(57)【要約】【課題】基板間で金属汚染物やパーティクルが転写するのを防止することができる冷却処理装置を提供する。【解決手段】冷却水供給源１５からの冷却水供給によって所定温度に維持されている底部冷却プレート１０の上に石英よりも放射率および熱伝導率が大きなセラミックスにて形成された第１セラミックス板２０が載置されている。第１セラミックス板２０の上面には支持部材５０が３箇所以上突設されている。加熱後の半導体ウェハーＷを受け取った突き上げピン３１が下降して第１セラミックス板２０の貫通孔内に埋入することにより、該半導体ウェハーＷは支持部材５０によって第１セラミックス板２０に近接されて点接触にて支持されて冷却される。半導体ウェハーＷは、支持部材５０によって点接触にて支持されるため、半導体ウェハーＷ間で金属汚染物等が転写するのを防止することができる。【選択図】図３
2008028235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱後の基板に冷却処理を行う冷却処理装置であって、
冷却機構によって所定温度に維持される底部冷却プレートと、
前記底部冷却プレート上に載置され、石英よりも放射率および熱伝導率が大きい第１セラミックス板と、
前記第１セラミックス板の上面の少なくとも３箇所に突設され、基板を前記第１セラミックス板に近接させて点接触にて支持する支持部材と、
を備えることを特徴とする冷却処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷却処理装置において、
前記支持部材の頂上部と前記第１セラミックス板の上面との間の距離が０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする冷却処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の冷却処理装置において、
前記セラミックス板の平面サイズは基板の平面サイズ以上であることを特徴とする冷却処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却処理装置において、
前記底部冷却プレートよりも上方に前記底部冷却プレートと対向して配置された上部冷却プレートと、
前記上部冷却プレートの下面に貼設され、石英よりも放射率および熱伝導率が大きい第２セラミックス板と、
をさらに備えることを特徴とする冷却処理装置。
【請求項５】
加熱後の基板に冷却処理を行う冷却処理装置であって、
冷却機構によって所定温度に維持される上部冷却プレートと、
前記上部冷却プレートの下面に貼設され、石英よりも放射率および熱伝導率が大きいセラミックス板と、
前記セラミックス板よりも下方に設けられ、基板を下面より点接触にて支持する少なくとも３本の突き上げピンと、
加熱後の基板を受け取った前記少なくとも３本の突き上げピンを上昇させて該基板を前記セラミックス板よりも下方の近接位置に保持するピン昇降手段と、
を備えることを特徴とする冷却処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却処理装置において、
前記加熱後の基板の温度は４００℃以上であることを特徴とする冷却処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却処理装置において、
前記加熱後の基板はフラッシュランプからの閃光照射によって加熱された後の基板であることを特徴とする冷却処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱後の半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、単に「基板」と称する）、特にフラッシュランプからの閃光照射によって加熱された後の基板に冷却処理を行う冷却処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進展しており、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。このような浅い接合(shallow junction)への要望を満たすため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェハーの表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーに閃光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間の閃光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置においては、一瞬の閃光照射のみでは半導体ウェハーを目標温度にまで昇温できないこともあるため、閃光照射前に予め２００℃ないし６００℃程度に半導体ウェハーを予備加熱している。このため、フラッシュ加熱が終了した後の半導体ウェハーも数百℃程度の高温となっており、搬送用のカセットケースに格納するためにはフラッシュ加熱後の冷却工程が必須となる。
【０００６】
従来のフラッシュランプを使用した熱処理装置に組み込まれている冷却ユニットは、金属製の冷却プレートに裏面を接触させた石英板の上に加熱後の半導体ウェハーを直接載置して冷却処理を行うようにしていた。しかしながら、この冷却処理では、石英板と半導体ウェハーの裏面とが面接触するため、あるウェハーの裏面が金属成分やパーティクルによって汚染されていると、その汚染物が石英板を介して後続のウェハーの裏面に転写されるおそれがあった。すなわち、金属汚染やパーティクルがウェハー間で伝染するという問題があった。
【０００７】
また、上記従来の冷却ユニットにおいて、石英板の上に加熱後の半導体ウェハーを直に載せると、石英板とウェハー裏面との間に気体層が挟み込まれて半導体ウェハーの横滑りを生じるため、これを防止するための横滑り防止ピンを石英板上に設けるようにしていた。ところが、石英板上に載置した半導体ウェハーが横滑りして当該横滑り防止ピンに衝突するとウェハーの端縁部が損傷するおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板間で金属汚染物やパーティクルが転写するのを防止することができる冷却処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、加熱後の基板に冷却処理を行う冷却処理装置において、冷却機構によって所定温度に維持される底部冷却プレートと、前記底部冷却プレート上に載置され、石英よりも放射率および熱伝導率が大きい第１セラミックス板と、前記第１セラミックス板の上面の少なくとも３箇所に突設され、基板を前記第１セラミックス板に近接させて点接触にて支持する支持部材と、を備える。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る冷却処理装置において、前記支持部材の頂上部と前記第１セラミックス板の上面との間の距離を０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下としている。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る冷却処理装置において、前記セラミックス板の平面サイズを基板の平面サイズ以上としている。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る冷却処理装置において、前記底部冷却プレートよりも上方に前記底部冷却プレートと対向して配置された上部冷却プレートと、前記上部冷却プレートの下面に貼設され、石英よりも放射率および熱伝導率が大きい第２セラミックス板と、をさらに備える。
【００１３】
また、請求項５の発明は、加熱後の基板に冷却処理を行う冷却処理装置において、冷却機構によって所定温度に維持される上部冷却プレートと、前記上部冷却プレートの下面に貼設され、石英よりも放射率および熱伝導率が大きいセラミックス板と、前記セラミックス板よりも下方に設けられ、基板を下面より点接触にて支持する少なくとも３本の突き上げピンと、加熱後の基板を受け取った前記少なくとも３本の突き上げピンを上昇させて該基板を前記セラミックス板よりも下方の近接位置に保持するピン昇降手段と、を備える。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る冷却処理装置において、前記加熱後の基板の温度を４００℃以上としている。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る冷却処理装置において、前記加熱後の基板をフラッシュランプからの閃光照射によって加熱された後の基板としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、底部冷却プレート上に載置された石英よりも放射率および熱伝導率が大きい第１セラミックス板の上面の少なくとも３箇所に基板を第１セラミックス板に近接させて点接触にて支持する支持部材を突設しているため、冷却される基板が第１セラミックス板に面接触することが回避され、基板間で金属汚染物やパーティクルが転写するのを防止することができる。
【００１７】
また、請求項２の発明によれば、支持部材の頂上部と第１セラミックス板の上面との間の距離を０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下としているため、基板の冷却効率低下を抑制しつつ第１セラミックス板と基板との接触を確実に防止することができる。
【００１８】
また、請求項３の発明によれば、セラミックス板の平面サイズを基板の平面サイズ以上としているため、基板の冷却効率をより向上させることができる。
【００１９】
また、請求項４の発明によれば、上部冷却プレートとその下面に貼設された石英よりも放射率および熱伝導率が大きい第２セラミックス板とをさらに備えるため、基板の冷却効率をより向上させることができる。
【００２０】
また、請求項５の発明によれば、上部冷却プレートの下面に貼設された石英よりも放射率および熱伝導率が大きいセラミックス板に突き上げピンで点接触にて支持する基板を近接位置に上昇させているため、冷却される基板がセラミックス板に面接触することが回避され、基板間で金属汚染物やパーティクルが転写するのを防止することができる。
【００２１】
また、請求項６の発明によれば、加熱後の基板の温度は４００℃以上であり、基板中への金属汚染物の拡散を防止することができる。
【００２２】
また、請求項７の発明によれば、加熱後の基板はフラッシュランプからの閃光照射によって加熱された後の基板であり、基板中への金属汚染物の拡散を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る冷却処理装置を組み込んだ基板処理装置全体の概略構成について説明する。図１は本発明に係る冷却処理装置である冷却処理ユニット１４０を組み込んだ基板処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。この基板処理装置１００は、円板状の半導体ウェハーにキセノンフラッシュランプからフラッシュ光を照射してアニール処理を行う装置である。なお、図１および図２において適宜部分的に断面図としており、細部については適宜簡略化している。また、図１および図２においては、それらの方向関係を明確にするため必要に応じてＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。
【００２５】
図１および図２に示すように基板処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサユニット１１０、インデクサユニット１１０に対して半導体ウェハーＷの出し入れを行う受渡ロボット１２０、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメントユニット１３０、加熱後の半導体ウェハーＷの冷却処理を行う冷却処理ユニット（クーラ）１４０、アライメントユニット１３０、冷却処理ユニット１４０等に対して半導体ウェハーＷの出し入れを行う搬送ロボット１５０、および、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施す加熱処理ユニット１６０を有する。
【００２６】
また、搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送室１７０が設けられており、アライメントユニット１３０、冷却処理ユニット１４０および加熱処理ユニット１６０が搬送室１７０の周囲に連結されて配置されている。
【００２７】
インデクサユニット１１０は２つのキャリア９１が無人搬送車（ＡＧＶ）等により搬送されて載置される部位であり、半導体ウェハーＷはキャリア９１に収容された状態で基板処理装置１００に対して搬出入される。また、インデクサユニット１１０では、受渡ロボット１２０による任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるようにキャリア９１が図２の矢印９１Ｕにて示す如く昇降移動されるように構成されている。
【００２８】
受渡ロボット１２０は、矢印１２０Ｓにて示すようなスライド移動、矢印１２０Ｒにて示すような旋回動作および若干の昇降動作が可能とされており、これにより、２つのキャリア９１に対して半導体ウェハーＷの出し入れを行い、さらに、アライメントユニット１３０および冷却処理ユニット１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【００２９】
なお、受渡ロボット１２０によるキャリア９１に対する半導体ウェハーＷの出し入れは、ハンド１２１のスライド移動、および、キャリア９１の昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０とアライメントユニット１３０または冷却処理ユニット１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、受渡ロボット１２０の昇降動作によって行われる。
【００３０】
受渡ロボット１２０からアライメントユニット１３０へは半導体ウェハーＷの中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。そして、アライメントユニット１３０は半導体ウェハーＷを回転させて切り欠き部（ノッチまたはオリフラ）を検出することにより、当該半導体ウェハーＷを適切な向きに向ける。
【００３１】
搬送ロボット１５０は鉛直方向を向く軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされるとともに、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、２つのリンク機構の末端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが設けられる。これらの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送アーム１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。
【００３２】
搬送ロボット１５０がアライメントユニット１３０、加熱処理ユニット１６０または冷却処理ユニット１４０を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送アーム１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）昇降移動していずれかの搬送アームが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送アーム１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【００３３】
加熱処理ユニット１６０はキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）からの閃光を半導体ウェハーＷに照射して加熱処理を行う処理部である。加熱処理ユニット１６０は、複数のキセノンフラッシュランプ６９の他に、閃光照射前に半導体ウェハーＷを予備加熱して所定温度にまで昇温させておく予備加熱機構（アシスト加熱機構）を備えている。予備加熱機構としては、抵抗発熱体を使用したヒータを用いるようにしても良いし、ハロゲンランプを採用するようにしても良い。
【００３４】
加熱処理ユニット１６０にて処理が施された直後の半導体ウェハーＷは温度が高いため、搬送ロボット１５０により冷却処理ユニット１４０に載置されて冷却される。この冷却処理ユニット１４０の構成についてはさらに後述する。冷却処理ユニット１４０にて冷却された半導体ウェハーＷは処理済の半導体ウェハーＷとして受渡ロボット１２０によりキャリア９１に返却される。
【００３５】
また、既述のように、基板処理装置１００では搬送ロボット１５０の周囲が搬送室１７０で覆われ、この搬送室１７０にアライメントユニット１３０、冷却処理ユニット１４０および加熱処理ユニット１６０が接続される。受渡ロボット１２０とアライメントユニット１３０および冷却処理ユニット１４０との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられ、搬送室１７０とアライメントユニット１３０、冷却処理ユニット１４０および加熱処理ユニット１６０との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４，１８５が設けられる。そして、アライメントユニット１３０、冷却処理ユニット１４０、加熱処理ユニット１６０および搬送室１７０の内部が清浄に維持されるようにそれぞれに窒素ガス供給部（図示省略）から高純度の窒素ガスが供給され、余剰の窒素ガスは適宜排気管から排気される。なお、半導体ウェハーＷが搬送される際に適宜これらのゲートバルブが開閉される。
【００３６】
また、アライメントユニット１３０および冷却処理ユニット１４０は受渡ロボット１２０と搬送ロボット１５０との間の互いに異なる位置に位置し、アライメントユニット１３０では半導体ウェハーＷの位置決めを行うために半導体ウェハーＷが一時的に載置され、冷却処理ユニット１４０では加熱後の半導体ウェハーＷを冷却するために半導体ウェハーＷが一時的に載置される。
【００３７】
次に、冷却処理ユニット１４０の構成について説明する。図３は、冷却処理ユニット１４０の要部構成を示す図である。本実施形態の冷却処理ユニット１４０は、底部冷却プレート１０と、その上に載置された第１セラミックス板２０とを備えている。また、冷却処理ユニット１４０は、第１セラミックス板２０に半導体ウェハーＷを載置したり第１セラミックス板２０から半導体ウェハーＷを突き上げて離間させる昇降機構３０を備えるとともに、上部冷却プレート８０および第２セラミックス板９０を備える。図３に示す各構成要素は冷却処理ユニット１４０のチャンバー内に設置されており、そのチャンバーのウェハ搬出入口がゲートバルブ１８２，１８４によって開閉されることとなる。
【００３８】
底部冷却プレート１０は、アルミニウム合金製の平板形状のプレートであり、その平面形状は冷却処理ユニット１４０のチャンバーの平面形状（図１参照）と同じである。底部冷却プレート１０は冷却処理ユニット１４０の床部分に形成される。底部冷却プレート１０の内部には、プレート表面のほぼ全域に対向するように冷却配管（図示省略）が周回して配設されており、当該冷却配管には冷却水供給源１５から冷却水が供給される。冷却水供給源１５から冷却配管に供給された冷却水は底部冷却プレート１０と熱交換を行った後、図外のドレインへと排出される。冷却水供給源１５から冷却配管に冷却水を供給することによって底部冷却プレート１０が所定温度に維持されることとなる。なお、冷却水供給源１５としては、基板処理装置１００が設置される工場のユーティリティを使用しても良いし、基板処理装置１００内に恒温水供給ユニットを設けるようにしても良い。
【００３９】
底部冷却プレート１０の上面に載置された第１セラミックス板２０は、石英よりも放射率および熱伝導率が大きなセラミックスにて形成された円板状部材である。本実施形態の第１セラミックス板２０は、焼結ＳｉＣにて形成された直径３００ｍｍの円板である。第１セラミックス板２０の厚さは０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、本実施形態では３ｍｍとしている。第１セラミックス板２０の厚さが０．５ｍｍ未満であると加工性が低下して良好な平坦度が得られにくくなり、逆に５ｍｍを超えると半導体ウェハーＷから底部冷却プレート１０への熱伝導性が低下する。なお、第１セラミックス板２０は極力面接触にて第１セラミックス板２０上に載置するのが好ましく、このため第１セラミックス板２０の平坦度としては平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１ｍｍ以下であることが望ましい。また、熱伝導性の良好な接着剤にて第１セラミックス板２０を底部冷却プレート１０の上面に貼設するようにしても良い。
【００４０】
第１セラミックス板２０の上面には複数箇所（本実施形態では３箇所）に支持部材５０が突設されている。支持部材５０としては直径が数ｍｍのセラミックスボールの下部を第１セラミックス板２０に埋め込んで形成するようにしても良いし、直径が２ｍｍ以下で高さが５ｍｍ以下のセラミックス製のピンの下部を第１セラミックス板２０に埋め込んで形成するようにしても良い。また、セラミックス製の楕円球の下部を第１セラミックス板２０に埋め込むようにしても良い。支持部材５０の材質としては、第１セラミックス板２０と同じ材質や石英、または加工性に優れたアルミナ等を使用することができる。
【００４１】
各支持部材５０の頂上部と第１セラミックス板２０の上面との間の距離は０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように構成されている。半導体ウェハーＷにも数１０μｍ〜数１００μｍ程度のうねりや反りが存在しており、また第１セラミックス板２０の表面にも上述の如き平均表面粗さが０．１ｍｍ以下の範囲で凹凸があるため、半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との接触を確実に防止するためには上記の距離を０．２ｍｍ以上とするのが好ましい。また、後述するように、良好な半導体ウェハーＷの冷却効率を得るためには、上記の距離を５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００４２】
半導体ウェハーＷを第１セラミックス板２０上に支持して冷却するときには、各支持部材５０が半導体ウェハーＷを第１セラミックス板２０の上方に近接させて点接触にて支持する。半導体ウェハーＷを安定して支持するためには少なくとも３点以上で支持する必要があり、本実施形態では第１セラミックス板２０の上面に同一円周上に沿って１２０°毎に３箇所に支持部材５０を突設している。
【００４３】
昇降機構３０は、複数本（本実施形態では３本）の突き上げピン３１、支持板３２およびアクチュエータ３５を備える。３本の突き上げピン３１は、石英によって形成されており、支持板３２上にそれぞれ固定されて立設されている。支持板３２はアクチュエータ３５によって昇降される。アクチュエータ３５としては、モータやエアシリンダを使用したものなど公知の種々のものを採用することができる。
【００４４】
また、底部冷却プレート１０および第１セラミックス板２０には突き上げピン３１が挿通可能な程度の大きさの貫通孔が穿設されており、アクチュエータ３５の駆動に伴って３本の突き上げピン３１が該貫通孔を通って昇降する。貫通孔は、例えば３箇所の支持部材５０と同一円周上に沿って１２０°毎に支持部材５０と交互に形成する。アクチュエータ３５が支持板３２を昇降させると、支持板３２上に立設された３本の突き上げピン３１が一斉に昇降する。
【００４５】
３本の突き上げピン３１は、図３の実線で示す処理位置と二点鎖線で示す受渡位置との間でアクチュエータ３５によって昇降される。図３に示すように、突き上げピン３１が処理位置にまで下降されると、その上端が第１セラミックス板２０または底部冷却プレート１０の貫通孔内に埋入する。一方、突き上げピン３１が受渡位置にまで上昇されると、その上端が第１セラミックス板２０の上面から突出して、支持部材５０の頂上部よりも上方に位置する。
【００４６】
また、本実施形態の冷却処理ユニット１４０は、底部冷却プレート１０よりも上方に底部冷却プレート１０と対向して配置された上部冷却プレート８０および第２セラミックス板９０をさらに備える。上部冷却プレート８０は、アルミニウム合金製の平板形状のプレートであり、冷却処理ユニット１４０の天井部分に形成される点を除いては底部冷却プレート１０と同様の部材である。すなわち、上部冷却プレート８０の内部には、冷却配管が周回して配設されており、当該冷却配管に冷却水供給源１５から冷却水が供給されることによって上部冷却プレート８０が所定温度に維持される。
【００４７】
第２セラミックス板９０は上部冷却プレート８０の下面に貼設されている。第２セラミックス板９０は支持部材５０や貫通孔が設けられていない点を除いては、上述した第１セラミックス板２０と同じである。すなわち、第２セラミックス板９０は、石英よりも放射率および熱伝導率が大きなセラミックス（ここでは焼結ＳｉＣ）にて形成された円板状部材であり、その直径は３００ｍｍ、厚さは０．５ｍｍ〜５ｍｍである。上述した受渡位置にまで上昇された半導体ウェハーＷと第２セラミックス板９０の下面との間の距離が少なくとも１０ｍｍ以上となるように上部冷却プレート８０および第２セラミックス板９０は配置されている。
【００４８】
次に、基板処理装置１００における半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この基板処理装置１００において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。ここでは、熱処理装置１００全体におけるウェハーフローについて簡単に説明した後、本発明に係る冷却処理装置である冷却処理ユニット１４０における半導体ウェハーＷの冷却処理について説明する。
【００４９】
基板処理装置１００では、まず、イオン注入後の半導体ウェハーＷがキャリア９１に複数枚収容された状態でインデクサユニット１１０上に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリア９１から半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメントユニット１３０に載置する。アライメントユニット１３０では、半導体ウェハーＷをその中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで回転させノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの位置決めを行う。
【００５０】
アライメントユニット１３０にて位置決めが行われた半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａにより搬送室１７０内へと取り出され、搬送ロボット１５０が加熱処理ユニット１６０を向くように旋回する。搬送ロボット１５０が加熱処理ユニット１６０に向くと、下側の搬送アーム１５１ｂが加熱処理ユニット１６０から先行する加熱処理済の半導体ウェハーＷを取り出し、上側の搬送アーム１５１ａが未処理の半導体ウェハーＷを加熱処理ユニット１６０へと搬入する。このときに搬送ロボット１５０は、フラッシュランプ６９の長手方向と垂直に搬送アーム１５１ａ，１５１ｂをスライド移動させる。
【００５１】
加熱処理ユニット１６０においては、まず約６０秒間の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度まで上昇する。この予備加熱温度は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる。約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、フラッシュランプ６９から半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射されることによってフラッシュ加熱が実行される。フラッシュ加熱は、フラッシュランプ６９からの閃光照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。
【００５２】
すなわち、フラッシュランプ６９から照射される光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプ６９からの閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度まで上昇し、半導体ウェハーＷに添加された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに添加された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、添加不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。フラッシュ加熱が終了し、約１０秒間の待機の後、加熱後の半導体ウェハーＷが搬送ロボット１５０の搬送アーム１５１ｂにより搬出される。
【００５３】
次に、搬送ロボット１５０は冷却処理ユニット１４０に向くように旋回し、下側の搬送アーム１５１ｂが加熱後の半導体ウェハーＷを冷却処理ユニット１４０内に搬入する。フラッシュランプ６９からの閃光照射によって加熱された後の半導体ウェハーＷは約１０秒程度の待機では十分に降温せず、冷却処理ユニット１４０に搬入される時点での半導体ウェハーＷの温度は依然として４００℃以上の高温である。この加熱後の半導体ウェハーＷを保持する搬送アーム１５１ｂが冷却処理ユニット１４０内に進入して、底部冷却プレート１０の上方に位置する。そして、３本の突き上げピン３１がアクチュエータ３５の駆動によって受渡位置（図３の二点鎖線位置）にまで上昇して搬送ロボット１５０から半導体ウェハーＷを受け取る。続いて、搬送ロボット１５０が搬送アーム１５１ｂを冷却処理ユニット１４０から退出させた後、３本の突き上げピン３１がアクチュエータ３５によって処理位置（図３の実線位置）にまで下降することにより、３つの支持部材５０によって半導体ウェハーＷが第１セラミックス板２０の上方に近接されて点接触にて支持される。なお、支持部材５０の頂上部と第１セラミックス板２０の上面との間の距離が０．２ｍｍである場合には、半導体ウェハーＷの横滑りを防止するために突き上げピン３１をなるべく低速にて下降させる方が好ましい。
【００５４】
底部冷却プレート１０は、冷却水供給源１５から冷却水が供給されることによって所定温度に維持されており、加熱後の半導体ウェハーＷの熱が第１セラミックス板２０を介して底部冷却プレート１０に伝達されることにより冷却処理が進行することとなる。ここで、支持部材５０によって支持される半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０とは近接対向配置されている。このように相対向する物体間の放射熱流量ｑ12（正確には物体１から物体２へと向かう正味の放射熱流量）は次の数１に示すように、物体１（ここでは半導体ウェハーＷ）から物体２（第１セラミックス板２０）へ向かう放射熱流量Ｑ12と物体２から物体１へ向かう放射熱流量Ｑ21との差で与えられる。
【００５５】
【数１】
2008028235.tif 000003
【００５６】
放射熱流量Ｑ12およびＱ21は、物体１，２のそれぞれの面積をＡ1，Ａ2、形態係数をＦ12，Ｆ21、単位面積当たりの放射熱流量をＥ1，Ｅ2とすると以下の数２および数３で表される。なお、処理対象の半導体ウェハーＷがφ３００ｍｍであるならば、半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０とは面積および形状において同一となり、それぞれの面積Ａ1とＡ2とが等しくなり、さらには形態係数Ｆ12とＦ21とも等しくなる。
【００５７】
【数２】
2008028235.tif 000004
【００５８】
【数３】
2008028235.tif 000005
【００５９】
よって、近接対向する半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との間の放射熱流量ｑ12は次の数４のように表すことができる。
【００６０】
【数４】
2008028235.tif 000006
【００６１】
上記の形態係数は半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との間の幾何学的関係のみによって決定されるものであり、温度には依存しない。そして、形態係数Ｆ12と形態係数Ｆ21との間には次の数５の関係が成立する。
【００６２】
【数５】
2008028235.tif 000007
【００６３】
すなわち、半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との間の形態係数には互換性が存在しているのである。この数５の関係と数４とより数６が導かれる。
【００６４】
【数６】
2008028235.tif 000008
【００６５】
一方、温度Ｔ（Ｋ）における黒体放射熱流量をＬｂ（Ｔ）、物体１，２のそれぞれの表面の放射率をε１，ε２とすると放射熱流量Ｅ1，Ｅ2は以下の数７および数８のように表される。
【００６６】
【数７】
2008028235.tif 000009
【００６７】
【数８】
2008028235.tif 000010
【００６８】
数７，数８および数６から次の数９が導かれる。
【００６９】
【数９】
2008028235.tif 000011
【００７０】
数９においてＡ1およびε１はそれぞれ半導体ウェハーＷの面積および放射率であって半導体ウェハーＷに依存する定数である。また、Ｔ1は支持部材５０に支持されている半導体ウェハーＷの温度であって加熱処理ユニット１６０における加熱処理条件に依存、つまりプロセス条件に依存するものであって冷却処理の段階で変更できる値ではない。よって、半導体ウェハーＷから第１セラミックス板２０へと向かう正味の放射熱流量ｑ12を大きくして冷却速度を向上させるためには、形態係数Ｆ12を大きくして、かつ第１セラミックス板２０の温度Ｔ2を低くすればよい。
【００７１】
一般に形態係数は１以下となり、その値は２面間の幾何学的関係のみによって決定される。本実施形態のように、円板の半導体ウェハーＷと円板の第１セラミックス板２０とが互いに平行に相対向している場合には、形態係数Ｆ12は、両円板の面間距離Ｌ、半導体ウェハーＷの半径Ｒ1および第１セラミックス板２０の半径Ｒ2とによって規定される値であり、次の数１０によって与えられる。
【００７２】
【数１０】
2008028235.tif 000012
【００７３】
上述したように第１セラミックス板２０の直径は３００ｍｍである。また、基板処理装置１００の処理対象となる半導体ウェハーＷにはφ２００ｍｍまたはφ３００ｍｍの２種類があり得る。いずれの場合であっても、第１セラミックス板２０の平面サイズは半導体ウェハーＷの平面サイズ以上となる。φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷを処理するときにはＲ1＝Ｒ2＝１５０ｍｍとなり、φ２００ｍｍの半導体ウェハーＷを処理するときにはＲ1＝１００ｍｍ，Ｒ2＝１５０ｍｍとなる。これら２種類の条件下において、数１０から導かれれる形態係数Ｆ12と面間距離Ｌとの関係を図４に示す。同図において、φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷの形態係数Ｆ12については実線で示し、φ２００ｍｍの半導体ウェハーＷについては一点鎖線で示している。
【００７４】
図４から明らかなように、φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷを処理するときには面間距離Ｌが大きくなるにしたがって形態係数Ｆ12が直線的に小さくなる。すなわち、半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０と間の距離が拡がるほど半導体ウェハーＷの冷却効率がリニアに低下する。半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との間の面間距離Ｌ（支持部材５０の頂上部と第１セラミックス板２０の上面との間の距離に等しい）が５ｍｍ以下であれば、形態係数Ｆ12として約０．９７以上を確保することができ、良好な半導体ウェハーＷの冷却効率を得ることができる。一方、φ２００ｍｍの半導体ウェハーＷを処理するときには面間距離Ｌの影響が小さく、半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との間の面間距離Ｌが２０ｍｍ程度まで０．９７以上の形態係数Ｆ12を得ることができる。
【００７５】
また、第１セラミックス板２０の表面から吸収する熱量Ｊは次の数１１で与えられる。
【００７６】
【数１１】
2008028235.tif 000013
【００７７】
すなわち、第１セラミックス板２０の放射率ε２が大きいほど、またその温度Ｔ2が低いほど第１セラミックス板２０が吸収する熱量Ｊは大きくなる。このため、第１セラミックス板２０の材質としては、石英よりも放射率の大きなセラミックスを使用している。なお、第１セラミックス板２０の温度Ｔ2は底部冷却プレート１０によって規定される温度であり冷却水供給源１５に依存する値であるが、この温度Ｔ2が低いほど冷却効率が向上するのは数９および数１１より明らかである。
【００７８】
また、本実施形態の冷却処理ユニット１４０においては、半導体ウェハーＷの上方にも上部冷却プレート８０および第２セラミックス板９０が設けられている。すなわち、半導体ウェハーＷは第１セラミックス板２０と第２セラミックス板９０との間に挟み込まれるようにして冷却されることとなる。このため、冷却処理ユニット１４０における半導体ウェハーＷの冷却効率をさらに向上させることができる。もっとも、本実施形態では第１セラミックス板２０と半導体ウェハーＷとの間の距離に比較して第２セラミックス板９０と半導体ウェハーＷとの間の距離が大きいため、冷却効率への寄与は第１セラミックス板２０の方が大きい。
【００７９】
以上のようにして半導体ウェハーＷが約５０℃以下にまで冷却されると、３本の突き上げピン３１が受渡位置にまで上昇して、支持部材５０に支持されていた冷却後の半導体ウェハーＷを受け取って突き上げる。そして、受渡ロボット１２０がハンド１２１を突き上げピン３１に支持された半導体ウェハーＷの下方に進出させ、次いで３本の突き上げピン３１が処理位置にまで下降することによって半導体ウェハーＷがハンド１２１に渡される。その後、受渡ロボット１２０がハンド１２１を冷却処理ユニット１４０から退出させることによって、半導体ウェハーＷを搬出する。冷却処理ユニット１４０から搬出された半導体ウェハーＷを受渡ロボット１２０がキャリア９１へと返却することによって、一連のフラッシュ加熱処理が完了する。
【００８０】
このようにすれば、冷却処理ユニット１４０にて冷却処理される半導体ウェハーＷは、第１セラミックス板２０上に面接触にて載置されるのではなく、支持部材５０によって点接触にて支持されるため、ある半導体ウェハーＷの裏面が金属成分やパーティクルによって汚染されていたとしても、その汚染物が第１セラミックス板２０を介して後続の半導体ウェハーＷの裏面に転写されるのを防止することができる。
【００８１】
また、半導体ウェハーＷを受け取った突き上げピン３１が処理位置にまで下降したときに、当該半導体ウェハーＷが３つの支持部材５０によって点接触で支持されることとなるため、半導体ウェハーＷが横滑りする現象は生じなくなる。このため、第１セラミックス板２０上に横滑り防止ピンを設ける必要が無くなるとともに、横滑りした半導体ウェハーＷが横滑り防止ピンに衝突して端縁部を破損するおそれもない。
【００８２】
また、金属製の底部冷却プレート１０上において第１セラミックス板２０を介して半導体ウェハーＷを冷却しているため、加熱後の半導体ウェハーＷが直接金属プレートに接触する可能性は皆無である。フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷのように４００℃以上の高温の半導体ウェハーＷが金属製のプレートに直接接触すると、その金属成分がシリコンのウェハー内に拡散するおそれがあるが、本実施形態のようにすればかかるメタル汚染を確実に防止することができる。
【００８３】
ところで、本実施形態のように第１セラミックス板２０に半導体ウェハーＷを近接させて冷却すると、従来のように石英板の上に面接触にて半導体ウェハーＷを直接載置する冷却に比較して冷却効率が低下せざるを得ない。このため、本実施形態では、第１セラミックス板２０を石英よりも放射率および熱伝導率が大きなセラミックスにて形成している。第１セラミックス板２０の放射率および熱伝導率が石英板よりも大きければ、石英板よりも大きな冷却効率を得ることができ、その結果半導体ウェハーＷを第１セラミックス板２０から離間させて冷却することによる冷却効率の低下を最小限に抑制することができる。すなわち、冷却対象となる半導体ウェハーＷを第１セラミックス板２０に近接させつつ支持部材５０にて点接触にて支持する技術的意義は、冷却効率の低下を最小限に抑制しつつも半導体ウェハーＷ間での金属汚染物やパーティクルの転写を防止する点にある。
【００８４】
また、特に、本実施形態のように、半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との間の面間距離を５ｍｍ以下とし、かつ第１セラミックス板２０の平面サイズを半導体ウェハーＷの平面サイズ以上とすれば、半導体ウェハーＷから第１セラミックス板２０へと向かう放射熱流量が大きくなってより良好な冷却効率を得ることができる。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、第１セラミックス板２０の大きさを直径３００ｍｍとしていたが、形態係数Ｆ12をより大きくする観点からは、第１セラミックス板２０の平面サイズをなるべく大きくする方が好ましい。もっとも、第１セラミックス板２０の平面サイズの上限は冷却処理ユニット１４０の大きさによって規制を受けることとなる。
【００８６】
また、第１セラミックス板２０および第２セラミックス板９０の材質は焼結ＳｉＣに限定されるものではなく、石英よりも放射率および熱伝導率が大きなセラミックス、例えば黒色ＡｌＮ、または、表面にＳｉＣ膜やＰＢＮ膜を成膜したグラファイトであっても良い。さらには、焼結ＳｉＣに代えてシリコン（Ｓｉ）を採用することも可能であり、この場合はシリコンの半導体ウェハーをそのまま使用することができる。なお、第１セラミックス板２０と第２セラミックス板９０とが異なるセラミックス材料であっても良い。
【００８７】
また、支持部材５０の突設箇所は３箇所に限定されるものではなく、突き上げピン３１の本数も３本に限定されるものではない。但し、半導体ウェハーＷを安定して支持するためには支持部材５０を少なくとも３箇所設ける必要があり、安定して突き上げるためには突き上げピン３１が少なくとも３本必要である。
【００８８】
また、上記実施形態においては、底部冷却プレート１０および第１セラミックス板２０で構成される下部冷却構造に加えて上部冷却プレート８０および第２セラミックス板９０で構成される上部冷却構造を設けていたが、この上部冷却構造については必ずしも必須の要素では無く、下部冷却構造のみであっても半導体ウェハーＷ間で金属汚染物やパーティクルが転写するのを防止することができる。もっとも、上部冷却プレート８０と第２セラミックス板９０とで構成される上部冷却構造を設けた方がより良好な半導体ウェハーＷの冷却効率を得ることが可能となる。
【００８９】
また、これとは逆に、上部冷却プレート８０と第２セラミックス板９０とで構成される上部冷却構造のみを設けるようにしても良い。図５は、上部冷却構造のみを設けた冷却処理ユニットの要部構成を示す図である。同図において、上記実施形態と同一の部材については図３と同じ符号を付している。図５に示す冷却処理ユニットにおいては、底部冷却プレート１０および第１セラミックス板２０を設けることなくユニット天井部分に上部冷却プレート８０と第２セラミックス板９０とを設けている。なお、第２セラミックス板９０の材質および形状は上記実施形態と同じである。
【００９０】
図５の冷却処理ユニットでは、受渡位置（図５の二点鎖線位置）にて加熱後の半導体ウェハーＷを受け取った３本の突き上げピン３１がアクチュエータ３５の駆動によってさらに上昇して、該半導体ウェハーＷを近接位置（図５の実線位置）にまで上昇させる。この近接位置における半導体ウェハーＷの上面と第２セラミックス板９０の下面との間の距離は０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。つまり、上記実施形態における半導体ウェハーＷと第１セラミックス板２０との間の距離と同程度である。よって、図５のようにしても、上記実施形態にて半導体ウェハーＷが第１セラミックス板２０を介して冷却されたのと同程度の冷却効率にて第２セラミックス板９０を介した冷却処理を行うことができる。なお、図５の冷却処理ユニットにおいては、冷却対象の半導体ウェハーＷと第２セラミックス板９０とが完全に非接触であるため、半導体ウェハーＷ間での金属汚染物やパーティクルの転写および半導体ウェハーＷの横滑りが生じないのは勿論である。
【００９１】
また、図３の冷却処理ユニット１４０において、図５の如く受渡位置にて加熱後の半導体ウェハーＷを受け取った突き上げピン３１がさらに上昇して該半導体ウェハーＷを第２セラミックス板９０に近接させるようにしても良い。
【００９２】
また、加熱処理ユニット１６０におけるフラッシュランプ６９の本数は任意のものとすることができる。そして、フラッシュランプ６９はキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。
【００９３】
また、加熱処理ユニット１６０はフラッシュランプ６９からの閃光照射によって半導体ウェハーＷを加熱するユニットに限定されるものではなく、他の加熱方式のものであっても良い。但し、フラッシュ加熱のように、加熱後の半導体ウェハーＷが高温となる加熱方式のユニットである場合には、続く冷却処理ユニット１４０にて金属汚染物が転写されるとシリコンのウェハー内に比較的容易にメタルが拡散して深刻な影響を与えるため、本発明のようにして汚染物質の転写を防止する技術的意義は大きい。
【００９４】
また、上記実施形態では、インデクサユニット１１０にキャリア９１が２つ載置されるが、キャリア９１が１つだけ載置されてもよく、３つ以上であってもよい。また、受渡ロボット１２０が２つのキャリア９１間を移動するようになっているが、受渡ロボット１２０が２つ設けられてもよい。
【００９５】
また、搬送ロボット１５０の上側の搬送アーム１５１ａを未処理の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計し、下側の搬送アーム１５１ｂを処理済の半導体ウェハーＷを保持する専用のアームとして設計することにより、搬送ロボット１５０の小型化、および搬送の信頼性の向上を図ることができる。
【００９６】
また、本発明に係る冷却処理装置によって処理の対象となる基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、液晶ガラス基板であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る冷却処理装置を組み込んだ基板処理装置全体の平面図である。
【図２】図１の基板処理装置の正面図である。
【図３】冷却処理ユニットの要部構成を示す図である。
【図４】形態係数と面間距離との相関関係を示す図である。
【図５】冷却処理ユニットの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０  底部冷却プレート
１５  冷却水供給源
２０  第１セラミックス板
３０  昇降機構
３１  突き上げピン
３５  アクチュエータ
５０  支持部材
６９  フラッシュランプ
８０  上部冷却プレート
９０  第２セラミックス板
１００  基板処理装置
１３０  アライメントユニット
１４０  冷却処理ユニット
１５０  搬送ロボット
１６０  加熱処理ユニット
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2008028235.tif 000014
【図２】
2008028235.tif 000015
【図３】
2008028235.tif 000016
【図４】
2008028235.tif 000017
【図５】
2008028235.tif 000018