誘導加熱装置および誘導加熱方法
【課題】誘導加熱コイルを垂直方向に複数配置した場合であっても、誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を抑制し、良好な加熱制御を可能とする熱処理装置を提供する。
【解決手段】コア４０を有する３組の誘導加熱コイルのそれぞれに接続されるインバータ（１４ａ〜１４ｃ）とを有し、コア４０を積層配置すると共に、主加熱コイル３０、上段従属加熱コイル３２、下段従属加熱コイル３４と定めて構成する誘導加熱装置であって、上段従属加熱コイル３２のコア４０には逆結合コイル３６を設け、下段従属加熱コイル３４のコアには逆結合コイル３８を設け、３つのインバータのうち、第１のインバータ１４ａと上段従属加熱コイル３２とを接続し、第３のインバータ１４ｃと下段従属加熱コイル３４とを接続し、第２のインバータ１４ｂに対して逆結合コイル３６と逆結合コイル３８、および主加熱コイル３０を直列に接続した。
【解決手段】コア４０を有する３組の誘導加熱コイルのそれぞれに接続されるインバータ（１４ａ〜１４ｃ）とを有し、コア４０を積層配置すると共に、主加熱コイル３０、上段従属加熱コイル３２、下段従属加熱コイル３４と定めて構成する誘導加熱装置であって、上段従属加熱コイル３２のコア４０には逆結合コイル３６を設け、下段従属加熱コイル３４のコアには逆結合コイル３８を設け、３つのインバータのうち、第１のインバータ１４ａと上段従属加熱コイル３２とを接続し、第３のインバータ１４ｃと下段従属加熱コイル３４とを接続し、第２のインバータ１４ｂに対して逆結合コイル３６と逆結合コイル３８、および主加熱コイル３０を直列に接続した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置、および方法に係り、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半導体基板熱処理用の装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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に開示されている熱処理装置は図５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。このような構成の熱処理装置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。
【０００３】
また、特許文献２に開示されている熱処理装置は図６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。このような構成の熱処理装置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。
【０００４】
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に開示されている熱処理装置は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７１５９６号公報
【特許文献２】特開２００９−８７７０３号公報
【特許文献３】特開２００６−１０００６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような構成の熱処理装置ではいずれも、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。
【０００７】
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すようにした場合、多数のサセプタを積層配置して加熱することが困難となる。これを解消するために誘導加熱コイルを複数、積層方向（垂直方向）に近接配置した場合には、誘導加熱コイル間における相互誘導の影響により、加熱制御が不安定になるといった問題が生ずる。
【０００８】
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つつ誘導加熱コイルを垂直方向に複数配置した場合であっても、誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を抑制し、良好な加熱制御を可能とすることのできる誘導加熱装置、および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置であって、前記上段従属加熱コイルのコアには上段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、前記下段従属加熱コイルのコアには下段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、前記３つのインバータのうち、第１のインバータと前記上段従属加熱コイルとを接続し、第３のインバータと前記下段従属加熱コイルとを接続し、第２のインバータに対して前記上段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイルと前記下段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイル、および前記主加熱コイルを直列に接続したことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するための誘導加熱方法は、コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置を用いた誘導加熱方法であって、前記主加熱コイルと前記上段従属加熱コイル及び前記下段従属加熱コイルの結合インダクタンスに対して、逆結合インダクタンスを発生するように、前記上段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイル及び前記下段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイルを接続し、前記インバータを運転することを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記のような誘導加熱方法では、前記第１のインバータ、前記第２のインバータ、および前記第３のインバータからそれぞれの加熱コイルへ給電する電流を同期させることが望ましい。
【００１２】
このような特徴を有する誘導加熱方法によれば、隣接配置した主加熱コイルと上段従属加熱コイル、下段従属加熱コイル間における相互誘導の影響を回避して電力制御（ゾーンコントロール制御）を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような特徴を有する誘導加熱装置、および方法によれば、サセプタに対して水平磁束を与えつつ誘導加熱コイルを垂直方向に複数配置した場合であっても、誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を抑制することができ、良好な加熱制御を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る熱処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る熱処理装置における電源部の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】段積みした誘導加熱コイル間における磁束の打ち消しの様子を説明するためのブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係る熱処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のバッチ式誘導加熱装置の構成を示す図である。
【図６】従来の枚葉式誘導加熱装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の誘導加熱装置、および誘導加熱方法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、２を参照して、第１の実施形態に係る誘導加熱装置（以下、単に熱処理装置と称す）の概要構成について説明する。なお、図１（Ａ）は熱処理装置の平面構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）は熱処理装置の側面構成を示すブロック図である。また、図２は、電源部の構成を説明するための図である。
【００１６】
本実施形態に係る熱処理装置１０は、被加熱物としてのウエハ５４と発熱体としてのサセプタ５２を多段に重ねて熱処理を行うバッチ式のものとする。
熱処理装置１０は、ウエハ５４と水平配置されたサセプタ５２を垂直方向に多段に積層配置したボート５０と、サセプタ５２を加熱する誘導加熱コイル（詳細を後述する主加熱コイル３０、従属加熱コイル３２，３４、逆結合コイル３６，３８）、および誘導加熱コイルに電力を供給する電源部１２とを基本として構成される。
【００１７】
サセプタ５２は、導電性部材で構成されれば良く、例えばグラファイト、ＳｉＣ、ＳｉＣコートグラファイト、および耐熱金属等により構成すれば良い。本実施形態におけるサセプタ５２は、平面形状を円形としている。
【００１８】
ボート５０を構成するサセプタ５２は、それぞれ支持部材５６を介して積層配置される。なお、支持部材５６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。
【００１９】
また、本実施形態におけるボート５０は、図示しないモータを備えた回転テーブル５８に載置されており、熱処理工程中のサセプタ５２及びウエハ５４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５２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の配置形態をサセプタ５２の中心から偏らせた場合であっても、サセプタ５２を均一加熱することが可能となる。
【００２０】
実施形態に係る誘導加熱コイルは、１つの主加熱コイル３０と、主加熱コイル３０に対して電磁的に結合するように隣接配置された２つの従属加熱コイル３２，３４から成り、それぞれ、サセプタ５２の外周側における円周上に配置されている。主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４はそれぞれ、サセプタ５２の積層方向と同一方向に隣接して段積みされている。また、実施形態に係る主加熱コイル３０には、２つの従属加熱コイル３２，３４に対して電磁的に逆結合する逆結合コイル３６，３８が備えられる。ここで、電磁的結合とは、例えば、主加熱コイル３０に供給する電流の変化に基づいて、従属加熱コイル３２，３４に、主加熱コイル３０によって生ずる磁束を打ち消す方向の誘導起電力を生じさせるような、相互誘導関係にある状態、すなわち相互インダクタンスを生じさせる状態をいう。また、電磁的に逆結合とは、主加熱コイル３０を一次巻線（一次コイル）、従属加熱コイル３２，３４をそれぞれ二次巻線（二次コイル）として見た場合に、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間との間に生ずる相互インダクタンスと逆極性の相互インダクタンスを生じさせる結合状態をいう。
【００２１】
各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４）は、ボート５０の外周側に配置されたコア４０に銅線を巻回されて構成される。コア４０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４０を用いることにより、誘導加熱コイル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。
【００２２】
本実施形態では、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４のコア４０に対する巻回方向は同一としている。また、逆結合コイル３６，３８は、従属加熱コイル３２，３４を先端側（サセプタ５２配置側）に配置したコア４０の後端側に、巻回方向を従属加熱コイル３２，３４と逆にした状態で配置される。このような構成とすることにより、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４に供給する電流の向きを一致させることで、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４との間に生ずる相互インダクタンスと、逆結合コイル３６，３８と従属加熱コイル３２，３４との間に生ずる相互インダクタンスとが逆極性となり、相互誘導電力の影響を互いに打ち消しあうこととなる。このため、互いに隣接配置された主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４との間で生ずる相互誘導の影響が小さくなり、個別の電力制御性を向上させることができる。なお、従属加熱コイル３２，３４と、逆結合コイル３６，３８との巻回割合は、７：１程度とすることが望ましい。なおこの場合、主加熱コイル３０の巻回数は、従属加熱コイル３２，３４の巻回数と合わせるようにすると良い。
【００２３】
例えば図２に示す形態の場合において、従属加熱コイル３２に投入される電流をＩ１、電流の電圧をＶ１とし、主加熱コイル３０に投入される電流をＩ２、電流の電圧をＶ２とし、従属加熱コイル３４に投入される電流をＩ３、電流の電圧をＶ３としたとき、逆結合コイル３６と従属加熱コイル３２との間に生ずる相互インダクタンス＋Ｍ１２（＋Ｍ２１）と従属加熱コイル３２と主加熱コイル３０との間に生ずる相互インダクタンス−Ｍ１２（−Ｍ２１）とが等しく、逆結合コイル３８と従属加熱コイル３４との間に生ずる相互インダクタンス＋Ｍ２３（＋Ｍ３２）と、従属加熱コイル３４と主加熱コイル３０との間に生ずる相互インダクタンス−Ｍ２３（−Ｍ３２）とが等しい場合には、数式１〜３が成り立つこととなる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
【数２】
【００２６】
【数３】
【００２７】
ここで、Ｌ１は従属加熱コイル３２の自己インダクタンスであり、Ｌ２は主加熱コイル３０の自己インダクタンス、Ｌ３は従属加熱コイル３４の自己インダクタンスである。
【００２８】
相互インダクタンスＭは、
【００２９】
【数４】
と示すことができる（Ｌ１、Ｌ２は、一次巻線、二次巻線における自己インダクタンス）。なお、自己インダクタンスＬは、数式５で求めることができる。
【００３０】
【数５】
【００３１】
ここで、Ｎはコイルの巻回数、φは磁束（ｗｂ）を示し、Ｉは電流値を示す。上述したように、主加熱コイル３０と逆結合コイル３６，３８とでは、コイルの巻回数が異なる。このため、単位電流（ｄＩ）あたりの磁束（ｄφ）が等しい場合であっても、自己インダクタンスＬの値は異なることとなる。よって、従属加熱コイル３２，３４との間に生ずる相互インダクタンスＭを同一（極性は逆）とするためには、結合係数ｋを調整する必要がある。結合係数ｋは、コイル間の距離や配置形態により変化させることができる。よって、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間における相互インダクタンス−Ｍに基づいて、逆極性の相互インダクタンス＋Ｍを得るための結合係数ｋを算出する。逆結合コイル３６，３８は、算出された結合係数ｋを得るために、配置形態やコイル間距離を調整された上で配置される。
【００３２】
このような関係が満たされることにより、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４との間における相互誘導による相互インダクタンスを含む項は相殺されることとなり、隣接配置される誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を回避することができる。
【００３３】
主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４を巻回させるコア４０はその中心軸が、サセプタ５２におけるウエハ５４の載置面と平行（載置状態における中心軸と直行する方向）となるように配置される。磁極面となるコア４０の先端面は、サセプタ５２に対向することとなる。このような構成から、主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４が巻回された磁極面からは、サセプタ５２のウエハ５４載置面に平行な方向に交流磁束が生ずることとなる。
【００３４】
ここで上述したように、主加熱コイル３０を一次巻線、従属加熱コイル３２，３４を二次巻線とみた場合、両者には投入される電流の向きが同一となるように、詳細を後述するインバータ１４ａ〜１４ｃが接続されている。このため、垂直方向に段積みされた主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４は互いに減極性となる。
【００３５】
このような配置関係とされる主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４とは図３に示すように、サセプタ５２の載置面に対して垂直方向に交わるように放射される磁束の向きが、互いに逆向きとなり相殺される。このため、サセプタ５２に載置するウエハ５４の表面に金属膜等が形成されていた場合であっても、垂直方向の磁束の影響によりウエハ５４が直接加熱される虞が無く、ウエハ５４の温度分布がばらつく虞が無い。
【００３６】
また、主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４、および逆結合コイル３６，３８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、主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４、および逆結合コイル３６，３８自体の加熱を抑制することが可能となるからである。
【００３７】
上述したように、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４はそれぞれ、ウエハ５４を載置したサセプタ５２を垂直方向に積層させたボート５０に沿って垂直方向に、隣接させて配置されている。このような構成とすることにより、より多くのサセプタ５２、およびウエハ５４を一度に加熱することが可能となり、ウエハ５４の熱処理を効率的に行うことが可能となる。また、積層配置した誘導加熱コイルに対する電力制御をそれぞれ個別に行うようにすれば、ボート５０内に積層配置された複数のサセプタ５２における垂直方向の温度分布を制御することができ、サセプタ５２間の温度ばらつきを抑制することも可能となる。
【００３８】
上記のように構成される主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４は、単一の電源部１２に接続される。電源部１２には、インバータ１４ａ〜１４ｃと、チョッパ１６ａ〜１６ｃ、コンバータ１８、三相交流電源２０、およびゾーンコントロール手段２２が設けられ、各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４）に供給する電流や電圧、および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。図２に示す実施形態の場合、インバータ１４ａ〜１４ｃとして直列共振型のものを採用している。このため、周波数切替を簡易に行うための構成として、共振コンデンサ２６を並列に接続し、共振周波数に合わせて、スイッチ２８により、容量の増減を図るようにすると良い。
【００３９】
また、実施形態に係る熱処理装置１０は、各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２）と各インバータ１４ａ〜１４ｃとの間に、トランス２４を配置している。
【００４０】
ゾーンコントロール手段２２は、隣接配置された主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間に生ずる相互誘導の影響を回避しつつ、主加熱コイル３０と各従属加熱コイル３２，３４に対する電力制御を行う役割を担う。
【００４１】
積層して隣接配置された主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４とは、各々が個別に稼動されるため、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２、または主加熱コイル３０と従属加熱コイル３４において相互誘導が生じ、個別の電力制御に悪影響を与える事がある。このためゾーンコントロール手段２２は、検出された電流の周波数や波形（電流波形）に基づいて、隣接配置された主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４に投入する電流の周波数を一致させ、かつ電流波形の位相を同期（位相差を０または位相差を０に近似させる事）、あるいは所定の位相差を保つように制御することで、隣接配置した主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間における相互誘導の影響を回避した電力制御（ゾーンコントロール制御）を可能としている。
【００４２】
このような制御は例えば、各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０および従属加熱コイル３２，３４）に投入されている電流値や電流の周波数、および電圧値等を検出し、これをゾーンコントロール手段２２に入力する。ゾーンコントロール手段２２では、主加熱コイル３０に投入されている電流波形と、従属加熱コイル３２，３４に投入されている電流波形との位相を検出し、これを同期、あるいは所定の位相差を保つように制御するため、インバータ１４ｂ、あるいはインバータ１４ｃに対して従属加熱コイル３２、あるいは従属加熱コイル３４に投入する電流の周波数を瞬時的に変化させる信号を出力することで成される。
【００４３】
また、電力制御に関しては、電源部１２に設けられた図示しない記憶手段（メモリ）に記憶された制御マップ（垂直温度分布制御マップ）に基づいて、熱処理開始からの経過時間単位に変化させる信号をインバータ１４ａ〜１４ｃや、チョッパ１６ａ〜１６ｃに出力したり、図示しない温度計測手段からフィードバックされるサセプタ５２の温度に基づいて、所望する垂直温度分布を得るための電力制御を行うようにすれば良い。なお、制御マップは、熱処理開始から熱処理終了に至るまでの積層配置されたサセプタ５２間の温度変化を補正し、任意の温度分布（例えば均一な温度分布）を得るために主加熱コイル３０および従属加熱コイル３２，３４に与える電力値を、熱処理開始からの経過時間と共に記録したものであれば良い。
【００４４】
このようにして電源部１２では、ゾーンコントロール手段２２からの信号に基づいて従属加熱コイル３２，３４に投入する電流の周波数を瞬時的に調整し、電流波形の位相制御を実施すると共に、各誘導加熱コイル間における電力制御を実施することで、ボート５０内における垂直方向の温度分布を制御することができる。
【００４５】
また、実施形態に係る熱処理装置１０では、従属加熱コイル３２，３４に対して磁気的に逆結合する逆結合コイル３６，３８を設けたことにより、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間における相互誘導の影響を、あらかじめ抑制することができる。このため、ゾーンコントロール手段２２により回避する相互誘導の影響が小さくなり、主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４に対する電力制御の制御性を向上させることができる。
【００４６】
また、上記のような構成の熱処理装置１０によれば、ウエハ５４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、当該金属膜が発熱し、ウエハ５４の温度分布が乱れるといった虞が無い。
【００４７】
次に、本発明の熱処理装置に係る第２の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態に係る熱処理装置の殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る熱処理装置と同様である。よって、その構成を同一とする箇所には、図面に１００を足した符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４８】
図４（Ａ）は、第２の実施形態に係る熱処理装置１１０における平面構成を示すブロック図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態に係る熱処理装置１１０に用いられるコアの平面構成を示すブロック図である。なお、同図においては、電源部の記載を省略しているが、上記実施形態と同様な構成を持った電源部が接続されているものとする。
【００４９】
本実施形態に係る熱処理装置１１０は、第１の実施形態に係る従属加熱コイル３２、主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３４に相当する誘導加熱コイルをそれぞれ複数設けるようにした点を特徴としている（図４においては、従属加熱コイル１３２ａ，１３２ｂのみを表示している：以下、説明を簡単化するために、単に誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂと称す）。
【００５０】
サセプタ１５２の円周方向に沿った方向に、複数の誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂを配置することにより、水平方向の加熱可能範囲が増え、ウエハ１５４の面内における温度分布を安定させることが可能となる。
【００５１】
また、実施形態に係る熱処理装置１１０では、複数（図４に示す形態では２つ）の誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂを巻回させるコア１４０を単一とし、ヨーク１４１から突出させた磁極１４１ａ，１４１ｂに、それぞれ誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂを巻回させる構成としている。また、本実施形態に係る熱処理装置１１０では、サセプタ１５２の円周方向（水平方向）に配置した誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂは、電源部（実際には電源部におけるインバータ）に対して並列に接続する構成としている。このような構成とすることにより、並列に配置した誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂ間においては、相互誘導の影響を考慮する必要が無くなるからである。
【００５２】
また、各誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂは、コア１４０の磁極１４１ａ，１４１ｂに対する巻回方向両者により発生する磁束が加極性となるようにする。このような構成とした場合には、発生磁束が破線ａ〜ｃで示すような軌跡で生ずることとなり、１つの誘導加熱コイルによって生ずる磁束よりも、サセプタ１５２の中心側を加熱することが可能となる。
【００５３】
なお、２つの誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂは、図示しない切替スイッチにより、単一稼動と相互稼動の選択可能としても良い。このような構成とした場合、稼動させる誘導加熱コイルの組み合わせによりサセプタ１５２の加熱範囲が変化するため、ウエハ１５４面内における温度分布制御を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１０………半導体基板熱処理装置（熱処理装置）、１２………電源部、１４ａ〜１４ｃ………インバータ、１６ａ〜１６ｃ………チョッパ、１８………コンバータ、２０………三相交流電源、２２………ゾーンコントロール手段、２４………トランス、２６………共振コンデンサ、２８………スイッチ、３０………主加熱コイル、３２，３４………従属加熱コイル、３６，３８………逆結合コイル、４０………コア、５０………ボート、５２………サセプタ、５４………ウエハ、５６………支持部材、５８………回転テーブル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置、および方法に係り、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半導体基板熱処理用の装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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に開示されている熱処理装置は図５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。このような構成の熱処理装置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。
【０００３】
また、特許文献２に開示されている熱処理装置は図６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。このような構成の熱処理装置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。
【０００４】
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に開示されている熱処理装置は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７１５９６号公報
【特許文献２】特開２００９−８７７０３号公報
【特許文献３】特開２００６−１０００６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような構成の熱処理装置ではいずれも、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。
【０００７】
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すようにした場合、多数のサセプタを積層配置して加熱することが困難となる。これを解消するために誘導加熱コイルを複数、積層方向（垂直方向）に近接配置した場合には、誘導加熱コイル間における相互誘導の影響により、加熱制御が不安定になるといった問題が生ずる。
【０００８】
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つつ誘導加熱コイルを垂直方向に複数配置した場合であっても、誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を抑制し、良好な加熱制御を可能とすることのできる誘導加熱装置、および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置であって、前記上段従属加熱コイルのコアには上段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、前記下段従属加熱コイルのコアには下段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、前記３つのインバータのうち、第１のインバータと前記上段従属加熱コイルとを接続し、第３のインバータと前記下段従属加熱コイルとを接続し、第２のインバータに対して前記上段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイルと前記下段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイル、および前記主加熱コイルを直列に接続したことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するための誘導加熱方法は、コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置を用いた誘導加熱方法であって、前記主加熱コイルと前記上段従属加熱コイル及び前記下段従属加熱コイルの結合インダクタンスに対して、逆結合インダクタンスを発生するように、前記上段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイル及び前記下段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイルを接続し、前記インバータを運転することを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記のような誘導加熱方法では、前記第１のインバータ、前記第２のインバータ、および前記第３のインバータからそれぞれの加熱コイルへ給電する電流を同期させることが望ましい。
【００１２】
このような特徴を有する誘導加熱方法によれば、隣接配置した主加熱コイルと上段従属加熱コイル、下段従属加熱コイル間における相互誘導の影響を回避して電力制御（ゾーンコントロール制御）を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような特徴を有する誘導加熱装置、および方法によれば、サセプタに対して水平磁束を与えつつ誘導加熱コイルを垂直方向に複数配置した場合であっても、誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を抑制することができ、良好な加熱制御を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る熱処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る熱処理装置における電源部の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】段積みした誘導加熱コイル間における磁束の打ち消しの様子を説明するためのブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係る熱処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のバッチ式誘導加熱装置の構成を示す図である。
【図６】従来の枚葉式誘導加熱装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の誘導加熱装置、および誘導加熱方法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、２を参照して、第１の実施形態に係る誘導加熱装置（以下、単に熱処理装置と称す）の概要構成について説明する。なお、図１（Ａ）は熱処理装置の平面構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）は熱処理装置の側面構成を示すブロック図である。また、図２は、電源部の構成を説明するための図である。
【００１６】
本実施形態に係る熱処理装置１０は、被加熱物としてのウエハ５４と発熱体としてのサセプタ５２を多段に重ねて熱処理を行うバッチ式のものとする。
熱処理装置１０は、ウエハ５４と水平配置されたサセプタ５２を垂直方向に多段に積層配置したボート５０と、サセプタ５２を加熱する誘導加熱コイル（詳細を後述する主加熱コイル３０、従属加熱コイル３２，３４、逆結合コイル３６，３８）、および誘導加熱コイルに電力を供給する電源部１２とを基本として構成される。
【００１７】
サセプタ５２は、導電性部材で構成されれば良く、例えばグラファイト、ＳｉＣ、ＳｉＣコートグラファイト、および耐熱金属等により構成すれば良い。本実施形態におけるサセプタ５２は、平面形状を円形としている。
【００１８】
ボート５０を構成するサセプタ５２は、それぞれ支持部材５６を介して積層配置される。なお、支持部材５６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。
【００１９】
また、本実施形態におけるボート５０は、図示しないモータを備えた回転テーブル５８に載置されており、熱処理工程中のサセプタ５２及びウエハ５４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５２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の配置形態をサセプタ５２の中心から偏らせた場合であっても、サセプタ５２を均一加熱することが可能となる。
【００２０】
実施形態に係る誘導加熱コイルは、１つの主加熱コイル３０と、主加熱コイル３０に対して電磁的に結合するように隣接配置された２つの従属加熱コイル３２，３４から成り、それぞれ、サセプタ５２の外周側における円周上に配置されている。主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４はそれぞれ、サセプタ５２の積層方向と同一方向に隣接して段積みされている。また、実施形態に係る主加熱コイル３０には、２つの従属加熱コイル３２，３４に対して電磁的に逆結合する逆結合コイル３６，３８が備えられる。ここで、電磁的結合とは、例えば、主加熱コイル３０に供給する電流の変化に基づいて、従属加熱コイル３２，３４に、主加熱コイル３０によって生ずる磁束を打ち消す方向の誘導起電力を生じさせるような、相互誘導関係にある状態、すなわち相互インダクタンスを生じさせる状態をいう。また、電磁的に逆結合とは、主加熱コイル３０を一次巻線（一次コイル）、従属加熱コイル３２，３４をそれぞれ二次巻線（二次コイル）として見た場合に、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間との間に生ずる相互インダクタンスと逆極性の相互インダクタンスを生じさせる結合状態をいう。
【００２１】
各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４）は、ボート５０の外周側に配置されたコア４０に銅線を巻回されて構成される。コア４０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４０を用いることにより、誘導加熱コイル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。
【００２２】
本実施形態では、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４のコア４０に対する巻回方向は同一としている。また、逆結合コイル３６，３８は、従属加熱コイル３２，３４を先端側（サセプタ５２配置側）に配置したコア４０の後端側に、巻回方向を従属加熱コイル３２，３４と逆にした状態で配置される。このような構成とすることにより、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４に供給する電流の向きを一致させることで、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４との間に生ずる相互インダクタンスと、逆結合コイル３６，３８と従属加熱コイル３２，３４との間に生ずる相互インダクタンスとが逆極性となり、相互誘導電力の影響を互いに打ち消しあうこととなる。このため、互いに隣接配置された主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４との間で生ずる相互誘導の影響が小さくなり、個別の電力制御性を向上させることができる。なお、従属加熱コイル３２，３４と、逆結合コイル３６，３８との巻回割合は、７：１程度とすることが望ましい。なおこの場合、主加熱コイル３０の巻回数は、従属加熱コイル３２，３４の巻回数と合わせるようにすると良い。
【００２３】
例えば図２に示す形態の場合において、従属加熱コイル３２に投入される電流をＩ１、電流の電圧をＶ１とし、主加熱コイル３０に投入される電流をＩ２、電流の電圧をＶ２とし、従属加熱コイル３４に投入される電流をＩ３、電流の電圧をＶ３としたとき、逆結合コイル３６と従属加熱コイル３２との間に生ずる相互インダクタンス＋Ｍ１２（＋Ｍ２１）と従属加熱コイル３２と主加熱コイル３０との間に生ずる相互インダクタンス−Ｍ１２（−Ｍ２１）とが等しく、逆結合コイル３８と従属加熱コイル３４との間に生ずる相互インダクタンス＋Ｍ２３（＋Ｍ３２）と、従属加熱コイル３４と主加熱コイル３０との間に生ずる相互インダクタンス−Ｍ２３（−Ｍ３２）とが等しい場合には、数式１〜３が成り立つこととなる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
【数２】
【００２６】
【数３】
【００２７】
ここで、Ｌ１は従属加熱コイル３２の自己インダクタンスであり、Ｌ２は主加熱コイル３０の自己インダクタンス、Ｌ３は従属加熱コイル３４の自己インダクタンスである。
【００２８】
相互インダクタンスＭは、
【００２９】
【数４】
と示すことができる（Ｌ１、Ｌ２は、一次巻線、二次巻線における自己インダクタンス）。なお、自己インダクタンスＬは、数式５で求めることができる。
【００３０】
【数５】
【００３１】
ここで、Ｎはコイルの巻回数、φは磁束（ｗｂ）を示し、Ｉは電流値を示す。上述したように、主加熱コイル３０と逆結合コイル３６，３８とでは、コイルの巻回数が異なる。このため、単位電流（ｄＩ）あたりの磁束（ｄφ）が等しい場合であっても、自己インダクタンスＬの値は異なることとなる。よって、従属加熱コイル３２，３４との間に生ずる相互インダクタンスＭを同一（極性は逆）とするためには、結合係数ｋを調整する必要がある。結合係数ｋは、コイル間の距離や配置形態により変化させることができる。よって、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間における相互インダクタンス−Ｍに基づいて、逆極性の相互インダクタンス＋Ｍを得るための結合係数ｋを算出する。逆結合コイル３６，３８は、算出された結合係数ｋを得るために、配置形態やコイル間距離を調整された上で配置される。
【００３２】
このような関係が満たされることにより、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４との間における相互誘導による相互インダクタンスを含む項は相殺されることとなり、隣接配置される誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を回避することができる。
【００３３】
主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４を巻回させるコア４０はその中心軸が、サセプタ５２におけるウエハ５４の載置面と平行（載置状態における中心軸と直行する方向）となるように配置される。磁極面となるコア４０の先端面は、サセプタ５２に対向することとなる。このような構成から、主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４が巻回された磁極面からは、サセプタ５２のウエハ５４載置面に平行な方向に交流磁束が生ずることとなる。
【００３４】
ここで上述したように、主加熱コイル３０を一次巻線、従属加熱コイル３２，３４を二次巻線とみた場合、両者には投入される電流の向きが同一となるように、詳細を後述するインバータ１４ａ〜１４ｃが接続されている。このため、垂直方向に段積みされた主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４は互いに減極性となる。
【００３５】
このような配置関係とされる主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４とは図３に示すように、サセプタ５２の載置面に対して垂直方向に交わるように放射される磁束の向きが、互いに逆向きとなり相殺される。このため、サセプタ５２に載置するウエハ５４の表面に金属膜等が形成されていた場合であっても、垂直方向の磁束の影響によりウエハ５４が直接加熱される虞が無く、ウエハ５４の温度分布がばらつく虞が無い。
【００３６】
また、主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４、および逆結合コイル３６，３８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、主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４、および逆結合コイル３６，３８自体の加熱を抑制することが可能となるからである。
【００３７】
上述したように、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４はそれぞれ、ウエハ５４を載置したサセプタ５２を垂直方向に積層させたボート５０に沿って垂直方向に、隣接させて配置されている。このような構成とすることにより、より多くのサセプタ５２、およびウエハ５４を一度に加熱することが可能となり、ウエハ５４の熱処理を効率的に行うことが可能となる。また、積層配置した誘導加熱コイルに対する電力制御をそれぞれ個別に行うようにすれば、ボート５０内に積層配置された複数のサセプタ５２における垂直方向の温度分布を制御することができ、サセプタ５２間の温度ばらつきを抑制することも可能となる。
【００３８】
上記のように構成される主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４は、単一の電源部１２に接続される。電源部１２には、インバータ１４ａ〜１４ｃと、チョッパ１６ａ〜１６ｃ、コンバータ１８、三相交流電源２０、およびゾーンコントロール手段２２が設けられ、各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４）に供給する電流や電圧、および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。図２に示す実施形態の場合、インバータ１４ａ〜１４ｃとして直列共振型のものを採用している。このため、周波数切替を簡易に行うための構成として、共振コンデンサ２６を並列に接続し、共振周波数に合わせて、スイッチ２８により、容量の増減を図るようにすると良い。
【００３９】
また、実施形態に係る熱処理装置１０は、各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２）と各インバータ１４ａ〜１４ｃとの間に、トランス２４を配置している。
【００４０】
ゾーンコントロール手段２２は、隣接配置された主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間に生ずる相互誘導の影響を回避しつつ、主加熱コイル３０と各従属加熱コイル３２，３４に対する電力制御を行う役割を担う。
【００４１】
積層して隣接配置された主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４とは、各々が個別に稼動されるため、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２、または主加熱コイル３０と従属加熱コイル３４において相互誘導が生じ、個別の電力制御に悪影響を与える事がある。このためゾーンコントロール手段２２は、検出された電流の周波数や波形（電流波形）に基づいて、隣接配置された主加熱コイル３０や従属加熱コイル３２，３４に投入する電流の周波数を一致させ、かつ電流波形の位相を同期（位相差を０または位相差を０に近似させる事）、あるいは所定の位相差を保つように制御することで、隣接配置した主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間における相互誘導の影響を回避した電力制御（ゾーンコントロール制御）を可能としている。
【００４２】
このような制御は例えば、各誘導加熱コイル（主加熱コイル３０および従属加熱コイル３２，３４）に投入されている電流値や電流の周波数、および電圧値等を検出し、これをゾーンコントロール手段２２に入力する。ゾーンコントロール手段２２では、主加熱コイル３０に投入されている電流波形と、従属加熱コイル３２，３４に投入されている電流波形との位相を検出し、これを同期、あるいは所定の位相差を保つように制御するため、インバータ１４ｂ、あるいはインバータ１４ｃに対して従属加熱コイル３２、あるいは従属加熱コイル３４に投入する電流の周波数を瞬時的に変化させる信号を出力することで成される。
【００４３】
また、電力制御に関しては、電源部１２に設けられた図示しない記憶手段（メモリ）に記憶された制御マップ（垂直温度分布制御マップ）に基づいて、熱処理開始からの経過時間単位に変化させる信号をインバータ１４ａ〜１４ｃや、チョッパ１６ａ〜１６ｃに出力したり、図示しない温度計測手段からフィードバックされるサセプタ５２の温度に基づいて、所望する垂直温度分布を得るための電力制御を行うようにすれば良い。なお、制御マップは、熱処理開始から熱処理終了に至るまでの積層配置されたサセプタ５２間の温度変化を補正し、任意の温度分布（例えば均一な温度分布）を得るために主加熱コイル３０および従属加熱コイル３２，３４に与える電力値を、熱処理開始からの経過時間と共に記録したものであれば良い。
【００４４】
このようにして電源部１２では、ゾーンコントロール手段２２からの信号に基づいて従属加熱コイル３２，３４に投入する電流の周波数を瞬時的に調整し、電流波形の位相制御を実施すると共に、各誘導加熱コイル間における電力制御を実施することで、ボート５０内における垂直方向の温度分布を制御することができる。
【００４５】
また、実施形態に係る熱処理装置１０では、従属加熱コイル３２，３４に対して磁気的に逆結合する逆結合コイル３６，３８を設けたことにより、主加熱コイル３０と従属加熱コイル３２，３４間における相互誘導の影響を、あらかじめ抑制することができる。このため、ゾーンコントロール手段２２により回避する相互誘導の影響が小さくなり、主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３２，３４に対する電力制御の制御性を向上させることができる。
【００４６】
また、上記のような構成の熱処理装置１０によれば、ウエハ５４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、当該金属膜が発熱し、ウエハ５４の温度分布が乱れるといった虞が無い。
【００４７】
次に、本発明の熱処理装置に係る第２の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態に係る熱処理装置の殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る熱処理装置と同様である。よって、その構成を同一とする箇所には、図面に１００を足した符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４８】
図４（Ａ）は、第２の実施形態に係る熱処理装置１１０における平面構成を示すブロック図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態に係る熱処理装置１１０に用いられるコアの平面構成を示すブロック図である。なお、同図においては、電源部の記載を省略しているが、上記実施形態と同様な構成を持った電源部が接続されているものとする。
【００４９】
本実施形態に係る熱処理装置１１０は、第１の実施形態に係る従属加熱コイル３２、主加熱コイル３０、および従属加熱コイル３４に相当する誘導加熱コイルをそれぞれ複数設けるようにした点を特徴としている（図４においては、従属加熱コイル１３２ａ，１３２ｂのみを表示している：以下、説明を簡単化するために、単に誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂと称す）。
【００５０】
サセプタ１５２の円周方向に沿った方向に、複数の誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂを配置することにより、水平方向の加熱可能範囲が増え、ウエハ１５４の面内における温度分布を安定させることが可能となる。
【００５１】
また、実施形態に係る熱処理装置１１０では、複数（図４に示す形態では２つ）の誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂを巻回させるコア１４０を単一とし、ヨーク１４１から突出させた磁極１４１ａ，１４１ｂに、それぞれ誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂを巻回させる構成としている。また、本実施形態に係る熱処理装置１１０では、サセプタ１５２の円周方向（水平方向）に配置した誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂは、電源部（実際には電源部におけるインバータ）に対して並列に接続する構成としている。このような構成とすることにより、並列に配置した誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂ間においては、相互誘導の影響を考慮する必要が無くなるからである。
【００５２】
また、各誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂは、コア１４０の磁極１４１ａ，１４１ｂに対する巻回方向両者により発生する磁束が加極性となるようにする。このような構成とした場合には、発生磁束が破線ａ〜ｃで示すような軌跡で生ずることとなり、１つの誘導加熱コイルによって生ずる磁束よりも、サセプタ１５２の中心側を加熱することが可能となる。
【００５３】
なお、２つの誘導加熱コイル１３２ａ，１３２ｂは、図示しない切替スイッチにより、単一稼動と相互稼動の選択可能としても良い。このような構成とした場合、稼動させる誘導加熱コイルの組み合わせによりサセプタ１５２の加熱範囲が変化するため、ウエハ１５４面内における温度分布制御を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１０………半導体基板熱処理装置（熱処理装置）、１２………電源部、１４ａ〜１４ｃ………インバータ、１６ａ〜１６ｃ………チョッパ、１８………コンバータ、２０………三相交流電源、２２………ゾーンコントロール手段、２４………トランス、２６………共振コンデンサ、２８………スイッチ、３０………主加熱コイル、３２，３４………従属加熱コイル、３６，３８………逆結合コイル、４０………コア、５０………ボート、５２………サセプタ、５４………ウエハ、５６………支持部材、５８………回転テーブル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置であって、
前記上段従属加熱コイルのコアには上段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、
前記下段従属加熱コイルのコアには下段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、
前記３つのインバータのうち、第１のインバータと前記上段従属加熱コイルとを接続し、第３のインバータと前記下段従属加熱コイルとを接続し、第２のインバータに対して前記上段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイルと前記下段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイル、および前記主加熱コイルを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置を用いた誘導加熱方法であって、
前記主加熱コイルと前記上段従属加熱コイル及び前記下段従属加熱コイルの結合インダクタンスに対して、逆結合インダクタンスを発生するように、
前記上段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイル及び前記下段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイルを接続し、前記インバータを運転することを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項３】
前記第１のインバータ、前記第２のインバータ、および前記第３のインバータからそれぞれの加熱コイルへ給電する電流を同期させることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱方法。
【請求項１】
コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置であって、
前記上段従属加熱コイルのコアには上段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、
前記下段従属加熱コイルのコアには下段従属加熱コイルと磁気結合する別のコイルを設け、
前記３つのインバータのうち、第１のインバータと前記上段従属加熱コイルとを接続し、第３のインバータと前記下段従属加熱コイルとを接続し、第２のインバータに対して前記上段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイルと前記下段従属加熱コイルのコアに設けられた別のコイル、および前記主加熱コイルを直列に接続したことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
コアの端面から放出する磁束で誘導加熱する、コアを有する３組の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルのそれぞれに接続される３つのインバータとを有し、３組の前記誘導加熱コイルは、前記コアの端面を揃えて積層配置すると共に、その中段を主加熱コイル、上段を上段従属加熱コイル、下段を下段従属加熱コイルと定めて構成する誘導加熱装置を用いた誘導加熱方法であって、
前記主加熱コイルと前記上段従属加熱コイル及び前記下段従属加熱コイルの結合インダクタンスに対して、逆結合インダクタンスを発生するように、
前記上段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイル及び前記下段従属加熱コイル用コアに設けられた別のコイルを接続し、前記インバータを運転することを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項３】
前記第１のインバータ、前記第２のインバータ、および前記第３のインバータからそれぞれの加熱コイルへ給電する電流を同期させることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８６１８６（Ｐ２０１２−１８６１８６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５２４１２（Ｐ２０１２−１５２４１２）
【出願日】平成２４年７月６日（２０１２．７．６）
【分割の表示】特願２０１０−１７８７２５（Ｐ２０１０−１７８７２５）の分割
【原出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月６日（２０１２．７．６）
【分割の表示】特願２０１０−１７８７２５（Ｐ２０１０−１７８７２５）の分割
【原出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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