CN103260279A

CN103260279A - 感应加热装置

Info

Publication number: CN103260279A
Application number: CN2013100470110A
Authority: CN
Inventors: 宫田淳也; 内田直喜
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Yiaisi Co ltd
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: JP5127987B1; CN103260279B; JP2013168551A; KR101258052B1

Abstract

本发明提供一种感应加热装置，其在晶片表面、背面不产生温度差，并且即使在晶片表面形成有金属膜等的情况下，也能够避免由于晶体本身发热而导致温度分布不均匀以及金属膜烧损。该感应加热装置具有：与晶片的一个主表面相对地配置的基座；与另一个主表面相对地配置的基座；在基座的与晶片相对的相对面的背面侧配置的一个感应加热线圈群；在基座的与晶片相对的相对面的背面侧，以晶片为基点与一个感应加热线圈群对称地配置的另一个感应加热线圈群；以向以晶片为基点而处于面对称的配置关系的感应加热线圈输入的电流的相位成为反向的方式供给电力的电源部。

Description

感应加热装置

技术领域

本发明涉及一种感应加热装置，特别是涉及一种适用于对半导体基板进行单片处理的感应加热装置。

背景技术

作为对单片型的半导体进行热处理的感应加热装置，目的在于高精度地控制半导体基板面内的温度分布，本申请人提出有如专利文献1所公开的技术方案。

专利文献1所公开的感应加热装置的简要结构如下所述。邻接地配置多个形成为圆环状的感应加热线圈，并且能够对每个加热线圈的输入电力进行控制，该加热线圈设定加热范围作为单个加热区域。在感应加热线圈的上表面配置有作为发热体的基座。在基座的上表面配置作为被加热物的晶片。

根据上述结构的感应加热装置，能够避免互感的影响，并且能够个别地控制输入多个邻接配置的感应加热线圈的电力。因此，能够对晶片的面内温度分布高精度地进行加热控制以使晶片的面内温度分布均匀或者保持任意的温度梯度。

专利文献1：（日本）特开2009-239098号公报

根据专利文献1所公开的感应加热装置，能够急速加热，并且能够对晶片的面内温度分布进行控制。

另一方面，在希望更快地进行急速加热的情况下，可能导致在晶片的表面、背面之间产生温度差，从而使晶片产生翘曲等。作为消除上述问题的方法，可考虑利用一对基座夹着晶片，并且从表面、背面这两面对晶片进行加热的方法。但是，即使在该情况下，在彼此独立地进行表面、背面的加热控制的情况下，也存在导致晶片表面、背面的温度分布不均匀的不良情况。另外，在对表面贴有金属膜等的晶片进行加热的情况下，由于漏磁通量的影响而使晶片本身被感应加热，从而有可能使晶片整体的加热平衡崩溃，或者金属膜烧损。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种感应加热装置，其不会在作为被加热物的晶片表面、背面产生温度差，并且即使在晶片表面形成有金属膜等的情况下，也能够避免由于晶片本身发热而导致温度分布不均匀或者金属膜烧损。

为了达到上述目的，本发明的感应加热装置的特征在于，具备：与被加热物的一个主表面相对地配置的一个发热体；与所述被加热物的另一个主表面相对地配置的另一个发热体；在所述一个发热体的与所述被加热物相对的相对面的背面侧配置的一个感应加热线圈群；在所述另一个发热体的与所述被加热物相对的相对面的背面侧，以所述被加热物为基点与所述一个感应加热线圈群对称地配置的另一个感应加热线圈群；以向以所述被加热物为基点而处于面对称的配置关系的感应加热线圈输入的电流的相位成为反向的方式供给电力的电力供给装置，一个感应加热线圈群及另一个感应加热线圈群并列的结构除外。

另外，在具有上述特征的感应加热装置的基础上，优选的是，所述一个感应加热线圈群与所述另一个感应加热线圈群由多个分别形成为圆环状并且配置在同心圆上的感应加热线圈构成。

通过上述结构，利用单一的感应加热线圈对相同半径的加热区域进行处理。因此，在对直径大的晶片进行单片加热方面容易控制散热和加热的平衡。

另外，在具有上述特征的感应加热装置中，优选的是，构成所述一个感应加热线圈群和所述另一个感应加热线圈群的各感应加热线圈中的对称地配置的感应加热线圈分别形成组，所述电力供给装置具有多个用于向形成各组的感应加热线圈供给电流值相等的电流的逆变器。

通过上述结构，向构成组的各感应加热线圈供给电流值相等的电流。因此，可以得到被加热物的表面、背面的加热平衡。从而容易抑制被加热物（晶片）的翘曲。

而且，在具有上述特征的感应加热装置中，优选的是，在将所述一个发热体与所述另一个发热体的厚度分别设为t，并且将所述一个发热体与所述另一个发热体的磁通量的渗透深度设为δ的情况下，以满足t<1.5δ的方式设定所述一个发热体与所述另一个发热体的厚度。

在上述结构的情况下，透过发热体的磁通量（漏磁通量）可能直接到达被加热物。但是，通过上述结构使漏磁通量相互抵消。通过使发热体的厚度变薄，能够起到伴随着热容量的减少而增大加热效率的作用，从而有利于急速升温。

发明效果

根据具有上述特征的感应加热装置，能够抑制在作为被加热物的晶片的表面、背面产生温度差。另外，即使在晶片表面形成有金属膜等的情况下，也能够避免由于晶片本身发热而导致温度分布不均匀或者金属膜烧损。

附图说明

图1是表示与实施方式的感应加热装置关联的感应加热装置的整体结构的框图。

图2是表示加热部的结构的分解立体图。

图3是用于说明电流相位与消除漏磁通量的关系的图。

图4是表示利用线性插补进行温度预测的例子的图。

图5是表示基于电力指令值对利用线性插补进行的温度预测进行修正后的温度预测值的例子的图。

图6是表示基于温度预测值设定输入各加热区域的电力指令值的情况的例子的图。

附图标记说明

10感应加热装置 12加热部 14电源部

16晶片 18基座 20基座

22一个感应加热线圈群 22a~22f感应加热线圈

24另一个感应加热线圈群 24a~24f感应加热线圈

26（26a~26c）温度传感器 28三相交流电源

30整流器 32（32a~32f）直流斩波器（チヨツパ）

34（34a~34b）逆变器 36温度控制部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的感应加热装置的实施方式进行详细的说明。

图1表示与实施方式的感应加热装置关联的感应加热装置的整体结构的框图。另外，图2是表示实施方式的感应加热装置的加热部的结构的分解立体图。本实施方式的感应加热装置10主要由加热部12、电源部（电力供给装置）14构成。加热部12主要由作为一个发热体的基座18、作为另一个发热体的基座20、一个感应加热线圈群22及另一个感应加热线圈群24构成。

基座18及基座20以彼此相对的方式配置在晶片16的上面侧及下面侧，从而夹着作为被加热物的半导体晶片（以下，简称为晶片16）。优选在基座18与晶片16，以及晶片16与基座20之间配置未图示的支承部件，从而保持规定的空间。作为支承部件的构成材料，只要是不受磁通量影响并且耐热性高的原料即可，例如石英等。

通过上述结构，能够从表面、背面这两面对晶片16进行加热，从而能够抑制在晶片16的表面、背面产生温度差。另外，由于能够抑制在晶片16的表面、背面产生温度差，因此能够抑制由于表面、背面的温度差而引起的晶片16的翘曲。

一个感应加热线圈群22与基座18的、与晶片配置面相反的一侧的主表面（背面）相对地配置。在基座18与一个感应加热线圈群22之间可以配置未图示的支承部件，通过利用石英板（未图示）等遮挡线圈配置区域与处理区域，也能够防止污染。一个感应加热线圈群22通过将多个形成为圆环状（大致C形）的感应加热线圈22a~22f邻接地配置在同心圆上而构成。

另一个感应加热线圈群24与基座20的、与晶片配置面相反的一侧的主表面相对配置。在基座20与另一个感应加热线圈群24之间可以配置未图示的支承部件，通过利用石英板（未图示）等遮挡线圈配置区域与处理区域，也能够防止污染。与上述一个感应加热线圈群22同样地，另一个感应加热线圈群24也通过将多个形成为圆环状（大致C形）的感应加热线圈24a~24f邻接地配置在同心圆上而构成。在此，构成一个感应加热线圈群22的感应加热线圈22a~22f与构成另一个感应加热线圈群24的感应加热线圈24a~24f以晶片16为基点在厚度方向面对称地配置。在本实施方式中，使在厚度方向处于面对称的配置关系的各感应加热线圈22a~22f、24a~24f分别构成组，并且以各组为单位构成单个加热区域（在本实施方式中，为区域1~区域6），所述感应加热线圈22a~22f、24a~24f与后面进行详细说明的电源部14连接。

例如如图1所示，电源部14主要由三相交流电源28、整流器30、直流斩波器32（32a~32f）、逆变器34（34a~34f）及温度控制部36构成。

整流器30是将从三相交流电源28输入的三相交流电流转换为直流电流，并向连接于其后的直流斩波器32输出的纯变换部。直流斩波器32是改变从整流器30输出的电流的流通率，并且改变输入逆变器34的电流的电压的电压调整部。

逆变器34是将利用直流斩波器32进行电压调整后的直流电流转换为交流电流并供给到感应加热线圈群22、24的逆变换部。需要说明的是，本实施方式所列举的感应加热装置10的逆变器34是将感应加热线圈群22、24与谐振电容器串联配置的串联谐振型的逆变器。另外，形成用于构成各加热区域的组的感应加热线圈（例如，感应加热线圈22a与感应加热线圈24a、感应加热线圈22b与感应加热线圈24b等）以组为单元分别与各自组的逆变器34及直流斩波器32连接。此外，基于来自温度控制部36的输入信号对从逆变器34向感应加热线圈22a~22f、24a~24f输出的输出电流进行控制。位于一个感应加热线圈群22与另一个感应加热线圈群24对称的对称位置的各感应加热线圈（形成组的感应加热线圈）并联连接到各逆变器34a~34f。另外，如图3所示，各逆变器34以向形成各组的感应加热线圈22a~22f、24a~24f输入的电流的相位成为反向的方式与上述形成各组的感应加热线圈22a~22f、24a~24f连接。

在上述结构的情况下，如图3所示，透过基座18的来自感应加热线圈22a的漏磁通量与透过基座20的来自感应加热线圈24a的漏磁通量的旋转方向彼此相反。因此，两个漏磁通量彼此抵消。

在此，在假设晶片16的表面形成有金属膜的情况下，以往，漏磁通量也投入晶片16表面的金属膜，从而导致在晶片16表面产生由涡流引起的发热。与此相对，在本实施方式的感应加热装置10中，通过消除作为经由金属膜发热的主要原因的漏磁通量，能够避免由于漏磁通量而对金属膜进行直接加热，并且能够避免晶片16整体的加热平衡崩溃。

以往，作为抑制产生漏磁通量的结构之一，仅想到增厚基座18、20的厚度的方法。但是，在本实施方式的结构的情况下，基座18、20的厚度能够减薄至不产生磁通量泄漏的范围。这是因为透过基座18、20的漏磁通量相互抵消而没有对具有金属膜的晶片产生影响。

在此，在将电流渗透基座18、20的渗透深度设为δ的情况下，以使基座18、20的厚度t不到1.5δ，即，使t与δ的关系满足t<1.5δ的方式设定基座18、20的厚度，从而不产生磁通量的泄漏，因此，能够有效利用因消除漏磁通量而带来的效果。另外，如果使基座18、20的厚度变薄，则基座的热容量减小，从而增大相对于投入磁通量的发热比例。因此，在使晶片16急速升温的情况下是有利的。

温度控制部36起到如下作用：对由温度传感器26（26a~26c）检测到的基座20的温度进行比较，求得温度检测点之间的温度梯度，根据基于该温度梯度而预想（预测）的加热区域之间的温度平衡，设定输入各感应加热线圈22a~22f、24a~24f的电力，并且向逆变器34及直流斩波器32输出控制信号（输入信号）。

根据上述结构的电源部14，能够通过直流斩波器32控制从整流器30输出的电流的电压，并且能够通过逆变器34改变从直流斩波器32输出的直流电流，并对其频率进行调整。因此，能够通过直流斩波器32控制输出电力，并且能够通过逆变器34对输入将多个线圈邻接地配置而形成的一个感应加热线圈群22及另一个感应加热线圈群24的电流频率的相位进行调整。通过使输出电流的频率的相位保持同步（相位差为零或近似于零），或者使输出电流的频率的相位保持设定的间隔，从而能够避免邻接配置的感应加热线圈22a~22f、24a~24f之间互感的影响。另外，通过对分别输入多个感应加热线圈22a~22f、24a~24f的输入电力进行控制，能够对基座18、20进而对晶片16的温度分布进行控制。

在上述结构的感应加热装置10中，在对晶片16进行热处理时，实施以下控制。首先，分别向多个感应加热线圈22a~22f、24a~24f输入规定的电力，在对基座18、20进行加热后，分别通过配置于形成组的感应加热线圈（例如，感应加热线圈22a与感应加热线圈24a、感应加热线圈22b与感应加热线圈24b等）之间的温度传感器26检测发热体的温度，并且将检测结果发送到温度控制部36。在温度控制部36中，首先，实施根据检测点（在本实施方式的情况下为三个点）的温度推测各加热区域的基座20的温度的线性插补。在此，如图4所示，线性插补指的是，通过直线连结检测点的温度，并且在该直线上将各加热区域的位置关系结合起来（在直线上标注加热区域的位置），从而将直线上的标注点的温度推测为各加热区域的温度。

接着，在温度控制部36中，将通过线性插补得到的推测温度与当前输入各感应加热线圈24a~24f（22a~22f）的电力值（指令值）关联起来，从而对通过线性插补而得到的推测温度进行修正（参照图5）。具体地说，对当前的指令值而言，如果区域1<区域2，则能够推测区域2的温度高。因此，实施降低区域1的温度、提高区域2的温度的修正即可。通过进行上述修正，能够得到考虑到各加热区域之间的温度平衡的温度预测值。另外，针对修正，使从施加于加热区域1的感应加热线圈22a、24a的指令值与从施加于加热区域2的感应加热线圈22b、24b的指令值的比率（区域1/区域2，或区域2/区域1）导出的倾斜度，与通过线性插补而得到的检测点重合。通过直线分别连接由于重合而得到的断续的直线，从而也可以得到考虑到各加热区域之间的温度平衡的温度预测值。在此，用于得到温度预测值的修正优选为，根据每个装置的特性进行试验或进行模拟，从而进行符合上述试验或模拟结果的修正。

相对于如上所述得到的温度预测值，温度控制部36计算用于进行不存在温度梯度（连结加热区域之间的直线的倾斜度）的加热（温度修正）的电力指令值（参照图6）。在此，电力指令值的计算采用如下计算方法：根据每个装置的特性进行试验或进行模拟，从而算出符合模拟等的结果的电力指令值。

需要说明的是，作为大概的温度修正，对应于具有与通过温度预测值而得到的倾斜度相反的倾斜度（使图6所示的折线图的上下颠倒的倾斜度）的折线图的比率的电力指令值，也可以作为对各加热区域的温度进行修正的温度修正值。

向与各感应加热线圈群22、24连接的逆变器34及直流斩波器32输出如上所述得到的电力指令值，从而对输入各感应加热线圈22a~22f、24a~24f的输入电力进行控制。

由于通过上述结构的感应加热装置10对晶片16进行加热，因此能够抑制晶片16的表面、背面的温度差。另外，即使在晶片16的表面形成有金属膜等的情况下，也能够避免由于晶片16本身发热而导致温度分布不均匀。

在图1所示的与本发明关联的方式的感应加热装置10中，形成组的感应加热线圈（例如，感应加热线圈22a与感应加热线圈24a）构成为与共用的逆变器及直流斩波器连接。但是，本发明能够通过使形成组的感应加热线圈分别与各自的逆变器及直流斩波器连接，从而进行更详细的温度分布控制。

Claims

1.一种感应加热装置，其特征在于，具备：

与被加热物的一个主表面相对地配置的一个发热体；

与所述被加热物的另一个主表面相对地配置的另一个发热体；

在所述一个发热体的与所述被加热物相对的相对面的背面侧配置的一个感应加热线圈群；

在所述另一个发热体的与所述被加热物相对的相对面的背面侧，以所述被加热物为基点与所述一个感应加热线圈群对称地配置的另一个感应加热线圈群；

以向以所述被加热物为基点而处于面对称的配置关系的感应加热线圈输入的电流的相位成为反向的方式供给电力的电力供给装置，一个感应加热线圈群及另一个感应加热线圈群并列的结构除外。

2.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述一个感应加热线圈群与所述另一个感应加热线圈群由多个分别形成为圆环状并且配置在同心圆上的感应加热线圈构成。

3.如权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于，构成所述一个感应加热线圈群和所述另一个感应加热线圈群的各感应加热线圈中的对称地配置的感应加热线圈分别形成组，

所述电力供给装置具有多个用于向形成各组的感应加热线圈供给电流值相等的电流的逆变器。

4.如权利要求1至3中任一项所述的感应加热装置，其特征在于，在将所述一个发热体与所述另一个发热体的厚度分别设为t，并且将所述一个发热体与所述另一个发热体的磁通量的渗透深度设为δ的情况下，以满足t<1.5δ的方式设定所述一个发热体与所述另一个发热体的厚度。