JP2020008192A - 加熱装置および加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱効率を向上させることができる加熱装置および加熱方法を提供する。【解決手段】加熱装置は、内部に被加熱物が配置される気流導入管１１と、気流導入管１１のガス導入口１３に高温ガスを送り込むガス吹き出し装置２０と、を備え、気流導入管１１の内壁面には、螺旋状の溝１４が形成されている。これによれば、気流導入管１１に導入された高温ガスが螺旋状の溝１４に沿ってサイクロン状に流れるため、被加熱物のうち高温ガスが当たる部分が多くなり、加熱効率が向上する。【選択図】図２

Description

本発明は、被加熱物を高温ガスによって加熱する加熱装置および加熱方法に関するものである。

従来、半導体デバイス等の乾燥、熱分解処理、脱塩素処理等による無害化処理、炭化等様々な用途および分野で加熱処理が用いられている。加熱処理方法としては、被加熱物を直接燃焼処理する方法があるが、この方法では被加熱物の形状や機能に影響が生じる。

被加熱物の形状等への影響を低減する方法としては、被加熱物を加熱炉に投入し、輻射熱によって全体的に温める方法がある。しかしながら、この方法では、被加熱物と被加熱物を収容する容器または治具を加熱炉に投入する必要があるため、加熱炉が大型化する。また、被加熱物を目的の温度まで加熱するためには、被加熱物に加えて、被加熱物が置かれた容器等の内部も均一に加熱する必要があるため、被加熱物を目的の温度にするのに時間がかかり、作業効率が低下するとともに、熱損失が大きくなる。また、高温ガスを用いて被加熱物を加熱する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３１１５８４号公報

しかしながら、高温ガスを用いる従来の加熱装置では、高温ガスを一方向から被加熱物に当てているため、被加熱物のうち高温ガスが直接当たる部分が少なく、加熱効率が低い。

本発明は上記点に鑑みて、加熱効率を向上させることができる加熱装置および加熱方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、被加熱物を高温ガスによって加熱する加熱装置であって、内部に被加熱物が配置される気流導入管（１１）と、気流導入管のガス導入口（１３）に高温ガスを送り込むガス吹き出し装置（２０）と、を備え、気流導入管の内壁面には、螺旋状の溝（１４）または突起（１５）が形成されている。

これによれば、気流導入管に導入された高温ガスが螺旋状の溝または突起に沿ってサイクロン状に流れるため、被加熱物のうち高温ガスが当たる部分が多くなり、加熱効率が向上する。

また、請求項７に記載の発明では、被加熱物を高温ガスによって加熱する加熱方法であって、気流導入管（１１）の内部に被加熱物を配置することと、気流導入管のガス導入口（１３）に高温ガスを送り込むことと、を備え、高温ガスを送り込むことでは、気流導入管の内壁面に形成された螺旋状の溝（１４）または突起（１５）に高温ガスが当たることによって発生するサイクロン状の流れによって被加熱物を加熱する。

このように、気流導入管の内壁面に形成された螺旋状の溝または突起によってサイクロン状の流れを発生させることで、被加熱物のうち高温ガスが当たる部分が多くなり、加熱効率が向上する。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる加熱装置の断面図である。 図１のII部分の拡大図である。 第２実施形態にかかる加熱装置の断面図であって、図２に相当する図である。 第３実施形態にかかる加熱装置の断面図であって、図２に相当する図である。 第４実施形態にかかる加熱装置の断面図であって、図２に相当する図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の加熱装置１００は、ワーク搬送プレート１０と、ガス吹き出し装置２０と、高温ガス発生装置３０とを備えている。加熱装置１００は、例えば半導体装置の製造に用いられるものである。半導体装置は、例えば磁気センサや圧力センサであり、加熱装置１００は磁気抵抗素子やダイヤフラムの加熱に用いられる。

ワーク搬送プレート１０は、被加熱物としての半導体装置２００を搬送するためのものである。ワーク搬送プレート１０は、例えばアルミニウムや炭化素材等の耐熱性に優れた素材で構成され、矩形板状とされている。ワーク搬送プレート１０には、ワーク搬送プレート１０を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔の内部に気流導入管１１が配置されている。気流導入管１１は、例えばアルミニウムや炭化素材等で構成される。

ワーク搬送プレート１０には複数の気流導入管１１がマトリクス状に並べられており、各気流導入管１１の内部に半導体装置２００が配置されて搬送される。図２に示すように、ワーク搬送プレート１０の内部には、ワーク搬送プレート１０を保温するためのヒータ１２が、気流導入管１１と離された状態で配置されている。

ガス吹き出し装置２０は、ワーク搬送プレート１０の下方に配置されている。ガス吹き出し装置２０は、気流導入管１１の内部に収容された半導体装置２００を加熱するための高温ガスを吹き出すものである。

図１に示すように、ガス吹き出し装置２０には複数の気流導入管１１に対応して複数の吹き出し口２１が形成されている。図１の白抜き矢印で示すように、ワーク搬送プレート１０がガス吹き出し装置２０の上部をスライド移動することにより、各気流導入管１１が吹き出し口２１の上部に順次配置される。

ガス吹き出し装置２０は高温ガス発生装置３０に連結されており、高温ガス発生装置３０が発生させた高温ガスがガス吹き出し装置２０によって気流導入管１１の内部に吹き出される。高温ガス発生装置３０は、例えば抵抗加熱、高周波誘導加熱、ハロゲンヒータ等によって高温ガスを発生させる。

気流導入管１１の詳細な構成について説明する。図２に示すように、気流導入管１１は、ガス吹き出し装置２０に接する下部がガス導入口１３とされ、上部に半導体装置２００が配置されるようになっている。本実施形態では、気流導入管１１は、下部から上部に近づくにつれて径が大きくなる段付円筒状とされており、段差の部分は円錐台形状とされている。

気流導入管１１の容積が大きいと、気流導入管１１内の温度が半導体装置２００の目標温度に達していない場合に、高温ガスの熱エネルギーの多くが気流導入管１１内の温度上昇のために使用され、半導体装置２００の加熱効率が低下する。そのため、半導体装置２００を効率よく加熱するためには気流導入管１１の内部が狭いほうが望ましいが、半導体装置２００を配置するための空間も必要である。気流導入管１１を上記のような形状とすることで、半導体装置２００を配置するための空間を確保しつつ加熱効率を向上させることができる。

気流導入管１１の内壁面には、螺旋状の溝１４が形成されており、ガス吹き出し装置２０から吹き出された高温ガスは、溝１４に沿ってサイクロン状に流れる。溝１４の断面形状は、例えば半円状や多角形状とされる。なお、図２に示すように、吹き出し口２１の内壁面にも溝１４と同様の螺旋状の溝２２が形成されており、これによりサイクロン状の流れがより発生しやすくなるが、吹き出し口２１の内壁面に溝２２が形成されていなくてもよい。

また、加熱効率を向上させるために、気流導入管１１の内壁面には、気流導入管１１よりも輻射率の高い材料がメッキ等によって成膜されている。

加熱装置１００の作動について説明する。半導体装置２００を気流導入管１１に投入する前には、ワーク搬送プレート１０はガス吹き出し装置２０から離れた場所に配置されている。

マトリクス状に並ぶ複数の気流導入管１１のうち、１列目の各気流導入管１１に半導体装置２００が投入されると、図１の白抜き矢印で示すように、ワーク搬送プレート１０は図示しない駆動装置によってガス吹き出し装置２０に向かってスライド移動する。ワーク搬送プレート１０の移動によって、１列目の各気流導入管１１がガス吹き出し装置２０の上部に配置されると、ガス吹き出し装置２０の吹き出し口２１から気流導入管１１に向かって高温ガスが吹き出される。これにより、気流導入管１１の内部に配置された半導体装置２００に高温ガスが当たって、半導体装置２００が加熱される。

２列目の各気流導入管１１に半導体装置２００が投入されると、ワーク搬送プレート１０がさらにスライド移動し、１列目と２列目の各気流導入管１１がガス吹き出し装置２０の上部に配置され、吹き出し口２１から高温ガスが吹き出される。これにより、１列目の気流導入管１１に投入された半導体装置２００が引き続き加熱されるとともに、新たに２列目の気流導入管１１に投入された半導体装置２００が加熱され始める。３列目の気流導入管１１に半導体装置２００が投入された後も、同様にワーク搬送プレート１０の移動と半導体装置２００の加熱が行われる。

このとき、気流導入管１１の内壁面に螺旋状の溝１４が形成されているため、ガス吹き出し装置２０から吹き出されて気流導入管１１の内壁面に当たった高温ガスは、図２の矢印で示すように、溝１４に沿ってサイクロン状に流れる。これにより、半導体装置２００のうち高温ガスが直接当たる部分が多くなり、半導体装置２００の加熱効率が向上する。

高温ガスを一方向から当てる従来の加熱装置では、被加熱物のうち高温ガスが直接当たらない部分が多くなる。このような部分は、主に被加熱物の内部や加熱炉の壁面からの熱エネルギーの伝達により加熱されるため、加熱に要する時間が長くなる。

これに対して、本実施形態の加熱装置１００では、高温ガスが半導体装置２００を包み込むようにサイクロン状に流れ、半導体装置２００に対して複数の方向から高温ガスが当たる。これにより、加熱効率が向上し、多くの半導体装置２００を短時間に加熱することができる。

また、高温ガスを一方向から被加熱物に当てる場合に、被加熱物を回転させることで被加熱物の全体に高温ガスを当てる方法が考えられるが、この方法では被加熱物を回転させるための機構が必要であるため、加熱装置が大型化する。これに対して、本実施形態では、このような機構が不要であるため、加熱装置の大型化を抑制することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して吹き出し口２１の配置を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、本実施形態では、吹き出し口２１の軸方向が気流導入管１１の軸方向とは異なる方向となるように、吹き出し口２１が配置されている。具体的には、吹き出し口２１の軸方向は、気流導入管１１の軸方向に対して垂直とされている。

吹き出し口２１が上記のように配置され、気流導入管１１の軸方向とは異なる方向から高温ガスが吹き出される本実施形態では、ガス吹き出し装置２０から吹き出された高温ガスが気流導入管１１の内壁面に当たりやすくなる。そのため、溝１４に沿ったサイクロン流がより発生しやすくなる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して気流導入管１１の形状および吹き出し口２１の配置を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施形態の気流導入管１１はガス導入口１３とされた下部から半導体装置２００が配置される上部に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状とされている。そして、吹き出し口２１の軸方向は、気流導入管１１の軸方向と、気流導入管１１の軸方向に垂直な方向の両方に対して傾斜している。

気流導入管１１を円錐台形状とし、上記のように吹き出し口２１を配置した本実施形態では、サイクロン流がより発生しやすくなる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して気流導入管１１の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態の気流導入管１１は、径が一定の円筒状とされており、内壁面に螺旋状の突起としての羽１５が形成されている。また、気流導入管１１の周囲には、気流導入管１１を中心軸まわりに回転させる回転機構１６が配置されている。

このように、気流導入管１１の内壁面に溝１４を形成する代わりに、羽１５を形成してもよい。そして、羽１５が形成された気流導入管１１を回転させることにより、サイクロン流がより発生しやすくなる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１、第２実施形態において、気流導入管１１が円錐台形状や径が一定の円筒状とされていてもよい。また、上記第３実施形態において、気流導入管１１が段付円筒状や径が一定の円筒状とされていてもよい。また、上記第４実施形態において、気流導入管１１が段付円筒状や円錐台形状とされていてもよい。

また、気流導入管１１が多角柱状とされていてもよいし、円筒状や多角柱状のものを組み合わせた形状とされていてもよい。

また、上記第４実施形態において、第２、第３実施形態と同様に吹き出し口２１を配置してもよい。また、上記第４実施形態において、気流導入管１１を回転させなくてもよい。

１１ 気流導入管
１３ ガス導入口
１４ 溝
１５ 羽
２０ ガス吹き出し装置

Claims (12)

1. 被加熱物を高温ガスによって加熱する加熱装置であって、
   内部に前記被加熱物が配置される気流導入管（１１）と、
   前記気流導入管のガス導入口（１３）に高温ガスを送り込むガス吹き出し装置（２０）と、を備え、
   前記気流導入管の内壁面には、螺旋状の溝（１４）または突起（１５）が形成されている加熱装置。
2. 前記気流導入管は、前記ガス導入口から前記被加熱物が配置される部分に近づくにつれて径が大きくなる段付円筒状とされている請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記気流導入管は、前記ガス導入口から前記被加熱物が配置される部分に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状とされている請求項１に記載の加熱装置。
4. 前記ガス吹き出し装置の吹き出し口（２１）の軸方向は、前記気流導入管の軸方向とは異なる方向とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加熱装置。
5. 前記気流導入管の内壁面には、前記螺旋状の突起が形成されており、
   前記気流導入管を中心軸まわりに回転させることで、高温ガスを前記螺旋状の突起に沿ってサイクロン状に流す請求項１ないし４のいずれか１つに記載の加熱装置。
6. 抵抗加熱、高周波誘導加熱、またはハロゲンヒータを用いて高温ガスを発生させる高温ガス発生装置（３０）を備える請求項１ないし５のいずれか１つに記載の加熱装置。
7. 被加熱物を高温ガスによって加熱する加熱方法であって、
   気流導入管（１１）の内部に前記被加熱物を配置することと、
   前記気流導入管のガス導入口（１３）に高温ガスを送り込むことと、を備え、
   前記高温ガスを送り込むことでは、前記気流導入管の内壁面に形成された螺旋状の溝（１４）または突起（１５）に前記高温ガスが当たることによって発生するサイクロン状の流れによって前記被加熱物を加熱する加熱方法。
8. 前記被加熱物を配置することでは、前記ガス導入口から前記被加熱物が配置される部分に近づくにつれて径が大きくなる段付円筒状の前記気流導入管の内部に前記被加熱物を配置する請求項７に記載の加熱方法。
9. 前記被加熱物を配置することでは、前記ガス導入口から前記被加熱物が配置される部分に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状の前記気流導入管の内部に前記被加熱物を配置する請求項７に記載の加熱方法。
10. 前記高温ガスを送り込むことでは、前記気流導入管の軸方向とは異なる方向から高温ガスを送り込む請求項７ないし９のいずれか１つに記載の加熱方法。
11. 前記高温ガスを送り込むことでは、前記内壁面に前記螺旋状の突起が形成された前記気流導入管を中心軸まわりに回転させることで、高温ガスを前記螺旋状の突起に沿ってサイクロン状に流す請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の加熱方法。
12. 前記高温ガスを送り込むことでは、抵抗加熱、高周波誘導加熱、またはハロゲンヒータを用いて発生させた高温ガスを前記気流導入管に送り込む請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の加熱方法。

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