KR102541370B1 - 가열 처리 장치 및 가열 처리 방법 - Google Patents

가열 처리 장치 및 가열 처리 방법 Download PDF

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코우이치 미즈나가
타카히로 하야시다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판을 열 처리 공간에서 가열할 시, 열 처리 공간 내의 기류의 정체의 발생을 방지하여, 승화물의 배기에 필요한 배기량을 저감한다. 열 처리 공간(S)의 측면부는, 외측 셔터(260)와 내측 셔터(270)를 가지는 셔터 부재(250)에 의해 구성된다. 배치대(210)의 열판(211) 상의 웨이퍼(W)와 동일한 높이에 있는, 셔터 부재(250) 하단부의 공극(d1)으로부터 급기(A)가 수평 층류가 되어 웨이퍼(W)를 향해 공급되고, 웨이퍼(W)보다 높은 위치에 있는 셔터 부재(250)의 상단부의 공극(D2)으로부터 급기(B)가 열 처리 공간(S) 내로 공급된다. 급기(A)의 유량과 급기(B)의 유량비는 4 : 1이다.

Description

가열 처리 장치 및 가열 처리 방법 {HEATING TREATMENT APPARATUS AND HEATING TREATMENT METHOD}
본 발명은 가열 처리 장치 및 가열 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 예를 들면 레지스트막 등의 도포막이 형성된 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼(이하의 설명에서 단순히 “웨이퍼”를 말하는 경우가 있음)에 대하여, 상기 도포막을 건조시키기 위하여, 당해 반도체 웨이퍼에 대하여 가열 처리가 행해지고 있다.
이러한 가열 처리는, 종래부터 가열 처리 장치를 이용하여 행해지고 있는데, 가열함에 있어서는, 막 두께의 균일성에 영향을 주기 때문에, 균일하게 가열하는 것이 요구된다.
이러한 점을 고려하여, 종래의 가열 처리 장치는, 기판을 배치하는 배치대와, 이 배치대를 수용하여 처리 공간을 형성하는 하우징과, 상기 배치대를 둘러싸도록 하여 그 주위에 마련된 셔터 부재와, 이 셔터 부재를 상하 이동시키는 승강 기구와, 상기 하우징 내의 처리 공간의 상부를 덮도록 마련되어 중앙부에 배기 라인이 접속된 커버 부재와, 상기 셔터 부재에 그 둘레 방향을 따라 마련된 다수의 통기홀을 구비하고, 상기 셔터 부재를 상방으로 들어올렸을 때 상기 커버 부재의 주연부와의 사이에서 환상(環狀)의 공기류 입구를 형성하는 링 형상의 공기 정류판을 구비하고 있다(특허 문헌 1).
이러한 구성에 의해, 처리 공간의 둘레 방향으로부터 장치 근방의 다운 플로우를 균일하게 처리 공간 내에 도입할 수 있고, 이에 의해 종래 웨이퍼 출입구로부터 유입되는 다운 플로우가 웨이퍼에 직접 닿아 웨이퍼의 온도가 국부적으로 저하되어, 레지스트 막 두께의 균일화의 방해가 되고 있던 것을 개선하도록 하고 있었다.
일본특허공개공보 평09-326341호
그러나, 상술한 특허 문헌 1에 기재된 가열 처리 장치는, 하우징 내의 처리 공간의 상부만으로부터, 다운 플로우의 공기(통상 23℃)를 처리 공간에 도입하고 있었기 때문에, 처리 공간 내의 열 분위기 중에 중심을 향하는 하강 기류가 형성되고, 그 결과, 당해 하강 기류와 셔터 부재 내벽과의 사이에 기류의 정체가 형성되고, 승화물이 정체 중에 부유하여, 장치 간극으로부터 외부로 누출될 가능성이 있었다. 정체의 발생을 억제하여 승화물의 누출을 방지하기 위해서는, 배기 유량을 많게 할 필요가 있으며, 에너지 절약의 점에서 개선할 여지가 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 이런 종류의 기판의 가열 처리 장치에 있어서, 상기한 것과 같은 처리 공간 내의 기류의 정체의 발생을 방지하여, 종래보다 적은 배기량으로 승화물을 배기하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 도포막이 형성된 기판을 가열하는 가열 처리 장치로서, 상기 기판을 배치하는 배치대와, 상기 배치대에 배치된 기판을 가열하는 가열 기구와, 상기 배치대의 상방에 위치하여 상기 배치대를 덮는 상면부와, 상기 배치대를 둘러싸고, 상기 배치대의 외주에 위치하는 측면부를 가지며, 상기 배치대, 상면부, 측면부에 의해 열 처리 공간이 형성되고, 상기 상면부의 중앙에, 상기 열 처리 공간 내의 분위기를 배기하는 배기부가 마련되고, 상기 측면부의 둘레 방향을 따라 마련되어, 상기 열 처리 공간으로 기체가 공급되는 제 1 기체 공급구와 제 2 기체 공급구를 가지고, 상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치는 상기 배치대에 배치된 기판과 동일하며, 상기 제 2 기체 공급구의 높이 위치는 상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치보다 높은 위치이며, 상기 제 1 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량은, 상기 제 2 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량보다 많은 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 열 처리 공간으로 기체가 공급되는 제 1 기체 공급구와 제 2 기체 공급구를 가지고, 제 1 기체 공급구의 높이 위치는 배치대에 배치된 기판과 동일하므로, 배치대 상의 기판 표면에 대하여 수평 층류를 공급하는 것이 가능하다. 그리고 제 2 기체 공급구의 높이 위치는 제 1 기체 공급구의 높이 위치보다 높은 위치에 있으며, 제 1 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량은, 제 2 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량보다 많으므로, 제 2 기체 공급구로부터의 공급되는 기체에 의해, 열 처리 공간 내의 기류의 정체의 발생은 방지된다. 그 결과, 열 처리 공간 내의 분위기를 배기함에 있어서는, 종래보다 적은 배기량으로 승화물의 누출을 방지하여, 이를 배기할 수 있다.
이러한 경우, 제 1 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량과, 상기 제 2 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량의 비는 9 : 1 ~ 6 : 4이도록 해도 된다. 보다 바람직하게는 5 : 1 ~ 7 : 3이 좋다. 또한 더 바람직하게는 4 : 1 정도가 좋다.
또한 발명자들의 지견에 따르면, 제 2 기체 공급구의 높이 위치는 높으면 높을수록 바람직하며, 예를 들면 열 처리 공간의 반의 높이 위치보다 높은 위치에, 제 2 기체 공급구의 높이 위치를 설정함으로써, 정체 발생의 방지의 효과를 얻을 수 있다고 상정되며, 또한 열 처리 공간의 상면부에 가까우면 가까울수록, 정체의 발생을 방지할 수 있다. 후술하는 실시의 형태에서 설명하는 바와 같이, 열 처리 공간의 상면부(열 처리 공간의 최고부)에 제 2 기체 공급구가 위치하고 있는 것이 가장 바람직하다.
다른 관점에 따른 본 발명은, 도포막이 형성된 기판을 가열하는 가열 처리 장치로서, 상기 기판을 배치하는 배치대와, 상기 배치대에 배치된 기판을 가열하는 가열 기구와, 상기 배치대의 상방에 위치하여 상기 배치대를 덮는 상면부와, 상기 배치대를 둘러싸고, 상기 배치대의 외주에 위치하는 측면부를 가지고, 상기 배치대, 상면부, 측면부에 의해 열 처리 공간이 형성되고, 상기 상면부의 중앙에, 상기 열 처리 공간 내의 분위기를 배기하는 배기부가 마련되고, 상기 측면부의 둘레 방향을 따라 마련되어, 상기 열 처리 공간으로 기체가 공급되는 제 1 기체 공급구와 제 2 기체 공급구를 가지고, 상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치는 상기 배치대에 배치된 기판과 동일하며, 상기 제 2 기체 공급구의 높이 위치는 상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치보다 높은 위치이며, 상기 제 1 기체 공급구는 상기 제 2 기체 공급구보다 큰 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 기체 공급구는 제 2 기체 공급구보다 크므로, 가열 처리 장치가 설치되어 있는 영역의 다운 플로우를 도입하여, 열 처리 공간으로 공급할 시, 제 2 기체 공급구의 압력 손실이 크므로, 제 1 기체 공급구로부터 공급되는 기체의 유량을 제 2 기체 공급구로부터 공급되는 기체의 유량보다 많게 할 수 있다. 이에 의해, 제 2 기체 공급구로부터의 공급되는 기체를, 열 처리 공간 내에 정체가 발생하는 것을 방지하기 위하여 사용할 수 있어, 열 처리 공간 내의 정체의 발생은 방지할 수 있다. 따라서, 열 처리 공간 내의 분위기를 배기함에 있어서는, 종래보다 적은 배기량으로 승화물을 배기할 수 있다.
이러한 경우, 상기 제 1 기체 공급구의 크기, 즉 개구 단면적은 상기 제 2 기체 공급구의 크기, 즉 개구 단면적은 9 : 1 ~ 6 : 4이도록 해도 된다. 보다 바람직하게는 5 : 1 ~ 7 : 3이 좋다. 또한 더 바람직하게는 4 : 1 정도가 좋다.
상기 측면부는 상하 이동 가능한 셔터 부재에 의해 구성되어 있어도 된다.
이러한 경우, 상기 기판의 가열 시는, 상기 셔터 부재가 상승하고, 상기 셔터 부재의 상단부와 상기 상면부 사이의 간극에 의해, 상기 제 2 기체 공급구가 형성되도록 해도 된다.
상기 셔터 부재는, 일체화된 외측 셔터와 내측 셔터를 가지고, 상기 제 1 기체 공급구는, 외측 셔터와 내측 셔터 사이에 형성된 유로에 통하고 있도록 해도 된다.
이러한 경우, 상기 외측 셔터는 중공 구조를 가지고 있어도 된다.
다른 관점에 따른 본 발명은, 도포막이 형성된 기판을, 열 처리 공간 내의 배치대 상에서 가열하는 가열 처리 방법으로서, 가열 시에 있어서는, 상기 열 처리 공간의 상방 중앙으로부터 상기 열 처리 공간의 분위기를 배기하면서, 상기 배치대 상의 기판과 동일한 높이 위치에서 열 처리 공간의 외측으로부터 열 처리 공간을 향해 기체를 수평으로 공급하고, 또한 상기 배치대 상의 기판보다 높은 위치에서, 열 처리 공간의 외측으로부터 열 처리 공간을 향해 기체를 공급하고, 또한 기판과 동일한 높이 위치로부터 공급하는 기체의 유량은, 기판보다 높은 위치로부터 공급하는 기체의 유량보다 많게 하는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 경우, 상기 기판과 동일한 높이 위치로부터 공급하는 기체의 유량과, 기판보다 높은 위치로부터 공급하는 기체의 유량의 유량비는 9 : 1 ~ 6 : 4인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5 : 1 ~ 7 : 3이 좋다. 또한 더 바람직하게는 4 : 1 정도가 좋다.
본 발명에 따르면, 열 처리 공간 내의 기류의 정체의 발생은 방지되고, 열 처리 공간 내의 분위기를 배기함에 있어서는, 종래보다 적은 배기량으로 열 처리 공간 내의 승화물을 배기할 수 있다.
도 1은 본 실시의 형태에 따른 가열 처리 장치를 구비한 기판 처리 시스템의 개략을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 시스템의 정면도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 시스템의 배면도이다.
도 4는 본 실시의 형태에 따른 가열 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는, 측면 단면을 모식적으로 나타낸 설명도이다.
도 5는 도 4의 가열 처리 장치에 있어서의 셔터 부재의 사시도이다.
도 6은 도 4의 가열 처리 장치에 있어서의 셔터 부재를 확대하여 나타낸 설명도이다.
도 7은 도 4의 가열 처리 장치에 있어서, 웨이퍼를 반입반출할 시의 모습을 나타낸 설명도이다.
도 8은 셔터 부재에 있어서의 외측 셔터가 중공 구조인 가열 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는, 측면 단면을 모식적으로 나타낸 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 요소에 있어서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
<기판 처리 시스템>
먼저, 본 실시의 형태에 따른 가열 처리 장치를 구비한 기판 처리 시스템의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 기판 처리 시스템(1)의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 2 및 도 3은 각각 기판 처리 시스템(1)의 내부 구성을 모식적으로 나타내는 정면도와 배면도이다. 기판 처리 시스템(1)에서는, 피처리 기판으로서의 웨이퍼(W)에 정해진 처리를 행한다.
기판 처리 시스템(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(W)를 수용한 카세트(C)가 반입반출되는 카세트 스테이션(10)과, 웨이퍼(W)에 정해진 처리를 실시하는 복수의 각 처리 장치를 구비한 처리 스테이션(11)과, 처리 스테이션(11)에 인접하는 노광 장치(12)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 인터페이스 스테이션(13)을 일체로 접속한 구성을 가지고 있다.
카세트 스테이션(10)에는 카세트 배치대(20)가 마련되어 있다. 카세트 배치대(20)에는, 기판 처리 시스템의 외부에 대하여 카세트(C)를 반입반출할 시 카세트(C)를 배치하는 카세트 배치판(21)이 복수 마련되어 있다.
카세트 스테이션(10)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이 X 방향으로 연장되는 반송로(22) 상을 이동 가능한 웨이퍼 반송 장치(23)가 마련되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(23)에는, 상하 방향 및 연직축 회전(θ 방향)으로도 이동 가능하며, 각 카세트 배치판(21) 상의 카세트(C)와, 후술하는 처리 스테이션(11)의 제 3 블록(G3)의 전달 장치와의 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
처리 스테이션(11)에는 각종 장치를 구비한 복수, 예를 들면 4 개의 블록, 즉 제 1 블록(G1) ~ 제 4 블록(G4)이 마련되어 있다. 예를 들면 처리 스테이션(11)의 배면측(도 1의 X 방향 정방향측, 도면의 상측)에는 제 2 블록(G2)이 마련되어 있다. 또한, 처리 스테이션(11)의 카세트 스테이션(10)측(도 1의 Y 방향 부방향측)에는 기술한 제 3 블록(G3)이 마련되고, 처리 스테이션(11)의 인터페이스 스테이션(13)측(도 1의 Y 방향 정방향측)에는 제 4 블록(G4)이 마련되어 있다.
예를 들면 제 1 블록(G1)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이 복수의 액 처리 장치, 예를 들면 웨이퍼(W)를 현상 처리하는 현상 처리 장치(30), 웨이퍼(W)의 처리막의 하층에 반사 방지막(이하 '하부 반사 방지막'이라고 함)을 형성하는 하부 반사 방지막 형성 장치(31), 웨이퍼(W)에 레지스트를 도포하여 처리막을 형성하는 처리액 도포 장치로서의 레지스트 도포 장치(32), 웨이퍼(W)의 처리막의 상층에 반사 방지막(이하 '상부 반사 방지막'이라고 함)을 형성하는 상부 반사 방지막 형성 장치(33)가 아래로부터 이 순으로 배치되어 있다.
예를 들면 현상 처리 장치(30), 하부 반사 방지막 형성 장치(31), 레지스트 도포 장치(32), 상부 반사 방지막 형성 장치(33)는 각각 수평 방향으로 3 개씩 배열되어 배치된다. 또한, 이들 현상 처리 장치(30), 하부 반사 방지막 형성 장치(31), 레지스트 도포 장치(32), 상부 반사 방지막 형성 장치(33)의 수 및 배치는 임의로 선택할 수 있다.
이들 현상 처리 장치(30), 하부 반사 방지막 형성 장치(31), 레지스트 도포 장치(32), 상부 반사 방지막 형성 장치(33)에서는, 예를 들면 웨이퍼(W) 상에 정해진 처리액을 도포하는 스핀 코팅이 행해진다. 스핀 코팅에서는, 예를 들면 도포 노즐로부터 웨이퍼(W) 상에 처리액을 토출하고, 또한 웨이퍼(W)를 회전시켜, 처리액을 웨이퍼(W)의 표면에 확산시킨다.
예를 들면 제 2 블록(G2)에는, 도 3에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 가열 처리를 행하는 실시의 형태에 따른 가열 처리 장치(40), 및 레지스트액과 웨이퍼(W)와의 정착성을 높이기 위하여 소수화 처리를 행하는 소수화 처리 장치(41), 웨이퍼(W)의 외주부를 노광하는 주변 노광 장치(42)가 상하 방향과 수평 방향으로 배열되어 마련되어 있다. 이들 가열 처리 장치(40), 소수화 처리 장치(41), 주변 노광 장치(42)의 수 및 배치에 대해서도 임의로 선택할 수 있다.
예를 들면 제 3 블록(G3)에는, 복수의 전달 장치(50, 51, 52, 53, 54, 55, 56)가 아래로부터 차례로 마련되어 있다. 또한, 제 4 블록(G4)에는 복수의 전달 장치(60, 61, 62)가 아래로부터 차례로 마련되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 제 1 블록(G1) ~ 제 4 블록(G4)으로 둘러싸인 영역에는, 웨이퍼 반송 영역(D)이 형성되어 있다. 웨이퍼 반송 영역(D)에는, 예를 들면 Y 방향, X 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 암(70a)을 가지는, 웨이퍼 반송 장치(70)가 복수 배치되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(70)는 웨이퍼 반송 영역(D) 내를 이동하여, 주위의 제 1 블록(G1), 제 2 블록(G2), 제 3 블록(G3) 및 제 4 블록(G4) 내의 정해진 장치로 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
또한 웨이퍼 반송 영역(D)에는, 도 3에 나타내는 바와 같이 제 3 블록(G3)과 제 4 블록(G4)과의 사이에서 직선적으로 웨이퍼(W)를 반송하는 셔틀 반송 장치(80)가 마련되어 있다.
셔틀 반송 장치(80)는, 예를 들면 도 3의 Y 방향으로 직선적으로 이동 가능하게 되어 있다. 셔틀 반송 장치(80)는 웨이퍼(W)를 지지한 상태로 Y 방향으로 이동하고, 제 3 블록(G3)의 전달 장치(52)와 제 4 블록(G4)의 전달 장치(62)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 제 3 블록(G3)의 X 방향 정방향측의 옆에는, 웨이퍼 반송 장치(81)가 마련되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(81)는, 예를 들면 X 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 암(81a)을 가지고 있다. 웨이퍼 반송 장치(81)는, 반송 암(81a)에 의해 웨이퍼(W)를 지지한 상태로 상하로 이동하여, 제 3 블록(G3) 내의 각 전달 장치로 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
인터페이스 스테이션(13)에는 웨이퍼 반송 장치(90), 전달 장치(91, 92)가 마련되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(90)는 예를 들면 Y 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 암(90a)을 가지고 있다. 웨이퍼 반송 장치(90)는 예를 들면 반송 암(90a)에 웨이퍼(W)를 지지하여, 제 4 블록(G4) 내의 각 전달 장치, 전달 장치(91, 92), 및 노광 장치(12)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
이상의 기판 처리 시스템(1)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이 제어부(110)가 마련되어 있다. 제어부(110)는 예를 들면 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 가지고 있다. 프로그램 저장부에는, 기판 처리 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한 상기 프로그램은, 예를 들면 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로, 그 기억 매체로부터 제어부(110)에 인스톨된 것이어도 된다.
<가열 처리 장치의 구성>
이어서, 본 발명의 실시의 형태에 따른 가열 처리 장치(40)의 구성에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 가열 처리 장치(40)의 구성의 개략을 모식적으로 나타내고 있으며, 가열 처리 장치(40)는 상면부를 구성하는 천판부(200), 천판부(200)와 대향하여 배치되는 배치대(210), 측면부를 구성하는 셔터 부재(250)에 의해 열 처리 공간(S)이 형성된다.
천판부(200)의 중앙에는 배기부가 되는 배기구(201)가 마련되어 있다. 이 배기구(201)는 예를 들면 가열 처리 장치(40)의 밖에 마련되어 있는 배기 장치(202)에 통하고 있다. 천판부(200)의 상면에는 차열체(203)가 마련되어 있다.
배치대(210)는 웨이퍼(W)가 배치되는 배치부가 되는 열판(211)과 열판(211)을 지지하는 열판 지지부(212)에 의해 구성된다. 열판 지지부(212)는 복수의 지지 기둥(213)을 개재하여, 가열 처리 장치(40)의 저부를 이루는 기대(214)에 지지되어 있다. 열판(211)의 내부에는 히터(215)가 마련되어 있다.
기대(214)에는 지지 핀 승강 기구(216)가 마련되고, 지지 핀 승강 기구(216)에 마련된 지지 핀(217)은 지지 핀 승강 기구(216)에 의해 상하 이동한다. 이에 의해, 지지 핀(217)은 열판(211)으로부터 상방으로 돌출 가능하게 되어, 기술한 웨이퍼 반송 장치(70)의 반송 암(70a)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 가능하게 되어 있다.
본 실시의 형태에서는, 측면부는 링 형상의 셔터 부재(250)에 의해 구성되어 있다. 셔터 부재(250)는 외측에 위치하는 외측 셔터(260)와, 외측 셔터(260)와 공극을 두고 내측에 배치된 내측 셔터(270)에 의해 구성되어 있다. 외측 셔터(260)와 내측 셔터(270)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 고정 부재(261)에 의해 일체화되어 있다. 그리고 외측 셔터(260)의 저부(262)에는, 기대(214)에 마련된 승강 기구(218)에 의해 상하 이동하는 승강 부재(219)가 고정되어 있다. 따라서, 승강 부재(219)가 상하 이동하면, 셔터 부재(250)는 상하 이동한다. 즉, 외측 셔터(260)와 내측 셔터(270)가 일체로 상하 이동한다.
외측 셔터(260)는, 도 6에도 나타낸 바와 같이, 저부(262)와, 외주면이 되는 측벽부(263)에 의해 구성되어 있다. 또한 저부(262)의 내측 단부(端部)에는, 계단 형상으로 형성된 계지부(繫止部)(262a)가 마련되어, 열판 지지부(212)의 외주 단부(212a)와 계지한다. 따라서, 열판 지지부(212)의 외주 단부(212a)는 스토퍼로서 기능하여, 셔터 부재(250)가 정해진 범위를 초과하여 상승하는 경우는 없다. 또한 도 6에 나타낸 상태, 즉 셔터 부재(250)가 완전히 상승한 상태는, 웨이퍼(W)의 가열 처리 시의 상태이다.
내측 셔터(270)는, 원환(圓環) 형상의 수평부(271)와, 수평부(271)의 내측 단부에 마련된 수하부(272)에 의해 구성되어 있다. 그리고 내측 셔터(270)와 외측 셔터(260)는, 이하에 설명하는 바와 같이, 정해진 공극을 확보하여 일체화되어 있다.
즉, 먼저 내측 셔터(270)의 수하부(272)의 하단면과, 외측 셔터(260)의 저부(262)의 상면과의 사이에서 전 둘레에 걸쳐 형성되는 공극(d1)은 예를 들면 2 mm로 설정되어 있다. 그리고 내측 셔터(270)의 수하부(272)의 외주와, 외측 셔터(260)의 측벽부(263)의 내주와의 사이의 공극(D1)은 예를 들면 2 mm로 설정되어 있다. 그리고 내측 셔터(270)의 수평부(271)의 하면과, 외측 셔터(260)의 측벽부(263)의 상단면과의 사이의 공극(D2)은 예를 들면 2 mm로 설정되어 있다. 이 실시의 형태에 있어서는, 공극(D1, D2) ≥ 공극(d1)이면 된다.
그리고 도 6에 나타낸 상태, 즉 셔터 부재(250)가 완전히 상승한 상태에서는, 천판부(200)의 하면과, 내측 셔터(270)의 수평부(271)의 상면과의 사이에는, 전 둘레에 걸쳐 공극(d2)이 형성되도록 설정되어 있다. 이 예에서는, 공극(d2)은 예를 들면 0.5 mm이다.
상기한 공극(d1)이 슬릿 형상의 제 1 기체 공급구가 되고, 공극(d2)이 슬릿 형상의 제 2 기체 공급구가 된다. 따라서, 본 실시의 형태에서는, 제 1 기체 공급구와 제 2 기체 공급구의 크기의 비는 4 : 1이다. 또한 제 1 기체 공급구가 되는 공극(d1)의 높이 위치는, 배치대(210)의 열판(211) 상에 배치된 웨이퍼(W)의 높이 위치와 동일하다. 즉, 셔터 부재(250)가 완전히 상승한 상태에서, 웨이퍼(W)의 상면 위치가 제 1 기체 공급구가 되는 공극(d1)의 상하 방향의 범위에 들어가 있다.
<가열 처리 장치의 동작>
실시의 형태에 따른 가열 처리 장치(40)는 이상의 구성을 가지고 있으며, 이어서 그 동작 등에 대하여 설명한다.
먼저 도 7에 나타낸 바와 같이, 셔터 부재(250)가 하강하고, 지지 핀(217)이 상승한 상태에서, 기판 처리 시스템(1)의 웨이퍼 반송 장치(70)의 반송 암(70a)에 의해, 가열 대상인 웨이퍼(W)가 배치대(210)의 열판(211) 상으로 반송되어, 지지 핀(217) 상에 배치된다. 이어서, 반송 암(70a)이 퇴피하고, 이 후 지지 핀(217)이 강하하여, 웨이퍼(W)는 열판(211) 상에 배치된다. 이 후, 셔터 부재(250)가 상승하여, 도 4에 나타낸 가열 처리 상태가 된다. 즉, 천판부(200), 배치대(210)와 셔터 부재(250)에 의해, 열 처리 공간(S)이 형성된다. 또한 배기 장치(202)는 상시 가동하고 있다.
이 상태에서, 배치대(210)의 열판(211)에 배치된 웨이퍼(W)는, 히터(215)에 의한 가열에 의해 가열 처리된다. 이 때, 측면부가 되는 셔터 부재(250)의 하단측으로부터는, 제 1 기체 공급구가 되는 공극(d1)으로부터 다운 플로우의 에어가 공급된다.
즉, 열 처리 공간(S) 내는, 배기 장치(202)의 가동에 의해 천판부(200)의 중앙에 마련된 배기구(201)로부터 배기되어, 부압(負壓)으로 되어 있다. 한편, 가열 처리 장치(40)가 탑재되어 있는 기판 처리 시스템(1) 내는, 그 상방으로부터 하방을 향해 실온, 예를 들면 23℃의 청정한 공기가 상시 흘러, 다운 플로우가 형성되어 있다. 따라서, 당해 다운 플로우의 공기는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 셔터 부재(250)에 있어서의 하측의 공극(D2, D1)으로부터 도입되어, 공극(d1)으로부터 열 처리 공간(S)으로 급기(A)로서 공급된다. 또한 당해 다운 플로우의 공기는, 셔터 부재(250)에 있어서의 상측의 공극(d2)으로부터 도입되어, 공극(d2)으로부터 급기(B)로서 열 처리 공간(S)으로 공급된다.
여기서 기술한 바와 같이, 공극(d1)과 공극(d2)의 크기의 비는 4 : 1이므로, 급기(A, B)의 유량비도 4 : 1이다. 그리고 급기(A)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 측면부를 구성하는 셔터 부재(250)의 하단측, 즉 배치대(210)의 열판(211) 상의 웨이퍼(W)의 높이 위치에 있는 공극(d1)으로부터, 전 둘레에 걸쳐 웨이퍼(W)를 향해 층류가 되어 수평으로 흘러 간다. 한편, 측면부를 구성하는 셔터 부재(250)의 상단측, 즉 공극(d2)으로부터의 급기(B)는, 급기(A)의 1 / 4의 유량으로, 열 처리 공간(S)의 상방으로 공급되고 있다. 이에 의해 종래 열 처리 공간(S)의 측면부의 상방에 발생하고 있던, 기류의 정체의 발생은 방지된다.
따라서, 열 처리 공간(S) 내에서 발생하고 있는 가열 시의 승화물이, 열 처리 공간(S)에서 체류, 부유하지 않고, 배기구(201)로부터 원활하게 배기되어, 승화물의 누출은 방지된다.
그와 같이 열 처리 공간(S) 내에 정체가 발생하지 않고, 승화물의 배기가 종래보다 원활하게 이루어지므로, 배기 장치(202)에 의한 배기량도 종래보다 적게 해결된다. 따라서, 그 만큼 에너지 절약 효과가 높다. 발명자들이 실제로 조사한 바, 종래의 동일 종류, 동일 크기의 가열 처리 장치에서는, 승화물의 누출을 방지하기 위해서는 70 L/min의 배기 유량이 필요했지만, 실시의 형태에 따르면 30 L/min의 배기 유량에서도 승화물의 누출은 보이지 않았다.
또한 정체의 발생이 방지된다고 하는 것은, 난류의 발생이 방지된 것이기도 하다. 따라서 웨이퍼(W) 표면의 도포막이, 난류에 의해 국소적으로 건조되는 방식이 바뀌어 막 두께의 균일성이 악화되는 것도 억제할 수 있다.
또한 종래와 같이 승화물의 누출 방지를 위하여, 천장 부분의 중앙으로부터의 배기 유량을 증대시키면, 웨이퍼(W)의 중앙부의 막 두께가 두꺼워지는 경향이 있었지만, 본 실시의 형태에 따르면, 종래보다 적은 배기 유량으로 해결되므로, 그러한 경향을 완화할 수 있어, 막 두께의 균일성의 향상에 이바지한다.
그런데 급기(A)는, 공극(D2)으로부터 도입되고, 공극(D1)을 거쳐, 공극(d1)으로부터 공급되고 있지만, 셔터 부재(250)의 내측 셔터(270)의 수하부(272)는, 열 처리 공간(S) 내의 열 분위기 등으로 승온하고 있으므로, 다운 플로우로부터의 공기는, 공극(D2), 공극(D1)에 의해 형성되는 유로를 흐를 시 가열된다. 따라서, 공극(d1)으로부터 급기(A)가 열 처리 공간(S)으로 공급되었을 때에는, 다운 플로우의 온도(예를 들면 23℃)보다 승온하고 있다. 따라서, 급기(A)가 웨이퍼(W)에 도달했을 시에는, 종래와 같이 거의 실온인 채로 웨이퍼(W)에 접했을 경우와 비교하면, 웨이퍼(W)로부터 열을 빼앗는 양이 적어져 있다. 또한 급기(A)는, 종래와 같이 웨이퍼(W)의 상방으로부터 웨이퍼(W)를 향해 흐르지 않으므로, 기류가 닿는 것에 의한 웨이퍼(W) 표면의 도포막에 대한 물리적 충격도 없다.
또한, 웨이퍼(W)에 대한 열 영향이 적을 뿐 아니라 열 처리 공간(S)을 형성하는 부재 표면에 대한 다운 플로우에 의한 열 영향도 적기 때문에, 내측 셔터(270)의 수하부(272)를 시작으로 하는 열 처리 공간(S)을 형성하는 부재의 각 표면에, 승화물이 부착하는 리스크도 낮아진다.
실제로 가열 시의 웨이퍼(W) 표면의 정상(定常) 온도 정밀도에 대하여 조사하면, 종래의 가열 처리 장치에서는, 240℃의 가열 시에 있어서 평균 0.50 %의 오차가 있었지만, 실시의 형태에 따른 가열 처리 장치(40)에서는 평균 0.30 %의 오차로 억제할 수 있었다.
따라서, 열 처리 공간(S)의 외부로부터 도입하는 기체에 의한 웨이퍼(W)에 대한 열의 영향이 종래보다 적어져 있어, 이러한 점에서도, 웨이퍼(W)의 가열을 종래보다 균일하게 행할 수 있어, 막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한 셔터 부재(250)에 있어서, 공극(D2), 공극(D1)에 의해 형성되는 유로는, 단열 공간으로서도 기능하므로, 외측 셔터(260)로부터의 방열은 억제되고, 가열 처리 장치(40) 주변의 각종 기기, 장치에 대한 열 영향도 적어져 있다.
<가열 처리 장치의 다른 구성예>
상기 실시의 형태에서는, 제 1 기체 공급구가 되는 공극(d1)의 크기와 제 2 기체 공급구가 되는 공극(d2)의 크기의 비를 4 : 1로 하고 있었지만, 물론 이에 한정되지 않고 9 : 1 ~ 6 : 4로 해도 되고, 또한 5 : 1 ~ 7 : 3으로 해도 된다.
또한 상기 실시의 형태에서는, 제 1 기체 공급구가 되는 공극(d1)의 크기와 제 2 기체 공급구가 되는 공극(d2)의 크기의 비를 바꾸어, 제 1 기체 공급구로부터의 기체의 유량을 제 2 기체 공급구로부터의 기체의 유량보다 많게 하고 있었지만, 물론 공급구의 크기를 그러한 비로 설정하는 것이 아니라, 공극(d1, d2)에 통하는 유로를 래버린스 구조로 하여 압력 손실을 조정하거나, 다운 플로우의 도입구의 크기를 바꾸는 등 하여, 제 1 기체 공급구로부터의 기체의 유량을 제 2 기체 공급구로부터의 기체의 유량보다 많게 하여, 정해진 유량비를 실현하도록 해도 된다.
또한 상기한 실시의 형태에서는, 제 1 기체 공급구, 제 2 기체 공급구 모두, 슬릿 형상의 공극(d1), 공극(d2)으로 형성되어 있었지만, 이에 한정되지 않고, 복수의 세공에 의해 제 1 기체 공급구, 제 2 기체 공급구를 형성해도 된다.
또한 상기한 실시의 형태에서는, 셔터 부재(250)는, 외측 셔터(260)와 내측 셔터(270)에 의한 이른바 이중 링 셔터 구성으로 하고 있었지만, 도 8에 나타낸 바와 같이, 외측 셔터(280)를 중공 구조로 한 삼중 링 셔터 구성으로 해도 된다.
즉, 도 8에 나타낸 가열 처리 장치(40)의 셔터 부재(250)에 있어서의 외측 셔터(280)는, 외측의 측벽부(281)와 내측의 측벽부(282)의 사이에 공간(283)을 마련한 것이다. 이에 의해, 공간(283)은 단열 공간으로서 기능하므로, 이중 링 셔터 구성보다 더 외측 셔터(280)로부터의 방열은 억제되고, 가열 처리 장치(40) 주변의 각종 기기, 장치에 대한 열 영향도 보다 한층 적어진다. 또한 도입된 다운 플로우가 제 1 기체 공급구가 되는 공극(d1)으로부터 공급될 때까지의 사이에 승온하는 온도가 보다 높아져, 공극(d1)으로부터 열 처리 공간(S)으로 공급되는 급기(A)와, 웨이퍼(W)와의 온도차가 더 작아지고, 웨이퍼(W)에 대한 열적 영향을 더 억제하여, 보다 균일한 가열을 행하는 것이 가능해진다.
또한 이상 설명한 예에서는, 가열 처리 장치의 측면부는 상하 이동 가능한 셔터 부재(250)에 의해 구성되어 있었지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 상하 이동하지 않는 통상의 측벽 구성이어도 된다. 그 경우, 예를 들면 웨이퍼(W)의 열 처리 공간(S)에 대한 반입, 반출은, 당해 측벽의 일부에 마련한 셔터 구성으로 해도 된다. 또한 천판부 자체가 개방되어, 열 처리 공간의 상방으로부터 웨이퍼(W)의 반입반출을 행하는 구성의 가열 처리 장치여도 본 발명은 적용 가능하다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
본 발명은 기판을 가열할 시 유용하다.
1 : 기판 처리 시스템
40 : 가열 처리 장치
200 : 천판부
201 : 배기구
202 : 배기 장치
210 : 배치대
211 : 열판
212 : 열판 지지부
213 : 지지 기둥
214 : 기대
216 : 지지 핀 승강 기구
217 : 지지 핀
218 : 승강 기구
219 : 승강 부재
250 : 셔터 부재
260 : 외측 셔터
261 : 고정 부재
262 : 저부
263 : 측벽부
270 : 내측 셔터
271 : 수평부
272 : 수하부

Claims (10)

  1. 도포막이 형성된 기판을 가열하는 가열 처리 장치로서,
    상기 기판을 배치하는 배치대와,
    상기 배치대에 배치된 기판을 가열하는 가열 기구와,
    상기 배치대의 상방에 위치하여 상기 배치대를 덮는 상면부와,
    상기 배치대를 둘러싸고, 상기 배치대의 외주에 위치하는 측면부를 가지며,
    상기 배치대, 상면부, 측면부에 의해 열 처리 공간이 형성되고,
    상기 상면부의 중앙에 상기 열 처리 공간 내의 분위기를 배기하는 배기부가 마련되고,
    상기 측면부의 둘레 방향을 따라 마련되어, 상기 열 처리 공간으로 기체가 공급되는 제 1 기체 공급구와 제 2 기체 공급구를 가지고,
    상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치는 상기 배치대에 배치된 기판과 동일하며, 상기 제 2 기체 공급구의 높이 위치는 상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치보다 높은 위치이며,
    상기 제 1 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량은 상기 제 2 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량보다 많은 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량과 상기 제 2 기체 공급구로부터 상기 열 처리 공간으로 공급되는 기체의 유량의 비는 9 : 1 ~ 6 : 4인 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  3. 도포막이 형성된 기판을 가열하는 가열 처리 장치로서,
    상기 기판을 배치하는 배치대와,
    상기 배치대에 배치된 기판을 가열하는 가열 기구와,
    상기 배치대의 상방에 위치하여 상기 배치대를 덮는 상면부와,
    상기 배치대를 둘러싸고, 상기 배치대의 외주에 위치하는 측면부를 가지고,
    상기 배치대, 상면부, 측면부에 의해 열 처리 공간이 형성되고,
    상기 상면부의 중앙에, 상기 열 처리 공간 내의 분위기를 배기하는 배기부가 마련되고,
    상기 측면부의 둘레 방향을 따라 마련되어, 상기 열 처리 공간으로 기체가 공급되는 제 1 기체 공급구와 제 2 기체 공급구를 가지고,
    상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치는 상기 배치대에 배치된 기판과 동일하며, 상기 제 2 기체 공급구의 높이 위치는 상기 제 1 기체 공급구의 높이 위치보다 높은 위치이며,
    상기 제 1 기체 공급구는 상기 제 2 기체 공급구보다 큰 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 공급구의 크기와 상기 제 2 기체 공급구의 크기는 9 : 1 ~ 6 : 4인 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면부는 상하 이동 가능한 셔터 부재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판의 가열 시는, 상기 셔터 부재가 상승하고, 상기 셔터 부재의 상단부와 상기 상면부 사이의 간극에 의해 상기 제 2 기체 공급구가 형성되는 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 셔터 부재는 일체화된 외측 셔터와 내측 셔터를 가지고, 상기 제 1 기체 공급구는 외측 셔터와 내측 셔터 사이에 형성된 유로에 통하고 있는 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외측 셔터는 중공 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는, 가열 처리 장치.
  9. 도포막이 형성된 기판을 열 처리 공간 내의 배치대 상에서 가열하는 가열 처리 방법으로서,
    가열 시에 있어서는, 상기 열 처리 공간의 상방 중앙으로부터 상기 열 처리 공간의 분위기를 배기하면서, 상기 배치대 상의 기판과 동일한 높이 위치에서 열 처리 공간의 외측으로부터 열 처리 공간을 향해 기체를 수평으로 공급하고, 또한 상기 배치대 상의 기판보다 높은 위치에서, 열 처리 공간의 외측으로부터 열 처리 공간을 향해 기체를 공급하고,
    또한 기판과 동일한 높이 위치로부터 공급하는 기체의 유량은 기판보다 높은 위치로부터 공급하는 기체의 유량보다 많게 하는 것을 특징으로 하는, 가열 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판과 동일한 높이 위치로부터 공급하는 기체의 유량과 기판보다 높은 위치로부터 공급하는 기체의 유량의 유량비는 9 : 1 ~ 6 : 4인 것을 특징으로 하는, 가열 처리 방법.
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