JPWO2010113941A1 - Method for cooling object to be processed and object processing apparatus - Google Patents
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Abstract
被処理体を冷却する冷却方法を開示する。この冷却方法は、加熱状態にある被処理体をステージ上に載置する工程と、ステージ上に載置された被処理体センターを含むセンター近傍の領域に冷却ガスを吹き付け、被処理体を冷却する工程と、を具備する。A cooling method for cooling an object to be processed is disclosed. In this cooling method, the object to be processed is placed on the stage, and a cooling gas is blown to a region in the vicinity of the center including the object center placed on the stage to cool the object to be processed. And a step of performing.
Description
この発明は、被処理体を冷却する冷却方法と、この冷却方法を実行することが可能な被処理体処理装置に関する。 The present invention relates to a cooling method for cooling a target object and a target object processing apparatus capable of executing this cooling method.
半導体装置等の製造過程では、被処理体である半導体ウエハ(以下ウエハという)に対して、成膜処理、熱処理といった高温処理が行われる。高温で処理されたウエハを処理装置から搬出するためには、ウエハの温度を安全な温度まで冷却しなければならない。 In a manufacturing process of a semiconductor device or the like, a high-temperature process such as a film formation process or a heat treatment is performed on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) that is a target object. In order to unload a wafer processed at a high temperature from the processing apparatus, the temperature of the wafer must be cooled to a safe temperature.
従来、ウエハの冷却は、減圧状態と大気状態とで圧力変換を行うロードロック室で行われ、減圧状態から大気圧状態に戻す際に、ウエハを自然冷却している(例えば、特開2001−319885号公報)。 Conventionally, wafer cooling is performed in a load lock chamber that performs pressure conversion between a reduced pressure state and an atmospheric state, and the wafer is naturally cooled when returning from the reduced pressure state to the atmospheric pressure state (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2001). 319885).
しかし、減圧状態から大気圧状態に戻しながらウエハを自然冷却すると、ウエハはエッジから冷えていくため、エッジとセンターとの間で温度差が生じる。 However, when the wafer is naturally cooled while returning from the reduced pressure state to the atmospheric pressure state, the wafer cools from the edge, and thus a temperature difference occurs between the edge and the center.
近時、ウエハの大直径化が進んでおり、エッジとセンターとの間の温度差が拡大する傾向にある。また、素子の微細化も進んでおり、エッジとセンターとの間の温度差に起因したウエハの反り返り、といったウエハの変形抑制に対する要求も厳しくなる傾向にある。 Recently, the diameter of the wafer is increasing, and the temperature difference between the edge and the center tends to increase. Further, the miniaturization of elements is also progressing, and there is a tendency that the demand for suppressing the deformation of the wafer, such as the warping of the wafer due to the temperature difference between the edge and the center, becomes severe.
そこで、現在では、減圧状態から大気圧状態へゆっくりと圧力を復帰させることで、エッジとセンターとの間の温度差の拡大を抑制している。 Therefore, at present, expansion of the temperature difference between the edge and the center is suppressed by slowly returning the pressure from the reduced pressure state to the atmospheric pressure state.
このような手法によれば、エッジとセンターとの間の温度差の拡大を抑制でき、ウエハの反り返りやクラックの発生を抑制することができる。 According to such a method, the expansion of the temperature difference between the edge and the center can be suppressed, and the warping of the wafer and the occurrence of cracks can be suppressed.
しかしながら、減圧状態から大気圧状態へゆっくりと圧力を復帰させるために、スループットが低下しやすい、という事情がある。 However, there is a situation in which the throughput tends to decrease because the pressure is slowly restored from the reduced pressure state to the atmospheric pressure state.
この発明は、許容範囲を超えるようなウエハの反り返りやクラックの発生を抑制しつつ、かつ、スループットを向上させることが可能な被処理体の冷却方法、及びこの冷却方法を実行することが可能な被処理体処理装置を提供する。 The present invention is capable of executing a cooling method of an object to be processed capable of improving the throughput while suppressing the occurrence of wafer warping and cracking exceeding an allowable range, and the cooling method. An object processing apparatus is provided.
この発明の第1の態様に係る被処理体の冷却方法は、被処理体を冷却する冷却方法であって、加熱状態にある被処理体をステージ上に載置する工程と、前記ステージ上に載置された前記被処理体のセンターを含むセンター近傍の領域に冷却ガスを吹き付け、前記被処理体を冷却する工程と、を具備する。 A cooling method for an object to be processed according to a first aspect of the present invention is a cooling method for cooling an object to be processed, the step of placing the object to be processed in a heated state on a stage, And a step of cooling the object to be processed by spraying a cooling gas onto a region in the vicinity of the center including the center of the object to be processed.
また、この発明の第2の態様に係る被処理体処理装置は、減圧状態と大気圧状態とで圧力変換が可能なロードロック室と、前記ロードロック室内に設けられ、被処理体が載置されるステージと、前記ロードロック室内に、前記ステージに相対して設けられ、前記ステージ上に載置された前記被処理体に冷却ガスを吹き付ける冷却ガス吐出部と、を具備する。 In addition, an object processing apparatus according to a second aspect of the present invention is provided with a load lock chamber capable of pressure conversion between a reduced pressure state and an atmospheric pressure state, the load lock chamber, and the object to be processed is placed thereon. And a cooling gas discharge section that is provided in the load lock chamber so as to be opposed to the stage and blows a cooling gas to the object to be processed placed on the stage.
以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings.
図1は、この発明の一実施形態に係る被処理体の冷却方法を実行することが可能な被処理体処理装置の一例を概略的に示す平面図である。本例は、被処理体処理装置として、半導体装置の製造に用いられ、例えば、ウエハに処理を施す被処理体処理装置を例示する。ただし、この発明はウエハに処理を施す被処理体処理装置に限って適用されるものではない。 FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a target object processing apparatus capable of executing a method for cooling a target object according to an embodiment of the present invention. This example illustrates a target object processing apparatus that is used for manufacturing a semiconductor device as a target object processing apparatus and performs processing on a wafer, for example. However, the present invention is not applied only to an object processing apparatus for processing a wafer.
図1に示すように、一実施形態に係る被処理体処理装置1は、ウエハWに処理を施す処理部2と、この処理部2にウエハWを搬入出する搬入出部3と、装置1を制御する制御部4とを備えている。
As shown in FIG. 1, an
本例に係る被処理体処理装置1は、クラスターツール型(マルチチャンバータイプ)の半導体製造装置である。
An
処理部2は、本例では、ウエハWに処理を施す処理室(PM)を二つ備えている(処理室21a、21b)。これらの処理室21a及び21bはそれぞれ、内部を所定の真空度に減圧可能に構成され、例えば、処理室21a及び21bにおいては、高真空(低圧)での処理であるPVD処理、例えば、スパッタリング処理が行われ、被処理基板W、例えば、半導体ウエハ上に所定の金属又は金属化合物膜の成膜処理が実施される。処理室21a及び21bは、ゲートバルブG1、G2を介して、一つの搬送室(TM)22に接続されている。
In this example, the
搬入出部3は、搬入出室(LM)31を備えている。搬入出室31は、内部を大気圧、又はほぼ大気圧、例えば、外部の大気圧に対してわずかに陽圧に調圧可能である。搬入出室31の平面形状は、本例では、平面から見て長辺、この長辺に直交する短辺を有した矩形である。矩形の長辺は上記処理部2に隣接する。本例では長辺に沿った方向をY方向、短辺に沿った方向をX方向、高さ方向をZ方向と呼ぶ。搬入出室31は、ウエハWが収容されているキャリアCが取り付けられるロードポート(LP)と、を備えている。本例では、搬入出室31の処理部2に相対した長辺に、三つの被処理基板用ロードポート32a、32b、及び32cがY方向に沿って設けられている。本例においては、ロードポートの数を三つとしているが、これらに限られるものではなく、数は任意である。ロードポート32a乃至32cには各々、図示せぬシャッターが設けられており、ウエハWを格納した、あるいは空のキャリアCがこれらのロードポート32a乃至32cに取り付けられると、図示せぬシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ、キャリアCの内部と搬入出室31の内部とが連通される。
The loading /
処理部2と搬入出部3との間にはロードロック室(LLM)、本例では二つのロードロック室51a及び51bが設けられている。ロードロック室51a及び51bは各々、内部を所定の真空度、及び大気圧、もしくはほぼ大気圧に切り換え可能に構成されている。ロードロック室51a及び51bは各々、ゲートバルブG3、G4を介して搬入出室31の、ロードポート32a乃至32cが設けられた一辺に対向する一辺に接続され、ゲートバルブG5、G6を介して搬送室22の、処理室21a及び21bが接続された二辺以外の辺のうちの二辺に接続される。ロードロック室51a及び51bは、対応するゲートバルブG3又はG4を開放することにより搬入出室31と連通され、対応するゲートバルブG3又はG4を閉じることにより搬入出室31から遮断される。また、対応するゲートバルブG5又はG6を開放することにより搬送室22と連通され、対応するゲートバルブG5、又はG6を閉じることにより搬送室22から遮断される。
Between the
搬入出室31の内部には搬入出機構35が設けられている。搬入出機構35は、被処理基板用キャリアCに対するウエハWの搬入出を行う。これとともに、ロードロック室51a及び51bに対するウエハWの搬入出を行う。搬入出機構35は、例えば、二つの多関節アーム36a及び36bを有し、Y方向に沿って延びるレール37上を走行可能に構成されている。多関節アーム36a及び36bの先端には、ハンド38a及び38bが取り付けられている。ウエハWは、ハンド38a又は38bに載せられ、上述したウエハWの搬入出が行われる。
A loading /
搬送室22の内部には、処理室21a及び21b、並びにロードロック室51a、51b相互間に対してウエハWの搬送を行う搬送機構24が設けられている。搬送機構24は、搬送室22の略中央に配設されている。搬送機構24は、回転及び伸縮可能なトランスファアームを、例えば、複数本有する。本例では、例えば、二つのトランスファアーム24a及び24bを有する、トランスファアーム24a及び24bの先端には、ホルダ25a及び25bが取り付けられている。ウエハWは、ホルダ25a又は25bに保持され、上述したように、処理室21a及び21b、並びにロードロック室51a、51b相互間に対するウエハWの搬送が行われる。
Inside the
処理部4は、プロセスコントローラ41、ユーザーインターフェース42、及び記憶部43を含んで構成される。
The processing unit 4 includes a
プロセスコントローラ41は、マイクロプロセッサ(コンピュータ)からなる。
The
ユーザーインターフェース42は、オペレータが被処理体処理装置1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、被処理体処理装置1の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。
The
記憶部43は、被処理体処理装置1において実施される処理を、プロセスコントローラ41の制御にて実現するための制御プログラム、各種データ、及び処理条件に応じて被処理体処理装置1に処理を実行させるためのレシピが格納される。レシピは、記憶部43の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体はコンピュータ読み取り可能なもので、例えば、ハードディスクであっても良いし、CD−ROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば、専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。任意のレシピはユーザーインターフェース42からの指示等にて記憶部43から呼び出され、プロセスコントローラ41において実行されることで、プロセスコントローラ41の制御のもと、被処理体処理装置1においてウエハWに対する処理が実施される。
The
図2は、ロードロック室51a又は51bの第1例を概略的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a first example of the
図2に示すように、ロードロック室51a又は51b内には各々、ウエハWが載置されるステージ、本例では冷却ステージ、例えば、水冷式の冷却機構52aを備えた冷却ステージ52が配置されている。
As shown in FIG. 2, in the
ロードロック室51a又は51bの天壁53には、冷却ガス吐出部、本例ではシャワーヘッド54が設けられている。シャワーヘッド54は、冷却ステージ52に対向して設けられている。ウエハWは、このウエハWのセンターが、シャワーヘッド54のセンターに合致するようにして、冷却ステージ52上に載置される。
The
シャワーヘッド54には、冷却ガス供給機構60から流量調節バルブ61を介して冷却ガスが供給される。冷却ガスの例としては、窒素(N2)ガス、ヘリウム(He)ガスやアルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスや希ガスを挙げることができる。シャワーヘッド54の冷却ステージ52に対向した面には、複数の冷却ガス吐出孔54aが形成されている。Cooling gas is supplied to the
さらに、本例においては、シャワーヘッド54の直径φSをウエハWの直径φWよりも小さく設定している。直径φSを直径φWよりも小さく設定することで、冷却ガス70は、ウエハWの表面全体に均一に吹き付けられるのではなく、ウエハWのセンターを含むセンター近傍に局所的に吹き付けられるように構成することができる。
Furthermore, in this example, the diameter φS of the
ロードロック室51a又は51bの底壁55にはガス排気口56が形成されている。ガス排気口56は、ロードロック室51a又は51bの内部の圧力を所定の真空度に排気する排気装置62に接続されている。
A
さらに、ロードロック室51a又は51bの底壁55にはガス導入口57が形成されている。ガス導入口57は、本例では冷却ガス供給機構60に流量調節バルブ63を介して接続されている。ロードロック室51a又は51bの内部の圧力は、ガス導入口57及び
シャワーヘッド54から冷却ガスを導入することで、搬入出室31の内部の圧力とほぼ同じ圧力、例えば、大気圧、又は搬入出室31の内部の圧力よりも僅かに低い圧力まで高めることが可能とされている。Further, a
図3は、ウエハWの面内温度分布を示す図である。 FIG. 3 is a view showing the in-plane temperature distribution of the wafer W. As shown in FIG.
図3に示すように、ウエハWを自然冷却すると、ウエハWの温度はエッジから下がっていき、センターが最も下がり難くなる。このため、ウエハWの温度が下がっていく過程で、センターで高く、エッジで低いという面内温度差が生じることとなる(図中I線)。面内温度差が大きいと、冷却中にウエハWが反り返ったり、ウエハWにクラックが生じたりする可能性がある。ウエハWの反りの許容範囲は、直径φWが300mmのウエハWでは、例えば、0.6mm以下である。 As shown in FIG. 3, when the wafer W is naturally cooled, the temperature of the wafer W is lowered from the edge, and the center is most unlikely to be lowered. For this reason, in the process of lowering the temperature of the wafer W, an in-plane temperature difference that is high at the center and low at the edge occurs (line I in the figure). If the in-plane temperature difference is large, the wafer W may warp during cooling or the wafer W may crack. The allowable range of warpage of the wafer W is, for example, 0.6 mm or less for the wafer W having a diameter φW of 300 mm.
ウエハWに生ずる面内温度差について、図4A乃至図4Cを参照して詳しく説明する。 The in-plane temperature difference occurring on the wafer W will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4C.
図4Aには、ウエハWの周囲の圧力を1Paとし、ウエハWを約500℃に加熱した状態における面内温度差が示されている。ウエハWの直径φWは300mm、温度測定箇所は、センター(0mm)、ミドル(センターから距離±75mm)、エッジ近傍(センターから距離±140mm)である。 FIG. 4A shows an in-plane temperature difference in a state where the pressure around the wafer W is 1 Pa and the wafer W is heated to about 500.degree. The diameter W of the wafer W is 300 mm, the temperature measurement points are the center (0 mm), the middle (distance ± 75 mm from the center), and the vicinity of the edge (distance ± 140 mm from the center).
図4Aには、エッジ近傍の温度は約500℃である。ミドルの温度は、エッジ近傍の温度から約20℃高く(=約520℃)、さらにセンターは約25℃高い(=約525℃)という測定結果が示されている。 In FIG. 4A, the temperature near the edge is about 500.degree. The measurement results show that the middle temperature is about 20 ° C. higher than the temperature near the edge (= about 520 ° C.), and the center is about 25 ° C. higher (= about 525 ° C.).
図4Aに示す減圧状態から、一気に大気開放してウエハWの周囲の圧力を大気圧状態(約100000Pa)とし、ウエハWの温度を約70℃に収束するように冷却させる。図4Cに、約70℃まで冷却された状態を示す。 From the depressurized state shown in FIG. 4A, the atmosphere is released at once, the pressure around the wafer W is changed to the atmospheric pressure state (about 100000 Pa), and the temperature of the wafer W is cooled so as to converge to about 70 ° C. FIG. 4C shows a state cooled to about 70 ° C.
図4Cに示すように、約70℃まで冷却された時点においては、センター、ミドル、及びエッジ近傍においては、面内温度差は約6℃以下(センター約70℃、エッジ近傍約64℃)となる。即ち、面内温度差は、冷却開始前の最大約25℃に比較して緩和される。 As shown in FIG. 4C, when cooled to about 70 ° C., the in-plane temperature difference in the vicinity of the center, middle, and edge is about 6 ° C. or less (about 70 ° C. in the center and about 64 ° C. in the vicinity of the edge). Become. That is, the in-plane temperature difference is relaxed as compared to the maximum of about 25 ° C. before the start of cooling.
しかしながら、冷却過程中においては、ウエハWの温度はエッジから下がるため、センターの温度は最も下がり難い。特に、一気に大気開放してからの冷却、即ち自然冷却においては、この傾向が顕著に現われやすい。このため、図4Bに示すように、冷却過程中において、面内温度差が拡大する。冷却中における面内温度差の拡大は、例えば、0.6mmを超えるウエハWの反り返りやクラック発生の原因となり得る。 However, during the cooling process, the temperature of the wafer W is lowered from the edge, so that the temperature of the center is hardly lowered. In particular, this tendency is prominent in cooling after the air is released to the atmosphere at once, that is, in natural cooling. For this reason, as shown in FIG. 4B, the in-plane temperature difference increases during the cooling process. The expansion of the in-plane temperature difference during cooling can cause, for example, warping of the wafer W exceeding 0.6 mm and generation of cracks.
このような反り返りやクラック発生を抑制するために、減圧状態から大気圧状態への圧力復帰をゆっくりと行い、冷却過程中におけるエッジの温度の急速な低下を抑制し、面内温度差が緩和されるように工夫している(図3中II線、及び図5)。しかし、減圧状態から大気圧状態への圧力復帰をゆっくりと行うため、スループットが低下しやすい。 In order to suppress such warping and cracking, the pressure return from the reduced pressure state to the atmospheric pressure state is performed slowly, the rapid decrease in the edge temperature during the cooling process is suppressed, and the in-plane temperature difference is alleviated. (II line in FIG. 3 and FIG. 5). However, since the pressure return from the reduced pressure state to the atmospheric pressure state is performed slowly, the throughput is likely to decrease.
そこで、一実施形態では、シャワーヘッド54を用いて、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域に冷却ガス70を局所的に吹き付ける。この構成により、ウエハWのセンター近傍の領域の温度低下を、ウエハWのエッジ近傍の領域の温度低下と同等となるように制御する。
Therefore, in one embodiment, the
冷却ガス70の吹き付け、即ち、ウエハWの冷却は、例えば、ロードロック室51a又は51b内において、減圧状態から大気圧状態へと圧力変換をする際に実行される。この際、ガス導入口57からも冷却ガスをロードロック室51a又は51b内に供給して減圧状態から大気圧状態へと圧力変換をするようにしても良い。
The cooling
また、本例では、ステージ52がウエハWを冷却する冷却機構52aを有しているので、ウエハWの冷却は、冷却ガス70と、冷却機構52aとを用いて行われる。
In this example, since the
このように、一実施形態によれば、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域に冷却ガス70を局所的に吹き付け、ウエハWのセンター近傍の領域の温度低下を強制的に強める。このため、減圧状態から大気圧状態への圧力復帰をゆっくりと行い、ウエハWのエッジの温度が急速に低下することを抑制しながら冷却する場合に比較して、より速くウエハWを冷却することができる。
As described above, according to the embodiment, the cooling
しかも、ウエハWのセンター近傍の領域の温度低下を、ウエハWのエッジ近傍の領域の温度低下と同等となるように制御する。このため、許容範囲を超えるようなウエハWの反り返りやクラックの発生も抑制することができる。 In addition, the temperature drop in the region near the center of the wafer W is controlled to be equal to the temperature drop in the region near the edge of the wafer W. For this reason, it is possible to suppress warping of the wafer W and occurrence of cracks exceeding the allowable range.
(第1例)
図6は、図2に示すシャワーヘッド54の近傍を拡大して示す断面図である。(First example)
6 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the
図6に示すように、シャワーヘッド54から吐出された冷却ガス70は、ウエハWのセンターで速く、ウエハWのエッジに近づくに連れて遅くなる流速分布を持つ(図中III線)。これは、例えば、シャワーヘッド54の直径φSをウエハWの直径φWよりも小さく設定したことによる。
As shown in FIG. 6, the cooling
また、ウエハWのセンターがシャワーヘッド54のセンターに合致するように、ウエハWをステージ52上に載置すれば、冷却ガス70の流速を、ウエハWのセンターで最大とすることができる。また、冷却ガス70の流速分布は、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域で速く、そして、センター近傍の領域からウエハWのエッジに向かうに連れて遅くすることができる。
Further, if the wafer W is placed on the
このような流速分布とすることで、最も温度が下がり難いウエハWのセンターは、効率良く冷却することができ、反対に温度が下がり易いウエハWのエッジに向かうに連れて、冷却効果を弱めることができる。このため、ウエハWのセンターの温度を、ウエハWのエッジの温度に近づけ易い、という利点を得ることができる。 By setting such a flow velocity distribution, the center of the wafer W where the temperature is most unlikely to be lowered can be efficiently cooled, and conversely, the cooling effect is weakened toward the edge of the wafer W where the temperature is likely to be lowered. Can do. For this reason, it is possible to obtain an advantage that the temperature of the center of the wafer W is easily brought close to the temperature of the edge of the wafer W.
次に、シャワーヘッド54の直径φSの設定例を説明する。
Next, an example of setting the diameter φS of the
シャワーヘッド54の直径φSの設定の一例としては、例えば、冷却開始前のウエハWの面内温度差に応じて設定することができる。
As an example of the setting of the diameter φS of the
例えば、ウエハWのうち、面内温度差が20℃以上となる領域の温度を低下させたい場合には、シャワーヘッド54の直径φSは、面内温度差が20℃以上となる領域に合致する大きさとすればよい。
For example, when it is desired to reduce the temperature of the wafer W in the region where the in-plane temperature difference is 20 ° C. or more, the diameter φS of the
図7Aには、直径φWが300mmのウエハWを約500℃に加熱した際の面内温度分布が示されている。この面内温度分布は、図4Aに示した面内温度分布と同じである。図7Aに示すように、面内温度差が20℃以上となる領域は、センターから距離±75mm以内の領域である。この場合には、シャワーヘッド54の直径φSは、150mmに設定する。そして、ウエハWは、そのセンターが、シャワーヘッド54のセンターに合致するようにステージ52上に載置すれば良い。この場合、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域は、ウエハWのセンターから半径75mm以内の領域となる。
FIG. 7A shows an in-plane temperature distribution when a wafer W having a diameter φW of 300 mm is heated to about 500 ° C. This in-plane temperature distribution is the same as the in-plane temperature distribution shown in FIG. 4A. As shown in FIG. 7A, the region where the in-plane temperature difference is 20 ° C. or more is a region within a distance of ± 75 mm from the center. In this case, the diameter φS of the
もちろん、ウエハWの温度を低下させたい領域は、面内温度差が20℃以上となる領域に限られることはなく、面内温度差が20℃以外であっても良い。約500℃に加熱した直径φW=300mmのウエハWであって、温度を低下させたい領域が、例えば、面内温度差が15℃以上となる領域である場合には、図7Bに示すように、シャワーヘッド54の直径φSは200mmに設定されれば良い。そして、同様に、ウエハWは、そのセンターが、シャワーヘッド54のセンターに合致するようにステージ52上に載置すれば良い。この場合、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域は、ウエハWのセンターから半径100mm以内の領域となる。
Of course, the region where the temperature of the wafer W is desired to be reduced is not limited to the region where the in-plane temperature difference is 20 ° C. or more, and the in-plane temperature difference may be other than 20 ° C. In the case where the wafer W is heated to about 500 ° C. and has a diameter φW = 300 mm, and the region where the temperature is to be decreased is, for example, a region where the in-plane temperature difference is 15 ° C. or more, as shown in FIG. The diameter φS of the
また、約500℃に加熱した直径φW=300mmのウエハWであって、温度を低下させたい領域が、例えば、面内温度差が22℃以上となる領域である場合には、図7Cに示すように、シャワーヘッド54の直径φSは100mmに設定されれば良い。この場合、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域は、ウエハWのセンターから半径50mm以内の領域となる。
Further, in the case where the wafer W is heated to about 500 ° C. and has a diameter φW = 300 mm, and the region in which the temperature is desired to be reduced is, for example, a region where the in-plane temperature difference is 22 ° C. or more, FIG. Thus, the diameter φS of the
即ち、シャワーヘッド54の直径φSは、ウエハWの直径φW、温度を低下させたい領域の大きさに基づいて設定されれば良い。また、温度を低下させたい領域の大きさは、加熱時にウエハWに生じた面内温度差に基づいて決定されれば良い。
That is, the diameter φS of the
このことは、直径φW=300mmのウエハWに限られることはなく、直径φW=450mmのウエハWであっても言える。 This is not limited to the wafer W having a diameter φW = 300 mm, and it can be said that the wafer W has a diameter φW = 450 mm.
(第2例)
また、図6中のIII線に示したような流速分布は、例えば、図8に示すように、シャワーヘッド54に代えて、ノズル54bとすることでも得ることができる。(Second example)
Further, the flow velocity distribution as shown by the line III in FIG. 6 can be obtained, for example, by using a
(第3例)
また、例えば、図9に示すように、シャワーヘッド54の場合には、シャワーヘッド54の内部を、空間54c、54dのように同心円状に2つ以上の複数の空間に区画するようにしても良い。図10に、図9に示す複数の空間54c、54dの平面図を示しておく。(Third example)
Further, for example, as shown in FIG. 9, in the case of a
同心円状の空間54c、54dを設けた場合には、例えば、空間54cへの冷却ガスの供給流量を変える等して、シャワーヘッド54のセンターを含む空間54cから吐出される冷却ガス70の流速を、この空間54cよりも外側にある空間54dから吐出される冷却ガス70の流速よりも速くすることも可能である。即ち、ウエハWのセンターを含む領域の近傍のうち、特に、センターに近い部分に、冷却ガス70をより速い流速で吹き付けることで、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域の冷却効率を、さらに高めることもできる。
When the
冷却ガス70の流速を調節するためには、冷却ガスの供給経路中に流速調節器、例えば、スピードコントローラを設け、このスピードコントローラを用いて吐出される冷却ガス70の流速を調節すれば良い。
In order to adjust the flow rate of the cooling
また、吐出される冷却ガス70の流速を、
冷却ガスの流速 = 冷却ガスの流量/冷却ガス吐出孔54aの総面積
と定義すれば、冷却ガス70の流量を調節することでも、吐出される冷却ガス70の流速を調節することができる。この場合には、冷却ガスの供給経路中に流量調節器、例えば、マスフローコントローラを設け、このマスフローコントローラを用いて冷却ガスの流量を調節すれば良い。In addition, the flow rate of the discharged cooling
Cooling gas flow rate = Cooling gas flow rate / Total area of cooling
In other words, the flow rate of the discharged cooling
また、シャワーヘッド54の内部を、複数の空間、例えば、空間54c、54dに区画した場合には、シャワーヘッド54のセンターを含む空間54cに、冷却効果の高い第1の冷却ガスを導入し、この空間54cよりも外側にある空間54dに、第1のガスよりも冷却効果が低い第2のガスを供給するようにしても良い。第1のガスの一例は、ヘリウム(He)ガスであり、第2のガスの一例は窒素(N2)ガスである。When the interior of the
また、第1のガスがヘリウムガスであり、第2のガスが窒素ガスであるような場合には、ヘリウムガスの流速を、窒素ガスの流速よりも速くすることができ、ウエハWのセンターを含むセンター近傍の領域の冷却効率を、さらに高めることもできる。 Further, when the first gas is helium gas and the second gas is nitrogen gas, the flow rate of the helium gas can be made faster than the flow rate of the nitrogen gas, and the center of the wafer W can be set. The cooling efficiency of the area in the vicinity of the center can be further increased.
図9及び図10に示したシャワーヘッド54によれば、ウエハWのセンターの冷却効率を、より高めつつ、ウエハWのエッジに向かうに連れて冷却効果をより弱めるように制御することができる、という利点を得ることができる。
According to the
(第4例)
また、図9及び図10に示したシャワーヘッド54によれば、図11に示すように、シャワーヘッド54の直径を、ウエハWの直径と同じ大きさまで大きくすることもできる。(Fourth example)
Further, according to the
シャワーヘッド54の直径を、ウエハWの直径と同じ大きさまで大きくした場合には、シャワーヘッド54のセンターを含む空間54cの外側に、同心円状の空間54d、54e、54f、54gのように3つ以上形成するようにすることが良い。冷却ガスの流速は、III線に示すような外側に向かうに従って流速分布が得られるように、外側の空間54d、54e、54f、54gにいくに従って順次遅くすれば良い。
When the diameter of the
このような吐出される冷却ガス70の流速の調節は、第3例において説明したように、冷却ガスの供給経路中に、例えば、スピードコントローラのような流速調節器、又は、例えば、マスフローコントローラのような流量調節器を設け、流速調節器、又は流量調節器を用いて冷却ガスの流速、又は流量を調節することで実現することができる。
As described in the third example, the flow rate of the discharged cooling
また、シャワーヘッド54のセンターを含む空間54c、又はセンターを含む空間54cと、空間54cに隣接する54dには、冷却効果の高い第1の冷却ガス(例えば、ヘリウム(He)ガス)を導入し、空間54cよりも外側にある空間54d〜54g、又は空間54dよりも外側にある空間54e〜54gには、第1のガスよりも冷却効果が低い第2のガス(例えば、窒素(N2)ガス)を供給するようにしても良い。A first cooling gas (for example, helium (He) gas) having a high cooling effect is introduced into the
(第5例)
さらに、ウエハWの低下温度は、シャワーヘッド54とウエハWとの間の間隔Dにも、密接に関係する。例えば、シャワーヘッド54とウエハWとの間の間隔Dが近いと冷却効率が高まり、間隔Dが遠いと冷却効率は低くなる傾向を示す。このような傾向を利用して、ウエハWの低下温度を制御することも可能である。(Fifth example)
Further, the temperature drop of the wafer W is closely related to the distance D between the
そこで、図12A及び図12Bに示すように、載置台52を高さ方向の高さ調節が可能な構造として、シャワーヘッド54とウエハWとの間の間隔Dを可変とするようにしても良い。
Therefore, as shown in FIGS. 12A and 12B, the mounting table 52 may be configured to be height-adjustable, and the distance D between the
(第6例)
ウエハWとシャワーヘッド54との間隔を可変とする場合、第5例では、載置台52を高さ方向の高さ調節が可能な構造とした。しかし、図13A及び図134Bに示すように、シャワーヘッド54の高さ方向の高さ調節が可能な構造とすることも可能である。(Sixth example)
In the case where the distance between the wafer W and the
このような第6例においても、ウエハWとシャワーヘッド54との間隔Dが可変となるので、第5例と同様な利点を得ることができる。
Also in the sixth example, since the distance D between the wafer W and the
(第7例)
第1例乃至第6例においては、ロードロック室51a又は51bに、一つのシャワーヘッド54又はノズル54bを取り付けた例を説明した。(Seventh example)
In the first to sixth examples, the example in which one
しかしながら、図14に示すように、一つのシャワーヘッド54又はノズル54bは、ロードロック室51a又は51bに複数取り付け、複数のウエハWを同時に冷却することも可能である。なお、図14には、一例として図6に示した第1例に係るシャワーヘッド54が天壁53に2つ取り付けられている例が示されている。
However, as shown in FIG. 14, one
本第7例に関わる変形は、第1例に限らず、第2例乃至第6例のいずれの例においても適用可能である。 The modification relating to the seventh example is not limited to the first example, and can be applied to any of the second to sixth examples.
(基板処理装置の変形例)
第1例乃至第7例においては、ウエハWを、基板処理装置1のロードロック室51a又は51bにおいて冷却する例を示した。(Modification of substrate processing apparatus)
In the first to seventh examples, the example in which the wafer W is cooled in the
しかしながら、ウエハWは、図15に示すように、ロードロック室51a又は51bではなく、処理部2側に、ウエハWを冷却する冷却室(CM)81を設け、冷却室81において、処理の途中で、又は処理後に冷却するようにしても良い。この場合に、冷却室81には、第1例乃至第7例に示したような構造を採用する。これにより、処理部2側に設けられた冷却室81においても、上記第1例乃至第7例と同様の利点を得ることができる。
However, as shown in FIG. 15, the wafer W is not provided with a
(一実施形態を好適に実施できる被処理体の加熱温度)
被処理体には、急激に変形が進む、又は急な変形を起こす変形点と呼ばれる温度が存在することがある。例えば、被処理体がウエハWであり、その材質がシリコンである場合には、温度約450℃が上記変形点にあたる。シリコンウエハは、450℃以下の温度から温度450℃を超えて加熱されると急な変形を起こす。反対に、450℃以上の温度から温度450℃未満に冷却されても急な変形を起こす。(Heating temperature of the object to be processed in which one embodiment can be suitably implemented)
In the object to be processed, there is a case where there is a temperature called a deformation point at which the deformation suddenly progresses or sudden deformation occurs. For example, when the object to be processed is the wafer W and the material thereof is silicon, a temperature of about 450 ° C. corresponds to the deformation point. When a silicon wafer is heated from a temperature of 450 ° C. or lower to a temperature exceeding 450 ° C., the silicon wafer is suddenly deformed. On the contrary, even if it is cooled from a temperature of 450 ° C. or higher to a temperature of less than 450 ° C., abrupt deformation occurs.
従って、上記一実施形態は、被処理体がシリコンウエハである時には、温度450℃以上の温度に加熱した後に行われる冷却プロセスに好適に用いることができる。 Therefore, when the object to be processed is a silicon wafer, the above-described embodiment can be suitably used for a cooling process performed after heating to a temperature of 450 ° C. or higher.
なお、加熱温度の物理的な上限としてはシリコンの融点約1410〜1420℃以下である。また、実際のプロセスでの実用上の上限としては900℃を挙げることができる。 The physical upper limit of the heating temperature is about 1410 to 1420 ° C. or lower of the melting point of silicon. Moreover, 900 degreeC can be mentioned as a practical upper limit in an actual process.
このように一実施形態によれば、許容範囲を超えるようなウエハの反り返りやクラックの発生を抑制しつつ、かつ、スループットを向上させることが可能な被処理体の冷却方法と、この冷却方法を実行することが可能な被処理体処理装置を得ることができる。 As described above, according to one embodiment, a cooling method for an object to be processed capable of improving the throughput while suppressing the occurrence of wafer warping and cracking exceeding an allowable range, and this cooling method. The to-be-processed object processing apparatus which can be performed can be obtained.
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形することが可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。 The present invention has been described according to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit of the invention. In the embodiment of the present invention, the above-described embodiment is not the only embodiment.
例えば、上記一実施形態では、ステージを、ウエハWを冷却する冷却機構52aを備えた冷却機構52としたが、ステージは、冷却機構52aを必ずしも備える必要はない。
For example, in the above embodiment, the stage is the
また、上記一実施形態では、ロードロック室51a又は51bに、ガス導入口57を設け、減圧状態から大気圧状態への圧力変換の際、ガス導入口57からも冷却ガスを導入して、大気圧状態とする例を示した。
In the above embodiment, the
しかし、ガス導入口57を設けない、減圧状態から大気圧状態への圧力変換の際にガス導入口57からの冷却ガスの導入はしないようにしても良い。この場合には、減圧状態から大気圧状態への圧力変換は、冷却ガス吐出部、上記一実施形態ではシャワーヘッド54又はノズル54bからの冷却ガスの導入のみで行われる。
However, the
また、上記一実施形態では、加熱後における被処理体、例えば、加熱後におけるウエハWが圧力1Paの高い減圧状態におかれ、これを大気圧状態まで戻すまでの冷却について説明した。しかし、上記一実施形態は、加熱後のウエハWの周囲の圧力は1Paでなくても、1〜70000Paから、大気圧状態(約100000Pa)まで戻す冷却に使用することもできる。 Further, in the above-described embodiment, the cooling until the object to be processed after heating, for example, the wafer W after heating is placed in a reduced pressure state having a high pressure of 1 Pa and returned to an atmospheric pressure state has been described. However, the above-described embodiment can be used for cooling back from 1 to 70000 Pa to the atmospheric pressure state (about 100000 Pa) even if the pressure around the heated wafer W is not 1 Pa.
同様に、大気圧状態まで戻さなくても、例えば、20000Pa〜大気圧状態の間の圧力まで戻す冷却にも使用することができる。 Similarly, even if it does not return to an atmospheric pressure state, it can be used for cooling to return to a pressure between 20000 Pa and atmospheric pressure, for example.
また、上記一実施形態では、被処理体として半導体ウエハを例示し、半導体ウエハとしてシリコンウエハを例示した。しかし、上記一実施形態は、シリコンウエハに限られるものではなく、SiC、GaAs、InP等他の半導体ウエハにも適用することができる。 Moreover, in the said one Embodiment, the semiconductor wafer was illustrated as a to-be-processed object, and the silicon wafer was illustrated as a semiconductor wafer. However, the above-described embodiment is not limited to a silicon wafer, but can be applied to other semiconductor wafers such as SiC, GaAs, InP, and the like.
さらに、被処理体は半導体ウエハに限られるものではなく、FPDや太陽電池の製造に用いられるガラス基板であっても良い。加熱される被処理体であれば、どのような被処理体であっても、この発明は適用することができる。 Furthermore, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate used for manufacturing an FPD or a solar cell. The present invention can be applied to any object to be processed as long as it is heated.
この発明によれば、許容範囲を超えるようなウエハの反り返りやクラックの発生を抑制しつつ、かつ、スループットを向上させることが可能な被処理体の冷却方法、及びこの冷却方法を実行することが可能な被処理体処理装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to perform a cooling method of an object to be processed capable of improving the throughput while suppressing the occurrence of wafer warping and cracking exceeding an allowable range, and to execute this cooling method. A possible object processing apparatus can be provided.
Claims (22)
加熱状態にある被処理体をステージ上に載置する工程と、
前記ステージ上に載置された前記被処理体のセンターを含むセンター近傍の領域に冷却ガスを吹き付け、前記被処理体を冷却する工程と、
を具備する被処理体の冷却方法。A cooling method for cooling a workpiece,
Placing the object to be processed in a heated state on the stage;
Blowing a cooling gas to a region in the vicinity of the center including the center of the object to be processed placed on the stage, and cooling the object to be processed;
A method for cooling an object to be processed.
前記第1の冷却ガスを、前記被処理体のセンターを含むセンター近傍の領域に吹き付け、
前記第2の冷却ガスを、前記被処理体の、前記センター近傍の領域の外側の領域に吹き付けられる請求項1に記載の被処理体の冷却方法。The cooling gas includes a first cooling gas having a high cooling effect and a second cooling gas having a lower cooling effect than the first cooling gas;
Spraying the first cooling gas onto a region in the vicinity of the center including the center of the workpiece;
The method for cooling an object to be processed according to claim 1, wherein the second cooling gas is sprayed to an area outside the area in the vicinity of the center of the object to be processed.
前記冷却ガスと、前記冷却機構とを用いて、前記被処理体を冷却する請求項1に記載の被処理体の冷却方法。The stage has a cooling mechanism for cooling the object to be processed;
The method for cooling an object to be processed according to claim 1, wherein the object to be processed is cooled using the cooling gas and the cooling mechanism.
前記冷却ガスと、前記冷却機構とを用いて、前記被処理体を冷却する請求項4に記載の被処理体の冷却方法。The stage has a cooling mechanism for cooling the object to be processed;
The method for cooling an object to be processed according to claim 4, wherein the object to be processed is cooled using the cooling gas and the cooling mechanism.
前記冷却ガスと、前記冷却機構とを用いて、前記被処理体を冷却する請求項5に記載の被処理体の冷却方法。The stage has a cooling mechanism for cooling the object to be processed;
The method for cooling an object to be processed according to claim 5, wherein the object to be processed is cooled using the cooling gas and the cooling mechanism.
前記ロードロック室内に設けられ、被処理体が載置されるステージと、
前記ロードロック室内に、前記ステージに相対して設けられ、前記ステージ上に載置された前記被処理体に冷却ガスを吹き付ける冷却ガス吐出部と、
を具備する被処理体処理装置。A load lock chamber capable of pressure conversion between a reduced pressure state and an atmospheric pressure state;
A stage provided in the load lock chamber and on which a workpiece is placed;
A cooling gas discharge section that is provided in the load lock chamber and is opposed to the stage, and that blows cooling gas to the object to be processed placed on the stage;
The to-be-processed object processing apparatus which comprises.
前記シャワーヘッドの直径が、前記被処理体の直径よりも小さい請求項9に記載の被処理体処理装置。The cooling gas discharge part is a shower head;
The diameter of the said shower head is a to-be-processed object processing apparatus of Claim 9 smaller than the diameter of the to-be-processed object.
前記シャワーヘッドの内部が、複数の空間に同心円状に区画されている請求項9に記載の被処理体処理装置。The cooling gas discharge part is a shower head;
The to-be-processed object processing apparatus of Claim 9 with which the inside of the said shower head is divided concentrically by the some space.
前記複数の空間のうち、前記シャワーヘッドのセンターを含む空間に、前記第1の冷却ガスが供給され、
前記第2の冷却ガスが、前記第1の冷却ガスが供給された空間よりも外側にある空間に供給される請求項14に記載の被処理体処理装置。The cooling gas includes a first cooling gas having a high cooling effect and a second cooling gas having a lower cooling effect than the first cooling gas;
Of the plurality of spaces, the first cooling gas is supplied to a space including the center of the shower head,
The to-be-processed object processing apparatus of Claim 14 with which the said 2nd cooling gas is supplied to the space outside the space where the said 1st cooling gas was supplied.
前記複数の空間のうち、前記シャワーヘッドのセンターを含む空間に、前記第1の冷却ガスが供給され、
前記第2の冷却ガスが、前記第1の冷却ガスが供給された空間よりも外側にある空間に供給される請求項15に記載の被処理体処理装置。The cooling gas includes a first cooling gas having a high cooling effect and a second cooling gas having a lower cooling effect than the first cooling gas;
Of the plurality of spaces, the first cooling gas is supplied to a space including the center of the shower head,
The to-be-processed object processing apparatus of Claim 15 with which the said 2nd cooling gas is supplied to the space outside the space where the said 1st cooling gas was supplied.
前記被処理体の冷却が、前記減圧状態から前記大気圧状態へと圧力変換をする際に実行されることを特徴とする請求項9に記載の被処理体処理装置。The load lock chamber includes a loading / unloading chamber for loading / unloading the object to be processed in an atmospheric pressure state, and a transfer chamber for transferring the object to be processed between a plurality of processing chambers for processing the object to be processed in a reduced pressure state. Is a portion that performs pressure conversion between the atmospheric pressure state and the reduced pressure state,
The object processing apparatus according to claim 9, wherein the object to be processed is cooled when pressure conversion is performed from the reduced pressure state to the atmospheric pressure state.
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