KR101309385B1 - Induction heating device - Google Patents
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Abstract
[과제] 챔버 외부에 배치한 자극의 가열 방지를 실현하면서, 피유도가열부재를 효율적으로 가열할 수 있는 유도가열장치를 제공한다. [해결수단] 프로세스실을 구성하는 챔버(12)와, 상기 챔버(12)의 외주이며 챔버(12)를 구성하는 하우징(26)에 마련된 개구부(42)를 차폐하는 자기투과성 차폐판(46)에 근접되게 배치된 자극(32, 34)과, 자극(32, 34)에 두루 감긴 유도가열코일(36, 38)을 갖는 유도가열장치(10)에 있어서, 자기투과성 차폐판(46)과 자극(32, 34) 사이에 자기투과성 차폐판(46)보다 열전도율이 높은 냉각판(48)과, 냉각판(48)을 냉각하기 위한 냉매를 삽입 관통 가능한 냉각관(50)을 마련하고, 냉각판(48)을 자기투과성 차폐판(46)에 밀접시킴과 동시에 냉각판(48)의 적어도 일부에 냉각관(50)을 밀접시키며, 냉각판(48)과 자극(32, 34) 사이에는 공극을 마련한 것을 특징으로 한다.[PROBLEMS] To provide an induction heating apparatus capable of efficiently heating an induction heating member while realizing prevention of heating of magnetic poles disposed outside the chamber. [Solution] A magnetic permeable shield plate 46 for shielding the chamber 12 constituting the process chamber and the opening 42 provided on the housing 26 constituting the chamber 12 and the outer circumference of the chamber 12. In an induction heating apparatus (10) having magnetic poles (32, 34) disposed in proximity to the magnetic poles (32, 34) and induction heating coils (36, 38) wound around the magnetic poles (32, 34), the magnetically permeable shield plate (46) and the magnetic poles. Between the 32 and 34, a cooling plate 48 having a higher thermal conductivity than the magnetically permeable shield plate 46 and a cooling tube 50 through which a refrigerant for cooling the cooling plate 48 can be inserted are provided. While closing the 48 to the magnetically permeable shield plate 46, the cooling tube 50 is brought into close contact with at least a portion of the cold plate 48, and a gap is formed between the cold plate 48 and the magnetic poles 32 and 34. It is characterized by the provision.
Description
본 발명은 유도가열장치에 관한 것으로, 특히 지름이 큰 반도체 기판을 열처리하는 경우에 피가열물의 온도를 제어하는 데 바람직한 유도가열장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
지름이 큰 반도체 기판을 배치 처리할 때 기판 표면에 금속막 등이 형성되어 있는 경우에도 이 금속막이 직접 가열됨으로써 기판면 내의 온도 분포에 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있는 유도가열장치가 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).In the case of batch processing of a large diameter semiconductor substrate, even when a metal film or the like is formed on the surface of the substrate, an induction heating apparatus capable of suppressing nonuniformity in the temperature distribution in the substrate surface by heating the metal film is known. See, for example, Patent Document 1).
특허문헌 1에 개시되어 있는 기술은 프로세스실을 구성하는 챔버와, 자극을 구성하는 코어에 두루 감긴 유도가열코일을 구비하고 있다. 이와 같은 구성의 유도가열장치에 의하면, 자극을 통해서 발생하는 자속이, 챔버 내에 배치된 피가열물인 반도체 기판을 얹어 놓은 방향과 평행하게 발생하게 된다. 그렇기 때문에, 반도체 기판의 표면에 금속막 등이 형성되어 있었던 경우에도 이 금속막과 교차하는 방향으로 자속이 투입되는 일이 없고, 유도 가열에 의해 기판이 직접 가열될 우려가 없다. 그렇기 때문에 기판면 내의 온도 분포에 불균일을 발생시키는 일이 없다.The technique disclosed in
특허문헌 1에 개시되어 있는 구성의 유도가열장치에 의하면, 확실히 기판 표면에 금속막이 피복된 반도체 기판 등이어도 유도 가열에 의해 금속막이 직접 가열될 우려가 없어진다.According to the induction heating apparatus of the structure disclosed by
그러나, 상기와 같은 구성의 유도가열장치에서는 챔버를 구성하는 격벽을 알루미늄 등의 내열성 금속으로 구성하기 때문에, 자극으로부터 발생하는 자속을 피유도가열부재인 서셉터에 도달시키기 위해서는 챔버의 일부에 개구부를 형성할 필요가 있다. 그러나, 챔버에 개구부를 마련한 경우에는 챔버 내부의 진공 퍼지가 불가능하게 된다. 또한, 챔버를 밀폐하기 위해서 개구부를 자극으로 밀봉한 경우에는 챔버 내에 이물질 혼입이 발생할 우려가 있다.However, in the induction heating apparatus having the above-described configuration, since the partition wall constituting the chamber is made of a heat-resistant metal such as aluminum, an opening is formed in a part of the chamber in order to reach the susceptor, which is the induction heating member, with the magnetic flux generated from the magnetic poles. Need to be formed. However, when the opening is provided in the chamber, the vacuum purge inside the chamber is impossible. In addition, when the opening is sealed with a magnetic pole in order to seal the chamber, foreign matters may be mixed in the chamber.
그렇기 때문에, 챔버에 마련한 개구부에는 통상적으로 진공 내력, 자속 투과성, 내열성, 열팽창률이 낮고, 열전도율이 낮고, 열 충격에 강한 특성을 가지고, 오염의 우려가 없는 석영이 배치되게 되었다.For this reason, quartz, which has a low vacuum strength, magnetic flux permeability, heat resistance, low thermal expansion coefficient, low thermal conductivity, strong thermal shock resistance, and is free from contamination, is disposed in the openings provided in the chamber.
특허문헌 1에 개시되어 있는 구성의 유도가열장치에서는 자속의 도달 범위를 향상시키고, 가열 효율을 높이기 위해서는 서셉터와 자극 사이의 거리를 작게 할 필요가 있다. 그러나, 서셉터의 가열 효율을 향상시키기 위해서 자극과 서셉터의 거리를 근접시킨 경우에는 서셉터로부터의 복사열에 의해 석영이 가열되고, 석영으로부터의 복사열로 자극이 가열되는 비율이 커진다. 투명 석영에서는 저파장의 열선이 투과되기 때문에 직접 자극이 방사 가열될 우려가 있다. 자극에는 일반적으로 페라이트가 이용되고 있다. 일반적인 페라이트 코어의 큐리점 온도는 약 100℃ 내지 460℃ 정도이기 때문에, 서셉터의 가열온도가 1000℃ 정도까지 상승되면 단계적인 복사 가열을 얻어, 자극이 큐리점을 초과할 우려가 있다. 그리고, 큐리점을 초과한 경우에는 자석으로서의 잔류 자속밀도가 0이 되기 때문에 자극으로서 사용할 수 없게 된다. 그렇기 때문에, 콜드 월형 로를 구성하기 위해서 차폐판인 석영도 냉각할 필요가 있다. 이에 의해, 자극 이외에도 유도가열코일, 및 유도가열코일 주위의 구조체의 열도 막을 수 있게 된다.In the induction heating apparatus of the structure disclosed by
그러므로 본 발명에서는 챔버 외부에 배치한 자극의 가열 방지를 실현하면서, 피유도가열부재를 효율적으로 가열할 수 있는 유도가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, it is an object of the present invention to provide an induction heating apparatus capable of efficiently heating an induction heating member while realizing prevention of heating of magnetic poles disposed outside the chamber.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도가열장치는 프로세스실을 구성하는 챔버와, 상기 챔버의 외주이며 상기 챔버를 구성하는 격벽부재에 마련된 개구부를 차폐하는 자기투과성 차폐판에 근접되게 배치된 유도가열코일을 두루 감아 자극을 구성하는 코어를 갖는 유도가열장치에, 상기 자기투과성 차폐판을 냉각하기 위해서 상기 자기투과성 차폐판에 밀접 또는 근접시킨 냉각판을 구비한 것을 특징으로 한다. 이 냉각판은 자기투과성, 열선 차단성(고방사율)을 구비하고, 고열전도율일 필요가 있다.Induction heating apparatus according to the present invention for achieving the above object is induction disposed in close proximity to the chamber constituting the process chamber, the magnetic permeable shield plate shielding the opening formed in the partition member constituting the chamber and the outer periphery of the chamber An induction heating apparatus having a core constituting a magnetic pole by winding a heating coil, characterized in that the cooling plate is provided in close proximity to or close to the magnetic permeable shield plate in order to cool the magnetic permeable shield plate. This cooling plate is required to have high thermal conductivity, having magnetic permeability and heat ray blocking property (high emissivity).
또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열장치에서는 상기 냉각판은 세라믹에 의해 구성하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 냉각판이 서셉터로부터의 복사열을 차단할 수 있게 되기 때문이다.In the induction heating apparatus having the above characteristics, the cooling plate may be made of ceramic. This is because the cooling plate can block radiant heat from the susceptor.
또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열장치에서는 상기 냉각판과 상기 자극 사이에 공극을 마련하도록 하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 냉각판을 통해서 전달되는 자기투과성 차폐판의 열이 열전달에 의해 직접 자극에 전달되는 일이 없어지고 자극의 가열 방지(온도상승 억제)효과를 높일 수 있다.In addition, in the induction heating apparatus having the above characteristics, it is sufficient to provide a gap between the cooling plate and the magnetic pole. By such a configuration, the heat of the magnetically permeable shielding plate transmitted through the cooling plate is not transferred directly to the magnetic poles by heat transfer, and the effect of preventing the heating of the magnetic poles (temperature rise suppression) can be enhanced.
또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열장치에서는 상기 냉각판을 냉각하는 냉매를 삽입 관통시키는 냉각관을 구비하도록 하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 냉각판을 냉매에 의해 항상 냉각하는 것이 가능해지고, 안정된 냉각효과를 발휘할 수 있게 되기 때문이다.In addition, the induction heating apparatus having the above characteristics may be provided with a cooling tube through which a refrigerant for cooling the cooling plate is inserted. It is because it becomes possible to always cool a cooling plate with a refrigerant | coolant by setting it as such a structure, and to exhibit a stable cooling effect.
또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열장치에서는 극성이 다른 한쌍의 자극을 구비하고, 상기 냉각관은 상기 한쌍의 자극의 쌍방을 둘러싸도록 배치되도록 하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 냉각관(금속제)에 투입되는 자속에 의해 발생하는 유기 전류(과전류)가 상쇄 또는 일부 상쇄되어, 냉각관 자체의 가열에 의한 냉각효과의 저감을 방지할 수 있다. 또한 상기 한쌍의 자극이 복수 모여서 집합체를 구성하고 있는 경우에는 상기 냉각관은 상기 집합체 전체에 걸친 상기 자극을 둘러싸도록 배치되면 된다.In addition, the induction heating apparatus having the above characteristics may be provided with a pair of magnetic poles having different polarities, and the cooling tube may be disposed to surround both of the pair of magnetic poles. By such a configuration, the organic current (overcurrent) generated by the magnetic flux introduced into the cooling tube (made of metal) is canceled or partially canceled, and the reduction of the cooling effect due to the heating of the cooling tube itself can be prevented. In the case where a plurality of pairs of magnetic poles are gathered to form an aggregate, the cooling tube may be disposed so as to surround the magnetic poles throughout the aggregate.
또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열장치에서는 상기 자기투과성 차폐판을 석영에 의해 구성하면 된다. 석영은 진공 내력, 자속투과성, 내열성, 저열팽창성, 저열전도성 및 내열충격성을 갖기 때문이다.In the induction heating apparatus having the above characteristics, the magnetic permeable shield plate may be made of quartz. This is because quartz has a vacuum resistance, magnetic flux permeability, heat resistance, low thermal expansion, low thermal conductivity and thermal shock resistance.
또한, 상기와 같은 특징을 갖는 유도가열장치에서는 상기 유도가열코일은 냉매를 삽입 관통 가능한 관형상 부재와, 복수의 선재로 이루어지는 꼬임선으로 이루어지고, 상기 자극의 선단측에 상기 관형상 부재를 배치하고, 상기 관형상 부재의 뒤쪽에 상기 꼬임선을 배치하는 구성으로 하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 자극 선단의 가열방지효과를 높일 수 있기 때문이다.In addition, in the induction heating apparatus having the above characteristics, the induction heating coil comprises a tubular member through which a refrigerant can be inserted and a twisted line formed of a plurality of wire rods, and the tubular member is disposed on the tip side of the magnetic pole. The twisted line may be arranged behind the tubular member. This is because the heat prevention effect at the tip of the magnetic pole can be increased by such a configuration.
상기와 같은 특징을 갖는 유도가열장치에 의하면, 챔버 외부에 배치한 자극의 가열 방지를 실현하면서 피유도가열부재를 효율적으로 가열할 수 있게 된다.According to the induction heating apparatus having the above characteristics, it is possible to efficiently heat the induction heating member while realizing prevention of heating of the magnetic pole disposed outside the chamber.
도 1은 제1 실시형태에 따른 유도가열장치의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A단면의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 2개의 자극의 각도와 개구부의 관계를 도시하는 평면도이다.
도 4는 하우징에 마련한 개구부의 정면 형태를 도시하는 도면이다.
도 5는 개구부에 마련된 자기투과성 차폐부재와 냉각판의 조립형태의 상세를 도시하는 도면이다.
도 6은 제2 실시형태에 따른 유도가열장치에서의 하우징에 마련된 개구부의 형태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 제2 실시형태에 따른 유도가열장치에서의 하우징에 마련된 개구부의 정면 형태를 도시하는 도면이다.
도 8은 제1 실시형태에 따른 유도가열장치에서의 냉각관의 배치 형태의 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 제2 실시형태에 따른 유도가열장치에서의 냉각관의 배치 형태의 예를 도시하는 도면이다.1 is a plan view showing the configuration of an induction heating apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a cross section AA of FIG. 1.
3 is a plan view showing the relationship between the angles of the two magnetic poles and the opening.
It is a figure which shows the front form of the opening part provided in the housing.
Fig. 5 is a diagram showing details of the assembly form of the magnetically permeable shield member and the cooling plate provided in the opening.
6 is a plan view for explaining the shape of the opening provided in the housing of the induction heating apparatus according to the second embodiment.
It is a figure which shows the front form of the opening part provided in the housing in the induction heating apparatus which concerns on 2nd Embodiment.
8 is a diagram illustrating an example of an arrangement form of a cooling tube in the induction heating apparatus according to the first embodiment.
9 is a diagram illustrating an example of an arrangement form of a cooling tube in the induction heating apparatus according to the second embodiment.
이하, 본 발명의 유도가열장치에 따른 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 도 1, 도 2를 참조하여 제1 실시형태에 따른 유도가열장치의 개요 구성에 대해서 설명한다. 또한, 도 1은 유도가열장치의 평면 구성을 도시하는 부분단면 블록도이고, 도 2는 도 1에서의 A-A단면을 도시하는 블록도이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment which concerns on the induction heating apparatus of this invention is described in detail with reference to drawings. First, with reference to FIG. 1, FIG. 2, the outline structure of the induction heating apparatus which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. 1 is a partial cross-sectional block diagram showing a planar configuration of an induction heating apparatus, and FIG. 2 is a block diagram showing an A-A cross section in FIG.
본 실시형태에 따른 유도가열장치(10)는 피가열물로서의 웨이퍼(60)와 피유도가열부재(발열체)로서의 서셉터(16)를 다단으로 겹쳐서 열처리를 행하는 배치식의 것으로 한다.The
유도가열장치(10)는 챔버(12), 챔버(12)의 외부에 배치된 여자(勵磁)부(28), 및 전원부(40)를 기본으로 하여 구성된다.The
챔버(12)는 보트(14), 회전 테이블(18), 및 하우징(26)을 기본으로 하여 구성되는 프로세스실이다. 보트(14)는 피가열물인 웨이퍼(60)를 얹어 놓는 서셉터(16)를 복수 수직방향으로 적층 배치함으로써 구성된다.The
각 서셉터(16) 사이에는 도시하지 않은 지지부재가 배치되고, 웨이퍼(60)를 배치하기 위한 소정의 간격을 유지하도록 구성된다. 도시하지 않은 지지부재는 자속의 영향을 받는 일이 없고, 내열성이 높고, 또한 열팽창률이 작은 부재에 의해 구성하면 되며, 구체적으로는 석영 등을 이용하여 구성하면 된다.A supporting member (not shown) is disposed between each
서셉터(16)는 도전성 부재로 구성하면 되는데, 예를 들어 그라파이트, SiC, SiC 코트 그라파이트, 및 내열 금속 등에 의해 구성하면 된다.The
회전 테이블(18)은 테이블(20), 회전축(22), 및 베이스(24)를 기본으로 하여 구성된다. 테이블(20)은 적층 배치된 복수의 서셉터(16)로 이루어지는 보트(14)를 지지하기 위한 대이며, 도시하지 않은 지지부가 마련된다. 회전축(22)은 테이블(20)의 회전중심에 고정된 축이며, 도시하지 않은 구동원으로부터의 구동력을 받아서 회전함으로써 테이블(20)을 회전시키고, 테이블(20)에 얹어 놓아진 복수의 서셉터(16)를 회전시킨다. 베이스(24)는 회전축(22)을 회전시키기 위한 모터 등의 구동원을 갖는 토대이며, 테이블(20)의 안정상태를 확보한다. 회전 테이블(18)에 의해 보트(14)를 회전시킴으로써, 가열원인 여자부(28)를 유도가열장치(10)에 대해서 치우치게 배치한 경우에도 서셉터(16)의 균일 가열이 가능해진다. 또한, 여자부(28)를 치우치게 배치함으로 인해, 유도가열장치(10)를 보트(14)(챔버(12))의 외주에 균등 배치하는 경우에 비해서 장치의 소형화를 도모할 수 있게 된다.The rotating table 18 is comprised based on the table 20, the
하우징(26)은 챔버(12) 내부를 진공으로 유지하기 위한 격벽이다. 실시형태에서의 하우징(26)은 평면 형태를 다각형(도 1에 도시하는 예에서는 육각형)으로 함으로써 형상 형성의 용이화를 도모할 수 있다. 하우징(26)의 구성부재로서는 프로세스적인 측면으로부터 알루미늄 또는 스테인리스가 이용된다. 여기서, 알루미늄은 형상 형성이나, 형상 형성을 위한 용접면에서 불리하며 스테인리스에 비해 내열성도 낮다. 그렇기 때문에, 하우징(26)의 구성부재로서는 스테인리스가 이용되는 경우가 많다. 하우징(26)의 적어도 일부에는 도 3 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 개구부(42)가 마련되고, 개구부(42)에는 자기투과성 차폐판(46)과 자기투과성 냉각판(48)이 밀접 또는 근접되도록 적층 배치되어 있다. 자기투과성 차폐판(46)은 챔버(12)의 내부영역과 외부영역을 격리하기 위한 부재이며, 진공내력, 자속투과성, 내열성, 저열팽창성, 저열전도성, 및 내열충격성을 갖는 부재로 하면 되고, 예를 들어 석영 등을 들 수 있다. 한편, 냉각판(48)은 상세를 후술하는 냉각관(50)으로부터 전달되는 냉매의 온도를 전도시킴으로써 자기투과성 차폐판(46)을 냉각하고, 자기투과성 차폐판(46)의 가열에 따른 자극(32(32a~32c), 34(34a~34c))의 과가열을 방지하는 역할을 한다. 냉각판(48)의 구성부재로서는 예를 들어 질화 알루미늄이나 SiC, 알루미나 등의 세라믹 부재를 들 수 있다.The
실시형태에 따른 하우징(26)에서는 평면 형상이 육각형인 본체를 이루는 2변에 개구부(42)가 마련되어 있다.In the
실시형태에 따른 자기투과성 차폐판(46)은 알루미늄 등에 의해 구성된 하우징(26)의 개구부(42)의 바깥 가장자리에 마련된 단차부(26b)에 눌러져서 지지된다. 자기투과성 차폐판(46)의 외측(자기투과성 차폐판(46)과 자극(32, 24) 사이)에는 냉각판(48)이 밀접 배치되고, 냉각판(48)의 바깥 가장자리부에는 냉매를 삽입 관통 가능한 냉각관(50)이 밀접 배치된다. 이와 같은 배치로 구성함으로써, 냉각관(50)에 삽입 관통된 냉매와 냉각판(48) 사이에서 열교환이 행해져서 냉각판(48)이 냉각된다. 냉각판(48)은 자기투과성 차폐판(46)에 비해서 열전도율이 높기 때문에, 자기투과성 차폐판(46)과 냉각판(48) 사이에서의 열교환(열전달)이 이루어지기 전 혹은 열교환이 이루어지고 있는 중에 냉각판(48) 전체가 냉각된다. 그 후, 냉각된 냉각판(48)과 자기투과성 차폐판(46) 사이에서의 열교환이 이루어지고, 자기투과성 차폐판(46)이 냉각된다. 이에 의해 복사열의 영향으로 인한 자극의 과가열을 회피할 수 있다.The magnetically
이와 같은 개구부(42)에 대해서 자기투과성 차폐판(46)은 도 5에 도시하는 바와 같이 O링(52)을 통해서 단차부(26b)에 눌러진다. 그리고, 냉각판(48)과 냉각관(50)이 배치된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 챔버(12)의 내부영역과 외부영역을 격리시킬 수 있고, 챔버(12) 내의 진공 퍼지가 가능하게 된다.The magnetically
여자부(28)는 코어(30(30a~30c))와 유도가열코일(36(36a~36c), 38(38a~38c))로 이루어진다. 코어(30)는 괭이형으로 형성된 철심이다. 코어(30)는 그 양단에 후술하는 유도가열코일(36, 38)을 두루 감아서 구성되는 자극(32(32a~32c), 34(34a~34c))을 가짐과 동시에, 양 자극 사이를 접속하는 요크(35(35a~35c))를 갖는다. 자극(32, 34)의 끝면은 원형 서셉터(16)의 접선과 평행, 즉 서셉터(16)의 반경방향 연장선에 대해서 직교하는 면을 구비하도록 구성한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 자극(32, 34)의 끝면 가까이에 유도가열코일(36, 38)을 두루 감을 수 있고, 자극 선단 이외로부터의 자속의 누설을 억제할 수 있다. 따라서, 서셉터(16)로 투입되는 자속에 낭비가 없고, 가열 효율을 향상시킬 수 있다. 코어(30)는 페라이트 등에 의해 구성하면 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 점토형상의 원료를 형상 형성한 후에 소성함으로써 원하는 형상의 자극(32, 34) 및 요크(35)를 얻을 수 있다. 그렇기 때문에, 형상 형성을 자유롭게 행할 수 있게 된다.The
유도가열코일(36, 38)은 자극(32, 34)을 구성하는 코어(30)의 양단부에 두루 감기는 도전선이다. 유도가열코일(36, 38)에 전류를 투입함으로써, 코일의 권회 방향과 직교하는 방향으로 위치하는 자극 선단으로부터 자속이 발생하게 된다. 본 실시형태에서는 자극 끝면(자극 선단)이 서셉터(16)에서 웨이퍼를 얹어 놓는 면과 직교하는 방향을 향하고 있기 때문에, 자극 끝면으로부터는 서셉터(16)의 웨이퍼를 얹어 놓는 면에 평행한 방향으로 교류 자속이 발생하게 된다. 실시형태에 따른 유도가열코일(36, 38)은 냉매를 삽입 관통 가능한 관형상 부재(예를 들어 냉매로서 물을 사용한 경우에는 구리관 등)에 의한 유도가열코일(36, 38)의 과가열을 방지하는 구조로 하고 있으나, 관형상 부재와, 복수의 선재를 서로 꼬아서 구성되는 리츠선을 조합시킴으로써 구성하도록 해도 된다. 관형상 부재와 리츠선을 조합시켜서 유도가열코일(36, 38)을 구성하는 경우의 구체적인 구성은 자극 선단부나, 자극 선단에 가까운 부분에는 관형상 부재를 이용하고, 그것보다 후단측에는 리츠선을 이용하는 구성이다.The induction heating coils 36 and 38 are conductive wires wound around both ends of the core 30 constituting the
서셉터(16)의 웨이퍼를 얹어 놓는 면에 대해서 수평인 방향으로 자속을 발생시키는 가열방법에서는 유도가열코일(36, 38)로 투입되는 전류의 주파수는 수십 kHz이다. 관형상 부재에 구리를 사용한 경우, 두께를 1mm 정도로 하는 구리관은 유도 가열되게 되어, 서셉터(16)의 가열 효율이 저하됨과 동시에 전력 손실이 커진다. 한편, 0.18φ 정도의 소선(선조재)을 사용하고 있는 리츠선이라면 자속은 투과되는 것으로 생각되나, 자극(32, 34)의 선단부분에는 쇄교 자속이 많기 때문에 유도 가열되게 된다. 냉각 작용을 갖지 않는 리츠선은 유도 가열에 의해 발열한 경우에는 온도가 상승되고, 사용 온도 한계를 초과하는 경우가 있다. 그렇기 때문에, 자극 선단측에 냉각작용을 갖는 관형상 부재, 후단측에 리츠선을 배치함으로써 전력 손실을 억제하고, 또한 코일의 과가열도 방지할 수 있게 된다. 또한, 이와 같은 구성으로 함으로써 관형상 부재의 냉각효과에 의해 자극 선단의 가열방지효과를 높일 수 있다.In the heating method in which the magnetic flux is generated in the horizontal direction with respect to the surface on which the wafer of the
여자부(28)는 상기와 같은 구성의 코어(30)와 유도가열코일(36, 38)을 서셉터(16)의 적층방향을 따라서 복수(도 2에 도시하는 예에서는 3개) 배치함으로써 구성되어 있다.The
또한, 상기와 같은 여자부(28)에서, 실시형태의 코어(30)는 도 3에 도시하는 바와 같이, 서셉터(16)의 중심점(O)으로부터 각 자극 끝면의 중심을 향해서 연장시킨 선이 이루는 각(θ)이 소정의 각도(하우징(26)이 이루는 각에 의존)가 되도록 구성되어 있다. 자극(32, 34) 사이에 각도를 부여한 후에 한쪽의 자극(32)과 다른 쪽의 자극(34)의 극성을 반대로 함으로써 발생 자속이 자극(32, 34) 사이를 왕복하게 된다. 이에 의해, 단일 자극(32(34))에 의해 발생하는 자속보다 서셉터(16)의 중심측을 통하는 자속을 발생시킬 수 있게 된다.In the
전원부(40)에는 코어(30) 단위로 각 코어(30)의 자극(32, 34)에 두루 감긴 유도가열코일(36, 38)에 대응한 인버터(도시하지 않음)와, 도시하지 않은 교류 전원과, 도시하지 않은 전력제어부 등이 마련되어 있으며, 각 코어(30)에 마련된 유도가열코일(36, 38) 단위로 공급하는 전류나 전압 및 주파수 등을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 실시형태에 따른 유도가열장치(10)에서는 단일 코어(30)에 두루 감긴 유도가열코일(36, 38)(예를 들어 자극(32a)에 두루 감기는 유도가열코일(36a)과 자극(34a)에 두루 감기는 유도가열코일(38a))은 회로상 병렬 혹은 직렬의 관계로 하여 권회 방향을 동일하게 한 후에 전류의 투입방향을 반대로 한다. 이에 의해, 각 코어(30)에서의 2개의 자극(예를 들어 자극(32a)과 자극(34a))의 극성을 반대방향으로 할 수 있다. 여기서 인버터로서 공진형의 것을 채용하는 경우에는 주파수의 전환을 간이하게 행할 수 있도록 각 제어주파수에 맞춘 공진 콘덴서를 병렬로 접속하고, 이것을 전력제어부로부터의 신호에 따라서 전환할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.The
실시형태에 따른 전력제어부는 도시하지 않은 존 컨트롤 수단을 갖는다. 존 컨트롤 수단은 인접되게 배치된 코어(30)에 두루 감긴 유도가열코일(36, 38) 사이에 발생하는 상호 유도의 영향을 회피하면서 각 유도가열코일(36, 38)에 대한 투입 전력의 제어를 행하는 역할을 한다.The power control section according to the embodiment has zone control means (not shown). The zone control means controls the input power to each of the induction heating coils 36 and 38 while avoiding the influence of mutual induction occurring between the induction heating coils 36 and 38 wound around the cores 30 arranged adjacently. Play a role.
상기와 같이 근접되게 적층 배치되는 코어(30)에 두루 감긴 유도가열코일(36, 38)은 각각이 개별적인 유도가열코일로서 가동되기 때문에 상하로 인접하는 유도가열코일 사이(예를 들어 유도가열코일(38a)과 유도가열코일(38b))에서 상호 유도가 발생하고, 개별적인 전력 제어에 악영향을 미치는 경우가 있다. 그렇기 때문에 존 컨트롤 수단은 검출된 전류의 주파수나 파형(전류 파형)에 기초하여 인접되게 배치된 유도가열코일에 투입하는 전류의 주파수를 일치시키고, 또한 전류 파형의 위상을 동기(위상차를 0 또는 위상차를 0에 근사시키는 것), 혹은 소정의 위상차를 유지하도록 제어함으로써 인접되게 배치한 유도가열코일 사이에서의 상호 유도의 영향을 회피한 전력 제어(존 컨트롤 제어)를 가능하게 하고 있다.Since the induction heating coils 36 and 38 wound around the cores 30 stacked in close proximity to each other are operated as individual induction heating coils, the induction heating coils vertically adjacent to each other (for example, induction heating coils ( There is a case where mutual induction occurs in 38a) and
이와 같은 제어는 각 유도가열코일(36, 38)에 투입되어 있는 전류값이나 전류의 주파수, 및 전압값 등을 검출하고, 이것을 존 컨트롤 수단에 입력한다. 존 컨트롤 수단에서는 예를 들어 코어(30a)에 두루 감긴 유도가열코일(36a, 38a)과 코어(30b)에 두루 감긴 유도가열코일(36b, 38b) 사이의 전류 파형의 위상을 각각 검출하고, 이것을 동기 혹은 소정의 위상차를 유지하도록 제어한다. 이와 같은 제어는 전력제어부에 대해서 각 유도가열코일에 투입하는 전류의 주파수를 순시적으로 변화시키는 신호를 출력함으로써 이루어진다.Such control detects the current value, the frequency of the current, the voltage value, and the like input to each of the induction heating coils 36 and 38, and inputs the same to the zone control means. In the zone control means, for example, the phases of the current waveforms between the
본 실시형태에 따른 유도가열장치(10)와 같은 구성의 경우, 전력제어에 관해서는 전력제어부에 마련된 도시하지 않은 기억수단(메모리)에 기억된 제어 맵(수직온도분포제어 맵)에 기초하여 열처리 개시로부터의 경과시간 단위로 변화시키는 투입 전력을 출력하기 위한 신호를 출력하면 된다. 또한, 제어 맵은 열처리 개시로부터 열처리 종료에 이르기까지의 적층 배치된 서셉터 사이의 온도 변화를 보정하고, 임의의 온도 분포(예를 들어 균일한 온도 분포)를 얻기 위해서 각 유도가열코일에 부여하는 전력값을 열처리 개시로부터의 경과시간과 함께 기록한 것이면 된다. 또한, 서셉터(16)의 온도를 계측하는 계측수단(도시하지 않음)을 구비하고 있는 경우에는 각 존에서의 서셉터 온도를 피드 백하여 온도 제어(전력 제어)를 행하도록 하면 된다.In the case of the same configuration as the
이와 같은 구성의 전원부(40)에서는 전력제어부로부터의 신호에 기초하여 각 유도가열코일(36, 38)에 투입하는 전류의 주파수를 순시적으로 조정하고, 전류 파형의 위상 제어를 실시함과 동시에, 각 유도가열코일(36, 38) 단위의 전력 제어를 실시함으로써 보트(14) 내에서의 수직방향의 온도 분포를 제어할 수 있다.In the
또한, 이와 같은 구성의 유도가열장치(10)에 의하면, 자속이 웨이퍼(60)에 대해서 수평으로 작용하기 때문에 웨이퍼(60)의 표면에 금속막 등의 도전성 부재가 형성되어 있었던 경우에도 웨이퍼(60)의 온도 분포가 흐트러질 우려가 없다.Moreover, according to the
이와 같은 구성의 유도가열장치에 의하면, 챔버(12)의 외부에 배치한 자극(32, 34)의 가열 방지를 실현하면서 피유도가열부재인 서셉터(16)를 효율적으로 가열할 수 있게 된다.According to the induction heating apparatus having such a configuration, the
다음에, 본 발명의 유도가열장치에 따른 제2 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 따른 유도가열장치의 대부분의 구성은 상술한 제1 실시형태에 따른 유도가열장치(10)와 동일하다. 따라서, 본 실시형태에서는 상기 제1 실시형태에 따른 유도가열장치(10)와 구성을 다르게 한 요부만을 도시하여 설명하기로 하고, 그 구성을 동일하게 하는 부분에는 도면에 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 또한, 제1 실시형태에 따른 유도가열장치(10)와의 차이점은 하우징(26)에 마련된 개구부(142)의 형태에 있다. 구체적으로는 제1 실시형태에서의 개구부(42)는 평면 형태를 다각형(도 1에 도시하는 예에서는 육각형)으로 하는 하우징(26)의 2변 각각에 개구부(42)를 마련하고, 개구부(42) 각각에 자기투과성 차폐판(46)과 냉각판(48)을 개별적으로 배치하는 구성으로 하고 있었다. 이에 반해, 본 실시형태에 따른 유도가열장치에서는 도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이, 개구부(142)에 하우징(26)을 개재시키지 않고, 단일 자기투과성 차폐판(46)과 단일 냉각판(48)으로 개구부(42)를 차폐하는 구성으로 하고 있다.Next, a second embodiment according to the induction heating apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Most configurations of the induction heating apparatus according to the present embodiment are the same as those of the
이와 같은 구성으로 한 경우에도, 자기투과성 차폐판(46), 냉각판(48), 및 냉각관(50)을 구비함으로서 자극(32, 34)의 가열을 방지할 수 있다. 또한, 그 외의 구성, 작용, 효과에 대해서는 상술한 제1 실시형태에 따른 유도가열장치(10)와 동일하다.Even in such a configuration, by providing the magnetically
또한, 상기와 같은 구성의 유도가열장치에서, 냉각관(50)은 금속에 의해 구성한다. 금속은 수지 등에 비해서 열전도율이 높기 때문에, 내부를 삽입 관통하는 냉매에 의한 냉각효과를 높일 수 있기 때문이다. 그런데, 냉각관(50)을 금속으로 한 경우 냉각관(50)은 자극(32, 34)의 근방에 배치되기 때문에 자속의 영향을 받고, 내부에 유기 전류(과전류)가 발생하여 유도 가열될 우려가 있다. 그렇기 때문에 개구부(42)를 포위하도록 배치되는 냉각관은 극성이 다른 자극(32, 34) 쌍방의 자속의 도달범위를 통하도록 배치하는 구성으로 하면 된다.In addition, in the induction heating apparatus of the above configuration, the cooling
구체적으로는, 예를 들어 제1 실시형태와 같이 자극(32, 34) 각각에 대해서 독립된 개구부(42)를 마련하고 있는 경우에는 도 8에 도시하는 바와 같이, 2개의 개구부를 단번에 포위하도록 냉각관을 배치하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 냉매인 냉각수는 개구부(42)의 주위(냉각판(48)의 가장자리변)를 골고루 돌게 된다. 또한, 유기 전류는 자극(32)측과 자극(34)측에서는 반대방향으로 발생하기 때문에 상호 간에 상쇄되어, 유도 가열에 의한 냉각관(50)의 가열을 억제할 수 있다.Specifically, for example, in the case where the
또한, 실시형태에 따른 유도가열장치(10)와 같이, 극성이 다른 자극(32, 34)을 복수(쌍으로서는 3쌍) 집합시켜서(실시형태에 따른 예는 적층 배치) 집합체를 구성하고 있는 경우에는 이 집합체 전체를 둘러싸도록 하여 냉각관을 배치하면 된다.In addition, as in the
또한, 제2 실시형태와 같이 1개의 개구부(42)에 대해서 자극(32)과 자극(34) 쌍방을 배치한 경우에는 도 9에 도시하는 바와 같이 단순히 개구부(42)의 주위(냉각판(48)의 가장자리변)를 포위하도록 배치하면 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써 냉각작용과 유도가열억제의 쌍방의 작용을 이룰 수 있기 때문이다.In addition, when the
10 : 유도가열장치 12 : 챔버
14 : 보트 16 : 서셉터
18 : 회전 테이블 20 : 테이블
22 : 회전축 24 : 베이스
26 : 하우징 28 : 여자부
30(30a~30c) : 코어 32(32a~32c) : 자극
34(34a~34c) : 자극 35(35a~35c) : 요크
36(36a~36c) : 유도가열코일 38(38a~38c) : 유도가열코일
40 : 전원부 42 : 개구부
46 : 자기투과성 차폐판 48 : 냉각판
50 : 냉각관 60 : 웨이퍼10: induction heating device 12: chamber
14 boat 16: susceptor
18: rotating table 20: table
22: rotating shaft 24: base
26: housing 28: excitation part
30 (30a-30c): core 32 (32a-32c): magnetic pole
34 (34a ~ 34c): Stimulation 35 (35a ~ 35c): York
36 (36a ~ 36c): Induction heating coil 38 (38a ~ 38c): Induction heating coil
40: power supply section 42: opening
46: magnetic permeable shield plate 48: cooling plate
50: cooling tube 60: wafer
Claims (27)
상기 자기투과성 차폐판을 냉각하기 위해서 상기 자기투과성 차폐판에 밀접 또는 근접시킨 냉각판,
상기 냉각판을 냉각하는 냉매를 삽입 관통시키는 냉각관, 및
극성이 다른 한쌍의 자극을 구비하고,
상기 냉각관은 상기 한쌍의 자극 쌍방을 둘러싸도록 배치된 것을 특징으로 하는 유도가열장치.
Induction heating having a chamber constituting a process chamber and a core constituting a magnetic pole by winding an induction heating coil disposed around the magnetic permeable shield plate that shields an opening provided in a partition member constituting the chamber, the outer circumference of the chamber. On the device,
A cooling plate closely or in close proximity to the magnetically permeable shield plate for cooling the magnetically permeable shield plate,
A cooling tube through which a refrigerant for cooling the cooling plate is inserted;
With a pair of magnetic poles of different polarities,
The cooling pipe is arranged to surround both of the pair of magnetic poles.
상기 냉각판은 세라믹에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 1,
Induction heating apparatus, characterized in that the cooling plate is made of a ceramic.
상기 냉각판과 상기 자극 사이에 공극을 마련한 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 1,
Induction heating apparatus characterized in that the gap provided between the cooling plate and the magnetic pole.
상기 냉각판과 상기 자극 사이에 공극을 마련한 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 2,
Induction heating apparatus characterized in that the gap provided between the cooling plate and the magnetic pole.
상기 한쌍의 자극이 복수 모여서 집합체를 구성하고 있는 경우에는, 상기 냉각관은 상기 집합체 전체에 걸친 상기 자극을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.
The method of claim 1,
And a plurality of pairs of magnetic poles to form an aggregate, wherein the cooling tube is arranged to surround the magnetic poles throughout the assembly.
상기 한쌍의 자극이 복수 모여서 집합체를 구성하고 있는 경우에는, 상기 냉각관은 상기 집합체 전체에 걸친 상기 자극을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.
The method of claim 2,
And a plurality of pairs of magnetic poles to form an aggregate, wherein the cooling tube is arranged to surround the magnetic poles throughout the assembly.
상기 한쌍의 자극이 복수 모여서 집합체를 구성하고 있는 경우에는, 상기 냉각관은 상기 집합체 전체에 걸친 상기 자극을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.
The method of claim 3,
And a plurality of pairs of magnetic poles to form an aggregate, wherein the cooling tube is arranged to surround the magnetic poles throughout the assembly.
상기 한쌍의 자극이 복수 모여서 집합체를 구성하고 있는 경우에는, 상기 냉각관은 상기 집합체 전체에 걸친 상기 자극을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.
5. The method of claim 4,
And a plurality of pairs of magnetic poles to form an aggregate, wherein the cooling tube is arranged to surround the magnetic poles throughout the assembly.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 1,
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 2,
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 3,
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.5. The method of claim 4,
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 5,
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method according to claim 6,
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.The method of claim 7, wherein
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 자기투과성 차폐판은 석영에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열장치.9. The method of claim 8,
The magnetically permeable shield plate is made of quartz, characterized in that the heating device.
상기 유도가열코일은 냉매를 삽입 관통 가능한 관형상 부재와, 복수의 선재로 이루어지는 꼬임선으로 이루어지고,
상기 자극의 선단측에 상기 관형상 부재를 배치하고, 상기 관형상 부재의 뒤쪽에 상기 꼬임선을 배치한 것을 특징으로 하는 유도가열장치.17. The method according to any one of claims 1 to 16,
The induction heating coil is composed of a tubular member through which a refrigerant can be inserted, and a twisted line formed of a plurality of wire rods.
The tubular member is disposed on the tip side of the magnetic pole, and the twisted line is disposed behind the tubular member.
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