JP6589545B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、通電した誘導加熱コイルによって被加熱物を誘導加熱可能な誘導加熱装置に関するものである。

誘導加熱コイルを通電させて加熱することにより被加熱物を誘導加熱可能な誘導加熱装置は、一般的な電熱線タイプのヒータを加熱源とする加熱装置と比較して、所定の処理温度まで昇温させる処理の短時間化（短時間で高温化）を図ることが可能であり、種々の分野で用いられている。

例えば、半導体の単結晶を材料ウェハの上に形成する半導体を製造する工程において、近時では、気密状態に密閉可能な真空容器内にサセプタを配置し、誘導加熱コイルに高周波電流を印加することによってサセプタを加熱するように構成された誘導加熱装置が用いられている。このような半導体誘導加熱装置によれば、サセプタに載置されているウェハも加熱され、当該ウェハの表面上に厚み及び不純物濃度を精密に制御した薄膜を形成することが可能である。特に、優れた物理的・化学的性質を有することからシリコン（Ｓｉ）半導体を凌駕する小型・低損失の半導体デバイスの実現が可能とされるデバイスとして注目されている炭化ケイ素(ＳｉＣ)半導体を製造する場合には、１８００℃程度までの処理温度が必要であり、処理温度が最高で１２００℃程度までに制限される電熱線タイプのヒータを加熱源とする装置を適用することができない。

このように短時間で高温化を図ることが可能な誘導加熱装置によって半導体を製造する場合、処理効率の向上を図るべく、真空容器内に複数のサセプタを多段状に配置してバッチ処理可能に構成された誘導加熱装置も実用化されている。例えば図７に示すように、真空容器４の内部空間４Ｓのうち少なくともサセプタ２（ウェハＷが載置される台）を配置した領域全体を真空容器４の外側から共通の誘導加熱コイル５（同一の誘導加熱コイル）で周囲するように配置された構成であれば、真空容器４の外側において誘導加熱コイル５が配置されたエリアＡのうち、真空容器４の長手方向Ｈ（サセプタ５の並び方向と同一方向）中心部及びその近傍のエリアに配置されている誘導加熱コイル５の電力が、真空容器４の長手方向両端部（図示例では上下端部）のエリアに配置されている誘導加熱コイル５の電力よりも相対的に高くなる傾向がある。なお、同図では、真空容器４の長手方向Ｈ（軸方向）に延伸する誘導加熱コイル５の配置エリアＡを、真空容器５の長手方向Ｈに複数（図示例は８つ）の配置エリア単位Ａａに区分けしたものと捉えた場合、全ての配置エリア単位Ａａに共通の誘導加熱コイル５が配置されている構成を模式的に示している。

また、同図に示すように、真空容器４の下端部にガスＧ（キャリアガス、ケイ素原料ガス、炭素原料ガス等）の給気口４１及び排気口４２が形成され、給気口４１から供給されて真空容器内４Ｓにおいて上方に流れるガスＧを排気口４２から排出するように構成されている場合、真空容器内４Ｓにおける抜熱に着目すると、抜熱量は、真空容器４の長手方向中心部よりも、給気口４１及び排気口４２が形成される真空容器４の下端部が相対的に多いため、真空容器内４Ｓの温度分布も、長手方向下端部が他の部分よりも低くなる傾向が確認されている。

誘導加熱装置による加熱処理中に、誘導加熱コイルの電力分布の偏りに伴って各サセプタの加熱状態を均一にできない場合には、多段状に配置されたサセプタ上の各ウェハに対する加工処理にばらつきが生じ、全てのウェハに対して要求されている高度に均一な加工処理（薄膜形成処理）を実施することができず、十分な品質を確保できないことになる。

そこで、真空容器の長手方向中心部における誘導加熱コイルの巻回状態を、真空容器の長手方向両端部における誘導加熱コイルの巻回状態よりも密に設定し、均一加熱及び温度分布の平準化を図る構成が案出されている。この場合、巻回状態の粗密を高い精度で設定することが要求される。

また、誘導加熱コイルを複数に分割して、それぞれの誘導加熱コイルに専用の電源を設け、各電源を個別に制御して、均熱化及び温度分布の平準化を図る構成も知られている。このような構成は、複数の電源が必要であるため、高コスト化を招来することに加えて、隣接する誘導加熱コイル間で鎖交磁束があり、他に悪影響を及ぼすため、電源単位で煩雑な制御が要求される。

また、１つの電源を用いて複数の誘導加熱コイルを加熱する誘導加熱装置として、下記特許文献１には、誘導加熱調理器（いわゆるＩＨヒータ）に関して、誘導加熱コイルと共振コンデンサを直列に接続した２つの直列共振回路を同一のインバータ回路に並列に接続した構成が開示されている。直列共振回路が接続されているインバータは、一定の電圧を交流化する電圧型インバータである。

このように、電圧型インバータに接続した「電圧型直列共振回路」を並列に配置する構成は、電力容量が１０ｋＷ程度の誘導加熱調理器に好適に用いることができる。

特開２０１２−１２４０８１号公報（特許第５６０５１９８号）

しかしながら、例えば１０００ｋＷを越える大容量の電源として、並列に配置された電圧型直列共振回路を同一の電圧型インバータに接続した構成を採用した場合、電圧型インバータを構成するスイッチング素子やダイオードは、大容量の電流が流れ込んだ時のショックに耐え切れず、通常、素子のターンオフ損失を吸収するためのスナバ回路を並列に取り付けるが、そのスナバ回路の損失が多くなり、極めて複雑な回路構成を採用しない限り、電源として機能しないか、機能が大幅に低下し、システム全体（誘導加熱装置全体）に悪影響を与えることになる。また、並列に配置された電圧型直列共振回路を同一の電圧型インバータに接続した構成を採用した場合、上述のターンオフ損失以外に、電源と負荷コイルとの整合を合わすために、通常、変成器（変圧器や変流器）を間に挿入する。これは、電圧型インバータは、直列共振方式のため、負荷コイル側の大電流がそのまま電源側に流れることに対する対処である。すなわち、インバータ内の素子に直接流れるならば、大きな電流容量の素子を用意しなければならないが、通常は、インバータと共振回路の間に設置する変成器の２次側に大電流が流れる。このため、電圧型直列共振の場合、いずれにしても大きな電流容量の機器が必要となる。

さらに、電圧型直列共振回路を構成する素子は、自己消弧型の素子に制限される。このような制約を受ける電圧型直列共振回路が必須である誘導加熱装置において、１０００ｋＷを越える大容量にも対応できる構成にするためには、大幅なコストアップ及び回路構成の複雑化・カスタム化を避けることができない。

上述した諸問題は、真空容器内に配置した複数のサセプタを誘導加熱する装置に限らず、所定の軸方向に延伸する内部空間を他の空間と仕切る筒状の隔壁の外側に巻回状態で配置された誘導加熱コイルによって、内部空間に配置される被加熱物を誘導加熱可能な誘導加熱装置であっても同様に生じる。

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、主たる目的は、１つの電源で複数の誘導加熱コイルを誘導加熱することが可能であり、さらに、所定の軸方向に沿って配置される誘導加熱コイル全体の電力分布や、被加熱物が配置される空間の温度分布の調整が可能な誘導加熱装置を提供することにある。

すなわち本発明は、誘導加熱コイルに任意の周波数の交流電力を出力可能な１つの誘導加熱電源と、被加熱物が配置可能な１つの軸方向に延伸する内部空間を他の空間と仕切る筒状の隔壁と、隔壁の外側に巻回状態で配置される誘導加熱コイルに高周波電流を印加することで被加熱物を誘導加熱により加熱可能な誘導加熱装置に関するものである。ここで、本発明における「筒状の隔壁」は、円筒状の隔壁または角筒状の隔壁の何れも包含するものである。また、筒状の隔壁によって他の空間と仕切られる内部空間は、単一の軸方向に沿った両端が他の空間に連通している空間（筒抜けの空間）であってもよいし、単一の軸方向に沿った何れか一方の端のみが他の空間に連通し、他方の端は他の空間に連通していない空間、或いは軸方向の両端が閉じられた空間であっても構わない。このような本発明における内部空間に配置可能な被加熱物は、１つであってもよいし、複数であってもよい。

そして、本発明に係る誘導加熱装置は、隔壁の外側におけるコイル配置エリアを軸方向に沿って区分けし、少なくとも２つの誘導加熱コイルを相互に異なるコイル配置エリアに個別に配置し、誘導加熱電源として、交流電源からの出力電流を直流電流に変換する順変換回路、及び順変換回路からの出力電流をスイッチング素子により交流電流に変換する逆変換回路を用いて構成した電流型インバータと、少なくとも２つの誘導加熱コイルに共振コンデンサを個別に並列に接続した少なくとも２つの並列共振回路を相互に直列接続し、電流型インバータから交流電力が供給される並列共振直列接続回路とを備えたものを適用し、各並列共振回路の共振周波数を異なる値に設定し、誘導加熱電源から出力する交流電力の周波数である駆動周波数を変化させることによって各誘導加熱コイルの電流比を変更可能に構成していることを特徴としている。

本発明に係る誘導加熱装置であれば、共通の並列共振直列接続回路を構成する少なくとも２つ並列共振回路においてそれぞれ共振コンデンサに並列接続した誘導加熱コイルに対して、電流型並列共振方式を採用した１つの誘導加熱電源から高周波電流を印加して、被加熱物を誘導加熱により加熱可能であるため、複数の誘導加熱コイル毎に専用の電源を設け、各電源を個別に制御する構成と比較して、電源単位の煩雑な制御が要求されず、高コスト化を回避できる。また、本発明に係る誘導加熱装置であれば、少なくとも２つの誘導加熱コイルに共振コンデンサを個別に並列に接続した少なくとも２つの並列共振回路を相互に直列接続した並列共振直列接続回路に、電流型インバータから電力を供給する電流型並列共振方式の誘導加熱電源を適用しているため、並列に配置された複数の電圧型直列共振回路を同一の電圧型インバータに接続した電圧型直列方式の電源を適用した構成と比較して、インバータ回路を構成するスイッチング素子が自己消弧型の素子に制限されず、自己消弧型ではない素子を用いることが可能であり、スイッチング損失も低減することができ、複雑な回路構成の設計を強いられることなく１０００ｋＷを越える大容量（例えば２０００ｋＷ乃至３０００ｋＷ）にも対応することが可能である。

そして、本発明に係る誘導加熱装置では、各並列共振回路の共振周波数を異なる値に設定し、誘導加熱電源から出力する交流電力の周波数である駆動周波数を変化させることによって各誘導加熱コイルの電流比を変更可能に構成しているため、所定の軸方向に沿って区分けした誘導加熱コイルの配置エリアが、例えば電力分布や温度分布等においてどのようなエリアに該当するのかに応じて、各配置エリアに個別に配置する誘導加熱コイルの電流比を制御することによって、隔壁の外側に配置される誘導加熱コイル全体の電力分布を調整したり、被加熱物が配置される空間の温度分布を調整することが可能である。その結果、隔壁の外側に配置される誘導加熱コイル全体の電力分布の均一化や、被加熱物が配置される空間の温度分布の平準化を図ることができる。なお、本発明に係る誘導加熱装置であれば、上述のとおり、各配置エリアに個別に配置する誘導加熱コイルの電流比を制御することによって、隔壁の外側に配置される誘導加熱コイル全体の電力分布を調整したり、被加熱物が配置される空間の温度分布を調整することが可能であるため、敢えて、隔壁の外側に配置される誘導加熱コイル全体の電力分布を不均一にしたり、被加熱物が配置される空間の温度分布の非平準化を図ることもできる。特に、隔壁によって仕切られる空間内における被加熱物の配置箇所や、被加熱物に対する加工処理内容等によっては、誘導加熱コイル全体の電力分布や被加熱物が配置される空間の温度分布に高低差がある状態を確保することが有利になる場合もある。本発明では、少なくとも２つの誘導加熱コイルを相互に異なるコイル配置エリアに個別に配置する構成を採用しており、例えば、所定の軸方向に沿って誘導加熱コイルの配置エリアを３以上の任意の数に区分けし、３以上のコイル配置エリアにそれぞれ別々の誘導加熱コイルを配置し、各誘導加熱コイルを用いて構成した各並列共振回路の共振周波数を相互に異なる値に設定しておくことで、駆動周波数を変化させることよって３以上の誘導加熱コイルの電流比を変更可能に構成することも可能である。

また、本発明において好適な誘導加熱コイルの配置エリアとしては、例えば、１つの誘導加熱コイルを筒状の隔壁の外側において軸方向（内部空間の延伸する方向）に沿って配置した場合に、誘導加熱コイルの電力が相対的に高くなるエリアと相対的に低くなるエリアに応じて軸方向に沿って区分けした配置エリアや、内部空間の温度が相対的に高くなるエリアと相対的に低くなるエリアに応じて軸方向に沿って区分けした配置エリアを挙げることができる。そして、少なくとも２つの誘導加熱コイルを相互に異なる配置エリアに個別に配置すれば、筒状の隔壁の外側に配置する誘導加熱コイル全体の電力分布を調整したり、被加熱物が配置される空間の温度分布を調整することが可能である。具体的には、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間の温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルの電流比を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間の温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルの電流比よりも大きくなるように駆動周波数を変化させることによって、誘導加熱コイル全体の電力分布の均一化や被加熱物が配置される空間の温度分布の平準化を図ることが可能である。

また、本発明では、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間の温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間の温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流よりも小さくなるように駆動周波数を変化させることによって、誘導加熱コイル全体の電力分布や被加熱物が配置される空間の温度分布に敢えてバラツキ（高低差）が生じるようにすることも可能である。さらにはまた、本発明では、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間の温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間の温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流よりも小さくなるように駆動周波数を変化させる時間帯と、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間の温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間の温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流よりも大きくなるように駆動周波数を変化させる時間帯とを意図的に区別してコントロールすることによって、誘導加熱コイル全体の電力分布や被加熱物が配置される空間の温度分布にバラツキ（高低差）を生じさせる時間帯と、誘導加熱コイル全体の電力分布の均一化や被加熱物が配置される空間の温度分布の平準化を図る時間帯とを確保するように構成することも可能である。

本発明に係る誘導加熱装置では、所定の軸方向に延伸して筒状をなす隔壁の外側から、当該隔壁に包囲された内部空間を被覆し得る誘導加熱コイルを、軸方向に沿って区分けしたコイル配置エリアにそれぞれ別個に配置した複数の誘導加熱コイルに分割して、各誘導加熱コイルに共振コンデンサを並列に接続した少なくとも２つの並列共振回路を同一の電流型インバータ回路に直列に接続し、各並列共振回路の共振周波数を相互に異なる値に設定し、駆動周波数を変化させることによって各誘導加熱コイルの電流比を変更可能に構成したことによって、回路構成の複雑化を招来することなく、分割した複数の誘導加熱コイルに電力供給可能な電源の大容量化を図ることができるとともに、誘導加熱コイルの電力分布を調整したり、被加熱物が配置される空間の温度分布を調整することができ、所定の軸方向に沿って配置されるコイル全体によって被加熱物を均一加熱したり、被加熱物の特定部分のみを他の部分よりも積極的に高温化させた状態で加熱することが可能な誘導加熱装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の模式的な断面図。 同実施形態におけるサセプタ及びウェハの相対位置関係を模式的に示す図。 同実施形態における誘導加熱電源を模式的に示す回路図。 同実施形態において周波数の変化による各誘導加熱コイルの電流比の変化を模式的に示す図。 本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置を図１に対応して示す図。 本発明の一実施形態に係るビレットヒータの模式的な断面図。 周知の誘導加熱装置の模式的な断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る誘導加熱装置１は、図１に示すように、ウェハＷを載置可能なサセプタ２と、多段状に配置される複数のサセプタ２を支持するボート３と、サセプタ２及びボート３を内部空間４Ｓに収容可能な耐熱性に優れた真空容器４と、真空容器４の周囲に巻回された誘導加熱コイル５と、誘導加熱コイル５に任意の周波数の交流電力を出力可能な誘導加熱電源６とを備えたものである。

サセプタ２は、誘導加熱処理時の最高温度よりも融点が高い高融点金属材料である黒鉛から形成されたカーボンサセプタである。このサセプタ２が本発明における被加熱物である。本実施形態では、所定厚みに設定された円盤状のサセプタ２を水平姿勢で配置している。本実施形態では、面方向に大きな熱伝導率（例えば、面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、面方向の導電率が１０００Ｓ／ｃｍ以上）を有する異方性黒鉛シートによってサセプタ２を形成している。なお、本実施形態では、厚み方向の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、厚み方向の導電率が５０Ｓ／ｃｍ以下のサセプタ２を適用している。本実施形態のサセプタ２は、このような面方向に大きな熱伝導率を有する異方性黒鉛シートを複数枚重ねて形成されたものである。これにより、サセプタ２の面内をより一層均一に加熱することが可能である。なお、図１及び後述の図２では複数枚の黒鉛シートを積層状に形成したサセプタ２全体を示し、各黒鉛シートについては省略している。

本実施形態で適用する円盤状のサセプタ２は、図２に示すように、その半径を、当該サセプタ２に載置する円盤状のウェハＷの半径よりも図２に示す所定寸法Ｌ分だけ大きく設定している。本実施形態では、Ｌの値を、誘導加熱コイル５によりサセプタ２に発生する浸透深さ（以下、「浸透深さδ」とする）よりも大きな値（例えば浸透深さδの１．５倍から２．０倍）に設定している。

ここで、浸透深さについて、表面からｘの部分の導体（加熱体）内部を流れる電流と浸透深さの関係は、
Ｉｘ＝Ｉｏ ｅｘｐ（−ｘ／δ）
但し、Ｉｘ：表面から深さｘにおける電流、Ｉｏ：導体の表面を流れる渦電流、δ：浸透深さ、であらわすことができる。したがって、浸透深さδのところに流れる電流は、１/ｅ＝０．３７となり、表面を流れる電流の０．３７倍に減衰した電流が流れることになる。この関係は、磁場でも同じ関係である。

また、周波数ｆと浸透深さδの関係は、以下の式１で表すことができる。

本実施形態のサセプタ２は、上述のように、面方向の導電率が１０００Ｓ／ｃｍ以上であり、抵抗率は１０００μ．Ω・ｃｍであるため、式１より、周波数が２０ｋＨｚであれば、浸透深さδは１．１２ｃｍとなる。このことは、周波数が２０ｋＨｚである場合に、サセプタ２の外縁２Ｅから中心２Ｓに向かって１．１２ｃｍまでの領域に多くの磁束が入り、その部分が誘導加熱されることを意味する。したがって、誘導加熱コイル５から発生する磁束は、サセプタ２のエッジ２Ｅから中心２Ｓに向かった所定領域であって且つ浸透深さδに相当する領域（図２における領域２Ａ）に渦電流を発生させてジュール損によりサセプタ２を加熱する。以上より、サセプタ２のうち、加熱電力が入る（通る）のはエッジ２Ｅを含むエッジ近傍領域２Ａであることが把握できる。

本実施形態の誘導加熱装置１は、このようなサセプタ２を、その中心２Ｓを真空容器４の中心、より具体的には、真空容器４の内部空間４Ｓａの軸中心に一致させた状態で配置している。

また、サセプタ２の半径をウェハＷの半径よりも、浸透深さδ（電流の浸透深さδ）の１．５倍から２倍に設定することで、中心ＷＳをサセプタ２の中心２Ｓに一致させた姿勢でサセプタ２に載置したウェハＷに、誘導加熱コイル５からサセプタ２への磁束が極めて通りにくい状況を確保することができ、誘導加熱コイル５から発生する磁界の影響によってウェハＷにダメージが与えられる不具合を防止することが可能である。一方で、面方向に大きな熱伝導率を持つ異方性黒鉛材を用いて構成したサセプタ２を適用していることで、ジュール損により加熱したサセプタ２のエッジ近傍領域２Ａから当該サセプタ２の面方向中央部分に向けて（図２でサセプタ２の中央２Ｓに向かう矢印の方向に）熱が伝わり、サセプタ２全体を均熱化することができる。したがって、サセプタ２に載置したウェハＷ全体を均熱化することができ、ウェハＷ内の温度分布も均一にすることが可能である。

ボート３は、多段状に配置される複数枚のサセプタ２を所定ピッチで支持するものである。このようなボート３によって、真空容器４の内部空間４Ｓに、ウェハＷを載置したサセプタ２を多段状に積み込むことができる。図１では模式的に１０枚のサセプタ２を支持可能なボート３を例示しているが、数十枚以上のサセプタ２を支持可能なボートを適用することも可能である。なお、ボート３や真空容器４は、１８００℃の処理温度に耐える耐熱性に優れて絶縁性を有する材質、例えばＳｉＣ等で構成することができる。また、処理温度が１２００℃以下である場合には、石英を材質とするボートや真空容器４を適用しても構わない。本実施形態では、このようなボート３によって支持される複数のサセプタ２を、真空容器４の内部空間４Ｓのうち中空の部分球状をなす天井壁４４近傍の内部空間（後述の半球状空間４Ｓｂ）を除く空間(後述の円筒状空間４Ｓａ)に配置している。

真空容器４は、筒状の形態を有することからチューブとも称されるものであり、給気口４１から真空容器内４Ｓに供給され上方に流れるガスＧ（キャリアガス、ケイ素原料ガス、炭素原料ガス等）を排気口４２から排出可能に構成されている。この真空容器４は、所定の軸方向Ｈ（本実施形態では鉛直方向または略鉛直方向）に延伸する内部空間４Ｓを他の空間と仕切る円筒状の側壁４３（本発明の「隔壁」に相当）と、側壁４３の上端に連続する半球状の天井壁４４とを一体に有し、内部空間４Ｓを下方にのみ開放させたものである。本実施形態では、給気口４１及び排気口４２を真空容器４の下端部近傍に形成している。

真空容器４の内部空間４Ｓは、天井壁４４に囲まれた中空半球状の内部空間（半球状空間４Ｓｂ）と、側壁４３に囲まれた中空円筒状の内部空間（円筒状空間４Ｓａ）とに大別することができる。本実施形態の真空容器４は、さらに円筒状空間４Ｓａを、サセプタ２及びボート３を収容している内周側空間と、真空容器４の周壁に沿って高さ方向に延びる外周側空間とに区分けし、これら内周側空間及び外周側空間を半球状空間４Ｓｂを介して相互に連通させている。

本実施形態では、給気口４１を内周側空間に直通する位置に形成し、排気口４２を外周側空間に直通する位置に形成している。したがって、給気口４１から円筒状空間４Ｓａのうち内周側空間に供給されたガスＧは、図１において矢印で示すように、円筒状空間４Ｓａのうちサセプタ２及びウェハＷが配置される内周側空間を通過した後に、円筒状空間４Ｓａのうち外周側空間を通じて排気口４２から排気される。すなわち、内周側空間は、ガスＧが供給されるガス供給対象空間として機能し、外周側空間は、排気口４２を通じて真空引きされる排気経路として機能する。また、給気口４１には、真空容器内４ＳへのガスＧの供給量を調整して、サセプタ２及びウェハＷが配置される空間（円筒状空間４Ｓａ、加熱室）を通過するガス流量を調整可能なガス供給制御弁（図示省略）を接続し、排気口４２には真空容器内４Ｓの圧力を調整可能な圧力調整弁（図示省略）を接続し、これら各弁に接続した図示しない圧力調整装置により、各弁を制御して真空容器内４Ｓの圧力を所定値に調整するように構成している。真空容器４については、水冷２重構造のものを適用することも可能である。

誘導加熱コイル５は、図１に示すように、真空容器４の側壁４３の外側において、側壁４３から所定距離離れた位置において真空容器４を取り巻くように巻回したものである。本実施形態では、側壁４３の外側における誘導加熱コイル５の配置エリアＡを軸方向Ｈに沿って第１コイル配置エリアＡ１と第２コイル配置エリアＡ２に区分けし、誘導加熱コイル５を、第１コイル配置エリアＡ１に配置した第１誘導加熱コイル５１と、第２コイル配置エリアＡ２に配置した第２誘導加熱コイル５２とに分割した構成を採用している。具体的には、円筒状空間４Ｓａの長手方向上端部及び下端部を包囲する位置に設定した第１コイル配置エリアＡ１に第１誘導加熱コイル５１を配置し、円筒状空間４Ｓａの長手方向中央部を包囲する位置に設定した第２コイル配置エリアＡ２に第２誘導加熱コイル５２を配置している。図１では、第１コイル配置エリアＡ１及び第２コイル配置エリアＡ２を、相互に異なるパターンを付して示すとともに、第１誘導加熱コイル５１のうち巻回状態ではない部分、及び第２誘導加熱コイル５２のうち巻回状態ではない部分をそれぞれ直線（相対的に太い線が第１誘導加熱コイル５１を示す線であり、相対的に細い線が第２誘導加熱コイル５２を示す線である）で模式的に示している。図１から把握できるように、第１コイル配置エリアＡ１及び第２コイル配置エリアＡ２は、共通の交流電源６から交流電力が供給される。

なお、図１では、真空容器４の軸方向Ｈに延伸する誘導加熱コイル５の配置エリアＡを、真空容器４の長手方向に複数（図示例は８つ）の配置エリア単位Ａａに区分けしたものと捉えた場合に、円筒状空間４Ｓａの長手方向中央部及びその近傍に該当する複数の配置エリア単位Ａａ（図示例では４つの配置エリア単位Ａａ）を第２コイル配置エリアＡ２に設定し、円筒状空間４Ｓａの長手方向上端側に該当する複数の配置エリア単位Ａａ（図示例では２つの配置エリア単位Ａａ）と、円筒状空間４Ｓａの長手方向下端側に該当する複数の配置エリア単位Ａａ（図示例では２つの配置エリア単位Ａａ）を第１コイル配置エリアＡ１に設定したケースを模式的に示している。

また、第１誘導加熱コイル５１及び第２誘導加熱コイル５２は、それぞれ所定回数巻回して所定の筒状に形成した複数のコイル単位の集合体として捉えることができる。この場合、１つの配置エリア単位Ａａに１つのコイル単位を配置するレイアウトを採用すれば、各コイル単位の配置箇所を容易に特定することができる。

また、本実施形態に係る誘導加熱装置１では、各誘導加熱コイル５１,５２同士の磁気的な結合が弱くなるような適宜の処理を要する。

ソレノイド状に巻回された第１誘導加熱コイル５１及び第２誘導加熱コイル５２には、任意の周波数（駆動周波数）の交流電力を出力可能な共通の誘導加熱電源６（高周波電源）が接続され、誘導加熱電源６から第１誘導加熱コイル５１，第２誘導加熱コイル５２に対して交流電力を供給することで、第１誘導加熱コイル５１，第２誘導加熱コイル５２の周囲に交番磁場を発生させ、この交番磁場を浸透対象物であるサセプタ２に浸透させて誘導加熱する。なお、本実施形態の誘導加熱装置１では、誘導加熱コイル５で加熱されたサセプタ２から放出される熱が真空容器４の外部へ漏れないように遮断する機能を発揮し得る断熱材（図示省略）を適宜の箇所に配置することもできる。断熱材としては、導電性及び耐熱性を有し且つ発熱体であるサセプタ２よりも十分に大きい体積固有抵抗率を有する素材から形成されたものを挙げることができる。なお、断熱材とサセプタ２は適宜の手段によって電気的に絶縁状態に設定すればよい。

誘導加熱電源６は、第１誘導加熱コイル５１及び第２誘導加熱コイル５２に供給する交流電力の周波数（駆動周波数）を適宜変更することが可能である。本実施形態に係る誘導加熱装置１は、図３に示すように、電流型インバータ６１と、後述する並列共振直列接続回路６２とを用いて誘導加熱電源６を構成している。

電流型インバータ６１は、交流電源から出力される三相交流電力を直流電力に変換する順変換回路６３と、順変換回路６３からの出力電圧を交流電力に変換する逆変換回路６４とを用いて構成したものである。

本実施形態では、順変換回路６３を、複数の整流素子６３１（例えばサイリスタ等）と、コイル６３２（インダクタンス）とを用いて構成し、整流素子６３１で交流電力から変換した直流電力をコイル６３２（インダクタンス）でフィルタリングすることによって一定の直流にするように設定している。なお、順変換回路６３のコイル６３２は、単なるコイルで構成されるものであってもよいし、電気回路のインダクタンス素子となる静止巻線機器、すなわちリアクトルと称されるものであってもよい。

逆変換回路６４は、スイッチング素子であるトランジスタ６４１を複数用いて構成し、これらトランジスタ６４１により順変換回路６３から出力される直流電力を交流電力に変換するものであり、インバータ回路とも称されるものである。本実施形態の逆変換回路６４には、複数のトランジスタ６４１（スイッチング素子）を直列に接続した直列接続回路部を複数並列に接続した回路を採用している。なお、スイッチング素子として用いるトランジスタは、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の自己消弧型、または、自己消弧型でないサイリスタ等の何れのスイッチング素子であってもよい。

逆変換回路６４の出力側に、並列共振直列接続回路６２を接続している。並列共振直列接続回路６２は、図３に示すように、第１共振コンデンサＣ１及び第１誘導加熱コイル５１を並列に接続した第１並列共振回路６５と、第２共振コンデンサＣ２及び第２誘導加熱コイル５２を並列に接続した第２並列共振回路６６を相互に直列接続した回路である。

本実施形態では、このように、負荷である第１誘導加熱コイル５１（図３に示すインダクタンスＬ１，抵抗Ｒ１が第１誘導加熱コイル５１に相当する）と、第１誘導加熱コイル５１に並列接続した第１共振コンデンサＣ１とによって第１並列共振回路６５を構成するとともに、負荷である第２誘導加熱コイル５２（同図に示すインダクタンスＬ２，抵抗Ｒ２が第２誘導加熱コイル５２に相当する）と、第２誘導加熱コイル５２に並列接続した第２共振コンデンサＣ２とによって第２並列共振回路６６を構成している。各共振コンデンサ（第１共振コンデンサＣ１，第２共振コンデンサＣ２）は、インピーダンスを整合させる整合部としての機能を担うものである。

本実施形態の誘導加熱電源６は、図３に示すように、各並列共振回路（第１並列共振回路６５，第２並列共振回路６６）を互いに直列接続した並列共振直列接続回路６２に、逆変換回路６４の出力側を接続し、逆変換回路６４で直流電力から生成した交流電力を並列共振直列接続回路６２に供給している。すなわち、本実施形態の誘導加熱電源６における各並列共振回路（第１並列共振回路６５，第２並列共振回路６６）は、合成した上で、電流型インバータ６１の負荷となり、電流型並列共振回路を構成する。

そして、本実施形態の誘導加熱装置１では、相互に直列接続した第１並列共振回路６５及び第２並列共振回路６６の共振周波数を相互に異ならせた値（例えば１ｋＨｚ程度の差）に設定し、各並列共振回路（第１並列共振回路６５，第２並列共振回路６６）のインピーダンスがある程度重なるように電流型並列共振方式の誘導加熱電源６で調整することにより、駆動周波数（動作周波数）を変数として、第１誘導加熱コイル５１と第２誘導加熱コイル５２の電流比（図３に示す「Ｉ１」と「Ｉ２」の相対比）を制御可能に構成している。ここで、図４に、周波数の変化による各誘導加熱コイル５１，５２の電流比の変化を模式的に示す。同図より、駆動周波数を変更することによって、誘導加熱コイル５１，５２同士の電流比が変化することが理解できる。本実施形態では、例えば、力率を所定の範囲内で変化させて、第１誘導加熱コイル５１の電流が、第２誘導加熱コイル５２の電流よりも大きくなる条件を満たすように、第１誘導加熱コイル５１及び第２誘導加熱コイル５２の電流比を制御するように構成している。

本実施形態では、電磁気的に互いに結合しない２つの誘導加熱コイル５（第１誘導加熱コイル５１，第２誘導加熱コイル５２）に対して、例えば２０ｋＨｚ程度の共振周波数で動作させるため、容量が１μＦ程度の第１共振コンデンサＣ１と、容量が４μＦ程度である第２共振コンデンサＣ２をそれぞれ第１誘導加熱コイル５１，第２誘導加熱コイル５２に並列に接続して、定電流型インバータ６１で動作させる。

次に、このような構成をなす誘導加熱電源６により誘導加熱コイル５（第１誘導加熱コイル５１，第２誘導加熱コイル５２）に交流電力を供給する手順及び作用について説明する。

本実施形態に係る誘導加熱電源６は、交流電源から順変換回路６３に交流電力が出力されると、順変換回路６３において、複数の整流素子６３１で交流電力を直流電力に変換し、続いてコイル６３２（インダクタンス）でフィルタリングすることによって一定の直流とする。次いで、本実施形態の誘導加熱電源６は、順変換回路６３から平滑された直流電力を逆変換回路６４に出力し、逆変換回路６４においてトランジスタ６４１（スイッチング素子６４１）をオン・オフ制御することにより直流電力を交流電力に変換する。具体的に、このような直流／交流変換は、整合部を構成する共振コンデンサ（第１共振コンデンサＣ１，第２共振コンデンサＣ２）の電圧がゼロとなる直前に、その時点で導通中以外のスイッチング素子６４１をＯＮ（点弧）することにより、全導通状態となり、共振コンデンサ（第１共振コンデンサＣ１，第２共振コンデンサＣ２）の電圧を短絡する経路が生じて、点弧時刻以前に導通していたスイッチング素子６４１は、電流がゼロに向かい、点弧したスイッチング素子６４１は、一定電流値まで増大して、電流経路が変化することになる。この電流反転作用（転流）は、共振コンデンサ（第１共振コンデンサＣ１，第２共振コンデンサＣ２）の電圧、つまりインバータ出力電圧を検出することによって、各並列共振回路（第１並列共振回路６５，第２並列共振回路６６）の共振周波数で動作することになる。この特性により、自己消弧型でないサイリスタでもインバータ動作が可能になり、大電流電源として用いることができる。

このようにして、本実施形態の誘導加熱電源６は、電流型インバータ６１において、逆変換回路６４のトランジスタ６４１（スイッチング素子６４１）をオン・オフ制御することにより直流電流を矩形状（矩形波）の交流電流に変換する。なお、電流型インバータ６１の出力電圧は、正弦波状の波形であり、電流型インバータ６１の出力電流と同位相程度で動作している。

引き続いて、本実施形態の誘導加熱電源６では、逆変換回路６４で生成した交流電流（図３に示す「Ｉ」）が、第１並列共振回路６５及び第２並列共振回路６６を相互に直列接続した並列共振直列接続回路６２に入力され、共振することにより、各並列共振回路（第１並列共振回路６５，第２並列共振回路６６）内ではほぼ正弦波状の交流電流となる。

以上の手順を経て、誘導加熱電源６から各誘導加熱コイル５１，５２に交流電力を供給すると、真空容器４内に配置されているサセプタ２を各誘導加熱コイル５１，５２によって誘導加熱することができる。

また、図示しないが、本実施形態の誘導加熱装置１は、真空容器４の内部温度を計測する１又は複数の温度計で計測した温度等に基づいて、第１誘導加熱コイル５１及び第２誘導加熱コイル５２の出力及び電流比を制御するように構成することもできる。

以上の構成を有する本実施形態の誘導加熱装置１は、真空容器４の内部空間４Ｓを反応室として機能させ、反応室全体を加熱するホットウォール型のＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition・化学気相成長)、エピタキシャル装置、アニール等の熱処理装置である。

本実施形態に係る誘導加熱装置１は、ウェハＷを載置したサセプタ２をボート３によって多段状に支持している状態で、誘導加熱電源６から各誘導加熱コイル５１，５２に交流電力を供給することによって、誘導加熱コイル５の周囲に交番磁場が生成され、この交番磁場は、黒鉛からなるサセプタ２に浸透し、サセプタ２を誘導加熱する。なお、真空容器内４Ｓであって且つサセプタ２よりも真空容器４の周壁側に近い位置に断熱材を配置した構成であれば、誘導加熱コイル５（第１誘導加熱コイル５１，第２誘導加熱コイル５２）の周囲に生成される交番磁場は、断熱材を通ってサセプタ２に浸透することになる。

このような本実施形態に係る誘導加熱装置１は、誘導加熱以外の加熱方式を採用した構成と比較して、誘導加熱方式のメリットである所定の処理温度まで昇温させる処理の短時間化及び高温化を図ることが可能であり、処理工程時間全体の短縮化にも貢献する。特に、複数のサセプタ２を多段状に真空容器内４Ｓに配置している構成を採用した本実施形態に係る誘導加熱装置１によれば、複数のウェハＷに対する加工処理を同時に実施するバッチ処理が可能になり、処理効率をより一層向上させることができる。

また、例えば１つの誘導加熱コイル５を真空容器４の外側全域に巻回して配置した構成（例えば図７参照）であれば、誘導加熱コイル５に交流電力を供給した加熱状態において、誘導加熱コイル５の電力分布が、円筒状空間４Ｓａの長手方向上端部及び下端部よりも円筒状空間４Ｓａの長手方向中心部の方が高くなる傾向に着目し、上述の通り、本実施形態に係る誘導加熱装置１では、第１誘導加熱コイル５１の配置エリアを、真空容器４の外側において円筒状空間４Ｓａの長手方向上端部及び下端部を包囲する第１コイル配置エリアＡ１に設定し、第２誘導加熱コイル５２の配置エリアを、真空容器４の外側において円筒状空間４Ｓａの長手方向中央部を包囲する第２コイル配置エリアＡ２に設定している。

そして、本実施形態に係る誘導加熱装置１では、第１誘導加熱コイル５１に流れるコイル電流が、第２誘導加熱コイル５２に流れるコイル電流よりも大きくなるように、誘導加熱電源６から出力する交流電力の駆動周波数を変数として各誘導加熱コイル５１，５２の電流比を制御することにより、誘導加熱コイル５全体の電力分布を均一または略均一にすることが可能である。このように、複数の誘導加熱コイル５１，５２の電流比を高周波電源である１つの誘導加熱電源６によって制御することによって、真空容器４の長手方向に並ぶ複数の誘導加熱コイル５１，５２毎（さらにいえば上述のコイル単位毎）に電力分布がばらつく事態を防止・抑制することができ、内部空間４Ｓにおいて多段状に配置された各サセプタ２を均一に誘導加熱することができる。その結果、本実施形態に係る誘導加熱装置１は、各サセプタ２に載置したウェハＷをそれぞれ所定の目標温度（エピタキシャル成長温度、例えば１８００℃）まで均一に加熱することができる。なお、所定の処理に到達した時点で、その温度を保持するように各誘導加熱コイル５１，５２の出力（駆動周波数によって調整可能な各誘導加熱コイル５１，５２の電流比に応じた各誘導加熱コイル５１，５２の出力）を制御し、高温の平衡状態を維持する。また、圧力調整装置により、真空容器内４Ｓの圧力値が所定の値となるように、ガス供給制御弁及び圧力調整弁を制御する。

本実施形態に係る誘導加熱装置１は、以上の処理を経て、高温（１８００℃程度）の平衡状態を維持し、各サセプタ２に載置しているウェハＷの表面に均一な膜厚の薄膜、本実施形態では単結晶ＳｉＣ薄膜（ＳｉＣエピ膜とも称されるものであり、以下では、「ＳｉＣ薄膜」と称す）を形成することができる。そして、給気口４１から真空容器内４Ｓ（ガス供給対象空間、内周側空間）に供給する原料ガスＧの供給量に比例してＳｉＣ薄膜の成長速度は増加することから、ガスＧを効率良く加熱して十分なガスＧの分解と供給を行うことでＳｉＣ薄膜の高速成長を得ることができる。つまり、本実施形態に係る誘導加熱装置１は、ウェハＷ上にＳｉＣ薄膜を形成するエピタキシャル成長を実現するＣＶＤエピタキシャル装置として機能し、ウェハＷ上にエピタキシャル成長によってＳｉＣ薄膜を堆積させたエピタキシャルウェハＷを生産することができる。

以上に述べたように、本実施形態に係る誘導加熱装置１は、２つの誘導加熱コイル５１，５２を、真空容器４の外側において真空容器４の軸方向Ｈ（長手方向）に沿って区分けした第１コイル配置エリアＡ１，第２コイル配置エリアＡ２に個別に配置するとともに、誘導加熱電源６として、各コイル配置エリアＡ１，Ａ２に配置した誘導加熱コイル５１，５２毎にそれぞれ共振コンデンサＣ１，Ｃ２を並列に接続した２つの並列共振回路（第１並列共振回路６５，第２並列共振回路６６）を相互に直列接続した並列共振直列接続回路６２に対して、共通の電流型インバータ６１から電力を供給する高周波電源を適用するとともに、各並列共振回路６５，６６の共振周波数を互いに異なる値に設定し、駆動周波数を変化させることによって並列共振直列接続回路６２における各誘導加熱コイル５１，５２の電流比を変更可能に構成しているため、電流型並列共振方式を採用した１つの電源６だけで複数の誘導加熱コイル５１，５２を誘導加熱することが可能であり、さらに、真空容器４の軸方向Ｈに沿って配置されて電力分布の均一化を図った誘導加熱コイル５全体によって、被加熱物が配置される空間４Ｓの温度分布の平準化も図ることができ、真空容器４の内部空間４Ｓに軸方向Ｈに沿って配置されている被加熱物である複数のサセプタ２を均一加熱することができる。

このような構成を適用した本実施形態に係る誘導加熱装置１は、複数の誘導加熱コイル毎に専用の電源を設け、各電源を個別に制御してコイル電力分布の均一化及び真空容器内の温度分布の平準化を図る構成と比較して、電源単位の煩雑な制御が要求されず、高コスト化を回避できるメリットがある。

また、電流型並列共振方式の誘導加熱電源６を１つだけ用いて複数の誘導加熱コイル５１，５２の電力制御を行う本実施形態に係る誘導加熱装置１は、並列に配置された複数の電圧型直列共振回路を同一の電圧型インバータに接続した構成と比較して、インバータ回路を構成するスイッチング素子６４１が自己消弧型の素子に制限されず、自己消弧型でない素子を用いることが可能であり、スイッチング損失も低減することができ、複雑な回路構成の設計を強いられることなく１０００ｋＷを越える大容量にも対応することができるメリットがある。

このようなメリットを有する本実施形態の誘導加熱装置１は、一回の誘導加熱処理によって、複数のサセプタ２にそれぞれ載置しているウェハＷ上に厚み及び不純物濃度を精密に制御したＳｉＣ薄膜を堆積させた高品質なエピタキシャルウェハを安定して供給することができ、ＳｉＣ半導体デバイスの実用化に多いに貢献する。

また、本実施形態に係る誘導加熱装置１では、面方向に異方性を有するカーボン（黒鉛材）で形成したサセプタ２を適用しているため、高周波を用いた誘導加熱処理によってサセプタ２の外周部（エッジ近傍領域２Ａ）を加熱すると、面方向に熱伝導率及び電気伝導率が高いサセプタ２の特性に基づいて、中心部分を含むサセプタ２全体を均一に加熱することができ、サセプタ２に載置したウェハＷ内の温度分布の均一化も図ることが可能である。

特に、本実施形態の誘導加熱装置１は、サセプタ２の直径をウェハＷの直径よりも所定寸法大きく設定し（具体的にはサセプタ２の直径をウェハＷの直径よりも浸透深さδの１．５倍乃至２．０倍の寸法に設定し）、サセプタ２のうち、交流磁場が多く浸透する領域であるエッジ近傍領域２ＡにウェハＷを載置する構成ではなく、交流磁場による渦電流によってサセプタ２上のウェハＷが影響を受けない領域又は受け難い領域、また交流磁場による渦電流が極小となる領域にウェハＷを載置する構成を採用しているため、ウェハＷに多くの磁束を通す事態を回避して、渦電流によるウェハＷへの影響が出ない、または出にくい状況下でサセプタ２全体を均一に加熱することができる。その結果、ウェハＷの破壊や不良品化を回避することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、円筒状空間４Ｓａの長手方向上端部及び下端部を包囲する位置に設定した第１コイル配置エリアＡ１に第１誘導加熱コイル５１を配置し、円筒状空間４Ｓａの長手方向中央部を包囲する位置に設定した第２コイル配置エリアＡ２に第２誘導加熱コイル５２を配置した構成を例示したが、各誘導加熱コイルの配置エリアはこれに限定されず、諸条件を考慮して、各誘導加熱コイルの配置エリアを設定することができる。

一例として、真空容器内４Ｓにおける抜熱に着目すると、給気口４１及び排気口４２に近い部分、つまり、給気口４１及び排気口４２が形成される真空容器４の下端部及びその近傍では、真空容器内４Ｓに供給して排出されるガスＧによる冷却作用のために、相対的に温度が低くなる傾向がある。そこで、図５に示すように、円筒状空間４Ｓａを包囲し得るコイル配置エリアＡを軸方向Ｈに２つのエリアＡ１，Ａ２に区分けして、相対的に下側のエリアを第１コイル配置エリアＡ１に設定し、この第１コイル配置エリアＡ１に第１誘導加熱コイル５１を配置するとともに、相対的に上側のエリアを第２コイル配置エリアＡ２に設定し、この第２コイル配置エリアＡ２に第２誘導加熱コイル５２を配置し、第１誘導加熱コイル５１に流れるコイル電流が、第２誘導加熱コイル５２に流れるコイル電流よりも大きくなるように、誘導加熱電源６から出力する交流電力の駆動周波数を変数として各誘導加熱コイル５１，５２の電流比を制御する態様を適用することも可能である。なお、図５における各符号やパターンは、図１に示す各符号等に準じたものである。

また、図１や図５等に示す実施形態において、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間の温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間の温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流よりも小さくなるように駆動周波数を変化させることによって、誘導加熱コイル全体の電力分布や被加熱物（サセプタ２）が配置される空間の温度分布に敢えてバラツキ（高低差）が生じるようにすることも可能である。さらにはまた、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間の温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間の温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流よりも大きくなるように駆動周波数を変化させる時間帯と、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間の温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間の温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流よりも小さくなるように駆動周波数を変化させる時間帯とを意図的に区別してコントロールすることによって、誘導加熱コイル全体の電力分布の均一化や被加熱物が配置される空間の温度分布の平準化を図る時間帯と、誘導加熱コイル全体の電力分布や被加熱物が配置される空間の温度分布に敢えてバラツキ（高低差）を生じさせる時間帯とを確保するように構成することも可能である。

また、誘導加熱コイルの配置エリアを軸方向に沿って区分けした複数のコイル配置エリアにそれぞれ個別に配置する各誘導加熱コイルは、巻回状態に粗密の差がないものであってもよいし、巻回状態に粗密の差があるものであってもよい。例えば、図１及び図５に示すように、各誘導加熱コイル５１，５２が配置されるコイル配置エリアＡ１，Ａ２を、さらに軸方向Ｈに複数の配置エリア単位Ａａに区分けしたものと捉えた場合、配置エリア単位Ａａ毎に各誘導加熱コイル５１，５２の巻回状態に粗密の差を設定することが可能である。

上述の実施形態では、化学的気相成長（ＣＶＤ）によってウェハ上にエピタキシャル成長膜を作成する装置として機能する誘導加熱装置を例示したが、本発明の誘導加熱装置は、化学的気相成長（ＣＶＤ）によってウェハ上に、エピタキシャル成長膜以外の有用な膜を作成する装置として機能させることもできる。

また、誘導加熱装置は、加熱対象物であるウェハに対して化学反応を利用して適宜の処置を施すものであってもよいし、加熱対象物に対して焼結又は溶解を利用して適宜の処理を施すものであってもよい。

また、サセプタは、面方向に異方性を有するものが好ましいが、面方向に異方性のないものであっても構わない。なお、面方向に異方性を有するサセプタを適用する場合、面方向の熱伝導率や面方向の電気伝導率の値は特に制限されない。さらにまた、本発明では、サセプタにウェハの中心位置を合わせて載置した状態において、ウェハのエッジからサセプタのエッジまでの距離を、ウェハへの影響が出ない範囲であれば、コイルによりサセプタに発生する磁束の浸透深さの２．０倍よりも大きな値に設定したり、あるいは、コイルによりサセプタに発生する磁束の浸透深さの１．５倍よりも小さな値に設定することも可能である。

上述の実施形態では、真空容器内に複数のサセプタを多段状に配置し、複数枚のウェハを同時に加熱処理可能な誘導加熱装置を例示したが、真空容器内に１つのサセプタを配置し、このサセプタに載置した１枚のウェハに対して加熱処理可能な誘導加熱装置であっても構わない。

サセプタが、シート状の黒鉛材を重ねて形成されたものではなく、単一のブロック状またはシート状の黒鉛材を用いて形成されたものであっても構わない。

さらにはまた、サセプタが、面方向に異方性を有する黒鉛材の表面をＳｉＣコーティングしたものであってもよい。この場合、黒鉛材とウェハとが直接接触する事態を回避し、ウェハへの汚染、無用なパーティクルの発生を抑制することができるとともに、プロセスガスとの意図しない反応を低減することが期待できる。

また、本発明に係る誘導加熱装置は、誘導加熱コイルを備えたビレットヒータ(鍛造前誘導加熱装置)であってもよい。一例として、図６に、誘導加熱コイルＸ５（第１誘導加熱コイルＸ５１，第２誘導加熱コイルＸ５２）に任意の周波数の交流電力を出力可能な１つの誘導加熱電源Ｘ６と、被加熱物であるビレット材Ｘ２が軸方向Ｈに沿って直線移動可能に配置される内部空間Ｘ４Ｓを他の空間と仕切る筒状の隔壁（ケーシングＸ４の周壁Ｘ４３）と、周壁Ｘ４３の外側に巻回状態で配置される誘導加熱コイルＸ５（第１誘導加熱コイルＸ５１，第２誘導加熱コイルＸ５２）に高周波電流を印加することでビレット材Ｘ２を誘導加熱により加熱可能なビレットヒータＸ１を示す。なお、ケーシングＸ４の周壁Ｘ４３は、絶縁性を有する例えばコイルセメントによって構成したものである。誘導加熱電源Ｘ６は、上述の実施形態における電源６と同様に、電流型インバータと、２つの並列共振回路を相互に直列接続し、且つ電流型インバータから電力が供給される並列共振直列接続回路とを備えたものである（図示省略）。

そして、本発明に係るビレットヒータＸ１は、各並列共振回路の共振周波数を異なる値に設定し、電源６の駆動周波数を変化させることによって各誘導加熱コイルＸ５１，Ｘ５２の電流比を変更可能に構成している。

このビレットヒータＸ１について詳述すると、筒状をなすケーシングＸ４の周壁Ｘ４３によって仕切られる内部空間Ｘ４Ｓは、軸方向Ｈに延伸し、軸方向Ｈの両端が開放されている。そして、ケーシングＸ４の周壁Ｘ４３の外側における誘導加熱コイルＸ５の配置エリアＸＡを軸方向Ｈに沿って２つのエリアＸＡ１，ＸＡ２に区分けし、２つの誘導加熱コイルＸ５１，Ｘ５２を相互に異なる配置エリアＸＡ１，ＸＡ２に個別に配置する。図示例では、区分けした２つのコイル配置エリアＸＡ１，ＸＡ２のうち、ダミーＸＤに回転可能に保持されたビレットＸ２の進行方向Ｐ下流側のエリアを第１コイル配置エリアＸＡ１に設定し、この第１コイル配置エリアＸＡ１に第１誘導加熱コイルＸ５１を配置するとともに、ビレットＸ２の進行方向Ｐ上流側のエリアを第２コイル配置エリアＸＡ２に設定し、この第２コイル配置エリアＸＡ２に第２誘導加熱コイルＸ５２を配置している。そして、誘導加熱電源Ｘ６から出力する交流電力の駆動周波数を変数として各誘導加熱コイルＸ５１，Ｘ５２の電流比を制御することによって、誘導加熱コイルＸ５全体のコイル電力分布や、及びビレットＸ２の配置空間Ｘ４Ｓの温度分布が所望の分布となるように調整することができる。なお、図６では、第１コイル配置エリアＸＡ１及び第２コイル配置エリアＸＡ２を、相互に異なるパターンを付して示すとともに、第１誘導加熱コイルＸ５１のうち巻回状態ではない部分、及び第２誘導加熱コイルＸ５２のうち巻回状態ではない部分をそれぞれ直線（相対的に太い線が第１誘導加熱コイルＸ５１を示す線であり、相対的に細い線が第２誘導加熱コイルＸ５２を示す線である）で模式的に示している。

特に、図６に示す実施形態において、ビレットＸ２の進行方向Ｐ下流側に図示しないダイスを配置し、ダイスにビレットＸ２のうち進行方向Ｐ下流側の端部（ビレットＸ２の先端部）を接触させることで、接触部分を細い径の線材に加工可能に構成したビレットヒータＸ１であれば、ビレットＸ２の先端部（ダイスに接触する部分）は抜熱が多い。つまり、加熱されているビレットＸ２の先端部が、加熱されていないダイスに接触して熱を奪われることにより、ビレットＸ２の先端部が冷却されて加工温度以下になってしまう事象が生じる。

そこで、本実施形態に係るビレットヒータＸ１では、ビレットＸ２の先端部が冷却されて加工温度以下になってしまう事態を避けるために、先端部付近を他の部分よりも高い温度にすべく、ダミーＸＤに回転可能に保持されたビレットＸ２の進行方向Ｐ下流側のエリアである第１コイル配置エリアＸＡ１に配置した第１誘導加熱コイルＸ５１に流れるコイル電流が、ビレットＸ２の進行方向Ｐ上流側のエリアである第２コイル配置エリアＸＡ２に配置した第２誘導加熱コイルＸ５２に流れる電流よりも大きくなるように駆動周波数を変化させることによって、誘導加熱コイル全体の電力分布や被加熱物が配置される空間Ｘ４Ｓの温度分布に敢えてバラツキ（高低差）が生じるように設定することが可能である。

なお、ダイスの有無にかかわらず、図６に示すようなビレットヒータＸ１において、誘導加熱コイルの電力が相対的に低いエリアや、内部空間Ｘ４Ｓの温度が相対的に低いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流を、誘導加熱コイルの電力が相対的に高いエリアや、内部空間Ｘ４Ｓの温度が相対的に高いエリアに対応する配置エリアに配置した誘導加熱コイルに流れる電流よりも大きくなるように駆動周波数を変化させて誘導加熱コイル全体の電力分布の均一化や内部空間Ｘ４Ｓの温度分布の平準化を図るように設定することも可能である。さらにはまた、各配置エリアに配置した誘導加熱コイルの駆動周波数を変化させて、誘導加熱コイル全体の電力分布の均一化や内部空間Ｘ４Ｓの温度分布の平準化を図る時間帯と、誘導加熱コイル全体の電力分布や内部空間Ｘ４Ｓの温度分布に高低差を生じさせる時間帯とを意図的に区別してコントロールするように設定することも可能である。

本発明に係る誘導加熱装置をビレットヒータとして実現する場合、ケーシング内におけるビレットの直線移動は、一方向のみの直線移動であってもよいし、往復移動であってもよい。ビレットの進行方向と、ケーシングの軸方向（長手方向）は一致または略一致する。ケーシングの内部空間内においてビレットを往復移動させる構成であれば、「行き」の進行方向上流側と下流側とでコイル配置エリアを進行方向に沿って区分けすればよい。

また、ビレットヒータにおいても、軸方向に区分けする各誘導加熱コイルの配置エリアは図６に示すエリアに限定されず、諸条件を考慮して、各誘導加熱コイルの配置エリアを設定することができる。

本発明に係る誘導加熱装置では、３つ以上の誘導加熱コイルをそれぞれ異なるコイル配置エリアに個別に配置する構成を採用することもできる。この場合、誘導加熱電源の並列共振直列接続回路は、３つ以上の誘導加熱コイルに共振コンデンサを個別に並列に接続した３つ以上の並列共振回路を相互に直列接続したものになり、各並列共振回路の共振周波数を異なる値に設定し、駆動周波数を変化させることによって３つ以上の各誘導加熱コイルの電流比を変更可能に構成すればよい。

さらにまた、誘導加熱電源の駆動周波数を変化させる範囲（駆動周波数の変化幅）は、軸方向に沿って区分けした各コイル配置エリアに個別に配置した誘導加熱コイルの電流比の大小関係（比率ではなく、相対的なコイル電流値の大小関係）が維持される範囲内（例えば、第１コイル配置エリアに配置した第１誘導加熱コイルに流れる電流が、第２コイル配置エリアに配置した第２誘導加熱コイルに流れる電流よりも常に大きくなる範囲内）であってもよいし、各誘導加熱コイルの電流比の大小関係が逆転する値の駆動周波数を含む範囲に設定することも可能である。すなわち、本発明では、分割して配置した各誘導加熱コイルの電力分布の調整を図るために、一時的に、または所定時間だけ、各誘導加熱コイルの電流比の大小関係を逆転させる駆動周波数の交流電力を誘導加熱電源から各誘導加熱コイルに出力する構成を採用することができる。

また、本発明に誘導加熱装置において加熱処理時に用いる高周波は、１ｋＨｚ以上であることが好ましいが、特に制限されない。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…誘導加熱装置
２…被加熱物（サセプタ）
４…真空容器
４３…隔壁（側壁）
５…誘導加熱コイル
５１…第１誘導加熱コイル
５２…第２誘導加熱コイル
６…誘導加熱電源
６１…電流型インバータ
６２…並列共振直列接続回路
６５，６６…並列共振回路（第１並列共振回路，第２並列共振回路）
Ｃ１，Ｃ２…共振コンデンサ（第１共振コンデンサ，第２共振コンデンサ）

Claims (3)

1. 誘導加熱コイルに任意の周波数の交流電力を出力可能な１つの誘導加熱電源と、被加熱物が配置可能な１つの軸方向に延伸する内部空間を他の空間と仕切る筒状の隔壁と、前記隔壁の外側に巻回状態で配置される前記誘導加熱コイルに高周波電流を印加することで前記被加熱物を誘導加熱により加熱可能な誘導加熱装置であり、
   前記隔壁の外側における誘導加熱コイルの配置エリアを前記軸方向に沿って区分けし、少なくとも２つの前記誘導加熱コイルを相互に異なる配置エリアに個別に配置し、
   前記誘導加熱電源が、
   交流電源からの出力電流を直流電流に変換する順変換回路、及び前記順変換回路からの出力電流をスイッチング素子により交流電流に変換する逆変換回路を用いて構成した電流型インバータと、
   少なくとも２つの前記誘導加熱コイルに共振コンデンサを個別に並列に接続した少なくとも２つの並列共振回路を相互に直列接続し、前記電流型インバータから電力が供給される並列共振直列接続回路とを備えたものであり、
   前記各並列共振回路の共振周波数を異なる値に設定し、駆動周波数を変化させることによって前記各誘導加熱コイルの電流比を変更可能に構成していることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記誘導加熱コイルの配置エリアは、単一の誘導加熱コイルを前記隔壁の外側において軸方向に沿って配置した場合に前記単一の誘導加熱コイルの電力が相対的に高くなるエリアと相対的に低くなるエリアに応じて前記軸方向に沿って区分けしたものである請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記誘導加熱コイルの配置エリアは、前記内部空間の温度が相対的に高くなるエリアと相対的に低くなるエリアに応じて前記軸方向に沿って区分けしたものである請求項１に記載の誘導加熱装置。

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