KR101184570B1

KR101184570B1 - 열처리 장치

Info

Publication number: KR101184570B1
Application number: KR1020050056236A
Authority: KR
Inventors: 마사오 야사카
Original assignee: 에스펙 가부시키가이샤
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2012-09-21
Also published as: CN1737478A; TWI275762B; CN100573011C; KR20060048613A; JP2006017357A; TW200604479A

Abstract

구성이 비교적 단순하고, 기판의 열처리에 동반하여 발생하는 생성 가스가 냉각되어 발생하는 소위 승화물의 발생을 억제할 수 있는 열처리 장치의 제공을 목적으로 한다.

열처리 장치(1)는 기판 처리부(5)가 열풍을 공급하기 위한 열풍 공급 수단(14)을 구비한 공기 조정부(11)와 기판을 열처리하기 위한 열처리실(12)을 갖는다. 열처리 장치(1)는 열처리실(12)의 최하류측에 기판을 처리하였을 때에 발생하는 생성 가스의 산화 분해를 촉진하는 촉매를 보유(擔持)시킨 촉매벽(40)을 배치하고 있다. 이 때문에, 열처리 장치(1)는 생성 가스가 냉각됨으로써 발생하는, 소위 승화물의 발생량이 극히 적다. 또한, 열처리 장치(1)는 생성 가스의 산화 분해 시에 반응열이 발생하기 때문에, 열처리 시에 혼합 가스를 가열하는 데 요하는 소비 전력이 약간이라도 된다.

기판 처리부, 공기 조정부, 열처리실(가열실),열풍 공급 수단, 공기 합류부 덕트, 촉매벽(생성 가스 분해 수단)

Description

열처리 장치{Heat Treatment Apparatus}

도 1은 본 발명의 일 실시예인 열처리 장치를 도시하는 정면도.

도 2는 도 1에 도시하는 열처리 장치의 내부 구조의 일부를 도시하는 파단 사시도.

도 3은 도 1에 도시하는 열처리 장치의 내부 구조의 개략을 도시하는 평면도.

도 4a는 도 1에 도시하는 열처리 장치의 열풍 공급 수단과 열처리실의 위치 관계를 개념적으로 도시하는 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시하는 촉매벽의 A부 확대도이고, 도 4c는 도 4b에 도시하는 촉매벽의 주요부를 확대한 사시도.

도 5는 도 1에 도시하는 열처리 장치에 있어서의 공기 및 혼합 가스의 흐름을 모식적으로 도시한 개념도.

도 6은 도 1에 도시하는 열처리 장치의 변형예를 도시하는 개념도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

5: 기판 처리부 11: 공기 조정부

12: 열처리실(가열실) 14: 열풍 공급 수단

16: 공기 합류부 17: 덕트

40: 촉매벽(생성 가스 분해 수단) 47: 관통구멍(유로)

48: 촉매 기체 49: 촉매

70: 생성 가스 분해 수단

본 발명은 기판 등의 피가열물을 열풍에 의해서 열처리하는 열처리 장치에 관한 것이다.

종래부터, 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 열처리 장치가 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)나 플라스마 디스플레이(PDP: Plasma Display), 유기 EL 디스플레이 등과 같은 플랫 패널 디스플레이(FPD: Flat Panel Display)의 제작에 사용되고 있다. 열처리 장치는 미리 유리판 등의 기판(피가열물)에 대하여 특정한 용액을 도포하여 가열 건조시킨 것을 가열실 내에 수용하여, 가열실 내에 도입되는 소정 온도의 열풍에 노출하여 열처리(소성)하는 장치이다.

[특허문헌 1] 특허 제2971771호 공보

종래 기술의 열처리 장치는 피가열물을 출납하기 위한 개구나 빈틈 등이 있어, 완전한 밀폐상태로는 되지 않고, 상기한 개구나 빈틈의 부근은 비교적 저온이 되기 쉽다. 이 때문에, 열처리에 동반하여 기판 상에 도포되어 있는 특정한 용액 등이 기화하여 발생한 생성 가스는 개구나 빈틈의 부근에서 냉각되어 고화하여, 소위 승화물이 된다. 승화물은 입자상이나 타르(tar)상으로 되어 있고, 열처리 장치 내를 오염시켜 피가열물의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라, 피가열물의 출납 시에 열처리 장치의 외부로 누출되어 버리는 문제가 있었다.

통상, 열처리 장치는 비교적 청정도가 높은 클린룸 등에 설치되어 있다. 이 때문에, 종래 기술의 열처리 장치와 같이 승화물이 열처리 장치로부터 누출되어 버리면, 클린룸의 청정도까지도 저하시켜 버리는 문제가 있었다.

상기한 문제를 감안하여, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 열처리 장치에서는 열처리 장치 내를 열처리 장치의 설치 분위기 압력보다도 약간 저압으로 유지시킴으로써 열처리 장치 내의 공기나 생성 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성으로 한 경우, 열처리 장치로부터 승화물이 외부로 배출되는 문제에 대해서는 일정한 효과를 갖지만, 피가열물을 출납하기 위한 개구나 빈틈으로부터 유입된 공기의 영향에 의해서 약간의 승화물이 발생할 우려가 있었다.

또한, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 열처리 장치는 장치 내에 유입되는 공기의 영향에 의해 가열실 내에서 온도 불균일함이 발생할 가능성이 있었다. 이 때문에, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 열처리 장치에서는 피가열물을 출납하기 위한 개구 부근에 가열실측으로부터 외부로 누출하려고 하는 생성 가스나 외부로부터 가열실측에 유입하려고 하는 공기를 흡인 포집하기 위한 기구를 별도로 설치해야만 하여, 장치 구성이 복잡화되어 버리는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명에서는 구성이 비교적 단순하고, 기판의 열처리에 동반하여 발생하는 생성 가스가 냉각되어 발생하는 소위 승화물의 발생을 억제할 수 있는 열처리 장치의 제공을 목적으로 한다.

그래서, 상기한 과제를 해결하기 위해서 제공되는 본 발명은 열풍을 공급하는 열풍 공급 수단과, 상기 열풍 공급 수단에 의해서 발생하는 열풍이 도입되어, 상기 열풍에 의해서 피가열물을 가열하는 가열실을 갖고, 피가열물의 가열에 동반하여 발생한 생성 가스가 흐르는 영역에 상기 생성 가스를 산화 분해하는 생성 가스 분해 수단이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

본 발명의 열처리 장치에서는 열풍 공급 수단으로부터 가열실에 공급된 열풍이 피가열물을 가열함으로써 발생하는 생성 가스의 대부분이 생성 가스 분해 수단에 있어서 산화 분해된다. 이 때문에, 본 발명의 열처리 장치에 있어서 생성 가스 분해 수단의 하류측에 흐르는 가스의 대부분은 생성 가스의 분해에 의해서 발생한 분해 가스가고, 생성 가스의 농도가 극히 낮다. 따라서, 본 발명의 열처리 장치에서는 생성 가스가 고체상으로 되거나 타르상으로 된 소위 승화물의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 열처리 장치에서는 생성 가스 분해 수단에 있어서 생성 가스를 산화 분해하기 때문에, 반응열이 발생한다. 이 때문에, 상기한 구성에 의하면, 생성 가스 분해 수단을 통과한 가스는 상기 반응열에 의해서 가열되어, 고온으로 되어 가열실로부터 배출된다. 따라서, 본 발명의 열처리 장치에서는 만일 생성 가스의 일부가 생성 가스 분해 수단에 있어서 다 분해되지 않고서 잔류하고 있었다고 해도, 이 생성 가스가 고체형상이 되거나 타르상으로 된 소위 승화물이 거의 발생하지 않는다.

여기에서, 본 발명의 열처리 장치에서는 생성 가스 분해 수단에 있어서 생성 가스가 산화 분해되어, 분해 반응 시에 발생한 반응열에 의해서 생성 가스 분해 수단의 하류측에 배출된 가스가 승온한다. 이 때문에, 본 발명의 열처리 장치에서는 생성 가스 분해 수단의 상류측과 하류측에서 분위기 온도의 분포가 바뀌고, 경우에 따라서는 피가열물의 가열 불균일함이 발생할 가능성이 있다.

그래서, 이러한 지견에 기초하여 제공되는 본 발명은 열풍을 공급하는 열풍 공급 수단과, 상기 열풍 공급 수단에 있어서 발생하는 열풍이 도입되어, 상기 열풍에 의해서 피가열물을 가열하는 가열실을 갖고, 가열실의 내부에는 피가열물이 배치되는 피가열물 배치 영역이 있고, 이 피가열물 배치 영역보다도 열풍의 흐름 방향 하류측으로서, 피가열물의 가열에 동반하여 발생한 생성 가스가 흐르는 영역에는 상기 생성 가스를 산화 분해하는 생성 가스 분해 수단이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

이러한 구성에 의하면, 피가열물이 배치되는 피가열 영역의 온도 분포가 안정화하고, 피가열물의 가열 불균일함의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

여기에서, 상기한 본 발명의 열처리 장치에 있어서, 생성 가스 분해 수단은 생성 가스에 대한 산화 분해 반응을 촉진하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.

이러한 구성에 의하면, 피가열물의 가열에 의해서 발생한 생성 가스를 확실하게 분해할 수 있고, 생성 가스의 냉각에 동반하는 고체물이나 타르상 물질의 발생을 억제할 수 있다.

상기한 본 발명의 열처리 장치에 있어서, 가열실은 열풍 공급 수단과 연통시킨 상류벽과, 이것에 대향하는 하류벽과, 상류벽 및 하류벽에 대하여 교차하는 방향으로 넓어지는 구획벽에 의해서 둘러싸여 있고, 하류벽의 일부 또는 전부가 생성 가스 분해 수단에 의해서 구성되어 있어도 좋다.

본 발명의 열처리 장치에서는 상류벽이 열풍 공급 수단과 연통하고 있기 때문에, 가열실에는 상류벽측으로부터 열풍이 도입되어, 하류벽측으로 흐른다. 본 발명의 열처리 장치에서는 하류벽의 일부 또는 전부를 생성 가스 분해 수단에 의해서 구성한 것이기 때문에, 피가열물의 가열처리에 동반하여 발생한 생성 가스를 효율 좋게 분해할 수 있다.

여기에서, 귀금속이나 귀금속 합금은 여러 가지의 가스에 대한 산화활성이 높다. 이 때문에, 상기한 본 발명의 열처리 장치에 있어서, 생성 가스 분해 수단은 귀금속 또는 귀금속 합금을 포함하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 피가열물의 가열에 의해서 발생한 생성 가스를 확실하게 분해할 수 있고, 생성 가스의 냉각에 동반하는 소위 승화물의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

여기에서, 상기한 본 발명의 열처리 장치에 있어서, 생성 가스 분해 수단이, 생성 가스의 산화 분해를 촉진하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것이며, 촉매 기체가, 생성 가스의 유로를 다수 형성한 하니콤(Honey Comb) 형상인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 생성 가스를 촉매에 충분하게 접촉시킬 수 있어, 생성 가스를 효율 좋게 분해할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서 「하니콤 형상」이란 다수의 유로가 형성된 다공구조를 가리키고, 상기 유로의 개구 형상은 삼각형이나 육각형과 같은 다각형상이나 원형, 타원형, 파형(波形) 등과 같은 굴곡된 형상과 같은 적절한 형상으로 할 수 있다.

또한, 상기한 본 발명의 열처리 장치는 생성 가스 분해 수단이, 생성 가스의 산화 분해를 촉진하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것으로, 촉매 기체가, 생성 가스의 유로를 다수 형성한 것이며, 촉매 기체의 두께가 30mm 이상 80mm 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 피가열물의 가열에 동반하여 발생하는 생성 가스를 충분하게 산화 분해할 수 있는 동시에, 생성 가스 분해 수단이 생성 가스의 흐름에 대하여 큰 흐름 저항으로 되는 것을 방지할 수 있다.

상기한 본 발명의 열처리 장치는 생성 가스 분해 수단에 있어서 발생한 분해 가스를 열풍 공급 수단으로 되돌리는 순환 유로가 설치된 구성인 것이 바람직하다.

본 발명의 열처리 장치에서는 생성 가스 분해 수단에 있어서 생성 가스를 분해할 때에 발생한 분해열의 영향에 의해 분해 가스나 생성 가스 분해 수단의 부근에 있는 공기가 가열된다. 이 때문에, 본 발명의 열처리 장치에서는 순환 유로를 통하여 생성 가스의 분해열로 가열된 분해 가스나 공기가 열풍 공급 수단에 공급된다. 그리고, 분해 가스나 공기의 혼합기는 열풍 공급 수단에 있어서 가열되어, 열풍으로서 가열실에 도입된다.

본 발명의 열처리 장치에서는 열풍 공급 수단에 미리 분해열로 가열된 분해 가스나 공기가 공급되기 때문에, 이들 혼합기를 소정 온도까지 가열하기 위해서 큰 가열 능력을 요하지 않는다. 따라서, 본 발명에 의하면, 피가열물의 가열에 요하는 에너지의 소비량이 작은 열처리 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 열처리 장치는 가열실을 통과하여 생성 가스 분해 수단에 있어서 분해된 분해 가스를 재차 가열하여 가열실에 도입하는 것이기 때문에, 외기의 혼입량을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 열처리 장치에 의하면, 가열실에 도입되는 열풍의 온도 분포를 균일화하고, 열풍에 노출되는 피가열물의 위치적인 온도 분포의 발생을 최소한으로 억제할 수 있다.

상기한 본 발명의 열처리 장치에 있어서, 생성 가스 분해 수단은 외기가 유입될 가능성이 있는 부위보다도 생성 가스의 흐름 방향 상류측에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 생성 가스가 외기에 의해서 냉각되어 승화물로 되는 것을 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 상기한 본 발명의 열처리 장치는 열풍 공급 수단이 생성 가스 분해 수단에 있어서 발생한 분해 가스와, 외부로부터 도입된 공기를 포함하는 혼합 가스를 가열하여 가열실에 공급 가능한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 열처리 장치에서는 생성 가스 분해 수단에 있어서 발생한 고온의 분해 가스와, 상기 분해 가스보다도 저온이라고 상정되는 외기가 미리 혼합된 상태에서 열풍 공급 수단에 도입된다. 이 때문에, 본 발명의 열처리 장치에서는 열풍 공급 수단에 도입된 시점에서 분해 가스와 외기로 구성되는 혼합 가스는 온도 불균일함이 거의 없다. 따라서, 본 발명에 의하면, 열풍 공급 수단에 있어서의 혼합 가스의 가열 불균일함이 발생하기 어렵고, 가열실에 공급되는 열풍의 온도 분포를 대략 균일화 할 수 있다.

상기한 본 발명의 열처리 장치는 평판형상의 기판의 표면에 소정의 액체를 도포한 피가열물의 가열에 적합하게 사용할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

계속해서, 본 발명의 일 실시예인 열처리 장치에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예인 열처리 장치를 도시하는 정면도이다. 도 2는 도 1에 도시하는 열처리 장치의 내부 구조의 일부를 도시하는 파단 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시하는 열처리 장치의 내부 구조의 개략을 도시하는 평면도이다. 도 4a는 도 1에 도시하는 열처리 장치의 열풍 공급 수단과 열처리실의 위치 관계를 개념적으로 도시하는 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시하는 촉매벽의 A부 확대도이고, 도 4c는 도 4b에 도시하는 촉매벽의 주요부를 확대한 사시도이다. 도 5는 도 1에 도시하는 열처리 장치에 있어서의 공기 및 혼합 가스의 흐름을 모식적으로 도시한 개념도이다. 도 6은 도 1에 도시하는 열처리 장치의 변형예를 도시하는 개념도이다.

도 1에 있어서, 1은 본 실시예의 열처리 장치이다. 열처리 장치(1)는 금속제로 상자형상의 본체 케이스(2)의 하방에 기기 수용부(3)가 설치되어 있고, 그 상방에 기판 처리부(5)가 설치된 구성으로 되어 있다. 기기 수용부(3)는 기판 처리부(5)에 전력을 공급하는 전원장치(도시하지 않음)나 기판 처리부(5)의 동작을 제어하는 제어장치(도시하지 않음) 등을 내장하고 있다.

기판 처리부(5)는 도 1이나 도 2에 도시하는 바와 같이 정면측에 도시하지 않은 로봇 아암 등의 이재장치에 의해서 기판(W)을 출납하기 위한 환장구(換裝口; 6)를 갖고, 배면측에 보수 시에 사용하는 문(7)이 설치되어 있다. 환장구(6)에는 에어 실린더(8)의 작동에 연동하여 개폐하는 셔터(10)가 장착되어 있다.

기판 처리부(5)는 도 2이나 도 3에 도시하는 바와 같이 중심에 열처리실(12; 가열실)을 갖고, 그 주위를 공기 조정부(11)에 의해서 둘러싼 구성으로 되어 있다. 공기 조정부(11)는 단열재에 의해서 구성되는 주벽(周壁; 13a 내지 13d)에 의해서 사방이 포위되어 있다. 공기 조정부(11)는 공기를 소정 온도로 가열하여 열처리실(12)내로 흡입하는 동시에, 열처리실(12)로부터 배출된 공기를 상류측으로 순환시키기 위한 것이다.

더욱 구체적으로 설명하면, 공기 조정부(11)는 도 2이나 도 3에 도시하는 바와 같이 열풍 공급 수단(14), 덕트(17) 및 기기실(18)로 대별된다. 열풍 공급 수단(14)은 공기 등을 가열하는 가열 기능과, 가열된 공기 등을 열처리실(12)내로 보내주는 송풍 기능을 갖는다. 또한, 열풍 공급 수단(14)과 열처리실(12)의 경계부분에는 공기 등을 정화하기 위한 필터(21)가 설치되어 있다.

열풍 공급 수단(14)의 부근에는 열처리실(12)의 정면측 및 배면측에, 공기 합류부(16, 16)를 갖는다. 공기 합류부(16, 16)는 덕트(17)에 연통하고 있다. 공기 합류부(16)는 외기 도입구(도시하지 않음)로부터 도입된 공기와, 덕트(17)로부터 유입하는 가스를 합류시켜, 이들을 혼합하기 위한 예비 혼합 공간으로서의 기능을 갖는다.

덕트(17)는 열처리실(12)의 하류벽(20b)의 대부분을 형성하는 촉매벽(40)(생성 가스 분해 수단) 및 구획벽(41,43)을 따라서 형성된 공간이다. 덕트(17)는 열처리실(12)의 주위를 포위하도록 배치된 공기유로이고, 열처리실(12)로부터 배출된 공기를 공기 합류부(16)로 되돌리는 공기유로를 형성하는 것이다.

열처리실(12)은 상류벽(20a) 및 하류벽(20b)과, 이것에 대하여 교차하는 방향으로 넓어지는 구획벽(41, 43)에 의해서 사방을 둘러싼 공간이다. 상류벽(20a), 하류벽(20b) 및 구획벽(41, 43)은 모두 기판 처리부(5)의 천면(45)으로부터 저면(46)에 이르는 높이를 갖는다. 열처리실(12)은 열풍 공급 수단(14)과 상류벽(20a)을 구성하는 필터(21)의 개구를 통하여 연통하고 있다. 또한, 하류벽(20b)은 일부 또는 전부가 촉매벽(40)에 의해서 구성되어 있고, 촉매벽(40)에 설치된 관통구멍(47)을 통하여 덕트(17)와 연통하고 있다.

촉매벽(40)은 도 4b에 도시하는 바와 같이, 개구형상이 거의 삼각형인 관통구멍(47; 유로)이 다수, 연속적으로 형성된, 소위 하니콤 형상의 판체를 촉매 기체(48)로 하고 있다. 관통구멍(47)은 생성 가스의 유로로서 기능하는 것으로, 도 4c와 같이 관통구멍(47)을 형성하는 내벽면(47a)의 표면에 입자상의 촉매(49)를 다수 집어넣어, 보유시킨 것이다. 촉매 기체(48)는 스텐리스계의 합금을 비롯한 금속재료나, 이산화규소나 알루미나 등의 세라믹 재료와 같이 열처리실(12)내의 분위기 온도에 있어서도 안정된 재질이 적합하다. 또한, 촉매 기체(48)는 관통구멍(47)을 형성하는 내벽면(47a)에 보유되어 있는 촉매(49)에 의한 산화 분해 반응을 원활하게 개시하기 위해서도 열전도성이 높고, 열 용량이 작은 재질로 제작되어 있는 것이 바람직하다.

촉매 기체(48)의 개구 형상은 유로 저항이나 보유시키는 촉매(49)에 대한 가스의 접촉 면적 등을 감안하여, 본 실시예와 같이 삼각형으로 하는 대신에 다각형으로 하거나, 원형, 타원형, 파형 등과 같은 굴곡된 형상으로 하는 것도 가능하다. 촉매 기체(48)의 두께(도 4의 w에 상당)는 산화 분해 반응에 대한 촉매 작용이나 통풍 저항의 관점에서 보아 30 내지 80mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 촉매 기체(48)의 두께가 50mm 정도로 되어 있다. 이 때문에, 촉매벽(40)은 열처리실(12)에 있어서 발생하는 생성 가스에 대하여 충분한 촉매작용을 나타내면서, 열처리실(12)내를 흐르는 열풍에 대하여 그다지 큰 유로 저항으로는 되지 않는다.

촉매 기체(48)에 보유되어 있는 촉매(49)는 열처리실(12)로부터 배출되는 생성 가스의 산화 분해 반응을 촉진하기 위한 것이다. 본 실시예에서는 촉매(49)로서 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd) 등의 귀금속이나, 이들의 귀금속의 합금과 같은 생성 가스에 대한 촉매작용이 높은 것이 채용되어 있다. 촉매(49)는 열처리실(12)에 있어서 발생하는 생성 가스에 대하여 약 150℃ 내지 200℃ 정도의 온도 분위기하에서 촉매활성을 나타내고, 열처리실(12)이 열처리(소성) 온도인 230℃ 내지 250℃에 도달한 상태에 있어서 충분한 촉매활성을 나타내는 것이다.

구획벽(41)은 기판 처리부(5)에 설치된 환장구(6)에 상당하는 위치에 개구(50)를 갖는다. 개구(50)는 기판(W) 및 로봇 핸드가 출입하는 데 최저한 필요한 크기 및 형상으로 되어 있다. 개구(50)는 개구(50)의 주위를 둘러싸도록 설치된 방호벽(51)에 의해서 덕트(17)로부터 격절(隔絶)되는 동시에 환장구(6)와 연통하고 있다. 이 때문에, 덕트(17) 내를 흐르는 가스는 개구(50)를 통하여 열처리실(12)내로 침입하거나, 환장구(6)를 통하여 외부로 누출하지 않는다. 한편, 구획벽(43)은 문(7)에 상당하는 위치에 고정되어 있고, 보수 등을 할 때에 필요에 따라서 분리 가능한 구성으로 되어 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 열처리실(12)의 거의 중앙부에는 기판을 적재하기 위한 적재선반(55)이 배치되어 있다. 적재선반(55)은 종래 공지의 열처리 장치에 있어서 채용되어 있는 것과 동일하게 기판(W)을 수평으로 적재하기 위한 지지단(64)이 상하 방향으로 다수 설치된 구성을 갖는다.

열처리실(12)에는 도 2나 도 3과 같이 분위기 온도를 계측하기 위한 온도센서(68)가 설치되어 있다. 온도센서(68)는 선단이 열처리실(12)의 상류측의 하방에 오도록 배치되어 있다. 열처리 장치(1)는 온도센서(68)의 검지온도에 따라서 도시하지 않는 제어장치가 히터(35)의 동작을 피드백 제어하는 구성으로 되어 있고, 열처리실(12)내의 온도가 소정 온도(본 실시예에서는 230 내지 250℃)로 조정된다.

본 실시예의 열처리 장치(1)는 열처리 시에 있어서의 가스의 흐름에 특징을 갖는다. 이하, 도 5에 도시하는 개념도를 참조하면서 열처리 장치(1)의 동작을 열처리 시에 있어서의 가스의 흐름을 중심으로 하여 설명한다.

열처리의 개시에 앞서서, 열처리 장치(1)의 제어장치(도시하지 않음)는 열풍 공급 수단(14)을 구성하는 도시하지 않는 송풍기나 가열기 등을 기동하여, 가열된 공기를 열처리실(12)내에 도입한다. 이로써, 열처리 장치(1)내에는 공기가 열처리실(12) 및 덕트(17)를 흘러 열풍 공급 수단(14)으로 되돌아가는 순환류가 발생한다.

상기한 바와 같이 하여 열처리 장치(1)내에 공기를 순환시켜 가는 동안에 열풍 공급 수단(14)에 있어서 공기가 서서히 가열되어 가고, 열처리실(12)내의 분위기온도가 소정의 열처리 온도(본 실시예에서는 230℃ 내지 250℃)에 도달한다. 또한, 열처리실(12)의 하류단에 설치되어 있는 촉매벽(40)은 열처리 장치(1)내를 순환하고 있는 공기류 등의 영향을 받아 서서히 고온으로 되어, 열처리실(12)내가 소정의 열처리 온도에 도달하였을 때에는 관통구멍(47)을 형성하는 내벽면(47a)에 보유되어 있는 촉매(49)가 촉매작용을 충분히 발휘할 수 있는 온도에 도달한다.

열처리실(12)의 분위기 온도가 열처리 온도에 도달하면, 열처리 장치(1)의 외부에 배치되어 있는 로봇 아암 등의 이재 장치에, 열처리를 해야 할 기판(W)이 탑재된다. 한편, 열처리 장치(1)는 에어 실린더(8)를 작동시켜 환장구(6)를 폐색하고 있는 셔터(10)를 연다. 셔터(10)가 열리면, 기판(W)이 로봇 아암에 의해서 환장구(6)로부터 수평으로 꽂혀, 각 지지단(64)상에 적재된다. 적재선반(55)의 각 지지단(64)에 기판(W)이 적재되면, 셔터(10)가 닫혀진다.

상기한 바와 같이 하여 적재선반(55)의 지지단(64)에 탑재된 기판(W)은 열처리실(12)내로 흐르는 열풍에 노출되고, 열처리(소성)된다. 기판(W)이 열처리되면, 표면에 미리 도포되어 있는 용액이 기화하는 등으로서 고온으로 유기성의 생성 가스가 발생한다. 이 때문에, 열처리가 개시되면, 생성 가스와 공기를 포함하는 혼합 가스가 열처리실(12)의 하류측을 향하여 흐른다.

생성 가스를 포함하는 혼합 가스가 촉매벽(40)에 도달하면, 촉매 기체(48)에 다수 설치되어 있는 관통구멍(47)에 유입된다. 상기한 바와 같이, 열처리실(12)내는 이미 소정의 열처리 온도에 도달하고 있고, 촉매 기체(48)의 내벽면(47a)에 보유되어 있는 촉매(49)가 생성 가스에 대한 촉매 작용을 충분하게 발휘할 수 있는 상태로 되어 있다. 이 때문에, 생성 가스가 촉매벽(40)을 통과하면, 관통구멍(47)을 형성하는 내벽면(47a)에 보유되어 있는 촉매(49)에 의해서 생성 가스의 산화 분해 반응(C_mH_n+O₂→CO₂+H₂O)이 촉진되어, 생성 가스가 이산화탄소와 수분으로 분해된다.

상기한 산화 분해 반응은 반응열의 발생을 동반하여 일어난다. 이 때문에, 열처리 장치(1)에 있어서 열처리가 개시되면, 촉매벽(40)을 통과하는 혼합 가스가 생성 가스의 산화 분해 반응에 동반하여 발생하는 반응열에 의해서 가열된 상태로 덕트(17)내에 배출된다. 덕트(17)에 배출된 혼합 가스는 고온 상태를 유지한 채로 기판 처리부(5)의 주벽(13b, 13d)과 열처리실(12)의 구획벽(41, 43) 사이에 형성된 덕트(17, 17)를 흐른다.

덕트(17, 17)를 흐르는 혼합 가스는 열풍 공급 수단(14)의 양측에 형성된 공기 합류부(16)에 고온인 채로 유입되어, 열처리 장치(1)의 외부로부터 도입된 외기와 미리 혼합된다. 이로써, 외기는 혼합 가스와의 열교환에 의해서 어느 정도 가열된다. 외기 및 혼합 가스는 열풍 공급 수단(14)에 있어서 소정 온도로 가열되어, 열처리실(12)내에 도입된다. 열처리 장치(1)는 위에서 기술한 순서로 가열된 혼합 가스를 열처리실(12)내로 순환시켜, 기판(W)의 열처리를 계속한다.

상기한 바와 같이, 본 실시예의 열처리 장치(1)에서는 열풍 공급 수단(14)으로부터 열처리실(12)내에 공급된 열풍이 기판(W)을 가열함으로써 발생하는 생성 가스의 대부분이, 촉매벽(40)에 보유되어 있는 촉매(49)에 의해서 산화 분해된다. 여기에서, 본 실시예의 열처리 장치(1)에서는 열처리실(12)을 구성하는 하류벽(20b)의 일부 또는 전부를 촉매벽(40)으로 형성하는 동시에, 촉매벽(40)으로서 유기가스에 대한 촉매활성이 높은 백금이나 팔라듐 등의 귀금속이나 귀금속 합금을 보유시킨 것을 채용하고 있다. 또한, 촉매벽(40)은 촉매 기체(48)로서 다수의 관통구멍(47)을 갖는 하니콤의 형상을 갖는 것을 채용하고 있고, 각 관통 구멍(47)을 형성하는 내벽면(47a)에 촉매(49)를 보유시킨 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 촉매벽(40)에 유입한 생성 가스의 대부분은 생성 가스의 분해에 의해서 발생한 이산화탄소를 주성분으로 하는 혼합 가스로 되고, 생성 가스의 농도가 극히 낮다.

또한, 열처리 장치(1)에서는 촉매벽(40)에 있어서 생성 가스를 산화 분해할 때에 발생하는 반응열에 의해서 촉매벽(40)에서 분해된 이산화탄소를 주성분으로 하는 혼합 가스가 가열되어, 고온으로 된다. 이 때문에, 열처리 장치(1)에서는, 열처리동작 중에 덕트(17)를 흐르는 혼합 가스의 온도가 높고, 예를 들어 생성 가스의 일부가 생성 가스 분해 수단에 있어서 다 분해하지 않고서 잔류하고 있었다고 해도 승화물이 거의 발생하지 않는다.

열처리 장치(1)에서는 촉매벽(40)에 있어서 산화 분해되어 고온으로 된 혼합 가스가 덕트(17)를 흐르고, 열풍 공급 수단(14)에 있어서 외부로부터 새롭게 도입된 외기와 혼합된다. 또한 열처리 장치(1)는 열처리실(12)을 통과하여, 촉매벽(40)에 있어서 산화 분해된 분해 가스를 재가열하여 사용하는 것이며, 혼합 가스의 대부분이 장치 내를 순환한다. 이 때문에, 열처리 장치(1)는 열처리실(12)에 공급되는 혼합 가스를 소정 온도까지 가열하기 위해서 필요하게 되는 전력이 약간이라도 충분하여, 에너지 절약에 도움을 줄 수 있다. 또한, 열처리 장치(1)에서는 공기 합류부(16)에 있어서 외기와 혼합 가스가 미리 혼합된 후에 열풍 공급 수단(14)에 도입되기 때문에, 열풍 공급 수단(14)으로부터 열처리실(12)에 도입되는 열풍의 온도 불균일함이 거의 없고, 기판(W)을 불균일함 없이 가열할 수 있다.

상기한 바와 같이, 혼합 가스는 촉매벽(40)을 통과함으로써 산화 분해되어, 가열된다. 이 때문에, 촉매벽(40)을 통과한 직후의 혼합 가스는 혼합 가스의 농도 분포나 촉매벽(40)의 어떤 부위를 통과할지 등의 요인에 의해서 소정의 온도 분포가 발생하고 있을 가능성이 있다. 이러한 지견에 기초하여, 본 실시예의 열처리 장치(1)에서는 촉매벽(40)을 기판(W)이 적재되는 적재선반(55)보다도 하류측에 배치한 구성으로 하고 있다. 즉, 열처리 장치(1)는 열처리가 행하여지는 경우보다도 혼합 가스의 흐름 방향 하류측의 영역에 촉매벽(40)이 배치되어 있고, 이 영역에서 산화 분해 반응을 하는 것이다. 이 때문에, 본 실시예의 열처리 장치(1)에서는 기판(W)이 노출되는 열풍의 온도 분포가 거의 균일하고, 기판(W)을 불균일함 없이 가열할 수 있다.

상기한 바와 같이, 열처리 장치(1)는 열처리실(12)내에서 발생한 생성 가스의 대부분이 촉매벽(40)에 있어서 분해되기 때문에, 승화물이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 열처리 장치(1)는 열처리동작을 계속하더라도 열처리 장치(1)내를 청정하게 유지할 수 있는 동시에, 셔터(10)나 문(7)을 열었을 때에 승화물이 열처리 장치(1)의 외부로 누출하여, 클린 룸 등을 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기한 열처리 장치(1)는 기판(W)에서 발생하는 생성 가스의 흐름 방향 하류측에 위치하는 하류벽(20b)의 일부 또는 전부를 촉매벽(40)으로 형성한 것이고, 구성이 극히 단순하다.

상기 실시예의 열처리 장치(1)는 촉매벽(40)을 열처리실(12)의 하류측의 벽면을 구성하는 하류벽(20b)에 배치한 것이었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면 도 6에 도시하는 바와 같이 덕트(17)의 중도에 촉매벽(40)과 동일한 촉매 작용을 나타내는 생성 가스 분해 수단(70)을 설치한 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 생성 가스 분해 수단(70)은 덕트(17)의 중도이면 어떠한 장소에 설치되어도 좋지만, 문(7) 등과 같은 외기가 유입될 우려가 있는 부위보다도 혼합 가스의 흐름 방향 상류측에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시예에 있어서 채용되어 있는 촉매벽(40)은 하니콤 형상의 촉매 기체(48)의 관통구멍(47)에 촉매(49)를 보유시킨 것이었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면 금속망 등의 통풍성을 갖는 소재로 제작한 케이스의 내부에 입자상 또는 펠릿상의 촉매를 충전한 것을 채용하여도 좋다. 이러한 구성으로 한 경우라도, 기판(W)의 열처리에 동반하여 발생하는 생성 가스를 확실하게 산화 분해할 수 있다.

상기 실시예에서는 촉매(49)로서 열처리(소성) 온도인 230℃ 내지 250℃의 분위기 온도 하에서 생성 가스에 대하여 충분한 촉매활성을 나타내는 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd) 등과 같은 귀금속이나 이들의 귀금속 합금과 같은 고가의 소재를 채용하고 있기 때문에, 촉매벽(40)이 비싸지는 경향이 있다. 이 때문에, 촉매벽(40)에 보유시키는 촉매(49)의 보유량을 열처리 시에 생성하는 생성 가스 농도에 따라서 최적화하면, 촉매(49)의 보유량을 억제할 수 있고, 열처리 장치(1)의 제조 비용을 보다 한층 저감시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 비교적 단순한 구성으로 피가열물의 열처리 시에 발생하는 유기가스에 기인하는 승화물의 발생량 및 열처리에 요하는 소비 전력을 최소한으로 억제할 수 있는 열처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims

삭제
열풍을 공급하는 열풍 공급 수단과, 상기 열풍 공급 수단에 있어서 발생하는 열풍이 도입되고, 상기 열풍에 의해서 피가열물을 가열하는 가열실과, 상기 피가열물의 가열에 수반해 발생한 생성 가스를 산화 분해하는 생성 가스 분해 수단과, 상기 생성 가스 분해 수단에 있어서 발생한 분해 가스를 열풍 공급 수단으로 되돌리는 순환 유로와, 외부로부터 공기를 도입하는 외기 도입구를 갖고,

상기 가열실의 내부에는 피가열물이 배치되는 피가열물 배치 영역이 있고,

상기 생성 가스 분해 수단이 이 피가열물 배치 영역보다도 열풍의 흐름 방향 하류측에서, 또, 상기 열풍 공급 수단에 이르기까지 설치된 상기 외기 도입구보다도 열풍의 흐름 방향 상류측에 배치되어 있고, 열풍 공급 수단은 생성 가스 분해 수단에 있어서 발생한 분해 가스와, 외부로부터 도입된 공기를 포함한 혼합 가스를 가열하고, 상기 혼합 가스를 가열실에 공급 가능한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항에 있어서,

가열실(12)은 천면(天面)(45)과, 저면(底面)(46)과, 상류벽(20a)과, 이에 대향하는 하류벽(20b)과, 상류벽(20a) 및 하류벽(20b)에 대하여 교차하는 방향으로 넓어지는 구획벽(41,43)에 의해 둘러싸여 있고,

상류벽에 인접한 위치에 열풍 공급 수단(14)이 배치되어 있고,

열풍 공급 수단(14)은 공기 등을 가열하는 가열 기능과, 가열된 공기 등을 가열실(12) 내로 보내는 송풍 기능을 갖고,

열풍 공급 수단(14)과 가열실(12)과의 경계 부분에 필터(21)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 가열실은 열풍 공급 수단과 연통시킨 상류벽과, 이것에 대향하는 하류벽과, 상류벽 및 하류벽에 대하여 교차하는 방향으로 넓어지는 구획벽에 의해서 둘러싸여 있고, 하류벽의 일부 또는 전부가 생성 가스 분해 수단에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 생성 가스 분해 수단은 생성 가스의 산화 분해를 촉진하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 생성 가스 분해 수단은 귀금속 또는 귀금속 합금을 포함하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 생성 가스 분해 수단은 생성 가스의 산화 분해를 촉진하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것이며,

촉매 기체는 생성 가스의 유로가 다수 형성된 하니콤 형상의 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 생성 가스 분해 수단은 생성 가스의 산화 분해를 촉진하는 촉매를 촉매 기체에 보유시킨 것이며,

촉매 기체는 생성 가스의 유로가 다수 형성된 것으로, 두께가 30mm 이상 80mm 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 생성 가스 분해 수단에 있어서 발생한 분해 가스를 열풍 공급 수단으로 되돌리는 순환 유로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 생성 가스 분해 수단이, 외기가 유입할 가능성이 있는 부위보다도 생성 가스의 흐름 방향 상류측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 열풍 공급 수단은 생성 가스 분해 수단에 있어서 발생한 분해 가스와, 외부로부터 도입된 공기를 포함하는 혼합 가스를 가열하여, 가열실에 공급 가능한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 피가열물은 평판 형상의 기판의 표면에 소정의 액체를 도포한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.