JP2004273397A

JP2004273397A - 誘導加熱方法および装置、並びに誘導加熱コイルユニット

Info

Publication number: JP2004273397A
Application number: JP2003066433A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Inami; 昭一稲見
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】誘導加熱コイルによる加熱に際して、コイル中心孔の内周縁側の磁束γの密度が高く、中心部分では０になるためサセプタの中心は加熱されない現象が起こり、加熱対象部材の均一加熱の障害を改善する。
【解決手段】誘導加熱コイルを加熱対象材料に対面させて誘導加熱を行う方法である。前記円形誘導加熱コイルの中心孔の内周側を電磁遮蔽して発生磁束をコイル中心に導くことにより加熱対象部材のコイル内側面積部分の透過磁束を均一化させて加熱するように構成した。変動磁場が導電体を貫くと過電流が発生し、磁束が通るのを妨げる働きをする性質を利用して、磁気シールドを行い、磁束をコイルの中心に導かれ、均一加熱が実現できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導加熱方法および装置、並びに誘導加熱コイルユニットに係り、特に、半導体基板を熱処理するための熱処理炉に適用するのに好適な誘導加熱方法および装置、並びに誘導加熱コイルユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体製造過程において、シリコンウェハ等の基板には酸化や拡散、あるいはアニールといった熱処理が施される。通常、熱処理のために、基板はプロセスチューブに入れられて反応炉内で加熱される。加熱方式にはランプ式加熱炉、抵抗加熱炉、ガス加熱炉などがあるが、温度制御性に優れているとして、近年誘導加熱方式が検討されている。この誘導加熱方式を用いた半導体製造装置などでは、反応炉にシリコンウェハ等の基板を収容し、基板の温度を適切な温度に維持もしくは指定した温度に追従させるようにしている（特許文献１）。
【０００３】
このような誘導加熱を用いる半導体製造装置で特に枚葉型の反応炉では、誘導加熱コイルに円形コイルを用い、このコイルがサセプタに対面配置するようにしている。また、複数の誘導加熱コイルを用いる場合には、各コイルの直径サイズを変えて同芯円状になるようにしてバウムクーヘン状の平板コイルを形成し、誘導加熱コイルで誘導磁場を発生させることによりサセプタを加熱して、ウェハを加熱するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０１７４２６号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単一の誘導加熱コイルであれ、複数のバウムクーヘン型誘導加熱コイルであれ、この時真ん中のコイルの作る磁束密度が、そのコイルの内側面積で均一ならば問題は生じないが、実際は、図５に示すように、コイル１の中心孔の内周縁側の磁束γの密度が高く、中心部分では０になる。このためサセプタの中心は加熱されない現象が起こり、ウェハの均一加熱をするには障害になる場合がある。
【０００６】
本発明、上記従来問題点に着目し、円形コイルによって発生する磁束をできるだけ中心近くまで誘導することにより、特にコイル中心部孔面積部分で磁束密度を均一にして、サセプタ、ウェハの均一加熱を可能にした、誘導加熱方法および装置、並びに誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導加熱方法は、誘導加熱コイルを加熱対象材料に対面させて誘導加熱を行う方法であって、前記円形誘導加熱コイルの中心孔の内周側を電磁遮蔽して発生磁束をコイル中心に導くことにより加熱対象部材のコイル内側面積部分の透過磁束を均一化させて加熱することを特徴とした。この場合、前記電磁遮蔽は導電体材料からなる平板に前記コイル中心孔径より小径の孔を開口して当該小径孔部分をコイル中心部に配置して行うようにすればよい。
【０００８】
また、本発明に係る誘導加熱装置は、加熱対象部材に対面可能な円形誘導加熱コイルと、この加熱コイルに接続され共振型インバータを含む電力供給手段とを備えてなり、前記円形誘導加熱コイルの中心孔を小径化する電磁遮蔽板をコイルに対面配置して構成したことを特徴としている。当該電磁誘導加熱装置において、前記電磁遮蔽板は誘導加熱コイル形状に対応するリング平板から形成する。前記電磁遮蔽板は中心孔に達するスリットを設けるようにすればよい。
【０００９】
本発明に係る電磁誘導加熱コイルユニットは、誘導磁束を形成する誘導加熱コイルと、このコイルに対面接合されるリング平板形状の電磁遮蔽板とからなり、前記電磁遮蔽板には前記コイルの中心孔より小径の磁束透過孔を形成してなることを特徴とする。前記電磁遮蔽板には磁束透過孔に至るスリットを形成すればよい。
【００１０】
【作用】
本発明は、磁気遮蔽によって磁束を中心に導くようにしたものである。誘導加熱するには高周波で磁束を変動させる必要がある。変動磁場が導電体を貫くと過電流が発生し、磁束が通るのを妨げる働きをする。この性質を利用して、磁気シールドを行い、磁束をコイルの中心に導く。当然効率は落ちると考えられるが、磁束の均一化には有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る誘導加熱方法および装置、並びに誘導加熱コイルユニットの具体的実施の形態を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図１は実施形態に係る誘導加熱装置１０の構成図である。これは単一の電磁誘導加熱コイルユニット１２を用いたもので、当該電磁誘導加熱コイルユニット１２は、円形誘導加熱コイル１４と、円形リング平板からなる電磁遮蔽板１６とから構成されている。
【００１２】
誘導加熱コイル１４は矩形中空断面のコイル材を円形リング状に曲げ成形してなるもので、この誘導加熱コイル１４には、図１に示しているように、共振型インバータを含む電力供給手段が接続されている。すなわち、誘導加熱コイル１４は、電源部１８から順変換部２０を介して電源供給を受けて駆動されるようになっており、チョッパ２２を備えて電力調整ができるようになっている。チョッパ２２の出力側にはインバータ２４が接続されている。インバータ２４は電圧型とされダイオードとトランジスタとを直列接続した辺からなるブリッジ回路によって構成されている。インバータ２４の出力側の誘導加熱コイル１４を含む負荷コイル部２６には、コンデンサ２８が誘導加熱コイル１４と直列に接続して直列共振回路を構成している。これにより、各誘導加熱コイル１４によって加熱対象としての半導体反応炉に設けられたサセプタ等を加熱することができる。
【００１３】
ところで、本実施形態では、前記誘導加熱コイルユニット１２は上記誘導加熱コイル１４そのものと、このコイル状に積層配置される電磁遮蔽板１６から構成されているが、電磁遮蔽板１６は平板の導電体材料を打ち抜いて円形リング平板形状としたもので、図２に示しているように、外径をコイル１４の外径に合わせ、中央部に形成される孔１６ａの直径ｄがコイル中心孔１４ａの直径Ｄより小さくしている。このように電磁遮蔽板１６の小径孔１６ａがコイル中心孔１４ａより小さいため、コイル１４の中心孔１４ａの内周面にはフランジ状に電磁遮蔽板１６が突出する。これにより誘導加熱コイル１４への電力投入により発生した磁束γにより、導電体からなる電磁遮蔽板１６には渦電流ｉが発生する。この渦電流ｉによる発生磁界が誘導加熱コイル１４の磁界の障害にならないように、図３に示しているように、円形リング平板の電磁遮蔽板１６には小径孔１６ａに達するスリット１６ｂを形成している。このスリット１６ｂが存在するため、渦電流ｉはリングの内周、外周を周回する流れとならず、図３に図示しているように、スリット１６ｂで電流路が遮断された周回電流路に沿って流れる。これにより、電磁遮蔽板１６に渦電流ｉに起因した小径孔１６ａを貫通する磁束は発生しないのである。このため、誘導加熱コイル１４による磁束が電磁遮蔽板１６を貫通するのを妨げる働きをなし、磁気シールド作用をなすので、誘導加熱コイル１４への通電による磁束はコイル中心孔１４ａの中心側に移行することになる。この結果、誘導加熱コイル１４による発生磁束γはコイル内周縁部分での高い密度部分が中心側に導かれるので、当該誘導加熱コイル１４によって加熱されるサセプタなどが均一に加熱されるようになるのである。すなわち、従来ではコイル中心に対面する部分は過熱不足になっていたが、電磁遮蔽板１６を導入したことにより、コイル中心孔面積部分での透過磁束が中心部分に達するため、均一な磁束分布を中心部で形成させることができ、コイル形状に伴う加熱不足部分が無くなるのである。
【００１４】
図４は第２の実施形態に係る誘導加熱装置３０を示している。この誘導加熱装置３０は、直径の異なる複数の誘導加熱コイル１４を同芯に配置してバウムクーヘン型に配置した構造としたものである。この実施形態では、特に中心部に位置する誘導加熱コイル１４に対面して電磁遮蔽板１６を配置し、その中心孔１６ａの内径を実質的に小さくするようにしている。これにより、加熱対象部材であるサセプタ３２の中心部に加熱不足部分が発生せず、全体として均一に加熱することができる。
【００１５】
なお、図４に示したバウムクーヘン型のコイル形態では、誘導加熱コイル１４が近接して隣接配置したままであるので、相互誘導作用によって各コイル１４を正確に電力制御できなくなる。そこで、本実施形態では次のように構成する。すなわち、加熱対象部材であるサセプタ３２に対面した複数の誘導加熱コイル１４の周波数・電流位相を同期させ、あるいは設定された位相差となるように個別に電力制御可能とし、隣接する誘導加熱コイル１４間で相互誘導による影響を最小限に抑制して、昇温を高速に行わせつつ、ゾーンコントロールができるようにしている。
【００１６】
このように複数の誘導加熱コイル１４でゾーンコントロールしながらサセプタ３２を加熱すると共に、特に、中心部のコイル１４ｍでの磁束をコイル内周に集中させず、磁気遮蔽板１６の作用によって中心側に移動させるようにしたので、中心コイル１４ｍのコイル孔１４ａの中心が加熱不足になるようなことがなくなって均一加熱が可能となり、ゾーン加熱による温度制御特性が向上するメリットが得られる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、誘導加熱コイルを加熱対象材料に対面させて誘導加熱を行う方法であって、前記円形誘導加熱コイルの中心孔の内周側を電磁遮蔽して発生磁束をコイル中心に導くことにより加熱対象部材のコイル内側面積部分の透過磁束を均一化させて加熱するように構成したので、変動磁場が導電体を貫くと過電流が発生し、磁束が通るのを妨げる働きをする性質を利用して、磁気シールドを行い、磁束をコイルの中心に導くことができ、誘導加熱コイルの磁束集中による加熱不足を解消して均一加熱ができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る誘導加熱装置の構成図である。
【図２】誘導加熱コイルユニットにおける磁束の説明図である。
【図３】磁気遮蔽板の渦電流の説明図である。
【図４】第２の実施形態に係る誘導加熱装置の構成図である。
【図５】従来の誘導加熱コイルの発生磁束の説明図である。
【符号の説明】
１０………誘導加熱装置、１２………誘導加熱コイルユニット、１４………誘導加熱コイル、１６………磁気遮蔽板、１８………電源部、２０………順変換部、２２………チョッパ、２４………インバータ、２６………負荷コイル部、２８………コンデンサ。

Claims

誘導加熱コイルを加熱対象材料に対面させて誘導加熱を行う方法であって、前記円形誘導加熱コイルの中心孔の内周側を電磁遮蔽して発生磁束をコイル中心に導くことにより加熱対象部材のコイル内側面積部分の透過磁束を均一化させて加熱することを特徴とする誘導加熱方法。
前記電磁遮蔽は導電体材料からなる平板に前記コイル中心孔径より小径の孔を開口して当該小径孔部分をコイル中心部に配置して行うことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱方法。
加熱対象部材に対面可能な円形誘導加熱コイルと、この加熱コイルに接続され共振型インバータを含む電力供給手段とを備えてなり、前記円形誘導加熱コイルの中心孔を小径化する電磁遮蔽板をコイルに対面配置して構成したことを特徴とする誘導加熱装置。
前記電磁遮蔽板は誘導加熱コイル形状に対応するリング平板からなることを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱装置。
前記電磁遮蔽板は中心孔に達するスリットを設けてなることを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱装置。
誘導磁束を形成する誘導加熱コイルと、このコイルに対面接合されるリング平板形状の電磁遮蔽板とからなり、前記電磁遮蔽板には前記コイルの中心孔より小径の磁束透過孔を形成してなることを特徴とする誘導加熱コイルユニット。
前記電磁遮蔽板には磁束透過孔に至るスリットを形成してなることを特徴とする請求項６に記載の電磁誘導加熱コイルユニット。