基板処理装置及び基板処理方法
【課題】装置稼働率を向上することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る基板処理装置は、基板の表面に向かってマイクロ波を供給する
マイクロ波供給部、及び、基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少な
くとも備える処理室と、前記処理室において処理がなされた基板を冷却する冷却機構を備
える搬送室、及び、前記冷却機構によって冷却された基板を搬送する搬送機構を少なくと
も備える搬送室とより少なくとも構成される。
【解決手段】本発明に係る基板処理装置は、基板の表面に向かってマイクロ波を供給する
マイクロ波供給部、及び、基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少な
くとも備える処理室と、前記処理室において処理がなされた基板を冷却する冷却機構を備
える搬送室、及び、前記冷却機構によって冷却された基板を搬送する搬送機構を少なくと
も備える搬送室とより少なくとも構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置において、基板を処理する際の基板を冷却する方式に関するも
のである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の一種である半導体製造装置は、少なくとも、基板を収納した基板収容器
としてのキャリアが載置されるキャリア載置台と、基板を処理する処理室と、キャリア載
置台にあるキャリア内の基板を処理室までに搬送する搬送手段を備えた搬送室とで構成さ
れている。
【０００３】
このような半導体製造装置では、従来から、搬送手段が処理済みの基板(以下「ウェーハ」と記載)を処理室から搬出してキャリアに戻す際に、搬送手段及びキャリアに熱ダメージを与えないよう、処理済みのウェーハが冷却されることがある。例えば、特許文献１には、キャリアに戻す前に冷却処理を行うことが記載されている。また、特許文献２や特許文献３に記載されているように、従来から、搬送室にウェーハを冷却する室が設けられている。例えば、特許文献２には、処理室及び搬送室の間に設けられた予備室内に基板冷却用の載置台(冷却ステージ)を設けることが記載されている。特許文献３には、搬送室にウェーハを冷却する為に退避させておく為の予備室を設けることが記載されている。しかしながら、上記２つの特許文献で開示されている装置は、キャリア内の基板が搬送室を介して処理室へ搬送されるまでにいくつかの室を渡って搬送される構成となっており、ウェーハの冷却機構は、必要に応じて装置内に設けるだけでよいという程度であった。
【０００４】
一方、処理済みのウェーハは処理室内において冷却されることがある。例えば、処理室
内にＮ２ガスを流すことにより、処理室内の温度を低下させることによって行われる。
具体的には、図６に示すように、Ｔ１〜Ｔ２において、ウェーハ１が処理室１に搬入さ
れ、Ｔ２〜Ｔ３において、ウェーハ１に基板処理が施された後、Ｔ３〜Ｔ４において、後
処理として処理室での冷却処理を施す。Ｔ３〜Ｔ４において、処理室１はウェーハ１によって占有されており、未処理のウェーハ４を処理することはできないので、Ｔ４において、処理室１での冷却処理が終了した後、ウェーハ１とウェーハ４とを入れ替えて搬送する。ウェーハ２，３についても、ウェーハ１と同様、処理室２，３での冷却処理が施されて
いる間、未処理のウェーハ５，６を処理室２，３で処理することはできないので、処理室
２，３での冷却処理が終了した後、ウェーハ２，３とウェーハ５，６とを入れ替えて搬送
する。
ただし、この場合、処理済みのウェーハの冷却が完了するまで、処理室は処理済みのウ
ェーハによって占有されるので、未処理のウェーハを搬入することはできない。したがって、処理室内における冷却にかかる時間が長くなるほど、スループットが下がり、装置全
体の稼働率が低下することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１９９３２４号
【特許文献２】特開２００５−３２２７６２号公報
【特許文献３】特許第４５６８２３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、処理室内での基板滞留に起因する装置稼働率の低下を抑制す
る基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る基板処理装置は、基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波
供給部、及び、基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少なくとも備え
る処理室と、前記処理室において処理がなされた基板を冷却する冷却機構を備える搬送室、及び、前記冷却機構によって冷却された基板を搬送する搬送機構を少なくとも備える搬送室とにより少なくとも構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、処理室内における基板処理にかかる時間を短縮するので、装置稼働率
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る基板処理装置において、振分方式を用いる場合を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る基板処理装置において、並列方式を用いる場合を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板処理装置のプロセスモジュールを例示する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る基板処理装置のコントローラ構成を示す図である。
【図５】本発明における冷却方式の運用を示す図である。
【図６】従来の冷却方式の運用を示す図である。
【図７】ＰＭ内で第一の冷却処理工程時に基板の温度変化を示す図である。
【図８】第一の冷却処理工程終了時から第二の冷却処理工程までの基板の温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１を説明する。図１は、
基板処理装置１を上から見たときの構成概略図である。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置１は、半導体を製造するために予め定められた
（以下、「所定の」）処理を実行する半導体製造装置として構成されている。以下、本発
明の一実施形態に係る基板処理装置１は、可変のマイクロ波（ＶＦＭ；Ｖａｒｉａｂｌｅ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）を利用する装置であるとして説明する。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る基板処理装置１は、少なくとも、ウェーハに所定の処理を施
す処理室としてのプロセスモジュール（ＰＭ；Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｅ）１０と、
ウェーハが搬送される搬送室としてのフロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ；Ｅｑｕｉｐ
ｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）２０と、ウェーハが収納された基板収容
器（例えば、ＦＯＵＰ(Ｆｒｏｎｔ−Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｌｅｄ Ｐｏｄ)。以下
「ポッド」と記載）を装置外部の搬送装置と受渡しする容器載置台としてのロードポート
（ＬＰ；Ｌｏａｄ Ｐｏｒｔ）３０によって構成される。
プロセスモジュール１０及びロードポート３０は、少なくとも１つずつ設けられる。こ
こでは、プロセスモジュール１０及びロードポート３０が３つずつ設けられているが、この構成は一例であって、本発明の構成はこの構成に限定されない。
また、後述する制御手段としてのコントローラは、所定のファイルを実行することにより、後述する搬送手段としての搬送ロボット２０２を制御し、プロセスモジュール１０、
フロントエンドモジュール２０及びロードポート３０間においてウェーハを搬送する。
また、コントローラは、所定のファイルを実行することにより、プロセスモジュール１
０を構成する各種機構を制御し、プロセスモジュール１０内においてウェーハを処理する。
【００１２】
[プロセスモジュール１０]
プロセスモジュール１０は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ；化学気相成長）及びＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
；原子層堆積）などによる成膜、アッシング、エッチング及び膜質改善などの処理をウェーハに実施する。また、プロセスモジュール１０は、ウェーハの処理方式に合わせて、後
述するように、マイクロ波発生機構、冷媒供給機構、冷媒排出管、ガス供給機構、ガス排
気機構及び温度制御機構などの機構を備える。
プロセスモジュール１０は、ゲートバルブ（ＧＶ；Ｇａｔｅ Ｖａｌｖｅ）１００を介
して、フロントエンドモジュール２０と連通可能となっている。
[フロントエンドモジュール２０]
フロントエンドモジュール２０は、冷却機構としてのクーリングステージ２００（ＣＳ
；Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｔａｇｅ）を備える。クーリングステージ２００は、ウェーハを保
持可能な棚及び台などとして構成され、本発明の実施形態では、内部で冷却水が循環する
ことによって、保持したウェーハの裏面を接触冷却するよう構成されている。後述するよ
うに、プロセスモジュール１０において所定の温度まで冷却された基板は、クーリングス
テージ２００において所定の温度から目標温度まで冷却される。
また、フロントエンドモジュール２０は、ウェーハを搬送する搬送機構としての搬送ロボット２０２を備える。搬送ロボット２０２は、ウェーハを保持する基板保持部としての
アームを上下に１つずつ備える。搬送ロボット２０２は、例えば、上アームの先に未処理
ウェーハを載せ、各プロセスモジュール１０に対して搬入するとともに、下アームの先に
処理済みウェーハを載せ、各プロセスモジュール１０から搬出すること（ウェーハを入れ
替えて搬送すること）ができるよう構成されている。なお、プロセスモジュール１０及び
クーリングステージ２００は同じ数だけ設けられているが、本発明はこのような構成に限
らず、プロセスモジュール１０の個数は、ウェーハが搬送される時間に応じて適宜変更さ
れ、クーリングステージ２００の個数は、ウェーハが冷却される時間に応じて適宜変更さ
れ得る。また、フロントエンドモジュール２０は、シャッタを介して、ロードポート３０
と連通可能となっている。
[ロードポート３０]
ロードポート３０は、基板収容器としてのポッドが載置される複数の載置台が設けられ
ている。図１に示すように、ロードポート３０は、クーリングステージ２００と同様、プ
ロセスモジュール１０と同じ数だけ設けられているが、ロードポート３０をいくつ設ける
かは、後述するウェーハ搬送方式によって異なる。具体的には、振分方式によってウェーハを搬送する場合には、ロードポート３０は少なくとも１つ設けられればよく、並列方式
によってウェーハを搬送する場合には、搬送先を記述した搬送レシピなどに応じて所定の
数のロードポート３０が少なくとも設けられる。
【００１３】
以下、図２を用いて、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１がウェーハを搬送する
方法を説明する。図２Ａは、一つのポッドに収納されているウェーハを各プロセスモジュール１０に１枚ずつ搬送する振分方式を説明するための図である。図２Ｂは、異なる条件
で処理を実施する目的で、複数のポッドに収納されているウェーハを各プロセスモジュー
ル１０に搬送する並列方式を説明するための図である。以下、本発明の一実施形態に係る
基板処理装置１は、振分方式によってウェーハを搬送するものとする。
【００１４】
[振分方式]
図２Ａを参照して、振分方式によるウェーハの搬送について説明する。ここでは、ロー
ドポート３０−１〜３０−３とプロセスモジュール１０−１〜１０−３との間でウェーハ
を搬送するものとする。
まず、矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドから(一枚目の)
ウェーハを取り出し、矢印Ｂに示すように、プロセスモジュール１０−１に搬入する。
次に、矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドから次の(二枚
目の)ウェーハを取り出し、矢印Ｃに示すように、プロセスモジュール１０−２に搬入する。
さらに、矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドから次の(三
枚目の)ウェーハを取り出し、矢印Ｄに示すように、プロセスモジュール１０−３に搬入
する。
プロセスモジュール１０１〜３において処理されたウェーハは、順次取り出され、ロー
ドポート３０−１のポッドに搬送される。
【００１５】
[並列方式]
図２Ｂを参照して、並列方式によるウェーハの搬送について説明する。ここでは、ロー
ドポート３０−１〜３０−３それぞれとプロセスモジュール１０−１〜１０−３それぞれ
との間でウェーハを搬送するものとする。
矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドからウェーハを取り出
し、プロセスモジュール１０−１に搬入する。プロセスモジュール１０−１において処理
されたウェーハは取り出され、ロードポート３０−１のポッドに搬送される。
矢印Ｂに示すように、ロードポート３０−２に載置されたポッドからウェーハを取り出
し、プロセスモジュール１０−２に搬入する。プロセスモジュール１０−２において処理
されたウェーハは取り出され、ロードポート３０−２のポッドに搬送される。
矢印Ｃに示すように、ロードポート３０−３に載置されたポッドからウェーハを取り出
し、プロセスモジュール１０−３に搬入する。プロセスモジュール１０−３において処理
されたウェーハは取り出され、ロードポート３０−３のポッドに搬送される。
【００１６】
以下、図３を用いて、図１のプロセスモジュール１０についてさらに説明する。
図３は、図１のプロセスモジュール１０の垂直断面図である。図３に示すように、プロ
セスモジュール１０は、処理室１２に、冷媒供給機構１４、マイクロ波発生機構１６、ガ
ス供給機構１８、ガス排出機構２２及びウェーハ搬送機構２４が備えられた構成となって
いる。
【００１７】
[処理室]
処理室１２を形成する処理容器１２０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（
ＳＵＳ）など金属材料により構成されており、処理室１２と外部とによってマイクロ波を
遮蔽する構造となっている。処理室１２内には、ウェーハを支持する基板支持部としての
基板支持ピン１２２が設けられている。基板支持ピン１２２は、例えば石英又はテフロン
（登録商標）等からなる複数（本実施形態においては２本）で構成され、その上端でウェーハを支持する。ウェーハの下方であって基板支持ピン１２２の下部には、基板冷却部と
しての導電性の基板支持台１２４が設けられている。基板支持台１２４は、例えばアルミ
ニウムなどの導体である金属材料により構成されている。基板支持台１２４は、上面から
見た形がウェーハの外径よりも大きい円形で、円盤状又は円柱状に形成されている。
【００１８】
基板支持台１２４は金属製であるため、基板支持台１２４においてはマイクロ波の電位
がゼロとなる。したがって、ウェーハを基板支持台１２４に直接置いた場合、マイクロ波
の電界強度が弱い状態となる。そこで、本実施形態では、基板支持台１２４の表面からマ
イクロ波の１／４波長（λ／４）の位置、もしくはλ／４の奇数倍の位置にウェーハを載
置するようにする。ここでいう基板支持台１２４の表面とは、基板支持台１２４を構成する面の内、ウェーハの裏面と対向する面を言う。λ／４の奇数倍の位置では電界が強いた
め、ウェーハを効率よくマイクロ波で加熱することができる。例えば、５．８ＧＨｚに固
定したマイクロ波を使用し、マイクロ波の波長が５１．７ｍｍであるので、基板支持台１
２４からウェーハまでの高さを１２．９ｍｍとすることができる。マイクロ波の周波数が
時間とともに変化（可変）するようにしてもよい。この場合、基板支持台１２４の表面か
らウェーハまでの高さは、変化する周波数帯の代表周波数の波長から求めれば良い。例え
ば、５．８ＧＨｚ〜７．０ＧＨｚまで変化する場合、代表周波数を変化する周波数帯のセ
ンタ周波数とし、代表周波数６．４ＧＨｚの波長４６ｍｍより、基板支持台１２４の表面
からウェーハまでの高さを１１．５ｍｍとすればよい。さらに、固定周波数の電源を複数
設け、それぞれから異なる周波数のマイクロ波を切り替えて供給し、処理するようにして
もよい。
基板支持台１２４内には、ウェーハを冷却するための冷媒を流す冷媒流路１２６が設けられている。ここでは、冷媒として水を使用している。冷媒流路１２６は、処理室１２の
外部において、冷媒排出管１２８及び冷媒供給機構１４に接続される。冷媒排出管１２８
は、冷媒流路１２６から冷媒を排出する。
【００１９】
[冷媒供給機構]
冷媒供給機構１４は、冷媒流路１２６へ冷媒を供給する冷媒供給管１４０、冷媒供給管
１４０を開閉する冷媒用バルブ１４２及び冷媒源１４４を備える。後述するように、冷媒
用バルブ１４２は、コントローラ４０と電気的に接続されており、コントローラ４０によ
り制御される。
【００２０】
処理室１２内のウェーハの上方には、ウェーハの温度を検出する温度検出器１３０が設
けられている。温度検出器１３０には、例えば、赤外線センサを用いることができる。後
述するように、温度検出器１３０は、コントローラ４０と電気的に接続されている。具体
的には、温度検出器１３０によって検出されたウェーハの温度が、所定の温度よりも高い
場合、コントローラ４０は、ウェーハの温度が所定の温度となるように、冷媒用バルブ１
４２を制御して、冷媒流路１２６へ流す冷却水の流量を調節する。また、後述するように、コントローラ４０は、ウェーハ表面に対して供給される不活性ガスの流量を調整する。
また、処理室１２内には、処理室１２内の圧力を検出する圧力センサ１３２が設けられ
ている。後述するように、圧力センサ１３２は、コントローラ４０と電気的に接続されて
いる。
【００２１】
[マイクロ波発生機構]
処理容器１２０の上部であって処理室１２の側壁には、マイクロ波発生機構１６が設けられている。
マイクロ波発生機構１６は、マイクロ波発生部１６０、導波路１６２及び導波口１６４
を備え、例えば、固定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ
波発生部１６０としては、マイクロトロンなどの高周波電源が用いられる。マイクロ波発
生部１６０によって発生したマイクロ波は、導波路１６２を介して、処理室１２と連通す
る導波口１６４から処理室１２内に導入される。処理室１２内に導入されたマイクロ波は、処理室１２の壁面に対して反射を繰り返す。マイクロ波は処理室１２内でいろいろな方
向へ反射し、処理室１２内はマイクロ波で満たされる。処理室１２内のウェーハに当たったマイクロ波はウェーハに吸収され、ウェーハはマイクロ波により誘電加熱される。なお、ウェーハの温度は、マイクロ波のパワー、処理室１２の大きさや形状、導波口１６４の
位置、及び、ウェーハの処理室１２における位置などによって変化する。
後述するように、マイクロ波発生部１６０は、コントローラ４０と電気的に接続されて
おり、コントローラにより制御される。
導波口１６４の近傍には、マイクロ波発生部１６０によって発生し、導波口１６４から
処理室１２内に導入したマイクロ波の周波数を検出する周波数センサ１６６及びマイクロ
波のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；高周波）パワーを検出するＲＦパワーセン
サ１６８が設けられている。後述するように、周波数センサ１６６及びＲＦパワーセンサ
１６８は、コントローラ４０と電気的に接続されている。
【００２２】
[ガス供給機構]
処理容器１２０の上部であって処理室１２の上壁には、ガス供給機構１８が設けられて
いる。
ガス供給機構１８は、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスを導入するガス供給管１８０、ガ
ス供給管１８０を開閉するガス供給用バルブ１８２及びガス供給源１８４を備える。ガス
供給機構１８は、ガス供給用バルブ１８２を開けることにより、ガス供給管１８０からの
ガスを処理室１２内に導入し、ガス供給用バルブ１８２を閉めることにより、ガスの導入
を停止する。ガス供給管１８０から導入されるガスは、パージガスとして処理室１２内の
ガスを押し出すのに用いられる。また、ガス供給管１８０はガスをウェーハの表面に吹き
つけるよう構成されているので、ガス供給管１８０から導入されるガスは、ウェーハを冷
却するのにも用いられる。
後述するように、ガス供給用バルブ１８２は、コントローラ４０と電気的に接続されて
おり、コントローラ４０により制御される。
ガス供給管１８０の近傍には、ガス供給管１８０から導入されるガスの流量を検出する
ガス流量センサ１８６が設けられている。後述するように、ガス流量センサ１８６は、コ
ントローラ４０と電気的に接続されている。
【００２３】
[ガス排出機構]
処理容器１２０の下部であって処理室１２の側壁には、ガス排出機構２２が設けられて
いる。
ガス排出機構２２は、処理室１２内のガスを排気するガス排出管２２０、ガス排出管２
２０を開閉するガス排出用バルブ２２２及び排気装置としての真空ポンプ２２４を備える。ガス排出機構２２は、ガス排出用バルブ２２２の開度を調整することにより、処理室１２内の圧力を所定の値に調整する。
後述するように、ガス排出用バルブ２２２は、コントローラ４０と電気的に接続されて
おり、コントローラ４０により制御される。
【００２４】
[ウェーハ搬送機構]
処理容器１２０の一側面には、ウェーハ搬送機構２４が設けられている。
ウェーハ搬送機構２４は、処理室１２の内外にウェーハを搬送するためのウェーハ搬送
口２４０、図１を参照して上述したゲートバルブ１００、及び、ゲートバルブ１００を駆
動させるゲートバルブ駆動部２４２を備える。
ウェーハ搬送機構２４は、ゲートバルブ１００を開けることにより、処理室１２がフロ
ントエンドモジュール２０（ここでは図示していないが、図１を参照して上述）と連通するように構成されている。フロントエンドモジュール２０には、搬送ロボット２０２（ここでは図示していないが、図１を参照して上述）が設けられている。ウェーハ搬送機構２
４は、ゲートバルブ１００を開くことによって、搬送ロボット２０２が、処理室１２及び
フロントエンドモジュール２０の間で、ウェーハのスワップ搬送が可能なように構成され
ている。なお、ウェーハ搬送口２４０の近傍には、ウェーハの有無を検知するウェーハ検
知センサ２４４が設けられており、ウェーハがゲートバルブ１００に巻き込まれないように構成されている。なお、スワップ搬送については、特開２００３−２８９０９５号公報
に記載されているため、説明は省略する。
後述するように、ウェーハ検知センサ２４４は、コントローラ４０と電気的に接続され
ている。具体的には、ウェーハ検知センサ２４４によってウェーハがあることが検知され
た場合、コントローラはゲートバルブ１００が閉まってウェーハを巻き込まないよう制御
する。
【００２５】
以下、図３を用いて、図１のプロセスモジュール１０における処理について説明する。
以下に説明する処理は、半導体装置を製造する複数の工程のうち一工程を構成するもので
ある。
[第１の搬送工程]
ウェーハを処理室１２に搬入するウェーハ搬入工程において、まず、ゲートバルブ１０
０を開き、処理室１２とフロントエンドモジュール２０とを連通させる。次に、搬送ロボ
ット２０２により、ロードポート３０に載置されたポッドからウェーハを取り出し、フロ
ントエンドモジュール２０を経て処理室１２内へ搬入する。処理室１２内に搬入されたウ
ェーハは、搬送ロボット２０２により基板支持ピン１２２の上端に載置され、基板支持ピ
ン１２２に支持される。次に、搬送ロボット２０２が処理室１２内からフロントエンドモ
ジュール２０へ戻ると、ゲートバルブ１００が閉じられる。
【００２６】
[窒素ガス置換工程]
次に、処理室１２内を窒素（Ｎ２）雰囲気に置換する。ウェーハを搬入すると処理室１
２の外の大気雰囲気が巻き込まれるので、この大気雰囲気中の水分や酸素がプロセスに影
響しないように処理室１２内のＮ２置換を行う。ガス排出管２２０から、真空ポンプ２２
４により処理室１２内のガス（雰囲気）を排出するとともに、ガス供給管１８０から、Ｎ
２ガスを処理室１２内に導入する。このとき、ガス供給用バルブ１８２を開閉することに
よって、処理室１２内の圧力を所定の値（例えば大気圧）に調整する。
なお、このガス置換工程は、ウェーハ処理を開始する前の準備工程の一部として行われ
てもよい。また、同時に複数の処理室１２内を窒素雰囲気に置換してもよい。
【００２７】
[加熱処理工程]
次に、マイクロ波発生部１６０で発生させたマイクロ波を、導波口１６４から処理室１
２内に導入し、ウェーハの表面を照射する。このマイクロ波照射により、ウェーハの表面
上のＨｉｇｈ−ｋ膜を１００〜６００℃(例えば、４００℃程度)に加熱してＨｉｇｈ−ｋ膜を改質、つまり、Ｈｉｇｈ−ｋ膜からＣやＨ等の不純物を離脱させて、緻密化し安定した絶縁体薄膜に改質することができる(膜質改善)。Ｈｉｇｈ−ｋ膜等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。ハイパワーのマイクロ波をウェーハに照射し処理することにより、ウェーハ上の誘電体膜が加熱され改質される。また、マイクロ波による加熱の特徴は、誘電率εと誘電正接tanδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱することにより、加熱されやすい物質、すなわち、誘電率が高い方の物質だけ選択的に加熱できることである。
【００２８】
Ｈｉｇｈ−ｋ膜のアニールについて説明すると、ウェーハの基板材料であるシリコンに
比べ、Ｈｉｇｈ−ｋ膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの誘電率εは９．６であるが、Ｈｉｇｈ−ｋ膜であるＨｆＯ膜の誘電率εは２５、ＺｒＯ膜の誘電率εは３５である。よって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を成膜したウェーハにマイクロ波を照射すると、Ｈｉｇｈ−ｋ膜だけ選択的に加熱することができる。また、ハイパワーのマイクロ波を照射する方が膜の改質効果が大きい。よって、ハイパワーのマイクロ波を照射すると、急速にＨｉｇｈ−ｋ膜の温度を上昇させることができる。これに対し、比較的低パワーのマイクロ波を長時間照射した場合は、改質プロセス中にウェーハ全体の温度が高くなってしまう。時間が経過すると、シリコン自身がマイクロ波により誘電加熱されるのと、マイクロ波が照射されるウェーハ表面のＨｉｇｈ−ｋ膜からウェーハ裏面側のシリコンへの熱伝導により、シリコンの温度も上昇してしまうからである。ハイパワーのマイクロ波を照射する場合に膜の改質効果が大きい理由は、ウェーハ全体が温度上昇し、上限温度に達するまでの時間よりも早く、誘電体を誘電加熱により高い温度まで加熱することができるためと考えられる。ここで、本発明の実施形態では、上限温度とは、ウェーハ表面のＨｉｇｈ−ｋ膜からウェーハ裏面側のシリコンに熱伝導する温度をいう。
【００２９】
そこで、本発明の実施形態では、マイクロ波を照射中に、冷媒流路１２６に冷却水を供
給することにより、ウェーハの温度上昇を抑制する。好ましくは、ウェーハの温度が上限
温度以下となるように、バルブを制御して、冷媒流路１２６へ流す冷却水の流量を調節す
る。このように、ウェーハの処理温度を一定とすることにより、複数のウェーハを処理し
た場合であっても、処理後のウェーハの状態を均一にすることができる。
【００３０】
また、加熱処理工程において、ガス供給用バルブ１８２を開いて、処理室１２内にガス
供給管１８０からＮ２ガスを導入するとともに、ガス排出用バルブ２２２により処理室１
２内の圧力を所定の値（例えば大気圧）に調整しつつ、ガス排出管２２０から処理室１２
内のＮ２ガスを排出する。このようにして、加熱処理工程において、処理室１２内を予め
定められた圧力値に維持する。本実施形態では、周波数５．８〜７．０ＧＨｚのマイクロ
波をパワー１６００Ｗ、処理室１２内の圧力を大気圧として５分間、加熱処理を行った。
このようにして、所定時間、マイクロ波を導入して基板加熱処理を行った後、マイクロ波
の導入を停止する。ここでは、ウェーハを水平方向に回転させることなく加熱処理を行っ
ているが、ウェーハを回転させながら加熱処理を行ってもよい。
【００３１】
[第１の冷却処理工程]
加熱処理工程が終了すると、処理室１２内に導入するＮ２ガスの流量を制御するとともに、冷媒流路１２６に供給する冷却水の流量を制御することによって、所定の温度になるまでウェーハを冷却する。具体的には、ウェーハ及び基板支持台１２４の間にガスが流れるようにしつつ、ウェーハ近傍のガスの流量を制御するとともに、冷媒用バルブ１４２を開き、冷媒流路１２６に冷却水を供給することにより、ウェーハを冷却する。このとき、ウェーハの表面はＮ２ガスによって冷却され、ウェーハの裏面は冷却水によって冷却され、ウェーハの表面及び裏面の両面が冷却されることになるので、効率よくウェーハを冷却することができる。なお、冷却水の流量は、加熱処理工程及び第１の冷却処理工程それぞれにおいて設定されるようにしてもよい。
しかしながら、従来のように、ウェーハを収納するポッドが耐えうる８０℃程度になるまでウェーハを冷却しては、時間がかかってしまう。そこで、ウェーハを搬送する搬送ロボット２０２のアームが耐えうる２００℃程度になるまで、ウェーハを冷却する。
なお、本発明の実施形態では、Ｎ２ガスを使用しているが、プロセス的、安全性に問題
がなければ、熱伝達率の高い他のガス（例えば希釈Ｈｅガス）をＮ２ガスに追加し、ウェーハの冷却効果を向上させてもよい。
また、処理室１２内における圧力調整用のガスと、ウェーハ冷却用のガスとが異なる種
類であってもよい。例えば、処理室１２内における圧力調整にＮ２ガスを使用し、ウェー
ハ冷却に希釈Ｈｅガスを使用してもよい。
【００３２】
[第２の搬送工程]
第１の冷却処理工程が終了すると、上述した第１の搬送工程に示した手順とは逆の手順
により、処理済みのウェーハを処理室１２から搬出し、フロントエンドモジュール２０に
搬入する。次に処理すべき未処理のウェーハがある場合には、処理済みのウェーハ及び未
処理のウェーハを入れ替えて搬送する。次に、搬送ロボット２０２は、処理済みのウェー
ハをクーリングステージ２００に搬送する。
このように所定の温度（例えば２００℃）になったウェーハを処理室１２から搬出する
ことにより、処理済みのウェーハが処理室を占有する時間を短縮することができる。よって、未処理のウェーハが待機する時間を短縮することができ、その結果、スループットが
向上する。
[第２の冷却処理工程]
クーリングステージ２００に載置された処理済みのウェーハを冷却する。本工程では、
ウェーハの温度が目標温度（ウェーハを収納するポッドが耐えうる温度。例えば８０℃程
度）になるように冷却する。例えば、クーリングステージ２００内部において冷却水が循
環するようにしてもよい。なお、冷却水の温度及び冷却水が循環する速さなどは、プロセ
スモジュール１０における処理時間（つまり、加熱処理工程にかかる時間、第１の冷却処
理工程にかかる時間及び第２の冷却処理工程にかかる時間の合計）に応じて、適宜決定さ
れる。
[第３の搬送工程]
第２の冷却処理工程が終了すると、上述した第１の搬送工程に示した手順とは逆の手順
により、処理済みのウェーハをフロントエンドモジュール２０から搬出し、ロードポート
３０に載置されたポッドに収納する。
【００３３】
図４は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１におけるコントローラ構成を示す図
である。
制御部としてのコントローラ４０は、操作者からの操作を受け付ける操作部４００と、
メインコントローラとしての統括制御コントローラ４０２と、プロセス系を制御するプロ
セス制御部としてのサブコントローラ４０４と、搬送系を制御する搬送制御部としてのメ
カコントローラ４０６とがそれぞれＬＡＮなどの通信回線４０８を介して接続されて構成
される。
【００３４】
操作部４００は、少なくとも、モニタ表示、ログ及びアラームなどの解析並びにパラメータ編集などを行うための操作画面を表示する表示部（不図示）と、該表示部などを介し
て入力された指示データ、各種レシピ及び各種パラメータをファイルとして格納する記憶
部（不図示）と、システム制御コマンドなどのコマンド及び各種レシピ作成時における各
種パラメータの設定値を入力する入力部（不図示）とを備える。
【００３５】
操作部４００は、上述した入力部又はホストコンピュータからの指示により、ウェーハ
を処理する旨の指示を受け付けると、ウェーハを搬送するための搬送レシピ及びウェーハ
を処理するためのプロセスレシピを統括制御コントローラ４０２にダウンロードする。統
括制御コントローラ４０２は、これらのレシピに基づいてサブコントローラ４０４及びメ
カコントローラ４０６を制御する。そして、サブコントローラ４０４は、プロセスレシピ
に基づいてウェーハに所定の処理を施し、メカコントローラ４０６は、搬送レシピ及びウ
ェーハ情報に基づいて搬送ロボット２０２を制御することによりウェーハを搬送する。
【００３６】
統括制御コントローラ４０２は、コントローラ４０全体の運用制御を行う。また、メカ
コントローラ４０６は、図１の搬送ロボット２０２を制御し、搬送系を制御する。サブコ
ントローラ４０４は、各プロセスモジュール１０における温度、ガス流量、ガスの圧力、
ＲＦパワーなどを制御する。また、サブコントローラ４０４は、統括制御コントローラ４
０２の直下の通信回線４０８であるセンサバスを介して取り込んだウェーハ検知センサ２
４４からの信号及びウェーハ情報に基づいて、搬送ロボット２０２と連動する。サブコン
トローラ４０４は、統括制御コントローラ４０２の命令（指示）に基づいて、図３を参照
して説明した冷媒用バルブ１４２、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、
ガス排出用バルブ２２２及びゲートバルブ１００などを制御するとともに、図３を参照し
て説明した温度検出器１３０、圧力センサ１３２、周波数センサ１６６、ＲＦパワーセン
サ１６８及びガス流量センサ１８６それぞれによって検出した情報を、冷媒用バルブ１４
２、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、ガス排出用バルブ２２２及びゲートバルブ１００の状態を示す情報として、統括制御コントローラ４０２に送信する。さ
らに、サブコントローラ４０４は、命令（指示）されたバルブパターンに基づいて、冷媒
用バルブ１４２をインターロックし、また、バルブパターンからハードインターロックが
検出された場合には、その旨を統括制御コントローラ４０２に送信する。
なお、上述した表示部、記憶部及び入力部は、操作部４００と別体であってもよいし、
コントローラ４０と別体であってもよい。表示部、記憶部及び入力部（又は操作部４００
）は、例えば、図示しないユーザ(顧客)側のホストコンピュータと接続され、工場内の自
動化システムを実現するよう構成されてもよい。
【００３７】
図５を用いて、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１における運用方式について説
明する。
ここでは、上述した加熱処理工程及び第１の冷却処理工程が少なくとも記述されたプロ
セスレシピが実行されるものとする。また、振分方式を採用し、ロードポート３０−１に
載置されたポッドに収納されたウェーハ１、４、７・・・をプロセスモジュール１０−１
に振り分け、同じポッドに収納されたウェーハ２、５、８・・・をプロセスモジュール１
０−２に振り分け、同じポッドに収納されたウェーハ３、６、９・・・をプロセスモジュール１０−３に振り分けるものとする。
なお、プロセスレシピに窒素ガス置換工程を記述してもよいことはいうまでもない。
【００３８】
図５に示すように、Ｔ１（時間軸における時刻を意味する。Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔ１３
についても同様）からＴ２までの時間において、上述した第１の搬送工程が実行され、ウ
ェーハ１が、ロードポート３０−１に載置されたポッドから取り出され、フロントエンド
モジュール２０を経てプロセスモジュール１０−１へ搬入される。
Ｔ２からＴ８までの時間において、上述した窒素ガス置換工程が実行された後、プロセ
スレシピが実行されることにより、上述した加熱処理工程及び第１の冷却処理工程が実行
される。特に、Ｔ７からＴ８までの時間において、第１の冷却処理工程が実行される。
具体的には、プロセスモジュール１０−１内が窒素雰囲気に置換された後（窒素ガス置
換）、ウェーハ１にマイクロ波が照射され（加熱処理）、ウェーハ１がプロセスモジュー
ル１０−１内で冷却される（第１の冷却処理）。
なお、窒素ガス置換工程は、Ｔ２前から実行されていてもよい。
【００３９】
Ｔ３からＴ４までの時間において、Ｔ１からＴ２までの時間と同様、上述した第１の搬
送工程が実行され、ウェーハ２が、ロードポート３０−１に載置されたポッドから取り出
され、フロントエンドモジュール２０を経てプロセスモジュール１０−２へ搬入される。
Ｔ４からＴ１０までの時間において、Ｔ２からＴ８までの時間と同様、上述した窒素ガ
ス置換工程が実行された後、プロセスレシピが実行されることにより、上述した加熱処理
工程及び第１の冷却処理工程が実行される。特に、Ｔ９からＴ１０までの時間において、
第１の冷却処理工程が実行される。なお、窒素ガス置換工程は、Ｔ４前から実行されていてもよい。
具体的には、プロセスモジュール１０−２内が窒素雰囲気に置換された後（窒素ガス置
換）、ウェーハ２にマイクロ波が照射され（加熱処理）、ウェーハ２がプロセスモジュー
ル１０−２内で冷却される（第１の冷却処理）。
【００４０】
Ｔ５からＴ６までの時間において、Ｔ１からＴ２までの時間と同様、上述した第１の搬
送工程が実行され、ウェーハ３が、ロードポート３０−１に載置されたポッドから取り出
され、フロントエンドモジュール２０を経てプロセスモジュール１０−３へ搬入される。
Ｔ６からＴ１２までの時間において、Ｔ２からＴ８までの時間と同様、上述した窒素ガ
ス置換工程が実行された後、プロセスレシピが実行されることにより、上述した加熱処理
工程及び第１の冷却処理工程が実行される。特に、Ｔ１１からＴ１２までの時間において、第１の冷却処理工程が実行される。なお、窒素ガス置換工程は、Ｔ６前から実行されて
いてもよい。
具体的には、プロセスモジュール１０−３内が窒素雰囲気に置換された後（窒素ガス置
換）、ウェーハ３にマイクロ波が照射され（加熱処理）、ウェーハ３がプロセスモジュー
ル１０−３内で冷却される（第１の冷却処理）。
【００４１】
Ｔ８からＴ９までの時間において、上述した第２の搬送工程が実行され、ウェーハ１が、プロセスモジュール１０−１から搬出され、フロントエンドモジュール２０に搬入され
る。ここでは、次に処理すべき未処理のウェーハ４があるので、ウェーハ１及びウェーハ
４を入れ替えて搬送する（スワップ搬送）。処理済みのウェーハ１はクーリングステージ
２００に搬送される。
Ｔ９からＴ１１までの時間において、上述した第２の冷却処理工程が実行され、処理済
みのウェーハ１がクーリングステージ２００で冷却されている間、未処理のウェーハ４が
ロードポート３０−１に載置されたポッドからプロセスモジュール１０に搬入される。な
お、第２の冷却処理工程にかかる時間によっては、図５に示すように、第３の搬送工程が
実行されるまでの待ち時間が生じることがある。
【００４２】
Ｔ１０からＴ１１までの時間において、Ｔ８からＴ９までの時間と同様、上述した第２
の搬送工程が実行され、ウェーハ２が、プロセスモジュール１０−２から搬出され、フロ
ントエンドモジュール２０に搬入される。ここでは、次に処理すべき未処理のウェーハ５
があるので、ウェーハ２及びウェーハ５を入れ替えて搬送する（スワップ搬送）。処理済
みのウェーハ２はクーリングステージ２００に搬送される。
Ｔ１１からＴ１３までの時間において、Ｔ９からＴ１１までの時間と同様、上述した第
２の冷却処理工程が実行され、処理済みのウェーハ２がクーリングステージ２００で冷却
されている間、未処理のウェーハ５がロードポート３０−１に載置されたポッドからプロ
セスモジュール１０に搬入される。なお、第２の冷却処理工程にかかる時間によっては、
図５に示すように、第３の搬送工程が実行されるまでの待ち時間が生じることがある。
【００４３】
Ｔ１１からＴ１２までの時間において、上述した第３の搬送工程が実行され、ウェーハ
１が、クーリングステージ２００から搬出され、ロードポート３０−１に載置されたポッ
ドに戻される。
Ｔ１２からＴ１３までの時間において、Ｔ８からＴ９までの時間と同様、上述した第２
の搬送工程が実行され、ウェーハ３が、プロセスモジュール１０−３から搬出され、フロ
ントエンドモジュール２０に搬入される。ここでは、次に処理すべき未処理のウェーハ６
があるので、ウェーハ３及びウェーハ６を入れ替えて搬送する（スワップ搬送）。処理済
みのウェーハ６はクーリングステージ２００に搬送される。
Ｔ１３以降の時間において、上述した第３の搬送工程が実行され、ウェーハ２が、クー
リングステージ２００から搬出され、ロードポート３０−１に載置されたポッドに戻され
る処理や、上述した第２の冷却処理工程が実行され、処理済みのウェーハ３がクーリング
ステージ２００で冷却されている間、未処理のウェーハ６がロードポート３０−１に載置
されたポッドからプロセスモジュール１０に搬入される処理などがなされる。
【００４４】
本発明の実施形態では、第１の冷却処理工程において、ウェーハが所定の温度（２００
℃）まで冷却されたことをトリガとして、第１の冷却処理工程が記述されたプロセスレシ
ピが終了するように構成する。通常、プロセスレシピの各ステップにおける処理時間は余
裕をもって設定されるので、所定の処理時間が過ぎたことをトリガとして第１の冷却処理
工程が終了することは、スループットの向上という観点からは好ましくない。そこで、ウ
ェーハが所定の温度まで冷却されたことをトリガとして第１の冷却処理工程が記述された
プロセスレシピを終了し、処理済みのウェーハをできるだけ早く処理室から取り出すこと
が望ましい。
【００４５】
上述したように、本発明の実施形態では、マイクロ波を照射する間、ウェーハを冷却し
てウェーハの温度上昇を抑制するように構成されているので、ウェーハの温度を一定にすることができ、複数のウェーハを処理する場合であっても、処理後のウェーハの状態を均
一にすることができる。
【００４６】
上述したように、本発明の実施形態では、第１の冷却処理工程において、ウェーハの表
面及び裏面の両面を冷却するように構成されているので、ウェーハを効率よく冷却することができ、第１の冷却処理にかかる時間を短縮することができる。
また、ガス供給管から処理室に導入されるガスは、ウェーハの表面に直接吹きつけられ
るので、ウェーハを効率よく冷却することができ、第１の冷却処理にかかる時間を短縮することができる。
【００４７】
上述したように、第１の冷却処理工程において、ウェーハが所定の温度（２００℃）まで冷却された場合、処理済みのウェーハを処理室から取り出すように構成されているので、熱によるダメージを搬送機構の基板保持部に与えることなく、次に処理すべき未処理のウェーハを効率よく投入することができる。
特に、本発明の実施形態に係る基板処理装置１のように、処理室としてのプロセスモジ
ュール１０と、一つの搬送機構を備えた搬送室としてのフロントエンドモジュール２０と、ロードポート３０とによって構成され、未処理のウェーハをロードポート３０からプロセスモジュール１０へと直接搬送する場合に有効である。
【００４８】
上述したように、本発明の実施形態では、搬送室内にウェーハを載置するクーリングス
テージ２００を設け、処理室から取り出された処理済みのウェーハをポッドが耐えうる目
標温度まで冷却する間、未処理のウェーハを搬送できる構成にしたので、スループットを
低下させることなく、ウェーハを目標温度まで冷却することができる。
つまり、上述したように、処理室としてのプロセスモジュール１０と、一つの搬送機構
を備えた搬送室としてのフロントエンドモジュール２０と、ロードポート３０とによって
構成されるシンプルな基板処理装置において、未処理のウェーハをロードポート３０から
プロセスモジュール１０に効率よく搬送することができる。また、処理済みのウェーハを
プロセスモジュール１０からロードポート３０に効率よく搬送することができる。
なお、クーリングステージ２００の個数は、ウェーハを効率よく搬送することができる
ように設定される。例えば、ロードポート３０とプロセスモジュール１０との間でウェー
ハを効率よく搬送する条件に基づいて、クーリングステージ２００の個数が設定される。
【００４９】
上述したように、本発明の実施形態では、第１の冷却処理工程及び第２の冷却処理工程
という２つの冷却処理工程を設けているので、特に、本発明の実施形態に係る基板処理装
置１のように、処理室としてのプロセスモジュール１０と、一つの搬送機構を備えた搬送
室としてのフロントエンドモジュール２０と、ロードポート３０とによって構成され、未
処理のウェーハをロードポート３０からプロセスモジュール１０へと直接搬送する場合、
ウェーハを効率よく冷却することができる。
【００５０】
本発明の実施形態では、ウェーハに対する冷却処理を、プロセスモジュール１０及びクーリングステージ２００の両方において実行することにより、図６を参照して説明した従
来技術のように、プロセスモジュール１０においてのみ実行する場合に比べ、熱によるダ
メージを搬送機構の基板保持部に与えることなく、プロセスモジュール１０においてウェーハが効率よく入れ替えられる。その結果、装置全体の稼働率を高くすることができる。
【００５１】
図７、図８は、それぞれ本発明の実施形態における第１の冷却処理及び第２の冷却処理でのウェーハの温度変化を実測してグラフにしたものである。次に、図７、図８を用いてウェーハに対する冷却処理について詳述する。
【００５２】
図７は、プロセスモジュール１０内における第１の冷却処理時のウェーハの温度変化をグラフ化したものであり、横軸がステップ時間、縦軸がウェーハ温度である。尚、ウェーハ温度は非接触式の放射温度計による実測値である。図７に示すように、ウェーハの温度が予め定められた温度(例えば、４００℃)から搬送機構の耐圧温度である第１の温度（例えば、１５０℃程度）に冷却されるまでに凡そ８０秒かかることが分かる。また、１００秒後で１４０℃程度であり、８０秒以降は、ほとんど変化が無く、第１の冷却処理としてプロセスレシピで冷却処理を行うステップ(クーリングステップ)時間の設定は、８０秒が最適であるのが分かる。
【００５３】
図８は、第１の冷却処理(クーリングステップ) が終了してからクーリングステージ２００に搬送されて第２の冷却処理(クーリングステージ２００による冷却)により目標温度になるまでのウェーハの温度変化を示すための線グラフである。横軸が時間、縦軸がウェーハ温度である。また、図８において、図７と同様に放射温度計により測定されたウェーハ温度は点線で示している。一方、実線で示されるウェーハ温度は、熱電対を使用して測定した実測値である。図８に示すように、放射温度計による測定と熱電対による測定では、誤差が生じており、具体的には、時間が０秒(第１の冷却処理終了時) のウェーハ温度は約２２０℃と図７の８０秒後のウェーハ温度(１５０℃)とはズレが生じている。この場合、熱電対を直接ウェーハに取り付けているので熱電対による測定が正確な温度を示しているといえる。但し、１０秒後にはウェーハ温度が約２００℃となっており、ウェーハを搬送する際に支障が無い程度である。つまり、放射温度計による測定で１５０℃になるとプロセスレシピが終了し、ウェーハディスチャージが開始されるが、搬送機構の基板保持部にウェーハが載置されるまでに１１秒程度かかるためである。
【００５４】
以後、図８について、熱電対で測定されたウェーハ温度に基づいて説明する。図８に示すように、第１の温度(例えば、２００℃)から目標温度である第２の温度(例えば、８０℃)にかかる時間は、約９０秒かかることが分かる。よって、第２の冷却処理(クーリングステージ２００による冷却)の時間設定は、９０秒以上ということになる。これは、スループットを考慮すると、未処理ウェーハをプロセスモジュール１０に搬入することが優先されるためである。
【００５５】
以上のように、図７、図８により本発明の実施形態においては、予め定められた処理温度である４００℃から目標温度である８０℃までにかかる時間は、８０秒+１０秒+９０秒で１８０秒(３分)である。一方、従来のように、プロセスモジュール１０内における冷却処理だけでウェーハの温度を４００℃から８０℃まで冷却する場合を検討する。例えば、図７において、８０秒から１００秒までに１５０℃から１４０℃になっていることを利用して、この割合でウェーハが冷却されると仮定すると、１５０℃から８０℃まで冷却されるのにかかる時間は、１４０秒である。よって、ウェーハ温度が、処理温度である４００℃から８０℃になるまでにかかる時間は、８０秒+１４０秒で２２０秒である。比較した結果、従来の冷却方式と比較して本実施形態における冷却方式は、４００℃から８０℃までにかかる時間が５０秒も早いことが分かる。このように、本発明の実施形態において、プロセスモジュール１０内での第１の冷却処理とクーリングステージ２００での第２の冷却処理の２段階でウェーハを冷却する方式が有効であるのが分かる。
【００５６】
上述したように本発明の実施形態における２段階クリーニングにより明らかに冷却処理にかかる時間が短縮されるのでスループット向上が図れる。また、クーリングステージは、ロードポート３０に載置されたポッドからフロントエンドモジュール２０を経てプロセスモジュール１０へ搬入されるまでのウェーハの搬送経路から外れた位置にあるので、第２の冷却処理と未処理ウェーハの搬入は、並行して行うことが可能である。よって、処理済ウェーハを冷却しながら未処理ウェーハが、効率よくプロセスモジュール１０へ搬送されるので、スループット向上の妨げにならない。更に、プロセスモジュール１０内での第１の冷却処理と上記第２の冷却処理を組合せることにより、第１の冷却処理の時間を短縮できるので、ウェーハ搬送の妨げとなるウェーハ滞留が抑えられる。従って、装置の生産効率が向上する。
【００５７】
なお、本発明の実施形態では、半導体製造装置として枚葉式の基板処理装置１を説明し
たが縦型の基板処理装置１や横型の基板処理装置１にも適用できる。また、ウェーハを処
理する半導体製造装置だけでなく、ＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する処理装置に
も適用することができる。
このように、本発明は種々の改変が可能であり、本発明はこのように改変された発明に
及ぶことは当然である。
【００５８】
次に、本発明の好ましい他の実施形態を付記するが、本発明が以下の記載に限定されな
いことはいうまでもない。
【００５９】
［実施形態１］
基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部、及び、前記基板の表面
に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少なくとも備える処理室と、前記処理室に
おいて処理が施された基板を冷却する冷却機構、及び、前記基板を搬送する搬送機構を少
なくとも備える搬送室により少なくとも構成される基板処理装置。
【００６０】
［実施形態２］
基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部、前記基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部、及び、前記基板の裏面を冷却する基板冷却部を少
なくとも備える処理室と、前記処理室において処理が施された基板を冷却する冷却機構、
及び、前記基板を搬送する搬送機構を少なくとも備える搬送室により少なくとも構成される基板処理装置。
【００６１】
［実施形態３］
基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部、及び、前記基板の裏面を冷却
する基板冷却部を少なくとも備える処理室と、前記処理室において処理が施された基板を
搬送する搬送機構を備える搬送室により少なくとも構成される基板処理装置における基
板冷却方法であって、前記処理室において、前記ガス供給部は基板の表面に向かって不活
性ガスを供給して、前期基板の表面側から冷却し、前記基板冷却部は前記基板の裏面を冷
却する基板冷却方法。
【００６２】
［実施の態様４］
予め定められた温度で基板に予め定められた処理を施す処理ステップと、予め定められ
た処理を施された基板を前記予め定められた温度から第１の温度まで冷却する冷却ステッ
プを少なくとも含むレシピを実行する工程と、前記第１の温度まで冷却された基板を第
２の温度まで冷却する冷却工程を少なくとも有する半導体装置の製造方法。
【００６３】
［実施の態様５］
予め定められた温度で基板に予め定められた処理を施す処理ステップと、予め定められ
た処理を施された基板を前記予め定められた温度から第１の温度まで冷却する冷却ステッ
プとで少なくとも含むレシピを実行する工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法
であって、前記レシピを実行する工程は、予め定められた処理を施された基板が前記第１
の温度まで冷却された場合に終了することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６４】
１ 基板処理装置
１０ プロセスモジュール
１００ ゲートバルブ
２０ フロントエンドモジュール
２００ クーリングステージ
２０２ 搬送ロボット
３０ ロードポート
４０ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置において、基板を処理する際の基板を冷却する方式に関するも
のである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の一種である半導体製造装置は、少なくとも、基板を収納した基板収容器
としてのキャリアが載置されるキャリア載置台と、基板を処理する処理室と、キャリア載
置台にあるキャリア内の基板を処理室までに搬送する搬送手段を備えた搬送室とで構成さ
れている。
【０００３】
このような半導体製造装置では、従来から、搬送手段が処理済みの基板(以下「ウェーハ」と記載)を処理室から搬出してキャリアに戻す際に、搬送手段及びキャリアに熱ダメージを与えないよう、処理済みのウェーハが冷却されることがある。例えば、特許文献１には、キャリアに戻す前に冷却処理を行うことが記載されている。また、特許文献２や特許文献３に記載されているように、従来から、搬送室にウェーハを冷却する室が設けられている。例えば、特許文献２には、処理室及び搬送室の間に設けられた予備室内に基板冷却用の載置台(冷却ステージ)を設けることが記載されている。特許文献３には、搬送室にウェーハを冷却する為に退避させておく為の予備室を設けることが記載されている。しかしながら、上記２つの特許文献で開示されている装置は、キャリア内の基板が搬送室を介して処理室へ搬送されるまでにいくつかの室を渡って搬送される構成となっており、ウェーハの冷却機構は、必要に応じて装置内に設けるだけでよいという程度であった。
【０００４】
一方、処理済みのウェーハは処理室内において冷却されることがある。例えば、処理室
内にＮ２ガスを流すことにより、処理室内の温度を低下させることによって行われる。
具体的には、図６に示すように、Ｔ１〜Ｔ２において、ウェーハ１が処理室１に搬入さ
れ、Ｔ２〜Ｔ３において、ウェーハ１に基板処理が施された後、Ｔ３〜Ｔ４において、後
処理として処理室での冷却処理を施す。Ｔ３〜Ｔ４において、処理室１はウェーハ１によって占有されており、未処理のウェーハ４を処理することはできないので、Ｔ４において、処理室１での冷却処理が終了した後、ウェーハ１とウェーハ４とを入れ替えて搬送する。ウェーハ２，３についても、ウェーハ１と同様、処理室２，３での冷却処理が施されて
いる間、未処理のウェーハ５，６を処理室２，３で処理することはできないので、処理室
２，３での冷却処理が終了した後、ウェーハ２，３とウェーハ５，６とを入れ替えて搬送
する。
ただし、この場合、処理済みのウェーハの冷却が完了するまで、処理室は処理済みのウ
ェーハによって占有されるので、未処理のウェーハを搬入することはできない。したがって、処理室内における冷却にかかる時間が長くなるほど、スループットが下がり、装置全
体の稼働率が低下することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１９９３２４号
【特許文献２】特開２００５−３２２７６２号公報
【特許文献３】特許第４５６８２３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、処理室内での基板滞留に起因する装置稼働率の低下を抑制す
る基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る基板処理装置は、基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波
供給部、及び、基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少なくとも備え
る処理室と、前記処理室において処理がなされた基板を冷却する冷却機構を備える搬送室、及び、前記冷却機構によって冷却された基板を搬送する搬送機構を少なくとも備える搬送室とにより少なくとも構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、処理室内における基板処理にかかる時間を短縮するので、装置稼働率
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る基板処理装置において、振分方式を用いる場合を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る基板処理装置において、並列方式を用いる場合を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板処理装置のプロセスモジュールを例示する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る基板処理装置のコントローラ構成を示す図である。
【図５】本発明における冷却方式の運用を示す図である。
【図６】従来の冷却方式の運用を示す図である。
【図７】ＰＭ内で第一の冷却処理工程時に基板の温度変化を示す図である。
【図８】第一の冷却処理工程終了時から第二の冷却処理工程までの基板の温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１を説明する。図１は、
基板処理装置１を上から見たときの構成概略図である。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置１は、半導体を製造するために予め定められた
（以下、「所定の」）処理を実行する半導体製造装置として構成されている。以下、本発
明の一実施形態に係る基板処理装置１は、可変のマイクロ波（ＶＦＭ；Ｖａｒｉａｂｌｅ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）を利用する装置であるとして説明する。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る基板処理装置１は、少なくとも、ウェーハに所定の処理を施
す処理室としてのプロセスモジュール（ＰＭ；Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｅ）１０と、
ウェーハが搬送される搬送室としてのフロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ；Ｅｑｕｉｐ
ｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）２０と、ウェーハが収納された基板収容
器（例えば、ＦＯＵＰ(Ｆｒｏｎｔ−Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｌｅｄ Ｐｏｄ)。以下
「ポッド」と記載）を装置外部の搬送装置と受渡しする容器載置台としてのロードポート
（ＬＰ；Ｌｏａｄ Ｐｏｒｔ）３０によって構成される。
プロセスモジュール１０及びロードポート３０は、少なくとも１つずつ設けられる。こ
こでは、プロセスモジュール１０及びロードポート３０が３つずつ設けられているが、この構成は一例であって、本発明の構成はこの構成に限定されない。
また、後述する制御手段としてのコントローラは、所定のファイルを実行することにより、後述する搬送手段としての搬送ロボット２０２を制御し、プロセスモジュール１０、
フロントエンドモジュール２０及びロードポート３０間においてウェーハを搬送する。
また、コントローラは、所定のファイルを実行することにより、プロセスモジュール１
０を構成する各種機構を制御し、プロセスモジュール１０内においてウェーハを処理する。
【００１２】
[プロセスモジュール１０]
プロセスモジュール１０は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ；化学気相成長）及びＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
；原子層堆積）などによる成膜、アッシング、エッチング及び膜質改善などの処理をウェーハに実施する。また、プロセスモジュール１０は、ウェーハの処理方式に合わせて、後
述するように、マイクロ波発生機構、冷媒供給機構、冷媒排出管、ガス供給機構、ガス排
気機構及び温度制御機構などの機構を備える。
プロセスモジュール１０は、ゲートバルブ（ＧＶ；Ｇａｔｅ Ｖａｌｖｅ）１００を介
して、フロントエンドモジュール２０と連通可能となっている。
[フロントエンドモジュール２０]
フロントエンドモジュール２０は、冷却機構としてのクーリングステージ２００（ＣＳ
；Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｔａｇｅ）を備える。クーリングステージ２００は、ウェーハを保
持可能な棚及び台などとして構成され、本発明の実施形態では、内部で冷却水が循環する
ことによって、保持したウェーハの裏面を接触冷却するよう構成されている。後述するよ
うに、プロセスモジュール１０において所定の温度まで冷却された基板は、クーリングス
テージ２００において所定の温度から目標温度まで冷却される。
また、フロントエンドモジュール２０は、ウェーハを搬送する搬送機構としての搬送ロボット２０２を備える。搬送ロボット２０２は、ウェーハを保持する基板保持部としての
アームを上下に１つずつ備える。搬送ロボット２０２は、例えば、上アームの先に未処理
ウェーハを載せ、各プロセスモジュール１０に対して搬入するとともに、下アームの先に
処理済みウェーハを載せ、各プロセスモジュール１０から搬出すること（ウェーハを入れ
替えて搬送すること）ができるよう構成されている。なお、プロセスモジュール１０及び
クーリングステージ２００は同じ数だけ設けられているが、本発明はこのような構成に限
らず、プロセスモジュール１０の個数は、ウェーハが搬送される時間に応じて適宜変更さ
れ、クーリングステージ２００の個数は、ウェーハが冷却される時間に応じて適宜変更さ
れ得る。また、フロントエンドモジュール２０は、シャッタを介して、ロードポート３０
と連通可能となっている。
[ロードポート３０]
ロードポート３０は、基板収容器としてのポッドが載置される複数の載置台が設けられ
ている。図１に示すように、ロードポート３０は、クーリングステージ２００と同様、プ
ロセスモジュール１０と同じ数だけ設けられているが、ロードポート３０をいくつ設ける
かは、後述するウェーハ搬送方式によって異なる。具体的には、振分方式によってウェーハを搬送する場合には、ロードポート３０は少なくとも１つ設けられればよく、並列方式
によってウェーハを搬送する場合には、搬送先を記述した搬送レシピなどに応じて所定の
数のロードポート３０が少なくとも設けられる。
【００１３】
以下、図２を用いて、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１がウェーハを搬送する
方法を説明する。図２Ａは、一つのポッドに収納されているウェーハを各プロセスモジュール１０に１枚ずつ搬送する振分方式を説明するための図である。図２Ｂは、異なる条件
で処理を実施する目的で、複数のポッドに収納されているウェーハを各プロセスモジュー
ル１０に搬送する並列方式を説明するための図である。以下、本発明の一実施形態に係る
基板処理装置１は、振分方式によってウェーハを搬送するものとする。
【００１４】
[振分方式]
図２Ａを参照して、振分方式によるウェーハの搬送について説明する。ここでは、ロー
ドポート３０−１〜３０−３とプロセスモジュール１０−１〜１０−３との間でウェーハ
を搬送するものとする。
まず、矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドから(一枚目の)
ウェーハを取り出し、矢印Ｂに示すように、プロセスモジュール１０−１に搬入する。
次に、矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドから次の(二枚
目の)ウェーハを取り出し、矢印Ｃに示すように、プロセスモジュール１０−２に搬入する。
さらに、矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドから次の(三
枚目の)ウェーハを取り出し、矢印Ｄに示すように、プロセスモジュール１０−３に搬入
する。
プロセスモジュール１０１〜３において処理されたウェーハは、順次取り出され、ロー
ドポート３０−１のポッドに搬送される。
【００１５】
[並列方式]
図２Ｂを参照して、並列方式によるウェーハの搬送について説明する。ここでは、ロー
ドポート３０−１〜３０−３それぞれとプロセスモジュール１０−１〜１０−３それぞれ
との間でウェーハを搬送するものとする。
矢印Ａに示すように、ロードポート３０−１に載置されたポッドからウェーハを取り出
し、プロセスモジュール１０−１に搬入する。プロセスモジュール１０−１において処理
されたウェーハは取り出され、ロードポート３０−１のポッドに搬送される。
矢印Ｂに示すように、ロードポート３０−２に載置されたポッドからウェーハを取り出
し、プロセスモジュール１０−２に搬入する。プロセスモジュール１０−２において処理
されたウェーハは取り出され、ロードポート３０−２のポッドに搬送される。
矢印Ｃに示すように、ロードポート３０−３に載置されたポッドからウェーハを取り出
し、プロセスモジュール１０−３に搬入する。プロセスモジュール１０−３において処理
されたウェーハは取り出され、ロードポート３０−３のポッドに搬送される。
【００１６】
以下、図３を用いて、図１のプロセスモジュール１０についてさらに説明する。
図３は、図１のプロセスモジュール１０の垂直断面図である。図３に示すように、プロ
セスモジュール１０は、処理室１２に、冷媒供給機構１４、マイクロ波発生機構１６、ガ
ス供給機構１８、ガス排出機構２２及びウェーハ搬送機構２４が備えられた構成となって
いる。
【００１７】
[処理室]
処理室１２を形成する処理容器１２０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（
ＳＵＳ）など金属材料により構成されており、処理室１２と外部とによってマイクロ波を
遮蔽する構造となっている。処理室１２内には、ウェーハを支持する基板支持部としての
基板支持ピン１２２が設けられている。基板支持ピン１２２は、例えば石英又はテフロン
（登録商標）等からなる複数（本実施形態においては２本）で構成され、その上端でウェーハを支持する。ウェーハの下方であって基板支持ピン１２２の下部には、基板冷却部と
しての導電性の基板支持台１２４が設けられている。基板支持台１２４は、例えばアルミ
ニウムなどの導体である金属材料により構成されている。基板支持台１２４は、上面から
見た形がウェーハの外径よりも大きい円形で、円盤状又は円柱状に形成されている。
【００１８】
基板支持台１２４は金属製であるため、基板支持台１２４においてはマイクロ波の電位
がゼロとなる。したがって、ウェーハを基板支持台１２４に直接置いた場合、マイクロ波
の電界強度が弱い状態となる。そこで、本実施形態では、基板支持台１２４の表面からマ
イクロ波の１／４波長（λ／４）の位置、もしくはλ／４の奇数倍の位置にウェーハを載
置するようにする。ここでいう基板支持台１２４の表面とは、基板支持台１２４を構成する面の内、ウェーハの裏面と対向する面を言う。λ／４の奇数倍の位置では電界が強いた
め、ウェーハを効率よくマイクロ波で加熱することができる。例えば、５．８ＧＨｚに固
定したマイクロ波を使用し、マイクロ波の波長が５１．７ｍｍであるので、基板支持台１
２４からウェーハまでの高さを１２．９ｍｍとすることができる。マイクロ波の周波数が
時間とともに変化（可変）するようにしてもよい。この場合、基板支持台１２４の表面か
らウェーハまでの高さは、変化する周波数帯の代表周波数の波長から求めれば良い。例え
ば、５．８ＧＨｚ〜７．０ＧＨｚまで変化する場合、代表周波数を変化する周波数帯のセ
ンタ周波数とし、代表周波数６．４ＧＨｚの波長４６ｍｍより、基板支持台１２４の表面
からウェーハまでの高さを１１．５ｍｍとすればよい。さらに、固定周波数の電源を複数
設け、それぞれから異なる周波数のマイクロ波を切り替えて供給し、処理するようにして
もよい。
基板支持台１２４内には、ウェーハを冷却するための冷媒を流す冷媒流路１２６が設けられている。ここでは、冷媒として水を使用している。冷媒流路１２６は、処理室１２の
外部において、冷媒排出管１２８及び冷媒供給機構１４に接続される。冷媒排出管１２８
は、冷媒流路１２６から冷媒を排出する。
【００１９】
[冷媒供給機構]
冷媒供給機構１４は、冷媒流路１２６へ冷媒を供給する冷媒供給管１４０、冷媒供給管
１４０を開閉する冷媒用バルブ１４２及び冷媒源１４４を備える。後述するように、冷媒
用バルブ１４２は、コントローラ４０と電気的に接続されており、コントローラ４０によ
り制御される。
【００２０】
処理室１２内のウェーハの上方には、ウェーハの温度を検出する温度検出器１３０が設
けられている。温度検出器１３０には、例えば、赤外線センサを用いることができる。後
述するように、温度検出器１３０は、コントローラ４０と電気的に接続されている。具体
的には、温度検出器１３０によって検出されたウェーハの温度が、所定の温度よりも高い
場合、コントローラ４０は、ウェーハの温度が所定の温度となるように、冷媒用バルブ１
４２を制御して、冷媒流路１２６へ流す冷却水の流量を調節する。また、後述するように、コントローラ４０は、ウェーハ表面に対して供給される不活性ガスの流量を調整する。
また、処理室１２内には、処理室１２内の圧力を検出する圧力センサ１３２が設けられ
ている。後述するように、圧力センサ１３２は、コントローラ４０と電気的に接続されて
いる。
【００２１】
[マイクロ波発生機構]
処理容器１２０の上部であって処理室１２の側壁には、マイクロ波発生機構１６が設けられている。
マイクロ波発生機構１６は、マイクロ波発生部１６０、導波路１６２及び導波口１６４
を備え、例えば、固定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ
波発生部１６０としては、マイクロトロンなどの高周波電源が用いられる。マイクロ波発
生部１６０によって発生したマイクロ波は、導波路１６２を介して、処理室１２と連通す
る導波口１６４から処理室１２内に導入される。処理室１２内に導入されたマイクロ波は、処理室１２の壁面に対して反射を繰り返す。マイクロ波は処理室１２内でいろいろな方
向へ反射し、処理室１２内はマイクロ波で満たされる。処理室１２内のウェーハに当たったマイクロ波はウェーハに吸収され、ウェーハはマイクロ波により誘電加熱される。なお、ウェーハの温度は、マイクロ波のパワー、処理室１２の大きさや形状、導波口１６４の
位置、及び、ウェーハの処理室１２における位置などによって変化する。
後述するように、マイクロ波発生部１６０は、コントローラ４０と電気的に接続されて
おり、コントローラにより制御される。
導波口１６４の近傍には、マイクロ波発生部１６０によって発生し、導波口１６４から
処理室１２内に導入したマイクロ波の周波数を検出する周波数センサ１６６及びマイクロ
波のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；高周波）パワーを検出するＲＦパワーセン
サ１６８が設けられている。後述するように、周波数センサ１６６及びＲＦパワーセンサ
１６８は、コントローラ４０と電気的に接続されている。
【００２２】
[ガス供給機構]
処理容器１２０の上部であって処理室１２の上壁には、ガス供給機構１８が設けられて
いる。
ガス供給機構１８は、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスを導入するガス供給管１８０、ガ
ス供給管１８０を開閉するガス供給用バルブ１８２及びガス供給源１８４を備える。ガス
供給機構１８は、ガス供給用バルブ１８２を開けることにより、ガス供給管１８０からの
ガスを処理室１２内に導入し、ガス供給用バルブ１８２を閉めることにより、ガスの導入
を停止する。ガス供給管１８０から導入されるガスは、パージガスとして処理室１２内の
ガスを押し出すのに用いられる。また、ガス供給管１８０はガスをウェーハの表面に吹き
つけるよう構成されているので、ガス供給管１８０から導入されるガスは、ウェーハを冷
却するのにも用いられる。
後述するように、ガス供給用バルブ１８２は、コントローラ４０と電気的に接続されて
おり、コントローラ４０により制御される。
ガス供給管１８０の近傍には、ガス供給管１８０から導入されるガスの流量を検出する
ガス流量センサ１８６が設けられている。後述するように、ガス流量センサ１８６は、コ
ントローラ４０と電気的に接続されている。
【００２３】
[ガス排出機構]
処理容器１２０の下部であって処理室１２の側壁には、ガス排出機構２２が設けられて
いる。
ガス排出機構２２は、処理室１２内のガスを排気するガス排出管２２０、ガス排出管２
２０を開閉するガス排出用バルブ２２２及び排気装置としての真空ポンプ２２４を備える。ガス排出機構２２は、ガス排出用バルブ２２２の開度を調整することにより、処理室１２内の圧力を所定の値に調整する。
後述するように、ガス排出用バルブ２２２は、コントローラ４０と電気的に接続されて
おり、コントローラ４０により制御される。
【００２４】
[ウェーハ搬送機構]
処理容器１２０の一側面には、ウェーハ搬送機構２４が設けられている。
ウェーハ搬送機構２４は、処理室１２の内外にウェーハを搬送するためのウェーハ搬送
口２４０、図１を参照して上述したゲートバルブ１００、及び、ゲートバルブ１００を駆
動させるゲートバルブ駆動部２４２を備える。
ウェーハ搬送機構２４は、ゲートバルブ１００を開けることにより、処理室１２がフロ
ントエンドモジュール２０（ここでは図示していないが、図１を参照して上述）と連通するように構成されている。フロントエンドモジュール２０には、搬送ロボット２０２（ここでは図示していないが、図１を参照して上述）が設けられている。ウェーハ搬送機構２
４は、ゲートバルブ１００を開くことによって、搬送ロボット２０２が、処理室１２及び
フロントエンドモジュール２０の間で、ウェーハのスワップ搬送が可能なように構成され
ている。なお、ウェーハ搬送口２４０の近傍には、ウェーハの有無を検知するウェーハ検
知センサ２４４が設けられており、ウェーハがゲートバルブ１００に巻き込まれないように構成されている。なお、スワップ搬送については、特開２００３−２８９０９５号公報
に記載されているため、説明は省略する。
後述するように、ウェーハ検知センサ２４４は、コントローラ４０と電気的に接続され
ている。具体的には、ウェーハ検知センサ２４４によってウェーハがあることが検知され
た場合、コントローラはゲートバルブ１００が閉まってウェーハを巻き込まないよう制御
する。
【００２５】
以下、図３を用いて、図１のプロセスモジュール１０における処理について説明する。
以下に説明する処理は、半導体装置を製造する複数の工程のうち一工程を構成するもので
ある。
[第１の搬送工程]
ウェーハを処理室１２に搬入するウェーハ搬入工程において、まず、ゲートバルブ１０
０を開き、処理室１２とフロントエンドモジュール２０とを連通させる。次に、搬送ロボ
ット２０２により、ロードポート３０に載置されたポッドからウェーハを取り出し、フロ
ントエンドモジュール２０を経て処理室１２内へ搬入する。処理室１２内に搬入されたウ
ェーハは、搬送ロボット２０２により基板支持ピン１２２の上端に載置され、基板支持ピ
ン１２２に支持される。次に、搬送ロボット２０２が処理室１２内からフロントエンドモ
ジュール２０へ戻ると、ゲートバルブ１００が閉じられる。
【００２６】
[窒素ガス置換工程]
次に、処理室１２内を窒素（Ｎ２）雰囲気に置換する。ウェーハを搬入すると処理室１
２の外の大気雰囲気が巻き込まれるので、この大気雰囲気中の水分や酸素がプロセスに影
響しないように処理室１２内のＮ２置換を行う。ガス排出管２２０から、真空ポンプ２２
４により処理室１２内のガス（雰囲気）を排出するとともに、ガス供給管１８０から、Ｎ
２ガスを処理室１２内に導入する。このとき、ガス供給用バルブ１８２を開閉することに
よって、処理室１２内の圧力を所定の値（例えば大気圧）に調整する。
なお、このガス置換工程は、ウェーハ処理を開始する前の準備工程の一部として行われ
てもよい。また、同時に複数の処理室１２内を窒素雰囲気に置換してもよい。
【００２７】
[加熱処理工程]
次に、マイクロ波発生部１６０で発生させたマイクロ波を、導波口１６４から処理室１
２内に導入し、ウェーハの表面を照射する。このマイクロ波照射により、ウェーハの表面
上のＨｉｇｈ−ｋ膜を１００〜６００℃(例えば、４００℃程度)に加熱してＨｉｇｈ−ｋ膜を改質、つまり、Ｈｉｇｈ−ｋ膜からＣやＨ等の不純物を離脱させて、緻密化し安定した絶縁体薄膜に改質することができる(膜質改善)。Ｈｉｇｈ−ｋ膜等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。ハイパワーのマイクロ波をウェーハに照射し処理することにより、ウェーハ上の誘電体膜が加熱され改質される。また、マイクロ波による加熱の特徴は、誘電率εと誘電正接tanδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱することにより、加熱されやすい物質、すなわち、誘電率が高い方の物質だけ選択的に加熱できることである。
【００２８】
Ｈｉｇｈ−ｋ膜のアニールについて説明すると、ウェーハの基板材料であるシリコンに
比べ、Ｈｉｇｈ−ｋ膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの誘電率εは９．６であるが、Ｈｉｇｈ−ｋ膜であるＨｆＯ膜の誘電率εは２５、ＺｒＯ膜の誘電率εは３５である。よって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を成膜したウェーハにマイクロ波を照射すると、Ｈｉｇｈ−ｋ膜だけ選択的に加熱することができる。また、ハイパワーのマイクロ波を照射する方が膜の改質効果が大きい。よって、ハイパワーのマイクロ波を照射すると、急速にＨｉｇｈ−ｋ膜の温度を上昇させることができる。これに対し、比較的低パワーのマイクロ波を長時間照射した場合は、改質プロセス中にウェーハ全体の温度が高くなってしまう。時間が経過すると、シリコン自身がマイクロ波により誘電加熱されるのと、マイクロ波が照射されるウェーハ表面のＨｉｇｈ−ｋ膜からウェーハ裏面側のシリコンへの熱伝導により、シリコンの温度も上昇してしまうからである。ハイパワーのマイクロ波を照射する場合に膜の改質効果が大きい理由は、ウェーハ全体が温度上昇し、上限温度に達するまでの時間よりも早く、誘電体を誘電加熱により高い温度まで加熱することができるためと考えられる。ここで、本発明の実施形態では、上限温度とは、ウェーハ表面のＨｉｇｈ−ｋ膜からウェーハ裏面側のシリコンに熱伝導する温度をいう。
【００２９】
そこで、本発明の実施形態では、マイクロ波を照射中に、冷媒流路１２６に冷却水を供
給することにより、ウェーハの温度上昇を抑制する。好ましくは、ウェーハの温度が上限
温度以下となるように、バルブを制御して、冷媒流路１２６へ流す冷却水の流量を調節す
る。このように、ウェーハの処理温度を一定とすることにより、複数のウェーハを処理し
た場合であっても、処理後のウェーハの状態を均一にすることができる。
【００３０】
また、加熱処理工程において、ガス供給用バルブ１８２を開いて、処理室１２内にガス
供給管１８０からＮ２ガスを導入するとともに、ガス排出用バルブ２２２により処理室１
２内の圧力を所定の値（例えば大気圧）に調整しつつ、ガス排出管２２０から処理室１２
内のＮ２ガスを排出する。このようにして、加熱処理工程において、処理室１２内を予め
定められた圧力値に維持する。本実施形態では、周波数５．８〜７．０ＧＨｚのマイクロ
波をパワー１６００Ｗ、処理室１２内の圧力を大気圧として５分間、加熱処理を行った。
このようにして、所定時間、マイクロ波を導入して基板加熱処理を行った後、マイクロ波
の導入を停止する。ここでは、ウェーハを水平方向に回転させることなく加熱処理を行っ
ているが、ウェーハを回転させながら加熱処理を行ってもよい。
【００３１】
[第１の冷却処理工程]
加熱処理工程が終了すると、処理室１２内に導入するＮ２ガスの流量を制御するとともに、冷媒流路１２６に供給する冷却水の流量を制御することによって、所定の温度になるまでウェーハを冷却する。具体的には、ウェーハ及び基板支持台１２４の間にガスが流れるようにしつつ、ウェーハ近傍のガスの流量を制御するとともに、冷媒用バルブ１４２を開き、冷媒流路１２６に冷却水を供給することにより、ウェーハを冷却する。このとき、ウェーハの表面はＮ２ガスによって冷却され、ウェーハの裏面は冷却水によって冷却され、ウェーハの表面及び裏面の両面が冷却されることになるので、効率よくウェーハを冷却することができる。なお、冷却水の流量は、加熱処理工程及び第１の冷却処理工程それぞれにおいて設定されるようにしてもよい。
しかしながら、従来のように、ウェーハを収納するポッドが耐えうる８０℃程度になるまでウェーハを冷却しては、時間がかかってしまう。そこで、ウェーハを搬送する搬送ロボット２０２のアームが耐えうる２００℃程度になるまで、ウェーハを冷却する。
なお、本発明の実施形態では、Ｎ２ガスを使用しているが、プロセス的、安全性に問題
がなければ、熱伝達率の高い他のガス（例えば希釈Ｈｅガス）をＮ２ガスに追加し、ウェーハの冷却効果を向上させてもよい。
また、処理室１２内における圧力調整用のガスと、ウェーハ冷却用のガスとが異なる種
類であってもよい。例えば、処理室１２内における圧力調整にＮ２ガスを使用し、ウェー
ハ冷却に希釈Ｈｅガスを使用してもよい。
【００３２】
[第２の搬送工程]
第１の冷却処理工程が終了すると、上述した第１の搬送工程に示した手順とは逆の手順
により、処理済みのウェーハを処理室１２から搬出し、フロントエンドモジュール２０に
搬入する。次に処理すべき未処理のウェーハがある場合には、処理済みのウェーハ及び未
処理のウェーハを入れ替えて搬送する。次に、搬送ロボット２０２は、処理済みのウェー
ハをクーリングステージ２００に搬送する。
このように所定の温度（例えば２００℃）になったウェーハを処理室１２から搬出する
ことにより、処理済みのウェーハが処理室を占有する時間を短縮することができる。よって、未処理のウェーハが待機する時間を短縮することができ、その結果、スループットが
向上する。
[第２の冷却処理工程]
クーリングステージ２００に載置された処理済みのウェーハを冷却する。本工程では、
ウェーハの温度が目標温度（ウェーハを収納するポッドが耐えうる温度。例えば８０℃程
度）になるように冷却する。例えば、クーリングステージ２００内部において冷却水が循
環するようにしてもよい。なお、冷却水の温度及び冷却水が循環する速さなどは、プロセ
スモジュール１０における処理時間（つまり、加熱処理工程にかかる時間、第１の冷却処
理工程にかかる時間及び第２の冷却処理工程にかかる時間の合計）に応じて、適宜決定さ
れる。
[第３の搬送工程]
第２の冷却処理工程が終了すると、上述した第１の搬送工程に示した手順とは逆の手順
により、処理済みのウェーハをフロントエンドモジュール２０から搬出し、ロードポート
３０に載置されたポッドに収納する。
【００３３】
図４は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１におけるコントローラ構成を示す図
である。
制御部としてのコントローラ４０は、操作者からの操作を受け付ける操作部４００と、
メインコントローラとしての統括制御コントローラ４０２と、プロセス系を制御するプロ
セス制御部としてのサブコントローラ４０４と、搬送系を制御する搬送制御部としてのメ
カコントローラ４０６とがそれぞれＬＡＮなどの通信回線４０８を介して接続されて構成
される。
【００３４】
操作部４００は、少なくとも、モニタ表示、ログ及びアラームなどの解析並びにパラメータ編集などを行うための操作画面を表示する表示部（不図示）と、該表示部などを介し
て入力された指示データ、各種レシピ及び各種パラメータをファイルとして格納する記憶
部（不図示）と、システム制御コマンドなどのコマンド及び各種レシピ作成時における各
種パラメータの設定値を入力する入力部（不図示）とを備える。
【００３５】
操作部４００は、上述した入力部又はホストコンピュータからの指示により、ウェーハ
を処理する旨の指示を受け付けると、ウェーハを搬送するための搬送レシピ及びウェーハ
を処理するためのプロセスレシピを統括制御コントローラ４０２にダウンロードする。統
括制御コントローラ４０２は、これらのレシピに基づいてサブコントローラ４０４及びメ
カコントローラ４０６を制御する。そして、サブコントローラ４０４は、プロセスレシピ
に基づいてウェーハに所定の処理を施し、メカコントローラ４０６は、搬送レシピ及びウ
ェーハ情報に基づいて搬送ロボット２０２を制御することによりウェーハを搬送する。
【００３６】
統括制御コントローラ４０２は、コントローラ４０全体の運用制御を行う。また、メカ
コントローラ４０６は、図１の搬送ロボット２０２を制御し、搬送系を制御する。サブコ
ントローラ４０４は、各プロセスモジュール１０における温度、ガス流量、ガスの圧力、
ＲＦパワーなどを制御する。また、サブコントローラ４０４は、統括制御コントローラ４
０２の直下の通信回線４０８であるセンサバスを介して取り込んだウェーハ検知センサ２
４４からの信号及びウェーハ情報に基づいて、搬送ロボット２０２と連動する。サブコン
トローラ４０４は、統括制御コントローラ４０２の命令（指示）に基づいて、図３を参照
して説明した冷媒用バルブ１４２、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、
ガス排出用バルブ２２２及びゲートバルブ１００などを制御するとともに、図３を参照し
て説明した温度検出器１３０、圧力センサ１３２、周波数センサ１６６、ＲＦパワーセン
サ１６８及びガス流量センサ１８６それぞれによって検出した情報を、冷媒用バルブ１４
２、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、ガス排出用バルブ２２２及びゲートバルブ１００の状態を示す情報として、統括制御コントローラ４０２に送信する。さ
らに、サブコントローラ４０４は、命令（指示）されたバルブパターンに基づいて、冷媒
用バルブ１４２をインターロックし、また、バルブパターンからハードインターロックが
検出された場合には、その旨を統括制御コントローラ４０２に送信する。
なお、上述した表示部、記憶部及び入力部は、操作部４００と別体であってもよいし、
コントローラ４０と別体であってもよい。表示部、記憶部及び入力部（又は操作部４００
）は、例えば、図示しないユーザ(顧客)側のホストコンピュータと接続され、工場内の自
動化システムを実現するよう構成されてもよい。
【００３７】
図５を用いて、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１における運用方式について説
明する。
ここでは、上述した加熱処理工程及び第１の冷却処理工程が少なくとも記述されたプロ
セスレシピが実行されるものとする。また、振分方式を採用し、ロードポート３０−１に
載置されたポッドに収納されたウェーハ１、４、７・・・をプロセスモジュール１０−１
に振り分け、同じポッドに収納されたウェーハ２、５、８・・・をプロセスモジュール１
０−２に振り分け、同じポッドに収納されたウェーハ３、６、９・・・をプロセスモジュール１０−３に振り分けるものとする。
なお、プロセスレシピに窒素ガス置換工程を記述してもよいことはいうまでもない。
【００３８】
図５に示すように、Ｔ１（時間軸における時刻を意味する。Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔ１３
についても同様）からＴ２までの時間において、上述した第１の搬送工程が実行され、ウ
ェーハ１が、ロードポート３０−１に載置されたポッドから取り出され、フロントエンド
モジュール２０を経てプロセスモジュール１０−１へ搬入される。
Ｔ２からＴ８までの時間において、上述した窒素ガス置換工程が実行された後、プロセ
スレシピが実行されることにより、上述した加熱処理工程及び第１の冷却処理工程が実行
される。特に、Ｔ７からＴ８までの時間において、第１の冷却処理工程が実行される。
具体的には、プロセスモジュール１０−１内が窒素雰囲気に置換された後（窒素ガス置
換）、ウェーハ１にマイクロ波が照射され（加熱処理）、ウェーハ１がプロセスモジュー
ル１０−１内で冷却される（第１の冷却処理）。
なお、窒素ガス置換工程は、Ｔ２前から実行されていてもよい。
【００３９】
Ｔ３からＴ４までの時間において、Ｔ１からＴ２までの時間と同様、上述した第１の搬
送工程が実行され、ウェーハ２が、ロードポート３０−１に載置されたポッドから取り出
され、フロントエンドモジュール２０を経てプロセスモジュール１０−２へ搬入される。
Ｔ４からＴ１０までの時間において、Ｔ２からＴ８までの時間と同様、上述した窒素ガ
ス置換工程が実行された後、プロセスレシピが実行されることにより、上述した加熱処理
工程及び第１の冷却処理工程が実行される。特に、Ｔ９からＴ１０までの時間において、
第１の冷却処理工程が実行される。なお、窒素ガス置換工程は、Ｔ４前から実行されていてもよい。
具体的には、プロセスモジュール１０−２内が窒素雰囲気に置換された後（窒素ガス置
換）、ウェーハ２にマイクロ波が照射され（加熱処理）、ウェーハ２がプロセスモジュー
ル１０−２内で冷却される（第１の冷却処理）。
【００４０】
Ｔ５からＴ６までの時間において、Ｔ１からＴ２までの時間と同様、上述した第１の搬
送工程が実行され、ウェーハ３が、ロードポート３０−１に載置されたポッドから取り出
され、フロントエンドモジュール２０を経てプロセスモジュール１０−３へ搬入される。
Ｔ６からＴ１２までの時間において、Ｔ２からＴ８までの時間と同様、上述した窒素ガ
ス置換工程が実行された後、プロセスレシピが実行されることにより、上述した加熱処理
工程及び第１の冷却処理工程が実行される。特に、Ｔ１１からＴ１２までの時間において、第１の冷却処理工程が実行される。なお、窒素ガス置換工程は、Ｔ６前から実行されて
いてもよい。
具体的には、プロセスモジュール１０−３内が窒素雰囲気に置換された後（窒素ガス置
換）、ウェーハ３にマイクロ波が照射され（加熱処理）、ウェーハ３がプロセスモジュー
ル１０−３内で冷却される（第１の冷却処理）。
【００４１】
Ｔ８からＴ９までの時間において、上述した第２の搬送工程が実行され、ウェーハ１が、プロセスモジュール１０−１から搬出され、フロントエンドモジュール２０に搬入され
る。ここでは、次に処理すべき未処理のウェーハ４があるので、ウェーハ１及びウェーハ
４を入れ替えて搬送する（スワップ搬送）。処理済みのウェーハ１はクーリングステージ
２００に搬送される。
Ｔ９からＴ１１までの時間において、上述した第２の冷却処理工程が実行され、処理済
みのウェーハ１がクーリングステージ２００で冷却されている間、未処理のウェーハ４が
ロードポート３０−１に載置されたポッドからプロセスモジュール１０に搬入される。な
お、第２の冷却処理工程にかかる時間によっては、図５に示すように、第３の搬送工程が
実行されるまでの待ち時間が生じることがある。
【００４２】
Ｔ１０からＴ１１までの時間において、Ｔ８からＴ９までの時間と同様、上述した第２
の搬送工程が実行され、ウェーハ２が、プロセスモジュール１０−２から搬出され、フロ
ントエンドモジュール２０に搬入される。ここでは、次に処理すべき未処理のウェーハ５
があるので、ウェーハ２及びウェーハ５を入れ替えて搬送する（スワップ搬送）。処理済
みのウェーハ２はクーリングステージ２００に搬送される。
Ｔ１１からＴ１３までの時間において、Ｔ９からＴ１１までの時間と同様、上述した第
２の冷却処理工程が実行され、処理済みのウェーハ２がクーリングステージ２００で冷却
されている間、未処理のウェーハ５がロードポート３０−１に載置されたポッドからプロ
セスモジュール１０に搬入される。なお、第２の冷却処理工程にかかる時間によっては、
図５に示すように、第３の搬送工程が実行されるまでの待ち時間が生じることがある。
【００４３】
Ｔ１１からＴ１２までの時間において、上述した第３の搬送工程が実行され、ウェーハ
１が、クーリングステージ２００から搬出され、ロードポート３０−１に載置されたポッ
ドに戻される。
Ｔ１２からＴ１３までの時間において、Ｔ８からＴ９までの時間と同様、上述した第２
の搬送工程が実行され、ウェーハ３が、プロセスモジュール１０−３から搬出され、フロ
ントエンドモジュール２０に搬入される。ここでは、次に処理すべき未処理のウェーハ６
があるので、ウェーハ３及びウェーハ６を入れ替えて搬送する（スワップ搬送）。処理済
みのウェーハ６はクーリングステージ２００に搬送される。
Ｔ１３以降の時間において、上述した第３の搬送工程が実行され、ウェーハ２が、クー
リングステージ２００から搬出され、ロードポート３０−１に載置されたポッドに戻され
る処理や、上述した第２の冷却処理工程が実行され、処理済みのウェーハ３がクーリング
ステージ２００で冷却されている間、未処理のウェーハ６がロードポート３０−１に載置
されたポッドからプロセスモジュール１０に搬入される処理などがなされる。
【００４４】
本発明の実施形態では、第１の冷却処理工程において、ウェーハが所定の温度（２００
℃）まで冷却されたことをトリガとして、第１の冷却処理工程が記述されたプロセスレシ
ピが終了するように構成する。通常、プロセスレシピの各ステップにおける処理時間は余
裕をもって設定されるので、所定の処理時間が過ぎたことをトリガとして第１の冷却処理
工程が終了することは、スループットの向上という観点からは好ましくない。そこで、ウ
ェーハが所定の温度まで冷却されたことをトリガとして第１の冷却処理工程が記述された
プロセスレシピを終了し、処理済みのウェーハをできるだけ早く処理室から取り出すこと
が望ましい。
【００４５】
上述したように、本発明の実施形態では、マイクロ波を照射する間、ウェーハを冷却し
てウェーハの温度上昇を抑制するように構成されているので、ウェーハの温度を一定にすることができ、複数のウェーハを処理する場合であっても、処理後のウェーハの状態を均
一にすることができる。
【００４６】
上述したように、本発明の実施形態では、第１の冷却処理工程において、ウェーハの表
面及び裏面の両面を冷却するように構成されているので、ウェーハを効率よく冷却することができ、第１の冷却処理にかかる時間を短縮することができる。
また、ガス供給管から処理室に導入されるガスは、ウェーハの表面に直接吹きつけられ
るので、ウェーハを効率よく冷却することができ、第１の冷却処理にかかる時間を短縮することができる。
【００４７】
上述したように、第１の冷却処理工程において、ウェーハが所定の温度（２００℃）まで冷却された場合、処理済みのウェーハを処理室から取り出すように構成されているので、熱によるダメージを搬送機構の基板保持部に与えることなく、次に処理すべき未処理のウェーハを効率よく投入することができる。
特に、本発明の実施形態に係る基板処理装置１のように、処理室としてのプロセスモジ
ュール１０と、一つの搬送機構を備えた搬送室としてのフロントエンドモジュール２０と、ロードポート３０とによって構成され、未処理のウェーハをロードポート３０からプロセスモジュール１０へと直接搬送する場合に有効である。
【００４８】
上述したように、本発明の実施形態では、搬送室内にウェーハを載置するクーリングス
テージ２００を設け、処理室から取り出された処理済みのウェーハをポッドが耐えうる目
標温度まで冷却する間、未処理のウェーハを搬送できる構成にしたので、スループットを
低下させることなく、ウェーハを目標温度まで冷却することができる。
つまり、上述したように、処理室としてのプロセスモジュール１０と、一つの搬送機構
を備えた搬送室としてのフロントエンドモジュール２０と、ロードポート３０とによって
構成されるシンプルな基板処理装置において、未処理のウェーハをロードポート３０から
プロセスモジュール１０に効率よく搬送することができる。また、処理済みのウェーハを
プロセスモジュール１０からロードポート３０に効率よく搬送することができる。
なお、クーリングステージ２００の個数は、ウェーハを効率よく搬送することができる
ように設定される。例えば、ロードポート３０とプロセスモジュール１０との間でウェー
ハを効率よく搬送する条件に基づいて、クーリングステージ２００の個数が設定される。
【００４９】
上述したように、本発明の実施形態では、第１の冷却処理工程及び第２の冷却処理工程
という２つの冷却処理工程を設けているので、特に、本発明の実施形態に係る基板処理装
置１のように、処理室としてのプロセスモジュール１０と、一つの搬送機構を備えた搬送
室としてのフロントエンドモジュール２０と、ロードポート３０とによって構成され、未
処理のウェーハをロードポート３０からプロセスモジュール１０へと直接搬送する場合、
ウェーハを効率よく冷却することができる。
【００５０】
本発明の実施形態では、ウェーハに対する冷却処理を、プロセスモジュール１０及びクーリングステージ２００の両方において実行することにより、図６を参照して説明した従
来技術のように、プロセスモジュール１０においてのみ実行する場合に比べ、熱によるダ
メージを搬送機構の基板保持部に与えることなく、プロセスモジュール１０においてウェーハが効率よく入れ替えられる。その結果、装置全体の稼働率を高くすることができる。
【００５１】
図７、図８は、それぞれ本発明の実施形態における第１の冷却処理及び第２の冷却処理でのウェーハの温度変化を実測してグラフにしたものである。次に、図７、図８を用いてウェーハに対する冷却処理について詳述する。
【００５２】
図７は、プロセスモジュール１０内における第１の冷却処理時のウェーハの温度変化をグラフ化したものであり、横軸がステップ時間、縦軸がウェーハ温度である。尚、ウェーハ温度は非接触式の放射温度計による実測値である。図７に示すように、ウェーハの温度が予め定められた温度(例えば、４００℃)から搬送機構の耐圧温度である第１の温度（例えば、１５０℃程度）に冷却されるまでに凡そ８０秒かかることが分かる。また、１００秒後で１４０℃程度であり、８０秒以降は、ほとんど変化が無く、第１の冷却処理としてプロセスレシピで冷却処理を行うステップ(クーリングステップ)時間の設定は、８０秒が最適であるのが分かる。
【００５３】
図８は、第１の冷却処理(クーリングステップ) が終了してからクーリングステージ２００に搬送されて第２の冷却処理(クーリングステージ２００による冷却)により目標温度になるまでのウェーハの温度変化を示すための線グラフである。横軸が時間、縦軸がウェーハ温度である。また、図８において、図７と同様に放射温度計により測定されたウェーハ温度は点線で示している。一方、実線で示されるウェーハ温度は、熱電対を使用して測定した実測値である。図８に示すように、放射温度計による測定と熱電対による測定では、誤差が生じており、具体的には、時間が０秒(第１の冷却処理終了時) のウェーハ温度は約２２０℃と図７の８０秒後のウェーハ温度(１５０℃)とはズレが生じている。この場合、熱電対を直接ウェーハに取り付けているので熱電対による測定が正確な温度を示しているといえる。但し、１０秒後にはウェーハ温度が約２００℃となっており、ウェーハを搬送する際に支障が無い程度である。つまり、放射温度計による測定で１５０℃になるとプロセスレシピが終了し、ウェーハディスチャージが開始されるが、搬送機構の基板保持部にウェーハが載置されるまでに１１秒程度かかるためである。
【００５４】
以後、図８について、熱電対で測定されたウェーハ温度に基づいて説明する。図８に示すように、第１の温度(例えば、２００℃)から目標温度である第２の温度(例えば、８０℃)にかかる時間は、約９０秒かかることが分かる。よって、第２の冷却処理(クーリングステージ２００による冷却)の時間設定は、９０秒以上ということになる。これは、スループットを考慮すると、未処理ウェーハをプロセスモジュール１０に搬入することが優先されるためである。
【００５５】
以上のように、図７、図８により本発明の実施形態においては、予め定められた処理温度である４００℃から目標温度である８０℃までにかかる時間は、８０秒+１０秒+９０秒で１８０秒(３分)である。一方、従来のように、プロセスモジュール１０内における冷却処理だけでウェーハの温度を４００℃から８０℃まで冷却する場合を検討する。例えば、図７において、８０秒から１００秒までに１５０℃から１４０℃になっていることを利用して、この割合でウェーハが冷却されると仮定すると、１５０℃から８０℃まで冷却されるのにかかる時間は、１４０秒である。よって、ウェーハ温度が、処理温度である４００℃から８０℃になるまでにかかる時間は、８０秒+１４０秒で２２０秒である。比較した結果、従来の冷却方式と比較して本実施形態における冷却方式は、４００℃から８０℃までにかかる時間が５０秒も早いことが分かる。このように、本発明の実施形態において、プロセスモジュール１０内での第１の冷却処理とクーリングステージ２００での第２の冷却処理の２段階でウェーハを冷却する方式が有効であるのが分かる。
【００５６】
上述したように本発明の実施形態における２段階クリーニングにより明らかに冷却処理にかかる時間が短縮されるのでスループット向上が図れる。また、クーリングステージは、ロードポート３０に載置されたポッドからフロントエンドモジュール２０を経てプロセスモジュール１０へ搬入されるまでのウェーハの搬送経路から外れた位置にあるので、第２の冷却処理と未処理ウェーハの搬入は、並行して行うことが可能である。よって、処理済ウェーハを冷却しながら未処理ウェーハが、効率よくプロセスモジュール１０へ搬送されるので、スループット向上の妨げにならない。更に、プロセスモジュール１０内での第１の冷却処理と上記第２の冷却処理を組合せることにより、第１の冷却処理の時間を短縮できるので、ウェーハ搬送の妨げとなるウェーハ滞留が抑えられる。従って、装置の生産効率が向上する。
【００５７】
なお、本発明の実施形態では、半導体製造装置として枚葉式の基板処理装置１を説明し
たが縦型の基板処理装置１や横型の基板処理装置１にも適用できる。また、ウェーハを処
理する半導体製造装置だけでなく、ＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する処理装置に
も適用することができる。
このように、本発明は種々の改変が可能であり、本発明はこのように改変された発明に
及ぶことは当然である。
【００５８】
次に、本発明の好ましい他の実施形態を付記するが、本発明が以下の記載に限定されな
いことはいうまでもない。
【００５９】
［実施形態１］
基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部、及び、前記基板の表面
に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少なくとも備える処理室と、前記処理室に
おいて処理が施された基板を冷却する冷却機構、及び、前記基板を搬送する搬送機構を少
なくとも備える搬送室により少なくとも構成される基板処理装置。
【００６０】
［実施形態２］
基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部、前記基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部、及び、前記基板の裏面を冷却する基板冷却部を少
なくとも備える処理室と、前記処理室において処理が施された基板を冷却する冷却機構、
及び、前記基板を搬送する搬送機構を少なくとも備える搬送室により少なくとも構成される基板処理装置。
【００６１】
［実施形態３］
基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部、及び、前記基板の裏面を冷却
する基板冷却部を少なくとも備える処理室と、前記処理室において処理が施された基板を
搬送する搬送機構を備える搬送室により少なくとも構成される基板処理装置における基
板冷却方法であって、前記処理室において、前記ガス供給部は基板の表面に向かって不活
性ガスを供給して、前期基板の表面側から冷却し、前記基板冷却部は前記基板の裏面を冷
却する基板冷却方法。
【００６２】
［実施の態様４］
予め定められた温度で基板に予め定められた処理を施す処理ステップと、予め定められ
た処理を施された基板を前記予め定められた温度から第１の温度まで冷却する冷却ステッ
プを少なくとも含むレシピを実行する工程と、前記第１の温度まで冷却された基板を第
２の温度まで冷却する冷却工程を少なくとも有する半導体装置の製造方法。
【００６３】
［実施の態様５］
予め定められた温度で基板に予め定められた処理を施す処理ステップと、予め定められ
た処理を施された基板を前記予め定められた温度から第１の温度まで冷却する冷却ステッ
プとで少なくとも含むレシピを実行する工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法
であって、前記レシピを実行する工程は、予め定められた処理を施された基板が前記第１
の温度まで冷却された場合に終了することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６４】
１ 基板処理装置
１０ プロセスモジュール
１００ ゲートバルブ
２０ フロントエンドモジュール
２００ クーリングステージ
２０２ 搬送ロボット
３０ ロードポート
４０ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部、及び、基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少なくとも備える処理室と、
前記処理室において処理がなされた基板を冷却する冷却機構を備える搬送室、及び、前記冷却機構によって冷却された基板を搬送する搬送機構を少なくとも備える搬送室とより少なくとも構成される基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板の表面に向かってマイクロ波を供給する工程と、
前記基板の表面に不活性ガスを供給する工程と、
前記処理室において処理が施された基板を前記処理室から搬出する工程と、
前記搬出された基板を冷却機構により冷却する工程と
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項３】
予め定められた温度で基板に予め定められた処理を施す処理ステップと、予め定められ
た処理を施された基板を前記予め定められた温度から第１の温度まで冷却する冷却ステッ
プとで少なくとも構成されるレシピを実行する工程と、
前記第１の温度まで冷却された基板を第２の温度まで冷却する冷却工程と
を少なくとも含む半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部、及び、基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少なくとも備える処理室と、
前記処理室において処理がなされた基板を冷却する冷却機構を備える搬送室、及び、前記冷却機構によって冷却された基板を搬送する搬送機構を少なくとも備える搬送室とより少なくとも構成される基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板の表面に向かってマイクロ波を供給する工程と、
前記基板の表面に不活性ガスを供給する工程と、
前記処理室において処理が施された基板を前記処理室から搬出する工程と、
前記搬出された基板を冷却機構により冷却する工程と
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項３】
予め定められた温度で基板に予め定められた処理を施す処理ステップと、予め定められ
た処理を施された基板を前記予め定められた温度から第１の温度まで冷却する冷却ステッ
プとで少なくとも構成されるレシピを実行する工程と、
前記第１の温度まで冷却された基板を第２の温度まで冷却する冷却工程と
を少なくとも含む半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９５５７０（Ｐ２０１２−１９５５７０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３６０４３（Ｐ２０１２−３６０４３）
【出願日】平成２４年２月２２日（２０１２．２．２２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２２日（２０１２．２．２２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]