(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に熱処理を施す熱処理装置であって、
(a)  基板を載置可能であって、内部空間を作動流体の作用域としたヒートパイプ構造を有する載置台と、
(b)  前記載置台に付設されて前記ヒートパイプ構造を介して前記載置台を加熱する加熱手段と、
(c)  前記載置台の前記内部空間に配設されており、前記作用域の作動流体と接触して前記作動流体を冷却する第１の冷却構造を備える第１の冷却手段と、
(d)  前記載置台のハウジングの下面側に接触して配設された第２の冷却構造を有し、前記第２の冷却構造によって前記載置台を冷却する第２の冷却手段と、
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に記載の熱処理装置であって、
前記第１の冷却構造は、前記ハウジングの壁面に断熱材料を介して支持されてい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に記載の熱処理装置であって、
前記第１の冷却構造は、前記載置台の前記内部空間を蛇行して配置されており、外部から第１冷却媒体が供給される冷却通路を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱処理装置であって、
前記第１冷却媒体は気体であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置であって、
前記第２の冷却構造は、
(d-1)  第２冷却媒体の流路と、
(d-2)  前記流路に前記第２冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、
(d-3)  前記流路に気体を供給する気体供給手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置であって、
(e)  前記第１の冷却手段の冷却状態と前記第２の冷却手段の冷却状態とを制御する制御手段、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の熱処理装置であって、
(f)  前記加熱手段と前記第１の冷却手段とを制御して前記載置台の温度を所定の温度に維持する温度制御手段、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の熱処理装置、を備えることを特徴とする基板処理装置。
【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、「基板」と称する）の熱処理を行う熱処理装置およびその熱処理装置を組み込んだ基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板を急速に加熱および冷却する熱処理装置として、図７に示すような熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１３３２８公報
【０００４】
図７は、従来の熱処理装置の要部構成を示す図である。図７に示す熱処理装置１００の載置台１０１は、ヒートパイプ構造ＨＳ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る。その上面にあたる載置面１０１ａに基板Ｗが載置される。
【０００５】
載置台１０１の内部には、空洞が形成されている。その内部空間１０２は、ヒートパイプ構造ＨＳのため減圧されており、縦方向の強度を補うように複数本の柱１０３が立設されている。
【０００６】
作動液室１０４には、ヒータ１０５が内蔵されているとともに、作動液１０６が貯留されている。また、作動液室１０４と載置台１０１の内部空間１０２とは連通している。そのため、ヒータ１０５を加熱することにより生じる作動液１０６の蒸気は、内部空間１０２を移動したり蒸発潜熱の授受を行うことにより載置面１０１ａの温度分布を均一に保持しつつ、載置面１０１ａを急速に加熱することができる。
【０００７】
冷却プレート１０７は、２つの作動液室１０４によって挟まれている位置に取り付けられている。冷却プレート１０７の内部には図示しない流路が形成されており、その流路内に供給配管１０８を介して冷却媒体を供給して流路内にて熱交換を行った後、排出配管１０９から排出することにより、載置台１０１を急速に冷却することができる
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷却プレート１０７に冷却媒体を供給して載置台１０１を冷却する際、冷却媒体の熱容量、温度条件等によっては、ヒートパイプ構造ＨＳにより載置面１０１ａの温度分布を均一に保つ機能より、柱１０３を介した載置面１０１ａから冷却プレート１０７への熱移動が勝り、その結果、載置面１０１ａの温度分布が不均一となる。そのため、特開２００１−３１３３２８公報に記載される熱処理装置の載置台１０１に基板Ｗを保持した状態で、ウエハ処理のためヒータ１０５による加熱処理と冷却プレート１０７による冷却処理とによって温度制御を行うと、基板Ｗ上の温度分布が不均一となり、その結果、基板Ｗ上に形成される回路パターンの膜厚均一性や線幅均一性が悪化するといった問題がある。
【０００９】
そこで、本発明では載置面および基板Ｗの温度分布を均一に保持しつつ、載置面を急速に冷却することができる熱処理装置およびこの熱処理装置を備える基板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】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、基板に熱処理を施す熱処理装置であって、基板を載置可能であって、内部空間を作動流体の作用域としたヒートパイプ構造を有する載置台と、前記載置台に付設されて前記ヒートパイプ構造を介して前記載置台を加熱する加熱手段と、前記作用域の作動流体に熱的に結合して前記作動流体を冷却する第１の冷却構造を備える第１の冷却手段と、前記載置台のハウジングの下面側に接触して配設された第２の冷却構造を有し、前記第２の冷却構造によって前記載置台を冷却する第２の冷却手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記第１の冷却構造は、前記ハウジングの壁面に断熱材料を介して支持されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱処理装置であって、前記第１の冷却構造は、前記載置台の前記内部空間を蛇行して配置されており、外部から第１冷却媒体が供給される冷却通路を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱処理装置であって、前記第１冷却媒体は気体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記第２の冷却構造は、第２冷却媒体の流路と、前記流路に前記第２冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、前記流路に気体を供給する気体供給手段と、を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記第１の冷却手段の冷却状態と前記第２の冷却手段の冷却状態とを制御する制御手段、を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の熱処理装置であって、前記加熱手段と前記第１の冷却手段とを制御して前記載置台の温度を所定の温度に維持する温度制御手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の熱処理装置、を備えることを特徴とする。
【００１９】
【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。
【００２０】
＜１．第１の実施の形態＞
＜１．１．基板処理装置の概略構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１の全体構成を示す平面図である。なお、図１および以降の各図にはそれらの方向関係を明確にするため必要に応じてＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
【００２１】
この基板処理装置１は、基板にレジスト塗布処理や現像処理を行う装置であって、基板の搬出入を行うインデクサＩＤと、基板に処理を行う複数の処理ユニットからなる第１処理部群ＰＧ１、第２処理部群ＰＧ２と、図示を省略する露光装置との基板の受け渡しを行うインターフェイスＩＦと、搬送ロボットＴＲとを備えている。
【００２２】
インデクサＩＤは、複数枚の基板を収納可能なキャリア（図示省略）を載置するとともに移動ロボットを備え、未処理基板を当該キャリアから搬送ロボットＴＲに払い出すとともに処理済み基板を搬送ロボットＴＲから受け取ってキャリアに格納する。
【００２３】
インターフェイスＩＦは、搬送ロボットＴＲからレジスト塗布処理済の基板を受け取って図外の露光装置に渡すとともに、露光済みの基板を受け取って搬送ロボットＴＲに渡す機能を有する。また、インターフェイスＩＦは、露光装置との受け渡しタイミングの調整を行うべく、露光前後の基板を一時的にストックするバッファ機能を有し、図示を省略しているが、搬送ロボットＴＲとの間で基板を受け渡すロボットと、基板を載置するバッファカセットとを備えている。
【００２４】
基板処理装置１は、基板に処理を行うための複数の処理ユニット（処理部）を備えており、そのうちの一部が第１処理部群ＰＧ１を構成し、残部が第２処理部群を構成する。図２は、第１処理部群ＰＧ１および第２処理部群ＰＧ２の構成を示す図である。第１処理部群ＰＧ１は、液処理ユニットたる塗布処理ユニットＳＣ１、ＳＣ２（レジスト塗布処理部）の上方に複数の熱処理ユニットを配置して構成されている。なお、図２においては、図示の便宜上処理ユニットを平面的に配置しているが、実際には高さ方向（Ｚ軸方向）に積層されているものである。
【００２５】
塗布処理ユニットＳＣ１、ＳＣ２は、基板主面にフォトレジストを供給し、基板を回転させることによって、均一なレジスト塗布を行う、いわゆるスピンコータである。塗布処理ユニットＳＣ１、ＳＣ２の上方には３段に積層された熱処理ユニットが３列設けられている。すなわち、下から順に冷却ユニットＣＰ１、密着強化ユニットＡＨ（密着強化処理部）、加熱ユニットＨＰ１が積層された列と、冷却ユニットＣＰ２、加熱ユニットＨＰ２、加熱ユニットＨＰ３が積層された列と、冷却ユニットＣＰ３、加熱ユニットＨＰ４、加熱ユニットＨＰ５が積層された列とが設けられている。
【００２６】
同様に、第２処理部群ＰＧ２は、液処理ユニットたる現像処理ユニットＳＤ１、ＳＤ２の上方に複数の熱処理ユニットを配置して構成されている。現像処理ユニットＳＤ１、ＳＤ２は、露光後の基板上に現像液を供給することによって、現像処理を行う、いわゆるスピンデベロッパである。現像処理ユニットＳＤ１、ＳＤ２の上方には、３段に積層された熱処理ユニットが３列設けられている。すなわち、下から順に冷却ユニットＣＰ４、露光後ベークユニットＰＥＢ、加熱ユニットＨＰ６が積層された列と、冷却ユニットＣＰ５、加熱ユニットＨＰ７、加熱ユニットＨＰ８が積層された列と、冷却ユニットＣＰ６、加熱ユニットＨＰ９、加熱ユニットＨＰ１０が積層された列とが設けられている。
【００２７】
加熱ユニットＨＰ１〜ＨＰ１０は、基板を加熱して所定の温度にまで昇温する、いわゆるホットプレートである。また、密着強化ユニットＡＨおよび露光後ベークユニットＰＥＢもそれぞれレジスト塗布処理前および露光直後に基板を加熱する加熱ユニットである。冷却ユニットＣＰ１〜ＣＰ６は基板を冷却して所定の温度にまで降温するとともに、基板を当該所定の温度に維持する、いわゆるクールプレートである。
【００２８】
本明細書においては、これら基板の温度調整を行うユニット（加熱ユニットおよび冷却ユニット）を熱処理ユニットと称する。また、塗布処理ユニットＳＣ１、ＳＣ２および現像処理ユニットＳＤ１、ＳＤ２のような基板に処理液を供給して所定の処理を行う処理ユニットを液処理ユニットと称する。そして、液処理ユニットおよび熱処理ユニットを総称して処理ユニットとする。
【００２９】
なお、液処理ユニットの直上には、液処理ユニット側に温湿度の管理されたクリーンエアーのダウンフローを形成するフィルタファンユニットＦＦＵが設けられている。また、図示を省略しているが、搬送ロボットＴＲが配置された上方の位置にも、搬送空間に向けてクリーンエアーのダウンフローを形成するフィルタファンユニットが設けられている。
【００３０】
第１の実施形態では、特に、第１処理部群および第２処理部群ＰＧ２の構成要素である加熱ユニットＨＰ１〜ＨＰ１０がこの発明の特徴に応じた構成を採用している。なお、以下ではひとつの加熱ユニットＨＰ１について説明するが、他の加熱ユニットＨＰ２〜ＨＰ１０も同様である。
【００３１】
＜１．２．加熱ユニットの構成＞
図３は、加熱ユニットＨＰ１の正面図を、図４は、図３の載置台１１の平面図を示したものである。
【００３２】
載置台１１は、ヒートパイプ構造ＨＳ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、金属製の平坦な筐体として形成されたハウジング１ｈを備えているとともに、その上面に当たる載置面１１ａには基板Ｗが載置される。載置面１１ａには図示しないセラミック製の小球が分散して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。
【００３３】
載置台１１の内部にはハウジング１ｈを壁面として空洞が形成されている。その内部空間１２は、ヒートパイプ構造ＨＳ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１３が立設されている。
【００３４】
載置台１１の下部にある作動液室１４には、ヒータ１５が内蔵されているとともに、作動液１６が貯留されている。第１の実施形態では、作動液１６として水を使用している。また、作動液室１４と載置台１１の内部空間１２とは連通している。そのため、ヒータ１５を加熱することにより生じる作動液１６の蒸気は、内部空間１２を作用域としてこの作用域中を移動したり蒸発潜熱の授受を行うことにより載置面１１ａの温度分布を均一に保持しつつ、載置面１１ａを急速に加熱することができる。
【００３５】
この装置における冷却構造としての冷却管２１は、載置台１１の内部空間１２を貫通して、熱伝導性の材料（たとえば金属や合金）で形成された冷却管２１が略水平にかつ載置面１１ａのほぼ全域を通るように配設されている。
【００３６】
冷却管２１は、供給バルブ２６および供給配管２２を介して冷却媒体供給源２５と接続されており、また、図示しないドレインは冷却管２１と排出配管２３を介して接続されている。したがって、冷却媒体供給源２５から供給される冷却媒体は、供給バルブ２６を開放することにより供給配管２２を介して冷却管２１に供給され、冷却管２１にて、載置台１１の内部空間１２と熱交換を行った後、排出配管２３を介して図示しないドレインへと排出される。すなわち、冷却管２１はその表面が内部空間１２内の作動流体に接触しており、この作動流体を介して載置面１１ａへの冷却作用を生じさせる。換言すれば、ヒートパイプ構造ＨＳの作動流体は、ヒータ１５によって加熱されることもできるし、冷却管２１によって冷却されることもできる。
【００３７】
また図４に示すように、冷却管２１は、その表面積を増加させるため、載置台１１の内部空間１２を複数回折り返すように蛇行して配設されている。そのため、効率的に冷却管２１と内部空間１２との熱交換を行うことができる。
【００３８】
さらに、冷却管２１は、載置台１１とリング状（ドーナツ状）断熱部材２４を介して載置台１１のハウジング１ｈの壁面に支持されている。そのため、冷却管２１と載置台１１とは、断熱部材２４によって熱的に断熱されているため、冷却管２１から載置台１１へ直接熱移動が生じない構造となっている。断熱部材２４の例としては、セラミックスや耐熱樹脂が挙げられる。
【００３９】
温度センサ２７は、載置面１１ａの温度が測定可能なように載置台１１に埋設されている。載置面１１ａに載置された基板Ｗの温度は、この温度センサ２７によって測定された温度に基づいて算出される。
【００４０】
制御ユニット３は、信号線３４により制御対象部と接続されており、プログラムや変数等を格納するメモリ３１と、メモリ３１に格納されているプログラムに従った制御を実行するＣＰＵ３２とを備えている。ＣＰＵ３２は、メモリ３１に格納されているプログラムに従って、例えば、温度センサ２７によって監視された温度に基づいて、ヒータ１５による加熱制御や、冷却媒体供給源２５および供給バルブ２６による冷却制御を所定のタイミングで実行する。
【００４１】
＜１．３．温度調整制御＞
次に、加熱ユニットＨＰ１による載置面１１ａの温度調整制御について説明する。図５は、ヒータ１５および冷却媒体供給源２５の制御を示すタイミングと、載置面１１ａの温度との関係を示したものである。図５(a)〜(c)の横軸は時刻ｔに対応し、図５(a)の縦軸はヒータ１５の出力Ｗに、図５(b)の縦軸は冷却媒体供給源２５から冷却管２１に供給される冷却媒体の量Ｖに、図５(c)の縦軸は温度センサ２７により監視されている載置面１１ａの温度Ｔにそれぞれ対応する。
【００４２】
時刻ｔ１より前の時点では、ヒータ１５の出力を一定出力Ｗ０に保持されており、また、供給バルブ２６は閉鎖されており、冷却媒体供給源２５から冷却管２１に対して冷却媒体が供給されていないため、載置面１１ａは設定温度Ｔ０に保持されている。
【００４３】
時刻ｔ１において、搬送ロボットＴＲから載置面１１ａの上に基板Ｗが受け渡されると、載置面１１ａから基板Ｗへの熱移動が生じるため、載置面１１ａの温度ＴがＴ０から低下する。温度センサ２７がこの温度低下を検知すると、制御ユニット３により、ヒータ１５の出力値をＷ０から最大出力であるＷ１に向かって徐々に増加する。
【００４４】
時刻ｔ１からｔ２の期間において、ヒータ１５の出力値はＷ１一定とされており、載置面１１ａへの熱の供給が大きくなるため、載置面１１ａから基板Ｗへ逃げる熱の減少が補償されるようになり、載置面１１ａの温度の降下率が小さくなって図５(c)に示す温度曲線の温度勾配が徐々に緩やかになる。そして、載置面１１ａから基板Ｗへ逃げる熱と、ヒータ１５から載置面１１ａへ伝達される熱とがほぼバランスした時刻ｔ２において温度が極小値Ｔ１となるとともに、温度勾配値が負から正に変わる。
【００４５】
時刻ｔ２において、温度センサ２７によって、載置面１１ａの温度勾配が負から正へと変化する極小点を検知すると、図５(a)に示すように、ヒータ１５の出力値をＷ１から徐々に減少させるとともに、供給バルブ２６を開放し、冷却媒体供給源２５から冷却管２１へ冷却媒体の供給を開始し、供給量を徐々に増加させる。
【００４６】
続いて、載置面１１ａの温度が、設定温度Ｔ０よりも所定値だけ低い温度になった時刻ｔ３において、ヒータ１５の出力を停止するとともに、冷却媒体供給源２５から冷却管２１への冷却媒体の供給量を最大値Ｖ１とする。
【００４７】
時刻ｔ３からｔ４の期間において、冷却媒体供給源２５から最大供給量Ｖ１で冷却管２１に冷却媒体が供給され、それによって載置面１１ａはさらに冷却され続け、図５(c)に示す温度曲線の温度勾配はさらに減少する。
【００４８】
なお、以上のようにヒータ１５からの出力値を時間の経過とともに徐々に（滑らかに）減少させつつ、冷却媒体供給源２５から冷却管２１への冷却媒体の供給量を徐々に（滑らかに）増加させ、さらに冷却媒体の供給量を、所定時間、最大供給量Ｖ１で保持するのは、ヒータ１５を停止しても載置面１１ａの温度が設定温度Ｔ０より高くなる、いわゆる温度変動のオーバシュートが生じるのを防止するとともに、設定温度Ｔ０に到達するのに必要となる時間を短縮するためである。
【００４９】
時刻ｔ４において、温度センサ２７により載置面１１ａの温度Ｔが温度Ｔ０”となったことを検知すると、時刻ｔ４からｔ５において冷却媒体供給源２５から冷却管２１への冷却媒体の供給量を徐々に低減するように供給バルブ２６が閉鎖されるとともに、ヒータ１５の出力値がゼロから一定出力Ｗ０に向かって徐々に増加されることにより、載置面１１ａおよび基板Ｗの温度が設定温度Ｔ０に保持される。
【００５０】
このような温度調整における冷却処理の制御性は、使用する冷却媒体の熱容量および温度調整量（冷却によって増減すべき温度幅）の選択によって左右される。
【００５１】
例えば、温度調整量が小さいにも関わらず、熱容量の大きい冷却媒体により冷却処理を行うと、冷却処理を停止させたにも関わらず設定温度Ｔ０より低くなるアンダーシュートが発生する。一方、温度調整量が大きいにも関わらず、熱容量の小さい冷却媒体により冷却処理を行うと、冷却に要する処理時間が増大してしまう。
【００５２】
そのため、冷却処理において使用する冷却媒体は、冷却媒体の熱容量と温度調整量との適合性を考慮して選択することが好ましい。
【００５３】
第１の実施形態では基板Ｗを載置面１１ａに載置する際の温度降下量ΔＴ（＝Ｔ０−Ｔ１）は２〜３度程度と比較的小さいため、熱容量の小さい空気を冷却媒体として使用している。
【００５４】
＜１．４．第１の実施形態の加熱ユニットの利点＞
以上の実施形態において、ヒートパイプ構造ＨＳを有する加熱ユニットＨＰ１は、載置台１１の内部空間１２に冷却管２１を備え、また、載置台１１と冷却管２１とは断熱部材２４により熱的に断熱されている。このため、冷却管２１からの冷却作用はヒートパイプ構造ＨＳの作動流体を介して載置面１１ａ（したがって基板Ｗ）に作用し、冷却均一性や冷却応答性が高い。また、特開２００１−３１３３２８公報に記載される熱処理装置のように、冷却部と載置面１１ａとの間で直接熱移動することがないため、載置面１１ａの温度分布および載置面１１ａに載置された基板Ｗの温度分布の均一性を保持しつつ急速に冷却することができ、熱処理時において、基板上に形成された配線層の膜厚および線幅の均一性を良好に保つことができる。
【００５５】
また、冷却管２１は載置台１１の内部空間１２を蛇行して配設することにより冷却管２１の表面積を増加させることができるため、冷却媒体供給源２５から冷却管２１に供給される冷却媒体から載置台１１の内部空間１２への熱交換を効率的に行うことができる。
【００５６】
さらに、第１の実施形態のように載置面１１ａおよび基板Ｗの設定温度の変動幅が２〜３度程度と比較的小さい場合、冷却媒体として空気を使用することにより、設定温度調整において冷却管２１を使用した冷却処理の制御性を向上させることができるため、載置面１１ａおよび基板Ｗの温度を設定温度Ｔ０まで回復させる所要時間を短縮することができる。
【００５７】
＜２．第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態における加熱ユニット２００を模式的に示す正面図である。図８に示すように、第２の実施形態における加熱ユニット２００のハードウェア構成は、第１の実施形態と比較して、後述するように、主として、
（１）ハウジング１ｈの下面側に配設された冷却プレート２２１と、
（２）冷却プレート２２１に冷却媒体を供給する冷却媒体供給源２３２と、
（３）冷却プレート２２１に圧縮空気を供給する圧縮空気供給源２３１と、
が、さらに追加されていることを除いては、第１の実施形態の加熱ユニットＨＰ１と同様である。そして、これらハードウェアを追加することによって、
（Ａ）ヒータ１５と冷却プレート２２１を使用することにより、ハウジング１ｈを急速に冷却して載置面１１ａの設定温度を急速に降温させる温度制御と、
（Ｂ）ヒータ１５と冷却管２１を使用することにより、載置面１１ａの温度を設定温度に保持する温度制御と、
を独立した冷却ユニットによって行うことができ、載置面１１ａの設定温度を速やかに変更する温度制御（（Ａ）に該当）と、載置面１１ａの設定温度を微調整する温度制御（（Ｂ）に該当）とを、それぞれ別々の冷却ユニットによって制御することができる。そのため、載置面１１ａの温度制御をさらに高精度に調整することが可能となる。そこで、以下では、この追加された構成要素を中心に説明する。
【００５８】
なお、以下の説明において、第１の実施形態の加熱ユニットＨＰ１における構成要素と同様な構成要素については同一符号を付している。これら同一符号の構成要素は、第１の実施形態において説明済みであるため、本実施形態では説明を省略する。
【００５９】
また、本実施形態の加熱ユニット２００は、第１の実施形態において説明した第１処理部群および第２処理部群ＰＧ２の構成要素である加熱ユニットＨＰ１〜ＨＰ１０として使用可能である。したがって、加熱ユニットＨＰ１〜ＨＰ１０のそれぞれを加熱ユニット２００と代替しても、装置１と同様な基板処理装置を構成することができる。
【００６０】
＜２．１．加熱ユニットの構成＞
図９は、本実施形態のハウジング１ｈを下方からみた図である。また、図１０は、本実施形態のハウジング１ｈを下方からみた場合の冷却プレート２２１を示す図である。この装置における冷却構造としての冷却プレート２２１は、熱伝導が高い２枚の金属板を張り合わせた部材であり、ハウジング１ｈ下部に配設された２つの作動液室１４の間に、ハウジング１ｈの下面側と接触して配置されている。
【００６１】
冷却プレート２２１の張り合わせた面には、図１０に示すように流路２２４が形成されており、流路２２４の一端は流入口２２２と、また他端は流出口２２３とそれぞれ接続されている。また、流入口２２２から流出口２２３に至る流路２２４は、その流路長を長くするために蛇行状に形成されている。
【００６２】
流入口２２２は、配管２２５と連通接続されている。そして、バルブ２３３を介して圧縮空気供給源２３１と、また、バルブ２３４を介して供給する冷却媒体供給源２３２とそれぞれ連通されている。そのため、バルブ２３３を閉鎖してバルブ２３４を開放することによって流路２２４に冷却媒体を供給することができる。また、バルブ２３４を閉鎖してバルブ２３３を開放することによって流路２２４に圧縮空気を供給することができる。また、流出口２２３は、配管２２６を介してドレイン２３５に連通されている。
【００６３】
ここで、冷却プレート２２１によって載置台１１の載置面１１ａを冷却する処理について説明する。冷却媒体供給源２３２から流路２２４に冷却媒体を供給すると、載置面１１ａの熱は、内部空間１２、冷却管２１およびハウジング１ｈの底部（下面側）を介して冷却プレート２２１の流路２２４に到達する。そして移動した熱は、流路２２４を流れる冷却媒体によって熱交換される。また、流路２２４内の冷却媒体は、配管２２６を介してドレイン２３５へと排出される。このように、載置面１１ａの熱は流路２２４に供給された冷却媒体に受け渡され、続いて、熱交換後の冷却媒体は流路２２４外に排出されるため、載置面１１ａを冷却することができる。そして、載置面１１ａの冷却処理が終了すると、流路２２４に圧縮空気が供給することにより、流路２２４に残留する冷却媒体は、流路２２４外のドレイン２３５に排出される。そのため、流路２２４に冷却媒体が残留した状態でヒータ１５によって冷却プレート２２１が加熱されて、流路２２４内で冷却媒体が沸騰することによって熱処理に悪影響を及ぼすことを防止できる。なお、冷却媒体としては単なる水を使用してもよく、また、その他の冷却媒体であってもよい。
【００６４】
制御ユニット３には、第１の実施形態で説明した冷却媒体供給源２５、供給バルブ２６および温度センサ２７に加えて、圧縮空気供給源２３１、冷却媒体供給源２３２、バルブ２３３およびバルブ２３４等が信号線３４を介して接続されている。したがって、第１の実施形態と同様に、ＣＰＵ３２は、メモリ３１に格納されているプログラムに従って、例えば、温度センサ２７によって監視される温度に基づいて、ヒータ１５による加熱制御や、バルブ２３３、２３４等の開閉制御等を所定のタイミングで実行することができる。
【００６５】
＜２．２．温度調整制御＞
次に、加熱ユニット２００による載置面１１ａの温度調整制御について説明する。なお、ヒータ１５と冷却管２１を使用することによって載置面１１ａの温度を設定温度に保持する温度制御については、第１の実施形態において説明済みである。そのため、ここでは、ヒータ１５と冷却プレート２２１を使用することにより、ハウジング１ｈを急速に冷却して載置面１１ａの設定温度を急速に降温させる温度制御について説明する。また、以下では、基板Ｗを載置せずに載置面１１ａの設定温度を降温する場合の制御について説明しているが、基板Ｗを載置している場合も同様な制御によって設定温度を変更することができる。
【００６６】
図１１は、ヒータ１５の制御タイミングおよび冷却媒体供給源２３２から供給される冷却媒体の供給量と、載置面１１ａの温度との関係を示したものである。図１１(a)〜(c)の横軸は時刻ｔに対応し、図１１(a)の縦軸はヒータ１５の出力Ｗに、図１１(b)の縦軸は冷却媒体供給源２３２から流路２２４に供給される冷却媒体の量Ｖに、図１１(c)の縦軸は温度センサ２７により監視されている載置面１１ａの温度Ｔにそれぞれ対応する。
【００６７】
時刻ｔ１より前の時点において、バルブ２３３、２３４はともに閉鎖されている。また、載置面１１ａの温度は、室温より高い温度Ｔ２に保持するためヒータ１５の出力は一定出力Ｗ２に保持されている。また、本実施の形態で説明する載置面１１ａの設定温度を急速に降温させる温度制御では、冷却管２１による冷却処理を行わないため、供給バルブ２６は閉鎖され続けているが、それに限られるものではなく、冷却プレート２２１と冷却管２１とを並列的に使用して載置面１１ａを冷却し設定温度を急速に降温させる制御を行っても良い。
【００６８】
載置面１１ａの設定温度Ｔの降温を開始する時刻ｔ１において、制御ユニット３は、ヒータ１５に対して出力ＷをＷ２から「０」に変更する制御信号を送信する。当該指令を受信したヒータ１５の出力Ｗは、徐々に減少して「０」となる。
【００６９】
また、時刻ｔ１において、バルブ２３４を開放すると、冷却媒体供給源２３２から流路２２４に向けて冷却媒体が徐々に増加する。そして、時刻ｔ２において冷却媒体の供給量が最大値Ｖ２となる。
【００７０】
このように、時刻ｔ１からｔ２の期間において、ヒータ１５の出力が徐々に減少するとともに冷却プレート２２１の流路２２４に供給される冷却媒体の供給量が徐々に増加する。そのため、図１１(c)に示す温度曲線の傾きは徐々に増加して、時刻ｔ２において最大値tanθとなる。そして、時刻ｔ２からｔ３において、温度曲線の傾きはtanθとほぼ一定になるため、載置面１１ａは急速に冷却される。
【００７１】
続いて、時刻ｔ３において、温度センサ２７によって載置面１１ａの温度Ｔが温度Ｔ３’となったことを検知すると、バルブ２３４を閉鎖して冷却媒体供給源２３２の供給を停止するとともに、バルブ２３３を開放して圧縮空気供給源２３１から流路２２４に向けて圧縮空気を供給する。これにより、流路２２４への冷却媒体の供給が停止するとともに、流路２２４内に残留する冷却媒体は、圧縮空気によって流路２２４外のドレイン２３５に排出されて、流路２２４内の冷却媒体の量が徐々に減少して冷却プレート２２１による冷却能力が徐々に低下する。また、バルブ２３４を閉鎖して冷却媒体供給源２３２の供給を停止するタイミングである時刻ｔ３から一定の遅延時間を経た時刻ｔ５において、ヒータ１５の出力Ｗが、「０」からＷ３に向かって徐々に増加する。そのため、載置面１１ａの温度曲線の傾きは徐々になだらかとなる。
【００７２】
続いて、時刻ｔ４において、流路２２４への冷却媒体供給量が「０」となるとともに、時刻ｔ６においてヒータ１５の出力がＷ３となることにより、載置面１１ａの温度Ｔは一定値Ｔ３となり、載置面１１ａの設定温度を急速に降温させる温度制御を終了する。
【００７３】
そして、以上の温度制御によって設定温度が変更された後、搬送ロボットＴＲからその設定温度に維持されている載置面１１ａに対して基板Ｗが載置されると、載置面１１ａから基板Ｗに対して熱が移動するため載置面１１ａの温度が降温する。この場合、第１の実施形態で説明した温度制御を実施することにより、載置面１１ａの温度を設定温度に維持することができる。
【００７４】
＜２．３．第２の実施形態の加熱ユニットの利点＞
第２の実施形態において、載置台１１の内部空間１２に冷却管２１を配置することに加えて、ハウジング１ｈの底部に冷却プレート２２１を設けることにより、これら冷却管２１による冷却状態と冷却プレート２２１による冷却状態とを制御し、両者を切替えて、または併用して冷却処理を行うことができる。そのため、載置面１１ａ上の温度状態に応じて載置面１１ａの設定温度を降温させる温度制御と、載置面１１ａの設定温度を一定温度に保持する温度制御とを切替えて行うことができ、載置面１１ａの設定温度の変化を高速に行えるとともに、載置面１１ａの温度制御をさらに高精度に調整することができる。
【００７５】
＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００７６】
（１）第１の実施形態では冷却媒体として空気を使用しているが、各種の流体、例えば窒素、ヘリウム等の気体を使用することも可能であり、液体も選択可能である。
【００７７】
（２）第１の実施形態の冷却管２１および第２の実施形態の冷却プレート２２１では、冷媒を冷却通路に通して冷却を行うタイプを採用しているが、これに限定されものではなく、例えば、ペルチェ素子などを利用してもよい。この場合においてもヒートパイプ構造の作動流体を冷却することにより、冷却の均一性が高まる。
【００７８】
（３）第１の実施形態において、冷却管２１の表面は、内部空間１２内の作動流体と接触することによって冷却管２１内の冷却媒体と熱交換を行っているが、この作動流体と冷却媒体とが熱的に結合されていればこれに限定されない。
【００７９】
（４）第２の実施形態の温度制御は、搬送ロボットＴＲから載置台１１に対して、載置面１１ａの温度と比較して高い温度を有する基板Ｗが載置されることによって載置面１１ａの温度が設定温度より高くなる場合について、載置面１１ａの温度を設定温度となるように微調整する場合にも使用可能である。その場合、例えば、冷却プレート２２１に対して供給される冷却媒体の供給量Ｖを一定量Ｖ２に保持する時間（図１１(b)に示す時刻ｔ２からｔ３に該当）を調整することにより、載置面１１ａの温度が基板Ｗからの熱移動によって昇温しても一定温度に保持することができる。さらに、第１および第２の実施形態において、冷却プレート２２１に代えて冷却管２１に冷却媒体を供給しても同様の効果を得ることが可能である。
【００８０】
（５）また、第２の実施形態においては、載置台１１の載置面１１ａの設定温度を急速に降温させる温度制御を冷却プレート２２１を使用することにより行っていたが、設定温度の変更の範囲が少ないような場合には、冷却プレート２２１は使用せず、冷却管２１のみを使用して設定温度の変更を行うようにしてもよい。
【００８１】
（６）第１の実施形態の載置面１１ａの温度調整制御としては、図５に示した形態に限定されるものではない。図６は、設定温度調整時の加熱および冷却制御のタイミングの他の例と、その時の載置面温度を示す図である。以下、図５に示した形態との相違点を中心に説明する。
【００８２】
図６(a)〜(c)の横軸は時刻ｔに対応し、図６(a)の縦軸はヒータ１５の出力Ｗに、図６(b)の縦軸は冷却媒体供給源２５から冷却管２１に供給される冷却媒体の量Ｖに、図６(c)の縦軸は温度センサ２７により監視されている載置面１１ａの温度Ｔにそれぞれ対応する。
【００８３】
時刻ｔ１において、搬送ロボットＴＲから載置面１１ａの上に基板Ｗが受け渡され、載置面１１ａの温度ＴがＴ０から変化すると、ヒータ１５の出力値をＷ０から最大出力であるＷ１に変更する。
【００８４】
時刻ｔ１からｔ３の期間において、ヒータ１５の出力値はＷ１一定とされており、載置面１１ａへの熱の供給が大きくなるため、載置面１１ａから基板Ｗへ逃げる熱の減少が補償されるようになり、載置面１１ａの温度の降下率が小さくなって図６(c)に示す温度曲線の温度勾配が徐々に緩やかになる。そして、載置面１１ａから基板Ｗへ逃げる熱と、ヒータ１５から載置面１１ａへ伝達される熱とがほぼバランスした時刻ｔ２において温度が極小値Ｔ１となるとともに、温度勾配値が負から正に変わる。そして時刻ｔ２以後は、載置面１１ａと基板Ｗとの間の温度差がさらに減少してゆく。
【００８５】
続いて、載置面１１ａの温度が、設定温度Ｔ０よりも所定値ΔＴだけ低い温度になった時刻ｔ３においてヒータ１５の出力を停止するとともに、供給バルブ２６を開放し、冷却媒体供給源２５から冷却管２１へ冷却媒体の供給を開始する。
【００８６】
時刻ｔ３からｔ４の期間において、冷却媒体供給源２５から最大供給量Ｖ１で冷却管２１に冷却媒体が供給され、それによって載置面１１ａは急速に冷却され続けており、図６(c)に示す温度曲線の温度勾配は徐々に減少し、時刻ｔ４において温度勾配値がゼロとなる。
【００８７】
時刻ｔ４において、温度センサ２７により載置面１１ａの温度Ｔが設定温度Ｔ０となったことを検知すると、供給バルブ２６が閉鎖されて冷却媒体供給源２５から冷却管２１への冷却媒体の供給が停止されるとともに、ヒータ１５の出力値がゼロから一定出力Ｗ０に変更されることにより、載置面１１ａおよび基板Ｗの温度が設定温度Ｔ０に保持される。
【００８８】
このように、ヒータ１５により加熱処理した後、冷却媒体により冷却処理を行うことによって、ヒータ１５を停止しても載置面１１ａの温度が設定温度Ｔ０より高くなる、いわゆる温度変動のオーバシュートが生じるのを防止するとともに、設定温度Ｔ０に到達するのに必要となる時間を短縮することができる。
【００８９】
また、温度調整制御では、載置面１１ａの温度が設定温度Ｔ０より減少した場合に、ヒータ１５および冷却管２１に供給される冷却媒体量を制御することにより載置面１１ａを加熱する場合について説明したが、本発明は、載置面１１ａの温度が設定温度Ｔ０より上昇した場合に、載置面１１ａを冷却する場合についても適用可能である。
【００９０】
【発明の効果】
本願に記載の発明によれば、冷却構造は載置台の内部空間に配設されており、冷却構造から載置台の内部空間に存在するヒートパイプ構造の作動流体を介して熱移動が行われるため、載置台に載置された基板上の温度分布の均一性を阻害することなく、急速に冷却することができ、熱処理を必要とする基板処理において膜厚均一性や線幅均一性を良好に保つことができる。
【００９１】
特に、請求項２に記載の発明によれば、冷却手段は載置台と断熱部材により熱的に断熱されており、冷却構造と載置台との接触部位から熱移動が行われるのを防止することができるため、冷却時における基板上の温度分布の均一性をさらに向上させることができる。
【００９２】
特に、請求項３に記載の発明によれば、冷却構造を蛇行して配設された冷却通路としていることにより冷却構造の表面積を向上させることができるため、冷却構造の熱効率を向上させることができる。
【００９３】
特に、請求項７に記載の発明によれば、加熱手段と冷却手段とを制御して載置台の温度を所定の温度に維持する温度制御手段によって、載置台の温度が変動した場合であっても、速やかに所定の温度に回復することができる。
【００９４】
特に、請求項４に記載の発明によれば、熱容量の小さい気体を第１冷却媒体として使用することにより、冷却手段の応答性を向上させることができる。
【００９５】
また、請求項１に記載の発明によれば、冷却構造がヒートパイプ構造の作動流体と熱的に結合して冷却を行うことによって、載置台に載置された基板上の温度分布の均一性を阻害することなく、急速に冷却することができ、熱処理を必要とする基板処理において膜厚均一性や線幅均一性を良好に保つことができる。また、第１および第２の冷却手段を備えているので、その使い分けを行うことができ、設定温度を急速に降温させることも設定温度を微調整して高精度の温度制御を行うこともできる。
【００９６】
また、請求項６に記載の発明によれば、第１の冷却手段と第２の冷却手段とを切替えることにより、設定温度を急速に降温させて所定の温度にする場合と、設定温度を微調整する場合とで第１および第２の冷却手段の冷却状態を制御して使用することができる。そのため、さらに高精度に載置台の温度を制御することができる。
【００９７】
また、請求項９に記載の発明によれば、基板処理装置が請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱処理装置を備えているため、請求項１から請求項８のいずれかに記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図１の基板処理装置の第１処理部群および第２処理部群の構成を示すための図である。
【図３】第１の実施形態の加熱ユニットの正面図である。
【図４】第１の実施形態の載置台の平面図である。
【図５】第１の実施形態の設定温度調整時の加熱および冷却制御のタイミングと載置面温度を示す図である。
【図６】第１の実施形態の設定温度調整時の加熱および冷却制御のタイミングと載置面温度を示す図である。
【図７】従来の熱処理装置の要部構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態の加熱ユニットの正面図である。
【図９】第２の実施形態のハウジングを下方から見た平面図である。
【図１０】第２の実施形態の冷却プレートを示す図である。
【図１１】第２の実施形態の設定温度調整時の加熱および冷却制御のタイミングと載置面温度を示す図である。
【符号の説明】
１  基板処理装置
３  制御ユニット
１１  載置台
１５  ヒータ
２１  冷却管
２７  温度センサ
ＨＰ１〜ＨＰ１０  加熱ユニット（熱処理装置）
【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】
0004153781.tif 000009
【図９】
0004153781.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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