(57)【要約】      （修正有）【課題】誘導加熱コイルによって、ＳｉＣ基板を均一に加熱する。【解決手段】誘導加熱コイル８の端部１１、１２の巻線密度を、中央部１０の巻線密度よりも高くする。誘導加熱コイル８が形成する交番磁界によって加熱部１５に流れる誘導電流を、加熱部１５の両端位置が、中央位置よりも大きくなるようにする。加熱部１５の両端からは熱が逃げやすいので、発熱量を大きくして、加熱部１５を均一な温度にし、加熱部１５内に、誘導加熱コイル８の中心軸線に沿って一列に配置された複数のＳｉＣ基板３を、一列の端部１１、１２に位置するＳｉＣ基板３と、中央部１０に位置するＳｉＣ基板とで、シート抵抗が等しくなるようにする。シート抵抗のバラツキが小さくなる。【選択図】図２
2014093471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が複数回巻き回されて形成された誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルに交流電圧を印加し、前記誘導加熱コイルの内部空間に交互に反転する磁界を形成する交流電源と、
前記誘導加熱コイルの前記内部空間に配置され、導電材料で構成された筒状の加熱部と、
を有し、前記加熱部は、前記磁界による誘導電流が流れて発熱し、前記加熱部の内部に配置された加熱対象物を加熱する誘導加熱炉であって、
前記誘導加熱コイルは、前記誘導加熱コイルの両端側に位置し、隣接する前記巻線の間の距離が小さい密巻きの端部と、
前記両端側の前記端部の間に位置し、隣接する前記巻線の間の距離が前記端部よりも大きい疎巻きの中央部とを有する誘導加熱炉。
【請求項２】
前記誘導加熱コイルの前記巻線は、前記誘導加熱コイルの中心軸線と平行な方向に部分的に移動可能に取付装置に取り付けられた請求項１記載の誘導加熱炉。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の誘導加熱炉を用い、ＳｉＣ基板を前記加熱対象物にし、
前記ＳｉＣ基板を、前記加熱部内に、前記誘導加熱コイルの中心軸線に沿った方向に沿って、隣接する前記ＳｉＣ基板を対面させて等間隔に一列に並べて配置し、前記誘導加熱コイルに交流電流を流して、前記ＳｉＣ基板を加熱するＳｉＣ基板のアニール方法であって、
前記一列の両端に位置する前記ＳｉＣ基板は、前記端部で取り囲まれる位置に配置し、前記一列の中央に位置する前記ＳｉＣ基板は、前記中央部で取り囲まれる位置に配置するＳｉＣ基板のアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉の技術分野に係り、特に、誘導加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、耐熱性および機械的強度に優れており、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御が容易であることが一般的に知られている。また、広い禁制帯幅を持つために、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料では実現することが出来ない高温領域や耐電圧を実現することが可能である。
これらのことから、ＳｉＣは、次世代のパワーデバイス用半導体材料として注目・期待がされている材料である。
【０００３】
半導体プロセスには、不純物をイオン化してイオン注入する技術が採用されているが、イオン注入後はＳｉＣ（半導体）基板をアニール処理し、注入にともなって発生した結晶欠陥を回復させ、かつドーピングされた不純物原子を電気的に活性化させるアニール処理が行なわれる。
【０００４】
アニール炉内にＳｉＣ基板を配置して、ＳｉＣを活性化する加熱方法としては、抵抗加熱方式と高周波誘導加熱方式がある。
高周波誘導加熱方式は、高温で短時間処理が可能であり、筒状部材のヒーターを誘導加熱し、ヒーターの輻射熱でサセプターを加熱する為、面内均一性に優れている。
【０００５】
しかしながら誘導加熱方式でも、複数枚数のＳｉＣ基板を一度に加熱する場合は、ＳｉＣ基板を均一に活性化することが困難である。
特に、ＳｉＣ基板間のシート抵抗分布（ばらつき）を制御し、歩留まりを向上させるためには、ＳｉＣ基板間の温度分布を改善することが必須である。
従来技術では、リフレクタなどを置き、熱の逃げを抑えることで、均一性を改善しようと試みられていたが、充分な均一性は得られていない。
本発明の基礎となった誘導加熱炉には、下記のようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５６１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、複数枚並べられた基板の両端位置と中央位置との間での温度の均一性を改善しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、巻線が複数回巻き回されて形成された誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに交流電圧を印加し、前記誘導加熱コイルの内部空間に交互に反転する磁界を形成する交流電源と、前記誘導加熱コイルの前記内部空間に配置され、導電材料で構成された筒状の加熱部と、を有し、前記加熱部は、前記磁界による誘導電流が流れて発熱し、前記加熱部の内部に配置された加熱対象物を加熱する誘導加熱炉であって、前記誘導加熱コイルは、前記誘導加熱コイルの両端側に位置し、隣接する前記巻線の間の距離が小さい密巻きの端部と、前記両端側の前記端部の間に位置し、隣接する前記巻線の間の距離が前記端部よりも大きい疎巻きの中央部とを有する誘導加熱炉である。
また、本発明は、前記誘導加熱コイルの前記巻線は、前記誘導加熱コイルの中心軸線と平行な方向に部分的に移動可能に取付装置に取り付けられた誘導加熱炉である。
また、本発明は、上記誘導加熱炉を用い、ＳｉＣ基板を前記加熱対象物にし、前記ＳｉＣ基板を、前記加熱部内に、前記誘導加熱コイルの中心軸線に沿った方向に沿って、隣接する前記ＳｉＣ基板を対面させて等間隔に一列に並べて配置し、前記誘導加熱コイルに交流電流を流して、前記ＳｉＣ基板を加熱するＳｉＣ基板のアニール方法であって、前記一列の両端に位置する前記ＳｉＣ基板は、前記端部で取り囲まれる位置に配置し、前記一列の中央に位置する前記ＳｉＣ基板は、前記中央部で取り囲まれる位置に配置するＳｉＣ基板のアニール方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、誘導加熱方式であり、誘導加熱コイルの巻線密度を、両端で密、中央で疎にすることで、加熱部の両端付近に流れる誘導電流を中央よりも大きくし、両端の温度を上昇させるようにしたものであり、加熱部を均一な温度にし、加熱部内に、複数のＳｉＣ基板を、誘導加熱コイルの中心軸線に沿って一列に配置し、一列の両端側に位置するＳｉＣ基板と、中央部分に位置するＳｉＣ基板との間の温度差が小さくなり、シート抵抗のバラツキが小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の誘導加熱炉の一例
【図２】その誘導加熱炉に加熱対象物を配置した状態を説明するための図
【図３】本発明の誘導加熱炉によってアニールしたＳｉＣ基板の配置位置とシート抵抗との関係を示すグラフ
【図４】従来技術の誘導加熱炉によってアニールしたＳｉＣ基板の配置位置とシート抵抗との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
高周波を印加する誘導加熱コイルは、導線が巻き回されて構成されており、隣接する導線の間隔が同じにされた状態から、部分的に隣接する同線間を近づける方向に移動させ、または、他の部分では、遠ざける方向に移動させて、加熱部（筒状部材）を加熱すると、加熱部の温度のバラツキを抑えることができる。
つまり、本発明は、加熱部内に配置した加熱対象物を、加熱部が放出する輻射熱によって加熱してアニール処理を行う際、加熱前に予め高周波を印加する誘導加熱コイルの巻線間隔を調整して、加熱対象物間の温度分布を均一にすることができる。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の誘導加熱炉２の一例である。
この誘導加熱炉２は、筒状の石英から成る加熱槽４を有している。ここでは、加熱槽４は、その中心軸線２９が鉛直になるように配置されている。加熱槽４の内部には、断熱部１８と、加熱部１５とが配置されている。
【００１３】
断熱部１８と加熱部１５とは、それぞれ筒形形状であり、底面が上部に向けられており、加熱部１５が断熱部１８の内側に配置されている。加熱槽４と、断熱部１８と、加熱部１５とは、それぞれ非接触にされている。
加熱部１５の内部には、カセット５が配置されている。
【００１４】
加熱槽４の周囲には、絶縁体１４によって被覆された巻線１３が巻き回され、その巻線１３によって誘導加熱コイル８が形成されており、加熱槽４と、加熱部１５と、カセット５とは、誘導加熱コイル８の内部空間に配置されていることになる。誘導加熱コイル８と加熱槽４と加熱部１５とは、誘導加熱コイル８の中心軸線と、加熱槽４の中心軸線２９と、加熱部１５の中心軸線とが、一致するか又は平行になるように配置されている。絶縁体１４によって巻線１３同士は接触することがなく、短絡しないので、巻線は密にも疎にも配置することができる。
【００１５】
加熱槽４は、筒状の容器である本体２１と、本体２１の開口を塞ぐ蓋部２２とで構成されており、誘導加熱コイル８は、本体２１の外周に位置している。
カセット５は、誘導加熱コイル８の中心軸線と平行に間隔を開けて配置された複数本のカーボンから成る支持棒（サセプター）６を有している。
【００１６】
各支持棒６には溝７がそれぞれ形成されており、溝７のうち、各支持棒６の同じ高さの溝７に、板状の加熱対象物(ＳｉＣ基板)を一枚挿入すると、挿入された加熱対象物は、各支持棒６によって支持される。その状態では、加熱対象物は、カセット５に配置されている。
【００１７】
加熱槽４の外部には、昇降機構１９が配置されている。昇降機構１９は、本体２１の真下に位置しており、カセット５は、支柱２７を介して、昇降機構１９に接続されており、加熱対象物をカセット５に配置する際には、昇降機構１９を動作させ、カセット５を、加熱部１５の内部から、加熱部１５の外部に移動させる。
加熱部１５よりも下方の位置で、カセット５に複数の加熱対象物を配置した後、昇降機構１９を動作させ、カセット５を移動させ、加熱部１５の内部に戻す。
【００１８】
図２は、その状態を示している。図２の符号３は加熱対象物であり、加熱対象物３は、ここではＳｉＣ基板である。加熱対象物３は、カセット５に、複数枚(例えば、２５枚)のＳｉＣ基板が互いに平行にされて配置されている。隣接する加熱対象物３は表面と裏面とが対面され、等間隔に並んで配置されている。
【００１９】
加熱槽４には、真空排気系２６とガス供給装置２８とが配置されている。ガス供給装置２８には配管２０の一端が接続されており、その配管２０の他端の開口は、加熱部１５の内部に挿入されている。真空排気系２６は加熱槽４の内部空間に接続されており、真空排気系２６によって加熱槽４の内部を介して加熱部１５の内部を真空排気し、所定の圧力になったところで、ガス供給装置２８から加熱部１５の内部に、窒素ガスやアルゴンガス等のガスを供給し、供給したガスが含まれる大気圧雰囲気を形成する。ガスの供給は継続し、アニール処理では大気圧雰囲気中で加熱対象物３を加熱する。
【００２０】
誘導加熱コイル８の巻線１３は、交流電源に接続されており、交流電源を起動して誘導加熱コイル８に交流電圧を印加し、誘導加熱コイル８に交流電流を流すと、誘導加熱コイル８が形成する交番磁界によって加熱部１５に誘導電流が流れ、加熱部１５は発熱する。
高温に昇温した加熱部１５は輻射熱(赤外線)を放射し、輻射熱は、カセット５に配置された加熱対象物３に照射され、加熱対象物３は加熱される。
【００２１】
加熱部１５の両端に位置する部分では、中央の部分よりも熱が逃げやすくなっており、両端に位置する部分と中央に位置する部分とに、誘導電流が同じ密度で流れ、発熱した場合は、両端に位置する部分は中央に位置する部分よりも低い温度に昇温する。
【００２２】
誘導加熱コイル８中の巻線の粗密について説明すると、本発明の誘導加熱コイル８は鉛直に配置されており、上側の端部１１に含まれる巻線１３間の距離と、下側の端部１２に含まれる巻線１３間の距離とは、上側と下側の端部１１、１２の間に位置する中央部１０に含まれる巻線１３間の距離よりも短くされている。つまり、中央部１０の巻線１３の密度は疎であり、両側の端部１１、１２の巻線１３の密度は、中央部１０よりも密である。
【００２３】
加熱部１５のうち、周囲に位置する巻線１３が密の部分では、疎の部分よりも大きな誘導電流が流れ、熱の発生量が疎の部分よりも大きくなる。その結果、誘導電流による発熱量は、加熱部１５のうち、中央部１０で取り囲まれた部分よりも、端部１１、１２で取り囲まれた部分の方が大きくなるので、端部１１、１２と中央部１０との間の巻線密度の差を調整することにより、加熱部１５の両端に位置する部分の温度を、中央に位置する部分と同じ温度にするか、又は、中央に位置する部分よりも高温にすることができる。
【００２４】
カセット５に並んで配置された加熱対象物３についても、両端に近い部分では、中央の部分よりも熱が逃げやすいから、誘導加熱コイル８の中央部１０と端部１１、１２との巻線間距離の差を調節し、加熱部１５の両端の部分と中央の部分とで、加熱対象物３が同じ温度に加熱されるようにしてもよい。
【００２５】
特に、加熱部１５内で、加熱対象物３を一列に配置した場合、その一列の両端に位置する加熱対象物３は、一方の端部１１と他方の端部１２とでそれぞれ取り囲まれる位置に配置し、一列の中央に位置する一枚又は二枚(１ロット奇数枚数は一枚、偶数枚数は二枚)の加熱対象物３は、中央部１０で取り囲まれる位置に配置し、誘導加熱コイル８に交流電流を流すと加熱部１５は均一な温度に昇温し、一列に配置された加熱対象物３は、略同じ温度に加熱される。従って、端部１１、１２が取り囲む位置に複数枚の加熱対象物３を配置することができるので、多数枚数の加熱対象物３を一度にアニール処理することができる。
【００２６】
加熱槽４の内部は、ガス供給装置２８からガスが供給されており、アニール処理は、大気圧で、供給されたガスを含む大気圧雰囲気中で行われる。
各加熱対象物３には、不純物が注入されており、２５枚の加熱対象物３を１ロットとし、合計２ロットの加熱対象物３を１ロットずつ誘導加熱炉２内に搬入して１６００℃に昇温させてアニール処理を行った。各ロットのうち、誘導加熱炉２から取り出し、シート抵抗を測定した。
【００２７】
測定結果を下記表１に示す。
【００２８】
【表１】
2014093471.tif 000003
【実施例２】
【００２９】
上記誘導加熱炉２を用い、誘導加熱炉２によって１６００〜２０００℃の範囲を、１００℃刻みで目標温度とし、その目標温度で、それぞれ２５枚の加熱対象物のアニール処理を行った。アニール処理の時間は３分である。
【００３０】
アニール処理中の加熱対象物の実際の温度と、アニール処理後のシート抵抗を、各温度で５枚ずつ測定した。このとき用いたサセプター６は、２７枚以上の加熱対象物３を配置できるように溝７が形成されており、３段目と２７段目が、一列に配置した加熱対象物の両端の位置である。
【００３１】
測定結果は、下記表２〜６に記載した値であり、そのグラフとバラツキの値(σ／mean)は、図３に記載する。
【００３２】
【表２】
2014093471.tif 000004
【００３３】
【表３】
2014093471.tif 000005
【００３４】
【表４】
2014093471.tif 000006
【００３５】
【表５】
2014093471.tif 000007
【００３６】
【表６】
2014093471.tif 000008
【００３７】
また、比較例として、従来技術のように誘導加熱コイルの巻線間隔が一定の誘導加熱炉によって、不純物が注入された加熱対象物を、上記実施例と同じ目標温度でアニール処理した。アニール処理中に測定した加熱対象物の実際の温度と、アニール処理後のシート抵抗を測定した。
【００３８】
測定結果は、下記表７〜１１に記載した値であり、そのグラフとバラツキの値は、図４に記載する。
【００３９】
比較例では、中心部と端部との間には４０℃〜５０℃の温度差があり、シート抵抗のバラツキも大きい。それに対し、本発明の方が、バラツキが小さく、また、中心部と端部との間の温度差は２０℃〜３０℃であり、比較例に比べて小さい。
【００４０】
【表７】
2014093471.tif 000009
【００４１】
【表８】
2014093471.tif 000010
【００４２】
【表９】
2014093471.tif 000011
【００４３】
【表１０】
2014093471.tif 000012
【００４４】
【表１１】
2014093471.tif 000013
【実施例】
【００４５】
なお、誘導加熱コイル８の外側には、誘導加熱コイル８よりも長い棒から成る取付装置２４が、誘導加熱コイル８の中心軸線と平行に配置されており、絶縁体１４によって被覆された巻線１３のうち、取付装置２４と対面する部分は、取付具２３によって取付装置２４に取り付けられている。取付装置２４は、加熱槽４の本体２１に固定されている。ここでは、取付装置２４は、本体２１に固定された固定具２５に固定されている。
【００４６】
取付具２３は、取付具２３を操作することにより、取付装置２４に固定した状態と、取付装置２４に沿って移動できる状態とを選択することができ、取付具２３を移動させると、巻線１３のうち、その取付具２３に固定された部分とそれに近い部分の巻線１３が一緒に移動する。従って、取付具２３を取付装置２４に沿って移動させ、所望の位置で固定することで、巻線１３の隣接する部分の間の距離を変更できるようにされている。
【００４７】
従って、バラツキが変わったときや、一度にアニール処理を行う加熱対象物の個数が変わったときには、巻線間の距離を変えることで、端部１１、１２や中央部１０の巻線間の距離や、端部１１、１２や中央部１０の長さや位置を変えることができる。
【符号の説明】
【００４８】
２……誘導加熱炉
３……加熱対象物
４……加熱槽
５……カセット
８……誘導加熱コイル
１０……中央部
１１、１２……端部
１３……巻線
１５……加熱部
【図１】
2014093471.tif 000014
【図２】
2014093471.tif 000015
【図３】
2014093471.tif 000016
【図４】
2014093471.tif 000017