JP6625230B2 - 基板処理装置、基板冷却ユニットおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置、基板冷却ユニットおよび半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程の一工程として、成膜やアニール工程等において加熱された基板を、冷却装置に移載して冷却処理を施すことが行われる（例えば特許文献１，２参照）。

特許第４１１５１１１号 特許第５５１１５３６号

近年、半導体製造工程では 処理の低温化が要求されると共にサーマルバジェットの制御が重要性を増している。また 複数の工程を経てきた基板にはストレスが蓄積されており、急激な温度変化があるとそれを起点に基板が変形し、基板上に形成されているデバイスの損傷、さらに悪い場合は基板自体の破損にいたる可能性もある。そのため、冷却処理において、基板間で同一の条件下で実施されることが望ましく、基板状態に適した冷却を再現良く実施することが必要となっている。本発明の目的の一つは、複数の基板に対して同時に冷却処理を施す際に、冷却処理条件の基板間でのバラつきを低減できる技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、それぞれの上面で基板を支持して搬送するよう構成されている複数の搬送支持具を備え、前記複数の搬送支持具は鉛直方向に互いに間隔を有して積層されて設けられている基板搬送機構と、前記基板を冷却するよう構成されている基板冷却ユニットと、前記搬送機構を制御する制御部と、を備える基板処理装置であって、前記基板冷却ユニットは、冷却室と、前記冷却室内において、鉛直方向に互いに間隔を有して積層されて設けられ、それぞれの上面側及び下面側を冷却するよう構成されている複数の冷却部材と、前記複数の冷却部材のそれぞれに対して設けられ、前記冷却部材の上面から所定の距離で前記基板を支持するよう構成されている基板支持具と、を備え、前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されていない前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離である第１の距離は、前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されている前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離である第２の距離と異なるように設定されており、前記制御部は、前記基板搬送機構を制御して、前記複数の搬送支持具の上面で支持された前記基板のそれぞれを、前記基板支持具で支持される位置に搬送させるよう構成されている、基板処理装置やその関連技術が提供される。

本発明によれば、複数の基板に対して同時に冷却処理を施す際に、冷却処理条件の基板間でのバラつきを低減することが可能となる。

本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図であり、上面から見た水平断面で示す図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図であり、側面から見た垂直断面で示す図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板冷却ユニットの概略構成図であり、上面から見た水平断面で示す図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板冷却ユニットの概略構成図であり、側面から見た垂直断面で示す図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の制御部（コントローラ）の構成を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態で好適に用いられる基板冷却ユニットにおいて、基板を各スペーサ上に支持させる工程の手順を示す動作説明図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板冷却ユニットにおいて、基板の搬入から搬出までの工程の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における、基板温度の時間に対する変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態で好適に用いられる基板冷却ユニットの概略構成図であり、側面から見た垂直断面で示す図である。 本発明の第２の実施形態における、基板温度の時間に対する変化を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態で好適に用いられる基板冷却ユニットの概略構成図であり、側面から見た垂直断面で示す図である。

＜本発明の実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１について説明する。

（１）基板処理装置の構成
図１、２を参照しながら、以下、本実施形態に係る基板処理装置１０の構成を説明する。

基板処理装置１０は、搬送室１２を中心として、ロードロック室１４ａ，１４ｂ、２つの処理室１６ａ，１６ｂ、及び基板冷却ユニット１８を備えている。ロードロック室１４ａ，１４ｂの搬送室１２に対する反対側には、大気搬送室２０が配置されている。大気搬送室２０は、２５枚までの基板２２（本実施形態ではウエハ）を縦方向に一定間隔を隔てて収容可能なポッドを複数配置可能とする載置ステージを備えている。また、大気搬送室２０には、大気搬送室２０とロードロック室１４ａ，１４ｂとの間で基板を搬送する大気ロボット２１が配置されている。搬送室１２、ロードロック室１４ａ，１４ｂ、処理室１６ａ，１６ｂ、及び基板冷却ユニット１８は、主にアルミニウムにて形成されている。

搬送室１２とロードロック室１４ａ，１４ｂの間、搬送室と処理室１６ａ，１６ｂの間、ロードロック室１４ａ，１４ｂと大気搬送室２０との間には、２つの空間の雰囲気を遮断するゲートバルブがそれぞれ設けられている。搬送室１２、ロードロック室１４ａ，１４ｂ、処理室１６ａ，１６ｂには真空ポンプがそれぞれ接続され、それぞれの空間が所望の圧力となるように制御される。

基板処理装置１０は、コントローラ１２１を備えている。コントローラ１２１は、前記構成において、装置全体を制御している。

（真空ロボット）
搬送室１２には、ロードロック室１４ａ，１４ｂ、処理室１６ａ，１６ｂ、及び基板冷却ユニット１８との間で相互に基板２２を搬送できるように構成された、基板搬送機構としての真空ロボット３６が設けられている。真空ロボット３６はフィンガー対４０が設けられたアーム４２を備えており、フィンガー対４０は、基板搬送支持具としての上フィンガー３８ａ（第１の基板搬送支持具）及び下フィンガー３８ｂ（第２の基板搬送支持具）から構成されている。

上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂは、共に二又状の同一の形状を有している。また、上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂは、上下方向（鉛直方向）に所定の間隔で積層されるように設けられ、アーム４２からそれぞれ略水平に同一方向に延びて、それぞれ基板２２を支持することができるように構成されている。上フィンガー３８ａと下フィンガー３８ｂの間隔は、それぞれのフィンガー上に支持された基板２２の間隔が、ＳＥＭＩ規格で定められた間隔、すなわち１０ｍｍを保持するように定められている。なお、上フィンガー３８ａと下フィンガー３８ｂの形状は、搬送形態などによって上下で異なる形状を採用しても良い。

アーム４２は、鉛直方向に昇降する回転軸を軸として回転するようにされているとともに、水平方向に移動し、同時に２枚の基板２２を上下方向及び水平方向に搬送可能にされている。なお、真空ロボット３６は、フィンガーを３個以上備えることにより、同時に３枚以上の基板２２を搬送可能となるように構成することもできる。

（ロードロック室）
ロードロック室１４ａ，１４ｂにはそれぞれ、例えば２５枚の基板２２を縦方向に一定間隔を隔てて収容する基板支持体２４が設けられている。基板支持体２４は上部板２６と下部板２８、及びそれらを接続する支柱３０により構成されている。支柱３０の長手方向内側には載置部３２が平行に形成されている。基板支持体２４は、ロードロック室１４ａ，１４ｂのそれぞれの内において、駆動装置２５によって上下方向に移動するようにされているとともに、回転するようにされている。

搬送室１２からロードロック室１４ａ又は１４ｂへ基板２２が搬入される際には、次の動作により載置部３２に基板２２が移載される。即ち、基板２２が支持されたフィンガー対４０がロードロック室１４ａ又は１４ｂの内の載置部３２間に挿入される。次に基板支持体２４が鉛直方向に移動する。このような動作をすることで、フィンガー対４０に搭載された２枚の基板を載置部３２の上面に移載することができる。また、ロードロック室１４ａが搬送室１２からウエハを搬入する際の動作と逆の動作をすることで、載置部３２に載置されているウエハを搬送室へ搬出する。ここで、フィンガー対４０によって搬送させる基板の枚数は、１枚ずつとしても良い。

（処理室）
処理室１６ａ，１６ｂはそれぞれ反応室を有し、各反応室内には基板保持台４４ａ，４４ｂとロボットアーム１７がそれぞれ設けられている。基板保持台４４ａと基板保持台４４ｂとの間の空間は、仕切り部材４６が設けられている。ロボットアーム１７は、真空ロボット３６が保持する基板２２を受け取り、基板保持台４４ａ，４４ｂにそれぞれ載置するように構成されている。処理室１６ａ，１６ｂでは、基板保持台４４ａ，４４ｂにそれぞれ載置された２枚の基板２２が同一空間内で同時に処理される。基板保持台４４ａ，４４ｂには、加熱部としてのヒータがそれぞれ内蔵されており、基板２２を４５０℃まで昇温可能である。

（基板冷却ユニット）
搬送室１２に接続されている基板冷却ユニット１８は、図３、４に示すように、冷却室５０を有し、冷却室５０内には複数の基板冷却部材としての基板冷却プレート５１ａ（第１の基板冷却部材）及び５１ｂ（第２の基板冷却部材）が設けられている。

基板冷却プレート５１ａ，５１ｂにはそれぞれ、各基板冷却プレート上で基板２２を支持するように構成された基板支持具としてのスペーサ５２ａ（第１の基板支持具），５２ｂ（第２の基板支持具）が４個ずつ設けられている。なお、スペーサ５２ａ，５２ｂはそれぞれ少なくとも３個以上ずつ設けられることが好ましい。また、本実施形態では、基板支持具をスペーサにより構成しているが、これに限らず、突起状や棒状に形成された支持ピン、冷却室５０から突出するように設けられた支持部など、各基板冷却プレートから所定の間隔で基板２２を支持できるように構成された構造であればよい。

基板冷却プレート５１ａ，５１ｂの内部には、冷媒が流れる冷媒流路５３ａ，５３ｂがそれぞれ設けられており、基板冷却プレート５１ａ，５１ｂそれぞれの上面側及び下面側を冷却するように構成されている。これにより、スペーサ５２ａ，５２ｂによって支持された基板２２は、冷却されるように構成されている。なお、冷媒流路５３ａ，５３ｂは基板冷却プレートの上面側と下面側を均等に冷却するように配置されることが望ましい。本実施形態では、冷媒流路５３ａ，５３ｂは基板冷却プレートの上面と下面の中間の高さを巡るように流路が設けられている。

なお、基板冷却プレート５１ａ，５１ｂは、本体を構成する板状構造体と、板状構造体の内部に設けられた冷媒流路５３ａ，５３ｂと、によって構成された構造として捉えることもできる。板状構造体は、例えばステンレス等の金属により構成される。

基板冷却ユニット１８は更に、冷媒を冷媒流路５３ａ，５３ｂのそれぞれに供給する冷媒供給ユニット（冷媒供給部）５５を備えている。冷媒供給ユニット５５において冷却された冷媒は、冷媒流路５３ａ，５３ｂそれぞれの一端へ供給され、他端から再び冷媒供給ユニットへと戻るようにして循環する。冷媒供給ユニットは、冷媒流路５３ａ，５３ｂそれぞれへ供給する冷媒の温度や流量を個別に調整できるように構成されている。

本実施形態では冷媒として水を用いているが、他の液体（冷却溶媒）を用いてもよく、また、冷媒としての気体を用いてもよい。また、冷媒流路ではなく、ペルティエ素子等の熱電素子を用いて冷却を行うように構成してもよい。

基板冷却プレート５１ａ，５１ｂには、図３に示すように、上フィンガー３８ａ、下フィンガー３８ｂと同形状の切欠きが設けられており、フィンガー対４０が冷却室５０内を鉛直方向に移動可能なように構成されている。

冷却室５０と搬送室１２は連通しており、基板冷却ユニット１８内の基板２２は搬送室１２と同じ雰囲気下で冷却される。但し、冷却室５０と搬送室１２との間にゲートバルブを設けて、基板冷却ユニット１８内の基板２２を搬送室１２とは異なる雰囲気下（異なるガスや圧力）で冷却するようにしてもよい。

本実施形態では、基板冷却プレート５１ａ，５１ｂの間隔を、フィンガー対４０の間隔よりも大きくなるように設定しており、例えば１５ｍｍとしている。このように基板冷却プレート５１ａ，５１ｂの間隔を設定することにより、搬送中における基板２２ａ，２２ｂとスペーサ５２ａ，５２ｂとの間の搬送クリアランスを確保することが容易になる。また、基板冷却プレート５１ａ，５１ｂの間隔を調整することにより、基板２２ｂの冷却速度を調整することもできる。但し、基板冷却プレートを３枚以上備え、基板２２を３枚以上同時に搬送及び載置する構成とする場合、アーム４２が備えるフィンガーの間隔と基板冷却プレートの間隔を略同一にする必要があるため、本実施形態に比べて搬送クリアランスの確保や、基板２２ｂの冷却速度調整が難しいという点に留意が必要である。

また、本実施形態のように、フィンガー対４０の間隔がＳＥＭＩ規格等の制約により規定されている場合、フィンガー対４０の上でそれぞれ支持された基板２２と、基板冷却プレート５１ａとの間の搬送クリアランスを確保するため、基板冷却プレート５１ａの厚さは５ｍｍ以下であることが望ましい。一方で、基板冷却プレート５１ａの内部には冷媒流路５３ａを設ける必要があるため、基板冷却プレート５１ａの厚さは３ｍｍ以上であることが望ましい。本実施形態ではこの厚さを４ｍｍとしている。基板冷却プレート５１ａ，５１ｂの厚さを小さくすることによって、後述するスペーサ５２ａ，５２ｂの高さを設定する際にも、高さの自由度を確保し易くなる。

（コントローラ）
図５に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述の大気ロボット２１、真空ロボット３６、冷媒供給ユニット５５、駆動装置２５、ロボットアーム１７、ゲートバルブ、真空ポンプ、ヒータ等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、大気ロボット２１による基板搬送動作、真空ロボット２１による基板搬送動作、冷媒供給ユニット５５における冷媒の温度や流量調整、駆動装置２５による基板支持体２４の昇降・回転動作、ロボットアーム１７による基板搬送動作、ゲートバルブの開閉動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、ヒータの温度調整動作、等を制御するように構成されている。

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

（２）基板冷却ユニットにおける基板搬送動作
続いて、基板冷却ユニット１８で基板２２を冷却する工程において、真空ロボット３６を用いて基板２２を搬送する動作について図６、７を用いて説明する。

（基板搬入ステップＳ１０）
基板冷却ユニット１８に基板２２を搬入して載置する工程は、以下のステップ（Ｓ１００〜Ｓ１５０）により行われる。

（フィンガー載置ステップＳ１００）
処理室１６ａ又は１６ｂにおいて、基板保持台４４ａ，４４ｂでそれぞれ熱処理（例えばアニール処理や成膜処理）が施された２枚の基板は、ロボットアーム１７を介して、上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂの上にそれぞれ支持されるように載置される。以下の説明では便宜上、上フィンガー３８ａの上に載置された基板を基板２２ａ、下フィンガー３８ｂの上に載置された基板を基板２２ｂと称する。

（フィンガー挿入ステップＳ１１０）
真空ロボット３６は、上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂの上に基板２２ａ，２２ｂが支持された状態で、フィンガー対４０を基板冷却ユニット１８の冷却室５０内に挿入する。この時、図６（ａ）に示すように、基板２２ａ，２２ｂは基板冷却プレート５１ａを挟むように、それぞれスペーサ５２ａ，５２ｂの上方で接触しない状態で保持される。また、基板２２ｂは基板冷却プレート５１ａ，５２ｂに挟まれた状態で保持されている。基板２２ａ，２２ｂの上下の搬送クリアランスは、それぞれ約１．８５ｍｍ（上下合計約３．７ｍｍ）以上確保されていることが望ましい。なお、この状態でフィンガー対４０を所定時間停止させることにより、基板２２ａ、２２ｂの温度や冷却速度（温度の低下速度、冷却時の温度変化勾配）を調整してもよい。

（第１の載置ステップＳ１２０）
続いて真空ロボット３６は、フィンガー対４０を下降させることにより、図６（ｂ）に示すように、基板２２ａをスペーサ５２ａの上で支持させる。この時、基板２２ｂはスペーサ５２ｂと接触していない。この時点において、基板冷却プレート５１ａに対する基板２２ａの距離は、基板２２ｂに対する距離よりも小さくなっている。従って、基板冷却プレート５１ａによる基板２２ａの冷却速度も、基板２２ｂの冷却速度よりも大きくなっている。一方で、基板２２ｂは基板冷却プレート５１ｂに近づくため、Ｓ１１０の時点に比べて、基板冷却プレート５１ｂによる基板２２ｂへの冷却作用は大きくなっている。なお、S１１０からS１２０までの間で、フィンガー対４０を所定の位置に停止させたり、下降速度を調整したりすることにより、基板２２ａ、２２ｂの温度や冷却速度を調整してもよい。

（第２の載置ステップＳ１３０）
続いて真空ロボット３６は、フィンガー対４０をさらに下降させることにより、Ｓ１２０から所定の時間（第１の時間）経過後に、図６（ｃ）に示すように、基板２２ｂをスペーサ５２ｂの上で支持させる。これにより、基板２２ａはスペーサ５２ａ上で、基板２２ｂはスペーサ５２ｂ上でそれぞれ支持された状態となる。上述の第１の時間は、フィンガー対４０の下降速度や基板冷却プレート間の距離等によって異なるが、例えば５〜６０秒とすることができる。

ここで、スペーサ５２ａの高さとスペーサ５２ｂの高さが同一に設定されている場合、基板２２ａと２２ｂはそれぞれ基板冷却プレート５１ａと５１ｂから同等の冷却作用を受ける状態となる。しかし、基板２２ｂは基板冷却プレート５１ａからの冷却作用も受ける状態となっているため、その分だけ基板２２ｂの冷却速度の方が、基板２２ａの冷却速度よりも大きくなる。

そこで本実施形態では、後述するように、スペーサ５２ａの高さに対してスペーサ５２ｂの高さを低く設定している。すなわち、この時点において、基板冷却プレート５１ａに対する基板２２ａの距離は、基板冷却プレート５１ｂに対する基板２２ｂの距離よりも小さくなっている。従って、基板冷却プレート５１ａによる基板２２ａへの冷却作用（冷却量）よりも、基板冷却プレート５１ｂによる基板２２ｂへの冷却作用が小さくなり、結果として基板２２ａと２２ｂの冷却速度が同一となるように調整することができる。ただし、基板２２ａと２２ｂの冷却速度を同一にする例に限らず、スペーサ５２ａと５２ｂの高さを調整することによって、基板２２ａと２２ｂの冷却速度を所望の値に調整することができる。

（フィンガー下降ステップＳ１４０）
続いて真空ロボット３６は、フィンガー対４０をさらに下降させることにより、図６（ｄ）に示すように、基板２２ａ，２２ｂと接触しない位置まで上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂを移動させる。

（フィンガー退避ステップＳ１５０）
続いて真空ロボット３６は、図６（ｅ）に示すように、フィンガー対４０を水平方向に移動させて、冷却室５０内から退避させる。

（基板冷却ステップＳ２０）
フィンガー対４０を冷却室５０内から退避させた後、所定時間、例えば３０秒〜５分間、基板２２ａ，２２ｂをスペーサ５２ａ，５２ｂ上で冷却する。

（基板搬出ステップＳ３０）
基板２２ａ，２２ｂをスペーサ５２ａ，５２ｂ上で所定時間冷却した後、真空ロボット３６により、それらを上フィンガー３８ａ及び下フィンガー３８ｂの上で再び支持し、冷却室５０内から搬出する。搬出する工程は、上述の基板搬入ステップＳ１０を逆の順序に実行することによりなされる。具体的には、図７に示すステップＳ３００〜Ｓ３４０が実行される。

（３）スペーサの高さ設定
ここで、本実施形態におけるスペーサ５２ａ，５２ｂの高さについて詳述する。上述の通り、スペーサ５２ａ，５２ｂにそれぞれ支持された状態の基板２２ａ，２２ｂの冷却速度は、基板冷却プレート５１ａ，５１ｂとの距離に大きく依存する。そこで本実施形態では、スペーサ５２ａと５２ｂの高さ、すなわち、基板冷却プレート５１ａとスペーサ５２ａの上に支持された基板２２ａとの距離と、基板冷却プレート５１ｂとスペーサ５２ｂの上に支持された基板２２ｂとの距離を、それぞれ独立した異なる値に設定することにより、基板２２ａと２２ｂの冷却速度を所望の値に調整する。

特に本実施形態では、スペーサ５２ａ，５２ｂにそれぞれ支持された状態の基板２２ａ，２２ｂの冷却速度が略同一となるように、スペーサ５２ａ，５２ｂの高さを設定する。具体的には以下の通りである。

基板冷却プレート５１ａは上段であって上方に他の基板冷却プレートが設けられていないために、スペーサ５２ａに支持された基板２２ａが基板冷却プレート５１ａのみから冷却作用を受ける。これに対して、スペーサ５２ｂに支持された基板２２ｂは冷却プレート５１ａ，５１ｂの両方から冷却作用を受ける。これらの冷却作用の違いを考慮して、本実施形態では、スペーサ５２ａの高さに対してスペーサ５２ｂの高さを低く設定する。すなわち、基板冷却プレート５１ａとスペーサ５２ａの上に支持された基板２２ａとの距離を、基板冷却プレート５１ｂとスペーサ５２ｂの上に支持された基板２２ｂとの距離よりも小さくする。本実施形態では、基板２２ａ，２２ｂの冷却速度が略同一となる値として、スペーサ５２ａ，５２ｂの高さをそれぞれ１．５ｍｍ、２．０ｍｍとしている。

図８は、本実施形態において基板２２ａがスペーサ５２ａの上に支持された時点（Ｓ１２０）からの基板２２ａ，２２ｂの温度の時間的推移を概念的に示している。基板２２ａの温度の時間的推移は破線で、基板２２ｂの温度の時間的推移は実線で示されている。図中において、基板温度はＴｓ、基板２２ａの温度はＴｓ１、基板２２ｂの温度はＴｓ２、経過時間はｔでそれぞれ示している。なお、本実施形態では、Ｓ１２０において基板２２ａがスペーサ５２ａ上に支持されてから所定の時間が経過した後に、Ｓ１３０において基板２２ｂがスペーサ５２ｂ上に支持されるため、基板２２ａと２２ｂの温度降下の立ち下り時点が異なる。図８に示すように、本実施形態では、基板２２ａ，２２ｂがそれぞれスペーサ５２ａ，５２ｂの上に支持された時点からの冷却速度（すなわち、ΔＴｓ１／ΔｔとΔＴｓ２／Δｔ）が略同一となるように、スペーサ５２ａ，５２ｂの高さの値をそれぞれ設定している。

なお、スペーサ５２ｂによる基板２２ｂの支持位置が、基板冷却プレート５１ａと５１ｂの中点よりも高くなると、基板冷却プレート５１ｂによる基板２２ｂへの冷却作用の方が、基板冷却プレート５１ｂによる冷却作用よりも大きくなる。そのため、スペーサ５２ｂの高さは、基板２２ｂが基板冷却プレート５１ａと５１ｂの中点よりも低い位置で支持される高さの範囲で設定される。

また、基板２２ａ，２２ｂの冷却速度が大きすぎる場合、基板に反り等の変形が発生する、そのため、スペーサ５２ａ，５２ｂの高さは、基板に変形が発生しないような冷却速度となるような範囲の値に設定される。

また、基板２２ａ，２２ｂの冷却速度が略同一となるようなスペーサ５２ａ，５２ｂの高さは、基板冷却プレート５１ａ，５１ｂの間隔や、それぞれの冷媒流路５３ａ，５３ｂを流れる冷媒の流量及び温度、等の要素によって異なる。

以上のように、本実施形態のようにスペーサ５２ａ，５２ｂの高さを調整することにより、基板２２ａ，２２ｂの冷却速度を略同一とすることができるので、各基板の冷却条件を揃えて均一な品質を確保することが容易になる。また、スペーサ５２ａ，５２ｂの高さを、基板に変形が発生しない冷却速度となるような範囲の値とすることにより、冷却中における基板の変形を抑制することができる。

なお、上述の説明における、基板冷却プレート５１ａとスペーサ５２ａの上に支持された基板２２ａとの距離とは、基板冷却プレート５１ａを構成する板状構造体の上面と基板２２ａとの距離に限られず、基板冷却プレート５１ａの内部に設けられた冷媒流路５３ａの上端面と基板２２ａとの距離として捉えてもよい。基板冷却プレート５１ｂとスペーサ５２ｂの上に支持された基板２２ｂとの距離についても同様である。

＜本発明の実施形態２＞
続いて、本発明の他の実施形態である実施形態２について説明する。図９は本実施形態における基板冷却ユニット１８´を示しており、本実施形態におけるスペーサ５２ａ´，５２ｂ´の高さが異なる以外の点については実施形態１と同様である。

実施形態１では、スペーサ５２ａ，５２ｂ上で支持された基板２２ａ，２２ｂの冷却速度を略一定とするように、スペーサ５２ａ，５２ｂの高さが設定された。一方、実施形態１では、スペーサ５２ｂ上に基板２２ｂを支持させるまでの期間、すなわち、Ｓ１１０からＳ１３０までの期間においては、基板２２ａと２２ｂの冷却速度が異なっている。特に、基板２２ａがスペーサ５２ａに支持されてから基板２２ｂがスペーサ５２ｂに支持されるまでの期間、すなわちＳ１２０からＳ１３０までの期間（上述の第１の時間）では、基板２２ｂは下フィンガー３８ｂ上において、基板冷却プレート５１ａ，５１ｂのいずれとも比較的大きな間隔を有する位置で搬送される。そのため、この期間においては、基板２２ｂの冷却速度は基板２２ａの冷却速度に比べて小さく、基板２２ｂの温度は基板２２ａよりも高い状態となる場合がある。

図１０は、本実施形態において基板２２ａがスペーサ５２ａ´の上に支持された時点（Ｓ１２０）からの基板２２ａ，２２ｂの温度の時間的推移を概念的に示している。基板２２ａの温度の時間的推移は破線で、基板２２ｂの温度の時間的推移は実線で示されている。図中において、基板温度はＴｓ、基板２２ａの温度はＴｓ１´、基板２２ｂの温度はＴｓ２´、経過時間はｔでそれぞれ示している。上述の通り、基板２２ｂは、Ｓ１２０において基板２２ａがスペーサ５２ａ上に支持されてから所定の時間が経過した後、Ｓ１３０においてスペーサ５２ｂ上に支持されるため、基板２２ａと２２ｂの温度降下の立ち下り時点が異なる。そのため、Ｓ１３０の時点において、基板２２ｂの温度は基板２２ａよりも高い状態になっている。

そこで、本実施形態では、基板２２ｂをスペーサ５２ｂ´の上に支持させた後（すなわちＳ１３０の後）、所定の時間（第２の時間）経過後の基板２２ａと２２ｂの温度が略同一となるように、スペーサ５２ａ´，５２ｂ´の高さを設定する。すなわち、基板２２ａの冷却速度より基板２２ｂの冷却速度が大きくなるようにスペーサ５２ａ´，５２ｂ´の高さを設定する。この際、基板２２aの冷却速度より基板２２ｂの冷却速度を大きくするには、スペーサ５２ａ´の高さをスペーサ５２ｂ´の高さよりも大きい値に設定することが望ましい。具体的には、例えばスペーサ５２ａ´の高さを２．０ｍｍ、スペーサ５２ｂ´の高さを１．５ｍｍとする。ここで、図１０を参照して説明すると、本実施形態では、基板２２ａ，２２ｂがそれぞれスペーサ５２ａ，５２ｂの上に支持された時点からの各基板の冷却速度について、基板２２ｂの冷却速度が基板２２ａ冷却速度よりも大きくなるように、スペーサ５２ａ´，５２ｂ´の高さの値をそれぞれ設定している。これにより、Ｓ１３０から所定の時間経過後の時刻ｔ１において基板２２ａ，２２ｂの温度が略同一となるようにしている。

より望ましい例として、基板２２ａ，２２ｂの冷却速度は、両基板が冷却室５０から搬出される時点（すなわちＳ３０完了時）において、両基板の温度が略同一となるような値とすることが好ましい。すなわち、上述の第２の時間を、Ｓ１３０からＳ３０完了までの時間とすることが好ましい。

なお、基板２２ｂがスペーサ５２ｂの上に支持された時点（すなわちS１３０）における基板２２ａと２２ｂの温度差は、その時点までのフィンガー対４０による基板２２ｂの搬送速度や停止時間などによって異なる。そのため、基板２２ａがスペーサ５２ａ´の上に支持された時点（Ｓ１２０）から、基板２２ｂがスペーサ５２ｂ´の上に支持される時点（Ｓ１３０）までの期間において、フィンガー対４０による搬送（下降動作）を停止する時間を設けたり、基板２２ｂがスペーサ５２ｂ上に支持されるまでのフィンガー対４０の搬送速度（下降速度）を他の期間よりも遅くしたりすることにより、Ｓ１３０の時点での基板２２ｂの温度を調整してもよい。また、同様の期間において、フィンガー対４０の停止時間を設けたり、搬送速度を調整することにより、基板２２ｂの冷却速度が所定の大きさを超えないようにしてもよい。

＜本発明の実施形態３＞
続いて、本発明の他の実施形態である実施形態３について説明する。図１１は本実施形態における基板冷却ユニット１８´´を示しており、本実施形態における基板冷却プレートの数が異なる点、すなわち基板冷却プレート５１ａ´´，５１ｂ´´，５１ｃ´´の３個が設けられている点が実施形態１と主に異なっている。

実施形態１は、フィンガー対４０に設けられた上フィンガー３８ａと下フィンガー３８ｂによって、基板２２ａ，２２ｂの２枚の基板が同時に搬送されるように構成されていた。一方、本実施形態である実施形態３では、１つのフィンガーユニット（実施形態１におけるフィンガー対４０に相当）に、上フィンガー３８ａ´´、中フィンガー３８ｂ´´、下フィンガー３８ｃ´´の３個のフィンガーが設けられており、基板２２ａ´´，２２ｂ´´，２２ｃ´´の３枚の基板が同時に搬送されるように構成されている。基板冷却プレート５１ａ´´，５１ｂ´´，５１ｃ´´にそれぞれ設けられたスペーサ５２ａ´´，５２ｂ´´，５２ｃ´´の上に基板を支持させるための基板搬送動作は基本的に実施形態１と同様である。

なお、本実施形態では、基板冷却プレート５１ａ´´，５１ｂ´´，５１ｃ´´の間隔と上フィンガー３８ａ´´、中フィンガー３８ｂ´´、下フィンガー３８ｃ´´の間隔が略同一となるように構成されている。従って、各フィンガーが下降した際に、各スペーサ上の基板が支持されるタイミングもほとんど同一であるが、各スペーサの高さが異なることによって、スペーサごとに基板が支持されるタイミングが若干前後する。

ここで、実施形態１と同様に、スペーサ５２ａ´´，５２ｂ´´，５２ｃ´´のそれぞれの上で支持された基板の冷却速度を略一定とすることを目的とする場合には、各スペーサの高さの値を以下の通り設定する。

スペーサ５２ａ´´の高さ（すなわち、最上段であって上方に他の基板冷却プレートが設けられていない基板冷却プレート５１ａ´´とスペーサ５２ａ´´に支持された基板２２ａ´´との距離）を、スペーサ５２ｂ´´，５２ｃ´´の高さ（すなわち、基板冷却プレート５１ｂ´´とスペーサ５２ｂ´´に支持された基板２２ｂ´´との距離、及び基板冷却プレート５１ｃ´´とスペーサ５２ｃ´´に支持された基板２２ｃ´´との距離）よりも小さい値に設定する。この場合、基板搬送動作においては、スペーサ５２ｂ´´，５２ｃ´´の上に基板２２ｂ´´，２２ｃ´´が支持されるタイミングよりも、スペーサ５２ａ´´の上に基板２２ａが支持されるタイミングの方が遅くなる。また、同じ高さに設定されたスペーサ５２ｂ´´，５２ｃ´´にそれぞれ支持された基板の冷却速度が異なる場合には、更にスペーサ５２ｂ´´，５２ｃ´´の高さを互いに異なる値に設定してもよい。

なお、本実施形態では、基板冷却プレートを３個設ける例について説明したが、基板冷却プレートを３個以上設ける場合についても同様にスペーサの高さを設定し、同様の効果を得ることが可能である。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また、上述の実施形態や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。

例えば、実施形態１〜３のようにスペーサ５２ａ，５２ｂの高さを設定することに加えて、冷媒供給ユニットを制御して、冷媒流路５３ａ，５３ｂそれぞれへ供給する冷媒の温度や流量を個別に調整することにより、スペーサ５２ａ，５２ｂの上で支持された基板２２ａ，２２ｂの冷却速度をより精密に制御するようにしてもよい。

本発明によれば、複数の基板に対して同時に冷却処理を施す際に、冷却処理条件の基板間でのバラつきを低減することが可能となる。

１８・・・基板冷却ユニット、 ２２・・・基板、 ４０・・・フィンガー対、 ５１ａ，５１ｂ・・・基板冷却プレート、 ５２ａ，５２ｂ・・・スペーサ、 ５３ａ，５３ｂ・・・冷媒流路

Claims (14)

1. それぞれの上面で基板を支持して搬送するよう構成されている複数の搬送支持具を備え、前記複数の搬送支持具は鉛直方向に互いに間隔を有して積層されて設けられている基板搬送機構と、
   前記基板を冷却するよう構成されている基板冷却ユニットと、
   前記搬送機構を制御する制御部と、
   を備える基板処理装置であって、
   前記基板冷却ユニットは、
   冷却室と、
   前記冷却室内において、鉛直方向に互いに間隔を有して積層されて設けられ、それぞれの上面側及び下面側を冷却するよう構成されている複数の冷却部材と、
   前記複数の冷却部材のそれぞれに対して設けられ、前記冷却部材の上面から所定の距離で前記基板を支持するよう構成されている基板支持具と、を備え、
   前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されていない前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離である第１の距離は、
   前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されている前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離である第２の距離と異なるように設定されており、
   前記制御部は、前記基板搬送機構を制御して、前記複数の搬送支持具の上面で支持された前記基板のそれぞれを、前記基板支持具で支持される位置に搬送させるよう構成されている。
2. 前記第１の距離は前記第２の距離よりも小さい、請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記第１の距離で前記基板支持具に載置された前記基板の温度の低下速度と、前記第２の距離で前記基板支持具に載置された前記基板の温度の低下速度とが略同一となるように前記第１の距離と前記第２の距離が定められている、
   請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記搬送支持具及び前記冷却部材はそれぞれ２つずつ設けられている、
   請求項１記載の基板処理装置。
5. ２つの前記冷却部材の間隔は、前記２つの前記搬送支持具の間隔よりも大きい、
   請求項４記載の基板処理装置。
6. 前記制御部は、２つの前記冷却部材のうち上方に位置する第１の前記冷却部材に設けられた第１の前記基板支持具に前記基板を支持させてから第１の時間経過後、２つの前記冷却部材のうち下方に位置する第２の前記冷却部材に設けられた第２の前記基板支持具に前記基板を支持させるように、前記基板搬送機構を制御するよう構成される、
   請求項４記載の基板処理装置。
7. 前記冷却部材は、板状構造体と、前記板状構造体の内部に設けられ、前記板状構造体の上面側及び下面側を冷却するよう構成されている冷媒流路又は熱電素子と、により構成されている、
   請求項１記載の基板処理装置。
8. 前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されている前記冷却部材に対して設けられた前記基板支持具である第２の基板支持具に前記基板を支持させたタイミングから所定の時間が経過した時点において、
   前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されていない前記冷却部材に対して設けられた前記基板支持具である第１の基板支持具に載置された基板の温度と、前記第２の基板支持具に載置された基板の温度とが略同一となるように、前記第１の距離と前記第２の距離が定められている、
   請求項１記載の基板処理装置。
9. 前記第１の距離は前記第２の距離よりも大きい、
   請求項８記載の基板処理装置。
10. 前記第２の基板支持具に載置された前記基板の温度の低下速度は、前記第１の基板支持具に載置された前記基板の温度の低下速度より大きい、
    請求項９記載の基板処理装置。
11. 前記搬送支持具及び前記冷却部材はそれぞれ少なくとも３つ以上ずつ備えられ、
    最も下方に配置された前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離は、前記最も下方に配置された前記冷却部材の直上に配置された前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離よりも大きい、
    請求項１記載の基板処理装置。
12. 複数の基板を収容する冷却室と、
    前記冷却室内において、鉛直方向に互いに間隔を有して積層されて設けられ、それぞれの上面側及び下面側を冷却するよう構成されている複数の冷却部材と、
    前記複数の冷却部材のそれぞれに対して設けられ、前記冷却部材の上面から所定の距離で前記基板を支持するよう構成されている基板支持具と、を備え、
    前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されていない前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離である第１の距離は、
    前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されている前記冷却部材の上面と、当該冷却部材に対して設けられる前記基板支持具で支持される前記基板との間の距離である第２の距離と異なるように設定されている、
    基板冷却ユニット。
13. 複数の基板に熱処理を施す工程と、
    冷却室と、前記冷却室内において、鉛直方向に互いに間隔を有して積層されて設けられ、それぞれの上面側及び下面側を冷却するよう構成されている複数の冷却部材と、前記複数の冷却部材のそれぞれに対して設けられ、前記冷却部材の上面から所定の距離で前記基板を支持するよう構成されている基板支持具と、を備える基板冷却ユニットに前記複数の基板を搬入する工程と、
    前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されていない前記冷却部材に設けられた前記基板支持具に、当該冷却部材の上面から第１の距離で前記複数の基板の１つを支持させる工程と、
    前記複数の冷却部材のうち、上方に他の前記冷却部材が配置されている前記冷却部材に設けられた前記基板支持具に、当該冷却部材の上面から前記第１の距離とは異なる第２の距離で前記複数の基板の他の１つを支持させる工程と、
    前記複数の基板を前記基板冷却ユニットから搬出する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
14. 前記基板支持具に前記第１の距離で前記複数の基板の１つを支持させる工程と、前記基板支持具に前記第２の距離で前記複数の基板の他の１つを支持させる工程は、
    それぞれの上面で基板を支持して搬送するよう構成されている複数の搬送支持具を備え、前記複数の搬送支持具は鉛直方向に互いに間隔を有して積層されて設けられている基板搬送機構を用いて実行される、
    請求項１３記載の方法。

Images