JPH04143273A

JPH04143273A - 基板冷却機構

Info

Publication number: JPH04143273A
Application number: JP26712590A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kusumoto; 淑郎楠本; Hiroyuki Nawa; 名和　浩之; Hiroshi Fujino; 藤野　洋
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1992-05-18
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JP3021016B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１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ｍ　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（て、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（１））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
（１））の面に対する接触状態はゴム膜（１２）のプラ
テン［１）１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。又真空槽内で使
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。これはゲージ（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れている。凹所（■）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（２２）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）（１）１［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λることになり、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（なる。なお、以上の従来例は”Ｎｕ
ｃｌｅａｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔ
ｈｏｄ″１８９（１９８１Ｎ６９〜１７３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。

Ｃ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な気密に
閉塞し、次いで前記第１バルブを開弁じて前記ガス供給
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バルブを開弁じ
、前記真空槽内の圧力と前記段付凹所内の圧力とがはｆ
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６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り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１）０℃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、はｆ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かはｆ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）の土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Δが形成されるが、こ）に本発明に係る基
板冷却機構（５３）が配設されている。

なお２本実施例の真空槽（５０）内には成膜室、エツチ
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Ａ１合金製）　　
ｆ５６１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Δに臨む
上面にはシールリング（５７）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（５
６ａ）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（ブツシャ’Ｉ　［７２）が配設されており
、その中央部には駆動軸（８Ｇ）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Δ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（環状部ｆ５６ｃ）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（６４）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（５６ａｌの下方内周壁部に
はガス排気孔（５６ｄｌが形成されており、これは管路
（７４）、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
。多溝（５６ｂｌに連設して深い溝状でＹ字形状の下方
凹所（５６ｅｌが形成されている。ブツシャ（７２）は
第３図に示すような形状を呈し、３本のアーム部（７２
ｂ）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（ｓｓｅ）もブ
ツシャ（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Δ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
１のフォーク部［７２ｃ）上に載置される。その後フオ
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（５６）の段部に載置される６次いで上蓋の昇降駆
動機構（５２）が駆動され上蓋（５４）が下方へと移動
し、冷却８　［５６）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（５６）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（
Ｓ６ｅ）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）の密閉空間内に密
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
ク製のウェハキャリアに収納可能な１）０℃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（Ｓ６ａｌの
下方空間内のガスが先ずガス排気孔［５６ｄｌから管路
（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Δ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
（Ｓ６ｂ）及び凹所（５６ａｌの下方空間（５６ｅ）の
ガス排気孔（５６ｄ）を通って真空槽（５０）の空間Δ
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Δ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（７２
ｃ）に載置させ、フォーク部（７２０）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
収納する最少銀な溝となっており、基板Ｓと冷却台（５
６）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６
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（
５６ｃｌを挿通し冷却台（５６）と−体化される０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）の土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０
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（５
６ｂｌ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（５６ｄｌ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
Δ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）　ｆ６６１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（５６
ｂ）及び下方凹所［５６ｅｌ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、−段と高
〈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■−■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６（））（６６）　
　・・・・・・・　　バ　　　　　ル　　　　プロ５）
・・・・・・・・・−・　ガス供給タンク代　　　理　
　人飯　　阪　　　泰　　雄図６０．６６・・・ｌて　２．フ、６５・・・・−・ガス供紺タンク況渚第４ＷＪ ζＬ聞第６ＦＩＲＩＦ７図

Claims

【特許請求の範囲】

（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。
（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。
（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。
（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。