JP2003178857A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】加熱処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】密閉される炉室内に配置される石英管ヒータを備え、前記炉室の一側壁に前記石英管ヒータを端子部が炉室外に位置するように片持ち状に支持させることを特徴とする加熱処理装置。
【請求項２】前記石英管ヒータが発生する熱線を炉室中央部に反射する反射体を設けた請求項１に記載の加熱処理装置。
【請求項３】前記石英管ヒータと前記反射体とが一体的に前記炉室の一面から炉室内に挿抜可能に設けられた請求項２に記載の加熱処理装置。
【請求項４】前記石英管ヒータがセラミックヒータとこれを覆う石英管とを備える請求項１ないし３のいずれかに記載の加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾燥装置、低温酸化膜生成装置、ガラス基板のデガス洗浄装置、有機膜乾燥装置、半導体部品の熱処理装置、還元反応炉、真空乾燥炉などに用いる加熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば電子回路基板を乾燥させるために炉室内にシーズヒータなどのヒータを配置した加熱処理装置が用いられているが、近年の基板の大型化や基板処理方法の多様化に伴い、炉室内の雰囲気を所定の雰囲気にすることにより加熱処理装置を反応炉として利用することが多くなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シーズヒータなどを用いる従来の加熱処理装置では所定の雰囲気中で高温になるとヒータの表面が酸化されたり、還元されたりしてヒータが劣化し易くなり、また、ヒータからの金属イオンガスが放出される脱ガス現象により雰囲気が壊され、例えば電子部品に不純物が混入するコンタミの問題が発生するおそれがあるなどの問題がある。
【０００４】
脱ガス現象などによる炉内雰囲気の汚染を防止するため、ヒータを炉壁内に埋め込んだり、炉壁の外側に配置したりする場合には、炉壁を加熱し、炉壁の輻射熱で処理物を加熱することになるので、加熱開始後処理物の温度が所定の温度に上昇するまでの時間が長く、温度むらが多い。また、加熱終了後も処理物から熱が炉壁に輻射され、更に炉壁から周囲の待機中に熱が輻射されることにより処理物が冷却されるので、処理物が所定の温度以下に冷却されるまでに長時間かかる。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、短時間で処理物の温度を所定値に上昇させることができ、しかも、ヒータからの脱ガスなどによる炉内雰囲気の汚染が生じない加熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係る加熱処理装置は密閉される炉室内に配置される石英管ヒータを備え、前記炉室の一側壁に前記石英管ヒータを端子部が炉室外に位置するように片持ち状に支持させてあることを特徴とする。
【０００７】
これにより、処理物は炉室内に配置された石英管ヒータにより直接加熱されるので、短時間で所定の処理温度まで加熱されるという作用が得られる。
【０００８】
また、ヒータの劣化により生じる塵や脱ガスにより生じる金属イオンを含むガスは石英管内に封じ込められ、炉室内に拡散することはないという作用を得ることができる。
【０００９】
更に、特に劣化や脱ガス現象が生じ易い端子部は炉室外に位置させているので、この端子部の劣化や脱ガス現象により炉室内の雰囲気が汚染されるおそれは全くないという作用を得ることができる。
【００１０】
そして、これらの作用により、炉室内がヒータの劣化により生じた塵や脱ガス現象により生じたガスで汚染されることがなくなり、炉室内の雰囲気を所定の雰囲気に確実に保持できるという作用が得られるのである。
【００１１】
加えて、本発明によれば、石英管ヒータを炉室の一側壁に片持ち状に支持させることにより、石英管の熱膨張による熱応力で石英管が破損することを防止することができるという作用も得ることができる。
【００１２】
ところで、本発明おいて、石英管ヒータが発生する熱線を炉室中央部に反射する反射体を設けると、熱線を処理物に集中させて効率よく処理物を加熱することができるので、加熱開始後、短時間で処理物の温度を所定の温度に昇温させることができると共に、炉壁を加熱しないので、加熱停止後、短時間で炉室温度を常温に冷却することができ、処理物からの輻射熱量が増大し、処理物を短時間で所定の温度以下に冷却することができるという作用を得ることができる。
【００１３】
また、この反射体により、熱線を均等に分散させて処理物に照射させることにより、処理物の温度分布を平均にすることができ、処理物を均等に熱処理することができるという作用が得られる。
【００１４】
ここで、石英管ヒータと反射体とが一体的に前記炉室の一面から炉室内に挿抜可能に設けられると、石英管ヒータ及び反射面を一体的に炉外に抜き取って点検や整備ができる上、石英管ヒータの交換が容易になるという作用を得ることができる。
【００１５】
また、本発明において、石英管ヒータがセラミックヒータとこれを覆う石英管とを備えるものである場合、ヒータが遠赤外線を発し、この遠赤外線が石英管を透過して処理物に照射されるので、加熱開始後、一層短時間で処理物の温度を所定の温度に昇温させることができると共に、加熱停止後、一層短時間で炉室温度を常温に冷却することができるという作用を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の態様】
本発明の一実施形態に係る加熱処理装置を図面に基づいて具体的に説明すれば、以下の通りである。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態に係る加熱処理装置としてのオーブンの縦断側面図であり、図２はその半断背面図であり、この図１に示すように、このオーブン１の炉体２は前後が開放された矩形筒型の胴体３と、この胴体３の後面を閉塞する後壁４とを備え、胴体３の前面は例えば昇降扉５により開閉される。
【００１８】
図には示していないが、これら胴体３、後壁４及び昇降扉５は必要に応じて内部に形成した冷却水路あるいはその外側に配置した冷却パイプに冷却液、例えば水を循環させて冷却するようにしてもよい。
【００１９】
また、炉体２の内部に形成される炉室６には真空ポンプが接続され、必要に応じて炉室６内を真空にできるようにしている。
【００２０】
炉室６の内部には胴体３の内面にそって前後に伸びる例えば８組のヒータユニット７が配置され、前記後壁４にはこのヒータユニット８を挿通する例えば８口の挿通孔８が形成される。
【００２１】
各ヒータユニット８は、後壁４の外面にネジ止めされる基部９とこの基部９に挿通される石英管ヒータ１０と、反射体１１と、端子部カバー１２とを備え、石英管ヒータ１０は一端が閉塞された石英管の内部にその全長にわたってアルミナヒータからなるセラミックヒータを配置したものであり、端子部１３が炉室６外に位置するように基部９に固定される。また、反射体１１は石英管ヒータ１０が輻射する熱線（赤外線）を炉室６の中央に反射できる形状の反射面１４を備える。
【００２２】
なお、前記後壁４の前面周囲部には例えばＯリングからなる封止部材１５が埋め込まれ、胴体３の後端面と後壁４の前面とでこの封止部材１５を挟圧するようにして多数のクランプ１６で後壁４を胴体３の後面に気密状に締付けている。
【００２３】
また、図面には示していないが、炉体２には必要に応じて温度センサ、ガス成分センサなどが取付られる。
【００２４】
さて、このように構成したオーブン１によれば、処理物を炉室６内に収納し、昇降扉５を閉じてから、真空ポンプを作動させて炉室６内を真空雰囲気にし、更にこの後、石英管ヒータ１０に通電して加熱を開始する。
【００２５】
この石英管ヒータ１０は炉室６内に配置されているので、処理物はこの石英管ヒータ１０が輻射する遠赤外線で直接に加熱されることになり、短時間で常温から所定の処理温度に加熱される。
【００２６】
石英管ヒータ１０から炉壁側に照射される遠赤外線は、反射面１４で炉室６の中央側に反射されるので、処理物は多量の遠赤外線により加熱され、一層短時間で所定の処理温度に加熱される。
【００２７】
図３は１０−１Ｐａの真空雰囲気中で石英管ヒータ１０に通電した場合の前記オーブン内の複数測定点における炉内温度変化を示す処理温度特性図である。石英管ヒータ１０への通電は炉体温度が１５０℃になるように設定した電力で制御を行っている。例えば、この図３に示すように、常温から加熱を開始した後、３０数分後には１５０℃前後に炉内温度を高めることができ、８０分後に１５０℃に安定させることができる。
【００２８】
しかも、反射面１４により石英管ヒータ１０が放射する遠赤外線が炉室６内に均等に分散されるので、炉室６内の気温をすこぶる高度に平均化することができ、例えば温度偏差を例えば±１〜２℃以内にすることができ、処理物を非常に均等に処理することができ、不良品の発生率を低くできる上、製品の品質に対する信頼性を著しく高めることができる。
【００２９】
これに対して、炉壁は石英管ヒータ１０の遠赤外線で直接加熱することはなく、石英管ヒータ１０あるいは処理物から熱を伝導された炉室６内の雰囲気から伝導される熱により加熱されるに過ぎない。この炉壁に伝導される熱量は石英管ヒータ１０から輻射される遠赤外線の全熱量に比べると各段に少ないので、炉壁の温度は水冷などの特別の冷却が不要になる程度の低温になる。
【００３０】
従って、処理終了後に石英管ヒータ１０による加熱を停止した後、真空状態を解除し、外部とガスパージすることで、炉体２が短時間で常温まで冷却されるので、炉室６内の雰囲気も短時間で所定の温度、例えば処理物を取出す取出温度まで冷却される。そして、炉内温度が低くなることにより処理物から炉室６内の雰囲気への輻射熱量が多くなり、短時間で処理物を所定の温度（取出温度）以下に冷却することができる。
【００３１】
例えば図３に示すように、炉内温度が１５０℃に安定してから更に６０分間にわたり１５０℃を維持してから加熱を停止し、真空状態を解除し、外部とガスパージすると、加熱停止後６０分弱で炉室温度が約５０℃程度になり、炉室６から処理物を取出すことができる。
【００３２】
しかも、石英管ヒータ１０を用いているので、その内部のセラミックヒータ（アルミナヒータ）が劣化して塵を発生してもその塵は石英管内に封じ込められるので、炉室６内に拡散するおそれはなく、また、セラミックヒータの脱ガス現象により生じる金属イオンなどを含んだガスも石英管内に封じ込められて炉室６内に拡散するおそれはない。更に、劣化や脱ガス現象が生じ易い端子部１３は炉室６外に配置されているので、端子部１３の劣化により生じる塵や端子部１３の脱ガス現象により生じるガスが炉室６内に拡散するおそれもない。従って、ヒータの劣化や脱ガス現象によって炉室６内の雰囲気が汚染されるおそれは全くない。
【００３３】
また、翻って見れば、セラミックヒータは石英管で被覆されることにより炉室６内の雰囲気から遮断されているので、劣化し難くなり、寿命が長くなる。
【００３４】
ところで、この実施形態では、基部９と、石英管ヒータ１０と、反射体１１とでヒータユニット８を構成し、石英管ヒータ１０及び反射体１１を外から炉室６内に差込んで基部９を後壁４に固定することにより炉室６内の所定の位置に配置するようにしているので、このヒータユニット８を取出すことにより簡単に石英管ヒータ１０及び反射体１１を点検したり、処理中に付着した副生物を石英管ヒータ１０や反射体１１から払拭するなどの整備をしたり、石英管ヒータ１０や反射体１１を交換したりすることができる。
【００３５】
また、石英管ヒータ１０を基部９を介して後壁４に片持ち状に支持させているので、石英管が加熱されても自由に熱膨張することができ、内部に生じる熱応力で石英管が破損するおそれはない。
【００３６】
なお、この実施形態では、炉体２に真空ポンプを付設して、炉室６内の雰囲気を真空にしているが、更にアルゴンガスなどの不活性ガス供給装置を接続して、炉室６内を不活性雰囲気にしたり、窒素ガス供給装置を接続して炉室６内を窒素リッチ雰囲気にしたり、蒸気供給装置などを接続して炉室６内を酸化雰囲気にしたり、水素ガス供給装置などを接続して炉室６内を還元雰囲気にすることが可能である。
【００３７】
更に、この実施形態では石英管ヒータ１０の内部に配置されるヒータとしてアルミナヒータを用いているが、このヒータとしては、他のセラミックヒータを用いてもよく、シーズヒータなどのセラミックヒータ以外のヒータを用いてもよい。
【００３８】
また、この実施形態では、石英管ヒータ１０と共にユニット化される反射体１１を設けているが、これに代えて、或いはこれと共に、図１及び図２に仮想線で示すように、炉室６の内面に沿って全面的に展開する平板状の反射板１７を設けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の加熱処理装置は、密閉される炉室内に配置される石英管ヒータを備え、前記炉室の一側壁に前記石英管ヒータを端子部が炉室外に位置するように片持ち状に支持させることを特徴とするものであるので、石英管ヒータにより直接に炉室内の処理物を加熱して、短時間で処理物を処理温度まで加熱することができるという作用が得られ、これにより処理時間を短縮できるという効果を得ることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、ヒータの劣化により生じる塵や脱ガスにより生じる金属イオンを含むガスは石英管内に封じ込められ、劣化や脱ガス現象が生じ易い端子部は炉室外に位置させているので、ヒータや端子部の劣化や脱ガス現象により炉室内の雰囲気が汚染されるおそれは全くないという作用を得ることができ、所定の雰囲気内における加熱処理に最適の加熱処理装置を得ることができる。
【００４１】
更に、本発明によれば、石英管ヒータを炉室の一側壁、例えば後壁に片持ち状に支持させることにより、石英管の熱膨張による熱応力で石英管が破損することを防止することができるという作用を得ることができ、これにより石英管ヒータの交換頻度を下げてランニングコストを削減できるという効果を得ることができる。
【００４２】
本発明において、石英管ヒータが発生する熱線を炉室中央部に反射する反射体を設けると、炉壁に向かって照射された石英管ヒータの熱線を炉室内の処理物に反射して照射させることができ、これにより、処理物を効率よく、平均に加熱することができ、加熱開始後所定の処理温度に到達するまでの時間を短縮して処理時間を短縮できるという効果が得られる上、炉壁が直接加熱されないので炉壁温度を低温にすることができ、炉壁を冷却する冷却装置を省略して安価にすることができるという効果が得られると共に、加熱終了後に処理物を短時間で所定の取出し温度まで冷却することができ、これにより処理時間を短縮できるという効果が得られる。
【００４３】
また、本発明において、石英管ヒータと反射面とが一体的に前記炉室の一面から炉室内に挿抜可能に設けられると、石英管ヒータ及び反射面を炉室から取出して点検したり、整備したり、交換したりできるので、石英管ヒータ及び反射体の点検、整備、交換などのメンテナンスが容易になるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦断側面図である。
【図２】本発明の半断背面図である。
【図３】本発明の処理温度特性図である。
【符号の説明】
１ オーブン
４ 後壁
６ 炉室
１０ 石英管ヒータ
１１ 反射体
１３ 端子部
１７ 反射体