CN108428616B - 基板处理方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板处理方法，在热处理腔室内的热处理空间内对形成有处理膜的基板进行热处理，所述基板处理方法包括排气步骤、非活性气体供给步骤以及热处理步骤，在实施所述排气步骤、所述非活性气体供给步骤之后，实施热处理步骤，在所述排气步骤中，排出由包围热处理板的周围的罩部形成的热处理空间的气体，在所述非活性气体供给步骤中，从上方对所述热处理空间供给非活性气体，并且对所述热处理板的外周面与所述罩部的内周面之间的间隙供给非活性气体，在所述热处理步骤中，对所述热处理空间内的基板进行热处理。

Description

基板处理方法及其装置
技术领域
本发明涉及对半导体晶片、液晶显示器用基板、有机EL(Electroluminescence：电致发光)显示装置等的FPD(Flat Panel Display：平板显示器)用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板、光掩膜用基板、太阳能电池用基板(以下，简称为基板)进行热处理的基板处理方法及其装置。
背景技术
在最近的工艺技术中，作为浸液光刻、极紫外线光刻(EUV：Extreme UltravioletLithography)的代替技术，例如，DSA工艺正引起关注。为了进一步提高基板上的细微化，DSA工艺利用定向自组装(DSA：Directed Self Assembly)技术，该技术利用了嵌段共聚物的微相分离。
这样的DSA工艺中的传统基板处理方法，在对基板涂敷BCP(Block Co-Polymer：嵌段共聚物)形成处理膜后，在热处理腔室的热处理空间中进行加热基板的处理膜的热处理，使处理膜中的两种聚合物彼此(相)分离。然后，通过对(相)分离后的一种聚合物进行蚀刻来形成细微的图案(例如，参照日本特开2014-22570号公报)。
然而，在具有这样的结构的以往例中存在如下的问题。
即，在以往的方法中，存在因在热处理空间中形成的处理环境气体而有时不能使处理膜中的聚合物适当地分离的问题。此外，在DSA工艺以外的工艺中，例如在对基板涂敷了SOG(Spin On Glass：旋涂玻璃)溶液后，如进行热处理来生成膜的工艺等那样，在热处理腔室内对基板进行热处理的工艺中，也可能因在热处理空间中形成的处理环境气体导致所形成的膜的特性、性能出现问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于，提供一种基板处理方法及其装置，在热处理工艺中，通过形成适合的热处理空间的处理环境气体，能够适当地成膜。
作为用于解决上述问题的深入研究的结果，本发明的发明人得到了如下的知识。
在热处理腔室内以热处理空间内的各种处理环境气体进行了热处理后，从热处理空间的各种参数与聚合物的分离状态之间的关系着眼于热处理空间内的氧产生的影响。由此发现，在热处理空间内的氧气浓度未充分降低的热处理的情况下，出现了聚合物的(相)分离未适当进行的现象。另外，推测在氧气浓度未充分降低的情况下，聚合物相分离时受到不利影响，正常的相分离受到阻碍。此外，即使在DSA工艺以外的热处理工艺中，由氧引起的氧化对成膜特性也产生不利影响。基于这样的知识，本发明构成如下。
一种基板处理方法，在热处理腔室内的热处理空间内对形成有处理膜的基板进行热处理，其中，所述基板处理方法包括排气步骤、非活性气体供给步骤以及热处理步骤，在实施所述排气步骤、所述非活性气体供给步骤之后，实施热处理步骤，在所述排气步骤中，排出由包围热处理板的周围的罩部形成的热处理空间的气体，在所述非活性气体供给步骤中，从上方对所述热处理空间供给非活性气体，并且对所述热处理板的外周面与所述罩部的内周面之间的间隙供给非活性气体，在所述热处理步骤中，对所述热处理空间内的基板进行热处理。
根据本发明，通过排气步骤排出热处理空间的气体，通过非活性气体供给步骤从热处理空间的上方供给非活性气体，并且对热处理板的外周面与罩部的内周面之间的间隙供给非活性气体。热处理板的外周面与罩部的内周面之间的间隙较窄，仅从上方供给非活性气体则不能充分置换滞留于间隙的氧气，因此，也对间隙供给非活性气体。因此，由于也能够通过非活性气体置换滞留于间隙的氧气，因此，能够使热处理空间内的氧气浓度变得极低。其结果，能够使热处理步骤中的热处理空间的处理环境气体适合于热处理工艺，从而能够适当地进行成膜。
此外，在本发明中，优选地，所述热处理步骤在如下状态下实施：在从所述罩部的排气口的排气和从供相对于所述热处理板进退的支撑销穿过的贯通口的排气中，停止从所述排气口的排气，而仅进行从所述贯通口的排气。
由于仅从位于基板的下表面侧的贯通口排气，因此，基板的上表面附近的热处理环境气体的气流较稳定。因此，能够稳定地进行处理膜的热处理。
此外，在本发明中，优选地，所述处理膜由定向自组装材料构成。
能使热处理空间的处理环境气体适合于DSA工艺，从而能够适当地分离聚合物。
此外，本发明提供一种基板处理装置，在热处理空间内对形成有处理膜的基板进行热处理，其中，所述基板处理装置包括：热处理板，载置作为处理对象的基板；罩部，在所述热处理板的外周面的外侧与所述热处理板的外周面隔开间隙地竖立设置，包围所述热处理板的周围而在内部形成热处理空间；上部非活性气体供给机构，从上方对所述热处理空间供给非活性气体；开口，形成于所述罩部且与所述间隙连通；下部非活性气体供给机构，对所述开口供给非活性气体；排气机构，排出所述热处理空间的气体；以及控制部，在通过所述排气机构排出热处理空间的气体，并且从所述上部非活性气体供给机构及所述下部非活性气体供给机构供给了非活性气体后，对载置于所述热处理板的基板进行热处理。
根据本发明，控制部通过排气机构排出热处理空间的气体，并且从上部非活性气体供给机构及下部非活性气体供给机构供给非活性气体。从热处理空间的上方和连通于热处理板的外周面与罩部之间的间隙的开口供给非活性气体。因此，由于也能通过非活性气体置换滞留于间隙的氧气，因此，能够使热处理空间内的氧气浓度变得极低。其结果，能够使热处理步骤中的热处理空间的处理环境气体适合于热处理工艺，从而能够适当地进行成膜。
此外，在本发明中，优选地，所述罩部在俯视时隔着所述热处理板的中心相对的两个部位形成有所述开口。
由于从相对的两个部位的开口供给非活性气体，因此，与从一个部位供给非活性气体相比，能够对整个间隙充分地供给非活性气体。因此，能够通过非活性气体置换滞留于间隙的氧气。
此外，在本发明中，优选地，所述热处理板具有贯通口，该贯通口供用于交接基板的支撑销穿过，且与所述热处理空间连通，所述罩部具有与所述热处理空间连通的排气口，所述排气机构从所述贯通口及所述排气口进行排气，所述控制部在使所述排气机构停止从所述排气口的排气，仅进行从所述贯通口的排气的状态下对基板进行热处理。
控制部在使排气机构停止从排气口的排气，仅进行从贯通口的排气的状态下对基板进行热处理。由于仅从位于基板的下表面侧的贯通口排气，因此，基板的上表面附近的热处理环境气体的气流稳定。因此，能够稳定地进行处理膜的热处理。
附图说明
应当理解的是，虽然图示了目前优选的几种方式来说明本发明，但本发明并不限于如图所示的结构及方法。
图1是表示实施例的基板处理装置的整体结构的概略结构图。
图2是热处理板周围的俯视图。
图3是热处理板周围的纵剖视图。
图4是表示实施例的基板的处理例的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一个实施例。
图1是表示实施例的基板处理装置的整体结构的概略结构图，图2是热处理板周围的俯视图，图3是热处理板周围的纵剖视图。
基板处理装置用于实施本实施例的基板处理方法，该基板处理装置对基板W进行热处理。作为一个例子，在本实施例的基板W的表面上形成有由定向自组装材料构成的处理膜。
本实施例的基板处理装置具有热处理板部1、热处理腔室3、上部气体供给部5、闸门部7、腔室排气部9、支撑销升降部11、下部气体供给部13、支撑销密封排气部15、控制部17和设定部19。
热处理板部1用于在其上表面载置基板W来对该基板W进行热处理。热处理板部1具有底板21、热处理板23和加热器25。热处理板23的下部安装于底板21，并且底板21与热处理板23一同安装在热处理腔室3的下部。热处理板23例如由以铜(Cu)、铝(Al)等热传导率高的金属为基材的材料构成。热处理板23中埋设有加热器25，由该加热器25对热处理板23的温度进行调节。热处理板23的温度例如被加热器25调节在300～400℃的范围内。在该热处理板23的上表面埋设有未图示的接近球，该热处理板23以使基板W的下表面与热处理板23的上表面隔开规定间隔(例如，0.1mm)的方式载置基板W的下表面。
如图2所示，在俯视观察时，热处理板23在相当于等边三角形的顶点的位置形成有贯通口27。这些贯通口27从热处理板23的上表面贯通下表面，还进一步贯通底板21，并且后述的支撑销在这些贯通口27中穿过。此外，在热处理板23的中央部附近形成有在上下方向贯通热处理板23及底板21的板上表面供给口29。
热处理腔室3具有罩部31。罩部31的下部具有开口，上述的热处理板部1安装于该开口。罩部31呈包围热处理板部1的侧方及上方的形状。在罩部31的顶面和热处理板23的上表面之间形成空间。该空间是热处理空间HS。在罩部31的一侧的侧面形成有搬入搬出口33。该搬入搬出口33用于将要进行处理的基板W搬入热处理空间HS，或者将已处理的基板W从热处理空间HS搬出。在搬入搬出口33的周围安装有冷却管35。该冷却管35利用被供给的冷却水来冷却罩部31，该冷却管35保护搬入搬出口33周围的O形圈。
在罩部31的位于搬入搬出口33相反一侧的侧面上形成有排气口37。该排气口37用于排出罩部31内的气体。该排气口37具有与热处理空间HS的纵向截面积相当的程度的流路截面积。在排气口37的外侧经由O形圈以能够拆卸的方式设置有排气口罩39。在罩部31的顶面形成有多个贯通口41。在罩部31中的热处理板部1的周围，在罩部31和热处理板23的外周面之间存在俯视时呈环状的间隙43。在罩部31的面向该间隙43的侧面上，形成有与间隙43连通的开口45。如图2所示，开口45例如设置在俯视时隔着热处理板23的中心相对的两个部位。如图1及图3所示，在开口45的下方，在罩部31的外表面配置有冷却管35。该冷却管35保护罩部31和底板21之间的O形圈。下部气体供给部13对开口45及板上表面供给口29供给氮气。下部气体供给部13具有多个流量调整阀和开闭阀，可以调整氮气的流量。
上述的排气口37由于通过与热处理空间HS的纵向截面积相当的程度的大流路截面积的排气口进行排气，因此，能够高效地进行排气。
需要说明的是，上述的下部气体供给部13相当于本发明中的“下部非活性气体供给机构”。
在罩部31的上方且搬入搬出口33侧配置有压力传感器47。此外，在罩部31的上方且排气口37侧配置有氧气浓度传感器49。压力传感器47测量热处理空间HS内的压力，而氧气浓度传感器49测量热处理空间HS内的氧气浓度。需要说明的是，如后所述，氧气浓度传感器49仅在对氧气浓度变为目标值以下的经过时间进行测量的实验中使用，不必在通常的处理中配备氧气浓度传感器49。
在罩部31的上部配置有气体供给缓冲部51。从罩部31的上表面中心部供给的氮气(N2)一边在内部向周围扩散，一边从面积比上表面中心部更大的下表面开口部通过多个贯通口41供给至热处理空间HS内。在罩部31的上表面与气体供给缓冲部51的下表面之间配置有O形圈。在气体供给缓冲部51的内部配备有冷却管35。该冷却管35保护该O形圈。上部气体供给部5对上述的气体供给缓冲部51供给作为非活性气体的氮气。该上部气体供给部5例如具有两个流量调整阀等，可以将氮气的流量切换为两个等级。
需要说明的是，上述的气体供给缓冲部51相当于本发明中的“上部非活性气体供给机构”。
闸门部7配置在搬入搬出口33的前表面。闸门部7具有搬入搬出口33、闸门主体57和促动器59。闸门主体57被动作片沿着铅垂方向进退的促动器59驱动而升降。闸门主体57在上升了时经由O形圈封闭搬入搬出口33。当促动器59动作时，闸门主体57移动到图1中实线所示的位置，从而封闭搬入搬出口33，当促动器59未动作时，闸门主体57下降到图1中双点划线所示的位置，从而打开搬入搬出口33。
腔室排气部9经由上述的排气口罩39排出热处理空间HS的气体。腔室排气部9具有多个开闭阀、流量调整阀和吸气机等，通过从空气供给源供给空气来对热处理空间HS进行排气。另外，可以使用排气泵等来代替吸气机和空气供给源等。
支撑销升降部11具有三根支撑销61(图1中由于图示的关系，仅示出两根)、歧管63、机械密封构件65、升降构件67和促动器69。各支撑销61在上述的各贯通口27中穿过。各支撑销61贯通歧管63，并且各支撑销61的下端部经由机械密封构件65与升降构件67连结。在歧管63的上表面与底板21之间，以包围各贯通孔27的方式安装有O形圈。机械密封构件65的上端部安装于歧管63的下表面。机械密封构件65是由金属构件形成的密封构件，一边以气密的方式支撑支撑销61的外周面，一边允许支撑销61进行升降。歧管63在俯视时呈三角形状，在内部形成一个空间。在歧管63的一个部位形成有与该空间连通的排气口71。
升降构件67在俯视时呈环状，并且通过促动器69进行升降。促动器69配置为动作片沿着铅垂方向进退的姿势。当促动器69动作时，支撑销61突出并移动到图1中双点划线所示的基板W的交接位置，而当促动器69不动作时，支撑销61移动到图1中实线所示的退出位置。当该支撑销61移动到退出位置时，基板W载置于热处理板23的上表面上。
支撑销密封排气部15从上述的歧管63的排气口71进行排气。支撑销密封排气部15具有多个开闭阀、流量调整阀和吸气机等，通过从空气供给源供给空气，经由歧管63及贯通口27对热处理空间HS进行排气。此外，也同时对机械密封构件65中产生的尘埃进行排气。另外，支撑销密封排气部15也可以使用减压泵等来代替吸气机和空气供给源等。
由于由支撑销密封排气部15通过在热处理时载置基板W的位置附近所形成的贯通口27进行排气，因此，能够有效地降低在热处理时对成膜产生较大影响的基板W周围的氧气浓度。此外，在机械密封构件65中，由于支撑销61的滑动而产生的尘埃被排出而不会进入热处理空间HS，因此，能够干净地处理基板W。
需要说明的是，上述的贯通口27及排气口37相当于本发明中的“排气机构”。
上述的上部气体供给部5、腔室排气部9、下部气体供给部13、支撑销密封排气部15和促动器59、69由控制部17统一控制。控制部17内置有未图示的CPU、存储器和计时器。控制部17预先在未图示的存储器中存储有规定了热处理的顺序的多个方案。设定部19由操作者进行操作，选择多个方案中的一个，下达开始处理的指示，或下达在发出警报时进行操作的指示。
另外，在本实施例中，在未图示的存储器中预先存储有腔室排气时间、热处理过渡时间、热处理时间、冷却时间等，并且适当地被控制部17参照。该热处理过渡时间是在后述的热处理中，从排气开始时刻到热处理空间HS的氧气浓度变为目标值以下的经过时间。该热处理过渡时间是在设置有氧气浓度传感器49的状态下通过实验预先测量而确定的。
接下来，参照图4说明上述的基板处理装置的热处理的一个例子。需要说明的是，图4是表示实施例的基板的处理例的时序图。此处，图4的时序图中的实线表示热处理空间HS的压力，虚线表示热处理空间HS的氧气浓度。
在0时刻，控制部17开始通过支撑销密封排气部15从排气口71排气，并且开始通过腔室排气部9从排气口37排气。由此，开始排出热处理空间HS内的气体，在作为腔室排气时间的t1时刻，压力迅速下降到-p3(kPa)。需要说明的是，在作为腔室排气时间的t1时刻达到-p3(kPa)的条件，是进行对来自腔室排气部9和支撑销密封排气部15的排气量进行调整的各种实验而预先确定的。此外，与此同时，控制部17开始计时。通过该迅速排气，使闸门主体57牢牢地紧贴于搬入搬出口33的O形圈，还具有防止空气从外部进入热处理空间HS的效果。
控制部17在计时到作为腔室排气时间的t1时刻后，开始从上部气体供给部5和下部气体供给部13供给氮气。由此，热处理空间HS的压力开始迅速回到大气压侧，但维持在-p1(kPa)附近的负压。这是通过使来自上部气体供给部5和下部气体供给部13的氮气的供给量小于来自腔室排气部9和支撑销密封排气部15的排气量来进行的。从t1至t7时刻，通过排气和供给氮气来降低氧气浓度。
从t1至t7时刻，使排气量大于氮气的供给量而变为负压，但与氮气的气流相比，通过排出气体的气流更容易排出在热处理腔室3内的角部等滞留的氧气。因此，能够进一步降低氧气浓度。
在相当于从0时刻经过规定时间后的t7时刻，控制部17使腔室排气部9停止，并且过渡到如下动作：经由贯通口27排气(支撑销密封排气)和进行从上部气体供给部5和下部气体供给部13供给氮气的净化动作，来降低氧气浓度。由此，由于排气流量减少，因此，热处理空间HS的压力向大气压侧波动，并维持所施加的压力。
此时，虽然在热处理板23周围的间隙43有可能滞留氧气，但如图3所示，通过从开口45供给氮气，能使滞留的氧气随着氮气的气流而排出。因此，能够使热处理空间HS的氧气浓度变得极低。
在计时的时间达到了预先设定的热处理过渡时间的情况下，控制部17使支撑销61下降过渡到热处理。在t7～t9时刻，通过停止腔室排气而经由贯通口27排气(支撑销密封排气)和供给氮气，能够使截至t7时刻的热处理空间HS内的气流发生变化。因此，能够使热处理空间HS内滞留的氧气借由气流的变化而排出，从而能够进一步降低氧气浓度。
需要说明的是，上述的t1～t9时刻相当于本发明中的“排气步骤”及“非活性气体供给步骤”。
在达到热处理过渡时间的情况下，控制部17在t9时刻使促动器69不进行动作，并使支撑销61下降到退出位置。由此，基板W被载置于热处理板23的上表面上，开始对基板W进行热处理。控制部17开始计时，并且维持该状态直到达到热处理时间的t10时刻。需要说明的是，在该t9时刻，热处理空间HS中的氧气浓度下降到作为目标值的100ppm以下。
如上所述，由于能够不使用氧气浓度计49，只通过测量热处理过渡时间而过渡到热处理，因此，能够简化基板处理装置的结构，并且能够控制处理所需的成本。
当计时的时间达到热处理时间时，控制部17在t10时刻使促动器69动作，从而使支撑销61上升。由此，基板W从热处理板23离开而移动到交接位置。控制部17使腔室排气部9动作，从而开始从排气口37排气，并再次开始计时。由此，对基板W执行冷却处理。
需要说明的是，上述的t9～t10时刻相当于本发明中的“热处理步骤”。
在计时的时间达到冷却时间的情况下，控制部17在t11时刻使腔室排气部9、上部气体供给部5和下部气体供给部13停止。而且，不使促动器59进行动作，使闸门主体57下降，从而搬出基板W。
根据本实施例，排出热处理空间HS的气体，从热处理空间HS的上方供给氮气，并且从开口45对热处理板23的外周面与罩部31的内周面之间的间隙43供给氮气。热处理板23的外周面与罩部31的内周面之间的间隙43较窄，仅从上方供给氮气则不能充分置换滞留于间隙43的氧气，因此，从开口45也对间隙43供给氮气。因此，由于通过氮气也能置换滞留于间隙43的氧气，因此能够使热处理空间HS内的氧气浓度变得极低。其结果，能够使热处理空间HS的处理环境气体适合于热处理工艺，从而能够适当地进行成膜。
(1)在上述的实施例中，说明了基板W上覆盖由定向自组装材料形成的处理膜的方式，但本发明不限于这样的基板W。例如，也可适用于热处理空间HS中的氧气浓度产生不利影响的处理，例如，对涂敷有SOG(Spin On Glass：旋涂玻璃)溶液等的基板的处理。
(2)上述的实施例中，开口45形成在俯视时隔着热处理板23的中心相对相对的两个部位。但是，本发明不限于这样的方式。例如，开口45可以形成在三个部位以上。此外，可以不设置在隔着中心相对的位置。
(3)上述的实施例中，在热处理步骤中停止从排气口37排气。但是，只要不对成膜产生影响，也可以维持从排气口37排气。由此，能够简化控制。
(4)在上述的实施例中，说明了将氮气作为非活性气体的例子，但也可以使用例如氩气或氦气等其他非活性气体。
在不脱离本发明的精神或本质的情况下，本发明可以以其他的具体方式进行实施，因此，应当参照附加的权利要求而不是以上的说明来表示发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基板处理方法，在热处理腔室内的热处理空间内对形成有处理膜的基板进行热处理，其中，
所述基板处理方法包括排气步骤、非活性气体供给步骤以及热处理步骤，在实施所述排气步骤、所述非活性气体供给步骤之后，实施热处理步骤，
在所述排气步骤中，排出由包围热处理板的周围的罩部形成的热处理空间的气体，
在所述非活性气体供给步骤中，从上方对所述热处理空间供给非活性气体，并且对所述热处理板的外周面与所述罩部的内周面之间的间隙供给非活性气体，
在所述热处理步骤中，对所述热处理空间内的基板进行热处理，
所述热处理步骤在如下状态下实施：在从所述罩部的排气口的排气和从供相对于所述热处理板进退的支撑销穿过的贯通口的排气中，停止从所述排气口的排气，而仅进行从所述贯通口的排气。
2.根据权利要求1所述的基板处理方法，其中，
所述处理膜由定向自组装材料构成。
3.一种基板处理装置，在热处理空间内对形成有处理膜的基板进行热处理，其中，
所述基板处理装置包括：
热处理板，载置作为处理对象的基板；
罩部，在所述热处理板的外周面的外侧与所述热处理板的外周面隔开间隙地竖立设置，包围所述热处理板的周围而在内部形成热处理空间；
上部非活性气体供给机构，从上方对所述热处理空间供给非活性气体；
开口，形成于所述罩部且与所述间隙连通；
下部非活性气体供给机构，对所述开口供给非活性气体；
排气机构，排出所述热处理空间的气体；以及
控制部，在通过所述排气机构排出热处理空间的气体，并且从所述上部非活性气体供给机构及所述下部非活性气体供给机构供给了非活性气体后，对载置于所述热处理板的基板进行热处理，
所述热处理板具有贯通口，该贯通口供用于交接基板的支撑销穿过，且与所述热处理空间连通，
所述罩部具有与所述热处理空间连通的排气口，
所述排气机构从所述贯通口及所述排气口进行排气，
所述控制部在使所述排气机构停止从所述排气口的排气，仅进行从所述贯通口的排气的状态下对基板进行热处理。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其中，
所述罩部在俯视时隔着所述热处理板的中心相对的两个部位形成有所述开口。
5.根据权利要求3所述的基板处理装置，其中，
所述处理膜由定向自组装材料构成。
6.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，
所述处理膜由定向自组装材料构成。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的基板处理装置，其中，
所述下部非活性气体供给机构能够调整非活性气体的流量。
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