基板冷却装置

【目的】高温処理された基板を目標温度に高速で冷却するとともに、その冷却後における面内温度分布の均一性を向上する。
【構成】基板Ｗを載置して冷却する冷却プレート６を設けた処理室５内の天井側に副冷却プレート１８を設け、この副冷却プレート１８により、冷却プレート６上に載置された基板Ｗの上方となる処理室５内の雰囲気温度を、冷却プレート６で基板Ｗを冷却しようとする目標温度に冷却する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基板、光ディスク用の基板等の基板を、フォトリソグラフィー工程の中で、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するために、処理室内に、冷却手段を備えた冷却プレートを設置し、基板を冷却プレートに支持させて冷却するようにした基板冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の基板冷却装置では、基板を支持する冷却プレートに備えられている冷却手段を高精度に温度制御することで、冷却プレートの温度を一定の温度に保つように構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような基板冷却装置では、基板の温度を所望の温度に冷却するとともに、基板表面における温度分布を均一にすることが要求される。そのために実際に、冷却室内に設けられる冷却プレートは、冷却手段により一定の温度に保たれ、かつ温度分布が均一になるようにその形状や制御が設計されている。ところが、そのように設計された冷却プレートを使用しても、実際には処理される基板の面内温度分布の均一性が低下する問題点が発生していた。
【０００４】そこで、本発明者が鋭意研究したところ、冷却プレートが設けられる処理室内の天井付近の温度が目標温度よりも高い場合に、冷却プレートで目標温度近くまで冷却されている基板に対して、熱伝導や熱対流、更には天井壁面からのふく射熱等により逆に熱を供給することになってしまい、冷却後における面内温度分布の均一性が低下する原因となっていたことが判明した。また、このような基板冷却装置は、基板の加熱処理を行う基板加熱装置の下部あるいは左右に設けられることが多く、しかも装置全体を小型化するために、それらの装置が近接して設けられることが多いが、上述の問題は、そのような場合に特に顕著に発生することが判明した。
【０００５】また、そのような場合に、冷却プレートの温度を目標温度に制御していても、処理室内における冷却プレートの上方空間での雰囲気温度が目標温度よりも高くなり、基板を目標温度まで冷却するのに時間を要する欠点もあった。
【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高温処理された基板を目標温度に高速で冷却するとともに、その冷却後における面内温度分布の均一性を向上できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような目的を達成するために、処理室内に、冷却手段を備えた冷却プレートを内設し、その冷却プレートに支持させた基板を冷却するようにした基板冷却装置において、処理室内の、冷却プレートに支持された基板の上方となる箇所に、冷却プレートで冷却しようとする目標温度に冷却する副冷却手段を備えた副冷却器を設けて構成する。
【０００８】
【作用】本発明の基板冷却装置の構成によれば、処理室内の上部側に副冷却器を設けることにより、冷却プレート上に支持されている基板と対向している処理室天井壁面からのふく射熱が抑制される。また、その処理室内の雰囲気温度が冷却プレートで冷却しようとする目標温度に維持されることによって、基板の面内温度分布の均一性が乱されることはなく、また、基板の目標温度への冷却速度も向上する。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】図１は、本発明に係る基板冷却装置の実施例を示す全体縦断面図であり、ハウジング２内の下方に基板冷却装置３が設けられ、その上方に基板加熱装置４が設けられている。
【００１１】基板冷却装置３は、処理室５内に冷却プレート６を設けるとともに、その冷却プレート６に形成した貫通孔７を通じて基板支持ピン８を昇降可能に設けて構成され、基板支持ピン８を上昇させた状態で基板搬送ロボット（図示せず）により基板Ｗの搬入・搬出を行い、そして、基板支持ピン８を下降させることにより、基板Ｗを冷却プレート６上に載置して支持できるようになっている。図示しないが、基板支持ピン８…を一体的に保持した支持部材９にエアシリンダが連動連結され、そのエアシリンダの伸縮によって基板支持ピン８…を昇降するように構成されている。
【００１２】冷却プレート６は、基板Ｗを載置するアルミ製の伝熱プレート１０と、図２の平面図に示すように、第１の給水管１１および第１の排水管１２を接続したアルミ製の水冷式の水冷板１３と、伝熱プレート１０と水冷板１３との間に介在された急冷用のペルチェ素子１４…とから構成されている。図中１５は、伝熱プレート１０に埋め込まれ、伝熱プレート１０の温度を測定する測温抵抗素子を示している。
【００１３】処理室５内の天井に、第２の給水管１６および第２の排水管１７を接続した水冷式のアルミ製の副冷却プレート１８が設けられ、処理室５内の、冷却プレート６上に載置された基板Ｗの上方となる処理室５内の雰囲気の温度を、冷却プレート６で基板Ｗを冷却しようとする目標温度（例えば、20℃）と同じ温度に冷却するように構成されている。
【００１４】基板加熱装置４は、処理室１９内に、板状ヒータなどの加熱手段を備えた加熱プレート２０を備えて構成され、基板冷却装置３におけると同様に、基板支持ピンの昇降と搬送ロボットとにより基板Ｗを搬入・搬出するとともに、搬入した基板Ｗを加熱プレート２０に載置して高温（例えば、 150℃）で加熱処理するようになっている。
【００１５】以上の構成により、基板加熱装置４で高温処理された基板Ｗを基板冷却装置３で常温などの目標温度まで冷却するときに、処理室５内の雰囲気温度を副冷却プレート１８で目標温度まで冷却し、冷却プレート６によって基板Ｗが目標温度まで冷却される間に雰囲気温度との温度勾配を発生させず、周囲から基板Ｗに熱を供給することなく基板Ｗを高速で冷却するとともに、その冷却後における基板Ｗの面内温度分布の均一性を向上できるようになっている。
【００１６】次に、実験結果について説明する。３個の冷却プレートを用意し、各冷却プレートを本実施例装置に使用し、以下の方法で測定を行った。これは、サンプルとした冷却プレートごとに、特性のがらつきがあることを考慮したためである。
【００１７】基板Ｗとして直径８インチの単結晶シリコン半導体ウエハを使用する。基板Ｗの冷却しようとする目標温度を20℃に設定し、基板Ｗを載置する冷却プレート６の温度をそれと同じ20℃に保つよう制御する。そして、副冷却プレート１８に冷却水を供給して処理室５内を一定温度Ｔに保った状態で、その基板Ｗの温度分布幅を下のように測定する。この実験を、一定温度Ｔを約15℃から約30℃までの複数の値に設定して繰り返し行った。
【００１８】温度分布幅は、各一定温度Ｔにおいて、基板Ｗの中心と、中心から半径90mmの仮想円上で45°づつずらせた位置の合計９点の温度を測定し、その最大温度と最小温度との差を温度分布幅として求めた。そして、その温度分布幅を縦軸に、そして、処理室５内の温度を横軸にそれぞれとってプロットしたところ、図３のグラフに示す結果を得た。
【００１９】上記結果から、いずれの冷却プレートにあっても、雰囲気温度Ｔが冷却プレートの温度に近くなればなる程温度分布幅が小さく、面内温度分布の均一性を向上できることが明らかであった。
【００２０】上記実施例では、冷却プレート６に水冷板１３とペルチェ素子１４…の両方を設けているが、両者のいずれか一方のみを設けても良く、また、冷媒式の冷却部材などの他の手段を設けても良く、それらをして冷却手段と総称する。
【００２１】また、上記実施例では、副冷却プレート１８を処理室５の天井側にのみ設けているが、本発明としては、副冷却プレート１８に相当するものを処理室５の天井側に加えて側壁側に設けても良い。
【００２２】なお、上記実施例において、副冷却プレート１８が本発明でいう副冷却器に相当する。上記実施例では、副冷却プレート１８において、第２の給水管１６から第２の排水管１７に冷却水を通す水冷式の冷却手段を備えているが、水冷式の冷却手段に代えてペルチェ素子を設けるとか、水冷式の冷却手段とペルチェ素子を併設するとか、冷媒式の冷却部材などの他の手段を設けるなどしても良く、それらをして副冷却手段と総称する。
【００２３】また、上記実施例では、基板Ｗを冷却プレート６上に直接載置して支持するようにしたが、例えば、冷却プレート６に所定の深さの有底の穴を複数形成し、この穴に穴の深さより大径の直径数百ミクロンのセラミックボールを嵌入した構成により、そのセラミックボールの上に基板Ｗを載せ、冷却プレート６と基板Ｗとの間に所定の微小な隙間を保った状態で基板Ｗを支持するようにしても良い（図示せず）。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の基板冷却装置によれば、副冷却器により、冷却プレート上に支持されている基板と対向している処理室天井壁面からのふく射熱を抑制できることと、また、その処理室内の雰囲気温度が目標温度に維持されて、処理室内の空気等による熱対流が基板に与える熱的な影響も抑制されることと相まって、基板の面内温度分布の均一性を向上させることができ、しかも、基板の目標温度への冷却速度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板冷却装置の実施例を示す全体縦断面図である。
【図２】要部の平面図である。
【図３】面内温度分布の均一性を示すグラフである。
【符号の説明】
３…基板冷却装置
５…処理室
６…冷却プレート
１３…水冷板
１４…ペルチェ素子
１６…第２の給水管
１７…第２の排水管
１８…副冷却プレート
Ｗ…基板

【特許請求の範囲】
【請求項１】処理室内に、冷却手段を備えた冷却プレートを内設し、前記冷却プレートに支持させた基板を冷却するようにした基板冷却装置において、前記処理室内の、前記冷却プレートに支持された前記基板の上方となる箇所に、前記冷却プレートで冷却しようとする目標温度に冷却する副冷却手段を備えた副冷却器を設けてあることを特徴とする基板冷却装置。

【図１】