CN103155120B - 感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种感应加热装置，其能够实现防止对在腔室外部配置的磁极进行加热并且高效地加热被感应加热部件。该感应加热装置（10）具有：构成处理室的腔室（12）、与磁透射性遮蔽板（46）接近配置的磁极（32、34）和卷绕于磁极（32、34）的感应加热线圈（36、38），所述磁透射性遮蔽板（46）遮蔽设于腔室（12）外周即构成腔室（12）的壳体（26）的开口部（42），其特征在于，在磁透射性遮蔽板（46）和磁极（32、34）之间设置热传导率比磁透射性遮蔽板（46）高的冷却板（48）和可插通用于冷却冷却板（48）的制冷剂的冷却管（50），使冷却板（48）与磁透射性遮蔽板（46）密接，并且使冷却管（50）与冷却板（48）的至少一部分密接，在冷却板（48）和磁极（32、34）之间设有空隙。

Description

感应加热装置

技术领域

本发明涉及感应加热装置，特别是涉及在对大径的半导体基板进行热处理的情况下适于进行被加热物的温度控制的感应加热装置。

背景技术

已知有在对大径的半导体基板进行批处理时，即使在基板表面形成金属膜等的情况下，通过直接加热该金属膜，也能够抑制在基板面内的温度分布上产生不均的感应加热装置（例如参照专利文献1）。

专利文献1所公开的技术具备构成处理室的腔室和卷绕于构成磁极的磁芯的感应加热线圈。根据这种构成的感应加热装置，经由磁极产生的磁束与配置于腔室内的被加热物即半导体基板的载置方向平行地产生。因此，即使在半导体基板表面形成金属膜等的情况下，也不会向与该金属膜交叉的方向投入磁束，不可能通过感应加热直接加热基板。因此，不会在基板面内的温度分布中产生不均。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:（日本）特开2010－59490号公报

发明内容

发明要解决的问题

根据专利文献1所公开那样的构成的感应加热装置，即使是在基板表面上可靠地被覆有金属膜的半导体基板等，也不可能通过感应加热直接加热金属膜。

但是，在上述那样的构成的感应加热装置中，构成腔室的隔壁是由铝等耐热性金属构成的，因此，为了使由磁极产生的磁束到达被感应加热部件即感受器，需要在腔室的一部分形成开口部。但是，在腔室设有开口部的情况下，不能将腔室内部抽真空。另外，为了封闭腔室而在利用磁极密封开口部的情况下，可能在腔室内产生污染。

因此，在设于腔室的开口部通常配置具有真空耐力、磁束透射性、耐热性、热膨胀系数低、热传导率低及热冲击强之类的特性且不用担心污染的石英。

在专利文献1所公开那样的构成的感应加热装置中，为了增大磁束的到达范围，提高加热效率，需要减小感受器和磁极之间的距离。但是，在为了提高感受器的加热效率而使磁极和感受器的距离接近的情况下，通过来自感受器的辐射热加热石英，由来自石英的辐射热加热磁极的比率变大。在透明石英中，由于透射低波长的红外线，因此，可能直接放射加热磁极。磁极一般使用铁素体。一般的铁素体磁芯的居里点温度约为100℃～460℃左右，因此，当感受器的加热温度上升到1000℃左右时，得到阶段性的辐射加热，磁极可能超过居里点。而且，在超过居里点的情况下，作为磁铁的残留磁束密度成为0，因此，不能作为磁极使用。因此，为了构成冷壁炉，也需要冷却遮蔽板即石英。由此，除了磁极以外，还能够防止对感应加热线圈及缠绕感应加热线圈进行加热的结构体。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够实现防止对在腔室外部配置的磁极进行加热且高效地加热被感应加热部件的感应加热装置。

解决问题的技术方案

用于实现上述目的的本发明提供一种感应加热装置，具有构成处理室的腔室和设于所述腔室外周即构成所述腔室的隔壁部件的与遮蔽开口部的磁透射性遮蔽板接近配置的感应加热线圈或感应加热线圈用磁极，其特征在于，为了冷却所述磁透射性遮蔽板，具备与所述磁透射性遮蔽板密接或接近的冷却板。该冷却板具备磁透射性、红外线隔断性（高放射率），且需要高热传导率。

另外，在具有所述那样的特征的感应加热装置中，所述冷却板也可以由陶瓷构成。这是由于通过设为这种结构，冷却板可以隔断来自感受器的辐射热。

另外，在具有所述那样的特征的感应加热装置中，也可以在所述冷却板和所述磁极之间设置空隙。通过设为这种结构，经由冷却板传递的磁透射性遮蔽板的热不会通过热传递直接传递到磁极，能够提高防止加热磁极的（抑制温度上升）效果。

另外，在具有所述那样的特征的感应加热装置中，也可以具备使冷却所述冷却板的制冷剂插通的冷却管。这是由于通过设为这种结构，可以利用制冷剂持久地冷却冷却板，可以发挥稳定的冷却效果。

另外，在具有所述那样的特征的感应加热装置中，也可以具备极性不同的一对感应加热线圈或感应加热线圈用磁极，所述冷却管以包围所述一对感应加热线圈或感应加热线圈用磁极的双方的方式配置。通过设为这种结构，通过投入于冷却管（金属制）的磁束产生的感应电流（涡电流）抵消或抵消一部分，能够防止冷却管本身加热引起的冷却效果的降低。另外，在集中多个所述一对感应加热线圈或所述感应加热线圈用磁极构成集合体的情况下，所述冷却管也可以以包围遍及所述集合体整体的感应加热线圈或所述感应加热线圈用磁极的方式配置。

另外，在具有所述那样的特征的感应加热装置中，可以利用石英构成所述磁透射性遮蔽板。这是由于石英具有真空耐力、磁束透射性、耐热性、低热膨胀性、低导热性及耐热冲击性。

另外，在具有所述那样的特征的感应加热装置中，所述感应加热线圈可以由可插通制冷剂的管状部件和多个线条材料构成的绞线制成，在所述磁极的前端侧配置所述管状部件，且在所述管状部件的后侧配置所述绞线。这是由于通过设为这种结构，能够提高防止加热磁极前端的效果。

发明效果

根据具有所述那样的特征的感应加热装置，可以实现防止加热配置于腔室外部的磁极且高效地加热被感应加热部件。

附图说明

图1是表示第一实施方式的感应加热装置的构成的俯视图；

图2是表示图1中的A－A截面构成的图；

图3是表示两个磁极角度和开口部的关系的俯视图；

图4是表示设于壳体的开口部的正面形态的图；

图5是表示设于开口部的磁透射性遮蔽部件和冷却板的组装形态的详情的图；

图6是用于说明第二实施方式的感应加热装置中的设于壳体的开口部的形态的俯视图；

图7是表示第二实施方式的感应加热装置中的设于壳体的开口部的正面形态的图；

图8是表示第一实施方式的感应加热装置中的冷却管配置形态的例子的图；

图9是表示第二实施方式的感应加热装置中的冷却管配置形态的例子的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的感应加热装置的实施方式进行详细说明。首先，参照图1、图2对第一实施方式的感应加热装置的概要构成进行说明。另外，图1是表示感应加热装置的平面结构的局部截面方块图，图2是表示图1中的A－A截面的方块图。

本实施方式的感应加热装置10是将作为被加热物的晶片60和作为被感应加热部件（发热体）的感受器16重叠多层进行热处理的批量式装置。

感应加热装置10基本上由腔室12、配置于腔室12外部的励磁部28及电源部40构成。

腔室12基本上由舟皿14、旋转工作台18及壳体26构成的处理室。舟皿14通过在垂直方向上层叠配置多个载置被加热物即晶片60的感受器16而构成。

各感受器16间以配置未图示的支承部件且保持用于配置晶片60的规定间隔的方式构成。未图示的支承部件也可以由不受磁束影响、耐热性高且热膨胀系数小的部件构成，具体而言，也可以使用石英等构成。

感受器16只要由导电性部件构成即可，例如只要由石墨、SiC、SiC涂层石墨及耐热金属等构成即可。

旋转工作台18基本上由工作台20、旋转轴22及基座24构成。工作台20是用于支承由层叠配置的多个感受器16构成的舟皿14的台，设有未图示的支承部。旋转轴22是固定于工作台20的旋转中心的轴，通过接受来自未图示的驱动源的驱动力进行旋转，使工作台20旋转，并使载置于工作台20的多个感受器16旋转。基座24是具有用于使旋转轴22旋转的电动机等驱动源的地基，确保工作台20的稳定状态。即使在通过利用旋转工作台18使舟皿14旋转，使作为加热源的励磁部28相对于感应加热装置10偏置配置的情况下，也可以进行感受器16的均一加热。另外，如果偏置配置励磁部28，与将感应加热装置10均等配置于舟皿14（腔室12）外周的情况相比，可以实现装置的小型化。

壳体26是用于将腔室12内部保持真空的隔壁。实施方式的壳体26通过将平面方式设为多边形（在图1所示的例子中设为六边形），可以实现形状形成的容易化。从处理方面来看，壳体26的构成部件使用铝或不锈钢。在此，铝不利于形状形成或不利于用于形状形成的焊接面，与不锈钢相比，耐热性也低。因此，作为壳体26的构成部件，多使用不锈钢。如图3～图5所示，在壳体26的至少一部分设有开口部42，磁透射性遮蔽板46和磁透射性的冷却板48以密接或接近的方式层叠配置于开口部42。磁透射性遮蔽板46是用于隔离腔室12的内部区域和外部区域的部件，可以设为具有真空耐力、磁束透射性、耐热性、低热膨胀性、低导热性及耐热冲击性的部件，例如可以列举石英等。另一方面，冷却板48通过传导从后述详情的冷却管50传递的制冷剂的温度，冷却磁透射性遮蔽板46，起到防止随着磁透射性遮蔽板46的加热而对磁极32（32a～32c）、34（34a～34c）过加热的作用。作为冷却板48的构成部件，例如可以列举氮化铝、SiC、氧化铝等陶瓷部件。

在实施方式的壳体26中，在构成平面形状六边形的形体的两边设有开口部42。

实施方式的磁透射性遮蔽板46被挤压保持于在由铝等构成的壳体26的开口部42外缘设置的台阶部26b。在磁透射性遮蔽板46的外侧（磁透射性遮蔽板46和磁极32、34之间）密接配置冷却板48，在冷却板48的外缘部密接配置可插通制冷剂的冷却管50。通过设为这种配置构成，在插通于冷却管50的制冷剂和冷却板48之间进行热交换，将冷却板48进行冷却。冷却板48的热传导率比磁透射性遮蔽板46高，因此，在形成磁透射性遮蔽板46和冷却板48之间的热交换（热传递）之前或形成热交换的期间，冷却板48整体被冷却。然后，形成冷却的冷却板48和磁透射性遮蔽板46之间的热交换，对磁透射性遮蔽板46进行冷却。由此，通过辐射热的影响，可以避免过加热磁极。

如图5所示，磁透射性遮蔽板46相对于这种开口部42，经由O型圈52按压于台阶部26b。而且，配置冷却板48和冷却管50。通过设为这种结构，可以隔离腔室12的内部区域和外部区域，可以对腔室12内抽真空。

励磁部28由磁芯30（30a～30c）、感应加热线圈36（36a～36c）、38（38a～38c）构成。磁芯30是形成锄型的铁芯。磁芯30具有通过在其两端卷绕后述详情的感应加热线圈36、38而构成的磁极32（32a～32c）、34（34a～34c），并且具有连接两磁极间的轭35（35a～35c）。磁极32、34的端面以具备与圆形感受器16的切线平行即与感受器16的半径方向延长线正交的面的方式构成。通过设为这种结构，能够在磁极32、34的端面附近卷绕感应加热线圈36、38，能够抑制来自磁极前端以外的磁束的泄漏。因此，向感受器16投入的磁束中无浪费，能够提高加热效率。磁芯30可以由铁素体等构成。根据这种构成，通过在将黏土状的原料进行形状形成的基础上进行烧成，能够得到希望形状的磁极32、34及轭35。因此，可以自由地进行形状形成。

感应加热线圈36、38是卷绕于构成磁极32、34的磁芯30的两端部的导线。通过向感应加热线圈36、38投入电流，从位于与线圈的卷绕方向交叉的方向的磁极前端产生磁束。在本实施方式中，磁极端面（磁极前端）朝向与感受器16的晶片载置面正交的方向，因此，从磁极端面向与感受器16的晶片载置面平行的方向产生交流磁束。实施方式的感应加热线圈36、38设为通过可插通制冷剂的管状部件（例如，作为制冷剂，使用水的情况下为铜管等）防止过加热感应加热线圈36、38的结构，但也可以设为组合管状部件和绞合多个线条材料构成的绞合线而构成。组合管状部件和绞合线而构成感应加热线圈36、38的情况下的具体的构成是，在磁极前端部或靠近磁极前端的部分使用管状部件，而在后端侧使用绞合线。

在与感受器16的晶片载置面水平的方向上产生磁束的加热方法中，向感应加热线圈36、38投入的电流的频率为数十kHz。在管状部件上使用铜的情况下，将壁厚设为1mm左右的铜管被感应加热，感受器16的加热效率降低，并且，电力损耗变大。另一方面，考虑到如果是使用0.18φ左右的芯线（线条材料）的绞合线，则磁束透射，但在磁极32、34的前端部分交链磁束多，因此，被进行感应加热。不具有冷却作用的绞合线在由于感应加热而发热的情况下，温度上升，往往超过使用温度界限。因此，通过在磁极前端侧配置具有冷却作用的管状部件，在后端侧配置绞合线，可以抑制电力损耗且也可以防止线圈的过加热。另外，通过设为这种结构，通过管状部件的冷却效果，能够提高防止加热磁极前端的效果。

励磁部28通过将上述那样构成的磁芯30和感应加热线圈36、38沿着感受器16的层叠方向配置多个（图2所示的例子中，3个）而构成。

另外，在上述那样的励磁部28中，如图3所示，实施方式的磁芯30以从感受器16的中心点O向各磁极端面的中心延长的线构成的角θ成为规定角度（依赖于壳体26构成的角）的方式构成。在磁极32、34间带有角度的基础上，通过将一方的磁极32和另一方的磁极34的极性设为相反，产生磁束往返于磁极32、34间。由此，与由单一的磁极32（34）产生的磁束相比，更有可能产生通过感受器16中心侧的磁束。

构成为，在电源部40设有以磁芯30单位计卷绕于各磁芯30的磁极32、34的与感应加热线圈36、38对应的逆变器（未图示）和未图示的交流电源及未图示的电力控制部等，以设于各磁芯30的感应加热线圈36、38单位计，能够调节供给的电流或电压及频率等。在实施方式的感应加热装置10中，卷绕于单一的磁芯30的感应加热线圈36、38（例如卷绕于磁极32a的感应加热线圈36a和卷绕于磁极34a的感应加热线圈38a）在电路上设为并联或串联的关系，在将卷绕方向设为相同后，将电流的投入方向设为相反。由此，能够将各磁芯30的两个磁极（例如磁极32a和磁极34a）的极性设为反向。在此，作为逆变器，在采用共振型逆变器的情况下，优选如下构成，以能够简单地进行频率的切换的方式，将与各控制频率一致的共振电容器并联连接，并根据来自电力控制部的信号切换共振电容器。

实施方式的电力控制部具有未图示的区域控制装置。区域控制装置起到避免在卷绕于邻接配置的磁芯30的感应加热线圈36、38间产生的相互感应的影响，且进行相对于各感应加热线圈36、38的投入电力的控制的作用。

卷绕于如上述接近并层叠配置的磁芯30的感应加热线圈36、38各自作为分别作为个别的感应加热线圈工作，因此，在上下邻接的感应加热线圈间（例如感应加热线圈38a和感应加热线圈38b）产生相互感应，有时对个别的电力控制造成坏影响。因此，区域控制装置通过以基于检测到的电流频率或波形（电流波形）使投入邻接配置的感应加热线圈的电流频率一致，且以使电流波形的相位同步（使相位差为0或使相位差近似于0）或保持规定相位差的方式进行控制，可以进行避免了邻接配置的感应加热线圈间的相互感应的影响的电力控制（区域控制）。

这种控制检测投入各感应加热线圈36、38的电流值或电流频率及电压值等，并将其输入到区域控制装置。在区域控制装置中，以分别检测例如卷绕于磁芯30a的感应加热线圈36a、38a和卷绕于磁芯30b的感应加热线圈36b、38b间的电流波形的相位，并以使之同步或保持为规定的相位差的方式进行控制。通过对电力控制部输出使投入于各感应加热线圈的电流频率瞬间变化的信号而形成这样的控制。

在本实施方式的感应加热装置10那样构成的情况下，关于电力控制，只要基于设于电力控制部的未图示的存储装置（存储器）所存储的控制图（垂直温度分布控制图），输出用于输出在热处理开始后的经过时间单位而进行变化的投入电力的信号即可。另外，为了修正从热处理开始到热处理结束的层叠配置的感受器间的温度变化，并得到任意的温度分布（例如均一的温度分布），控制图只要同时记录赋予在各感应加热线圈的电力值和热处理开始后的经过时间即可。另外，在具备测量感受器16的温度的测量装置（未图示）的情况下，也可以反馈各区域中的感受器温度并进行温度控制（电力控制）。

在这种构成的电源部40中，基于来自电力控制部的信号，瞬间调节投入于各感应加热线圈36、38的电流频率，实施电流波形的相位控制，并且实施各感应加热线圈36、38单位的电力控制，由此，能够控制舟皿14内的垂直方向的温度分布。

另外，根据这种构成的感应加热装置10，磁束相对于晶片60沿水平移动，因此，即使在晶片60表面形成金属膜等导电性部件的情况下，晶片60的温度分布也不可能紊乱。

根据这种构成的感应加热装置，可以实现防止加热配置于腔室12外部的磁极32、34，并且可以高效地加热被感应加热部件即感受器16。

接着，参照附图对本发明的感应加热装置的第二实施方式进行详细说明。本实施方式的感应加热装置的大部分构成与上述的第一实施方式的感应加热装置10相同。因此，在本实施方式中，只图示说明构成与上述第一实施方式的感应加热装置10不同的主要部分，附图中对将其构成设为相同的部位标注相同符号并省略详细说明。另外，作为与第一实施方式的感应加热装置10的不同点，是设于壳体26的开口部142的形态。具体而言，第一实施方式的开口部42的构成为，将平面方式设为多边形（在图1所示的例子中设为六边形）的壳体26的两边各自设置开口部42，在开口部42各自上分别配置磁透射性遮蔽板46和冷却板48。对此，如图6、图7所示，本实施方式的感应加热装置构成为，壳体26不介于开口部142之间，而由单一的磁透射性遮蔽板46和单一的冷却板48遮蔽开口部42。

即使在设为这种构成的情况下，通过具备磁透射性遮蔽板46、冷却板48及冷却管50，能够防止磁极32、34的加热。另外，关于其它构成、作用、效果，与上述的第一实施方式的感应加热装置10相同。

另外，在上述那样构成的感应加热装置中，冷却管50可以由金属构成。这是因为，金属由于热传导率比树脂等高，因此，能够提高插通内部的制冷剂的冷却效果。但是，在将冷却管50设为金属的情况下，冷却管50配置于磁极32、34的附近，因此，可能受到磁束影响，内部产生感应电流（涡电流），而被感应加热。因此，可以为如下构成，以围绕开口部42的方式配置的冷却管以极性不同的磁极32、34双方的磁束通过到达范围的方式配置。

具体而言，例如第一实施方式，在对磁极32、34各自设置独立的开口部42那样的情况下，如图8所示，只要能够将冷却管配合为以一笔画成的方式围绕两个开口部即可。通过设为这种结构，作为制冷剂的冷却水到处环绕在开口部42周围（冷却板48的缘边）。另外，感应电流在磁极32侧和磁极34侧反向产生，因此，能够产生相互抵消，抑制感应加热引起的冷却管50的加热。

另外，如实施方式的感应加热装置10，在集合多个（设为对，3对）极性不同的磁极32、34（实施方式的例子中为层叠配置）构成集合体的情况下，也可以以包围该集合体整体的方式配置冷却管。

另外，如第二实施方式，在对1个开口部42配置磁极32和磁极34双方那样的情况下，如图9所示，只要简单地以围绕开口部42周围（冷却板48的缘边）的方式配置即可。这是因为，通过设为这种结构，能够实现冷却作用和感应加热抑制的双方作用。

标记说明

10………感应加热装置、12………腔室、14………舟皿、16………感受器、18………旋转工作台、20………工作台、22………旋转轴、24………基座、26………壳体、28………励磁部、30（30a～30c）………磁芯、32（32a～32c）………磁极、34（34a～34c）………磁极、35（35a～35c）………轭、36（36a～36c）………感应加热线圈、38（38a～38c）………感应加热线圈、40………电源部、42………开口部、46………磁透射性遮蔽板、48………冷却板、50………冷却管、60………晶片。

Claims (10)

1.一种感应加热装置，其特征在于，具有构成处理室的腔室和与磁透射性遮蔽板接近配置的感应加热线圈或感应加热线圈用磁极，所述磁透射性遮蔽板遮蔽设于所述腔室外周即构成所述腔室的隔壁部件的开口部，其中，具备：

为了冷却所述磁透射性遮蔽板，与所述磁透射性遮蔽板密接或接近的冷却板；

冷却所述冷却板的制冷剂插通的冷却管；

极性不同的一对感应加热线圈或感应加热线圈用磁极,

所述冷却管由金属构成，

所述冷却管以包围极性不同的所述一对感应加热线圈或感应加热线圈用磁极的双方的方式配置。

2.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述冷却板由陶瓷构成。

3.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，在所述冷却板和所述磁极之间设有空隙。

4.如权利要求1-3中任一项所述的感应加热装置，其特征在于，在集合多个所述一对感应加热线圈或感应加热线圈用磁极构成集合体的情况下，所述冷却管以包围遍及所述集合体整体的感应加热线圈或所述感应加热线圈用磁极的方式配置。

5.如权利要求1-3中任一项所述的感应加热装置，其特征在于，所述磁透射性遮蔽板由石英构成。

6.如权利要求4所述的感应加热装置，其特征在于，所述磁透射性遮蔽板由石英构成。

7.如权利要求1～3中任一项所述的感应加热装置，其特征在于，

所述感应加热线圈由能够插通制冷剂的管状部件和多个线条材料构成的绞线形成，

在所述磁极的前端侧配置有所述管状部件，在所述管状部件的后侧配置有所述绞线。

8.如权利要求4所述的感应加热装置，其特征在于，

所述感应加热线圈由能够插通制冷剂的管状部件和多个线条材料构成的绞线形成，

在所述磁极的前端侧配置有所述管状部件，在所述管状部件的后侧配置有所述绞线。

9.如权利要求5所述的感应加热装置，其特征在于，

所述感应加热线圈由能够插通制冷剂的管状部件和多个线条材料构成的绞线形成，

在所述磁极的前端侧配置有所述管状部件，在所述管状部件的后侧配置有所述绞线。

10.如权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，

所述感应加热线圈由能够插通制冷剂的管状部件和多个线条材料构成的绞线形成，

在所述磁极的前端侧配置有所述管状部件，在所述管状部件的后侧配置有所述绞线。