KR101258052B1

KR101258052B1 - Induction heating unit

Info

Publication number: KR101258052B1
Application number: KR1020130016933A
Authority: KR
Inventors: 준야 미야타; 나오키 우치다
Original assignee: 미쯔이 죠센 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2013-04-24
Also published as: JP2013168551A; CN103260279B; JP5127987B1; CN103260279A

Abstract

PURPOSE: An induction heating unit is provided to prevent the damage to a metal layer by maintaining temperature distribution by the self heating of a wafer even when the metal layer is formed on the surface of the wafer. CONSTITUTION: One susceptor(18) faces one main surface of a wafer(16). The other susceptor(20) faces the other main surface of the wafer. One induction heating coil unit(22a-22f) is arranged in the back side of the wafer. The other induction heating coil unit(24a-24f) is symmetrical to the induction heating coil unit. A power supply unit(14) supplies power whose phase is opposite to the phase of current. [Reference numerals] (AA) Zone 1; (BB) Zone 2; (CC) Zone 3; (DD) Zone 4; (EE) Zone 5; (FF) Zone 6;

Description

Induction Heating Unit {INDUCTION HEATING UNIT}

본 발명은 유도가열 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 기판을 싱글 웨이퍼 처리하는 경우에 적합한 유도가열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an induction heating apparatus, and more particularly, to an induction heating apparatus suitable for processing a single wafer of a semiconductor substrate.

싱글 웨이퍼형 반도체를 열처리하는 유도가열 장치로는, 반도체 기판면 내에서의 온도 분포를 높은 정밀도로 제어하는 것을 목적으로 하여, 본원 출원인은 특허문헌 1에 개시되어 있는 것과 같은 것을 제안하고 있다.As an induction heating apparatus for heat treatment of a single wafer type semiconductor, the applicant of the present application proposes the same as disclosed in Patent Document 1 for the purpose of controlling the temperature distribution in the semiconductor substrate surface with high accuracy.

특허문헌 1에 개시되어 있는 유도가열 장치의 개요는 다음과 같다. 원환형상으로 형성한 복수의 유도가열 코일을 인접 배치하고 개개의 가열 존으로서 가열 범위가 정해진 가열 코일별로 투입하는 전력의 제어를 가능하게 한다. 유도가열 코일의 상면에는 발열체로서의 서셉터를 배치하고, 서셉터의 상면에 피가열물로서의 웨이퍼를 배치한다.The outline of the induction heating apparatus disclosed in Patent Document 1 is as follows. A plurality of induction heating coils formed in an annular shape are disposed adjacent to each other and control of electric power to be input for each heating coil having a heating range defined as individual heating zones is possible. A susceptor as a heating element is disposed on the upper surface of the induction heating coil, and a wafer as a heated object is disposed on the upper surface of the susceptor.

이러한 구성의 유도가열 장치에 의하면, 상호유도의 영향을 피하면서 인접 배치된 복수의 유도가열 코일에 투입하는 전력을 개별적으로 제어하는 것이 가능해진다. 따라서, 웨이퍼의 면내 온도 분포를 높은 정밀도로 균일하게 혹은 임의의 온도 경사를 가지도록 가열 제어하는 것이 가능해진다.According to the induction heating apparatus of such a configuration, it is possible to individually control the electric power to be input to a plurality of induction heating coils arranged adjacent to each other while avoiding the influence of mutual induction. Therefore, it becomes possible to heat-control the in-plane temperature distribution of the wafer so as to have high accuracy uniformly or to have an arbitrary temperature gradient.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2009-239098호Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-239098

특허문헌 1에 개시되어 있는 유도가열 장치에 의하면, 급속 가열이 가능해지고 웨이퍼의 면내 온도 분포 제어가 가능해진다.According to the induction heating apparatus disclosed in Patent Literature 1, rapid heating is enabled, and in-plane temperature distribution control of the wafer can be performed.

한편, 급속 가열에 대한 요망이 더욱 가속된 경우, 웨이퍼의 표리면 사이에서 온도차가 생겨 웨이퍼가 휘어지거나 할 가능성이 있다. 이를 해소하는 방법으로, 웨이퍼를 한 쌍의 서셉터 사이에 끼워 웨이퍼를 표리 양면에서 가열하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 이 경우도 표리면의 가열 제어를 각각 독립적으로 행한 경우에는, 웨이퍼 표리면의 온도 분포가 제각각이 되는 경우가 있다. 또한, 표면에 금속막 등이 붙어 있는 웨이퍼를 가열하는 경우에는 누설자속의 영향으로 인해 웨이퍼 자체가 유도가열되어 웨이퍼 전체적으로 가열 균형이 깨져 버리거나 금속막이 타서 손상될 우려가 있다.On the other hand, when the demand for rapid heating is further accelerated, there is a possibility that a temperature difference occurs between the front and back surfaces of the wafer and the wafer may bend. As a method of eliminating this, a method can be considered in which a wafer is sandwiched between a pair of susceptors and the wafer is heated on both sides. However, also in this case, when the heating control of the front and back surfaces is performed independently of each other, the temperature distribution of the front and back surfaces of the wafer may be different. In addition, when a wafer having a metal film or the like adhered to the surface thereof is heated, the wafer itself is inductively heated due to the influence of the leakage magnetic flux, and thus, the heat balance may be broken throughout the wafer or the metal film may burn and be damaged.

그래서 본 발명에서는 피가열물인 웨이퍼 표리면에서 온도차가 생기지 않게 하고, 웨이퍼 표면에 금속막 등이 형성되어 있는 경우에도 웨이퍼 자체의 발열에 의해 온도 분포에 불균형이 생기거나 금속막이 타서 손상되는 일을 없앨 수 있는 유도가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, in the present invention, the temperature difference does not occur on the front and back surfaces of the wafer to be heated, and even when a metal film or the like is formed on the wafer surface, an unbalance in the temperature distribution occurs due to heat generation of the wafer itself, or the metal film burns and is damaged. It is an object of the present invention to provide an induction heating apparatus that can be used.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관련된 유도가열 장치는, 피가열물의 한 쪽 주면에 대향하여 배치되는 한 쪽 발열체와, 다른 쪽 주면에 대향하여 배치되는 다른 쪽 발열체, 상기 한 쪽 발열체에서 상기 피가열물과 대향하는 면의 이면측에 배치되는 한 쪽 유도가열 코일군과, 상기 다른 쪽 발열체에서 상기 피가열물과 대향하는 면의 이면측에 상기 피가열물을 기점으로 하여 상기 한 쪽 유도가열 코일군과 대칭으로 배치되는 다른 쪽 유도가열 코일군, 상기 피가열물을 기점으로 하여 면대칭인 배치 관계가 되는 유도가열 코일에 대해 각각 개별적으로 접속하는 전력 공급 수단을 구비하고, 상기 전력 공급 수단은 상기 면대칭인 배치 관계가 되는 유도가열 코일에 대해 투입하는 전류의 위상이 반대방향이 되도록 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.Induction heating apparatus according to the present invention for achieving the above object, one heating element disposed opposite to one main surface of the object to be heated, the other heating element disposed opposite to the other main surface, the said heating element One induction heating coil group disposed on the rear surface side of the surface facing the heating material, and the induction heating on the other side of the heating element on the back surface side of the surface facing the heating object in the other heating element. And a power supply means for individually connecting the other induction heating coil group arranged symmetrically to the coil group and the induction heating coils which are arranged in a plane-symmetrical arrangement relationship based on the heated object. It is characterized in that the electric power is supplied so that the phase of the current to be input to the induction heating coils having the plane-symmetric arrangement relationship is in the opposite direction All.

또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열 장치에 있어서 상기 한 쪽 유도가열 코일군과 상기 다른 쪽 유도가열 코일군은 각각 원환형상으로 형성되어 동심원상으로 배치된 복수의 유도가열 코일로 이루어지는 것이 좋다.In addition, in the induction heating apparatus having the characteristics as described above, the one induction heating coil group and the other induction heating coil group may be each formed in a ring shape and made of a plurality of induction heating coils arranged concentrically.

이러한 구성으로 함으로써, 동일 반경에서의 가열 영역이 단일 유도가열 코일로 완성되게 된다. 이 때문에, 직경이 큰 웨이퍼의 싱글 웨이퍼 가열을 함에 있어서 방열과 가열의 균형을 제어하는 것이 용이해진다.With such a configuration, the heating zones at the same radius are completed with a single induction heating coil. For this reason, it becomes easy to control the balance of heat dissipation and heating in single wafer heating of a large diameter wafer.

또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열 장치에서는 상기 한 쪽 유도가열 코일군과 상기 다른 쪽 유도가열 코일군을 구성하는 각 유도가열 코일 중 대칭 배치된 유도가열 코일은 각각 세트를 이루고, 상기 전력 공급 수단은 각 세트를 이루는 유도가열 코일에 대해 동일한 전류치를 공급하기 위한 복수의 인버터를 가지도록 하는 것이 좋다.In addition, in the induction heating device having the above characteristics, each of the induction heating coil group constituting the one induction heating coil group and the other induction heating coil group symmetrically arranged induction heating coils each form a set, the power supply The means may preferably have a plurality of inverters for supplying the same current value for each set of induction heating coils.

이러한 구성으로 함으로써, 세트를 이루는 각 유도가열 코일에는 전류치가 동일한 전류가 공급되게 된다. 이 때문에, 피가열물의 표리면에서의 가열 균형이 잡힌다. 따라서, 피가열물(웨이퍼)이 휘어지는 것을 억제하는 것이 용이해진다.With such a configuration, each induction heating coil constituting the set is supplied with a current having the same current value. For this reason, the heating balance in the front and back of a to-be-heated object is balanced. Therefore, it becomes easy to suppress that a to-be-heated material (wafer) bends.

그리고, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열 장치에서는, 상기 한 쪽 발열체와 상기 다른 쪽 발열체의 두께를 각각 t, 상기 한 쪽 발열체와 상기 다른 쪽 발열체에서의 자속 침투깊이를 δ로 한 경우, t＜1.5δ의 관계를 만족하도록 상기 한 쪽 발열체와 상기 다른 쪽 발열체의 두께를 정하도록 하는 것이 좋다.In the induction heating apparatus having the above characteristics, when the thickness of the one heating element and the other heating element is t and the magnetic flux penetration depth of the one heating element and the other heating element is δ, t < It is preferable to determine the thickness of the one heating element and the other heating element so as to satisfy the relationship of 1.5δ.

이러한 구성으로 한 경우, 발열체를 투과한 자속(누설자속)이 피가열물에 직접 도달할 가능성이 발생한다. 그러나, 누설자속은 상기 구성에 의해 상쇄되게 된다. 발열체의 두께를 얇게 하게 되면 열용량의 감소에 따른 가열 효율의 증가를 초래하여 급속 온도상승에 유리해진다.In such a configuration, there is a possibility that the magnetic flux (leakage magnetic flux) that has passed through the heating element directly reaches the heated object. However, the leakage magnetic flux is canceled by the above configuration. When the thickness of the heating element is reduced, the heating efficiency is increased by decreasing the heat capacity, which is advantageous for rapid temperature rise.

상기와 같은 특징을 갖는 유도가열 장치에 의하면, 피가열물인 웨이퍼 표리면에서의 온도차 발생을 억제할 수 있다. 또한 웨이퍼 표면에 금속막 등이 형성되어 있는 경우에도 웨이퍼 자체의 발열에 의해 온도 분포에 불균형이 생기거나 금속막이 타서 손상되는 일을 없앨 수 있다.According to the induction heating apparatus having the above characteristics, it is possible to suppress the occurrence of a temperature difference on the front and back surfaces of the wafer to be heated. In addition, even when a metal film or the like is formed on the surface of the wafer, unevenness in the temperature distribution due to the heat generation of the wafer itself or the metal film burned out can be eliminated.

도 1은 실시형태에 관련된 유도가열 장치에 관련되는 유도가열 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 가열부의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 전류 위상과 누설자속의 상쇄 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 선형 보간에 의한 온도 예측의 예를 나타내는 도이다.
도 5는 선형 보간에 의한 온도 예측에 전력 지령치에 기초한 보정을 더한 온도 예측치의 예를 나타내는 도이다.
도 6은 온도 예측치에 기초하여 각 가열 존에 대한 전력 지령치를 정하는 경우의 예를 나타내는 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the whole structure of the induction heating apparatus which concerns on the induction heating apparatus which concerns on embodiment.
2 is an exploded perspective view showing the configuration of the heating unit.
3 is a diagram for explaining a tradeoff between a current phase and a leakage magnetic flux.
4 is a diagram illustrating an example of temperature prediction by linear interpolation.
5 is a diagram illustrating an example of a temperature prediction value obtained by adding a correction based on a power command value to temperature prediction by linear interpolation.
6 is a diagram illustrating an example of a case where a power command value for each heating zone is determined based on a temperature predicted value.

이하, 본 발명의 유도가열 장치에 관련된 실시의 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment which concerns on the induction heating apparatus of this invention is described in detail, referring drawings.

도 1은 실시형태에 관련된 유도가열 장치에 관련되는 유도가열 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 2는 실시형태에 관련된 유도가열 장치의 가열부의 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 실시형태에 관련된 유도가열 장치(10)는 가열부(12)와 전원부(전력 공급 수단; 14)를 기본으로 하여 구성된다. 가열부(12)는 한 쪽 발열체로서의 서셉터(18), 다른 쪽 발열체로서의 서셉터(20), 한 쪽 유도가열 코일군(22) 및 다른 쪽 유도가열 코일군(24)을 기본으로 하여 구성된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the whole structure of the induction heating apparatus which concerns on the induction heating apparatus which concerns on embodiment. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of a heating unit of the induction heating apparatus according to the embodiment. The induction heating apparatus 10 which concerns on embodiment is comprised based on the heating part 12 and the power supply part (power supply means) 14. The heating unit 12 is configured based on the susceptor 18 as one heating element, the susceptor 20 as the other heating element, one induction heating coil group 22 and the other induction heating coil group 24. do.

서셉터(18) 및 서셉터(20)는 피가열물로서의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼(16)라 한다)를 협지하도록, 웨이퍼(16)의 상면측 및 하면측에 각각 대향하도록 배치된다. 서셉터(18)와 웨이퍼(16), 그리고 웨이퍼(16)와 서셉터(20) 사이에는 도시하지 않은 지지 부재를 배치함으로써 소정의 공간을 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 지지 부재의 구성 재료로는 자속의 영향을 받는 일이 없고 내열성이 높은 소재, 예를 들어 석영 등으로 하는 것이 좋다.The susceptor 18 and the susceptor 20 are disposed to face the upper and lower surfaces of the wafer 16 so as to sandwich the semiconductor wafer (hereinafter, referred to simply as the wafer 16) as the heated object. It is preferable to arrange the support member (not shown) between the susceptor 18 and the wafer 16 and the wafer 16 and the susceptor 20 to maintain a predetermined space. As the constituent material of the support member, it is preferable to use a material having high heat resistance, for example, quartz, without being affected by the magnetic flux.

이러한 구성으로 함으로써, 웨이퍼(16)를 표면, 이면의 양쪽에서 가열하는 것이 가능해져, 웨이퍼(16) 표리면에서의 온도차 발생을 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼(16) 표리면에서의 온도차 발생을 억제함으로써 표리면의 온도차에 기인하여 웨이퍼(16)가 휘는 현상도 억제할 수 있다.By setting it as such a structure, it becomes possible to heat the wafer 16 on both the front surface and the back surface, and can generate the temperature difference in the front and back of the wafer 16. In addition, by suppressing the occurrence of the temperature difference on the front and back surfaces of the wafer 16, the phenomenon in which the wafer 16 is warped due to the temperature difference of the front and back surfaces can also be suppressed.

한 쪽 유도가열 코일군(22)은 서셉터(18)에서의 웨이퍼 배치면과 반대측의 주면(이면)에 대향하여 배치된다. 서셉터(18)와 한 쪽 유도가열 코일군(22) 사이에는 도시하지 않은 지지 부재를 배치하도록 해도 되지만, 석영판(도시하지 않음) 등에 의해 코일 배치 영역과 프로세스 영역을 차폐함으로써 오염(contamination)을 방지하는 것도 가능해진다. 한 쪽 유도가열 코일군(22)은 원환형상(대략 C 형)으로 형성한 복수의 유도가열 코일(22a∼22f)을 동심원상으로 인접 배치하여 구성된다.One induction heating coil group 22 is disposed to face the main surface (rear surface) opposite to the wafer placement surface in the susceptor 18. Although the support member which is not shown in figure may be arrange | positioned between the susceptor 18 and the one induction heating coil group 22, it contaminations by shielding a coil arrangement | positioning area and a process area | region with a quartz plate (not shown) etc. It can also be prevented. One induction heating coil group 22 is formed by concentrically arranging a plurality of induction heating coils 22a to 22f formed in an annular shape (approximately C type).

다른 쪽 유도가열 코일군(24)은 서셉터(20)에서의 웨이퍼 배치면과 반대측의 주면에 대향하여 배치된다. 서셉터(20)와 다른 쪽 유도가열 코일군(24) 사이에는 도시하지 않은 지지 부재를 배치하도록 해도 되지만, 석영판(도시하지 않음) 등에 의해 코일 배치 영역과 프로세스 영역을 차폐함으로써 오염을 방지하는 것도 가능해진다. 다른 쪽 유도가열 코일군(24)은 상기 서술한 한 쪽 유도가열 코일군(22)과 마찬가지로 원환형상(대략 C 형)으로 형성한 복수의 유도가열 코일(24a∼24f)을 동심원상으로 인접 배치하여 구성된다. 여기서, 한 쪽 유도가열 코일군(22)을 구성하는 유도가열 코일(22a∼22f)과 다른 쪽 유도가열 코일군(24)을 구성하는 유도가열 코일(24a∼24f)은 웨이퍼(16)를 기점으로 하여 두께 방향으로 면대칭 배치한다. 본 실시형태에서는 두께 방향으로 면대칭인 배치 관계가 되는 각 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f)에 대해 각각 세트를 구성하고 각 세트 단위로 개별의 가열 존(본 실시형태에서는 존 1∼존 6)을 구성하기 위해 상세한 것은 후술하는 전원부(14)에 접속된다. The other induction heating coil group 24 is disposed opposite the main surface on the side opposite to the wafer placement surface in the susceptor 20. A support member (not shown) may be disposed between the susceptor 20 and the other induction heating coil group 24, but the contamination is prevented by shielding the coil arrangement region and the process region by a quartz plate (not shown) or the like. It is also possible. The other induction heating coil group 24 is arranged concentrically adjacent to a plurality of induction heating coils 24a to 24f formed in an annular shape (approximately C type) similarly to the one induction heating coil group 22 described above. It is configured by. Here, the induction heating coils 22a to 22f constituting one induction heating coil group 22 and the induction heating coils 24a to 24f constituting the other induction heating coil group 24 originate from the wafer 16. In the thickness direction. In this embodiment, a set is formed for each induction heating coil 22a to 22f and 24a to 24f which are face-symmetrical in the thickness direction, and a separate heating zone (Zone 1 to Zone in this embodiment) is provided for each set unit. 6) is connected to a power supply unit 14 described later in detail.

전원부(14)는 예를 들어 도 1에 나타내는 바와 같이, 3상 교류 전원(28), 컨버터(30), 초퍼(32; 32a∼32f), 인버터(34; 34a∼34f), 및 온도 제어부(36)를 기본으로 하여 구성된다.For example, as shown in FIG. 1, the power supply unit 14 includes a three-phase AC power supply 28, a converter 30, a chopper 32 (32a to 32f), an inverter 34 (34a to 34f), and a temperature control unit ( It is composed on the basis of 36).

컨버터(30)는 3상 교류 전원(28)에서 입력되는 3상 교류 전류를 직류로 변환하여 후단에 접속되는 초퍼(32)로 출력하는 순변환부이다. 초퍼(32)는 컨버터(30)에서 출력되는 전류의 통류율을 변화시켜 인버터(34)에 입력하는 전류의 전압을 변화시키는 전압 조정부이다.The converter 30 is a forward conversion unit that converts a three-phase alternating current input from the three-phase alternating current power source 28 into direct current and outputs it to the chopper 32 connected to the rear stage. The chopper 32 is a voltage adjuster for changing the current passing rate of the current output from the converter 30 to change the voltage of the current input to the inverter 34.

인버터(34)는 초퍼(32)에 의해 전압 조정된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 유도가열 코일군(22, 24)에 공급하는 역변환부이다. 또한, 본 실시형태에서 예로 드는 유도가열 장치(10)의 인버터(34)는 유도가열 코일군(22, 24)과 공진 콘덴서를 직렬로 배치한 직렬공진형 인버터로 한다. 또한, 각 가열 존을 구성하는 세트를 이루는 유도가열 코일(예를 들어 유도가열 코일(22a)과 유도가열 코일(24a), 유도가열 코일(22b)과 유도가열 코일(24b), … 등)에는 각각 세트 단위로 개별적으로 인버터(34) 및 초퍼(32)가 접속되어 있다. 또한, 인버터(34)로부터 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f)에 공급되는 출력 전류의 제어는 온도 제어부(36)로부터의 입력 신호에 기초하여 행하는 것으로 한다. 각 인버터(34a∼34f)에는 한 쪽 유도가열 코일군(22)과 다른 쪽 유도가열 코일군(24)에서의 대칭 위치에 위치하는 각 유도가열 코일(세트를 이루는 유도가열 코일)이 병렬로 접속되어 있다. 또한, 각 인버터(34)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 세트를 이루는 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f)에 대해 투입 전류의 위상이 역방향이 되도록 접속되어 있다.The inverter 34 is an inverting part which converts the direct current adjusted by the chopper 32 into an alternating current and supplies it to the induction heating coil groups 22 and 24. In addition, the inverter 34 of the induction heating apparatus 10 used as an example in this embodiment is a series resonant inverter in which induction heating coil groups 22 and 24 and a resonance capacitor are arranged in series. Further, induction heating coils (for example, induction heating coil 22a and induction heating coil 24a, induction heating coil 22b and induction heating coil 24b, etc.) which constitute a set constituting each heating zone are included in the heating zone. Inverters 34 and choppers 32 are individually connected in units of sets, respectively. In addition, the control of the output current supplied from the inverter 34 to the induction heating coils 22a to 22f and 24a to 24f is performed based on the input signal from the temperature control unit 36. Each induction heating coil group 22 and each induction heating coil group (set induction heating coils constituting a set) connected in parallel to each of the inverters 34a to 34f are connected in parallel. It is. In addition, as shown in Fig. 3, each inverter 34 is connected to the induction heating coils 22a to 22f and 24a to 24f forming each set so that the phase of the input current is reversed.

이러한 구성으로 한 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 서셉터(18)를 투과한 유도가열 코일(22a)로부터의 누설자속과 서셉터(20)를 투과한 유도가열 코일(24a)로부터의 누설자속의 선회 방향이 서로 역방향이 된다. 이 때문에 2개의 누설자속은 서로 상쇄되게 된다.In such a configuration, as shown in FIG. 3, the leakage magnetic flux from the induction heating coil 22a that has passed through the susceptor 18 and the leakage magnetic flux from the induction heating coil 24a that has passed through the susceptor 20. The turning directions of are reversed from each other. For this reason, the two leakage magnetic fluxes cancel each other out.

여기서, 만약 웨이퍼(16)의 표면에 금속막이 형성되어 있는 경우, 기존에는 누설자속이 웨이퍼(16) 표면의 금속막에 대해서도 투입되게 되어 웨이퍼(16) 표면에서는 와전류에 의한 발열이 발생하게 된다. 이에 반해 본 실시형태에 관련된 유도가열 장치(10)에서는 금속막을 통한 발열의 요인이 되는 누설자속을 상쇄시킴으로써 누설자속에 의한 금속막의 직접 가열을 피하여 웨이퍼(16) 전체적으로 가열 균형이 깨지는 것을 피할 수 있다.Here, if the metal film is formed on the surface of the wafer 16, the leaked magnetic flux is also introduced into the metal film on the surface of the wafer 16, and heat generation due to eddy currents is generated on the surface of the wafer 16. On the other hand, in the induction heating apparatus 10 according to the present embodiment, it is possible to avoid direct heating of the metal film due to the leakage magnetic flux by canceling the leakage magnetic flux which is the cause of heat generation through the metal film, thereby avoiding the heat balance of the wafer 16 as a whole. .

종래, 누설자속의 발생을 억제하는 구성의 하나로는 단순하게 서셉터(18, 20)의 두께를 두껍게 하는 수단이 생각되고 있었다. 그러나, 본 실시형태에 관련된 구성으로 한 경우, 서셉터(18, 20)의 두께는 자속의 누설이 발생하는 범위로까지 얇게 할 수 있게 된다. 서셉터(18, 20)를 투과한 누설자속은 금속막을 갖는 웨이퍼에 영향을 주는 일 없이 상쇄되기 때문이다.Conventionally, a means for thickening the susceptors 18 and 20 has been considered as one of the constitutions for suppressing the occurrence of leakage magnetic flux. However, in the configuration according to the present embodiment, the thickness of the susceptors 18 and 20 can be reduced to the extent where leakage of magnetic flux occurs. This is because the leakage magnetic flux that has passed through the susceptors 18 and 20 cancels out without affecting the wafer having the metal film.

여기서, 서셉터(18, 20)에 대한 전류의 침투깊이를 δ로 한 경우, 서셉터(18, 20)의 두께 t를 1.5δ 미만, 즉 t와 δ의 관계로 t＜1.5δ를 만족하도록 두께를 정하면 자속의 누설이 발생하기 때문에, 누설자속 상쇄에 의한 효과를 살릴 수 있다. 또한, 서셉터(18, 20)의 두께를 얇게 하는 것을 이용하면 서셉터의 열용량이 감소하여 투입 자속에 대한 발열비율이 증가하게 된다. 이 때문에, 웨이퍼(16)를 급속 온도상승시키는 경우에 유리해진다.Herein, when the penetration depth of the current into the susceptors 18 and 20 is δ, the thickness t of the susceptors 18 and 20 is less than 1.5δ, that is, to satisfy t <1.5δ in the relation between t and δ. Determination of the thickness causes leakage of the magnetic flux, so that the effect of canceling the magnetic flux can be utilized. In addition, when the thickness of the susceptors 18 and 20 is used, the heat capacity of the susceptor is reduced, thereby increasing the heating rate with respect to the input magnetic flux. This is advantageous when the wafer 16 is rapidly heated.

온도 제어부(36)는 온도 센서(26; 26a∼26c)에 의해 검출된 서셉터(20)의 온도를 비교하여 온도검출점 간의 온도 경사를 구하고 이 온도 경사에 기초하여 예상(예측)한 가열 존 간의 온도 균형에 따라 각 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f)에 투입하는 전력을 정하여, 인버터(34) 및 초퍼(32)에 대해 제어 신호(입력 신호)를 출력하는 역할을 한다.The temperature control section 36 compares the temperatures of the susceptors 20 detected by the temperature sensors 26 (26a to 26c), finds the temperature gradient between the temperature detection points, and predicts (predicted) the heating zone based on the temperature gradient. The electric power to be put into each of the induction heating coils 22a to 22f and 24a to 24f is determined according to the temperature balance therebetween, and serves to output a control signal (input signal) to the inverter 34 and the chopper 32.

상기와 같은 구성의 전원부(14)에 의하면, 컨버터(30)에서 출력된 전류의 전압을 초퍼(32)에 의해 제어하고, 초퍼(32)에서 출력된 직류 전류를 인버터(34)에 의해 변환, 주파수 조정할 수 있다. 이 때문에, 초퍼(32)에 의해 출력 전력을 제어할 수 있고, 인버터(34)에 의해 복수의 코일이 인접해 배치된 한 쪽 유도가열 코일군(22) 및 다른 쪽 유도가열 코일군(24)에 투입되는 전류의 주파수와의 위상을 조정할 수 있다. 그리고, 출력 전류에서의 주파수의 위상을 동기(위상차를 O으로 하는 것 또는 O에 근사시키는 것), 혹은 정해진 간격으로 유지함으로써 인접 배치된 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f) 사이의 상호유도의 영향을 회피할 수 있다. 또한, 복수의 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f) 각각에 대한 투입 전력을 제어함으로써 서셉터(18, 20), 나아가 웨이퍼(16)의 온도 분포 제어를 할 수 있다.According to the power supply unit 14 having the above-described configuration, the voltage of the current output from the converter 30 is controlled by the chopper 32, and the DC current output from the chopper 32 is converted by the inverter 34, Frequency can be adjusted. For this reason, the output power can be controlled by the chopper 32, and one induction heating coil group 22 and the other induction heating coil group 24 in which a plurality of coils are arranged adjacent by the inverter 34 are provided. The phase with the frequency of the electric current put into can be adjusted. The mutual phases between adjacently arranged induction heating coils 22a to 22f and 24a to 24f are maintained by synchronizing the phase of the frequency in the output current (with a phase difference of 0 or approximating to O) or at a predetermined interval. The effects of induction can be avoided. The temperature distribution control of the susceptors 18 and 20 and further the wafer 16 can be controlled by controlling the input power to each of the plurality of induction heating coils 22a to 22f and 24a to 24f.

상기와 같은 구성의 유도가열 장치(10)에서는 웨이퍼(16)를 열처리할 때 다음과 같은 제어가 이루어진다. 먼저, 복수의 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f) 각각에 대해 소정의 전력을 투입하고 서셉터(18, 20)를 가열한 후, 세트를 이루는 유도가열 코일(예를 들어 유도가열 코일(22a)과 유도가열 코일(24a), 유도가열 코일(22b)과 유도가열코일(24b)… 등) 사이에 배치된 온도 센서(26) 각각에 의해 발열체의 온도를 검출하여 온도 제어부(36)에 송신한다. 온도 제어부(36)에서는 먼저 검출점(본 실시형태의 경우 3점)의 온도에서 각 가열 존에서의 서셉터(20)의 온도를 추측하는 선형 보간을 실시한다. 여기서 선형 보간이라는 것은 도 4에 나타내는 바와 같이, 검출점의 온도를 직선으로 이어서 그 직선상에 각 가열 존의 위치 관계를 연결하는(직선상에 가열 존의 위치를 플롯하는) 것에 의해 직선상의 플롯점에서의 온도를 각 가열 존의 온도로 추측하는 것이다.In the induction heating apparatus 10 having the above-described configuration, the following control is performed when the wafer 16 is heat treated. First, a predetermined electric power is input to each of the plurality of induction heating coils 22a to 22f and 24a to 24f, and the susceptors 18 and 20 are heated, and then a set of induction heating coils (for example, induction heating coils) The temperature controller 36 detects the temperature of the heating element by each of the temperature sensors 26 disposed between the 22a, the induction heating coil 24a, the induction heating coil 22b, and the induction heating coil 24b. Send to The temperature control part 36 first performs linear interpolation which estimates the temperature of the susceptor 20 in each heating zone at the temperature of a detection point (three points in this embodiment). Here, linear interpolation is a linear plot by connecting the positional relationship of each heating zone on a straight line following the temperature of the detection point in a straight line as shown in FIG. 4 (to plot the position of the heating zone on a straight line). The temperature at the point is assumed to be the temperature of each heating zone.

다음에 온도 제어부(36)에서는 선형 보간에 의해 얻어진 추측 온도와 현재 각 유도가열 코일(24a∼24f(22a∼22f))에 대해 투입하고 있는 전력치(지령치)를 관련짓는 것에 의해 선형 보간에 의해 얻어진 추측 온도를 보정한다(도 5 참조). 구체적으로는, 현재의 지령치가 존 1＜존 2이면 존 2의 온도가 높다고 추측할 수 있다. 이 때문에, 존 1을 낮게 존 2를 높게 보정하는 것이 되면 된다. 이러한 보정을 함으로써 각 가열 존 간의 온도 균형을 고려한 온도 예측치를 얻을 수 있다. 또한 보정에 관해서는 존 1을 가열하는 유도가열 코일(22a, 24a)에 주어지고 있는 지령치와 존 2를 가열하는 유도가열 코일(22b, 24b)에 주어지고 있는 지령치의 비율(존 1/존 2 또는 존 2/존 1)로부터 도출할 수 있는 기울기를, 선형 보간에 의해 얻어진 검출점에 겹친다. 그리고, 겹쳐서 얻어진 단속적인 직선을 각각 직선으로 연결하는 것에 의해 각 가열 존 간의 온도 균형을 고려한 온도 예측치를 얻는 것으로 해도 된다. 여기서 온도 예측치를 얻는 보정은 장치별 특성에 따라 시험 혹은 시뮬레이션을 실시하여 그 결과에 맞추어 보정하는 것이 적합하다.Next, the temperature control unit 36 performs linear interpolation by associating the estimated temperature obtained by linear interpolation with the power value (command value) currently supplied to each induction heating coil 24a to 24f (22a to 22f). The obtained estimated temperature is corrected (see FIG. 5). Specifically, if the current command value is zone 1 <zone 2, it can be estimated that the temperature of zone 2 is high. For this reason, what is necessary is just to make zone 1 low and zone 2 high. By performing such correction, a temperature prediction value considering the temperature balance between the heating zones can be obtained. In addition, regarding the correction, the ratio of the command value given to the induction heating coils 22a and 24a for heating zone 1 and the command value given to the induction heating coils 22b and 24b for heating zone 2 (zone 1 / zone 2). Or the slope which can be derived from zone 2 / zone 1) overlaps with the detection point obtained by linear interpolation. And the temperature predicted value which considered the temperature balance between each heating zone may be obtained by connecting the intermittent intermittent straight lines obtained by overlapping, respectively. Here, the correction to obtain the temperature prediction value is appropriate to perform a test or simulation according to the characteristics of each device and to correct the result accordingly.

이와 같이 하여 얻어진 온도 예측치에 대해 온도 제어부(36)는 온도 기울기(가열 존 간을 잇는 직선의 기울기)가 없어지는 가열(온도 보정)을 행하는 전력 지령치를 산출한다(도 6 참조). 여기에서 전력 지령치의 산출은 장치별 특성에 따라 시험 혹은 시뮬레이션을 실시하여 시뮬레이션 등의 결과에 맞춘 산출방법이 채택된다.The temperature control part 36 calculates the electric power command value which performs heating (temperature correction) from which the temperature gradient (the slope of the straight line between heating zones) disappears with respect to the temperature prediction value obtained in this way (refer FIG. 6). In this case, the calculation of the power command value is carried out according to the characteristics of each device.

또한, 대략적인 온도 보정으로는 온도 예측치에 따라 얻어지는 기울기와 반대의 기울기를 가지는(도 6에 나타내는 꺾은선 그래프의 상하를 반전시킨 기울기) 그래프에 따른 비율의 전력 지령치를 각 가열 존에 대한 온도 보정치로 하면 된다.In addition, as an approximate temperature correction, the power command value of the ratio according to the graph which has the inclination opposite to the inclination obtained by the temperature prediction value (the inclination which inverted the up and down of the broken line graph shown in FIG. 6) is the temperature correction value for each heating zone. You can do

이렇게 하여 얻어진 전력 지령치를 각 유도가열 코일군(22, 24)에 접속된 인버터(34) 및 초퍼(32)에 출력하는 것에 의해 각 유도가열 코일(22a∼22f, 24a∼24f)에 대한 투입 전력이 제어된다.Input power to each induction heating coil 22a to 22f and 24a to 24f by outputting the electric power command value thus obtained to the inverter 34 and the chopper 32 connected to each induction heating coil group 22 and 24. This is controlled.

상기한 바와 같은 구성의 유도가열 장치(10)에 의해 웨이퍼(16)를 가열하면, 웨이퍼(16) 표리면에서의 온도차를 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼(16)의 표면에 금속막 등이 형성되어 있는 경우에도 웨이퍼(16) 자체가 발열하여 생기는 온도 분포의 불균일을 없앨 수 있다.When the wafer 16 is heated by the induction heating apparatus 10 having the above-described configuration, the temperature difference on the front and back surfaces of the wafer 16 can be suppressed. In addition, even when a metal film or the like is formed on the surface of the wafer 16, the nonuniformity in temperature distribution caused by the heat generation of the wafer 16 itself can be eliminated.

도 1에 나타내는 본 발명에 관련된 형태의 유도가열 장치(10)에서는 세트를 이루는 유도가열 코일(예를 들어 유도가열 코일(22a)과 유도가열 코일(24a))은 공통의 인버터 및 초퍼에 접속되는 구성으로 하였다. 그러나 본 발명에서는 세트를 이루는 유도가열 코일에 대해 각각 개별 인버터 및 초퍼를 접속함으로써 보다 상세한 온도 분포 제어를 하는 것도 가능하다.In the induction heating apparatus 10 of the type which concerns on this invention shown in FIG. 1, a set induction heating coil (for example, induction heating coil 22a and induction heating coil 24a) is connected to a common inverter and a chopper. It was set as the structure. However, in the present invention, it is also possible to perform more detailed temperature distribution control by connecting individual inverters and choppers to the set induction heating coils, respectively.

10: 유도가열 장치 12: 가열부
14: 전원부 16: 웨이퍼
18: 서셉터 20: 서셉터
22: 한 쪽 유도가열 코일군 22a∼22f: 유도가열 코일
24: 다른 쪽 유도가열 코일군 24a∼24f: 유도가열 코일
26(26a∼26c): 온도 센서 28: 3상 교류 전원
30: 컨버터 32(32a∼32f): 초퍼
34(34a∼34b): 인버터 36: 온도 제어부10: induction heating device 12: heating unit
14: power supply unit 16: wafer
18: susceptor 20: susceptor
22: one induction heating coil group 22a to 22f: induction heating coil
24: other induction heating coil group 24a to 24f: induction heating coil
26 (26a to 26c): temperature sensor 28: three-phase AC power supply
30: converter 32 (32a to 32f): chopper
34 (34a to 34b): inverter 36: temperature control unit

Claims

One heating element disposed to face one main surface of the object to be heated, the other heating element disposed to face the other main surface,
The induction heating coil group is arranged on the rear surface side of the surface facing the object to be heated in the one heating element, and the heated object is started on the rear surface side of the surface facing the heated object in the other heating element. The other induction heating coil group disposed symmetrically with the one induction heating coil group,
Power supply means for individually connecting the induction heating coils which are arranged in a plane symmetrical relationship with the object to be heated as a starting point.
And,
And the power supply means supplies electric power such that a phase of a current to be input to the induction heating coils having a plane-symmetrical arrangement becomes in an opposite direction.

The method of claim 1,
The one induction heating coil group and the other induction heating coil group are each formed in an annular shape, characterized in that composed of a plurality of induction heating coils arranged concentrically.

The method according to claim 1 or 2,
Among the induction heating coils constituting the one induction heating coil group and the other induction heating coil group, symmetrically arranged induction heating coils each form a set,
And said power supply means has a plurality of inverters for supplying the same current value for each set of induction heating coils.

The method according to claim 1 or 2,
When the thickness of the one heating element and the other heating element is t and the magnetic flux penetration depth in the one heating element and the other heating element is δ,
t <1.5δ
Induction heating apparatus characterized in that the thickness of the one heating element and the other heating element is determined so as to satisfy the relationship.

The method of claim 3,
When the thickness of the one heating element and the other heating element is t and the magnetic flux penetration depth in the one heating element and the other heating element is δ,
t <1.5δ
Induction heating apparatus characterized in that the thickness of the one heating element and the other heating element is determined so as to satisfy the relationship.