JP2003297738A - 熱処理装置および基板処理装置 - Google Patents

熱処理装置および基板処理装置

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JP2003297738A JP2002345943A JP2002345943A JP2003297738A JP 2003297738 A JP2003297738 A JP 2003297738A JP 2002345943 A JP2002345943 A JP 2002345943A JP 2002345943 A JP2002345943 A JP 2002345943A JP 2003297738 A JP2003297738 A JP 2003297738A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 載置面および基板の温度分布を均一に保持し
つつ、載置面を急速に冷却することができる熱処理装置
およびこの熱処理装置を備える基板処理装置を提供す
る。 【解決手段】 ヒートパイプ構造ＨＳを有する加熱ユニ
ットＨＰ１は、ヒータ１５と載置台１１の内部空間１２
の冷却管２１とを備える。また、載置台１１と冷却管２
１とは断熱部材２４により熱的に断熱されており、冷却
管２１から載置面１１ａへ直接熱移動することがないた
め、載置面１１ａの温度分布および載置面１１ａに載置
された基板Ｗの温度分布の均一性を保持しつつ急速に冷
却することができ、熱処理時において基板上に形成され
た配線層の膜厚および線幅の均一性を良好に保つことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板、液晶
表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光
ディスク用基板等（以下、「基板」と称する）の熱処理
を行う熱処理装置およびその熱処理装置を組み込んだ基
板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板を急速に加熱および冷却する熱処理
装置として、図７に示すような熱処理装置が知られてい
る（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１３３２８公報
【０００４】図７は、従来の熱処理装置の要部構成を示
す図である。図７に示す熱処理装置１００の載置台１０
１は、ヒートパイプ構造ＨＳを採用して熱容量を極めて
小さくしつつ、温度分布の面内均一性を高めたものであ
る。その上面にあたる載置面１０１ａに基板Ｗが載置さ
れる。
【０００５】載置台１０１の内部には、空洞が形成され
ている。その内部空間１０２は、ヒートパイプ構造ＨＳ
のため減圧されており、縦方向の強度を補うように複数
本の柱１０３が立設されている。
【０００６】作動液室１０４には、ヒータ１０５が内蔵
されているとともに、作動液１０６が貯留されている。
また、作動液室１０４と載置台１０１の内部空間１０２
とは連通している。そのため、ヒータ１０５を加熱する
ことにより生じる作動液１０６の蒸気は、内部空間１０
２を移動したり蒸発潜熱の授受を行うことにより載置面
１０１ａの温度分布を均一に保持しつつ、載置面１０１
ａを急速に加熱することができる。
【０００７】冷却プレート１０７は、２つの作動液室１
０４によって挟まれている位置に取り付けられている。
冷却プレート１０７の内部には図示しない流路が形成さ
れており、その流路内に供給配管１０８を介して冷却媒
体を供給して流路内にて熱交換を行った後、排出配管１
０９から排出することにより、載置台１０１を急速に冷
却することができる
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、冷却プレート
１０７に冷却媒体を供給して載置台１０１を冷却する
際、冷却媒体の熱容量、温度条件等によっては、ヒート
パイプ構造ＨＳにより載置面１０１ａの温度分布を均一
に保つ機能より、柱１０３を介した載置面１０１ａから
冷却プレート１０７への熱移動が勝り、その結果、載置
面１０１ａの温度分布が不均一となる。そのため、特開
２００１−３１３３２８公報に記載される熱処理装置の
載置台１０１に基板Ｗを保持した状態で、ウエハ処理の
ためヒータ１０５による加熱処理と冷却プレート１０７
による冷却処理とによって温度制御を行うと、基板Ｗ上
の温度分布が不均一となり、その結果、基板Ｗ上に形成
される回路パターンの膜厚均一性や線幅均一性が悪化す
るといった問題がある。
【０００９】そこで、本発明では載置面および基板Ｗの
温度分布を均一に保持しつつ、載置面を急速に冷却する
ことができる熱処理装置およびこの熱処理装置を備える
基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
請求項１に記載の発明は、基板に熱処理を施す熱処理装
置であって、ヒートパイプ構造における作動流体の作用
域として機能する内部空間を内包したハウジングを備
え、前記ハウジングの上面側に基板を載置する載置台
と、前記載置台に付設されて前記ヒートパイプ構造を介
して前記載置台を加熱する加熱手段と、前記内部空間に
配設された冷却構造を有し、前記冷却構造によって前記
載置台を冷却する冷却手段と、を備えることを特徴とす
る。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱処理装置であって、前記冷却構造は、前記ハウジン
グの壁面に断熱材料を介して支持されていることを特徴
とする。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の熱処理装置であって、前記冷却構造
は、前記載置台の内部空間を蛇行して配置されており、
外部から冷却媒体が供給される冷却通路を有することを
特徴とする。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記
加熱手段と前記冷却手段とを制御して前記載置台の温度
を所定の温度に維持する温度制御手段、をさらに備える
ことを特徴とする。
【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記
冷却媒体は気体であることを特徴とする。
【００１５】請求項６に記載の発明は、基板に熱処理を
施す熱処理装置であって、基板を載置可能であって、内
部にヒートパイプ構造を有する載置台と、前記載置台に
付設されて前記ヒートパイプ構造を介して前記載置台を
加熱する加熱手段と、前記ヒートパイプ構造の作動流体
に熱的に結合して前記作動流体を冷却する冷却構造を備
える第１の冷却手段と、前記ハウジングの下面側に接触
して配設された第２の冷却構造を有し、前記第２の冷却
構造によって前記載置台を冷却する第２の冷却手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】請求項７に記載の発明は、基板に熱処理を
施す熱処理装置であって、ヒートパイプ構造における作
動流体の作用域として機能する内部空間を内包したハウ
ジングを備え、前記ハウジングの上面側に基板を載置す
る載置台と、前記載置台に付設されて前記ヒートパイプ
構造を介して前記載置台を加熱する加熱手段と、前記内
部空間に配設された第１の冷却構造を有し、前記第１の
冷却構造によって前記載置台を冷却する第１の冷却手段
と、前記ハウジングの下面側に接触して配設された第２
の冷却構造を有し、前記第２の冷却構造によって前記載
置台を冷却する第２の冷却手段と、前記第１の冷却手段
の冷却状態と前記第２の冷却手段の冷却状態とを制御す
る制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の熱処理装置であって、前記第２の冷却構造は、冷却媒
体の流路と、前記流路に冷却媒体を供給する冷却媒体供
給手段と、前記流路に気体を供給する気体供給手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】請求項９に記載の発明は、基板に所定の処
理を行う基板処理装置であって、請求項１ないし請求項
８のいずれかに記載の熱処理装置、を備えることを特徴
とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】＜１．第１の実施の形態＞ ＜１．１．基板処理装置の概略構成＞図１は、本発明の
第１の実施形態に係る基板処理装置１の全体構成を示す
平面図である。なお、図１および以降の各図にはそれら
の方向関係を明確にするため必要に応じてＺ軸方向を鉛
直方向とし、ＸＹ平面を水平平面とするＸＹＺ直交座標
系を付している。
【００２１】この基板処理装置１は、基板にレジスト塗
布処理や現像処理を行う装置であって、基板の搬出入を
行うインデクサＩＤと、基板に処理を行う複数の処理ユ
ニットからなる第１処理部群ＰＧ１、第２処理部群ＰＧ
２と、図示を省略する露光装置との基板の受け渡しを行
うインターフェイスＩＦと、搬送ロボットＴＲとを備え
ている。
【００２２】インデクサＩＤは、複数枚の基板を収納可
能なキャリア（図示省略）を載置するとともに移動ロボ
ットを備え、未処理基板を当該キャリアから搬送ロボッ
トＴＲに払い出すとともに処理済み基板を搬送ロボット
ＴＲから受け取ってキャリアに格納する。
【００２３】インターフェイスＩＦは、搬送ロボットＴ
Ｒからレジスト塗布処理済の基板を受け取って図外の露
光装置に渡すとともに、露光済みの基板を受け取って搬
送ロボットＴＲに渡す機能を有する。また、インターフ
ェイスＩＦは、露光装置との受け渡しタイミングの調整
を行うべく、露光前後の基板を一時的にストックするバ
ッファ機能を有し、図示を省略しているが、搬送ロボッ
トＴＲとの間で基板を受け渡すロボットと、基板を載置
するバッファカセットとを備えている。
【００２４】基板処理装置１は、基板に処理を行うため
の複数の処理ユニット（処理部）を備えており、そのう
ちの一部が第１処理部群ＰＧ１を構成し、残部が第２処
理部群を構成する。図２は、第１処理部群ＰＧ１および
第２処理部群ＰＧ２の構成を示す図である。第１処理部
群ＰＧ１は、液処理ユニットたる塗布処理ユニットＳＣ
１、ＳＣ２（レジスト塗布処理部）の上方に複数の熱処
理ユニットを配置して構成されている。なお、図２にお
いては、図示の便宜上処理ユニットを平面的に配置して
いるが、実際には高さ方向（Ｚ軸方向）に積層されてい
るものである。
【００２５】塗布処理ユニットＳＣ１、ＳＣ２は、基板
主面にフォトレジストを供給し、基板を回転させること
によって、均一なレジスト塗布を行う、いわゆるスピン
コータである。塗布処理ユニットＳＣ１、ＳＣ２の上方
には３段に積層された熱処理ユニットが３列設けられて
いる。すなわち、下から順に冷却ユニットＣＰ１、密着
強化ユニットＡＨ（密着強化処理部）、加熱ユニットＨ
Ｐ１が積層された列と、冷却ユニットＣＰ２、加熱ユニ
ットＨＰ２、加熱ユニットＨＰ３が積層された列と、冷
却ユニットＣＰ３、加熱ユニットＨＰ４、加熱ユニット
ＨＰ５が積層された列とが設けられている。
【００２６】同様に、第２処理部群ＰＧ２は、液処理ユ
ニットたる現像処理ユニットＳＤ１、ＳＤ２の上方に複
数の熱処理ユニットを配置して構成されている。現像処
理ユニットＳＤ１、ＳＤ２は、露光後の基板上に現像液
を供給することによって、現像処理を行う、いわゆるス
ピンデベロッパである。現像処理ユニットＳＤ１、ＳＤ
２の上方には、３段に積層された熱処理ユニットが３列
設けられている。すなわち、下から順に冷却ユニットＣ
Ｐ４、露光後ベークユニットＰＥＢ、加熱ユニットＨＰ
６が積層された列と、冷却ユニットＣＰ５、加熱ユニッ
トＨＰ７、加熱ユニットＨＰ８が積層された列と、冷却
ユニットＣＰ６、加熱ユニットＨＰ９、加熱ユニットＨ
Ｐ１０が積層された列とが設けられている。
【００２７】加熱ユニットＨＰ１〜ＨＰ１０は、基板を
加熱して所定の温度にまで昇温する、いわゆるホットプ
レートである。また、密着強化ユニットＡＨおよび露光
後ベークユニットＰＥＢもそれぞれレジスト塗布処理前
および露光直後に基板を加熱する加熱ユニットである。
冷却ユニットＣＰ１〜ＣＰ６は基板を冷却して所定の温
度にまで降温するとともに、基板を当該所定の温度に維
持する、いわゆるクールプレートである。
【００２８】本明細書においては、これら基板の温度調
整を行うユニット（加熱ユニットおよび冷却ユニット）
を熱処理ユニットと称する。また、塗布処理ユニットＳ
Ｃ１、ＳＣ２および現像処理ユニットＳＤ１、ＳＤ２の
ような基板に処理液を供給して所定の処理を行う処理ユ
ニットを液処理ユニットと称する。そして、液処理ユニ
ットおよび熱処理ユニットを総称して処理ユニットとす
る。
【００２９】なお、液処理ユニットの直上には、液処理
ユニット側に温湿度の管理されたクリーンエアーのダウ
ンフローを形成するフィルタファンユニットＦＦＵが設
けられている。また、図示を省略しているが、搬送ロボ
ットＴＲが配置された上方の位置にも、搬送空間に向け
てクリーンエアーのダウンフローを形成するフィルタフ
ァンユニットが設けられている。
【００３０】第１の実施形態では、特に、第１処理部群
および第２処理部群ＰＧ２の構成要素である加熱ユニッ
トＨＰ１〜ＨＰ１０がこの発明の特徴に応じた構成を採
用している。なお、以下ではひとつの加熱ユニットＨＰ
１について説明するが、他の加熱ユニットＨＰ２〜ＨＰ
１０も同様である。
【００３１】＜１．２．加熱ユニットの構成＞図３は、
加熱ユニットＨＰ１の正面図を、図４は、図３の載置台
１１の平面図を示したものである。
【００３２】載置台１１は、ヒートパイプ構造ＨＳを採
用して熱容量を極めて小さくしつつ、温度分布の面内均
一性を高めたものであり、金属製の平坦な筐体として形
成されたハウジング１ｈを備えているとともに、その上
面に当たる載置面１１ａには基板Ｗが載置される。載置
面１１ａには図示しないセラミック製の小球が分散して
複数個はめ込まれており、基板Ｗを点接触の状態で支持
して熱処理ムラを防止するようになっているが、小球を
省略して基板Ｗを面接触の状態で支持するようにしても
よい。
【００３３】載置台１１の内部にはハウジング１ｈを壁
面として空洞が形成されている。その内部空間１２は、
ヒートパイプ構造ＨＳのために減圧されており、縦方向
の強度を補うように複数本の柱１３が立設されている。
【００３４】載置台１１の下部にある作動液室１４に
は、ヒータ１５が内蔵されているとともに、作動液１６
が貯留されている。第１の実施形態では、作動液１６と
して水を使用している。また、作動液室１４と載置台１
１の内部空間１２とは連通している。そのため、ヒータ
１５を加熱することにより生じる作動液１６の蒸気は、
内部空間１２を作用域としてこの作用域中を移動したり
蒸発潜熱の授受を行うことにより載置面１１ａの温度分
布を均一に保持しつつ、載置面１１ａを急速に加熱する
ことができる。
【００３５】この装置における冷却構造としての冷却管
２１は、載置台１１の内部空間１２を貫通して、熱伝導
性の材料（たとえば金属や合金）で形成された冷却管２
１が略水平にかつ載置面１１ａのほぼ全域を通るように
配設されている。
【００３６】冷却管２１は、供給バルブ２６および供給
配管２２を介して冷却媒体供給源２５と接続されてお
り、また、図示しないドレインは冷却管２１と排出配管
２３を介して接続されている。したがって、冷却媒体供
給源２５から供給される冷却媒体は、供給バルブ２６を
開放することにより供給配管２２を介して冷却管２１に
供給され、冷却管２１にて、載置台１１の内部空間１２
と熱交換を行った後、排出配管２３を介して図示しない
ドレインへと排出される。すなわち、冷却管２１はその
表面が内部空間１２内の作動流体に接触しており、この
作動流体を介して載置面１１ａへの冷却作用を生じさせ
る。換言すれば、ヒートパイプ構造ＨＳの作動流体は、
ヒータ１５によって加熱されることもできるし、冷却管
２１によって冷却されることもできる。
【００３７】また図４に示すように、冷却管２１は、そ
の表面積を増加させるため、載置台１１の内部空間１２
を複数回折り返すように蛇行して配設されている。その
ため、効率的に冷却管２１と内部空間１２との熱交換を
行うことができる。
【００３８】さらに、冷却管２１は、載置台１１とリン
グ状（ドーナツ状）断熱部材２４を介して載置台１１の
ハウジング１ｈの壁面に支持されている。そのため、冷
却管２１と載置台１１とは、断熱部材２４によって熱的
に断熱されているため、冷却管２１から載置台１１へ直
接熱移動が生じない構造となっている。断熱部材２４の
例としては、セラミックスや耐熱樹脂が挙げられる。
【００３９】温度センサ２７は、載置面１１ａの温度が
測定可能なように載置台１１に埋設されている。載置面
１１ａに載置された基板Ｗの温度は、この温度センサ２
７によって測定された温度に基づいて算出される。
【００４０】制御ユニット３は、信号線３４により制御
対象部と接続されており、プログラムや変数等を格納す
るメモリ３１と、メモリ３１に格納されているプログラ
ムに従った制御を実行するＣＰＵ３２とを備えている。
ＣＰＵ３２は、メモリ３１に格納されているプログラム
に従って、例えば、温度センサ２７によって監視された
温度に基づいて、ヒータ１５による加熱制御や、冷却媒
体供給源２５および供給バルブ２６による冷却制御を所
定のタイミングで実行する。
【００４１】＜１．３．温度調整制御＞次に、加熱ユニ
ットＨＰ１による載置面１１ａの温度調整制御について
説明する。図５は、ヒータ１５および冷却媒体供給源２
５の制御を示すタイミングと、載置面１１ａの温度との
関係を示したものである。図５(a)〜(c)の横軸は時刻ｔ
に対応し、図５(a)の縦軸はヒータ１５の出力Ｗに、図
５(b)の縦軸は冷却媒体供給源２５から冷却管２１に供
給される冷却媒体の量Ｖに、図５(c)の縦軸は温度セン
サ２７により監視されている載置面１１ａの温度Ｔにそ
れぞれ対応する。
【００４２】時刻ｔ１より前の時点では、ヒータ１５の
出力を一定出力Ｗ０に保持されており、また、供給バル
ブ２６は閉鎖されており、冷却媒体供給源２５から冷却
管２１に対して冷却媒体が供給されていないため、載置
面１１ａは設定温度Ｔ０に保持されている。
【００４３】時刻ｔ１において、搬送ロボットＴＲから
載置面１１ａの上に基板Ｗが受け渡されると、載置面１
１ａから基板Ｗへの熱移動が生じるため、載置面１１ａ
の温度ＴがＴ０から低下する。温度センサ２７がこの温
度低下を検知すると、制御ユニット３により、ヒータ１
５の出力値をＷ０から最大出力であるＷ１に向かって徐
々に増加する。
【００４４】時刻ｔ１からｔ２の期間において、ヒータ
１５の出力値はＷ１一定とされており、載置面１１ａへ
の熱の供給が大きくなるため、載置面１１ａから基板Ｗ
へ逃げる熱の減少が補償されるようになり、載置面１１
ａの温度の降下率が小さくなって図５(c)に示す温度曲
線の温度勾配が徐々に緩やかになる。そして、載置面１
１ａから基板Ｗへ逃げる熱と、ヒータ１５から載置面１
１ａへ伝達される熱とがほぼバランスした時刻ｔ２にお
いて温度が極小値Ｔ１となるとともに、温度勾配値が負
から正に変わる。
【００４５】時刻ｔ２において、温度センサ２７によっ
て、載置面１１ａの温度勾配が負から正へと変化する極
小点を検知すると、図５(a)に示すように、ヒータ１５
の出力値をＷ１から徐々に減少させるとともに、供給バ
ルブ２６を開放し、冷却媒体供給源２５から冷却管２１
へ冷却媒体の供給を開始し、供給量を徐々に増加させ
る。
【００４６】続いて、載置面１１ａの温度が、設定温度
Ｔ０よりも所定値だけ低い温度になった時刻ｔ３におい
て、ヒータ１５の出力を停止するとともに、冷却媒体供
給源２５から冷却管２１への冷却媒体の供給量を最大値
Ｖ１とする。
【００４７】時刻ｔ３からｔ４の期間において、冷却媒
体供給源２５から最大供給量Ｖ１で冷却管２１に冷却媒
体が供給され、それによって載置面１１ａはさらに冷却
され続け、図５(c)に示す温度曲線の温度勾配はさらに
減少する。
【００４８】なお、以上のようにヒータ１５からの出力
値を時間の経過とともに徐々に（滑らかに）減少させつ
つ、冷却媒体供給源２５から冷却管２１への冷却媒体の
供給量を徐々に（滑らかに）増加させ、さらに冷却媒体
の供給量を、所定時間、最大供給量Ｖ１で保持するの
は、ヒータ１５を停止しても載置面１１ａの温度が設定
温度Ｔ０より高くなる、いわゆる温度変動のオーバシュ
ートが生じるのを防止するとともに、設定温度Ｔ０に到
達するのに必要となる時間を短縮するためである。
【００４９】時刻ｔ４において、温度センサ２７により
載置面１１ａの温度Ｔが温度Ｔ０”となったことを検知
すると、時刻ｔ４からｔ５において冷却媒体供給源２５
から冷却管２１への冷却媒体の供給量を徐々に低減する
ように供給バルブ２６が閉鎖されるとともに、ヒータ１
５の出力値がゼロから一定出力Ｗ０に向かって徐々に増
加されることにより、載置面１１ａおよび基板Ｗの温度
が設定温度Ｔ０に保持される。
【００５０】このような温度調整における冷却処理の制
御性は、使用する冷却媒体の熱容量および温度調整量
（冷却によって増減すべき温度幅）の選択によって左右
される。
【００５１】例えば、温度調整量が小さいにも関わら
ず、熱容量の大きい冷却媒体により冷却処理を行うと、
冷却処理を停止させたにも関わらず設定温度Ｔ０より低
くなるアンダーシュートが発生する。一方、温度調整量
が大きいにも関わらず、熱容量の小さい冷却媒体により
冷却処理を行うと、冷却に要する処理時間が増大してし
まう。
【００５２】そのため、冷却処理において使用する冷却
媒体は、冷却媒体の熱容量と温度調整量との適合性を考
慮して選択することが好ましい。
【００５３】第１の実施形態では基板Ｗを載置面１１ａ
に載置する際の温度降下量ΔＴ（＝Ｔ０−Ｔ１）は２〜
３度程度と比較的小さいため、熱容量の小さい空気を冷
却媒体として使用している。
【００５４】＜１．４．第１の実施形態の加熱ユニット
の利点＞以上の実施形態において、ヒートパイプ構造Ｈ
Ｓを有する加熱ユニットＨＰ１は、載置台１１の内部空
間１２に冷却管２１を備え、また、載置台１１と冷却管
２１とは断熱部材２４により熱的に断熱されている。こ
のため、冷却管２１からの冷却作用はヒートパイプ構造
ＨＳの作動流体を介して載置面１１ａ（したがって基板
Ｗ）に作用し、冷却均一性や冷却応答性が高い。また、
特開２００１−３１３３２８公報に記載される熱処理装
置のように、冷却部と載置面１１ａとの間で直接熱移動
することがないため、載置面１１ａの温度分布および載
置面１１ａに載置された基板Ｗの温度分布の均一性を保
持しつつ急速に冷却することができ、熱処理時におい
て、基板上に形成された配線層の膜厚および線幅の均一
性を良好に保つことができる。
【００５５】また、冷却管２１は載置台１１の内部空間
１２を蛇行して配設することにより冷却管２１の表面積
を増加させることができるため、冷却媒体供給源２５か
ら冷却管２１に供給される冷却媒体から載置台１１の内
部空間１２への熱交換を効率的に行うことができる。
【００５６】さらに、第１の実施形態のように載置面１
１ａおよび基板Ｗの設定温度の変動幅が２〜３度程度と
比較的小さい場合、冷却媒体として空気を使用すること
により、設定温度調整において冷却管２１を使用した冷
却処理の制御性を向上させることができるため、載置面
１１ａおよび基板Ｗの温度を設定温度Ｔ０まで回復させ
る所要時間を短縮することができる。
【００５７】＜２．第２の実施形態＞次に、第２の実施
形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形
態における加熱ユニット２００を模式的に示す正面図で
ある。図８に示すように、第２の実施形態における加熱
ユニット２００のハードウェア構成は、第１の実施形態
と比較して、後述するように、主として、（１）ハウジ
ング１ｈの下面側に配設された冷却プレート２２１と、
（２）冷却プレート２２１に冷却媒体を供給する冷却媒
体供給源２３２と、（３）冷却プレート２２１に圧縮空
気を供給する圧縮空気供給源２３１と、が、さらに追加
されていることを除いては、第１の実施形態の加熱ユニ
ットＨＰ１と同様である。そして、これらハードウェア
を追加することによって、（Ａ）ヒータ１５と冷却プレ
ート２２１を使用することにより、ハウジング１ｈを急
速に冷却して載置面１１ａの設定温度を急速に降温させ
る温度制御と、（Ｂ）ヒータ１５と冷却管２１を使用す
ることにより、載置面１１ａの温度を設定温度に保持す
る温度制御と、を独立した冷却ユニットによって行うこ
とができ、載置面１１ａの設定温度を速やかに変更する
温度制御（（Ａ）に該当）と、載置面１１ａの設定温度
を微調整する温度制御（（Ｂ）に該当）とを、それぞれ
別々の冷却ユニットによって制御することができる。そ
のため、載置面１１ａの温度制御をさらに高精度に調整
することが可能となる。そこで、以下では、この追加さ
れた構成要素を中心に説明する。
【００５８】なお、以下の説明において、第１の実施形
態の加熱ユニットＨＰ１における構成要素と同様な構成
要素については同一符号を付している。これら同一符号
の構成要素は、第１の実施形態において説明済みである
ため、本実施形態では説明を省略する。
【００５９】また、本実施形態の加熱ユニット２００
は、第１の実施形態において説明した第１処理部群およ
び第２処理部群ＰＧ２の構成要素である加熱ユニットＨ
Ｐ１〜ＨＰ１０として使用可能である。したがって、加
熱ユニットＨＰ１〜ＨＰ１０のそれぞれを加熱ユニット
２００と代替しても、装置１と同様な基板処理装置を構
成することができる。
【００６０】＜２．１．加熱ユニットの構成＞図９は、
本実施形態のハウジング１ｈを下方からみた図である。
また、図１０は、本実施形態のハウジング１ｈを下方か
らみた場合の冷却プレート２２１を示す図である。この
装置における冷却構造としての冷却プレート２２１は、
熱伝導が高い２枚の金属板を張り合わせた部材であり、
ハウジング１ｈ下部に配設された２つの作動液室１４の
間に、ハウジング１ｈの下面側と接触して配置されてい
る。
【００６１】冷却プレート２２１の張り合わせた面に
は、図１０に示すように流路２２４が形成されており、
流路２２４の一端は流入口２２２と、また他端は流出口
２２３とそれぞれ接続されている。また、流入口２２２
から流出口２２３に至る流路２２４は、その流路長を長
くするために蛇行状に形成されている。
【００６２】流入口２２２は、配管２２５と連通接続さ
れている。そして、バルブ２３３を介して圧縮空気供給
源２３１と、また、バルブ２３４を介して供給する冷却
媒体供給源２３２とそれぞれ連通されている。そのた
め、バルブ２３３を閉鎖してバルブ２３４を開放するこ
とによって流路２２４に冷却媒体を供給することができ
る。また、バルブ２３４を閉鎖してバルブ２３３を開放
することによって流路２２４に圧縮空気を供給すること
ができる。また、流出口２２３は、配管２２６を介して
ドレイン２３５に連通されている。
【００６３】ここで、冷却プレート２２１によって載置
台１１の載置面１１ａを冷却する処理について説明す
る。冷却媒体供給源２３２から流路２２４に冷却媒体を
供給すると、載置面１１ａの熱は、内部空間１２、冷却
管２１およびハウジング１ｈの底部（下面側）を介して
冷却プレート２２１の流路２２４に到達する。そして移
動した熱は、流路２２４を流れる冷却媒体によって熱交
換される。また、流路２２４内の冷却媒体は、配管２２
６を介してドレイン２３５へと排出される。このよう
に、載置面１１ａの熱は流路２２４に供給された冷却媒
体に受け渡され、続いて、熱交換後の冷却媒体は流路２
２４外に排出されるため、載置面１１ａを冷却すること
ができる。そして、載置面１１ａの冷却処理が終了する
と、流路２２４に圧縮空気が供給することにより、流路
２２４に残留する冷却媒体は、流路２２４外のドレイン
２３５に排出される。そのため、流路２２４に冷却媒体
が残留した状態でヒータ１５によって冷却プレート２２
１が加熱されて、流路２２４内で冷却媒体が沸騰するこ
とによって熱処理に悪影響を及ぼすことを防止できる。
なお、冷却媒体としては単なる水を使用してもよく、ま
た、その他の冷却媒体であってもよい。
【００６４】制御ユニット３には、第１の実施形態で説
明した冷却媒体供給源２５、供給バルブ２６および温度
センサ２７に加えて、圧縮空気供給源２３１、冷却媒体
供給源２３２、バルブ２３３およびバルブ２３４等が信
号線３４を介して接続されている。したがって、第１の
実施形態と同様に、ＣＰＵ３２は、メモリ３１に格納さ
れているプログラムに従って、例えば、温度センサ２７
によって監視される温度に基づいて、ヒータ１５による
加熱制御や、バルブ２３３、２３４等の開閉制御等を所
定のタイミングで実行することができる。
【００６５】＜２．２．温度調整制御＞次に、加熱ユニ
ット２００による載置面１１ａの温度調整制御について
説明する。なお、ヒータ１５と冷却管２１を使用するこ
とによって載置面１１ａの温度を設定温度に保持する温
度制御については、第１の実施形態において説明済みで
ある。そのため、ここでは、ヒータ１５と冷却プレート
２２１を使用することにより、ハウジング１ｈを急速に
冷却して載置面１１ａの設定温度を急速に降温させる温
度制御について説明する。また、以下では、基板Ｗを載
置せずに載置面１１ａの設定温度を降温する場合の制御
について説明しているが、基板Ｗを載置している場合も
同様な制御によって設定温度を変更することができる。
【００６６】図１１は、ヒータ１５の制御タイミングお
よび冷却媒体供給源２３２から供給される冷却媒体の供
給量と、載置面１１ａの温度との関係を示したものであ
る。図１１(a)〜(c)の横軸は時刻ｔに対応し、図１１
(a)の縦軸はヒータ１５の出力Ｗに、図１１(b)の縦軸は
冷却媒体供給源２３２から流路２２４に供給される冷却
媒体の量Ｖに、図１１(c)の縦軸は温度センサ２７によ
り監視されている載置面１１ａの温度Ｔにそれぞれ対応
する。
【００６７】時刻ｔ１より前の時点において、バルブ２
３３、２３４はともに閉鎖されている。また、載置面１
１ａの温度は、室温より高い温度Ｔ２に保持するためヒ
ータ１５の出力は一定出力Ｗ２に保持されている。ま
た、本実施の形態で説明する載置面１１ａの設定温度を
急速に降温させる温度制御では、冷却管２１による冷却
処理を行わないため、供給バルブ２６は閉鎖され続けて
いるが、それに限られるものではなく、冷却プレート２
２１と冷却管２１とを並列的に使用して載置面１１ａを
冷却し設定温度を急速に降温させる制御を行っても良
い。
【００６８】載置面１１ａの設定温度Ｔの降温を開始す
る時刻ｔ１において、制御ユニット３は、ヒータ１５に
対して出力ＷをＷ２から「０」に変更する制御信号を送
信する。当該指令を受信したヒータ１５の出力Ｗは、徐
々に減少して「０」となる。
【００６９】また、時刻ｔ１において、バルブ２３４を
開放すると、冷却媒体供給源２３２から流路２２４に向
けて冷却媒体が徐々に増加する。そして、時刻ｔ２にお
いて冷却媒体の供給量が最大値Ｖ２となる。
【００７０】このように、時刻ｔ１からｔ２の期間にお
いて、ヒータ１５の出力が徐々に減少するとともに冷却
プレート２２１の流路２２４に供給される冷却媒体の供
給量が徐々に増加する。そのため、図１１(c)に示す温
度曲線の傾きは徐々に増加して、時刻ｔ２において最大
値tanθとなる。そして、時刻ｔ２からｔ３において、
温度曲線の傾きはtanθとほぼ一定になるため、載置面
１１ａは急速に冷却される。
【００７１】続いて、時刻ｔ３において、温度センサ２
７によって載置面１１ａの温度Ｔが温度Ｔ３’となった
ことを検知すると、バルブ２３４を閉鎖して冷却媒体供
給源２３２の供給を停止するとともに、バルブ２３３を
開放して圧縮空気供給源２３１から流路２２４に向けて
圧縮空気を供給する。これにより、流路２２４への冷却
媒体の供給が停止するとともに、流路２２４内に残留す
る冷却媒体は、圧縮空気によって流路２２４外のドレイ
ン２３５に排出されて、流路２２４内の冷却媒体の量が
徐々に減少して冷却プレート２２１による冷却能力が徐
々に低下する。また、バルブ２３４を閉鎖して冷却媒体
供給源２３２の供給を停止するタイミングである時刻ｔ
３から一定の遅延時間を経た時刻ｔ５において、ヒータ
１５の出力Ｗが、「０」からＷ３に向かって徐々に増加
する。そのため、載置面１１ａの温度曲線の傾きは徐々
になだらかとなる。
【００７２】続いて、時刻ｔ４において、流路２２４へ
の冷却媒体供給量が「０」となるとともに、時刻ｔ６に
おいてヒータ１５の出力がＷ３となることにより、載置
面１１ａの温度Ｔは一定値Ｔ３となり、載置面１１ａの
設定温度を急速に降温させる温度制御を終了する。
【００７３】そして、以上の温度制御によって設定温度
が変更された後、搬送ロボットＴＲからその設定温度に
維持されている載置面１１ａに対して基板Ｗが載置され
ると、載置面１１ａから基板Ｗに対して熱が移動するた
め載置面１１ａの温度が降温する。この場合、第１の実
施形態で説明した温度制御を実施することにより、載置
面１１ａの温度を設定温度に維持することができる。
【００７４】＜２．３．第２の実施形態の加熱ユニット
の利点＞第２の実施形態において、載置台１１の内部空
間１２に冷却管２１を配置することに加えて、ハウジン
グ１ｈの底部に冷却プレート２２１を設けることによ
り、これら冷却管２１による冷却状態と冷却プレート２
２１による冷却状態とを制御し、両者を切替えて、また
は併用して冷却処理を行うことができる。そのため、載
置面１１ａ上の温度状態に応じて載置面１１ａの設定温
度を降温させる温度制御と、載置面１１ａの設定温度を
一定温度に保持する温度制御とを切替えて行うことがで
き、載置面１１ａの設定温度の変化を高速に行えるとと
もに、載置面１１ａの温度制御をさらに高精度に調整す
ることができる。
【００７５】＜３．変形例＞以上、本発明の実施の形態
について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限
定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００７６】（１）第１の実施形態では冷却媒体として
空気を使用しているが、各種の流体、例えば窒素、ヘリ
ウム等の気体を使用することも可能であり、液体も選択
可能である。
【００７７】（２）第１の実施形態の冷却管２１および
第２の実施形態の冷却プレート２２１では、冷媒を冷却
通路に通して冷却を行うタイプを採用しているが、これ
に限定されものではなく、例えば、ペルチェ素子などを
利用してもよい。この場合においてもヒートパイプ構造
の作動流体を冷却することにより、冷却の均一性が高ま
る。
【００７８】（３）第１の実施形態において、冷却管２
１の表面は、内部空間１２内の作動流体と接触すること
によって冷却管２１内の冷却媒体と熱交換を行っている
が、この作動流体と冷却媒体とが熱的に結合されていれ
ばこれに限定されない。
【００７９】（４）第２の実施形態の温度制御は、搬送
ロボットＴＲから載置台１１に対して、載置面１１ａの
温度と比較して高い温度を有する基板Ｗが載置されるこ
とによって載置面１１ａの温度が設定温度より高くなる
場合について、載置面１１ａの温度を設定温度となるよ
うに微調整する場合にも使用可能である。その場合、例
えば、冷却プレート２２１に対して供給される冷却媒体
の供給量Ｖを一定量Ｖ２に保持する時間（図１１(b)に
示す時刻ｔ２からｔ３に該当）を調整することにより、
載置面１１ａの温度が基板Ｗからの熱移動によって昇温
しても一定温度に保持することができる。さらに、第１
および第２の実施形態において、冷却プレート２２１に
代えて冷却管２１に冷却媒体を供給しても同様の効果を
得ることが可能である。
【００８０】（５）また、第２の実施形態においては、
載置台１１の載置面１１ａの設定温度を急速に降温させ
る温度制御を冷却プレート２２１を使用することにより
行っていたが、設定温度の変更の範囲が少ないような場
合には、冷却プレート２２１は使用せず、冷却管２１の
みを使用して設定温度の変更を行うようにしてもよい。
【００８１】（６）第１の実施形態の載置面１１ａの温
度調整制御としては、図５に示した形態に限定されるも
のではない。図６は、設定温度調整時の加熱および冷却
制御のタイミングの他の例と、その時の載置面温度を示
す図である。以下、図５に示した形態との相違点を中心
に説明する。
【００８２】図６(a)〜(c)の横軸は時刻ｔに対応し、図
６(a)の縦軸はヒータ１５の出力Ｗに、図６(b)の縦軸は
冷却媒体供給源２５から冷却管２１に供給される冷却媒
体の量Ｖに、図６(c)の縦軸は温度センサ２７により監
視されている載置面１１ａの温度Ｔにそれぞれ対応す
る。
【００８３】時刻ｔ１において、搬送ロボットＴＲから
載置面１１ａの上に基板Ｗが受け渡され、載置面１１ａ
の温度ＴがＴ０から変化すると、ヒータ１５の出力値を
Ｗ０から最大出力であるＷ１に変更する。
【００８４】時刻ｔ１からｔ３の期間において、ヒータ
１５の出力値はＷ１一定とされており、載置面１１ａへ
の熱の供給が大きくなるため、載置面１１ａから基板Ｗ
へ逃げる熱の減少が補償されるようになり、載置面１１
ａの温度の降下率が小さくなって図６(c)に示す温度曲
線の温度勾配が徐々に緩やかになる。そして、載置面１
１ａから基板Ｗへ逃げる熱と、ヒータ１５から載置面１
１ａへ伝達される熱とがほぼバランスした時刻ｔ２にお
いて温度が極小値Ｔ１となるとともに、温度勾配値が負
から正に変わる。そして時刻ｔ２以後は、載置面１１ａ
と基板Ｗとの間の温度差がさらに減少してゆく。
【００８５】続いて、載置面１１ａの温度が、設定温度
Ｔ０よりも所定値ΔＴだけ低い温度になった時刻ｔ３に
おいてヒータ１５の出力を停止するとともに、供給バル
ブ２６を開放し、冷却媒体供給源２５から冷却管２１へ
冷却媒体の供給を開始する。
【００８６】時刻ｔ３からｔ４の期間において、冷却媒
体供給源２５から最大供給量Ｖ１で冷却管２１に冷却媒
体が供給され、それによって載置面１１ａは急速に冷却
され続けており、図６(c)に示す温度曲線の温度勾配は
徐々に減少し、時刻ｔ４において温度勾配値がゼロとな
る。
【００８７】時刻ｔ４において、温度センサ２７により
載置面１１ａの温度Ｔが設定温度Ｔ０となったことを検
知すると、供給バルブ２６が閉鎖されて冷却媒体供給源
２５から冷却管２１への冷却媒体の供給が停止されると
ともに、ヒータ１５の出力値がゼロから一定出力Ｗ０に
変更されることにより、載置面１１ａおよび基板Ｗの温
度が設定温度Ｔ０に保持される。
【００８８】このように、ヒータ１５により加熱処理し
た後、冷却媒体により冷却処理を行うことによって、ヒ
ータ１５を停止しても載置面１１ａの温度が設定温度Ｔ
０より高くなる、いわゆる温度変動のオーバシュートが
生じるのを防止するとともに、設定温度Ｔ０に到達する
のに必要となる時間を短縮することができる。
【００８９】また、温度調整制御では、載置面１１ａの
温度が設定温度Ｔ０より減少した場合に、ヒータ１５お
よび冷却管２１に供給される冷却媒体量を制御すること
により載置面１１ａを加熱する場合について説明した
が、本発明は、載置面１１ａの温度が設定温度Ｔ０より
上昇した場合に、載置面１１ａを冷却する場合について
も適用可能である。
【００９０】
【発明の効果】請求項１から請求項５に記載の発明によ
れば、冷却構造は載置台の内部空間に配設されており、
冷却構造から載置台の内部空間に存在するヒートパイプ
構造の作動流体を介して熱移動が行われるため、載置台
に載置された基板上の温度分布の均一性を阻害すること
なく、急速に冷却することができ、熱処理を必要とする
基板処理において膜厚均一性や線幅均一性を良好に保つ
ことができる。
【００９１】特に、請求項２に記載の発明によれば、冷
却手段は載置台と断熱部材により熱的に断熱されてお
り、冷却構造と載置台との接触部位から熱移動が行われ
るのを防止することができるため、冷却時における基板
上の温度分布の均一性をさらに向上させることができ
る。
【００９２】特に、請求項３に記載の発明によれば、冷
却構造を蛇行して配設された冷却通路としていることに
より冷却構造の表面積を向上させることができるため、
冷却構造の熱効率を向上させることができる。
【００９３】特に、請求項４に記載の発明によれば、加
熱手段と冷却手段とを制御して載置台の温度を所定の温
度に維持する温度制御手段によって、載置台の温度が変
動した場合であっても、速やかに所定の温度に回復する
ことができる。
【００９４】特に、請求項５に記載の発明によれば、熱
容量の小さい気体を冷却媒体として使用することによ
り、冷却手段の応答性を向上させることができる。
【００９５】また、請求項６に記載の発明によれば、冷
却構造がヒートパイプ構造の作動流体と熱的に結合して
冷却を行うことによって、載置台に載置された基板上の
温度分布の均一性を阻害することなく、急速に冷却する
ことができ、熱処理を必要とする基板処理において膜厚
均一性や線幅均一性を良好に保つことができる。また、
第１および第２の冷却手段を備えているので、その使い
分けを行うことができ、設定温度を急速に降温させるこ
とも設定温度を微調整して高精度の温度制御を行うこと
もできる。
【００９６】また、請求項７および請求項８に記載の発
明によれば、第１の冷却手段と第２の冷却手段とを切替
えることにより、設定温度を急速に降温させて所定の温
度にする場合と、設定温度を微調整する場合とで第１お
よび第２の冷却手段の冷却状態を制御して使用すること
ができる。そのため、さらに高精度に載置台の温度を制
御することができる。
【００９７】また、請求項９に記載の発明によれば、基
板処理装置が請求項１から請求項８のいずれかに記載の
熱処理装置を備えているため、請求項１から請求項８の
いずれかに記載の発明と同様の効果を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の全体構
成を示す平面図である。
【図２】図１の基板処理装置の第１処理部群および第２
処理部群の構成を示すための図である。
【図３】第１の実施形態の加熱ユニットの正面図であ
る。
【図４】第１の実施形態の載置台の平面図である。
【図５】第１の実施形態の設定温度調整時の加熱および
冷却制御のタイミングと載置面温度を示す図である。
【図６】第１の実施形態の設定温度調整時の加熱および
冷却制御のタイミングと載置面温度を示す図である。
【図７】従来の熱処理装置の要部構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態の加熱ユニットの正面図であ
る。
【図９】第２の実施形態のハウジングを下方から見た平
面図である。
【図１０】第２の実施形態の冷却プレートを示す図であ
る。
【図１１】第２の実施形態の設定温度調整時の加熱およ
び冷却制御のタイミングと載置面温度を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板処理装置 ３ 制御ユニット １１ 載置台 １５ ヒータ ２１ 冷却管 ２７ 温度センサ ＨＰ１〜ＨＰ１０ 加熱ユニット（熱処理装置）
フロントページの続き (72)発明者 吉田 順一 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 Ｆターム(参考） 3L044 AA04 BA06 CA14 DB02 KA01 KA02 KA04 KA05 5F046 CD05 KA04 KA10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板に熱処理を施す熱処理装置であっ
    て、 (a)ヒートパイプ構造における作動流体の作用域として
    機能する内部空間を内包したハウジングを備え、前記ハ
    ウジングの上面側に基板を載置する載置台と、 (b)前記載置台に付設されて前記ヒートパイプ構造を介
    して前記載置台を加熱する加熱手段と、 (c)前記内部空間に配設された冷却構造を有し、前記冷
    却構造によって前記載置台を冷却する冷却手段と、を備
    えることを特徴とする熱処理装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱処理装置であって、 前記冷却構造は、前記ハウジングの壁面に断熱材料を介
    して支持されていることを特徴とする熱処理装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の熱処理
    装置であって、 前記冷却構造は、前記載置台の内部空間を蛇行して配置
    されており、外部から冷却媒体が供給される冷却通路を
    有することを特徴とする熱処理装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
    載の熱処理装置であって、 (d)前記加熱手段と前記冷却手段とを制御して前記載置
    台の温度を所定の温度に維持する温度制御手段、をさら
    に備えることを特徴とする熱処理装置。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
    載の熱処理装置であって、 前記冷却媒体は気体であることを特徴とする熱処理装
    置。
  6. 【請求項６】 基板に熱処理を施す熱処理装置であっ
    て、 (a)基板を載置可能であって、内部にヒートパイプ構造
    を有する載置台と、 (b)前記載置台に付設されて前記ヒートパイプ構造を介
    して前記載置台を加熱する加熱手段と、 (c)前記ヒートパイプ構造の作動流体に熱的に結合して
    前記作動流体を冷却する冷却構造を備える第１の冷却手
    段と、 (d)前記ハウジングの下面側に接触して配設された第２
    の冷却構造を有し、前記第２の冷却構造によって前記載
    置台を冷却する第２の冷却手段と、を備えることを特徴
    とする熱処理装置。
  7. 【請求項７】 基板に熱処理を施す熱処理装置であっ
    て、 (a)ヒートパイプ構造における作動流体の作用域として
    機能する内部空間を内包したハウジングを備え、前記ハ
    ウジングの上面側に基板を載置する載置台と、 (b)前記載置台に付設されて前記ヒートパイプ構造を介
    して前記載置台を加熱する加熱手段と、 (c)前記内部空間に配設された第１の冷却構造を有し、
    前記第１の冷却構造によって前記載置台を冷却する第１
    の冷却手段と、 (d)前記ハウジングの下面側に接触して配設された第２
    の冷却構造を有し、前記第２の冷却構造によって前記載
    置台を冷却する第２の冷却手段と、 (e)前記第１の冷却手段の冷却状態と前記第２の冷却手
    段の冷却状態とを制御する制御手段と、 を備えることを特徴とする熱処理装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の熱処理装置であって、 前記第２の冷却構造は、 (d-1)冷却媒体の流路と、 (d-2)前記流路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段
    と、 (d-3)前記流路に気体を供給する気体供給手段と、 を備えることを特徴とする熱処理装置。
  9. 【請求項９】 基板に所定の処理を行う基板処理装置で
    あって、 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の熱処理装
    置、を備えることを特徴とする基板処理装置。
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