JP6385257B2

JP6385257B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP6385257B2
Application number: JP2014240008A
Authority: JP
Inventors: 圭太青▲柳▼
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: JP2016103522A

Description

本発明は、加熱された雰囲気下で被処理物を処理するための、熱処理装置に関する。

半導体製造用のウェハに熱処理を行うための、熱処理装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の熱処理装置は、バッチ式の縦型炉である。この熱処理装置は、石英製の反応管と、ヒータと、ボートと、熱電対と、を有している。反応管の内部にボートが収納される。ボートには、複数のウェハが保持されている、ウェハは、ヒータによって所定の温度まで誘導加熱され、その結果、成膜処理が施される。

この熱処理において、熱電対は、熱処理の温度制御のために用いられる。熱電対は、たとえば、ウェハおよびボートと同様に、反応管の内部に設けられる。この場合、熱電対は、高耐熱性の材料で形成された保護管によって保護される。熱電対によって、反応管内の温度が検出される。

特開２０１１−１９９２５８号公報（［０００２］、［０００３］）

熱処理装置については、熱処理温度をより高くすることが要請されている。このため、反応管内の温度検出についても、より高い温度を検出可能とすることが求められている。従来、反応管内に熱電対などの温度センサが配置される場合、当該温度センサは、たとえば、石英製の保護管で覆われた状態で保護される。

しかしながら、たとえば、約１２５０℃以上の高温で熱処理を行う高温炉においては、ヒータからの熱を直接的に受ける石英製の保護管は、熱により劣化し、溶融または破損などを生じるおそれがある。したがって、石英製の保護管で反応管内の温度センサを保護する構成では、高温による保護管の劣化の問題を避けられず、熱処理温度を向上し難い。このため、温度センサを反応管の外部に配置し、高温に起因する保護管の劣化の問題を回避することが考えられる。しかしながら、この場合、温度センサは、反応管内から離隔した位置で反応管内の温度を検出することとなり、温度の検出精度が低くなる。

一方、保護管の材料を、より耐熱温度の高い材料に変更することが考えられる。たとえば、石英製の保護管に代えて炭化ケイ素製の保護管を用いることが考えられる。しかしながら、保護管は、スペースに制約のある反応管内に配置されるなどの理由により、複雑な形状を有することとなる。このため、比較的寸法精度を高くし易い（加工し易い）石英を用いた場合と比べて、極めて硬い炭化ケイ素製の保護管の製造が困難且つ高価となってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理時の温度をより正確に検出できるとともに、熱処理温度をより高くでき、劣化が抑制され、製造コストを低減でき、且つ、より容易に製造できる熱処理装置を提供することを、目的とする。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、被処理物を収容するためのチューブと、前記チューブ内の温度を検出するための温度検出装置と、を備え、前記チューブは、第１筒状部と、前記第１筒状部に隣接して配置され前記第１筒状部の耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２筒状部と、を含み、前記温度検出装置は、少なくとも一部が前記チューブ内に配置される温度センサと、この温度センサを収容して保護するための保護管と、を含み、前記保護管は、前記第１筒状部および前記第２筒状部のうちの前記第１筒状部寄りに配置された第１保護部と、前記第１筒状部および前記第２筒状部のうちの前記第２筒状部寄りに配置され、前記第１保護部の耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２保護部と、を有し、前記第１保護部および前記第２保護部は、互いに接続される接続部を有し、前記接続部は、前記第１筒状部および前記第２筒状部のうちの前記第１筒状部寄りに配置されており、前記接続部は、前記第１保護部の上端部に設けられた筒状の第１接続部と、前記第２保護部の下端部に設けられた第２接続部であって、前記第１接続部に載せられることで前記第１保護部に支持される第２接続部と、を含んでいる。

この構成によると、温度センサの少なくとも一部は、被処理物を熱処理するためのチューブ内に配置される。これにより、温度センサは、被処理部のより近くにおいて温度を検出できる。よって、温度検出装置は、熱処理時の温度をより正確に検出できる。また、チューブ内において、より高い耐熱温度を有する第２筒状部寄りに、より高い耐熱温度を有する第２保護部が配置される。これにより、第２筒状部内における被処理物の熱処理温度をより高くできる。すなわち、第２保護部は、第２筒状部内の高温雰囲気において、熱による劣化が抑制された状態で、この高温雰囲気に十分に耐えることができる。しかも、第２筒状部内の高温雰囲気に耐える第２保護部は、保護管のうちの一部のみを構成している。このため、保護管の全部が第２保護部の素材と同じ素材で形成される場合と比べて、第２保護部の内面などの加工作業は、より容易である。その結果、保護管の製造が容易である。よって、熱処理装置を、より容易且つ安価に製造できる。また、第１筒状部と第２筒状部のうち、熱処理時により低い温度となる第１筒状部寄りに、第１保護部と第２保護部との接続部が配置されている。これにより、第１保護部が過度に高温の雰囲気に曝されることを抑制できる。よって、保護管の劣化をより確実に抑制できる。以上の次第で、熱処理時の温度をより正確に検出できるとともに、熱処理温度をより高くでき、劣化が抑制され、製造コストを低減でき、且つ、より容易に製造できる熱処理装置を実現できる。

（２）好ましくは、前記１保護部は、石英を用いて形成され、前記第２保護部は、セラミック、または、カーボンを用いて形成されている。

（３）好ましくは、前記熱処理装置は、前記保護管内に加圧された気体を供給するための加圧気体供給部をさらに備えている。

この構成によると、チューブ内において、保護管内の気圧を、保護管の外部の気圧よりも高くできる。これにより、たとえば、第１保護部と第２保護部との接続部の間から、保護管の内部に、チューブ内の高温のガスが進入することを抑制できる。これにより、保護管は、温度センサをより確実に保護できる。

（４）好ましくは、前記第１保護部は、前記第１筒状部を貫通するように配置されることで、前記チューブの外部に延びている。

この構成によると、温度センサの検出信号を取り出すための信号線などを、チューブ内において比較的低温である領域からチューブの外部へ取り出すことができる。これにより、信号線などの劣化をより確実に抑制できる。

（５）好ましくは、前記第１保護部は、前記チューブ内においては前記第１筒状部に取り囲まれるように配置され、前記第２保護部は、前記チューブ内においては少なくとも前記第２筒状部に取り囲まれるように配置されている。

この構成によると、第１保護部が過度に高温となることを抑制でき、且つ、第２保護部内の温度センサによって、第２筒状部内の温度を、より正確に検出できる。

本発明によると、熱処理時の温度をより正確に検出できるとともに、熱処理温度をより高くでき、劣化が抑制され、製造コストを低減でき、且つ、より容易に製造できる熱処理装置を実現できる。

本発明の実施形態にかかる熱処理装置の側面図であり、大部分を断面で示している。図１における、チューブの下部周辺を拡大した図である。温度測定装置の第１保護部の周辺の拡大図である。第２保護部の周辺の主要部について説明するための図である。図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、温度検出装置、および、被処理物を熱処理するための熱処理装置として広く適用することができる。

図１は、本発明の実施形態にかかる熱処理装置１の側面図であり、大部分を断面で示している。図１を参照して、熱処理装置１は、被処理物１００の表面に熱処理を施すことが可能に構成されている。より具体的には、熱処理装置１は、被処理物１００に向けて加熱されたガス（熱処理用ガス）を供給することで、被処理物１００の表面に熱処理を施すことが可能に構成されている。熱処理用ガスは、たとえば、希ガスを含んでいる。本実施形態において、熱処理装置１は、縦型炉である。

また、本実施形態では、熱処理装置１は、より高温で被処理物１００を熱処理可能に構成されている。本実施形態における「高温」の一例として、１２５０℃以上の温度を挙げることができる。

本実施形態では、被処理物１００は、半導体を製造するためのウェハであり、円板状に形成されている。また、熱処理装置１が被処理物１００に行う熱処理として、アニール処理、酸化処理、拡散処理、および、リフロー処理などを例示することができる。なお、被処理物１００は、ウェハに限らず、他の部材であってもよい。

熱処理装置１は、ヒータ２と、台座３と、チューブ５と、閉塞蓋６と、架台７と、複数の石英ヒートバリア８と、複数のＳｉＣヒートバリア９と、ボート１０と、熱処理用ガス供給管１１と、温度検出装置１３と、を有している。

ヒータ２は、チューブ５内の雰囲気（気体）を加熱するために設けられている。ヒータ２は、たとえば、電熱ヒータである。ヒータ２は、全体として中空の箱形形状に形成されており、チューブ５の一部を収納している。

ヒータ２は、周壁２ａと、天壁２ｂとを有している。周壁２ａは、チューブ５の上部側の一部を取り囲むように配置されている。天壁２ｂは、周壁２ａの上端部を塞いでおり、チューブ５の上方に位置している。周壁２ａの下端部は、台座３に受けられている。

台座３は、ヒータ２を支持するために設けられている。台座３は、たとえば、平板状に形成されており、上下方向Ｘ１におけるチューブ５の中間部を取り囲むように配置されている。

チューブ５は、ボート１０に収容された被処理物１００を収容し、当該被処理物１００に熱処理を施すために設けられている。本実施形態では、チューブ５は、耐熱温度の異なる複数（２種類）の材料を用いて形成されている。

チューブ５は、ボート１０に収容された被処理物１００に隣接した位置で当該被処理物１００を取り囲むように配置されている。チューブ５は、高温環境下で用いられる部分を、耐熱性の高い材料（本実施形態では、炭化珪素（以下、ＳｉＣともいう））によって形成された構成を有し、且つ、比較的低温環境で使用される部分を、加工性の高い材料（加工し易い材料、後述する石英、以下、ＳｉＯ_２ともいう）によって形成された構成を有している。

チューブ５は、全体として、上下方向（鉛直方向、チューブ５の軸方向）Ｘ１に細長い円筒状に形成されている。チューブ５の一部は、ヒータ２の下方に突出している。

図２は、図１における、チューブ５の下部周辺を拡大した図である。図１および図２を参照して、チューブ５は、第１筒状部２１と、この第１筒状部２１の上方において第１筒状部２１に隣接して配置された第２筒状部２２と、を有している。

第１筒状部２１は、チューブ５の下端部と中間部の一部とを構成している。第１筒状部２１は、加工性の高い材料を用いて形成されており、本実施形態では、石英製である。第１筒状部２１は、架台７の一部、石英ヒートバリア８、熱処理ガス供給管１１の一部、および、温度検出装置１３の一部を収容している。第１筒状部２１は、ヒータ２に取り囲まれておらず、第１筒状部２１内の温度は、第２筒状部２２内の温度よりも低く、且つ、石英の耐熱温度よりも低くなるように設定されている。なお、本実施形態における「耐熱温度」とは、熱処理装置の使用条件下での設計上の許容温度をいう。

第１筒状部２１は、円筒状の本体部２１ａと、本体部２１ａの上端部に形成された環状のフランジ部２１ｂと、を有している。熱処理装置１における熱処理時、本体部２１ａの下端部は、円板状の閉塞蓋６によって閉じられる。閉塞蓋６は、チューブ５に対するボート１０および被処理物１００などの出し入れ時、第１筒状部２１に対して、図示しない駆動装置によって上下方向Ｘ１に変位される。第１筒状部２１は、第２筒状部２２と協働して、ボート１０および被処理物１００を収容する収容空間を形成している。

第２筒状部２２は、チューブ５の中間部の一部と上端部とを構成している。第２筒状部２２は、耐熱性に優れた材料を用いて形成されており、本実施形態では、ＳｉＣ製である。第２筒状部２２は、架台７の一部、ＳｉＣヒートバリア９、ボート１０、熱処理用ガス供給管１１の一部、および、温度検出装置１３の一部を収容している。熱処理装置１における熱処理時、第２筒状部２２内の温度は、第１筒状部２１内の温度よりも高くなる。しかしながら、第２筒状部２２の耐熱温度は、第１筒状部２１の耐熱温度よりも高く設定されているので、第２筒状部２２は、この高温環境下での熱による劣化を十分に抑制されている。

第２筒状部２２は、円筒状の本体部２２ａと、本体部２２ａの下端部に形成された環状のフランジ部２２ｂと、を有している。本実施形態では、第２筒状部２２の厚みは、第１筒状部２１の本体部２１ａの厚みよりも薄く設定されている。第２筒状部２２の大部分は、ヒータ２に取り囲まれている。

第２筒状部２２のフランジ部２２ｂは、第１筒状部２１のフランジ部２１ｂに突き合わされており、フランジ部２１ｂに支持されている。フランジ部２２ｂと、台座部３は、複数の環状の連結ブロック２３〜２７を介して互いに連結されている。上記の構成を有するチューブ５内に、石英ヒートバリア８が配置されている。

石英ヒートバリア８は、第１筒状部２１内の高熱が第１筒状部２１の周辺に伝わることを抑制するために設けられている。石英ヒートバリア８は、石英製の板状部材である。石英ヒートバリア８は、上下方向Ｘ１に等間隔に複数配置されている。石英ヒートバリア８は、閉塞蓋６から上方に延びる支柱２８に支持されており、第１筒状部２１に取り囲まれている。石英ヒートバリア８の周囲に、架台７が配置されている。

架台７は、ＳｉＣヒートバリア９、および、ボート１０を保持するために設けられている。架台７は、石英ヒートバリア８を取り囲む基部７ａと、基部７ａから上方に延びる上部７ｂと、を有している。

基部７ａは、たとえば、円筒状に形成されており、閉塞蓋６に支持されている。基部７ａは、第１筒状部２１に取り囲まれている。この基部７ａの内部に石英ヒートバリア８が収容されている。基部７ａの上端部には、上部７ｂが形成されている。

上部７ｂは、ＳｉＣヒートバリア９、および、ボート１０が設けられる部分である。上部７ｂは、基部７ａから上方に延びる柱状に形成されている。上部７ｂには、ＳｉＣヒートバリア９を保持するための保持部７ｃが形成されている。

保持部７ｃは、ＳｉＣヒートバリア９を上下方向Ｘ１に等間隔に配置するように構成されている。保持部７ｃは、水平方向に延びる溝部を有している。そして、この溝部が、上下方向Ｘ１に沿って複数、等間隔に配置されている。保持部７ｃの各溝部は、ＳｉＣヒートバリア９の外周縁部を保持している。

ＳｉＣヒートバリア９は、第２筒状部２２の下端部周辺の熱が第１筒状部２１側に伝わることを抑制するために設けられている。ＳｉＣヒートバリア９は、ＳｉＣ製の板状部材であり、石英ヒートバリア８の耐熱温度よりも高い耐熱温度を有している。ＳｉＣヒートバリア９は、上下方向Ｘ１に等間隔に複数配置されている。ＳｉＣヒートバリア９は、チューブ５の第２筒状部２２の下部に取り囲まれている。ＳｉＣヒートバリア９の上方には、ボート１０が配置されている。

ボート１０は、架台７の上部７ｂ側に形成されており、チューブ５内において被処理物１００を保持するための保持部を形成している。ボート１０は、閉塞蓋６とともに上下方向Ｘ１に沿って変位されることで、チューブ５に出し入れされる。

ボート１０は、被処理物１００を上下方向Ｘ１に等間隔に配置するように構成されている。より具体的には、ボート１０は、水平方向に延びる溝部を有している。そして、この溝部が、上下方向Ｘ１に沿って複数、等間隔に配置されている。ボート１０の各溝部は、被処理物１００の外周縁部を保持している。これにより、複数の被処理物１００は、上下方向Ｘ１に等間隔に配置された状態で、チューブ５内に配置される。この際、ボート１０は、被処理物１００がヒータ２の周壁２ａに取り囲まれるように、被処理物１００を保持している。チューブ５内へは、熱処理用ガス供給管１１から、被処理物１００に熱処理を施すための熱処理用ガスが供給される。

熱処理用ガス供給管１１は、たとえば、希ガスなどの処理用ガスをチューブ５内に供給するために設けられている。熱処理用ガス供給管１１には、図示しない、ガス発生装置またはタンクからポンプなどを用いて供給される処理用ガスが、通過する。熱処理用ガス供給管１１は、チューブ５の第１筒状部２１に形成された貫通孔部を通ってチューブ５の外部からチューブ５の内部に進んでいる。

熱処理用ガス供給管１１は、チューブ５の内部において、チューブ５と架台７との間を上下方向Ｘ１に沿って延びている。熱処理用ガス供給管１１からチューブ５内に供給された処理用ガスは、チューブ５内に拡散され、各被処理物１００に供給される。チューブ５内のガスは、被処理物１００の熱処理後、図示しない排気管を通ってチューブ５の外部に排出される。熱処理装置１における熱処理時のチューブ５内の温度は、温度検出装置１３によって検出される。

温度検出装置１３は、チューブ５内の温度を直接的に検出可能に構成された内温検出型の装置である。より具体的には、温度検出装置１３は、チューブ５内に後述する温度センサ３１が配置された構成を有しており、チューブ５内において、チューブ５内の温度を計測する。

温度検出装置１３は、少なくとも一部がチューブ５の外部からチューブ５の内部に延びる形状に形成されている。また、本実施形態では、温度検出装置１３は、耐熱性に優れるとともに、温度検出装置１３の製造にかかる手間が小さくなるように形成されている。

温度検出装置１３は、チューブ５内に配置される温度センサ３１と、この温度センサ３１を収容して保護するための保護管３２と、パージガス供給装置（加圧気体供給部）３３と、を有している。

パージガス供給装置３３は、保護管３２内へ向けて加圧されたパージ用のガス（パージガス）ガスを供給するために設けられている。このパージガスとして、Ｎ_２などの不活性ガスを例示することができる。なお、パージガスは、熱処理用ガス供給管１１から供給されるガス（熱処理用ガス）と同じガスであってもよいし、異なっていてもよい。

パージガス供給装置３３は、タンク３４と、ポンプ３５と、を有している。タンク３４は、保護管３２に供給されるパージガスを貯留している。なお、タンク３４は、パージガスを製造するための製造装置（図示せず）に接続されていてもよい。タンク３４は、ポンプ３５に接続されている。

ポンプ３５は、タンク３４内のパージガスを保護管３２内に加圧状態で供給するために設けられている。ポンプ３５から保護管３２へ送り出されるパージガスの気圧は、チューブ５内の気圧よりも大きく設定される。これにより、チューブ５内のガスが保護管３２内に進入することは、抑制される。

保護管３２は、温度センサ３１を収容する収容部材として設けられている。本実施形態では、保護管３２は、耐熱温度の異なる複数（２種類）の材料を用いて形成されている。保護管３２は、高温環境下で用いられる部分を、耐熱性の高い材料（ＳｉＣ）によって形成された構成を有し、且つ、比較的低温環境で使用される部分を、加工性の高い材料（ＳｉＯ_２）によって形成された構成を有している。

本実施形態では、保護管３２は、全体としてＬ字状に形成された細長い部材であり、チューブ５の外部に配置される部分が略水平に延びており、チューブ５の内部に配置される部分が略鉛直に延びている。

保護管３２は、第１保護部４１と、第２保護部４２と、を有しており、これら第１保護部４１と第２保護部４２とが互いに連結された構成を有している。

第１保護部４１は、チューブ５の第１筒状部２１および第２筒状部２２のうちの第１筒状部２１寄りに配置されており、保護管３２の一端（下端）側を形成している。一方、第２保護部４２は、第１筒状部２１および第２筒状部２２のうちの第２筒状部２２寄りに配置されており、保護管３２の他端（上端）側を形成している。このため、熱処理装置１の熱処理時において、第２保護部４２の温度は、第１保護部４１の温度よりも高くなる。第１保護部４１は、チューブ５内においては、第１筒状部２１に取り囲まれるように配置されている。一方、第２保護部４２は、チューブ５内においては、第１筒状部２１および第２筒状部２２内に取り囲まれるように配置されている。なお、第２保護部４２は、チューブ５内においては、第１筒状部２１には取り囲まれずに第２筒状部２２内に取り囲まれるように配置されていてもよい。

本実施形態では、第２保護部４２の耐熱温度は、第１保護部４１の耐熱温度よりも高く設定されている。より具体的には、第１保護部４１は、石英を用いて形成され、第２保護部４２は、ＳｉＣを用いて形成されている。第１保護部４１は、主成分が石英であり、不純物を含んでいてもよい。また、第２保護部４２は、主成分がＳｉＣであり、不純物を含んでいてもよい。

上記の構成により、第２保護部４２の硬度は、第１保護部４１の硬度よりも高い。このため、第２保護部４２は、異物との接触に対して傷が付きにくく、高い強度を有している。また、第１保護部４１は、比較的硬度が低いため、加工性に優れ、切削などの機械加工によって、より容易に形状加工され得る。

また、第２保護部４２における温度変化に伴う機械的強度の低下は、第１保護部４１における温度変化に伴う機械的強度の低下よりも小さい。特に、本実施形態では、熱処理装置１における熱処理時、チューブ５内の温度は、被処理物１００の周辺において、１２５０℃よりも高い高温となる。この場合でも、第２保護部４２の温度変化に伴う機械的強度の低下は、十分に抑制されている。本実施形態では、第２保護部４２の耐熱温度は、約１５００℃〜１６００℃程度である。

一方、第１保護部４１は、第１筒状部２１の近傍に配置されており、石英ヒートバリア８などによって熱的に保護されている。このため、第１保護部４１の温度は、当該第１保護部４１の耐熱温度未満の比較的低い値となる。

また、第２保護部４２の密度は、第１保護部４１の密度よりも高い。また、第２保護部４２の曲げ強度は、第１保護部４１の曲げ強度よりも高い。

図３は、温度検出装置１３の第１保護部４１の周辺の拡大図である。図２および図３を参照して、第１保護部４１は、ＳｉＯ_２製の一体成形品であってもよいし、ＳｉＯ_２製の複数の部材が組み合わされることで形成されていてもよい。

第１保護部４１は、チャンバ４３と、水平部４４と、湾曲部４５と、鉛直部４６と、第１接続部４７と、を有している。

チャンバ４３は、パージガス供給装置３３からのパージガスを保護管３２内に受容れる受入部分、および、温度センサ３１の信号線が保護管３２の内部から外部に出る部分として設けられている。チャンバ４３は、たとえば、略円筒状に形成されており、水平方向に延びている。チャンバ４３の一端部は、保護管３２の一端部を構成している。この一端部には、加圧気体受入部４８および信号線出入口４９が形成されている。

加圧気体受入部４８および信号線出入口４９は、それぞれ、チャンバ４３の一端部に形成された、円筒状のポートである。加圧気体受入部４８には、ポンプ３５の吐出口が接続されている。これにより、ポンプ３５からの加圧されたパージガスは、チャンバ４３から保護管３２内に導入される。

信号線出入口４９には、温度センサ３１の後述する信号線６１が通されている。信号線６１は、熱処理装置１の制御部（図示せず）などに接続されている。制御部は、温度センサ３１の検出結果を用いて、ヒータ２などを温度制御する。チャンバ４３のうち、第１筒状部２１側を向く部分から、水平部４４が延びている。

水平部４４は、第１筒状部２１の外部において水平に延びる円筒状の部分であり、第１筒状部２１の近傍において、湾曲部４５に接続されている。湾曲部４５は、水平部４４と鉛直部４６とを繋ぐ筒状の部分であり、略９０度曲がった円弧状に形成されている。湾曲部４５は、第１筒状部２１を貫通するように配置されており、これにより、第１保護部４１は、チューブ５の内部から外部に延びている。湾曲部４５の上端部は、鉛直部４６に接続されている。

鉛直部４６は、チューブ５の第１筒状部２１内において、当該第１筒状部２１と平行に延びる円筒状部分として設けられており、第１筒状部２１に取り囲まれている。鉛直部４６の上端部は、第１接続部４７を有している。第１接続部４７は、第２保護部４２の後述する第２接続部５２に接続される部分として設けられている。第１接続部４７および第２接続部５２は、協働して、接続部４０を形成している。接続部４０の詳細は、後述する。上記の構成を有する第１保護部４１は、第２保護部４２を支持している。

図４は、第２保護部４２の周辺の主要部について説明するための図である。図１、図３および図４を参照して、第２保護部４２は、ＳｉＯ_２製の一体成形品であってもよいし、ＳｉＯ_２製の複数の部材が組み合わされることで形成されていてもよい。

第２保護部４２は、第２保護部本体５１と、第２接続部５２と、を有している。

第２保護部本体５１は、上下方向Ｘ１に延びる円筒状に形成されている。本実施形態では、第２保護部本体５１の断面形状（上下方向Ｘ１と直交する断面の形状）は、第１保護部４１の鉛直部４６の断面形状と同じに設定されている。第２保護部本体５１の上端部５１ａは、ボート１０の上端部１０ａの近傍に位置している。

第２保護部本体５１の上端部５１ａは、閉じられた形状を有している。第２保護部本体５１の下端部は、第１保護部４１に受けられており、第１筒状部２１に取り囲まれている。第２保護部本体５１の中間部および上端部は、第２筒状部２２に取り囲まれている。第２保護部本体５１は、ＳｉＣヒートバリア９の側方を通って、ボート１０の側方に延びている。第２保護部本体５１の下端部に、第２接続部５２が形成されている。

前述したように、第１接続部４７と第２接続部５２とは、協働して、接続部４０を形成している。接続部４０は、チューブ５の第１筒状部２１および第２筒状部２２のうちの第１筒状部２１寄りに配置されており、第１筒状部２１に取り囲まれている。

第１接続部４７は、第１保護部４１の一端部に形成された、円筒状の部分であり、第２接続部５２は、第２保護部４２の一端部に形成された円筒状の部分である。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図１、図３および図５を参照して、第１接続部４７の上端部には、排気口５３が形成されている。

排気口５３は、パージガス供給装置３３からの加圧されたパージガスが保護管３２の外部（チューブ５の内側）に排出される部分として設けられている。排気口５３は、第１接続部４７の上端部に形成された溝部であり、第１接続部４７の上端面に開放されている。排気口５３は、第１接続部４７の周方向に等間隔に複数形成されている。各排気口５３は、第１接続部４７を当該第１接続部４７の径方向に貫通するように形成されている。各排気口５３の大きさは、適宜設定される。排気口５３に隣接して、第２接続部５２が配置されている。

第２接続部５２は、第１接続部４７に支持される円筒状の部分として設けられている。第２接続部５２は、第１接続部４７の上端部に突き合わされる突き合わせ部５４と、この突き合わせ部５４から下方に延び第１接続部４７の排気口５３を取り囲む環状の鍔部５５と、を有している。

突き合わせ部５４は、第２保護部本体５１と一体に形成された円筒状の部分である。突き合わせ部５４は、第１接続部４７の上端面に載せ置かれている。突き合わせ部５４の下端面は、水平方向に延びる平坦面であり、第１接続部４７の上端面に接触しているとともに、排気口５３と上下方向Ｘ１に向かい合っている。突き合わせ部５４の外周部には環状のフランジ部５４ａが形成されており、このフランジ部５４ａから鍔部５５が下方に延びている。

鍔部５５は、第１接続部４７の排気口５３を取り囲む形状に形成されており、チューブ５内の熱処理用ガスが排気口５３から保護管３２内に進入することを抑制している。鍔部５５は、突き合わせ部５４の外周部から延びる略円筒状に形成されており、第１接続部４７の排気口５３の周囲を取り囲んでいる。上下方向Ｘ１において、鍔部５５の下端部の位置は、排気口５３の位置よりも下方である。鍔部５５と第１接続部４７との間には、第１接続部４７の径方向に隙間Ｃ１が形成されている。

なお、隙間Ｃ１は、第１接続部４７の周方向の一部に亘って塞がれてもよい。この場合、鍔部５５の下端部または第１接続部４７から、隙間Ｃ１を塞ぐための延伸部が形成される。これにより、隙間Ｃ１から保護管３２内に熱処理用ガスが進入することは、より確実に抑制される。

上記の構成により、保護管３２内の加圧されたパージガスは、矢印Ａ１で示すように、第１接続部４７と第２接続部５２との間の排気口５３から、隙間Ｃ１を通って保護管３２の外部に排出される。保護管３２の外部に排出されたパージガスは、チューブ５内の熱処理用ガスと混ざる。上記の構成を有する保護管３２内に、温度センサ３１が収容されている。

図１、図２および図４を参照して、温度センサ３１は、信号線６１と、碍子６２と、センサ本体６３（６３ａ〜６３ｄ）と、を有している。

信号線６１は、図示しない制御部に接続されており、保護管３２の信号線出入口４９を通って保護管３２の外部から保護管３２の内部に延びている。また、信号線６１は、保護管３２のチャンバ４３から水平部４４、湾曲部４５、および、鉛直部４６を通り、さらに、接続部４０および第２保護部４２に延びている。

信号線６１には、当該信号線６１の長手方向に沿って碍子６２が複数取り付けられている。碍子６２は、たとえば、セラミック製の部材である。信号線６１に、センサ本体６３が接続されている。センサ本体６３は、たとえば、熱電対であり、当該温度センサ３１での温度に応じた電気信号を出力するように構成されている。

本実施形態では、４つのセンサ本体６３（６３ａ〜６３ｄ）が設けられている。センサ本体６３ａは、第１筒状部２１の側方に配置されている。センサ本体６３ｂ〜６３ｄは、第２筒状部２２の側方に配置されている。各センサ本体６３は、当該センサ本体６３の位置でのチューブ５内の温度を検出する。

以上の次第で、本実施形態によると、センサ本体６３を含む温度センサ３１の少なくとも一部は、被処理物１００を熱処理するためのチューブ５内に配置される。これにより、温度センサ３１は、被処理物１００のより近くにおいて温度を検出できる。よって、温度検出装置１３は、熱処理時のチューブ５内の温度をより正確に検出できる。また、チューブ５内において、より高い耐熱温度を有する第２筒状部２２寄りに、より高い耐熱温度を有する第２保護部４２が配置される。これにより、第２筒状部２２内における被処理物１００の熱処理温度をより高くできる。すなわち、第２保護部４２は、第２筒状部２２内の高温雰囲気において、熱による劣化が抑制された状態で、この高温雰囲気に十分に耐えることができる。しかも、第２筒状部２２内の高温雰囲気に耐える第２保護部４２は、保護管３２のうちの一部のみを構成している。このため、保護管３２の全部が第２保護部４２の素材と同じ素材で形成される場合と比べて、第２保護部４２の内面などの加工作業は、より容易である。その結果、保護管３２の製造が容易である。よって、熱処理装置１を、より容易且つ安価に製造できる。以上の次第で、熱処理時の温度をより正確に検出できるとともに、熱処理温度をより高くでき、劣化が抑制され、製造コストを低減でき、且つ、より容易に製造できる熱処理装置１を実現できる。

また、本実施形態によると、保護管３２の接続部４０は、第１筒状部２１および第２筒状部２２のうちの第１筒状部２１寄りに配置されている。この構成によると、第１筒状部２１と第２筒状部２２のうち、熱処理時により低い温度となる第１筒状部２１寄りに、第１保護部４１と第２保護部４２との接続部４０が配置されている。これにより、第１保護部４１が過度に高温の雰囲気に曝されることを抑制できる。よって、保護管３２の劣化をより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、パージガス供給装置３３が設けられている。この構成によると、チューブ５内において、保護管３２内の気圧を、保護管３２の外部の気圧よりも高くできる。これにより、たとえば、第１保護部４１と第２保護部４２との接続部４０の間から、保護管３２の内部に、チューブ５内の高温の熱処理用ガスが進入することを抑制できる。これにより、保護管３２は、温度センサ３１をより確実に保護できる。

また、本実施形態によると、保護管３２の第１保護部４１は、第１筒状部２１を貫通するように配置されることで、チューブ５の外部に延びている。この構成によると、温度センサ３１の検出信号を取り出すための信号線６１を、チューブ５内において比較的低温である領域からチューブ５の外部へ取り出すことができる。これにより、信号線６１などの劣化をより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、第１保護部４１は、チューブ５内においては第１筒状部２１に取り囲まれるように配置され、第２保護部４２は、チューブ５内においては少なくとも第２筒状部２２に取り囲まれるように配置されている。この構成によると、第１保護部４１が過度に高温となることを抑制でき、且つ、第２保護部４２内の温度センサ３１によって、第２筒状部２２内の温度を、より正確に検出できる。

また、本実施形態によると、第２保護部４２の耐熱温度は、第１保護部４１の耐熱温度よりも高く設定されている。これにより、第２保護部４２は、より高温雰囲気において、熱による劣化が抑制された状態で、この高温雰囲気に十分に耐えることができる。その上、保護管３２の内部には、加圧されたパージガスが供給される。これにより、チューブ５内の高温の熱処理用ガスが保護管３２内に進入することを抑制できる。したがって、チューブ５の第２筒状部２２内が高温であっても、第２保護部４２および温度センサ３１を、この高温環境に直接配置できる。よって、温度検出装置１３は、高温環境における温度をより正確に検出できる。また、高温雰囲気に耐える第２保護部４２は、保護管３２のうちの一部のみを構成している。このため、保護管３２の全部が第２保護部４２の素材と同じ素材で形成される場合と比べて、第２保護部４２の内面などの加工作業は、より容易である。その結果、温度検出装置１３を、より容易且つ安価に製造できる。以上の次第で、高温環境における温度をより正確に検出できるとともに、劣化が抑制され、製造コストを低減でき、且つ、より容易に製造できる温度検出装置１３を実現できる。

また、本実施形態によると、第１保護部４１と第２保護部４２との接続部４０において、保護管３２内の加圧されたパージガスが排気口５３から排出される。このため、チューブ５内の熱処理用ガスが第１保護部４１と第２保護部４２との接続部４０から保護管３２内に進入することをより確実に抑制できる。これにより、第１保護部４１が過度に高温の雰囲気に曝されることを抑制できる。よって、保護管３２の劣化をより確実に抑制できる。また、第１保護部４１と第２保護部４２との間の接続部４０から熱処理用ガスの進入を抑制するために、これらの保護部４１，４２間を厳密にシールする必要がない。このため、保護管３２の製造を、より容易に行うことができる。

また、本実施形態によると、接続部４０の第２接続部５２は、第１接続部４７に突き合わされる突き合わせ部５４と、突き合わせ部５４から延び排気口５３を取り囲む環状の鍔部５５と、を有している。この構成によると、第２接続部５２は、第１接続部４７の周囲を取り囲んで保護する形状を有する。これにより、第１保護部４１に高温の熱処理用ガスが触れることを、抑制できる。また、排気口５３から保護管３２の外部に排出されるパージガス（加圧気体）は、第１接続部４７および第２接続部５２のうちの第１接続部４７側に流れる。これにより、このパージガスを、第１接続部４７の周囲における気体カーテンとして用いることができる。よって、第１接続部４７に高温の熱処理用ガスが触れることを、より確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、加圧気体受入部４８は、第１保護部４１に形成されている。この構成によると、加圧されたパージガスを、保護管３２のうちのより低温側部分から、保護管３２内に導入できる。これにより、保護管３２内の温度が過度に高くなることを抑制できる。これにより、保護管３２の劣化を、より確実に抑制できる。

以上より、熱処理装置１について、高温環境における温度をより正確に検出できるとともに、劣化が抑制され、製造コストを削減でき、且つ、熱処理装置１をより容易に製造できる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。

（１）上述の実施形態では、センサ本体６３が熱電対である形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。センサ本体は、保護管３２の第２保護部４２内で温度を計測可能な構成であればよく、具体的な構成は限定されない。

（２）また、上述の実施形態では、耐熱温度の高い材料として、ＳｉＣを例示した。しかしながら、この通りでなくてもよい。耐熱温度の高い材料として、ＳｉＣ以外のセラミック材料が用いられてもよいし、カーボン材などが用いられてもよい。

（３）また、上述の実施形態では、パージガスは、ポンプ３５によって加圧されることで保護管３２内に供給される構成を説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。パージガスは、加圧状態で保護管３２内に供給さればよく、パージガスの加圧方法は、限定されない。

本発明は、熱処理装置として、広く適用することができる。

１熱処理装置
５チューブ
１３温度検出装置
２１第１筒状部
２２第２筒状部
３１温度センサ
３２保護管
３３パージガス供給装置（加圧気体供給部）
４０接続部
４１第１保護部
４２第２保護部
１００被処理物

Claims

被処理物を収容するためのチューブと、
前記チューブ内の温度を検出するための温度検出装置と、を備え、
前記チューブは、第１筒状部と、前記第１筒状部に隣接して配置され前記第１筒状部の耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２筒状部と、を含み、
前記温度検出装置は、少なくとも一部が前記チューブ内に配置される温度センサと、この温度センサを収容して保護するための保護管と、を含み、
前記保護管は、前記第１筒状部および前記第２筒状部のうちの前記第１筒状部寄りに配置された第１保護部と、前記第１筒状部および前記第２筒状部のうちの前記第２筒状部寄りに配置され、前記第１保護部の耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２保護部と、を有し、
前記第１保護部および前記第２保護部は、互いに接続される接続部を有し、
前記接続部は、前記第１筒状部および前記第２筒状部のうちの前記第１筒状部寄りに配置されており、
前記接続部は、前記第１保護部の上端部に設けられた筒状の第１接続部と、前記第２保護部の下端部に設けられた第２接続部であって、前記第１接続部に載せられることで前記第１保護部に支持される第２接続部と、を含んでいることを特徴とする、熱処理装置。
請求項１に記載の熱処理装置であって、
前記第１保護部は、石英を用いて形成され、前記第２保護部は、セラミック、または、カーボンを用いて形成されていることを特徴とする、熱処理装置。
請求項１または請求項２に記載の熱処理装置であって、
前記保護管内に加圧された気体を供給するための加圧気体供給部をさらに備えていることを特徴とする、熱処理装置。
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱処理装置であって、
前記第１保護部は、前記第１筒状部を貫通するように配置されることで、前記チューブの外部に延びていることを特徴とする、熱処理装置。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の熱処理装置であって、
前記第１保護部は、前記チューブ内においては前記第１筒状部に取り囲まれるように配置され、
前記第２保護部は、前記チューブ内においては少なくとも前記第２筒状部に取り囲まれるように配置されていることを特徴とする、熱処理装置。