JP2009162432A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で搬入口／搬出口からの炉内への外気流入を抑制し、少ないガスで炉内環境を一定に保つことが可能な処理炉、特に、少ない不活性ガスで炉内酸素濃度を一定値以下に保つことが可能な加熱炉の提供。
【解決手段】被加熱物搬入口５及び被加熱物搬出口６の各々に、被加熱物３が載置された搬送ジグ４が近づくと開口するように制御されるシャッター１２、１３を設けると共に、被加熱物搬入口５から被加熱物搬出口６までの搬送経路長Ｌを、搬送ジグ４の設置間隔Ｗの整数倍とならないようにして、必然的に、被加熱物搬入口５のシャッター１２と被加熱物搬出口６のシャッター１３とが同時に開口しないようにする。また、炉内の被加熱物搬入口５の近傍及び被加熱物搬出口６の近傍に、被加熱物３を載置した搬送ジグ４が通過可能な最小面積の開口部を有する敷居板１１を設け、外気の流入を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料を処理する処理炉に関し、特に、炉内を不活性ガスで満たした状態で被加熱物を加熱する加熱炉に関する。

電子デバイスなどの被加熱物が加熱炉中を通過することにより加熱処理される工程においては、加熱中の被加熱物の酸化防止のため、炉内を不活性ガス（例えばＮ_２）で満たし、酸素濃度を一定値以下に保つ必要がある。しかしながら、被加熱物の搬入口／搬出口から外気が炉内に進入してしまい、酸素濃度を一定値以下に保つのが難しいという問題がある。

この問題に対して、搬入口／搬出口にシャッターを設けたり、更には、入口／出口に処理前／処理後用の部屋（ロードロック室）を設けることにより、炉内への外気の進入を抑制する方法が用いられている。例えば、下記特許文献１には、１枚の基板を収容可能な小さい容積のロードロック室を設け、第１ゲートを通して外部から基板をロードロック室に搬入し、ロードロック室を密閉して内部をリフロー処理室と同じ圧力まで加圧した後、第２ゲートを開いて基板をリフロー処理室へ搬入するリフロー処理装置が開示されている。

特開２００５−３１１１６３号公報

しかしながら、搬入口／搬出口にシャッターを設ける方法や、入口／出口に処理前／処理後用の部屋（ロードロック室）を設ける方法には以下に示す問題がある。

［搬入口／搬出口にシャッターを設ける方法］
この方法では、前工程から被加熱物が送られて来たら搬入口のシャッターを開け、被加熱物を順次、炉内に投入する。投入された被加熱物が炉内を通過することで加熱されたら搬出口のシャッターを開け、投入されたのと同じ時間間隔で炉外に搬出する。

しかしながら、この方法では、搬入口のシャッターと搬出口のシャッターは、各々、被加熱物が近づくと開口するように制御されるため、場合によっては搬入口／搬出口のシャッターが同時に開いてしまうことも考えられる。この場合、搬入口から搬出口まで外気の流路が一直線に出来てしまうため、大量の外気が炉内へ流入し、酸素濃度が下がる。そのため、酸素濃度を低下させないためには、不活性ガスの供給量を増やし、炉内の圧力を高める必要があり、不活性ガスが大量に必要となるという問題がある。

［入口／出口に処理前／処理後用の部屋（ロードロック室）を設ける方法］
この方法では、入口の部屋に被加熱物が入ってきたら、部屋入口のシャッターを閉じ、不活性ガスで部屋を満す。酸素濃度を十分に下げた後、部屋奥に設けられたもう一つのシャッターを開き、部屋を炉内と繋なげ、被加熱物を炉内へ投入する。被加熱物が完全に炉内に入ったら、部屋奥のシャッターを閉じ、部屋入口のシャッターを開け、次の被加熱物が来るのを待つ。そして、出口の部屋に加熱処理を終えた被加熱物が入ってきたら、部屋入口のシャッターを閉じ、炉と部屋を遮断する。更に、炉外部と繋がるもう一つのシャッターを開き、被加熱物を外部に搬出する。排出後は両シャッターを閉じ、室内を不活性ガスで満たす。酸素濃度が十分に低下した後、炉に繋がるシャッターを開け、次の被加熱物を待つ。

しかしながら、この方法では、シャッターが４つ必要であり、各々のシャッターの開閉状態に基づいて不活性ガスの供給が制御されるため、シャッターの制御や不活性ガスの制御が難しく、更には装置構造の複雑化や大型化を招いてしまうという問題がある。

また、このような問題は加熱炉に限らず、炉内を外気と異なる所定のガスで満たした状態で試料を処理する任意の処理炉に対しても同様に生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、簡単な構造で搬入口／搬出口からの炉内への外気流入を抑制し、少ないガスで炉内環境を一定に保つことが可能な処理炉、特に、少ない不活性ガスで炉内酸素濃度を一定値以下に保つことが可能な加熱炉を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、試料を炉内に搬入する搬入口と、前記試料を炉外に搬出する搬出口と、炉内に所定のガスを供給するガス供給手段と、前記試料を載置した搬送治具を前記搬入口から前記搬出口に向かって略等間隔で搬送する搬送手段と、を少なくとも備える処理炉において、前記搬入口及び前記搬出口の各々に、前記搬送治具の通過時に開口するシャッターを備え、前記搬入口から前記搬出口までの搬送経路長が、前記搬送治具の設置間隔の整数倍とならないように設定され、前記搬入口のシャッターと前記搬出口のシャッターとが異なるタイミングで開口するものである。

本発明によれば、簡単な構造で搬入口／搬出口からの炉内への外気流入を抑制し、少ないガスで炉内環境を一定に保つことができる処理炉、特に、少ない不活性ガスで炉内酸素濃度を一定値以下に保つことができる加熱炉を提供することができる。

その理由は、炉の搬入口及び搬出口の各々にシャッターを設け、搬入口から搬出口までの搬送経路長を、搬送治具の設置間隔の整数倍とならないように設定することにより、２枚のシャッターの開口タイミングにずれを生じさせる。これにより、２枚のシャッターが同時に開口し、搬入口から搬出口へ通じる一直線の流路が出来て外気が炉内に流入するといった不具合を防止することができるからである。

また、炉内の搬入口及び搬出口の近傍に、搬送治具が通過可能な最小面積の開口部を有する敷居板を設けることにより、搬入口から搬出口へ通じる流路を狭くすることができ、外気の炉内への流入を抑制することができるからである。

背景技術で示したように、加熱炉中を通過させることで被加熱物を加熱処理する工程において、炉内の酸素濃度を一定値以下に保つために、被加熱物の搬入口／搬出口にシャッターを設けたり、入口／出口に処理前／処理後用の部屋（ロードロック室）を設ける方法が用いられている。しかしながら、搬入口／搬出口にシャッターを設ける方法では、搬入口／搬出口のシャッターが同時に開いた場合に、搬入口から搬出口まで外気の流路が一直線に出来てしまい、大量の外気が炉内へ流入するという問題があり、ロードロック室を設ける方法では、シャッターの制御や不活性ガスの制御が難しく、装置構造の複雑化や大型化を招いてしまうという問題がある。

そこで、本発明では、搬入口及び搬出口の各々に、被加熱物が載置された搬送ジグが近づくと開口するように制御されるシャッターを設けると共に、搬入口から搬出口までの搬送経路長を、搬送ジグの設置間隔の整数倍とならないようにして、必然的に、搬入口のシャッターと搬出口のシャッターとが同時に開口しないようにする。また、炉内の搬入口の近傍及び搬出口の近傍に、被加熱物を載置した搬送ジグが通過可能な最小面積の開口部を有する敷居板を設け、外気の流入を抑制する。

これにより、熱処理前／熱処理後の部屋（ロードロック室）を設けることなく、簡単な構造で搬入口／搬出口からの炉内への外気流入を抑制し、少ない不活性ガスで炉内酸素濃度を一定値以下に保つことができる。以下、図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る加熱炉について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、縦型加熱炉の構造を示す側断面図であり、図２は、図１のＮ−Ｎ線に沿った断面を上方から見た断面図である。また、図３は、シャッターの構造を示す平面図であり、図４は、図１のＡ−Ａ線に沿った搬送ジグの他の構造を示す断面図である。また、図５は、加熱炉のシャッターの開口タイミングの例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の縦型の加熱炉１は、ヒータなどの加熱手段２と、その中を鉛直方向に、電子デバイスなどの被加熱物３を搬送する搬送手段１０と、Ｎ_２などの不活性ガスを炉内に供給する不活性ガス供給口９などを有する。

加熱炉１の下部には、搬送ジグ４に載置された被加熱物３を炉内へ投入する為の被加熱物搬入口５を有し、加熱炉１の上部には搬送ジグ４に載置された被加熱物３を炉外へ送り出す為の被加熱物搬出口６を有している。

搬送手段１０としては、スチールベルトやメッシュベルト、金属ワイヤを使用したコンベア等が使用される。搬送手段１０には、搬送ジグ４が搬送方向に対して垂直かつ略等間隔で取り付けられている。

被加熱物搬入口５から被加熱物搬出口６までの搬送経路長（Ｌ）は、要求される温度プロファイルを満たすと共に、搬送ジグ４の間隔（Ｗ）の整数倍にならないように選択され、例えば、搬送経路長（Ｌ）は搬送ジグ４の間隔（Ｗ）の１５．５倍、３０．５倍など、（整数＋０．５）倍に選択される。なお、２１．３倍、４５．７倍など、必ずしも（整数＋０．５）倍としなくても良いが、シャッターが開いてから閉じるまでに所定の時間が必要であり、整数倍に近い値にすると、一方のシャッターが閉じ終わる前に他方のシャッターが開き始めることも考えられることから、搬送経路長（Ｌ）は搬送ジグ４の間隔（Ｗ）の（整数＋０．５）倍に選択することが好ましいと言える。

また、搬送手段１０の動作方法として、一定速度で連続動作させる方法と、一定時間間隔毎に一定距離だけ動作させるステップ送りの方法とがある。連続動作の方法では、加熱プロセスが長い場合、搬送速度を低速に設定し時間をかけて被加熱物３を移動させる必要があるが、被加熱物３が被加熱物搬入口５／被加熱物搬出口６を通過するのにも長い時間を要してしまう。一方、ステップ送りの方法では、加熱プロセスの時間に関係なく移動スピードを設定できるため、加熱プロセスが長くなっても、被加熱物３は短時間で被加熱物搬入口５／被加熱物搬出口６を通過することができる。従って、被加熱物搬入口５／被加熱物搬出口６からの加熱炉１内への外気流入を抑制する観点からはステップ送りの方法が好ましいと言える。

被加熱物搬入口５及び被加熱物搬出口６は、各々、シャッター１２、１３を有している。このシャッター１２、１３は通常閉じており、図示しない制御手段により、被加熱物３が通過する時のみ開口するように制御される。例えば、搬送経路上の被加熱物搬入口５及び被加熱物搬出口６の近傍に、搬送ジグ４の位置を検出する電気接点や光センサなどを設け、搬送ジグ４が被加熱物搬入口５又は被加熱物搬出口６に近づいたらシャッターを開け、搬送ジグ４が被加熱物搬入口５又は被加熱物搬出口６を通過したらシャッターを閉じるなどの制御が行われる。なお、このシャッター１２、１３の材料やサイズ、開閉構造などは特に限定されず、例えば、１又は複数の金属板が被加熱物搬入口５及び被加熱物搬出口６の面に沿ってスライドする構造などとすることができる。

このスライド構造としては、例えば、図３に示すように、シャッター１２、１３にリニアガイド１５を取り付け、エアシリンダや電気モータ等のアクチュエータ１６により開閉させる構造がある。このような構造において、シャッター１２、１３をテーパー状に加工し、被加熱物搬入口５／被加熱物搬出口６のシャッター１２、１３が突き当たる部分に、シリコン樹脂やフッ素樹脂などの素材からなるパッキン１４を取り付け、シャッター１２、１３を閉じた際に適度な加重でシャッター１２、１３がパッキン１４を圧縮するようにすれば、より高度な密閉性を確保することができる。

更に加熱炉１は、図２に示すように、被加熱物３及び搬送ジグ４が通過可能な最小面積の開口部１１ａを持つ敷居板１１を、被加熱物搬入口５及び被加熱物搬出口６の付近に一枚ずつ備えている。この敷居板１１の材料や厚みなどは特に限定されず、また、被加熱物搬入口５及び被加熱物搬出口６の付近以外の場所に追加してもよい。

また、加熱炉１は、被加熱物３を搬送ジグ４に搭載する為の被加熱物搭載手段７、搬送ジグ４から被加熱物３を取り除くための被加熱物取り出し手段８を有する。手段被加熱物搭載手段７、被加熱物取り出し手段８は、図１においてコンベアとして図示しているが、ロボットアームや、吸着コレット等の機構でも良い。

なお、図１では、被加熱物３を上方に搬送する場合を示しているが、被加熱物３を下方に搬送する構成としてもよい。また、図１では、被加熱物３を直線的に搬送する場合を示しているが、搬送方向は直線である必要はなく、その場合、被加熱物搬入口５から被加熱物搬出口６までの搬送経路長（Ｌ）は、搬送ジグ４が実際に通過する経路の長さとなる。

また、図１では、板状の搬送ジグ４を示しているが、被加熱物３が厚み方向に大きい場合、被加熱物３が被加熱物搬入口５／被加熱物搬出口６を通過するために時間を要してしまうため、シャッター開時間が長くなってしまう。そこで、シャッター開の間の加熱炉１内への外気流入を抑制するために、図４に示すように、板状の搬送ジグ４の少なくとも１つの側面（好ましくは周囲全面）に搬送ジグ側壁４ａを設け、開口部分の面積を可能な限り小さくすることもできる。

次に、本実施形態の縦型加熱炉１の動作について説明する。

被加熱物搭載手段７により、被加熱物３は搬送ジグ４に搭載され、搬送手段１０により垂直上方向に搬送される。搬送ジグ４が被加熱物搬入口５に近づくと、上述した制御手段の制御により、被加熱物搬入口５に設けられたシャッター１２が開口し、被加熱物３が被加熱物搬入口５から炉内に入り、要求される温度プロファイルに従って加熱処理される。この被加熱物３が加熱処理されている間も、被加熱物搭載手段７は順次、新しい被加熱物３を搬送ジグ４に搭載していく。

そして、ある被加熱物３が加熱処理を終えて、被加熱物搬出口６に近づくと、上述した制御手段の制御により、被加熱物搬出口６に設けられたシャッター１３が開口し、被加熱物３が被加熱物搬出口６から炉外に搬出され、被加熱物取り出し手段８により被加熱物３が取り出される。

ここで、本実施形態では、被加熱物搬入口５から被加熱物搬出口６までの搬送経路長（Ｌ）は、搬送ジグ４の間隔（Ｗ）の整数倍にならないように選択されているため、被加熱物３が被加熱物搬出口６に差し掛かった時、最も新しい被加熱物３は被加熱物入口５に差し掛かっていない。すなわち、被加熱物搬入口５、被加熱物搬出口６にあるシャッター１２、１３の開くタイミングは図５に示す通り、ずれることになる。従って、シャッター１２、１３が同時に開き、被加熱物搬入口５から被加熱物搬出口６まで外気の流路が一直線に出来てしまい、大量の外気が炉内へ流入するという問題を回避することができる。

また、本実施形態では、被加熱物搬入口５及び被加熱物搬出口６の付近に、被加熱物３及び搬送ジグ４が通過可能な最小面積の開口部１１ａを持つ敷居板１１を設けているため、各々のシャッターが開口した状態でも、外気の流入経路を狭くすることができ、大量の外気が炉内へ流入するという問題を回避することができる。

また、図３に示すように、シャッター１２、１３をパッキン１４に突き当てる構造にしたり、図４に示すように、搬送ジグ４の少なくとも１つの側面（好ましくは周囲全面）に搬送ジグ側壁４ａを設ける構造にすることにより、更に、外気の流入を抑制することができ、大量の外気が炉内へ流入するという問題を回避することができる。

なお、上記実施形態では、本発明の構造を縦型加熱炉に適用する場合を示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、被加熱物が搬送ジグに載置されて炉内を移動する任意の加熱炉に対して同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、炉内を不活性ガスで満たして加熱処理を行う加熱炉について説明したが、炉内を外気とは組成の異なる気体で満たした状態で試料に対して処理を行う任意の処理炉に対しても同様に適用することができる。

本発明は、半導体ウェハやプリント基板、電子デバイスに対して処理を行う処理装置、特に加熱処理を行う加熱装置に利用可能である。

本発明の一実施形態に係る加熱炉の構造を示す側断面図である。 本発明の一実施形態に係る加熱炉の構造を示す図であり、図１のＮ−Ｎ線に沿った断面を上方から見た断面図である。 本発明の一実施形態に係るシャッターの構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る搬送ジグの構造を示す図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る加熱炉のシャッターの開口タイミングの例を示す図である。

符号の説明

１ 加熱炉
２ 加熱手段（ヒータ）
３ 被加熱物（電子デバイス）
４ 搬送ジグ
４ａ 搬送ジグ側壁
５ 被加熱物搬入口
６ 被加熱物搬出口
７ 被加熱物搭載手段
８ 被加熱物取り出し手段
９ 不活性ガス供給口
１０ 搬送手段
１１ 敷居板
１１ａ 開口部
１２ シャッター（搬入口側）
１３ シャッター（搬出口側）
１４ パッキン
１５ リニアガイド
１６ アクチュエータ

Claims (5)

1. 試料を炉内に搬入する搬入口と、前記試料を炉外に搬出する搬出口と、炉内に所定のガスを供給するガス供給手段と、前記試料を載置した搬送治具を前記搬入口から前記搬出口に向かって略等間隔で搬送する搬送手段と、を少なくとも備える処理炉において、
   前記搬入口及び前記搬出口の各々に、前記搬送治具の通過時に開口するシャッターを備え、
   前記搬入口から前記搬出口までの搬送経路長が、前記搬送治具の設置間隔の整数倍とならないように設定され、前記搬入口のシャッターと前記搬出口のシャッターとが異なるタイミングで開口することを特徴とする処理炉。
2. 炉内の前記搬入口近傍及び前記搬出口近傍の各々に、前記試料が載置された前記搬送治具が通過可能な、最小面積の開口部を有する敷居板を備えることを特徴とする請求項１記載の処理炉。
3. 被加熱物を炉内に搬入する搬入口と、前記被加熱物を炉外に搬出する搬出口と、炉内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、炉内を加熱する加熱手段と、前記被加熱物を載置した搬送治具を前記搬入口から前記搬出口に向かって略等間隔で搬送する搬送手段と、を少なくとも備える加熱炉において、
   前記搬入口及び前記搬出口の各々に、前記搬送治具の通過時に開口するシャッターを備え、
   前記搬入口から前記搬出口までの搬送経路長が、前記搬送治具の設置間隔の整数倍とならないように設定され、前記搬入口のシャッターと前記搬出口のシャッターとが異なるタイミングで開口することを特徴とする加熱炉。
4. 前記搬入口から前記搬出口までの搬送経路長をＬ、前記搬送治具の設置間隔をＷ、ｎを１以上の整数とした場合に、
   Ｌ＝Ｗ×（ｎ＋０．５）、
   の関係を満たすことを特徴とする請求項３記載の加熱炉。
5. 炉内の前記搬入口近傍及び前記搬出口近傍の各々に、前記被加熱物が載置された前記搬送治具が通過可能な、最小面積の開口部を有する敷居板を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の加熱炉。

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