(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上方に基板を載置する熱処理プレートにより基板を加熱して処理する熱処理装置において、
前記熱処理プレートを加熱するための加熱手段と、
前記熱処理プレートの温度を経時的に測定することにより前記加熱手段による加熱動作をＰＩＤ制御する加熱手段制御部と、
前記熱処理プレートを冷却するための冷却手段と、
前記熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更するために前記冷却手段を駆動したとき前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を一時的に停止させるとともに、前記熱処理プレートの温度が前記設定温度Ｘより予め定めた規定温度Ｙだけ高い温度まで下降したときに前記冷却手段による冷却動作を停止し、さらに、前記熱処理プレートがその放熱のみにより冷却される状態で、熱処理プレートの降温時間が強制冷却の影響を受けない状態へ移行するために必要な時間に対応する時間経過後に前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を再開させる制御部と、
を備えた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において、
前記冷却手段は前記熱処理プレートを気体により冷却する熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置において、
前記規定温度Ｙを、式Ｙ＝ａＸ＋ｂ（但し、ａ、ｂは定数）により決定する熱処理装置。
【請求項４】
その上方に基板を載置する熱処理プレートと、前記熱処理プレートを加熱するための加熱手段と、前記熱処理プレートの温度を経時的に測定することにより前記加熱手段による加熱動作をＰＩＤ制御する加熱手段制御部と、前記熱処理プレートを冷却するための冷却手段とを備え、基板を前記熱処理プレートにより加熱して処理する熱処理装置において、前記熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更する場合の熱処理装置の制御方法であって、
前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を一時的に停止させるとともに、前記冷却手段を駆動して前記熱処理プレートを冷却し、
前記熱処理プレートの温度が前記設定温度Ｘより予め定めた規定温度Ｙだけ高い温度まで下降したときに前記冷却手段による冷却動作を停止し、
冷却動作の停止後、前記熱処理プレートがその放熱のみにより冷却される状態で一定時間経過後に前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を再開させることにより、熱処理プレートの温度の前記設定温度Ｘ整定時のオーバシュートを防止することを特徴とする熱処理装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板あるいは半導体製造装置用マスク基板等の基板を熱処理プレートにより加熱して処理する熱処理装置および熱処理装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような熱処理装置は、例えば半導体製造工程において、基板上に形成されたフォトレジスト膜の露光処理前の加熱処理（プリベーク処理）や露光後の加熱処理（ポストエクスポージャベーク処理）、あるいは、現像後の加熱処理（ポストベーク処理）等に用いられる。
【０００３】
このような熱処理装置は、加熱手段としてのマイカヒータ等のヒータを内蔵した熱処理プレートを処理室内に備え、この熱処理プレートの上面に基板を載置した状態で基板を加熱する構成となっている。また、例えば実開昭６３−１９３８３３号公報に記載されたように、熱処理プレートの上面より微小高さ突出する球体を配設し、熱処理プレート上に、いわゆるプロキシミティギャップと称される微小な間隔を保って基板を近接支持させた状態で、基板を加熱するものもある。
【０００４】
ところで、近年においては、基板上に形成されるパターンの特性に応じて種々のフォトレジストが使用されており、これに対応して熱処理装置における基板の処理温度も異なっている。このため、熱処理装置における熱処理プレートの温度を任意の温度に調整しうる構成とすることが好ましい。
【０００５】
このとき、熱処理プレートの温度を直前の設定温度より高い温度に変更するためには、ヒータにより熱処理装置を急速に加熱すればよい。しかしながら、熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い温度に変更するためには、熱処理プレートをその放熱によって冷却せざるを得ないことから、熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い温度に変更するには長い時間を要する。
【０００６】
このような理由から、従来の基板処理装置においては、基板の処理温度の種類毎に複数台の熱処理装置を設置し、基板をその処理温度と対応する熱処理装置により熱処理する構成をとっている。しかしながら、このような構成をとった場合においては、多数の熱処理装置を設置する必要が生じ、その専有面積と設備費用が増大するという問題が生ずる。
【０００７】
このような問題に対応するため、例えば特開平１１−２８３８９６号公報においては、従来の熱処理装置に熱処理プレートを冷却するための冷却手段を付設し、熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い温度に変更する際には、この冷却手段により熱処理プレートを急速に強制冷却することで、熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い温度に迅速に変更することができる熱処理装置が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような熱処理装置においては、ＰＩＤ制御等を利用したヒータ制御部を使用し、熱処理プレートの温度を経時的に測定することによりヒータによる加熱動作を制御することで、熱処理プレートの温度を設定温度に整定させている。
【０００９】
このため、熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い新たな設定温度に変更する際には、冷却手段により熱処理プレートを急速に強制冷却し、熱処理プレートの温度が新たな設定温度付近に達したときに、冷却手段による強制冷却を停止するとともに、ヒータによる加熱動作をＰＩＤ制御を利用したヒータ制御部により制御することで、熱処理プレートの温度を新たな設定温度に整定させることになる。
【００１０】
しかしながら、このような構成を採用した場合においては、ヒータ制御部が冷却手段による強制冷却時の降温速度を考慮してヒータの制御を実行するため、新たな設定温度に対してオーバシュートが発生するという問題が生ずる。
【００１１】
すなわち、ヒータ制御部におけるＰＩＤ制御の各係数等の設定は、熱処理プレートが通常の状態で降温するという条件の下に設定されていることから、熱処理プレートが強制冷却により急激に降温した場合には、ヒータ制御部はこれに対抗する方向でヒータを制御し、これにより上述したオーバシュートが発生することになる。
【００１２】
このため、新たな設定温度より大幅に低い温度にて冷却手段による強制冷却を停止し、しかる後、ヒータによる加熱動作をＰＩＤ制御を利用したヒータ制御部により制御することも考えられるが、この場合においては、熱処理プレートが新たな設定温度になるまでに長い時間を要するという問題が発生する。
【００１３】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、熱処理プレートの温度をオーバシュートを生ずることなく迅速に設定温度に整定することができる熱処理装置および熱処理装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、その上方に基板を載置する熱処理プレートにより基板を加熱して処理する熱処理装置において、前記熱処理プレートを加熱するための加熱手段と、前記熱処理プレートの温度を経時的に測定することにより前記加熱手段による加熱動作をＰＩＤ制御する加熱手段制御部と、前記熱処理プレートを冷却するための冷却手段と、前記熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更するために前記冷却手段を駆動したとき前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を一時的に停止させるとともに、前記熱処理プレートの温度が前記設定温度Ｘより予め定めた規定温度Ｙだけ高い温度まで下降したときに前記冷却手段による冷却動作を停止し、さらに、前記熱処理プレートがその放熱のみにより冷却される状態で、熱処理プレートの降温時間が強制冷却の影響を受けない状態へ移行するために必要な時間に対応する時間経過後に前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を再開させる制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記冷却手段は前記熱処理プレートを気体により冷却する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記規定温度Ｙを、式Ｙ＝ａＸ＋ｂ（但し、ａ、ｂは定数）により決定する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、その上方に基板を載置する熱処理プレートと、前記熱処理プレートを加熱するための加熱手段と、前記熱処理プレートの温度を経時的に測定することにより前記加熱手段による加熱動作をＰＩＤ制御する加熱手段制御部と、前記熱処理プレートを冷却するための冷却手段とを備え、基板を前記熱処理プレートにより加熱して処理する熱処理装置において、前記熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更する場合の熱処理装置の制御方法であって、前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を一時的に停止させるとともに、前記冷却手段を駆動して前記熱処理プレートを冷却し、前記熱処理プレートの温度が前記設定温度Ｘより予め定めた規定温度Ｙだけ高い温度まで下降したときに前記冷却手段による冷却動作を停止し、冷却動作の停止後、前記熱処理プレートがその放熱のみにより冷却される状態で一定時間経過後に前記加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を再開させることにより、熱処理プレートの温度の前記設定温度Ｘ整定時のオーバシュートを防止することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る熱処理装置の概要図であり、図２は熱処理プレート７１の平面図である。
【００１９】
この熱処理装置は、熱処理プレート７１と、この熱処理プレート７１の下面に配設されたヒータ７２と、このヒータ７２のさらに下面に配設された冷却ジャケット７３と、熱処理プレート７１の温度を検出するための温度センサ７４とを備える。
【００２０】
前記熱処理プレート７１は、その上方に基板Ｗを載置して熱処理するためのものであり、例えば、アルミニュウム等の伝熱性が良好な金属材料によって円筒状に形成されている。なお、図示を省略しているが、熱処理プレート７１の表面には、アルミナ、マテアタイト等の低伝熱部材から構成された３個の球体が配設されている。この球体の上端は、熱処理プレート７１の表面より微小量だけ突出する状態で配設されており、基板Ｗと熱処理プレート７１の表面との間にいわゆるプロキシミティギャップと称される微小間隔を保った状態で、基板Ｗを熱処理プレート７１の球体上に載置、支持して、この基板Ｗを加熱するよう構成されている。
【００２１】
なお、基板Ｗを、熱処理プレート７１の表面と直接接触する状態で熱処理プレート上に載置してもよい。
【００２２】
前記ヒータ７２は、熱処理プレート７１を加熱する加熱手段として機能するものであり、例えば、マイカヒータ等の平面状のヒータが使用される。
【００２３】
前記冷却ジャケット７３は、熱処理プレート７１の温度を直前の設定温度より低い設定温度まで降温するために熱処理プレート７１を冷却する冷却手段として機能するものである。
【００２４】
この冷却ジャケット７３の下面には、後述する冷却用気体供給源８４から供給される冷却用気体を注入するための４個の注入口８１が配設されている。これらの注入口８１は、平面視において熱処理プレート７１の中心部付近に中心部を中心として等距離の位置に形成されている。また、熱処理プレート７１の周縁部側には、４個の排出口８２が形成されており、各注入口８１と排出口８２とは、気体流路８３により連通接続されている。なお、各気体流路８３は、冷却ジャケット７３に接する面積を増大させるため、図２に示すように、多数の屈曲部を有する形状に形成されている。
【００２５】
上記各注入口８１は、気体配管８７により、流量調整弁８６および電磁開閉弁８５を介して、冷却用気体を供給するための冷却用気体供給源８４と接続されている。なお、この冷却用気体としては、例えばクリーンルームのユーティリティとして一般的に配備されているドライエア供給源から供給されるドライエアを使用することができる。
【００２６】
なお、この冷却ジャケット７３の冷却用に気体を使用しているのは次のような理由による。すなわち、基板Ｗを熱処理する場合においては、熱処理プレート７１の温度は摂氏１００度以上となるため、冷却ジャケット７３の冷却用に液体を使用した場合においては、この液体が沸騰することから、気体流路８３等を高圧に耐えうる構成とする必要があり、冷却ジャケット７３の構成が複雑化するためである。
【００２７】
図３は、この発明に係る熱処理装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。
【００２８】
この熱処理装置は、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ９１と、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ９２と、論理演算を実行するＣＰＵ９３とからなる制御部９０を備える。この制御部９０は、インターフェース９４を介して図１に示す電磁開閉弁８５と接続されている。
【００２９】
また、制御部９０は、上述したヒータ７２を制御するためのヒータコントローラ９５と接続されている。このヒータコントローラ９５は、そこに接続された熱処理プレート７１の温度をセンサ７４を利用して経時的に測定し、この測定値に基づいてそこに接続されたヒータ７２による加熱動作をＰＩＤ制御により制御するためのこの発明に係る加熱手段制御部として機能する。センサ７４により測定された熱処理プレート７１の温度は、ヒータコントローラ９５を介して制御部９０にも送られる。
【００３０】
なお、この明細書でいうＰＩＤ制御とは、比例動作（Ｐ動作）と積分動作（Ｉ動作）と微分動作（Ｄ動作）を利用した３項制御の場合のみならず、その一部の項を省略したＰ制御、ＰＩ制御、ＰＤ制御、あるいは、２自由度のＰＩＤ制御等をも含む概念である。
【００３１】
次に、以上のように構成された熱処理装置において、熱処理プレート７１の温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更する場合における熱処理装置の制御動作について説明する。図４は、この発明に係る熱処理装置において、熱処理プレート７１の温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更する場合の熱処理装置の制御動作を示すフローチャートである。
【００３２】
熱処理プレート７１が、あるロットの基板Ｗを熱処理するために設定された設定温度となっている場合に、引き続いて異なるロットの基板Ｗを熱処理するためにこの熱処理プレート７１の温度を設定温度Ｘに変更する場合においては、次のような制御動作により熱処理プレート７１の温度を降温させる。
【００３３】
すなわち、先ず、冷却ジャケット７３により熱処理プレート７１を冷却する（ステップＳ１）。この冷却動作は、制御部９０の制御により電磁開閉弁８５を開放して、冷却ジャケット７３における気体流路８３内に冷却用気体供給源８４からの冷却用気体を流通させることにより実行される。
【００３４】
また、これと並行して、ヒータコントローラ９５によるヒータ７２の加熱制御動作を停止する（ステップＳ２）。すなわち、制御部９０からヒータコントローラ９５に指令を出すことにより、ヒータコントローラ９５によるヒータ７２の一切の制御動作を停止させる。
【００３５】
そして、センサ７４による熱処理プレート７１の温度の検出値を制御部９０においてヒータコントローラ９５を介して監視し、熱処理プレート７１の温度が新たな設定温度Ｘより規定温度であるＹだけ高い温度となったか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００３６】
そして、熱処理プレート７１の温度が新たな設定温度Ｘより規定温度Ｙだけ高い温度となれば、冷却ジャケット７３を使用した冷却動作を停止する（ステップＳ４）。これにより、熱処理プレート７１は、その放熱のみにより冷却されることになる。
【００３７】
この状態で、一定のディレイ時間ｔの経過を待つ（ステップＳ５）。
【００３８】
そして、ディレイ時間ｔが経過すれば、ヒータコントローラ９５によるヒータ７２の加熱制御動作を開始する（ステップＳ６）。すなわち、制御部９０からヒータコントローラ９５に指令を出すことにより、ヒータコントローラ９５によるヒータ７２の制御動作を再開させる。
【００３９】
そして、ヒータコントローラ９５によりヒータ７２をＰＩＤ制御し、熱処理プレート７１の温度が設定温度Ｘとなれば（ステップＳ７）、降温処理動作を終了する。
【００４０】
このとき、一定のディレイ時間ｔの間は熱処理プレート７１は強制冷却されていないことから、熱処理プレート７１は通常の状態で降温する。一方、ヒータコントローラ９５におけるＰＩＤ制御の各係数等の設定は、熱処理プレート７１が通常の状態で降温するという条件の下に設定されている。このため、熱処理プレート７１の温度変動がオーバシュートを生ずることなく、速やかに設定温度Ｘに整定する。
【００４１】
なお、上述した規定温度Ｙは、ａおよびｂを定数としたとき、式Ｙ＝ａＸ＋ｂにより決定することが好ましい。これは、熱処理プレート７１を圧縮空気等の気体で降温させる場合には、設定温度Ｘが高いほど熱処理プレートの降温速度が速く、その速度は設定温度の一次式に比例することが実験的に認められているためである。
【００４２】
また、上述したディレイ時間ｔは、熱処理プレート７１の降温速度が、強制冷却の影響を受けた状態から通常の状態へ移行するために必要な時間に対応する時間である。このディレイ時間ｔは、熱処理プレート７１の熱容量等を考慮して実験的に求めることができる。
【００４３】
上述した実施形態においては、加熱手段制御部としてのヒータコントローラ９５が、ＰＩＤ制御によりヒータ７２を制御する場合について説明したが、熱処理プレート７１を経時的に観測することによりヒータ７２による加熱動作を制御する制御方式であれば、ＰＩＤ制御以外の制御方式を採用してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ＰＩＤ制御により加熱手段による加熱動作を制御する場合において、熱処理プレートの温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更するために冷却手段を駆動したとき加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を一時的に停止させるとともに、熱処理プレートの温度が設定温度Ｘより予め定めた規定温度Ｙだけ高い温度まで下降したときに冷却手段による冷却動作を停止し、さらに、前記熱処理プレートがその放熱のみにより冷却される状態で一定時間経過後に加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を再開させる制御部を備えたことから、熱処理プレートの温度を、オーバシュートを生ずることなく迅速に設定温度に整定することが可能となる。
【００４５】
請求項２に記載の発明によれば、冷却手段が熱処理プレートを気体により冷却することから、冷却手段の構成を簡易なものとすることができる。
【００４６】
請求項３に記載の発明によれば、規定温度Ｙを、式Ｙ＝ａＸ＋ｂ（但し、ａ、ｂは定数）により決定することから、設定温度Ｘにかかわらずディレイ時間開始直前に熱処理プレートを一定の状態で降温せしめることが可能となる。
【００４７】
請求項４に記載の発明によれば、ＰＩＤ制御により加熱手段による加熱動作を制御する場合において、加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を一時的に停止させるとともに、冷却手段を駆動して熱処理プレートを冷却し、熱処理プレートの温度が設定温度Ｘより予め定めた規定温度Ｙだけ高い温度まで下降したときに冷却手段による冷却動作を停止し、冷却動作の停止後、前記熱処理プレートがその放熱のみにより冷却される状態で一定時間経過した後に、加熱手段制御部による加熱手段の加熱動作の制御を再開させることから、熱処理プレートの温度を、オーバシュートを生ずることなく迅速に設定温度に整定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る熱処理装置の概要図である。
【図２】  熱処理プレート７１の平面図である。
【図３】  この発明に係る熱処理装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。
【図４】  この発明に係る熱処理装置において、熱処理プレート７１の温度を直前の設定温度より低い設定温度Ｘに変更する場合の熱処理装置の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
７１      熱処理プレート
７２      ヒータ
７３      冷却ジャケット
７４      温度センサ
８１      注入口
８２      排出口
８３      気体流路
８４      冷却空気供給源
８５      電磁開閉弁
９０      制御部
９５      ヒータコントローラ
【図１】
0004128318.tif 000002
【図２】
0004128318.tif 000003
【図３】
0004128318.tif 000004
【図４】
0004128318.tif 000005