KR20020012497A - 기판의 열처리 방법 및 그에 사용하는 연속식 열처리로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노(爐)의 가열실 내에서 막 형성 소재를 포함하는 기판의 열처리를 행할 때, 실내의 평균 온도가 상이한 다른 인접한 가열실로부터의 열적 영향에 의해 기판 내에 온도 분포가 생기는 것을 억제해서 기판 전체를 균일하게 열처리할 수 있는 기판의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실 중 인접한 다른 가열실의 적어도 한 쪽과 실내의 평균 온도가 상이한 가열실에 있어서는, 해당 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도를 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어해서 가열실 내의 온도에 구배를 마련함으로써, 해당 가열실 내에서 열처리되는 기판에 대해 인접한 다른 가열실이 미치는 열적 영향을 상쇄시켜 상기 기판을 균일하게 열처리한다.

Description

기판의 열처리 방법 및 그에 사용하는 연속식 열처리로 {METHOD OF THERMAL TREATMENT FOR SUBSTRATES AND THE FURNACE FOR ITS CONTINUOUS THERMAL TREATMENT}

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 유리 기판으로 대표되는 막 형성 소재를 포함하는 기판의 열처리 방법과 그에 사용하는 연속식 열처리로에 관한 것이다.

최근 벽걸이 텔레비젼이나 멀티미디어용 디스플레이로서 이용할 수 있는 대화면 플랫 패널 디스플레이(이하,「FPD」라고 한다)의 실용화가 착착 진행되고 있다. 이러한 대화면 FPD로서는 자발광형으로 넓은 시야각을 갖고, 품질 표시가 양호하다는 품질면의 장점와, 제작 공정이 간단하고 대형화가 용이하다는 제조면에서의 장점을 겸비한 플라즈마 디스플레이 패널(이하,「PDP」라고 한다)이 가장 유력한 후보로서 거론되고 있다.

PDP의 제조는, 예컨대 도 5에 도시한 바와 같이 전면(前面) 유리, 배면 유리로 칭하는 대형 유리 기판의 표면에 인쇄, 건조, 소성의 공정을 여러 번 반복하는후막법(厚膜法)에 의해 전극, 유도체, 형광체 등의 여러 가지 부재를 하나하나 형성해 가서, 최종적으로 전면 유리와 배면 유리를 밀봉 부착함으로써 행해진다.

이 PDP용 유리 기판과 같은 막 형성 소재를 포함하는 기판의 열처리는 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 간헐적으로 반송하기 위한 반송 수단을 구비한 연속식 열처리로를 사용해서 각 가열실을 개별적으로 온도 제어함으로써 원하는 온도 곡선에 따라 승온, 보온 및 강온(降溫)하는 방법으로 행하는 것이 일반적이다.

이와 같이 구획된 가열실에서 열처리를 행하는 것은 기판 표면의 온도를 가능한 한 균일하게 하기 위해서이다. 기판 표면의 온도 분포가 큰 상태에서 열처리를 행하면 기판이나 기판 상에 형성한 부재(막)에 왜곡이 생기고, 또한 이로 인해서 균열, 파손 등의 결함이 생긴다. 각 가열실은 기판을 얹어 놓은 세터(setter)를 일반적으로는 1장 내포하는 크기를 갖고, 피열처리체의 반송 방향(노의 길이 방향) 및 노의 폭 방향으로 몇 개로 분할된 가열 수단이 설치되어 있다.

이들 분할된 가열 수단은 일반적으로 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도를 제어할 수 있도록 구성되어 있어, 종래의 막 형성 소재를 포함하는 기판의 열처리에 있어서는 구획된 각 가열실 내의 온도(분위기 온도)가 각각 일정해지도록 각 가열 수단의 온도 제어가 이루어졌다.

통상, 각 가열실 사이에는 인접한 가열실로부터의 열적 영향을 막기 위해서 칸막이 벽 등이 설치되어 있지만, 온도 설정이 상이한 인접한 가열실 사이에서는상호 열적 영향을 완전히 방지하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 각 가열실 내의 온도가 일정해지도록 가열 수단의 온도를 제어하더라도, 그 가열실 내에서 소정 시간 열처리를 받은 기판의 온도는 인접한 다른 가열실로부터의 열적 영향에 의해 반송 방향에서 차이를 보이게 되어 균일한 열처리 품질을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 인접한 가열실에의 피열처리체의 반송은 롤러 컨베이어, 체인 컨베이어, 워킹 빔 등의 어떠한 반송 수단을 이용하더라도 수십 초 내지 수분의 시간이 필요하기 때문에, 설정 온도가 상이한 인접한 가열실 사이에서 기판을 반송할 때는 이동처의 가열실로 보다 빠르게 보내지는 반송 방향의 전방부(기판의 노의 출구 측에 가까운 부위)와 지연되어 보내지는 후방부(기판의 노의 입구 측에 가까운 부위)에서 아무래도 열 이력에 차이가 생기며, 그 결과 기판 내에 온도 분포가 생겨 버린다고 하는 문제가 있었다.

그리고, 한 번의 반송에서 생기는 온도 분포는 근소한 것이더라도, 종래의 실내 온도가 일정하게 제어된 가열실에서는 가열실 내로 반송된 기판의 응답 속도가 느리고, 일단 생긴 기판 내의 온도 분포는 여간해서 해소되지 않기 때문에, 가열실 사이의 반송을 반복할 때마다 온도 분포가 누적되어 점차로 커져 간다. 특히, PDP용 대형 유리 기판 등의 열처리에 있어서는 이러한 반송 시에 생기는 기판 내의 온도 분포에 의해서도 기판이나 기판에 형성되는 막의 왜곡이 생기고, 더욱 심한 경우에는 기판의 균열이 생기는 경우가 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 가열실 내에서막 형성 소재를 포함하는 기판의 열처리를 행할 때에 실내의 평균 온도가 상이한 다른 인접한 가열실로부터의 열적 영향에 의해 기판 내에 온도 분포가 생기는 것을 억제하고, 기판 전체를 균일하게 열처리할 수 있는 기판의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 설정 온도가 상이한 인접한 가열실 사이에서 막 형성 소재를 포함하는 기판을 반송할 때에 생긴 기판 내부 온도 분포를 빠른 시기에 해소할 수 있는 기판의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이들 열처리 방법에 적절하게 사용할 수 있는 연속식 열처리로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 제1 열처리 방법에 따른 실시예의 일례를 보여주는 설명도로서, (a)는 가열 수단의 구성을 개략적으로 보여주고, (b)는 평탄 설정 시의 가열 수단의 설정 온도를 보여주며, (c)는 구배 설정 시의 가열 수단의 설정 온도를 보여주고, (d)는 피열처리체인 유리 기판과 해당 기판 상에 설치된 온도계의 위치를 보여준다.

도 2는 제2 열처리 방법에 따른 실시예의 일례를 도시한 설명도로서, (a)∼(f)는 각각 승온 영역이 인접한 가열실 사이에서의 기판의 이동과 해당 이동 시의 설정 온도의 변화를 보여준다.

도 3은 재생 버너 구조의 일례를 보여주는 개요도이다.

도 4는 연속 전송 방식의 반송 수단을 이용한 경우의 반송 속도의 변경 타이밍을 보여주는 설명도로서, (a)는 가속 개시 시기, (b)는 최고 속도의 유지 기간, (c)는 감속 개시 시기를 각각 보여준다.

도 5는 PDP의 제조 공정을 보여주는 공정도이다.

도 6은 Si 함침 SiC의 적외선 조사율을 보여주는 그래프이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 기판

3, 5: 가열실

7: 칸막이 벽

13: 복사관

15: 축열체

본 발명에 따르면, 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도 제어가 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로를 사용해서 막 형성 소재를 포함하는 기판을 열처리하는 방법으로서, 상기 복수 개의 가열실 중 인접한 다른 가열실의 적어도 한 쪽과 실내의 평균 온도가 상이한 가열실에서는, 해당 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도를 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어해서 가열실 내의 온도에 구배를 마련함으로써 해당 가열실 내에서 열처리되고 있는 기판에 대해 인접한 다른 가열실이 미치는 열적 영향을 상쇄시켜 상기 기판을 균일하게 열처리하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리 방법(제1 열처리 방법)이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도 제어가 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로를 사용해서 막 형성 소재를 포함하는 기판을 열처리하는 방법으로서, 설정 온도가 상이한 인접한 가열실 사이에서 기판을 반송할 때에 각 가열실의 온도 설정을 해당 기판의 반송에 동조시켜 변화시킴으로써, 해당 반송 공정에서 생긴 기판 내의 온도 분포를 빠른 시기에 해소하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리 방법(제2 열처리 방법)이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로써 개별적으로 온도 제어가 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로로서, 상기 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도가 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어할 수 있는 온도 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로(제1 열처리로)가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로써 개별적으로 온도 제어가 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로로서, 인접한 가열실 사이에서 피열처리체를 반송할 때에 각 가열실의 온도 설정을 해당 피열처리체의 반송에 동조시켜 변화시킬 수 있는 온도 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로(제2 열처리로)가 제공된다.

본 발명의 제1 열처리 방법에 사용되는 연속식 열처리로는 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비한다. 각 가열실에는 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할된 가열 수단이 설치되어 있다. 이들 분할된 가열 수단은 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도를 제어할 수 있게 되어 있다.

또한, 상기 반송 수단에는 인접한 가열실로 피열처리체를 간헐적으로 반송하는 간헐 전송 방식의 반송 수단을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서,「간헐적으로 반송한다」라는 것은 노의 입구 측으로부터 n 번째의 가열실에서 피열처리체를 정지시켜 소정 시간 열처리를 행한 후, 해당 피열처리체를 가급적 신속히 인접한 노의 입구 측으로부터 n+1 번째의 가열실로 이동시키고, 다시 피열처리체를 정지시켜 소정 시간 열처리를 행하는 조작을 반복하는 반송 방법을 말한다. 이러한 반송 방법이 가능한 한도에서 반송 수단의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 워킹 빔을 사용하거나, 롤러 컨베이어, 체인 컨베이어를 간헐적으로 구동시킬 수도 있다.

제1 열처리 방법에서는 상기한 바와 같이 구획된 복수 개의 가열실 중 인접한 다른 가열실의 적어도 한 쪽(노의 입구측 방향과 인접한 가열실과 노의 출구측 방향과 인접한 가열실의 어느 한 쪽 또는 양 쪽)과 실내의 평균 온도가 상이한 가열실에서, 해당 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도를 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어해서 가열실 내의 온도에 구배를 마련함으로써, 해당 가열실 내에서 열처리되고 있는 막 형성 소재를 포함하는 기판에 대해 인접한 다른 가열실이 미치는 열적 영향을 상쇄시킨다.

즉, PDP용 유리 기판과 같은 막 형성 소재를 포함하는 기판(이하, 단순히「기판」이라고 한다)은 일반적으로 각 가열실을 순차적으로 이동하면서 원하는 온도 곡선에 따라 승온, 보온, 강온(냉각) 공정을 거쳐서 열처리되지만, 예컨대 기판의 온도를 올리는 승온 영역의 가열실에서는 노의 출구 측과 가까운 것일수록 실내의 평균 온도가 높게 설정되기 때문에, 승온 영역의 가열실 내로 반송된 기판은 노의 입구 측에 가까운 부위에서는 인접한 실내 평균 온도가 보다 낮은 가열실의 열적 영향을 받아 기판의 온도가 목표치보다 낮아지기 쉽고, 반대로 노의 출구 측에 가까운 부위에서는 인접한 실내 평균 온도가 보다 높은 가열실의 열적 영향을 받아 기판의 온도가 목표치보다 높아지기 쉽다.

이 때문에, 종래와 같이 각 가열실 내의 온도가 각각 일정해지도록 가열 수단의 온도를 제어했다고 해도, 인접한 다른 가열실이 기판에 미치는 열적 영향에 의해 기판 내에 반송 방향의 온도 분포가 생기고, 기판이나 기판에 형성된 막의 왜곡, 균열, 파손 등의 결함의 원인이 된다.

그러므로, 제1 열처리 방법에서는, 인접한 다른 가열실의 열적 영향에 의해 기판 온도가 목표치보다 낮아지기 쉬운 부위를 가열하는 가열 수단에 대해서는 그 열적 영향에 의한 온도 저하를 상쇄시키도록 설정 온도를 높은 값으로 제어해서 해당 부위 주변의 분위기 온도를 상승시키고, 반대로 인접한 다른 가열실의 열적 영향에 의해 기판 온도가 목표치보다 높아지기 쉬운 부위를 가열하는 가열 수단에 대해서는 그 열적 영향에 의한 온도 상승을 상쇄시키도록 설정 온도를 낮은 값으로 제어해서 해당 부위 주변의 분위기 온도를 하강시키도록 함으로써, 동일한 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도를 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어해서 가열실 내의 온도에 구배를 마련한다.

예컨대, 인접한 가열실과의 실내 평균 온도의 차이가 70℃인 승온 영역의 가열실 상부(노의 천정)에 도 1(a)와 같이 A∼I의 9개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도 제어가 가능한 가열 수단을 설치해서 40 인치의 PDP용 유리 기판을 가열하는 경우에 있어서, 도 1(b)와 같이 분할된 가열 수단(A∼I)의 설정 온도를 전부 동일하게 했을 때(평탄 설정)와, 도 1(c)와 같이 중앙부의 가열 수단(D∼F)의 설정 온도(337℃)에 대해 입구측 가열 수단(G∼I)의 설정 온도를 높은 값(342℃)으로 하고, 출구측 가열 수단(A∼C)의 설정 온도를 낮은 값(332℃)으로 했을 때(구배 설정)에, 소정 시간 가열한 뒤 기판의 온도 분포를 조사하면 도 1(d)와 같이 ①∼⑨의 9개소에 온도계를 설치한 유리 기판의 해당 각 설치 개소의 온도와 그 편차는 표 1과 같이 되고, 평탄 설정시보다 구배 설정시 쪽이 기판 내의 온도 분포가 작았다.

	측정치(℃)	편차
	①		②	③	④	⑤	⑥	⑦	⑧	⑨
평탄 설정	250	251	257	240	242	244	235	236	240	22
구배 설정	224	222	225	224	222	228	227	226	230	8

제1 열처리 방법에서는, 이와 같이 동일한 가열실 내에서 분할된 각 가열 수단의 설정 온도를 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어해서 가열실 내의 온도에 구배를 마련함으로써, 인접한 다른 가열실이 기판에 미치는 열적 영향을 상쇄시켜 유리 기판을 균일하게 열처리한다. 그리고, 기판의 온도를 내리는 강온 영역의 가열실에 대해서는 입구측 가열 수단의 설정 온도를 낮은 값으로 제어하고, 출구측 가열 수단의 설정 온도를 높은 쪽의 값으로 제어해서, 상기한 예와는 반대의 온도 구배를 마련함으로써 기판의 균열화(均熱化)를 달성할 수 있다.

가열실 내의 온도 구배의 설정 목적으로는 기판을 승온, 보온 및 강온(냉각) 공정으로 열처리하는 경우에 있어서, 기판이 보온을 행하는 가열실에 존재할 때에 해당 기판의 최고 온도 부위와 최저 온도 부위의 온도차(ΔT)가 6℃ 이하가 되도록 온도 구배를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 노 벽 등으로부터의 열적 영향에 의해 노의 폭 방향에서도 기판의 온도 분포가 생기는 경우에는, 가열 수단을 피열처리체의 반송 방향(노의 길이 방향)뿐만 아니라 노의 폭 방향으로도 분할해서, 각 가열 수단의 설정 온도를 해당 폭 방향에서도 다른 값이 되도록 제어하여 가열실 내에 온도 구배를 마련함으로써 상기 열적 영향을 상쇄시켜 보다 균일한 열처리를 행하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명의 제2 열처리 방법에 대해 설명한다. 전술한 제1 열처리 방법은 동일한 가열실 내에 기판 전체가 존재하는 상태에서의 균열화(均熱化)를 목적으로 하고 있는 데 반하여, 제2 열처리 방법은 기판이 인접한 가열실 사이를 이동할 때에 생기는 온도 분포의 해소를 목적으로 해서 이루어진 것이다.

제2 열처리 방법에서도, 전술한 제1 열처리 방법에서 사용되는 열처리로와 동일한 기본 구조를 갖는 열처리로가 사용되지만, 이 방법에서는 각 가열실의 온도설정을 시종 고정하지 않고, 설정 온도가 상이한 인접한 가열실 사이에서 기판을 반송할 때에 각 가열실의 온도 설정을 해당 기판의 반송에 동조시켜 변화시킨다.

예컨대, 전술한 바와 같이 승온 영역의 가열실에서는 노의 출구 측에 가까울 수록 실내의 평균 온도가 높게 설정되기 때문에, 승온 영역이 인접한 가열실 사이에서 유리 기판을 반송할 때는 기판의 전방부(기판의 노의 출구 측에 가까운 부위)로부터 설정 온도가 보다 높은 이동처의 가열실 내로 보내진다.

이 때문에, 이동처의 가열실에 먼저 보내지는 기판의 전방부와, 지연되어 보내지는 후방부(기판의 노의 입구 측에 가까운 부위)에서는 상이한 열 이력을 받아 기판 내에 온도 분포가 생겨 버리게 되지만, 기판 전체가 동일한 가열실 내에 존재하는 상태에서의 균열화(均熱化)만을 고려해서 가열실의 온도 설정을 고정해 두면, 이 반송 시에 생긴 온도 분포가 해소되지 않고 가열실 사이에서 반송을 반복할 때마다 누적되어 증대한다.

그러므로, 제2 열처리 방법에서는, 예컨대 도 2와 같이 각 가열실의 온도 설정을 기판의 반송에 동조시켜 변화시킨다. 도면 중 3과 5는 각각 승온 영역이 인접한 가열실이며, 1은 피열처리체가 되는 기판이다.

우선, 도 2(a)에 도시한 기판(1)의 정지 상태에서, 각 가열실(3, 5)의 온도는 전술한 제1 열처리 방법에서 예시한 바와 같이 입구측 가열 수단의 온도를 높은 값으로 하고, 출구측 가열 수단의 온도를 낮은 값으로 제어해서 소정 온도의 구배가 이루어진 상태로 설정되어 있다.

그리고, 상기 온도 설정에서 소정 시간의 열처리가 이루어진 후 기판(1)의 반송이 시작되고, 도 2(b)와 같이 기판(1) 전방부의 1/3 정도가 이동처의 가열실(5)로 들어간 시점으로부터 각 가열실의 입구측 설정 온도가 서서히 상승하기 시작한다. 또한, 도 2(c)와 같이 기판(1)의 이동 진행에 맞추어 입구측 설정 온도는 연속적으로 계속 상승하고, 도 2(d)와 같이 기판(1)이 이동처의 가열실(5)로 완전히 들어간 시점에서 각 가열실의 입구측 설정 온도는 최고 온도에 달한다.

이와 같이 기판(1)이 이동 전의 가열실(3)로부터 보다 설정 온도가 높은 이동처의 가열실(5)로 이동함에 따라 각 가열실의 입구측 설정 온도를 상승시켜 가면, 지연되어 이동처의 가열실로 들어오는 기판(1)의 보다 후방 부위만큼 이동처의 가열실 입구 부근에서 신속히 승온되어 먼저 고온에 노출된 보다 전방 부위의 온도에 조속히 따라 붙을 수 있다.

그리고, 도 2(e)와 같이, 기판(1)이 소정 위치에 정지한 뒤 각 가열실의 입구측 설정 온도는 서서히 강하하고, 도 2(f)와 같이 소정의 온도 구배로 되돌아간 시점으로부터 소정 시간의 열처리가 행해지며, 다시 다음 가열실로의 이동이 시작된다.

제2 열처리 방법에서는, 이와 같이 설정 온도가 상이한 인접한 가열실 사이에서 기판을 반송할 때에 각 가열실의 온도 설정을 해당 기판의 반송에 동조시켜 변화시킴으로써 반송 공정에서 생긴 기판 내의 온도 분포를 빠른 시기에 해소한다. 또한, 온도를 내리는 강온 영역이 인접한 가열실 사이에서 기판을 반송할 때는, 상기한 예와는 반대로 유리 기판의 이동에 동조시켜 가열실의 입구측 설정 온도를 서서히 강하시킴으로써 마찬가지로 반송 시에 생긴 온도 분포의 조기 해소를 꾀할 수 있다.

또한, 상기한 예에서는 가열실의 입구측 설정 온도를 변화시켰지만, 상황에 따라 가열실의 출구측 설정 온도를 변화시키거나, 가열실내 전체의 설정 온도를 변화시킬 수도 있다. 그리고, 상기한 예와 같이 각 가열실 내의 설정 온도에 구배를 마련하지 않고 가열실내 전체의 설정 온도에 차이가 없는 상태로 온도를 변화시켜도 좋다.

다음으로, 본 발명의 열처리 방법에 적절하게 사용할 수 있는 연속식 열처리로에 대해 설명한다. 우선, 제1 열처리 방법을 실시하는 데에 적절한 연속식 열처리로(제1 열처리로)는, 전술한 바와 같이 그 기본적인 구성으로서 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비한다. 각 가열실에는 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할된 가열 수단이 설치되어 있고, 이들 분할된 가열 수단은 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도를 제어할 수 있게 되어 있다.

또한, 이 연속식 열처리로는 그 특징적인 구성으로서 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도가 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어할 수 있는 온도 제어 장치를 가지며, 이에 따라 전술한 제1 열처리 방법을 용이하게 실시할 수 있다.

제2 열처리 방법을 실시하는 데에 적절한 연속식 열처리로(제2 열처리로)도기본적인 구성은 마찬가지이지만, 그 특징적인 구성으로서 인접한 가열실 사이에서 피열처리체를 반송할 때에 각 가열실의 온도 설정을 해당 피열처리체의 반송에 동조시켜 변화시킬 수 있는 온도 제어 장치를 가지며, 이에 따라 전술한 제2 열처리 방법을 용이하게 실시할 수 있다.

상기한 어떤 열처리로에서도 가열 수단으로서는 온도 제어가 용이한 전기 히터를 사용하는 것이 바람직하지만, 운전 비용의 면에서 유리한 가스 연소식 간접 가열식 버너(복사관 버너)를 가열 수단의 일부 또는 전부에 사용할 수 있다. 또한, 복사관에는 스트레이트형, 싱글엔드형, U자형 등이 있지만, 이들 중 어떤 것을 사용해도 좋다. 또한, 가스 연소식 간접 가열식 버너로는 축열체를 내장한 배열(排熱) 회수형의 재생 버너가 바람직하다.

도 3은 재생 버너의 구조의 일례를 보여주는 개요도로서, 복사관(13)의 양끝에 각각 버너와 세라믹 벌집형 등으로 이루어지는 축열체(15)를 구비하고 있다. 이 복사관(13)의 양끝에 구비한 버너를 교대로 전환해서 연소시키면 높은 에너지 절약 효과를 얻을 수 있다.

즉, 복사관의 일단의 버너가 연소하고 있을 때는 복사관의 타단으로부터 배기를 행하면서 배열을 축열체로 회수하고, 상기 타단 버너로 연소를 전환했을 때에는 축열체로 회수한 배열을 이용해서 연소 공기를 예열함으로써 버너 가열에 필요한 연료 사용량을 줄일 수 있다. 또한, 짧은 주기로 전환을 행함으로써 복사관 표면의 온도 분포가 작아져서 균일한 가열이 가능해진다.

가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에는 머플을 배치하는 것이 바람직하고, 그 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 가열 수단으로부터 발생되는 열을 일단 머플로 받음으로써 머플로부터 원적외선 또는 근적외선이 조사되기 때문에 피열처리체를 보다 신속히 가열하는 것이 가능해지기 때문이다. 또한, 해당 머플로 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역을 기밀적으로 격리함으로써 피열처리체의 이동 영역에서의 청정도가 확보된다고 하는 효과도 있다.

머플을 구성하는 적외선 조사율이 높은 재질로는 SiC를 함유하는 소결체가 바람직하며, 그 중에서도 Si 함침 SiC가 특히 바람직하다. Si 함침 SiC는 탄화규소와 탄소를 주성분으로 하는 성형체를 금속 규소가 존재하는 감압의 불활성 가스 분위기 또는 진공 중에서 금속 규소를 함침시키면서 소결시킴으로써 얻는 것이며, 예컨대 결정화 유리와의 비교에서도 도 6에 도시한 바와 같이 현저히 높은 적외선 조사율을 나타내고, 또한 열전도율도 매우 높다.

반송 수단에는 전술한 바와 같은 피열처리체를 간헐적으로 반송하는 간헐 전송 방식의 것과, 피열처리체를 각 가열실에 정지시키지 않고 항상 이동시키면서 연속적으로 반송하는 연속 전송 방식의 것이 있다. 본 발명에서는 간헐 전송 방식의 반송 수단이 적절하게 이용되지만, 피열처리체의 온도를 올리는 승온 영역의 가열실 사이 및 피열처리체의 보온을 행하는 보온 영역의 가열실 사이의 반송에는 연속 전송 방식의 반송 수단을 사용하고, 피열처리체의 온도를 내리는 강온(냉각) 영역의 가열실 사이의 반송에는 간헐 전송 방식의 반송 수단을 이용하는 것과 같이 구역에 따라 양자를 구별지어 사용해도 좋다.

다만, 상기한 바와 같이 승온 영역의 가열실 사이 및 보온 영역의 가열실 사이의 반송에 연속 전송 방식의 반송 수단을 이용할 경우에는, 피열처리체가 인접한 가열실 사이에 걸친 상태로 이동할 때에 생기는 온도 분포를 작게 하기 위해서, 피열처리체 전체가 동일한 가열실 내에 위치하는 기간의 반송 속도에 대해, 피열처리체가 인접한 가열실 사이에 걸친 상태로 이동하는 기간의 반송 속도를 충분히 빠르게 할 필요가 있다. 구체적으로는, 전자의 기간의 반송 속도에 대해 후자의 기간의 반송 속도가 20배 이상인 것이 바람직하고, 50배 이상이면 더욱 바람직하다. 이러한 반송 속도의 변경이 가능한 연속 전송 방식의 반송 수단으로는, 예컨대 롤러 컨베이어나 체인 컨베이어를 들 수 있다.

반송 속도 변경의 구체적인 타이밍으로는, 예컨대 도 4(a)와 같이 피열처리체인 기판(1)의 선단이 이동 전의 가열실(3)과 이동처의 가열실(5)을 구획하는 칸막이 벽(7)의 전방측 하부에 도달한 시점으로부터 반송 속도의 가속을 행하여 최고 속도에 도달한 후, 도 4(b)와 같이 기판(1)이 가열실(3, 5) 사이에 걸친 상태로 있는 동안은 그 상태를 유지한다. 그리고, 도 4(c)와 같이 기판(1)의 후단이 칸막이 벽(7)의 이면측 하부에 도달한 시점부터 감속해서 기판(1) 전체가 가열실 내에 위치하고 있는 동안은 소정의 저속도로 반송한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가열실 내에서 막 형성 소재를 포함하는 기판을 열처리할 때에, 실내의 평균 온도가 상이한 다른 인접한 가열실로부터의 열적 영향에 의해 기판 내에 온도 분포가 생기는 것을 억제해서 기판 전체를 균일하게 열처리할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 설정 온도가 상이한 인접한 가열실 사이에서 막 형성 소재를 포함하는 기판을 반송할 때에 생긴 기판 내부의 온도 분포를 빠른 시기에 해소할 수 있다.

Claims (29)

1. 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도 제어 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로를 사용해서 막 형성 소재를 포함하는 기판을 열처리하는 방법에 있어서,

   상기 복수 개의 가열실 중 인접한 다른 가열실의 적어도 한 쪽과 실내의 평균 온도가 상이한 가열실에서는, 해당 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도를 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어해서 가열실 내의 온도에 구배를 마련함으로써, 해당 가열실 내에서 열처리되고 있는 기판에 대해 인접한 다른 가열실이 미치는 열적 영향을 상쇄시켜 상기 기판을 균일하게 열처리하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 반송 수단은 인접한 가열실로 피열처리체를 간헐적으로 반송하는 간헐 전송 방식의 반송 수단인 것을 특징으로 하는 기판의 열처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판을 승온, 보온 및 강온 공정으로 열처리하는 경우에 있어서, 상기 기판이 보온을 행하는 가열실에 존재할 때 해당 기판의 최고 온도부위와 최저 온도 부위의 온도차(ΔT)가 6℃ 이하가 되도록 가열실 내의 온도에 구배를 마련하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리 방법.
4. 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도 제어 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로를 사용해서 막 형성 소재를 포함하는 기판을 열처리하는 방법에 있어서,

   설정 온도가 상이한 인접한 가열실 사이에서 기판을 반송할 때에, 각 가열실의 온도 설정을 해당 기판의 반송에 동조시켜 변화시킴으로써, 해당 반송 공정에서 생긴 기판 내의 온도 분포를 빠른 시기에 해소하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 반송 수단은 인접한 가열실로 피열처리체를 간헐적으로 반송하는 간헐 전송 방식의 반송 수단인 것을 특징으로 하는 기판의 열처리 방법.
6. 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로온도 제어 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로에 있어서,

   상기 가열실에 설치된 각 가열 수단의 설정 온도가 피열처리체의 반송 방향에서 다른 값이 되도록 제어할 수 있는 온도 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
7. 제6항에 있어서, 상기 가열 수단은 전기 히터인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
8. 제6항에 있어서, 상기 가열 수단의 일부 또는 전부가 가스 연소식 간접 가열식 버너인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
9. 제8항에 있어서, 상기 가스 연소식 간접 가열식 버너는 축열체를 내장한 배열 회수형의 재생 버너인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
10. 제6항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
11. 제7항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
12. 제8항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
13. 제9항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
14. 제10항에 있어서, 상기 적외선 조사율이 높은 재질은 SiC를 함유하는 소결체 인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
15. 제6항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반송 수단은 인접한 가열실로 피열처리체를 간헐적으로 반송하는 간헐 전송 방식의 반송 수단인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
16. 제6항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 피열처리체의 온도를 올리는 승온 영역의 가열실 사이 및 피열처리체의 보온을 행하는 보온 영역의 가열실 사이의 반송에는 연속 전송 방식의 반송 수단을 사용하고, 피열처리체의 온도를 내리는 강온 영역의 가열실 사이의 반송에는 간헐 전송 방식의 반송 수단을 사용하는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
17. 제16항에 있어서, 상기 연속 전송 방식의 반송 수단은 피열처리체 전체가 동일 가열실 내에 위치하는 기간의 반송 속도에 대해, 피열처리체가 인접한 가열실 사이에 걸친 상태로 이동하는 기간의 반송 속도를 20배 이상으로 할 수 있는 속도 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
18. 피열처리체의 반송 방향에 대해 구획된 복수 개의 가열실과, 인접한 가열실로 피열처리체를 반송하기 위한 반송 수단을 구비하고, 각 가열실에 적어도 피열처리체의 반송 방향에 대해 몇 개로 분할되어 각각이 독립된 제어계로서 개별적으로 온도 제어가 가능한 가열 수단이 설치된 연속식 열처리로에 있어서,

    인접한 가열실 사이에서 피열처리체를 반송할 때에, 각 가열실의 온도 설정을 해당 피열처리체의 반송에 동조시켜 변화시킬 수 있는 온도 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
19. 제18항에 있어서, 상기 가열 수단은 전기 히터인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
20. 제18항에 있어서, 상기 가열 수단의 일부 또는 전부가 가스 연소식 간접 가열식 버너인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
21. 제20항에 있어서, 상기 가스 연소식 간접 가열식 버너는 축열체를 내장한 배열 회수형의 재생 버너인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
22. 제18항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
23. 제19항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
24. 제20항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
25. 제21항에 있어서, 상기 가열 수단과 피열처리체의 이동 영역 사이에 머플이 배치되고, 이 머플의 일부 또는 전부가 적외선 조사율이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
26. 제22항에 있어서, 상기 적외선 조사율이 높은 재질은 SiC를 함유하는 소결체 인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
27. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반송 수단은 인접한 가열실로 피열처리체를 간헐적으로 반송하는 간헐 전송 방식의 반송 수단인 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
28. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 피열처리체의 온도를 올리는 승온 영역의 가열실 사이 및 피열처리체의 보온을 행하는 보온 영역의 가열실 사이의 반송에는 연속 전송 방식의 반송 수단을 사용하고, 피열처리체의 온도를 내리는 강온 영역의 가열실 사이의 반송에는 간헐 전송 방식의 반송 수단을 사용되는 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.
29. 제28항에 있어서, 상기 연속 전송 방식의 반송 수단은 피열처리체 전체가 동일 가열실 내에 위치하는 기간의 반송 속도에 대해, 피열처리체가 인접한 가열실 사이에 걸친 상태로 이동하는 기간의 반송 속도를 20배 이상으로 할 수 있는 속도 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 연속식 열처리로.