JP5169158B2 - 基板加熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を加熱する基板加熱処理装置に関する。

半導体ウェハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶用表示装置用ガラス基板、光ディスク用ガラス基板等の各種基板の処理工程においては、基板を加熱する加熱処理が行われている。
従来、基板の加熱は、常温外気をヒーターにて加熱して、該加熱空気をチャンバー内に供給し、該チャンバー内の気体を循環させつつ適宜排気して行われている。かかる動作を行う基板加熱処理装置において、基板に薄膜途布された樹脂材料を燃焼硬化する際に、昇華物が発生する。昇華物がチャンバー内に蓄積することを防止するために、チャンバー内を相当量の加熱空気で換気をする必要がある（特許文献１〜３）。
特開２００５−２０３７１２号公報 特開平９−２９７４０６号公報 特開平１１−２０１６４５号公報

上記の如き昇華物対策を行うには、常温外気を取り込んで加熱する必要があり、基板加熱処理装置を稼働させるには、加熱に要するエネルギーの割合が非常に大きかった。特に、チャンバー（加熱処理空間）内の換気は、基板の有無や投入ペースに関わらずに常時一定条件で行っていた。従って、装置の稼働状況によっては、エネルギーを無駄に消費してしまうという問題があった。
すなわち、基板加熱処理装置における給気の加熱の負荷が大きいだけでなく、当該基板加熱処理装置が設置された工場全体の負荷（クリーンルーム全体の循環換気負荷、熱排気系統のユーティリティー負荷）も大きいという問題があった。
従って、本発明が解決しようとする課題には、前述した問題が１例として挙げられ、本発明の目的は、給気の加熱の負荷が小さく、当該基板加熱処理装置が設置された工場全体の負荷（クリーンルーム全体の循環換気負荷、熱排気系統のユーティリティー負荷）も小さい基板加熱処理装置と基板加熱処理方法を提供することにある。

このような課題は、加熱処理装置内の基板枚数や基板投入ペースやロット終了信号、メンテナンス信号等から、必要な換気量を判断して、給気量と排気量を自動調整することで、実現させる。
本発明の基板加熱処理装置は、基板の加熱処理空間と、前記加熱処理空間内に給気を行う給気手段と、前記加熱処理空間から排気を行う排気手段と、を備え、前記給気手段は加熱手段と給気量制御手段を含み、前記排気手段は排気量制御手段を含み、前記給気量制御手段および前記排気量制御手段は、前記加熱処理空間への前記基板の投入量を移動平均で監視して、給気量及び排気量制御する給排気制御手段に接続されている、ことを特徴とする。
即ち、本発明は、基板の加熱処理空間と、前記加熱処理空間内に給気を行う給気手段と、前記加熱処理空間から排気を行う排気手段と、を備え、前記給気手段は加熱手段と給気量制御手段を含み、前記排気手段は排気量制御手段を含み、前記給気量制御手段および前記排気量制御手段は、前記加熱処理空間へ投入される基板の投入量に対応する投入パラメータを移動平均で監視しかつ給気量及び排気量を制御する給排気制御手段と接続している、ことを特徴とする基板加熱処理装置である。
この場合、前記給排気制御手段は、前記加熱処理空間に投入中及び投入予定の基板の枚数データを受信しかつ前記枚数データを基に前記投入パラメータを設定する基板枚数監視手段を含むことを特徴とすることが好ましい。
また、前記給排気制御手段は、前記加熱処理空間に投入される基板のタクトタイムデータを受信しかつ前記タクトタイムデータを基に前記投入パラメータを設定するタクトタイム監視手段を含むことを特徴とすることが好ましい。

本発明の構成によれば、基板加熱処理装置の稼働状況に応じて、加熱処理空間への給気及び排気を制御することができる故、稼働率が低い場合には、給気の加熱の負荷、及び当該基板加熱処理装置が設置された工場全体の負荷（クリーンルーム全体の循環換気負荷、熱排気系統のユーティリティー負荷）を低減することができる。したがって、エネルギーを無駄に消費することなく、ランニングコストを低減させることができる。

本発明の基板加熱処理装置の実施例を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示す如く、基板加熱処理装置１は、加熱処理空間（チャンバー）２を備えており、加熱処理空間２には、給気手段３および排気手段４が接続されている。
加熱処理空間２は、複数枚の基板５を収容することができる。例えば、加熱処理空間２は２０場合段の基板保持棚を有し、最大２０枚の基板を収容することができる。加熱処理空間２と給気手段３との間には、ＨＥＰＡフィルタ２ａが設けられている。
給気手段３は、常温のクリーンルーム雰囲気の外気を加熱処理空間２に導入するためのものであって、給気を導くための給気管６と、給気管６に備え付けられかつ給気量を制御する給気量制御手段（給気ダンパー）７と、給気量制御手段７を通過した給気を加熱する加熱手段８と、を有する。給気量制御手段７は、モーター９によって駆動するスライド部１０を備えており、この場合は、モーター駆動によるスリット開口調整方式を採用している。すなわち、スライド部１０はスリット（図示せず）を開閉することによって給気量の制御を行っている。
排気手段４は、加熱処理空間２から排気する気体を導く排気管１１と、排気管１１に設けられている排気ブロア１２ａと排気ブロア１２ａと接続しているインバーター１２ｂとを含む排気量制御手段１２と、を有する。インバーター１２ｂは、加熱処理空間内の静圧が維持できるように排気ブロア１２ａによる排気量を制御する。

上記の如き、給気量制御手段のモーター９と排気量制御手段のインバーター１２ｂは、給排気制御手段（オーブン制御ＰＬＣ）１３と接続している。
給排気制御手段１３は、モーター９の駆動制御を行うことによって、スライド部１０の位置制御を行う。スライド部１０の位置に応じてスリットの開口量が変化する故、給気量の制御は、スリットの開口量を基にしたスライド部１０の位置制御によって行われる。
スリットの開口量は多段階に設定することができる。例えば、駆動モード１〜１０及びアイドリングモードの１１段階に設定することができる。ここで、アイドリングモードはスリットの開口量を最小とし、駆動モード１から駆動モード１０に向けて開口量を漸次増やし、駆動モード１０において開口量が最大となるように設定する。なお、モーター９によるスライド部１０の移動速度は、給排気制御手段１３によって任意に設定できる。
また、給排気制御手段１３は、インバーター１２ｂの周波数を制御して排気ブロア１２ａによる排気量制御を行う。周波数は、多段階に設定することができる。例えば、駆動モード１〜１０及びアイドリングモードの１１段階に設定することができる。ここで、アイドリングモードは周波数を最小とし、駆動モード１から駆動モード１０に向けて周波数を漸次高くし、駆動モード１０において周波数が最大となるように設定する。
かかる給排気制御手段１３は、加熱処理空間２に投入中の基板及び投入予定の基板（すなわち基板加熱処理装置の上流側に待機している基板）の枚数に関する枚数データを送信する枚数データ送信部１４と接続している。枚数データ送信部１４は、基板加熱処理装置を含むライン全体のラインコントローラ（図示せず）に保持されているトラッキングデータを基に該枚数データを求め、給排気制御手段１３に含まれる基板枚数監視手段１３ａへ該枚数データを送信する。基板枚数監視手段１３ａは、枚数データ送信部１４から受信した枚数データを基に投入パラメータを設定する。該投入パラメータは加熱処理空間２へ投入される基板５の投入量に対応しており、給排気制御手段１３は該投入パラメータを移動平均で監視して、給気量及び排気量の制御を行う。
また、給排気制御手段１３は、加熱処理空間２に投入される基板のタクトタイムに関するタクトタイムデータを送信するタクトタイムデータ送信部１５と接続していても良い。ここで、タクトタイムとは、加熱処理空間に基板が投入されてから次の基板が投入されるまでの時間をいう。タクトタイムデータ送信部１５は、該タクトタイムを監視しかつ給排気制御手段１３に含まれるタクトタイム監視手段１３ｂへ該タクトタイムデータを送信する。タクトタイム監視手段１３ｂは、タクトタイムデータ送信部１５から受信したタクトタイムデータを基に投入パラメータを設定する。該投入パラメータは加熱処理空間２へ投入される基板５の投入量に対応しており、給排気制御手段１３は該投入パラメータを移動平均で監視して、給気量及び排気量の制御を行う。
なお、給排気制御手段１３は、単純移動平均、加重移動平均及び指数加重移動平均などの移動平均を利用することができる。

次に、基板加熱処理装置１の制御の具体的な手法について実施例を用いて説明する。実施例として、加熱処理空間２が２０段の基板保持棚を有していて２０枚の基板を収容できる基板加熱処理装置１について説明する。また、基板加熱処理装置１の給気量制御手段７および排気量制御手段１２は、給排気制御手段１３によって、多段階モードで制御され、この実施例では、駆動モード１〜１０及びアイドリングモードの１１段階で制御される。なお、基板加熱処理装置１の制御を、枚数データを用いて実施する場合とタクトタイムデータを用いて実施する場合に分けて説明する。

（１）枚数データを利用する場合
まず、給排気制御手段１３は、枚数データ送信部１４から枚数データを受信し、加熱処理空間２に投入中の基板及び投入予定の基板の数に関する情報を取得する。ここで、給排気制御手段１３は、加熱処理空間２に投入中の基板枚数の移動平均値に応じて、モーター９の駆動制御およびインバーター１２ｂの周波数を制御する。かかる制御は多段制御で行われ、例えば、加熱処理空間２に投入中の基板枚数の移動平均値（Ｍａ_１）が、０＜Ｍａ_１≦２枚のときは駆動モード１、２＜Ｍａ_１≦４枚のときは駆動モード２、４＜Ｍａ_１≦６枚のときは駆動モード３、と投入中の基板枚数の移動平均値（Ｍａ_１）が大となるに従って駆動モードの次元を高くし、１８＜Ｍａ_１≦２０枚のとき駆動モード１０とする。また、投入中の基板枚数の移動平均値（Ｍａ_１）が０枚のとき、アイドリングモードとする。駆動モード１〜１０及びアイドリングモードの各種モードに対応して、スリットの開口量（給気量）及びインバーターの周波数（排気ブロアの排気量）が設定されており、給排気制御手段１３が適切なモードを選択することによって、給排気量が制御される。
なお、加熱処理空間２に投入中の基板枚数の移動平均値（Ｍａ_１）が０枚でアイドリングモードとなっている場合、給排気制御手段１３は、アイドリングモードとなってからの経過時間及び加熱処理空間２に投入予定の基板枚数の移動平均値（Ｍａ_２）を基に、適宜駆動モードを実行する。かかる動作を行うことによって、加熱処理空間内の温度条件等を維持することができる。
また、加熱処理空間２に基板が投入されている場合においても、投入枚数に対応する駆動モードとは異なる駆動モードを適宜実行することとしても良い。さらに、投入枚数に対応する駆動モードとは異なる駆動モードを実行する場合、加熱処理空間２に投入予定の基板枚数を基にモードの選択が実施されてもよい。何れの場合においても、加熱処理空間２の温度条件等を好適に維持することができる。

（２）タクトタイムデータを利用する場合
実施例として、基板加熱処理装置１の最短のタクトタイムを６０秒とする。また、基板加熱処理装置１は、基板洗浄、レジストコート、露光、現像及び加熱乾燥の順に行われるラインの加熱乾燥工程に適用されるものとする。さらに、基板加熱処理装置１は、図２に示す如きレイアウトのライン中に設置されているものとする。
図２に示す如く、基板加熱処理装置１への基板の投入及び取り出しは、搬送ロボット１６を用いて行われ、搬送ロボット１６は基板加熱処理装置の近傍に配置される。搬送ロボット１６の近傍には、未加熱処理の基板を搬送ロボット１６に向けて搬送する上流クリーンベンチ１７と、基板加熱処理装置１から取り出した加熱処理済み基板を冷却する冷却モジュール１８と、冷却モジュール１８から取り出した冷却済み基板を搬送する下流クリーンベンチ１９と、が設けられている。搬送ロボット１６は、上流クリーンベンチ１７、基板加熱処理装置１、冷却モジュール１８及び下流クリーンベンチ１９の順に基板を搬送する。
冷却モジュール１８は、７段の基板保持棚を有する冷却空間を備え、基板１枚あたり７分間の冷却（タクトタイム６０秒×７）を行うことができる。なお、加熱処理空間２における基板の加熱（焼成）は、基板１枚あたり２０分間実施される（タクトタイム６０秒×２０）。
タクトタイムの計測は、上流クリーンベンチ１７から搬送ロボット１６が基板を取り出して加熱処理空間２内に投入した直後をスタートとし、次の基板が上流クリーンベンチ１７から流れてきて搬送ロボット１６が加熱処理空間２に投入した直後をエンドとして、実施した。
まず、給排気制御手段１３は、タクトタイムデータ送信部１５からタクトタイムデータを受信する。ここで、給排気制御手段１３は、加熱処理空間２に投入された過去２０枚分のタクトタイムの移動平均値（Ｍａ_３）を求め、該移動平均値（Ｍａ_３）に応じて、モーター９の駆動制御およびインバーター１２ｂの周波数を制御する。かかる制御は多段制御で行われ、例えば、移動平均値（Ｍａ_３）が６４秒以下（Ｍａ_３≦６４秒）の場合は駆動モード１０、６４＜Ｍａ_３≦７１秒の場合は駆動モード９、７１＜Ｍａ_３≦８０秒の場合は駆動モード８、とタクトタイムの移動平均値（Ｍａ_３）が大となるに従って駆動モードの次元を低くし、Ｍａ_３≧４００秒の場合は駆動モード１とする。駆動モード１〜１０及びアイドリングモードの各種モードに対応して、スリットの開口量（給気量）及びインバーターの周波数（排気ブロアの排気量）が設定されており、給排気制御手段１３が適切なモードを選択することによって、給排気量が制御される。なお、本実施例における移動平均値は、直近の過去２０枚のタクトタイムの単純移動平均値である。
なお、給排気制御手段１３が、ライン全体のラインコントローラ（図示せず）からロット終了信号を受信した場合、当該ロットの最後の基板が加熱処理空間２を出た時点でアイドリングモードを実行する。また、給排気制御手段１３が、ラインコントローラからメンテナンス開始信号を受信した場合、メンテナンス開始信号を受信してから全ての基板が加熱処理空間２を出た時点でアイドリングモードを実行する。
さらにまた、給排気制御手段１３が、ラインコントローラからロット開始信号を受信した場合、受信直後に駆動モード１を実行する。さらに、給排気制御手段１３が、ラインコントローラからメンテナンス終了信号を受信した場合も、受信直後に駆動モード１を実行する。
なお、給排気制御手段１３が、アイドリングモード中に基板加熱処理装置１よりもラインの上流の指定位置（たとえば上流クリーンベンチ１７）を基板が通過したという情報を受信した場合、受信直後に駆動モード１を実行する。
以上、基板加熱処理装置１の制御について、枚数データを用いて実施する場合とタクトタイムデータを用いて実施する場合の２つの場合を各々単独で実行する場合について説明したものの、これに限定されず、かかる２通りの制御を適宜組み合わせて実行しても良い。

上記の如く基板加熱処理装置１を制御することによって、基板加熱処理装置の稼働率が７５％の場合、２５％の時間においてヒーターの容量を平均３０％に低減することができた。すなわち、ヒーターを最大容量で稼働させる場合に比べて、消費電力を１７．５％削減ができた。また、アイドリングモード時の給排気量をほぼ０とすると、クリーンルームに設置されたファンフィルターユニット（ＦＦＵ）の換気負荷を２５％削減することができて、ユーティティー排気負荷を２５％削減することができる。
基板加熱処理装置の稼働状況に応じて、加熱処理空間への給気及び排気を制御することができる故、稼働率が低い場合には、給気の加熱の負荷、及び当該基板加熱処理装置が設置された工場全体の負荷（クリーンルーム全体の循環換気負荷、熱排気系統のユーティリティー負荷）を低減することができる。したがって、エネルギーを無駄に消費することなく、ランニングコストを低減させることができる。

本発明の基板加熱処理装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の基板加熱処理装置を含むラインの一部を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 基板加熱処理装置
２ 加熱処理空間
３ 給気手段
４ 排気手段
７ 給気量制御手段
１２ 排気量制御手段
１３ 給排気制御手段

Claims (3)

1. 基板の加熱処理空間と、
   前記加熱処理空間内に給気を行う給気手段と、
   前記加熱処理空間から排気を行う排気手段と、を備え、
   前記給気手段は加熱手段と給気量制御手段を含み、
   前記排気手段は排気量制御手段を含み、
   前記給気量制御手段および前記排気量制御手段は、前記加熱処理空間へ投入される基板の投入量に対応する投入パラメータを移動平均で監視しかつ給気量及び排気量を制御する給排気制御手段と接続している、ことを特徴とする基板加熱処理装置。
2. 前記給排気制御手段は、前記加熱処理空間に投入中及び投入予定の基板の枚数データを受信しかつ前記枚数データを基に前記投入パラメータを設定する基板枚数監視手段を含むことを特徴とする請求項１記載の基板加熱処理装置。
3. 前記給排気制御手段は、前記加熱処理空間に投入される基板のタクトタイムデータを受信しかつ前記タクトタイムデータを基に前記投入パラメータを設定するタクトタイム監視手段を含むことを特徴とする請求項１記載の基板加熱処理装置。