JP5297306B2 - Induction heating method and induction heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導加熱方法および誘導加熱装置に係り、特に大径のウエハ等の基板を処理する場合に、被加熱物の温度制御を行う際に好適な誘導加熱方法、および装置に関する。 The present invention relates to an induction heating method and an induction heating apparatus, and more particularly to an induction heating method and apparatus suitable for controlling the temperature of an object to be heated when a substrate such as a large-diameter wafer is processed.
誘導加熱を利用して半導体ウエハ等の基板を熱処理する装置としては、特許文献１や特許文献２に開示されているようなものが知られている。特許文献１に開示されている誘導加熱装置は図１０に示すように、バッチ型の熱処理装置であり、多段積みされたウエハ２を石英のプロセスチューブ３に入れ、このプロセスチューブ３の外周にグラファイト等の導電性部材で形成した加熱塔４を配置し、その外周にソレノイド状の誘導加熱コイル５を配置するというものである。このような構成の誘導加熱装置１によれば、誘導加熱コイル５によって生じた磁束の影響により加熱塔４が加熱され、加熱塔４からの輻射熱によりプロセスチューブ３内に配置されたウエハ２が加熱される。
As an apparatus for heat-treating a substrate such as a semiconductor wafer using induction heating, those disclosed in
また、特許文献２に開示されている誘導加熱装置は図１１に示すように、枚葉型の熱処理装置であり、同心円状に多分割されたサセプタ７をグラファイト等で形成し、このサセプタ７の上面側にウエハ８を載置、下面側に複数の円環状の誘導加熱コイル９を同心円上に配置しこれら複数の誘導加熱コイル９に対する個別電力制御を可能としたものである。このような構成の誘導加熱装置６によれば、各誘導加熱コイル９による加熱範囲に位置するサセプタ７と、他のサセプタ７との間の伝熱が抑制されるため、誘導加熱コイル９に対する電力制御によるウエハ８の温度分布制御性が向上する。
Further, as shown in FIG. 11, the induction heating apparatus disclosed in Patent Document 2 is a single-wafer type heat treatment apparatus, in which a
また、特許文献２においては、ウエハ８を載置するサセプタ７を分割する事で発熱分布を良好に制御する旨記載されているが、特許文献３には、サセプタの断面形状を工夫することで、発熱分布を改善することが開示されている。特許文献３に開示されている誘導加熱装置は、円環状に形成される誘導加熱コイルの径が小さい内側において発熱量が小さくなる事に注目し、サセプタにおける内側部分の厚みを厚くすることで、外側部分よりも内側部分の方が誘導加熱コイルからの距離が近くなるようにし、発熱量の増大と熱容量の増大を図ったものである。
In Patent Document 2, it is described that the distribution of heat generation is favorably controlled by dividing the
しかし、上記のような構成の誘導加熱装置ではいずれも、グラファイトに対して磁束が垂直に作用することとなる。このため、被加熱物としてのウエハ表面に金属膜等を形成していた場合にはウエハが直接加熱されてしまう場合があり、温度分布制御が乱れることが生じ得る。 However, in any of the induction heating apparatuses configured as described above, the magnetic flux acts perpendicularly to the graphite. For this reason, when a metal film or the like is formed on the surface of the wafer as an object to be heated, the wafer may be directly heated, and temperature distribution control may be disturbed.
これに対し、グラファイト（サセプタ）に対して水平方向の磁束を与えることで加熱を促せば、ウエハの直接加熱を抑制することができるとも考えられるが、この場合には水平面における温度分布を制御することが困難となる。 On the other hand, it is considered that direct heating of the wafer can be suppressed if the heating is promoted by applying a horizontal magnetic flux to the graphite (susceptor). In this case, the temperature distribution in the horizontal plane is controlled. It becomes difficult.
そこで本発明では、上記問題点を解消し、サセプタに対して水平磁束を与える場合であってもグラファイト水平面の温度分布制御を可能とする誘導加熱方法、および誘導加熱装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an induction heating method and an induction heating apparatus that can solve the above-described problems and enable temperature distribution control of the graphite horizontal plane even when a horizontal magnetic flux is applied to the susceptor. To do.
上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法は、サセプタ上に配置された被加熱物を前記サセプタを誘導加熱することで間接加熱する誘導加熱方法であって、前記サセプタの円周上における複数個所に被加熱物載置面に平行な方向に交流磁束を生じさせる誘導加熱コイルを配置し、前記誘導加熱コイルの単体または予め定めた組み合わせに対して電流を投入し、前記交流磁束の発生範囲を変化させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an induction heating method according to the present invention is an induction heating method in which an object to be heated arranged on a susceptor is indirectly heated by induction heating of the susceptor, the induction heating method being performed on a circumference of the susceptor. Inductive heating coils that generate alternating magnetic flux in a direction parallel to the surface on which the object is to be heated are disposed at a plurality of locations in FIG. The generation range is changed.
また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、サセプタ上に配置された被加熱物を前記サセプタを誘導加熱することで間接加熱する誘導加熱装置であって、前記サセプタの外周側に配置され、前記サセプタにおける前記被加熱物載置面と平行な方向に交流磁束を形成する複数の誘導加熱コイルと、前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する制御部を備えることを特徴とする。 An induction heating apparatus according to the present invention for achieving the above object is an induction heating apparatus for indirectly heating an object to be heated arranged on a susceptor by induction heating the susceptor, wherein the outer periphery of the susceptor is A plurality of induction heating coils arranged on the side and forming an alternating magnetic flux in a direction parallel to the surface of the object to be heated in the susceptor, and an induction heating coil that inputs current from the plurality of induction heating coils The control part which performs is characterized by the above-mentioned.
また、上記特徴を有する誘導加熱装置において前記複数の誘導加熱コイルは前記サセプタの中心を基点として１８０度未満の範囲内に配置すると良い。
このような構成とすることにより、誘導加熱コイルの配置範囲を狭めることができ、誘導加熱装置の小型化を図ることができる。
In the induction heating apparatus having the above characteristics, the plurality of induction heating coils may be disposed within a range of less than 180 degrees with the center of the susceptor as a base point.
By setting it as such a structure, the arrangement | positioning range of an induction heating coil can be narrowed and size reduction of an induction heating apparatus can be achieved.
また、上記特徴を有する誘導加熱装置において前記複数の誘導加熱コイルは、巻回されるコイルの内側にコアを有するようにすることが望ましい。
このような構成とすることにより、磁束の拡散を抑制することができ、加熱効率を向上させることができる。
In the induction heating apparatus having the above characteristics, it is preferable that the plurality of induction heating coils have a core inside a coil to be wound.
By setting it as such a structure, spreading | diffusion of magnetic flux can be suppressed and a heating efficiency can be improved.
さらに、上記特徴を有する誘導加熱装置において前記複数の誘導加熱コイルの内側に配置される前記コアのそれぞれは、単一のコア本体に接続される構成とすると良い。
このような構成とすることにより、誘導加熱コイルを対として組み合わせて稼動させた場合に、１つの電磁石として取り扱うことが可能となる。
Furthermore, in the induction heating apparatus having the above characteristics, each of the cores arranged inside the plurality of induction heating coils may be connected to a single core body.
With such a configuration, when an induction heating coil is combined and operated, it can be handled as one electromagnet.
上記特徴を有する誘導加熱方法によれば、サセプタに対して水平磁束を与える場合であってもグラファイト水平面の温度分布制御を行うことが可能となる。
また、上記特徴を有する誘導加熱装置によれば、上記効果を奏する方法を実現することができる。
According to the induction heating method having the above characteristics, it is possible to control the temperature distribution on the graphite horizontal plane even when a horizontal magnetic flux is applied to the susceptor.
Moreover, according to the induction heating apparatus having the above characteristics, it is possible to realize a method having the above effects.
以下、本発明の誘導加熱方法、および装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る誘導加熱装置の概要構成について説明する。なお、図１において図１（Ａ）は誘導加熱装置の側面構成を示す部分断面ブロック図であり、図１（Ｂ）は誘導加熱装置の上面構成を示す部分断面ブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the induction heating method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a schematic configuration of the induction heating apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1A is a partial cross-sectional block diagram illustrating a side configuration of the induction heating apparatus, and FIG. 1B is a partial cross-sectional block diagram illustrating a top configuration of the induction heating apparatus.
本実施形態に係る誘導加熱装置１０は、被加熱物としてのウエハ２３と発熱物としてのサセプタ１８を多段に重ねて熱処理を行うバッチ式のものとする。
誘導加熱装置１０は、ウエハ２３とサセプタ１８を多段に重ねたボート１２と、このボート１２を収容するチャンバ２４、サセプタ１８を加熱する誘導加熱コイル２６（２６ａ〜２６ｃ）、および誘導加熱コイル２６に電力を供給する電源部とを基本として構成される。
The
The
サセプタ１８は、導電性部材で構成されれば良く、例えばグラファイトにより構成すれば良い。本実施形態におけるサセプタ１８は、図２に示すように、平面形状を円形とし（図２（Ｂ）参照）、断面形状は下に凸な山形としている（図２（Ａ）参照）。具体的には、サセプタ１８の中央部分と外縁部分とにおいてその厚さを異ならせ、中央部分よりも外縁部分の方が板厚が薄くなるように、ウエハ載置面と反対側の主面に傾斜面２２を形成している。本実施形態では、反対側主面に設けた傾斜面２２に段階的な傾斜角度を持たせるようにしている。これにより、詳細を後述する加熱効率と厚みの関係を微調整することが可能となるからである。
The
外縁側に設けられた穴２０と、反対側主面の中央部に設けられた穴２０ａは、ボート１２を構成する支持部材１４を嵌め込むためのものである。なお、支持部材１４は電磁誘導による加熱の影響を受けない石英などで構成すると良い。
The
また、本実施形態におけるボート１２は、図示しないモータを備えた回転テーブル１６に載置されており、熱処理工程中のサセプタ１８及びウエハ２３を回転させることができる。このような構成とすることにより、サセプタ１８を加熱する際の発熱分布の偏りを抑制することができる。また、詳細を後述するように、加熱源である誘導加熱コイル２６の配置形態をサセプタ１８の中心から偏らせた場合であっても、サセプタ１８を均一加熱することが可能となる。
Further, the
チャンバ２４は、例えばアルミニウム板により構成し、円形や多角形（本実施形態では六角形）の側壁を構成することで、ボート１２を内部に収容する。このような構成とすることにより、熱の拡散を防止すると共に詳細を後述するコア２８が加熱されることを防止することができるようになる。
The
誘導加熱コイル２６は、ボート１２の外周側に配置されたコア２８に銅線を巻回されて構成される。実施形態に係る誘導加熱装置１０では、１つのコア２８に対して３つの磁極面３４（３４ａ〜３４ｃ）を形成するように、弓状に形成したコア本体３０から、ボート１２側に向けて突設された３つの凸部３２（３２ａ〜３２ｃ）のそれぞれに、誘導加熱コイル２６が巻回されている。コア２８は、フェライト系セラミックなどにより構成すると良く、粘土状の原料を形状形成した上で焼成して成るようにすれば良い。このような部材により構成すれば、形状形成を自由に行うことが可能となるからである。また、コア２８を用いることにより、誘導加熱コイル２６単体の場合に比べて磁束の拡散を防止することができ、磁束を集中させた高効率な誘導加熱を実現することができる。
The induction heating coil 26 is configured by winding a copper wire around a
誘導加熱コイル２６は、コア２８に形成された凸部３２の外周に巻回される。このため、誘導加熱コイル２６の巻回方向の中心軸とウエハ２３又はサセプタ１８の載置状態における中心軸とは直行する方向を向くこととなり、サセプタ１８に対向する凸部３２の先端面が磁極面３４となる。このような構成から、誘導加熱コイル２６が巻回された磁極面３４からは、サセプタ１８のウエハ載置面に平行な方向に交流磁束が生ずることとなる。各磁極面３４ａ，３４ｂ，３４ｃはサセプタ１８の中心を向くように形成され、当該サセプタ１８の中心を基点として１８０度未満、本実施形態ではそれぞれ６０度の間隔をあけて配置されるように構成されている。このような角度関係とすることにより、サセプタ１８の中心を通る磁束を発生させつつ、コア２８の配置形態の小型化を図ることが可能となる。
The induction heating coil 26 is wound around the outer periphery of the convex portion 32 formed on the
また、誘導加熱コイル２６は、内部を中空とした管状部材（例えば銅管）とすることが望ましい。熱処理中に銅管内部に冷却部材（例えば冷却水）を挿通させることにより、誘導加熱コイル２６自体の加熱を抑制することが可能となるからである。 In addition, the induction heating coil 26 is preferably a tubular member (for example, a copper tube) having a hollow inside. This is because the heating of the induction heating coil 26 itself can be suppressed by inserting a cooling member (for example, cooling water) into the copper tube during the heat treatment.
上記のように構成される３つの誘導加熱コイル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、単一の電源部に接続される。電源部にはインバータ３８と図示しない交流電源、および制御部４０が設けられ、誘導加熱コイルに供給する電流や電圧、周波数等を調整することができるように構成されている。ここでインバータ３８として共振型のものを採用する場合には、周波数の切り替えを簡易に行うことができるように、各制御周波数に合わせた共振回路を並列接続し、これを制御部４０からの信号に応じて切り替えることができるように構成することが望ましい。また、インバータ３８として非共振型のものを採用する場合には、例えばＰＷＭ型のインバータを採用することで、制御部４０からの信号に応じた周波数での運転ができるようになる。このような構成とすることにより、運転中の周波数切り替えを実現することができる。
The three
制御部４０はインバータ３８に接続されており、図示しない検出部により検出される電流値、電圧値、および温度、あるいは予め入力された制御プログラムに基づいて、誘導加熱コイル２６に供給する電流や電圧、周波数、および電流を供給する誘導加熱コイル２６の選択等の制御を行う。これにより、誘導加熱コイル２６を介して発生する水平磁束の範囲、すなわちサセプタ１８の加熱領域の制御を行うことが可能となる。制御部４０には、サセプタ１８の加熱領域を円周上で分割する制御マップが記憶され、検出された温度などの情報に基づき、外周の加熱領域を加熱する場合ほど高い周波数の電流を誘導加熱コイル２６に供給するよう制御信号を出力し、内側の加熱領域を加熱する場合ほど低い周波数の電流を誘導加熱コイル２６に供給するよう制御信号を出力する構成とされている。
The
実施形態に係る誘導加熱装置１０では、誘導加熱コイル２６ｂと誘導加熱コイル２６ｃはそれぞれ、インバータ３８に対して電気的に離接可能に接続されている。また、誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｂ、および誘導加熱コイル２６ｃの巻回方向を同一とした場合には、誘導加熱コイル２６ｂと誘導加熱コイル２６ｃは、インバータ３８に対して誘導加熱コイル２６ａと逆位相の電流が流れるように接続される。このような構成とすることにより、誘導加熱コイル２６ａに電流を流すことにより生ずる磁束と誘導加熱コイル２６ｂ，２６ｃに電流を流すことにより生ずる磁束との向きが逆となり、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｃの先端である磁極面３４ａと、磁極面３４ｂ，３４ｃの極性が逆向きとなる。このため、誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｂの組み合わせ、誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｃの組み合わせといった具合で磁束を生じさせた場合に、組み合わせとなる磁極面３４ａ，３４ｂ（３４ａ，３４ｃ）間を通る磁束を生じさせることが可能となる。なお、接続形態を同一として誘導加熱コイル２６の巻回方向を逆にすることにより、磁極面３４の極性を逆転させ、発生する磁束の向きを定めるようにしても良い。
In the
また、磁極面３４を構成する凸部３２の先端側には、断熱材３６を配置し、コア２８や誘導加熱コイル２６の加熱を抑制するようにすることが望ましい。なお、断熱材３６としては、セラミック板などであれば良く、例えば多孔質アルミナにより構成された板部材などが好ましい。
Moreover, it is desirable to arrange a
ここで、誘導加熱コイル２６とチャンバ２４との関係においては、次のようにすると良い。すなわち、誘導加熱コイル２６を備えるコア本体３０は、チャンバ２４の外側に配置し、誘導加熱コイル２６を巻回させ、磁極面３４を構成する凸部３２はそれぞれ、チャンバ２４を構成する側壁に設けられた孔２４ａからチャンバ２４の内部に突出させるようにするのである。このため、上記断熱材３６は、図１に示すように、凸部３２の先端（磁極面３４）に直接固定しても良いが、チャンバ２４を構成する側壁を利用して固定しても良い。また、チャンバ２４を構成する側壁の加熱を抑制するために、チャンバ２４の外部には冷却機構を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、コア本体３０はチャンバ２４を構成する側壁の外側に配置し、磁極面３４はサセプタ１８の近傍に配置することが可能となり、加熱効率の向上とコア２８の加熱抑制といった２つの効果を奏することができる。
Here, regarding the relationship between the induction heating coil 26 and the
このような構成の誘導加熱装置１０によれば、電流を供給する誘導加熱コイル２６ａ，２６ｂ，２６ｃの切り換え制御を可能とすることより、誘導加熱コイル２６ａ単体での稼動、誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｂとの組み合わせによる稼動、及び誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｃとの組み合わせによる稼動をそれぞれ実施することができる。各稼動形態において生ずる磁束の通過経路（磁束の発生範囲）は、大まかに示すと図３に示すようなものとなる。
According to the
すなわち、誘導加熱コイル２６ａ単体での稼動の場合には、凸部３２ａを中心とした磁束（矢印Ａ）が発生し、磁束の通過経路は磁極面３４ａの近傍となり、磁束の発生範囲はサセプタ１８の外縁部のみとなる。次に、誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｂとの組み合わせでの稼動の場合には、磁極面３４ａと磁極面３４ｂとを行き来する矢印Ｂに示すような磁束が生ずることとなる。このため、磁束の通過経路は誘導加熱コイル２６ａ単体での稼動の場合よりもサセプタ１８の内周側を通るものとなり、磁束の発生範囲も誘導加熱コイル２６ａ単体での稼動の場合よりも内周側に広がることとなる。さらに、誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｃとの組み合わせでの稼動の場合には、磁極面３４ａと磁極面３４ｃとを行き来する矢印Ｃに示すような磁束が生ずることとなる。このため、磁束の通過経路はサセプタ１８の略中心を通るものとなり、磁束の発生範囲もサセプタ１８の中心付近となる。
That is, when the
図４は、サセプタ１８のある断面において、誘導加熱コイルに電流を投入した際（稼動させた際）にサセプタ１８を通る磁束とサセプタ１８に生ずる電流の様子を示す図である。また、図４（Ａ）は誘導加熱コイルに高周波帯域（本実施形態では６０ｋＨｚ）の電流を投入した際の磁束と電流の様子を示し、図４（Ｂ）は誘導加熱コイルに低周波帯域（本実施形態では２０ｋＨｚ）の電流を投入した際の磁束と電流の様子を示す。また、図４において破線で区切った範囲のうち、外周側（図４中右側）の範囲が誘導加熱コイル２６ａを単体で稼動させた場合の範囲であり、中間部（破線で囲まれた範囲）が誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｂの組み合わせで稼動させた場合の範囲であり、内周側（図４中左側）が誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｃの組み合わせで稼動させた場合の範囲である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state of a magnetic flux passing through the
図４から読み取れるように、高周波の電流を投じた場合でも、低周波の電流を投じた場合でも、磁束の進行方向に対して右回り（図４では磁束の進行方向を紙面手前側としているため、紙面上では左回りとなる）の渦電流を生じさせている。また、電流の浸透深さの影響により、高周波電流を投じた場合には、サセプタ１８の外周側（先端部）に比べ内周側（中心部）は、サセプタ１８の厚みに対して渦電流発生部分の面積の割合、すなわち発熱部の面積の割合が少ない。このことより、高周波電流による加熱の場合、サセプタ１８の内周側における加熱効率が悪いということができる。換言すると、誘導加熱コイル２６に対して高周波電流を投入することによれば、サセプタ１８の外周側を効率的に加熱することができ、内周側に比べ外周側の発熱を促すことができるということができる。
As can be seen from FIG. 4, whether a high-frequency current or a low-frequency current is applied, it is clockwise with respect to the direction of magnetic flux (in FIG. 4, the direction of magnetic flux is the front side of the page). , Which is counterclockwise on the paper surface). In addition, when a high frequency current is applied due to the influence of the penetration depth of the current, eddy current is generated on the inner peripheral side (center portion) compared to the outer peripheral side (tip portion) of the
一方、低周波の電流を投じた場合には、サセプタ１８の厚み方向に対する電流の浸透深さが深くなる。このためサセプタ１８の外周側では、サセプタ１８の表裏に生ずる渦電流が互いに干渉し合い、電流の打ち消しが生ずることとなり、発熱が抑制される。これに対し電流の浸透深さに対して十分な厚みを有するサセプタ１８の内周側では、高周波電流投入時に比べて発熱部の面積の割合が大きくなり、加熱効率が向上する。よって、誘導加熱コイル２６に対して低周波電流を投入することにより、サセプタ１８の内周側を効率的に加熱することができ、外周側に比べ内周側の発熱を促すことができる。
On the other hand, when a low-frequency current is applied, the penetration depth of the current in the thickness direction of the
このように本実施形態に係る誘導加熱装置１０では、誘導加熱コイルに対する投入電流の周波数の高低、電流を投入する誘導加熱コイル２６の組み合わせを時分割に制御することにより、水平磁束によりサセプタ１８を加熱する場合であっても、サセプタ１８の加熱範囲を調整し、サセプタ１８（ウエハ２３）の温度分布を任意に制御することが可能となる。
As described above, in the
また、本実施形態に係る誘導加熱装置１０は、誘導加熱コイル２６ａ，２６ｂ，２６ｃを任意に組み合わせて電流を投入することで、サセプタ１８における加熱範囲を制御可能としたことにより、誘導加熱コイル２６の配置範囲角度を小さくすることが可能となった。このため、誘導加熱装置全体としての小型化を図ることもできた。
In addition, the
また、上記のような構成の誘導加熱装置１０によれば、ウエハの表面に金属膜等の導電性部材が形成されていた場合であっても、金属膜内では電流の打ち消しが生ずるため、発熱はサセプタ１８のみに生じ、ウエハ２３の温度分布が乱れる虞が無い。
In addition, according to the
なお、本実施形態において高周波帯域の電流とは、サセプタ１８の外縁部の表裏面に生ずる渦電流が、互いに干渉しない範囲の浸透深さとなる周波数であり、サセプタの厚みと電流の浸透深さの関係から導き出すようにすれば良い。
In the present embodiment, the current in the high frequency band is a frequency at which the eddy current generated on the front and back surfaces of the outer edge of the
また、本実施形態においては、サセプタ１８の断面形状を図２に示すようなものとし、ウエハ載置面の反対側に位置する主面に傾斜面２２を持たせる旨記載した。しかしながら、本実施形態の誘導加熱装置１０に用いるサセプタは、図５に示すようなものであっても良い。すなわち、ウエハ載置面の反対側に位置する主面に階段状の段部２２ａを持たせることにより、ウエハ１８ａの厚みに変化を与える構成としたものである。ここで、段部２２ａの角（垂直面と交わる部分）にはフィレット面（Ｒ）２２ｂを形成し、角部に磁束や熱が集中することを抑制することが望ましい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態におけるサセプタは、図６に示すように、平面形状を円形とし、外縁部にウエハ載置面と平行な方向に切れ込み２１を有する形態としても良い。この場合において切れ込みの形状に関して限定はしないが、図６に示す例の場合はウエハ載置面とウエハ載置面の反対側主面の双方に平行な壁部を有する構成とし、切れ込み２１の底（最も内周側）には曲面（Ｒ）を持たせるようにしている。そして切れ込み２１は、サセプタ１８ｂの円周全域に、当該円周に沿って形成される。また、切れ込み２１は、サセプタ１８ｂの厚み方向中心を基点とした場合に、ウエハ載置面の反対側主面寄りに設けるようにすると良い。このような構成とすることにより、ウエハ載置面側に残るサセプタ１８ｂ（薄板部１９）の板厚と反対側主面側に残るサセプタ１８ｂ（薄板部１９ａ）の板厚とに差異が生じ、薄板部１９の方が厚くなる。この板厚の違いにより、詳細を後述するような発熱効率の差を生じさせ、ウエハ載置面側を効率的に発熱させることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 6, the susceptor in the present embodiment may be configured such that the planar shape is circular and the outer edge has a
図７は、サセプタ１８ｂのある断面において、誘導加熱コイルに電流を投入した際（稼動させた際）にサセプタ１８ｂの内部を通る磁束とサセプタ１８ｂに生ずる電流の様子を示す図である。また、図７（Ａ）は誘導加熱コイルに高周波帯域（本実施形態では６０ｋＨｚ）の電流を投入した際の磁束と電流の様子を示し、図７（Ｂ）は誘導加熱コイルに低周波帯域（本実施形態では２０ｋＨｚ）の電流を投入した際の磁束と電流の様子を示す。また、図７において破線で区切った範囲のうち、外周側（図４中右側）の範囲が誘導加熱コイル２６ａを単体で稼動させた場合の範囲であり、中間部（破線で囲まれた範囲）が誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｂの組み合わせで稼動させた場合の範囲であり、内周側（図４中左側）が誘導加熱コイル２６ａと誘導加熱コイル２６ｃの組み合わせで稼動させた場合の範囲である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a state of a magnetic flux passing through the inside of the susceptor 18b and a current generated in the susceptor 18b when a current is supplied to the induction heating coil (when the susceptor 18b is operated) in a certain section of the susceptor 18b. 7A shows the state of magnetic flux and current when a current in a high frequency band (60 kHz in this embodiment) is applied to the induction heating coil, and FIG. 7B shows a low frequency band ( The state of magnetic flux and current when a current of 20 kHz is applied in this embodiment is shown. In addition, the range on the outer peripheral side (right side in FIG. 4) of the range divided by the broken line in FIG. 7 is the range when the
図７から読み取れるように、高周波の電流を投じた場合でも、低周波の電流を投じた場合でも、磁束の進行方向に対して右回り（図７では磁束の進行方向を紙面手前側としているため、紙面上では左回りとなる）の渦電流を生じさせている。また、渦電流は切れ込み２１を設けた外縁部では、ウエハ載置面側の薄板部１９と反対側面の薄板部１９ａの双方において、表裏面でそれぞれ発生している。サセプタ１８ｂでは上述したように、薄板部１９ａよりも薄板部１９の方が厚くなるように切れ込み２１を設けている。このため、薄板部１９においては表面側（ウエハ載置面側）に生じた渦電流と裏面側（切れ込み壁面側）に生じた渦電流との干渉が無く、発熱効率が高い。これに対して薄板部１９ａにおいては表面側（切れ込み壁面側）に生じた渦電流と裏面側（反対面側）に生じた渦電流とが大きく干渉し、電流の打ち消しあいが生ずることとなり、発熱が抑制される。
As can be seen from FIG. 7, even when a high-frequency current is applied or a low-frequency current is applied, it is clockwise with respect to the direction of magnetic flux (in FIG. 7, the direction of magnetic flux is the front side of the page). , Which is counterclockwise on the paper surface). Further, eddy currents are generated on the front and back surfaces in both the
上記のように、薄板部１９は発熱効率が高く、サセプタ１８ｂの外周側は発熱量が多いと言うことができる。これに対してサセプタ１８ｂの内周側は、外周側に比べてサセプタ１８ｂの厚みに対する渦電流の発生部分の面積の割合、すなわち発熱部の面積の割合が少ないということができる。これは、電流の浸透深さの影響によるものであり、浸透深さの浅い高周波電流を誘導加熱コイル２６に投入する場合は、サセプタ１８ｂの内周側に比べて外周側の発熱を促すことができるということができる。
As described above, it can be said that the
一方、低周波の電流を投じた場合には、サセプタ１８ｂの厚み方向に対する電流の浸透深さが深くなる。このためサセプタ１８ｂの外周側では、薄板部１９ａに加えウエハ載置面側に位置する薄板部１９内部でも、表裏面における渦電流の干渉が生ずることとなり、発熱が抑制される。これに対し電流の浸透深さに対して十分な厚みを有するサセプタ１８ｂの内周側では、高周波電流投入時に比べて発熱部の面積の割合が大きくなり、加熱効率が向上する。よって、誘導加熱コイル２６に対して低周波電流を投入することにより、サセプタ１８ｂの内周側を効率的に加熱することができ、外周側に比べ内周側の発熱を促すことができる。
このように、サセプタの形態を変えた場合であっても、図２に示したサセプタ１８と同様な効果を得ることができる。
On the other hand, when a low-frequency current is applied, the penetration depth of the current in the thickness direction of the susceptor 18b increases. For this reason, on the outer peripheral side of the susceptor 18b, eddy current interference occurs on the front and back surfaces inside the
Thus, even when the form of the susceptor is changed, the same effect as that of the
また、本実施形態においては、サセプタの断面形状を図８に示すようなものとしても良い。すなわち、サセプタ１８ｃの外縁部に設けた切れ込み２１に対し、非導電性部材である石英２１ａを埋め込むというものである。ウエハ２３の温度分布を確実に制御するためには、サセプタの発熱分布を確実に制御する必要がある。ここで、薄板部１９ａでは発熱効率は悪いが、多少の発熱が予測される。この場合に生じた熱は、熱伝導によりサセプタの内周側を加熱することとなり、発熱分布の制御を乱す要因となる可能性がある。このため、熱伝導性が良く耐熱性を有する石英２１ａを切れ込み２１に埋め込むことにより、薄板部１９ａで発生した熱を垂直方向、すなわち薄板部１９側へと伝達させる構成とすることで、発熱分布の精度を高めることができるのである。
In the present embodiment, the cross-sectional shape of the susceptor may be as shown in FIG. That is,
次に、本発明の誘導加熱装置に係る第２の実施形態について、図９を参照しつつ説明する。本実施形態に係る誘導加熱装置１０ａの殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る誘導加熱装置１０と同様である。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、詳細な説明は省略することとする。
Next, 2nd Embodiment which concerns on the induction heating apparatus of this invention is described, referring FIG. Most of the configuration of the
第１の実施形態に係る誘導加熱装置１０との相違点としては、誘導加熱コイルに対して設定周波数の異なる複数（本実施形態では２つ）のインバータ３８，３８ａを並列に接続した点を挙げることができる。
The difference from the
設定周波数を大きく解離させた（本実施形態では２０ｋＨｚと６０ｋＨｚといった３倍程度）電流を各インバータ３８，３８ａから誘導加熱コイル２６に供給することにより、低周波帯域の電流に高周波帯域の電流を割り込ませて運転することができる。これにより、サセプタ１８の温度分布制御をさらに安定させることができる。
By supplying the current with the set frequency greatly dissociated (in this embodiment, about three
なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る誘導加熱装置と同様である。また、本発明において、円形ウエハを一様に加熱するために、例えば図３においてウエハ２３の右側半分しか誘導加熱コイル２６が存在せず、ウエハ２３を載せたテーブルを回転させることとしているが、ウエハ２３の全周に誘導加熱コイル２６を配置させ、テーブルを回転させない構造としても、同じ効果を得ることができる。
In addition, about another structure, an effect | action, and an effect, it is the same as that of the induction heating apparatus which concerns on 1st Embodiment mentioned above. In the present invention, in order to uniformly heat the circular wafer, for example, in FIG. 3, only the right half of the
実施形態においては被加熱物としてウエハ（半導体ウエハ）を例に挙げて説明したが、被加熱物の相違は本発明の実施に影響を与えるものでは無く、他の被加熱物を加熱する場合にも利用することができる。 In the embodiment, a wafer (semiconductor wafer) has been described as an example of an object to be heated. However, the difference in the object to be heated does not affect the implementation of the present invention, and other objects to be heated are heated. Can also be used.
１０………誘導加熱装置、１２………ボート、１４………支持部材、１６………回転テーブル、１８………サセプタ、２０，２０ａ………穴、２２………傾斜面、２３………ウエハ、２４………チャンバ、２４ａ………孔、２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）………誘導加熱コイル、２８………コア、３０………コア本体、３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）………凸部、３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ）………磁極面、３６………断熱材、３８………インバータ、４０………制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記サセプタの円周上における複数個所に被加熱物載置面に平行な方向に交流磁束を生じさせる誘導加熱コイルを配置し、
前記誘導加熱コイルの単体または予め定めた組み合わせに対して電流を投入し、前記交流磁束の発生範囲を変化させることを特徴とする誘導加熱方法。 An induction heating method for indirectly heating an object to be heated arranged on a susceptor by induction heating the susceptor,
An induction heating coil that generates an alternating magnetic flux in a direction parallel to the surface to be heated is disposed at a plurality of locations on the circumference of the susceptor,
An induction heating method characterized in that a current is supplied to a single unit or a predetermined combination of the induction heating coils to change the generation range of the AC magnetic flux.
前記サセプタの外周側に配置され、前記サセプタにおける前記被加熱物載置面と平行な方向に交流磁束を形成する複数の誘導加熱コイルと、
前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する制御部を備えることを特徴とする誘導加熱装置。 An induction heating apparatus that indirectly heats an object to be heated disposed on a susceptor by induction heating the susceptor,
A plurality of induction heating coils that are arranged on the outer peripheral side of the susceptor and that form an alternating magnetic flux in a direction parallel to the object placement surface of the susceptor;
An induction heating apparatus comprising: a control unit that selects an induction heating coil that inputs current from the plurality of induction heating coils.
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Families Citing this family (6)
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Family Cites Families (8)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH10321357A (en) * | 1997-05-23 | 1998-12-04 | Fuji Electric Co Ltd | Induction heating device |
| JPH11127559A (en) * | 1997-10-22 | 1999-05-11 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | Ac energy converter |
| JP2003142242A (en) * | 2001-11-06 | 2003-05-16 | Koyo Thermo System Kk | Induction heating device |
| JP4155577B2 (en) * | 2003-08-25 | 2008-09-24 | 学校法人東京電機大学 | Pipe induction heating device |
| JP2005216595A (en) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Masatake Tanimitsu | Electromagnetic induction heating device |
| JP4336283B2 (en) * | 2004-09-29 | 2009-09-30 | 三井造船株式会社 | Induction heating device |
| JP5168472B2 (en) * | 2008-02-18 | 2013-03-21 | 株式会社豊田自動織機 | Rotating electric machine |
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2009
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102602478B1 (en) * | 2022-12-23 | 2023-11-15 | 한국진공주식회사 | Drying apparatus for anode/cathode material of secondary battery by induction heating type |
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