TWI823438B - 有機膜形成裝置及有機膜的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可降低對形成了有機膜的工件進行冷卻所花費的成本且維持有機膜的品質的有機膜形成裝置及有機膜的製造方法。有機膜形成裝置包括：腔室；排氣部；處理區域，用來支撐工件；加熱部，與工件相向地設置；冷卻部，對加熱部供給冷卻氣體；以及控制器，對加熱部、排氣部及冷卻部進行控制。控制器在工件為比閾值高的溫度的情況下，將不易與經加熱的工件反應的第一冷卻氣體供給至加熱部，在工件為閾值以下的溫度的情況下，將第二冷卻氣體供給至加熱部，在自開始將處理完畢的工件從腔室搬出起至將接下來要進行處理的工件搬入至腔室，並通過第一加熱部及第二加熱部中的至少任一者進行升溫為止的期間，將第一冷卻氣體供給至腔室內。

Description

有機膜形成裝置及有機膜的製造方法
本發明是有關於一種有機膜形成裝置及有機膜的製造方法。
有機膜形成裝置例如包括能夠減壓至比大氣壓低的氣體環境的腔室、以及設置於腔室的內部並對工件進行加熱的加熱器。此種有機膜形成裝置通過在減壓至比大氣壓低的氣體環境下對塗布了包含有機材料與溶媒的溶液的基板進行加熱，並使溶液中所含的溶媒蒸發，而形成有機膜（例如，參照專利文獻1）。
從進行了處理的腔室等的內部取出形成了有機膜的基板，並搬送至下一步驟等。在進行加熱而形成了有機膜的情況下，基板的溫度變高，因此難以將溫度高的基板從腔室取出或者搬送。另外，若在高溫下取出，則有機膜也有可能氧化而無法滿足功能。因此，需要對基板進行冷卻。
在此情況下，可考慮通過向腔室的內部供給冷卻氣體，並向基板吹附冷卻氣體來對基板進行冷卻的方法。但是，在形成有機膜時，需要在250℃～600℃左右的極高的溫度下進行處理。因此，在基板成為能夠搬送的溫度之前所消耗的冷卻氣體的量變得龐大。另外，250℃～600℃左右的有機膜的反應性高。因此，若冷卻氣體中包含氧，則有機膜會氧化。為了防止有機膜的氧化，若在冷卻過程中一直使用惰性氣體作為冷卻氣體，則成本也會增大。
因此，期望開發一種可降低對形成了有機膜的工件進行冷卻所花費的成本且維持有機膜的品質的技術。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2019-184229號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明的目的在於提供一種可降低對形成了有機膜的工件進行冷卻所花費的成本且維持有機膜的品質的有機膜形成裝置及有機膜的製造方法。 [解決課題之手段]
實施方式的有機膜形成裝置包括：腔室，能夠對減壓至比大氣壓低的氣體環境進行維持；排氣部，能夠對所述腔室的內部進行排氣；處理區域，用來支撐工件，所述工件具有基板及塗布於所述基板的上表面的包含有機材料及溶媒的溶液；加熱部，與被支撐於所述處理區域的所述工件相向地設置；冷卻部，對所述加熱部供給冷卻氣體；以及控制器，對所述加熱部、所述排氣部及所述冷卻部進行控制。所述冷卻部具有：第一氣體供給路徑，將不易與經加熱的所述工件反應的第一冷卻氣體供給至所述加熱部的內部；第二氣體供給路徑，將第二冷卻氣體供給至所述加熱部的內部；共用部，由所述第一供給路徑及所述第二供給路徑共用；以及第一閥，將由所述第一供給路徑供給的所述第一冷卻氣體與由所述第二供給路徑供給的所述第二冷卻氣體選擇性地供給至所述共用部。所述控制器在所述工件為比閾值高的溫度的情況下，將第一冷卻氣體供給至所述加熱部，在所述工件為閾值以下的溫度的情況下，將第二冷卻氣體供給至所述加熱部，在自開始將處理完畢的所述工件從所述腔室搬出起至將接下來要進行處理的工件搬入至所述腔室，並通過所述第一加熱部及所述第二加熱部中的至少任一者對接下來要進行處理的所述工件進行升溫為止的期間，將所述第一冷卻氣體供給至所述腔室內。 實施方式的有機膜的製造方法，包括：工件搬入步驟，將工件搬入至能夠對減壓至比大氣壓低的氣體環境進行維持的腔室內，所述工件具有基板及塗布於所述基板的上表面的包含有機材料及溶媒的溶液；在減壓至比大氣壓低的氣體環境中對所述工件進行加熱的步驟；對通過進行所述加熱而形成了有機膜的工件進行冷卻的步驟；以及將形成了所述有機膜的所述工件搬出的步驟，在對所述工件進行加熱的步驟中，通過在處理區域中與所述工件相向地設置的加熱部對所述工件進行加熱，在對所述工件進行冷卻的步驟中，在所述工件為比閾值高的溫度的情況下，向所述加熱部的內部供給不易與經加熱的所述工件反應的第一氣體，在所述工件為閾值以下的溫度的情況下，向所述加熱部的內部供給第二冷卻氣體，在自將所述工件搬出的步驟至所述工件搬入步驟為止的期間，將所述第一冷卻氣體供給至所述腔室內。 [發明的效果]
根據本發明的實施方式，提供一種可降低對形成了有機膜的工件進行冷卻所花費的成本且維持有機膜的品質的有機膜形成裝置及有機膜的製造方法。
以下，參照附圖對實施方式進行例示。此外，各附圖中，對相同的構成元件標注相同的符號並適宜省略詳細的說明。
圖1是用以對本實施方式的有機膜形成裝置進行例示的示意立體圖。 圖3是用以對本實施方式的有機膜形成裝置進行例示的示意剖面圖。 此外，圖1中的X方向、Y方向及Z方向表示相互正交的三個方向。本說明書中的上下方向可設為Z方向。另外，為了避免變得繁雜，圖3省略了設置於腔室10的內部的元件等來描述。
形成有機膜前的工件100具有基板、以及塗布於基板的上表面的溶液。 基板例如可設為玻璃基板或半導體晶片等。但是，基板並不限定於示例。 溶液例如包含有機材料與溶劑。有機材料只要能夠由溶劑溶解，則並無特別限定。溶液例如可設為包含聚醯胺酸的清漆等。但是，溶液並不限定於示例。另外，還包含液體被暫時燒成的半硬化狀態（不流動的狀態）。
如圖1所示，在有機膜形成裝置1，例如設置有腔室10、排氣部20、處理部30、冷卻部40及控制器60。
控制器60例如包括中央處理器（Central Processing Unit，CPU）等運算部以及存儲器等存儲部。控制器60例如可設為計算機等。控制器60基於存儲部中所保存的控制程序，對設置于有機膜形成裝置1的各元件的動作進行控制。
例如，控制器60對設置于有機膜形成裝置1的排氣部20及加熱器32a進行控制。控制器60對排氣部20進行控制，在腔室10的內壓成為規定的值以下之後，對加熱器32a施加電力。例如，控制器60可對排氣部20進行控制，在腔室10的內壓成為腔室內的氧濃度為規定濃度100 ppm以下的壓力之後，對加熱器32a施加電力。
腔室10具有能夠對減壓至比大氣壓低的氣體環境進行維持的氣密結構。腔室10呈箱狀。腔室10的外觀形狀並無特別限定。腔室10的外觀形狀例如可設為長方體。腔室10例如可由不銹鋼等金屬形成。另外，在腔室10中設置有對氧濃度進行檢測的氧濃度計21c。 腔室10具有本體10a、門13及蓋15。
在Y方向上，在本體10a的其中一個端部，可設置凸緣11。在凸緣11，可設置O形環等密封材12。腔室10的設置有凸緣11的一側的開口11a能夠通過門13開閉。通過未圖示的驅動裝置，門13被推壓至凸緣11（密封材12），由此腔室10的開口11a以成為氣密的方式閉鎖。通過未圖示的驅動裝置，門13遠離凸緣11，由此將腔室10的開口11a開放，從而能夠經由開口11a搬入或搬出工件100。
在Y方向上，在本體10a的另一個端部，可設置凸緣14。在凸緣14，可設置O形環等密封材12。腔室10的設置有凸緣14的一側的開口能夠通過蓋15開閉。例如，蓋15可使用螺杆等緊固構件能夠裝卸地設置於凸緣14。在進行維護等時，通過卸下蓋15，使腔室10的設置有凸緣14的一側的開口露出。
在腔室10的外壁及門13的外表面，可設置冷卻部16。冷卻部16連接有未圖示的冷卻水供給部。冷卻部16例如可設為水套（Water Jacket）。若設置有冷卻部16，則可抑制腔室10的外壁的溫度、或門13的外表面的溫度比規定的溫度高。
排氣部20對腔室10的內部進行排氣。排氣部20例如具有第一排氣部21、第二排氣部22及第三排氣部23。 第一排氣部21例如連接於排氣口17，所述排氣口17設置於腔室10的底面。 第一排氣部21例如具有排氣泵21a以及壓力控制部21b。 排氣泵21a可設為從大氣壓進行粗抽排氣至規定壓力的排氣泵。因此，排氣泵21a相較於後述的排氣泵22a而排氣量更多。排氣泵21a例如可設為幹式真空泵等。
壓力控制部21b例如設置於排氣口17與排氣泵21a之間。壓力控制部21b基於對腔室10的內壓進行檢測的、未圖示的真空計等的輸出，以腔室10的內壓成為規定壓力的方式進行控制。壓力控制部21b例如可設為自動壓力控制器（Auto Pressure Controller，APC）等。
此外，在排氣口17與壓力控制部21b之間，設置有用於捕獲所排出的昇華物的冷阱24。另外，在排氣口17與冷阱24之間設置有閥25。閥25是在後述的冷卻步驟用於分隔第一排氣部21與腔室10的閥。
第二排氣部22例如連接於排氣口18，所述排氣口18設置於腔室10的底面。此外，排氣口18在本實施方式中設置有兩個，但也可設置一個或三個以上。 第二排氣部22例如具有排氣泵22a以及壓力控制部22b。 排氣泵22a在利用排氣泵21a進行粗抽排氣之後，進行排氣至更低的規定壓力。排氣泵22a例如具有能夠排氣至高真空的分子流區域為止的排氣能力。例如，排氣泵22a可設為渦輪分子泵（Turbo Molecular Pump，TMP）等。
壓力控制部22b例如設置於排氣口18與排氣泵22a之間。壓力控制部22b基於對腔室10的內壓進行檢測的、未圖示的真空計等的輸出，以腔室10的內壓成為規定壓力的方式進行控制。壓力控制部22b例如可設為APC等。此外，與第一排氣部21同樣地，可在排氣口18與壓力控制部21b之間設置冷阱24及閥25。
第三排氣部23連接於排氣口18與第二排氣部22的閥25之間。第三排氣部23連接於工廠的排氣系統。第三排氣部23例如可設為不銹鋼等的配管。第三排氣部在排氣口18與工廠的排氣系統之間設置有閥25。
處理部30例如具有：框架31、加熱部32、支撐部33、均熱部34、均熱板支撐部35及罩36。 在處理部30的內部，設置有處理區域30a及處理區域30b。處理區域30a、處理區域30b成為對工件100實施處理的空間。工件100支撐於處理區域30a、處理區域30b的內部。處理區域30b設置於處理區域30a的上方。此外，例示了設置兩個處理區域的情況，但並不限定於此。可僅設置一個處理區域，也可設置三個以上的處理區域。在本實施方式中，作為一例，例示設置兩個處理區域的情況，但在設置一個處理區域及三個以上的處理區域的情況下，也可同樣地考慮。
處理區域30a、處理區域30b設置於加熱部32與加熱部32之間。處理區域30a、處理區域30b由均熱部34（上部均熱板34a、下部均熱板34b、側部均熱板34c、側部均熱板34d）包圍。
如後述那樣，均熱部34包括多個均熱板。因此，均熱部34並非密閉結構。因此，若對腔室10的內壁與處理部30之間的空間的壓力進行減壓，則處理區域30a、處理區域30b的內部的空間也減壓。
若對腔室10的內壁與處理部30之間的空間的壓力進行減壓，則可抑制從處理區域30a、處理區域30b向外部釋放的熱。即，可提高加熱效率或蓄熱效率。因此，可使對後述的加熱器32a施加的電力降低。另外，若可使對加熱器32a施加的電力降低，則可抑制加熱器32a的溫度成為規定的溫度以上，因此可延長加熱器32a的壽命。
框架31具有包括細長的板材或型鋼等的骨架結構。框架31的外觀形狀可設為與腔室10的外觀形狀相同。框架31的外觀形狀例如可設為長方體。
加熱部32設置有多個。加熱部32可設置於處理區域30a、處理區域30b的下部及處理區域30a、處理區域30b的上部。設置於處理區域30a、處理區域30b的下部的加熱部32成為下部加熱部（相當於第二加熱部的一例）。設置於處理區域30a、處理區域30b的上部的加熱部32成為上部加熱部（相當於第一加熱部的一例）。下部加熱部與上部加熱部相向。此外，在沿上下方向重疊設置多個處理區域的情況下，設置於下側的處理區域的上部加熱部可兼用作設置於上側的處理區域的下部加熱部。
加熱部32設置於腔室10的內部，對工件100進行加熱。 例如，處理區域30a中經支撐的工件100的下表面（背面）由設置於處理區域30a的下部的加熱部32加熱。處理區域30a中經支撐的工件100的上表面（表面）由處理區域30a與處理區域30b兼用的加熱部32加熱。
處理區域30b中經支撐的工件100的下表面（背面）由處理區域30a與處理區域30b兼用的加熱部32加熱。處理區域30b中經支撐的工件100的上表面（表面）由設置於處理區域30b的上部的加熱部32加熱。
多個加熱部32分別具有至少一個加熱器32a以及一對固持器32b。此外，以下對設置多個加熱器32a的情況進行說明。 加熱器32a呈棒狀，在一對固持器32b之間沿Y方向延伸。多個加熱器32a可沿X方向排列設置。多個加熱器32a例如可等間隔地設置。加熱器32a例如可設為鎧裝式加熱器（sheathed heater）、遠紅外線加熱器、遠紅外線燈、陶瓷加熱器、筒式加熱器（cartridge heater）等。另外，也可由石英罩覆蓋各種加熱器。
此外，在本說明書中，也包括經石英蓋覆蓋的各種加熱器在內而稱為“棒狀的加熱器”。另外，“棒狀”的剖面形狀並無限定，例如也包括圓柱狀或棱柱狀等。 另外，加熱器32a並不限定於示例。例如，加熱器32a只要利用由放射所得的熱能即可。
上部加熱部及下部加熱部中的多個加熱器32a的規格、個數、間隔等可根據要加熱的溶液的組成（溶液的加熱的溫度）、工件100的大小等而適宜決定。多個加熱器32a的規格、個數、間隔等可通過進行模擬或實驗等而適宜決定。
另外，設置有多個加熱器32a的空間由固持器32b、上部均熱板34a、下部均熱板34b、側部均熱板34c及側部均熱板34d包圍。因此，通過從冷卻部40向設置有多個加熱器32a的空間供給冷卻氣體，可對多個加熱器32a、上部均熱板34a、下部均熱板34b、側部均熱板34c及側部均熱板34d進行冷卻。此外，在上部均熱板34a彼此之間、下部均熱板34b彼此之間設置有間隙。因此，從後述的冷卻部40供給至設置有多個加熱器32a的空間的冷卻氣體的一部分流入至處理區域30a或者處理區域30b。
一對固持器32b沿X方向（例如，處理區域30a、處理區域30b的長邊方向）延伸。一對固持器32b在Y方向相互相向。其中一個固持器32b固定於框架31的門13側的端面。另一個固持器32b固定於框架31的與門13側為相反側的端面。一對固持器32b例如可使用螺杆等緊固構件固定於框架31。一對固持器32b保持加熱器32a的端部附近的非放熱部。一對固持器32b例如可由細長的金屬板材或型鋼等形成。一對固持器32b的材料並無特別限定，優選為設為具有耐熱性與耐蝕性的材料。一對固持器32b的材料例如可設為不銹鋼等。
支撐部33設置於腔室10的內部，支撐工件100。例如，支撐部33在上部加熱部與下部加熱部之間支撐工件100。支撐部33可設置多個。多個支撐部33設置於處理區域30a的下部及處理區域30b的下部。多個支撐部33可設為棒狀體。
多個支撐部33的其中一個端部（上方的端部）與工件100的下表面（背面）接觸。因此，多個支撐部33的其中一個端部的形狀優選為設為半球狀等。
工件100在減壓至比大氣壓低的氣體環境下，由利用放射所得的熱能加熱。因此從上部加熱部至工件100的上表面為止的距離及從下部加熱部至工件100的下表面為止的距離成為利用放射所得的熱能可到達工件100的距離。
多個支撐部33的另一個端部（下方的端部）例如可固定於架設在一對框架31之間的多個棒狀構件或板狀構件等。
多個支撐部33的個數、配置、間隔等可根據工件100的大小或剛性（撓曲）等而適宜變更。 多個支撐部33的材料並無特別限定，優選為設為具有耐熱性與耐蝕性的材料。多個支撐部33的材料例如可設為不銹鋼等。
均熱部34具有：多個上部均熱板34a（相當於第一均熱板的一例）、多個下部均熱板34b（相當於第二均熱板的一例）、多個側部均熱板34c及多個側部均熱板34d。多個上部均熱板34a、多個下部均熱板34b、多個側部均熱板34c及多個側部均熱板34d呈板狀。
多個上部均熱板34a在上部加熱部中設置於下部加熱部側（工件100側）。多個上部均熱板34a與多個加熱器32a遠離地設置。多個上部均熱板34a沿X方向排列設置。在多個上部均熱板34a彼此之間設置有間隙。如上文所述，可經由所述間隙對處理區域30a、處理區域30b的空間的壓力進行減壓。
多個下部均熱板34b在下部加熱部中設置於上部加熱部側（工件100側）。多個下部均熱板34b與多個加熱器32a遠離地設置。多個下部均熱板34b沿X方向排列設置。在多個下部均熱板34b彼此之間設置有間隙。如上文所述，可經由所述間隙對處理區域30a、處理區域30b的空間的壓力進行減壓。
側部均熱板34c在X方向分別設置於處理區域30a、處理區域30b的兩側的側部。側部均熱板34c可設置於罩36的內側。另外，如上文所述，側部均熱板34c與上部均熱板34a或者下部均熱板34b之間設置有間隙。可經由所述間隙對處理區域30a、處理區域30b的空間的壓力進行減壓。
側部均熱板34d在Y方向分別設置於處理區域30a、處理區域30b的兩側的側部。設置於門13側的側部均熱板34d可與罩36空開間隔地設置於門13。設置于蓋15側的側部均熱板34d可設置於罩36的內側。另外，如上文所述，側部均熱板34d與上部均熱板34a或者下部均熱板34b之間設置有間隙。可經由所述間隙對處理區域30a、處理區域30b的空間的壓力進行減壓。
在本實施方式中，設置於上部均熱板34a彼此之間及下部均熱板34b彼此之間等的間隙形成為比設置於上部均熱板34a（下部均熱板34b）與側部均熱板34c之間及上部均熱板34a（下部均熱板34b）與側部均熱板34d之間的間隙大。其理由將後述。
如上文所述，多個加熱器32a呈棒狀，空開規定的間隔地排列設置。若使用呈棒狀的多個加熱器32a直接對工件100進行加熱，則經加熱的工件100的溫度的面內分佈產生偏差。
若工件100的溫度的面內分佈產生偏差，則有所形成的有機膜的品質下降之虞。例如，有在溫度變高的部分產生泡，或在溫度變高的部分中有機膜的組成變化之虞。
在本實施方式的有機膜形成裝置1中，設置有上文所述的多個上部均熱板34a及多個下部均熱板34b。因此，從多個加熱器32a放射的熱入射至多個上部均熱板34a及多個下部均熱板34b，並在這些均熱板的內部沿面方向傳播的同時向工件100放射。其結果，可抑制工件100的溫度的面內分佈產生偏差，進而可提高所形成的有機膜的品質。
多個上部均熱板34a及多個下部均熱板34b使所入射的熱沿面方向傳播，因此這些均熱板的材料優選為設為導熱率高的材料。多個上部均熱板34a及多個下部均熱板34b例如可設為鋁、銅、不銹鋼等。此外，在使用鋁或銅等容易氧化的材料的情況下，優選為在表面設置包含不易氧化的材料的層。
從多個上部均熱板34a及多個下部均熱板34b放射出的熱的一部分朝向處理區域的側方。因此，在處理區域的側部，設置有上文所述的側部均熱板34c、側部均熱板34d。入射至側部均熱板34c、側部均熱板34d的熱在側部均熱板34c、側部均熱板34d沿面方向傳播，同時其一部分向工件100放射。因此，可提高工件100的加熱效率。
側部均熱板34c、側部均熱板34d的材料可設為與上文所述的上部均熱板34a及下部均熱板34b的材料相同。
此外，以上例示了多個上部均熱板34a及多個下部均熱板34b沿X方向排列設置的情況，但上部均熱板34a及下部均熱板34b的至少一者也可設為單一的板狀構件。
多個均熱板支撐部35沿X方向排列設置。均熱板支撐部35可設置於上部均熱板34a彼此之間的正下方。多個均熱板支撐部35可使用螺杆等緊固構件固定於一對固持器32b。相鄰的均熱板支撐部35裝卸自如地支撐上部均熱板34a的兩端。此外，支撐多個下部均熱板34b的多個均熱板支撐部35也可具有相同的結構。
罩36呈板狀，覆蓋框架31的上表面、底面及側面。即，由罩36覆蓋框架31的內部。但是，門13側的罩36例如可設置於門13。
罩36包圍處理區域30a、處理區域30b，但在框架31的上表面與側面的分界線、框架31的側面與底面的分界線、門13的附近設置有間隙。
另外，設置於框架31的上表面及底面的罩36被分割為多個。另外，在所分割的罩36彼此之間設置有間隙。即，處理部30（處理區域30a、處理區域30b）的內部空間經由這些間隙而與腔室10的內部空間連通。因此，可使處理區域30a、處理區域30b的壓力和腔室10的內壁與罩36之間的空間的壓力相同。罩36例如可由不銹鋼等形成。
冷卻部40對設置有加熱部32的區域供給冷卻氣體。例如冷卻部40利用冷卻氣體G對包圍處理區域30a、處理區域30b的均熱部34進行冷卻，利用經冷卻的均熱部34間接地對處於高溫狀態的工件100進行冷卻。另外，例如冷卻部40也可從上部均熱板34a彼此的間隙或者下部均熱板34b彼此的間隙對工件100供給冷卻氣體，而直接地對處於高溫狀態的工件100進行冷卻。 即，冷卻部40可間接及直接地對工件100進行冷卻。
冷卻部40例如具有第一氣體供給路徑40a及第二氣體供給路徑40b。 首先，對第一氣體供給路徑40a進行說明。第一氣體供給路徑40a在後述的冷卻步驟中向設置有加熱部32的區域供給冷卻氣體G1。第一氣體供給路徑40a具有：噴嘴41、氣體源42、氣體控制部43及切換閥54。
如圖1所示，噴嘴41可連接於設置有多個加熱器32a的空間。噴嘴41例如貫通罩36，從而可安裝於側部均熱板34c或框架31等。噴嘴41可在Y方向上設置多個（參照圖3）。此外，噴嘴41的數量或配置可適宜變更。例如，在X方向上，可在處理部30的其中一側設置噴嘴41，也可在處理部30的兩側設置噴嘴41。例如，也可在Y方向上排列設置多個噴嘴41。
氣體源42向噴嘴41供給相當於第一冷卻氣體的冷卻氣體G1。氣體源42例如可設為高壓儲氣瓶、工廠配管等。另外，氣體源42也可設置多個。
冷卻氣體G1優選為設為不易與經加熱的工件100反應的氣體。冷卻氣體G1例如可設為氮氣、稀有氣體等。稀有氣體例如為氬氣或氦氣等。若冷卻氣體G1為氮氣，則可實現運轉成本的降低。由於氦氣的導熱率高，因此若使用氦氣作為冷卻氣體G1，則可實現冷卻時間的縮短。 冷卻氣體G1的溫度例如可設為室溫（例如，25℃）以下。
氣體控制部43設置於噴嘴41與氣體源42之間。氣體控制部43例如可進行冷卻氣體的供給與停止、或冷卻氣體的流速及流量的至少任一個的控制。
另外，冷卻氣體G1的供給時機可設為對工件100的加熱處理完成之後。此外，所謂加熱處理的完成，可設為將形成有機膜的溫度維持規定時間之後。
切換閥54是用於將第一氣體供給路徑40a與第二氣體供給路徑40b連接，並能夠選擇向設置有加熱部32的區域供給冷卻氣體G1或冷卻氣體G2中的任一個的閥（相當於第一閥的一例）。切換閥54設置於噴嘴41與氣體控制部43之間，且為腔室10的外部。
接著，對第二氣體供給路徑40b進行說明。第二氣體供給路徑40b是為了在冷卻步驟中向設置有加熱部32的區域供給與冷卻氣體G1不同的冷卻氣體G2而設置。由此，代替冷卻氣體G1而對通過冷卻氣體G1的供給而冷卻至成為閾值的溫度的工件100進行冷卻。
第二氣體供給路徑40b例如具有：噴嘴41、氣體源52、氣體控制部53及切換閥54。在此情況下，第二氣體供給路徑40b經由切換閥54與第一氣體供給路徑40a連接。
氣體源52向多個噴嘴41供給相當於第二冷卻氣體的冷卻氣體G2。氣體源52例如可設為高壓儲氣瓶、工廠配管等。另外，氣體源52也可設置多個。
冷卻氣體G2例如可設為清潔乾燥空氣（Clean Dry Air，CDA）。若冷卻氣體G2為清潔乾燥空氣，則可實現運轉成本的降低。另外，例如，也可使潔淨室內的外部空氣從工廠配管經由過濾器導入。 冷卻氣體G2的溫度例如可設為室溫（例如，25℃）。
氣體控制部53設置於切換閥54與氣體源52之間。氣體控制部53例如可對冷卻氣體G2的供給及供給的停止進行控制。另外，氣體控制部53例如也可進行冷卻氣體G2的流速及流量中的至少任一者的控制。冷卻氣體G2的流速或流量可根據腔室10的大小或噴嘴41的形狀、數量、配置等適宜變更。冷卻氣體G2的流速或流量例如可通過進行實驗或模擬而適宜求出。
將切換閥54與噴嘴41連接的配管是第一氣體供給路徑40a與第二氣體供給路徑40b所共用的部分，以下，將所述配管稱為共用部。
接著，對有機膜形成裝置1的動作進行例示。 圖2是用以對工件100的處理步驟進行例示的圖表。 如圖2所示，有機膜的形成步驟包括：工件的搬入步驟、升溫步驟、加熱處理步驟、以及冷卻步驟、工件的搬出步驟。
首先，在工件的搬入步驟中，開閉門13遠離凸緣11，將工件100搬入至腔室10的內部空間。與工件的搬入步驟同時地從第一氣體供給路徑40a將冷卻氣體G1供給至腔室10的內部空間。當向腔室10的內部空間搬入工件100後，由排氣部20將腔室10的內部空間減壓至規定壓力為止。
當將腔室10的內部空間減壓至規定壓力為止後，通過控制器60對加熱器32a施加電力。於是，如圖2所示，工件100的溫度上升。將工件100的溫度上升的步驟稱為升溫步驟。在本實施方式中，升溫步驟實施兩次（升溫步驟（1）、升溫步驟（2））。此外，規定壓力只要為溶液中的聚醯胺酸不與殘留於腔室10的內部空間的氧反應而被氧化的壓力即可。規定壓力例如只要設為1×10-2 Pa～100 Pa即可。即，未必需要利用第二排氣部22進行排氣，也可在利用第一排氣部21開始排氣之後，當腔室10的內部空間成為10 Pa～100 Pa的範圍內的壓力時，開始加熱部32對工件100的加熱。
在升溫步驟之後，進行加熱處理步驟。加熱處理步驟為將規定的溫度維持規定時間的步驟。在本實施方式中，可設置加熱處理步驟（1）及加熱處理步驟（2）。 加熱處理步驟（1）例如可設為下述步驟，即：以第一溫度將工件100加熱規定時間，使溶液中所含的水分或氣體等排出。第一溫度例如只要設為100℃～200℃即可。
通過實施加熱處理步驟（1），而可防止溶液中所含的水分或氣體包含于作為成品的有機膜。此外，根據溶液的成分等不同，第一加熱處理步驟可改變溫度來實施多次，也可省略第一加熱處理步驟。
加熱處理步驟（2）為下述步驟，即：將塗布有溶液的基板（工件100）以規定的壓力及溫度（第二溫度）維持規定時間，形成有機膜。第二溫度只要設為引起醯亞胺化的溫度即可，例如只要設為300℃以上即可。在本實施方式中，為了獲得分子鏈的填充度高的有機膜，在400℃～600℃下實施加熱處理步驟。
冷卻步驟為使形成了有機膜的工件100的溫度下降的步驟。在本實施方式中，在加熱處理步驟（2）之後進行。在冷卻步驟中，在工件100的溫度為比閾值高的溫度的情況下，從第一氣體供給路徑40a供給冷卻氣體G1，當工件100的溫度成為閾值以下時，從第二氣體供給路徑40b供給冷卻氣體G2。此外，從冷卻氣體G1切換為冷卻氣體G2的溫度（閾值）根據材料而不同，因此適宜設定。閾值例如是150℃～250℃的範圍內的溫度。工件100被冷卻至能夠搬出的溫度。例如，若所搬出的工件100的溫度為常溫，則工件100的搬出容易。但是，若每次搬出工件100時將工件100的溫度設為常溫，則使下一工件100升溫的時間變長。即，有生產性下降之虞。要搬出的工件100的溫度例如只要設為50℃～120℃即可。將此搬出溫度設為第三溫度。
控制器60將第一排氣部21的閥25閉合。然後，控制冷卻部40，而向設置有多個加熱器32a的空間供給冷卻氣體G1或冷卻氣體G2，由此間接及直接地使工件100的溫度下降。
因此，設置於上部均熱板34a彼此之間及下部均熱板34b彼此之間等的間隙比設置於上部均熱板34a（下部均熱板34b）與側部均熱板34c之間及上部均熱板34a（下部均熱板34b）與側部均熱板34d之間的間隙大。由此，在冷卻部40供給冷卻氣體G1或冷卻氣體G2的情況下，可增加向工件100的冷卻氣體G1或冷卻氣體G2的量。另外，可減少從處理區域30a、處理區域30b排出的冷卻氣體G1或冷卻氣體G2的量。因此，可有效率地對工件100進行冷卻。
另外，在剛剛形成有機膜之後，冷卻氣體G1從處理區域30a、處理區域30b向腔室10的內部擴散的速度優選為慢。當冷卻氣體G1從處理區域30a、處理區域30b向腔室10的內部擴散的速度慢時，利用所供給的冷卻氣體G1，可抑制昇華物在腔室10的內部飛散。因此，優選為在剛剛形成有機膜之後減少冷卻氣體G1的供給量，而逐漸增加供給量。
當對腔室10的內壓進行檢測的未圖示的真空計的輸出成為與大氣壓相同的壓力時，控制器60關閉第二排氣部22的閥25，打開第三排氣部23的閥25，始終對冷卻氣體G1進行排氣。
當未圖示的溫度計的檢測值成為閾值時，控制器60對切換閥54進行控制，向設置有多個加熱器32a的空間供給冷卻氣體G2。由此，可降低N 2或稀有氣體的使用量。另外，在後述的搬出步驟中，可在氧濃度高的狀態下打開門13。因此，可抑制由N 2或稀有氣體引起的缺氧的可能。
在工件的搬出步驟中，當形成了有機膜的工件100的溫度成為第三溫度時，停止導入至腔室10內的冷卻氣體G2的供給。然後，開閉門13遠離凸緣11，將所述工件100搬出。
如上文所述，從進行了處理的腔室10等的內部取出形成了有機膜的工件100，並搬送至下一步驟等。在進行加熱而形成了有機膜的情況下，工件100的溫度變高，因此難以將溫度高的工件100從腔室10取出或者搬送。另外，若在高溫下取出，則有機膜也有可能氧化而無法滿足功能。因此，需要向腔室10的內部供給冷卻氣體G1，對工件100進行冷卻。
然而，在形成有機膜時，需要在250℃～600℃左右的極高溫度下進行處理。因此，在工件100成為能夠搬送的溫度之前所消耗的冷卻氣體G1的量變得龐大。另外，250℃～600℃左右的有機膜的反應性高。因此，若冷卻氣體G1中包含氧，則有機膜會氧化。然而，為了防止有機膜的氧化，若在冷卻過程中一直使用惰性氣體作為冷卻氣體G1，則成本也增大。
本發明者們進行了努力研究，結果發現，若有機膜（工件100）的溫度為200℃前後，則即便冷卻氣體中包含氧，有機膜也不會被氧化。
因此，本發明者們執行了多次有機膜的形成步驟，所述有機膜的形成步驟包含在有機膜（工件100）的溫度成為200℃以下時，從冷卻氣體G1切換為冷卻氣體G2（CDA）的冷卻步驟。於是，產生了一部分被氧化的有機膜。 本發明者們進一步進行了努力研究，結果查明，在將噴嘴41與切換閥54連接的配管（共用部）內殘留有冷卻步驟中使用的冷卻氣體G2。
本實施方式的有機膜形成裝置1在對腔室10的內部空間進行減壓之後，進行工件100的加熱。認為在對腔室10的內部空間進行減壓時，共用部內也減壓。但是，實際上，在共用部內殘留有冷卻步驟中使用的冷卻氣體G2。認為可能是因為：由於噴嘴41的噴出冷卻氣體G1或者冷卻氣體G2的噴出口的直徑小，因此無法對共用部內進行充分排氣。
因此，本實施方式的有機膜形成裝置1在自開始將處理完畢的工件100從腔室10搬出起至將接下來要進行處理的工件100搬入至腔室10並升溫為止的期間，向腔室10的內部供給冷卻氣體G1。由此，可將殘留於共用部內的冷卻氣體G2排出。 另外，在處理完畢的工件100之後使進行了加熱處理步驟（2）的工件100的冷卻步驟開始時，殘留於共用部內的冷卻氣體G2被供給至腔室10內，可防止與250℃以上的工件100接觸。
且說，在工件搬出步驟及工件搬入步驟中，腔室10的內部空間向外部氣體環境開放。因此，即便利用冷卻氣體G1對共用部內進行了置換，外部氣體環境中的空氣也有可能從噴嘴41向所述配管內侵入。因此，在工件搬入步驟中，優選為供給冷卻氣體G1。特別優選為將所有工件100搬入至腔室10內，在即將利用前門13堵塞開口11a之前進行。
此外，供給冷卻氣體G1的時間只要設為所述配管內所殘留的冷卻氣體G2的濃度被稀釋至不會對有機膜的品質造成不良影響的程度的時間即可。另外，冷卻氣體G1的供給量可少於冷卻步驟中供給的量。殘留于所述配管內的冷卻氣體G2的濃度被稀釋至不會對有機膜的品質造成不良影響的程度的時間或冷卻氣體G1的供給量只要通過進行模擬或實驗等而適宜決定即可。
另外，也可與對腔室10的內部空間進行減壓同時地供給冷卻氣體G1。在此情況下，供給冷卻氣體G1的時間也只要設為被稀釋至不會對有機膜的品質造成不良影響的程度的時間即可。 此外，根據本發明者們獲得的見解，若腔室10內的氧濃度降低至100 ppm左右，則可抑制氧化反應。在此情況下，氧濃度成為100 ppm的腔室10的內壓為100 Pa左右。因此，優選為將腔室10的內壓減壓至小於1 Pa後，供給冷卻氣體G1以使腔室10的內壓不會成為100 Pa以上。進行冷卻氣體G1的供給，利用氧濃度計21c對腔室10內的氧濃度進行檢測。當氧濃度成為閾值以下時，對加熱器32a施加電力。由此，能夠可靠地抑制對有機膜的品質的不良影響。在此情況下，閾值是0.1 ppm～100 ppm的範圍內的值。
圖4是用以對另一實施方式的有機膜形成裝置1a進行例示的示意立體圖。 冷卻部40代替切換閥54而具有兩個閥54a（相當於第一閥的一例）。通過具有兩個閥，可將兩種不同的氣體同時供給至腔室10的內部。因此，可增加能夠向腔室10的內部供給的冷卻氣體的流量，可縮短冷卻步驟的時間。在此情況下，優選為使冷卻氣體G1的供給量比冷卻氣體G2的供給量多。
另外，冷卻部40相對於各噴嘴41具有一個閥54b（相當於第二閥的一例）。由此，能夠針對每個噴嘴41對冷卻氣體G的供給與停止進行控制。
在有機膜形成裝置1a的情況下，圖4所示的A部的配管、閥54b及噴嘴41成為共用部。在有機膜形成裝置1a中，在A部的配管內殘留冷卻步驟中使用的冷卻氣體G2。如上所述，殘留於共用部內的冷卻氣體G2難以經由噴嘴41從排氣部20排氣。另外，若要利用排氣部20對殘留於A部的配管內的冷卻氣體G2進行排氣，則腔室10內的密閉性有可能變差。
因此，在將處理完畢的工件100從腔室10搬出，並將接下來進行處理的工件100搬入至腔室10之前的期間，向腔室10的內部供給冷卻氣體G1。由此，可將殘留於共用部內的冷卻氣體G2排出。因此，有機膜形成裝置1a可降低對形成了有機膜的工件100進行冷卻所花費的成本且可靠地抑制對有機膜的品質的不良影響，且可防止閥54b的破損。
圖5是用以對另一實施方式的有機膜形成裝置1b進行例示的示意立體圖。 如圖5所示，有機膜形成裝置1b可還具有另一個冷卻部140（相當於第二冷卻部的一例）。
冷卻部140向處於處理區域30a、處理區域30b的內部的工件100供給冷卻氣體。即，冷卻部140直接地對工件100進行冷卻。 冷卻部140與冷卻部40同樣地，具有向設置有加熱部32的區域供給冷卻氣體G1的第一供給路徑、向設置有加熱部32的區域供給冷卻氣體G2的第二供給路徑及共用部。冷卻部140與冷卻部40的不同點在於，代替噴嘴41而具有噴嘴141。
圖6是用以對另一實施方式的有機膜形成裝置1b進行例示的示意剖面圖。 噴嘴141可在處理區域30a、處理區域30b的內部設置至少一個。噴嘴141例如貫通蓋15及罩36，從而可安裝於側部均熱板34d或框架31等。在本實施方式中，在可向工件100的背面供給冷卻氣體的位置安裝噴嘴141。另外，噴嘴141可在X方向上設置多個。或者，噴嘴141可設為前端被封閉的筒狀。而且，也可在噴嘴141的側面設置多個孔，並從腔室10的側面插入。
在間接及直接地對工件100進行冷卻的情況下，在冷卻步驟中，在工件100的溫度是比閾值高的溫度的情況下，將冷卻氣體G1供給至設置有加熱部32的區域，在工件100的溫度為閾值以下的情況下，將冷卻氣體G2從冷卻部40及冷卻部140供給至設置有加熱部32的區域。由此，可實現實質上的冷卻時間的縮短。 即，在工件100的溫度超過閾值（200℃）且處於容易與氧反應的狀況時，利用不包含氧氣（或者氧濃度為不會對有機膜的品質造成不良影響的程度）的冷卻氣體G1對工件100進行冷卻，由此可在防止工件100的氧化的同時對工件100進行冷卻。另一方面，在工件100的溫度為閾值以下且處於不易與氧反應的狀況時，利用包含氧的冷卻氣體G2對工件100進行冷卻，由此可在降低成本的同時對工件100進行冷卻，並且可防止搬出工件100時的缺氧。此外，冷卻氣體G2中所含的氧氣理想的是足以抑制由N 2或稀有氣體引起的缺氧的可能的量，且是成為不會引起氧中毒的濃度的量。
如以上所說明那樣，本實施方式的有機膜的製造方法包括：工件搬入步驟，將工件搬入至能夠對減壓至比大氣壓低的氣體環境進行維持的腔室內，所述工件具有基板及塗布於所述基板的上表面的包含有機材料及溶媒的溶液；在減壓至比大氣壓低的氣體環境中對所述工件進行加熱的步驟；對通過進行所述加熱而形成了有機膜的工件進行冷卻的步驟；以及將形成了所述有機膜的所述工件搬出的步驟，在對所述工件進行加熱的步驟中，通過在處理區域中與所述工件相向地設置的加熱部對所述工件進行加熱，在對所述工件進行冷卻的步驟中，在所述工件為比閾值高的溫度的情況下，向所述加熱部的內部供給不易與經加熱的所述工件反應的第一氣體，在所述工件為閾值以下的溫度的情況下，向所述加熱部的內部供給第二冷卻氣體，在自將所述工件搬出的步驟至所述工件搬入步驟為止的期間，將所述第一冷卻氣體供給至所述腔室內。
以上，對實施方式進行了例示。但是，本發明並不限定於這些記述。 本領域技術人員對上文所述的實施方式適宜施加設計變更而得的實施方式也只要具備本發明的特徵，則包含于本發明的範圍。 例如，有機膜形成裝置1的形狀、尺寸、配置等不限定於示例，可適宜變更。 另外，上文所述的各實施方式所包括的各元件可盡可能地組合，將這些組合而得的實施方式也只要具備本發明的特徵，則包含于本發明的範圍。 例如，也可將切換閥54與閥54b組合使用。
1、1a、1b:有機膜形成裝置 10:腔室 10a:本體 11、14:凸緣 11a:開口 12:密封材 13:開閉門（門、前門） 15:蓋 16、40、140:冷卻部 17、18:排氣口 20:排氣部 21:第一排氣部 21a、22a:排氣泵 21b、22b:壓力控制部 21c:氧濃度計 22:第二排氣部 23:第三排氣部 24:冷阱 25:閥 30:處理部 30a、30b:處理區域 31:框架 32:加熱部 32a:加熱器 32b:固持器 33:支撐部 34:均熱部 34a:上部均熱板 34b:下部均熱板 34c、34d:側部均熱板 35:均熱板支撐部 36:罩 40a:第一氣體供給路徑 40b:第二氣體供給路徑 41、141:噴嘴 42、52:氣體源 43、53:氣體控制部 54:切換閥 54a、54b:閥 60:控制器 100:工件 G、G1、G2:冷卻氣體 X、Y、Z:方向
圖1是用以對本實施方式的有機膜形成裝置進行例示的示意立體圖。 圖2是用以對工件的處理步驟及冷卻氣體的供給時機進行例示的圖表。 圖3是用以對本實施方式的有機膜形成裝置進行例示的示意剖面圖。 圖4是用以對另一實施方式的有機膜形成裝置進行例示的示意立體圖。 圖5是用以對另一實施方式的有機膜形成裝置進行例示的示意立體圖。 圖6是用以對另一實施方式的有機膜形成裝置進行例示的示意剖面圖。
1:有機膜形成裝置
10:腔室
10a:本體
11、14:凸緣
11a:開口
12:密封材
13:開閉門(門、前門)
15:蓋
16、40:冷卻部
17、18:排氣口
20:排氣部
21:第一排氣部
21a、22a:排氣泵
21b、22b:壓力控制部
21c:氧濃度計
22:第二排氣部
23:第三排氣部
24:冷阱
25:閥
30:處理部
30a、30b:處理區域
31:框架
32:加熱部
32a:加熱器
32b:固持器
33:支撐部
34:均熱部
34a:上部均熱板
34b:下部均熱板
34c、34d:側部均熱板
35:均熱板支撐部
36:罩
40a:第一氣體供給路徑
40b:第二氣體供給路徑
41:噴嘴
42、52:氣體源
43、53:氣體控制部
54:切換閥
60:控制器
100:工件
G1、G2:冷卻氣體
X、Y、Z:方向

Claims (6)

  1. 一種有機膜形成裝置，其特徵在於，包括：腔室，能夠對減壓至比大氣壓低的氣體環境進行維持；排氣部，能夠對所述腔室的內部進行排氣；處理區域，用來支撐工件，所述工件具有基板及塗布於所述基板的上表面的包含有機材料及溶媒的溶液；加熱部，與被支撐於所述處理區域的所述工件相向地設置；冷卻部，對所述加熱部供給冷卻氣體；以及控制器，對所述加熱部、所述排氣部及所述冷卻部進行控制，所述冷卻部具有：第一氣體供給路徑，將不易與經加熱的所述工件反應的第一冷卻氣體供給至所述加熱部的內部；第二氣體供給路徑，將第二冷卻氣體供給至所述加熱部的內部；共用部，由所述第一氣體供給路徑及所述第二氣體供給路徑共用；以及第一閥，將由所述第一氣體供給路徑供給的所述第一冷卻氣體與由所述第二氣體供給路徑供給的所述第二冷卻氣體選擇性地供給至所述共用部，所述控制器在所述工件為比閾值高的溫度的情況下，將第一冷卻氣體供給至所述加熱部，在所述工件為閾值以下的溫度的情況下，將第二冷卻氣 體供給至所述加熱部，在自開始將處理完畢的所述工件從所述腔室搬出起至將接下來要進行處理的工件搬入至所述腔室，並通過所述加熱部對接下來要進行處理的所述工件進行升溫為止的期間，將所述第一冷卻氣體供給至所述腔室內。
  2. 如請求項1所述的有機膜形成裝置，其特徵在於，還包括對所述腔室內的氧濃度進行檢測的氧濃度計，所述控制器將所述工件搬入至所述腔室內後，對所述腔室內進行減壓，向經減壓的所述腔室內供給所述第一冷卻氣體，利用所述氧濃度計對所述腔室內的氧濃度進行檢測，在檢測出的所述腔室內的氧濃度的值成為閾值以下後，向所述加熱部供給電力。
  3. 如請求項1或2所述的有機膜形成裝置，其特徵在於，所述冷卻部在所述共用部還具有第二閥，所述第二閥對向所述加熱部供給的所述冷卻氣體的供給與停止進行控制。
  4. 如請求項1或2所述的有機膜形成裝置，其特徵在於，所述第一冷卻氣體是不包含氧的氣體，所述第二冷卻氣體是包含氧的氣體。
  5. 如請求項3所述的有機膜形成裝置，其中，所述第一冷卻氣體是不包含氧的氣體，所述第二冷卻氣體是包含氧的氣體。
  6. 一種有機膜的製造方法，其特徵在於，包括：工件搬入步驟，將工件搬入至能夠對減壓至比大氣壓低的氣體環境進行維持的腔室內，所述工件具有基板及塗布於所述基板的上表面的包含有機材料及溶媒的溶液；在減壓至比大氣壓低的氣體環境中對所述工件進行加熱的步驟；對通過進行所述加熱而形成了有機膜的工件進行冷卻的步驟；以及將形成了所述有機膜的所述工件搬出的步驟，在對所述工件進行加熱的步驟中，通過在處理區域中與所述工件相向地設置的加熱部對所述工件進行加熱，在對所述工件進行冷卻的步驟中，在所述工件為比閾值高的溫度的情況下，向所述加熱部的內部供給不易與經加熱的所述工件反應的第一冷卻氣體，在所述工件為閾值以下的溫度的情況下，向所述加熱部的內部供給第二冷卻氣體，在自將所述工件搬出的步驟至所述工件搬入步驟為止的期間，將所述第一冷卻氣體供給至所述腔室內。
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