JP5042761B2 - 減圧乾燥方法および減圧乾燥装置 - Google Patents

Description

この発明は、減圧乾燥方法および減圧乾燥装置に関する。

例えば、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板あるいは半導体製造装置用マスク基板等の基板に塗布されたフォトレジスト等の薄膜を減圧乾燥する減圧乾燥装置は、特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の減圧乾燥装置においては、基板を搬入したチャンバ内を真空ポンプにより減圧することで、レジスト液の成分の中心である溶剤の蒸発を促進し、フォトレジストを迅速に乾燥させるようにしている。このような減圧乾燥装置を使用してフォトレジストを乾燥させた場合には、風や熱等の外的要因の影響を防止して、フォトレジストをムラなく乾燥させることが可能となる。

一方、このような減圧乾燥装置を使用した場合、減圧乾燥処理を開始した直後に突沸と呼ばれる現象が発生する場合がある。これは、基板表面に塗布されたフォトレジスト中の溶剤成分が急激に蒸発して突然沸騰することにより生ずる現象である。このような突沸が発生した場合には、脱泡と呼ばれるフォトレジストの表面に小さな泡が形成される現象が生じ、その基板の使用が不可能となる。このため、減圧乾燥処理の初期段階においては、チャンバ内より低速で排気を行って、脱泡の発生を防止する必要がある。従って、フォトレジストの乾燥までに、長い時間を要するという問題がある。

このような問題を解決するため、特許文献２に記載の発明においては、基板の主面とチャンバの上面との距離を小さくした状態で少量の排気量で排気を行った後、基板の主面とチャンバの上面との距離を大きくした状態で多量の排気量で排気を行うことにより、突沸を生じることなく基板の主面に形成された薄膜を迅速に乾燥することを可能とした減圧乾燥装置が開示されている。
特開平７−２８３１０８号公報 特開平２００６−１０５５２４号公報

このよう減圧乾燥装置において、減圧機構のバルブや配管等に微小なリークが発生した場合には、減圧乾燥装置のチャンバー内の圧力曲線が正常時とは異なるものとなり、基板の減圧処理が正確に実施できないという問題が生ずる。例えば、減圧が正常時より速く進んだ場合には突沸等が生じる。また、板の表面のみが乾燥した場合等においては、基板のパターン形状が正常ではなくなる場合が生ずる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、基板を正確に減圧乾燥処理可能な減圧乾燥方法および減圧乾燥装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板をチャンバー内に収納し、当該チャンバー内から少量の排気量で排気を行った後、大量の排気量で排気を行うことにより、基板の主面に形成された薄膜から溶剤を減圧乾燥する減圧乾燥方法において、減圧乾燥処理が適切に実行されるときの、減圧乾燥処理中の複数の時点における前記チャンバー内の圧力値を取得する準備工程と、基板を前記チャンバー内に搬入する搬入工程と、前記チャンバー内を排気する排気行程と、前記排気工程における前記チャンバー内の圧力値を前記複数の時点において測定する測定工程と、前記準備工程で取得した圧力値と前記測定工程で測定した圧力値とを、各々比較する比較工程と、前記比較工程で比較した圧力値の差異が設定範囲を超えたときに、処理異常を報知する報知工程とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の時点は、前記チャンバー内から少量の排気量での排気から大量の排気量での排気に切り換える時点と、前記薄膜から溶剤がほぼ蒸発した時点とを含む。

請求項３に記載の発明は、基板の主面に形成された薄膜を減圧乾燥する減圧乾燥装置において、基板の周囲を覆うチャンバと、その主面を上方に向けた基板を水平に支持する支持部材と、前記チャンバに形成された前記排気口を介して排気を行う排気手段と、前記排気手段による排気量を少なくとも二段階に制御する排気量制御手段と、前記チャンバ内の圧力値を測定するセンサと、減圧乾燥処理が適切に実行されるときの、減圧乾燥処理中の複数の時点における前記チャンバー内の圧力値を記憶する記憶手段と、異常状態を報知する報知手段と、前記排気制御手段の制御により、チャンバー内から少量の排気量で排気を行った後、大量の排気量で排気を行ったときに、前記センサにより測定した前記チャンバー内の圧力値を前記複数の時点において取得し、前記記憶手段に記憶した圧力値と前記センサにより測定した圧力値とを各々比較し、これらの圧力値の差異が設定範囲を超えたときに前記報知手段に処理異常を報知させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記複数の時点は、前記チャンバー内から少量の排気量での排気から大量の排気量での排気に切り換える時点と、前記薄膜から溶剤がほぼ蒸発した時点とを含む。

請求項１および請求項３に記載の発明によれば、基板を正確に減圧乾燥処理することが可能となる。

請求項２および請求項４に記載の発明によれば、突沸の発生を防止しつつ、基板を完全に減圧乾燥処理することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図３はこの発明に係る減圧乾燥装置の概要図である。

この減圧乾燥装置は、蓋部１１と、パッキング１２と、基部１３とから成るチャンバー１０と、基板Ｗを支持する支持ピン２１が立設された支持板２２とを備える。基板Ｗは、チャンバー１０内において、その主面を上方に向けた水平姿勢で支持ピン２１により支持される。

チャンバー１０における基部１３には、排気口３１が形成されている。この排気口３１は、管路３２により、真空ポンプ３４と接続されている。そして、排気口３１と真空ポンプ３４との間には、排気口３１からの排気量を二段階に制御可能なダンパ３３が配設されている。また、基部１３には、チャンバー１０内の圧力値を測定するためのセンサ１５が配設されている。なお、真空ポンプ３４に変えて排気ファン等を使用してもよい。また、ダンパ３３に変えて流量可変弁等を使用してもよい。さらに、センサ１５により直接チャンバー１０内の圧力値を測定するかわりに、管路３２内の圧力値を測定することにより間接的にチャンバー１０内の圧力値を測定してもよい。

また、支持板２２は、支持棒２４を介して昇降機構２５と連結されている。支持ピン２１は支持板２２とともに、昇降機構２５の作用により、図示しない搬送アームとの間で基板Ｗを受け渡す基板Ｗの受け渡し位置と、各々高さが異なる第１、第２の乾燥位置との３箇所の高さ位置の間を昇降可能となっている。

図４は、この発明に係る減圧乾燥装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。

この減圧乾燥装置は、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ５１と、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ５２と、論理演算を実行するＣＰＵ５３とを有する制御部５０を備える。この制御部５０は、インターフェース５４を介して、上述したセンサ１５、ダンパ３３、真空ポンプ３４および昇降機構２５等を駆動する駆動部１６と接続されている。この制御部５０は後述する各動作を実行するための制御部として機能し、ＲＡＭ５２は後述する圧力値を記憶するための記憶手段として機能する。

また、この制御部５０は、インターフェース５４を介して、処理異常を報知するための報知手段１７とも接続されている。この報知手段１７は、単なるランプやブザーでもよく、また、装置のコントローラに付設された表示部であってもよい。用は、何らかの手段により異常を放置しうるものであれば、どのような構成のものでもよい。

次に、この減圧乾燥装置により基板の主面に形成された薄膜を乾燥する乾燥動作について説明する。図５および図６は、この発明の第１実施形態に係る減圧乾燥装置による乾燥動作を示すフローチャートである。

基板Ｗの主面に形成された薄膜を乾燥する場合には、最初に、図１に示すようにチャンバー１０における蓋部１１を図示しない昇降機構により上昇させて、チャンバー１０を開放する（ステップＳ１１）。次に、基板Ｗを支持した図示しない搬送アームがチャンバー１０内に進入する（ステップＳ１２）。

次に、昇降機構２５の駆動により、支持ピン２１が支持板２２とともに図１に示す基板Ｗの受け渡し位置まで上昇する（ステップＳ１３）。これにより、搬送アームに支持されていた基板Ｗが、支持ピン２１により支持される。そして、搬送アームがチャンバー１０内より退出する（ステップＳ１４）。

次に、昇降機構２５の駆動により、支持ピン２１が支持板２２とともに図２に示す第１の乾燥位置まで下降する（ステップＳ１５）。そして、図２に示すように、チャンバー１０における蓋部１１を図示しない昇降機構により下降させて、チャンバー１０を閉止する（ステップＳ１６）。この状態においては、基板Ｗの主面とチャンバー１０における蓋部１１の上面１４との距離は、小さくなっている。

この状態において、真空ポンプ３４とダンパ３３の作用により、少量の排気量で排気を行う（ステップＳ１７）。このとき、この減圧乾燥装置においては、排気口３１がチャンバー１０の底部に形成されている。このため、この排気口３１から排気を行った場合には、基板Ｗの主面において、その中央から端縁に向かう空気流が発生する。

図２に示す状態においては、基板Ｗの主面とチャンバー１０における蓋部１１の上面１４との距離が小さく設定されている。これは、この距離を大きくとった場合には、減圧乾燥処理を開始した直後の活発な乾燥動作により突沸と呼ばれる現象が発生するためである。基板Ｗの主面とチャンバー１０における蓋部１１の上面１４との距離を小さく設定した場合には、このような活発な乾燥動作を防止することができ、突沸による脱泡の発生を防止することができる。

このように基板Ｗの主面とチャンバー１０における蓋部１１の上面１４との距離を小さく設定した上で、少量の排気量により減圧乾燥を行った場合には、基板Ｗの主面における中央から端縁に向かう緩やかな空気流により、突沸による脱泡を防止した状態で、適切な減圧乾燥を実行することが可能となる。但し、基板Ｗの主面中央部の薄膜部分については、十分な乾燥は行い得ない。

上述した第１乾燥工程を開始して一定の時間が経過すれば（ステップＳ１８）、真空ポンプ３４とダンパ３３の作用により、多量の排気量で排気を行う（ステップＳ１９）。このときには、基板Ｗの主面において、その中央から端縁に向かう比較的大きな空気流が発生する。そして、昇降機構２５の駆動により、支持ピン２１が支持板２２とともに図３に示す第２の乾燥位置まで下降する（ステップＳ２０）。

このように基板Ｗの主面とチャンバー１０における蓋部１１の上面１４との距離を大きく設定した上で、多量の排気量により減圧乾燥を行った場合には、基板Ｗの主面全域にわたり、迅速に乾燥が行われる。しかしながら、上述した第１乾燥工程において薄膜はある程度乾燥していることから、突沸による脱泡が発生することはない。

上述した第２乾燥工程において、センサ１５によりチャンバー１０内の真空度が予め設定した値に到達すれば（ステップＳ２１）、チャンバー１０内に窒素ガスをパージする（ステップＳ２２）。そして、チャンバー１０内が大気圧となれば、チャンバー１０における蓋部１１を図示しない昇降機構により上昇させて、チャンバー１０を開放する（ステップＳ２３）。次に、昇降機構２５の駆動により、支持ピン２１が支持板２２とともに図１に示す基板Ｗの受け渡し位置まで上昇する（ステップＳ２４）。

この状態において、図示しない搬送アームがチャンバー１０内に進入する（ステップＳ２５）。そして、昇降機構２５の駆動により、支持ピン２１が支持板２２とともに図２に示す第１の乾燥位置まで下降する（ステップＳ２６）。これにより、支持ピン２１に支持されていた基板Ｗが搬送アームにより支持される。そして、基板Ｗを支持した搬送アームがチャンバー１０内より退出する（ステップＳ２７）。

図７は、上述した減圧乾燥動作時のチャンバー１０内の圧力値の変化を示す説明図である。なお、この図においては、横軸は時間（秒）を表示しており、縦軸は圧力値（Torr）を対数で表示している。

この図において実線Ａは適正な減圧乾燥がなされた場合の圧力値の変化を、また、一点鎖線Ｂおよび二点鎖線Ｃは適正な減圧乾燥がなされていない場合の圧力値の変化を示している。また、この図においてＴ１は少量排気から大量排気に切り替わる時点（ステップＳ１９）を示し、Ｔ２は基板Ｗに塗布された薄膜から溶剤がほぼ蒸発してチャンバー１０内の圧力が平衡状態から減圧状態に切り替わる時点を示し、Ｔ３はチャンバー１０を大気解放する直前を示している。

Ｔ１において圧力値が高い（真空到達度が低い）と適切な乾燥が実行できず、また、圧力値が低い（真空到達度が高い）と突沸を生じやすい。また、Ｔ２において圧力値が適正でないと減圧乾燥後のパターン形状が不適切となりやすい。さらに、Ｔ３ において圧力値が適当でない場合にも減圧乾燥動作に異常を生ずる。このため、この発明に係る減圧乾燥装置においては、ＲＡＭ５１に予め記憶した圧力値とセンサ１５により測定した圧力値とを各々比較し、これらの圧力値の差異が設定範囲を超えたときに報知手段１７により処理異常を報知する構成となっている。

すなわち、この減圧乾燥装置においては、図７において実線Ａで示した適正な減圧乾燥がなされた場合のＴ１、Ｔ２、Ｔ３時点の圧力値から、各時点における適正な圧力値の範囲を予め設定しておく。この実施形態においては、例えば、Ｔ１時点では圧力値がＰ１１乃至Ｐ１２、Ｔ２時点では圧力値がＰ２１乃至Ｐ２２、Ｔ３時点では圧力値がＰ３１乃至Ｐ３２であれば、各々適正圧力値であると認識する。これらの圧力値および適正圧力値は、制御部５０におけるＲＡＭ５１に記憶される。

減圧乾燥処理を実行するときには、最初に、ＲＡＭ５１から、減圧乾燥処理が適切に実行されるときの、減圧乾燥処理中の複数の時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３におけるチャンバー１０内の圧力値を、減圧乾燥処理が適切に実行されるときの圧力値として取得する。

そして減圧乾燥処理を開始した後、複数の時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３においてチャンバー１０内の圧力値を測定する。しかる後、測定した圧力値とＲＡＭ５１記憶した圧力値を比較し、その差が設定範囲を超えたか否か、すなわち、測定した圧力値が適正圧力値の範囲内であるか否かを判断する。そして、測定した圧力値とＲＡＭ５１記憶した圧力値との差が設定範囲を超えた時には、報知手段１７を利用して処理異常を報知する。

より具体的には、図７における一点鎖線Ｂの処理においては、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の全時点で処理異常が認識され、二点鎖線Ｃの処理においては、Ｔ１、Ｔ３の時点で処理異常が認識される。なお、処理異常が認識されたときには、そこで処理を中断してもよいし、処理を継続するとともに処理異常を報知するようにしてもよい。

このように、この発明に係る減圧乾燥装置においては、測定した圧力値とＲＡＭ５１記憶した圧力値との差が設定範囲を超えた時に処理異常を報知する構成を採用していることから、処理不良を予め認識することができ、基板Ｗから制作される不良品の発生を未然に防止することが可能となる。

この発明に係る減圧乾燥装置の概要図である。 この発明に係る減圧乾燥装置の概要図である。 この発明に係る減圧乾燥装置の概要図である。 この発明に係る減圧乾燥装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。 この発明に係る減圧乾燥装置による乾燥動作を示すフローチャートである。 この発明に係る減圧乾燥装置による乾燥動作を示すフローチャートである。 減圧乾燥動作時のチャンバー１０内の圧力値の変化を示す説明図である。

符号の説明

１０ チャンバー
１１ 蓋部
１２ パッキング
１３ 基部
１４ 上面
１５ センサ
２１ 支持ピン
２２ 支持板
２５ 昇降機構
３１ 排気口
３２ 管路
３３ ダンパ
３４ 真空ポンプ
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 基板をチャンバー内に収納し、当該チャンバー内から少量の排気量で排気を行った後、大量の排気量で排気を行うことにより、基板の主面に形成された薄膜から溶剤を減圧乾燥する減圧乾燥方法において、
   減圧乾燥処理が適切に実行されるときの、減圧乾燥処理中の複数の時点における前記チャンバー内の圧力値を取得する準備工程と、
   基板を前記チャンバー内に搬入する搬入工程と、
   前記チャンバー内を排気する排気行程と、
   前記排気工程における前記チャンバー内の圧力値を前記複数の時点において測定する測定工程と、
   前記準備工程で取得した圧力値と前記測定工程で測定した圧力値とを、各々比較する比較工程と、
   前記比較工程で比較した圧力値の差異が設定範囲を超えたときに、処理異常を報知する報知工程と、
   を備えたことを特徴とする減圧乾燥方法。
2. 請求項１に記載の減圧乾燥方法において、
   前記複数の時点は、前記チャンバー内から少量の排気量での排気から大量の排気量での排気に切り換える時点と、前記薄膜から溶剤がほぼ蒸発した時点とを含む減圧乾燥方法。
3. 基板の主面に形成された薄膜を減圧乾燥する減圧乾燥装置において、
   基板の周囲を覆うチャンバと、
   その主面を上方に向けた基板を水平に支持する支持部材と、
   前記チャンバに形成された前記排気口を介して排気を行う排気手段と、
   前記排気手段による排気量を少なくとも二段階に制御する排気量制御手段と、
   前記チャンバ内の圧力値を測定するセンサと、
   減圧乾燥処理が適切に実行されるときの、減圧乾燥処理中の複数の時点における前記チャンバー内の圧力値を記憶する記憶手段と、
   異常状態を報知する報知手段と、
   前記排気制御手段の制御により、チャンバー内から少量の排気量で排気を行った後、大量の排気量で排気を行ったときに、前記センサにより測定した前記チャンバー内の圧力値を前記複数の時点において取得し、前記記憶手段に記憶した圧力値と前記センサにより測定した圧力値とを各々比較し、これらの圧力値の差異が設定範囲を超えたときに前記報知手段に処理異常を報知させる制御手段と、
   を備えたことを特徴とする減圧乾燥装置。
4. 請求項３に記載の減圧乾燥装置において、
   前記複数の時点は、前記チャンバー内から少量の排気量での排気から大量の排気量での排気に切り換える時点と、前記薄膜から溶剤がほぼ蒸発した時点とを含む減圧乾燥装置。
   

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