(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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