(57)【要約】【課題】縦型の熱処理装置において、容器底側の開口部からの放熱を抑制するとともに、ボトムゾーンでの水平方向における熱の偏りを少なくし、さらには熱処理装置の製造コストおよび運用コストをより安価にすることができ、その上、熱処理条件にかかわらず被処理物の均熱性が高い状態を確保できるようにする。【解決手段】熱処理装置１は、チューブ３の周囲に配置されたヒータ２２と、被処理物１００を支持するための支持部５１が複数設けられた構成を有するラック４３と、上下方向において最も下側の被処理物１００の下方に配置されヒータ２２からの熱線をラック４３に支持された被処理物１００へ反射するための熱線反射部材５と、熱線反射部材５の位置を上下方向に変更する変位機構７と、を有している。【選択図】        図１
2022002251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を出し入れするための開口部が下端部に配置された縦型の容器と、
前記容器の周囲に配置されたヒータと、
前記被処理物を支持するための支持部が上下方向に離隔して複数設けられた構成を有し、前記容器内で複数の前記被処理物を保持するラックと、
前記上下方向において最も下側の前記被処理物の下方に配置され前記ヒータからの熱線を前記ラックに支持された前記被処理物へ反射するための熱線反射部材と、
前記ラックに対する前記熱線反射部材の位置を前記上下方向に変更するために前記熱線反射部材を変位させる変位機構と、
を備えている、熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記最も下側の前記被処理物の周囲の温度を検出するための温度センサをさらに備え、
前記変位機構は、前記温度センサで検出された検出温度に基づいて前記熱線反射部材を前記上下方向に変位させる、熱処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記温度センサは、前記上下方向において前記最も下側の前記被処理物と、前記熱線反射部材との間の領域の温度を検出する、熱処理装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱処理装置であって、
前記ヒータは、前記熱線反射部材を取り囲むように配置されたボトムヒータと、このボトムヒータの上方において各前記支持部を取り囲むように配置され前記ボトムヒータの温度とは異なる温度となることが可能なセンタヒータと、を含み、
前記温度センサは、前記センタヒータで取り囲まれた領域に配置されている、熱処理装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の熱処理装置であって、
前記変位機構を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記ヒータが前記容器内の温度を上昇させているときには前記熱線反射部材を所定の高反射効率位置に配置させ、前記容器内の温度を低下させているときには前記熱線反射部材を所定の低反射効率位置に配置させ、
前記高効率反射位置において前記熱線反射部材が前記ヒータからの前記熱線を前記被処理物へ反射する効率は、前記低効率反射位置において前記熱線反射部材が前記ヒータからの前記熱線を前記被処理物へ反射する効率よりも高く設定されている、熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱された雰囲気下で被処理物を処理するための、熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造用のウェハに熱処理を行うための、熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の熱処理装置は、縦型炉である。この縦型炉は、炉体内に配置された石英の熱処理容器を有している。この容器内に、ボートに載せられた半導体ウェハ等の複数の被処理基板が搬入される。そして、容器内を不活性ガスによりガスパージした後、容器内に処理ガスを注入して熱処理を行う。このような縦型の熱処理装置では、容器の底部に開口部が形成されており、被処理基板の出入口を形成している。熱処理装置においてはこの開口部から放熱し易いので、熱処理中の放熱を抑制するため、上記の開口部に複数枚の水平な向きの遮熱板を垂直方向に並べることで、断熱構造を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１７３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、縦型炉の容器底側の開口部からの放熱を抑制することが求められている。このような構成として、特許文献１に記載の構成の他に、石英ウールが内包された石英製のボックスを容器底側の開口部に設置する構成も考えられる。また、さらに他の構成として、容器底側の開口部に、水平に配置された断熱用のフィンを複数枚上下に配置するとともに、サブヒータを設置する構成も考えられる。サブヒータは、容器内の雰囲気を加熱するために容器の周囲に設置されたヒータとは別のヒータである。
【０００５】
上記の石英ボックスは高い断熱性能を有するので、開口部からの放熱を抑制する効果が高い一方で、製造コストが高い。また、上記のサブヒータを用いる構成は、石英ボックスを用いる構成と比べて断熱性能は劣る。しかしながら、サブヒータによる開口部の保温機能を発揮できるとともに、開口部付近のエリアとしてのボトムゾーンの均熱機能（水平方向における温度分布の偏りを少なくする機能）を発揮できる。ボトムゾーンの均熱性は、ボトムゾーン側に配置された被処理基板における熱処理品質の均一性にとって重要である。しかしながら、サブヒータを設ける必要があるので、製造コストと、電気代等の運用コストが高い。
【０００６】
また、熱処理の種類によって、熱処理時における被処理基板の目標温度が異なる。また、熱処理基板の大きさ等、熱処理基板の属性によっても、熱処理時における被処理基板への均熱性を確保する条件は変化する。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みることにより、縦型の熱処理装置において、容器底側の開口部からの放熱を抑制するとともに、ボトムゾーンでの水平方向における熱の偏りを少なくし、さらには熱処理装置の製造コストおよび運用コストをより安価にすることができ、その上、熱処理条件にかかわらず被処理物の均熱性が高い状態を確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、被処理物を出し入れするための開口部が下端部に配置された縦型の容器と、前記容器の周囲に配置されたヒータと、前記被処理物を支持するための支持部が上下方向に離隔して複数設けられた構成を有し、前記容器内で複数の前記被処理物を保持するラックと、前記上下方向において最も下側の前記被処理物の下方に配置され前記ヒータからの熱線を前記ラックに支持された前記被処理物へ反射するための熱線反射部材と、前記ラックに対する前記熱線反射部材の位置を前記上下方向に変更するために前記熱線反射部材を変位させる変位機構と、を有している。
【０００９】
この構成によると、最も下側の被処理物の下方に熱線反射部材が配置されている。熱線反射部材は、容器の周囲に配置されたヒータからの熱線を、被処理物へ向けて反射することができる。これにより、容器底側の開口部からの放熱を抑制することができ、その結果、最も下側に配置された被処理物内での温度差（温度の最高値と最小値との差）をより均等にできる。すなわち、容器底側の開口部付近のエリアとしてのボトムゾーンの均熱機能（水平方向の温度分布の偏りの少なさ）を発揮できる。しかも、熱線反射部材を設置する簡易な構成でよいので、容器底側の開口部からの放熱を抑制するために製造コストの高い石英ボックスを用いる必要がなく、熱処理装置の製造コストを低くできる。その上、容器底側の開口部にサブヒータを設置しなくてもボトムゾーンの均熱性を高くできるので、熱処理装置の製造コストを低くできる上に、電気代等の運用コストを低くできる。さらに、変位機構によって熱線反射部材の上下方向位置を変更できる。これにより、例えば、熱処理時における被処理物の目標温度に応じて、また、被処理物の大きさ等の属性に応じて、被処理物内での温度差をより小さくできるように熱線反射部材を配置できる。以上の次第で、縦型の熱処理装置において、容器底側の開口部からの放熱を抑制するとともに、ボトムゾーンでの水平方向における熱の偏りを少なくし、さらには熱処理装置の製造コストおよび運用コストをより安価にすることができ、その上、熱処理条件にかかわらず被処理物の均熱性が高い状態を確保できる。
【００１０】
（２）前記熱処理装置は、前記最も下側の前記被処理物の周囲の温度を検出するための温度センサをさらに有し、前記変位機構は、前記温度センサで検出された検出温度に基づいて前記熱線反射部材を前記上下方向に変位させる場合がある。
【００１１】
この場合、容器内での実際の温度に応じたフィードバック制御によって、ヒータからの熱線を被処理物へより均等に反射できる位置に、熱線反射部材を配置できる。よって、被処理物内での温度差をより小さくできる。
【００１２】
（３）前記温度センサは、前記上下方向において前記最も下側の前記被処理物と、前記熱線反射部材との間の領域の温度を検出する場合がある。
【００１３】
この場合、温度センサは、熱線反射部材から被処理物へ向かう熱線による熱をより正確に検出できる。よって、変位機構は、検出された温度情報を用いることで、より適切な高さ位置に熱線反射部材を配置できる。その結果、最も下側の被処理物内での温度差をより小さくできる。
【００１４】
（４）前記ヒータは、前記熱線反射部材を取り囲むように配置されたボトムヒータと、このボトムヒータの上方において各前記支持部を取り囲むように配置され前記ボトムヒータの温度とは異なる温度となることが可能なセンタヒータと、を含み、前記温度センサは、前記センタヒータで取り囲まれた領域に配置されている場合がある。
【００１５】
この場合、放熱が生じ易い開口部から比較的離れていることから急激な温度変化が比較的少ない領域としての、センタヒータで囲まれた領域に、温度センサが配置されている。これにより、温度センサの温度検出結果が不安定にならずに済む。よって、熱線反射部材の位置制御について、ハンチングが生じにくいようにすることができる。
【００１６】
（５）前記熱処理装置は、前記変位機構を制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記ヒータが前記容器内の温度を上昇させているときには前記熱線反射部材を所定の高反射効率位置に配置させ、前記容器内の温度を低下させているときには前記熱線反射部材を所定の低反射効率位置に配置させ、前記高効率反射位置において前記熱線反射部材が前記ヒータからの前記熱線を前記被処理物へ反射する効率は、前記低効率反射位置において前記熱線反射部材が前記ヒータからの前記熱線を前記被処理物へ反射する効率よりも高く設定されている場合がある。
【００１７】
この場合、ヒータが容器内の温度を上昇させているときには、ヒータからの熱線を熱線反射部材から被処理物へより多く反射させることができる。よって、被処理物をより迅速に昇温（温度上昇）できる。また、被処理物の熱処理が終了すること等によって容器内の温度を低下させるときには、被処理物からの放熱を熱線反射部材が邪魔しないようにできる。よって、被処理物をより迅速に降温（温度低下）できる。その結果、被処理物の熱処理にかかる時間をより短くでき、被処理物の生産効率をより高くできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、縦型の熱処理装置において、容器底側の開口部からの放熱を抑制するとともに、ボトムゾーンでの水平方向における熱の偏りを少なくし、さらには熱処理装置の製造コストおよび運用コストをより安価にでき、その上、熱処理条件にかかわらず被処理物の均熱性が高い状態を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる熱処理装置の模式的な正面図であり、一部を断面で示している。
【図２】図２は、熱処理装置の模式的な側面図であり、一部を断面で示している。
【図３】図３は、熱処理装置の主要部の平面図であり、一部を断面で示している。
【図４】図４は、図１の主要部を拡大して示す図である。
【図５】図５は、図２の主要部を拡大して示す図である。
【図６】図６は、熱処理装置の制御に関する構成の主要部について説明するためのブロック図である。
【図７】図７は、熱処理装置における熱処理動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態にかかる熱処理装置１の模式的な正面図であり、一部を断面で示している。図２は、熱処理装置１の模式的な側面図であり、一部を断面で示している。図３は、熱処理装置１の主要部の平面図であり、一部を断面で示している。図４は、図１の主要部を拡大して示す図である。図５は、図２の主要部を拡大して示す図である。本実施形態では、熱処理装置１を正面から見た状態を基準として、上下方向、左右方向、および、前後方向をいう。
【００２２】
図１〜図３を参照して、熱処理装置１は、被処理物１００の表面に熱処理を施すことが可能に構成されている。より具体的には、熱処理装置１は、被処理物１００に向けて加熱されたガス（熱処理用ガス）を供給することで、被処理物１００の表面に熱処理を施すことが可能に構成されている。ここで供給される熱処理用ガスとして、例えばＡｉｒ，Ｏ２，Ｎ２等が用いられる。本実施形態において、熱処理装置１は、縦型炉である。本実施形態では、熱処理装置１における熱処理時の炉内雰囲気温度は、２００℃〜５００℃程度である。なお、熱処理時の炉内雰囲気温度は、上記した温度に限定されない。
【００２３】
本実施形態では、被処理物１００は、透光性を有するガラス基板であり、矩形状に形成されている。本実施形態では、被処理物１００は、前後方向の長さが左右方向の長さよりも大きい長方形の基板である。なお、被処理物１００は、正方形であってもよいし、湾曲した縁部を有してもよい。被処理物１００の厚みは特に限定されないけれども、０．２ｍｍ〜１．２ｍｍの厚みを例示できる。熱処理装置１が被処理物１００に行う熱処理として、ガラス基板上に塗布された樹脂を熱硬化させる処理を例示できる。なお、本実施形態の熱処理装置１は、金属汚染を伴う熱処理ガスが用いられる熱処理と、成膜プロセスの熱処理と、を除く熱処理に用いられることが好ましい。なお、被処理物１００は、ガラス基板に限らず、他の部材であってもよいが、ガラス基板の熱処理に特に好適である。
【００２４】
熱処理装置１は、ヒータ２２を含む筐体２と、筐体２内に設置された縦型の容器としてのチューブ３と、被処理物１００の熱処理時に被処理物１００を保持するための保持機構４と、保持機構４に設置された熱線反射部材５と、保持機構４を昇降させるための昇降機構６と、保持機構４に設けられ熱線反射部材５を保持機構４に対して上下方向に変位させるための変位機構７と、温度センサユニット８と、制御部９と、を有している。
【００２５】
筐体２は、下部が下方に向けて開放された箱形形状に形成されている。
【００２６】
筐体２は、台座２１と、台座２１に載せられたヒータ２２と、ヒータ２２の上部を覆う天壁２３と、を有している。
【００２７】
台座２１は、例えば、水平に延びる板状部分を含んでいる。
【００２８】
ヒータ２２は、チューブ３内の雰囲気および被処理物１００を加熱するために設けられている。ヒータ２２は、平面視において筒状に形成されており、本実施形態では、平面視において矩形の筒状に形成されている。ヒータ２２は、チューブ３の周囲に配置されており、チューブ３の後述する石英製のチューブ本体３１を取り囲んでいる。ヒータ２２は、例えば、セラミックファイバーを含む断熱材と、蛇行状に形成された金属線を含む発熱体であって上記断熱材に埋設された発熱体と、を含むヒータである。ヒータ２２は、上下方向において複数のエリア（本実施形態では、３つのエリア）に分割されており、エリア毎に出力（表面温度）を変更可能に構成されている。
【００２９】
ヒータ２２は、熱線反射部材５を取り囲むように配置されたボトムヒータ２２ａと、このボトムヒータ２２ａの上方に配置され、且つ、後述する支持部５１を取り囲むように配置されたセンタヒータ２２ｂと、センタヒータ２２ｂの上方に配置されたトップヒータ２２ｃと、を有している。
【００３０】
ボトムヒータ２２ａは、ボトムゾーンＺａに設置されている。ボトムゾーンＺａは、熱処理時における筐体２の下部に形成されており、本実施形態では、ヒータ２２の高さの約１／３の高さに亘って規定されている。本実施形態では、ボトムゾーンＺａの下端にボトムヒータ２２ａの下端２４が配置されており、ボトムゾーンＺａの上端にボトムヒータ２２ａの上端が配置されている。ボトムヒータ２２ａは、台座２１に載せられている。ボトムヒータ２２ａは、ボトムゾーンＺａ内の空間に向けて熱を放射する。ボトムヒータ２２ａに、センタヒータ２２ｂが載せられている。
【００３１】
センタヒータ２２ｂは、センタゾーンＺｂに設置されている。センタゾーンＺｂは、熱処理時における筐体２の中間部に形成されており、本実施形態では、ヒータ２２の高さの約１／２の高さに亘って規定されている。本実施形態では、センタゾーンＺｂの下端にセンタヒータ２２ｂの下端が配置されており、センタゾーンＺｂの上端にセンタヒータ２２ｂの上端が配置されている。センタヒータ２２ｂは、センタゾーンＺｂ内の空間に向けて熱を放射する。センタヒータ２２ｂに、トップヒータ２２ｃが載せられている。
【００３２】
トップヒータ２２ｃは、トップゾーンＺｃに設置されている。トップゾーンＺｃは、熱処理時における筐体２の上部に形成されている。本実施形態では、トップゾーンＺｃの下端にトップヒータ２２ｃの下端が配置されており、トップゾーンＺｃの上端にトップヒータ２２ｃの上端が配置されている。トップヒータ２２ｃは、トップゾーンＺｃ内の空間に向けて熱を放射する。トップヒータ２２ｃの上部は、筐体２の天壁２３によって上方から覆われている。
【００３３】
本実施形態では、ヒータ２２の稼働時、ヒータ２２の内周面の温度が、ゾーン毎に異なっている。具体的には、ヒータ２２の稼働時（被処理物１００の熱処理時）、ボトムヒータ２２ａの内周面の温度は、センタヒータ２２ｂの内周面の温度よりも高い。また、センタヒータ２２ｂの内周面の温度は、トップヒータ２２ｃの内周面の温度よりも高い。すなわち、ボトムヒータ２２ａの温度＞センタヒータ２２ｂの温度＞トップヒータ２２ｃの温度となっている。このように、チューブ３内の温度を均一にするために、ボトムヒータ２２ａ、センタヒータ２２ｂ、および、トップヒータ２２ｃの表面温度を互いに異ならせることが可能とされている。これにより、チューブ３の開口部３４からの放熱による、ボトムゾーンＺａの温度低下が抑制されている。
【００３４】
上記の構成を有するヒータ２２に、温度センサユニット８が取り付けられている。
【００３５】
温度センサユニット８は、ボトムヒータ２２ａのヒータ温度を測定するボトムセンサ８ａと、センタヒータ２２ｂのヒータ温度を測定するセンタセンサ８ｂと、トップヒータ２２ｃのヒータの温度を測定するトップセンサ８ｃと、制御点Ｃｐにおけるチューブ３内の温度を計測する制御点センサ８ｄと、を有している。
【００３６】
ボトムセンサ８ａは、本実施形態では、ボトムヒータ２２ａに取り付けられており、ボトムセンサ８ａの先端が筐体２内においてチューブ３の外側に配置されている。センタセンサ８ｂは、本実施形態では、センタヒータ２２ｂに取り付けられており、センタセンサ８ｂの先端が筐体２内においてチューブ３の外側に配置されている。トップセンサ８ｃは、本実施形態では、トップヒータ２２ｃに取り付けられており、トップセンサ８ｃの先端が筐体２内においてチューブ３の外側に配置されている。
【００３７】
制御点センサ８ｄは、最も下側の被処理物１００の周囲の温度を検出するために設けられている。本実施形態では、制御点センサ８ｄは、上下方向において最も下側の被処理物１００と、熱線反射部材５との間の領域の温度を検出する。制御点センサ８ｄは、センタヒータ２２ｂで囲まれた領域（センタゾーンＺｂ）に配置されている。
【００３８】
制御点センサ８ｄは、センタゾーンＺｂの下部寄りに設定された制御点Ｃｐにおける温度を測定する。制御点センサ８ｄが設置されている高さ位置は、制御点Ｃｐの高さ位置と揃えられていることが好ましい。制御点Ｃｐは、上下方向における熱線反射部材５の位置（高さ位置）を設定するために用いられる点である。制御点Ｃｐは、例えば、保持機構４の後述する複数の支持部５１のうち下から３番目のスロットの高さ位置における、平面視におけるチューブ３内の中心点である。なお、制御点Ｃｐの位置は、上記の例に限定されない。制御点Ｃｐとして、例えば、センタゾーンＺｂの下側半分の領域内の何れかが設定されてもよい。制御点Ｃｐは、平面視においてチューブ３内の空間の中心に設定されていることが好ましい。
【００３９】
各センサ８ａ〜８ｄは熱電対であり、対応するヒータ２２ａ〜２２ｃおよび制御点Ｃｐのそれぞれの温度を検出する。
【００４０】
チューブ３は、被処理物１００を出し入れするための開口部３４が下端部に配置された縦型の容器であり、上端が塞がれている。本実施形態では、チューブ３は、平面視において多角形形状（矩形形状）に形成されている。なお、チューブ３は、平面視において矩形以外の多角形形状に形成されていてもよいし、円形に形成されていてもよい。
【００４１】
チューブ３は、石英製のチューブ本体３１と、チューブ本体３１の下端を支持するフランジ部３２を含む環状のチューブホルダ３３と、を有している。
【００４２】
チューブ本体３１は、筒状に形成されており、下向きに開口部が形成されているとともに上端部が閉じている。チューブ本体３１は、ヒータ２２に取り囲まれている。チューブ本体３１は、ボトムゾーンＺａ、センタゾーンＺｂおよびトップゾーンＺｃに配置されている。チューブ本体３１の上端は、トップゾーンＺｃに配置されており、天壁２３と隙間をあけて向かい合っている。チューブ本体３１の下端は、ボトムゾーンＺａの下端側に配置されている。チューブ本体３１の下端部は、環状のフランジ部３２に載せられている。フランジ部３２の外周部は、筐体２の台座２１に固定されている。
【００４３】
チューブホルダ３３は、チューブ本体３１と協働して筒状のチューブ３を形成している。チューブホルダ３３は、筒状に形成されており、チューブ本体３１の高さと比べて低い高さを有している。チューブホルダ３３は、ボトムゾーンＺａの下方に配置されており、本実施形態ではヒータ２２には取り囲まれていない。チューブホルダ３３の下端部が、チューブ３の開口部３４となっている。上記の構成を有するチューブ３に対して上下移動可能に保持機構４が設けられている。
【００４４】
保持機構４は、閉塞蓋４１と、閉塞蓋４１上に設けられたヒートバリアユニット４２およびラック４３と、を有している。
【００４５】
閉塞蓋４１は、開口部３４を閉じる蓋として設けられている。開口部３４は、例えば円板状に形成されており、チューブホルダ３３の下端部と接触することで、開口部３４を塞ぐ。閉塞蓋４１とチューブ本体３１の下端部との間にＯリング等のシール部材が介在していることで、閉塞蓋４１とチューブ本体３１との間がシールされる。閉塞蓋４１を含む保持機構４は、昇降機構６によって上昇および降下する。
【００４６】
昇降機構６は、閉塞蓋４１を上昇および降下させることで、保持機構４、および、保持機構４の支持部５１に支持された被処理物１００を昇降する。昇降機構６は、例えば、閉塞蓋４１に固定された可動部６ａと、可動部６ａを電動モータまたは流体圧等の動力源を用いて上下方向に移動させる駆動部６ｂと、を有している。なお、本実施形態では、特に説明無き場合、閉塞蓋４１が開口部３４を閉じた状態を基準に説明する。閉塞蓋４１上に、ヒートバリアユニット４２が設置されている。
【００４７】
ヒートバリアユニット４２は、チューブ３内の熱が開口部３４から逃げることを抑制するために設けられている。ヒートバリアユニット４２は、チューブ３内のラック４３の下方において開口部３４の周囲に配置されている。本実施形態では、ヒートバリアユニット４２は、閉塞蓋４１とボトムゾーンＺａとの間に設置されている。
【００４８】
図１〜図５を参照して、ヒートバリアユニット４２は、複数のライナーピン４４と、ライナーピン４４に通された複数のヒートバリア４５と、上下に隣接するヒートバリア４５同士を離隔した状態で配置するためのスペーサ４６と、を有している。
【００４９】
ライナーピン４４は、閉塞蓋４１に固定された上下に細長いピンであり、互いに離隔して配置されている。ヒートバリア４５は、断熱素材を用いて形成された平板状部材であり、水平に配置されている。ヒートバリア４５の素材として、ネオセラム部材を例示できる。ネオセラムは熱膨張係数が低く、また、高温時の耐熱衝撃強度に優れている。本実施形態では、上下方向に沿って複数配列されたネオセラム部材によって、複数（６つ）のヒートバリア４５が形成されている。なお、ヒートバリア４５の数は、６つ以外であってもよい。各ヒートバリア４５は、例えば円板状に形成されており、ライナーピン４４が通される箇所に貫通孔が形成されている。スペーサ４６は、筒状に形成されており、複数のライナーピン４４のうちの何れかに嵌められている。スペーサ４６は複数設けられている。一番下側に配置されたスペーサ４６は、閉塞蓋４１上に設置されているとともに複数のヒートバリア４５のうちの最も下側のヒートバリア４５を受けている。下から２番目以降のスペーサ４６は、上下方向に並ぶヒートバリア４５，４５の間に配置されている。
【００５０】
上記の構成を有するヒートバリアユニット４２の側方および上方に、ラック４３が配置されている。
【００５１】
ラック４３は、被処理物１００の縁部１００ａを支持するための支持部５１が上下方向に離隔して複数設けられた構成を有しており、チューブ３内で複数の被処理物１００を保持する。熱処理時、ラック４３は、チューブ３内に配置されている。ラック４３は、複数の被処理物１００を上下方向に離隔した状態で複数配置する。本実施形態では、ラック４３は、被処理物１００をセンタゾーンＺｂに配置する。一方、ラック４３は、ボトムゾーンＺａには被処理物１００は配置しない一方、熱線反射部材５を配置している。また、ラック４３は、トップゾーンＺｃには被処理物１００を配置しない。
【００５２】
ラック４３は、閉塞蓋４１に固定された複数の支柱４９と、各支柱４９に取り付けられた第１ステー５０を含む支持部５１と、を有している。
【００５３】
支柱４９は、閉塞蓋４１から上側に延びている。支柱４９は、本実施形態では、例えば４つ設けられている。
【００５４】
支柱４９は、上下方向に延びており、ボトムゾーンＺａ、センタゾーンＺｂ、および、トップゾーンＺｃに亘って配置されている。なお、支柱４９は、トップゾーンＺｃに配置されていなくてもよい。支柱４９は、本実施形態では、例えば４つ設けられている。具体的には、図３によく示されているように、支柱４９は、チューブ本体３１の四隅寄りにそれぞれ配置されている。
【００５５】
再び図１〜図５を参照して、第１ステー５０は、センタゾーンＺｂにおいて被処理物１００を支持するために設けられている。第１ステー５０は、左右方向に細長いアーム状に形成されており、対応する支柱４９に片持ち状態で固定されている。第１ステー５０は、各支柱４９において上下方向に等ピッチで複数設けられている。そして、全ての支柱４９間で、上下方向における第１ステー５０の位置が揃えられている。このように、高さ位置が同じ４つの第１ステー５０によって、一つの被処理物１００を水平支持する支持部５１が形成されている。すなわち、上下方向における第１ステー５０の数だけ支持部５１が設けられている。本実施形態では、複数の支持部５１のそれぞれに、被処理物１００が平面視において向きを揃えられて載せられている。各支持部５１を、スロットともいう。複数の支持部５１のうち最も下側の支持部５１を、第１スロットといい、下からｎ番目のスロットを第ｎスロットという。なお、ｎは正の整数である。
【００５６】
本実施形態では、複数の支持部５１のうち、第６スロットから上の領域、すなわち、ボトムゾーンＺａの下端位置よりも高い位置が、実運用均熱領域Ｚ１として設定されている。実運用均熱領域Ｚ１は、ヒータ２２の温度が一定のときに各被処理物１００内の温度差が無いとして扱う領域である。実運用均熱領域Ｚ１の上端位置は、本実施形態では、上から２番目のスロットの高さ位置である。制御点センサ８ｄは、センタゾーンＺｂのうち実運用均熱領域Ｚ１の下方に設定された制御点Ｃｐでの温度を測定するセンサともいえる。
【００５７】
また、各第１ステー５０は、上述したように細長い形状に形成されていることで、被処理物１００との接触面積が可及的に小さくなるように構成されている。複数の第１ステー５０のうち最も下側の第１ステー５０（５０ａ、第１スロット）は、センタゾーンＺｂの下部に配置されている。
【００５８】
変位機構７は、ラック４３に対する熱線反射部材５の位置を上下方向に変更するために熱線反射部材５を変位させる。変位機構７は、本実施形態では、チューブ３内の空間の内側と外側に跨がって設けられている。なお、変位機構７の全体がチューブ３内に配置されていてもよい。
【００５９】
変位機構７は、例えば、トレー５３を上下方向に一体的に移動可能に支持する可動部７１と、可動部７１を電動モータまたは流体圧等の動力源を用いて上下方向に移動させる駆動部７２と、を有している。
【００６０】
駆動部７２は、例えば、閉塞蓋４１の下側面に固定されている。このようにして駆動部７２をチューブ３の外部に配置することで、駆動部７２がチューブ３内から受ける熱量を小さくできる。駆動部７２は、可動部７１を上下方向に相対移動可能に支持している。
【００６１】
可動部７１は、上下方向に延びており、本実施形態では、チューブ３内の空間とチューブ３外の空間との間に延びている。
【００６２】
可動部７１は、上下方向に延び駆動部７２からの力を受ける軸部７３と、軸部７３の上方に配置されトレー５３と接触する第２ステー７４と、を有している。
【００６３】
軸部７３は、変位機構７がねじ機構式の場合には雄ねじが形成されてこの雄ねじが駆動部７２に設けられたナット部材とねじ結合する。この場合、軸部７３はナット部材の回転に伴い上下方向に移動する。また、軸部７３は、変位機構７がラックアンドピニオン式の場合にはラック歯が形成されてこのラック歯が駆動部７２に設けられたピニオン歯と噛み合う。この場合、軸部７３はピニオン歯の回転に伴い上下方向に移動する。このように、軸部７３は、駆動部７２からの力を受けて上下方向に移動する。図１および図４に、可動部７１および熱線反射部材５が上下方向に移動した状態を想像線である２点鎖線で示している。軸部７３は、閉塞蓋４１に形成された貫通孔を通してチューブ３内の空間とチューブ３外の空間とに延びている。閉塞蓋４１に形成された貫通孔と軸部７３との間には、Ｏリング等の図示しないシール部材が配置されている。また、軸部７３は、各ヒートバリア４５に形成された貫通孔を貫通している。
【００６４】
第２ステー７４は、ボトムゾーンＺａにおいて熱線反射部材５を支持するために設けられている。第２ステー７４は、軸部７３から上方に延びる例えば複数（３つ以上）の軸状部分を有しており、これらの軸状部分の上端が、互いに離隔して配置されている。
【００６５】
トレー５３は、耐熱ガラス等で形成された板状部材であり、第２ステー７４の上端に受けられて水平姿勢で支持されている。トレー５３に熱線反射部材５が載せられている。
【００６６】
なお、変位機構７の一例を説明したけれども、変位機構７は上述した構成に限定されない。変位機構７は、ラック４３に対する熱線反射部材５の位置を上下方向に変更可能な構成であればよい。
【００６７】
熱線反射部材５は、上下方向において最も下側の被処理物１００（本実施形態では、実運用均熱領域Ｚ１の下端の被処理物１００）の下方に配置されており、ヒータ２２からの熱線を、ラック４３に支持された被処理物１００へ反射するために設けられている。熱線反射部材５は、複数の被処理物１００のうち、特に最も下側に配置されている被処理物１００に向けて赤外線等の熱線を反射する。熱線反射部材５は、本実施形態では、１つのみ設けられている。すなわち、チューブ３内に１枚の熱線反射部材５が設置されている。
【００６８】
熱線反射部材５は、矩形のガラスの表面に金属膜をコーティングした構成を有している。金属膜の材質として、チタン、ステンレス、スズ、クロム等を例示できる。熱線反射部材５は、ヒートバリア４５の上方において、ボトムゾーンＺａに配置されている。
【００６９】
平面視において、熱線反射部材５の図心Ｃ１と、被処理物１００の図心Ｃ２とが一致するようにこれら熱線反射部材５と被処理物１００とを配置することが好ましい。また、平面視において（上下方向から見て）、熱線反射部材５は、支持部５１に支持された被処理物１００の四隅１００ｂを避けるように配置されていることが好ましい。図３に示す配置例では、平面視において、熱線反射部材５は、全体が被処理物１００に覆われるようにして配置されている。
【００７０】
図４を参照して、熱線反射部材５（熱線反射部材５の上面）は、上下方向において、ボトムゾーンＺａの範囲内に配置されていることが好ましい。熱線反射部材５の高さ位置がボトムゾーンＺａの下端より低いと、熱線反射部材５からの熱線が広範囲に拡散され、最も下側の被処理物１００に届きにくくなる。また、熱線反射部材５の高さ位置がボトムゾーンＺａの上端より高いと、熱線反射部材５と最も下側の被処理物１００との距離が短くなり過ぎ、熱線反射部材５からの熱線は、最も下側の被処理物１００に万遍なく届き難い。
【００７１】
図６は、熱処理装置１の制御に関する構成の主要部について説明するためのブロック図である。図１〜図６を参照して、制御部９は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等を用いて形成されている。なお、制御部９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータを用いて形成されていてもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含む構成であってもよいし、シーケンス回路等を用いて形成されていてもよい。制御部９は、複数の接続対象に接続されている。
【００７２】
具体的には、制御部９は、温度センサユニット８のボトムセンサ８ａ、センタセンサ８ｂ、トップセンサ８ｃ、および、制御点センサ８ｄに接続されており、これらのセンサ８ａ〜８ｄの温度検出結果を受信する。制御部９は、ヒータ２２のボトムヒータ２２ａ、センタヒータ２２ｂ、および、トップヒータ２２ｃに接続されており、これらのヒータ２２ａ〜２２ｃの出力を個別に制御する。制御部９は、昇降機構６の駆動部６ｂに接続されており、可動部６ａの昇降動作を制御することで、保持機構４および被処理物１００の昇降動作を制御する。制御部９は、変位機構７の駆動部７２に接続されており、可動部７１の昇降動作を制御することで、熱線反射部材５の昇降動作を制御する。制御部９（変位機構７）は、制御点センサ８ｄで検出された検出温度に基づいて、熱線反射部材５を上下方向に変位させる。
【００７３】
以上が熱処理装置１の概略構成である。次に、熱処理装置１における熱処理動作の一例を説明する。
【００７４】
図７は、熱処理装置１における熱処理動作の一例を示すフローチャートである。図７のフローチャートを参照しながら説明するときは、図７以外の図も適宜参照する。
【００７５】
熱処理装置１における熱処理動作に先だって、被処理物１００をセットする動作が行われる。具体的には、セット動作は、被処理物１００が載せられたラック４３を含む保持機構４を、制御部９による昇降機構６の上昇動作によって上昇させる動作である。この動作によって、閉塞蓋４１がチューブ３の開口部４３を閉じる。また、被処理物１００がチューブ３内に配置される。この状態から熱処理動作が開始される。
【００７６】
熱処理時、まず、制御部９は、ヒータ２２の各ヒータ２２ａ〜２２ｃへ所定の電力を供給する。これにより、制御部９は、各ヒータ２２ａ〜２２ｃの内周面が個別に所定の目標温度となるように各ヒータ２２ａ〜２２ｃを発熱させる（ステップＳ１）。
【００７７】
このとき、すなわち、ヒータ２２がチューブ３内の温度を上昇させているとき、制御部９は、変位機構７の駆動部７２を制御することで、熱線反射部材５を上下方向における所定の高効率位置に配置する（ステップＳ２）。この場合の高効率位置とは、ヒータ２２からの熱線を熱線反射部材５が最も下側の被処理物１００へ比較的高い効率で反射することのできる位置をいう。熱線反射部材５による熱線の具体的な反射効率値は限定されない。
【００７８】
なお、チューブ３内の被処理物１００の温度が一定のとき、高効率反射位置において熱線反射部材５がヒータ２２からの熱線を被処理物１００へ反射する効率は、後述する低効率反射位置において熱線反射部材５がヒータ２２からの熱線を被処理物１００へ反射する効率よりも高く設定されている。この場合の効率とは、例えば、ヒータ２２から熱線反射部材５が受ける熱量に対して熱線反射部材５が被処理物１００へ反射する熱量の割合をいう。
【００７９】
熱線反射部材５の高効率位置は、制御部９によるフィードバック制御によって制御されることが好ましい。例えば、センタセンサ８ｂでの検出温度と制御点センサ８ｄでの検出温度との偏差が小さくなるように熱線反射部材５の位置が設定されるような位置制御を例示できる。
【００８０】
なお、上下方向における熱線反射部材５の高効率位置は、被処理物１００の形状、材質、最も下側の被処理物１００の高さ位置（どのスロットに載せられているか）、および、ヒータ２２の目標温度等によって異なる。よって、制御部９は、条件に応じた高効率位置をメモリに記憶しておき、この記憶された値に基づいて熱線反射部材５の高さ位置を制御してもよい。
【００８１】
制御部９は、チューブ３内の温度が均熱状態になったか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、制御部９は、制御点センサ８ｄの温度検出結果を参照し、制御点Ｃｐにおける温度が一定の温度で安定したか否かを判定する。このとき、制御部９は、制御点センサ８ｄの検出温度をしばらくの間（例えば、数秒〜数分間）サンプリングし、検出温度が実質的に変化しないか否かを判定する。なお、「実質的に変化しない」とは、検出温度の変化が例えば±数℃以内であることをいう。制御点センサ８ｄの検出温度が変化していることにより均熱状態でない間（ステップＳ３でＮＯ）、制御部９は、ステップＳ２の処理、すなわち、熱線反射部材５の位置制御が行われる。
【００８２】
一方、制御点センサ８ｄの検出温度が実質的に変化せずに安定したとき（ステップＳ３でＹＥＳ）、制御部９は、ヒータ２２の目標温度をさらに高く設定するか否かを判定する（ステップＳ４）。例えば、被処理物１００の加熱温度を３５０℃→４５０℃→５００℃と数段階に上昇させる場合がある。このような場合、制御部９は、チューブ３内の温度が均熱状態（ステップＳ３でＹＥＳ）になってから所定時間経過の後、制御部９は、ヒータ２２の目標温度をさらに高く設定する（ステップＳ４でＹＥＳ）。この場合、制御部９は、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。
【００８３】
一方、ステップＳ４において、ヒータ２２の目標温度が既に最大の値になっているか、または、ヒータ２２の目標温度が一種類である場合に、制御部９は、被処理物１００の温度を低下させるか否かを判定する（ステップＳ５）。被処理物１００を一定の温度とする均熱状態を維持する場合には、制御部９は、ステップＳ４，Ｓ５の処理を繰り返す（ステップＳ４でＮＯ且つステップＳ５でＮＯ）。
【００８４】
一方、制御部９は、被処理物１００の温度を低下させる場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、ヒータ２２ａ〜２２ｃの各内周面の目標温度を予め設定した値まで低下させるようにヒータ２２への電力を制御するか、または、ヒータ２２への通電を停止する（ステップＳ６）。
【００８５】
このとき、すなわち、チューブ３内の温度（被処理物１００の温度）を低下させているとき、制御部９は、変位機構７の駆動部７２を制御することで、熱線反射部材５を上下方向における所定の低効率位置に配置する（ステップＳ７）。この場合の低効率位置とは、熱線反射部材５がヒータ２２からの熱線を最も下側の被処理物１００へ比較的反射し難い位置をいう。この場合における熱線反射部材５による熱線の具体的な反射効率値は限定されない。
【００８６】
熱線反射部材５の低効率位置は、制御部９によるフィードバック制御によって制御されることが好ましい。例えば、センタセンサ８ｂでの検出温度と制御点センサ８ｄでの検出温度との偏差が所定値以上となるように熱線反射部材５の位置が設定されるような位置制御を例示できる。
【００８７】
なお、上下方向における熱線反射部材５の低効率位置は、被処理物１００の形状、材質、最も下側の被処理物１００の高さ位置（どのスロットに載せられているか）、および、ヒータ２２の目標温度等によって異なる。よって、制御部９は、条件に応じた低効率位置をメモリに記憶しておき、この記憶された値に基づいて熱線反射部材５の高さ位置を制御してもよい。
【００８８】
制御部９は、所定の動作プログラムを終えて被処理物１００の熱処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ８）。被処理物１００の熱処理が完了していない場合（ステップＳ８でＮＯ）、制御部９は、ステップＳ６以降の動作を繰り返す。一方、制御部９は、所定の動作プログラムを終えて被処理物１００の熱処理が完了したと判定したとき（ステップＳ８でＹＥＳ）、ヒータ２２への通電を停止するとともに、変位機構７による、熱線反射部材５の上下位置変更動作を停止する（ステップＳ９）。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態によると、最も下側の被処理物１００の下方に熱線反射部材５が配置されている。熱線反射部材５は、チューブ３の周囲に配置されたヒータ２２からの熱線を、被処理物１００へ向けて反射することができる。これにより、チューブ底側の開口部３４からの放熱を抑制することができ、その結果、最も下側に配置された被処理物１００内での温度差（温度の最高値と最小値との差）をより均等にできる。すなわち、チューブ３の底側の開口部３４付近のエリアとしてのボトムゾーンの均熱機能（水平方向の温度分布の偏りの少なさ）を発揮できる。しかも、熱線反射部材５を設置する簡易な構成でよいので、チューブ３の底側の開口部３４からの放熱を抑制するために製造コストの高い石英ボックスを用いる必要がなく、熱処理装置１の製造コストを低くできる。その上、チューブ３の底側の開口部３４にサブヒータを設置しなくてもボトムゾーンの均熱性を高くできるので、熱処理装置１の製造コストを低くできる上に、電気代等の運用コストを低くできる。さらに、変位機構７によって熱線反射部材５の上下方向位置を変更できる。これにより、例えば、熱処理時における被処理物１００の目標温度に応じて、また、被処理物１００の大きさ等の属性に応じて、被処理物１００内での温度差をより小さくできるように熱線反射部材５を配置できる。以上の次第で、縦型の熱処理装置１において、チューブ３の底側の開口部３４からの放熱を抑制するとともに、ボトムゾーンＺａでの水平方向における熱の偏りを少なくし、さらには熱処理装置１の製造コストおよび運用コストをより安価にすることができ、その上、熱処理条件にかかわらず被処理物１００の均熱性が高い状態を確保できる。
【００９０】
また、本実施形態によると、変位機構７は、制御点センサ８ｄで検出された検出温度に基づいて熱線反射部材５を上下方向に変位させることができる。この構成によると、チューブ３内での実際の温度に応じたフィードバック制御によって、ヒータ２２からの熱線を被処理物１００へより均等に反射できる位置に、熱線反射部材５を配置できる。よって、被処理物１００内での温度差をより小さくできる。
【００９１】
また、本実施形態によると、制御点センサ８ｄは、上下方向において最も下側の被処理物１００と、熱線反射部材５との間の領域の温度を検出する。この構成によると、制御点センサ８ｄは、熱線反射部材５から被処理物１００へ向かう熱線による熱をより正確に検出できる。よって、変位機構７を制御する制御部９は、検出された温度情報を用いることで、より適切な高さ位置に熱線反射部材５を配置できる。その結果、最も下側の被処理物１００内での温度差をより小さくできる。
【００９２】
また、本実施形態によると、放熱が生じ易い開口部３４から比較的離れていることから急激な温度変化が比較的少ない領域としての、センタヒータ２２ｂで囲まれたセンタゾーンＺｂに、制御点センサ８ｄが配置されている。これにより、制御点センサ８ｄの温度検出結果が不安定にならずに済む。よって、熱線反射部材５の位置制御について、ハンチングが生じにくいようにすることができる。
【００９３】
また、本実施形態によると、制御部９は、ヒータ２２がチューブ３内の温度を上昇させているときには熱線反射部材５を高反射効率位置に配置させ、チューブ３内の温度を低下させているときには熱線反射部材５を低反射効率位置に配置させる。この構成によると、ヒータ２２がチューブ３内の温度を上昇させているときには、ヒータ２２からの熱線を熱線反射部材５から被処理物１００へより多く反射させることができる。よって、被処理物１００をより迅速に昇温（温度上昇）できる。また、被処理物１００の熱処理が終了すること等によってチューブ３内の温度を低下させるときには、被処理物１００からの放熱を熱線反射部材５が邪魔しないようにできる。よって、被処理物１００をより迅速に降温（温度低下）できる。その結果、被処理物１００の熱処理にかかる時間をより短くでき、被処理物１００の生産効率をより高くできる。
【００９４】
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
【００９５】
上述の実施形態では、制御部９は、上下方向において最も下側の被処理物１００と、熱線反射部材５との間の領域の温度に基づいて変位機構７を動作させることで熱線反射部材５を上下方向に変位させる例を説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。変位機構７を動作させる基準となる温度を測定する対象は、ボトムゾーンＺａであってもよいし、センタゾーンＺｂであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、熱処理装置として、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  熱処理装置
３  チューブ（容器）
５  熱線反射部材
７  変位機構
８ｄ  制御点センサ（温度センサ）
９  制御部
２２  ヒータ
２２ａ  ボトムヒータ
２２ｂ  センタヒータ
３４  開口部
４３  ラック
４５  ヒートバリア
５１  支持部
１００  被処理物
Ｚｂ  センタゾーン（センタヒータで取り囲まれた領域）
【図１】
2022002251.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2022002251.tif 000007
【図６】
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【図７】
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