JP2008288357A - 基板支持装置及び基板支持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常温より高い温度の基板を支持して冷却する際、基板の表面の高さの変動を抑制する。
【解決手段】基板支持装置１０は、基板１を支持して冷却する基板１より小さい複数の冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８と、冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８を搭載する台１１０とを備える。冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８は、互いに所定の隙間ｄを設けて台１１０上に配置されている。各冷却プレートは、支持する基板の中央に近い位置で台１１０に固定され、かつ固定された位置から離れた位置で伸縮可能に台１１０に取り付けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ装置等のパネル基板の処理、検査又は測定において、基板を支持する基板支持装置及び基板支持方法に係り、特に常温より高い温度の基板を支持して冷却するのに好適な基板支持装置及び基板支持方法に関する。

アクティブマトリクス駆動方式の液晶ディスプレイ装置は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板とカラーフィルタ基板との間に液晶を封入して製造される。製造工程において、ＴＦＴ基板又はカラーフィルタ基板の表面には、両基板の間隔を保つためのスペーサ（フォトスペーサ）が形成される。そして、形成されたフォトスペーサは、両基板の間隔を一定にして液晶層の厚さを均一にするため、高さ測定が行われる。

フォトスペーサ等の微小突起物の高さを簡単な構成で測定する方法として、ピンホールを用いた共焦点方式がある。共焦点方式は、光学系の焦点位置を移動しながら、白色光を基板の表面へ垂直に照射し、基板の表面からの反射光を集光し、集光した反射光をピンホールを通して受光し、受光した反射光の強度の変化から、基板の表面の微小突起物の高さを検出するものである。ピンホールを通して受光される反射光の強度は、光学系の焦点位置が基板の表面又は微小突起物の上面に合っているときにそれぞれ大きくなるので、反射光の強度が大きくなる光学系の焦点位置から、微小突起物の高さを測定することができる。なお、この様な共焦点方式を用いた高さ測定装置及び高さ測定方法として、特許文献１に記載のものがある。
特開２００７−８５８０９号公報

フォトスペーサが形成されたＴＦＴ基板又はカラーフィルタ基板は、フォトスペーサの高さ測定を行う前に、フォトスペーサを固着させるためのベーキングが行われる。従来、フォトスペーサの高さ測定では、ベーキングにより加熱された基板を基板とほぼ同じ大きさの基板支持用のテーブルに搭載し、タクトタイムを短縮するため、基板をテーブルで冷却しながら測定を行っていた。その際、基板の熱がテーブルへ伝わるに従って、テーブルが熱膨張し、テーブルの中央部の高さの変動が周辺部よりも大きくなっていった。そのため、共焦点方式で光学系の焦点位置を移動しながらフォトスペーサの高さ測定を行うと、測定中に基板の表面の高さが変動し、正確な測定が行えないという問題があった。一方、基板の表面の高さが変動しなくなるのを待って測定を行うと、タクトタイムが長くなるという問題があった。また、基板の温度とステージの温度を一致させるのが困難であった。

本発明の課題は、常温より高い温度の基板を支持して冷却する際、基板の表面の高さの変動を抑制することである。

本発明の基板支持装置は、基板を支持して冷却する基板より小さい複数の冷却プレートと、複数の冷却プレートを搭載する台とを備え、複数の冷却プレートは、互いに所定の隙間を設けて台上に配置され、各冷却プレートは、支持する基板の中央に近い位置で台に固定され、かつ固定された位置から離れた位置で伸縮可能に台に取り付けられたものである。

また、本発明の基板支持方法は、支持する基板より小さい複数の冷却プレートを、互いに所定の隙間を設けて台上に配置し、各冷却プレートを、支持する基板の中央に近い位置で台に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台に取り付け、基板を基板より小さい複数の冷却プレートで支持して冷却するものである。

基板を基板より小さい複数の冷却プレートで支持して冷却するので、各冷却プレートの熱膨張が、従来の基板とほぼ同じ大きさのテーブル全体の熱膨張に比べて小さくなる。また、複数の冷却プレートを、互いに所定の隙間を設けて配置するので、各冷却プレートの横方向の膨張が隙間で吸収される。そして、各冷却プレートを、支持する基板の中央に近い位置で台に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台に取り付けるので、各冷却プレートが固定した位置を基準に伸縮する。従って、各冷却プレートの基板の中央に近い位置での歪みが小さくなり、従来は最も大きかった基板の中央での高さの変動が小さくなる。

さらに、本発明の基板支持装置は、各冷却プレートが、支持する基板の中央に近い位置及びそこから離れた位置に貫通孔を有し、支持する基板の中央に近い位置の貫通孔に通した円錐形の頭部を有するねじにより台に固定され、かつそこから離れた位置の貫通孔に通した座面が平らな頭部を有するねじにより台に取り付けられたものである。

また、本発明の基板支持方法は、各冷却プレートの支持する基板の中央に近い位置及びそこから離れた位置に貫通孔を設け、支持する基板の中央に近い位置に設けた貫通孔に円錐形の頭部を有するねじを通して各冷却プレートを台に固定し、かつそこから離れた位置に設けた貫通孔に座面が平らな頭部を有するねじを通して各冷却プレートを台に取り付けるものである。

各冷却プレートの円錐形の頭部を有するねじにより台に固定された位置では、ねじの円錐形の頭部の側面が貫通孔の上端に接触して、各冷却プレートの変位が防止される。一方、各冷却プレートの座面が平らな頭部を有するねじにより台に取り付けられた位置では、ねじの頭部の平らな座面が貫通孔の回りを押さえているだけなので、貫通孔の直径とねじの軸部の直径との差だけ、各冷却プレートの変位が可能である。ねじを用いた簡単な構成で、各冷却プレートが、支持する基板の中央に近い位置で台に固定され、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台に取り付けられる。

さらに、本発明の基板支持装置は、各冷却プレートが、内部に、冷却水が流れる冷却水通路を有するものである。また、本発明の基板支持方法は、各冷却プレートの内部に冷却水通路を設け、冷却水通路に冷却水を流して各冷却プレートを冷却するものである。冷却水通路を流れる冷却水により各冷却プレートが冷却されるので、各冷却プレートの熱膨張がさらに小さくなる。

本発明によれば、基板を基板より小さい複数の冷却プレートで支持して冷却することにより、各冷却プレートの熱膨張を、従来の基板とほぼ同じ大きさのテーブル全体の熱膨張に比べて小さくすることができる。また、複数の冷却プレートを、互いに所定の隙間を設けて配置し、各冷却プレートを、支持する基板の中央に近い位置で台に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台に取り付けることにより、各冷却プレートの基板の中央に近い位置での歪みを小さくすることができ、従来は最も大きかった基板の中央での高さの変動を小さくすることができる。従って、基板の表面の高さの変動を抑制することができる。

さらに、本発明によれば、円錐形の頭部を有するねじ及び座面が平らな頭部を有するねじを用いることにより、簡単な構成で、各冷却プレートを、支持する基板の中央に近い位置で台に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台に取り付けることができる。

さらに、本発明によれば、冷却プレートの内部に冷却水通路を設け、冷却水通路に冷却水を流して各冷却プレートを冷却することにより、各冷却プレートの熱膨張をさらに小さくすることができ、かつ熱の蓄積をなくすことができるので、基板の表面の高さの変動をさらに抑制することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による基板支持装置を用いた高さ測定装置の上面図である。また、図２は、本発明の一実施の形態による基板支持装置を用いた高さ測定装置の側面図である。図１及び図２は、基板の表面に形成されたフォトスペーサの高さを測定する高さ測定装置の例を示している。高さ測定装置は、基板支持装置１０、ベース１１、Ｘガイド１２、Ｘ移動ベース１３、Ｙガイド１４、Ｙ移動ベース１５、及び光学ユニットを含んで構成されている。

図１及び図２において、表面に測定対象のフォトスペーサが形成され、ベーキングされて常温より高い温度の基板１が、ベース１１上の基板支持装置１０に搭載されている。基板支持装置１０は、基板１を支持しながら基板１の冷却を行う。

白色光源２１及びＣＣＤカメラ２８を含む光学ユニットが、Ｙ移動ベース１５にＺ方向へ移動可能に搭載されている。Ｙ移動ベース１５は、図示しないボールねじ等の移動機構により、Ｘ移動ベース１３上に設置されたＹガイド１４に沿ってＹ方向へ移動する。Ｘ移動ベース１３は、図示しないボールねじ等の移動機構により、ベース１１上に設置されたＸガイド１２に沿ってＸ方向へ移動する。Ｘ移動ベース１３のＸ方向への移動及びＹ移動ベース１５のＹ方向への移動によって、光学ユニットが基板支持装置１０に搭載された基板１の各測定点の上方へ移動する。

図３は、光学ユニットの概略構成を示す図である。光学ユニットは、白色光源２１、集光レンズ２２、ハーフミラー２３、対物レンズ２４、収束レンズ２５、ピンホール２６、結像レンズ２７、及びＣＣＤカメラ２８を含んで構成されている。

白色光源２１は、例えばメタルハラルドランプから成り、白色光を発生する。集光レンズ２２は、白色光源２１からの白色光を集光し、ハーフミラー２３は、集光レンズ２２で集光された白色光を反射する。対物レンズ２４は、ハーフミラー２３で反射された白色光を収束させ、基板１の表面へ垂直に照射する。

対物レンズ２４は、基板１の表面からの反射光を集光し、収束レンズ２５は、対物レンズ２４で集光されハーフミラー２３を透過した反射光を収束させる。このとき、対物レンズ２４の焦点と収束レンズ２５の焦点とは共役の位置にあり、ピンホール２６は、収束レンズ２５の焦点に位置している。結像レンズ２７は、ピンホール２６を通過した反射光をＣＣＤカメラ２８の受光面に結像させる。

対物レンズ２４にはピエゾ素子５０が取り付けられており、対物レンズ２４は、ピエゾ素子５０によって、Ｚ方向へ上下に移動する。対物レンズ２４のＺ方向への移動によって、光学ユニットの焦点位置がＺ方向に移動する。光学ユニットの焦点位置をＺ方向へ移動しながら、基板１の表面からの反射光をピンホール２６を通して受光すると、ピンホール２６を通して受光される反射光の強度は、光学ユニットの焦点位置が基板１の表面又はフォトスペーサ２の上面に合っているときにそれぞれ大きくなる。高さ測定装置は、ＣＣＤカメラ２８の検出信号をディジタル信号に変換して処理し、反射光の強度が大きくなる光学ユニットの焦点位置から、フォトスペーサ２の高さを測定する。この高さ測定装置の動作は、特許文献１（特開２００７−８５８０９号公報）に記載のものと同様である。

以下、本発明の一実施の形態による基板支持装置について説明する。図４（ａ）は本発明の一実施の形態による基板支持装置の上面図、図４（ｂ），（ｃ）は同側面図である。なお、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）では、基板支持装置により支持される基板１が破線で示されている。

基板支持装置は、基板を支持して冷却する基板より小さい複数の冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８と、冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８を搭載する台１１０とを含んで構成されている。台１１０の底面に取り付けられた脚部１２０は、基板１を支持する高さを調整するためのものであり、高さを調整する必要がない場合には、必ずしも設ける必要がない。

冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８は、支持する基板１より小さく、本実施の形態では８つの冷却プレートが用いられているので、各冷却プレートの面積は、基板１の面積の約８分の１である。しかしながら、本発明において冷却プレートの数はこれに限らず、２つ以上の冷却プレートを用い、各冷却プレートを基板１より小さくすればよい。

図４（ａ）に示す様に、冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８は、互いに所定の隙間ｄを設けて台１１０上に配置されている。各冷却プレートは、後述する様に、支持する基板１の中央に近い位置で台１１０に固定され、かつ固定された位置から離れた位置で伸縮可能に台１１０に取り付けられている。

図５は、冷却プレート１０１，１０２の上面図である。冷却プレート１０１，１０２は、図４（ａ）において、支持する基板１の中央より左下に配置されている。このため、冷却プレート１０１，１０２は、図５において、支持する基板１の中央に近い右上の位置で固定ねじ１１１により台１１０に固定され、固定された位置から離れた複数の位置で押さえねじ１１５により伸縮可能に台１１０に取り付けられている。

図６は、冷却プレート１０３，１０４の上面図である。冷却プレート１０３，１０４は、図４（ａ）において、支持する基板１の中央より右下に配置されている。このため、冷却プレート１０３，１０４は、図６において、支持する基板１の中央に近い左上の位置で固定ねじ１１１により台１１０に固定され、固定された位置から離れた複数の位置で押さえねじ１１５により伸縮可能に台１１０に取り付けられている。

図７は、冷却プレート１０５，１０６の上面図である。冷却プレート１０５，１０６は、図４（ａ）において、支持する基板１の中央より左上に配置されている。このため、冷却プレート１０５，１０６は、図７において、支持する基板１の中央に近い右下の位置で固定ねじ１１１により台１１０に固定され、固定された位置から離れた複数の位置で押さえねじ１１５により伸縮可能に台１１０に取り付けられている。

図８は、冷却プレート１０７，１０８の上面図である。冷却プレート１０７，１０８は、図４（ａ）において、支持する基板１の中央より右上に配置されている。このため、冷却プレート１０７，１０８は、図８において、支持する基板１の中央に近い左下の位置で固定ねじ１１１により台１１０に固定され、固定された位置から離れた複数の位置で押さえねじ１１５により伸縮可能に台１１０に取り付けられている。

図９（ａ）は固定ねじ１１１の上面図、図９（ｂ）は図５乃至図８のＡ−Ａ部の断面図である。冷却プレート１０１，１０２には、支持する基板１の中央に近い右上の位置に、図９（ｂ）に示す貫通孔１１２が設けられている。冷却プレート１０３，１０４には、支持する基板１の中央に近い左上の位置に、図９（ｂ）に示す貫通孔１１２が設けられている。冷却プレート１０５，１０６には、支持する基板１の中央に近い右下の位置に、図９（ｂ）に示す貫通孔１１２が設けられている。冷却プレート１０７，１０８には、支持する基板１の中央に近い左下の位置に、図９（ｂ）に示す貫通孔１１２が設けられている。

図９（ｂ）において、貫通孔１１２の上端の周囲には段差部１１３が設けられ、貫通孔１１２の上端には傾斜部１１２ａが形成されている。貫通孔１１２には固定ねじ１１１が挿入され、固定ねじ１１１は台１１０に設けたねじ穴１１４にねじ込まれている。固定ねじ１１１は、図９（ｂ）に示す様に円錐形の頭部を有し、図９（ａ）に示す様に頭部の上面にねじを回すために六角穴が形成されている。各冷却プレートの固定ねじ１１１により台１１０に固定された位置では、固定ねじ１１１の円錐形の頭部の側面が、図９（ｂ）に示す様に貫通孔１１２の上端の傾斜部１１２ａに接触して、各冷却プレートの変位が防止される。

なお、貫通孔１１２の上端の傾斜部１１２ａは、固定ねじ１１１の円錐形の頭部の側面との接触面積を大きくするために設けたものであり、貫通孔１１２の上端と固定ねじ１１１の円錐形の頭部の側面との接触面積が大きい場合には、必ずしも設ける必要がない。

図１０（ａ）は押さえねじ１１５の上面図、図１０（ｂ）は図５乃至図８のＢ−Ｂ部の断面図である。冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８には、貫通孔１１２から離れた複数の位置に、図１０（ｂ）に示す貫通孔１１７が設けられている。

図１０（ｂ）において、貫通孔１１７の上端の周囲には段差部１１８が設けられている。貫通孔１１７には平座金１１６を介して押さえねじ１１５が挿入され、押さえねじ１１５は台１１０に設けたねじ穴１１９にねじ込まれている。押さえねじ１１５は、図１０（ｂ）に示す様に座面が平らな頭部を有し、図１０（ａ）に示す様に頭部がねじを回すために六角形に形成されている。各冷却プレートの押さえねじ１１５により台１１０に取り付けられた位置では、押さえねじ１１５の頭部の平らな座面が平座金１１６を介して貫通孔１１７の回りを押さえているだけなので、貫通孔１１７の直径と押さえねじ１１５の軸部の直径との差だけ、各冷却プレートの変位が可能である。

なお、図５乃至図８では、冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８が２３箇所で押さえねじ１１５により台１１０に取り付けられているが、冷却プレートを押さえねじ１１５により台１１０に取り付ける位置は、冷却プレートの大きさと押さえねじ１１５の強度により適宜決定することができる。

図４（ａ）において、基板支持装置１０は、基板１を基板１より小さい複数の冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８で支持して冷却するので、各冷却プレートの熱膨張が、従来の基板とほぼ同じ大きさのテーブル全体の熱膨張に比べて小さくなる。また、複数の冷却プレートを、互いに所定の隙間ｄを設けて配置するので、各冷却プレートの横方向の膨張が隙間で吸収される。そして、各冷却プレートを、支持する基板１の中央に近い位置で台１１０に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台１１０に取り付けるので、各冷却プレートが固定した位置を基準に伸縮する。従って、各冷却プレートの基板１の中央に近い位置での歪みが小さくなり、従来は最も大きかった基板１の中央での高さの変動が小さくなる。

図５乃至図８において、冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８の内部には、破線で示す冷却水通路１３０が設けられている。冷却水通路１３０に冷却水を流して、各冷却プレートを冷却する。冷却水通路１３０を流れる冷却水により各冷却プレートが冷却されるので、各冷却プレートの熱膨張がさらに小さくなる。

なお、冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８の上面には、基板１を真空吸着して固定するための吸着孔や、基板１の受け渡しを行うリフトピンが通る貫通孔が設けられているが、図５乃至図８ではこれらを省略している。

以上説明した実施の形態によれば、基板を基板より小さい複数の冷却プレート１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８で支持して冷却することにより、各冷却プレートの熱膨張を、従来の基板とほぼ同じ大きさのテーブル全体の熱膨張に比べて小さくすることができる。また、複数の冷却プレートを、互いに所定の隙間を設けて配置し、各冷却プレートを、支持する基板の中央に近い位置で台１１０に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台１１０に取り付けることにより、各冷却プレートの基板の中央に近い位置での歪みを小さくすることができ、従来は最も大きかった基板の中央での高さの変動を小さくすることができる。従って、基板の表面の高さの変動を抑制することができる。

さらに、以上説明した実施の形態によれば、円錐形の頭部を有する固定ねじ１１１及び座面が平らな頭部を有する押さえねじ１１５を用いることにより、簡単な構成で、各冷却プレートを、支持する基板の中央に近い位置で台１１０に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台１１０に取り付けることができる。

さらに、以上説明した実施の形態によれば、冷却プレートの内部に冷却水通路１３０を設け、冷却水通路１３０に冷却水を流して各冷却プレートを冷却することにより、各冷却プレートの熱膨張をさらに小さくすることができ、かつ熱の蓄積をなくすことができるので、基板の表面の高さの変動をさらに抑制することができる。

本発明は、フォトスペーサの高さ測定に限らず、基板の表面の高さの変動が問題となる常温より高い温度の基板の処理、検査又は測定に適用することができる。

本発明の一実施の形態による基板支持装置を用いた高さ測定装置の上面図である。 本発明の一実施の形態による基板支持装置を用いた高さ測定装置の側面図である。 光学ユニットの概略構成を示す図である。 図４（ａ）は本発明の一実施の形態による基板支持装置の上面図、図４（ｂ），（ｃ）は同側面図である。 冷却プレート１０１，１０２の上面図である。 冷却プレート１０３，１０４の上面図である。 冷却プレート１０５，１０６の上面図である。 冷却プレート１０７，１０８の上面図である。 図９（ａ）は固定ねじ１１１の上面図、図９（ｂ）は図５乃至図８のＡ−Ａ部の断面図である。 図１０（ａ）は押さえねじ１１５の上面図、図１０（ｂ）は図５乃至図８のＢ−Ｂ部の断面図である。

符号の説明

１ 基板
１０ 基板支持装置
１１ ベース
１２ Ｘガイド
１３ Ｘ移動ベース
１４ Ｙガイド
１５ Ｙ移動ベース
２１ 白色光源
２２ 集光レンズ
２３ ハーフミラー
２４ 対物レンズ
２５ 収束レンズ
２６ ピンホール
２７ 結像レンズ
２８ ＣＣＤカメラ
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８ 冷却プレート
１１０ 台
１１１ 固定ねじ
１１２，１１７ 貫通孔
１１３，１１８ 段差部
１１４，１１９ ねじ穴
１１５ 押さえねじ
１１６ 平座金
１２０ 脚部
１３０ 冷却水通路

Claims (6)

1. 基板を支持して冷却する基板より小さい複数の冷却プレートと、
   前記複数の冷却プレートを搭載する台とを備え、
   前記複数の冷却プレートは、互いに所定の隙間を設けて前記台上に配置され、
   各冷却プレートは、支持する基板の中央に近い位置で前記台に固定され、かつ固定された位置から離れた位置で伸縮可能に前記台に取り付けられたことを特徴とする基板支持装置。
2. 各冷却プレートは、支持する基板の中央に近い位置及びそこから離れた位置に貫通孔を有し、支持する基板の中央に近い位置の貫通孔に通した円錐形の頭部を有するねじにより前記台に固定され、かつそこから離れた位置の貫通孔に通した座面が平らな頭部を有するねじにより前記台に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
3. 各冷却プレートは、内部に、冷却水が流れる冷却水通路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板支持装置。
4. 支持する基板より小さい複数の冷却プレートを、互いに所定の隙間を設けて台上に配置し、
   各冷却プレートを、支持する基板の中央に近い位置で台に固定し、かつ固定した位置から離れた位置で伸縮可能に台に取り付け、
   基板を基板より小さい複数の冷却プレートで支持して冷却することを特徴とする基板支持方法。
5. 各冷却プレートの支持する基板の中央に近い位置及びそこから離れた位置に貫通孔を設け、
   支持する基板の中央に近い位置に設けた貫通孔に円錐形の頭部を有するねじを通して各冷却プレートを台に固定し、かつそこから離れた位置に設けた貫通孔に座面が平らな頭部を有するねじを通して各冷却プレートを台に取り付けることを特徴とする請求項４に記載の基板支持方法。
6. 各冷却プレートの内部に冷却水通路を設け、冷却水通路に冷却水を流して各冷却プレートを冷却することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の基板支持方法。

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