JP2019161087A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバから外部への気体の流出および外部からチャンバ内への外気の流入を効果的に防止することのできる技術を提供する。【解決手段】本発明に係る基板処理装置１は、塗工膜が形成された基板Ｓが上面に載置される保持部１２と、保持部に載置される基板を加熱する加熱部と、保持部に載置される基板の上方に気体が流通する流通空間を形成するチャンバ１１と、流通空間の一方端で開口する給気口３５１を介して、流通空間へ加熱された気体を供給する給気部３０と、流通空間を挟んで給気口とは反対側の流通空間の他方端で開口する排気口１１６を介して、流通空間から気体を排出する排気部５０と、流通空間内の気圧とチャンバの外気の気圧との差圧を検出する検出部１６と、その検出結果に基づき、差圧が低減するように、給気量および排気量の少なくとも一方を制御する制御部とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、基板を加熱処理する基板処理装置および方法に関し、特に基板表面に形成された塗工膜の成分を加熱により揮発させる基板処理技術に関するものである。

例えば半導体基板、表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等、各種の基板の処理工程においては、基板に塗工液を塗布した後、塗工液に含まれる成分を揮発させるという処理が広く用いられている。揮発を促進するために、基板が加熱されることがある。このような加熱処理を目的とする基板処理装置では、熱の放散を抑制してエネルギー効率を向上させるとともに、加熱により揮発した塗工液の成分が周囲に飛散するのを防止するため、チャンバ内で処理が行われるのが一般的である。この場合、加熱により揮発した塗工液の成分がチャンバ内で冷やされて析出し、チャンバ内壁面に付着することがある。このような付着物は基板に落下することで汚染源となり得る。

この問題に対応するため、例えば特許文献１、２に記載の基板処理装置では、チャンバの天井面に沿って、昇温された気体による気流を形成するための手段が設けられている。すなわち、チャンバの側部に加熱気体を吐出する給気口が設けられるとともに、基板を挟んで給気口とは反対側に設けられた排気口から加熱気体が排気される。これにより、揮発した塗工液の成分はチャンバ内で析出することなく外部へ排出される。

特開２００８−２５１６７０号公報 特開２００８−２５１８６３号公報

上記の特許文献１、２では、加熱気体のチャンバへの給気量およびチャンバからの排気量およびそれらの制御について明示がないが、安定的な気流を形成するという目的からは給気量と排気量とを等しくすることが前提になっていると考えられる。しかしながら、給気量と排気量とのバランスを失わせる種々の要因が存在する。例えば、揮発した塗工液の成分が排気経路内で析出し排気経路の断面積を縮小させることで排気量が低下し、結果として給気量が排気量を上回ってしまうという現象が起こり得る。

この例に限らず何らかの要因で給気量が排気量よりも大きくなると、チャンバの内圧が上昇し、チャンバから外部へ気体の漏れ出しが発生する。漏れ出す気体には塗工液から揮発した成分も含まれるため、そのような成分が周囲雰囲気で冷やされてチャンバの周囲で析出し、周囲の部品やチャンバに対し搬入・搬出される基板に付着するという問題が生じる。また、逆に排気量が給気量より大きくなると、温度低下の原因となる常温の外気や汚染物質等をチャンバ内に流入させてしまうという問題が生じる。これらのことから、上記従来技術においては、給気量と排気量とのバランスを常に維持する必要があるが、この点に関しては特に考慮されていない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、チャンバ内に加熱された気体を導入しこれを排出する手段を有する基板処理装置において、チャンバから外部への気体の流出および外部からチャンバ内への外気の流入を効果的に防止することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明に係る基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、塗工膜が形成された基板が上面に載置される保持部と、前記保持部に載置される前記基板を加熱する加熱部と、前記保持部を収容し、前記保持部に載置される前記基板の上方に気体が流通する流通空間を形成するチャンバと、前記チャンバ内で前記流通空間の一方端で開口する給気口を介して、前記流通空間へ加熱された気体を供給する給気部と、前記チャンバ内で前記流通空間を挟んで前記給気口とは反対側の前記流通空間の他方端で開口する排気口を介して、前記流通空間から前記気体を排出する排気部と、前記流通空間内の気圧と前記チャンバの外気の気圧との差圧を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記差圧が低減するように、前記給気部による給気量および前記排気部による排気量の少なくとも一方を制御する制御部とを備えている。

また、この発明に係る基板処理方法の一の態様は、塗工膜が形成された基板をチャンバ内の保持部に載置して加熱する基板処理方法であって、上記目的を達成するため、前記チャンバは、前記基板の上方に気体が流通する流通空間を形成し、前記チャンバ内で前記流通空間の一方端で開口する給気口を介して、前記流通空間へ加熱された気体を供給するとともに、前記チャンバ内で前記流通空間を挟んで前記給気口とは反対側の前記流通空間の他方端で開口する排気口を介して、前記流通空間から前記気体を排気し、前記流通空間内の気圧と前記チャンバの外気の気圧との差圧を検出し、前記検出部の検出結果に基づき、前記差圧が低減するように、前記給気口からの給気量および前記排気口からの前記排気部による排気量の少なくとも一方を制御する。

このように構成された発明では、チャンバ内の気圧と外気の気圧との差圧が検出され、その検出結果に応じて給気量と排気量との少なくとも一方が制御される。チャンバ内の気圧が外気圧よりも高ければ内部気体の流出が発生し、逆の場合にはチャンバ内に外気が流入する。給気量と排気量とがそれぞれ所定値に制御されていたとしても、それらの僅かな変動やその他の外的要因で微小な気圧差が生じ得る。

しかしながら本発明では、給気量および排気量の少なくとも一方が、チャンバ内と外気との差圧の検出結果に基づいて制御されており、より具体的には気圧差を小さくするように制御されている。このため、チャンバ内と外気との気圧差の発生を抑制することがカノであり、気圧差に起因するチャンバからの内部気体の流出やチャンバへの外気の流入を効果的に防止することができる。

上記のように、本発明によれば、チャンバ内と外気との差圧が検出され、その差が小さくなるように給気量および排気量の少なくとも一方が制御される。このため、チャンバ内と外気との間の気圧差に起因するチャンバからの気体の流出およびチャンバへの外気の流入を効果的に防止することができる。

本発明に係る基板処理装置の一実施形態を示す図である。 本実施形態の基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。 この実施形態における基板の加熱処理を示すフローチャートである。 加熱処理の変形例を示すフローチャートである。 複数の処理ユニットを有する基板処理システムの構成例を示す図である。

図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態を示す図である。また、図２は本実施形態の基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置１は、表面に塗工液が塗布された、例えば半導体基板やガラス基板等の各種基板を受け入れて加熱することにより、塗工液中の溶媒成分を揮発させる目的に用いられるものである。例えば基板表面にフォトレジスト膜を形成する目的に、この基板処理装置１を用いることができる。なお、基板および塗工液の種類についてはこれに限定されるものではない。

図１に示すように、基板処理装置１は、基板Ｓに対する処理の主体となる処理ユニット１０と、処理ユニット１０に加熱気体を供給する給気ユニット３０と、処理ユニット１０から排出される気体を排気する排気ユニット５０と、これらの各ユニットを制御して装置全体の動作を司る制御ユニット７０とを備えている。

図１において処理ユニット１０はその側面断面図が示されている。処理ユニット１０は、基板Ｓを受け入れるチャンバ１１を備えている。チャンバ１１内で処理を行うことで、加熱処理によって揮発した塗工膜の成分が周囲へ飛散するのを防止するとともに、加熱される基板Ｓの周囲を覆うことで熱の放散を抑制しエネルギー効率を高めることができる。これらの目的のために、チャンバ１１は、いずれも二重壁構造となった金属製、例えばステンレス製の天板１１１、側板１１２、底板１１３およびシャッタ１１４を箱型に組み合わせた構造となっている。

シャッタ１１４は、チャンバ１１の一方側面に設けられた開口１１５に対して開閉自在に取り付けられており、閉状態ではパッキン１１６を介してチャンバ１１の側面に押し付けられることで開口１１５を塞ぐ。一方、図１に点線で示すシャッタ１１７の開状態では、開放された開口１１５を介して外部との間で基板Ｓのやり取りを行うことができる。すなわち、図示しない外部の搬送ロボット等に保持される未処理の基板Ｓが、開口１１５を介してチャンバ１１内に搬入される。またチャンバ１１内の処理済みの基板Ｓが、搬送ロボット等によって外部へ搬出される。

チャンバ１１の底部にはホットプレート１２が設けられている。ホットプレート１２はその上面が平坦な基板載置面１２１となっており、外部から搬入される基板Ｓは、塗工液が塗布された面を上向きにして基板載置面１２１に載置される。ホットプレート１２の内部にはヒータ１２２（図２）が内蔵されており、ヒータ１２２は基板載置面１２１を所定の温度に加熱する。基板載置面１２１の温度は、例えば１００℃ないし１３０℃とされる。昇温されたホットプレート１２に基板Ｓが載置されることで、基板Ｓの上面に形成された塗工膜が基板Ｓを介して加熱され、溶媒等の揮発成分が加熱により揮発し塗工膜が乾燥硬化する。

処理ユニット１０には、ステージ１２と搬送ロボットとの間での基板Ｓの受け渡しをスムーズに行うためにリフトピン１３が設けられている。具体的には、チャンバ１１の底板１１３およびステージ１２には垂直方向に延びる貫通孔１３１が複数設けられており、それらの貫通孔１３１の各々にリフトピン１３２が挿通されている。各リフトピン１３２の下端は昇降部材１３３に固定されており、昇降部材１３３は昇降機構１３４により上下方向に昇降自在に支持されている。昇降機構１３４が作動して昇降部材１３３を昇降させることで各リフトピン１３２が一体的に昇降し、リフトピン１３２は、その上端がホットプレート１２の基板載置面１２１よりも上方に突出する上部位置と、上端が基板載置面１２１よりも下方に退避した下部位置との間で移動する。

図１はリフトピン１３２が下部位置にある状態を示しており、この状態ではリフトピン１３２の上端は基板Ｓから離間しており、基板Ｓは基板載置面１２１に密着している。一方、リフトピン１３２が上部位置まで上昇すると、リフトピン１３２の上端が基板Ｓの下面に当接して基板Ｓを押し上げる。これにより、基板Ｓと基板載置面１２１との間に隙間が生じ、この隙間に搬送ロボットのハンドを進入させることで、搬送ロボットと基板再載置面１２１との間での基板Ｓの受け渡しが可能となる。

チャンバ１１の天板１１１の中央部には差圧計測用ポートとしての貫通孔１１７が設けられ、貫通孔１１７には配管１５が接続されている。そして、配管１５の端部には微差圧計１６が取り付けられている。微差圧計１６は、チャンバ１１内の処理空間ＳＰの気圧と、チャンバ１１周囲の外気の気圧との差圧に応じた信号を出力する。微差圧計としては、例えばシリコンダイアフラムとこれを挟む電極とを有し、シリコンダイアフラムの両側の空間の気圧差に応じて静電容量が変化するタイプのものを用いることができる。このタイプの微差圧計としては、例えば数Ｐａ程度の小さな圧力差も検出可能な製品が市販されている。ダイアフラムの一方側が処理空間ＳＰに連通され、他方側は大気開放される。

チャンバ１１の内部空間ＳＰのうち、水平方向においてはシャッタ１１４の近傍であって垂直方向には天板１１１の直下位置に、給気ユニット３０の給気ノズル３５が設けられている。一方、チャンバ１１の内部空間ＳＰのうち、基板載置面１２１に載置される基板Ｓを挟んで気体吐出ノズル３５とは反対側の側壁面には排気口１１６が設けられている。排気口１１６には排気ユニット５０が接続されている。

給気ユニット３０は、図示しない外部の供給源から清浄な乾燥空気（クリーンドライエア；ＣＤＡ）を導入する吸気バルブ３１と、ＣＤＡの流量を計測するマスフローメータ（ＭＦＭ）３２と、ＣＤＡの流量を調整する流量調整器３３と、ＣＤＡを所定温度に加熱するヒータ３４と、給気ノズル３５とを備えている。外部から導入されたＣＤＡはマスフローメータ３２および流量調整器３３により所定流量に調整され、ヒータ３４により所定温度に昇温される。ＣＤＡの温度としては、例えば基板載置面１２１の温度と同程度とすることができる。

給気ノズル３５はチャンバ１１内の処理空間ＳＰに設置されており、処理空間ＳＰの一方端部（図１において右端部）から中央部に向けて開口する給気口３５１から、加熱気体として昇温されたＣＤＡを処理空間ＳＰに供給する。給気口３５１から吐出される加熱気体は、図１に破線矢印で示すように、チャンバ１１の天板１１１の下面に沿って流れる気流を生成し、最終的に処理空間ＳＰの他方端部（図１において左端部）に設けられた排気口１１６に流れ込む。チャンバ１１の天板１１１の下面に沿って加熱気体による気流が形成されることで、基板Ｓに塗布された塗工液から揮発した成分が再冷却されて析出し天板１１１に付着することが防止される。

チャンバ１１の天板１１１の下面は平坦かつ基板Ｓの上面と概ね平行になっている。このため、給気ノズル３５から吐出される加熱気体は、その給気量が適宜に設定されることにより、天板１１１の下面に沿った層流を形成する。こうすることで、チャンバ１１内に乱流が発生することでチャンバ１１内の付着物が基板Ｓに落下し基板Ｓを汚染するのを防止することができる。

排気口１１６に到達した加熱気体は、排気ユニット５０によりチャンバ１１から排出される。排気ユニット５０は、チャンバ１１の排気口１１６に接続され排気経路を形成する排気管５１と、排気管５１に介挿された排気バルブ５２、流量調整器５３およびブロワ５４を備えている。ブロワ５４にはモータ５５が接続されており、モータ５５が回転することによりブロワ５４が作動し、排気管５１内の気体が排出される。排出された気体は、最終的に外部の図示しないユーティリティに回収される。排気バルブ５２および流量調整器５３は、排気管５１を介して排気される気体の排気量を増減する。

排気管５１の途中には貫通孔５１１が設けられ、貫通孔５１１には配管５６が接続されている。そして、配管５６の端部には微差圧計５７が取り付けられている。微差圧計５７は、排気管５１内の気圧と、チャンバ１１周囲の外気の気圧との差圧に応じた信号を出力する。微差圧計としては、チャンバ１１に接続された微差圧計１６と同等のものを用いることができる。

図２に示すように、制御ユニット７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１と、メモリ７２と、ストレージ７３と、インターフェース７５とを備えている。ＣＰＵ７１は、予め用意された制御プログラムを実行することで基板処理装置１に所定の動作を行わせる。ストレージ７３は、ＣＰＵ７１が実行すべき制御プログラムや各種の制御用データを記憶する。メモリ７２は、ＣＰＵ７１が制御プログラムを実行することで生成される各種の中間データや装置各部から送信されてくる信号データ等を一時的に記憶する。インターフェース７４は、処理ユニット１０、給気ユニット３０および排気ユニット５０とのデータの送受およびオペレータとの情報交換を司る。

制御ユニット７０はさらに、後述する基板Ｓの加熱処理を実行するための機能ブロックとして、給気制御部７１１、ヒータ制御部７１２、昇降制御部７１３、シャッタ制御部７１４、差圧計測部７１５および排気制御部７１６等を備えている。これらの機能ブロックは、専用ハードウェアによって実現されてもよく、またＣＰＵ７１が所定の制御プログラムを実行することでソフトウェア的に実現されてもよい。また、適宜のハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。

給気制御部７１１は、給気ユニット３０を制御する。具体的には、吸気バルブ３１の開閉制御、マスフローメータ３２により検出されるＣＤＡの流量検出結果に基づく流量調整器３３による流量調整、およびヒータ３４の温度調整等を行う。これにより、給気ユニット３０からは所定温度、所定流量の加熱気体（ＣＤＡ）がチャンバ１１内に供給される。

ヒータ制御部７１２は、ホットプレート１２に内蔵されたヒータ１２２の温度調整を行う。これにより、基板Ｓが所定温度に昇温される。昇降制御部７１３は、駆動機構１３４を作動させてリフトピン１３２を昇降させる。シャッタ制御部７１４はシャッタ１１４の開閉動作を制御する。外部の搬送ロボットの動作にシャッタ１１４とリフトピン１３２とが協調動作することにより、チャンバ１１への基板Ｓの搬入時およびチャンバ１１からの基板Ｓの搬出が実現される。

差圧計測部７１５は、処理ユニット１０に設けられた微差圧計１６および排気ユニット５０に設けられた微差圧計５７からの出力信号に基づき差圧を計測する。具体的には、微差圧計１６の出力信号から、チャンバ１１内の処理空間ＳＰと外気との間の気圧差が検出される。また、差圧計５７の出力信号から、排気管５１内と外気との間の気圧差が検出される。後述するように、これらの検出結果は、制御ユニット７０が給気ユニット３０による給気量および排気ユニット５０による排気量を制御する際に用いられる。

排気制御部７１６は、排気ユニット５０を制御する。具体的には、排気バルブ３１の開閉、流量調整器５３による流量調整、およびブロワ５４のモータ５５の回転制御等を行う。このとき、必要に応じて微差圧計５７の出力が用いられる。具体的には、微差圧経７により検出される排気管５１内の気圧と外気圧との差が所定値となるように排気バルブ５２、流量調整器５３およびモータ５５が制御されることにより、一定の排気能力で排気を行うことができる。

次に、上記のように構成された基板処理装置１の動作について説明する。この基板処理装置１の基本的な動作は、表面に塗工液の膜が形成された基板Ｓを外部から受け入れ、基板Ｓを加熱処理することによって液中の溶媒成分等を揮発させ、処理後の基板Ｓを外部へ送出する、というものである。このとき、揮発した成分が再冷却されてチャンバ１１の天板１１１に付着するのを防止するために、天板１１１の下面に沿って加熱気体による気流が形成される。

図３はこの実施形態における基板の加熱処理を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット７０が予め準備された制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を行わせることにより実現される。最初に、基板処理装置１の各部が基板Ｓを受け入れるための初期状態に初期化される（ステップＳ１０１）。初期状態においては、シャッタ１１４は閉じられ、ホットプレート１２は基板Ｓを加熱するための所定温度に昇温される。また、給気ユニット３０は、給気ノズル３５から所定温度に加熱されたＣＤＡを加熱気体としてチャンバ１１内に所定の給気量で供給し、排気部５０は給気量と同じ量の気体をチャンバ１１から排出する。

この状態から基板Ｓが受け入れられる（ステップＳ１０２）。すなわち、リフトピン１３２が上部位置に位置決めされ、シャッタ１１４が開かれることにより、外部から基板Ｓの搬入を受け入れることができる状態になる。外部の搬送ロボットにより基板Ｓがチャンバ１１内に搬入され、基板Ｓは搬送ロボットからリフトピン１３２に受け渡される。搬送ロボットの退避後、シャッタ１１４が閉じられるとともにリフトピン１３２が下部位置へ下降し、これにより基板Ｓはリフトピン１３２からホットプレート１２に受け渡される。基板Ｓがホットプレート１２の基板載置面１２１に載置されることにより、ホットプレート１２による基板Ｓの加熱が開始される（ステップＳ１０３）。

このとき、微差圧計１６からの出力信号に基づきチャンバ１１内と外気との差圧が計測される（ステップＳ１０４）。チャンバ１１内の気圧が外気の気圧より高いとき、チャンバ１１から外気への気体の流出が生じ得る。例えば、チャンバ１１を構成する板部材間の隙間、シャッタ１１４とパッキン１１６との隙間、リフトピン１３２と貫通孔１３１との隙間等から、気体の流出が起こり得る。

このようにチャンバ１１内の気圧が外気圧より高くなるのは、給気量と排気量との平衡が崩れているときと考えられる。例えば、排気に含まれる塗工液の成分が析出し排気管５１の管壁に付着することで排気経路の断面積が減少し、排気能力が低下することによって、給気量に対する排気量の不足が生じることがある。

そこで、チャンバ１１内の気圧が外気の気圧より高ければ（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、排気制御部７１６は排気ユニット５０の排気能力を増大させることで排気量を増加させる（ステップＳ１０７）。排気量の増減は、排気バルブ５２の開度、流量調整器５３の開度およびモータ５５の回転数のいずれかを調整することによって行うことが可能である。これにより排気量が増加し、チャンバ１１内の気圧が低下する。

一方、チャンバ１１内の気圧が外気の気圧より低ければ（ステップＳ１０５においてＮＯかつステップＳ１０６においてＹＥＳ）、給気量に対して排気量が過剰であると考えられる。そこで、この場合には排気量を低減するように調整がなされる（ステップＳ１０８）。これによりチャンバ１１の内圧が上昇する。チャンバ１１の内圧と外気圧とに差がなければ（ステップＳ１０５においてＮＯかつステップＳ１０６においてＮＯ）、排気量の増減はなされない。

所定時間が経過し基板Ｓに対する加熱処理が終了するまで（ステップＳ１０９）、上記したステップＳ１０４ないしＳ１０８の処理が継続的に実行される。これにより、加熱処理の間、常時チャンバ１１の内圧と外気圧との差圧が検出され、気圧差がある場合にはその差を小さくするように排気量の増減が行われる。そのため、常時チャンバ１１の内圧と外気圧とが平衡した状態が維持される。したがって、チャンバ１１から外部への気体の流出およびチャンバ１１への外気の流入がいずれも効果的に抑えられる。

基板Ｓに対する加熱処理が終了すると（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、当該基板Ｓは外部へ搬出される（ステップＳ１１０）。すなわち、リフトピン１３２が上昇することで基板Ｓを基板載置面１２１から離間させ、シャッタ１１４が開いて搬送ロボットを進入させることにより、リフトピン１３２から搬送ロボットへ基板Ｓが受け渡されて搬出される。この間もホットプレート１２の温度制御および加熱気体による気流形成を維持することにより、シャッタ１１４の開閉によるチャンバ１１内の温度変化を少なくすることができる。

次に処理すべき新たな基板がある場合には（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、ステップＳ１０２に戻り、新たな基板を受け入れて上記同様に加熱処理を行う。この間も、各部の温度制御および加熱気体による気流形成は継続される。こうすることで、チャンバ１１内の温度変化を抑えて複数の基板Ｓを順次効率よく処理することができる。処理すべき基板がなければ（ステップＳ１１１においてＮＯ）、各部の加熱および気流形成を停止することで装置は終了状態に移行する（ステップＳ１１２）。

このように、この加熱処理においては、チャンバ１１の内圧と外気圧との間に気圧差があるとき、その差を小さくする方向に排気量が増加または低減される。こうして気圧差が解消されることで、気圧差に起因して生じるチャンバ１１から外部への気体の流出およびチャンバ１１への外気の流入が抑えられる。差圧の検出に微差圧計を用いることで、僅かな気圧差を高い感度で検出することが可能である。

また、配管内への析出物の付着により排気ユニット５０の排気能力は不可避的に低下してくるが、そのような場合でも差圧の発生を抑えながら処理を継続的に実行することが可能となる。そのため、メンテナンス作業の頻度を少なくし装置の稼働率を高めることができるので、生産性の向上を図ることが可能である。

なお、ここでは、排気管５１に析出物が付着して排気量が変動することに起因するチャンバ１１の内圧変化に対応することを主たる目的として、排気量の調整によりチャンバ１１の内圧と外気圧との気圧差の解消が図られている。しかしながら、チャンバ１１の内圧と外気圧との間に気圧差は、これ以外にも、例えば給気量および排気量のいずれかの微小な変動によっても生じ得る。したがって、排気量の増減に代えて給気量の増減によって気圧差の解消を図ることも可能である。また、以下に例示する変形例のように、給気量の調整と排気量の調整とを適宜切り替えて実行するようにしてもよい。

図４は加熱処理の変形例を示すフローチャートである。この変形例においては、図３のステップＳ１０５ないしＳ１０８に代えて、図４のステップＳ１５１ないしＳ１５９が実行される。これ以外の動作は同一であるため、図４では共通部分の記載を省略し、変更された内容について詳しく説明する。

この処理では、ステップＳ１０４において微差圧計１６の出力に基づきチャンバ１１内と外気との気圧差が計測されるとともに、微差圧計５７の出力に基づき排気管５１内と外気との気圧差が計測される（ステップＳ１５１）。微差圧計５７により検出される排気管５１内と外気との気圧差は、排気ユニット５０の排気能力を指標する。すなわち、微差圧計５７により検出される差圧が所定の目標値となるように排気ユニット５０の各部（排気バルブ５２、流量調整器５３およびモータ５５）が制御されており、もし排気能力が過剰であれば微差圧計５７により検出される差圧は目標値より大きくなる。逆に、排気能力が不足していれば微差圧計５７により検出される差圧は目標値より小さくなる。したがって、微差圧計５７が検出する差圧により、排気ユニット５０の排気能力の変化の有無を推定することが可能である。

具体的には、微差圧計１６の検出結果においてチャンバ１１内の気圧が外気圧よりも高いとき（ステップＳ１５２においてＹＥＳ）、微差圧計５７の検出結果に基づき排気能力の変動の有無が判定される（ステップＳ１５７）。排気管５１内と外気との差圧が目標値より小さければ排気能力が低下し、給気量に対し相対的に排気量が不足していると判断される（ステップＳ１５７においてＹＥＳ）。このとき、排気量が増加するように排気ユニット５０が制御される（ステップＳ１５８）。一方、排気量の不足がなければ（ステップＳ１５７においてＮＯ）、給気量が低下するように給気ユニット３０が制御される（ステップＳ１５９）。

また、チャンバ１１内の気圧が外気圧よりも低いときにも（ステップＳ１５２においてＮＯかつステップＳ１５３においてＹＥＳ）、微差圧計５７の検出結果に基づき排気能力の変動の有無が判定される（ステップＳ１５４）。排気管５１内と外気との差圧が目標値より大きければ、給気量に対し相対的に排気量が過剰と判断され（ステップＳ１５４においてＹＥＳ）、この場合には排気量が低下するように排気ユニット５０が制御される（ステップＳ１５５）。一方、排気量が過剰でなければ（ステップＳ１５４においてＮＯ）、給気量が増加するように給気ユニット３０が制御される（ステップＳ１５６）。

チャンバ１１と外気との間に気圧差がなければ（ステップＳ１５２においてＮＯかつステップＳ１５４においてＮＯ）、給気ユニット３０および排気ユニット５０の動作は現状維持とされる。ステップＳ１０９以降の動作については図３の処理と同じである。

このような構成では、チャンバ１１の内圧の変動が排気能力の変化に起因するものである場合にはその変化を打ち消すように排気量を増加または減少させ、それ以外の要因による場合には給気量を増加または減少させることでチャンバ１１内と外気との圧力差を小さくするような制御となる。これにより、気圧差に起因して生じるチャンバ１１から外部への気体の流出およびチャンバ１１への外気の流入が抑えられる。

ところで、この種の基板処理装置においては、同一構成の処理ユニットが多段に積み重ねられてより大規模な基板処理システムが構築される場合がある。このような場合、上記した構成の基板処理装置１を複数組、互いに独立したものとして組み合わせることも可能であるが、次に説明するように、一部の構成を共通化することも可能である。

図５は複数の処理ユニットを有する基板処理システムの構成例を示す図である。ここでは４段の処理ユニット１０を備えた基板処理システム１００を例示するが、処理ユニットの段数はこれに限定されず任意である。なお、前述の構成と同一の構成については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

この基板処理システム１００は、４組の処理ユニット１０を有しており、それぞれの処理ユニット１０は、ホットプレートを内蔵する処理チャンバ１１に微差圧計１６が接続された構造となっている。また給気ユニット３０も、各処理ユニット１０に対し１組ずつ設けられており、互いに独立に動作する。

一方、排気系は一部が共通化されている。すなわち、各処理チャンバ１１に排気管５１が接続され、各排気管５１にはそれぞれ微差圧計５７および排気バルブ５２が接続されている。ただし、排気バルブ５２の二次側配管５８は互いに接続されており、４組の処理ユニット１０に対して１組の流量調整器５３およびブロワ５４が設けられている。このような構成において、排気量の増減は、個々の処理ユニット１０に接続された排気バルブ５２の開度調整によって行われることになる。これにより、それぞれの処理ユニット１０に対して、上記と同様の制御が可能となり、チャンバ１１内と外気との気圧差に起因して生じるチャンバ１１から外部への気体の流出およびチャンバ１１への外気の流入を抑えるという効果が、各処理ユニット１０において得られることになる。

以上説明したように、上記実施形態においては、ホットプレート１２が本発明の「保持部」として機能しており、ヒータ１２２が本発明の「加熱部」として機能している。また、給気ユニット３０、排気ユニット５０および制御ユニット７０が、本発明の「給気部」、「排気部」および「制御部」としてそれぞれ機能している。また、上記実施形態では微差圧計１６が本発明の「検出部」に相当する一方、微差圧計５７が本発明の「第２検出部」に相当している。また、上記実施形態においては、チャンバ１１の天板１１１の下面と基板Ｓ上面との間の処理空間ＳＰが、本発明の「流通空間」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、天板１１１のうち基板Ｓの中央部上方に当たる位置に貫通孔１１７が設けられ配管１５を介して微差圧計１６が接続されている。これは、定常的かつ緩やかな層流が形成されているチャンバ１１の中央部で気圧を検出することで、乱流による計測誤差を抑えて正確な差圧を検出するためである。しかしながら、貫通孔１１７または配管１５の内壁に析出物が付着し基板Ｓに落下するのを未然に回避するために、基板Ｓの周縁部の上方よりも外側の天板１１１または側板１１２の壁面に、微差圧計を接続するための計測用ポートが設けられてもよい。

また、上記実施形態のチャンバ１１は、断熱性を高めるために二重壁構造の金属板を箱型に組み合わせた構造となっている。しかしながら、例えば適宜の材料、例えば金属、樹脂、ガラス等で予め箱型に形成された部材でチャンバが構成されていてもよい。

また、上記実施形態では昇温されたホットプレート１２に載置されることによって基板Ｓが加熱されるが、基板の加熱方法はこれに限定されない。例えば、流通空間の上方に配置された「加熱部」としてのヒータからの輻射熱により基板が加熱される構成であってもよい。この場合、基板載置面は平坦である必要は必ずしもなく、例えば搬送ロボットのハンドを進入させるための切り欠きが部分的に設けられていてもよい。このような構成ではリフトピンを省くことも可能である。

また、上記実施形態では、図１に示される基板処理装置１の各構成を用いてチャンバ１１内と外気との間の気圧差をなくすような制御がなされている。しかしながら、このようにチャンバ内と外気との微小な差圧を検出可能な装置構成を用いて、例えばチャンバ１１内と外気との差圧を予め定められた一定値に維持する、あるいは処理の進行に伴って差圧を変化させる等の制御を実現することも可能である。これにより、基板処理装置１により実現可能な処理の自由度がさらに高くなる。

なお、上記実施形態の加熱処理は、塗工液の膜が形成された、つまり表面に液膜が形成された状態の基板Ｓを受け入れ、その溶媒成分を加熱により揮発させることで塗工膜を乾燥硬化させるものである。しかしながら、例えば塗工膜が予め固化された固体膜から昇華性の成分を昇華させて除去するための加熱処理や、塗工膜の全成分を揮発させ基板を乾燥させるための加熱処理にも、上記構成の基板処理装置１を適用することが可能である。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、この発明においては、チャンバ内が外気より高圧であるとき排気量を増加させまたは給気量を減少させ、チャンバ内が外気より低圧であるとき排気量を減少させまたは給気量を増加させるように構成されてもよい。このような構成によれば、給気量と排気量とのバランスを改善することで差圧を小さくすることができる。

この場合、排気口よりも気体の流通方向の下流の排気経路内の気圧と外気の気圧との差圧を検出する第２検出部を設け、第２検出部の検出結果に基づいて、給気量および前記排気量のいずれを変化させるかを判断するようにしてもよい。このような構成によれば、第２検出部の検出結果から排気部の排気能力の変化を検知することができるので、排気能力の変化の有無に応じた適切な制御が可能となる。

また例えば、検出部は、一方端がチャンバに接続され内部空間が流通空間と連通する配管と、配管の他方端に接続された微差圧計とを有する構成であってもよい。差圧の検出に微差圧計を用いることで、わずかな気圧の差でも精度よく検出することが可能となる。微差圧計を流通空間に露出させず配管を介して流通空間に接続することで、流通空間に形成される気流による計測誤差を抑制することができる。

この場合、配管の一方端は、チャンバのうち基板の中央部上方の壁面に設けられた開口に接続されてもよい。このような構成によれば、定常的な気流が形成されるチャンバの中央部での気圧を計測することが可能であり、乱流に起因する計測誤差を抑えることが可能となる。あるいは例えば、配管の一方端は、チャンバのうち基板の周縁部より外側の壁面に設けられた開口に接続されてもよい。このような構成によれば、開口または配管に析出物が付着し落下したとしても、これが基板に落下することは防止される。

この発明は、基板表面に形成された塗工膜の成分を加熱により揮発させる基板処理技術に適用可能であり、例えば半導体基板、ガラス基板等の基板表面にフォトレジスト膜、保護膜等の機能層を形成する用途に好適である。

１ 基板処理装置
１０ 処理ユニット
１１ チャンバ
１２ ホットプレート（保持部）
１５ 配管
１６ 微差圧計（検出部）
３０ 給気ユニット（給気部）
５０ 排気ユニット（排気部）
５７ 微差圧計（第２検出部）
７０ 制御ユニット（制御部）
１１６ 排気口
１１７ 開口
１２２ ヒータ（加熱部）
３５１ 給気口
Ｓ 基板
ＳＰ 処理空間（流通空間）

Claims (8)

1. 塗工膜が形成された基板が上面に載置される保持部と、
   前記保持部に載置される前記基板を加熱する加熱部と、
   前記保持部を収容し、前記保持部に載置される前記基板の上方に気体が流通する流通空間を形成するチャンバと、
   前記チャンバ内で前記流通空間の一方端で開口する給気口を介して、前記流通空間へ加熱された気体を供給する給気部と、
   前記チャンバ内で前記流通空間を挟んで前記給気口とは反対側の前記流通空間の他方端で開口する排気口を介して、前記流通空間から前記気体を排出する排気部と、
   前記流通空間内の気圧と前記チャンバの外気の気圧との差圧を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づき、前記差圧が低減するように、前記給気部による給気量および前記排気部による排気量の少なくとも一方を制御する制御部と
   を備える基板処理装置。
2. 前記制御部は、前記チャンバ内が外気より高圧であるとき前記排気量を増加させ、前記チャンバ内が外気より低圧であるとき前記排気量を減少させる、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記制御部は、前記チャンバ内が外気より高圧であるとき前記排気量を増加させまたは前記給気量を減少させ、前記チャンバ内が外気より低圧であるとき前記排気量を減少させまたは前記給気量を増加させる、請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記排気口よりも前記気体の流通方向の下流の排気経路内の気圧と外気の気圧との差圧を検出する第２検出部を備え、
   前記制御部は、前記第２検出部の検出結果に基づいて、前記給気量および前記排気量のいずれを変化させるかを判断する請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記検出部は、一方端が前記チャンバに接続され内部空間が前記流通空間と連通する配管と、前記配管の他方端に接続された微差圧計とを有する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記配管の前記一方端は、前記チャンバのうち前記基板の中央部上方の壁面に設けられた開口に接続される請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記配管の前記一方端は、前記チャンバのうち前記基板の周縁部より外側の壁面に設けられた開口に接続される請求項５に記載の基板処理装置。
8. 塗工膜が形成された基板をチャンバ内の保持部に載置して加熱する基板処理方法において、
   前記チャンバは、前記基板の上方に気体が流通する流通空間を形成し、
   前記チャンバ内で前記流通空間の一方端で開口する給気口を介して、前記流通空間へ加熱された気体を供給するとともに、前記チャンバ内で前記流通空間を挟んで前記給気口とは反対側の前記流通空間の他方端で開口する排気口を介して、前記流通空間から前記気体を排気し、
   前記流通空間内の気圧と前記チャンバの外気の気圧との差圧を検出し、
   前記検出部の検出結果に基づき、前記差圧が低減するように、前記給気口からの給気量および前記排気口からの前記排気部による排気量の少なくとも一方を制御する、
   基板処理方法。

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