JP2007208066A - 基板熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に、かつ、精度良く熱処理プレートの温度制御を行うことができる基板熱処理装置を提供する。
【解決手段】ヒートパイプ構造のハウジング３内の設けられる棒状ヒータ１５は、熱処理プレート１を一様に加熱する。さらに、熱処理プレート１を区分する領域Ｃごとに設けられる熱電モジュール２１は各領域Ｃを加熱する。このように棒状ヒータ１５と熱電モジュール２１により２段階に分けて加熱するので、熱電モジュール２１の出力自体は少なくてよい。このため、各領域Ｃの温度は、他の領域Ｃの熱電モジュール２１の影響を受けない。したがって、制御部は、他の領域Ｃの熱電モジュール２１の出力を考慮せずに、その領域Ｃの熱電モジュール２１を容易に操作することができ、これにより各領域Ｃの温度制御を精度良く行うことができる。
【選択図】図１

Description

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、単に「基板」と称する）に対して熱処理を行う基板熱処理装置に関する。

基板熱処理装置は、半導体製造工程において、基板上に形成されたレジスト膜の露光処理前の加熱処理（プリベーク処理）、露光処理後の加熱処理(PEB:Post Exprosure Bake)、および現像後の加熱処理（ポストベーク処理）などに用いられる。

従来の基板熱処理装置は、ヒータが付設されている熱処理プレートを備えて、ヒータによって加熱された熱処理プレートに基板を載置して熱処理を行う。ここで、熱処理プレートを区分する複数の領域ごとにヒータを配置し、各ヒータの出力を個別に操作するように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、ヒータによって一様に加熱する場合に比べて、熱処理プレートの温度制御をきめ細かく行うことができる。
特開平１１−２０４４０２号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
各領域のヒータから出力される熱は、その領域だけではなく隣接する他の領域にも伝達される。

図１６を参照する。図１６は従来技術に係る熱処理プレートの温度分布を示す模式図である。図１６は、横軸に熱処理プレート１０１の位置をとり、縦軸を熱処理プレートの上面の温度ｔｐとしている。熱処理プレート１０１は３つの領域Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃに区分され、各領域Ｃａ〜Ｃｃにヒータ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを設けている。また、各ヒータ１０３ａ〜１０３ｃから出力される熱の流れを１点鎖線で模式的に示している。図示するように、各ヒータ１０３ａ〜１０３ｃの出力のうち、一部（Ｑ１）はその領域Ｃ内に伝達され、その他（Ｑ２）は隣接する他の領域に伝達される。

この結果、熱処理プレートの各領域の温度は、その領域のヒータのみならず、他の領域に配置されているヒータの出力にも依存する。したがって、各領域の温度を制御するにあたり、その領域以外のヒータによる領域間の熱伝導（ヒータ同士の熱的相互干渉）を考慮した複雑な演算処理を行わなければならない。

その上、いかに複雑な演算処理を行っても上述した領域間の熱伝導（ヒータ同士の熱的相互干渉）を正確に算出することには一定の限界があるので、熱処理プレートの温度制御を精度良く行うことが困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、容易に、かつ、精度良く熱処理プレートの温度制御を行うことができる基板熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、基板に熱処理を行う基板熱処理装置において、基板を載置または近接載置する熱処理プレートと、前記熱処理プレートの下部に付設され、前記熱処理プレートを一様に加熱する加熱手段と、前記熱処理プレートの上部であって、前記熱処理プレートを区分する複数の領域に応じて配置され、前記領域を加熱または冷却する複数の熱電モジュールと、前記加熱手段を操作するとともに、前記複数の熱電モジュールを個別に操作する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、加熱手段が領域ごとに加熱しないので、制御手段は加熱手段を容易に操作することができる。なお、「一様に」とは、加熱手段が領域ごとに加熱しないという意味であり、均一に加熱することまでを要しない。

また、各熱電モジュールの出力は、加熱手段の出力の分だけ少なくてよい。このため、各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導（熱電モジュール同士の熱的相互干渉）する量自体が少ない。また、熱電モジュールは、ペルチェ素子に電流が流入、流出する両端部を結ぶ１軸方向に発熱／吸熱するが、この１軸方向に直交する方向（すなわち、各領域が並ぶ方向）には熱の移動が比較的少ない。すなわち、熱電モジュールとすることで、その領域内において伝達する熱に比べて、他の領域に移動する熱は小さい（熱電モジュール同士の熱的相互干渉が抑制されている）。これらの理由により、各領域の温度は、その他の領域の熱電モジュールの出力による影響を受けにくい。よって、制御手段は、他の領域の熱電モジュールの出力を考慮せずに、その領域の熱電モジュールの出力を決定することができる。

以上のように、加熱手段および熱電モジュールによって２段階に分けて加熱できるように構成することで、制御手段は容易に熱処理プレートの温度制御を行うことができる。

また、上述のとおり各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導することが抑制されているのに加え、各熱電モジュールが熱処理プレートの上部に付設されているので、各領域の温度制御を精度良く行うことができる。

また、制御手段は、前記複数の熱電モジュールにより前記領域間に温度差を付けることが好ましい（請求項２）。

［作用・効果］上述のように各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導（熱電モジュール同士の熱的相互干渉）することが抑制されているので、請求項２に記載の発明によれば、制御手段は領域間において温度差を容易に、かつ、精度良く付けることができる。このような熱処理プレートで基板に熱処理を行うことで、基板に所望の温度勾配を付けることができる。

また、熱処理プレートを昇温させるとき、前記加熱手段が寄与する昇温幅は、前記複数の熱電モジュールがそれぞれ寄与する昇温幅のいずれよりも大きいことが好ましい（請求項３）。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、各熱電モジュールの出力自体をより抑えることができるので、熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導（熱電モジュール同士の相互干渉）する量を一層低減させることができる。よって、各領域の温度制御の精度をより向上させることができる。

また、複数の熱電モジュールの下方に、作動液を収容しているヒートパイプ構造のハウジングを備え、前記加熱手段は前記作動液を加熱することが好ましい（請求項４）。

［作用・効果］請求項４に記載の発明によれば、加熱手段はヒートパイプ構造のハウジング内に収容されている作動液を加熱する。この結果、加熱手段は熱処理プレートをより均一に加熱することができる。

また、請求項５に記載の発明は、基板に熱処理を行う基板熱処理装置において、基板を載置または近接載置する熱処理プレートと、前記熱処理プレートに付設され、前記熱処理プレートを加熱する加熱手段と、前記熱処理プレートに載置または近接載置される基板の上方であって、前記熱処理プレートを区分する複数の領域に対向して配置され、前記領域を加熱または冷却する複数の熱電モジュールと、前記加熱手段を操作するとともに、前記複数の熱電モジュールを個別に操作する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項５に記載の発明によれば、加熱手段が領域ごとに加熱しないので、制御手段は加熱手段を容易に操作することができる。なお、「一様に」とは、加熱手段が領域ごとに加熱しないという意味であり、均一に加熱することまでを要しない。

また、各熱電モジュールの出力は輻射によってそれぞれ対向する各領域に伝達される。ここで、熱電モジュールは、ペルチェ素子に電流が流入、流出する両端部を結ぶ１軸方向に発熱／吸熱するが、この１軸方向に直交する方向（すなわち、各領域が並ぶ方向）には熱の移動が比較的少ない。このため、各領域の温度は、その他の領域の熱電モジュールの出力による影響を受けにくい。よって、制御手段は、他の領域の熱電モジュールの出力を考慮せずに、その領域の熱電モジュールの出力を容易に決定することができる。

制御手段は加熱手段および各熱電モジュールを以上のように操作することで、熱処理プレートの温度制御を容易に行うことができる。

また、上述のとおり各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導することが抑制されているのに加え、各熱電モジュールが熱処理プレートの上方に配置されているので、各領域の温度制御を精度良く行うことができる。したがって、基板の加熱処理を精度よく行うことができる。

また、制御手段は、前記複数の熱電モジュールにより前記領域間に温度差を付けることが好ましい（請求項６）。

［作用・効果］上述のように各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導（熱電モジュール同士の熱的相互干渉）することが抑制されているので、請求項６に記載の発明によれば、制御手段は領域間に温度差を容易に、かつ、精度良く付けることができる。このような熱処理プレートで基板に熱処理を行うことで、基板に所望の温度勾配を付けることができる。

また、基板を昇温させるとき、前記加熱手段が寄与する昇温幅は、前記複数の熱電モジュールがそれぞれ寄与する昇温幅のいずれよりも大きいことが好ましい（請求項７）。

［作用・効果］請求項７に記載の発明によれば、各熱電モジュールの出力自体をより抑えることができるので、各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導（熱電モジュール同士の相互干渉）する量を一層低減させることができる。よって、各領域の温度制御の精度をより向上させることができる。

また、複数の熱電モジュールの上面は、所定の一定温度に調節されていることが好ましい（請求項８）。

［作用・効果］請求項８に記載の発明によれば、熱処理プレートと対向する面の反対側である熱電モジュールの上面を一定の温度に保つことで、各熱電モジュールの出力を精度よく操作することができる。これにより、熱電モジュールによる各領域の温度制御を容易にするとともに、精度を向上させることができる。

なお、本明細書は、次のような基板熱処理方法に係る発明も開示している。

（１）請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板熱処理装置において、さらに、前記熱処理プレートの各領域の温度を検出する複数個の第１検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記複数個の第１検出手段の検出結果に基づいて制御することを特徴とする基板熱処理装置。

前記（１）に記載の発明によれば、制御手段は第１検出手段の検出結果に基づいて制御するので、熱処理プレートの温度制御をより精度よく行うことができる。

（２）請求項４に記載の基板熱処理装置において、さらに、前記ハウジングの温度を検出する第２検出手段と、を備え、前記制御手段は、さらに前記第２検出手段の検出結果に基づいて制御することを特徴とする基板熱処理装置。

前記（２）に記載の発明によれば、制御手段は第２検出手段の検出結果に基づいて制御するので、熱処理プレートの温度制御をより精度よく行うことができる。

（３）請求項５から請求項８のいずれかに記載の基板熱処理装置において、前記熱処理プレートは、その内部に作動液を収容しており、前記加熱手段は前記作動液を加熱することを特徴とする基板熱処理装置。

前記（３）に記載の発明によれば、加熱手段はヒートパイプ構造のハウジング内に収容されている作動液を加熱するので、熱処理プレートをより均一に加熱することができる。

（４）基板に所定の処理を行う基板処理装置において、露光処理後の基板に加熱処理を行う基板熱処理ユニットと、前記加熱処理が行われた基板に現像処理を行う現像処理ユニットと、前記現像処理が行われた基板に形成されている現像線幅のばらつきを検査する検査ユニットと、を備え、前記基板熱処理ユニットは、基板を載置または近接載置する熱処理プレートと、前記熱処理プレートの下部に付設され、前記熱処理プレートを一様に加熱する加熱手段と、前記熱処理プレートの上部であって、前記熱処理プレートを区分する複数の領域に応じた位置に配置され、前記領域を加熱または冷却する複数の熱電モジュールと、前記加熱手段を操作するとともに、前記複数の熱電モジュールを個別に操作する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検査ユニットの検査結果に基づいて前記熱処理プレートの温度を補正することを特徴とする基板処理装置。

（５）基板に所定の処理を行う基板処理装置において、露光処理後の基板に加熱処理を行う基板熱処理ユニットと、前記加熱処理が行われた基板に現像処理を行う現像処理ユニットと、前記現像処理が行われた基板に形成されている現像線幅のばらつきを検査する検査ユニットと、を備え、前記基板熱処理ユニットは、基板を載置または近接載置する熱処理プレートと、前記熱処理プレートに付設され、前記熱処理プレートを加熱する加熱手段と、前記熱処理プレートに載置または近接載置される基板の上方であって、前記熱処理プレートを区分する複数の領域に対向した位置に配置され、前記領域を加熱または冷却する複数の熱電モジュールと、前記加熱手段を操作するとともに、前記複数の熱電モジュールを個別に操作する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検査ユニットの検査結果に基づいて前記熱処理プレートの温度を補正することを特徴とする基板処理装置。

前記（４）または前記（５）に記載の発明によれば、制御手段は、現像線幅のばらつきに基づいて熱処理プレートの温度を補正するので、その後に一連の基板処理を行う基板Ｗについては現像線幅をより均一にすることができる。

本発明に係る基板熱処理装置によれば、加熱手段が領域ごとに加熱しないので、制御手段は加熱手段を容易に操作することができる。また、各熱電モジュールの出力は、加熱手段の出力の分だけ少なくてよい。このため、各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導（熱電モジュール同士の熱的相互干渉）する量自体が少ない。また、熱電モジュールは、ペルチェ素子に電流が流入、流出する両端部を結ぶ１軸方向に発熱／吸熱するが、この１軸方向に直交する方向（すなわち、各領域が並ぶ方向）には熱の移動が比較的少ない。すなわち、熱電モジュールとすることで、その領域内において伝達する熱に比べて、他の領域に移動する熱は小さい（熱電モジュール同士の熱的相互干渉が抑制されている）。これらの理由により、各領域の温度は、その他の領域の熱電モジュールの出力による影響を受けにくい。よって、制御手段は、他の領域の熱電モジュールの出力を考慮せずに、その領域の熱電モジュールの出力を決定することができる。

以上のように、加熱手段および熱電モジュールによって２段階に分けて加熱できるように構成することで、制御手段は容易に熱処理プレートの温度制御を行うことができる。また、上述のとおり各熱電モジュールの出力が領域間で熱伝導することが抑制されているのに加え、各熱電モジュールが熱処理プレートの上部に付設されているので、各領域の温度制御を精度良く行うことができる。さらに、各熱電モジュール間で熱的相互干渉が少ないため、熱電モジュールの数を増やしても温度制御が複雑にならない。このため、熱電モジュールの領域、数を比較的自由に設計できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係る基板熱処理装置の概略構成を示す垂直断面図である。

処理対象である基板Ｗを載置する熱処理プレート１は、ヒートパイプ構造のハウジング３と伝熱部５とを備えている。ハウジング３は熱処理プレート１の下部に、伝熱部５は熱処理プレート１の上部にそれぞれ配置されている。

ハウジング３の内部には密閉された空間Ａが形成されている。ハウジング３の材質としては良伝熱性材料が好ましく、銅等が例示される。この空間Ａは、減圧状態であるとともに、作動液Ｌが収容されている。作動液Ｌとしては、水等が例示される。また、強度確保のための複数本の柱１１が設けられている。空間Ａの底面には溝部によって２つの作動液室１３が形成される。各作動液室１３には、棒状ヒータ１５が作動液Ｌに浸漬するように配置されている。各棒状ヒータ１５には、図示省略の交流電源が接続されている。棒状ヒータ１５は、この発明における加熱手段に相当する。

伝熱部５はハウジング３の上面に積層されている。また、伝熱部３の上面が熱処理プレート１の上面となる。伝熱部５の材質としては、セラミック等が例示される。この伝熱部５内には、複数個の熱電モジュール２１が設けられている。

図２は、伝熱部の水平断面図である。図示するように、伝熱部５の内部は内壁３ａにより複数（１７個）の小空間Ｂに区画されており、この小空間Ｂに熱電モジュール２１が設けられている。このような構造により、熱処理プレート１を、小空間Ｂに対応した複数の領域Ｃ（図１参照）に区分している。なお、図２において、後述する受け渡し部材３７の図示を省略している。

各小空間Ｂは、熱電モジュール２１が同心円状に配置できるように形成されている。具体的には、熱処理プレート１の中心に単一の熱電モジュール２１−１が配置され、この中心と同心である比較的小径の円周上に８個の熱電モジュール２１−２〜熱電モジュール２１−９が配置され、比較的大径の円周上に８個の熱電モジュール２１−１０〜熱電モジュール２１−１７が配置されている（以下では、特に区別する必要のない場合は熱電モジュール２１と略記する）。各熱電モジュール２１には、図示省略の直流電源が接続されている。

図３は、熱電モジュール２１の断面図である。熱電モジュール２１は、Ｐ型ペルチェ素子２３ｐおよびＮ型ペルチェ素子２３ｎを備えており、これらが電極２５を介して電気的に直列に接続されている（以下では、Ｐ型／Ｎ型を特に区別しないときは単にペルチェ素子２３と略記する）。その両側には、２枚のセラミック板２７ａ、２７ｂが設けられ、電気的絶縁を図るとともに、外部との間で熱の伝達を行う。なお、図３に示す熱電モジュール２１は、Ｐ型ペルチェ素子２３ｐとＮ型ペルチェ素子２３ｎとがそれぞれ複数個設けられているが、熱電モジュール２１は少なくとも一対のＰ型ペルチェ素子２３ｐおよびＮ型ペルチェ素子２３ｎによって構成することができる。

この熱電モジュール２１に図示する向きに直流電流を流すと、熱電モジュール２１の上面が発熱（放熱）し、下面が吸熱する。電流を流す向きを変えると、逆に下面が発熱し、上面が吸熱する。以下では、熱電モジュール２１の発熱により熱処理プレート１の上面を加熱する際に流れる電流の方向を正方向といい、これと逆の向きを逆方向という。

また、伝熱部５の上面には、各領域Ｃの温度をそれぞれ検出する１７個の第１センサ３１が設けられている。ハウジング３の上面には温度を検出する単一の第２センサ３３が設けられている。第１センサ３１と第２センサ３３とは、それぞれこの発明における第１検出手段と第２検出手段とに相当する。

さらに、伝熱部５の上面には、プロキシミティギャップを形成して基板Ｗを近接載置する複数個の支持部材３５が設けられている。本実施例では、平面視正三角形の各頂点の位置に３個の支持部材３５を配置している。支持部材３５の形状は球形であり、材質としてはセラミック等が例示される。熱処理プレート１の上面には、支持部材３５の径より若干浅い３個の凹部（図示省略）が形成されており、支持部材３５はこれら各凹部にそれぞれ嵌め込まれている。

さらに、図示しない搬送手段との間で基板Ｗの受け渡しを行う受け渡し部材３７を備えている。本実施例では、支持部材３５の位置を避けた、平面視正三角形の各頂点の位置に３つの受け渡し部材３７を配置している。この受け渡し部材３７の形状は棒状体であり、材質としてはセラミック等が例示される。受け渡し部材３７の各位置には、熱処理プレート１をその上面から下面にかけて貫通している貫通孔３９が形成されており、各貫通孔３９にそれぞれ受け渡し部材３７が挿通されている。各受け渡し部材３７の下端は、単一の支持ベース４１に共通して接続されている。支持ベース４１は、エアシリンダ４３の作動軸に連結されている。エアシリンダ４３は、支持ベース４１を上下に昇降駆動する。これら受け渡し部材３７と支持ベース４１とエアシリンダ４３とは、基板受け渡し部として機能している。

熱処理プレート１の上方には、カバー５１が設けられている。カバー５１の中央部は開口が形成されている。この開口には、排気ダクト５３が接続されている。カバー５１の側部にはアーム５５の一端が接続されている。アーム５５の他端は、螺子軸５７に螺合されている。この螺子軸５７の下端は電動モータ５９に接続されている。電動モータ５９はこの螺子軸５７を回転させることで、カバー５１を上下に昇降させる。アーム５５と螺子軸５７と電動モータ５７は、カバー昇降部として機能している。

制御部６１は、１７個の第１センサ３１と単一の第２センサ３３からそれぞれ検出信号を受け取る。そして、上述した棒状ヒータ１５と熱電モジュール２１とエアシリンダ４３と電動モータ５９とを統括的に操作する。

図４を参照する。図４は、熱処理プレートの温度制御の構成を示すブロック図である。ここで、棒状ヒータ１５の操作は、図示省略の交流電源からの給電とその停止の切り換えである。この操作は２本の棒状ヒータ１５に一律に行う。また、熱電モジュール２１の操作は、図示省略の直流電源からの正方向の給電、逆方向の給電、および、その停止の切り換えである。この操作は１７個の熱電モジュール２１について個別に行う。なお、棒状ヒータ１５および熱電モジュール２１の操作において、さらに、給電される電力を可変に調節してもよい。

制御部６１は、各種処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、演算処理の作業領域となるＲＡＭ（Random-Access Memory）や、熱処理プレート１の目標温度等を含む熱処理のレシピや、その他の各種情報を記憶する固定ディスク等の記憶媒体等によって実現されている。なお、制御部６１は、この発明における制御手段に相当する。

次に、上記のように構成されている基板熱処理装置の動作について図５を参照して説明する。図５は、基板熱処理装置による処理手順を示すフローチャートである。

＜ステップＳ１＞ 熱処理プレート１の温度を制御する
制御部６１は、棒状ヒータ１５と熱電モジュール２１とを操作して熱処理プレート１の温度を制御する。この温度制御については後述する。

＜ステップＳ２＞ 基板Ｗを搬入する
制御部６１は電動モータ５９を駆動してカバー５１を上昇させる。図示しない搬送手段によって基板Ｗが横方向から搬入されると、制御部６１はエアシリンダ４３を駆動して受け渡し部材３７を上昇させ、上昇した受け渡し部材３７が基板Ｗを受け取る。その後、エアシリンダ４３を下降させて、受け渡し部材３７は基板Ｗを支持部材３５に渡す。また、電動モータ５９を駆動してカバー５１を下降させる。

＜ステップＳ３＞ 基板Ｗを加熱処理する
所定の期間、基板Ｗに熱処理を行う。このとき、熱処理プレート１付近の熱せられた気体（例えば、窒素）は、排気ダクト５３を通じて基板熱処理装置から排出される。

＜ステップＳ４＞ 基板Ｗを搬出する
ステップＳ２と逆の動作を行い、基板Ｗを基板熱処理装置から搬出する。

＜ステップＳ５＞ 熱処理する基板Ｗがあるか？
熱処理する基板Ｗが他にある場合は、ステップＳ１に戻る。そして、必要に応じて熱処理プレート１の温度を変更制御する。熱処理する基板Ｗがない場合は終了する。

次に、ステップＳ１に示す熱処理プレート１の温度制御について説明する。なお、以下では、領域Ｃｉは熱電モジュール２１−ｉ（ｉは１から１７までの整数）が配置されている領域Ｃを指すものとして説明する。

図６を参照する。図６は、熱処理プレートを昇温させるときの処理手順を示すフローチャートである。

＜ステップＴＡ〜ステップＴＣ＞
制御部６１は、第２センサ３３の検出結果からハウジング３の温度ｔｈを得る。また、熱処理のレシピ等に設定されているハウジング３の目標温度Ｔｈを参照する。そして、検出されたハウジング３の温度ｔｈをその目標温度Ｔｈと比較する。その結果、目標温度Ｔｈに達していない場合は、制御部６１は２本の棒状ヒータ１５に一律に給電する。この目標温度Ｔｈとしては、後述する各領域Ｃｉの目標温度Ｔｃｉに近い値であることが好ましい。

給電された棒状ヒータ１５は、一様に２つの作動液室１３に貯溜させている作動液Ｌを加熱する。加熱された作動液Ｌはやがて蒸発する。蒸発した作動液（以下、単に「蒸気Ｇ」という）は、空間Ａの天井面に到達するとともに対流する。この蒸気Ｇが凝縮することで、ハウジング３の上面を均一に加熱する。

棒状ヒータ１５に給電している間、制御部６１は第２センサ３３の検出結果を継続的に得て、ハウジング３の上面の温度ｔｈがその目標温度Ｔｈに達したか否かを判断する。そして、目標温度Ｔｈに達するまで棒状ヒータ１５への給電を継続し、その後、給電を停止する。

＜ステップＴａ１〜ステップＴｃ１＞
制御部６１は、領域Ｃ１に設けられている第１センサ３１の検出結果から領域Ｃ１の温度ｔｃ１を得る。また、熱処理のレシピ等に設定されている領域Ｃ１の目標温度Ｔｃ１を参照する。そして、検出された温度ｔｃ１をその目標温度Ｔｃ１と比較する。

その結果、目標温度Ｔｃ１と一致していない場合は、制御部６１は熱電モジュール２１−１に正方向に給電する。熱電モジュール２１は発熱し、熱処理プレート１の温度を昇温する。

なお、目標温度Ｔｃ１を超えている場合は、制御部６１は熱電モジュール２１−１に逆方向に給電する。熱電モジュール２１は吸熱し、熱処理プレート１の温度を低下させる。

熱電モジュール２１−１に給電している間、制御部６１は領域Ｃ１の第１センサ３１の検出結果を継続的に得て、領域Ｃ１の温度ｔｃ１がその目標温度Ｔｃ１と一致したか否かを判断する。そして、目標温度Ｔｃ１に達するまで熱電モジュール２１−１への給電を継続し、その後、給電を停止する。

＜ステップＴａ２〜ステップＴｃ２からステップＴａ１７〜ステップＴｃ１７＞
制御部６１は、その他の熱電モジュール２１−ｉについても、ステップＴａ１〜ステップＴｃ１と同様に、その領域Ｃｉの温度ｔｃｉに基づいて操作する。

以上の結果、ハウジング３の温度ｔｈがその目標温度Ｔｈに達し、熱処理プレート１の各領域Ｃｉの温度ｔｃｉがそれぞれ目標温度Ｔｃｉに達すると、熱処理プレート１の温度制御を終了する。

図７は、上記制御が終了したときの各領域Ｃｉの温度ｔｃｉの分布と、ハウジング３の温度ｔｈの分布の一例を模式的に示す図である。横軸は熱処理プレート１の位置であり、縦軸は温度である。また、図中において、一点鎖線で熱の流れを模式的に示す。なお、便宜上、領域Ｃを５個として図示する。

図示するように、ハウジング３は、棒状ヒータ１５によっての温度ｔｈまで昇温されている。このため、各熱電モジュール２１は、熱処理プレート１を温度ｔｈから温度ｔｃまで昇温すれば足りることがわかる。また、熱電モジュール２１の発熱／吸熱はペルチェ素子２３と電極２５との接合部における現象であるので、熱はそれぞれペルチェ素子２３の両端の電極２５との接合部を結ぶ１軸方向に移動する。しかし、この１軸方向に直交する方向には熱の移動はほとんどない。このように、熱電モジュール２１からの出力自体が少ない上に、熱電モジュール２１固有の特性により領域Ｃ間で熱伝導（熱電モジュール２１同士の熱的相互干渉）することが抑制されている。すなわち、各熱電モジュール２１−１の出力のほとんどがその領域Ｃ１内のみに伝達され、その領域Ｃ１のみを昇降温する。

よって、制御部６１はステップＴａ１、Ｔｂ１、Ｔｃ１に示すように、他の領域Ｃの熱電モジュール２１の出力を考慮せずに、その領域Ｃ１の熱電モジュール２１−１の出力を決定しても、精度良く温度制御を行うことができる。他の領域Ｃｉについても同様のことが言える。

また、図７に示すように、目標温度Ｔｈが各領域Ｃｉの目標温度Ｔｃｉに近い値であるほど、棒状ヒータ１５が寄与する昇温幅が、熱電モジュール２１が寄与する昇温幅に比べて大きくなる。よって、温度制御の精度がさらに向上する。

さらに、ハウジング３がヒートパイプ構造のため、棒状ヒータ１５の熱がハウジング３全体に伝達する様子を示している。

なお、図７は、各領域Ｃｉの目標温度Ｔｃｉを一律の値として、熱処理プレート１全体を均一な温度に制御する場合を示している。これに対して、熱処理プレート１に任意に不均一な温度分布を形成するように温度制御を行ってもよい。図８に示すように、熱処理プレート１の温度をその中心ほど高く、その周縁側ほど低くなるように制御してもよい。また、図９に示すように、熱処理プレート１の温度をその中心ほど低く、その周縁側ほど高くなるように制御してもよい。なお、図９は、熱電モジュール２１を吸熱させることで、熱処理プレート１の温度制御を行っている。

このように、実施例１による基板熱処理装置によれば、棒状ヒータ１５および熱電モジュール２１によって２段階に分けて加熱できるように構成しているので、制御部６１は容易に、かつ、精度よく熱処理プレート１の温度制御を行うことができる。

また、各熱電モジュール２１の出力が領域Ｃ間で熱伝導（熱電モジュール２１同士の熱的相互干渉）することが抑制されているので、図８、図９に示すように制御部６１は領域Ｃ間に温度差を付けることも容易である。これにより、熱処理プレート１に不均一な温度分布を容易に、かつ、精度良く形成することができる。

このような熱処理プレート１で基板Ｗに熱処理を行うことで、基板Ｗに所望の温度勾配を付けることができる。また、反っている基板Ｗに対しては、プロキシミティギャップが大きい範囲に対応する領域Ｃほど温度を高く制御することで、基板Ｗを均一に加熱することができる。

また、熱電モジュール２１は各領域Ｃを加熱および冷却することができるので、棒状ヒータ１５の給電を停止させて、かつ、熱電モジュール２１に逆方向に給電することで、高速に熱処理プレート１の温度を冷却することができる。また、熱電モジュール２１のみを操作することにより、熱処理プレート１の温度を補正することもできる。

また、各領域Ｃに第１センサ３１を備えているので、制御部６１は熱電モジュール２１を精度よく操作することができる。

また、ハウジング３に第２センサ３３を備えているので、制御部６１は棒状ヒータ１５を精度よく操作することができる。

次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。図１０は、実施例２に係る基板熱処理装置の概略構成を示す垂直断面図である。以下の説明では、上述した実施例１と同じ構成について同符号を付すことにより詳細な説明を省略する。

実施例２に係る熱処理プレート１は、下部にマイカヒータ７１が付設されており、マイカヒータ７１と熱処理プレート１の上面との間に伝熱体７３が設けられている。なお、伝熱体７３内に熱電モジュールは配置されていない。マイカヒータ７１には、図示省略の交流電源が接続されている。マイカヒータ７１は、この発明における加熱手段に相当する。

熱処理プレート１には、その上面の温度を測定する第３センサ７５を備えている。

熱処理プレート１の上方に設けられているカバー５１内には、熱処理プレート１を区分する複数の領域Ｃと対向するように複数個の熱電モジュール２１が配置されている。なお、熱処理を行う際に熱電モジュール２１の下面が基板Ｗの上方１ｍｍから１０ｍｍの高さとなるように、熱電モジュール２１が設置されることが望ましい。

図１１は、熱電モジュール２１の配列を示すカバー５１内の平面図である。図示するように、熱電モジュール２１は同心円状に配置されている。具体的には、熱処理プレート１の中心に対向する位置に熱電モジュール２１−１が配置され、この中心と同心である比較的小径の円周上を均等に４分割した位置に熱電モジュール２１−２〜熱電モジュール２１−５が配置され、同じく比較的大径の円周上を均等に８分割した位置に熱電モジュール２１−６〜熱電モジュール２１−１３が配置されている（以下では、特に区別する必要のない場合は熱電モジュール２１と略記する）。

各熱電モジュール２１の上面側には、所定の一定温度に調節されている恒温体７７が設けられている。本実施例では、恒温体７７は、一定温度に調節された恒温水が循環する熱交換器によって構成されている。

制御部６１は、第３センサ７５からそれぞれ検出信号を受け取る。そして、上述したマイカヒータ７１と熱電モジュール２１とエアシリンダ４３と電動モータ５９とを統括的に操作する。

図１２を参照する。図１２は、熱処理プレートの温度制御の構成を示すブロック図である。マイカヒータ７１の操作は、図示省略の交流電源からの給電とその停止の切り換えである。熱電モジュール２１に対しては、図示省略の直流電源からの正方向の給電、逆方向の給電、および、その停止の切り換えを行う。この操作は、１３個の熱電モジュール２１について個別に行う。

次に、上記のように構成されている基板熱処理装置について、熱処理プレート１の温度を昇温させるときの動作について説明する。

制御部６１は、第３センサ７５の検出結果から熱処理プレート１の温度ｔｐを得る。また、熱処理のレシピ等に設定されている熱処理プレート１の目標温度Ｔｐを参照する。そして、検出された熱処理プレート１の温度ｔｐをその目標温度Ｔｐと比較する。その結果、目標温度Ｔｐに達していない場合は、制御部６１はマイカヒータ７１に交流電源を給電する。給電されたマイカヒータ７１は発熱し、伝熱体７３を通じて熱処理プレート１の温度を昇温させる。

マイカヒータ７１に給電している間、制御部６１は第３センサ７５の検出結果を継続的に得て、熱処理プレート１の温度ｔｐがその目標温度Ｔｐに達したか否かを判断する。そして、目標温度Ｔｐに達するまでマイカヒータ７１への給電を継続し、その後、給電を停止する。

また、制御部６１は、熱処理のレシピ等に設定されている各熱電モジュール２１への給電量（または給電時間）に基づき、各熱電モジュール２１を個別に給電する。

以上の結果、熱処理プレート１の温度ｔｐがその目標温度Ｔｐに達し、各熱電モジュール２１に所定の給電が行われると熱処理プレート１の温度制御を終了する。

なお、このように温度制御された基板熱処理装置による基板への熱処理は次のようにして行われる。

基板Ｗの下面に対しては、熱処理プレート１の上面から熱が輻射される。これにより、基板Ｗは均一に昇温する。

一方、基板Ｗの上面に対しては、１３個の熱電モジュール２１の下面から熱が輻射される。輻射された熱のほとんどは対向する領域Ｃに応じた基板Ｗに到達し、他の領域Ｃにはほとんど到達しない（熱電モジュール２１同士の熱的相互干渉が小さい）。したがって、各熱電モジュール２１の出力は、それぞれ対向する領域Ｃに応じた基板Ｗの一部のみを昇温する。

ここで、各熱電モジュール２１間で温度差を付けて加熱した場合、基板Ｗには約２０分の１の温度差を形成することができる。たとえば、異なる領域Ｃに対応した熱電モジュール２１の下面の温度をそれぞれ１００度と８０度とすると、それらの領域Ｃに応じた基板Ｗには約１度の温度差が形成される。

このように、実施例２によっても、熱電モジュール２１同士の相互干渉が抑制されている。よって、制御部６１は他の領域Ｃに対応する熱電モジュール２１の出力を考慮せずに、その領域Ｃに対応する熱電モジュール２１の出力を決定しても、精度良く温度制御を行うことができる。

また、熱電モジュール２１同士の相互干渉が抑制されているので、制御部６１は領域Ｃ間に温度差を容易にかつ精度良く付けることが可能である。このような熱処理プレート１で基板Ｗに熱処理を行うことで、基板Ｗに所望の温度勾配を付けることができる。また、反っている基板Ｗに対しても均一に加熱できる。

また、ウエハに測度センサを取り付けた測温ウエハにてウエハ実温を測定し、しかる後に温度勾配による補正を行うこともできる。

なお、マイカヒータ７１を停止させて、各熱電モジュール２１のみを操作することとして、熱処理プレート１を急速に冷却することや、熱処理プレート１の温度を補正することができる。

また、熱処理プレート１には第３センサ７５を備えているので、制御部６１はマイカヒータ７１を精度よく操作することができる。

また、各熱電モジュール２１の上面側に恒温体７７が設けられているので、熱電モジュール２１の出力を精度よく操作することができる。

次に、図面を参照して本発明の基板熱処理装置を備えた基板処理装置を説明する。図１３は、実施例３に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。以下の説明では、上述した実施例１と同じ構成について同符号を付すことにより詳細な説明を省略する。

本実施例では、露光処理が行われた基板Ｗに現像処理を行う基板処理装置を例にとって説明する。本実施例に係る基板処理装置は、図１３に示すように、インデクサ８１とプロセスユニット８３とインターフェイス８５とから構成されている。

インデクサ８１は、基板Ｗを収容するカセット８７を載置するカセット載置台８９と第１搬送機構９１とを備えている。第１搬送機構９１は、カセット載置台８９上のカセット８７とプロセスユニット８３との間で基板Ｗを搬送する。

プロセスユニット８３は、本発明にかかる基板熱処理装置を、露光処理後の基板Ｗを加熱する基板熱処理ユニット９３として備えるとともに、基板Ｗに現像処理を行う現像処理ユニット９５と、現像線幅のばらつき（分布）を検査する検査ユニット９７と、第２搬送機構９９とを備えている。ここで、基板熱処理ユニット９３に備えられる制御部６１は、検査ユニット９７の検査結果を受け取るように構成される。第２搬送機構９９は、基板熱処理ユニット９３と検査ユニット９７との間で基板Ｗの搬送を行う。

インターフェイス８５は、プロセスユニット８３と、基板Ｗの露光処理を行う外部処理装置としての露光装置（例えば、ステップ露光を行うステッパなど）とを連結する。

次に、上記のように構成されている基板処理装置の動作の要部について説明する。
外部の露光装置において露光処理が行われた基板Ｗは、インターフェイス８５を介して、プロセスユニット８３に搬入される。

この基板Ｗは、第２搬送機構９９により、基板熱処理ユニット９３に搬送される。基板熱処理ユニット９３は基板Ｗに加熱処理を行う。

加熱処理が終了すると、基板Ｗを現像処理ユニット９５に搬送する。現像処理ユニット９５は基板Ｗに現像処理を行う。

現像処理が終了すると、基板Ｗを検査ユニット９７に搬送する。検査ユニット９７は、基板Ｗの現像線幅の均一性を評価する。そして、制御部６１に現像線幅のばらつき（分布）を出力する。

制御部６１は、この検査結果に基づき、熱電モジュール２１の操作を行う。具体的には、現像線幅のばらつきを抑えるように、熱電モジュール２１に給電量を調節し、熱処理プレート１の温度を補正する。そして、その後に基板熱処理ユニット９３に搬送される基板Ｗに対して加熱処理を行う。

このように、実施例３によれば、制御部６１は、現像線幅の分布（ばらつき）に基づいて熱処理プレート１の温度を補正するので、その後に一連の基板処理を行う基板Ｗについては現像線幅をより均一にすることができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例１と実施例２では、熱電モジュール２１を同心円状に配置する例示したが、これに限られない。

図１４を参照する。図１４は、熱電モジュールの配置の一例を示す平面図である。図示するように、熱電モジュール２１を環状に配置してもよい。すなわち、熱処理プレート１の中心に熱電モジュール２１−１を配置し、その周囲に径の異なる２つの環状の熱電モジュール２１−２、熱電モジュール２１−３を配置してもよい。これによれば、基板Ｗの中心と周縁との間に温度勾配を効率よく付けることができる。なお、この場合、第１温度センサ３１は３個で足りる。

図１５を参照する。図１５も、熱電モジュールの配置の一例を示す平面図である。図示するように、熱電モジュール２１を四隅に配置してもよい。すなわち、熱処理プレート１の中心に熱電モジュール２１−１を配置し、その周囲を４分割した位置に熱電モジュール２１−２から熱電モジュール２１−５を配置してもよい。なお、図１４、図１５に示す配置は、伝熱部３内またはカバー５１内に適用できるものとして図示している。

また、実施例１、２では、１７個または１３個熱電モジュール２１を備える構成であったが、熱電モジュール２１同士の相互干渉は抑制されているので、さらに多く（たとえば、数百点）の熱電モジュール２１を備えるように変形することができる。

（２）上述した各実施例において、各熱電モジュール２１の間に断熱材を設けるように構成してもよい。これによれば、熱電モジュール２１同士の熱的相互干渉をさらに抑制することができる。

（３）上述した実施例１では、熱処理プレート１の温度制御を具体的に説明したが、これに限られるものではなく適宜に変更することができる。

すなわち、実施例１では、棒状ヒータ１５の操作と熱電モジュール２１の操作を並行して行うように説明したが、棒状ヒータ１５の給電を先に行い、その後に熱電モジュール２１の操作を行うように構成してもよい。

また、棒状ヒータ１５の操作においては、ハウジング３の温度ｔｈを目標温度Ｔｈと比較したが、これに限られない。たとえば、棒状ヒータ１５の給電は、各領域Ｃの温度ｔｃがその目標温度Ｔｃの近傍の値となるまで継続し、その後は、熱電モジュール２１により調整するように構成してもよい。この場合は、第２センサ３３を省略することができる。

さらに、２本の棒状ヒータ１５を一律に操作するように構成したが、ハウジング３がヒートパイプ構造であるので、個別に操作するように変更してもよい。すなわち、２本の棒状ヒータ１５を個別に操作してもハウジング３は略均一に加熱される結果、熱処理プレート１を領域ごとに加熱するのではなく、一様に加熱することになるからである。

（４）上述した実施例１では棒状ヒータ１５を備える構成であり、実施例２ではマイカヒータ７１を備える構成であったが、これに限られない。適宜にその他の種類の発熱体に変更することができる。

（５）上述した各実施例では、熱処理プレート１の上面に支持部材３３を設けて、基板を近接載置する構成であったが、支持部材３３を省いて、熱処理プレート１の上面に基板Ｗを直接に載置するように構成してもよい。

（６）上述した第２実施例では、熱処理プレート１はマイカヒータ７１が付設されていたが、マイカヒータ７１に換えて実施例１で説明したヒートパイプ構造のハウジング３を備えるように構成してもよい。

（７）上述した各実施例では、平面視円形状の基板Ｗを例にとって説明したが、矩形状の基板を処理する基板熱処理装置であっても適用できる。

実施例１に係る基板熱処理装置の概略構成を示す垂直断面図である。 伝熱部の水平断面図である。 熱電モジュールの断面図である。 熱処理プレートの温度制御の構成を示すブロック図である。 基板熱処理装置による処理手順を示すフローチャートである。 熱処理プレートを昇温させるときの処理手順を示すフローチャートである。 各領域の温度の分布と、ハウジングの温度の分布の一例を模式的に示す図である。 各領域の温度の分布と、ハウジングの温度の分布の一例を模式的に示す図である。 各領域の温度の分布と、ハウジングの温度の分布の一例を模式的に示す図である。 実施例２に係る基板熱処理装置の概略構成を示す垂直断面図である。 熱電モジュールの配列を示すカバー内の平面図である。 熱処理プレートの温度制御の構成を示すブロック図である。 実施例３に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。 熱電モジュールの配置の一例を示す平面図である。 熱電モジュールの配置の一例を示す平面図である。 従来技術に係る熱処理プレートの温度分布を示す模式図である。

符号の説明

Ｗ … 基板
１ … 熱処理プレート
３ … ハウジング
１５ … 棒状ヒータ
２１ … 熱電モジュール
３１ … 第１センサ
３３ … 第２センサ
５１ … カバー
６１ … 制御部
７１ … マイカヒータ
７５ … 第３センサ
７７ … 恒温体
９３ … 基板熱処理ユニット
９５ … 現像処理ユニット
９７ … 検査ユニット
Ｌ … 作動液
Ｃ … 領域

Claims (8)

1. 基板に熱処理を行う基板熱処理装置において、
   基板を載置または近接載置する熱処理プレートと、
   前記熱処理プレートの下部に付設され、前記熱処理プレートを一様に加熱する加熱手段と、
   前記熱処理プレートの上部であって、前記熱処理プレートを区分する複数の領域に応じた位置に配置され、前記領域を加熱または冷却する複数の熱電モジュールと、
   前記加熱手段を操作するとともに、前記複数の熱電モジュールを個別に操作する制御手段と、
   を備えることを特徴とする基板熱処理装置。
2. 請求項１に記載の基板熱処理装置において、
   前記制御手段は、前記複数の熱電モジュールにより前記領域間に温度差を付ける
   ことを特徴とする基板熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板熱処理装置において、
   前記熱処理プレートを昇温させるとき、前記加熱手段が寄与する昇温幅は、前記複数の熱電モジュールがそれぞれ寄与する昇温幅のいずれよりも大きいことを特徴とする基板熱処理装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板熱処理装置において、
   前記複数の熱電モジュールの下方に、作動液を収容しているヒートパイプ構造のハウジングを備え、
   前記加熱手段は前記作動液を加熱することを特徴とする基板熱処理装置。
5. 基板に熱処理を行う基板熱処理装置において、
   基板を載置または近接載置する熱処理プレートと、
   前記熱処理プレートに付設され、前記熱処理プレートを加熱する加熱手段と、
   前記熱処理プレートに載置または近接載置される基板の上方であって、前記熱処理プレートを区分する複数の領域に対向した位置に配置され、前記領域を加熱または冷却する複数の熱電モジュールと、
   前記加熱手段を操作するとともに、前記複数の熱電モジュールを個別に操作する制御手段と、
   を備えることを特徴とする基板熱処理装置。
6. 請求項５に記載の基板熱処理装置において、
   前記制御手段は、前記複数の熱電モジュールにより前記領域間に温度差を付ける
   ことを特徴とする基板熱処理装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の基板熱処理装置において、
   基板を昇温させるとき、前記加熱手段が寄与する昇温幅は、前記複数の熱電モジュールがそれぞれ寄与する昇温幅のいずれよりも大きいことを特徴とする基板熱処理装置。
8. 請求項５から請求項７のいずれかに記載の基板熱処理装置において、
   前記複数の熱電モジュールの上面は、所定の一定温度に調節されていることを特徴とする基板熱処理装置。
   
   
   

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