JPH0718323A

JPH0718323A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH0718323A
Application number: JP18736993A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Iwatani; 伸雄岩谷
Original assignee: DENKOO KK; Denkoh Co Ltd
Current assignee: DENKOO KK; Denkoh Co Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【構成】複数のガラス基板Ｗがカセット９に支持さ
れ、遠赤外線放射容器７に収容される。遠赤外線放射容
器７は炉体２に収容され、ガラス基板Ｗ及びカセット９
は遠赤外線放射容器７に実質的に密閉され、炉体２から
遮蔽されている。炉体２内面には遠赤外線ヒータ５が設
けられ、ヒータ５からの遠赤外線Ｈは、遠赤外線放射材
層17、17を介してガラス基板Ｗを加熱する。【効果】ガラス基板Ｗは、遠赤外線放射容器に実質的
に密閉状態で収容されているので、装置内の空気の自然
対流による移動が起こらず、この自然対流に起因する上
下方向温度分布精度の低下や塵埃飛散してガラス基板に
付着することがない。また、遠赤外線放射材層17を介し
ての間接加熱により、熱処理温度のバラツキを小さくで
きる。その結果、熱処理が施されたガラス基板は、高品
質が保証されるのみならず、一括処理によって高い生産
性を以て熱処理を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関し、特
に電子部品、例えば液晶表示装置用ガラス基板の熱処理
に好適な熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（以下、ＬＣＤと称する）
の製造において、ガラス基板に配向膜や絶縁膜及びカラ
ーフィルタ用材料を塗布後に 200℃〜300 ℃の低温で焼
成する工程がある。従来、この工程では耐熱カセットに
ガラス基板を20〜30枚装入した状態で熱風循環加熱方式
によって加熱焼成していた。

【０００３】図14は、熱風循環加熱方式の装置要部の一
例を示す概略断面図である。この装置31は図示の如く、
断熱材46を内臓した炉体32の内部に、炉体内面と一定の
間隔を保って内枠37が設けられ、天井部の間隙にヒータ
35が設けられている。

【０００４】内枠37の壁面には通気孔が配設され、ヒー
タ35で加熱された空気が一方の壁面に設置されたフィル
タ34を経由して、カセット36に収納した被処理物として
のガラス基板Ｗを加熱して他方の壁面の通気孔へ抜けて
矢印の如く加熱空気が循環する仕組みになっている。

【０００５】然し、熱風循環加熱方式は加熱温度の均一
性にも問題があるが、熱風と共に炉内の塵埃を飛散させ
て循環させるために、ガラス基板表面に塵埃が付着して
不良品を発生させ、歩留の低下が著しく、生産性の面で
大きな問題となっていた。

【０００６】本来、電子部品の熱処理は、塵埃の付着に
よって電子部品の品質が甚だしく劣化するので、清浄な
雰囲気中で熱処理されることが必要である。このため、
一般的に雰囲気のクリーン度は10クラス以下、即ち、１
立方フィート中に粒径 0.5μｍの微粒子が10個以下程度
に保つような方策が採られている。

【０００７】特に、最近のカラー化により、駆動回路と
して薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）を配設
したＬＣＤ基板は、極めて高い清浄度の雰囲気内で処理
することが必要条件とされている。特にカラーフィルタ
等は熱処理に長時間（１時間以上）を要するため、熱風
循環加熱方式による熱処理は不適切とされる。そして、
これに代わる熱処理の方法として、ガラス基板を一枚づ
つ赤外焼成する所謂毎葉焼成方式を採ることによって、
塵埃付着による歩留低下の問題も大幅に改善されるよう
になってきている。

【０００８】ＴＦＴ方式のＬＣＤは、ガラス基板上に多
数のＴＦＴ素子と画素電極とを形成し、ＴＦＴ素子で画
素電極をスイッチする方式である。

【０００９】図11はＴＦＴ方式のＬＣＤの回路図であ
る。ガラス基板上にインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）の
透明電極（画素電極）が互いに直交するＸ方向、Ｙ方向
に上下に多数配設され、上下に位置する電極間に選択的
に電圧を印加し、液晶の光透過又は光遮断によって画像
を表示する。この選択的電圧印加は画像信号に基いてな
される。

【００１０】図12はＴＦＴ方式のＬＣＤの拡大概略断面
図である。対のガラス基板に配向膜が被着し、両配向膜
間に液晶が充填される。一方の配向膜上にはＴＦＴ及び
透明電極が設けられている。ＴＦＴを構成する各薄膜及
び透明電極は、蒸着、スパッタ、プラズマＣＶＤ等によ
る成膜及びファトリソグラフィによるパターニングを経
て形成される。

【００１１】特にＴＦＴ方式のＬＣＤにあっては、上記
した構造から、その製造工程で僅かな塵埃付着をも防止
する必要があることが理解されよう。

【００１２】ところで、前述の毎葉焼成方式にも各種の
方法が採られており、その規模や装置の構造も一様では
ない。然し、何れも相当の炉設備面積を要し、而も大規
模なクリーンルームを必要とするため、それに伴う維持
管理費や設備費が大きい等の問題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情に鑑みなされたものであり、塵埃飛散の要因その
ものを絶ち、清浄な雰囲気を保って塵埃による被処理物
の汚染を排除し、而も、装置の占有面積を最小限にして
生産性を上げるような熱処理装置を提供することを目的
としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、次のような構成としている。

【００１５】本発明は、複数の被処理物を支持する被処
理物支持手段と、この被処理物支持手段を実質的に密閉
状態で収容しかつ加熱用エネルギー放出手段を具備する
収容手段と、この収容手段の全周を囲む前記加熱用エネ
ルギーの供給源とを有する熱処理装置に係る。

【００１６】上記「実質的に密閉状態」とは、被処理物
支持手段とこの収容手段との間に、対流による気体の移
動が起こらない程度の密閉状態を指す。

【００１７】本発明において、加熱用エネルギーの供給
源が遠赤外線ヒータを具備していることが高速昇温の観
点から望ましい。

【００１８】更に本発明において、加熱用エネルギー放
出手段を具備する収容手段又はこの加熱用エネルギーの
供給源に冷却機構を設けることが、熱処理の１サイクル
時間を短縮する上で望ましい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２０】以下の例は、ＬＣＤ用ガラス基板の熱処理
についての例である。図１は熱処理装置の断面図、図２
は図１の部分拡大図、図３はガラス基板を支持するカセ
ットと遠赤外線放射容器との関係を分離して示す斜視図
である。

【００２１】図３に示すように、カセット９の四角の支
柱の内側にはガラス基板Ｗの支持手段としての溝９ａが
多数設けられている。そして、底面にはローラ受９ｂ２
本が、後述するガイドローラと対応する位置に設けられ
ている。カセット９には所定数のガラス基板Ｗが、側縁
部を溝９ａに挿入されて載置収容された状態で遠赤外線
放射容器７の中へ収容される。

【００２２】遠赤外線放射容器７には、床面にガイドロ
ーラ８が前記ローラ受９ｂに対応する位置の二列に複数
設置され、カセット９の定位置収容を容易にしている。
遠赤外線放射容器７はセラミック材を加工したものであ
り、図４に部分断面図で示すように、内外両面に遠赤外
線放射材層17が形成されている。本体の材質としてはセ
ラミックに代えて、良熱伝導性の金属を使用してもよ
い。

【００２３】遠赤外線放射容器７の開口には扉７ａが設
けられ、開口両側のレール溝７ｂに沿って開閉される。
そして、ガラス基板Ｗを収容したカセット９が同容器７
の中に装入されると、扉７ａを閉じて同容器７は図１の
炉体２の中へ装入される。炉体２の中においては、図示
しない支持手段によって定位置に支えられる。

【００２４】図１、図２に示すように、熱処理装置１の
炉体２は外枠３及び内枠４で形成され、両枠の間には断
熱材６が充填された構造になっている。そして、内枠４
はアルミニウム板からなり、その内側の面に面状ヒータ
５が設けられて炉体２が構成されている。面状ヒータ５
は、鉄−クロムやニクロムの板状体をエッチングによっ
て蛇行形状にパターニングし、マイカで挟んだ構造とし
てある。面状ヒータ５の内側にはアルミニウムの熱放射
板44が貼付けられ、その内側の面に遠赤外線放射材層18
が形成されている。

【００２５】ガラス基板Ｗは、カセット９に収容された
状態で遠赤外線放射容器７の中に収容されている。即
ち、遠赤外線放射容器７は、その中にガラス基板Ｗを支
持手段に載置した状態のカセット９を収容した状態で炉
体２の中に装入されている。

【００２６】このようにして、炉体２の中における遠赤
外線放射容器７は面状遠赤外ヒータ５から遠赤外線放射
材層18を経由して放射される遠赤外線（電磁波）を吸
収、熱エネルギーに変換される。遠赤外線放射容器７は
極めて熱伝導性の良い材質のため、同容器７自体が即座
に均一昇温すると共に、塗布された遠赤外線放射材層17
の作用によって、その温度に応じた遠赤外線（電磁波）
放射エネルギーを放射し、同容器７に収容されたガラス
基板Ｗに遠赤外線（電磁波）として吸収され、吸収後、
即座に熱エネルギーに変換、加熱される。

【００２７】図５は、上記の遠赤外線（電磁波）と熱エ
ネルギーとの変換の機構を示している。

【００２８】遠赤外線放射材層17、18は、「特集遠赤
外線加熱の理論と実際」（日本電熱協会誌「電熱」 No.
22 昭和60年７月号別刷）第14〜21頁、「燃料協会
誌」第69巻第６号（1990）第434 〜439 頁、「赤外線技
術」第14号（1988）第12〜13頁に見られるように、Al₂O
₃、ZrO₂、CoO 等、金属酸化物からなっており、これら
の粉末をバインダと混合して塗布してなっている。

【００２９】このようにして、ガラス基板Ｗはヒータ５
の熱を直接受けて熱処理されるのではなく、遠赤外線放
射容器７を介して間接的に加熱されている。従って、密
閉され、遠赤外線放射容器７の中に収容されて熱処理さ
れるガラス基板Ｗは、言わば無風状態の中で、塵埃によ
る汚染の心配もなく熱処理される。その上、この間接的
加熱によって温度分布が均一になり、 270℃の保持温度
に対して±２℃の誤差内に納まる。図１、図２におい
て、ヒータ５以内の矢印は、遠赤外線放射Ｈを表し、破
線矢印は遠赤外線容器７から二次的に放出される様を表
している。

【００３０】然し、図13に示すように本例の炉体２の中
へ従来のカセット36にガラス基板Ｗを収容した状態で装
入して加熱処理を行っても、内部の温度上昇に伴う空気
の自然対流が生じて上下方向に温度差が生ずると共に、
塵埃の飛散を抑えることはできない。更に、カセット36
の搬送系骨格等の影の影響を受けて均一な加熱ができ
ず、 270℃の保持温度に対して±10℃以上の誤差を生ず
る。この現象は、本例によるカセット９を以てしても同
様である。即ち、本例の遠赤外線放射容器７を併用する
ことの効果が顕著な所以である。

【００３１】図６は他の例による熱処理装置の断面図、
図７は図６の部分拡大図である。

【００３２】この熱処理装置11では、炉体12の外枠13と
内枠14との間に断熱材６が充填され、内枠14には冷媒液
循環用パイプ27が内設されている。内枠14の内側の面に
は、面状ヒータ５、アルミニウム製の遠赤外線放射板44
がこの順に積層されている。遠赤外線放射板44の内側の
面には遠赤外線放射材層18が形成されている。炉体12内
には、カートリッジ９及びこれに支持されたガラス基板
Ｗを収容した遠赤外線放射容器７が、図１、図２の例に
おけると同様に装入される。

【００３３】ガラス基板Ｗの昇温時及び加熱温度保持時
には冷媒を通さず、ガラス基板Ｗを降温させるときには
ヒータ５への通電を停止し、パイプ27に冷媒16を導入す
る。冷媒16は、パイプ27内の空間を通り、降温を速め
る。

【００３４】冷媒16には、加熱されているパイプ27への
導入開始時に、急激に気化して甚だしい体積膨張を起こ
すことがないよう、蒸気圧の低い液体を使用する。この
例では、 200℃における蒸気圧が0.02Kg／cm²である、
新日鉄化学社製のサームＳ８００（商品名）を使用して
いる。後述の図８、図９の例においても同様である。

【００３５】降温時には、図７に破線矢印で示すよう
に、ガラス基板Ｗの熱は、遠赤外線放射容器７の遠赤外
線放射材層17に吸収され、更に実線矢印で示すように遠
赤外線放射板44の遠赤外線放射材層18に吸収される。即
ち、降温時には、遠赤外線放射容器７の内側の遠赤外線
放射材層17及び遠赤外線放射板44の遠赤外線放射材層18
は、遠赤外線吸収材として機能する。

【００３６】かくして、冷媒16の導通により、ガラス基
板Ｗの熱は、遠赤外線放射材層17、17、18を経由して冷
媒16に吸収され、降温速度が速くなる。この例にあって
も、図１の例におけると同様に、ガラス基板Ｗへの塵埃
の付着が防止されると共に、270℃に保持状態での温度
の偏差は±２℃の範囲内に納められる。

【００３７】図８の例は、容器に直接面状ヒータと冷却
機構を組み合わせた例である。つまり、炉体22が遠赤外
線放射容器を兼ねたようなものとも言える。

【００３８】炉体22を構成する外枠23と内枠24の間には
断熱材６が内設され、内枠24の内側に面状ヒータ25が密
接して設けられている。そして、更にその内側には冷媒
液循環パイプ27を内臓したアルミニウム製の遠赤外線放
射板28が同様に密接して設置され、遠赤外線放射板28の
内側には遠赤外線放射材層29が形成されている。冷媒液
循環パイプ27は遠赤外線放射板28の全面亘り蛇行するよ
うに設置され、急速冷却を可能にしている。

【００３９】ガラス基板Ｗは、カセット９に収容されて
この中に収容される。勿論、本例もガラス基板を装入後
は開口（図示省略）を閉じて密閉される。従って、前記
の各例における遠赤外線放射容器の中におけるガラス基
板と同様の状態になり、言わば無風状態の中で熱処理が
行われ、塵埃飛散の要素はなく、清浄な雰囲気の中で処
理されることになる。

【００４０】加熱時には、冷却機構を停止してヒータ25
を通電し、熱は遠赤外線放射板に伝導し、更に塗布され
た遠赤外線放射材29を介してガラス基板Ｗを加熱する。
そして、冷却時にはヒータ25への通電を停止して、冷却
機構を作動させ、図８に示すように逆に内側から放射熱
を吸収して冷却する。

【００４１】以上、各実施例による熱処理装置の構造に
ついて説明したが、何れもヒータは上下、左右、前後の
各面に個別にコントロールして加熱することが可能にな
っている。そのための各部の温度検出手段及び制御手段
等（図示せず）が設置されている。従って、内部におけ
る温度分布の差は±２℃以内であり、従来の熱風循環方
式の場合の内部の温度分布偏差が±10℃以下であったの
に比べ、均一な加熱が得られる。

【００４２】図９は図５の例における熱処理の１サイク
ルのデータを図示したものである。被処理物はガラス基
板 300m²×1.1mt である。常温から加熱開始後20分で所
要の熱処理温度 270℃に達し、この温度に保持している
間は遠赤外線の効果より従来の熱風循環加熱方式の60分
間に対し、40分間の熱処理時間中の温度分布精度は±２
℃であり、冷却開始後、70℃までの所要時間は30分であ
る。従って、総所要時間は90分で１サイクルが終了す
る。図７の例にあっても同様である。

【００４３】これに対して、図13で説明した従来の熱風
循環方式による熱処理のサイクルを示したのが図14であ
る。熱処理全体のパターンは全く同じであるが、 270℃
における熱処理中の温度のバラツキが±５℃と大きく、
遠赤外線加熱効果が無いため、遠赤外線加熱に較べて温
度の保持時間が長くなる。更に冷却効率の悪さが総所要
時間を必要とする要因となっている。この両者のデータ
比較によっても、本例の優秀さが一層顕著に現れてい
る。

【００４４】以上のように、本例は何れも遠赤外線放射
加熱により、被処理物への塵埃の付着が防止される上
に、焼成時間も短くてすみ、更に、冷媒による強制冷却
を採用することにより降温時間が短縮され、短いサイク
ルによる熱処理によって生産性が高い。而も、装置の所
要面積は小さいので、占有面積に対する生産性も大き
く、塵埃汚染による歩留の低下は殆どなく、高い生産効
率が得られる。

【００４５】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明の技術的思想に基いて前記の実施例に種々の変形を加
えることができる。

【００４６】例えば、被処理物は、ＬＣＤ用ガラス基板
のほか、塵埃の付着を嫌う物品及び／又は加熱温度のバ
ラツキが小さいことを要する電子部品その他の物品の熱
処理に本発明が適用可能であり、被処理物の形状も板状
に限られるものではない。

【００４７】また、遠赤外線の放射は、ヒータから熱を
受けてこれを遠赤外線として放射するほか、遠赤外線放
射材に直接通電して昇温することにより、遠赤外線を放
射するようにもできる。更に、光熱変換素子としてコバ
ルト−ニッケル合金の薄膜（蒸着膜又は塗布膜）を使用
することができる。

【００４８】また、熱処理装置を構成する各部の形状や
材料は、他の適宜の形状、材料として良い。また、遠赤
外線以外の適宜の加熱用エネルギーを採用して良い。

【００４９】

【発明の作用効果】本発明は、収容手段が被処理物を実
質的に密閉状態で収容しかつ加熱用エネルギー放出手段
を有するので、密閉状態の故に装置内の空気等の自然対
流による移動がない。従って、この自然対流に起因する
上下方向の温度差による温度分布精度の低下がない。ま
た、気体移動に伴う飛散塵埃が被処理物に付着すること
がない。

【００５０】また、収容手段の加熱用エネルギー放出手
段により、加熱用エネルギーの供給源からのエネルギー
は、加熱用エネルギー放出手段を介して被処理物を間接
的に加熱するので、温度のバラツキを小さくして熱処理
が可能となる。

【００５１】以上の結果、熱処理が施された被処理物
は、高品質が保証され、歩留も高い。

【００５２】更に、被処理物は、被処理物支持手段に複
数個が支持されて収容手段に収容されているので、一括
処理され、前記の利点を保持しながら高い生産性を以て
熱処理される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による熱処理装置の断面図である。

【図２】同図１の部分拡大図である。

【図３】同ガラス基板、カセット及び遠赤外線放射容器
を分離して示す斜視図である。

【図４】同遠赤外線放射容器の壁部の構造を示す部分拡
大断面図である。

【図５】遠赤外線による加熱時のエネルギー変換機構を
説明するための説明図である。

【図６】他の実施例による熱処理装置の断面図である。

【図７】同図６の部分拡大図である。

【図８】更に他の実施例による熱処理装置の断面図であ
る。

【図９】同図８の部分拡大図である。

【図10】図６、図８の熱処理装置を使用しての熱処理の
時間−温度曲線を示すグラフである。

【図11】ＴＦＴを配設したＬＣＤガラス基板の回路図で
ある。

【図12】ＴＦＴを配設したＬＣＤの部分拡大断面図であ
る。

【図13】遠赤外線放射容器を省略した比較の熱処理装置
の断面図である。

【図14】従来の熱風循環加熱方式の熱処理装置の断面図
である。

【図15】図14の熱処理装置による熱処理の時間−温度曲
線を示すグラフである。

【符号の説明】

１、11、21・・・熱処理装置２、12、22・・・炉体３、13、23・・・炉体外枠４、14、24・・・炉体内枠５・・・面状遠赤外線ヒータ６・・・断熱材７・・・遠赤外線放射容器７ａ・・・扉９・・・カセット 16・・・冷媒 17、18、29・・・遠赤外線放射材層 27・・・冷媒用配管 28・・・遠赤外線放射板Ｗ・・・ガラス基板Ｈ・・・遠赤外線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の被処理物を支持する被処理物支持
手段と、この被処理物支持手段を実質的に密閉状態で収容しかつ
加熱用エネルギー放出手段を具備する収容手段と、この収容手段の全周を囲む前記加熱用エネルギーの供給
源とを有する熱処理装置。
【請求項２】加熱用エネルギーの供給源が遠赤外線ヒ
ータを具備している、請求項１に記載された熱処理装
置。
【請求項３】加熱用エネルギー放出手段を具備する収
容手段又はこの加熱用エネルギーの供給源に冷却機構を
設けた、請求項１又は２に記載された熱処理装置。