JP3683166B2 - 基板の熱処理方法及びそれに用いる連続式熱処理炉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイパネル用のガラス基板に代表される膜形成素材を含む基板の熱処理方法とそれに用いる連続式熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、壁掛けテレビやマルチメディア用ディスプレイとして利用できる大画面フラットパネルディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」という。）の実用化が着々と進行しつつある。このような大画面ＦＰＤとしては、自発光型で広い視野角を持ち、品質表示が良いという品質面のメリットと、作製プロセスが簡単で大型化が容易という製造面でのメリットを兼ね備えた、プラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」という。）が最有力候補として挙げられている。
【０００３】
ＰＤＰの製造は、例えば図３に示すように、前面ガラス、背面ガラスと称する大型ガラス基板の表面に、印刷、乾燥、焼成の工程を複数回繰り返す厚膜法により、電極、誘導体、蛍光体等の種々の部材を逐次形成して行き、最終的に前面ガラスと背面ガラスとを封着することにより行われる。
【０００４】
このＰＤＰ用ガラス基板のような膜形成素材を含む基板の熱処理は、被熱処理体の搬送方向に対して区画された複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を間欠的に搬送するための搬送手段とを備えた連続式熱処理炉を使用し、各加熱室を個別に温度制御することにより、所望の温度曲線に従って、昇温、保温、及び降温する方法で行うのが一般的である。
【０００５】
このように区画された加熱室にて熱処理を行うのは、基板表面の温度をできる限り均一にするためである。基板表面の温度分布が大きい状態で熱処理を行うと基板や基板上に形成した部材（膜）に歪みが生じ、更にこれに起因して割れ、欠け等の欠陥が生じる。各加熱室は、基板を載置したセッターを、一般的には１枚内包する大きさを持ち、被熱処理体の搬送方向（炉の長手方向）及び炉の幅方向に対していくつかに分割された加熱手段が設けられている。
【０００６】
それら分割された加熱手段は、一般に、各々が独立した制御系にて個別に温度制御できるようになっており、従来の膜形成素材を含む基板の熱処理においては、区画された各加熱室内の温度（雰囲気温度）がそれぞれ一定となるように各加熱手段の温度制御がなされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、各加熱室間には、隣接する加熱室からの熱的影響を防ぐために隔壁などが設けられているが、温度設定の異なる隣接する加熱室間では、相互の熱的影響を完全に防止することは困難である。このため、前記のように、各加熱室内の温度が一定となるように加熱手段の温度を制御しても、その加熱室内で所定時間熱処理を受けた基板の温度は、隣接する他の加熱室からの熱的影響によって、搬送方向で異なりを見せるようになり、均一な熱処理品質が得られないという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、加熱室内で膜形成素材を含む基板の熱処理を行う際に、室内の平均温度が異なる他の隣接する加熱室からの熱的影響によって、基板内に温度分布が生じるのを抑制し、基板全体を均一に熱処理することができる基板の熱処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、その熱処理方法に好適に用いることのできる連続式熱処理炉を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被熱処理体の搬送方向に対して区画されているが隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備え、各加熱室に、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割され、各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段が設けられた連続式熱処理炉を用いて、膜形成素材を含む基板を熱処理する方法であって、前記複数の加熱室のうち、隣接する他の加熱室の少なくとも一方と室内の平均温度が異なる加熱室においては、当該加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度を、昇温工程及び降温工程において被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることにより、当該加熱室内にて熱処理されている基板に対して、隣接する他の加熱室が及ぼす熱的影響を相殺し、前記基板を均一に熱処理することを特徴とする基板の熱処理方法、が提供される。
【００１３】
更に、本発明によれば、被熱処理体の搬送方向に対して区画されているが隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備え、各加熱室に、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割され、各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段が設けられた連続式熱処理炉であって、前記加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度が被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることができる温度制御装置を有することを特徴とする連続式熱処理炉、が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の熱処理方法に使用される連続式熱処理炉は、被熱処理体の搬送方向に対して区画された複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備える。各加熱室には、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割された加熱手段が設けられている。それら分割された加熱手段は、各々が独立した制御系にて個別に温度制御できるようになっている。
【００１６】
なお、前記搬送手段には、隣接する加熱室へ被熱処理体を間欠的に搬送する間欠送り方式の搬送手段を用いることが好ましい。ここで、「間欠的に搬送する」とは、炉の入口側からｎ番目の加熱室にて被熱処理体を静止させて所定時間熱処理を行った後、当該被熱処理体を可及的速やかに隣接する炉の入口側からｎ＋１番目の加熱室に移動し、再び被熱処理体を静止させて所定時間熱処理を行うという操作を繰り返す搬送方法をいう。このような搬送方法が可能な限りにおいて、搬送手段の種類は特に限定されず、例えばウォーキングビームを用いたり、ローラーコンベア、チェーンコンベアを間欠的に駆動させてもよい。
【００１７】
本発明の熱処理方法では、前記のように区画された複数の加熱室のうち、隣接する他の加熱室の少なくとも一方（炉の入口側方向に隣接する加熱室と炉の出口側方向に隣接する加熱室の何れか一方又は両方）と室内の平均温度が異なる加熱室において、当該加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度を被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることにより、当該加熱室内にて熱処理されている膜形成素材を含む基板に対して、隣接する他の加熱室が及ぼす熱的影響を相殺する。
【００１８】
すなわち、ＰＤＰ用ガラス基板のような膜形成素材を含む基板（以下、単に「基板」という。）は、一般に、各加熱室を順次移動しながら、所望の温度曲線に従い、昇温、保温、降温（冷却）という工程を経て熱処理されるが、例えば基板の昇温を行う昇温域の加熱室では、炉の出口側に近いものほど室内の平均温度が高く設定されるので、昇温域の加熱室内に搬送された基板は、炉の入口側に近い部位においては、隣接する室内平均温度のより低い加熱室の熱的影響を受けて、基板の温度が目標値より低くなりやすく、逆に炉の出口側に近い部位においては、隣接する室内平均温度のより高い加熱室の熱的影響を受けて、基板の温度が目標値より高くなりやすい。
【００１９】
このため、従来のように各加熱室内の温度がそれぞれ一定となるように加熱手段の温度を制御したとしても、隣接する他の加熱室が基板に対して及ぼす熱的影響によって、基板内に搬送方向の温度分布が生じ、基板や基板に形成された膜の歪み、割れ、欠け等の欠陥の原因となる。
【００２０】
そこで、本発明の熱処理方法においては、隣接する他の加熱室の熱的影響によって基板温度が目標値より低くなりやすい部位を加熱する加熱手段については、その熱的影響による温度低下を相殺するように設定温度を高い値に制御して当該部位周辺の雰囲気温度を上昇させ、逆に隣接する他の加熱室の熱的影響によって基板温度が目標値より高くなりやすい部位を加熱する加熱手段については、その熱的影響による温度上昇を相殺するように設定温度を低い値に制御して当該部位周辺の雰囲気温度を下降させるというように、同一の加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度を被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設ける。
【００２１】
例えば、隣接する加熱室との室内平均温度の差が７０℃である昇温域の加熱室の上部（炉天井）に、図１(ａ)のようにＡ〜Ｉの９つに分割され各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段を設けて、４０インチのＰＤＰ用ガラス基板の加熱を行う場合において、図１(ｂ)のように分割された加熱手段Ａ〜Ｉの設定温度をすべて同一としたとき（平坦設定）と、図１(ｃ)のように中央部の加熱手段Ｄ〜Ｆの設定温度（３３７℃）に対し、入口側の加熱手段Ｇ〜Ｉの設定温度を高めの値（３４２℃）とし、出口側の加熱手段Ａ〜Ｃの設定温度を低めの値（３３２℃）としたとき（勾配設定）とで、所定時間加熱した後の基板の温度分布を調べると、図１(ｄ)のように(1)〜(9)の９箇所に温度計を設置したガラス基板の当該各設置箇所の温度とその偏差は表１のようになり、平坦設定時より勾配設定時のほうが基板内の温度分布が小さかった。
【００２２】
【表１】
【００２３】
本発明の熱処理方法では、上記したように、隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない構成において、同一の加熱室内において、分割された各加熱手段の設定温度を被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることにより、隣接する他の加熱室が基板に及ぼす熱的影響を相殺して、ガラス基板を均一に熱処理する。なお、基板の降温を行う降温域の加熱室については、入口側の加熱手段の設定温度を低めの値に制御し、出口側の加熱手段の設定温度を高めの値に制御して、前記の例とは逆の温度勾配を設けることにより、基板の均熱化を達成することができる。
【００２４】
加熱室内の温度勾配の設定の目安としては、基板を、昇温、保温及び降温（冷却）という工程で熱処理する場合において、基板が保温を行う加熱室に存在するときに、当該基板の最高温度の部位と最低温度の部位との温度差ΔＴが６℃以下となっているように、温度勾配を設定することが好ましい。
【００２５】
また、炉壁等からの熱的影響により、炉の幅方向においても基板の温度分布が生じるような場合には、加熱手段を被熱処理体の搬送方向（炉の長手方向）のみならず、炉の幅方向にも分割し、各加熱手段の設定温度を当該幅方向においても異なる値となるように制御して、加熱室内に温度勾配を設けることにより、前記熱的影響を相殺し、より均一な熱処理を行うことが可能である。
【００３７】
次に、本発明の熱処理方法に好適に使用できる連続式熱処理炉について説明する。まず、本発明の熱処理方法を実施するのに好適な連続式熱処理炉は、前述のように、その基本的な構成として、被熱処理体の搬送方向に対して区画された複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備える。各加熱室には、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割された加熱手段が設けられており、それら分割された加熱手段は、各々が独立した制御系にて個別に温度制御できるようになっている。
【００３８】
また、この連続式熱処理炉は、その特徴的な構成として、加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度が被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることができる温度制御装置を有し、これにより本発明の熱処理方法を容易に実施することができる。
【００４０】
前記の熱処理炉においては、加熱手段としては温度制御が容易な電気ヒーターを用いることが好ましいが、運転コストの面で有利なガス燃焼式間接加熱式バーナー（ラジアントチューブバーナー）を加熱手段の一部又は全部に用いてもよい。なお、ラジアントチューブには、ストレート型、シングルエンド型、Ｕ字型などがあるが、それらの何れを用いてもよい。また、ガス燃焼式間接加熱式バーナーとしては、蓄熱体を内蔵した排熱回収型のリジェネレーティブバーナーが好ましい。
【００４１】
図２はリジェネレーティブバーナーの構造の一例を示す概要図であり、ラジアントチューブ１３の両端にそれぞれバーナーとセラミックハニカム等からなる蓄熱体１５とを備えている。このラジアントチューブ１３の両端に備えたバーナーを交互に切り替えて燃焼させると、高い省エネ効果が得られる。
【００４２】
すなわち、チューブの一端のバーナーが燃焼しているときは、チューブの他端から排気を行いつつ排熱を蓄熱体で回収し、当該他端のバーナーに燃焼を切り替えた際に、蓄熱体で回収した排熱を利用して燃焼空気を予熱することにより、バーナー加熱に要する燃料使用量を低減できる。また、短い周期で切り替えを行うことによりラジアントチューブ表面の温度分布が小さくなり、均一な加熱が可能となる。
【００４３】
加熱手段と被熱処理体の移動領域との間には、マッフルを配置することが好ましく、そのマッフルの一部又は全部が赤外線照射率の高い材質からなるものであることが特に好ましい。加熱手段から発せられる熱を、一旦、マッフルで受けることにより、マッフルから遠赤外線若しくは近赤外線が照射されるため、被熱処理体をより迅速に加熱することが可能となるからである。また、当該マッフルで加熱手段と被熱処理体の移動領域とを機密的に隔離することにより、被熱処理体の移動領域におけるクリーン度が確保されるという効果もある。
【００４４】
マッフルを構成する赤外線照射率の高い材質としては、ＳｉＣを含有する焼結体が好ましく、中でもＳｉ含浸ＳｉＣが特に好ましい。Ｓｉ含浸ＳｉＣは、炭化珪素と炭素とを主成分とする成形体を、金属珪素が存在する減圧の不活性ガス雰囲気又は真空中にて、金属珪素を含浸させながら焼結させることによって得られるものであり、例えば結晶化ガラスとの比較においても、図４に示すように顕著に高い赤外線照射率を示し、また、熱伝導率も非常に高い。
【００４５】
搬送手段には、前述したような被熱処理体を間欠的に搬送する間欠送り方式のものと、被熱処理体を各加熱室に静止させず、常に移動させながら連続的に搬送する連続送り方式のものとがある。本発明においては、間欠送り方式の搬送手段が好適に用いられるが、被熱処理体の昇温を行う昇温域の加熱室間及び被熱処理体の保温を行う保温域の加熱室間の搬送には、連続送り方式の搬送手段を用い、被熱処理体の降温（冷却）を行う降温域の加熱室間の搬送には間欠送り方式の搬送手段を用いるというように、区域によって両者を使い分けるようにしてもよい。
【００４６】
ただし、前記のように昇温域の加熱室間及び保温域の加熱室間の搬送に連続送り方式の搬送手段を用いる場合には、被熱処理体が隣接する加熱室間に跨った状態で移動している際に生ずる温度分布を小さくするため、被熱処理体の全体が同一加熱室内に位置している期間の搬送速度に対して、被熱処理体が隣接する加熱室間に跨った状態で移動している期間の搬送速度を十分に速くする必要がある。具体的には前者の期間の搬送速度に対して、後者の期間の搬送速度が２０倍以上であることが好ましく、５０倍以上であると更に好ましい。このような搬送速度の変更が可能な連続送り方式の搬送手段としては、例えばローラーコンベアやチェーンコンベアを挙げることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない構成において、加熱室内で膜形成素材を含む基板を熱処理する際に、室内の平均温度が異なる他の隣接する加熱室からの熱的影響によって、基板内に温度分布が生じるのを抑制し、基板全体を均一に熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の熱処理方法に係る実施形態の一例を示す説明図で、(ａ)は加熱手段の構成の概略を示し、(ｂ)は平坦設定時における加熱手段の設定温度を示し、(ｃ)は勾配設定時における加熱手段の設定温度を示し、(ｄ)は被熱処理体であるガラス基板と当該基板上に設置された温度計の位置を示す。
【図２】 リジェネレーティブバーナーの構造の一例を示す概要図である。
【図３】 ＰＤＰの製造工程を示す工程図である。
【図４】 Ｓｉ含浸ＳｉＣの赤外線照射率を示すグラフである。
【符号の説明】
１３…ラジアントチューブ、１５…蓄熱体。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイパネル用のガラス基板に代表される膜形成素材を含む基板の熱処理方法とそれに用いる連続式熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、壁掛けテレビやマルチメディア用ディスプレイとして利用できる大画面フラットパネルディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」という。）の実用化が着々と進行しつつある。このような大画面ＦＰＤとしては、自発光型で広い視野角を持ち、品質表示が良いという品質面のメリットと、作製プロセスが簡単で大型化が容易という製造面でのメリットを兼ね備えた、プラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」という。）が最有力候補として挙げられている。
【０００３】
ＰＤＰの製造は、例えば図３に示すように、前面ガラス、背面ガラスと称する大型ガラス基板の表面に、印刷、乾燥、焼成の工程を複数回繰り返す厚膜法により、電極、誘導体、蛍光体等の種々の部材を逐次形成して行き、最終的に前面ガラスと背面ガラスとを封着することにより行われる。
【０００４】
このＰＤＰ用ガラス基板のような膜形成素材を含む基板の熱処理は、被熱処理体の搬送方向に対して区画された複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を間欠的に搬送するための搬送手段とを備えた連続式熱処理炉を使用し、各加熱室を個別に温度制御することにより、所望の温度曲線に従って、昇温、保温、及び降温する方法で行うのが一般的である。
【０００５】
このように区画された加熱室にて熱処理を行うのは、基板表面の温度をできる限り均一にするためである。基板表面の温度分布が大きい状態で熱処理を行うと基板や基板上に形成した部材（膜）に歪みが生じ、更にこれに起因して割れ、欠け等の欠陥が生じる。各加熱室は、基板を載置したセッターを、一般的には１枚内包する大きさを持ち、被熱処理体の搬送方向（炉の長手方向）及び炉の幅方向に対していくつかに分割された加熱手段が設けられている。
【０００６】
それら分割された加熱手段は、一般に、各々が独立した制御系にて個別に温度制御できるようになっており、従来の膜形成素材を含む基板の熱処理においては、区画された各加熱室内の温度（雰囲気温度）がそれぞれ一定となるように各加熱手段の温度制御がなされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、各加熱室間には、隣接する加熱室からの熱的影響を防ぐために隔壁などが設けられているが、温度設定の異なる隣接する加熱室間では、相互の熱的影響を完全に防止することは困難である。このため、前記のように、各加熱室内の温度が一定となるように加熱手段の温度を制御しても、その加熱室内で所定時間熱処理を受けた基板の温度は、隣接する他の加熱室からの熱的影響によって、搬送方向で異なりを見せるようになり、均一な熱処理品質が得られないという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、加熱室内で膜形成素材を含む基板の熱処理を行う際に、室内の平均温度が異なる他の隣接する加熱室からの熱的影響によって、基板内に温度分布が生じるのを抑制し、基板全体を均一に熱処理することができる基板の熱処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、その熱処理方法に好適に用いることのできる連続式熱処理炉を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被熱処理体の搬送方向に対して区画されているが隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備え、各加熱室に、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割され、各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段が設けられた連続式熱処理炉を用いて、膜形成素材を含む基板を熱処理する方法であって、前記複数の加熱室のうち、隣接する他の加熱室の少なくとも一方と室内の平均温度が異なる加熱室においては、当該加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度を、昇温工程及び降温工程において被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることにより、当該加熱室内にて熱処理されている基板に対して、隣接する他の加熱室が及ぼす熱的影響を相殺し、前記基板を均一に熱処理することを特徴とする基板の熱処理方法、が提供される。
【００１３】
更に、本発明によれば、被熱処理体の搬送方向に対して区画されているが隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備え、各加熱室に、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割され、各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段が設けられた連続式熱処理炉であって、前記加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度が被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることができる温度制御装置を有することを特徴とする連続式熱処理炉、が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の熱処理方法に使用される連続式熱処理炉は、被熱処理体の搬送方向に対して区画された複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備える。各加熱室には、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割された加熱手段が設けられている。それら分割された加熱手段は、各々が独立した制御系にて個別に温度制御できるようになっている。
【００１６】
なお、前記搬送手段には、隣接する加熱室へ被熱処理体を間欠的に搬送する間欠送り方式の搬送手段を用いることが好ましい。ここで、「間欠的に搬送する」とは、炉の入口側からｎ番目の加熱室にて被熱処理体を静止させて所定時間熱処理を行った後、当該被熱処理体を可及的速やかに隣接する炉の入口側からｎ＋１番目の加熱室に移動し、再び被熱処理体を静止させて所定時間熱処理を行うという操作を繰り返す搬送方法をいう。このような搬送方法が可能な限りにおいて、搬送手段の種類は特に限定されず、例えばウォーキングビームを用いたり、ローラーコンベア、チェーンコンベアを間欠的に駆動させてもよい。
【００１７】
本発明の熱処理方法では、前記のように区画された複数の加熱室のうち、隣接する他の加熱室の少なくとも一方（炉の入口側方向に隣接する加熱室と炉の出口側方向に隣接する加熱室の何れか一方又は両方）と室内の平均温度が異なる加熱室において、当該加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度を被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることにより、当該加熱室内にて熱処理されている膜形成素材を含む基板に対して、隣接する他の加熱室が及ぼす熱的影響を相殺する。
【００１８】
すなわち、ＰＤＰ用ガラス基板のような膜形成素材を含む基板（以下、単に「基板」という。）は、一般に、各加熱室を順次移動しながら、所望の温度曲線に従い、昇温、保温、降温（冷却）という工程を経て熱処理されるが、例えば基板の昇温を行う昇温域の加熱室では、炉の出口側に近いものほど室内の平均温度が高く設定されるので、昇温域の加熱室内に搬送された基板は、炉の入口側に近い部位においては、隣接する室内平均温度のより低い加熱室の熱的影響を受けて、基板の温度が目標値より低くなりやすく、逆に炉の出口側に近い部位においては、隣接する室内平均温度のより高い加熱室の熱的影響を受けて、基板の温度が目標値より高くなりやすい。
【００１９】
このため、従来のように各加熱室内の温度がそれぞれ一定となるように加熱手段の温度を制御したとしても、隣接する他の加熱室が基板に対して及ぼす熱的影響によって、基板内に搬送方向の温度分布が生じ、基板や基板に形成された膜の歪み、割れ、欠け等の欠陥の原因となる。
【００２０】
そこで、本発明の熱処理方法においては、隣接する他の加熱室の熱的影響によって基板温度が目標値より低くなりやすい部位を加熱する加熱手段については、その熱的影響による温度低下を相殺するように設定温度を高い値に制御して当該部位周辺の雰囲気温度を上昇させ、逆に隣接する他の加熱室の熱的影響によって基板温度が目標値より高くなりやすい部位を加熱する加熱手段については、その熱的影響による温度上昇を相殺するように設定温度を低い値に制御して当該部位周辺の雰囲気温度を下降させるというように、同一の加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度を被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設ける。
【００２１】
例えば、隣接する加熱室との室内平均温度の差が７０℃である昇温域の加熱室の上部（炉天井）に、図１(ａ)のようにＡ〜Ｉの９つに分割され各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段を設けて、４０インチのＰＤＰ用ガラス基板の加熱を行う場合において、図１(ｂ)のように分割された加熱手段Ａ〜Ｉの設定温度をすべて同一としたとき（平坦設定）と、図１(ｃ)のように中央部の加熱手段Ｄ〜Ｆの設定温度（３３７℃）に対し、入口側の加熱手段Ｇ〜Ｉの設定温度を高めの値（３４２℃）とし、出口側の加熱手段Ａ〜Ｃの設定温度を低めの値（３３２℃）としたとき（勾配設定）とで、所定時間加熱した後の基板の温度分布を調べると、図１(ｄ)のように(1)〜(9)の９箇所に温度計を設置したガラス基板の当該各設置箇所の温度とその偏差は表１のようになり、平坦設定時より勾配設定時のほうが基板内の温度分布が小さかった。
【００２２】
【表１】
本発明の熱処理方法では、上記したように、隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない構成において、同一の加熱室内において、分割された各加熱手段の設定温度を被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることにより、隣接する他の加熱室が基板に及ぼす熱的影響を相殺して、ガラス基板を均一に熱処理する。なお、基板の降温を行う降温域の加熱室については、入口側の加熱手段の設定温度を低めの値に制御し、出口側の加熱手段の設定温度を高めの値に制御して、前記の例とは逆の温度勾配を設けることにより、基板の均熱化を達成することができる。
【００２４】
加熱室内の温度勾配の設定の目安としては、基板を、昇温、保温及び降温（冷却）という工程で熱処理する場合において、基板が保温を行う加熱室に存在するときに、当該基板の最高温度の部位と最低温度の部位との温度差ΔＴが６℃以下となっているように、温度勾配を設定することが好ましい。
【００２５】
また、炉壁等からの熱的影響により、炉の幅方向においても基板の温度分布が生じるような場合には、加熱手段を被熱処理体の搬送方向（炉の長手方向）のみならず、炉の幅方向にも分割し、各加熱手段の設定温度を当該幅方向においても異なる値となるように制御して、加熱室内に温度勾配を設けることにより、前記熱的影響を相殺し、より均一な熱処理を行うことが可能である。
【００３７】
次に、本発明の熱処理方法に好適に使用できる連続式熱処理炉について説明する。まず、本発明の熱処理方法を実施するのに好適な連続式熱処理炉は、前述のように、その基本的な構成として、被熱処理体の搬送方向に対して区画された複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備える。各加熱室には、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割された加熱手段が設けられており、それら分割された加熱手段は、各々が独立した制御系にて個別に温度制御できるようになっている。
【００３８】
また、この連続式熱処理炉は、その特徴的な構成として、加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度が被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることができる温度制御装置を有し、これにより本発明の熱処理方法を容易に実施することができる。
【００４０】
前記の熱処理炉においては、加熱手段としては温度制御が容易な電気ヒーターを用いることが好ましいが、運転コストの面で有利なガス燃焼式間接加熱式バーナー（ラジアントチューブバーナー）を加熱手段の一部又は全部に用いてもよい。なお、ラジアントチューブには、ストレート型、シングルエンド型、Ｕ字型などがあるが、それらの何れを用いてもよい。また、ガス燃焼式間接加熱式バーナーとしては、蓄熱体を内蔵した排熱回収型のリジェネレーティブバーナーが好ましい。
【００４１】
図２はリジェネレーティブバーナーの構造の一例を示す概要図であり、ラジアントチューブ１３の両端にそれぞれバーナーとセラミックハニカム等からなる蓄熱体１５とを備えている。このラジアントチューブ１３の両端に備えたバーナーを交互に切り替えて燃焼させると、高い省エネ効果が得られる。
【００４２】
すなわち、チューブの一端のバーナーが燃焼しているときは、チューブの他端から排気を行いつつ排熱を蓄熱体で回収し、当該他端のバーナーに燃焼を切り替えた際に、蓄熱体で回収した排熱を利用して燃焼空気を予熱することにより、バーナー加熱に要する燃料使用量を低減できる。また、短い周期で切り替えを行うことによりラジアントチューブ表面の温度分布が小さくなり、均一な加熱が可能となる。
【００４３】
加熱手段と被熱処理体の移動領域との間には、マッフルを配置することが好ましく、そのマッフルの一部又は全部が赤外線照射率の高い材質からなるものであることが特に好ましい。加熱手段から発せられる熱を、一旦、マッフルで受けることにより、マッフルから遠赤外線若しくは近赤外線が照射されるため、被熱処理体をより迅速に加熱することが可能となるからである。また、当該マッフルで加熱手段と被熱処理体の移動領域とを機密的に隔離することにより、被熱処理体の移動領域におけるクリーン度が確保されるという効果もある。
【００４４】
マッフルを構成する赤外線照射率の高い材質としては、ＳｉＣを含有する焼結体が好ましく、中でもＳｉ含浸ＳｉＣが特に好ましい。Ｓｉ含浸ＳｉＣは、炭化珪素と炭素とを主成分とする成形体を、金属珪素が存在する減圧の不活性ガス雰囲気又は真空中にて、金属珪素を含浸させながら焼結させることによって得られるものであり、例えば結晶化ガラスとの比較においても、図４に示すように顕著に高い赤外線照射率を示し、また、熱伝導率も非常に高い。
【００４５】
搬送手段には、前述したような被熱処理体を間欠的に搬送する間欠送り方式のものと、被熱処理体を各加熱室に静止させず、常に移動させながら連続的に搬送する連続送り方式のものとがある。本発明においては、間欠送り方式の搬送手段が好適に用いられるが、被熱処理体の昇温を行う昇温域の加熱室間及び被熱処理体の保温を行う保温域の加熱室間の搬送には、連続送り方式の搬送手段を用い、被熱処理体の降温（冷却）を行う降温域の加熱室間の搬送には間欠送り方式の搬送手段を用いるというように、区域によって両者を使い分けるようにしてもよい。
【００４６】
ただし、前記のように昇温域の加熱室間及び保温域の加熱室間の搬送に連続送り方式の搬送手段を用いる場合には、被熱処理体が隣接する加熱室間に跨った状態で移動している際に生ずる温度分布を小さくするため、被熱処理体の全体が同一加熱室内に位置している期間の搬送速度に対して、被熱処理体が隣接する加熱室間に跨った状態で移動している期間の搬送速度を十分に速くする必要がある。具体的には前者の期間の搬送速度に対して、後者の期間の搬送速度が２０倍以上であることが好ましく、５０倍以上であると更に好ましい。このような搬送速度の変更が可能な連続送り方式の搬送手段としては、例えばローラーコンベアやチェーンコンベアを挙げることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない構成において、加熱室内で膜形成素材を含む基板を熱処理する際に、室内の平均温度が異なる他の隣接する加熱室からの熱的影響によって、基板内に温度分布が生じるのを抑制し、基板全体を均一に熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の熱処理方法に係る実施形態の一例を示す説明図で、(ａ)は加熱手段の構成の概略を示し、(ｂ)は平坦設定時における加熱手段の設定温度を示し、(ｃ)は勾配設定時における加熱手段の設定温度を示し、(ｄ)は被熱処理体であるガラス基板と当該基板上に設置された温度計の位置を示す。
【図２】 リジェネレーティブバーナーの構造の一例を示す概要図である。
【図３】 ＰＤＰの製造工程を示す工程図である。
【図４】 Ｓｉ含浸ＳｉＣの赤外線照射率を示すグラフである。
【符号の説明】
１３…ラジアントチューブ、１５…蓄熱体。
Claims (12)
- 被熱処理体の搬送方向に対して区画されているが隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備え、各加熱室に、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割され、各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段が設けられた連続式熱処理炉を用いて、膜形成素材を含む基板を熱処理する方法であって、
前記複数の加熱室のうち、隣接する他の加熱室の少なくとも一方と室内の平均温度が異なる加熱室においては、当該加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度を、昇温工程及び降温工程において被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることにより、当該加熱室内にて熱処理されている基板に対して、隣接する他の加熱室が及ぼす熱的影響を相殺し、前記基板を均一に熱処理することを特徴とする基板の熱処理方法。 - 前記搬送手段が、隣接する加熱室へ被熱処理体を間欠的に搬送する間欠送り方式の搬送手段である請求項１記載の熱処理方法。
- 前記基板を、昇温、保温及び降温という工程で熱処理する場合において、前記基板が保温を行う加熱室に存在するときに、当該基板の最高温度の部位と最低温度の部位との温度差ΔＴが６℃以下となっているように、加熱室内の温度に勾配を設ける請求項１記載の熱処理方法。
- 被熱処理体の搬送方向に対して区画されているが隣接する各加熱室の間にはシャッタを有しない複数の加熱室と、隣接する加熱室へ被熱処理体を搬送するための搬送手段とを備え、各加熱室に、少なくとも被熱処理体の搬送方向に対していくつかに分割され、各々が独立した制御系にて個別に温度制御可能な加熱手段が設けられた連続式熱処理炉であって、
前記加熱室に設けられた各加熱手段の設定温度が被熱処理体の搬送方向で異なる値となるように制御して、加熱室内の温度に勾配を設けることができる温度制御装置を有することを特徴とする連続式熱処理炉。 - 前記加熱手段が、電気ヒーターである請求項４記載の連続式熱処理炉。
- 前記加熱手段の一部又は全部が、ガス燃焼式間接加熱式バーナーである請求項４記載の連続式熱処理炉。
- 前記ガス燃焼式間接加熱式バーナーが、蓄熱体を内蔵した排熱回収型のリジェネレーティブバーナーである請求項６記載の連続式熱処理炉。
- 前記加熱手段と被熱処理体の移動領域との間に、マッフルが配置され、当該マッフルの一部又は全部が赤外線照射率の高い材質からなるものである請求項４ないし７の何れか１項に記載の連続式熱処理炉。
- 前記赤外線照射率の高い材質が、ＳｉＣを含有する焼結体である請求項８記載の連続式熱処理炉。
- 前記搬送手段が、隣接する加熱室へ被熱処理体を間欠的に搬送する間欠送り方式の搬送手段である請求項４ないし９の何れか１項に記載の連続式熱処理炉。
- 被熱処理体の昇温を行う昇温域の加熱室間及び被熱処理体の保温を行う保温域の加熱室間の搬送には、連続送り方式の搬送手段が用いられ、被熱処理体の降温を行う降温域の加熱室間の搬送には、間欠送り方式の搬送手段が用いられる請求項４ないし９の何れか１項に記載の連続式熱処理炉。
- 前記連続送り方式の搬送手段が、被熱処理体全体が同一加熱室内に位置している期間の搬送速度に対して、被熱処理体が隣接する加熱室間に跨った状態で移動している期間の搬送速度を２０倍以上にできるような速度変更可能なものである請求項１１記載の連続式熱処理炉。
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