特許 6574442 基板を急速に冷却する方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6574442

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】基板を急速に冷却する方法および装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20190902BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20190902BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   H01L21/324 R

   H01L21/324 Q

   H01L21/68 N

【請求項の数】14

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-561693(P2016-561693)

(86)(22)【出願日】2015年3月17日

(65)【公表番号】特表2017-517877(P2017-517877A)

(43)【公表日】2017年6月29日

(86)【国際出願番号】US2015020905

(87)【国際公開番号】WO2015156968

(87)【国際公開日】20151015

【審査請求日】2018年3月16日

(31)【優先権主張番号】14/251,134

(32)【優先日】2014年4月11日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】ラヴィ ジャレパリー

(72)【発明者】

【氏名】サンソニ スティーヴン ヴイ

(72)【発明者】

【氏名】サヴァンダイア キランクマル

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２６０４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８９５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２５４５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０９８０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１００７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２４１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６６７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９１３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２５８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３０８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１５０５９０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を冷却する冷却チャンバであって、
内容積を有するチャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配された基板支持体であり、基板を支持する支持表面を有する基板支持体と、
前記チャンバ本体内の前記基板支持体とは反対の側に配されたプレートと
を備え、前記基板支持体と前記プレートが、第１の位置と第２の位置の間で互いに対して移動可能であり、前記第１の位置にあるときには、前記内容積内の第１の容積に対して前記支持表面が露出するような態様で、前記基板支持体と前記プレートが互いに離れて配されており、前記第２の位置にあるときには、前記内容積内の第２の容積に対して前記支持表面が露出するような態様で、前記基板支持体と前記プレートが互いに隣接して配されており、前記第２の容積が前記第１の容積よりも小さく、前記冷却チャンバがさらに、
前記基板支持体と前記プレートが前記第２の位置にあるときに前記プレートと接触するような態様で前記基板支持体と前記プレートの間に配された環状シールと、
冷却材を流すために前記プレートまたは前記基板支持体のうちの１つまたは複数の内部に配された複数の流れチャネルと、
前記第２の容積内へガスを供給するガス入口と
を備える冷却チャンバ。

【請求項2】

前記基板支持体が、前記支持表面を取り囲む外リングを備え、前記外リングが環状溝を含み、前記環状シールが前記環状溝の中に配された、請求項１に記載の冷却チャンバ。

【請求項3】

前記基板支持体が、前記支持表面を取り囲む外リングを備え、前記外リングと前記支持表面の間に、前記プレートの方向とは反対の方向に前記支持表面から延びる環状チャネルが配されており、前記環状チャネルから前記外リングの周囲表面まで少なくとも１つの貫通孔が延びている、請求項１に記載の冷却チャンバ。

【請求項4】

前記第２の容積から前記第２の容積以外の前記内容積の残りの部分への前記ガスのチョークドフローを生成するような形状およびサイズを、前記環状チャネルおよび前記少なくとも１つの貫通孔が有する、請求項３に記載の冷却チャンバ。

【請求項5】

前記複数の流れチャネルが前記プレート内に配された、請求項１から４のいずれかに記載の冷却チャンバ。

【請求項6】

基板支持体に面する前記プレートの表面が凹形である、請求項１から４のいずれかに記載の冷却チャンバ。

【請求項7】

前記支持表面から間隔をあけて基板を支持するため、前記基板支持体が、前記支持表面に配された複数の支持要素を備える、請求項１から４のいずれかに記載の冷却チャンバ。

【請求項8】

前記基板支持体上に基板が配されたときに前記基板と前記支持表面の間に裏側ガスを流すため、前記基板支持体が開口を備える、請求項１から４のいずれかに記載の冷却チャンバ。

【請求項9】

前記基板支持体上に基板を置くことおよび前記基板支持体から基板を取り外すことを容易にするため、前記基板支持体がリフトピンアセンブリを備える、請求項１から４のいずれかに記載の冷却チャンバ。

【請求項10】

前記ガス入口が前記プレートを貫通して配された、請求項１から４のいずれかに記載の冷却チャンバ。

【請求項11】

中心真空移送チャンバと、
前記中心真空移送チャンバに結合された少なくとも１つの真空処理チャンバであり、基板上でプロセスを実行するための少なくとも１つの真空処理チャンバと、
前記中心真空移送チャンバに結合された少なくとも１つの冷却チャンバであり、前記基板を冷却するための冷却チャンバと
を備え、前記冷却チャンバが、請求項１から１０のいずれかに記載の冷却チャンバである、
基板処理システム。

【請求項12】

基板を冷却する方法であって、
冷却チャンバの内容積内に配された基板支持体の支持表面に基板を置くこと、および
前記基板支持体または前記冷却チャンバ内の前記基板支持体とは反対の側に配されたプレートのうちの少なくとも一方を、前記支持表面に前記基板が置かれる第１の位置から、前記支持表面と前記プレートの間に第２の容積が形成される第２の位置へ移動させること を含み、前記第２の容積が前記内容積よりも小さく、前記第２の容積が実質的に密封されて、前記内容積の残りの部分から分離されており、前記方法がさらに、
前記第２の容積にガスを流入させて、前記第２の容積内の圧力を増大させること、および
前記基板支持体内または前記プレート内のうちの少なくとも一方に配された複数のチャネルに冷却材を流して、前記基板を冷却すること
を含む方法。

【請求項13】

前記基板と前記支持表面の間の空間に前記基板支持体を通して裏側ガスを流入させること
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記基板支持体が、前記支持表面を取り囲む外リングを備え、前記外リングが、前記プレートの方向とは反対の方向に前記支持表面から延びる環状チャネルと、前記環状チャネルから前記外リングの周囲表面まで延びる少なくとも１つの貫通孔とを備え、前記方法がさらに、
前記ガスを、前記環状チャネルおよび前記少なくとも１つの貫通孔を通して前記第２の容積から前記内容積の残りの部分へ流すこと
を含み、前記環状チャネルおよび前記少なくとも１つの貫通孔がチョークドフローを生成する、
請求項１２または１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は一般に基板処理機器に関する。

【背景技術】

【0002】

いくつかのデバイスの形成では、基板上にデバイスを形成するのに、さまざまなチャンバ内での多数のプロセスが必要となる。例えば、基板上に層を形成しまたは基板上の層を除去する目的で、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、エッチングなどのプロセスが実行されることがある。これらのプロセスのうちの多くのプロセスでは、基板を高温に加熱する必要があり、したがって処理された基板をその後に冷却する必要がある。
いくつかのプロセスでは、クールダウン（ｃｏｏｌ ｄｏｗｎ）ステップを実行した後でなければ後続の処理ステップを実行することができない。従来の多くのクールダウンステーションは高真空環境中で動作し、したがって基板を冷却するのに長い時間がかかることを本発明の発明者らは認めた。そのため、それらの冷却ステーションは、基板を１つのチャンバから別のチャンバへ移動させる基板移送プロセスのボトルネックである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

したがって、本発明の発明者らは、基板をより急速に冷却する改良された冷却チャンバを提供した。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本明細書には、基板を急速に冷却する方法および装置の実施形態が記載されている。いくつかの実施形態では、基板を冷却する冷却チャンバが、内容積を有するチャンバ本体と、チャンバ内に配された基板支持体であり、基板を支持する支持表面を有する基板支持体と、チャンバ本体内の基板支持体とは反対の側に配されたプレートとを含み、基板支持体とプレートは、第１の位置と第２の位置の間で互いに対して移動可能であり、第１の位置にあるときには、内容積内の第１の容積に対して支持表面が露出するような態様で、基板支持体とプレートが互いに離れて配されており、第２の位置にあるときには、内容積内の第２の容積に対して支持表面が露出するような態様で、基板支持体とプレートが互いに隣接して配されており、第２の容積は第１の容積よりも小さく、この冷却チャンバはさらに、冷却材を流すためにプレートまたは基板支持体のうちの１つまたは複数の内部に配された複数の流れチャネルと、第２の容積内へガスを供給するガス入口とを含む。
いくつかの実施形態では、基板処理システムが、中心真空移送チャンバと、中心真空移送チャンバに結合された少なくとも１つの真空処理チャンバであり、基板上でプロセスを実行するための少なくとも１つの真空処理チャンバと、中心真空移送チャンバに結合された少なくとも１つの冷却チャンバであり、基板を冷却するための冷却チャンバとを含む。この冷却チャンバは、内容積を有するチャンバ本体と、チャンバ内に配された基板支持体であり、基板を支持する支持表面を有する基板支持体と、チャンバ本体内の基板支持体とは反対の側に配されたプレートとを含むことができ、基板支持体とプレートは、第１の位置と第２の位置の間で互いに対して移動可能であり、第１の位置にあるときには、内容積内の第１の容積に対して支持表面が露出するような態様で、基板支持体とプレートが互いに離れて配されており、第２の位置にあるときには、内容積内の第２の容積に対して支持表面が露出するような態様で、基板支持体とプレートが互いに隣接して配されており、第２の容積は第１の容積よりも小さく、この冷却チャンバはさらに、冷却材を流すためにプレートまたは基板支持体のうちの１つまたは複数の内部に配された複数の流れチャネルと、第２の容積内へガスを供給するガス入口とを含むことができる。
いくつかの実施形態では、基板を冷却する方法が、冷却チャンバの内容積内に配された基板支持体の支持表面に基板を置くこと、および基板支持体または冷却チャンバ内の基板支持体とは反対の側に配されたプレートのうちの少なくとも一方を、支持表面に基板が置かれる第１の位置から、支持表面とプレートの間に第２の容積が形成される第２の位置へ移動させることを含み、第２の容積は内容積よりも小さく、第２の容積は実質的に密封されて、内容積の残りの部分から分離されており、この方法はさらに、第２の容積にガスを流入させて、第２の容積内の圧力を増大させること、および基板支持体内またはプレート内のうちの少なくとも一方に配された複数のチャネルに冷却材を流して、基板を冷却することを含む。

【0005】

本開示の他の追加の実施形態については以下で説明される。
上に概要を示し、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付図面に示された本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態だけを示したものであり、したがって添付図面を本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。等しく有効な別の実施形態を本開示が受け入れる可能性があるためである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示のいくつかの実施形態に基づく本発明の冷却チャンバとともに使用するのに適した処理システムを示す図である。

【図2】本開示のいくつかの実施形態に基づく冷却チャンバを示す図である。

【図3】本開示のいくつかの実施形態に基づく本発明の冷却チャンバの部分図である。

【図4】本開示のいくつかの実施形態に基づく本発明の冷却チャンバの部分図である。

【図5】本開示のいくつかの実施形態に基づく本発明の冷却チャンバとともに使用するのに適した基板支持体の上面を示す図である。

【図6】基板を冷却する本開示のいくつかの実施形態に基づく方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照符号を使用した。これらの図は一定の比率では描かれておらず、分かりやすくするために簡略化されていることがある。特段の言及なしに、１つの実施形態の要素および特徴を他の実施形態に有益に組み込むことができる。
本明細書には、基板を急速に冷却する方法および装置の実施形態が記載されている。有利には、本発明の冷却チャンバの実施形態は、基板を冷却するのに必要な時間を短縮することによってスループットを増大させることができる。本発明の処理チャンバの実施形態は、既存の処理システムに容易に組み込むことができ、有利には、既存の処理システムの不必要でコストのかかる変更を回避することができる。

【0008】

図１は、本明細書に開示された本発明の冷却チャンバとともに使用するのに適していることがある例示的なマルチチャンバ処理システム１００の略上面図である。本明細書に提供された教示に従って適当に変更することができる適当なマルチチャンバ処理システムの例には、米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＥＮＤＵＲＡ（登録商標）、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）およびＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）処理システム、またはＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．の他の適当な処理システムが含まれる。（他の製造会社の処理システム含む）他の処理システムを、本出願に開示された実施形態から利益を得るように適合させることもできる。

【0009】

いくつかの実施形態では、マルチチャンバ処理システム１００が一般に、真空気密（ｖａｃｕｕｍ−ｔｉｇｈｔ）処理プラットホーム１０２、ファクトリインターフェース１０４およびシステムコントローラ１４０を備える。処理プラットホーム１０２は、複数のプロセスチャンバ１９０Ａ〜Ｄ、少なくとも１つの冷却チャンバ１９５Ａ〜Ｂ（図１には２つの冷却チャンバが示されている）、および少なくとも１つのロードロックチャンバ（２つのロードロックチャンバが示されている）１８４を含むことができ、これらのチャンバは移送チャンバ１８８に結合されている。ロードロックチャンバ１８４、プロセスチャンバ１９０Ａ〜Ｄおよび少なくとも１つの冷却チャンバ１９５Ａ〜Ｂの間で基板を移送するため、移送チャンバ１８８の中央に移送ロボット１０６が配されている。プロセスチャンバ１９０Ａ〜Ｄは、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、を含む層堆積、エッチング、前洗浄、脱ガス、オリエンテーション（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）およびセンターファインディング（ｃｅｎｔｅｒ−ｆｉｎｄｉｎｇ）、アニールならびに他の基板プロセスを含む、さまざまな機能を実行するように構成することができる。プロセスチャンバ１９０Ａ〜Ｄの対応するそれぞれの内容積を移送チャンバ１８８の内容積に選択的に流体結合するため、プロセスチャンバ１９０Ａ〜Ｄはそれぞれ、スリット弁または他の選択的に密閉可能な開口を含むことができる。同様に、ロードロックチャンバ１８４はそれぞれ、ロードロックチャンバ１８４の対応するそれぞれの内容積を移送チャンバ１８８の内容積に選択的に流体結合するためのポートを含むことができる。

【0010】

ファクトリインターフェース１０４はロードロックチャンバ１８４を介して移送チャンバ１８８に結合されている。いくつかの実施形態では、ロードロックチャンバ１８４がそれぞれ、ファクトリインターフェース１０４に結合された第１のポート１２３および移送チャンバ１８８に結合された第２のポート１２５を含む。移送チャンバ１８８の真空環境と実質的に周囲環境（例えば大気環境）であるファクトリインターフェース１０４の環境との間での基板の受け渡しを容易にするため、ロードロックチャンバ１８４を、ロードロックチャンバ１８４の減圧および通気を実行する圧力制御システムに結合することができる。

【0011】

ファクトリインターフェース１０４から処理プラットホーム１０２へのロードロックチャンバ１８４を通した処理のための基板の移送を容易にするため、いくつかの実施形態では、ファクトリインターフェース１０４が、少なくとも１つのドッキングステーション１８３および少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット１８５（１つのファクトリインターフェースロボットが示されている）を備える。ドッキングステーション１８３は、１つまたは複数のフロントオープニングユニファイドポッド（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ：ＦＯＵＰ）１８７Ａ〜Ｄ（４つのＦＯＵＰが示されている）を受け入れるように構成されている。任意選択で、ＦＯＵＰ１８７Ａ〜Ｄからの基板の測定を容易にするために、ファクトリインターフェース１０４に１つまたは複数の計測ステーション（図示せず）を結合することができる。ロードロックチャンバ１８４に基板を移動させる前にその基板を処理することができるように、ファクトリインターフェース１０４に基板処理装置を結合することもできる。ファクトリインターフェース１０４内に配されたファクトリインターフェースロボット１８５は、ロードロックチャンバ１８４と１つまたは複数のＦＯＵＰ１８７Ａ〜Ｄとの間で基板のカセットを往復させるために直線運動および回転運動（矢印１８２）をすることができる。現在の冷却装置は、処理プラットホームのその他の部分と同じ真空環境中にあるため、基板を冷却する時間は不利な影響を受ける。本発明の発明者らは、真空の処理プラットホーム内に配されてはいるが、より高い圧力を有する環境中で基板を冷却することができ、基板を冷却するのに必要な時間を有利に短縮する冷却チャンバを設計した。
図２は、本開示のいくつかの実施形態に基づく冷却チャンバ２００を示す。冷却チャンバ２００は、上で説明したマルチチャンバ処理システム１００内または他のマルチチャンバ処理システム内で使用することができる。冷却チャンバ２００は一般に、内容積２０４を画定するチャンバ本体２０２、内容積２０４内に配された基板支持体２０８、および基板支持体とは反対の側に配されたプレート２１４を備える。

【0012】

基板支持体２０８は、冷却の間、基板２１２を支持する支持表面２１０を含む。基板２１２は、支持表面に直接に載ることができ、または他の支持要素上に載ることができる。例えば、図５に示されているように、いくつかの実施形態では、支持表面２１０から間隔をあけて基板２１２を支持して、基板支持体２０８との接触による基板２１２の潜在的な汚染を最小化するため、複数の支持要素５０６が提供され得る。それらの複数の支持要素５０６は、基板２１２の裏側の汚染（例えば粒子生成または基板に対する望ましくない材料付着）を防ぐ特性を有する任意の材料から形成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、それらの複数の支持要素５０６がサファイアボール（ｓａｐｐｈｉｒｅ ｂａｌｌ）である。

【0013】

プレート２１４は、基板支持体２０８の支持表面２１０とは反対の側に配されている。いくつかの実施形態では、プレート２１４が、チャンバ本体２０２（図２に示されている）のリッド（ｌｉｄ）もしくは上部に配され、またはチャンバ本体２０２のリッドもしくは上部の近くに配される。基板支持体２０８とプレート２１４は、基板支持体２０８とプレート２１４が互いに離れて配される（例えば図２に示されている）第１の位置と、基板支持体２０８とプレート２１４が互いに隣接して配される（例えば図３に示されている）第２の位置との間で互いに対して移動可能である。

【0014】

第１の位置では、内容積２０４内の第１の容積２０６に対して基板支持体２０８の支持表面２１０が露出する。第１の容積２０６は本質的に内容積２０４の全体である。例えば、第１の容積２０６は主に、プレート２１４およびチャンバ本体２０２の内表面を境界とすることができる。第２の位置では、内容積２０４内の第２の容積（図３に示された第２の容積３０６）に対して支持表面２１０が露出する。第２の容積３０６は第１の容積２０６よりも小さい。例えば、第２の容積３０６は主に、プレート２１４および基板支持体２０８の支持表面２１０を境界とすることができる。第２の容積３０６は、第１の容積２０６よりも数桁小さくすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、第２の容積３０６が、第１の容積２０６の１０パーセント未満、または５パーセント未満、または約２〜約３パーセントである。非限定的な一例では、第１の容積が約９リットル、第２の容積が約０．２５リットルである。

【0015】

いくつかの実施形態では、プレート２１４が固定されており、基板支持体２０８が、第１の位置（例えば図２に示されている下位置）と第２の位置（例えば図３に示されている上位置）との間で基板支持体２０８の位置を制御するリフト機構２２６に結合されている。その代わりにまたはこれと組み合わせて、プレート２１４を、基板支持体２０８に対して移動可能とすることもできる。図２に示された構成において、チャンバ本体２０２の壁に配された開口２２２を通してチャンバ内およびチャンバ外に基板を移送するのには、第１の位置または下位置が適している。開口２２２は、スリット弁２２４によって、または開口２２２を通したチャンバ内部へのアクセスを選択的に提供する他の機構によって、選択的に密閉することができる。第２の位置または上位置は、基板をより急速に冷却するのに適している。
基板支持体２０８上に基板２１２を置くことおよび基板支持体２０８から基板２１２を取り外すことを容易にするために、基板２１２を支持表面２１０から持ち上げる複数のリフトピンを含むリフトピンアセンブリ２３８を提供することができる。図５は、本開示の実施形態に基づく基板支持体の上面図を示す。図５に示されているように、基板支持体２０８を貫通して延びる複数のリフトピン孔５０４であって、リフトピンアセンブリ２３８のリフトピンの移動を容易にする複数のリフトピン孔５０４が示されている。
図２に戻る。冷却チャンバ２００は、基板２１２の冷却速度を高める１つまたは複数の機構を含むことができる。いくつかの実施形態では、１種または数種のガスを内容積２０４に供給するガス入口を介して、冷却チャンバ２００にガス供給源２２８が結合され得る。図２には１つの入口だけが示されているが、プレート２１４内に、あるいは１種または数種のガスを第２の容積３０６に供給するのに適した別の位置に、追加のガス入口または代替のガス入口を提供することもできる。この１種または数種のガスに適したガスの例には、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ₂）などの不活性ガス、または水素（Ｈ₂）などの還元ガス、またはこれらのガスの組合せなどが含まれる。

【0016】

具体的には、ガス供給源２２８は、基板支持体２０８とプレート２１４が互いに隣接して配されたときに第２の容積３０６にガスを供給する。有利には、１種または数種のガスを第２の容積に供給すると、第２の容積３０６内の圧力を上昇させることが容易になり、第２の容積３０６内の圧力を上昇させると、基板から、基板の周囲の基板支持体２０８、プレート２１４などの冷却チャンバ２００の構成要素への熱伝達の速度が高まる。さらに、冷却チャンバ２００の第１の容積２０６または内容積２０４よりもはるかに小さな第２の容積３０６に１種または数種のガスを供給すると、冷却チャンバ２００の全体の圧力を大幅には上昇させずに、圧力を上昇させることができ、それによって、有利には、冷却チャンバの全体を加圧および減圧するため、またはより低圧の環境中での基板のより低い冷却速度に依存するために必要となるであろう時間が低減される。

【0017】

いくつかの実施形態では、１種または数種のガスを第２の容積３０６に供給するガス入口がプレート２１４を貫通して提供され得る。例えば、図３により詳細に示されているように、いくつかの実施形態では、プレート２１４を貫通して配された中心開口３０４（例えばガス入口）を通してガス供給源２２８が第２の容積３０６に結合され得る。内容積２０４とは反対の側のプレート２１４の表面にカバー３１０を結合することができる。カバー３１０は、最終的にガス供給源２２８に通じる導管３１４に結合される。動作中にガス供給源２２８によって供給される１種または数種のガスの漏れを最小限に抑えまたは防ぐため、カバー３１０とプレート２１４の間にシールまたはガスケット３１２を配することができる。プレート２１４内または別の位置にガス入口を提供する他の構成を使用することもできる。

【0018】

図２に戻る。いくつかの実施形態では、基板支持体２０８とプレート２１４が第２の位置にあるときに環状シール２３６がプレート２１４と接触するような態様で基板支持体２０８とプレート２１４の間に環状シール２３６が配され得る。この環状シールは、基板支持体２０８の支持表面２１０を取り囲む。環状シール２３６は、基板支持体２０８が上位置にあるときにプレート２１４と支持表面２１０の間に画定される第２の容積を実質的に密封する役目を果たす。したがって、環状シール２３６は、第２の容積３０６と内容積２０４の残りの部分との間の分離の量（ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を、第２の容積３０６に供給された１種または数種のガスが内容積の残りの部分内に制御された低い速度で流入するような態様で制御することを容易にする。

【0019】

いくつかの実施形態では、環状シール２３６が基板支持体２０８内に配される。いくつかの実施形態では、基板支持体２０８が、支持表面２１０を取り囲む外リング２３２を含むことができる。外リング２３２は、環状シール２３６を保持する環状溝２３４を含む。例えば、図３に示されているように、基板支持体２０８が第２の位置にあるとき、環状シール２３６は、第２の容積３０６を実質的に密封して、第２の容積３０６を冷却チャンバ２００の内容積２０４の残りの部分から分離する。
第２の容積３０６内の加圧された１種または数種のガスが、外リング２３２の下から内容積２０４の残りの部分に流入しないことを保証するため、いくつかの実施形態では、外リング２３２と基板支持体２０５の間に第２の環状シール３０２が配され得る。例えば、第２の環状シール３０２は、外リング２３２の底表面の第２の環状溝３０８の中に配することができる。あるいは、第２の環状シール３０２を、基板支持体２０８内に形成された溝の中に部分的にまたは完全に配することもできる。

【0020】

図４は、図３に示された第２の位置に基板支持体がある間の外リング２３２の周囲のエリアの拡大図を示し、この図は、第２の容積３０６から内容積２０４の残りの部分内への１種または数種のガスの流入を制御するための諸特徴をより明確に示すための図である。図４に示されているように、外リング２３２と基板支持体２０８の間には環状チャネル４０２が配されている。例えば、環状チャネル４０２は、支持表面２１０に隣接した外リング２３２の一部分の内径と基板支持体２０８の支持表面２１０の外径との間に画定することができる。環状チャネル４０２は、プレート２１４の方向とは反対の方向に延びている。
外リング２３２の周囲表面から環状チャネル４０２まで外リング２３２を貫通して延びる少なくとも１つの貫通孔４０４を配することができる。この少なくとも１つの貫通孔４０４および環状チャネル４０２は、第２の容積３０６を内容積２０４の残りの部分に流体結合する。例えば、図５は、本開示の実施形態に基づく基板支持体の上面図を示す。図５に示されているように、環状チャネル４０２から外リング２３２の周囲端面まで延びる３つの貫通孔４０４が示されている。図５には３つの貫通孔４０４が示されているが、第２の容積３０６から内容積２０４の残りの部分へのガスの流れを制御するため、任意の数の貫通孔（例えば１つまたは複数の貫通孔）を提供することができる。

【0021】

図４に戻る。いくつかの実施形態では、環状チャネル４０２が実質的に垂直であり、少なくとも１つの貫通孔４０４が実質的に水平である（例えば環状チャネル４０２と少なくとも１つの貫通孔４０４が互いに垂直である）。少なくとも１つの貫通孔４０４は、貫通孔４０４の直径よりも大きな直径を有する外側セクション４０６を含むことができる。図４に示された矢印は、冷却チャンバの内容積２０４が第１の圧力に維持され、第２の容積３０６が、第１の圧力よりも高い第２の圧力に維持される本開示のいくつかの実施形態に基づくガス流路を示す。図４に示されているように、結果として生じる流路は、第２の容積３０６から内容積２０４の残りの部分へのガスのチョークドフロー（ｃｈｏｋｅｄ ｆｌｏｗ）を提供する。

【0022】

図２に戻る。いくつかの実施形態では、滑らかでより均一な層状のガス流を第２の容積３０６内に供給することを容易にするために、内容積に面するプレート２１４の表面が曲面として作られている。例えば、第２の容積３０６を横切って基板支持体２０８（およびプレート２１４）の中心軸の近くで厚さがより大きく、第２の容積３０６を横切って中心軸の半径方向外側の位置で厚さがより小さい浅いボウルまたは漏斗を形成するため、第２の容積に面するプレート２１４の表面を凹形にすることができる。いくつかの実施形態では、第２の容積に面するプレート２１４の表面を凹形にするために、プレート２１４の厚さが、中心開口３０４から外側にいくにつれて増大する。

【0023】

いくつかの実施形態では、プレート２１４または基板支持体２０８のうちの少なくとも一方が、冷却材を流して基板２１２の冷却速度を増大させるための１つまたは複数の流れチャネルを含むことができる。例えば、図２に示されているように、基板支持体２０８は、基板支持体２０８内の例えば支持表面２１０の下に配された１つまたは複数の流れチャネル２１８を含むことができる。この１つまたは複数の流れチャネル２１８に冷却材供給源２１６を結合して、流れチャネル２１８に冷却材を供給することができる。その代わりにまたはこれと組み合わせて、プレート２１４が１つまたは複数の流れチャネル２３０を含むこともでき、この１つまたは複数の流れチャネル２３０は、冷却材供給源２１６または第２の冷却材供給源２３１（図２に示されている）に結合することができる。
支持表面２１０の開口（図５に示されている）を通して裏側ガスを供給するため、いくつかの実施形態では、基板支持体２０８にガス供給源２２０が結合され得る。裏側ガスの循環を改良するため、支持表面２１０は複数の溝（図示せず）を含むことができる。裏側ガスを供給すると、基板と基板支持体２０８の間の熱伝導が向上することによって、基板２１２の冷却速度をさらに高めることができる。例えば、図５は、本開示の実施形態に基づく基板支持体の上面図を示す。基板支持体２０８上に基板２１２が配されたときに支持表面２１０と基板２１２の裏側との間に配される領域に裏側ガスを流すため、図５に示されているように、基板支持体２０８は中心開口５０２を含むことができる。支持表面２１０と基板２１２の裏側との間の空間に裏側ガスを流入させて基板の冷却を向上させるため、中心開口５０２はガス供給源２２０と流体連通している。

【0024】

図２に戻る。いくつかの実施形態では、冷却チャンバ２００の動作を制御するコントローラ２５０を提供すれることができる。コントローラ２５０は、産業用設定においてさまざまなチャンバおよびサブプロセッサ（ｓｕｂ−ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を制御するために使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つとすることができる。ＣＰＵ２５２のメモリまたはコンピュータ可読媒体２５６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスクまたは任意の他の形態のディジタル記憶装置などの容易に入手可能なメモリのうちの１種または数種のメモリとすることができ、また、局部メモリまたは遠隔メモリとすることができる。ＣＰＵ２５２には、プロセッサを従来の方式で支援する支援回路２５４が結合されている。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路およびサブシステムなどを含む。

【0025】

本明細書に開示された方法は一般に、ＣＰＵ２５２によって実行されたときに本開示のプロセスを冷却チャンバ２００に実行させるソフトウェアルーチン２５８としてメモリ２５６に記憶することができる。ソフトウェアルーチン２５８は、ＣＰＵ２５２が制御しているハードウェアから遠く隔たった位置にある第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶および／または実行することもできる。本開示の方法の一部または全部をハードウェアで実行することもできる。そのため、本開示の実施形態は、ソフトウェアで実現し、コンピュータシステムを使用して実行することができ、例えば特定用途向け集積回路もしくは他のタイプのハードウェア実現としてハードウェアで実現および実行することができ、またはソフトウェアとハードウェアの組合せとして実現および実行することができる。ソフトウェアルーチン２５８は、基板支持体２０８上に基板２１２が配置された後に実行することができる。ＣＰＵ２５２によって実行されたときに、ソフトウェアルーチン２５８は、汎用コンピュータを、本明細書に開示された方法が実行されるような態様でチャンバ動作を制御する特定目的コンピュータ（コントローラ）２５０に変化させる。

【0026】

図６は、本開示のいくつかの実施形態に基づく方法６００を示す流れ図を示す。方法６００は、上で論じたコントローラ２５０によって実施することができる。方法６００は一般に６０５から始まり、６０５で、基板支持体２０８の支持表面２１０に基板２１２を置く。リフトピンアセンブリ２３８が複数のリフトピン孔５０４から延出して基板２１２を受け取る。続いて、リフトピンアセンブリ２３８を下げて、基板２１２が支持表面に（例えば直接にまたは複数の支持要素上に）載ることができるようにする。

【0027】

６１０で、基板支持体２０８とプレート２１４の相対位置を、基板支持体２０８上に基板２１２を置くことおよび基板支持体２０８上の基板２１２を取り外すことを容易にする第１の位置（例えば図２）から、外リング２３２内に配された環状シール２３６がプレート２１４の周縁部と接触して第２の容積３０６を実質的に密封し、それによって第２の容積３０６を冷却チャンバ２００の内容積２０４の残りの部分から分離する第２の位置（例えば図３および４）へ移動させる。いくつかの実施形態では、基板支持体２０８を移動させ、プレート２１４を固定する。いくつかの実施形態では、基板支持体２０８に加えてプレート２１４を移動させてもよく、または基板支持体２０８の代わりにプレート２１４を移動させてもよい。

【0028】

６１５で、プレート２１４の中心開口３０４を通してガス供給源２２８から第２の容積３０６にガスを流入させる。第２の容積３０６にガスを流入させると、第２の容積３０６内の圧力が増大し、内容積２０４の圧力よりも高くなる。このガスは次いで、第２の容積３０６から、環状チャネル４０２および少なくとも１つの貫通孔４０４を通って、内容積２０４の残りの部分に流入する。内容積２０４内の圧力をあまりに大量には上昇させずに第２の容積３０６の内側の増大した圧力をより容易に維持するため、環状チャネル４０２および少なくとも１つの貫通孔４０４は、チョークドフローを生成するようなサイズおよび形状を有する。増大した圧力は、基板２１２と支持表面２１０の間の接触面積を改善し、その結果、基板２１２と支持表面２１０の間の伝導を向上させる。さらに、増大した圧力は、ガスを介した基板からプレート２１４への伝導を向上させ、基板の冷却速度をさらに高める。

【0029】

基板２１２をより急速に冷却するため、６２０で、基板支持体２０８内の１つもしくは複数の流れチャネル２１８、プレート２１４内の１つもしくは複数の流れチャネル２３０、またはその両方に冷却材を流すことができる。この冷却材は、例えば脱イオン（ＤＩ）水などの水、ＧＡＬＤＥＮ（登録商標）などの適当なペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）流体など、知られている任意の冷却材を含むことができる。
６２５で、ガス供給源２２８およびガス供給源２２０からのガスの流れを止め、さらに、基板支持体からの基板２１２の取外しを容易にするため、基板支持体２０８を再び第１の位置へ移動させる。この第１の位置では、基板２１２の取外しを容易にするために、リフトピンアセンブリ２３８が複数のリフトピン孔５０４から延出して、基板２１２を支持表面２１０から持ち上げる。

【0030】

以上では、真空処理ツールに結合されたチャンバ内での基板の急速冷却について説明したが、その代わりに、ヒータを提供することによって、または所望の温度の熱伝達流体を流れチャネル２１８、２３０に流すことによって、本明細書に記載された装置を基板の急速加熱に使用することもできる。

【0031】

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の追加の実施形態を考案することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】