JP5462946B2 - 基板処理装置及び基板冷却方法 - Google Patents

基板処理装置及び基板冷却方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5462946B2
JP5462946B2 JP2012522696A JP2012522696A JP5462946B2 JP 5462946 B2 JP5462946 B2 JP 5462946B2 JP 2012522696 A JP2012522696 A JP 2012522696A JP 2012522696 A JP2012522696 A JP 2012522696A JP 5462946 B2 JP5462946 B2 JP 5462946B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
stage
space
pressure
processing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012522696A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2012002499A1 (ja
Inventor
佳詞 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2012522696A priority Critical patent/JP5462946B2/ja
Publication of JPWO2012002499A1 publication Critical patent/JPWO2012002499A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5462946B2 publication Critical patent/JP5462946B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67201—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the construction of the load-lock chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68735—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by edge profile or support profile
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68742—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a lifting arrangement, e.g. lift pins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/6875—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a plurality of individual support members, e.g. support posts or protrusions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、基板が搬入又は基板が搬出されるロードロック室を備えた基板処理装置及び基板冷却方法に関する。より詳細には、本発明は、ロードロック室内において、熱を帯びた基板を適切に冷却した後、ロードロック室外へ基板を取り出すことを可能とした基板処理装置及び基板冷却方法に関する。
本願は、２０１０年６月３０日に出願された特願２０１０−１４９９４５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
半導体製造装置は、一般的に、半導体基板を減圧下又は真空で処理する複数の処理室を有している。半導体基板は、予め決められた製造工程に従って、製造工程が行われる複数の処理室に連続して導入される。各処理室においては、基板に対して所定の処理が行われる。
また、処理室の内部は、製造工程に従って、所定の処理の開始前及び終了後において、通常、真空に保持される。このため、半導体基板を処理室に搬入又は搬出する場合、ロードロック室が必要となる。このロードロック室においては、その内部圧力が真空になるように減圧されたり、大気圧に戻されたりする。
このような半導体製造装置として、近年、マルチチャンバ方式の半導体製造装置が多用されている。マルチチャンバ方式の半導体製造装置は、基板搬送ロボットが内部に配置されたコア室（搬送室）の周りに、被処理基板を収容する単数又は複数のロードロック室と、被処理基板に対して成膜、エッチング等の所定の真空処理を行う複数の処理室とが配置された構造を有している。そして、ロードロック室と処理室との間において基板を搬送する工程と、一方の処理室と他方の処理室との間において基板を搬送する工程とは、コア室内に配置された基板搬送ロボットを用いることによって行われている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、ロードロック室から処理室に半導体基板が搬送される一般的な搬送工程は以下の通りである。大気雰囲気において半導体基板がロードロック室内に導入され、その後、ロードロック室の内部は、減圧され、真空雰囲気になる。続いて、ロードロック室に隣接するコア室に設置された基板搬送ロボットによって、半導体基板は、ロードロック室からコア室を経由し処理室へ搬送される。その後、プロセスチャンバ内において、半導体基板に対して処理操作（例えば、エッチング、酸化、化学気相蒸着等）が実施される。
処理後の半導体基板は、処理室に半導体基板が搬送される時と同様に、基板搬送ロボットによって処理室からコア室を経由しロードロック室へ戻される。ロードロック室の内部は、前述したロードロック室から処理室に基板が搬送された以降、ずっと真空に保持されている。半導体基板がロードロック室に戻った後、窒素（Ｎ２）等のパージガスがロードロック室内に供給され、ロードロック室の圧力が大気圧に戻される（大気開放）。ロードロック室の圧力が大気圧に達した後、処理済みの半導体基板を基板カセットに移し、次の処理工程が行われる。
ところで、このようなマルチチャンバ方式の半導体製造装置において、基板に成膜等の処理を施す場合、高温下で処理が施される。処理が施された基板は、例えば、５００℃程度の高温が維持された状態で処理室から取り出され、ロードロック室に搬送される。しかしながら、このような高温状態で基板を大気に曝露すると基板が酸化してしまう。また、高温状態の基板を収納容器に収納させると、通常、樹脂製である収納容器が溶け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、ロードロック室内の圧力を真空から大気圧に戻す間に基板を冷却することが行われている。例えば、ロードロック室内に配置されたステージ上に基板を載置し、ステージと基板との間で熱交換を行うことにより、基板を冷却している。
しかしながら、従来、基板の冷却と大気開放を行うロードロック室において、冷却速度が十分得られない場合があり、大気雰囲気に配置されている搬送ロボットにおいて搬送エラーが発生し、装置が停止するという問題があった。また、基板を十分に冷却するための対策として、ロードロック室において基板を待機させる時間を延ばした場合、スループットの低下を招くという問題があった。
更に、基板冷却中に基板面内で冷却温度の分布の差が生じると、基板が反ってしまい、基板の一部がステージから離れてしまうため、基板の冷却時間が非常に遅くなるという問題があった。また、反りの衝撃で基板が割れるという問題があった。
特開２００９−２０６２７０号公報
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、基板の冷却時に、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板を冷却することが可能な、基板処理装置を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、基板処理装置において基板を冷却する際に、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板を冷却することが可能な、基板冷却方法を提供することを第二の目的とする。
本発明の第１態様の基板処理装置は、チャンバと、溝部が設けられた面を有し、前記チャンバ内に配置され、前記面上に微小な隙間部を形成するように基板が載置され、前記基板と接触して熱交換することにより前記基板を冷却するステージと、前記ステージ上に載置された前記基板の第１面よりも上側に位置するとともに前記チャンバ内の空間である第一空間に所定のガスを導入するガス供給部と、前記第一空間の第一圧力が、前記基板よりも下側に位置するとともに前記ステージと前記基板の第２面との間に設けられた前記隙間部及び前記溝部を含む第二空間の第二圧力よりも大きくなるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を制御する制御部と、前記隙間部を構成する前記ステージの面に設けられた微細な凹凸からなる溝であって、時間の経過に伴って、第一空間と第二空間の圧力が同等となるように形成された溝とを含む。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記溝を構成する微細な凹凸の高低差は、前記隙間部を成す前記ステージと前記基板との間隔以下であることが好ましい。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記溝を構成する微細な凹凸は、前記第一空間と前記第二空間とを連通させる流路であることが好ましい。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記制御部は、前記第一圧力及び前記第二圧力の圧力差が、５×１０［Ｐａ］以上１×１０５ ［Ｐａ］以下となるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を所定時間制御することが好ましい。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記ガス供給部が前記第一空間に導入するガスは、前記チャンバ内の雰囲気を真空から大気雰囲気に戻す際に前記チャンバ内に供給されるガスであることが好ましい。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記ステージは、前記基板の前記第２面と前記ステージとが接触する接触部を有し、前記接触部における表面粗さＲａは、１．０μｍ以上であることが好ましい。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記ステージ上に前記基板が設置された状態で、前記ステージと前記基板の前記第２面との間に３．５ｃｍ３ 以上の前記隙間部が存在することが好ましい。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記ステージと前記基板とが接触している接触面積がＳ１で表され、前記ステージと前記基板とが接触していない非接触面積がＳ２で表された場合、前記ステージの中央域における比率Ｓ１／Ｓ２よりも、前記ステージの外周域における比率Ｓ１／Ｓ２が小さいことが好ましい。
本発明の第１態様の基板処理装置においては、前記ステージは、前記基板の前記第２面と前記ステージとが接触する接触部を有し、前記ステージの中央域に位置する前記接触部の高さは、前記ステージの外周域に位置する前記接触部の高さよりも低いことが好ましい。
本発明の第２態様の基板冷却方法は、チャンバと、溝部が設けられた面を有し、前記チャンバ内に配置され、前記面上に微小な隙間部を形成するように基板が載置され、前記基板と接触して熱交換することにより前記基板を冷却するステージと、前記ステージ上に載置された前記基板の第１面よりも上側に位置するとともに前記チャンバ内の空間である第一空間に所定のガスを導入するガス供給部と、前記第一空間の第一圧力が、前記基板よりも下側に位置するとともに前記ステージと前記基板の第２面との間に設けられた前記隙間部及び前記溝部を含む第二空間の第二圧力よりも大きくなるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を制御する制御部と、前記隙間部を構成する前記ステージの面に設けられた微細な凹凸からなる溝であって、時間の経過に伴って、第一空間と第二空間の圧力が同等となるように形成された溝とを備えた基板処理装置を用いる。本発明の第２態様の基板冷却方法においては、前記基板と前記ステージとを接触させて熱交換することにより前記基板を冷却する際に、前記第一空間の第一圧力が、前記基板よりも下側に位置するとともに前記ステージと前記基板の第２面との間に設けられた前記隙間部及び前記溝部を含む第二空間の第二圧力よりも大きくなるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を所定時間制御し、前記溝を用いて、前記第一空間と前記第二空間との間に圧力差がある状態から、等圧の
状態にする。
本発明の第１態様の基板処理装置は、ステージ上に載置された基板の第１面よりも上側に位置する第一空間に所定のガスを導入するガス供給部を備え、第一空間の第一圧力Ｐ１が、第二空間の第二圧力Ｐ２よりも大きくなるように、圧力Ｐ１，Ｐ２を所定時間制御する制御部を有している。このため、基板とステージとを接触させて熱交換することにより基板を冷却する際に、第一空間と第二空間との圧力差により基板がステージ上に押し付けられる。このため、凸状に変形するように反った基板を均一な温度分布を有するように冷却することができる。更に、冷却中に発生する上方に変形する基板の反り（凸状の反り）を抑制することができる。これにより、基板がステージから浮き上がらず、ステージと基板とが接触する接触面積を確保することができる。その結果、本発明は、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板を冷却することが可能な基板処理装置を提供することができる。上述したステージを採用する場合、ステージの設計時において、基板とステージとの間の接触面積を制御することが可能となる。このため、基板において過度に凹状の反りが発生するのも防止することができる。
また、本発明の第２態様の基板冷却方法においては、基板とステージとを接触させて熱交換することにより基板を冷却する際に、第一空間の第一圧力Ｐ１が第二空間の第二圧力Ｐ２よりも大きくなるように、圧力Ｐ１，Ｐ２を所定時間制御している。このため、第一空間と第二空間との圧力差の作用により、基板がステージ上に押し付けられ、上方に変形する基板の反り（凸状の反り）を抑制することができる。これにより、基板がステージから浮き上がらず、ステージと基板とが接触する接触面積を確保することができる。換言すると、ステージと基板との距離が小さい状態を、基板全面（基板裏面の広い領域）に亘って保持することが可能となる。その結果、本発明では、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板を冷却することが可能な基板冷却方法を提供することができる。
本発明の一実施形態を適用したマルチチャンバ方式の真空処理装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態の基板処理装置（ロードロック室）の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態の基板処理装置（ロードロック室）の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態の基板処理装置において、ステージの一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態の基板処理装置において、ステージの一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態の基板処理装置において、ステージの一例を示す断面図である。 実験例において測定した基板の各地点（Ａ〜Ｅ）を示す図である。 実験例において測定した基板の各地点（Ａ〜Ｅ）を示す図である。 従来の方法により基板を冷却する際に、基板の各地点（Ａ〜Ｅ）における温度と時間との関係を示す図である。 従来の方法により基板を冷却する際に、基板の各地点（Ａ〜Ｅ）における温度と時間との関係を示す図である。 従来の方法により基板を冷却する際に、基板の各地点（Ａ〜Ｅ）における温度と時間との関係を示す図である。 従来の方法により基板を冷却する際に、基板の各地点（Ａ〜Ｅ）における温度と時間との関係を示す図である。 本発明の一実施形態の基板処理装置において、第一空間αの圧力Ｐ１と第二空間βの圧力Ｐ２との間に圧力差（差圧）が発生する様子を示すグラフである。 本発明の一実施形態の基板処理装置（ロードロック室）の一例を模式的に示す断面図である。 図１１の基板処理装置が備えるステージの一例を示す平面図である。
以下、本発明の基板処理装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、以下の説明で使用する図面においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、便宜上、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせており、本発明の特徴を判り易く説明している。
本実施形態では、本発明をマルチチャンバ方式の真空処理装置において、ロードロック室に適用した場合を一例として挙げて説明する。本発明は、ロードロック室に限定されず、種々の基板処理装置に適用することができる。なお、ここでロードロック室は、プロセス室（処理室）に接続されたチャンバであり、プロセス室において処理された基板を大気雰囲気へ取り出す際に使用される装置である。
図１は、本発明の実施形態によるマルチチャンバ方式の真空処理装置１の概略構成図である。この真空処理装置１は、被処理基板（以下単に「基板」ともいう。）を収容するロードロック室３Ａ，３Ｂ（３）と、基板に対して所定の真空処理を行う処理室４Ａ〜４Ｄ（４）と、ロードロック室３Ａ，３Ｂと処理室４Ａ〜４Ｄとの間における基板の受け渡しを行うコア室（搬送室）５とを備えている。
ロードロック室３Ａ，３Ｂ（３）は同一の構成を有しており、内部に所定枚数の基板を収容可能な基板ストッカ（図示略）が設置されている。ロードロック室３Ａ，３Ｂには排気システムがそれぞれ接続されており、ロードロック室３Ａ，３Ｂの各々の内部が真空になるように独立して排気することが可能である（真空排気）。なお、ロードロック室３Ａ，３Ｂは図示の例のように複数設置される場合に限らず、単数であってもよい。
処理室４Ａ〜４Ｄ（４）は、エッチング室、加熱室、成膜室（スパッタ室、ＣＶＤ室）等で構成され、本実施形態では、処理室４Ａ〜４Ｄ（４）のいずれもが成膜室である。処理室４Ａ〜４Ｄには排気システム（図示略）がそれぞれ接続されており、処理室４Ａ〜４Ｄの各々の内部が真空になるように独立して排気することが可能である（真空排気）。また、各処理室４Ａ〜４Ｄには、プロセスに応じた所定の成膜ガス（反応ガス、原料ガス、不活性ガス等）のガス供給源（図示略）がそれぞれ接続されている。
コア室５は、内部に基板搬送ロボット６を有しており、ロードロック室３Ａ，３Ｂと処理室４Ａ〜４Ｄとの間、あるいは処理室４Ａ〜４Ｄの間において、基板２の受け渡しを行うように構成されている。コア室５には排気システム（図示略）が接続されており、コア室５の内部が真空になるように独立して排気することが可能である（真空排気）。また、コア室５にはガス源（図示略）が接続されており、ガス源からコア室５に導入される調圧ガスによって、コア室５の内部圧力を所定圧に維持することができる。
図２は、ロードロック室３内に設けられた本発明の基板処理装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基板処理装置１０（３）は、チャンバ１１と、ステージ１２と、ガス供給部１５とを備える。ステージ１２は、チャンバ１１内に配置されており、溝部１３が設けられた面１２ａを有する。面１２ａ上には、微小な隙間部１９を形成するように基板２が載置される。また、ステージ１２は、基板２の第２面２ｂ（他面）と接触し、基板２と熱交換することにより、基板２を冷却する。また、ガス供給部１５は、ステージ１２上に載置された基板２の第１面２ａ（一面）よりも上側に位置するとともにチャンバ１１内の空間である第一空間αに、所定のガスを導入する。
更に、本実施形態の基板処理装置１０（３）は、基板２の上側の空間の圧力（第一圧力）と基板２の下側の空間の圧力（第二圧力）とを制御する制御部を有する。具体的に、第一空間αの第一圧力Ｐ１（圧力計１７ａによって測定される測定値）が、基板２よりも下側に位置するとともにステージ１２と基板２の第２面２ｂとの間に設けられた隙間部１９及び溝部１３を含む第二空間βの第二圧力Ｐ２（圧力計１７ｄによって測定される測定値）よりも大きくなるように、制御部は、圧力Ｐ１，Ｐ２を制御する。
図２に示された基板処理装置１０（３）においては、制御部の構造として、圧力Ｐ１を制御する第一制御部１７α（１７）と、圧力Ｐ２を制御する第二制御部１７β（１７）とが、個別に設けられた構造が示されている。第一制御部１７αは、例えば、圧力計１７ａ、流量計１７ｂ、バルブ１７ｃ等から構成されている。第二制御部１７βは、例えば、圧力計１７ｄ、流量計１７ｅ、バルブ１７ｆ、排気部１７ｇ等から構成されている。また、図２に示された基板処理装置１０における第二制御部１７βにおいては、上述した圧力計１７ｄ、流量計１７ｅ、バルブ１７ｆ、排気部１７ｇとは別に、第二空間βと大気雰囲気とを連通させるバルブ１７ｈが配置されている。
本実施形態の基板処理装置１０は、第一空間αに所定のガスを導入するガス供給部１５を備え、第一空間αの圧力Ｐ１が、第二空間βの圧力Ｐ２よりも大きくなるように圧力Ｐ１，Ｐ２を制御する制御部１７α、１７β（１７）を有している。このため、基板２とステージ１２とを接触させつつ第二空間β内のガスを用いた熱交換によって基板２を冷却する際に、圧力Ｐ１，Ｐ２の圧力差（差圧）が所定時間だけ発生する。ゆえに、第一空間αと第二空間βとの圧力差により基板２がステージ１２上に押し付けられる。このため、基板２の中央部がその外周部よりも上方に位置するような反り（凸状の反り）の発生を抑制することができる。これにより、基板２がステージ１２から浮き上がらず、ステージ１２と基板２とが接触する接触面積（すなわち、基板２の全面において、ステージ１２と基板２との距離が近い状態を有する領域の総面積）を確保することができる。その結果、本実施形態の基板処理装置１０においては、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板２を冷却することができる。
圧力Ｐ１，Ｐ２の圧力差（差圧）が発生する様子は、図１０に示すグラフにより、例示される。第一空間αにガスの供給が開始されると、第一空間αの圧力Ｐ１は図１０に示す実線で示すように変動し（挙動）、第二空間βの圧力Ｐ２は図１０に示す一点鎖線で示すように変動する（挙動）。すなわち、ガスの供給が開始されると直ちに、第一空間αの圧力Ｐ１は上昇するのに対して、第二空間βの圧力Ｐ２は所定時間だけ（図１０では、およそ５秒）、圧力上昇が遅れる傾向を示す。
上述した所定時間の範囲内では、圧力Ｐ１，Ｐ２の圧力差（差圧）が生じることによって、基板２はステージ１２上に押し付けられる。また、圧力Ｐ２が５０Ｐａ以上になると、第二空間β内のガスによる熱交換が主に作用し、基板２が保持されている熱量がステージ１２に向けて積極的に移動し、ひいては著しい基板の冷却が可能となるという、本発明の作用・効果が発揮される。
チャンバ１１には排気部１６が接続されており、チャンバ１１の内部が真空になるように独立して排気することが可能である（真空排気）。また、チャンバ１１にはガス供給部１５が接続されており、ガス供給部１５からチャンバ１１に導入されるガスによって、チャンバ１１の内部圧力を所定圧に維持することができる。
ステージ１２は、チャンバ１１内に配置され、溝部１３が設けられた面１２ａを有する。また、ステージ１２の面１２ａ上には、微小な隙間部１９を有するように基板２が載置される。ステージ１２と基板２とが接触して熱交換することにより、基板２は冷却される。
ステージ１２の外周には、１ｍｍ程度の高さを有する土手が設けられており、基板２の位置がずれてしまうことを防止することができる。
また、ステージ１２には、複数の貫通孔１８が設けられている。この貫通孔１８には、基板２を昇降させるために用いられる昇降ピン２０が挿通されている。また、昇降ピン２０は、貫通孔１８を通じて、ステージ１２の表面（上面）からに対して突出したり、下降させたり（没したり）することが可能である。昇降ピン２０は、ロッド２１に固着され、伸縮可能なベローズ２２を介して、エアシリンダ等の駆動機構２３に接続されている。
そして、エアシリンダ等の駆動機構２３が駆動することにより、ロッド２１は昇降する。基板２を受け渡しする場合には、昇降ピン２０をステージ１２の表面（上面）から突出させる。また、基板２をステージ１２の表面１２ａ（上面）に載置する場合には、昇降ピン２０をステージ１２の表面１２ａ（上面）よりも下降させる（陥没させる）。
また、本実施形態の基板処理装置１０において、ステージ１２には溝部１３が形成されている。ステージ１２に溝部１３を設けることで、ガス供給部１５からチャンバ１１内に導入されたガスが、この溝部１３を通じて基板２とステージ１２との間の空間に入り込む。これによって、主に隙間部１９に入り込んだガスが熱媒体として働くことによって、ステージ１２と基板２との間で熱交換が促進されるので、基板２は効率的に冷却される。
更に、基板２の外周部が急激に冷却されることに起因して基板２が凸状に反ってしまうことを防止するために、基板２の中央部（内周部）に比べて外周部において接触領域を減らす策の一つとして、ステージ１２の平面図において溝部１３の面積が大きくなるようにステージ１２を設計するとよい。これにより、基板２の冷却速度を制御し、基板２の中央部と外周部とにおける冷却の偏りの発生を軽減することができるので、ひいては基板２の反り発生を抑えられる。
図３は、ロードロック室１００（３）において、本発明に係る基板処理装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。図３に示す装置は、制御部として第一制御部１７α（１７）のみ備えており、第二制御部１７β（１７）が省略されている。この構造は、図２に示す装置とは異なっている。図２に示す基板処理装置において、所定時間だけ発生する圧力Ｐ１，Ｐ２の圧力差（差圧）の傾向（たとえば、図１０に示すような、ガス導入後の経過時間（横軸）と圧力Ｐ１，Ｐ２の挙動との関係）が把握することができている場合には、第二制御部１７β（１７）又は第一制御部１７αを構成する圧力計１７ａ及び流量計１７ｂは必ずしも必要ではない。
なお、特開２００９−２０６２７０号公報（特許文献１）では、ステージ（下部クーリングプレート）に突起（ウエハ支持ピン）を設け、このウエハ支持ピンにより、基板がステージと僅かに離隔した位置に支持されている。
これに対し、本発明の実施形態では、ステージ１２に溝部１３が設けられている。ステージ１２に突起ではなく溝部１３を設けることで、基板２とステージ１２とは点で接触しておらず（即ち、点接触ではなく）、面で接触する（面接触）。これにより、基板２とステージ１２とが接触する接触面積を広く確保することができ、ステージ１２と基板２との間で熱交換が行われ、冷却効率を高めることができる。
また、ステージ１２に溝部１３を設けることで、ステージ１２と基板２とが非接触となる空間が周期的に設けられ、ステージ１２から基板２がスライドすることを防止することができる。基板２の第２面２ｂとステージ１２との間にガス導入溝が一つも形成されていない構成では、第２面２ｂとステージ１２との間が真空状態に保たれてしまう。このため、基板搬送時に昇降ピン２０がリフトアップして基板２が持ち上げられると、基板２がステージ１２から少し跳ねてしまう。従って、溝部１３をステージ１２の一箇所以上の部位に設けることにより、基板２の第１面２ａが露出している空間（第一空間α）の圧力と基板２の第２面２ｂが露出している空間（第二空間β）の圧力との差（圧力差）が作用し、基板２が凹形状となるように反ってしまうことを防ぎながら、基板２の冷却を完了させることができる。一定時間が経過した後において第一空間αと第二空間βとの差圧が殆ど無くなるように最適な溝部１３のコンダクタンスを決定することで、基板２がステージ１２から跳ねることも防ぐことができる。
なお、ステージ１２に溝部１３を形成することで、基板２の第２面２ｂに付着するダストの量を低減する効果もある。
このような溝部１３の形態としては特に限定されず、例えば図４に示すように、溝部１３が同心円状に設けられていてもよいし、例えば図５に示すように、溝部１３が放射状に設けられていてもよい。また、放射状の溝部１３と同心円状の溝部１３とが組み合わされた構造が採用されてもよい。
また、前記ステージ１２を構成し、前記基板２の第２面２ｂと接触する部位１４（接触部）の表面粗さＲａが、１．０μｍ以上であることが好ましい。基板２より上側に位置する空間にガスを導入すると、基板２の外側から、基板２とステージ１２との間の隙間部１９にガスが入り込む。隙間部１９に導入されたガスによって、基板２とステージ１２との熱交換が行われ、基板２の外周域が基板２の中央域よりも速く冷却される。
ステージ１２の部位１４の表面粗さとガスの導入速度の関係によって基板２の外周域と中央域の最大温度差は変化する。特に、ステージ１２の表面粗さＲａが１μｍ以下の場合には、基板２の第２面２ｂとステージ１２との間において、基板２の中央域に位置する隙間部１９にガスが入り難くなり、外周域と中央域の温度差が発生し易い。結果として、基板２の外周域が冷却により収縮して、基板２の中央域が収縮しない状態が生じる。これにより、基板２の外周域が収縮する応力が発生し、基板２が凸状に変形する反りが発生する。結果として、基板２とステージ１２とが接触する接触面積を十分に確保することができず、基板２の冷却を迅速かつ均一に行うことが困難となる。
ステージ１２の表面粗さＲａが１．０μｍ以上になるように、ステージ１２の表面を粗くすることによって、基板２とステージ１２との間の隙間部１９にガスを導入することが可能になり、基板２を効率よく冷却することが可能である。
更に、ステージ１２上に基板２が設置された状態で、ステージ１２と基板２の第２面２ｂとの間に３．５ｃｍ３以上の隙間を有する隙間部１９が存在することが好ましい。３．５ｃｍ３以上の空間（隙間部１９）が形成されていると、１×１０５Ｐａなどの高圧下において、リフタを下げて基板をステージに設置する際に、基板２の下に設けられた空間（隙間部１９）の圧力が上昇して基板が横滑りすることを防ぐことができる。
ステージ１２と基板２の第２面２ｂとの間に所定以上の容積を有する隙間部１９を確保することで、ガスを第一空間αに導入した際に、基板２とステージ１２との間の隙間部１９に効率よくガスを入り込ませることができ、基板２をより効率よく冷却することができる。
なお、ステージ１２に溝部１３を同心円状に設ける場合、ステージ１２と基板２とが接触している接触面積をＳ１で表し、ステージ１２と基板２とが接触していない非接触面積をＳ２で表したとき、接触面積Ｓ１と非接触面積Ｓ２の比率（Ｓ１／Ｓ２）は、ステージ１２の中央域における値（比率Ｓ１／Ｓ２）よりも、外周域における値（比率Ｓ１／Ｓ２）が小さいことが好ましい。つまり、このように比率が設定されている構造は、基板２の外周域よりも基板２の中央域が早く冷却するように接触面積の比率に変化をつけている。ステージ１２の中央域における値（比率Ｓ１／Ｓ２）を大きくする、すなわち、中央域における基板２とステージ１２とが接触する接触面積を大きくすることで、基板２の外周域よりも基板２の中央域を早く冷却することができる。
また、ステージ１２上に溝部１３を同心円状に設ける場合、図６に示すように、ステージ１２が構成されてもよい。具体的には、基板２の第２面２ｂと接触するステージ１２の部位１４において、中央域１４ｃに位置する部位１４の高さｈ１が、外周域１４ｐに位置する部位１４の高さｈ２よりも低くしてもよい。
部位１４の高さが全て同じであると、基板２が凹状に変形するように反った場合、基板２の外周域において、基板２とステージ１２との間の空間をシールすることができなくなってしまう。この問題を解決するため、外周域１４ｐから中央域１４ｃに向う方向において、部位１４の高さが徐々に低くなるように部位１４の高さを決定することにより、基板２の外周域１４ｐにおいて、ステージ１２と基板２との接触を確保することができる。
ガス供給部１５は、ステージ１２上に載置された基板２の第１面２ａよりも上側に位置するとともにチャンバ１１内の空間である第一空間αに所定のガスを導入する。第一空間αに導入されたガスは、ステージ１２に形成された溝部１３を通じて基板２とステージ１２との間の空間（第二空間β）に入り込み、第二空間β内に存在するガスを介して熱交換が行われ、基板２が冷却される。
ガス供給部１５が、第一空間αに導入するガスは、チャンバ１１内の雰囲気を真空から大気雰囲気に戻す際にチャンバ１１内に供給されるガスである。このようなガスの種類としては、特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等、化学的に安定なガスが挙げられる。
そして、本実施形態の基板処理装置１０（３）は、制御部１７を備えている。この制御部１７は、第一空間αの第一圧力Ｐ１が、基板２よりも下側に位置し、ステージ１２と基板２の第２面２ｂとの間に設けられた隙間部１９及び溝部１３を含む第二空間βの第二圧力Ｐ２よりも大きくなるように、第一圧力Ｐ１及び第二圧力Ｐ２を制御する。
基板２とステージ１２とを接触させて熱交換することにより基板２を冷却する際に、第一空間αの第一圧力Ｐ１が、第二空間βの第二圧力Ｐ２よりも大きくなるように制御されることで、第一空間αと第二空間βとの圧力差により基板２がステージ１２上に押し付けられる。このため、基板２が凸状に変形する反りを抑制することができる。これにより、基板２がステージ１２から浮き上がらず、ステージ１２と基板２とが接触する接触面積を確保することができる。その結果、本実施形態の基板処理装置１０においては、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板２を冷却することができる。
例えば、図２に示す基板処理装置においては、第一制御部１７α（１７）は、例えば、圧力計１７ａ、流量計１７ｂ、バルブ１７ｃ等から構成されている。第二制御部１７βは、例えば、圧力計１７ｄ、流量計１７ｅ、バルブ１７ｆ、排気部１７ｇ等から構成されている。また、第一制御部１７α及び第二制御部１７βは、チャンバ１１内の圧力（Ｐ１，Ｐ２）をモニタリングするとともに、ガス供給部１５からチャンバ１１内に導入されるガスの量を調整する。
制御部１７（１７α、１７β）は、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の差が、５×１０［Ｐａ］以上１×１０５［Ｐａ］以下（すなわち、５０［Ｐａ］〜１０００００［Ｐａ］）となるように、圧力Ｐ１，Ｐ２を所定時間制御することが好ましい。圧力差が小さいと、基板２をステージ１２に押し付ける力が弱く、基板２の反りを十分に抑えることが難しい。一方、圧力差が大きすぎると、隙間部１９の端において基板２に対して応力が加わり、基板割れが発生しやすくなり、好ましくない。しかしながら、基板の反りが大きい場合は、比較的高い圧力差が必要となる。基板の反りが大きく、基板が割れやすい場合には、ステージ１２の隙間部１９及び溝部１３を分散的に配置し、応力集中が緩和されるようにステージ１２を適切に設計することが好ましい。
本発明における隙間部１９及び溝部１３が分散するように配置されている構造の一例としては、例えば、隙間部１９と溝部１３とが交互に同心円状に配置された構造が挙げられる。または、ステージ１２上に複数の隙間部１９がドット状に形成され、隣接する隙間部１９の間に溝部１３が形成されるように、隙間部１９と溝部１３とが配置された構造が挙げられる。しかしながら、本発明における隙間部１９及び溝部１３が分散するように配置されている構造は、この例示した２つに限定されない。すなわち、単位面積あたりで基板２を支持する部分（隙間部１９）が分散的にステージ１２上に配置することが可能であれば、いかなる構成も採用される。
なお、ステージ１２内に、冷却水等の冷却媒体を循環させる冷却媒体流路（図示略）が設けられていてもよい。冷却媒体流路に冷却媒体を流すことで、ステージ１２上に載置された基板２とステージ１２との間で熱交換を促進させ、基板２を効率よく冷却することができる。
次に、このようなマルチチャンバ方式の真空処理装置１において、ロードロック室を用いて基板２を処理室に搬送する一般的な搬送工程を説明する。
まず、大気雰囲気において基板２がロードロック室３内に導入され、その後、ロードロック室３の内部は、減圧され、真空雰囲気になる。続いて、ロードロック室３に隣接するコア室５に設置された基板搬送ロボット６によって、基板２は、ロードロック室３からコア室５を経由し処理室４へ搬送される。その後、処理室４（プロセスチャンバ）内において、基板２に対して処理操作（例えば、エッチング、酸化、化学気相蒸着等）が実施される。
処理後の基板２は、処理室４に基板２が搬送される時と同様に、基板搬送ロボット６によって処理室４からコア室５を経由しロードロック室３へ戻される。ロードロック室３の内部は、前述したロードロック室３から処理室４に基板２が搬送された以降、ずっと真空に保持されている。基板２がロードロック室３に戻った後、窒素（Ｎ２）等のパージガスがロードロック室３内に供給され、ロードロック室３の圧力が大気圧に戻される（以下、大気開放）。また、加熱された基板２は、ロードロック室３内に設けられた上記のステージ１２よって冷却される。ロードロック室３の圧力が大気圧に達した後、処理済みの基板２を基板カセットに移し、次の処理工程が行われる。
本発明の実施形態の基板冷却方法は、基板２とステージ１２とを接触させて熱交換することにより基板２を冷却する際に、第一空間αの第一圧力Ｐ１が、基板２よりも下側に位置するとともにステージ１２と基板２の第２面２ｂとの間に設けられた隙間部１９及び溝部１３を含む第二空間βの第二圧力Ｐ２よりも大きくなるように、第一圧力Ｐ１及び第二圧力Ｐ２を制御する。
従来、減圧下において、基板２とステージ１２との間で生じる熱交換によって必要な温度まで基板２を冷却するためには、その距離が０．３ｍｍである場合には１５秒で完了し、その距離が２ｍｍである場合には１分以上かかってしまう。
例えば、直径３００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのシリコン基板の温度を５００℃から常温になるようにシリコン基板を冷却する際、シリコン基板の外周域が急激に常温に冷却されると、シリコン基板において２ｍｍ以上の反りが発生することがある。この結果、シリコン基板の上側方向において、シリコン基板の中央域が盛り上がり、シリコン基板が凸状に反り、ステージ１２の表面からシリコン基板の中央域が離れ、シリコン基板の中央域の冷却速度は急激に低下する。
結果として、基板２の反りが２ｍｍ以上である状態が維持される。また、中央域の温度が外周域の温度と近付いてくると、反りを有する基板２が元の形状に戻り始めると共に急激に冷却が始まる。このため、反りを有する基板２が元の形状に戻る際に、基板２とステージ１２との間の空間に存在したガスは残留し、方向性を有するように流動しない。このため、ステージ１２上において、基板２がスライドすることがある。また、凸状形状とは逆の形状、即ち、凹状に基板２が反る場合などにおいては、反りを有する基板２が元の形状に戻る際に、反動で基板２がステージ１２上で跳ねてしまい、ステージ１２上における基板２の位置がずれてしまうことなどがある。
これに対し、本発明の基板冷却方法においては、図１０に示すように、基板２とステージ１２とを接触させて熱交換することにより基板２を冷却する。その際に、第一空間αの圧力Ｐ１が第二空間βの圧力Ｐ２よりも大きくなるように、圧力Ｐ１，Ｐ２を所定時間制御する。ここで、第二空間βは、基板２よりも下側に位置し、ステージ１２と基板２の第２面２ｂとの間に設けられた隙間部１９及び溝部１３を含む空間である。そして、その所定時間においては、第一空間αと第二空間βとの圧力差により基板２がステージ１２上に押し付けられ、基板２が凸状に変形するような反りが発生することを抑制することができる。これにより、基板２がステージ１２から浮き上がらず、ステージ１２と基板２とが接触する接触面積を確保し、基板２の中央域が冷却することができないという問題を解決することができる。その結果、本発明の基板冷却方法では、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板２を冷却することができる。
更に、本発明によれば、基板２の中央域が加熱されたまま基板２の外周域が冷却された状態で大気搬送ロボットのバキュームチャックによって基板２を搬送する際、基板２の反りが大きいためにバキュームチャックすることができないという問題を回避することができる。
第一空間αの圧力Ｐ１が大気圧となり基板２の冷却が終了したら、チャンバ１１の下側に設けられたバルブ１７ｈを開き、第二空間βの圧力Ｐ２を第一空間αの圧力Ｐ１と同じにする。これにより、昇降ピン２０によって基板２をリフトアップする時に、基板２がステージ１２から跳ねることを防止することができる。すなわち、基板２をステージ１２から離脱させる際、ステージ１２が基板２を吸引する効果によって、基板２が振動したり、基板２の第２面２ｂに傷がついてしまう問題も回避することができる。
また、図３においては、ステージ１２と基板２との間に不図示の溝が存在している。この溝は、基板２と接触するステージ１２の隙間部１９の面に設けられた微細な凹凸形状を意味する。このような溝が隙間部１９の面に形成されているので、図１０に示すように時間の経過に伴って、第一空間αの圧力Ｐ１と第二空間βの圧力Ｐ２は同等となる。このため、図３に示す構成においても、上述した傷がついてしまう問題を回避することができる。
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の方法により基板を冷却した場合の結果を示している。図７Ａは、基板を冷却する際の基板の各地点（Ａ〜Ｅ）を示しており、図７Ｂは、各地点（Ａ〜Ｅ）における温度と時間との関係を示している。一方、図８Ａ，図８Ｂ，図９Ａ，及び図９Ｂは、従来の方法により基板を冷却した場合の結果である。
図７Ｂに示された本発明によって基板を冷却した結果と、図８Ａ，図８Ｂ，図９Ａ，及び図９Ｂに示された従来方法によって基板を冷却した結果とを比較すると、本発明においては、各地点（Ａ〜Ｅ）において均一かつ迅速に基板を冷却することが可能であることが分かる。
すなわち、本発明では、基板を冷却する際に、制御部は、例えばガスの流量を調節することにより、第一空間の圧力Ｐ１が第二空間の圧力Ｐ２よりも大きくなるように、圧力Ｐ１，Ｐ２を制御した。具体的には、圧力Ｐ１が１０００Ｐａとなるように、Ｐ２が４００Ｐａとなるように、圧力Ｐ１，Ｐ２を制御した。圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との圧力差は６００Ｐａであった。
上述した説明から明らかな通り、この具体例の値（数字）は、ある特定の時刻における数値に過ぎない。何故ならば、圧力Ｐ１，Ｐ２の関係は、図１０に示す通り時間の経過に伴って変化しており、圧力差（差圧）が発生している所定時間は、５秒間程度に過ぎない。なお、図１０においては、第一空間内にガスを流し始めてから、およそ５秒後の時刻Ｔに、２つの圧力（Ｐ１，Ｐ２）がほぼ等しくなることが示されている。
図８Ａ及び図８Ｂでは、基板の外周域のみが冷却されたため、基板の中央域が盛り上がるように、基板が凸状に変形するように反ってしまい、その結果、ステージ面から基板の中央域が離れ、基板の中央域の冷却速度は急激に低下してしまっている。
これに対し、図７Ｂに示すように本発明では、第一空間の圧力Ｐ１が第二空間の圧力Ｐ２よりも大きくなるように、前記圧力Ｐ１，Ｐ２を制御したことで、第一空間と第二空間との圧力差により基板がステージ上に押し付けられ、凸状の反りを抑制することができた。これにより基板がステージから浮き上がらず、ステージと基板とが接触する接触面積を確保し、基板の中央域を冷却することができるようになった。その結果、基板面内での温度のバラツキがなく、均一かつ迅速に基板を冷却することができることが確認された。
図１１に示す基板処理装置２００（３）は、最も簡素化された装置である。図１２は、図１１に示す基板処理装置が備えるステージの一例を示す平面図である。ここで、符号１５はＶＥＮＴ配管、符号１７ｂはＶＥＮＴフィルターを表す。
図１２に示すステージ１２においては、隙間部１９及び溝部１３が交互に同心円状に配置されている。また、ステージ１２は、符号Ａ、Ｂ、Ｃで示す気抜き溝を更に備える。第一空間αと溝部１３とを連通させるように気抜き溝Ａが配置されている。また、隣接する溝部１３の空間を連通させるように気抜き溝Ｂ、Ｃが配置されている。
図１１は、基板２がステージ１２に載置された状態を示している。図１１を参照して、基板２がステージ１２に載置される工程について説明する。
まず、搬送室（不図示）からＬＬ（ロードロック）室として機能する基板処理装置２００（３）内に、例えば、３５０℃の基板温度を有するように熱処理された基板２が搬送される。このとき、基板２は、リフトアップされた昇降ピン２０によって支持され、昇降ピン２０上に載置される。その後、搬送室とＬＬ室とを空間的に区分する仕切りバルブ（不図示）が閉じる。引き続き、ロッド２１を下降させることにより昇降ピン２０が下降し、昇降ピン２０は基板２から離れ、基板２がステージ１２に載置される。
このような図１１に示す状態において、ＬＬ室の排気バルブ（不図示）を閉じ、バルブ１７ｃを開くと、第一空間αの圧力Ｐ１及び第二空間βの圧力Ｐ２のそれぞれは、図１０のグラフに示すように、圧力上昇カーブを描く。
その際、バルブ１７ｃを通じて基板処理装置２００（３）へ導入されるガス（ＶＥＮＴガス）は、まず、第一空間α内に放出され、その後、矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示された経路を通じて、第二空間β内に順に流動し、更に、矢印Ｄ、Ｅで示された方向に流れる。その結果、第二空間βの圧力Ｐ２は、第一空間αの圧力Ｐ１に比べて低くなる（Ｐ１＞Ｐ２）。第一空間αと第二空間βとの圧力差が作用することによって、基板２はステージ１２に押しつけられるため、基板２とステージ１２との間の距離を安定に保つことができる。
また、溝部１３の深さ又は面積を変えることにより、基板全体の冷却速度を制御することができる。また、第一空間αと第二空間βとの圧力差は、矢印Ａ〜Ｅで示すようにガスが流動する経路のコンダクタンスを変更することにより制御することができる。このため、基板２をステージ１２に押しつける力の強弱が調整することができる。
基板２の反りが大きいと、安定した冷却が難しい場合がある。このような場合には、矢印Ａ〜Ｅで示すようにガスが流動する経路のコンダクタンスを下げると共に、ＶＥＮＴ配管１５のＶＥＮＴ圧力を上げることで、基板２を安定的に冷却することが好ましい。
このような調整を施すことにより、最低限の部品点数の付属部品を備えた図１１に示す基板処理装置２００（３）においても、最適な押しつけ圧力で、安定した基板の冷却処理が可能となる。
以上、本発明の基板処理装置及び基板冷却方法について説明してきたが、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
本発明は、成膜プロセス等において熱を帯びた基板をロードロック室内に移動させて、ロードロック室内の圧力を減圧状態から大気圧状態する変更する際に、熱を帯びた基板を適切に冷却した後、ロードロック室外へ基板を取り出す、基板処理装置及び基板冷却方法に広く適用可能である。
１ 真空処理装置、２ 基板、３Ａ，３Ｂ（３） ロードロック室、４Ａ〜４Ｄ（４） 処理室、５ コア室（搬送室）、６ 基板搬送ロボット、 １０、１００ 基板処理装置、１１ チャンバ、１２ ステージ、１３ 溝部、１４ 接触する部位、１５ ガス供給部、１６ 排気部、１７α 第一制御部、１７β 第二制御部、１８ 貫通孔、１９ 隙間部、α 第一空間、β 第二空間。

Claims (10)

  1. 基板処理装置であって、
    チャンバと、
    溝部が設けられた面を有し、前記チャンバ内に配置され、前記面上に微小な隙間部を形成するように基板が載置され、前記基板と接触して熱交換することにより前記基板を冷却するステージと、
    前記ステージ上に載置された前記基板の第１面よりも上側に位置するとともに前記チャンバ内の空間である第一空間に所定のガスを導入するガス供給部と、
    前記第一空間の第一圧力が、前記基板よりも下側に位置するとともに前記ステージと前記基板の第２面との間に設けられた前記隙間部及び前記溝部を含む第二空間の第二圧力よりも大きくなるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を制御する制御部と、
    前記隙間部を構成する前記ステージの面に設けられた微細な凹凸からなる溝であって、時間の経過に伴って、第一空間と第二空間の圧力が同等となるように形成された溝と、
    を含むことを特徴とする基板処理装置。
  2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記溝を構成する微細な凹凸の高低差は、前記隙間部を成す前記ステージと前記基板との間隔以下であることを特徴とする基板処理装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置であって、
    前記溝を構成する微細な凹凸は、前記第一空間と前記第二空間とを連通させる流路であることを特徴とする基板処理装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記制御部は、前記第一圧力及び前記第二圧力の圧力差が、５×１０［Ｐａ］以上１×１０５ ［Ｐａ］以下となるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を所定時間制御することを特徴とする基板処理装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記ガス供給部が前記第一空間に導入するガスは、前記チャンバ内の雰囲気を真空から大気雰囲気に戻す際に前記チャンバ内に供給されるガスであることを特徴とする基板処理装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記ステージは、前記基板の前記第２面と前記ステージとが接触する接触部を有し、
    前記接触部における表面粗さＲａは、１．０μｍ以上であることを特徴とする基板処理装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記ステージ上に前記基板が設置された状態で、前記ステージと前記基板の前記第２面との間に３．５ｃｍ３以上の前記隙間部が存在することを特徴とする基板処理装置。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記ステージと前記基板とが接触している接触面積がＳ１で表され、前記ステージと前記基板とが接触していない非接触面積がＳ２で表された場合、
    前記ステージの中央域における比率Ｓ１／Ｓ２よりも、前記ステージの外周域における比率Ｓ１／Ｓ２が小さいことを特徴とする基板処理装置。
  9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記ステージは、前記基板の前記第２面と前記ステージとが接触する接触部を有し、
    前記ステージの中央域に位置する前記接触部の高さは、前記ステージの外周域に位置する前記接触部の高さよりも低いことを特徴とする基板処理装置。
  10. 基板冷却方法であって、
    チャンバと、溝部が設けられた面を有し、前記チャンバ内に配置され、前記面上に微小な隙間部を形成するように基板が載置され、前記基板と接触して熱交換することにより前記基板を冷却するステージと、前記ステージ上に載置された前記基板の第１面よりも上側に位置するとともに前記チャンバ内の空間である第一空間に所定のガスを導入するガス供給部と、
    前記第一空間の第一圧力が、前記基板よりも下側に位置するとともに前記ステージと前記基板の第２面との間に設けられた前記隙間部及び前記溝部を含む第二空間の第二圧力よりも大きくなるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を制御する制御部と、
    前記隙間部を構成する前記ステージの面に設けられた微細な凹凸からなる溝であって、時間の経過に伴って、第一空間と第二空間の圧力が同等となるように形成された溝と、
    を備えた基板処理装置を用い、
    前記基板と前記ステージとを接触させて熱交換することにより前記基板を冷却する際に
    、
    前記第一空間の第一圧力が、前記基板よりも下側に位置するとともに前記ステージと前記基板の第２面との間に設けられた前記隙間部及び前記溝部を含む第二空間の第二圧力よりも大きくなるように、前記第一圧力及び前記第二圧力を所定時間制御し、
    前記溝を用いて、前記第一空間と前記第二空間との間に圧力差がある状態から、等圧の
    状態にすることを特徴とする基板冷却方法。
JP2012522696A 2010-06-30 2011-06-30 基板処理装置及び基板冷却方法 Active JP5462946B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012522696A JP5462946B2 (ja) 2010-06-30 2011-06-30 基板処理装置及び基板冷却方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010149945 2010-06-30
JP2010149945 2010-06-30
PCT/JP2011/065069 WO2012002499A1 (ja) 2010-06-30 2011-06-30 基板処理装置及び基板冷却方法
JP2012522696A JP5462946B2 (ja) 2010-06-30 2011-06-30 基板処理装置及び基板冷却方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2012002499A1 JPWO2012002499A1 (ja) 2013-08-29
JP5462946B2 true JP5462946B2 (ja) 2014-04-02

Family

ID=45402202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012522696A Active JP5462946B2 (ja) 2010-06-30 2011-06-30 基板処理装置及び基板冷却方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5462946B2 (ja)
TW (1) TWI429873B (ja)
WO (1) WO2012002499A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200078360A (ko) 2018-12-21 2020-07-01 토토 가부시키가이샤 정전 척
KR20210007824A (ko) 2019-07-12 2021-01-20 가부시키가이샤 아루박 진공챔버 및 기판 처리장치
US11145532B2 (en) 2018-12-21 2021-10-12 Toto Ltd. Electrostatic chuck
EP4027371A4 (en) * 2019-09-06 2023-10-04 Canon Anelva Corporation LOAD SECURING DEVICE

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5981245B2 (ja) * 2012-06-29 2016-08-31 京セラ株式会社 流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置
KR101441484B1 (ko) * 2012-12-28 2014-09-17 주식회사 에스에프에이 Ｏｌｅｄ 제조용 증착 시스템
JP6287240B2 (ja) * 2014-01-17 2018-03-07 東京エレクトロン株式会社 真空処理装置及び真空処理方法
CN106463445B (zh) * 2014-05-21 2020-09-04 应用材料公司 热处理基座
CN113728422B (zh) * 2020-03-24 2024-01-09 株式会社日立高新技术 真空处理装置
JP7145990B2 (ja) * 2020-03-31 2022-10-03 芝浦メカトロニクス株式会社 基板処理装置
CN112071801B (zh) * 2020-09-16 2024-05-17 北京北方华创微电子装备有限公司 顶针升降装置和半导体工艺腔室

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01313954A (ja) * 1988-06-14 1989-12-19 Fujitsu Ltd 静電チャック
JPH08186074A (ja) * 1994-12-28 1996-07-16 Hitachi Ltd スパッタリング装置
JP2002252271A (ja) * 2001-02-26 2002-09-06 Anelva Corp 基板処理装置の基板保持装置
JP2004519104A (ja) * 2000-12-22 2004-06-24 エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド プロセス性能を高めるサセプタポケット断面
JP2008251574A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 静電チャック及びその製造方法ならびに半導体装置の製造方法
JP2009182235A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Tokyo Electron Ltd ロードロック装置および基板冷却方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01313954A (ja) * 1988-06-14 1989-12-19 Fujitsu Ltd 静電チャック
JPH08186074A (ja) * 1994-12-28 1996-07-16 Hitachi Ltd スパッタリング装置
JP2004519104A (ja) * 2000-12-22 2004-06-24 エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド プロセス性能を高めるサセプタポケット断面
JP2002252271A (ja) * 2001-02-26 2002-09-06 Anelva Corp 基板処理装置の基板保持装置
JP2008251574A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 静電チャック及びその製造方法ならびに半導体装置の製造方法
JP2009182235A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Tokyo Electron Ltd ロードロック装置および基板冷却方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200078360A (ko) 2018-12-21 2020-07-01 토토 가부시키가이샤 정전 척
US11145532B2 (en) 2018-12-21 2021-10-12 Toto Ltd. Electrostatic chuck
KR20210007824A (ko) 2019-07-12 2021-01-20 가부시키가이샤 아루박 진공챔버 및 기판 처리장치
EP4027371A4 (en) * 2019-09-06 2023-10-04 Canon Anelva Corporation LOAD SECURING DEVICE

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012002499A1 (ja) 2012-01-05
TW201213758A (en) 2012-04-01
JPWO2012002499A1 (ja) 2013-08-29
TWI429873B (zh) 2014-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5462946B2 (ja) 基板処理装置及び基板冷却方法
JP6339057B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム
JP6240695B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
TWI637440B (zh) Substrate processing system, manufacturing method of semiconductor device, program, and recording medium
US10546761B2 (en) Substrate processing apparatus
JP5689483B2 (ja) 基板処理装置、基板支持具及び半導体装置の製造方法
JP6318139B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
KR20140032465A (ko) 일괄식 처리 장치
JPWO2007018139A1 (ja) 半導体装置の製造方法および基板処理装置
JP2019062194A (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法、および、プログラム
JP7124103B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
KR20110112074A (ko) 기판 처리 장치 및 방법
JP2012195427A (ja) 基板処理装置及び基板処理方法
JP2018067582A (ja) 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
US20080199610A1 (en) Substrate processing apparatus, and substrate processing method
TWI835206B (zh) 基板處理裝置、基板處理方法、半導體裝置之製造方法及程式
KR20090110625A (ko) 반도체 제조에 사용되는 웨이퍼 보트
US20180286725A1 (en) Substrate retrainer and substrate processing apparatus
JP4869952B2 (ja) 熱処理装置
JP2011071412A (ja) 基板処理装置
JP4404666B2 (ja) 基板支持体、基板処理装置および半導体装置の製造方法
JP4800226B2 (ja) 熱処理装置
JP7329133B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
US20220319877A1 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
JP2010016033A (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130520

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131015

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131107

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5462946

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250