JP5280901B2 - 基板処理システムおよび基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、液晶ガラス等の基板に対して焼成等の熱処理を実行するように構成された基板処理システムおよびこのシステムに適用可能な基板処理方法に関する。

カラーフィルタ製造工程等において液晶ガラス等の基板に対する熱処理を行う際には、基板の搬入、処理、および搬出を効率的に行うためにシステム化された構成が用いられることがあった。

ここで、図１を用いて、従来の基板処理システムにおける基板搬送の制御内容を簡単に説明する。従来、図外の搬入部から未処理ワークを取り出した搬送ロボット２２は、例えば、第１の処理チャンバ１６の多段ラック１６６の最上段から処理済ワークを搬出し、その後、当該空となった段に未処理ワークを搬入する。その後、搬送ロボット２２は、図外の搬出部まで処理済ワークを搬送する。続いて、搬送ロボット２２は、再び搬入部から未処理ワークを取り出し、今度は第１の処理チャンバ１６の多段ラック１６６の上から２番目の段から処理済ワークを搬出し、その後、当該空となった段に未処理ワークを搬入する。同様の動作を繰り返しつつ、搬送ロボット２２は、まず第１の処理チャンバ１６の多段ラックの最上段から最下段までの各段について処理済みワークの搬出処理および未処理ワークの搬入処理を行う。第１の処理チャンバ１６の多段ラック１６６の最上段から最下段までの各段に対する処理済みワークの搬出処理および未処理ワークの搬入処理が完了した後に、上述と同様に第２の処理チャンバ１８の多段ラック１８６の最上段から最下段までの各段について処理済みワークの搬出処理および未処理ワークの搬入処理を行う。

このような基板処理システムにおいては、基板に対する熱処理を行う際に、基板に塗布された昇華性成分（例えば、フォトレジストに含まれる昇華性成分）が気化し、この昇華物によって炉内の清浄度が低下することがあった。

このため、従来、発生した昇華物をダクト等によって炉内から吸い出す排気システムについて様々な工夫がなされてきた。例えば、昇華ガスの濃度を下げるために、換気用空気を加熱して、ワークを通過する循環空気の上流部に導入するとともに、ワークを通過した空気の一部分を排出するように構成された熱処理装置が存在する（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−１４１８６８号公報

上述の特許文献１に係る熱処理装置を含む従来の熱処理装置においては、スループットを向上させようとすると、炉に対する基板の搬入時間間隔を可能な限り短くする必要が生じるが、基板の搬入時間間隔が短くなると昇華物ガスの濃度を低く抑えるために排気量を増加させる必要が生じる。

そして、排気量の増加に伴って、排熱量または給気の加熱容量も増加することとなり、その結果、炉内を設定温度に保つために、ヒータからより多くの熱量を炉内に供給する必要が生じる。

したがって、上述の特許文献１に係る熱処理装置を含む従来の熱処理装置では、スループットの向上に比例して電力消費の増加を余儀なくされるため、電力消費を削減するためにはスループットを犠牲にする必要があった。

本発明の目的は、スループットを犠牲にすることなく、消費電力の削減を図ることが可能な基板処理システムおよび基板処理方法を提供することである。

この発明に係る基板処理システムは、基板に対して熱処理を行うように構成される。基板の例としては、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ用のガラス基板や、半導体装置に用いられる半導体ウェハ等が挙げられる。

この基板処理システムは、搬送部、複数の処理チャンバ、および制御部を備える。搬送部は、基板を搬送する搬送ロボットを備える。複数の処理チャンバは、それぞれ搬送部の周囲に配置される。各処理チャンバは、基板の搬入時および搬出時に開閉可能な扉を有する。

制御部は、少なくとも搬送部および処理チャンバを制御する。制御部は、搬送ロボットが、同一の処理チャンバに連続してアクセスすることなく複数の処理チャンバに順次的にアクセスするように、搬送ロボットおよび扉の動作を制御する。

この構成においては、タクト毎に異なる処理チャンバの扉の開閉動作が行われ、異なる処理チャンバに対して順番に基板が搬入または搬出される。このように、複数の処理チャンバへの基板投入順序を変更することにより、単一の処理チャンバ内における単位時間あたりの昇華物ガスの発生量が抑制され、炉内の昇華物ガスの濃度が減少する。

この結果、従来に比較して、排気量および給気量を絞った運転が可能となり、排気に伴う排熱の削減が可能となる。つまり、スループットを低下させることなく、省エネ運転が可能となる。また、炉内に付着した昇華物の除去等のメンテナンスの頻度の低減が可能となる。

本発明によれば、スループットを犠牲にすることなく、大幅に消費電力の削減を図ることが可能になる。

従来の基板処理システムの基板搬送の制御内容示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理システムの概略を示す平面図である。 第１の処理チャンバ、第２の処理チャンバ、および搬送ロボットの概略を示す側面断面図である。 基板処理システムの概略を示すブロック図である。 メイン制御部による制御内容を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す平面図である。 ｎ個の処理チャンバを有する基板処理システムの効果の概要を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る処理チャンバの概略構成を示す図である。

図２は、この発明の実施形態に係る基板処理システム１０の概略を示している。この実施形態では、基板処理システム１０は、カラーフィルタ製造工程を行うように構成されているが、本発明の適用範囲はカラーフィルタ製造工程には限定されない。

基板処理システム１０は、搬入部１２、搬出部１４、搬送部１５、第１の処理チャンバ１６、および第２の処理チャンバ１８を備える。搬入部１２、搬出部１４、および搬送部１５は、透明部材で覆われたクリーンユニットの内部に配置される。

搬入部１２は、未処理のワーク（基板）２０の搬入口として機能するように構成される。この実施形態では、ワーク２０は、長辺が約２．５メートルで短辺が約２、２メートルの長方形状のガラス基板であるが、熱処理システム１０が処理するワーク２０の種類はこれに限定されるものではない。搬出部１４は、処理済みのワーク２０を収容可能に構成される。

搬送部１５は、熱処理システム１０の中央部に位置しており、搬入部１２、搬出部１４、第１の処理チャンバ１６、および第２の処理チャンバ１８にそれぞれ隣接するように配置される。搬送部１５は、内部に搬送ロボット２２が設けられる。搬送ロボット２２は、搬入部１２、搬出部１４、第１の処理チャンバ１６、および第２の処理チャンバ１８の間でワーク２０の搬送を行うように構成される。第１の処理チャンバ１６および第２の処理チャンバ１８は、搬入されたワーク２０に対して熱処理を行うように構成される。

図３は、第１の処理チャンバ１６、第２の処理チャンバ１８、および搬送ロボット２２の概略構成を示している。第１の処理チャンバ１６は、ワーク２０が搬入および搬出される開口部を有する炉体１６４と、開口部を選択的に遮断する扉１６２とを備える。

炉体１６４は、各段にワーク２０を支持可能に構成された多段ラック１６６を備える。扉１６２は、それぞれが垂直方向に伸びる軸に沿って昇降可能に支持された複数のシャッタ片から構成される。各シャッタ片は、互いに連携して昇降するように構成されており、例えば、隣り合う２つのシャッタ片を離間または接触させることにより、多段ラック１６６の所望の段に対してワーク２０の搬入および搬出が可能になる。

第２の処理チャンバ１８は、第１の処理チャンバ１６と同様に、炉体１８４、扉１８２、および多段ラック１８６を少なくとも備える。これらの構成は、第１の処理チャンバ１６のものと実質的に同一であるため、ここでは説明を省略する。

搬送ロボット２２は、ワーク２０を支持可能に構成されたハンド２２５を備える。搬送ロボット２２は、ハンド２２５を昇降および回転させることにより多段ラック１６６および多段ラック１８６の任意の段に対してワーク２０を搬入および搬出できるように構成されている。

図４は、基板処理システム１０の概略を示すブロック図である。図４に示すように、第１の処理チャンバ１６は、扉駆動部１６９、換気部１６８、熱処理部１６７、および制御部１６５を少なくとも備える。扉駆動部１６９は、上述の扉１６６の開閉動作を行うように構成される。換気部１６８は、炉体１６４に外気を導入する導入部および炉体１６４内部のガスの排気を行う排気部を有する。換気部１６８は、チャンバ内の昇華物ガスの濃度に合わせた排気量および給気量が設定される。熱処理部１６７は、炉体１６４を設定された温度（例えば、２３０℃）で加熱し、炉体１６４に搬入されたワーク２０に対して熱処理を行うように構成される。制御部１６５は、メイン制御部３０から供給される制御情報に基づいて第１の処理チャンバ１６の各部の動作を制御するように構成される。

第２の処理チャンバ１８は、扉駆動部１８９、換気部１８８、熱処理部１８７、および制御部１８５を少なくとも備える。これらの構成は、上述の扉駆動部１６９、換気部１６８、熱処理部１６７、および制御部１６５と同様であるため、ここでは説明を省略する。

搬送ロボット２２は、移動機構部２２６、ハンド駆動部２２４、および制御部２２２を備える。移動機構部２２６は、搬送ロボット２２の水平方向に移動させる機構、および搬送ロボット２２を回転運動させる機構を少なくとも備える。ハンド駆動部２２４は、ハンド２２５の昇降動作、水平方向の移動、動作回転、およびワーク２０の把持／把持解除を行うように構成される。制御部２２２は、メイン制御部３０からの制御情報に基づいて、搬送ロボット２２の各部の動作を制御するように構成される。

図５は、メイン制御部３０による制御内容を説明するための図である。この実施形態に係る基板処理システム１０では、メイン制御部３０が、第１の処理チャンバ１６または第２の処理チャンバ１８へ交互に搬送ロボット２２をアクセスさせている。よって、ここでは、図１のように、第１の処理チャンバ１６の多段ラック１６６の最上段から最下段までの各段に対する処理済みのワーク２０の搬出処理および未処理のワーク２０の搬入処理が完了した後に、第２の処理チャンバ１８の多段ラック１８６の最上段から最下段までの各段について処理済みのワーク２０の搬出処理および未処理のワーク２０の搬入処理を行うのではなく、第１の処理チャンバ１６に対する処理済みのワーク２０の搬出処理および未処理のワーク２０の搬入処理と、第２の処理チャンバ１８に対する処理済みのワーク２０の搬出処理および未処理のワーク２０の搬入処理と、が順次行われる。

具体的には、メイン制御部３０は、搬送ロボット２２に搬入部１２の未処理のワーク２０を取り出させる。次に、メイン制御部３０は、搬入すべき位置および順番に関する記憶情報に基づいて第１の処理チャンバ１６の扉１６２を開放し、その後、搬送ロボット２２の動作を制御することにより、多段ラック１６６の対応する段から処理済みのワーク２０を搬出し、空段となった同じ段に未処理ワーク２０を搬入させる。ここで、処理済みのワーク２０とは、第１の処理チャンバ内に搬入された後に熱処理に必要な所定時間が経過したワーク２０を意味する。

その後、メイン制御部３０は、搬送ロボット２２に搬出部１４へ処理済みのワーク２０を排出させて、搬送ロボット２２を搬入部１２の前まで移動させ、搬入部１２の未処理ワーク２０を取り出させる。

続いて、メイン制御部３０は、搬入すべき位置および順番に関する記憶情報に基づいて第２の処理チャンバ１８の扉１８２を開放し、その後、搬送ロボット２２の動作を制御することにより、多段ラック１８６の対応する段から処理済みのワーク２０を搬出し、空段となった同じ段に未処理ワーク２０を搬入させる。

その後、メイン制御部３０は、搬送ロボット２２に搬出部１４へ処理済みのワーク２０を排出させて、搬送ロボット２２を搬入部１２の前まで移動させ、搬入部１２の未処理ワーク２０を取り出させる。

以後も第１の処理チャンバ１６および第２の処理チャンバ１８に対してこのような動作を順次継続することにより、第１の処理チャンバ１６および第２の処理チャンバ１８内の多段ラック１６６、１８６に支持されたすべてのワーク２０に対して所定時間の熱処理が行われるように搬送ロボット２２および扉１６２、１８２の動作を制御する。

ここでは、多段ラック１６６の最上段→多段ラック１８６の最上段→多段ラック１６６の上から２段目→多段ラック１８６の上から２段目→…→多段ラック１６６の最下段→多段ラック１８６の最下段の順に搬送ロボット２２がアクセスする例を示しているが、アクセス順はこの例に限定されることはない。

図６は、６つの処理チャンバ１７を備える基板処理システム１１の概略構成を示している。基板処理システム１１は、搬入部１２、搬出部１４、および搬送部１５０と、６つの処理チャンバ１７とを備える。基板処理システム１１は、処理チャンバ１７の数が６つである点を除くと、その基本的な構成は、基板処理システム１０と同様である。

基板処理システム１１においても、搬送ロボット２２は、６つの処理チャンバ１７に順次的にアクセスし、同一の処理チャンバ１７に対して連続してアクセスすることがないように制御されている。

ここでも、メイン制御部３０は、搬入すべき位置および順番に関する記憶情報に基づいて、６つの処理チャンバ１７のうちの１つに対して、処理済みのワーク２０を搬出する処理、および空段となった同じ段に未処理のワーク２０を搬入する処理を行う。その後、メイン制御部３０は、搬送ロボット２２に搬出部１４へ処理済みのワーク２０を排出させて、搬送ロボット２２を搬入部１２の前まで移動させ、搬入部１２の未処理ワーク２０を取り出させる。そして、６つの処理チャンバ１７のうちの次の１つに対して、同様の動作を行う。以後も６つの処理チャンバ１７に対してこのような動作を順次継続することにより、６つの処理チャンバ１７内の多段ラックに支持されたすべてのワーク２０に対して所定時間の熱処理が行われるように搬送ロボット２２および扉１６２、１８２の動作を制御する。

上述のように、処理チャンバが２台の場合には、第１の処理チャンバに対して処理済みのワーク２０の搬出および未処理のワーク２０の搬入という一対の操作を行い、その後第２の処理チャンバに同様の１対の操作を行い、以後も第１の処理チャンバおよび第２の処理チャンバを交互にこの操作を繰り返す。また、基板処理システムに６台の処理チャンバが設けられる場合は、第１〜第６の処理チャンバの順で上述の１対の操作を行い、以後も同様の操作を行う。

これを一般化して処理チャンバがｎ台の場合を説明すると、メイン制御部３０は、第１の処理チャンバに対して処理済みのワーク２０の搬出および未処理のワーク２０の搬入という一対の操作を行い、続いて、第２の処理チャンバに対して同様の操作を行い、第ｎ−１の処理チャンバに対して同様の操作を行い、そして、第ｎの処理チャンバに対して同様の処理を行い、再度、第１の処理チャンバに対して同様の操作を行い、以後、このような操作を順次継続することになる。この結果、処理チャンバの数にかかわらず、すべてのワーク２０についてチャンバ内滞在時間を同じにできる。

一般的には、基板処理システム内の処理チャンバの数が増加すると、排気量およびヒータ容量の低減をより図ることが可能になる。例えば、図２に示す基板処理システム１０よりも図６に示す基板処理システム１１の方がさらに、排気量およびヒータ容量の低減を図ることが可能になる。

例えば、図６に示すように、複数の処理チャンバを設置した基板処理システム１１において、ワーク２０の投入順序を振り分けることにより、単位時間当たりの最大投入枚数を平均化することが可能になり、単一の処理チャンバ１７における単位時間あたりの昇華物ガスの発生量を抑制することが可能になる。また、その結果、ヒータ容量の削減を図ることができ、また、ランニングコストの削減を図ることが可能になる。さらに、処理チャンバ１７内に昇華物が付着することが防止し易くなるため、処理チャンバ１７のメンテナンス性が向上する。

図７は、ｎ個の処理チャンバを有する基板処理システム１０の効果の概要を示している。ここでは、基板処理システム１０全体としてのスループットが従来の基板処理システムと同一であるという前提で説明を行う。同図に示すように、基板処理システム１０では、第１〜第ｎの処理チャンバのそれぞれについて、ワーク２０の投入時間間隔をｎ倍（ｎは、システムに設けられる処理チャンバ数）に拡げることが可能になる。この結果、理論的には、ワーク２０の投入に伴って発生する昇華ガスの発生量を１／ｎに抑えることが可能になる。そして、第１〜第ｎの各処理チャンバをそれぞれ許容される清浄度に保つために必要となる換気量、つまり排気量についても、理論的には、１／ｎに抑えることが可能になる。よって、換気部１６８および換気部１８８の構成を簡略化することが可能となり、また、換気部１６８および換気部１８８において消費される電力量を低減することが可能になる。

故に、第１〜第ｎの各処理チャンバ内を設定温度に保つために必要なヒータ容量も理論的に１／ｎに抑えることが可能になるため、基板処理システム１０における電力消費量を大幅に削減することが可能になる。

例えば、第１の処理チャンバ１６または第２の処理チャンバ１８を有する基板処理システム１０においては、従来基板搬入時間間隔が６０秒であるところを１２０秒まで拡げると、昇華物ガスの発生量を３０ｐｐｍから１５ｐｐｍまで低減する。このため、チャンバ内の汚染度を従来と同一基準として運転する場合には、排気量を４０ｍ³ ／分から２０ｍ³ ／分にまで低減可能となるので、排気分熱量を補うためのヒータ容量を９０ｋｗから４５ｋｗに低減することが理論上可能となる。すなわち、スループットを減じることなく消費電力量を従来の半分程度に抑えることが理論上可能となる。

さらに、上述の実施形態で説明した動作以外にも、本発明に係る基板処理システムでは、搬送ロボット２２のアームやハンドの構成次第で多様な運転が可能である。例えば、上述の実施形態では、搬送ロボット２２が処理済みのワーク２０を処理チャンバから取り出すと同時に、把持している未処理のワーク２０を処理チャンバに搬入する動作を行っているが、一度に単一のワーク２０しか把持できない搬送ロボットを用いる際には、処理済みのワーク２０の搬出→搬出部１４への移動→搬入部１２への移動→未処理のワーク２０の搬入という流れで搬送ロボット２２を動作させると良い。また、この場合、搬送ロボット２２が処理チャンバから離れている間は処理チャンバの扉を閉じておくことが好ましい。

また、上述の実施形態では、搬送ロボット２２が処理チャンバに１枚ずつワーク２０を出し入れする場合について説明したが、搬送ロボット２２が処理チャンバに対して一度に複数枚（例えば、直近の２枚）のワーク２０を出し入れするようにしても良い。

なお、本発明の基板処理システムに用いられる処理チャンバの構成は上述した構成に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、回動可能な小扉４０を各段ごとに対応させて設けるとともに、各小扉４０をシリンダ駆動によって開閉させるように構成された処理チャンバを本発明の基板処理システムに適用することも可能である。

上述の実施形態では、基板処理システム（１０、１１）に設けられた処理チャンバの数が２個または６個の場合を説明したが、処理チャンバの数は２個以上であれば良く、上述の例には限定されない。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−基板処理システム
１２−搬入部
１４−搬出部
１５−搬送部
１６−第１の処理チャンバ
１８−第２の処理チャンバ
２２−搬送ロボット
３０−メイン制御部

Claims (2)

1. 基板に対して熱処理を行うように構成された複数の処理チャンバと、
   基板を搬送する搬送ロボットと、
   前記処理チャンバおよび搬送ロボットを制御する制御部と、を備え、基板に対して熱処理を行うように構成された基板処理システムであって、
   前記処理チャンバは、各段に基板を支持可能とされた多段ラックと、基板の搬入時および搬出時に多段ラックの所望の段に対応して開閉可能な扉を有し、
   前記制御部は、一の処理チャンバ内に搬入された後に所定時間が経過した基板を当該一の処理チャンバから搬出し、続いて当該一の処理チャンバ内に未処理の基板を搬入した後、他の一の処理チャンバ内に搬入された後に所定時間が経過した基板を当該他の一の処理チャンバから搬出し、続いて当該他の一の処理チャンバ内に未処理の基板を搬入し、以後も前記複数の処理チャンバに対してこのような動作を順次継続することにより、前記複数の処理チャンバ内の多段ラックに支持されたすべての基板に対して所定時間の熱処理が行われるように前記搬送ロボットおよび前記扉の動作を制御する基板処理システム。
2. 各段に基板を支持可能とされた多段ラック、および基板の搬入時および搬出時に多段ラックの所望の段に対応して開閉可能な扉を有する複数の処理チャンバと、
   基板を搬送する搬送ロボットと、を備え、基板に対して熱処理を行うように構成された基板処理システムに適用される基板処理方法であって、
   前記搬送ロボットが、一の処理チャンバ内に搬入された後に所定時間が経過した基板を当該処理チャンバから搬出し、続いて当該処理チャンバ内に未処理の基板を搬入した後、他の一の処理チャンバ内に搬入された後に所定時間が経過した基板を当該他の一の処理チャンバから搬出し、続いて当該他の処理チャンバ内に未処理の基板を搬入し、
   以後も前記複数の処理チャンバに対してこのような動作を順次継続することにより、前記複数の処理チャンバ内の多段ラックに支持されたすべての基板に対して所定時間の熱処理を行う基板処理方法。

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