KR20230010579A - 유기막 형성 장치 및 유기막의 제조 방법 - Google Patents

유기막 형성 장치 및 유기막의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 유기막이 형성된 워크의 냉각에 드는 비용을 저감하고, 또한, 유기막의 품질을 유지할 수 있는 유기막 형성 장치 및 유기막의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
[해결수단] 실시형태에 관한 유기막 형성 장치는, 대기압보다 감압된 분위기를 유지 가능한 챔버와, 상기 챔버의 내부를 배기 가능한 배기부와, 기판과, 상기 기판의 상면에 도포된 유기 재료와 용매를 포함하는 용액을 갖는 워크가 지지되는 처리 영역과, 상기 처리 영역에 지지된 상기 워크에 대향하여 설치된 가열부와, 상기 가열부에 대하여 냉각 가스를 공급하는 냉각부와, 상기 가열부, 상기 배기부 및 상기 냉각부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있다. 상기 냉각부는, 가열된 상기 워크와 반응하기 어려운 제1 냉각 가스를 상기 가열부의 내부에 공급하는 제1 가스 공급 경로와, 제2 냉각 가스를 상기 가열부의 내부에 공급하는 제2 가스 공급 경로와, 상기 제1 공급 경로 및 상기 제2 공급 경로가 공용하는 공용부와, 상기 제1 공급 경로에 의해 공급되는 상기 제1 냉각 가스와 상기 제2 공급 경로에 의해 공급되는 상기 제2 냉각 가스를 선택적으로 상기 공용부에 공급하는 제1 밸브를 갖고 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 워크가 임계값보다 높은 온도인 경우 제1 냉각 가스를 상기 가열부에 공급하고, 상기 워크가 임계값 이하인 경우 제2 냉각 가스를 상기 가열부에 공급하고, 처리가 끝난 상기 워크를 상기 챔버로부터 반출하는 것을 시작하고 나서, 다음에 처리가 행해지는 워크를 상기 챔버에 반입하고, 다음에 처리가 행해지는 상기 워크가 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부의 적어도 어느 하나에 의해 승온되기까지의 동안에, 상기 제1 냉각 가스를 상기 챔버 내에 공급한다.

Description

유기막 형성 장치 및 유기막의 제조 방법 {APPARATUS FOR FORMING ORGANIC FILM, AND MANUFACTURING METHOD OF ORGANIC FILM}
본 발명의 실시형태는, 유기막 형성 장치 및 유기막의 제조 방법에 관한 것이다.
유기막 형성 장치는, 예컨대, 대기압보다 감압된 분위기를 유지 가능한 챔버와, 챔버의 내부에 설치되어 워크를 가열하는 히터를 구비하고 있다. 이러한 유기막 형성 장치는, 유기 재료와 용매를 포함하는 용액이 도포된 기판을, 대기압보다 감압된 분위기에서 가열하고, 용액에 포함되어 있는 용매를 증발시킴으로써 유기막을 형성한다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).
유기막이 형성된 기판은, 처리가 행해진 챔버 등의 내부로부터 취출되어, 다음 공정 등에 반송된다. 가열하여 유기막을 형성한 경우, 기판의 온도가 높아지기 때문에, 온도가 높은 기판을 챔버로부터 취출하거나 반송하거나 하는 것은 어렵다. 또한, 고온에서 취출하면 유기막이 산화되어 기능을 만족시키지 못하게 될 가능성도 있다. 따라서, 기판을 냉각시켜야 한다.
이 경우, 챔버의 내부에 냉각 가스를 공급하고, 냉각 가스를 기판에 내뿜는 것으로 기판을 냉각시키는 방법이 고려된다. 그런데, 유기막을 형성할 때에는, 250℃∼600℃ 정도의 매우 높은 온도에서의 처리가 필요하다. 그 때문에, 기판을 반송할 수 있는 온도가 될 때까지 소비되는 냉각 가스의 양이 방대해진다. 또한, 250℃∼600℃ 정도의 유기막은 반응성이 높다. 그 때문에, 냉각 가스 중에 산소가 포함되어 있으면 유기막이 산화되어 버린다. 유기막의 산화를 방지하기 위해, 냉각 가스로서 불활성 가스를 냉각 중에 계속 사용하면 비용도 증대된다.
따라서, 유기막이 형성된 워크의 냉각에 드는 비용을 저감하고, 또한, 유기막의 품질을 유지할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
특허문헌 1 : 일본특허공개 제2019-184229호 공보
본 발명은, 유기막이 형성된 워크의 냉각에 드는 비용을 저감하고, 또한, 유기막의 품질을 유지할 수 있는 유기막 형성 장치 및 유기막의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
실시형태에 관한 유기막 형성 장치는, 대기압보다 감압된 분위기를 유지 가능한 챔버와, 상기 챔버의 내부를 배기 가능한 배기부와, 기판과, 상기 기판의 상면에 도포된 유기 재료와 용매를 포함하는 용액을 갖는 워크가 지지되는 처리 영역과, 상기 처리 영역에 지지된 상기 워크에 대향하여 설치된 가열부와, 상기 가열부에 대하여 냉각 가스를 공급하는 냉각부와, 상기 가열부, 상기 배기부 및 상기 냉각부를 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있다. 상기 냉각부는, 가열된 상기 워크와 반응하기 어려운 제1 냉각 가스를 상기 가열부의 내부에 공급하는 제1 가스 공급 경로와, 제2 냉각 가스를 상기 가열부의 내부에 공급하는 제2 가스 공급 경로와, 상기 제1 공급 경로 및 상기 제2 공급 경로가 공용하는 공용부와, 상기 제1 공급 경로에 의해 공급되는 상기 제1 냉각 가스와 상기 제2 공급 경로에 의해 공급되는 상기 제2 냉각 가스를 선택적으로 상기 공용부에 공급하는 제1 밸브를 갖고 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 워크가 임계값보다 높은 온도인 경우, 제1 냉각 가스를 상기 가열부에 공급하고, 상기 워크가 임계값 이하인 경우, 제2 냉각 가스를 상기 가열부에 공급하고, 처리가 끝난 상기 워크를 상기 챔버로부터 반출하는 것을 시작하고 나서, 다음에 처리가 행해지는 워크를 상기 챔버에 반입하고, 다음에 처리가 행해지는 상기 워크가 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부 중 적어도 어느 하나에 의해 승온되기까지의 동안에, 상기 제1 냉각 가스를 상기 챔버 내에 공급한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 유기막이 형성된 워크의 냉각에 드는 비용을 저감하고, 또한, 유기막의 품질을 유지할 수 있는 유기막 형성 장치 및 유기막의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 관한 유기막 형성 장치를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 2는 워크의 처리 공정 및 냉각 가스의 공급 타이밍을 예시하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 실시형태에 관한 유기막 형성 장치를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 4는 다른 실시형태에 관한 유기막 형성 장치를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 5는 다른 실시형태에 관한 유기막 형성 장치를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 6은 다른 실시형태에 관한 유기막 형성 장치를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 관해 예시한다. 또, 각 도면 중 동일한 구성 요소에는 동일의 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
한편, 도 1 중의 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향은, 서로 직교하는 3방향을 나타내고 있다. 본 명세서에서의 상하 방향은 Z 방향으로 할 수 있다. 또한, 번잡해지는 것을 피하기 위해, 도 3은, 챔버(10)의 내부에 설치되는 요소 등을 생략하여 그리고 있다.
유기막을 형성하기 전의 워크(100)는, 기판과, 기판의 상면에 도포된 용액을 갖는다.
기판은, 예컨대, 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등으로 할 수 있다. 다만, 기판은 예시한 것에 한정되는 것은 아니다.
용액은, 예컨대 유기 재료와 용제를 포함하고 있다. 유기 재료는, 용제에 의해 용해가 가능한 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 용액은, 예컨대, 폴리아미드산을 포함하는 바니시 등으로 할 수 있다. 다만, 용액은 예시한 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 액체가 가소성되어 반경화 상태(흐르지 않는 상태)도 포함한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 유기막 형성 장치(1)에는, 예컨대, 챔버(10), 배기부(20), 처리부(30), 냉각부(40) 및 컨트롤러(60)가 설치되어 있다.
컨트롤러(60)는, 예컨대, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산부와, 메모리 등의 기억부를 구비하고 있다. 컨트롤러(60)는, 예컨대 컴퓨터 등으로 할 수 있다. 컨트롤러(60)는, 기억부에 저장되어 있는 제어 프로그램에 기초하여, 유기막 형성 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어한다.
예컨대, 컨트롤러(60)는, 유기막 형성 장치(1)에 설치된 배기부(20) 및 히터(32a)를 제어한다. 컨트롤러(60)는, 배기부(20)를 제어하여 챔버(10)의 내압이 소정의 값 이하가 된 후에 히터(32a)에 전력을 인가한다. 예컨대, 컨트롤러(60)는, 배기부(20)를 제어하여 챔버(10)의 내압이 챔버 내의 산소 농도가 소정의 농도 100 ppm 이하가 되는 압력이 된 후에, 히터(32a)에 전력을 인가할 수 있다.
챔버(10)는, 대기압보다 감압된 분위기를 유지할 수 있는 기밀 구조를 갖고 있다. 챔버(10)는 상자형이다. 챔버(10)의 외관 형상은 특별히 한정되지 않는다. 챔버(10)의 외관 형상은, 예컨대 직방체로 할 수 있다. 챔버(10)는, 예컨대 스테인레스 등의 금속으로 형성할 수 있다. 또한, 챔버(10)에는 산소 농도를 검출하는 산소 농도계(21c)가 설치되어 있다.
챔버(10)는, 본체(10a), 도어(13) 및 덮개(15)를 갖는다.
Y 방향에 있어서, 본체(10a)의 한쪽 단부에는 플랜지(11)를 설치할 수 있다. 플랜지(11)에는 O링 등의 시일재(12)를 설치할 수 있다. 챔버(10)의 플랜지(11)가 형성된 쪽의 개구(11a)는, 도어(13)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 도시하지 않은 구동 장치에 의해, 도어(13)가 플랜지(11)(시일재(12))에 압박됨으로써 챔버(10)의 개구(11a)가 기밀이 되도록 폐쇄된다. 도시하지 않은 구동 장치에 의해, 도어(13)가 플랜지(11)로부터 격리됨으로써, 챔버(10)의 개구(11a)가 해방되고, 개구(11a)를 통한 워크(100)의 반입 또는 반출이 가능해진다.
Y 방향에 있어서, 본체(10a)의 다른쪽 단부에는 플랜지(14)를 설치할 수 있다. 플랜지(14)에는 O링 등의 시일재(12)를 설치할 수 있다. 챔버(10)의 플랜지(14)가 설치된 쪽의 개구는, 덮개(15)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 예컨대, 덮개(15)는, 나사 등의 체결 부재를 이용하여 플랜지(14)에 착탈 가능하게 설치할 수 있다. 메인터넌스 등을 행할 때에는, 덮개(15)를 제거함으로써 챔버(10)의 플랜지(14)가 설치된 쪽의 개구를 노출시킨다.
챔버(10)의 외벽 및 도어(13)의 외면에는 냉각부(16)를 설치할 수 있다. 냉각부(16)에는, 도시하지 않은 냉각수 공급부가 접속되어 있다. 냉각부(16)는, 예컨대 워터 재킷(Water Jacket)으로 할 수 있다. 냉각부(16)가 설치되어 있으면, 챔버(10)의 외벽의 온도나 도어(13)의 외면의 온도가 소정의 온도보다 높아지는 것을 억제할 수 있다.
배기부(20)는 챔버(10)의 내부를 배기한다. 배기부(20)는, 예컨대 제1 배기부(21), 제2 배기부(22) 및 제3 배기부(23)를 갖는다.
제1 배기부(21)는, 예컨대 챔버(10)의 저면에 설치된 배기구(17)에 접속되어 있다.
제1 배기부(21)는, 예컨대, 배기 펌프(21a)와 압력 제어부(21b)를 갖는다.
배기 펌프(21a)는, 대기압으로부터 소정의 압력까지 러핑 배기를 행하는 배기 펌프로 할 수 있다. 그 때문에, 배기 펌프(21a)는, 후술하는 배기 펌프(22a)보다 배기량이 많다. 배기 펌프(21a)는, 예컨대 드라이 진공 펌프 등으로 할 수 있다.
압력 제어부(21b)는, 예컨대, 배기구(17)와 배기 펌프(21a)의 사이에 설치되어 있다. 압력 제어부(21b)는, 챔버(10)의 내압을 검출하는 도시하지 않은 진공계 등의 출력에 기초하여, 챔버(10)의 내압이 소정의 압력이 되도록 제어한다. 압력 제어부(21b)는, 예컨대 APC(Auto Pressure Controller) 등으로 할 수 있다.
한편, 배기구(17)와 압력 제어부(21b) 사이에는, 배기된 승화물을 트랩하기 위한 콜드 트랩(24)이 설치되어 있다. 또한, 배기구(17)와 콜드 트랩(24) 사이에 밸브(25)가 설치되어 있다. 밸브(25)는, 후술하는 냉각 공정에서, 제1 배기부(21)와 챔버(10)를 구획하기 위한 밸브이다.
제2 배기부(22)는, 예컨대 챔버(10)의 저면에 설치된 배기구(18)에 접속되어 있다. 한편, 배기구(18)는 본 실시형태에서는 2개 설치되어 있지만, 1개이어도, 3개 이상 설치되어 있어도 좋다.
제2 배기부(22)는, 예컨대 배기 펌프(22a)와 압력 제어부(22b)를 갖는다.
배기 펌프(22a)는, 배기 펌프(21a)에 의한 러핑 배기의 후, 더 낮은 소정의 압력까지 배기를 행한다. 배기 펌프(22a)는, 예컨대, 고진공의 분자류 영역까지 배기 가능한 배기 능력을 갖는다. 예컨대, 배기 펌프(22a)는, 터보 분자 펌프(TMP : Turbo Molecular Pump) 등으로 할 수 있다.
압력 제어부(22b)는, 예컨대, 배기구(18)와 배기 펌프(22a)의 사이에 설치되어 있다. 압력 제어부(22b)는, 챔버(10)의 내압을 검출하는 도시하지 않은 진공계 등의 출력에 기초하여, 챔버(10)의 내압이 소정의 압력이 되도록 제어한다. 압력 제어부(22b)는, 예컨대 APC 등으로 할 수 있다. 한편, 배기구(18)와 압력 제어부(21b) 사이에는, 제1 배기부(21)와 동일하게, 콜드 트랩(24) 및 밸브(25)를 설치할 수 있다.
제3 배기부(23)는, 배기구(18)와 제2 배기부(22)의 밸브(25) 사이에 접속되어 있다. 제3 배기부(23)는 공장의 배기계에 접속되어 있다. 제3 배기부(23)는, 예컨대 스테인레스 등의 배관으로 할 수 있다. 제3 배기부는, 배기구(18)와 공장의 배기계 사이에 밸브(25)가 설치되어 있다.
처리부(30)는, 예컨대, 프레임(31), 가열부(32), 지지부(33), 균열부(34), 균열판 지지부(35) 및 커버(36)를 갖는다.
처리부(30)의 내부에는, 처리 영역(30a) 및 처리 영역(30b)이 설치되어 있다. 처리 영역(30a, 30b)은, 워크(100)에 처리를 하는 공간이 된다. 워크(100)는 처리 영역(30a, 30b)의 내부에 지지된다. 처리 영역(30b)은 처리 영역(30a)의 상측에 설치되어 있다. 한편, 2개의 처리 영역이 설치되는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 1개의 처리 영역만이 설치되도록 할 수도 있고, 3개 이상의 처리 영역이 설치되도록 할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 일례로서 2개의 처리 영역이 설치되는 경우를 예시하지만, 1개의 처리 영역 및 3개 이상의 처리 영역이 설치되는 경우도 동일하게 생각할 수 있다.
처리 영역(30a, 30b)은 가열부(32)와 가열부(32) 사이에 설치되어 있다. 처리 영역(30a, 30b)은, 균열부(34)(상부 균열판(34a), 하부 균열판(34b), 측부 균열판(34c), 측부 균열판(34d))에 의해 둘러싸여 있다.
후술하는 바와 같이, 균열부(34)는 복수의 균열판에 의해 구성되어 있다. 그 때문에, 균열부(34)는 밀폐 구조가 아니다. 그 때문에, 챔버(10)의 내벽과 처리부(30) 사이의 공간의 압력이 감압되면, 처리 영역(30a, 30b)의 내부 공간도 감압된다.
챔버(10)의 내벽과 처리부(30) 사이의 공간의 압력이 감압되어 있으면, 처리 영역(30a, 30b)으로부터 외부로 방출되는 열을 억제할 수 있다. 즉, 가열 효율이나 축열 효율을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 후술하는 히터(32a)에 인가하는 전력을 저감할 수 있다. 또한, 히터(32a)에 인가하는 전력을 저감할 수 있으면, 히터(32a)의 온도가 소정의 온도 이상이 되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 히터(32a)의 수명을 길게 할 수 있다.
프레임(31)은, 가늘고 긴 판재나 형강(形鋼) 등으로 이루어진 골조 구조를 갖고 있다. 프레임(31)의 외관 형상은, 챔버(10)의 외관 형상과 동일하게 할 수 있다. 프레임(31)의 외관 형상은, 예컨대 직방체로 할 수 있다.
가열부(32)는 복수 설치되어 있다. 가열부(32)는, 처리 영역(30a, 30b)의 하부 및 처리 영역(30a, 30b)의 상부에 설치할 수 있다. 처리 영역(30a, 30b)의 하부에 설치된 가열부(32)는, 하부 가열부(제2 가열부의 일례에 상당)가 된다. 처리 영역(30a, 30b)의 상부에 설치된 가열부(32)는, 상부 가열부(제1 가열부의 일례에 상당)가 된다. 하부 가열부는 상부 가열부와 대향하고 있다. 한편, 복수의 처리 영역이 상하 방향으로 겹쳐서 설치되는 경우에는, 하측의 처리 영역에 설치된 상부 가열부는, 상측의 처리 영역에 설치된 하부 가열부와 겸용할 수 있다.
가열부(32)는, 챔버(10)의 내부에 설치되어 워크(100)를 가열한다.
예컨대, 처리 영역(30a)에 지지된 워크(100)의 하면(이면)은, 처리 영역(30a)의 하부에 설치된 가열부(32)에 의해 가열된다. 처리 영역(30a)에 지지된 워크(100)의 상면(표면)은, 처리 영역(30a)과 처리 영역(30b)에 의해 겸용되는 가열부(32)에 의해 가열된다.
처리 영역(30b)에 지지된 워크(100)의 하면(이면)은, 처리 영역(30a)과 처리 영역(30b)에 의해 겸용되는 가열부(32)에 의해 가열된다. 처리 영역(30b)에 지지된 워크(100)의 상면(표면)은, 처리 영역(30b)의 상부에 설치된 가열부(32)에 의해 가열된다.
복수의 가열부(32)의 각각은, 적어도 하나의 히터(32a)와, 한쌍의 홀더(32b)를 갖는다. 한편, 이하에서는, 복수의 히터(32a)가 설치되는 경우를 설명한다.
히터(32a)는, 막대형이며, 한쌍의 홀더(32b) 사이에서 Y 방향으로 연장되어 있다. 복수의 히터(32a)는 X 방향으로 나란히 설치할 수 있다. 복수의 히터(32a)는, 예컨대 등간격으로 설치할 수 있다. 히터(32a)는, 예컨대, 시즈히터, 원적외선 히터, 원적외선 램프, 세라믹 히터, 카트리지 히터 등으로 할 수 있다. 또한, 각종 히터를 석영 커버로 덮을 수도 있다.
한편, 본 명세서에서는, 석영 커버로 덮인 각종 히터도 포함하여 「막대형의 히터」라고 칭한다. 또한, 「막대형」의 단면형상에는 한정이 없고, 예컨대, 원기둥형이나 각기둥형 등도 포함된다.
또한, 히터(32a)는 예시한 것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 히터(32a)는, 방사에 의한 열에너지를 이용하는 것이면 된다.
상부 가열부 및 하부 가열부에서의 복수의 히터(32a)의 사양, 수, 간격 등은, 가열하는 용액의 조성(용액의 가열 온도), 워크(100)의 크기 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 복수의 히터(32a)의 사양, 수, 간격 등은, 시뮬레이션이나 실험 등을 행함으로써 적절하게 결정할 수 있다.
또한, 복수의 히터(32a)가 설치된 공간은, 홀더(32b), 상부 균열판(34a), 하부 균열판(34b), 측부 균열판(34c) 및 측부 균열판(34d)에 의해 둘러싸여 있다. 그 때문에, 복수의 히터(32a)가 설치된 공간에 냉각부(40)로부터 냉각 가스를 공급함으로써, 복수의 히터(32a), 상부 균열판(34a), 하부 균열판(34b), 측부 균열판(34c) 및 측부 균열판(34d)을 냉각시킬 수 있다. 한편, 상부 균열판(34a)들의 사이, 하부 균열판(34b)들의 사이에는 간극이 형성되어 있다. 그 때문에, 후술하는 냉각부(40)로부터, 복수의 히터(32a)가 설치된 공간에 공급된 냉각 가스의 일부가 처리 영역(30a) 혹은 처리 영역(30b)에 유입된다.
한쌍의 홀더(32b)는, X 방향(예컨대, 처리 영역(30a, 30b)의 길이 방향)으로 연장되어 있다. 한쌍의 홀더(32b)는, Y 방향에서 서로 대향하고 있다. 한쪽의 홀더(32b)는, 프레임(31)의 도어(13)측의 단부면에 고정되어 있다. 다른쪽의 홀더(32b)는, 프레임(31)의 도어(13)측과는 반대측의 단부면에 고정되어 있다. 한쌍의 홀더(32b)는, 예컨대, 나사 등의 체결 부재를 이용하여 프레임(31)에 고정할 수 있다. 한쌍의 홀더(32b)는, 히터(32a)의 단부 근방의 비발열부를 유지한다. 한쌍의 홀더(32b)는, 예컨대, 가늘고 긴 금속의 판재나 형강 등으로 형성할 수 있다. 한쌍의 홀더(32b)의 재료에는 특별히 한정은 없지만, 내열성과 내식성을 갖는 재료로 하는 것이 바람직하다. 한쌍의 홀더(32b)의 재료는, 예컨대 스테인레스 등으로 할 수 있다.
지지부(33)는, 챔버(10)의 내부에 설치되어 워크(100)를 지지한다. 예컨대, 지지부(33)는, 상부 가열부와 하부 가열부 사이에 워크(100)를 지지한다. 지지부(33)는 복수 설치할 수 있다. 복수의 지지부(33)는, 처리 영역(30a)의 하부 및 처리 영역(30b)의 하부에 설치되어 있다. 복수의 지지부(33)는 막대형체로 할 수 있다.
복수의 지지부(33)의 한쪽 단부(상측의 단부)는, 워크(100)의 하면(이면)에 접촉한다. 그 때문에, 복수의 지지부(33)의 한쪽 단부의 형상은, 반구형 등으로 하는 것이 바람직하다.
워크(100)는, 대기압보다 감압된 분위기에서, 방사에 의한 열에너지에 의해 가열된다. 따라서, 상부 가열부로부터 워크(100)의 상면까지의 거리, 및 하부 가열부로부터 워크(100)의 하면까지의 거리는, 방사에 의한 열에너지가 워크(100)에 도달할 수 있는 거리로 되어 있다.
복수의 지지부(33)의 다른쪽 단부(하측의 단부)는, 예컨대, 한쌍의 프레임(31) 사이에 걸쳐 있는 복수의 막대형 부재 또는 판형 부재 등에 고정할 수 있다.
복수의 지지부(33)의 수, 배치, 간격 등은, 워크(100)의 크기나 강성(휨) 등에 따라서 적절하게 변경할 수 있다.
복수의 지지부(33)의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 내열성과 내식성을 갖는 재료로 하는 것이 바람직하다. 복수의 지지부(33)의 재료는, 예컨대 스테인레스 등으로 할 수 있다.
균열부(34)는, 복수의 상부 균열판(34a)(제1 균열판의 일례에 상당), 복수의 하부 균열판(34b)(제2 균열판의 일례에 상당), 복수의 측부 균열판(34c) 및 복수의 측부 균열판(34d)을 갖는다. 복수의 상부 균열판(34a), 복수의 하부 균열판(34b), 복수의 측부 균열판(34c) 및 복수의 측부 균열판(34d)은 판형이다.
복수의 상부 균열판(34a)은, 상부 가열부에 있어서 하부 가열부측(워크(100)측)에 설치되어 있다. 복수의 상부 균열판(34a)은 복수의 히터(32a)와 격리되어 설치되어 있다. 복수의 상부 균열판(34a)은 X 방향으로 나란히 설치되어 있다. 복수의 상부 균열판(34a)들의 사이에는 간극이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 이 간극을 통해 처리 영역(30a, 30b)의 공간의 압력을 감압할 수 있다.
복수의 하부 균열판(34b)은, 하부 가열부에 있어서 상부 가열부측(워크(100)측)에 설치되어 있다. 복수의 하부 균열판(34b)은 복수의 히터(32a)와 격리되어 설치되어 있다. 복수의 하부 균열판(34b)은 X 방향으로 나란히 설치되어 있다. 복수의 하부 균열판(34b)들의 사이에는 간극이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 이 간극을 통해 처리 영역(30a, 30b)의 공간의 압력을 감압할 수 있다.
측부 균열판(34c)은, X 방향에 있어서, 처리 영역(30a, 30b)의 양측의 측부의 각각에 설치되어 있다. 측부 균열판(34c)은 커버(36)의 내측에 설치할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 측부 균열판(34c)은, 상부 균열판(34a) 혹은 하부 균열판(34b)과의 사이에 간극이 형성되어 있다. 이 간극을 통해 처리 영역(30a, 30b)의 공간의 압력을 감압할 수 있다.
측부 균열판(34d)은, Y 방향에 있어서, 처리 영역(30a, 30b)의 양측의 측부의 각각에 설치되어 있다. 도어(13)측에 설치되는 측부 균열판(34d)은, 커버(36)와 간격을 두고 도어(13)에 설치할 수 있다. 덮개(15)측에 설치되는 측부 균열판(34d)은 커버(36)의 내측에 설치할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 측부 균열판(34d)은, 상부 균열판(34a) 혹은 하부 균열판(34b)과의 사이에 간극이 형성되어 있다. 이 간극을 통해 처리 영역(30a, 30b)의 공간의 압력을 감압할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상부 균열판(34a)들의 사이, 및 하부 균열판(34b)들의 사이 등에 형성된 간극은, 상부 균열판(34a)(하부 균열판(34b))과 측부 균열판(34c)의 사이, 및 상부 균열판(34a)(하부 균열판(34b))과 측부 균열판(34d)의 사이에 형성된 간극보다 커지도록 형성되어 있다. 그 이유에 관해서는 후술한다.
전술한 바와 같이, 복수의 히터(32a)는, 막대형이며, 소정의 간격을 두고 나란히 설치되어 있다. 막대형의 복수의 히터(32a)를 이용하여 워크(100)를 직접 가열하면, 가열된 워크(100)의 온도의 면내 분포에 변동이 생긴다.
워크(100)의 온도의 면내 분포에 변동이 생기면, 형성된 유기막의 품질이 저하될 우려가 있다. 예컨대, 온도가 높아진 부분에 거품이 발생하거나, 온도가 높아진 부분에서 유기막의 조성이 변화하거나 할 우려가 있다.
본 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1)에는, 전술한 복수의 상부 균열판(34a) 및 복수의 하부 균열판(34b)이 설치되어 있다. 그 때문에, 복수의 히터(32a)로부터 방사된 열은, 복수의 상부 균열판(34a) 및 복수의 하부 균열판(34b)에 입사하여, 이들의 내부에서 면방향으로 전파하면서 워크(100)를 향해 방사된다. 그 결과, 워크(100)의 온도에 면내 분포에 변동이 생기는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는 형성된 유기막의 품질을 향상시킬 수 있다.
복수의 상부 균열판(34a) 및 복수의 하부 균열판(34b)은 입사한 열을 면방향으로 전파시키기 때문에, 이들 재료는 열전도율이 높은 재료로 하는 것이 바람직하다. 복수의 상부 균열판(34a) 및 복수의 하부 균열판(34b)은, 예컨대, 알루미늄, 구리, 스테인레스 등으로 할 수 있다. 한편, 알루미늄이나 구리 등의 산화되기 쉬운 재료를 이용하는 경우에는, 산화되기 어려운 재료를 포함하는 층을 표면에 형성하는 것이 바람직하다.
복수의 상부 균열판(34a) 및 복수의 하부 균열판(34b)으로부터 방사된 열의 일부는, 처리 영역의 측방으로 향한다. 그 때문에, 처리 영역의 측부에는, 전술한 측부 균열판(34c, 34d)이 설치되어 있다. 측부 균열판(34c, 34d)에 입사한 열은, 측부 균열판(34c, 34d)을 면방향으로 전파하면서, 그 일부가 워크(100)를 향해 방사된다. 그 때문에, 워크(100)의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
측부 균열판(34c, 34d)의 재료는, 전술한 상부 균열판(34a) 및 하부 균열판(34b)의 재료와 동일한 것으로 할 수 있다.
한편, 이상에서는, 복수의 상부 균열판(34a) 및 복수의 하부 균열판(34b)이 X 방향으로 나란히 설치되는 경우를 예시했지만, 상부 균열판(34a) 및 하부 균열판(34b)의 적어도 한쪽은 단일한 판형 부재로 할 수도 있다.
복수의 균열판 지지부(35)는 X 방향으로 나란히 설치되어 있다. 균열판 지지부(35)는, 상부 균열판(34a)들 사이의 바로 아래에 설치할 수 있다. 복수의 균열판 지지부(35)는, 나사 등의 체결 부재를 이용하여 한쌍의 홀더(32b)에 고정할 수 있다. 인접하는 균열판 지지부(35)는, 상부 균열판(34a)의 양끝을 착탈 가능하게 지지한다. 한편, 복수의 하부 균열판(34b)을 지지하는 복수의 균열판 지지부(35)도 동일한 구성을 가질 수 있다.
커버(36)는 판형이며, 프레임(31)의 상면, 저면 및 측면을 덮고 있다. 즉, 커버(36)에 의해 프레임(31)의 내부가 덮여 있다. 다만, 도어(13)측의 커버(36)는, 예컨대 도어(13)에 설치할 수 있다.
커버(36)는 처리 영역(30a, 30b)을 둘러싸고 있지만, 프레임(31)의 상면과 측면의 경계선, 프레임(31)의 측면과 저면의 경계선, 도어(13)의 부근에는, 간극이 형성되어 있다.
또한, 프레임(31)의 상면 및 저면에 설치되는 커버(36)는 복수로 분할되어 있다. 또한, 분할된 커버(36)들의 사이에는 간극이 형성되어 있다. 즉, 처리부(30)(처리 영역(30a), 처리 영역(30b))의 내부 공간은, 이러한 간극을 통해 챔버(10)의 내부 공간에 연통하고 있다. 그 때문에, 처리 영역(30a, 30b)의 압력이, 챔버(10)의 내벽과 커버(36) 사이의 공간의 압력과 동일해지도록 할 수 있다. 커버(36)는, 예컨대 스테인레스 등으로 형성할 수 있다.
냉각부(40)는, 가열부(32)가 설치된 영역에 냉각 가스를 공급한다. 예컨대, 냉각부(40)는, 냉각 가스(G)에 의해, 처리 영역(30a, 30b)을 둘러싸는 균열부(34)를 냉각시키고, 냉각된 균열부(34)에 의해 고온 상태에 있는 워크(100)를 간접적으로 냉각시킨다. 또한, 예컨대, 냉각부(40)는, 상부 균열판(34a)들의 간극, 혹은, 하부 균열판(34b)들의 간극으로부터 워크(100)에 냉각 가스를 공급하여, 고온 상태에 있는 워크(100)를 직접적으로 냉각시킬 수도 있다.
즉, 냉각부(40)는 워크(100)를 간접적 및 직접적으로 냉각시킬 수 있다.
냉각부(40)는, 예컨대, 제1 가스 공급 경로(40a)와 제2 가스 공급 경로(40b)를 갖는다.
우선, 제1 가스 공급 경로(40a)에 관해 설명한다. 제1 가스 공급 경로(40a)는, 후술하는 냉각 공정에서, 가열부(32)가 설치된 영역에 냉각 가스(G1)를 공급한다. 제1 가스 공급 경로(40a)는, 노즐(41), 가스원(42), 가스 제어부(43) 및 전환 밸브(54)를 갖는다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 노즐(41)은 복수의 히터(32a)가 설치된 공간에 접속할 수 있다. 노즐(41)은, 예컨대, 커버(36)를 관통하여, 측부 균열판(34c)이나 프레임(31) 등에 부착할 수 있다. 노즐(41)은, Y 방향에 있어서 복수개 설치할 수 있다(도 3 참조). 한편, 노즐(41)의 수나 배치는 적절하게 변경할 수 있다. 예컨대, X 방향에 있어서, 처리부(30)의 일방측에 노즐(41)을 설치할 수도 있고, 처리부(30)의 양측에 노즐(41)을 설치할 수도 있다. 예컨대, 복수의 노즐(41)을 Y 방향으로 나란히 설치할 수도 있다.
가스원(42)은, 노즐(41)에 제1 냉각 가스에 상당하는 냉각 가스(G1)를 공급한다. 가스원(42)은, 예컨대, 고압 가스 봄베, 공장 배관 등으로 할 수 있다. 또한, 가스원(42)은 복수 설치할 수도 있다.
냉각 가스(G1)는, 가열된 워크(100)와 반응하기 어려운 가스로 하는 것이 바람직하다. 냉각 가스(G1)는, 예컨대, 질소 가스, 희가스 등으로 할 수 있다. 희가스는, 예컨대, 아르곤 가스나 헬륨 가스 등이다. 냉각 가스(G1)가 질소 가스이면, 운전 비용의 저감을 도모할 수 있다. 헬륨 가스의 열전도율은 높기 때문에, 냉각 가스(G1)로서 헬륨 가스를 이용하면, 냉각 시간의 단축을 도모할 수 있다.
냉각 가스(G1)의 온도는, 예컨대 실온(예컨대 25℃) 이하로 할 수 있다.
가스 제어부(43)는, 노즐(41)과 가스원(42) 사이에 설치되어 있다. 가스 제어부(43)는, 예컨대, 냉각 가스의 공급과 정지나, 냉각 가스의 유속 및 유량의 적어도 어느 것을 제어할 수 있다.
또한, 냉각 가스(G1)의 공급 타이밍은, 워크(100)에 대한 가열 처리가 완료한 후로 할 수 있다. 한편, 가열 처리의 완료란, 유기막이 형성되는 온도를 소정 시간 유지한 후로 할 수 있다.
전환 밸브(54)는, 제1 가스 공급 경로(40a)와 제2 가스 공급 경로(40b)를 접속하고, 가열부(32)가 설치된 영역에 냉각 가스(G1) 또는 냉각 가스(G2)의 어느 한쪽을 공급하는 것을 선택 가능하게 하기 위한 밸브(제1 밸브의 일례에 상당)이다. 전환 밸브(54)는, 노즐(41)과 가스 제어부(43)의 사이이자 챔버(10)의 외부에 설치된다.
다음으로, 제2 가스 공급 경로(40b)에 관해 설명한다. 제2 가스 공급 경로(40b)는, 냉각 공정에 있어서, 가열부(32)가 설치된 영역에 냉각 가스(G1)와는 상이한 냉각 가스(G2)를 공급하기 위해 설치되어 있다. 이것에 의해, 냉각 가스(G1)의 공급에 의해 임계값이 되는 온도까지 냉각된 워크(100)를 냉각 가스(G1)로 바꿔 냉각시킨다.
제2 가스 공급 경로(40b)는, 예컨대, 노즐(41), 가스원(52), 가스 제어부(53) 및 전환 밸브(54)를 갖는다. 이 경우, 제2 가스 공급 경로(40b)는, 제1 가스 공급 경로(40a)와 전환 밸브(54)를 통해 접속되어 있다.
가스원(52)은, 복수의 노즐(41)에 제2 냉각 가스에 상당하는 냉각 가스(G2)를 공급한다. 가스원(52)은, 예컨대, 고압 가스 봄베, 공장 배관 등으로 할 수 있다. 또한, 가스원(52)은 복수 설치할 수도 있다.
냉각 가스(G2)는, 예컨대 클린 드라이에어(CDA)로 할 수 있다. 냉각 가스(G2)가 클린 드라이에어이면, 운전 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 예컨대, 클린룸 내의 외기를 공장 배관으로부터 필터를 통해 도입하도록 해도 좋다.
냉각 가스(G2)의 온도는, 예컨대 실온(예컨대 25℃)으로 할 수 있다.
가스 제어부(53)는, 전환 밸브(54)와 가스원(52) 사이에 설치되어 있다. 가스 제어부(53)는, 예컨대, 냉각 가스(G2)의 공급과, 공급의 정지를 제어할 수 있다. 또한, 가스 제어부(53)는, 예컨대, 냉각 가스(G2)의 유속 및 유량의 적어도 어느 하나의 제어를 할 수도 있다. 냉각 가스(G2)의 유속이나 유량은, 챔버(10)의 크기나, 노즐(41)의 형상, 수, 배치 등에 따라서 적절하게 변경할 수 있다. 냉각 가스(G2)의 유속이나 유량은, 예컨대, 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 적절하게 구할 수 있다.
전환 밸브(54)와 노즐(41)을 접속하는 배관은, 제1 가스 공급 경로(40a)와 제2 가스 공급 경로(40b)가 공용하는 부분이며, 이하, 이 배관을 공용부라고 부른다.
다음으로, 유기막 형성 장치(1)의 동작에 관해 예시한다.
도 2는, 워크(100)의 처리 공정을 예시하기 위한 그래프이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 유기막의 형성 공정은, 워크의 반입 공정과, 승온 공정과, 가열 처리 공정과, 냉각 공정, 워크의 반출 공정을 포함한다.
우선, 워크의 반입 공정에서는, 개폐 도어(13)가 플랜지(11)로부터 격리되고, 워크(100)가 챔버(10)의 내부 공간에 반입된다. 워크의 반입 공정과 동시에 제1 가스 공급 경로(40a)로부터 냉각 가스(G1)를 챔버(10)의 내부 공간에 공급한다. 챔버(10)의 내부 공간에 워크(100)가 반입되면, 배기부(20)에 의해 챔버(10)의 내부 공간이 소정의 압력까지 감압된다.
챔버(10)의 내부 공간이 소정의 압력까지 감압되면, 컨트롤러(60)에 의해 히터(32a)에 전력이 인가된다. 그렇게 되면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 워크(100)의 온도가 상승한다. 워크(100)의 온도가 상승하는 공정을 승온 공정이라고 부른다. 본 실시형태에서는, 승온 공정이 2회(승온 공정(1), (2)) 실시된다. 한편, 소정의 압력은, 용액 중의 폴리아미드산이 챔버(10)의 내부 공간에 잔류하는 산소와 반응하여 산화되지 않는 압력이면 된다. 소정의 압력은, 예컨대 1×10-2∼100 Pa로 하면 된다. 즉, 제2 배기부(22)에서 배기하는 것은, 반드시 필요한 것은 아니며, 제1 배기부(21)에서 배기가 시작된 후, 챔버(10)의 내부 공간이 10∼100 Pa의 범위 내의 압력이 되면, 가열부(32)에 의한 워크(100)의 가열을 시작하도록 해도 좋다.
승온 공정의 후, 가열 처리 공정이 행해진다. 가열 처리 공정은, 소정의 온도를 소정 시간 유지하는 공정이다. 본 실시형태에서는, 가열 처리 공정(1) 및 가열 처리 공정(2)을 설정할 수 있다.
가열 처리 공정(1)은, 예컨대, 제1 온도로 워크(100)를 소정 시간 가열하여, 용액에 포함되어 있는 수분이나 가스 등을 배출시키는 공정으로 할 수 있다. 제1 온도는, 예컨대 100℃∼200℃로 하면 된다.
가열 처리 공정(1)을 실시함으로써, 용액에 포함되어 있는 수분이나 가스가 완성품인 유기막에 포함되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 용액의 성분 등에 따라서는 제1 가열 처리 공정은, 온도를 바꿔 복수회 실시할 수도 있고, 제1 가열 처리 공정을 생략할 수도 있다.
가열 처리 공정(2)은, 용액이 도포된 기판(워크(100))을, 소정의 압력 및 온도(제2 온도)로 소정 시간 유지하여, 유기막을 형성하는 공정이다. 제2 온도는, 이미드화가 일어나는 온도로 하면 되며, 예컨대 300℃ 이상으로 하면 된다. 본 실시형태에서는, 분자쇄의 충전도가 높은 유기막을 얻기 위해 400℃∼600℃에서 가열 처리 공정(2)을 실시하고 있다.
냉각 공정은, 유기막이 형성된 워크(100)의 온도를 저하시키는 공정이다. 본 실시형태에서는 가열 처리 공정(2)의 후에 행해진다. 냉각 공정에서는, 워크(100)의 온도가 임계값보다 높은 온도인 경우는, 제1 가스 공급 경로(40a)로부터 냉각 가스(G1)가 공급되고, 워크(100)의 온도가 임계값 이하가 되면, 제2 가스 공급 경로(40b)로부터 냉각 가스(G2)가 공급된다. 한편, 냉각 가스(G1)로부터 냉각 가스(G2)로 전환하는 온도(임계값)는 재료에 따라 상이하기 때문에 적절하게 설정한다. 임계값은, 예컨대 150℃∼250℃의 범위 내의 온도이다. 워크(100)는 반출 가능한 온도까지 냉각된다. 예컨대, 반출되는 워크(100)의 온도가 상온이면, 워크(100)의 반출이 용이하다. 그런데, 워크(100)를 반출할 때마다 워크(100)의 온도를 상온으로 하면, 다음 워크(100)를 승온시키는 시간이 길어진다. 즉, 생산성이 저하될 우려가 있다. 반출하는 워크(100)의 온도는, 예컨대, 50℃∼120℃로 하면 된다. 이 반출 온도를 제3 온도로 한다.
컨트롤러(60)는 제1 배기부(21)의 밸브(25)를 폐쇄한다. 그리고, 냉각부(40)를 제어하여, 복수의 히터(32a)가 설치된 공간에 냉각 가스(G1) 또는 냉각 가스(G2)를 공급함으로써, 간접적 및 직접적으로 워크(100)의 온도를 저하시킨다.
그 때문에, 상부 균열판(34a)들의 사이, 및 하부 균열판(34b)들의 사이 등에 형성된 간극은, 상부 균열판(34a)(하부 균열판(34b))과 측부 균열판(34c)의 사이, 및 상부 균열판(34a)(하부 균열판(34b))과 측부 균열판(34d)의 사이에 형성된 간극보다 크다. 이와 같이 함으로써, 냉각부(40)가 냉각 가스(G1) 또는 냉각 가스(G2)를 공급하는 경우, 워크(100)로 향하는 냉각 가스(G1) 또는 냉각 가스(G2)의 양을 증가시킬 수 있다. 또한, 처리 영역(30a, 30b)으로부터 배기되는 냉각 가스(G1) 또는 냉각 가스(G2)의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 워크(100)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 유기막이 형성된 직후에는, 처리 영역(30a, 30b)으로부터 챔버(10)의 내부에 냉각 가스(G1)가 확산되는 속도는 느린 편이 바람직하다. 처리 영역(30a, 30b)으로부터 챔버(10)의 내부에 냉각 가스(G1)가 확산되는 속도가 느리면, 공급된 냉각 가스(G1)에 의해, 승화물이 챔버(10)의 내부에서 비산하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 유기막이 형성된 직후에는, 냉각 가스(G1)의 공급량을 적게 하고, 서서히 공급량을 증가시키는 것이 바람직하다.
컨트롤러(60)는, 챔버(10)의 내압을 검출하는 도시하지 않은 진공계의 출력이 대기압과 동일한 압력이 되면, 제2 배기부(22)의 밸브(25)를 폐쇄하고, 제3 배기부(23)의 밸브(25)를 열어, 냉각 가스(G1)를 항상 배기한다.
컨트롤러(60)는, 도시하지 않은 온도계의 검출치가 임계값이 되면 전환 밸브(54)를 제어하고, 복수의 히터(32a)가 설치된 공간에 냉각 가스(G2)를 공급한다. 이와 같이 함으로써, N2나 희가스의 사용량을 저감할 수 있다. 또한, 후술하는 반출 공정에 있어서, 산소 농도가 높은 상태로 도어(13)를 열 수 있다. 그 때문에, N2나 희가스에 의한 산소 결핍의 우려가 억제된다.
워크의 반출 공정에서는, 유기막이 형성된 워크(100)의 온도가 제3 온도가 되면, 챔버(10) 내에 도입했던 냉각 가스(G2)의 공급을 정지한다. 그리고, 개폐 도어(13)가 플랜지(11)로부터 격리되고, 상기 워크(100)가 반출된다.
전술한 바와 같이, 유기막이 형성된 워크(100)는, 처리가 행해진 챔버(10) 등의 내부로부터 취출되어, 다음 공정 등에 반송된다. 가열하여 유기막을 형성한 경우, 워크(100)의 온도가 높아지기 때문에, 온도가 높은 워크(100)를 챔버(10)로부터 취출하거나 반송하거나 하는 것은 어렵다. 또한, 고온에서 취출하면 유기막이 산화되어 기능을 만족시키지 못할 가능성도 있다. 따라서, 챔버(10)의 내부에 냉각 가스(G1)를 공급하여 워크(100)를 냉각시켜야 한다.
그러나, 유기막을 형성할 때에는, 250℃∼600℃ 정도의 매우 높은 온도에서의 처리가 필요하다. 그 때문에, 워크(100)를 반송할 수 있는 온도가 될 때까지 소비되는 냉각 가스(G1)의 양이 방대해진다. 또한, 250℃∼600℃ 정도의 유기막은 반응성이 높다. 그 때문에, 냉각 가스(G1) 중에 산소가 포함되어 있으면 유기막이 산화되어 버린다. 그러나, 유기막의 산화를 방지하기 위해, 냉각 가스(G1)로서 불활성 가스를 냉각 중에 계속 사용하면 비용도 증대된다.
본 발명자들은, 예의 연구한 결과, 유기막(워크(100))의 온도가 200℃ 전후이면, 냉각 가스 중에 산소가 포함되어 있다 하더라도 유기막이 산화되지 않는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명자들은, 유기막(워크(100))의 온도가 200℃ 이하가 되고 나서, 냉각 가스(G1)로부터 냉각 가스(G2)(CDA)로 전환하는 냉각 공정을 포함하는 유기막의 형성 공정을 복수회 실행했다. 그렇게 하면, 일부가 산화된 유기막이 발생했다.
본 발명자들은, 더욱 예의 연구한 결과, 노즐(41)과 전환 밸브(54)를 접속하는 배관(공용부) 내에 냉각 공정에서 사용한 냉각 가스(G2)가 잔류하고 있는 것을 밝혀내었다.
본 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1)는, 챔버(10)의 내부 공간을 감압한 후 워크(100)를 가열한다. 챔버(10)의 내부 공간을 감압할 때에, 공용부 내도 감압된다고 생각되었다. 그러나, 실제로는, 공용부 내에 냉각 공정에서 사용한 냉각 가스(G2)가 잔류했다. 아마도, 노즐(41)의 냉각 가스(G1) 혹은 냉각 가스(G2)를 토출하는 토출구의 직경이 작기 때문에, 공용부 내를 충분히 배기할 수 없기 때문이라고 생각된다.
따라서, 본 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1)는, 처리가 끝난 워크(100)를 챔버(10)로부터 반출하는 것을 시작하고 나서, 다음에 처리를 하는 워크(100)를 챔버(10)에 반입하여 승온하기까지의 동안에, 챔버(10)의 내부에 냉각 가스(G1)를 공급한다. 이와 같이 함으로써, 공용부 내에 잔류하는 냉각 가스(G2)를 배출할 수 있다.
또한, 처리가 끝난 워크(100)의 다음에 가열 처리 공정(2)이 행해진 워크(100)의 냉각 공정을 시작할 때에, 공용부 내에 잔류한 냉각 가스(G2)가 챔버(10) 내에 공급되어, 250℃ 이상의 워크(100)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 워크 반출 공정 및 워크 반입 공정에 있어서, 챔버(10)의 내부 공간은 외부 분위기에 개방된다. 그 때문에, 공용부 내를 냉각 가스(G1)로 치환했다 하더라도, 외부 분위기 중의 공기가 노즐(41)로부터 상기 배관 내에 침입할 우려가 있다. 따라서, 워크 반입 공정에 있어서, 냉각 가스(G1)를 공급하는 것이 바람직하다. 특히, 모든 워크(100)를 챔버(10) 내에 반입하고, 프론트 도어(13)로 개구(11a)를 막기 직전에 행하는 것이 바람직하다.
한편, 냉각 가스(G1)를 공급하는 시간은, 상기 배관 내에 잔류한 냉각 가스(G2)의 농도가 유기막의 품질에 악영향을 미치지 않을 정도까지 희석되는 시간으로 하면 된다. 또한, 냉각 가스(G1)의 공급량은, 냉각 공정에서 공급되는 양보다 적을 수 있다. 상기 배관 내에 잔류한 냉각 가스(G2)의 농도가 유기막의 품질에 악영향을 미치지 않을 정도까지 희석되는 시간이나 냉각 가스(G1)의 공급량은, 시뮬레이션이나 실험 등을 행함으로써 적절하게 결정하면 된다.
또한, 챔버(10)의 내부 공간을 감압하는 것과 동시에 냉각 가스(G1)를 공급해도 좋다. 이 경우도 냉각 가스(G1)를 공급하는 시간은, 유기막의 품질에 악영향을 미치지 않을 정도까지 희석되는 시간으로 하면 된다.
한편, 본 발명자들이 얻은 지견에 의하면, 챔버(10) 내의 산소 농도가 100 ppm 정도로까지 내려가면, 산화 반응을 억제할 수 있다. 이 경우, 산소 농도가 100 ppm이 되는 챔버(10)의 내압은 100 Pa 정도이다. 따라서, 챔버(10)의 내압을 1 Pa 미만까지 감압후, 챔버(10)의 내압이 100 Pa 이상이 되지 않도록 냉각 가스(G1)를 공급하는 것이 바람직하다. 냉각 가스(G1)를 공급하고, 챔버(10) 내의 산소 농도를 산소 농도계(21c)로 검출한다. 산소 농도가 임계값 이하가 되면, 히터(32a)에 전력을 인가한다. 이와 같이 함으로써, 유기막의 품질에 미치는 악영향을 확실하게 억제할 수 있다. 이 경우, 임계값은 0.1 ppm∼100 ppm의 범위 내의 값이다.
도 4는, 다른 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1a)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
냉각부(40)는, 전환 밸브(54) 대신에 2개의 밸브(54a)(제1 밸브의 일례에 상당)를 갖는다. 2개의 밸브를 가짐으로써 2개의 상이한 가스를 챔버(10)의 내부에 동시에 공급할 수 있다. 그 때문에, 챔버(10)의 내부에 공급할 수 있는 냉각 가스의 유량을 증가시킬 수 있고, 냉각 공정의 시간을 단축할 수 있다. 이 경우, 냉각 가스(G1)의 공급량을 냉각 가스(G2)의 공급량보다 많게 하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각부(40)는, 각 노즐(41)에 대하여 하나의 밸브(54b)(제2 밸브의 일례에 상당)를 갖는다. 이와 같이 함으로써, 노즐(41)마다 냉각 가스(G)의 공급과 정지를 제어하는 것이 가능해진다.
유기막 형성 장치(1a)의 경우, 도 4에 도시하는 A부의 배관, 밸브(54b) 및 노즐(41)이 공용부가 된다. 유기막 형성 장치(1a)에서는, A부의 배관 내에 냉각 공정에서 이용한 냉각 가스(G2)가 잔류한다. 전술한 바와 같이, 공용부 내에 잔류한 냉각 가스(G2)는, 노즐(41)을 통해 배기부(20)로부터 배기하는 것이 어렵다. 또한, 배기부(20)에 의해 A부의 배관 내에 잔류하는 냉각 가스(G2)를 배기하고자 하면, 챔버(10) 내의 밀폐성이 나빠질 우려가 있다.
그 때문에, 처리가 끝난 워크(100)를 챔버(10)로부터 반출하고, 다음에 처리를 행하는 워크(100)를 챔버(10)에 반입하기까지의 동안에, 챔버(10)의 내부에 냉각 가스(G1)를 공급한다. 이와 같이 함으로써, 공용부 내에 잔류하는 냉각 가스(G2)를 배출할 수 있다. 따라서, 유기막 형성 장치(1a)는, 유기막이 형성된 워크(100)의 냉각에 드는 비용을 저감하고, 또한, 유기막의 품질에 미치는 악영향을 확실하게 억제할 수 있고, 또한, 밸브(54b)의 파손을 방지할 수 있다.
도 5는, 다른 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1b)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 유기막 형성 장치(1b)는, 또 하나의 냉각부(140)(제2 냉각부의 일례에 상당)를 더 가질 수 있다.
냉각부(140)는, 처리 영역(30a, 30b)의 내부에 있는 워크(100)에 냉각 가스를 공급한다. 즉, 냉각부(140)는 워크(100)를 직접적으로 냉각시킨다.
냉각부(140)는, 냉각부(40)와 동일하게 가열부(32)가 설치된 영역에 냉각 가스(G1)를 공급하는 제1 공급 경로, 가열부(32)가 설치된 영역에 냉각 가스(G2)를 공급하는 제2 공급 경로 및 공용부를 갖는다. 냉각부(140)는, 노즐(41) 대신에 노즐(141)을 갖는 점에서 냉각부(40)와 상이하다.
도 6은, 다른 실시형태에 관한 유기막 형성 장치(1b)를 예시하기 위한 모식 단면도이다.
노즐(141)은, 처리 영역(30a, 30b)의 내부에 적어도 하나 설치할 수 있다. 노즐(141)은, 예컨대, 덮개(15) 및 커버(36)를 관통하고, 측부 균열판(34d)이나 프레임(31) 등에 부착할 수 있다. 본 실시형태에서는, 워크(100)의 이면에 냉각 가스를 공급할 수 있는 위치에 노즐(141)이 부착된다. 또한, 노즐(141)은, X 방향으로 복수개 설치할 수 있다. 혹은, 노즐(141)은, 선단이 폐색된 통형으로 할 수 있다. 그리고, 노즐(141)의 측면에 복수의 구멍이 형성되어, 챔버(10)의 측면으로부터 삽입되도록 해도 좋다.
워크(100)를 간접적 및 직접적으로 냉각시키는 경우에는, 냉각 공정에 있어서. 워크(100)의 온도가 임계값보다 높은 온도인 경우, 냉각 가스(G1)를 가열부(32)가 설치된 영역에 공급하고, 워크(100)의 온도가 임계값 이하인 경우, 냉각 가스(G2)를 가열부(32)가 설치된 영역에 냉각부(40) 및 냉각부(140)로부터 공급한다. 이와 같이 함으로써, 실질적인 냉각 시간의 단축을 도모할 수 있다.
즉, 워크(100)의 온도가 임계값(200℃)을 초과하여 산소와 반응하기 쉬운 상황일 때에는, 산소 가스를 포함하지 않는(혹은 산소 농도가 유기막의 품질에 악영향을 미치지 않을 정도인) 냉각 가스(G1)에 의해 워크(100)를 냉각시키는 것에 의해 워크(100)의 산화를 방지하면서 워크(100)를 냉각시킬 수 있다. 한편, 워크(100)의 온도가 임계값 이하이며 산소와 반응하기 어려운 상황에 있을 때에는, 산소를 포함하는 냉각 가스(G2)에 의해 워크(100)를 냉각시키는 것에 의해, 비용을 저감하면서 워크(100)를 냉각시킬 수 있음과 더불어, 워크(100)를 반출할 때의 산소 결핍을 방지할 수 있다. 한편 냉각 가스(G2)에 포함되는 산소 가스는, N2나 희가스에 의한 산소 결핍의 우려를 억제하기에 충분한 양이며, 산소 중독을 일으키지 않는 농도가 되는 양인 것이 바람직하다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 유기막의 제조 방법은, 기판과, 상기 기판의 상면에 도포된 유기 재료와 용매를 포함하는 용액을 갖는 워크를 대기압보다 감압된 분위기를 유지 가능한 챔버 내에 반입하는 워크 반입 공정과, 대기압보다 감압된 분위기에서 상기 워크를 가열하는 공정과, 상기 가열을 행함으로써 유기막이 형성된 워크를 냉각시키는 공정과, 상기 유기막이 형성된 상기 워크를 반출하는 공정을 구비하고, 상기 워크를 가열하는 공정에서는, 제1 가열부와 제2 가열부 사이의 처리 영역에서 상기 워크가 가열되고, 상기 워크를 냉각시키는 공정에서는, 상기 워크가 200℃보다 높은 온도인 경우, 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부의 적어도 어느 하나의 내부에 가열된 상기 워크와 반응하기 어려운 제1 가스를 공급하고, 상기 워크가 200℃ 이하의 온도인 경우, 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부의 적어도 어느 하나의 내부에 CDA를 공급하고, 상기 워크 반입 공정에서는, 상기 워크를 상기 챔버 내에 반입할 때에 상기 제1 냉각 가스를 공급한다.
이상, 실시형태에 관해 예시했다. 그러나, 본 발명은 이들 기술에 한정되는 것은 아니다.
전술한 실시형태에 관해, 당업자가 적절하게 설계 변경을 가한 것도, 본 발명의 특징을 갖추고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
예컨대, 유기막 형성 장치(1)의 형상, 치수, 배치 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니고 적절하게 변경할 수 있다.
또한, 전술한 각 실시형태가 구비하는 각 요소는, 가능한 한 조합할 수 있고, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
예컨대, 전환 밸브(54)와 밸브(54b)를 조합하여 이용해도 좋다.
1 : 유기막 형성 장치, 10 : 챔버, 11 a : 개구, 20 : 배기부, 30 : 처리부, 30a : 처리 영역, 30b : 처리 영역, 32 : 가열부, 32 a : 히터, 40 : 냉각부, 52 : 가스원, 53 : 가스 제어부, 54 : 검출부, 55 : 케이스, 60 : 컨트롤러, 100 : 워크, G : 냉각 가스

Claims (6)

  1. 대기압보다 감압된 분위기를 유지 가능한 챔버와,
    상기 챔버의 내부를 배기 가능한 배기부와,
    기판과, 상기 기판의 상면에 도포된 유기 재료와 용매를 포함하는 용액을 갖는 워크가 지지되는 처리 영역과,
    상기 처리 영역에 지지된 상기 워크에 대향하여 설치된 가열부와,
    상기 가열부에 대하여 냉각 가스를 공급하는 냉각부와,
    상기 가열부, 상기 배기부 및 상기 냉각부를 제어하는 컨트롤러
    를 구비하고,
    상기 냉각부는,
    가열된 상기 워크와 반응하기 어려운 제1 냉각 가스를 상기 가열부의 내부에 공급하는 제1 가스 공급 경로와,
    제2 냉각 가스를 상기 가열부의 내부에 공급하는 제2 가스 공급 경로와,
    상기 제1 가스 공급 경로 및 상기 제2 가스 공급 경로가 공용하는 공용부와,
    상기 제1 가스 공급 경로에 의해 공급되는 상기 제1 냉각 가스와 상기 제2 가스 공급 경로에 의해 공급되는 상기 제2 냉각 가스를 선택적으로 상기 공용부에 공급하는 제1 밸브
    를 가지며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 워크가 임계값보다 높은 온도인 경우, 제1 냉각 가스를 상기 가열부에 공급하고,
    상기 워크가 임계값 이하인 경우, 제2 냉각 가스를 상기 가열부에 공급하고,
    처리가 끝난 상기 워크를 상기 챔버로부터 반출하는 것을 시작하고 나서, 다음에 처리가 행해지는 워크를 상기 챔버에 반입하고, 다음에 처리가 행해지는 상기 워크가 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부 중 적어도 어느 하나에 의해 승온되기까지의 동안에, 상기 제1 냉각 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 것인 유기막 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내의 산소 농도를 검출하는 산소 농도계를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 워크를 상기 챔버 내에 반입후, 상기 챔버 내를 감압하고,
    감압된 상기 챔버 내에 상기 제1 냉각 가스를 공급하고,
    상기 챔버 내의 산소 농도를 상기 산소 농도계로 검출하고,
    검출한 값이 임계값 이하가 되고 나서 상기 가열부에 전력을 공급하는 것인 유기막 형성 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 공용부에, 상기 가열부에 공급하는 상기 냉각 가스의 공급과 정지를 제어하는 제2 밸브를 더 갖는 것인 유기막 형성 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉각 가스는 산소를 포함하지 않는 가스이고, 상기 제2 냉각 가스는 산소를 포함하는 가스인 것인 유기막 형성 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 냉각 가스는 산소를 포함하지 않는 가스이고, 상기 제2 냉각 가스는 산소를 포함하는 가스인 것인 유기막 형성 장치.
  6. 기판과, 상기 기판의 상면에 도포된 유기 재료와 용매를 포함하는 용액을 갖는 워크를 대기압보다 감압된 분위기를 유지 가능한 챔버 내에 반입하는 워크 반입 공정과,
    대기압보다 감압된 분위기에서, 상기 워크를 가열하는 공정과,
    상기 가열을 행함으로써 유기막이 형성된 워크를 냉각시키는 공정과,
    상기 유기막이 형성된 상기 워크를 반출하는 공정
    을 포함하고,
    상기 워크를 가열하는 공정에서는, 처리 영역에서 상기 워크에 대향하여 설치된 가열부에 의해 상기 워크가 가열되고,
    상기 워크를 냉각시키는 공정에서,
    상기 워크가 임계값보다 높은 온도인 경우에는, 상기 가열부의 내부에 가열된 상기 워크와 반응하기 어려운 제1 냉각 가스를 공급하고,
    상기 워크가 임계값 이하의 온도인 경우에는, 상기 가열부의 내부에 제2 냉각 가스를 공급하고,
    상기 워크를 반출하는 공정부터 상기 워크 반입 공정까지의 동안에는, 상기 제1 냉각 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 것인 유기막의 제조 방법.
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