JP2000091186A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板載置台の熱容量を大きくしなくても、基
板載置台の上面に載置された基板の面内温度均一性を向
上させることができ、設定温度の変更の際に基板載置台
が設定温度に到達するまでの時間を短縮でき、基板の処
理時における応答性も良好で、ユニットの大型化や消費
電力の増加を招くこともない装置を提供する。 【手段】 上面に基板Ｗが載置される基板載置台１０の
下面側に電熱ヒータ１２および冷却用のペルチェ素子１
６を配設し、基板載置台の内部に、密閉された伝熱室２
０を形設して、伝熱室内に所定温度で蒸発する媒体２２
を収容するとともに媒体の蒸気が対流する蒸気空間２４
が形成されるようにし、伝熱室内に毛管現象により媒体
を伝熱室の底部から天井部へ移動させる毛管部材２６を
配設した。

Description

【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、
液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基
板、光磁気ディスク用基板などの各種基板を所定温度に
保持し、基板に対して密着強化処理、露光後ベーク処
理、熱処理等の処理を施すために使用される基板処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の基板処理装置は、上面が基板載
置面となる基板載置台を有し、その基板載置台を種々の
設定温度に調節して保持することができる構成を備えて
いる。例えば図２に基板載置ユニットの概略構成の１例
を示すように、上面に基板Ｗが直接にもしくは近接して
載置される基板載置台１は、熱伝導の良い、例えばアル
ミニウム材料で形成されており、基板載置台１の下面側
に、加熱手段、例えばシーズヒータ、マイカヒータ等の
電熱ヒータ２が配設されており、電熱ヒータ２の下面側
に、連結部材３を介在させて冷却手段としてのペルチェ
素子４が配設され、さらに、ペルチェ素子４の下面側
に、冷媒が流通する冷却配管が内部に設けられた冷却板
５が配設されている。

【０００３】図２に示したような構成を有する基板載置
ユニットにおいて、基板Ｗ、従って基板Ｗが載置された
基板載置台１の温度を上げるときは、電熱ヒータ２によ
り基板載置台１をその下面側全体から加熱し、一方、基
板載置台１の温度を下げるときは、ペルチェ素子４によ
り連結部材３および電熱ヒータ２を介して基板載置台１
をその下面側全体から冷却する。また、冷却板５は、高
温になった電熱ヒータ２を迅速に冷却させる。そして、
電熱ヒータ２またはペルチェ素子４を作動させることに
より、予め設定された温度に基板載置台１を調節して保
持し、基板載置台１の上面に載置された基板Ｗを設定温
度に保持した状態で、基板Ｗに対して所要の処理が施さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図２に示し
たような構成の基板載置ユニットを備えた従来の基板処
理装置においては、電熱ヒータ２自体あるいはペルチェ
素子４自体の温度分布による影響を緩和して、基板載置
台１の上面に載置された基板Ｗの温度分布を無くし面内
温度均一性を向上させるために、アルミニウム材料等で
形成された基板載置台１を厚くするなどして基板載置台
１の熱容量を大きくする必要があった。このため、設定
温度を変更する場合、特に基板載置台１を冷却して設定
温度を下げる場合には、基板載置台１が設定温度に到達
するまでに比較的長時間を要していた。一方、設定温度
に到達するまでの時間を短縮しようとすると、ペルチェ
素子の数を増やすこととなり、その結果、基板載置ユニ
ットの大型化と消費電力の増加を招くことになる、とい
った問題点がある。また、基板の処理時においても、応
答性を良くして基板Ｗを設定温度に速やかに到達させよ
うとすると、基板載置ユニットを大きくして消費電力も
多くせざるを得なかった。

【０００５】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、基板載置台の熱容量を大きくしなく
ても、基板載置台の上面に載置された基板の面内温度均
一性を向上させることが可能であり、基板載置台の設定
温度を変更する場合に基板載置台が設定温度に到達する
までの時間を短縮するとともに、基板の処理時において
も応答性を良好にすることができ、かつ、ユニットの大
型化や消費電力の増加を招くこともない基板処理装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
上面に基板が直接にもしくは近接して載置される基板載
置台と、この基板載置台の下面側に配設され、基板載置
台をその下面側から加熱する加熱手段と、前記基板載置
台の下面側に配設され、基板載置台をその下面側から冷
却する冷却手段とを備えた基板処理装置において、前記
基板載置台の内部に、密閉された伝熱室を形設して、そ
の伝熱室内に、所定温度で蒸発する媒体を収容し、伝熱
室内に前記媒体の蒸気が対流する蒸気空間が形成される
ようにするとともに、伝熱室内に毛管現象により前記媒
体を伝熱室の底部から天井部へ移動させる毛管部材を配
設したことを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１記載の基
板処理装置において、伝熱室の内部が大気圧より低い圧
力に保持されるようにしたことを特徴とする。

【０００８】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２記載の基板処理装置において、加熱手段として電
熱ヒータまたはペルチェ素子を用いたことを特徴とす
る。

【０００９】請求項４に係る発明は、請求項１ないし請
求項３のいずれかに記載の基板処理装置において、冷却
手段としてペルチェ素子を用いたことを特徴とする。

【００１０】請求項１に係る発明の基板処理装置におい
て、基板載置台の設定温度を上げる場合、あるいは設定
温度まで基板を加熱する場合は、加熱手段により基板載
置台をその下面側から加熱する。基板載置台の下面側が
加熱されると、伝熱室の底部に溜まっている媒体が蒸発
し、蒸発した媒体の蒸気は、蒸気空間を対流し、温度の
低い伝熱室の天井部で凝縮して、その凝縮熱の放熱によ
り基板載置台の上面の温度が上昇する。伝熱室の天井部
で凝縮した媒体は、伝熱室の底部に滴下して溜まり、加
熱手段で加熱されて温度が高くなっている基板載置台の
下面部により加熱され、伝熱室の底部に溜まった媒体が
再び蒸発する。このような媒体の蒸発および凝縮が繰り
返されることにより、基板載置台の上面部へ熱伝達され
て、基板載置台の上面が設定温度に到達する。そして、
蒸発した媒体の蒸気が伝熱室の天井部で凝縮する際に、
温度の低い部分ほど媒体の凝縮が活発になって凝縮熱の
放熱量が多くなり、その部分の温度上昇の程度が他の部
分より大きくなる。この結果、基板載置台の上面の温度
分布が無くなって、基板載置台の上面に載置される基板
の面内温度均一性が向上することとなる。

【００１１】一方、基板載置台の設定温度を下げる場
合、あるいは設定温度まで基板を冷却する場合は、冷却
手段により基板載置台をその下面側から冷却する。基板
載置台の下面側が冷却されると、蒸気空間を対流する媒
体の蒸気が伝熱室の底部において凝縮する。伝熱室の底
部で凝縮した媒体は、毛管部材の毛管現象により伝熱室
の底部から天井部へ移動し、温度の高い伝熱室の天井部
において基板載置台の上面部から蒸発熱を奪って蒸発す
る。そして、基板載置台の上面は、蒸発熱が奪われるこ
とにより温度が低下する。伝熱室の天井部で蒸発した媒
体の蒸気は、蒸気空間を対流して、伝熱室の底部におい
て冷却され、再び凝縮する。このような媒体の凝縮およ
び蒸発が繰り返されることにより、基板載置台の上面部
へ熱伝達されて、基板載置台の上面が設定温度に到達す
る。そして、凝縮した媒体が伝熱室の天井部で蒸発する
際に、温度の高い部分ほど媒体の蒸発が活発になって蒸
発熱（潜熱）が多く奪われ、その部分の温度低下の程度
が他の部分より大きくなる。この結果、基板載置台の上
面の温度分布が無くなって、基板載置台の上面に載置さ
れる基板の面内温度均一性が向上することとなる。

【００１２】請求項２に係る発明の基板処理装置では、
伝熱室の内部が大気圧より低い圧力に保持されているこ
とにより、媒体の蒸発温度が大気圧下の場合に比べて低
くなる。

【００１３】請求項３に係る発明の基板処理装置では、
電熱ヒータまたはペルチェ素子により基板載置台の下面
側が加熱される。

【００１４】請求項４に係る発明の基板処理装置では、
ペルチェ素子により基板載置台の下面側が冷却される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図１を参照しながら説明する。

【００１６】図１は、この発明の実施形態の１例を示
し、基板処理装置の構成要素である基板載置ユニットの
概略構成を示す縦断面図である。なお、この明細書およ
び図面においては、基板処理装置の他の構成要素、すな
わち、基板載置ユニットに穿設された複数の貫通孔に上
下移動可能に挿通されて基板を支持する基板支持ピン、
その基板支持ピンを昇降させる昇降機構、基板の処理が
行われる処理チャンバなどについては、図示および説明
を省略する。

【００１７】図１に示した基板載置ユニットは、図２に
示したものと同様に、アルミニウム等の熱伝導の良い材
料で形成され、上面に基板Ｗが直接にもしくは近接して
載置される基板載置台１０、基板載置台１０の下面側に
配設されたシーズヒータ、マイカヒータ等の電熱ヒータ
１２、電熱ヒータ１２の下面側に、連結部材１４を介在
させて配設されたペルチェ素子１６、および、ペルチェ
素子１６の下面側に配設され、冷媒が流通する冷却配管
が内部に設けられた冷却板１８から構成されている。な
お、加熱手段として、伝熱ヒータ１２の代わりにペルチ
ェ素子等を用いてもよく、また、加熱手段と冷却手段と
を別々に設ける代わりに、電流の切替えスイッチを備え
たペルチェ素子でそれらを兼用させるようにしてもよ
い。

【００１８】この基板載置ユニットでは、基板載置台１
０の内部に、密閉された伝熱室２０が形設されている。
伝熱室２０の内部は、必要により大気圧より低い所定圧
力に保持されている。そして、伝熱室２０内に、所定温
度で蒸発する媒体２２、例えば水、アンモニア、フレオ
ン１１、フレオン１１３、炭化水素、アルコール類など
が収容されている。使用する媒体の種類および伝熱室２
０の内部圧力は、設定しようとする基板載置台１０の温
度に応じて適宜選定すればよい。また、伝熱室２０内に
は、媒体２２の蒸気が対流する蒸気空間２４が形成され
ている。さらに、伝熱室２０の内部には、毛管現象によ
り媒体２２を伝熱室２０の底部から天井部へ移動させる
毛管部材２６が配設されている。毛管部材２６として
は、例えば、細かい目の金網を円柱状に密に丸めたも
の、グラスウールから形成されたものなどが使用され
る。

【００１９】上記したような構造の基板載置ユニットに
おいて、基板載置台１０の設定温度を上げる場合、ある
いは設定温度まで基板Ｗを加熱する場合は、電熱ヒータ
１２を駆動させて、基板載置台１０をその下面側から加
熱する。基板載置台１０の下面側が加熱されると、伝熱
室２０の底部に溜まっている媒体２２が蒸発し、蒸発し
た媒体の蒸気が蒸気空間２４を上向きに流動し、温度の
低い伝熱室２０の天井部で凝縮する。この凝縮の際に、
凝縮熱が基板載置台１０の上面部に与えられて、基板載
置台１０の上面の温度が上昇する。そして、伝熱室２０
の天井部での媒体蒸気の凝縮は、温度の低い部分ほど活
発に起こり、温度の低い部分ほど媒体の凝縮量が多くな
って凝縮熱が多く与えられる。この結果、基板載置台１
０の上面部において温度の低い部分ほど温度上昇の程度
が他の部分より大きくなって、基板載置台１０の上面の
温度分布が無くなる。このため、基板載置台１０の上面
に載置される基板Ｗの面内温度均一性が向上することと
なる。

【００２０】伝熱室２０の天井部で凝縮した媒体は、伝
熱室２０の底部に滴下して溜まる。そして、電熱ヒータ
１２により加熱されて温度が高くなっている基板載置台
１０の下面部から熱が与えられ、伝熱室２０の底部に溜
まった媒体２２が再び蒸発する。このような媒体２２の
蒸発および凝縮が伝熱室２０の内部において繰り返され
ることにより、伝熱ヒータ１２から基板載置台１０の上
面部へ熱伝達されて、基板載置台１０の上面が設定温度
に到達する。

【００２１】一方、基板載置台１０の設定温度を下げる
場合、あるいは設定温度まで基板Ｗを冷却する場合は、
ペルチェ素子１６を駆動させて、基板載置台１０をその
下面側から冷却する。基板載置台１０の下面側が冷却さ
れると、蒸気空間２４を対流する媒体の蒸気が伝熱室２
０の底部において凝縮する。伝熱室２０の底部で凝縮し
た媒体２２は、毛管部材２６の毛管現象により伝熱室２
０の底部から天井部へ移動する。そして、媒体２２は、
温度の高い伝熱室２０の天井部において基板載置台１０
の上面部から蒸発熱を奪って蒸発する。この蒸発の際
に、基板載置台１０の上面部から蒸発熱が奪われて、基
板載置台１０の上面の温度が低下する。そして、伝熱室
２０の天井部での媒体の蒸発は、温度の高い部分ほど活
発に起こり、温度の高い部分ほど媒体の蒸発量が多くな
って蒸発潜熱が多く奪われる。この結果、基板載置台１
０の上面部において温度の高い部分ほど温度低下の程度
が他の部分より大きくなって、基板載置台１０の上面の
温度分布が無くなる。このため、基板載置台１０の上面
に載置される基板Ｗの面内温度均一性が向上することと
なる。

【００２２】伝熱室２０の天井部で蒸発した媒体の蒸気
は、蒸気空間２４を下向きに流動して、ペルチェ素子１
６により冷却されて温度が低くなっている基板載置台１
０の下面部に連接する伝熱室２０の底部において冷却さ
れ、再び凝縮する。このような媒体の凝縮および蒸発が
伝熱室２０の内部において繰り返されることにより、基
板載置台１０の上面が設定温度に到達する。

【００２３】なお、上記した実施形態では、基板載置台
１０の内部に、そのほぼ全体にわたり伝熱室２０を１つ
だけ形成して、その伝熱室２０内に媒体２２を収容する
とともに蒸気空間２４を形成し、さらに伝熱室２０の内
部に毛管部材２６を配設するようにしたが、基板載置台
の内部に、その下面部と上面部との間の熱伝達を行うヒ
ートパイプを複数本、列設するようにしてもよい。この
場合には、それぞれのヒートパイプの容器内部が伝熱室
となり、容器の内部に封入された作動液が媒体に相当
し、容器内部の作動液の液面より上方の空間が蒸気空間
に相当し、容器の内壁に内張りされた毛管構造体が毛管
部材に相当することとなる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１に係る発明の基板処理装置にお
いては、基板載置台の熱容量を大きくしなくても、基板
載置台の上面に載置された基板の面内温度均一性を向上
させることができる。そして、基板載置台の設定温度を
変更する場合には、基板載置台が設定温度に到達するま
での時間を短縮することができ、また、基板の処理時に
おいても、応答性が良くて基板を設定温度に速やかに到
達させることができ、かつ、ユニットの大型化や消費電
力の増加を招くこともない。

【００２５】請求項２に係る発明の基板処理装置では、
媒体の蒸発温度が大気圧下の場合に比べて低くなるの
で、設定温度を低くすることが可能になる。

【００２６】請求項３に係る発明の基板処理装置では、
電熱ヒータまたはペルチェ素子により、基板載置台の下
面側が所望通りに加熱され、また、請求項４に係る発明
の基板処理装置では、ペルチェ素子により、基板載置台
の下面側が所望通り冷却される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装
置の構成要素である基板載置ユニットの概略構成を示す
縦断面図である。

【図２】従来の基板処理装置における基板載置ユニット
の概略構成の１例を示す正面図である。

【符号の説明】

Ｗ 基板 １０ 基板載置台 １２ 電熱ヒータ １４ 連結部材 １６ ペルチェ素子 １８ 冷却板 ２０ 伝熱室 ２２ 媒体 ２４ 蒸気空間 ２６ 毛管部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に基板が直接にもしくは近接して載
   置される基板載置台と、 この基板載置台の下面側に配設され、基板載置台をその
   下面側から加熱する加熱手段と、 前記基板載置台の下面側に配設され、基板載置台をその
   下面側から冷却する冷却手段と、を備えた基板処理装置
   において、 前記基板載置台の内部に、密閉された伝熱室を形設し
   て、その伝熱室内に、所定温度で蒸発する媒体を収容
   し、伝熱室内に前記媒体の蒸気が対流する蒸気空間が形
   成されるようにするとともに、伝熱室内に毛管現象によ
   り前記媒体を伝熱室の底部から天井部へ移動させる毛管
   部材を配設したことを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 伝熱室の内部が大気圧より低い圧力に保
   持された請求項１記載の基板処理装置。
3. 【請求項３】 加熱手段が電熱ヒータまたはペルチェ素
   子である請求項１または請求項２記載の基板処理装置。
4. 【請求項４】 冷却手段がペルチェ素子である請求項１
   ないし請求項３のいずれかに記載の基板処理装置。