CN103898453B - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单的冷却装置。其可根据处理对象的姿势有效地冷却处理对象。所述冷却装置（RU1）具有冷冻机（2）和由冷冻机冷却的冷却面板（1），使冷却面板的主面（1a）与处理对象（S）接近或接触从而冷却处理对象。以冷却面板的主面与处理对象接近或接触时冷却面板的姿势为第一姿势，以冷却面板的主面从处理对象分离时冷却面板的姿势为第二姿势，冷却面板设置在处理室内，在第一姿势和第二姿势之间自由摆动，并且冷却面板是第一姿势和第二姿势中至少一种时冷冻机的冷却头（21）与冷却面板接触，通过热传递冷却冷却面板。

Description

冷却装置

技术领域

本发明涉及一种冷却装置,其具有冷冻机和由该冷冻机冷却的冷却面板,在配置有处理对象的处理室内使冷却面板的主面接近或接触处理对象从而冷却处理对象。

背景技术

例如，在平板显示器面板的制造步骤中，作为处理对象的玻璃基板被依次传送到热处理装置、成膜装置或干蚀刻装置等各种真空处理装置，并对该玻璃基板表面分别实施各种处理。此处，以成膜处理为例进行说明，成膜处理中通常使用溅镀（以下称为“溅射”）装置，在溅射装置中，将由保持装置保持在真空处理室（下称“处理室”）内的玻璃基板和根据要成膜的薄膜成分而形成的靶相对配置，在处理室内形成等离子气氛使稀有气体的离子向着靶加速碰撞，由此使产生的溅射粒子（靶原子）散射，附着、堆积到基板表面而成膜。溅射成膜时，由于溅射粒子与基板表面的碰撞或等离子体的辐射热导致基板温度上升。一旦基板温度上升，则其特性因在基板表面形成的薄膜而变化，所以成膜中需要冷却基板。以往，作为在处理室内冷却基板的冷却装置，已知例如专利文献1中的在紧密保持基板的台架内设置使冷却水循环的机构，通过和台架的热交换冷却基板的装置。

然而，将处理对象依次传送到各种真空处理装置进行各种处理时，由于各处理装置的布局或处理对象品质管理等原因，有时传送时的处理对象的姿势和在各处理装置上实施规定处理时的姿势（在上述溅射装置的例子中，是使玻璃基板的处理面与靶相对的姿势）彼此不同。因此，对于分别包括在各种处理装置内的冷却装置，近年来需要的是一种通用性高的产品，其具有在该处理装置内对应处理对象的姿势而改变姿势，能更有效地使处理对象冷却的结构。在这种情况下，如上述以往例，在使冷却水循环通过紧密保持着处理对象的台架的装置上，需要的是即便在改变台架的姿势时冷却水也不会漏出的结构，存在部件数量增加使装置结构复杂化的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1专利公开2008－281958号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

鉴于以上内容，本发明要解决的技术问题是提供一种具有通用性的冷却装置，其结构简单，可根据处理对象的姿势改变姿势并有效地冷却该处理对象。

解决技术问题的手段

为解决上述技术问题，本发明的冷却装置，其特征在于：具有冷冻机和由该冷冻机冷却的冷却面板，在配置有处理对象的处理室内使冷却面板的主面接近或接触处理对象冷却处理对象，以冷却面板的主面与处理对象接近或接触时的冷却面板的姿势为第一姿势，以冷却面板的主面与处理对象分离时的冷却面板的姿势为第二姿势，冷却面板在第一姿势和第二姿势之间可自由摆动地设置在处理室内，并且冷却面板是第一姿势和第二姿势中至少一种时，冷冻机的冷却部与冷却面板接触通过热传递使冷却面板冷却。

根据本发明的冷却装置，由冷却面板和冷冻机构成，冷却面板设置为可自由摆动，由于可根据在组装本发明的冷却装置的各种真空处理室内的处理对象的姿势来使冷却面板摆动改变其姿势，所以通用性高。而且，因为只要具有至少仅在冷却面板改变姿势时使冷冻机的冷却部分回缩的结构即可，所以无需如上述以往例那样，设置用于防止冷却水泄漏的复杂结构，可简化冷却装置自身的结构。另外，例如，也可以如下方式使用上述冷却装置，预先将本发明的冷却装置的冷却面板设置在真空处理装置内，直到将处理对象传送到真空处理装置内为止，将冷却面板设置为不阻碍顺畅传送处理对象的姿势，使处理对象保持传送时的姿势装入真空处理装置内后，即根据装入真空处理装置内的处理对象的姿势，摆动冷却面板变为使其主面与处理对象接近或接触的姿势。

此时，优选具有安装有所述冷却面板上的旋转轴、驱动该旋转轴旋转的第一驱动装置、以及驱动所述冷却部相对所述冷却面板自由进退的第二驱动装置，采用由第一驱动装置驱动旋转轴旋转，并且在冷却面板分别采取第一姿势和第二姿势时由第二驱动装置使冷却部与冷却面板接触的结构。由此，可实现只在采取第一姿势和第二姿势中的一种姿势时，冷却面板由冷冻机可靠地冷却的结构。

然而，当处理对象是像平板显示器面板用的玻璃基板那样处理面的面积很大的情况下，以往使用的是冷却面板自身也和玻璃基板具有相同的面积的大型的产品，但是用冷冻机冷却该冷却面板时，冷却面板自身产生温度变化，所以不能均匀地冷却玻璃基板。因此，优选在旋转轴的轴方向上存在间隔地配置多台冷冻机。由此，通过从轴方向的多处同时对冷却面板进行冷却，抑制冷却面板自身发生温度变化，进而可使处理对象在其整个面上均匀冷却。另外，也可设置为除在旋转轴的轴方向上存在间隔地配置多台冷冻机外，再在与旋转轴的轴方向正交的方向上存在间隔且在轴方向存在间隔地配置多台冷冻机。

再有，冷却面板优选还具有围绕处理对象的外周面的围绕部。由此，即便处理对象是平板显示器面板用的大面积玻璃基板的情况下，也可以可靠地冷却到处理对象的外周缘部。

进而，所述冷却面板由多块面板体并列设置在同一平面内构成，所述冷却面板的面积大于等于处理对象的与其相对面的面积，所述面板体的面积小于所述相对面的面积。优选与所述冷却面板的面板体分别对应设置冷冻机。由此，即便是因冷冻机的个体差异而导致对冷却面板的传热量存在差异的情况下，只要控制各冷冻机，就可使各冷却面板的温度大致固定，乃至可以可靠地使处理对象在其整个面上均匀冷却。

再有，在本发明中，所述冷却面板优选具有固定面板，所述固定面板随时与冷冻机接触；可动面板；连接件，所述连接件以该固定面板为旋转中心摆动可动面板。由此，当可动面板上处理对象的负载发挥作用时冷却面板在第一姿势和第二姿势之间自由摆动，可省去驱动冷冻机的机构，可设置成更简单的结构。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的冷却装置的侧面图。

图2是图1所示冷却装置的平面图。

图3（a）及（b）是说明冷却面板的变形例的平面图及剖面图。

图4是示出本发明的第二实施方式的冷却装置的结构的平面图。

图5（a）～（c）是确认本发明的效果的实验结果的图表。

图6是本发明第三实施方式的冷却装置的侧面图。

图7是省略图1所示的冷却装置的一部份而示出的平面图。

具体实施方式

下面参照附图，以矩形的玻璃基板为处理对象，说明组装在溅镀装置或蚀刻装置等真空处理装置中的本发明的冷却装置的第一实施方式。另外，处理对象如果是在真空处理装置内进行规定处理的情况下需要冷却的物质的话，则也不限定于上述基板，例如在硅晶片等其他基板之外也可用于防沉积板等的冷却。下面，以在真空处理装置内将玻璃基板的处理面沿着铅垂方向装入并施以规定处理时的姿势为第一姿势，以玻璃基板的处理面沿水平方向的姿势为第二姿势来进行说明。再有，如无特别限定，示出“上”、“下”、“左”、“右”等方向的用语以图1为准。

参照图1及图2，RU₁是组装在图外的真空处理装置内的冷却装置。冷却装置RU₁具有配置在图外的真空处理装置内的自由摆动的冷却面板1，以及与冷却面板1接触将该冷却面板1冷却到规定温度的冷冻机2。冷冻机2具有作为冷却部的冷却头21，以及具有压缩机、冷凝器及膨胀阀的冷冻机本体22。冷却头21在其最上部具有热传导性良好的金属制冷却板21a，通过使图外的热交换器提供给冷冻机本体22的制冷剂循环，来使含有冷却板21a的冷却头21随时冷却并保持在规定温度。另外，由于可使用公知结构的产品作为冷冻机2，所以在此省略对此的详细说明。而且，冷却头21配置在真空处理装置内。在该情况下，冷却头21设置在气缸23的驱动轴23a上端，所述气缸23作为第一驱动装置贯通图外的真空处理装置的壁面而设置，通过气缸23使驱动轴23a上下动作，以此使冷却头21可相对于冷却面板1进退，即接近或远离。另外，在真空处理装置的壁面上设置波纹管等真空密封件。

再有，如图2所示，设置有多枚冷却头21，存在间隔地配置在下文提到的旋转轴的轴方向上，可使冷却面板1在其整个面上均匀冷却，乃至可使玻璃基板S在其整个面上有效且均匀地冷却。该情况下的冷冻机2的数量，考虑冷却面板1的材质和下文提到的主面1a的面积、在真空处理装置内实施的处理过程中给玻璃基板S的热输入量等，而适当设置。再有，也可设置为在从图外的热交换器向各冷却头21供给制冷剂时，根据处理时的玻璃基板S的冷却温度由多个热交换器进行。冷却头21也可设置为根据玻璃基板W的冷却温度，只在冷却面板1为第一姿势和第二姿势中的任一姿势时冷却。

另一方面，冷却面板1由具有大于等于玻璃基板S的面积的热传导性良好的材质，例如选自铜或铝的金属或以该金属为主要成分的合金制成的平面视图为矩形的板状部件构成，与玻璃基板S相对的冷却面板1的一侧的面（在第二姿势时为上面）成为主面1a。如图1所示，在冷却面板1上，在第二姿势的右侧端，设置有使其端面弯曲成大致直角的第一接触部1b，与该第一接触部1b相连设置有使该端面进一步弯曲呈大致直角的第二接触部1c。而且，当冷却面板1采取第一姿势时，第一接触部1b位于冷却头21的正上方，当冷却面板1采取第二姿势时，第二接触部1c位于冷却头21的正上方。另外，为提高冷却面板1带来的冷却效果，也可对主面1a实施黑化处理。

冷却面板1支撑在支撑板3的上面，所述支撑板3还具有在成膜时保持玻璃基板S的功能。支撑板3的平面视图呈矩形，在第二姿势时该上面的外周缘部依次设置有爪部31。而且，通过以各爪部31锁定玻璃基板S，以第二姿势通过冷却面板1保持玻璃基板S。再有，以第二姿势在支撑板3的下面右侧端形成向斜下方延伸的臂部32,该臂部32的端部固定在旋转轴4上。在旋转轴4的一端（图1中为向进深方向）上设置作为第二驱动装置的马达5。而且，冷却面板1是图1中双点划线所示的第二姿势时，一旦驱动马达5向一个方向旋转，则冷却面板1以旋转轴4为旋转中心摆动，采取图1中实线所示第一姿势。另一方面，冷却面板1是第一姿势时，一旦马达5向相反方向旋转，则冷却面板1以旋转轴4为旋转中心摆动返回第二姿势。冷却面板1摆动期间，冷却头21依靠气缸23移动到离开冷却面板1的回缩位置，冷却面板1是第一姿势及第二姿势中任一姿势时，冷却头21（冷却板21a）依靠气缸23移动到与冷却面板1的接触部1b、1c中任意一个接触的接触位置，冷却面板1通过来自冷却头21的热传递而冷却。

接着，以下面的情况为例说明本第一实施方式的冷却装置的使用方法：将上述冷却装置RU₁组装到作为真空处理装置的溅镀装置（未图示）中，通过溅射法在玻璃基板S的一侧的面F上成膜。在冷却面板1采取第二姿势的状态下，通过传送机器人水平传送玻璃基板，图1中，如双点划线所示，使作为处理面的一侧面F在上侧，通过支撑板3的爪部31来保持玻璃基板S。此时，也可使冷却头21接触冷却面板1的第二接触部1c预先冷却冷却面板1。而且，将溅镀装置的真空室内抽真空，冷却头21依靠气缸23移动到回缩位置后，驱动马达5朝一个方向旋转使冷却面板1摆动，成为第一姿势。之后，一旦使冷却头21依靠气缸23移动到与第一接触部1b接触的接触位置，则溅镀成膜的准备完成。

按公知的方法溅镀靶，所述靶在第一姿势的状态下与玻璃基板S的一侧面F相对地设置在真空室内，以此在一侧面F上形成规定的薄膜。此时，溅射粒子或撞击玻璃基板S的一侧面F，或接收等离子体发出的辐射热，向玻璃基板S输入热量，玻璃基板S被加热，但由于玻璃基板S的另一侧面（图1中是左侧的面）与冷却面板1的主面1a接近，所以玻璃基板S的热量被冷却面板1的主面1a辐射吸热而冷却。成膜后通过与上述相反的操作返回第二姿势，已处理的玻璃基板S被传送机器人搬出。

采用上述实施方式，通过由冷却面板1和冷冻机2构成，使冷却面板1自由摆动，根据玻璃基板S的姿势，即在上述实施方式中，使玻璃基板S与冷却面板1一同摆动，可改变其姿势，通用性高。而且，由于只要具有仅在至少冷却面板1改变姿势时使冷冻机2的冷却头21回缩的结构即可，所以无需像如上述以往例那样，设置用于防止冷却水泄漏的复杂结构，可简化冷却装置自身的结构。此外，由于在旋转轴4的轴方向上存在间隔地配置多台冷冻机2，所以冷却面板1被轴向的多处同时冷却，以此抑制冷却面板1自身产生温度变化，进而即便处理对象是大面积的玻璃基板S，也可对其整个面进行均匀冷却。

以上，对本发明的第一实施方式进行了说明，但本发明并不受上述限定。在上述实施方式中。以使玻璃基板S的一侧面F和冷却面板1的主面1a接近相向配置，使玻璃基板S与冷却面板1一同摆动并改变其姿势为例进行了说明，但并不仅限于此，也可使玻璃基板S和冷却面板1面接触，再有，例如直到使用公知的载体等将玻璃基板S传送到真空处理装置内为止，冷却面板1采用不阻碍玻璃基板S的顺畅传送的姿势（例如第二姿势），直接采用传送时的姿势在玻璃基板S装入真空处理装置内后，只让冷却面板1摆动变为其主面1a与玻璃基板S接近或接触的姿势。

再有，在上述第一实施方式中，以冷却面板1由具有大于等于作为处理对象的玻璃基板S的面积的板状部件构成为例进行了说明，但并不仅限于此。参照图3，变形例涉及的冷却面板10也可设置壁面10b作为垂直于冷却面板10的主面10a竖直设立的围绕部，以使其周缘部与玻璃基板S的外周面S1接近围绕其周围。在该情况下，壁面10b的上端例如设置为与基板S的处理面（上面）在一个面上即可，再有，也可设置为高于处理面，但其高度要在不导致装置尺寸大型化或导致各可动部的驱动发生故障的范围内适当设置。另外，一旦壁面10b的上端低于基板S的处理面，则存在无法均匀冷却玻璃基板S的可能。再有，在图3所示的装置中，壁面10b在玻璃基板S的外周面S1的整个面上设置，但也可存在没有壁面10b的部分。由此，即使处理对象是平板显示器面板用的大面积的玻璃基板S的情况下，也可可靠地冷却到玻璃基板S的外周缘部。

然而，在处理对象是平板显示器面板用的大面积的玻璃基板S的情况下，冷却面板1自身也使用具有与玻璃基板S相等面积的大型产品，但如上述实施方式那样，在冷却面板1由一个单独的器件构成的情况下，根据与冷却面板1接触的冷冻机2的位置和数量，存在冷却面板1自身发生温度变化的可能，这样无法均匀冷却玻璃基板S。

因此，在第二实施方式中，如图4所示，冷却装置RU₂的冷却面板100构成为将多块面积小于作为处理对象的玻璃基板S的与该冷却面板100相向面的面积的面板体101并列设置在同一平面内，以使其大于等于该相对面的面积。在该情况下，在图4中，以构成为以三列三行等间隔并列设置与主面102的面积同等的面板体101来例示了第二实施方式的冷却面板100，但根据处理时给玻璃基板S的热输入量也可设置为彼此不同的面积。再有，各面板体101与上述第一实施方式一样，由热传导良好的材质制成的板状部件构成。

进而，各面板体101分别由形成为网格状的支撑框30保持，分别与各面板体101对应地设置冷冻机2。另外，可以使用与上述第一实施方式结构相同的产品作为冷冻机2，再有，冷冻机2的冷却部与各冷却面板100的选择性接触可使用与上述第一实施方式相同的方法进行。进而，设置接触或非接触地测量冷却面板100的温度的传感器（未图示），设置为根据传感器得到的检测温度控制来自各冷冻机2的热传递量，也可设置为根据各面板体101而改变冷却温度。由此，可将玻璃基板S在其整个面上均匀冷却。

接着，为确认本发明的效果而进行以下实验。在未图示的真空室内，设置如图4所示的第二实施方式那样的九块面板体101，在真空气氛下冷却1500mm×1850mm×（厚度）0.7mm的玻璃基板。在该情况下，在试验1中，采用设置了九块面板体101以使并列设置了面板体101时的外直径尺寸变为1500mm×1850mm（即冷却面板的主面的面积与玻璃基板的面积相同），在试验2中，采用设置了九块面板体101以使外直径尺寸变为1730mm×2080mm（即冷却面板的主面的面积变得大于玻璃基板的面积），在试验3中，如图3所示，面板体100设置为在试验1的产品上形成有围绕玻璃基板的外周面的壁面10b的产品。

再有，分别设置冷冻机2与各面板体101对应，在冷却头21中使从单一的热交换机供给到冷冻机本体22中的制冷剂分别循环。而且，在将玻璃基板加热到100℃之后，由冷却面板100冷却玻璃基板，测量其温度变化。参照图4，在该情况下，以玻璃基板S中与位于右上端的面板体101的中心对应的点为A1、与位于其右下端的面板体101的中心对应的点为A2、与位于其中央上端的面板体101的中心对应的点为A3、与位于其中央下端的面板体101的中心对应的点为A4、与位于其左上端的面板体101的中心对应的点为A5、与位于其左下端的面板体101的中心对应的点为A6，以这些点A1～A6为各测量点。

图5(a)～（c）是示出实验1～实验3中各测量点A1～A6处的最终温度的图表。由此，试验1时从开始冷却100℃的玻璃基板的最开始各测量点的冷却速度不同，最终温度在13.8℃～25.8℃的温度范围内波动（参照图5（a））。另一方面，在试验2中，可知各测量点的冷却速度的差变小，最终温度的波动也变小（13.8℃～14.2℃）（参照图5(b)）。进而，在试验3中，可知各测量点的冷却速度变得大致相同，最终温度为13.8℃，其波动也几乎不存在（参照图5(c)）。另外，作为追加试验4，已确知依靠冷冻机2控制各试验1中冷却面板100的面板体101的温度的情况下，最终温度的波动可在±0.5℃的范围内。

接着，参照图6及图7，以垂直于图外的真空处理装置传送玻璃基板S，在该状态下通过保持装置300来保持玻璃基板S，在该状态下进行规定处理的情况为例，说明本发明的冷冻装置RU₃的第三实施方式。冷冻装置RU₃具有冷却面板1000，以及设置在真空室外的、具有冷却头210的冷冻机200。在该情况下，冷却面板1000由固定面板部1001以及可动面板部1003构成，所述固定面板部1001设置为贯通图外的真空处理装置的壁面，随时与冷却头210接触，所述可动面板部1003经连接件1002从固定面板部1001连接设置，连接件1002变形使可动面板部1003相对于固定面板部1001摆动。固定面板部1001及可动面板部1003的面积小于玻璃基板S，与上述第一实施方式相同，由热传导良好的材质制成的板状部件构成。作为连接件1002，可使用热传导良好的公知的横编导线或铜板。

保持部件300在一面上保持玻璃基板S，在另一面上与可动面板部1003接触，在该另一面上以第二姿势向斜下方延伸，形成固定在旋转轴4上的臂部300a，而且，一旦驱动马达5向一个方向旋转，则跟随玻璃基板S改变姿势，该玻璃基板S的负载作用于可动面板部1003在第一姿势和第二姿势之间摆动。由此，可省去使冷冻机200的冷却头210可相对于冷却面板1000接近或离开地进退的机构，可简化结构。另外，可动面板部1003采取第一姿势时，虽然可动面板部1003和保持部件300接触，但也可设置为非接触。

附图标记说明

RU₁、RU₂、RU₃…冷却装置、1、10、100、1000…冷却面板、1a…冷却面板的主面、2，20，200…冷冻机、21，210…冷却头（冷却部）、41a…冷却板（冷却部）、1001…固定面板、1002…连接件、1003…可动面板、4…旋转轴、5…马达（第一驱动装置）、S…玻璃基板（处理对象）。

Claims (7)

1.一种冷却装置，

具有冷冻机和由该冷冻机冷却的冷却面板，使冷却面板的主面接近或接触处理对象从而冷却处理对象，其特征在于：

以在单一的室内对处理对象实施规定处理时的冷却面板的姿势为第一姿势，以对处理对象实施规定处理时以外的冷却面板的姿势为第二姿势；

冷却面板设置为在第一姿势和第二姿势之间自由摆动；

具有安装在所述冷却面板上的旋转轴、驱动该旋转轴旋转的第一驱动装置、以及驱动冷冻机的冷却部相对所述冷却面板自由进退的、在冷却面板摆动期间使所述冷却部回缩到离开所述冷却面板的回缩位置的第二驱动装置，采用由第一驱动装置驱动旋转轴旋转，并且在冷却面板分别采取第一姿势和第二姿势时由第二驱动装置使冷却部与冷却面板接触的结构；

所述冷却面板具有在所述第一姿势时与所述冷却部接触的第一接触部，以及在所述第二姿势时与所述冷却部接触的第二接触部。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：

在所述旋转轴的轴向存在间隔地配置多台冷冻机。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：

所述冷却面板还具有围绕处理对象外周面的围绕部。

4.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：

所述冷却面板还具有围绕处理对象外周面的围绕部。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的冷却装置，其特征在于：

所述冷却面板由多块面板体并列设置在同一平面内构成，所述冷却面板的面积大于等于处理对象的与其相对面的面积，所述面板体的面积小于所述相对面的面积。

6.根据权利要求5所述的冷却装置，其特征在于：

分别对应所述冷却面板的面板体设置冷冻机。

7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：

所述冷却面板具有固定面板，其随时与冷冻机接触；可动面板；连接件，其以该固定面板为旋转中心摆动可动面板。