(57)【要約】【課題】基板の熱によって冷却性能が鈍ることを防ぎ、短時間で基板を冷却することができる冷却装置を提供する。【解決手段】基板Ｗを超音波振動浮上させる振動板部２と、振動板部２に超音波振動を与える超音波発生部４と、を備える冷却装置１であって、振動板部２の基板Ｗを浮上させる面の裏面側には、振動板部２を冷却するための振動板冷却部３を有し、振動板冷却部３は振動板部２の裏面と対向する冷却対向面３４を有し、冷却対向面３４は振動板部２の裏面と所定間隔を設けて配置されている。【選択図】図３
2014103231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を超音波振動浮上させる振動板部と、
前記振動板部に超音波振動を与える超音波発生部と、
を備える冷却装置であって、
前記振動板部の基板を浮上させる面の裏面側には、前記振動板部を冷却するための振動板冷却部を有し、前記振動板冷却部は前記振動板部の裏面と対向する冷却対向面を有し、前記冷却対向面は前記振動板部の裏面と所定間隔を設けて配置されていることを特徴とする、冷却装置。
【請求項２】
前記冷却対向面の水平方向の寸法は、前記振動板部の寸法とくらべて同等以上であることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記振動板冷却部は、前記振動板冷却部と前記振動板部との間の空間に気体を供給する気体供給部を有することを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の冷却を行う冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、基板上にレジスト液が塗布されたもの（塗布基板と称す）が使用されている。この塗布基板は、塗布装置により基板上にレジスト液が均一に塗布されることによって塗布膜が形成され、その後、例えば、下記特許文献１に示されるような浮上搬送熱処理装置により塗布膜が乾燥、焼成することにより生産される。また、この浮上搬送熱処理装置では、次の工程に投入することができるように、基板温度がたとえば室温になるまで基板を冷却している。
【０００３】
この浮上搬送熱処理装置は、基板を加熱する加熱領域と、基板を冷却する冷却領域を有しており、加熱領域では、ヒータ部により加熱された振動板部が超音波振動することによって基板Ｗを超音波振動浮上させながら加熱し、また、冷却領域では、加熱領域で加熱された基板をヒータ部を有しない振動板部が超音波振動浮上させることにより、振動板部と基板との間にある気体の強制対流による熱伝達によって基板が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５３８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載された浮上搬送熱処理装置の冷却領域では、基板の冷却を進めるにつれ冷却性能が鈍るおそれがあるという問題があった。具体的には、振動板部と基板との間にある気体の強制対流によって基板を冷却する際、基板の熱が気体に伝達して基板の温度が低下するのとともに振動板部はその気体の熱が伝達して昇温するため、冷却性能が鈍り、振動板部の温度が不変である場合と比べて冷却時間が長くなってしまっていた。
【０００６】
一方、一般的には、昇温しようとする部材の温度を下げる目的でその部材に冷却水を通す配管を設け、冷却水を流し続けて冷却する方法を用いることがある。しかし、上記の振動板は超音波振動するため、このような配管を設けた場合、振動板の超音波振動の阻害になったり、超音波振動によって配管が破壊されることから、このような方法で振動板部を直接冷却することはできない。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板の熱によって冷却性能が鈍ることを防ぎ、短時間で基板を冷却する冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の冷却装置は、基板を超音波振動浮上させる振動板部と、前記振動板部に超音波振動を与える超音波発生部と、を備える冷却装置であって、前記振動板部の基板を浮上させる面の裏面側には、前記振動板部を冷却するための振動板冷却部を有し、前記振動板冷却部は前記振動板部の裏面と対向する冷却対向面を有し、前記冷却対向面は前記振動板部の裏面と所定間隔を設けて配置されていることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成の冷却装置により、振動板部の昇温を防ぎ、短時間で基板を冷却することが可能である。具体的には、振動板冷却部の冷却対向面が振動板部の裏面と所定間隔を設けて配置されることにより、振動板部が基板を浮上させるために超音波振動する際にこの振動板部の超音波振動によって冷却対向面と振動板部の裏面との間の気体が強く強制対流する。この強制対流によって振動板部と冷却対向面との間で気体を介して熱伝達が行われるため、振動板冷却部が振動板部を冷却することができる。このように振動板部の昇温を防ぐことができるため、この冷却された振動板部によって短時間で基板を冷却することが可能である。
【００１０】
また、前記冷却対向面の水平方向の寸法は、前記振動板部の寸法とくらべて同等以上であると良い。
【００１１】
こうすることにより、振動板部の裏面全面において気体の強制対流による熱伝達が行われるため、効率的に振動板部を冷却することができる。
【００１２】
また、前記振動板冷却部は、前記振動板冷却部と前記振動板部との間の空間に気体を供給する気体供給部を有する構成とすると良い。
【００１３】
こうすることにより、振動板部との熱伝達で温まった気体を追い出して低温の気体を供給し、振動板冷却部と振動板部との間の空間を低温に維持することができるため、強制対流によってより効率的に振動板部を冷却することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷却装置によれば、基板の熱によって冷却性能が鈍ることを防ぎ、短時間で基板を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における冷却装置の概略図であり、斜視図である。
【図２】冷却装置の側面図である。
【図３】本発明の冷却装置を用いて基板が冷却される機構を示す概略図である。
【図４】本発明の冷却装置を用いた場合の冷却効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１および図２は、本発明の一実施形態における冷却装置の斜視図および側面図である。冷却装置１は、振動板部２、振動板冷却部３、超音波発生部４、および搬送部５を備えており、振動板部２は超音波発生部４により超音波振動し、その振動による放射圧によって振動板部２上の基板Ｗを浮上させる。また、振動板部２は振動板冷却部３により冷却されている。また、搬送部５によって基板Ｗは振動板部２へ搬入され、振動板部２から搬出され、また、振動板部２上を搬送される。
【００１８】
なお、以下の説明では、基板Ｗが搬送される方向をＹ軸方向、Ｙ軸方向と水平面上で直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。
【００１９】
振動板部２は、一つもしくは複数の振動板２１を有している。振動板２１は、本実施形態ではアルミ製（アルミ合金製）で矩形板状の形状を有した金属板であり、それらが基板搬送方向（Ｙ軸方向）に連続的に配列されることにより、振動板部２が形成されている。
【００２０】
ここで、振動板部２のＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法は、振動板２１に基板Ｗが載置されたときの基板ＷのＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法よりも大きく設定されていると良い。これにより、基板Ｗが振動板部２の上で浮上しながら冷却される際、基板Ｗが振動板部２からはみ出る部分が存在することなく、基板Ｗの全面が振動板部２の上に存在するため、振動板冷却部３により冷却された振動板部２によって基板Ｗを均一に冷却することができる。
【００２１】
振動板冷却部３は、振動板部２の基板Ｗを浮上させる面６の裏面７側に位置し、複数の冷却ユニット３１およびスペーサ３２を有している。冷却ユニット３１がＸ軸方向およびＹ軸方向に並べられることにより、一つの冷却ユニット集合体３３が形成される。また、スペーサ３２は、一部の冷却ユニット３１に設置されて振動板２１を支持し、また、スペーサ３２によって振動板部２と冷却ユニット集合体３３とが所定の間隔を設けて離間されている。
【００２２】
また、図２に示すように、振動板冷却部３は振動板部２の基板Ｗを浮上させる面の裏面７と対向する面である冷却対向面３４を有する形状を有しており、この冷却対向面３４により、振動板冷却部３と振動板部２との間の空間を面同士ではさむようにしてほぼ閉じたものとしている。
【００２３】
冷却ユニット３１は、本実施形態では矩形板状のアルミ板の内部に冷却水が流れる経路が設けられて構成される水冷式の冷却プレートであり、これらがＸ軸方向およびＹ軸方向に隙間無く並べられている。
【００２４】
ここで、冷却対向面３４のＸ軸方向の寸法は、振動板部２のＸ軸方向の寸法よりも大きく、また、冷却対向面３４のＹ軸方向の寸法は、振動板部２のＹ軸方向と同等以上であり、そして、Ｚ軸方向に沿って振動板部２から冷却対向面３４を見たときに、振動板部２の存在する領域が冷却対向面３４の存在する領域に収まる配置となっていると良い。これによって、振動板冷却部３は振動板部２の全面を同時に冷却することができ、振動板部２全体を均一な温度に冷却することが可能である。また、後述する強制対流の効果をより効率的にすることができる。
【００２５】
なお、冷却対向面３４を形成する各々の冷却ユニット３１は、振動板部２よりもＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法が小さくても構わない。また、集合体の形をとらず、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の寸法が振動板部２よりも大きい１つの冷却ユニット３１のみを用いて振動板部２を冷却する方法をとっても良い。
【００２６】
また、一部もしくは全部の冷却ユニット３１には、気体供給部３５が設けられている。この気体供給部３５は、本実施形態では振動板部２に向かって設けられた開口であり、配管を経由して図示しないブロワーなどの気体供給装置と接続されている。この気体供給装置から供給された気体が気体供給部３５から放出されることにより、冷却対向面３４と振動板部２の基板Ｗを浮上させる面６の裏面７との間に気体を供給することができるようになっている。なお、気体供給部３５から供給する気体には、乾燥空気、Ｎ２などが用いられるが、冷却装置１周辺の環境を形成する気体と同等の気体が用いられることが好ましい。
【００２７】
スペーサ３２は、例えば樹脂製の小径のブロックであり、本実施形態では、スペーサ３２によって振動板部２と冷却ユニット集合体３３の冷却対向面３４との間に１ｍｍの間隔が設けられている。このように振動板部２と冷却ユニット集合体３３とを離間することにより、冷却ユニット集合体３３と振動板部２との間の熱伝達は、後述の通り対流によるものとなり、振動板部２と冷却ユニット集合体３３とが接触する配置であって直接的に熱伝達が行われる場合と比較して振動板部２全体の温度を均一にすることが容易となる。
【００２８】
また、振動板部２と冷却ユニット集合体３３とが接触する配置であった場合、両者の固有振動数など振動特性の差異により、冷却ユニット集合体３３が振動板部２の振動の妨げとなることがあるが、両者を離間することにより、振動板部２は冷却ユニット集合体３３によって振動を妨げられることなく、設定された通りに振動することができる。
【００２９】
ここで、スペーサ３２は、振動板２１の振動の節にあたる位置で振動板２１を支持するよう、冷却ユニット３１上に配置されることが望ましい。これにより、スペーサ３２が振動板２１から受ける振動を極小にすることができるため、スペーサ３２が振動板２１との干渉によって摩耗することを防ぐことができる。
【００３０】
超音波発生部４は、超音波振動子４１およびホーン４２を有している。超音波振動子４１は、Ｚ軸方向から見て振動板２１に対して冷却ユニット３１と同じ側にあり、冷却ユニット３１よりも振動板２１から離れた位置に配置されている。超音波振動子４１にはホーン４２が接続されており、このホーン４２が冷却ユニット３１を突き抜けて、振動板２１に接触している。
【００３１】
超音波振動子４１は、図示しない発振器からの発振信号に基づいて対象物を励振させるものであり、例えば電極およびピエゾ素子を有するランジュバン型振動子がある。ランジュバン型振動子は、発振器によって電極に駆動電圧が印加されることでピエゾ素子が振動し、所定の振幅および周波数で発振する。このように発振した超音波振動子４１の振動は、ホーン４２を経由して、対象物である振動板２１へ伝播し、振動板２１を振動させる。振動板２１が振動することで、振動板２１から放射音圧が発せられ、この放射音圧によって、振動板２１上にある基板Ｗには上向きの力が加わる。これにより、基板Ｗを振動板２１の上方に所定の浮上量だけ浮上した状態で保持することが可能である。
【００３２】
また、超音波振動子４１の振動は、発振器から与えられる駆動電圧を制御することで振幅および周波数を調整することができ、これによって振動板２１上で浮上する基板Ｗの浮上量を調整することが可能である。基板Ｗの浮上量は、本実施形態では０．１ｍｍ程度としている。
【００３３】
ホーン４２は、円柱もしくは複数の円柱をつなげた形状をとっており、片端が超音波振動子４１と接続され、他端が振動板２１に接触しており、超音波振動子４１が発する振動の振幅を増幅もしくは減衰して振動板２１に伝播させる。また、ホーン４２は冷却ユニット３１を突き抜ける配置となるため、ホーン４２が配置される位置において冷却ユニット３１には貫通穴もしくは切り欠きが設けられ、ホーン４２との干渉を回避している。
【００３４】
ここで、本実施形態では、基板Ｗの搬送の妨げにならないことを考慮して、超音波振動子４１をＺ軸方向から見て振動板２１に対して冷却ユニット３１と同じ側、すなわち基板Ｗと反対側において振動板２１と接触させているが、基板Ｗと同じ側で接触させても構わない。超音波振動子４１を基板Ｗと同じ側で接触させても、本実施形態のように基板Ｗと反対側で接触させた場合と同様に、基板Ｗを振動浮上させる効果を得ることが可能である。
【００３５】
搬送部５は、ハンド５１および進退機構５２を有している。ハンド５１は、例えばＬ字型のブロックを有し、基板Ｗの角部において基板Ｗの２辺と接触して支持する。ハンド５１は基板Ｗの対角を位置決めして支持ができるよう、基板Ｗ１枚の支持に対して基板Ｗの対角方向に２つ設けられている。また、進退機構５２は、エアシリンダなどの直動機構であり、ハンド５１が取付けられ、基板Ｗの支持時および支持解除時にそれぞれのハンド５１を移動させる。この進退機構５２によって、ハンド５１は基板Ｗの支持時には基板Ｗに接近し、支持解除時には基板Ｗから退避する。ここで、ハンド５１が退避している状態では、基板ＷはＸ軸方向およびＹ軸方向の拘束が解除されている状態であるため、次にハンド５１が接近する時には基板Ｗの位置がずれ、ハンド５１と衝突して基板Ｗおよびハンド５１が破損する可能性がある。この場合、振動板部２に上下動するピンを設け、ハンド５１が退避している時はピンが上昇して基板Ｗの位置を拘束し、基板Ｗが振動板部２上を搬送される時はピンが下降して搬送動作を妨げないようにすると良い。
【００３６】
また、進退機構５２は図示しないＹ軸方向の走行軸に接続されている。ハンド５１が基板Ｗの角部に接近し、基板Ｗを支持している状態において、この走行軸によりハンド５１および進退機構５２がＹ軸方向に移動することによって、基板ＷがＹ軸方向へ搬送される。
【００３７】
ここで、ハンド５１が振動板２１と接触してハンド５１または振動板２１が摩耗することおよびパーティクルが発生することを防ぐために、ハンド５１の下面にエアベアリングを設け、ハンド５１と振動板２１とが一定の間隔を保つようにすると良い。
【００３８】
次に、振動板部２への超音波発生部４の取付け位置について、図１および図２を用いて説明する。
【００３９】
先述の通り、超音波振動子４１からの振動を振動板２１に伝播するために、ホーン４２が振動板２１に接触しており、また、ホーン４２が配置される位置において冷却ユニット３１には貫通穴もしくは切り欠きが設けられている。そのため、振動板２１のホーン４２が接触している箇所およびその近辺では、他の箇所と比べ、冷却ユニット３１からの冷却を受けにくくなり、温度に差異が生じる。それは基板Ｗを浮上させる側の面でも同じであり、裏面側でホーン４２が接触している箇所およびその近辺では、温度に差異が生じる。このような箇所にて基板Ｗを冷却すると、他の箇所に比べて十分に冷却することができないため、基板Ｗの冷却速度にムラが生じ、冷却後の塗布膜の膜質にムラを発生させる可能性がある。
【００４０】
したがって、本実施形態では、上記のような箇所では基板Ｗを冷却しないようにし、冷却速度のムラの発生を防止している。具体的には、図１および図２の中の振動板部２の基板Ｗを浮上させる領域Ｒ１、およびその裏面側にあたる領域をＲ２に対して、それらの領域の外部、すなわち、基板Ｗを加熱する領域の外部において振動板２１がホーン４２と接触している。
【００４１】
次に、本発明の冷却装置を用いて基板が冷却される機構について、図３に示す。
【００４２】
基板Ｗが振動板部２上で超音波振動浮上する際、振動板部２の基板Ｗを浮上させる面６と基板Ｗとの間に存在する気体には振動板部２の超音波振動という外力が加わる。この外力により、気体は振動板部２と基板Ｗとの間に矢印で図示したように対流させられる。すなわち、強制対流が生じる。
【００４３】
この強制対流した気体が基板Ｗおよび振動板部２と接触する際に、気体と基板Ｗとの間、および気体Ｗと振動板部２との間で熱伝達が生じる。
【００４４】
したがって、図示しない加熱装置などによって加熱された基板Ｗが振動板部２の上に搬送され、振動板部２がこの基板Ｗを超音波振動浮上させた場合、上記強制対流によって基板Ｗが冷却され、また、振動板部２が昇温する。
【００４５】
なお、強制対流は気体に外力を加えると生じるものであり、たとえばエア浮上ユニットからエアを噴出して基板を浮上させる場合にも、エア浮上ユニットと基板との間の気体が強制対流する。したがって、加熱された基板をエア浮上ユニットで浮上させる場合にも強制対流した気体と基板との間で熱伝達が行われ、基板Ｗは冷却される。これに対し、振動板部２が基板Ｗを超音波振動浮上させる場合は、振動板部２が数十ｋＨｚという非常に高い周波数で振動することによって強制対流が生じるため、対流の速度はエア浮上ユニットによるものと比べてはるかに高速となる。したがって、熱伝達の速度はエア浮上ユニットによるものと比べてはるかに高速となり、短時間で基板Ｗの冷却を行うことができる。
【００４６】
また、本発明の冷却装置１は、先述の通り振動板部２の基板Ｗを浮上させる面の裏面７側に、振動板冷却部３を有している。これにより、振動板部２と基板Ｗとの間で気体が強制対流するのと同様に、振動板冷却部３と振動板部２との間ででも振動板部２の超音波振動による気体の強制対流が生じる。
【００４７】
また、本発明では、先述の通り、振動板冷却部３は振動板部２と対向する冷却対向面３４を有しており、この冷却対向面３４が振動板部２の基板Ｗを浮上させる面６の裏面７と所定間隔を設けて配置されている。これにより、振動板冷却部３と振動板部２との間にほぼ閉じた空間を形成している。このほぼ閉じた空間の中で気体の強制対流が行われることにより、空間が閉じていない場合とくらべて振動板冷却部３および振動板部２と気体との間の熱伝達がより頻繁に生じることとなる。
【００４８】
したがって、この強制対流を介して振動板冷却部３が振動板部２を高速で冷却することが可能であり、高温の基板Ｗによって振動板部２が昇温することを抑え、振動板部２の温度を低温で維持することができる。したがって、基板の熱によって冷却性能が鈍ることを防ぐことができる。
【００４９】
ここで、振動板冷却部３が効率的に振動板部２を冷却するためには、振動板部２との間により頻繁に強制対流を生じさせる方が良く、振動板部２との間により頻繁に強制対流を生じさせるためには、冷却対向面３４の水平方向の寸法（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の寸法）を大きくして振動板部２との間の閉じた空間を大きくすることが望ましく、たとえば先述の通り、Ｚ軸方向に沿って振動板部２から冷却対向面３４を見たときに、振動板部２の存在する領域が冷却対向面３４の存在する領域に収まる配置となっているようであると、振動板部２の裏面全面において気体の強制対流による熱伝達が行われるため、なお良い。
【００５０】
また、本実施形態では、振動板冷却部３には気体供給部３５が設けられ、冷却対向面３４と振動板部２との間に気体を供給できるようになっている。この気体供給部３５から気体を供給し続けることによって、振動板部２との熱伝達で温められた気体が追い出されて低温の気体が供給され、冷却対向面３４と振動板部２との間の空間を低温に維持することができるため、強制対流によって振動板冷却部３がより効率的に振動板部２を冷却することが可能である。
【００５１】
次に、本発明の冷却装置を用いた場合の冷却効果を図４のグラフに示す。
【００５２】
図４のグラフ中、実線は図３で示した実施形態の冷却装置１によって基板Ｗを冷却した場合の基板Ｗの温度変化を表したものであり、一点鎖線は振動板冷却部３を用いずに基板Ｗを超音波振動浮上させた場合のもの、破線はエア浮上ユニットで基板Ｗを浮上させてものである。ここで、冷却前の基板Ｗの温度は約１１０℃、基板Ｗが搬送される前の振動板部２の温度、振動板冷却部３の温度、エア浮上ユニットから噴出するエアの温度、および振動板冷却部３の気体供給部３５から供給する気体の温度は約２０℃であった。
【００５３】
この結果、一点鎖線と破線とを比較することにより、先述の通りエア浮上よりも超音波振動浮上による冷却効果が大きくなっていることが確認できた。また、実線と一点鎖線とを比較することにより、振動板冷却部３が振動板部２を冷却することによってさらに基板Ｗの冷却効果が大きくなっていることが確認できた。
【００５４】
以上説明した冷却装置によれば、基板の熱によって冷却性能が鈍ることを防ぎ、短時間で基板を冷却することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  冷却装置
２  振動板部
３  振動板冷却部
４  超音波発生部
５  搬送部
６  基板を浮上させる面
７  基板を浮上させる面の裏面
８  加熱装置
２１  振動板
３１  冷却ユニット
３２  スペーサ
３３  冷却ユニット集合体
３４  冷却対向面
３５  気体供給部
４１  超音波振動子
４２  ホーン
５１  ハンド
５２  進退機構
Ｗ  基板
【図１】
2014103231.tif 000003
【図２】
2014103231.tif 000004
【図３】
2014103231.tif 000005
【図４】
2014103231.tif 000006