JPH08236414A

JPH08236414A - 基板冷却装置

Info

Publication number: JPH08236414A
Application number: JP6508495A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mizohata; 保▲廣▼ 溝畑; Sanenobu Matsunaga; 実信松永
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】基板を高速で冷却して冷却時間を短縮するこ
とができできる基板冷却装置を提供する。【構成】ペルチェ素子を備えた冷却プレートに基板を
載置することにより、基板を冷却する基板冷却装置にお
いて、制御部によって、冷却プレートに基板が載置され
ると、プレート温度センサで検出されたプレート温度Ｔ
_Pが読み込まれ、プレート温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_Kより
も高くなれば、目標温度Ｔ_Sよりも低い温度になるよう
にペルチェ素子が最大冷却出力で制御され、次いで、プ
レート温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_Kよりも低くなれば、目標
温度Ｔ_Sになるようにペルチェ素子が切り換え制御され
る。これにより、基板を目標温度Ｔ_Sに高速に冷却する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ、フォト
マスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基板、
光ディスク用の基板等の基板を、フォトリソグラフィー
工程の中で、フォトレジスト液塗布や現像工程の前後に
おいて高温に加熱処理された基板を常温付近の目標温度
に冷却するために、冷却手段を備えた冷却プレートに基
板を接触載置または近接載置することにより、基板を冷
却する基板冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の基板冷却装置として、例えば、
図７に示すような装置が知られている。この装置は、処
理室１００内に設けられ、伝熱プレート１０１とペルチ
ェ素子１０２と放熱板１０３とからなる冷却プレート１
０４と、その冷却プレート１０４に形成した貫通孔１０
４ａを通じて昇降可能に設けられた複数本の基板支持ピ
ン１０５と、各基板支持ピン１０５を昇降させるエアシ
リンダ１０６とを備えている。高温状態の基板Ｗを冷却
する際には、各基板支持ピン１０５を上昇させた状態で
基板搬送ロボット（図示せず）により基板Ｗの搬入を行
い、そして、各基板支持ピン１０５を下降させることに
より、基板Ｗを冷却プレート１０４の上に載置して基板
Ｗの冷却が開始されるようになっている。この時、比例
微積分（ＰＩＤ）制御などによってペルチェ素子１０２
を駆動することにより、図８のタイムチャートに示すよ
うに、冷却プレート１０４のプレート温度Ｔ_Pを基板Ｗ
を冷却すべき目標温度Ｔ_Sと同じ温度に維持するように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな基板冷却装置では、図８に示すように、冷却開始時
刻ｔ₁において高温の基板Ｗが冷却プレート１０４に載
置されると、基板Ｗの基板温度Ｔ_Wに引っ張られて、プ
レート温度Ｔ_Pが一時的に上昇する。もちろんこのと
き、冷却プレート１０４のペルチェ素子１０２は、ＰＩ
Ｄ制御により冷却の目標温度Ｔ_Sになるように制御され
るのであるが、しかしながらその場合でも、ペルチェ素
子１０２の冷却能力をいくらでも大きくすることができ
るわけではないので、冷却プレート１０４の温度が一時
的に冷却の目標温度Ｔ_Sよりも高くなってしまうことは
避けがたい。従って、プレート温度Ｔ_Pが目標温度Ｔ_S
に戻るまでの時間ｔ_Pが長くなるので、基板Ｗを目標温
度Ｔ_Sまで冷却する時間ｔ_Wも長くなり、その結果、装
置全体のスループットが低下するという欠点がある。

【０００４】また、基板Ｗをすみやかに所望の温度に安
定させるためには、所望の目標温度Ｔ_S近くの温度まで
冷却した後も、冷却プレート１０４と基板Ｗの温度差を
できるだけ大きくし、かつその両方を目標温度Ｔ_Sに同
時に漸近させるように制御するのが望ましい。

【０００５】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、基板を高速で冷却して冷却時間を短縮
することができる基板冷却装置を提供することを目的と
する。

【０００６】また、本発明は基板を目標温度まで高速で
冷却でき、かつすみやかに所望の温度に安定させること
ができる基板冷却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】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、本発明の請求項１に係る基板冷却装置は、冷却手段
を備えた冷却プレートに基板を接触載置または近接載置
することにより、基板を冷却する基板冷却装置におい
て、前記冷却プレートの温度を検出する測温手段と、基
板を冷却すべき目標温度を記憶する目標温度記憶手段
と、前記目標温度よりも高い温度に設定された境界温度
を記憶する境界温度記憶手段と、前記冷却プレートに基
板が載置されると、前記測温手段で検出された前記冷却
プレートの温度を読み込み、読み込んだ前記冷却プレー
トの温度と、前記境界温度記憶手段に記憶された境界温
度とを比較し、前記冷却プレートの温度が前記境界温度
よりも高い時には前記冷却手段を最大冷却出力で制御
し、前記冷却プレートの温度が前記境界温度よりも低い
時には、前記目標温度記憶手段から目標温度を呼び出
し、前記冷却プレートの温度が前記目標温度になるよう
に前記冷却手段を切り換え制御する制御手段と、を備え
たものである。

【０００８】また、請求項２に係る基板冷却装置は、前
記測温手段の温度検出動作を前記冷却手段の制御に対し
て遅延させる遅延手段をさらに備えたものである。

【０００９】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。請求項１の
発明によれば、冷却プレートに基板が載置されると、基
板の温度は急速に下降し、一方、冷却プレートの温度
は、基板の温度に引っ張られて一次的に上昇する。この
際、制御手段によって、測温手段で検出された冷却プレ
ートの温度が読み込まれ、この冷却プレートの温度と境
界温度記憶手段に記憶された境界温度とが比較される。
そして、冷却プレートの温度が境界温度よりも高くなれ
ば、冷却手段がその最大冷却出力で制御される。これに
より、冷却プレートは冷却処理の初期においては強力に
冷却され、基板の温度に引っ張られる冷却プレートの温
度上昇が抑えられて速く回復することになる。これに伴
って基板の温度も高速に下降することになる。

【００１０】そして、冷却プレートの温度が下降して境
界温度よりも低くなれば、目標温度記憶手段から目標温
度を呼び出し、冷却プレートの温度が目標温度になるよ
うに冷却手段が切り換えられる。これにより、冷却プレ
ートの温度と基板の温度とが目標温度に収束することに
なり、基板は目標温度に速やかに安定して冷却される。

【００１１】また、請求項２の発明によれば、冷却手段
の冷却により冷却手段の温度が境界温度に達しても、測
温手段の温度検出動作は遅延手段により遅延されている
ので、冷却手段は境界温度よりも低温まで最大冷却出力
で駆動され、冷却プレートも境界温度よりも低温まで冷
却されることになる。そして、その冷却の間に測温手段
が境界温度よりも低い温度を検出し、冷却手段は基板を
冷却すべき目標温度を目標とした制御に切り換えられ
る。この間の冷却処理においては、冷却プレートと基板
との温度差が比較的大きくなり、また、その両方の温度
が目標温度にほぼ同時に漸近することになり、基板はす
みやかにかつ所望の温度に安定して冷却される。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１３】図１は、本発明に係る基板冷却装置の実施
例を示す全体縦断面図であり、図２はその要部の平面図
である。ハウジング１内の下方に基板冷却装置２が設け
られ、その上方に基板加熱装置３が設けられている。

【００１４】基板冷却装置２は、処理室４内に冷却プレ
ート５を設けるとともに、その冷却プレート５に形成し
た貫通孔６を通じて複数本の基板支持ピン７を昇降可能
に設け、更に、図２に示すように、冷却プレート５上
に、冷却プレート５の表面と基板Ｗとの間に均一冷却の
ための所定の隙間（プロキシミティギャップ）を形成す
る複数個のプロキシミティボール８を設けて構成されて
いる。

【００１５】各基板支持ピン７を一体的に保持した支持
部材９にエアシリンダ１０が連動連結され、そのエアシ
リンダ１０の伸縮によって基板支持ピン７が昇降される
ように構成されている。各基板支持ピン７を上昇させた
状態で基板搬送ロボット（図示せず）により基板Ｗの搬
入・搬出を行い、そして、各基板支持ピン７を下降させ
ることにより、基板Ｗを冷却プレート５上の各プロキシ
ミティボール８に載置して支持できるようになってい
る。

【００１６】冷却プレート５は、基板Ｗを載置するアル
ミニウム製の伝熱プレート１１と、給水管１２および排
水管１３を接続したアルミニウム製の水冷式の放熱板１
４と、伝熱プレート１１と放熱板１４との間に介在され
た冷却手段としての急冷用のペルチェ素子１５とから構
成されている。放熱板１４は、ペルチェ素子１５の熱を
放熱するためのものである。伝熱プレート１１の中央箇
所近くにペルチェ素子１５によって冷却される冷却プレ
ート５のプレート温度Ｔ_Pを測定する測温手段としての
プレート温度センサ１６が設けられている。なお、ペル
チェ素子１５は、その素子に許容される最大の電流を供
給してその最大冷却出力で駆動したとき、冷却プレート
５を基板の冷却の目標温度Ｔ_Sよりも十分に低い温度ま
で冷却する能力を有するものが使用される。また、ペル
チェ素子１５とプレート温度センサ１６との位置関係は
後述する。

【００１７】次に、図３のブロック図を参照して制御系
の構成を説明する。図３に示すように、プレート温度セ
ンサ１６、後述する各設定値を入力する入力部２０、基
板Ｗの送り出し信号を出力する搬送制御部２１それぞれ
が制御部２２に接続されるとともに、この制御部２２
に、電磁弁１７などを介してエアシリンダ１０を駆動す
る基板昇降駆動部２７と、ペルチェ素子１５に対する冷
却駆動部２８とが接続されている。

【００１８】入力部２０では、オペレータがキーボード
等から冷却プレート５の設定温度等の必要な各設定値を
入力することにより、その入力された各設定値を制御部
２２に出力して設定するようになっている。各設定値に
ついては後述する。

【００１９】搬送制御部２１では、例えば、基板搬送ロ
ボットによって搬入されてきた基板Ｗが冷却プレート５
の上方に上昇された基板支持ピン７に載置されるタイミ
ングを予め時間管理しておき、そのタイミングがきた
ら、基板Ｗが基板支持ピン７に載置されたとみなして基
板送り出し信号を制御部２２に出力するようになってい
る。

【００２０】制御部２２には、コントローラ２３と、基
板Ｗを冷却すべき目標温度Ｔ_Sを記憶する目標温度記憶
手段としての目標温度記憶部２４と、目標温度Ｔ_Sより
も高い温度に設定された境界温度Ｔ_Kを記憶する境界温
度記憶手段としての境界温度記憶部２５と、冷却プレー
ト５のプレート温度Ｔ_Pを制御する温度制御部２６とが
備えられている。

【００２１】コントローラ２３は、入力部２０から与え
られた目標温度Ｔ_Sを目標温度記憶部２４に、境界温度
Ｔ_Kを境界温度記憶部２５に、それぞれ記憶させるとと
もに、目標温度Ｔ_Sを温度制御部２６に設定する。ま
た、温度制御部２６を介してプレート温度Ｔ_Pを読み出
し、境界温度記憶部２５に記憶された境界温度Ｔ_Kに基
づいて温度制御部２６の制御を切り換えるものである。
また、上記した搬送制御部２１からの基板送り出し信号
に応答して、基板昇降駆動部２７に基板支持ピン７を昇
降させるためのピン下降指令やピン上昇指令を出力する
ものである。すなわち、入力部２０から入力された温度
値データ（詳細は後述する）から境界温度Ｔ_kを算出す
る算出機能と、入力された目標温度Ｔ_Sを目標温度記憶
部２４に、算出した境界温度Ｔ_kを境界温度記憶部２５
に、それぞれ記憶させる書き込み機能と、プレート温度
センサ１６により検出される冷却プレート５の温度Ｔ_P
を読み込んで境界温度記憶部２５に記憶された境界温度
Ｔ_kと比較する比較機能と、その比較の結果、プレート
温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_kよりも高いときには後述する温
度制御部２６に対し最大冷却出力での冷却動作を指示す
る最大出力駆動指示機能と、比較の結果、プレート温度
Ｔ_Pが境界温度Ｔ_k以下のときには後述する温度制御部
２６に対し目標温度記憶部２４に記憶されている目標温
度Ｔ_Sを読み出して後述する温度制御部２６に対しＰＩ
Ｄ制御の目標温度として出力してＰＩＤ制御の開始を指
示するＰＩＤ制御指示機能と、あらかじめ設定した冷却
処理時間ｔ_Eの経過を計時する計時機能と、その計時機
能の計時結果や搬送制御部２１からの基板送り出し信号
に応じて基板昇降制御部２７に基板支持ピン７を昇降さ
せるためのピン下降指令、ピン上昇指令を出力するピン
制御機能とを有する。

【００２２】温度制御部２６も、同じくいわゆるマイク
ロコンピュータよりなる。この温度制御不２６は周知の
ＰＩＤ制御のためのプログラムを内蔵したＰＩＤ制御機
能と、そのような制御は行なわずにペルチェ素子１５を
単純にその最大能力を発揮するよう最大冷却出力で連続
的に駆動する最大出力駆動機能とを有する。この２つの
機能はコントローラ２３の制御により選択される。ＰＩ
Ｄ制御機能においては、プレート温度センサ１６によっ
て計測される冷却プレート５のプレート温度Ｔ_Pを参照
し、冷却駆動部２８に制御信号を出力することにより、
ペルチェ素子１５を所定の目標温度にＰＩＤ制御する。
この温度制御部２６がペルチェ素子１５をＰＩＤ制御す
べき目標温度は、コントローラ２３から出力される設定
温度であり、コントローラ２３から目標温度Ｔ_Sが出力
されたときには、ペルチェ素子１５は目標温度Ｔ_Sとな
るようにＰＩＤ制御される。また、最大出力駆動機能に
おいては、最大冷却出力となるような制御信号を冷却駆
動部２８に出力して、ペルチェ素子１５に対しその素子
に許容される最大の電流を連続的に供給し、ペルチェ素
子１５を最大冷却出力で連続的に駆動する。また、温度
制御部２６はプレート温度センサ１６が計測した冷却プ
レート５のプレート温度Ｔ_Pを常時入力し、コントロー
ラ２３へも伝える。なお、本実施例では、コントローラ
２３や温度制御部２６はそれぞれ単一のマイクロコンピ
ュータにより各機能を実現したが、これらの機能を個別
に有する複数の回路を別個に設けても良い。

【００２３】本実施例の冷却制御は、プレート温度Ｔ_P
が境界温度Ｔ_Kを越えた時にペルチェ素子１５をその最
大冷却出力で駆動し、プレート温度Ｔ_Pの温度上昇を抑
えることにより、基板Ｗを高速で冷却し、且つ目標温度
に正確に冷却するものである。以下に具体的に説明す
る。

【００２４】上記構成による冷却制御動作につき、コン
トローラが実行する制御を示す図４，図５のフローチャ
ートおよび図６のタイムチャートを用いて説明する。図
６において（ａ）は基板支持ピン７の昇降による基板Ｗ
の搬送タイミングを示し、（ｂ）はタイムチャートであ
り、基板Ｗの基板温度Ｔ_Wを実線で、冷却プレート５の
プレート温度Ｔ_Pを破線で、また従来の冷却制御による
基板温度Ｔ’_Wとプレート温度Ｔ’_Pとを二点鎖線で図
示している。なお、冷却開始時刻ｔ₁において、基板Ｗ
が冷却プレート５に載置されて冷却が開始されるが、そ
の直後は基板温度Ｔ_Wは高温であるため、図６の（ｂ）
では、その直後の基板温度Ｔ_W，Ｔ’_Wの記載を省略し
ている。

【００２５】ステップ１：先ず、入力部２０から各設定
値を入力する。各設定値としては、基板Ｗを冷却すべき
目標温度Ｔ_S、目標温度Ｔ_Sに応じた境界温度Ｔ_Kを設
定するためのオフセット値ｍ、基板Ｗの冷却開始時刻ｔ
₁から冷却終了時刻ｔ₂までの基板冷却時間ｔ_E等があ
り、これらは基板Ｗの種類やペルチェ素子１５の能力な
どに応じて予め実験的に決定されるものである。なお、
基板冷却時間ｔ_Eはコントローラ２３の内部のメモリに
記憶される。

【００２６】コントローラ２３は、各設定値のうち目標
温度Ｔ_Sを目標温度記憶部２４に記憶させる。また、目
標温度Ｔ_Sとオフセット値ｍとから境界温度Ｔ_Kを算
出、すなわち、境界温度Ｔ_K＝Ｔ_S＋ｍを算出し、算出
された境界温度Ｔ_Kを境界温度記憶部２５に記憶させ
る。例えば、目標温度Ｔ_S：20℃、オフセット値ｍ：
0.5℃とすると、境界温度Ｔ_Kは目標温度Ｔ_Sよりも少
し高い温度である20.5℃と設定される。このように、入
力された目標温度Ｔ_Sにオフセット値ｍを加える計算に
より境界温度Ｔ_kを算出する方法で境界温度を設定して
いるので、目標温度を変更した場合でも、境界温度はそ
の目標温度に対応した値が自動的に算出されることにな
り、装置の使い勝手に優れている。なお、オフセット値
ｍは、例えば、周囲温度の変化などの通常の外乱影響を
受けて冷却プレート５のプレート温度Ｔ_Pがゆらぎ得る
温度変化量よりも高くなるように設定される。これによ
り、目標温度Ｔ_S近傍の通常の温度領域においては、す
なわち高温の基板が搬入されたとき以外においては、コ
ントローラ２３による制御がＰＩＤ制御から外れること
はなく、冷却プレート５の温度はＰＩＤ制御によって目
標温度Ｔ_Sに良好に調整制御される。また、高温の基板
が搬入されたときには、ペルチェ素子１５を最大冷却出
力で連続的に駆動することになり、基板を高速で冷却で
きる。なお、冷却速度の面では、最大冷却出力での冷却
動作の時間を長く続けることができるよう、オフセット
値ｍが小さく、境界温度Ｔ_kが目標温度Ｔ_Sに近いほど
望ましい。

【００２７】ステップ２：次に、コントローラ２３は、
基板Ｗが冷却プレート５上に載置される以前、すなわち
基板Ｗの冷却開始時刻ｔ₁以前に温度制御部２６に対し
ＰＩＤ制御の目標温度として目標温度Ｔ_Sを設定し、図
６（ｂ）に示すように、冷却プレート５のプレート温度
Ｔ_Pが目標温度Ｔ_Sになるように、ＰＩＤ制御によって
ペルチェ素子１５を駆動する。その結果、基板Ｗが冷却
プレート５に載置される以前では、冷却プレート５のプ
レート温度Ｔ_Pが予め基板を冷却すべき目標温度Ｔ_Sに
保たれていることになる。

【００２８】ステップ３，４，５：次に、コントローラ
２３は、搬送制御部２１から基板送り出し信号が出され
たかどうかを判断する。すなわち、基板Ｗが基板支持ピ
ン７に搬入されたかどうかを判断する。基板Ｗが基板支
持ピン７上に搬入されると、コントローラ２３は、基板
昇降駆動部２７にピン下降指令を出し、エアシリンダ１
０の収縮によって基板支持ピン７が下降されて基板Ｗが
冷却プレート５上の各プロキシミティボール８に載置さ
れる。これにより、基板Ｗ₁は冷却プレート５上に近接
載置され、このときから基板Ｗ₁の冷却動作が開始され
る（時刻ｔ₁）。コントローラ２３は、ピン下降が完了
したかどうかを判断し、完了すると次のステップ６に移
行する。

【００２９】ステップ６，７：基板Ｗの冷却が開始され
ると、コントローラ２３は、温度制御部２６を介してプ
レート温度センサ１６で計測される冷却プレート５のプ
レート温度Ｔ_Pを順次読み込む。冷却プレート５に基板
Ｗが載置されると、図６（ｂ）に示すように、基板Ｗの
基板温度Ｔ_Wは急速に下降し始めるが、プレート温度Ｔ
_Pは基板温度Ｔ_Wに引っ張られて一時的に上昇すること
になる。そこで、コントローラ２３は、上昇するプレー
ト温度Ｔ_Pを読み込んで、このプレート温度Ｔ_Pと、境
界温度記憶部２５に記憶させた境界温度Ｔ_Kとを比較す
ることにより、プレート温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_Kを越え
たかどうかを判断している。そして、プレート温度Ｔ_P
が境界温度Ｔ_Kを越えると、すなわち、プレート温度Ｔ
_Pが境界温度Ｔ_Kよりも高くなれば、次のステップ８に
移行する。

【００３０】ステップ８：コントローラ２３は、ペルチ
ェ素子１５をその最大冷却出力で駆動するように、温度
制御部２６の制御を切り換える。すなわち、図６（ｂ）
に示すように、プレート温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_Kに達し
た時点ｔ_K1を越えると、温度制御部２６は、ペルチェ素
子１５をその最大冷却出力で駆動する。これにより、ペ
ルチェ素子１５は冷却プレート５を強力に冷却し、高温
である基板温度Ｔ_Wに引っ張られるプレート温度Ｔ_Pの
上昇温度Ｔ_Hが抑えられることになり、ｔ_H点にて、プ
レート温度Ｔ_Pは再び下降を開始する。このように、プ
レート温度Ｔ_Pの上昇が、プレート温度Ｔ’_Pの温度上
昇に比べて低く抑えられるので、プレート温度Ｔ_Pが速
く回復することになり、これに伴って基板温度Ｔ_Wも、
基板温度Ｔ’_Wに比べて高速に冷却される。

【００３１】この間もステップ６に戻り、冷却プレート
５の下降するプレート温度Ｔ_Pを順次読み込み、プレー
ト温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_Kに達すると、すなわち、プレ
ート温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_K以下になれば、次のステッ
プ９に移行する。

【００３２】ステップ９：ステップ２と同様に、コント
ローラ２３は、温度制御部２６に目標温度Ｔ_Sを設定す
る。すなわち、図６（ｂ）に示すように、プレート温度
Ｔ_Pが境界温度Ｔ_Kに達した時刻ｔ_K2において、温度制
御部２６は冷却プレート５のプレート温度Ｔ_Pが目標温
度Ｔ_Sになるように、ＰＩＤ制御によってペルチェ素子
１５を駆動する。

【００３３】プレート温度センサ１６で計測されるプレ
ート温度Ｔ_Pが境界温度Ｔ_Kに達した時刻ｔ_K2で、ペル
チェ素子１５の駆動が目標温度Ｔ_Sを目標としたＰＩＤ
制御に切り換えられるが、プレート温度センサ１６の設
置位置は、その温度検出動作がペルチェ素子１５に対し
て温度制御に適度の遅れが生じるように設定されてい
る。すなわち、図６（ｂ）に示すように、プレート温度
Ｔ_Pが、目標温度Ｔ_Sを過ぎてそれよりも低い温度Ｔ_L
まで下降した後、再び上昇して目標温度Ｔ_Sになるよう
に、上記したプレート温度センサ１６は、ペルチェ素子
１５から離れた位置で、冷却プレート５の表面に近い位
置に配置されている。この位置は予め実験的に決定され
るものである。すなわち、このペルチェ素子１５とプレ
ート温度センサ１６との間に存する冷却プレート５自体
が遅延手段に相当する。ペルチェ素子１５の冷却により
ペルチェ素子１５の温度が境界温度Ｔ_kに達しても、プ
レート温度センサ１６の温度検出動作はその配置位置の
ために遅延されているので、ペルチェ素子１５は境界温
度Ｔ_kよりも低温まで最大冷却出力で駆動され、冷却プ
レート５の表面も若干遅れても境界温度よりも低温まで
冷却される。そして、その冷却の間にプレート温度セン
サ１６が境界温度Ｔ_kよりも低い温度を検出し、ペルチ
ェ素子１５は目標温度Ｔ_Sを目標とした制御に切り換え
られる。なお、図６中で、Ｐはペルチェ素子１５の温度
変化を示し、ｔ_Dはプレート温度センサ１６の設置位置
による制御遅れの遅延時間を示す。

【００３４】そして、このようなペルチェ素子１５の最
大冷却出力での連続的駆動とプレート温度センサ１６の
設置位置による適度の制御遅れにより、冷却プレート５
のプレート温度Ｔ_Pは目標温度Ｔ_Sよりも一時的に低く
なるが、基板温度Ｔ_Wは、基板Ｗと冷却プレート５との
間の熱伝達の遅れにより、目標温度Ｔ_Sにまでは低下し
ていない。そして、その後、目標温度Ｔ_Sよりも低くな
っていたプレート温度Ｔ_PがＰＩＤ制御により下方から
目標温度Ｔ_Sに漸近し、それとほぼ同時に、低下してき
た基板温度Ｔ_Wも目標温度Ｔ_Sに収束し、冷却時刻ｔ₂
において、プレート温度Ｔ_Pと基板温度Ｔ_Wとが互いに
目標温度に収束することになり、基板温度Ｔ_Wが目標温
度Ｔ_S以下に冷やされ過ぎることなく精度良く冷却され
る。この際、ｔ_L時点において、プレート温度Ｔ_Pと基
板温度Ｔ_Wの温度差ΔＴ_S2が、従来の目標温度Ｔ_Sと基
板温度Ｔ_Wとの温度差ΔＴ_S1に比べて大きいので、熱が
速く移動することになり、これに伴って基板温度Ｔ_Wも
目標温度Ｔ_Sに速く到達することになる。従って、従っ
て、基板Ｗを目標温度Ｔ_Sまで冷却する時間を短縮で
き、装置全体のスループットを向上させることができ、
また、基板温度Ｔ_Wを早く目標温度Ｔ_Sに安定させるこ
とができる。なお、本実施例ては、基板Ｗと冷却プレー
ト５との間の熱伝達の遅れが、両者の間にプロキシミテ
ィギャップが形成されていることもあって比較的大き
く、その熱伝達の遅れの間にプレート温度Ｔ_Pを目標温
度Ｔ_Sよりも低くさせることで、冷却の高速化を実現し
ており、プレート温度Ｔ_Pと基板温度Ｔ_Wの両者がほぼ
同時に目標温度Ｔ_Sに収束して早く安定するようにＰＩ
Ｄ制御の各種パラメータを設定していた。なお、基板Ｗ
を冷却プレート５に直接載置して両者を密着させて冷却
する場合でも、両者の間に熱伝達の遅れがあれば、同様
の制御を行なうことができる。

【００３５】図４，図５のフローチャートに戻る。ステップ１０，１１，１２：次に、コントローラ２３
は、予め設定された基板冷却時間ｔ_Eがタイムアップし
たか否か判断する。なお、基板冷却時間ｔ_Eは、基板Ｗ
の初期温度のバラツキ等を考慮して少し長めに設定され
る。基板冷却時間ｔ_Eがタイムアップすると、冷却終了
時刻ｔ₂において、コントローラ２３は、基板昇降駆動
部２８にピン上昇指令を出し、エアシリンダ１０の伸長
によって基板支持ピン７を上昇させる。これにより、基
板Ｗは冷却プレート５の上方に持ち上げられて冷却が終
了する。そして、ステップ３に戻って、次の基板Ｗが冷
却プレート５に載置されるまで、冷却プレート５のプレ
ート温度Ｔ_Pを目標温度Ｔ_Sに保持しておく。これらの
動作を繰り返すことにより、複数枚の基板Ｗに対して、
目標温度Ｔ_S例えば20℃の常温まで冷却してから次の処
理工程へと移載していくのである。

【００３６】なお、上記実施例では、基板Ｗが冷却プレ
ート５に載置される前に、目標温度Ｔ_Sになるように制
御しているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、プレート温度Ｔ_Pが目標温度Ｔ_Sよりも低
い温度になるようにしても良い。すなわち、冷却プレー
ト５を、基板Ｗを冷却すべき目標温度よりも低い温度に
なるように設定することにより、基板Ｗの冷却開始時に
おいて、基板温度Ｔ_Wとプレート温度Ｔ_Pとの温度差が
大きく、基板温度Ｔ_Wは目標温度よりも低い温度に向か
ってより高速に冷却される。

【００３７】また、上記実施例では、プレート温度Ｔ_P
が境界温度Ｔ_Kよりも低い場合にはペルチェ素子１５を
ＰＩＤ制御で駆動しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば、オン・オフ制御するものでも
良く、要するに、冷却プレート５をそのプレート温度Ｔ
_Pが目標温度Ｔ_Sになるように、それらの設定温度を目
標として駆動するものであれば良い。

【００３８】また、上記実施例では、搬送制御部２１か
らの基板送り出し信号を判別することにより、基板Ｗが
冷却プレート５上に搬入されたかどうかを検出している
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、
プレート温度センサ１６を用いて所定の設定温度と比較
して基板Ｗが冷却プレート５上に搬入されたかどうかを
検出するようにしても良い。すなわち、基板Ｗが搬入さ
れると冷却プレート５も少なからず昇温するので、その
ことにより搬入を検知するようにしても良い。

【００３９】また、上記実施例では、基板Ｗを冷却プレ
ート５上の各プロキシミティボール８に載置している
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、
プロキシミティボール８を設けずに基板Ｗを冷却プレー
ト５上に直接載置するようにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、冷却プレートの温度が境界温度より
も高くなれば、制御手段によって冷却手段が最大冷却出
力で駆動制御されるので、冷却プレートの温度上昇が抑
えられて速く回復することになり、基板を高速に冷却す
ることができる。従って、基板を目標温度まで冷却する
時間を短縮でき、装置全体のスループットを向上させる
ことができる。

【００４１】また、請求項２の発明によれば、測温手段
の温度検出動作は遅延手段より遅延されているので、冷
却手段は境界温度よりも低温まで最大冷却出力で駆動さ
れ、冷却プレートも境界温度よりも低温まで冷却され、
その後、冷却手段は目標温度を目標とした制御に切り換
えられるので、この間、冷却プレートと基板との温度差
が比較的大きくなり、また、その両方の温度が目標温度
にほぼ同時に漸近することになり、基板をすみやかにか
つ所望の温度に安定して冷却することができる。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板冷却装置の実施例を示す全体
縦断面図である。

【図２】図１の要部の平面図である。

【図３】ブロック図である。

【図４】制御動作のフローチャートである。

【図５】制御動作のフローチャートである。

【図６】タイムチャートである。

【図７】従来装置の概略縦断面図である。

【図８】従来装置のタイムチャートである。

【符号の説明】

２…基板冷却装置４…処理室５…冷却プレート７…基板支持ピン１３…エアシリンダ１４…放熱板１５…ペルチェ素子（冷却手段）１６…プレート温度センサ（測温手段）１８…放熱水温度センサ２０…入力部２１…搬送制御部２２…制御部（制御手段）２３…コントローラ２４…目標温度記憶部（目標温度記憶手段）２５…境界温度記憶部（境界温度記憶手段）２６…温度制御部２７…冷却駆動部２８…基板昇降駆動部Ｗ…基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却手段を備えた冷却プレートに基板を
接触載置または近接載置することにより、基板を冷却す
る基板冷却装置において、前記冷却プレートの温度を検出する測温手段と、基板を冷却すべき目標温度を記憶する目標温度記憶手段
と、前記目標温度よりも高い温度に設定された境界温度を記
憶する境界温度記憶手段と、前記冷却プレートに基板が載置されると、前記測温手段
で検出された前記冷却プレートの温度を読み込み、読み
込んだ前記冷却プレートの温度と、前記境界温度記憶手
段に記憶された境界温度とを比較し、前記冷却プレート
の温度が前記境界温度よりも高い時には前記冷却手段を
最大冷却出力で制御し、前記冷却プレートの温度が前記
境界温度よりも低い時には、前記目標温度記憶手段から
目標温度を呼び出し、前記冷却プレートの温度が前記目
標温度になるように前記冷却手段を切り換え制御する制
御手段と、を備えたことを特徴する基板冷却装置。
【請求項２】前記測温手段の温度検出動作を前記冷却
手段の制御に対して遅延させる遅延手段をさらに備えた
請求項１に記載の基板冷却装置。