KR20180093788A - 기판 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

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마사히코 하루모토
마사야 아사이
야스히로 후쿠모토
도모히로 마쓰오
다케하루 이시이
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판에 대해 열처리 공간 내에서 열처리를 행하는 기판 처리 방법으로서, 상기 방법은 이하의 단계를 포함한다. 지지핀에 기판을 올려놓는 반입 단계, 상기 열처리 공간의 기체를 배기하는 배기 단계, 상기 열처리 공간에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 단계, 상기 기판과 상기 열처리 플레이트의 상면 사이의 기판 하측 공간의 기체를 배출하는 기판 하측 공간 기체 배출 단계, 상기 지지핀을 상기 열처리 플레이트 내에 퇴출시키고, 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아진 상기 열처리 공간 내의 기판에 대해 열처리를 행하는 열처리 단계.

Description

기판 처리 방법 및 그 장치{SUBSTRATE TREATING METHOD AND APPARATUS USED THEREFOR}
본 발명은, 반도체 웨이퍼, 액정 디스플레이용 기판, 유기 EL(Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스플레이용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 태양전지용 기판(이하, 단순히 기판이라 칭함)에 대해, 열처리를 행하는 기판 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근의 프로세스 기술에 있어서는, 액침 리소그래피나 극단 자외선 리소그래피(EUV:Extreme Ultraviolet Lithography)를 대신하는 기술로서, 예를 들면, DSA 프로세스가 주목되고 있다. DSA 프로세스는, 기판 상에 있어서의 미세화를 한층 더 높이기 위해서, 블록 공중합체의 마이크로상 분리를 이용한 유도 자기 조직화(DSA: Directed Self Assembly) 기술을 이용한 것이다.
이러한 DSA 프로세스에 있어서의 종래의 기판 처리 방법은, BCP(Block Co-Polymer)를 기판에 도포하여 처리막을 형성한 후, 열처리 챔버의 열처리 공간에 있어서 기판의 처리막을 가열하는 열처리를 행하여, 처리막 중의 2종류의 폴리머를 서로 (상)분리시킨다. 그 후, (상)분리된 한쪽의 폴리머를 에칭함으로써 미세한 패턴을 형성한다(예를 들면, 일본국 특허 공개 2014-22570호 공보 참조).
그러나 이러한 구성을 갖는 종래예의 경우에는, 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 종래의 방법에서는, 열처리 공간에 형성된 처리 분위기에 따라서는 처리막 중의 폴리머를 적정하게 분리시킬 수 없는 경우가 있다는 문제가 있다. 또, DSA 프로세스 이외의 프로세스, 예를 들면 SOG(Spin On Glass) 용액을 기판에 도포한 후에, 열처리를 행하여 막을 생성하는 프로세스 등과 같이, 열처리 챔버 내에서 기판을 열처리하는 프로세스에 있어서도, 열처리 공간에 형성된 처리 분위기에 따라서는 성막된 막의 특성·성능에 문제가 발생하는 경우가 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 열처리 프로세스에 있어서, 적합한 열처리 공간의 처리 분위기를 형성함으로써, 성막을 적정하게 행하게 할 수 있는 기판 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 문제를 해결하기 위해서 예의 연구한 결과, 다음과 같은 지견을 얻었다.
열처리 챔버에 있어서 열처리 공간의 다양한 처리 분위기에서 열처리를 행한 후, 열처리 공간의 각종 파라미터와 폴리머의 분리 상태의 관계로부터 열처리 공간의 산소에 의한 영향에 주목했다. 이것은, 폴리머의 상분리가 적정하게 행해지지 않는 현상이 발생한 것은, 열처리 공간의 산소 농도가 완전히 내려가지 않은 열처리인 경우였음을 발견했기 때문이다. 또한, 산소 농도가 완전히 내려가지 않은 경우에는, 폴리머가 상분리할 때에 악영향을 받아, 정상적인 상분리가 저해된다고 추측된다. 또, DSA 프로세스 이외의 열처리 프로세스에 있어서도, 산소에 기인하는 산화가 성막의 특성에 악영향을 미치고 있다. 또한, 발명자들은, 열처리 공간 내의 산소 농도를 저감하는 처리를 행한 후, 열처리 플레이트 상에 기판을 올려놓고 기판으로의 열처리를 개시했을 때에, 일시적으로 열처리 공간에 있어서의 산소 농도가 상승함을 발견했다. 이러한 지견에 근거하는 본 발명은, 다음과 같이 구성되어 있다.
본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해서, 다음과 같은 구성을 취한다.
본 발명은, 처리막이 형성된 기판을 열처리 챔버 내의 열처리 공간 내에서 열처리를 행하는 기판 처리 방법으로서, 상기 방법은 이하의 단계를 포함한다: 열처리 플레이트의 상면으로부터 돌출한 지지핀에 기판을 올려놓는 반입 단계; 상기 열처리 공간의 기체를 배기하는 배기 단계; 상기 열처리 공간에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 단계; 상기 기판과 상기 열처리 플레이트의 상면 사이의 기판 하측 공간의 기체를 배출하는 기판 하측 공간 기체 배출 단계; 상기 지지핀을 상기 열처리 플레이트 내에 퇴출시키고, 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아진 상기 열처리 공간 내의 기판에 대해 열처리를 행하는 열처리 단계.
본 발명에 의하면, 반입 단계의 후에 배기 단계 및 불활성 가스 공급 단계를 행하는데, 기판 하측 공간은 기판 하면과 열처리 플레이트의 상면 사이에 끼여 좁은 공간이므로, 기판 하측 공간의 산소는 치환되기 어렵다. 그래서, 기판 하측 공간 기체 배출 단계에 의해, 기판 하측 공간의 기체를 배출한 후, 열처리 단계를 실시한다. 따라서, 기판 하측 공간에 체류하는 산소도 불활성 가스로 치환할 수 있으므로, 열처리 공간 내의 산소 농도를 매우 낮게 할 수 있다. 그 결과, 열처리 단계에 있어서의 열처리 공간의 처리 분위기를 열처리 프로세스에 적합화할 수 있어, 성막을 적정하게 행하게 할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 기판 하측 공간에 불활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
불활성 가스를 공급함으로써, 기판 하측 공간에 체류하는 산소를 내보낼 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 열처리 플레이트의 표면으로부터 상기 기판 하측 공간의 기체를 배기하는 것이 바람직하다.
기판 하측 공간의 기체를 배기함으로써, 기판 하측 공간에 체류하는 산소를 내보낼 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 열처리 단계에 있어서 상기 기판이 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아질 때까지 정지하는 것이 바람직하다.
기판이 열처리 플레이트에 올려놓아질 때까지 기판 하측 공간 기체 배출 단계를 정지하므로, 기판을 열처리 플레이트에 안정적으로 올려놓을 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 처리막은, 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
열처리 공간의 처리 분위기를 DSA 프로세스에 적합하게 할 수 있어, 폴리머를 적정하게 (상)분리시킬 수 있다.
또, 본 발명은, 처리막이 형성된 기판을 열처리 공간 내에서 열처리를 행하는 기판 처리 장치로서, 상기 장치는 이하의 요소를 포함한다: 커버부로 주위의 분위기로부터 격리되어, 상기 커버부 내에 열처리 공간을 형성하는 열처리 플레이트; 상기 열처리 플레이트의 상면으로부터 돌출한 기판의 수도(受渡) 위치와, 지지한 기판을 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓기 위해서 상기 열처리 플레이트 내에 퇴출한 퇴출 위치에 걸쳐서 이동하는 지지핀; 상기 커버부 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단; 상기 커버부 내의 기체를 배출하는 배기 수단; 상기 지지핀으로 지지된 기판과 상기 열처리 플레이트의 상면 사이의 기판 하측 공간의 기체를 배출하는 기판 하측 공간 기체 배출 수단을 구비하고, 수도 위치에 있어서 기판을 상기 지지핀에 지지시키고, 상기 배기 수단으로 열처리 공간의 기체를 배기시킴과 더불어 상기 불활성 가스 공급 수단으로 불활성 가스를 공급시키고, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단에 의해 기판 하측 공간의 기체를 배출시키고, 상기 지지핀을 퇴출 위치로 이동시켜 기판을 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓고 기판에 열처리를 행한다.
본 발명에 의하면, 수도 위치에 있어서 기판을 지지핀에 지지시킨 후에 배기 및 불활성 가스 공급을 행하는데, 기판 하측 공간은 기판 하면과 열처리 플레이트의 상면 사이에 끼여 좁은 공간이므로, 기판 하측 공간의 산소는 치환되기 어렵다. 그래서, 기판 하측 공간 기체 배출 수단에 의해, 기판 하측 공간의 기체를 배출한 후, 열처리를 실시한다. 따라서, 기판 하측 공간에 체류하는 산소도 불활성 가스로 치환할 수 있으므로, 열처리 공간 내의 산소 농도를 매우 낮게 할 수 있다. 그 결과, 열처리에 있어서의 열처리 공간의 처리 분위기를 열처리 프로세스에 적합하게 할 수 있어, 성막을 적정하게 행하게 할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 열처리 플레이트의 상면에 개구된 플레이트 상면 개구로부터 기판 하측 공간에 불활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
플레이트 상면 개구로부터 불활성 가스를 공급함으로써, 기판 하측 공간에 체류하는 산소를 내보낼 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 열처리 플레이트의 상면에 개구된 플레이트 상면 개구로부터 기판 하측 공간의 기체를 배기하는 것이 바람직하다.
플레이트 상면 개구로부터 기판 하측 공간의 기체를 배기함으로써, 기판 하측 공간에 체류하는 산소를 내보낼 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 지지핀을 퇴출 위치로 이동시킬 때까지 정지하는 것이 바람직하다.
기판이 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아질 때까지 기판 하측 공간 기체 배출 수단을 정지하므로, 기판을 열처리 플레이트에 안정적으로 올려놓을 수 있다.
※ 발명을 설명하기 위해서 현재 바람직하다고 생각되는 몇 가지 양태가 나타나 있는데, 발명이 도시된 바와 같은 구성 및 방책으로 한정되는 것은 아님을 이해하길 바란다.
도 1은, 실시예에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 구성도,
도 2는, 실시예에 따른 기판의 처리예를 나타내는 타임 차트,
도 3은, 배기 및 불활성 가스의 공급시에 있어서의 기체의 흐름을 나타내는 모식도,
도 4는, 배기 및 불활성 가스의 공급 및 기판 하측 공간 기체 배제시에 있어서의 기체의 흐름을 나타내는 모식도,
도 5는, 변형예에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 구성도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 하나의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은, 실시예에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
본 실시예에 따른 기판 처리 방법을 실시하기 위한 기판 처리 장치는, 기판(W)을 열처리하는 것이다. 본 실시예에 있어서의 기판(W)은, 일례로서, 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는 처리막이 표면에 형성되어 있는 것으로 한다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 열처리 플레이트부(1)와, 열처리 챔버(3)와, 상부 가스 공급부(5)와, 셔터부(7)와, 챔버 배기부(9)와, 지지핀 승강부(11)와, 하부 가스 공급부(13)와, 지지핀 시일 배기부(15)와, 제어부(17)와, 설정부(19)를 구비하고 있다.
열처리 플레이트부(1)는, 그 상면에 기판(W)을 올려놓고 열처리하기 위한 것이다. 열처리 플레이트부(1)는, 베이스판(21)과, 열처리 플레이트(23)와, 히터(25)를 구비하고 있다. 베이스판(21)은, 열처리 플레이트(23)의 하부가 부착되고, 열처리 플레이트(23)와 함께 열처리 챔버(3)의 하부에 부착된다. 열처리 플레이트(23)는, 예를 들면, 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 등의 열전도율이 높은 금속을 기재로 하는 재료로 구성되어 있다. 열처리 플레이트(23)는, 히터(25)가 매설되어 있어, 이 히터(25)에 의해서 열처리 플레이트(23)의 온도가 조절된다. 열처리 플레이트(23)는, 예를 들면, 히터(25)에 의해서 300~400℃의 범위에서 온도 조절된다. 이 열처리 플레이트(23)는, 그 상면에 도시하지 않은 프록시미티 볼이 매설되어 있고, 기판(W)의 하면을 열처리 플레이트(23)의 상면으로부터 소정 간격(예를 들면, 0.1mm)만큼 떨어뜨려 올려놓는다.
열처리 플레이트(23)는, 평면에서 봤을 때 정삼각형의 정점에 상당하는 위치에 관통구(27)가 형성되어 있다. 이들 관통구(27)는, 열처리 플레이트(23)의 상면에서부터 하면으로 관통하고, 또한 베이스판(21)도 관통하여 형성되고, 후술하는 지지핀이 삽입 통과된다. 또, 열처리 플레이트(23)의 중앙부 부근에는, 열처리 플레이트(23) 및 베이스판(21)을 상하 방향으로 관통한 플레이트 상면 공급구(29)가 형성되어 있다.
또한, 상술한 플레이트 상면 공급구(29)가 본 발명에 따른 청구항 7에 있어서의 「플레이트 상면 개구」 및 「기판 하측 공간 기체 배출 수단」에 상당한다.
열처리 챔버(3)는, 커버부(31)를 구비하고 있다. 커버부(31)는, 하부에 개구를 구비하고, 이 개구에 상술한 열처리 플레이트부(1)가 부착되어 있다. 커버부(31)는, 열처리 플레이트부(1)의 측방 및 상방을 둘러싸는 형상을 나타낸다. 커버부(31)의 천정면과, 열처리 플레이트(23)의 상면 사이에는 공간이 형성되어 있다. 이 공간이 열처리 공간(HS)이다. 커버부(31)의 일방측의 측면에는, 반입 출구(33)가 형성되어 있다. 이 반입 출구(33)는, 처리하는 기판(W)을 열처리 공간(HS)에 반입하거나, 처리가 끝난 기판(W)을 열처리 공간(HS)으로부터 반출하거나 하기 위해서 이용된다. 반입 출구(33)의 주위에는, 냉각관(35)이 부착되어 있다. 이 냉각관(35)은, 공급된 냉각수에 의해서 커버부(31)를 냉각하고, 반입 출구(33)의 주위의 O링을 보호한다.
반입 출구(33)의 반대측에 해당되는 커버부(31)의 측면에는, 배기구(37)가 형성되어 있다. 이 배기구(37)는, 커버부(31) 내의 기체를 배출하기 위한 것이다. 이 배기구(37)는, 열처리 공간(HS)의 종단면적에 상당하는 정도의 유로 단면적을 갖는다. 배기구(37)의 외측에는, O링을 통해 배기구 커버(39)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 커버부(31)의 천정면은, 복수개의 관통구(41)가 형성되어 있다. 커버부(31) 중, 열처리 플레이트부(1)의 주위에는, 열처리 플레이트(23)의 외주면 사이에, 평면에서 봤을 때 환상의 간극(43)이 존재한다. 이 간극(43)에 면한 커버부(31)의 측면에는, 간극(43)에 연통한 개구(45)가 형성되어 있다. 개구(45)는, 예를 들면, 평면에서 봤을 때 대향하는 2개소에 설치되어 있다. 개구(45)의 하방에는, 커버부(31)의 외면에 냉각관(35)이 배치되어 있다. 이 냉각관(35)은, 커버부(31)와 베이스판(21) 사이의 O링을 보호한다. 하부 가스 공급부(13)는, 개구(45) 및 플레이트 상면 공급구(29)에 질소 가스를 공급한다. 하부 가스 공급부(13)는, 복수개의 유량 조정 밸브나 개폐 밸브을 구비하고, 질소 가스의 유량을 조정 가능하게 구성되어 있다.
상술한 배기구(37)는, 열처리 공간(HS)의 종단면적에 상당하는 정도가 큰 유로 단면적의 배기구를 통해 배기하므로, 배기를 효율적으로 행할 수 있다.
커버부(31)의 상방이며, 반입 출구(33)측에는, 압력 센서(47)이 배치되어 있다. 또, 커버부(31)의 상방이며, 배기구(37)측에는, 산소 농도 센서(49)가 배치되어 있다. 압력 센서(47)는, 열처리 공간(HS) 내의 압력을 측정하고, 산소 농도 센서(49)는, 열처리 공간(HS) 내의 산소 농도를 측정한다. 또한, 산소 농도 센서(49)는, 후술하는 바와 같이, 산소 농도가 목표치 이하가 되는 경과 시간을 측정하는 실험시에만 사용하고, 통상의 처리시에는 구비할 필요는 없다.
커버부(31)의 상부에는, 가스 공급 버퍼부(51)가 배치되어 있다. 커버부(31)의 상면 중심부로부터 공급된 질소(N2) 가스는, 내부에서 주위로 확산되면서, 상면 중심부보다 넓은 면적의 하면 개구부로부터 복수개의 관통구(41)를 통해 열처리 공간(HS) 내에 공급된다. 커버부(31)의 상면과 가스 공급 버퍼부(51)의 하면 사이에는, O링이 배치되어 있다. 가스 공급 버퍼부(51)의 내부에는, 냉각관(35)이 배치되어 있다. 이 냉각관(35)은, 그 O링을 보호한다. 상기 가스 공급 버퍼부(51)에는, 상부 가스 공급부(5)가 불활성 가스로서 질소 가스를 공급한다. 이 상부 가스 공급부(5)는, 예를 들면, 2개의 유량 조정 밸브 등을 구비하여, 질소 가스의 유량을 2단계로 전환 가능하게 구성되어 있다.
또한, 상술한 개구(45) 및 가스 공급 버퍼부(51)가 본 발명에 있어서의 「불활성 가스 공급 수단」에 상당한다.
셔터부(7)는, 반입 출구(33)의 전면에 배치되어 있다. 셔터부(7)는, 반입 출구(33)와, 셔터 본체(57)와, 액츄에이터(59)를 갖는다. 셔터 본체(57)는, 작동편이 수직 방향으로 진퇴하는 액츄에이터(59)에 의해서 승강 구동된다. 셔터 본체(57)는, 상승되었을 때에 O링을 통해 반입 출구(33)를 폐색한다. 액츄에이터(59)가 작동되면, 셔터 본체(57)가 도 1의 실선으로 나타낸 위치로 이동하여 반입 출구(33)를 폐색하고, 액츄에이터(59)가 비작동이 되면, 셔터 본체(57)가 도 1에 이점쇄선으로 나타낸 위치로 하강하여 반입 출구(33)를 개방한다.
챔버 배기부(9)는, 상술한 배기구 커버(39)를 통해 열처리 공간(HS)의 기체를 배출한다. 챔버 배기부(9)는, 복수개의 개폐 밸브나 유량 조정 밸브, 아스피레이터 등을 구비하고, 공기 공급원으로부터의 공기 공급에 의해서 열처리 공간(HS)을 배기한다. 또한, 아스피레이터와 공기 공급원 등을 대신해 배기 펌프 등을 이용해 구성해도 된다.
지지핀 승강부(11)는, 3개의 지지핀(61)(도 1에서는 도시의 관계상, 2개만 나타냄)과, 매니폴드(63)와, 메커니컬 시일(65)과, 승강 부재(67)와, 액츄에이터(69)를 구비하고 있다. 각 지지핀(61)은, 상술한 각 관통구(27)에 삽입 통과되고 있다. 각 지지핀(61)은, 매니폴드(63)를 관통해, 메커니컬 시일(65)을 통해 승강 부재(67)에 하단부가 연결되어 있다. 매니폴드(63)의 상면과 베이스판(21) 사이에는, 각 관통 구멍(27)을 둘러싸도록 O링이 부착되어 있다. 메커니컬 시일(65)은, 매니폴드(63)의 하면에 상단부가 부착되어 있다. 메커니컬 시일(65)은, 지지핀(61)의 외주면을 기밀하게 지지하면서, 지지핀(61)의 승강을 허용하는, 금속 부재에 의한 시일이다. 매니폴드(63)는, 평면에서 봤을 때 삼각형상을 나타내고, 내부에 하나의 공간이 형성되어 있다. 매니폴드(63)의 한 부위에는, 그 공간에 연통한 배기구(71)가 형성되어 있다.
승강 부재(67)는, 평면에서 봤을 때 환상을 나타내고, 액츄에이터(69)에 의해서 승강된다. 액츄에이터(69)는, 작동편이 연직 방향으로 진퇴하는 자세로 배치되어 있다. 액츄에이터(69)가 작동되면, 지지핀(61)이 돌출하여 도 1 중에 이점쇄선으로 나타낸 기판(W)의 수도 위치로 이동하고, 액츄에이터(69)가 비작동이 되면, 지지핀(61)이 도 1 중에 실선으로 나타낸 퇴출 위치로 이동한다. 이 지지핀(61)이 퇴출 위치로 이동했을 때에 기판(W)은 열처리 플레이트(23)의 상면 위에 올려놓아진다.
지지핀 시일 배기부(15)는, 상술한 매니폴드(63)의 배기구(71)로부터 배기를 행한다. 지지핀 시일 배기부(15)는, 복수개의 개폐 밸브나 유량 조정 밸브, 아스피레이터 등을 구비하고, 공기 공급원으로부터의 공기 공급에 의해, 매니폴드(63) 및 관통구(27)를 통해 열처리 공간(HS)을 배기한다. 또, 메커니컬 시일(65)에서 발생하는 먼지도 동시에 배기한다. 또한, 지지핀 시일 배기부(15)는, 아스피레이터와 공기 공급원 등을 대신해 감압 펌프 등을 이용하여 구성해도 된다.
지지핀 시일 배기부(15)에 의해, 열처리시에 기판(W)이 올려놓아지는 장소의 가까이에 형성된 관통구(27)를 통해 배기하므로, 열처리시의 성막에 큰 영향을 주는 기판(W)의 주위의 산소 농도를 효율적으로 저감할 수 있다. 또, 메커니컬 시일(65)에 있어서 지지핀(61)의 슬라이딩에 의해 발생하는 먼지가 열처리 공간(HS)에 들어가지 않고 배출되므로, 기판(W)을 청정하게 처리할 수 있다.
또한, 상술한 배기구(37) 및 배기구(71)가 본 발명에 있어서의 「배기 수단」에 상당한다.
상술한 상부 가스 공급부(5)와, 챔버 배기부(9)와, 하부 가스 공급부(13)와, 지지핀 시일 배기부(15)와, 액츄에이터(59, 69)는, 제어부(17)에 의해서 통괄적으로 제어된다. 제어부(17)는, 도시하지 않은 CPU, 메모리, 타이머를 내장하고 있다. 제어부(17)는, 도시하지 않은 메모리에 열처리의 수순을 규정한 레시피를 미리 복수 개 기억하고 있다. 설정부(19)는, 오퍼레이터에 의해서 조작되는 것이며, 복수개의 레시피 중 1개를 선택하거나, 처리 개시를 지시하거나, 경보 발생시의 조작을 지시하거나 한다.
또한, 본 실시예에서는, 도시하지 않은 메모리에 미리 챔버 배기 시간, 열처리 이행 시간, 열처리 시간, 냉각 시간 등이 기억되어 있고, 적절하게 제어부(17)에 의해서 참조된다. 이 열처리 이행 시간은, 후술하는 열처리에 있어서, 열처리 공간(HS)의 산소의 농도가 목표치 이하가 되는 배기 개시 시점으로부터의 경과 시간이다. 이것은, 산소 농도 센서(49)를 설치한 상태로 실험에 의해 미리 계측되어 정해져 있다.
다음에, 도 2~도 4를 참조하여, 상술한 기판 처리 장치에 의한 열처리의 일례에 대해서 설명한다. 또한, 도 2는, 실시예에 따른 기판의 처리예를 나타내는 타임 차트이며, 도 3은, 배기 및 불활성 가스의 공급시에 있어서의 기체의 흐름을 나타내는 모식도이며, 도 4는, 배기 및 불활성 가스의 공급 및 기판 하측 공간 기체 배제시에 있어서의 기체의 흐름을 나타내는 모식도이다. 여기서, 도 2의 타임 차트 중에 있어서의 실선은 열처리 공간(HS)의 압력을 나타내고, 점선은 열처리 공간(HS)의 산소 농도를 나타낸다.
또한, 처리 대상의 기판(W)은, 도시하지 않은 반송 기구로 열처리 공간(HS) 내에 반입되고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 수도 위치의 지지핀(61)에 의해서 열처리 플레이트(23)의 표면으로부터 이격한 위치에서 지지되고 있다(본 발명에 있어서의 「반입 단계」에 상당). 이 때의 기판(W)의 하면과 열처리 플레이트(23)의 상면의 간격은, 예를 들면, 20mm 정도로 좁게 되어 있다. 또, 기판(W)의 하면과 열처리 플레이트(23)의 상면의 공간을 기판 하측 공간(WS)으로 한다.
제어부(17)는, 0 시점에 있어서, 지지핀 시일 배기부(15)에 의해 배기구(71)로부터의 배기를 개시함과 더불어, 챔버 배기부(9)에 의해 배기구(37)로부터의 배기를 개시한다. 이에 의해, 열처리 공간(HS) 내의 기체가 배기되기 시작해, 챔버 배기 시간인 t1 시점에서 -p3[kPa]까지 압력이 급속히 저하된다. 또한, 챔버 배기 시간인 t1 시점에서 -p3[kPa]에 도달하도록 하는 조건은, 챔버 배기부(9)와 지지핀 시일 배기부(15)로부터의 배기량을 조정하는 다양한 실험을 행하여 미리 결정되어 있다. 또, 제어부(17)는, 이와 더불어 측정을 개시한다. 이 급속 배기에 의해, 셔터 본체(57)를 반입 출구(33)의 O링에 강하게 밀착시켜, 외부로부터 열처리 공간(HS)에 공기가 침입하는 것을 방지하는 효과도 있다.
제어부(17)는, 챔버 배기 시간인 t1 시점을 측정하면, 상부 가스 공급부(5)와, 하부 가스 공급부(13)로부터 질소 가스의 공급을 개시한다. 이에 의해, 열처리 공간(HS)의 압력이 급속하게 대기압측으로 되돌아오기 시작하는데, -p1[kPa] 부근의 부압을 유지시킨다. 이것은, 상부 가스 공급부(5)와 하부 가스 공급부(13)로부터의 질소 가스의 공급량을, 챔버 배기부(9)와 지지핀 시일 배기부(15)로부터의 배기량보다 적게 함으로써 행해진다. t1부터 t7 시점까지는, 배기와 질소 가스의 공급에 의한 산소 농도 저감이 행해진다.
t1부터 t7 시점에 있어서는, 질소 가스의 공급량보다 배기량을 많게 하여 부압으로 하고 있느데, 열처리 챔버(3) 내의 모서리부 등에서 체류하고 있는 산소는, 질소 가스의 흐름보다 배기의 흐름에 의해서 배출되기 쉽다. 따라서, 보다 산소 농도를 저감할 수 있다.
제어부(17)는, 0 시점에서부터 소정 시간 후에 상당하는 t7 시점에 있어서 챔버 배기부(9)를 정지시키고, 관통구(27)를 통한 배기(지지핀 시일 배기)와, 상부 가스 공급부(5)와 하부 가스 공급부(13)로부터 질소 가스를 공급하는 퍼지에 의한 산소 농도 저감으로 이행한다. 이에 의해, 열처리 공간(HS)의 압력은, 배기 유량이 줄어드므로, 대기압측으로 쏠려 여압을 유지한다.
이 때, 플레이트 상면 개구(29)로부터의 질소 가스의 공급이 없는 경우에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 좁은 공간으로 되어 있는 기판 하측 공간(WS)에 기체가 체류할 우려가 있다. 발명자들은, 플레이트 상면 공급구(29)로부터 질소 가스를 공급하지 않는 상태로 지지핀(61)을 하강시키면, 기판(W)의 하면에서 밀어올려진 기체에 의해 열처리 공간(HS)의 산소 농도가 상승하는 현상을 확인했다. 그 경우에는, 예를 들면, 도 2의 t9~t10 시점에 이점쇄선으로 나타낸 부호 pc와 같이 산소 농도가 목표치보다 상승한다. 그래서, 하부 가스 공급부(13)로부터 질소 가스를 공급함으로써, 도 4에 나타낸 바와 같이 기판 하측 공간(WS)의 기체를 질소 가스의 흐름으로 관통구(27)로부터 배출할 수 있다. 또, 열처리 플레이트(23)의 주위에 있는 간극(43)에는 산소가 체류할 우려가 있으나, 개구(45)로부터 질소 가스를 공급함으로써, 그 산소도 배출할 수 있다. 따라서, 열처리 공간(HS)의 산소 농도를 매우 낮게 할 수 있다.
제어부(17)는, 측정하고 있는 시간이, 미리 설정되어 있는 열처리 이행 시간에 도달한 경우에는, 지지핀(61)을 하강시켜 열처리로 이행한다. t7~t9 시점까지는, 챔버 배기를 정지하여, 관통구(27)를 통한 배기(지지핀 시일 배기)와 질소 가스를 공급함으로써, t7 시점까지의 열처리 공간(HS) 내에 있어서의 흐름에 변화를 발생시킬 수 있다. 따라서, 열처리 공간(HS) 내에서 체류하고 있는 산소를 흐름의 변화에 맞춰 배출할 수 있어, 보다 산소 농도를 저감할 수 있다.
또한, 상술한 t1~t9 시점까지가 본 발명에 있어서의 「배기 단계」 및 「불활성 가스 공급 단계」 및 「기판 하측 공간 기체 배출 단계」에 상당한다.
제어부(17)는, 열처리 이행 시간에 도달하고 있는 경우에는, t9 시점에서 액츄에이터(69)를 비작동으로 하고, 지지핀(61)을 퇴출 위치까지 하강시킨다. 이에 의해 기판(W)이 열처리 플레이트(23)의 상면 위에 올려놓아져 기판(W)에 대해 열처리가 개시된다. 제어부(17)는, 측정을 개시함과 더불어, 열처리 시간에 도달하는 t10 시점까지 이 상태를 유지한다. 또한, 이 t9 시점에서, 열처리 공간(HS)에 있어서의 산소 농도는, 목표치인 100ppm 이하까지 저감된다.
상기와 같이 산소 농도계(49)를 사용하지 않고, 열처리 이행 시간을 측정하는 것만으로 열처리로 이행시킬 수 있으므로, 기판 처리 장치의 구성을 간이화할 수 있어, 처리에 필요로 하는 비용을 억제할 수 있다.
제어부(17)는, 측정하고 있는 시간이 열처리 시간에 도달하면, t10 시점에서 액츄에이터(69)를 작동시켜 지지핀(61)을 상승시킨다. 이에 의해, 기판(W)이 열처리 플레이트(23)로부터 이격되어 수도 위치로 이동된다. 제어부(17)는, 챔버 배기부(9)를 작동시켜 배기구(37)로부터의 배기를 개시하고, 또한 측정을 개시한다. 이에 의해 기판(W)에 대해 냉각 처리가 실시된다.
또한, 상술한 t9~t10 시점까지가 본 발명에 있어서의 「열처리 단계」에 상당한다.
제어부(17)는, 측정하고 있는 시간이 냉각 시간에 도달한 경우, t11 시점에 있어서 챔버 배기부(9)와, 상부 가스 공급부(5)와, 하부 가스 공급부(13)를 정지시킨다. 그리고, 액츄에이터(59)를 비작동으로 하여, 셔터 본체(57)를 하강시켜 기판(W)을 반출시킨다.
본 실시예에 의하면, 기판(W)의 반입 후에 배기 및 불활성 가스 공급을 행하는데, 기판 하측 공간(WS)은 기판(W)의 하면과 열처리 플레이트(23)의 표면 사이에 끼여 좁은 공간이므로, 기판 하측 공간(WS)의 산소는 치환되기 어렵다. 그래서, 기판 하측 공간(WS)에 질소 가스를 공급하여 기판 하측 공간(WS)의 기체를 배제한 후, t9~t10 시점에서 열처리를 행한다. 따라서, 기판 하측 공간(WS)에 체류하는 산소도 불활성 가스로 치환할 수 있으므로, 열처리 공간(HS) 내의 산소 농도를 매우 낮게 할 수 있다. 그 결과, 열처리에 있어서의 열처리 공간(HS)의 처리 분위기를 열처리 프로세스에 적합하게 할 수 있어, 성막을 적정하게 행하게 할 수 있다.
<변형예>
다음에, 도 5를 참조하여 변형예에 대해서 설명한다. 또한, 도 5는, 변형예에 따른 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
상술한 실시예는, 플레이트 상면 공급구(29)로부터 질소 가스를 공급했다. 이 변형예는, 플레이트 상면 배기구(290)를 지지핀 시일 배기부(15)에 연통 접속하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성해, t1~t10 시점까지 플레이트 상면 배기구(290)로부터 배기를 행하도록 해도, 기판 하측 공간(WS)의 기체를 관통구(27)로부터 배출할 수 있다. 따라서, 상술한 실시예와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 이 경우, 플레이트 상면 배기구(290)가 본 발명에 따른 청구항 8에 있어서의 「플레이트 상면 개구」 및 「기판 하측 공간 기체 배출 수단」에 상당한다.
본 발명은, 상기 실시형태로 한정되지 않고, 하기와 같이 변형 실시할 수 있다.
(1) 상술한 실시예에서는, 기판(W)이 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는 처리막이 피착되어 있는 것으로 설명했는데, 본 발명은, 이러한 기판(W)으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 열처리 공간(HS)에 있어서의 산소 농도가 악영향을 주는 처리, 예를 들면, SOG(Spin On Glass) 용액 등이 도포된 기판에 대한 처리에도 적용할 수 있다.
(2) 상술한 실시예에서는, 열처리의 개시 후에도 플레이트 상면 공급구(29)로부터의 질소 가스의 공급을 유지하고 있다. 그러나, 기판(W)을 처리 위치에 하강시킬 때까지 그 공급을 정지하도록 해도 된다. 이에 의해, 그 공급량에 따라서는 기판(W)의 자세가 불안정해져, 처리 위치에 안정적으로 올려놓아지지 않는다는 문제를 회피할 수 있다.
(3) 상술한 변형예에서는, 열처리 개시 후에도 플레이트 상면 배기구(290)로부터 배기를 행하고 있다. 그러나, 기판(W)을 처리 위치에 하강시킬 때까지 그 배기를 정지하도록 해도 된다. 이에 의해, 배기량에 의해서 기판(W)의 자세가 불안정해져, 안정적으로 올려놓아지지 않는 문제를 회피할 수 있다.
(4) 상술한 실시예에서는, 불활성 가스로서 질소 가스를 예를 들어 설명했는데, 예를 들면, 아르곤이나 헬륨 등의 다른 불활성 가스를 이용해도 된다.
※ 본 발명은, 그 사상 또는 본질로부터 일탈하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으며, 따라서, 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 이상의 설명이 아니라, 부가된 클레임을 참조해야 한다.

Claims (20)

  1. 처리막이 형성된 기판을 열처리 챔버 내의 열처리 공간 내에서 열처리를 행하는 기판 처리 방법으로서,
    열처리 플레이트의 상면으로부터 돌출한 지지핀에 기판을 올려놓는 반입 단계;
    상기 열처리 공간의 기체를 배기하는 배기 단계;
    상기 열처리 공간에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 단계;
    상기 기판과 상기 열처리 플레이트의 상면 사이의 기판 하측 공간의 기체를 배출하는 기판 하측 공간 기체 배출 단계;
    상기 지지핀을 상기 열처리 플레이트 내에 퇴출시키고, 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아진 상기 열처리 공간 내의 기판에 대해 열처리를 행하는 열처리 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 기판 하측 공간에 불활성 가스를 공급하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 열처리 플레이트의 상면으로부터 상기 기판 하측 공간의 기체를 배기하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 열처리 단계에 있어서 상기 기판이 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아질 때까지 정지하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 열처리 단계에 있어서 상기 기판이 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아질 때까지 정지하는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 단계는, 상기 열처리 단계에 있어서 상기 기판이 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓아질 때까지 정지하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 방법.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 방법.
  13. 처리막이 형성된 기판을 열처리 공간 내에서 열처리를 행하는 기판 처리 장치로서,
    커버부로 주위의 분위기로부터 격리되어, 상기 커버부 내에 열처리 공간을 형성하는 열처리 플레이트;
    상기 열처리 플레이트의 상면으로부터 돌출한 기판의 수도(受渡) 위치와, 지지한 기판을 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓기 위해서 상기 열처리 플레이트 내에 퇴출한 퇴출 위치에 걸쳐서 이동하는 지지핀;
    상기 커버부 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단;
    상기 커버부 내의 기체를 배출하는 배기 수단;
    상기 지지핀으로 지지된 기판과 상기 열처리 플레이트의 상면 사이의 기판 하측 공간의 기체를 배출하는 기판 하측 공간 기체 배출 수단;
    을 구비하고,
    수도 위치에 있어서 기판을 상기 지지핀에 지지시키고, 상기 배기 수단으로 열처리 공간의 기체를 배기시킴과 더불어 상기 불활성 가스 공급 수단으로 불활성 가스를 공급시키고, 상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단에 의해 기판 하측 공간의 기체를 배출시키고, 상기 지지핀을 퇴출 위치로 이동시켜 기판을 상기 열처리 플레이트의 상면 위에 올려놓고 기판에 열처리를 행하는, 기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 열처리 플레이트의 상면에 개구된 플레이트 상면 개구로부터 기판 하측 공간에 불활성 가스를 공급하는, 기판 처리 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 열처리 플레이트의 상면에 개구된 플레이트 상면 개구로부터 기판 하측 공간의 기체를 배기하는, 기판 처리 장치.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 지지핀을 퇴출 위치로 이동시킬 때까지 정지하는, 기판 처리 장치.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 지지핀을 퇴출 위치로 이동시킬 때까지 정지하는, 기판 처리 장치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 기판 하측 공간 기체 배출 수단은, 상기 지지핀을 퇴출 위치로 이동시킬 때까지 정지하는, 기판 처리 장치.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 장치.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 처리막은 유도 자기 조직화 재료로 이루어지는, 기판 처리 장치.
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