JP2004354010A - Heat treatment oven - Google Patents
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Abstract
Description
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a batch-type oven that heat-treats an object in an atmosphere gas such as heated air.
[0002]
[Prior art]
There are various types of conventional batch-type heat treatment ovens. As a typical example, while circulating an atmosphere gas such as air heated in the oven, the heat treatment oven in the oven is arranged from behind the heat treatment chamber in the oven to the front. A so-called "front-blowing type" heat treatment oven is known, in which the above-mentioned atmosphere gas is caused to flow toward a door of an entrance and an object placed in a heat treatment chamber is heat-treated in the above-mentioned atmosphere gas. .
[0003]
Such a “front blowout type” heat treatment oven usually has a wind tunnel installed inside an entrance door in front of the heat treatment oven, and smoothly circulates the atmosphere gas in the heat treatment chamber through the wind tunnel, thereby disturbing the atmosphere gas in the heat treatment chamber. The flow is suppressed to prevent large variations in the temperature distribution.
[0004]
In the cassette transfer type continuous heat treatment equipment, a wind tunnel is installed inside the door, and a horizontal rectifier perpendicular to the inner surface of the door is installed at the bottom of the wind tunnel to heat-treat the workpiece in the upper cassette. It is also known that the heating atmosphere gas used in the above-mentioned rectifier is made into a parallel laminar flow in the horizontal direction through the above-mentioned wind tunnel and flows to the processing object of the lower cassette, so that the processing objects of the upper and lower cassettes can be simultaneously heat-treated. (For example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-232089 (Page 3,
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the wind tunnel is installed inside the door as in the above-mentioned conventional "front blowout type" heat treatment oven, the thickness and weight of the door increase, and a flow rate adjusting plate for the atmospheric gas flowing through the wind tunnel is required. Therefore, there was a problem that the structure became complicated. Further, there is also a problem that the temperature of the sheet metal forming the wind tunnel is partially lowered, and the volatile matter generated from the object to be processed solidifies and adheres at a low temperature portion of the wind tunnel. It seems that these problems occur almost similarly in the continuous heat treatment apparatus of Patent Document 1 described above.
[0007]
Further, in the cassette transfer type continuous heat treatment apparatus of Patent Document 1, a horizontal rectifier perpendicular to the inner surface of the door is attached to the lower part of the wind tunnel inside the door. Even if the gas is installed inside the door of the above-mentioned “front blow-out type” heat treatment oven, where the gas flows from behind the heat treatment room toward the front door, the flow of the atmosphere gas in the heat treatment room is minimized and the temperature distribution is minimized. It is of no use to reduce the variation.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to address the above-described problems. An object of the present invention is to simplify the structure of a door, to suppress an increase in the thickness and weight of the door as much as possible, and to make the temperature distribution of the heat treatment chamber uneven. Another object of the present invention is to provide a front-blowing-type heat treatment oven that can suppress the occurrence of a binder and prevent the adhesion of volatile binder.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the heat treatment oven of the present invention, while circulating the atmosphere gas heated in the oven, flowing the atmosphere gas from the back of the heat treatment chamber in the oven toward the front door of the front entrance, the heat treatment chamber An oven for heat-treating an object to be processed placed in an atmosphere gas, wherein a plurality of rectifying plates parallel to the inner surface of the door are mounted on the inside of the door at intervals. is there.
[0010]
In this way, the heat treatment oven with multiple rectifying plates mounted on the inside of the door has a simpler door structure compared to a conventional heat treatment oven with a wind tunnel and a flow control plate installed inside the door, and the door has a simpler structure. Increases in thickness and weight can be significantly suppressed. In addition, the atmosphere gas in the heat treatment chamber flows toward the inflow end of the current plate, and is rectified and circulated when passing through the passages between the current plates, so that the turbulent flow of the atmosphere gas in the heat treatment chamber is suppressed. In addition, the temperature of the rectifying plate is not partially reduced, and the variation in the temperature distribution inside the heat treatment chamber is reduced, thereby improving the accuracy. In addition, since the temperature of the current plate does not decrease as described above, the volatile binder generated from the processing object does not solidify and adhere.
[0011]
In the heat treatment oven of the present invention, it is preferable to provide a filter for passing an atmospheric gas behind the heat treatment chamber. In this way, dust and contaminants are removed when the circulating atmosphere gas passes through the filter, and the purified atmosphere gas flows into the heat treatment chamber. Disappears. Therefore, such a heat treatment oven is suitable as a clean oven used for a wafer manufacturing process in a semiconductor factory.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the heat treatment oven of the present invention.
[0014]
This heat treatment oven 1 is formed in a box shape with a bottom wall 1a made of a heat insulating wall, front and rear left and
[0015]
Inside the heat treatment oven 1, a
[0016]
Behind the
[0017]
On the heat insulating wall 2a inside the
[0018]
The number of the rectifying
[0019]
The circulation passage through which the atmospheric gas circulates in the oven is composed of a
[0020]
Above the
[0021]
On the lower side of the cooler 16, as a passage switching means for switching between the
[0022]
A cooling
[0023]
In FIG. 1,
[0024]
Next, the operation of the heat treatment oven 1 will be described.
[0025]
An object to be processed (not shown) is set in the
[0026]
When the object to be processed placed in the
[0027]
Further, when the partial temperature drop of the
[0028]
During this heat treatment, the
[0029]
The cooling after the heat treatment is performed in a high temperature range (a temperature range of about 280 ° C. to about 500 ° C.) in which quenching is likely to cause welding cracks and cracks in the sheet metal of the heat treatment chamber and the lining plate of the oven. The process is performed in two stages by dividing into a low-temperature region (a temperature region lower than around 280 ° C.) where it is difficult to generate. That is, the cooling in the high temperature region immediately after the heat treatment is performed by setting the first switching plate 17a and the
[0030]
When the temperature drops to around 280 ° C., the first switching plate 17a and the
[0031]
As described above, if a cooling method in which relatively slow cooling by the
[0032]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the heat treatment oven of the present invention can simplify the structure of the door, suppress the increase in the thickness and weight of the door as much as possible, and reduce the variation in the temperature distribution in the heat treatment chamber, so that the heat treatment oven can be uniformly treated. And excellent effects such as easy maintenance because there is no adhesion of binder volatiles to the current plate and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a heat treatment oven of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1
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