JPH06290864A

JPH06290864A - 真空加熱処理装置

Info

Publication number: JPH06290864A
Application number: JP5094996A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Sasaki; 良成佐々木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】装置を大型化、複雑化することなく、被処理
体を均一に効率よく加熱することが可能な真空加熱処理
装置を提供する。【構成】本発明の装置は、真空チャンバー１内に、誘
導加熱体５と伝導加熱体４とからなるヒートステージ
（ベースプレート）１２、この近傍に設けられた高周波
誘導加熱用コイル６が配置されてなる。そして、高周波
誘導加熱用コイル６に高周波電力が印加されることによ
り上記ヒートステージ１２が発熱し、この上に載置され
た被処理体が加熱処理される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波誘導加熱方式に
よって加熱処理を行う真空加熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスや光磁気記録
媒体等の製造に用いられる各種成膜装置（蒸着，スパッ
タ，ＣＶＤ）や真空処理装置（ＲＩＥ，プラズマエッチ
ャー，プラズマアッシャー，真空加熱器，真空乾燥器）
等においては、真空状態で加熱処理が行われている。例
えば、成膜がなされる基板を成膜中、或いは成膜前後に
加熱処理することにより、膜の密着性を高めたり、結晶
質，非晶質構造の膜を作成したりすることができる。ま
た、基板表面或いは基板中の不純物質量分析に用いられ
る昇温脱離法の評価技術としても上記真空加熱処理が用
いられている。

【０００３】そして、上記真空加熱処理の方法として
は、伝熱型加熱方式によるものと、放射型加熱方式によ
るものとが一般的である。前者は、ニクロム線等よりな
るヒータ線上に伝導加熱体（熱伝導率の高い金属）を設
け、この伝導加熱体上に配置された被処理体を加熱処理
するものであり、後者は、主に赤外線ランプが用いられ
る光照射加熱であり、被処理体を非接触で簡便に加熱で
きることを特徴とするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】真空加熱処理方法の１
つである伝熱型加熱方式においては、伝導加熱体の熱を
被処理体に伝えて、この被処理帯を加熱処理するもので
あるため、被処理体の大きさによって、上記伝導加熱体
の必要な面積（容積）も異なってくる。例えば、半導体
デバイス製造にこの真空加熱処理方法を用いる場合、被
処理体（半導体デバイス）は、微細化とともに大口径化
が進んでいるため、伝導加熱体も大口径化し、大きな熱
容量（熱負荷）が必要となる。これにともなって、装置
も大型化、複雑化も避けられない。

【０００５】一方、真空熱処理方法のもう１つの例であ
る上記放射形加熱方式は、光照射加熱であるので、被処
理体を非接触で簡便に加熱できる。しかし、赤外線ラン
プからの照射エネルギーは距離の４乗に比例して減衰す
るため、特にバッチ式処理等においては、赤外線ランプ
からの距離の違いによって被処理体間の温度のバラツキ
が生じてしまう。

【０００６】また、薄膜形成装置中で加熱処理を行う場
合、上記赤外線ランプの設置位置が制限されることによ
り均一な加熱ができないこと、赤外線ランプ表面にも薄
膜が付着して放射エネルギーの損失を招いてしまうこと
等の問題がある。さらに、半導体シリコンウエハー等、
赤外線放射を透過する性質があるものを加熱するには、
上記赤外線ランプを用いた加熱方式では効率が悪く、処
理能力（スループット）が制限されてしまう。

【０００７】そこで、本発明はかかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、装置を大型化、複雑化するこ
となく、被処理体を均一に効率良く加熱することが可能
な真空加熱処理装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、被処理体を高周波誘導加熱により真空
下、加熱処理することを特徴とするものである。

【０００９】そして、上記真空加熱処理装置において、
誘導加熱体と伝導加熱体とからなり被処理体を載置する
ベースプレートを有し、このベースプレート近傍に高周
波誘導加熱用コイルが配置されていることを特徴とする
ものである。

【００１０】又は、導電材料よりなる高周波誘導により
自己発熱する被処理体の近傍に、非接触状態で高周波誘
導加熱用コイルが配置されていることを特徴とするもの
である。

【００１１】また、上記ベースプレートを有する真空加
熱処理装置において、誘導加熱体の抵抗率が１０×１０
^-8Ωｍ以上であり、伝導加熱体がＡｌ，Ｃｕ，Ａｇから
選ばれる少なくとも一種からなることを特徴とするもの
である。

【００１２】

【作用】導電性を有し且つある程度の抵抗率を有する材
料（以下、誘導加熱体と称する。）に対して高周波誘導
磁界を印加すると、内部に渦電流が発生し、オーム損に
よって自己発熱が始まる。したがって、かかる誘導加熱
体と伝導加熱体（銅等の熱伝導率の高い金属）とからな
るベースプレート上に被処理体を載置して高周波誘導磁
界を印加すれば、先ず誘導加熱体が発熱し、この熱が伝
導加熱体に伝導し均一に分散して、この伝導加熱体に接
する被処理体に対して熱伝導がなされて熱処理が行われ
る。あるいは、被処理体が導電性を有し、且つある程度
の抵抗率を有する材料からなるものであれば、被処理体
自体の自己発熱により熱処理が行われる。

【００１３】前述の高周波誘導加熱によれば、昇温速度
の速い効率的な真空加熱処理が実現され、さらには高周
波誘導加熱用コイルの形状（コイル径、配管ピッチ、タ
ーン回数等）、誘導加熱体及び伝導加熱体の形状、コイ
ルからの距離等を任意に設定することによって、昇温速
度や温度均一性、あるいは被処理体の特殊な形状に対応
した温度勾配（温度粗密分布）等が制御される。

【００１４】さらに、上記高周波誘導加熱用コイル及び
誘導加熱体は、真空室（真空エリア）内に設置する必要
がないため、真空室の小型化が可能となるとともに真空
装置設計の自由度が広がる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
するが、本発明がこの実施例に限定されるものではな
い。

【００１６】実施例１各種成膜装置や真空処理装置等に付属する真空加熱処理
装置の一構成例を図１に示す。この真空加熱処理装置
は、主に、インライン型の真空チャンバー１、高周波誘
導加熱用コイル６、誘導加熱体５、伝導加熱体４より構
成されてなる。

【００１７】上記真空チャンバー１には、被処理体１０
を搬入、搬出するための搬入ゲート２、搬出ゲート３が
設けられるとともに、各種真空ポンプによって真空チャ
ンバー１内の排気を行うために真空排気口９が設けられ
ている。

【００１８】また、上記高周波誘導加熱用コイル６は、
上記真空チャンバー１内部に配置され、高周波ケーブル
１１を介して、真空チャンバー外部の高周波電源７から
電力が供給されるようになっている。このとき、高周波
誘導加熱用コイル６を保護するため、このコイル６内に
は常温の冷却水８が供給されるようになっている。

【００１９】さらに、この高周波誘導加熱用コイル６の
上方には、適度な間隔をおいて、抵抗率１０×１０^-8Ω
ｍ以上の誘導加熱体５が設けられ、該誘導加熱体５上に
Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇよりなる伝導加熱体４が接触して設け
られている。これら誘導加熱体５と伝導加熱体４は、さ
らにこの上に配置される被処理体１０を加熱処理するた
めのベースプレート（ヒートステージ）１２となってい
る。

【００２０】上述のような真空加熱処理装置を用いて、
以下のようにして真空加熱処理を行った。先ず、被処理
体１０を上記搬入ゲート２から真空チャンバー１内に搬
送し、上記ヒートステージ１２上に配置した。この後、
排気口９より所定の圧力（例えば１Ｐａ以上の高真空）
となるまで排気を行い、さらに、高周波電源７から高周
波誘導加熱用コイル６に高周波電力（例えば１ｋｗ，１
０〜１５ｋＨｚ）を印加した。

【００２１】このとき、上記誘導加熱体５はステンレス
の板等、導電性を有し且つある程度の抵抗率を有する材
料よりなるので、高周波磁界が印加されることにより内
部に渦電流が発生し、オーム損によって自己発熱が始っ
た。さらに、この発熱体に接する伝導加熱体４は銅等の
熱伝導率の高い材料よりなるので、上記誘導加熱体５か
らの熱を均一に伝導分散し、これに載置された被処理体
１０に均一に熱が伝わり加熱処理が行われた。

【００２２】なお、上記高周波誘導加熱用コイル６の配
管パターンとしては、図２に示されるような波状のもの
や、図３に示されるような渦状のもの等が挙げられる。
上記高周波電力によって発生した高周波磁場の密度を可
変させることにより、被処理体１０の加熱効率を改善す
ることができるので、高周波誘導加熱用コイル６の形状
（コイル径、コイルの配管ピッチ、ターン回数）並び
に、高周波誘導加熱用コイル６と誘導加熱体５との距離
等は、適宜調整して用いればよい。

【００２３】例えば、コイルの配管ピッチを部分的に小
さくすることによって、ヒートステージ１２のこれに対
向する部分に与えるエネルギーを大きくしたり、逆にコ
イルの配管ピッチを部分的に大きくして、ヒートステー
ジ１２の対向する部分に与えるエネルギーを小さくした
りすることが可能である。

【００２４】また、被処理体１０の温度制御は、伝導加
熱体をモニターすることによって、そのデータを高周波
電源７にフィードバックし、電源７のＯＮ／ＯＦＦ又は
ＰＩＤによって制御される。これらは、高周波電力パワ
ー、固有周波数の変更により目的に応じた加熱処理がで
き、特に温度均一性とスループットの点において効率的
な真空加熱が可能である。

【００２５】実施例２各種真空処理装置に付属する真空加熱処理装置の他の例
を図４に示す。この真空加熱処理装置は、主に、インラ
イン型の真空チャンバー１、高周波誘導加熱用コイル６
より構成されてなるものである。

【００２６】上記真空チャンバー１には、被処理体１０
を搬入、搬出するための搬入ゲート２、搬出ゲート３が
設けられるとともに、真空チャンバー１上部に真空排気
口９が設けられている。

【００２７】また、上記高周波誘導加熱用コイル６は、
上記真空チャンバー１内に配置され、高周波ケーブル１
１を介して、上記真空チャンバー１外部の高周波電源７
から電力が供給されるようになっている。このとき、高
周波誘導加熱用コイル６を保護するため、このコイル６
内には常温の冷却水８が供給されている。

【００２８】本実施例においては、被処理体１０は導電
体材料よりなり、この被処理体１０をヒートステージを
用いることなく真空加熱処理した。先ず、被処理体１０
を搬入ゲート２から真空チャンバー１内に搬入し、該被
処理体１０と高周波誘導加熱用コイル６との間にヒート
ステージ等を介在させることなく、且つ、両者が非接触
となるように対向させて配置させた。

【００２９】次に、排気口９より排気を行って所定の圧
力（例えば１Ｐａ以上の高真空）に減圧した状態で、高
周波電源７から高周波誘導加熱用コイル６に高周波電力
（例えば１ｋｗ，１０〜１５ｋＨｚ）を印加した。

【００３０】上述のようにして高周波電力が印加される
と、被処理体１０内部には高周波磁場によって誘起され
る渦電流が生じ、これに起因したオーム損によって被処
理体１０が自己発熱する。すなわち、本実施例において
は、ヒートステージを用いずとも、被処理体１０を真空
加熱処理することができる。

【００３１】なお、上記高周波誘導加熱用コイル６の形
状（コイル径、コイルの配管ピッチ、ターン回数）並び
に、高周波誘導加熱用コイル６と誘導加熱体５との距離
等を適宜調整することによって、上記被処理体１０の加
熱効率を調整してやればよい。また、被処理体１０の温
度制御等についても、実施例１と同様にして行えばよ
い。

【００３２】実施例３真空加熱処理装置のさらに他の構成例を図５に示す。こ
の真空加熱処理装置は、主に、インライン型の真空チャ
ンバー１、高周波誘導加熱用コイル６、誘導加熱体５、
伝導加熱体４より構成されてなるものである。

【００３３】上記真空チャンバー１には、被処理体１０
を搬入、搬出するための搬入ゲート２、搬出ゲート３が
設けられるとともに、真空チャンバー１上部に真空排気
口９が設けられている。

【００３４】また、上記誘導加熱体５は抵抗率が１０×
１０^-8Ω以上であり、上記伝導加熱体４はＡｌ，Ｃｕ，
Ａｇから選ばれる少なくとも一種からなるものである。
そして、誘導加熱体５と伝導加熱体４とが積層されてヒ
ートステージ１２を構成するとともに、真空チャンバー
１の底部を形成している。

【００３５】さらに、上記高周波誘導加熱用コイル６は
上記ヒートステージ１２の下方、すなわち上記真空チャ
ンバー１外部に配置されており、高周波ケーブル１１を
介して高周波電源７から電力が供給されるようになって
いる。このとき、高周波誘導加熱用コイル６を保護する
ため、このコイル６内には常温の冷却水８が供給されて
いる。

【００３６】このような構成とすると、上記高周波ケー
ブル１１を真空チャンバー１に貫通させる必要がないた
め、真空チャンバー１の安定性、信頼性が高まる。ま
た、真空チャンバー１の小型化する等、設計の自由度が
広がるとともに、高周波誘導加熱用コイル６の変更も容
易となる。

【００３７】本実施例においては、被処理体１０をヒー
トステージ１２を用いて真空加熱処理した。先ず、被処
理体１０を搬入ゲート２から真空チャンバー１内に搬入
し、上記ヒートステージ１２上に配置した。この後、排
気口９から排気を行い、所定圧力（例えば１Ｐａ以上の
高真空）に減圧した状態で、高周波電源７から高周波誘
導加熱用コイル６に高周波電力（例えば１ｋｗ，１０〜
１５ｋＨｚ）を印加した。

【００３８】ここでは、実施例１同様、誘導加熱体５が
高周波磁界によって自己発熱を起こし、これに接する伝
導加熱体４に熱が均一に分散して、この上に載置された
被処理体１０に真空加熱処理が行われた。

【００３９】なお、本実施例においても、上記高周波誘
導加熱用コイル６の形状（コイル径、コイルの配管ピッ
チ、ターン回数）並びに、高周波誘導加熱用コイル６と
誘導加熱体５との距離等を適宜変更することによって、
被処理体１０の加熱効率を調整してやればよい。また、
被処理体１０の温度制御等についても、実施例１と同様
にして行えばよい。

【００４０】実施例４本実施例では、バッチ式真空蒸着装置に本発明の真空加
熱処理装置を適用した例について説明する。図６に示さ
れるように、上記バッチ式真空蒸着装置は、主に、真空
チャンバー１、誘導加熱体５と伝導加熱体４で構成され
るドーム型キャリア２２、このキャリア２２より一定間
隔離れた位置に配管した高周波誘導加熱用コイル６、蒸
着源１３が入ったルツボ１４よりなる。

【００４１】上記真空チャンバー１は、排気口９より排
気がなされ減圧できるようになっており、加熱処理や蒸
着はこの中で行われる。

【００４２】この真空チャンバー１内に配置されたドー
ム型キャリア２２は、抵抗率１０×１０^-8Ωｍ以上の材
料よりなる誘導加熱体５が外側、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ等よ
りなる伝導加熱体４が内側となるように積層されたもの
である。そして、このさらに内側には、複数個の被処理
体１０（ガラスウェハー等）が配置されるようになって
おり、上記キャリア２２は所定の速度で回転するように
なっている。

【００４３】さらに、上記真空チャンバー１の中には、
上記高周波誘導加熱用コイル６が、ドーム型キャリア２
２の外側から一定間隔離れた場所に配管され、高周波ケ
ーブル１１を介して上記真空チャンバー１外部の高周波
電源７より電力が供給されるようになっている。このと
き、高周波誘導加熱用コイル６を保護するため、このコ
イル６内には常温の冷却水８が供給されるようになって
いる。

【００４４】また、蒸着源１３が入ったルツボ１４は、
抵抗加熱、電子線加熱、高周波加熱等の加熱方式の何れ
か、又は組み合わせたものによって加熱されるようにな
っている。

【００４５】上述のような構成の装置を用いて蒸着を行
った。先ず、ドーム型キャリア２２の内側に被処理体１
０を配置し、排気口９から排気を行い所定圧力に減圧し
た状態で、高周波電源７より高周波誘導加熱用コイル６
に電力が供給された。このとき、ドーム型キャリア２２
は回転させておく。

【００４６】上記ドーム型キャリア２２内の被処理体が
成膜に適する温度に安定した後、蒸着源１３が入ったル
ツボ１４にも加熱を施した。蒸着源１３が加熱され、一
定蒸気圧に達すると蒸着粒子が飛び出し始め、この結
果、ドーム型キャリア２２内の被処理体１０に蒸着膜が
形成された。なお、この間、キャリア２２内の被処理体
１０は、高周波誘導加熱法により、高周波電源の０Ｎ／
ＯＦＦによって成膜条件に適する温度に制御された。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明
は、高周波誘導加熱方式による真空加熱処理装置である
ので、高周波誘導加熱用コイルの形状（コイル径、コイ
ルの配管ピッチ、ターン回数）並びに、高周波誘導加熱
用コイルと誘導加熱体との距離等を任意に変更すること
によって、上記高周波誘導加熱用コイルに流れる電流に
よって発生した磁場密度を可変させることができ、被処
理体の昇温温度や温度均一性、あるいは被処理体の特殊
な形状に対応した温度勾配（温度粗密分布）等が制御で
きる。

【００４８】また、被処理体が導電体であり、且つある
程度の抵抗率を有する材料である場合には、高周波磁界
によって自己発熱を起こすので、誘導加熱体及び伝導加
熱体を介することなく、上記被処理体が加熱処理でき
る。

【００４９】さらに、上記高周波誘導加熱用コイル及び
誘導加熱体は、真空室（真空エリア）内に設置する必要
がないため、真空室の小型化が可能となるとともに真空
装置設計の自由度が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空加熱処理装置の一構成例を示す模
式図である。

【図２】高周波誘導加熱用コイルの配線パターンの一例
を示す模式図である。

【図３】高周波誘導加熱用コイルの配線パターンの他の
例を示す模式図である。

【図４】被処理体が導電性を有し且つある程度の抵抗率
を有する材料である場合の真空加熱処理装置の構成例を
示す模式図である。

【図５】高周波誘導加熱用コイルが真空チャンバーの外
に配置された真空加熱処理装置の構成例を示す模式図で
ある。

【図６】本発明の真空加熱処理装置をバッチ式真空蒸着
装置に適用した例を示す模式図である。

【符号の説明】

１・・・真空チャンバー２・・・搬入口３・・・搬出口４・・・伝導加熱体５・・・誘導加熱体６・・・高周波誘導加熱用コイル７・・・高周波電源８・・・冷却水９・・・排気口１０・・・被処理体１１・・・高周波ケーブル１２・・・ヒートステージ１３・・・蒸着源１４・・・ルツボ２２・・・ドーム形キャリア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を高周波誘導加熱により真空
下、加熱処理することを特徴とする真空加熱処理装置。
【請求項２】誘導加熱体と伝導加熱体とからなり被処
理体を載置するベースプレートを有し、このベースプレ
ート近傍に高周波誘導加熱用コイルが配置されているこ
とを特徴とする請求項１記載の真空加熱処理装置。
【請求項３】導電材料よりなる高周波誘導により自己
発熱する被処理体の近傍に、非接触状態で高周波誘導加
熱用コイルが配置されていることを特徴とする請求項１
記載の真空加熱処理装置。
【請求項４】誘導加熱体の抵抗率が１０×１０^-8Ωｍ
以上であり、伝導加熱体がＡｌ，Ｃｕ，Ａｇから選ばれ
る少なくとも一種からなることを特徴とする請求項２記
載の真空加熱処理装置。