KR20140064629A - 부상 반송 열처리 장치 - Google Patents

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KR20140064629A
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유야 미야지마
다이스케 오쿠다
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토레이 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

가열한 기판을 단시간에 냉각할 수 있는 부상 반송 열처리 장치를 제공한다.
기판을 초음파 진동 부상시키는 진동판부와, 진동판부에 초음파 진동을 주는 초음파 발생부와, 기판의 단부를 지지하여 기판의 부상 방향과 수직인 방향으로 기판을 반송하는 반송부를 갖는 부상 반송 유닛이 복수 배열되어, 각 부상 반송 유닛이 순서대로 기판을 초음파 진동 부상시키면서 열처리하고, 반송하는 부상 반송 열처리 장치(1)로서, 부상 반송 유닛이 그 부상 반송 유닛의 진동판부를 가열하는 히터부를 구비하는 가열 영역(2)과, 부상 반송 유닛이 히터부를 구비하지 않는 냉각 영역(3)을 갖고 있다.

Description

부상 반송 열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS WITH LEVITATION AND TRANSPORTATION}
본 발명은 기판을 부상 반송시키면서 기판의 가열 및 냉각을 행하는 부상 반송 열처리 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이에는, 기판 상에 레지스트액이 도포된 것(도포 기판이라고 칭함)이 사용되고 있다. 이 도포 기판은 도포 장치에 의해 기판 상에 레지스트액이 균일하게 도포됨으로써 도포막이 형성되고, 그 후 열처리 장치에 의해 도포막을 건조시킴으로써 생산된다.
이 열처리 장치에는, 예를 들어 특허문헌 1 및 도 11에 도시한 바와 같은 부상 반송 열처리 장치가 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 부상 반송 열처리 장치(90)는 가열 영역(91)을 갖고, 초음파 진동에 의해 가열 영역(91)이 기판(W)을 부상시킨 상태에서 가열 영역(91) 자신의 온도에 의해 기판(W)을 가열함으로써, 기판(W)을 비접촉으로 가열할 수 있기 때문에, 건조 얼룩을 발생시키지 않고 기판(W) 상의 도포막을 건조시킬 수 있다.
또한, 설정 온도가 다른 건조 장치(91)를 복수 설치함으로써, 기판(W)을 부상 반송시키는 동안에 도포막의 건조뿐만 아니라 소성(베이크)을 행할 수도 있다.
이러한 부상 반송 열처리 장치(90)에 의해 가열된 기판(W)은, 예를 들어 기판(W)을 분출 에어에 의해 공냉하는 에어 부상 유닛이나 수냉된 금속판이라고 하는 냉각 유닛(92)으로 반송되고, 이 냉각 유닛(92)에 적재됨으로써 실온 가까이까지 냉각되고 나서, 하류의 프로세스 장치로 반송된다.
일본 특허 출원 공개 제2012-248755호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1 및 도 11에 도시한 부상 반송 열처리 장치(90)에서는, 기판의 냉각에 시간이 걸린다고 하는 문제가 있었다. 구체적으로는, 부상 반송 열처리 장치(90)로부터 냉각 유닛(92)으로 기판(W)을 반송하기 위해서는 부상 반송 열처리 장치(90)와 냉각 유닛(92) 사이에 있는 반송 로봇(93)이 부상 반송 열처리 장치(90)로부터 기판(W)을 수취하고, 그리고 반송 로봇(93)이 냉각 유닛(92)에 기판(W)을 적재할 필요가 있기 때문에, 이 시간을 기판(W)의 냉각 시간에 포함시키면, 유저가 준비할 수 있는 냉각 시간의 범위에 들지 못하게 될 우려가 있었다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 가열한 기판을 단시간에 냉각할 수 있는 부상 반송 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 부상 반송 열처리 장치는, 기판을 초음파 진동 부상시키는 진동판부와, 상기 진동판부에 초음파 진동을 주는 초음파 발생부와, 기판의 단부를 지지하여 기판의 부상 방향과 수직인 방향으로 기판을 반송하는 반송부를 갖는 부상 반송 유닛이 복수 배열되어, 각 상기 부상 반송 유닛이 순서대로 기판을 초음파 진동 부상시키면서 열처리하고, 반송하는 부상 반송 열처리 장치로서, 상기 부상 반송 유닛이 그 부상 반송 유닛의 진동판부를 가열하는 히터부를 구비하는 가열 영역과, 상기 부상 반송 유닛이 상기 히터부를 구비하지 않는 냉각 영역을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 부상 반송 열처리 장치에 따르면, 가열 영역에서 가열된 기판을 냉각 영역에 의해 단시간에 냉각하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 가열 영역 및 냉각 영역에 있어서 부상 반송 유닛이 기판을 초음파 진동 부상시킴으로써, 기판과 진동판부 사이의 기체에 강제 대류가 발생한다. 이 강제 대류하는 기체를 경유하여 기판과 진동판부 사이에서 열전달이 행해지지만, 강제 대류는 초음파 진동에 의해 발생하고 있음으로써, 고속의 열전달이 가능하다. 이에 의해, 냉각 영역에서는, 단시간에 기판을 냉각하는 것이 가능하다. 또한, 가열 영역과 냉각 영역이 부상 반송 열처리 장치 중에서 인접해 있기 때문에, 냉각 영역을 별개 설치하는 경우와 비교해서 가열 영역으로부터 냉각 영역으로의 기판의 반송 시간을 단축할 수 있고, 또한 반송 중에서도 냉각 영역에 다다른 부분부터 기판의 냉각이 개시되기 때문에, 기판의 반송에 의한 시간의 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 냉각 영역의 상기 반송 유닛은, 상기 진동판부의 기판을 부상시키는 면의 이면측에 상기 진동판부를 냉각하기 위한 진동판 냉각부를 갖고, 상기 진동판 냉각부는 상기 진동판부의 이면과 대향하는 냉각 대향면을 갖고, 상기 냉각 대향면은 상기 진동판부의 이면과 소정 간격을 두고 배치되어 있으면 된다.
이와 같이 함으로써, 진동판부의 승온을 방지하고, 보다 단시간에 기판을 냉각하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 진동판 냉각부의 냉각 대향면이 진동판부의 이면과 소정 간격을 두고 배치됨으로써, 진동판부가 기판을 부상시키기 위해 초음파 진동할 때 이 진동판부의 초음파 진동에 의해 냉각 대향면과 진동판부의 이면 사이의 기체가 강하게 강제 대류한다. 이 강제 대류에 의해 진동판부와 냉각 대향면 사이에서 기체를 통해서 열전달이 행해지기 때문에, 진동판 냉각부가 진동판부를 냉각할 수 있다. 이와 같이 진동판부의 승온을 방지할 수 있기 때문에, 이 냉각된 진동판부에 의해 단시간에 기판을 냉각하는 것이 가능하다.
또한, 상기 진동판 냉각부는, 상기 진동판 냉각부와 상기 진동판부 사이의 공간에 기체를 공급하는 기체 공급부를 갖는 구성으로 하면 된다.
이와 같이 함으로써, 진동판부와의 열전달에 의해 따뜻해진 기체를 밀어내고 저온의 기체를 공급하여, 진동판 냉각부와 진동판부 사이의 공간을 저온으로 유지 할 수 있기 때문에, 강제 대류에 의해 보다 효율적으로 진동판부를 냉각하는 것이 가능하다.
또한, 상기 냉각 대향면의 수평 방향의 치수는, 상기 진동판부의 치수와 비교해서 동등 이상이면 된다.
이와 같이 함으로써, 진동판부의 이면 전체면에 있어서 기체의 강제 대류에 의한 열전달이 행해지기 때문에, 효율적으로 진동판부를 냉각할 수 있다.
또한, 상기 냉각 영역은, 기판의 반송에 관해 가장 하류측에 있으면 된다.
이와 같이 함으로써, 가열된 기판을 마지막에는 냉각 영역에서 충분히 냉각하여 다음 공정으로 넘겨 주는 것이 가능하다.
본 발명의 부상 반송 열처리 장치에 따르면, 가열한 기판을 단시간에 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 부상 반송 열처리 장치의 개략도.
도 2는 본 실시 형태에 있어서의 가열 영역의 사시도.
도 3은 본 실시 형태에 있어서의 가열 영역의 측면도.
도 4는 본 실시 형태에 있어서의 냉각 영역의 사시도.
도 5는 본 발명에 있어서의 기판의 냉각 형태를 도시하는 개략도.
도 6은 본 실시 형태에 있어서의 냉각 영역의 냉각 성능의 예를 나타내는 그래프.
도 7은 본 실시 형태에 있어서의 부상 반송 열처리 장치에 의한 기판의 온도 변화를 도시하는 개략도.
도 8은 다른 실시 형태의 냉각 영역의 측면도.
도 9는 다른 실시 형태의 냉각 영역에 있어서 기판이 냉각되는 기구를 도시하는 개략도.
도 10은 다른 실시 형태의 냉각 영역에 있어서의 냉각 효과를 나타내는 그래프.
도 11은 종래의 부상 반송 열처리 장치 및 이 부상 반송 열처리 장치에 의한 기판의 온도 변화를 도시하는 개략도.
본 발명에 따른 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 부상 반송 열처리 장치의 개략도이다.
부상 반송 열처리 장치(1)는 가열 영역(2) 및 냉각 영역(3)을 갖고, 기판(W)을 초음파 진동 부상시키면서, 기판(W)의 가열 및 냉각을 행한다.
가열 영역(2)은 기판(W)을 가열하는 영역이다. 가열 영역(2)에는 설정 온도가 다른 후술하는 진동판부(4)가 복수 설치되어 있으며, 기판(W)의 건조뿐만 아니라, 소성도 행하도록 하고 있다.
냉각 영역(3)은 기판(W)의 반송에 관해 가장 하류측에 위치하며, 가열 영역(2)에서 가열된 기판(W)을 실온 가까이까지 냉각함으로써 하류의 처리 장치로 넘겨 줄 준비를 한다.
또한, 가열 영역(2) 및 냉각 영역(3)은 후술하는 반송부(7)를 갖고 있으며, 기판(W)이 가열 영역(2) 및 냉각 영역(3) 각각의 진동판부(4) 상에서 소정 시간 부상한 후, 반송부(7)에 의해 인접하는 진동판부(4)로 반송된다. 이것이 반복됨으로써, 기판(W)은 부상 반송 열처리 장치(1) 내에서 반송되면서, 가열 및 냉각된다. 또한, 이하의 설명에서는, 기판(W)이 반송되는 방향을 Y축 방향, Y축 방향과 수평면 상에서 직교하는 방향을 X축 방향, X축 및 Y축 방향의 양쪽에 직교하는 방향을 Z축 방향으로 해서 설명을 진행시키기로 한다.
본 실시 형태에 있어서의 가열 영역(2)의 개략도를 도 2 및 도 3에 도시한다.
가열 영역(2)은 진동판부(4), 히터부(5), 초음파 발생부(6) 및 반송부(7)를 구비하고 있으며, 진동판부(4)는 초음파 발생부(6)에 의해 초음파 진동하고, 그 진동에 의한 방사압에 의해 진동판부(4) 상의 기판(W)을 부상시킨다. 또한, 진동판부(4)가 히터부(5)에 의해 가열되고 있다. 또한, 반송부(7)에 의해 기판(W)은 진동판부(4)로 반입되고, 진동판부(4)로부터 반출되고, 또한 진동판부(4) 위에서 반송된다.
또한, 본 설명에서는, 진동판부(4), 초음파 발생부(6) 및 반송부(7)를 통합하여 부상 반송 유닛이라고도 부른다.
진동판부(4)는 복수의 진동판(21)을 갖고 있다. 진동판(21)은, 본 실시 형태에서는 알루미늄제(알루미늄 합금제)로 직사각형 판상의 형상을 갖는 금속판이며, 그들이 기판 반송 방향(Y축 방향)으로 연속적으로 배열됨으로써, 진동판부(4)가 형성되어 있다.
이 진동판부(4)는, 상기와 같이 히터부(5)에 의해 가열되고 있기 때문에, 진동판부(4) 상에서 부상시키고 있는 기판(W)을 복사 가열에 의해 가열할 수 있다.
여기서, 진동판부(4)의 X축 방향의 치수 및 Y축 방향의 치수는, 진동판(21)에 기판(W)이 적재되었을 때의 기판(W)의 X축 방향 및 Y축 방향의 치수보다도 크게 설정되어 있다. 이에 의해, 기판(W)이 진동판부(4) 상에서 부상하면서 가열될 때, 기판(W)이 진동판부(4)로부터 비어져 나오는 부분이 존재하지 않고, 기판(W)의 전체면이 진동판부(4) 상에 존재하기 때문에, 히터부(5)에 의해 가열된 진동판부(4)에 의해 기판(W)을 균일하게 가열할 수 있다.
히터부(5)는 진동판부(4)의 기판(W)을 부상시키는 면(8)의 이면(9)측에 위치하며, 복수의 히터 유닛(31) 및 스페이서(32)를 갖고 있다. 히터 유닛(31)이 X축 방향 및 Y축 방향으로 배열됨으로써, 하나의 히터 집합체(33)가 형성된다. 또한, 스페이서(32)는 일부 히터 유닛(31)에 설치되어 진동판(21)을 지지하고, 또한 스페이서(32)에 의해 진동판부(4)와 히터 집합체(33)가 소정의 간격을 두고 이격되어 있다.
히터 유닛(31)은, 본 실시 형태에서는 카트리지 히터 또는 시즈 히터가 직사각형 판상의 알루미늄판에 삽입되어 구성되는 플레이트 히터이며, 이들이 X축 방향 및 Y축 방향으로 간극없이 배열되어 있다. 또한, 여기에서 플레이트 히터 대신에 운모 히터를 사용해도 된다.
여기서, 히터 집합체(33)의 X축 방향의 치수는 진동판부(4)의 X축 방향의 치수보다도 크고, 또한 히터 집합체(33)의 Y축 방향의 치수는 진동판부(4)의 Y축 방향과 동등 이상이다. 그리고, Z축 방향을 따라서 진동판부(4)로부터 히터 집합체(33)를 보았을 때에, 진동판부(4)의 영역이 히터 집합체(33)의 영역에 들어가는 배치로 되어 있다. 이에 의해, 히터 집합체(33)는 진동판부(4)의 전체면을 동시에 가열할 수 있어, 진동판부(4) 전체를 균일한 온도로 가열하는 것이 가능하다. 또한, 히터 집합체(33)를 형성하는 각각의 히터 유닛(31)은, 진동판(21)보다도 X축 방향 및 Y축 방향의 치수가 작아도 상관없다. 또한, 집합체의 형태를 취하지 않고, X축 방향 및 Y축 방향의 치수가 진동판부(4)보다도 큰 1개의 히터 유닛(31)만을 사용하여 진동판부(4)를 가열하는 방법을 취해도 된다.
스페이서(32)는, 예를 들어 수지제의 소직경의 블록이며, 본 실시 형태에서는, 스페이서(32)에 의해 진동판부(4)와 히터 집합체(33) 사이에 1㎜의 간격이 마련되어 있다. 이와 같이 진동판부(4)와 히터 집합체(33)를 이격함으로써, 히터 집합체(33)에 의한 진동판부(4)로의 가열은 직접 가열이 아닌 복사 가열 및 대류에 의한 열전달로 되며, 직접 가열과 비교해서 진동판부(4) 전체의 온도를 균일하게 하는 것이 용이해진다.
또한, 진동판부(4)와 히터 집합체(33)가 접촉하는 배치인 경우, 양자의 고유 진동수 등 진동 특성의 차이에 따라, 히터 집합체(33)가 진동판부(4)의 진동의 방해로 되는 경우가 있지만, 양자를 이격함으로써, 진동판부(4)는 히터 집합체(33)에 의해 진동을 방해받는 일 없이, 설정된 바와 같이 진동할 수 있다.
여기서, 스페이서(32)는 진동판(21)의 진동의 절에 해당하는 위치에서 진동판(21)을 지지하도록, 히터 유닛(31) 위에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스페이서(32)가 진동판(21)으로부터 받는 진동을 극소로 할 수 있기 때문에, 스페이서(32)가 진동판(21)과의 간섭에 의해 마모되는 것을 방지할 수 있다.
초음파 발생부(6)는 초음파 진동자(41) 및 혼(42)을 갖고 있다. 초음파 진동자(41)는 Z축 방향으로부터 볼 때 진동판(21)에 대해서 히터 유닛(31)과 동일한 측에 있고, 히터 유닛(31)보다도 진동판(21)으로부터 떨어진 위치에 배치되어 있다. 초음파 진동자(41)에는 혼(42)이 접속되어 있고, 이 혼(42)이 히터 유닛(31)을 뚫고 나가, 진동판(21)에 접촉해 있다.
초음파 진동자(41)는, 도시하지 않은 발진기로부터의 발진 신호에 기초하여 대상물을 여진시키는 것이며, 예를 들어 전극 및 피에조 소자를 갖는 랑주뱅형 진동자가 있다. 랑주뱅형 진동자는, 발진기에 의해 전극에 구동 전압이 인가됨으로써 피에조 소자가 진동하고, 소정의 진폭 및 주파수로 발진한다. 이와 같이 발진한 초음파 진동자(41)의 진동은, 혼(42)을 경유하여, 대상물인 진동판(21)으로 전파되어, 진동판(21)을 진동시킨다. 진동판(21)이 진동함으로써, 진동판(21)으로부터 방사음압이 발해지고, 이 방사음압에 의해, 진동판(21) 위에 있는 기판(W)에는 상향의 힘이 가해진다. 이에 의해, 기판(W)을 진동판(21)의 상방으로 소정의 부상량만큼 부상한 상태에서 유지하는 것이 가능하다.
또한, 초음파 진동자(41)의 진동은, 발진기로부터 공급되는 구동 전압을 제어함으로써 진폭 및 주파수를 조정할 수 있고, 이에 의해 진동판(21) 상에서 부상하는 기판(W)의 부상량을 조정하는 것이 가능하다. 기판(W)의 부상량은, 본 실시 형태에서는 0.1㎜ 정도로 하고 있다.
혼(42)은, 원기둥 혹은 복수의 원기둥을 연결시킨 형상을 취하고 있고, 편단부가 초음파 진동자(41)와 접속되고, 타단부가 진동판(21)에 접촉되어 있어, 초음파 진동자(41)가 발하는 진동의 진폭을 증폭 혹은 감쇠하여 진동판(21)으로 전파시킨다. 또한, 혼(42)은 히터 유닛(31)을 뚫고 나가는 배치로 되기 때문에, 혼(42)이 배치되는 위치에 있어서 히터 유닛(31)에는 관통 구멍 혹은 절결이 설치되어, 혼(42)과의 간섭을 회피하고 있다.
또한, 혼(42)은 초음파 진동자(41)와 진동판(21) 사이에 설치됨으로써, 초음파 진동자(41)를 히터 집합체(33)로부터 이격하는 역할도 겸하고 있다. 초음파 진동자(41)는 열에 약해서, 가열되면 피에조 소자의 손상 등의 이상이 발생하기 때문에, 히터 집합체(33)로부터의 열이 초음파 진동자(41)로 전달되지 않도록, 혼(42)을 사용하여 초음파 진동자(41)가 히터 집합체(33)로부터 멀리 떨어져 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 기판(W)의 반송의 방해가 되지 않을 것을 고려해서, 초음파 진동자(41)를 Z축 방향으로부터 볼 때 진동판(21)에 대해서 히터 유닛(31)과 동일한 측, 즉 기판(W)과 반대측에 있어서 진동판(21)과 접촉시키고 있지만, 기판(W)과 동일한 측에서 접촉시켜도 상관없다. 초음파 진동자(41)를 기판(W)과 동일한 측에서 접촉시켜도, 본 실시 형태와 같이 기판(W)과 반대측에서 접촉시킨 경우와 마찬가지로, 기판(W)을 진동 부상시키는 효과를 얻는 것이 가능하다.
반송부(7)는 핸드(51) 및 진퇴 기구(52)를 갖고 있다. 핸드(51)는, 예를 들어 L자형의 블록을 갖고, 기판(W)의 코너부에 있어서 기판(W)의 2변과 접촉하여 지지한다. 핸드(51)는 기판(W)의 대각을 위치 결정하여 지지가 가능하도록, 기판(W) 1매의 지지에 대해서 기판(W)의 대각 방향으로 2개 설치되어 있다. 또한, 진퇴 기구(52)는, 에어 실린더 등의 직동 기구이며, 핸드(51)가 설치되고, 기판(W)의 지지 시 및 지지 해제 시에 각각의 핸드(51)를 이동시킨다. 이 진퇴 기구(52)에 의해, 핸드(51)는 기판(W)의 지지 시에는 기판(W)에 접근하고, 지지 해제 시에는 기판(W)으로부터 퇴피된다. 여기서, 핸드(51)가 퇴피되어 있는 상태에서는, 기판(W)은 X축 방향 및 Y축 방향의 구속이 해제되어 있는 상태이기 때문에, 다음에 핸드(51)가 접근할 때에는 기판(W)의 위치가 어긋나서, 핸드(51)와 충돌하여 기판(W) 및 핸드(51)가 파손할 가능성이 있다. 이 경우, 진동판부(4)에 상하 이동 하는 핀을 설치하여, 핸드(51)가 퇴피되어 진동판부(4) 상의 소정 위치에서 기판(W)이 부상하고 있을 때는 핀이 상승하여 기판(W)의 위치를 구속하고, 기판(W)이 진동판부(4) 위에서 반송될 때는 핀이 하강하여 반송 동작을 방해하지 않도록 하면 된다.
또한, 진퇴 기구(52)는 도시하지 않은 Y축 방향의 주행축에 접속되어 있다. 핸드(51)가 기판(W)의 코너부에 접근하고, 기판(W)을 지지하고 있는 상태에 있어서, 이 주행축에 의해 핸드(51) 및 진퇴 기구(52)가 Y축 방향으로 이동함으로써, 기판(W)이 Y축 방향으로 반송된다.
이어서, 진동판부(4)로의 초음파 발생부(6)의 설치 위치에 대해, 도 2 및 도 3을 사용하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 초음파 진동자(41)로부터의 진동을 진동판(21)으로 전파하기 위해서, 혼(42)이 진동판(21)에 접촉해 있고, 또한 혼(42)이 배치되는 위치에 있어서 히터 유닛(31)에는 관통 구멍 혹은 절결이 설치되어 있다. 그 때문에, 진동판(21)의 혼(42)이 접촉해 있는 개소 및 그 부근에서는, 다른 개소와 비교해서, 히터 유닛(31)으로부터의 가열을 받기 어려워, 온도가 낮아진다. 그것은 기판(W)을 부상시키는 측의 면에서도 동일하고, 이면측에서 혼(42)이 접촉해 있는 개소 및 그 부근에서는, 온도가 낮아진다. 이러한 개소에서 기판(W)을 가열하면, 다른 개소에 비해 충분히 가열하게 할 수 없기 때문에, 기판(W)에 건조 얼룩을 발생시킬 가능성이 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 상기와 같은 장소에서는 기판(W)을 가열하지 않도록 해서, 건조 얼룩의 발생을 방지하고 있다. 구체적으로는, 도 2 및 도 3 중에 나타내고 있는, 진동판부(4)의 기판(W)을 부상시키는 영역 R1 및 그 이면측에 해당하는 영역을 R2에 대해서, 그들 영역의 외부, 즉, 기판(W)을 가열하는 영역의 외부에 있어서 진동판(21)이 혼(42)과 접촉되어 있다.
이어서, 본 실시 형태에 있어서의 냉각 영역(3)의 개략도를 도 4에 도시한다.
냉각 영역(3)은, 진동판부(10), 초음파 발생부(11) 및 반송부(12)를 구비하고 있다. 즉, 상술한 부상 반송 유닛과 마찬가지의 구성을 구비하고 있고, 히터부를 갖고 있지 않은 것을 제외하고 가열 영역(2)과 동일한 구성을 갖고 있다.
진동판부(10)는 가열 영역(2)의 진동판부(4)와 마찬가지로 초음파 발생부(11)에 의해 초음파 진동하고, 그 진동에 의한 방사압에 의해 진동판부(4) 위의 기판(W)을 부상시킨다. 또한, 반송부(12)에 의해 기판(W)은 진동판부(10)로 반입되고, 진동판부(10)로부터 반출되고, 또한 진동판부(10) 위를 반송된다.
또한, 가열 영역(2)에서는 상술한 바와 같이 기판(W)의 건조 얼룩의 발생을 방지하기 위해 초음파 발생부(6)의 설치 위치에 대해 언급하고 있지만, 건조, 소성까지 완료된 기판(W) 상의 도포액은 거기에서 새롭게 얼룩이 발생할 우려는 적기 때문에, 그 경우에는 냉각 영역(3)에서는 진동판부(10)의 기판(W)을 부상시키는 영역의 이면측에 해당하는 영역에 초음파 발생부(11)를 설치해도 상관없다.
이어서, 본 발명에 있어서의 기판의 냉각 형태를 도 5에 도시한다.
기판(W)이 진동판부(10) 상에서 초음파 진동 부상할 때, 진동판부(10)의 기판(W)을 부상시키는 면(13)과 기판(W) 사이에 존재하는 기체에는 진동판부(10)의 초음파 진동이라고 하는 외력이 가해진다. 이 외력에 의해, 기체는 진동판부(10)와 기판(W) 사이에 화살표로 도시한 바와 같이, 대류하게 한다. 즉, 강제 대류가 발생한다.
이 강제 대류한 기체가 기판(W) 및 진동판부(10)와 접촉할 때에 기체와 기판(W) 사이 및 기체 W와 진동판부(10) 사이에서 열전달이 발생한다.
따라서, 가열 영역(2)에 의해 가열된 기판(W)이 냉각 영역(3)의 진동판부(10) 위로 반송되고, 진동판부(10)가 이 기판(W)을 초음파 진동 부상시킨 경우, 상기 강제 대류에 의해 기판(W)이 냉각된다.
또한, 강제 대류는 기체에 외력을 가하면 발생하는 것이며, 예를 들어 에어 부상 유닛으로부터 에어를 분출하여 기판을 부상시키는 경우에도, 에어 부상 유닛과 기판 사이의 기체가 강제 대류한다. 따라서, 가열된 기판을 에어 부상 유닛에 의해 부상시키는 경우에도 강제 대류한 기체와 기판 사이에서 열전달이 행해지고, 기판(W)은 냉각된다. 이에 반해, 진동판부(10)가 기판(W)을 초음파 진동 부상시키는 경우에는, 진동판부(10)가 수십 ㎑라고 하는 매우 높은 주파수로 진동함으로써 강제 대류가 발생하기 때문에, 대류의 속도는 에어 부상 유닛에 의한 것과 비교해서 훨씬 고속으로 된다. 따라서, 열전달의 속도는 에어 부상 유닛에 의한 것과 비교해서 훨씬 고속으로 되어, 단시간에 기판(W)의 냉각을 행할 수 있다.
또한, 냉각 영역(3)은 상술한 바와 같이, 가열 영역(2)의 하류측에 설치되어 있고, 가열 영역(2)의 반송부(7) 혹은 냉각 영역(3)의 반송부(12)에 의해 가열 영역(2)으로부터 기판(W)을 직접 수취할 수 있다. 이에 의해, 도 11에 도시한 종래의 예와 같이 반송 로봇(93)이 부상 반송 열처리 장치(90)로부터 기판(W)을 수취하고, 그리고 반송 로봇(93)이 별개로 설치된 냉각 유닛(92)에 기판(W)을 적재하는 것과 비교해서, 냉각 영역(3)으로의 반송 시간을 짧게 하는 것이 가능하다. 또한, 반송 중이라도, 냉각 영역(3)에 다다른 부분부터 기판(W)의 냉각이 개시되기 때문에, 기판(W)의 반송에 의한 시간의 손실을 저감할 수 있다.
이 냉각 영역(3)의 냉각 성능의 예를 도 6의 그래프에 나타낸다.
도 6의 그래프 중, 실선은 본 실시 형태의 냉각 영역(3)에 의해 기판(W)을 냉각한 경우의 기판(W)의 온도 변화를 나타낸 것이며, 파선은 에어 부상 유닛에 의해 기판(W)을 부상시킨 것이다. 여기서, 냉각 전의 기판(W)의 온도는 약 110℃, 기판(W)이 반송되기 전의 진동판부(10)의 온도 및 에어 부상 유닛으로부터 분출하는 에어의 온도는 약 20℃였다.
이 결과, 도시한 바와 같이 초음파 진동 부상에 의한 냉각 효과는 에어 부상시의 냉각 효과보다도 커지고 있고, 예를 들어 실온 가까이 등, 소정의 온도로까지 기판(W)의 온도를 냉각하는데 필요한 시간을 에어 부상 시보다도 짧게 하는 것이 가능하였다.
이어서, 본 실시 형태에 있어서의 부상 반송 열처리 장치(1)에 의한 기판의 온도 변화를 도 7에 도시한다.
상술한 바와 같이, 냉각 영역(3)은 가열 영역(2)의 하류측에 인접해 있어, 가열 영역(2)으로부터 냉각 영역(3)으로의 반송 시간은 짧다. 따라서, 가열 영역(2)에서 기판(W)의 건조 및 소성을 실시한 직후, 바로 냉각 영역(3)에 의한 기판(W)의 냉각을 개시할 수 있다.
그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 초음파 진동에 의한 강제 대류를 이용한 본 실시 형태의 냉각 영역(3)에 의한 냉각 성능은 높아, 단시간에 기판(W)을 냉각할 수 있다.
따라서, 가열 영역(2)[도 11의 종래예에서는 가열 영역(91)]으로부터 냉각 영역(3)[도 11의 종래예에서는 냉각 유닛(92)]으로의 기판(W)의 반송 시간과 냉각 영역 상에서의 기판(W)의 적재 시간을 합계한 시간을 기판(W)의 냉각에 필요로 하는 시간으로 한 경우, 본 실시 형태의 부상 반송 열처리 장치(1)에서는, 이 기판(W)의 냉각에 필요로 하는 시간을 종래보다 단축하는 것이 가능하다.
이와 같이 부상 반송 열처리 장치(1)의 하류에 있어서 냉각 영역(3)으로 충분히 냉각된 기판(W)은, 실온에 가까운 기판 온도로 다음 공정으로 넘겨 주는 것이 가능해진다.
이어서, 다른 실시 형태의 냉각 영역의 측면도를 도 8에 도시한다.
이 실시 형태에 있어서의 냉각 영역(3)은, 가열 영역(2)에 있어서의 히터부(5) 대신에 진동판 냉각부(14)가 설치되어 있다.
진동판 냉각부(14)는, 진동판부(2)의 기판(W)을 부상시키는 면(8)의 이면(9)측에 위치하고, 복수의 냉각 유닛(61) 및 스페이서(62)를 갖고 있다. 냉각 유닛(61)이 X축 방향 및 Y축 방향으로 배열됨으로써, 하나의 냉각 유닛 집합체(63)가 형성된다. 또한, 스페이서(62)는 일부 냉각 유닛(61)에 설치되어 진동판(21)을 지지하고, 또한 스페이서(62)에 의해 진동판부(2)와 냉각 유닛 집합체(63)가 소정의 간격을 두고 이격되어 있다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 진동판 냉각부(14)는 진동판부(2)의 기판(W)을 부상시키는 면의 이면(9)과 대향하는 면인 냉각 대향면(64)을 갖는 형상을 갖고 있으며, 이 냉각 대향면(64)에 의해, 진동판 냉각부(14)와 진동판부(2) 사이의 공간을 면끼리로 사이에 두도록 해서 거의 닫힌 것으로 하고 있다.
냉각 유닛(61)은 직사각형 판상의 알루미늄판의 내부에 냉각수가 흐르는 경로가 설치되어 구성되는 수냉식의 냉각 플레이트이며, 이들이 X축 방향 및 Y축 방향으로 간극없이 배열되어 있다.
여기서, 냉각 대향면(64)의 X축 방향의 치수는, 진동판부(2)의 X축 방향의 치수보다도 크고, 또한 냉각 대향면(64)의 Y축 방향의 치수는, 진동판부(2)의 Y축 방향과 동등 이상이며, 그리고, Z축 방향을 따라서 진동판부(2)로부터 냉각 대향면(64)을 보았을 때에, 진동판부(2)가 존재하는 영역이 냉각 대향면(64)이 존재하는 영역에 들어가는 배치로 되어 있으면 된다. 이에 의해, 진동판 냉각부(14)는 진동판부(2)의 전체면을 동시에 냉각할 수 있으며, 진동판부(2) 전체를 균일한 온도로 냉각하는 것이 가능하다. 또한, 후술하는 강제 대류의 효과를 보다 효율적으로 할 수 있다.
또한, 냉각 대향면(64)을 형성하는 각각의 냉각 유닛(61)은, 진동판부(2)보다도 X축 방향 및 Y축 방향의 치수가 작아도 상관없다. 또한, 집합체의 형태를 취하지 않고, X축 방향 및 Y축 방향의 치수가 진동판부(2)보다도 큰 1개의 냉각 유닛(61)만을 사용하여 진동판부(2)를 냉각하는 방법을 취해도 된다.
또한, 일부 혹은 전부의 냉각 유닛(61)에는, 기체 공급부(65)가 설치되어 있다. 이 기체 공급부(65)는 이 실시 형태에서는 진동판부(2)를 향해서 형성된 개구이며, 배관을 경유하여 도시하지 않은 블로어 등의 기체 공급 장치와 접속되어 있다. 이 기체 공급 장치로부터 공급된 기체가 기체 공급부(65)로부터 방출됨으로써, 냉각 대향면(64)과 진동판부(2)의 기판(W)을 부상시키는 면(8)의 이면(9) 사이에 기체를 공급하게 할 수 있게 되어 있다. 또한, 기체 공급부(65)로부터 공급하는 기체에는, 건조 공기, N2 등이 사용되지만, 냉각 영역(3) 주변의 환경을 형성하는 기체와 동일한 기체가 사용되는 것이 바람직하다.
스페이서(62)는 가열 영역(2)에 있어서의 스페이서(32)와 마찬가지로, 예를 들어 수지제의 소직경의 블록이며, 스페이서(62)에 의해 진동판부(2)와 냉각 유닛 집합체(63)의 냉각 대향면(64) 사이에 1㎜의 간격이 마련되어 있다. 이와 같이 진동판부(2)와 냉각 유닛 집합체(63)를 이격함으로써, 냉각 유닛 집합체(63)와 진동판부(2) 사이의 열전달은, 후술하는 바와 같이 대류에 의한 것으로 되고, 진동판부(2)와 냉각 유닛 집합체(63)가 접촉하는 배치로서 직접 열전달이 행해지는 경우와 비교해서 진동판부(2) 전체의 온도를 균일하게 하는 것이 용이해진다.
또한, 진동판부(2)와 냉각 유닛 집합체(63)가 접촉하는 배치인 경우, 양자의 고유 진동수 등 진동 특성의 차이에 따라, 냉각 유닛 집합체(63)가 진동판부(2)의 진동의 방해로 되는 경우가 있지만, 양자를 이격함으로써, 진동판부(2)는 냉각 유닛 집합체(63)에 의해 진동을 방해받는 일 없이, 설정된 바와 같이 진동할 수 있다.
여기서, 스페이서(62)는 진동판(21)의 진동의 절에 해당하는 위치에서 진동판(21)을 지지하도록, 냉각 유닛(61) 위에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스페이서(62)가 진동판(21)으로부터 받는 진동을 극소로 할 수 있기 때문에, 스페이서(62)가 진동판(21)과의 간섭에 의해 마모되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 8의 실시 형태의 냉각 영역에서 기판이 냉각되는 기구에 대해서, 도 9에 도시한다.
전술한 바와 같이, 기판(W)이 진동판부(2) 상에서 초음파 진동 부상할 때, 기체는 진동판부(2)와 기판(W) 사이에 강제 대류가 발생한다.
여기서, 이 강제 대류한 기체가 기판(W) 및 진동판부(2)와 접촉할 때에 기체와 기판(W) 사이 및 기체 W와 진동판부(2) 사이에서 열전달이 발생한다.
따라서, 도시하지 않은 가열 장치 등에 의해 가열된 기판(W)이 진동판부(2) 위로 반송되고, 진동판부(2)가 이 기판(W)을 초음파 진동 부상시킨 경우, 상기 강제 대류에 의해 기판(W)이 냉각되고, 또한 진동판부(2)가 승온한다.
한편, 이 실시 형태의 냉각 영역(3)은, 상술한 바와 같이 진동판부(2)의 기판(W)을 부상시키는 면의 이면(9)측에, 진동판 냉각부(14)를 갖고 있다. 이에 의해, 진동판부(2)와 기판(W) 사이에서 기체가 강제 대류하는 것과 마찬가지로, 진동판 냉각부(14)와 진동판부(2) 사이에서도 진동판부(2)의 초음파 진동에 의한 기체의 강제 대류가 발생한다.
또한, 상술한 바와 같이, 진동판 냉각부(14)는 진동판부(2)와 대향하는 냉각 대향면(64)을 갖고 있으며, 이 냉각 대향면(64)이 진동판부(2)의 기판(W)을 부상시키는 면(8)의 이면(9)과 소정 간격을 두고 배치되어 있다. 이에 의해, 진동판 냉각부(14)와 진동판부(2) 사이에 거의 닫힌 공간을 형성하고 있다. 이 거의 닫힌 공간 안에서 기체의 강제 대류가 행해짐으로써, 공간이 닫혀 있지 않은 경우와 비교해서 진동판 냉각부(14) 및 진동판부(2)와 기체 사이의 열전달이 보다 빈번히 발생하게 된다.
따라서, 이 강제 대류를 통해서 진동판 냉각부(14)가 진동판부(2)를 고속으로 냉각하는 것이 가능하여, 고온의 기판(W)에 의해 진동판부(2)가 승온하는 것을 억제하고, 진동판부(2)의 온도를 저온으로 유지할 수 있다. 따라서, 기판의 열에 의해 냉각 성능이 둔해지는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 진동판 냉각부(14)가 효율적으로 진동판부(2)를 냉각하기 위해서는, 진동판부(2) 사이에 의해 빈번히 강제 대류를 발생시키는 쪽이 좋고, 진동판부(2) 사이에 의해 빈번히 강제 대류를 발생시키기 위해서는, 냉각 대향면(64)의 수평 방향의 치수(X축 방향, Y축 방향의 치수)를 크게 해서 진동판부(2) 사이의 닫힌 공간을 크게 하는 것이 바람직하고, 예를 들어 상술한 바와 같이, Z축 방향을 따라서 진동판부(2)에서 냉각 대향면(64)을 보았을 때에, 진동판부(2)가 존재하는 영역이 냉각 대향면(64)이 존재하는 영역에 들어가는 배치로 되어 있으면, 진동판부(2)의 이면 전체면에 있어서 기체의 강제 대류에 의한 열전달이 행해지기 때문에, 또한 좋다.
또한, 이 실시 형태에서는, 진동판 냉각부(14)에는 기체 공급부(65)가 설치되고, 냉각 대향면(64)과 진동판부(2) 사이에 기체를 공급할 수 있도록 되어 있다. 이 기체 공급부(65)로부터 기체를 계속해서 공급함으로써, 진동판부(2)와의 열전달에 의해 따뜻해진 기체가 밀려나고 저온의 기체가 공급되어, 냉각 대향면(64)과 진동판부(2) 사이의 공간을 저온으로 유지할 수 있기 때문에, 강제 대류에 의해 진동판 냉각부(14)가 보다 효율적으로 진동판부(2)를 냉각하는 것이 가능하다.
이어서, 도 8의 실시 형태의 냉각 영역(3)에 있어서의 냉각 효과를 도 10의 그래프에 나타낸다.
도 10의 그래프 중, 실선은 도 9에 도시한 실시 형태의 냉각 영역(3)에 의해 기판(W)을 냉각한 경우의 기판(W)의 온도 변화를 나타낸 것이며, 일점쇄선은 진동판 냉각부(14)를 사용하지 않고 기판(W)을 초음파 진동 부상시킨 경우의 것, 파선은 에어 부상 유닛에서 기판(W)을 부상시킨 것이다. 여기서, 냉각 전의 기판(W)의 온도는 약 110℃, 기판(W)이 반송되기 전의 진동판부(2)의 온도, 진동판 냉각부(14)의 온도, 에어 부상 유닛으로부터 분출하는 에어의 온도 및 진동판 냉각부(14)의 기체 공급부(65)로부터 공급하는 기체의 온도는 약 20℃였다.
이 결과, 일점쇄선과 파선을 비교함으로써, 상술한 바와 같이 에어 부상보다도 초음파 진동 부상에 의한 냉각 효과가 커지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실선과 일점쇄선을 비교함으로써, 진동판 냉각부(14)가 진동판부(2)를 냉각함으로써 기판(W)의 냉각 효과가 더욱 커지고 있는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 냉각 영역(3)에 따르면, 기판의 열에 의해 냉각 성능이 둔해지는 것을 방지하고, 또한 단시간에 기판을 냉각하는 것이 가능하다.
또한, 도 5에서는, 냉각 영역(3)에 의한 기판(W)의 냉각 형태에 대해서 나타내고, 진동판부(10)와 기판(W) 사이의 기체의 강제 대류에 의해 기판(W)이 냉각되는 것을 설명했지만, 가열 영역(2)의 경우에도 마찬가지로, 도 3에 도시하는 진동판부(4)와 기판(W) 사이에서 진동판부(4)의 초음파 진동에 의한 기체의 강제 대류가 발생하고, 기판(W)과 진동판부(4) 사이의 기체를 개재한 열전달에 의해 기판(W)이 가열된다. 또한, 이 경우, 히터부(5)에 가열되어 고열인 진동판부(4)로부터 기판(W)으로의 복사열에 의해서도, 기판(W)은 가열된다.
또한, 가열 영역(2)에서는, 진동판부(4)와 히터부(5) 사이에서도 진동판부(4)의 초음파 진동에 의해 기체는 강제 대류하고, 이 강제 대류에 의한 열전달과 히터부(5)로부터 진동판부(4)로의 복사열에 의해 히터부(5)는 진동판부(4)를 가열하고 있다.
이상 설명한 부상 반송 열처리 장치에 따르면, 가열한 기판을 단시간에 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 냉각 영역(3)은 부상 반송 열처리 장치(1)의 가장 하류측에만 배치되어 있고, 가열 영역(2)에서 가열된 기판(W)을 충분히 냉각하여 하류의 처리 장치로 기판(W)을 넘겨 주고 있지만, 냉각 영역(3)의 배치는 가장 하류측에만 한정하지 않고, 가열 영역(2)의 중간에 냉각 영역(3)이 설치되어도 상관없다. 즉, 예를 들어 상류측으로부터 순서대로 가열 영역(2), 냉각 영역(3), 가열 영역(2), 냉각 영역(3)으로 되도록 가열 영역(2) 및 냉각 영역(3)이 설치되어 있어도 상관없다.
1 : 부상 반송 열처리 장치
2 : 가열 영역
3 : 냉각 영역
4 : 진동판부
5 : 히터부
6 : 초음파 발생부
7 : 반송부
8 : 기판을 부상시키는 면
9 : 기판을 부상시키는 면의 이면
10 : 진동판부
11 : 초음파 발생부
12 : 반송부
13 : 기판을 부상시키는 면
14 : 진동판 냉각부
21 : 진동판
31 : 히터 유닛
32 : 스페이서
33 : 히터 집합체
41 : 초음파 진동자
42 : 혼
51 : 핸드
52 : 진퇴 기구
61 : 냉각 유닛
62 : 스페이서
63 : 냉각 유닛 집합체
64 : 냉각 대향면
65 : 기체 공급부
90 : 부상 반송 열처리 장치
91 : 가열 영역
92 : 냉각 유닛
W : 기판

Claims (6)

  1. 기판을 초음파 진동 부상시키는 진동판부와,
    상기 진동판부에 초음파 진동을 주는 초음파 발생부와,
    기판의 단부를 지지하여 기판의 부상 방향과 수직인 방향으로 기판을 반송하는 반송부
    를 갖는 부상 반송 유닛이 복수 배열되어, 각 상기 부상 반송 유닛이 순서대로 기판을 초음파 진동 부상시키면서 열처리하고, 반송하는 부상 반송 열처리 장치로서,
    상기 부상 반송 유닛이 그 부상 반송 유닛의 진동판부를 가열하는 히터부를 구비하는 가열 영역과,
    상기 부상 반송 유닛이 상기 히터부를 구비하지 않는 냉각 영역
    을 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 부상 반송 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 영역의 상기 반송 유닛은, 상기 진동판부의 기판을 부상시키는 면의 이면측에 상기 진동판부를 냉각하기 위한 진동판 냉각부를 갖고, 상기 진동판 냉각부는 상기 진동판부의 이면과 대향하는 냉각 대향면을 갖고, 상기 냉각 대향면은 상기 진동판부의 이면과 소정 간격을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 부상 반송 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동판 냉각부는, 상기 진동판 냉각부와 상기 진동판부 사이의 공간에 기체를 공급하는 기체 공급부를 갖는 것을 특징으로 하는, 부상 반송 열처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 대향면의 수평 방향의 치수는, 상기 진동판부의 치수와 비교해서 동등 이상인 것을 특징으로 하는, 부상 반송 열처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 진동판 냉각부는, 상기 진동판 냉각부와 상기 진동판부 사이의 공간에 기체를 공급하는 기체 공급부를 갖는 것을 특징으로 하는, 부상 반송 열처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 영역은, 기판의 반송에 관해 가장 하류측에 있는 것을 특징으로 하는, 부상 반송 열처리 장치.
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