JP2008269837A - 高周波誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークコイルと被加熱物との空間において、グロー放電の発生を抑制する。被加熱物からの熱輻射を抑制し、この熱輻射によってワークコイルや周囲機構が加熱されることによる温度上昇を抑制する。
【解決手段】減圧環境で使用する高周波誘導加熱作用を利用した加熱機構において、基板を保持する被加熱部と、高周波電力の供給を受け、高周波誘導によって被加熱部に誘導電流を流して加熱するワークコイルとを備え、ワークコイルと被加熱部は所定間隔を開けて配置し、ワークコイルと被加熱部との間に電界シールドを設置し、被加熱部と前記電界シールドとは同電位であり、電界シールドは積層する２枚の電界シールドアンテナを有し、各電界シールドアンテナは、複数本の互いに交わらない第１の配線と、前記複数本の第１の配線を接地電位に短絡する１本の第２の配線とを備え、各電界シールドアンテナが備える第１の配線は互いに約９０度の角度で積層する。
【選択図】図６

Description

本発明は、高周波誘導加熱装置に関し、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置、エッチング装置、ＭＢＥ装置、蒸着装置などの装置における基板加熱に適用することができる。

スパッタリング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置、エッチング装置、ＭＢＥ装置、蒸着装置では、基板を所定温度に加熱する場合がある。この基板を加熱する加熱機構として、ランプヒータ、シーズヒータ等の発熱体を使用するものが知られている。このような発熱体を使用した加熱機構では、被加熱部以外の温度上昇が避けられないという課題がある。

また、高周波誘導を利用した加熱機構も知られている。高周波誘導加熱による加熱機構は、高周波電流をワークコイル（加熱コイル）に印加して高周波磁束を発生させ、この高周波磁束によって被加熱部に誘導電流（渦電流）を誘導し、この誘導電流が被加熱部を流れることによるジュール損によって発熱させるものである。加熱機構は、この発熱によって被加熱部を加熱し、さらにこの被加熱部を介して基板等の物体を加熱する。このような高周波誘導を使用した加熱装置としては、例えば特許文献１が知られている。

高周波誘導加熱を半導体成膜装置に利用した例として、例えば特許文献２が知られている。この特許文献２に記載される半導体成膜装置では、高周波誘導加熱を利用して固体原料を昇華温度以上まで加熱し、昇華拡散現象を用いて被成膜物上に成膜している。

特開２００４−３４２４５０号 特開２００４−４７６５８号 特表２００４−５００７０３号

高周波誘導加熱を利用した加熱は、ランプヒータ、シーズヒータ等の発熱体による加熱と比較して高いエネルギー変換効率を得ることができ、急速加熱が可能であるが、ワークコイルと被加熱物との空間でグロー放電が発生するという場合がある。グロー放電が発生すると、被加熱部に十分な誘導電流を供給することができず、良好な加熱が困難となるという問題が生じる。

例えば、高周波誘導加熱で利用する電源周波数を１００ｋＨｚから５００ｋＨｚをする場合、高周波誘導加熱とすることで無効電力が抑制され、かつ、加熱効率を良とすることができる他、電源構成を安価とすることができ、また、給電も比較的容易に行うことができるという利点がある。しかしながら、高周波誘導加熱を真空中で行う場合は、コイル電圧が高いため、高周波誘導による電界成分によって被加熱部や周辺部材との間で容量結合が発生し、グロー放電が発生し易くなる。

また、上記したグロー放電の問題の他に、加熱された被加熱物からの熱輻射によってワークコイル側が加熱されるという問題もある。例えば、加熱温度が３００℃程度以上の高温になると、ワークコイルやワークコイル支持部等の付帯機器が加熱されることによる問題が生じる。そのため、これらを冷却する必要性が生じる。

この熱輻射による加熱は、例えば、例えば３００℃以上に加熱するような場合、加熱部本体であるワークコイルと被加熱物の間に空間を設けることによって、加熱部本体の熱的な損傷を低減することができる。しかしながら、このワークコイルと被加熱物との間に空間を設けることで、前記したグロー放電が発生し易くなるという問題がある。また、被加熱物の温度均一性の調整が困難となるという問題もある。

さらに、この熱輻射による加熱は以下のような問題を引き起こす要因となる。熱輻射によって被加熱物以外のチャンバーなどの温度上昇が避けられず、そのためにチャンバーを冷却する水冷機構や熱反射板が必要となる。また、高周波誘導加熱装置が設けられた周囲の温度が上昇するため、高周波誘導加熱装置を含むシステム全般について耐熱対策が必要となり、装置価格の上昇、信頼性の低下につながる。この高周波誘導加熱装置の温度上昇は、メンテナンス時において周囲温度まで十分に下がるまで長い時間を必要とするという問題があり、また、装置の立ち上げ時においては、装置の駆動状態が安定する一定温度になるまで、長時間にわたって予備加熱を行う必要であり、装置利用効率が悪いという問題がある。

なお、誘導コイルの電界成分を抑制する技術については、例えば高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）において、容量性結合を抑制するために静電的ファラデーシールドを設けることが例えば、特許文献３で知られている。この特許文献３では、チャンバー内のプラズマと誘電ソースコイルとの間にドーム状の電圧分散電極を設け、プラズマのＲＦパワーの容量性結合によるチャンバドームのエッチングやチャンバー内のスパッタリング粒子汚染を抑制することが開示されている。しかしながら、この特許文献３には、グロー放電に関する課題やグロー放電の発生を抑制する構成については開示されていない。

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、ワークコイルと被加熱物との空間において、グロー放電の発生を抑制することを目的とする。

また、被加熱物からの熱輻射を抑制し、この熱輻射によってワークコイルや周囲機構が加熱されて温度が上昇することを抑制することを目的とする。

本発明の高周波誘導加熱装置は、電界シールドを設置し、さらにこの電界シールドと被加熱部とを接地電位等の同電位とすることで、被加熱部と電界シールドとの電位差を無くし、これによって被加熱部と電界シールドとの間におけるグロー放電の発生を抑制する。

本発明の電界シールドは、電界シールドアンテナを積層し、ワークコイルから被加熱物への磁界成分を低減することなく電界成分のシールド効果を向上させ、これによって、高周波誘導の磁界成分による加熱の作用を低下させることなく、電界成分によるグロー放電の発生を抑制する。

また、各電界シールドアンテナを構成するパターンを最適化することで電界成分のシールド効果を向上させることができ、また、電界シールドアンテナの線幅やピッチの最適化は、ワークコイルに供給する高周波の周波数やパワーに基づいて行うことができる。

また、被加熱物からの熱輻射の低減は、被加熱物とワークコイルとの間に、耐熱ガラスや石英ガラスの熱輻射低減材を設けることで行うことができる。さらに熱輻射低減材に酸化チタンなどの白色熱反射膜を形成することで、被加熱物からワークコイルへの熱輻射の伝達を防ぐと共に、ワークコイル側から周辺部への熱輻射の伝達についても防ぐことができる。

本発明の高周波誘導加熱装置は、減圧環境で使用する高周波誘導加熱作用を利用した加熱機構において、高周波電流の供給を受け、高周波誘導によって被加熱部に誘導電流を流して加熱するワークコイルと、基板を保持する被加熱部とを備える。ワークコイルと被加熱部とは所定間隔を開けて配置し、ワークコイルと被加熱部との間に電界シールドを設置し、被加熱部と電界シールドとを同電位とする。被加熱部と電界シールドとは、接地することで同電位とすることができる。

ワークコイルと被加熱部とを所定間隔を開けて配置する構成によって、被加熱部からの熱輻射によるワークコイルやワークコイル支持部等の付帯機器の熱的損傷を抑制することができる。

また、電界シールドは、高周波電力が印加されたワークコイルが形成する磁束を抑制することなく、電界成分のみをシールドすることで、被加熱物周辺のグロー放電の発生を低減する。このとき、被加熱物と電界シールドとを接地することで電位差を無くすことができるが、シールド効果が不十分な場合には、ワークコイルと被加熱物の間には電位差が生じ、容量性結合によるグロー放電が発生することになる。

本発明の高周波誘導加熱装置は、ワークコイルと被加熱部との間に電界シールドを設置するとともに、被加熱部と電界シールドとを同電位とすることによって、ワークコイルと被加熱部の間のグロー放電発生を抑制する。

本発明の電界シールドは積層する２枚の電界シールドアンテナを有する。各電界シールドアンテナは、複数本の互いに交わらない第１の配線と、前記複数本の第１の配線を接地電位に短絡する１本の第２の配線とを備え、各電界シールドアンテナが備える第１の配線は互いに約９０度の角度で積層する。第１の配線の交差角度は９０度を中心角とする許容設定角度の角度範囲とすることができる。

電界シールドは、配線を網目構造とすることで電界のシールド効率を高めることができるが、網目構造によって形成される閉ループには磁束によって渦電流が流れ、この渦電流によって発熱が生じる。本発明の電界シールドは２枚の電界シールドアンテナを積層するとともに、これら電界シールドアンテナに形成する第１の配線が互いに交差する交差角度を約９０度とすることで、閉ループを形成することなく網目構造を形成し、渦電流による発熱を防ぐことができる。

また、本発明の電界シールドが備える第１の配線は、各配線を平行に配列して形成されるくし型配列とする。複数本の第１の配線を互いに交わらないように、くし型に配置することで、高周波誘導による誘導電流（渦電流）が発生する渦電流ループ回路を無くし、これによって電界シールドを構成する配線自体からの発熱を防いで、配線が加熱され損傷することを避けることができ、同時に、磁束による渦電流の発生による損失エネルギーを抑制することができる。

複数本の第１の配線を第２の配線で短絡することで、第１の配線間に電位差がなくなる。また、被加熱部と同電位とすることで、電界シールドと被加熱部との間に電位差が生じないようにし、これらの間でのグロー放電の発生を抑制する。

また、被加熱部と電界シールドとを接地することで同電位とすることによって、同じく接地した周辺部との間の電位差を無くし、グロー放電の発生を抑制する。

また、電界シールドとワークコイルは積層され、電界シールドの第１の配線は積層方向から見たとき空間上で互いに交差して配置する。この配置によって第１の配線における誘導電流の発生を抑制する。

第１の配線の配置例において、ワークコイルを中心と周囲との間で渦巻き状に配線した場合には、電界シールドの第１の配線は、互いに交わらない複数本の配線を互いに所定間隔を開けて配置し、第１の配線の配線方向とワークコイルの渦巻き状配線の配線方向とを異ならせる。例えば、直線状の複数本の配線を互いに平行に所定間隔を開けて配置する。ワークコイルと第１の配線とを上記のように配置することによって、ワークコイルと第１の配線とを互いに交差させることができる。

また、ワークコイルと電界シールドとの間の空間は誘電体で満たす構成とし、電界シールドを形成する配線は、高分子材料又は誘電体上に形成する。ここで、高分子材料は、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、シリコンゴム、エポキシ樹脂から選択した素材とすることができ、また、誘電体は、アルミナセラミックス、石英ガラス、耐熱ガラス（パイレックス（登録商標）、テンパックス（登録商標）など）が使用可能であるが、価格、流通性、加工性の面から耐熱ガラスが適当である。なお、ガラス厚さは０．７ｍｍまたは１．１ｍｍ程度の薄い材料を使用することで熱衝撃性を向上させることができる。

電界シールドの配線を高分子材料又は誘電体上に形成する際、この配線は薄板または箔の導電性材で形成し、粘着剤により高分子材料又は誘電体上に貼り付けることで形成することができる。配線を形成する導電性材は、アルミニウム、銀、金、銅又はそれらの複合材料を用いることができる。

また、電界シールドの配線は、導電性ペーストを塗布またはシルク印刷し、焼成して形成してもよい。導電性ペーストのシルク印刷の焼成による電界シールドのパターン形成は、工業的に信頼性が高くかつ安価とすることができる。このとき、導電性ペーストは、アルミニウム、銀、銅、カーボンまたはそれらの複合材料から選択することができる。導電性ペーストは、銀または銀カーボンをエポキシなどの溶剤と混ぜた材料を用いることができ、７０℃から２００℃程度の低温で焼成が可能であり、ＰＥＴなどの安価な材料が基板として使用することができる。

また、電界シールドと被加熱部との間に、熱輻射低減材を配置する構成としてもよい。この熱輻射低減材は、耐熱ガラスまたは石英ガラスを用いることがでる。この熱輻射低減材は、加熱された被加熱部からの輻射熱によってワークコイルが加熱されることを防ぎ、また、低温部であるワークコイルからの輻射熱によって被加熱体の加熱効率が低減されることを防ぐ。

誘導加熱は、導体の被加熱物のみを加熱するものであり、ワークコイル、ワークコイル支持部、周辺の誘電体の誘導加熱作用はないため常温であるが、加熱された被加熱物からの熱輻射による温度上昇は避けられない。特に、加熱部本体の被加熱部側は、熱輻射による高温、急速加熱が生じる。そのため、被加熱部と対向位置に設置する誘電体は被加熱部の対向位置の高温部と周辺部の低温部との間で熱膨張差による誘電体のひずみや損壊が発生する可能性がある。

さらに、本発明の熱輻射低減材は、モザイク状に分割した複数のブロックで構成することにより、熱膨張の違いによる変形や歪みを防ぐ。被加熱部と対向する部分とこの対向部分の外周の外周部分とで分割する。これによって、被加熱部と対向する部分の熱膨張と、外周部分の熱膨張とが異なることによる変形や歪みを防ぐことができる。

さらに、耐熱ガラスや石英ガラス等の熱輻射低減材の少なくとも片面に白色セラミックスを焼成する。これによって、加熱された被加熱部からの輻射熱によるワークコイルやワークコイル支持部等の付帯機器の加熱を防いで、温度上昇を抑制することができ、また、低温部であるワークコイルからの輻射熱を抑制し、被加熱部の加熱効率の低下を防ぐことができる。ここで、輻射率の調整材としての白色セラミックスとしては、例えば、酸化チタンを用いることで、安価で、容易にガラス表面に焼成することができる。

本発明の高周波誘導加熱装置によれば、誘導加熱効率の高く、無効電力が少ない１００ｋＨｚから５００ｋＨｚ程度の電源周波数の誘導加熱機構を真空中で使用可能となり、しかも高パワーによる急速加熱が実現できる。これにより、加熱効率の悪いシーズヒータやランプ加熱に代えて、高い加熱効率の誘導加熱を利用することで、投入電力を低減することができ、エネルギー利用効率を向上させることができる。

また、通常、真空室はステンレスやアルミニウムなどの金属材料で製作されるため、従来のシーズヒータやランプ等による加熱では、真空室全体が暖められて、チャンバーに設置されるＯリングや軸受け、ギヤ、真空計、光センサーなどさまざまな部品、機構が熱的な影響を受けることが避けられず、耐熱性のある高額な部品の使用や堅牢な駆動機構と水冷機構を必要としている。

これに対して、誘導加熱によれば、加熱対象物のみを選択的に加熱するため、従来周辺部まで加熱してしまうことで必要とされた冷却機構が不要となり、さらに耐熱性を求めない安価な付帯部品の使用も可能となり、信頼性の向上、保守性の向上、生産性の向上、装置の価格の低減を実現することができる。また、全体の熱容量が少なく加熱温度の精細、高速制御が可能となり、製膜プロセスの信頼性の向上に寄与することができる。

本発明の高周波誘導加熱装置によれば、ワークコイルと被加熱物との空間において、グロー放電の発生を抑制することができる。

また、被加熱物からの熱輻射を抑制し、この熱輻射によってワークコイルや周囲機構が加熱されて温度が上昇することを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３は、本発明の高周波誘導加熱装置の構成を説明するための図であり、図１は高周波誘導加熱装置の概略構成を示すブロック図であり、図２，図３は本発明の高周波誘導加熱装置の構成を説明するための断面図である。

図１において、本発明の高周波誘導加熱装置１は、ワークコイル２０と、基板１００を支持する導電性の平板状のサセプタ７０（被加熱部）とを備え、ワークコイル２０の高周波電流を供給することによってサセプタ（被加熱部）７０に誘導電流を発生させ、この誘導電流によってサセプタ７０を加熱することによって、基板１００を加熱する。高周波誘導加熱装置１は例えば１０００Ｐａ以下の減圧環境で使用される。

ここで、ワークコイル２０は、高周波電源２２からマッチング回路２１を介して高周波電流の供給を受ける。マッチング回路２１は、高周波電源２２とワークコイル２０との間の入力インピーダンス及び出力インピーダンスを整合して、高周波電源２２からワークコイル２０への高周波電流の供給効率を向上させる。なお、高周波電源２２は、例えば、商用電源等の交流電源から取り込む電力を制限する電力制限回路２２ｂ、取り込んだ電力の周波数を例えば、１００ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波に高める高周波発生回路２２ａにより構成することができる。なお、サセプタ７０は支持部６０によって支持される。支持部６０は、例えば、誘電体材料からなる３本以上のアーム部材で構成することができる。

本発明の高周波誘導加熱装置１は、ワークコイル２０と被加熱部を構成するサセプタ７０との間に電界シールド４０を配置し、ワークコイル２０に高周波電流を流すことで発生する電界と磁界について、電界をシールドして磁界のみをサセプタ７０に導き、高周波誘導によってサセプタ７０に誘導電流を流して加熱を行う。

電界シールド４０はサセプタ７０と共にグラウンドに接地して接地電位として、電界シールド４０はサセプタ７０との間に電位差を無くし、電界シールド４０とサセプタ７０との間の空間部８０におけるグロー放電の発生を抑制する。

また、電界シールド４０に接して熱輻射低減材５０を配置する。この熱輻射低減材５０は、耐熱ガラスまたは石英ガラスとすることができる。加熱されたサセプタ７０からは、輻射によって熱が放出される。熱輻射低減材５０は、このサセプタ７０から電界シールド４０やワークコイル２０に向かう熱輻射を低減し、電界シールド４０やワークコイル２０が加熱されることを防ぐ。

また、この熱輻射低減材５０の少なくとも片面には、酸化チタンの白色セラミックスを焼成する。この白色セラミックスは熱輻射を反射し、サセプタ７０からワークコイル２０に向かう熱輻射を抑制する。図２，図３は、高周波誘導加熱装置１の概略断面図である。ここでは、高周波誘導加熱１を真空室９０内に配置した構成を示している。真空室９０は、図示していない排気装置によってチャンバー内を低圧環境とし、低圧環境下において基板１００を加熱処理することができる。

ワークコイル２０は、外部に設けた高周波電源２２から、マッチングボックス２１ａ内に設けたマッチング回路２１（図２，３には示していない）によってインピーダンス整合された後、高周波電力の供給を受ける。このワークコイル２０は、誘電体３０内に充填され、その外装部分のコールド側は接地され、前記したサセプタ７０および電界シールド４０と同電位とする。また、ワークコイル２０の外装部分は冷却管２０ａによって覆い、内部に冷却水を流すことによってワークコイル２０の発熱を冷却することができる。このとき、冷却管２０ａはフィールドスルー２５を介して誘電体３０内に導入する。

ワークコイル２０を囲む誘電体３０は、接地されたアルミニウム等のシールドボックスによって外周を覆い、誘電体の周囲でのグロー放電の発生を抑制する。このシールドボックスはワークコイルが誘起する磁界による誘導加熱作用が起こらない位置に配置される。また、誘電体３０の表面には電界シールド４０が設けられる。この電界シールド４０は、誘電体３０の表面上に形成する構成とする他、シート上に形成した電界シールド４０を誘電体３０に貼り付ける構成としてもよい。また、電界シールド４０に接して熱輻射低減材５０を配置する。

図４は、電界シールド４０の一構成例を示している。この構成例において、ワークコイル２０は、図４中の破線で示すように、中心と周囲との間で渦巻き状に配置して形成される。電界シールド４０は、複数本の配線４０ａと短絡線４０ｂとを備える。複数本の配線４０ａは、互いに交わらないように配置すると共に、何れの位置においてもワークコイル２０の配線と平行とならないように、ワークコイル２０の配線と角度を有するように交差させて配置する。なお、ここで、交差とは、電界シールド４０とワークコイル２０とが積層した状態において重なる方向に見たときに、空間上で交差する状態を表すものであって、電界シールド４０の配線とワークコイル２０の配線が電気的に接触するものではない。

配線４０ａを複数本に分割し、かつ、これらの配線４０ａがワークコイル２０と平行とならないように配線することで、ワークコイル２０に流れる高周波電流によって配線４０ａに渦電流ループが形成されないようにする。配線４０ａに渦電流ループが形成されると、この渦電流によって発熱する他、目的とするサセプタ７０の加熱効率が低下することになる。

また、各配線４０ａを短絡線４０ｂで接続することによって、全ての配線４０ａを同電位とし、この短絡線４０ｂをグランドに接地することによって全ての配線４０ａを接地電位とすることができる。

配線の線幅として例えば０．３ｍｍ〜３ｍｍ、線間として例えば２ｍｍ〜５ｍｍ、厚さとして例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍを用い、短絡線の線幅として例えば１ｍｍ〜４ｍｍ、厚さとして例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍを用いることができる。

電界シールドは、配線を網目構造とすることで電界のシールド効率を高めることができる。図５は網目構造の電界シールドを説明するための図である。

図５（ａ）は、電界シールドの配線１４０を網目構造として一例である。この網目状の形成した配線１４０では、図５（ｂ）に示すように網目構造によって閉ループ１４５が形成される。この閉ループには磁束によって渦電流が流れ、渦電流によって発熱が生じる。なお、図５（ｂ）では、最も小さな閉ループに渦電流が流れる例を示している。

本発明は、上記した閉ループに流れる渦電流による発熱を防ぐために、電界シールドを２枚の電界シールドアンテナを積層するとともに、これら電界シールドアンテナに形成する第１の配線が互いに交差する交差角度を約９０度とする。

図６は本発明の電子シールドの一構成例を説明するための図である。電界シールド４０は、積層する２枚の電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂを有する。各電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂは、複数本の互いに交わらない第１の配線４０Ａａ、４０Ｂａと、これら複数本の第１の配線４０Ａａ、４０Ｂａを接地電位に短絡するそれぞれ１本の第２の配線４０Ａｂ、４０Ｂｂとを備える。さらに、各電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂを積層した際に、第１の配線４０Ａａ、４０Ｂａは互いに約９０度の角度となる位置関係とする。

図６（ｃ）は枚の電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂを積層させた状態を示している。なお、図では電界シールドアンテナ４０Ｂの第１の配線４０Ｂａは破線で示している。

約９０度の角度の角度関係は、厳密に９０°の角度である必要はなく、両第１の配線４０Ａａ、４０Ｂａの角度関係が９０°からずれた際に発生する誘導電流の大きさが予め設定された大きさ内収まる程度の角度の許容範囲を含むものである。この第１の配線４０Ａａと第１の配線４０Ｂａの交差角度に許される、９０度を中心角とする許容設定角度の角度範囲は、発生する誘導電流の大きさ、配線の幅や配線間隔によって変わるものである。

電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂは互いに絶縁した状態で積層させることで、閉ループを形成することなく、電界シールドの配線４０を網目構造の電界シールド４０ＡＢとすることができ、電界のシールド効率を高めることができる。

以下、電界シールド４０の配置について、図７〜図９を用いて説明する。

なお、図７は電界シールド４０をシート上に形成した例を示し、図８は電界シールドをワークコイル２０が設けられた誘電体３０の表面に形成した例を示している。また、図９は、ワークコイル２０、電界シールド４０、および熱輻射低減材５０を積層した状態を示している。

図７において、ワークコイル２０は誘電体３０内に充填される構成、あるいは、少なくとも電界シールド４０と接触する面部分が誘電体３０によって覆われる構成とする。ここで、ワークコイル２０は、端部２０Ａと２０Ｂの間で例えば渦巻き状に配線され、コールド側は電界シールド４０およびサセプタ７０と共に接地されて同電位としている。なお、ここでは、サセプタ７０は誘電体材料からなる支持部６０によって支持されている。

この誘電体３０は、アルミナセラミックス、石英ガラス、耐熱ガラス（パイレックス（登録商標）、テンパックス（登録商標）など）を用いることができる。電界シールド４０との接触面を覆う場合には、例えば、０．７ｍｍ〜１．１ｍｍ程度の薄い材料を使用することで熱衝撃性を向上させることができる。

図７に示す例は、電界シールド４０を高分子材料のシート４５上に形成する例である。ここで、高分子材料は、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、シリコンゴム、エポキシ樹脂から選択した素材とすることができる。

電界シールド４０の配線は、アルミニウム、銀、金、銅又はそれらの複合材料の薄板または箔の導電性材を、高分子材料のシート４５上に粘着剤によって貼り付けて形成する他に、導電性ペーストを塗布またはシルク印刷し、焼成して形成することができる。導電性ペーストをシルク印刷して焼成することによって電界シールドのパターンを形成する場合には、導電性ペーストは、アルミニウム、銀、銅、カーボンまたはそれらの複合材料から選択することができ、例えば、銀または銀カーボンをエポキシなどの溶剤と混ぜた材料を用いることができ、７０℃から２００℃程度の低温で焼成が可能である。このとき、シート４５としては、ＰＥＴなどの安価な材料を用いることができる。

図８に示す例は、電界シールド４０を誘電体３０の表面に形成する例である。電界シールド４０の配線は、高分子材料のシート４５上に形成する場合と同様に、導電性材を誘電体３０上に粘着剤によって貼り付けて形成する他、導電性ペーストを塗布またはシルク印刷し焼成して形成することができる。

図９において、ワークコイル２０が設けられた誘電体３０上に電界シールド４０を設け、さらにこの電界シールド４０上に熱輻射低減材５０を接触させて積層する。この熱輻射低減材５０上には、所定の間隔を開けてサセプタ７０を配置する。基板１００はサセプタ７０上に載置され、ワークコイル２０の高周波誘導によって加熱されたサセプタ７０によって加熱される。

なお、サセプタ７とグラウンドとの接続は、上記した図７〜図９の構成例に示す構成に限らず、支持部６０に導電面を設けると共に導電面をグラウンドに接続する構成とし、サセプタ７は支持部６０上に載置することによって、導電面を介して接地させるようにしてもよい。

図１０は、電界シールドの別の構成例を示す図である。この構成例では、電界シールドの配列パターンは互いに分離して分割した複数の分割パターンを備える。電界シールドは、複数の分割パターンによって配線パターンを構成することにより、各分割パターンが備える接地電位に短絡するための第２の配線に流れる電流量を低減させ、電流飽和による電界シールド効果の低下を回避することができる。

第１の配線と第２の配線とからなる電界シールドを一つの配線パターンで形成した場合には、全ての第１の配線に流れる電流が一本の第２の配線を通って接地に短絡することになるため、第２の配線には大きな電流が流れることになる。第２の配線に流し得る許容電流量はその線幅や厚さによって定まるが、この許容電流量を超える電流が第２の配線に流れようとすると、第２の配線の電流は飽和し、第１の配線に流れる電流が制限されることになる。このように第１の配線に流れる電流が制限されると、電界シールドの効果を十分に発揮することは困難となる。

また、第２の配線の線幅や厚さは、渦電流が発生しない範囲において拡張して大きくすることができ、これによって第２の配線に流れる許容電流量を増やすことができる。しかしながら、渦電流の発生を抑制するには、電源周波数が高いほど配線の線幅を細くし、厚さを薄くする必要があるため、第２の配線の線幅や厚さの拡張には限界があり、やはり第２の配線に流れる電流は制限されることになる。

このような電界シールドの課題を解決するために、電界シールドの配線パターンを複数の分割パターンに分け、各分割パターンの第２の配線に流れる電流量を低減させることによって、第２の配線が電流飽和しないようにし、これによって十分な電界シールド効果を得る。

図１０に示す電界シールド４０は、図６に示した構成と同様に、２枚の電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂを積層して形成される。

ここで、電界シールドアンテナ４０Ａが備える第１の配線４０Ａは、互いに分離して分割した３つの分割パターン４０Ａa1，４０Ａa2，４０Ａa3から構成され、各分割パターン４０Ａa1，４０Ａa2，４０Ａa3には、各分割パターンを接地電位に短絡するために第２の配線４０Ａb1，４０Ａb2，４０Ａb3が設けられている。第２の配線４０Ｂについても同様の構成とすることができる（図１０（ｂ））。さらに、各電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂを積層した際に、第１の配線４０Ａａ、４０Ｂａは互いに約９０度の角度となる位置関係とする。

図１０（ｃ）は枚の電界シールドアンテナ４０Ａ，４０Ｂを積層させた状態を示している。なお、図では電界シールドアンテナ４０Ｂの第１の配線４０Ｂａは破線で示している。

次に、熱輻射低減材５０の構成例について、図１１を用いて説明する。熱輻射低減材５０は、モザイク状に分割した複数のブロックで構成する。図１１では、熱輻射低減材５０を複数のブロック５０ａ〜５０ｅによって構成する例を示している。ここで、ブロック５０ａはサセプタ７０と対向する部分であり、ブロック５０ｂ〜５０ｅはブロック５０ａの外周部分であって、サセプタ７０の対向部分から外れる部分である。ブロック５０ｂ〜５０ｅは、ブロック５０ａの外周部分の各辺に対応して４つに分割する例を示している。

熱輻射低減材５０を複数のブロックに分割してモザイク状に組み合わせることによって、各ブロックの熱膨張の相違による変形や歪みを防ぐことができる。

例えば、ブロック５０ａは加熱されるサセプタ７０と対向するため高温となるのに対して、ブロック５０ｂ〜５０ｅはサセプタ７０の外周部分と対向するため低温となる。そのため、ブロック５０ａの熱膨張とブロック５０ｂ〜５０ｅの熱膨張との間に違いが生じることになるが、各ブロックは分割してモザイク状に組み合わせる構成であるため、この熱膨張の差異はブロック間の隙間で吸収され、各ブロックの熱膨張の相違による変形や歪みを防ぐことができる。なお、熱輻射低減材５０の分割は、図１１の構成例に限られるものではない。

本発明の高周波誘導加熱装置は、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置、エッチング装置、ＭＢＥ装置、蒸着装置などの基板加熱に適用することができる。

本発明の高周波誘導加熱装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の高周波誘導加熱装置の構成を説明するための断面図である。 本発明の高周波誘導加熱装置の構成を説明するための断面図である。 本発明の電界シールドの構成を説明するための図である。 網目構造の電界シールドを説明するための図である。 本発明の電子シールドの一構成例を説明するための図である。 本発明の高周波誘導加熱装置の配置を説明するための図である。 本発明の高周波誘導加熱装置の配置を説明するための図である。 本発明の高周波誘導加熱装置の配置を説明するための図である。 本発明の電界シールドの別の構成例を説明するための図である。 本発明の熱輻射低減材の構成例を説明するための図である。

符号の説明

１…高周波誘導加熱装置、２０…ワークコイル、２１…マッチング回路、２１ａ…マッチングボックス、２２…高周波電源、２２ａ…高周波発生回路、２２ｂ…電力制限回路、２５…フィールドスルー、３０…誘電体、３５…シールドボックス、４０…電界シールド、４０ａ…配線、４０ｂ…接地線、４０Ａ，４０Ｂ…電界シールド、４０Ａａ，４０Ｂａ…配線、４０Ａｂ、４０Ｂｂ…接地線、４０ＡＢ…電界シールド、網目構造、４１Ａ〜４４Ａ…配線，４１Ｂ〜４４Ｂ…短絡線、５０…熱輻射低減材、５０ａ〜５０e…ブロック、６０…支持部、７０…サセプタ（被加熱部）、８０…空間部、９０…真空室、１００…基板、１４０…配線、１４５…閉ループ。

Claims (11)

1. 減圧環境で使用する高周波誘導加熱作用を利用した加熱機構において、
   基板を保持する被加熱部と、
   高周波電力の供給を受け、高周波誘導によって前記被加熱部に誘導電流を流して加熱するワークコイルとを備え、
   前記ワークコイルと前記被加熱部は所定間隔を開けて配置し、
   前記ワークコイルと前記被加熱部との間に電界シールドを設置し、
   前記被加熱部と前記電界シールドとは同電位であり、
   前記電界シールドは積層する２枚の電界シールドアンテナを有し、
   前記各電界シールドアンテナは、複数本の互いに交わらない第１の配線と、前記複数本の第１の配線を接地電位に短絡する１本の第２の配線とを備え、
   各電界シールドアンテナが備える第１の配線は互いに（９０度±許容設定角度）の角度で積層することを特徴とする、請求項１に記載の高周波誘導加熱装置。
2. 前記第１の配線は、各配線を平行に配列して形成されるくし型配列であることを特徴とする、請求項１に記載の高周波誘導加熱装置。
3. 前記電界シールドと前記ワークコイルは積層され、電界シールドの第１の配線は積層方向から見たとき空間上で互いに交差して配置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の高周波誘導加熱装置。
4. 前記ワークコイルは、中心と周囲との間で渦巻き状に配線し、
   前記電界シールドの第１の配線は、互いに交わらない複数本の配線を互いに所定間隔を開けて配置し、
   前記第１の配線の配線方向と前記ワークコイルの渦巻き状配線の配線方向とを異ならせることを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の高周波誘導加熱装置。
5. 前記ワークコイルと前記電界シールドとの間の空間を誘電体で満たすことを特徴とする、請求項１から４の何れか一つに記載の高周波誘導加熱装置。
6. 前記電界シールドを形成する配線は、高分子材料又は誘電体上に形成することを特徴とする、請求項１から５の何れか一つに記載の高周波誘導加熱装置。
7. 前記高分子材料は、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、シリコンゴム、エポキシ樹脂から選択した素材であり、前記誘電体はガラス、セラミックスから選択した素材であることを特徴とする、請求項６に記載の高周波誘導加熱装置。
8. 前記電界シールドの配線は、薄板または箔の導電性材を粘着剤により高分子材料又は誘電体上に貼り付けて形成されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の高周波誘導加熱装置。
9. 前記導電性材は、アルミニウム、銀、金、銅又はそれらの複合材料であることを特徴とする、請求項８に記載の高周波誘導加熱装置。
10. 前記電界シールドの配線は、導電性ペーストを塗布または印刷し、焼成して形成することを特徴とする、請求項１から５の何れか一つに記載の高周波誘導加熱装置。
11. 前記導電性ペーストは、アルミニウム、銀、銀、銅、カーボンまたはそれらの複合材料から選択することを特徴とする、請求項１０に記載の高周波誘導加熱装置。