JP4336283B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導によって誘導加熱体を発熱させて被加熱体を加熱する誘導加熱装置に関するものである。

ＬＳＩや液晶基板を作製するための半導体製造プロセスにおいて、酸化・拡散・成膜およびアニールなどの工程には熱処理が必ずともなう。熱処理技術は半導体製造プロセスにおいて基本的かつ重要な技術である。
このような、半導体製造プロセスにおける熱処理は、従来では、複数の半導体ウエハを一括に加熱する、ホットウォール形の電気炉によって行なわれるのが主流であった。
しかし、ホットウォール型の電気炉は巨大な熱容量をもった系であるため、温度の安定性に優れる代わりに温度追従性に欠けるといった欠点がある。

半導体製造プロセスにおける熱処理において、処理状態（熱処理後の半導体ウエハの状態）は、半導体ウエハの最高到達温度のみではなく、昇温時間、最高到達温度の維持時間、降温時間などの熱履歴によっても大きく左右される。熱容量が巨大なホットウォール型の電気炉では、昇温や降温（特に降温）に非常に長い時間がかかる。そのため、昇温や降温の間も半導体ウエハは比較的高温な状態で長時間保たれることとなり、この間にも半導体ウエハの状態は変化する（酸化や拡散などが進行する）。このため、ホットウォール型の電気炉では、昇温や降温における半導体ウエハの状態変化も考慮に入れて、比較的に低い処理速度で長時間かけて処理温度を変化させつつ半導体ウエハの熱処理を行う必要があった。このような長時間のプロセスは、プロセス時間の長時間化の問題の他に、不純物の再拡散の増加など品質上の問題も生じていた。

そのために、近年では、枚葉式のランプ加熱を用いた急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が行なわれるようになっている。ＲＴＰ処理は枚葉式のため、バッチ内での温度履歴の差が生じず、昇温速度や降温速度も電気炉より１０倍以上早いため能率的であり、大口径のウエハにも有利である。また、処理室の容積が小さいため雰囲気制御が容易であり、入炉時の自然酸化膜形成が抑制できるなどの利点もある。ＲＴＰは、急速熱アニーリング（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理、急速熱クリーニング（ＲＴＣ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｌｅａｎｉｎｇ）、急速熱化学気相体積（ＲＴＣＶＤ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理、急速熱窒化（ＲＴＮ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ）処理、および急速熱酸化膜形成法（ＲＴＯ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）など、様々な工程における熱処理に適用されている。このような急速熱処理では、ホットウォール型の電気炉による熱処理に比べ、高い温度（数百〜千数百℃）で短時間のうちに半導体ウエハの状態を変化させている。

このようなＲＴＰ処理において、半導体ウエハと離間して設けられた誘導加熱体を電磁誘導により発熱させ、この熱を伝達（伝導、輻射等）させて間接的に半導体基板を加熱する誘導加熱装置（基板誘導加熱装置）が提案されている。誘導加熱は種々の加熱方法の中にあって、特に半導体基板に対してクリーンで電気エネルギーの熱変換効率が高く、温度上昇が高速、高温加熱が可能という特長がある。しかし、半導体基板製造プロセスで用いた場合、誘導加熱体の発熱の温度分布が均一にならず（均熱性がなく）、加熱処理された半導体基板の品質が均一とならないという問題が生じる。

そこで、特許文献１では高周波誘導加熱装置であって、誘導コイルの巻き線間隔の疎密を半径方向の中心部と外周辺部で密とし、中間部分では疎とし、螺旋状に敷設するものが開示されている。特許文献１の発明によれば、外気への放熱による熱の損失が大きい発熱部の外周辺部と、誘導コイルの半径が小さいため、他の部分と比較して発生する磁界が小さくなりやすいため発熱が少ない中心部付近とで巻き線間隔を密としている。これにより、これらの部分（中心部と外周辺部）に発生する磁界とこれに伴う発熱を増加させ、高周波誘導加熱装置の発熱部の均熱性を実現できるとされている。

また、同様に特許文献２では、２００℃程度に半導体基板を加熱する高周波誘導加熱装置であって、誘導コイルの巻き線間隔の疎密を外周辺部で密とし、中心部では疎として螺旋状に敷設するものが開示されている。特許文献２の発明によれば、外気への放熱による熱の損失が大きい外周辺部の誘導コイルの巻き線間隔を外周辺部で密とし、外周辺部で発生する磁界と、これに伴う発熱とを増加させている。同時に、外周辺部等の中心部付近以外の部分からの熱伝導により温度が高くなりやすい、中心部付近の誘導コイルの巻き線間隔を疎とし、中心部付近で発生する磁界を減少させ、高周波誘導加熱装置の発熱部の均熱性を実現できるとされている。
実開昭６２−７１８９４号公報 実開昭６１−４２７９８号公報

上述のように急速熱処理（ＲＴＰ）では、短時間のうちに半導体ウエハの状態を変化させるために、ホットウォール型の電気炉による熱処理に比べ、高い温度（数百〜千数百℃）で加熱処理を行う必要があり、発熱部の温度は１０００℃などの比較的高温（高温域）で均熱性が高いことが求められる。
しかしながら、特許文献１および２に開示された高周波誘導加熱装置によれば、発熱を行う部材の発熱温度が、例えば２００℃程度の低温域の場合、電磁誘導により発熱を行う部材の均熱性の実現が図られるが、発熱温度が、例えば、１０００℃などの比較的高温（高温域）の発熱を行う場合、放熱等の原因で前記部材の温度が所望の温度（１０００℃）まで上昇せず、また、特に前記発熱部の中心部付近の温度が下がり、均熱性が実現できない。

そこで、本発明は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、電磁誘導によって発熱する誘導加熱体が、例えば１０００℃程度の高温域においても均熱性を実現し、所望の被加熱体の加熱処理に適した最適温度分布の加熱処理を可能とする、誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、誘導加熱によって被加熱体を加熱する誘導加熱装置であって、平面に沿って、同心円形状または渦巻き形状に設けられた電流経路を有し、この電流経路を流れる電流により誘導磁界を発生する誘導コイルと、この誘導コイルに対向して設けられ、この誘導コイルによる前記誘導磁界により発熱し、前記誘導コイルが設けられた側の面と反対側の面に対向して配置された被加熱体を加熱する誘導加熱体と、を有し、前記誘導加熱体において、前記誘導コイルの同心円形状または渦巻き形状の中心位置に対応する中央部分の、前記誘導コイルの前記電流経路が設けられるコイル面からの距離が、前記中央部分の周囲に位置する周辺部分に比べて短いことを特徴とする誘導加熱装置を提供する。

前記コイル面に対して垂直方向の前記誘導加熱体の厚さは、前記中央部分がその周辺部に比べて厚いことが好ましい。また、前記中央部分は、前記周辺部分に対して段差を持って前記誘導コイルに向けて突出していることが好ましい。

また、前記誘導コイルは２以上の電流経路からなり、前記電流経路を流れる電流はそれぞれ異なる電流源から供給されることが好ましい。

なお、本装置は、前記被加熱体として、半導体基板を好適に加熱することができる。

本発明の誘導加熱装置では、誘導コイルの同心円形状または渦巻き形状の中心位置に対応する誘導加熱体の中央部分における、誘導加熱体と誘導コイルが設けられたコイル面との距離を、この中央部分の周囲の周辺部分における距離に比べて短くしている。これにより、所望の加熱温度が例えば１０００℃などの高温域の場合であっても、誘導加熱体の中央部分の温度が周辺部分に比べて低下することなく、前記誘導加熱体の高い均熱性を実現している。
さらに、誘導コイルがなす面の中心部分に流れる電流の制御により、前記誘導加熱体の中心部分での発熱量を増加させ、より高い均熱性を実現している。
また、誘導加熱体の中央部分の厚さを、この中央部分の周囲の周辺部分と比較して厚いものとし、この部分の熱容量を増加させることで、温度変動等の外乱からの影響を受けにくくして、誘導加熱体について高い均熱性および高い温度安定性を実現している。
本発明の誘導加熱装置により、高い均熱性および高い温度安定性で、例えば、半導体基板などの被加熱体を加熱処理することが可能となる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の誘導加熱装置を詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の誘導加熱装置の一実施形態である基板誘導加熱装置１０の要部を模式的に示す概略構成図であり、図１（ｂ）は基板誘導加熱装置１０全体の概念を示す側面図である。基板誘導加熱装置１０は、コイル支持部材２０、加熱体円板２２、断熱・冷却部材２４、制御電源２６ａ、２６ｂおよび計測・制御装置２８、誘導コイル３２を有して構成される。

基板誘導加熱装置１０において、コイル支持部材２０は、後述する誘導コイル３２を支持固定する。コイル支持部材２０の図１（ａ）中の上側の表面であるコイル配置面３０は平面となっており、このコイル配置面３０には、誘導コイル３２が敷設されて固定されている。誘導コイル３２は、断面形状が同一の複数の部分コイルＬ（部分コイルＬ_ａ、および部分コイルＬ_ｂ《図２参照》）が、コイル配置面３０に配置されることで形成されている。各部分コイルＬ（部分コイルＬ_ａ、および部分コイルＬ_ｂ）は導電性のコイルであって、制御電源２６によって交流電圧が印加されることで交流電流が流れる電流経路となっている。

図２は、コイル支持部材２０のコイル配置面３０に誘導コイル３２が敷設された状態を、誘導コイル３２側から（すなわち図１（ａ）の上側から）見た図である。図１（ｂ）に示すように、誘導コイル３２の各部分コイルＬは電源系統ごとに系統Ｌ_ａ及びＬ_ｂの２系統に分離されており、２つの系統は、それぞれ制御電源２６ａおよび２６ｂに接続されている。また制御電源２６ａ、２６ｂには計測・制御装置２８が接続されており、計測・制御装置２８からの制御信号（出力）が接続される。

図２に示すように誘導コイル３２は、複数の部分コイルＬ（部分コイルＬ_ａ、および部分コイルＬ_ｂ）が、平面状に巻き線間隔が一定の同心円形状を形成して、平坦なコイル配置面３０上に互いに重複せず敷設されている。このように、複数の部分コイルＬが平坦なコイル配置面３０に配置されることで、各部分コイルＬは、図１（ａ）中に一点鎖線で示すコイル面３４に沿って配置される。コイル面３４は、コイル配置面３０に略平行に仮想的に設けられた略平面であり、各部分コイルＬの断面の中心がなす面である。
誘導コイル３２の同心円形状の中心位置側には、部分コイルＬ_ａが、また、誘導コイル３２の同心円形状の中心位置の周囲に位置する周辺側には、部分コイルＬ_ｂがそれぞれ配置されている。部分コイルＬ_ａと部分コイルＬ_ｂとは、それぞれ交流電流を発生する制御電源（交流電源）２６ａ、２６ｂに接続されている。

これらの制御電源２６ａおよび２６ｂは、計測・制御装置２８とも接続されている。計測・制御装置２８には、光温度計や熱電対などの各種の非接触または接触型の公知の温度センサ５４が接続されており、この温度センサ５４によって、加熱体円板２２の、後述する加熱輻射面４０や、加熱輻射面４０からの輻射によって加熱される被加熱部材の温度を測定する。計測・制御装置２８は、この温度センサ５４によって測定された温度に応じて、加熱輻射面４０や被加熱部材が、例えば、各種設定器等（図示せず）による入力によって予め設定された目標温度となるよう、制御電源２６ａ、２６ｂに対して制御信号を出力する。計測・制御装置２８は、この制御信号によって制御電源２６ａ、２６ｂが各部分コイルに印加する交流電流の大きさを制御する。

加熱体円板２２は、図１中下側の表面であるコイル対向面４２が、上述のコイル面３４と対向するように配置されており、グラファイト等の電磁誘導性を有する材料で構成されている。加熱体円板２２の形状は、図１の上方向からみた場合に円形に見える円板状である。加熱体円板２２は後述のように、誘導加熱により発熱して半導体基板を加熱する誘導加熱体である。
加熱体円板２２を構成する面のうち、図１中の上方の面である加熱輻射面４０は平坦であり、図１中の下方の面であるコイル対向面４２がコイル面３４と平行になるように配置固定されている。

コイル配置面３０に対向して配置された加熱体円板２２の、部分コイルＬ_ａの位置に対応する中央部分２２_ａの厚さは、部分コイルＬ_ｂの位置に対応する加熱体円板２２の周辺部分２２_ｂの厚さと比較して厚くなっており、加熱体円板２２の図１中下方の面であるコイル対向面４２の形状は階段状となっている。ここで加熱体円板２２の厚さとは、コイル支持部材２０のコイル面配置３０（コイル面３４）に略垂直な方向の幅のことをいう。

つまり、コイル対向面４２の、中央部分２２_ａに対応する領域（中央面領域４２_ａとする）とコイル面３４との距離Ｄ_１と、コイル対向面４２の周辺部分２２_ｂに対応する領域（周辺面領域４２_ｂとする）とコイル面３４との距離Ｄ_２との間に、Ｄ_１＜Ｄ_２が成り立つ。すなわち、加熱体円板２２のコイル対向面４２とコイル面３４との距離は、中央部分２２_ａが周辺部分２２_ｂよりも狭くなっている。
さらに、前述のように、加熱輻射面４０は平坦であるため、加熱体円板２２の中央部分２２_ａの厚さＤ_３と周辺部分２２_ｂの厚さＤ_４との間には、Ｄ_３＞Ｄ_４が成り立つ。
ここで前述の加熱体円板２２全体とその中央部分２２_ａのそれぞれの直径Ｃ_１、Ｃ_２は、例えば、３５０ｍｍ、５０ｍｍである。また、中央部分２２_ａ、周辺部分２２_ｂのそれぞれの厚さＤ_３、Ｄ_４は、例えば、５ｍｍ、３ｍｍである。

また、コイル支持部材２０と加熱体円板２２との間隙には、断熱冷却部材２４が充填されている。この断熱・冷却部材２４は、加熱体円板２２が誘導加熱によって発熱した際、その熱がコイル３２およびその他の構成部材に伝わることを防止する。断熱・冷却部材２４は、公知の各種断熱材の内部に流水用パイプ（図示せず）が敷設されており、この流水用パイプを液体が循環して冷却する水冷方式で常時冷却される。

次に、本実施例の基板誘導加熱装置１０による加熱体円板２２の発熱、およびこの加熱体円板２２からの輻射による被加熱部材（被加熱体）の加熱の過程を簡単に説明する。
図１（ｂ）に示す基板誘導加熱装置１０において、誘導加熱によって被加熱部材の加熱を行う場合、制御電源２６ａ、２６ｂが交流電圧を発生することで、各部分コイルＬにおいて、部分コイルＬ_ａおよび部分コイルＬ_ｂ毎に一様な交流電流が流れ、誘導磁界が発生する。この誘導磁界により加熱体円板２２のコイル対向面４２表面に高密度の渦電流が発生する。

そして、この渦電流によるジュール熱で加熱体円板２２のコイル対向面４２が発熱し、表面温度が上昇する。コイル対向面４２の発熱に伴い、加熱体円板２２の表面および内部を熱が伝導し、加熱輻射面４０の表面温度が上昇（加熱体２２の全体の温度が上昇）する。このようにして、加熱体円板２２の加熱輻射面４０の温度は、略１０００℃を越える高温度となる。
加熱輻射面４０からは、表面温度（加熱輻射面の温度）に応じた熱エネルギーが赤外線などの電磁波として輻射される。本実施形態では、このように、加熱体円板２２の加熱輻射面４０から輻射された熱（熱エネルギー）によって、被加熱部材である半導体基板等を加熱する。

なお、この基板誘導加熱装置１０では、加熱体円板２２の昇温時には、計測・制御装置２８によって、上述のように、温度センサ５４を用いて、加熱体円板２２の加熱輻射面４０の中央部分２２_ａおよび周辺部分２２_ｂでの温度を計測する。そして、この計測した温度に基づき、計測結果が目標温度（設定温度）となるように、２基の制御電源２６ａ、２６ｂの電圧・周波数・位相等出力パラメータを制御するための制御信号を、制御電源２６ａ、２６ｂに出力する。制御電源２６ａおよび２６ｂは、この制御信号に応じた電圧・周波数・位相で交流電圧を発生することで、系統Ｌ_ａ、Ｌ_ｂ毎の交流電流を制御して加熱体円板２２の発熱を制御する。

この際、断熱・冷却部材２４は、前述のように、加熱体円板２２からの輻射熱の断熱および誘導コイル３２の冷却を行って、誘導コイル３２の温度上昇を防止する。この冷却により、誘導コイル３２の温度上昇による、各部分コイルＬの導電率の低下、さらにはコイル支持部材２０および誘導コイル３２の破損を防止する。

加熱体円板２２の中央部分２２_ａの位置に対応する、部分コイルＬ_ａが発生する磁界は、周辺部分２２_ｂの位置に対応する部分コイルＬ_ｂが発生する磁界に比べて小さい。本発明では、加熱対象物である加熱体円板２２のコイル対向面４２の中央面領域４２ａをコイルに接近させることで、加熱体円板２２を通過する磁界を強くすることが可能であり、加熱対象物内部における渦電流を促進して、中心部の加熱性を良好にする。

さらに、この中央部分２２_ａの厚さＤ_３を周辺部分２２_ｂの厚さＤ_４に比べて厚くすることにより、この中央部分２２_ａのなかでも最も加熱され難い、コイルの最も中心部分の位置に対応する、加熱対象物（加熱体円板２２）の芯部（図１（ａ）中のＷで示す部分）への熱伝導を促進し、この芯部の高温加熱を実現する。

さらに、加熱体円板２２の中央部分２２_ａの厚さ（Ｄ_３）が周辺部分２２_ｂの厚さ（Ｄ_４）より厚いことから、特に、加熱体円板２２のうち中央部分２２_ａの体積が増加し、この部分の熱容量が大きくなる。これにより中央部分２２_ａは、周辺部分２２_ｂに比べてより多くの熱エネルギーを蓄積できる。周辺部分２２_ｂは、急激な外部の温度変化等の外乱の影響を受け易い。しかし、このような外乱が生じた際に、大きな熱エネルギーを蓄積している中央部分２２_ａから周辺部分２２_ｂへ熱が伝達することで、中央部分２２_ａおよび周辺部分２２_ｂの双方の温度の変化を最小限に留めることができる。

また、基板誘導加熱装置１０では、計測・制御装置２８によって、前述の制御電源２６_ａ、２６_ｂに発生する交流電流を制御することにより、加熱体円板２２の中央部分２２_ａおよび周辺部分２２_ｂそれぞれの温度を、細かに制御することができる。すなわち、本実施形態の基板誘導加熱装置は、誘導加熱の際に複数の誘導コイルの系統を設け、それぞれの系統に対する電源（電流、周波数等）の制御（以降、ゾーン分割・制御システムという）を行うことにより、高速の加熱、高温度での均熱性を実現している。

以上のような構成により、加熱体円板２２の加熱輻射面４０の温度は、例えば、図３のグラフに示すように、加熱体円板２２の加熱輻射面４０上Ｃ_１方向での温度分布が、温度偏差が±１％未満で略一様となり、均熱性が実現する。さらに、加熱体円板２２のコイル対向面４２のうち中央部分が突出していない場合と比較し、加熱体円板２２全体としての発熱量が増加する。このため、例えば、略１０００℃といった高温で高い均熱性を保ったまま、被加熱材を加熱処理することができる。

本発明の誘導加熱装置を用いると、半導体基板５８に対して高温域を含む温度帯域で均熱性を実現した加熱が行われ、また、発熱量の増加に伴い、従来より高速の温度上昇による所望の加熱温度への到達が得られる。したがって、本発明の誘導加熱装置は、無駄な加熱が減少し、省エネルギーにも貢献する。

図１に示す基板誘導加熱装置１０は、例えば、被加熱部材（被加熱体）として半導体基板を加熱して、半導体の熱処理（いわゆるアニーリング）を行うアニーリング装置等の半導体基板加工装置において使用される。

図４は、基板誘導加熱装置１０を有して構成されるアニーリング装置５６の断面図である。アニーリング装置５６は、チャンバー６２の内部に、半導体支持部材６０および基板誘導加熱装置１０が設けられて構成されている。

アニーリング装置５６において、基板誘導加熱装置１０は、図４に示すように、図１に示す誘導加熱装置の上下を逆転させて、コイル支持部材２０を上方、加熱体円板２２を下方に設けられる。
被加熱部材（被加熱体）である半導体基板５８（例えば、シリコンウェハ）は、図４に示すように、加熱体円板２２の下方に加熱体円板２２と接触しない状態で、チャンバー６２内部に設けられた半導体支持部材６０に載置される。ここで、半導体支持部材６０は駆動系（図示せず）に接続され、回転が可能な構成となっている。

実際のアニーリングにおいては、まず、半導体基板５８が半導体支持部材６０に載置されていない状態で、上述のように、加熱体円板２２が高温かつ均一な温度分布となるように加熱される。この状態で、加熱体円板２２の加熱輻射面４０からは熱エネルギーが電磁波（主に赤外線）として輻射される。加熱体円板２２が均一な温度分布になったことが確認されると、図４に示すように、被加熱部材である半導体基板５８が所定の半導体支持部材６０に載置される。半導体支持部材６０に載置された半導体基板５８は、加熱体円板２２の加熱輻射面４０から輻射される熱エネルギーによって加熱処理される。

なお、アニーリング装置５６は、図示しない、例えば、ロボットアーム等の自動搬送手段を備えており、半導体基板５８の運搬（アニーリング装置５６からの挿入、取出、半導体支持部材６０および装置外部所定位置への載置等）は、このロボットアームによって自動的に行われる。また、半導体支持部材６０は半導体基板５８を載置した状態で図４の上下方向を軸とした回転を行い、半導体基板５８もこれに伴い回転する。このように被加熱部材である半導体基板５８が回転することで、均熱性がさらに向上する。
アニーリング装置５６は、このようにして半導体基板５８の加熱処理を行う。

なお、アニーリング装置５６は、半導体基板加熱処理（アニーリング）時に、半導体基板の表面層に酸化膜や窒化膜を同時に形成する場合（すなわち、急速熱窒化《ＲＴＮ》処理や、急速熱酸化膜形成法《ＲＴＯ》などを行なう場合）、前記アニーリング装置内部の半導体基板の雰囲気は、Ｎ_２やＯ_２等の各種ガスが内部に充填されることが好ましい。アニーリング装置５６はこのために、図示しない各種ガスの供給手段を備えている。また、目的に応じ、基板誘導加熱装置１０はチャンバー６２の内部が略真空状態で半導体基板５８を加熱することもでき、アニーリング装置５６はこのために図示しない真空ポンプ等の排気手段も備えている。
また、アニーリング装置５６は、より大規模な半導体製造システムの構成の一部として用いることもできる。本発明の誘導加熱装置は、このように、アニーリング装置のみならず、他の種々の工程において半導体基板などの被加熱体を高温かつ均等に加熱する加熱処理装置として用いることができる。

なお、本実施例では、コイル面と対向する加熱体円板表面の形状は、図１に示すように、中央部分が周辺部分と比較して突出した２段の階段状の構造となっているが、本発明の加熱体円板表面の形状はこれに限定はされない。例えば、図５（ａ）に示す加熱体円板２２の直径方向での断面図のように、周辺部分から中央部分の突出の段数を３としたり、さらに、４、５…等と増やしたりすることもできる。また、図５（ｂ）に示す加熱体円板２２の直径方向での断面図のように、加熱体円板のコイル対向面の外周部分から加熱体円板２２コイル対向面４２の中央部分中心位置へ向け、加熱体円板２２のコイル対向面４２表面を経る線を直線とし、加熱体円板のコイル対向面の形状を倒立した円錐形状としてもよい。
さらに、図５（ｃ）に示す断面図のように、加熱体円板２２のコイル対向面４２を曲面とすることもできる。前述の場合、加熱体円板の均熱性を実現するために、この曲面は形成される誘導磁界の分布に応じて適正化された形状とすることができる。また、温度分布の補正に適した形状とすることが好ましい。
また、本実施例では加熱体は円板形状を有する加熱体円板としたが、特にこの形状に限定はされず、例えば、正方形状の平板等が実施可能である。

また、加熱体円板２２の加熱輻射面４０の形状は、例えば、図５（ｄ）に示す加熱体円板の断面図のように、コイル面３０に向け凹設された形状とすることもできる。これは、加熱体円板のコイル対向面４２の形状が、例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すような形状においても同様に凹設させることができる。この凹設された形状により加熱体円板２２の厚さを一定とすることもできる。

また、誘導コイル３２の構成も、図６（ａ）に示すように、中心角度が略３６０度の1周のみのコイルが同心円状に複数集合したものとしてもよい。図６（ａ）に示す例では、部分コイルの系統Ｌ_ａ（部分コイルＬ_ａ１〜Ｌ_ａ５）が、また、誘導コイル３２の同心円形状の中心位置の周囲に位置する周辺側には、部分コイルの系統Ｌ_ｂ（部分コイルＬ_ｂ１〜Ｌ_ｂ３０）がそれぞれ配置されている。このような構成において、前述の２系統のゾーン分割・制御システムを導入するには、図６（ｂ）に等価回路図で示すように、誘導コイル３２の各部分コイルＬを電源系統ごとに系統Ｌ_ａ及びＬｂの２系統に分離し、２つの系統をそれぞれ制御電源２６ａおよび２６ｂに接続し、それぞれのコイル毎に交流電流を制御すればよい。
また、誘導コイル３２は、図７に示すように、例えば、１本の長尺な渦巻き状のコイルであっても良い。

また、前述のゾーン分割・制御システムを導入した誘導加熱装置の実施例では、制御系統を減らし、例えば図１（ｂ）に示す系統Ｌ_ｂの系統のみ制御を行い、系統Ｌ_ａについては制御を行わないことも可能である。また、系統Ｌ_ａと系統Ｌ_ｂで分割される領域は、必ずしも加熱体円板の中央部分と周辺部分との分割と同一である必要はなく、それぞれで領域の直径が異なる分割とし、それらを組み合わせることもできる。
一方、制御電源の系統の数を、例えば、３系統以上とし、誘導コイルが発生する磁界に対して前述の２系統のものより複雑で緻密な制御を行うこともできる。さらに、制御電源の系統の数を誘導コイル３２の数とし、各誘導コイル毎に個別の制御電源を接続し、前記各誘導コイル毎に電源の制御を行うことが好ましい。また、所望の加熱温度に応じて、誘導コイル３２の系統を１つとすることもできる。さらに、上記実施例ではコイル面３０に敷設した誘導コイル３２の巻き線間隔を一定としたが、これに限定されず、例えば、中央部分では周辺部分と比較して巻き線間隔を密とすることもできる。

さらに、本発明の誘導加熱装置を構成する各部材の材質は、特に制限がなく、前述のものに制限されない。例えば、加熱体円板の材質は、グラファイトに限定されず、誘導磁界による渦電流の発生と、これに伴うジュール熱の発熱とを行うものであり、熱伝導性に優れ、温度・気圧・雰囲気等の環境条件において影響を受けないものであれば材質を自在に変更、組み合わせることができる。種々の材料の中で、炭素繊維／炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）は、耐割れ性に優れた材質である。誘導加熱体の素材として炭素繊維／炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）を用いることで、急速な熱処理においても、誘導加熱体に割れが生じなくなるといった優れた効果を有する。炭素繊維／炭素複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）は、加熱体円板の材質に好適である。

また、加熱体円板の内部構造は均一である必要は無く、例えば、熱容量が異なる複数の公知の材料を内部に包含した構造とし、特に、中央部分の熱容量を上げることもできる。さらに、加熱体円板の各部の寸法に関しても、特に制限がなく、加熱温度や被加熱材である半導体基板のサイズ等に応じて前述のＣ_１、Ｃ_２、Ｄ_３、Ｄ_４を前述以外の値に変更することが可能である。
また、誘導コイル−加熱体円板の間に設けられる断熱・冷却部材２４の材質や断熱の方法にも、特に制限はなく、使用温度等を考慮して公知技術または公知技術を組み合わせたものを導入することができる。

また、本発明の誘導加熱装置は、被加熱部材（被加熱体）として半導体基板を加熱することに限定されない。例えば、所定の金属からなる被加熱部材を、誘導加熱体と一定距離離間して配置し、誘導加熱体からの熱エネルギーによってこの被加熱部材を加熱してもよい。また、液体や固形物など内容物の入った容器（ガラス製のビーカーや鉄製の鍋など）を誘導加熱体に直接載置し、発熱する誘導加熱体からの伝熱によって、この容器および内容物を加熱してもよい。また、誘導加熱体の表面に液体や固形物などの試料を直接載置し、発熱する誘導加熱体からの伝熱によって、この試料を加熱してもよい。このように、本発明の誘導加熱装置によって加熱される被加熱体は特に限定されない。また、誘導加熱体から輻射される熱エネルギーによって被加熱体を加熱してもよいし、誘導加熱体からの伝熱によって被加熱体を加熱してもよい。

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の誘導加熱装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

（ａ）は本発明に係る誘導加熱装置の一実施形態である基板誘導加熱装置を模式的に説明する断面図であり、（ｂ）は基板誘導加熱装置を模式的に説明する説明図である。 電磁誘導部材のコイル面に誘導コイルが敷設された状態を示す図である。 本発明の実施例での加熱体円板の加熱輻射面直径方向の温度分布を示すグラフである。 基板誘導加熱装置を有して構成されるアニーリング装置を示す断面図である。 加熱体円板の変更例の断面図であって（ａ）は突出の段数を３段とした状態の断面図であり、（ｂ）はコイル対向面の形状を円錐形状とした状態の断面図であり、（ｃ）はコイル対向面の形状を曲面とした状態の断面図であり、（ｄ）は加熱輻射面が凹設された形状とした状態の断面図である。 （ａ）は電磁誘導部材のコイル面で誘導コイルが敷設された状態の他の例を誘導コイル側から見た図であり、（ｂ）は制御電源の電源系統と誘導コイルの系統を示す等価回路図である。 電磁誘導部材のコイル面に誘導コイルが敷設された状態の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 基板誘導加熱装置
２０ コイル支持部材
２２ 加熱体円板
２４ 断熱・冷却部材
２６ａ、２６ｂ 制御電源
２８ 計測・制御装置
３２ 誘導コイル
２２ａ 中央部分
２２ｂ 周辺部分
４２ コイル対向面
５４ 温度センサ
５６ アニーリング装置
５８ 半導体基板
６０ 半導体支持部材
６２ チャンバー

Claims (7)

1. 誘導加熱によって被加熱体を加熱する誘導加熱装置であって、
   平面に沿って、同心円形状または渦巻き形状に巻かれて設けられた電流経路を有し、この電流経路を流れる電流により誘導磁界を発生する平面状誘導コイルと、
   この誘導コイルに対向して設けられ、この誘導コイルによる前記誘導磁界により発熱して、前記誘導コイルが設けられた側の面と反対側の面に対向して配置された被加熱体を加熱する誘導加熱体と、を有し、
   前記誘導加熱体は、前記誘導コイルの前記電流経路が設けられる平面状コイル面に対する垂直方向において、前記誘導コイルの同心円形状または渦巻き形状の中心位置に対応する中央部分の厚さが、前記中央部分の周囲に位置する周辺部分の厚さに比べて厚く、前記中央部分が、前記誘導コイルに向けて突出し、前記中央部分の前記平面状コイル面からの距離が、前記周辺部分に比べて短い形状を有し、
   前記誘導加熱体の前記中央部分を前記平面状誘導コイルの前記電流経路が平面状に巻かれて成す平面に接近して配置し、
   前記誘導コイルは、少なくとも前記誘導加熱体の前記中央部分に対向する電流経路と、前記誘導加熱体の前記周辺部分に対向する電流経路とを有し、それぞれ異なる電流源から電流を供給されることを特徴とする半導体製造プロセスにおける誘導加熱装置。
2. さらに、前記誘導加熱体の前記中央部分および前記周辺部分の前記被加熱体側の表面の温度をそれぞれ検出する２以上の温度センサと、
   前記２以上の温度センサによる温度検出結果に応じて前記２以上の電流経路に前記電流を供給する前記２以上の電流源を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造プロセスにおける誘導加熱装置。
3. 前記中央部分は、前記周辺部分に対して段差を持って前記誘導コイルに向けて突出していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造プロセスにおける誘導加熱装置。
4. 前記平面状誘導コイルは、前記誘導加熱体の前記被加熱体側の表面の温度を１０００℃以上に加熱する高周波誘導コイルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体製造プロセスにおける誘導加熱装置。
5. 前記被加熱体として、半導体基板を加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体製造プロセスにおける誘導加熱装置。
6. 前記誘導加熱体は、前記被加熱体側の表面として平坦な加熱輻射面を有し、この加熱輻射面からの輻射熱によって前記被加熱体を非接触で加熱することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体製造プロセスにおける誘導加熱装置。
7. さらに、前記誘導コイルをその前記平面状コイル面の逆側で支持するコイル支持部材と、このコイル支持部材と前記被加熱体との間隙に充填される断熱冷却部材とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体製造プロセスにおける誘導加熱装置。

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