JP2014159947A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ製造工程等における液晶ガラス基板等の熱処理や、半導体ウェハ等の熱処理における簡易な構成によって、換気システムの換気量を最適に制御することが可能な熱処理装置の提供。
【解決手段】熱処理装置１０は、ヒータ２０、参照負荷率演算部、換気量調整部１６、及び換気量制御部を備える。ヒータ２０は、炉体１２の内部に配置され、ワーク１８を加熱するように構成される。参照負荷率演算部は、ヒータ２０の参照負荷率を演算する。換気量調整部１６は、換気システムの換気量を調整する。換気量制御部は、参照負荷率演算部の演算結果に基づいて、換気量調整部１６を制御する。換気量制御部は、ヒータ２０の参照負荷率の増加に応じて換気システムの換気量を増加させる一方で、参照負荷率の減少に応じて換気システムの換気量を減少させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、炉体内部に配置されたワークに対して熱処理を行うときに、炉体内部を換気する換気システムを有する熱処理装置に関する。

カラーフィルタ製造工程等において液晶用ガラス基板等のワークに対する熱処理を行う熱処理装置においては、基板に対する熱処理を行う際に、基板に塗布された昇華性成分（例えば、フォトレジストに含まれる昇華性成分）が気化し、この昇華物によって炉体内部の清浄度が低下することがあった。

このため、従来の熱処理装置の中には、炉体内部の昇華物の濃度を所定値以下に抑えるために、昇華物を含む炉体内部の空気を、ダクト等によって炉体内部から排出し、排出量に応じた外気を炉体内部に吸入する換気システムを導入するものがある。そして、その中には、消費電力を低減させるために、炉体内部にワークがないときには換気量を通常よりも少なくする熱処理装置が存在する（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４２７３１４５号

しかしながら、上述の特許文献１を含む従来技術では、依然として、必要以上に換気を行ってしまう虞がある。そして、その結果、必要以上に排熱してしまうことで吸気の加熱容量が増加してしまうため、消費電力が十分に低減されないことがある。例えば、上述の特許文献１に係る熱処理装置では、換気量の設定は炉体内部にワークを満載した場合を想定して決定されており、炉体内にワークが少しでも存在するとワーク満載時と同様の換気が行われてしまう。

その一方で、炉体内部へのワークの投入量に応じて最適な換気量を決定することは容易ではない。例えば、最適な換気量を決定するために炉体内部のワーク数を正確に把握しようとすると、多段式のワーク支持部を有する熱処理装置の場合には各段にワークの有無を検出するためのセンサを配置する必要が生じる等、構成の複雑化を招いてしまう。

本発明の目的は、簡易な構成によって、換気システムの換気量を最適に制御することが可能な熱処理装置を提供することである。

この発明に係る熱処理装置は、炉体の内部に配置されたワークに対して熱処理を行うときに、炉体の内部を換気する換気システムを有する。ワークの例としては、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ用のガラス基板や、半導体装置に用いられる半導体ウェハ等が挙げられる。

この熱処理装置は、加熱部、参照負荷率演算部、換気量調整部、換気量制御部および参照負荷率補正部を備える。加熱部は、炉体の内部に配置され、ワークを加熱するように構成される。参照負荷率演算部は、加熱部の参照負荷率を演算する。ここで参照負荷率とは、換気量の制御を行うために参照される加熱部の負荷率を意味しており、一般的な負荷率の演算手法によって演算することが可能である。

換気量調整部は、換気システムの換気量を調整する。換気量制御部は、参照負荷率演算部の演算結果に基づいて、換気量調整部を制御する。この換気量制御部は、参照負荷率の増加に応じて換気システムの換気量を増加させる一方で、参照負荷率の減少に応じて換気システムの換気量を減少させる。参照負荷率補正部は、参照負荷率演算部が演算した参照負荷率を、少なくとも処理状況情報によって補正する。

処理状況情報としては、排気システムの目詰まり状態、および／またはワークからの昇華物発生量を用いることが好ましい。

また、熱処理装置は、参照負荷率と換気システムの換気量との対応関係を示すルックアップテーブルを記録した記録部をさらに備えることが好ましい。

この構成においては、加熱部の参照負荷率（稼動率）とワークから発生する昇華ガスの発生量とが正の相関関係を示すことに着目して、ＣＰＵ等の制御部で演算可能な加熱部の参照負荷率（参照稼働率）を利用して換気量の調整を行っている。このため、ワークの投入枚数を正確に把握する構成を新たに設置することなく、換気システムにおける最適な換気量が決定される。

そして、熱処理装置の運転中には、決定された換気量に基づいて、随時、換気システムの換気量の調整がされるため、熱処理装置において必要以上の換気が行われ、余分な排熱が発生することが防止される。

本発明によれば、簡易な構成によって、換気システムの換気量を最適に制御することが可能になる。

本発明に係る熱処理装置の概略を示す図である。 熱処理装置の炉体内部での熱風循環状態の概略を示す図である。 熱処理装置の換気システムの概略を示す図である。 熱処理装置の概略を示すブロック図である。 換気システムを制御する際のＣＰＵの動作手順の一例を示すフローチャートである。 ルックアップテーブルの記述内容の一例である。 ルックアップテーブルの記述内容の一例である。 ルックアップテーブルの記述内容の一例である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）を用いて、本発明の実施形態に係る熱処理装置１０の基本構成を説明する。熱処理装置１０は、炉体１２に搬入された平板状のワーク１８を循環熱風によって加熱するように構成される。この実施形態では、熱処理装置１０は、カラーフィルタ製造工程を行うように構成されているが、本発明の適用範囲はカラーフィルタ製造工程には限定されない。

炉体１２の内部には、ワーク１８を多段状に支持するように構成された複数のラック部材２８が設けられる。この実施形態では、ワーク１８は、長方形状のガラス基板であるが、熱処理装置１０が処理するワーク１８の種類はこれに限定されるものではない。

炉体１２の前面には、ワーク１８の搬入および搬出時に開閉するように構成された扉２６が設けられる。扉２６は、上下方向に配列された複数のシャッタによって構成されており、搬入または搬出されるべきワーク１８に割り当てられた段に対応するシャッタのみが開閉するように構成されている。

炉体１２の背面側には、複数のヒータ２０、複数の循環ファン２２、複数のダクト２４が設けられる。ヒータ２０、循環ファン２２、およびダクト２４は、炉体１２の幅方向（図１（Ａ）および図１（Ｂ）中の左右方向）の中央部を挟んで両側に配置されている。ヒータ２０は、炉体１２の内部を循環する熱風を加熱するように構成される。ここでは、ヒータ２０としてシーズヒータを用いているが、ヒータの種類はこれに限定されるものではない。

循環ファン２２は、炉体１２の内部に循環風を発生させるように構成されており、ヒータ２０を通過した熱風を吸い込んでダクト２４に送り出すように構成されている。循環ファン２２を動作させると、炉体１２の内部には、図２に示すような循環風を発生する。この実施形態では、循環ファン２２としてシロッコファンを用いているが、他の種類のファンを用いることも可能である。

炉体１２の幅方向の両端部（両側面側）には、複数の耐熱フィルタ１４が設けられる。耐熱フィルタ１４は、ダクト２４を通過した熱風に含まれる微粒子を捕集することによってワーク１８に吹き付けられる熱風を清浄化するように構成される。なお、耐熱フィルタ１４の例としては、ＨＥＰＡフィルタが挙げられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

さらに、熱処理装置１０は、炉体１２の内部に配置されたワーク１８に対して熱処理を行うときに、炉体１２の内部を換気する換気システム１１を備える。具体的には、炉体１２の予め決められた場所には、図３に示すように、単一または複数の排気口３０および吸気口４０がそれぞれ設けられる。排気口３０には排気ダクト３２が接続され、吸気口４０には吸気ダクト４２が接続される。換気システム１１は、排気ダクト３２および吸気ダクト４２の流量をそれぞれ調整可能な換気量調整部１６を備える。換気量調整部１６は、炉体１２内部の昇華物ガスの濃度に合わせて換気量（排気量および吸気量）を調整するように構成される。

換気量調整部１６は、排気ダクト３２の流量を調整可能な排気側自動ダンパ１６４、および吸気ダクト４２の流量を調整可能な吸気側自動ダンパ１６２を備える。また、換気量調整部１６は、排気ダクト３２に接続された風量可変なブロワ１６６を備える。換気量調整部１６では、排気側自動ダンパ１６４の開放率（０〜１００％）またはブロワ１６６の風量の少なくともいずれかが調整されることによって、換気量が調整される。通常、吸気側自動ダンパ１６２の開放率（０〜１００％）は、排気側自動ダンパ１６４の開放率と同一に設定されるが、必要に応じて両者の開放率に差を設けても良い。

図４は、熱処理装置１０の概略を示すブロック図である。熱処理装置１０は、ＣＰＵ５０を備えており、このＣＰＵ５０に、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、センサユニット５６、Ｉ／Ｆ部５８、ファン駆動部６０、ヒータ駆動部６２、扉駆動部６４、換気量調整部１６、外気温センサ７０、ハードディスク７２、操作部７６、および表示部７８等が接続される。

ＲＯＭ５２は、ＣＰＵ５０の動作に必要な複数のプログラムを格納する。ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５０が一時的にデータを記録するため揮発性メモリである。センサユニット５６は、炉体１２の内部の温度や圧力等の情報を収集するための複数の計器によって構成される。Ｉ／Ｆ部５８は、外部の機器と通信する機能を備える。

ファン駆動部６０は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて複数の循環ファン２２のそれぞれを駆動するように構成される。ヒータ駆動部６２は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて複数のヒータ２０のそれぞれを駆動するように構成される。扉駆動部６４は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて扉２６の複数のシャッタのそれぞれの開閉動作を行うように構成される。

換気量調整部１６は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて換気量を調整する。外気温センサ７０は、炉体１２の外部の外気温を検出する。ハードディスク７２は、後述するルックアップテーブル７４を記録する。操作部７６は、オペレータからの設定入力操作や、運転開始／停止等の操作を受け付けるように構成される。表示部７８は、オペレータに対して処理の完了を報知したり、警告内容やその他オペレータの操作に必要な情報を表示したりするように構成される。

ＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムに基づいて、熱処理装置１０の各部の構成を統括的に制御する。例えば、ＣＰＵ５０は、センサユニット５６の検出した炉体１２内の温度と設定温度との差に基づいてヒータ駆動部６２に対してフィードバック制御を行っている。さらに、ＣＰＵ５０は、演算機能を有する演算回路を備えており、この演算回路によってヒータの参照負荷率（参照稼働率）を演算することが可能である。

続いて、図５を用いて、換気システム１１を制御する際のＣＰＵ５０の動作手順を説明する。ここでは、理論的に、ヒータの参照負荷率（稼動率）およびワーク１８から発生する昇華ガスの発生量は正の相関関係を示し、また、昇華ガスの発生量および換気システム１１において必要な換気量も正の相関関係を示すという前提で処理を行っている。

熱処理装置１０の運転時には、ＣＰＵ５０は、ヒータ駆動部６２に対してフィードバック制御を行いつつ、ヒータ参照負荷率を演算している（Ｓ１）。続いて、ＣＰＵ５０は、設備で判断できる情報（処理状況、ユーティリティ変動、周囲温度等）およびルックアップテーブル７４の内容に基づいて、演算したヒータ参照負荷率の値を補正する（Ｓ２）。

Ｓ２のヒータ参照負荷率の補正ステップにおいて、例えば、ＣＰＵ５０は、図６（Ａ）に示すように、外気温センサ７０が検出した外気温に基づいて、演算したヒータ参照負荷率を増減させる。外気温が低い場合にヒータ参照負荷率を減少方向に調整しているのは、本発明が目的とする換気量の調整の観点では、外気温が低い場合（例えば、冬）には、加熱すべき熱容量（通常、処理すべきワーク１８の数に比例。）に比例した本来の値以上にヒータ参照負荷率が上昇してしまう可能性が高いからである。一方で、外気温が高い場合にヒータ参照負荷率を増加方向に調整しているのは、外気温が高い場合（例えば、夏）には、加熱すべき熱容量に比例した本来の値よりもヒータ参照負荷率が小さくなる可能性が高いからである。

また、ＣＰＵ５０は、図６（Ｂ）に示すように、排気ダクト３２の目詰まりの状態に応じて、適宜ヒータ参照負荷率を増加させる。排気ダクト３２の目詰まりの状態は、例えば、排気ダクト３２の使用期間の情報に基づいてＣＰＵ５０が自動的に行うことが可能である。または、オペレータが操作部７４を介して排気ダクト３２の状態に関する情報を入力するようにしても良い。ここで、排気ダクト３２の目詰まりが大きくなるにつれて、ヒータ参照負荷率を増加させているのは、排気ダクト３２の目詰まりが原因で排気量が少なくなっている状況では、炉体１２内部の昇華物ガスの濃度が高まっており、通常時以上に換気を行う必要があるからである。

さらに、ＣＰＵ５０は、図６（Ｃ）に示すように、単位ワークあたりの昇華物発生量に基づいて、適宜ヒータ参照負荷率を増減させる。単位ワークあたりの昇華物発生量は、通常、ワークの形状、サイズ、および素材、塗布剤の成分、および塗布剤とワークとの割合等に影響される。ここで、単位ワークあたりの昇華物発生量に関する情報は、ＣＰＵ５０が処理レシピ等から取得するか、または、オペレータが操作部７４を介して入力することが可能である。なお、単位ワークあたりの昇華物発生量が少ない場合にヒータ参照負荷率を減少させる理由は、単位ワークあたりの昇華物発生量が少ない場合（例えば、ワークに塗布された塗布剤が少ない場合等）には、ワーク１８の数が増加しても昇華物の発生量が通常よりも抑えられるため、換気量を減らすことができるからである。

ここでは、演算したヒータ参照負荷率に所定の補正値を加算または減算しているが、ヒータ参照負荷率の補正手法は加算および減算に限定されるものではなく、乗算等を用いることも可能である。また、補正値の種類をさらに増加させて、よりきめ細かくヒータ参照負荷率の補正を行うことも可能である。

例えば、Ｓ２のステップにおいて、演算したヒータ参照負荷率が５０％のとき、外気温１３℃、排気ダクト３２の使用期間が１年半、単位ワークあたりの昇華物発生量の推定値が２．５ｐｐｍの場合、５０−５＋５＋５＝５５（補正後のヒータ参照負荷率）となる。なお、Ｓ２のステップにおいては、換気量の制御を行うための参照用のヒータ負荷率の値を補正しているのであって、実際にヒータ２０の負荷率を操作しているわけではない。

続いて、ＣＰＵ５０は、補正後のヒータ参照負荷率に基づいて、排気量を決定する（Ｓ３）。具体的には、ＣＰＵ５０は、図７に示すようなルックアップテーブル７４を参照して、補正後のヒータ参照負荷率に対応する排気量を決定する。

そして、ＣＰＵ５０は、Ｓ３のステップで決定した排気量になるように、排気側自動ダンパ１６４の開放率（０〜１００％）またはブロワ１６６の風量の少なくともいずれか一方を調整することにより、換気システム１１の換気量を調整する（Ｓ４）。ここでは、吸気側自動ダンパ１６２の開放率（０〜１００％）は、排気側自動ダンパ１６４の開放率と同一に設定される。

また、Ｓ４の換気量調整ステップにおいて、図８のルックアップテーブル７４を参照して、ブロワ１６６の風量を一定にしつつ、補正後のヒータ参照負荷率に対応するように排気側自動ダンパ１６４および吸気側自動ダンパ１６２の開放率を設定することも可能である。または、換気システム１１の換気を行う頻度を調整することにより、換気量を調整するようにしても良い。

そして、ＣＰＵ５０は、熱処理装置１０の運転中は、上述のＳ１〜Ｓ４のステップを、連続的に、または、所定の期間ごとに間欠的に、繰り返して実行し、ヒータ参照負荷率を監視しつつ、ヒータ参照負荷率の変化に応じて換気システム１１の換気量を調整できるようにしている。

なお、上述の説明では、補正後のヒータの参照負荷率がゼロの場合には、換気システム１１の換気量もゼロにしているが、必要に応じてヒータの参照負荷率がゼロの場合であっても最低限の換気量を維持するようにしても良い。

また、ヒータの参照負荷率に影響を与える要因を加味してヒータ参照負荷率の補正を行う手法について、上述したものは単なる一例であり、その他の要因を広く考慮してヒータ参照負荷率の補正を行うことが可能である。例えば、その他のユーティリティ変動（電圧変動、電流変動等）がヒータの参照負荷率に影響を与えるような場合には、そのようなユーティリティ変動の影響をなくすように適宜ヒータの参照負荷率を調整することが好ましい。

上述の熱処理装置１０によれば、処置状況に応じて最適な換気量が設定されるため、必要以上に排熱が行われて、無駄なエネルギの消費が発生することが抑制できる。その結果、生産コストの低減が図られるとともに、ＣＯ₂ の排出量を削減することが可能になる。

さらに、ワークの積載状況に応じた換気量の調整だけでなく、環境情報（外気温等）および処理状況の変動（排気管の目詰まりによる排気量変動等）、その他のユーティリティ変動に対して柔軟に対応しつつ、換気システム１１の換気量を調整することが可能となる。そして、その結果、熱処理装置１０において、炉体１２の昇華物の濃度を適正に保ちつつ、無駄な排熱を防止し、電力消費量を大幅に削減することが可能になる。

上述に実施形態では、熱風循環式の熱処理装置１０について説明したが、この発明の技術思想は、換気システムを有する遠赤外線加熱の熱処理装置や、換気システムを有するローラハース炉等の連続熱処理装置においても適用することが可能である。また、換気システムの換気量を多段階に調整する例を説明したが、連続的に換気量を調整するようにしても良い。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−熱処理装置
１１−換気システム
１２−炉体
１６−換気量調整部
１８−ワーク
２０−ヒータ
２２−循環ファン
１６２−吸気側自動ダンパ
１６４−排気側自動ダンパ
１６６−ブロワ

Claims (3)

1. 炉体の内部に配置されたワークに対して熱処理を行うときに、前記炉体の内部を換気する換気システムを有する熱処理装置であって、
   前記炉体の内部に配置され、前記ワークを加熱するように構成された加熱部と、
   前記加熱部の参照負荷率を演算する参照負荷率演算部と、
   前記換気システムの換気量を調整する換気量調整部と、
   前記参照負荷率演算部の演算結果に基づいて、前記換気量調整部を制御する換気量制御部と、
   を備え、
   前記換気量制御部は、前記参照負荷率の増加に応じて前記換気システムの換気量を増加させる一方で、前記参照負荷率の減少に応じて前記換気システムの換気量を減少させ、
   前記参照負荷率演算部が演算した参照負荷率を、少なくとも処理状況情報によって補正する参照負荷率補正部を備えた熱処理装置。
2. 前記処理状況情報は、前記排気システムの目詰まり状態、および／または前記ワークからの昇華物発生量である請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記参照負荷率と前記換気システムの換気量との対応関係を示すルックアップテーブルを記録した記録部をさらに備えた請求項１または２に記載の熱処理装置。

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