JPH10199470A

JPH10199470A - イオンドーピング時の基板冷却装置

Info

Publication number: JPH10199470A
Application number: JP9003497A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takabe; 正幸高部
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】真空中で基板が熱変形しても高い熱伝達率を
保持でき、冷却効率が高く効果的に基板を冷却でき、か
つ基板の取付け／取外しを繰り返しても冷却効果が変わ
らず、基板破損のおそれが少ないイオンドーピング時の
基板冷却装置を提供する。【解決手段】基板１の取付面１１を有する冷却板１２
と、冷却板と基板との間に挟持されるフィラー１４と、
フィラーを介して基板を冷却板に取り付ける基板取付け
装置１６とからなる。基板取付け装置は、基板１の周辺
部を取付面に沿って移動可能に保持する。冷却板の取付
面１１は、中央部が膨らんだなだらかな凸面形状を有
し、この凸面形状は、基板の保持位置で支持された基板
の自重撓みにほぼ相当する膨らみ量ｙ1 を有している。
また、フィラー１４は、熱膨張による基板の反り量ｙ2
と、凸面形状の膨らみ量ｙ1 との差Δｔより大きい圧縮
変形量を有する十分な厚さｔを有し、かつ圧縮変形時の
面圧が基板の許容面圧よりも十分小さくなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンドーピング
時に加熱される基板の接触熱伝達による冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＴＦＴ型(Thin Film Transistor Type)
の液晶ディスプレイ等の製造プロセスにおいて、ガラス
基板にＰ（リン）やＢ（ボロン）を注入（ドーピング）
する工程に図４に例示するようなイオンドーピング装置
が用いられる。このイオンドーピング装置は、イオン源
２を備えた真空ドーピング室３と、その前後にそれぞれ
設けられた真空室４、真空ロック室５、及び搬送装置６
等からなり、基板１を取り付けたカセット７を真空ロッ
ク室５を介して前後の真空室４内に供給／搬出し、真空
ドーピング室３において、基板１の表面にイオンビーム
を照射してドーピングを行うようになっている。

【０００３】しかし、かかるイオンドーピング装置にお
いて、ガラス基板１がドーピング時の入熱により過熱さ
れ（例えば約３００℃〜４００℃に）、大きく熱変形す
る問題点がある。そのため、従来、真空中での基板７の
過熱を防止するために、図５（Ａ）に模式的に示す冷却
板８（コールドプレート）を用い、この冷却板８の上に
基板１を載せて冷却板への接触熱伝達により基板１を冷
却する手段が用いられていた。なお、上述したドーピン
グ装置では、基板取付・イオン注入（ドーピング）・基
板取外の３工程を繰り返すプロセスを連続的に行うよう
になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、冷却板８を用
いる従来の冷却手段では、基板１も冷却板８（通常熱伝
達率が高い金属を使用）し互いに剛体であるため、微視
的に見ると点接触になっており、接触面積が小さく、十
分な冷却効果が得られないのが普通である。さらに、基
板１の熱変形により冷却板８との間に隙間ができると、
接触面積が極端に小さくなり、真空中での接触熱伝達が
著しく損なわれ、十分な冷却効果が得られなかった。ま
た、冷却板８の形状や表面粗さを工夫して冷却効率を高
める試みも行われているが、十分な効果は得られなかっ
た。

【０００５】そこで、基板１（被冷却体）と冷却板８と
の間に、図５（Ｂ）に模式的に示す、中間材９（フィラ
ー）を挟むことにより、熱伝達率を高めることが提案さ
れ、一部で実施されていた。このフィラー９は、例え
ば、金属粉末を混合した二液硬化性のシリコンゴム、
又は硬質のシリコンゴムであり、いずれも熱伝導率が
高く、大きな接触熱伝達を得ることができる。

【０００６】しかし、では、シリコンゴムが硬化する
際に、基板の凹凸に応じて変形して固まるため、高い熱
伝達率を保持できるが、一度基板を取外し、再度基板を
取付けたのでは、熱伝導率が低くなり繰り返しの使用が
できない問題点があった。そのため、のフィラーは、
宇宙空間等における基板１の取付け・取外しがないよう
な特殊用途には適しているが、上述した連続式のドーピ
ング装置には適用できなかった。また、のフィラー
は、熱伝達率自体は大きいが、硬度が高い（例えば、Ｊ
ＩＳ−Ａで約９０前後）ため、ドーピング時の入熱によ
り基板１が膨らんだ際に、基板１とフィラーとの間に隙
間ができるため、効率的な冷却ができなくなり、一方、
基板１を密着保持しようとすると、基板破損率が高くな
る問題点があった。

【０００７】真空中での接触熱伝達による基板の冷却を
効率よく行うためには、接触面積をどれだけ確保できる
かが最も重要である。しかし、上述したように、冷却板
の形状や表面を工夫しても、剛体間の接触は点接触にし
か過ぎず、ましてや注入エネルギーによってガラスの変
形量も異なるため、冷却板のみでは到底対応できない。
更に、接触面積を増すために柔らかい中間材を基板と冷
却板の間に挟むという考えもあるが、単純に挟んだだけ
では基板の熱変形を吸収すため厚いフィラーが必要にな
るため、かえって冷却効率が悪化する。

【０００８】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、真
空中で基板が熱変形しても高い熱伝達率を保持すること
ができ、従って冷却効率が高く効果的に冷却することが
でき、かつ基板の取付け／取外しが容易であり、更に
基板破損のおそれが少ないイオンドーピング時の基板
冷却装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、真空中
で基板にイオンを注入するイオンドーピング時の基板冷
却装置であって、基板の取付面を有する冷却板と、該冷
却板と基板との間に挟持されるフィラーと、該フィラー
を介して基板を冷却板に取り付ける基板取付け装置とか
らなり、基板取付け装置は、基板の周辺部を取付面に沿
って移動可能に保持するようになっており、冷却板の前
記取付面は、中央部が膨らんだなだらかな凸面形状を有
し、該凸面形状は、基板の保持位置で支持された基板の
自重撓みにほぼ相当する膨らみ量ｙ1 を有しており、前
記フィラーは、熱膨張による基板の膨らみ量ｙ2 と、前
記凸面形状の膨らみ量ｙ1 との差Δｔより大きい圧縮変
形量を有する十分な厚さを有し、かつ該圧縮変形時の面
圧が基板の許容面圧よりも十分小さい、ことを特徴とす
るイオンドーピング時の基板冷却装置が提供される。本
発明の好ましい実施形態によれば、前記フィラーは、熱
伝達率及び柔軟性の高いシリコンゴムである。

【００１０】上記本発明の構成によれば、冷却板の取付
面が、中央部が膨らんだなだらかな凸面形状を有してい
るので、この取付面に基板を載せ周辺部を基板取付け装
置で保持すると、基板は凸面形状に沿って曲げられる。
この凸面形状は、基板の保持位置で支持された基板の自
重撓みにほぼ相当する膨らみ量ｙ1 になっているので、
この曲がりにより基板に発生する応力は、基板搬送時に
生じる自重撓み時の応力と同等程度であり十分小さく、
基板破損のおそれが少ない。

【００１１】また、フィラーの厚さは、熱膨張による基
板の反り量ｙ2 と、凸面形状の膨らみ量ｙ1 との差Δｔ
（＝ｙ2 −ｙ1 ）より大きい圧縮変形量を有するように
設定されており、熱膨張による基板の反り量ｙ2 の全体
を許容するのに必要な厚さと比較すると大幅（例えば半
分）に薄くすることができる。これにより基板全面でフ
ィラーを介して冷却板と接触したまま、フィラーの厚さ
を薄くでき、基板が熱変形しても高い熱伝達率を保持す
ることができ、冷却効率が高く効果的に冷却することが
できる。

【００１２】更に、フィラーは、好ましくは熱伝達率及
び柔軟性の高いシリコンゴムであり、圧縮変形時の面圧
が基板の許容面圧よりも十分小さくなるようになってい
るので、イオン注入時の過熱による基板の変形に際して
も、基板を破損するおそれが少ない。また、二液性のシ
リコンゴムのように一旦基板を取外すと熱伝達率が下が
ってしまうようなこともなく、基板の取付け／取外しを
繰り返しても熱伝導率が低下しない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は、本発明の好ましい実施形態を示す構成図で
ある。この図に示すように、本発明の基板冷却装置１０
は、図４に示したイオンドーピング装置用の基板冷却装
置である。この基板冷却装置１０は、基板１を取り付け
るカセット７と同様に取り扱われ、基板１を取付け／取
外すようになっている。

【００１４】図１に示すように、基板冷却装置１０は、
基板１の取付面１１を有する冷却板１２と、冷却板１２
と基板１との間に挟持されるフィラー１４と、フィラー
１４を介して基板１を冷却板１２に取り付ける基板取付
け装置１６とからなる。

【００１５】冷却板１２は、内部に冷却水が流れるよう
になっており、基板１の取付面１１を常温（２０〜３０
℃）に保持している。また、基板取付け装置１６は、基
板１の周辺部を取付面に沿って移動可能に保持してい
る。すなわち、この図において、基板取付け装置１６
は、基板１の長手方向両端部を所定の面圧で挟持する挟
持部１７ａと、この挟持部１７ａを下方に押付ける直動
シリンダ１７ｂとからなる。挟持部１７ａの押付力は、
フィラー１４を十分圧縮し、かつこの圧縮変形時の面圧
が基板１の許容面圧よりも十分小さいように設定されて
いる。また、挟持部１７ａは、基板１が熱膨張する際
に、取付面１１に沿って自由に移動できるような機構に
なっている。

【００１６】更に、冷却板１２の取付面１１は、中央部
が膨らんだなだらかな凸面形状を有しており、この凸面
形状は、基板１の保持位置で支持された基板の自重撓み
にほぼ相当する膨らみ量ｙ1 を有している。

【００１７】フィラー１４は、熱膨張による基板の膨ら
み量ｙ2 と、冷却板１２の凸面形状の膨らみ量ｙ1 との
差Δｔより大きい圧縮変形量を有する十分な厚さを有
し、かつ圧縮変形時の面圧が基板１の許容面圧よりも十
分小さいように設定されている。このフィラー１４は、
熱伝達率が高く、かつスポンジのような柔らかさ（硬
さ）を有しており、容易に変形する柔軟性と復元性を有
していることが好ましい。かかるフィラー１４として
は、例えば、硬度５以下（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率約
１．３Ｗ／ｍ・℃、厚さ１〜５ｍｍの低硬度シリコーン
ゴムが適している。

【００１８】一般的に用いられているガラス基板の板厚
は、１．１ｍｍ及び０．７ｍｍである。１．１ｍｍの方
が強度があるが、それでも１ｋｇ強の負荷をかけると破
損するガラス基板がでてくるため、ガラス基板に大きな
負荷をかけて冷却効率を改善することはできない。

【００１９】図２は、自重による撓み量ｙ1 の計算値と
熱膨張による基板の膨らみ量ｙ2 の計算値を示す図であ
る。この図において、横軸は基板長（ｍｍ）、縦軸は撓
み量（ｍｍ）であり、、図中の■は自重による撓み量ｙ
1 、▲は熱膨張による反り、すなわち基板の膨らみ量ｙ
2 である。この図から一般的に用いられる基板寸法（３
２ｃｍ×４０ｃｍ、３６ｃｍ×４６ｃｍ）の場合に、長
辺を基準とすると、４０ｃｍの場合にｙ1 の最大値は約
１．２ｍｍ、ｙ2 の最大値は約２．５ｍｍであり、４６
ｃｍの場合にｙ1 の最大値は約２．０ｍｍ、ｙ2 の最大
値は約３．２ｍｍであることがわかる。また、従来から
これらの基板１の両端部のみを支持して水平に搬送する
ことが広く行われており、少なくとも、両端支持による
自重撓みでは破損がほとんどないことが確認されてい
る。

【００２０】図３は、本発明の原理を示す模式図であ
る。この図において、（Ａ）は、冷却板の取付面の凸面
形状を模式的に示し、（Ｂ）はこの取付面に基板を取り
付けた状態、（Ｃ）はイオンドーピングにより加熱され
た状態を示している。図３において、本発明の構成によ
れば、冷却板１２の取付面１１が、（Ａ）に示すよう
に、中央部が膨らんだなだらかな凸面形状を有している
ので、この取付面に基板１を載せ周辺部を基板取付け装
置１６で保持すると、（Ｂ）に示すように、基板１は凸
面形状に沿って曲げられる。この凸面形状は、基板１の
保持位置で支持された基板の自重撓みにほぼ相当する膨
らみ量ｙ1 になっているので、この曲がりにより基板１
に発生する応力は、基板のカセットでの保持あるいは基
板取付け装置での基板の受け取り時に生じる自重撓み時
の応力と同等程度であり十分小さく、基板破損のおそれ
が少ない。

【００２１】また、（Ｃ）に示すように、フィラー１４
の厚さｔは、熱膨張による基板の膨らみ量ｙ2 と、凸面
形状の膨らみ量ｙ1 との差Δｔ（＝ｙ2 −ｙ1 ）より大
きい圧縮変形量を有するように設定されているが、熱膨
張による基板の膨らみ量ｙ2の全体を許容する厚さと比
較すると大幅（例えば半分）に薄くすることができる。
これにより基板全面でフィラー１４を介して冷却板１２
と接触したまま、フィラー１４の厚さを薄くでき、基板
１が熱変形しても高い熱伝達率を保持することができ、
冷却効率が高く効果的に冷却することができる。

【００２２】更に、フィラー１４は、好ましくは熱伝達
率及び柔軟性の高いシリコンゴムであり、圧縮変形時の
面圧が基板１の許容面圧よりも十分小さくなるようにな
っているので、イオン注入時の過熱による基板の変形に
際しても、基板を破損するおそれが少ない。また、基板
の取付け／取外しを繰り返しても熱伝導率が低下しな
い。

【００２３】

【実施例】基板を冷却しない場合の基板の温度上昇を１
次元のモデルでシュミレーションすると、例えば、イオ
ンドーピング時の加速エネルギーを８０ｋＶ、電流密度
を１０μＡ／ｃｍ²、注入時間を１６０秒とすると、３
００℃近くまで温度が上がることがわかった。

【００２４】３２ｃｍ×４０ｃｍのガラス基板を用い
て、本発明を適用した実験を行った結果、上記のシュミ
レーションと同一条件の場合、基板中央での温度が６０
℃以上降下していることがわかった。

【００２５】なお、本発明は上述した実施形態及び実施
例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】上述したように、本発明のイオンドーピ
ング時の基板冷却装置は、真空中で基板が熱変形しても
高い熱伝達率を保持することができ、従って冷却効率が
高く効果的に冷却することができ、かつ基板の取付け／
取外しが容易であり、更に基板破損のおそれが少ない、
等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施形態を示す構成図であ
る。

【図２】自重による撓み量ｙ1 と熱膨張による基板の膨
らみ量ｙ2 を示す図である。

【図３】本発明の原理を示す模式図である。

【図４】イオンシャワードーピング装置の全体構成図で
ある。

【図５】従来の冷却装置の模式図である。

【符号の説明】

１基板（ガラス基板）２イオン源３真空ドーピング室４真空室５真空ロック室６搬送装置７カセット８冷却板９フィラー１０基板冷却装置１１取付面１２冷却板１４フィラー１６基板取付け装置ｙ1 基板の自重撓みにほぼ相当する膨らみ量ｙ2 熱膨張による基板の膨らみ量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空中で基板にイオンを注入するイオン
ドーピング時の基板冷却装置であって、基板の取付面を有する冷却板と、該冷却板と基板との間
に挟持されるフィラーと、該フィラーを介して基板を冷
却板に取り付ける基板取付け装置とからなり、基板取付け装置は、基板の周辺部を取付面に沿って移動
可能に保持するようになっており、冷却板の前記取付面
は、中央部が膨らんだなだらかな凸面形状を有し、該凸
面形状は、基板の保持位置で支持された基板の自重撓み
にほぼ相当する膨らみ量ｙ1 を有しており、前記フィラーは、熱膨張による基板の反り量ｙ2 と、前
記凸面形状の膨らみ量ｙ1 との差Δｔより大きい圧縮変
形量を有する十分な厚さを有し、かつ該圧縮変形時の面
圧が基板の許容面圧よりも十分小さい、ことを特徴とす
るイオンドーピング時の基板冷却装置。
【請求項２】前記フィラーは、熱伝達率及び柔軟性の
高いシリコンゴムである、ことを特徴とする請求項１に
記載のイオンドーピング時の基板冷却装置。