(57)【要約】【課題】扉の構造を簡素化して扉の厚みや重量の増加を極力抑え、熱処理室の温度分布のバラツキを抑制すると共に、バインダー揮発物の付着も防止できる熱処理オーブンを提供することにある。【解決手段】オーブン１内で加熱した雰囲気ガスを循環させながら、オーブン内の熱処理室６の背後から前方の出入口の扉２に向かって雰囲気ガスを流し、熱処理室６に置かれた被処理物を雰囲気ガス中で熱処理するオーブンにおいて、上記扉２の内側に、上記扉２の内面と平行な整流板１３を間隔をあけて複数枚重ねて取付けた構成とする。熱処理室６の背後にはフィルター１１を設置する。【選択図】              図１
2004354010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーブン内で加熱した雰囲気ガスを循環させながら、オーブン内の熱処理室の背後から前方の出入口の扉に向かって雰囲気ガスを流し、熱処理室に置かれた被処理物を雰囲気ガス中で熱処理するオーブンにおいて、上記扉の内側に、上記扉の内面と平行な整流板を間隔をあけて複数枚重ねて取付けたことを特徴とする熱処理オーブン。
【請求項２】
熱処理室の背後に雰囲気ガスを通すフィルターを設置したことを特徴とする請求項１に記載の熱処理オーブン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱された空気等の雰囲気ガス中で被処理物を熱処理するバッチ式のオーブンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバッチ式の熱処理オーブンには種々のタイプのものがあるが、その代表的なものとして、オーブン内で加熱した空気等の雰囲気ガスを循環させながら、オーブン内の熱処理室の背後から前方の出入口の扉に向かって上記の雰囲気ガスを流し、熱処理室に置かれた被処理物を上記の雰囲気ガス中で熱処理するように構成した、所謂「前面吹き出しタイプ」の熱処理オーブンが知られている。
【０００３】
かかる「前面吹き出しタイプ」の熱処理オーブンは、通常、その前方の出入口の扉の内側に風洞を取付け、この風洞を通じて熱処理室の雰囲気ガスをスムーズに循環させることにより、熱処理室内での雰囲気ガスの乱流を抑制して温度分布に大きいバラツキが生じないようにしている。
【０００４】
また、カセット搬送式の連続熱処理装置の中には、その扉の内側に風洞を取付けると共に、この風洞の下部に扉の内面と直角な水平方向の整流器を取付け、上段カセットの被処理物の熱処理に利用した加熱雰囲気ガスを上記の風洞を通して上記の整流器により水平方向の平行層流にして下段カセットの被処理物に流し、上下のカセットの被処理物を同時に熱処理できるようにしたものも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２３２０８９号公報（第３頁、第７頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の「前面吹き出しタイプ」の熱処理オーブンのように扉の内側に風洞を取付けると、扉の厚みや重量が増加し、しかも、風洞を流れる雰囲気ガスの流量調整板が必要となるため構造も複雑になるという問題があった。また、風洞を形成する板金の温度が部分的に低下し、被処理物から発生するバインダー揮発物が風洞の低温部分で凝固して付着するという問題もあった。これらの問題は、前述の特許文献１の連続熱処理装置においてもほぼ同様に生じるものと思われる。
【０００７】
また、特許文献１のカセット搬送式の連続熱処理装置では、扉の内側の風洞の下部に、扉の内面と直角な水平方向の整流器を取付けているが、このような水平方向の整流器を、雰囲気ガスが熱処理室の背後から前方の扉に向かって流れる前述の「前面吹き出しタイプ」の熱処理オーブンの扉の内側に取付けてみても、熱処理室の雰囲気ガスの流れをできるだけ乱さないようにして温度分布のバラツキを抑えるために何の役にも立たない。
【０００８】
本発明は上記の問題に対処すべくなされたもので、その目的とするところは、扉の構造を簡素化して扉の厚みや重量の増加を極力抑えることができ、熱処理室の温度分布のバラツキを抑制することができると共に、バインダー揮発物の付着を防止することもできる、前面吹き出しタイプの熱処理オーブンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の熱処理オーブンは、オーブン内で加熱した雰囲気ガスを循環させながら、オーブン内の熱処理室の背後から前方の出入口の扉に向かって雰囲気ガスを流し、熱処理室に置かれた被処理物を雰囲気ガス中で熱処理するオーブンにおいて、上記扉の内側に、上記扉の内面と平行な整流板を間隔をあけて複数枚重ねて取付けたことを特徴とするものである。
【００１０】
このように扉の内側に整流板を複数枚重ねて取付けた熱処理オーブンは、従来の風洞や流量調整板を扉の内側に取付けた熱処理オーブンに比べると、扉の構造が簡素になり、扉の厚みや重量の増加を大幅に抑えることができる。しかも、熱処理室の雰囲気ガスは整流板の流入端に向かって流れ、整流板の相互間の通路を通る際に整流されて循環されるため、熱処理室内での雰囲気ガスの乱流が抑えられると共に、整流板の部分的な温度低下が生じなくなり、熱処理室内部の温度分布のバラツキが減少して精度が向上する。また、整流板は上記のように温度低下を生じないので、被処理物から発生したバインダー揮発物が凝固して付着することもない。
【００１１】
本発明の熱処理オーブンにおいては、熱処理室の背後に雰囲気ガスを通すフィルターを設置することが好ましい。このようにすると、循環する雰囲気ガスがフィルターを通過するときに塵埃や汚染物質が除去され、浄化された雰囲気ガスが熱処理室に流入するので、塵埃や汚染物質によって被処理物が悪影響を受ける心配がなくなる。従って、このような熱処理オーブンは、半導体工場におけるウエハ製造プロセス等に使用されるクリーンオーブンとして好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。
【００１３】
図１は本発明の熱処理オーブンの一実施形態を示す概略断面図である。
【００１４】
この熱処理オーブン１は、断熱壁よりなる底壁１ａと前後左右の側壁１ｂと天壁１ｃとで箱型に形成されたものであり、前側壁１ｂの出入口には断熱壁２ａを内側に装着した扉２が開閉自在に取付けられている。
【００１５】
熱処理オーブン１の内部には、隔壁５が扉２の上端縁とほぼ同じ高さに位置して設けられており、この隔壁５の下側が熱処理室６になっている。そして、この隔壁５の上側には、雰囲気ガス（例えば清浄な空気等）が循環する循環通路の一部となる上部通路７が形成されている。この上部通路７には、複数本のシーズヒーター８（金属製の鞘管に抵抗発熱線を挿通して絶縁材を充填した細長いパイプ状のヒーター）が天壁１ｃを貫いて導入されており、上部通路７内を流れる雰囲気ガスを５００℃付近まで加熱できるようになっている。そして、加熱された雰囲気ガスを送るファン９が上部通路７の出口部分に取付けられ、天壁１ｃの上に設置されたモーター１０で駆動されるようになっている。
【００１６】
熱処理室６の背後には二つの耐熱フィルター１１，１１が上下に重ねて取付けられており、これらの耐熱フィルター１１，１１と背後の側壁１ｂとの間には、雰囲気ガスが流れる循環通路の一部となる背面通路１２が形成されている。この耐熱フィルター１１，１１は、耐熱性のガラス繊維を使用したフィルターエレメントと、耐熱性金属のフィルター枠とからなる、耐熱温度が５００℃程度の耐熱フィルターであって、フィルターエレメントの両側を耐熱性金属の網体で挟んで一体化し、フィルター枠に固定してシールしたものである。耐熱フィルター１１を構成する耐熱性の材料としては、耐熱温度が５００℃程度のガラス繊維やＳＵＳ等が使用される。
【００１７】
扉２の内側の断熱壁２ａには、扉２の内面（断熱壁２ａの表面）と平行な３枚の整流板１３が間隔をあけて複数枚重ねて取付けられている。この整流板１３は５００℃以上の高熱に耐え得る耐熱性の金属板よりなるものであって、扉２の断熱壁２ａから突設された上下のステー１４，１４に溶接して取付けられている。最も内側の整流板１３は、その上下寸法が他の整流板１３よりも少し大きくなっており、図１に示すように扉２を閉めたとき、最も内側の整流板１３の下端（流入端）と底壁１ａとの間に適度な大きさの開口部が形成されるようになっている。そして、最も内側の整流板１３の上端は、扉２を閉めたとき前述の隔壁５の前端に近接し、この近接した部分から熱処理室６内の雰囲気ガスが実質的に上部通路７に流出しないように構成されている。
【００１８】
整流板１３の枚数や相互間隔は特に限定されるものではなく、雰囲気ガスの必要な流量を確保できるように設定すればよいが、一般的には整流板１３の枚数を２〜５枚の範囲内とし、相互間隔を１〜５ｃｍの範囲内とすることが好ましい。このように扉２の内側に整流板１３を複数枚重ねて取付けると、従来の風洞や流量調整板を扉の内側に取付けた熱処理オーブンに比べて、扉の構造が簡素になり、扉の厚みや重量の増加を大幅に抑えることが可能となる。
【００１９】
オーブン内で雰囲気ガスが循環する循環通路は、背面通路１２と、耐熱フィルター１１，１１と、熱処理室６と、整流板１３の相互間の通路と、上部通路７とで構成されており、シーズヒーター８で高温（例えば４５０℃以上、フィルター１１の耐熱温度以下）に加熱された雰囲気ガスはファン９によって上記の循環通路を循環しながら、耐熱フィルター１１，１１を通って浄化され、熱処理室６の背後から前方の出入口の扉２に向かって流れ、この清浄な高温雰囲気中で熱処理室６の被処理物が熱処理されるようになっている。
【００２０】
循環通路の一部である上部通路７の上側には、雰囲気ガスを冷却する冷却用バイパス通路１５が形成されており、このバイパス通路１５には、多数の冷却フィンを備えた水冷式の冷却器１６が設置されている。そして、この冷却器１６に冷水を供給する給水管１６ａと、熱交換した水を排出する排水管１６ｂが、オーブンの天壁１ｃを貫通して冷却器１６に接続されている。
【００２１】
冷却器１６の下側には、循環通路の上部通路７とバイパス通路１５の切り替えを行って雰囲気ガスを流す通路切替手段として、略Ｔ字形の第一切替板１７ａと平板状の第二切替板１７ｂが９０°回転自在に取付けられている。図１に示すように、これらの切替板１７ａ，１７ｂが上部通路開通位置にあるときは、上部通路７の第一ゲート７ａ及び第二ゲート７ｂが開き、バイパス通路１５の冷却器１６よりも前方側（入口側）が第一切替板１７ａで閉鎖されると共に、バイパス通路１５の合流口（出口側）も第二切替板１７ｂで閉鎖されるため、雰囲気ガスは冷却用のバイパス通路１５を流れないで循環通路の上部通路７を流れることになる。そして、これらの切替板１７ａ，１７ｂを仮想線（一点鎖線）で示すように９０°回転させると、循環通路の上部通路７の第一ゲート７ａ及び第二ゲート７ｂが第一切替板１７ａと第二切替板１７ｂによって閉鎖され、バイパス通路１５の入口側も出口側も開放されてバイパス通路１５が開通するため、循環する雰囲気ガスはこのバイパス通路１５の冷却器１６を通って上部通路７に合流することになる。
【００２２】
また、このオーブン１の前側壁を除く三面の側壁１ｂ（左右側壁及び後側壁）の内面側には、冷却用エアージャケット１９が設けられており、内張板１８によってエアージャケット１９と循環通路の背面通路１２等が仕切られている。そして、このエアージャケット１９に冷却用の空気を供給する給気口１９ａがオーブンの天壁１ｃに設けられ、エアージャケット１９から空気を排出する排気口１９ｂがオーブン１の底壁１ａの下方に設けられている。この冷却用エアージャケット１９は、オーブン１の側壁１ｂの内面を凹設した面状通気層であり、給気口１９ａから冷却用の空気を該ジャケット１９に供給すると共に、排気口１９ｂから吸熱した空気を排出してエアージャケット１９に空気を流すことにより、高温の雰囲気ガスを比較的緩慢に冷却するものである。このエアージャケット１９による冷却効率を高めるためには、図１に仮想線で示すように、エアージャケット１９から循環通路の背面通路１２に突き出す多数枚の吸熱フィン１９ｃを設けることが好ましい。
【００２３】
尚、図１中、２０はオーブン１内に雰囲気ガスを給排気するための給排気管である。
【００２４】
次に、この熱処理オーブン１の動作について説明する。
【００２５】
被処理物（不図示）をオーブン１の熱処理室６にセットすると共に、オーブン１内の空気を給排気管２０から供給される雰囲気ガス（例えば清浄な空気等）に置換し、第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ｂを図１に示す上部通路開通位置にしてシーズヒーター８を発熱させながら、モーター１０でファン９を回すと、ファン９によって送り出された雰囲気ガスは、循環通路、即ち、背面通路１２、耐熱フィルター１１，１１、熱処理室６、整流板１３の相互間の通路、上部通路７を通って循環し、上部通路７を通るときにシーズヒーター８により加熱されて所定の熱処理温度（例えば４５０℃以上、フィルター１１の耐熱温度以下）まで上昇する。そして、耐熱フィルター１１，１１を通過するときに塵埃や汚染物質が除去されて雰囲気ガスが浄化され、この浄化された雰囲気ガスが熱処理室６の背後から出入口の扉２に向かってながれ、この清浄な雰囲気ガス中で、熱処理室６にセットされた被処理物が塵埃や汚染物質による悪影響を受けることなく熱処理される。
【００２６】
上記のように雰囲気ガスを循環させながら、熱処理室６に置かれた被処理物を熱処理すると、耐熱フィルター１１，１１から熱処理室６に流入した雰囲気ガスは、整流板１３の下端（流入端）と底壁１ａとの間の開口部に向かって流れ、整流板１３の相互間の通路を通る際に整流されて上部通路７へと戻っていくため、熱処理室６内での雰囲気ガスの乱流が抑えられると共に、整流板１３の部分的な温度低下が生じなくなり、熱処理室６内部の温度分布のバラツキが減少して精度が向上する。ちなみに、５００℃近くの高温で熱処理を行う場合、扉の内側に風洞を設けた従来のオーブンでは温度分布のバラツキが±５℃程度であるが、扉の内側に整流板１３を設けた上記のオーブン１では、これよりも温度分布のバラツキが少なくなり、±４℃程度もしくはそれ以下になる。
【００２７】
また、上記のように整流板１３の部分的な温度低下がなくなると、被処理物から発生したバインダー揮発物が整流板１３の低温部分の表面で凝固して付着する心配も解消されるので、付着物の除去作業が不要となり、メンテナンスが容易になる。
【００２８】
この熱処理時には、通路切替手段の第一切替板１７ａと第二切替板１７ｂによってバイパス通路１５が閉鎖され、雰囲気ガスがバイパス通路１５の冷却器１６を通らないので、冷却器１６による熱損失がなくなり、シーズヒーター８の消費電力を大幅に節約することができる。
【００２９】
熱処理後の冷却は、急冷によって熱処理室の板金やオーブンの内張板の溶接割れや亀裂が生じやすい高温域（２８０℃付近〜５００℃付近の温度域）と、そのような溶接割れや亀裂が生じにくい低温域（２８０℃付近より低い温度域）に分けて二段階で行う。即ち、熱処理直後の高温域での冷却は、図１に示すように第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ｂを上部通路開通位置にして、雰囲気ガスが冷却器１６を通過しないようにバイパス通路１５を閉鎖した状態で雰囲気ガスを循環させながら、冷却用のエアージャケット１９に冷却用の空気を流して雰囲気ガスおよび熱処理室から熱を奪うことにより、温度が２８０℃程度に下がるまで比較的緩慢に行う。
【００３０】
そして、温度が２８０℃付近まで低下すると、第一切替板１７ａ及び第二切替板１７ｂを図１に仮想線で示すように９０°回転させて、循環通路の上部通路７を閉鎖すると同時にバイパス通路１５を開通させ、雰囲気ガスをバイパス通路１５の水冷式の冷却器１６に通して循環させることにより、雰囲気ガスを安全に排出できる温度まで急速な冷却を行う。この低温域での冷却時には、エアージャケット１９による冷却は停止してもよいし引き続き行ってもよい。
【００３１】
上記のように、エアージャケット１９による比較的緩慢な冷却と、冷却器１６による急冷とを二段階で行う冷却方式を採用すると、２８０℃付近以上の高温域で急冷する場合に見られる急激な熱収縮に伴う板金溶接部分の溶接割れや亀裂等を防止できるので、オーブン１の耐久性が向上し、長寿命化を達成することができる。また、エアージャケット１９による冷却はやや長い時間を要するが、水冷式の冷却器１６による急速な冷却は短時間で行われるので、トータル的な冷却時間は従来の冷却方式の場合とあまり変わらず、特に、低温域の冷却を冷却器１６とエアージャケット１９を併用して行う場合は、更に冷却時間を短縮することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の熱処理オーブンは、扉の構造を簡素化して扉の厚みや重量の増加を極力抑えることができ、熱処理室の温度分布のバラツキが少ないので均等な熱処理を行うことができ、整流板等へのバインダー揮発物の付着がないのでメンテナンスも容易であるなど、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理オーブンの一実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  熱処理オーブン
２  扉
６  熱処理室
７  上部通路
８  シーズヒーター
９  ファン
１１  耐熱フィルター
１２  背面通路
１３  整流板
１５  冷却用バイパス通路
１６  冷却器
１７ａ  第一切替板
１７ｂ  第二切替板
１９  冷却用エアージャケット
１９ｃ  吸熱フィン
【図１】
2004354010.tif 000003