JP2015065352A

JP2015065352A - 基板浮上装置

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Publication number: JP2015065352A
Application number: JP2013199102A
Authority: JP
Inventors: 勇也宮島; Yuya Miyajima
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: JP6238438B2

Abstract

【課題】振動板から生じた騒音を迅速に検知することができる基板浮上装置を提供する。
【解決手段】基板Ｗを載置する振動板部１１と、振動板部１１に接続され、振動板部１１に超音波振動を与える超音波発生部１２と、を有し、振動板部１１上の基板Ｗを超音波振動浮上させる浮上ユニット２と、振動板部１１から発せられる音の進行方向に設けられ、可聴域の音を検知する音センサ部３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波振動により基板を浮上させる基板浮上装置に関するものである。

液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、基板上にレジスト液が塗布されたもの（塗布基板と称す）が使用されている。この塗布基板は、塗布装置により基板上にレジスト液が均一に塗布されることによって塗布膜が形成され、その後、熱処理装置により塗布膜を乾燥させることにより生産される。

この熱処理装置の一種として、たとえば特許文献１および図３で示すような浮上搬送熱処理装置がある。図３に示すように、浮上搬送熱処理装置９０には、振動板部９２および超音波発生部９３からなる基板浮上装置９１が複数並べられており、それぞれの基板浮上装置９１が基板Ｗを超音波振動浮上させる。また、一部もしくは全部の基板浮上装置９１において加熱装置９４により振動板部９２が所定の温度に加熱され、この状態で基板浮上装置９１が基板Ｗを超音波振動浮上させることによって、基板Ｗを非接触で所定の温度まで加熱する。そして、図示しない搬送装置によって基板浮上装置９１から次の基板浮上装置９１へ基板Ｗを順番に搬送することにより、浮上搬送熱処理装置９０は所定の温度履歴で基板Ｗ上の塗布膜の乾燥および焼成を行うことが可能である。

特開２０１２−２４８７５５号公報

しかし、上記の基板浮上装置９１を有する浮上搬送熱処理装置９０では、振動板部９２と超音波発生部９３とが干渉して騒音を発生するおそれがあるという問題があった。具体的には、振動板部９２と超音波発生部９３との接続位置が図４（ａ）のように振動板部９２の共振の節またはその近傍にあたれば、その位置における振動による振動板部９２の変形は小さく、振動板部９２と超音波発生部９３との干渉は生じにくいのに対し、振動板部９２と超音波発生部９３との接続位置が図４（ｂ）のように振動板部９２の共振の腹またはその近傍にあたれば、その位置における振動による振動板部９２の変形は大きく、振動板部９２と超音波発生部９３とが干渉し、その際に騒音が発生するという問題があった。

また、このような問題は、特に超音波発生部９３が、振動させる対象物（ここでは振動板部９２）の共振周波数が変化してもその共振周波数を自動で追尾して常に効率良く当該対象物を振動させるという自動追尾機能を有している場合に発生しやすい。なぜならば、振動板部９２の共振周波数は振動板部９２の温度によって変化し、振動板部９２の共振の節および腹の位置は振動板部９２の振動の周波数によって変化するものであるため、何らかの要因で振動板部９２に予期せぬ温度変化が生じた際に、超音波発生部９３がそのときの振動板部９２の共振周波数に自身の振動の周波数を変化させた結果、振動板部９２と超音波発生部９３との接続位置が振動板部９２の共振の腹の位置となることが生じうるからである。この場合、各基板浮上装置９１が通常基板Ｗを浮上乾燥させている際には振動板部９２と超音波発生部９３との干渉は生じなくとも、振動板部９２に予期せぬ温度変化が生じた際に振動板部９２と超音波発生部９３との干渉が生じ、騒音を発生するおそれがあった。

特にその騒音が可聴域の周波数の音であった場合、その騒音が長時間発せられ続けると浮上搬送熱処理装置９０の付近で作業する作業者の聴覚に危害を加えるおそれがあるため、一刻でも早くその騒音を鎮めることが必要となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、振動板から生じた騒音を迅速に検知することができることを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の基板浮上装置は、基板を載置する振動板部と、前記振動板部に接続され、前記振動板部に超音波振動を与える超音波発生部と、を有し、前記振動板部上の基板を超音波振動浮上させる浮上ユニットと、前記振動板部から発せられる音の進行方向に設けられ、可聴域の音を検知する音センサ部と、を備えることを特徴としている。

上記基板浮上装置によれば、作業者に危害を加えるおそれのある可聴域の騒音が振動板から発生した場合に、基板浮上装置自身が騒音を迅速に検知することができる。また、これにより、騒音の検知をトリガとして、騒音を生じさせた浮上ユニットに対して動作を自動で停止させたり振動の周波数を自動で変更させたりすることによって、迅速に騒音を鎮める制御を行うこともできる。

また、上記課題を解決するために本発明の他の基板浮上装置は、基板を載置する振動板部と、前記振動板部に接続され、前記振動板部に超音波振動を与える超音波発生部と、を有し、前記振動板部上の基板を超音波振動浮上させる浮上ユニットと、前記振動板部から発せられる音の進行方向に設けられた音センサ部と、前記音センサ部が取得した音の周波数を解析し、前記振動板部の超音波振動の周波数以外の周波数の音の有無を判断する解析部と、を備えることを特徴としている。

上記基板浮上装置によれば、作業者に危害を加えるおそれのある可聴域の騒音が振動板から発生した場合に、周波数解析により振動板部の超音波振動の周波数以外の周波数の音の存在を検知することによって、基板浮上装置自身が騒音を迅速に検知することができる。また、これにより、騒音の検知をトリガとして、騒音を生じさせた浮上ユニットに対して動作を自動で停止させたり振動の周波数を自動で変更させたりすることによって、迅速に騒音を鎮める制御を行うこともできる。

また、前記浮上ユニットが複数配列され、一つの前記音センサ部につき一つの前記浮上ユニットが対応するよう複数の前記音センサ部が配列されており、隣接する前記音センサ部同士の間には隔壁が設けられていると良い。

こうすることにより、音センサ部は他の浮上ユニットの振動板から発せられた音に惑わされずに、対応する浮上ユニットの振動板から発せられた音を確実に検知することができるため、騒音が発生した場合にそれがどの浮上ユニットによるものなのかを確実に特定することが可能である。

本発明の基板浮上装置によれば、振動板から生じた騒音を迅速に検知することができる。

本発明の一実施形態における基板浮上装置の概略図である。本発明の他の実施形態における基板浮上装置の概略図である。従来の基板浮上装置の概略図である。振動板部の振動状態と騒音発生との関係を示す概略図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における基板浮上装置の概略図である。基板浮上装置１は、浮上ユニット２、音センサ部３、および制御部４を備えており、浮上ユニット２が基板Ｗを非接触で浮上させながら図示しない搬送装置が隣の浮上ユニット２へ基板Ｗを順次搬送していくことにより、基板Ｗ上の塗布膜に順次熱処理を行う。また、浮上ユニット２から騒音が生じた場合、それを音センサ部３が検知し、制御部４がその検知結果を反映してその浮上ユニット２を停止させるなど動作の制御を行って自動で騒音を迅速に鎮める。

浮上ユニット２は、振動板部１１および超音波発生部１２を有し、超音波発生部１２によって超音波振動する振動板部１１が基板Ｗを超音波振動浮上させる。

また、一部の浮上ユニット２はヒータ部１４をさらに有し、ヒータ部１４が振動板部１１を所定の温度に加熱することにより、振動板部１１は基板Ｗを浮上させながら所定の温度に加熱することができる。

振動板部１１は、矩形板状の形状を有した金属板であり、平坦な表面を有する。本実施形態ではアルミ製（アルミ合金製）の矩形板が基板搬送方向（Ｙ軸方向）に連続的に配列されることにより、振動板部１１が形成されている。

この振動板部１１は、後述の超音波発生部３に接続されており、超音波発生部３が発振することにより、超音波発生部３の振動と同じ周波数で振動する。特に、振動板部１１が有する共振周波数に相当する周波数で振動した場合、振動板部１１の振動は大きくなる。そのため、超音波発生部３は、振動板部１１を振動させて基板Ｗを浮上させる際には、振動板部１１の共振周波数に相当する周波数で発振する。

また、振動板部１１は、上記の通りヒータ部１４によって加熱されることにより、振動板部１１上で浮上させている基板Ｗを輻射加熱により加熱することができる。

ここで、振動板部１１のＸ軸方向の寸法およびＹ軸方向の寸法は、振動板部１１に基板Ｗが載置されたときの基板ＷのＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法よりも大きく設定されている。これにより、基板Ｗが振動板部１１の上で浮上しながら加熱される際、基板Ｗが振動板部１１からはみ出る部分が存在することなく、基板Ｗの全面が振動板部１１の上に存在するため、ヒータ部１４により加熱された振動板部１１によって基板Ｗを均一に加熱することができる。

また、振動板部１１はゴムシートなどの弾性を有するスペーサ１３上に載置されており、このスペーサ１３が基板浮上装置１の本体の架台に固定されている。振動板部１１でなくスペーサ１３が基板浮上装置１の本体の架台に固定されるのは、上記の通り、振動板部１１は超音波発生部１２によって超音波振動するためであり、この振動板部１１を直接基板浮上装置１の本体の架台に連結させてしまうと、基板浮上装置１全体が振動するばかりか振動板部１１の振動にも悪影響を及ぼすおそれがある。これに対し、スペーサ１３はその弾性によって振動板部１１の振動をいなすため、基板浮上装置１の本体の架台に振動板部１１の振動が伝わることを防ぐことができる。

超音波発生部３は、超音波振動子およびホーンを有している。超音波振動子は、Ｚ軸方向から見て振動板部１１に対して基板Ｗを浮上させる面と反対側に配置されている。超音波振動子にはホーンが接続されており、このホーンが振動板部１１に接触し、接続されている。

超音波振動子は、図示しない発振器からの発振信号に基づいて対象物を励振させるものであり、例えば電極およびピエゾ素子を有するランジュバン型振動子がある。ランジュバン型振動子は、発振器によって電極に駆動電圧が印加されることでピエゾ素子が振動し、所定の振幅および周波数で発振する。このように発振した超音波振動子の振動は、ホーンを経由して、対象物である振動板部１１へ伝播する。これにより、振動板部１１は超音波振動子の振動と同じ周波数で振動する。振動板部１１が振動することで、振動板部１１から放射音圧が発せられ、この放射音圧によって、振動板部１１上にある基板Ｗには上向きの力が加わる。これにより、基板Ｗを振動板部１１の上方に所定の浮上量だけ浮上した状態で保持することが可能である。

また、超音波振動子の振動は、発振器から与えられる駆動電圧を制御することで振幅および周波数を調整することができ、これによって振動板部１１上で浮上する基板Ｗの浮上量を調整することが可能である。なお、本実施形態では、超音波振動子の周波数、すなわち振動板部１１の振動の周波数は２０ｋＨｚ以上とし、基板Ｗの浮上量は０．１ｍｍ程度としている。

ホーンは、円柱もしくは複数の円柱をつなげた形状をとっており、片端が超音波振動子と接続され、他端が振動板部１１に接続されており、超音波振動子が発する振動の振幅を増幅もしくは減衰して振動板部１１に伝播させる。また、ホーンはスペーサ１３およびヒータ部１４を突き抜ける配置となるため、ホーンが配置される位置においてスペーサ１３およびヒータ部１４には貫通穴もしくは切り欠きが設けられ、ホーンとの干渉を回避している。

また、超音波発生部１２は、温度変化などによって振動させる対象物（ここでは振動板部１１）の共振周波数が変化してもその共振周波数を自動で追尾して常に効率良く当該対象物を振動させるという自動追尾機能を有している。具体的には、所定の時間間隔ごとに超音波発生部１２が振動の周波数を少しずつ変化させて、超音波発生部１２が振動対象物を振動させるのに必要な発振出力を測定する。この動作を続けることによって、発振出力が小さくなる条件を超音波発生部１２が常に求めるといった機能を有している。

ヒータ部１４は、本実施形態では複数のヒータユニットを有し、これらヒータユニットがＸ軸方向およびＹ軸方向に並べられている。このヒータユニットは、本実施形態ではカートリッジヒータまたはシーズヒータが矩形板状のアルミ板に挿入されて構成されるプレートヒータである。

また、ヒータ部１４はスペーサ１３をはさんで振動板部１１の反対側に位置し、スペーサ１３と隙間無く接しており、空気を介さずにスペーサ１３を直接加熱する。これにより、ヒータ部１４と振動板部１１との間に空間が設けられて輻射もしくは対流により振動板部１１への伝熱が行われる場合に比べて熱伝導の効率を向上させることができている。

音センサ部３は、本実施形態ではコンデンサマイクであり、一つの浮上ユニット２に対して一つの音センサ部３が対応するように、複数の音センサ部３が各浮上ユニット２の上方に設置されている。なお、浮上ユニット２の上方は、浮上ユニット２が有する振動板部１１から発せられる音の進行方向であり、音センサ部３は振動板部１１から発せられる音を取得することができる。

そして、音センサ部３が取得した音の中に、放置することが許されないような騒音を検知した場合、音センサ部３は後述の制御部４に信号を出力する。

ここで、前述の通り各振動板部１１は２０ｋＨｚ以上の超音波領域の音波を発して基板Ｗを浮上させているため、この音波を検知しないように、音センサ部３が取得できる音の周波数の範囲は超音波領域よりも低い可聴域としている。なお、本実施形態では音センサ部３は、検出可能な周波数が５０Ｈｚ〜１６ｋＨｚである周波数特性のコンデンサマイクを採用している。これにより、浮上ユニット２が正常に基板Ｗを浮上させている際に発生する超音波まで検知して装置の異常と誤認識してしまうことを防ぎ、騒音を精度良く検知することが可能である。

また、基板浮上装置１の周辺などで生じる物音などを音センサ部３が検知して誤って制御部４が浮上ユニット２の動作を停止するなどの制御を行うことを防ぐため、音センサ部３は、所定の水準以上の音量、たとえば作業者が騒音であると認識する水準（たとえば１００ｄＢ）以上の音量の音のみを検知した場合のみ、制御部４に信号を出力する。

また、隣接する音センサ部３同士の間には隔壁２１が設けられており、浮上ユニット２から発せられた音は、その浮上ユニット２に対応する音センサ部３（浮上ユニット２の真上に位置する音センサ部３）にのみ届き、他の音センサ部３はその音を取得しないようにしている。

隔壁２１は、より他の音センサ部３に音を届かせないように、高い吸音特性を有するものが望ましい。ただし、隔壁２１は基板Ｗの上方に位置することから低発塵性および耐溶剤性（塗布膜から揮発する溶剤によって腐食されないこと）も重要であり、本実施形態では、ステンレスなどの金属板を隔壁２１の材料に用いている。

また、このように一つの音センサ部３が一つの浮上ユニット２のみから発せられる音を取得するのであれば、音センサ部３は単一指向性を有していることが望ましい。そして、浮上ユニット２がある方向（音センサ部３から見て下方）からの音のみをはっきり捉えるようにすることにより、対応する浮上ユニット２から発せられる音のみを効率的に取得することができる。

ここで、本実施形態では上記の通り音センサ部３として可聴域のみ取得できるような周波数特性のマイクを採用しているが、別の実施形態として、音センサ部３が可聴域の音だけでなく基板Ｗの振動浮上時に発する超音波も取得するような周波数特性を有し、音センサ部３が取得した音を周波数解析して異音が混ざっていると判断した場合にのみ制御部に信号を出力するようにしても良い。

具体的には、基板浮上装置１は、各音センサ部３の取得した音をフーリエ変換することにより周波数解析する解析部をさらに備え、取得した音はどのような周波数の音の組み合わせであるかを解析する。そして、振動板部１１の超音波振動の周波数（たとえば４０ｋＨｚ）以外の周波数の音の有無を判断し、超音波振動の周波数以外の周波数の音も混ざっていることが判断された場合、信号を制御部４に出力するようにしても良い。このような実施形態によっても、浮上ユニット２が正常に基板Ｗを浮上させている際に発生する超音波まで検知して装置の異常と誤認識してしまうことを防ぎ、騒音を精度良く検知することが可能である。

制御部４は、本実施形態ではコンピュータ、シーケンサなどを有し、各浮上ユニット２と電気的に接続されており、各浮上ユニット２の振動のオンオフ、振動の周波数、基板Ｗの保持時間（載置時間）などの制御を行い、また、図示しない搬送装置の動作などの制御を行う。また、制御部４は、ハードディスクや、ＲＡＭまたはＲＯＭなどのメモリからなる、各種情報を記憶する記憶装置を有しており、上記制御データなどがこの記憶装置に記憶される。

また、制御部４は、各音センサ部３とも電気的に接続されており、音センサ部３が異音を検知した際に音センサ３から出力される信号が制御部４に入力される。ここで、各音センサ部３はそれぞれ独立して制御部４と接続されており、制御部４は、信号が入力された際にその音センサ部３から出力されたものであるのかを判断することができる。そして、この入力信号をもとに、制御部４は信号を出力した音センサ３に対応する浮上ユニット２の動作を切り替えるよう制御する。

また、前述の解析部を基板浮上装置１が有している場合、この制御部４が解析部の機能を有していても良い。

次に、基板浮上装置１が騒音を検知するメカニズムについて、引き続き図１を用いて説明する。

図１の例では、基板浮上装置１は６つの浮上ユニット２を有しており、各浮上ユニット２の上方には、音センサ部３が設けられている。

このような基板浮上装置１において、図１における右から３番目の浮上ユニット２ａの振動板部１１ａにおいて騒音が発生したとする。なお、騒音が発生する要因は、既述の通り、振動板部１１ａの温度変化などにより振動板部１１ａの共振周波数が変化し、それを超音波発生部１２ａが追尾して振動の周波数を変更した際に、振動板部１１ａと超音波発生部１２ａの連結位置が振動板部１１ａの共振の腹の位置もしくはその近傍に当たった場合などが考えられる。

このとき、振動板部１１ａから発せられた騒音は、隔壁２１が作用して振動板部１１ａの真上にある音センサ部３ａのみに届き、他の音センサ部３には届かない。そして、音センサ部３ａがこの騒音を検知すると、音センサ部３ａは制御部４に信号を出力する。

次に、音センサ部３ａのみから信号が制御部４に入力されることにより、制御部４は、音センサ３ａが対応する浮上ユニット２ａから騒音が発せられたことを容易に判断し、浮上ユニット２ａの動作を切り替える制御を行う。具体的には、振動板部１１ａの超音波振動の周波数を変更したり浮上ユニット２ａの動作を停止させたりする。

このように、制御部４が騒音を発した浮上ユニット２ａを特定できることにより、問題のある浮上ユニット２ａのみ振動の周波数を変更し、一度も基板浮上装置１を停止させることなく騒音が生じない条件下で再び基板Ｗを浮上させることができ、自動運転を継続することができる。

また、騒音発生時に浮上ユニット２の動作を停止させるように制御する場合であっても、騒音の原因となった浮上ユニット２ａのみを停止させ、その浮上ユニット２ａよりも下流の浮上ユニット２で浮上している基板Ｗ（図１における基板Ｗ１）には引き続き処理を行うことが可能となるため、廃棄する基板Ｗの枚数を減らすことができる。

以上の基板浮上装置により、振動板から生じた騒音を迅速に検知することが可能である。

なお、以上の説明では、一つの浮上ユニット２に対して一つの音センサ部３を対応させているが、図２に示すように二つ以上の浮上ユニット２に対して一つの音センサ部３を対応させても構わない。これにより音センサ部３の個数を減らして装置コストを削減できるとともに、特に図２内でｆ＝ｆ１、ｆ＝ｆ２、ｆ＝ｆ３と示すように各浮上ユニット２の振動板部１１から発せられる異音の周波数がそれぞれ異なる場合は、先述の解析部が異音の周波数を解析することによってどの浮上ユニット２から生じた異音であるのかも判断することが可能である。

また、以上の説明では、音センサ部３が異音を検知した際に制御部４が自動で浮上ユニット２の動作停止などの制御を行うようにしているが、必ずしもそうである必要は無く、制御部４は基板浮上装置１周辺の作業者に警告するために警報を鳴らすようにしても構わない。この場合、警報に気付いた作業者が基板浮上装置１を手動で制御して適切な処置を行う。

１基板浮上装置
２浮上ユニット
３音センサ部
４制御部
１１振動板部
１２超音波発生部
１３スペーサ
１４ヒータ部
２１隔壁
９０浮上搬送熱処理装置
９１基板浮上装置
９２振動板部
９３超音波発生部
９４加熱装置
Ｗ基板

Claims

基板を載置する振動板部と、前記振動板部に接続され、前記振動板部に超音波振動を与える超音波発生部と、を有し、前記振動板部上の基板を超音波振動浮上させる浮上ユニットと、
前記振動板部から発せられる音の進行方向に設けられ、可聴域の音を検知する音センサ部と、
を備えることを特徴とする、基板浮上装置。
基板を載置する振動板部と、前記振動板部に接続され、前記振動板部に超音波振動を与える超音波発生部と、を有し、前記振動板部上の基板を超音波振動浮上させる浮上ユニットと、
前記振動板部から発せられる音の進行方向に設けられた音センサ部と、
前記音センサ部が取得した音の周波数を解析し、前記振動板部の超音波振動の周波数以外の周波数の音の有無を判断する解析部と、
を備えることを特徴とする、基板浮上装置。
前記浮上ユニットが複数配列され、一つの前記音センサ部につき一つの前記浮上ユニットが対応するよう複数の前記音センサ部が配列されており、隣接する前記音センサ部同士の間には隔壁が設けられていることを特徴とする、請求項１もしくは２のいずれかに記載の基板浮上装置。