JP2001012856A - 熱処理装置 - Google Patents
熱処理装置Info
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Abstract
する。 【解決手段】外部から熱的に遮断するための保温体で囲
まれた保温室と、保温室内に被加熱物を両面から加熱で
きるように平行に設置された少なくとも3枚の加熱体
と、被加熱物を加熱面と対向して保持できるように加熱
体の加熱面上に設けられた複数のピン状の支持体と、支
持体上に被加熱物を搬入出するための駆動機構を有する
長尺の腕とを有し、被加熱物が加熱体により両面から同
時に加熱され、被加熱物の中間に位置する加熱体が、支
持体で支持された上側の被加熱物下面と下側に配された
被加熱物の上面を加熱するように構成された熱処理装
置。
Description
板(以下、LCD基板と略す。)に代表される平板状の
被加熱物を熱処理するための熱処理装置に関し、特に大
型サイズLCD基板の熱処理や、ハードディスク用基
板、プラズマディスプレー(PDP)用基板等の被加熱
物の熱処理に効果的に利用される熱処理装置に関する。
循環式の装置もしくはホットプレート加熱式の装置が多
用され、また、遠赤外線ヒーターを用いた装置も一部で
採用されていて、それぞれの形式の装置がそれぞれの特
徴に合わせて適宜選択され使用されている。
環させ、これを基板にほぼ平行に流して基板を加熱し熱
処理するという簡単かつ安定した方式の装置であると共
に、スループット(基板処理量)の拡大の容易な装置で
あるが、基板サイズが大きくなると、基板の昇温過程で
問題が生じる。すなわち、基板の熱容量が大きくなるた
めに、加熱空気の流れ方向において基板の上流部分の昇
温速度が速く下流部分の昇温速度が遅くなり、基板に温
度差ができたり温度プロファイルがばらつくことにな
る。そして、基板サイズが1m角にもなると、例えば熱
処理温度が230℃の場合には、この温度差が±10℃
程度にもなる。その結果、基板に形成されている樹脂の
厚みにむらができたり、不等温熱膨張に伴う残留歪みに
よって回路破壊のおそれを生ずる等の不具合が発生し
た。また、熱処理装置内に、被加熱物を搬送するための
駆動機構があるため、クラス10などの高クリーン度に
対応するのはなかなか困難である。
シャトルフィンガ(又は、ウォーキングビーム)と呼ば
れる搬送棒に基板を乗せて、基板を移動させている。基
板サイズが大型化すると、搬送時の基板たわみ量を少な
くするために、フィンガ長さを長くして基板内部を保持
する。このため、フィンガ・ホットプレートの加工精
度、組み立て精度が厳しくなり、搬送時にトラブルが発
生しやすくなり、安定搬送が難しくなってくる。
題を解決し、LCD基板等の平板状物品の大型化にも対
応できるとともに、大型物品に対しても熱処理能力を上
げることができ、かつコスト上昇の抑制された熱処理装
置を提供することを目的とする。
物を加熱するための熱処理装置であって、外部から熱的
に遮断するための保温体で囲まれた保温室と、保温室内
に被加熱物を両面から加熱できるように平行に設置され
た少なくとも3枚の加熱体と、被加熱物を加熱面と対向
して保持できるように加熱体の加熱面上に設けられた複
数のピン状の支持体と、支持体上に被加熱物を搬入出す
るための駆動機構を有する長尺の腕とを有し、被加熱物
が加熱体により両面から同時に加熱され、被加熱物の中
間に位置する加熱体が、支持体で支持された上側の被加
熱物下面と下側に配された被加熱物の上面を加熱するよ
うに構成されたことを特徴とする熱処理装置に関する。
に保温室内部を仕切るために設けられた複数の側板を有
し、隣り合う上下2枚の加熱体と側板によって仕切られ
た、被加熱物を加熱するための熱処理室が、保温体と側
板によって熱的に二重に遮断されていることが好まし
い。
度に加熱する加熱器と、加熱された流体を送る配管と、
この配管に接続され加熱流体を熱処理室に放出する供給
管とを有することが好ましい。
理室内外の平面状態を示す説明図であり、図2は本発明
の熱処理装置の熱処理室内部の側面状態とこれに対応す
るロボット配置を示す説明図である。熱処理装置は、平
板状物品であるLCD基板などの被加熱物(以下、ワー
クと称する)を平行する2枚の加熱体間の熱処理室1で
熱処理するための装置であり、外部から熱的に遮断する
ための保温体5で囲まれた保温室13には、ワーク3を
加熱する6枚の加熱体であるホットプレート2、ワーク
3をホットプレート2と対向するように加熱体から間隔
を隔てて支持する支持体であるピン4、さらに、ワーク
3を熱処理室1に搬入・搬出する長尺の腕であるハンド
8とその駆動機構であるロボット9から構成されてい
る。
われている。保温体5は、断熱材で構成されており、ワ
ークの搬出入口6が設けられている。この搬出入口6に
は、ワーク3通過時に開閉する開閉扉7が、各熱処理室
毎に設置されている。ワーク3の搬出入には、ハンド8
を持ったロボット9が配置されている。ロボット9は、
図に示す中心線位置を中心としての回転や、昇降及び走
行が可能であって、熱処理装置へのワーク3の搬出入及
び他の設備とのワーク3のやり取りを行うことができ
る。
のカートリッジヒータを挿入した通常の構造のものや、
シーズヒータを鋳込んだり埋め込んだ構造のもの、ある
いは、マイカなどの材料にヒータ線を巻きこれを絶縁し
て平板状にしたものを挟み込んだ構造のものなどが用い
られる。ホットプレート2の基材の材質としては、密度
が小さく熱伝導率の大きなアルミニウムが最も一般的に
使用される。しかし、アルミニウム使用最高温度は、4
00℃程度なので、それ以上の温度では、銅、ステンレ
スほかの材料なども使用される。ホットプレート2は、
電源が供給され、図示しない温度センサによって制御さ
れるようになっていて、その温度はワーク3を熱処理す
る温度に制御される。
体15によって支持されている。図3及び4には、ホッ
トプレート支持体15の拡大図を例示した。本例ではホ
ットプレート支持体15は、保温体5に取り付けられて
いるが、保温体とは別の独立した支持機構を設け、それ
に取り付けてもよい。ホットプレート2は、この支持体
に取り付ける。この取り付け構造は、必要に応じて熱膨
張を考慮した特殊な構造をもつことができる。さらに、
図3及び4の例では、高温で温度精度が低下する場合が
ある。それは、図3の保温体5とホットプレート2の隙
間で、上昇気流が発生し低温の液体が下段に流れ込むた
めである。これを防止するためには、保温体5とホット
プレート2の間に仕切り板を取り付けることが好まし
い。図5及び6は、仕切り板16をホットプレート2下
部に入れた例である。仕切り板16を入れれば、各段が
独立なって上昇気流が押さえられ温度精度は向上する。
仕切り板16の材質としてはアルミニウム、ステンレス
などの金属材料が好ましい。
保温体5に穴をあけて設けられる。このため、この穴よ
り流体の流入出が起こり、保温室内の温度が低下する。
保温室内の温度低下は、ワーク温度ばらつきにつながる
ため、端子取出口は流体的にシール構造か、あるいはそ
れに準じてシールできる構造であることが好適である。
放射熱と、ホットプレート間の流体対流によって加熱さ
れるため、加熱面は基材そのままであってもよいが、熱
放射率の高い材料でカバーする方が好ましい。特に大型
基板を加熱する場合には、熱放射率が0.4以上である
ことが好ましい。より好ましくは0.5〜1.0であ
る。熱放射率が0.4以上であれば、昇温時におけるワ
ーク端部と中央部との温度差が小さく押さえられるから
である。熱放射率の高い材料でカバーする方法は、表面
を直接改質する方法と、放射率の高い表面を持つ材料を
取り付ける方法があるが、特に規定するものではない。
材料表面の放射率を上げる方法としては、セラミック材
料を溶射する方法などが有効である。また、アルミニウ
ムの鋳込み品をホットプレートとして使用する場合に
は、加熱面をアルマイト処理すると有効である。アルミ
ニウム鋳込み品の表面の放射率は通常0.2以下である
が、アルマイト処理することによって約0.5に向上す
ることができる。この場合も、表面を直接改質してもよ
いし、アルマイト処理した板状物を装着してもよい。
は、平面でみたときワーク3の投影面内に含まれる加熱
体の加熱面上に複数設けられている。ピン状の支持体を
設置する位置は、ワーク端部ばかりでなく、中央部付近
も必要である。ワークが大型化すると、端部だけの支持
ではワークが変形し、加熱面に接触したり、大きくたわ
んだりするからである。ワークが加熱面に接触すれば、
接触部分の昇温速度が速くなり、焼きむらの原因とな
る。一方、ワークのたわみ量が大きくなると、ワーク変
形による応力が加わった状態で加熱されるため、ワーク
上に形成された回路などに回路破壊のおそれが発生する
などの不具合がでてくる。上記理由で、ワークに対応す
る加熱面の端部及び中央部付近に、直接ピン状の支持体
を設けることによってワークを効果的に支持することが
できる。図1の例ではホットプレート2の面上にX方向
に5列設置されていて、図示していないが、X方向と直
角のY方向では3列設置されていて、これら多数の先端
部分でワークを支持している。ピン4は、ホットプレー
ト2上に差し込まれて保持されている。なおピン状の支
持体をこのように加熱体表面に直接設けるのではなく、
細長い棒状の支持部材を加熱体上部の空間に渡して、こ
の支持部材上に複数のピン状支持体を差し込んで加熱体
の加熱面上に設けてもよい。
の接触部分が小さいものが好ましい。また、直径0.3
〜6mm、高さ10mm以上の円筒状のものが好まし
い。特に支持体の先端は、例えば半球状やこれに近い形
で点接触するものが好ましい。接触面積が大きいと、昇
温時にピン状の支持体からの熱流入により、ワークが局
所的に加熱され、焼きむらの原因となるおそれがある。
支持体の材質としては、熱伝導率が小さい材料が好まし
い。熱伝導率が大きい材料では、同様の理由でワークへ
の熱流入量が大きくなり焼きむらの原因となる。熱伝導
率の小さい材料で高温に耐える材料としては、耐熱性樹
脂がある。耐熱性樹脂は、使用温度が100から280
℃程度であり、熱伝導率は0.2〜0.8(W/m・
h)程度である。この耐熱性樹脂としては、フッ素系樹
脂(PTFE、PFA)、ポリアミド樹脂(PA)、ポ
リエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリフェ
ニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリイミド樹脂
(PI)、液晶ポリエステル樹脂(LCP)などがある
ので、最高使用温度により適宜材料を選定する。また、
最高使用温度が耐熱性樹脂の限界を超える場合には、熱
伝導率が20(W/m・h)以下の低い金属材料とし
て、オースチナイト系ステンレス(SUS304)、ハ
ステロイX、インコロイ800、6Al−4V合金など
があり、使用条件により適宜選択される。
の外に設置された扉支持体14に取り付けられている。
図7に開閉機構の一例を示したが、開閉扉7は扉回転軸
20に固定されている。各扉回転軸20は、軸受け21
で保持されカップリング22を介しロータリーアクチュ
エイタ23に接続されている。ロータリーアクチュエイ
タ23が、約90度回転することにより開閉扉5が開閉
する。なお、この他の扉開閉機構として、保温体の外あ
るいは内で上下にスライドする扉を設ける構造を採用し
てもよい。
を仕切るために複数の側板を設けて、隣合う上下2枚の
加熱体と側板によって、熱処理室1を外部から熱的に遮
断して、二重構造とした場合の全体構成の一例を示し
た。この例ではホットプレート2の端部の空間を仕切る
ために、ホットプレート2側面に、直接あるいは断熱材
を介して側板10が取り付けられている。側板10は、
熱膨張を考慮して、1枚板か分割板かで取り付けられる
が、ホットプレートと密着できて、流体の流入出が阻止
できる構造であることが好ましい。図10は、側板が1
枚板の例である。図11及び図12は側板が分割板の例
である。図10の1枚板というのは、上下に積み重ねら
れたホットプレートの各側面を1枚の板で仕切るもので
ある。この場合には、図示しないホットプレート保持体
と干渉しない構造で、熱膨張を考慮して側板10を取り
付ける。ホットプレート保持体との干渉をなくすには、
この支持体と交差する側板の一部を切り欠くが、この部
分のシールを十分行えば、気流による熱遮断性は最もよ
い。
ットプレート1段毎あるいは、複数段毎に側板を取り付
け仕切るものである。この場合は、ホットプレート支持
体との交差部分のほかに繋ぎ目のシールを十分に行う必
要がある。図11の例は、側板10の繋ぎ目をホットプ
レート2の間に置いてシール性の向上を図ったものであ
り、図12の例は、側板を曲げて上下側板を互いにオー
バーラップさせえてシール性の向上を図ったものであ
る。なお、1枚板と分割板の両方を使用して、内側に分
割板、その外側を1枚板にして保温室と仕切ってもよ
い。このようにして、保温室13の内側に熱的にもう一
つ分離された部屋を作り、外部からは熱的に二重構造と
して温度の安定化を図っている。なお、基板の出入口部
は側板を全く取り去ってしまってもよいが、精密な温度
分布を要求される場合には、基板・ハンドの通過に必要
な側板の部分を最小限に切り欠くことが好ましい。図1
1及び図12については、断熱材であるスペーサ25を
介して側板10を取り付けている。これは、ホットプレ
ート2から側板10への熱移動を押さえ、側板10から
の放熱を減少させるためである。
供給するための供給管11を設けている。図13にこの
拡大図の例を示した。供給管11の断面形状は、円形あ
るいは角形などの形状であり、また、開口部は複数個の
口やスリット状のノズルであるが、必要な流量を放出で
きれば特に規定するものではない。供給管11は、熱処
理室の側板10内側に取り付け、雰囲気流体を供給す
る。供給管10の上流側には、図示を省略したが、ライ
ンからの供給口、調圧弁、流量計、オリフィス、流体の
加熱装置などの流体制御装置や加熱装置を必要に応じ設
置する。流体の加熱装置は、ガラス管やステンレス管の
外側にヒータ線を巻いて作った加熱管により加熱する機
構のものや、フィン付きヒータの間に流体を流して加熱
する機構のものなどがあるが、流量に応じて使用するの
で特に規定するものではない。流体の排気については、
保温体の上部あるいは下部に設置された排気口より適宜
行われる。
位置、ワークサイズ、搬送距離、旋回半径など必要長さ
を考慮して設置し、ハンド8長さは、ワークサイズと搬
送装置により決定する。ハンドは、高温の処理室中に挿
入されるので、耐熱性があることが要求される。このよ
うな材料としては、アルミニウムやステンレスなどの金
属材料、SiC、Al2O3、MgOなどのセラミックの
ファイバーや粒子とアルミニウムなどの金属を複合した
金属セラミック複合材料、カーボン繊維を樹脂で固め炭
化したC/Cコンポジットなどがあるが、特に規定する
ものではない。
転される。保温室5に設置されたホットプレート2は、
例えば熱処理に必要な200℃に制御されている。この
状態で、炉内をクリーンに保つために、炉内温度と同一
になるように制御された窒素ガスを、一定の流量で供給
管11のノズルから供給する。
ら供給されるワーク3は、ロボット9のハンド8によっ
て、搬出入口6から熱処理装置内に搬入/搬出される。
このときには、開閉扉7が開かれる。ワーク3は搬入時
にはハンド8からピン4上に移載され、搬出時にはピン
4からハンド8に移載される。
きの温度プロファイルについて説明する。図14は、L
CD基板を、上記装置で熱処理したときの測定データで
ある。基板端部と中央部を比較すると、中央部は最初昇
温が遅く面内で最も低い部分であり、昇温終了近くなる
と端部を抜き去り最高温度となる。基板の測定点数を増
やしても、この傾向は変わらない。従って、基板内の温
度精度を向上させるためには、この温度差を小さくする
必要がある。このワークの加熱は、熱放射と対流によっ
て行われる。熱放射は、原理的には距離に無関係である
が、端部と中央部では幾何学的相違から中央部に昇温の
遅れが発生する。対流伝熱でも、中央部で空気の温度低
下が発生するため、中央部での昇温遅れが発生する。こ
れらが中央部で昇温遅れが発生する原因である。
すると、200℃設定で熱風速度を0m/s(熱風温度
も200℃)、熱放射率0.4で100℃に達した時に
は、概算で3:1と熱放射による熱量が大きい。風速を
1m/sにしたときでも、熱量比は2:1と熱放射が大
きい。風速を1m/s、熱放射率を0.2とした場合に
は、熱量比1:1と同等となり、熱放射の減少分だけ昇
温速度は遅くなる。従って、昇温速度を早くし、基板内
バラツキを小さくするためには、熱放射率0.4以上、
さらには0.5〜1.0とすることが最適である。
め、ホットプレートとワーク間の距離を大きくしても、
放射熱量は大きく変わらない。変化するのは、対流によ
る熱量であるが、熱放射より少ないため、昇温速度には
あまり影響を与えない。一方ホットプレート上に温度む
らがある場合には、ホットプレートとワーク間距離を大
きくすると、幾何学的要素よりむらの影響は減少する。
この効果を検討するとホットプレートとワーク間距離は
10mm以上にすることが好適である。さらに好ましく
は15〜50mmである。また、ホットプレートとワー
ク間距離を10mm以上にすれば、ピンの昇降なしにハ
ンドからワークの受け渡し・受け取りができるため好適
である。
の側板に供給管を設ける。この供給管より、クリーンガ
スを熱処理室に供給すれば、ワークから発生する発生ガ
スを処理室外に放出することができるため、処理室を常
にクリーンに保つことができる。
がよい。しかし、厚くすると重量が増え、特に大型基板
対応では、ホットプレートの重量のみで何トンかになる
場合もある。ホットプレートを薄くして熱均一性を向上
させる方法に、ヒータの通電時間を制御する方法があ
る。通電時間を短くし多数回発熱させ、非通電時間中の
熱拡散によりホットプレート均熱性を向上させる方法で
ある。この方法を採用するためには、ヒータ容量を大き
くすると同時に、ホットプレートの保温が十分である必
要がある。本装置では、ホットプレートが狭い間隔で3
枚以上積み上げられているため保温性がよい。つまり、
中間のホットプレートでは上下面とも、最下段又は最上
段のものでも一面は、同一ホットプレートで囲まれ保温
されているため、保温性が良好なのである。加熱体のヒ
ータ発熱容量としては、均熱時に必要な熱容量の4倍以
上、さらには5〜15倍とすることが最適である。ヒー
タ熱容量を4倍以上にすると、上記理由でホットプレー
トの温度分布が良好になるからである。
によれば、被加熱物はハンドにより、保温室内の加熱体
に設けられたピン状の支持体上に移載され、加熱体と対
向して適度な間隔をあけて保持され加熱される。加熱体
は、上下両面あるいは片面は必ず同一の加熱体に保温さ
れて、温度分布は均一となっている。このため、被加熱
物は、加熱体により上下両面より効率的で均一に加熱さ
れる。また、保温体内に設置された加熱体の側面周辺部
に、仕切り用の側板を設けることによって、保温室内の
より低い温度の流体が、熱処理室に流入しないように熱
的二重構造としているために、さらにいっそう均一に熱
効率よく被加熱物を熱処理することができる。また、外
部から供給された流体を加熱する加熱器と、加熱された
流体を熱処理室内に流出させる供給管を有することによ
って、熱処理室内にクリーンな流体を導入することがで
きる。本発明の装置は、前述の如く保温体内には駆動部
がないため、駆動部からの発塵はない。被加熱物が処理
されると、被加熱物中に含まれる水分、有機溶剤、昇華
物、モノマーなどのガス、パーティクルが発生するの
で、これらをクリーンガスで熱処理室外に放出すれば、
常に熱処理室内をクリーンの状態に保つことができる。
このため、本発明ではクレーンの状態で、被加熱物を熱
処理することができる。
を示す説明図である。
とこれに対応するロボット配置を示す説明図である。
一部を拡大して示した平面説明図である。
一部を拡大して示した断面説明図である。
プレート支持体の一部を拡大して示した平面説明図であ
る。
プレート支持体の一部を拡大して示した断面説明図であ
る。
大して示した断面説明図である。
を示す説明図である。
とこれに対応するロボット配置を示す説明図である。
示した断面説明図である。
示した断面説明図である。
示した断面説明図である。
を拡大して示した断面説明図である。
ファイルの一例の模式的説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 平板状被加熱物を加熱するための熱処理
装置であって、外部から熱的に遮断するための保温体で
囲まれた保温室と、保温室内に被加熱物を両面から加熱
できるように平行に設置された少なくとも3枚の加熱体
と、被加熱物を加熱面と対向して保持できるように加熱
体の加熱面上に設けられた複数のピン状の支持体と、支
持体上に被加熱物を搬入出するための駆動機構を有する
長尺の腕とを有し、被加熱物が加熱体により両面から同
時に加熱され、被加熱物の中間に位置する加熱体が、支
持体で支持された上側の被加熱物下面と下側に配された
被加熱物の上面を加熱するように構成されたことを特徴
とする熱処理装置。 - 【請求項2】 前記加熱体側面にさらに保温室内部を仕
切るために設けられた複数の側板を有し、隣り合う上下
2枚の加熱体と側板によって仕切られた、被加熱物を加
熱するための熱処理室が、保温体と側板によって熱的に
二重に遮断されている請求項1に記載の熱処理装置。 - 【請求項3】 流体を所定の温度に加熱する加熱器と、
加熱された流体を送る配管と、この配管に接続され加熱
された流体を熱処理室に放出する供給管とを有する請求
項1又は2に記載の熱処理装置。 - 【請求項4】 前記加熱体が、被加熱物と対向する加熱
面の表面が熱放射率0.4以上の材料で覆われているも
のである請求項1、2又は3に記載の熱処理装置。 - 【請求項5】 前記加熱体上側の加熱面と、支持体で支
持された被加熱物下面の距離が10mm以上である請求
項1、2又は3に記載の熱処理装置。 - 【請求項6】 前記加熱体の最大発熱量が、加熱体を一
定温度に保持するのに必要な平均熱量の4倍以上である
請求項1、2又は3に記載の熱処理装置。
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---|---|---|---|
JP11182470A JP2001012856A (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 熱処理装置 |
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JP11182470A JP2001012856A (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | 熱処理装置 |
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JP2001012856A true JP2001012856A (ja) | 2001-01-19 |
JP2001012856A5 JP2001012856A5 (ja) | 2005-09-08 |
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