TWI331671B - Air intake and exhaust system for substrate baking furnace - Google Patents

Description

1331671 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種對液晶顯示裝置用玻璃基板、PDP(電 漿顯示面板）用玻璃基板和半導體晶圓等之薄板狀電子元 件用基板（以下簡稱「基板」）進行燒成處理之基板燒成爐 的供排氣系統。 【先前技術】 於彩色;慮光片之一製造製程中，有對藉由噴墨附著彩色 墨水之玻璃基板進行燒成之製程。此燒成製程藉由在升溫 至預定之燒成溫度的燒成爐中，於大氣環境下，將玻璃基 板保持預定時間而進行。此外，於玻璃基板上形成金屬配 線之情形，於同樣之燒成爐中，於氮氣等惰性氣體環境下 燒成玻璃基板。無論哪種燒成處理製程，均由於包含於玻 璃基板上之彩色墨水等被燒成物中的有機溶劑揮發或氧 化’產生許多有機物並擴散到大氣中。 因此，燒成處理中，於不斷將清潔的熱風傳送至燒成爐 之同時，亦連續進行排氣，以使有機物不滯留於燒成爐 中因不可將自燒成爐排出之含有多量有機物的氣體未經 處理即排放至大氣中，故進行了藉由洗縣器等收集排氣中 之有機物的處理。 另-方面’從節能觀點來看，亦嘗試使自燒成爐排出之 熱風與新供給至燒成爐之氣體之間進行熱交換。即，若用 ,滌：處理燒成爐排出之氣體，被帶走之熱能量變得非常 夕’仗而能源效率惡化，因此，此嘗試係將排出之氣體與 121897.doc io/l 新供給之氣體導入熱交換器中，藉由使其等之間進行熱交 換’回收來自燒成爐之排出熱量。 因若將燒成爐排出之氣體未經處理便導入熱交換器，則 有機物附著於熱交換器内之結構物上而造成網眼堵塞，故 必須於使排出氣體進行觸媒處理且分解有機物之後導入熱 交換器。關於對從爐内排出之排出氣體進行觸媒處理後， 導入熱父換器之技術’揭示於例如專利文獻1。 [專利文獻1]曰本專利特開200 uoim 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] …、:而即使對自玻璃基板燒成爐排出之氣體進行觸媒處 理亦無法充分除去有機物，其結果，於較短時間内熱交換 器由於附著物而堵塞，結果因無法長時間連續運轉，因此 裝置運行率變低，經濟性差。 因此，實際上大多藉由洗滌器處理自燒成爐排出之氣 疋因此if形除上述之低能源效率之外，亦必須 理後之廢液進行處理，故存在運行成本變高之問題。、 处本發明㈣於上述問題而進行者，#目的在於提供一種 二、效率π並可長期穩定運行之基板燒成爐之供排氣系 [解決問題之技術手段] 為解決^述問題，請求⑹之發明具備：基板燒成爐， 二具有收容基板並進行燒成處理之爐體1自前述爐體排 之熱風播環並再次供給至前述爐體之循環通道、設置於 121897.doc 此外，若藉由笋來 流入熱交換器之熱風明’：於自觸媒單元排出而 壓力之壓力差遠 、〃自熱交換器排出之熱排氣的 故旁通通道於熱交=二上之時點，使旁通通道動作， 之時點動作，可:::::::造中附著某數量之有機物 側附近具備供觸:單…氣 == 板燒成處理之情形，亦可於觸媒單元發 2機物之熱分解和氧化分解，使觸媒單元之出口側溫度 達到向溫，提高熱交換器之熱交換效率。 【實施方式】 明 以下-邊參照圖式一邊就本發明之實施形態進行詳細說 〇 ^係顯示本發明相關之基板燒成爐之供排氣系統的重 要部位構成之概略圖。此外，圖2係從上方看基板燒成爐 斷面圖基板燒成爐1係燒成搭載有彩色墨水等的方型 破螭基板W(本發明所稱之基板）之熱風爐。基板燒成爐1具 備·收谷玻璃基板W進行燒成處理之爐體使自爐體1〇 排出之熱風循環，再次供給至爐體1 〇之循環通道20 ;設置 於循環通道20上使熱風循環之風扇21 ;和設置於循環通道 20上，使熱風加熱之加熱器22。 爐體10係基板燒成爐1之本體部’可多階段收容玻璃基 板w(於本實施形態中為40階段）之框體。爐體10之内側為 略呈四方體形之熱處理空間19。於爐體1〇之内壁面内設有 12 >897.d〇c 1331671 省略圖示之複數個叉子。各叉子係從爐體1G之内壁面朝向 熱處理空間19沿水平方向延伸設置。沿水平方向並列之複 數個叉子構成1階段之棚架，且該棚架形成為4〇階段。於 各階段棚架上，可以水平姿勢載置-牧玻璃基板W。 於爐體1 0之正面側（圖2之紙面左側）設置隔栅式之百葉 窗11。百葉窗11由多階段積層複數個隔栅所構成。於各隔 柵上附設省略圖示之升降驅動機構’使各隔柵可升降。圖 外之搬運機器人對於基板燒成爐丨搬出搬入玻璃基板w 時，與该棚架高度幾乎相同之位置的隔柵上升，以僅使與 搬出搬入之棚架相對部位做存取用開口。若如此，可將玻 璃基板W之搬出搬入時之開口設為所需最小限度，且可將 伴隨搬出搬入之熱能源洩露控制於最小限度。再者，因在 驅動百葉窗11較下部之隔柵時，亦連動驅動該隔柵上階段 之隔柵，故必須設置可獲得與下部之隔柵相當大小之扭矩 之驅動機構。 於爐體1 0之側面，相對設置有向熱處理空間丨9供給熱風 之吹出口 12及排放熱風之排氣口 14。即，於本實施形態之 基板燒成爐1，從爐體1〇之一側面供給之熱風沿玻璃基板 w表面’水平方向地流向熱處理空間19内，並流向相對側 側面。吹出口 12及排氣口 14設置於爐體10之内壁面中至少 與收容玻璃基板W之整個多階段棚架對應之高度的位置。 故此’可向收容於爐體10内之玻璃基板…均勻供給熱風， 進行均質之熱處理》 於吹出口 12設置對應高溫之耐熱HEPA過濾器13。耐熱 121897.doc 1331671 HEPA過遽器η係去除包含於經由循環通道2G所送執風中 之微粒，形成清潔之熱風。$-方面，於排氣口 14，設置 全面配置複數個通氣孔之沖孔金屬15。流經熱處理空^ 之熱風從沖孔金屬15之通風孔排向循環通道2〇。再者於 爐體i。之内壁面中與百葉窗U相對之壁面係由無排氣孔： 構件形成之爐壁。此外’於爐體1〇之内壁面中，亦可於除 百葉窗"和#之相對之壁面之外之兩方配置與沖孔金二 相同者。

循環通道20係連通爐體10之排氣口 14與吹出口 12之氣體 可通過之通道，且其構成具有於爐體1〇之外壁面和覆蓋基 板燒成爐1整體之耐熱壁之内壁面之間形成之空間。於基 板燒成爐1之循環通道20，設置有風扇21和加熱器22。於 本實施形態，於循環通道20之上游側設置風扇21，而於下 游側6又置加熱器22(P4倒數L1 6-1 5)。所謂循環通道2〇之上 游側係靠近爐體10之排氣口 14—侧，相反地，所謂下游側 係靠近吹出口 12—側》風扇21具體如圖2所示，設置於靠 近並與排氣口 14相對之部位。風扇21具備電動機21a和旋 轉葉片21b’藉由電動機21 a使旋轉葉片2lb旋轉，於循環 通道2 0中產生從上游側向下游側流動之氣流（即從排氣口 14向吹出口 12之氣流）。再者’於圖2雖然設置2個風扇 2 1，但是風扇2 1之設置數為任意。 加熱器22設置於與爐體1〇之百葉窗u相對之爐壁與基板 燒成爐1之耐熱壁之間。加熱器22對流經循環通道20之熱 風進行再次加熱。於本實施形態之基板燒成爐1，藉由循 12l897.doc 13 技通道20之上游側之風扇21所送出之氣流藉由下游側之加 熱器加熱後’ #由耐熱HEPA過據器13淨化，從吹出口 U 供給至熱處理空間19。然後’從爐體ι〇之排氣心排出之 熱風再次藉由風扇21送往循環通道2〇之下游側。再者，於 圖2雖然設置3個加熱器22’但是加熱器22之設置數為任 思、0 如以上所述，基板燒成爐丨作為所謂熱風循環型之燒成 爐構成，在加熱玻璃基板辦，不斷再加熱從爐體1〇排出 之熱風後返回。藉由不斷向爐體10供給新的熱風，熱處理 空間19之溫度被維持在預定之燒成溫度（於本實施形態， 於200。(：〜3 0(TC範圍内根據處理進行設定）。 但是，如上所述，若加熱玻璃基板w，則藉由使玻璃基 板W上之被燒成物（彩色墨水等）所含之有機溶劑揮發或氣 化而產生报多有機物。因於熱處理空間19不斷形成熱風 之氣流，故從玻璃基板冒游離出之有機物與氣流同時從排 氣口 Μ流向循環通道20。若使基板燒成爐丨之熱風循環系 統構成完全關閉之系統，則新的有機物的燒成由於大量有 機物而被抑制，以及耐熱HEPA過濾器13網眼急速堵塞、 劣化，故於本實施形態，向循環通道2〇供給新的氣體，並 從循環通道20進行排氣。 作為排氣通道，於循環通道2〇中，於從加熱器22至爐體 10之氣體吹出口 12之加熱後熱風通過領域2〇a與排氣管3〇 連通連接。而且，於排氣管30上配置觸媒單元31。觸媒單 元31内藏有用於分解有機物之白金（Pt)觸媒。此處，於本 121897.doc 1331671 40b 0 此外’於用於向執交換玲$ ^紐 Π…父換线供給新氣體（空氣或 惰性氣體）之供氣通道40〇設有置= ” π 1 —通閥44。此三通闊44

與旁通管4Gb連接（P5倒數L9卜切換三通閥44以選擇經由 熱交細5〇向供氣管4〇供給新供給之氣體或者不瘦由執六 換器5〇,而經由旁通管40b向供氣管4〇供氣。於新供：之 氣體通過旁通管40b之情形，旁通管杨不經由埶交換器 50,而發揮直接向循環通㈣供氣之旁通通道之作用。、無 論新供給之氣體流過哪―通道，最終都流人供氣管，其供 給流量由流量調節閥42調節。 …、 成熱交換器50進行從觸媒單元31排出之熱風和新供給至循 環通道20之氣體的熱交換。本實施形態之熱交換器係蓄 熱式熱交換器，使自觸媒單元31排出並由排氣㈣供給之 向溫熱風，與自供氣通道4〇c供給之較低溫氣體於蓄熱部

之元件處相互接觸’介以元件’將排出熱風保有之熱量、傳 遞給新供給之氣體。 此外，於本實施形態之供排氣系統設有控制部9〇。作為 控制部90硬體之構成與普通之電腦相同。即，控制部9〇具 備進行各種計算處理之CPU、記憶並讀出基本製程程式之 專用記憶體之ROM'記,隐各種資訊並自由讀‘寫記憶體之 RAM(P6L5-6)及記憶控制用應用及資訊等之磁碟等。栌制 邛9〇與流量調節閥32、42及三通閥44電性連接，控制哕等 之動作。此外，控制部90亦控制基板燒成爐丨之各動作部 (例如風扇2!、加熱器22、百葉窗丨丨之升降驅動機構）之動 »2)897.d〇, 1331671 此’比藉由加熱器22加埶後之馇 周n ‘·，、谈之燒成溫度南數十。C高溫之敎 几的邛y刀將立即流入觸媒單元3 J。 白^加熱器22加熱後之高溫熱風立即流人觸媒單元31盘 =接觸’則白金觸媒亦變成高溫，包含於自循環通 =排出之熱風中的有機物將被高效率地分解。此時，於 月性氣體環境中燒成玻璃基板料，於 機物之熱分解，而於空氣€璜中m 早兀1發生有 轧衣境中燒成時，於觸媒單元31同

日f發生有機物之埶分解和邀 …、刀解和氧化刀解。其結果，含於從自循 衣^20排放到排氣管3〇之熱風中的有機物幾乎全部被分 解為無害之物質。 、:觸媒早7L 31中有機物大部分被分觸且淨化之熱風通過 流量調節閥32,流入熱交換器5〇β另一方面，於玻璃基板 w上進行通常之燒成處理時，設定三通閥44，以使新供給 ^氣體經過熱交換器5〇。#，關閉旁通管顿。藉此，於 熱交換器5G’ &自觸媒單元31排出之高溫熱風與新供給至 循環通道20之低溫氣體之間進行熱交換，排氣氣體溫度下 降之同時，供氣氣體之溫度上升。此時，因包含於自循環 通道20向排氣管3〇排出之熱風中之有機物幾乎完全被分 解，故熱交換器50内之元件等的有機物附著非常少，可防 止熱父換器5 0之網眼堵塞。 通過熱交換器5〇且溫度降低的排氣氣體經由熱排氣通道 3〇&被排放到外部之排熱管道等。毫無疑問，此排氣氣 现中亦幾乎不包含有機物。另一方面，通過熱交換器50且 概度上升之供氣氣體經由分歧管40a流入供氣管4〇，通過 121897.doc -18- 1331671 流量調節閥42流入循環通道2〇。因新供給之氣體流入循環 通道2〇之風扇21附近（即，加熱器22之上游側，故不會令 吹出至熱處理空間19之熱風溫度下降，而且將藉由加熱器 22加熱後從吹出口丨2供給至熱處理空間19。 右如此，藉由加熱器22加熱後之高溫熱風將立即流入觸 媒單元31，i效率佳地分解熱風中包含之有機&，故有機 物為乎全部被分解。其結果，因於熱交換器5〇之内部構造 附著之有機物被控制在最小限度，故可使熱交換器5〇長時 間穩定地運轉。若能夠使用熱交換器5〇進行供氣氣體與排 氣氣體之間之熱交換，則可提高基板燒成爐1之供排氣系 統之能源效率。 此外，特別是於空氣環境中進行燒成處理之情形，於觸 媒單元3丨上同時發生有機物之熱分解和氧化分解，其結果 顯示觸媒單元31之人口側溫度係近似於燒成溫度之溫度， 但於出口側溫度為上升約20(rc之升溫。通常，於熱交換 器高溫側流體之溫度越高，越可獲得良好之熱效率，若約 400°C以上之高溫的排出氣體流入熱交換器5〇，則可獲得 更佳之能源效率者。毫無疑問，若從基板燒成爐】來看， 藉由於觸媒單7031追加分解熱可藉由供氣獲得藉由排氣自 身排放之熱量以上的熱量。 此外，於基板燒成爐1設置計數收容於爐體1〇内進行燒 成處理之玻璃基板W之枚數的計數器91。作為該計數器 91，可係檢測玻璃基板W是否載置於各個棚架上之光學傳 感器等的硬體計數機構，亦可係識別從處理流程收容於爐 121897.doc 1331671 體10之玻璃基板w之牧數的軟體計數機構。藉由計數器91 計數之處理中的玻璃基板w的枚數以電信號被傳輸至控制 部90。然後，控制部90根據藉由計數器91計數之玻璃基板 W之牧數而控制流量調節閥32及流量調節閥42，調節自循 環通道20之排氣量及向循環通道2〇之供氣量。具體言之， 進行燒成處理之玻璃基板W的枚數越多，與之成正比發生 之有機物量亦變多’故控制部9〇控制流量調節閥32、42 , 使來自循環通道20的排氣量及供給循環通道2〇之供氣量變 多。若如此，因於流入觸媒單元31中之排氣氣體中包含之 有機物的氣體中濃度大致穩定，故白金觸媒穩定地發揮作 用。此外’當進行燒成處理之玻璃基板w的牧數少時，可 減；供排氣量，降低從基板燒成爐i之循環通道2〇帶走之 熱能，相反地，玻璃基板W之枚數多時，可增加供排氣 量’儘可能於早期排出已產生之有機物。 此外，控制部90控制流量調節閥32、42,使自循環通道 2〇之排氣量比向循環通道20之供氣量多一些。若如此，爐 體10之内部不斷形成對於外部大氣為若干負壓狀態，即使 於搬入搬出玻璃基板W開放百葉窗n時’亦可抑制有機物 向爐外泄漏和熱擴散。 若藉由本實施形態之供排氣系統，有機物幾乎不附著於 熱交換器5G之元件等的内部結構，但是若長期進行連續運 行’仍不可避免地會慢慢發生有機物之附著。當有機物附 著於熱交換器50之内部構造，則形成所謂網眼堵塞狀態， 產生邀力損失。為此，基於入口側壓力計33及出口側壓力 121897.doc •20· 1331671 計34之壓力檢測結果，控制部9〇對自觸媒單元3丨排出並流 入熱交換器5G之熱風的壓力與自熱交換器％排出之熱排氣 壓力之壓力差進行檢測。然後，當其壓力差超過所規定之 間值以上時，控制部90切換三通閥44 ’使新供給之氣體通 過旁通管40b。於此狀態下，新供給之氣體不會通過熱交 換益50於疋，於熱父換器5〇，一方面高溫之排氣氣體持 續流入，另一方面因不再供給低溫氣體，故不再發生熱交

換’熱交換器50之元件等的溫度上升。其結果，附著於熱 交換器5G之内部構造的有機物藉由熱量而再度昇華並被排 出。即，藉由使新供給之氣體流入旁通管4〇b，從熱交換 器50之内部構造去除有機物，實施清潔處理。但是，因進 行此清潔處理時不完全進行熱交換而能源效率降低，故控 制部90切換三通閥44，以使人口㈣力計33與出口側廢力 計34之壓力差達到不^狀值時，新供給之氣體再次通過 熱交換器50。

以上，就本發明之實施形態進行了說明，但是本發明只 要不脫離其宗旨’除上述以外，可進行種種之變更。例 如，與本發明相關之供排氣系統亦可係圖3所示者。於圖3 中，就與圖1相同之要素標註相同符號。圖3中之供排氣系 統與圖1不同者係於觸媒單元31中設置供給空氣(或氧氣 空氣供給管6〇。线供給管6G通過熱交換器5G，與排氣管 之觸媒單元31之人口側附近連通連接。再者，為實現此 構成’於圖3之系統中’於排氣管3〇中自加熱後熱風通過 Q域2〇a稍距離之位置配置觸媒單元31。，於排氣管％ 121897.doc 21 與循環通道2G連接之分歧連接點與觸媒單心之間連通連 接空氣供氣管60。 於圖3之系統中，自供氣管4〇供給氮氣等惰性氣體，循 環通道20及爐體Π)之内部為惰性氣體環境。自與之不同通 道之空氣供氣管6G向排氣管3G之觸媒單元31人口側附近供 、。於…父換器5G升溫之空氣（或氧氣）。再者，因係於排氣 管30之最上游位置供給空氣，所以，可防止該空氣倒流， 流入惰性氣體環境之循環通道2{)。#高溫空氣被供給至觸 媒單元31之入口側附近時，與於空氣環境下進行燒成處理 之情形相同’於觸媒單元31同時發生有機物之熱分解與氧 化分解，觸媒單元3 i之出口側溫度變得比入口側溫度還 高。其結果，可提高熱交換器5〇之熱交換效率，使能源效 率更佳。再者，毫無疑問地，圖3之系統係亦可適用於從 供氣管40供給空氣並進行玻璃基板w之大氣燒成處理者。 此外，循環通道2 〇之構成並非限定於如圖2所示之形熊 者，而係連通爐體10之排氣口14和吹出口12之氣體可通過 之流路，於其上游側設置風扇2 i，於下游側設置加熱器之 構成即可。因此，例如為使基板燒成爐丨之外壁面板易於 開放，亦可於爐體10之底部配置加熱器22。 此外，使用旁通管40b之熱交換器50的清潔處理亦可與 入口側壓力計33與出口側壓力計34之壓力差無關地隔一定 間隔實行。 此外’於熱交換器5〇之清潔處理中，亦可藉由使用旁通 官4 0b ’進而一起使用於排氣入口另行設置之例如喷出高 121897.doc •22- 1331671 溫、高壓之過熱蒸氣的過熱蒸氣喷嘴，以較短時間提高清 潔程度。 此外，熱交換器50並非限定於蓄熱式熱交換器者，亦可 係帶有供排氣交替通過之通道的板式熱交換器等。 此外，可收容於基板燒成爐丨之爐體10内之玻璃基板W 的枚數並非限定於40故者，可為任意數量。 此外，藉由具備本發明相關之供排氣系統之基板燒成爐 之燒成處理對象之基板，並非限定於玻璃基板…者，亦可 是半導體晶圓。此外，被燒成物之墨水亦可係跑道用、 ITO電極（麵錫氧化物之透明電極）用等。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本發明相關之基板燒成爐供排氣系統之重要 部份結構的概略圖。 圖2係從上方所見基板燒成爐之斷面圖。 圖3係顯不本發明相關之基板燒成爐之供排氣系統之其 他例之概要圖。 【主要元件符號之說明】 1 基板燒成爐 10 爐體 12 吹出D 13 耐熱HEPA過濾器 14 排氣口 20 循環通道 20a 加熱後熱風通過區域 121897.doc -23- 1331671 21 風扇 22 加熱器 30 排氣管 31 觸媒單元 32、42 流量調節閥 33 入口側壓力計 34 出口側壓力計 40 供氣管 40b 旁通管 50 熱交換器 90 控制部 91 計數器 W 玻璃基板 121897.doc -24-

Claims (1)

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第096122127號專利_請案 t文申請專利範圍替換本(99年7月） 十、申請專利範圍： .-種基板燒之供排氣线，其特徵在於具備·· 基板燒成爐，其具有收容基板並進行燒成處理之爐 體、使自前述爐體排出之熱風循環再次供給至前述爐體 之循環通道、設置於前料環料使行循環之風 扇、及設置於前述循環通道對熱風進行加熱之加熱器，· 觸媒單元，其具有用於分解自前述循環通道排出之轨 風中所含之有機物的觸媒；及 熱交換器，其係對自前述觸媒單元排出之熱風和新供 給至别述循環通道的氣體進行熱交換； ^中於前述循環通道中，從自前述加熱器至前述爐體 之風體吹出口之加熱後熱風通過區域向前述觸媒單元排 出熱風。 2. 如請求項1之基板燒成爐之供排氣系統，其中前述觸媒 3. 單元係以面對前述加熱後熱風通過區域之方式配置。 如明求項1之基板燒成爐之供排氣系統，其中進而呈 備： 〃 對收容於前述爐體並正在進行燒成處理之基板的枚數 進行計數之計數機構； 據藉由如述计數機構計數的基板牧數而控制來自前 述循％通逭之排氣量及向前述循環通道之供氣量的流量 控制機構。 4.如晴求項1之基板燒成爐之供排氣系統，其中進而具備 不、··二由4述熱交換器而直接對前述循環通道進行新供氣 121897-990727.doc 1331671 - 竹年；7月々日修(¾正替換頁 . 之旁通通道。 5. 如請求項4之基板燒成爐之供排氣系統，其中進而具 備： 檢測由自前述觸媒單元排出並流入前述熱交換器之熱 風的壓力與自前述熱交換器排出之熱排氣之壓力的壓力 差之壓力損失檢測機構’ 於前述壓力差達到預定值以上之時點，使前述旁通通 道動作之供氣通道切換機構。 6. 如請求項1之基板燒成爐之供排氣系統，其中前述基板 燒成爐於惰性氣體環境中進行基板之燒成處理， 於前述觸媒單元之入口側附近進而具備供給空氣或氧 • 氣之空氣供應管路。 121897-990727.doc