(57)【要約】【課題】加熱プレートの温度ムラを緩和して被処理物をより均一に加熱するとともに加熱効率の高い誘導加熱装置及び加熱方法を提供する。【解決手段】誘導加熱コイル２と、この誘導加熱コイル２により誘導加熱される加熱プレート１とを備えた誘導加熱装置である。この加熱プレート１は、前記誘導加熱による温度分布を均等化すべく、加熱プレート１を貫通する磁束の密度を大きくするための厚肉部１ａ，１ｂを局所的に有する。【選択図】      図１
2004335222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱コイルと、この誘導加熱コイルにより誘導加熱される加熱プレートとを備え、
この加熱プレートは、前記誘導加熱による温度分布を均等化すべく、加熱プレートを貫通する磁束の密度を大きくするための厚肉部を局所的に有することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記誘導加熱装置は、被処理物と前記加熱プレートとの間に空間を設けつつ被処理物を支持するための支持部材を有し、
前記誘導加熱コイルは、略同一平面上において周方向に巻回されており、この平面と前記加熱プレートは略平行に対向しており、
前記厚肉部は、円板状の前記加熱プレートの中央部に設けられた中央厚肉部と、この加熱プレートの外周縁部に設けられた外周厚肉部とからなり、
前記中央厚肉部の範囲は、加熱プレート半径の１１％以上１７％以下の半径を有し且つ加熱プレートと同心の円形範囲とされ、前記外周厚肉部の範囲は、その径方向幅が加熱プレート半径の１４％以上２０％以下で且つ加熱プレートと同心の円環範囲とされており、
前記中央肉厚部及び前記外周肉厚部は、前記加熱プレートを貫通する径方向の磁束密度が大きくなるように、前記誘導加熱コイル側に突出した形状とされている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】
円板状の加熱プレートと円板状の被処理物とを距離Ｌを隔てて互いに平行に且つ同心に対向させ、誘導加熱により加熱されたこの加熱プレートからの輻射熱により被処理物を加熱する、請求項１又は２のいずれかに記載の誘導加熱装置を用いた加熱方法であって、
加熱プレート半径Ｒ１、被処理物の半径Ｒ２、及び、前記距離Ｌが、下記の関係式（１）及び関係式（２）を満たすことを特徴とする加熱方法。
Ｒ２≦Ｒ１≦１．２（Ｒ２）・・・（１）
０＜Ｌ≦０．４（Ｒ２）    ・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハやガラス基板などの板状体等を加熱する誘導加熱装置及びこれら板状体の加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶分野では、各種の加熱装置を用いて半導体ウェハや液晶パネル用ガラス基板等の被処理物を熱処理している。この加熱装置の熱源としては、ハロゲンランプや電気抵抗体等を熱源としたものがあるが、これらの熱源は消費電力が大きく、被処理物を効率よく加熱することができないという問題がある。そのため、これらの加熱装置に比べて高効率加熱ができ且つ高速昇温が可能な加熱装置として、誘導加熱方式の加熱装置が用いられている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６２８３９４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような誘導加熱装置では、加熱コイルにより加熱プレートを誘導加熱し、この加熱プレートからの伝熱により被処理物を加熱するが、加熱コイルによる加熱ムラに起因して加熱プレートの表面に温度ムラが生じやすかった。そのため、従来の誘導加熱装置を用いて被処理物を加熱処理する場合、被処理物の加熱温度が不均一となる問題があり、被処理物の品質に悪影響があった。
【０００５】
また、かかる温度ムラを緩和するため、加熱プレートと被処理物とを直接接触させずに離間させる間接加熱の手法を採ることが考えられる。かかる間接加熱は、温度ムラを緩和する点では有効であるが、加熱プレートと被処理物との距離が離れるため、加熱効率が低下する。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、加熱プレートの温度ムラを緩和することにより被処理物をより均一に加熱することができ、加熱効率の高い誘導加熱装置及び加熱方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘導加熱装置は、誘導加熱コイルと、この誘導加熱コイルにより誘導加熱される加熱プレートとを備え、この加熱プレートは、前記誘導加熱による温度分布を均等化すべく、加熱プレートを貫通する磁束の密度を大きくするための厚肉部を局所的に有することを特徴とする誘導加熱装置である。このようにすると、加熱プレートの温度が低い部分に厚肉部を設けることにより、加熱プレートを貫通する磁束の磁束密度を部分的に大きくすることができ、加熱プレートの温度ムラが緩和される。また、この厚肉部では磁束密度が大きくなるので、加熱効率が向上する。
【０００８】
更に、この誘導加熱装置は、被処理物と前記加熱プレートとの間に空間を設けつつ被処理物を支持するための支持部材を有し、前記誘導加熱コイルは、略同一平面上において周方向に巻回されており、この平面と前記加熱プレートは略平行に対向しており、前記厚肉部は、円板状の前記加熱プレートの中央部に設けられた中央厚肉部と、この加熱プレートの外周縁部に設けられた外周厚肉部とからなり、前記中央厚肉部の範囲は、加熱プレート半径の１１％以上１７％以下の半径を有し且つ加熱プレートと同心の円形範囲とされ、前記外周厚肉部の範囲は、その径方向幅が加熱プレート半径の１４％以上２０％以下で且つ加熱プレートと同心の円環範囲とされており、前記中央肉厚部及び前記外周肉厚部は、前記加熱プレートを貫通する径方向の磁束密度が大きくなるように、前記誘導加熱コイル側に突出した形状とされている構成としてもよい。
【０００９】
この場合、支持部材により被処理物と加熱プレートの間に空間ができるので、加熱プレートの温度ムラが緩和されて被処理物に伝熱されることとなり、被処理物をより均一に加熱することができる。また、誘導加熱コイルは略同一平面上で巻回されているので、当該コイルの占有する空間が小さくなり、装置を小型化することができる。また、このコイルは周方向に巻回されているので、被処理物が円板の場合にはこの円板形状に対応したコイル形状となり、加熱効率を向上させることができる。
【００１０】
さらに、加熱プレートを誘導加熱コイルと平行に設置し、且つ厚肉部は誘導加熱コイル側に突出した形状とされることにより、厚肉部では非厚肉部と比較して加熱プレート表面とコイルとの距離が近接する。したがって、厚肉部においては非厚肉部よりも磁束密度が大きくなり、特に加熱への寄与が大きい径方向の磁束密度が極めて大きくなるので、加熱効率が高まる。この厚肉部を、温度が低く成りやすい中央部と外周縁部に設けたので、加熱プレートをより均一に加熱することができる。さらに、中央厚肉部及び外周厚肉部の範囲を上記所定範囲に設定することにより、均熱効果を最適化できる。
【００１１】
また、別の発明では、円板状の加熱プレートと円板状の被処理物とを距離Ｌを隔てて互いに平行に且つ同心に対向させ、誘導加熱によって加熱されたこの加熱プレートからの輻射熱により被処理物を加熱する、前述の誘導加熱装置を用いた加熱方法であって、加熱プレート半径Ｒ１、被処理物の半径Ｒ２、及び、前記距離Ｌが、下記の関係式（１）及び関係式（２）を満たすことを特徴とする加熱方法である。
Ｒ２≦Ｒ１≦１．２（Ｒ２）・・・（１）
０＜Ｌ≦０．４（Ｒ２）    ・・・（２）
【００１２】
この場合、加熱プレートと被処理物が離間しているので、加熱プレートの温度ムラが被処理物に直接反映せず緩和されて被処理物に伝熱する。よって被処理物の加熱が均一化される。また、加熱プレートと被処理物がいずれも同一形状である円板状とされ、これらが平行かつ同心に配されているので、加熱プレートからの輻射熱が効率的に被処理物に伝熱され、加熱効率が高まる。さらに、関係式（１）及び（２）により、加熱プレート半径Ｒ１、被処理物の半径Ｒ２、及び、両者間の距離Ｌの関係を適切に設定しているので、加熱効率と均熱効果がさらに高まる。そして、この加熱方法では、前述の誘導加熱装置を使用する。よって、加熱プレートの温度分布が均等化されており、その結果、かかる加熱プレートにより加熱される被処理物も均等に加熱されることとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る誘導加熱装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、この誘導加熱装置は、アルミ製のハウジングＨの内部に、横型のプロセスチューブＰが設置され、このプロセスチューブＰ内に円板状の加熱プレート１が設置されている。またプロセスチューブＰの外部には、同一平面上において周方向に巻回された誘導加熱コイル２が設けられている。このように、誘導加熱コイル２が同一平面上において巻回されているので、装置の大きさを小型化することができる。
【００１４】
加熱プレート１と誘導加熱コイル２の間であってプロセスチューブＰの外側表面の位置には、断熱材３が設置されている。この断熱材３は、加熱プレート１からの輻射熱から誘導加熱コイル２を保護するために設けられている。なお、プロセスチューブＰの一端には、プロセスガスＧを供給するためのガス供給口２０が設けられている。また、プロセスチューブＰの他端は開口しており、被処理物Ｗが出入りできるようになっている。
【００１５】
誘導加熱コイル２は、同一平面上において螺旋状（パンケーキ状とも称される）あるいは同心円状とされることにより、周方向に巻回されている。そして、加熱プレート１は、かかる同一平面上に配線された誘導加熱コイル２の当該平面と平行に対向して設置されている。なお、誘導加熱コイル２は、銅等の材料で作製された断面四角形の中空管であり、管内に冷却水を循環させる。
【００１６】
加熱プレート１の上面（誘導加熱コイル２と対向する面と反対の面）には、半導体ウェハ等の円板状の被処理物Ｗ（図１において仮想線で示す）を加熱プレート１との間に空間を設けつつ被処理物Ｗを支持するための支持部材４が備えられている。この支持部材４上に被処理物Ｗを載置して加熱する。この支持部材４により、被処理物Ｗと加熱プレート１との間には空間５ができることになる。なお、この誘導加熱装置では、１枚の加熱プレート１に対して一枚の被処理物Ｗを加熱する。
【００１７】
加熱を行う際には、誘導加熱コイル２に高周波の交流電源（図示しない）より交流電流を供給する。誘導加熱コイル２に高周波電流を流すことにより磁界ができ、磁束（磁力線）が発生する。この磁束が加熱プレート１を貫通すると、加熱プレート１内でうず電流が発生し、このうず電流と加熱プレート１の電気抵抗とによりジュール熱が発生して、加熱プレート１が発熱する。この発熱した加熱プレート１の輻射熱により被処理物Ｗが加熱されることとなる。
【００１８】
図２は、第一実施形態の誘導加熱装置のうち、加熱プレート１と誘導加熱コイル２のみを記載した拡大断面図である。この図２は、断面のうち中心から一端までのみを記載した図としており、図の左端が加熱プレート１の中心である。図１及び図２に示すように、加熱プレート１は円板状であるがその厚さは一様では無く、局所的に厚肉部を有する。
【００１９】
この厚肉部は、加熱プレート１の中央部に設けられた中央厚肉部１ａと、加熱プレート１の外周縁部に外周端面から所定幅の範囲で設けられた外周厚肉部１ｂとからなる。図２に示すように、中央厚肉部１ａの厚さｔａ及び外周厚肉部１ｂの厚さｔｂは、薄肉部１ｃの厚さｔｃよりも大とされている。薄肉部１ｃは、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂ以外の部分である。なお、薄肉部１ｃは一定の肉厚ｔｃとされ、また、中央厚肉部１ａの厚さｔａと外周厚肉部１ｂの厚さｔｂは同一である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、加熱プレート１は、その上面（被処理物Ｗが載置される側の面）は平面であるのに対し、その下面（誘導加熱コイル２と対向する面）は凹凸を有する。即ち、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂは、誘導加熱コイル２側に突出した形状とされることにより、薄肉部１ｃよりも厚肉となっている。
【００２１】
したがって、図２に示すように、加熱プレート１のうち、中央厚肉部１ａと誘導加熱コイル２との距離ｋａ、及び、外周厚肉部１ｂと誘導加熱コイル２との距離ｋｂは、薄肉部１ｃと誘導加熱コイル２との距離ｋｃと比較して、誘導加熱コイル２との距離が小さくなっている。したがって、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂでは、薄肉部１ｃよりも、その表層（誘導加熱コイル２と対向する面の表層）を貫通する磁束密度が大きくなっており、特に、誘導加熱コイル２の巻回方向と直交する方向である径方向成分において磁束密度の増加が顕著である。磁束ベクトルの径方向成分は、加熱プレート１の加熱への寄与が極めて大であるため、磁束の径方向成分を増加させることにより均熱化の効果が増大する。
【００２２】
さらに、いわゆる表皮効果との相乗効果により、均熱化の効果は一層顕著となる。表皮効果とは、前述のうず電流が加熱プレート１の表面に近いほど指数関数的に大きくなり、加熱プレート１の内部にゆくにつれて指数関数的に小さくなる現象のことである。上記のように、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂでは、表層における磁束密度が他の部分よりも大きくなり、さらにこの表皮効果との相乗効果によって発熱量が大きくなるので、均熱化の効果が一層顕著となる。
【００２３】
加熱プレート１には、その中央部と外周縁部とが比較的低温となるような温度ムラ（面内温度差）が発生しやすい。中央部が比較的低温となるのは、誘導加熱コイル２の形状にその一因があると考えられる。つまり、誘導加熱コイル２は、成形加工上の制約により、所定の曲率半径以下の小さい曲率半径では巻回することができず、誘導加熱コイル２の中心付近にはコイルの無い空間部分が不可避的に存在することが一因であると考えられる。また、外周縁部が比較的低温となる理由は、加熱プレート１の外周端部において放熱が比較的大きいからであると考えられる。上述のように、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂを設けてこれらの部分の磁束密度を大きくすることにより、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂでの発熱が大きくなる。よって、加熱プレート１が肉厚一定の円盤である場合と比較して、加熱プレート１の温度分布を均等化することができる。
【００２４】
さらに、前述のように、加熱プレート１の上面に設けた支持部材４により、被処理物Ｗと加熱プレート１との間には空間５ができることとなる。被処理物Ｗが加熱プレート１に直接載置された場合には、加熱プレート１の温度分布が被処理物Ｗに直接反映してしまうが、被処理物Ｗと加熱プレート１とを離間させることにより、加熱プレート１の温度ムラが緩和されて被処理物Ｗに伝熱される。したがって、被処理物Ｗにおける加熱ムラが更に少なくなる。
【００２５】
図２に示すように、加熱プレート１の外周端から径方向幅ｓまでの範囲が、外周厚肉部１ｂとされている。よって、外周厚肉部１ｂは、加熱プレート１と同心の円環範囲に形成されている。また、加熱プレート１の中心から半径ｍの円形範囲が、中央厚肉部１ａとされている。
【００２６】
中央厚肉部１ａの半径ｍは、加熱プレート半径Ｒ１１の１１％以上で且つ１７％以下としている。また、外周厚肉部１ｂの径方向幅ｓは、加熱プレート半径Ｒ１１の１４％以上で且つ２０％以下としている。この中央厚肉部１ａの半径ｍ及び外周厚肉部１ｂの径方向幅ｓをこのような数値範囲とすると、磁束密度が小さくなりやすい部分の磁束密度を選択的に大きくすることができる。よって、均熱化の効果が更に高まる。この数値範囲は、後述の実験結果を根拠とするものである。
【００２７】
図３は、本発明の第二実施形態に係る誘導加熱装置の断面図である。この第二実施形態では、第一実施形態と異なり、加熱プレート１がプロセスチューブＰの外側に設置されている。これに伴い、加熱プレート１と誘導加熱コイル２との間に空間を設けるための支持部材４は、加熱プレート１上ではなく、プロセスチューブＰ上に設けられている。その他の点は第一実施形態に係る誘導加熱装置と同じである。このように本発明は、加熱プレート１がプロセスチューブＰの内部にあるか外部にあるかを問わない。
【００２８】
誘導加熱コイル２に供給する交流電流の周波数は特に問わない。しかし、周波数が高いほど前述の表皮効果が増加するため、３０ｋＨｚ以上とするのが好ましい。ただし、高周波電源装置のコストや性能をも考慮すると、周波数の上限としては５０ｋＨｚ以下とするのが好ましい。
【００２９】
また、本発明の加熱方法では、円板状の加熱プレート１と円板状の被処理物Ｗとを所定距離Ｌを隔てて互いに平行に且つ同心に対向させ、この加熱プレート１からの輻射熱により円板状の被処理物Ｗを加熱する加熱方法である。この加熱方法に用いられる加熱装置としては、例えば前記の第一又は第二実施形態に係る誘導加熱装置等を使用しうる。この場合、図１あるいは図３において仮想線で示すように、円板状の被処理物Ｗを支持部材４上に載置する。
【００３０】
図５は、本発明の加熱方法の実施形態における被処理物Ｗと加熱プレート１との位置関係を示す斜視図である。被処理物Ｗと加熱プレート１とは、距離Ｌを隔てて互いに平行に対向している。また、被処理物Ｗと加熱プレート１とは同心の位置関係、即ち、被処理物Ｗと加熱プレート１とを結んだ線は、被処理物Ｗ及び加熱プレート１の対向面と垂直となるような位置関係とされている。なお、被処理物Ｗと加熱プレート１との距離Ｌを確保する手法としては、例えば前記の第一及び第二実施形態に係る加熱装置を構成する支持部材４を用いる手法などがある。
【００３１】
被処理物Ｗと加熱プレート１とは同一形状の円形であるので、被処理物Ｗと加熱プレート１との形状が異なる場合と比較して、加熱プレート１からの輻射熱が無駄になりにくく、より有効に被処理物Ｗに伝熱する。さらに、両者は平行であるので、被処理物Ｗの対向面内の全ての位置において加熱プレート１との距離は一定となる。よって、両者が平行でない場合と比較して被処理物Ｗの加熱温度の温度ムラが少ない。さらに、被処理物Ｗと加熱プレート１とは同心とされているので、両者が偏心した場合と比較して被処理物Ｗの加熱が均一化される。
【００３２】
ここで、加熱プレート半径Ｒ１、被処理物Ｗの半径Ｒ２、及び両者間の距離Ｌが、下記の関係式（１）及び関係式（２）を満たすことを特徴とする加熱方法とすると、被処理物Ｗの加熱温度の温度ムラを少なくできると共に、加熱効率が向上する。
Ｒ２≦Ｒ１≦１．２（Ｒ２）・・・（１）
０＜Ｌ≦０．４（Ｒ２）    ・・・（２）
この点について以下に説明する。
【００３３】
まず、被処理物Ｗの半径Ｒ２と加熱プレート半径Ｒ１との関係について説明する。被処理物Ｗの外周部では放熱が激しいことから、Ｒ１＜Ｒ２とすると被処理物Ｗの外周部における加熱温度が極端に低くなり好ましくない。したがって、Ｒ２≦Ｒ１とすると被処理物Ｗの温度分布が均等化される。
【００３４】
ただし、Ｒ２が小さすぎる場合、即ちＲ１が大きすぎる場合には、加熱プレート１からの輻射熱のうち被処理物Ｗに伝熱する分が少なくなり、エネルギーロスが増大して加熱効率が低下することとなる。
一般に、距離Ｌを隔てて平行且つ同心に対向する半径Ｒ１及び半径Ｒ２の２つの円板間において、半径Ｒ１の円板から半径Ｒ２の円板への輻射伝熱における形態係数Ｆ１２は、下記の（数１）の関係式で表されることが知られている。
【００３５】
【数１】
2004335222.tif 000003
【００３６】
この（数１）から分かるように、加熱プレート半径Ｒ１が過度に大きくなるほど形態係数Ｆ１２が小さくなる。また、被処理物Ｗの半径Ｒ２に対して加熱プレート半径Ｒ１が大きくなれば、それだけ装置全体が大型化してしまうので好ましくない。したがって、加熱プレート半径Ｒ１の大きさの上限は、被処理物Ｗの半径Ｒ２の１．２倍（１２０％）程度とするのが好ましいと考えられる。以上より、上述の関係式（１）、即ち、Ｒ２≦Ｒ１≦１．２（Ｒ２）を満たすことにより、加熱効率が高まると共に被処理物Ｗの加熱温度が均一化される。
【００３７】
次に、被処理物Ｗと加熱プレート１との距離Ｌについて説明する。Ｌ＝０、即ち被処理物Ｗと加熱プレート１とが接触しており直接加熱の形態をとる場合には、前述のように加熱プレート１の温度ムラが直接的に被処理物Ｗに反映されてしまい好ましくない。したがって、Ｌ＞０として両者を離間させ、加熱プレート１の温度ムラを緩和すると被処理物Ｗの均熱性が高まる。一方、距離Ｌが大きいほど加熱効率が下がるのは、形態係数Ｆ１２を示す前述の（数１）から明らかである。したがって、加熱プレート半径Ｒ１の範囲を関係式（１）の範囲、即ち、Ｒ２≦Ｒ１≦１．２（Ｒ２）の範囲で考えた場合、被処理物Ｗと加熱プレート１との間の形態係数は、Ｒ１＝１．２（Ｒ２）としたときに最も小さくなる。加熱効率が悪くなるとエネルギーロスが顕著となり、実用性に乏しくなる。このため、実用上の限度として、形態係数を０．５以上、さらに好ましくは０．５６以上とする必要があり、かかる形態係数の範囲とするためには、前記（数１）よりＬ≦０．４（Ｒ２）と算出される。以上より、前述の関係式（２）、即ち、０＜Ｌ≦０．４（Ｒ２）が導かれる。
【００３８】
このように、距離Ｌは０より大であれば良いが、より好ましくは、被処理物Ｗを移載するために移載ロボット（図示しない）のロボットハンドの肉厚以上であるとよい。ウェハー等の被処理物Ｗは通常移載ロボットにより自動搬送されてくるが、距離Ｌがロボットハンドの肉厚（被処理物Ｗと加熱プレート１との間に挿入されるロボットハンドの上下方向の肉厚）より大であれば、加熱プレート１に触れることなく、被処理物Ｗと加熱プレート１との間にロボットハンドを挿入することができる。さらに、被処理物Ｗを移載する際、ロボットハンドが被処理物Ｗと加熱プレート１との間において上下方向に動くストロークを確保できれば移載がより円滑となる。よって、距離Ｌは、移載ロボットの肉厚にこのストロークを加えた長さ以上であればより好ましい。具体的には、移載ロボットのロボットハンドの前記肉厚は通常５ｍｍ程度であり、好ましい前記ストロークも５ｍｍ程度であるため、距離Ｌは５ｍｍより大とするのが好ましく、さらには、１０ｍｍ以上とするのがより好ましい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び従来例により、本発明の効果を確認した。実施例及び従来例のいずれについても、図１に示す態様、即ち、加熱プレート１がプロセスチューブＰの内部にある態様とした。図４は、従来例の誘導加熱装置のうち加熱プレート１と誘導加熱コイル２のみを記載した拡大断面図である。この図４は、図２と同様、断面のうち中心から一端までのみを記載した図としている。図４に示すように、従来例は、加熱プレート１の肉厚は全体的に均一な肉厚ｔとされている。したがって、加熱プレート１と誘導加熱コイル２の距離も加熱プレート１の全体で一定の距離ｋとされている。一方、実施例は、図２に示す形態とされており、加熱プレート１に中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂを設けた。
【００４０】
実施例及び比較例では、加熱プレート半径Ｒ１１を１７５ｍｍとした。また、実施例では、中央厚肉部１ａの半径ｍを２５ｍｍ（即ち、加熱プレート半径Ｒ１１の１４％）とし、外周厚肉部１ｂの径方向幅ｓを３０ｍｍ（即ち、加熱プレート半径Ｒ１１の１７％）とした。実施例では、中央厚肉部１ａの厚さｔａを６ｍｍとし、外周厚肉部１ｂの厚さｔｂも同じく６ｍｍとし、薄肉部１ｃの厚さｔｃは３ｍｍとした。また、薄肉部１ｃと誘導加熱コイル２との距離ｋｃは１３ｍｍとした。この結果、中央厚肉部１ａと誘導加熱コイル２との距離ｋａ、及び、外周厚肉部１ｂと誘導加熱コイル２との距離ｋｂは、いずれも１０ｍｍとなった。これに対して、従来例では、加熱プレート１の肉厚ｔは、加熱プレート１の全体に亘って３ｍｍで一定とした。その結果、加熱プレート１と誘導加熱コイル２との距離ｋは、加熱プレート１の全体に亘って１３ｍｍで一定となった。
【００４１】
図６は、従来例において、加熱プレート１の表面（誘導加熱コイル２と対向する側の面の表面）の径方向各位置における磁束ベクトルのうち、径方向成分の磁束ベクトルの密度（以下、径方向の磁束密度などという）を測定してプロットしたグラフである。なお、縦軸に示す磁束密度の単位はＴ（テスラ）である。図６に示すように、この従来例では、加熱プレート１の中央部及び外周縁部の径方向の磁束密度が他の部分と比較して低くなっている。なお、ここで径方向の磁束密度を測定したのは、前述のように、従来例及び実施例では、誘導加熱コイル２は略同一平面上において周方向に巻回され、この誘導加熱コイル２が形成する平面と加熱プレート１とは平行に対向しているので、加熱プレート１の加熱に寄与する磁束は主としてその径方向成分となるからである。
【００４２】
図７は、この従来例における加熱プレート１の表面温度分布（定常状態における表面温度分布）を示すグラフである。この表面温度は、加熱プレート１の中央部及び外周縁部の温度が、他の部分の温度と比較して低くなっている。これは、前述のような磁束密度の影響の他、特に加熱プレート１の外周縁部にあっては放熱がされやすいということも影響しているものと考えられる。その結果、従来例の面内温度差は約１８０℃にも達している。
【００４３】
図８は、実施例における加熱プレート１の表面（誘導加熱コイル２と対向する側の面の表面）の径方向各位置における径方向の磁束密度を測定してプロットしたグラフである。図６と比較すると、加熱プレート１の中央部及び外周縁部の径方向の磁束密度が顕著に大きくなっているのが分かる。僅か３ｍｍの肉厚変化によって磁束密度が極端に増加しているのである。その結果、図９に示すように、実施例における加熱プレート１の（定常状態における）表面温度分布は、図７の分布よりも均等化され、実施例の面内温度差は約４０℃となり、従来例と比較して大幅に均熱化されている。
【００４４】
また、図１０及び図１１は、加熱温度を３種類（約１２００℃、約８００℃、及び約４００℃の３種類）に設定して加熱試験を行って得られた加熱プレート１の表面温度分布である。図１０は、実施例における（定常状態での）面内温度分布を示す図であり、図１１は従来例における（定常状態での）面内温度分布を示す図である。図１１に示すように、従来例では、いずれの設定温度についてもほぼ同様に面内温度差が大きくなっている。これに対して、図１０に示すように、実施例では、いずれの設定温度についてもほぼ同様に均熱化が達成されている。
【００４５】
図６に示すように、従来例では、加熱プレート１の中心から２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲よりも中心側の領域、即ち、加熱プレート半径Ｒ１に対して１１％以上１７％以下の範囲よりも中心側の領域において、径方向の磁束密度が極端に小さくなっている。また、この従来例では、加熱プレート１の外周縁から２５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲よりも外周側の領域、即ち、加熱プレート半径Ｒ１に対して１４％以上２０％以下の範囲よりも外周側の領域においても、径方向の磁束密度が極端に小さくなっている。したがって、加熱に対する寄与の大きい径方向の磁束密度が小さい部分の肉厚を選択的に厚肉とすることで、肉厚分布を最適化することができる。
【００４６】
このように、実施例において、あらゆる設定温度において面内温度差が極めて顕著に小さくなり均熱化が達成されたのは、主として以下の理由によるものと考えられる。
▲１▼誘導加熱コイル２側に突出した形状の中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂを設けることにより、磁束密度の分布は加熱プレート１の中央部及び外周縁部において他の部分よりも極端に大きくなっている。即ち、磁束密度の面内分布は単に平準化されているのではなく、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂにおいて薄肉部１ｃよりも大きいピーク値を有している（図７参照）。そのため、磁束密度の面内分布を単に平準化した場合よりも均熱化の効果が高くなる。
▲２▼中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂの表面におけるいわゆる表皮効果と、この１ａ及び１ｂにおいて大きくなった磁束密度との相乗効果により、この１ａ及び１ｂでの発熱量が局所的に増大し、均熱化の効果がさらに高まる。
▲３▼中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂを最適な位置に設けたことにより、特に磁束密度の小さい部分に対して、磁束密度を選択的に大きくしている。
▲４▼支持部材４により、被処理物Ｗと加熱プレート１との間にはプロセスガスＧの存在する空間である隙間５が介在している（図１参照）。そのため、加熱プレート１の面内温度差がそのまま被処理物Ｗに反映されず、面内温度差が緩和される。
【００４７】
なお、上記▲１▼のように、部分的に磁束密度を大きくしようとすれば、誘導加熱コイル２を略同一平面上で巻回させずに段差を付与しつつ巻回して、誘導加熱コイル２と加熱プレート１との距離を径方向で異ならせることが考えられる。例えば、誘導加熱コイル２の巻回の配置位置を巻回ごとに異ならせて、加熱プレート１の中央部及び外周縁部に対向するコイルは加熱プレート１の近くに配置し、その他の部分に対向するコイルは加熱プレート１との距離を比較的長くすることが考えられる。しかしその場合、誘導加熱コイル２の占める占有空間が大きくなり、装置が大型化してしまう。本発明では、誘導加熱コイル２が同一平面上に巻回された状態であっても、加熱プレート１の肉厚を僅かに変化させるだけで磁束密度を極端に変化させることができ、極めて高い均熱効果を得ることができるものである。この効果は、被処理物Ｗと加熱プレート１とが直接接触している直接加熱ではなく、被処理物Ｗと加熱プレート１との間に隙間５を有する間接加熱とすることにより一層高まる。
【００４８】
本発明は、昇温速度が非常に早く、加熱プレート１内における熱伝導効果（特に径方向の熱伝導による効果）よりも誘導加熱自体の加熱効果が支配的であるような加熱において特に有効となる。したがって、平均昇温速度が１０℃／ｓｅｃ以上の場合が好ましく、更には平均昇温速度が５０℃／ｓｅｃ以上の場合がより好ましい。また、加熱プレート１の厚さが薄い方が、熱伝導効果よりも誘導加熱効果が支配的となりやすいので好ましい。具体的には、薄肉部１ｃの厚さｔｃは２ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、中央厚肉部１ａの厚さｔａ及び外周厚肉部１ｂの厚さｔｂは３ｍｍ〜６ｍｍが好ましい。薄すぎると加熱プレート１の破損や変形が問題となる場合がある。さらに、厚さｔａ及び厚さｔｂと厚さｔｃとの比は、１．５≦ｔａ，ｔｂ／ｔｃ≦２の関係式を満たすように設定するのが好ましい。この比の値が小さすぎると、中央厚肉部１ａ及び外周厚肉部１ｂの磁束密度を薄肉部１ｃの磁束密度に対して十分に大きくすることができなくなる。また、この値が大きすぎると、中央厚肉部１ａと誘導加熱コイル２との距離ｋａ、及び、外周厚肉部１ｂと誘導加熱コイル２との距離ｋｂが短くなり、断熱材３を設けにくくなるなど装置設計の自由度が小さくなる傾向となる。
【００４９】
また、薄肉部１ｃと誘導加熱コイル２との距離ｋｃ、中央厚肉部１ａと誘導加熱コイル２との距離ｋａ、及び外周厚肉部１ｂと誘導加熱コイル２との距離ｋｂは、距離が長すぎると厚肉部による磁束密度増加効果が少なくなる傾向となるが、短すぎると、加熱プレート１と誘導加熱コイル２との間に断熱材３を設けることができなくなるなど装置の設計自由度が少なくなる。よって、距離ｋｃは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、距離ｋａ及び距離ｋｂは２ｍｍ以上１７ｍｍ以下が好ましい。なお、距離ｋａと距離ｋｂが同一の場合に限定されず、両者が異なっていても良いことは言うまでもない。
【００５０】
加熱プレート１の材質は特に限定せず、カーボン基体など通常用いられる材質を使用しうる。なお、被処理物Ｗとして半導体ウェハを処理する場合は、半導体ウェハの金属汚染を防止するために、カーボン基体等の加熱プレート１に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着法）等によりコーティングしたものや、炭化ケイ素からなるプレート材とするのが好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
加熱プレートの温度ムラを緩和して被処理物をより均一に加熱することができ、また被処理物の加熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る誘導加熱装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第一実施形態の誘導加熱装置のうち、加熱プレートと誘導加熱コイルのみを記載した拡大断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る誘導加熱装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】従来例の誘導加熱装置のうち加熱プレートと誘導加熱コイルのみを記載した拡大断面図である。
【図５】本発明の加熱方法における加熱プレートと被処理物との位置関係を示す斜視図である。
【図６】従来例における加熱プレートの磁束密度の分布を示すグラフである。
【図７】従来例における加熱プレートの表面温度分布を示すグラフである。
【図８】実施例における加熱プレートの磁束密度の分布を示すグラフである。
【図９】実施例における加熱プレートの表面温度分布を示すグラフである。
【図１０】実施例において、３種類の設定温度において加熱した結果得られた表面温度分布を示す図である。
【図１１】従来例において、３種類の設定温度において加熱した結果得られた表面温度分布を示す図である。
【符号の説明】
１    加熱プレート
１ａ  中央厚肉部
１ｂ  外周厚肉部
１ｃ  薄肉部
２    誘導加熱コイル
４    支持部材
５    空間
Ｗ    被処理物
Ｒ１  加熱プレート半径
Ｒ２  被処理物の半径
Ｌ    加熱プレートと被処理物との距離
ｓ    外周厚肉部の径方向幅
ｍ    中央厚肉部の半径
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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