CN107430985A - 热处理装置以及热处理方法 - Google Patents

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Abstract

通过热处理部，对载置有基板的上部板进行冷却或者加热。通过温度调整部调整热处理部的温度。检测上部板的温度。基于检测出的温度，计算为了将上部板的温度维持在设定的值而应该提供给温度调整部的控制值，来作为控制运算值。在控制运算值降低至小于第二阈值的情况下，进行用于将控制运算值提供给温度调整部的第一控制。在控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，进行用于将大于控制运算值的控制设定值提供给温度调整部的第二控制。

Description

热处理装置以及热处理方法
技术领域
本发明涉及一种对基板进行热处理的热处理装置以及热处理方法。
背景技术
为了对半导体基板、液晶显示装置用基板、等离子显示器用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板或者光掩模用基板等各种基板进行热处理，采用热处理装置。
专利文献1所述的基板冷却装置具有温度设定器以及冷却板。冷却板包括传热板以及珀尔帖元件。向传热板搬入进行冷却处理之前的高温的基板。在温度设定器设定有基板冷却目标温度以及传热板的初始温度。传热板的初始温度为基板冷却目标温度以下。
直到基板搬入传热板为止，传热板被控制为设定的初始温度。在将高温的基板搬入到传热板时，由珀尔帖元件以最大能力进行传热板以及基板的冷却。由珀尔帖元件以最大能力进行冷却是指，并不根据基板用的温度传感器以及传热板用的温度传感器的输出，来对冷却程度进行增减调整，而是将珀尔帖元件以最大能力驱动来进行冷却。
当基板的温度达到设定的基板冷却目标温度时，使基板从冷却板分离，并到达不受到传热板的热的影响的位置。由此，对该基板的冷却处理结束。此后，为了下一个基板的冷却处理，使传热板的温度恢复到设定的初始温度。
专利文献1：日本特开平7-115058号公报
发明内容
发明所要解决的问题
根据专利文献1的基板冷却装置，可将高温的基板高速冷却至基板冷却目标温度。然而，在冷却处理之后，需要一一进行用于将由珀尔帖元件以最大能力进行了冷却的传热板的温度恢复至初始温度的控制。因此，控制变得复杂，使基板冷却装置的处理效率降低。
本发明的目的在于，提供一种热处理装置以及热处理方法，能够通过简单的控制，准确且高效地进行基板的热处理。
用于解决问题的技术方案
1)根据本发明的一个方面的热处理装置，用于对基板进行热处理，其中，所述热处理装置具备：板，用于载置基板，热处理部，以冷却或加热板的方式配置，温度调整部，用于调整热处理部的温度，温度检测部，用于检测板的温度，控制值计算部，基于温度检测部检测出的温度，计算为了将板的温度维持在设定的值而应该提供给温度调整部的控制值，来作为控制运算值，以及，控制切换部，进行第一控制和第二控制，其中，在所述第一控制中，将控制值计算部计算出的控制运算值提供给温度调整部，在所述第二控制中，将大于控制值计算部计算出的控制运算值的控制设定值提供给温度调整部；在控制值计算部计算出的控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，控制切换部将第一控制切换为第二控制，在控制值计算部计算出的控制运算值降低至小于第二阈值的情况下，控制切换部将第二控制切换为第一控制。
在该热处理装置中，载置有基板的板被热处理部冷却或者加热。热处理部的温度由温度调整部调整。检测板的温度。基于检测出的温度，计算为了将板的温度维持在设定的值而应提供给温度调整部的控制值，来作为控制运算值。
在控制运算值小于第二阈值的情况下，将为了使板的温度维持在设定的值而计算出的控制运算值提供给温度调整部(第一控制)。由此，将板的温度维持在设定值上。另一方面，在控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，将大于控制运算值的控制设定值提供给温度调整部(第二控制)。由此，使板的温度在短时间内恢复到设定值。在控制运算值降低至小于第二阈值时，进行第一控制。在第一控制中，由于板的温度变化是平缓的，因此不会发生大的过冲和下冲。
根据该结构，通过切换第一控制以及第二控制，可以提高控制的快速响应性和稳定性。其结果，能够通过简单的控制，准确且高效地进行基板的热处理。
(2)控制设定值大于预先设定的第一阈值和第二阈值，且控制设定值在向温度调整部提供的最大的控制值以下。
根据该结构，在控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，向温度调整部提供大的控制设定值。由此，能够使板的温度更短的时间内恢复至设定的值。其结果，可以维持控制的稳定性的同时进一步提高快速响应性。
(3)第一阈值和第二阈值彼此相等。
此时，由于将第一控制切换到第二控制时的控制运算值与将第二控制切换到第一控制时的控制运算值相等，因此可以使控制温度调整部的控制变得更简单。
(4)控制值指，为了将板的温度维持在设定的值而应该向热处理部供给的电力、与温度调整部能够输出的最大电力之间的比率。
此时，可将第一和第二阈值设定为相对值。因此，可以容易地设定第一和第二阈值。
(5)热处理部包括珀尔帖元件。此时，温度调整部调整对热处理部的供给的电力，由此能够以高响应性容易地调整热处理部的温度。
(6)根据本发明的另一方面的热处理方法，用于对基板进行热处理，其中，所述热处理方法包括：通过热处理部，对载置有基板的板进行冷却或者加热的步骤，由温度调整部调整热处理部的温度的步骤，检测板的温度的步骤，基于检测出的温度，计算为了将板的温度维持在设定的值而应该提供给温度调整部的控制值，来作为控制运算值的步骤，以及，进行第一控制和第二控制的步骤，其中，在第一控制中，将计算出的控制运算值提供给温度调整部，在第二控制中，将大于计算出的控制运算值的控制设定值提供给温度调整部；进行第一控制和第二控制的步骤包括：在计算出的控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，将第一控制切换为第二控制，在计算出的控制运算值降低至小于第二阈值的情况下，将第二控制切换为第一控制。
根据该热处理方法，载置有基板的板被热处理部冷却或者加热。热处理部的温度由温度调整部调整。检测板的温度。基于检测出的温度，计算为了将板的温度维持在设定的值而应提供给温度调整部的控制值，来作为控制运算值。
在控制运算值小于第二阈值的情况下，将为了使板的温度维持在设定的值而计算出的控制运算值提供给温度调整部(第一控制)。由此，将板的温度维持在设定值上。另一方面，在控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，将大于控制运算值的控制设定值提供给温度调整部(第二控制)。由此，使板的温度在短时间内恢复到设定值。在控制运算值降低至小于第二阈值时，进行第一控制。在第一控制中，由于板的温度变化是平缓的，因此不会发生大的过冲和下冲。
根据该方法，通过切换第一控制以及第二控制，可以提高控制的快速响应性和稳定性。其结果，能够通过简单的控制，准确且高效地进行基板的热处理。
发明的效果
根据本发明，能够通过简单的控制，准确且高效地进行基板的热处理。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的热处理装置的结构的示意性的侧视图。
图2是图1的热处理装置的示意性的俯视图。
图3是表示比较例1的上部板的温度控制的曲线图。
图4是表示比较例2的上部板的温度控制的曲线图。
图5是表示本发明的实施方式的上部板的温度控制处理的流程图。
图6是表示实施例的上部板的温度控制的曲线图。
具体实施方式
(1)热处理装置的结构
以下，参照附图，说明本发明的实施方式的热处理装置以及热处理方法。需要说明的是，在以下说明中，基板是指半导体基板、液晶显示装置用基板、等离子显示器用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板或者光掩模用基板等。
图1是表示本发明的一实施方式的热处理装置的结构的示意性的侧视图。图2是图1的热处理装置的示意性的俯视图。如图1所示，热处理装置100包括控制装置10、板部20、温度调整部30、升降装置40以及温度检测部50。
控制装置10包括存储部11、升降控制部12、温度计算部13、运算处理部14以及输出控制部15。升降控制部12、温度计算部13、运算处理部14以及输出控制部15通过CPU(Central Processing Unit，中央处理器)来实现。
板部20包括上部板21、下部板22以及热处理部23。上部板21例如是具有圆板形状的传热板。在上部板21载置进行热处理的基板W。在上部板21，形成有在厚度方向上贯通的多个(在本例中为3个)开口部21h。
下部板22例如是具有圆板形状的放热板。在下部板22，形成有在厚度方向上贯通的多个开口部22h，所述多个开口部22h与上部板21的多个开口部21h分别对应。下部板22以其中心与上部板21的中心大致一致的状态，配置于上部板21的下方。此时，上部板21的多个开口部21h与下部板22的多个开口部22h分别在上下方向上重叠。
在本实施方式中，热处理部23包括多个(在图2的例中为9个)温度调整元件23a。热处理部23配置于上部板21与下部板22之间。在此状态下，上部板21和下部板22由未图示的螺丝等固定部件固定。由此，热处理部23被上部板21和下部板22夹持。
在本例中，各温度调整元件23a是具有冷却面和加热面的珀尔帖元件(Peltierelement)。各温度调整元件23a以冷却面接触上部板21且加热面接触下部板22的方式配置。此时，板部20发挥由上部板21对基板W进行冷却处理的冷却板的功能。各温度调整元件23a的加热面所产生的热，以不会影响到基板W的冷却处理的方式，由下部板22释放。
各温度调整元件23a连接于温度调整部30。在图1和图2中，仅图示了一个温度调整元件23a与温度调整部30间的连接，省略图示了其他多个温度调整元件23a与温度调整部30间的连接。温度调整部30例如是供电部，基于控制装置10的输出控制部15进行的控制，将电力作为输出供给至温度调整元件23a。由此，降低上部板21的温度，使载置于上部板21的基板W冷却至规定的温度。
如图1所示，升降装置40包括：分别对应于多个开口部21h、22h的多个升降销41；销驱动部42。多个升降销41从下部板22的下方分别插入多个开口部22h及上部板21的多个开口部21h。
销驱动部42例如为致动器，在本例中为气缸。销驱动部42基于控制装置10的升降控制部12进行的控制，使多个升降销41在上升位置与下降位置间移动。在此，上升位置是指，多个升降销41的顶端经过多个开口部21h、22h，来向上部板21的上表面的上方突出的位置。下降位置是指，多个升降销41的顶端位于上部板21的上表面的下方的位置。
温度检测部50是具有根据检测对象的温度变化的特征值的温度检测元件。温度检测元件可以是热电偶，也可以是测温电阻体，还可以是其他元件。温度检测部50埋设于上部板21的大致中央部。此外，在温度检测部50是热电偶的情况下，特征值为电位差(热电动势)，在温度检测部50是测温电阻体的情况下，特征值为电阻。温度检测部50将基于与上部板21的温度对应的特征值而得到的检测值，提供给控制装置10的温度计算部13。
在控制装置10的存储部11，存储有关于上部板21的设定温度和后述的温度控制的各种信息。此外，在存储部11，存储有用于表示升降销41的升降时刻的信息。
升降控制部12基于存储在存储部11的用于表示时刻的信息，以在向板部20搬入基板W时、或从板部20搬出基板W时，使多个升降销41移动至上升位置的方式，控制销驱动部42。此时，基板W由多个升降销41移动至上部板21的上方。在此状态下，在多个升降销41与未图示的基板搬运装置之间进行基板W的交接。
此外，升降控制部12基于存储在存储部11的用于表示时刻的信息，以在进行基板W的热处理时，使多个升降销41移动至下降位置的方式，控制销驱动部42。由此，将基板W载置于上部板21。
温度计算部13基于温度检测部50所提供的检测值，计算上部板21的温度。运算处理部14基于温度计算部13计算出的温度，计算：为了将上部板21维持在设定温度而温度调整部30应该向热处理部23供给的输出(电力)。在本例中，设定温度为23℃。输出控制部15基于存储在存储部11的与输出控制相关的信息、运算处理部14计算出的结果，控制温度调整部30向热处理部23供给的输出。
(2)上部板的温度控制
在本例中，首先，将上部板21的温度控制在设定温度(在本例中为23℃)。然后，将利用未图示的加热处理装置加热至高温的基板W载置在上部板21。因此，上部板21的温度从设定温度急速地上升。即使在这种情况下，仍可以进行温度调整部30的控制，来使得上部板21的温度恢复到设定温度。在此控制中，调整从温度调整部30向热处理部23输出的输出率。在此，输出率是指，为了将上部板21维持在设定温度而应该供给至热处理部23的输出、与温度调整部30能够供给的最大输出之间的比率。
在上述控制中，所期望的是提升快速响应性以及稳定性，即，期望尽可能地在短时间内且以过调量(过冲以及下冲)小的方式，使上部板21的温度恢复到设定温度。一般，在进行这些控制的情况下，采用反馈控制。
图3及图4分别表示比较例1、2的上部板21的温度控制的曲线图。图3及图4的横轴表示经过时间，纵轴表示上部板21的温度以及温度调整部30的输出率。此外，在图3以及图4中，用实线表示上部板21的温度变化，用虚线表示温度调整部30的输出率。在比较例1、2中，作为反馈控制，进行PID(Proportional-Integral-Differential，比例积分微分)控制。比较例2的PID控制的增益大于比较例1的PID控制的增益。
在比较例1中，如图3所示，在初始时刻，基板W载置于上部板21。由此，如实线所示，使上部板21的温度从设定温度上升。此时，如虚线所示，为了抑制上部板21的温度变化，使输出率上升。由此，如实线所示，使上部板21的温度降低，在设定温度附近收敛。此外，如虚线所示，输出率对应于上部板21的温度变化而降低，在恒定值收敛。
在比较例2中，如图4所示，在初始时刻，基板W载置于上部板21。由此，如实线所示，使上部板21的温度从设定温度上升。此时，如虚线所示，为了抑制上部板21的温度变化，使输出率上升。在本例中，输出率暂时地达到100％。由此，如实线所示，上部板21的温度在较短的时间内降低，一边反复进行因过冲及下冲所导致的振动，一边在设定温度附近收敛。此外，如虚线所示，输出率对应于上部板21的温度变化而降低，一边反复进行振动一边收敛在恒定值。
在比较例1中，几乎不发生上部板21的温度的过冲，另一方面，从基板W位于上部板21起到上部板21的温度恢复到设定温度为止，需要较长的时间(在本例中为13.4秒)。另一方面，在比较例2中，从基板W位于上部板21起，在较短时间(在本例中为11.5秒)内，上部板21的温度恢复到设定温度，但是，产生上部板21的温度的大的过冲和下冲。
如上所述，从比较例1、2的比较中，在一般的反馈控制中，快速响应性和稳定性之间存在权衡关系，在仅调整增益时，难以兼顾快速响应性及稳定性的提升。在此，本实施方式中，控制装置10为了兼顾快速响应性及稳定性的提升而进行以下的控制。
图5是表示本发明的实施方式的上部板21的温度控制处理的流程图。在实施例中，将预先设定的温度调整部30的输出率的阈值存储在存储部11。阈值是基于上部板21的设定温度、基板W的尺寸以及温度调整部30的最大输出等来决定的。在本例中，阈值为70％。以下，参照图1、图2以及图5，说明控制装置10进行的温度控制处理。
首先，温度计算部13计算上部板21的温度(步骤S1)。然后，运算处理部14利用反馈控制，计算用于将上部板21的温度维持在设定值的输出率(步骤S2)。接着，输出控制部15判定计算出的输出率是否小于阈值(步骤S3)。
在步骤S3中，在计算出的输出率小于阈值时，输出控制部15以计算出的输出率向热处理部23供给输出(步骤S4)。此时，进行用于将上部板21的温度维持在设定值的反馈控制。此后，控制装置10回到步骤S1的处理。
另一方面，在步骤S3中，在计算出的输出率为阈值以上时，输出控制部15以100％的输出率向热处理部23供给输出(步骤S5)。此时，进行用于向热处理部23供给温度调整部30的最大输出的前馈控制。此后，控制装置10回到步骤S1的处理。
在步骤S4、S5的处理之后，重复步骤S1～S5的处理。根据此控制，在计算出的输出率小于阈值时，进行反馈控制(feedback control)，在输出率为阈值以上时，进行前馈控制(feedforward control)。
图6是表示实施例的上部板21的温度控制的曲线图。图6的横轴表示经过时间，纵轴表示上部板21的温度及温度调整部30的输出率。此外，在图6中，用实线表示上部板21的温度变化，用虚线表示计算出的输出率，用单点划线表示用于实际控制的输出率(以下称为实际输出率)。
如图6所示，在初始时刻，将基板W载置于上部板21。由此，如实线所示，上部板21的温度从设定温度上升。在此，为了抑制上部板21的温度变化而进行反馈控制。此时，如虚线所示，计算出的温度调整部30的输出率上升。同样地，如单点划线所示，实际输出率也上升。实施例的反馈控制为PID控制，实施例的PID控制的增益等于比较例1的PID控制的增益。
在此，若计算出的输出率为阈值(在本例中为70％)以上，则温度控制从反馈控制切换至前馈控制，实际输出率为100％。此时，以比一般的反馈控制更高的输出，进行上部板21的冷却处理。由此，如实线所示，上部板21的温度急速降低。
此后，如单点划线所示，实际输出率根据上部板21的温度变化而降低。当计算出的输出率小于阈值时，温度控制从前馈控制切换至反馈控制，使实际输出率与计算出的输出率一致。此时，通过一般的反馈控制，如实线所示，上部板21的温度在设定温度附近收敛。此外，如单点划线所示，实际的输出率及计算出的输出率，根据上部板21的温度变化而收敛于恒定值。
在实施例中，几乎不产生上部板21的温度的过冲以及下冲，从基板W位于上部板21起，在较短的时间内(在本例中为11.5秒)，上部板21的温度恢复到设定温度。如上所述，根据上述控制，与一般的反馈控制相比，快速响应性以及稳定性得到提升。
(3)效果
根据本实施方式的热处理装置100，在输出率小于阈值时，进行反馈控制，在该反馈控制中，将为了使上部板21的温度维持在设定温度而计算出的输出率，提供给温度调整部30。由此，将上部板21的温度维持在设定温度。
另一方面，当输出率上升至阈值以上时，进行前馈控制，在该前馈控制中，将100％的输出率提供给温度调整部30。由此，使上部板21的温度在短时间内恢复到设定温度。当输出率降低至小于阈值时，进行反馈控制。在反馈控制中，由于上部板21的温度变化平缓，因此不会产生大的过冲及下冲。
根据该结构，通过反馈控制以及前馈控制的切换，能够提升控制的快速响应性以及稳定性。其结果，能够通过简单的控制，准确且高效地进行基板W的热处理。
(4)其他实施方式
(a)在上述实施方式中，板部20是用于对基板W进行冷却处理的冷却板，但本发明不限于此。板部20可以是用于对基板W进行加热处理的加热板。此时，热处理部23的各温度调整元件23a以加热面与上部板21接触且冷却面与下部板22接触的方式配置。或者，温度调整元件23a可以是加热器而不是珀尔帖元件。
或者，温度调整元件23a可以是用于使纯水等热介质循环的配管。此时，温度调整部30是用于向配管供给热介质的热介质供给部。
(b)在上述实施方式中，当计算出的输出率为阈值以上时，优选将温度调整部30的最大输出供给至热处理部23，但本发明不限于此。当计算出的输出率为阈值以上时，也可以将足够大于该阈值的输出供给至热处理部23。此时，作为关于上部板21的温度控制的信息，将在计算出的输出率为阈值以上时向热处理部23供给的输出，预先存储在存储部11。
(c)在上述实施方式中，优选反馈控制切换至前馈控制时的阈值、与前馈控制切换至反馈控制时的阈值相等，但本发明不限于此。也可以使反馈控制切换至前馈控制时的阈值与前馈控制切换至反馈控制时的阈值不同。此时，作为关于上部板21的温度控制的信息，预先在存储部11存储有两个阈值。
(d)在上述实施方式中，作为应该提供给温度调整部30的控制值，优选计算出作为相对值的输出率，但本发明并不限定于此。作为应该提供给温度调整部30的控制值，也可以计算作为绝对值的输出量。
(5)权利要求的各结构要素与实施方式的各要素间的对应关系。
以下，说明权利要求的各结构要素与实施方式的各要素间的对应的例子，但本发明不限于下述例子。
在上述实施方式中，基板W是基板的例子，热处理装置100是热处理装置的例子，上部板21是板的例子，热处理部23是热处理部的例子，温度调整部30是温度调整部的例子。温度检测部50是温度检测部的例子，运算处理部14是控制值计算部的例子，输出控制部15是控制切换部的例子，温度调整元件23a是珀尔帖元件的例子。
作为权利要求各结构要素，也可以使用具有权利要求中所描述的结构或功能的其他各种要素。
产业上大的可利用性
本发明可以有效地利用于各种基板的热处理。

Claims (6)

1.一种热处理装置，用于对基板进行热处理，其中，
所述热处理装置具备：
板，用于载置基板，
热处理部，以冷却或加热所述板的方式配置，
温度调整部，用于调整所述热处理部的温度，
温度检测部，用于检测所述板的温度，
控制值计算部，基于所述温度检测部检测出的温度，计算为了将所述板的温度维持在设定的值而应该提供给所述温度调整部的控制值，来作为控制运算值，以及，
控制切换部，进行第一控制和第二控制，其中，在所述第一控制中，将所述控制值计算部计算出的控制运算值提供给所述温度调整部，在所述第二控制中，将大于所述控制值计算部计算出的控制运算值的控制设定值提供给所述温度调整部；
在所述控制值计算部计算出的控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，所述控制切换部将所述第一控制切换为第二控制，在所述控制值计算部计算出的控制运算值降低至小于所述第二阈值的情况下，所述控制切换部将所述第二控制切换为所述第一控制。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其中，
所述控制设定值大于预先设定的第一阈值和第二阈值，且所述控制设定值在向所述温度调整部提供的最大的控制值以下。
3.根据权利要求1或2所述的热处理装置，其中，
所述第一阈值和所述第二阈值彼此相等。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热处理装置，其中，
所述控制值指，为了将所述板的温度维持在设定的值而应该向所述热处理部供给的电力、与所述温度调整部能够输出的最大电力之间的比率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热处理装置，其中，
所述热处理部包括珀尔帖元件。
6.一种热处理方法，用于对基板进行热处理，其中，
所述热处理方法包括：
通过热处理部对载置有基板的板进行冷却或者加热的步骤，
由温度调整部调整所述热处理部的温度的步骤，
检测所述板的温度的步骤，
基于检测出的温度，计算为了将所述板的温度维持在设定的值而应该提供给所述温度调整部的控制值，来作为控制运算值的步骤，以及，
进行第一控制和第二控制的步骤，其中，在所述第一控制中，将计算出的控制运算值提供给所述温度调整部，在所述第二控制中，将大于计算出的控制运算值的控制设定值提供给所述温度调整部；
进行所述第一控制和所述第二控制的步骤包括：在计算出的控制运算值上升至第一阈值以上的情况下，将第一控制切换为第二控制，在计算出的控制运算值降低至小于所述第二阈值的情况下，将所述第二控制切换为所述第一控制。
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