JP2014204018A - 被処理体の冷却ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】昇降機構等が不要で、構成が簡単かつ被処理体の冷却時間を短縮でき、さらに冷却効率の良好な被処理体の冷却ユニットを提供する。【解決手段】半導体ウェーハの受容装置１は、半導体ウェーハＷを協同して支持する一対の載置台１０，１０を備え、一対の載置台１０，１０により半導体ウェーハＷを支持することで、載置台１０，１０間と半導体ウェーハＷの下面Ｗ１との間に下部開放空間１８０ａを形成するとともに、半導体ウェーハＷの上方に上部開放空間１８０ｂを形成し、下部開放空間１８０ａの下方より半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に向けて冷却用の気体を噴射する第１の噴射ノズル１１６と、上部開放空間１８０ｂの上方より半導体ウェーハＷの上面Ｗ２に向けて冷却用の気体を噴射する第２の噴射ノズル１１３と、をさらに備えるように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、被処理体の昇降機構等を用いることなく冷却ユニット内への被処理体の設置及び冷却ユニット内からの被処理体の持ち出しが可能であり、構成が簡単で冷却処理に掛かる時間の短い被処理体の冷却ユニットに関するものである。

半導体装置の製造工程において、被処理体としての半導体ウェーハは、例えば、処理室で処理が施された後、冷却室で冷却されてからロードロック室を介して大気圧室に搬送されてカセット等に収容される。処理室及び冷却室は通常時において真空雰囲気にあり、処理室から冷却室、及び冷却室からロードロック室への半導体ウェーハの搬送は、真空環境下において動作可能とされた真空搬送ロボットにより行われる。また、ロードロック室からカセット等への半導体ウェーハの搬送は、大気圧環境下で使用する大気搬送ロボットにより行われる。

冷却室では、例えば、処理室での処理により２５０℃程度の高温となった半導体ウェーハを６５℃以下まで冷却する。この冷却は、大気搬送ロボットや半導体ウェーハを収容するカセット等の熱による損傷を防ぐために行われる。なお、真空搬送ロボットについては、半導体ウェーハを支持するハンド部にセラミック等の耐熱性の高い素材が用いられていることに加えて真空条件下では熱が伝わりにくいことから、高温の半導体ウェーハを搬送することによる熱損傷は起こりにくい。

特許文献１には、冷却室内において、温調水により温度が一定に保たれた冷却プレートを利用して半導体ウェーハを冷却する冷却ユニットが開示されている。特許文献１に開示の冷却ユニットには水冷プレートを上下方向に貫通する昇降可能な複数の保持ピンが設けられており、これらの保持ピンは、真空搬送ロボットにより高温状態の半導体ウェーハが載置されると下降して当該半導体ウェーハを水冷プレートに近接させる。また、半導体ウェーハの冷却が終了すると上昇し、その上昇によって生じた水冷プレートと半導体ウェーハとの間の隙間に真空搬送ロボットのハンドを挿入させて半導体ウェーハを冷却室から搬送する。

特開平５−１３２９４号公報

このように特許文献１に開示の冷却ユニットは、被処理体と冷却プレートとの間に真空搬送ロボット等の搬送装置を挿入させる空間を形成するために上述したような保持ピンすなわち昇降機構が必要であり、さらにこの昇降機構を制御する制御手段が必要でとなる。そのため、装置構成が複雑になるとともに、昇降機構を昇降させる分だけ半導体ウェーハを冷却室に搬入してから取り出すまでの時間が長くなり、半導体ウェーハの冷却処理に掛かる時間が長くなるという問題がある。

本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、昇降機構等が不要で、構成が簡単かつ被処理体の冷却時間を短縮でき、さらに冷却効率の良好な被処理体の冷却ユニットを提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するために次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明に係る被処理体の冷却ユニットは、高温で処理された板状の被処理体を内部に収容した状態で冷却する被処理体の冷却ユニットであって、前記被処理体を協同して支持することのできる一対の載置台を備え、一対の前記載置台により前記被処理体を支持することで、前記載置台間と当該被処理体の下面との間に、当該被処理体を移載する搬送装置のアームを挿入可能な下部開放空間を形成するとともに、前記被処理体の上方に上部開放空間を形成し、前記下部開放空間の下方より前記被処理体の下面に向けて冷却用の気体を噴射する第１の噴射ノズルと、前記上部開放空間の上方より前記被処理体の上面に向けて冷却用の気体を噴射する第２の噴射ノズルと、をさらに備えたことを特徴とする。

このように構成すると、被処理体を載置台上へ載置する際には下部開放空間を利用して搬送装置のアームを被処理体の下方から抜き取ることができるとともに、被処理体を載置台から受け取る際には下部開放空間を利用して搬送装置のアームを被処理体の下方まで進入させることができる。また、この下部開放空間及び上部開放空間が形成されることで第１の噴射ノズル及び第２の噴射ノズルにより被処理体をその上下面から冷却させることができ、冷却プレートを用いることなく被処理体の冷却を行うことができる。そのため、被処理体を昇降させる昇降機構が不要で、装置構成を簡単にすることができるとともに、被処理体を冷却ユニットに搬入させてから取り出すまでの時間を短くして冷却処理に掛かる時間を短縮することが可能となる。

また、冷却効率を高めるために前記第１の噴射ノズル及び前記第２の噴射ノズルをそれぞれ複数設けた場合に、被処理体からの伝熱により温度が上昇した冷却用の気体を上部開放空間及び下部開放空間からすばやく排出させるためには、前記噴射ノズルが、前記被処理体の縁部に向けて傾斜して設けられていることが望ましい。

冷却効率を高めるために前記第１の噴射ノズル及び前記第２の噴射ノズルをそれぞれ複数設けるとともに前記被処理体が円板状である場合に被処理体の上下面に向けて冷却用の気体が均一に分散して噴射されるようにするためには、第１の給気手段及び第２の給気手段がそれぞれ複数の噴射ノズルを有し、これらの噴射ノズルが、前記載置台により支持された前記被処理体と同心の円周上に均等に配置されていることが望ましい。

さらに、被処理体の上下面において噴射ノズルより噴射された冷却用の気体による見かけ上の支持点を増やして被処理体の振動を低減するとともに、被処理体の上下面で異なる箇所を冷却して、冷却効率を一層向上させるためには、第１の噴射ノズルと、第２の噴射ノズルとが、周方向に異なる位相となる箇所に設けられていることが望ましい。

またさらに、各噴射ノズルから噴射される気体量を適切な量に調整するためには、第１の噴射ノズル及び第２の噴射ノズルが、それぞれ４〜６本設けられていることが望ましい。

以上説明した本発明によれば、被処理体を昇降させる昇降機構が不要で装置構成を簡単にすることができるとともに、被処理体を冷却ユニットに搬入してから取り出すまでの時間を短くして冷却処理に掛かる時間を短縮することができる被処理体の冷却ユニットを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハの受容装置を備える半導体ウェーハの処理システムの平面図。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面矢視図。 同受容装置の平面断面図。 真空側仕切バルブを取り外した状態で同受容装置を示す側面図。 同受容装置の模式図。 噴射ノズルの配置位置を示す図。 噴射ノズルの配置位置を示す図。 噴射ノズルを４本ずつ設けた場合における半導体ウェーハの表面温度の変化を示すグラフ。 噴射ノズルを６本ずつ設けた場合における半導体ウェーハの表面温度の変化を示すグラフ。 噴射ノズルの本数に対する半導体ウェーハの冷却時間を示すグラフ。 噴射ノズルの本数に対する半導体ウェーハの振動加速度を示すグラフ。 半導体ウェーハを大気圧作業室から真空処理室に搬送する際の処理手順を示すフローチャート。 半導体ウェーハを真空処理室から大気圧作業室に搬送する際の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、半導体ウェーハＷの処理システム１００を示している。半導体ウェーハＷの処理システム１００は、本実施形態に係る半導体ウェーハの受容装置（以下単に「受容装置」とも記載する）１と、受容装置１の一方側に設けられた減圧処理室である真空処理室５及び減圧搬送室である真空搬送室３と、他方側に設けられた常圧作業室である大気圧作業室２とを含む。大気圧作業室２内は常圧雰囲気、具体的には大気圧雰囲気であり、真空処理室５内及び真空搬送室３内は減圧雰囲気、具体的には真空雰囲気である。真空搬送室３には搬送装置としての真空搬送ロボット３０、大気圧作業室２には搬送装置としての大気搬送ロボット２０が設置されており、これらの搬送ロボット２０，３０は、被処理体としての円板状の半導体ウェーハＷをアームの一部をなすハンド２１，３１上に保持して搬送することができる。

処理システム１００内での半導体ウェーハＷの搬送ルートは図１中の矢印に示す通りであり、具体的には、大気搬送ロボット２０により大気圧作業室２から受容装置１に搬送されて受容装置１内に載置された後、真空搬送ロボット３０により受容装置１から取り出され、真空搬送室３を介して真空処理室５に搬送される。また、真空搬送ロボット３０により真空処理室５から真空搬送室３を介して受容装置１に搬送されて受容装置１内に載置された後、大気搬送ロボット２０により大気圧作業室２に搬送されて図示しないカセット等に収容される。

このような処理システム１００に備わる受容装置１は、図２，５に示すように、半導体ウェーハＷを支持する一対の載置台１０，１０と、遮断手段１６と、給気手段１１と、排気手段１２と、真空手段１３と、冷却水循環手段１７と、これらを制御する制御手段４とを含んで構成されている。また、図２に示すように受容装置１の内部には上段チャンバ１４と下段チャンバ１５とが形成されており、受容装置１は、上段チャンバ１４内を大気圧雰囲気から真空雰囲気、又は、真空雰囲気から大気圧雰囲気に置き換えることができるとともに、真空処理室５で所定の処理が施されて高温（例えば２５０℃）になった半導体ウェーハＷを所定温度まで冷却するものである。上記所定温度の目安としては、例えば大気搬送ロボット２０等の熱損傷が起こらない６５℃以下に設定することが好ましい。なお、真空処理室５における処理の種類によっては、高温になる場合であっても２５０℃以外になることもあり得る。

受容装置１の上記構成手段を具体的に説明すると、一対の載置台１０，１０は、図２，３に示すように、上段チャンバ１４内において半導体ウェーハＷの搬送方向（図１参照）に直交する方向に互いに離間して設けられているものであり、その上面１０ａ，１０ａには、半導体ウェーハＷの搬送方向に沿って載置部１０１が３つずつ設けられている。これら一対の載置台１０，１０は、載置部１０１に半導体ウェーハＷの縁部Ｗ３を載せ、協同して半導体ウェーハＷを水平に支持する。なお、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１と載置台１０の上面１０ａとの間には所要の隙間が形成されており、例えば０．３ｍｍである。

このような載置台１０，１０上に半導体ウェーハＷが載置されると、図２に示すように、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１の中央部及び上面Ｗ２の中央部を開放する開放部１８０が形成される。具体的には、載置台１０，１０間と半導体ウェーハＷの下面Ｗ１との間に下部開放空間１８０ａが形成され、半導体ウェーハＷの上方に上部開放空間１８０ｂが形成される。載置台１０，１０上に半導体ウェーハＷが載置された直後には、この下部開放空間１８０ａを利用して大気搬送ロボット２０のハンド２１又は真空搬送ロボット３０のハンド３１が載置台１０，１０間から引き抜かれ、載置台１０，１０から半導体ウェーハＷを持ち上げる際には、この下部開放空間１８０ａを利用して大気搬送ロボット２０のハンド２１又は真空搬送ロボット３０のハンド３１が載置台１０，１０間に挿入される。

また、図２，３に示すように、各載置台１０，１０の内部には冷却水が循環する循環路１７１，１７１が形成されており、冷却水供給部１７０，１７０から供給された冷却水がこの循環路１７１，１７１内を流れるように構成されている。循環路１７１，１７１及び冷却水供給部１７０，１７０は前述の冷却水循環手段１７を構成するものであり、載置台１０，１０がこのように水冷式のウェーハ受けであることで、半導体ウェーハＷの冷却効率をさらに向上させることができる。

図１，３に示す遮断手段１６は、大気側仕切バルブＧＶ１と真空側仕切バルブＧＶ２とで構成される。大気側仕切バルブＧＶ１は、大気圧作業室２側の壁面１ｄに取り付けられており、この壁面１ｄに形成された半導体ウェーハＷを通過可能な開口１４ｂ（図２参照）を開閉可能に設けられる。真空側仕切バルブＧＶ２は、真空処理室５側の壁面１ａに取り付けられており、この壁面１ａに形成された半導体ウェーハＷを通過可能な開口１４ａ（図１参照）を開閉可能に設けられる。大気側仕切バルブＧＶ１及び真空側仕切バルブＧＶ２により前記開口１４ａ，１４ｂを閉じることで、上段チャンバ１４内には閉止空間１８１（図２，５参照）が形成される。

図２，５に示す給気手段１１は、上段チャンバ１４の下方に設けられた第１の給気手段１１１と、上段チャンバ１４の上方に設けられた第２の給気手段１１０と、冷却用の気体を供給可能な気体供給源１１９に接続されることで冷却用の気体を導くことのできるガス導入配管１１６と、ガス導入配管１１６に取り付けられたガス導入バルブＰＶ２とから構成される。給気手段１１により閉止空間１８１内に冷却用の気体が供給されることで、半導体ウェーハＷの冷却が行われるとともに受容装置１内が真空雰囲気から大気圧雰囲気に置き換わる。

第１の給気手段１１１は、上段チャンバ１４の底壁１ｆの中央部に設けられた下部シャワープレート１１５と、下部シャワープレート１１５を厚み方向に貫通するように設けられた第１の噴射ノズル１１６と、下部シャワープレート１１５と底壁１ｆとの隙間１１５ａから伸びてガス導入バルブＰＶ２に接続された下部ガス導入配管１１７とを有する。

下部ガス噴出し穴である第１の噴射ノズル１１６は、図３，６（ａ）に示すように、載置台１０，１０に載置された半導体ウェーハＷと同心かつ半導体ウェーハＷよりも径の小さい円周上に均等に４本設けられており、これらの第１の噴射ノズル１１６は、前記半導体ウェーハＷの縁部Ｗ３に向かって、より具体的には垂直方向に対して所定角度、具体的には４５°傾斜して設けられている。併せて、図３に示すように、半導体ウェーハＷの搬送方向に対して周方向に４５°回転した位置に設けられている。そのため、第１の噴射ノズル１１６から噴射された気体は、一対の載置台１０，１０と半導体ウェーハＷの下面Ｗ１との間に形成される下部開放空間１８０ａ内で滞留しにくくなり、下部開放空間１８０ａ外へ流れやすくなることから、冷却効率をより一層向上させることができる。

気体供給源１１９から供給される冷却用の気体は、下部ガス導入配管１１７を通って下部シャワープレート１１５下方の隙間１１５ａに充満し、第１の噴射ノズル１１６を介して下部開放空間１８０ａの下方より、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に向けて噴射される。なお、冷却用の気体としては、空気、窒素、ヘリウム、水素等が挙げられ、本実施形態では空気を冷却して用いている。

第２の給気手段１１０は、上段チャンバ１４の上壁１ｅの中央部に設けられた上部シャワープレート１１２と、上部シャワープレート１１２を厚み方向に貫通するように設けられた第２の噴射ノズル１１３と、上部シャワープレート１１２と上壁１ｅとの隙間１１２ａから伸びて下部ガス導入配管１１７に接続された上部ガス導入配管１１４とを有する。上部ガス噴出し穴である第２の噴射ノズル１１３は、図６（ｂ）に示すように、周方向に異なる位相となる箇所に設けられていること以外は第１の噴射ノズル１１６と同様に設けられており、気体供給源１１９から供給される冷却用の気体は、上部ガス導入配管１１４を通って上部シャワープレート１１２上方の隙間１１２ａに充満し、第２の噴射ノズル１１３を介して上部開放空間１８０ｂの上方より半導体ウェーハＷの上面Ｗ２に向けて噴射される。なお、各第２の噴射ノズル１１３が設けられる円周の径は、第１の噴射ノズル１１６が設けられる前記円周の径と等しい。

前述のように、第２の噴射ノズル１１３と第１の噴射ノズル１１６とは周方向に異なる位相となる箇所に設けられているが、具体的には、第２の噴射ノズル１１３は、第１の噴射ノズル１１６を周方向に４５°回転させた位置、換言すると隣接する第１の噴射ノズル１１６から等距離となる位置に設けられている。なお、下部シャワープレート１１５及び上部シャワープレート１１２にそれぞれ設けられる各噴射ノズル１１３，１１６からは、ほぼ同一量の気体が噴射される。

図４，５に示す排気手段１２は、上段チャンバ１４の下方から側壁１ｃ内を貫通して上方に伸びる排気口１２０と、排出バルブＰＶ１と、排気口１２０と排出バルブＰＶ１とに接続されたガス排気配管１２１とから構成される。排気口１２０が上段チャンバ１４の下方に設けられていることから、閉止空間１８１内では、各第１の噴射ノズル１１６から上向きに噴射された気体は、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に沿ってその縁部Ｗ３に向けて流れた後、閉止空間１８１の下方を流れて排気口１２０を介して受容装置１の外部にある図示しない排気先に向けて排出される。また、各第２の噴射ノズル１１３から下向きに噴射された気体は、半導体ウェーハＷの上面Ｗ２に沿ってその縁部Ｗ３に向けて流れた後、閉止空間１８１内を下降し、閉止空間１８１の下方を流れて排気口１２０を介して受容装置１の外部にある図示しない排気先に向けて排出される。

図２，４，５に示す真空手段１３は、側壁１ｂを貫通して上段チャンバ１４内と連通する空冷エキゾースト１３０と、これに接続された真空用配管１３２と、真空用配管１３２に取り付けられた真空用バルブ１３１とを含んで構成され、真空用バルブ１３１が図示しない真空吸引ポンプに接続されることで真空引きを行うことが可能となっている。真空引きを行うことにより、受容装置１内を大気圧雰囲気から真空雰囲気に置き換えることができる。真空引きを行うと、閉止空間１８１内の気体は、空冷エキゾースト１３０から真空用配管１３２へ流れ、真空用バルブ１３１より真空吸引ポンプを介して排気される。なお、真空手段１３の機能を排気手段１２に兼用させてもよく、その場合には例えば排気手段１２の近傍に真空用バルブを設けてその真空用バルブにより排気口１２０を介して閉止空間１８１内の気体を排出できるようにすれば良い。

図５に示す制御手段（コントローラ）４は、ＣＰＵ、メモリ及びインターフェースを具備する通常のマイクロコンピュータユニットにより構成されて、メモリ内に半導体ウェーハＷの冷却等に関する所定のプログラムが書き込まれており、ＣＰＵは適宜必要なプログラムを呼び出して実行することにより、周辺ハードリソースと協働して、所定の動作が実行される。

具体的に制御手段４は、給気手段１１による気体の導入、排気手段１２による気体の導出、真空手段１３による気体の導出、冷却水循環手段１７による冷却水の循環、遮断手段１６の開閉動作等を制御するように構成されている。

本実施形態では、前述のように上部シャワープレート１１２及び下部シャワープレート１１５にそれぞれ４本の噴射ノズル１１３，１１６が設けられているが、各噴射ノズル１１３，１１６の数はこれに限定されず４〜６本の範囲が好ましい。例えば噴射ノズル１１３，１１６を６本ずつ設ける場合には、図６（ｂ）に示すように、載置台１０，１０に載置された半導体ウェーハＷと同心かつ半導体ウェーハＷよりも径の小さい円周上に均等に設ければ良い。

以下では、噴射ノズル１１３，１１６の本数として４〜６本ずつが好ましい理由を述べる。まず、本実施形態のように噴射ノズル１１３，１１６を４本ずつ設け、閉止空間１８１に１００リットル／分の冷却用の気体を３０秒間噴射した場合、図８で示されているように２３秒で半導体ウェーハＷの表面全体が２５０℃から６５℃以下まで低下する。この試験を行うにあたり、半導体ウェーハＷの表面温度は、その下面Ｗ１及び上面Ｗ２にそれぞれ取り付けた図６（ａ）に示す熱電対Ｐ１〜Ｐ９を利用して測定した。これらのうち熱電対Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ６〜Ｐ９は、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２において縁部Ｗ３に対応する位置にそれぞれ均等に配置し、熱電対Ｐ５は半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２において中央に１個ずつ設置した。このように噴射ノズル１１３，１１６を４本ずつ設けると、処理効率を良好に維持することができる所定時間、例えば３０秒間以内に半導体ウェーハＷの表面温度が６５℃低下まで低下させることができる。

また、図６（ｂ）に示すように噴射ノズル１１３，１１６を６本ずつ設け、冷却用の気体の噴射量及び噴射時間を上記と同様に設定した場合、図９に示されているように３０秒間で半導体ウェーハＷの表面全体が６５℃以下まで低下する。

さらに、図７に示すように噴射ノズル１１３，１１６の本数を１〜３本ずつに変更して冷却用の気体の噴射量及び噴射時間を上記と同様に設定した場合の測定結果と、上記４本ずつ及び６本ずつの測定結果とを比較すると、半導体ウェーハＷの表面全体が６５℃以下まで低下するまでに要する冷却時間は、図１０に示すように２，４本ずつの場合が相対的に短く、１，３，６本ずつの場合が相対的に長くなるが、全ての場合で３０秒以下となっており、６５℃以下まで冷却される時間に大きく差異は生じない。しかしながら、冷却用の気体が噴射されることによって発生する半導体ウェーハＷの振動に関しては、図１１に示すように噴射ノズル１１３，１１６の本数が多いほど振動加速度が小さくなり低減する。半導体ウェーハＷが大きく振動すると載置台１０，１０との間で摺動して、半導体ウェーハＷの損傷やパーティクルの発生につながる可能性があることから、振動加速度は小さいことが好ましい。具体的には０．２Ｇ以下となることがより好ましく、本実施形態ではこれを所定の振動目標値として定めている。上記の試験結果からすると、振動目標値を満たすためには各噴射ノズル１１３，１１６の本数を４〜６本ずつの範囲とすることが好ましいことが分かる。

以上のような半導体ウェーハＷの処理システム１００を用いて、半導体ウェーハＷを大気側と真空側との間で移送するための手順を以下に説明する。

まず、半導体ウェーハＷを大気圧作業室２から真空処理室５に搬送する場合、図１２に示すように、大気側仕切バルブＧＶ１を開放し（ステップＳＰ１）、大気圧雰囲気の受容装置１内に大気搬送ロボット２０のハンド２１を進入させる（ステップＳＰ２）。このハンド２１上には半導体ウェーハＷが支持されており、ハンド２１上の半導体ウェーハＷを載置台１０，１０に載置すると（ステップＳＰ３）、大気搬送ロボット２０のハンド２１を受容装置１から退出させる（ステップＳＰ４）。その後、大気側仕切バルブＧＶ１を閉止して（ステップＳＰ５）、真空手段１３により真空引きを行い（ステップＳＰ６）、これによって受容装置１内が大気圧雰囲気から真空雰囲気に置き換わる。真空雰囲気に置き換わると、真空側仕切バルブＧＶ２を開放して（ステップＳＰ７）、受容装置１内に、真空搬送室３から真空搬送ロボット３０のハンド３１を進入させる（ステップＳＰ８）。このハンド３１により半導体ウェーハＷを載置台１０，１０から持ち上げて半導体ウェーハＷの受け取りを行い（ステップＳＰ９）、半導体ウェーハＷを支持したハンド３１を受容装置１から退出させると（ステップＳＰ１０）、真空側仕切バルブＧＶ２を閉止する（ステップＳＰ１１）。なお、大気搬送ロボット２０及び真空搬送ロボット３０の動作は図示しない制御手段により行われるものである。

このようにして真空搬送室３内に搬送された半導体ウェーハＷは、真空搬送ロボット３０により図１に示す真空処理室５に搬送され、そこで所定の処理が施される。この処理により高温状態となった半導体ウェーハＷは、真空搬送ロボット３０により真空搬送室３に持ち出されて大気圧作業室２まで搬送される。高温状態の半導体ウェーハＷを真空搬送室３から大気圧作業室２まで搬送する場合には、図１３に示すように、まず、真空側仕切バルブＧＶ２を開放し（ステップＳＰ２０）、真空雰囲気の受容装置１内に真空搬送ロボット３０のハンド３１を進入させる（ステップＳＰ２１）。このハンド３１上から載置台１０，１０に半導体ウェーハＷを載置すると（ステップＳＰ２２）、真空搬送ロボット３０のハンド３１を受容装置１から退出させる（ステップＳＰ２３）。その後、真空側仕切バルブＧＶ２を閉止すると（ステップＳＰ２４）、給気手段１１により閉止空間１８１の上下から給気を開始し（ステップＳＰ２５）、続いて排気手段１２により閉止空間１８１内の気体の排出を開始する（ステップＳＰ２６）。これによって、真空状態にある閉止空間１８１内において半導体ウェーハＷに向かって給気手段１１より気体を導入させつつ、排気手段１２より気体の導出を行わせることになり、半導体ウェーハＷの温度を低下させつつ閉止空間１８１内の圧力を大気圧に向かわせることができる。

受容装置１内が真空雰囲気から大気圧雰囲気に置き換わると、排気手段１２による排気を停止し（ステップＳＰ２７）、続いて給気手段１１による給気を停止してから（ステップＳＰ２８）、大気側仕切バルブＧＶ１を開放する（ステップＳＰ２９）。このように排気の停止のタイミングよりも給気の停止のタイミングを遅らせて、受容装置１内の圧力が大気圧作業室２内の圧力よりも高くなるように設定する。

大気側仕切バルブＧＶ１を開放すると、受容装置１内に、大気圧作業室２から大気搬送ロボット２０のハンド２１を進入させる（ステップＳＰ３０）。このハンド２１により半導体ウェーハＷを載置台１０，１０から持ち上げて導体ウェーハＷの受け取りを行い（ステップＳＰ３１）、半導体ウェーハＷを支持したハンド２１を受容装置１から退出させると（ステップＳＰ３２）、大気側仕切バルブＧＶ１を閉止する（ステップＳＰ３３）。

以上のように本実施形態の被処理体の冷却ユニットとしての半導体ウェーハの受容装置１は、高温で処理された板状の半導体ウェーハＷを内部に収容した状態で冷却するものであって、半導体ウェーハＷを協同して支持することのできる一対の載置台１０，１０を備え、一対の載置台１０，１０により被処理体としての半導体ウェーハＷを支持することで、載置台１０，１０間と半導体ウェーハＷの下面Ｗ１との間に、半導体ウェーハＷを移載する搬送装置としての真空搬送ロボット３０及び大気搬送ロボット２０のアームの一部をなすハンド３１，２１を挿入可能な下部開放空間１８０ａを形成するとともに、半導体ウェーハＷの上方に上部開放空間１８０ｂを形成し、下部開放空間１８０ａの下方より半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に向けて冷却用の気体を噴射する第１の噴射ノズル１１６と、上部開放空間１８０ｂの上方より半導体ウェーハＷの上面Ｗ２に向けて冷却用の気体を噴射する第２の噴射ノズル１１３と、をさらに備えるように構成されている。

従来の冷却ユニットのように冷却プレートに半導体ウェーハＷ全体を近接又は接触させて冷却を行う場合には、冷却プレートと半導体ウェーハＷとの間に搬送装置のハンドを挿入させる空間を形成するために半導体ウェーハＷを昇降させる昇降手段が別途必要となる。そのため、昇降手段及びその制御手段４によって装置構成が複雑になるとともに、昇降手段を上下させる分だけ半導体ウェーハＷを冷却ユニットに搬入させてから取り出すまでの時間が長くなるという不都合が生じる。

上記のような構成であれば、半導体ウェーハＷを載置台１０，１０上へ載置する際には下部開放空間１８０ａを利用して搬送ロボット２０，３０のハンド２１，３１を半導体ウェーハＷの下方から抜き取ることができるとともに、半導体ウェーハＷを載置台１０，１０から受け取る際には下部開放空間１８０ａを利用して前記ハンド２１，３１を半導体ウェーハＷの下方まで進入させることができる。また、この下部開放空間１８０ａ及び上部開放空間１８０ｂが形成されることで第１の噴射ノズル１１６及び第２の噴射ノズル１１３により半導体ウェーハＷをその上面Ｗ２及び下面Ｗ１から冷却させることができ、冷却プレートを用いることなく半導体ウェーハＷの冷却を行うことができる。そのため、半導体ウェーハＷを昇降させる昇降機構が不要で、装置構成を簡単にすることができるとともに、冷却ユニットに搬入させてから取り出すまでの時間を短くして冷却処理に掛かる時間を短縮することが可能となる。

また、第１の噴射ノズル１１６及び第２の噴射ノズル１１３がそれぞれ複数設けられており、これらの噴射ノズル１１３，１１６が半導体ウェーハＷの縁部Ｗ３に向けて傾斜して設けられるように構成したことから、半導体ウェーハＷからの伝熱により温度が上昇した冷却用の気体を上部開放空間１８０ｂ及び下部開放空間１８０ａからすばやく排出させることができ、冷却効率を一層向上させることが可能となる。

併せて、半導体ウェーハＷが円板状であって、第１の噴射ノズル１１６及び第２の噴射ノズル１１３がそれぞれ複数設けられており、これらの噴射ノズル１１３，１１６が、載置台１０，１０により支持された半導体ウェーハＷと同心の円周上に均等に配置されるように構成したことから、半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２に向けて冷却用の気体が均一に分散して噴射され、これら上面Ｗ２全体及び下面Ｗ１全体に気体により力が均等に作用する。そのため、半導体ウェーハＷの振動を抑制することができるとともに、冷却用の気体が均一に流れることで冷却ムラの発生を抑制でき、冷却効率を向上させることが可能となる。

さらに、第１の噴射ノズル１１６と、第２の噴射ノズル１１３とが、周方向に異なる位相となる箇所に設けられるように構成したことから、半導体ウェーハＷの上面Ｗ２及び下面において噴射ノズル１１３，１１６より噴射された冷却用の気体による見かけ上の支持点を増やして半導体ウェーハＷの振動を低減することができるとともに、半導体ウェーハＷの上面Ｗ２と下面Ｗ１とで異なる箇所を冷却して、冷却効率を一層向上させることが可能となる。

またさらに、第１の噴射ノズル１１６及び第２の噴射ノズル１１３がそれぞれ４〜６本設けられるように構成したことから、各噴射ノズル１１３，１１６から噴射される気体量を適切な量に調整することができ、冷却用の気体を噴射することによる半導体ウェーハＷの振動を一層抑制することが可能となる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、噴射ノズル１１３，１１６が設けられる位置は本実施形態に記載の位置に限定されず、例えば全体的に周方向に変更されてもよい。

また、本実施形態では半導体ウェーハＷの冷却を行うための冷却ユニットを、ロードロック室の機能を兼ね備えた受容装置１として構成していたが、例えば真空搬送室３に隣接するように設けた冷却室として構成しても良い。この場合においても上記と同様、内部に載置台１０，１０や給気手段１１等を設け、これらにより半導体ウェーハＷの冷却を行わせることで、前述した高い冷却効果を得ることができるとともに冷却処理に掛かる時間を短くすることができる。

また本実施形態では、冷却用の気体として安価な空気を用いているが、これとほぼ同じ特性を有するとともに安全性の高い不活性ガスである窒素を用いることがより好ましい。窒素を用いることで、閉止空間１８１内の冷却性能を維持しつつ半導体ウェーハＷ表面をより清浄に保つことが可能になる。

また、下段チャンバ１５にも上段チャンバ１４と同様に載置台１０，１０、給気手段１１、排気手段１２等を設けて、下段チャンバ１５でも半導体ウェーハＷの冷却等を行えるように構成してもよい。

また本実施形態では、噴射ノズル１１３，１１６を４本ずつ設けたが５本あるいは６本ずつ、又はこれら以外の本数ずつ設けても良い。

また、前記上部シャワープレート１１２及び前記下部シャワープレート１１５の中央にさらに噴射ノズルを設け、この噴射ノズルにより載置台１０，１０に支持された半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２の中心に向けて冷却用の気体を噴射できるように構成するとともに、冷却時には、まず中央に設けた前記噴射ノズルにより半導体ウェーハＷの下面Ｗ１及び上面Ｗ２の中心を冷却し、中心がある程度冷却された時点で他の４本の噴射ノズル１１３，１１６からの噴射に切り替えるように構成されてもよい。半導体ウェーハＷの中央部は縁部Ｗ３よりも熱が外部に発散されにくく温度が低下しにくいことから、上記のように構成して、冷却の初期段階において最も温度が下がりにくい部分に冷却用の気体を集中させてから全体の冷却に移行することで、さらに冷却効率を向上させることができ、気体の使用量を低減して冷却時間をより短縮することができる。

さらに、空冷エキゾースト１３０と下部シャワープレート１１５下方の隙間１１５ａとを繋ぐ循環排気ポートを設置して、冷却時に第２の噴射ノズル１１３から導入された気体の少なくとも一部が当該循環排気ポートを介して第１の噴射ノズル１１６から噴射されるように構成されてもよい。このように半導体ウェーハＷの上面Ｗ２の冷却に利用した気体をすぐに排気することなく、循環させて半導体ウェーハＷの下面Ｗ１に向けて噴射し再度冷却に利用することで、気体の使用量を一層低減することができる。この場合、循環排気ポートに一部、気体供給源１１９から直接気体を取り入れ可能な構成とすることで、循環排気ポート内にフレッシュな気体を取り入れて循環排気ポート内の気体の温度を下げて冷却効率を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、大気圧作業室２内は大気圧雰囲気、真空処理室５内及び真空搬送室３内は真空雰囲気に設定されているが、これに限定されず、大気圧作業室２内は常圧雰囲気、真空処理室５内及び真空搬送室３内は減圧雰囲気に設定されていればよい。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…被処理体の冷却ユニット（半導体ウェーハの受容装置）
１０…載置台
２０，３０…搬送装置（真空搬送ロボット、大気搬送ロボット）
３１，２１…アーム（ハンド）
１１３…第２の噴射ノズル
１１６…第１の噴射ノズル
１８０ａ…下部開放空間
１８０ｂ…上部開放空間
Ｗ…被処理体（半導体ウェーハ）
Ｗ１…被処理体（半導体ウェーハ）の下面
Ｗ２…被処理体（半導体ウェーハ）の上面
Ｗ３…被処理体（半導体ウェーハ）の縁部

Claims (5)

1. 高温で処理された板状の被処理体を内部に収容した状態で冷却する被処理体の冷却ユニットであって、
   前記被処理体を協同して支持することのできる一対の載置台を備え、
   一対の前記載置台により前記被処理体を支持することで、前記載置台間と当該被処理体の下面との間に、当該被処理体を移載する搬送装置のアームを挿入可能な下部開放空間を形成するとともに、前記被処理体の上方に上部開放空間を形成し、
   前記下部開放空間の下方より前記被処理体の下面に向けて冷却用の気体を噴射する第１の噴射ノズルと、
   前記上部開放空間の上方より前記被処理体の上面に向けて冷却用の気体を噴射する第２の噴射ノズルと、をさらに備えたことを特徴とする被処理体の冷却ユニット。
2. 前記第１の噴射ノズル及び前記第２の噴射ノズルがそれぞれ複数設けられており、
   これらの噴射ノズルが、前記被処理体の縁部に向けて傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１記載の被処理体の冷却ユニット。
3. 前記被処理体が円板状であって、
   前記第１の噴射ノズル及び前記第２の噴射ノズルがそれぞれ複数設けられており、
   これらの噴射ノズルが、前記載置台により支持された前記被処理体と同心の円周上に均等に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の被処理体の冷却ユニット。
4. 前記第１の噴射ノズルと、前記第２の噴射ノズルとが、周方向に異なる位相となる箇所に設けられていることを特徴とする請求項３記載の被処理体の冷却ユニット。
5. 前記第１の噴射ノズル及び前記第２の噴射ノズルが、それぞれ４〜６本設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の被処理体の冷却ユニット。

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