JPH06283493A - 基板冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温処理された基板を目標温度に高速でかつ
正確に冷却するとともに、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】 基板を上面に載置する基板載置板１０と、冷
却液を流動させる冷却液流通型熱交換手段との間に、一
方の熱交換面が基板載置板１０に接し、他方の熱交換面
が冷却液流通型熱交換手段に接するようにペルチェ素子
１４…を設け、そのペルチェ素子１４…の駆動を制御し
て、冷却初段では急冷し、一方、冷却後段では急冷を停
止して、基板を冷却しようとする目標温度に正確に冷却
する。

Description

【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
に冷却するための基板冷却装置に関し、特に、基板にお
ける面内均一性の良好な状態で冷却するために、基板を
熱拡散伝導用の基板載置板の上面に載置ないし近接載置
し、その基板載置板を介して冷却する基板冷却装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の基板冷却装置としては、次のよう
なものがあった。 Ａ．第１従来例 特開昭５９−４８９２５号公報に開示されているよう
に、所望する冷却温度より低温の冷却液を通す配管を埋
設した冷却板上に基板を載置し、冷却板を熱拡散伝導用
の基板載置板として基板を冷却する。 Ｂ．第２従来例 実開昭６３−４６８４０号公報に開示されているよう
に、基板を載置する基板載置板の下面に、この基板載置
板下面に沿って所望の冷却温度とほぼ同温の恒温液を放
流する放流タンクを設けて基板を冷却する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板冷却装
置では、加熱された基板を１枚づつ次々と受け入れて冷
却処理を繰り返すが、この１枚ごとの冷却処理に際し、
基板載置板は、基板を載置した直後では、高温の基板か
らの熱を受けて急激に昇温される。その後、冷却液によ
る吸熱量が基板からの加熱量よりも多くなって、冷却液
による吸熱の作用が打ち勝つようになった時点から降温
に転じ、最終的に目標冷却温度に到達するといったよう
に昇降温サイクルを繰り返す。

【０００４】このような状況下で冷却処理速度を向上さ
せようとするためには、昇降温サイクルの周期を短くす
ること、すなわち、基板を載置した直後である昇降温サ
イクルの初段において基板載置板を急速に冷却すること
により、基板載置板が昇温するのを少なくすることが望
まれる。基板載置板が昇温すると、基板載置板と基板と
の温度差が小さくて基板を冷却する速度が低下するから
である。

【０００５】また、歩留り向上のために、冷却処理にお
いて基板における面内均一性と、各基板ごとの処理温度
の均一性が厳しく求められる結果、昇降温サイクルの終
段で、目標冷却温度に対して過不足無く正確に基板を冷
却することが望まれる。

【０００６】しかしながら、前述した第１および第２従
来例では、いずれにおいても基板を急速にかつ正確に冷
却することは困難であった。

【０００７】すなわち、第１従来例では、基板を１枚１
枚受け入れるたびに、昇降温サイクルの初段では、急速
に冷却するように冷媒を大量に流し、一方、昇降温サイ
クルの終段では、基板を目標冷却温度以下にまで冷却し
ないように、冷媒の流れを急に停止するか絞るといった
ように、基板の１枚１枚の冷却処理ごとに、毎回冷媒の
流量を極めて俊敏に調節しなければならず、極めて困難
な流量制御を余儀無くされる。また、上述のような流量
制御を行えたとしても、冷媒の流れを停止した時点で、
基板載置板に埋設した配管内に停留する冷媒の吸熱作用
に起因して基板の降温作用を瞬時に停止させることはで
きず、基板を目標冷却温度に正確に冷却することは困難
であった。

【０００８】一方、第２従来例では、恒温液の循環流量
を多くすることによって、急速に冷却することは可能で
あるが、循環する恒温液の温度が、冷却目標温度と同じ
か僅かに低い温度であり、恒温液の大量循環で冷却を強
力にできるのは、温度差が大きい昇降温サイクルの初段
に過ぎず、基板の温度が冷却目標温度近くまで降下した
終段では、基板載置板と液との温度差が小さくなるため
に冷却速度が遅くなり、基板を目標冷却温度に正確に冷
却するのに時間を要する。

【０００９】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
でかつ正確に冷却するとともに、その冷却後における面
内温度分布および各基板ごとの処理温度の均一性を向上
できるようにすることを目的とする。

【００１０】

【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、基板を上面に載置ないし近接載
置して冷却する基板冷却装置において、基板を上面に載
置ないし近接載置する基板載置板と、冷却液を流通させ
る冷却液流通型熱交換手段と、一方の熱交換面が基板載
置板に接し、他方の熱交換面が冷却液流通型熱交換手段
に接するペルチェ素子とから構成する。

【００１１】

【作用】本発明の基板冷却装置の構成によれば、ペルチ
ェ素子を駆動するに伴い、基板載置板に接する側の温度
を冷却液の温度よりも低温にでき、従来の冷却液との熱
交換だけで基板から吸熱して冷却する場合に比べ、急速
に基板を冷却することができ、また、目標温度に近づい
たときには、ペルチェ素子の駆動を制御して基板から吸
熱する程度を自在に操作することにより、基板を載置し
た基板載置板に接する側の温度を急速にかつ正確に目標
温度に変更することができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】冷却プレート６は、基板Ｗを載置するアル
ミ製の基板載置板１０と、図２の平面図に示すように、
アルミ製の水冷式の水冷板１３に第１の給水管１１と第
１の排水管１２とを接続して冷却液を流通させるように
構成した冷却液流通型熱交換手段と、基板載置板１０と
水冷板１３との間に、一方の熱交換面が基板載置板１０
に接し、他方の熱交換面が水冷板１３に接するように介
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、基板載置板１０に埋め込まれ、基板
載置板１０の温度を測定する測温抵抗素子を示してい
る。

【００１６】ペルチェ素子１４…が電流制御器１６に接
続されるとともにその電流制御器１６がマイクロコンピ
ュータ１７に接続され、更に、測温抵抗素子１５で測定
された温度に基づく温度信号を出力する温度検出器本体
１８がマイクロコンピュータ１７に接続されている。

【００１７】マイクロコンピュータ１７では、基板Ｗを
基板載置板１０に載置した後、その温度が設定温度にな
るまでは急冷信号を出力してペルチェ素子１４…に大き
な電流を流し、そして、設定温度になった後には、急冷
停止信号を出力してペルチェ素子１４…に流す電流を減
少させるように制御するようになっており、冷却初段で
は基板Ｗを急冷し、一方、目標温度に近づいた冷却終段
では、急冷を停止して基板Ｗを正確に目標温度まで冷却
し、かつ、目標温度よりも低温に冷却することがないよ
うに制御し、全体として、急速にかつ正確に基板Ｗを目
標温度まで冷却できるように構成されている。

【００１８】処理室５内の天井に、第２の給水管１９お
よび第２の排水管２０を接続した水冷式のアルミ製の副
冷却プレート２１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。

【００１９】基板加熱装置４は、処理室２２内に、板状
ヒータなどの加熱手段を備えた加熱プレート２３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２３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。

【００２０】上記実施例では、副冷却プレート２１を処
理室５の天井側に設けることにより、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２１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一
層向上できるように構成しているが、本発明としては、
副冷却プレート２１を設けないものでも良い。

【００２１】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若干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ち、基板Ｗを近接載置
する状態で支持するようにしても良い（図示せず）。

【００２２】

【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、ペルチェ素子の駆動制御により、高温に
加熱された基板を頻繁に受け入れて冷却しても、その冷
却処理の初段では、冷却液より低温に冷却して急速に冷
却でき、しかも、冷却処理の終段では、基板が目標温度
を越えて冷却されすぎることがないように正確に目標温
度に冷却でき、高温処理された基板を目標温度に高速で
かつ正確に冷却できて、処理速度が高く、かつ、各基板
ごとの処理温度の均一性が高く、生産性も向上できるよ
うになった。

【００２３】そのうえ、基板をペルチェ素子で直接冷却
するのでは無く、基板を基板載置板を介して冷却するか
ら、冷却後における面内温度分布の均一性を向上できる
ようになった。

【００２４】更に、ペルチェ素子の放熱側を冷却液流通
型熱交換手段による冷却液の流通で冷却するから、空冷
するのとは違って、空冷機器の使用に伴う空冷ファンの
回転に起因する発塵の発生が無く、クリーンルームにお
いてダウンフローするように管理された周辺の空気の流
れを空冷ファンで乱すことが無く、品質を向上するうえ
で極めて有用である。

【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】要部の模式的平面図である。

【符号の説明】

３…基板冷却装置 １０…基板載置板 １１…第１の給水管 １２…第２の排水管 １３…水冷板 １４…ペルチェ素子 Ｗ…基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を上面に載置ないし近接載置して冷
   却する基板冷却装置において、 前記基板を上面に載置ないし近接載置する基板載置板
   と、 冷却液を流通させる冷却液流通型熱交換手段と、 一方の熱交換面が前記基板載置板に接し、他方の熱交換
   面が前記冷却液流通型熱交換手段に接するペルチェ素子
   と、 から構成したことを特徴とする基板冷却装置。