(57)【要約】【課題】生産効率の低下及び基板の変形を防止して効率よく基板を冷却すること。【解決手段】冷却面２１ａを有し、基板を冷却する冷却プレート２と、基板が載置され、冷却面２１ａと基板との間を所定の間隔に維持するプロキシミティピン２１ｂと、冷却面２１ａに設けられた孔２１ｃと、記基板を吸引するように、孔２１ｃから空気を吸引するポンプ３と、を備え、基板の冷却に際して基板が冷却面２１ａに密着しないようにすると共に基板を冷却面２１ａに引き付けることで熱膨張によるその変形等を防止する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段と、
前記基板が載置され、前記冷却面と前記基板との間を所定の間隔に維持するスペーサと、
前記冷却面に設けられた孔と、
前記基板を前記冷却面に引き付けるように、前記孔から空気を吸引する吸引手段と、
を備えたことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項２】
前記孔は、少なくとも、冷却される前記基板の中央部に対応する位置に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
【請求項３】
前記吸引手段は、前記基板が前記スペーサに載置される前に吸引を開始することを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
【請求項４】
冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段を用いた基板冷却方法であって、
前記基板を前記冷却面から所定の間隔を維持して配置する配置工程と、
前記冷却面に設けられた孔から空気を吸引することで前記基板を前記冷却面に引き付ける吸引工程と、
を含む基板冷却方法。
【請求項５】
冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段と、
前記冷却面に設けられた孔と、
前記基板を前記冷却面に引き付けるように、前記孔から空気を噴出する噴出手段と、
を備えたことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項６】
前記冷却面と前記基板との間にスペーサを設けたことを特徴とする請求項５に記載の基板冷却装置。
【請求項７】
前記孔は、少なくとも、冷却される前記基板の中央部に対応する位置に配設されたことを特徴とする請求項５に記載の基板冷却装置。
【請求項８】
冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段を用いた基板冷却方法であって、
前記冷却面に設けられた孔から空気を噴出することで、前記冷却面と前記基板とが非接触状態で前記基板を前記冷却面に引き付ける工程を含む基板冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、半導体等の分野における基板の処理技術に関し、特に基板の冷却技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶、半導体等の製造においては、液晶基板やＰＤＰ基板等に使用されるガラス基板等の各種基板を効率的に冷却することが必要とされる。従来、基板の冷却方法としては、冷却プレート上に基板を直接載置して両者を密着させ、当該基板を冷却することが一般的である。しかし、このように冷却プレートに基板を密着させることは、より冷却効率が高くなるという利点がある一方で、種々の問題がある。
【０００３】
例えば、この冷却方法をガラス基板の冷却に用いた場合、ガラス基板が急速に冷却されるため、ガラス基板に熱収縮を生じて基板が破損するおそれがある。また、ガラス基板の変形のおそれもある。これは、主として、ガラス基板の表裏面の温度差により、当該表裏面において熱収縮の差を生じることに起因する。また、ガラス基板の周辺部と中央部とでは温度降下の度合いが周辺部の方がより急であることも変形の要因であると考えられる。すなわち、ガラス基板の中央部においては熱が逃げる方向が上下方向となるのに対し、周辺部では上下方向と横方向となり、周辺部が急速に冷却されるところ、熱膨張率は温度によって異なるためである。
【０００４】
このような変形の結果、周辺部が中央部よりも縮んでしまい、中央部が冷却プレートから浮き上がるような反りを生じる。このような反りは中央部の冷却効率を低下させる他、ガラス基板上の塗膜の品質に影響を与え、斑を生じる要因ともなる。
【０００５】
この問題を解決するため、例えば、ガラス基板を冷却プレートで冷却する前にガラス基板を予冷し、ガラス基板の温度を一定の温度まで下げた後に冷却プレートを用いて本冷却する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
また、冷却プレートに吸引孔を設けてガラス基板を冷却プレート上に引き付け、ガラス基板の反りを低減すると共に冷却プレートとガラス基板との密着性を向上する方法も提案されている（特許文献２）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８７７３１号公報
【特許文献２】特開平１１−４３３３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガラス基板を予冷する方法ではその予冷のための装置が別途必要となり、設備のコストがかかる他、冷却工程に要する時間が長くなるため生産効率が下がる。一方、冷却プレートにガラス基板を吸引して密着させる方法では、ガラス基板の反りを低減できるものの、冷却プレートとガラス基板とが密着するため、熱収縮によるガラス基板と冷却プレートの接触面の摩擦でガラス基板の破損やガラス基板上の塗膜の品質に影響を与えるおそれがある。更に、冷却プレートとガラス基板との間に静電気が発生して両者を分離しづらくなり、冷却プレートからガラス基板を移載する際に手間がかかるため、生産効率も下がる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、生産効率の低下及び基板の変形を防止して効率よく基板を冷却し得る基板冷却装置及び基板冷却方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段と、
前記基板が載置され、前記冷却面と前記基板との間を所定の間隔に維持するスペーサと、
前記冷却面に設けられた孔と、
前記基板を前記冷却面に引き付けるように、前記孔から空気を吸引する吸引手段と、
を備えたことを特徴とする基板冷却装置が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段を用いた基板冷却方法であって、
前記基板を前記冷却面から所定の間隔を維持して配置する配置工程と、
前記冷却面に設けられた孔から空気を吸引することで前記基板を前記冷却面に引き付ける吸引工程と、
を含む基板冷却方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段と、
前記冷却面に設けられた孔と、
前記基板を前記冷却面に引き付けるように、前記孔から空気を噴出する噴出手段と、
を備えたことを特徴とする基板冷却装置が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、冷却面を有し、基板を冷却する冷却手段を用いた基板冷却方法であって、
前記冷却面に設けられた孔から空気を噴出することで、前記冷却面と前記基板とが非接触状態で前記基板を前記冷却面に引き付ける工程を含む基板冷却方法が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る基板冷却装置１００の構成概略図である。基板冷却装置１００は、箱状のケース１と、ケース１内に収容された冷却プレート２と、を備え、ケース１の設けられた開口部１ａを介してロボットハンド１０１により搬送される基板をケース１内部で冷却する装置である。図２は冷却プレート２の平面図、図３は図２の線ＸＸに沿う断面図である。
【００１６】
冷却プレート２は、方形状の上部プレート２１及び下部プレート２２を一体的に積層してなり、いずれも熱伝導率の良好な銅等の材料から構成されることが望ましい。下部プレート２２には、冷却プレート２を冷却するための液体、気体といった流体が流通するパイプ２２ａが設けられている。このパイプ２２ａは下部プレート２２の両端で折り返されて複数回これを縦断する一本のパイプからなる。図２に示すようにパイプ２２ａの両端部は下部プレート２２の左上端と右上端に配置されており、流体の供給装置（図示せず）から流体が左上端側から供給され、右上端側から排出されることで下部プレート２２内に流体を循環させ冷却プレート２全体を冷却するようにしている。
【００１７】
次に、上部プレート２１はその上面が冷却面２１ａを構成しており、冷却する基板をこの冷却面２１ａに近接させることで当該基板を冷却するようにしている。この冷却面２１ａには複数のプロキシミティピン２１ｂが配設されている。このプロキシミティピン２１ｂは、基板が載置され、冷却面２１ａと基板との間を所定の間隔に維持するスペーサとして機能する。
【００１８】
プロキシミティピン２１ｂは、その上部が半球上に形成されて冷却面２１ａから突出し、その下部はねじとなっており、冷却面２１ａに穿孔されたねじ孔に螺合して埋め込まれている。図３に示すように、冷却時の基板（図中破線で示す。）と冷却面２１ａとの間は、このプロキシミティピン２１ｂにより間隔Ｓが維持されており、間隔Ｓとしては例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ程度に設定される。なお、各図においては説明の便宜上、プロキシミティピンを実際よりも大きく描いており、また、その数も図の例よりも多数設けることができる。例えば、１０００ｍｍ×１０００ｍｍの大型基板の場合、プロキシミティピンの数は数１００個程度とするのが好ましい。また、冷却面２１ａと基板との間を所定の間隔に維持するスペーサとしてはプロキシミティピンに限られず、種々のスペーサが適用可能であることはいうまでもないが、先端が球面状で点接触で基板を支持できるものが接触面積を低減でき、また、傷が生じにくいため好適である。
【００１９】
次に、冷却面２１ａには孔２１ｃが穿孔されており、これが上部プレート２１の下面に設けられた溝２１ｄに連通している。また、下部プレート２２の中央には穴２２ｂが貫通して設けられており、その上端が溝２１ｄに連通しその下端がポンプ３のホース３ａに接続されている。このような構成においてポンプ３により気体の吸引動作を行うと、冷却面２１ａ上の空気が孔２１ｃ、溝２１ｄ及び孔２２ｂを介してポンプ３に吸引されることになり、冷却面２１ａ上の基板が冷却面２１ａに対して引き付けられるようになる。なお、本実施形態の場合、ポンプ３をケース１内に配設しているがケース１外に配設してもよい。
【００２０】
ここで、本実施形態の場合、孔２１ｃを冷却される基板の中央部に対応する位置（本実施形態の場合、図から明らかなように冷却面２１ａの中央部分となる。）に配設しており、基板の中央部をより積極的に吸引するようにしている。尤も基板の周辺部に対応する位置にもこのような孔２１ｃを設けて吸引するようにしてもよい。また、図２に示すように溝２１ｄは孔２１ｃの配置に応じて設けられており、本実施形態の場合十字型に設けられている。
【００２１】
次に、冷却プレート２は支持部材４により支持されている。この支持部材４は中空円筒状をなし、内部にピン４ａが挿通しており支持部材４に対して図示しない駆動装置に付勢されて伸縮自在に構成されている。このピン４ａはロボットハンド１０１との間で基板の受け渡しを行うためのもので冷却プレート２を貫通して設けられており、半球状に形成されたその上端部に基板が載置される。そして、ピン４ａの伸縮により基板が冷却面２１ａ上で昇降される。本実施形態の場合、この支持部材４とピン４ａとが基板の周縁に沿って８つ設けられている。なお、図示していないが、上部プレート２１の冷却面２１ａ上には基板の周縁に当接してその位置決めを行うピン等の位置決め部材を設けることもできる。また、ピン４ａによる基板の昇降機構はこの構造に限定されず、種々のものが採用可能であり、また、ピン４ａの配置も図の例に限られず、例えば、冷却面２１ａの中央部にも設けてもよい。更に、本実施形態ではピン４ａを伸縮するようにしているが、冷却プレート２を昇降する構成とすることもできる。
【００２２】
次に、係る構成からなる基板冷却装置１００の動作について図４を参照して説明する。上述したように、基板を直接冷却プレート上に載置すると基板の変形、破損或いは静電気の発生が問題となる。また、ロボットハンド１０１の形状如何によってはピン４ａ上に基板を載置した時点で基板が撓んでいる可能性がある。例えば、フォーク形のロボットハンド１０１で基板の中央部を支持している場合、基板がその自重により撓んで周辺部が垂れ下がった状態でピン４ａに載置される場合があり、基板の変形が促進される要因となる。本実施形態ではこれらが全て解決される。
【００２３】
まず、図１に示すようにピン４ａが冷却プレート２から突出した状態で、冷却する基板がこれに載置されと、ピン４ａを収縮させて基板を冷却面２１ａ上に降下させる。本実施形態の場合、基板がプロキシミティピン２１ｂに載置される前、例えば、基板の降下開始時或いは降下途中からポンプ３の吸引を開始する（図４（ａ））。その結果、図４（ａ）において矢印で示すように冷却面２１ａ上の空気が孔２１ｃ、溝２１ｄ及び孔２２ｂを介してポンプ３に吸引され、基板に対しても冷却面２１ａ方向の吸引力が働くことになる。これにより基板の中央部の浮き上がりが抑制され、例えば、上述したようにピン４ａに載置された段階で基板が撓んでいたとしても、撓みを軽減することができる。
【００２４】
基板の降下を継続すると、やがて基板がプロキシミティピン２１ｂ上に載置されることになる（図４（ｂ））。この際、基板はプロキシミティピン２１ｂの存在により冷却面２１ａから所定の間隔を維持して配置されたことになる。本実施形態では、このように基板が直接冷却面２１ａに密着しないため、基板の熱収縮及び冷却面２１ａとの摩擦による基板の破損が防止される。また、基板の中央部下に一定の空間が存在するため、熱が逃げる方向が上下方向のみならず左右方向にも存在し、基板が略均一に冷却される。従って、基板の中央部と周辺部とで温度変化の差が緩和され、基板の変形が低減される。更に、基板と冷却面２１ａとの間が狭い隙間のため、基板の周辺部に対して中心部は負圧になり、基板の中央部が冷却面２１ａへ引き付けられるので基板の反りを抑制できる。。
【００２５】
この状態を所定の時間継続することで、プロキシミティピン２１ｂ上の基板は冷却される。この間、ポンプ３は吸引動作を継続し、基板が冷却面２１ａ方向へ引き付けられた状態が維持され、基板の変形を抑制する。基板の冷却が終了するとポンプ３による吸引を停止し、ピン４ａを再び伸長して基板を上昇させ、図１に示す態様に戻り、その後ロボットハンド１０１によって基板が回収される。ピン４ａを伸長する際、プロキシミティピン２１ｂによって基板と冷却面２１ａとの間に空間が存在しており、静電気の発生が防止されるので冷却面２１ａから基板を簡単に取り外すことができる。
【００２６】
このように本実施形態では、従来のように基板の予冷の必要もなく、生産効率の低下及び基板の変形を防止して効率よく基板を冷却することができる。なお、本実施形態では基板がプロキシミティピン２１ｂに載置される前に、ポンプ３による吸引を開始したが、載置後に吸引を開始することもできこの場合も基板の変形等を抑制する効果がある。尤も、載置前にポンプ３の吸引を開始することでより基板の変形等を抑制することができる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、冷却面２１ａに設けた孔２１ｃから空気を吸引することで基板を吸引するようにしたが、本実施形態では孔２１ｃから空気を噴出することで基板を吸引するものであり、ベルヌーイチャックの原理を利用したものである。図５は本実施形態の冷却プレート２の平面図、図６は図５の線ＹＹに沿う本実施形態の構成を示す断面図であり、図３の断面図に対応する。以下、上記第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
【００２８】
図５に示すように、本実施形態の冷却プレート２はプロキシミティピン２１ｂを設けていない点で上記第１実施形態と相違する。またポンプ３が空気の吸引ではなく排出を行う点でも相違する。更に、冷却面２１ａに穿孔された孔２１ｃはやや直径を大きくして冷却面２１ａの中央部に一つだけ上部プレート２１を貫通するようにして溝２１ｄを省略し、また、冷却面２１ａの周縁部分には基板の位置ずれを防止する複数のストッパ２１ｅを設けている点でも相違する。その他の各構成及びその変形例は上記第１実施形態と同じである。次に、図７を参照してその動作を説明する。
【００２９】
まず、図１に示すようにピン４ａが冷却プレート２から突出した状態で、冷却する基板がこれに載置されと、ピン４ａを収縮させて基板を冷却面２１ａ上に降下させる。本実施形態の場合、遅くとも基板が冷却面２１ａに接触する前、例えば、基板の降下開始時或いは降下途中からポンプ３による空気の噴出を開始する（図７（ａ））。その結果、図７（ａ）において矢印で示すように、ポンプ３からの空気がホース３ａ、孔２２ｂを介して、冷却面２１ａの孔２１ｃから噴出する。
【００３０】
基板の降下を継続すると、やがてピン４ａによる基板の載置状態が解除され、孔２１ｃからの空気の噴出により基板が浮遊した状態となる（図６（ｂ））。このとき、ポンプ３からの空気の圧力を所定の圧力に維持することで基板の浮遊状態が維持され、基板が冷却面２１ａから所定の間隔を維持して配置されたことになる。すなわち、孔２１ｃから空気を噴出すると基板と冷却面２１ａとの間は負圧状態となり、基板を冷却面２１ａに吸引する力が作用する。しかし、この吸引力により基板と冷却面２１ａとの間が狭くなると孔２１ｃからの空気の噴出が制限されて空気圧が高くなり基板を冷却面２１ａから遠ざける力が作用する。そしてこれらの力が均衡して、基板は冷却面２１ａから一定の間隔を維持した状態で冷却面２１ａへ吸引された状態となる。
【００３１】
この状態を所定の時間継続することで基板は冷却される。この間、ポンプ３は空気の噴出動作を継続し、基板が冷却面２１ａ方向へ吸引された状態が維持され、基板の変形を抑制する。基板の冷却が終了するとピン４ａを再び伸長して基板を上昇させ、ポンプ３を停止し図１に示す態様に戻る。
【００３２】
このように本実施形態ではベルヌーイチャックの原理を利用することで基板と冷却面２１ａとを密着させずに基板を冷却面２１ａへ吸引することができ、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、本実施形態においてもプロキシミティピン２１ｂのようなスペーサを基板と冷却面２１ａとの間に設けてもよい。この場合、ポンプ３による空気の噴出は、基板がプロキシミティピン２１ｂに載置された後に開始するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べてきたとおり、本発明によれば、生産効率の低下及び基板の変形を防止して効率よく基板を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板冷却装置１００の構成概略図である。
【図２】冷却プレート２の平面図である。
【図３】図２の線ＸＸに沿う断面図である。
【図４】基板冷却装置１００の動作説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る冷却プレート２の平面図である。
【図６】図５の線ＹＹに沿う、本発明の第２実施形態に係る冷却プレート２の断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態の動作説明図である。
【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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【図６】
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【図７】
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