JP3979764B2 - 基板熱処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、円形の半導体ウエハやガラス基板(以下、単に基板と称する)に対して熱処理を施す基板熱処理装置に係り、特に、載置台の熱容量を小さくするためにヒートパイプ構造を採用した装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
従来、この種の装置として、例えば、ヒートパイプ構造の載置台と、この載置台に付設されたヒータと、載置台に付設された冷却プレートと、この冷却プレートに冷却媒体を供給する供給配管とを備えたものが挙げられる。
【0004】
このような構成の基板熱処理装置は、載置台の熱容量が小さくなっているので、ヒータによる加熱や冷却が急速に行えるとともに温度の面内均一性を高めることができるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
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。
すなわち、従来の装置では、載置台を冷却する際に供給配管に冷却媒体を流通させると、熱容量の小さな載置台が冷え過ぎることが多く、ヒータによる加熱と冷却プレートによる冷却を交互に頻繁に行う必要が生じて、冷却時における温度制御が複雑になるという問題がある。
【0006】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷却媒体の供給を工夫することにより、冷却時の温度制御を簡単化する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。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、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に記載の基板熱処理装置は、基板を載置して熱処理を施す基板熱処理装置において、基板を載置する載置面の下部に内部空間を有する偏平部と、偏平部の下面に形成され、前記内部空間に連通した作動液室とを有するヒートパイプ構造の載置台と、前記載置台内で作動液を加熱する加熱手段と、前記載置台に付設されて前記載置台内の作動液の蒸気を冷却する冷却手段と、前記冷却手段に冷却媒体を供給する供給配管と、冷却時にのみ前記供給配管に冷却媒体を流通させ、冷却温度に対して所定の偏差内にまで温度が低下した場合には前記供給配管への冷却媒体の供給を停止させる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【0008】
また、請求項2に記載の基板熱処理装置は、請求項1に記載の基板熱処理装置において、前記冷却手段は、平面視にて前記載置台の中央部に付設されていることを特徴とするものである。
【0009】
また、請求項3に載の基板熱処理装置は、請求項1または2に記載の基板熱処理装置において、前記冷却手段から冷却媒体を排出する排出配管を備えるとともに、冷却媒体の吸熱を行うタンクと、前記排出配管を通って排出された冷却媒体を前記タンクに導く回収配管と、前記供給配管に連通接続され、前記タンク内の冷却媒体を送出する送出配管と、を備えた熱交換器を備え、前記制御手段が冷却媒体の供給を停止させる際には前記送出配管と前記回収配管とをバイパスして冷却媒体を前記熱交換器内で循環させることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】
請求項1に記載の発明によれば、加熱手段が載置台内で作動液を加熱することで加熱された載置台上の基板を、供給配管に冷却媒体を供給して載置台内の作動液の蒸気を冷却することで冷却手段によって基板を冷却する際に、冷却温度に対して所定の偏差内にまで温度が低下した時点で制御手段が供給配管への冷却媒体の供給を停止させる。したがって、その後は冷却媒体が供給されない状態での温度低下となって緩やかな温度変化となる。
【0011】
また、請求項2に記載の発明によれば、載置台の周辺部からは自然放熱によっても冷却される一方、中央部は熱が放射されにくいので、冷却手段を中央部に設けることにより冷却効率を高めることができる。
【0012】
また、請求項3に記載の発明によれば、制御手段が冷却媒体の供給を停止させた際に、送出配管と回収配管とをバイパスして冷却媒体を熱交換器の内部で循環させることにより冷却媒体の吸熱をタンクで継続することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図1は実施例に係る基板熱処理装置の概略構成を示した図であり、図2は載置台の平面図であり、図3は冷却プレートの平面図である。
【0014】
載置台1は、ヒートパイプ構造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、その上面に当たる載置面1aには基板Wが載置される。載置面1aには図示しない金属製の小球が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。
【0015】
載置台1の上部にある扁平部3は、その内部に空洞が形成されている。その内部空間3aは、ヒートパイプ構造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3bが立設されている。
【0016】
扁平部3の下面には、凹部を有する二つの作動液室5が、平面視で中央部を挟む形で設けられている。これらの作動液室5には、加熱手段に相当するヒータ7が内蔵されているとともに作動液9が貯留されている。作動液9としては、例えば、水が例示される。
【0017】
また、作動液室5と扁平部3の内部空間3a とは連通しており、載置台1はヒートパイプ構造となっている。すなわち、作動液9の蒸気が内部空間3aを移動したり蒸発潜熱の授受を行うことによって熱移動を行うのである。
【0018】
平面視における扁平部3の中央部、つまり二つの作動液室5によって挟まれている位置には、本発明における冷却手段に相当する冷却プレート11が取り付けられている。
【0019】
この冷却プレート11は、例えば、熱伝導率が高い二枚の金属板を張り合わせてなり、それらの合わせ面には流路11aが削設されている。流路11aは、流路長を極力長くするために蛇行して形成されているととともに、冷却プレート11の中央部に形成された流入口11bと、その横に形成された流出口11cとに連通している。
【0020】
載置台1aの中央部は周辺部に比較して熱が放射されにくいが、このように冷却プレート11を中央部に設けることにより冷却効率を高めることができる。したがって、効率的に吸熱を行うことができて急冷処理が可能となっている。
【0021】
上述した冷却プレート11の流入口11b には供給配管13が取り付けられている一方、流出口11c には排出配管15が取り付けられている。供給配管13と排出配管15とは、熱交換器17に接続されている。
【0022】
熱交換器17は、冷却媒体を貯留するとともに冷却水供給配管19によって冷却媒体を冷却温度Tにまで冷却するためのタンク21と、供給配管13に連通接続された送出配管22に対して冷却媒体をタンク21から送り出すポンプ23と、排出配管15を通って排出された冷却媒体をタンク21に導く回収配管25と、ポンプ23から送り出された冷却媒体の圧力が一定値を越えると、送出配管22と回収配管25とをバイパスするための逃がし弁27とを備えている。
【0023】
なお、近年におけるエキシマレーザ対応の加熱処理では、加熱温度が70〜150℃の範囲で設定されることが多い。そのため冷却媒体としては、フッ素樹脂系オイルが好ましく、具体的にはパーフルオロポリエーテルが好ましい。より具体的には、GALDEN HT200(イタリア アウジモント社(AUSIMONT)) という商品名で商品化されている冷却媒体が挙げられる。
【0024】
ところで、冷却媒体として水を用いた場合は、基板Wの加熱温度が水の沸点を超えることがあるので、水蒸気爆発などの恐れがあって供給配管13や排出配管15、冷却プレート11などに、それに耐えうるだけの強度をもたせる必要がある。すると必然的に載置台1の熱容量が大きくなって降温性能が低下するという問題がある。しかし、このパーフルオロポリエーテルは沸点が200℃程度あるので、水同様に液漏れしたとしても人体に対して安全でありながら、そのような問題が生じない。
【0025】
供給配管13と送出配管22との間には、電磁開閉弁29が配備されている。この電磁開閉弁29は、本発明における制御手段に相当するコントローラ31によって開閉が制御される。
【0026】
コントローラ31は、載置面1aにおける基板Wの温度が測定可能なように載置台1に埋設された温度計33からの温度情報に基づいて、ヒータ7に交流電源を接続するための電源スイッチ35をオンオフ制御する。
【0027】
次に、図4のフローチャートを参照しながら、上述した構成の基板熱処理装置による処理の流れについて説明する。なお、この例では、載置台1の載置面1aの温度を冷却媒体を使って基板を加熱するための新たな設定温度に下降させる場合を例に採って説明することにする。
【0028】
なお、ポンプ23は常時作動しており、冷却配管19にも冷却水が常時循環している。また、初期状態においては、電磁開閉弁29は閉止された状態である。したがって、冷却媒体は、逃がし弁27と回収配管25を通ってタンク21に戻され、冷却水によって冷却された状態となっている。
【0029】
ステップS1
コントローラ31は、電源スイッチ35をオンにしてヒータ7に通電し、所定の加熱温度にまで載置面1aを加熱する。この基板熱処理装置では、載置台1がヒートパイプ構造となっているので、速やかに加熱温度にまで載置面1aの温度が上昇する。
【0030】
ステップS2
載置面1aが加熱温度に達したことを確認した後、図示しない搬送ロボットを使ったりあるいは人手により基板Wを載置面1aに載置する。この時点から基板Wに対する加熱処理が施される。
【0031】
ステップS3
所定時間だけ基板Wを載置面1aに載置して、所定の加熱処理を施した後、図示しない搬送ロボットにより基板Wを搬出し、コントローラ31は電源スイッチ35をオフにしてヒータ7への通電を終了する。
【0032】
ステップS4
コントローラ31は、次に、基板Wを新たな設定温度で処理するため、載置台1の載置面1aの温度を新たな設定温度にするために電磁開閉弁29を開放する。
【0033】
これにより冷却媒体が送出配管22に送り込まれ、冷却媒体の圧力が低下して自動的に逃がし弁27が閉止する。つまり、逃がし弁27によって形成されていたバイパスが閉じることになる。その結果、熱交換器17からの冷却媒体は、供給配管13を通って冷却プレート11内に供給され、載置台1の下面中央部から全体を冷却するように作用する。
【0034】
ステップS5
コントローラ31は、温度計33の温度情報を監視しており、温度が新たな設定温度としての冷却温度Tに近づいたか否かによって処理を分岐する。
【0035】
具体的には、温度情報から得られた載置面1aの温度が、冷却温度Tに対して偏差Ta(例えば、2℃)内にはいるまでステップS5を繰り返し実行し、偏差Ta内にはいったらステップS6に処理を移行する。
【0036】
ステップS6
載置面1aの温度が冷却温度Tの偏差Ta内にはいると、コントローラ31は電磁開閉弁29を閉止する。これにより冷却媒体の冷却プレート11への供給が停止され、後は自然放熱によって冷却温度Tにまで載置面1aの温度が低下してゆくことになる。
【0037】
ところで電磁開閉弁29が閉止されたことにより、送出配管22内の圧力が高まって逃がし弁27が自動的に開放される。これにより再びバイパスが形成され、冷却媒体がタンク21に循環させられて冷却温度Tにまで冷却される。
【0038】
このように冷却媒体の供給を停止させた際に、冷却媒体を熱交換器17の内部で循環させることにより冷却媒体の吸熱を継続することができるので、次に冷却が必要となったときでも急冷に対処することができるようになっているのである。
【0039】
上述したような基板熱処理装置では、冷却温度T付近にまで温度が低下した後は供給配管13への冷却媒体の供給を停止させるようにしたので、その後は冷却媒体が供給されない状態での温度低下となって緩やかな温度変化とすることができる。したがって、熱容量が小さなヒートパイプ構造の載置台1を備えていても冷却時における温度制御を簡単化できる。
【0040】
なお、本発明は、次のように変形実施が可能である。
【0041】
(1)冷却プレート11は載置台1の下面中央部だけでなく、周辺部にも設けるようにしてもよい。また、周辺部が肉厚となっていて中央部よりも温度が低下しにくい場合には、周辺部だけに冷却プレートを設けるようにしてもよい。
【0042】
(2)冷却プレート11に代えて、冷却パイプを採用し、この冷却パイプを載置台1の下面に沿って配備するようにしてもよい。
【0043】
(3)ヒートパイプ構造としては、上述した実施例の形態だけに限定されるものではなく、例えば、柱状を呈するヒートパイプを載置台1の扁平部3内に複数本立設して構成してもよい。特に、冷却時にプレート表面温度を高精度に温調する場合には、減圧された内部空間の内壁面にガラス繊維などのウィック材を貼った構造にするのが好ましい。
【0044】
(4)冷却媒体としては、さらにエチレングリコール、窒素、空気、ヘリウム等も選択可能である。
【0045】
(5)上記実施例では、載置台1の載置面1aの温度を、基板を加熱するための新たな設定温度に下降させる場合として説明したが、本願発明は、例えば、この載置台1によって基板Wを加熱した後、載置台1の載置面1aの温度を所定の冷却温度まで冷却し、基板Wをそのまま冷却する場合にも適用可能である。
【0046】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1に記載の発明によれば、冷却温度に対して所定の偏差内にまで温度が低下した後は供給配管への冷却媒体の供給を停止させるようにしたので、その後は冷却媒体が供給されない状態での温度低下となって緩やかな温度変化とすることができる。したがって、熱容量が小さなヒートパイプ構造の載置台を備えた基板熱処理装置であっても冷却時の温度制御を簡単化することができる。
【0047】
また、請求項2に記載の発明によれば、載置台の中央部は熱が放射されにくいので、冷却手段を中央部に設けることにより冷却効率を高めることができる。したがって、効率的に吸熱を行うことができて急冷処理が可能となる。
【0048】
また、請求項3に記載の発明によれば、冷却媒体の供給を停止させた際に、送出配管と回収配管とをバイパスして冷却媒体を熱交換器の内部で循環させることにより冷却媒体の吸熱をタンクで継続することができるので、次に冷却が必要となったときでも急冷に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係る基板熱処理装置の概略構成図である。
【図2】載置台の平面図である。
【図3】冷却プレートの平面図である。
【図4】動作説明に供するフローチャートである。
【符号の説明】
W … 基板
1 … 載置台
11 … 冷却プレート
13 … 供給配管
15 … 排出配管
17 … 熱交換器
19 … 冷却配管
21 … タンク
25 … 回収配管
27 … 逃がし弁
29 … 電磁開閉弁
31 … コントローラ
Claims (3)
- 基板を載置して熱処理を施す基板熱処理装置において、
基板を載置する載置面の下部に内部空間を有する偏平部と、偏平部の下面に形成され、前記内部空間に連通した作動液室とを有するヒートパイプ構造の載置台と、
前記載置台内で作動液を加熱する加熱手段と、
前記載置台に付設されて前記載置台内の作動液の蒸気を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段に冷却媒体を供給する供給配管と、
冷却時にのみ前記供給配管に冷却媒体を流通させ、冷却温度に対して所定の偏差内にまで温度が低下した場合には前記供給配管への冷却媒体の供給を停止させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする基板熱処理装置。 - 請求項1に記載の基板熱処理装置において、
前記冷却手段は、平面視にて前記載置台の中央部に付設されていることを特徴とする基板熱処理装置。 - 請求項1または2に記載の基板熱処理装置において、
前記冷却手段から冷却媒体を排出する排出配管を備えるとともに、
冷却媒体の吸熱を行うタンクと、
前記排出配管を通って排出された冷却媒体を前記タンクに導く回収配管と、
前記供給配管に連通接続され、前記タンク内の冷却媒体を送出する送出配管と、
を備えた熱交換器を備え、
前記制御手段が冷却媒体の供給を停止させる際には前記送出配管と前記回収配管とをバイパスして冷却媒体を前記熱交換器内で循環させることを特徴とする基板熱処理装置。
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