JP2014181882A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理空間への不要成分の流入をより抑制する。
【解決手段】熱処理装置１０では、被処理物７２に対して不活性ガス雰囲気で熱処理を行う処理空間２１を形成する処理槽２０の周囲を、気密な外周容器４０が覆っている。また、外周容器４０と処理槽２０との間には外周空間４１が形成されている。熱処理装置１０は、処理空間２１，中空部２３，外周空間４１に不活性ガスを供給する処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６を備えている。さらに、熱処理装置１０は、処理空間２１，外周空間４１の雰囲気から不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する処理空間ガス精製装置５０，外周空間ガス精製装置５５を備えている。処理槽２０は、処理空間２１を形成する処理槽壁体２２を有しており、処理槽壁体２２は断熱材が封入された中空部２３を自身の内部に有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理装置に関する。

従来、ガラス基板や半導体基板などの被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置が知られている。例えば、特許文献１には、窒素ガスを導入した処理空間を形成する処理槽と、処理空間を加熱するヒーター及びファンと、被処理物を上下に複数配置して指示する物品支持体と、処理空間内の下方に配置され物品支持体を昇降可能な昇降駆動手段と、を備えた熱処理装置が記載されている。この熱処理装置では、被処理物の搬出入時に昇降駆動手段が物品支持体を上下に昇降させることで、処理槽に設けられた搬出入口の開口寸法を小さくして、処理空間と外部との間の雰囲気の流出入を抑制できるとしている。

特許第２５８５９５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の熱処理槽では、例えばファンの駆動軸などが処理槽を貫通する部分や処理槽の開口部において、処理空間への外部雰囲気の流入が生じる場合があった。また、熱処理時には処理槽が熱膨張により変形する場合があり、この変形により処理槽の気密性が低下して、処理空間への外部雰囲気の流入が生じる場合があった。そして、処理空間への外部雰囲気の流入により、例えば外部雰囲気に含まれる酸素，水，微粒子などの不要成分が流入して処理空間の酸素濃度及び露点の上昇やクリーン度の低下などが生じ、処理空間の不活性ガス雰囲気を高純度に保てない場合があった。また、処理空間への不要成分の流入があることにより、熱処理前に処理空間の不活性ガスの純度を高めるために要する時間が長くなる場合があった。近年は、熱処理時の不活性ガス雰囲気の高純度化の要求水準が高くなる傾向にあり、処理空間への不要成分の流入を一層抑制することが望まれていた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、処理空間への不要成分の流入をより抑制することを主目的とする。

本発明の熱処理装置は、
不活性ガス雰囲気の処理空間に配置された被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、
前記処理空間を形成する処理槽と、
前記処理空間を加熱する加熱手段と、
前記処理槽の周囲を覆い、該処理槽と自身との間に外周空間を形成する気密な外周容器と、
を備えたものである。

この本発明の熱処理装置は、被処理物に対して不活性ガス雰囲気で熱処理を行う処理空間を形成する処理槽の周囲を、気密な外周容器が覆っている。また、外周容器と処理槽との間には外周空間が形成されている。そのため、外周容器及び外周空間がなく処理槽が外部雰囲気に曝されている場合と比較して、処理空間への外部雰囲気の流入がより抑制される。これにより、処理空間への不要成分の流入をより抑制することができる。なお、不要成分とは、処理空間の雰囲気のうち熱処理時に不要な不活性ガス以外の成分であり、例えば酸素，水，微粒子などである。また、外周容器が処理槽の周囲を覆っていればよく、例えば外周容器と処理槽とが一部接しているなど、外周容器と処理槽との間に外周空間が形成されていない部分があってもよい。ここで、前記加熱手段は、前記処理空間内に配置されて該処理空間を加熱するヒーターとしてもよいし、加熱した前記不活性ガスを前記処理空間内に供給する熱風供給装置としてもよい。また、本発明の熱処理装置は、処理空間の雰囲気を循環させる循環手段を備えるものとしてもよい。さらに、前記処理槽は、処理空間を形成する処理槽壁体と、該壁体の一部を開口させて設けた前記被処理物の処理槽出入口と、を有していてもよい。この場合、前記処理槽は、前記処理槽出入口を閉じることが可能な処理槽扉を有していてもよい。また、前記外周容器は、処理空間を形成する外周壁体と、該外周壁体の一部を開口させて設けた前記被処理物の外周出入口と、を有していてもよい。この場合、前記外周容器は、前記外周出入口を気密に閉じることが可能な外周扉を有していてもよい。

本発明の熱処理装置は、前記処理空間に前記不活性ガスを供給する処理空間ガス供給手段を備えていてもよい。こうすれば、例えば熱処理前などにおいて、処理空間を迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。この場合において、前記処理槽は、前記処理空間の雰囲気を排気する処理空間排気通路を有していてもよい。こうすれば、処理空間排気通路から処理空間の不要成分を排出することができ、処理空間の雰囲気をより迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。なお、前記処理空間排気通路には、処理空間の気圧が所定値以上になると該処理空間排気通路を開放する排気バルブが取り付けられているものとしてもよい。こうすれば、処理空間の気圧を所定値付近に調整することができる。

この場合において、前記処理空間ガス供給手段は、前記処理空間の気圧が前記外周空間の気圧より高くなるように前記不活性ガスを供給するものとしてもよい。こうすれば、処理空間への不要成分の流入をより抑制する効果が高まる。

本発明の熱処理装置は、前記外周空間に前記不活性ガスを供給する外周空間ガス供給手段を備えていてもよい。こうすれば、例えば熱処理前などにおいて、外周空間を迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。そのため、外周空間から処理空間への雰囲気の流入がある場合でも、処理空間への不要成分の流入を抑制できる。この場合において、前記外周容器は、前記外周空間の雰囲気を排気する外周排気通路を有していてもよい。こうすれば、外周排気通路から外周空間の不要成分を排出することができ、外周空間の雰囲気をより迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。なお、前記外周排気通路には、外周空間の気圧が所定値以上になると該外周排気通路を開放する排気バルブが取り付けられているものとしてもよい。こうすれば、外周空間の気圧を所定値付近に調整することができる。

本発明の熱処理装置において、前記処理槽は、前記処理空間を形成する処理槽壁体を有しており、該処理槽壁体は断熱材が封入された中空部を自身の内部に有していてもよい。こうすれば、熱処理時に外周空間や外周容器が加熱されるのをより抑制することができる。したがって、熱処理時に外周容器が熱膨張で変形して気密性が低下するのをより抑制できる。この場合において、前記中空部は前記処理空間の周囲を覆うように前記処理槽壁体に形成されているものとしてもよい。

この場合において、本発明の熱処理装置は、前記中空部に前記不活性ガスを供給する中空部ガス供給手段を備えてもよい。こうすれば、例えば熱処理前などにおいて、中空部を迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。そのため、中空部から処理空間への雰囲気の流入がある場合でも、処理空間への不要成分の流入を抑制できる。この場合において、前記処理槽は、前記中空部の雰囲気を排気する中空部排気通路を有していてもよい。こうすれば、中空部排気通路から中空部の雰囲気中の不要成分を排出することができ、中空部の雰囲気をより迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。

本発明の熱処理装置は、前記処理空間の雰囲気から前記不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する処理空間ガス精製手段を備えていてもよい。こうすれば、処理空間の不活性ガス雰囲気を高純度化しやすい。なお、処理空間ガス精製手段は、前記所定の不要成分として、酸素，水，微粒子のうち１以上を除去するものとしてもよい。

本発明の熱処理装置は、前記外周空間の雰囲気から前記不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する外周空間ガス精製手段を備えていてもよい。こうすれば、外周空間から不要成分が除去されるため、外周空間から処理空間への不要成分の流入をより抑制することができる。なお、外周空間ガス精製手段は、前記所定の不要成分として、酸素，水，微粒子のうち１以上を除去するものとしてもよい。また、処理空間ガス精製手段と外周空間ガス精製手段とを共に備える場合、両者が除去する不要成分は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、処理空間ガス精製手段と外周空間ガス精製手段とがそれぞれ複数の不要成分を除去可能な場合には、両者が除去する不要成分の一部が同じであってもよい。

熱処理装置１０の縦断面図である。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である熱処理装置１０の縦断面図である。熱処理装置１０は、処理槽２０と、外周容器４０と、ヒーター３０と、送風装置３２と、集塵フィルター３７と、処理空間ガス精製装置５０と、外周空間ガス精製装置５５と、処理空間ガス供給装置６０と、中空部ガス供給装置６３と、外周空間ガス供給装置６６と、物品支持体７０と、昇降装置８０とを備えている。この熱処理装置１０は、不活性ガス雰囲気の処理空間２１に配置された被処理物７２に対して所定の熱処理を行う装置である。

処理槽２０は、被処理物７２に対する熱処理を行う略直方体の処理空間２１を形成する部材であり、処理槽壁体２２と、中空部２３とを備えている。処理槽壁体２２は、例えばステンレスなどの鋼材からなる金属製の板状部材を曲げ加工や溶接して形成された略直方体の部材である。この処理槽壁体２２は、外周側と内周側との２重の壁体を有しており、自身の内部すなわち両壁体の間に空間である中空部２３を有している。中空部２３は、処理空間２１の周囲を覆うように形成されており、内部には断熱材が封入されている。断熱材としては、例えばロックウール、グラスウール、セラミックウールなどの繊維系断熱材を用いることができる。なお、処理空間２１は、熱処理を行う際に不活性ガス雰囲気（例えば窒素雰囲気，アルゴン雰囲気，二酸化炭素雰囲気など）に保たれる。

処理槽壁体２２には、処理槽出入口２４と、処理空間排気通路２６と、貫通孔２０ａ，２０ｂと、が形成されている。処理槽出入口２４は、処理槽壁体２２の側面（図１の左側面）の一部を開口させて形成された孔である。この処理槽出入口２４から被処理物７２が搬出入可能である。処理槽出入口２４の外側には気密扉である処理槽扉２５が取り付けられており、この処理槽扉２５によって処理槽出入口２４を閉じることができるようになっている。なお、処理槽扉２５の内側には、例えば樹脂などの弾性体からなる図示しないパッキンが設けられており、処理槽扉２５が処理槽出入口２４を閉じるときに処理槽出入口２４の開口部の周囲をパッキンが覆うことで、処理槽出入口２４を気密に閉じることが可能となっている。処理空間排気通路２６は、処理槽壁体２２の側面（図１の右側面）下側の一部を開口させて形成された孔である。この処理空間排気通路２６は、処理空間２１とその周囲の外周空間４１とを接続しており、処理空間２１の雰囲気を外周空間４１に排出するための気体の通路となる。また、処理空間排気通路２６は、中空部２３とも連通しており、中空部２３内の雰囲気を外周空間４１に排出するための通路となる。なお、処理空間排気通路２６は、処理空間２１から雰囲気を排出する通路となればよく、例えば処理槽壁体２２を形成した後で孔を空けることで形成してもよいし、処理槽壁体２２を形成する際に一部を溶接しないことで設けた隙間として形成してもよい。貫通孔２０ａ，２０ｂは、処理槽壁体２２の図１の下面の一部を開口させて形成された孔であり、物品支持体７０の下側に取り付けられた支持棒７４，７５がそれぞれ内部を貫通している。

ヒーター３０は、処理空間２１内を加熱する装置である。ヒーター３０は、例えば通電により発熱する発熱体などを備えている。ヒーター３０は、処理槽２０の処理槽壁体２２の内周面のうち図１の上面に配置され、処理空間２１の雰囲気を例えば２００〜３００℃に加熱する。

送風装置３２は、処理空間２１の雰囲気を循環させる装置であり、処理槽２０の側面（図１の右側面）上側の一部に取り付けられている。この送風装置３２は、ファン３３と、回転軸３４と、モーター３５と、を備えている。ファン３３は、回転により周囲の雰囲気を図１の下向きに送風する装置である。回転軸３４は、処理槽２０の処理槽壁体２２及び中空部２３を貫通しており、モーター３５からの駆動力をファン３３に伝達してこれを回転させる。モーター３５は、処理槽２０の処理槽壁体２２の外表面に取り付けられており、回転軸３４を介してファン３３を回転させる。ファン３３の送風の風量は、特に限定するものではないが、例えば５０Ｎｍ³／ｈ〜５０００Ｎｍ³／ｈの範囲で調節可能である。送風装置３２は、ファン３３を回転させることにより、処理空間２１の雰囲気を処理空間２１内で循環させる。本実施形態では、ファン３３が回転することにより、ファン３３から集塵フィルター３７，物品支持体７０，ヒーター３０の順に処理空間２１内の雰囲気が循環する。なお、図１では、ファン３３による処理空間２１内の雰囲気の循環の向きを白抜きの矢印で示した。処理空間２１の雰囲気が処理空間２１内で循環することにより、ヒーター３０で加熱された処理空間２１の雰囲気が処理空間２１内全体に行き渡って処理空間２１全体や被処理物７２が加熱される。また、循環の向きは、処理空間２１の雰囲気が集塵フィルター３７を通過した直後に被処理物７２に到達するように定められている。

集塵フィルター３７は、処理空間２１の微粒子を除去して処理空間２１のクリーン度を高めるための装置である。この集塵フィルター３７は、処理空間２１内の物品支持体７０の近傍（図１では右側）に配置されている。集塵フィルター３７は、例えばステンレスなどで形成されたフィルターである。また、集塵フィルター３７は、送風装置３２により送風された処理空間２１の雰囲気を例えば層流となるように整流してから物品支持体７０（被処理物７２）に送る役割も有する。

外周容器４０は、処理槽２０の周囲を覆い、処理槽２０と外周容器４０との間に外周空間４１を形成する気密な部材である。外周容器４０は、例えばステンレスなどの鋼材からなる金属製の板状部材を曲げ加工や溶接して略直方体に形成されている。処理槽壁体２２は外周容器４０上に載置されており、外周容器４０の内周面のうち図１の下面は、処理槽壁体２２の外周面のうち図１の下面と接している。そのため、外周空間４１は、処理槽壁体２２の周囲のうち下面以外を覆うように形成されている。また、外周容器４０は、支持台９０の上面に固定されて支持されている。

外周容器４０には、外周出入口４４，貫通孔４０ａ，４０ｂが形成されている。外周出入口４４は、外周容器４０の側面（図１の左側面）の一部を開口させて形成された孔である。この外周出入口４４は、処理槽出入口２４の開口の延長上に開口しており、外周出入口４４及び処理槽出入口２４を介して、処理空間２１へ被処理物７２が搬出入可能である。外周出入口４４の外側には気密扉である外周扉４５が取り付けられており、この外周扉４５によって外周出入口４４を閉じることができるようになっている。なお、外周扉４５の内側には、例えばシリコン樹脂などの弾性体からなる図示しないパッキンが設けられており、外周扉４５が外周出入口４４を閉じるときに外周出入口４４の開口部の周囲をパッキンが覆うことで、外周出入口４４を気密に閉じることが可能となっている。このため、外周扉４５が閉じられた状態では、外周容器４０は気密の状態を保つことができる。

貫通孔４０ａ，４０ｂは、処理槽壁体２２の図１の下面の一部を開口させて形成された孔である。この貫通孔４０ａ，４０ｂは、それぞれ処理槽壁体２２の貫通孔２０ａ，２０ｂと連通しており、物品支持体７０の下側に取り付けられた支持棒７４，７５がそれぞれ内部を貫通している。また、貫通孔４０ａ，４０ｂの下側には、ベローズ４８，４９が取り付けられている。ベローズ４８，４９は長手方向（図１の上下方向）に伸縮可能に構成された金属製の部材であり、これにより支持棒７４，７５が図１の上下方向に移動可能になっている。このベローズ４８，４９は、上面が開口され下面が封止された有底筒状に形成されており、上面の開口はそれぞれ貫通孔４０ａ，４０ｂに連通している。ベローズ４８，４９は、それぞれが支持棒７４，７５の周囲（側面及び下面）を覆っている。このため、支持棒７４，７５は外周容器４０の外部には露出していない。また、ベローズ４８，４９と貫通孔４０ａ，４０ｂとは例えば溶接や封止材などにより封止されている。このため、外周容器４０は気密の状態を保つことができる。

また、外周容器４０は、側面（図１の右側面）下部の一部を配管４６が貫通している。配管４６には排気バルブ４７が接続されており、配管４６，排気バルブ４７を介して外周空間４１の雰囲気を熱処理装置１０の外部へ排出することができるようになっている。排気バルブ４７は、外周空間４１の気圧が例えば１０Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲の所定の圧力を超えると開放されて外周空間４１の雰囲気を外部に排気し、所定の圧力以下では閉鎖（封止）されるようになっている。これにより、外周空間４１の気圧は所定の圧力付近に調整される。なお、外周容器４０のうち配管４６が貫通する部分は例えば溶接や封止材などにより封止されている。これにより、配管４６の周辺などから外周空間４１の雰囲気が漏れないようにしており、外周容器４０を気密に保つことができる。

処理空間ガス精製装置５０は、処理空間２１の雰囲気から不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する装置であり、ファン５１と、吸着フィルター５２と、配管５３，５４とを備えている。ファン５１は、回転により配管５３を介して処理空間２１の雰囲気を吸引し、吸着フィルター５２に送風する。ファン５１の送風の風量は、特に限定するものではないが、例えば１０Ｎｍ³／ｈ〜１０００Ｎｍ³／ｈの範囲で調節可能である。吸着フィルター５２は、ファン５１により処理空間２１の雰囲気が送られると、不活性ガスについては透過し、不活性ガス以外の所定の不要成分を吸着して除去するものである。吸着フィルター５２は、例えばゼオライト，シリカゲルなどを有するフィルターである。本実施形態では、吸着フィルター５２は、所定の不要成分として酸素，水，微粒子を除去するものとした。配管５３，５４は、それぞれ処理槽壁体２２のうち図１の上面を貫通しており、吸着フィルター５２で不要成分を除去する際の処理空間２１の雰囲気の流路となるものである。配管５３は、処理空間２１から吸着フィルター５２への雰囲気の流路となるものであり、配管５４は、吸着フィルター５２で不要成分を除去された雰囲気が戻る際の処理空間２１への流路となる。なお、処理槽壁体２２のうち配管５３，５４が貫通する部分は例えば溶接や封止材などによって封止し、配管５３，配管５４の周辺などから処理空間２１の雰囲気が漏れないようにすることが好ましい。

外周空間ガス精製装置５５は、外周空間４１の雰囲気から不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する装置であり、ファン５６と、吸着フィルター５７と、配管配管５８，５９とを備えている。ファン５６は、回転により配管５８を介して外周空間４１の雰囲気を吸引し、吸着フィルター５７に送風する。ファン５６の送風の風量は、特に限定するものではないが、例えば１０Ｎｍ³／ｈ〜１０００Ｎｍ³／ｈの範囲で調節可能である。吸着フィルター５７は、ファン５６により外周空間４１の雰囲気が送られると、不活性ガスについては透過し、不活性ガス以外の所定の不要成分を吸着して除去するものである。吸着フィルター５７は、例えばゼオライト，シリカゲルなどを有するフィルターである。本実施形態では、吸着フィルター５７は、所定の不要成分として酸素，水，微粒子を除去するものとした。配管５８，５９は、それぞれ外周容器４０のうち図１の右側面を貫通しており、吸着フィルター５７で不要成分を除去する際の外周空間４１の雰囲気の流路となるものである。配管５８は、外周空間４１から吸着フィルター５７への雰囲気の流路となるものであり、配管５９は、吸着フィルター５７で不要成分を除去された雰囲気が戻る際の処理空間２１への流路となる。なお、外周容器４０のうち配管５８，５９が貫通する部分は例えば溶接や封止材によって封止されている。これにより、配管５３，配管５４の周辺などから処理空間２１の雰囲気が漏れないようにしており、外周容器４０を気密に保つことができる。

処理空間ガス供給装置６０は、外周容器４０の外部に配置され、処理空間２１に不活性ガスを供給する装置である。この処理空間ガス供給装置６０は、外周容器４０及び処理槽壁体２２を貫通する配管６１によって処理空間２１に接続されており、この配管６１を介して処理空間２１に不活性ガスを供給する。中空部ガス供給装置６３は、外周容器４０の外部に配置され、中空部２３に不活性ガスを供給する装置である。この中空部ガス供給装置６３は、外周容器４０及び処理槽壁体２２の外周側を貫通する配管６４によって中空部２３に接続されており、この配管６４を介して中空部２３に不活性ガスを供給する。
外周空間ガス供給装置６６は、外周容器４０の外部に配置され、外周空間４１に不活性ガスを供給する装置である。この外周空間ガス供給装置６６は、外周容器４０を貫通する配管６７によって外周空間４１に接続されており、この配管６７を介して外周空間４１に不活性ガスを供給する。処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６の不活性ガスの供給量は、特に限定するものではないが、例えば１０Ｎｍ³／ｈ〜１０００Ｎｍ³／ｈの範囲で調節可能である。また、本実施形態では、処理空間ガス供給装置６０からの不活性ガスの供給量が、中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６からの不活性ガスの供給量より多くなるように設定されている。処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６は、高純度すなわち不要成分が少ない不活性ガスを供給することが好ましい。なお、外周容器４０のうち配管６１，６４，６７が貫通する部分は例えば溶接や封止材によって封止されている。これにより、配管６１，６４，６７の周辺などから外周空間４１の雰囲気が漏れないようにしており、外周容器４０を気密に保つことができる。また、処理槽壁体２２のうち配管６１，６４が貫通する部分は、例えば溶接や封止材によって封止しておき、配管６１，６４の周辺などから処理空間２１や中空部２３の雰囲気が漏れないようにすることが好ましい。

物品支持体７０は、複数の被処理物７２を処理空間２１内で支持する部材である。この物品支持体７０は、枠体の中に複数の物品支持板を上下に離間して配置した構成をしており、この各物品支持板状に被処理物７２が載置可能になっている。これにより、複数の被処理物７２を同時に処理空間２１の雰囲気に晒すことができるようになっている。物品支持体７０の下側には、長手方向が図１の上下方向になるように支持棒７４，７５が取り付けられている。支持棒７５，７５は、上述したようにそれぞれ貫通孔２０ａ，２０ｂを貫通し、それぞれ貫通孔４０ａ，４０ｂを貫通している。被処理物７２は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイに用いるガラス基板や、半導体集積回路，パワー半導体素子に用いる半導体基板などの板状の部材である。

昇降装置８０は、物品支持体７０を図１の上下方向に昇降させる装置である。昇降装置８０は、モーター８１と、昇降板８２と、ボールネジ８３と、を備えている。モーター８１は、ボールネジ８３を回転駆動させる。昇降板８２は、ベローズ４８，４９の底面を介して支持棒７４，支持棒７５を図１の下側から指示する板状の部材である。昇降板８２は、上下方向にボールネジ８３が貫通しており、ボールネジ８３が貫通する貫通孔の内周面はネジが切られて雌ねじとなっている。ボールネジ８３は、昇降板８２を貫通しており、モーター８１からの駆動力で回転する部材である。ボールネジ８３は、側面の周囲にネジが切られて雄ねじとなっており、昇降板８２の貫通孔と螺合している。この昇降装置８０では、モーター８１からの駆動力でボールネジ８３が回転することで、昇降板８２が図１の上下に移動可能になっている。そして、昇降板８２が上下に移動すると、ベローズ４８，４９はそれに合わせて伸縮し、昇降板８２により支持棒７４，７５が上下に移動する。これにより、昇降装置８０は支持棒７４，７５を介して物品支持体７０を昇降することができる。なお、昇降装置８０は、支持台９０の内部に配置されている。

次に、こうして構成された熱処理装置１０を用いて被処理物７２に熱処理を行う様子について説明する。まず、熱処理装置１０の外周扉４５，処理槽扉２５を開放した状態で、被処理物７２を処理空間２１に搬入し、物品支持体７０の物品支持板に載置する（工程（ａ））。これは、例えば図示しないアームにより被処理物７２を搬送し、外周出入口４４，処理槽出入口２４を経て被処理物７２を物品支持体７０の物品支持板に載置することで行う。このとき、昇降装置８０により物品支持体７０を適宜昇降させて、物品支持体７０の物品支持板が処理槽出入口２４の正面近くに位置するようにし、被処理物７２を物品支持板上に載置する。そして、被処理物７２を１つ載置すると次の物品支持板が処理槽出入口２４の正面近くに位置するように昇降装置８０により物品支持体７０を昇降させ、次の被処理物７２を物品支持板状に載置する。これを繰り返し行うことで、物品支持体７０に複数の被処理物７２を載置する。なお、被処理物７２を搬入する際には、ヒーター３０，モーター３５，処理空間ガス精製装置５０，外周空間ガス精製装置５５，処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６は停止した状態としておけばよい。また、この時点では処理空間２１や外周空間４１は例えば大気雰囲気になっている。

続いて、外周扉４５及び外周出入口４４を閉じた状態にして、処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６から不活性ガスを供給する（工程（ｂ））。これにより、処理空間２１，中空部２３，外周空間４１内は、酸素濃度が低下して、不活性ガス雰囲気になっていく。なお、処理空間２１及び中空部２３は、上述した処理空間排気通路２６を介して外周空間４１と接続されているため、処理空間２１，中空部２３の雰囲気は処理空間排気通路２６を通って外周空間４１に排気される。これにより、処理空間２１，中空部２３の大気や水分，微粒子などが排気されて、処理空間２１，中空部２３の雰囲気が速やかに不活性ガス雰囲気に置換されていく。また、外周空間４１は、上述した配管４６及び排気バルブ４７を介して外部と接続されており、不活性ガスの供給により外周空間４１の気圧が高まると、排気バルブ４７が開放される。これにより、外周空間４１の大気や水分，微粒子などが排気されて、外周空間４１の雰囲気が速やかに不活性ガス雰囲気に置換されていく。なお、このとき、外周空間４１の気圧にかかわらず排気バルブ４７を開放しておくものとしてもよい。また、上述したように、処理空間ガス供給装置６０からの不活性ガスの供給量は、中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６からの不活性ガスの供給量より多くなるように設定されているため、処理空間２１の気圧は中空部２３や外周空間４１の気圧よりも高く保たれる。

工程（ｂ）により、不活性ガスを供給して処理空間２１及び外周空間４１の酸素濃度を低下させると、次に、処理空間ガス精製装置５０のファン５１及び外周空間ガス精製装置５５のファン５６の運転を開始すると共に、ヒーター３０及び送風装置３２の運転を開始して、被処理物７２に熱処理を行う（工程（ｃ））。これにより、吸着フィルター５２，吸着フィルター５７により処理空間２１，外周空間４１の雰囲気から不活性ガス以外の不要成分が除去される。また、ヒーター３０及び送風装置３２により処理空間２１の雰囲気を所定の熱処理温度（例えば２００℃〜３００℃）に保たれ、被処理物７２に対して所定の熱処理が行われる。ファン５１，ファン５６の運転開始のタイミングは、吸着フィルター５２や吸着フィルター５７の処理能力に応じて処理空間２１や外周空間４１の酸素濃度が適切な濃度まで低下（例えば、１００００ｐｐｍ以下など）した時点となるよう、例えば予め実験により定めることができる。また、ファン５１やファン５６の送風の風量は、処理空間２１及び外周空間４１の酸素濃度，露点，クリーン度が被処理物７２の熱処理に適した範囲になるよう、例えば予め実験により定めることができる。例えば、酸素濃度が１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、露点が−６０℃以下、クリーン度（ＦＥＤ規格）がクラス１０以下となるようにファン５１やファン５６の送風の風量を定めてもよい。なお、工程（ｃ）の間は、処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６からの不活性ガスの供給を停止してもよいし、工程（ｂ）からそのまま供給を継続してもよいし、供給量を変更してもよい。

工程（ｃ）を所定時間継続して行って熱処理が完了すると、外周出入口４４及び外周扉４５を開放して被処理物７２を搬出する（工程（ｄ））。これは、例えば図示しないアームを用いて、被処理物７２を物品支持体７０から取り出し、処理槽出入口２４，外周出入口４４を経て外周容器４０の外部に搬出することで行う。このとき、上述した工程（ａ）（搬入時）と同様に、適宜昇降装置８０により物品支持体７０を昇降させて、複数の被処理物７２のうちアームで取り出す対象となる被処理物７２が処理槽出入口２４の正面に来るようにする。物品支持体７０に載置された複数の被処理物７２の搬出が終了すると、次の被処理物７２の熱処理を行うべく工程（ａ）〜工程（ｄ）を再び行う。このように、工程（ａ）〜工程（ｄ）を繰り返し実行することで、複数の被処理物７２の熱処理を順次行っていく。なお、工程（ｄ）においては、ヒーター３０，送風装置３２，処理空間ガス精製装置５０，外周空間ガス精製装置５５，処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６の運転は停止してもよい。また、アームによる被処理物７２の搬出入経路も高純度の不活性ガス雰囲気である場合には、工程（ｄ）の間もヒーター３０，送風装置３２，処理空間ガス精製装置５０，外周空間ガス精製装置５５，処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６の運転は継続しておき、２回目以降の工程（ｂ）は省略してもよい。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の処理槽２０が本発明の処理槽に相当し、ヒーター３０が加熱手段に相当し、外周容器４０が外周容器に相当する。また、処理空間ガス供給装置６０が処理空間ガス供給手段に相当し、外周空間ガス供給装置６６が外周空間ガス供給手段に相当し、処理槽壁体２２が処理槽壁体に相当し、中空部２３が中空部に相当し、中空部ガス供給装置６３が中空部ガス供給手段に相当し、処理空間ガス精製装置５０が処理空間ガス精製手段に相当し、外周空間ガス精製装置５５が外周空間ガス精製手段に相当する。

以上説明した本実施形態の熱処理装置１０では、被処理物７２に対して不活性ガス雰囲気で熱処理を行う処理空間２１を形成する処理槽２０の周囲を、気密な外周容器４０が覆っている。また、外周容器４０と処理槽２０との間には外周空間４１が形成されている。そのため、外周容器４０及び外周空間４１がなく処理槽２０が外部雰囲気に晒されている場合と比較して、処理空間２１への外部雰囲気の流入がより抑制される。これにより、処理空間２１への不要成分の流入をより抑制することができる。したがって、例えば上述した工程（ｂ）において速やかに酸素濃度を低下させたり、工程（ｃ）において速やかに不要成分を除去することができる。また、工程（ｃ）において処理空間２１の雰囲気をより高純度の不活性ガス雰囲気にすることができる。

また、処理空間２１に不活性ガスを供給する処理空間ガス供給装置６０を備えているため、例えば工程（ｂ）などの熱処理前などにおいて処理空間２１の不要成分の量を迅速に低下させることができるなど、処理空間２１を迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。しかも、処理槽２０は、処理空間２１の雰囲気を排気する処理空間排気通路２６を有しているため、処理空間排気通路２６から処理空間２１の不要成分を排出することができ、処理空間２１の雰囲気をより迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。また、処理空間ガス供給装置６０は、処理空間２１の気圧が外周空間４１の気圧より高くなるように不活性ガスを供給するため、処理空間２１への不要成分の流入をより抑制する効果が高まる。

さらに、外周空間４１に不活性ガスを供給する外周空間ガス供給装置６６を備えているため、例えば工程（ｂ）などの熱処理前などにおいて外周空間４１の不要成分の量を迅速に低下させることができるなど、外周空間４１を迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。したがって、外周空間４１から処理空間２１への雰囲気の流入がある場合でも、処理空間２１への不要成分の流入を抑制できる。しかも、外周容器４０は、外周空間４１の雰囲気を排気する配管４６を有しているため、配管４６から外周空間４１の不要成分を排出することができ、外周空間４１の雰囲気をより迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。

そして、処理槽２０は、処理空間２１を形成する処理槽壁体２２を有しており、処理槽壁体２２は断熱材が封入された中空部２３を自身の内部に有している。このため、熱処理時に外周空間４１や外周容器４０が加熱されるのをより抑制することができる。したがって、熱処理時に外周容器４０が熱膨張で変形して気密性が低下するのをより抑制できる。

そしてまた、中空部２３に不活性ガスを供給する中空部ガス供給装置６３を備えているため、例えば工程（ｂ）などの熱処理前などにおいて中空部２３の不要成分の量を迅速に低下させることができるなど、中空部２３を迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。そのため、中空部２３から処理空間２１への雰囲気の流入がある場合でも、処理空間２１への不要成分の流入を抑制できる。しかも、処理槽２０は、処理空間排気通路２６を有しており、この処理空間排気通路２６により中空部２３の雰囲気を排気することができるため、中空部２３の雰囲気中の不要成分を排出することができ、中空部２３の雰囲気をより迅速に不活性ガス雰囲気にすることができる。

そしてまた、処理空間２１の雰囲気から不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する処理空間ガス精製装置５０を備えているため、例えば工程（ｃ）など熱処理中において、処理空間２１の不活性ガス雰囲気を高純度化しやすい。

そしてまた、外周空間４１の雰囲気から不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する外周空間ガス精製装置５５を備えているため、例えば工程（ｃ）など熱処理中において、外周空間４１から不要成分を除去することができる。これにより、外周空間４１から処理空間２１への不要成分の流入をより抑制することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、外周容器４０の下側に取り付けられた昇降装置８０により物品支持体７０を昇降させるものとしたが、昇降装置８０は外周容器４０の上側に取り付けてもよいし、左右に取り付けても良い。また、昇降装置８０を備えないものとしてもよい。昇降装置８０を備えない場合、例えば処理槽出入口２４及び外周出入口４４の開口を広くして、物品支持体７０を昇降させなくとも複数の被処理物７２を搬出入可能に構成してもよい。

上述した実施形態では、処理空間ガス供給装置６０は、処理空間２１が中空部２３や外周空間４１よりも気圧が高くなるように不活性ガスを供給するものとしたが、これに限られない。例えば、処理空間２１，中空部２３，外周空間４１の気圧が同程度になるようにしてもよい。

上述した実施形態では、熱処理装置１０は処理空間ガス供給装置６０，中空部ガス供給装置６３及び外周空間ガス供給装置６６を備えるものとしたが、これらのうちいずれか１以上を備えないものとしてもよい。

上述した実施形態では、熱処理装置１０は処理空間ガス精製装置５０及び外周空間ガス精製装置５５を備えるものとしたが、これらのうち少なくとも一方を備えないものとしてもよい。

上述した実施形態では、処理槽壁体２２は中空部２３を有するものとしたが、中空部２３を備えないものとしてもよい。

上述した実施形態では、処理空間排気通路２６は処理空間２１と外周空間４１との間を接続しているものとしたが、処理空間排気通路２６は外周空間４１を介さず処理空間２１と外部との間を接続する配管としてもよい。この場合、この配管に排気バルブ４７と同様に排気バルブを設けてもよい。また、排気バルブ４７よりも高い気圧で処理空間排気通路２６に設ける排気バルブが開放されるようにして、処理空間２１の気圧が外周空間４１の気圧よりも高くなるように調整してもよい。あるいは、処理空間排気通路２６や配管４６は排気バルブを備えないものとし、処理空間排気通路２６となる配管の内径が配管４６の内径よりも小さくなるようにすることで、処理空間２１の気圧が外周空間４１の気圧よりも高くなるように調整してもよい。

上述した実施形態では、処理空間ガス精製装置５０及び外周空間ガス精製装置５５がともに酸素，水，微粒子を除去するものとしたが、除去する不要成分は酸素，水，微粒子のうち１以上としてもよい。また、処理空間ガス精製装置５０と外周空間ガス精製装置５５とで除去する不要成分は同じであってもよいし、異なっていてもよいし、一部が同じであってもよい。

上述した実施形態では、処理空間ガス精製装置５０は外周容器４０の外部に配置されるものとしたが、外周空間４１に配置してもよいし、処理空間２１に配置してもよい。また、外周空間ガス精製装置５５は外周容器４０の外部に配置されるものとしたが、外周空間４１に配置してもよい。

上述した実施形態では、処理空間排気通路２６は中空部２３とも接続されて中空部２３内の雰囲気を外周空間４１に排出するものとしたが、処理空間排気通路２６は処理空間２１の雰囲気を排出することができればよく、中空部２３とは接続されていなくともよい。この場合、処理槽壁体２２が、処理空間排気通路２６とは別に中空部２３の雰囲気を外周空間４１又は外周容器４０の外部に排出するための中空部排気通路を有していてもよい。

［実施例１］
図１に示した構成の熱処理装置１０を実施例１とした。なお、外周容器４０の寸法は縦３２００ｍｍ，横３２００ｍｍ，高さ３５００ｍｍとした。また、処理槽壁体２２の外寸は縦２８００ｍｍ，横２８００ｍｍ，高さ３０００ｍｍとし、内寸（処理空間２１の大きさ）は縦２５００ｍｍ，横２５００ｍｍ，高さ２８００ｍｍとした。

［比較例１］
外周容器４０，外周空間ガス精製装置５５，中空部ガス供給装置６３，外周空間ガス供給装置６６を備えない点以外は、実施例１と同様の熱処理装置を比較例１とした。なお、ベローズ４８，４９は、貫通孔２０ａ，２０ｂに溶接した。また、処理空間排気通路２６は形成しなかった。

［評価試験１］
実施例１について、ヒーター３０を動作させず処理空間２１の温度を２５℃とし、処理空間ガス供給装置６０による処理空間２１への窒素（１０ｐｐｍ以下、クリーン度がクラス１０）の供給量を４００Ｌ／ｍｉｎとし、中空部ガス供給装置６３による中空部２３への窒素の供給量を０Ｌ／ｍｉｎ（供給しない）とし、外周空間ガス供給装置６６による外周空間４１への窒素の供給量を１００Ｌ／ｍｉｎとする条件で（以下、条件１ともいう）、処理空間２１の雰囲気が大気雰囲気から酸素濃度５０００ｐｐｍに到達するまでに要する時間を測定した。同様に、比較例１について、ヒーター３０を動作させず処理空間２１の温度を２５℃とし、処理空間ガス供給装置６０による処理空間２１への窒素の供給量を５００Ｌ／ｍｉｎとする条件で（以下、条件２ともいう）、処理空間２１の雰囲気が大気雰囲気から酸素濃度５０００ｐｐｍに到達するまでに要する時間を測定した。条件１，２及び測定した時間を表１に示す。

表１に示すように、比較例１（条件２）では酸素濃度が５０００ｐｐｍまで低下するのに３時間を要したのに対し、実施例１では２時間であった。すなわち、実施例１（条件１）における窒素の供給量の総和と、比較例１（条件２）における窒素の供給量は同じであるにもかかわらず、処理空間２１の酸素濃度の低下は実施例１の熱処理装置１０の方が早かった。実施例１では、外周容器４０及び外周空間４１が存在することにより、処理空間２１への不要成分の流入がより抑制されて、速やかに酸素濃度を低下させることができていると考えられる。

［評価試験２］
実施例１について、ヒーター３０を動作させず処理空間２１の温度を２５℃とし、処理空間ガス供給装置６０による処理空間２１への窒素の供給量を５０Ｌ／ｍｉｎとし、中空部ガス供給装置６３による中空部２３への窒素の供給量を１０Ｌ／ｍｉｎとし、外周空間ガス供給装置６６による外周空間４１への窒素の供給量を２０Ｌ／ｍｉｎとし、処理空間ガス精製装置５０のファン５１の送風量（＝処理空間ガス精製装置５０による不要成分除去を行う雰囲気の処理量）を２０ｍ³／ｈとし、外周空間ガス精製装置５５のファン５６の送風量を１０ｍ³／ｈとする条件で（以下、条件３ともいう）、酸素濃度が５０００ｐｐｍの状態から１時間経過した後の、処理空間２１の酸素濃度（ｐｐｍ），露点（℃），クリーン度（ｃ／ｃｆｔ）を測定した。同様に、実施例１について、酸素濃度が５０００ｐｐｍの状態から６時間経過した後の、処理空間２１の酸素濃度（ｐｐｍ），露点（℃），クリーン度（ｃ／ｃｆｔ）を測定した点以外は、条件３と同じ条件で（以下、条件４ともいう）測定を行った。同様に、実施例１について、ヒーター３０を作動させて処理空間２１を２５０℃に保った点以外は条件４と同じ条件で（以下、条件５ともいう）、酸素濃度が５０００ｐｐｍの状態から６時間経過した後の、処理空間２１の酸素濃度（ｐｐｍ），露点（℃），クリーン度（ｃ／ｃｆｔ）を測定した。比較例１について、ヒーター３０を動作させず処理空間２１の温度を２５℃とし、処理空間ガス供給装置６０による処理空間２１への窒素の供給量を８０Ｌ／ｍｉｎとする条件で（以下、条件６ともいう）、酸素濃度が５０００ｐｐｍの状態から６時間経過した後の、処理空間２１の酸素濃度（ｐｐｍ），露点（℃），クリーン度（ｃ／ｃｆｔ）を測定した。同様に、比較例１について、ヒーター３０を作動させて処理空間２１を２５０℃に保った点以外は条件６と同じ条件で（以下、条件７ともいう）、酸素濃度が５０００ｐｐｍの状態から６時間経過した後の、処理空間２１の酸素濃度（ｐｐｍ），露点（℃），クリーン度（ｃ／ｃｆｔ）を測定した。条件３〜条件７及び測定した酸素濃度（ｐｐｍ），露点（℃），クリーン度（ｃ／ｃｆｔ）を表２に示す。

表２に示すように、実施例１（条件３〜条件５）のいずれも、比較例１（条件６，条件７）と比べて酸素濃度が低く、露点が低く、クリーン度が高かった。すなわち、実施例１（条件３〜条件５）における窒素の供給量の総和と、比較例１（条件６，条件７）における窒素の供給量とは同じであるにもかかわらず、実施例１では処理空間２１の酸素濃度が低く、露点が低く、クリーン度が高い状態に維持されていた。実施例１では、外周容器４０及び外周空間４１が存在することにより、処理空間２１への不要成分の流入がより抑制されて、処理空間２１の窒素が高純度に保たれていると考えられる。

１０ 熱処理装置、２０ 処理槽、２０ａ，２０ｂ 貫通孔、２１ 処理空間、２２ 処理槽壁体、２３ 中空部、２４ 処理槽出入口、２５ 処理槽扉、２６ 処理空間排気通路、３０ ヒーター、３２ 送風装置、３３ ファン、３４ 回転軸、３５ モーター、３７ 集塵フィルター、４０ 外周容器、４０ａ，４０ｂ 貫通孔、４１ 外周空間、４４ 外周出入口、４５ 外周扉、４６ 配管、４７ 排気バルブ、４８，４９ ベローズ、５０ 処理空間ガス精製装置、５１ ファン、５２ 吸着フィルター、５３，５４ 配管、５５ 外周空間ガス精製装置、５６ ファン、５７ 吸着フィルター、５８，５９ 配管、６０ 処理空間ガス供給装置、６１ 配管、６３ 中空部ガス供給装置、６４ 配管、６６ 外周部ガス供給装置、６７ 配管、７０ 物品支持体、７２ 被処理物、７４，７５ 支持棒、８０ 昇降装置、８１ モーター、８２ 昇降板、８３ ボールネジ、９０ 支持台。

Claims (8)

1. 不活性ガス雰囲気の処理空間に配置された被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、
   前記処理空間を形成する処理槽と、
   前記処理空間を加熱する加熱手段と、
   前記処理槽の周囲を覆い、該処理槽と自身との間に外周空間を形成する気密な外周容器と、
   を備えた熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記処理空間に前記不活性ガスを供給する処理空間ガス供給手段、
   を備えた熱処理装置。
3. 請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記処理空間ガス供給手段は、前記処理空間の気圧が前記外周空間の気圧より高くなるように前記不活性ガスを供給する、
   熱処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱処理装置であって、
   前記外周空間に前記不活性ガスを供給する外周空間ガス供給手段、
   を備えた熱処理装置。
5. 前記処理槽は、前記処理空間を形成する処理槽壁体を有しており、該処理槽壁体は断熱材が封入された中空部を自身の内部に有している、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
6. 請求項５に記載の熱処理装置であって、
   前記中空部に前記不活性ガスを供給する中空部ガス供給手段、
   を備えた熱処理装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱処理装置であって、
   前記処理空間の雰囲気から前記不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する処理空間ガス精製手段、
   を備えた熱処理装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱処理装置であって、
   前記外周空間の雰囲気から前記不活性ガス以外の所定の不要成分を除去する外周空間ガス精製手段、
   を備えた熱処理装置。

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