JP3021016B2

JP3021016B2 - 基板冷却機構

Info

Publication number: JP3021016B2
Application number: JP2267125A
Authority: JP
Inventors: 淑郎楠本; 浩之名和; 洋藤野
Original assignee: 日本真空技術株式会社
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JPH04143273A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は基板冷却機構に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

第５図は第１従来例による基板冷却機構を示すもので
あるが、その機構全体は真空槽内に配設されており、冷
却プラテン（１）の平らな上面に基板（２）が載置さ
れ、その周縁部をクランプ機構（３）により軟らかい金
属リング（４）を介して冷却プラテン（１）に対して固
持されている。

基板（２）には薄膜が施されているが、その膜の内部
応力等で、そりを生じているので完全な平面同士の接触
ではなく、実質的には３点接触となっている。従って一
般に、この冷却効率は悪い。

第６図は第２従来例の基板冷却機構を示すが、同様に
真空槽内に配設されており、円筒表面を有する冷却プラ
テン（11）の上に熱伝導性のよいゴム製の膜（12）を配
設し、この上に薄膜を施された基板（13）を載置し、そ
の周縁部をクランプ機構（14）により保持するようにし
ている。この従来例では基板（13）のプラテン（11）の
面に対する接触状態はゴム膜（12）のプラテン（11）の
面に沿う弾性変形により第５図の従来例よりは接触面積
を増大させている。従って第１従来例よりは冷却効率が
高い。ゴム膜（12）は一般にはシリコンゴムでなるが、
耐用温度は摂氏200℃前後であり、それより高温の使用
には耐えられない。また真空槽内で使用するので、この
ゴム膜（12）からの放出ガスにより、汚染の問題が生じ
てくる。

第７図は第３従来例の基板冷却機構を示すが、冷却プ
ラテン（21）の上面には平らな凹所（24）が形成されて
おり、これの中心部でガス通路（25）と連通している。
これはケージ（26）によりガス圧力が計測され、バルブ
（28）を介して導入孔（29）よりガスを導入させるよう
に構成されている。（27）はリークバルブである。この
従来例においても基板（22）が冷却プラテン（21）に載
置された後、クランプ機構（23）により周縁部を固持さ
せている。凹所（24）に導入されたガスが冷却プラテン
（21）に基板（22）から放熱した熱を伝導させる働きを
する。すなわち第５図及び第６図の従来例は直接、プラ
テンへの熱伝導による放熱を利用するのに対し、第７図
は気体の熱伝導による冷却を行なうのであるが、この気
体の熱伝導率はその圧力の単調増加函数であるため有効
にガス冷却を行なうためにはガス圧を数Torr以上に保持
する必要がある。又このようなガス圧力に対し基板（2
2）を固定するためにクランプ機構（23）が設けられて
いるのであるが、基板（22）の表面には第５図及び第６
図の従来例と同様に異物が接触することとなり、同時に
クランプ機構（23）は基板（22）に局所的に大きな応力
を加えることになるので、この部分を損傷させる恐れが
ある。すなわち以上のいずれの従来例においても基板
（２）（13）（22）を冷却プラテン（１）（11）（21）
に対し何らかの物理的手段（押えリング、押え爪、静電
チャック等）でクランプする必要がある。しかしこれは
基板に対し直接的に大きな応力を加えることにより、こ
の部分に破損を生じ易く、又通常は冷却する前に、ある
いは冷却後にこの基板を搬送しなくてはならないので、
この手段、例えば昇降駆動機構と併用すると非常に複雑
な構成をとらざるを得なくなる。なお、以上の従来例は
“Nuclean Instruments and Method"189（1981）169〜1
73に記載されているものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記問題に鑑みてなされ、冷却すべき基板に
何ら機械的な応力を加えることなく、真空槽内におい
て、すみやかに、かつ安全に基板の冷却を行なう基板冷
却機構を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の目的は、真空槽内に配設され、段付凹所を有す
る冷却台と、該冷却台に形成され、前記段付凹所の上方
内周壁面に開口するガス導入通路と、前記冷却台に形成
され前記段付凹所の下方内周壁面に開口するガス排出通
路と、前記ガス導入通路に接続される第１配管系統と、
該第１配管系統内に設けられる第１バルブと、ガス供給
源と、前記ガス排出通路に接続される第２配管系統と、
該第２配管系統内に設けられる第２バルブと、前記真空
槽の壁部に形成され、前記第２配管系統に接続されるガ
ス導入開口と、前記冷却台に対向して配設される蓋部材
と、該蓋部材を上下動させるための駆動機構と、前記蓋
部材又は前記冷却台に設けられるシール手段と、前記段
付凹所の段部に形成され、基板を載置させたときに前記
段付凹所の上方空間と下方空間とを連通させるための切
欠部と、基板搬送手段とから成り、前記基板搬送手段に
より処理済の基板を前記冷却台の段部に載置させた後、
前記駆動機構を下方駆動させて前記蓋部材を前記冷却台
に向って移動させ、該蓋部材により前記段付凹所を気密
に閉塞し、次いで前記第１バルブを開弁して前記ガス供
給源からガスを前記ガス導入通路を介して前記段付凹所
の上方空間に、及び前記切欠きを介して前記段付凹所の
下方空間に供給するようにして該ガスによる伝熱で前
記、基板を冷却し、所望の冷却後、前記第２バルブを開
弁し、前記真空槽内の圧力と前記段付凹所内の圧力とが
ほゞ同一となると前記駆動機構を上方駆動して、前記蓋
部材を前記冷却台から遠去けて前記段付凹所を前記真空
槽内に開放させるようにしたことを特徴とする基板冷却
機構、によって達成される。

〔作用〕

真空槽内で基板搬送手段により、処理済みの、すなわ
ち薄膜を形成された基板は、冷却台の段付凹所の段部に
載置される。次いで駆動機構により蓋部材を下方へと移
動させ冷却台の段付凹所を気密に閉塞させる。次いで第
１バルブが開弁され、ガス供給源からガスが今や密閉空
間となった段付凹所内の上方空間にガス導入通路を介し
てガスが導入され、このガスは基板が載置された段部に
形成される切欠きを通って基板の下方の段付凹所の下方
空間に導かれる。これにより密閉空間内において基板は
下向きに、すなわち段部に押圧するガス圧力を受け、こ
れにより基板は何ら物理的なクランプ力を加えていない
にも拘らず、浮き上がったり、ずれたりすることがな
く、導入されたガスを伝熱媒体として熱い基板から放熱
される熱を冷却台に伝える。すなわち基板の熱は冷却台
に放熱され、効果的に冷却される。例えば蓋部材により
閉塞された密閉空間の段付凹所内のガス圧は数10Torrと
され、基板、例えば摂氏500℃の基板は15秒以内に基板
カセットに収納可能な110℃以下迄に冷却され、その後
第２バルブを開弁して段付凹所の圧力と真空槽内の圧力
が、ほゞ同圧になる迄真空槽内にガス放出される。この
場合にガスの排気系路としては基板の下方空間に排気さ
れ、次いで切欠きを介して基板の上方の上方空間が排気
され、これにより基板にやはり上方から下方に押えつけ
るガス圧が作用し、基板が浮き上がることはない。すな
わちクランプされた形となっている。段付凹所のガス圧
と真空槽内のガス圧がほゞ同圧となった時点で、駆動機
構を起動させて蓋部材を上方へと移動させ、冷却台の段
付凹所を真空槽に対し開放させる。次いで基板搬送機構
により冷却された基板を外部へと搬出する。その後再び
上述と同様な作用を繰返す。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例による基板冷却機構につい
て第１図及び第２図を参照して説明する。

第１図において真空槽（50）の上壁に形成された開口
はシールリング（51）を介在させて、蓋板（73）により
閉塞されている。このようにして真空槽（50）内には密
閉空間Ａが形成されるが、こゝに本発明に係る基板冷却
機構（53）が配設されている。なお、本実施例の真空槽
（50）内には成膜室、エッチング室等の反応室は含まな
いものとする。

基板冷却機構（53）において上蓋（54）の中心部には
駆動軸（55）が固定されており、これは蓋板（73）を気
密に挿通していて上蓋の昇降駆動機構（52）により図に
おいて上下動されるように構成されている。上蓋（54）
に対向して冷却台（例えばAl合金製）（56）がその周縁
部でシールリング（58）を介在させて真空槽（50）の底
壁に形成された開口に気密に固定されており、その真空
槽（50）の内部空間Ａに臨む上面にはシールリング（5
7）を装着している。冷却台（56）は伝熱により冷却媒
体で冷却してもよいが、図示せずとも、この内部に冷却
媒体を循環させて冷却させるものであってもよい。冷却
台（56）には第２図に明示されるように上方は円形で下
方は溝状の段付凹所（56a）が形成されている。下方の
溝状の凹所にフォーク状のリフト（プッシャ）（72）が
配設されており、その中央部には駆動軸（80）が取付け
られていて、これは外部に配設された基板昇降駆動機構
（59）に結合されている。冷却台（56）の内部空間Ａに
向って突出する環状部（56c）（段付凹所の円形の上方
空間を形成する）の内周壁にはガス導入口（69）が形成
されており、これは同じく環状部（56c）に形成される
通路（68）を介して外部に接続される管路（67）に接続
され、これはバルブ（60）、ラインフィルタ（61）、可
変ボリュームタンク（62）、バルブ（63）、減圧弁（6
4）を介してガス供給タンク（65）に接続されている。

冷却台（56）の段付凹所（56a）の下方内周壁部には
ガス排気孔（56d）が形成されており、これは管路（7
4）、バルブ（66）を介して真空槽（50）の底壁に形成
された開口（71）に気密に接続されている。

冷却台（56）の段部には更に第２図に明示されるよう
に放射状にのびる３個の溝（56b）が形成されている。
各溝（56b）に連設して深い溝状でＹ字形状の下方凹所
（56e）が形成されている。プッシャ（72）は第３図に
示すような形状を呈し、３本のアーム部（72b）の先端
部に垂直のフォーク部（72c）が形成されている。３本
のアーム部（72b）の中央結合部に上述の駆動軸（80）
に結合される駆動軸部（72a）が一体的に形成されてい
る。溝状の下方凹所（56e）もプッシャ（72）の形状に
合わせて形成され、その上下移動を許容するものであ
る。

本発明の実施例による基板冷却機構は以上のように構
成されるが次にこの作用について説明する。

真空槽（50）の内部空間Ａは予め所定の真空度に減圧
されているものとする。水平基板搬送機構（図示せず）
により図示しない処理室から成膜を施された基板Ｓが水
平基板昇降駆動機構（もしくは基板搬送機構）（59）の
フォーク部（72c）上に載置される。その後フォーク部
（72c）は第１図に示すように下方へと移動すると、こ
れにのせられていた基板Ｓは図示するように冷却台（5
6）の段部に載置される。次いで上蓋の昇降駆動機構（5
2）が駆動され上蓋（54）が下方へと移動し、冷却台（5
6）の上面に嵌着されたシールリング（57）を若干押圧
して停止する。すなわち、この上蓋（54）と冷却台（5
6）との間に小さな密閉空間が形成される。

次いでバルブ（60）が開放されると、予め可変ボリュ
ームタンク（62）内に所定圧で蓄圧されていたガスがフ
ィルタ（61）を通り、異物やダストを除去されて、小さ
な密閉空間内にガス導入孔（69）を介して導入される。
このガスが先ず基板Ｓの上方に導かれた後、径方向に延
びる溝（56b）を通って基板Ｓの下方の凹所（56e）に導
かれる。ガス圧は数10Torrとされる。このようなガス導
入により基板Ｓには上から下に向う押圧力を受け、あた
かもクランプされたが如き状態となる。すなわち基板Ｓ
は浮上することなく、安定に図示した位置を保持しなが
ら冷却台（56）の密閉空間に密閉されたガスを伝熱の媒
体として基板Ｓの熱は冷却台（56）に放熱される。よっ
て基板Ｓは効率よく冷却される。例えば500℃の基板Ｓ
は15秒以内にプラスチック製のウエハキャリアに収納可
能な110℃以下にまで冷却される。所定温度に冷却され
るとバルブ（66）が開放される。すると冷却台（56）の
凹所（56a）の下方空間内のガスが先ずガス排気孔（56
d）からの管路（74）を通って排気され、真空槽（50）
の底壁に形成された開口（71）を通って減圧された空間
Ａへと導かれる。これに続いて基板Ｓの上方の空間内の
ガスが溝（56b）及び凹所（56a）の下方空間（56e）の
ガス排気孔（56d）を通って真空槽（50）の空間Ａへと
排気される。このような排気状態により基板Ｓは浮き上
がることなく、あたかも上方からガス圧で押圧されてク
ランプされたかの如き状態を呈する。上蓋（54）がシー
ルリング（57）でシールされて冷却台（56）を閉塞した
状態で小さな密閉空間を形成しているのであるが、この
空間内の圧力がバルブ（66）を通り真空槽（50）内の圧
力Ａの圧力と等しくなれば上蓋（54）を上蓋の昇降駆動
機構（52）により上方へと移動させる。この後、基板昇
降駆動機構（59）を駆動させてフォーク部（72c）を上
昇させて、これに冷却された基板Ｓが載置されて、すで
にこれに近接している水平搬送ロボットに転送され、こ
れにより所定の位置へと搬送される。

次いで成膜を施された熱い基板が、やはり図示しない
水平搬送ロボットで真空槽（50）内に搬送され、上方位
置にある基板昇降駆動機構（59）のフォーク部（72c）
に載置させ、フォーク部（72c）を下方に移動すると第
１図に図示するように次に冷却すべき基板Ｓが冷却台
（56）の段部に載置される。以下上述と同様な作用を受
ける。なお、バルブ（60）を閉じた後、可変ボリューム
タンク（62）には再び所定圧のガスが蓄圧されている。
従って、再び上蓋（54）と冷却台（56）とによって形成
される密閉空間内にガスを導入するときには直ちに所定
圧の所定量のガスが導入される。ガス圧は減圧弁（64）
によって調節されることができる。

なお、溝状の下方凹所（56e）は、リフト（72）を収
納する最小限な溝となっており、基板Ｓと冷却台（56）
が密着する面積を最大限にする。微小なすき間で熱い物
と冷たい物が向い合うと、ガスによる熱伝達が効果的に
行なわれる。

第４図は本発明の第２実施例による基板冷却機構を示
すが、第１実施例の第１図及び第２図に対応する部分に
ついては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。本実施例によれば上蓋（54）の昇降駆動機構（52）
は第１実施例と異なり、真空槽（50）の底壁側に配設さ
れ冷却台（56）のその駆動軸（55）は環状突部（56c）
を挿通し冷却台（56）と一体化される。本実施例も基板
Ｓの基板搬送機構（59）と同様に真空槽に対し一体的に
構成されているが、第１実施例が真空槽（50）の上壁部
に固定されたのに対し、本実施例では基板Ｓの駆動機構
と同一側に配設され冷却台（56）と一体化されているの
で装置全体はよりコンパクトとなる。作用、効果につい
ては第１実施例と全く同様であるので説明を省略する。

以上本発明の各実施例について説明したが、勿論、本
発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思
想に基いて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施例では冷却台（56）の段付凹所の段
部には第２図に明示されるように径方向に延びる溝（56
b）が形成されたが、これに代えて段付凹所の下方の内
周壁部の高さ方向に延びる縦溝を複数個形成させるよう
にしてもよい。この場合にも基板の上方空間とその下方
空間とは、この切欠きを介して連通させている。

又以上の実施例では段付凹所の下方空間の内周壁に形
成されるガス排出孔（56d）は１個であったが、これを
複数個設け、これ等をそれぞれ真空槽（50）の内空間Ａ
側に連通させるようにしてもよい。上方空間の内周壁に
形成されるガス導入孔（69）に関しても同様である。

また、（74）（66）を経た配管は、Ａ空間ではなく、
適当な排気ポンプに導かれてもよい。また溝（56b）及
び下方凹所（56e）は放射状に延びているが、これら数
はリフト（72）のフォーク部（72c）の数と実施例のよ
うに同一であってもよく、更に増加させてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の基板冷却機構によれば、基
板に何ら機械的な押力を加えてクランプしていないの
で、従来度々生じていた基板の損傷は回避されることが
でき、又基板の上方空間及び下方空間に存在する、すな
わち基板全体を包囲するガスを伝熱媒体として冷却台に
放熱させることができるので冷却効率は従来より、一段
と高く従来より迅速に冷却させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による基板冷却機構を内蔵
する真空槽の側断面図で第２図のＸ−Ｘ線方向からみた
断面図、第２図は第１図におけるII−II線方向拡大断面
図、第３図は第１図におけるリフトの斜視図、第４図は
本発明の第２実施例による基板冷却機構の側断面図、第
５図は第１従来例の基板冷却機構の側断面図、第６図は
第２従来例の基板冷却機構の側断面図及び第７図は第３
従来例の基板冷却機構の側断面図である。なお図において、（50）……真空槽（52）……上蓋の昇降駆動機構（56）……冷却台（59）……基板搬送機構（60）（66）……バルブ（65）……ガス供給タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特公昭62−61334（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭63−24411（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 3/00 - 3/08 C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 C23F 1/00 - 4/04 F25D 9/00 F25D 31/00 H01L 21/203 - 21/205 H01L 21/265 H01L 21/302

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽内に配設され、段付凹所を有する冷
却台と、該冷却台に形成され、前記段付凹所の上方内周
壁面に開口するガス導入通路と、前記冷却台に形成され
前記段付凹所の下方内周壁面に開口するガス排出通路
と、前記ガス導入通路に接続される第１配管系統と、該
第１配管系統内に設けられる第１バルブと、ガス供給源
と、前記ガス排出通路に接続される第２配管系統と、該
第２配管系統内に設けられる第２バルブと、前記真空槽
の壁部に形成され、前記第２配管系統に接続されるガス
導入開口と、前記冷却台に対向して配設される蓋部材
と、該蓋部材を上下動させるための駆動機構と、前記蓋
部材又は前記冷却台に設けられるシール手段と、前記段
付凹所の段部に形成され、基板を載置させたときに前記
段付凹所の上方空間と下方空間とを連通させるための切
欠部と、基板搬送手段とから成り、前記基板搬送手段に
より処理済の基板を前記冷却台の段部に載置させた後、
前記駆動機構を下方駆動させて前記蓋部材を前記冷却台
に向って移動させ、該蓋部材により前記段付凹所を気密
に閉塞し、次いで前記第１バルブを開弁して前記ガス供
給源からガスを前記ガス導入通路を介して前記段付凹所
の上方空間に、及び前記切欠きを介して前記段付凹所の
下方空間に供給するようにして該ガスによる伝熱で前
記、基板を冷却し、所望の冷却後、前記第２バルブを開
弁し、前記真空槽内の圧力と前記段付凹所内の圧力とが
ほぼ同一となると前記駆動機構を上方駆動して、前記蓋
部材を前記冷却台から遠去けて前記段付凹所を前記真空
槽内に開放させるようにしたことを特徴とする基板冷却
機構。
【請求項２】前記第１バルブと前記ガス供給源との間に
フィルタを設けた請求項（１）に記載の基板冷却機構。
【請求項３】前記第１バルブと前記ガス供給源との間に
可変ボリュームタンクを設けた請求項（１）又は（２）
に記載の基板冷却機構。
【請求項４】前記可変ボリュームタンクと前記ガス供給
源との間に第３バルブ及び減圧弁を設けた請求項（３）
に記載の基板冷却機構。