JP4152087B2 - 基板冷却装置および基板冷却方法 - Google Patents

Description

【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、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板および光磁気ディスク用基板などの各種の基板を冷却するための基板冷却装置および基板冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
たとえば、液晶表示装置の製造工程では、矩形のガラス基板（以下、単に「基板」という。）の表面に微細な薄膜パターンを形成するためのフォトリソグラフィ処理が不可欠である。フォトリソグラフィ処理では、基板表面にフォトレジストが塗布されるが、これに先だって、基板の洗浄処理および加熱乾燥処理が行われる。加熱乾燥処理後の基板は、基板冷却装置によって、室温に冷却される。
【０００３】
基板冷却装置は、プロキシミティ方式のものとコンタクト方式のものとに大別される。プロキシミティ方式の基板冷却装置は、冷却プレートと、この冷却プレートの表面に対して微小な間隔を保持した状態で基板を支持する支持部材とを備えている。すなわち、プロキシミティ方式の基板冷却装置では、基板は冷却プレートの表面と接触することなく冷却処理を受ける。これに対して、コンタクト方式の基板冷却装置は、冷却プレートと、この冷却プレートの表面に形成された吸着孔と、この吸着孔を介する排気によって冷却プレートの表面に基板を真空吸着させる排気装置とを備えている。
【０００４】
コンタクト方式の基板冷却装置では、冷却過程で基板が収縮すると、基板表面が冷却プレートの表面に吸着された状態で、基板と冷却プレートとの間の摩擦が生じる。この摩擦により、多量の静電気が生じ、空中に浮遊しているパーティクルが基板表面に引きつけられ、基板の品質が損なわれるという問題がある。また、基板を冷却プレートから引き離して上昇させる際に、基板の位置ずれが生じやすく、このため、基板冷却装置と基板を搬送するロボットとの間での受け渡しに不具合が生じたりして、搬送不良が生じやすいという問題もある。
【０００５】
一方、プロキシミティ方式の基板冷却装置は、冷却プレートと基板とが接触していないので、多量の静電気が生じることはなく、したがって、冷却プレートに対して基板を上下動させるときに基板の位置ずれも生じにくい。しかし、コンタクト方式の基板冷却装置に比較して、冷却または温調処理が完了するまでの処理時間が長く、しかも、基板表面の温度の面内均一性の点でもコンタクト方式に劣る。
【０００６】
特開平５−１８２９００号公報には、基板を冷却プレートの上方に保持して予冷した後に、冷却プレートの表面に吸着させて基板の冷却を行う装置が開示されている。しかし、基板が冷却プレートの表面に密着された状態で基板が収縮する点において、上記コンタクト方式の基板冷却装置と変わるところはなく、多量の静電気の発生の問題や、それに起因する搬送不良の問題を克服することができない。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、静電気の発生を抑制しつつ、短時間で面内均一性の良好な冷却処理を行うことのできる基板冷却装置および基板冷却方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）が載置される載置面（１ａ）を有し、上記載置面上の基板を冷却するための冷却プレート（１）と、上記載置面に形成された吸着孔（１０）を介して排気することによって、上記載置面に基板を吸着させる吸着手段（１２）と、基板を保持し、その基板を上記載置面に対して接離するように変位させるための基板保持手段（３）と、上記基板保持手段を制御して上記載置面に基板を載置させ、基板が上記載置面に載置された状態で、冷却に伴う基板の収縮がほぼ完了するのに十分な長さの第１の時間に渡って上記吸着手段を動作停止状態に制御し、その後の第２の時間に渡って上記吸着手段を作動させて基板を上記載置面に吸着させる制御手段（２０）とを含むことを特徴とする基板冷却装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記制御手段は、上記基板保持手段を制御することにより、上記載置面に基板を載置する前に、第３の時間に渡り、上記基板を上記載置面との間に所定の間隔を開けた位置で保持させるものであることを特徴とする請求項１記載の基板冷却装置である。
請求項３記載の発明は、冷却プレートの載置面に基板を載置し、この基板を上記載置面に吸着させることなく、冷却に伴う基板の収縮がほぼ完了するのに十分な長さの第１の時間に渡って冷却する非吸着冷却工程と、この非吸着冷却工程に続いて、上記載置面に置かれた基板を上記載置面に吸着させて第２の時間に渡って冷却する吸着冷却工程とを含むことを特徴とする基板冷却方法である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、上記非吸着冷却工程に先だって、上記基板を上記載置面から所定の間隔を開けた位置で保持して第３の時間に渡って冷却する非接触冷却工程をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の基板冷却方法である。
請求項１または請求項３記載の発明によれば、冷却プレートの載置面に基板を載置して、この基板を載置面に吸着させることなく、冷却に伴う基板の収縮がほぼ完了するのに十分な長さの第１の時間にわたって基板の冷却処理（非吸着冷却処理）が行われる。このとき、冷却によって基板の収縮が生じるが、基板は載置面に吸着されていないので、多量の静電気が生じることはない。
【００１１】
非吸着冷却処理に引き続き、基板を載置面に吸着させて、第２の時間にわたって冷却処理（吸着冷却処理）が行われる。これにより、精密な冷却処理が可能となり、基板温度に関し、精度の高い面内均一性を実現できる。
基板を載置面上に載置して行われる非吸着冷却処理および吸着冷却処理により、基板が速やかに所望の温度まで冷却され、かつ、冷却過程における基板収縮の大部分は非吸着冷却工程において生じるので、基板に多量の静電気が蓄積されることもない。そのため、冷却プレートから基板を引き離す際に、基板に大きな位置ずれが生じることもないので、基板の搬送不良を防止できる。
【００１２】
上記第２の時間は、基板温度の十分な面内均一性が得られるように定められることが好ましい。
請求項２または４記載の発明によれば、非吸着冷却処理に先立って、基板を載置面との間に所定の間隔を開けた位置（好ましくは載置面に近接した位置）で保持して基板の冷却処理（非接触冷却処理）が行われる。これにより、非吸着冷却処理のために基板が冷却プレートの載置面に載置されるときには、冷却に伴う基板収縮が概ね終了しているので、基板と冷却プレートの載置面との間の摩擦に起因する静電気の発生をさらに効果的に抑制できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板冷却装置の構成を説明するための図解的な断面図である。この基板冷却装置は、液晶表示装置に使用される矩形のガラス基板等の基板Ｗを冷却するための装置であって、基板Ｗが載置される載置面１ａを上面に有する冷却プレート１を備えている。この冷却プレート１には、載置面１ａに直交する方向（すなわち鉛直方向）に沿って、たとえば５箇所に貫通孔２が形成されている。この貫通孔２は、たとえば、載置面１ａを見下す平面視において、基板Ｗの外径よりも小さく、基板Ｗの外径とは略相似である矩形の各頂点、および、対角線の交点にほぼ整合する位置に形成されている。貫通孔２には、それぞれ、支持ピン３が挿通されている。この支持ピン３は、載置面１ａから先端３ａまでの高さが等しくなるように設けられている。支持ピン３の先端３ａは、ほぼ球面状に成形されていて、基板Ｗの裏面に点接触するようになっている。
【００１４】
支持ピン３の基端部は、支持部材４によって共通に支持されている。この支持部材４には、ラック軸５が結合されている。ラック軸５は鉛直方向に延びて設けられており、そのギヤ部５ａにはアイドルギヤ６（ピニオン）が噛合している。このアイドルギヤ６には、サーボモータ７によって駆動されるモータプーリ８が噛合している。したがって、サーボモータ７を正転／逆転駆動することにより、モータプーリ８の回転がアイドルギヤ６を介してラック軸５に伝達され、このラック軸５の上下動に変換される。したがって、５本の支持ピン３は貫通孔２に沿って上下動し、その先端３ａに保持されている基板Ｗが上下動されることになる。
【００１５】
冷却プレート１の載置面１ａには、基板Ｗが載置される領域に、複数の吸着孔１０が分散配置されて形成されている。これらの吸着孔１０は、冷却プレート１の内部に形成された排気通路１１と連通している。この排気通路１１は、排気パイプ１３を介して、真空ポンプ等の吸引機構１２に結合されている。
一方、冷却プレート１を所定の冷却温度に保持するために、冷却プレート１の内部には冷却水通路（図示せず）が形成されている。この冷却水通路には、温調器１４によって温調された冷却水が冷却水供給パイプ１５を介して供給される。冷却水通路から排出される冷却水は、冷却水帰還パイプ１６を介して温調器１４に帰還されるようになっている。
【００１６】
サーボモータ７および吸引機構１２の動作は、マイクロコンピュータ等を含む制御部２０によって制御されるようになっている。この制御部２０は、サーボモータ７を制御することによって、支持ピン３を上下動させ、これにより支持ピン３の高さを図１に示す基板受け渡し位置と、図２（ａ）に示す非接触冷却位置、と、図２（ｂ）に示す接触冷却位置とに制御する。
図１に示された基板受け渡し位置は、冷却プレート１の載置面１ａから十分に離隔した上方位置で基板Ｗを保持することができる位置である。この基板受け渡し位置において、支持ピン３と図示しない基板搬送ロボットとの間での基板Ｗの受け渡しが行われる。
【００１７】
図２（ａ）に示されている非接触冷却位置は、支持ピン３の先端３ａを冷却プレート１の載置面１ａからわずかに突出させた上下位置である。この非接触冷却位置にある支持ピン３に基板Ｗが保持された状態では、基板Ｗの裏面と冷却プレート１の載置面１ａとの間には、約０．３〜０．５ｍｍのギャップ（プロキシミティギャップ）が形成されている。この非接触冷却位置において、プロキシミティ方式による基板Ｗの冷却を行うことができる。
【００１８】
図２（ｂ）に示されている接触冷却位置は、支持ピン３の先端３ａが貫通孔２内に没入して、冷却プレート１の載置面１ａよりも下方にある位置である。基板Ｗを支持している支持ピン３をこの接触冷却位置まで下降させる過程で、基板Ｗは冷却プレート１の載置面１ａに載置されて、この載置面１ａと接触することになる。このとき、吸引機構１２を非動作状態に保持すれば、基板Ｗは冷却プレート１の載置面１ａに吸着されていない接触状態で冷却されることになり、いわば非吸着冷却処理を受けることになる。一方、基板Ｗが載置面１ａに載置された状態で、吸引機構１２を作動させ、吸着孔１０を介する排気を行うと、基板Ｗは冷却プレート１の載置面１ａに吸着された状態で冷却処理を受ける。すなわち、基板Ｗは吸着冷却処理を受けることになる。
【００１９】
図３は、上記基板冷却装置による冷却処理の一例を説明するための図であり、基板Ｗの温度の時間変化が示されている。制御部２０は、処理対象の基板Ｗが搬入される以前には、サーボモータ７を制御することにより、支持ピン３を基板受け渡し位置（図１参照）に保持する。この状態で、基板Ｗが支持ピン３に受け渡されると、制御部２０は、サーボモータ７を制御することにより、支持ピン３を非接触冷却位置（図２（ａ）参照）まで下降させ、基板Ｗを載置面１ａに対して微小な間隔を保持した近接位置に配置する。この状態で、制御部２０は、時間Ｔｐ（第３の時間：たとえば、１５秒間）にわたってサーボモータ７の動作を停止状態に保持する。こうして、いわゆるプロキシミティ方式による基板Ｗの冷却が進行する。この冷却に伴って基板Ｗの収縮が生じるが、基板Ｗの下面は載置面１ａと接触していないので、基板Ｗと載置面１ａとの摩擦接触に起因する静電気の発生が起きることがない。
【００２０】
時間Ｔｐにわたってプロキシミティ方式による冷却を行った後、制御部２０は、サーボモータ７を制御し、支持ピン３を図２（ｂ）に示す接触冷却位置まで下降させる。これによって、基板Ｗは載置面１ａ上に載置され、接触冷却処理を受けることになる。ただし、このとき、制御部２０は吸引機構１２を時間Ｔc_off（第１の時間：たとえば、１５秒間）にわたって、非作動状態に保持する。すなわち、時間Ｔc_offにわたって、基板Ｗは非吸着冷却処理を受ける。
【００２１】
時間Ｔc_offの経過後、制御部２０は、支持ピン３を接触冷却位置に保持して、吸引機構１２を作動させる。これによって、吸着孔１０を介する排気が行われ、基板Ｗが載置面１ａに吸着される。この状態が、時間Ｔc_on（第２の時間：たとえば、２０秒間）だけ継続され、吸着冷却処理が行われる。
時間Ｔc_onの経過後には、制御部２０は、吸引機構１２を停止状態として、基板Ｗの載置面１ａへの吸着を解除する。その後、制御部２０は、サーボモータ７を制御して、支持ピン３を基板受け渡し位置（図１参照）まで上昇させる。その後、基板搬送ロボットが、支持ピン３から基板Ｗを受け取ることになる。
【００２２】
図３に示されているように、時間Ｔc_offにわたる非吸着冷却処理により、基板Ｗの温度は急激に下降する。この急激な温度降下に伴って、基板Ｗの収縮が生じるが、このとき、基板Ｗは冷却プレート１の載置面１ａに吸着されていないので、基板Ｗと載置面１ａとの間での摩擦に起因する静電気の発生量は微量である。そして、この非吸着冷却処理によって十分に温度が下げられた後に、時間Ｔc_onにわたる吸着冷却処理が行われる。この吸着冷却処理によって、基板Ｗの精密冷却が達成され、基板温度に関する高精度な面内均一性を実現することができる。また、時間Ｔc_offの非吸着冷却処理に先立って、時間Ｔｐにわたる非接触冷却処理が行われることによって、非吸着冷却処理中における基板Ｗの収縮量を抑制することができる。これによって、発生静電気量のさらなる低減が図られている。
【００２３】
このように、冷却処理中に多量の静電気が発生することがないので、支持ピン３を上昇させて基板Ｗを載置面１ａから引き離すときに、基板Ｗの位置ずれが生じることがない。これにより、支持ピン３から基板搬送ロボットへの基板Ｗの受け渡しに不具合が生じることがないので、基板の搬送不良を防止できる。
図４には、上記基板冷却装置の他の動作例が表わされている。制御部２０は、処理対象の基板Ｗが支持ピン３に受け渡された後、サーボモータ７を制御して、支持ピン３を図２（ａ）に示す非接触冷却位置まで下降させる。この状態で、時間Ｔｐ（第３の時間：たとえば、１０秒間）にわたっていわゆるプロキシミティ方式による基板冷却処理を行う。
【００２４】
次に、制御部２０は、サーボモータ７を制御することにより、支持ピン３を図２（ｂ）に示す接触冷却位置まで下降させる。さらに、制御部２０は吸引機構１２を作動させて、吸着孔１０を介する排気を行わせ、基板Ｗを冷却プレート１の載置面１ａに吸着させる。これによって、時間Ｔc_on１（たとえば、１０秒間）にわたって、吸着冷却処理が行われる。こうして、時間Ｔｐにわたるプロキシミティ方式による冷却に加えて、時間Ｔc_on１にわたって吸着冷却処理を行うことにより、基板Ｗの温度降下を速やかに起こさせることができる。
【００２５】
次に、制御部２０は、吸引機構１２を非作動状態に制御し、基板Ｗの載置面１ａに対する吸着状態を解除する。これによって、時間Ｔc_off（第１の時間：たとえば、１０秒間）にわたって非吸着冷却処理が行われる。この非吸着冷却処理によって、基板Ｗの温度は、目標冷却温度に向かって急激に下降していくことになる。この急激な温度変化に伴い、基板Ｗの収縮が生じるが、基板Ｗは載置面１ａに吸着されていないので、載置面１ａと基板Ｗの裏面との間の摩擦に起因する多量の静電気が生じることはない。
【００２６】
次に、制御部２０は、吸引機構１２を再び作動させて、基板Ｗを載置面１ａに吸着させる。この状態が、時間Ｔc_on２（第２の時間：たとえば、２０秒間）にわたって保持され、この吸着冷却処理により、基板Ｗの温度が目標冷却温度に精密に制御される。すなわち、基板Ｗの温度に関し、高精度な面内均一性を実現することができる。
この図４に示された処理では、プロキシミティ方式による基板冷却処理の後に吸着冷却処理を行っていることにより、基板温度の降下を速やかに開始させることができ、基板冷却処理に要する時間を短縮することができる。
【００２７】
また、基板Ｗは、時間Ｔｐおよび時間Ｔc_on１を経ることによって急激にその温度が降下する。そして、その温度降下に伴い、基板Ｗは大きく収縮し始める。しかし、大きく収縮し始めたときには時間Ｔc_offに突入しており、非吸着冷却処理が施されることから基板Ｗと冷却プレート１との間の摩擦は小さく、多量の静電気が生じることはない。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、基板Ｗを冷却プレート１の載置面１ａに接触させる前に、プロキシミティ方式による基板冷却処理を行っているが、この処理は省かれてもよい。ただし、プロキシミティ方式による基板冷却処理を行っておくことにより、基板Ｗの収縮に起因する静電気の発生を抑制できるので、発生静電気量を可及的に少なくするためには、プロキシミティ方式による基板冷却処理を行うことが好ましい。
【００２８】
また、上記の実施形態では、支持ピン３を昇降させるために、サーボモータ７およびラック・アンド・ピニオン機構を用いているが、このような駆動機構に代えて、エアシリンダを用いて支持ピン３を昇降させる駆動機構を採用してもよい。ただし、エアシリンダを用いると、支持ピン３の高さを２段階または３段階程度にしか設定できないのに対して、サーボモータ７を用いた上記の実施形態の構成では、支持ピン３の高さを無段階に調整することができる。これによって、基板の受け渡しおよび基板の冷却を任意の高さで行えるので、制御の自由度が増すという利点がある。
【００２９】
また、上記の実施形態では、基板Ｗを保持するための基板保持手段として、球面形状の先端３ａを有する支持ピン３を用いているが、他の形態の基板保持手段を用いてもよい。ただし、基板Ｗを保持するための基板保持手段は、基板Ｗとの接触面積が小さく、基板Ｗの冷却に伴う収縮時における摩擦に起因する静電気の発生量が少ないものが好ましい。この観点からは、基板保持手段は、上述の実施形態の支持ピン３のような棒状部材であることが好ましく、基板Ｗに点接触してこの基板Ｗを保持できる形態のものがさらに好ましい。
【００３０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板冷却装置の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図２】基板を支持する支持ピンの上下位置を示す図である。
【図３】上記基板冷却装置による冷却処理の一例を説明するための図である。
【図４】上記基板冷却装置による冷却処理の他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 冷却プレート
１ａ 載置面
２ 貫通孔
３ 支持ピン
３ａ 先端
４ 支持板
５ ラック軸
７ サーボモータ
１０ 吸着孔
１１ 排気経路
１２ 吸引機構
１３ 排気管
２０ 制御部
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 基板が載置される載置面を有し、上記載置面上の基板を冷却するための冷却プレートと、
   上記載置面に形成された吸着孔を介して排気することによって、上記載置面に基板を吸着させる吸着手段と、
   基板を保持し、その基板を上記載置面に対して接離するように変位させるための基板保持手段と、
   上記基板保持手段を制御して上記載置面に基板を載置させ、基板が上記載置面に載置された状態で、冷却に伴う基板の収縮がほぼ完了するのに十分な長さの第１の時間に渡って上記吸着手段を動作停止状態に制御し、その後の第２の時間に渡って上記吸着手段を作動させて基板を上記載置面に吸着させる制御手段とを含むことを特徴とする基板冷却装置。
2. 上記制御手段は、上記基板保持手段を制御することにより、上記載置面に基板を載置する前に、第３の時間に渡り、上記基板を上記載置面との間に所定の間隔を開けた位置で保持させるものであることを特徴とする請求項１記載の基板冷却装置。
3. 冷却プレートの載置面に基板を載置し、この基板を上記載置面に吸着させることなく、冷却に伴う基板の収縮がほぼ完了するのに十分な長さの第１の時間に渡って冷却する非吸着冷却工程と、
   この非吸着冷却工程に続いて、上記載置面に置かれた基板を上記載置面に吸着させて第２の時間に渡って冷却する吸着冷却工程とを含むことを特徴とする基板冷却方法。
4. 上記非吸着冷却工程に先だって、上記基板を上記載置面から所定の間隔を開けた位置で保持して第３の時間に渡って冷却する非接触冷却工程をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の基板冷却方法。

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