TWI429873B - 基板處理裝置及基板冷卻方法 - Google Patents

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Description

基板處理裝置及基板冷卻方法
本發明係關於一種包含將基板搬入或將基板搬出之載入鎖定室之基板處理裝置及基板冷卻方法。更詳細而言，本發明係關於一種能夠於載入鎖定室內，使帶有熱量之基板適當地冷卻之後，將基板向載入鎖定室外取出的基板處理裝置及基板冷卻方法。
半導體製造裝置通常具有在減壓下或真空下處理半導體基板之複數個處理室。將半導體基板根據預先決定之製造步驟，連續導入至進行製造步驟之複數個處理室。於各處理室中，對基板進行特定之處理。
又，根據製造步驟，於特定之處理開始前及結束後，處理室之內部通常保持為真空。因此，於將半導體基板搬入至處理室或自處理室搬出之情形時，需要載入鎖定室。於該載入鎖定室中，為使其內部壓力成為真空而減壓，或恢復至大氣壓。
作為此種半導體製造裝置，近年來，多用有多腔室方式之半導體製造裝置。多腔室方式之半導體製造裝置具有如下構造：於內部配置有基板搬送機器人之核心室(搬送室)之周圍，配置有收容被處理基板之單個或複數個載入鎖定室、與對被處理基板進行成膜、蝕刻等特定之真空處理之複數個處理室。而且，於載入鎖定室與處理室之間搬送基板之步驟、及於一處理室與另一處理室之間搬送基板之步驟係藉由使用配置於核心室內之基板搬送機器人而進行(例如，參照日本專利特開2009-206270號公報)。
此處，將半導體基板自載入鎖定室搬送至處理室之通常之搬送步驟如以下所述。於大氣環境中將半導體基板導入至載入鎖定室內，其後，將載入鎖定室之內部減壓，變為真空環境。繼而，藉由設置於鄰接於載入鎖定室之核心室中之基板搬送機器人，將半導體基板自載入鎖定室經由核心室向處理室搬送。其後，於製程腔室內，對半導體基板實施處理操作(例如蝕刻、氧化、化學氣相蒸鍍等)。
將處理後之半導體基板與將半導體基板搬送至處理室時相同，藉由基板搬送機器人自處理室經由核心室向載入鎖定室返回。載入鎖定室之內部，於將基板自上述載入鎖定室搬送至處理室以後，一直保持為真空。於半導體基板返回至載入鎖定室之後，將氮氣(N2 )等淨化氣體供給至載入鎖定室內，使載入鎖定室之壓力恢復為大氣壓(大氣排放)。於載入鎖定室之壓力達到大氣壓之後，將經處理之半導體基板移至基板匣，進行下一個處理步驟。
然而，於此種多腔室方式之半導體製造裝置中，於實施使基板成膜等處理之情形時，於高溫下實施處理。將實施有處理之基板例如於維持500℃左右之高溫之狀態下自處理室取出，搬送至載入鎖定室。然而，於此種高溫狀態下若將基板暴露於大氣中則使基板氧化。又，若將高溫狀態之基板收納至收納容器中，則通常產生使樹脂製之收納容器熔化等不良情況。
為避免此種不良情況，於使載入鎖定室內之壓力自真空恢復至大氣壓之期間進行冷卻基板。例如，於載入鎖定室內所配置之平台上載置基板，於平台與基板之間進行熱交換，藉此冷卻基板。
然而，先前，於進行基板之冷卻與大氣排放之載入鎖定室中，有不能充分獲得冷卻速度之情形，且有配置於大氣環境中之搬送機器人產生搬送錯誤，裝置停止之問題。又，作為使基板充分冷卻之對策，於在載入鎖定室中延長基板待機之時間之情形時，有導致處理量降低之問題。
進而，若於基板冷卻中在基板面內產生冷卻溫度之分佈差，則基板翹曲，基板之一部分離開平台，故有基板之冷卻時間變得非常慢之問題。又，有因翹曲之衝擊使基板破裂之問題。
本發明係考慮此種情形而開發者，故將提供於基板之冷卻時，能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板之基板處理裝置作為第一目的。
又，本發明係將提供於在基板處理裝置中冷卻基板時，能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板之基板冷卻方法作為第二目的。
本發明之第1形態之基板處理裝置包含：腔室；平台，其具有設有槽部之面，且配置於上述腔室內，以於上述面上形成微小之間隙部之方式載置基板，藉由與上述基板接觸並進行熱交換而冷卻上述基板；氣體供給部，其位於較上述平台上所載置之上述基板之第1面更上側，並且向上述腔室內之空間即第一空間導入特定之氣體；及控制部，其以使上述第一空間之第一壓力比第二空間之第二壓力大之方式而控制上述第一壓力及上述第二壓力，該第二空間位於較上述基板更下側，並且包含設置於上述平台與上述基板之第2面之間的上述間隙部及上述槽部。
於本發明之第1形態之基板處理裝置中，較佳為上述控制部以使上述第一壓力及上述第二壓力之壓力差成為5×10[Pa]以上1×105 [Pa]以下之方式，對上述第一壓力及上述第二壓力進行特定時間控制。
於本發明之第1形態之基板處理裝置中，較佳為上述氣體供給部向上述第一空間導入之氣體係於使上述腔室內之環境自真空恢復至大氣環境時向上述腔室內供給之氣體。
於本發明之第1形態之基板處理裝置中，較佳為上述平台包含使上述基板之上述第2面與上述平台接觸之接觸部，且上述接觸部之表面粗糙度Ra為1.0 μm以上。
於本發明之第1形態之基板處理裝置中，較佳為於上述平台上設置有上述基板之狀態下，在上述平台與上述基板之上述第2面之間存在3.5 cm3 以上之上述間隙部。
於本發明之第1形態之基板處理裝置中，較佳為於將上述平台與上述基板接觸之接觸面積以S1表示，且將上述平台與上述基板未接觸之非接觸面積以S2表示之情形時，相較於上述平台之中央區域之比率S1/S2，上述平台之外周區域上比率S1/S2較小。
於本發明之第1形態之基板處理裝置中，較佳為上述平台包含上述基板之上述第2面與上述平台接觸之接觸部，且位於上述平台之中央區域之上述接觸部的高度低於位於上述平台之外周區域之上述接觸部的高度。
本發明之第2形態之基板冷卻方法使用基板處理裝置，該基板處理裝置包含：腔室；平台，其具有設有槽部之面，且配置於上述腔室內，以於上述面上形成微小之間隙部之方式載置基板，藉由與上述基板接觸並進行熱交換而冷卻上述基板；及氣體供給部，其位於較上述平台上所載置之上述基板之第1面更上側，並且向上述腔室內之空間即第一空間導入特定之氣體。於本發明之第2形態之基板冷卻方法中，於藉由使上述基板與上述平台接觸並進行熱交換而冷卻上述基板時，以使上述第一空間之第一壓力比第二空間之第二壓力大之方式，對上述第一壓力及上述第二壓力進行特定時間控制，該第二空間位於較上述基板更下側，並且包含設置於上述平台與上述基板之第2面之間的上述間隙部及上述槽部。
本發明之第1形態之基板處理裝置包含向位於較平台上所載置之基板之第1面更上側之第一空間導入特定之氣體的氣體供給部，且具有以使第一空間之第一壓力P1 比第二空間之第二壓力P2 大之方式，對壓力P1 、P2 進行特定時間控制之控制部。因此，於藉由使基板與平台接觸並進行熱交換而冷卻基板時，藉由第一空間與第二空間之壓力差而將基板壓附於平台上。因此，可使變形為凸狀而翹曲之基板以具有均勻之溫度分佈之方式冷卻。進而，可抑制於冷卻中產生之向上方變形之基板之翹曲(凸狀之翹曲)。藉此，基板不會自平台上浮，可確保平台與基板接觸之接觸面積。其結果，本發明可提供能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板之基板處理裝置。於採用上述平台之情形時，能夠於設計平台時，控制基板與平台之間之接觸面積。因此，亦可防止基板上過度產生凹狀之翹曲。
又，於本發明之第2形態之基板冷卻方法中，於藉由使基板與平台接觸並進行熱交換而冷卻基板時，以使第一空間之第一壓力P1 比第二空間之第二壓力P2 大之方式而對壓力P1 、P2 進行特定時間控制。因此，可藉由第一空間與第二空間之壓力差之作用，而將基板壓附於平台上，抑制向上方變形之基板之翹曲(凸狀之翹曲)。藉此，基板不自平台上浮，可確保平台與基板接觸之接觸面積。換言之，能夠將平台與基板之距離較小之狀態延續至基板整個表面(基板背面之廣大區域)而保持。其結果，本發明可提供能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板之基板冷卻方法。
以下，一面參照圖式一面對本發明之基板處理裝置進行詳細說明。再者，於以下之說明所使用之圖式中，將各構成要素設為於圖式上可識別程度之大小，故為方便起見，各構成要素之尺寸及比率適當地與實際之情形不同，清楚地說明本發明之特徵。
於本實施形態中，列舉於多腔室方式之真空處理裝置中，適用於載入鎖定室之情形作為一例說明本發明。本發明不限定於載入鎖定室，可適用於各種基板處理裝置。再者，此處載入鎖定室係連接於製程室(處理室)之腔室，其係於製程室中將處理之基板取出至大氣環境時所使用之裝置。
圖1係本發明之實施形態之多腔室方式之真空處理裝置1的概況構成圖。該真空處理裝置1包含：收容被處理基板(以下僅稱為「基板」)之載入鎖定室3A、3B(3)，對基板進行特定之真空處理之處理室4A~4D(4)，及進行在載入鎖定室3A、3B與處理室4A~4D之間之基板之交接的核心室(搬送室)5。
載入鎖定室3A、3B(3)具有相同之構成，於內部設置有能夠收容特定枚數之基板之基板保管庫(圖示略)。載入鎖定室3A、3B分別連接有排氣系統，為使各載入鎖定室3A、3B之內部成為真空而可獨立排氣(真空排氣)。再者，載入鎖定室3A、3B如圖示之例所示不限定於設置有複數個之情形，亦可為單個。
處理室4A~4D(4)由蝕刻室、加熱室、成膜室(濺鍍室、CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)室)等所構成，於本實施形態中，處理室4A~4D(4)之任一者均為成膜室。處理室4A~4D分別連接有排氣系統(圖示略)，為使各處理室4A~4D之內部成為真空而可獨立排氣(真空排氣)。又，各處理室4A~4D分別連接有根據製程之特定之成膜氣體(反應氣體、原料氣體、惰性氣體等)的氣體供給源(圖示略)。
核心室5構成為於內部具有基板搬送機器人6，在載入鎖定室3A、3B與處理室4A~4D之間，或在處理室4A~4D之間，進行基板2之交接。核心室5連接有排氣系統(圖示略)，為使核心室5之內部成為真空而可獨立排氣(真空排氣)。又，核心室5連接有氣體源(圖示略)，可藉由自氣體源導入至核心室5之調壓氣體，而將核心室5之內部壓力維持為特定壓力。
圖2係模式性地表示設置於載入鎖定室3內之本發明之基板處理裝置之一實施形態的剖面圖。
本實施形態之基板處理裝置10(3)包含：腔室11、平台12、及氣體供給部15。平台12配置於腔室11內，且具有設有槽部13之面12a。以於面12a上形成微小之間隙部19之方式載置基板2。又，平台12藉由與基板2之第2面2b(其他面)接觸並與基板2進行熱交換，而冷卻基板2。又，氣體供給部15位於較平台12上所載置之基板2之第1面2a(一面)更上側，並且向作為腔室11內之空間的第一空間α導入特定之氣體。
進而，本實施形態之基板處理裝置10(3)具有控制基板2之上側之空間之壓力(第一壓力)與基板2之下側之空間之壓力(第二壓力)的控制部。具體而言，控制部以使第一空間α之第一壓力P1 (藉由壓力計17a而測定之測定值)比第二空間β之第二壓力P2 (藉由壓力計17d而測定之測定值)大之方式而控制壓力P1 、P2 ，該第二空間位於較基板2更下側，並且包含設置於平台12與基板2之第2面2b之間的間隙部19及槽部13。
於圖2所示之基板處理裝置10(3)中，作為控制部之構造，表示有如下構造：個別地設置有控制壓力P1 之第一控制部17α(17)、及控制壓力P2 之第二控制部17β(17)。第一控制部17α例如由壓力計17a、流量計17b、閥門17c等所構成。第二控制部17β例如由壓力計17d、流量計17e、閥門17f、排氣部17g等所構成。又，於圖2所示之基板處理裝置10中之第二控制部17β中，除上述壓力計17d、流量計17e、閥門17f、排氣部17g以外，配置有使第二空間β與大氣環境連通之閥門17h。
本實施形態之基板處理裝置10包含將特定之氣體導入至第一空間α之氣體供給部15，且具有以使第一空間α之壓力P1 比第二空間β之壓力P2 大之方式而控制壓力P1 、P2 的控制部17α、17β(17)。因此，於藉由使基板2與平台12接觸且使用第二空間β內之氣體之熱交換而冷卻基板2時，壓力P1 、P2 之壓力差(差壓)僅在特定時間產生。故，藉由第一空間α與第二空間β之壓力差將基板2壓附於平台12上。因此，可抑制基板2之中央部位於其外周部之上方之情形之翹曲(凸狀之翹曲)的產生。藉此，基板2不自平台12上浮，可確保平台12與基板2接觸之接觸面積(即，於基板2之整個表面上，具有平台12與基板2之距離較近之狀態之區域的總面積)。其結果，於本實施形態之基板處理裝置10中，能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板2。
產生壓力P1 、P2 之壓力差(差壓)之情況係藉由圖10所示之圖表而例示。當開始向第一空間α供給氣體時，第一空間α之壓力P1 按圖10所示之實線所示之方式變動(舉動)，第二空間β之壓力P2 按圖10所示之點劃線所示之方式變動(舉動)。即，當開始氣體之供給時，相對於第一空間α之壓力P1 上升，第二空間β之壓力P2 僅在特定時間(於圖10中，大約為5秒鐘)立刻出現延遲壓力上升之傾向。
於上述特定時間之範圍內，藉由產生壓力P1 、P2 之壓力差(差壓)，將基板2壓附於平台12上。又，若壓力P2 成為50 Pa以上，則發揮如下之本發明之作用、效果：第二空間β內之氣體之熱交換起主要作用，基板2所保持之熱量積極地向平台12轉移，進而顯然基板之冷卻成為可能。
腔室11連接有排氣部16，為使腔室11之內部成為真空而獨立排氣(真空排氣)。又，腔室11連接有氣體供給部15，可藉由自氣體供給部15導入至腔室11之氣體，將腔室11之內部壓力維持為特定壓力。
平台12配置於腔室11內，且具有設有槽部13之面12a。又，以於平台12之面12a上具有微小之間隙部19之方式載置基板2。藉由平台12與基板2接觸並進行熱交換而冷卻基板2。
於平台12之外周設置有具有1 mm左右之高度之堤，可防止基板2之位置偏移。
又，於平台12上設置有複數個貫通孔18。於該貫通孔18中，插入用以升降基板2之升降銷20。又，升降銷20能夠通過貫通孔18，相對於平台12之表面(上表面)突出、或下降(隱沒)。將升降銷20固著於桿21上，經由可伸縮之波紋管22，連接於氣缸等驅動機構23。
而且，藉由驅動氣缸等驅動機構23，而桿21升降。於交接基板2之情形時，使升降銷20自平台12之表面(上表面)突出。又，於將基板2載置於平台12之表面12a(上表面)上之情形時，使升降銷20下降(下沉)至平台12之表面12a(上表面)以下。
又，於本實施形態之基板處理裝置10中，於平台12上形成有槽部13。藉由於平台12上設有槽部13，使自氣體供給部15導入至腔室11內之氣體通過該槽部13進入基板2與平台12之間的空間。藉此，主要藉由進入間隙部19之氣體作為熱媒而作用，從而在平台12與基板2之間促進熱交換，故有效地冷卻基板2。
進而，為防止由基板2之外周部急遽地冷卻而導致基板2翹曲為凸狀，故作為相較基板2之中央部(內周部)於外周部上減少接觸區域之方案之一，於平台12之俯視圖中以使槽部13之面積變大之方式設計平台12較好。藉此，控制基板2之冷卻速度，可減輕基板2之中央部與外周部上之冷卻之偏倚的產生，故進而可抑制基板2之翹曲之產生。
圖3係模式性地表示於載入鎖定室100(3)中，本發明之基板處理裝置之一實施形態的剖面圖。圖3所示之裝置僅包含第一控制部17α(17)作為控制部，省略第二控制部17β(17)。該構造與圖2所示之裝置不同。於圖2所示之基板處理裝置中，於能夠掌握僅在特定時間產生之壓力P1 、P2 之壓力差(差壓)之傾向(例如，如圖10所示，氣體導入後之經過時間(橫軸)與壓力P1 、P2 之舉動的關係)之情形時，未必需要構成第二控制部17β(17)或第一控制部17α之壓力計17a及流量計17b。
再者，於日本專利特開2009-206270號公報中，於平台(下部冷卻板)上設置突起(晶圓支撐銷)，藉由該晶圓支撐銷，於與平台稍稍隔離之位置上支撐基板。
對此，於本發明之實施形態中，於平台12上設有槽部13。藉由於平台12上設置槽部13而非突起，基板2與平台12未以點接觸(即，非點接觸)，而以面接觸(面接觸)。藉此，可廣泛地確保基板2與平台12接觸之接觸面積，在平台12與基板2之間進行熱交換，可提高冷卻效率。
又，藉由於平台12上設置槽部13，而週期性地設置有使平台12與基板2成為非接觸之空間，可防止基板2自平台12滑落。於在基板2之第2面2b與平台12之間未形成一個氣體導入槽之構成中，將第2面2b與平台12之間保持為真空狀態。因此，若於基板搬送時提昇升降銷20舉起基板2，則基板2自平台12稍稍彈起。因此，藉由將槽部13設置於平台12之一個位置以上之部位，使基板2之第1面2a所露出之空間(第一空間α)之壓力與基板2之第2面2b所露出之空間(第二空間β)之壓力的差(壓力差)發揮作用，可防止基板2翹曲為凹形狀，並且結束基板2之冷卻。經過一定時間之後為使第一空間α與第二空間β之差壓大致消失而決定最適合之槽部13之傳導，藉此可防止基板2自平台12彈起。
再者，具有藉由於平台12上形成槽部13，而降低附著於基板2之第2面2b上之灰塵之量的效果。
作為此種槽部13之形態未特別限定，例如，如圖4所示，亦可將槽部13設置為同心圓狀，例如，如圖5所示，亦可將槽部13設置為放射狀。又，亦可採用將放射狀之槽部13與同心圓狀之槽部13組合而成之構造。
又，較佳為，構成上述平台12，且與上述基板2之第2面2b接觸之部位14(接觸部)之表面粗糙度Ra為1.0 μm以上。若向位於基板2之上側之空間導入氣體，則氣體自基板2之外側進入基板2與平台12之間之間隙部19。藉由導入至間隙部19之氣體，進行基板2與平台12之熱交換，且基板2之外周區域比基板2之中央區域更快地被冷卻。
基板2之外周區域與中央區域之最大溫度差係根據平台12之部位14之表面粗糙度與氣體之導入速度的關係而變化。尤其，於平台12之表面粗糙度Ra為1 μm以下之情形時，在基板2之第2面2b與平台12之間，氣體難以進入位於基板2之中央區域之間隙部19，易於產生外周區域與中央區域之溫度差。就結果而言，產生基板2之外周區域藉由冷卻而收縮、基板2之中央區域不收縮之狀態。藉此，產生使基板2之外周區域收縮之應力，且產生使基板2變形為凸狀之翹曲。就結果而言，無法充分確保基板2與平台12接觸之接觸面積，且難以迅速且均勻地進行基板2之冷卻。
以使平台12之表面粗糙度Ra成為1.0 μm以上之方式使平台12之表面變粗糙，藉此能夠向基板2與平台12之間之間隙部19導入氣體，且能夠高效地冷卻基板2。
進而，較佳為於平台12上設置有基板2之狀態下，在平台12與基板2之第2面2b之間存在具有3.5 cm3 以上之間隙的間隙部19。若形成有3.5 cm3 以上之空間(間隙部19)，則於1×105 Pa等高壓下，降下升降器而將基板設置於平台上時，可防止設置於基板2之下之空間(間隙部19)之壓力上升而基板橫滑。
藉由確保在平台12與基板2之第2面2b之間具有特定以上之容積之間隙部19，於將氣體導入至第一空間α時，可高效地使氣體進入基板2與平台12之間之間隙部19，且可更高效地冷卻基板2。
再者，於在平台12上將槽部13設置為同心圓狀之情形時，將平台12與基板2接觸之接觸面積以S1表示，且將平台12與基板2未接觸之非接觸面積以S2表示時，接觸面積S1與非接觸面積S2之比率(S1/S2)較佳為，相較平台12之中央區域上之值(比率S1/S2)，外周區域上之值(比率S1/S2)較小。即，如此設定比率之構造係為使基板2之中央區域比基板2之外周區域更早冷卻而對接觸面積之比率賦予變化。可藉由使平台12之中央區域上之值(比率S1/S2)變大，即，使中央區域上之基板2與平台12接觸之接觸面積變大，而使基板2之中央區域比基板2之外周區域更早冷卻。
又，於在平台12上將槽部13設置為同心圓狀之情形時，如圖6所示，亦可構成平台12。具體而言，於與基板2之第2面2b接觸之平台12之部位14中，位於中央區域14c之部位14的高度h1亦可比位於外周區域14p之部位14的高度h2低。
若部位14之高度全部相同，則於基板2以變形為凹狀之方式翹曲之情形時，於基板2之外周區域中，無法密封基板2與平台12之間之空間。為解決該問題，於自外周區域14p向中央區域14c之方向上，為使部位14之高度逐漸地變低而決定部位14之高度，藉此於基板2之外周區域14p中，可確保平台12與基板2之接觸。
氣體供給部15位於較平台12上所載置之基板2之第1面2a更上側，並且向腔室11內之空間即第一空間α導入特定之氣體。導入至第一空間α之氣體通過形成於平台12上之槽部13而進入基板2與平台12之間之空間(第二空間β)，經由存在於第二空間β內之氣體進行熱交換，而冷卻基板2。
氣體供給部15向第一空間α導入之氣體係於使腔室11內之環境自真空恢復為大氣環境時向腔室11內供給之氣體。作為此種氣體之種類，未特別限定，例如可列舉：氮氣、氬氣、氦氣、氙氣等化學性穩定之氣體。
而且，本實施形態之基板處理裝置10(3)包含控制部17。該控制部17以使第一空間α之第一壓力P1 比第二空間β之第二壓力P2 大之方式而控制第一壓力P1 及第二壓力P2 ，該第二空間β位於較基板2更下側，並且包含設置於平台12與基板2之第2面2b之間的間隙部19及槽部13。
於使基板2與平台12接觸並進行熱交換而冷卻基板2時，藉由以使第一空間α之第一壓力P1 比第二空間β之第二壓力P2 大之方式進行控制，利用第一空間α與第二空間β之壓力差而將基板2壓附於平台12上。因此，可抑制使基板2變形為凸狀之翹曲。藉此，基板2不會自平台12上浮，可確保平台12與基板2接觸之接觸面積。其結果，於本實施形態之基板處理裝置10中，能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板2。
例如，於圖2所示之基板處理裝置中，第一控制部17α(17)例如由壓力計17a、流量計17b、閥門17c等構成。第二控制部17β例如由壓力計17d、流量計17e、閥門17f、排氣部17g等構成。又，第一控制部17α及第二控制部17β監控腔室11內之壓力(P1 、P2 )，並且調整自氣體供給部15導入至腔室11內之氣體之量。
較佳為，控制部17(17α、17β)以使壓力P1 與壓力P2 之差成為5×10[Pa]以上1×105 [Pa]以下(即，50[Pa]~100000[Pa])之方式，對壓力P1 、P2 進行特定時間控制。若壓力差較小，則將基板2壓附於平台12上之力較弱，難以充分地抑制基板2之翹曲。另一方面，若壓力差過大，則於間隙部19之邊緣上對基板2施加應力，易於產生基板破裂，從而不佳。然而，於基板之翹曲較大之情形時，需要比較高之壓力差。於基板之翹曲較大，且基板易於破裂之情形時，較佳為適當地設計平台12，以分散地配置平台12之間隙部19及槽部13，緩和應力集中。
作為以分散之方式配置有本發明中之間隙部19及槽部13之構造的一例，例如，可列舉將間隙部19與槽部13交替配置為同心圓狀之構造。又，可列舉以於平台12上形成複數個點狀間隙部19，且在鄰接之間隙部19之間形成槽部13之方式，配置有間隙部19與槽部13之構造。然而，以分散之方式配置有本發明中之間隙部19及槽部13之構造不限定於此兩個例示。即，若能夠按每個單位面積將支撐基板2之部分(間隙部19)分散地配置於平台12上，則亦可採用任何構成。
再者，亦可於平台12內設置有使冷卻水等冷媒循環之冷媒流路(圖示略)。可藉由於冷媒流路上流動冷媒，而在平台12上所載置之基板2與平台12之間促進熱交換，高效地冷卻基板2。
其次，說明於此種多腔室方式之真空處理裝置1中，使用載入鎖定室將基板2搬送至處理室之通常搬送步驟。
首先，於大氣環境中將基板2導入至載入鎖定室3內，其後，將載入鎖定室3之內部減壓，成為真空環境。繼而，藉由鄰接於載入鎖定室3之核心室5中所設置之基板搬送機器人6，將基板2自載入鎖定室3經由核心室5搬送至處理室4。其後，於處理室4(製程腔室)內，對基板2實施處理操作(例如蝕刻、氧化、化學氣相蒸鍍等)。
處理後之基板2與將基板2搬送至處理室4時相同，藉由基板搬送機器人6自處理室4經由核心室5返回至載入鎖定室3。於將基板2自上述載入鎖定室3搬送至處理室4以後，使載入鎖定室3之內部一直保持為真空。基板2返回至載入鎖定室3之後，將氮氣(N2 )等淨化氣體供給至載入鎖定室3內，使載入鎖定室3之壓力恢復為大氣壓(以下稱為大氣排放)。又，經加熱之基板2藉由載入鎖定室3內所設之上述平台12而冷卻。載入鎖定室3之壓力達到大氣壓後，將經處理過之基板2移至基板匣，進行下一處理步驟。
本發明之實施形態之基板冷卻方法係於藉由使基板2與平台12接觸並進行熱交換而冷卻基板2時，以使第一空間α之第一壓力P1 比第二空間β之第二壓力P2 大之方式而控制第一壓力P1 及第二壓力P2 ，該第二空間β位於較基板2更下側，並且包含設置於平台12與基板2之第2面2b之間的間隙部19及槽部13。
先前，於減壓下，藉由於基板2與平台12之間產生之熱交換而將基板2冷卻至需要之溫度，故於其距離為0.3 mm之情形時以15秒鐘結束，而於其距離為2 mm之情形時需花費1分鐘以上。
例如，為使直徑300 mm、厚度0.7 mm之矽基板之溫度自500℃變為常溫而冷卻矽基板時，若矽基板之外周區域急遽地冷卻至常溫，則於矽基板上會產生2 mm以上之翹曲。其結果，於矽基板之上側方向上，矽基板之中央區域凸起，矽基板翹曲為凸狀，且矽基板之中央區域離開平台12之表面，因而矽基板之中央區域之冷卻速度急遽地下降。
其結果使得基板2之翹曲維持為2 mm以上之狀態。又，若中央區域之溫度接近外周區域之溫度，則具有翹曲之基板2開始恢復原本之形狀並且開始急遽地冷卻。因此，於具有翹曲之基板2恢復至原本之形狀時，存在於基板2與平台12之間之空間內之氣體會殘留，且不會以具有方向性之方式流動。因此，基板2會於平台12上滑動。又，於基板2翹曲為與凸狀形狀相反之形狀、即翹曲為凹狀之情形等，當具有翹曲之基板2恢復至原本之形狀時，會因反作用使基板2於平台12上彈起，而有基板2於平台12上之位置偏離等之情形。
對此，於本發明之基板冷卻方法中，如圖10所示，藉由使基板2與平台12接觸並進行熱交換而冷卻基板2。此時，以使第一空間α之壓力P1 比第二空間β之壓力P2 大之方式對壓力P1 、P2 進行特定時間控制。此處，第二空間β係位於較基板2更下側，且包含設置於平台12與基板2之第2面2b之間之間隙部19及槽部13的空間。而且，於該特定時間中，藉由第一空間α與第二空間β之壓力差將基板2壓附於平台12上，可抑制使基板2變形為凸狀之翹曲之產生。藉此，基板2不會自平台12上浮，確保平台12與基板2接觸之接觸面積，可解決無法冷卻基板2之中央區域之問題。其結果，於本發明之基板冷卻方法中，能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板2。
進而，根據本發明，於加熱基板2之中央區域時冷卻基板2之外周區域之狀態下藉由大氣搬送機器人之真空夾頭搬送基板2時，可回避因基板2之翹曲較大故無法使用真空夾頭之問題。
若第一空間α之壓力P1 變為大氣壓且基板2之冷卻結束，則打開設置於腔室11之下側之閥門17h，使第二空間β之壓力P2 與第一空間α之壓力P1 相同。藉此，於藉由升降銷20提昇基板2時，可防止基板2自平台12彈起。即，使基板2脫離平台12時，藉由平台12吸引基板2之效果，使基板2振動，亦可回避損傷基板2之第2面2b之問題。
又，於圖3中，於平台12與基板2之間存在未圖示之槽。該槽係指設置於與基板2接觸之平台12之間隙部19之面上的細微之凹凸形狀。此種槽形成於間隙部19之面上，故如圖10所示隨著時間經過，第一空間α之壓力P1 與第二空間β之壓力P2 成為同等。因此，於圖3所示之構成中，亦可回避上述損傷之問題。
繼而，對為確認本發明之效果而進行之實驗例進行說明。
圖7A及圖7B係表示於藉由本發明之方法而冷卻基板之情形時的結果。圖7A係表示冷卻基板時之基板之各地點(A~E)，圖7B係表示各地點(A~E)上之溫度與時間之關係。另一方面，圖8A、圖8B、圖9A、及圖9B係於藉由先前之方法而冷卻基板之情形時的結果。
比較圖7B所示之根據本發明而冷卻基板之結果與圖8A、圖8B、圖9A、及圖9B所示之根據先前方法而冷卻基板之結果可知，於本發明中，於各地點(A~E)上能夠均勻且迅速地冷卻基板。
即，於本發明中，於冷卻基板時，控制部例如藉由調節氣體之流量，而以使第一空間之壓力P1 比第二空間之壓力P2 大之方式而控制壓力P1 、P2 。具體而言，以使壓力P1 成為1000 Pa、P2 成為400 Pa而控制壓力P1 、P2 。壓力P1 與壓力P2 之壓力差為600 Pa。
由上述說明可知，該具體例之值(數字)只不過為某特定之時刻中之數值。因為，壓力P1 、P2 之關係如圖10所示隨著時間之經過而變化，產生壓力差(差壓)之特定時間只不過為5秒鐘左右。再者，於圖10中，表示自於第一空間內開始流動氣體至大約5秒鐘後之時刻T，2個壓力(P1 、P2 )變得大致相等。
於圖8A及圖8B中，僅冷卻基板之外周區域，故基板之中央區域凸起，基板以變形為凸狀之方式翹曲，其結果，基板之中央區域離開平台面，且基板之中央區域之冷卻速度急遽地降低。
對此，如圖7B所示於本發明中，以使第一空間之壓力P1 比第二空間之壓力P2 大之方式而控制上述壓力P1 、P2 ，藉此利用第一空間與第二空間之壓力差將基板壓附於平台上，可抑制凸狀之翹曲。藉此，基板不自平台上浮，可確保平台與基板接觸之接觸面積，且冷卻基板之中央區域。其結果，確認能夠使基板面內之溫度無偏差、均勻且迅速地冷卻基板。
圖11所示之基板處理裝置200(3)係最簡化之裝置。圖12係表示圖11所示之基板處理裝置所包括之平台之一例的平面圖。此處，符號15係表示VENT配管，符號17b係表示VENT過濾器。
於圖12所示之平台12中，將間隙部19及槽部13交替配置為同心圓狀。又，平台12進而包含以符號A、B、C表示之排氣槽。為使第一空間α與槽部13連通而配置有排氣槽A。又，為使鄰接之槽部13之空間連通而配置有排氣槽B、C。
圖11係表示將基板2載置於平台12上之狀態。參照圖11，對將基板2載置於平台12上之步驟進行說明。
首先，例如將為具有350℃之基板溫度而熱處理之基板2自搬送室(未圖示)搬送至作為LL(加載互鎖真空)室而發揮作用之基板處理裝置200(3)內。此時，基板2藉由經提昇之升降銷20而支撐，載置於升降銷20上。其後，將空間性區分搬送室與LL室之間隔閥門(未圖示)關閉。接著，藉由使桿21下降而使升降銷20下降，使升降銷20離開基板2，將基板2載置於平台12上。
於此種圖11所示之狀態下，若關閉LL室之排氣閥門(未圖示)，且打開閥門17c，則第一空間α之壓力P1 及第二空間β之壓力P2 如圖10之圖表所示，分別描繪壓力上升曲線。
此時，通過閥門17c導入至基板處理裝置200(3)之氣體(VENT氣體)，首先，由第一空間α內放出，其後，通過箭頭A、B、C所示之路徑，依序於第二空間β內流動，進而，向箭頭D、E所示之方向流動。其結果，第二空間β之壓力P2 相比第一空間α之壓力P1 變低(P1 ＞P2 )。藉由第一空間α與第二空間β之壓力差發揮作用，將基板2壓附於平台12上，故可穩定地保持基板2與平台12之間之距離。
又，可藉由改變槽部13之深度或面積，而控制基板整體之冷卻速度。又，第一空間α與第二空間β之壓力差可藉由如箭頭A~E所示變更氣體流動之路徑之傳導而控制。因此，可調整將基板2壓附於平台12上之力之強弱。
若基板2之翹曲較大，則存在穩定之冷卻較困難之情形。於此種情形時，較佳為如箭頭A~E所示降低氣體流動之路徑之傳導，並且提高VENT配管15之VENT壓力，藉此穩定地冷卻基板2。
藉由實施此種調整，於包含最低限度之零件個數之附屬零件之圖11所示的基板處理裝置200(3)中，亦能夠以最適合之壓附壓力進行穩定之基板之冷卻處理。
以上，對本發明之基板處理裝置及基板冷卻方法進行了說明，但本發明之技術範圍不限定於上述實施形態，於不脫離本發明之主旨之範圍內可添加各種變更。
本發明可廣泛地適用於如下基板處理裝置及基板冷卻方法中：於成膜製程等中將帶有熱量之基板轉移至載入鎖定室內，於使載入鎖定室內之壓力自減壓狀態變更為大氣壓狀態時，使帶有熱量之基板適當冷卻之後，將基板取出至載入鎖定室外。
1．．．真空處理裝置
2．．．基板
2a．．．基板之第1面
2b．．．基板之第2面
3A(3)．．．載入鎖定室
3B(3)．．．載入鎖定室
4A(4)．．．處理室
4B(4)．．．處理室
4C(4)．．．處理室
4D(4)．．．處理室
5．．．核心室(搬送室)
6．．．基板搬送機器人
10(3)．．．基板處理裝置
11．．．腔室
12．．．平台
12A(12)．．．平台
12B(12)．．．平台
12C(12)．．．平台
12a．．．平台之面
13．．．槽部
14．．．接觸部位
14c．．．中央區域
14p．．．外周區域
15．．．氣體供給部
16．．．排氣部
17．．．控制部
17α．．．第一控制部
17β．．．第二控制部
17a(17α)．．．壓力計
17b(17α)．．．流量計
17c(17α)．．．閥門
17d(17β)．．．壓力計
17e(17β)．．．流量計
17f(17β)．．．閥門
17g(17β)．．．排氣部
17h(17β)．．．閥門
18．．．貫通孔
19．．．間隙部
20．．．升降銷
21．．．桿
22．．．波紋管
23．．．驅動機構
100(3)．．．基板處理裝置
200(3)．．．基板處理裝置
A．．．排氣槽
B．．．排氣槽
C．．．排氣槽
F1 ．．．第一流量
F2 ．．．第二流量
P1 ．．．第一壓力
P2 ．．．第二壓力
h1．．．高度
h2．．．高度
α．．．第一空間
β．．．第二空間
圖1係適用於本發明之一實施形態之多腔室方式之真空處理裝置的概略構成圖。
圖2係模式性地表示本發明之一實施形態之基板處理裝置(載入鎖定室)之一例的剖面圖。
圖3係模式性地表示本發明之一實施形態之基板處理裝置(載入鎖定室)之一例的剖面圖。
圖4係表示於本發明之一實施形態之基板處理裝置中，平台之一例的平面圖。
圖5係表示於本發明之一實施形態之基板處理裝置中，平台之一例的平面圖。
圖6係表示於本發明之一實施形態之基板處理裝置中，平台之一例的剖面圖。
圖7A係表示於實驗例中測定之基板之各地點(A~E)的圖。
圖7B係表示於實驗例中測定之基板之各地點(A~E)的圖。
圖8A係表示於藉由先前之方法而冷卻基板時，基板之各地點(A~E)上之溫度與時間之關係的圖。
圖8B係表示於藉由先前之方法而冷卻基板時，基板之各地點(A~E)上之溫度與時間之關係的圖。
圖9A係表示於藉由先前之方法而冷卻基板時，基板之各地點(A~E)上之溫度與時間之關係的圖。
圖9B係表示於藉由先前之方法而冷卻基板時，基板之各地點(A~E)上之溫度與時間之關係的圖。
圖10係表示於本發明之一實施形態之基板處理裝置中，在第一空間α之壓力P1 與第二空間β之壓力P2 之間產生壓力差(差壓)之情況的圖表。
圖11係模式性地表示本發明之一實施形態之基板處理裝置(載入鎖定室)之一例的剖面圖。
圖12係表示圖11之基板處理裝置所包含之平台之一例的平面圖。
2．．．基板
2a．．．基板之第1面
2b．．．基板之第2面
10(3)．．．基板處理裝置
11．．．腔室
12．．．平台
12a．．．平台之面
13．．．槽部
14．．．接觸部位
15．．．氣體供給部
16．．．排氣部
17．．．控制部
17α．．．第一控制部
17β．．．第二控制部
17a(17α)．．．壓力計
17b(17α)．．．流量計
17c(17α)．．．閥門
17d(17β)．．．壓力計
17e(17β)．．．流量計
17f(17β)．．．閥門
17g(17β)．．．排氣部
17h(17β)．．．閥門
18．．．貫通孔
19．．．間隙部
20．．．升降銷
21．．．桿
22．．．波紋管
23．．．驅動機構
F1 ．．．第一流量
F2 ．．．第二流量
P1 ．．．第一壓力
P2 ．．．第二壓力
α．．．第一空間
β．．．第二空間

Claims (10)

  1. 一種基板處理裝置，其特徵在於包含：腔室；平台，其具有設有槽部之面，且配置於上述腔室內，以於上述面上形成微小之間隙部之方式載置基板，藉由與上述基板接觸並進行熱交換而冷卻上述基板；氣體供給部，其位於較上述平台上所載置之上述基板之第1面更上側，並且向上述腔室內之空間即第一空間導入特定之氣體；控制部，其以使上述第一空間之第一壓力比第二空間之第二壓力大之方式而控制上述第一壓力及上述第二壓力，該第二空間位於較上述基板更下側，並且包含設置於上述平台與上述基板之第2面之間的上述間隙部及上述槽部；及槽，其係包含設置於構成上述間隙部之上述平台之面上的細微之凹凸。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中構成上述槽之細微之凹凸的高低差係構成上述間隙部之上述平台與上述基板之間隔以下。
  3. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中構成上述槽之細微之凹凸係使上述第一空間與上述第二空間連通之流路。
  4. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中上述控制部以使上述第一壓力及上述第二壓力之壓力 差成為5×10[Pa]以上1×105 [Pa]以下之方式，對上述第一壓力及上述第二壓力進行特定時間控制。
  5. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中上述氣體供給部向上述第一空間導入之氣體係於使上述腔室內之環境自真空恢復至大氣環境時向上述腔室內供給之氣體。
  6. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中上述平台包含使上述基板之上述第2面與上述平台接觸之接觸部，且上述接觸部之表面粗糙度Ra為1.0μm以上。
  7. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中於上述平台上設置有上述基板之狀態下，在上述平台與上述基板之上述第2面之間存在3.5cm3 以上之上述間隙部。
  8. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中於將上述平台與上述基板接觸之接觸面積以S1表示，且將上述平台與上述基板未接觸之非接觸面積以S2表示之情形時，相較於上述平台之中央區域之比率S1/S2，上述平台之外周區域之比率S1/S2較小。
  9. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中上述平台包含使上述基板之上述第2面與上述平台接觸之接觸部，且位於上述平台之中央區域之上述接觸部的高度低於位 於上述平台之外周區域之上述接觸部的高度。
  10. 一種基板冷卻方法，其特徵在於，使用基板處理裝置，該基板處理裝置包含：腔室；平台，其具有設有槽部之面，且配置於上述腔室內，以於上述面上形成微小之間隙部之方式載置基板，藉由與上述基板接觸並進行熱交換而冷卻上述基板；氣體供給部，其位於較上述平台上所載置之上述基板之第1面更上側，並且向上述腔室內之空間即第一空間導入特定之氣體；控制部，其以使上述第一空間之第一壓力比第二空間之第二壓力大之方式而控制上述第一壓力及上述第二壓力，該第二空間位於較上述基板更下側，並且包含設置於上述平台與上述基板之第2面之間的上述間隙部及上述槽部；及槽，其係包含設置於構成上述間隙部之上述平台之面上的細微之凹凸，於藉由使上述基板與上述平台接觸並進行熱交換而冷卻上述基板時，以使上述第一空間之第一壓力比第二空間之第二壓力大之方式，對上述第一壓力及上述第二壓力進行特定時間控制，該第二空間位於較上述基板更下側，並且包含設置於上述平台與上述基板之第2面之間的上述間隙部及上述槽部，使用上述槽而使得於上述第一空間與上述第二空間之間從具有壓力差之狀態成為等壓之狀態。
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