JP2003148873A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱プレートの温度ムラを緩和することがで
き、よって被処理物を均一に加熱することができる誘導
加熱装置を提供する。 【解決手段】 加熱プレート３からの輻射熱で被処理物
Ｗを加熱する誘導加熱装置１において、同芯円状に巻回
された複数のコイル部２ａ、２ｂを有する加熱コイル２
により、加熱プレート３を誘導加熱する。さらに、加熱
プレート３に対して、各コイル部２ａ、２ｂを独立して
上下移動可能に支持する支持機構４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハやガ
ラス基板などの板状体等を加熱する誘導加熱装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
や液晶分野では、高速昇降温装置等の加熱装置を用いて
半導体ウェハや液晶パネル用ガラス基板等の被処理物を
熱処理している。ところが、このような加熱装置では、
ハロゲンランプや電気抵抗体等を熱源として用いてお
り、これら熱源での消費電力が大きく、被処理物を効率
よく加熱することができないという問題があった。そこ
で、上記加熱装置に比べて高速昇温及び高効率加熱を行
える誘導加熱装置により、上記被処理物を効率よく熱処
理することが提案されている。

【０００３】ところが、上記のような誘導加熱装置で
は、加熱コイルによって加熱プレートを誘導加熱してお
り、加熱コイルによる加熱ムラに起因して加熱プレート
の表面に温度ムラが生じ易かった。それゆえ、従来の誘
導加熱装置を用いて上記被処理物を熱処理した場合、被
処理物が不均一な温度で熱処理されるという問題を生じ
た。

【０００４】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、加熱プレートの温度ムラを緩和することができ、よ
って被処理物を均一に加熱することができる誘導加熱装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の誘導加熱装置
は、複数のコイル部を有する加熱コイルと、前記加熱コ
イルにより誘導加熱される加熱プレートと、前記加熱プ
レートに対して、前記複数の各コイル部を独立して移動
可能に支持する支持機構とを備えることを特徴とするも
のである（請求項１）。

【０００６】上記のように構成された誘導加熱装置で
は、支持機構が上記複数のコイル部毎に加熱プレートと
の間の距離を変更することにより、加熱プレートの温度
分布を均一にすることができ、加熱プレートの温度ムラ
を緩和することができる。

【０００７】また、上記誘導加熱装置（請求項１）にお
いて、前記加熱プレートからの輻射熱で加熱される被処
理物の温度分布が均一になるように、前記支持機構の移
動を制御する制御部を備えることが好ましい（請求項
２）。この場合、上記温度分布に基づいて、制御部が各
コイル部から加熱プレートまでの距離を自動的に変更す
る。

【０００８】以下、本発明の誘導加熱装置を示す好まし
い実施形態について、図面を参照しながら説明する。図
１は、本発明の一実施形態による誘導加熱装置の要部構
成例を示す概略図である。図において、本実施形態の誘
導加熱装置１は、同芯円状に巻回された複数、例えば二
つのコイル部２ａ、２ｂを有する加熱コイル２と、この
加熱コイル２に対向する位置に設けられた加熱プレート
３とを備えており、加熱プレート３上に置かれた半導体
ウェハやガラス基板等の被処理物Ｗを熱処理するように
なっている。また、この誘導加熱装置１には、加熱プレ
ート３に対して、上記各コイル部２ａ、２ｂを独立して
移動可能に支持する支持機構４と、加熱プレート３から
の輻射熱で加熱される被処理物Ｗの温度分布が均一にな
るように、上記支持機構４の移動を制御する制御部５と
が設けられている。

【０００９】上記加熱コイル２は二層パンケーキ型と呼
ばれるコイルであり、直径０．１〜０．４ｍｍ程度の細
線を撚り線にし、さらに複数の撚り線を束ねたものから
なる上記コイル部２ａ、２ｂを互いに所定間隔をおいて
二重に配置したものである。また、これら内側及び外側
のコイル部２ａ、２ｂは直列に接続されており、図示し
ない交流電源から高周波の交流電流が供給される。

【００１０】上記加熱プレート３は、金属あるいはカー
ボン基体などの輻射率が大きい導電性材料により構成さ
れたものであり、上記加熱コイル２よりも大きい直径を
有する円盤状の板材からなる。この加熱プレート３は、
その中心が加熱コイル２の中心と一致した状態で加熱コ
イル２の上方に配置されており、加熱コイル２からの高
周波磁束によって誘導加熱され、その輻射熱で被処理物
Ｗを加熱する。また、加熱プレート３は、その板厚等を
調整することにより、熱容量が小さくなるように設定さ
れており、被処理物Ｗの熱処理時にアンダーシュートや
オーバーシュートを小さくし、高精度な温度制御を実現
できるようになっている。尚、被処理物Ｗとして半導体
ウェハを処理する場合は、半導体ウェハの汚染を防止す
るために、上記加熱プレート３をカーボン基体に炭化珪
素（ＳｉＣ）をＣＶＤ（化学蒸着法）によりコーティン
グしたものや炭化珪素からなるプレート材により構成す
ることが好ましい。

【００１１】上記支持機構４は、図の斜線部及びクロス
ハッチ部にてそれぞれ示す円盤状部材４ａ及び円環状部
材４ｂを備えており、これら円盤状部材４ａ及び円環状
部材４ｂに上記内側及び外側のコイル部２ａ、２ｂをそ
れぞれ別個に搭載できるようになっている。また、この
支持機構４には、円盤状部材４ａに連結されたロッド部
材４ｃと、円環状部材４ｂに連結された大径部４ｄ１及
びロッド部材４ｃに近接して設けられた小径部４ｄ２を
有する円筒状部材４ｄと、モータ等を含み、上記ロッド
部材４ｃ及び円筒状部材４ｄを互いに独立して図の上下
方向に駆動するための駆動部４ｅとが設けられている。
上記制御部５は、被処理物Ｗの温度分布を検出するため
のサーモグラフィや温度センサ等の測定装置（図示せ
ず）に接続されており、その測定装置からの検出信号に
基づき上記駆動部４ｅを駆動し、各コイル部２ａ、２ｂ
から加熱プレート３までの距離を自動的に変更して、被
処理物Ｗの温度分布が均一なものとなるようフィードバ
ック制御する。

【００１２】上記のように構成された本実施形態の誘導
加熱装置１では、加熱コイル２の各コイル部２ａ、２ｂ
に高周波電流が供給されると、加熱プレート３の内部に
は各コイル部２ａ、２ｂからの高周波磁束による渦電流
が発生し、この渦電流により発生したジュール熱によっ
て加熱プレート３は加熱され、被処理物Ｗは加熱プレー
ト３からの輻射熱で加熱される。このとき、制御部５
は、上記検出信号に基づいて、駆動部４ｅを制御し、各
コイル部２ａ、２ｂと加熱プレート３との間の距離を変
更する。

【００１３】具体的には、図１にＬ０にて示す距離を保
って加熱コイル２の各コイル部２ａ、２ｂが加熱プレー
ト３を誘導加熱している場合に、制御部５が上記検出信
号から被処理物Ｗの中心周辺温度が端部周辺温度に比べ
て低いことを検出したとき、制御部５は上記支持機構４
の駆動部４ｅを動作し、例えば円筒状部材４ｄを下方に
移動させる。これにより、図２（ａ）にＬ１にて示すよ
うに、外側のコイル部２ｂと加熱プレート３との間の距
離が上記Ｌ０より広げられ、コイル部２ｂに対向する加
熱プレート３の内部部分に発生する渦電流を、コイル部
２ａに対向する加熱プレート３の内部部分のものに比べ
て少なくすることができる。この結果、加熱プレート３
の温度分布を均一にすることができる。

【００１４】また、制御部５が上記検出信号から被処理
物Ｗの端部周辺温度が中心周辺温度に比べて低いことを
検出したとき、制御部５は上記支持機構４の駆動部４ｅ
を動作し、例えばロッド部材４ｃを下方に移動させる。
これにより、図２（ｂ）にＬ２にて示すように、内側の
コイル部２ａと加熱プレート３との間の距離が上記Ｌ０
より広げられ、コイル部２ａに対向する加熱プレート３
の内部部分に発生する渦電流を、コイル部２ｂに対向す
る加熱プレート３の内部部分のものに比べて少なくする
ことができる。この結果、加熱プレート３の温度分布を
均一にすることができる。

【００１５】以上のように、本実施形態の誘導加熱装置
１では、支持機構４が制御部５からの指示にしたがって
各コイル部２ａ、２ｂ毎に加熱プレート３との間の距離
を変更することにより、それらのコイル部２ａ、２ｂで
誘導加熱される加熱プレート３の温度分布を均一にする
ことができるので、加熱プレート３の温度ムラを緩和す
ることができ、加熱プレート３からの輻射熱で被処理物
Ｗを均一に加熱することができる。その結果、被処理物
Ｗの品質及び歩留まりが低下するのを防止することがで
きる。また、コイル部２ａ、２ｂと加熱プレート３との
間の各距離を別個に変更することができることから、加
熱プレート３の材質や板厚等が変更されたときでも、加
熱コイル２の巻線の種類やターン数等の仕様を変更する
ことなく、加熱プレート３を均一に加熱し被処理物Ｗを
均一に熱処理することができる。

【００１６】また、本実施形態では、制御部５が上記被
処理物Ｗの温度分布に基づいて、各コイル部２ａ、２ｂ
から加熱プレート３までの距離を自動的に変更するの
で、被処理物Ｗを最適、かつ高速に処理することがで
き、処理品質及び歩留まりを向上することができる。

【００１７】尚、上記の説明では、制御部５が被処理物
Ｗの温度分布の検出信号に基づいて、支持機構４を駆動
する構成について説明したが、本発明は複数のコイル部
を有する加熱コイル２に対して、各コイル部を独立して
移動可能に支持する支持機構４を備えたものであればよ
く、各コイル部と加熱プレート３との間の距離を変更し
て加熱プレート３、ひいては被処理物Ｗを均一に加熱す
ることができるものであれば何等限定されない。具体的
には、被処理物Ｗをロット単位で処理する場合などで
は、その被処理物Ｗの熱処理を試験的に行い、当該被処
理物Ｗを均一に加熱することができる、処理開始からの
経過時間に伴う各コイル部２ａ、２ｂの加熱プレート３
までの距離の変更データを制御部５内に設けられたメモ
リに予め格納し、制御部５がその変更データに基づき支
持機構４を制御し、コイル部２ａ、２ｂ毎に加熱プレー
ト３までの距離を変更し、被処理物Ｗを熱処理する構成
でもよい。

【００１８】また、上記の説明以外に、加熱コイル２に
供給される電力量を検出する電力計を制御部５に接続
し、制御部５が電力計からの検出信号に基づいて、供給
電力が比較的小さい高温均熱時と、この均熱時より相当
大きい電力を供給する必要がある昇温時とを判別し、こ
の判別結果（つまり、供給電力の変化）に基づき各コイ
ル部２ａ、２ｂの加熱プレート３までの距離を変更し、
加熱プレート３及び被処理物Ｗを均一に加熱する構成で
もよい。また、上記ロッド部材４ｃの外周面及び小径部
４ｄ２の内周面に互いに噛み合うネジ連結機構を設ける
ことにより、ロッド部材４ｃ及び円筒状部材４ｄを互い
に独立して上下方向に移動可能として各コイル部２ａ、
２ｂと加熱プレート３との間の距離を変更する構成でも
よく、このように構成した場合は制御部５及び駆動部４
ｅを割愛することもできる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の誘導加熱装置によれば、上記
複数のコイル部を有する加熱コイルに対して、支持機構
が各コイル部毎に加熱プレートとの間の距離を変更する
ので、それらのコイル部により誘導加熱される加熱プレ
ートの温度分布を均一にすることができ、加熱プレート
の温度ムラを緩和することができる。その結果、被処理
物を均一に加熱することができ、さらには被処理物の品
質及び歩留まりが低下するのを防止することができる。

【００２０】また、請求項２の誘導加熱装置によれば、
上記被処理物の温度分布が均一になるように、制御部が
各コイル部から加熱プレートまでの距離を自動的に変更
するので、被処理物を最適、かつ高速に処理することが
でき、処理品質及び歩留まりを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による誘導加熱装置の要部
構成例を示す概略図である。

【図２】（ａ）は図１に示した外側のコイル部を下げた
状態の概略図であり、（ｂ）は同図に示した内側のコイ
ル部を下げた状態の概略図である。

【符号の説明】

１ 誘導加熱装置 ２ 加熱コイル ２ａ、２ｂ コイル部 ３ 加熱プレート ４ 支持機構 ５ 制御部 Ｗ 被処理物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K056 AA09 BB07 CA18 FA04 4K063 AA05 AA12 BA12 CA03 FA31 FA36 FA48

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のコイル部を有する加熱コイルと、 前記加熱コイルにより誘導加熱される加熱プレートと、 前記加熱プレートに対して、前記複数の各コイル部を独
   立して移動可能に支持する支持機構とを備えたことを特
   徴とする誘導加熱装置。
2. 【請求項２】前記加熱プレートからの輻射熱で加熱され
   る被処理物の温度分布が均一になるように、前記支持機
   構の移動を制御する制御部を備えたことを特徴とする請
   求項１記載の誘導加熱装置。