(57)【要約】  真空室に対応する圧力と大気圧との間で圧力を変動可能に設けられた容器（３１）と、容器（３１）内にパージガスを供給するパージガス供給源（４８）と、容器（３１）内を排気する排気機構（４４）と、容器（３１）内の圧力を真空室（５）に対応する圧力と大気圧と調整する圧力調整機構（４９）と、容器（３１）内に設けられ、基板が近接配置されて基板を冷却する冷却部材（３２）と、パージガスを基板に平行に乱流制御された状態で供給する第１のパージガス吐出部材（６１）と、基板の下方から基板の下面に向けてパージガスを吐出する多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材（６５）とを具備する。
2012077547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気雰囲気から真空に保持された真空室へ基板を搬送し、前記真空室から高温の基板を前記大気雰囲気に搬送する際に用いられるロードロック装置であって、
真空室に対応する圧力と大気圧との間で圧力を変動可能に設けられた容器と、
前記容器内にパージガスを供給するパージガス供給機構と、
前記容器内を排気する排気機構と、
前記パージガス供給機構と前記排気機構を制御することにより、前記容器内が前記真空室と連通した際に前記容器内の圧力を前記真空室に対応する圧力に調整し、前記容器内が前記大気雰囲気の空間と連通した際に前記容器内の圧力を大気圧に調整する圧力調整機構と、
冷却機構を有し、前記容器内に設けられ、基板が近接配置されて基板を冷却する冷却部材と、
前記パージガス供給機構から供給されたパージガスを基板に平行に乱流制御された状態で供給する第１のパージガス吐出部材と、
前記冷却部材に近接配置された基板の下方から基板の下面に向けてパージガスを吐出する多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材と
を具備する、ロードロック装置。
【請求項２】
前記第１のパージガス吐出部材は、前記パージガス供給機構から供給されたパージガスを基板の上面に沿って乱流制御された状態で吐出するパージガス吐出ノズルを有する、請求項１に記載のロードロック装置。
【請求項３】
前記パージガス吐出ノズルは、基板の上面に一方向の基板に平行な流れが形成されるようにパージガスを吐出する、請求項２に記載のロードロック装置。
【請求項４】
前記パージガス吐出ノズルから吐出されて基板の上面に形成されるパージガス流を整流する整流部材をさらに具備する、請求項３に記載のロードロック装置。
【請求項５】
前記第１のパージガス吐出部材は、多孔質体からなる吐出部を有し、前記吐出部から前記パージガスを吐出する、請求項１に記載のロードロック装置。
【請求項６】
前記吐出部は、多孔質セラミックで構成されている、請求項５に記載のロードロック装置。
【請求項７】
前記吐出部は、吐出されたパージガスが基板の存在範囲に乱流が制御された流れを形成するように配置されている、請求項５に記載のロードロック装置。
【請求項８】
前記吐出部は、基板の存在範囲に一方向の基板に平行な流れが形成されるようにパージガスを吐出する、請求項７に記載のロードロック装置。
【請求項９】
前記吐出部から吐出されて基板の上面に形成されるパージガス流を整流する整流部材をさらに具備する、請求項８に記載のロードロック装置。
【請求項１０】
前記第２のパージガス吐出部材は、多孔質セラミックで構成されている、請求項１に記載のロードロック装置。
【請求項１１】
前記第２のパージガス吐出部材は、前記冷却部材の上面に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のロードロック装置。
【請求項１２】
大気雰囲気から真空に保持された真空室へ基板を搬送し、前記真空室から高温の基板を前記大気雰囲気に搬送する際に用いられるロードロック装置であって、
真空室に対応する圧力と大気圧との間で圧力を変動可能に設けられた容器と、
前記容器内にパージガスを供給するパージガス供給機構と、
前記容器内を排気する排気機構と、
前記パージガス供給機構と前記排気機構を制御することにより、前記容器内が前記真空室と連通した際に前記容器内の圧力を前記真空室に対応する圧力に調整し、前記容器内が前記大気雰囲気の空間と連通した際に前記容器内の圧力を大気圧に調整する圧力調整機構と、
冷却機構を有し、前記容器内に設けられ、基板が近接配置されて基板を冷却する冷却部材と、
前記冷却部材に近接配置された基板の下方から基板の下面に向けてパージガスを吐出する多孔質体からなるパージガス吐出部材と
を具備する、ロードロック装置。
【請求項１３】
前記多孔質体からなるパージガス吐出部材は、多孔質セラミックで構成されている、請求項１２に記載のロードロック装置。
【請求項１４】
前記多孔質体からなるパージガス吐出部材は、前記冷却部材の上面に嵌め込まれている、請求項１２に記載のロードロック装置。
【請求項１５】
大気雰囲気から真空に保持された真空室へ基板を搬送し、前記真空室から高温の基板を前記大気雰囲気に搬送する際に用いられるロードロック装置であって、
真空室に対応する圧力と大気圧との間で圧力を変動可能に設けられた容器と、
前記容器内にパージガスを供給するパージガス供給機構と、
前記容器内を排気する排気機構と、
前記パージガス供給機構と前記排気機構を制御することにより、前記容器内が前記真空室と連通した際に前記容器内の圧力を前記真空室に対応する圧力に調整し、前記容器内が前記大気雰囲気の空間と連通した際に前記容器内の圧力を大気圧に調整する圧力調整機構と、
冷却機構を有し、前記容器内に設けられ、基板が近接配置されて基板を冷却する冷却部材と、
前記パージガス供給機構から供給されたパージガスを基板に平行に乱流制御された状態で供給するパージガス吐出部材と、
を有し、
前記パージガス吐出部材は、パージガスを吐出する多孔質体からなる吐出部を有し、前記吐出部は、吐出されたパージガスが基板の存在範囲に乱流制御された流れを形成するように配置されている、ロードロック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の被処理基板に真空処理を施す真空処理装置に用いられるロードロック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に対し、成膜処理やエッチング処理等の真空雰囲気で行われる真空処理が多用されている。最近では、このような真空処理の効率化の観点、および酸化やコンタミネーション等の汚染を抑制する観点から、複数の真空処理ユニットを真空に保持される搬送室に連結し、この搬送室に設けられた搬送装置により各真空処理ユニットにウエハを搬送可能としたクラスターツール型のマルチチャンバタイプの真空処理システムが用いられている（例えば特許文献１）。【０００３】
このようなマルチチャンバ処理システムにおいては、大気中に置かれているウエハカセットから真空に保持された搬送室へウエハを搬送するために、搬送室とウエハカセットとの間にロードロック装置（ロードロック室）を設け、このロードロック装置を介してウエハが搬送される。【０００４】
ところで、このようなマルチチャンバ処理システムを成膜処理のような高温処理に適用する場合には、ウエハは例えば５００℃を超える高温のまま真空処理ユニットから取り出され、ロードロック装置の容器内に搬送されるが、このような高温状態でウエハを大気に曝露するとウエハが酸化してしまう。また、このような高温のままウエハを収納容器に収納させると、通常樹脂製である収納容器が溶ける等の不都合が生じる。【０００５】
このような不都合を回避するため、ロードロック装置の容器内にウエハを冷却する冷却機構を備えたクーリングプレートを配置し、ウエハをクーリングプレートに近接した状態でロードロック装置の容器内を真空から大気圧に戻す間にウエハを冷却することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０８５８９号公報
【発明の概要】
【０００７】
上記のようなウエハ冷却の際に、ウエハが急激に冷却されるとウエハの表裏の熱膨張差に起因してウエハが反ってしまうため、高温のウエハがロードロック装置に搬入された直後は、クーリングプレートの上方の離れた位置で待機するようにして、ウエハが反らない程度の冷却速度で冷却せざるを得ない。そのため、ウエハの冷却に長時間を要し、ロードロック装置のウエハの冷却時間が処理システム全体の処理を律速するため、スループットが低下してしまう。
【０００８】
一方、真空状態のロードロック装置を大気圧に戻すために容器内にＮ２ガス等のパージガスを導入するため、このパージガスを用いてウエハを冷却することが考えられるが、ウエハを効率良く冷却すべくウエハの近傍にパージガスを導入しようとすると、パーティクルを巻き上げてウエハにパーティクルが付着してしまう。パーティクルの付着を抑制するためには、容器内のウエハから離れた位置からパージガスを供給する必要があり、これではウエハを有効に冷却することは困難である。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、基板に対するパーティクル付着を抑制しつつ高温の基板を効率良く冷却して基板処理のスループットを高くすることができるロードロック装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第１の観点によれば、大気雰囲気から真空に保持された真空室へ基板を搬送し、前記真空室から高温の基板を前記大気雰囲気に搬送する際に用いられるロードロック装置であって、真空室に対応する圧力と大気圧との間で圧力を変動可能に設けられた容器と、前記容器内にパージガスを供給するパージガス供給機構と、前記容器内を排気する排気機構と、前記パージガス供給機構と前記排気機構を制御することにより、前記容器内が前記真空室と連通した際に前記容器内の圧力を前記真空室に対応する圧力に調整し、前記容器内が前記大気雰囲気の空間と連通した際に前記容器内の圧力を大気圧に調整する圧力調整機構と、冷却機構を有し、前記容器内に設けられ、基板が近接配置されて基板を冷却する冷却部材と、前記パージガス供給機構から供給されたパージガスを基板に平行に乱流制御された状態で供給する第１のパージガス吐出部材と、前記冷却部材に近接配置された基板の下方から基板の下面に向けてパージガスを吐出する多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材とを具備する、ロードロック装置が提供される。
【００１１】
本発明の第２の観点によれば、大気雰囲気から真空に保持された真空室へ基板を搬送し、前記真空室から高温の基板を前記大気雰囲気に搬送する際に用いられるロードロック装置であって、真空室に対応する圧力と大気圧との間で圧力を変動可能に設けられた容器と、前記容器内にパージガスを供給するパージガス供給機構と、前記容器内を排気する排気機構と、前記パージガス供給機構と前記排気機構を制御することにより、前記容器内が前記真空室と連通した際に前記容器内の圧力を前記真空室に対応する圧力に調整し、前記容器内が前記大気雰囲気の空間と連通した際に前記容器内の圧力を大気圧に調整する圧力調整機構と、冷却機構を有し、前記容器内に設けられ、基板が近接配置されて基板を冷却する冷却部材と、前記冷却部材に近接配置された基板の下方から基板の下面に向けてパージガスを吐出する多孔質体からなるパージガス吐出部材とを具備する、ロードロック装置が提供される。
【００１２】
本発明の第３の観点によれば、大気雰囲気から真空に保持された真空室へ基板を搬送し、前記真空室から高温の基板を前記大気雰囲気に搬送する際に用いられるロードロック装置であって、真空室に対応する圧力と大気圧との間で圧力を変動可能に設けられた容器と、前記容器内にパージガスを供給するパージガス供給機構と、前記容器内を排気する排気機構と、前記パージガス供給機構と前記排気機構を制御することにより、前記容器内が前記真空室と連通した際に前記容器内の圧力を前記真空室に対応する圧力に調整し、前記容器内が前記大気雰囲気の空間と連通した際に前記容器内の圧力を大気圧に調整する圧力調整機構と、冷却機構を有し、前記容器内に設けられ、基板が近接配置されて基板を冷却する冷却部材と、前記パージガス供給機構から供給されたパージガスを基板に平行に乱流制御された状態で供給するパージガス吐出部材と、を有し、前記パージガス吐出部材は、パージガスを吐出する多孔質体からなる吐出部を有し、前記吐出部は、吐出されたパージガスが基板の存在範囲に乱流制御された流れを形成するように配置されている、ロードロック装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るロードロック装置が搭載されたマルチチャンバタイプの真空処理システムの概略構造を示す水平断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るロードロック装置を示す垂直断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るロードロック装置を示す水平断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るロードロック装置に用いられる整流板を示す底面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るロードロック装置に用いられるパージガス吐出部材が設けられたクーリングプレートを示す模式図である。
【図６】ウエハ上下面へのパージガス供給を行わない従来の場合と、ウエハ上下面へのパージガス供給を行った実施形態の場合とで、ウエハの冷却性を調査した結果を示す図である。
【図７Ａ】従来の容器底部のパージガス導入口からパージガスを導入した場合の対流伝熱の効果を計算により求めた結果を示す図である。
【図７Ｂ】従来の容器底部のパージガス導入口からパージガスを導入した場合の対流伝熱の効果を実測データにより示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るロードロック装置を示す垂直断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るロードロック装置を示す水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００１５】
＜本発明に係るロードロック装置が適用される真空処理システム＞
図１は、本発明の実施形態に係るロードロック装置が搭載されたマルチチャンバタイプの真空処理システムの概略構造を示す水平断面図である。
【００１６】
真空処理システムは、例えば成膜処理のような高温処理を行う４つの真空処理ユニット１、２、３、４を備えており、これらの各真空処理ユニット１〜４は六角形をなす搬送室５の４つの辺にそれぞれ対応して設けられている。また、搬送室５の他の２つの辺にはそれぞれ本実施形態に係るロードロック装置６、７が設けられている。これらロードロック装置６、７の搬送室５と反対側には搬入出室８が設けられており、搬入出室８のロードロック装置６、７と反対側には被処理基板としてのウエハＷを収容可能な３つのキャリアＣを取り付けるポート９、１０、１１が設けられている。真空処理ユニット１、２、３、４は、その中で処理プレート上に被処理基板であるウエハＷを載置した状態で所定の真空処理、例えばエッチングや成膜処理を行うようになっている。
【００１７】
真空処理ユニット１〜４は、同図に示すように、搬送室５の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧを開放することにより搬送室５と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより搬送室５から遮断される。また、ロードロック装置６，７は、搬送室５の残りの辺のそれぞれに、第１のゲートバルブＧ１を介して接続され、また、搬入出室８に第２のゲートバルブＧ２を介して接続されている。そして、ロードロック装置６，７は、第１のゲートバルブＧ１を開放することにより搬送室５に連通され、第１のゲートバルブＧ１を閉じることにより搬送室５から遮断される。また、第２のゲートバルブＧ２を開放することにより搬入出室８に連通され、第２のゲートバルブＧ２を閉じることにより搬入出室８から遮断される。
【００１８】
搬送室５内には、真空処理ユニット１〜４、ロードロック装置６，７に対して、ウエハＷの搬入出を行う搬送装置１２が設けられている。この搬送装置１２は、搬送室５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１３と、その先端に設けられたウエハＷを支持する２つの支持アーム１４ａ，１４ｂとを有しており、これら２つの支持アーム１４ａ，１４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１３に取り付けられている。この搬送室５内は所定の真空度に保持されるようになっている。
【００１９】
搬入出室８のウエハ収納容器であるポート９，１０、１１にはそれぞれ図示しないシャッターが設けられており、これらポート９，１０，１１にウエハＷを収容した、または空のフープＦが直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつ搬入出室８と連通するようになっている。また、搬入出室８の側面にはアライメントチャンバ１５が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。
【００２０】
搬入出室８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック装置６，７に対するウエハＷの搬入出を行う搬送装置１６が設けられている。この搬送装置１６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能となっていて、その先端の支持アーム１７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。
【００２１】
この真空処理システムにおける各構成部、例えば、真空処理ユニット１〜４、搬送室５、ロードロック装置６，７におけるガス供給系や排気系、搬送装置１２、１６、ゲートバルブ等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えた制御部２０により制御されるようになっている。制御部２０は真空処理システムのプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従って真空処理システムを制御するようになっている。
【００２２】
以上のように構成される真空処理システムにおいては、搬送装置１６により搬入出室８に接続されたフープＦからウエハＷを取り出し、ロードロック装置６（または７）の容器３１（図２参照）に搬入する。このとき、ロードロック装置６の容器３１内は大気雰囲気にされ、その後第２のゲートバルブＧ２が開放された状態でウエハＷが搬入される。
【００２３】
そして、容器３１内を搬送室５に対応する圧力になるまで真空排気し、第１のゲートバルブＧ１を開放して搬送装置１２により容器３１内からウエハＷを受け取って、いずれかの真空処理ユニットのゲートバルブＧを開いてその中にウエハＷを搬入し、ウエハＷに対して成膜等の高温での真空処理を行う。
【００２４】
真空処理が終了した時点で、ゲートバルブＧを開放し、搬送装置１２が対応する真空処理ユニットからウエハＷを搬出し、第１のゲートバルブＧ１を開放してウエハＷをロードロック装置６および７のいずれかの容器３１内に搬入し、クーリングプレート３２（図２参照）の冷却媒体流路５５（図２参照）を通流する冷却媒体によりウエハＷを冷却しつつ、容器３１内にパージガスを導入し、その中を大気圧とする（ウエハ冷却期間）。そして、第２のゲートバルブＧ２を開け、搬送装置１６により、フープＦに処理後のウエハＷを収納する。
【００２５】
なお、２つのロードロック装置６、７について、ロードロック装置６を搬入専用にし、ロードロック装置７を搬出専用にしてもよい。
【００２６】
＜ロードロック装置の第１の実施形態＞
次に、本発明の第１の実施形態に係るロードロック装置について説明する。
図２は本発明の第１の実施形態に係るロードロック装置を示す垂直断面図、図３はその水平断面図である。本実施形態において、ロードロック装置６（７）は、容器３１を有している。この容器３１は、上部が開口した容器本体３１ａと、容器本体３１ａの上部開口を塞ぐ蓋体３１ｂとを有している。容器３１内の底部には、ウエハＷが近接された状態で配置されてウエハＷを冷却するクーリングプレート（冷却部材）３２が設けられている。容器３１およびクーリングプレート３２は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている。
【００２７】
容器３１の一方の側壁には真空に保持された搬送室５と連通可能な開口３４が設けられており、これと対向する側壁には大気圧に保持された搬入出室８と連通可能な開口３５が設けられている。そして、開口３４は第１のゲートバルブＧ１により開閉可能となっており、開口３５は第２のゲートバルブＧ２により開閉可能となっている。
【００２８】
クーリングプレート３２には、ウエハ搬送用の３本（図２では２本のみ図示）のウエハ昇降ピン５０がクーリングプレート３２の表面（上面）に対して突没可能に設けられ、これらウエハ昇降ピン５０は支持板５１に固定されている。そして、ウエハ昇降ピン５０は、エアシリンダ等の駆動機構５３によりロッド５２を昇降させることにより、支持板５１を介して昇降され、クーリングプレート３２の表面（上面）から突出し、搬送室５における搬送装置１２の支持アーム１４ａもしくは１４ｂ、または搬入出室８における搬送装置１６の支持アーム１７が容器３１に挿入された際にこれらとの間でウエハＷを受け渡しする受け渡し位置と、クーリングプレート３２内に没し、ウエハＷをクーリングプレート３２の表面（上面）に近接させる冷却位置とをとることができるようになっている。クーリングプレート３２の上面には、３個（図２では２個のみ図示）のウエハ支持ピン５４が取り付けられており、これらウエハ支持ピン５４により、冷却位置にあるウエハＷがクーリングプレート３２と僅かに離隔した位置（例えば０．３ｍｍ）に位置されるようになっている。これにより、ウエハＷ裏面へのパーティクルの付着を低減することができる。
【００２９】
クーリングプレート３２内には、冷却媒体流路５５が形成されており、この冷却媒体流路５５には冷却媒体導入路５６および冷却媒体排出路５７が接続されていて、図示しない冷却媒体供給部から冷却水等の冷却媒体が通流されてクーリングプレート３２に近接されたウエハＷを冷却可能となっている。
【００３０】
容器３１の底部には、容器３１内を真空排気するための排気口３６が設けられている。排気口３６には排気管４１が接続されており、この排気管４１には、開閉バルブ４２、排気速度調整バルブ４３および真空ポンプ４４が設けられている。したがって、排気速度調整バルブ４３および真空ポンプ４４により、容器３１内を所定の速度で真空排気可能となっている。
【００３１】
一方、容器３１の底部のクーリングプレート３２を挟んで排気口３６と反対側には、パージガス（例えばＮ２ガス）を吐出するための第１のパージガス吐出部材６１が設けられている。第１のパージガス吐出部材６１は、容器３１の底部から上方に延びるパージガス供給部６１ａと、パージガス供給部６１ａの先端に設けられた、ウエハＷの径とほぼ同等の幅を有する長尺のパージガス吐出ノズル６２とを有している。パージガス供給部６１ａには、下方からパージガス供給配管４５が接続されている。このパージガス供給配管４５はパージガス源４８から延びており、その途中には開閉バルブ４６および流量調節バルブ４７が設けられている。これにより、流量調節バルブ４７により流量を調節しつつパージガス源４８からパージガス供給配管４５およびパージガス供給部６１ａを介して供給されたパージガスをパージガス吐出ノズル６２からウエハＷに平行に乱流制御された状態で吐出可能となっている。したがって、パージガス流は一方向の平行流となり、層流または制御された乱流、またはこれらが混合した状態となる。また、パージガス吐出ノズル６２から吐出されたパージガスは、ウエハＷの上面に沿って吐出可能となっている。蓋体３１ｂの直下には、パージガス吐出ノズル６２から吐出されたパージガスの乱流制御を行うための整流板６３が設けられている。整流板６３は、図４の底面図に示すように、パージガスの流れに沿った方向に直線状に複数の仕切り板６３ａが設けられており、これらの間に流路６３ｂが形成されており、パージガス吐出ノズル６２から吐出されたパージガスを整流するようになっている。整流板６３が存在しなくても、パージガス吐出ノズル６２から吐出されるパージガスを乱流制御された状態でウエハＷに平行に流すことは可能であるが、整流板６３の存在により、パージガスの乱流制御性をより高めることができる。
【００３２】
また、クーリングプレート３２の上面には、図５にも示すように、多孔質セラミック等の多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材６５が嵌め込まれている。この例では４つの円形のパージガス吐出部材６５が十字状に配置されているが、パージガスを均一に吐出できれば、その形状および配置形態は問わず、例えば楕円状や矩形状、スリット状等種々の形状を採用することができ、配置形態も十字状の他、三又状等を採用することができる。パージガス吐出部材６５は多孔質体であるためフィルター機能を有し、緩やかにパージガスを導入する機能を有する。このパージガス吐出部材６５には、パージガス供給配管６６が接続されている。このパージガス供給配管６６はパージガス源４８から延びており、その途中には開閉バルブ６７および流量調節バルブ６８が設けられている。これにより、流量調節バルブ６８により流量を調節しつつパージガス源４８からパージガス供給配管６６を介して供給されたパージガスを緩やかにウエハＷの下面に向けて吐出するようになっている。
【００３３】
そして、真空側の搬送室５との間でウエハＷの搬送を行う場合には、開閉バルブ４６を閉じ、開閉バルブ４２を開けた状態として、排気速度調整バルブ４３を調節して所定速度で真空ポンプ４４により排気管４１を介して容器３１内を排気し、容器３１内の圧力を搬送室５内の圧力に対応する圧力とし、その状態で第１のゲートバルブＧ１を開けて容器３１と搬送室５との間を連通する。また、大気側の搬入出室８との間でウエハＷの搬送を行う場合には、開閉バルブ４２を閉じ、開閉バルブ４６、６７を開けた状態として、流量調節バルブ４７、６８を調節してパージガス源４８からパージガス供給配管４５、６６を介して窒素ガス等のパージガスを所定流量および所定分配比でウエハＷの上下面に供給するとともに、容器３１内の圧力を上昇させ、その中の圧力を大気圧近傍にし、その状態で第２のゲートバルブＧ２を開けて容器３１と搬入出室８との間を連通する。
【００３４】
容器３１内の圧力は、圧力調整機構４９により大気圧と所定の真空雰囲気との間で調整される。この圧力調整機構４９は、圧力計５９により測定された容器３１内の圧力に基づいて、開閉バルブ４２、排気速度調整バルブ４３、流量調節バルブ４７、６７および開閉バルブ４６、６８を制御することにより容器３１内の圧力を調整する。圧力調整機構４９は上述の制御部２０により制御される。
【００３５】
次に、本実施形態におけるロードロック装置６、７の動作について説明する。
まず、搬送装置１６によりフープＦから取り出されたウエハＷを、容器３１に搬入する。このとき、容器３１内は大気雰囲気にされ、その後第２のゲートバルブＧ２が開放された状態でウエハＷが搬入される。
【００３６】
そして、ゲートバルブＧ２を閉じ、容器３１内を搬送室５に対応する圧力になるまで真空排気し、次いで、第１のゲートバルブＧ１を開放して搬送装置１２の支持アーム１４ａまたは１４ｂにより容器３１内からウエハＷを搬出する。搬出されたウエハＷは、いずれかの真空処理ユニットにより成膜等の高温での真空処理が行われる。
【００３７】
次いで、容器３１内を搬送室５に対応する圧力に調整し、第１のゲートバルブＧ１を開けて処理後の高温のウエハＷを容器３１内に搬入し、容器３１内にパージガスを導入して容器３１内の圧力を大気圧に上昇させる過程でウエハＷを冷却する。そして、容器３１内が大気圧になりかつウエハＷが１００℃程度以下の所定の温度まで冷却された時点で、第２のゲートバルブＧ２を開けて容器３１内のウエハＷを搬送装置１６の支持アーム１７により取り出して所定のフープＦに収容する。
【００３８】
このときのウエハＷの冷却は、従来、クーリングプレート３２に通流させる冷却媒体による冷却に依存していた。しかし、最初からウエハＷをクーリングプレート３２に近接させるとウエハＷが反ってしまうため、初期の段階では昇降ピン５０によりウエハＷをクーリングプレート上方に待機させておく必要がある。そのため、ウエハＷを効率良く冷却することができない。大気圧に戻すためのパージガスを用いてウエハを冷却することが考えられるが、従来は、ウエハを効率良く冷却すべくウエハの近傍にパージガスを導入しようとすると、パーティクルを巻き上げてウエハにパーティクルが付着してしまうおそれがあるため、ウエハから離れた位置からパージガスを導入せざるを得ず、ウエハの冷却には有効に機能しない。
【００３９】
そこで、本実施形態では、処理後の高温のウエハＷを搬入してウエハを冷却しつつ大気雰囲気に戻す際に、パージガス源４８からパージガス供給配管４５およびパージガス供給部６１ａを介して供給されたパージガスをパージガス吐出ノズル６２から吐出し、整流板６３で整流することによりウエハＷに平行にかつウエハＷの上面に沿って排気口３６に向かう一方向の層流を形成する。このようにウエハＷに平行にウエハＷの上面に沿って層流を形成して強制的に対流させることにより、ウエハＷ上面に冷却層が形成され、対流伝熱によりウエハＷの冷却を促進することができる。このとき、このような層流状態の冷却層が形成されるため、パーティクルの巻き上げが防止される。つまり、ウエハＷ上面の冷却層はパーティクル巻き上げ防止層としても機能する。
【００４０】
一方、パージガス源４８からのパージガスは、パージガス供給配管６６にも供給され、そのパージガスは多孔質セラミックス等の多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材６５からウエハＷの下面に向けて供給される。このとき、多孔質体は整流作用があるため、第２のパージガス吐出部材６５から吐出されるパージガスは、層流状態で緩やかにウエハＷの下面に供給され、ウエハＷの下面にパージガスからなる冷却層を形成してウエハＷの冷却を促進する。このとき、パージガス吐出部材６５からパージガスが層流状態で緩やかに吐出されるため、周囲のパーティクルを巻き上げるおそれが極めて小さい。このため、パージガス吐出部材６５から吐出されるパージガスもパーティクルを巻き上げることなくウエハＷの冷却に有効に寄与する。
【００４１】
このようにしてパーティクルを巻き上げずにウエハＷにパージガスを供給することができ、しかもウエハＷの上下面をともにパージガスにより冷却することができるので、ウエハＷに対するパーティクル付着を抑止しつつ、高温のウエハＷを極めて効率よく冷却することができる。このためウエハ処理のスループットを高くすることができる。
【００４２】
図６は、パージガスを容器３１の底部に形成されたパージガス導入口からのみ供給した従来の場合と、ウエハ上下面へのパージガス供給（流量：５０ｓｌｍ）を追加した本実施形態の場合とで、ウエハＷの冷却性を調査したものであり、７００℃程度の高温のウエハを冷却した場合のウエハの温度変化を示す。この図に示すように、本実施形態の場合には、ウエハ温度が２５０℃付近になった段階から従来よりも温度低下が大きくなり、ウエハＷの温度が取り出し可能な１００℃になるまでの時間が３６ｓｅｃから２９ｓｅｃと７ｓｅｃも短縮されることが確認された。
【００４３】
次に、従来の容器底部のパージガス導入口からパージガスを導入した場合の対流伝熱の効果を把握した。図７Ａは計算により求めた結果、図７Ｂは実測データである。図７Ｂの実測データは容器内圧力を大気圧とし、パージガスとしてＮ２を用い、Ｎ２パージがない場合と、Ｎ２ガス流量を１２ｓｌｍでパージした場合とでウエハの冷却特性を比較したものである。図７Ａの算出条件は、容器内圧力を大気圧とし、Ｎ２パージがある場合とない場合について、Ｎ２流量と熱伝達率を、実測データを元に、算出結果のクーリング率が実測データと近似するように、特に７０℃までのクーリング時間が近似するように設定したものである。図７Ａの算出結果より、実測データと同一結果になるように熱伝達率を設定すると、Ｎ２パージ量が６６ｓｃｃｍとなった。つまり、従来のように、単に容器底部のパージガス導入口からパージガスを導入する場合には、パージガス流量が１２ｓｌｍであっても、実際に冷却に寄与しているのは５％程度であり、パージガスによる冷却効率は極めて低いことがわかる。この結果から、本実施形態のようにウエハ上下に直接パージガスを供給する効果を理解することができる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、パージガスをウエハＷに平行にかつウエハＷの上面に乱流制御された状態で供給するパージガス吐出ノズル６２を有する第１のパージガス吐出部材６１と、冷却部材３２に近接配置されたウエハＷの下方からウエハＷの下面に向けてパージガスを吐出する多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材６５とを設けたので、ウエハＷの上面に形成された層流または制御された乱流による対流伝熱により基板を有効に冷却するとともに、パージガスの層がパーティクル巻き上げを防止する層としても機能し、また、多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材６５からは整流されたパージガスが緩やかにウエハＷの下面に供給され、パーティクルを巻き上げることなくウエハＷを有効に冷却する。このため、ウエハＷに対するパーティクル付着を抑制しつつ高温の基板を効率良く冷却することができ、処理のスループットを高くすることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、第１のパージガス吐出部材６１からウエハＷ上面へのパージガス供給と第２のパージガス吐出部材６５からウエハＷ下面へのパージガス供給の両方を行っているが、第２のパージガス吐出部材６５からのパージガスの供給のみでも、整流されたパージガスが緩やかにウエハＷの下面に供給され、パーティクルを巻き上げることなくウエハＷを冷却することができ、ウエハＷに対するパーティクル付着を抑制しつつ高温のウエハＷを効率良く冷却することができるという効果を奏することができる。
【００４６】
＜ロードロック装置の第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るロードロック装置について説明する。
図８は本発明の第２の実施形態に係るロードロック装置を示す垂直断面図、図９はその水平断面図である。これら図において、第１の実施形態と同じものには図２、３と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本実施形態に係るロードロック装置では、第１の実施形態における第１のパージガス吐出部材６１とは構造が異なる第１のパージガス吐出部材７１を有している。
【００４８】
第１のパージガス吐出部材７１は、容器３１の底部のクーリングプレート３２を挟んで排気口３６と反対側に設けられており、容器３１の底部から上方に延びるパージガス供給部７１ａと、パージガス供給部７１ａの先端に設けられた、ウエハＷの径とほぼ同等の幅を有する長尺の多孔質体（例えば多孔質セラミックス）からなる吐出部７２とを有している。パージガス供給部７１ａには、下方からパージガス供給配管４５が接続されている。吐出部７２は、ウエハＷの上方位置から下方位置の範囲に亘って設置されている。
【００４９】
そして、流量調節バルブ４７により流量を調節しつつパージガス源４８からパージガス供給配管４５およびパージガス供給部７１ａを介して供給されたパージガスを多孔質体からなる吐出部７２からウエハＷに平行に乱流制御された状態で吐出可能となっている。また、吐出部７２は、ウエハＷの上方位置から下方位置の範囲に亘って設置されているので、吐出部７２から吐出されたパージガスは、ウエハＷの存在範囲に乱流制御された状態で吐出可能となっている。したがって、パージガス流は一方向の平行流となり、層流または制御された乱流、またはこれらが混合した状態となる。また、蓋体３１ｂの直下には第１の実施形態と同様、整流板６３が設けられている。本実施形態においても、整流板６３が存在しなくても、吐出部７２から吐出されるパージガスを乱流制御された状態でウエハＷに平行に流すことは可能であるが、整流板６３の存在により、パージガスの乱流制御性をより高めることができる。
【００５０】
本実施形態では、処理後の高温のウエハＷを搬入してウエハを冷却しつつ大気雰囲気に戻す際に、パージガス源４８からパージガス供給配管４５およびパージガス供給部７１ａを介して供給されたパージガスを多孔質体からなる吐出部７２ら吐出し、整流板６３で整流することによりウエハＷに平行にかつウエハＷの存在領域に排気口３６に向かう一方向の乱流制御された状態の流れを形成する。このようにウエハＷの存在領域にウエハＷに平行に乱流制御された流れを形成して強制的に対流させることにより、ウエハＷの上下面に層流または制御された乱流による冷却層が形成され、対流伝熱によりウエハＷの冷却を促進することができる。このとき、吐出部７２を構成する多孔質体は整流作用があるため、吐出部７２から吐出されたパージガスは緩やかに流れ、パーティクルの巻き上げが防止される。
【００５１】
一方、第１の実施形態と同様、パージガス供給配管６６からのパージガスは多孔質セラミックス等の多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材６５からウエハＷの下面に向けて供給されるので、多孔質体の整流作用により、パージガスは緩やかにウエハＷの下面に供給され、ウエハＷの下面にパージガスからなる冷却層を形成してパージガスを巻き上げることなくウエハＷの冷却を促進する。
【００５２】
このようにして本実施形態においても、パーティクルを巻き上げずにウエハＷにパージガスを供給することができ、しかもウエハＷの上下面をともにパージガスにより冷却することができるので、ウエハＷに対するパーティクル付着を抑止しつつ、高温のウエハＷを極めて効率よく冷却することができる。このためウエハ処理のスループットを高くすることができる。
【００５３】
なお、本実施形態においても、第１のパージガス吐出部材７１からウエハＷへのパージガス供給と第２のパージガス吐出部材６５からウエハＷ下面へのパージガス供給の両方を行っているが、多孔質体からなる第２のパージガス吐出部材６５からのパージガスの供給のみでもよい。これにより、ウエハＷを効率良く冷却することができ、ウエハＷに対するパーティクル付着を抑制しつつ高温のウエハＷを効率良く冷却することができるという効果を奏することができる。
【００５４】
また、第１のパージガス吐出部材７１のみでも、ウエハＷの存在領域にウエハＷに平行に層流もしくは制御された乱流を形成して強制的に対流させて、ウエハＷの上下面に冷却層を形成するので、対流伝熱によりウエハＷの冷却を促進することができ、また、吐出部７２を構成する多孔質体は整流作用があるため、吐出部７２から吐出されたパージガスは緩やかに流れ、パーティクルの巻き上げが防止されるので、パーティクルを巻き上げることなくウエハＷを冷却することができる。
【００５５】
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、真空処理ユニットを４つ、ロードロック装置を２つ設けたマルチチャンバタイプの真空処理システムを例にとって説明したが、これらの数に限定されるものではない。また、本発明のロードロック装置は、このようなマルチチャンバタイプの真空処理装置に限らず、真空処理ユニットが１個のシステムであっても適用可能である。さらに、上記実施形態においては、ウエハ上面に一方向の層流を形成したが、これに限らず、例えば、ウエハの周囲に複数のガス吐出部材を設けて、これらガス吐出部材からウエハの上面に向けてパージガスを供給することによりウエハ上面に層流を形成する等、他の手法を用いても良い。さらにまた、被処理基板についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他の基板を対象にすることができることはいうまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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