JP3648150B2 - 冷却処理装置及び冷却処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，例えばＬＣＤ基板や半導体ウェハ等のような基板を加熱又は冷却する熱処理方法及び熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程において，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）などの基板の表面に対して，フォトリソグラフィ工程が行われている。このフォトリソグラフィ工程は，ウェハの表面にレジスト液を塗布した後に所定のパターンを露光し，その後に現像処理する一連の処理が施される。
【０００３】
かかる塗布現像処理において，以上のようなレジスト塗布処理，露光処理，現像処理の後には，必要に応じてウェハの加熱処理が行われ，その後に，高温状態となったウェハをある程度冷やすために冷却処理が続けて行われる。
【０００４】
加熱処理が行われる加熱処理装置には，ヒータが内蔵された加熱板が設けられている。そして，ウェハは，加熱板に載置され，加熱板から放出される熱によって加熱処理される。この加熱板には，温度センサが取り付けられており，加熱板の温度をモニタリングできるようになっている。センサからの信号は制御装置に入力され，この制御装置は，センサから送信されてくるセンサ信号を基に，ヒータの温度を制御するようになっている。
【０００５】
また，冷却処理が行われる冷却処理装置には，ペルチェ素子が内蔵された冷却板が設けられている。そして，加熱処理されて高温状態となったウェハは，冷却板に載置され，冷却板の冷熱によって冷却処理される。この冷却板にも，温度センサが取り付けられており，加熱板と同様に，センサからの信号に基づいて制御装置がペルチェ素子の温度を制御するようになっている。
【０００６】
ここで，ウェハを所定の温度に加熱処理する際の加熱板の温度の様子を，図２２に示す。図２２のグラフでは，横軸を加熱時間［ｓ（秒）］，縦軸を加熱板の温度［℃］とした。図２２中のグラフ線ｋに示すように，ウェハが加熱板に載置されると，このウェハにより加熱板から熱量が奪われて温度が低下する（図２２中の時間ｔ１〜ｔ２）。温度センサにより温度低下を認識した制御装置がヒータに対する電力量を増加させて加熱処理を開始する。このとき，ヒータによる加熱が急激に行われるので，加熱板の温度が，オーバーシュートしてしまう（図２２中の時間ｔ２〜ｔ３）。その後，温度センサでオーバーシュートを認識した制御装置は，ヒータに対する電力量を減少させて加熱板の温度を低下させる（図２２中の時間ｔ３〜ｔ４）。以上のような状態を経て加熱板の温度を安定させる。なお，制御装置には，比例要素，積分要素や微分要素が加味されたＰＩＤ制御が採用され，偏差を極力減らして過度特性を改善できるようになっている。
【０００７】
また，加熱処理されたウェハを例えば２３℃に冷却処理する際の冷却板の温度の様子を図２３に示す。この図２３のグラフでは，横軸を冷却時間［ｓ］，縦軸を冷却板の温度［℃］とした。図２３中のグラフ線ｌに示すように，冷却板の温度は，既に２３℃となっている。そして，ウェハが冷却板に載置されると，このウェハから冷却板の方に熱量が与えられて冷却板の温度が上昇する（図２３中の時間ｔ１〜ｔ２）。その後，温度センサにより温度上昇を認識した制御装置がペルチェ素子に対する電力量を増加させて冷却処理を開始する。このとき，ペルチェ素子による冷却が急激に行われるので，冷却板の温度は，２３℃よりもアンダーシュートしてしまう（図２３中の時間ｔ２〜ｔ３）。その後，温度センサでアンダーシュートを認識した制御装置は，ヒータに対する電力量を減少させて冷却板の温度を上昇させる（図２３中の時間ｔ３〜ｔ４）。以上のような状態を経て冷却板の温度を２３℃に安定させる。この場合にも，制御装置にはＰＩＤ制御が採用され，過度特性を改善できるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，レジスト塗布処理の後に，レジスト中のレジスト溶剤の加熱除去を目的とした，いわゆるプリベーク（ＰＲＥＢＡＫＥ）では，例えば２３℃（常温）のウェハを２００℃で加熱処理し，露光処理の後に行われるポスト・エクスポージャ・ベーク（ＰＥＢ）では，２３℃のウェハを９０℃で加熱処理し，現像処理の後に行われるポストベーク（ＰＯＢＥＢＡＫＥ）では，２３℃のウェハを３００℃で加熱処理する。このように各種加熱処理では，加熱温度が異なっているにもかかわらず，制御装置で演算されるＰＩＤ制御では，制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間及び微分時間に入力される各種データについては，同一のものが使用されていた。このため，ある特定の温度にウェハを加熱処理する際には，特に問題はないが，その特定の温度から外れた温度でウェハを加熱処理する際には，制御装置はうまく対応することができず，偏差は広がり過度特性は悪化して，加熱板のリカバリータイム，すなわち所定の温度に安定するまでの時間が長くなる。このため，スループットの遅延を招くおそれがあった。また，例えば同じＰＥＢでもレシピによって加熱温度が異なる場合があり，このときにもリカバリータイムが長くかかるおそれがあった。
【０００９】
同様に冷却処理においても，制御装置で演算されるＰＩＤ制御では，制御パラメータに入力される各種データが，一つのパターンに固定されているので，ある特定の温度に加熱処理されたウェハを２３℃に冷却処理する際には，特に問題はないが，その特定の温度から外れた温度に加熱処理されたウェハが冷却板に載置されると，制御装置はうまく対応することができず，冷却板のリカバリータイムが長くなり，スループットの遅延を招く。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされてものであり，その目的は，リカバリータイムを短縮することができる冷却処理装置及び冷却処理方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１の発明は，基板を冷却処理する装置であって，基板が載置される冷却板と，前記冷却板を所定の温度に調整する冷却温度調整体と，前記冷却温度調整体の温度を伝達関数に従って制御する温度制御手段と，前記冷却板に取り付けられた温度センサと，冷却対象となる基板を前記冷却板に載置した後の前記温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータの設定を変更する制御パラメータ変更手段とを備えていることを特徴とする，冷却処理装置を提供する。
【００１８】
請求項１に記載の冷却処理装置によれば，冷却対象となる基板を冷却板に載置した後の温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，制御パラメータの設定を変更することができるので，基板が想定した温度外の温度であっても，常に適切な制御パラメータの下で効率良く冷却することができる。従って，かかる場合には従来よりもリカバリータイムを短縮することが可能となる。
【００１９】
請求項２の発明は，基板を冷却処理する装置であって，基板が載置される冷却板と，前記冷却板を所定の温度に調整する冷却温度調整体と，前記冷却温度調整体の温度を次の関係式（２）
【００２０】
【数５】
【００２１】
｛式中，ｕ´は操作量，ｅ´は偏差；目標温度と検出信号（観測温度）との間の差，ＫＰ´は比例動作係数（比例ゲイン），ＴＩ´は積分時間，ＴＤ´は微分時間をそれぞれ表す。｝で表される伝達関数に従って制御する温度制御手段と，前記冷却板に取り付けられた温度センサと，冷却対象となる基板を前記冷却板に載置した後の前記温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更する制御パラメータ変更手段とを備えていることを特徴とする，冷却処理装置を提供する。
【００２２】
請求項２の記載の冷却処理装置によれば，制御パラメータ変更手段は，冷却対象となる基板を冷却板に載置した後の温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更してＰＩＤ制御を実施することが可能である。各制御パラメータの変更が行われた温度制御手段は，冷却温度調整体の温度を最適に制御することができる。
【００２３】
請求項３の発明は，基板を冷却板に載置し，該冷却板の温度を伝達関数に従って制御して該基板を所定の温度に冷却処理する方法であって，前記基板を前記冷却板に載置したときの，この基板によって前記冷却板が昇温してピーク温度に達した際の該ピーク温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータの設定を変更する工程とを有していることを特徴とする，冷却処理方法を提供する。
【００２４】
請求項３に記載の冷却処理方法によれば，例えば加熱処理された基板が冷却板に載置されると，この基板から冷却板に熱量が与えられて温度が上昇する。その後，冷却板が昇温してピーク温度に達する。ここで，予め実験等により，ピーク温度と冷却処理前の基板初期温度との関係を調べておけば，冷却板に設けられた温度センサなどによって観測されたピーク温度に基づいて，この基板初期温度を予測することができる。従って，冷却板に載置される際の基板温度の如何に関わらず，冷却板の温度を最適に制御することができる。その結果，基板初期温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。
【００２５】
請求項４は，基板を冷却処理する方法であって，基板を冷却板に載置する工程と，前記冷却板の温度を次の関係式（２）
【００２６】
【数６】
【００２７】
｛式中，ｕ´は操作量，ｅ´は偏差；目標温度と検出信号（観測温度）との間の差，ＫＰ´は比例動作係数（比例ゲイン），ＴＩ´は積分時間，ＴＤ´は微分時間をそれぞれ表す。｝で表される伝達関数に従って制御し，基板を所定の温度に冷却処理する工程と，前記基板を前記冷却板に載置したときの，この基板によって前記冷却板が昇温してピーク温度に達した際の該ピーク温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更する工程とを有していることを特徴とする，冷却処理方法を提供する。
【００２８】
請求項４に記載の冷却処理方法によれば，請求項３と同様に，冷却処理前の基板初期温度に対応して冷却板の温度を最適に制御することができる。従って，基板初期温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。さらに伝達関数に積分要素や微分要素までを加味したＰＩＤ制御を採用しているので，定常偏差（オフセット）等が抑えられて，より高精度な温度制御を行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかる加熱処理装置としてのベーキング装置及び冷却処理装置としてのクーリング装置が組み込まれている塗布現像処理装置１の平面図であり，図２は，塗布現像処理装置１の正面図であり，図３は，塗布現像処理装置１の背面図である。
【００３０】
塗布現像処理装置１は，図１に示すように，例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理装置１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置（図示せず）との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部４とを一体に接続した構成を有している。
【００３１】
カセットステーション２では，載置部となるカセット載置台５上の所定の位置に，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在となっている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）とカセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移送可能なウェハ搬送体７が搬送路８に沿って移動自在に設けられており，各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。
【００３２】
ウェハ搬送体７は，後述するように処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属するアライメント装置３２とエクステンション装置３３に対してもアクセスできるように構成されている。
【００３３】
処理ステーション３では，その中心部に主搬送装置１３が設けられており，主搬送装置１３の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。該塗布現像処理装置１においては，４つの処理装置群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４が配置されており，第１及び第２の処理装置群Ｇ１，Ｇ２は塗布現像処理装置１の正面側に配置され，第３の処理装置群Ｇ３は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理装置群Ｇ４は，インターフェイス部４に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第５の処理装置群Ｇ５を背面側に別途配置可能となっている。
【００３４】
第１の処理装置群Ｇ１では図２に示すように，２種類のスピンナ型液塗布処理装置，例えばウェハＷに対してレジストを塗布して処理するレジスト塗布装置１５と，ウェハＷに現像液を供給して処理する現像処理装置１６が下から順に２段に配置されている。第２の処理装置群Ｇ２の場合も同様に，レジスト塗布装置１７と，現像処理装置１８とが下から順に２段に積み重ねられている
【００３５】
第３の処理装置群Ｇ３では，例えば図３に示すように，本発明の実施の形態にかかるクーリング装置３０，レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置３１，ウェハＷの位置合わせを行うアライメント装置３２，ウェハＷを待機させるエクステンション装置３３，本発明の実施の形態にかかるベーキング装置３４，３５，３６，３７等が下から順に例えば８段に重ねられている。
【００３６】
第４の処理装置群Ｇ４では，例えばクーリング装置４０，載置したウェハＷを自然冷却させるエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，クーリング装置４３，ベーキング装置４４，４５，４６，４７等が下から順に例えば８段に積み重ねられている。
【００３７】
インターフェイス部４の中央部にはウェハ搬送体５０が設けられている。このウェハ搬送体５０は，第４の処理装置群Ｇ４に属するエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，周辺露光装置５１及び露光装置（図示せず）に対してアクセスできるように構成されている。
【００３８】
本発明の実施の形態にかかるベーキング装置３４〜３７，４４〜４７については，何れの装置も同様の構成を有しているので，ベーキング装置３４を例にとって説明する。ベーキング装置３４は，図４に示すようにウェハＷが載置される例えば円盤状の加熱板６０と，同じ加熱板６０を異なる温度で発熱可能なヒータ６１と，ヒータ６１の温度をＰＩＤ制御に従って制御する温度制御手段６２と，ＰＩＤ制御の制御パラメータの設定を異なる温度（各種加熱処理の目標温度）ごとに変更するＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３とを備えている。
【００３９】
加熱板６０には，温度センサ６４が取り付けられている。ヒータ６１は，加熱板６０内に内蔵されると共に，電源制御部６５からの給電により発熱する。温度センサ６４は温度制御手段６２に接続され，電源制御部６５は温度制御手段６２に接続されている。そして温度センサ６４からの検出信号に基づいて温度制御手段６２が操作量を算出し，この操作量が電源制御部６５に送信されてヒータ６１，ひいては加熱板６０を例えば０〜３５０℃の範囲内で発熱させるように制御する。このため，レジスト塗布後にウェハＷを例えば２００℃で加熱処理するプリベーク（ＰＲＥＢＡＫＥ）と，露光処理後にウェハＷを例えば９０℃で加熱処理するポスト・エクスポージャ・ベーク（ＰＥＢ）と，現像処理後にウェハＷを例えば３００℃で加熱処理するポストベーク（ＰＯＢＥＢＡＫＥ）とを，１台のベーキング装置３４で全て行える構成となっている。
【００４０】
図５は，ベーキング装置３４の制御系を示すブロック線図である。例えば図５に示すように，先ず温度制御手段６２に，目標温度ｒを入力するための入力ライン６６が接続されている。入力ライン６６に加算点６７が設けられている。この加算点６７に温度センサ６４からの検出信号（観測温度ｙ）を帰還するためのフィードバックライン６８が接続されている。そして，入力ライン６６に接続された分岐点６９からライン７０，７１，７２が分岐している。ライン７０に比例要素演算子７５が，ライン７１に積分要素演算子７６が，ライン７２に微分要素演算子７７がそれぞれ設けられている。このように，温度制御手段６２の内部では，目標温度ｒと観測温度ｙとの間の偏差ｅを比例要素，積分要素及び微分要素の３つの要素の分けて取り扱い，各要素の演算処理を行う構成となっている。演算子７８が，ライン７０〜７２が合流する加算点７９に対してライン８０を介して接続されている。さらに，演算子７８はライン６１を介して電源制御部６５に接続され，電源制御部６５はライン８２を介してヒータ６１に接続されている。これにより，各要素の演算処理の結果が加算点７９で合算され，これに演算子７８で係数が乗じられて操作量ｕが算出され，電源制御部６５に出力される。最後に電源制御部６５でヒータ６１に供給する電力量ｖが決定されるようになっている。
【００４１】
入力ライン８３はＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に接続されている。ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３は，ライン８４により比例要素演算子７５に，ライン８５により積分要素演算子７６に，ライン８６により微分要素演算子７７に，ライン８７により演算子７８にそれぞれ接続されている。
【００４２】
演算に用いられる積分時間ＴＩは積分要素演算子７６に，微分時間ＴＤは微分要素演算子７７に，比例動作係数（比例ゲイン）ＫＰは演算子７８にそれぞれ設定されており，これらの各制御パラメータを用いて演算処理が行われる。ここで，各演算子７５〜７８では，各制御パラメータが書き換え可能となっている。即ち，予め実験等で，各種加熱処理の目標温度ｒに対する最適な各制御パラメータのデータを調べておき，これらをＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に記憶させておく。加熱処理の際，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に入力ライン８３から目標温度ｒが入力されると，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３が，この目標温度ｒに基づいて記憶したデータの中から最適な各制御パラメータを選出し，各制御パラメータを適宜変更するようになっている。
【００４３】
その他，ベーキング装置３４には，ウェハＷを搬入出する際にウェハＷを昇降する３つの昇降ピン９０が設けられており，それらの昇降ピン９０は，図示しない駆動機構によって，加熱板６０を貫通している貫通孔９１内を昇降自在となっている。さらに加熱板６０上には，ウェハＷを加熱板６０の上面からわずかに離して支持するためのプロキシミティピン９２が設置されている。そのため，ウェハＷ下面と加熱板６０上面との間に微少な空間が形成され，ウェハＷ下面が加熱板６０上面と直接接触するのが避けられ，この間に塵などがある場合でもウェハ下面が汚れたり，傷ついたいりすることがないようになっている。
【００４４】
次いで，本発明の実施の形態にかかるクーリング装置３０，４０，４３については，何れの装置も同様の構成を有しているので，クーリング装置３０を例にとって説明する。クーリング装置３０は，図６に示すようにウェハＷが載置される冷却板１００と，冷却板１００を所定の温度に調整するペルチェ素子１０１と，ペルチェ素子１０１に電力を供給する電源制御部１０２と，電源制御部１０２に操作量を送信してペルチェ素子１０１の温度をＰＩＤ制御に従って制御する温度制御手段１０３と，冷却板１００に取り付けられた温度センサ１０４と，冷却対象となるウェハＷを冷却板１００に載置した後の温度センサ１０４によって検出された冷却板１００の温度に基づいて，ＰＩＤ制御の制御パラメータの設定を変更するＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５とを備えている。ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５は，ウェハＷを所定の温度として例えば２３℃に冷却処理できるように，制御パラメータの設定変更を行う。
【００４５】
図７は，クーリング装置３０の制御系を示すブロック線図である。例えば図７に示すように，温度制御手段１０３は，比例要素演算子１０６，積分要素演算子１０７，微分要素演算子１０８，演算子１０９を有し，先に説明した温度制御手段６２と同様にＰＩＤ制御を行う。積分時間ＴＩ´は積分要素演算子１０７に，微分時間ＴＤ´は微分要素演算子１０８に，比例動作係数（比例ゲイン）ＫＰ´は演算子１０９にそれぞれ設定されており，これらの各制御パラメータを用いて演算処理が行われる。また，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５と温度センサ１０４との間をライン１１０で接続し，温度センサ１０４からの検出信号（観測温度ｙ´）をＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５に送るようになっている。なお，図５及び図７中において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００４６】
その他，クーリング装置３０には，ペルチェ素子１０１の熱を放熱させるための流路１１１が設けられている。この流路１１１は冷却板１００内を通り，図示しない冷却水供給機構から供給された冷却水を流すようになっている。また，先のベーキング装置３４と同様に３本の昇降ピン９０が，貫通孔９１内を昇降自在であり，冷却板１００上にプロキシミティピン９２が設置されている。
【００４７】
次に，以上のように構成されたベーキング装置３４及びベーキング装置３４の加熱処理後で行われるクーリング装置３０の作用について，塗布現像処理装置１で行われるウェハＷの塗布現像処理の一例に基づいて説明する。
【００４８】
先ず，ウェハ搬送体７がカセットＣから未処理のウェハＷを１枚取りだし，第３の処理装置群Ｇ３に属するアライメント装置３２に搬入する。次いで，アライメント装置３２にて位置合わせの終了したウェハＷは，主搬送装置１３によって，アドヒージョン装置３１，クーリング装置３０，レジスト塗布装置１５又１７に順次搬送され，所定の処理が施される。その後，ベーキング装置３４に搬送され，レジスト中の残留溶剤を蒸発させる。
【００４９】
ここで，ウェハＷの加熱処理について説明する。まず温度制御手段６２による加熱板６０の温度制御について説明すると，図５に示したように，加熱板６０の目標温度ｒが入力ライン６６により入力される。また，目標温度ｒはＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３にも入力され，この目標温度ｒに基づいて，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３は，各演算子７５〜７８の各制御パラメータを設定する。
【００５０】
一方，加熱板６０の温度が温度センサ６４により検出され，フィードバックライン６８を通って検出信号（観測温度ｙ）が加算点６７にまで送られる。この加算点６７では上記した目標温度ｒと検出信号（観測温度ｙ）との間で引き算が行われ，目標温度ｒと検出信号（観測温度ｙ）との間の差が偏差ｅとして算出される。こうして得た偏差ｅは，比例成分ｐ，積分成分ｉ及び微分成分ｄの３つの成分に分けられ，各ライン７０〜７２を通って各演算子７５〜７７に送られる。各演算子７５〜７７では積分時間ＴＩ，微分時間ＴＤなどの各制御パラメータを用いて演算処理が行われ，加算点７９に送られる。この加算点７９では上記各演算子７５〜７７で演算処理した結果が合算され，更に演算子７８で比例動作係数ＫＰが乗じられて下記の式（３）で表される操作量ｕが算出される。
【００５１】
【数７】
【００５２】
但し，式中
【００５３】
【数８】
【００５４】
は偏差ｅの積分成分を示し，「ｄｅ／ｄｔ」は偏差ｅの微分成分を示す。
【００５５】
この操作量ｕを時間の関数として捉え，時間に関する関数ｕ（ｔ）として表すと次の式（４）のようになる。
【００５６】
【数９】
【００５７】
但し，式中「ｅ（ｔ）」は時間ｔにおける偏差を，
【００５８】
【数１０】
【００５９】
は偏差ｅの積分成分を示し，「ｄｅ（ｔ）／ｄｔ」は時間ｔにおける偏差ｅ（ｔ）の微分成分を示す。
【００６０】
このようにして得られた操作量ｕ（ｔ）はライン８１を介して電源制御部６５に送られる。電源制御部６５では，この操作量（ｔ）に基づいて電力量ｖ（ｔ）をライン８２を介してヒータ６１に供給し，ヒータ６１では，この電力量ｖ（ｔ）に基づいて，対応する熱量を加熱板６０に供給する。
【００６１】
こうして，時間がｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３…と時間が経過する毎に操作量ｕ（ｔ０），ｕ（ｔ１），ｕ（ｔ２），ｕ（ｔ３）…を電源制御部６５に送り，電源制御部６５ではこれらの操作量に基づいてヒータ６１を発熱させ，加熱板６０を加熱する。その温度は温度センサ６４により検出され，常に目標温度ｒとのずれである偏差ｅに基づいて加熱板６０の温度が目標温度ｒになるようにフィードバック制御が行われる。
【００６２】
次に，加熱板６０による加熱処理を，図８に基づいて説明する。図８では，横軸を加熱時間［ｓ（秒）］，縦軸を加熱板６０の温度［℃］とした。図８に示すグラフ線ｍのように，まず目標温度ｒが温度制御手段６２に入力され，ウェハＷが載置される前からヒータ６１による加熱が行われて加熱板６０を目標温度に維持する（時間ｔ０〜ｔ１）。
【００６３】
次いで，２３℃（常温）のウェハＷが加熱板６０に載置される。このウェハＷにより加熱板６０から熱量が奪われて温度が低下する（時間ｔ１〜ｔ２）ものの，最適な各制御パラメータが設定されている温度制御手段６２では，ヒータ６１を適正に温度制御することができ，加熱板６０の温度低下を最小限に留める。その後もヒータ６１の温度制御を行い，大幅な過加熱が起きないようにして加熱板６０の温度を上昇させる（時間ｔ２〜ｔ３）。その後，目標温度ｒを少し上回ると，ヒータ６１の発熱作用を弱めて目標温度ｒ付近に到達させる（時間ｔ３〜ｔ４）。こうして，加熱板６０の温度を目標温度ｒに安定させる。
【００６４】
次いで，加熱処理されて高温状態になったウェハＷは，クーリング装置３０に搬送され，２３℃に冷却処理される。ここで，ウェハＷの冷却処理について説明する。まず温度制御手段１０３による冷却板１００の温度制御は，先に説明した温度制御手段６２とほぼ同様の手順で行われ，下記の式（５）で表される操作量ｕ´が算出される。
【００６５】
【数１１】
【００６６】
但し，式中
【００６７】
【数１２】
【００６８】
は偏差ｅ´の積分成分を示し，「ｄｅ´／ｄｔ」は時間ｔにおける偏差ｅ´の微分成分を示す。
【００６９】
この操作量ｕ´を時間の関数として捉え，時間に関する関数ｕ´（ｔ）として表すと次の式（６）のようになる。
【００７０】
【数１３】
【００７１】
但し，式中「ｅ´（ｔ）」は時間ｔにおける偏差を，
【００７２】
【数１４】
【００７３】
は偏差ｅの積分成分を示し，「ｄｅ´（ｔ）／ｄｔ」は時間ｔにおける偏差ｅ（ｔ）の微分成分を示す。
【００７４】
このようにして得られた操作量ｕ´（ｔ）はライン８１を介して電源制御部１０２に送られ，電源制御部１０２は，この操作量（ｔ）に基づいて電力量ｖ（ｔ）をライン８２を介してペルチェ素子１０１に供給する。そしてペルチェ素子１０１が冷却板１００を冷却する。
【００７５】
ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５には温度センサ１０４からの検出信号（観測温度ｙ´）が入力され，この検出信号（観測温度ｙ´）に基づいて，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５は，各演算子１０６〜１０９の各制御パラメータを設定する。
【００７６】
ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５による設定変更は以下のようにして行われる。例えば図９に示すグラフｎのように，先ず冷却板１００は，２３℃（常温）に維持されている（時間ｔ０〜ｔ１）。その後，加熱処理されたウェハＷが載置されると，このウェハＷにより冷却板１００に熱量が与えられて温度が上昇し，ピーク温度ＴＰに達する（時間ｔ１〜ｔ２）。ここで，予め実験等により，ピーク温度ＴＰに対する冷却処理前のウェハ初期温度の関係を調べておき，その関係をテーブル化させてＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５の記憶部（図示せず）に記憶させておく。そうすれば，ウェハＷが載置された後でピーク温度ＴＰを検出することにより，ウェハ初期温度を予測することができる。さらに，この予測したウェハ温度に応じて，これも予め実験等で調べておいた最適な各制御パラメータを，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５が各演算子１０６〜１０９に設定することになる。
【００７７】
次いで，冷却板１００による冷却処理を図１０に基づいて説明する。図１０では，横軸を冷却時間［ｓ］，縦軸を冷却板１００の温度［℃］とした。図１０に示すグラフ線ｎのように，ウェハＷを冷却板１００に載置する。ウェハＷを冷却板１００に載置した際ときの，このウェハＷによって冷却板１００が昇温してピーク温度ＴＰに達した際のこのピーク温度ＴＰに基づいて，ＰＩＤ制御の制御パラメータの設定を変更する。最適な各制御パラメータが設定されている温度制御手段１０３では，ペルチェ素子１０１を適正に温度制御することができ，大幅な過冷却が起きないようにして冷却板１００の温度を低下させることができる（時間ｔ２〜ｔ３）。その後，ボトム温度ＴＢに達すると，ペルチェ素子１０１による冷熱作用を弱めて冷却板１００の温度を上昇させる（時間ｔ３〜ｔ４）。こうして，冷却板１００の温度を２３℃に安定させる。
【００７８】
次いで，冷却処理されて常温になったウェハＷは，エクステンション装置３３，周辺露光装置５１，露光装置（図示せず），ベーキング装置３４，クーリング装置３０，現像処理装置１６又は１８，ベーキング装置３４，クーリング装置３０に順次搬送され，所定の処理が施される。
【００７９】
ベーキング装置３４において，露光後及び現像後の加熱処理でも，それぞれ固有の目標温度ｒが温度制御手段６２に入力されることになり，レジスト塗布後の加熱処理と同様に短いリカバリータイムで加熱板６０の温度を目標温度ｒに安定させる。また，クーリング装置３０において，ポスト・エクスポージャ・ベーク後及びポストベーク後の冷却処理でも，それぞれピーク温度ＴＰを読み取り，プリベーク後の冷却処理のときと同様に短いリカバリータイムで冷却板１００の温度を２３℃に安定させる。
【００８０】
かかるベーキング装置３４によれば，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３によって，異なる温度ごとにＰＩＤ制御の各制御パラメータの設定を変更するので，温度制御手段６２は，各種加熱温度に対応して適切に温度制御することができる。従って，ウェハＷを加熱処理する際の温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。従って，スループットを向上させることが可能となる。また，温度制御の安定性が増し，ウェハＷを均一に加熱して面内均一性を向上させることができる。
【００８１】
一方，クーリング装置３０によれば，冷却対象となるウェハＷを冷却板１００に載置した後のピーク温度ＴＰに基づいてＰＩＤ制御の各制御パラメータの設定を変更することができるので，冷却板１００に載置される際のウェハ温度の如何に関わらず，温度制御手段１０３は，ペルチェ素子１０１の温度，ひいては冷却板１００の温度を最適に制御することができる。そして冷却対象となるウェハＷが想定した温度外の温度であっても，常に適切な制御パラメータの下で効率よく冷却することができる。従って，ウェハ初期温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。その結果，スループットを向上させることができる。
【００８２】
さらに温度制御手段６２，１０３に積分要素や微分要素までを加味したＰＩＤ制御を採用しているので，定常偏差（オフセット）や熱的振動が抑えられて，より高精度な温度制御を行うことができる。
【００８３】
なお，塗布現像処理装置１のウェハＷの搬送経路は，自由に設定することができ，ベーキング装置３５〜３７，４４〜４７で各種加熱処理を行ったり，クーリング装置４０，４４で各種冷却処理を行うことが可能である。また，基板は，上記ウェハＷのような円盤状のみならず，ＬＣＤ基板のような方形の基板であっても良い。
【００８４】
【実施例】
次に，本発明の実施の形態にかかるベーキング装置３４を用いてウェハＷの加熱処理を行い，各制御パラメータとリカバリータイム及び面内均一性等の特性について調べた。
【００８５】
ベーキング装置３４において，パターン１では，ＫＰ＝２．８，ＴＩ＝８０，ＴＤ＝１５と各制御パラメータを設定し，パターン２では，ＫＰ＝２．８，ＴＩ＝８０，ＴＤ＝７と各制御パラメータを設定し，パターン３では，ＫＰ＝４．０，ＴＩ＝４９，ＴＤ＝１２と各制御パラメータを設定して加熱処理を行う。これらパターン１〜３において，加熱板６０の温度を９０℃，１２０℃，１５０℃，１８０℃と順次変化させて，リカバリータイム，オーバーシュート量，加熱板６０の面内均一性及びウェハＷの面内均一性の特性がそれぞれどのように変化するのか調べた。それらの結果を図１１〜１８に示す。
【００８６】
図１１及び図１２はリカバリータイムの特性を，図１３及び図１４はオーバーシュート量の特性を，図１５及び図１６はウェハＷの面内均一性の特性を，図１７及び図１８は加熱板６０の面内均一性の特性をそれぞれ示した表及びグラフである。図１２中のグラフ線ａ１，図１４中のグラフ線ａ２，図１６中のグラフ線ａ３，図１８中のグラフ線ａ４は，パターン１でのそれぞれの特性を示している。図１２中のグラフ線ｂ１，図１４中のグラフ線ｂ２，図１６中のグラフ線ｂ３，図１８中のグラフ線ｂ４は，パターン２でのそれぞれの特性を示している。図１２中のグラフ線ｃ１，図１４中のグラフ線ｃ２，図１６中のグラフ線ｃ３，図１８中のグラフ線ｃ４は，パターン３でのそれぞれの特性を示している。
【００８７】
かかるベーキング装置３４では，パターン１〜３をＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に記憶させておく。そして，例えば目標温度ｒが１２０℃のときにはパターン１に従い，目標温度ｒが１８０℃のときにはパターン２に従って，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３が，温度制御手段６２の各制御パラメータを設定する。そうすれば，目標温度ｒが１２０℃のときには，リカバリータイムを３０秒，オーバーシュートを０．２℃，ウェハ面内の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を０．８５℃，加熱板６０の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を０．２６℃にそれぞれ抑え，目標温度ｒが１８０℃のときには，リカバリータイムを４４秒，オーバーシュートを０．５℃，ウェハ面内の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を１．６３℃，加熱板６０の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を０．７７℃にそれぞれ抑えることができる。仮に温度制御手段６２の各制御パラメータをパターン１で固定してしまうと，目標温度ｒが１８０℃のときには，リカバリータイムが６１秒となってしまう。このように，目標温度ｒに応じて各制御パラメータを変更することにより，リカバリータイム，ウェハＷの面内均一性等の特性を良好なものとすることが確認できる。
【００８８】
次に，本発明の実施の形態にかかるクーリング装置３０を用いてウェハＷの冷却処理を行い，リカバリータイムの特性について調べた。
【００８９】
冷却処理の第１の実施例として，ウェハ初期温度が低温域（９０℃，１２０℃）でのリカバリータイムを測定した。なお，条件を以下のように設定した。周囲温度を２３℃，冷却水量を３リットル／ｍｉｎ，プロキシミティギャップを０．１０ｍｍ，ベーキング装置３４からクーリング装置３０に搬送するのにかかる搬送時間を６秒，各制御パラメータをＫＰ＝２，Ａ＝０．８，ＴＩ＝５，ＴＤ＝１と設定し，冷却水温度が１５℃と２５℃のときの２つのケースについて調べた。その結果を図１９に示す。ここで，Ａは，積分動作を有効とする範囲を限定してオーバーシュートを未然に防止するための定数である。単位は，［℃］である。
【００９０】
図１９に示すように，上記の各制御パラメータを選定することにより，ウェハ初期温度が低温域（９０℃，１２０℃）でのリカバリータイムを３０秒以下に短縮することができる。
【００９１】
さらに，冷却処理の第２の実施例として，各制御パラメータの設定をＫＰ＝２，Ａ＝１，ＴＩ＝５，ＴＤ＝２に変更し，ウェハ初期温度が９０℃，１２０℃，１５０℃，２００℃でのリカバリータイムを測定した。その結果を図２０に示す。
【００９２】
図２０に示すように，上記の各制御パラメータを選定することにより，リカバリータイムを短縮することができる。例えば，ウェハ初期温度が９０℃，１２０℃のときには，第１の実施例の各制御パラメータの設定で温度制御を行い，ウェハ初期温度が１５０℃，２００℃のときには，第２の実施例の各制御パラメータの設定で温度制御を行うようにすると良い。これにより，ウェハ初期温度に応じてリカバリータイムの短縮を図ることができる。
【００９３】
また，ウェハ初期温度が２００℃，２５０℃の時のピーク温度ＴＰ及びピーク温度ＴＰに到達するのにかかる到達時間（先の図１０では，時間ｔ１〜ｔ２に相当）を測定した。その結果を図２１に示す。
【００９４】
図２１に示すように，ピーク温度ＴＰとウェハ初期温度との関係をテーブル化し，これをＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５に記憶させておく。冷却処理の際に，ピーク温度ＴＰから予測したウェハ初期温度に応じて，最適な各制御パラメータを選定することができる。もちろん，到達時間との関係も記憶させておいても良い。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１〜４の発明によれば，冷却板に載置される際の基板温度の如何に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。従って，スループットを向上させることができる。特に請求項２，４では，ＰＩＤ制御を採用しているので，定常偏差（オフセット）等が抑えられて，より高精度な温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるベーキング装置及びクーリング装置を備えた塗布現像処理装置の平面図である。
【図２】図１の塗布現像処理装置の正面図である。
【図３】図１の塗布現像処理装置の背面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるベーキング装置の内部構造の断面図である。
【図５】図４のベーキング装置の制御系を示したブロック線図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるクーリング装置の内部構造の断面図である。
【図７】図６のクーリング装置の制御系を示したブロック線図である。
【図８】加熱板の温度特性を示すグラフである。
【図９】冷却板の温度特性を示すグラフ線の要部を拡大して示したグラフである。
【図１０】冷却板の温度特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の加熱処理の実施例において，リカバリータイムの特性を示す表である。
【図１２】図１１の表に基づいて作成したリカバリータイムの特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の加熱処理の実施例において，オーバーシュート量の特性を示す表である。
【図１４】図１３の表に基づいて作成したオーバーシュート量の特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の加熱処理の実施例において，ウェハのばらつき３σの特性を示す表である。
【図１６】図１５の表に基づいて作成したウェハのばらつき３σの特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の加熱処理の実施例において，加熱板のばらつき３σを示す表である。
【図１８】図１７の表に基づいて作成した加熱板のばらつき３σの特性を示すグラフである。
【図１９】本発明の冷却処理の第１の実施例において，リカバリータイムの特性を示す表である。
【図２０】本発明の冷却処理の第２の実施例において，リカバリータイムの特性を示す表である。
【図２１】ウェハ初期温度に対するピーク温度及び到達時間との関係を示す表である。
【図２２】従来の加熱板の温度特性を示すグラフである。
【図２３】従来の冷却板の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 塗布現像処理装置
３４，３５，３６，３７，４４，４５，４６，４７ ベーキング装置
３０，４０，４３ クーリング装置
６０ 加熱板
６１ ヒータ
６２，１０３ 温度制御手段
６３，１０５ ＰＩＤ制御パラメータ変更手段
１００ 冷却板
１０１ ペルチェ素子
１０４ 温度センサ
Ｗ ウェハ
【発明の属する技術分野】
本発明は，例えばＬＣＤ基板や半導体ウェハ等のような基板を加熱又は冷却する熱処理方法及び熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程において，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）などの基板の表面に対して，フォトリソグラフィ工程が行われている。このフォトリソグラフィ工程は，ウェハの表面にレジスト液を塗布した後に所定のパターンを露光し，その後に現像処理する一連の処理が施される。
【０００３】
かかる塗布現像処理において，以上のようなレジスト塗布処理，露光処理，現像処理の後には，必要に応じてウェハの加熱処理が行われ，その後に，高温状態となったウェハをある程度冷やすために冷却処理が続けて行われる。
【０００４】
加熱処理が行われる加熱処理装置には，ヒータが内蔵された加熱板が設けられている。そして，ウェハは，加熱板に載置され，加熱板から放出される熱によって加熱処理される。この加熱板には，温度センサが取り付けられており，加熱板の温度をモニタリングできるようになっている。センサからの信号は制御装置に入力され，この制御装置は，センサから送信されてくるセンサ信号を基に，ヒータの温度を制御するようになっている。
【０００５】
また，冷却処理が行われる冷却処理装置には，ペルチェ素子が内蔵された冷却板が設けられている。そして，加熱処理されて高温状態となったウェハは，冷却板に載置され，冷却板の冷熱によって冷却処理される。この冷却板にも，温度センサが取り付けられており，加熱板と同様に，センサからの信号に基づいて制御装置がペルチェ素子の温度を制御するようになっている。
【０００６】
ここで，ウェハを所定の温度に加熱処理する際の加熱板の温度の様子を，図２２に示す。図２２のグラフでは，横軸を加熱時間［ｓ（秒）］，縦軸を加熱板の温度［℃］とした。図２２中のグラフ線ｋに示すように，ウェハが加熱板に載置されると，このウェハにより加熱板から熱量が奪われて温度が低下する（図２２中の時間ｔ１〜ｔ２）。温度センサにより温度低下を認識した制御装置がヒータに対する電力量を増加させて加熱処理を開始する。このとき，ヒータによる加熱が急激に行われるので，加熱板の温度が，オーバーシュートしてしまう（図２２中の時間ｔ２〜ｔ３）。その後，温度センサでオーバーシュートを認識した制御装置は，ヒータに対する電力量を減少させて加熱板の温度を低下させる（図２２中の時間ｔ３〜ｔ４）。以上のような状態を経て加熱板の温度を安定させる。なお，制御装置には，比例要素，積分要素や微分要素が加味されたＰＩＤ制御が採用され，偏差を極力減らして過度特性を改善できるようになっている。
【０００７】
また，加熱処理されたウェハを例えば２３℃に冷却処理する際の冷却板の温度の様子を図２３に示す。この図２３のグラフでは，横軸を冷却時間［ｓ］，縦軸を冷却板の温度［℃］とした。図２３中のグラフ線ｌに示すように，冷却板の温度は，既に２３℃となっている。そして，ウェハが冷却板に載置されると，このウェハから冷却板の方に熱量が与えられて冷却板の温度が上昇する（図２３中の時間ｔ１〜ｔ２）。その後，温度センサにより温度上昇を認識した制御装置がペルチェ素子に対する電力量を増加させて冷却処理を開始する。このとき，ペルチェ素子による冷却が急激に行われるので，冷却板の温度は，２３℃よりもアンダーシュートしてしまう（図２３中の時間ｔ２〜ｔ３）。その後，温度センサでアンダーシュートを認識した制御装置は，ヒータに対する電力量を減少させて冷却板の温度を上昇させる（図２３中の時間ｔ３〜ｔ４）。以上のような状態を経て冷却板の温度を２３℃に安定させる。この場合にも，制御装置にはＰＩＤ制御が採用され，過度特性を改善できるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，レジスト塗布処理の後に，レジスト中のレジスト溶剤の加熱除去を目的とした，いわゆるプリベーク（ＰＲＥＢＡＫＥ）では，例えば２３℃（常温）のウェハを２００℃で加熱処理し，露光処理の後に行われるポスト・エクスポージャ・ベーク（ＰＥＢ）では，２３℃のウェハを９０℃で加熱処理し，現像処理の後に行われるポストベーク（ＰＯＢＥＢＡＫＥ）では，２３℃のウェハを３００℃で加熱処理する。このように各種加熱処理では，加熱温度が異なっているにもかかわらず，制御装置で演算されるＰＩＤ制御では，制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間及び微分時間に入力される各種データについては，同一のものが使用されていた。このため，ある特定の温度にウェハを加熱処理する際には，特に問題はないが，その特定の温度から外れた温度でウェハを加熱処理する際には，制御装置はうまく対応することができず，偏差は広がり過度特性は悪化して，加熱板のリカバリータイム，すなわち所定の温度に安定するまでの時間が長くなる。このため，スループットの遅延を招くおそれがあった。また，例えば同じＰＥＢでもレシピによって加熱温度が異なる場合があり，このときにもリカバリータイムが長くかかるおそれがあった。
【０００９】
同様に冷却処理においても，制御装置で演算されるＰＩＤ制御では，制御パラメータに入力される各種データが，一つのパターンに固定されているので，ある特定の温度に加熱処理されたウェハを２３℃に冷却処理する際には，特に問題はないが，その特定の温度から外れた温度に加熱処理されたウェハが冷却板に載置されると，制御装置はうまく対応することができず，冷却板のリカバリータイムが長くなり，スループットの遅延を招く。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされてものであり，その目的は，リカバリータイムを短縮することができる冷却処理装置及び冷却処理方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１の発明は，基板を冷却処理する装置であって，基板が載置される冷却板と，前記冷却板を所定の温度に調整する冷却温度調整体と，前記冷却温度調整体の温度を伝達関数に従って制御する温度制御手段と，前記冷却板に取り付けられた温度センサと，冷却対象となる基板を前記冷却板に載置した後の前記温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータの設定を変更する制御パラメータ変更手段とを備えていることを特徴とする，冷却処理装置を提供する。
【００１８】
請求項１に記載の冷却処理装置によれば，冷却対象となる基板を冷却板に載置した後の温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，制御パラメータの設定を変更することができるので，基板が想定した温度外の温度であっても，常に適切な制御パラメータの下で効率良く冷却することができる。従って，かかる場合には従来よりもリカバリータイムを短縮することが可能となる。
【００１９】
請求項２の発明は，基板を冷却処理する装置であって，基板が載置される冷却板と，前記冷却板を所定の温度に調整する冷却温度調整体と，前記冷却温度調整体の温度を次の関係式（２）
【００２０】
【数５】
｛式中，ｕ´は操作量，ｅ´は偏差；目標温度と検出信号（観測温度）との間の差，ＫＰ´は比例動作係数（比例ゲイン），ＴＩ´は積分時間，ＴＤ´は微分時間をそれぞれ表す。｝で表される伝達関数に従って制御する温度制御手段と，前記冷却板に取り付けられた温度センサと，冷却対象となる基板を前記冷却板に載置した後の前記温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更する制御パラメータ変更手段とを備えていることを特徴とする，冷却処理装置を提供する。
【００２２】
請求項２の記載の冷却処理装置によれば，制御パラメータ変更手段は，冷却対象となる基板を冷却板に載置した後の温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更してＰＩＤ制御を実施することが可能である。各制御パラメータの変更が行われた温度制御手段は，冷却温度調整体の温度を最適に制御することができる。
【００２３】
請求項３の発明は，基板を冷却板に載置し，該冷却板の温度を伝達関数に従って制御して該基板を所定の温度に冷却処理する方法であって，前記基板を前記冷却板に載置したときの，この基板によって前記冷却板が昇温してピーク温度に達した際の該ピーク温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータの設定を変更する工程とを有していることを特徴とする，冷却処理方法を提供する。
【００２４】
請求項３に記載の冷却処理方法によれば，例えば加熱処理された基板が冷却板に載置されると，この基板から冷却板に熱量が与えられて温度が上昇する。その後，冷却板が昇温してピーク温度に達する。ここで，予め実験等により，ピーク温度と冷却処理前の基板初期温度との関係を調べておけば，冷却板に設けられた温度センサなどによって観測されたピーク温度に基づいて，この基板初期温度を予測することができる。従って，冷却板に載置される際の基板温度の如何に関わらず，冷却板の温度を最適に制御することができる。その結果，基板初期温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。
【００２５】
請求項４は，基板を冷却処理する方法であって，基板を冷却板に載置する工程と，前記冷却板の温度を次の関係式（２）
【００２６】
【数６】
｛式中，ｕ´は操作量，ｅ´は偏差；目標温度と検出信号（観測温度）との間の差，ＫＰ´は比例動作係数（比例ゲイン），ＴＩ´は積分時間，ＴＤ´は微分時間をそれぞれ表す。｝で表される伝達関数に従って制御し，基板を所定の温度に冷却処理する工程と，前記基板を前記冷却板に載置したときの，この基板によって前記冷却板が昇温してピーク温度に達した際の該ピーク温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更する工程とを有していることを特徴とする，冷却処理方法を提供する。
【００２８】
請求項４に記載の冷却処理方法によれば，請求項３と同様に，冷却処理前の基板初期温度に対応して冷却板の温度を最適に制御することができる。従って，基板初期温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。さらに伝達関数に積分要素や微分要素までを加味したＰＩＤ制御を採用しているので，定常偏差（オフセット）等が抑えられて，より高精度な温度制御を行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかる加熱処理装置としてのベーキング装置及び冷却処理装置としてのクーリング装置が組み込まれている塗布現像処理装置１の平面図であり，図２は，塗布現像処理装置１の正面図であり，図３は，塗布現像処理装置１の背面図である。
【００３０】
塗布現像処理装置１は，図１に示すように，例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理装置１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置（図示せず）との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイス部４とを一体に接続した構成を有している。
【００３１】
カセットステーション２では，載置部となるカセット載置台５上の所定の位置に，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在となっている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）とカセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移送可能なウェハ搬送体７が搬送路８に沿って移動自在に設けられており，各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。
【００３２】
ウェハ搬送体７は，後述するように処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属するアライメント装置３２とエクステンション装置３３に対してもアクセスできるように構成されている。
【００３３】
処理ステーション３では，その中心部に主搬送装置１３が設けられており，主搬送装置１３の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。該塗布現像処理装置１においては，４つの処理装置群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４が配置されており，第１及び第２の処理装置群Ｇ１，Ｇ２は塗布現像処理装置１の正面側に配置され，第３の処理装置群Ｇ３は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理装置群Ｇ４は，インターフェイス部４に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第５の処理装置群Ｇ５を背面側に別途配置可能となっている。
【００３４】
第１の処理装置群Ｇ１では図２に示すように，２種類のスピンナ型液塗布処理装置，例えばウェハＷに対してレジストを塗布して処理するレジスト塗布装置１５と，ウェハＷに現像液を供給して処理する現像処理装置１６が下から順に２段に配置されている。第２の処理装置群Ｇ２の場合も同様に，レジスト塗布装置１７と，現像処理装置１８とが下から順に２段に積み重ねられている
【００３５】
第３の処理装置群Ｇ３では，例えば図３に示すように，本発明の実施の形態にかかるクーリング装置３０，レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置３１，ウェハＷの位置合わせを行うアライメント装置３２，ウェハＷを待機させるエクステンション装置３３，本発明の実施の形態にかかるベーキング装置３４，３５，３６，３７等が下から順に例えば８段に重ねられている。
【００３６】
第４の処理装置群Ｇ４では，例えばクーリング装置４０，載置したウェハＷを自然冷却させるエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，クーリング装置４３，ベーキング装置４４，４５，４６，４７等が下から順に例えば８段に積み重ねられている。
【００３７】
インターフェイス部４の中央部にはウェハ搬送体５０が設けられている。このウェハ搬送体５０は，第４の処理装置群Ｇ４に属するエクステンション・クーリング装置４１，エクステンション装置４２，周辺露光装置５１及び露光装置（図示せず）に対してアクセスできるように構成されている。
【００３８】
本発明の実施の形態にかかるベーキング装置３４〜３７，４４〜４７については，何れの装置も同様の構成を有しているので，ベーキング装置３４を例にとって説明する。ベーキング装置３４は，図４に示すようにウェハＷが載置される例えば円盤状の加熱板６０と，同じ加熱板６０を異なる温度で発熱可能なヒータ６１と，ヒータ６１の温度をＰＩＤ制御に従って制御する温度制御手段６２と，ＰＩＤ制御の制御パラメータの設定を異なる温度（各種加熱処理の目標温度）ごとに変更するＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３とを備えている。
【００３９】
加熱板６０には，温度センサ６４が取り付けられている。ヒータ６１は，加熱板６０内に内蔵されると共に，電源制御部６５からの給電により発熱する。温度センサ６４は温度制御手段６２に接続され，電源制御部６５は温度制御手段６２に接続されている。そして温度センサ６４からの検出信号に基づいて温度制御手段６２が操作量を算出し，この操作量が電源制御部６５に送信されてヒータ６１，ひいては加熱板６０を例えば０〜３５０℃の範囲内で発熱させるように制御する。このため，レジスト塗布後にウェハＷを例えば２００℃で加熱処理するプリベーク（ＰＲＥＢＡＫＥ）と，露光処理後にウェハＷを例えば９０℃で加熱処理するポスト・エクスポージャ・ベーク（ＰＥＢ）と，現像処理後にウェハＷを例えば３００℃で加熱処理するポストベーク（ＰＯＢＥＢＡＫＥ）とを，１台のベーキング装置３４で全て行える構成となっている。
【００４０】
図５は，ベーキング装置３４の制御系を示すブロック線図である。例えば図５に示すように，先ず温度制御手段６２に，目標温度ｒを入力するための入力ライン６６が接続されている。入力ライン６６に加算点６７が設けられている。この加算点６７に温度センサ６４からの検出信号（観測温度ｙ）を帰還するためのフィードバックライン６８が接続されている。そして，入力ライン６６に接続された分岐点６９からライン７０，７１，７２が分岐している。ライン７０に比例要素演算子７５が，ライン７１に積分要素演算子７６が，ライン７２に微分要素演算子７７がそれぞれ設けられている。このように，温度制御手段６２の内部では，目標温度ｒと観測温度ｙとの間の偏差ｅを比例要素，積分要素及び微分要素の３つの要素の分けて取り扱い，各要素の演算処理を行う構成となっている。演算子７８が，ライン７０〜７２が合流する加算点７９に対してライン８０を介して接続されている。さらに，演算子７８はライン６１を介して電源制御部６５に接続され，電源制御部６５はライン８２を介してヒータ６１に接続されている。これにより，各要素の演算処理の結果が加算点７９で合算され，これに演算子７８で係数が乗じられて操作量ｕが算出され，電源制御部６５に出力される。最後に電源制御部６５でヒータ６１に供給する電力量ｖが決定されるようになっている。
【００４１】
入力ライン８３はＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に接続されている。ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３は，ライン８４により比例要素演算子７５に，ライン８５により積分要素演算子７６に，ライン８６により微分要素演算子７７に，ライン８７により演算子７８にそれぞれ接続されている。
【００４２】
演算に用いられる積分時間ＴＩは積分要素演算子７６に，微分時間ＴＤは微分要素演算子７７に，比例動作係数（比例ゲイン）ＫＰは演算子７８にそれぞれ設定されており，これらの各制御パラメータを用いて演算処理が行われる。ここで，各演算子７５〜７８では，各制御パラメータが書き換え可能となっている。即ち，予め実験等で，各種加熱処理の目標温度ｒに対する最適な各制御パラメータのデータを調べておき，これらをＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に記憶させておく。加熱処理の際，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に入力ライン８３から目標温度ｒが入力されると，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３が，この目標温度ｒに基づいて記憶したデータの中から最適な各制御パラメータを選出し，各制御パラメータを適宜変更するようになっている。
【００４３】
その他，ベーキング装置３４には，ウェハＷを搬入出する際にウェハＷを昇降する３つの昇降ピン９０が設けられており，それらの昇降ピン９０は，図示しない駆動機構によって，加熱板６０を貫通している貫通孔９１内を昇降自在となっている。さらに加熱板６０上には，ウェハＷを加熱板６０の上面からわずかに離して支持するためのプロキシミティピン９２が設置されている。そのため，ウェハＷ下面と加熱板６０上面との間に微少な空間が形成され，ウェハＷ下面が加熱板６０上面と直接接触するのが避けられ，この間に塵などがある場合でもウェハ下面が汚れたり，傷ついたいりすることがないようになっている。
【００４４】
次いで，本発明の実施の形態にかかるクーリング装置３０，４０，４３については，何れの装置も同様の構成を有しているので，クーリング装置３０を例にとって説明する。クーリング装置３０は，図６に示すようにウェハＷが載置される冷却板１００と，冷却板１００を所定の温度に調整するペルチェ素子１０１と，ペルチェ素子１０１に電力を供給する電源制御部１０２と，電源制御部１０２に操作量を送信してペルチェ素子１０１の温度をＰＩＤ制御に従って制御する温度制御手段１０３と，冷却板１００に取り付けられた温度センサ１０４と，冷却対象となるウェハＷを冷却板１００に載置した後の温度センサ１０４によって検出された冷却板１００の温度に基づいて，ＰＩＤ制御の制御パラメータの設定を変更するＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５とを備えている。ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５は，ウェハＷを所定の温度として例えば２３℃に冷却処理できるように，制御パラメータの設定変更を行う。
【００４５】
図７は，クーリング装置３０の制御系を示すブロック線図である。例えば図７に示すように，温度制御手段１０３は，比例要素演算子１０６，積分要素演算子１０７，微分要素演算子１０８，演算子１０９を有し，先に説明した温度制御手段６２と同様にＰＩＤ制御を行う。積分時間ＴＩ´は積分要素演算子１０７に，微分時間ＴＤ´は微分要素演算子１０８に，比例動作係数（比例ゲイン）ＫＰ´は演算子１０９にそれぞれ設定されており，これらの各制御パラメータを用いて演算処理が行われる。また，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５と温度センサ１０４との間をライン１１０で接続し，温度センサ１０４からの検出信号（観測温度ｙ´）をＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５に送るようになっている。なお，図５及び図７中において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００４６】
その他，クーリング装置３０には，ペルチェ素子１０１の熱を放熱させるための流路１１１が設けられている。この流路１１１は冷却板１００内を通り，図示しない冷却水供給機構から供給された冷却水を流すようになっている。また，先のベーキング装置３４と同様に３本の昇降ピン９０が，貫通孔９１内を昇降自在であり，冷却板１００上にプロキシミティピン９２が設置されている。
【００４７】
次に，以上のように構成されたベーキング装置３４及びベーキング装置３４の加熱処理後で行われるクーリング装置３０の作用について，塗布現像処理装置１で行われるウェハＷの塗布現像処理の一例に基づいて説明する。
【００４８】
先ず，ウェハ搬送体７がカセットＣから未処理のウェハＷを１枚取りだし，第３の処理装置群Ｇ３に属するアライメント装置３２に搬入する。次いで，アライメント装置３２にて位置合わせの終了したウェハＷは，主搬送装置１３によって，アドヒージョン装置３１，クーリング装置３０，レジスト塗布装置１５又１７に順次搬送され，所定の処理が施される。その後，ベーキング装置３４に搬送され，レジスト中の残留溶剤を蒸発させる。
【００４９】
ここで，ウェハＷの加熱処理について説明する。まず温度制御手段６２による加熱板６０の温度制御について説明すると，図５に示したように，加熱板６０の目標温度ｒが入力ライン６６により入力される。また，目標温度ｒはＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３にも入力され，この目標温度ｒに基づいて，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３は，各演算子７５〜７８の各制御パラメータを設定する。
【００５０】
一方，加熱板６０の温度が温度センサ６４により検出され，フィードバックライン６８を通って検出信号（観測温度ｙ）が加算点６７にまで送られる。この加算点６７では上記した目標温度ｒと検出信号（観測温度ｙ）との間で引き算が行われ，目標温度ｒと検出信号（観測温度ｙ）との間の差が偏差ｅとして算出される。こうして得た偏差ｅは，比例成分ｐ，積分成分ｉ及び微分成分ｄの３つの成分に分けられ，各ライン７０〜７２を通って各演算子７５〜７７に送られる。各演算子７５〜７７では積分時間ＴＩ，微分時間ＴＤなどの各制御パラメータを用いて演算処理が行われ，加算点７９に送られる。この加算点７９では上記各演算子７５〜７７で演算処理した結果が合算され，更に演算子７８で比例動作係数ＫＰが乗じられて下記の式（３）で表される操作量ｕが算出される。
【００５１】
【数７】
但し，式中
【００５３】
【数８】
は偏差ｅの積分成分を示し，「ｄｅ／ｄｔ」は偏差ｅの微分成分を示す。
【００５５】
この操作量ｕを時間の関数として捉え，時間に関する関数ｕ（ｔ）として表すと次の式（４）のようになる。
【００５６】
【数９】
但し，式中「ｅ（ｔ）」は時間ｔにおける偏差を，
【００５８】
【数１０】
は偏差ｅの積分成分を示し，「ｄｅ（ｔ）／ｄｔ」は時間ｔにおける偏差ｅ（ｔ）の微分成分を示す。
【００６０】
このようにして得られた操作量ｕ（ｔ）はライン８１を介して電源制御部６５に送られる。電源制御部６５では，この操作量（ｔ）に基づいて電力量ｖ（ｔ）をライン８２を介してヒータ６１に供給し，ヒータ６１では，この電力量ｖ（ｔ）に基づいて，対応する熱量を加熱板６０に供給する。
【００６１】
こうして，時間がｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３…と時間が経過する毎に操作量ｕ（ｔ０），ｕ（ｔ１），ｕ（ｔ２），ｕ（ｔ３）…を電源制御部６５に送り，電源制御部６５ではこれらの操作量に基づいてヒータ６１を発熱させ，加熱板６０を加熱する。その温度は温度センサ６４により検出され，常に目標温度ｒとのずれである偏差ｅに基づいて加熱板６０の温度が目標温度ｒになるようにフィードバック制御が行われる。
【００６２】
次に，加熱板６０による加熱処理を，図８に基づいて説明する。図８では，横軸を加熱時間［ｓ（秒）］，縦軸を加熱板６０の温度［℃］とした。図８に示すグラフ線ｍのように，まず目標温度ｒが温度制御手段６２に入力され，ウェハＷが載置される前からヒータ６１による加熱が行われて加熱板６０を目標温度に維持する（時間ｔ０〜ｔ１）。
【００６３】
次いで，２３℃（常温）のウェハＷが加熱板６０に載置される。このウェハＷにより加熱板６０から熱量が奪われて温度が低下する（時間ｔ１〜ｔ２）ものの，最適な各制御パラメータが設定されている温度制御手段６２では，ヒータ６１を適正に温度制御することができ，加熱板６０の温度低下を最小限に留める。その後もヒータ６１の温度制御を行い，大幅な過加熱が起きないようにして加熱板６０の温度を上昇させる（時間ｔ２〜ｔ３）。その後，目標温度ｒを少し上回ると，ヒータ６１の発熱作用を弱めて目標温度ｒ付近に到達させる（時間ｔ３〜ｔ４）。こうして，加熱板６０の温度を目標温度ｒに安定させる。
【００６４】
次いで，加熱処理されて高温状態になったウェハＷは，クーリング装置３０に搬送され，２３℃に冷却処理される。ここで，ウェハＷの冷却処理について説明する。まず温度制御手段１０３による冷却板１００の温度制御は，先に説明した温度制御手段６２とほぼ同様の手順で行われ，下記の式（５）で表される操作量ｕ´が算出される。
【００６５】
【数１１】
但し，式中
【００６７】
【数１２】
は偏差ｅ´の積分成分を示し，「ｄｅ´／ｄｔ」は時間ｔにおける偏差ｅ´の微分成分を示す。
【００６９】
この操作量ｕ´を時間の関数として捉え，時間に関する関数ｕ´（ｔ）として表すと次の式（６）のようになる。
【００７０】
【数１３】
但し，式中「ｅ´（ｔ）」は時間ｔにおける偏差を，
【００７２】
【数１４】
は偏差ｅの積分成分を示し，「ｄｅ´（ｔ）／ｄｔ」は時間ｔにおける偏差ｅ（ｔ）の微分成分を示す。
【００７４】
このようにして得られた操作量ｕ´（ｔ）はライン８１を介して電源制御部１０２に送られ，電源制御部１０２は，この操作量（ｔ）に基づいて電力量ｖ（ｔ）をライン８２を介してペルチェ素子１０１に供給する。そしてペルチェ素子１０１が冷却板１００を冷却する。
【００７５】
ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５には温度センサ１０４からの検出信号（観測温度ｙ´）が入力され，この検出信号（観測温度ｙ´）に基づいて，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５は，各演算子１０６〜１０９の各制御パラメータを設定する。
【００７６】
ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５による設定変更は以下のようにして行われる。例えば図９に示すグラフｎのように，先ず冷却板１００は，２３℃（常温）に維持されている（時間ｔ０〜ｔ１）。その後，加熱処理されたウェハＷが載置されると，このウェハＷにより冷却板１００に熱量が与えられて温度が上昇し，ピーク温度ＴＰに達する（時間ｔ１〜ｔ２）。ここで，予め実験等により，ピーク温度ＴＰに対する冷却処理前のウェハ初期温度の関係を調べておき，その関係をテーブル化させてＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５の記憶部（図示せず）に記憶させておく。そうすれば，ウェハＷが載置された後でピーク温度ＴＰを検出することにより，ウェハ初期温度を予測することができる。さらに，この予測したウェハ温度に応じて，これも予め実験等で調べておいた最適な各制御パラメータを，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５が各演算子１０６〜１０９に設定することになる。
【００７７】
次いで，冷却板１００による冷却処理を図１０に基づいて説明する。図１０では，横軸を冷却時間［ｓ］，縦軸を冷却板１００の温度［℃］とした。図１０に示すグラフ線ｎのように，ウェハＷを冷却板１００に載置する。ウェハＷを冷却板１００に載置した際ときの，このウェハＷによって冷却板１００が昇温してピーク温度ＴＰに達した際のこのピーク温度ＴＰに基づいて，ＰＩＤ制御の制御パラメータの設定を変更する。最適な各制御パラメータが設定されている温度制御手段１０３では，ペルチェ素子１０１を適正に温度制御することができ，大幅な過冷却が起きないようにして冷却板１００の温度を低下させることができる（時間ｔ２〜ｔ３）。その後，ボトム温度ＴＢに達すると，ペルチェ素子１０１による冷熱作用を弱めて冷却板１００の温度を上昇させる（時間ｔ３〜ｔ４）。こうして，冷却板１００の温度を２３℃に安定させる。
【００７８】
次いで，冷却処理されて常温になったウェハＷは，エクステンション装置３３，周辺露光装置５１，露光装置（図示せず），ベーキング装置３４，クーリング装置３０，現像処理装置１６又は１８，ベーキング装置３４，クーリング装置３０に順次搬送され，所定の処理が施される。
【００７９】
ベーキング装置３４において，露光後及び現像後の加熱処理でも，それぞれ固有の目標温度ｒが温度制御手段６２に入力されることになり，レジスト塗布後の加熱処理と同様に短いリカバリータイムで加熱板６０の温度を目標温度ｒに安定させる。また，クーリング装置３０において，ポスト・エクスポージャ・ベーク後及びポストベーク後の冷却処理でも，それぞれピーク温度ＴＰを読み取り，プリベーク後の冷却処理のときと同様に短いリカバリータイムで冷却板１００の温度を２３℃に安定させる。
【００８０】
かかるベーキング装置３４によれば，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３によって，異なる温度ごとにＰＩＤ制御の各制御パラメータの設定を変更するので，温度制御手段６２は，各種加熱温度に対応して適切に温度制御することができる。従って，ウェハＷを加熱処理する際の温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。従って，スループットを向上させることが可能となる。また，温度制御の安定性が増し，ウェハＷを均一に加熱して面内均一性を向上させることができる。
【００８１】
一方，クーリング装置３０によれば，冷却対象となるウェハＷを冷却板１００に載置した後のピーク温度ＴＰに基づいてＰＩＤ制御の各制御パラメータの設定を変更することができるので，冷却板１００に載置される際のウェハ温度の如何に関わらず，温度制御手段１０３は，ペルチェ素子１０１の温度，ひいては冷却板１００の温度を最適に制御することができる。そして冷却対象となるウェハＷが想定した温度外の温度であっても，常に適切な制御パラメータの下で効率よく冷却することができる。従って，ウェハ初期温度に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。その結果，スループットを向上させることができる。
【００８２】
さらに温度制御手段６２，１０３に積分要素や微分要素までを加味したＰＩＤ制御を採用しているので，定常偏差（オフセット）や熱的振動が抑えられて，より高精度な温度制御を行うことができる。
【００８３】
なお，塗布現像処理装置１のウェハＷの搬送経路は，自由に設定することができ，ベーキング装置３５〜３７，４４〜４７で各種加熱処理を行ったり，クーリング装置４０，４４で各種冷却処理を行うことが可能である。また，基板は，上記ウェハＷのような円盤状のみならず，ＬＣＤ基板のような方形の基板であっても良い。
【００８４】
【実施例】
次に，本発明の実施の形態にかかるベーキング装置３４を用いてウェハＷの加熱処理を行い，各制御パラメータとリカバリータイム及び面内均一性等の特性について調べた。
【００８５】
ベーキング装置３４において，パターン１では，ＫＰ＝２．８，ＴＩ＝８０，ＴＤ＝１５と各制御パラメータを設定し，パターン２では，ＫＰ＝２．８，ＴＩ＝８０，ＴＤ＝７と各制御パラメータを設定し，パターン３では，ＫＰ＝４．０，ＴＩ＝４９，ＴＤ＝１２と各制御パラメータを設定して加熱処理を行う。これらパターン１〜３において，加熱板６０の温度を９０℃，１２０℃，１５０℃，１８０℃と順次変化させて，リカバリータイム，オーバーシュート量，加熱板６０の面内均一性及びウェハＷの面内均一性の特性がそれぞれどのように変化するのか調べた。それらの結果を図１１〜１８に示す。
【００８６】
図１１及び図１２はリカバリータイムの特性を，図１３及び図１４はオーバーシュート量の特性を，図１５及び図１６はウェハＷの面内均一性の特性を，図１７及び図１８は加熱板６０の面内均一性の特性をそれぞれ示した表及びグラフである。図１２中のグラフ線ａ１，図１４中のグラフ線ａ２，図１６中のグラフ線ａ３，図１８中のグラフ線ａ４は，パターン１でのそれぞれの特性を示している。図１２中のグラフ線ｂ１，図１４中のグラフ線ｂ２，図１６中のグラフ線ｂ３，図１８中のグラフ線ｂ４は，パターン２でのそれぞれの特性を示している。図１２中のグラフ線ｃ１，図１４中のグラフ線ｃ２，図１６中のグラフ線ｃ３，図１８中のグラフ線ｃ４は，パターン３でのそれぞれの特性を示している。
【００８７】
かかるベーキング装置３４では，パターン１〜３をＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３に記憶させておく。そして，例えば目標温度ｒが１２０℃のときにはパターン１に従い，目標温度ｒが１８０℃のときにはパターン２に従って，ＰＩＤ制御パラメータ変更手段６３が，温度制御手段６２の各制御パラメータを設定する。そうすれば，目標温度ｒが１２０℃のときには，リカバリータイムを３０秒，オーバーシュートを０．２℃，ウェハ面内の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を０．８５℃，加熱板６０の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を０．２６℃にそれぞれ抑え，目標温度ｒが１８０℃のときには，リカバリータイムを４４秒，オーバーシュートを０．５℃，ウェハ面内の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を１．６３℃，加熱板６０の温度のばらつき３σ（標準偏差σの３倍）を０．７７℃にそれぞれ抑えることができる。仮に温度制御手段６２の各制御パラメータをパターン１で固定してしまうと，目標温度ｒが１８０℃のときには，リカバリータイムが６１秒となってしまう。このように，目標温度ｒに応じて各制御パラメータを変更することにより，リカバリータイム，ウェハＷの面内均一性等の特性を良好なものとすることが確認できる。
【００８８】
次に，本発明の実施の形態にかかるクーリング装置３０を用いてウェハＷの冷却処理を行い，リカバリータイムの特性について調べた。
【００８９】
冷却処理の第１の実施例として，ウェハ初期温度が低温域（９０℃，１２０℃）でのリカバリータイムを測定した。なお，条件を以下のように設定した。周囲温度を２３℃，冷却水量を３リットル／ｍｉｎ，プロキシミティギャップを０．１０ｍｍ，ベーキング装置３４からクーリング装置３０に搬送するのにかかる搬送時間を６秒，各制御パラメータをＫＰ＝２，Ａ＝０．８，ＴＩ＝５，ＴＤ＝１と設定し，冷却水温度が１５℃と２５℃のときの２つのケースについて調べた。その結果を図１９に示す。ここで，Ａは，積分動作を有効とする範囲を限定してオーバーシュートを未然に防止するための定数である。単位は，［℃］である。
【００９０】
図１９に示すように，上記の各制御パラメータを選定することにより，ウェハ初期温度が低温域（９０℃，１２０℃）でのリカバリータイムを３０秒以下に短縮することができる。
【００９１】
さらに，冷却処理の第２の実施例として，各制御パラメータの設定をＫＰ＝２，Ａ＝１，ＴＩ＝５，ＴＤ＝２に変更し，ウェハ初期温度が９０℃，１２０℃，１５０℃，２００℃でのリカバリータイムを測定した。その結果を図２０に示す。
【００９２】
図２０に示すように，上記の各制御パラメータを選定することにより，リカバリータイムを短縮することができる。例えば，ウェハ初期温度が９０℃，１２０℃のときには，第１の実施例の各制御パラメータの設定で温度制御を行い，ウェハ初期温度が１５０℃，２００℃のときには，第２の実施例の各制御パラメータの設定で温度制御を行うようにすると良い。これにより，ウェハ初期温度に応じてリカバリータイムの短縮を図ることができる。
【００９３】
また，ウェハ初期温度が２００℃，２５０℃の時のピーク温度ＴＰ及びピーク温度ＴＰに到達するのにかかる到達時間（先の図１０では，時間ｔ１〜ｔ２に相当）を測定した。その結果を図２１に示す。
【００９４】
図２１に示すように，ピーク温度ＴＰとウェハ初期温度との関係をテーブル化し，これをＰＩＤ制御パラメータ変更手段１０５に記憶させておく。冷却処理の際に，ピーク温度ＴＰから予測したウェハ初期温度に応じて，最適な各制御パラメータを選定することができる。もちろん，到達時間との関係も記憶させておいても良い。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１〜４の発明によれば，冷却板に載置される際の基板温度の如何に関わらず，過度特性が改善され，リカバリータイムを短縮することができる。従って，スループットを向上させることができる。特に請求項２，４では，ＰＩＤ制御を採用しているので，定常偏差（オフセット）等が抑えられて，より高精度な温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるベーキング装置及びクーリング装置を備えた塗布現像処理装置の平面図である。
【図２】図１の塗布現像処理装置の正面図である。
【図３】図１の塗布現像処理装置の背面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるベーキング装置の内部構造の断面図である。
【図５】図４のベーキング装置の制御系を示したブロック線図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるクーリング装置の内部構造の断面図である。
【図７】図６のクーリング装置の制御系を示したブロック線図である。
【図８】加熱板の温度特性を示すグラフである。
【図９】冷却板の温度特性を示すグラフ線の要部を拡大して示したグラフである。
【図１０】冷却板の温度特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の加熱処理の実施例において，リカバリータイムの特性を示す表である。
【図１２】図１１の表に基づいて作成したリカバリータイムの特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の加熱処理の実施例において，オーバーシュート量の特性を示す表である。
【図１４】図１３の表に基づいて作成したオーバーシュート量の特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の加熱処理の実施例において，ウェハのばらつき３σの特性を示す表である。
【図１６】図１５の表に基づいて作成したウェハのばらつき３σの特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の加熱処理の実施例において，加熱板のばらつき３σを示す表である。
【図１８】図１７の表に基づいて作成した加熱板のばらつき３σの特性を示すグラフである。
【図１９】本発明の冷却処理の第１の実施例において，リカバリータイムの特性を示す表である。
【図２０】本発明の冷却処理の第２の実施例において，リカバリータイムの特性を示す表である。
【図２１】ウェハ初期温度に対するピーク温度及び到達時間との関係を示す表である。
【図２２】従来の加熱板の温度特性を示すグラフである。
【図２３】従来の冷却板の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 塗布現像処理装置
３４，３５，３６，３７，４４，４５，４６，４７ ベーキング装置
３０，４０，４３ クーリング装置
６０ 加熱板
６１ ヒータ
６２，１０３ 温度制御手段
６３，１０５ ＰＩＤ制御パラメータ変更手段
１００ 冷却板
１０１ ペルチェ素子
１０４ 温度センサ
Ｗ ウェハ
Claims (4)
- 基板を冷却処理する装置であって，
基板が載置される冷却板と，
前記冷却板を所定の温度に調整する冷却温度調整体と，
前記冷却温度調整体の温度を伝達関数に従って制御する温度制御手段と，
前記冷却板に取り付けられた温度センサと，
冷却対象となる基板を前記冷却板に載置した後の前記温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータの設定を変更する制御パラメータ変更手段とを備えていることを特徴とする，冷却処理装置。 - 基板を冷却処理する装置であって，
基板が載置される冷却板と，
前記冷却板を所定の温度に調整する冷却温度調整体と，
前記冷却温度調整体の温度を次の関係式（２）
で表される伝達関数に従って制御する温度制御手段と，
前記冷却板に取り付けられた温度センサと，
冷却対象となる基板を前記冷却板に載置した後の前記温度センサによって検出された冷却板の温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更する制御パラメータ変更手段とを備えていることを特徴とする，冷却処理装置。 - 基板を冷却板に載置し，該冷却板の温度を伝達関数に従って制御して該基板を所定の温度に冷却処理する方法であって，
前記基板を前記冷却板に載置したときの，この基板によって前記冷却板が昇温してピーク温度に達した際の該ピーク温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータの設定を変更する工程とを有していることを特徴とする，冷却処理方法。 - 基板を冷却処理する方法であって
基板を冷却板に載置する工程と，
前記冷却板の温度を次の関係式（２）
で表される伝達関数に従って制御し，基板を所定の温度に冷却処理する工程と，
前記基板を前記冷却板に載置した際ときの，この基板によって前記冷却板が昇温してピーク温度に達した際の該ピーク温度に基づいて，前記伝達関数の制御パラメータ中の比例動作係数，積分時間又は微分時間のうちの少なくとも何れか一つの設定を変更する工程とを有していることを特徴とする，冷却処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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