TW449772B - Method and apparatus for cooling substrates - Google Patents

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TW449772B TW088115695A TW88115695A TW449772B TW 449772 B TW449772 B TW 449772B TW 088115695 A TW088115695 A TW 088115695A TW 88115695 A TW88115695 A TW 88115695A TW 449772 B TW449772 B TW 449772B
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Description

登_明領域： <請先閱讀背面之注意事項再填寫衣頁)
本發明係關於在物體，如半導體基材，被加熱之後將 其冷卻的方法與設備。更特定地，本發明係關於藉由在運 送一基材之前之介於該基材與一散熱器之間的熱傳遞來 冷卻該基材的方法與設備B 發明背景： 半導體晶圓及其它的基材會接受非常高的加工或處 理溫度。例如’在某些化學氣相沉積（CVD)處理中，溫度 可高達丨200 °C »在一典型的循環中晶圓從一室溫的匣 盒被一機械臂晶圓運送器搬運至一處理或反應室中，晶圓 會在該處接受一高溫處理，然後被該晶圓運送器從該高溫 處理室被搬運回同一匣盒或另一供處理過的晶圓用的匣 盒中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在半導體處理中所遭遇到的許多高溫處理中，該晶圓 必需在其可被一晶圓運送器置故或棟取之前從該處理溫 度被冷卻至一低很多的溫度。例如’在一磊晶（epitaxial) 矽沉積反應器中，在反應室中的處理溫度典型地是在 1000-1200°C之間，而該機械臂晶圓運送器可忍受的最高 溫度只有約900eC。甚者，在高溫時，晶圓更易受到因為 運送器在搬運期間的造成的實體上的損傷<因此，該晶圖 在其可被標準的運送設備運送及搬運之前必需從讀處理 溫度被降溫（如降至約90CTC ) β相同的，該晶圓必需被冷 卻至更低的溫度以確保被其它種類的晶圓運送器（如托盤） .第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 449772 五、發明說明（） 安全地運送，及被貯存在低成本的匣盒中。 將晶圓冷卻至運送溫度_所需要的時.間對.於積體電路 製造商而言是非常花成本的。冷卻速率—部分是视將被冷 卻的系統之質量而定，且對於在一典型的基板（susceptor) 上之一 200mm的晶圓而言從12〇〇°C降至9〇〇。(：約需45 秒。此冷卻時間被加至每一晶圓的總循環時間，因而降低 了該系統的產出率。這將會提高晶圓處理的成本。 因為半導體晶圓處理設備的成本高，所以從一競爭力 的觀點而言’保持昂貴的設備持續的使用，提高產出率是 非常地證要。在此同時’所應用的晶圓冷卻技術必需能夠 與CVD處理設備及嚴格的潔淨要求的環境相容/此外， 該技術本身的成本必需要夠低使的得處理每一晶圓的成 本得以降低。 因此’本發明的目的即在於提供_種能夠快速地且能 夠以均勻的方式將一晶圓從一高處理溫度冷卻至該晶圓 可使用一晶圓運送器揀取並置放於貯存g金中之溫度的 方法與設備。 發明目的及概述： 根據本發明的一個態樣’ 一種方法被提供來處理在一 處理室中的基封。該方法包括將一基材裝載於該室的一支 撐結構上。該基材被加熱至一處理溫度卫在該溫度被處 理。在該基材已被處理之後’一元件被移動於該室内用以 將該基#及一散熱器的一冷卻表面送至一冷卻位置。該基 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公銮） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂： 線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449772 五、發明說明（） 材及該冷卻表面被保持在該冷卻位置，該基材在該位置將 熱散至該冷卻表面上。 (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 根據本發明的另一態樣，一種方法被提供來冷卻一被 加熱至一處理溫度的基材。該方法包括將該基材從一第一 位置移動至一靠近一冷的元件之第二位置。在熱從該基材 傳遞.至該冷的元件期間，該基材被保持在第二位置直到其 冷卻至一比處理溫度低的運送溫度為止° 根據本發明的另一態樣，一種方法被提供來將一半導 體基材從一第一溫度冷卻至一第二溫度。該方法包括將一 冷卻構件從一收回的位置移動至一與該基材接近且但間 隔開來的位置9在該收回的位置時，該冷卻構件具有一比 第二溫度低的第三溫度。該冷卻構件被保持在該接近的位 置直到該基材冷卻至該第二溫度為止。該基材然後用基材 運送裝置加以舉起。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明的另一態樣’ 一處理反應器被提供來在高 溫處理基材。該反應器包括一熱源及多個界定—處理室的 室壁》—基材支撐結構被容納於該室中β該反應器進一步 包括一散熱器及一活動件。一驅動機構將該活動件從一第 —位置移動至一第二位置。在該第一位置時’一（被該基 材支撐結構支撐於該室内之）基材可被處理°在該第二位 置時，該散熱器與該基材相距一非常小的距離*其小到足 以讓熱傳遞於該冷的元件與該基材之間。 根據本發明的另一態樣，一具有一高溫處理室，一位 在該宣内之基材固持件，一冷卻件及一冷卻遮板之基材處 第Λ頁 __ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） #449772 a? ---B7 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 理系統被提供。該遮板被作成可遮蔽該冷卻件免於在高溫 處理期間受熱。一支轉該冷卻件之活動臂被連接至一驅動 機構其可將該活動件及冷卻件從一第一位置伸長至—第 二位置。在第一位置時’該冷卻件靠近該冷卻遮板，而在 第二為置時’該冷卻件則靠近該基材固持件。 根據本發明的另一態樣，一冷卻機構被提供於一基材 處理系統中。該機構包括一支撐結構其被作成可支撐-基 材的形狀，一第一冷卻件及—第二冷卻件。這些構件可相 對移動於一冷卻位置與一基材裝載位置之間。當在該冷卻 位置時’該基材靠近該第一及第二冷卻件且與它們間隔 開。在基材裝載位置時，一晶圓運送器可將該基材裝載到 該支撐結構上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有利地，所舉的實施例有助於傳導地冷卻一基材，因 此比只靠幅射冷卻基材要來的快多了 β因為該等冷卻方法 及機構不需要用一揀取裝置來運送該基材，停滯時間 (down time)(尤其是等待基材達到其可被安全地運送之溫 度所造成的）被顯著地降低。此外，根據前述的某些態樣， 該基材可在將其從該處理室内的支撐結構移動之前被冷 卻。將本發明調整為可適用於既有的反應器設計與需要很 少的移動件。較快速的冷卻處理可讓一晶圓或其它的基材 在一很短的時間之内從一基板被棟取或被置於其上，這提 高了晶圓的產出率及降低了晶圓處理的成本。 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格(21〇x297公釐） A7 B7 .修正449772 五、發明說明（ 凰式簡箪說明： 第〖A囷為依照本發明的—第一實施例被建造的一處理室 的一不意剖面圖，其中該晶圓是位在—處理位置。 第1Β圖顯tf第ιΑ囷的處理室其中該晶圓是位^ 一冷卻 位置* 第1C圓為沿著第1A圓的lc_iC線所取的:示意剖面圖# 第2Α圖為依照本發明的另—贲施例被建造的一處理宜的 一不意剖面圖，其申該室是在處理模式。.. 弟2Β圖顯示第2Α囷的處理室，其中該室是在一冷卻模 式· 第2C圖為沿著第2Α圖的2C-2C線所取的示意剖面圖· 第3Α圖為關於介於一晶圓表面與一冷卻表面的一約 20mm的間距之溫度對冷卻時間的圖表β 第3Β圈為關於介於一晶圓表面與一冷卻表面的一約 1 ：mm的間距之溫度對冷卻時間的圊表。 第4A囿為根據本發明的一第三實施例所建構之一冷卻站 的-V舌意剖面圈，其中該站是在基材裝載/卸載位 置»· (淸先閱讀背面C注意事項再填客本頁) Μ--------^--------- 經濟部智慧时$ ipBB：二s Ac"乍土 第4B圊顯示第4A圊之冷卻站在一基材冷卻位置的情形* 圈號對照說明： 10 處理室 12 基 板 14 基材 16 星 形輪 18 上壁 19 下 壁 第6頁 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) A7 B7 4 4 9 7 7 2 五、發明說明（ 20 馬達 22 軸 24 間隙/ 28 處理冑 30 冷卻件（板子） 32 凹處 34 間距 36 活動臂 38 作動器 50 冷卻站 52 .上室壁 54 下室壁 5 6 銷 58 冷·卻室 60 活塞 62 上作動器 64 下冷卻件 66 柱 68 下作動器 發明詳細說明： 雖然本發明是以一單一晶厠，7k丞a Λ A ^ 平时· 水千氣流反應器來舉例 說明，但熟悉此技藝者應瞭解的《，本發明t冷卻機制並 不偈限於特^種類的反應室或處理室m悉此技藝 者將會發現本發明所揭示的原理可應用於許多不同種類 的反應室或處理室中，包括了叢集工#，批次處理系統， 垂直氣流或蓮蓬頭系統等等^甚者，雖炊+ β n ^丄 噼熬本發明具有將晶 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 圓在其被運送及從該處理室被取出之舒. 〜别冷卻的特定作 用，但揭示於本文中之原理可被應用於杯 、饪何想要在一工件 被運送或脖存之前加以冷卻的地方。 第1A’ 1B及1C圖顯示一具有根據本發明的—第_ 較佳實施例所建構的一冷卻系統的處理舍 必m . 至。一處理罜 1 〇 之包含該冷卻系統的一部分被示出。一晶圓支撐結構包括 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 449772 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 一基板12其直接支撐一半導體晶圓14或其它處理基材或 工件（如玻璃基材該基板12則被支撐於星形輪16上。 被舉出的基板12為一圓盤形狀，具有一大於該晶圓14的 直徑，且該晶圓係被同心地置於該基板12上。一外部的 驅動機構或馬達20轉動一軸22,其延伸穿過該室1〇的底 壁I?。軸22接著支撐及驅動該星形輪16，基板12及晶 圓14的旋轉- 所舉例的室10是由一上壁18及一底壁19所界定， 其典型地是由石英所製成，且大致上對於來自於室1〇的 -外部之幅射熱源或燈泡（未示出）而言是透明的β因為壁 1 8 ’ 1 9不會吸收來自於燈泡的幅射熱而基材/晶圓組合則 會吸收此熱，所以該室傳統上被稱為”冷壁”室。強迫性的 流體（如，強迫性的空氣及/或循環的液體冷媒）藉由對流主 動地冷卻壁18，19，有助於將壁18，19保持在比被容納 於該室10中之基板1 2或晶圓1 4低的溫度。 轴22亦可被轉變成垂直。應被除解的是，垂直的轉 變可藉由相同的馬達20來達成，或可被一分離的馬達來 驅動。熟悉此技藝者將可瞭解的是，整個轴可被升起，或 該抽的一伸縮部分可將該星形輪16，基板12及晶圓ι4 舉起。或者，該輔可延伸穿過該星形輪並直接舉起該基 板。在舉升期間，晶圓14保持著被同一基板12(或其它的 晶圓支撐結構）直接支撐，其在處理期間都支撑著該晶 圓。 參照第1Β圖，在操作時，當晶圓14已在高溫下被處 第8頁 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 訂- Γ ! 線· 」/ 449772 A7 B7 五、發明說明（） 理之後且需要在運送之前被冷卻時，晶園1 4被舉起直到 其位在靠近該反應器或處理室10的上壁18的一冷卻位置 為止》最好是，該上壁18具有一當該晶圓14是在該冷卻 位置時大致與一晶圓表面平行之平的内表面，以形成如第 1B圖所示的間隙2扣因為上壁18比剛被處理過的晶圓14 冷所以壁18的作用如一散熱器一般。在此實施例中， 面向冷壁.18的·冷卻表面之晶圓表面是在處理期間被處理 的同一面，因為基板1 6在其被冷卻時是持續支撐著該晶 圓14。 晶圓14的上表面被移至與上壁18的内表面夠近的位 置使得兩者之間的傳導熱傳遞對於總熱傳遞有顯著的貢 獻且是主要部分。在高壓下，黏性流是主導且氣體的入傳 導與壓力無關。幅射的熱傳遞速率與兩個物件之間的溫度 差有關這是所習知的，而傳導的熱傳遞速率則是由兩物件 之間的溫度差及距離來決定的。在所舉的實施例中，除了 幅射熱傳遞之外，熱經由環境氣體（如清洗氣體）而被有效 率地傳遞跨越間隙24。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 被發現的是，在所舉出之反應室10的正常操作條件 下，傳導.熱傳遞在間隙24小於5mm時對於熱傳遞而言有 著顯著的貢獻。該間.隙24最好是介於0.2mm至3mm之 間，及更佳的是介於〇.5mm至1.5mm之間。例如，當間 隙是1 mm時，只要的熱傳遞機制為經由氣相的熱傳導。 因此，該晶圓/基板组合在靠近該冷壁時可冷卻的比只靠幅 射（如，間隙大於20mm)來冷卻要快的多。lmm間隙的冷 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 449772 A7 B7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 五、發明說明（） 卻速率與2〇mm間隙的冷卻速率被分別示於第3A及3B圖 中’其將於下文中詳細討論。 間隙24的均勻性及整個冷壁的均勻溫度有助於均勻 傳遞熱於兩個表面之間。因此，熱非均勻性的應例及對於 晶圓14之損傷可被避免》均勻的熱傳遞可藉由在冷卻該 晶圓.14期間持績地轉動該晶圆14而被加強，如第1B圖 所示a 在晶圓14被充分地冷卻可供楝取裝置將其安全的運 送而不會傷害到該晶圓或該揀取裝置之後，晶圓1 4被降 低至其可被揀取的一個位置。一較佳的揀取裝置被描述於 美國專利第4,846,102號中，其描述一根據白努利原理操 作的棟取棒，其以一角度射出高速的氣流。當該揀取棒被 移至靠近一晶圓表面之上時’高速氣流會在該晶圓之上產 生一低壓區’讓該晶圓升起。美國專利第4,846,1 02號的 揭示藉由此參照而被併於本文中《此棟取棒，其將在本文 中被稱為”白努利棒”，可在800°C或更低的溫度下安全地 將晶圓揀取。在處理期間直接支撐該晶圓1 4之相同的結 構（即，基板1 2)在晶圓移至冷卻位置時支撐著晶圓14。因 此’晶圓1 4的冷卻可被加快而不須要一特製的高溫運送 裝置。甚者，不需要額外的運送步驟，且不會由掉落，刮 傷的危險或當該晶圓仍然很熱時其它會傷及該晶圓的可 能被降至最低》 上述的實施例亦能夠快速的冷卻而不會增加該室及 該晶圓之微粒污染的危險^首先’因為冷卻是在處理室内 第10頁 --------丨、-----M— {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -§J·
Mr -線· 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 4 49772 A7 B7 五、發明說明( 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 實施，因此移動被降至最少。其次’因為上壁18是經由 強迫的氣體及/或循環的液體冷媒而被對流地冷卻’所以晶 圓冷卻主要是藉由傳導來達成。因此’提高的晶圓冷卻速 率並未伴隨著將晶圓曝露於提高的氣體對流中β相反的， 主要是對流的冷卻方法只有將晶圓曝露於增加微粒污染 的環境中才能達成快速的冷卻° 第2A，2B及2C圖顯示根據本發明的—第二實施例 所建構的一處理室28。為了方便起見’與第1圖中相似的 元件將被標以相同的標號。如所示的’室28包括一冷卻 件或板30，其最好是对存在處理區域外的一凹處32内， 使得板30不會干擾到晶圓處理。在此實施例中’凹處32 是位在室28的下游端，與處理氣體入口及晶圓裝入埠相 對。如第2A圖所示’板30被安裝於凹處32内的一活動 臂36上，藉由間隙34而與凹處32的表面隔開3臂36延 伸穿過該凹處32且被一驅動機構或作動器38 = 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 板30具有一平的底面其大於或等於晶圓14的表面 積’且最好是包含一具有比晶圓14或基板12的比熱高之 材料。活動板30的厚度可被加以選定以在材料成本與具 有較佳的高的總熱谷量之可用空間之間取得平衡β最好 是，板30具有一大於將被處理之晶圓14的熱質量a 一固 體的熱質量，或其加總的熱容量是由以下的公式來計算： CT=pVc 其中： p =該固體的密度
第11T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 449772 A7 B7 五、發明說明（ 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 V =該固體的體積，友 c =該固體的比熱（熱容量） 因此，只要材料及表面積已知’該板30的熱質量即與其 厚度直接相關。 因為凹處32是位在處理區域之外，.所以其被遮蔽且 不會啤收被導向該晶圓/基板組合上的幅射熱，因此相對於 晶圓1 4而言其被保持相對的冷。較佳地，界定凹處3 2的 表面藉由對流，如藉由一循環的冷媒流體（空氣或水），而 被主動地冷卻。 在操作時’板30被保持在凹處32内而晶圓14則接 受高溫處理（如，在1000C至1200。〇的蟲晶沉積）。該被冷 卻的凹處32將板30保持的較冷，最好是低於處理溫度 (如，對於白努利棒而言約900°C )。較佳地，介於板30的 表面與凹處32的壁之間的間隙係小於5mm，使得傳導熱 傳遞主導將在凹處3 2内的板3 0保持較冷之熱交換^根據 在室10内之周圍氣體壓力及傳導率，該間隙最好是介於 0.2mm至3 mm之間，更佳地是介於0.5 mm與l，5mtn之間。 最好是，晶圓14在冷卻處理期間持績地轉動。 當高溫處理步驟完成時，作動器38驅動臂36用以將 板3 0移動至晶圓14之上，使得板3 0靠近晶圓]4。在此 實施例中’板3 0被安裝成與晶圓14平行且相對於晶圓的 適當垂直位置處（即，最好是垂直地相間隔小於3mm,更 佳的是介於0.5mm至1.5mm之間）。因此，該作動器38 水平地移動臂36及板30。應被瞭解的是，在其它的架構 第12頁 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ---------^-----— (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -&J. -線.
CT B7 五、發明說明（） 中，板30可被垂直及水乎地移動直到其以面對面的方式 與晶圓間隔一有助於傳倒的熱傳遞進行之距離為止。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 介於晶圓14與板30的相面對的面之間的垂直間隙最 好是如第1圖所描述的。因此，該晶圓/基板组合可藉由傳 導及幅射熱傳遞而快速地冷卻。 .當晶圓1 4被冷卻至所想要的運送溫度（如’對於揀取 棒而言約為90(TC )時，活動板30被移回凹處32内。在冷 卻期間從晶圓/基板組合處吸收來的熱然後被該凹處32所 吸收，用以將其回復到原來的溫度。在此同時，該晶圓運 送器可將該晶圓14揀取.與第一實施例相同地，第二實 施例在不需要額外的晶圓運送之下即可促進晶圓1 4的冷 卻。因此，並不需要特殊的高溫運送器。甚者，第二實施 例的機制可被用來冷卻在所謂的”熱壁”室中之晶圓，只要 該活動板可被保持在一比運送溫度低的溫度即可。在另一 種架構中，板本身可被直接冷卻，此結構可有利地省去通 過活動臂的管路或其它冷媒流路。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在上述的任一實施例中，冷卻速率可藉由在冷卻步騾 期間導入沖洗氣體至.處理室中而被提高，如在此技藝中所 習知者。傳統上被使用於此種反應器及處理中之任何沖洗 氣體都可用於本發明中"適合的沖洗氣體的例子包括氬 氣，氫氣，氮氣，及氦氣。最好是，該沖洗氣體是一種具 有高導熱性的氣體，如氦氣及氫氣》此沖洗氣體可作為基 材與冷卻件之間的傳導媒介。 熟悉此技藝者將可瞭解的是，其它的冷卻方法亦可被 第13頁 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 449772 五、發明說明（） 使用於處理室中與所舉例的冷卻機構結合藉以將冷卻時 間降至最低。 冷卻速率可用以下的公式來估算： ；^ί · ir _ ι . 則β _厂」 σ· (Ρ - 0 * T'·^ I . · ·-，.」 ： ^ cp :υ· i :一 ί # 了ν /j - l + l-i. £ €w 一 公式中之符號的意義將於以下的表中說明。該表亦有 界定最初冷卻條件的參數。使用表中之參數代入公式中計 算所得之基板1 2及晶圓1 4的冷卻速率分別被畫在第3 A 及.3 B圖中。這兩個例子之間唯一的不同在於第3 a圖所示 的是間隙24(在公式中用d來表示）為20mm，而間隙24在 第3 b圖中所示的例子中為1 m m。 請 先 閱 讀 背 之 注 項 再 填 寫 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表：冷卻速率 常數或變數 定義 單位 數值 cP 基板/晶圓组合之每單 位面積的熱容量 J/m2K 4620 ε 基板幅射率 0.7 λ(Τ) 氣體的導熱性 W/mK (對氫氣而言）-(0.541 lxlO'8) xT2+(4.457x10'4) xT+(6.866xl〇·2) Ts 開始溫度 K 1473 Tw 壁溫 κ 773 D 間隙距離 Μ (第 3Α 圖)20χ10·3 (第 3Β 圖)1χ1(Γ3 £\v 壁的幅射率 0.7 σ Stefan Boltzmann 常數 W/m2K4 5.6xl0'8 第14育 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 449772 五、發明說明（） 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 最好是，該冷卻步驟少於60秒鐘，及更佳的是少於 10秒鐘來將晶圓/基板組合從1000°C -12〇〇 C冷卻至約900 。(：。從第3A及3B圖可砍出當間陈24為2〇mm時’在了 約17秒來將晶圓14從l2〇〇t冷卻至9〇〇°C (第3A圖）， 而當間隙24為1 mm時，則只花4秒鐘（第3B圖）。此叶算 顯示.藉由縮小冷壁與晶圓表面之間的距離所造成之冷卻+. 速率的顯著差別。當其被冷卻至一較低的溫度時，該差異 會變得更大，因為幅射熱傳遞在低溫時並非是主要的熱交 換途徑。 上述的計算是關於一晶圓與一基板的組合，特別是關 於具有約0.7mm厚度的碳矽化合物基板及具有相同厚度 之200mm的晶圊的結果。然而，應被瞭解的是’相同的 對只有冷卻晶圓，或只冷卻基板來實施β例如， 如—處理之後冷卻其上沒有晶圓的基板的話 (如，步驟之間之室/基板清潔處理），該基板可被 移至與室的冷壁相鄰近，或一散熱器可被移至與該基板相 郝近。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在處理室10中之冷卻時間愈短，該晶圓即可愈快被 取出並另一晶圓可置入該處理室10.中以進行連績的製 造。因此，在一種作業中，晶圊14在其從一 100 0°C -1200 t的處理溫度被冷卻至約900°C時即從處理室1 〇中被取 出。再另一種作業中，在晶圓14於大於600°C的溫度被處 理然後被冷卻至低於600°C的運送溫度之後，其即被一更 為敏感的晶圓運送器來將其從處理室中取出。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 449772 A7 B7 五、發明說 該可被進一步冷卻至其可被貯存在一 ®盒 中之溫度該晶圓可被保持在一晶圓運送裝置上或 在某些離線的彳ϋ直到其冷卻至約1 oo°c為止。參見底下 參照第4A及4B圖之說明。 熟悉此技藝者可很輕易瞭解的是.，在本文中所揭示的 冷卻機構與方法可適任何適當的傳統處理室中。例 如，揭示於美國專利第674號中的可轉動基材支撐 機構，其藉#此次參照而本文中，可被用在本發明 中用以支撐及控制該晶圓/基\^^動。相同的，本發明的 冷卻機構可很方便地被應用在揭示於美國專利第 5,020,475號專利中的反應室中，該專利的揭示亦藉由此· 參照而被併於本文中。熟悉此技藝者將可瞭解到，許多種 在處理室外部冷卻一晶圓基材的方法可用上述用來在處 理室内部預冷卻處理及設備一起使用。 甚者，如第4A及4B圖所示的，上述之方法及結構可 被用在非處理的室中。第4A圖顯杀在一處理室外部之分 離的室中的一冷卻站5 0。例如，該被舉出的例子可被應用 於晶圓傳送/貯存匣盒與處理室之間的一晶圓運送室中，或 應用於一叢集工具的一分離的冷卻室中。雖然有匣盒能夠 運送1 70°C的晶圓，但它們卻是相當的昂貴》—種較便宜 由Delrin®所生產的匣盒只能運送低於l〇〇°C的晶圓《其它 的只能運送約6 0 °C的晶圓。 所舉例的冷卻站被作成可與一同時具有一白努利棒 及一槳的運送器一起使用的形狀。此一設備的一完整的描 第16貰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 閱 讀 背 £ 之 注 項 再 填
頁 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 449772 A7 B7 五、發明說明（） 述揭示於1997年一月16曰提申之美國專利申請案第 08/784,7 U中，該案藉由此參照而被併於本文中。 第4A圖顯示晶圓14被支撐於一上室壁52與下室辟 54之間，其中站50是在一晶圖裝載/卸載模式。—晶圓支 撐結構界定了一晶圓支撐位置。在此實施例中，該晶圓支 撐結構包括多個支撐銷56(至少三個）用以穩定地，水平地 支撐該晶圚Μ。 當第一次被裝載於銷56上時，晶圓14可以是任何高 於運送或貯存溫度之溫度《在一舉例性的操作中，晶圓14 從一熱處理室被送至一高溫運送器上。因此，最柄的晶圓 溫度是在200°C至15 00°C的範圍内，其完全視晶固先前所 受之處理及該高溫晶圓運送器之溫度裕度而定。在此實施 例中，最初的晶圓溫度是介於600°C至1200eC之間，更特 定地是約900°C，由一根據白努利原理操作之棒所輸送β 一介於該被徵撐的晶圓14與上壁52之間之第一或上 冷卻件5 8被支撐於晶圓14之上。該上冷卻件5 8係可移 動地被一活塞60所支撐，該活塞向上延伸穿過上室壁 52 ’活塞60在該處連接至一第一或上作動器62。冷卻件 5 8最好是在冷卻步驟之間被主動地冷卻，更佳的是在晶圓 被處理通過該系統期間被持績地冷卻。例如，活塞60可 包括内部管路用以循環冷媒，冷媒可在第4Α圖的位置及 在第4Β圖的位置對流地冷卻該冷卻件58，這將於下文中 說明。 在晶圓的裝載/卸載為置上，上冷卻件5 8被充分地間 第17頁 本紙張尺度適用_國国豕標準（CNS)A4規格（2iq X 297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂··
Jr· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449772 A7 B7 五、發明說明（) 隔於晶圓14之上用以提供空間讓高溫晶圓運送器能約牌 晶圓裝載至該冷卻站5 0上。能夠使用高溫棒是較有利的， 因為它不會接觸到晶圓的上表面且在晶圓14被運送時是 對流地來冷卻晶圓14 » 在其它的架構中’上冷卻件可被移動用以與在晶圓裳 載模式中提供此空間3在仍為其它的架構中，當裝載輿卸 載都是由一只從晶圓的底下來支撐晶圓之晶圓運送器 (如’托盤或叉子）來實施時，此空間即不需要，且該上A 卻件可被固定在一靠近該晶圓上表面的位置α 冷卻站50亦包括一第二或下冷卻件64 ’其被支撐於 該晶圓14與下室壁54之間。在此實施例中，下冷卻件 係可移動地被一柱66所支撐，其延伸穿過下室壁54到達 —第二或下作動器68。該下冷卻件64最好亦是被主動地 冷卻〇 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 與上冷卻件5 8相同的’下冷卻件64被間隔於晶圓j 4 底下以允許一晶圓運送器’特別是一槳葉，接近，該藥葉 是被設計來將一晶圊移入及移出—晶圓匣盒的β再者，使 用一槳葉來將一晶圓輸送於匣盒與冷卻站之間是所想要 的，因為其可插入在一標準匣盒中的兩片晶圓之間a例 如’一用來將晶圓從站50上卸下之低溫晶圓運送器可包 括一叉子或托盤其延伸至晶圓14底下。當在晶圓14咸不 時，該運送器只將晶圓1 4稍微地舉起離開銷56，並將晶 圓14送至在一負載鎖定室中的一晶圓貯存匣中β 在另一架構中，該下冷卻件可被降低用以只在晶圓卸 第18頁
4 4 9-772 A7 B7 五、發明說明（〉 載模式中提供此空間，且其可在基材冷卻（第4B圖）與晶 圓裝載兩個模式中都能夠被保持靠近該晶圓。在仍為另一 架構中’當裝載與卸载都是由一只從晶圓的頂上來支撐晶 圓之晶圓運送器（如，根據白努利原理來操作的運送器）來 實施時，此空間即不需要，且該下冷卻件可被固定在一靠 近該.晶圓下表面的位置.。 參照.第4B圖，冷卻站50是在一基材冷卻位置上。如 所示的，上冷卻件58被降一至一靠近晶圓14的上表面的 位置’用以允許熱從晶圓傳遞至該冷卻件58»介於上冷卻 件5 8與晶圓14的平行表面之間的間隙是小於5mm，最好 是介於0.2mm至3mm之間，更佳的是介於〇.5mm至1.5mm 之間。 較佳地，下冷卻件64亦被升高至一靠近晶圓14的下 表面的位置，用以允許熱從晶圓傳遞至該下冷卻件6扣介 於下冷卻件64與晶圓14之間的間隙與介於上冷卻件58 與晶圓14之間的間隙相同a 最好是，冷卻站5 0捤供晶圓14之兩相反{ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 的熱
傳遞，可藉.以快速地冷御該晶圓11因為冷卻站 圓1 4冷卻至低於前述實施例的溫度之低溫，所以 導的熱傳遞在實用上是有利的’因為幅射熱傳遞在低遠 並不是主要的途徑*最好是’冷卻站50被保持在冷卻位 置直到晶圓1 4冷卻至該運送器及/或E盒能夠忍受的溫度 為止。因此，在將晶圓14卸下放入高溫匿盒中之前站50 最好被保持在冷卻位置’直到晶圓14冷卻至低於17〇。(：的 第19頁 449772 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消+-t合作杜印製 五、發明說明（） 溫度。在另一架構中，晶圓1 4最好被冷卻至低於1 00 C或 80 °C，視被使用之匣盒的溫度敏感度而定° 將被瞭解的是，描述於上文中之基材冷卻系統具有極 大的應用彈性且可被應用於許多現有的系統中°描述於本 文中之實施例有助於在運送晶圓之前快速的冷卻晶圓。該 晶圊因而可被很快地從處理室中被移出，使得該室能夠很 快的繼續處理第二片晶圓。相同的，基材可更快速地被冷 卻至一匣盒貯存溫度，使得為了貯存的冷卻不會對基材通 過一處理系統的速度產生限制。晶圓的冷卻可藉由在運送 該晶圓之前將晶圓表面靠近一散熱器，或相反的將散熱器 靠近晶圓表面而被大幅地提升》散熱器可以是反應器的一 冷的元件，或是一安裝在該處理室中為了冷卻的目的之一 分離的元件。在不同的實施例中，特定的散熱器可被作成 任何適當的形狀。然而，反應器壁的冷卻表面或該板子是 平面的且當該系統是在冷卻模式中時與被處理的晶圓表 面大致成面對面的平行關係是較有利的。以此方式，該晶 餘在預冷卻步騾中即不需從晶圓支撐結構上被取下。 介於冷卻表面與晶圓表面之間的距離可以儘量地 小。然而，該晶圓與冷卻表面最好是不要接觸。對於一般 的操作而言’該間隙最好是小於3mm，更佳的是介於 0.5mm至1.5mm之間，而最佳的是约1〇mm。該冷卻可在 任何壓力下被實施’例如，在大氣壓力下或在降壓之下， 只要該壓力是在黏滯的規範之内即可β 熟悉此技藝者應會瞭解的是’許多不同的修改及變化 第201 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁)
-SJ. -線. 4 497 72 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 可在沒有偏離本發明的範圍下被達成。此等修改及變化都 是在以下的申請專利範圍所界定之本發明的範圍之内。
本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 449772 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 1. 一種用來處理在一處理室中的基材的方法，該方法至少 包含： 將一基材裝載於該室的一支撐結構上； 將該基材加熱到至少一處理溫度； 於該處理溫度下，在一處理位置處理該基材； 在處理該基材之後，移動在該室内的一元件用以將 該基材及一散熱器的一冷卻表面送至一冷卻位置，其中 該基材在該位置將熱散至該冷卻表面上；及 該基材及該冷卻表面被保持在該冷卻位置。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基材與該冷 卻表面在冷卻位.置時彼此間隔約0.2mm/至3 .Omm。 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基材與該冷 卻表面在冷卻位置時彼此間隔約〇 5 mm至1.5 mm。 4. 如申請專利範園第1項所述之方法，其進一步包括在保 持該基材與該冷卻表面於冷卻位置之後將該機詞駿從 該支撐結構上移走，將該基材從該室中移出，及將一第 二基材裝載至該支撐結構上。 5. 如申請專利範園第1項所述之方法’其中移動該元件包 括了移動該散熱器。 第22頁 本紙張尺度適用中國國家梯準（0阳）八4規格（21〇><297公楚：） --------— (請先聞讀背面之注項再填寫本頁) 訂 線-Q. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 J 449772 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 ρ» III ^ 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第l項所述之方法，其中該散熱器係被 主動地冷卻》 7, 如申請專利範圍第6項所述之方法，其進一步包括在保 持該基材與該冷卻表面於冷卻位置之後將該散熱器從 冷卻位置撤至一被主動地冷卻的位置。 8 -如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該元件包括該 支撐結構，及該方法造一步包括在將該基材從支撐結構 上移走之前將該元件從冷卻位置撤離。 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該散熱器包括 該處理室的一壁的至少一部分，及移動該元件包括移動 該支撐結構。 ίο.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該散熱器包括 一冷卻板，及移動該元件包括移動該板* ,,立Φ該冷卻表面與 11, 如申請專利範圍第1項所述之万法其中 在冷卻位置之該基材的一表面大致平行。 # 包括當在 12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進 Ύ 該冷卻該基材時，提供一沖洗氣禮至該至 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁)
    第23頁
    本紙張尺度適率（CNS)A4ffiJ5· (210><297公釐) 4497 72 AS B8 C8 D8 六、申請專利範圍 13. 如申請專利範圍第1項所述之方法’其中一室壓被保持 在可在冷卻位置上之該基材與該冷卻表面之間獲得一 黏滯性流的水平。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法’其中在處理及冷卻 位置時，該基材都保持著被支撐於該基材支撐結構上。 15. 如申請專利範圍第1項所述之方法’其進一步包括在冷 卻位置時轉動該基材。 1 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該支撐結構包 括一基板。 17.—種用來冷卻一基材的方法，該基材在其被支撐於一處 理室中的一第一位置時於至少一處理溫度下被處理，該 方法至少包括將該基材從一第一位置移動至一靠近在 該處理室内之一冷的元件的第二位置，將該基材被保持 在第二位置，及讓熱從該基材傳遞至該冷的元件直到其 冷卻至一比處理溫度低的運送溫度為止。 1 8.如申請專利範圍第1 7項所述之方法’其中該冷的元件 包括該處理室的一冷壁’該壁包含一材料其對於幅射熱 大體上是透明的。 第241 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（21〇><297公釐） ---------Λ2ΤΙ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ίΤΓ- 線人Τ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449772 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 9.如_請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該壁是藉由 強迫性的對流而被主動地冷卻。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2〇.如申請專利範園第丨8項所述之方法，其中該基材具有 —上表面，該壁具有一平的内表面，及該等表面在第二 位置時係被置放成彼此面對且平行。 21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該基材的上 表面及該冷壁的内表面在第一第二位置時係大致水平 的ο 22. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該基材與該 冷的元件之相鄰近的表面在第二位置時係彼此相間隔 約0.2mm至3mm的距離。. 23. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該基材與該 冷的元件之相鄰近的表面在第二位置時係彼此相間隔 約0.5mm至1.5mm的距離。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 24. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該處理溫度 是在1000°C至1200°C之間，該運送溫度是低於90(TC， 及該基材被保持在第二位置的時間少於6 0秒。 25. 如申請專剝範園第24項所述之方法’其中該基材被保 第25頁 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4規格（210X29?公釐） 449772 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 持在第二位置的時間少於1 〇秒。 26. 如申請專利範園第1 7項所述之方法’其令該處理溫度 是在600。(：至1200°C之間，該運送溫度是低於600°C， 及該基材被保持在第二位置的時間少於6〇秒。 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法’其中該基材被保 持在第二位置的時間少於1 0秒3 28. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該基材在第 一及第二位置時都是被一基材支撐結構所支撐，且移動 該基材包括了移動該基材支撐結構° 2 9.如申請專利範圍第1 7項所述之方法’其中該基材支撐 結構包括一被一拍所支撐的基板，及移動該基材支撐結 構包括了垂直地延伸該軸向尚朝向該元件。 30.—種在一室中將一半導體基材從一第一溫度冷卻至一 第二溫度的方法，該方法至少包含： 將一冷卻件從一收回的位置移動至一與該基材接近 且但間隔開來的位置’在該收回的位置時該冷卻件具有 一比第二溫度低的第三溫度； 將該冷卻件袜保持在與該基材接近且分隔開來之接 近位置直到該基材冷卻至該第二溫度為止； 第26頁 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS ) A4規格（210X297公優） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言+ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449772 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 AS B8 C8 P8 ______ 六、申請專利範圍 在該基材冷卻至該第二溫度之後，用-基材運送裝 置將該基材舉起。 31.如申請專利範圍第30項所述之方法，其中該冷卻件在 收回的位置時是在一被主動地冷卻的結構中。 3 2 ·如申請專利範圍第3 0項所述之方法，其進一步包括將 該冷卻件從與該基材相鄰近的位置撤回至該收回的位 置。 、 3 3 .如中請專利範圍第3 0項所述之方法，其中移動該冷卻 件包括水平地將該冷卻件移動至與該基材相鄭的位 置，該冷卻件具有一冷卻表面其與該基材的上表面平行 且垂直地間隔開。 3 4.如申請專利範圍第3 3項所述之方法，其中該基材的上 表面與冷卻件的冷卻表面相距約0 · 5至1.5的距離。 3 5.如申請專利範圍第3 3項所述之方法，其中該冷卻件在 收回的位置時係被遮蔽於一處理室中與熱源隔離* 36.如申諳專利範圍第30項所述之方法，其進一步包括移 動一第二冷卻件至一與該基材之面向該冷卻件的面相 反的面鄰近的位置且與其間隔開來，且同時将熱從該基 第27頁 --- _ 圓 .· ______ 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 一 --------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) S1T- 線 449772 Α8 Β8 C8 D8 々、申請專利範圍 材傳遞至該冷卻件及該第二冷卻件β 3 7.如申請專利範園第3 6項所述之方法，其中該第二冷卻 件包括在一被支撐於銷上的晶圓底下之可活動的平 台。 3 8.如申請專利範圍第3 6項所述之方法，其中該室包括一 與該基材處理室相鄰的冷卻室。 3 9.—種用於高溫基材處理的處理反應器，該反應器至少包 含： 多個界定一處理室的室壁； —在該室中的基材支撐結構； 一熱源用來加熱在該基材支撐結構上的基材； 一在該室内的散熱器； —在該室内的活動件；及 一驅動機構用來將該活動件從在該室.内的一第一位 置移動至一第二位置，在該第一位置時可處理被該基材 支撐結構支撐的基材，在該第二位置時，該散熱器與該 基材相距一非常小的距離，其小到足以讓熱傳遞於該散 熱器與在該第二位置上的該基材之間。 40.如申請專利範圍第39項所述之反應器’其中該活動件 包括基材支撐結構。 第28頁 本紙張尺度適用中画國家標準（CNS〉Α4規格（210χ297公褒） ---------莫ϋ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1Τ 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8888 ABCD 449772 、申請專利靶圍 41. 如申請專利範圍第40項所述之反應器’其中該散熱器 包括該等界定該處理室的室璧中的一者。 42. 如申請專利範圍第39項所述之反應器’其中該活動件 包括該散熱器° 43. 如申請專利範圍第42項所述之反應器’其中該散熱器 包括一冷卻板及該板在第一位置時係被辟存在一被主 動地冷卻的凹處内。 44. 如申請專利範圍第43項所述之反應器’其該板子在第 二位置時係延伸於在該基材支撐結構上的基材之上。 4 5. —種基材處理系統，其至少包含一高溫處理室，一位在 該室内之基材固持件，一冷卻件及一冷卻遮板其被作成 可遮蔽該冷卻件免於在高溫處理期間受熱，一支撐該冷 卻件之活動臂，及一驅動機構其可將該活動件及冷卻件 從一第一位置伸長至一第二位置，在第一位置時’該冷 卻件靠近該冷卻遮板，而在第二為置時，該冷卻件則靠 近該基材固持件。 4 6.如申請專利範園第45項所述之基材處理系統’其中該 冷卻遮板是被循環流體所主動地冷卻。 第29頁 本紙浪尺度逋用中國國家標半（CNS >A4規格（210x297公釐） ^^^1 —^ϋ tut n Γ—t (^11 ^^^1 HI naI I (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4497 72 A8 BB C8 D8 六、申請專利範圍 4 7.如申請專利範圍第4 5項所述之基材處理系統，其中該 冷卻遮板包括一由多個包園在第一位置之該冷卻件的 壁所形成之凹處·> 4 8 .如申請專利範圍第4 7項所述之基材處理系统，其中該 冷卻件在第一位置時與該等壁相距小於3mm的距離。 49, 一種在一基材處理系統中之冷卻機構’該冷卻機構至少 包含： 一支撐結構，其被作成可支撐一基材的形狀； 一第一冷卻件；及 一第二冷卻件_， 其中該支撐結構，第一及第二冷卻件可相對移動於 一冷卻位置與一基材裝載位置之間，在該冷卻位置時， 該基材靠近該第一及第二冷卻件且與它們間隔開，在基 材裝載位置時，一晶圓運送器將該基材裝載到該支撐結 構上。 50. 如申請專利範園第49項所述之冷卻機構，其中該支撑 結構包括多個垂直定位的銷》 5 1.如申請專利範園第49項所述之冷卻機構，其中第一及 第二冷卻件都是被主動地冷卻。 第30頁 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1β 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 9 1- 2 8 8 8 8 ABCD 申請專利範圍 52·如申請專利範圍第49項所述之冷卻機構，其中第一及 第二冷卻件可在基材的相對侧作垂直的移動。 (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 J. 第31耳 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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