のスループットが大幅に向上する。
【0044】
また熱的に遮断される複数の基板領域16を、冷却水で冷却した熱遮蔽板3で構成したので、水冷ジャケット22をもつ冷却容器10と相俟って、基板領域16間の熱遮断効果が大きく、基板領域16内のウェーハ2間の熱干渉を有効に防止できる。
【0045】
また、各基板領域16ごとに冷却ガス5を供給するようにしたので、ウェーハ2の枚数や、基板領域16に関係なく、ウェーハ2の冷却時間を一様にすることができる。特に、冷却ガス5をシャワー状に噴出してウェーハ2の下面に吹き付けるようにしたので、ウェーハ2を一様に冷却することができる。また、冷却ガス流路32に隣接して冷却水流路33を形成したので、冷却水4によって冷却ガス5をも一様に冷却することができる。
【0046】
また、複数の基板領域16は、1つの冷却処理室1を複数の熱遮蔽板3によって区画形成しているので、複数の冷却処理室を並列に設ける場合に比して、構造を簡素化できる。また、ウェーハ2と平行に対峙する熱遮蔽板3から冷却ガス5をシャワー状に供給するように構成したので、冷却処理室1の一側から冷却ガス5を供給するものと比べて、ウェーハ2近傍からの均一供給になるので、ウェーハ2を効率良く冷却することができる。熱遮蔽板3にこれを冷却する冷却水4を流すように構成したので、熱伝導性の悪い材料を選んでパッシブなもので構成するものと比べて、ウェーハ2から受ける熱をより有効に遮断することができる。特に、熱遮蔽板3の最上段にあっては、水冷される周壁と同一条件でウェーハ2を挟むことになるので、ともすれば熱遮蔽板3間に収容されたウェーハ2と異なる条件となりやすい最上段に収容されるウェーハ2であっても、ウェーハ2面間均一性が良好になる。
【0047】
なお、上述した実施の形態では、図2に示すように、熱遮蔽板3を2層構造にして、下層には冷却水4を流し、上層に冷却ガス5を流して、熱遮蔽板3の表面から冷却ガス5を噴出するように構成している。しかし、本発明はこの構成に限定されない。
【0048】
例えば、図9に示すように、上層に冷却水4を流し、下層に冷却ガス5を流して、熱遮蔽板3の裏面から冷却ガス5噴出するように構成してもよい。
【0049】
また、図10に示すように、熱遮蔽板3を3層構造にして、中層に冷却水4を流し、中層を挟む上下層に冷却ガス5を流して、冷却ガス5を熱遮蔽板3の表裏面から噴出するように構成してもよい。この場合において、各ウェーハ2の冷却源の距離を均等にすることで、冷却処理室内のウェーハ2毎の冷却効率を均等に保つことが必要となる。したがって、片面から冷却される一番上のウェーハ2についても、表裏面から冷却される中間のウェーハ2と同じ冷却条件とするために、冷却容器10の上壁10a(図1参照)にも周壁冷却ガス流路と周壁シャワープレートを形成して、上壁10aからも冷却ガス5を噴出させるように構成することが好ましい。このように冷却容器10の周壁から冷却ガス5を噴出する場合は、熱遮蔽板3の冷却ガス5噴出位置からウェーハ2の距離を同等の位置にするか、各ウェーハ2に均等に冷却ガス5が流れるように周壁にシャワープレートを設置する必要がある。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、処理室に熱的に遮断される複数の基板領域を形成し、各基板領域ごとに冷却媒体を供給するようにしたので、冷却処理効率を改善することができ、その結果、装置のスループットを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態による冷却処理室の正断面図である。
【図2】図1のC部拡大図である。
【図3】実施の形態による熱遮蔽ユニットの正面図である。
【図4】実施の形態による熱遮蔽ユニットの斜視図である。
【図5】実施の形態による熱遮蔽ユニットの分解図斜視図である。
【図6】実施の形態による熱遮蔽ユニットを構成する熱遮蔽板の斜視図である。
【図7】実施の形態による熱遮蔽板の分解斜視図である。
【図8】実施の形態による配管のシール構造を示す説明図である。
【図9】図2に対応する熱遮蔽板の変形例を示す図である。
【図10】図2に対応する熱遮蔽板の他の変形例を示す図である。
【図11】従来例による冷却処理室の正断面図である。
【符号の説明】
1 冷却処理室
2 ウェーハ(基板)
4 冷却水(冷却媒体)
5 冷却ガス(冷却媒体)
16 基板領域
Claims (1)
- 複数の基板を積層配置して収容し冷却することが可能な処理室を備えた基板処理装置において、
前記基板の間に板状の熱遮蔽体を設け熱的に遮断される複数の基板領域を形成し、
前記基板領域ごとに、前記熱遮蔽体の主面から前記基板に対して冷却媒体を噴出することを特徴とする基板処理装置。
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