CN108231625B - 基板处理装置和基板处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基板处理装置和基板处理方法。本发明提供不吹送冷却气体就能够缩短晶圆的冷却时间的基板处理装置和基板的冷却方法。具有：处理容器；基板保持器具，其保持多个基板，被装载于所述处理容器和从所述处理容器卸载；以及吸气管道，其具备吸气口，该吸气管道与处于从所述处理容器卸载后的卸载位置处的所述基板保持器具的周围相向地配置，其中，所述吸气管道具有构成所述吸气管道的主体的固定管道部和容纳于所述固定管道部并构成所述吸气口的可动管道部。

Description

基板处理装置和基板处理方法

技术领域

本发明涉及一种基板处理装置和基板处理方法。

背景技术

作为以往的基板处理装置，已知如下一种热处理装置(例如，参照专利文献1)：在从前面朝向后面的气流形成用的排气口形成有横向气流的装载区域内，在处于热处理炉的下方侧的卸载位置处的晶圆舟与排气口之间设置有排气管道，该排气管道中形成有用于抽吸通过卸载而被加热为高温的气氛并排出的热排气用的排气口。

在该热处理装置中，以与排气管道之间夹着晶圆舟的方式设置有冷却气体喷嘴90、91，该冷却气体喷嘴90、91具有向晶圆舟24供给冷却气体的供给口90a(参照图11、图12)。

根据这样的热处理装置，由于被卸载的高温状态的晶圆舟附近的气氛从排气管道被排出，因此能够抑制向上方侧的热扩散，横向气流被供给到晶圆舟和晶圆组，从而能够使热处理后的晶圆降温。另外，所卸载的晶圆除了通过由排气管道进行的排气被冷却以外，还被从冷却气体喷嘴吹送的冷却气体冷却，因此能够缩短所卸载的晶圆的冷却时间，提高晶圆的生产性。

专利文献1：日本特开2012-169367号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1所记载的基板处理装置中存在如下问题：在装载区域内浮动的微粒(有机物等灰尘、尘埃等)由于从冷却气体喷嘴向晶圆吹送的冷却气体而扬起，附在晶圆上引起异常生长，从而生产性降低。

此外，也能够不设置冷却气体喷嘴，而仅利用吸气管道进行抽吸，但是在该情况下，无法充分地进行晶圆的冷却，从而无法缩短冷却时间。另外，也能够增加吸气管道的抽吸力，但是在该情况下，在装载区域内产生紊流，与吹送冷却气体时同样地，由于异常生长所引起的生产性降低成为问题。

因此，本发明的目的在于提供一种不吹送冷却气体、能够缩短晶圆的冷却时间的基板处理装置和基板的冷却方法。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的一个方式所涉及的基板处理装置具有：处理容器；基板保持器具，其保持多个基板，被装载于所述处理容器和从所述处理容器卸载；以及至少一个吸气管道，具备吸气口，该至少一个吸气管道与从所述处理容器卸载后的卸载位置处的所述基板保持器具的周围相向地配置，其中，所述吸气管道具有：固定管道部，其构成所述吸气管道的主体；以及可动管道部，其容纳于所述固定管道部，构成所述吸气口。

发明的效果

根据本发明，不吹送冷却气体就能够缩短晶圆的冷却时间。

附图说明

图1是概要地表示本发明的实施方式所涉及的热处理装置的纵截面图。

图2是本发明的实施方式所涉及的热处理装置的晶圆舟的一例的放大图。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的热处理装置的吸气管道与晶圆舟的位置关系的纵截面图。

图4是从上方观察图3的图。

图5是表示图3的状态下的吸气管道的一例的立体图。

图6是表示在本发明的实施方式所涉及的热处理装置中使吸气管道的吸气口靠近晶圆舟后的状态的纵截面图。

图7是从上方观察图6的图。

图8是表示图6的状态下的吸气管道的一例的立体图。

图9是表示使吸气管道靠近晶圆舟之前的状态下的气流的速度分布的图。

图10是表示使吸气管道靠近晶圆舟后的状态下的气流的速度分布的图。

图11是概要地表示以往的热处理装置的纵截面图。

图12是从上方观察图11的图。

附图标记说明

10：热处理装置；20：装载区域；24：晶圆舟；41：反应管；50：控制部；60～62：管道；60a～62a：主体；60b～62b：吸气口；70～75：排气扇；W：晶圆；F：凸缘；P1～P3：分隔壁。

具体实施方式

以下，参照附图来说明用于实施本发明的方式。图1是概要地表示本发明的实施方式所涉及的热处理装置10的纵截面图。如图1所示，热处理装置10具有载置台(装载端口)12、壳体18以及控制部50。

载置台(装载端口)12设置于壳体18的前部。壳体18具有装载区域(作业区域)20和热处理炉40。装载区域20设置于壳体18内的下方，热处理炉40设置于壳体18内且处于装载区域20的上方。另外，在装载区域20与热处理炉40之间设置有底板19。

热处理炉40是用于对基板(晶圆W)进行热处理的处理炉，例如，可以构成为整体具有纵长的形状。热处理炉40具备反应管41和加热器(加热装置)42。

反应管41是用于容纳晶圆W并对所容纳的晶圆W实施热处理的处理容器。反应管41例如是石英制的，具有纵长的形状，在反应管41的下端形成有开口43。加热器(加热装置)42以覆盖反应管41的周围的方式设置，能够将反应管41内加热控制为规定的温度、例如100℃～1200℃。

在热处理炉40中，例如对被容纳在反应管41内的晶圆W供给处理气体，进行CVD(Chemical Vapor deposition：化学气相沉积)、ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)等成膜处理。

底板19是用于设置热处理炉40的后述的反应管41的例如SUS制的底板，形成有用于从下方向上方插入反应管41的未图示的开口部。

载置台(装载端口)12用于向壳体18内搬入晶圆W和从壳体18内搬出晶圆W。在载置台(装载端口)12上载置有容纳容器13。容纳容器13是在前表面以能够装卸的方式具备未图示的盖并以规定的间隔容纳多片、例如50片左右的晶圆的密闭型容纳容器(FOUP)。

另外，在载置台12的下方也可以设置排列装置(对准器)15，该排列装置(对准器)15用于使在通过后述的移载机构27所移载的晶圆W的外周设置的切口在一个方向上对齐。

装载区域(作业区域)20是用于在容纳容器13与后述的晶圆舟24之间进行晶圆W的移载、将晶圆舟24向热处理炉40内搬入(装载)、将晶圆舟24从热处理炉40中搬出(卸载)的区域。在装载区域20设置有门机构21、挡板(shutter)机构22、盖体23、晶圆舟24、升降机构26以及移载机构27。

门机构21用于通过移除容纳容器13、14的盖来使容纳容器13、14内打开从而与装载区域20内连通。

挡板机构22设置在装载区域20的上方。挡板机构22被设置为在打开了盖体23时覆盖(或者堵住)开口43以抑制或者防止高温的炉内的热从后述的热处理炉40的开口43释放到装载区域20。

盖体23具有保温筒28和旋转机构29。保温筒28设置在盖体23上。保温筒28由石英形成，用于防止晶圆舟24由于与盖体23侧传热而被冷却，从而对晶圆舟24进行保温。

旋转机构29安装于盖体23的下部。旋转机构29用于使晶圆舟24旋转。旋转机构29的旋转轴被设置为气密地贯通盖体23，使配置在盖体23上的未图示的旋转台旋转。

在从装载区域20向热处理炉40搬入晶圆舟24以及从热处理炉40搬出晶圆舟24时，升降机构26驱动盖体23使其进行升降。而且，盖体23被设置为在通过升降机构26而上升的晶圆舟24被搬入到热处理炉40内时，盖体23与开口43抵接来使开口43密闭。而且，被载置于盖体23的晶圆舟24能够在热处理炉40内以能够使晶圆W在水平面内旋转的方式保持晶圆W。

图2是将晶圆舟24放大表示的图。晶圆舟24是在将各晶圆W保持为水平的状态下沿铅垂方向以规定间隔层叠保持各晶圆W的基板保持单元。晶圆舟24例如是石英制的，形成为将大口径、例如直径为300mm的晶圆W以水平状态并沿上下方向以规定的间隔(间距宽度)进行搭载。例如，如图2所示，晶圆舟24是在顶板30与底板31之间设置有多个、例如三个支柱32而成的。在支柱32中设置有用于保持晶圆W的爪部33。另外，也可以与支柱32一起适当地设置辅助柱34。

图3表示本发明的实施方式所涉及的热处理装置10的吸气管道与晶圆舟的位置关系。图4表示从上方观察图3的状态。图5表示图3的状态下的吸气管道的一例。

如图3所示，在装载区域20内具有：作为吸气管道包括上层管道60、中层管道61、下层管道62的三个管道；排气扇70～75以及FFU(Fan Filter Unit：风机过滤单元)80、81。另外，与图1同样地示出了盖体23、保温筒28、晶圆舟24。

在装载区域20内的晶圆舟24卸载而下降后的位置(以下称为卸载位置)的周围，以与晶圆舟24的侧面相向的方式设置有上层管道60、中层管道61以及下层管道62(以下有时称为管道60～62)。管道60～62对卸载而下降后的状态的晶圆舟24的高度范围进行分割，以覆盖各个高度区域的方式分割为上层、中层、下层来进行配置。

管道60～62全部被构成为吸气管道，作为用于抽吸被晶圆舟24保持并加热后的晶圆W的热来使晶圆W冷却的冷却机构发挥功能。通过由像这样的配置在上端、下端以及中间的三个吸气管道构成吸气管道，能够改变各管道的尺寸、抽吸力等条件。因此，能够与在卸载时移动的晶圆舟24的温度不同的区域相应地适当配置条件不同的管道，因此能够高效地使晶圆W冷却。

此外，管道60～62不限于被分割为三层的三层结构，也可以是通过上层管道60和下层管道62覆盖晶圆舟24的整个高度范围的双层结构，还可以是将中层管道61进一步分割为多个的四层以上的结构。管道60～62的分割数量也能够根据用途适当地变更。

关于上层管道60、中层管道61以及下层管道62，如图3、图4所示，中层管道61的吸气口61b和下层管道62的吸气口62b被配置在相同的平面位置处，上层管道60的吸气口60b被配置在不同的位置处。此外，上层管道60、中层管道61以及下层管道62只要设置在晶圆舟24附近，则在水平面上的配置位置不限。因而，既可以将上层管道60的吸气口60b和中层管道61的吸气口61b设置在俯视观察时相同的位置处，也可以将上层管道60的吸气口60b和中层管道61的吸气口61b配置在相同的平面位置处、将下层管道62的吸气口62b设置在不同的位置处。

在晶圆舟24卸载时，通过旋转机构29使晶圆舟24一边旋转一边下降，因此通过像这样将管道60～62配置在晶圆舟24的周围的不同位置处，能够没有偏颇地均匀地使晶圆W冷却。另外，能够利用空闲的空间将管道60～62配置在最理想的位置处。

上层管道60与排气扇70、71、72、74连通，中层管道61与排气扇71、72、74连通，下层管道62与排气扇73、75连通，来分别进行排气。其中的排气扇71、72、74被设置于上层管道60与中层管道61汇合而成的合流管道63。

排气扇70～75是用于经由管道60～62来排出热的排气单元。排气扇70～75与管道60～62相连通地进行设置，但是排气范围根据各排气扇70～72而不同。另外，排气扇70～75的配置是一例，也可以设置一个以上的与所有管道60～62连通的排气扇。只要设置有与管道60～62中的至少两个管道连通的共通的排气扇70～75，则排气扇70～75能够设为各种配置结构。此外，排气扇70～75优选使用双重反转风扇，但是不限定于此。另外，这些排气扇能够根据用途配置在各种位置处。

合流管道63与下层管道62最终汇合于未图示的合流管道，该合流管道根据需要来与FFU 80、81连接。FFU 80、81是将风扇和过滤器一体化而成的单元，利用设置于FFU 80、81的内部的未图示的过滤器对由排气扇75抽吸的气体进行清洁，再通过排气扇75向外部吹送。也就是说，排气扇75形成了将所抽吸的气体进行清洁后沿水平方向供给到装载区域20内的气流。

上层管道60、中层管道61以及下层管道62分别具备主体60a、61a、62a和吸气口60b、61b、62b(参照图5)。主体60a、61a、62a构成各管道的固定管道部，能够容纳吸气口60b、61b、62b。吸气口60b、61b、62b构成各管道的可动管道，能够以主体60a、61a、62a为引导件来进行移动。

图6表示在本发明的实施方式所涉及的热处理装置10中使吸气管道的吸气口靠近晶圆舟后的状态。图7表示从上方观察图6的状态。图8表示图6的状态下的吸气管道的一例。此外，图6和图5的箭头是吸气管道工作时的气流。

如图3～图8所示，通过使吸气口60b、61b、62b可动，能够使吸气口60b、61b、62b靠近或者远离晶圆舟24。因此，在使吸气管道工作时，通过使吸气口靠近晶圆舟，即使不吹送冷却气体，也能够缩短晶圆的冷却时间。另外，即使不增加吸气管道的抽吸力，也能够进行期望的抽吸。因而，能够防止由于在装载区域20内产生紊流从而卷起浮动的微粒(有机物等灰尘、尘埃等)所引起的晶圆的异常生长。

另外，在本例中，如图3～图8所示，形成为以使吸气口60b、61b、62b在晶圆舟24的卸载位置处靠近晶圆舟24的方式驱动吸气口60b、61b、62b。通过图3、图6所示的控制部50来控制吸气口60b、61b、62b的驱动。

另外，能够通过未图示的驱动机构来进行吸气口60b、61b、62b的驱动。作为这样的驱动机构，能够使用气缸等。另外，关于该驱动机构的控制，能够通过控制部50来进行控制。此外，能够通过控制部50任意地控制在吸气口60b、61b、62b靠近晶圆舟24时的吸气口60b、61b、62b与晶圆舟24之间的距离。

由此，能够进行控制使得吸气口60b、61b、62b在晶圆舟24的装载和卸载时不会成为障碍。例如，在晶圆舟24的底部设置有直径尺寸大于保持晶圆W的区域的直径尺寸的盖体23，如果是吸气口60b、61b、62b始终靠近晶圆舟24的状态，则在进行晶圆舟24的装载和卸载时，吸气口60b、61b、62b碰到晶圆舟24的盖体23从而妨碍装载和卸载。

与此相对地，如果能够如本例那样能够使吸气口60b、61b、62b在处于晶圆舟24的卸载位置时以靠近晶圆舟24的方式移动，则能够防止吸气口60b、61b、62b在晶圆舟24的装载和卸载时成为障碍。

另外，各管道60～62在吸气口60b、61b、62b处设置有凸缘F(参照图5、图8)。凸缘F是沿吸气口60b、61b、62b的高度方向延伸的板状，形成于吸气口60b、61b、62b的宽度方向的两端。当设置这样的凸缘F时，在吸气管道抽吸晶圆W的热时，凸缘F成为引导件从而使气流易于集中于吸气口60b、61b、62b。因此，能够高效地进行晶圆W的冷却。

此外，凸缘F既可以保持被固定于吸气口60b、61b、62b的外侧的状态，也可以构成为在驱动吸气口60b、61b、62b时使凸缘F从被容纳在吸气口60b、61b、62b的内侧的状态突出到吸气口60b、61b、62b的外侧。

并且，各管道60～62在吸气口60b、61b、62b的内部设置有将吸气口60b、61b、62b的内部空间沿高度方向进行分隔的分隔壁P1、P2、P3。由于存在这样的多个分隔壁，吸气口60b、61b、62b的内部空间被分隔为多个空间。吸气口60b、61b、62b的内部空间也可以由一个空间构成，但是存在吸气的路径在吸气口的上部和下部不同的倾向。因此，通过设置这样的分隔壁来将吸气口60b、61b、62b的内部空间分隔为多个空间，能够利用各空间均匀地抽吸晶圆W的热，由于在晶圆舟24的高度方向上均匀地抽吸各晶圆W的热，因此能够高效地进行各晶圆W的冷却。

此外，在本例中，通过三个分隔壁P1、P2、P3将吸气口60b、61b、62b的内部空间分隔成了四个空间，但是分隔壁的数量能够根据晶圆的片数等条件任意地决定为所需要的空间的数量。

上层管道60、中层管道61以及下层管道62被设置为将晶圆舟24的高度范围进行分割并覆盖，但是也可以存在在高度方向上重叠的区域。例如，也可以是，将上层管道60的吸气口60b和中层管道61的吸气口61b以重叠的方式设置在相同的平面位置处，因此两者明确地对高度区域进行划分，但是相向地配置的下层管道62的吸气口62b以与中层管道61的吸气口61b所覆盖的高度区域局部重叠的方式设置。也就是说，中层管道61的吸气口61b的下部与下层管道62的吸气口62b的上部可以在高度方向上彼此重叠一部分。

此外，下层管道62的吸气口62b也可以设置为不仅覆盖晶圆舟24中保持晶圆W的区域，还覆盖保温筒28的部分。准确地说，冷却对象不是晶圆舟24而是晶圆W，但是由石英形成的保温筒28即使通过卸载而从反应管41中出来也保持着相当的热量。因此，如果仅冷却晶圆W的部分，保温筒28正上方的下部的晶圆W从保温筒28获得热量，也可能存在无法高效地进行晶圆W的冷却的情况，因此也可以根据需要设为在与保温筒28相向的部分处也设置吸气口62b的结构。但是，以覆盖到保温筒28的方式设置吸气口62b不是必需的，可以根据用途来采用该结构。

也可以根据需要来在中层管道61和下层管道62的内部设置一个以上的开闭阀(未图示)。该开闭阀作为用于封闭管道61、62的流路的开闭单元，构成为如以下那样进行控制：在卸载开始时关闭开闭阀，在晶圆舟24下降并到达中层管道61的吸气口61b的抽吸力所及的范围时打开开闭阀，在晶圆舟24继续下降并到达下层管道62的吸气口62b的抽吸力所及的范围时打开开闭阀。

由此，能够不使排气扇70～75的抽吸力浪费，在晶圆舟24到达具有冷却效果的范围时使中层管道61和下层管道62进行抽吸动作。此外，开闭阀只要能够对管道61、62的流路的切断和打开进行切换，则能够使用包括一般的阀的各种开闭单元。另外，其控制和运转的方法是任意的，例如只要控制部50控制开闭阀来进行开闭阀的开闭动作即可。

此外，也可以在各管道60～62内设置未图示的热交换器。热交换器优选设置在使所抽吸的热冷却并将冷却后的气体供给至各排气扇71的位置处。由此，能够进一步提高热吸收、冷却的效果。此外，热交换器能够根据用途来选择使用各种热交换器，并且，配置的位置能够根据排气管道的规模、数量等适当地决定。

另外，在下层管道62和合流管道63的端部设置有未图示的风扇转速控制电位器和调整阀，以调整这些排气扇70～75的排气流量。像这样，也可以根据需要设置对排气流量进行控制的单元。

除此之外，还可以根据需要设置未图示的调整阀、阀、压差计、氧浓度计、排气管道等，以对装载区域20整体的排气进行控制。通过压差计和氧浓度计来测量装载区域20内的压力和氧浓度，通过阀来决定正常排气的排气量，通过调整阀来进行排气量的调整。排出的气体被排出到排气管道，通过压差计对压力进行管理后向排气设备排出。此外，这些各设备的控制也通过控制部50来进行。

接着，说明使用本发明的实施方式所涉及的热处理装置10的情况下的效果。图9表示使吸气管道靠近晶圆舟之前的状态下的气流的速度分布。另外，图10表示使吸气管道靠近晶圆舟后的状态下的气流的速度分布。此外，这些速度分布是通过公知的计算方法(沼野雄志(2005)“新やさしい局排設計教室：作業環境改善技術と換気の知識(新型简单的局部排气设计教室：作业环境改善技术和换气的知识)”、中央労働災害防止協会(中央劳动灾害防止协会))计算得到的。

首先，如图9所示，将上层管道60的吸气口60b的宽度尺寸设为100mm、将由晶圆舟24所保持的晶圆W的直径尺寸设为300mm、将从吸气口60b的开口部到晶圆W的中心的距离设为250mm，进行了利用上层管道60的抽吸。另外，吸气管道的抽吸条件是将以晶圆W的中心为基准的风速在上层管道60设为约1.0m/s、在中层管道61设为约0.8m/s、在下层管道62设为约0.5m/s。其结果，在将吸气口60b的开口部处的气流的速度设为100％时，晶圆W的中心处的气流的速度为20％。

与此相对地，如图10所示，在使从吸气口60b的开口部到晶圆W的中心的距离缩短到175mm、除此以外的条件与图9所示的条件相同的条件下利用上层管道60进行了抽吸。其结果，在将吸气口60b的开口部处的气流的速度设为100％时，晶圆W的中心处的气流的速度为45％。也就是说，通过使吸气管道的吸气口与晶圆的中心之间的距离靠近，能够降低晶圆的冷却所需要的总风量，从而能够实现节能化。

从这些结果可知，如本例那样，在使吸气管道工作时，通过使吸气口靠近晶圆舟24，即使不增加吸气管道的抽吸力，也能够提高晶圆上的气流的流速。另外，在晶圆舟24的外侧，由于速度高的气流的区域变窄，因此能够抑制装载区域内的紊流。

这样，根据本发明的实施方式所涉及的热处理装置10，通过使吸气口靠近晶圆舟后使吸气管道工作，能够使气流的速度高的区域集中在晶圆上。因此，即使在不吹送冷却气体而仅通过吸气管道使晶圆冷却的情况下，也能够高效地使晶圆冷却。另外，由于能够不吹送冷却气体地使晶圆冷却，因此能够防止由于在装载区域内浮动的微粒(有机物等灰尘、尘埃等)扬起所导致的生产性的降低。

另外，根据本发明的实施方式所涉及的热处理装置10，由于以使吸气口60b、61b、62b在晶圆舟24的卸载位置处靠近晶圆舟24的方式对吸气口60b、61b、62b的驱动进行控制，因此即使在晶圆舟24的底部设置有直径尺寸大于保持晶圆W的区域的直径尺寸的盖体等构件的情况下，也能够防止吸气口在晶圆舟的装载和卸载时成为障碍。

以上详细说明了本发明的优选的实施方式，但是本发明并不限定于上述的实施方式，能够不脱离本发明的范围地对上述的实施方式施加各种变形和替换。

Claims (7)

1.一种基板处理装置，具有：

处理容器；

基板保持器具，其保持多个基板，被装载于所述处理容器和从所述处理容器卸载；以及

吸气管道，其具备吸气口，该吸气管道与处于从所述处理容器卸载后的卸载位置处的所述基板保持器具的周围相向地配置，

其中，所述吸气管道具有：

固定管道部，其构成所述吸气管道的主体；以及

可动管道部，其容纳于所述固定管道部，构成所述吸气口；

所述基板处理装置还具有控制部，该控制部以使所述吸气口在所述卸载位置处靠近所述基板保持器具的方式驱动所述可动管道部。

2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，

在所述可动管道部设置有凸缘。

3.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，

在所述可动管道部具有至少一个分隔壁，该至少一个分隔壁用于将所述可动管道部的内部在高度方向上分隔为多个空间。

4.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，

所述吸气管道由配置在上端、下端以及中间的三个吸气管道构成。

5.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，

所述吸气管道由多个吸气管道构成，所述多个吸气管道中的至少一个吸气管道配置在与其它吸气管道不同的水平位置处。

6.一种基板处理方法，具有以下工序：

从处理容器卸载保持着多个基板的基板保持器具；

以使吸气口在卸载位置处靠近所述基板保持器具的方式驱动具备所述吸气口的至少一个吸气管道，该至少一个吸气管道与处于从所述处理容器卸载后的所述卸载位置处的所述基板保持器具的周围相向地配置；以及

使所述吸气管道工作；

其中，所述吸气管道具有：

固定管道部，其构成所述吸气管道的主体；以及

可动管道部，其容纳于所述固定管道部，构成所述吸气口，

其中，以使所述吸气口在所述卸载位置处靠近所述基板保持器具的方式驱动所述可动管道部。

7.根据权利要求6所述的基板处理方法，其特征在于，

使所述可动管道部靠近所述基板保持器具的定时是所述基板保持器具到达所述卸载位置的定时。

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