JP2022179884A - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】面間での温度ばらつきを低減できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による熱処理装置は、筒状の処理容器と、前記処理容器を加熱する加熱部と、前記処理容器を冷却する冷却部と、を備え、前記冷却部は、前記処理容器の長手方向に間隔をおいて設けられ、前記処理容器に向けて冷却流体を吐出する複数の吐出孔と、前記冷却流体を前記複数の吐出孔に連通する複数の流路に分流する分岐部と、複数の前記流路の各々に対応して設けられ、対応する前記流路の前記吐出孔に前記冷却流体を送り込むブロアと、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、熱処理装置及び熱処理方法に関する。
処理容器の長手方向に沿って設けられ、処理容器に向けて冷却流体を吹き出す複数の吐出孔を備える熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、複数の吐出孔をシャッタ機構で開閉することにより冷却流体の流量を制御している。
特開２０２０－０８８２０７号公報
本開示は、面間での温度ばらつきを低減できる技術を提供する。
本開示の一態様による熱処理装置は、筒状の処理容器と、前記処理容器を加熱する加熱部と、前記処理容器を冷却する冷却部と、を備え、前記冷却部は、前記処理容器の長手方向に間隔をおいて設けられ、前記処理容器に向けて冷却流体を吐出する複数の吐出孔と、前記冷却流体を前記複数の吐出孔に連通する複数の流路に分流する分岐部と、複数の前記流路の各々に対応して設けられ、対応する前記流路の前記吐出孔に前記冷却流体を送り込むブロアと、を有する。
本開示によれば、面間での温度ばらつきを低減できる。
第１の実施形態の熱処理装置の一例を示す図 図１の熱処理装置の分岐部に含まれる仕切板の一例を示す図 図１の熱処理装置の分岐部の変形例を示す図 第１の実施形態の熱処理装置の動作の一例を示す図 第２の実施形態の熱処理装置の一例を示す図 第３の実施形態の熱処理装置の一例を示す図 第４の実施形態の熱処理装置の一例を示す図 第５の実施形態の熱処理装置の一例を示す図 第６の実施形態の熱処理装置の一例を示す図 風量制御の一例を説明するための制御ブロック図 風量制御の別の一例を説明するための制御ブロック図 制御冷却処理における各領域の温度特性の測定結果を示す図 制御冷却処理における各領域の温度特性の測定結果を示す図 低温処理における各領域の到達温度の測定結果を示す図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔第１の実施形態〕
（熱処理装置）
図１～図３を参照し、第１の実施形態の熱処理装置１の一例について説明する。
第１の実施形態の熱処理装置１は、処理容器１０、加熱部３０、冷却部５０、温度検出部７０、制御部９０等を備える。
処理容器１０は、筒状の容器であり、ボート（図示せず）を収容する。ボートは、高さ方向に間隔をおいて複数の基板を保持する。基板は、例えば半導体ウエハである。処理容器１０は、単管構造であってもよく、二重管構造であってもよい。処理容器１０は、例えば石英等の耐熱性材料により形成される。処理容器１０内は、排気部（図示せず）により減圧される。排気部は、圧力調整弁、真空ポンプ等を含む。処理容器１０内には、ガス供給部（図示せず）により各種のガスが導入される。ガス供給部は、開閉バルブ、流量制御器等を含む。各種のガスは、例えば成膜ガス、エッチングガス等の処理ガス、不活性ガス等のパージガスを含む。
加熱部３０は、処理容器１０の周囲に設けられており、処理容器１０内の基板を加熱する。加熱部３０は、断熱部材３１、発熱体３２等を含む。
断熱部材３１は、円筒形状を有する。断熱部材３１は、処理容器１０の外壁との間に空間Ａを形成する。断熱部材３１は、シリカ及びアルミナを主成分として形成される。ただし、断熱部材３１の形状及び材料については限定されない。
発熱体３２は、線状を有し、断熱部材３１の内側壁に螺旋状又は蛇行状に設けられている。発熱体３２は、電源（図示せず）から供給される電力（以下「ヒータ電力」ともいう。）の大きさに応じて発熱する。発熱体３２は、処理容器１０の高さ方向において、複数のゾーンに分割されていることが好ましい。これにより、ゾーンごとに温度を独立して制御できる。
また、加熱部３０は、断熱部材３１の外周を覆うステンレス鋼等の金属製の外皮を有することが好ましい。これにより、断熱部材３１を補強して、断熱部材３１の形状を保持できる。また、加熱部３０は、外皮の外周を覆う水冷ジャケットを有することが好ましい。これにより、断熱部材３１の外部への熱影響を抑制できる。
冷却部５０は、空間Ａに冷却流体を供給することで、処理容器１０を冷却する。冷却流体は、例えば空気である。冷却部５０は、流体流路５１、開閉弁５２、風量計５３、熱交換器５４、分岐部５５、ブロア５６ａ～５６ｆ、吐出孔５７ａ～５７ｆ等を含む。
流体流路５１は、一端が最上部の吐出孔５７ｆより上方において空間Ａと連通し、他端が分岐部５５により６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐されて吐出孔５７ａ～５７ｆと連通する。流体流路５１には、一端の側から開閉弁５２、風量計５３、熱交換器５４、分岐部５５及びブロア５６ａ～５６ｆがこの順序で設けられている。
開閉弁５２は、流体流路５１を開閉する。開閉弁５２を開くと、空間Ａ内で熱回収した冷却流体が流体流路５１に流れ込む。開閉弁５２を閉じると、空間Ａ内で熱回収した冷却流体が流体流路５１に流れ込むことが遮断される。
風量計５３は、流体流路５１を流れる冷却流体の風量を検出する。風量計５３は、検出値を制御部９０に送信する。
熱交換器５４は、流体流路５１を流れる冷却流体を冷却する。
分岐部５５は、流体流路５１を６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐させる。分岐部５５は、２分岐チャンバ５５ａ及び３分岐チャンバ５５ｂ，５５ｃを含む。
２分岐チャンバ５５ａは、流体流路５１を２つの流路に分岐させる。２分岐チャンバ５５ａの内部には、図２（ａ）に示されるように、冷却流体の流れる方向に沿って仕切板５５ａ１が設けられていることが好ましい。これにより、冷却流体の逆流を抑制できる。
３分岐チャンバ５５ｂは、２分岐チャンバ５５ａの後段に設けられ、２分岐チャンバ５５ａで分岐された一方の流路を３つの流路５１ａ～５１ｃに分岐させる。３分岐チャンバ５５ｃは、２分岐チャンバ５５ａの後段に設けられ、２分岐チャンバ５５ａで分岐された他方の流路を３つの流路５１ｄ～５１ｆに分岐させる。３分岐チャンバ５５ｂ，５５ｃの内部には、それぞれ冷却流体の流れる方向に沿って仕切板（図示せず）が設けられていることが好ましい。これにより、冷却流体の逆流を抑制できる。
なお、図１の例では、１つの２分岐チャンバ５５ａ及び該２分岐チャンバ５５ａの後段に設けられた２つの３分岐チャンバ５５ｂ，５５ｃにより流体流路５１を６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐させる場合を説明したが、これに限定されない。例えば、図３（ａ）に示されるように、１つの３分岐チャンバ５５ｄ及び該３分岐チャンバ５５ｄの後段に設けられた３つの２分岐チャンバ５５ｅ～５５ｇにより流体流路５１を６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐させてもよい。また、例えば図３（ｂ）に示されるように、１つの６分岐チャンバ５５ｈにより流体流路５１を６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐させてもよい。このように、分岐部５５は、多段に配置された複数の分岐チャンバにより流体流路５１を６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐させる形態であってもよく、１つの分岐チャンバにより流体流路５１を６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐させる形態であってもよい。また、例えば図３（ｃ）に示されるように、１つの分岐ボックス５５ｉにより流体流路５１を６つの流路５１ａ～５１ｆに分岐させてもよい。
ブロア５６ａ～５６ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられ、対応する流路５１ａ～５１ｆの吐出孔５７ａ～５７ｆに冷却流体を送り込む。ブロア５６ａ～５６ｆは、制御部９０により独立して制御される。ブロア５６ａ～５６ｆは、供給される電圧に応じて回転数が変化する。例えば、ブロア５６ａ～５６ｆは、供給される電圧が高いほど回転数が高くなり、これにより吐出孔５７ａ～５７ｆに送り込まれる冷却流体の風量が大きくなる。
吐出孔５７ａ～５７ｆは、処理容器１０の長手方向に間隔をおいて設けられ、処理容器１０に向けて略水平方向に冷却流体を吐出する。吐出孔５７ａ～５７ｆは、それぞれ流路５１ａ～５１ｆの他端に、断熱部材３１を貫通して形成されている。吐出孔５７ａ～５７ｆは、６つのゾーンに分割された発熱体３２の各々に対応して設けられている。
係る冷却部５０では、空間Ａ内で熱回収した冷却流体は、流体流路５１に流れ込み、該流体流路５１に介設された熱交換器５４で冷却される。冷却された冷却流体は、分岐部５５において６つの流路５１ａ～５１ｆに分流され、各流路５１ａ～５１ｆにおいてブロア５６ａ～５６ｆで各吐出孔５７ａ～５７ｆに送り込まれ、各吐出孔５７ａ～５７ｆから空間Ａに吐出される。空間Ａに吐出された冷却流体は、処理容器１０を冷却する。
温度検出部７０は、処理容器１０内の温度を検出する。温度検出部７０は、例えば熱電対であり、６つの測温部７１ａ～７１ｆを含む。測温部７１ａ～７１ｆは、６つのゾーンに分割された発熱体３２の各々に対応して設けられている。なお、温度検出部７０は、処理容器１０外の空間Ａに設けられ、該空間Ａの温度を検出してもよい。
制御部９０は、例えばコンピュータであってよい。制御部９０は、熱処理装置１の各部の動作を制御する。熱処理装置１の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
例えば、制御部９０は、熱処理装置１において実施される熱処理の条件に応じて、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立して制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を調整する。
（熱処理方法）
図４を参照し、第１の実施形態の熱処理方法の一例について説明する。第１の実施形態の熱処理方法は、例えば制御部９０が熱処理装置１の各部の動作を制御することにより実施される。以下では、熱処理装置１において、吐出孔５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ，５７ｅ，５７ｆと対応する高さ領域を、それぞれボトム領域（ＢＴＭ）、第１センター領域（ＣＴＲ－１）、第２センター領域（ＣＴＲ－２）、第３センター領域（ＣＴＲ－３）、第４センター領域（ＣＴＲ－４）及びトップ領域（ＴＯＰ）と称する。
図４に示されるように、熱処理方法は、例えば低温処理、昇温リカバリ処理及び制御冷却処理をこの順に実行することを含む。
低温処理は、処理容器１０内を低温Ｔ１に維持した状態で該処理容器１０内に収容された基板に処理を施すことを含む。例えば、低温処理では、制御部９０は、１つの領域、例えばトップ領域（ＴＯＰ）の制御温度を他の領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４）の制御温度より低く設定するチルト制御を行うことを含む。低温処理では、制御部９０は、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を低温Ｔ１に調整する。低温Ｔ１は、例えば３０℃～１００℃であってよい。
昇温リカバリ処理は、処理容器１０内を低温Ｔ１から高温Ｔ２に変更し、該処理容器１０内を高温Ｔ２に安定化させることを含む。例えば、昇温リカバリ処理では、制御部９０は、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を低温Ｔ１から高温Ｔ２に変更して安定化させる。高温Ｔ２は、例えば６００℃～１０００℃であってよい。
制御冷却処理は、処理容器１０内を高温Ｔ２から該高温Ｔ２より低い所定の温度Ｔ３に変更し、該処理容器１０内を該所定の温度Ｔ３に安定化させることを含む。例えば、制御冷却処理では、制御部９０は、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立して制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を高温Ｔ２から所定の温度Ｔ３に変更して安定化させる。所定の温度Ｔ３は、例えば１００℃～６００℃であってよい。
以上に説明したように、第１の実施形態の熱処理装置１によれば、制御部９０は、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御する。これにより、冷却流体が吐出される量を領域ごとに調整できるので、処理容器１０の高さ方向における温度のばらつき（面間での温度ばらつき）を低減できる。
例えば、低温処理では、１つの領域、例えばトップ領域の制御温度を他の領域の制御温度より低く設定するチルト制御を行う場合がある。この場合、制御部９０は、トップ領域に対応する発熱体３２に対するヒータ電力が他の発熱体３２に対するヒータ電力より小さくなるように制御する。しかし、低温処理では、トップ領域に対応する発熱体３２に対するヒータ電力が０％の状態となり、空間Ａのトップ領域の温度を制御温度に制御できない場合がある。そこで、熱処理装置１において低温処理を行う場合、制御部９０は、トップ領域に対応して設けられるブロア５６ｆに供給する電圧が、他の領域に対応して設けられるブロア５６ａ～５６ｅに供給する電圧より大きくなるように制御する。これにより、空間Ａの上部に吐出される冷却流体の風量が、空間Ａの中央部及び下部に吐出される冷却流体の風量より大きくなる。そのため、空間Ａの中央部及び下部に対して空間Ａの上部を効率的に冷却でき、トップ領域に対応する発熱体３２に対するヒータ電力が０％になることを防止できる。その結果、低温での温度制御性が向上する。
例えば、制御冷却処理では、冷却の際の面間温度にばらつきが生じる場合がある。そこで、熱処理装置１において制御冷却処理を行う場合、制御部９０は、各領域の検出温度が同じになるように、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御する。これにより、冷却の際の面間温度のばらつきを低減できる。
例えば、昇温リカバリ処理では、複数の熱処理装置１間で部品個体差、組立誤差、装置使用環境等が異なることに起因して、１つの領域、例えばトップ領域のオーバーシュート特性が複数の熱処理装置１間で異なる場合がある。そこで、熱処理装置１において昇温リカバリ処理を行う場合、制御部９０は、熱処理装置１間でトップ領域の検出温度が同じになるように、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御する。これにより、昇温時のトップ領域のオーバーシュート機差を低減できる。
〔第２の実施形態〕
図５を参照し、第２の実施形態の熱処理装置１Ａの一例について説明する。
第２の実施形態の熱処理装置１Ａは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して逆流防止弁５８ａ～５８ｆが設けられている点で、熱処理装置１と異なる。なお、その他の構成については、熱処理装置１と同じであってよい。以下、熱処理装置１と異なる点を中心に説明する。
逆流防止弁５８ａ～５８ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。逆流防止弁５８ａ～５８ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆの吐出孔５７ａ～５７ｆからブロア５６ａ～５６ｆへの冷却流体の逆流を防止する。逆流防止弁５８ａ～５８ｆは、例えば開度調整弁であり、開度が制御されることで流路５１ａ～５１ｆのコンダクタンスを調整する。
制御部９０は、ブロア５６ａ～５６ｆの動作に応じて逆流防止弁５８ａ～５８ｆを独立して制御する。例えば、６つのブロア５６ａ～５６ｆのうちの１つ以上を停止させ、残りを動作させる場合、制御部９０は、動作中のブロアに対応する逆流防止弁を開き、停止中のブロアに対応する逆流防止弁を閉じるように制御する。
以上に説明した第２の実施形態の熱処理装置１Ａによれば、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の構成を有しているので、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の効果を奏することができる。
また、第２の実施形態の熱処理装置１Ａによれば、制御部９０は、ブロア５６ａ～５６ｆの動作に応じて逆流防止弁５８ａ～５８ｆを独立して制御する。例えば、制御部９０は、ブロア５６ａ～５６ｆのうち、動作中のブロアに対応する逆流防止弁を開き、停止中のブロアに対応する逆流防止弁を閉じるように制御する。これにより、動作中のブロアに対応する吐出孔から吐出した冷却流体が停止中のブロアに対応する流路に逆流することを防止できる。
〔第３の実施形態〕
図６を参照し、第３の実施形態の熱処理装置１Ｂの一例について説明する。
第３の実施形態の熱処理装置１Ｂは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた圧力センサ５９ａ～５９ｆ及び温度センサ６０ａ～６０ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて冷却流体の逆流を監視する点で、熱処理装置１と異なる。なお、その他の構成については、熱処理装置１と同じであってよい。以下、熱処理装置１と異なる点を中心に説明する。
圧力センサ５９ａ～５９ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。圧力センサ５９ａ～５９ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆに設けられたブロア５６ａ～５６ｆの吸込み側の圧力と吐出し側の圧力との間の大小関係を含む圧力データ（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。圧力データは、例えばブロア５６ａ～５６ｆの吸込み側と吐出し側との間の差圧（ブロア５６ａ～５６ｆの前後の差圧）であってよく、ブロア５６ａ～５６ｆの吸込み側及び吐出し側の圧力であってもよい。
温度センサ６０ａ～６０ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。温度センサ６０ａ～６０ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆを流れる冷却流体の温度（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。
制御部９０は、圧力センサ５９ａ～５９ｆ及び温度センサ６０ａ～６０ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、冷却流体の逆流を監視する。例えば、制御部９０は、１つ以上のブロア５６ａ～５６ｆの吐出し側の圧力が吸込み側の圧力より小さい場合、冷却流体の逆流が生じていると判断する。また、例えば制御部９０は、１つ以上の流路５１ａ～５１ｆについて、ブロア５６ａ～５６ｆを動作させた後の温度がブロア５６ａ～５６ｆを動作させる前の温度より高い場合、冷却流体の逆流が生じていると判断する。また、制御部９０は、冷却流体の逆流が生じていると判断した場合、熱処理装置１が異常であることをユーザに報知する。
以上に説明した第３の実施形態の熱処理装置１Ｂによれば、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の構成を有しているので、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の効果を奏することができる。
また、第３の実施形態の熱処理装置１Ｂによれば、制御部９０は、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた圧力センサ５９ａ～５９ｆ及び温度センサ６０ａ～６０ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、冷却流体の逆流を監視する。これにより、ユーザは、冷却流体の逆流を容易に確認できる。
〔第４の実施形態〕
図７を参照し、第４の実施形態の熱処理装置１Ｃの一例について説明する。
第４の実施形態の熱処理装置１Ｃは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた流量計６１ａ～６１ｆ及び温度センサ６２ａ～６２ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて冷却流体の逆流を監視する点で、熱処理装置１と異なる。なお、その他の構成については、熱処理装置１と同じであってよい。以下、熱処理装置１と異なる点を中心に説明する。
流量計６１ａ～６１ｆは、第１の流量計６１ａ１～６１ｆ１及び第２の流量計６１ａ２～６１ｆ２を含む。
第１の流量計６１ａ１～６１ｆ１は、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。第１の流量計６１ａ１～６１ｆ１は、対応する流路５１ａ～５１ｆを、ブロア５６ａ～５６ｆから吐出孔５７ａ～５７ｆに送り込まれる冷却流体の流量（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。以下、ブロア５６ａ～５６ｆから吐出孔５７ａ～５７ｆに送り込まれる流れを順流とも称する。
第２の流量計６１ａ２～６１ｆ２は、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。第２の流量計６１ａ２～６１ｆ２は、対応する流路５１ａ～５１ｆを、吐出孔５７ａ～５７ｆからブロア５６ａ～５６ｆに向けて流れる冷却流体の流量（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。以下、吐出孔５７ａ～５７ｆからブロア５６ａ～５６ｆに向かう流れを逆流とも称する。
制御部９０は、流量計６１ａ～６１ｆ及び温度センサ６２ａ～６２ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、冷却流体を監視する。例えば、制御部９０は、１つ以上の流路５１ａ～５１ｆについて、第２の流量計６１ａ２～６１ｆ２の検出値が第１の流量計６１ａ１～６１ｆ１の検出値より大きい場合、冷却流体の逆流が生じていると判断する。また、例えば制御部９０は、１つ以上の流路５１ａ～５１ｆについて、ブロア５６ａ～５６ｆを動作させた後の温度がブロア５６ａ～５６ｆを動作させる前の温度より高い場合、冷却流体の逆流が生じていると判断する。また、制御部９０は、冷却流体の逆流が生じていると判断した場合、熱処理装置１が異常であることをユーザに報知する。
以上に説明した第４の実施形態の熱処理装置１Ｃによれば、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の構成を有しているので、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の効果を奏することができる。
また、第４の実施形態の熱処理装置１Ｃによれば、制御部９０は、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた流量計６１ａ～６１ｆ及び温度センサ６２ａ～６２ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、冷却流体の逆流を監視する。これにより、ユーザは、冷却流体の逆流を容易に確認できる。
なお、上記の実施形態では、流量計６１ａ～６１ｆが第１の流量計６１ａ１～６１ｆ１で順流を検出し、第２の流量計６１ａ２～６１ｆ２で逆流を検出する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、１つの流量計、例えば超音波式流量計で順流及び逆流を検出する形態であってもよい。
〔第５の実施形態〕
図８を参照し、第５の実施形態の熱処理装置１Ｄの一例について説明する。
第５の実施形態の熱処理装置１Ｄは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた圧力センサ６３ａ～６３ｆ及び温度センサ６４ａ～６４ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、空間Ａの内圧（ヒータ内圧）を調整する点で、熱処理装置１と異なる。なお、その他の構成については、熱処理装置１と同じであってよい。以下、熱処理装置１と異なる点を中心に説明する。
第５の実施形態の熱処理装置１Ｄは、熱処理装置１に対して、更に圧力センサ６３ａ～６３ｆ、温度センサ６４ａ～６４ｆ、吸込み側スリット６５ａ～６５ｆ及び吐出し側スリット６６ａ～６６ｆを備える。
圧力センサ６３ａ～６３ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。圧力センサ６３ａ～６３ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆに設けられたブロア５６ａ～５６ｆの吸込み側の圧力と吐出し側の圧力との間の大小関係を含む圧力データ（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。圧力データは、例えばブロア５６ａ～５６ｆの吸込み側と吐出し側との間の差圧（ブロア５６ａ～５６ｆの前後の差圧）であってよく、ブロア５６ａ～５６ｆの吸込み側及び吐出し側の圧力であってもよい。
温度センサ６４ａ～６４ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。温度センサ６４ａ～６４ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆを流れる冷却流体の温度（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。
吸込み側スリット６５ａ～６５ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆに設けられたブロア５６ａ～５６ｆの吸込み側に設けられている。吸込み側スリット６５ａ～６５ｆは、開閉自在に構成されている。吸込み側スリット６５ａ～６５ｆを開くと、外部から対応する流路５１ａ～５１ｆ内に空気が流入し、ヒータ内圧を陽圧の方向に調整できる。
吐出し側スリット６６ａ～６６ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆに設けられたブロア５６ａ～５６ｆの吐出し側に設けられている。吐出し側スリット６６ａ～６６ｆは、開閉自在に構成されている。吐出し側スリット６６ａ～６６ｆを開くと、対応する流路５１ａ～５１ｆ内から外部に冷却流体が流出し、ヒータ内圧を陰圧の方向に調整できる。
制御部９０は、圧力センサ６３ａ～６３ｆ及び温度センサ６４ａ～６４ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、吸込み側スリット６５ａ～６５ｆ及び吐出し側スリット６６ａ～６６ｆの開閉を制御することで、ヒータ内圧を調整する。例えば、制御部９０は、ヒータ内圧が大気圧より高い場合、吐出し側スリット６６ａ～６６ｆを開くことで、ヒータ内圧を陰圧の方向に調整し、ヒータ内圧を大気圧又は大気圧より僅かに低い圧力に制御する。これにより、高温である空間Ａ内の冷却流体が外部に漏れ出すことを抑制できる。
以上に説明した第５の実施形態の熱処理装置１Ｄによれば、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の構成を有しているので、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の効果を奏することができる。
また、第５の実施形態の熱処理装置１Ｄによれば、制御部９０は、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた圧力センサ６３ａ～６３ｆ及び温度センサ６４ａ～６４ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、空間Ａの内圧（ヒータ内圧）を調整する。これにより、高温である空間Ａ内の冷却流体が外部に漏れ出すことを抑制できる。
〔第６の実施形態〕
図９～図１１を参照し、第６の実施形態の熱処理装置１Ｅの一例について説明する。
第６の実施形態の熱処理装置１Ｅは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた流量計６７ａ～６７ｆ及び温度センサ６８ａ～６８ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、ブロア５６ａ～５６ｆの回転数を制御する点で、熱処理装置１と異なる。なお、その他の構成については、熱処理装置１と同じであってよい。以下、熱処理装置１と異なる点を中心に説明する。
流量計６７ａ～６７ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。流量計６７ａ～６７ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆを流れる冷却流体の流量（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。
温度センサ６８ａ～６８ｆは、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられている。温度センサ６８ａ～６８ｆは、対応する流路５１ａ～５１ｆを流れる冷却流体の温度（特性値の一例）を検出し、検出値を制御部９０に送信する。
制御部９０は、流量計６７ａ～６７ｆ及び温度センサ６８ａ～６８ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、複数のブロア５６ａ～５６ｆの回転数を制御する。
例えば、図１０に示されるように、制御部９０は、コントローラ９１及びコントローラ９２を含む。コントローラ９１は、炉内温度ｙ１が目標温度ｒと等しくなるように、ヒータ電力ｕ１を処理部（加熱部３０）に出力し、ブロア風量ｕ２をコントローラ９２に出力する。炉内温度ｙ１は、例えば温度検出部７０の検出値である。目標温度ｒは、例えばレシピ等で定められた温度である。コントローラ９２は、測定風量ｙ２がブロア風量ｕ２と等しくなるように、ブロア電力ｕ３をブロア５６ａ～５６ｆに出力する。測定風量ｙ２は、例えば流量計６７ａ～６７ｆの検出値である。ブロア５６ａ～５６ｆは、ブロア電力ｕ３に応じた回転数で回転し、処理部（空間Ａ）に冷却流体を送り込む。なお、コントローラ９１，９２は、制御部９０とは別に設けられていてもよい。
また、例えば図１１に示されるように、制御部９０は、コントローラ９３、コントローラ９４及びオブザーバ９５を含んでいてもよい。コントローラ９３は、炉内温度ｙ１が目標温度ｒと等しくなるように、ヒータ電力ｕ１を処理部（加熱部３０）に出力し、抜熱量ｕ２をコントローラ９４に出力する。炉内温度ｙ１は、例えば温度検出部７０の検出値である。目標温度ｒは、例えばレシピ等で定められた温度である。コントローラ９４は、推定抜熱量ｙ４が抜熱量ｕ２と等しくなるように、ブロア電力ｕ３をブロア５６ａ～５６ｆに出力する。オブザーバ９５は、炉内温度ｙ１、測定風量ｙ２及び測定風温ｙ３に基づいて、以下の数式により、推定抜熱量ｙ４を算出する。測定風量ｙ２は、例えば流量計６７ａ～６７ｆの検出値である。測定風温ｙ３は、例えば温度センサ６８ａ～６８ｆの検出値である。ブロア５６ａ～５６ｆは、ブロア電力ｕ３に応じた回転数で回転し、処理部（空間Ａ）に冷却流体を送り込む。なお、コントローラ９３，９４及びオブザーバ９５は、制御部９０と別に設けられていてもよい。
ｙ４＝ρ×ｙ２×Ｃ×（ｙ１－ｙ３） （ρ：空気の密度、Ｃ：空気の比熱）
以上に説明した第６の実施形態の熱処理装置１Ｅによれば、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の構成を有しているので、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の効果を奏することができる。
また、第６の実施形態の熱処理装置１Ｅによれば、制御部９０は、複数の流路５１ａ～５１ｆの各々に対応して設けられた流量計６７ａ～６７ｆ及び温度センサ６８ａ～６８ｆの少なくともいずれかの検出値に基づいて、ブロア５６ａ～５６ｆの回転数を制御する。これにより、面間での温度ばらつきを低減できる。
〔実施例〕
（制御冷却処理）
まず、熱処理装置１において、制御冷却処理を実施したときの温度制御性を評価した実施例について説明する。
実施例１では、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立して制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を４００℃から２００℃に降温させた。また、処理容器１０内の温度を降温させている期間において、各領域の温度の時間変化を測定した。実施例１における各ブロア５６ａ～５６ｆに供給した電圧は、以下の表１に示される通りである。
Figure 2022179884000002
表１に示されるように、実施例１では、処理の開始時において、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を４Ｖに設定した。続いて、処理を開始してから５分後に、ブロア５６ａ～５６ｄに供給する電圧を４Ｖから２Ｖに変更し、ブロア５６ｅに供給する電圧を４Ｖから３Ｖに変更した。続いて、処理を開始してから１０分後に、ブロア５６ａ～５６ｄに供給する電圧を２Ｖから１．５Ｖに変更し、ブロア５６ｅに供給する電圧を３Ｖから２Ｖに変更し、ブロア５６ｆに供給する電圧を４Ｖから４．５Ｖに変更した。続いて、処理を開始してから２０分後に、ブロア５６ａ～５６ｃに供給する電圧を１．５Ｖから１．２Ｖに変更し、ブロア５６ｄに供給する電圧を１．５Ｖから１Ｖに変更し、ブロア５６ｅに供給する電圧を２Ｖから１．５Ｖに変更した。続いて、処理を開始してから３０分後に、ブロア５６ａ，５６ｂに供給する電圧を１．２Ｖから１Ｖに変更した。
比較例１では、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を一定に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を４００℃から２００℃に降温させた。また、処理容器１０内の温度を降温させている期間において、各領域の温度の時間変化を測定した。比較例１における各ブロア５６ａ～５６ｆに供給した電圧は、以下の表２に示されるとおりである。
Figure 2022179884000003
表２に示されるように、比較例１では、処理の開始時において、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を４Ｖに設定し、その後、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を変更することなく４Ｖに固定した。
図１２及び図１３は、制御冷却処理における各領域の温度特性の測定結果を示す図である。図１２は、実施例１の結果を示し、図１３は、比較例１の結果を示す。図１２及び図１３において、時間［分］を横軸に示し、各領域の温度［℃］を第１縦軸（左側の縦軸）に示し、温度の面間ばらつき［℃］を第２縦軸（右側の縦軸）に示す。また、図１２及び図１３において、各領域の温度を実線で示し、温度の面間ばらつきを破線で示す。温度の面間ばらつきは、全領域の温度のうちの最大の温度から最小の温度を減算した値である。
図１２に示されるように、実施例１では、全領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４、ＴＯＰ）において降温速度が略同じであることが分かる。また、実施例１では、全領域の温度が２００度以下になった時点での温度の面間ばらつきが４．３℃であった。
一方、図１３に示されるように、比較例１では、各領域間で降温速度にばらつきが生じており、トップ領域がボトム領域より降温速度が小さくなっていることが分かる。また、比較例１では、全領域の温度が２００℃以下になった時点での温度の面間ばらつきが４５．５℃であった。
以上の実施例１及び比較例１の結果から、制御冷却処理において、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立して制御することで、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を一定に制御する場合と比べて、温度の面間ばらつきを低減できることが示された。
（低温処理）
次に、熱処理装置１において、低温処理を実施したときの温度制御性を評価した実施例について説明する。
本実施例では、すべての条件（条件１～５）において、トップ領域（ＴＯＰ）の制御温度を他の領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４）の制御温度より低く設定するチルト制御を行った。条件１～５における各領域の制御温度は、以下の表３に示される通りである。
Figure 2022179884000004
表３に示されるように、すべての条件（条件１～５）において、ボトム領域、第１センター領域、第２センター領域、第３センター領域及び第４センター領域の制御温度を５５℃に設定し、トップ領域の制御温度を５２℃に設定した。
また、条件１～４では、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を低温に調整した。条件５では、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を一定に制御しながら、温度検出部７０の検出温度に基づいて加熱部３０を制御し、処理容器１０内の温度を低温に調整した。条件１～５における各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧は、以下の表４に示される通りである。
Figure 2022179884000005
表４に示されるように、条件１では、ブロア５６ａ～５６ｅに供給する電圧を１Ｖに設定し、ブロア５６ｆに供給する電圧を４Ｖに設定した。条件２では、ブロア５６ａ～５６ｄに供給する電圧を１Ｖに設定し、ブロア５６ｅに供給する電圧を０．７Ｖに設定し、ブロア５６ｆに供給する電圧を４．５Ｖに設定した。条件３では、ブロア５６ａ～５６ｅに供給する電圧を０．７Ｖに設定し、ブロア５６ｆに供給する電圧を４．５Ｖに設定した。条件４では、ブロア５６ａ～５６ｅに供給する電圧を０Ｖに設定し、ブロア５６ｆに供給する電圧を４．５Ｖに設定した。条件５では、ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を４Ｖに設定した。
図１４は、低温処理における各領域の到達温度の測定結果を示す図であり、条件１～５の各々について領域ごとの温度［℃］を示す。図４中、丸印、三角印、四角印、菱形印、逆三角印は、それぞれ条件１、条件２、条件３、条件４及び条件５の結果を示す。
図１４に示されるように、条件１，２では、制御温度を５５℃に設定した領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４）における温度が制御温度と略同じであり、制御温度を５２℃に設定した領域（ＴＯＰ）における温度が５３．２℃であることが分かる。
条件３では、制御温度を５５℃に設定した領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４）における温度が制御温度と略同じであり、制御温度を５２℃に設定した領域（ＴＯＰ）における温度が５２．８℃であることが分かる。
条件４では、制御温度を５５℃に設定した領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～３）における温度が５５℃より高く、制御温度を５５℃に設定した領域（ＣＴＲ－４）及び制御温度を５２℃に設定した領域（ＴＯＰ）における温度が制御温度と略同じであることが分かる。
条件５では、制御温度を５５℃に設定した領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４）における温度が制御温度と略同じであり、制御温度を５２℃に設定した領域（ＴＯＰ）における温度が５３．８℃であることが分かる。
以上、条件１～３，５の結果から、各ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧を独立に制御し、制御温度が相対的に低い領域（ＴＯＰ）に対応して設けられるブロア５６ｆに供給する電圧を高くすることで、低温でのチルト制御の際の温度制御性が向上すると言える。
また、条件１～３の結果から、制御温度が相対的に低い領域（ＴＯＰ）と相対的に高い領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４）との間で、ブロア５６ａ～５６ｆに供給する電圧に大きな差をつけることで、低温でのチルト制御の際の温度制御性がより向上すると言える。
また、条件３，４の結果から、制御温度が相対的に高い領域（ＢＴＭ、ＣＴＲ－１～４）に対応して設けられるブロア５６ａ～５６ｅに供給する電圧を０Ｖに設定すると、該領域での温度制御性が悪化すると言える。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ 熱処理装置
１０ 処理容器
３０ 加熱部
５０ 冷却部
５５ 分岐部
５６ａ～５６ｆ ブロア
５７ａ～５７ｆ 吐出孔

Claims (10)

  1. 筒状の処理容器と、
    前記処理容器を加熱する加熱部と、
    前記処理容器を冷却する冷却部と、
    を備え、
    前記冷却部は、
    前記処理容器の長手方向に間隔をおいて設けられ、前記処理容器に向けて冷却流体を吐出する複数の吐出孔と、
    前記冷却流体を前記複数の吐出孔に連通する複数の流路に分流する分岐部と、
    複数の前記流路の各々に対応して設けられ、対応する前記流路の前記吐出孔に前記冷却流体を送り込むブロアと、
    を有する、
    熱処理装置。
  2. 複数の前記流路の各々に対応して設けられ、対応する前記流路の前記吐出孔から前記ブロアへの前記冷却流体の逆流を防止する逆流防止弁を有する、
    請求項１に記載の熱処理装置。
  3. 複数の前記ブロアの各々を独立して制御するよう構成される制御部を有する、
    請求項１又は２に記載の熱処理装置。
  4. 複数の前記流路の各々に対応して設けられ、対応する前記流路の特性値を検出するセンサを有し、
    前記制御部は、前記センサの検出値に基づいて前記冷却流体の逆流を監視する、
    請求項３に記載の熱処理装置。
  5. 複数の前記流路の各々に対応して設けられ、対応する前記流路の特性値を検出するセンサを有し、
    前記制御部は、前記センサの検出値に基づいて複数の前記ブロアの回転数を制御する、
    請求項３又は４に記載の熱処理装置。
  6. 前記特性値は、前記ブロアから前記吐出孔に送り込まれる前記冷却流体の温度を含む、
    請求項４又は５に記載の熱処理装置。
  7. 前記特性値は、前記ブロアの前後の差圧を含む、
    請求項４乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  8. 前記特性値は、前記ブロアから前記吐出孔に送り込まれる前記冷却流体の流量を含む、
    請求項４乃至７のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  9. 前記分岐部は、多段に配置された複数の分岐チャンバを含む、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  10. 筒状の処理容器を加熱する加熱部と該処理容器を冷却する冷却部とを備える熱処理装置における熱処理方法であって、
    前記冷却部は、
    前記処理容器の長手方向に間隔をおいて設けられ、前記処理容器に向けて冷却流体を吐出する複数の吐出孔と、
    前記冷却流体を前記複数の吐出孔に連通する複数の流路に分流する分岐部と、
    複数の前記流路の各々に対応して設けられ、対応する前記流路の前記吐出孔に前記冷却流体を送り込むブロアと、
    を有し、
    前記処理容器内において熱処理を行う際に、前記熱処理の条件に応じて複数の前記ブロアの各々を独立して制御する、
    熱処理方法。
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