JP2016186389A - Firing furnace - Google Patents

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章 堀越
Akira Horikoshi
章 堀越
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a firing furnace which heats and fires a substrate in a uniform manner without heating a device to a high temperature despite of having a simple structure.SOLUTION: A firing furnace includes: a furnace body 10 made of stainless steel; lamp heaters 13 disposed below a substrate 100; a water-cooling cooling plate 11 disposed below the lamp heaters 13; lamp heaters 14 disposed above the substrate 100; and a water-cooling cooling plate 12 disposed above the lamp heaters 14. When the substrate 100 is heated, exhaust airflow, which flows from an opening part 25 formed at a lower part of a heat insulation plate 21 and an opening part 15 formed at a lower part of the furnace body 10 and reaches an exhaust port 17 through a firing space of the furnace body 10, is formed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、焼成空間内に収納した基板を加熱する焼成炉に関する。   The present invention relates to a firing furnace for heating a substrate housed in a firing space.

有機EL表示装置用ガラス基板、液晶表示装置用ガラス基板、太陽電池用パネル基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、半導体ウエハ等の基板の処理時には、性能向上のため焼成(アニール)を行う必要がある。この焼成を行う場合において、基板を急速に加熱することが必要となる工程においては、ランプヒータを用いたランプアニールが実行される。このようなランプアニールを大気中で実行する場合においては、ランプヒータにより加熱された周辺部品からの熱や、ランプヒータ自身からの熱により、大気が加熱されてその熱がこもり、焼成炉全体が極めて高温となるという問題が生ずる。   To improve performance when processing glass substrates for organic EL display devices, glass substrates for liquid crystal display devices, panel substrates for solar cells, glass substrates for plasma displays, glass substrates for photomasks, substrates for optical disks, semiconductor wafers, etc. It is necessary to perform firing (annealing). In the case of performing this firing, lamp annealing using a lamp heater is performed in a process that requires rapid heating of the substrate. When such lamp annealing is performed in the atmosphere, the atmosphere is heated by the heat from the peripheral parts heated by the lamp heater or the heat from the lamp heater itself, and the heat is accumulated, and the entire firing furnace is The problem of extremely high temperatures arises.

このため、炉体として石英槽を用い、炉体内を真空引きして断熱したり、加熱後炉体を窒素ガスでパージして冷却することにより、外部への熱の伝達を減少させる断熱機構が採用されている。   For this reason, there is a heat insulation mechanism that reduces heat transfer to the outside by using a quartz tank as the furnace body and evacuating the furnace body for heat insulation or purging and cooling the furnace body with nitrogen gas after heating. It has been adopted.

また、特許文献1においては、炉体の内部に、ランプヒータによって被加熱物を加熱処理する加熱室を配置するとともに、熱風供給手段によって炉内に熱風を供給して、炉内を所定温度に昇温させることにより、被加熱物の熱がコンベアに伝導したり、加熱室に流入した外気によって加熱室の温度が低下したりするのを抑制した加熱装置が開示されている。   Moreover, in patent document 1, while arrange | positioning the heating chamber which heat-processes a to-be-heated object with a lamp heater inside a furnace body, hot air is supplied in a furnace with a hot air supply means, and the inside of a furnace is set to predetermined temperature. A heating apparatus is disclosed in which the temperature of the object to be heated is prevented from being conducted to the conveyor or the temperature of the heating chamber is lowered due to the outside air flowing into the heating chamber by raising the temperature.

特開2009−236371号公報JP 2009-236371 A

上述した石英槽を用いた断熱機構を採用した場合においては、装置が極めて高価となるという問題が生ずる。一方、特許文献1に記載された加熱装置においては、加熱対象物を均一に熱処理することができたとしても、装置全体が高温となることを防止することは不可能である。   When the above-described heat insulation mechanism using the quartz tank is employed, there arises a problem that the apparatus becomes extremely expensive. On the other hand, in the heating apparatus described in Patent Document 1, even if the object to be heated can be uniformly heat-treated, it is impossible to prevent the entire apparatus from becoming high temperature.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成でありながら、装置を高温化することなく基板を均一に加熱して焼成することが可能な焼成炉を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a firing furnace capable of uniformly heating and firing a substrate without increasing the temperature of the apparatus while having a simple configuration. Objective.

請求項1に記載の発明は、焼成空間内に収納した基板を加熱する焼成炉であって、前記焼成空間を形成するためのステンレス製の炉体と、前記焼成空間内において基板を支持する支持部材と、前記焼成空間内に配設され、前記支持部材により支持された基板を加熱するランプヒータと、前記炉体の下部に形成された開口部と、前記炉体の上部に形成された排気口と、前記開口部から前記排気口へ向かって流動することにより前記ランプヒータにより発生した輻射熱を熱排気する排気流を形成するための排気流形成手段と、前記焼成空間内に配設され、前記排気流の前記ランプヒータへの接触を抑制する接触抑制部材と、を備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a firing furnace for heating a substrate housed in a firing space, and a stainless steel furnace body for forming the firing space, and a support for supporting the substrate in the firing space. A member, a lamp heater for heating a substrate disposed in the firing space and supported by the support member, an opening formed in a lower portion of the furnace body, and an exhaust formed in an upper portion of the furnace body An exhaust flow forming means for forming an exhaust flow for thermally exhausting radiant heat generated by the lamp heater by flowing from the opening toward the exhaust port, and disposed in the firing space; A contact suppressing member that suppresses contact of the exhaust flow with the lamp heater.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記接触抑制部材は、水冷式の冷却プレートから構成される。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the contact suppressing member includes a water-cooled cooling plate.

請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記支持部材により支持された基板の下方に配設された第1のランプヒータと、前記第1のランプヒータの下方に配設された第1の接触抑制部材と、前記支持部材により支持された基板の上方に配設された第2のランプヒータと、前記第2のランプヒータの上方に配設された第2の接触抑制部材と、を備える。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the first lamp heater disposed below the substrate supported by the support member, and the first lamp heater. A first contact suppression member disposed below the second lamp heater, a second lamp heater disposed above the substrate supported by the support member, and a second lamp heater disposed above the second lamp heater. A second contact suppression member.

請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発明において、前記炉体の外周部における前記炉体の表面と所定距離離隔した位置に、断熱板を配設した。   According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, a heat insulating plate is disposed at a position separated from the surface of the furnace body by a predetermined distance in the outer peripheral portion of the furnace body. did.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記断熱板には開口部が形成され、当該開口部は、前記炉体に形成された開口部から外部に向かって照射される前記ランプヒータからの光が照射されない位置に配置される。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein an opening is formed in the heat insulating plate, and the opening is irradiated outward from the opening formed in the furnace body. It is arranged at a position where the light from the lamp heater is not irradiated.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記炉体に形成された開口部には、当該開口部を覆う網状部材が付設される。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, a mesh member that covers the opening is attached to the opening formed in the furnace body.

請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項6のいずれかに記載の発明において、前記排気口から排出される排気流の温度を測定する温度センサを備える。   A seventh aspect of the present invention includes the temperature sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the temperature sensor measures the temperature of the exhaust flow discharged from the exhaust port.

請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項7のいずれかに記載の発明において、前記支持部材は、基板を支持する支持部と、当該支持部に接続された把持部とを備え、前記支持部と前記把持部とは、断熱部材を介して接続される。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the support member includes a support part for supporting the substrate and a grip part connected to the support part. The support part and the grip part are connected via a heat insulating member.

請求項1から請求項3に記載の発明によれば、気流形成手段により形成される排気流により、簡易な構成でありながら、装置が高温化することを防止することができる。また、接触抑制部材の作用により基板を均一に加熱して焼成することが可能となる。   According to the first to third aspects of the present invention, the exhaust flow formed by the airflow forming means can prevent the apparatus from becoming high temperature while having a simple configuration. In addition, the substrate can be uniformly heated and fired by the action of the contact suppressing member.

請求項4に記載の発明によれば、断熱板の作用により装置からの放熱の外部への発散を抑制することが可能となる。   According to invention of Claim 4, it becomes possible to suppress the spreading | diffusion of the thermal radiation from an apparatus to the exterior by the effect | action of a heat insulation board.

請求項5に記載の発明によれば、ランプヒータからの光が外部に漏洩することを防止することが可能となる。   According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to prevent light from the lamp heater from leaking to the outside.

請求項6に記載の発明よれれば、外部からの異物が炉体内に侵入することを防止することが可能となる。   According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to prevent foreign matters from entering the furnace body.

請求項7に記載の発明によれば、センサにより測定した排気流の温度に基づいて炉体内の温度を監視することが可能となる。これにより、警告表示等を行うことができ、また、センサにより測定した排気流の温度に基づいて排気流の流量を決定したり、制御したりすることが可能となる。   According to the seventh aspect of the present invention, the temperature in the furnace body can be monitored based on the temperature of the exhaust flow measured by the sensor. Accordingly, warning display or the like can be performed, and the flow rate of the exhaust flow can be determined or controlled based on the temperature of the exhaust flow measured by the sensor.

請求項8に記載の発明によれば、断熱部材の作用により、把持部が高温となることを防止することが可能となる。   According to invention of Claim 8, it becomes possible to prevent that a holding part becomes high temperature by the effect | action of a heat insulation member.

この発明に係る焼成炉の縦断面概要図である。It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram of the baking furnace which concerns on this invention. この発明に係る焼成炉における炉体10内の構造を支持部材としてのワークトレイ30とともに示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure in the furnace body 10 in the baking furnace which concerns on this invention with the work tray 30 as a supporting member. この発明に係る焼成炉の平面概要図である。1 is a schematic plan view of a firing furnace according to the present invention. 炉体10の下部に形成された開口部15と断熱板21の下部に形成された開口部25との配置関係を示す正面図である。3 is a front view showing a positional relationship between an opening 15 formed in the lower part of the furnace body 10 and an opening 25 formed in the lower part of the heat insulating plate 21. FIG. 冷却プレート11、12を冷却するための水冷機構を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the water cooling mechanism for cooling the cooling plates 11 and 12. FIG. 焼成空間においてランプヒータ13、14により加熱された基板100の温度変化を示す昇温プロファイルである。It is a temperature rising profile which shows the temperature change of the board | substrate 100 heated by the lamp heaters 13 and 14 in the baking space. 基板100を連続して加熱処理した場合の温度センサ28により測定して得た排気温度と、そのときの焼成炉が配置された室温との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the exhaust temperature measured by the temperature sensor 28 at the time of heat-processing the board | substrate 100, and the room temperature where the baking furnace at that time was arrange | positioned.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係る焼成炉の縦断面概要図である。図2は、この発明に係る焼成炉における炉体10内の構造を支持部材としてのワークトレイ30とともに示す斜視図である。図3は、この発明に係る焼成炉の平面概要図である。なお、図3においては、基板100が配置される高さ位置から平面視した平面概要を示している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a firing furnace according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a structure in the furnace body 10 in the firing furnace according to the present invention together with a work tray 30 as a support member. FIG. 3 is a schematic plan view of a firing furnace according to the present invention. Note that FIG. 3 shows a schematic plan view in plan view from the height position where the substrate 100 is disposed.

この発明に係る焼成炉は、太陽電池用のシリコン製角型基板100(以下、単に「基板100」という)を加熱することにより焼成するためのものであり、その内部に焼成空間を形成するためのステンレス製の炉体10と、この焼成空間内において基板100を支持する支持部材としてのワークトレイ30と、ワークトレイ30に支持された基板100の下方に配設された第1のランプヒータとしての複数のランプヒータ13と、これらのランプヒータ13の下方に配設された第1の接触抑制部材としての水冷式の冷却プレート11と、ワークトレイ30により支持された基板100の上方に配設された第2のランプヒータとしての複数のランプヒータ14と、これらのランプヒータ14の上方に配設された第2の接触抑制部材としての水冷式の冷却プレート12とを備える。   The firing furnace according to the present invention is for firing by heating a silicon square substrate 100 for solar cells (hereinafter simply referred to as “substrate 100”), and for forming a firing space therein. A stainless steel furnace body 10, a work tray 30 as a support member for supporting the substrate 100 in the firing space, and a first lamp heater disposed below the substrate 100 supported by the work tray 30. A plurality of lamp heaters 13, a water-cooled cooling plate 11 as a first contact suppressing member disposed below these lamp heaters 13, and a substrate 100 supported by a work tray 30. The plurality of lamp heaters 14 as the second lamp heaters and the water cooling as the second contact suppressing member disposed above the lamp heaters 14. And a cooling plate 12.

複数のランプヒータ13、14は、ハロゲンランプより構成される。ランプヒータ13とランプヒータ14とは、互いに直交する方向に配設される。これらのランプヒータ13、14の外側にはリフレクタ23(図2参照)が配設される。これらのランプヒータ13、14は、ワークトレイ30により支持される基板100に対して、上側および下側に配置されることになる。なお、ランプヒータ13、14や冷却プレート11、12等は、図2に示すフレーム29により支持されている。   The plurality of lamp heaters 13 and 14 are composed of halogen lamps. The lamp heater 13 and the lamp heater 14 are arranged in directions orthogonal to each other. A reflector 23 (see FIG. 2) is disposed outside the lamp heaters 13 and 14. These lamp heaters 13 and 14 are arranged on the upper side and the lower side with respect to the substrate 100 supported by the work tray 30. The lamp heaters 13 and 14 and the cooling plates 11 and 12 are supported by a frame 29 shown in FIG.

図1に示すように、炉体10の外周部における炉体10の表面と所定距離離隔した位置には、ステンレス製の断熱板21が配設されている。これらの断熱板21は、略立方体状をなす炉体10における下面以外の5面に対して配設される。これらの断熱板21は、スペーサ22を介して、炉体10の外周部における炉体10の表面と所定距離離隔した位置に配設される。   As shown in FIG. 1, a stainless steel heat insulating plate 21 is disposed at a position separated from the surface of the furnace body 10 by a predetermined distance in the outer peripheral portion of the furnace body 10. These heat insulating plates 21 are disposed on five surfaces other than the lower surface of the furnace body 10 having a substantially cubic shape. These heat insulating plates 21 are arranged at positions spaced apart from the surface of the furnace body 10 by a predetermined distance in the outer peripheral portion of the furnace body 10 via the spacers 22.

図1に示すように、略立方体状をなす炉体10の4つの側面の下部には、外気取り込み用の開口部15が形成されている。この開口部15には、網状部材16が付設されている。また、略立方体状をなす炉体10の4つの側面と対向配置された4枚の断熱板21の下部には、外気取り込み用の開口部25が形成されている。   As shown in FIG. 1, openings 15 for taking in outside air are formed at lower portions of four side surfaces of a furnace body 10 having a substantially cubic shape. A mesh member 16 is attached to the opening 15. Moreover, the opening part 25 for taking in external air is formed in the lower part of the four heat insulation board 21 arrange | positioned facing the four side surfaces of the furnace body 10 which makes | forms a substantially cubic shape.

図4は、炉体10の下部に形成された開口部15と断熱板21の下部に形成された開口部25との配置関係を示す正面図である。   FIG. 4 is a front view showing the positional relationship between the opening 15 formed in the lower part of the furnace body 10 and the opening 25 formed in the lower part of the heat insulating plate 21.

図4に示すように、炉体10の下部に形成された開口部15は、断熱板21の下部に形成された開口部25より、正面視において低い位置に形成されている。このため、炉体10に形成された開口部15から炉体10の外部に漏れ出したランプヒータ13、14からの光は、断熱板21により遮断され、この光が断熱板21に形成された開口部25に照射されることはない。これにより、ランプヒータ13、14からの光が焼成炉の外部に漏洩することを防止することが可能となる。   As shown in FIG. 4, the opening 15 formed in the lower portion of the furnace body 10 is formed at a lower position in front view than the opening 25 formed in the lower portion of the heat insulating plate 21. For this reason, the light from the lamp heaters 13 and 14 leaking out of the furnace body 10 from the opening 15 formed in the furnace body 10 is blocked by the heat insulating plate 21, and this light is formed in the heat insulating plate 21. The opening 25 is not irradiated. Thereby, it is possible to prevent light from the lamp heaters 13 and 14 from leaking outside the firing furnace.

なお、この実施形態においては、炉体10の下部に形成された開口部15を、断熱板21の下部に形成された開口部25より低い位置に形成することにより、ランプヒータ13、14からの光が焼成炉の外部に漏洩することを防止しているが、炉体10に形成された開口部15と断熱板21に形成された開口部25とを横方向にずらすこと等により、ランプヒータ13、14からの光が焼成炉の外部に漏洩することを防止してもよい。   In this embodiment, the opening 15 formed in the lower part of the furnace body 10 is formed at a position lower than the opening 25 formed in the lower part of the heat insulating plate 21, so Although the light is prevented from leaking to the outside of the firing furnace, the lamp heater is formed by shifting the opening 15 formed in the furnace body 10 and the opening 25 formed in the heat insulating plate 21 laterally. Light from 13 and 14 may be prevented from leaking outside the firing furnace.

図1に示すように、炉体10の上部には、排気口17が形成されている。この排気口17は、図示を省略した工場排気配管に接続されている。この排気口17内には、排気口17を通過する排気流の温度を測定するための温度センサ28が配設されている。工場排気配管により、この排気口17から排気を行った場合には、断熱板21の下部に形成された開口部25および炉体10の下部に形成された開口部15から、炉体10内の焼成空間を介して排気口17に至る排気流が形成される。なお、この排気流形成手段として、工場排気配管のかわりに、ファンやブロアー等を利用してもよい。   As shown in FIG. 1, an exhaust port 17 is formed in the upper part of the furnace body 10. The exhaust port 17 is connected to a factory exhaust pipe (not shown). A temperature sensor 28 for measuring the temperature of the exhaust flow passing through the exhaust port 17 is disposed in the exhaust port 17. When exhaust is performed from the exhaust port 17 by the factory exhaust pipe, the opening 25 formed in the lower part of the heat insulating plate 21 and the opening 15 formed in the lower part of the furnace body 10 An exhaust flow reaching the exhaust port 17 through the firing space is formed. As this exhaust flow forming means, a fan, a blower or the like may be used instead of the factory exhaust pipe.

炉体10の側面には、炉体10内の焼成空間に基板100を挿入するための搬入搬出口18が形成されている。この搬入搬出口18の前面には、シャッター19が配設されている。このシャッター19は、図1において実線で示す搬入搬出口18の閉鎖位置と、仮想線で示す搬入搬出口18の解放位置との間を揺動可能となっている。   On the side surface of the furnace body 10, a loading / unloading port 18 for inserting the substrate 100 into the firing space in the furnace body 10 is formed. A shutter 19 is disposed in front of the loading / unloading port 18. The shutter 19 can swing between a closed position of the carry-in / out port 18 shown by a solid line in FIG. 1 and a release position of the carry-in / out port 18 shown by a virtual line.

図2に示すように、炉体10内の焼成空間内において基板100を支持する支持部材としてのワークトレイ30は、基板100を支持した状態で、図1に示す搬入搬出口18を介して炉体10内に侵入する。このワークトレイ30は、図2に示すように、枠体31と基板100の支持アーム32とを備え基板100を支持する支持部と、この支持部に接続されたステンレス製の棒状部材33、断熱性を有する棒状部材34およびステンレス製の棒状部材35とから構成される。ステンレス製の棒状部材35は、この発明に係る把持部を構成する。断熱性を有する棒状部材34は、例えば、低熱伝導セラミック等の断熱部材から構成される。基板100は、このワークトレイ30における支持部により支持された状態で、炉体10の搬入搬出口18を介して、炉体10内の焼成空間に搬入され、ワークトレイ30における支持部に支持された状態で加熱される。   As shown in FIG. 2, the work tray 30 as a support member that supports the substrate 100 in the firing space in the furnace body 10 is in a state in which the substrate 100 is supported via the carry-in / out port 18 shown in FIG. 1. Invade the body 10. As shown in FIG. 2, the work tray 30 includes a frame 31 and a support arm 32 for the substrate 100, a support portion that supports the substrate 100, a stainless bar member 33 that is connected to the support portion, and a heat insulator. And a rod member 35 made of stainless steel and a rod member 35 made of stainless steel. The rod-shaped member 35 made of stainless steel constitutes the grip portion according to the present invention. The rod-shaped member 34 having heat insulating properties is composed of a heat insulating member such as a low thermal conductive ceramic, for example. The substrate 100 is carried into the firing space in the furnace body 10 via the carry-in / out opening 18 of the furnace body 10 while being supported by the support part in the work tray 30 and supported by the support part in the work tray 30. Heated in a heated state.

図5は、上述した冷却プレート11、12を冷却するための水冷機構を示す概要図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a water cooling mechanism for cooling the cooling plates 11 and 12 described above.

冷却プレート11と冷却プレート12とは、管路42、43、44を介して水冷方式の冷却装置であるチラー41と接続されている。チラー41で冷却された冷却水は、管路42を介して冷却プレート12に送液され、冷却プレート12を冷却した後に、管路43を介して冷却プレート11に送液される。この冷却水は、冷却プレート11を冷却した後、管路44を介してチラー41に送液され、再度、チラー41において冷却される。   The cooling plate 11 and the cooling plate 12 are connected to a chiller 41, which is a water-cooled cooling device, via pipe lines 42, 43, and 44. The cooling water cooled by the chiller 41 is sent to the cooling plate 12 via the pipe line 42, and after cooling the cooling plate 12, it is sent to the cooling plate 11 via the pipe line 43. After cooling the cooling plate 11, this cooling water is sent to the chiller 41 through the pipe 44 and is cooled again in the chiller 41.

次に、以上のような構成を有する焼成炉を利用して基板100を加熱することにより焼成する焼成動作について説明する。   Next, a firing operation for firing by heating the substrate 100 using the firing furnace having the above configuration will be described.

上述した焼成炉を利用して基板100を焼成する場合においては、最初に、シャッター19を、図1において仮想線で示す解放位置に移動させる。そして、図2に示すように、ワークトレイ30を、基板100を支持した状態で炉体10における焼成空間内に配置する。この状態においては、ワークトレイ30における枠体31が支持部27により支持される。そして、シャッター19を図1において実線で示す閉鎖位置に移動させる。このときには、シャッター19とワークトレイ30における棒状部材33と干渉を避けるため、シャッター19には図示しない切欠等が形成されている。   In the case of baking the substrate 100 using the baking furnace described above, first, the shutter 19 is moved to the release position indicated by the phantom line in FIG. Then, as shown in FIG. 2, the work tray 30 is disposed in the firing space in the furnace body 10 while supporting the substrate 100. In this state, the frame 31 in the work tray 30 is supported by the support portion 27. Then, the shutter 19 is moved to the closed position indicated by the solid line in FIG. At this time, in order to avoid interference between the shutter 19 and the rod-like member 33 in the work tray 30, a notch or the like (not shown) is formed in the shutter 19.

この状態において、ランプヒータ13、14を点灯させ、基板100を加熱する。このときには、炉体10内の排気が同時に実行される。すなわち、排気口17に連結された工場排気配管の作用により、図1および図3において矢印Lで示すように、断熱板21の下部に形成された開口部25および炉体10の下部に形成された開口部15から、炉体10内の焼成空間を介して排気口17に至る排気流が形成される。この排気流により、ランプヒータ13、14により発生した輻射熱が熱排気され、炉体10の温度が過度の高温となることが防止される。また、炉体10の温度がある程度上昇したとしても、炉体10の表面に対して所定距離離隔した位置に配設された断熱板21の作用により、焼成炉全体から外部領域への熱の放出を小さなものとすることが可能となる。   In this state, the lamp heaters 13 and 14 are turned on to heat the substrate 100. At this time, exhaust in the furnace body 10 is performed simultaneously. That is, by the action of the factory exhaust pipe connected to the exhaust port 17, the opening 25 formed in the lower part of the heat insulating plate 21 and the lower part of the furnace body 10 are formed as indicated by an arrow L in FIGS. 1 and 3. An exhaust flow from the opening 15 to the exhaust port 17 through the firing space in the furnace body 10 is formed. By this exhaust flow, the radiant heat generated by the lamp heaters 13 and 14 is thermally exhausted, and the temperature of the furnace body 10 is prevented from becoming excessively high. Even if the temperature of the furnace body 10 rises to some extent, heat is released from the entire firing furnace to the external region by the action of the heat insulating plate 21 disposed at a position separated from the surface of the furnace body 10 by a predetermined distance. Can be made small.

このときに、排気口17から外部に排出される排気流の温度は、温度センサ28により測定される。そして、温度センサ28により測定された温度が設定温度以上となったときには、エラーメッセージ等が表示される。なお、排気口17と工場排気配管との間に、ダンパ等の流量調整機構を設け、温度センサ28により測定した排気流の温度に基づいて、排気流の流量を制御するようにしてもよい。また、基板100の焼成を実行する前に、この温度センサ28により測定された温度に基づいて、排気流の流量設定を行うようにしてもよい。   At this time, the temperature of the exhaust flow discharged to the outside from the exhaust port 17 is measured by the temperature sensor 28. When the temperature measured by the temperature sensor 28 exceeds the set temperature, an error message or the like is displayed. A flow rate adjusting mechanism such as a damper may be provided between the exhaust port 17 and the factory exhaust pipe, and the flow rate of the exhaust flow may be controlled based on the temperature of the exhaust flow measured by the temperature sensor 28. Further, the exhaust flow rate may be set based on the temperature measured by the temperature sensor 28 before the substrate 100 is fired.

ワークトレイ30に支持された基板100の下方に配設された複数のランプヒータ13の下方には冷却プレート11が配設されており、ワークトレイ30により支持された基板100の上方に配設された複数のランプヒータ14の上方には水冷式の冷却プレート12が配設されている。このため、炉体10内の焼成空間を通過する排気流が、ランプヒータ13およびランプヒータ14に接触することを防止することが可能となる。これにより、ランプヒータ13およびランプヒータ14の冷却が防止される。また、これらの冷却プレート11、12の作用により、炉体10内の温度上昇を防止することが可能となる。   A cooling plate 11 is disposed below the plurality of lamp heaters 13 disposed below the substrate 100 supported by the work tray 30, and disposed above the substrate 100 supported by the work tray 30. A water-cooled cooling plate 12 is disposed above the plurality of lamp heaters 14. For this reason, it becomes possible to prevent the exhaust flow passing through the firing space in the furnace body 10 from contacting the lamp heater 13 and the lamp heater 14. Thereby, cooling of the lamp heater 13 and the lamp heater 14 is prevented. In addition, the action of the cooling plates 11 and 12 can prevent the temperature inside the furnace body 10 from rising.

このとき、冷却プレート11はランプヒータ13に対して基板100とは逆側に配設されるとともに、冷却プレート12はランプヒータ14に対して基板100とは逆側に配設されている。このため、冷却プレート11、12の作用による冷却効果が、ランプヒータ13、14による基板100の加熱作用に影響を与えることはない。   At this time, the cooling plate 11 is disposed on the opposite side of the lamp heater 13 from the substrate 100, and the cooling plate 12 is disposed on the opposite side of the lamp heater 14 from the substrate 100. For this reason, the cooling effect by the action of the cooling plates 11 and 12 does not affect the heating action of the substrate 100 by the lamp heaters 13 and 14.

なお、上述した排気流による炉体10の冷却時には、炉体10の側面の下部に形成された外気取り込み用の開口部15を介して外気が取り込まれる。この開口部15には、上述したように、網状部材16が付設されている。このため、炉体10内の焼成空間に外部から異物が侵入することを防止することができ、基板100を清浄な状態で焼成することが可能となる。   When the furnace body 10 is cooled by the above-described exhaust flow, outside air is taken in through the opening 15 for taking in outside air formed in the lower part of the side surface of the furnace body 10. As described above, the mesh member 16 is attached to the opening 15. For this reason, foreign matter can be prevented from entering the firing space in the furnace body 10 from the outside, and the substrate 100 can be fired in a clean state.

図6は、焼成空間においてランプヒータ13、14により加熱された基板100の温度変化を示す昇温プロファイルである。この図において縦軸は基板100の温度(°C)を示し、横軸は時間(秒)を示している。   FIG. 6 is a temperature rise profile showing a temperature change of the substrate 100 heated by the lamp heaters 13 and 14 in the firing space. In this figure, the vertical axis indicates the temperature (° C) of the substrate 100, and the horizontal axis indicates time (seconds).

ランプヒータ13、14を点灯させた後、基板100の温度は摂氏400度程度まで緩やかに上昇し、その温度が一定時間維持される。そして、時間tの間だけランプヒータ13、14を最大出力とする。これにより、基板100の温度は、摂氏800度程度まで急激に上昇する。しかる後、ランプヒータ13、14の出力を下げ、基板100の温度を緩やかに低下させる。そして、時間T経過後にランプヒータ13、14を消灯して、1サイクルの基板100の加熱による焼成工程を終了する。なお、上述した時間tは、例えば、4秒程度であり、時間Tは、例えば、60秒程度である。   After the lamp heaters 13 and 14 are turned on, the temperature of the substrate 100 gradually rises to about 400 degrees Celsius, and the temperature is maintained for a certain time. The lamp heaters 13 and 14 are set to the maximum output only during the time t. As a result, the temperature of the substrate 100 rapidly rises to about 800 degrees Celsius. Thereafter, the outputs of the lamp heaters 13 and 14 are lowered, and the temperature of the substrate 100 is gradually lowered. Then, after the time T has elapsed, the lamp heaters 13 and 14 are turned off, and the firing process by heating the substrate 100 in one cycle is completed. The time t described above is, for example, about 4 seconds, and the time T is, for example, about 60 seconds.

一枚の基板100に対する加熱処理が終了すれば、シャッター19を図1において実線で示す位置から仮想線で示す位置まで移動させ、焼成が終了した基板100をワークトレイ30とともに炉体10内の焼成空間から取り出す。このときには、ワークトレイ30における基板100の支持部を構成する枠体31には、ステンレス製の棒状部材33と、断熱性を有する棒状部材34と、この発明に係る把持部を構成するステンレス製の棒状部材35とがこの順で接続されている。このため、断熱性を有する棒状部材34の作用により把持部としての棒状部材35の温度が上昇することを防止することが可能となる。このため、オペレータは、棒状部材35を把持することにより、基板100を容易に炉体10内から取り出すことが可能となる。そして、オペレータは、次に焼成すべき基板100を、ワークトレイ30を利用して炉体10内の焼成空間に搬入する。   When the heat treatment for one substrate 100 is completed, the shutter 19 is moved from the position indicated by the solid line in FIG. 1 to the position indicated by the phantom line, and the substrate 100 after baking is fired in the furnace body 10 together with the work tray 30. Remove from space. At this time, the frame 31 constituting the support portion of the substrate 100 in the work tray 30 is made of a stainless steel rod-shaped member 33, a heat-insulating rod-shaped member 34, and a stainless steel material constituting the gripping portion according to the present invention. The rod-shaped member 35 is connected in this order. For this reason, it becomes possible to prevent that the temperature of the rod-shaped member 35 as a grip part rises by the effect | action of the rod-shaped member 34 which has heat insulation. For this reason, the operator can easily take out the substrate 100 from the furnace body 10 by gripping the rod-shaped member 35. Then, the operator carries the substrate 100 to be fired next into the firing space in the furnace body 10 using the work tray 30.

図7は、基板100を連続して加熱処理した場合の温度センサ28により測定して得た排気温度と、そのときの焼成炉が配置された室温との関係を示すグラフである。この図において縦軸は温度(°C)を示し、横軸は時間(秒)を示している。また、この図において符合Aはランプヒータ13、14を点灯した時点を、符合Bは基板100の搬入・搬出のためシャッター19を開放した時点を、また、符合Cはランプヒータ13、14を消灯した時点を示している。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the exhaust temperature measured by the temperature sensor 28 when the substrate 100 is continuously heat-treated and the room temperature at which the firing furnace is disposed. In this figure, the vertical axis represents temperature (° C.), and the horizontal axis represents time (seconds). In this figure, symbol A indicates the time when the lamp heaters 13 and 14 are turned on, symbol B indicates the time when the shutter 19 is opened for loading and unloading the substrate 100, and symbol C indicates that the lamp heaters 13 and 14 are turned off. Shows the time.

この図に示すように、ランプヒータ13、14を点灯することにより排気温度は上昇し、ランプヒータ13、14を消灯することにより排気温度は下降する。なお、シャッター19を開放したときには、炉体10内におけるランプヒータ13とランプヒータ14間の高温の気体が排気されることから、排気温度は一時的に上昇する。このときには、基板100の加熱処理は終了していることから、これが基板100の処理結果に影響を与えることはない。   As shown in this figure, the exhaust temperature rises when the lamp heaters 13 and 14 are turned on, and the exhaust temperature falls when the lamp heaters 13 and 14 are turned off. When the shutter 19 is opened, the high-temperature gas between the lamp heater 13 and the lamp heater 14 in the furnace body 10 is exhausted, so that the exhaust temperature temporarily rises. At this time, since the heat treatment of the substrate 100 has been completed, this does not affect the treatment result of the substrate 100.

この図に示すように、この発明に係る焼成炉によれば、排気温度の上昇を防止することが可能となる。なお、基板100の加熱処理をさらに継続した場合、ランプヒータ13、14の点灯前における排気流の温度は、摂氏25度程度の温度で飽和する。   As shown in this figure, the firing furnace according to the present invention can prevent the exhaust temperature from rising. When the heat treatment of the substrate 100 is further continued, the temperature of the exhaust flow before the lamp heaters 13 and 14 are turned on is saturated at a temperature of about 25 degrees Celsius.

なお、上述した実施形態においては、この発明を太陽電池用のシリコン製角型基板100を一枚ずつ加熱することにより焼成する焼成炉に適用した場合について発明したが、この発明を、太陽電池用基板以外の基板を焼成する焼成炉や、多数の基板を一括して焼成する焼成炉に適用してもよい。   In the above-described embodiment, the present invention was invented for a case where the present invention is applied to a firing furnace for firing by heating silicon square substrates 100 for solar cells one by one. The present invention may be applied to a baking furnace for baking a substrate other than the substrate or a baking furnace for baking a large number of substrates at once.

10 炉体
11 冷却プレート
12 冷却プレート
13 ランプヒータ
14 ランプヒータ
15 開口部
16 網状部材
17 排気口
18 搬入搬出口
19 シャッター
21 断熱板
22 スペーサ
25 開口部
28 温度センサ
30 ワークトレイ
31 枠体
32 支持アーム
34 棒状部材
35 棒状部材
41 チラー
42 管路
43 管路
44 管路
100 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Furnace 11 Cooling plate 12 Cooling plate 13 Lamp heater 14 Lamp heater 15 Opening part 16 Net-like member 17 Exhaust port 18 Carrying in / out port 19 Shutter 21 Heat insulation board 22 Spacer 25 Opening part 28 Temperature sensor 30 Work tray 31 Frame body 32 Support arm 34 Bar-shaped member 35 Bar-shaped member 41 Chiller 42 Pipe line 43 Pipe line 44 Pipe line 100 Substrate

Claims (8)

焼成空間内に収納した基板を加熱する焼成炉であって、
前記焼成空間を形成するためのステンレス製の炉体と、
前記焼成空間内において基板を支持する支持部材と、
前記焼成空間内に配設され、前記支持部材により支持された基板を加熱するランプヒータと、
前記炉体の下部に形成された開口部と、
前記炉体の上部に形成された排気口と、
前記開口部から前記排気口へ向かって流動することにより前記ランプヒータにより発生した輻射熱を熱排気する排気流を形成するための排気流形成手段と、
前記焼成空間内に配設され、前記排気流の前記ランプヒータへの接触を抑制する接触抑制部材と、
を備えたことを特徴とする焼成炉。
A firing furnace for heating a substrate housed in a firing space,
A stainless steel furnace body for forming the firing space;
A support member for supporting the substrate in the firing space;
A lamp heater for heating the substrate disposed in the firing space and supported by the support member;
An opening formed in a lower portion of the furnace body;
An exhaust port formed in an upper portion of the furnace body;
An exhaust flow forming means for forming an exhaust flow for thermally exhausting radiant heat generated by the lamp heater by flowing from the opening toward the exhaust port;
A contact suppressing member disposed in the firing space and suppressing contact of the exhaust flow with the lamp heater;
A firing furnace comprising:
請求項1に記載の焼成炉において、
前記接触抑制部材は、水冷式の冷却プレートから構成される焼成炉。
In the firing furnace according to claim 1,
The contact suppressing member is a firing furnace including a water-cooled cooling plate.
請求項1または請求項2に記載の焼成炉において、
前記支持部材により支持された基板の下方に配設された第1のランプヒータと、
前記第1のランプヒータの下方に配設された第1の接触抑制部材と、
前記支持部材により支持された基板の上方に配設された第2のランプヒータと、
前記第2のランプヒータの上方に配設された第2の接触抑制部材と、
を備える焼成炉。
In the firing furnace according to claim 1 or 2,
A first lamp heater disposed below a substrate supported by the support member;
A first contact suppression member disposed below the first lamp heater;
A second lamp heater disposed above the substrate supported by the support member;
A second contact suppression member disposed above the second lamp heater;
A firing furnace comprising:
請求項1から請求項3のいずれかに記載の焼成炉において、
前記炉体の外周部における前記炉体の表面と所定距離離隔した位置に、断熱板を配設した焼成炉。
In the baking furnace in any one of Claims 1-3,
A firing furnace in which a heat insulating plate is disposed at a predetermined distance from the surface of the furnace body in the outer peripheral portion of the furnace body.
請求項4に記載の焼成炉において、
前記断熱板には開口部が形成され、当該開口部は、前記炉体に形成された開口部から外部に向かって照射される前記ランプヒータからの光が照射されない位置に配置される焼成炉。
In the firing furnace according to claim 4,
An opening is formed in the heat insulating plate, and the opening is disposed at a position where the light from the lamp heater irradiated from the opening formed in the furnace body is not irradiated.
請求項5に記載の焼成炉において、
前記炉体に形成された開口部には、当該開口部を覆う網状部材が付設される焼成炉。
In the firing furnace according to claim 5,
A firing furnace in which a mesh member covering the opening is attached to the opening formed in the furnace body.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の焼成炉において、
前記排気口から排出される排気流の温度を測定する温度センサを備える焼成炉。
In the baking furnace in any one of Claims 1-6,
A firing furnace provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust flow discharged from the exhaust port.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の焼成炉において、
前記支持部材は、基板を支持する支持部と、当該支持部に接続された把持部とを備え、
前記支持部と前記把持部とは、断熱部材を介して接続される焼成炉。
In the baking furnace in any one of Claims 1-7,
The support member includes a support part for supporting the substrate, and a grip part connected to the support part,
The said support part and the said holding part are the baking furnaces connected via a heat insulation member.
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