JPWO2010113941A1 - 被処理体の冷却方法および被処理体処理装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 ロードロック室の第１例を概略的に示す断面図 ウエハの温度分布を示す図 ウエハの位置と温度差との関係を示す図 ウエハの位置と温度差との関係を示す図 ウエハの位置と温度差との関係を示す図 ウエハの位置と温度差との関係を示す図 図２に示すシャワーヘッド近傍を拡大して示す断面図 ウエハ面内の温度差とシャワーヘッドの直径との関係を示す図 ウエハ面内の温度差とシャワーヘッドの直径との関係を示す図 ウエハ面内の温度差とシャワーヘッドの直径との関係を示す図 ロードロック室の第２例を概略的に示す断面図 ロードロック室の第３例を概略的に示す断面図 図６に示すシャワーヘッドを概略的に示す平面図 ロードロック室の第４例を概略的に示す断面図 ロードロック室の第５例を概略的に示す断面図 ロードロック室の第５例を概略的に示す断面図 ロードロック室の第６例を概略的に示す断面図 ロードロック室の第６例を概略的に示す断面図 ロードロック室の第７例を概略的に示す断面図 基板処理装置の変形例を概略的に示す平面図

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ｎ_２）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。

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。

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。

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。

図３は、ウエハＷの面内温度分布を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

次に、シャワーヘッド５４の直径φＳの設定例を説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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（Ｎ_２）ガスである。

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。

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。

（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。

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。

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。

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（Ｎ_２）ガス）を供給するようにしても良い。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (22)

1. 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、
   を具備する被処理体の冷却方法。
2. ４５０℃以上の温度に加熱された前記被処理体が、前記ステージに載置されて冷却される請求項１に記載の被処理体の冷却方法。
3. 前記被処理体のセンターを含むセンター近傍の領域が、前記被処理体のセンターから半径７５ｍｍ以内の領域である請求項１に記載の被処理体の冷却方法。
4. 前記冷却ガスの流速が、前記被処理体のセンターで最大とされる請求項１に記載の被処理体の冷却方法。
5. 前記冷却ガスが、冷却効果が高い第１の冷却ガスと、前記第１の冷却ガスよりも冷却効果が低い第２の冷却ガスとを含み、
   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。
6. 前記ステージが前記被処理体を冷却する冷却機構を有し、
   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。
7. 前記ステージが前記被処理体を冷却する冷却機構を有し、
   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。
8. 前記ステージが前記被処理体を冷却する冷却機構を有し、
   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。
9. 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、
   を具備する被処理体処理装置。
10. ４５０℃以上の温度に加熱された前記被処理体が、前記ステージに載置されて冷却される請求項９に記載の被処理体処理装置。
11. 前記冷却ガス吐出部がノズルである請求項９に記載の被処理体処理装置。
12. 前記冷却ガス吐出部がシャワーヘッドであり、
    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。
13. 前記シャワーヘッドの直径が１５０ｍｍ以内である請求項１２に記載の被処理体処理装置。
14. 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１２に記載の被処理体処理装置。
15. 前記冷却ガス吐出部がシャワーヘッドであり、
    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。
16. 前記冷却ガスが、冷却効果が高い第１の冷却ガスと、前記第１の冷却ガスよりも冷却効果が低い第２の冷却ガスとを含み、
    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。
17. 前記冷却ガスが、冷却効果が高い第１の冷却ガスと、前記第１の冷却ガスよりも冷却効果が低い第２の冷却ガスとを含み、
    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。
18. 前記ステージが、前記被処理体を冷却する冷却機構を、さらに備えている請求項９に記載の被処理体処理装置。
19. 前記ステージが、前記被処理体を冷却する冷却機構を、さらに備えている請求項１１に記載の被処理体処理装置。
20. 前記ステージが、前記被処理体を冷却する冷却機構を、さらに備えている請求項１２に記載の被処理体処理装置。
21. 前記ステージが、前記被処理体を冷却する冷却機構を、さらに備えている請求項１４に記載の被処理体処理装置。
22. 前記ロードロック室が、大気圧状態で前記被処理体を搬入出する搬入出室と、減圧状態で前記被処理体に処理を施す複数の処理室間で前記被処理体を搬送する搬送室との間に設けられ、前記大気圧状態と前記減圧状態との間で圧力変換をする部分であり、
    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。

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