JP3628905B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【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、単に「基板」と称する)に加熱処理を行う熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、上記基板の製造工程においては、種々の熱処理が行われている。一般には、レジスト塗布の前後や現像処理の前後において基板の熱処理が行われる。
【0003】
このような熱処理は、加熱用の板であるホットプレートを備えた熱処理装置によって行われる。基板は装置内のホットプレート上に載置され、熱処理の目的に応じて、所定の温度にて所定時間加熱されるのである。
【0004】
従って、基板の熱処理を行うときには、ホットプレートは所定の温度に温調制御されており、通常は、PID(Proportional−Integral−Derivative)制御によって温調されている。PID制御はフィードバック制御の一態様であり、ホットプレートに設けられた温度センサからの検知信号に基づいて、ホットプレートへの出力を制御するのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、PID制御の内容は、いわゆるPID定数によって異なる。そして、従来においては、処理する基板ごとの温度履歴が一定となるように、すなわち複数の基板間での温度履歴に差が生じないようにPID定数を設定していた。
【0006】
これについてより具体的に説明する。所定の設定温度に維持されているホットプレートに常温の基板が載置されると、ホットプレートの温度が若干低下する。そこで、ホットプレートへの出力を大きくし、その温度を上昇させて元の設定温度に戻すように制御するのであるが、このときにPID制御といえども多少のオーバーシュートが生じた後に、元の設定温度に戻るような温調となる。つまり、基板の熱処理を行う際に、ホットプレートは厳密には一定の設定温度に維持されているのではなく、基板搬入に伴って若干の温度の揺らぎが生じるのである。そして、この温度の揺らぎが熱処理時の基板の温度履歴となる。
【0007】
従来においては、この温度履歴が基板ごとに差が生じないような、具体的には基板搬入に伴うホットプレートの温度の揺らぎが基板ごとに同一となるようなPID制御を行うようにPID定数が設定されていたのである。その結果、熱処理時における各基板の温度履歴は常に一定のものとなり、基板の品質が均一になる。
【0008】
しかし、従来のPID定数設定ではホットプレートの温度の揺らぎを一定にすることには優れているものの、例えばホットプレートの設定温度を変更するような場合には必ずしも最適なPID定数設定とはなっておらず、設定温度変更に長時間を要する場合も少なくなかった。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、加熱源が行う処理内容に応じた最適な制御が行えるような熱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】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、基板に加熱処理を行う熱処理装置であって、基板を加熱するための加熱源と、前記加熱源の温度を測定する測温手段と、前記測温手段の測温結果に基づいて前記加熱源の温度をPID制御する温度制御手段と、前記加熱源が実処理を行うかまたは前記加熱源の設定温度の変更を行うかに応じて、前記PID制御のPID定数を決定する制御態様決定手段と、を備える。
【0011】
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理装置において、前記制御態様決定手段に、前記加熱源の設定温度を変更する温度幅に応じて、前記PID定数を決定させる。
【0012】
また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る熱処理装置において、前記制御態様決定手段に、前記加熱源の設定温度を変更する温度帯に応じて、前記PID定数を決定させる。
【0014】
【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。
【0015】
<A.熱処理装置の概略構成>
図1は、本発明に係る熱処理装置の概略構成を示す図である。この装置は基板Wに加熱処理を施す装置であり、通常は基板Wにレジスト塗布処理、現像処理等を行う枚葉式の基板処理装置の一部として組み込まれている。
【0016】
図1の熱処理装置は、基板Wを加熱するための加熱源たるホットプレート20と、ホットプレート20の温度調整を行う温調部10とを備えている。
【0017】
ホットプレート20は、筐体30の内部に固定的に設置されている。ホットプレート20の内部には通電によって発熱する抵抗加熱体が設けられている。また、ホットプレート20には、その温度を測定する測温手段として温度センサ25が取り付けられている。温度センサ25は、その先端がホットプレート20内部に埋め込まれており、ホットプレート20内の上面近傍の温度を測温する。
【0018】
また、筐体30の内部にはホットプレート20を貫通するようにして昇降自在に支持ピン31が設けられている。装置に未処理の基板Wを搬入するときには搬送ロボット(図示省略)が筐体30の開口部(図示省略)から基板Wを搬入し、支持ピン31に渡す。基板Wを渡された支持ピン31が下降することによって、ホットプレート20上に基板Wが載置される。熱処理が終了した基板Wを装置外部に搬出するときにはこれと逆の動作を行う。
【0019】
温調部10は、コンピュータを用いて構成されており、ホットプレート20の温度をPID制御によって制御する温度制御部15と、PID定数を決定し、その決定されたPID定数を温度制御部15に付与するPID定数決定部16とを備える。温度制御部15は、温度センサ25およびホットプレート20と電気的に接続されており、温度センサ25の測温結果に基づいてホットプレート20の温度のPID制御を行う。具体的には、温度制御部15は、温度センサ25から送られる測温結果の信号に基づいてホットプレート20への通電量、すなわちホットプレート20への出力を決定し、その旨の信号を図示を省略する電力供給部に送るのである。
【0020】
PID定数決定部16は、ホットプレート20が行う処理内容に応じて上記PID制御のPID定数を決定する。具体的には、ホットプレート20が行う処理内容ごとに予め実験的に定めた基準PID定数をメモリに記憶させておき、ホットプレート20が行う処理内容を識別したPID定数決定部16がその処理内容に対応する基準PID定数を選択する。そして、ホットプレート20の設定温度等に応じてその基準PID定数を演算手段により補正し、最終的なPID定数を決定する。
【0021】
PID定数決定部16は、決定したPID定数を温度制御部15に伝達する。温度制御部15は、PID定数決定部16によって決定されたPID定数を使用してホットプレート20の温度のPID制御を行う。すなわち、PID定数決定部16は、加熱源たるホットプレート20が行う処理内容に応じて温度制御部15の制御の態様を決定しているのである。ホットプレート20が行う処理内容に応じて、PID定数決定部16が如何なるPID定数を決定するかについて以下に説明する。
【0022】
<B.PID定数決定部の定数決定>
PID定数決定部16が決定するPID定数は、ホットプレート20が基板Wの実処理を行うか或いはその設定温度の変更を行うかによって異なり、また設定温度の変更を行う場合であってもその変更する温度幅や温度帯によって異なる。
【0023】
<B−1.実処理時>
ホットプレート20が基板Wの実処理を行うとき、すなわち基板Wを載置して加熱処理を行うときには、各基板の温度履歴を常に一定とし、かつ1枚の基板Wを処理する間に基板温度を安定させることが重要である。このためPID定数決定部16は、従来と同じPID定数、すなわちホットプレート20の温度の揺らぎを各基板Wごとに一定にし、基板処理時間内に安定させるのに適したPID定数に決定する。そして、温度制御部15は該PID定数を使用してホットプレート20の温度の制御を行う。
【0024】
図2は、ホットプレート20が基板Wの実処理を行うときの温度制御部15による温度制御の様子を示す図である。所定の設定温度に維持されているホットプレート20に室温の基板Wが搬入されると、ホットプレート20の温度が若干(1℃以下)低下する。低下したホットプレート20の温度を元の設定温度に戻すべく、温度制御部15がホットプレート20への出力を大きくし、ホットプレート20の温度を上昇させる。ホットプレート20の温度がある程度上昇した時点にて温度制御部15が出力を低下させ、設定温度において温度上昇が停止するように制御するのであるが、実際には図示の如く若干オーバーシュートした後、元の設定温度に戻る。そして、ホットプレート20の温度が元の設定温度に戻ってから暫時経過の後、基板Wが搬出される。なお、1枚の基板Wが搬入されてから搬出されるまでに要する時間(基板処理時間)は加熱処理の目的によって異なるが、概ね60秒〜90秒程度である。
【0025】
1枚目の基板Wが搬出されると、それに続いて2枚目の基板Wが搬入され、上記と同様の経過をたどる。以降、同様の手順が繰り返されて順次基板Wが加熱処理に供されるのである。ここで、図2に示すように、順次各基板Wが搬入されたときのホットプレート20の温度の揺らぎは基板W間で差がなく一定であり、各基板Wの基板処理時間内に安定したものとなっている。よって、熱処理時における各基板Wの温度履歴は一定の安定したものとなり、処理後の基板Wの品質も均一なものとなる。
【0026】
<B−2.設定温度変更時>
ホットプレート20の設定温度は常に同じに設定されているものではなく、加熱処理の目的、内容に応じて適宜変更されることも多い。そして、ホットプレート20の設定温度変更時には、PID定数決定部16が上記実処理時とは異なるPID定数を決定するのである。
【0027】
<B−2−1.昇温時と降温時>
ホットプレート20の設定温度を変更するときには、設定温度の変更開始から終了までの時間を短くすること、すなわち目標とする設定温度まで迅速に到達させることが重要である。このため、PID定数決定部16は、設定温度の変更開始から終了までの時間を短時間化するのに適したPID定数に決定する。そして、温度制御部15は該PID定数を使用してホットプレート20の設定温度変更の制御を行う。
【0028】
ところで、ホットプレート20の設定温度変更には、設定温度を上昇させる場合と降下させる場合との2通りがある。ホットプレート20の設定温度を上昇させる場合と降下させる場合とでは、設定温度の変更開始から終了までの時間を短時間化するための温度制御部15の制御内容を異なるものとした方が好ましいため、PID定数決定部16はそれぞれに適した異なるPID定数を決定する。
【0029】
図3は、ホットプレート20の設定温度を昇温するときの温度制御部15による温度制御の様子を示す図である。また、図4は、ホットプレート20の設定温度を降温するときの温度制御部15による温度制御の様子を示す図である。
【0030】
ホットプレート20の設定温度を昇温する旨の指示を受けると、PID定数決定部16が設定温度の昇温開始から終了までの時間を短時間化するのに適したPID定数を決定する。温度制御部15はそのPID定数を使用してホットプレート20の設定温度上昇を制御する。具体的には、まず温度制御部15がホットプレート20への出力を上限まで大きくし、ホットプレート20の温度を急速に上昇させる。ある程度までホットプレート20の温度が上昇するとホットプレート20への出力を徐々に低下させ、その温度が目標とする変更後の設定温度に近づくと、当該設定温度にて安定するように出力を制御する。昇温開始直後においてホットプレート20への出力を上限まで大きくしているため、図3に示すように、目標設定温度近傍においてホットプレート20の温度が多少振動した後、目標設定温度に安定する。そして、ホットプレート20の温度が目標設定温度に安定した時点が昇温終了時である。
【0031】
ここで、従来の熱処理装置のように、温度制御部15が上記実処理時に適したPID定数を使用してホットプレート20の設定温度上昇を制御した場合、図3中の一点鎖線にて示すような温度上昇を示す。つまり、実処理時に適したPID定数は、ホットプレート20の温度の揺らぎを各基板Wごとに一定にするのに適したPID定数であるため、昇温開始直後であっても温度制御部15はホットプレート20への出力を上限まで大きくすることはない。このため、図3に示す如く、従来の熱処理装置におけるホットプレート20の温度上昇速度は本発明に係る熱処理装置よりも遅くなり、その結果設定温度の昇温開始から終了までの時間も長時間化するのである。
【0032】
一方、上記とは逆に、ホットプレート20の設定温度を降温する旨の指示を受けると、PID定数決定部16が設定温度の降温開始から終了までの時間を短時間化するのに適したPID定数を決定する。温度制御部15はそのPID定数を使用してホットプレート20の設定温度降下を制御する。具体的には、まず温度制御部15がホットプレート20への出力を完全に停止し、ホットプレート20の温度を自然冷却に任せて下降させる。ある程度までホットプレート20の温度が降温するとホットプレート20への出力を徐々に上昇させ、その温度が目標とする変更後の設定温度に近づくと、当該設定温度にて安定するように出力を制御する。降温開始直後においてホットプレート20への出力を停止しているため、図4に示すように、目標設定温度近傍においてホットプレート20の温度が多少振動した後、目標設定温度に安定する。そして、ホットプレート20の温度が目標設定温度に安定した時点が降温終了時である。
【0033】
従来の熱処理装置のように、温度制御部15が実処理時に適したPID定数を使用してホットプレート20の設定温度降下を制御した場合、図4中の一点鎖線にて示すような温度降下を示す。つまり、実処理時に適したPID定数は、ホットプレート20の温度の揺らぎを各基板Wごとに一定にするのに適したPID定数であるため、降温開始直後であっても温度制御部15はホットプレート20への出力を完全に停止することはない。このため、図4に示す如く、従来の熱処理装置におけるホットプレート20の温度降下速度は本発明に係る熱処理装置よりも遅くなり、その結果設定温度の降温開始から終了までの時間も長時間化するのである。
【0034】
また、温度制御部15が図3に示した設定温度上昇時に適したPID定数を使用してホットプレート20の設定温度降下を制御した場合も、温度変更開始直後におけるホットプレート20への出力態様が全くことなるため、設定温度降下に適した制御とはならない。なお、これとは逆の場合、すなわち設定温度降下時に適したPID定数を使用してホットプレート20の設定温度上昇を制御した場合も同様である。
【0035】
このように、本発明に係る熱処理装置においては、ホットプレート20の設定温度変更時に、PID定数決定部16が実処理に適したPID定数とは異なる設定温度変更に適したPID定数を決定し、そのPID定数を使用して温度制御部15がホットプレート20の温度変更を制御するため、設定温度の変更開始から終了までの時間を短時間化することができる。また、ホットプレート20の設定温度上昇または設定温度降下のそれぞれに適したPID定数をPID定数決定部16が決定するため、設定温度上昇および設定温度降下に要する時間を短時間化することができる。
【0036】
<B−2−2.設定温度変更時の温度幅>
また、本発明に係る熱処理装置においては、ホットプレート20の設定温度変更時に、その設定温度を変更する温度幅に応じてPID定数決定部16がPID定数を決定する。例えば、変更する温度幅が10℃以内である場合には、ホットプレート20への出力を上限まで大きくすると、時間遅れでオーバーシュートが生じ易いため、出力をある程度まで抑制してオーバーシュートが生じ難いPID定数を決定する。
【0037】
一方、変更する温度幅が10℃よりも大きい場合には、ホットプレート20への出力を上限近くまで大きくして急速にホットプレート20の温度を上昇させるのが好ましいため、PID定数決定部16はそのような制御を行えるPID定数を決定する。
【0038】
このように、ホットプレート20の設定温度を変更する温度幅に応じてPID定数を決定すれば、当該温度幅が狭い場合または広い場合のそれぞれに適した設定温度変更の制御が行われることとなる。
【0039】
なお、本実施形態では一例として変更する温度幅を10℃を境界として2段階に区分し、それぞれの区分に応じたPID定数を決定するようにしていたが、これに限定されるものではなく、任意の温度を境界として区分することが可能であり、また例えば10℃、20℃を境界として3段階に区分するようにしてもよい。
【0040】
<B−2−3.設定温度変更時の温度帯>
さらに、本発明に係る熱処理装置においては、ホットプレート20の設定温度変更時に、その設定温度を変更する温度帯に応じてPID定数決定部16がPID定数を決定する。例えば、ホットプレート20の設定温度を300℃から250℃に変更する場合は、ホットプレート20への出力を停止すると急速に温度が低下するため、ホットプレート20の温度が250℃を下回り過ぎないようにPID定数を決定する。
【0041】
一方、ホットプレート20の設定温度を100℃から50℃に変更する場合は、温度低下の速度が遅いため、設定温度の変更開始から相当時間の間ホットプレート20への出力を完全に停止するようにPID定数を決定する。
【0042】
このように、ホットプレート20の設定温度を変更する温度帯に応じてPID定数を決定すれば、当該温度帯が高温帯にある場合またはそれよりも低い低温帯にある場合のそれぞれに適した設定温度変更の制御が行われることとなる。
【0043】
<C.変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。上記実施形態においては、熱処理装置の温調部10内にPID定数決定部16を備えていたが、このPID定数決定部16は装置外部、例えば熱処理装置が組み込まれている基板処理装置本体のコンピュータ内に設けるようにしても良い。
【0044】
また、上記実施形態においては、ホットプレート20が行う処理内容ごとに予め実験的に定めた基準PID定数をメモリに記憶させておき、ホットプレート20が行う処理内容を識別したPID定数決定部16がその処理内容に対応する基準PID定数を選択し、これをホットプレート20の設定温度等に応じて基準PID定数を演算手段により補正して最終的なPID定数を決定するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば、設定温度、設定温度変更時の温度幅、各設定温度において基板の連続処理を行う場合の各基板の温度履歴の一定化などを予め加味してホットプレート20が行いうる所定の処理内容に応じたPID定数を多数メモリに記憶させておき、その中からホットプレート20が行う処理内容を識別したPID定数決定部16がその処理内容に対応するPID定数を選択してこれを最終的なPID定数として決定するようにしてもよい。
【0045】
また、上記実施形態においては、PID制御によってホットプレート20の温度の制御を行っていたが、本発明に係る熱処理装置の制御はPID制御に限定されるものではなく、温度センサ25の測温結果に基づいてホットプレート20の温度のフィードバック制御を行う形態であれば良い。この場合は、加熱源たるホットプレート20が行う処理内容に応じて温度制御部15のフィードバック制御の態様を決定することとなる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、加熱源が実処理を行うかまたは加熱源の設定温度の変更を行うかに応じて、PID定数を決定しているため、加熱源が実処理を行うときには各基板の温度履歴は一定の安定したものとできるとともに、加熱源の設定温度の変更を行うときには設定温度の変更開始から終了までの時間を短時間化することができ、加熱源が行う処理内容に応じた最適な制御を行うことができる。
【0047】
また、請求項2の発明によれば、加熱源の設定温度を変更する温度幅に応じてPID定数を決定しているため、温度幅が狭い場合または広い場合のそれぞれに適した設定温度変更の制御を行うことができる。
【0048】
また、請求項3の発明によれば、加熱源の設定温度を変更する温度帯に応じてPID定数を決定しているため、当該温度帯が高温帯にある場合またはそれよりも低い低温帯にある場合のそれぞれに適した設定温度変更の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱処理装置の概略構成を示す図である。
【図2】図1のホットプレートが基板の実処理を行うときの温度制御部による制御の様子を示す図である。
【図3】図1のホットプレートの設定温度を昇温するときの温度制御部による温度制御の様子を示す図である。
【図4】図1のホットプレートの設定温度を降温するときの温度制御部による温度制御の様子を示す図である。
【符号の説明】
10 温調部
15 温度制御部
16 PID定数決定部
20 ホットプレート
25 温度センサ
W 基板
Claims (3)
- 基板に加熱処理を行う熱処理装置であって、
基板を加熱するための加熱源と、
前記加熱源の温度を測定する測温手段と、
前記測温手段の測温結果に基づいて前記加熱源の温度をPID制御する温度制御手段と、
前記加熱源が実処理を行うかまたは前記加熱源の設定温度の変更を行うかに応じて、前記PID制御のPID定数を決定する制御態様決定手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1記載の熱処理装置において、
前記制御態様決定手段は、前記加熱源の設定温度を変更する温度幅に応じて、前記PID定数を決定することを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1または請求項2記載の熱処理装置において、
前記制御態様決定手段は、前記加熱源の設定温度を変更する温度帯に応じて、前記PID定数を決定することを特徴とする熱処理装置。
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