JP2018109473A

JP2018109473A - 減圧乾燥装置

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Publication number: JP2018109473A
Application number: JP2017000419A
Authority: JP
Inventors: 米田　高志; Takashi Yoneda; 高志米田; 学釜谷; Manabu Kamatani
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: JP6863747B2

Abstract

【課題】減圧環境下の基板収容部を急速に大気圧状態に開放しても、基板の振動を抑え、基板が破損するのを防止できる減圧乾燥装置を提供する。【解決手段】基板上に形成された塗布膜を減圧環境下で乾燥させる減圧乾燥装置であって、基板が収容される基板収容部を形成するチャンバ部と、前記基板収容部に収容される基板を所定の高さ位置に保持するキャッチピンと、供給された基板を前記キャッチピンに載置させるとともに、前記キャッチピン上の基板を排出させるリフトピンと、を備え、基板が前記キャッチピンに保持された状態で前記基板収容部が減圧環境下にある場合にはチャンバ部内に収容され、前記基板収容部の減圧環境を大気圧に戻す際に前記キャッチピンに保持された基板に当接して基板の支持を補助するサポートピンをさらに備える構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、塗布装置により基板上に形成された塗布膜を大気圧よりも小さい圧力の減圧環境下で乾燥させる減圧乾燥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、減圧乾燥装置により塗布膜を乾燥させることにより生産される。

減圧乾燥装置は、チャンバ部の基板収容部に基板が収容された状態で、基板収容部を減圧させることにより基板上の塗布膜を乾燥させるようになっている（下記特許文献１参照）。具体的には、図８に示すように、減圧乾燥装置は、チャンバ部１００を有しており、このチャンバ部１００は、チャンバ本体１０１とチャンバ蓋部１０２とによって構成され、チャンバ蓋部１０２がチャンバ本体１０１に当接し閉じた状態で基板Ｗを収容する基板収容部１０４が形成される（図８（ａ））。チャンバ本体１０１には、基板Ｗを所定の高さ位置に保持するキャッチピン１０３と、このキャッチピン１０３トは別に基板Ｗを基板収容部１０４に供給、又は基板収容部１０４から排出するリフトピン１０５（が設けられており、図８（ｂ）に示すように、ロボットハンド等（不図示）により基板Ｗが供給されるとリフトピン１０５が上昇して基板Ｗを受け取り、さらに下降することにより基板Ｗをキャッチピン１０３に載置するようになっている。

すなわち、基板Ｗがチャンバ部１００の基板収容部１０４に供給された状態では、基板Ｗの裏面にキャッチピン１０３が当接することによって支持される。そして、キャッチピン１０３に支持された状態で基板収容部１０４を排気させると、基板収容部１０４が減圧環境下になることにより、基板Ｗ上の塗布膜を形成する溶媒が蒸発し塗布膜を乾燥させることができる。そして、乾燥後は、キャッチピン１０３に支持された状態のまま基板収容部１０４を大気圧に戻した後、チャンバ蓋部１０２を開き、リフトピン１０５を上昇させて基板Ｗをキャッチピン１０３から離し、ロボットハンド等がリフトピン１０５に支持された基板Ｗを受け取ることにより乾燥後の基板Ｗがチャンバ部１００から排出される。

特開２００５−３２９３０３号公報

近年では、タクトタイムの短縮を図るため、塗布膜を乾燥させた後は、基板収容部１０４に連通する弁を早急に開放させることにより、基板収容部１０４を減圧状態から大気圧状態にすぐに戻して基板Ｗを減圧乾燥装置から排出させる。しかし、基板収容部１０４を減圧状態から大気圧状態に急速に戻すと、基板収容部１０４内に気流が発生することにより基板Ｗが振動する（図５（ａ）参照）。近年では、非常に薄い基板Ｗが用いられているため、気流により基板Ｗが振動すると、その撓みの影響により基板Ｗが破損するという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、減圧環境下の基板収容部を急速に大気圧状態に開放しても、基板の振動を抑え、基板が破損するのを防止できる減圧乾燥装置を提供す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減圧乾燥装置は、基板上に形成された塗布膜を減圧環境下で乾燥させる減圧乾燥装置であって、基板が収容される基板収容部を形成するチャンバ部と、前記基板収容部に収容される基板を所定の高さ位置に保持するキャッチピンと、供給された基板を前記キャッチピンに載置させるとともに、前記キャッチピン上の基板を排出させるリフトピンと、を備え、基板が前記キャッチピンに保持された状態で前記基板収容部が減圧環境下にある場合にはチャンバ部内に収容され、前記基板収容部の減圧環境を大気圧に戻す際に前記キャッチピンに保持された基板に当接して基板の支持を補助するサポートピンをさらに備えることを特徴としている。

上記減圧乾燥装置によれば、基板収容部を減圧環境下から大気圧状態に戻す際に、キャッチピンで支持された基板をサポートピンで補助的に支持するため、減圧環境下から大気圧状態に戻す際に基板収容部に気流が発生しても、サポートピンにより基板が振動するのを抑え、振動により基板が破損するのを抑えることができる。

また、上記減圧乾燥装置の具体的な様態としては、例えば、前記チャンバ部には、前記基板収容部内に前記キャッチピンが取り付けられるプレート部を有しており、このプレート部には、前記サポートピンが挿通するサポートピン挿通孔が形成され、前記基板収容部が減圧環境下では、前記サポートピンは、前記サポートピン挿通孔の高さ位置以下になるように収容され、前記基板収容部が減圧環境下から大気圧に戻す際には、前記サポートピンが挿通孔から突出して基板に当接する構成とすることができる。

本発明の減圧乾燥装置によれば、減圧環境下の基板収容部を急速に大気圧状態に開放しても、基板の振動を抑え、基板が破損するのを防止できる。

本発明の一実施形態における減圧乾燥装置のチャンバ蓋部とチャンバ本体が閉じた状態を示す図である。上記減圧乾燥装置のチャンバ蓋部とチャンバ本体が離間した状態を示す図である。上記減圧乾燥装置のプレート部を上方から見た図である。基板をキャッチピンで支持した状態を示す図である。基板をキャッチピンで支持した状態を示す図であり、（ａ）は気流によりキャッチピンのみで支持される基板に撓みが生じた状態を示す図であり、（ｂ）は基板がキャッチピン及びサポートピンにより支持された状態を示す図である。上記減圧乾燥装置の動作を示すフローチャートである。基板収容部を減圧環境から大気圧に戻す状態を示す図である。従来の減圧乾燥装置を示す図であり、（ａ）はチャンバ蓋部とチャンバ本体が閉じた状態を示す図であり、（ｂ）は。チャンバ蓋部とチャンバ本体が離間した状態を示す図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１、図２は、本発明の一実施形態における減圧乾燥装置を概略的に示す図であり、図１は、減圧乾燥装置のチャンバ蓋部１０とチャンバ本体２０が閉じた状態を示す図であり、図２はチャンバ蓋部１０とチャンバ本体２０が離間した状態を示す図である。

図１、図２に示すように、減圧乾燥装置は、基板Ｗ上に形成されたレジスト液などの塗布膜を乾燥させるものであり、基板Ｗを収容するチャンバ部２と、このチャンバ部２を減圧させる吸引減圧部３とを備えている。そして、チャンバ部２に基板Ｗを収容した状態でチャンバ部２内を減圧環境に維持することにより基板Ｗ上に形成された塗布膜を乾燥できるようになっている。

なお、以下の説明では、図１における紙面上側を減圧乾燥装置の上方、図１における紙面下側を減圧乾燥装置の下方として説明を進めることとする。

チャンバ部２は、チャンバ本体２０とチャンバ蓋部１０とを備えている。チャンバ蓋部１０は、チャンバ本体２０に対して開閉できるように形成されており、チャンバ蓋部１０が閉状態では、図１に示すように、チャンバ蓋部１０とチャンバ本体２０とで基板Ｗを収容する基板収容部３０が形成されるようになっている。

チャンバ蓋部１０は、チャンバ本体２０とともにチャンバ部２内に基板収容部３０を形成するものである。チャンバ蓋部１０は、チャンバ本体２０に対して開閉できるようになっており、チャンバ蓋部１０がチャンバ本体２０に対して、昇降動作可能に形成されている。すなわち、チャンバ蓋部１０がチャンバ本体２０に対して上昇することによって開状態が形成され、チャンバ蓋部１０がチャンバ本体２０に対して下降し当接することによって閉状態が形成される。このチャンバ蓋部１０は、チャンバ本体２０に保持された基板Ｗを覆う形状を有しており、チャンバ本体２０と対面する平板状の平板部１１と、この平板部１１の外周縁からチャンバ本体２０側に突出し、保持された基板Ｗを囲む形状を有する側壁部１２とを有している。すなわち、チャンバ蓋部１０がチャンバ本体２０に当接した状態では、チャンバ蓋部１０の側壁部１２がチャンバ本体２０に当接することにより、基板Ｗを収容可能な基板収容部３０が形成されるようになっている。

チャンバ蓋部１０の平板部１１の基板収容部３０側は、平滑な平坦状に形成されている。すなわち、基板収容部３０を吸引した際に発生する気流（大気の流れ）が妨げられないように形成されている。また、平板部１１の外部側には、リブ（不図示）が取付けられており、基板収容部３０が減圧された場合に平板部１１が変形するのを防止できるようになっている。これにより、基板収容部３０内の大気が吸引されて基板収容部３０内が減圧された場合であっても、平板部１１の基板収容部３０側が平坦度を維持することができ、基板収容部３０の気流の乱れによって生じる乾燥ムラの発生を抑えることができるようになっている。

また、側壁部１２の基板収容部３０側は、平板部１１と同様に平滑な平坦状に形成されており、基板収容部３０の大気の流れが妨げられないように形成されている。また、側壁部１２には、チャンバ本体２０の基部２１と当接する面にシール部材１３（図２参照）が設けられている。このシール部材１３は、保持された基板Ｗを囲むように環状に形成されている。したがって、チャンバ蓋部１０を下降させてチャンバ本体２０に当接させた場合に、シール部材１３がチャンバ本体２０に当接して押圧されることにより、基板収容部３０が密封状態にすることができる。

また、チャンバ本体２０は、塗布膜が形成された基板Ｗを保持するものである。チャンバ本体２０は、上方が開放された箱状部材であり、チャンバ本体２０内に基板Ｗを保持することができる。具体的には、チャンバ本体２０は、ベース部２４に支持される平板形状のプレート部２２を有しており、このプレート部２２上に基板Ｗを載置することができる。すなわち、プレート部２２には、複数のキャッチピン２３が設けられており、このキャッチピン２３の先端部分に基板Ｗが載置されることにより基板Ｗが支持されて保持されるようになっている。

このキャッチピン２３は、図４に示すように、先端部分が先鋭形状に形成された直線状のピン部材であり、キャッチピン２３がプレート部２２に垂直な姿勢で固定されている。キャッチピン２３の先端部分は、すべて同じ高さに調整されており、先端部分に基板Ｗが載置されると、基板Ｗが乾燥位置に位置するように調整されている。

このキャッチピン２３は、本実施形態では、基板Ｗ上の塗布膜が形成される領域（塗布領域Ｓ）から外れる位置に設けられている。すなわち、図３に示すように、キャッチピン２３は、基板Ｗの塗布領域Ｓから外れるように、塗布領域Ｓの外側部分、及び、塗布領域Ｓ同士の間に複数本、所定間隔で配置されている。そして、キャッチピン２３に基板Ｗが載置されると、基板Ｗがほぼ水平な姿勢で支持されるようになっている（図４参照）。ここで、仮に塗布領域Ｓにキャッチピン２３が当接した状態で乾燥させると、その当接位置と当接していない他の領域とでは温度差が生じて乾燥環境が異なるため、その位置に塗布膜の乾燥ムラが生じる要因となる。そのため、キャッチピン２３は、塗布領域Ｓ外に位置するように配置し、塗布領域Ｓにキャッチピン２３が当接することによる塗布膜の発生を抑えることができるようになっている。

また、チャンバ本体２０には、リフトピン２５が設けられている。このリフトピン２５は、ロボットハンド等の基板Ｗの搬送装置と、キャッチピン２３との間で基板Ｗの受け渡しを行うためのものである。このリフトピン２５は、通常、チャンバ本体２０に埋設されており、基板Ｗが搬入された場合、基板Ｗを搬出する場合にチャンバ本体２０から突出して基板Ｗを支持するように形成されている。

すなわち、プレート部２２には、複数のピン孔２５ａが形成されており、このピン孔２５ａからリフトピン２５が延伸して突出することにより、この突出した複数のリフトピン２５の先端部分に基板Ｗが載置されることにより基板Ｗが保持されるようになっている。本実施形態では、図３に示すように、プレート部２２の外縁部分に位置するキャッチピン２３と、塗布領域Ｓの間に位置するキャッチピン２３との間に位置するように設けられている。

そして、ベース部２４には、ピン孔２５ａに対応する位置にピン収容部が形成されており、このピン収容部にリフトピン２５が埋設されている。そして、複数のリフトピン２５が平板部材２６（図３における破線）で一体化されており、この平板部材がベース部２４の内部に設けられた駆動装置（不図示）により昇降動作できるように構成されている。したがって、この駆動装置を駆動させることにより、リフトピン２５が昇降動作するとともに、任意の位置で停止できるようになっている。

本実施形態では、リフトピン２５がベース部２４内に収容される収容位置と、プレート部２２から突出しロボットハンド等の搬送装置との間で基板Ｗの受渡しを行う基板受渡位置（図２参照）と、減圧乾燥工程を行う乾燥位置（図１参照）に停止できるように設定されている。すなわち、ロボットハンド等と基板Ｗの受け渡しを行う場合には、リフトピン２５が基板受渡位置に位置した状態で停止する。そして、基板Ｗがリフトピン２５の先端部分に載置された後、リフトピン２５を下降させて基板Ｗが乾燥位置に到達すると、その乾燥位置でリフトピン２５が停止する。すなわち、この乾燥位置には、キャッチピン２３の先端部分が位置しており、リフトピン２５の先端部分が乾燥位置に達すると、基板Ｗがリフトピン２５からキャッチピン２３に受け渡しされる。そして、乾燥位置からさらにリフトピン２５を下降させると、基板Ｗが完全にキャッチピン２３に載置され、基板Ｗがリフトピン２５からキャッチピン２３に受け渡される。なお、このピン収容部にはシールが設けられており、リフトピン２５が突出した状態であってもピン収容部から基板収容部３０の大気の漏れを防止できるようになっている。

また、プレート部２２には、キャッチピン２３及びリフトピン２５トとは別に、サポートピン４が挿通するサポートピン挿通孔４ａが形成されている。このサポートピン４は、基板収容部が減圧環境下から大気圧に戻す際に、基板Ｗが振動するのを抑えるためのものである。サポートピン４は、先端部分が先鋭状の棒状部材であり、ベース部２４内に収容されている。すなわち、ベース部２４には、リフトピン２５が収容されるピン収容部とは別にサポートピン収容部が形成されており、このサポートピン収容部に収容されている。そして、サポートピン４は、ベース部２４の内部に設けられた駆動装置（不図示）と接続されており、この駆動装置を駆動させることにより、サポートピン４が昇降動作するとともに、任意の位置で停止できるようになっている。本実施形態では、サポートピン収容部に収容される収容位置と、乾燥位置の基板Ｗを支持する乾燥位置とに停止できるようになっている。すなわち、サポートピン４が収容位置に位置した状態で基板Ｗが乾燥位置で乾燥処理が行われた後、基板収容部が減圧環境下から大気圧に戻す際に、サポートピン４が突出して乾燥位置で停止することにより、基板Ｗの裏面にサポートピン４の先端部分が当接することにより基板Ｗを支持することができ、キャッチピン２３による基板Ｗの支持を補助することができる（図１→図７）。すなわち、基板収容部が減圧環境下から大気圧に戻すと基板収容部に急速な気流が発生することにより、図５（ａ）に二点鎖線で示すように基板Ｗに振動が生じ、サポートピン４のみによる支持が不安定になる。そこで、サポートピン４により基板Ｗを裏面から支持することにより、基板Ｗの支持点が増加するためキャッチピン２３のみの場合に比べて支持状態が安定し、基板Ｗを安定して保持することができる（図５（ｂ））。

また、チャンバ部２には、吸引減圧部３が設けられており、吸引減圧部３により基板収容部３０を減圧させることができる。吸引減圧部３は、吸引力を発生させる真空ポンプ３１と、この真空ポンプ３１と基板収容部３０とを連結する吸引配管３２とを有している。すなわち、吸引配管３２が基板収容部３０と吸引連結部３３で連結されており、真空ポンプ３１を作動させると吸引配管３２を通じて吸引連結部３３に吸引力が発生し、基板収容部３０の大気が吸引される。これにより基板収容部３０は、大気圧よりも小さい所定の圧力に減圧されるようになっている。

また、本実施形態における吸引連結部３３は、チャンバ部２の底面中央部分であって、キャッチピン２３により乾燥位置に保持された基板Ｗの中心位置に対向する位置に１つのみ設けられている。したがって、基板収容部３０の大気は、基板Ｗの中心位置に対向する位置に向かう気流が発生し、吸引連結部３３を通じて排気される。なお、本実施形態では、１つの孔で構成される吸引連結部３３が基板Ｗの中心位置に対向する位置に１つのみ設けられているが、複数の孔から構成される吸引連結部３３であってもよい。この場合であっても、複数の孔から構成される吸引連結部３３の排気領域の中心位置が、保持された基板Ｗの中心位置と対向する位置に設けてあれば、基板Ｗの全周に亘って均一な吸引力を発生させることができる。

また、吸引配管３２には、この吸引配管３２を開閉する開閉弁３５とは別に、吸引調節弁３６が設けられている。この吸引調節弁３６は、基板収容部３０の吸引流量を調節するものである。すなわち、真空ポンプ３１が作動した状態で吸引調節弁３６を調節することにより、基板収容部３０の吸引量を調節することができる。具体的には、真空ポンプ３１の作動中に吸引調節弁３６を開放すると基板収容部３０から吸引される吸引量が最大になり基板収容部３０の圧力を急速に減圧させることができる。また、吸引調節弁３６を絞ることにより吸引量を低下させ、吸引調節弁３６の開放時に比べて基板収容部３０の減圧速度を低下させることができる。

また、チャンバ部２には、リリース弁６が設けられている。このリリース弁６は、開閉のみを行うことができ、チャンバ部２で乾燥処理が終了した後、基板収容部３０の減圧状態を解放することができる。すなわち、減圧乾燥工程後、このリリース弁６を開くことにより、基板収容部３０を一気に大気圧状態に戻すことができる。

次に、本実施形態における減圧乾燥装置を用いた乾燥処理動作について図６に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１により、基板搬入工程が行われる。具体的には、チャンバ本体２０のリフトピン２５が基板受渡位置で停止しており、前工程で塗布膜が形成された基板Ｗがロボットハンド等によりリフトピン２５上に載置される。そして、リフトピン２５が下降し、乾燥位置において停止する。すなわち、リフトピン２５で支持されている基板Ｗがキャッチピン２３で支持されることを確認し、リフトピン２５がさらに下降することにより、基板Ｗがリフトピン２５からキャッチピン２３に受け渡される。なお、リフトピン２５は、収容位置で停止する。そして、チャンバ蓋部１０が下降してチャンバ本体２０に当接することにより、基板収容部３０が形成され、基板Ｗが基板収容部３０内でキャッチピン２３上に保持される（図１）。

次に、ステップＳ２により、減圧乾燥工程が行われる。具体的には、吸引減圧部３の真空ポンプ３１を作動させ、吸引調節弁３６を絞って緩やかに排気し減圧する。すなわち、基板収容部３０には大量の大気が存在しているため、排気による大気の流れが形成されると塗布膜に乾燥ムラが形成される虞がある。その気流による乾燥ムラ影響するのを抑えるため、基板収容部３０内の大気を緩やかに排気する。その後、吸引調節弁３６を開放して急速に排気する。すなわち、塗布膜に対して基板収容部３０の排気による気流の影響が少ないと判断できる時点で吸引調節弁３６を開放し急排気を行う。なお、本実施形態では、緩排気から急排気に切り替えるタイミングは、時間で制御されている。そして、基板収容部３０が基板Ｗ上の塗布膜を形成する溶媒の飽和蒸気圧に維持されることにより、塗布膜の乾燥が行われる。

次に、ステップＳ３により、減圧解除工程が行われる。具体的には、吸引減圧部３の吸引動作を停止させ、リリース弁６を開状態にする前に、サポートピン４を突出させることにより基板Ｗを支持させる（図７）。すなわち、基板Ｗをキャッチピン２３で支持すると共に、サポートピン４によって補助的に基板Ｗを支持させる。そして、リリース弁６を開状態にすることにより基板収容部３０を一気に大気圧に戻す。これにより、今まで減圧環境に維持された基板収容部３０に大気が入り込んで気流が発生するが、基板Ｗがキャッチピン２３トサポートピン４で支持されているため、気流が流れることによる基板Ｗの振動が抑制され、振動による基板Ｗの撓みから基板Ｗが破損するのを抑えることができる。

次に、ステップＳ４により、基板排出工程が行われる。すなわち、基板収容部が大気圧に戻った後、チャンバ蓋部１０を上昇させる。そして、リフトピン２５を基板受渡位置まで上昇させてロボットハンド等により基板Ｗを排出させる。

このように、基板収容部を減圧環境下から大気圧状態に戻す際に、キャッチピン２３で支持された基板Ｗをサポートピン４で補助的に支持するため、減圧環境下から大気圧状態に戻す際に基板収容部に気流が発生しても、サポートピン４により基板Ｗが振動するのを抑え、振動により基板Ｗが破損するのを抑えることができる。そして、減圧環境による減圧乾燥工程中は、サポートピン４が収容されており基板Ｗに当接していないため、サポートピン４が基板Ｗに当接することによる乾燥ムラの発生を回避することができる。

また、上記実施形態では、サポートピン４が圧環境下から大気圧状態に戻す際以外は、サポートピン収容部に収容されている例について説明したが、サポートピン収容部に完全に収容されていなくてもよく、基板Ｗに当接していない位置で待機するものであってもよい。

また、上記実施形態では、図３にサポートピン４が配置される一例について説明したが、塗布領域Ｓの大きさ、数に応じて、基板Ｗの振動を抑えるのに適した位置に自由に配置してもよい。

２チャンバ部
３吸引減圧部
４サポートピン
２３キャッチピン
２５リフトピン
３０基板収容部
Ｗ基板

Claims

基板上に形成された塗布膜を減圧環境下で乾燥させる減圧乾燥装置であって、
基板が収容される基板収容部を形成するチャンバ部と、
前記基板収容部に収容される基板を所定の高さ位置に保持するキャッチピンと、
供給された基板を前記キャッチピンに載置させるとともに、前記キャッチピン上の基板を排出させるリフトピンと、
を備え、
基板が前記キャッチピンに保持された状態で前記基板収容部が減圧環境下にある場合にはチャンバ部内に収容され、前記基板収容部の減圧環境を大気圧に戻す際に前記キャッチピンに保持された基板に当接して基板の支持を補助するサポートピンをさらに備えることを特徴とする減圧乾燥装置。
前記チャンバ部には、前記基板収容部内に前記キャッチピンが取り付けられるプレート部を有しており、このプレート部には、前記サポートピンが挿通するサポートピン挿通孔が形成され、前記基板収容部が減圧環境下では、前記サポートピンは、前記サポートピン挿通孔の高さ位置以下になるように収容され、前記基板収容部が減圧環境下から大気圧に戻す際には、前記サポートピンが挿通孔から突出して基板に当接することを特徴とする請求項１に記載の減圧乾燥装置。