KR102502024B1 - 열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

피막 형성에 있어서의 막 두께의 균일성 향상에 유효한 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공한다.
열처리 장치(20)는, 처리 대상인 웨이퍼 W를 수용하는 처리실(31)과, 처리실(31) 내에 설치되어 웨이퍼 W를 지지하고 가열하는 열처리부이며, 당해 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 적어도 배열되는 복수의 열처리 영역(51)을 갖는 열처리부(50)와, 처리실(31) 내에 기체를 도입하는 급기구(35)와, 처리실(31) 내로부터 기체를 배출하는 배기구(34)와, 열처리부(50)에 지지되는 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되어 기류의 유속을 검출하는 복수의 유속 센서(71)와, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출되는 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하도록 열처리부(50)를 제어하는 제어부(100)를 구비한다.

Description

열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체{HEAT TREATMENT APPARATUS, HEAT TREATMENT METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 개시는 열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 처리 용기 내에 설치되어 기판을 적재하는 적재부와, 적재부에 적재된 기판을 가열하기 위한 가열부와, 기판의 외주를 따르도록 설치되고, 처리 용기 내에 급기하기 위하여 기판의 외주의 측방에 형성된 급기구와, 처리 용기 내로부터 배기하기 위하여 기판의 중앙부의 상방에 형성된 배기구를 구비하는 열처리 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2016-115919호 공보
본 개시는, 피막 형성에 있어서의 막 두께의 균일성 향상에 유효한 열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 측면에 따른 열처리 장치는, 처리 대상인 기판을 수용하는 처리실과, 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하고 가열 또는 냉각하는 열처리부이며, 당해 기판의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 열처리 영역을 갖는 열처리부와, 처리실 내에 기체를 도입하는 급기구와, 처리실 내로부터 기체를 배출하는 배기구와, 열처리부에 지지되는 기판의 둘레 방향으로 배열되도록 배치되어 기류의 유속을 검출하는 복수의 유속 센서와, 복수의 유속 센서에 의하여 검출되는 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역의 온도를 조절하도록 열처리부를 제어하는 제어부를 구비한다.
처리실 내에 있어서, 기류의 유속이 높은 개소와 낮은 개소에서는 열처리의 진행의 정도에 차이가 발생하고, 이것에 기인하여 열처리 후의 막 두께의 균일성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에 기류의 유속의 균일성 향상이 요망되지만, 기류 분포는 처리실 밖의 여러 조건의 영향도 받으므로 제어가 어렵다. 이에 비해 본 열처리 장치에서는 기류 분포의 제어 대신, 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역의 온도를 조절함으로써, 기류의 유속 분포에 기인하는 막 두께의 균일성 저하가 억제된다. 온도 분포는 기류의 유속 분포와 비교하여 용이하게 제어 가능하기 때문에, 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역의 온도를 조절하는 구성에 의하면, 기류의 유속 분포에 기인하는 막 두께의 균일성 저하를 용이하게 억제할 수 있다. 또한 복수의 유속 센서에 의하여 기류의 유속 분포를 실시간으로 검출하고 이에 따라 온도 분포를 조절할 수 있으므로, 외적 요인에 의하여 기류의 유속이 경시적으로 변화되는 경우에도 이에 즉응하여 온도 분포를 조절하여 유속의 변화의 영향을 억제할 수 있다. 또한 복수의 열처리 영역 및 복수의 유속 센서는 모두 기판의 둘레 방향으로 배열되도록 배치되어 있다. 이 배치는, 기판의 둘레 방향에 있어서의 유속 분포의 영향의 억제에 적합하다. 기류의 유속의 차이는, 기판의 둘레 방향에 있어서의 위치가 상이한 개소 간에 발생하기 쉬운 경향이 있다. 그래서, 기판의 둘레 방향에 있어서의 유속 분포의 영향의 억제에 적합한 구성에 의하면, 유속 분포의 영향을 보다 확실히 억제할 수 있다. 따라서 본 열처리 장치는, 피막 형성에 있어서의 막 두께의 균일성 향상에 유효하다.
처리 대상인 기판은 처리액이 도포된 기판이고, 제어부는, 복수의 유속 센서에 의하여 검출되는 기류의 유속과 온도 분포의 관계를 처리액의 종류에 따라 변화시키도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 기류의 유속 분포와 온도 분포의 관계를 처리액의 종류에 따라 적절히 설정함으로써, 기류의 유속 분포에 기인하는 막 두께의 균일성 저하를 보다 확실히 억제할 수 있다.
기판의 둘레 방향에 있어서, 복수의 유속 센서는 복수의 열처리 영역에 각각 대응하도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 각 열처리 영역 상의 기류의 유속이 직접적으로 도출되므로, 복수의 열처리 영역의 온도 설정값을 용이하게 도출할 수 있다.
복수의 유속 센서는, 열처리부에 지지되는 기판보다도 외측에 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 기판 상의 기류를 유속 센서에 의하여 흩뜨리지 않고 기류의 유속을 검출할 수 있다.
처리실의 내면은, 열처리부에 지지되는 기판의 표면에 대향하는 상면과, 당해 기판을 둘러싸는 둘레면을 포함해도 되며, 배기구는 상면의 중앙부에 설치되어 있어도 되고, 급기구는 둘레면을 따라 기판을 둘러싸도록 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 기판의 둘레 방향에 있어서의 위치가 상이한 개소 간에 기류의 유속의 차이가 발생하기 쉬운 경향이 보다 현저해지므로, 복수의 열처리 영역 및 복수의 유속 센서가 기판의 둘레 방향으로 배열되는 배치가 보다 유효하게 작용한다.
본 개시의 다른 측면에 따른 열처리 방법은, 처리 대상인 기판을 처리실 내에 반입하는 것과, 처리실 내의 열처리부 상에 기판을 적재하는 것과, 기판의 둘레 방향으로 배열되는 복수 개소에 있어서의 기류의 유속에 따른 온도 분포로 기판을 가열 또는 냉각하도록 열처리부를 제어하는 것을 포함한다.
처리 대상인 기판은 처리액이 도포된 기판이고, 복수 개소에 있어서의 기류의 유속과 온도 분포의 관계를 처리액의 종류에 따라 변화시켜도 된다.
본 개시의 또다른 측면에 따른 기억 매체는, 상기 열처리 방법을 장치에 실행시키기 위한 프로그램을 기억한, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체이다.
본 개시에 의하면, 피막 형성에 있어서의 막 두께의 균일성 향상에 유효한 열처리 장치, 열처리 방법 및 기억 매체를 제공할 수 있다.
도 1은 기판 처리 시스템의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도포·현상 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 3은 열처리 유닛의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 4는 열처리 영역 및 유속 센서의 배치를 예시하는 모식도이다.
도 5는 계수 데이터베이스의 기억 내용을 나타내는 테이블이다.
도 6은 제어부의 하드웨어 구성을 예시하는 블록도이다.
도 7은 열처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 열처리의 실행 중에 있어서의 웨이퍼의 상태를 도시하는 모식도이다.
도 9는 열처리 유닛의 변형예를 도시하는 모식도이다.
도 10은 열처리 유닛의 다른 변형예를 도시하는 모식도이다.
도 11은 열처리 유닛의 또다른 변형예를 도시하는 모식도이다.
〔기판 처리 시스템〕
기판 처리 시스템(1)은, 기판에 대하여 감광성 피막의 형성, 당해 감광성 피막의 노광, 및 당해 감광성 피막의 현상을 실시하는 시스템이다. 처리 대상인 기판은, 예를 들어 반도체의 웨이퍼 W이다. 감광성 피막은, 예를 들어 레지스트막이다. 기판 처리 시스템(1)은 도포·현상 장치(2)와 노광 장치(3)를 구비한다. 노광 장치(3)는, 웨이퍼 W(기판) 상에 형성된 레지스트막(감광성 피막)의 노광 처리를 행한다. 구체적으로는 액침 노광 등의 방법에 의하여 레지스트막의 노광 대상 부분에 에너지선을 조사한다. 도포·현상 장치(2)는, 노광 장치(3)에 의한 노광 처리 전에, 웨이퍼 W(기판)의 표면에 레지스트막을 형성하는 처리를 행하고, 노광 처리 후에 레지스트막의 현상 처리를 행한다.
〔기판 처리 장치〕
이하, 기판 처리 장치의 일례로서 도포·현상 장치(2)의 구성을 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 도포·현상 장치(2)는 캐리어 블록(4)과 처리 블록(5)과 인터페이스 블록(6)과 제어부(100)를 구비한다.
캐리어 블록(4)은, 도포·현상 장치(2) 내로의 웨이퍼 W의 도입, 및 도포·현상 장치(2) 내로부터의 웨이퍼 W의 도출을 행한다. 예를 들어 캐리어 블록(4)은 웨이퍼 W용의 복수의 캐리어 C를 지지 가능하며, 전달 암 A1을 내장하고 있다. 캐리어 C는, 예를 들어 원형의 복수 매의 웨이퍼 W를 수용한다. 전달 암 A1은 캐리어 C로부터 웨이퍼 W를 취출하여 처리 블록(5)에 건네고, 처리 블록(5)으로부터 웨이퍼 W를 수취하여 캐리어 C 내로 복귀시킨다.
처리 블록(5)은 복수의 처리 모듈(11, 12, 13, 14)을 갖는다. 처리 모듈(11, 12, 13)은, 도포 유닛 U1과, 열처리 유닛 U2와, 이들 유닛으로 웨이퍼 W를 반송하는 반송 암 A3을 내장하고 있다.
처리 모듈(11)은 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2에 의하여 웨이퍼 W의 표면 상에 하층 막을 형성한다. 처리 모듈(11)의 도포 유닛 U1은 하층 막 형성용의 처리액을 웨이퍼 W 상에 도포한다. 처리 모듈(11)의 열처리 유닛 U2는 하층 막의 형성에 수반하는 각종 열처리를 행한다.
처리 모듈(12)은 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2에 의하여 하층 막 상에 레지스트막을 형성한다. 처리 모듈(12)의 도포 유닛 U1은 레지스트막 형성용의 처리액을 하층 막 상에 도포한다. 처리 모듈(12)의 열처리 유닛 U2는 레지스트막의 형성에 수반하는 각종 열처리를 행한다.
처리 모듈(13)은 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2에 의하여 레지스트막 상에 상층 막을 형성한다. 처리 모듈(13)의 도포 유닛 U1은 상층 막 형성용의 액체를 레지스트막의 상에 도포한다. 처리 모듈(13)의 열처리 유닛 U2는 상층 막의 형성에 수반하는 각종 열처리를 행한다.
처리 모듈(14)은, 현상 유닛 U3과, 열처리 유닛 U4와, 이들 유닛으로 웨이퍼 W를 반송하는 반송 암 A3을 내장하고 있다.
처리 모듈(14)은 현상 유닛 U3 및 열처리 유닛 U4에 의하여 노광 후의 레지스트막 현상 처리를 행한다. 현상 유닛 U3은 노광 완료된 웨이퍼 W의 표면 상에 현상액을 도포한 후, 이를 린스액에 의하여 세정함으로써 레지스트막의 현상 처리를 행한다. 열처리 유닛 U4은 현상 처리에 수반하는 각종 열처리를 행한다. 열처리의 구체예로서는 현상 처리 전의 가열 처리(PEB: Post Exposure Bake), 현상 처리 후의 가열 처리(PB: Post Bake) 등을 들 수 있다.
처리 블록(5) 내에 있어서의 캐리어 블록(4)측에는 선반 유닛 U10이 설치되어 있다. 선반 유닛 U10은, 상하 방향으로 배열되는 복수의 셀로 구획되어 있다. 선반 유닛 U10의 근방에는 승강 암 A7이 설치되어 있다. 승강 암 A7은 선반 유닛 U10의 셀끼리 사이에서 웨이퍼 W를 승강시킨다.
처리 블록(5) 내에 있어서의 인터페이스 블록(6)측에는 선반 유닛 U11이 설치되어 있다. 선반 유닛 U11은, 상하 방향으로 배열되는 복수의 셀로 구획되어 있다.
인터페이스 블록(6)은 노광 장치(3)와의 사이에서 웨이퍼 W의 전달을 행한다. 예를 들어 인터페이스 블록(6)은 전달 암 A8을 내장하고 있으며, 노광 장치(3)에 접속된다. 전달 암 A8은, 선반 유닛 U11에 배치된 웨이퍼 W를 노광 장치(3)에 건네고, 노광 장치(3)로부터 웨이퍼 W를 수취하여 선반 유닛 U11로 복귀시킨다.
제어부(100)는, 예를 들어 이하의 수순으로 도포·현상 처리를 실행하도록 도포·현상 장치(2)를 제어한다. 먼저 제어부(100)는, 캐리어 C 내의 웨이퍼 W를 선반 유닛 U10으로 반송하도록 전달 암 A1을 제어하고, 이 웨이퍼 W를 처리 모듈(11)용의 셀에 배치하도록 승강 암 A7을 제어한다.
다음으로 제어부(100)는, 선반 유닛 U10의 웨이퍼 W를 처리 모듈(11) 내의 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2로 반송하도록 반송 암 A3을 제어하고, 이 웨이퍼 W의 표면 상에 하층 막을 형성하도록 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2를 제어한다. 그 후 제어부(100)는, 하층 막이 형성된 웨이퍼 W를 선반 유닛 U10으로 복귀시키도록 반송 암 A3을 제어하고, 이 웨이퍼 W를 처리 모듈(12)용의 셀에 배치하도록 승강 암 A7을 제어한다.
다음으로 제어부(100)는, 선반 유닛 U10의 웨이퍼 W를 처리 모듈(12) 내의 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2로 반송하도록 반송 암 A3을 제어하고, 이 웨이퍼 W의 하층 막 상에 레지스트막을 형성하도록 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2를 제어한다. 그 후 제어부(100)는, 웨이퍼 W를 선반 유닛 U10으로 복귀시키도록 반송 암 A3을 제어하고, 이 웨이퍼 W를 처리 모듈(13)용의 셀에 배치하도록 승강 암 A7을 제어한다.
다음으로 제어부(100)는, 선반 유닛 U10의 웨이퍼 W를 처리 모듈(13) 내의 각 유닛으로 반송하도록 반송 암 A3을 제어하고, 이 웨이퍼 W의 레지스트막 상에 상층 막을 형성하도록 도포 유닛 U1 및 열처리 유닛 U2를 제어한다. 그 후 제어부(100)는, 웨이퍼 W를 선반 유닛 U11으로 반송하도록 반송 암 A3을 제어한다.
다음으로 제어부(100)는, 선반 유닛 U11의 웨이퍼 W를 노광 장치(3)에 송출하도록 전달 암 A8을 제어한다. 그 후 제어부(100)는, 노광 처리가 실시된 웨이퍼 W를 노광 장치(3)로부터 수용하여, 선반 유닛 U11에 있어서의 처리 모듈(14)용의 셀에 배치하도록 전달 암 A8을 제어한다.
다음으로 제어부(100)는, 선반 유닛 U11의 웨이퍼 W를 처리 모듈(14) 내의 각 유닛으로 반송하도록 반송 암 A3을 제어하고, 이 웨이퍼 W의 레지스트막에 현상 처리를 실시하도록 현상 유닛 U3 및 열처리 유닛 U4를 제어한다. 그 후 제어부(100)는, 웨이퍼 W를 선반 유닛 U10으로 복귀시키도록 반송 암 A3을 제어하고, 이 웨이퍼 W를 캐리어 C 내로 복귀시키도록 승강 암 A7 및 전달 암 A1을 제어한다. 이상으로 도포·현상 처리가 완료된다.
또한 기판 처리 장치의 구체적인 구성은 이상에 예시한 도포·현상 장치(2)의 구성에 한정되지 않는다. 기판 처리 장치는, 열처리 유닛 U2와, 이를 제어 가능한 제어부(100)를 구비하고 있으면, 어떠한 것이어도 된다.
〔열처리 장치〕
계속해서, 열처리 장치의 일례로서, 도포·현상 장치(2)가 포함하는 열처리 장치(20)의 구성을 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이 열처리 장치(20)는, 처리 모듈(11)의 열처리 유닛 U2와, 제어부(100)를 구비한다. 열처리 장치(20)는, 상기 하층 막 형성용의 처리액이 도포된 웨이퍼 W에 열처리를 행하는 장치이다. 하층 막은, 예를 들어 스핀 온 카본(SOC)막 등의, 소위 하드 마스크다.
열처리 유닛 U2는 챔버(30)와 열처리부(50)와 기판 승강부(60)와 복수의 유속 센서(71)를 갖는다. 챔버(30)는, 처리 대상인 웨이퍼 W(하층 막 형성용의 처리액이 도포된 웨이퍼 W)를 수용하는 처리실(31)과, 처리실(31) 내에 기체를 도입하는 급기구(35)와, 처리실(31) 내로부터 기체를 배출하는 배기구(34)를 포함한다. 열처리부(50)는 처리실(31) 내에 설치되어 웨이퍼 W를 지지하고 가열한다. 기판 승강부(60)는 열처리부(50) 상에 있어서 웨이퍼 W를 승강시킨다. 복수의 유속 센서(71)는, 열처리부(50)에 의하여 지지되는 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되도록 배치되어, 처리실(31) 내를 통과하는 기류의 유속을 검출한다. 처리실(31) 밖으로부터 급기구(35)를 향하는 기류의 유속을 검출하는 것, 급기구(35)로부터 배기구(34)를 향하는 기류의 유속을 계측하는 것, 및 배기구(34)로부터 처리실(31) 밖을 향하는 기류의 유속을 검출하는 것은 모두, 처리실(31) 내를 통과하는 기류의 유속을 검출하는 것에 상당한다.
처리실(31)의 내면은, 열처리부(50)에 지지되는 웨이퍼 W의 표면 Wa에 대향하는 상면(32)과, 당해 웨이퍼 W를 둘러싸는 둘레면(33)을 포함하고 있어도 되며, 배기구(34)는 상면(32)의 중앙부에 형성되어 있어도 되고, 급기구(35)는 둘레면(33)을 따라 웨이퍼 W를 둘러싸도록 형성되어 있어도 된다. 급기구(35)가 웨이퍼 W를 둘러싸도록 형성되는 것은, 하나의 급기구(35)가 웨이퍼 W의 중심 둘레로 180°를 넘는 범위로 확대되어 있는 경우를 포함하는 것 외에, 복수의 급기구(35)가 웨이퍼 W의 중심 둘레로 180°를 넘는 범위에 분포하고 있는 경우도 포함한다.
이하, 챔버(30), 열처리부(50), 기판 승강부(60) 및 유속 센서(71)의 구성을 보다 상세히 설명한다.
챔버(30)는 베이스(41)와 상측 커버(42)와 링 셔터(43)와 개폐 구동부(44)와 기판 승강부(60)를 포함한다.
베이스(41)는 챔버(30)의 저부를 이루며, 열처리부(50)를 지지한다.
상측 커버(42)는 베이스(41)의 상방에 설치되어 있으며, 베이스(41)와의 사이에 처리실(31)을 구성한다. 상측 커버(42)의 하면은 처리실(31)의 상면(32)을 구성한다.
상측 커버(42)의 중앙부에는 배기 유로(45)가 형성되어 있다. 배기 유로(45)의 하단부는 상면(32)의 중앙부에 개구되어 있다. 상면(32)의 중앙부에 있어서의 배기 유로(45)의 개구는 상술한 배기구(34)에 상당한다. 배기 유로(45)의 상단부는 챔버(30) 밖의 배기 덕트(47)에 접속되어 있다.
링 셔터(43)는, 베이스(41)와 상측 커버(42) 사이의 공간(즉, 처리실(31))을 둘러싸는 환형체이다. 링 셔터(43)는, 베이스(41)의 주연부와 상측 커버(42)의 주연부 사이를 폐쇄한 상태(이하, 「폐쇄 상태」라 함)와, 베이스(41)의 주연부와 상측 커버(42)의 주연부 사이를 개방한 상태(이하, 「개방 상태」라 함)를, 승강 동작에 의하여 전환하도록 구성되어 있다. 예를 들어 링 셔터(43)는 폐쇄 상태로부터 하강하여 개방 상태로 되도록 구성되어 있다. 링 셔터(43)의 내주면(중심측의 면)은 처리실(31)의 둘레면(33)을 구성한다.
링 셔터(43)에는 급기 유로(46)가 형성되어 있다. 급기 유로(46)는 링 셔터(43)의 내주면 및 외주면의 양쪽으로 개구되어 있다. 링 셔터(43)의 내주면에 있어서의 급기 유로(46)의 개구는 상술한 급기구(35)에 상당한다.
개폐 구동부(44)는, 예를 들어 전동 모터 등을 동력원으로 하여 링 셔터(43)를 승강시킨다.
도 4에 도시한 바와 같이 열처리부(50)는, 수평 방향으로 배열되는 복수의 열처리 영역(51)을 갖는다. 복수의 열처리 영역(51)의 각각은, 예를 들어 전열선 등의 히터를 내장하고 있어, 열처리 영역(51)별 온도 조절이 가능하게 되어 있다.
복수의 열처리 영역(51)은, 열처리부(50)가 지지하는 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되도록 배치되어 있다. 열처리부(50)는, 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 열처리 영역(51)에 대하여 웨이퍼 W의 직경 방향으로 배열되는 열처리 영역(51)을 추가로 가져도 된다. 예를 들어 복수의 열처리 영역(51)은, 열처리부(50)가 지지하는 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되어 웨이퍼 W의 이면 Wc에 대향하는 열처리 영역(51A, 51B, 51C, 51D)과, 이들에 둘러싸여 이면 Wc의 중앙부(중심을 포함하는 부분)에 대향하는 열처리 영역(51E)을 포함한다.
도 3으로 되돌아와, 기판 승강부(60)는 승강부(61)와 승강 구동부(62)를 갖는다. 승강부(61)는, 상방으로 돌출되는 복수(예를 들어 3개)의 지지 핀(63)을 갖는다. 승강부(61)는 베이스(41) 및 열처리부(50)의 중앙부의 하방에 배치되어 있으며, 복수의 지지 핀(63)은 베이스(41) 및 열처리부(50)에 삽입되어 있다. 승강 구동부(62)는 전동 모터 등을 동력원으로 하여 승강부(61)를 승강시킨다. 승강부(61)의 승강에 따라 복수의 지지 핀(63)의 단부가 열처리부(50) 상에 출몰하여 열처리부(50) 상의 웨이퍼 W를 승강시킨다.
복수의 유속 센서(71)는, 예를 들어 서미스터식의 풍속계이며, 처리실(31)을 통과하는 기류의 유속을 검출하도록 배치되어 있다. 복수의 유속 센서(71)는, 열처리부(50)에 지지되는 웨이퍼 W보다도 외측에 설치되어 있어도 된다. 예를 들어 유속 센서(71)는 링 셔터(43)의 외주측에 있어서의 급기 유로(46)의 개구부에 설치되어 있어(도 3 참조), 처리실(31) 밖으로부터 급기구(35)를 향하는 기류의 유속을 검출한다.
도 4에 도시한 바와 같이 복수의 유속 센서(71)는, 열처리부(50)에 지지되는 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되도록 배치되어 있다. 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이 복수의 유속 센서(71)는, 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되는 4개의 유속 센서(71A, 71B, 71C, 71D)를 포함한다. 웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서, 유속 센서(71A, 71B, 71C, 71D)는 열처리 영역(51A, 51B, 51C, 51D)에 각각 대응하도록 배치되어 있으며, 여기서의 「대응한다」는 것은, 웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서의 위치가 중복되어 있음을 의미한다.
도 3으로 되돌아와, 제어부(100)는, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출되는 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하도록 열처리부(50)를 제어한다. 제어부(100)는, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출되는 기류의 유속과 온도 분포의 관계를 처리액의 종류에 따라 변화시키도록 구성되어 있어도 된다.
제어부(100)는 기능상의 구성(이하, 「기능 모듈」이라 함)으로서 계수 데이터베이스(112)와 계수 설정부(111)와 유속 정보 취득부(113)와 온도 분포 설정부(114)와 온도 제어부(115)와 승강 제어부(116)와 개폐 제어부(117)를 갖는다.
계수 데이터베이스(112)는, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출되는 기류의 유속과, 복수의 열처리 영역(51)에 있어서의 온도 분포의 관계를 설정하기 위한 데이터를 처리액의 종류별로 기억하고 있다. 예를 들어 계수 데이터베이스(112)는 기류 감도 및 온도 감도를 처리액의 종류에 대응지어 기억하고 있다(도 5 참조). 기류 감도는, 형성 중인 하층 막의 표면을 통과하는 기류의 유속 상승에 따른 막 두께 변화량을 나타내는 수치이다. 온도 감도는, 형성 중인 하층 막의 온도 상승에 따른 막 두께 변화량을 나타내는 수치이다. 계수 데이터베이스(112)가 기억하는 데이터는 실험에 의하여 미리 작성되어 있다.
계수 설정부(111)는, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출되는 기류의 유속과, 복수의 열처리 영역(51)에 있어서의 온도 분포의 관계를 정하는 계수(이하, 「상관 계수」라 함)를 설정한다. 예를 들어 계수 설정부(111)는, 웨이퍼 W에 도포되는 처리액의 종류에 대응하는 기류 감도 및 온도 감도를 계수 데이터베이스(112)로부터 취득하여, 이들을 상기 상관 계수로 한다.
유속 정보 취득부(113)는, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출된 기류의 유속 정보를 취득한다.
온도 분포 설정부(114)는, 유속 정보 취득부(113)에 의하여 취득된 기류의 유속 정보와 계수 설정부(111)에 의하여 설정된 상관 계수를 이용하여 복수의 열처리 영역(51)에 있어서의 온도 분포를 설정한다. 예를 들어 온도 분포 설정부(114)는 다음 식에 의하여 열처리 영역(51)별 온도 목표값을 설정한다.
Tnew=Told-Δv×Sv/St
Tnew: 새로운 온도 목표값
Told: 하나 전의 온도 목표값
Δv: 열처리 영역(51) 상에 있어서의 유속 변화량(증가 방향이 정방향)
Sv: 기류 감도
St: 온도 감도
상술한 바와 같이 유속 센서(71A, 71B, 71C, 71D)는 열처리 영역(51A, 51B, 51C, 51D)에 각각 대응하도록 배치되어 있으므로, 열처리 영역(51A) 상의 유속으로서 유속 센서(71A)의 검출값을 이용하고, 열처리 영역(51B) 상의 유속으로서 유속 센서(71B)의 검출값을 이용하고, 열처리 영역(51C) 상의 유속으로서 유속 센서(71C)의 검출값을 이용하고, 열처리 영역(51D) 상의 유속으로서 유속 센서(71D)의 검출값을 이용하는 것이 가능하다. 또한 유속 변화량은, 과거의 검출값과의 차분에 의하여 구하는 것이 가능하다.
온도 제어부(115)는, 온도 분포 설정부(114)에 의하여 설정된 온도 분포(열처리 영역(51)별 온도 목표값)로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하도록 열처리부(50)를 제어한다.
승강 제어부(116)는, 열처리 유닛 U2 내로의 웨이퍼 W의 반입 및 열처리 유닛 U2 내로부터의 웨이퍼 W의 반출에 따라 승강부(61)를 승강시키도록 기판 승강부(60)를 제어한다.
개폐 제어부(117)는, 열처리 유닛 U2 내로의 웨이퍼 W의 반입 및 열처리 유닛 U2 내로부터의 웨이퍼 W의 반출에 따라 링 셔터(43)를 승강시키도록 개폐 구동부(44)를 제어한다.
제어부(100)는 하나 또는 복수의 제어용 컴퓨터에 의하여 구성된다. 예를 들어 제어부(100)는 도 6에 도시하는 회로(120)를 갖는다. 회로(120)는 하나 또는 복수의 프로세서(121)와 메모리(122)와 스토리지(123)와 입출력 포트(124)와 타이머(125)를 갖는다.
스토리지(123)는, 예를 들어 하드 디스크 등, 컴퓨터에 의하여 판독 가능한 기억 매체를 갖는다. 기억 매체는, 후술하는 도포 처리 수순을 도포 유닛 U1에 실행시키기 위한 프로그램을 기억하고 있다. 기억 매체는 불휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크 및 광 디스크 등의, 취출 가능한 매체여도 된다. 메모리(122)는 스토리지(123)의 기억 매체로부터 로드한 프로그램 및 프로세서(121)에 의한 연산 결과를 일시적으로 기억한다. 프로세서(121)는 메모리(122)와 협동하여 상기 프로그램을 실행함으로써 상술한 각 기능 모듈을 구성한다. 입출력 포트(124)는 프로세서(121)로부터의 명령에 따라 유속 센서(71), 열처리부(50), 개폐 구동부(44) 및 기판 승강부(60)와의 사이에서 전기 신호의 입출력을 행한다. 타이머(125)는, 예를 들어 일정 주기의 기준 펄스를 카운트함으로써 경과 시간을 계측한다.
또한 제어부(100)의 하드웨어 구성은, 반드시 프로그램에 의하여 각 기능 모듈을 구성하는 것에 한정되지는 않는다. 예를 들어 제어부(100)의 각 기능 모듈은 전용의 논리 회로 또는 이를 집적한 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)에 의하여 구성되어 있어도 된다.
〔열처리 수순〕
계속해서, 열처리 방법의 일례로서, 제어부(100)가 열처리 유닛 U2를 제어함으로써 실행되는 열처리 수순을 설명한다. 이 열처리 수순은, 처리 대상인 웨이퍼 W를 처리실(31) 내에 반입하는 것과, 처리실(31) 내의 열처리부(50) 상에 웨이퍼 W를 적재하는 것과, 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되는 복수 개소에 있어서의 기류의 유속에 따른 온도 분포로 웨이퍼 W를 가열하도록 열처리부(50)를 제어하는 것을 포함한다. 복수 개소에 있어서의 기류의 유속과 온도 분포의 관계를 처리액의 종류에 따라 변화시켜도 된다.
이하, 제어부(100)에 의한 열처리 유닛 U2의 제어 수순의 구체예를 나타낸다. 또한 본 제어 수순의 개시 시점에 있어서, 링 셔터(43)는 폐쇄 상태로 되어 있는 것으로 한다. 또한 승강부(61)는 상승한 상태에 있고, 지지 핀(63)의 단부는 열처리부(50) 상에 돌출되어 있는 것으로 한다.
도 7에 도시한 바와 같이 제어부(100)는 먼저 스텝 S01을 실행한다. 스텝 S01에서는 계수 설정부(111)가 상기 상관 계수를 설정한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S02를 실행한다. 스텝 S02에서는 개폐 제어부(117)가, 링 셔터(43)를 하강시켜 폐쇄 상태를 개방 상태로 전환하도록 개폐 구동부(44)를 제어한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S03을 실행한다. 스텝 S03에서는 반송 암 A3에 의한 웨이퍼 W의 반입의 완료를 개폐 제어부(117)가 대기한다.
반송 암 A3에 의한 웨이퍼 W의 반입이 완료되면(도 8의 (a) 참조), 제어부(100)는 스텝 S04를 실행한다. 스텝 S04에서는 개폐 제어부(117)가, 링 셔터(43)를 상승시켜 개방 상태를 폐쇄 상태로 전환하도록 개폐 구동부(44)를 제어한다(도 8의 (b) 참조).
다음으로 제어부(100)는 스텝 S05를 실행한다. 스텝 S05에서는 승강 제어부(116)가, 승강부(61)를 하강시켜 웨이퍼 W를 열처리부(50) 상에 적재하도록 기판 승강부(60)를 제어한다(도 8의 (c) 참조).
다음으로 제어부(100)는 스텝 S06을 실행한다. 스텝 S06에서는 유속 정보 취득부(113)가, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출된 유속의 정보를 취득한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S07을 실행한다. 스텝 S07에서는 온도 분포 설정부(114)가, 유속 정보 취득부(113)에 의하여 취득된 유속의 정보와 계수 설정부(111)에 의하여 설정된 상관 계수를 이용하여 복수의 열처리 영역(51)에 있어서의 온도 분포를 설정한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S08을 실행한다. 스텝 S08에서는 온도 제어부(115)가, 온도 분포 설정부(114)에 의하여 설정된 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하도록 열처리부(50)를 제어한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S09를 실행한다. 스텝 S09에서는 소정 시간이 경과되었는지 여부를 온도 제어부(115)가 확인한다. 소정 시간은, 막 형성을 위하여 충분한 열처리를 실시할 수 있도록 미리 설정되어 있다.
스텝 S09에 있어서 소정 시간은 경과되지 않았다고 판정한 경우, 제어부(100)는 처리를 스텝 S06으로 복귀시킨다. 이후, 소정 시간이 경과되기까지는, 기류의 유속 검출과, 기류의 유속에 따른 온도 분포의 조절이 반복된다.
스텝 S09에 있어서 소정 시간이 경과되었다고 판정한 경우, 제어부(100)는 스텝 S10을 실행한다. 스텝 S10에서는 승강 제어부(116)가, 승강부(61)를 상승시켜 웨이퍼 W를 열처리부(50)로부터 부상시키도록 기판 승강부(60)를 제어한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S11을 실행한다. 스텝 S11에서는 개폐 제어부(117)가, 링 셔터(43)를 하강시켜 폐쇄 상태를 개방 상태로 전환하도록 개폐 구동부(44)를 제어한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S12를 실행한다. 스텝 S12에서는 반송 암 A3에 의한 웨이퍼 W의 반출의 완료를 개폐 제어부(117)가 대기한다.
다음으로 제어부(100)는 스텝 S13을 실행한다. 스텝 S13에서는 개폐 제어부(117)가, 링 셔터(43)를 상승시켜 개방 상태를 폐쇄 상태로 전환하도록 개폐 구동부(44)를 제어한다. 이상으로 제어부(100)에 의한 열처리 유닛 U2의 제어 수순이 완료된다.
〔본 실시 형태의 효과〕
이상에 설명한 바와 같이 열처리 장치(20)는, 처리 대상인 웨이퍼 W를 수용하는 처리실(31)과, 처리실(31) 내에 설치되어 웨이퍼 W를 지지하고 가열하는 열처리부이며, 당해 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 적어도 배열되는 복수의 열처리 영역(51)을 갖는 열처리부(50)와, 처리실(31) 내에 기체를 도입하는 급기구(35)와, 처리실(31) 내로부터 기체를 배출하는 배기구(34)와, 열처리부(50)에 지지되는 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되어 기류의 유속을 검출하는 복수의 유속 센서(71)와, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출되는 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하도록 열처리부(50)를 제어하는 제어부(100)를 구비한다.
처리실(31) 내에 있어서, 기류의 유속이 높은 개소와 낮은 개소에서는 열처리의 진행의 정도에 차이가 발생하고, 이것에 기인하여 열처리 후의 막 두께의 균일성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에 기류의 유속의 균일성 향상이 요망되지만, 기류 분포는 처리실(31) 밖의 여러 조건의 영향도 받으므로 제어가 어렵다. 이에 비해 열처리 장치(20)에서는 기류 분포의 제어 대신, 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절함으로써, 기류의 유속 분포에 기인하는 막 두께의 균일성 저하가 억제된다. 온도 분포는 기류의 유속 분포와 비교하여 용이하게 제어 가능하기 때문에, 기류의 유속에 따른 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하는 구성에 의하면, 기류의 유속 분포에 기인하는 막 두께의 균일성 저하를 용이하게 억제할 수 있다. 또한 복수의 유속 센서(71)에 의하여 기류의 유속 분포를 실시간으로 검출하고 이에 따라 온도 분포를 조절할 수 있으므로, 외적 요인에 의하여 기류의 유속이 경시적으로 변화되는 경우에도 이에 즉응하여 온도 분포를 조절하여 유속의 변화의 영향을 억제할 수 있다. 또한 복수의 열처리 영역(51) 및 복수의 유속 센서(71)는 모두 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되도록 배치되어 있다. 이 배치는, 웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서의 유속 분포의 영향의 억제에 적합하다. 기류의 유속의 차이는, 웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서의 위치가 상이한 개소 간에 발생하기 쉬운 경향이 있다. 그래서, 웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서의 유속 분포의 영향의 억제에 적합한 구성에 의하면, 유속 분포의 영향을 보다 확실히 억제할 수 있다. 따라서 열처리 장치(20)는, 피막 형성에 있어서의 막 두께의 균일성 향상에 유효하다.
웨이퍼 W는 하층 막 형성용의 처리액이 도포된 웨이퍼 W이며, 제어부(100)는, 복수의 유속 센서(71)에 의하여 검출되는 기류의 유속과 온도 분포의 관계를 처리액의 종류에 따라 변화시키도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 기류의 유속 분포와 온도 분포의 관계를 처리액의 종류에 따라 적절히 설정함으로써, 기류의 유속 분포에 기인하는 막 두께의 균일성 저하를 보다 확실히 억제할 수 있다.
웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서, 복수의 유속 센서(71)는 복수의 열처리 영역(51)에 각각 대응하도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 각 열처리 영역(51) 상의 기류의 유속이 직접적으로 검출되므로, 열처리 영역(51)의 온도 설정값을 용이하게 도출할 수 있다.
복수의 유속 센서(71)는, 열처리부(50)에 지지되는 웨이퍼 W보다도 외측에 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 웨이퍼 W 상의 기류를 유속 센서(71)에 의하여 흩뜨리지 않고 기류의 유속을 검출할 수 있다.
처리실(31)의 내면은, 열처리부(50)에 지지되는 웨이퍼 W의 표면 Wa에 대향하는 상면(32)과, 열처리부(50)에 지지된 웨이퍼 W를 둘러싸는 둘레면(33)을 포함해도 되며, 배기구(34)는 상면(32)의 중앙부에 형성되어 있어도 되고, 급기구(35)는 둘레면(33)을 따라 웨이퍼 W를 둘러싸도록 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서의 위치가 상이한 개소 간에 기류의 유속의 차이가 발생하기 쉬운 경향이 보다 현저해지므로, 복수의 열처리 영역(51) 및 복수의 유속 센서(71)가 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되는 배치가 보다 유효하게 작용한다.
이상, 실시 형태에 대하여 설명했지만 본 발명은 반드시 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이 유속 센서(71A, 71B, 71C, 71D)는, 링 셔터(43)의 내주측에 있어서의 급기 유로(46)의 개구부에 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 유속 센서(71A, 71B, 71C, 71D)는, 급기구(35)로부터 배기구(34)를 향하는 기류의 유속을 검출한다.
또한 도 10에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 유속 센서(71)에 대하여 웨이퍼 W의 직경 방향으로 배열되는 유속 센서(71)를 추가로 가져도 된다. 이 경우, 웨이퍼 W의 둘레 방향에 있어서의 기류의 유속 분포에 추가하여, 웨이퍼 W의 직경 방향에 있어서의 유속 분포에도 대응한 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하는 것이 가능하다. 웨이퍼 W의 직경 방향에 있어서의 유속 분포에 세밀하게 대응시키기 위하여, 웨이퍼 W의 직경 방향으로 배열되는 열처리 영역(51)의 수를 증가시켜도 된다. 일례로서, 도 11에 도시하는 열처리부(50)는 열처리 영역(51E)과 열처리 영역(51A, 51B, 51C, 51D) 사이에, 웨이퍼 W의 둘레 방향을 따라 배열되는 열처리 영역(51F, 51G, 51H, 51I)을 추가한 것이다.
급기구(35) 및 배기구(34)의 배치는 상술한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 처리실(31) 내를 수평 방향으로 횡단하는 기류를 발생시키도록 급기구(35) 및 배기구(34)의 양쪽이 둘레면(33)에 형성되어 있어도 된다.
스텝 S06 내지 S09에서 예시한 바와 같이, 기류의 유속 검출과, 기류의 유속에 따른 온도 분포의 조절을 반복하여 실행하는 것은 필수적이지는 않다. 처리실(31) 내의 기류가 경시적으로 안정되어 있는 경우에는, 사전 조건 설정에 있어서 기류의 유속을 측정하고, 이에 따라 복수의 열처리 영역(51)에 있어서의 온도 분포를 설정해 두어, 이후에는 동일한 온도 분포로 복수의 열처리 영역(51)의 온도를 조절하도록 열처리부(50)를 제어해도 된다. 이 경우, 조건 설정 후에 유속 센서(71)를 떼어내도 된다.
상기 열처리 수순은 가열 처리뿐 아니라 냉각 처리에도 적용 가능하다. 즉, 열처리 영역(51)은 히터 대신 냉매관 등의 쿨러를 내장하고 있어도 된다.
상기 열처리 수순은, 하층 막 이외의 피막(예를 들어 레지스트막 등)을 형성하기 위한 열처리에도 적용 가능하다.
처리 대상인 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않으며, 예를 들어 유리 기판, 마스크 기판, FPD(Flat Panel Display) 등이어도 된다.
20: 열처리 장치
50: 열처리부
71, 71A, 71B, 71C, 71D: 유속 센서
31: 처리실
35: 급기구
34: 배기구
32: 상면
33: 둘레면
51, 51A, 51B, 51C, 51D, 51E, 51F, 51H, 51I: 열처리 영역
100: 제어부

Claims (8)

  1. 처리 대상인 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 있어서 상기 기판을 지지하고 가열 또는 냉각하는 열처리부이며, 당해 기판의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 열처리 영역을 갖는 열처리부와,
    상기 처리실 내에 기체를 도입하는 급기구와,
    상기 처리실 내로부터 기체를 배출하는 배기구와,
    상기 열처리부에 지지되는 상기 기판의 둘레 방향으로 배열되어 기류의 유속을 검출하는 복수의 유속 센서와,
    상기 복수의 유속 센서에 의하여 검출되는 기류의 유속에 따른 온도 분포로 상기 복수의 열처리 영역의 온도를 조절하도록 상기 열처리부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 처리 대상인 기판은 처리액이 도포된 기판이고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 유속 센서에 의하여 검출되는 기류의 유속과 상기 온도 분포의 관계를 상기 처리액의 종류에 따라 변화시키도록 구성되어 있는 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 둘레 방향에 있어서, 상기 복수의 유속 센서는 상기 복수의 열처리 영역에 각각 대응하도록 배치되어 있는 열처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 유속 센서는, 상기 열처리부에 지지되는 상기 기판보다도 외측에 설치되어 있는 열처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리실의 내면은, 상기 열처리부에 지지되는 상기 기판의 표면에 대향하는 상면과, 당해 기판을 둘러싸는 둘레면을 포함하고,
    상기 배기구는 상기 상면의 중앙부에 형성되어 있고,
    상기 급기구는 상기 둘레면을 따라 상기 기판을 둘러싸도록 형성되어 있는 열처리 장치.
  5. 처리 대상인 기판을 처리실 내에 반입하는 것과,
    상기 처리실 내의 열처리부 상에 상기 기판을 적재하는 것과,
    상기 기판의 둘레 방향으로 배열되는 복수 개소에 있어서의 기류의 유속에 따른 온도 분포로 상기 기판을 가열 또는 냉각하도록 상기 열처리부를 제어하는 것을 포함하고,
    상기 처리 대상인 기판은 처리액이 도포된 기판이고,
    상기 복수 개소에 있어서의 기류의 유속과 상기 온도 분포의 관계를 상기 처리액의 종류에 따라 변화시키는 열처리 방법.
  6. 제5항에 기재된 열처리 방법을 장치에 실행시키기 위한 프로그램을 기억한, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체.
  7. 삭제
  8. 삭제
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