(57)【要約】【課題】誘導加熱を用いて基板を熱処理する熱処理装置において、基板の温度均一性を高くし、かつ効率を高くすること。【解決手段】複数の基板Ｓに熱処理を施す熱処理装置１は、熱処理が施される複数の基板を収容する誘電体からなる処理容器２２と、複数の基板Ｓを上下に配列した状態で保持し、処理容器２２内へ挿脱される基板保持部材２４と、処理容器２２の外周に巻回される誘導加熱コイル１０４と、誘導加熱コイル１０４に高周波電力を印加する高周波電源１１０と、処理容器内２２で、複数の基板Ｓにそれぞれ重ね合うように設けられ、誘導加熱コイル１０４に高周波電力を印加することにより発生した誘導電流が流れて発熱する、スパイラル状部を有する誘導発熱体Ｎとを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板に熱処理を施す熱処理装置であって、
熱処理が施される複数の基板を収容する処理容器と、
複数の基板を上下に配列した状態で保持し、前記処理容器内へ挿脱される基板保持部材と、
前記処理容器内に誘導磁界を形成して誘導加熱するための誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理容器内で、前記複数の基板にそれぞれ重ね合うように設けられ、前記誘導加熱コイルに前記高周波電力を印加することにより発生した誘導電流が流れて発熱する、スパイラル状部を有する誘導発熱体と
を具備することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記処理容器は誘電体からなり、前記誘導加熱コイルは前記処理容器の外周に巻回されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記基板保持部材は、前記複数の基板をそれぞれ保持する複数の基板保持部を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記基板保持部材は、前記誘導発熱体と前記複数の基板とが交互に保持されるように、それぞれが前記誘導発熱体を保持することを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記基板保持部材は、前記誘導発熱体を保持し、前記誘導発熱体が基板保持部として機能することを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項６】
基板に熱処理を施す熱処理装置であって、
熱処理が施される基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で１または２以上の基板を保持する基板保持部と、
前記処理容器に誘導磁界を形成して誘導加熱するための誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理容器内に基板と対応するように設けられ、前記誘導加熱コイルに前記高周波電力を印加することにより発生した誘導電流が流れて発熱する、スパイラル状部を有する誘導発熱体と
を具備することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
前記処理容器は誘電体からなり、前記誘導加熱コイルは前記処理容器の外側に設けられることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記基板保持部は１または２以上の基板を一つの平面上に載置する基板載置台を有することを特徴とする請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記誘導発熱体は、前記基板載置台に載置された基板に対応する前記基板載置台の下方の位置に設けられていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記誘導加熱コイルは、前記処理容器の天壁の上に平面状に巻回されていることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記誘導発熱体は、スパイラル状をなす本体と、前記本体の中央端と外周端とをつなぐリターン部とを有していることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記リターン部は、導電率もしくは断面積、またはその両方が前記本体よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の処理装置。
【請求項１３】
前記誘導発熱体は、２つのスパイラル状体を有し、これらの中央端同士および外周端同士を接続した際に、これら２つのスパイラル状体に同じ方向に誘導電流が流れるように、これら２つのスパイラル状体を重ねて配置してなることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項１４】
２つのスパイラル状体は同形をなし、互いに裏返しになるように重ね合わされていることを特徴とする請求項１３に記載の熱処理装置。
【請求項１５】
基板に熱処理を施す熱処理装置であって、
熱処理が施される基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で１または２以上の基板を保持する基板保持部と、
前記処理容器に誘導磁界を形成して誘導加熱するための誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理容器内に基板と対応するように設けられ、前記誘導加熱コイルに前記高周波電力を印加することにより発生した誘導電流が流れて発熱する、スパイラル状部を有する誘導発熱体と
を具備し、
前記誘導発熱体は、前記基板保持部の内側部分に対応する位置に設けられた第１の発熱体と、その外側に設けられた第２の発熱体とを有し、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体は、いずれもスパイラル状体を２枚重ねて、それらの一方の端部同士および他方の端部同士を接続し、これらスパイラル状体を一筆書きで同じ方向に誘導電流が流れるように構成されており、
前記誘導加熱コイルは、前記第１の発熱体に対応した位置に設けられた第１の誘導加熱コイルと、前記第２の発熱体に対応した位置に設けられた第２の誘導加熱コイルとを有し、前記第１の誘導加熱コイルと前記第２の誘導加熱コイルの電流分配を制御することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の発熱量が独立して調整されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１６】
前記第１の発熱体および前記第２の発熱体をそれぞれ構成する２つのスパイラル状体は同形をなし、互いに裏返しになるように重ね合わされていることを特徴とする請求項１５に記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記誘導加熱コイルは、前記処理容器内の前記誘導発熱体の上方位置または下方位置に設けられていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記基板保持部材に保持された基板と前記誘導発熱体との間に設けられた均熱部材をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内の基板に熱処理を施す熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体ウエハ等の基板に対して成膜処理や酸化処理等の熱処理を行う場合には、縦型の石英製の処理容器内に、複数の基板を垂直方向に多段に配置し、処理容器の周囲に設けられた円筒状の抵抗発熱型のヒーターにより基板を加熱するバッチ式の縦型熱処理装置が広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、従来の縦型熱処理装置は、抵抗発熱型のヒーターを用いて処理容器の外側から加熱する方式であるため、熱容量の大きい石英製の処理容器も加熱することになり、エネルギー効率が悪い。また、処理容器の壁部が基板と同程度の高温になるため、特に成膜処理の場合には、処理のための原料ガスによる生成物が処理容器の内壁にも堆積して、基板に供給される原料ガスが不足するおそれや処理容器の内壁面に堆積した堆積物がパーティクルとなって基板に付着するおそれがある。
【０００４】
また、半導体素子の微細化にともない、ドーパントの不必要な拡散等を防止する必要性等から、高速昇温および高速降温が可能なことが求められており、また最近では、縦型熱処理装置にてＧａＮ系半導体素子をエキタキシャル成長により形成することが検討されているが、やはり高速昇温および高速降温が求められ、加えて１０００℃以上の高温に加熱できることが求められている。しかしながら、従来の縦型処理装置では、熱容量の大きい処理容器も加熱されることから、要求される高速昇温および高速降温には対応することが困難である。また、抵抗発熱型のヒーターでは１０００℃以上の高温に対応することは困難である。
【０００５】
このような問題を解決可能な技術として、誘導加熱を利用したものが考えられる。すなわち、誘導加熱を利用した処理装置として、誘電体からなる処理容器の外部に誘導加熱用コイルを設け、処理容器内部に配置された基板の下方に発熱体を設け、誘導加熱コイルに高周波電力を供給することにより発熱体を誘導加熱し、その熱により基板を加熱するものが考えられる。このように誘導加熱により発熱する誘導発熱体によって基板を加熱する場合には、熱容量の大きい処理容器自体は加熱されず、基板に対する加熱能力が大きいため、高速昇温および高速降温が可能であり、１０００℃以上の加熱にも対応することができ、処理容器が加熱されることにともなう上記不都合も生じない。
【０００６】
しかしながら、基板に対応する形状、例えば円板状の無垢の発熱体を設けた場合には、表皮効果により、誘導電流が発熱体の周縁部のみにしか流れず、発熱体の周縁部のみ発熱して中央部が発熱しないため、基板を均一に加熱することは困難である。
【０００７】
このような不都合を防止する技術として、特許文献１には、誘導発熱体に切り込み状の溝部を形成して、誘導電流を発熱体の内部にも流れるようにしたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１７６８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発熱体に切り込み状の溝部を形成した場合には、中央部も発熱されるため、無垢の発熱体よりも温度均一性が高まるが、溝部の先端部にホットスポットが生じるため、十分な温度均一性を得ることが困難である。また、発熱体の内部に誘導電流が流れる際に、不可避的に逆起電力が生じ、トータルの発熱量が下がってしまい、効率が低いという問題がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、誘導加熱を用いて基板を熱処理する熱処理装置において、基板の温度均一性を高くし、かつ効率を高くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、複数の基板に熱処理を施す熱処理装置であって、熱処理が施される複数の基板を収容する処理容器と、複数の基板を上下に配列した状態で保持し、前記処理容器内へ挿脱される基板保持部材と、前記処理容器内に誘導磁界を形成して誘導加熱するための誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内で、前記複数の基板にそれぞれ重ね合うように設けられ、前記誘導加熱コイルに前記高周波電力を印加することにより発生した誘導電流が流れて発熱する、スパイラル状部を有する誘導発熱体とを具備することを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２の観点では、基板に熱処理を施す熱処理装置であって、熱処理が施される基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で１または２以上の基板を保持する基板保持部と、前記処理容器に誘導磁界を形成して誘導加熱するための誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内に基板と対応するように設けられ、前記誘導加熱コイルに前記高周波電力を印加することにより発生した誘導電流が流れて発熱する、スパイラル状部を有する誘導発熱体とを具備することを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の第３の観点では、基板に熱処理を施す熱処理装置であって、熱処理が施される基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で１または２以上の基板を保持する基板保持部と、前記処理容器に誘導磁界を形成して誘導加熱するための誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内に基板と対応するように設けられ、前記誘導加熱コイルに前記高周波電力を印加することにより発生した誘導電流が流れて発熱する、スパイラル状部を有する誘導発熱体とを具備し、前記誘導発熱体は、前記基板保持部の内側部分に対応する位置に設けられた第１の発熱体と、その外側に設けられた第２の発熱体とを有し、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体は、いずれもスパイラル状体を２枚重ねて、それらの一方の端部同士および他方の端部同士を接続し、これらスパイラル状体を一筆書きで同じ方向に誘導電流が流れるように構成されており、前記誘導加熱コイルは、前記第１の発熱体に対応した位置に設けられた第１の誘導加熱コイルと、前記第２の発熱体に対応した位置に設けられた第２の誘導加熱コイルとを有し、前記第１の誘導加熱コイルと前記第２の誘導加熱コイルの電流分配を制御することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の発熱量が独立して調整されることを特徴とする熱処理装置を提供する。
【００１４】
上記第１の観点において、前記処理容器は誘電体からなり、前記誘導加熱コイルは前記処理容器の外周に巻回される構成とすることができる。また、前記基板保持部材は、前記複数の基板をそれぞれ保持する複数の基板保持部を有している構成とすることができる。この場合に、前記基板保持部材は、前記誘導発熱体と前記複数の基板とが交互に保持されるように、それぞれが前記誘導発熱体を保持するようにすることができる。さらに、前記基板保持部材は、前記誘導発熱体を保持し、前記誘導発熱体が基板保持部として機能するようにしてもよい。
【００１５】
上記第２の観点において、前記処理容器は誘電体からなり、前記誘導加熱コイルは前記処理容器の外側に設けられる構成とすることができる。また、前記基板保持部は１または２以上の基板を一つの平面上に載置する基板載置台を有する構成とすることができる。また、前記基板載置台に載置された基板に対応する前記基板載置台の下方の位置に設けられている構成とすることができる。前記誘導加熱コイルは、前記処理容器の天壁の上に平面状に巻回されている構成とすることができる。
【００１６】
上記第１および第２の観点において、前記誘導発熱体は、スパイラル状をなす本体と、前記本体の中央端と外周端とをつなぐリターン部とを有している構成とすることができる。この場合に、前記リターン部は、導電率もしくは断面積、またはその両方が前記本体よりも大きいことが好ましい。
【００１７】
また、前記誘導発熱体は、２つのスパイラル状体を有し、これらの中央端同士および外周端同士を接続した際に、これら２つのスパイラル状体に同じ方向に誘導電流が流れるように、これら２つのスパイラル状体を重ねて配置してなるものとすることができる。この場合に、２つのスパイラル状体は同形をなし、互いに裏返しになるように重ね合わされていることが好ましい。
【００１８】
上記第３の観点において、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体をそれぞれ構成する２つのスパイラル状体は同形をなし、互いに裏返しになるように重ね合わされていることが好ましい。また、前記誘導加熱コイルは、前記処理容器内の前記誘導発熱体の上方位置または下方位置に設けられていることが好ましい。
【００１９】
上記第１〜第３の観点において、前記基板保持部材に保持された基板と前記誘導発熱体との間に設けられた均熱部材をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、処理容器内に基板に対応してスパイラル状部を有する誘導発熱体を設け、この誘導発熱体に誘導電流を流すようにしたので、誘導発熱体のスパイラル部を構成する線に沿って誘導電流が中心から外周、または外周から中心に流れ、誘導発熱体を全体的に発熱させることができる。また、スパイラルを滑らかな形状とすることにより、ホットスポットの発生を防止して基板を均一に加熱することができる。また、逆起電力の分布を形成させないようにすることができるので、効率的な加熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置を示す横断面図である。
【図３】誘導発熱体を示す平面図である。
【図４】誘導発熱体を示す断面図である。
【図５】誘導発熱体の他の例を示す平面図である。
【図６】誘導発熱体の他の例を示す断面図である。
【図７】図５、６の誘導発熱体の誘導電流の流れを示す図である。
【図８】誘導発熱体と基板との間に均熱部材を設けた例を示す模式図である。
【図９】基板の中央から外側に行くにつれて誘導発熱体と基板との距離が離れるように配置した例を示す断面図である。
【図１０】誘導発熱体のスパイラル線の密度を外側に行くにつれて密にした例を示す断面図である。
【図１１】誘導発熱体のスパイラル線の径が内側に行くに従って大きくなる例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図である。
【図１３】図１２の熱処理装置の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１２の熱処理装置の他の変形例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る熱処理装置の基板載置台を示す平面図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に用いた誘導発熱体の第１の発熱体と第２の発熱体の配置を説明するための図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に用いた誘導発熱体の断面図である。
【図２０】第２の発熱体を示す平面図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に用いた誘導加熱コイルの電流分配方式を説明するための図である。
【図２２】図１７の熱処理装置の変形例を示す断面図である。
【図２３】図１７の熱処理装置における誘導加熱コイルの他の電流分配方式を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。ここでは、複数の基板を処理容器内に上下方向に配列して熱処理を行う縦型熱処理装置の例について示す。
図１は本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置を示す縦断面図、図２はその横断面図、図３は誘導発熱体を示す平面図、図４は誘導発熱体を示す断面図である。図１に示すように、熱処理装置１は、下端が開放され、上下方向に延びる円筒状をなす縦型の処理容器２２を有している。この処理容器２２は、耐熱性を有し、電磁波（高周波電力）を透過する誘電体材料、例えば石英で構成されている。
【００２３】
この処理容器２２内には、その下方から、複数の誘導発熱体Ｎを所定のピッチで上下方向に保持して、各誘導発熱体Ｎの上に基板Ｓを載置した状態で基板Ｓを保持する基板保持部材２４が挿入可能となっている。各基板Ｓは主にその直下の誘導発熱体Ｎにより加熱されるようになっている。この基板保持部材２４が挿入された際には、処理容器２２の下端の開口部は、例えば石英やステンレス板よりなる蓋部２６により塞がれて密閉されるようになっている。処理容器２２の下端部と蓋部２６との間には、気密性を維持するために例えばＯリング等のシール部材２８が介在される。この蓋部２６および基板保持部材２４の全体は、ボートエレベータのような昇降機構３０に設けられたアーム３２の先端に支持されており、基板保持部材２４および蓋部２６を一体的に昇降できるように構成されている。
【００２４】
基板保持部材２４は、全体が絶縁性の耐熱材料、例えば石英からなり、保持ボートとして構成されており、図２にも示すように、円形リング状になされた天板３８と円形リング状になされた底板４０と、その間に掛け渡された３本（図１では２本のみ図示）の支柱４２ａ、４２ｂ、４２ｃとで構成されている。３本の支柱４２ａ〜４２ｃは、平面内の半円弧の領域内に沿って等間隔で配置されており（図２参照）、その反対の半円弧側より誘導発熱体Ｎと基板Ｓを搬出入させるようになっている。各支柱４２ａ〜４２ｃの内側には、誘導発熱体Ｎの周縁部を保持するための溝部４４が等ピッチで長手方向に沿って形成されており、この各溝部４４に誘導発熱体Ｎの周縁部を支持させて複数個、例えば１０〜５５個枚程度の誘導発熱体Ｎを多段に等ピッチで支持できるようになっている。
【００２５】
基板保持部材２４は、下端の蓋部２６に設けられた回転機構５４により回転可能となっている。具体的には、回転機構５４は、蓋部２６の中央部より下方へ伸びる円筒状の固定スリーブ５６を有しており、この固定スリーブ５６内は処理容器２２内に連通されている。この固定スリーブ５６の外周には、軸受５８を介して円筒状の回転部材６０が回転可能に設けられており、この回転部材６０には図示しない駆動源により走行駆動される駆動ベルト６２が掛け渡されて、駆動ベルト６２が駆動されることにより回転部材６０が回転されるようになっている。
【００２６】
また軸受５８の下部において、固定スリーブ５６と回転部材６０との間には磁性流体シール５９が設けられており、回転部材６０が回転しても、上記処理容器２２内の気密性を保持されるようになっている。
【００２７】
固定スリーブ５６内には、回転軸６４が、挿通されている。この回転軸６４の上端には、中央部が開口された回転テーブル６６が取り付け固定されている。そして、この回転テーブル６６上に円筒状をなす例えば石英からなる保温筒４８が載置され、この保温筒４８の上に基板保持部材２４が載置されるようになっている。
【００２８】
回転部材６０および回転軸６４は、ベース板７０に固定されており、図示しない駆動源により駆動ベルト６２を介して回転部材６０が回転されることにより、回転軸６４を介して基板保持部材２４が回転される。
【００２９】
図１に示すように、処理容器２２の下部には、この処理容器２２内へ熱処理、例えば成膜処理に必要なガスを導入するガス供給機構９０が設けられている。ガス供給機構９０は、処理容器２２の外部から処理容器２２の側壁を貫通してその内部に至る、例えば石英からなる第１のガスノズル９２および第２のガスノズル９４を有している。第１のガスノズル９２および第２のガスノズル９４には、それぞれガス供給配管９６およびガス供給配管９８が接続されており、これらには、それぞれ開閉弁９６ｂ、９８ｂおよびマスフローコントローラのような流量制御器９６ａ、９８ａが順次設けられており、熱処理に必要な第１のガスおよび第２のガスをそれぞれ流量制御しつつ導入できるようになっている。なお、熱処理に応じて、ガス種およびガスノズルをさらに増加してもよい。また、熱処理の種類によっては、使用するガスは１種類でもよく、その場合にはガス供給配管は１つでよい。熱処理である成膜処理としては、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン等のＣＶＤ成膜、ＧａＮ等のエピタキシャル成長が例示される。また、熱処理としては成膜処理に限らず、酸化処理、アニール処理等、種々のものを挙げることができる。これらの処理に応じて、基板Ｓも半導体基板、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ガラス基板等、種々のものを用いることができる。
【００３０】
処理容器２２の天井部には、横方向へＬ字状に屈曲させた排気口１００が設けられる。この排気口１００には処理容器２２内を排気する排気系１０２が設けられている。排気系１０２は、排気口１００に接続された排気通路１０２ａと、排気通路１０２ａに設けられた圧力制御弁１０２ｂと、排気通路１０２ａに接続されて、排気通路１０２ａを介して処理容器２２内を排気する排気ポンプ１０２ｃとを有している。なお、処理の種類によっては、低圧の真空状態から大気圧程度の圧力で処理を行う場合があり、これに対応して、排気系１０２によって高真空から大気圧の近傍まで処理容器２２内の圧力を制御できるようになっている。
【００３１】
処理容器２２の外側には、誘導加熱コイル１０４が設けられている。誘導加熱コイル１０４は、金属製パイプを処理容器２２の外周に上下方向に沿って螺旋状に巻回してなっており、上下方向におけるその巻回領域は基板Ｓの収容領域よりも広くなっている。
【００３２】
誘導加熱コイル１０４は、金属製パイプを隙間を開けて巻回したものであっても、隙間を設けないで密に巻回したものであってもよい。誘導加熱コイル１０４を構成する金属製パイプの材料としては銅を好適に用いることができる。
【００３３】
そして、この誘導加熱コイル１０４の上下の両端には、高周波電源１１０から延びる給電ライン１０８が接続されており、高周波電源１１０から誘導加熱コイル１０４に高周波電力が印加されるようになっている。この給電ライン１０８の途中には、インピーダンス整合を行うマッチング回路１１２が設けられている。
【００３４】
誘導加熱コイル１０４に高周波電力を印加することにより、処理容器２２の内部に誘導磁界が形成され、その誘導磁界によって生じる誘導電流が基板保持部材２４に保持されている誘導発熱体Ｎに流れて誘導発熱体Ｎが発熱するようになっている。この高周波電源１１０の高周波の周波数は、例えば０．５〜５０ｋＨｚの範囲内、好ましくは１〜５ｋＨｚの範囲内に設定される。
【００３５】
また誘導加熱コイル１０４を構成する金属製パイプの両端には、冷媒流路１１４が接続されており、この冷媒流路１１４には冷却器１１６が接続され、冷却器１１６から冷媒流路１１４を介して誘導加熱コイル１０４を構成する金属製パイプ内に冷媒を流して誘導加熱コイル１０４を冷却するようになっている。冷媒としては、例えば冷却水を用いることができる。
【００３６】
誘導発熱体Ｎは、発熱可能な導体からなっており、図３の平面図および図４の断面図に示すように、スパイラル状をなす、基板Ｓよりも大きな直径を有する本体１３１と、その中央端１３１ａと外周端１３１ｂとを連結するリターン部１３２とを有する。リターン部１３２により中央端１３１ａと外周端１３１ｂとを接続することにより、閉ループが形成され、誘導発熱体Ｎに誘導電流が流れるようになる。そして、誘導電流が流れることにより誘導発熱体Ｎが発熱する。
【００３７】
本体１３１を構成する材料としては、熱伝導率が良好であり、高周波電力によって誘導加熱され得る非磁性の導電性材料を用いることができる。誘導発熱体Ｎを構成する材料は熱伝導率は大きい方がよく、例えば５Ｗ／ｍｋ以上、好ましくは１００Ｗ／ｍｋ以上である。この熱伝導率が５Ｗ／ｍｋよりも小さい場合には、誘導発熱体Ｎの面内温度の均一性が低下する傾向があり基板自体の面内温度の均一性も不十分になるおそれがある。このような材料としては、例えばカーボングラファイトやＳｉＣ等があり、誘導発熱体Ｎとしてこれらを好適に用いることができる。
【００３８】
誘導発熱体Ｎに誘導電流が流れる際に、逆起電力を小さくして良好な効率を得る観点から、リターン部１３２の断面積および／または電気伝導度を本体１３１よりも大きくすることが好ましい。断面積を同じにした場合には、リターン部１３２の電気伝導度を本体１３１よりも１オーダー以上高くすることが好ましい。本体１３１をカーボングラファイトで構成した場合には、電気伝導度が１×１０３〜１×１０６（Ｓ／ｍ）程度の範囲であるから、リターン部１３２としては電気伝導度が１×１０４〜１×１０７（Ｓ／ｍ）の材料を用いることが好ましい。本体１３１をカーボングラファイトで構成した場合に、リターン部１３２を本体１３１よりも電気伝導度が高いカーボングラファイトで構成してもよい。
【００３９】
熱処理装置１における各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えた制御部１２０により制御されるようになっている。制御部１２０には、オペレータによる熱処理装置１を管理するためのコマンド入力等の入力操作を行うキーボードや、熱処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１２１が接続されている。さらに、制御部１２０には、熱処理装置１で実行される各種処理を制御部１２０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて熱処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１２２が接続されている。処理レシピは記憶部１２２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、コンピュータに内蔵されたハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１２１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１２２から呼び出して制御部１２０に実行させることで、制御部１２０の制御下で、熱処理装置１での所望の処理が行われる。
【００４０】
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いて行なわれる熱処理について説明する。
【００４１】
基板保持部材２４には、複数の誘導発熱体Ｎが、図示しないフォークを用いて予め搭載されており、この基板保持部材２４を処理容器２２内から下方へ降下させてアンロードした状態で、図示しない移載フォークを用いて基板Ｓを誘導発熱体Ｎの上に移載し、保持させる。この誘導発熱体Ｎは、複数バッチ処理に亘って連続使用してもよく、その場合には、処理容器２２内のドライクリーニングと一緒にクリーニングすることができる。
【００４２】
このようにして、基板Ｓの移載が完了したならば、昇降機構３０を駆動することにより、基板保持部材２４を上昇させて、これを処理容器２２の下端開口部より処理容器２２内へロードする。そして、この処理容器２２の下端開口部を蓋部２６により気密にシールし、処理容器２２内を密閉状態とする。
【００４３】
次に、高周波電源１１０をオンにして金属製パイプを巻回してなる誘導加熱コイル１０４に高周波電力を印加することにより、処理容器２２内に誘導磁界が形成され、その誘導磁界によって基板保持部材２４に保持されている誘導発熱体Ｎに誘導電流が流れることにより誘導発熱体Ｎが発熱する。このように、誘導発熱体Ｎが発熱すると、これに接近して配置されている基板Ｓが誘導発熱体Ｎからの放射熱によって加熱されて昇温する。
【００４４】
これと同時に、回転機構５４により基板保持部材２４を所定の回転数で回転させつつ、ガス供給機構９０の第１および第２のガスノズル９２、９４から熱処理に必要な第１および第２のガス、例えば成膜ガスを流量制御しつつ供給し、この処理容器２２内の雰囲気を天井部の排気口１００から排気系１０２により真空引きして処理容器２２内の雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。このとき、基板Ｓの温度を処理容器２２内に設けた図示しない熱電対により測定し、その温度に基づいて高周波電力のパワーを制御することにより基板Ｓの温度を所定のプロセス温度に制御しつつ、例えば成膜処理を行う。処理中には、誘導加熱コイル１０４が昇温するので、これを冷却するために冷却器１１６からは冷却水などの冷媒を誘導加熱コイル１０４内に流すようにする。この場合、成膜ガスの反応条件にもよるが、処理容器２２の内壁面への膜付着を防止するためには、壁面を冷却するのが望ましい。
【００４５】
本実施形態のように誘導加熱により誘導発熱体Ｎを発熱させ、その熱で基板Ｓを加熱する方式の場合には、誘電体でかつ熱容量の大きい処理容器２２自体はほとんど加熱されず、かつ加熱能力が大きいため、高速昇温および高速降温が可能であり、かつ、１０００℃以上の高温の加熱にも十分に対応することができる。
【００４６】
また、このように熱容量の大きな処理容器２２自体はほとんど加熱されないため、その分、消費エネルギーを少なくすることができる。そして、このように処理容器２２が加熱されないことにより、処理容器２２は低温に維持されることから、特に成膜処理の場合には処理容器２２の内壁面に不要な付着膜が堆積することを抑制することができ、その分、パーティクルの発生を低くすることができる。また、クリーニング処理を行う頻度を少なくすることができる。
【００４７】
ところで、このように高周波電力により誘導加熱する場合、表皮効果により誘導電流は被加熱体の主に表面部分にしか流れない。すなわち、誘導電流は被加熱体の表面から急激に低下し、誘導電流の強さが表面の１／ｅ（≒０．３６８）倍に減少した点までの深さがスキンデプスδと定義され、このδは以下の（１）式で与えられる。
δ＝（２／ωμ０σ）１／２  ・・・（１）
ここで、
ω：角周波数（＝２πｆ：ｆは周波数）
μ０：透磁率
σ：電気伝導度（Ｓ／ｍ）
【００４８】
被加熱体である誘導発熱体ＮをカーボングラファイトまたはＳｉＣ等の非磁性材料で構成した場合はμ０＝１であり、電気伝導度および周波数として上記範囲を考慮すると、δは数ｍｍ〜数十ｍｍの範囲となる。
【００４９】
したがって、誘導発熱体Ｎを基板Ｓと重なる円板状のものとすると、誘導電流は円板の周囲部分にしか流れず、したがって、誘導発熱体の周囲部分しか発熱しないこととなって、均一に基板Ｓを加熱することは困難である。
【００５０】
このような不都合を防止するために、特許文献１に示すように、誘導発熱体に切り込み状の溝部を形成して、誘導電流が発熱体の内部にも流れるようにした場合には、誘導体の中央部にも誘導電流が流れて発熱するため、多少温度均一性が高まる。しかしながら、溝部の先端部にホットスポットが生じるため、十分な温度均一性を得ることが困難であり、また、発熱体の内部に誘導電流が流れる際に、不可避的に逆起電力が生じ、トータルの発熱量が下がってしまい、効率が低いという問題がある。
【００５１】
これに対して、本実施形態のように、誘導発熱体Ｎをスパイラル状とすることにより、スパイラルを構成する線に沿って誘導電流が中心から外周、または外周から中心に流れるので、誘導発熱体Ｎを全体的に発熱させることができる。また、スパイラルを滑らかな形状とすることによりホットスポットの発生を防止することができるので、基板Ｓを均一に加熱することができる。また、リターン部１３２の抵抗を低下させることにより逆起電力の分布を形成させないようにすることができ、効率的な加熱を行うことができる。具体的には、リターン部１３２の断面積を大きくする、および／またはリターン部１３２としてスパイラル状の本体１３１よりも大きくすることにより、リターン部１３２の抵抗を本体１３１の抵抗よりも小さくすることが好ましい。断面積を同じにした場合には、リターン部１３２の電気伝導度を本体１３１よりも１オーダー以上高くすることが好ましい。
【００５２】
逆起電力をより小さくしてより均一に基板Ｓを加熱するためには、本体１３１のようなスパイラル状体を２枚重ねて、それらの中央端同士および外周端同士を接続し、これらスパイラル状体を一筆書きで同じ方向に誘導電流が流れるように構成した誘導発熱体を設けることが好ましい。具体例としては、図５の平面図および図６の断面図に示すように、一方のスパイラル状体１３３に対し、他方の同形のスパイラル状体１３４を裏返した状態で重ね、中央端１３３ａおよび１３４ａ同士ならびに外周端１３３ｂおよび１３４ｂ同士をそれぞれ接続した誘導発熱体Ｎ′を挙げることができる。このときの誘導電流の流れを図７にわかりやすく示すが、例えば、スパイラル状体１３３の中央端１３３ａから時計回りに誘導電流が外周端１３３ｂまで流れ、次いで、そこに接続されているスパイラル状体１３４の外周端１３４ｂから再び時計回りに誘導電流が流れ、中央端１３４ａに達すると、再びスパイラル状体１３３の中央端１３３ａから同じ方向に誘導電流が流れるというように、エンドレスで同じ方向に流れる。このため、逆起電力が発生せずに極めて効率がよく均一性の高い加熱を実現することができる。
【００５３】
また、加熱の均一性を高める観点からは、図８に示すように、誘導発熱体Ｎ（Ｎ′）と基板Ｓの間に均熱部材１４１を設けることが好ましい。スパイラル状の誘導発熱体Ｎが基板Ｓに直接面していると、基板Ｓに誘導発熱体Ｎのパターンに対応した温度分布が生じて不均一に加熱されるおそれがあるが、このように誘導発熱体Ｎ（Ｎ′）と基板Ｓの間に均熱部材１４１を設けることにより、温度分布が均されて均一な温度分布を実現することが可能となる。この均熱部材としては熱伝導性の高い誘電体であることが好ましい。このような材料としてはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等を用いることができる。その中では熱伝導性が特に高いＡｌＮが好適である。均熱部材１４１は、図８では、基板Ｓと接触するように設けられているが、基板Ｓとわずかに離隔して設けてもよい。
【００５４】
また、必ずしも均一に加熱する必要はなく、加熱の効果が基板Ｓの部位によって異なることを考慮して、基板Ｓの加熱に分布をつけるようにすることもできる。例えば、基板Ｓの部位によって誘導発熱体Ｎとの距離を異ならせることにより、加熱に分布を形成することができる。図９の例では、中央では誘導発熱体Ｎと基板Ｓとの距離が離れており、外側に行くにつれて誘導発熱体Ｎと基板Ｓとの距離が近づく例である。この場合には、中央で加熱の効果が小さく、外周ほど加熱の効果が大きくなる。
【００５５】
また、誘導発熱体Ｎのスパイラルを均一に形成するのではなくスパイラル線の密度を変えることによっても加熱に分布を形成することができる。図１０の例では、中央では誘導発熱体Ｎのスパイラル線の密度が疎であるのに対し、外側に行くにつれてスパイラル線の密度が密になって行く例である。この場合も、中央で加熱の効果が小さく、外周ほど加熱の効果が大きくなる。
【００５６】
さらに、誘導発熱体Ｎのスパイラル線の径を部位により変えることによっても加熱に分布を形成することができる。図１１の例では、外周側ではスパイラル線の径が小さく、内側に行くに従ってスパイラル線の径が大きくなる例である。この場合も中央で加熱の効果が小さく、外周ほど加熱の効果が大きくなる。
【００５７】
なお、上記実施形態では誘導加熱コイル１０４を処理容器２２の外側に巻回したが、処理容器２２の内部に設けてもよい。この場合には誘導加熱コイル１０４を誘電体の内部に設ければ、処理容器２２を金属で構成することもできる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。ここでは一枚の基板を処理する枚葉式の熱処理装置の例について示す。
図１２は本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図である。図１２に示すように、熱処理装置２０１は、円筒状をなす処理容器２０２を有している。この処理容器２０２は、耐熱性を有し、電磁波（高周波電力）を透過する誘電体材料、例えば石英で構成されている。処理容器２０２内には、基板Ｓを載置する基板載置台２０３が、処理容器２０２の底部から延びる脚部２０４に支持された状態で配置されている。基板載置台２０３としては熱伝導性の高い誘電体であることが好ましい。このような材料としてはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等を用いることができる。その中では熱伝導性が特に高いＡｌＮが好適である。図１２では基板Ｓを基板載置台２０３に直接載置しているが、基板Ｓと基板載置台２０３を僅かに離隔するようにしてもよい。
【００５９】
処理容器２０２にはゲートバルブで開閉可能な基板搬入出口（いずれも図示せず）が設けられており、また、載置台２０３にはその上面に対して突没可能に基板昇降ピン（図示せず）が設けられており、基板搬送アーム（図示せず）により基板搬入出口を介して基板Ｓを搬入出し、基板載置台２０３に対して基板Ｓの授受を行う際には、基板昇降ピンが載置台２０３の上方へ突出される。
【００６０】
基板載置台２０３の下方には、支持台２０５に支持された状態で誘導発熱体Ｎが、基板載置台２０３に載置された基板Ｓと対応する位置（上下に重なる位置）に配置されている。誘導発熱体Ｎは第１の実施形態と同様に構成される。もちろん図５、６に示した誘導発熱体Ｎ′を用いることもできる。
【００６１】
処理容器２０２の側壁には、処理容器２０２内へ処理ガスを導入するための処理ガス導入孔２０６が形成されており、この処理ガス導入孔２０６には処理ガス供給配管２０７が接続され、熱処理、例えば成膜処理に必要な処理ガスを処理容器２０２内に導入するようになっている。図示はしていないが、処理ガス供給配管２０７には、処理ガスの数に応じたガス配管が接続されており、これらガス配管には開閉弁やマスフローコントローラのような流量制御器が設けられている。ガスの種類やガスの数は熱処理に応じて適宜決定される。第１の実施形態と同様、熱処理である成膜処理としては、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン等のＣＶＤ成膜、ＧａＮ等のエピタキシャル成長が例示される。また熱処理としては、成膜処理に限らず、酸化処理、アニール処理等、種々のものを挙げることができる。これらの処理に応じて、基板Ｓも半導体基板、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ガラス基板等種々のものを用いることができる。
【００６２】
処理容器２０２の側壁の処理ガス導入孔２０６と対向する位置には、排気孔２０８が形成されており、この排気孔２０８には処理容器２０２内を排気する排気系２１０が設けられている。排気系２１０は、排気孔２０８に接続された排気通路２１０ａと、排気通路２１０ａに設けられた圧力制御弁２１０ｂと、排気通路２１０ａに接続されて、排気通路２１０ａを介して処理容器２０２内を排気する排気ポンプ２１０ｃとを有している。なお、処理の種類によっては、低圧の真空状態から大気圧程度の圧力で処理を行う場合があり、これに対応して、排気系２１０によって高真空から大気圧の近傍まで処理容器２０２内の圧力を制御できるようになっている。
【００６３】
処理容器２０２の上方には、処理容器２０２の天壁２０２ａに面するように、誘導加熱コイル２１２が設けられている。誘導加熱コイルは、金属製パイプを平面スパイラル状に巻回してなっており、基板載置台２０３状の基板Ｓよりも広い領域をカバーしている。誘導加熱コイル２１２を構成する金属製パイプの材料としては銅を好適に用いることができる。この誘導加熱コイル２１２の中央端と外周端には、高周波電源２１４から延びる給電ライン２１３が接続されており、高周波電源２１４から誘導加熱コイル２１２に高周波電力が印加されるようになっている。この給電ライン２１３の途中には、インピーダンス整合を行うマッチング回路２１６が設けられている。
【００６４】
誘導加熱コイル２１２に高周波電力を印加することにより、処理容器２０２の内部に誘導磁界が形成され、その誘導磁界によって生じる誘導電流が、処理容器２０２内の誘導発熱体Ｎに流れ、誘導発熱体Ｎが発熱するようになっている。この高周波電源２１４の高周波の周波数は、例えば０．５〜５０ｋＨｚの範囲内、好ましくは１〜５ｋＨｚの範囲内に設定される。なお、処理容器２０２の壁部の温度が上昇しないように、図示しない冷却ガス供給機構により、処理容器２０２の内壁に冷却ガスが供給されるようになっている。
【００６５】
図示はしていないが、この熱処理装置２０１にも、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の、制御部、記憶部、ユーザーインターフェースを有している。
【００６６】
次に、以上のように構成された熱処理装置２０１を用いて行われる熱処理について説明する。
【００６７】
まず、ゲートバルブを開けて搬入出口から搬送装置の搬送アームによって基板Ｓを処理容器２０２内に搬入し、基板載置台２０３上に載置する。そして、ゲートバルブを閉じて処理容器２０２内を密閉状態とする。
【００６８】
次いで、高周波電源２１４をオンにして誘導加熱コイル２１２に高周波電力を印加し、この誘導加熱コイル２１２から高周波電力を放射させる。誘導加熱コイル２１２から放射された高周波電力は処理容器２０２の天壁２０２ａを透過して内部に至り、それによって処理容器２０２の内部に誘導磁界が形成され、その誘導磁界によって生じる誘導電流が誘導発熱体Ｎに流れ、誘導発熱体Ｎが発熱する。これにより誘導発熱体Ｎからの放射熱によって、基板載置台２０３を介して基板Ｓが加熱されて昇温する。
【００６９】
これと同時に、処理ガス供給配管２０７および処理ガス導入孔２０６を介して熱処理、例えば成膜処理に必要な成膜ガスを流量制御しつつ供給し、排気孔２０８から排気系２１０により真空引きして処理容器２０２内の雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。このとき、基板Ｓの温度を処理容器２０２内に設けた図示しない熱電対により測定し、その温度に基づいて高周波電力のパワーを制御することにより基板Ｓの温度を所定のプロセス温度に制御しつつ、例えば成膜処理を行う。処理中には、処理容器２０２内に冷却ガスを流して処理容器２０２の内壁を冷却する。この際に、成膜ガスの反応条件にもよるが、処理容器２０２の内壁面への膜付着を防止するためには、壁面を冷却するのが望ましい。
【００７０】
このようにして、第１の実施形態と同様、誘導加熱により誘導発熱体を発熱させ、その熱で基板Ｓを加熱するので、熱容量の大きい処理容器２０２自体はほとんど加熱されず、かつ加熱能力が大きいため、高速昇温および高速降温が可能であり、かつ、１０００℃以上の高温の加熱にも十分に対応することができる。また、このように熱容量の大きな処理容器２０２自体はほとんど加熱されないため、その分、消費エネルギーを少なくすることができる。そして、このように処理容器２０２が加熱されないことにより、処理容器２０２の内壁面は低温に維持されることから、特に成膜処理の場合には処理容器２０２の内壁面に不要な付着膜が堆積することを抑制することができ、その分、パーティクルの発生を低くすることができる。また、クリーニング処理を行う頻度を少なくすることができる。
【００７１】
また、第１の実施形態と同様、誘導発熱体Ｎがスパイラル状であるので、スパイラルを構成する線に沿って誘導電流が中心から外周、または外周から中心に流れ、誘導発熱体Ｎを全体的に発熱させることができ、また、スパイラルを滑らかな形状とすることによりホットスポットの発生を防止することができ、基板Ｓを均一に加熱することができる。また、リターン部１３２の抵抗を低下させることにより逆起電力の分布を形成させないようにすることができ、効率的な加熱を行うことができる。
【００７２】
なお、第２の実施形態においては、誘導加熱コイル２１２は、処理容器２０２の上方に限らず、図１３に示すように処理容器２０２の下方に設けても、図１４に示すように処理容器２０２の側面に巻回してもよい。また、誘導加熱コイル２１２は処理容器２０２の外側に限らず処理容器２０２の内部に設けてもよい。ただし、この場合には、発熱させたくない金属部材が発熱しないように、誘電体の内部に設けることが好ましい。誘導加熱コイル２１２を誘電体内に設けた場合には、処理容器２０２は金属製であってもよい。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。ここでは第２の実施形態における枚葉式の熱処理装置をベースにして複数枚の基板を処理可能にした熱処理装置の例について示す。
図１５は本発明の第３の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図であり、図１６はその基板載置台を示す平面図である。本実施形態では第２の実施形態の図１２の装置をベースとしているので、図１２と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００７４】
本実施形態の熱処理装置３０１は、複数枚の基板Ｓを載置する円板状の基板載置台３０３が処理容器２０２内に水平に設けられている。基板載置台３０３はその中心から下方に延びる筒状の回転軸３０４により支持されており、回転軸３０４は処理容器２０２の底部を突き抜けてその下方に至り、図示しない回転駆動機構により回転され、回転軸３０４の回転にともなって基板載置台３０３が回転するようになっている。回転軸３０４と処理容器２０２の底部との間は流体シール３０５により気密にシールされている。
【００７５】
基板載置台３０３の上面には基板載置台３０３よりも小径の円板状をなす基板搬送板３０６が昇降可能に設けられており、この基板搬送板３０６に複数の基板Ｓが載置される。本例では８枚の基板Ｓが周方向に等間隔に配列されている。この基板搬送板３０６は昇降部材３０７に支持されており、昇降部材３０７の下面から回転軸３０４の内を昇降軸３０８が下方に延びている。そして、図示しない昇降機構により昇降軸３０８、昇降部材３０７を介して基板搬送板３０６が昇降され、複数の基板Ｓを基板搬送板３０６ごと搬送できるようになっている。
【００７６】
基板載置台３０３および基板搬送板３０６としては熱伝導性の高い誘電体であることが好ましい。このような材料としてはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等を用いることができる。その中では熱伝導性が特に高いＡｌＮが好適である。
【００７７】
基板載置台３０３の下面には、複数の誘導発熱体Ｎが基板載置台３０３に載置された複数の基板Ｓとそれぞれ対応する位置（上下に重なる位置）に設けられている。複数の誘導発熱体Ｎは、円環状の保持部材３１０により保持されている。誘導発熱体Ｎは、基板載置台３０３の下面に接触していてもよいし、離隔していてもよい。誘導発熱体Ｎは第１の実施形態と同様に構成される。もちろん図５、６に示した誘導発熱体Ｎ′を用いることもできる。
【００７８】
図示はしていないが、この熱処理装置３０１にも、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の、制御部、記憶部、ユーザーインターフェースを有している。
【００７９】
次に、以上のように構成された熱処理装置３０１を用いて行われる熱処理について説明する。
【００８０】
まず、ゲートバルブを開けて搬入出口から搬送装置の搬送アームによって複数の基板Ｓを載置した基板搬送板３０６を処理容器２０２内に搬入し、基板載置台３０３上に載置する。そして、ゲートバルブを閉じて処理容器２０２内を密閉状態とする。
【００８１】
次いで、図示しない回転駆動機構により基板載置台３０３を回転しながら、高周波電源２１４をオンにして誘導加熱コイル２１２に高周波電力を印加し、この誘導加熱コイル２１２から高周波電力を放射させる。誘導加熱コイル２１２から放射された高周波電力は処理容器２０２の天壁２０２ａを透過して内部に至り、それによって処理容器２０２の内部に誘導磁界が形成され、その誘導磁界によって誘導発熱体Ｎに誘導電流が流れ、誘導発熱体Ｎが発熱する。これにより誘導発熱体Ｎからの放射熱によって、基板載置台３０３および基板搬送板３０６を介して基板Ｓが加熱されて昇温する。
【００８２】
これと同時に、処理ガス供給配管２０７および処理ガス導入孔２０６を介して熱処理、例えば成膜処理に必要な成膜ガスを流量制御しつつ供給し、排気孔２０８から排気系２１０により真空引きして処理容器２０２内の雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。このとき、基板Ｓの温度を処理容器２０２内に設けた図示しない熱電対により測定し、その温度に基づいて高周波電力のパワーを制御することにより基板Ｓの温度を所定のプロセス温度に制御しつつ、例えば成膜処理を行う。処理中には、処理容器２０２内に冷却ガスを流して処理容器２０２の内壁を冷却する。この際に、成膜ガスの反応条件にもよるが、処理容器２０２の内壁面への膜付着を防止するためには、壁面を冷却するのが望ましい。第１および第２の実施形態と同様、熱処理である成膜処理としては、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン等のＣＶＤ成膜、ＧａＮ等のエピタキシャル成長が例示される。また熱処理としては、成膜処理に限らず、酸化処理、アニール処理等、種々のものを挙げることができる。これらの処理に応じて、基板Ｓも半導体基板、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ガラス基板等種々のものを用いることができる。
【００８３】
この実施形態では、第２の実施形態と同様の効果を有する他、枚葉式の熱処理装置をベースにしながら一度に複数枚の基板を処理することができるので、処理効率を極めて高いものとすることができる。
【００８４】
なお、本実施形態においても第２の実施形態と同様、誘導加熱コイル２１２は、処理容器２０２の上方に限らず、処理容器２０２の下方に設けても、処理容器２０２の側面に巻回してもよい。また、誘導加熱コイル２１２は処理容器２０２の外側に限らず処理容器２０２の内部に設けてもよい。ただし、この場合には、発熱させたくない金属部材が発熱しないように、誘電体の内部に設けることが好ましい。誘導加熱コイル２１２を誘電体内に設けた場合には、処理容器２０２は金属製であってもよい。
【００８５】
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。ここでは第２の実施形態における枚葉式の熱処理装置において、上述したような、スパイラル状体を２枚重ねて、それらの中央端同士および外周端同士を接続し、これらスパイラル状体を一筆書きで同じ方向に誘導電流が流れるように構成した誘導発熱体を内側と外側とに分割して設け、これらをそれぞれ独立して誘導加熱する例について説明する。
【００８６】
図１７は本発明の第４の実施形態に係る熱処理装置を示す断面図である。図１７において、第２の実施形態の図１２と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００８７】
図１７に示すように、熱処理装置４０１は、円筒状をなす処理容器４０２を有している。この処理容器４０２は、金属であっても誘電体であってもよい。
【００８８】
処理容器４０２内には、基板Ｓを載置する基板載置台４０３が水平に設けられている。基板載置台４０３はその中心から下方に延びる筒状の回転軸４０４により支持されており、回転軸４０４は処理容器４０２の底部を突き抜けてその下方に至り、図示しない回転駆動機構により回転され、回転軸４０４の回転にともなって基板載置台４０３が回転するようになっている。回転軸４０４と処理容器４０２の底部との間は流体シール４０５により気密にシールされている。
【００８９】
基板載置台４０３としては熱伝導性の高い誘電体であることが好ましい。このような材料としてはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等を用いることができる。その中では熱伝導性が特に高いＡｌＮが好適である。図１７では基板Ｓを基板載置台４０３に直接載置しているが、基板Ｓと基板載置台４０３を僅かに離隔するようにしてもよい。
【００９０】
処理容器４０２にはゲートバルブで開閉可能な基板搬入出口（いずれも図示せず）が設けられており、また、載置台４０３にはその上面に対して突没可能に基板昇降ピン（図示せず）が設けられており、基板搬送アーム（図示せず）により基板搬入出口を介して基板Ｓを搬入出し、基板載置台４０３に対して基板Ｓの授受を行う際には、基板昇降ピンが載置台４０３の上方へ突出される。
【００９１】
基板載置台４０３の内部には、誘導発熱体Ｎ″が設けられている。誘導発熱体Ｎ″は、上述したように、スパイラル状体を２枚重ねて、それらの内側端同士および外周端同士を接続し、これらスパイラル状体を一筆書きで同じ方向に誘導電流が流れるように構成した誘導発熱体を内側（中央側）と外側とに設けたものである。具体的には、図１８の平面図にも示すように、誘導発熱体Ｎ″は、内側に設けられた第１の発熱体Ｎ１と外側に設けられた第２の発熱体Ｎ２とからなっている。第１の発熱体Ｎ１は、上記図５および図６で説明したＮ′と同様の構成を有している。すなわち、図１９に示すように、第１の発熱体Ｎ１は、スパイラル状体１３３と同様のスパイラル状体４３３に対し、同形のスパイラル状体４３４を裏返した状態で重ね、内側端（中央端）４３３ａおよび４３４ａ同士ならびに外周端４３３ｂおよび４３４ｂ同士をそれぞれ接続したものである。また、第２の発熱体Ｎ２も同様であり、図１９および図２０に示すように、スパイラル状体４３３の外側に設けられたスパイラル状体４４３に対し、同形のスパイラル状体４４４を裏返した状態で重ね内側端４４３ａおよび４４４ａ同士ならびに外周端４４３ｂおよび４４４ｂ同士をそれぞれ接続したものである。
【００９２】
処理容器４０２内の基板載置台４０３（誘導発熱体Ｎ″）の下方位置には、誘導加熱部４５０が設けられている。誘導加熱部４５０は、円環状をなす石英等の誘電体からなる誘電体部材４５２とその内部に設けられた誘導加熱コイル４５３とからなる誘導加熱コイルユニット４５１を有している。誘導加熱コイルユニット４５１は、処理容器４０２の底部から上方へ延びる脚部４５５に支持された円環状の保持部材４５４に保持されている。
【００９３】
図２１に示すように、誘導加熱コイル４５３は、内側の第１の発熱体Ｎ１に対応した位置に設けられた第１の誘導加熱コイル４５６と、その外側の第２の発熱体Ｎ２に対応した位置に設けられた第２の誘導加熱コイル４５７とを有している。第１の誘導加熱コイル４５６と第２の誘導加熱コイル４５７には、共通の高周波電源４６０から高周波電力が供給されるようになっている。また、第１の誘導加熱コイル４５６と第２の誘導加熱コイル４５７との間には可変コンデンサ４６１が介在されており、この可変コンデンサ４６１により第１の誘導加熱コイル４５６と第２の誘導加熱コイル４５７の電流分配を調整することができるようになっている。
【００９４】
図示はしていないが、この熱処理装置４０１にも、第１の実施形態の熱処理装置１と同様の、制御部、記憶部、ユーザーインターフェースを有している。
【００９５】
なお、ガス供給系および排気系については、図１２と同様であるので同じ符号を付して説明は省略する。
【００９６】
このように構成される第４の実施形態の熱処理装置においては、内側（中央側）の第１の発熱体Ｎ１と外側の第２の発熱体Ｎ２に分割された誘導発熱体Ｎ″を用い、誘導加熱コイル４５３を第１の誘導加熱コイル４５６と第２の誘導加熱コイル４５７とを有するものとして、可変コンデンサ４６１を調整することにより第１の誘導加熱コイル４５６と第２の誘導加熱コイル４５７の電流分配を調整することができるようにしたので、制御部により可変コンデンサ４６１を制御することにより第１の発熱体Ｎ１および第２の発熱体Ｎ２の発熱量を独立して調整して基板Ｓの中央部と外周部で加熱を独立に制御することができる。このため、基板Ｓの温度分布を微調整することが可能である。
【００９７】
また、誘導発熱体Ｎ″を構成する第１の発熱体Ｎ１と第２の発熱体Ｎ２は、いずれもスパイラル状体を２枚重ねて、それらの中央端同士および外周端同士を接続し、これらスパイラル状体を一筆書きで同じ方向に誘導電流が流れるように構成されているため、逆起電力が発生せずに極めて効率がよく均一性の高い加熱を実現することができる。
【００９８】
したがって、本実施形態の熱処理装置によれば、基板Ｓが大型のものであっても均一な加熱を実現することができ、また、プロセス条件に応じて所望の温度分布を実現することも可能である。
【００９９】
なお、図１７においては、誘導加熱コイルユニット４５１を誘導発熱体Ｎ″の下方位置に設けたが、第１の発熱体Ｎ１と第２の発熱体Ｎ２の発熱量を調整可能な位置であればこれに限定されず、図２２に示すように誘導発熱体Ｎ″の上方に設けてもよい。また、可変コンデンサ４６１を調整することにより第１の誘導加熱コイル４５６と第２の誘導加熱コイル４５７の電流分配を調整するようにしたが、図２３に示すように、第１の誘導加熱コイル４５６と第２の誘導加熱コイル４５７にそれぞれ別個に高周波電源４６０ａおよび４６０ｂを設け、これらの出力を調整することにより電流分配を調整するようにしてもよい。さらに、第３の実施形態のように、基板載置台４０３に複数枚の基板を載置して複数枚の基板を処理するようにしてもよい。この場合には、複数の基板の間で均一な処理を行うことが可能となる。さらにまた、図１７の装置では基板載置台４０３を回転可能としたが、必ずしも回転させる必要はない。さらにまた、誘導発熱体として内側の第１の発熱体と外側の第２の発熱体とに分割したものを用いたが、３つ以上に分割されたものであってもよい。
【０１００】
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、熱処理としては、成膜処理、酸化処理、アニール処理を挙げたが、その他、拡散処理、改質処理、エッチング処理等、基板の加熱をともなう処理であれば本発明の熱処理に含まれる。また、本発明の熱処理においては、ガスの供給は必須ではない。また、基板についても、上述したように、処理に応じて半導体基板、サファイア基板、ＺｎＯ基板、ガラス基板等種々のものを用いることができ、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、誘導発熱体の材料として、カーボングラファイトおよびＳｉＣを例示したが、これに限定されず、ガラス質の炭素やＳｉＣ以外の導電性セラミックス（導電性ＳｉＮ等）を用いることもできる。
【符号の説明】
【０１０１】
１，２０１，３０１，４０１：熱処理装置
２２，２０２，４０２；処理容器
２４；保持部材
３０；昇降機構
４２ａ〜４２ｃ；支柱
５４；回転機構
９０：ガス供給機構
１０２，２１０；排気系
１０４，２１２；誘導加熱コイル
１１０，２１４；高周波電源
１３１；本体
１３１ａ；中央端
１３１ｂ；外周端
１３２；リターン部
１３３，１３４；スパイラル状体
１３３ａ，１３４ａ；中央端
１３３ｂ，１３４ｂ；外周端
１４１；均熱部材
２０３，３０３，４０３；基板載置台
２０７；処理ガス供給配管
３０６；基板搬送板
４３３，４３４，４４３，４４４；スパイラル状体
４３３ａ，４３４ａ；内側端（中央端）
４３３ｂ，４３４ｂ；外周端
４４３ａ，４４４ａ；内側端
４４３ｂ，４４４ｂ；外周端
４５０；誘導加熱部
４５１；誘導加熱コイルユニット
４５２；誘電体部材
４５３；誘導加熱コイル
４５６；第１の誘導加熱コイル
４５７；第２の誘導加熱コイル
４６０，４６０ａ，４６０ｂ；高周波電源
４６１；可変コンデンサ
Ｎ，Ｎ′，Ｎ″；誘導発熱体
Ｎ１；第１の発熱体
Ｎ２；第２の発熱体
Ｓ；基板
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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