JP5202723B2 - 真空加熱装置、真空加熱処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、スパッタリング処理、蒸着処理、エッチング処理等の、処理対象物を真空雰囲気内で加熱しながら処理する加熱真空処理方法に関し、特に、加熱ランプで処理対象物を加熱する技術に関する。
半導体ウェハや液晶ガラス基板を処理対象物とし、スパッタリングや蒸着によって処理対象物に薄膜を形成したり、又はエッチング等によって処理対象物上の薄膜をパターニングするようなことが行われている。
このような処理をする際、処理対象物は加熱され、加熱真空処理が行われるが、通電によって発熱する抵抗発熱体を加熱装置として用いる他、処理対象物を離れた位置に配置できる加熱ランプが加熱装置として用いられている。
熱伝導率の小さい真空中にあって、輻射を主として処理対象物を加熱するため、加熱ランプは大電流を必要とし、高圧の三相交流電源が低電圧変換されて電力が供給されている。低電圧化は、真空チャンバ内で、電圧が印加される部分と、接地された真空チャンバの槽壁との間の電位差を小さくするという利点もあり、１００Ｖ以下の電位差であれば放電を生じない。
加熱ランプは所定個数を一負荷とされ、三相トランス内の一個の二次巻線から電力が供給されているが、三相交流電源は三個の二次巻線を有しているため、負荷が３の倍数以外の個数の場合、無負荷の二次巻線を有する三相トランスができてしまい、三相交流電源の各相から供給される電流がアンバランスとなり、使用効率が低下するため、大容量の三相トランスが必要となる。
特開平１０−２９４２８５号公報 特開２００２−１９０４５２号公報
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、負荷個数が３の倍数でない場合でも、一次側の負担が少ない真空加熱装置を提供する。
三相トランスは、一次巻線と二次巻線が配置され、磁気結合されたトランスを３個有している。
図８(ａ)の符号２１と同図(ｂ)の符号２２は、３個の単相変成器５５〜５７内の一次巻線５１〜５３がΔ結線された三相トランスとＹ結線された三相トランスをそれぞれ示している。
三相トランス２１、２２の各一次巻線５１〜５３には、二次巻線６１〜６３がそれぞれ一個ずつ磁気結合されている。
本発明には、図８(ａ)の三相トランス２１又は同図(ｂ)の三相トランス２２が複数個用いられている。三相交流電源５０から、それぞれ大きさが同じであるが位相が１２０°異なる交流電圧がＲ相、Ｓ相、Ｔ相から出力され、Δ結線又はＹ結線された三相トランス２１、２２の一次巻線５１〜５３に印加されている。
ここでは、Δ結線又はＹ結線のどちらの三相トランス２１、２２を用いる場合でも、三相トランス２１、２２内の一次巻線５１〜５３の巻数は互いに等しく、また、三相トランス２１、２２内の二次巻線６１〜６３の巻数も互いに等しくされている。
各一次巻線５１〜５３と二次巻線６１〜６３の結合係数も同じであり、従って、一個の三相トランス２１、２２の各二次巻線６１〜６３に同じ大きさの負荷６５が接続されると、その三相トランス２１、２２の３個の一次巻線５１〜５３に同じ値の電流がバランスよく流れるようになっている。
次に、本発明で用いられるスコットトランスを説明する。
図９の符号２３はスコットトランスであり、Ｍ座変成器(主座変成器)（Main Transformer)５８と、Ｔ座変成器(Teaser Transformer)５９とを有している。
Ｍ座変成器５８内にはＭ座一次巻線７１と、Ｍ座一次巻線７１と磁気結合した二次巻線８１が設けられ、Ｔ座変成器５９内にはＴ座一次巻線７２と、Ｔ座一次巻線７２と磁気結合した二次巻線８２とが設けられている。
Ｍ座一次巻線７１では、当該Ｍ座一次巻線７１の巻線の数が半分となる中点６４から配線が取り出されており、Ｔ座一次巻線７２の一端が、その配線によって中点６４に接続されている。
Ｍ座一次巻線７１の両端は、三相交流電源５０のＲ相、Ｓ相、又はＴ相のうちのいずれか一相であって、互いに異なる相の出力端子に接続され、その出力端子から出力される位相の交流電圧が印加されている。
Ｔ座一次巻線７２の他端は、三相交流電源５０のＲ相、Ｓ相、又はＴ相のうちのＭ座一次巻線７１に接続されていない相の出力端子に接続され、その出力端子から出力される位相の交流電圧が印加されている。
上述したように、Ｍ座一次巻線７１の一端と中点６４の間の巻数は、Ｍ座一次巻線７１の両端間の巻線の半分となっており、Ｍ座一次巻線７１の巻数をＭとすると、中点６４とＭ座一次巻線７１の端部との間の巻線の巻数は、どちらの端部との間でもＭ／２である。
この構成では、Ｍ座変成器５８内のＭ座一次巻線７１の両端の交流電圧に対し、Ｔ座変成器５９のＴ座一次巻線７２の両端に発生する交流電圧は、位相差が９０°(又は−９０°)になっており、また、Ｍ座一次巻線７１の両端間の交流電圧を“Ｖ”とすると、Ｔ座一次巻線７２の両端に発生する交流電圧は、Ｖ・(√３)／２(＝Ｖ×１．７３２……／２)の大きさになっている。
Ｍ座変成器５８内の二次巻線８１と、Ｔ座変成器５９内の二次巻線８２との巻数は等しくされており、その巻数を“ｍ”とし、Ｍ座一次巻線７１の巻数を“Ｍ”、Ｔ座一次巻線７２の巻数を“Ｔ”とすると、どちらの二次巻線８１、８２の両端にも同じ交流電圧“ｖ”を誘起するためには、
Ｍ・ｖ ＝ ｍ・Ｖ
Ｔ・ｖ ＝ ｍ・Ｖ・(√３)／２
の二式が成立する必要がある。
これを解くと、Ｔ座一次巻線７２の巻数Ｔは、
Ｔ ＝ ((√３)／２)・Ｍ
となる。
スコットトランス２３では、二次巻線８１、８２に接続された負荷６５で消費する電力の大きさが等しい場合、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相が供給する電流が等しくなり、バランスがよい。
三相トランス２１、２２内とスコットトランス２３内の二次巻線６１〜６３、８１、８２からは、巻数を二分割するセンタータップ(中点)２８が取り出されており、一個の負荷６５を構成する二個のモジュール１６が並列に、二次巻線６１〜６３、８１、８２に接続されている。
一次巻線５１〜５３に供給されたＲ相、Ｓ相、Ｔ相の交流電圧から、二次巻線６１〜６３、８１、８２には１２０度ずつ位相が異なる正弦波の交流電圧が誘起されており、この誘起された電圧が二個のモジュール１６から成る負荷６５に印加されると、負荷６５内の加熱ランプが昇温し、熱線を放出する。
本発明は上記知見に基づいて創作されたものであり、本発明は、三相交流電源が出力する三相交流電圧が入力され、前記三相交流電圧の大きさが変換された交流電圧が二次電圧として出力される電圧変換装置と、並列に通電可能な加熱ランプが所定個数ずつ設けられた複数個の負荷を有し、前記加熱ランプには前記二次電圧が入力され、前記加熱ランプから熱線が放射される真空加熱装置であって、前記電圧変換装置は、Ｙ結線又はΔ結線されて三相交流電圧が印加される三個の一次巻線と、前記一次巻線にそれぞれ磁気結合された三個の二次巻線とを有し、一個の前記二次巻線が一個の前記負荷にそれぞれ電力を供給する三相トランスと、Ｍ座変成器とＴ座変成器とを有し、前記Ｍ座変成器内のＭ座一次巻線の両端は、前記三相交流電圧のうちのいずれか一相であって、互いに異なる一相にそれぞれ接続され、前記Ｔ座変成器内のＴ座一次巻線の一端は、前記Ｍ座一次巻線の巻数を二分割する中点に接続され、他端は前記三相交流電圧のうちの残りの一相に接続され、前記Ｍ座一次巻線に磁気結合された二次巻線と、前記Ｔ座一次巻線に磁気結合された二次巻線とは同じ巻数にされ、前記Ｔ座一次巻線は前記Ｍ座一次巻線の(√３)／２倍の巻数にされたスコットトランスとを有し、複数の前記三相トランスと、一個以上の前記スコットトランスとが用いられ、合計すると負荷の個数Ｎになる３の倍数ｐと２の倍数ｑが選択され、前記３の倍数ｐ個の負荷には前記三相トランスで電力が供給され、前記２の倍数ｑ個の負荷には前記スコットトランスで電力が供給されて前記加熱ランプが発熱するように構成された真空加熱装置である。
また、本発明は、前記負荷は、３の倍数以外の個数が設けられた真空加熱装置である。
また、本発明は、前記負荷は、前記加熱ランプを複数個並列接続した第一モジュールと、前記第一モジュールと同数の前記加熱ランプを並列接続した第二のモジュールとを有し、前記三相トランスと、前記スコットトランス内の前記二次巻線は、巻数を二分割する中点が接地され、前記第一モジュールと前記第二モジュールには、両方向スイッチが接続され、前記第一モジュールと前記両方向スイッチの直列回路と、前記第二モジュールと前記両方向スイッチの直列回路は、前記二次巻線の一端と他端の間に接続された真空加熱装置である。
また、本発明は、並列に通電される加熱ランプが所定個数ずつ設けられた負荷を、３の倍数以外の個数通電して発熱させ、真空雰囲気内で処理対象物を加熱する真空加熱処理方法であって、前記負荷を、３の倍数の個数と２の倍数の個数に分け、三相トランス内の三個の一次巻線をＹ結線又はΔ結線して三相交流電圧を印加し、複数の前記三相トランス内の前記一次巻線にそれぞれ磁気結合させた相互に同一巻数の二次巻線に３の倍数個数の負荷を一つずつ接続し、スコットトランス内のＭ座一次巻線の両端に、前記三相交流電圧のうちの異なる相の交流電圧を印加し、前記Ｍ座一次巻線の巻数を二分割する中点に、前記Ｍ座一次巻線の(√３)／２倍の巻数のＴ座一次巻線の一端を接続し、他端に前記三相交流電圧のうちの残りの相の交流電圧を印加し、一個以上の前記スコットトランス内の前記Ｍ座一次巻線と前記Ｔ座一次巻線とにそれぞれ磁気結合させた相互に同じ巻数の二次巻線に、２の倍数の前記負荷を一つずつ接続して、前記負荷内の前記加熱ランプに通電して発熱させる真空加熱処理方法である。
また、本発明は、室温よりも高温であり、前記処理対象物を昇温させる処理温度よりも低温である変更温度を設定しておき、前記加熱ランプを前記変更温度よりも低温から昇温させるときには、前記加熱ランプが前記変更温度に達するまで、前記二次巻線と前記負荷の間に設けた両方向スイッチは、前記二次巻線に誘起される電圧がピーク電圧に達した後、減少する間に導通させ、ゼロＶになると遮断させる位相制御によって前記加熱ランプを昇温させる真空加熱処理方法である。
また、本発明は、前記加熱ランプが前記変更温度よりも高温になると、前記二次巻線に誘起される電圧がゼロＶからゼロＶの半波長の１８０°の期間、前記両方向スイッチを導通させる導通期間と前記両方向スイッチを遮断させる遮断期間を混在させるサイクル制御によって前記加熱ランプを昇温させる真空加熱処理方法である。
また、本発明は、前記サイクル制御の前記導通期間と前記遮断期間の割合を制御し、前記加熱ランプの温度を前記変更温度よりも高温の処理温度に維持する真空加熱処理方法である。
また、本発明は、前記加熱ランプへの通電が停止され、前記加熱ランプの温度が前記処理温度から低下する際には、前記室温よりも高温の最低温度に達すると、前記サイクル制御によって、前記加熱ランプを昇温させる真空加熱処理方法である。
なお、加熱ランプの場合、１８０度全期間導通している半波と１８０度全期間遮断されている半波とを組み合わせたサイクル制御によって通電量を制御し、処理対象物を所定の処理温度に加熱して加熱真空処理を行うことができる。
しかしながら、加熱真空処理が行われる真空槽内で処理対象物を保持する保持具を含み、それらの他に加熱ランプが室温にある状態でサイクル制御を行うと大きな突入電流が流れてしまい、制御装置や加熱電源が破壊することがある。
それを解決するために、本発明では、真空槽内に処理対象物を搬入し、前記真空槽内で保持具によって処理対象物を保持し、加熱電源が出力する交流電圧を制御装置によって制御して加熱ランプに印加し、前記加熱ランプから熱線を放射させ、真空雰囲気にされた前記真空槽内に配置された前記処理対象物と前記保持具に照射して加熱し、前記処理対象物を真空処理する加熱真空処理方法であって、予め、室温より高い最低温度と、前記最低温度よりも高い処理温度と、前記最低温度と前記処理温度の間の変更温度とを設定しておき、前記処理対象物の温度をセンサによって測定し、前記処理対象物の温度が室温にある場合は、前記処理対象物が前記変更温度に達するまで、１８０度の途中から導通させる半波長の一部を組み合わせた位相制御によって前記加熱ランプの熱線の放射を制御して前記処理対象物を昇温させ、変更温度に達した後は、１８０度全期間導通している半波と１８０度全期間遮断されている半波とを組み合わせたサイクル制御によって前記加熱ランプの熱線の放射を制御して前記処理対象物を昇温させて変更温度以上に昇温させ、前記処理温度にして真空処理を行う加熱真空処理を行うことができる。
また、本発明では、前記処理対象物が前記最低温度よりも高い温度から前記最低温度よりも低い温度に降温したことが前記センサによって測定されると、前記サイクル制御によって前記加熱ランプの熱線の放射を制御して前記処理対象物を昇温させる上記加熱真空処理を行うことができる。
また、前記センサを前記保持具又は前記真空槽に取り付けておき、前記保持具又は前記真空槽の温度を測定して前記処理対象物の温度とする上記いずれかの加熱真空処理を行うことができる。
３個の負荷に電力を供給する三相トランスと、１個又は２個の負荷に電力を供給するスコットトランスを組み合わせることにより、無負荷の二次巻線が無くなるので、一次側の巻線の負担は大きくならない。
二次巻線の中点が接地されたので、大きな電圧が発生せず、真空槽内で放電が発生することがない。
位相制御とサイクル制御を併用する場合、加熱ランプの温度が低く、低抵抗の場合に位相制御によって加熱することができ、次いで、サイクル制御に移行できるのでノイズが生じない。
本願発明が適用される成膜装置を説明するための図 モジュールと処理対象物の位置関係を説明するための図 加熱ランプ 加熱ランプに電圧を印加するブロック図 加熱ランプの温度を示すグラフ (ａ)、(ｂ)：位相制御 (ｃ)〜(ｅ)：サイクル制御 本発明の真空加熱装置 (ａ)：Δ結線の三相トランス (ｂ)：Ｙ結線の三相トランス スコットトランス
２……真空加熱装置
７……処理対象物
１５……加熱ランプ
２１、２２……三相トランス
２３……スコットトランス
５０……三相交流電源
５１〜５３……三相トランス内の一次巻線
５５〜５７……単相変成器
５８……Ｍ座変成器
５９……Ｔ座変成器
４２、６１〜６３、８１、８２……二次巻線
７１……Ｍ座一次巻線
７２……Ｔ座一次巻線
図１の符号１は成膜装置であり、搬入室１１と、加熱室１２と、処理室１３と、搬出室１４とを有している。
各室１１〜１４は、真空槽１５１〜１５４を有しており、各真空槽１５１〜１５４には真空排気系１２１〜１２４が接続され、それぞれ個別に真空排気できるようにされている。
この成膜装置１では、真空雰囲気中で、半導体基板や液晶ガラス基板等の処理対象物を加熱室１２の真空槽１５２内で加熱した後、処理室１３の真空槽１５３内で表面に薄膜を形成するようになっている。
そのような加熱真空処理方法を説明すると、先ず、予め加熱室１２の真空槽１５２内と処理室１３の真空槽１５３内を真空排気しておき、搬入室１１の真空槽１５１内に処理対象物を搬入した後、搬入室１１の真空槽１５１を真空排気し、搬入室１１と加熱室１２の真空槽１５１、１５２を接続し、処理対象物を真空雰囲気中で移動させ、加熱室１２の真空槽１５２内に搬入する。
加熱室１２の真空槽１５２内では、加熱ランプ１５が天井側と底面側に複数個ずつ配置されており、天井側と底面側の加熱ランプ１５の間の位置に処理対象物を保持する保持具１８が配置されている。搬入された処理対象物は保持具１８に保持させる。
図１の符号７は、処理対象物であり、加熱ランプ１５は処理対象物７の表面側と裏面側に平行に配置されている。
加熱ランプ１５の構成は図３に示す。加熱ランプ１５は細長いガラス管３１と、ガラス管３１内に配置されたフィラメント３２を有しており、細長いガラス管３１の両端には個別電極３３が配置され、フィラメント３２の両端は個別電極３３に結線されている。
図４に示すように、複数の規定本数(ここでは４本)の加熱ランプ１５の一個あたり二個の個別電極３３、３３は、一方の共通電極３４と他方の共通電極３４にそれぞれ結線され、規定本数の加熱ランプ１５は並列に接続されてモジュール１６が構成されている。
このモジュール１６は加熱室１２内に複数配置されており、複数本配置された加熱ランプ１５と処理対象物７の位置関係は図２に示す。加熱ランプ１５によって処理対象物７の両面又は片面が覆われるように複数のモジュール１６が配置されている。
図７の符号２は、本発明の真空加熱装置の一例のブロック図を示している。符号４は、処理対象物７の両面又は片面に配置された加熱ランプ１５から成る加熱体４である。
真空加熱装置２は、電圧変換装置３を有しており、三相交流電源５０から電圧変換装置３内の一次巻線に供給される三相電圧(Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相)を変換し、一次巻線と磁気結合した二次巻線から加熱体４に二次電圧が出力され、電力が供給される。Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電圧は１２０°ずつ位相が異なっている。
各モジュール１６の加熱ランプ１５の本数は同一であり、モジュール１６は、二個を一個の負荷として一個の負荷６５が一個の二次巻線に接続されている。
従って、加熱体４を構成する加熱ランプ１５の個数は、(負荷の個数)×２×(一個のモジュールの加熱ランプの個数)となっている。図７の符号５、６は、３相交流電源５０と電圧変換装置３とを接続する配線と、電圧変換装置３と加熱体４とを接続する配線を模式的に示したものである。
電圧変換装置３の内部には、図８(ａ)、(ｂ)に示した三相トランス２１、２２を一個以上と、図９に示したスコットトランス２３が一個以上設けられている。
加熱体４に含まれる負荷６５の個数が３ｎ個の場合、ｎ個の三相トランス２１、２２を用いればスコットトランス２３は不要であるが、負荷６５の個数が(３ｎ＋２)個の場合は、ｎ個の三相トランス２１、２２と、１個のスコットトランス２３を用いると、負荷６５が接続されない二次巻線は出現しない。ｎ個の三相トランス２１、２２の中から、２の倍数の個数の三相トランス２１、２２を、３の倍数の個数のスコットトランス２３に交換することができ、スコットトランス２３を１個以上３個刻みで配置することができる。
また、負荷６５の個数が(３ｎ＋１)個の場合は、(ｎ−１)個の三相トランス２１、２２と、２個のスコットトランス２３を用いると、負荷６５が接続されない二次巻線は出現しない。
この負荷６５の個数が(３ｎ＋１)個の場合は、(ｎ−１)個の三相トランス２１、２２の中から、２の倍数の個数の三相トランス２１、２２を、３の倍数の個数のスコットトランス２３に交換することができるから、スコットトランス２３を２個以上３個刻みで配置できることになる。
要するに、負荷６５の個数Ｎを３の倍数ｐと２の倍数ｑに分け(Ｎ＝ｐ＋ｑ)、３の倍数の個数ｐの負荷６５をその１／３の個数(ｐ／３)の三相トランス２１、２２の二次巻線(ｐ個)に接続し、２の倍数の個数ｑの負荷６５をその半分の個数(ｑ／２)のスコットトランス２３の二次巻線(ｑ個)に接続すればよい。
この場合、複数の負荷６５に通電する複数の三相トランス２１、２２は、Δ結線の三相トランス２１とＹ結線の三相トランス２２の両方が含まれていてもよく、Δ結線だけの場合と、Ｙ結線だけの場合と、Δ結線とＹ結線が混在する場合とも、二次巻線に同じ大きさの交流電圧が誘起されればよい。また、スコットトランス２３の二次巻線８１、８２にも、三相トランス２１、２２と同じ大きさの交流電圧が誘起されればよい。
図４の符号４１は、三相トランス２１、２２内の一次巻線５１〜５３と、Ｍ座一次巻線７１と、Ｔ座一次巻線７２とを示しており、符号４２は、それらの一次巻線と磁気結合した、三相トランス２１、２２内の二次巻線６１〜６３とスコットトランス２３内の二次巻線８１、８２を示している。
負荷６５内には、二個の制御装置１７が設けられている。
制御装置１７は、両方向スイッチ４３をそれぞれ有しており、各両方向スイッチ４３は、モジュール１６にそれぞれ直列接続され、直列回路４９が形成されている。
二個の直列回路４９は、二次巻線４２の両端の間に接続されている。
ここでは、二次巻線４２の両端は、互いに異なる制御装置１７を介して、一台のモジュール１６の一方の共通電極３４にそれぞれ接続されており、各モジュール１６の他方の共通電極３４は、各モジュール１６が制御装置１７を介して接続された端子とは反対側の二次巻線４２の端子に結線されている。
二次巻線４２に誘起された電圧が、モジュール１６と制御装置１７との直列回路４９に印加される。
二次巻線４２のセンタータップ(二次巻線４２の中央部分)２８は、接地電位に接続されている。
センタータップ２８の電圧は、二次巻線４２の両端の間の電圧の１／２の電圧であり、接地電位であるから、従って、二次巻線４２の両端に電圧ｖが誘起されたときには、二次巻線４２の一端は＋ｖ／２の電位になり、他端は−ｖ／２の電位なる。従って、真空槽槽壁と二次巻線４２の間の電圧は、両端間の電圧の半分に低減される。
制御装置１７内には両方向スイッチ４３が設けられており、交流電圧中の任意の位相で導通することができる。この両方向スイッチ４３が導通する間は、加熱ランプ１５の両端には、二次巻線４２の両端に発生した電圧が印加される。
加熱室１２の真空槽１５２は接地電位に接続されており、加熱ランプ１５や制御装置１７と真空槽１５２の間には、大きさが交流ｖのピーク電圧は発生せず、最大でもその±（１／２）倍の電位差であるので、真空槽１５２と加熱ランプ１５等の間に放電が発生しない。
両方向スイッチ４３の動作を説明すると、両方向スイッチ４３は、二個のサイリスタ４５ａ、４５ｂが逆方向に向けて並列に結線されて構成されており、制御装置１７内には、両方向スイッチ４３を構成する二個のサイリスタ４５ａ、４５ｂのゲート端子に結線されたスイッチコントローラー４４がそれぞれ設けられている。
スイッチコントローラー４４は、ゲート端子に電流を流し(ゲート端子に電流を流入させるか、又はゲート端子から電流を流出させる)、ゲート端子に電流が流れたサイリスタ４５ａ、４５ｂのアノード端子とカソード端子の間を導通させ、アノード端子からカソード端子に向けて電流を流させる。
二次巻線４２の制御装置１７に結線された端部は、両方向スイッチ４３のアノード端子とカソード端子が結線された部分に結線されている。他方、両方向スイッチ４３の反対側のアノード端子とカソード端子が結線された部分は、加熱ランプ１５の共通電極３４に結線されている。
加熱ランプ１５は導通したサイリスタ４５ａ、４５ｂを介して二次巻線４２に接続されると、各加熱ランプ１５には、二次巻線４２の両端に誘起された電圧が印加され、各モジュール１６内の加熱ランプ１５のフィラメント３２に電流が流れる。
この電流によりフィラメント３２が加熱され、高温になると熱線(赤外線)が放射され、処理対象物７に照射される。この熱線により、処理対象物７の温度が上昇する。
保持具１８の近くにはセンサ１９が取り付けられており、各モジュール１６の加熱ランプ１５から熱線が放出されると、保持具１８の温度が上昇するようになっている。センサ１９によってその温度変化が感知される。
保持具１８の温度と、保持具１８が保持する処理対象物７の温度はほぼ同じであり、センサ１９によって保持具１８の温度が検出され、温度測定器２０によって温度が求められると、センサ１９が検出した保持具１８の温度が処理対象物７の温度とされ、スイッチコントローラー４４が両方向スイッチ４３を下記のように制御する。
図５の符号Ｌの折線は、加熱室１２内部で加熱した処理対象物７の温度(縦軸)と時間(横軸)の関係を示しており、先ず、加熱室１２内に配置された処理対象物７を、処理室１３で維持される温度と同程度の温度であって、室温(室温は３００Ｋとする)よりも高い処理温度ｄまで上昇させ、加熱室１２の後段の処理室１３内で、処理温度ｄを維持したまま成膜等の真空処理が行われる。
成膜装置１の使用が停止されていて、加熱室１２の真空槽１５２や保持具１８が室温ａ(図５)にある状態では、先ず、処理対象物７を加熱室１２内に搬入する前、又は搬入した後に、加熱室１２の真空槽１５２や保持具１８を処理温度ｄまで上昇させる。
制御装置１７による加熱ランプ１５への通電方法は、二次巻線４２に生じた交流電圧のゼロＶとゼロＶの間の半波長の期間を１８０度とすると、両方向スイッチ４３内の電流が流れる方のサイリスタ４５ａ、４５ｂ(又は両方のサイリスタ)を１８０度の間全部導通させ、その間に加熱ランプ１５に電圧を印加する交流電圧の半波長と、電流が流れるサイリスタ４５ａ、４５ｂ(又は両方のサイリスタ)を１８０度の全期間遮断させ、その間には加熱ランプ１５に電圧を印加しない交流電圧の半波長とを組み合わせるサイクル制御により加熱ランプ１５に電流を流す。又は、半波長の途中から両方向スイッチ４３内の電流が流れる方のサイリスタ４５ａ、４５ｂ(又は両方のサイリスタ)を、二次巻線４２に生じた交流電圧の半波長の１８０度の途中から導通させ、そのように半波長の一部の期間を組み合わせる位相制御を行う。いずれの制御も行うことができる。
サイクル制御によって二次巻線４２の交流電圧の半波長が加熱ランプ１５に印加されると、半波長の中央位置の電圧は加熱ランプ１５に必ず印加される。
半波長の中央位置の電圧は、交流電圧のうちの最も大きいピーク電圧であるため、加熱ランプ１５が室温であり、フィラメント３２の抵抗値が低い場合、ピーク電圧が印加されると突入電流が発生してしまう。
そこで、加熱ランプ１５を室温から昇温させる場合、１８０度中でピーク電圧よりも後の位置で両方向スイッチ４３を導通させ(両方向スイッチ４３内の電流が流れる方のサイリスタ４５ａ、４５ｂ、又は両方のサイリスタ４５ａ、４５ｂを導通させ)、その後の交流電圧がゼロＶの時に（自動的に)遮断する位相制御方法によって加熱ランプ１５に電流を流すと突入電流が生じない。
このような位相制御方法の場合に、加熱ランプ１５に電圧を印加する期間を長くしてゆくと、加熱ランプ１５の温度は上昇する。図６(ａ)、(ｂ)の符号ｖは、二次巻線４２に誘起される正弦波の交流電圧であり、ｓ1、ｓ2は、位相制御を行っている際に、それぞれ加熱ランプ１５に印加された電圧期間である。ｓ1＜ｓ2である場合は、交流電圧ｖが短い期間ｓ1中に加熱ランプ１５に印加されている場合よりも、長い期間ｓ2中に印加されている場合の方が、加熱ランプ１５は高温になる。
しかし、二次巻線４２に電圧が生じているとき導通するため、ノイズが発生してしまう。
そのため、加熱ランプ１５への電圧印加を、位相制御からサイクル制御に変更する必要がある。
処理温度ｄより低く、室温ａよりも高い変更温度ｃが、加熱ランプ１５が昇温する場合に位相制御からサイクル制御に移行する温度として予め設定されており、加熱ランプ１５の温度が位相制御によって上昇し、室温ａから昇温し、変更温度ｃに達したことがセンサ１９によって検出されたら、位相制御を終了させ、サイクル制御によって導通と遮断の半波長を組み合わせ、導通する半波長の割合を増やしてゆくことで加熱ランプ１５の温度を上昇させる。例えば、図６(ｃ)は導通期間が４０％であり、同図(ｄ)は６０％であり、同図(ｄ)の方が熱線の放射量が多い。
図５に示されるように、時刻ｔ0で位相制御により室温ａにある加熱ランプ１５の昇温が開始され、時刻ｔ1で変更温度ｃになってサイクル制御に変わり、時刻ｔ2で処理温度ｄに達している。
加熱室１２内に処理対象物７が配置されていなかった場合、処理温度ｄに達したことがセンサ１９によって検出されたときに、加熱室１２内に処理対象物７が搬入される。
この場合、加熱室１２内に搬入される処理対象物７の温度は室温ａであるから、周囲の保持具１８や真空槽１５２の温度は低下する。
従って、加熱室１２の真空槽１５２の温度や保持具１８の温度をセンサ１９によって検出すると、その温度は処理温度ｄよりも低くなっているので、サイクル制御の導通半波長の割合を増やし、処理温度ｄに復帰させる。処理温度ｄよりも高くなると、導通半波長の割合を減少させる。
次に、加熱室１２内への処理対象物７の搬入が長期間停止されると、加熱ランプ１５への通電が停止される。この通電が停止された時刻ｔ3から、保持具１８や真空槽１５２の温度が低下し、センサ１９の検出する温度が低下してゆく。
室温ａよりも高いが変更温度ｃよりも低い最低温度ｂが予め設定されており、処理対象物７や他の部材である保持具１８や真空槽１５２の温度降下により、センサ１９が検出する温度が最低温度ｂに達すると、その時刻ｔ4でサイクル制御を再開し、処理温度ｄに戻し(時刻ｔ5)、加熱ランプ１５から熱線を放射させる。例えば、図６（ｅ）のように、１００％の導通にすることもできる。
加熱ランプ１５が最低温度ｂにあっても、加熱ランプ１５のフィラメント３２の抵抗値は室温ａの状態よりも高いため、突入電流は発生しない。
なお、加熱室１２内で処理温度ｄに昇温された処理対象物７は真空雰囲気中を移動して処理室１３に搬入され、処理室１３内に配置されたヒータ２５の表面に配置され、ヒータ２５の発熱によって処理温度ｄが維持されながら、処理室１３内のターゲット２６がスパッタリングされ、処理対象物７の表面に薄膜が形成される。
薄膜が形成された処理対象物７は、真空雰囲気にされた搬出室１４に移行され、処理室１３との間が閉じられ、搬出室１４の真空槽１５４内に大気が導入され、処理対象物７が大気中に取り出される。
なお、制御装置１７がサイクル制御の動作をする場合、一次、二次巻線４１、４２に、正電圧の半波長期間だけ連続して電流が流れるか、又は、負電圧の半波長期間だけ連続して電流が流れる場合には、一次、二次巻線４１、４２に正又は負の同一方向の電流しか流れず、同一方向の磁束しか生じないため、コイルが焼損する恐れがある。
従って、本発明の制御装置１７は、正電圧の半波長期間と負電圧の半波長期間で交互に導通し、正負の交流電流が一次、二次巻線４１、４２に流れるように動作して、コイルが焼損しないようになっている。
上記実施例では、真空処理として、スパッタリングによる成膜処理を説明したが、スパッタリングではなく、ＣＶＤや蒸着の他の成膜処理も真空処理に含まれる。また、エッチング等の成膜処理でない処理や、加熱室１２で行うアニール処理についての真空処理も含まれる。
更にまた、上記実施例ではセンサ１９が保持具１８の近くに取り付けられ、保持具１８の温度を処理対象物７の温度としていたが、処理対象物７の温度を直接測定することや、真空槽の温度を測定して処理対象物７の温度とすることもできる。
なお、上記例では、負荷６５の個数Ｎを３の倍数ｐと２の倍数ｑに分けたときに(Ｎ＝ｐ＋ｑ)、三相トランス２１、２２はｐ／３個、スコットトランス２３はｑ／２個用いたが、二次巻線の出力電圧が三相トランス２１、２２の二次巻線の二倍以上の整数倍のスコットトランスを用い、その二次巻線には整数倍数個直列にした負荷を接続することで、１個のスコットトランスを整数倍個数のスコットトランスとして用いることができる。その結果、三相トランスやスコットトランス等のトランスの個数を少なくすることができる。出力電圧ではなくスコットトランスの二次巻線の出力電流を二倍以上の整数倍にして、その二次巻線に整数倍個数の負荷を並列接続させても、一個のスコットトランスを整数倍個数のスコットトランスとして用いることができる。
要するに、Ｎ個の負荷に対し、Ｎ個中の３の倍数ｐの個数の負荷には三相トランスで電力を供給し、２の倍数ｑの個数の負荷にはスコットトランスで電力を供給すればよい。Ｎが大きい場合、一個のＮに対してｐとｑの組み合わせは複数ある。Ｎは３の倍数であってもよく、ｑ＝０の場合の他、３の倍数でもあるｑが選択されてもよい。
スコットトランスの二次巻線の出力電流を整数倍にして、整数倍個数の負荷を並列接続させれば、その二次巻線の中点を接地して低電圧化することができる。

Claims (8)

  1. 三相交流電源が出力する三相交流電圧が入力され、前記三相交流電圧の大きさが変換された交流電圧が二次電圧として出力される電圧変換装置と、
    並列に通電可能な加熱ランプが所定個数ずつ設けられた複数個の負荷を有し、
    前記加熱ランプには前記二次電圧が入力され、前記加熱ランプから熱線が放射される真空加熱装置であって、
    前記電圧変換装置は、
    Ｙ結線又はΔ結線されて三相交流電圧が印加される三個の一次巻線と、前記一次巻線にそれぞれ磁気結合された三個の二次巻線とを有し、一個の前記二次巻線が一個の前記負荷にそれぞれ電力を供給する三相トランスと、
    Ｍ座変成器とＴ座変成器とを有し、前記Ｍ座変成器内のＭ座一次巻線の両端は、前記三相交流電圧のうちのいずれか一相であって、互いに異なる一相にそれぞれ接続され、前記Ｔ座変成器内のＴ座一次巻線の一端は、前記Ｍ座一次巻線の巻数を二分割する中点に接続され、他端は前記三相交流電圧のうちの残りの一相に接続され、前記Ｍ座一次巻線に磁気結合された二次巻線と、前記Ｔ座一次巻線に磁気結合された二次巻線とは同じ巻数にされ、前記Ｔ座一次巻線は前記Ｍ座一次巻線の(√３)／２倍の巻数にされたスコットトランスとを有し、
    複数の前記三相トランスと、一個以上の前記スコットトランスとが用いられ、
    合計すると負荷の個数Ｎになる３の倍数ｐと２の倍数ｑが選択され、
    前記３の倍数ｐ個の負荷には前記三相トランスで電力が供給され、
    前記２の倍数ｑ個の負荷には前記スコットトランスで電力が供給されて前記加熱ランプが発熱するように構成された真空加熱装置。
  2. 前記負荷は、３の倍数以外の個数が設けられた請求項１記載の真空加熱装置。
  3. 前記負荷は、前記加熱ランプを複数個並列接続した第一モジュールと、前記第一モジュールと同数の前記加熱ランプを並列接続した第二のモジュールとを有し、
    前記三相トランスと、前記スコットトランス内の前記二次巻線は、巻数を二分割する中点が接地され、前記第一モジュールと前記第二モジュールには、両方向スイッチが接続され、
    前記第一モジュールと前記両方向スイッチの直列回路と、前記第二モジュールと前記両方向スイッチの直列回路は、前記二次巻線の一端と他端の間に接続された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の真空加熱装置。
  4. 並列に通電される加熱ランプが所定個数ずつ設けられた負荷を、３の倍数以外の個数通電して発熱させ、真空雰囲気内で処理対象物を加熱する真空加熱処理方法であって、
    前記負荷を、３の倍数の個数と２の倍数の個数に分け、
    三相トランス内の三個の一次巻線をＹ結線又はΔ結線して三相交流電圧を印加し、複数の前記三相トランス内の前記一次巻線にそれぞれ磁気結合させた相互に同一巻数の二次巻線に３の倍数個数の負荷を一つずつ接続し、
    スコットトランス内のＭ座一次巻線の両端に、前記三相交流電圧のうちの異なる相の交流電圧を印加し、
    前記Ｍ座一次巻線の巻数を二分割する中点に、前記Ｍ座一次巻線の(√３)／２倍の巻数のＴ座一次巻線の一端を接続し、他端に前記三相交流電圧のうちの残りの相の交流電圧を印加し、
    一個以上の前記スコットトランス内の前記Ｍ座一次巻線と前記Ｔ座一次巻線とにそれぞれ磁気結合させた相互に同じ巻数の二次巻線に、２の倍数の前記負荷を一つずつ接続して、前記負荷内の前記加熱ランプに通電して発熱させる真空加熱処理方法。
  5. 室温よりも高温であり、前記処理対象物を昇温させる処理温度よりも低温である変更温度を設定しておき、
    前記加熱ランプを前記変更温度よりも低温から昇温させるときには、前記加熱ランプが前記変更温度に達するまで、前記二次巻線と前記負荷の間に設けた両方向スイッチは、前記二次巻線に誘起される電圧がピーク電圧に達した後、減少する間に導通させ、ゼロＶになると遮断させる位相制御によって前記加熱ランプを昇温させる請求項４記載の真空加熱処理方法。
  6. 前記加熱ランプが前記変更温度よりも高温になると、前記二次巻線に誘起される電圧がゼロＶからゼロＶの半波長の１８０°の期間、前記両方向スイッチを導通させる導通期間と前記両方向スイッチを遮断させる遮断期間を混在させるサイクル制御によって前記加熱ランプを昇温させる請求項５記載の真空加熱処理方法。
  7. 前記サイクル制御の前記導通期間と前記遮断期間の割合を制御し、前記加熱ランプの温度を前記変更温度よりも高温の処理温度に維持する請求項６記載の真空加熱処理方法。
  8. 前記加熱ランプへの通電が停止され、前記加熱ランプの温度が前記処理温度から低下する際には、前記室温よりも高温の最低温度に達すると、前記サイクル制御によって、前記加熱ランプを昇温させる請求項７記載の真空加熱処理方法。
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