(57)【要約】【課題】ウエハ全面を均一に加熱することのできる均熱性に優れた加熱装置を提供する。【解決手段】反応容器と、この反応容器内に平面状に設置された配設された発熱体とを備え、この発熱体を巻回する高周波誘導コイルへの通電により発熱体を発熱させると共に被加熱物を加熱する加熱装置であって、反応容器の外側にコイル素線が巻回されることによって上記高周波誘導コイルが形成されており、この高周波誘導コイルには、上記発熱体の設置部と平行な一対の面内において上記コイル素線が並列に配設された一対の平面部が設けられている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、この反応容器内に平面状に設置された発熱体とを備え、この発熱体を巻回する高周波誘導コイルへの通電により発熱体を発熱させると共に被加熱物を加熱する加熱装置であって、
反応容器の外側にコイル素線が巻回されることによって上記高周波誘導コイルが形成されており、
この高周波誘導コイルには、上記発熱体の設置部と平行な一対の面内において上記コイル素線が並列に配設された一対の平面部が設けられていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
反応容器内に、２以上の発熱体設置部が互いに平行に配設されている請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
発熱体がガラス状炭素からなる請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された加熱装置と、発熱体を備え、かつ、高周波誘導コイルを備えていない反応容器とが、交互に配置されていることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば減圧ＣＶＤ装置に備えられ、ウエハの加熱処理等を行うために好適に用いることのできる加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、半導体集積回路製造プロセスでは、酸化・拡散処理装置、気相エピタキシャル成長装置、減圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣＶＤ装置）、アニール装置等の種々のＩＣプロセス装置が使用されている。そしてこれらの装置には、シリコンウエハを加熱処理するための加熱装置が備えられている。
【０００３】
上記加熱装置では、加熱手段として、通常、電気ヒータやランプ等による輻射加熱方式か、誘導加熱を利用する誘導加熱方式が利用される。輻射加熱方式では一度に大量のウエハの処理が可能というメリットがあるが、電気ヒーター方式では急速加熱が困難で、５００〜１２００℃という高熱処理に対応するには時間がかかるという問題があった。また、ランプ方式ではランプの寿命が問題となる上に、ウエハの均熱性（ウエハに温度分布が起こらないこと）を高めるために多数のランプが必要であり、さらにはウエハを上下方向に重ねて加熱することができないため、大量処理に適さないという諸問題があった。
【０００４】
一方、誘導加熱方式は、誘導加熱によって発熱し得る発熱体をサセプタと呼ばれるウエハ支持板として用い、支持体の下面に設置した高周波誘導コイルによって支持体を発熱させて、支持体上に直置きされたウエハを直接的に加熱する方法であり、急速加熱が可能であるというメリットを有する。
【０００５】
図５には、従来の誘導加熱方式を用いた加熱装置の断面説明図を示した。この加熱装置３０は、例えば石英ガラス等から形成された反応容器３１内に、ウエハ３２が１枚ずつ裁置される円盤状の支持板（サセプタ；例えば黒鉛製）３３が配置されている。反応容器３１の外側における支持板３３の下方位置には、支持板３３を発熱させてその上に裁置されたウエハ３２を直接加熱するための高周波誘導コイル３４が、支持板３３の円周方向に沿って渦巻状に巻回されている。電源装置は省略した。また、この反応容器３１の左側には、反応ガス等を導入するための開閉可能なガス供給口３５が設けられると共に、その反対側には排気口３６が設けられ、反応ガス等がウエハ３２の表面をほぼ層流を形成しながら流れることができるように構成されている。
【０００６】
しかしながら、図５に示した従来の誘導加熱装置３０では、渦巻状の高周波誘導コイルを配設するものであったために、支持板３３の中心部分を充分に加熱することができず、均熱性に劣るという問題があった。加熱装置が均熱性に劣るということは、ウエハ表面で気相成長によるシリコンエピタキシャル層を形成させる際等に、エピタキシャル層の形成状態が不均一になることを意味し、問題であった。また、加熱装置３０では、誘導加熱によって形成される磁場の関係上、支持板３３を１枚しか配設できず、ウエハ３２の加熱処理の効率に劣るという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の諸問題を解決するために、本発明者等は、発熱体で円筒を形成し、この円筒形発熱体を反応容器の内部に配設すると共に、反応容器外周に沿って高周波誘導コイルを巻回した構成の加熱装置を発明し、既に出願した（特願２００１−３５１５７９号）。この出願の加熱装置の概略断面図を図６に示した。加熱装置４０は、断面円形で上部がドーム状をなして閉じられた石英製の反応容器４１と、この反応容器４１内に配設されたガラス状炭素製円筒体４２と、この円筒体４２の内側に配設され、ウエハ４３を上下方向に多数枚搭載するためのウエハ搭載ボード４４と、マニホールド４５とを備えている。また、加熱装置４０は、反応容器４１の外側にこれと同心円状に配設された空心コイル型の高周波誘導コイル４７（電源装置および温度制御装置は省略した）を備えている。なお、マニホールド４５は、円筒体４２の内側に反応ガス等を導入するガスインジェクタ４７ａ、４７ｂを備えると共に、反応後のガスあるいは未反応ガスを反応容器４１から排出させるガス排気口４８を有している。
【０００８】
上記加熱装置４０は、高周波誘導コイル４７によって、ガラス状炭素製円筒体４２を誘導加熱により発熱させて、この円筒体４２からの輻射熱でウエハ４３を加熱処理するものである。従って、ウエハ４３を一度に多数枚加熱処理することができ、さらに、誘導加熱を利用するために急速加熱が可能であることから、極めて加熱処理効率に優れている。
【０００９】
ただし、円筒体４２からの輻射熱を利用してウエハ４３を加熱しているため、ウエハ４３の径方向の温度分布が生じるおそれを完全に払拭することは難しく、高い均熱性が求められるような性質の加熱処理の場合、さらなる改善が嘱望されていた。
【００１０】
そこで本発明では、急速加熱が可能な誘導加熱方式を利用する加熱装置を用いることを前提として、ウエハ全面を均一に加熱することのできる均熱性に優れた加熱装置の提供を課題として掲げた。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決し得た請求項１に係る本発明の加熱装置は、反応容器と、この反応容器内に平面状に設置された発熱体とを備え、この発熱体を巻回する高周波誘導コイルへの通電により発熱体を発熱させると共に被加熱物を加熱する加熱装置であって、反応容器の外側にコイル素線が巻回されることによって上記高周波誘導コイルが形成されており、この高周波誘導コイルには、上記発熱体の設置部と平行な一対の面内において上記コイル素線が並列に配設された一対の平面部が設けられているところに要旨を有する。
【００１２】
コイルに、発熱体設置部と平行な平面部を一対配設したことによって、発熱体近傍において誘導磁場が発熱体の面方向と同一方向に形成される。この構成の採用によって、発熱体全体を均一に加熱することが可能になった。なお、「平面状に設置された発熱体」とは、ある一つの平面内に設置された発熱体であることを意味し、例えば、１枚の板である発熱体によって一平面が形成されている場合のみならず、２以上の棒状体や管状体等の物理的に分離した発熱体が同一平面内に位置するように設置されている構成も含む概念である。
【００１３】
請求項２に係る加熱装置は、請求項１に係る加熱装置において、反応容器内に、２以上の発熱体設置部が互いに平行に配設されているものである。２以上の発熱体設置部が配設されていても、対向するコイル平面部からそれぞれの磁場が形成されるため、この磁場の作用が及ぶ範囲内に位置する発熱体を誘導加熱によって発熱させることができる。
【００１４】
請求項３に係る加熱装置は、発熱体がガラス状炭素からなるものである。発熱体としては、誘導加熱により発熱し得る素材、例えば、黒鉛、金属等ももちろん使用可能であるが、不純物の発生が非常に少ない点からガラス状炭素が最も好ましい。
【００１５】
請求項４に係る加熱装置は、上記請求項１〜３のいずれかに係る加熱装置と、発熱体を備え、かつ、高周波誘導コイルを備えていない反応容器とが、交互に配置されてなる加熱装置である。磁場はコイルの周囲に形成されるため、コイルを備えていない反応容器を、コイルを備えた反応容器の隣りに並べて配置することにより、このコイルの磁場の作用がコイルを備えていない反応容器内の発熱体にも及ぶため、この発熱体をも加熱することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の加熱装置を説明する。図１には、本発明の加熱装置を説明するための模式的な斜視図を、図２には、その断面図を示した。この加熱装置１は、直方体状の反応容器２が高周波誘導コイル３の内部に収納された構成となっている。図１では図示されていないが、反応容器２の内部には平板状の発熱体５ａおよび５ｂが上下に離間して水平に設置されている（図２）。
【００１７】
高周波誘導コイル３は、コイル素線４が、上記発熱体５ａ、５ｂの設置部と平行に、反応容器２の上面部と下面部とを通るように巻回されることにより構成されている。この図１では、反応容器２の上面部において図面の向こう側から手前に向かうようにコイル素線４が巻回されている。なお、コイル３の中央部の図示は省略したが、もちろんコイル３は連続している。このコイル３は、図示しない高周波電源へと接続されている。発熱体５ａ、５ｂの上には、ウエハ６ａ、６ｂが裁置されており、この発熱体５ａ、５ｂは、同時に支持体（サセプタ）としても機能している。
【００１８】
本発明の加熱装置１は、コイル３の上側平面部３ａおよび下側平面部３ｂが、反応容器２内の発熱体５ａ、５ｂの設置部と平行であるところにポイントがある。図１に示すように、反応容器２の上面側においては、コイル素線４ａ、４ａ…は、直線状態を維持しつつ並列すると共に、その上下方向における位置関係は、図２に示すように、発熱体５ａと一定距離Ｌ１を保っている。すなわち、反応容器２の上面側の各コイル素線４ａ、４ａ…は、すべて同一平面内に位置している。従って、反応容器２の上面側の各コイル素線４ａ、４ａ…によって形成されるコイル３は平面を形成することとなるが、本発明では、このコイル３の上側平面部３ａが発熱体５ａと平行関係になければならない（下側も同様）。
【００１９】
この結果、図２および図３に示す向きで高周波電流がコイル３を流れている場合は、コイル上側平面部３ａによって形成される磁力線７ａは、コイル上側平面部３ａの下側においては図面の右から左へと向かう。また、コイル上側平面部３ａと発熱体５ａとは平行なため、発熱体５ａ面全体に亘って磁力線７ａが通過することとなり、誘導電流はこの磁力線７ａに直交する方向に流れる。従って、最も電流密度が大きくなる位置（コイル素線４ａからＬ１だけ離間したところとする）に発熱体５ａを設置すれば、発熱体５ａの面全体に誘導電流が流れて、発熱体５ａの面全体が急速にかつ均一に加熱される。
【００２０】
この均一加熱の原理は、反応容器２の下側の発熱体５ｂと、コイル下側平面部３ｂとにおいても同様に作用するため、発熱体５ｂを最も電流密度が大きくなる位置（コイル素線４ｂからＬ２だけ離間したところとする）に配設することが最も好ましい。
【００２１】
本発明では、上記の原理によって発熱体５ａ、５ｂを加熱するものであるので、コイルの上側平面部３ａおよび下側平面部３ｂに位置するコイル素線４ａ、４ｂは直線状でなければならないが、この部分以外のコイル素線４、すなわち、図１における反応容器２の前後側面に位置するコイル素線４は、発熱体５ａ、５ｂに作用する磁力線７ａ、７ｂに悪影響を与えない位置にあることが好ましい。従って、コイル３は、反応容器２の前後側面においては、発熱体５ａ、５ｂからなるべく離間するようにその軌跡が円弧を描くことが好ましい。このため、コイル３は、図１の側面視において、上下一対の直線が左右一対の円弧で連結されたような形状とすることが好ましい。
【００２２】
本発明の加熱装置において、発熱体の均熱性を高めるには、コイル素線４（４ａ、４ｂ）のピッチＰを１０〜３０ｍｍの範囲にすることが好ましい。また発熱体５ａ、５ｂの加熱効率を最も高めるためには、Ｌ１およびＬ２を１０〜４０ｍｍの範囲にすることが好ましい。なお、反応容器２の高さが低く、Ｌ１とＬ２の範囲が重なる場合は、上下のコイル３ａ、３ｂのちょうど中間に発熱体を１個設置する構成を採用しても構わない。
【００２３】
また、本発明の加熱装置では、コイル３が、発熱体（設置部）と平行な一対の平面部３ａ、３ｂを有しているので、これらの平面部３ａ、３ｂにより形成される磁力線の及ぶ位置であれば、３個以上の発熱体を設置しても良い。加熱効率の点からは、各発熱体をコイル面から１０〜４０ｍｍの範囲に配設することが好ましい。なお、発熱体の厚さは特に限定されないが、通常、１〜数ｍｍ程度である。
【００２４】
本発明の加熱装置は、図１に示した加熱装置１を１台として使用するという形態以外に、図１に示した加熱装置１と、高周波誘導コイルを備えていない反応容器とを組み合わせた形態も採用可能である。例えば、図４には、図１に示したものと同じ構成の加熱装置１１の上に、発熱体２５ａ、２５ｂを２個上下に設置した反応容器２０が配設され、その上に、図１に示したものと同じ構成の加熱装置１４が配設された構成の加熱装置１７を示した。
【００２５】
この加熱装置１７では、コイルを備えていない反応容器２０の下側の発熱体２５ｂは、加熱装置１１のコイル下側平面部１３ａにより形成される誘導電流によって発熱するため、発熱体２５ｂ上のウエハ２６ｂを加熱することができる。また、反応容器２０の上側の発熱体２５ａは、加熱装置１４のコイル下側平面部１６ｂにより形成される誘導電流によって発熱するため、発熱体２５ａ上のウエハ２６ａを加熱することができる。
【００２６】
コイルを備えた加熱装置１１、１４とコイルを有さない反応容器２０とは、交互に配置されていればその数は限定されない。コイルを有さない反応容器を装置の一番下、あるいは一番上に配置する場合には、磁場の有効範囲を考慮して、発熱体の数および配設位置を決定すればよい。
【００２７】
反応容器２は、図１では直方体として示したが、コイル３の一対の平面部（上側平面部３ａおよび下側平面部３ｂ）と発熱体設置部との平行が保たれるようにコイル３が巻回されていれば、反応容器２自体の形状は、ベル状、円筒状、多角形状等、特に限定されない。反応容器２は、通常、耐熱性が高い石英で作製される。
【００２８】
一方、発熱体は、誘導加熱によって発熱する素材でなければならない。このような素材としては、金属、黒鉛、ガラス状炭素（ＧＣ）コート黒鉛、炭化珪素（ＳｉＣ）コート黒鉛、ガラス状炭素が挙げられる。中でも、一般的な炭素材料が有する特性、すなわち、軽量、耐熱性、耐食性、導電性等の性質を備えた炭素材料が好ましく、特に、高純度、高強度、ガス不透過性、低発塵性等に優れており、高温・腐食環境下であっても、不純物粒子やガスを放出せず、ガス吸着が少なく、さらに化学的に安定であってウエハを汚染することのないガラス状炭素が最も好ましい。ガラス状炭素は、例えば、熱硬化性樹脂の硬化体を不活性ガス中または真空中で焼成炭化することにより得ることができる。
【００２９】
発熱体は、矩形板状、円盤状等の板状のものに限られず、網状体等であってもよい。また、同一平面内に複数本の角柱状または管状等の発熱体を並列設置する構成も採用可能である。
【００３０】
これまでの図例では、発熱体を水平に設置した構成の加熱装置を示したが、発熱体を垂直に設置し、反応容器の左右前後の側面をコイルで巻回する構成の加熱装置であってもよい。この場合は、被加熱体を発熱体で支持することなく、被加熱体を発熱体近傍に発熱体と平行に設置することによっても、被加熱体を速やかかつ均一に加熱することができる。
【００３１】
本発明の加熱装置には、ウエハの加熱処理を伴う半導体製造プロセスにおける公知のプロセスを行うために必要な種々の公知の付加手段、例えば雰囲気ガス導入・排出手段等が付加されていてももちろん構わないし、ウエハ以外の被加熱体を加熱するために用いることもできる。
【００３２】
【実施例】
実施例１
幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、肉厚４ｍｍの石英製耐真空性の反応容器内に、直径８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの石英板を置き、その上に、フェノール樹脂を２０００℃以上で高温焼成することにより製造されたガラス状炭素基板（厚さ２ｍｍ、直径６５ｍｍの円盤状）を発熱体として設置した。図１と同じコイル形状となるように、外径６ｍｍの銅管で反応容器を巻回した。コイルと反応容器上面部との距離を２ｍｍとし、底面側も同様にした。また、コイルの上側平面部と下側平面部におけるコイル素線のピッチ（銅管の中心間距離）を１０ｍｍとし、巻数は１５回とした。
【００３３】
４００ｋＨｚ、２．５ｋＷの高周波電圧をコイルに印加したところ、発熱体（ガラス状炭素基板）は、２０秒で８００℃まで昇温した。また、８００℃における発熱体の面内の温度分布は５℃以内であった。
【００３４】
実施例２
幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、高さ４２ｍｍ、肉厚４ｍｍの石英製耐真空性の反応容器内に、直径８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの石英板と実施例１と同素材で同一形状のガラス状炭素基板を交互に２枚ずつ重ねて配置した。実施例１と同様にして、高周波誘電コイルで反応容器を巻回した。
【００３５】
４００ｋＨｚ、４ｋＷの高周波電圧をコイルに印加したところ、２枚の発熱体はいずれも２５秒で８００℃まで昇温した。また、８００℃における発熱体の面内の温度分布はいずれも５℃以内であった。
【００３６】
比較例１
外径８０ｍｍの円筒状（先端はドーム型）の真空容器を反応容器として使用した。この反応容器の底面中央部に外径６０ｍｍの石英管を配置し、その上に、発熱体として実施例１と同素材で同一形状のガラス状炭素基板を載せた。反応容器の周囲に外径６ｍｍの銅管製コイルを容器と同心状に巻回した。コイルの内径と容器の距離を５ｍｍ、銅管のピッチを１０ｍｍとした。
【００３７】
４００ｋＨｚ、１．２ｋＷの高周波電圧をコイルに印加したところ、円盤状の発熱体の周辺部は２０秒で８００℃まで昇温したが、発熱体の中心部は６００℃以下であり、周辺部と中心部との温度差が２００℃以上もあった。
【００３８】
【発明の効果】
発熱体と、高周波誘導コイルの一対の平面部を平行になるように構成したため、発熱体近傍において誘導磁場が発熱体の面方向と同一方向に形成され、その結果、誘導電流も発熱体の面方向（磁場に直交する方向）に流れる。この構成の採用によって、発熱体全体を均一にかつ急速に加熱することが可能になった。
【００３９】
従って、本発明の加熱装置は、酸化・拡散処理装置、気相エピタキシャル成長装置、減圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣＶＤ装置）、アニール装置等の種々のＩＣプロセス装置におけるシリコンウエハを加熱処理するための加熱装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱装置の概略を示す斜視説明図である。
【図２】図１の加熱装置の断面模式図である。
【図３】誘導磁場の向きを説明する模式図である。
【図４】請求項４に係る加熱装置を説明する断面模式図である。
【図５】従来の加熱装置の断面説明図である。
【図６】本発明者等の先願に係る加熱装置の断面説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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