JP3604082B2 - 高速熱処理システム用加熱組立体 - Google Patents

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Description

【０００１】
関連出願
本出願は、米国前置特許出願第６０／０９１３３８号（出願日：１９９８年７月１日）に基づくものである。
【０００２】
発明の分野
本発明は、フラットパネル表示装置に用いるガラスパネルのような大面積の基板の高速熱処理方法及び装置に関し、特に、高速熱処理システムに用いる加熱組立体に関するものである。
【０００３】
発明の背景
フラットパネルディスプレイに用いるガラスパネルを高速熱処理するためのシステムが従来技術で知られている。このようなシステムは、外囲装置内にある輸送組立体と加熱組立体とを含む。１又はそれ以上の皮膜を施したガラスパネルが、システム内に水平方向に入れられ、このシステムを通じて石英製の回転円柱体上に輸送される。ガラスパネルは、温度が上昇していく一連の予加熱ゾーンを通過する。この予加熱ゾーンには、ガラスパネルの移動方向に対して垂直に向けた赤外線加熱器がある。次に、パネルは、反射板に取り付けられたキセノンアークランプによって供給される強い紫外線照射に晒される領域を通過する。次に、パネルは、冷却ゾーンを通過し、最初の予加熱ゾーンと反対側のシステムの端部から出ていく。
【０００４】
高速熱処理システムの作動において重要なパラメータは、ガラスパネル又は他の基板の表面にわたる温度の一様性である。従来技術のシステムは、ほぼ満足のゆく性能を発揮したが、避けられない欠点があった。
【０００５】
このシステムは、非接触式の温度計測技術を必要とする。検出される赤外線エネルギーに基づいて温度を計測する光学高温計が典型的に利用される。在来の従来技術は、被加工物の移動方向に沿った一つの位置の線形プロフィールが生成されるように、固定位置に高温計検出ヘッドを取り付けることを提案する。この構成では、温度計測容量が制限され、よって、一様な加熱を達成できる能力が制限される。
【０００６】
従来技術の高速熱処理システムは、典型的に、ガラスパネルの移動方向に対して９０°に配置した長繊条赤外線加熱器を利用する。この構成では、長手方向の一様性については良好であるが、エッジ効果に起因して、横方向の一様性が制限される。したがって、横方向の加熱一様性を向上するランプの相対的配置構成を提供することが望まれる。横方向の一様性は、基板移動方向に対して垂直な方向における一様性をいう。
【０００７】
上記のように、ガラスパネルは、典型的に、高速熱処理システムの一方端から入れられ、その反対側の他方端から出ていく。この入口端と出口端との間の距離は、処理されるガラスパネルの寸法が増すと、大きくなる。この距離は、幾つかの製造設備において許容し得ないものである。
【０００８】
フラットパネル表示装置に用いるガラス基板のような基板上のフィルムを選択的に加熱する方法が、米国特許第５０７３６９８号（１９９１年１２月１７日発行、Ｓｔｕｌｔｚ）に開示される。光源と半導体ウエハとの間の光学素子と、ウエハ加熱を計測するための光学高温計とを含む半導体ウエハ加熱チャンバが米国特許第４７５５６５４号（１９８８年７月５日発行、Ｃｒｏｗｌｅｙら）に開示される。半導体ウエハ加熱に用いる長アークランプが、米国特許第４８２０９０６号（１９８９年４月１１日発行、Ｓｔｕｌｔｚ）に開示される。
【０００９】
既知の従来技術の高速熱処理システムの全ては、上述した欠点のうちの１つ又はそれ以上を有する。従って、大面積の基板を高速熱処理するための向上した方法及び装置の必要性がある。
【００１０】
発明の概要
本発明の第一の態様に従って、大面積の基板に用いる高速熱処理システムが提供される。この高速熱処理システムは、処理チャンバ、処理チャンバを通じて基板輸送方向に基板を輸送するための輸送組立体、及び基板を加熱するための加熱組立体から構成される。加熱組立体は、処理チャンバに配置される細長形の加熱要素の列から構成される。この加熱要素は、基板輸送方向に整列した長手方向の軸線を有する。
【００１１】
加熱要素は、基板輸送方向の基板の長さよりも長いか又は等しい長さを有する。加熱要素の列は、基板の上方に配置され、基板のエッジを横方向に越えて拡張する。
【００１２】
高速熱処理システムは、さらに、制御した電気的エネルギーを加熱要素に供給するための制御システムから構成され得る。制御システムは、各加熱要素へ供給される電気的エネルギーを個々に制御するための手段から構成され得る。制御システムは、基板の温度を検出するための温度検出器、及び基板の検出温度プロフィールと所望の温度プロフィールとの間の差に応答して、電気的エネルギーを加熱要素へ供給するための加熱要素制御装置から構成され得る。制御システムは、さらに、横方向の温度プロフィールを与えるために、温度検出器を基板に関して横方向に走査するための運搬組立体から構成され得る。
【００１３】
本発明の他の態様に従って、大面積の基板に用いる高速熱処理システムが提供される。この高速熱処理システムは、処理チャンバ、処理チャンバを通じて基板輸送方向に基板を輸送するための輸送組立体、及び基板を加熱するための加熱組立体から構成される。加熱組立体は、基板の向かい合った側の処理チャンバに配置した細長形の加熱要素の第一及び第二の列から構成される。第一及び第二の列のうちの少なくとも一方の加熱要素は、基板輸送方向に整列した長手方向の軸線を有する。一実施例では、第一の列の加熱要素が、基板輸送方向と垂直に整列した長手方向の軸線を有し、第二の列の加熱要素が、基板輸送方向と平行に整列した長手方向の軸線を有する。
【００１４】
本発明をよりよく理解するため、添付図面を参照する。
詳細な説明
大面積の基板に用いる高速熱処理システムが、図１（ａ）に示すように、走査式温度検出器８から構成される温度検出器組立体を含み得る。走査式温度検出器８は、運搬組立体１４に取り付けた高温計検出ヘッド（又は他の温度検出器）１０を含み得る。温度検出器１０は、少なくとも一方向（例えば、基板移動方向に対して垂直な方向）に移動可能であり、好適に、処理されるべき基板１２の表面と平行な平面において二方向（Ｘ及びＹ）に移動可能である。走査式温度検出器８は、従来技術の静止式の温度検出器よりも非常に多くの温度情報を得ることができる。
【００１５】
走査式温度検出器８で得ることのできる、異なった温度プロフィールの例を図１（ｂ）及び（ｃ）に示す。図１（ｂ）に示すように、温度検出器１０は、任意の位置へ移動でき、そして停止でき、また、線形温度プロフィール１６を得ることができる。被加工物と同一の速度で被加工物の移動方向に沿って検出器１０を移動させることによって、点２０で示す温度プロフィールが、時間関数として得られる。他の温度計測プロトコルが、基板の表面上における点集合２２ａ、２２ｂ、２２ｃ等において温度を計測すること、対角線上の温度プロフィール２４を与えるために、システムを通じて移動するように、基板を横切ってゆっくりと走査すること、及び基板表面上の単一の線形温度プロフィール又は温度マッピングプロフィール２８を与えるために、基板移動方向に対して垂直に高速走査することを含む。広範囲の温度獲得プロトコル及び温度プロフィールが、走査式温度検出器の相対的配置構成によって達成できる。
【００１６】
大面積の基板に用いる高速熱処理システムが、図３に示すように、基板移動方向に垂直に向けた加熱要素３５の第一の列３０、及び基板移動方向に平行に向けた加熱要素３６の第二の列３２を含む。加熱要素の第一及び第二の列は、基板３４の向かい合った側に配置される。一実施例では、第一の列３０の加熱要素３５は、基板の下方に配置され、第二の列３２の加熱要素３６は、基板の上方に配置される。加熱要素の第一及び第二の列は、好適に、基板をアークランプゾーンに入れる前の、高速熱処理システムの最後の予加熱ゾーンのところに配置される。加熱要素３６の各々は、細長形の赤外線加熱要素から構成される。好適に、加熱要素の第二の列３２は、基板移動方向３８と平行に整列し、基板幅にわたって配分した多数の加熱要素３６から構成される。加熱要素の第二の列３２は、温度の一様性を達成するため、基板のエッジを越えて拡張する。第二の列３２の加熱要素３６は、最良の温度一様性を達成するため、好適に、ほぼ基板の長さ、又はそれよりも長くなっている。
【００１７】
図２（ａ）は、加熱要素の第二の列３２を除いたときの、基板の横方向の電力密度プロフィール３７を示す。図２（ｂ）は、加熱要素の第二の列３２があるときの、基板の横方向の電力密度プロフィール３９を示す。図２（ｂ）の電力密度プロフィールが、図２（ａ）のものよりも、基板３４の幅にわたって、より一様であることが観察できる。
【００１８】
好適実施例では、第二の列の加熱要素は、個々に制御され、基板上の各点に供給される赤外線エネルギー量が、能動的かつ独立的に制御される。第二の列の加熱要素の制御は、熱処理中、静的又は動的にできる。上述した走査式高温計は、基板温度を検出し、また第二の列の加熱要素に制御信号を与えるために使用され得る。
【００１９】
第二の列３２の加熱要素３６を個々に制御するためのフィードバック制御システムの一例を図４に示す。温度検出器１０は、基板移動方向に対して横方向に走査される。上述したように、加熱要素３６は、基板移動方向と平行な方向に向けられている。よって、温度検出器１０は、横方向の温度プロフィールを得る。温度検出器１０の出力は、加熱要素制御装置４２に与えられる。電力制御装置４４ａ、４４ｂ、４４ｃ等が、第二の列３２の個々の加熱要素３６に供給される電力を制御する。電力制御装置４４ａ、４４ｂ、４４ｃ等は、所望の横方向の電力密度プロフィール又は横方向の温度プロフィールを得ることができるように、加熱要素制御装置４２によって制御される。計測された温度プロフィールは、所望の温度プロフィールと比較され、個々の加熱要素３６に供給される電力が、所望の温度プロフィールと、計測された温度プロフィールとの間の差を小さくするように調節される。例えば、基板の左側における計測された温度プロフィールが、所望の温度プロフィールよりも低いとき、加熱要素制御装置４２は、付加的な電力を左側のそれぞれの加熱要素３６に供給するように、電力制御装置４４ａ、４４ｂを調節することができる。
【００２０】
大面積の基板に用いる高速熱処理システムが、アンローディングのため、共通のローディング／アンローディングゾーンへ基板を戻すための基板戻し組立体を含み得る。図５及び６に示すように、高速熱処理システムに用いる基板輸送組立体が、１つ又はそれ以上の処理ゾーンを通じて基板５２を移動させるための送りコンベヤ５０、及び基板戻し組立体を含み得る。基板戻し組立体は、基板受け器５４、及び戻しコンベヤ５６を含み得る。基板受け器５４は、基板支持台６２、及び送りコンベヤ５０と戻しコンベヤ５６との間で基板支持台６２を移動させるための昇降機構６４を含み得る。基板受け器５４は、送りコンベヤ５０の下流端に配置され、処理を終えた後に、基板を受ける。基板支持台６２は、基板を支持し、いずれかの方向に回転され得る一連の石英製のローラ６０を含み得る。基板受け器は、さらに、基板検出器、及び基板の移動を制限するための１つ又はそれ以上のストップを含み得る。戻しコンベヤ５６は、例えば、送りコンベヤ５０の上方に配置され、送りコンベヤの下流端からローディング／アンローディングゾーンへと拡張している。熱処理を終えると、基板は、送りコンベヤ５０から基板支持台６２上へと移動される。基板支持台６２は、次に、昇降機構６４によって持ち上げられ、戻しコンベヤ５６と整列される。送りコンベヤ５０と戻しコンベヤ５６との間を基板支持台６２が移動している間、石英製のローラ６０は、基板５２を前後に連続的に移動させるように動かされ、これにより、潜在的に基板にダメージを与え得る大きい温度勾配を避けることができる。基板支持台６２が戻りコンベヤ５６と整列されると、ローラ６０を動かして、基板５２を戻しコンベヤ５６上へと移動させ、戻しコンベヤ５６は、基板をローディング／アンローディングゾーンへと輸送する。よって、送りコンベヤ５０及び戻しコンベヤ５６は、基板を反対方向に輸送する。一実施例では、昇降機構６４は、送りコンベヤ５０と戻しコンベヤ５６との間で基板を移動させるためのクランク機構から構成される。しかし、当業者に知られる様々な異なった従来技術の昇降機構が利用され得る。
【００２１】
戻しコンベヤが送りコンベヤに関して利便的に任意に配置され得ることは理解できる。例えば、戻しコンベヤは、送りコンベヤの下方、又は送りコンベヤのいずれかの側に配置され得る。よって、基板戻し組立体は、基板をローディング／アンローディングゾーンへ戻すための機構を与える。
【００２２】
ローディング／アンローディングゾーンにあるロボットが、基板を、高速熱処理システムで処理するため、カセット又は他のホルダーから送りコンベヤ上に移送する。処理を終えた後、ロボットは、基板を戻しコンベヤからカセット上へ移送する。
【００２３】
上述した特徴を組み入れた高速熱処理システムの一例を図７〜１３に示す。図７〜１３において、同様の構成要素は、同一の符号で示される。高速熱処理システム１１０は、入力コンベヤ１１２、送りコンベヤ１１４、基板受け器１１６、戻しコンベヤ１１８、及び出力コンベヤ１２０から構成される基板輸送組立体を含む。これらコンベヤの各々は、石英又は他の耐温度性材料から作製される駆動ローラを含む。基板受け器１１６は、基板支持台１２２、及びクランク機構１２４を含む。ロボットモジュール１３０が、ガラスパネルをホルダーから入力コンベヤ１１２上へ移送する。ガラスパネル１３２のようなガラスパネルは、送りコンベヤ１１４によって処理チャンバを通じて輸送される。ガラスパネル１３２が基板受け器１１６へ到達すると、基板支持台１２２が、戻しコンベヤ１１８の高さへクランク機構１２４によって持ち上げられ、ガラスパネル１３２は、出力コンベヤ１２０へ戻しコンベヤ１１８によって戻される。ロボットモジュール１３０は、基板を出力コンベヤ１２０から取り出し、ホルダー内に置く。
【００２４】
処理チャンバは、予加熱ゾーン１４０、１４２、１４４，１４６（図９及び１１）、アークランプ領域１５０及び冷却ゾーン１５２から構成される前処理チャンバ１３６を含む。前処理チャンバ１３６において、細長形の加熱要素１６０の第一の列が、基板の下方に配置され、基板移動方向に対して垂直に向に向けられている。加熱要素１６０は、送りコンベヤ１１４の隣り合ったローラ同士の間に配置される。予加熱ゾーンは、さらに、基板の上方に配置され、基板移動方向に対して平行に向けられた加熱要素１６４の第二の列（図１１を参照）を含む。図１１の例では、加熱要素１６４は、予加熱ゾーン１４２から予加熱ゾーン１４６へ拡張している。例えば、加熱要素１６４は、長さ１３００ｍｍの赤外線加熱器（４８０ボルト、１６７０ワット）であり得る。１２個の加熱要素が使用され得る。図１１は、蓋１６６を上向きに開けたところの加熱要素１６４を示す。図９〜１１では、加熱要素１６０は、図３に示す第一の列３０に対応し、加熱要素１６４は、第二の列３２に対応する。加熱要素１６０、１６４、及びアークランプ領域１５０にあるアークランプは、基板の加熱を制御するための加熱組立体を構成するものである。
【００２５】
走査式高温計が、アークランプ領域直前の予加熱ゾーンの下流端に配置される。走査式高温計は、スロットを通じて下方から基板を観測するものである。走査式（又は前処理）高温計は、図１３に符号１８０で示される。図７〜１３のシステムでは、走査式高温計は、基板移動方向に対して一次元的に横切るように移動できる。例えば、走査式高温計は、６インチの距離で０．２５インチのスポットサイズを観測でき、８〜１４μｍの周波数範囲と２００〜１０００℃の温度範囲を有するものでよい。このシステムは、また、アークランプ領域にある基板を観測する固定式の処理高温計を使用してもよい。
【００２６】
基板受け器１１６は、送りコンベヤ１１４と戻しコンベヤ１１８の下流端に配置される。基板支持台１２２は、いずれかの方向に回転され得る複数の駆動石英ローラ１９０を含み得る。基板は、送りコンベヤ１１４から基板支持台１２２上へ移動し、基板支持台１２２は、クランク機構１２４によって持ち上げられ、戻しコンベヤ１１８と整列される。送りコンベヤ１１４と戻しコンベヤ１１８との間で基板支持台１２２を移動させるために、他の機構を使用し得ることが理解できる。戻しコンベヤ１１８は、基板を、ロボットモジュール１３０によってアンローディングするため、出力コンベヤ１２０へ戻す。その結果、基板のローディングとアンローディングが、高速熱処理システムの一つの位置で行われる。これは、高速熱処理システムにアクセスするクリーンルームを設ける際の利点となり得る。
【００２７】
図１２に示すように、処理システムは、冷却液を還流するためのチューブ１９４を含む冷却組立体を含む。
【００２８】
本発明の好適実施例について図説したが、特許請求の範囲に定義されるような本発明の範囲を逸脱せずに様々な変更物及び変形物がなされ得ることは、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、被加工物又は基板の平面に平行な二方向に移動可能な走査式温度検出器の略図であり、図１（ｂ）及び（ｃ）は、走査式温度検出器で得ることのできる、異なった温度プロフィールを示す基板の平面図である。
【図２】図２（ａ）は、従来技術に従った、横方向の位置の関数としての電力密度プロフィールのグラフであり、図２（ｂ）は、加熱要素を基板移動方向と平行に配置したときの、横方向の位置の関数としての電力密度プロフィールのグラフである。
【図３】図３は、基板の下方に配置した下方の加熱器の列と、基板の上方に配置した上方の加熱器の列とを使用した、加熱器の相対的配置構成の略図である。
【図４】図４は、走査式温度検出器を使用して上方の加熱器の列の個々の加熱要素を制御するためのフィードバックシステムのブロック図である。
【図５】図５は、基板戻し組立体を組み入れた高速熱処理システムの略図であり、基板受け器を下方に下げたところを示す。
【図６】図６は、基板戻し組立体を組み入れた高速熱処理システムの略図であり、基板受け器を上方に上げたところを示す。
【図７】図７は、高速熱処理システムの一例の平面断面図である。
【図８】図８は、高速熱処理システムの側面断面図である。
【図９】図９は、高速熱処理システムの高温計ゾーンにおける基板の下方に配置した加熱器の平面図である。
【図１０】図１０は、図９に示す加熱器の側面図である。
【図１１】図１１は、蓋を開けたときの高温計ゾーンの側面図であり、基板移動方向と平行に配置した加熱要素を示す。
【図１２】図１２は、高速熱処理システムの平面図であり、走査式高温計の位置を示す。
【図１３】図１３は、図１２の側面図である。
【符号の説明】
８・・・走査式温度検出器
１０・・・温度検出器
１２・・・基板
１４・・・運搬組立体
３０・・・第一の列
３２・・・第二の列
３４・・・基板
３５、３６・・・加熱要素
３８・・・基板移動方向
３９・・・横方向の電力密度プロフィール
４０・・・基板移動方向に対して横の方向
４２・・・加熱要素制御装置
４４・・・電力制御装置
５０・・・送りコンベヤ
５２・・・基板
５４・・・基板受け器
５６・・・戻しコンベヤ
６０・・・石英製のローラ
６２・・・基板支持台
６４・・・昇降機構
１１０・・・高速熱処理システム
１１２・・・入力コンベヤ
１１４・・送りコンベヤ
１１６・・・基板受け器
１１８・・・戻しコンベヤ
１２０・・・出力コンベヤ
１２２・・・基板支持台
１２４・・・クランク機構
１３０・・・ロボットモジュール
１３２・・・ガラスパネル
１３６・・・前処理チャンバ
１４０、１４２、１４４、１４６・・・予加熱ゾーン
１５０・・・アークランプゾーン
１５２・・・冷却ゾーン
１６０、１６４・・・加熱要素
１６６・・・蓋
１８２・・・固定式処理高温計
１９０・・・石英製のローラ

Claims (7)

  1. 大面積の基板に用いる高速熱処理システムであって、
    予加熱ゾーン、アークランプ領域及び冷却液を還流するためのチューブから成る冷却ゾーンを含む処理チャンバ、
    基板を、前記処理チャンバを通じて基板輸送方向に輸送し、折返し輸送経路を通じて、逆の方向に前記処理チャンバの外部へ輸送するための輸送組立体、及び
    前記処理チャンバを通過する基板を加熱するための、前記処理チャンバの少なくとも予加熱ゾーンに配置される加熱組立体、
    から成り、
    前記加熱組立体が、前記処理チャンバに配置される細長形の加熱要素の第一の列から成り、
    前記第一の列の前記加熱要素が、基板輸送方向と整列し、これと平行な長手方向の軸線を有し、
    前記加熱組立体が、前記処理チャンバ内にあるときの基板の反対側に、前記加熱要素の第一の列と向き合った関係で前記処理チャンバに配置される細長形の加熱要素の第二の列からさらに成り、
    これら細長形の要素の列が、相互に垂直に配列され、
    前記第一の列が、前記処理チャンバを通じて輸送される基板の各側の幅を越えて拡張する加熱要素を有し、
    前記加熱要素の第一の列及び第二の列が、前記アークランプ領域に入れる前の最後の予加熱ゾーンに配置され、
    前記の最後の予加熱ゾーンと比較して比較的狭いアークランプ領域が、前記輸送組立体上の基板の移動方向に前記の最後の予加熱ゾーンに続き、基板の制御された加熱のため、紫外線の光で基板を走査する、
    ところの高速熱処理システム。
  2. 前記加熱要素が、赤外線加熱器から成る、請求項１の高速熱処理システム。
  3. 基板が、基板輸送方向に長さを有し、前記加熱要素が、基板輸送方向の基板の長さと等しいか又はそれよりも長い長さを有する、ところの請求項１の高速熱処理システム。
  4. 前記処理システムを通過する基板の表面にわたる加熱を制御するために、制御された電気的エネルギーを前記加熱要素に供給するための制御システムからさらに成る、請求項１の高速熱処理システム。
  5. 前記制御システムが、前記加熱要素の各々に供給される電気的エネルギーを個々に制御するための手段から成る、ところの請求項４の高速熱処理システム。
  6. 前記制御システムが、基板の温度を検出するための温度検出器、及び基板の検出温度プロフィールと基板の所望の温度プロフィールとの間の差に応答して、電気的エネルギーを前記加熱要素に供給するための加熱要素制御装置から成る、ところの請求項４の高速熱処理システム。
  7. 前記温度検出器が、前記加熱要素の各々に対応する位置で基板の温度を検出するための手段から成り、前記加熱要素制御装置が、対応する検出温度に応答して、前記加熱要素の各々を個々に制御するための手段から成る、ところの請求項６の高速熱処理システム。
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