JPH09506744A - ウェハの加熱冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガスロードによる温度調整法が使用され、基板（２０）の上のガス圧力を調整することによって、基板（２０）の温度を高温不活性温度制御プレート（２２、または１０６）の温度に近づける。このために、基板（２０）を高温不活性温度制御プレート（２２，１０６）に押し付けている。ウェハが載置されたプレート（２２、または１０６）以外は、基板（２０）との機械的な接触が無く、過熱や過冷却の可能性が無くなる。

Description

【発明の詳細な説明】 ウェハの加熱冷却装置 発明の背景１． 発明の分野 本発明の装置は、半導体ウェハやフラットパネルディスプレイ用のガラスパネ ルなどの基板のプロセスに関し、特に、真空中で行われるプロセス工程中に上記 基板を加熱したりまたは冷却する装置に関する。２． 従来技術の説明 高真空プロセスにおいて、半導体ウェハの加熱冷却方法及び装置として、様々 なものが知られている。例えば、キング（King）による米国特許第４，２６１， ７６２号には、真空中で処理すべき物体と支持部材との間に約０．５〜２．０to rrの圧力でガスを供給することによって、物体と支持部材との間の熱伝導を行う 方法及び装置が開示されている。ラモンジュニア（Lamont，Jr．）による米国特 許第４，６８０，０６１号にも、同様な方法及び装置が開示されている。チジン スキー（Chizinsky）による米国特許第５，０６０，３５４号にも、半導体部材 の加熱処理や冷却を行う装置が、若干異なるが開示されている。ランプからの輻 射などの輻射によってウェハを加熱することも周知である。加熱冷却プロセスに おいて、クランプのようにウェハとの 機械的な接触を使用する従来の装置には課題がある。例えば、機械的接触によっ て、粒子が生成したり、部分的に歪力が作用して亀裂が生じることがある。ラン プは、ウェハを過熱することがある。 発明の概要 本発明は、ガスロード温度調節の使用を含む。本発明において、ウェハの温度 は、ウェハの上のガスの圧力を調節することによって、高温不活性温度制御プレ ートの温度に近接し、故にウェハはプレートに押し付けられている。ウェハを載 置しているプレートを除くと、ウェハとの機械的接触は無いので、過熱や過冷却 の可能性は無い。このプロセスは、簡単で、クリーンで、プログラマブルで、装 置を使用し、安全である。さらに、ウェハから放出される水や揮発性物質などの ガスは、対流伝熱には不十分な５秒毎に数百ｃｍ²ガス容量を交換する速度のよ うな低速度の圧縮ガスの流れによって、乱流の無い状態で除去される。 熱速度は圧力と圧力差との基づいているので、プロセスはプログラマブルであ り、故に、ユーザは、圧力変換器とともにマスフローコントローラを備えたガス 流量計などの計器を作製しても良い。ウェハの上のガスフローに加えて、ウェハ とプレートとの間に一定の排気が行われているので、絶対圧力は低いが、差圧は 高い。差圧が作用する領域が比較的広いので、ガスロードは大きな力を生成する 。 本発明を、図面を参照しながら次の好ましい実施例の詳細な説明から理解する ものとする。 図面の簡単な説明 図１は、接触による伝熱装置の縦断面図を示し、 図２は、図１と同じ装置の詳細を示す図である。 発明の詳細な説明 図面を参照する。最初に図１を参照すると、図示の装置は、真空中で、半導体 ウェハや基板、または他の同様な物体を加熱したり、または冷却することができ る。この装置は、真空及び排気制御システムが接続された真空チャンバと、選択 された温度に加熱または冷却される温度プレートと、温度プレートに配置された ウェハの後側に真空を供給する手段と、アルゴンなどの不活性ガスを流速や圧力 を制御してチャンバに導入する手段と、に特徴がある。この装置は、さらに、高 真空へチャンバを調整したり戻す間にウェハから放出されるガスや不活性ガスを 排出する手段を有する。通常の使用において、モジュールは、高真空状態に保た れているかなり大きな真空チャンバ内に装着される。 この温度調整モジュールの重要且つ新規な特徴は、真空において、選択された 温度への閉ループプロファイルド加熱または冷却を行う能力である。加熱速度や 冷却速度は、ウェハの上部に印加されるアルゴンなどの不活性ガスと、 ウェハの底部に印加される真空との差圧によって制御される。この差圧は、閉ル ープ制御によって制御され、ウェハと加熱・冷却プレートとの間の熱接触を良好 にする。差圧が大きくなると、熱接触状態も向上し、その結果、ウェハの温度変 化も速くなる。ウェハの最終温度は温度プレートの選択温度によって決められ、 この選択温度も閉ループによって制御されている。 他の重要な特徴は、環境の隔離（isolation）である。高真空状態に再度到達 したときのみ、モジュールの真空チャンバは開く。これによって、温度調整中に 放出されるガスが周囲の真空環境へ放出されることが防止される。 加熱モードでのモジュールの使用の多くは、ウェハのガス抜きを目的とする。 ガス抜きを目的とする通常の動作において、ウェハは、最高圧力（top-side pre ssure）によって制御された速度で目標の温度にされ、次に、モジュールチャン バは排気されて高真空になる。最高圧力によって形成される良好な伝熱路（サー マルパス：thermal path）が無い場合、ウェハの温度は、温度プレートの温度に 非常に近い状態にとどまり、これによって、目標の温度が連続的に維持される。 換言すると、ウェハとプレートとの間の機械的な接触が良好であると、熱伝導性 も良くなるので、機械的接触が無かったり、またはガスの流れが低速度であると 、ウェハの上の伝熱路は少ない。これは、熱伝導性が良くないことを意味する。 脱ガスを行っているウェハは、 長期間に亘りモジュール真空チャンバにとどめられて、大抵のガスをモジュール 真空ポンプによって確実に除去する。この時、モジュールチャンバは、ウェハを 搬送するために開かれ、周囲の高真空環境へ不要なガスが入らない。 本発明の第３の重要な特徴は、複数のモジュールを１つの大きな真空環境内で 組み立てることができる本発明のモジュールの性質である。かかる構成は、モジ ュールが交互に開くときに同一の搬送面にウェハを渡すように、一方のモジュー ルの上に他方のモジュールを装着することである。これによって、２枚のウェハ を、同一のウェハ搬送面から別々の時間で非同期で調整してアクセスすることが できる。ウェハに交互にアクセスする能力によって、一方のウェハの温度調整を 継続しながらも、さらに他方のウェハを調整することができる。これによって、 単一のチャンバに比して、１時間当たりに調整可能なウェハの枚数を効率良く２ 倍に増やすことができる。 図１を参照すると、真空チャンバ１は、上方開口３を有する上方壁２と、上方 開口３と対向する下方開口５を有する下方壁４とを含む。前記開口３，５の各々 は、ウェハ搬送面と加熱または冷却位置（加熱を図示）との間で、温度制御プレ ート（上方）またはウェハ支持プレート（下方）を垂直方向に動かすモジュール を収容する。上方モジュール６は、上方開口３の内に支持され、上方リフトバー ７と、２つの上方リフトロッド８，９と、真空用の上方導管１０ と、電子回路用の上方導管１１と、Ｈ₂Ｏ用の上方導管１２と、アルゴン用の上 方導管２７と、を含む。上方リフトロッドは、上方気圧シリンダ１３によって昇 降され、故に、上方リフトバーは、符号１４で示す距離をストロークとして移動 する。上方真空シール１５，１６が、上方リフトロッドと上方導管とに対して設 けられ、ロッド及び導管は、シールに対して直線的に移動する。 最初に、ウェハを交換するために、上方リフトバー７は、図１において破線で 示すように下がった位置にあり、故に、上方冷却プレートや上方脱ガスプレート を含む上方ウェハ支持体２２も、下がった位置にある。なお、上方ウェハ支持体 ２２の下がった位置は、ウェハ搬送面１９よりも下方である。ウェハ２０は、ウ ェハ搬送面１９内でロボットエンドエフェクタ２１によって、上方ウェハ支持体 ２０の上方の位置に移動されて、上部ウェハ支持体２２は、ウェハを受け取るこ とができる。次に、ロボットエンドエフェクタ２１は引っ込み、上方リフトバー ７は、図１において実線で示す上方の位置まで上がり、故に、上方ウェハ支持体 ２２も上方の（または加熱・冷却の）位置にくる。 下方モジュール１０６は、上方モジュールとほぼ同じである。下方モジュール は、下方開口５内に支持され、下方リフトバー１０７と、２つの下方リフトロッ ド１０８，１０９と、真空用の下方導管１１０と、電子回路用の下方導管１１１ と、Ｈ₂Ｏ用の下方導管１１２と、アルゴン用の 下方導管１２７とを含む。下方リフトロッド１０８，１０９は、下方気圧シリン ダ１１３によって昇降され、故に、下方リフトロッド１０７は、符号１１４で示 す距離をストロークとして移動する。下方真空シール１１５，１１６が下方リフ トロッド及び下方導管に対して設けられて、ロッド及び下方導管は、シールに対 して直線的に移動する。 上方モジュールに対して、上方開口３は、ポペット弁を形成するウェハ支持プ レート２２の移動によって開閉される。操作シーケンスは以下のようになる。 最初に、ウェハをロードし、高真空でポペット弁を閉じる。ウェハをロードす る行程は、ウェハ搬送面内の適宜のスロットを通過したウェハ２０の導入と、操 作位置までのウェハ２０のストローク距離の上昇（または下降）と、を含む。ウ ェハは、操作位置に来ると、ウェハ支持プレート２２によって支持される。ウェ ハ支持プレート２２は、ヒータや水冷などの温度制御手段を含む。冷却プレート の温度は、温度が制御されて循環する水によって制御される。ウェハ支持プレー ト２２とウェハ２０との間の間隙は、真空ライン２６によって排気される。ウェ ハの上方の空間は、アルゴンライン２７に接続されている。 第２番目に、ウェハの下方を真空排気しながらもウェハの上方にアルゴンを充 填する。 第３番目に、ウェハを、加熱または冷却する。 第４番目に、アルゴンを排気する。 第５番目に、ポペット弁を開き、ウェハをアンロードする。 脱ガス操作に対しては、ヒータが使用される。冷却する際、ヒータが除去され 、水冷が使用される。 操作シーケンスは、図１及び図２を参照するとより明らかになる。図１及び図 ２を参照すると、真空チャンバ１の気密性は、上方リフトロッド８，９の移動と 関係する上方ベロー１５，１６を使用することによって、さらに、下方リフトロ ッド１０８，１０９の移動と関係する下方ベロー１１５，１１６を使用すること によって、保証される。図１において、上方モジュール６を冷却モジュールとし 、下方モジュール１０６を脱ガスモジュールとしても良い。この場合、上方プレ ート２２は、水冷用のチャンバを含む冷却プレートである。プレート２２の上面 にはチャネル２６がある。チャネル２６内では、真空が保たれているので、ウェ ハ２０はプレート２２に引きつけられている。上がった位置において、プレート は、ポペット弁２２のＯリングシール３６を押圧するので、チャンバ３７が形成 される。チャンバ３７の内部に、アルゴンガスが圧力の作用により導入されるの で、ウェハ２０は、プレート２２に押し付けられる。図２に示すように、冷却プ レート２２が下がった位置にあるとき、ウェハ２０は、ロボットエンドエフェク タ２１によってプレート２２の上に配置され、故にウェハ２０はバネ部材３８の 上に載置される。冷却プレート２２ が移動して上がった位置にあるとき、プレート２２は部材６を押圧し、バネ部材 ３８によって、ウェハ２０は冷却プレート２２と接触するようになる。 図１において、下方プレート１０６は、複数のランプヒータ１３４を含む加熱 プレートである。プレート１０６の上面には、チャネル２６と同様なチャネルが 設けられている。チャネルの内部では、真空が保たれているので、ウェハ２０は 、プレート１０６に押し付けられている。下がった位置において、下方マウント １２２は、Ｏリングシール符号３６と同様なプレート１０６内のＯリングシール を押圧して、チャンバ３７と同様なチャンバを形成する。このチャンバ内にアル ゴンガスが圧力の作用で導入されて、故にウェハ２０はプレート１０６に押し付 けられる。図２に見られるように、下方マウント１２２が上がった状態にあると き、ウェハ２０は、ロボットエンドエフェクタ２１によって下方マウント１２２ の下方に取り付けられたブラケット１３８に置かれるので、ウェハ２０は、前記 ブラケット１３８に載置される。下方マウント１２２が下降して「ダウン」状態 にあるとき、ウェハ２０は、加熱プレート１０６に載置されるようになり、故に 、ブラケット１３８はウェハ２０よりも僅かに下方にあり、ウェハ２０は、ブラ ケット１３８ではなく加熱プレートに載置される。 本発明の原理を実施例とともに説明した。特定の用語を使用しているが、これ らの用語は、一般的な意味で用いた ものであり、限定を目的とするものではない。本発明は、請求項によってのみ制 限されるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年３月２１日 【補正内容】 特許請求の範囲（翻訳文） １． 平坦面を有する物体の温度を高温不活性温度制御プレートの温度に接近せ しめる加熱冷却装置であって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内に装着された前記物体の平坦面と一致する平坦面を有する 高温不活性プレートと、 前記プレートの温度を選択目標温度に維持する手段と、 前記物体の前記平坦面を前記プレートの前記平坦面に押し付ける不活性ガスロ ードと、 前記ガスロードの圧力を調整する手段と、 前記物体の温度が前記物体の温度に近づいた後で前記チャンバを排気する手段 と、 を組み合わせてなることを特徴とする加熱冷却装置。 ２． 平坦面を有する物体の温度を、真空チャンバ内で、平坦面を有する高温不 活性温度制御プレートの温度に接近せしめる方法であって、 前記プレートの温度を選択目標温度に維持する行程と、 不活性ガスロードを適用することによって前記物体の前記平坦面を前記プレー トの前記平坦面に押し付ける行程と、 前記ガスロードの圧力を調整する行程と、 前記物体の温度が前記プレートの温度に近づいた後で前記真空チャンバを排気 する行程と、 を有することを特徴とする加熱冷却方法。 ３．ウェハの温度を選択温度に変化せしめる請求項１記載 の加熱冷却装置であって、 前記物体はウェハであり、 前記プレートの前記平坦面は前記ウェハを受け入れるとともに内部にチャネル を有する前記プレートの上面であり、 さらに、 前記ウェハを前記上面に置く手段と、 前記チャネルを排気する手段と、 前記温度プレートとマウントとの間の相対移動を生ぜしめて互いに近接せしめ て前記温度プレート及び前記マウントの間の真空気密シールを押しつけて前記プ レートと前記マウントとの間にガス圧チャンバを形成する手段と、 を有し、 前記ガスロードの圧力を調整する手段は、 前記ガス圧チャンバに不活性ガスを流速または十分な大きさの圧力を制御し て導入して、前記ガス圧チャンバの圧力と前記チャネルの圧力との差圧を高くす るとともに前記ガス圧が前記ウェハを前記プレートに対して押し付けて前記ウェ ハの温度を調節する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の加熱冷却装置。 ４． ウェハの温度を選択温度に変化せしめる請求項２記載の加熱冷却方法であ って、 前記物体はウェハであり、 前記プレートの前記平坦面は前記ウェハを受け入れるとともに内部にチャネル を含む前記プレートの上面であり、 さらに、 前記ウェハを前記上面に置く行程と、 前記チャネルを排気する行程と、 前記温度プレートとマウントとの間の相対移動を生ぜしめて互いに近接せしめ て前記温度プレートと前記マウントとの間の真空気密シールを押し付けて前記プ レートと前記マウントとの間にガス圧チャンバを形成する行程と、 を有し、 前記ガスロードの圧力を調整する行程は、 前記ガス圧チャンバに不活性ガスを流速または十分な大きさの圧力を制御し て導入して、前記ガス圧チャンバの圧力と前記チャネルの圧力との差圧を高くす るとともに前記ガス圧が前記ウェハを前記プレートに押し付けて前記ウェハの温 度を調節する行程を含むことを特徴とする請求項２記載の加熱冷却方法。 ５． ウェハ搬送面を有する真空チャンバと、 第１加熱搬送表面を有して前記真空チャンバの内部に装着される第１温度プレ ートと、 前記第１温度プレートと協働して第１ガスロードチャンバを形成する第１部材 と、 前記第１温度プレートを選択温度に維持する手段と、 前記第１温度プレートと前記第１部材との間の相対移動を、前記第１表面及び 前記第１部材の一方が前記ウェハ搬送面と近接する位置と、前記第１表面が前記 第１部材に近 接する位置と、の間で生ぜしめて前記第１ガスロードチャンバを形成する手段と 、 ウェハを、前記ウェハ搬送面に沿って、前記第１表面及び前記第１部材の一方 が前記ウェハ搬送面に近接したときに前記一方に装着可能な位置まで搬送する手 段と、 前記第１ガスロードチャンバの形成後に前記第１ガスロードチャンバに不活性 ガスを導入する手段と、 前記第１ガスロードチャンバが形成された後で前記ウェハと前記第１表面との 間に位置するガスを前記真空チャンバから除去する手段と、 を組み合わせてなり、前記ウェハは、前記ウェハに印加された差圧によって前記 第１表面に押しつけられていることを特徴とするウェハの加熱冷却装置。 ６． 第２加熱搬送表面を有して前記真空チャンバの内部に装着される第２温度 プレートと、 前記第２温度プレートと協働して第２ガスロードチャンバを形成する第２部材 と、 前記第２温度プレートを選択温度に維持する手段と、 前記第２温度プレートと前記第２部材との間の相対移動を、前記第２表面及び 前記第２部材の一方が前記ウェハ搬送面と近接する位置と、前記第２表面が前記 第２部材に近接する位置と、の間で生ぜしめて前記第２ガスロードチャンバを形 成する手段と、 をさらに有し、 ウェハを前記ウェハ搬送面に沿って搬送する前記手段は、前記第２表面及び前 記第２部材の一方が前記ウェハ搬送面に近接したときに前記一方に装着可能な位 置までウェハを搬送するようになっており、 ガスの前記導入手段は、前記第２ガスロードチャンバの形成後に前記第２ガス ロードチャンバに不活性ガスを導入するようになっており、 ガスを前記真空チャンバから除去する前記手段は、前記第２ガスロードチャン バが形成された後で前記ウェハと前記第２表面との間に位置するガスを前記真空 チャンバから除去する手段を含み、 前記ウェハは、前記ウェハに印加された差圧によって前記第２表面に押しつけ られることを特徴とする請求項５記載のウェハの加熱冷却装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホフマイスター クリストファー アメリカ合衆国 ニューハンプシャー州 03841 ハンプステッド ウィートライト ロード 176 (72)発明者 マカ リチャード エス. アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01983 トップスフィールド キャンドル ウッドドライブ 32

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 物体の温度を高温不活性温度制御プレートの温度に接近せしめる装置であ って、 前記プレートと、 前記物体を前記プレートに押圧するガスロードと、 前記ガスロードの圧力を調整する手段と、 を組み合わせてなることを特徴とする加熱冷却装置。 ２． 物体の温度を高温不活性温度制御プレートの温度に接近せしめる方法であ って、 前記物体へのガスロードを印加することによって前記物体を前記プレートに押 し付ける行程と、 前記ガスロードの圧力を調整する行程と、 を有することを特徴とする加熱冷却方法。 ３． ウェハの温度を選択温度に変化せしめる請求項１記載の加熱冷却装置であ って、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内に装着されるとともに前記ウェハを受け入れる上面を有す る高温不活性温度制御プレートであって、前記上面は内部にチャネルを有する高 温不活性温度制御プレートと、 前記ウェハを前記上面に置く手段と、 前記温度プレートを前記選択温度に加熱または冷却する手段と、 前記チャネル内を排気する手段と、 前記温度プレートとマウントとの間の相対移動を生ぜしめて互いに近接せしめ て前記温度プレート及び前記マウントの間の真空気密シールを押しつけ、故に前 記温度プレート及び前記マウントの間にガス圧チャンバを形成する手段と、 前記ガス圧チャンバに不活性ガスを流速または圧力を制御して導入する手段と 、 を組み合わせてなり、前記ガス圧は、前記ウェハを前記プレートに押し付けて前 記ウェハの温度を調節することを特徴とする請求項１記載の加熱冷却装置。 ４． ウェハの温度を選択温度に変化せしめる請求項２記載の加熱冷却方法であ って、 前記ウェハを受け入れるとともに内部にチャネルを含む上面を有する高温不活 性温度制御プレートを前記選択温度に維持する行程と、 前記ウェハを前記上面に置く行程と、 前記チャネルを排気する行程と、 前記温度プレートとマウントとの間の相対移動を生ぜしめて互いに近接せしめ て前記温度プレート及び前記マウントの間の真空気密シールを押し付けて前記温 度プレート及び前記マウントの間にガス圧チャンバを形成する行程と、 前記ガス圧チャンバに不活性ガスを流速または圧力を制御して導入する行程と 、 を有し、前記ガス圧は、前記ウェハを前記プレートに対し て押し付けて前記ウェハの温度を調節することを特徴とする請求項２記載の加熱 冷却方法。