(57)【要約】【課題】基板の温度を検知するためのセンサや上位制御系からのタイミングの信号等が不要で、ギャップを縮小した高速冷却可能な基板冷却装置であっても、載置される基板の温度にかかわらず、冷却時間の短縮化が図れる基板冷却装置を提供する。【解決手段】温度制御部は、目標設定温度Ｔ０に応じて基板載置プレートを温度制御する制御プログラムを備えた温度制御機能と、基板載置プレートの温度変化率ｄＴが第１の判定値ｄＴ１を超えた場合に、温度制御の目標値である目標設定温度Ｔ０をより高い第１仮設定温度Ｔ１に変更する目標温度変更機能とを備える。設定された目標設定温度Ｔ０を第１仮設定温度Ｔ１に変更した時点から所定の復帰時間ｔＬ経過後に、元の設定された目標設定温度Ｔ０に戻して温度制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）を僅かのギャップ（Ｓ）を有した載置状態で支持する基板載置プレート（２）と、基板載置プレート（２）の検出温度に応じて基板載置プレート（２）を温度制御するための温度制御部（８）と、温度制御部（８）からの制御信号に応じて基板載置プレート（２）を温度制御する冷却手段（３）（４）とを備え、前記基板（１）を目標温度（Ｔ０）に冷却する基板冷却装置（６）において、
前記温度制御部（８）は、目標温度（Ｔ０）に応じて基板載置プレート（２）を温度制御する制御プログラムを備えた温度制御機能と、基板載置プレート（２）の温度変化率（ｄＴ）が所定の判定値（ｄＴ１）を超えた場合に、温度制御の目標値である目標温度（Ｔ０）をより高い仮の目標温度（Ｔ１）に変更する目標温度変更機能と、を備え、
設定された目標温度（Ｔ０）を仮の目標温度（Ｔ１）に変更した時点から所定の復帰時間（ｔＬ）経過後に、元の設定された目標温度（Ｔ０）に戻して温度制御を行うことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板冷却装置において、
前記温度変化率（ｄＴ）における前記所定の判定値（ｄＴ１）（ｄＴ２）は、段階的に複数が設定され、前記基板載置プレート（２）の温度変化率（ｄＴ）が所定の判定値（ｄＴ１）（ｄＴ２）を超えるたびに前記温度制御の目標値である目標温度（Ｔ０）（Ｔ１）をより高い仮の目標温度（Ｔ１）（Ｔ２）に漸次変更していくことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基板冷却装置において、
前記温度変化率（ｄＴ）における最も高い値の判定値（ｄＴＮ）を超えた場合に、前記冷却手段（３）（４）による冷却出力を最大とし、その冷却出力が最大の所定の最大出力継続時間（ｔｍａｘ）経過後に、前記設定された目標温度（Ｔ０）よりも高い仮の目標温度（ＴＮ）に変更することを特徴とする基板冷却装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の基板冷却装置において、
前記温度変化率（ｄＴ）における最も高い値の判定値（ｄＴＮ）を超えた場合に、前記冷却手段（３）（４）による冷却出力を最大とし、前記基板載置プレート（２）の検出温度が所定の温度以下になった後に、前記設定された目標温度（Ｔ０）よりも高い仮の目標温度に変更することを特徴とする基板冷却装置。
【請求項５】
請求項３に記載の基板冷却装置において、
前記基板載置プレート（２）の温度が所定の判定値（Ｔｘ）を超えた場合に、その判定値（Ｔｘ）を超えてから所定時間（ｔｗ）経過後に検出された温度変化率（ｄＴｙ）が前記所定の判定値（ｄＴ１）（ｄＴ２）（ｄＴＮ）を超えた場合に、設定された目標温度（Ｔ０）よりも高い複数の仮の目標温度から選択して変更、もしくは前記冷却手段（３）（４）による冷却出力が最大で冷却を行うことを特徴とする基板冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板のリソグラフィー工程等で用いられる基板冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ等の基板のリソグラフィー工程において、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制御するための基板冷却装置があり、例えば、図１１に示されるように、基板１を僅かのギャップＳを有した載置状態で支持するための微小な突起２ａ等を有する基板載置プレート２と、基板載置プレート２の下面側に接触状態で配置されると共に、互いに適宜間隔を有して分散配置された複数の熱電モジュール３と、各熱電モジュール３の下面側に接触状態で配置された冷却体としての水冷式熱交換器である水冷ジャケット４とを備えた構造とされていた。
【０００３】
基板１と基板載置プレート２との相互間にこのようなギャップＳを設けるのは、基板１下面に対してゴミが付着するのを防止するためや、基板１面内で大きな温度ムラが発生するのを防止するためである。
【０００４】
また、基板載置プレート２には、基板載置プレート２の温度を検出するためのプレート温度センサ５が装着され、水冷ジャケット４には、冷媒としての冷却水を送給・排出するための送給口４ａや排出口４ｂが備えられていた。
【０００５】
そして、このような構造の基板冷却装置６の基板載置プレート２の突起２ａ上に高温の半導体ウエハ等の基板１が載置されて支持されると、基板載置プレート２に基板１の熱が伝導し、基板載置プレート２に配置されたプレート温度センサ５による検出温度に応じて、各熱電モジュール３に供給する電流がＰＩＤ制御等で制御され、基板載置プレート２は下面側から各熱電モジュール３によって吸熱され、各熱電モジュール３の放熱面が水冷ジャケット４によって冷却され、ここに、温度制御部による各熱電モジュール３の制御により、基板載置プレート２の温度を所望の目標温度に冷却し、間接的に、半導体ウエハ等の基板１の温度を所望の目標温度に冷却制御する構造とされていた。ここに、各熱電モジュール３や水冷ジャケット４により冷却手段が構成されている。
【０００６】
このような半導体ウエハ等の基板１の冷却に際して、熱電素子からなる熱電モジュール３を効率的に利用し、冷却時間をできるだけ短縮するために、種々の冷却制御方法を採用した基板冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１ないし特許文献５参照。）。
【０００７】
即ち、特許文献１によれば、基板搬送部からの信号で得た基板載置時から、最大冷却出力で冷却を行い、または通常の設定温度より低い第２の設定温度を目標に冷却プレートを温度制御し、第２の設定温度に達すると通常の設定温度で冷却プレートを温度制御する方法とされている。
【０００８】
また、特許文献２や特許文献３によれば、通常の設定温度よりも高い境界温度を設定し、プレート温度が境界温度より高くなると最大冷却出力で冷却を行い、プレート温度が境界温度より低くなれば、あるいは低くなった時点から所定の時間が経過すれば、通常の設定温度で冷却プレートを温度制御する方法とされている。
【０００９】
さらに、特許文献４によれば、特許文献１と同様、基板載置時から最大冷却出力で冷却を行い、冷却プレートの昇温ピークを検出し、得られた昇温ピークに対応づけられた通常の設定温度よりも低い第２の設定温度で冷却プレートを温度制御し、プレート温度が第２の設定温度に達すると通常の設定温度で冷却プレートを温度制御する方法とされている。
【００１０】
また、特許文献５によれば、ウエハ温度計測センサによって得たウエハ温度が冷却板の冷却目標設定温度と離れている時に、最大冷却出力で冷却を行い、両者の温度差が所定の差以下になれば、ＰＩＤ制御に切り替える方法とされている。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−２７３９９３号公報
【特許文献２】特開平８−２３６４１４号公報
【特許文献３】特開平７−１２１２４７号公報
【特許文献４】特開平８−２０３７９６号公報
【特許文献５】特開平７−１２１２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、熱電モジュール３の冷却出力を制御する方法による冷却時間の短縮には、限界がある。これは、基板１と基板載置プレート２との相互間のギャップＳによる空気層を通じての熱伝達のほうが、冷却時間に大きく影響するためである。
【００１３】
そこで、載置された基板１と基板載置プレート２との相互間のギャップＳを縮小することにより、高速冷却が可能な基板冷却装置とすることができる。例えば、従来、基板１と基板載置プレート２とのギャップＳの距離が１００μｍ程度であったが、このギャップＳを６０μｍ以下に短縮することにより、基板１の熱を速やかに基板載置プレート２に伝えることができる。
【００１４】
しかしながら、このような基板冷却装置において、上記従来のような制御方法を採用すると、以下のような問題が発生する。
【００１５】
即ち、ギャップＳが小さい基板冷却装置では、基板１の温度は急速に基板載置プレート２の温度に接近する。このため、例え基板１の載置時点から最大出力冷却を開始しても、基板載置プレート２が設定された目標温度に到達するまでに、基板１の温度は基板載置プレート２の温度に到達する。従って、基板載置プレート２を目標温度以下の所定の温度まで冷却すると、図１２に示されるように、基板１も目標温度以下まで冷却されることになり、このアンダーシュートによって却って冷却時間が長くなる。このため、ギャップＳを縮小した基板冷却装置においては、基板載置プレート２の温度を目標温度より低く冷却する制御方法は採用することができない。
【００１６】
また、基板載置プレート２に載置される基板１の温度は、基板１の処理の種類や、加熱終了時から基板冷却装置に載置されるまでの待ち時間によって変化し、常に同じとは限らない。
【００１７】
これに対して、従来の通常のギャップＳの基板冷却装置であれば、基板１の温度が基板載置プレート２の温度に接近するまで時間がかかっていたため、基板載置プレート２の温度が安定するまでに時間に余裕があり、基板１の温度の違いによる影響を吸収することができた。
【００１８】
しかしながら、ギャップＳを縮小した高速冷却タイプの基板冷却装置では、基板１の温度は短時間のうちに基板載置プレート２の温度に接近するため、基板載置プレート２の温度をアンダーシュートさせることなく速やかに目標温度に収束させなければならない。
【００１９】
その際、ある基板１の温度で制御条件を最適化すると、これと異なる温度の基板１を冷却した場合、温度の安定が遅くなり、冷却時間が長くなってしまうという問題がある。
【００２０】
図１３は、２００℃に加熱した基板１の一例としての半導体ウエハを冷却するのに適するような制御条件に調整した後、それよりも加熱温度の低い基板１を載置して冷却した場合の基板１の温度変化を示している。このことから、基板１の温度が低い場合には冷え過ぎによるアンダーシュートが発生し、温度の安定に長い時間がかかることが解る。
【００２１】
また、図１４は、７０℃に加熱した基板１の一例としての半導体ウエハを冷却するのに適するような制御条件に調整した後、それよりも加熱温度の高い基板１を載置して冷却した場合の基板１の温度変化を示している。このことから、載置する基板１の温度が高くなるにつれて大きくアンダーシュートが発生することが解る。
【００２２】
さらに、基板１の温度の違いによる影響を低減するため、基板載置プレート２の温度のピーク温度から設定温度を決定して温度制御する方法もあるが、基板１と基板載置プレート２との相互間のギャップＳが小さい基板冷却装置では、目標とする冷却時間が短いため、基板載置プレート２の温度がピークに達したときには、既に目標冷却時間が近い。従って、基板載置プレート２のピーク温度で最大冷却出力で冷却を行うかどうかを判断したり、設定温度を変更したりしていては、冷却時間に間に合わない。即ち、このような従来の方法では、ギャップＳが小さい高速冷却可能な基板冷却装置に対して、基板１の温度の違いによる影響の問題を解決することができない。
【００２３】
また、基板１の温度を直接検知して制御方法を切り替える方法によれば、基板１の温度を検知するためのセンサを装置に別途に設置する必要があり、コスト上不利であると共にその設置場所が必要となり、配線経路も確保する必要が生じる。
【００２４】
さらにまた、基板１の載置時のタイミングを外部からの信号で判断する方法によれば、基板処理工程における上位側装置の制御部から信号を出力してもらう必要がある。一方、上位側装置では、可能な限り基板１の処理枚数が増大するように、複数の基板１を複雑な手順で搬送している。このような状況で、基板１の載置時（いわゆる冷却開始）のタイミングを出力することは、上位側装置の制御にとって大きな負担となる。従って、可能であれば、そのようなタイミングの信号を出力しなくても、基板１を載置するだけで常に最適に冷却されることが望ましい。
【００２５】
そこで、本発明の解決しようとする課題は、基板の温度を検知するためのセンサや上位制御系からのタイミングの信号等が不要で、ギャップを縮小した高速冷却可能な基板冷却装置であっても、載置される基板の温度にかかわらず、冷却時間の短縮化が図れる基板冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記課題を解決するための技術的手段は、基板を僅かのギャップを有した載置状態で支持する基板載置プレートと、基板載置プレートの検出温度に応じて基板載置プレートを温度制御するための温度制御部と、温度制御部からの制御信号に応じて基板載置プレートを温度制御する冷却手段とを備え、前記基板を目標温度に冷却する基板冷却装置において、前記温度制御部は、目標温度に応じて基板載置プレートを温度制御する制御プログラムを備えた温度制御機能と、基板載置プレートの温度変化率が所定の判定値を超えた場合に、温度制御の目標値である目標温度をより高い仮の目標温度に変更する目標温度変更機能と、を備え、設定された目標温度を仮の目標温度に変更した時点から所定の復帰時間経過後に、元の設定された目標温度に戻して温度制御を行う点にある。
【００２７】
また、前記温度変化率における前記所定の判定値は、段階的に複数が設定され、前記基板載置プレートの温度変化率が所定の判定値を超えるたびに前記温度制御の目標値である目標温度をより高い仮の目標温度に漸次変更していく制御であってもよい。
【００２８】
さらに、前記温度変化率における最も高い値の判定値を超えた場合に、前記冷却手段による冷却出力を最大とし、その冷却出力が最大の所定の最大出力継続時間経過後に、前記設定された目標温度よりも高い仮の目標温度に変更する制御であってもよい。
【００２９】
また、前記温度変化率における最も高い値の判定値を超えた場合に、前記冷却手段による冷却出力を最大とし、前記基板載置プレートの検出温度が所定の温度以下になった後に、前記設定された目標温度よりも高い仮の目標温度に変更する制御であってもよい。
【００３０】
さらに、前記基板載置プレートの温度が所定の判定値を超えた場合に、その判定値を超えてから所定時間経過後に検出された温度変化率が前記所定の判定値を超えた場合に、設定された目標温度よりも高い複数の仮の目標温度から選択して変更、もしくは前記冷却手段による冷却出力が最大で冷却を行う制御であってもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の基板冷却装置によれば、温度制御部は、目標温度に応じて基板載置プレートを温度制御する制御プログラムを備えた温度制御機能と、基板載置プレートの温度変化率が所定の判定値を超えた場合に、温度制御の目標値である目標温度をより高い仮の目標温度に変更する目標温度変更機能と、を備え、設定された目標温度を仮の目標温度に変更した時点から所定の復帰時間経過後に、元の設定された目標温度に戻して温度制御を行う制御方法であり、加熱温度が異なる基板が載置されても、基板載置プレートの温度変化率が所定の判定値を超えた場合に、温度制御の目標値である目標温度を仮の目標温度に変更して基板載置プレートを温度制御するため、載置された基板の温度に応じた基板載置プレートの温度制御が可能となり、冷却時におけるアンダーシュートが有効に防止できて、効率よく冷却時間の短縮化が図れる利点がある。
【００３２】
また、温度制御の目標値である目標温度をより高い仮の目標温度に変更して基板載置プレートを温度制御する方法であるため、ギャップを縮小した基板冷却装置であっても、基板の冷却時におけるアンダーシュートを有効に防止して、装置における冷却能力を効率よく発揮させ、冷却時間の短縮化が図れる利点がある。
【００３３】
従って、基板の温度を検知するための別途のセンサや、上位制御系からの冷却開始信号や基板の温度情報の送信等も不要となる。
【００３４】
また、温度変化率における前記所定の判定値は、段階的に複数が設定され、基板載置プレートの温度変化率が所定の判定値を超えるたびに温度制御の目標値である目標温度をより高い仮の目標温度に漸次変更していく制御方法とすれば、ギャップを縮小した基板冷却装置であっても、基板の冷却時におけるアンダーシュートをより有効に防止でき、高速冷却可能な装置における冷却能力をより効率よく発揮させることができ、冷却時間のより一層の短縮化が図れる利点がある。
【００３５】
さらに、温度変化率における最も高い値の判定値を超えた場合に、冷却手段による冷却出力を最大とし、その冷却出力が最大の所定の最大出力継続時間経過後に、設定された目標温度よりも高い仮の目標温度に変更する制御方法とすれば、最大の冷却出力を有効に利用してより効率よく冷却でき、この点からも冷却時間のより短縮化が図れる利点がある。
【００３６】
また、温度変化率における最も高い値の判定値を超えた場合に、冷却手段による冷却出力を最大とし、基板載置プレートの検出温度が所定の温度以下になった後に、設定された目標温度よりも高い仮の目標温度に変更する制御方法とすれば、最大の冷却出力を有効に利用してより効率よく冷却でき、この点からも冷却時間のより短縮化が図れる利点がある。
【００３７】
さらに、基板載置プレートの温度が所定の判定値を超えた場合に、その判定値を超えてから所定時間経過後に検出された温度変化率が所定の判定値を超えた場合に、設定された目標温度よりも高い複数の仮の目標温度から選択して変更、もしくは冷却手段による冷却出力が最大で冷却を行う制御方法とすれば、温度変化率に応じて好適な温度制御が行え、効率よく冷却を行うことができ、この点からも冷却時間の短縮化が有効に図れる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１１に示される前述基板冷却装置６と同様、半導体ウエハ等の基板１を突起２ａ等により僅かのギャップＳを有した載置状態で支持する基板載置プレート２と、該基板載置プレート２の下面側に接触状態で分散配置された複数の熱電モジュール３と、各熱電モジュール３の下面側に接触状態で配置された冷却体としての水冷式熱交換器である水冷ジャケット４とを備えた構造とされている。そして、本実施形態においては、ギャップＳが従来より縮小された例えば、ギャップＳが６０μｍ以下の高速冷却可能な基板冷却装置６とされている。
【００３９】
前記水冷ジャケット４は、アルミニウムやアルミニウム合金等から形成された平面視円形のブロック状とされたジャケット本体を備え、また該ジャケット本体内には蛇行状に配置された冷媒送給パイプとを備え、冷媒送給パイプの一端部である送給口４ａから冷媒としての冷却水を送給し、他端部である排出口４ｂから排出する構造とされている。なお、水冷ジャケット４は冷却対象である基板１よりも一回り大きな円形とされている。
【００４０】
そして、水冷ジャケット４のジャケット本体上面に、各熱電モジュール３が互いに適宜間隔を有した所定の位置に分散配置されており、これら各熱電モジュール３や水冷ジャケット４により冷却手段が構成されている。
【００４１】
また、各熱電モジュール３の上面にまたがってアルミニウムやアルミニウム合金等から形成された基板載置プレート２が配置されており、基板載置プレート２は、水冷ジャケット４のジャケット本体と同様、平面視円形でジャケット本体と同径のブロック状に形成されている。
【００４２】
そして、平面視で基板載置プレート２と水冷ジャケット４のジャケット本体とが重なり合った状態で、基板載置プレート２と水冷ジャケット４とを各熱電モジュール３を避けた適宜位置で互いにネジ締結する構造とされ、このネジ締結により、基板載置プレート２と水冷ジャケット４との互いの対向面間に各熱電モジュール３を挟み込んだ状態で連結して固定する構造とされている。
【００４３】
また、各熱電モジュール３は図示省略の制御装置に配線接続され、各熱電モジュール３の水冷ジャケット４側の当接面は放熱面とされ、基板載置プレート２側の当接面は吸熱面として機能する構成とされている。
【００４４】
前記基板載置プレート２には、従来同様、温度を検出するためのプレート温度センサ５が装着されており、図２に示されるように、プレート温度センサ５により検出された検出温度は、検出信号として制御装置の温度制御部８に入力されるように構成されている。
【００４５】
そして、温度制御部８はプレート温度センサ５により検出された検出温度に応じて、冷却駆動部９に制御信号を出力し、冷却駆動部９は入力された制御信号に応じて、冷却もしくは加熱のための電流を各熱電モジュール３に出力して供給するように制御されている。
【００４６】
また、温度制御部８は、目標温度に応じて基板載置プレート２を温度制御する制御プログラムとしての例えば、ＰＩＤ制御のためのプログラムを備えた温度制御機能と、基板載置プレート２の温度変化率が所定の判定値を超えた場合に、温度制御の目標値である目標温度をより高い仮の目標温度に変更する目標温度変更機能とを備えており、別途備えられたキーボード等からなる設定値入力部１０から目標温度や仮の目標温度、温度変化率の判定値等の設定値を所望に入力変更自在に構成されている。
【００４７】
そして、本実施形態においては、図３に示されるように、基板１の冷却する目標温度として目標設定温度Ｔ０が設定されている。また、温度変化率における所定の判定値は、第１の判定値ｄＴ１、第２の判定値ｄＴ２、最も高い値の第３の判定値ｄＴＮの複数が段階的に設定されている。そして、第１の判定値ｄＴ１を超えた場合のより高い仮の目標温度として第１仮設定温度Ｔ１が設定され、第２の判定値ｄＴ２を超えた場合のさらに高い仮の目標温度として第２仮設定温度Ｔ２が設定されている。
【００４８】
また、温度変化率が第３の判定値ｄＴＮを超えた場合には、各熱電モジュール３による冷却出力が最大となるように制御され、その冷却出力が最大の状態が所定時間継続するように制御される。そして、この所定時間として最大出力継続時間ｔｍａｘが設定されており、この最大出力継続時間ｔｍａｘの経過後に、目標設定温度Ｔ０よりも高い仮の目標温度に変更するように制御され、この仮の目標温度として第３仮設定温度ＴＮが設定されている。
【００４９】
さらに、目標温度の最初の変更から所定の一定時間が経過すれば、元の目標温度に戻して温度制御を行うように構成されており、その一定時間として最大出力継続時間ｔｍａｘよりも長い所定の復帰時間ｔＬが設定されている。従って、設定された目標設定温度Ｔ０が第１仮設定温度Ｔ１に変更された場合には、その後の目標温度の変更にかかわらず、第１仮設定温度Ｔ１に変更した時点から復帰時間ｔＬ経過後に、元の目標設定温度Ｔ０に戻して温度制御を行う制御方法とされている。
【００５０】
次に、この基板冷却装置６による冷却制御を図１に示すフローチャートに基づき説明する。
【００５１】
図３に示されるように、先ず、半導体ウエハ等の基板１が基板載置プレート２上に載置されるまで、基板載置プレート２が目標設定温度Ｔ０になるようにＰＩＤ制御している（ステップＳ１）。なお、このステップＳ１は必ず必要な作業ではなく、目標設定温度Ｔ０以外で温度制御する方法であってもよい。
【００５２】
その後、高温に加熱された基板１が基板載置プレート２上に載置されると、基板１からの熱伝導により基板載置プレート２の温度が上昇する。温度制御部８はプレート温度センサ５を介して基板載置プレート２の温度を常に検出して、その温度変化率ｄＴを計測しており、温度変化率ｄＴが第１の判定値ｄＴ１を超えるかどうかを判定している（ステップＳ２）。
【００５３】
そして、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴの上昇により、温度変化率ｄＴが第１の判定値ｄＴ１を超えると、温度制御の目標値である目標温度としての目標設定温度Ｔ０から温度変化率ｄＴに対応づけられたより高い目標温度である第１仮設定温度Ｔ１に変更し、その後は第１仮設定温度Ｔ１になるようにＰＩＤ制御する。そして、この目標温度の設定変更と同時に、復帰時間ｔＬを計測するための第１タイマｔ１を０に設定し、第１タイマｔ１により経過時間ｔの計時を開始する（ステップＳ３）。
【００５４】
その後、第１タイマｔ１による経過時間ｔが復帰時間ｔＬを経過していないかどうかが判定され（ステップＳ４）、復帰時間ｔＬを経過すれば、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ４において、復帰時間ｔＬを経過していなければ、温度変化率ｄＴが第２の判定値ｄＴ２を超えるかどうかを判定する（ステップＳ５）。
【００５５】
そして、温度変化率ｄＴが第２の判定値ｄＴ２を超えると、現在の温度制御の目標温度である第１仮設定温度Ｔ１から温度変化率ｄＴに対応づけられたより高い目標温度である第２仮設定温度Ｔ２に変更し（ステップＳ６）、その後は第２仮設定温度Ｔ２になるようにＰＩＤ制御する。
【００５６】
その後、第１タイマｔ１による経過時間ｔが復帰時間ｔＬを経過していないかどうかが判定され（ステップＳ７）、復帰時間ｔＬを経過すれば、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ７において、復帰時間ｔＬを経過していなければ、温度変化率ｄＴが最終の判定値である第３の判定値ｄＴＮを超えるかどうかを判定する（ステップＳ８）。
【００５７】
そして、温度変化率ｄＴが第３の判定値ｄＴＮを超えると、現在の温度制御の目標温度である第２仮設定温度Ｔ２にかかわらず、冷却出力を最大とし、最大出力継続時間ｔｍａｘを計測するための第２タイマｔ２を０に設定し、第２タイマｔ２により経過時間ｔの計時を開始する（ステップＳ９）。
【００５８】
その後、第１タイマｔ１による経過時間ｔが復帰時間ｔＬを経過していないかどうかが判定され（ステップＳ１０）、復帰時間ｔＬを経過すれば、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ１０において、復帰時間ｔＬを経過していなければ、第２タイマｔ２による経過時間ｔが最大出力継続時間ｔｍａｘを経過していないかどうかが判定され（ステップＳ１１）、最大出力継続時間ｔｍａｘを経過していなければ、ステップＳ１０に戻る。また、ステップＳ１１において、最大出力継続時間ｔｍａｘを経過すれば、通常の目標温度である目標設定温度Ｔ０よりも高い第３仮設定温度ＴＮに温度制御の目標温度を変更し、その後は第３仮設定温度ＴＮになるようにＰＩＤ制御する（ステップＳ１２）。なお、このＰＩＤ制御に移行してもその演算の結果、冷却出力が最大となる場合は、最大冷却出力で冷却が継続されることとなる。
【００５９】
その後、第１タイマｔ１による経過時間ｔが復帰時間ｔＬを経過していないかどうかが判定され（ステップＳ１３）、復帰時間ｔＬを経過すれば、ステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ１３において、第１タイマｔ１による経過時間ｔが復帰時間ｔＬを経過していない場合において、検出された基板載置プレート２の温度と第３仮設定温度ＴＮとの温度差が所定の値以下になれば、現在の設定温度を目標設定温度Ｔ０に戻して、基板載置プレート２の温度をＰＩＤ制御する方法としてもよい。
【００６０】
そして、基板載置プレート２の温度が目標設定温度Ｔ０で安定すれば、基板１が目標設定温度Ｔ０に冷却されたと判定して、基板載置プレート２上より取り出され、次の基板１が載置され、同様の温度制御が繰り返される。
【００６１】
図４は、基板１の一例としての半導体ウエハの温度が低い場合の冷却制御における冷却出力と基板載置プレート２の温度および半導体ウエハの温度との関係図を示している。この場合、温度変化率ｄＴは第１の判定値ｄＴ１に達しないため、目標設定温度Ｔ０は変更されず、通常と同じ制御で目標時間内に冷却されることとなる。
【００６２】
図５は、半導体ウエハの温度が高い場合の冷却制御における冷却出力と基板載置プレート２の温度および半導体ウエハの温度との関係図を示している。この場合、基板載置プレート２上に半導体ウエハが載置されると、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴが第１の判定値ｄＴ１を超え、目標設定温度Ｔ０が通常よりも高い第１仮設定温度Ｔ１に変更される。これにより、半導体ウエハの温度は大きくアンダーシュートすることなく速やかに冷却される。
【００６３】
図６は、半導体ウエハの温度がさらに高い場合の冷却制御における冷却出力と基板載置プレート２の温度および半導体ウエハの温度との関係図を示している。この場合、基板載置プレート２上に半導体ウエハが載置されると、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴが第１の判定値ｄＴ１を超え、さらに第２の判定値ｄＴ２を超えるため、目標設定温度Ｔ０から第１仮設定温度Ｔ１、さらにはより高い第２仮設定温度Ｔ２に変更される。これにより、半導体ウエハの温度は大きくアンダーシュートすることなく速やかに冷却される。
【００６４】
図７は、半導体ウエハの温度がより一層高い場合の冷却制御における冷却出力と基板載置プレート２の温度および半導体ウエハの温度との関係図を示している。この場合、基板載置プレート２上に半導体ウエハが載置されると、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴが第１の判定値ｄＴ１を超え、さらに第２の判定値ｄＴ２を超え、さらには第３の判定値ｄＴＮを超えるため、冷却出力が最大で冷却される。その後、最大出力継続時間ｔｍａｘが経過すると第３仮設定温度ＴＮで温度制御され、最初に設定温度を変更してから復帰時間ｔＬが経過すると、通常の設定温度である目標設定温度Ｔ０で制御される。
【００６５】
このようにして、早い段階で冷却出力が最大での冷却が開始されるため、半導体ウエハの冷却が遅れることがない。これに対し、半導体ウエハの温度が低かった場合には、上記のように最大の冷却出力で冷却されることもなく、冷却時における半導体ウエハの温度の乱れも有効に防止でき、半導体ウエハの温度に応じた好適な冷却制御が行える。
【００６６】
図８は、本実施形態における基板冷却装置６を用いて基板１の一例としての半導体ウエハを各加熱温度から冷却した場合の試験結果を示している。
【００６７】
この際、目標温度である目標設定温度Ｔ０は２３℃、第１の判定値ｄＴ１は０．６℃／秒、第１仮設定温度Ｔ１は目標設定温度Ｔ０＋０．１５℃、第２の判定値ｄＴ２は１．０℃／秒、第２仮設定温度Ｔ２は目標設定温度Ｔ０＋０．２５℃、冷却出力を最大とする第３の判定値ｄＴＮは１．２℃／秒、最大出力継続時間ｔｍａｘは３秒、最大冷却出力後の第３仮設定温度ＴＮは目標設定温度Ｔ０＋０．１５℃、目標設定温度Ｔ０に復帰するための復帰時間ｔＬは２５秒の制御条件とされている。
【００６８】
図１３や図１４に示されるように、従来の制御方法においては、半導体ウエハの加熱温度によって冷却特性が違っていたが、図８に示されるように、本実施形態の制御方法では、半導体ウエハの加熱温度が異なっていても、それぞれ温度が乱れることなく目標とする温度に収束していることが解る。
【００６９】
そして、ギャップＳが１００μｍとされた従来の基板冷却装置６において、加熱温度が２００℃の半導体ウエハをＰＩＤ制御により２３℃に冷却する場合、冷却時間が略４０秒かかっていたが、ギャップＳが６０μｍとされた本実施形態の基板冷却装置６において、加熱温度が２００℃の半導体ウエハを２３℃に冷却する場合、冷却時間が略２０秒となり、従来に比べて冷却時間を半分近くまで短縮することができ、ギャップＳを縮小した効果を十分に発揮することができる。
【００７０】
以上のように、本実施形態によれば、加熱温度が異なる基板１が基板載置プレート２上に載置されても、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴが所定の判定値ｄＴ１（ｄＴ２）を超えた場合に、温度制御の目標値である目標設定温度Ｔ０（第１仮設定温度Ｔ１）をより高い仮設定温度Ｔ１（Ｔ２）に変更して基板載置プレート２を温度制御するため、載置された基板１の温度に応じた基板載置プレート２の温度制御が可能となり、冷却時におけるアンダーシュートが有効に防止できて、効率よく冷却時間の短縮化が図れる利点がある。
【００７１】
また、温度制御の目標値である目標設定温度Ｔ０（第１仮設定温度Ｔ１）をより高い仮設定温度Ｔ１（Ｔ２）に変更して基板載置プレート２を温度制御する方法であるため、ギャップＳを縮小した基板冷却装置６であっても、基板１の冷却時におけるアンダーシュートを有効に防止して、装置６における冷却能力を効率よく発揮させ、冷却時間の短縮化が図れる利点がある。
【００７２】
従って、基板１の温度を検知するための別途のセンサや、上位制御系からの冷却開始信号や基板の温度情報の送信等も不要となる利点もある。
【００７３】
また、温度変化率ｄＴにおける所定の判定値ｄＴ１，ｄＴ２が、段階的に複数が設定され、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴが所定の判定値ｄＴ１，ｄＴ２を超えるたびに温度制御の目標値である目標設定温度Ｔ０，Ｔ１をより高い仮設定温度Ｔ１，Ｔ２に漸次変更していく制御方法であり、ギャップＳを縮小した基板冷却装置６であっても、基板１の冷却時におけるアンダーシュートをより有効に防止でき、高速冷却可能な装置６における冷却能力をより効率よく発揮させることができ、冷却時間のより一層の短縮化が図れる利点がある。
【００７４】
さらに、温度変化率ｄＴにおける最も高い値の判定値としての第３の判定値ｄＴＮを超えた場合に、各熱電モジュール３による冷却出力を最大とし、その最大冷却出力で所定の最大出力継続時間ｔｍａｘ経過後に、目標設定温度Ｔ０よりも高い第３仮設定温度ＴＮに変更する制御方法であり、基板冷却装置６における最大の冷却出力を有効に利用してより効率よく冷却でき、この点からも冷却時間のより短縮化が図れる利点がある。
【００７５】
なお、上記実施形態では、温度変化率ｄＴに応じて目標温度を上げる段階を２段階としているが、１段階や３段階以上であってもよく、適宜決定すればよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴが上昇するにつれて、制御温度の目標値を段階的に上げる例を示しているが、基板載置プレート２の温度が所定の判定値を超えてから、所定の時間経過後に基板載置プレート２の温度変化率ｄＴを測定し、その値に応じて、即ち予め設定されているどの判定値ｄＴ１，ｄＴ２を超えているかに応じて、通常の設定された目標設定温度Ｔ０よりも高い複数の仮の目標温度から選択して変更し、測定された値が判定値ｄＴＮを超えていれば冷却手段による冷却出力最大で冷却を行う制御方法としてもよい。
【００７７】
図９は、基板載置プレート２の温度がＴｘを超えた時点から所定時間ｔｗ後に温度変化率ｄＴｙを測定し、その温度変化率ｄＴｙの値によって、設定温度変更または最大冷却出力による冷却を行う一例を示している。
【００７８】
この場合も、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴに応じて好適な温度制御が行え、上記実施形態と同様、効率よく冷却を行うことができ、この点からも冷却時間の短縮化が有効に図れる利点がある。
【００７９】
さらに、基板載置プレート２の温度が所定の判定値を超えてから、所定の時間経過後に基板載置プレート２の温度を測定し、その値に応じて、通常の設定された目標設定温度Ｔ０よりも高い複数の仮の目標温度から選択して変更し、測定された値が所定値を超えていれば冷却手段による冷却出力最大で冷却を行う制御方法としてもよい。
【００８０】
図１０は、基板載置プレート２の温度がＴｘを超えた時点から所定時間ｔｗ後に基板載置プレート２の温度Ｔｙを測定し、その温度Ｔｙの値によって、設定温度変更または最大冷却出力による冷却を行う一例を示している。なお、この場合、温度Ｔｘから温度Ｔｙへの変化は所定時間ｔｗの温度変化率ｄＴと見なせる。
【００８１】
従って、この場合も、基板載置プレート２の温度変化率ｄＴに応じて好適な温度制御が行えることとなり、上記実施形態と同様、効率よく冷却を行うことができ、この点からも冷却時間の短縮化が有効に図れる利点がある。
【００８２】
なお、温度がＴｘを超えた時点の代わりに温度変化率ｄＴが所定の値を超えた時点を基準にしてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態において、温度変化率ｄＴが第３の判定値ｄＴＮを超えた場合に、最大冷却出力を所定の最大出力継続時間ｔｍａｘ継続する方法を示しているが、温度変化率ｄＴが第３の判定値ｄＴＮを超えて、冷却出力を最大とした後、基板載置プレート２の検出温度が所定の温度以下になれば、設定された目標設定温度Ｔ０よりも高い第３仮設定温度ＴＮに変更する制御方法としてもよく、この場合においても最大の冷却出力を有効に利用してより効率よく冷却でき、この点からも冷却時間のより短縮化が図れる利点がある。
【００８４】
さらに、本実施形態において、基板載置プレート２を温度制御する制御方法としてＰＩＤ制御を採用した構造を示しているが、その他の温度制御するための制御プログラムを適宜採用する構造であってもよい。
【００８５】
また、上記目標設定温度Ｔ０、第１仮設定温度Ｔ１、第２仮設定温度Ｔ２、第１の判定値ｄＴ１、第２の判定値ｄＴ２、第３の判定値ｄＴＮ、最大出力継続時間ｔｍａｘ、復帰時間ｔＬ等の設定は、基板冷却装置６の冷却能力等に応じて、適宜設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の冷却制御手順を示すフローチャートである。
【図２】基板冷却装置の概略ブロック図である。
【図３】基板載置プレートの温度、温度変化率、設定温度、冷却出力相互間の関係図である。
【図４】基板載置プレートおよび半導体ウエハの温度と冷却出力相互間の関係図である。
【図５】基板載置プレートおよび半導体ウエハの温度と冷却出力相互間の関係図である。
【図６】基板載置プレートおよび半導体ウエハの温度と冷却出力相互間の関係図である。
【図７】基板載置プレートおよび半導体ウエハの温度と冷却出力相互間の関係図である。
【図８】本基板冷却装置による半導体ウエハ冷却時の温度変化図である。
【図９】他の実施形態における基板載置プレートの温度と温度変化率の関係図である。
【図１０】他の実施形態における基板載置プレートの温度と経過時間の関係図である。
【図１１】基板冷却装置における構造を示す概略正面図である。
【図１２】従来の温度制御方法を採用した場合の基板載置プレートおよび基板の温度と経過時間の関係図である。
【図１３】従来の温度制御方法を採用した場合の基板冷却時の温度変化図である。
【図１４】従来の温度制御方法を採用した場合の基板冷却時の温度変化図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  基板
２  基板載置プレート
３  熱電モジュール
４  水冷ジャケット
５  プレート温度センサ
６  基板冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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