(57)【要約】【課題】この真空内で基板を高速かつ均一に加熱、冷却することが可能と加熱冷却方法および加熱冷却装置を提供する。【解決手段】真空中で基板を加熱冷却する加熱冷却装置は、凹部を有する加熱冷却部材１２と、凹部に貯留されているとともに基板２０が載置され、加熱冷却部材の熱を基板に伝える液状の伝熱媒体１６と、を備えている。真空中で、加熱冷却部材により加熱あるいは冷却された液状の伝熱媒体に、基板を接触させ、伝熱媒体を通して加熱部材により前記基板を加熱あるいは冷却する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で基板を加熱冷却する加熱冷却装置であって、
凹部を有する加熱冷却部材と、
前記凹部に貯留されているとともに前記基板が載置され、前記加熱冷却部材の熱を前記基板に伝える液状の伝熱媒体と、を備えた加熱冷却装置。
【請求項２】
前記伝熱媒体は、溶融した低融点金属である請求項１に記載の加熱冷却装置。
【請求項３】
前記伝熱媒体の表面に密着して設けられ、前記基板と伝熱媒体との間に介在された変形可能な薄膜シートを備えている請求項１又は２に記載の加熱冷却装置。
【請求項４】
前記薄膜シートは、金属箔により形成されている請求項３に記載の加熱冷却装置。
【請求項５】
前記伝熱媒体が封入された柔軟な袋状のパックを備え、前記パックは、前記加熱冷却部材の凹部に密着して配置されている請求項１に記載の加熱冷却装置。
【請求項６】
前記伝熱媒体は、低融点金属、油、液状物質のいずれかを含んでいる請求項５に記載の加熱冷却装置。
【請求項７】
真空中で基板を加熱冷却する加熱冷却方法であって、
真空中で、加熱冷却部材により加熱あるいは冷却された液状の伝熱媒体に、前記基板を接触させ、前記伝熱媒体を通して前記加熱部材により前記基板を加熱あるいは冷却する加熱冷却方法。
【請求項８】
前記液状の伝熱媒体と前記基板との間に、前記伝熱媒体および基板に沿って変形可能な薄膜シートを介在させ、前記薄膜シートを介して前記基板を加熱冷却する請求項７に記載の加熱冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、この発明は、真空内における基板の加熱冷却方法および加熱冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空内において、高速で基板の加熱、冷却を行う場合、真空チャンバー内にホットプレートまたは加熱用ランプ、冷却プレートを設置し、移載装置を用いて加熱された後の基板を冷却プレート上に移し変える方法が考えられる（例えば、特許文献１参照）。この方法において、特に効率良く冷却を行うためには、基板の熱を冷却プレートに逃がすために基板と冷却プレートの接触率を向上させることが重要となる。
【０００３】
しかし、真空内においては、基板や冷却プレートの様な、剛体同士を接触させようとしても、どうしても界面において僅かな真空の隙間が生じることが避けがたく、熱伝導効率が低下する。そのため、基板の冷却速度が低下する。
【０００４】
また、真空における基板の冷却方法としては、基板への接触を一切行わず、基板から発せられる放射熱のみを吸収する冷却方法も考えられる。しかし、基板温度が比較的高温の状態においては冷却速度が速いが、常温に近づくにしたがい、温度降下速度は著しく低下する。そのため、この方法では、常温付近までの冷却には極めて長い時間が必要となる。
【０００５】
更に、この方法では、基板からの放熱状態が均一でなく、端面効果により基板の周辺部分の温度が先行して低下する。そのため、冷却中の基板の温度分布が不均一となり、基板の破壊や歪みの残留が問題となる。
【０００６】
このような現象を避けるため、基板周辺部の温度降下速度を鈍らせる熱干渉材を設置する方法や、基板周辺部に補助的な加熱機構を設置する方法が考えられるが、いずれも冷却時間を、更に引き延ばす要因となる。
【０００７】
真空内において冷却速度を上げるためには、熱を逃がすための媒体を効率よく接触させる方法が望ましい。接触率を上げるための熱伝導材料は、柔らかい材料が良い。低真空かつ比較的低温度領域においては、熱伝導材料として樹脂やゴムを使用することは可能であるが、高真空や高温の環境においては、有機系の材料は使用不可であり、現在一般的に使用されている材料は皆無と言える。
【特許文献１】特開２００４−２８４２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような真空内での基板を加熱、冷却する加熱、冷却機構を考慮した場合、高真空中にて使用可能な無機系の材料であり、かつ基板や冷却プレートの形状に合わせて変形することが可能な、柔らかい材料が必要となる。
【０００９】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、この真空内で基板を高速かつ均一に加熱、冷却することが可能な加熱冷却方法および加熱冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明の態様に係る加熱冷却装置は、真空中で基板を加熱冷却する加熱冷却装置であって、凹部を有する加熱冷却部材と、前記凹部に貯留されているとともに前記基板が載置され、前記加熱冷却部材の熱を前記基板に伝える液状の伝熱媒体と、を備えている。
【００１１】
この発明の他の態様に係る加熱冷却方法は、真空中で基板を加熱冷却する加熱冷却方法であって、真空中で、加熱冷却部材により加熱あるいは冷却された液状の伝熱媒体に、前記基板を接触させ、前記伝熱媒体を通して前記加熱部材により前記基板を加熱あるいは冷却する。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、この真空内で基板を高速かつ均一に加熱、冷却することが可能と加熱冷却方法および加熱冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態に係る加熱冷却方法および加熱冷却装置について詳細に説明する。
【００１４】
図１および図２は、低融点金属に対して付着しにくい性質を持つ基板、例えば、表面が酸化物の皮膜で覆われた基板を加熱冷却する加熱冷却装置を示している。この加熱冷却装置１０は、真空処理槽２４内に配設された矩形状の加熱冷却プレート１２を備えている。加熱冷却部材として機能する加熱冷却プレート１２は、図示しない電源により所定の温度に加熱、冷却される。
【００１５】
加熱冷却プレート１２の上面には、例えば、矩形状の凹部１４が形成され、この凹部には、液状あるいはクッション性を有する伝熱媒体として、溶融状態の低融点金属１６が貯留されている。凹部１４は、処理対象となる基板２０よりも大きな面積に形成されている。低融点金属１６として、例えば、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎの合金を用いている。Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎの合金である低融点金属１６の融点は２０℃程度であり、常温以上においては常に液状となっている。
【００１６】
また、真空処理槽２４内には、基板２０を支持する図示しない支持機構が設けられている。基板２０は、支持機構により低融点金属１６上に載置され、更に、加熱冷却処理後、低融点金属から引き上げられる。
【００１７】
加熱冷却装置１０により基板２０を加熱あるいは冷却する場合、真空処理槽２４内を真空に排気した後、図示しない支持機構により基板２０を低融点金属１６の上に載置する。なお、低融点金属１６は常温でも液状に維持されているが、予め、加熱冷却プレート１２によって低融点金属１６を加熱し、溶融状態としてもよい。
【００１８】
基板２０の少なくとも一方の表面は、低融点金属１６を介在した状態で、加熱冷却プレート１２に接する。低融点金属１６は液状であるため、基板２０および加熱冷却プレート１２に多少の歪みがある場合でも、低融点金属が倣うため、基板２０と低融点金属１６とは気密に密着し、同様に、低融点金属１６と加熱冷却プレート１２とも良好な密着状態となる。
【００１９】
この密着した状態において、加熱冷却プレート１２の温度を変化させる。基板２０を加熱する場合は、加熱冷却プレート１２の温度を昇温し、また、基板２０を例えば常温まで冷却する場合は、加熱冷却プレートを常温に維持する。これにより、基板２０は、加熱冷却プレート１２の熱が低融点金属１６を介して基板に伝わり、基板２０はほぼ加熱冷却プレートの温度に追従して加熱あるいは冷却される。
【００２０】
上記構成の加熱冷却装置および加熱冷却方法によれば、常温から高温の幅広い温度範囲において、基板を真空中で高速に加熱冷却することができる。また、基板は、その全面を低融点金属１６に接触させることが可能なため、温度分布についても加熱冷却プレートに追従することとなり、基板を均一な温度分布で加熱冷却することができる。
【００２１】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。図３は、例えばガラス板の様な、伝熱媒体に対して付着しやすい性質を持つ基板を真空中で加熱冷却する加熱冷却装置１０の一例を示している。前述した第１の実施形態と同様に、加熱冷却装置１０は、真空処理槽内に設けられた加熱冷却プレート１２を備えている。加熱冷却プレート１２の上面に矩形状の凹部１４が形成され、この凹部には、伝熱媒体として、例えば、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎの合金からなる低融点金属１６が溜められている。
【００２２】
低融点金属１６の上面は、例えば、ステンレス箔からなり容易に変形可能な極薄のシート１８により覆われている。シート１８の周縁部は、加熱冷却プレート１２の周辺部に接着や溶接等により固定され、低融点金属１６を封入した構造となっている。
【００２３】
加熱冷却時、基板２０は、シート１８上に載置され、このシートを介して低融点金属１６に密着する。シート１８は、例えば２０μｍ程度の厚みに形成されている。そのため、基板２０や加熱冷却プレート１２に反りが生じた場合でも、低融点金属１６と共に、それらの形状に合わせて変形し、良好な密着状態を維持することができる。この状態で、加熱冷却プレート１２を温度変化させることにより、基板２０は、低融点金属１６およびシート１８を介して加熱あるいは冷却される。
【００２４】
上記構成によれば、基板２０と低融点金属１６との間に極薄のシート１８を介在させることにより、基板を直接、低融点金属１６に触れさせない構造とし、基板への低融点金属６の付着を防止することができる。同時に、前述した第１の実施形態と同様に、常温から高温の幅広い温度範囲において、基板を真空中で高速に加熱冷却することができる。また、基板は、その全面をシート１８を介して低融点金属１６に接触させることが可能なため、温度分布についても加熱冷却プレートに追従することとなり、基板を均一な温度分布で加熱冷却することができる。
【００２５】
図４および図５に示す第３の実施形態によれば、伝熱媒体として、例えば、低融点金属１６は柔軟な袋状のパック２２に封入された状態で、加熱冷却プレート１２の凹部１４内に配置されている。低融点金属１６が封入されたパック２２は、複数、例えば、４つ設けられ、隙間無く並んで凹部１４内に収納されている。パック２２は、薄いシート、例えば、厚さ２０μｍ程度のステンレス箔により形成されている。
【００２６】
加熱冷却時、基板２０は、複数のパック２２上に載置され、このパックを介して低融点金属１６に密着する。各パック２２は、薄いシートにより形成されているため、クッション性および柔軟性が高く、基板２０や加熱冷却プレート１２に反りが生じた場合でも、低融点金属１６と共に、それらの形状に合わせて変形し、良好な密着状態を維持することができる。この状態で、加熱冷却プレート１２を温度変化させることにより、基板２０は、低融点金属１６およびパック２２を介して加熱あるいは冷却される。
【００２７】
上記構成によれば、低融点金属１６をパック２２内に封入することにより、基板が直接、低融点金属１６に触れることがなく、基板への低融点金属６の付着を防止することができる。同時に、前述した第１の実施形態と同様に、常温から高温の幅広い温度範囲において、基板を真空中で高速に加熱冷却することができる。また、基板は、その全面をシート１８を介して低融点金属１６に接触させることが可能なため、温度分布についても加熱冷却プレートに追従することとなり、基板を均一な温度分布で加熱冷却することができる。
【００２８】
第２および第３の実施形態において、他の構成は第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略した。
【００２９】
第２および第３の実施形態において、伝熱媒体は低融点金属に限らず、油や伝熱率の高い他の液状物質を用いることができる。シートおよびパックは、ステンレス箔に限らず、任意に選択可能である。また、第３の実施形態において、パック２２の数は、４つに限らず、３つ以下、あるいは、５つ以上としてもよい。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
加熱冷却対象とする基板は、平坦な板状の部材に限らず、表面に凹凸のある部材、あるいは、厚さを有するより立体的な部材であってもよい。また、上述した実施形態では、加熱冷却部材としての加熱冷却プレート自体を加熱冷却する構成としたが、別に設けられた加熱源により、加熱冷却部材を加熱あるいは冷却する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る加熱冷却装置および基板を示す斜視図。
【図２】図２は、上記加熱冷却装置全体を示す断面図。
【図３】図３は、この発明の第２の実施形態に係る加熱冷却装置を示す断面図。
【図４】図４は、この発明の第３の実施形態に係る加熱冷却装置を示す断面図。
【図５】図５は、上記第３の実施形態に係る加熱冷却装置を一部破断して示す斜視図。
【符号の説明】
【００３２】
１０…加熱冷却装置、１２…加熱冷却プレート、１４…凹部、１６…低融点金属、
１８…シート、２０…基板、２４…真空処理槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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