7630970 冷却装置、及び、基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-07

(45)【発行日】2025-02-18

(54)【発明の名称】冷却装置、及び、基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20250210BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20250210BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 643A

H01L21/68 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020193382

(22)【出願日】2020-11-20

(65)【公開番号】P2022082051

(43)【公開日】2022-06-01

【審査請求日】2023-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(73)【特許権者】

【識別番号】000002428

【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】古谷 優樹

(72)【発明者】

【氏名】北原 義之

(72)【発明者】

【氏名】服部 圭

(72)【発明者】

【氏名】松嶋 大輔

(72)【発明者】

【氏名】出村 健介

【審査官】豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－３３０２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６０６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６４０１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ２１／６７ －２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却対象物の冷却対象領域に向けて下側から上側に冷却ガスを流す第１の流路、及び、
前記第１の流路に連続し、前記第１の流路を中心として円環状に広がり、前記冷却ガスを前記冷却対象領域の前記第１の流路に対して径方向外方に流す環状面を有する第２の流路、
を形成し、前記冷却対象物が上側に配置されるブロック体と、
前記ブロック体の外側を囲むように設けられ、前記第２の流路の外側に連続し、前記冷却対象物の前記冷却対象領域が上側に配置された状態で、前記第２の流路よりも狭く、前記冷却ガスを前記ブロック体の前記環状面の外側に流す第３の流路を形成し、前記冷却対象物を下側から支持する支持部と
を有し、
前記支持部は、前記冷却対象領域の内接円又は内接楕円の外側の領域を支持する、
冷却装置。

【請求項2】

前記ブロック体と前記支持部との間に設けられ、前記冷却ガスを前記環状面の外側に案内し、前記ブロック体の前記第２の流路を前記ブロック体の外側に延ばすガイド部を有する、請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記第２の流路における前記冷却対象物の前記冷却対象領域と前記ブロック体との間の距離は、前記第３の流路における前記冷却対象物の前記冷却対象領域と前記支持部との間の距離よりも大きい、請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記支持部は、前記ブロック体の前記第２の流路と前記支持部の前記第３の流路との境界に設けられ、前記第２の流路に対して前記第３の流路を狭くする側面を有する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項5】

前記ブロック体は、前記第２の流路に沿って前記第１の流路から遠ざかるにつれて、前記冷却対象物との間の距離を近づける傾斜面を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項6】

前記支持部は、前記冷却対象物を前記支持部に対して位置決めするとともに、前記支持部と前記冷却対象物の前記冷却対象領域との間の距離を規定する規制部を有する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の冷却装置を有する、基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、冷却装置、及び、その冷却装置を有する基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば矩形状等の円盤状以外の基板の冷却をするにあたって、基板の下面の中心から基板の下面の外周部に向かって円環状に流出させる冷却ガスを用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１６２８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、冷却対象物の冷却対象領域のうち、冷却ガスの吐出部から近い領域、及び、遠い領域を冷却し易い、冷却装置、及び、その冷却装置を有する基板処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、冷却装置は、冷却対象物が上側に配置されるブロック体と、冷却対象物を下側から支持する支持部とを有する。ブロック体は、冷却対象物の冷却対象領域に向けて下側から上側に冷却ガスを流す第１の流路、及び、第１の流路に連続し、第１の流路を中心として円環状に広がり、冷却ガスを冷却対象領域の第１の流路に対して径方向外方に流す環状面を有する第２の流路、を形成する。支持部は、ブロック体の外側を囲むように設けられている。支持部は、第２の流路の外側に連続し、冷却対象物の冷却対象領域が上側に配置された状態で、第２の流路よりも狭く、冷却ガスをブロック体の環状面の外側に流す第３の流路を形成する。支持部は、冷却対象領域の内接円又は内接楕円の外側の領域を支持する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す概略的な上面図。

【図2】図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図。

【図3】図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図。

【図4】図１から図３に示す基板処理装置の冷却装置と基板の下面との間に冷却ガスを流したときの冷却ガスの速度のシミュレーション結果を示す概略図。

【図5】第１実施形態の基板処理装置の冷却装置で冷却された１／４カット基板の温度分布を示す概略図。

【図6】第１実施形態から第３実施形態、及び比較例の冷却装置を用いて基板を冷却したときの、基板の中心部と角部との間の温度を示すグラフ。

【図7】第１実施形態の第１変形例に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す概略的な上面図。

【図8】第１実施形態の第２変形例に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す概略的な上面図。

【図9】第１実施形態の第３変形例に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す概略的な上面図。

【図10】比較例の基板処理装置に基板が載置された状態を示す概略的な上面図。

【図11】図１０中のＸＩ－ＸＩ線に沿う断面図。

【図12】比較例の冷却装置で冷却された１／４カット基板の温度分布を示す概略図。

【図13】第２実施形態に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す概略的な上面図。

【図14】図１３中のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図。

【図15】図１３及び図１４に示す基板処理装置の冷却装置と基板の下面との間に冷却ガスを流したときの冷却ガスの速度のシミュレーション結果を示す概略図。

【図16】第２実施形態の基板処理装置の冷却装置で冷却された１／４カット基板の温度分布を示す概略図。

【図17】第２実施形態の第１変形例に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す、図１３中のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図。

【図18】第２実施形態の第２変形例に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す、図１３中のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図。

【図19】第３実施形態に係る基板処理装置に基板が載置された状態を示す概略的な上面図。

【図20】図１９中のＸＸ－ＸＸ線に沿う断面図。

【図21】図１９中のＸＸＩ－ＸＸＩ線に沿う断面図。

【図22】第３実施形態の基板処理装置の冷却装置で冷却された１／４カット基板の温度分布を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

（第１実施形態）
図１から図６を用いて第１実施形態に係る基板処理装置１０について説明する。

【0008】

図１には、基板処理装置１０の上面図を示す。図２には、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図を示す。図３には、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図を示す。

【0009】

図１から図３に示すように、基板処理装置１０は、基部１２と、基部１２に設けられた冷却装置１４とを有する。本実施形態の冷却対象物（被冷却物）である基板８は、例えば略矩形状であるなど、非円形状の板状である。本実施形態では、説明の簡略化のため、基板８の外形が略正方形状であるものとして説明する。本実施形態では、基板８の下面が冷却対象領域である。基板８の下面は、適宜に設定可能な仮想的な円と、この円の外側の領域とを有する。本実施形態では、仮想的な円は、基板８の下面の内接円と一致する。基板８の仮想的な円の内側の領域を中心部（円の内側領域）８ａとし、基板８の仮想的な円の外側の領域を角部（円の外側領域）８ｂとする。なお、仮想的な円は、基板８の内接円よりも内側の基板８の適宜の位置に設定してもよい。

【0010】

基部１２は、例えば筒状に形成され、冷却装置１４の外周を保持する。すなわち、冷却装置１４は、基部１２の内側に設けられている。

【0011】

冷却装置１４は、基板８を下側から支持する支持部２２と、略円柱状のブロック体２４と、複数のガイド部２６とを有する。支持部２２、ブロック体２４及びガイド部２６は、基板８を冷却するための冷却ガスの流路４０を形成する。本実施形態では、冷却ガスの流路４０は、第１の流路４２、第２の流路４４、第３の流路４６及び第４の流路４８を含む。

【0012】

支持部２２、ブロック体２４及びガイド部２６は、例えばＡＢＳ樹脂、ＰＥ、ＰＩ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦなどの樹脂材や銅、ステンレスなどの金属材で形成される。支持部２２、ブロック体２４、及び、ガイド部２６は、一体成型により形成されていることが好適である。この場合、冷却ガスの流路４０が一体成型により形成される。また、支持部２２、ブロック体２４、及び、ガイド部２６が一体成型により形成された後、冷却ガスの流路４０は、除去加工により形成されることも好適である。また、支持部２２、ブロック体２４、及び、ガイド部２６により形成される冷却ガスの流路４０は、樹脂材からなる円柱の板に除去加工を実施することで形成されることも好適である。なお、支持部２２、ブロック体２４、及び、ガイド部２６は、必ずしも一体成型でなくてもよい。例えば、支持部２２、ブロック体２４は、樹脂材から形成され、ガイド部２６は、金属材から形成されるようにしてもよい。

【0013】

例えば冷却装置１４のブロック体２４の下側には、冷却ガス源２８が設けられている。冷却対象によるが、冷却ガスとして、本実施形態では、例えば－１２０℃程度の低温に調整された窒素（Ｎ_２）ガスを用いる。本実施形態では、冷却ガスは、例えば１５０Ｌ／分の流量で噴射される。

【0014】

支持部２２は、略筒状に形成されている。本実施形態では、支持部２２の外形は、円筒状であるが、基部１２の形状との関係で適宜の形状に形成される。

【0015】

ブロック体２４は、筒状の支持部２２の内側に形成される。略円柱状のブロック体２４は、冷却対象の基板８が支持部２２に支持されたときに基板８に対向する上面２４ａと、外周面２４ｂとを有する。上面２４ａは、略ドーナツ状の円環状面である。ブロック体２４の上面２４ａの直径は、冷却対象物である基板８の仮想的な円の直径と同じか、それよりも小さい。なお、ブロック体２４の上面２４ａの直径の下限は適宜に設定可能である。基板８の外縁の近くまで冷却ガスを行きわたらせることが好ましいため、ブロック体２４の上面２４ａの直径の下限は、できるだけ大きいことが好ましい。

【0016】

略円柱状のブロック体２４は、ブロック体２４の中心軸Ｃに沿って貫通する貫通孔を有する。貫通孔は、冷却ガスの流路４０の一部である冷却ガスの第１の流路４２として形成されている。第１の流路４２は、例えばブロック体２４の下側に設けられる冷却ガス源２８から基板８を冷却する冷却ガスを、ブロック体２４の中心軸Ｃに沿って下側から上側に向かって流す。このため、第１の流路４２は、ブロック体２４の上側に配置される基板８の下面（冷却対象領域）の中心部８ａに向けて、冷却ガスを下側から上側に流す。

【0017】

冷却ガス源２８は、冷却装置１４のブロック体２４の下側でなく、例えば基板処理装置１０の基部１２の外側に設けられていてもよい。この場合、冷却ガス源２８と基部１２とを配管等により接続すればよい。例えば、基部１２の下面に孔を設け、支持部２２、ブロック体２４及びガイド部２６と同じ材質から成る配管を介して冷却ガス源２８と基部１２の下面に設けた孔とを接続するようにすればよい。

【0018】

ブロック体２４の上面２４ａは、冷却ガスの流路４０の一部である冷却ガスの第２の流路４４の環状面として形成されている。本実施形態では、ブロック体２４の上面２４ａは、第１の流路４２の開口縁である終端（冷却ガス吐出口）４２ａからブロック体２４の上面２４ａと外周面２４ｂとの境界までの平面として形成されている。このため、第２の流路４４は、第１の流路４２に連続し、第１の流路４２の終端４２ａに対して第１の流路４２の径方向外方に円環状に広がるように形成されている。このため、支持部２２に基板８が支持された場合、第１の流路４２を流れた冷却ガスは、第２の流路４４の径方向外方へと流れる。また、第２の流路４４の高さは、ブロック体２４の上面２４ａと基板８の下面との間の距離Ｄ１と同じである。

【0019】

ブロック体２４と支持部２２との間には、ブロック体２４の上面２４ａを通した冷却ガスを基板８の角部８ｂに向けて案内する複数のガイド部２６が設けられている。本実施形態の冷却装置１４は、例えば正方形状の基板８を冷却対象とする。ガイド部２６は、冷却装置１４で基板８が冷却される際に、基板８の角部８ｂの下側に設けられる。このため、ガイド部２６は、ブロック体２４の外側に、ブロック体２４の中心軸Ｃに対して周方向に約９０°ごとに設けられている。本実施形態では、冷却装置１４のガイド部２６の数は、基板８の角部８ｂの数と同じ、４つである。

【0020】

そして、ガイド部２６は、ブロック体２４と間隔を空けて対向し、ブロック体２４の外周面２４ｂから、基板８の角部８ｂの下側まで延びている。本実施形態では、ガイド部２６は、ブロック体２４の外周面２４ｂから離れるにつれて先細に形成される。

【0021】

ガイド部２６は、ブロック体２４の上面２４ａから径方向外方に延びる延出面２６ａを有する。ブロック体２４の上面２４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａは、例えば面一に形成されている。

【0022】

なお、ブロック体２４の外周面２４ｂとガイド部２６との間には、本実施形態では、第４の流路４８が形成されているが、第４の流路４８は第２の流路４４の高さ（距離Ｄ１）に対して第４の流路４８の径方向の開口幅が狭い。このため、ガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体２４の上面２４ａに連続していると同一視できる。また、ブロック体２４の上面２４ａと外周面２４ｂとの境界と、ガイド部２６の延出面２６ａのうち、ブロック体２４に最も近接する位置において、基板８の下面との間の距離が共通する。つまり、ブロック体２４の上面２４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａと、基板８の下面との間の距離は、距離Ｄ１となる。このため、ガイド部２６は、ブロック体２４の第２の流路４４をブロック体２４の外側に延ばす。すなわち、ガイド部２６の延出面２６ａは、第１の流路４２から径方向に円環状に広がる冷却ガスの第２の流路４４の一部として用いることができる。

【0023】

ブロック体２４の外周面２４ｂの外側及びガイド部２６の外側には、支持部２２が形成されている。

【0024】

支持部２２は、上面２２ａを有する。支持部２２の上面２２ａは、ブロック体２４の上面２４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａに対して上側に位置する。説明の簡略化のため、支持部２２の上面２２ａは、ブロック体２４の上面２４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａと平行であるとする。

【0025】

支持部２２は、支持部２２の上面２２ａとブロック体２４の上面２４ａとの間、及び、支持部２２の上面２２ａとガイド部２６の延出面２６ａとの間に設けられる側面２２ｂを有する。側面２２ｂは、ブロック体２４と対向する部分が円弧であり、ガイド部２６と接触する部分がガイド部２６の外形と同じ形状となるよう、連続する状態に形成されている。支持部２２の側面２２ｂは、中心軸Ｃに平行な面であることが好適である。支持部２２の上面２２ａとガイド部２６の延出面２６ａとの間は、支持部２２の側面２２ｂにより、支持部２２とガイド部２６との段差として形成される。

【0026】

なお、本実施形態では、支持部２２の上面２２ａと側面２２ｂとの境界は、基板８が支持部２２に載置された状態で基板処理装置１０を上側から見たとき、基板８の外縁よりも内側に配置される。

【0027】

支持部２２は、支持部２２に対して基板８が支持部２２から上方に離れる方向に移動することを規制する規制部３２を有する。規制部３２は、支持部２２の４箇所に形成されている。規制部３２は、上端がそれぞれテーパ状に形成され、基板８の移動を規制する規制ピン３２ａ，３２ｂを有する。規制ピン３２ａ，３２ｂは、支持部２２の上面２２ａに対して突出するように設けられている。基板８の下面の角部８ｂは、それぞれ対として形成された４箇所の規制部３２により、支持部２２から離れる上方への移動、及び、中心軸Ｃの軸周りの方向への移動が規制される。規制ピン３２ａ，３２ｂは、基板８の下面の角部８ｂを支持したときに、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間に隙間を形成する。このため、規制部３２は、基板８を支持部２２、ブロック体２４及びガイド部２６に対して位置決めするとともに、支持部２２と基板８の下面の角部８ｂとの間の距離を規定する。支持部２２の上面２２ａと基板８の下面との間の隙間を冷却ガスの流路４０の一部である第３の流路４６とする。第３の流路４６の高さは、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面との間の距離Ｄ０と同じである。規制ピン３２ａ，３２ｂ間は離間する。規制ピン３２ａ，３２ｂ間の隙間は第３の流路４６の一部として用いられる。

【0028】

なお、支持部２２の側面２２ｂは、第２の流路４４と第３の流路４６との境界に設けられ、第２の流路４４に対して第３の流路４６を狭くする。

【0029】

本実施形態では、ブロック体２４の外周面２４ｂに冷却ガスを通す、例えば冷却ガスの流路４０の一部である環状の第４の流路４８が設けられている。第４の流路４８は、ブロック体２４の外周面２４ｂとガイド部２６との間、及び、ブロック体２４の外周面２４ｂと支持部２２の側面２２ｂとの間に設けられている。第４の流路４８は、第２の流路４４に対して狭く形成されている。第４の流路４８は、第２の流路４４に連通する。

【0030】

基板処理装置１０の冷却装置１４の動作について説明する。

【0031】

冷却対象物である基板８の各角部８ｂが各規制部３２の規制ピン３２ａ，３２ｂにより支持される。基板８が規制部３２に支持されたとき、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面との間の距離Ｄ０が規定される。規制部３２に基板８が支持されたとき、ブロック体２４の上面２４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａと、基板８の下面との間の距離Ｄ１が規定される。このため、第１の流路４２、第２の流路４４、第３の流路４６、及び、第４の流路４８を含む冷却ガスの流路４０は、基板８が規制部３２に支持された状態で、基板８の下側に形成される。

【0032】

基板処理装置１０の冷却装置１４は、冷却ガス源２８から例えば－１２０℃近辺の所定範囲内の温度に調整された冷却ガスを、例えば１５０Ｌ／分の所定の流量で第１の流路４２に噴射する。第１の流路４２は、ブロック体２４の上側に配置される基板８の下面の中心部８ａに向かって冷却ガスを導く。すなわち、冷却ガスは、第１の流路４２に沿って下側から上側に向かって流され、ブロック体２４の上面２４ａの開口縁である第１の流路４２の終端４２ａを通して、基板８の下面の中心部８ａに接触する。

【0033】

基板８の下面の中心部８ａに接触した冷却ガスは、ブロック体２４の上面２４ａと基板８の下面との間の第２の流路４４に沿って、中心部８ａから第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。このとき、第２の流路４４の距離Ｄ１は、第３の流路４６の距離Ｄ０よりも大きいため、冷却ガスが第２の流路４４に沿って流れる際に圧力損失が生じることを防止し、冷却ガスが第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。このため、基板８の下面のうち、ブロック体２４の上面２４ａに対向する領域は、第２の流路４４に沿って冷却ガスが流されると冷却される。すなわち、冷却ガスが基板８の下面の中心部８ａから基板８の下面に沿って第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がるとき、基板８の下面は、冷却ガスにより冷却される。

【0034】

支持部２２の側面２２ｂに向かって流れた冷却ガスがブロック体２４の上面２４ａを通して支持部２２の側面２２ｂに当たる。このとき、支持部２２の側面２２ｂに向かって流れた冷却ガスには、基板８の下面の縁部に向かう流れが生じる。

【0035】

ブロック体２４の上面２４ａを通して支持部２２の側面２２ｂに当たり、基板８の下面の縁部に向かって流れた冷却ガスは、基板８の下面の縁部に衝突する衝突流となり、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の縁部との間を抜ける。すなわち、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の縁部との間を抜けた冷却ガスは、基板８の外側に排出される。このとき、基板８の外縁近傍に冷却ガスが接触するため、基板８の外縁近傍が冷却される。

【0036】

このとき、支持部２２の側面２２ｂに向かって流れた冷却ガスは、全て基板８の外側に排出される訳ではない。支持部２２の側面２２ｂに衝突した冷却ガスの一部は、支持部２２の側面２２ｂに沿って流れ、ガイド部２６の延出面２６ａに向かう。また、冷却ガスは、基板８の下面の中心部８ａに当てられた後、ブロック体２４の上面２４ａと基板８の下面との間を通して、ガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面との間に向かう流れも存在する。このため、適宜の量の冷却ガスが、ガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面の角部８ｂとの間に流れる。

【0037】

なお、ガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体２４の上面２４ａに連続していると同一視できるため、冷却ガスがブロック体２４の上面２４ａからガイド部２６の延出面２６ａに流れる際の流路抵抗の発生は抑制される。このため、適宜の量の冷却ガスが、ブロック体２４の上面２４ａからガイド部２６の延出面２６ａに沿って流れる。

【0038】

ガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体２４の上面２４ａから遠ざかるにつれて先細となる。このため、第２の流路４４は、ブロック体２４から遠ざかるにつれて狭くなる。したがって、冷却ガスは、ガイド部２６の延出面２６ａのうち、ブロック体２４の上面２４ａから遠ざかる領域に向かって案内されるとともに、流速が速くなる。

【0039】

規制ピン３２ａ，３２ｂにより、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間に第３の流路４６が形成されている。図４に示すように、冷却ガスが第２の流路４４におけるガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面の中心部８ａとの間を通して、支持部２２の側面２２ｂに当てられると、支持部２２の側面２２ｂと上面２２ａとの境界付近から、基板８の下面の角部８ｂに向かう冷却ガスの流れが生じる。ガイド部２６の延出面２６ａを通して支持部２２の側面２２ｂに当たり、基板８の下面の角部８ｂに向かって流れた冷却ガスは、基板８の下面の角部８ｂに衝突する衝突流となり、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間を抜ける。

【0040】

第３の流路４６における支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間の距離Ｄ０は、第２の流路４４におけるガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面の角部８ｂと間の距離Ｄ１よりも狭い。このため、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間を通る冷却ガスの流速は、ガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面の角部８ｂとの間を通る冷却ガスの流速よりも速くなる。規制ピン３２ａ，３２ｂ間の第３の流路４６を冷却ガスが通り、基板８の下面の角部８ｂが冷却ガスにより冷却される。支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間を抜けた冷却ガスは、基板８の外側に排出される。基板８の角部８ｂの外縁近傍に中心部８ａから角部８ｂに向かって流れてきた冷却ガスが接触するため、基板８の角部８ｂが冷却される。

【0041】

本実施形態に係る冷却装置１４によれば、このようにして、冷却ガスの吐出部である第１の流路４２から近い基板８の中心部８ａ、及び、第１の流路４２からから遠い角部８ｂまで、冷却ガスにより冷却される。

【0042】

冷却ガスがブロック体２４の上面２４ａを通して支持部２２の側面２２ｂに当たると、第４の流路４８に向かう流れも生じる。このため、冷却ガスの一部は、第２の流路４４において、ブロック体２４の上面２４ａから支持部２２の上面２２ａ又はガイド部２６の延出面２６ａへと流れるのではなく、第４の流路４８に流れる。第４の流路４８は冷却ガスの一部をブロック体２４の外周面２４ｂに沿って流す。このため、第４の流路４８に冷却ガスが流され、ブロック体２４が冷却される。

【0043】

本実施形態では、ブロック体２４の上面２４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａは、基板８の下面との間に適宜の距離Ｄ１（＞Ｄ０）を取る第２の流路４４を形成する。このため、冷却装置１４は、冷却ガスの流れの阻害を抑制しながら、基板８の下側の角部８ｂとガイド部２６の延出面２６ａとの間に向けて、適宜の量の冷却ガスを流す。

【0044】

図１に示すように、ガイド部２６の延出面２６ａがブロック体２４の上面２４ａから遠ざかるにつれて先細で、第２の流路４４は、ブロック体２４から遠ざかるにつれて狭くなる。したがって、ガイド部２６の延出面２６ａのうち、ブロック体２４の上面２４ａから遠ざかる領域に向かって案内されるにつれて、冷却ガスの流速が速められる。そして、基板８の下面の角部８ｂと支持部２２の上面２２ａとの間の距離Ｄ０は、基板８の下面の角部８ｂとガイド部２６の延出面２６ａとの間の距離Ｄ１よりも小さい。このため、図３に示す断面において、ガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面との間の第２の流路４４に比べて、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面との間の第３の流路４６は、狭くなる。したがって、第２の流路４４と第３の流路４６との境界付近において、第２の流路４４の体積に比べて、第３の流路４６の体積が小さくなる。そして、第２の流路４４と第３の流路４６とを通る流体の流量は同じであるため、第２の流路４４よりも、第３の流路４６での冷却ガスの圧力が高まる。したがって、第２の流路４４と第３の流路４６との境界において、第２の流路４４よりも第３の流路４６側で冷却ガスの流速が速められる。したがって、第２の流路４４と第３の流路４６との境界において、基板８の下面の角部８ｂに向けた冷却ガスの流れを作りだす。このように、第２の流路４４と第３の流路４６との境界において、基板８の角部８ｂに向けた冷却ガスの流れを作りだすことができるので、基板８の下面を通す冷却ガスの通過により、基板８の角部８ｂが冷却される。

【0045】

図５には、第１実施形態に係る冷却装置１４を用いて冷却した基板８の、基板８の中心部８ａ及び角部８ｂを含む基板８の１／４カットの温度分布を示す。基板８の一辺は例えば略０．１５ｍである。このため、仮想的な円の半径は、略０．０７５ｍであり、基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角までの距離は、略０．１１ｍである。

【0046】

基板８の温度は、例えば０℃よりも高温であり、冷却ガスは、基板８の中心部８ａから第２の流路４４の径方向外方に流れるにつれて冷却性能が低下する。図５の例は、冷却ガスによる基板８の冷却開始から所定時間経過した時点での温度分布を示す。図６に示すように、基板８の中心軸Ｃから角部８ｂに向かって離れるにつれて、基板８の温度が上昇する。図６に示す例では、基板８の中心部８ａ（中心軸Ｃから略０．０７５ｍまでの領域）は、－１１０℃から－７０℃の間の温度であり、中心部８ａから外れた角部８ｂは、－７０℃から－４５℃の間の温度である。

【0047】

基板８の外形が正方形でなく、正五角形や正六角形など、正多角形である場合、基板８の仮想的な円（内接円）の外側の角部８ｂの位置に応じて、ブロック体２４の外側にガイド部２６を形成すればよい。

【0048】

基板８が例えば長方形状である場合、仮想的な円として内接楕円の内側の短軸と長軸との交点を含む領域を中心部８ａとし、基板８の仮想的な円である内接楕円の外側の領域を角部８ｂとする。上述したブロック体２４が略円柱状である場合と同様に、略楕円柱状のブロック体２４の楕円状の上面２４ａの外側にガイド部２６の延出面２６ａが形成されていればよい。

【0049】

図３に示す支持部２２の側面２２ｂは、中心軸Ｃに平行な面である。側面２２ｂは、中心軸Ｃに平行な面でなくてもよい。支持部２２の側面２２ｂは、ガイド部２６の延出面２６ａから、基板８の角部８ｂに向かうにつれて、次第に基板８の下面との距離を距離Ｄ０になるまで小さくする、傾斜面として形成されることも好適である。この場合も、第１の流路４２、及び、第２の流路４４を通した冷却ガスを、第３の流路４６に案内し、基板８の角部８ｂを冷却することができる。

【0050】

図３に示すガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体２４の上面２４ａに面一であるが、ガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体２４の上面２４ａに面一でなくてもよい。ガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体２４の上面２４ａと外周面２４ｂとの境界から、支持部２２の上面２２ａと側面２２ｂとの境界に向かうにつれて、次第に基板８の下面との距離が距離Ｄ０になるまで小さくなる、傾斜面として形成されることも好適である。この場合も、第１の流路４２、及び、第２の流路４４を通した冷却ガスを、第３の流路４６に案内し、基板８の角部８ｂを冷却することができる。

【0051】

ガイド部２６のうち、ブロック体２４に対する遠位部は、図１中では鋭角に形成されている。ガイド部２６のうち、ブロック体２４に対する遠位部は、直角又は鈍角に形成されていてもよい。

【0052】

なお、図７に示すように、第４の流路４８は、設けられていなくてもよい。ガイド部２６のうち、ブロック体２４に対する遠位部は、例えば曲面として形成されていることも好適である。

【0053】

本実施形態では、図１及び図３に示すように、ガイド部２６がブロック体２４の外側に複数に分かれて存在する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、図８又は図９に示すように、ガイド部２６がブロック体２４の外側で複数に分かれて存在せず、１つのガイド部２６がブロック体２４を囲む構造としてもよい。この場合、図８に示す例では、第２の流路４４の環状面は、ブロック体２４の上面２４ａおよびガイド部２６の延出面２６ａで形成される。図９に示す例では、ブロック体２４の上面２４ａの径方向幅がガイド部２６の延出面２６ａの径方向幅に比べて例えば１／１０以下など小さい場合、第２の流路４４の環状面は、ガイド部２６の延出面２６ａのみで形成されることと同視できる。

【0054】

本実施形態の冷却装置１４では、冷却対象物として、基板８を冷却する場合を例にした。本実施形態の冷却装置１４による冷却対象物は、基板８に限らず、種々の物体を冷却することができる。また、冷却対象物の冷却対象領域は、平面に限らず、凹凸を有する面、曲面を有する面など、種々の形状の面を冷却することができる。

【0055】

冷却ガスが単位時間あたり適宜の流量で冷却対象物に接触したときに、冷却対象物が動かないのであれば、冷却装置１４の規制部３２は、不要となる。この場合、支持部２２の上面２２ａに、支持部２２の上面２２ａと冷却対象物との間に冷却ガスを通す第３の流路４６を形成するためのスペーサが設けられていてもよい。

【0056】

したがって、第１実施形態によれば、冷却対象物の冷却対象領域（基板８の下面）のうち、冷却ガスの吐出部（第１の流路４２）から近い領域（基板８の下面の中心部８ａ）、及び、遠い領域（基板８の下面の角部８ｂ）を冷却し易い、冷却装置１４、及び、冷却装置１４を有する基板処理装置１０を提供することができる。

【0057】

（比較例）
ここで、図１０から図１２を用いて比較例の基板処理装置１１０の冷却装置１１４について説明する。比較例の冷却装置１１４のうち、第１実施形態の冷却装置１４と同じ構成は同じ符号を付し、説明を省略する。

【0058】

図１０及び図１１に示すように、比較例の冷却装置１１４は、支持部２２と、ブロック体２４とを有する。冷却装置１１４は、第１実施形態の冷却装置１４のガイド部２６を有していない。

【0059】

また、比較例の冷却装置１１４では、支持部２２の上面２２ａとブロック体２４の上面２４ａとが面一である。比較例の冷却装置１１４のブロック体２４の上面２４ａと基板８の下面との間の距離Ｄ２は、第１実施形態の冷却装置１４の支持部２２の上面２２ａと基板８の下面との間の距離Ｄ０と同程度の長さとなるように形成されている。したがって、比較例の冷却装置１１４の支持部２２の上面２２ａ及びブロック体２４の上面２４ａと基板８の下面との間の距離Ｄ２は、第１実施形態の冷却装置１４のブロック体２４の上面２４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面との間の距離Ｄ１よりも小さい。このため、比較例の第２の流路１４４は、第１実施形態の第２の流路４４に比べて狭い。

【0060】

（第１実施形態の冷却装置１４と、比較例の冷却装置１１４との比較）
第１実施形態の冷却装置１４と、比較例の冷却装置１１４とを比較する。第１実施形態の冷却装置１４及び比較例の冷却装置１１４のブロック体２４の大きさ、基板８の大きさが同一であると仮定する。

【0061】

比較例の冷却装置１１４では、第１の流路４２を流れ、基板８の下面の中心部８ａに当たった冷却ガスが、第２の流路１４４の径方向外方に円環状に広がる。このとき、第２の流路１４４に沿って、基板８の下面の中心部８ａを冷却する。

【0062】

冷却ガスは、一部を除き、基板８の中心部８ａから近い基板８の外縁（基板８の４辺）と支持部２２の上面２２ａとの間を通って排出される。また、一部の冷却ガスは、基板８の下面の角部８ｂと支持部２２の上面２２ａとの間を通って排出される。基板８の外縁と支持部２２の上面２２ａとの間の方が、基板８の下面の角部８ｂと支持部２２の上面２２ａとの間よりも中心部８ａの中心軸Ｃからの距離が近く、流路抵抗が小さくなるため、冷却ガスが流れやすい。このため、基板８の角部８ｂは、基板８の中心部８ａから近い外縁近傍に比べて、冷却し難い。

【0063】

図１２には、比較例の冷却装置１１４を用いて基板８を冷却したときの、基板８の中心部８ａ及び角部８ｂを含む１／４カットの温度分布を示す。図１２の例は、冷却ガスによる基板８の冷却開始から所定時間経過した時点での温度分布を示す。図６に示すように、基板８の中心部８ａは、－１１０℃から－６０℃の間の温度であり、角部８ｂは、－６０℃から－３０℃の間の温度である。

【0064】

なお、第１の流路４２を通る冷却ガスは第１実施形態及び比較例において、略同一の温度で略同一の流量である。冷却ガスにより冷却される直前、基板８の温度も略同一である。このため、基板８の中心部８ａの中心軸Ｃ、及び、中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角の温度を比較したとき、中心部８ａの中心軸Ｃ及び角部８ｂの角の温度分布のバラツキが少ない方が、冷却性能が高いと言える。すなわち、中心部８ａの中心軸Ｃと、中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角との間の温度差が少ない方が、冷却性能が高いと言える。

【0065】

第１実施形態の基板８の中心部８ａの温度は、－１１０℃から－７０℃の温度であり、比較例の基板８の中心部８ａの温度は、－１１０℃から－６０℃の温度である。このため、基板８の中心部８ａの温度は、第１実施形態及び比較例を比較しても殆ど変わらない。しかしながら、比較例の基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角の温度（－３０℃）は、第１実施形態の基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角の温度（－４５℃）よりも高い。すなわち、角部８ｂの冷却性能は、比較例の冷却装置１１４よりも、第１実施形態の冷却装置１４の方が良好である。

【0066】

第１実施形態の冷却装置１４では、ガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体２４の上面２４ａと面一で、基板８の下面の角部８ｂに対向する。このため、基板８の下面の角部８ｂへの冷却ガスの量を増大させる。このため、基板８の角部８ｂの下側の第３の流路４６に冷却ガスを流しやすい。したがって、第１実施形態の冷却装置１４は、基板８の角部８ｂであっても、ガイド部２６の存在により、効率的に冷却が行われる。

【0067】

上述したように、基板８の中心部８ａの中心軸Ｃと、中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角との温度を比較したとき、温度差が少ない方が、冷却性能が高いと言える。比較例の冷却装置１１４に対する第１実施形態の冷却装置１４の冷却性能の改善率を以下の
改善率（％）＝１００－（Ｔ_Ｆ１－Ｔ_Ｃ１）／（Ｔ_Ｆ０－Ｔ_Ｃ０）×１００
を用いて算出した。ここで、Ｔ_Ｆ１は、第１実施形態の冷却装置１４により冷却した基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角の温度であり、Ｔ_Ｃ１は、第１実施形態の冷却装置１４により冷却した基板８の中心軸Ｃ上の温度である。Ｔ_Ｆ０は、比較例の冷却装置１１４により冷却した基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角の温度であり、Ｔ_Ｃ０は、比較例の冷却装置１１４により冷却した基板８の中心軸Ｃ上の温度である。
図６に示すように、Ｔ_Ｆ１＝－４５℃、Ｔ_Ｃ１＝－１１０℃、Ｔ_Ｆ０＝－３０℃、Ｔ_Ｃ０＝－１１０℃とすると、比較例の冷却装置１１４に対する第１実施形態の冷却装置１４の冷却性能の改善率は、１８．８％となった。

【0068】

したがって、第１実施形態によれば、冷却対象物の冷却対象領域（基板８の下面）のうち、冷却ガスの吐出部（第１の流路４２）から近い領域（基板８の下面の中心部８ａ）、及び、遠い領域（基板８の下面の角部８ｂ）を冷却し易い、冷却装置１４、及び、冷却装置１４を有する基板処理装置１０を提供することができる。このため、冷却装置１４、及び、その冷却装置１４を有する基板処理装置１０を用いることで、例えば矩形状の基板など、非円形状の冷却対象物の中心部付近、及び、外縁近傍を冷却することができる。

【0069】

（第２実施形態）
第２実施形態の基板処理装置１０について、図１３から図１６を用いて説明する。第２実施形態は第１実施形態の変形例であって、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

【0070】

冷却装置１４は、基板８を支持する支持部２２と、ブロック体６４とを有する。例えばブロック体６４の下側には、冷却ガス源２８（図２参照）が設けられている。支持部２２及びブロック体６４は、基板８とともに冷却ガスの流路４０を形成する。

【0071】

なお、第１実施形態の支持部２２及びブロック体２４との関係と同様に、支持部２２及びブロック体６４は、一体成型されていることが好適である。また、支持部２２及びブロック体６４が一体成型により形成された後、冷却ガスの流路４０が除去加工により形成されることも好適である。また、支持部２２、ブロック体６４、及び、冷却ガスの流路４０は、樹脂材からなる円柱の板に除去加工を実施することで形成されることも好適である。

【0072】

ブロック体６４は、略円柱状の部材である。ブロック体６４は、冷却対象の基板８が支持部２２に支持されたときに基板８に対向する円環状の外縁６４ａと、外周面６４ｂと、外縁６４ａの内側に形成された凹部６４ｃとを有する。外縁６４ａは、ブロック体６４の一端の外縁である。ブロック体６４の一端は、基板８が支持部２２に支持されたときに基板８に対向する。ブロック体６４の他端は、冷却ガス源２８あるいは、基部１２の下面の内壁と対向する。中心軸Ｃは、ブロック体６４の一端の中心と他端の中心とを通る。ブロック体６４の中心軸Ｃと外縁６４ａとの距離、つまり、ブロック体６４の半径ｒ１は、冷却対象物である基板８の仮想的な円の半径よりも小さい。しかし、半径ｒ１は、ブロック体６４の外縁６４ａと基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角とを結ぶ最短距離Ｄ３の長さよりも長い。外周面６４ｂは、ブロック体６４の一端と他端を接続する側面である。

【0073】

ブロック体６４は、中心軸Ｃに沿って貫通する貫通孔を有する。貫通孔は冷却ガスの第１の流路４２として形成されている。第１の流路４２は、例えばブロック体６４の下側に設けられる冷却ガス源２８から冷却ガスを、ブロック体６４の中心軸Ｃに沿って下側から上側に向かって導く。このため、第１の流路４２は、基板８を冷却する冷却ガスを、ブロック体６４の上側に固定される基板８の中心部８ａに向かって導く。

【0074】

冷却装置１４のブロック体６４の一端に凹部６４ｃが設けられる。凹部６４ｃは、円環状面として形成されている。第２の流路４４は、第１の流路４２に連続し、第１の流路４２に対して径方向外方に円環状に形成されている。凹部６４ｃは、基板８の下面との間に適宜の距離Ｄを取る。凹部６４ｃは、基板８の下面又は支持部２２の上面２２ａを基準としたときに、中心軸Ｃに近いほど、中心軸Ｃに沿う方向の距離Ｄが大きくなり、中心軸Ｃから離れるほど、中心軸Ｃに沿う方向の距離Ｄが小さくなる曲面である。すなわち、凹部６４ｃは、第２の流路４４に沿って第１の流路４２から遠ざかるにつれて、基板８の下面との間の距離を近づける傾斜面として形成されている。本実施形態では、ブロック体６４の凹部６４ｃは、第１の流路４２の開口縁である終端４２ａからブロック体６４の外縁６４ａと外周面６４ｂとの境界まで連続する曲面として形成されている。つまり、凹部６４ｃのうち、基板８と対向する開口端の半径は、ブロック体６４の半径ｒ１と同じ長さとなる。したがって、凹部６４ｃのうち、基板８と対向する開口端の半径は、基板８の仮想的な円の半径よりも小さいが、ブロック体６４の外縁６４ａと基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角とを結ぶ最短距離Ｄ３の長さよりは長い。凹部６４ｃの面は、例えば金管楽器のベル状に形成されている。凹部６４ｃは、外縁６４ａに連続する。凹部６４ｃは、第１の流路４２と連通する第２の流路４４として形成されている。

【0075】

第１の流路４２の終端４２ａは、第１実施形態の第１の流路４２の終端４２ａよりも、基板８の下面から離れている。このため、冷却ガスが凹部６４ｃの第２の流路４４を通るとき、第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。

【0076】

基板処理装置１０の冷却装置１４の動作について説明する。第１実施形態で説明した内容については、適宜に説明を省略する。

【0077】

第１実施形態で説明したように、基板８を規制ピン３２ａ，３２ｂに支持させる。規制部３２に基板８が支持されたとき、支持部２２の上面２２ａと基板８との間の距離Ｄ０が規定される。規制部３２に基板８が支持されたとき、ブロック体６４の凹部６４ｃと、基板８の下面との間に距離Ｄが規定される。このため、第１の流路４２、第２の流路４４、第３の流路４６、及び、第４の流路４８を含む冷却ガスの流路４０は、基板８が規制部３２に支持された状態で、基板８の下側に形成される。

【0078】

基板処理装置１０の冷却装置１４は、冷却ガス源２８から冷却ガスを第１の流路４２に導く。冷却ガスは、第１の流路４２に沿って下側から上側に向かって流され、ブロック体６４の凹部６４ｃの終端４２ａを通して、凹部６４ｃの表面に沿って第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。冷却ガスの一部は、基板８の下面の中心部８ａに接触し、基板８の下面に沿って第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。このため、冷却ガスは、ブロック体６４の凹部６４ｃと基板８の下面との間の第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。このとき、第２の流路４４の基板８の下面の中心部８ａの近傍と、中心軸Ｃに沿って下側の凹部６４ｃの表面との間の距離Ｄは、第３の流路４６の距離Ｄ０よりも大きいため、冷却ガスが第２の流路４４の径方向外方に円環状に流れる。このため、基板８の下面のうち、ブロック体６４の凹部６４ｃの上方の領域は、第２の流路４４に沿って冷却ガスが流されると冷却される。すなわち、冷却ガスが基板８の中心部８ａから基板８の下面の中心部８ａから基板８の下面に沿って第２の流路４４の径方向外方に円環状に流れるとき、基板８の下面は、冷却ガスにより冷却される。

【0079】

第２の流路４４は、ブロック体６４の凹部６４ｃからブロック体６４の外縁６４ａに近づくにつれて基板８の下面との距離が距離Ｄ０に近づき、狭くなる。このため、冷却ガスは、ブロック体６４の外縁６４ａと基板８の下面との間の領域に向かって案内されるとともに、流速が速くなる。

【0080】

ブロック体６４の凹部６４ｃを通してブロック体６４の外縁６４ａに到達した冷却ガスは、基板８の下面の縁部に向かって流れる。この冷却ガスは、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の縁部との間を抜ける。すなわち、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の縁部との間を抜けた冷却ガスは、基板８の外側に排出される。

【0081】

規制ピン３２ａ，３２ｂにより、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間に第３の流路４６が形成されている。ブロック体６４の凹部６４ｃを通してブロック体６４の外縁６４ａに到達した冷却ガスは、適宜の流速を維持し、かつ、流速が速くなる。このため、図１５に示すように、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間に向かう冷却ガスの流れが生じる。このため、規制ピン３２ａ，３２ｂ間の第３の流路４６を冷却ガスが通り、冷却ガスの第３の流路４６となっている基板８の角部８ｂが冷却ガスにより冷却される。支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間を抜けた冷却ガスは、基板８の外側に排出される。

【0082】

本実施形態に係る冷却装置１４によれば、このようにして、冷却ガスの吐出部である第１の流路４２から近い基板８の中心部８ａ、及び、第１の流路４２からから遠い角部８ｂまで、冷却ガスにより冷却される。

【0083】

基板８の下面と支持部２２の上面２２ａとの間の距離Ｄ０は、基板８の下面とブロック体６４の凹部６４ｃとの間の距離Ｄよりも小さい。しかしながら、ブロック体６４の中心軸Ｃから、ブロック体６４の外縁６４ａまで、冷却ガスが適宜の流速を維持しながら進む。このため、第２の流路４４よりも狭い第３の流路４６であっても、冷却ガスの流速が速められ、冷却ガスは、基板８の角部８ｂの角まで流れようとする。このように、本実施形態の冷却装置１４は、第３の流路４６において、基板８の角部８ｂの角に向けた冷却ガスの流れを作りだすことができるので、基板８の角部８ｂの下面を通す冷却ガスの通過により、基板８の角部８ｂが冷却される。

【0084】

また、第２実施形態では、ブロック体６４に凹部６４ｃが形成されている。凹部６４ｃが形成されることで、基板８の第１の流路４２に近い位置は、第１実施形態と比べて冷却ガスの接触が少なくなる。そのため、基板８の第１の流路４２に近い位置が過剰に冷却されることを抑制することができる。また、凹部６４ｃが形成されることで、凹部６４ｃの表面に沿って第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる冷却ガスの流れが形成される。この流れは、基板８の下面の中心部８ａに接触し、基板８の下面に沿って第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる冷却ガスの流れと比べると、基板８の中心部８ａの外周に到達するまでの距離が短い。また、基板８との接触も少ない。このため、冷却ガスは、基板８の中心部８ａの外周に低い温度を保ったまま到達することができる。このため、冷却ガスは、基板８の中心部８ａの外周をより冷却することができる。したがって、ブロック体６４に凹部６４ｃが形成されていることで、基板８の第１の流路４２に近い位置が過剰に冷却されることを抑制でき、基板８の中心部８ａの外周をより冷却することができる。つまり、基板８の中心部８ａ内の温度分布のバラツキをより小さくすることができる。

【0085】

基板８の中心部８ａ内の温度分布のバラツキを小さくするため、ブロック体６４の半径ｒ１は、仮想的な円の半径に近い値とすることが好ましく、半径ｒ１は、ブロック体６４の外縁６４ａと基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角とを結ぶ最短距離Ｄ３の長さよりも長いことが好ましい。

【0086】

図１６には、第２実施形態に係る冷却装置１４を用いて冷却した基板８の、基板８の中心部８ａ及び角部８ｂを含む基板８の１／４カットの温度分布を示す。図１６の例は、冷却ガスによる基板８の冷却開始から所定時間経過した時点での温度分布を示す。図６に示すように、基板８の中心部８ａは、－９０℃から－８０℃の間の温度であり、角部８ｂは、－８０℃から－４５℃の間の温度である。

【0087】

上述したように、中心部８ａの中心軸Ｃと、中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角との間の温度差が少ない方が、冷却性能が高いと言える。第２実施形態の冷却装置１４により冷却した基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角の温度をＴ_Ｆ２とし、第２実施形態の冷却装置１４により冷却した基板８の中心軸Ｃ上の温度をＴ_Ｃ２とする。図６に示すように、Ｔ_Ｆ２＝－４５℃、Ｔ_Ｃ２＝－９０℃である。このため、温度Ｔ_Ｆ２と温度とＴ_Ｃ２との温度差は、４５℃であり、比較例の温度Ｔ_Ｆ０と温度とＴ_Ｃ０２との温度差である８０℃よりも差が小さい。Ｔ_Ｆ２＝－４５℃、Ｔ_Ｃ２＝－９０℃とすると、比較例の冷却装置１１４に対する第２実施形態の冷却装置１４の冷却性能の改善率は、４３．８％となった。すなわち、角部８ｂの冷却性能は、比較例の冷却装置１１４よりも、第２実施形態の冷却装置１４の方が良好である。したがって、第２実施形態の冷却装置１４は、基板８の角部８ｂであっても、効率的に冷却が行われる。

【0088】

第２実施形態による冷却装置１４は、基板（冷却対象物）８が上側に配置されるブロック体６４と、基板８を下側から支持する支持部２２とを有する。ブロック体６４は、基板（冷却対象物）８の下面（冷却対象領域）に向けて下側から上側に冷却ガスを流す第１の流路４２、及び、第１の流路４２に連続し、第１の流路４２を中心として円環状に広がり、冷却ガスを基板８の下面の第１の流路４２に対して径方向に流す凹部（環状面）６４ｃを有する第２の流路４４を形成する。支持部２２は、ブロック体６４の外側を囲むように設けられ、第２の流路４４の外側に連続し、基板８の下面が上側に配置された状態で、第２の流路４４よりも狭く、冷却ガスをブロック体６４の凹部６４ｃの外側に流す第３の流路４６を形成する。
したがって、第２実施形態によれば、冷却対象物の冷却対象領域（基板８の下面）のうち、冷却ガスの吐出部（第１の流路４２）から近い領域（基板８の下面の中心部８ａ）、及び、遠い領域（基板８の下面の角部８ｂ）を冷却し易い、冷却装置１４、及び、冷却装置１４を有する基板処理装置１０を提供することができる。このため、冷却装置１４、及び、その冷却装置１４を有する基板処理装置１０を用いることで、例えば矩形状の基板など、非円形状の冷却対象物の中心部付近、及び、外縁近傍を冷却することができる。

【0089】

（第１変形例）
第２実施形態の冷却装置１４の第１変形例について説明する。

【0090】

第２実施形態の冷却装置１４のブロック体６４の凹部６４ｃの断面は、図１４に示すように、略扇形である。図１５には、第２実施形態の冷却装置１４を用いて基板８を冷却する際の冷却ガスの流れのシミュレーション結果を示す。第２実施形態の冷却装置１４のブロック体６４の凹部６４ｃの表面のうち、第１の流路４２に近い位置、及び、ブロック体６４の外縁６４ａに近い位置は、冷却ガスの流量が多い。しかしながら、第２実施形態の冷却装置１４のブロック体６４の凹部６４ｃの表面のうち、第１の流路４２に近い位置、及び、ブロック体６４の外縁６４ａに近い位置の間の領域は、冷却ガスの接触が少ない。

【0091】

図１７に示すように、第２実施形態の冷却装置１４のブロック体６４の凹部６４ｃの表面（傾斜面）は、冷却ガスのシミュレーション結果に沿う面として形成してもよい。凹部６４ｃの表面の曲率半径は、適宜に設定可能である。すなわち、図１７に示す凹部６４ｃは、例えば複数の曲率半径の面が連続して形成されている。凹部６４ｃのうち、第１の流路４２の終端４２ａに近い位置は、凹部６４ｃのうち、外縁６４ａに近い位置に比べて、中心軸Ｃの軸周りの直径の拡大率が小さい。

【0092】

（第２変形例）
第２実施形態の冷却装置１４の第２変形例について説明する。

【0093】

上述したように、図１５に示すように、第２実施形態の冷却装置１４のブロック体６４の凹部６４ｃの表面のうち、第１の流路４２に近い位置、及び、ブロック体６４の外縁６４ａに近い位置は、冷却ガスの流量が多い。しかしながら、第２実施形態の冷却装置１４のブロック体６４の凹部６４ｃの表面のうち、第１の流路４２に近い位置、及び、ブロック体６４の外縁６４ａに近い位置の間の領域は、冷却ガスの接触が少ない。

【0094】

図１８に示すように、凹部６４ｃの傾斜面は、第１の流路４２から第３の流路４６に向かって広がるテーパ状に形成されている。凹部６４ｃの傾斜面が例えば複数段のテーパ状であっても、凹部６４ｃのうち、第１の流路４２の終端４２ａに近い位置は、凹部６４ｃのうち、外縁６４ａに近い位置に比べて、中心軸Ｃの軸周りの直径の拡大率が小さい。冷却ガスの拡散を阻害しない形状であれば、第２の流路４４は、このように形成されていてもよい。

【0095】

（第３実施形態）
第３実施形態について、図１９から図２２を用いて説明する。本実施形態は第１実施形態及び第２実施形態の変形例であって、第１実施形態及び第２実施形態で説明した部材と同一の構造を有する部材には極力同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

【0096】

図１９から図２１に示すように、冷却装置１４は、基板８を支持する支持部２２と、ブロック体６４と、複数のガイド部２６とを有する。すなわち、本実施形態の冷却装置１４は、第１実施形態で説明した略円柱状のブロック体２４を、第２実施形態で説明したブロック体６４に変更する。

【0097】

また、本実施形態の冷却装置１４は、第１実施形態及び第２実施形態で説明した第４の流路４８は、備えていない。

【0098】

基板処理装置１０の冷却装置１４の動作について説明する。第１実施形態で説明した内容については、適宜に説明を省略する。

【0099】

第１実施形態で説明したように、基板８を規制ピン３２ａ，３２ｂに支持させる。

【0100】

規制部３２に基板８が支持されたとき、支持部２２の上面２２ａと基板８との間に距離Ｄ０が規定される。規制部３２に基板８が吸着されたとき、ブロック体６４の外縁６４ａ及びガイド部２６の延出面２６ａと、基板８の下面との間に距離Ｄ１が規定される。規制部３２に基板８が支持されたとき、ブロック体６４の凹部６４ｃと、基板８の下面との間に距離Ｄが規定される。

【0101】

このため、第１の流路４２、第２の流路４４、及び、第３の流路４６を含む冷却ガスの流路４０は、基板８が規制部３２に支持された状態で、基板８の下側に形成される。

【0102】

基板処理装置１０の冷却装置１４は、冷却ガス源２８から冷却ガスを第１の流路４２に導く。冷却ガスは、第１の流路４２に沿って下側から上側に向かって流され、ブロック体６４の凹部６４ｃの終端４２ａを通して、凹部６４ｃの表面に沿って第２の流路４４の径方向に広がる。冷却ガスの一部は、基板８の下面の中心部８ａに接触し、基板８の下面に沿って第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。このため、冷却ガスは、ブロック体６４の凹部６４ｃと基板８の下面との間の第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。すなわち、基板８の下面の中心部８ａの近傍と、中心軸Ｃに沿って下側の凹部６４ｃの表面との間の距離Ｄ（＞Ｄ１）は、適宜の大きさがあるため、冷却ガスが第２の流路４４の径方向外方に円環状に広がる。このため、基板８の下面のうち、ブロック体６４の凹部６４ｃの上方の領域は、第２の流路４４に沿って冷却ガスが流されると冷却される。すなわち、冷却ガスが基板８の中心部８ａから基板８の下面に沿って第２の流路４４の径方向外方に広がるとき、基板８の下面は、冷却ガスにより冷却される。

【0103】

ブロック体６４の凹部６４ｃは、ブロック体６４の外縁６４ａに近づき、基板８の角部８ｂに近づくにつれて基板８の下面との距離が距離Ｄ１に近づき、狭くなる。このため、冷却ガスは、ブロック体６４の外縁６４ａと基板８の下面との間の領域に向かって案内されるとともに、流速が速くなる。

【0104】

支持部２２の側面２２ｂに向かって流れた冷却ガスがブロック体６４の外縁６４ａを通して支持部２２の側面２２ｂに当たる。このとき、支持部２２の側面２２ｂに向かって流れた冷却ガスには、基板８の下面の縁部に向かう流れが生じる。

【0105】

ブロック体６４の外縁６４ａを通して支持部２２の側面２２ｂに当たり、基板８の下面の縁部に向かって流れた冷却ガスは、基板８の下面の縁部に衝突する衝突流となり、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の縁部との間を抜ける。すなわち、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の縁部との間を抜けた冷却ガスは、基板８の外側に排出される。このとき、基板８の外縁近傍に冷却ガスが接触するため、基板８の外縁近傍が冷却される。

【0106】

このとき、支持部２２の側面２２ｂに向かって流れた冷却ガスは、全て基板８の外側に排出される訳ではない。支持部２２の側面２２ｂに衝突した冷却ガスの一部は、支持部２２の側面２２ｂに沿って流れ、ガイド部２６の延出面２６ａに向かう。また、冷却ガスは、基板８の下面の中心部８ａに当てられた後、ブロック体６４の凹部６４ｃと基板８の下面との間を通して、ガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面との間に向かう流れも存在する。このため、適宜の量の冷却ガスが、ガイド部２６の延出面２６ａと基板８の下面との間に流れる。

【0107】

なお、ブロック体６４の外縁６４ａとガイド部２６の延出面２６ａとは、面一であるから、冷却ガスがブロック体６４の外縁６４ａからガイド部２６の延出面２６ａに流れる際の流路抵抗の発生は抑制される。このため、適宜の量の冷却ガスが、ガイド部２６の延出面２６ａに沿って流れる。

【0108】

ガイド部２６の延出面２６ａは、ブロック体６４の外縁６４ａから遠ざかるにつれて先細となる。このため、第２の流路４４は、ブロック体６４から遠ざかるにつれて狭くなる。したがって、冷却ガスは、ガイド部２６の延出面２６ａのうち、ブロック体６４の外縁６４ａから遠ざかる領域に向かって案内されるとともに、流速が速くなる。

【0109】

規制ピン３２ａ，３２ｂにより、支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間に第３の流路４６が形成されている。第１実施形態で説明したように、規制ピン３２ａ，３２ｂ間の第３の流路４６を冷却ガスが通り、冷却ガスの第３の流路４６となっている基板８の角部８ｂが冷却ガスにより冷却される。支持部２２の上面２２ａと基板８の下面の角部８ｂとの間を抜けた冷却ガスは、基板８の外側に排出される。基板８の角部８ｂの外縁近傍に中心部８ａから角部８ｂに沿って流れてきた冷却ガスが接触するため、基板８の角部８ｂが冷却される。

【0110】

本実施形態に係る冷却装置１４によれば、このようにして、基板８の中心部８ａから角部８ｂまで、冷却ガスにより冷却される。

【0111】

図１９に示すように、ガイド部２６の延出面２６ａがブロック体６４の凹部６４ｃから遠ざかるにつれて先細で、第２の流路４４は、ブロック体６４から遠ざかるにつれて狭くなる。したがって、ガイド部２６の延出面２６ａのうち、ブロック体６４の凹部６４ｃから遠ざかる領域に向かって案内されるにつれて、冷却ガスの流速が速められる。そして、基板８の下面の角部８ｂと支持部２２の上面２２ａとの間の距離Ｄ０は、基板８の下面の角部８ｂとガイド部２６の延出面２６ａとの間の距離Ｄ１よりも小さい。また、基板８の下面の角部８ｂとガイド部２６の延出面２６ａとの間の距離Ｄ１は、基板８の下面の中心部８ａとブロック体６４の凹部６４ｃとの間の距離Ｄよりも小さい。このため、第２の流路４４において、基板８の下面の中心部８ａとブロック体６４の凹部６４ｃの間よりも、基板８の下面の角部８ｂとガイド部２６の延出面２６ａとの間の方が、冷却ガスの流速が速められる。また、基板８の下面の角部８ｂとガイド部２６の延出面２６ａとの間よりも、基板８の下面の角部８ｂと支持部２２の上面２２ａとの間の方が、冷却ガスの流速が速められる。このため、第２の流路４４と第３の流路４６との境界において、基板８の下面の角部８ｂに向けた冷却ガスの流れを作りだす。このように、第２の流路４４と第３の流路４６との境界において、基板８の角部８ｂに向けた冷却ガスの流れを作りだすことができるので、基板８の下面を通す冷却ガスの通過により、基板８の角部８ｂが冷却される。

【0112】

図２２には、第３実施形態に係る冷却装置１４を用いて冷却した基板８の、基板８の中心部８ａ及び角部８ｂを含む基板８の１／４カットの温度分布を示す。図２２の例は、冷却ガスによる基板８の冷却開始から所定時間経過した時点での温度分布を示す。図６に示すように、基板８の中心部８ａは、－８５℃から－８０℃の間の温度であり、角部８ｂは、－８０℃から－５５℃の間の温度である。

【0113】

上述したように、中心部８ａの中心軸Ｃと、中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角との間の温度差が少ない方が、冷却性能が高いと言える。第３実施形態の冷却装置１４により冷却した基板８の中心軸Ｃから最も離間した角部８ｂの角の温度をＴ_Ｆ３とし、第３実施形態の冷却装置１４により冷却した基板８の中心軸Ｃ上の温度をＴ_Ｃ３とする。図６に示すように、Ｔ_Ｆ３＝－５５℃、Ｔ_Ｃ３＝－８５℃である。このため、温度Ｔ_Ｆ３と温度とＴ_Ｃ３との温度差は、３０℃であり、比較例の温度Ｔ_Ｆ０と温度とＴ_Ｃ０との温度差である８０℃よりも差が小さい。Ｔ_Ｆ３＝－５５℃、Ｔ_Ｃ３＝－８５℃とすると、比較例の冷却装置１１４に対する第３実施形態の冷却装置１４の冷却性能の改善率は、６２．５％となった。すなわち、角部８ｂの冷却性能は、比較例の冷却装置１１４よりも、第３実施形態の冷却装置１４の方が良好である。したがって、第３実施形態の冷却装置１４は、基板８の角部８ｂであっても、効率的に冷却が行われる。

【0114】

したがって、第３実施形態によれば、冷却対象物の冷却対象領域（基板８の下面）のうち、冷却ガスの吐出部（第１の流路４２）から近い領域（基板８の下面の中心部８ａ）、及び、遠い領域（基板８の下面の角部８ｂ）を冷却し易い、冷却装置１４、及び、冷却装置１４を有する基板処理装置１０を提供することができる。このため、冷却装置１４、及び、その冷却装置１４を有する基板処理装置１０を用いることで、例えば矩形状の基板など、非円形状の冷却対象物の中心部付近、及び、外縁近傍を冷却することができる。

【0115】

なお、第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態の冷却装置１４の性能を比較する。上述したように、比較例の冷却装置１１４に対する冷却装置１４の冷却性能の改善率は、第１実施形態が１８．８％、第２実施形態が４３．８％、第３実施形態が６２．５％となった。このため、第３実施形態の冷却装置１４は、第１実施形態の冷却装置１４、第２実施形態の冷却装置１４に比べて、冷却性能が向上した。すなわち、基板８の中心部８ａと角部８ｂとの間の温度分布は、第１実施形態の冷却装置１４を用いるよりも第２実施形態の冷却装置１４を用いる方が改善し、第２実施形態の冷却装置１４を用いるよりも第３実施形態の冷却装置１４を用いる方が改善した。

【0116】

第１実施形態から第３実施形態の基板処理装置１０の冷却装置１４は、正方形状の基板８など、非円形の冷却対象物を冷却する例について説明した。冷却対象物が正方形状の基板８である場合を例にすると、仮想的な円は、基板８の内接円と一致しなくても、基板８の内接円よりも内側の基板８の適宜の位置に設定してもよい。このとき、基板８が円盤状であると、基板８の仮想的な円は、外縁よりも内側に仮想的な円が形成され、その仮想的な円の外側と円の外縁との間の領域が、支持部２２で支持される円の外側の領域となる。このため、冷却装置１４で冷却可能な冷却対象物は、冷却対象領域が非円形状の物体に限らず、円形の物体であってもよい。このため、第１実施形態から第３実施形態の基板処理装置１０の冷却装置１４を用いると、円盤状の基板など、冷却対象領域が円形の冷却対象物であっても、その冷却対象物の冷却対象領域を冷却することができる。

【0117】

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、冷却対象物の冷却対象領域のうち、冷却ガスの吐出部から近い領域、及び、遠い領域を冷却し易い、冷却装置１４、及び、冷却装置１４を有する基板処理装置１０を提供することができる。

【0118】

例えば、基板処理装置１０は、基部１２および冷却装置１４が回転可能なように、回転駆動部が基部１２に設けられていてもよい。なお、冷却ガス源２８が基部１２の外側に設けられていた場合、冷却ガス源２８と基部１２の下面とを接続する配管を配管の中心軸と基部１２の回転軸とが一致するようにベアリング等を介して基部１２と接続すればよい。また、基板８の上面に純水または水溶液を供給するようにしてもよい。基板８上に供給した純水または水溶液が凍結するようにしてもよく、凍結後に解凍するようにしてもよい。

【0119】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、この出願の出願時の特許請求の範囲を付記する。
［付記１］
冷却対象物の冷却対象領域に向けて下側から上側に冷却ガスを流す第１の流路、及び、
前記第１の流路に連続し、前記第１の流路を中心として円環状に広がり、前記冷却ガスを前記冷却対象領域の前記第１の流路に対して径方向外方に流す環状面を有する第２の流路、
を形成し、前記冷却対象物が上側に配置されるブロック体と、
前記ブロック体の外側を囲むように設けられ、前記第２の流路の外側に連続し、前記冷却対象物の前記冷却対象領域が上側に配置された状態で、前記第２の流路よりも狭く、前記冷却ガスを前記ブロック体の前記環状面の外側に流す第３の流路を形成し、前記冷却対象物を下側から支持する支持部と
を有する冷却装置。
［付記２］
前記ブロック体と前記支持部との間に設けられ、前記冷却ガスを前記環状面の外側に案内し、前記ブロック体の前記第２の流路を前記ブロック体の外側に延ばすガイド部を有する、付記１に記載の冷却装置。
［付記３］
前記第２の流路における前記冷却対象物の前記冷却対象領域と前記ブロック体との間の距離は、前記第３の流路における前記冷却対象物の前記冷却対象領域と前記支持部との間の距離よりも大きい、付記１又は付記２に記載の冷却装置。
［付記４］
前記支持部は、前記ブロック体の前記第２の流路と前記支持部の前記第３の流路との境界に設けられ、前記第２の流路に対して前記第３の流路を狭くする側面を有する、付記１乃至付記３のいずれか１に記載の冷却装置。
［付記５］
前記ブロック体は、前記第２の流路に沿って前記第１の流路から遠ざかるにつれて、前記冷却対象物との間の距離を近づける傾斜面を有する、付記１乃至付記４のいずれか１に記載の冷却装置。
［付記６］
前記支持部は、前記冷却対象物を前記支持部に対して位置決めするとともに、前記支持部と前記冷却対象物の前記冷却対象領域との間の距離を規定する規制部を有する、付記１乃至付記５のいずれか１に記載の冷却装置。
［付記７］
前記支持部は、前記冷却対象領域の内接円の前記外側の領域を支持する、付記１乃至付記６のいずれか１に記載の冷却装置。
［付記８］
付記１乃至付記７のいずれか１に記載の冷却装置を有する、基板処理装置。

【符号の説明】

【0120】

８…基板、８ａ…中心部、８ｂ…角部、１０…基板処理装置、１２…基部、１４…冷却装置、２２…支持部、２２ａ…上面、２２ｂ…側面、２４…ブロック体、２４ａ…上面、２４ｂ…外周面、２６…ガイド部、２６ａ…延出面、２８…冷却ガス源、３２…規制部、３２ａ，３２ｂ…規制ピン、４０…流路、４２…第１の流路、４４…第２の流路、４６…第３の流路、４８…第４の流路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】