JP5186300B2

JP5186300B2 - 冷却室

Info

Publication number: JP5186300B2
Application number: JP2008181252A
Authority: JP
Inventors: 史三牛山; 秀幸小田木; 昌司久保; 治憲岩井
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: JP2010021403A

Description

本発明は、基板を急速に冷却させる技術と、その技術で用いられるトレイに関する。

図１０の符号１００は、従来の真空処理装置を示している。
この真空処理装置１００は、搬入室１３１と、加熱室１３２と、成膜室１３３と、冷却室１３４〜１３６と、搬出室１３７とを有している。各室１３１〜１３７は、開閉自在なゲートバルブ１３８₁〜１３８₅によってこの順序で接続されており、加熱室１３２から冷却室１３４〜１３６の各室は、それぞれ真空排気されている。

各室１３１〜１３７の内部には、不図示の搬送機構が設けられている。
符号１１２は、搬送機構によって搬送される搬送対象物を示している。この搬送対象物１１２はトレイ１０６と、トレイ１０６の下に保持された成膜対象の基板１０５とで構成されている。

搬送対象物１１２は、搬入室１３１に搬入された後、搬送機構によって、加熱室１３２、及び後段の各室１３３〜１３７に移動される。
加熱室１３２の内部には、加熱用ヒータ１１５が配置されており、加熱用電源１１６によって通電されると発熱し、搬送対象物１１２が加熱される。

搬送対象物１１２が所定温度に昇温された後、成膜室１３３に移動される。
成膜室１３３の内部の底面側には、ターゲット１１８が配置されている。成膜室１３３の内部では、搬送対象物１１２は、基板１０５の表面を下向きにされており、基板１０５表面がターゲット１１８と対面するようにされている。

成膜室１３３の内部にスパッタガスを導入し、スパッタガスのプラズマを形成してターゲット１１８をスパッタすると、基板１０５の表面に薄膜が形成される。
薄膜が所定膜厚に形成された後、搬送対象物１１２は、成膜室１３３から冷却室１３４に移動される。

成膜後の状態では、基板１０５の表面の温度は高温になっており、成膜室１３３から基板１０５の表面の温度が高温のまま、大気中に取り出すと、基板１０５の表面が酸化してしまう。
この真空処理装置１００では、成膜室１３３の後段に一乃至複数の冷却室１３４〜１３６が設けられている。

各冷却室１３４〜１３６内に冷却ガスを導入しながら、薄膜が形成された基板１０５を順次移動させると、冷却ガスとの熱交換により、搬送対象物１１２内の基板１０５が冷却される。
基板１０５が所定温度に冷却された後、搬出室１３７に移動させ、大気中に取り出す。

しかしながら冷却室１３４〜１３６の内部では、真空雰囲気に置いた状態で冷却するため、冷却時間の長時間化が問題となり、また、複数の基板１０５を連続して冷却するために冷却室１３４〜１３６を複数設けると、真空処理装置１００の設置面積が大きくなってしまう。

本発明は、従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、真空処理装置内における基板の冷却時間を短縮化することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された冷却ローラと、前記冷却ローラに冷却した冷媒体を供給する冷却装置と、を有し、基板と、前記基板が、前記基板の成膜面を露出して配置され、前記真空槽内に搬入され、前記真空槽内で前記基板が配置された状態で移動されるトレイとを有する搬送対象物を冷却する冷却室であって、前記真空槽内に搬入された前記搬送対象物は、一方の面が前記冷却ローラと接触されながら前記真空槽内を移動できるように構成され、前記真空槽内には、前記搬送対象物の反対側の他方の面と接触する押さえローラが配置され、前記トレイは、前記基板の裏面がその表面側と接触し、前記基板の表面である成膜面が露出されて配置されるトレイ本体と、前記トレイ本体の裏面側に配置された柔軟性を有する樹脂膜と、を有し、前記冷却ローラと前記押さえローラの間の間隔は、前記搬送対象物の厚みよりも狭くされ、前記搬送対象物は、前記樹脂膜が前記冷却ローラと接触され、前記樹脂膜とは反対側の前記トレイ本体の表面側が前記押さえローラと接触されて前記樹脂膜が圧縮変形され、前記冷却ローラと前記押さえローラによって挟まれながら前記真空槽内を移動される冷却室である。
また、本発明は、前記冷却ローラは、前記トレイの幅よりも幅広であり、その回転軸線が前記トレイの幅方向と平行に配置され、前記基板の幅方向全長に亘って前記樹脂膜と接触される冷却室である。
また、本発明は、前記押さえローラは前記基板の前記成膜面とは接触せず、前記トレイの表面の露出部分と接触される冷却室である。

本発明により、基板は、気体との熱交換ではなく、冷却ローラへの熱伝導によって冷却されるため、冷却時間が短縮化する。

図１の符号１０は、真空処理装置の一例を示している。
この真空処理装置１０は、搬入室３１と、加熱室３２と、成膜室３３と、冷却室３４と、搬出室３５とを有しており、各室３１〜３５は、開閉自在なゲートバルブ３６₁〜３６₄によってこの順序で接続されている。

各室３１〜３５の内部には、不図示の搬送機構が設けられており、搬送機構に搬送対象物を装着し、ゲートバルブ３６₁〜３６₄を開けると、隣接する各室３１〜３５のうち、前段側の室３１〜３４から後段側の室３２〜３５に搬送対象物を移動できるように構成されている。

図２の符号２０は、搬送対象物を示しており、トレイ２７と、トレイ２７上に密着して配置された基板(成膜対象物)２６とで構成されている。基板２６は、裏面がトレイ２７に向けられ、表面である成膜面がトレイ２７とは反対側に向けられている。

基板２６の成膜面は露出されており、裏面はトレイ２７の表面に密着されている。
トレイ２７の裏面には、軟質の樹脂膜２８が配置されており、トレイ２７の裏面では、この軟質の樹脂膜２８が露出されている。従って、搬送対象物２０の表面には成膜面が露出され、裏面には樹脂膜２８が露出されている。

各室３１〜３５には、真空排気系５１₁〜５１₅がそれぞれ接続されており、各ゲートバルブ３６₁〜３６₄を閉じ、真空排気系５１₂〜５１₄を動作させ、加熱室３２と、成膜室３３と、冷却室３４とをそれぞれを真空排気すると、それら各室３２〜３４を真空雰囲気にできるように構成されている。

ゲートバルブ３６₁〜３６₄を閉じ、真空排気系５１₂〜５１₄を動作させ、予め加熱室３２、成膜室３３、冷却室３４を真空排気しておく。搬送対象物２０を搬入室３１内に搬入し、搬入室３１を真空排気して真空雰囲気にした後、搬入室３１と加熱室３２の間のゲートバルブ３６₁を開け、搬送対象物２０を搬入室３１から加熱室３２に移動させる。

加熱室３２の天井側と底壁側には、上部加熱用ヒーター３７₁と下部加熱用ヒータ３７₂とがそれぞれ設けられている。上部及び下部加熱用ヒーター３７₁、３７₂は、加熱用電源５２にそれぞれ接続されており、加熱用電源５２によって上部及び下部加熱用ヒーター３７₁、３７₂に通電すると発熱し、赤外線が放出される。

加熱室３２内に搬入された搬送対象物２０は、上部加熱用ヒーター３７₁と下部加熱用ヒータ３７₂との間に配置され、上部及び下部加熱用ヒーター３７₁、３７₂によってトレイ２７と基板２６が加熱される。
基板２６が所定温度に昇温すると、搬送対象物２０は加熱室３２から成膜室３３に移動される。

搬送対象物２０は、基板２６の成膜面が鉛直下方に向けられている。
基板２６の成膜面の端部には、不図示のピンが当接されており、基板２６はピンによってトレイ２７の表面に押しつけられ、トレイから落下しないようにされている。

成膜室３３の内部の底面には、ターゲット３８が配置されている。ターゲット３８は、スパッタ電源５３に接続されており、ガス導入装置５４から成膜室３３の内部にスパッタガスを導入し、スパッタガスのプラズマを形成してターゲット３８をスパッタしながら搬送対象物２０を成膜室３３の内部で移動させ、基板２６をターゲット３８と対面する位置で静止、又は通過させると、基板２６の表面に薄膜が形成される。

基板２６表面に所定膜厚の薄膜が形成された後、搬送対象物２０を冷却室３４に移動させる。
冷却室３４の内部には、冷却ローラ１１と複数の押さえローラ１５とがそれぞれ複数個ずつ配置されている。

冷却ローラ１１同士の回転軸線と押さえローラ１５同士の回転軸線は、互いに平行に配置されており、冷却ローラ１１と押さえローラ１５の回転軸線も互いに平行にされ、それぞれ搬送対象物２０の搬送方向とは垂直な方向に伸びている。

トレイ２７は四角板状であり、その表面の形状は四角であり、互いに平行な２辺二組のうち、一組の２辺が搬送対象物２０が搬送される方向と平行になり、他方の二辺が垂直になるように配置され、搬送対象物２０は、その向きを維持しながら搬送される。

トレイ２７の表面には、表面形状が四角形の凹部が設けられており、基板２６は、その凹部に配置され、凹部上では、基板２６の成膜面が露出されている。
凹部の外側の、搬送対象物２０の移動方向と平行な方向に伸びる縁部分には、トレイ２７表面が露出されている。

押さえローラ１５は、搬送対象物の搬送方向と平行な二列に並べられており、その二列の間隔は、凹部の四辺のうちの搬送方向と垂直な方向の辺の長さ(幅)よりも広く、且つ、トレイ２７の表面の露出部分と接触可能な距離にされている。

図３の符号１７は、トレイ２７の表面の露出部分のうち、押さえローラ１５と接触可能な接触ガイド部を示している。
各押さえローラ１５の外周側面は、同一平面と接触できるように高さが揃えられている。また、各冷却ローラ１１の外周側面も、同一平面と接触できるように高さが揃えられている。

冷却ローラ１１と押さえローラ１５は、冷却ローラ１１が接触する平面と、押さえローラ１５が接触する平面の間の距離が、樹脂膜２８を含むトレイ２７の厚みと同じか、それよりも僅かに狭くなるように、互いに離間して配置されている。

搬送対象物２０は、トレイ２７の樹脂膜２８側を冷却ローラ１１側に向け、基板２６の成膜面側を押さえローラ１５に向け、冷却ローラ１１と押さえローラ１５の間に向けて移動されると、搬送対象物２０の先頭部分は押さえローラ１５と冷却ローラ１１の間に挿入され、接触ガイド部１７が端部に位置する押さえローラ１５と接触し、樹脂膜２８が端部に位置する冷却ローラ１１に接触する。

押さえローラ１５には回転装置１６が接続されており、搬送対象物２０を押さえローラ１５と冷却ローラ１１の間に引き込む方向に回転させると、搬送対象物２０は、接触する冷却ローラ１１を押さえローラ１５と逆方向に回転させながら、押さえローラ１５と冷却ローラ１１の間に移動される。

図４は、挿入された状態の模式的な断面図、図５は、冷却ローラ１１側から見た平面図、図６は押さえローラ１５側から見た平面図であり、複数の押さえローラ１５が接触ガイド部１７と接触し、複数の冷却ローラ１１が樹脂膜２８と接触しており、搬送対象物２０は、その状態で冷却ローラ１１と押さえローラ１５の間を移動する。

真空槽の外部には、冷媒体が充填された冷却装置１２が配置されている。
各冷却ローラ１１は、往路管１３と復路管１４によって冷却装置１２に接続されており、往路管１３によって冷却装置１２から冷却媒体が供給されると、各冷却ローラ１１の内部を冷却媒体が流れ、接触するトレイ２７の温度を低下させ、昇温された冷却媒体が復路管１４を通って冷却装置１２に戻る。

冷却装置１２は、復路管１４から戻った冷却媒体を冷却し、往路管１３を通して冷却ローラ１１に供給すると、真空雰囲気にされた冷却室３４内で、熱伝導によってトレイ２７は冷却される。基板２６の裏面はトレイ２７と密着しており、トレイ２７の温度が低下すると基板２６の温度も低下する。
このとき、押さえローラ１５は基板２６の表面とは接触せず、成膜面上に形成された薄膜が汚染されることはない。

冷却ローラ１１はトレイ２７の幅よりも幅広であり、基板２６の幅方向全長に亘って樹脂膜２８と接触しており、この実施例では、冷却ローラ１１と押さえローラ１５の間の間隔が、搬送対象物２０の厚みよりも狭くされており、押さえローラ１５と冷却ローラ１１によって樹脂膜２８は圧縮変形され、冷却ローラ１１と搬送対象物２０との間に隙間や微小空洞が形成されず、熱伝導率が高くされており、搬送対象物２０の熱が高効率で冷却ローラ１１に伝熱されるようになっている。

搬送対象物２０が、押さえローラ１５と冷却ローラ１１の間を移動し、その間から排出されると、基板２６の温度は所定温度よりも低下しており、その状態の搬送対象物２０は、冷却室３４から搬出室３５に移動され、搬出室３５と冷却室３４の間のゲートバルブ３６₄を閉じた状態で搬出室３５に大気が導入され、搬送対象物２０が大気雰囲気に取り出される。

図７は、搬送対象物が冷却室の内部を移動する時間と基板温度との関係を示すグラフであり、符号Ｌ₁は、この真空処理装置１０の場合の温度曲線、符号Ｌ₂は従来技術の場合の温度曲線であり、基板は、１／３の時間で１００℃以下の温度に達している。

以上は、トレイ２７に柔軟性を有する樹脂膜２８を設けた場合を説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。
例えば、図８に示すように、冷却ローラ１１の外周側面に樹脂膜２８ａ配置し、裏面にトレイ２７が露出する搬送対象物２１と接触させ、搬送対象物２１を冷却するようにしてもよい。

また、図９に示すように、複数の冷却ローラ１１に樹脂製のベルト２８ｂを掛け渡し、複数の冷却ローラ１１をベルト２８ｂの内側に配置し、ベルト２８ｂを各冷却ローラ１１と搬送対象物２１の間に位置させると、ベルト２８ｂを介して裏面にトレイ２７が露出する搬送対象物２１と冷却ローラ１１とが接触するので、押さえローラ１５を同方向に回転させると、搬送対象物２１の移動に伴って、ベルト２８ｂは、トレイ２７と冷却ローラ１１と密着しながら、搬送対象物２１と同方向に移動し、搬送対象物２１が冷却される。

本発明のトレイを用いることができる真空処理装置の例本発明のトレイを説明するための図接触ガイド部の位置を説明するための図搬送対象物と冷却ローラの接触を説明するための模式的断面図その冷却ローラ側の平面図その押さえローラ側の平面図基板の温度特性を説明するためのグラフ本発明の他の例本発明の他の例従来技術の真空処理装置

符号の説明

１１……冷却ローラ
１２……冷却装置
１５……押さえローラ
１７……接触ガイド部
２０、２１……搬送対象物
２６……基板
２７……トレイ
２８……樹脂膜
３４……冷却室

Claims

真空槽と、
前記真空槽内に配置された冷却ローラと、
前記冷却ローラに冷却した冷媒体を供給する冷却装置と、
を有し、
基板と、前記基板が、前記基板の成膜面を露出して配置され、前記真空槽内に搬入され、前記真空槽内で前記基板が配置された状態で移動されるトレイとを有する搬送対象物を冷却する冷却室であって、
前記真空槽内に搬入された前記搬送対象物は、一方の面が前記冷却ローラと接触されながら前記真空槽内を移動できるように構成され、
前記真空槽内には、前記搬送対象物の反対側の他方の面と接触する押さえローラが配置され、
前記トレイは、前記基板の裏面がその表面側と接触し、前記基板の表面である成膜面が露出されて配置されるトレイ本体と、
前記トレイ本体の裏面側に配置された柔軟性を有する樹脂膜と、を有し、
前記冷却ローラと前記押さえローラの間の間隔は、前記搬送対象物の厚みよりも狭くされ、
前記搬送対象物は、前記樹脂膜が前記冷却ローラと接触され、前記樹脂膜とは反対側の前記トレイ本体の表面側が前記押さえローラと接触されて前記樹脂膜が圧縮変形され、前記冷却ローラと前記押さえローラによって挟まれながら前記真空槽内を移動される冷却室。
前記冷却ローラは、前記トレイの幅よりも幅広であり、その回転軸線が前記トレイの幅方向と平行に配置され、前記基板の幅方向全長に亘って前記樹脂膜と接触される請求項１記載の冷却室。
前記押さえローラは前記基板の前記成膜面とは接触せず、前記トレイの表面の露出部分と接触される請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の冷却室。