JP2014112638A - 基板冷却部材、基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理装置において基板を冷却するための処理室の構成を簡単にする。
【解決手段】ウエハＷにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置１０において、プラズマ処理されたウエハＷをロードロック室１３に搬入し、ウエハＷの表面にガス噴射部材２５からガスを噴射してウエハＷを冷却する。ガス噴射部材２５は、平板部材３１の一方の平板面に複数のガス噴射ノズル３５が形成された構造を有し、ガス噴射ノズル３５は、円柱状の渦流生成室４１と、渦流生成室４１の底壁５２で開口してガスを噴射するノズル孔４２を有する。ウエハＷの平板面と平板部材３１においてガス噴射ノズル３５が形成された平板面とを所定間隔で平行に配置し、ノズル孔４２からウエハＷに向けてパージガスを噴射し、噴射したパージガスに渦を巻く流れを生じさせることによりウエハＷを冷却すると同時に、ロードロック室１３内を真空雰囲気から大気圧雰囲気へと切り替える。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を冷却する基板冷却部材、この基板冷却部材を備える基板処理装置及びこの基板冷却部材による基板処理方法に関する。

半導体ウエハ等の基板を真空（減圧）雰囲気において高温にて処理する真空処理室を備える基板処理装置が知られている。このような基板処理装置では、真空処理室で処理された基板を、所定の温度に下げて、大気圧下にある外部（例えば、複数枚の基板を収容する容器等）に搬出する必要があり、そのために、次のようなプロセスが知られている。

即ち、真空処理室で処理された基板を、真空雰囲気に保持された搬送室（以下「真空搬送室」という）内に設けられた搬送装置により、基板を載置するために真空雰囲気に保持された中間搬送室に搬入し、この中間搬送室に配置された冷却テーブル上に載置する。ここで、中間搬送室は、真空搬送室と大気圧に保持された別の搬送室（以下「大気搬送室」という）との間に配置されており、これらの搬送室との間で雰囲気の隔離及び連通が可能となっている。

そこで、真空処理室で処理された基板を大気搬送室とは隔離されて真空雰囲気に保持された中間搬送室内に搬入した後、中間搬送室を真空搬送室からも隔離した状態にして、窒素ガス等のパージガスを導入して中間搬送室内を大気圧に戻し、その間に、冷却プレートにより基板を冷却する。中間搬送室内が大気圧となり、且つ、基板が十分に冷却されると、中間搬送室と真空搬送室との間の隔離状態を維持したまま、中間搬送室と大気搬送室を連通させ、大気搬送室に設けられた搬送装置により中間搬送室から基板を取り出し、基板を収容する容器に搬入する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１８２９０６号公報

上記従来技術では、中間搬送室内を真空雰囲気から大気圧にするまでの時間を利用し、基板を載置する冷却テーブルに冷却水を流すことによって基板を冷却している。このように冷却テーブルを含めた冷却システムを必要とする基板処理装置では、構造が複雑になってしまうという問題や中間搬送室の容積が大きくなって装置が大型化してしまうという問題があり、また、冷却システムの必要性によって基板処理装置がコストアップしてしまうという問題がある。

また、中間搬送室内を真空雰囲気から大気圧へ切り替えるために中間搬送室に導入されるパージガスは、従来、中間搬送室内を真空雰囲気から大気圧へ切り替える目的にのみ用いられているため、パージガスを基板の冷却に用いることができれば、冷却テーブル等の冷却装置が不要な構成を簡単に実現することができる。なお、従来、パージガスは、中間搬送室内のパーティクルがパージガスによって巻き上げられて基板に付着する等することのないように、ブレークフィルタを通して中間搬送室内に導入されるが、ブレークフィルタを用いずにパージガスを中間搬送室内に導入することができれば、基板処理装置のコストダウンが可能になる。

ところで、中間搬送室において真空処理室で処理されて所定温度に加熱された基板を冷却テーブルに載置する際には、基板を搬送する基板搬送装置と冷却テーブルに設けられる昇降ピンとの間で基板の受け渡しが行われる。昇降ピンが基板を支持した状態では、例えば、基板の自重によって外周部が中心部よりも垂れた状態（つまり、上に凸となる山なり形状）になりやすい。また、基板は、その中心部が外周部よりも冷え難い。そのため、基板が山なり形状のままで冷却テーブルに載置されると、冷えやすい基板の外周部は冷却テーブルに接して更に冷却されるが、中心部は冷却テーブルから浮いた状態となって冷却されずに、基板に生じる温度分布が大きくなり、これに起因して基板に変形が生じるおそれがある。このような基板の変形は、基板裏面に傷を発生させ、また、基板の表面に形成されたパターン（素子）にダメージを与える等するおそれがある。

この問題は、近年の基板の大型化によって、より顕著になるものと考えられる。この問題への対処方法としては、基板の冷却速度を遅くする方法が考えられるが、この方法では、スループットが低下（生産性が低下）してしまう。そこで、基板の変形を抑制しつつ、速やかに基板を冷却する方法が望まれる。

本発明の目的は、基板を冷却するための処理室を備える基板処理装置において、この処理室の構成を簡単にして小型化することが可能な基板処理装置を提供することにある。また、本発明の目的は、基板の変形を抑制しつつ、スループットを低下させずに、基板を冷却することができる基板処理装置を提供することにある。更に、本発明の目的は、基板を冷却するために処理室に配置される基板冷却部材を提供すること、及び、この基板冷却部材による基板処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の基板冷却部材は、平板状の形状を有し、その一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成され、前記複数のガス噴射ノズルから基板に向けてガスを噴射して前記基板を冷却する基板冷却部材であって、前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口する円柱状の空間部と、前記空間部を形成する円形の底壁において開口し、前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔とを有し、前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を基板の平板面と対向させた状態で前記ノズル孔から前記空間部を通して前記基板に向けてガスを噴射したときに、前記ノズル孔から噴射されたガスに前記空間部において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却することを特徴とする。

請求項２記載の基板冷却部材は、請求項１記載の基板冷却部材において、前記ノズル孔から噴射されたガスは、前記空間部において前記一方の平板面と直交する面内で渦を巻く流れを生じることを特徴とする。

請求項３記載の基板冷却部材は、請求項１又は２記載の基板冷却部材において、前記ノズル孔は、前記空間部を形成する前記底壁と略直交する方向に前記ガスを噴射することを特徴とする。

請求項４記載の基板冷却部材は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板冷却部材において、前記空間部を形成する側壁と前記底壁が交わる部分は所定の曲率の曲面で構成されていることを特徴とする。

請求項５記載の基板冷却部材は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板冷却部材において、前記空間部を形成する円形の底壁の中心において前記空間部に突出するように設けられた突起部を有し、前記ノズル孔は前記突起部において開口していることを特徴とする。

請求項６記載の基板冷却部材は、請求項５記載の基板冷却部材において、前記空間部を形成する前記底壁と前記突起部の側壁とが交わる部分は所定の曲率の曲面で構成されていることを特徴とする。

請求項７記載の基板冷却部材は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板冷却部材において、前記空間部の直径をＤ、前記空間部の深さをｈ、前記ガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面と前記基板の平板面との間のクリアランスをＣＬとしたときに、１．６３＜Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）＜２．５７、の関係が成立することを特徴とする。

請求項８記載の基板冷却部材は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板冷却部材において、前記基板冷却部材は、前記複数のノズル孔と連通するバッファ室を有し、
前記バッファ室に供給されたガスが前記複数のノズル孔から噴射されることを特徴とする。

請求項９記載の基板冷却部材は、請求項８記載の基板冷却部材において、前記バッファ室は隔壁により複数のブロックに分割され、前記複数のブロックのそれぞれに独立してガスを供給するためのガス供給口が設けられていることを特徴とする。

請求項１０記載の基板冷却部材は、請求項９記載の基板冷却部材において、前記複数のブロックは、前記基板の中心部と対向する第１のブロックと、前記第１のブロックの外周に設けられる第２のブロックであることを特徴とする。

請求項１１記載の基板冷却部材は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板冷却部材において、前記複数のガス噴射ノズルは、前記基板の中心部と対向する領域に設けられていることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項１２記載の基板処理装置は、基板に対して基板温度の上昇を伴う所定の処理を行う基板処理室と、前記基板処理室で処理された基板を冷却する基板冷却室とを備える基板処理装置であって、前記基板冷却室は、前記基板を支持する支持部材と、平板状の形状でその一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成され、前記複数のガス噴射ノズルから前記支持部材に支持された基板に向けてガスを噴射する基板冷却部材とを備え、前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口する円柱状の空間部と、前記空間部を形成する円形の底壁において開口し、前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔とを有し、前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を前記支持部材に支持された基板の平板面と対向させた状態で前記ノズル孔から前記空間部を通して前記基板にガスを噴射したときに、前記ノズル孔から噴射されるガスに前記空間部において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却することを特徴とする。

請求項１３記載の基板処理装置は、請求項１２記載の基板処理装置において、前記基板冷却室は、真空雰囲気にある処理室と大気雰囲気にある処理室との間で基板を搬送するために室内が選択的に大気圧雰囲気又は真空雰囲気に切り替え可能に構成されており、前記基板冷却部材は、前記基板冷却室を真空雰囲気から大気圧雰囲気へ切り替えるために前記基板冷却室に導入されるガスを前記複数のガス噴射ノズルから噴射することにより前記基板を冷却することを特徴とする。

請求項１４記載の基板処理装置は、請求項１３記載の基板処理装置において、前記真空雰囲気にある処理室は、前記基板処理室、或いは、前記基板処理室と前記基板冷却室との間に配置されて前記基板処理室と前記基板冷却室との間で基板を搬送する第１の搬送装置が配置された第１の基板搬送室であり、前記大気雰囲気にある処理室とは、前記基板を収容する容器と前記基板冷却室との間で基板を搬送する第２の搬送装置が配置された第２の基板搬送室であることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項１５記載の基板処理装置は、真空雰囲気に保持され、内部に収容された基板に対して基板温度の上昇を伴う所定の処理を行う基板処理室と、大気圧雰囲気に保持され、外部から前記基板処理室で処理する基板が搬入される基板搬入室と、真空雰囲気にある前記基板処理室と大気雰囲気にある前記基板搬入室との間で基板を搬送するために室内が選択的に大気圧雰囲気又は真空雰囲気に切り替え可能に構成された中間搬送室とを備える基板処理装置であって、前記中間搬送室は、前記基板を支持する支持部材と、平板状の形状でその一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成され、前記複数のガス噴射ノズルから前記支持部材に支持された基板に向けてガスを噴射する基板冷却部材とを有し、前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口する円柱状の空間部と、前記空間部を形成する円形の底壁において開口し、前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔とを有し、前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を前記基板処理室での処理後に前記支持部材に支持された基板の平板面と対向させた状態で前記ノズル孔から前記空間部を通して前記基板に向けてガスを噴射することにより、前記ノズル孔から噴射されたガスに前記空間部において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却すると同時に、前記中間搬送室を真空雰囲気から大気圧雰囲気へ切り替えることを特徴とする。

請求項１６記載の基板処理装置は、請求項１５記載の基板処理装置において、前記基板処理室は、前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理室であることを特徴とする。

請求項１７記載の基板処理装置は、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記ノズル孔から噴射されたガスは、前記空間部において前記一方の平板面と直交する面内で渦を巻く流れを生じることを特徴とする。

請求項１８記載の基板処理装置は、請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記ノズル孔は、前記空間部を形成する前記底壁と略直交する方向に前記ガスを噴射することを特徴とする。

請求項１９記載の基板処理装置は、請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、前記空間部を形成する円形の底壁の中心において前記空間部に突出するように設けられた突起部を有し、前記ノズル孔は前記突起部において開口していることを特徴とする。

請求項２０記載の基板処理装置は、請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記ガス噴射ノズルについて、前記空間部の直径をＤ、前記空間部の深さをｈとし、且つ、前記ガス噴射ノズルが形成された前記基板冷却部材の前記一方の平板面と前記支持部材に支持された基板の平板面との間のクリアランスをＣＬとしたときに、１．６３＜Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）＜２．５７、の関係が成立することを特徴とする。

請求項２１記載の基板処理装置は、請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記基板冷却部材は、前記複数のノズル孔と連通するバッファ室を有し、前記バッファ室に供給されたガスが前記複数のノズル孔から噴射されることを特徴とする。

請求項２２記載の基板処理装置は、請求項２１記載の基板処理装置において、前記バッファ室は隔壁により複数のブロックに分割され、前記複数のブロックのそれぞれに独立してガスを供給するためのガス供給口が設けられていることを特徴とする。

請求項２３記載の基板処理装置は、請求項２２記載の基板処理装置において、前記複数のブロックは、前記基板の中心部と対向する第１のブロックと、前記第１のブロックの外周に設けられる第２のブロックであることを特徴とする。

請求項２４記載の基板処理装置は、請求項２２又は２３記載の基板処理装置において、前記複数のガス噴射ノズルのうち前記支持部材に支持された基板の中心部と対向するガス噴射ノズルから噴射されるガスの流速と前記基板の外周部と対向するガス噴射ノズルから噴射されるガスの流速とが異なるように、前記バッファ室が複数のブロックに分割されると共に、前記複数のブロックに供給されるガス流量を制御するガス供給部を備えることを特徴とする。

請求項２５記載の基板処理装置は、請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記複数のガス噴射ノズルは、前記基板の中心部と対向する領域に設けられていることを特徴とする。

請求項２６記載の基板処理装置は、請求項１２乃至２５のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記基板冷却部材の平板面の大きさは、前記支持部材に支持される基板の平板面の大きさと略同一であることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項２７記載の基板処理方法は、平板状の形状を有し、その一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成された基板冷却部材を用い、前記複数のガス噴射ノズルから基板に向けてガスを噴射することにより前記基板を冷却する基板処理方法であって、前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を前記基板の平板面と対向させた状態で前記ガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射し、前記ガスに前記基板の平板面と直交する面内において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却することを特徴とする。

請求項２８記載の基板処理方法は、請求項２７記載の基板処理方法において、前記複数のガス噴射ノズルを、前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口するように円柱状の空間部を形成すると共に、前記空間部を形成する円形の底壁において開口して前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔を設けた構造とすることにより、前記空間部内において前記渦を巻く流れを生じさせることを特徴とする。

請求項２９記載の基板処理方法は、請求項２７又は２８記載の基板処理方法において、前記複数のガス噴射ノズルが前記基板の中心部と対向する領域に設けられた基板冷却部材を用いて、前記複数のガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射することを特徴とする。

請求項３０記載の基板処理方法は、請求項２９記載の基板処理方法において、前記基板の中心部は、前記基板の中心から前記基板の半径の１／２の半径の範囲内であることを特徴とする。

請求項３１記載の基板処理方法は、請求項２７乃至３０のいずれか１項に記載の基板処理方法において、選択的に大気圧雰囲気又は真空雰囲気に切り替え可能に構成されている処理室内に前記基板冷却部材を配置して、真空雰囲気にある前記処理室内において前記ガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射することによって、前記基板を冷却すると同時に、前記処理室内を大気圧雰囲気に切り替えることを特徴とする。

請求項３２記載の基板処理方法は、請求項３１記載の基板処理方法において、前記基板を前記処理室に設けられた支持部材に支持した状態で前記複数のガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射しつつ、前記支持部材を前記処理室に設けられた冷却テーブルの内部に沈めることによって前記支持部材に支持された基板を前記冷却テーブル上に載置して前記基板を冷却することを特徴とする。

請求項３３記載の基板処理方法は、請求項３２記載の基板処理方法において、前記冷却テーブルに冷却水を循環させることを特徴とする。

本発明では、基板冷却部材から基板に向けてガスを噴射し、噴射されたガスに渦を巻く流れを生じさせることにより、基板を効率的に冷却する。これにより、従来の水冷システムが不要となるため、基板を冷却するための処理室の構造が簡単になり、処理室を小型化させることができ、ひいては、基板処理装置の小型化とコストダウンが可能になる。また、真空雰囲気と大気圧雰囲気との間で雰囲気調整される処理室を備える基板処理装置の場合、この処理室を真空雰囲気から大気圧雰囲気へと切り替える際に処理室に導入されるパージガスを基板冷却に用いることができる。これにより、従来、パージガスを処理室に導入するために必要とされていたブレークフィルタが不要になるため、基板処理装置のコストダウンが可能になる。更に、本発明では、複数のガス噴射ノズルを基板の中心部と対向する領域に設けて、基板に対してガスを噴射する。これにより、基板において外周部よりも冷却され難い中心部の冷却をアシストすることにより、基板の変形を抑制しつつ、スループットを低下させずに、基板を冷却することができる。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す平面図である。 図１のプラズマ処理が備えるロードロック室の概略構造を示す断面図である。 図２のロードロック室に配置されるガス噴射部材の構造を示す斜視図及び断面図である。 図３のガス噴射装置が有するガス噴射ノズルの構造を示す断面図である。 図４のガス噴射ノズルから噴射されるパージガスの流れを模式的に示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した更に別の結果を示す図である。 図３のガス噴射部材の変形例の概略構造を示す断面図である。 図３のガス噴射部材の別の変形例の概略構造とウエハの冷却方法を模式的に示す断面図である。 図４のガス噴射ノズルの変形例の概略構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る基板処理装置として、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置を取り上げることとする。

図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１０の概略構成を示す平面図である。プラズマ処理装置１０は、直径がφ４５０ｍｍのウエハＷを所定枚数収容した不図示のキャリアであるフープ（ＦＯＵＰ）を載置するために設けられた３つのロードポート１６を備える。

プラズマ処理装置１０では、ロードポート１６に隣接して、フープに対してウエハＷの搬入出を行うためのローダーモジュール１４が配置されており、ローダーモジュール１４には、ウエハＷの位置合わせを行う位置合わせ機構１７が隣接配置されている。また、ローダーモジュール１４を挟んでロードポート１６の反対側には、２つのロードロック室１３が配置されている。ローダーモジュール１４の内部は常に大気圧雰囲気にあり、ローダーモジュール１４内にはウエハ搬送装置１８が配置されている。ウエハ搬送装置１８は、ロードポート１６に載置されたフープ、位置合わせ機構１７及びロードロック室１３の間でウエハＷを搬送する。

ロードロック室１３は、その内部を真空雰囲気と大気圧雰囲気とで切り換え可能に構成され、ロードロック室１３の内部は、ローダーモジュール１４と連通する際には大気圧雰囲気とされ、後述の真空搬送室１１と連通する際には真空雰囲気とされる。なお、ロードロック室１３の詳細な構造については後述する。

ロードロック室１３を挟んで、ローダーモジュール１４の反対側には、平面視八角形を呈する真空搬送室１１が配置されており、真空搬送室１１の周りには、放射状に配置されて真空搬送室１１に接続される５つの真空処理室１２が配置されている。真空搬送室１１の内部は常に所定の真空度に保たれており、ウエハＷを搬送するスカラロボット１５が配置されている。また、真空処理室１２の内部は所定の真空度に真空に保たれており、ウエハＷをその内部に収容して、ウエハＷに所定のプラズマ処理、例えば、プラズマエッチング処理を施す。

なお、図１には不図示であるが、各ユニット（真空搬送室１１、真空処理室１２、ロードロック室１３、ローダーモジュール１４、ロードポート１６及び位置合わせ機構１７）の間にはゲートバルブが配置され、ゲートバルブは必要に応じて開閉動作を行う。ロードロック室１３は、ローダーモジュール１４と真空搬送室１１との間でウエハＷを搬送するための中間搬送室として役割と、真空処理室１２で処理されたウエハＷを冷却するための基板冷却室としての役割を担う。

プラズマ処理装置１０では、概略、以下の順序で、ウエハＷにプラズマ処理が施される。なお、プラズマ処理装置１０では、複数のウエハＷが同時に処理されるが、ここでは１枚のウエハＷの処理について、時系列に従って説明する。

先ず、フープがロードポート１６に載置されると、ロードポート１６に設けられたゲートバルブがフープの蓋を保持して開き、ウエハ搬送装置１８がフープからウエハＷを取り出して、保持したウエハＷを位置合わせ機構１７に搬入する。位置合わせ機構１７にて位置合わせされたウエハＷは、ウエハ搬送装置１８によって大気圧雰囲気に保持されたロードロック室１３に搬入される。このとき、ロードロック室１３の真空搬送室１１側のゲートバルブは閉じられている。ロードロック室１３のローダーモジュール１４側のゲートバルブを閉じた後、ロードロック室１３は所定の真空度に減圧される。

ロードロック室１３内が所定の真空度に到達すると、真空搬送室１１側のゲートバルブが開き、スカラロボット１５がロードロック室１３からウエハＷを搬出して、保持したウエハＷを真空処理室１２に搬入し、真空処理室１２においてウエハＷに所定のプラズマ処理が施される。真空処理室１２での処理が終了したウエハＷは、プラズマ処理によって温度が上昇している。この温度の高いウエハＷは、スカラロボット１５によって真空処理室１２から搬出され、ロードロック室１３に搬入される。ロードロック室１３の真空搬送室１１側のゲートバルブを閉じて、ロードロック室１３を大気圧雰囲気にするために、ロードロック室１３に窒素ガス等のパージガスが導入される。本実施の形態では、このパージガスをウエハＷの冷却に用いる。その詳細については後述する。

ロードロック室１３内が大気圧雰囲気となり、且つ、ウエハＷが所定温度まで下げられると、ロードロック室１３のローダーモジュール１４側のゲートバルブが開いて、ウエハ搬送装置１８がロードロック室１３からウエハＷを取り出し、フープの所定位置へ搬入する。こうして、プラズマ処理装置１０でのウエハＷに対する処理が終了する。

次に、ロードロック室１３の構造について説明する。図２は、ロードロック室１３の概略構造を示す断面図である。ロードロック室１３の真空搬送室１１側にはゲートバルブ２１が配置され、ロードロック室１３のローダーモジュール１４側にはゲートバルブ２２が配置されている。ロードロック室１３の底壁には排気管２４が接続され、排気管２４には真空ポンプ等の排気装置（不図示）が接続されており、排気装置を駆動することにより、排気管２４を通してロードロック室１３内を所定の真空度に減圧することができる。

ロードロック室１３の底壁を鉛直方向（底壁と直交する方向）に貫通するように、ウエハＷを支持する支持部材としての昇降ピン２３が昇降装置（不図示）により昇降自在に設けられている。なお、図２での昇降ピン２３周りの真空封止構造の図示は省略する。また、昇降ピン２３の数は、ウエハＷを安定して支持することができるように３本以上で設定される。ローダーモジュール１４に配置されたウエハ搬送装置１８或いは真空搬送室１１に配置されたスカラロボット１５とウエハＷの受け渡しを行う破線位置（受け渡し位置）と、ウエハＷを後述の平板状の形状を有するガス噴射部材２５により冷却する実線位置（冷却処理位置）との間で昇降する。

ロードロック室１３内の天井側には、基板冷却部材であるガス噴射部材２５が配置されている。ガス噴射部材２５にはガス供給源（不図示）から窒素ガス（Ｎ_２）等のパージガスがガス供給管２６を通じて供給される。真空処理室１２で処理されたウエハＷがロードロック室１３に搬入されて昇降ピン２３に受け渡されて昇降ピン２３がウエハＷを冷却処理位置で保持し、ゲートバルブ２１が閉じられると、ガス噴射部材２５が昇降ピン２３に支持されたウエハＷに向けてパージガスを噴射する。これにより、パージガスとウエハＷとの間で熱交換が行われて、ウエハＷが所定温度に冷却されると同時に、ロードロック室１３内は真空雰囲気から大気圧雰囲気へと切り替えられる。

図３は、ガス噴射部材２５の構造を示す斜視図及び断面図である。ガス噴射部材２５は、平板状の円板部材３１を有し、円板部材３１の一方の主面（平板面）である下面（ウエハＷの主面（平板面）と対向する面）側には、複数のガス噴射ノズル３５が形成されている。ガス噴射ノズル３５の構造の詳細については、図４等を参照して後に説明する。

円板部材３１の直径はウエハＷの直径と同等とすることが好ましく、これにより、ウエハＷの表面全体にパージガスを噴射して、ウエハＷを冷却することができる。図３には、一例として、直径がφ４５０ｍｍの円板部材３１に、直径がφ４５ｍｍの円柱状の空間部である渦流生成室４１を有する６１個のガス噴射ノズル３５を５０ｍｍピッチで等間隔に並べた構造を示している。

円板部材３１の上面側には凹部３２が形成されている。円板部材３１の上面は円板状の蓋部材３３によって覆われており、こうして、円板部材３１と蓋部材３３との間にバッファ室３４が形成されている。蓋部材３３にはガス供給管２６が取り付けられており、ガス供給管２６を通してガス噴射部材２５に供給されるパージガスは、バッファ室３４内で略均一圧とされた後に、ガス噴射ノズル３５から噴射される。なお、図３（ｂ）には、単一の円板部材３１に凹部３２とガス噴射ノズル３５を形成した構造を示しているが、複数の部材を接合することによって、このような構造が実現されていてもよい。

図４は、ガス噴射ノズル３５の構造を示す断面図である。ガス噴射ノズル３５は、円柱状の空間部である渦流生成室４１を形成する側壁５１及び底壁５２を有する。側壁５１は、渦流生成室４１の円柱面を形成し、円板部材３１の下面と直交しており、底壁５２は、円形で、側壁５１と直交（円板部材３１の下面と平行）している。底壁５２の中心部には渦流生成室４１に向けて突出した突起部５３が形成されている。そして、バッファ室３４と連通するように、円板部材３１を底壁５２の中心の突起部５３において底壁５２と直交する方向（鉛直方向）に貫通するように、ノズル孔４２が形成されている。

ガス噴射ノズル３５において、側壁５１と底壁５２とが交わる領域は、一定の曲率の曲面５４で構成されており、同様に、突起部５３の側壁と底壁５２とが交わる領域も、一定の曲率の曲面５５で構成されている。なお、突起部５３を設けること及び曲面５４，５５を形成することは必ずしも必要ではないが、後述するように、突起部５３及び曲面５４，５５を設けることにより、ノズル孔４２から噴射されるパージガスに渦流を生じさせ易くする効果が認められる。

図５は、ガス噴射ノズル３５から噴射されるパージガスの流れを模式的に示す図である。ノズル孔４２からウエハＷに向けて鉛直方向に窒素ガス等のパージガスが噴射されると（矢印ａ１）、ウエハＷに衝突したパージガスの一部がガス噴射部材２５の下面とウエハＷとの間の隙間（クリアランス）から外部へ逃げる（矢印ａ２）。同時に、パージガスの一部は、概ね、側壁５１に沿って底壁５２へ向けて略鉛直方向に上昇した後（矢印ａ３）、底壁５２に沿って底壁５２の外周部から中心部へと流れ（矢印ａ４）、ノズル孔４２から噴射されるパージガスと同調して、再びウエハＷに向けて鉛直方向に流れる（矢印ａ５）。

こうして、渦流生成室４１内に、鉛直方向の流れを含むパージガスの渦流、即ち、ウエハＷの表面と直交する面内で渦を巻くパージガスの流れを生じさせて、ウエハＷとパージガスとの間の熱交換によりウエハＷを冷却する。パージガスに渦流を生じさせることで、ガス噴射部材２５の下面とウエハＷとの間のクリアランスからパージガスが逃げるまでの間にパージガスがウエハＷと衝突する回数を増やすことができるため、パージガスを効率的に利用してウエハＷを冷却することができる。その際に、渦流を形成するパージガスの流れの遅い方が、熱交換を効果的に行うことができる。

なお、本実施形態における「パージガスの渦流」は、パージガスの全量が渦流を形成しなくてはならないというものではなく、また、パージガスが何度も、つまり、多数回にわたって、循環するような渦を巻く流れを形成しなくてはならないというものでもなく、パージガスがウエハＷと衝突した後に速やかにウエハＷの表面から排出されるような流れと比較して、ウエハＷと衝突したパージガスの少なくとも一部が再びウエハＷと衝突する流れであって、渦流生成室４１内で生ずる流れを指す。

ノズル孔４２から渦流生成室４１内へのパージガスの噴射条件としては、渦流生成室４１内に均一にパージガスの渦流が良好に形成されると共に、その流速が速くなり過ぎないことが挙げられる。パージガスの流速が速くなり過ぎないことが望ましいのは、流速が速くなり過ぎると、パージガスが十分に熱交換されずにガス噴射部材２５の下面とウエハＷとの間のクリアランスから排出されてしまうこととなり、また、こうして排出されたパージガスがロードロック室１３の底壁等に付着しているパーティクルを巻き上げてしまうおそれがあるからである。

ガス噴射ノズル３５の形状及びパージガスのガス流量は、このような条件が満たされるように、ロードロック室１３の内容積やプラズマ処理装置１０のスループット等をも考慮して適切に決定されるが、概ね、ウエハＷの温度を２５０℃から１５０℃へ下げる際に、約４℃／秒〜９℃／秒の降温速度が得られるように設計される。そこで、以下に、ガス噴射ノズル３５の形状設計に資するパージガスの流れについてのシミュレーション結果について説明する。

図６乃至図１５は、１つのガス噴射ノズル３５について、図５に示すパージガスの流れをシミュレーションにより確認した結果を示す図である。なお、図６乃至図１５の原図では、パージガスの流速の違いを色彩の違いで表現しており、流速の速い部分を赤、流速の遅い部分を青、これらの間を赤から青へ向けて、赤→オレンジ→黄色→緑→水色→青というように、可視光の波長変化に伴うグラデーション色変化で表している。しかしながら、添付図面では表現が白黒に限られている。そこで、図６乃至図１５では、原図をモノクロ化したものを示しているため、パージガスの流速を明瞭に示すことができず、例えば、流速の速い赤の部分と流速の遅い青の部分とが同じように黒で示され、中間流速の部分（黄色〜黄緑〜水色）が図面に表れ難くなっている。そこで、図６乃至図１５の各図の説明においては、必要に応じて、パージガスの流速分布について補足することとする。

図６乃至図１５の各図に示されるパラメータは、図４に示されているパラメータと対応する。即ち、渦流生成室径Ｄは渦流生成室４１の直径を、深さｈは渦流生成室４１の深さ（底壁５２と円板部材３１の下面との間の長さ）を、管径ｄはノズル孔４２の直径を、曲率Ｒは曲面５４，５５の曲率を、突起高さｄｈは突起部５３の高さを、突起径ｄ２は突起部５３の上面の直径（ガス噴射口側の外径）をそれぞれ表している。また、流量Ｌはノズル孔４２から噴射されるパージガスの流量を示しており、ガス噴射部材２５の下面とウエハＷとの間のクリアランス（隙間幅）ＣＬは５ｍｍとした。

図６は、管径ｄを２ｍｍ〜４ｍｍの範囲で変化させたシミュレーション結果を示している。パージガス流量Ｌは一定であるため、ノズル孔４２内でのパージガスの流速は、ノズル孔４２の管径ｄが大きくなるに従って遅くなる。そのため、上述した流速と原図における表現色との関係から、ノズル孔４２内でのパージガスの流速線は、概ね、ノズル孔４２の管径ｄが短いと濃く表現され、管径ｄが長いと薄く表現され、ノズル孔４２から噴射された後に渦流生成室４１内に生じた流速の遅い流れは、再び濃く表現されることとなる。このことは、図７でも同様である。

図６に示したパラメータ条件では、管径ｄが２ｍｍ以上３ｍｍ未満のときに、渦流生成室４１内に流速の遅い良好な渦流の生成が認められるが、管径ｄが３ｍｍ以上になると、渦流は生じるものの、図示の通りに流速の遅いガス流速線の密度が低くなってしまうという結果が得られ、この場合、冷却効率が低下するものと推測される。

図６では、曲面５４，５５の曲率Ｒを５／ｍｍ、突起部高さｄｈを５ｍｍとした。これに対して、図７に、曲率Ｒを３／ｍｍ、突起部高さｄｈを３ｍｍとして、管径ｄを１ｍｍ〜３ｍｍの範囲で変化させたシミュレーション結果を示す。図７に示したパラメータ条件では、管径ｄが２ｍｍ又は３ｍｍのときに流速の遅い良好な渦流の生成が認められるが、図６の結果で良好とされた管径ｄが２．５ｍｍの場合には渦流が生じ難いという結果が得られた。このような結果から、パージガスに渦流を良好に生じさせることができるノズル孔４２の管径ｄは、曲率Ｒ及び突起部高さｄｈの影響を受けると考えられる。

なお、前述したように、原図において概ね黄色〜黄緑〜水色で表されるパージガスの流れは、流速線として図に表れ難くなる。そのため、例えば、図６で管径ｄが４ｍｍの場合や図７で管径ｄが１ｍｍ、１．５ｍｍ、２．５ｍｍの場合では、ノズル孔４２から噴射する流速から殆ど変化しない流速で外部へ流れ出るパージガスが表現されていない。

なお、パージガスの流れをシミュレーションする際に、あるパラメータがパージガスの流れに与える影響を調べるためには、そのパラメータを可変パラメータとした上で、その他のパラメータを固定する必要がある。そのため、図６及び図７のシミュレーション結果からは、管径ｄがパージガスの渦流の生成に影響を及ぼすパラメータであると判断されるが、図６及び図７のシミュレーション結果は、ガス噴射ノズル３５における管径ｄが常に２ｍｍ以上３ｍｍ未満に限定されることを示すものではない。図８乃至図１５に示す結果についても、所定のパラメータが固定された条件で、可変パラメータの好適な条件が示される。

図８は、渦流生成室４１の深さｈを１０ｍｍ〜２２．５ｍｍの範囲で変化させたシミュレーション結果を示している。図８に示したパラメータ条件では、特に、深さｈが１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下のときに流速の遅い良好な渦流が生成するという結果が得られた。なお、深さｈが２２．５ｍｍの場合には、ノズル孔４２から噴射される流速の速いパージガスがそのまま外部へ流出している状態が示されている。

図８では、曲面５４，５５の曲率Ｒを５／ｍｍ、突起部高さｄｈを５ｍｍとした。これに対して、図９に、曲率Ｒを３／ｍｍ、突起部高さｄｈを３ｍｍとして、深さｈを１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で変化させたシミュレーション結果を示す。図９に示したパラメータ条件では、深さｈが１２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下のときに流速の遅い良好な渦流が生成されるという結果が得られた。図８及び図９の各シミュレーション結果を比較すると、突起部高さｄｈが低く、且つ、曲率Ｒが小さい場合には、深さｈが低い条件でも、流速の遅い渦流の生成が可能になるものと考えられる。なお、深さｈが１７．５ｍｍの場合には、ノズル孔４２から噴射される流速の速いパージガスがそのまま外部へ流出している状態が示されている。

図１０及び図１１は、曲率Ｒを０／ｍｍ〜１０／ｍｍの範囲で変化させ、曲率Ｒに応じて突起部高さｄｈを変化させたシミュレーション結果を示している。ここで、曲率Ｒが０／ｍｍのときの突起部高さｄｈは５ｍｍとしており、その他では、曲率Ｒの曲面を形成することができる最小高さを突起部高さｄｈとしており、例えば、曲率Ｒが１／ｍｍのときの突起部高さｄｈは１ｍｍとなる。図１０及び図１１に示すパラメータ条件では、曲率Ｒが３／ｍｍ以上６／ｍｍ以下のときに流速の遅い良好な渦流の生成が認められる。

図１２は、突起部高さｄｈを１０ｍｍに固定して、曲率Ｒを０／ｍｍ〜１０／ｍｍの範囲で変化させたシミュレーション結果を示している。図１０及び図１１のシミュレーション結果に対して、図１２のシミュレーション結果では、曲率Ｒの曲面５４，５５を形成することの渦流の生成に及ぼす明確な効果は表れなかった。このことから、曲面５４，５５を形成することによって渦流が生じやすくなるが、その効果の大きさは突起部高さｄｈの設定条件に依存すると考えられる。

図１３は、突起部高さｄｈを０ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で変化させたシミュレーション結果を示している。図１０に示されるパラメータ条件では、突起部高さｄｈが０ｍｍ，４ｍｍ，１０ｍｍ，１４ｍｍのときに流速の遅い良好な渦流が生成するという結果が得られ、突起部高さｄｈと渦流の形成との間に明確な関係は表れなかった。

図１４は、パージガスの流量Ｌを０．５Ｌ／ｍｉｎ〜３Ｌ／ｍｉｎの範囲で変化させたシミュレーション結果を示している。パージガスの流量Ｌが小さい場合には、必然的に、パージガスの流速は遅くなる。図１４では、パージガスの流量Ｌが大きくなると、渦流生成室４１内において流速の速い流れが多くなるが、この流れが原図の色（黄色〜黄緑）に起因して図１４には表れていない。

ここで設定されたパラメータ条件では、流量Ｌが０．５Ｌ／ｍｉｎ〜３Ｌ／ｍｉｎの範囲で渦流が生成するが、特に、０．５Ｌ／ｍｉｎ〜１．５Ｌ／ｍｉｎのときに流速の遅い良好な渦流が生じ、２．０Ｌ／ｍｉｎ〜３．０Ｌ／ｍｉｎでは、渦流の流速が速くなり、また、図示の通りにガス流速線の密度が低くなってしまうとの結果が得られた。

図１５は、突起径ｄ２を２ｍｍ〜６ｍｍの範囲で変化させたシミュレーション結果を示している。図１５に示したパラメータ条件では、突起径ｄ２が３ｍｍ〜５ｍｍのときに良好な渦流が生成し、特に突起径ｄ２を４ｍｍとすることが好ましいとの結果が得られた。

以上の図６乃至図１５のシミュレーション結果から、ガス噴射ノズル３５の形状を適切に設計することにより、ノズル孔４２から噴射されるパージガスに渦流を生成させて、ウエハＷとの熱交換によりウエハＷを効率的に冷却することが可能になることが示された。

なお、具体的なガス噴射ノズル３５の形状は、ロードロック室１３に所定時間内に導入すべきガス量、プラズマ処理装置１０全体でのスループットを考慮したウエハＷの冷却速度等を考慮して適切に設計されるが、例えば、図８のシミュレーション結果等を考慮すると、渦流生成室径Ｄ、深さｈ及びクリアランスＣＬとの間に、１．６３（＝４５／（２２．５＋５））＜Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）＜２．５７（＝４５／（１２．５＋５））、好ましくは、１．８（＝４５／（２０＋５））＜Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）＜２．２５（＝４５／（１５＋５））の関係が成立するように形状設計を行うことが好ましく、これにより、パージガスの渦流生成に与える他のパラメータの影響を小さくして、パージガスの渦流を生成させることが容易になる。

ところで、ガス噴射部材２５の厚みを薄くすることで、軽量化とコストダウンを図ると共に、ロードロック室１３をコンパクトに構成することが可能になる。しかし、ガス噴射部材２５の厚みを薄くすると、渦流生成室４１の深さｈを十分に取ることができなくなる。そのため、上記の通りに、比Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）を設定しようとすると、深さｈが小さくなるに従って、渦流生成室４１の渦流生成室径Ｄも小さくする必要がある。その場合、円板部材３１に形成すべきガス噴射ノズル３５の数を多くすることや、ノズル孔４２の管径ｄを小さくすること等が必要になる。

以上の説明の通り、本実施の形態では、ガス噴射ノズル３５からウエハＷの表面にパージガスを噴射してウエハＷを冷却する際に、パージガスに渦流を生成させてパージガスの分子とウエハＷとの衝突回数を多くして、パージガスとウエハＷとの間で熱交換を行うことにより、ウエハＷを効率よく冷却することができる。また、これと同時に、ロードロック室１３を真空雰囲気から大気圧雰囲気へと切り替えることができるため、従来はロードロック室１３内を真空雰囲気から大気圧雰囲気へ切り替えるためにだけに用いられていたパージガスを有効に利用することができ、しかも、従来用いていたブレークフィルタが不要となるため、プラズマ処理装置１０のコストダウンを図ることができる。更に、ウエハＷを冷却するために従来用いていた水冷テーブルを含む水冷装置が不要となるために、ロードロック室１３の構造を簡単にして、内容積を小さくすることができる。これにより、漏水トラブルの発生を回避することができ、また、プラズマ処理装置１０のコストダウンを図ることができる。

次に、ガス噴射部材２５によるガス噴射制御の変形例について説明する。図１６は、ガス噴射部材２５の変形例であるガス噴射部材２５Ａの概略構造を示す断面図である。ガス噴射部材２５Ａでは、ガス噴射部材２５のバッファ室３４内に隔壁となる円筒部材３６を配置することにより、バッファ室３４を、中心部の第１バッファ室３４Ａと外周部の第２バッファ室３４Ｂの２ブロックに分けている。そして、第１バッファ室３４Ａへはガス供給管２６Ａからパージガス（Ｎ_２等）が供給され、第２バッファ室３４Ｂへはガス供給管２６Ｂからパージガス（Ｎ_２等）が供給される構成としている。

ガス噴射部材２５Ａでは、不図示のガス供給部からガス供給管２６Ａ，２６Ｂを通して供給される各ガス流量を調整することにより、第１バッファ室３４Ａと連通するガス噴射ノズル３５のノズル孔４２から噴射されるガス流量と、第２バッファ室３４Ｂと連通するガス噴射ノズル３５のノズル孔４２から噴射されるガス流量とを独立して制御することができる。例えば、冷却され難いウエハＷの中心部と対向する第１バッファ室３４Ａと連通するノズル孔４２から噴射されるガス流量を、第２バッファ室３４Ｂと連通するノズル孔４２から噴射されるガス流量よりも大きくする等のガス流量制御を行うことにより、ウエハＷの冷却の面内均一性を高めることができる。

なお、ガス噴射部材２５Ａでは、第１バッファ室３４Ａと第２バッファ室３４Ｂの２ブロックのバッファ室を有する構造としたが、より多くのブロックを設けて、各ブロックに独立してガス供給が行われる構成としてもよい。更に、バッファ室を形成せずに、ノズル孔４２から噴射されるガス流量をガス噴射ノズル３５毎に制御する構成としてもよく、より細かなガス流量制御を行うことにより、パージガスを効率的に利用して、ウエハＷの冷却均一性を高めることができる。

また、ガス噴射部材２５，２５Ａでは、ガス噴射ノズル３５を等間隔で形成しているが、これに限られず、複数のガス噴射ノズル３５のうち、一部のガス噴射ノズルは等間隔で配置されているが、これらのガス噴射ノズルは他の一部のガス噴射ノズルとは異なる間隔で配置された構成としてもよい。更に、複数のガス噴射ノズル３５のうち、一部のガス噴射ノズルの大きさを、他のガス噴射ノズルの大きさと異ならしめた構成としてもよい。

図１７は、ガス噴射部材２５の変形例であるガス噴射部材２５Ｂの概略構造と、ウエハＷの冷却方法を模式的に示す断面図である。図１７（ａ）には、ロードロック室１３の内部にウエハＷが搬入され、ウエハＷが昇降ピン２３に支持された状態が示されている。ロードロック室１３は、ウエハＷを載置する載置台３７を備え、昇降ピン２３は、載置台３７から突出した状態と載置台３７の内部へ沈んだ状態とを取り得る。

なお、昇降ピン２３がウエハＷの中心側を保持する構成としているのは、昇降ピン２３とスカラロボット１５との間でのウエハＷの受け渡しを考慮し、また、スカラロボット１５が真空処理室１２で処理されたウエハＷを脱落させることなく安定に保持した状態で搬送することを目的として、スカラロボット１５をウエハＷの外周側近くを保持する構成としていることによる（図１参照）。

特に、ウエハＷのサイズが大きくなると、図１７（ａ）に示すように、ウエハＷの自重によって外周部が中心部よりも垂れた状態（上に凸となる山なり形状）になりやすい。このような状態でウエハＷを載置台３７に載置すると、ウエハＷの外周側が中心側よりも早く冷却されてしまい、ウエハＷの中心部が膨張したまま外周部が収縮することで、ウエハＷの撓みが大きくなる可能性があり、ウエハＷの裏面に傷が生じ、また、ウエハＷの表面に形成されたパターン（素子）にダメージが加わるおそれがある。一方、例えば、昇降ピン２３に支持されたウエハＷに対して、ガス噴射部材２５を用いてウエハＷ全体にガスを供給してウエハＷを冷却すると、ウエハＷの外周部が中心部よりも冷却されやすいため、ウエハＷの中心部が膨張したまま外周部が収縮し、これにより、ウエハＷの撓みが大きくなるおそれがある。

そこで、ガス噴射部材２５Ｂは、図１７（ｂ）に示すように、ウエハＷの中心部と対向する領域にのみ、ガス噴射ノズル３５を設けた構造を有しており、冷却され難いウエハＷの中心部にガス噴射ノズル３５からガスを吹き付けることにより、ウエハＷの中心部の冷却をアシストする。ガス噴射部材２５Ｂのガス噴射ノズル３５からのガス噴射は、ウエハＷが昇降ピン２３に支持され、スカラロボット１５がロードロック室１３から退出して、ロードロック室１３が密閉された後、速やかに行われる。これにより、ウエハＷの撓みが大きくなることを抑制することができ、或いは、ウエハＷの撓みを小さくすることができる。ウエハＷの中心部は、具体的には、ウエハＷの中心からウエハＷの半径の１／２の半径の範囲内とする。

ここで、ウエハＷの中心部にのみガスを供給してウエハＷを冷却した場合、それだけでは、ウエハＷの冷却速度が遅くなるために、ロードロック室１３に載置台３７を設けている。図１７（ｃ）に示すように、ガス噴射部材２５Ｂのガス噴射ノズル３５からのガス噴射を継続した状態で、昇降ピン２３を降下させ、ウエハＷを載置台３７に載置することで、ウエハＷから載置台３７への熱伝達を利用して、ウエハＷを冷却する。これにより、ウエハＷを均一に冷却して、ウエハＷの面内に温度分布が生じることを抑制して、ウエハＷの変形を抑制することができる。このとき、より冷却効率を高めるために、載置台３７を水冷構造とすることも好ましい。

なお、図１７（ｂ），（ｃ）に示したウエハＷの冷却方法は、ガス噴射部材２５Ｂに代えて、ガス噴射部材２５Ａを用いて、第１バッファ室３４Ａのみからガス噴射を行うことによって実行することもできる。また、ガス噴射部材２５Ｂは、ガス噴射ノズル３５を備えるとしたが、ガス噴射ノズル３５を図１８（ｃ）を参照して後述するガス噴射ノズル３５Ｃに代えた構成としてもよい。ガス噴射ノズル３５を用いた場合には、ガス噴射ノズル３５Ｃを用いた場合と比較して、ウエハＷの面内温度均一性を高めることができる。一方、ガス噴射ノズル３５Ｃを用いた場合には、ガス噴射ノズル３５を用いた場合と比較して、冷却速度を上げることができることが確認されている。

次に、ガス噴射ノズル３５の変形例について説明する。図１８は、ガス噴射ノズル３５の変形例であるガス噴射ノズル３５Ａ〜３５Ｃの概略構造を示す断面図である。図１８（ａ）に示すガス噴射ノズル３５Ａは、円板部材３１の下面に開口するように円柱状の渦流生成室６１を形成し、ノズル孔６３の開口位置を渦流生成室６１の底壁６２の外周部に設けている。ガス噴射ノズル３５Ａの断面形状は、図４の断面図に示すガス噴射ノズル３５の断面形状の右半分と同等である。そのため、ガス噴射ノズル３５Ａでは、上述した比Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）を約１に設定することが好ましく、これにより、ノズル孔６３から噴射されるパージガスに、渦流生成室６１内において渦流を生成させることが容易となる。

図１８（ａ）のガス噴射ノズル３５Ａでは、ノズル孔６３の長さ方向が渦流生成室６１の底壁６２と直交する方向である鉛直方向と平行となるようにノズル孔６３を形成している。これに対して、図１８（ｂ）に示すガス噴射ノズル３５Ｂでは、ノズル孔６４を、その長さ方向が渦流生成室６１の底壁６２と直交する方向と角度θだけずれるように形成している。このような構造としても、渦流生成室６１内においてノズル孔６３から噴射されるパージガスに渦流を生成させることができる。

図１８（ｃ）のガス噴射ノズル３５Ｃは、渦流生成室６１の側壁に沿う螺旋状の渦流を形成させるように、底壁５２と略平行な方向にパージガスを噴射するノズル孔６５を備える。ノズル孔６５から噴射されるパージガスには、螺旋状の渦流が生じると共に、ウエハＷの表面から底壁６２の中心に向かって循環する流れが生じ、これにより、パージガスのガス分子がウエハＷと衝突する頻度を高めて、熱交換を促進することができる。

なお、ガス噴射ノズル３５Ｃの変形例として、渦流生成室６１を設けずに、円板部材３１の下面とウエハＷとの間の隙間に螺旋状の渦流が形成されるようにパージガスを噴射するノズルを円板部材３１の下面に設けた構成とすることによっても、螺旋状の渦流によりウエハＷの冷却を行いながら、ロードロック室１３を真空雰囲気から大気圧雰囲気へと切り替えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、基板処理装置としてプラズマ処理装置を取り上げたが、これに限られず、基板に対して基板温度が上昇する処理を実行する基板処理室と、基板処理室で処理された基板を大気圧下にある外部へ搬送するために内部を真空雰囲気と大気雰囲気とで切り替えることができる中間搬送室を備える基板処理装置に適用することができる。即ち、このような基板処理装置が備える中間搬送室にガス噴射部材２５を配置することができる。

また、上記の実施の形態では、昇降ピン２３に支持されたウエハＷに対してガス噴射部材２５からパージガスを供給することによってウエハＷを冷却するとしたが、冷却処理中のウエハＷの姿勢を安定させるために、ロードロック室１３にウエハＷを載置する載置台を設け、ウエハＷが載置台上に支持された状態で、ガス噴射部材２５による冷却を行う構成としてもよい。このとき、載置台として、水冷テーブル等の冷却性能の高いものを用いると、水冷テーブルによる冷却作用とガス噴射部材２５による冷却作用とが相まって、冷却速度を高めて、ウエハＷを高速に冷却することが可能になる。

更に、上記の実施の形態では、真空雰囲気で処理された基板を冷却するとしたが、大気圧下での処理によって高温となった基板を大気圧下で冷却する処理を行う基板処理装置にも、ガス噴射部材２５を用いることができる。この場合でも、従来の水冷テーブルを用いた構造と比較すると、漏水等のトラブルが発生しないこと、装置構造が簡単になって装置の設計自由度が高まること、装置コストを下げることができること等の点で有利である。

上記実施の形態では、基板として半導体ウエハを取り上げたが、これに限定されず、ガス噴射部材２５による冷却対象は、その他の基板、例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板或いはセラミックス基板等であってもよい。

１０ プラズマ処理装置
１１ 真空搬送室
１３ ロードロック室
１４ ローダーモジュール
２３ 昇降ピン
２５，２５Ａ，２５Ｂ ガス噴射部材
２６ ガス供給管
３１ 円板部材
３２ 凹部
３３ 蓋部材
３４，３４Ａ，３４Ｂ バッファ室
３５，３５Ａ〜３５Ｃ ガス噴射ノズル
４１，６１ 渦流生成室
４２，６３〜６５ ノズル孔
５１ （渦流生成室の）側壁
５２ （渦流生成室の）底壁
５４，５５ 曲面
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (33)

1. 平板状の形状を有し、その一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成され、前記複数のガス噴射ノズルから基板に向けてガスを噴射して前記基板を冷却する基板冷却部材であって、
   前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、
   前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口する円柱状の空間部と、
   前記空間部を形成する円形の底壁において開口し、前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔とを有し、
   前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を基板の平板面と対向させた状態で前記ノズル孔から前記空間部を通して前記基板に向けてガスを噴射したときに、前記ノズル孔から噴射されたガスに前記空間部において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却することを特徴とする基板冷却部材。
2. 前記ノズル孔から噴射されたガスは、前記空間部において前記一方の平板面と直交する面内で渦を巻く流れを生じることを特徴とする請求項１記載の基板冷却部材。
3. 前記ノズル孔は、前記空間部を形成する前記底壁と略直交する方向に前記ガスを噴射することを特徴とする請求項１又は２記載の基板冷却部材。
4. 前記空間部を形成する側壁と前記底壁が交わる部分は所定の曲率の曲面で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板冷却部材。
5. 前記空間部を形成する円形の底壁の中心において前記空間部に突出するように設けられた突起部を有し、
   前記ノズル孔は前記突起部において開口していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板冷却部材。
6. 前記空間部を形成する前記底壁と前記突起部の側壁とが交わる部分は所定の曲率の曲面で構成されていることを特徴とする請求項５記載の基板冷却部材。
7. 前記空間部の直径をＤ、前記空間部の深さをｈ、前記ガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面と前記基板の平板面との間のクリアランスをＣＬとしたときに、１．６３＜Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）＜２．５７、の関係が成立することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板冷却部材。
8. 前記基板冷却部材は、前記複数のノズル孔と連通するバッファ室を有し、
   前記バッファ室に供給されたガスが前記複数のノズル孔から噴射されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板冷却部材。
9. 前記バッファ室は隔壁により複数のブロックに分割され、前記複数のブロックのそれぞれに独立してガスを供給するためのガス供給口が設けられていることを特徴とする請求項８記載の基板冷却部材。
10. 前記複数のブロックは、前記基板の中心部と対向する第１のブロックと、前記第１のブロックの外周に設けられる第２のブロックであることを特徴とする請求項９記載の基板冷却部材。
11. 前記複数のガス噴射ノズルは、前記基板の中心部と対向する領域に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板冷却部材。
12. 基板に対して基板温度の上昇を伴う所定の処理を行う基板処理室と、前記基板処理室で処理された基板を冷却する基板冷却室とを備える基板処理装置であって、
    前記基板冷却室は、前記基板を支持する支持部材と、平板状の形状でその一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成され、前記複数のガス噴射ノズルから前記支持部材に支持された基板に向けてガスを噴射する基板冷却部材とを備え、
    前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、
    前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口する円柱状の空間部と、
    前記空間部を形成する円形の底壁において開口し、前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔とを有し、
    前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を前記支持部材に支持された基板の平板面と対向させた状態で前記ノズル孔から前記空間部を通して前記基板にガスを噴射したときに、前記ノズル孔から噴射されるガスに前記空間部において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却することを特徴とする基板処理装置。
13. 前記基板冷却室は、真空雰囲気にある処理室と大気雰囲気にある処理室との間で基板を搬送するために室内が選択的に大気圧雰囲気又は真空雰囲気に切り替え可能に構成されており、
    前記基板冷却部材は、前記基板冷却室を真空雰囲気から大気圧雰囲気へ切り替えるために前記基板冷却室に導入されるガスを前記複数のガス噴射ノズルから噴射することにより前記基板を冷却することを特徴とする請求項１２記載の基板処理装置。
14. 前記真空雰囲気にある処理室は、前記基板処理室、或いは、前記基板処理室と前記基板冷却室との間に配置されて前記基板処理室と前記基板冷却室との間で基板を搬送する第１の搬送装置が配置された第１の基板搬送室であり、
    前記大気雰囲気にある処理室とは、前記基板を収容する容器と前記基板冷却室との間で基板を搬送する第２の搬送装置が配置された第２の基板搬送室であることを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。
15. 真空雰囲気に保持され、内部に収容された基板に対して基板温度の上昇を伴う所定の処理を行う基板処理室と、
    大気圧雰囲気に保持され、外部から前記基板処理室で処理する基板が搬入される基板搬入室と、
    真空雰囲気にある前記基板処理室と大気雰囲気にある前記基板搬入室との間で基板を搬送するために室内が選択的に大気圧雰囲気又は真空雰囲気に切り替え可能に構成された中間搬送室とを備える基板処理装置であって、
    前記中間搬送室は、
    前記基板を支持する支持部材と、
    平板状の形状でその一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成され、前記複数のガス噴射ノズルから前記支持部材に支持された基板に向けてガスを噴射する基板冷却部材とを有し、
    前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、
    前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口する円柱状の空間部と、
    前記空間部を形成する円形の底壁において開口し、前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔とを有し、
    前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を前記基板処理室での処理後に前記支持部材に支持された基板の平板面と対向させた状態で前記ノズル孔から前記空間部を通して前記基板に向けてガスを噴射することにより、前記ノズル孔から噴射されたガスに前記空間部において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却すると同時に、前記中間搬送室を真空雰囲気から大気圧雰囲気へ切り替えることを特徴とする基板処理装置。
16. 前記基板処理室は、前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理室であることを特徴とする請求項１５記載の基板処理装置。
17. 前記ノズル孔から噴射されたガスは、前記空間部において前記一方の平板面と直交する面内で渦を巻く流れを生じることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
18. 前記ノズル孔は、前記空間部を形成する前記底壁と略直交する方向に前記ガスを噴射することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
19. 前記複数のガス噴射ノズルはそれぞれ、前記空間部を形成する円形の底壁の中心において前記空間部に突出するように設けられた突起部を有し、
    前記ノズル孔は前記突起部において開口していることを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
20. 前記ガス噴射ノズルについて、前記空間部の直径をＤ、前記空間部の深さをｈとし、且つ、前記ガス噴射ノズルが形成された前記基板冷却部材の前記一方の平板面と前記支持部材に支持された基板の平板面との間のクリアランスをＣＬとしたときに、１．６３＜Ｄ／（ｈ＋ＣＬ）＜２．５７、の関係が成立することを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の基板処理装置。
21. 前記基板冷却部材は、前記複数のノズル孔と連通するバッファ室を有し、
    前記バッファ室に供給されたガスが前記複数のノズル孔から噴射されることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の基板処理装置。
22. 前記バッファ室は隔壁により複数のブロックに分割され、前記複数のブロックのそれぞれに独立してガスを供給するためのガス供給口が設けられていることを特徴とする請求項２１記載の基板処理装置。
23. 前記複数のブロックは、前記基板の中心部と対向する第１のブロックと、前記第１のブロックの外周に設けられる第２のブロックであることを特徴とする請求項２２記載の基板処理装置。
24. 前記複数のガス噴射ノズルのうち前記支持部材に支持された基板の中心部と対向するガス噴射ノズルから噴射されるガスの流速と前記基板の外周部と対向するガス噴射ノズルから噴射されるガスの流速とが異なるように、前記バッファ室が複数のブロックに分割されると共に、前記複数のブロックに供給されるガス流量を制御するガス供給部を備えることを特徴とする請求項２２又は２３記載の基板処理装置。
25. 前記複数のガス噴射ノズルは、前記基板の中心部と対向する領域に設けられていることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の基板処理装置。
26. 前記基板冷却部材の平板面の大きさは、前記支持部材に支持される基板の平板面の大きさと略同一であることを特徴とする請求項１２乃至２５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
27. 平板状の形状を有し、その一方の平板面に複数のガス噴射ノズルが形成された基板冷却部材を用い、前記複数のガス噴射ノズルから基板に向けてガスを噴射することにより前記基板を冷却する基板処理方法であって、前記基板冷却部材において前記複数のガス噴射ノズルが形成された前記一方の平板面を前記基板の平板面と対向させた状態で前記ガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射し、前記ガスに前記基板の平板面と直交する面内において渦を巻く流れを生じさせることにより前記基板を冷却することを特徴とする基板処理方法。
28. 前記複数のガス噴射ノズルを、前記基板冷却部材の前記一方の平板面において開口するように円柱状の空間部を形成すると共に、前記空間部を形成する円形の底壁において開口して前記空間部に向けてガスを噴射するノズル孔を設けた構造とすることにより、前記空間部内において前記渦を巻く流れを生じさせることを特徴とする請求項２７記載の基板処理方法。
29. 前記複数のガス噴射ノズルが前記基板の中心部と対向する領域に設けられた基板冷却部材を用いて、前記複数のガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射することを特徴とする請求項２７又は２８記載の基板処理方法。
30. 前記基板の中心部は、前記基板の中心から前記基板の半径の１／２の半径の範囲内であることを特徴とする請求項２９記載の基板処理方法。
31. 選択的に大気圧雰囲気又は真空雰囲気に切り替え可能に構成されている処理室内に前記基板冷却部材を配置して、真空雰囲気にある前記処理室内において前記ガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射することによって、前記基板を冷却すると同時に、前記処理室内を大気圧雰囲気に切り替えることを特徴とする請求項２７乃至３０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
32. 前記基板を前記処理室に設けられた支持部材に支持した状態で前記複数のガス噴射ノズルから前記基板に向けてガスを噴射しつつ、前記支持部材を前記処理室に設けられた冷却テーブルの内部に沈めることによって前記支持部材に支持された基板を前記冷却テーブル上に載置して前記基板を冷却することを特徴とする請求項３１記載の基板処理方法。
33. 前記冷却テーブルに冷却水を循環させることを特徴とする請求項３２記載の基板処理方法。