JP5106331B2 - 基板載置台の降温方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体および基板処理システム - Google Patents

基板載置台の降温方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体および基板処理システム Download PDF

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Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板に対し、例えば成膜等の処理を行う際に該基板を載置する基板載置台の降温方法、この方法に用いるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体および前記方法が行われる基板処理システムに関する。
半導体装置の製造過程で、半導体ウエハなどの基板に対し、成膜処理を行う成膜装置は、チャンバ内に基板を載置する基板載置台を備えており、この基板載置台によって基板を支持した状態で処理が行われる。基板載置台には、処理内容に応じて基板を加熱できるようにヒーターが内蔵されており、例えばプラズマＣＶＤ法等による成膜処理を行う場合であれば、ヒーターによって基板載置台の温度は６００℃〜７００℃程度まで加熱される（例えば、特許文献１）。
成膜装置において、チャンバ内部のクリーニングや、チャンバを大気開放してメンテナンスを行う場合には、基板載置台を上記プロセス温度から室温付近まで降温する必要がある。この基板載置台の降温は、急激な温度変化による基板載置台へのダメージを避けるために、チャンバ内に冷却ガスを導入するガス冷却によって間接的な方法で数時間かけて徐々に行われる。しかし、ガス冷却では、降温に要する時間が長く、装置のダウンタイムの増加による稼働率の低下を招くという問題があった。
特開２００８−１９２３号公報
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、基板載置台の降温効率を高め、降温時間を短縮できる方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点の基板載置台の降温方法は、基板を加熱する加熱機構を備えた第１の基板載置台が内部に配設され、該第１の基板載置台に基板を載置した状態で所定の処理を行う一つ以上の処理室と、前記処理室へ基板の搬送を行なう基板搬送装置を備えた搬送室と、を備えた基板処理システムにおいて前記第１の基板載置台を降温する基板載置台の降温方法であって、
前記基板搬送装置を介して、前記第１の基板載置台と、基板を冷却するための第２の基板載置台との間で、基板の移載を繰返すことにより、前記第１の基板載置台の熱を前記第２の基板載置台に伝熱させて前記第１の基板載置台を降温させることを特徴とする。
本発明の基板載置台の降温方法によれば、第１の基板載置台と第２の基板載置台との間で基板の移載を繰返すことにより、冷却対象である第１の基板載置台の温度を基板冷却用の第２の基板載置台に伝達させ、適切な降温速度で効率よく第１の基板載置台を降温させることができる。このように基板を熱媒体として利用することにより、第１の基板載置台に冷却機構を設ける場合に比べて、設備の簡素化を図ることができる。そして、降温時間を短縮できることにより、装置のダウンタイムの低減を図り、稼動効率を向上させることが可能になる。
また、本発明の基板載置台の降温方法は、前記第２の基板載置台は、基板を冷却する冷却機構を備えていることが好ましい。この特徴によれば、第２の基板載置台が冷却機構を備えていることにより、基板の冷却効率を高め、もって第１の基板載置台の降温効率を向上させ、降温時間の短縮を図ることが可能になる。
また、本発明の基板載置台の降温方法において、前記基板処理システムは、前記搬送室に隣接して真空準備室であるロードロック室を備えており、該ロードロック室の載置台が前記第２の基板載置台を兼ねていることが好ましい。この特徴によれば、ロードロック室の載置台を基板冷却用の第２の基板載置台として利用することにより、専用の設備が不要となり、既存設備でそのまま本発明方法を実施できる。
また、本発明の基板載置台の降温方法において、前記第２の基板載置台が前記搬送室内に配設されていることが好ましい。この特徴によれば、基板冷却用の第２の基板載置台を搬送室内に配設することにより、基板を交互に移載する際の時間を短縮できるので、第１の載置台の降温処理のスループットを向上させることができる。
また、本発明の基板載置台の降温方法において、前記第２の基板載置台が前記基板処理システムに設けられた専用の基板冷却室内に配設されていることが好ましい。この特徴によれば、専用の基板冷却室内に第２の基板載置台を配設して降温処理を行うことで、基板の冷却効率を高め、もって第１の基板載置台の降温効率を向上させ、降温時間の短縮を図ることが可能になる。
また、本発明の基板載置台の降温方法において、前記第１の基板載置台の降温は、一定の速度に制御されて降温を行う第１の降温過程と、前記第１の降温過程よりも低い温度帯で自然降温を行う第２の降温過程と、を含んでおり、基板の移載を繰返すことにより実行される降温処理が、前記第２の降温過程のみに適用されるものであることが好ましい。この特徴によれば、自然降温を行う第２の降温過程に適用されることにより、第２の降温過程の降温速度を高め、もって全降温時間を短縮することが可能となる。
また、本発明の基板載置台の降温方法は、真空条件の下で行われることが好ましい。この特徴によれば、プラズマ処理などの真空条件で処理を行う基板処理システムにおいて、大気開放することなく降温処理を行うことができるので有利である。
また、本発明の基板載置台の降温方法は、前記基板として、前記第１の載置台との接触面積が大きく、かつ表面積の大きな放熱構造を有する降温処理専用基板を用いることが好ましい。この特徴によれば、降温処理専用基板を用いることで、熱媒体としての吸熱および放熱効率を向上させることができる。よって、降温処理のスループットを向上させることができる。
また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、
基板を加熱する加熱機構を備えた第１の基板載置台が内部に配設され、該第１の基板載置台に基板を載置した状態で所定の処理を行う一つ以上の処理室と、前記処理室へ基板の搬送を行なう基板搬送装置を備えた搬送室と、を備えた基板処理システムにおいて前記第１の基板載置台を降温する際に、前記基板搬送装置を介して、前記第１の基板載置台と、基板を冷却するための第２の基板載置台との間で、基板の移載を繰返すことにより、前記第１の基板載置台の熱を前記第２の基板載置台に伝熱させて前記第１の基板載置台を降温させるように前記基板処理システムを制御するものであることを特徴とする。
また、本発明の基板処理システムは、基板を加熱する加熱機構を備えた第１の基板載置台が内部に配設され、該第１の基板載置台に基板を載置した状態で所定の処理を行う一つ以上の処理室と、
前記処理室へ基板の搬送を行なう基板搬送装置を備えた搬送室と、
前記基板搬送装置を介して、前記第１の基板載置台と、基板を冷却するための第２の基板載置台との間で、基板の移載を繰返すことにより、前記第１の基板載置台の熱を前記第２の基板載置台に伝熱させて前記第１の基板載置台を降温させるような制御を実行する制御部と、
を備えている。
本発明によれば、処理室における基板載置台へのダメージを回避しながら基板載置台の降温効率を高めることができるので、降温時間を短縮し、もって装置のダウンタイムも短縮できる、という効果を奏する。
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図１および図２を参照して本発明の実施の形態に係る基板処理システムについて説明を行う。図１は、例えば基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗに対し、例えば成膜処理、エッチング処理等の各種の処理を行なうように構成された基板処理システム１００を示す概略構成図である。
図２は、図１の基板処理システム１００の真空側の各チャンバ（すなわち、ロードロック室５ａ，５ｂ、搬送室３および処理室１ａ〜１ｄ）の内部の構成を示す要部断面図である。なお、図２では、代表してロードロック室５ａ、処理室１ｂと搬送室３の内部を図示している。
この基板処理システム１００は、マルチチャンバ構造のクラスタツールとして構成されている。基板処理システム１００は、主要な構成として、ウエハＷに対して各種の処理を行う４つの処理室１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、これらの処理室１ａ〜１ｄに対して、それぞれゲートバルブＧ１，Ｇ１，Ｇ１，Ｇ１を介して接続された真空側の搬送室３と、この真空側の搬送室３にゲートバルブＧ２，Ｇ２を介して接続された２つのロードロック室５ａ，５ｂと、これら２つのロードロック室５ａ，５ｂに対してゲートバルブＧ３，Ｇ３を介して接続されたローダーユニット７とを備えている。
４つの処理室１ａ〜１ｄは、ウエハＷに対して例えばＣＶＤ処理、エッチング処理、アッシング処理、改質処理、酸化処理、拡散処理などの処理を行う処理装置である。処理室１ａ〜１ｄは、ウエハＷに対して同じ内容の処理を行うものであってもよいし、あるいはそれぞれ異なる内容の処理を行うものであってもよい。各処理室１ａ〜１ｄ内には、それぞれウエハＷを載置するための「第１の基板載置台」としての処理ステージ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが配備されている。
例えば、ＣＶＤを行う処理室１ｂは、気密に構成され、その中にはウエハＷを水平に支持するための処理ステージ２ｂが設けられている。処理ステージ２ｂは、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材１１により支持された状態で配置されている。また、処理ステージ２ｂには、抵抗加熱ヒーター１３が埋設されている。抵抗加熱ヒーター１３は、図示しないヒーター電源１３ａから給電されることにより、処理ステージ２ｂに載置されたウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、加熱方法としては例えばランプ加熱が採用される場合もある。また、処理ステージ２ｂには、熱電対（ＴＣ）１４が配備されており、処理ステージ２ｂの温度をリアルタイムで計測できるようになっている。
また、図示は省略するが、処理ステージ２ｂには、ウエハＷを支持して昇降させるための複数の支持ピンが処理ステージ２ｂの載置面Ｓに対して突没可能に設けられている。これらの支持ピンは任意の昇降機構により上下に変位し、上昇位置で真空側搬送装置３１（後述）との間でウエハＷの受け渡しを行えるように構成されている。
また、処理室１ｂの天井部には、シャワーヘッド２０が設けられている。シャワーヘッド２０は、図示しないガス供給源に接続されており、チャンバ内へ処理ガス、クリーニングガス、クーリングガスなどを導入できるようになっている。なお、チャンバ内に導入されたガスは、図示しない真空ポンプに接続された排気口２１からチャンバ外へ排出できるようになっている。
処理室１ｂの側壁には、真空側の搬送室３との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２３が形成されている。この搬入出口２３を介して、ゲートバルブＧ１を開閉させてウエハＷの搬入出が行なわれる。
真空引き可能に構成された真空側の搬送室３には、処理室１ａ〜１ｄやロードロック室５ａ，５ｂに対してウエハＷの受け渡しを行う第１の基板搬送装置としての真空側搬送装置３１が設けられている。この真空側搬送装置３１は、基部３２と、この基部３２に連結され、互いに対向するように配置された一対の搬送アーム部３３，３３を有している。各搬送アーム部３３，３３は同一の回転軸３２ａを中心として、屈伸及び旋回可能に構成されている。また、各搬送アーム部３３，３３の先端には、それぞれウエハＷを載置して保持する保持部材としてのフォーク３５，３５が設けられている。真空側搬送装置３１は、これらのフォーク３５，３５上にウエハＷを載置した状態で、処理室１ａ〜１ｄ間、あるいは処理室１ａ〜１ｄとロードロック室５ａ，５ｂとの間でウエハＷの搬送を行う。また、真空側の搬送室３の底部には、真空側の搬送室３内を減圧排気するための排気口３６が設けられ、この排気口は図示しない真空ポンプに接続されている。また、真空側の搬送室３の側部には、周囲の処理室１ａ〜１ｄおよびロードロック室５ａ，５ｂに対応する位置にそれぞれ搬入出口３７が形成されている。ゲートバルブＧ１，Ｇ２を開放した状態で、各搬入出口３７を介してウエハＷの搬入出が行なわれる。
ロードロック室５ａ，５ｂは、真空側の搬送室３と大気側の搬送室５３（後述）との間でウエハＷの受け渡しを行う際の真空予備室である。従って、ロードロック室５ａ，５ｂは、真空状態と大気開放状態を切り替えられるように構成されている。ロードロック室５ａ，５ｂ内には、それぞれウエハＷを載置する待機ステージ６ａ，６ｂが設けられている。これらの待機ステージ６ａ，６ｂを介して、真空側搬送室３と大気側の搬送室５３との間でウエハＷの受け渡しが行われる。本実施の形態では、待機ステージ６ａ（待機ステージ６ｂでもよい）を冷却用の「第２の基板載置台」として利用する。
また、ロードロック室５ａの待機ステージ６ａは、ウエハＷを冷却するための冷却手段として例えば待機ステージ６ａ内に形成された流路４１に冷媒を循環させて冷却を行うチラー機構４２を有している。また、ロードロック室５ａ内には、クーリングガスの導入口４３および排気口４５が設けられており、ウエハＷが待機ステージ６ａに移載された段階でウエハＷを冷却できるようになっている。必要に応じて待機ステージ６ａに熱電対を設け、待機ステージ６ａの温度をリアルタイムで計測してもよい。なお、ロードロック室５ｂの内部も同様の構成である。
ローダーユニット７は、大気圧に開放された搬送室５３と、この搬送室５３に隣接配備された３つのロードポートＬＰと、搬送室５３の他の側面に隣接配備され、ウエハＷの位置測定を行なう位置測定装置としてのオリエンタ５５とを有している。搬送室５３には、ウエハＷの搬送を行う第２の基板搬送装置としての大気側搬送装置５１が設けられている。
大気圧に開放された搬送室５３は、例えば窒素ガスや清浄空気などの循環設備（図示省略）を備えた平面視矩形形状をなしており、その長手方向に沿ってガイドレール５７が設けられている。このガイドレール５７に大気側搬送装置５１がスライド移動可能に支持されている。つまり、大気側搬送装置５１は図示しない駆動機構により、ガイドレール５７に沿って、図１中矢印で示す方向へ移動可能に構成されている。この大気側搬送装置５１は、上下２段に配置された一対の搬送アーム部５９，５９を有している。各搬送アーム部５９，５９は屈伸及び旋回可能に構成されている。各搬送アーム部５９，５９の先端には、それぞれウエハＷを載置して保持する保持部材としてのフォーク６１，６１が設けられている。大気側搬送装置５１は、これらのフォーク６１，６１上にウエハＷを載置した状態で、ロードポートＬＰのウエハカセットＣＲと、ロードロック室５ａ，５ｂと、オリエンタ５５との間でウエハＷの搬送を行う。
ロードポートＬＰは、ウエハカセットＣＲを載置できるようになっている。ウエハカセットＣＲは、複数枚のウエハＷを同じ間隔で多段に載置して収容できるように構成されている。
オリエンタ５５は、図示しない駆動モータによって回転される回転板６３と、この回転板６３の外周位置に設けられ、ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ６５とを備えている。光学センサ６５は、ウエハＷを載置した状態で回転板６３を回転させながら、光源部（図示省略）からウエハＷの周縁部に向けて帯状のレーザ光を照射する。そして、ウエハＷによって部分的に遮られるレーザ光を検知部（図示省略）で検知する。このレーザ光の検知結果をもとに、回転板６３の中心に対するウエハＷの偏心量と偏心方向を計算する。また、光学センサ６５は、回転するウエハＷに形成されている切り欠き部分（ノッチあるいはオリエンテーションフラット）を認識することにより、ウエハＷの方位を検出し、ウエハＷを所定の向きに変更することができる。そして、大気側搬送装置５１は、光学センサ６５で計算されたウエハＷの偏心量と偏心方向を補正するように回転板６３上のウエハＷをフォーク６１によって受け取る。
基板処理システム１００の各構成部は、制御部７０に接続されて制御される構成となっている。制御部７０は、ＣＰＵを備えたコントローラ７１と、このコントローラ７１に接続されたユーザーインターフェース７２および記憶部７３を備えている。コントローラ７１は、基板処理システム１００において、例えば処理室１ａ〜１ｄ、真空側搬送装置３１、大気側搬送装置５１などを統括して制御する。
ユーザーインターフェース７２は、工程管理者が基板処理システム１００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タッチパネル、基板処理システム１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。記憶部７３には、基板処理システム１００で実行される各種処理をコントローラ７１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース７２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部７３から呼び出してコントローラ７１に実行させることで、コントローラ７１の制御下、基板処理システム１００の処理室１ａ〜１ｄ内で所望の処理や、基板処理システム１００での所定の基板搬送動作などが行われる。なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体７４に格納された状態のものを記憶部７３にインストールすることによって利用できる。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体７４としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
以上のような構成の基板処理システム１００では、ウエハカセットＣＲからウエハＷを１枚取り出し、オリエンタ５５で位置合わせを行った後、ロードロック室５ａ，５ｂのいずれかに搬入し、待機ステージ６ａ，６ｂに移載する。そして、真空側搬送装置３１を用い、ロードロック室５ａ内のウエハＷを、処理室１ａ〜１ｄのいずれかへ搬送し、処理ステージ２ａ〜２ｄへ移載する。例えば、処理室１ｂ内では、処理ステージ２ｂにウエハＷを載置した状態で、真空条件下、抵抗加熱ヒーター１３によりウエハＷを加熱しつつ、シャワーヘッド２０からウエハＷへ向けて原料ガスを供給する。その結果、ウエハＷの表面に例えばＴｉ膜、ＴｉＮ膜等の所定の薄膜がＣＶＤ法により成膜される。成膜処理後は、前記と逆の手順で、ウエハをウエハカセットＣＲへ戻すことにより、１枚のウエハＷに対する処理が終了する。
次に、上記構成を有する基板処理システム１００において実施される本発明の第１の実施の形態に係る基板載置台の降温方法について説明する。ここでは、処理室１ｂの処理ステージ２ｂを降温する場合を例に挙げて説明を行う。図３は、第１の実施の形態に係る基板載置台の降温方法の手順の概略を説明するフロー図である。また、図４は、本発明方法を実施する際のウエハＷの移動経路を示している。まず、図３のステップＳ１では、大気側搬送装置５１によりウエハカセットＣＲから降温処理に利用するウエハＷを１枚取り出し、オリエンタ５５で位置合わせを行った後、例えばロードロック室５ａの待機ステージ６ａに搬入する（図４の経路Ｐ１およびＰ２）。ロードロック室５ａの待機ステージ６ａは、クーリングガスの導入とチラー機構４２により例えば温度Ｔ１に設定されているので、ウエハＷはここで所定時間かけて冷却される。なお、ウエハカセットＣＲから取り出したウエハＷが十分に低い温度である場合には、最初の待機ステージ６ａでの冷却は省略できる。
次に、ステップＳ２では、真空側搬送装置３１を用い、ロードロック室５ａ内で略温度Ｔ１に冷却されたウエハＷを処理室１ｂへ搬送し、処理ステージ２ｂへ移載する（図４の経路Ｐ３）。処理室１ｂ内では、シャワーヘッド２０からクーリングガスをチャンバ内に導入するとともに、処理ステージ２ｂに載置されたウエハＷによって処理ステージ２ｂの熱を吸熱することにより、処理ステージ２ｂの降温が促進される。
所定時間経過後、ステップＳ３では、真空側搬送装置３１によって、処理室１ｂのウエハＷをロードロック室５ａに再び戻し、待機ステージ６ａに載置する（図４の経路Ｐ４）。ウエハＷは処理室１ｂの処理ステージ２ｂの熱を吸収して暖められているが、ロードロック室５ａ内で略温度Ｔ１付近まで冷却される。
本実施の形態の基板載置台の降温方法では、上記ステップＳ２およびステップＳ３の工程（経路Ｐ３と経路Ｐ４間のウエハの移動）を１サイクルとして複数回繰り返し実施することにより、処理室１ｂの処理ステージ２ｂの降温速度を加速させることができる。処理ステージ２ｂの温度は、熱電対１４によってリアルタイムで計測できるので、処理ステージ２ｂが所定の温度に達するまで、ステップＳ２とステップＳ３を必要回数繰返し行う。
処理ステージ２ｂが所定の温度まで降温した後、ステップＳ４では、大気側搬送装置５１によりステップＳ１とは逆の手順でロードロック室５ａからウエハカセットＣＲヘウエハＷを戻す（経路Ｐ５）。
以上のように、ロードロック室５ａと処理室１ｂとの間でウエハＷの搬送を繰返す動作は、すべて真空状態で行うことができるメリットがある。また、ウエハＷを熱媒体として利用するため、降温速度が大きくなり過ぎることがなく、適切な降温速度が維持できる。なお、処理ステージ２ｂの降温速度は、ロードロック室５ａと処理室１ｂとの間で繰り返しウエハＷの移載を行うサイクル時間、ロードロック室５ａ内の待機ステージ６ａの設定温度（処理ステージ２ｂとの温度差）などによって調節することが可能である。
以上の説明では、１枚のウエハＷを例に挙げて説明を行ったが、２枚以上のウエハＷを同時に使用することも可能である。例えば、１枚のウエハＷを処理室１ｂの処理ステージ２ｂに載置して吸熱している間、他の１枚のウエハＷをロードロック室５ａの待機ステージ６ａに載置して冷却させておくことが可能である。この場合、ウエハＷを処理室１ｂから搬出する動作と、他のウエハＷを処理室１ｂに搬入する動作とを連続して行うことにより、ステップＳ２とステップＳ３の繰り返しサイクル時間を短縮することができるので、処理室１ｂの処理ステージ２ｂの降温時間も短縮できる。さらに、他の処理室１ａ、１ｃ、１ｄの処理ステージ２ａ、２ｃ、２ｄのいずれか、または全部について同時に降温処理を行うことも可能であり、また、ロードロック室５ａだけでなくロードロック室５ｂを同時に利用して降温処理を行うことも可能である。
なお、処理室１ｂにおける降温処理と同時並行して、ウエハカッセトＣＲから取り出した別のウエハＷに対して、他の処理室１ａ、１ｃ、１ｄにおいて、プラズマＣＶＤなどの通常の処理を行うことも可能である。
また、降温される処理室１ｂ内の処理ステージ２ｂの温度をＴ２とした場合に、ロードロック室５ａ内の待機ステージ６ａの温度Ｔ１との差（Ｔ２−Ｔ１）が一定範囲内例えば１０〜７００℃の温度差になるように、ロードロック室５ａ内の冷却ガスおよびチラー機構４２により待機ステージ６ａを温度調節することも可能である。つまり、降温により低下する温度Ｔ２に応じて温度Ｔ１を調節することにより、温度差Ｔ２−Ｔ１が一定になるように制御する。このように温度差Ｔ２−Ｔ１を一定に制御することで、処理ステージ２ｂから待機ステージ６ａへウエハＷを移載した際の温度差が大きすぎることによるウエハＷの歪みなどの変形を防止できるとともに、温度差が小さすぎることによる降温効率の低下を防ぎ、適切な温度差を保ちながら、ウエハＷの降温効率（すなわち、処理ステージ２ｂからウエハＷを介しての待機ステージ６ａへの熱伝導効率）を最大限に高めることができる。
また、降温処理において熱媒体として利用するウエハＷとしては、半導体装置の製造に通常使用される半導体ウエハでもよいし、本発明方法の実施に適するように設計された降温専用ウエハでもよい。本実施の形態では、通常のウエハＷより表面積の大きな降温専用ウエハを好ましく用いることができる。図５（ａ）、（ｂ）に降温専用ウエハＷＴの一例を示した。この降温専用ウエハＷＴは、上面に凸部(フィン構造)８０が形成され、表面積が大きく、放熱しやすい構造になっている。また、降温専用ウエハＷＴは、下面が平坦に形成され、基板載置台との接触面積が大きく熱伝導しやすい形状を有している。従って、降温専用ウエハＷＴを処理ステージ２ｂに載置した場合には速やかに処理ステージ２ｂの熱を吸熱し、かつ表面積の大きな上面（凸部８０）からは熱を放出しやすい。また、ロードロック室５ａの待機ステージ６ａに載置した場合には、待機ステージ６ａへ熱を伝達しやすく、かつ表面積の大きな上面から熱を放出しやすいことにより、すばやい冷却が可能になっている。また、降温専用ウエハＷＴの材質としては、熱伝導率が大きく、かつパーティクルが発生しにくい材質が好ましく、そのような材質として例えばアルミニウム等の金属部材、カーボン部材、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス部材などを挙げることができる。
本実施の形態において、降温処理は、処理ステージ２ｂの降温温度帯の全域において行う必要はなく、そのうちの一部区間についてのみ行うことができる。後記実施例に示したように降温の初期段階では、自然降温でも降温レートが大きいため、急激な降温によって基板載置台が損傷するおそれがある。それを防止するため、抵抗加熱ヒーター１３を利用して一定速度で降温させるようにソフトウエア上で制御を行うことが好ましい。このような制御の下では、ウエハＷを熱媒体として利用して降温処理を行うメリットは少ない。従って、その場合には、抵抗加熱ヒーター１３による温度制御を行わない低い温度帯に本実施の形態の降温処理を適用することが好ましい。
［第２の実施の形態］
次に、図６を参照しながら、本発明の基板載置台の降温方法の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、処理室１ｂの処理ステージ２ｂとロードロック室５ａの待機ステージ６ａとの間でウエハＷの移載を行ったが、本実施の形態では、ウエハＷの冷却を行う「第２の基板載置台」としてのウエハ冷却用ステージ３９を搬送室３内に配設し、処理室１ｂの処理ステージ２ｂとウエハ冷却用ステージ３９との間でウエハＷの移載を行う。以下、その手順について説明する。
まず、大気側搬送装置５１によりウエハカセットＣＲから降温処理に利用するウエハＷを１枚取り出し、オリエンタ５５で位置合わせを行った後、例えばロードロック室５ａの待機ステージ６ａに搬入する（図６の経路Ｐ６およびＰ７）。
次に、真空側搬送装置３１を用い、ロードロック室５ａから、搬送室３のウエハ冷却用ステージ３９へウエハＷを移載する（図６の経路Ｐ８）。ウエハ冷却用ステージ３９は、図示しないチラー機構を備えており、例えば温度Ｔ１に設定されているので、ウエハＷはここで所定時間かけて冷却される。次に、真空側搬送装置３１によって、略温度Ｔ１に冷却されたウエハＷを処理室１ｂへ搬送し、処理ステージ２ｂへ移載する（図６の経路Ｐ９）。なお、ウエハカセットＣＲから取り出したウエハＷの温度が十分に低い場合には、最初のウエハ冷却用ステージ３９への移載（図６の経路Ｐ８）およびそこでの冷却は省略し、ロードロック室５ａから直接処理室１ｂへ搬送してもよい。
処理室１ｂ内では、シャワーヘッド２０からクーリングガスをチャンバ内に導入するとともに、処理ステージ２ｂに載置されたウエハＷに処理ステージ２ｂの熱が移動することにより、処理ステージ２ｂの降温が促進される。
所定時間経過後、真空側搬送装置３１によって、処理室１ｂのウエハＷを再び搬送室３のウエハ冷却用ステージ３９に移載する（図６の経路Ｐ１０）。ウエハＷは、処理室１ｂの処理ステージ２ｂの熱を吸収して暖められているが、ウエハ冷却用ステージ３９で略温度Ｔ１付近まで冷却される。
本実施の形態の載置台の降温方法では、上記経路Ｐ９と経路Ｐ１０間のウエハの移動を１サイクルとして複数サイクルを繰り返し実施することにより、処理室１ｂの処理ステージ２ｂの降温速度を加速させることができる。処理ステージ２ｂの温度は、熱電対１４によってリアルタイムで計測できるので、処理ステージ２ｂが所定の温度に達するまで、上記サイクルを必要回数繰返し行う。
処理ステージ２ｂが所定の温度まで降温した後、真空側搬送装置３１により前記と逆の手順でウエハ冷却用ステージ３９からロードロック室５ａへウエハを戻し（図６の経路Ｐ１１）、さらに、大気側搬送装置５１によりロードロック室５ａからウエハカセットＣＲヘウエハＷを戻すことにより（図６の経路Ｐ１２）、処理ステージ２ｂの降温処理が終了する。なお、上記サイクルの最終回では、経路Ｐ１０と経路Ｐ１１を統合して、ウエハ冷却用ステージ３９を介さずに、処理ステージ２ｂから直接ロードロック室５ａの待機ステージ６ａへウエハＷを移送してもよい。
本実施の形態では、搬送室３にウエハ冷却用ステージ３９を配設し、このウエハ冷却用ステージ３９と処理室１ｂとの間でウエハＷの移載を交互に繰返す構成としたので、ロードロック室５ａと処理室１ｂとの間でウエハの移載を交互に繰返す場合に比べて、搬送距離が短くなり、その分搬送時間も短くなってスループットが向上する。従って、処理ステージ２ｂの降温処理に要する時間を短縮できる。なお、本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
［第３の実施の形態］
次に、図７を参照しながら、本発明の第３の実施の形態にかかる載置台の降温方法について説明する。本実施の形態では、ウエハＷの冷却を行う専用の冷却用チャンバ１ｅを搬送室３に隣接して配設し、この冷却用チャンバ１ｅ内に「第２の基板載置台」としてのウエハ冷却用ステージ２ｅを配設した。以下、その手順について説明する。
まず、大気側搬送装置５１によりウエハカセットＣＲから降温処理に利用するウエハＷを１枚取り出し、オリエンタ５５で位置合わせを行った後、例えばロードロック室５ａの待機ステージ６ａに移載する（図７の経路Ｐ１３、Ｐ１４）。
次に、真空側搬送装置３１を用い、ロードロック室５ａから、冷却用チャンバ１ｅのウエハ冷却用ステージ２ｅへウエハＷを搬送する（図７の経路Ｐ１５）。ここで、図示は省略するが、冷却用チャンバ１ｅは、クーリングガスの供給機構を備えており、また、ウエハ冷却用ステージ２ｅは、チラー機構を備えている。ウエハ冷却用ステージ２ｅは、冷却用チャンバ１ｅ内でのクーリングガスの導入とチラー機構により例えば温度Ｔ１に設定されているので、ウエハＷはここで所定時間かけて冷却される。次に、略温度Ｔ１に冷却されたウエハＷを処理室１ｂへ搬送し、処理ステージ２ｂへ移載する（図７の経路Ｐ１６）。なお、ウエハカセットＣＲから取り出したウエハＷの温度が十分に低い場合には、最初のウエハ冷却用ステージ２ｅへの移載（図７の経路Ｐ１５）およびそこでの冷却は省略し、ロードロック室５ａから直接処理室１ｂへ搬送してもよい。
処理室１ｂ内では、シャワーヘッド２０からクーリングガスをチャンバ内に導入するとともに、処理ステージ２ｂに載置されたウエハＷに処理ステージ２ｂの熱が移動することにより、処理ステージ２ｂの降温が促進される。
所定時間経過後、真空側搬送装置３１によって、処理室１ｂのウエハＷを再び冷却用チャンバ１ｅ内のウエハ冷却用ステージ２ｅに載置する（図７の経路Ｐ１７）。ウエハＷは処理室１ｂの処理ステージ２ｂの熱を吸収して暖められているが、ウエハ冷却用ステージ２ｅで略温度Ｔ１付近まで冷却される。
本実施の形態の載置台の降温方法では、経路Ｐ１６と経路Ｐ１７と間のウエハＷの移動を１サイクルとして複数サイクルを繰り返し実施することにより、処理室１ｂの処理ステージ２ｂの降温速度を加速させることができる。処理ステージ２ｂの温度は、熱電対１４によってリアルタイムで計測できるので、処理ステージ２ｂが所定の温度に達するまで、上記サイクルを必要回数繰返し行う。
処理ステージ２ｂが所定の温度まで降温した後、真空側搬送装置３１により前記と逆の手順で冷却用チャンバ１ｅのウエハ冷却用ステージ２ｅからロードロック室５ａへウエハを戻し（図７の経路Ｐ１８）、さらに、大気側搬送装置５１によりロードロック室５ａからウエハカセットＣＲヘウエハＷを戻すことにより（図７の経路Ｐ１９）、処理ステージ２ｂの降温処理が終了する。なお、上記サイクルの最終回では、経路Ｐ１７と経路Ｐ１８を統合して、ウエハ冷却用ステージ２ｅを介さずに、処理ステージ２ｂから直接ロードロック室５ａの待機ステージ６ａへウエハＷを移送してもよい。
本実施の形態では、搬送室３に隣接して降温処理専用の冷却用チャンバ１ｅを配備し、その内部に設けられたウエハ冷却用ステージ２ｅと処理室１ｂとの間でウエハＷの移載を交互に繰返す構成としたので、ロードロック室５ａと処理室１ａとの間でウエハの移載を繰返す場合に比べて、搬送距離が短くなり、その分搬送時間も短くなってスループットが向上する。また、クーリングガス供給機構を備えた専用の冷却用チャンバ１ｅを用いることで、ウエハＷの冷却効率を向上させることができる。従って、載置台の降温処理に要する時間を短縮できる。なお、本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
［実施例］
次に、本発明の効果を確認した実験データについて説明する。図１と同様の構成の基板処理システム１００において、処理室内の載置台の温度を、６５０℃から２００℃以下まで降温する場合に、本発明の降温方法を適用した場合と、適用しない場合との降温時間を比較した。図８は、降温処理の対象となった載置台の温度変化を計測した結果を示すグラフである。図８中、縦軸はヒーター温度またはヒーターパワーを示し、横軸は降温処理を開始してからの経過時間を示している。また、図８中、曲線Ｃ１は、本発明方法を適用しない比較例の結果を示し、曲線Ｃ２は本発明の降温方法を適用した場合の結果を示している。なお、曲線Ｃ３は、載置台に埋設された抵抗加熱ヒーターのパワー変化を示している。
この実験では、初期降温過程である６５０℃から４５０℃までの区間Ｚは、載置台の抵抗加熱ヒーター電源をオンにした状態で、熱電対により載置台温度をモニターしながら、降温速度が１０℃／分となるように制御している。このように降温レートを制御する理由は、急激な降温によって載置台に歪等の熱ダメージが生じることを防止するためである。一方、４５０℃以下の降温過程では、抵抗加熱ヒーター電源をオフにして放置した。この場合、初期降温過程（区間Ｚ）におけるような急激な温度降下は生じにくいため、自然降温では降温速度が低下した（図８中、曲線Ｃ１）。そこで、４５０℃以下の降温過程で、第１の実施の形態にかかる載置台の降温方法（図３のステップＳ１〜ステップＳ４）を実施した。なお、ロードロック室５ａ内の待機ステージ６ａ内に形成された流路４１には、チラー機構４２により２０℃に温度調節された冷媒を２Ｌ／ｍｉｎの流速で循環させた。その結果、自然降温に比べて、降温速度が大きくなり、短時間で降温させることができた（図８中、曲線Ｃ２）。この実験では、６５０℃から２００℃までの全降温時間が、曲線Ｃ１では１３７分、曲線Ｃ２では６７分であった。このように、ウエハＷを利用した降温方法を実施することにより、降温時間を大幅に短縮できることが確認された。
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、真空側の搬送室に隣接した４つの処理室を備えた基板処理システム１００を例に挙げて説明したが、本発明方法は、異なる構成のクラスタツールや、単一の処理装置を備えた基板処理システムにも適用可能である。
また、本発明方法は、例えば液晶表示装置、有機ＥＬディスプレイ等に用いられる大型のガラス基板やセラミックス基板等を処理対象とする基板処理システムにも適用できる。
また、第２の基板載置台にはチラーやペルチェ素子等の冷却機構を設けておくことが好ましいが、必須ではない。
基板処理システムの概略構成図である。 基板処理システムの内部構造を示す要部断面図である。 第１の実施の形態に係る載置台の降温方法の手順を示すフロー図である。 第１の実施の形態におけるウエハの搬送経路を示す説明図である。 降温専用ウエハを示しており、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は要部断面図である。 第２の実施の形態におけるウエハの搬送経路を示す説明図である。 第３の実施の形態におけるウエハの搬送経路を示す説明図である。 実施例における載置台の温度変化を示すグラフ図面である。
符号の説明
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…処理室、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…処理ステージ、３…搬送室、５ａ，５ｂ…ロードロック室、６ａ，６ｂ…待機ステージ、７…ローダーユニット、１１…支持部材、１３…抵抗加熱ヒーター、２１…排気口、３１…真空側搬送装置、３３…搬送アーム部、３５…フォーク、５１…大気側搬送装置、５３…搬送室、５５…オリエンタ、５７…ガイドレール、５９…搬送アーム部、６１…フォーク、６３…回転板、６５…光学センサ、７０…制御部、７１…コントローラ、７２…ユーザーインターフェース、７３…記憶部、１００…基板処理システム、ＣＲ…ウエハカセット、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…ゲートバルブ、ＬＰ…ロードポート、Ｗ…半導体ウエハ（基板）

Claims (10)

  1. 基板を加熱する加熱機構を備えた第１の基板載置台が内部に配設され、該第１の基板載置台に基板を載置した状態で所定の処理を行う一つ以上の処理室と、前記処理室へ基板の搬送を行なう基板搬送装置を備えた搬送室と、を備えた基板処理システムにおいて前記第１の基板載置台を降温する基板載置台の降温方法であって、
    前記基板搬送装置を介して、前記第１の基板載置台と、基板を冷却するための第２の基板載置台との間で、基板の移載を繰返すことにより、前記第１の基板載置台の熱を前記第２の基板載置台に伝熱させて前記第１の基板載置台を降温させることを特徴とする基板載置台の降温方法。
  2. 前記第２の基板載置台は、基板を冷却する冷却機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板載置台の降温方法。
  3. 前記基板処理システムは、前記搬送室に隣接して真空準備室であるロードロック室を備えており、該ロードロック室の載置台が前記第２の基板載置台を兼ねていることを特徴とする、請求項１に記載の基板載置台の降温方法。
  4. 前記第２の基板載置台が前記搬送室内に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の基板載置台の降温方法。
  5. 前記第２の基板載置台が前記基板処理システムに設けられた専用の基板冷却室内に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の基板載置台の降温方法。
  6. 前記第１の基板載置台の降温は、一定の速度に制御されて降温を行う第１の降温過程と、前記第１の降温過程よりも低い温度帯で自然降温を行う第２の降温過程と、を含んでおり、基板の移載を繰返すことにより実行される降温処理が、前記第２の降温過程のみに適用されるものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板載置台の降温方法。
  7. 真空条件の下で行われることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板載置台の降温方法。
  8. 前記基板として、前記第１の載置台との接触面積が大きく、かつ表面積の大きな放熱構造を有する降温処理専用基板を用いることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台の降温方法。
  9. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、
    基板を加熱する加熱機構を備えた第１の基板載置台が内部に配設され、該第１の基板載置台に基板を載置した状態で所定の処理を行う一つ以上の処理室と、前記処理室へ基板の搬送を行なう基板搬送装置を備えた搬送室と、を備えた基板処理システムにおいて前記第１の基板載置台を降温する際に、前記基板搬送装置を介して、前記第１の基板載置台と、基板を冷却するための第２の基板載置台との間で、基板の移載を繰返すことにより、前記第１の基板載置台の熱を前記第２の基板載置台に伝熱させて前記第１の基板載置台を降温させるように前記基板処理システムを制御するものであることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  10. 基板を加熱する加熱機構を備えた第１の基板載置台が内部に配設され、該第１の基板載置台に基板を載置した状態で所定の処理を行う一つ以上の処理室と、
    前記処理室へ基板の搬送を行なう基板搬送装置を備えた搬送室と、
    前記基板搬送装置を介して、前記第１の基板載置台と、基板を冷却するための第２の基板載置台との間で、基板の移載を繰返すことにより、前記第１の基板載置台の熱を前記第２の基板載置台に伝熱させて前記第１の基板載置台を降温させるような制御を実行する制御部と、
    を備えた基板処理システム。
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