冷却機構
【課題】成膜基板の冷却効率を向上させることが可能な冷却機構を提供する。
【解決手段】冷却機構２は、下面冷却板２１、昇降機構２２および上面冷却板２５を備えている。冷却機構２は、基板１１を支持するトレイ３２に下面冷却板２１を接触させることで、トレイ３２を介して基板１１を冷却する。これにより、基板１１は、トレイ３２と熱伝導部材とを介して下面冷却板２１に熱を伝えることにより冷却される。
【解決手段】冷却機構２は、下面冷却板２１、昇降機構２２および上面冷却板２５を備えている。冷却機構２は、基板１１を支持するトレイ３２に下面冷却板２１を接触させることで、トレイ３２を介して基板１１を冷却する。これにより、基板１１は、トレイ３２と熱伝導部材とを介して下面冷却板２１に熱を伝えることにより冷却される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内において成膜基板を冷却する冷却機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器中に配置した基板表面に膜を形成する成膜装置には、イオンプレーティング装置、スパッタリング装置、物理的または化学的蒸着装置等がある。このような成膜装置では、高温環境下で蒸着材料を粒子化するため、真空容器内の成膜基板も高温に曝される。そこで、成膜基板を適正温度とするための冷却機構に関する技術が多く開示されている。例えば、特許文献１に開示されている冷却機構では、冷却板を成膜基板と離間して配置し、輻射伝熱を利用して基板を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２９３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、輻射伝熱を利用して基板を冷却する従来技術では、冷却効率が不充分であり、更なる冷却効率の向上が求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、成膜基板に対する冷却効率を向上させることが可能な冷却機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の冷却機構は、真空容器内で成膜基板を冷却する冷却機構であって、成膜基板を支持する支持部材に接触することにより、支持部材を介して成膜基板を冷却する冷却部を備えることを特徴としている。
【０００７】
このような冷却機構では、成膜基板を支持する支持部材に冷却部を接触させることで、支持部材を介して成膜基板を冷却する。これにより、成膜基板の熱が支持部材を介して冷却部に伝熱されることで、成膜基板が冷却されるため、輻射伝熱を利用した従来の冷却機構と比較して、冷却効率を向上させることが可能となる。なお、成膜基板は、薄膜が形成された基板、および薄膜が形成される前の基板を含むものとする。
【０００８】
また、成膜基板を挟んで冷却部と反対側に配置され、成膜基板を冷却する他の冷却部と、冷却部および他の冷却部の少なくとも一方を、成膜基板に対して接近、離間させる移動手段と、を更に備えることが好ましい。このような冷却機構では、支持部材に接触することで成膜基板を冷却する冷却部に加えて、成膜基板を挟んで冷却部と反対側に配置された他の冷却部を備えているので、成膜基板を板厚方向の両側から冷却することができる。そのため、冷却効率をより一層向上させることが可能となる。
【０００９】
また、成膜基板を載置する前記支持部材であるトレイと、トレイの下面と接触可能な冷却部と、トレイに載置された成膜基板の上方に配置された他の冷却部と、冷却部をトレイに対して接近、離間させる移動手段と、を備え、当該移動手段は、冷却部をトレイに押し当てると共に、成膜基板を他の冷却部に押し当てることが好適である。これにより、冷却部を下方からトレイに押し当て、トレイに載置された成膜基板を、その上方に配置された他の冷却部に押し当てることができる。そのため、成膜基板の上面が他の冷却部と接触し、かつ成膜基板の下面が冷却部によって冷却されたトレイと接触した状態で、成膜基板を冷却することが可能となる。その結果、成膜基板がより効率的に冷却されるようになる。また、移動手段によって、冷却部をトレイに押し当てることで、トレイ上の成膜基板をその上方に配置された他の冷却部に押し当てる構成であるため、他の冷却部を移動させるための機構を設ける必要をなくし、簡素な構成として成膜基板を挟んだ状態で成膜基板を冷却することができる。
【００１０】
また、他の冷却部には、成膜基板の薄膜との接触を回避するための凹部が形成されていることが好適である。これにより、他の冷却部に形成された凹部を、成膜基板の薄膜に対応する位置に配置することで、他の冷却部と成膜基板の薄膜との接触を回避して、他の冷却部と成膜基板とを接近させることが可能となる。その結果、他の冷却部による冷却効果を一層向上させることができる。また、他の冷却部と成膜基板の薄膜との接触を回避し、薄膜損傷のおそれを低減することが可能となる。
【００１１】
また、冷却部が支持部材に接触する際に当該支持部材から受ける反力を低減する緩衝手段を更に有することが好ましい。これにより、冷却部が支持部材に接触する際に、過度の応力が作用することにより成膜基板が損傷するおそれを低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の冷却機構によれば、成膜基板に対する冷却効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る成膜装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示す冷却機構を示す平面図である。
【図３】図１に示す冷却機構を示す側面断面図である。
【図４】図１に示すトレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【図５】図１に示す冷却機構によって基板が冷却される方法を説明するための図である。
【図６】図１に示す冷却機構によって基板が冷却される方法を説明するための図である。
【図７】第２実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。
【図８】第２実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。
【図９】トレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【図１０】変形例に係る冷却機構を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
本発明に係る冷却機構を含む成膜装置の好適な第１実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。本実施形態では、本発明の冷却機構を備えた成膜装置について説明する。
【００１５】
図１は、第１実施形態に係る成膜装置の構成を示す側面断面図である。図１中には、ＸＹＺ直交座標系が示され、Ｚ軸方向が上下方向に対応する。成膜装置１は、プラズマを用いたイオンプレーティング法による成膜を行う装置である。この成膜装置１は、基板（成膜基板）１１の下面１１ａに薄膜１１ｂを形成する、いわゆるデポアップ型の成膜装置である。成膜装置１は、真空容器１０、冷却機構２、搬送機構３、主陽極４、プラズマ源５および補助陽極６を備えている。なお、基板１１としては、ガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が例示される。あるいは、当該板状部材の上に有機ＥＬ層などの機能素子層が形成された基板生産物を基板１１としてもよい。
【００１６】
真空容器１０は、成膜対象である基板１１を搬送するための搬送室１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、成膜材料Ｍａを飛散させる成膜室１０ｄ、プラズマ源５から照射されるプラズマＰを真空容器１０内へ受け入れるプラズマ口１０ｅ、酸素等の雰囲気ガスを真空容器１０内部へ導入するためのガス供給口１０ｆ，１０ｇおよび成膜室１０ｄ内の残余ガスを排気する排気口１０ｈを有している。搬送室１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、基板１１の搬送方向（図１に示す矢印Ａ）に延びており、成膜室１０ｄ上に配置されている。搬送室１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち搬送方向Ａにおける最上流側に配置されている搬送室１０ａは、成膜前の基板１１を搬送する区画である。搬送室１０ａの搬送方向Ａにおける下流側に隣接して配置される搬送室１０ｂは、基板１１を成膜材料粒子Ｍｂに曝して成膜する区画である。搬送室１０ｂの下流側に隣接して配置される搬送室１０ｃは、成膜された基板１１を冷却する区画である。真空容器１０は、導電性の材料から形成され、接地電位に接続されている。
【００１７】
プラズマ源５は、圧力勾配型であり、その本体部分が成膜室１０ｄの側壁（プラズマ口１０ｅ）に設けられている。プラズマ源５において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｅから成膜室１０ｄ内へ出射される。プラズマＰは、プラズマ口１０ｅに設けられた図示しないステアリングコイルによって出射方向が制御される。
【００１８】
主陽極４は、成膜材料Ｍａを保持している。主陽極４は、真空容器１０の成膜室１０ｄ内に設けられ、搬送機構３に対し、Ｚ軸方向の負方向に配置されている。主陽極４は、プラズマ源５から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａへ導くハース４１を有している。ハース４１は、接地電位である真空容器１０に対して正電位に保たれており、プラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射するハース４１の中央部には、成膜材料Ｍａを装填するための貫通孔が形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔から突出している。
【００１９】
成膜材料Ｍａとしては、ＺｎＯなどの透明導電材料や、ＳｉＯＮなどの絶縁封止材料が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、ハース４１にプラズマＰが照射されると、プラズマＰからの電流によってハース４１が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発して成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｄ内に飛散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、ハース４１にプラズマＰが照射されると、プラズマＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発し、成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｄ内に飛散する。成膜室１０ｄ内に飛散した成膜材料粒子Ｍｂは、プラズマＰによりイオン化され、成膜室１０ｄの上方向へ移動し、搬送室１０ｂ内において基板１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、常に先端部分がハース４１から突出するように、主陽極４の下方から押し出される。
【００２０】
補助陽極６は、プラズマＰを誘導するための電磁石である。補助陽極６は、成膜材料Ｍａを保持するハース４１の周囲に配置されており、環状の容器、並びに該容器内に収容されたコイル６ａおよび永久磁石６ｂを有している。コイル６ａおよび永久磁石６ｂは、コイル６ａに流れる電流量に応じて、ハース４１に入射するプラズマＰの向きを制御する。
【００２１】
搬送機構３は、基板１１を載置するトレイ（支持部材）３２を移動させるための機構である。搬送機構３は、トレイ３２を搬送方向Ａに移動させる複数の搬送ローラ３１が設けられている。搬送ローラ３１は、Ｙ軸方向に延在する軸に回転自在に設けられている。搬送機構３よって搬送されるトレイ３２は、搬送ローラ３２上に配置され、上下方向に支持されつつ搬送される。
【００２２】
トレイ３２は、板状の部材であり、複数の基板１１を載置するものである。図２に示すトレイ３２では、例えば、搬送方向Ａに４枚、幅方向（Ｙ方向）に３枚、合計１２枚の基板１１が載置されている。トレイ３２には、各基板１１に薄膜が形成される部分を露出させる矩形の貫通孔３２ａが複数形成されている。すなわち、基板１１は、薄膜が形成されない部分である周縁部が、トレイ３２と接触した状態で載置される。
【００２３】
次に、基板１１を冷却するための機構である冷却機構２について図２〜図４を用いて詳述する。図２は、第１実施形態に係る冷却機構を示す平面図である。図３は、第１実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。図４は、トレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【００２４】
冷却機構２は、基板１１を冷却するための機構であり、成膜後の基板１１が搬送される搬送室１０ｃ内に設けられている。冷却機構２は、基板１１の下面（成膜された側の面、成膜面）１１ａに対向して配置される下面冷却板（冷却部）２１、この下面冷却板２１を昇降させる昇降機構（移動手段）２２および基板１１の上面（非成膜面）１１ｃに対向して配置される上面冷却板（他の冷却部）２５を備えている。
【００２５】
下面冷却板２１は、本発明の冷却部に相当するものであり、基板１１を支持するトレイ３２に接触することにより、当該トレイ３２を介して基板１１を冷却するものである。
【００２６】
下面冷却板２１は、搬送方向においてトレイ３２と略同一の長さに形成されている。また、下面冷却板２１は、幅方向において対向する搬送ローラ３１同士の距離よりも短く形成されている。下面冷却板２１の内部には、配管（図示せず）が図１に示すＸＹ平面に対して二次元状に配置されている。配管の内部に冷却液が流れることで、下面冷却板２１自体を冷却する。また、下面冷却板２１の下面は、ＸＹ平面と平行になるように形成されている。
【００２７】
昇降機構２２は、下面冷却板２１の下面に連結されたダンパ（緩衝手段）２２ａ、このダンパ２２ａを介して下面冷却板２１を支持するベース２２ｂ、およびベース２２ｂから下方に延在し上下動するシャフト（動力伝達部材）２２ｃを備えている。また、昇降機構２２は、図示しない駆動源として、例えばモータを備えている。
【００２８】
ダンパ２２ａは、下面冷却板２１とトレイ３２とが接触する際の反力を低減するものである。ベース２２ｂは、例えば板状に形成されており、下面冷却板２１が固定される部材である。昇降機構２２では、モータによる動力が、例えばラックアンドピニオンにより、シャフト２２ｃに伝達されて、下面冷却板２１が上下動する。昇降機構２２は、下面冷却板２１を上昇させてトレイ３２に接触させる。下面冷却板２１の上面は、トレイ３２の下面３２ｂに平行に配置されており、下面冷却板２１の上面とトレイ３２の下面３２ｂが当接する。また、昇降機構２２は、下面冷却板２１を下降させてトレイ３２から離間させる。
【００２９】
上面冷却板２５は、搬送室１０ｃ内における上側の内壁に支持されている。また、上面冷却板２５は、搬送機構３によって所定位置にまで搬送されてくるトレイ３２の上面３２ｃと対向する位置に配置されている。
【００３０】
上面冷却板２５は、搬送方向Ａ（図１に示すＸ軸方向）において、トレイ３２と略同一の長さに形成されている。また、上面冷却板２５は、幅方向（図１に示すＹ軸方向）において、トレイ３２上に載置された基板１１に対応する長さに形成されている。上面冷却板２５の下面は、トレイ３２の上面（基板１１の上面）３２ｃと平行となるように形成されている。また、上面冷却板２５の内部には、配管（図示せず）が二次元状に配置されている。上面冷却板２５は、配管の内部に冷却液が流されることにより冷却された状態となる。
【００３１】
なお、下面冷却板２１および上面冷却板２５は、例えば銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。また、下面冷却板２１および上面冷却板２５がアルミニウムからなる場合には、その表面にアルマイト処理がなされていればより好適である。また、下面冷却板２１および上面冷却板２５に用いられる冷却液としては、水よりも凝固点が低い液体（例えば、フロリナートやガルデンなど）が好ましい。また、冷却板２１，２５内の配管は、例えば、銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。
【００３２】
次に、図１を参照しながら、第１実施形態の成膜装置による成膜方法について説明する。まず、主陽極４に配置されたハース４１へ成膜材料Ｍａを装着するとともに、基板１１を載置したトレイ３２を搬送機構３にセットする。そして、真空容器１０内を真空に保持する。
【００３３】
続いて、接地電位にある真空容器１０を挟んで、負電圧をプラズマ源５に、正電圧を主陽極４に印加して放電を生じさせ、プラズマＰを生成する。プラズマＰは、補助陽極６に案内されて主陽極４へ照射される。本方法では、トレイ３２を搬送方向Ａに搬送しつつ、このようにプラズマＰを主陽極４へ照射する。プラズマＰに曝された主陽極４内の成膜材料Ｍａは、徐々に加熱される。成膜材料Ｍａは、十分に加熱されると昇華して、成膜材料粒子Ｍｂとなって成膜室１０ｄ内に飛散する。成膜室１０ｄ内に飛散した成膜材料粒子Ｍｂは、搬送室１０ｂ内を上昇する際、プラズマＰによって活性化されてイオン化し、基板１１に向けて飛散する。
【００３４】
他方、基板１１は、図１に示すように、搬送機構３によって搬送方向Ａに搬送される。そして、基板１１は、搬送機構３によって搬送されて成膜室１０ｄの上方に達し、搬送室１０ｂ内を飛散している成膜材料粒子Ｍｂに曝される。そして、主陽極４と対向する基板１１の表面に、搬送室１０ｂ内に飛散した成膜材料粒子Ｍｂのイオン化粒子が膜状に付着する。このとき、成膜材料粒子Ｍｂのイオン化粒子の付着により基板１１が加熱される。基板１１が一定速度で搬送されながら成膜材料粒子Ｍｂに所定時間曝されることにより、基板１１の表面に所定の厚さの膜が形成される。その後、基板１１は、搬送機構３によって搬送室１０ｃ内の所定位置にまで搬送される。
【００３５】
次に、図５、図６を参照しながら、第１実施形態の成膜装置における基板の冷却方法について説明する。図５および図６は、冷却機構によって基板が冷却される方法を説明するための図である。
【００３６】
図５（ａ）に示す状態では、下面冷却板２１および上面冷却板２５に内包される各配管に冷却液が導入されて、下面冷却板２１および上面冷却板２５が冷却された状態となっている。なお、下面冷却板２１および上面冷却板２５に内包される各配管への冷却液の導入は、基板１１が搬送室１０ｃ内の所定位置に搬送されてくるまでに予め行われていてもよく、基板１１が、搬送室１０ｃ内の所定位置にまで搬送された後に行われてもよい。
【００３７】
次に、昇降機構２２は、ベース２２ｂを上方に移動させる。これにより、ダンパ２２ａを介してベース２２ｂに取り付けられている下面冷却板２１も上方に移動させられる。昇降機構２２によりベース２２ｂと共に上方に移動させられた下面冷却板２１は、図５（ｂ）に示すように、トレイ３２の下面３２ｂに接触する。このとき、ダンパ２２ａは、下面冷却板２１がトレイ３２に接触した際に下面冷却板２１に生じる反力を低減する。
【００３８】
昇降機構２２は、下面冷却板２１をトレイ３２の下面３２ｂに接触させた後も、ベース２２ｂおよび下面冷却板２１を上方に移動させる。これにより、トレイ３２は、下面冷却板２１によって上方に押し上げられる。そして、図５（ｃ）に示すように、昇降機構２２は、トレイ３２に載置された基板１１が上面冷却板２５に接触するまで、ベース２２ｂおよび下面冷却板２１を上方に移動させる。これにより、トレイ３２の下面３２ｂは下面冷却板２１に接触され、トレイ３２に載置された基板１１の非成膜面１１ｃは上面冷却板２５に接触される。基板１１が上面冷却板２５に接触した際に、ダンパ２２ａは、下面冷却板２１に生ずる反力を低減する。
【００３９】
次に、図５（ｃ）に示すような、トレイ３２の下面３２ｂが下面冷却板２１に接触され、トレイ３２に載置された基板１１の非成膜面１１ｃが上面冷却板２５に接触された状態を所定時間続けた後、昇降機構２２は、ベース２２ｂおよび下面冷却板２１を下方に移動させる。そして、図６（ａ）に示すように、基板１１を載置したトレイ３２は、搬送ローラ３１に再び載置される。次に、基板１１を載置したトレイ３２は、図６（ｂ）に示すように、搬送機構３によって搬送方向下流側（図１に示すＸ軸方向の正方向）に搬送される。
【００４０】
以上に説明した第１実施形態の冷却機構２では、基板１１が支持されたトレイ３２に下面冷却板２１を接触させて、トレイ３２を介して基板１１と下面冷却板２１との間で伝熱が行われる。ここで、冷却状態の下面冷却板２１をトレイ３２に接触させると、基板１１は、トレイ３２を介して下面冷却板２１に熱を伝えることで冷却される。この結果、基板の近傍に冷却部を配置して輻射伝熱によって基板を冷却する従来の方法と比べて、基板１１に対する冷却効率を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、第１実施形態の冷却機構２では、トレイ３２における貫通孔３２ａを挟んで基板１１と互いに対向している下面冷却板２１の一部は、輻射伝熱によって基板１１を冷却している。これにより、冷却機構２は、トレイ３２を接触させて冷却すると共に、輻射伝熱による冷却をすることになるので、基板１１に対する冷却効率を一層向上させることが可能となる。
【００４２】
また、第１実施形態の冷却機構２は、基板１１の下面１１ａと対面する下面冷却板２１と、基板１１の上面１１ｃと対面する上面冷却板２５とを備えており、昇降機構２２は、下面冷却板２１を上昇させる。これにより、トレイ３２に接触した下面冷却板２１は、トレイ３２と直接的に接触することで熱交換し、基板１１を冷却する。また、上面冷却板２５は、トレイ３２に接触させられる前は輻射伝熱によって基板１１を冷却し、基板１１に接触させられた後は接触伝熱によって基板１１を冷却している。このように、基板１１は、下面冷却板２１および上面冷却板２５によって成膜部（薄膜）１１ｂ側および非成膜面１１ｃ側の両方から冷却されるので、より効率的に冷却されるようになる。
【００４３】
また、第１実施形態の冷却機構２では、互いに対向して配置された下面冷却板２１および上面冷却板２５のうち一方の下面冷却板２１は、トレイ３２を持ち上げて、トレイ３２に載置された基板１１を他方の上面冷却板２５に接触させている。これにより、下面冷却板２１および上面冷却板２５の両方に昇降機構２２をそれぞれ設けることなく簡易な構成で、下面冷却板２１および上面冷却板２５を基板１１または基板１１が載置されたトレイ３２に接触させることができる。
【００４４】
また、第１実施形態の冷却機構２では、上面冷却板２５は、基板１１に接触可能に形成されている。これにより、下面冷却板２１によってトレイ３２が持ち上げられた基板１１は、上面冷却板２５に直接接触され、効率的に冷却されるようになる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る冷却機構を含む成膜装置の好適な第２実施形態について、図７〜図９を用いて説明する。図７および図８は、第２実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。図９は、トレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【００４６】
成膜装置５１は、基板（成膜基板）１１の上面１１ｃに薄膜１１ｂを形成する、いわゆるデポダウン型の成膜装置である。この成膜装置５１が、上記第１実施形態の成膜装置１と異なるのは、成膜室１０ｄ、主陽極４、プラズマ源５、補助陽極６が、基板１１の搬送経路よりも上方に配置されている点と、冷却機構２の構成が一部異なる点である。ここでは、上記実施形態に記載の成膜装置１と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付してその説明は省略し、上記第１実施形態の冷却機構２と構成が異なる冷却機構６０について説明する。
【００４７】
冷却機構６０は、図７に示すように、基板１１の下面（非成膜面）１１ａに対向して配置される下面冷却板（冷却部）２１、この下面冷却板２１を昇降させる昇降機構（移動手段）２２および基板１１の上面（成膜された側の面、成膜面）１１ｃに対向して配置される上面冷却板（他の冷却部）６５を備えている。
【００４８】
下面冷却板２１は、本発明の冷却部に相当するものであり、その構成は、上記実施形態と同様である。また、昇降機構２２もその構成は、上記実施形態と同様である。ここでは、これらの詳細の説明は省略する。
【００４９】
上面冷却板６５は、搬送室１０ｃ内における上側の内壁に支持されている。また、上面冷却板６５は、搬送機構３によって所定位置にまで搬送されてくるトレイ（支持部材）３２の上面３２ｃと対向する位置に配置されている。なお、トレイ３２は、第１実施形態のように貫通孔３２ａを有していなくてもよい。
【００５０】
上面冷却板２５は、搬送方向Ａ（図１に示すＸ軸方向）において、トレイ３２と略同一の長さに形成されている。また、上面冷却板２５は、幅方向（図１に示すＹ軸方向）において、トレイ３２上に載置された基板１１に対応する長さに形成されている。上面冷却板２５の下面には、基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避するための凹部６５ａが形成されている。また、上面冷却板６５の内部には、配管（図示せず）が二次元状に配置されている。上面冷却板６５は、配管の内部に冷却液が流されることにより冷却された状態となる。
【００５１】
この第２実施形態の冷却機構６０では、基板１１が支持されたトレイ３２に下面冷却板２１を接触させて、トレイ３２を介して基板１１と下面冷却板２１との間で伝熱が行われる。ここで、冷却状態の下面冷却板２１をトレイ３２に接触させると、基板１１は、トレイ３２を介して下面冷却板２１に熱を伝えることで冷却される。この結果、第１実施形態の冷却機構２と同様に、基板の近傍に冷却部を配置して輻射伝熱によって基板を冷却する従来の方法と比べて、基板１１に対する冷却効率を向上させることが可能となる。
【００５２】
また、第２実施形態の冷却機構６０は、基板１１の下面１１ａと対面する下面冷却板２１と、基板１１の上面１１ｃと対面する上面冷却板６５とを備えており、昇降機構２２は、下面冷却板２１を上昇させる。これにより、トレイ３２に接触した下面冷却板２１は、トレイ３２と直接的に接触することで熱交換し、基板１１を冷却する。また、上面冷却板６５の下面には、基板１１の薄膜１１ｂに対応する位置に凹部６５ａが形成されているので、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避して、上面冷却板６５と基板１１とを接近させることが可能となる。その結果、上面冷却板６５による冷却効果を一層向上させることが可能となる。また、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避し、薄膜１１ｂの損傷のおそれを低減することが可能となる。さらに、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避しながらトレイ３２に上面冷却板６５を接触させることが可能となるので、上面冷却板６５による冷却効果を一層向上させることが可能となる。
【００５３】
以上、本発明を第１実施形態および第２実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。
【００５４】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、基板１１の薄膜１１ｂを挟んで互いに対向するように、下面冷却板２１と上面冷却板２５とを設ける例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、基板１１を載置するトレイ３２に接触することにより、トレイ３２を介して基板１１を冷却する１つの冷却板のみを備える構成であってもよい。
【００５５】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、昇降機構２２が下面冷却板２１を上方に移動させる例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、下面冷却板２１をトレイ３２に接触可能に移動させる昇降機構と上面冷却板２５をトレイ３２に接触可能に移動させる昇降機構とをそれぞれ別に設けるようにしてもよい。
【００５６】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、昇降機構２２によって下面冷却板２５を移動させることにより、下面冷却板２５をトレイ３２に接触させる例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、トレイ３２を移動させることにより、下面冷却板２１や上面冷却板２５をトレイ３２に接触させてもよい。また、下面冷却板２１とトレイ３２との間に熱伝導部材を挿入してもよい。この場合、基板１１は、トレイ３２と熱伝導部材とを介して下面冷却板２１に熱を伝えることにより冷却される。
【００５７】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、冷却機構２，６０を搬送室１０ｃ内にのみ配置する例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、搬送室１０ａ内に上記実施形態と同様の冷却機構２または冷却機構６０を備えていてもよい。これにより、基板１１における被成膜面に成膜が開始される前に、基板１１を予め冷却しておくことが可能となり、成膜時の温度上昇を低く抑えることができる。
【００５８】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、冷却部が、互いに対向する一対の冷却板（下面冷却板２１および上面冷却板２５）によって構成される例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、上面冷却板２５は、複数の冷却板から構成されていてもよい。例えば、第２実施形態に示すようなデポダウン型の成膜装置５１においては、図１０に示すように、上面冷却板６５は、複数の冷却板により構成されていてもよい。これによれば、下面冷却板２１によってトレイ３２が持ち上げられる際、トレイ３２に載置された基板１１との接触を避けて上面冷却板６５を配置することで、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避して、上面冷却板６５と基板１１とを接近させることが可能となる。さらに、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避しながらトレイ３２を上面冷却板６５に接触させることが可能となるので、上面冷却板６５による冷却効果を一層向上させることが可能となる。
【００５９】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、薄膜１１ｂが図１に示すＸＹ平面に対して平行に形成される例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、薄膜１１ｂが図１に示すＸＺ平面に平行に形成される場合であってもよい。この場合、基板１１を支持するトレイ３２は、基板１１をＹ方向に支持するような構成とする。また、冷却部は、図１に示すＹ軸方向に沿って移動可能な構成とする。
【００６０】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、イオンプレーティング法による成膜装置の例を挙げて説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、真空蒸着装置やスパッタ装置などの様々な成膜装置に適用することができる。
【００６１】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、支持部材の例として、複数の基板１１を載置するトレイ３２を挙げて説明したがこれに限定されるものではなく、１つの支持部材が１つの基板１１を保持するような構成のものであってもよい。
【００６２】
上記実施形態では、本願発明の冷却機構が、成膜装置１，５１の搬送室１０ｃに備えられている例について説明したがこれに限定されるものではなく、成膜装置１，５１とは別個に構成される冷却装置等に本願発明の冷却機構を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…成膜装置、２…冷却機構、３…搬送機構、４…主陽極、５…プラズマ源、６…補助陽極、１０…真空容器、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…搬送室、１０ｄ…成膜室、１１…基板、２１…下面冷却板、２２…昇降機構、２２ａ…ダンパ、２２ｂ…ベース、２２ｃ…シャフト、２５…上面冷却板、３１…搬送ローラ、３２…トレイ、５１…成膜装置、６０…冷却機構、６５…上面冷却板、６５ａ…凹部、Ａ…搬送方向。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内において成膜基板を冷却する冷却機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器中に配置した基板表面に膜を形成する成膜装置には、イオンプレーティング装置、スパッタリング装置、物理的または化学的蒸着装置等がある。このような成膜装置では、高温環境下で蒸着材料を粒子化するため、真空容器内の成膜基板も高温に曝される。そこで、成膜基板を適正温度とするための冷却機構に関する技術が多く開示されている。例えば、特許文献１に開示されている冷却機構では、冷却板を成膜基板と離間して配置し、輻射伝熱を利用して基板を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２９３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、輻射伝熱を利用して基板を冷却する従来技術では、冷却効率が不充分であり、更なる冷却効率の向上が求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、成膜基板に対する冷却効率を向上させることが可能な冷却機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の冷却機構は、真空容器内で成膜基板を冷却する冷却機構であって、成膜基板を支持する支持部材に接触することにより、支持部材を介して成膜基板を冷却する冷却部を備えることを特徴としている。
【０００７】
このような冷却機構では、成膜基板を支持する支持部材に冷却部を接触させることで、支持部材を介して成膜基板を冷却する。これにより、成膜基板の熱が支持部材を介して冷却部に伝熱されることで、成膜基板が冷却されるため、輻射伝熱を利用した従来の冷却機構と比較して、冷却効率を向上させることが可能となる。なお、成膜基板は、薄膜が形成された基板、および薄膜が形成される前の基板を含むものとする。
【０００８】
また、成膜基板を挟んで冷却部と反対側に配置され、成膜基板を冷却する他の冷却部と、冷却部および他の冷却部の少なくとも一方を、成膜基板に対して接近、離間させる移動手段と、を更に備えることが好ましい。このような冷却機構では、支持部材に接触することで成膜基板を冷却する冷却部に加えて、成膜基板を挟んで冷却部と反対側に配置された他の冷却部を備えているので、成膜基板を板厚方向の両側から冷却することができる。そのため、冷却効率をより一層向上させることが可能となる。
【０００９】
また、成膜基板を載置する前記支持部材であるトレイと、トレイの下面と接触可能な冷却部と、トレイに載置された成膜基板の上方に配置された他の冷却部と、冷却部をトレイに対して接近、離間させる移動手段と、を備え、当該移動手段は、冷却部をトレイに押し当てると共に、成膜基板を他の冷却部に押し当てることが好適である。これにより、冷却部を下方からトレイに押し当て、トレイに載置された成膜基板を、その上方に配置された他の冷却部に押し当てることができる。そのため、成膜基板の上面が他の冷却部と接触し、かつ成膜基板の下面が冷却部によって冷却されたトレイと接触した状態で、成膜基板を冷却することが可能となる。その結果、成膜基板がより効率的に冷却されるようになる。また、移動手段によって、冷却部をトレイに押し当てることで、トレイ上の成膜基板をその上方に配置された他の冷却部に押し当てる構成であるため、他の冷却部を移動させるための機構を設ける必要をなくし、簡素な構成として成膜基板を挟んだ状態で成膜基板を冷却することができる。
【００１０】
また、他の冷却部には、成膜基板の薄膜との接触を回避するための凹部が形成されていることが好適である。これにより、他の冷却部に形成された凹部を、成膜基板の薄膜に対応する位置に配置することで、他の冷却部と成膜基板の薄膜との接触を回避して、他の冷却部と成膜基板とを接近させることが可能となる。その結果、他の冷却部による冷却効果を一層向上させることができる。また、他の冷却部と成膜基板の薄膜との接触を回避し、薄膜損傷のおそれを低減することが可能となる。
【００１１】
また、冷却部が支持部材に接触する際に当該支持部材から受ける反力を低減する緩衝手段を更に有することが好ましい。これにより、冷却部が支持部材に接触する際に、過度の応力が作用することにより成膜基板が損傷するおそれを低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の冷却機構によれば、成膜基板に対する冷却効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る成膜装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示す冷却機構を示す平面図である。
【図３】図１に示す冷却機構を示す側面断面図である。
【図４】図１に示すトレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【図５】図１に示す冷却機構によって基板が冷却される方法を説明するための図である。
【図６】図１に示す冷却機構によって基板が冷却される方法を説明するための図である。
【図７】第２実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。
【図８】第２実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。
【図９】トレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【図１０】変形例に係る冷却機構を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
本発明に係る冷却機構を含む成膜装置の好適な第１実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。本実施形態では、本発明の冷却機構を備えた成膜装置について説明する。
【００１５】
図１は、第１実施形態に係る成膜装置の構成を示す側面断面図である。図１中には、ＸＹＺ直交座標系が示され、Ｚ軸方向が上下方向に対応する。成膜装置１は、プラズマを用いたイオンプレーティング法による成膜を行う装置である。この成膜装置１は、基板（成膜基板）１１の下面１１ａに薄膜１１ｂを形成する、いわゆるデポアップ型の成膜装置である。成膜装置１は、真空容器１０、冷却機構２、搬送機構３、主陽極４、プラズマ源５および補助陽極６を備えている。なお、基板１１としては、ガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が例示される。あるいは、当該板状部材の上に有機ＥＬ層などの機能素子層が形成された基板生産物を基板１１としてもよい。
【００１６】
真空容器１０は、成膜対象である基板１１を搬送するための搬送室１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、成膜材料Ｍａを飛散させる成膜室１０ｄ、プラズマ源５から照射されるプラズマＰを真空容器１０内へ受け入れるプラズマ口１０ｅ、酸素等の雰囲気ガスを真空容器１０内部へ導入するためのガス供給口１０ｆ，１０ｇおよび成膜室１０ｄ内の残余ガスを排気する排気口１０ｈを有している。搬送室１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、基板１１の搬送方向（図１に示す矢印Ａ）に延びており、成膜室１０ｄ上に配置されている。搬送室１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち搬送方向Ａにおける最上流側に配置されている搬送室１０ａは、成膜前の基板１１を搬送する区画である。搬送室１０ａの搬送方向Ａにおける下流側に隣接して配置される搬送室１０ｂは、基板１１を成膜材料粒子Ｍｂに曝して成膜する区画である。搬送室１０ｂの下流側に隣接して配置される搬送室１０ｃは、成膜された基板１１を冷却する区画である。真空容器１０は、導電性の材料から形成され、接地電位に接続されている。
【００１７】
プラズマ源５は、圧力勾配型であり、その本体部分が成膜室１０ｄの側壁（プラズマ口１０ｅ）に設けられている。プラズマ源５において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｅから成膜室１０ｄ内へ出射される。プラズマＰは、プラズマ口１０ｅに設けられた図示しないステアリングコイルによって出射方向が制御される。
【００１８】
主陽極４は、成膜材料Ｍａを保持している。主陽極４は、真空容器１０の成膜室１０ｄ内に設けられ、搬送機構３に対し、Ｚ軸方向の負方向に配置されている。主陽極４は、プラズマ源５から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａへ導くハース４１を有している。ハース４１は、接地電位である真空容器１０に対して正電位に保たれており、プラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射するハース４１の中央部には、成膜材料Ｍａを装填するための貫通孔が形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔から突出している。
【００１９】
成膜材料Ｍａとしては、ＺｎＯなどの透明導電材料や、ＳｉＯＮなどの絶縁封止材料が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、ハース４１にプラズマＰが照射されると、プラズマＰからの電流によってハース４１が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発して成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｄ内に飛散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、ハース４１にプラズマＰが照射されると、プラズマＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発し、成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｄ内に飛散する。成膜室１０ｄ内に飛散した成膜材料粒子Ｍｂは、プラズマＰによりイオン化され、成膜室１０ｄの上方向へ移動し、搬送室１０ｂ内において基板１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、常に先端部分がハース４１から突出するように、主陽極４の下方から押し出される。
【００２０】
補助陽極６は、プラズマＰを誘導するための電磁石である。補助陽極６は、成膜材料Ｍａを保持するハース４１の周囲に配置されており、環状の容器、並びに該容器内に収容されたコイル６ａおよび永久磁石６ｂを有している。コイル６ａおよび永久磁石６ｂは、コイル６ａに流れる電流量に応じて、ハース４１に入射するプラズマＰの向きを制御する。
【００２１】
搬送機構３は、基板１１を載置するトレイ（支持部材）３２を移動させるための機構である。搬送機構３は、トレイ３２を搬送方向Ａに移動させる複数の搬送ローラ３１が設けられている。搬送ローラ３１は、Ｙ軸方向に延在する軸に回転自在に設けられている。搬送機構３よって搬送されるトレイ３２は、搬送ローラ３２上に配置され、上下方向に支持されつつ搬送される。
【００２２】
トレイ３２は、板状の部材であり、複数の基板１１を載置するものである。図２に示すトレイ３２では、例えば、搬送方向Ａに４枚、幅方向（Ｙ方向）に３枚、合計１２枚の基板１１が載置されている。トレイ３２には、各基板１１に薄膜が形成される部分を露出させる矩形の貫通孔３２ａが複数形成されている。すなわち、基板１１は、薄膜が形成されない部分である周縁部が、トレイ３２と接触した状態で載置される。
【００２３】
次に、基板１１を冷却するための機構である冷却機構２について図２〜図４を用いて詳述する。図２は、第１実施形態に係る冷却機構を示す平面図である。図３は、第１実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。図４は、トレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【００２４】
冷却機構２は、基板１１を冷却するための機構であり、成膜後の基板１１が搬送される搬送室１０ｃ内に設けられている。冷却機構２は、基板１１の下面（成膜された側の面、成膜面）１１ａに対向して配置される下面冷却板（冷却部）２１、この下面冷却板２１を昇降させる昇降機構（移動手段）２２および基板１１の上面（非成膜面）１１ｃに対向して配置される上面冷却板（他の冷却部）２５を備えている。
【００２５】
下面冷却板２１は、本発明の冷却部に相当するものであり、基板１１を支持するトレイ３２に接触することにより、当該トレイ３２を介して基板１１を冷却するものである。
【００２６】
下面冷却板２１は、搬送方向においてトレイ３２と略同一の長さに形成されている。また、下面冷却板２１は、幅方向において対向する搬送ローラ３１同士の距離よりも短く形成されている。下面冷却板２１の内部には、配管（図示せず）が図１に示すＸＹ平面に対して二次元状に配置されている。配管の内部に冷却液が流れることで、下面冷却板２１自体を冷却する。また、下面冷却板２１の下面は、ＸＹ平面と平行になるように形成されている。
【００２７】
昇降機構２２は、下面冷却板２１の下面に連結されたダンパ（緩衝手段）２２ａ、このダンパ２２ａを介して下面冷却板２１を支持するベース２２ｂ、およびベース２２ｂから下方に延在し上下動するシャフト（動力伝達部材）２２ｃを備えている。また、昇降機構２２は、図示しない駆動源として、例えばモータを備えている。
【００２８】
ダンパ２２ａは、下面冷却板２１とトレイ３２とが接触する際の反力を低減するものである。ベース２２ｂは、例えば板状に形成されており、下面冷却板２１が固定される部材である。昇降機構２２では、モータによる動力が、例えばラックアンドピニオンにより、シャフト２２ｃに伝達されて、下面冷却板２１が上下動する。昇降機構２２は、下面冷却板２１を上昇させてトレイ３２に接触させる。下面冷却板２１の上面は、トレイ３２の下面３２ｂに平行に配置されており、下面冷却板２１の上面とトレイ３２の下面３２ｂが当接する。また、昇降機構２２は、下面冷却板２１を下降させてトレイ３２から離間させる。
【００２９】
上面冷却板２５は、搬送室１０ｃ内における上側の内壁に支持されている。また、上面冷却板２５は、搬送機構３によって所定位置にまで搬送されてくるトレイ３２の上面３２ｃと対向する位置に配置されている。
【００３０】
上面冷却板２５は、搬送方向Ａ（図１に示すＸ軸方向）において、トレイ３２と略同一の長さに形成されている。また、上面冷却板２５は、幅方向（図１に示すＹ軸方向）において、トレイ３２上に載置された基板１１に対応する長さに形成されている。上面冷却板２５の下面は、トレイ３２の上面（基板１１の上面）３２ｃと平行となるように形成されている。また、上面冷却板２５の内部には、配管（図示せず）が二次元状に配置されている。上面冷却板２５は、配管の内部に冷却液が流されることにより冷却された状態となる。
【００３１】
なお、下面冷却板２１および上面冷却板２５は、例えば銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。また、下面冷却板２１および上面冷却板２５がアルミニウムからなる場合には、その表面にアルマイト処理がなされていればより好適である。また、下面冷却板２１および上面冷却板２５に用いられる冷却液としては、水よりも凝固点が低い液体（例えば、フロリナートやガルデンなど）が好ましい。また、冷却板２１，２５内の配管は、例えば、銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。
【００３２】
次に、図１を参照しながら、第１実施形態の成膜装置による成膜方法について説明する。まず、主陽極４に配置されたハース４１へ成膜材料Ｍａを装着するとともに、基板１１を載置したトレイ３２を搬送機構３にセットする。そして、真空容器１０内を真空に保持する。
【００３３】
続いて、接地電位にある真空容器１０を挟んで、負電圧をプラズマ源５に、正電圧を主陽極４に印加して放電を生じさせ、プラズマＰを生成する。プラズマＰは、補助陽極６に案内されて主陽極４へ照射される。本方法では、トレイ３２を搬送方向Ａに搬送しつつ、このようにプラズマＰを主陽極４へ照射する。プラズマＰに曝された主陽極４内の成膜材料Ｍａは、徐々に加熱される。成膜材料Ｍａは、十分に加熱されると昇華して、成膜材料粒子Ｍｂとなって成膜室１０ｄ内に飛散する。成膜室１０ｄ内に飛散した成膜材料粒子Ｍｂは、搬送室１０ｂ内を上昇する際、プラズマＰによって活性化されてイオン化し、基板１１に向けて飛散する。
【００３４】
他方、基板１１は、図１に示すように、搬送機構３によって搬送方向Ａに搬送される。そして、基板１１は、搬送機構３によって搬送されて成膜室１０ｄの上方に達し、搬送室１０ｂ内を飛散している成膜材料粒子Ｍｂに曝される。そして、主陽極４と対向する基板１１の表面に、搬送室１０ｂ内に飛散した成膜材料粒子Ｍｂのイオン化粒子が膜状に付着する。このとき、成膜材料粒子Ｍｂのイオン化粒子の付着により基板１１が加熱される。基板１１が一定速度で搬送されながら成膜材料粒子Ｍｂに所定時間曝されることにより、基板１１の表面に所定の厚さの膜が形成される。その後、基板１１は、搬送機構３によって搬送室１０ｃ内の所定位置にまで搬送される。
【００３５】
次に、図５、図６を参照しながら、第１実施形態の成膜装置における基板の冷却方法について説明する。図５および図６は、冷却機構によって基板が冷却される方法を説明するための図である。
【００３６】
図５（ａ）に示す状態では、下面冷却板２１および上面冷却板２５に内包される各配管に冷却液が導入されて、下面冷却板２１および上面冷却板２５が冷却された状態となっている。なお、下面冷却板２１および上面冷却板２５に内包される各配管への冷却液の導入は、基板１１が搬送室１０ｃ内の所定位置に搬送されてくるまでに予め行われていてもよく、基板１１が、搬送室１０ｃ内の所定位置にまで搬送された後に行われてもよい。
【００３７】
次に、昇降機構２２は、ベース２２ｂを上方に移動させる。これにより、ダンパ２２ａを介してベース２２ｂに取り付けられている下面冷却板２１も上方に移動させられる。昇降機構２２によりベース２２ｂと共に上方に移動させられた下面冷却板２１は、図５（ｂ）に示すように、トレイ３２の下面３２ｂに接触する。このとき、ダンパ２２ａは、下面冷却板２１がトレイ３２に接触した際に下面冷却板２１に生じる反力を低減する。
【００３８】
昇降機構２２は、下面冷却板２１をトレイ３２の下面３２ｂに接触させた後も、ベース２２ｂおよび下面冷却板２１を上方に移動させる。これにより、トレイ３２は、下面冷却板２１によって上方に押し上げられる。そして、図５（ｃ）に示すように、昇降機構２２は、トレイ３２に載置された基板１１が上面冷却板２５に接触するまで、ベース２２ｂおよび下面冷却板２１を上方に移動させる。これにより、トレイ３２の下面３２ｂは下面冷却板２１に接触され、トレイ３２に載置された基板１１の非成膜面１１ｃは上面冷却板２５に接触される。基板１１が上面冷却板２５に接触した際に、ダンパ２２ａは、下面冷却板２１に生ずる反力を低減する。
【００３９】
次に、図５（ｃ）に示すような、トレイ３２の下面３２ｂが下面冷却板２１に接触され、トレイ３２に載置された基板１１の非成膜面１１ｃが上面冷却板２５に接触された状態を所定時間続けた後、昇降機構２２は、ベース２２ｂおよび下面冷却板２１を下方に移動させる。そして、図６（ａ）に示すように、基板１１を載置したトレイ３２は、搬送ローラ３１に再び載置される。次に、基板１１を載置したトレイ３２は、図６（ｂ）に示すように、搬送機構３によって搬送方向下流側（図１に示すＸ軸方向の正方向）に搬送される。
【００４０】
以上に説明した第１実施形態の冷却機構２では、基板１１が支持されたトレイ３２に下面冷却板２１を接触させて、トレイ３２を介して基板１１と下面冷却板２１との間で伝熱が行われる。ここで、冷却状態の下面冷却板２１をトレイ３２に接触させると、基板１１は、トレイ３２を介して下面冷却板２１に熱を伝えることで冷却される。この結果、基板の近傍に冷却部を配置して輻射伝熱によって基板を冷却する従来の方法と比べて、基板１１に対する冷却効率を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、第１実施形態の冷却機構２では、トレイ３２における貫通孔３２ａを挟んで基板１１と互いに対向している下面冷却板２１の一部は、輻射伝熱によって基板１１を冷却している。これにより、冷却機構２は、トレイ３２を接触させて冷却すると共に、輻射伝熱による冷却をすることになるので、基板１１に対する冷却効率を一層向上させることが可能となる。
【００４２】
また、第１実施形態の冷却機構２は、基板１１の下面１１ａと対面する下面冷却板２１と、基板１１の上面１１ｃと対面する上面冷却板２５とを備えており、昇降機構２２は、下面冷却板２１を上昇させる。これにより、トレイ３２に接触した下面冷却板２１は、トレイ３２と直接的に接触することで熱交換し、基板１１を冷却する。また、上面冷却板２５は、トレイ３２に接触させられる前は輻射伝熱によって基板１１を冷却し、基板１１に接触させられた後は接触伝熱によって基板１１を冷却している。このように、基板１１は、下面冷却板２１および上面冷却板２５によって成膜部（薄膜）１１ｂ側および非成膜面１１ｃ側の両方から冷却されるので、より効率的に冷却されるようになる。
【００４３】
また、第１実施形態の冷却機構２では、互いに対向して配置された下面冷却板２１および上面冷却板２５のうち一方の下面冷却板２１は、トレイ３２を持ち上げて、トレイ３２に載置された基板１１を他方の上面冷却板２５に接触させている。これにより、下面冷却板２１および上面冷却板２５の両方に昇降機構２２をそれぞれ設けることなく簡易な構成で、下面冷却板２１および上面冷却板２５を基板１１または基板１１が載置されたトレイ３２に接触させることができる。
【００４４】
また、第１実施形態の冷却機構２では、上面冷却板２５は、基板１１に接触可能に形成されている。これにより、下面冷却板２１によってトレイ３２が持ち上げられた基板１１は、上面冷却板２５に直接接触され、効率的に冷却されるようになる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る冷却機構を含む成膜装置の好適な第２実施形態について、図７〜図９を用いて説明する。図７および図８は、第２実施形態に係る冷却機構を示す側面断面図である。図９は、トレイに載置された基板を示す拡大端面図である。
【００４６】
成膜装置５１は、基板（成膜基板）１１の上面１１ｃに薄膜１１ｂを形成する、いわゆるデポダウン型の成膜装置である。この成膜装置５１が、上記第１実施形態の成膜装置１と異なるのは、成膜室１０ｄ、主陽極４、プラズマ源５、補助陽極６が、基板１１の搬送経路よりも上方に配置されている点と、冷却機構２の構成が一部異なる点である。ここでは、上記実施形態に記載の成膜装置１と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付してその説明は省略し、上記第１実施形態の冷却機構２と構成が異なる冷却機構６０について説明する。
【００４７】
冷却機構６０は、図７に示すように、基板１１の下面（非成膜面）１１ａに対向して配置される下面冷却板（冷却部）２１、この下面冷却板２１を昇降させる昇降機構（移動手段）２２および基板１１の上面（成膜された側の面、成膜面）１１ｃに対向して配置される上面冷却板（他の冷却部）６５を備えている。
【００４８】
下面冷却板２１は、本発明の冷却部に相当するものであり、その構成は、上記実施形態と同様である。また、昇降機構２２もその構成は、上記実施形態と同様である。ここでは、これらの詳細の説明は省略する。
【００４９】
上面冷却板６５は、搬送室１０ｃ内における上側の内壁に支持されている。また、上面冷却板６５は、搬送機構３によって所定位置にまで搬送されてくるトレイ（支持部材）３２の上面３２ｃと対向する位置に配置されている。なお、トレイ３２は、第１実施形態のように貫通孔３２ａを有していなくてもよい。
【００５０】
上面冷却板２５は、搬送方向Ａ（図１に示すＸ軸方向）において、トレイ３２と略同一の長さに形成されている。また、上面冷却板２５は、幅方向（図１に示すＹ軸方向）において、トレイ３２上に載置された基板１１に対応する長さに形成されている。上面冷却板２５の下面には、基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避するための凹部６５ａが形成されている。また、上面冷却板６５の内部には、配管（図示せず）が二次元状に配置されている。上面冷却板６５は、配管の内部に冷却液が流されることにより冷却された状態となる。
【００５１】
この第２実施形態の冷却機構６０では、基板１１が支持されたトレイ３２に下面冷却板２１を接触させて、トレイ３２を介して基板１１と下面冷却板２１との間で伝熱が行われる。ここで、冷却状態の下面冷却板２１をトレイ３２に接触させると、基板１１は、トレイ３２を介して下面冷却板２１に熱を伝えることで冷却される。この結果、第１実施形態の冷却機構２と同様に、基板の近傍に冷却部を配置して輻射伝熱によって基板を冷却する従来の方法と比べて、基板１１に対する冷却効率を向上させることが可能となる。
【００５２】
また、第２実施形態の冷却機構６０は、基板１１の下面１１ａと対面する下面冷却板２１と、基板１１の上面１１ｃと対面する上面冷却板６５とを備えており、昇降機構２２は、下面冷却板２１を上昇させる。これにより、トレイ３２に接触した下面冷却板２１は、トレイ３２と直接的に接触することで熱交換し、基板１１を冷却する。また、上面冷却板６５の下面には、基板１１の薄膜１１ｂに対応する位置に凹部６５ａが形成されているので、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避して、上面冷却板６５と基板１１とを接近させることが可能となる。その結果、上面冷却板６５による冷却効果を一層向上させることが可能となる。また、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避し、薄膜１１ｂの損傷のおそれを低減することが可能となる。さらに、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避しながらトレイ３２に上面冷却板６５を接触させることが可能となるので、上面冷却板６５による冷却効果を一層向上させることが可能となる。
【００５３】
以上、本発明を第１実施形態および第２実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。
【００５４】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、基板１１の薄膜１１ｂを挟んで互いに対向するように、下面冷却板２１と上面冷却板２５とを設ける例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、基板１１を載置するトレイ３２に接触することにより、トレイ３２を介して基板１１を冷却する１つの冷却板のみを備える構成であってもよい。
【００５５】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、昇降機構２２が下面冷却板２１を上方に移動させる例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、下面冷却板２１をトレイ３２に接触可能に移動させる昇降機構と上面冷却板２５をトレイ３２に接触可能に移動させる昇降機構とをそれぞれ別に設けるようにしてもよい。
【００５６】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、昇降機構２２によって下面冷却板２５を移動させることにより、下面冷却板２５をトレイ３２に接触させる例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、トレイ３２を移動させることにより、下面冷却板２１や上面冷却板２５をトレイ３２に接触させてもよい。また、下面冷却板２１とトレイ３２との間に熱伝導部材を挿入してもよい。この場合、基板１１は、トレイ３２と熱伝導部材とを介して下面冷却板２１に熱を伝えることにより冷却される。
【００５７】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、冷却機構２，６０を搬送室１０ｃ内にのみ配置する例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、搬送室１０ａ内に上記実施形態と同様の冷却機構２または冷却機構６０を備えていてもよい。これにより、基板１１における被成膜面に成膜が開始される前に、基板１１を予め冷却しておくことが可能となり、成膜時の温度上昇を低く抑えることができる。
【００５８】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、冷却部が、互いに対向する一対の冷却板（下面冷却板２１および上面冷却板２５）によって構成される例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、上面冷却板２５は、複数の冷却板から構成されていてもよい。例えば、第２実施形態に示すようなデポダウン型の成膜装置５１においては、図１０に示すように、上面冷却板６５は、複数の冷却板により構成されていてもよい。これによれば、下面冷却板２１によってトレイ３２が持ち上げられる際、トレイ３２に載置された基板１１との接触を避けて上面冷却板６５を配置することで、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避して、上面冷却板６５と基板１１とを接近させることが可能となる。さらに、上面冷却板６５と基板１１の薄膜１１ｂとの接触を回避しながらトレイ３２を上面冷却板６５に接触させることが可能となるので、上面冷却板６５による冷却効果を一層向上させることが可能となる。
【００５９】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、薄膜１１ｂが図１に示すＸＹ平面に対して平行に形成される例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、薄膜１１ｂが図１に示すＸＺ平面に平行に形成される場合であってもよい。この場合、基板１１を支持するトレイ３２は、基板１１をＹ方向に支持するような構成とする。また、冷却部は、図１に示すＹ軸方向に沿って移動可能な構成とする。
【００６０】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、イオンプレーティング法による成膜装置の例を挙げて説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、真空蒸着装置やスパッタ装置などの様々な成膜装置に適用することができる。
【００６１】
上記実施形態の成膜装置１，５１では、支持部材の例として、複数の基板１１を載置するトレイ３２を挙げて説明したがこれに限定されるものではなく、１つの支持部材が１つの基板１１を保持するような構成のものであってもよい。
【００６２】
上記実施形態では、本願発明の冷却機構が、成膜装置１，５１の搬送室１０ｃに備えられている例について説明したがこれに限定されるものではなく、成膜装置１，５１とは別個に構成される冷却装置等に本願発明の冷却機構を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…成膜装置、２…冷却機構、３…搬送機構、４…主陽極、５…プラズマ源、６…補助陽極、１０…真空容器、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…搬送室、１０ｄ…成膜室、１１…基板、２１…下面冷却板、２２…昇降機構、２２ａ…ダンパ、２２ｂ…ベース、２２ｃ…シャフト、２５…上面冷却板、３１…搬送ローラ、３２…トレイ、５１…成膜装置、６０…冷却機構、６５…上面冷却板、６５ａ…凹部、Ａ…搬送方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内で成膜基板を冷却する冷却機構であって、
前記成膜基板を支持する支持部材に接触することにより、前記支持部材を介して前記成膜基板を冷却する冷却部を備えることを特徴とする冷却機構。
【請求項２】
前記成膜基板を挟んで前記冷却部と反対側に配置され、前記成膜基板を冷却する他の冷却部と、
前記冷却部および前記他の冷却部の少なくとも一方を、前記成膜基板に対して接近、離間させる移動手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却機構。
【請求項３】
前記成膜基板を載置する前記支持部材であるトレイと、
前記トレイの下面と接触可能な前記冷却部と、
前記トレイに載置された前記成膜基板の上方に配置された前記他の冷却部と、
前記冷却部を前記トレイに対して接近、離間させる前記移動手段と、を備え、
前記移動手段は、前記冷却部を前記トレイに押し当てると共に、前記成膜基板を前記他の冷却部に押し当てることを特徴とする請求項２に記載の冷却機構。
【請求項４】
前記他の冷却部には、前記成膜基板の薄膜との接触を回避するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却機構。
【請求項５】
前記冷却部が、前記支持部材に接触する際に当該支持部材から受ける反力を低減する緩衝手段を更に有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の冷却機構。
【請求項１】
真空容器内で成膜基板を冷却する冷却機構であって、
前記成膜基板を支持する支持部材に接触することにより、前記支持部材を介して前記成膜基板を冷却する冷却部を備えることを特徴とする冷却機構。
【請求項２】
前記成膜基板を挟んで前記冷却部と反対側に配置され、前記成膜基板を冷却する他の冷却部と、
前記冷却部および前記他の冷却部の少なくとも一方を、前記成膜基板に対して接近、離間させる移動手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却機構。
【請求項３】
前記成膜基板を載置する前記支持部材であるトレイと、
前記トレイの下面と接触可能な前記冷却部と、
前記トレイに載置された前記成膜基板の上方に配置された前記他の冷却部と、
前記冷却部を前記トレイに対して接近、離間させる前記移動手段と、を備え、
前記移動手段は、前記冷却部を前記トレイに押し当てると共に、前記成膜基板を前記他の冷却部に押し当てることを特徴とする請求項２に記載の冷却機構。
【請求項４】
前記他の冷却部には、前記成膜基板の薄膜との接触を回避するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却機構。
【請求項５】
前記冷却部が、前記支持部材に接触する際に当該支持部材から受ける反力を低減する緩衝手段を更に有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の冷却機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１８４７５１（Ｐ２０１１−１８４７５１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２１０８（Ｐ２０１０−５２１０８）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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