JPH11111823A - 基板熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の面内温度分布が均一な状態でかつ短時
間で基板の温度を所定温度に設定可能な基板熱処理装置
を提供する。 【解決手段】 加熱プレート１の基板支持プレート１５
の下面にペルチェ素子１６ａ，１６ｂを配設する。基板
支持プレート１５の下面の外周部に配設されたペルチェ
素子１６ｂは第２温度コントローラ２９に接続され、中
央部に配置されたペルチェ素子１６ａは第１温度コント
ローラ２８に接続される。基板の昇温時には、外周部の
ペルチェ素子１６ｂおよび中央部のペルチェ素子１６ａ
を動作させて基板を昇温し、所定温度付近に達すると、
中央部のペルチェ素子１６ａを停止させ、外周部のペル
チェ素子１６ｂにより基板を設定温度に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板を所定の温度
で処理する基板熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基
板、液晶表示装置用ガラス基板、光ディスク用基板等の
基板の処理工程では、基板熱処理装置、例えばレジスト
膜が形成された基板を所定の温度に加熱する基板加熱装
置および加熱後の基板を所定温度にまで冷却する基板冷
却装置が用いられる。

【０００３】図１０は、従来の基板加熱装置の主要部の
構成を示す模式図である。図１０において、基板加熱装
置は基板Ｗを所定の温度に加熱するための加熱プレート
１を備える。加熱プレート１の内部にはヒータ等の熱源
が埋め込まれている。また、加熱プレート１の上面には
基板Ｗの下面を支持する球状スペーサ５が配置されてい
る。

【０００４】加熱プレート１の下方には、３本の昇降ピ
ン３およびこれらに連結された昇降フレーム６が配置さ
れている。昇降フレーム６の一端にはシリンダ７が連結
されており、シリンダ７のロッドの伸縮動作に応じて基
板Ｗが３本の昇降ピン３により昇降移動される。

【０００５】上記の基板加熱装置は、例えば基板上のレ
ジスト膜に対する露光処理前の加熱処理（プリベーク処
理）、露光処理後の加熱処理（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ Ｅｘ
ｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）および現像後の加熱処理（ポ
ストベーク処理）等に用いられる。各処理時には、外部
に設けられた基板搬送装置によって基板加熱装置に基板
Ｗが順次供給され、加熱処理が行われる。

【０００６】図１１は加熱プレートの平面模式図であ
る。加熱プレート１には、ヒータ４０が埋設されてい
る。ヒータ４０は温度コントローラ４１に接続されてい
る。

【０００７】基板の加熱処理では、基板全体を均一に所
定温度にまで加熱し、保持することが要求される。これ
に対し、加熱プレート１上に近接保持された基板Ｗの表
面からは放熱が生じ、特に中央部に比べて外周部からの
放熱量が大きい。このため、基板Ｗを所定温度下で保持
すると、基板Ｗの外周部では中央部に比べて温度が低く
なる傾向がある。そこで、基板Ｗの中央部よりも外周部
により多くの熱量が加熱プレート１から供給されるよう
に加熱プレート１のヒータ４０の配置が工夫されてい
る。

【０００８】例えば、図１１では、ヒータ４０が加熱プ
レート１の外周部で密に、中心側で疎に配置されてい
る。そして、温度コントローラ４１からヒータ４２に電
流が供給されると、ヒータ４０から発生した熱が加熱プ
レート１を介して基板Ｗに供給される。その熱量は基板
Ｗの中央部に比べ外周部に多く供給される。また、基板
Ｗの表面からの放熱量は中央部に比べ外周部が大きい。
このため、基板Ｗでは加熱プレート１から与えられる熱
量と基板表面からの放熱量とがバランスし、これによっ
て基板Ｗの面内温度分布が均一化される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなヒータ４０の配置形態では、基板の昇温時に、基
板Ｗの外周部と中央部とで温度が不均一となる不都合が
生じる。

【００１０】図１２は基板の昇温時の温度分布を示す図
である。上記のヒータ４０は加熱プレート１の外周部に
密に配置されている。したがって、基板の昇温時には、
基板Ｗの中央部に比べて外周部により多くの熱量が与え
られる。このため、図１２に示すように、基板Ｗの外周
部の昇温が速く、中央部に比べて温度が高くなる。基板
Ｗの外周部と中央部との温度差は基板Ｗの径が大きくな
るにつれて大きくなり、特に外径が３００ｍｍの大径基
板では外周部と中央部との温度差が無視できない大きさ
となる。基板の昇温時に、基板の面内温度の不均一が生
じると、例えばＰＥＢ処理時に基板上のレジスト膜に形
成されたパターンの線幅が不均一となるという不都合が
生じる。

【００１１】また、このような基板昇温時に生じる温度
不均一と同様の問題は、基板冷却装置における基板の降
温時においても生じる。

【００１２】本発明の目的は、基板の面内温度分布が均
一な状態でかつ短時間で基板の温度を所定温度に設定可
能な基板熱処理装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る基板熱処理装置は、基板を所定の温度で処理
する基板熱処理装置であって、所定の温度に調整され、
基板を支持する基板支持台と、基板の中央部に対応する
基板支持台の中央部に設けられ、基板の温度を調整する
第１の温度調整手段と、基板の外周部に対応する基板支
持台の外周部に設けられ、基板の温度を調整する第２の
温度調整手段と、第１の温度調整手段の動作を制御する
第１の制御手段と、第２の温度調整手段の動作を制御す
る第２の制御手段とを備えたものである。

【００１４】第１の発明に係る基板熱処理装置において
は、第１の温度調整手段と第２の温度調整手段とにより
基板支持台の温度が調整される。基板は基板支持台に支
持され、所定の温度に調整された基板支持台から与えら
れる熱によって所定の温度に設定、保持される。第１の
温度調整手段と第２の温度調整手段の動作は、それぞれ
独立に設けられた第１の制御手段と第２の制御手段とに
よって制御される。このため、基板支持台の中央部と外
周部とを最適な温度に調整することにより、基板の中央
部および外周部に適当な熱量を付与し、基板の温度を短
時間で所定の温度に設定できるとともに、基板の面内温
度分布を均一化させることができる。

【００１５】第２の発明に係る基板熱処理装置は、第１
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、基板支持
台の温度を所定の温度に変化させる際に、第１の制御手
段が第１の温度調整手段を動作させるとともに、第２の
制御手段が第２の温度調整手段を動作させ、基板支持台
の温度を所定の温度に保持する際に、第１の制御手段が
第１の温度調整手段の動作を停止させるとともに、第２
の制御手段が第２の温度調整手段を動作させるものであ
る。

【００１６】基板支持台の温度を所定の温度に変化させ
る際には、第１および第２の制御手段が第１の温度調整
手段と第２の温度調整手段の両方を動作させる。このた
め、基板支持台の温度を短時間で所定の温度に変化させ
ることができる。また、所定の温度に設定された基板や
基板支持台では、中央部に比べて外周部からの放熱量が
大きくなる傾向を有する。このため、基板支持台の温度
を所定の温度に保持する際には、基板支持台の中央部の
温度を調整する第１の温度調整手段の動作を停止させ、
基板支持台の外周部の温度を調整する第２の温度調整手
段を動作させることにより温度変動が生じやすい基板の
外周部および基板支持台の外周部の温度を調整する。こ
れにより、基板の面内温度分布を均一に保持することが
できる。

【００１７】第３の発明に係る基板熱処理装置は、第１
または第２の発明に係る基板熱処理装置の構成におい
て、第１の温度調整手段が、基板支持台の下面中央部に
配設された第１のペルチェ素子であり、第２の温度調整
手段が、基板支持台の下面外周部に配設された第２のペ
ルチェ素子であるものである。

【００１８】この場合、第１のペルチェ素子は主に基板
支持台の中央部に熱を移動させて基板支持台の中央部の
温度を上昇あるいは下降させる。また、第２のペルチェ
素子は主に基板支持台の外周部に熱を移動させて基板支
持台の外周部の温度を上昇または下降させる。基板支持
台の温度を所定の温度に変化させる際には、第１および
第２のペルチェ素子を駆動して基板支持台の中央部およ
び外周部に熱を移動させて基板支持台の温度を短時間で
上昇または下降することができる。これにより、基板の
温度を所定の温度に短時間で変化させることができる。

【００１９】また、基板支持台の温度を所定の温度に保
持する際には、第１のペルチェ素子を停止し、第２のペ
ルチェ素子により基板支持台の外周部に対して熱移動を
行なわせる。これにより、所定温度の基板支持台に支持
された基板の面内温度分布を均一な状態で保持すること
ができる。

【００２０】第４の発明に係る基板熱処理装置は、第３
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、基板支持
台の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、第１の
制御手段が、温度検出手段が検出した基板支持台の温度
と所定の温度との差が所定の値よりも大きい場合に第１
のペルチェ素子を動作させ、差が所定の値よりも小さい
場合に第１のペルチェ素子の動作を停止させるものであ
る。

【００２１】この場合、第１の制御手段は、温度検出手
段が検出した基板支持台の温度に基づいて第１のペルチ
ェ素子を制御する。基板支持台の温度が所定の温度より
も所定の値以上異なる場合には、第１のペルチェ素子を
動作させて第２の温度調整手段とともに基板支持台の温
度を短時間で調整することができる。また、基板支持台
の温度が所定の温度に接近し、両者の差が所定の値より
も小さくなる場合には、第１のペルチェ素子の動作を停
止させ、第２の温度調整手段により基板支持台の温度を
調整する。これにより、温度変化が生じやすい基板の外
周部に適当な熱を付与し、基板の面内温度分布を均一な
状態で保持することができる。

【００２２】第５の発明に係る基板熱処理装置は、第４
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、第２の制
御手段が、温度検出手段が検出した基板支持台の温度が
所定の温度に達するまで第２のペルチェ素子に一定電流
を供給し、基板支持台の温度が所定の温度に達した後、
第２のペルチェ素子に供給する電流を温度検出手段から
の出力に基づいて制御するものである。

【００２３】この場合、基板支持台の温度を所定の温度
に達するまでの間、第２のペルチェ素子に一定電流を供
給し、基板支持台の温度を所定の温度に向かって所望の
速さで変化させることができる。また、基板支持台の温
度が所定の温度に達した後は、温度検出手段が検出した
温度に基づいて第２のペルチェ素子に供給される電流を
制御し、これによって基板支持台の温度を所定温度に保
持することができる。

【００２４】第６の発明に係る基板熱処理装置は、第５
の発明に係る基板熱処理装置の構成において、第１およ
び第２のペルチェ素子の下面に配設され、基板支持台を
加熱する加熱手段をさらに備えたものである。

【００２５】この場合、基板支持台は、第１および第２
のペルチェ素子に加え、加熱手段によっても加熱され
る。この加熱手段を設けることにより、基板支持台およ
び基板をより高い温度に調整することが可能となる。

【００２６】第７の発明に係る基板熱処理装置は、第１
または第２の発明に係る基板熱処理装置の構成におい
て、第１の温度調整手段が、基板支持台の中央部に配設
された第１のヒータであり、第２の温度調整手段が、基
板支持台の外周部に配設された第２のヒータであるもの
である。

【００２７】この場合、第１のヒータと第２のヒータと
を独立に制御することにより、基板支持台の中央部およ
び外周部の温度を各処理状態における所望の値に調整す
ることができる。

【００２８】第８の発明に係る基板熱処理装置は、第１
〜第３および第７のいずれかの発明に係る基板熱処理装
置の構成において、第２の温度調整手段が、基板支持台
の外周部において異なる円周上に複数個配設されたもの
である。

【００２９】この場合、基板の外周部に対応して複数の
第２の温度調整手段を異なる円周上に配設することによ
って基板が大径化した場合にも基板の外周部の温度を均
一化することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施例に
よる基板加熱装置の断面図である。基板加熱装置は、筐
体１０の内部に基板Ｗを加熱する加熱プレート１を備え
る。加熱プレート１の上面には基板Ｗの下面を支持する
３つの球状スペーサ５が正三角形状に配置されている。
さらに、加熱プレート１には基板Ｗを昇降移動させる３
本の昇降ピン３を通過させるための３つの貫通孔４が形
成されている。

【００３１】加熱プレート１の上方には加熱プレート１
の上面を覆う上部カバー２が筐体１０の上面内側に取り
付けられている。さらに、加熱プレート１の下方には、
基板Ｗの下面を支持して昇降移動する３本の昇降ピン３
およびこれに連結される昇降フレーム６が配置されてい
る。昇降フレーム６の一端にはシリンダ７が筐体１０の
外部において連結されている。そして、シリンダ７のロ
ッドの伸縮により昇降フレーム６および昇降ピン３が昇
降移動する。昇降フレーム６および昇降ピン３が上昇し
た際には、基板Ｗが加熱プレート１の上方で待機され、
下降した際には、基板Ｗが加熱プレート１上の球状スペ
ーサ５上に載置される。

【００３２】筐体１０の前面には基板給排口１１が形成
されている。基板給排口１１の内側にはシャッタ９が配
置されている。シャッタ９の下端は連動部材８により昇
降フレーム６に連結されている。これにより、シリンダ
７のロッドが伸張すると、昇降プレート６が上昇して基
板Ｗを待機位置に持ち上げるとともに、シャッタ９が下
降して基板給排口１１を開放する。また、シリンダ７の
ロッドが縮退すると、昇降フレーム６が下降して基板Ｗ
を球状スペーサ５上に載置するとともに、シャッタ９が
上昇し、基板給排口１１を閉鎖する。

【００３３】図２は加熱プレートの断面図であり、図３
は加熱プレートの平面図である。熱プレート１は基板Ｗ
を水平に支持する基板支持プレート１５と、基板支持プ
レート１５の下面に設けられた補助加熱部１６と、補助
加熱部１６の下面に設けられた主加熱部１７と、主加熱
部１７の下面に接し、基板支持プレート１５および主加
熱部１７を冷却する冷却部１８とを備える。

【００３４】基板支持プレート１５はアルミニウム等の
良伝熱性材料からなり、その上面に基板Ｗを支持するた
めの３つの球状スペーサ５が正三角形状に配置されてい
る。この基板支持プレート１５の表面温度が所定の温度
に制御されることにより、基板支持プレート１５の上方
に僅かな隙間をもって支持された基板Ｗの温度が所定の
設定温度に調整される。

【００３５】補助加熱部１６は、複数のペルチェ素子１
６ａ，１６ｂから構成される。ペルチェ素子１６ａ，１
６ｂは電流が供給されることにより一方面側で吸熱し、
他方面側で放熱する。これにより、熱を移動させること
ができる。熱の移動方向は、供給する電流の方向を切り
替えることにより、切り替えることができる。そこで、
基板支持プレート１５の温度を上昇させる場合には、主
加熱部１７から基板支持プレート１５側へ熱を移動さ
せ、また基板支持プレート１５の温度を低下させる場合
には、基板支持プレート１５から主加熱部１７側へ熱を
移動させる。

【００３６】図３に示すように、基板支持プレート１５
の裏面の中央部には１個のペルチェ素子１６ａが配置さ
れ、外周部には複数、図示の例では８個のペルチェ素子
１６ｂが配置されている。中央部のペルチェ素子１６ａ
と外周部のペルチェ素子１６ｂとはそれぞれ第１温度コ
ントローラ（第１Ｔ．Ｃ．）２８および第２温度コント
ローラ（第２Ｔ．Ｃ．）２９により個別に制御される。
その制御動作については後述する。

【００３７】図２において、主加熱部１７は、補助加熱
部１６に接するように配置された中間プレート１７ａ
と、中間プレート１７ａの下面に接するように設けられ
たヒータ部１７ｂと、ヒータ部１７ｂの下面に接するよ
うに配置された放熱プレート１７ｃとを有する。ヒータ
部１７ｂはマイカヒータにより構成されている。中間プ
レート１７ａはヒータ部１７ｂから発生した熱を均一化
して基板支持プレート１５に伝えるために設けられてい
る。また、放熱プレート１７ｃはヒータ部１７ｂの熱を
冷却部１８側に排出するために設けられている。

【００３８】冷却部１８は、主加熱部１７を冷却する冷
却用のペルチェ素子１９と、冷却用のペルチェ素子１９
からの熱を排出するための水冷ジャケット２０とを備え
る。冷却用のペルチェ素子１９は、主加熱部１７の放熱
プレート１７ｃの下面に接して設けられ、第４温度コン
トローラ（第４Ｔ．Ｃ．）３１により制御される。そし
て、後述する降温動作時に、放熱プレート１７ｃから吸
熱することによりヒータ部１７ｂの温度を低下させる。

【００３９】水冷ジャケット２０は良伝熱性の板状部材
の内部に冷却水を循環させるための冷却水通路２１が形
成されている。冷却水通路２１は循環配管２２を介して
外部、例えば本基板加熱装置が配置される工場の冷却水
供給源２３に接続されている。

【００４０】また、基板支持プレート１５には、基板Ｗ
が基板支持プレート１５上に投入されたことを検出する
基板検出センサ２５が設けられている。基板検出センサ
２５の出力はメインコントローラ３２に入力される。さ
らに、基板支持プレート１５には温度検出センサ２６が
設けられており、このセンサ出力は第１温度コントロー
ラ２８および第２温度コントローラ２９に入力される。

【００４１】第１温度コントローラ２８は、補助加熱部
１６の中央部のペルチェ素子１６ａに接続されており、
温度検出センサ２６からの出力を受け取り、ペルチェ素
子１６ａに供給する電流量を制御する。

【００４２】また、第２温度コントローラ２９は、補助
加熱部１６の外周部のペルチェ素子１６ｂに接続されて
おり、温度検出センサ２６からの出力を受け取り、ペル
チェ素子１６ｂに供給する電流量を制御する。

【００４３】中間プレート１７ａには温度検出センサ２
７が設けられており、このセンサ出力がメインコントロ
ーラ３２および第３温度コントローラ（第３Ｔ．Ｃ．）
３０に入力される。第３温度コントローラ３０は電源３
４からヒータ部１７ｂに供給される電流を制御する。

【００４４】さらに、第４温度コントローラ３１は電源
３４から冷却用のペルチェ素子１９に供給される電流を
制御する。第１〜第４温度コントローラ２８〜３１の動
作はメインコントローラ３２によって制御される。

【００４５】メインコントローラ３２はＣＰＵ（中央演
算処理装置）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、時間計測の
ためのカウンタ等を有するマイクロコンピュータを備え
ている。さらに、メインコントローラ３２には温度制御
条件等を入力するためのキーボード等からなる入力部３
３が接続されている。

【００４６】本実施例において、基板支持プレート１５
が本発明の基板支持台に相当し、中央部のペルチェ素子
１６ａが第１の温度調整手段および第１のペルチェ素子
に相当し、外周部のペルチェ素子１６ｂが第２の温度調
整手段および第２のペルチェ素子に相当し、第１温度コ
ントローラ２８が第１の制御手段に相当し、第２温度コ
ントローラ２９が第２の制御手段に相当し、温度検出セ
ンサ２１が温度検出手段に相当し、主加熱部１７が加熱
手段に相当する。

【００４７】次に、上記の基板加熱装置の動作について
説明する。以下では、（１）基板支持プレートの温度設
定動作、（２）基板投入時の高速昇温動作、（３）設定
温度の変更（降温）動作および（４）基板の降温動作に
ついて説明する。

【００４８】（１）基板支持プレートの温度設定動作 図４は基板加熱装置の温度設定動作のフローチャートで
ある。ここでは、基板支持プレート１５の上面温度を１
１０℃に設定する場合について説明する。

【００４９】図４に示すように、基板Ｗの搬入前に、主
加熱部１７のヒータ部１７ｂを駆動し、ステップＳ１お
よびステップＳ２の処理を行う。同時に補助加熱部１６
を駆動し、ステップＳ３およびステップＳ４の処理を行
う。

【００５０】すなわち、ステップＳ１において、第３温
度コントローラ３０は電源３４からヒータ部１７ｂに供
給される電流量を制御し、ヒータ部１７ｂのヒータを発
熱させる。そして、メインコントローラ３２は温度検出
センサ２７からの出力に基づいて中間プレート１７ａの
温度を監視し、中間プレート１７ａが所定の温度、例え
ば９０℃になったか否かを判定する（ステップＳ２）。

【００５１】中間プレート１７ａが所定温度以下の場合
には第３温度コントローラ３０によりヒータ部１７ｂに
電流を供給して発熱させ、所定温度に達した場合には、
ヒータ部１７ｂへの電流の供給を遮断する。この処理を
繰り返し、中間プレート１７ａの温度を９０℃に保持す
る。

【００５２】また、上記動作と並行して、ステップＳ３
においては、電源３４から補助加熱部１６のペルチェ素
子１６ａ，１６ｂに電流が供給され、ペルチェ素子１６
ａ，１６ｂの熱移動作用により基板支持プレート１５が
昇温される。メインコントローラ３２は基板支持プレー
ト１５の温度検出センサ２６からの出力に基づき、基板
支持プレート１５の温度が所定の温度、すなわち１１０
℃になったか否かを判断する（ステップＳ４）。補助加
熱部１６の中央部のペルチェ素子１６ａでは、基板保持
プレート１５の温度が１１０℃近傍に達すると、電流の
供給が停止される。その後、補助加熱部１６の外周部の
ペルチェ素子１６ｂにより基板保持プレト１５の温度が
調整される。

【００５３】外周部のペルチェ素子１６ｂは供給される
電流の方向を切り替えることにより熱の移動方向を切り
替えることができる。そこで、第２温度コントローラ２
９は外周部のペルチェ素子１６ｂへの電流の供給方向を
適宜切り替えて、基板支持プレート１５の温度を設定温
度１１０℃に保持する。

【００５４】上記の温度設定処理では、主加熱部１７の
ヒータ部１７ｂと補助加熱部１６のペルチェ素子１６
ａ，１６ｂとにより基板支持プレート１５の温度設定が
行われる。補助加熱部１６では、中央部のペルチェ素子
１６ａと外周部のペルチェ素子１６ｂとが駆動される。
そして、基板支持プレート１５の中央部および外周部が
均一に昇温される。このため、短時間で基板支持プレー
ト１５の温度を設定温度に設定することができる。

【００５５】（２）基板投入時の高速昇温動作 上記の温度設定処理において所定の温度、例えば１１０
℃に設定された基板支持プレート１５上に基板Ｗが投入
されると、投入時の基板Ｗの温度が室温程度と低いた
め、基板支持プレート１５の表面温度が急激に低下す
る。そこで、以下の高速昇温動作を行い、基板支持プレ
ート１５の表面温度を補正して基板Ｗを所望の温度に設
定する。

【００５６】図５は、基板の温度を１１０±０．３℃に
制御する場合の高速昇温動作のフローチャートである。
また、図６は基板の温度変化を示す図である。

【００５７】基板Ｗの投入前では、基板支持プレート１
５が補助加熱部１６および主加熱部１７によって設定温
度１１０℃に制御されている。すなわち、補助加熱部１
６の中央部のペルチェ素子１６ａの動作は停止され、外
周部のペルチェ素子１６ｂは第２温度コントローラ２９
によりＰＩＤ制御されている。この状態において、例え
ば室温（約２３℃）の基板Ｗが基板支持プレート１５上
に投入されると、図６に示すように、基板支持プレート
１５の表面温度が急激に低下する。そこで、まず基板検
出センサ２５が基板Ｗの投入を検出すると、基板支持プ
レート１５の温度が設定温度１１０℃から０．５℃以上
低下したか否かを温度検出センサ２６からの出力によっ
て判断する（ステップＳ１０）。

【００５８】０．５℃以上の温度低下を検出すると、第
２温度コントローラ２９が制御され、最大許容電流が補
助加熱部１６の外周部のペルチェ素子１６ｂに供給され
るとともに、第１温度コントローラ２８が制御され、補
助加熱部１６の中央部のペルチェ素子１６ａに最大許容
電流が供給される。これにより、補助加熱部１６がいわ
ゆるフルパワーで基板支持プレート１５を昇温する。基
板支持プレート１５は、補助加熱部１６のペルチェ素子
１６ａ，１６ｂによって中央部および外周部がほぼ均一
に昇温される。このために、基板Ｗは均一に加熱され、
短時間でかつ面内温度が均一な状態で昇温される。

【００５９】基板支持プレート１５の温度が上昇し、所
定温度、例えば設定温度１１０℃よりも０．３℃程度低
い温度にまで昇温されると、第１温度コントローラ２８
は補助加熱部１６の中央部のペルチェ素子１６ａへの電
流の供給を遮断する（ステップＳ１２）。

【００６０】さらに、基板支持プレート１５の温度が１
１０℃に達すると（ステップＳ１３）、第２温度コント
ローラ２９をＰＩＤ制御に切り替え、昇温動作を抑制す
る。そして、補助加熱部１６の外周部のペルチェ素子１
６ｂへ供給する電流の方向を切り替えて基板支持プレー
ト１５の温度を１１０℃±０．３℃の範囲に制御する
（ステップＳ１４）。

【００６１】基板Ｗの中央部は外周部に比べて放熱量が
小さい。このため、基板Ｗの温度が設定温度付近に達し
た後は、補助加熱部１６の中央部に設けられたペルチェ
素子１６ａを停止することにより基板Ｗの中央部へ供給
される熱量を抑制し、それによって基板Ｗの面内温度を
均一な状態に保持することができる。

【００６２】（３）設定温度の変更（降温）動作 次に、基板処理の設定温度を低い温度に変更する場合の
動作について説明する。この変更動作は、低い設定温度
で処理される基板が基板加熱装置に投入される前に行な
われる。

【００６３】加熱処理が終了した基板支持プレート１５
の温度は直前の基板の設定温度、例えば１１０℃にほぼ
等しい状態にある。同様に、中間プレート１７ａの温度
は９０℃近傍に保持されている。そこで、冷却用のペル
チェ素子１９を駆動して主加熱部１７および基板支持プ
レート１５の温度を低下させる。

【００６４】メインコントローラ３２は第１温度コント
ローラ２８および第２温度コントローラ２９により補助
加熱部１６の中央部のペルチェ素子１６ａおよび外周部
のペルチェ素子１６ｂを駆動する。補助加熱部１６のペ
ルチェ素子１６ａ，１６ｂには基板支持プレート１５の
熱を主加熱部１７側へ移動させるように電流が供給さ
れ、冷却用のペルチェ素子１９には主加熱部１７の熱を
水冷ジャケット２０側へ移動させるように電流が供給さ
れる。これにより、基板支持プレート１５の熱は補助加
熱部１６、主加熱部１７および冷却用のペルチェ素子１
９を通り水冷ジャケット２０に伝えられる。伝えられた
熱は水冷ジャケット２０の冷却水通路２１を循環する冷
却水により外部に排出される。

【００６５】基板支持プレート１５の温度が所定の設定
温度近傍まで低下すると、補助加熱部１６の中央部のペ
ルチェ素子１６ａへの電流の供給を停止する。その後、
補助加熱部１６の外周部のペルチェ素子１６ｂの第２温
度コントローラ２９をＰＩＤ制御に切り替え、降温動作
を抑制する。

【００６６】この場合にも、補助加熱部１６の中央部の
ペルチェ素子１６ａを駆動することにより、基板支持プ
レート１５の外周部のみならず中央部も冷却され、基板
支持プレート１５の温度が短時間でかつ均一な状態で降
下される。

【００６７】（４）基板の降温動作 次に、基板Ｗを一定の温度に保持した後、低い温度に降
下させる動作について説明する。例えば、化学増幅型レ
ジストが形成された基板のＰＥＢ処理では、基板Ｗを所
定温度に均一に加熱し、レジスト膜中に生成された酸触
媒を拡散させ反応を促進して微細なパターンを均一な線
幅で形成することが重要である。このため、設定温度で
加熱された基板Ｗを速やかに降温し、化学増幅型レジス
ト膜の酸触媒の生成反応を停止させる必要がある。

【００６８】このような降温動作時には、メインコント
ローラ３２が第１温度コントローラ２８および第２温度
コントローラ２９により補助加熱部１６の中央部のペル
チェ素子１６ａおよび外周部のペルチェ素子１６ｂを駆
動する。補助加熱部１６のペルチェ素子１６ａ，１６ｂ
には基板支持プレート１５の熱を主加熱部１７側へ移動
させるように電流が供給される。また、第４温度コント
ローラ３１により冷却用のペルチェ素子１９が駆動され
る。冷却用のペルチェ素子１９には主加熱部１７の熱を
水冷ジャケット２０側へ移動させるように電流は供給さ
れる。これにより、基板支持プレート１５の熱は補助加
熱部１６、主加熱部１７および冷却用のペルチェ素子１
９を通り水冷ジャケット２０に伝えられる。伝えられた
熱は水冷ジャケット２０の冷却水通路２１を循環する冷
却水により外部に排出される。

【００６９】このような動作により、基板Ｗは面内温度
分布が均一な状態で低温度に降温処理される。また、基
板支持プレート１５の温度が所定の温度まで降下される
と補助加熱部１６の中央部のペルチェ素子１６ａが停止
され、外周部のペルチェ素子１６ｂの第２温度コントロ
ーラ２９をＰＩＤ制御に切り替え、所定の低温度を保持
する。

【００７０】このように、第１の実施例による基板加熱
装置では、基板支持プレート１５の中央部に配置したペ
ルチェ素子１６ａと外周部に配置したペルチェ素子１６
ｂとを異なる温度コントローラを用いて独立に制御して
いる。そして、基板Ｗの昇降温時には、外周部のペルチ
ェ素子１６ｂに加え、中央部のペルチェ素子１６ａも動
作させることによって基板Ｗの中央部の温度変化が外周
部に比べて遅れることを防止している。これにより、基
板Ｗの面内温度を均一にかつ短時間で所定温度に昇降さ
せることができる。特に、外径が３００ｍｍの大径の基
板Ｗに対しても面内温度を均一にかつ短時間で所定温度
に昇降させることができる。

【００７１】また、基板Ｗが所定温度付近に達した際に
は、中央部のペルチェ素子１６ａの動作を停止する。こ
れにより、外周部に比べて放熱しにくい基板の中央部で
温度が高くまたは低くなることが防止され、基板の面内
温度を均一に保持することができる。

【００７２】図７は第２の実施例における基板加熱装置
の加熱プレートを示す平面図である。この実施例による
加熱プレート１は熱源としてヒータ３０ａ，３０ｂを備
える。基板支持プレート１５の下面の中央部には１個の
ヒータ３０ａが配置され、外周部には複数個、図示の例
では３個のヒータ３０ｂが配置されている。中央部のヒ
ータ３０ａは第１温度コントローラ（第１Ｔ．Ｃ．）２
８に接続され、外周部のヒータ３０ｂは第２温度コント
ローラ（第２Ｔ．Ｃ．）２９に接続されている。

【００７３】本実施例において、中央部のヒータ３０ａ
が第１の温度調整手段に相当し、外周部のヒータ３０ｂ
が第２の温度調整手段に相当し、第１温度コントローラ
２８が第１の制御手段に相当し、第２温度コントローラ
２９が第２の制御手段に相当する。

【００７４】この基板加熱装置においても、基板の昇温
時には、外周部のヒータ３０ｂと中央部の３０ａとが駆
動される。これにより、基板の面内温度が均一にかつ短
時間で所定温度に上昇される。さらに、所定温度近傍に
達した後、中央部のヒータ３０ａの動作が停止され、外
周部のヒータ３０ｂによって基板Ｗの面内温度が均一に
保持される。

【００７５】図８は本発明の第３の実施例による基板冷
却装置の冷却プレートの断面図であり、図９は冷却プレ
ートの平面図である。上記第１の実施例における補助加
熱部１６およびこれに関連する制御系の構成は、基板冷
却装置にも適用することができる。

【００７６】図８において、冷却プレート４０はアルミ
ニウム等の良伝熱性材料からなり、その上面に基板Ｗを
支持するための３つの球状スペーサ５が正三角形状に配
置されている。この基板支持プレート４１の表面温度が
所定の温度に制御されることにより、基板支持プレート
４１の上方に僅かな隙間をもって支持される基板Ｗの温
度が所定の設定温度に調整される。

【００７７】基板冷却部４２は、複数のペルチェ素子４
２ａ，４２ｂから構成される。図９に示すように、基板
支持プレート４１の裏面中央部には１個のペルチェ素子
４２ａが配置され、外周部には複数個、図示の例では８
個のペルチェ素子４２ｂが配置されている。中央部のペ
ルチェ素子４２ａは第１温度コントローラ（第１Ｔ．
Ｃ．）４７に接続され、外周部のペルチェ素子４２ｂは
第２温度コントローラ（第２Ｔ．Ｃ．）４８に接続され
ている。

【００７８】また、基板冷却部４２の下面には水冷ジャ
ケット４３が配設されている。水冷ジャケット４３は良
伝熱性の板状部材の内部に冷却水を循環させるための冷
却水通路４４が形成されている。冷却水通路４４は循環
配管４５を介して外部の冷却水供給源４６に接続されて
いる。

【００７９】ここで、本実施例の中央部のペルチェ素子
４２ａが第１の温度調整手段および第１のペルチェ素子
に相当し、外周部のペルチェ素子４２ｂが第２の温度調
整手段および第２のペルチェ素子に相当し、第１温度コ
ントローラ４７が第１の制御手段に相当し、第２温度コ
ントローラ４８が第２の制御手段に相当する。

【００８０】基板の降温時には、加熱処理により所定温
度に昇温された基板Ｗが基板支持プレート４１上に載置
され、低温度に設定された基板支持プレート４１からの
吸熱作用により基板Ｗが冷却される。

【００８１】この場合、高温の基板Ｗが投入されると、
基板支持プレート４１の温度が急激に上昇する。そこ
で、第１の実施例の加熱処理の場合と同様に、基板冷却
部４２の外周部のペルチェ素子４２ｂおよび中央部のペ
ルチェ素子４２ａを動作させて基板Ｗの温度を降下させ
る。中央部のペルチェ素子４２ａを動作させると、基板
Ｗの中央部の温度降下が外周部に比べて遅れることが防
止され、それによって基板の面内温度分布が均一な状態
で降温される。

【００８２】そして、基板Ｗの温度が設定温度近傍に降
下すると、中央部のペルチェ素子４２ａの動作を停止
し、第２温度コントローラ４８のＰＩＤ制御による外周
部のペルチェ素子４２ｂにより基板Ｗの温度を保持す
る。

【００８３】なお、上記第１〜第３実施例においては、
中央部のペルチェ素子１６ａ，４２ａおよびヒータ３０
ａの制御動作は、オン／オフ制御のみならず、オン動作
中、ＰＩＤ制御してもよい。

【００８４】さらに、第１および第３の実施例の加熱プ
レート１および冷却プレート４１の下面外周部に配置さ
れるペルチェ素子１６ｂ，４２ｂの形状および個数なら
びに下面中央部に配置されるペルチェ素子１６ａ，４２
ａの個数および形状は適宜設定することができる。例え
ば、下面外周部に配置されるペルチェ素子１６ｂ，４２
ｂは基板の大きさに応じて半径方向に複数個配置されて
もよい。同様に、第２の実施例の加熱プレート１の外周
部のヒータ３０ｂおよび中央部のヒータ３０ａの形状お
よび個数についても適宜設定することができる。例え
ば、加熱プレ−ト１の外周部のヒ−タ３０ｂは基板の大
きさに応じて半径方向に複数個配置されてもよい。

【００８５】また、上記の基板加熱装置の加熱プレート
１の構造についてはさらに他の構造を適用することがで
きる。例えば、図２に示す加熱プレート１の他の例とし
ては、冷却部１８を有しない構造、冷却部１８に代えて
放熱部を有する構造、あるいは主加熱部１７のヒータ部
１７ｂに代えてペルチェ素子を積層した構造等を適用す
ることができる。これらの例において、基板支持プレー
ト１５の下面あるいは内部に配置されるペルチェ素子ま
たはヒータが、図３、図７または図９に示すように、基
板Ｗの中央部と外周部とに対応するように配置され、か
つそれぞれ独立に制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による基板加熱装置の断
面図である。

【図２】加熱プレートの断面図である。

【図３】図２の加熱プレートの平面図である。

【図４】図２の加熱プレートを有する基板加熱装置の温
度設定動作のフローチャートである。

【図５】高速昇温動作のフローチャートである。

【図６】高速昇温動作時の基板および基板支持プレート
の温度変化を示す図である。

【図７】第２の実施例の加熱プレートの平面図である。

【図８】第３の実施例による基板冷却装置の冷却プレー
トの断面図である。

【図９】冷却プレートの平面図である。

【図１０】従来の基板加熱装置の構成を示す断面模式図
である。

【図１１】図１０の加熱プレートの平面図である。

【図１２】昇温時の基板の温度分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 加熱プレート １５，４１ 基板支持プレート １６ 補助加熱部 １６ａ，１６ｂ，４２ａ，４２ｂ ペルチェ素子 １７ 主加熱部 １７ｂ ヒータ部 １８ 冷却部 ２６，２７ 温度検出センサ ２８ 第１温度コントローラ ２９ 第２温度コントローラ ３０ａ，３０ｂ ヒータ ４０ 冷却プレート ４２ 基板冷却部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を所定の温度で処理する基板熱処理
   装置であって、 所定の温度に調整され、前記基板を支持する基板支持台
   と、 前記基板の中央部に対応する前記基板支持台の中央部に
   設けられ、前記基板の温度を調整する第１の温度調整手
   段と、 前記基板の外周部に対応する前記基板支持台の外周部に
   設けられ、前記基板の温度を調整する第２の温度調整手
   段と、 前記第１の温度調整手段の動作を制御する第１の制御手
   段と、 前記第２の温度調整手段の動作を制御する第２の制御手
   段とを備えたことを特徴とする基板熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記基板支持台の温度を所定の温度に変
   化させる際に、前記第１の制御手段が前記第１の温度調
   整手段を動作させるとともに、前記第２の制御手段が前
   記第２の温度調整手段を動作させ、 前記基板支持台の温度を前記所定の温度に保持する際
   に、前記第１の制御手段が前記第１の温度調整手段の動
   作を停止させるとともに、前記第２の制御手段が前記第
   ２の温度調整手段を動作させることを特徴とする請求項
   １記載の基板熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記第１の温度調整手段は、前記基板支
   持台の下面中央部に配設された第１のペルチェ素子であ
   り、 前記第２の温度調整手段は、前記基板支持台の下面外周
   部に配設された第２のペルチェ素子であることを特徴と
   する請求項１または２記載の基板熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記基板支持台の温度を検出する温度検
   出手段をさらに備え、 前記第１の制御手段は、前記温度検出手段が検出した前
   記基板支持台の温度と前記所定の温度との差が所定の値
   よりも大きい場合に前記第１のペルチェ素子を動作さ
   せ、前記差が前記所定の値よりも小さい場合に前記第１
   のペルチェ素子の動作を停止させることを特徴とする請
   求項３記載の基板熱処理装置。
5. 【請求項５】 前記第２の制御手段は、前記温度検出手
   段が検出した前記基板支持台の温度が前記所定の温度に
   達するまで前記第２のペルチェ素子に一定電流を供給
   し、前記基板支持台の温度が前記所定の温度に達した
   後、前記第２のペルチェ素子に供給する電流を前記温度
   検出手段からの出力に基づいて制御することを特徴とす
   る請求項４記載の基板熱処理装置。
6. 【請求項６】 前記第１および第２のペルチェ素子の下
   面に配設され、前記基板支持台を加熱する加熱手段をさ
   らに備えたことを特徴とする請求項５記載の基板熱処理
   装置。
7. 【請求項７】 前記第１の温度調整手段は、前記基板支
   持台の中央部に配設された第１のヒータであり、 前記第２の温度調整手段は、前記基板支持台の外周部に
   配設された第２のヒータであることを特徴とする請求項
   １または２記載の基板熱処理装置。
8. 【請求項８】 前記第２の温度調整手段は、前記基板支
   持台の前記外周部において異なる円周上に複数個配設さ
   れたことを特徴とする請求項１〜３および請求項７のい
   ずれかに記載の基板熱処理装置。