誘導加熱装置
【課題】チャンバ外部に磁極を配置した場合であっても、隔壁に設けた開口部の縁部からの発熱を抑制することのできる誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】プロセス室を構成するチャンバ１２と、チャンバ１２の外周であってチャンバ１２を構成する導電性の隔壁部材であるハウジング２６に設けられた開口部４２を遮蔽する磁気透過性遮蔽板４６に近接配置された磁極と、前記磁極に巻回された誘導加熱コイルとを有する誘導加熱装置１０において、１つの前記開口部４２に対して、少なくとも２つの磁極３２，３４を設け、２つの磁極３２，３４の極性を逆極性としたことを特徴とする。
【解決手段】プロセス室を構成するチャンバ１２と、チャンバ１２の外周であってチャンバ１２を構成する導電性の隔壁部材であるハウジング２６に設けられた開口部４２を遮蔽する磁気透過性遮蔽板４６に近接配置された磁極と、前記磁極に巻回された誘導加熱コイルとを有する誘導加熱装置１０において、１つの前記開口部４２に対して、少なくとも２つの磁極３２，３４を設け、２つの磁極３２，３４の極性を逆極性としたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置に係り、特に大径の半導体基板を熱処理する場合に、被加熱物の温度制御を行う際に好適な誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大径な半導体基板をバッチ処理する際、基板表面に金属膜等が形成されていた場合であっても、当該金属膜が直接加熱されることにより、基板面内の温度分布にバラツキが生ずることを抑制することのできる誘導加熱装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されている技術は、プロセス室を構成するチャンバと、磁極を構成するコアに巻回された誘導加熱コイルを備えている。このような構成の誘導加熱装置によれば、磁極を介して生ずる磁束が、チャンバ内に配置された被加熱物である半導体基板の載置方向と平行に生ずることとなる。このため、半導体基板の表面に金属膜等が形成されていた場合であっても、この金属膜と交差する方向に磁束が投入されることが無く、誘導加熱によって基板が直接加熱される虞が無い。このため、基板面内の温度分布にバラツキを生じさせることが無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような構成の誘導加熱装置によれば、確かに、基板表面に金属膜が被覆された半導体基板等であっても、誘導加熱により金属膜が直接加熱されてしまう虞が無くなる。
【０００６】
しかし、上記のような構成の誘導加熱装置では、チャンバを構成する隔壁をアルミ等の耐熱性金属で構成するため、磁極から生ずる磁束を被誘導加熱部材であるサセプタに到達させるためには、チャンバの一部に開口部（少なくとも磁束を透過させる磁気的開口部）を形成する必要がある。しかし、チャンバに開口部を設けた場合にはチャンバ内部を真空引きすることが出来なくなってしまう。また、チャンバを密閉するために、開口部を磁極で封止した場合には、チャンバ内にコンタミが生ずる虞がある。
【０００７】
このため、チャンバに設けた開口部には通常、真空耐力、磁束透過性、耐熱性、熱膨張率が低い、熱伝導率が低い、及び熱衝撃に強いといった特性を持ち、汚染の虞が無い石英が配置されることとなった。
【０００８】
このような構成とした場合、導電性部材で構成された隔壁における開口部の縁部にも、磁極から生じた磁束が少なからず投入されることとなる。開口部の縁部に投入された磁束は、誘起電流を生じさせ、熱を生じさせることとなり、チャンバが加熱されるといった問題がある。
そこで本発明では、チャンバ外部に磁極を配置した場合であっても、隔壁に設けた開口部の縁部からの発熱を抑制することのできる誘導加熱装置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、プロセス室を構成する金属材料を主要部材としたチャンバと、前記チャンバの外周に配置され、前記チャンバに形成された磁束を透過させる磁気的開口部を介して前記チャンバ内に配置された被誘導加熱部材を加熱する誘導加熱コイルとを有する誘導加熱装置であって、１つの前記磁気的開口部に対して、前記磁気的開口部の縁部に投入される磁束の総和がゼロまたはゼロに近づくこととなるように、前記誘導加熱コイルを複数設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルは、前記被誘導加熱部材の側端面に向う交流磁束を発生する配置形態とすると良い。このような構成とすることで、被誘導加熱部材の被加熱物載置面と平行な方向に、交流磁束を生じさせることができる。このため、被加熱物の主面に金属膜等の被誘導加熱部材が被覆されていたとしても、被加熱物が直接加熱されてしまう虞が無く、温度分布の均等化を図りやすくなる。
【００１１】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記磁気的開口部を複数設け、隣接する前記磁気的開口部間には、磁束を透過させる磁気的スリットを形成すると良い。このような構成とした場合であっても、実質的に単一の磁気的開口部に対して、磁気的開口部の縁部に投入される磁束の総和がゼロまたはゼロに近づくこととなるように複数の誘導加熱コイルを配置することとなる。よって、磁気的開口部の縁部に生じる誘起電流を相殺または一部相殺することができ、磁気的開口部の縁部からの発熱を抑制することができる。
【００１２】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルを巻回する磁極を備えるようにすると良い。このような構成とすることで、発生磁束を収束させることができ、加熱効率の向上を図ることができる。
【００１３】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルが巻回された少なくとも２つの磁極を連結するヨークを備えるようにすると良い。このような構成とすることで、チャンバを鎖交する磁束が低減し、チャンバの加熱を抑制することができる。
【００１４】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記磁気的開口部の外縁に、冷媒を挿通させる挿通路を設けるようにすると良い。このような構成とすることで、例え磁気的開口部の縁部に生じる誘起電流の相殺が一部相殺に留まった場合であっても、開口部の縁部からの発熱を抑制することができる。
【００１５】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、複数の前記誘導加熱コイルのうち極性の異なる２つのコイルを対として、巻回数、および巻回断面の形状を等しく構成すると良い。このような構成とすることで、各磁極から生ずる磁束が等しくなり、磁気的開口部の縁部に投入される磁束も近似、あるいは等しくなる。このため、縁部に生じる誘起電流の相殺精度を向上させることができる。
【００１６】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記磁極の断面形状、および寸法を等しくすると良い。このような構成とした場合であっても、縁部に生じる誘起電流の相殺精度を向上させることができるからである。
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルに流す電流値を等しくすることのできる電源部を備えるようにする。
【発明の効果】
【００１７】
上記のような特徴を有する誘導加熱装置によれば、磁気的開口部の縁部には、複数の誘導加熱コイルから生ずる磁束が投入されることとなり、その総和がゼロまたは単一の誘導加熱コイルを用いた場合に比べてゼロに近づくこととなる。このため、磁気的開口部の縁部に生ずる誘起電流のうちの少なくとも一部が相殺されることとなり、チャンバに設けた磁気的開口部の縁部からの発熱を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面の構成を示す図である。
【図３】２つの磁極の角度と開口部の関係を示す平面図である。
【図４】ハウジングに設けた開口部の正面形態を示す図である。
【図５】開口部に設けられた磁気透過性遮蔽部材と冷却板の組付け形態の詳細を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る誘導加熱装置におけるハウジングに設けられた開口部の形態を説明するための平面図である。
【図７】第２の実施形態に係る誘導加熱装置におけるハウジングに設けられた開口部の正面形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の誘導加熱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、図２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は誘導加熱装置の平面構成を示す部分断面ブロック図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面を示すブロック図である。
【００２０】
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６０と被誘導加熱部材（発熱体）としてのサセプタ１６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、チャンバ１２と、チャンバ１２の外部に配置された励磁部２８、および電源部４０を基本として構成される。
【００２１】
チャンバ１２は、ボート１４と回転テーブル１８、およびハウジング２６を基本として構成されるプロセス室である。ボート１４は、被加熱物であるウエハ６０を載置するサセプタ１６を複数、垂直方向に積層配置することで構成される。各サセプタ１６間には、図示しない支持部材が配置され、ウエハ６０を配置するための所定の間隔を保つように構成される。図示しない支持部材は、磁束の影響を受けることが無く、耐熱性が高く、かつ熱膨張率の小さい部材により構成すると良く、具体的には石英などを用いて構成すると良い。
【００２２】
サセプタ１６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。
回転テーブル１８は、テーブル２０と回転軸２２、およびベース２４を基本として構成される。テーブル２０は、積層配置された複数のサセプタ１６から成るボート１４を支持するための台であり、図示しない支持部が設けられる。回転軸２２は、テーブル２０の回転中心に固定された軸であり、図示しない駆動源からの駆動力を受けて回転することで、テーブル２０を回転させ、テーブル２０に載置された複数のサセプタ１６を回転させる。ベース２４は、回転軸２２を回転させるためのモータ等の駆動源を有する土台であり、テーブル２０の安定状態を確保する。回転テーブル１８によりボート１４を回転させることにより、加熱源である励磁部２８を誘導加熱装置１０に対して偏らせて配置した場合であっても、サセプタ１６の均一加熱が可能となる。また、励磁部２８を偏らせて配置することによれば、誘導加熱装置１０をボート１４（チャンバ１２）の外周に均等配置する場合に比べ、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００２３】
ハウジング２６は、チャンバ１２内部を真空に保つための隔壁である。実施形態におけるハウジング２６は、平面形態を多角形（図１に示す例では六角形）とすることで、形状形成の容易化を図ることができる。ハウジング２６の構成部材は、プロセス的な側面から、アルミニウムまたはステンレスが用いられる。ここで、アルミニウムは形状形成や、形状形成のための溶接面に不利があり、ステンレスに比べて耐熱性も低い。このため、ハウジング２６の構成部材としては、ステンレスが用いられることが多い。ハウジング２６の少なくとも一部には、図３から図５に示すように、開口部（磁束を透過させる磁気的開口部）４２が設けられ、開口部４２には、磁気透過性遮蔽板４６と、磁気透過性の冷却板４８が密接または近接するように積層配置されている。磁気透過性遮蔽板４６は、チャンバ１２の内部領域と外部領域とを隔離するための部材であり、真空耐力、磁束透過性、耐熱性、低熱膨張性、低熱伝導性、および耐熱衝撃性を有する部材とすると良く、例えば石英などを挙げることができる。一方、冷却板４８は、詳細を後述する冷却管５０から伝達される冷媒の温度を伝導させることで磁気透過性遮蔽板４６を冷却し、磁気透過性遮蔽板４６の加熱に伴う磁極３２（３２ａ〜３２ｃ），３４（３４ａ〜３４ｃ）の過加熱を防止する役割を担う。冷却板４８の構成部材としては、例えば窒化アルミやＳｉＣ、アルミナなどのセラミック部材を挙げることができる。
【００２４】
実施形態に係るハウジング２６では、平面形状六角形の体を成す２辺に開口部４２が設けられている。また、実施形態に係る例の場合、六角形の頂点部分に角片２６を設け、この角片２６の一部を切欠き、２つの開口部４２を連通するスリット（磁束を透過させる磁気的スリット）４４が設けられている。これにより、２辺に設けられた開口部４２は、隣接する２辺に亙ってスリット４４を介して連通された単一の開口部の体を成すこととなる。
【００２５】
実施形態に係る磁気透過性遮蔽板４６は、アルミニウム等により構成されたハウジング２６の開口部４２の外縁に設けられた段差部２６ｂに押圧保持される。磁気透過性遮蔽板４６の外側（磁気透過性遮蔽板４６と磁極３２，３４との間）には、冷却板４８が密接配置され、冷却板４８の外縁部には、冷媒を挿通可能な冷却管５０が密接配置される。このような配置構成とすることで、冷却管５０に挿通された冷媒と冷却板４８との間で熱交換が行われて冷却板４８が冷却される。冷却板４８は磁気透過性遮蔽板４６に比べて熱伝導率が高いため、磁気透過性遮蔽板４６と冷却板４８との間での熱交換（熱伝達）が成される前に冷却板４８全体が冷却されることとなる。その後、冷却された冷却板４８と磁気透過性遮蔽板４６との間での熱交換が成され、磁気透過性遮蔽板４６が冷却される。これにより輻射熱の影響により磁極が過加熱されることを避けることができる。
【００２６】
また、実施形態に係るハウジング２６は、開口部４２の近傍に、冷却水などの冷媒を挿通させるための挿通路２６ｃが設けられている。このような構成とすることで、サセプタ１６からの輻射熱や、残留する誘起電流による加熱等によりハウジング２６が加熱されることを抑制することができる。
【００２７】
このような開口部４２に対して磁気透過性遮蔽板４６は、図５に示すように、Ｏリング５２を介して段差部２６ｂに押し付けられる。そして、冷却板４８と冷却管５０、および絶縁部材５４を介して固定ブロック５６により固定される。なお、角片２６ａ間に設けられたスリット４４は、Ｏリング５２によって閉塞される。このような構成とすることで、チャンバ１２の内部領域と外部領域とを隔離することができ、チャンバ１２内を真空引きすることが可能となる。
【００２８】
励磁部２８は、コア３０（３０ａ〜３０ｃ）と、誘導加熱コイル３６（３６ａ〜３６ｃ），３８（３８ａ〜３８ｃ）とより成る。コア３０は、鍬型に形成された鉄芯である。コア３０は、その両端に、詳細を後述する誘導加熱コイル３６，３８を巻回させることで構成される磁極３２（３２ａ〜３２ｃ），３４（３４ａ〜３４ｃ）を有すると共に、両磁極間を接続するヨーク３５（３５ａ〜３５ｃ）を有する。磁極３２，３４の端面は、円形サセプタ１６の接線と平行、すなわちサセプタ１６の半径方向延長線に対して直交する面を備えるように構成する。このような構成とすることで、磁極３２，３４の端面近くに誘導加熱コイル３６，３８を巻回させることができ、磁極先端以外からの磁束の漏洩を抑制することができる。よって、サセプタ１６へ投入される磁束に無駄が無く、加熱効率を向上させることができる。コア３０は、フェライトなどにより構成すると良い。このような構成によれば、粘土状の原料を形状形成した上で焼成することで所望形状の磁極３２，３４、およびヨーク３５を得ることができる。このため、形状形成を自由に行うことが可能となる。また、本実施形態に係る誘導加熱装置１０では、磁極３２，３４の断面形状（端面の形状）、および寸法を等しく構成している。このような構成とすることで、巻回数やコイル直径、巻回形状、および電流値等の条件の等しい誘導加熱コイルを介して、磁極３２，３４の端面から生ずる磁束量が等しくなる。
【００２９】
誘導加熱コイル３６，３８は、磁極３２，３４を構成するコア３０の両端部に巻回される導電線である。誘導加熱コイル３６，３８に電流を投入することで、コイルの巻回方向と交差する方向に位置する磁極先端から磁束が生ずることとなる。本実施形態では、磁極端面（磁極先端）がサセプタ１６におけるウエハ載置面と直交する方向を向いているため、磁極端面からは、サセプタ１６のウエハ載置面に平行な方向に交流磁束が発生することとなる。実施形態に係る誘導加熱コイル３６，３８は、冷媒を挿通可能な管状部材（例えば、冷媒として水を使用する場合には銅管など）により誘導加熱コイル３６，３８が過加熱されることを防止する構造としているが、管状部材とリッツ線とを組み合わせることにより構成するようにしても良い。管状部材とリッツ線とを組み合わせて誘導加熱コイル３６，３８を構成する場合の具体的な構成は、磁極先端部や、磁極先端に近い部分には管状部材を用い、それよりも後端側にはリッツ線を用いるという構成である。また、実施形態に係る誘導加熱コイル３６，３８は詳細を後述するように、磁極３２，３４に生ずる磁束の極性が逆となるように電流の投入方向、あるいは巻回方向が定められる。このような構成とされる２つのコイルは対として、巻回数、および巻回断面の形状が等しくなるように形成される。このような構成とすることで、両者の発生磁束が等しくなり、開口部４２の縁部に投入される磁束、および発生する誘起電流が等しくなり、誘起電流の相殺精度を向上させることができる。
【００３０】
サセプタ１６のウエハ載置面に対して水平な方向に磁束を生じさせる加熱方法では、誘導加熱コイル３６，３８へ投入される電流の周波数は数十ｋＨｚである。管状部材に銅を使用した場合、肉厚を１ｍｍ程度とする銅管は誘導加熱されることとなり、サセプタ１６の加熱効率が低下すると共に、電力損失が大きくなってしまう。一方、０．１８φ程度の素線を使用しているリッツ線であれば、磁束は透過することが考えられるが、磁極３２，３４の先端部分には鎖交磁束が多いため、誘導加熱されてしまう。冷却作用を持たないリッツ線は、誘導加熱によって発熱した場合には温度上昇し、使用温度限界を超えてしまうことがある。このため、磁極先端側に冷却作用を有する管状部材、後端側にリッツ線を配置することで、電力損失を抑制し、かつコイルの過加熱も防止することが可能となる。
【００３１】
励磁部２８は、上記のような構成のコア３０と誘導加熱コイル３６，３８を、サセプタ１６の積層方向に沿って複数（図２に示す例では３つ）配置することで構成されている。
また、上記のような励磁部２８において、実施形態のコア３０は、図３に示すように、サセプタ１６の中心点Ｏから各磁極端面の中心に向けて伸ばした線の成す角θが所定の角度（ハウジング２６の成す角に依存）となるように構成されている。磁極３２，３４間に角度付けをした上で、一方の磁極３２と他方の磁極３４の極性を逆にすることで、発生磁束が磁極３２，３４間を行き来することとなる。これにより、単一の磁極３２（３４）によって生ずる磁束よりもサセプタ１６の中心側を通る磁束を生じさせることが可能となる。
【００３２】
上述したように、本実施形態に係る誘導加熱装置１０では、スリット４４を設けられた角片２６ａにより、２つの開口部４２を単一の開口部として構成し、各開口部４２には磁気透過性遮蔽板４６と冷却板４８を配置し、冷却板４８の外側に、極性の異なる磁極３２，３４を設ける構成としている。
【００３３】
実施形態に係る誘導加熱装置１０ではハウジング２６を金属部材により構成している。このため、各磁極３２，３４の近傍に位置する開口部４２の縁部には、磁極３２，３４から生ずる磁束に起因した誘起電流が発生する（図４参照）。開口部４２の縁部に誘起電流が生ずると、この誘起電流により熱（誘導加熱）が生ずるため、ハウジングが加熱されてしまう虞がある。この誘起電流は、磁束の透過方向に応じた方向の渦電流を生じさせ、開口部４２の縁部形状に沿って流れることとなる。このため、本実施形態に係る誘導加熱装置１０のように、実質的に１つの開口部４２に、極性の異なる２つの磁極３２，３４を配置することで、開口部４２の縁部には、それぞれ逆向きの誘起電流が流れることとなる。そして、開口部４２の縁部に、流れ方向（極性）の異なる２つの誘起電流が生じた場合、誘起電流は互いに相殺し合うこととなり、発熱を抑制することができる。
【００３４】
このことは、磁極３２，３４に対する投入電流（アンペア）と誘導加熱コイル３６，３８の巻回数（ターン）の積に応じて生ずる誘導起電力が、次のように示されることからも明らかである。磁極３２のアンペアターン（１００Ａ×７ターン）＋磁極３４のアンペアターン（−１００Ａ×７ターン）＝０アンペアターン。
【００３５】
また、このような作用をより精度良く行うためには、磁極３２と磁極３４との断面形状、および大きさを等しくすると良い。このような構成とすることで、磁極３２，３４に巻回する誘導加熱コイル３６，３８の長さが等しくなり、磁極３２，３４から生ずる磁束量が等しくなるからである。
【００３６】
電源部４０には、コア３０単位で、各コア３０の磁極３２，３４に巻回された誘導加熱コイル３６，３８に対応したインバータ（不図示）と、図示しない交流電源、および図示しない電力制御部等が設けられており、各コア３０に設けられた誘導加熱コイル３６，３８単位で、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。実施形態に係る誘導加熱装置１０では、単一のコア３０に巻回された誘導加熱コイル３６，３８（例えば磁極３２ａに巻回される誘導加熱コイル３６ａと磁極３４ａに巻回される誘導加熱コイル３８ａ）は回路上並列あるいは直列な関係とし、巻回方向を同一とした上で、電流の投入方向を逆にする。これにより、各コア３０における２つの磁極（例えば磁極３２ａと磁極３４ａ）の極性を逆向きとすることができる。ここでインバータ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コンデンサを並列接続し、これを電力制御部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。
【００３７】
実施形態に係る電力制御部は、図示しないゾーンコントロール手段を有する。ゾーンコントロール手段は、隣接配置されたコア３０に巻回された誘導加熱コイル３６，３８間に生ずる相互誘導の影響を回避しつつ、各誘導加熱コイル３６，３８に対する投入電力の制御を行う役割を担う。
【００３８】
上記のように近接して積層配置されるコア３０に巻回された誘導加熱コイル３６，３８は、各々が個別の誘導加熱コイルとして稼動されるため、上下に隣接する誘導加熱コイル間（例えば誘導加熱コイル３８ａと誘導加熱コイル３８ｂ）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、隣接配置された誘導加熱コイル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、隣接配置した誘導加熱コイル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。
【００３９】
このような制御は、各誘導加熱コイル３６，３８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に入力する。ゾーンコントロール手段では、例えばコア３０ａに巻回された誘導加熱コイル３６ａ，３８ａとコア３０ｂに巻回された誘導加熱コイル３６ｂ，３８ｂ間の電流波形の位相をそれぞれ検出し、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。このような制御は、電力制御部に対して各誘導加熱コイル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。
【００４０】
本実施形態に係る誘導加熱装置１０のような構成の場合、電力制御に関しては、電力制御部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投入電力を出力するための信号を出力すれば良い。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）を得るために各誘導加熱コイルに与える電力値を、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。また、サセプタ１６の温度を計測する計測手段（不図示）を備えている場合には、各ゾーンにおけるサセプタ温度をフィードバックして温度制御（電力制御）を行うようにすると良い。
【００４１】
このような構成の電源部４０では、電力制御部からの信号に基づいて、各誘導加熱コイル３６，３８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３６，３８単位の電力制御を実施することで、ボート１４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。
【００４２】
また、このような構成の誘導加熱装置１０によれば、磁束がウエハ６０に対して水平に働くため、ウエハ６０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、ウエハ６０の温度分布が乱れる虞が無い。
【００４３】
このような構成の誘導加熱装置によれば、チャンバ１２の外部に配置した磁極３２，３４の加熱防止を実現しつつ、被誘導加熱部材であるサセプタ１６を効率良く加熱することが可能となる。
【００４４】
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、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る誘導加熱装置の殆どの構成は、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、本実施形態においては、上記第１の実施形態に係る誘導加熱装置１０と構成を異ならせる要部のみを図示して説明するものとし、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。なお、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、ハウジング２６に設けた開口部１４２の形態である。具体的には、第１の実施形態に係る誘導加熱装置では、２つの開口部４２を角辺２６ａに設けたスリット４４により連通し、単一の開口部とした上で、各開口部４２のそれぞれに磁気透過性遮蔽板４６と、冷却板４８を個別に配置する構成としていた。これに対し本実施形態に係る誘導加熱装置では図６、図７に示すように、開口部１４２に角片を設けず、単一の磁気透過性遮蔽板４６と、単一の冷却板４８で開口部４２を遮蔽する構成としている。
【００４５】
このような構成とした場合であっても、磁極３２，３４の極性を異ならせるようにすることで、ハウジング２６における開口部１４２の縁部に生ずる誘起電流を相殺することが可能となる。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１０と同様である。
【符号の説明】
【００４６】
１０………誘導加熱装置、１２………チャンバ、１４………ボート、１６………サセプタ、１８………回転テーブル、２０………テーブル、２２………回転軸、２４………ベース、２６………ハウジング、２８………励磁部、３０（３０ａ〜３０ｃ）………コア、３２（３２ａ〜３２ｃ）………磁極、３４（３４ａ〜３４ｃ）………磁極、３５（３５ａ〜３５ｃ）………ヨーク、３６（３６ａ〜３６ｃ）………誘導加熱コイル、３８（３８ａ〜３８ｃ）………誘導加熱コイル、４０………電源部、４２………開口部、４６………磁気透過性遮蔽板、４８………冷却板、５０………冷却管、６０………ウエハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置に係り、特に大径の半導体基板を熱処理する場合に、被加熱物の温度制御を行う際に好適な誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大径な半導体基板をバッチ処理する際、基板表面に金属膜等が形成されていた場合であっても、当該金属膜が直接加熱されることにより、基板面内の温度分布にバラツキが生ずることを抑制することのできる誘導加熱装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されている技術は、プロセス室を構成するチャンバと、磁極を構成するコアに巻回された誘導加熱コイルを備えている。このような構成の誘導加熱装置によれば、磁極を介して生ずる磁束が、チャンバ内に配置された被加熱物である半導体基板の載置方向と平行に生ずることとなる。このため、半導体基板の表面に金属膜等が形成されていた場合であっても、この金属膜と交差する方向に磁束が投入されることが無く、誘導加熱によって基板が直接加熱される虞が無い。このため、基板面内の温度分布にバラツキを生じさせることが無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような構成の誘導加熱装置によれば、確かに、基板表面に金属膜が被覆された半導体基板等であっても、誘導加熱により金属膜が直接加熱されてしまう虞が無くなる。
【０００６】
しかし、上記のような構成の誘導加熱装置では、チャンバを構成する隔壁をアルミ等の耐熱性金属で構成するため、磁極から生ずる磁束を被誘導加熱部材であるサセプタに到達させるためには、チャンバの一部に開口部（少なくとも磁束を透過させる磁気的開口部）を形成する必要がある。しかし、チャンバに開口部を設けた場合にはチャンバ内部を真空引きすることが出来なくなってしまう。また、チャンバを密閉するために、開口部を磁極で封止した場合には、チャンバ内にコンタミが生ずる虞がある。
【０００７】
このため、チャンバに設けた開口部には通常、真空耐力、磁束透過性、耐熱性、熱膨張率が低い、熱伝導率が低い、及び熱衝撃に強いといった特性を持ち、汚染の虞が無い石英が配置されることとなった。
【０００８】
このような構成とした場合、導電性部材で構成された隔壁における開口部の縁部にも、磁極から生じた磁束が少なからず投入されることとなる。開口部の縁部に投入された磁束は、誘起電流を生じさせ、熱を生じさせることとなり、チャンバが加熱されるといった問題がある。
そこで本発明では、チャンバ外部に磁極を配置した場合であっても、隔壁に設けた開口部の縁部からの発熱を抑制することのできる誘導加熱装置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、プロセス室を構成する金属材料を主要部材としたチャンバと、前記チャンバの外周に配置され、前記チャンバに形成された磁束を透過させる磁気的開口部を介して前記チャンバ内に配置された被誘導加熱部材を加熱する誘導加熱コイルとを有する誘導加熱装置であって、１つの前記磁気的開口部に対して、前記磁気的開口部の縁部に投入される磁束の総和がゼロまたはゼロに近づくこととなるように、前記誘導加熱コイルを複数設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルは、前記被誘導加熱部材の側端面に向う交流磁束を発生する配置形態とすると良い。このような構成とすることで、被誘導加熱部材の被加熱物載置面と平行な方向に、交流磁束を生じさせることができる。このため、被加熱物の主面に金属膜等の被誘導加熱部材が被覆されていたとしても、被加熱物が直接加熱されてしまう虞が無く、温度分布の均等化を図りやすくなる。
【００１１】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記磁気的開口部を複数設け、隣接する前記磁気的開口部間には、磁束を透過させる磁気的スリットを形成すると良い。このような構成とした場合であっても、実質的に単一の磁気的開口部に対して、磁気的開口部の縁部に投入される磁束の総和がゼロまたはゼロに近づくこととなるように複数の誘導加熱コイルを配置することとなる。よって、磁気的開口部の縁部に生じる誘起電流を相殺または一部相殺することができ、磁気的開口部の縁部からの発熱を抑制することができる。
【００１２】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルを巻回する磁極を備えるようにすると良い。このような構成とすることで、発生磁束を収束させることができ、加熱効率の向上を図ることができる。
【００１３】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルが巻回された少なくとも２つの磁極を連結するヨークを備えるようにすると良い。このような構成とすることで、チャンバを鎖交する磁束が低減し、チャンバの加熱を抑制することができる。
【００１４】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記磁気的開口部の外縁に、冷媒を挿通させる挿通路を設けるようにすると良い。このような構成とすることで、例え磁気的開口部の縁部に生じる誘起電流の相殺が一部相殺に留まった場合であっても、開口部の縁部からの発熱を抑制することができる。
【００１５】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、複数の前記誘導加熱コイルのうち極性の異なる２つのコイルを対として、巻回数、および巻回断面の形状を等しく構成すると良い。このような構成とすることで、各磁極から生ずる磁束が等しくなり、磁気的開口部の縁部に投入される磁束も近似、あるいは等しくなる。このため、縁部に生じる誘起電流の相殺精度を向上させることができる。
【００１６】
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記磁極の断面形状、および寸法を等しくすると良い。このような構成とした場合であっても、縁部に生じる誘起電流の相殺精度を向上させることができるからである。
また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルに流す電流値を等しくすることのできる電源部を備えるようにする。
【発明の効果】
【００１７】
上記のような特徴を有する誘導加熱装置によれば、磁気的開口部の縁部には、複数の誘導加熱コイルから生ずる磁束が投入されることとなり、その総和がゼロまたは単一の誘導加熱コイルを用いた場合に比べてゼロに近づくこととなる。このため、磁気的開口部の縁部に生ずる誘起電流のうちの少なくとも一部が相殺されることとなり、チャンバに設けた磁気的開口部の縁部からの発熱を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面の構成を示す図である。
【図３】２つの磁極の角度と開口部の関係を示す平面図である。
【図４】ハウジングに設けた開口部の正面形態を示す図である。
【図５】開口部に設けられた磁気透過性遮蔽部材と冷却板の組付け形態の詳細を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る誘導加熱装置におけるハウジングに設けられた開口部の形態を説明するための平面図である。
【図７】第２の実施形態に係る誘導加熱装置におけるハウジングに設けられた開口部の正面形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の誘導加熱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、図２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は誘導加熱装置の平面構成を示す部分断面ブロック図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面を示すブロック図である。
【００２０】
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６０と被誘導加熱部材（発熱体）としてのサセプタ１６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、チャンバ１２と、チャンバ１２の外部に配置された励磁部２８、および電源部４０を基本として構成される。
【００２１】
チャンバ１２は、ボート１４と回転テーブル１８、およびハウジング２６を基本として構成されるプロセス室である。ボート１４は、被加熱物であるウエハ６０を載置するサセプタ１６を複数、垂直方向に積層配置することで構成される。各サセプタ１６間には、図示しない支持部材が配置され、ウエハ６０を配置するための所定の間隔を保つように構成される。図示しない支持部材は、磁束の影響を受けることが無く、耐熱性が高く、かつ熱膨張率の小さい部材により構成すると良く、具体的には石英などを用いて構成すると良い。
【００２２】
サセプタ１６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。
回転テーブル１８は、テーブル２０と回転軸２２、およびベース２４を基本として構成される。テーブル２０は、積層配置された複数のサセプタ１６から成るボート１４を支持するための台であり、図示しない支持部が設けられる。回転軸２２は、テーブル２０の回転中心に固定された軸であり、図示しない駆動源からの駆動力を受けて回転することで、テーブル２０を回転させ、テーブル２０に載置された複数のサセプタ１６を回転させる。ベース２４は、回転軸２２を回転させるためのモータ等の駆動源を有する土台であり、テーブル２０の安定状態を確保する。回転テーブル１８によりボート１４を回転させることにより、加熱源である励磁部２８を誘導加熱装置１０に対して偏らせて配置した場合であっても、サセプタ１６の均一加熱が可能となる。また、励磁部２８を偏らせて配置することによれば、誘導加熱装置１０をボート１４（チャンバ１２）の外周に均等配置する場合に比べ、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００２３】
ハウジング２６は、チャンバ１２内部を真空に保つための隔壁である。実施形態におけるハウジング２６は、平面形態を多角形（図１に示す例では六角形）とすることで、形状形成の容易化を図ることができる。ハウジング２６の構成部材は、プロセス的な側面から、アルミニウムまたはステンレスが用いられる。ここで、アルミニウムは形状形成や、形状形成のための溶接面に不利があり、ステンレスに比べて耐熱性も低い。このため、ハウジング２６の構成部材としては、ステンレスが用いられることが多い。ハウジング２６の少なくとも一部には、図３から図５に示すように、開口部（磁束を透過させる磁気的開口部）４２が設けられ、開口部４２には、磁気透過性遮蔽板４６と、磁気透過性の冷却板４８が密接または近接するように積層配置されている。磁気透過性遮蔽板４６は、チャンバ１２の内部領域と外部領域とを隔離するための部材であり、真空耐力、磁束透過性、耐熱性、低熱膨張性、低熱伝導性、および耐熱衝撃性を有する部材とすると良く、例えば石英などを挙げることができる。一方、冷却板４８は、詳細を後述する冷却管５０から伝達される冷媒の温度を伝導させることで磁気透過性遮蔽板４６を冷却し、磁気透過性遮蔽板４６の加熱に伴う磁極３２（３２ａ〜３２ｃ），３４（３４ａ〜３４ｃ）の過加熱を防止する役割を担う。冷却板４８の構成部材としては、例えば窒化アルミやＳｉＣ、アルミナなどのセラミック部材を挙げることができる。
【００２４】
実施形態に係るハウジング２６では、平面形状六角形の体を成す２辺に開口部４２が設けられている。また、実施形態に係る例の場合、六角形の頂点部分に角片２６を設け、この角片２６の一部を切欠き、２つの開口部４２を連通するスリット（磁束を透過させる磁気的スリット）４４が設けられている。これにより、２辺に設けられた開口部４２は、隣接する２辺に亙ってスリット４４を介して連通された単一の開口部の体を成すこととなる。
【００２５】
実施形態に係る磁気透過性遮蔽板４６は、アルミニウム等により構成されたハウジング２６の開口部４２の外縁に設けられた段差部２６ｂに押圧保持される。磁気透過性遮蔽板４６の外側（磁気透過性遮蔽板４６と磁極３２，３４との間）には、冷却板４８が密接配置され、冷却板４８の外縁部には、冷媒を挿通可能な冷却管５０が密接配置される。このような配置構成とすることで、冷却管５０に挿通された冷媒と冷却板４８との間で熱交換が行われて冷却板４８が冷却される。冷却板４８は磁気透過性遮蔽板４６に比べて熱伝導率が高いため、磁気透過性遮蔽板４６と冷却板４８との間での熱交換（熱伝達）が成される前に冷却板４８全体が冷却されることとなる。その後、冷却された冷却板４８と磁気透過性遮蔽板４６との間での熱交換が成され、磁気透過性遮蔽板４６が冷却される。これにより輻射熱の影響により磁極が過加熱されることを避けることができる。
【００２６】
また、実施形態に係るハウジング２６は、開口部４２の近傍に、冷却水などの冷媒を挿通させるための挿通路２６ｃが設けられている。このような構成とすることで、サセプタ１６からの輻射熱や、残留する誘起電流による加熱等によりハウジング２６が加熱されることを抑制することができる。
【００２７】
このような開口部４２に対して磁気透過性遮蔽板４６は、図５に示すように、Ｏリング５２を介して段差部２６ｂに押し付けられる。そして、冷却板４８と冷却管５０、および絶縁部材５４を介して固定ブロック５６により固定される。なお、角片２６ａ間に設けられたスリット４４は、Ｏリング５２によって閉塞される。このような構成とすることで、チャンバ１２の内部領域と外部領域とを隔離することができ、チャンバ１２内を真空引きすることが可能となる。
【００２８】
励磁部２８は、コア３０（３０ａ〜３０ｃ）と、誘導加熱コイル３６（３６ａ〜３６ｃ），３８（３８ａ〜３８ｃ）とより成る。コア３０は、鍬型に形成された鉄芯である。コア３０は、その両端に、詳細を後述する誘導加熱コイル３６，３８を巻回させることで構成される磁極３２（３２ａ〜３２ｃ），３４（３４ａ〜３４ｃ）を有すると共に、両磁極間を接続するヨーク３５（３５ａ〜３５ｃ）を有する。磁極３２，３４の端面は、円形サセプタ１６の接線と平行、すなわちサセプタ１６の半径方向延長線に対して直交する面を備えるように構成する。このような構成とすることで、磁極３２，３４の端面近くに誘導加熱コイル３６，３８を巻回させることができ、磁極先端以外からの磁束の漏洩を抑制することができる。よって、サセプタ１６へ投入される磁束に無駄が無く、加熱効率を向上させることができる。コア３０は、フェライトなどにより構成すると良い。このような構成によれば、粘土状の原料を形状形成した上で焼成することで所望形状の磁極３２，３４、およびヨーク３５を得ることができる。このため、形状形成を自由に行うことが可能となる。また、本実施形態に係る誘導加熱装置１０では、磁極３２，３４の断面形状（端面の形状）、および寸法を等しく構成している。このような構成とすることで、巻回数やコイル直径、巻回形状、および電流値等の条件の等しい誘導加熱コイルを介して、磁極３２，３４の端面から生ずる磁束量が等しくなる。
【００２９】
誘導加熱コイル３６，３８は、磁極３２，３４を構成するコア３０の両端部に巻回される導電線である。誘導加熱コイル３６，３８に電流を投入することで、コイルの巻回方向と交差する方向に位置する磁極先端から磁束が生ずることとなる。本実施形態では、磁極端面（磁極先端）がサセプタ１６におけるウエハ載置面と直交する方向を向いているため、磁極端面からは、サセプタ１６のウエハ載置面に平行な方向に交流磁束が発生することとなる。実施形態に係る誘導加熱コイル３６，３８は、冷媒を挿通可能な管状部材（例えば、冷媒として水を使用する場合には銅管など）により誘導加熱コイル３６，３８が過加熱されることを防止する構造としているが、管状部材とリッツ線とを組み合わせることにより構成するようにしても良い。管状部材とリッツ線とを組み合わせて誘導加熱コイル３６，３８を構成する場合の具体的な構成は、磁極先端部や、磁極先端に近い部分には管状部材を用い、それよりも後端側にはリッツ線を用いるという構成である。また、実施形態に係る誘導加熱コイル３６，３８は詳細を後述するように、磁極３２，３４に生ずる磁束の極性が逆となるように電流の投入方向、あるいは巻回方向が定められる。このような構成とされる２つのコイルは対として、巻回数、および巻回断面の形状が等しくなるように形成される。このような構成とすることで、両者の発生磁束が等しくなり、開口部４２の縁部に投入される磁束、および発生する誘起電流が等しくなり、誘起電流の相殺精度を向上させることができる。
【００３０】
サセプタ１６のウエハ載置面に対して水平な方向に磁束を生じさせる加熱方法では、誘導加熱コイル３６，３８へ投入される電流の周波数は数十ｋＨｚである。管状部材に銅を使用した場合、肉厚を１ｍｍ程度とする銅管は誘導加熱されることとなり、サセプタ１６の加熱効率が低下すると共に、電力損失が大きくなってしまう。一方、０．１８φ程度の素線を使用しているリッツ線であれば、磁束は透過することが考えられるが、磁極３２，３４の先端部分には鎖交磁束が多いため、誘導加熱されてしまう。冷却作用を持たないリッツ線は、誘導加熱によって発熱した場合には温度上昇し、使用温度限界を超えてしまうことがある。このため、磁極先端側に冷却作用を有する管状部材、後端側にリッツ線を配置することで、電力損失を抑制し、かつコイルの過加熱も防止することが可能となる。
【００３１】
励磁部２８は、上記のような構成のコア３０と誘導加熱コイル３６，３８を、サセプタ１６の積層方向に沿って複数（図２に示す例では３つ）配置することで構成されている。
また、上記のような励磁部２８において、実施形態のコア３０は、図３に示すように、サセプタ１６の中心点Ｏから各磁極端面の中心に向けて伸ばした線の成す角θが所定の角度（ハウジング２６の成す角に依存）となるように構成されている。磁極３２，３４間に角度付けをした上で、一方の磁極３２と他方の磁極３４の極性を逆にすることで、発生磁束が磁極３２，３４間を行き来することとなる。これにより、単一の磁極３２（３４）によって生ずる磁束よりもサセプタ１６の中心側を通る磁束を生じさせることが可能となる。
【００３２】
上述したように、本実施形態に係る誘導加熱装置１０では、スリット４４を設けられた角片２６ａにより、２つの開口部４２を単一の開口部として構成し、各開口部４２には磁気透過性遮蔽板４６と冷却板４８を配置し、冷却板４８の外側に、極性の異なる磁極３２，３４を設ける構成としている。
【００３３】
実施形態に係る誘導加熱装置１０ではハウジング２６を金属部材により構成している。このため、各磁極３２，３４の近傍に位置する開口部４２の縁部には、磁極３２，３４から生ずる磁束に起因した誘起電流が発生する（図４参照）。開口部４２の縁部に誘起電流が生ずると、この誘起電流により熱（誘導加熱）が生ずるため、ハウジングが加熱されてしまう虞がある。この誘起電流は、磁束の透過方向に応じた方向の渦電流を生じさせ、開口部４２の縁部形状に沿って流れることとなる。このため、本実施形態に係る誘導加熱装置１０のように、実質的に１つの開口部４２に、極性の異なる２つの磁極３２，３４を配置することで、開口部４２の縁部には、それぞれ逆向きの誘起電流が流れることとなる。そして、開口部４２の縁部に、流れ方向（極性）の異なる２つの誘起電流が生じた場合、誘起電流は互いに相殺し合うこととなり、発熱を抑制することができる。
【００３４】
このことは、磁極３２，３４に対する投入電流（アンペア）と誘導加熱コイル３６，３８の巻回数（ターン）の積に応じて生ずる誘導起電力が、次のように示されることからも明らかである。磁極３２のアンペアターン（１００Ａ×７ターン）＋磁極３４のアンペアターン（−１００Ａ×７ターン）＝０アンペアターン。
【００３５】
また、このような作用をより精度良く行うためには、磁極３２と磁極３４との断面形状、および大きさを等しくすると良い。このような構成とすることで、磁極３２，３４に巻回する誘導加熱コイル３６，３８の長さが等しくなり、磁極３２，３４から生ずる磁束量が等しくなるからである。
【００３６】
電源部４０には、コア３０単位で、各コア３０の磁極３２，３４に巻回された誘導加熱コイル３６，３８に対応したインバータ（不図示）と、図示しない交流電源、および図示しない電力制御部等が設けられており、各コア３０に設けられた誘導加熱コイル３６，３８単位で、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。実施形態に係る誘導加熱装置１０では、単一のコア３０に巻回された誘導加熱コイル３６，３８（例えば磁極３２ａに巻回される誘導加熱コイル３６ａと磁極３４ａに巻回される誘導加熱コイル３８ａ）は回路上並列あるいは直列な関係とし、巻回方向を同一とした上で、電流の投入方向を逆にする。これにより、各コア３０における２つの磁極（例えば磁極３２ａと磁極３４ａ）の極性を逆向きとすることができる。ここでインバータ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コンデンサを並列接続し、これを電力制御部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。
【００３７】
実施形態に係る電力制御部は、図示しないゾーンコントロール手段を有する。ゾーンコントロール手段は、隣接配置されたコア３０に巻回された誘導加熱コイル３６，３８間に生ずる相互誘導の影響を回避しつつ、各誘導加熱コイル３６，３８に対する投入電力の制御を行う役割を担う。
【００３８】
上記のように近接して積層配置されるコア３０に巻回された誘導加熱コイル３６，３８は、各々が個別の誘導加熱コイルとして稼動されるため、上下に隣接する誘導加熱コイル間（例えば誘導加熱コイル３８ａと誘導加熱コイル３８ｂ）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、隣接配置された誘導加熱コイル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、隣接配置した誘導加熱コイル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。
【００３９】
このような制御は、各誘導加熱コイル３６，３８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に入力する。ゾーンコントロール手段では、例えばコア３０ａに巻回された誘導加熱コイル３６ａ，３８ａとコア３０ｂに巻回された誘導加熱コイル３６ｂ，３８ｂ間の電流波形の位相をそれぞれ検出し、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。このような制御は、電力制御部に対して各誘導加熱コイル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。
【００４０】
本実施形態に係る誘導加熱装置１０のような構成の場合、電力制御に関しては、電力制御部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投入電力を出力するための信号を出力すれば良い。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）を得るために各誘導加熱コイルに与える電力値を、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。また、サセプタ１６の温度を計測する計測手段（不図示）を備えている場合には、各ゾーンにおけるサセプタ温度をフィードバックして温度制御（電力制御）を行うようにすると良い。
【００４１】
このような構成の電源部４０では、電力制御部からの信号に基づいて、各誘導加熱コイル３６，３８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３６，３８単位の電力制御を実施することで、ボート１４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。
【００４２】
また、このような構成の誘導加熱装置１０によれば、磁束がウエハ６０に対して水平に働くため、ウエハ６０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、ウエハ６０の温度分布が乱れる虞が無い。
【００４３】
このような構成の誘導加熱装置によれば、チャンバ１２の外部に配置した磁極３２，３４の加熱防止を実現しつつ、被誘導加熱部材であるサセプタ１６を効率良く加熱することが可能となる。
【００４４】
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、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る誘導加熱装置の殆どの構成は、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、本実施形態においては、上記第１の実施形態に係る誘導加熱装置１０と構成を異ならせる要部のみを図示して説明するものとし、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。なお、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、ハウジング２６に設けた開口部１４２の形態である。具体的には、第１の実施形態に係る誘導加熱装置では、２つの開口部４２を角辺２６ａに設けたスリット４４により連通し、単一の開口部とした上で、各開口部４２のそれぞれに磁気透過性遮蔽板４６と、冷却板４８を個別に配置する構成としていた。これに対し本実施形態に係る誘導加熱装置では図６、図７に示すように、開口部１４２に角片を設けず、単一の磁気透過性遮蔽板４６と、単一の冷却板４８で開口部４２を遮蔽する構成としている。
【００４５】
このような構成とした場合であっても、磁極３２，３４の極性を異ならせるようにすることで、ハウジング２６における開口部１４２の縁部に生ずる誘起電流を相殺することが可能となる。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１０と同様である。
【符号の説明】
【００４６】
１０………誘導加熱装置、１２………チャンバ、１４………ボート、１６………サセプタ、１８………回転テーブル、２０………テーブル、２２………回転軸、２４………ベース、２６………ハウジング、２８………励磁部、３０（３０ａ〜３０ｃ）………コア、３２（３２ａ〜３２ｃ）………磁極、３４（３４ａ〜３４ｃ）………磁極、３５（３５ａ〜３５ｃ）………ヨーク、３６（３６ａ〜３６ｃ）………誘導加熱コイル、３８（３８ａ〜３８ｃ）………誘導加熱コイル、４０………電源部、４２………開口部、４６………磁気透過性遮蔽板、４８………冷却板、５０………冷却管、６０………ウエハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス室を構成する金属材料を主要部材としたチャンバと、前記チャンバの外周に配置され、前記チャンバに形成された磁束を透過させる磁気的開口部を介して前記チャンバ内に配置された被誘導加熱部材を加熱する誘導加熱コイルとを有する誘導加熱装置であって、
１つの前記磁気的開口部に対して、前記磁気的開口部の縁部に投入される磁束の総和がゼロまたはゼロに近づくこととなるように、前記誘導加熱コイルを複数設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記誘導加熱コイルは、前記被誘導加熱部材の端面に向う交流磁束を発生する配置形態としたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記磁気的開口部を複数設け、
隣接する前記磁気的開口部間には、磁束を透過させる磁気的スリットを形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記誘導加熱コイルを巻回する磁極を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記誘導加熱コイルが巻回された少なくとも２つの磁極を連結するヨークを備えたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記磁気的開口部の外縁に、冷媒を挿通させる挿通路を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
複数の前記誘導加熱コイルのうち極性の異なる２つのコイルを対として、巻回数、および巻回断面の形状を等しくしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記磁極の断面形状、および寸法を等しくしたことを特徴とする請求項７に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記誘導加熱コイルに流す電流値を等しくすることのできる電源部を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載の誘導加熱装置。
【請求項１】
プロセス室を構成する金属材料を主要部材としたチャンバと、前記チャンバの外周に配置され、前記チャンバに形成された磁束を透過させる磁気的開口部を介して前記チャンバ内に配置された被誘導加熱部材を加熱する誘導加熱コイルとを有する誘導加熱装置であって、
１つの前記磁気的開口部に対して、前記磁気的開口部の縁部に投入される磁束の総和がゼロまたはゼロに近づくこととなるように、前記誘導加熱コイルを複数設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記誘導加熱コイルは、前記被誘導加熱部材の端面に向う交流磁束を発生する配置形態としたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記磁気的開口部を複数設け、
隣接する前記磁気的開口部間には、磁束を透過させる磁気的スリットを形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記誘導加熱コイルを巻回する磁極を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記誘導加熱コイルが巻回された少なくとも２つの磁極を連結するヨークを備えたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記磁気的開口部の外縁に、冷媒を挿通させる挿通路を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
複数の前記誘導加熱コイルのうち極性の異なる２つのコイルを対として、巻回数、および巻回断面の形状を等しくしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記磁極の断面形状、および寸法を等しくしたことを特徴とする請求項７に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記誘導加熱コイルに流す電流値を等しくすることのできる電源部を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載の誘導加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１６６６０（Ｐ２０１２−２１６６６０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０５５４（Ｐ２０１１−８０５５４）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【特許番号】特許第４９１８１６８号（Ｐ４９１８１６８）
【特許公報発行日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【特許番号】特許第４９１８１６８号（Ｐ４９１８１６８）
【特許公報発行日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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