JP5029382B2 - 処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に薄膜を堆積させる成膜処理等の各種の熱処理を施す処理装置及び処理方法に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の熱処理が行われる。上記各種の熱処理の中で、例えば成膜処理を例にとれば、この種の成膜処理は、例えば特許文献１〜５に開示されているような例えばバッチ式の成膜装置内で行われる。具体的には、図２０に示すように、縦型の石英製の処理容器２内に、被処理体である半導体ウエハＷをウエハボート４に多段に支持させた状態でこれを収容し、上記処理容器２を囲むようにして設けた円筒状の加熱手段６でウエハＷを所定の温度、例えば６００〜７００℃程度に加熱する。

そして、ガス供給手段８より各種の必要なガス、例えば成膜処理であるならば成膜用のガスを処理容器２内へこの下部より供給しつつ処理容器２の天井部に設けた排気口１０より真空排気系１２で処理容器２内を真空引きし、所定の圧力に内部雰囲気を維持して成膜処理等の各種の熱処理を行う。

特開平８−４４２８６号公報 特開平９−２４６２５７号公報 特開２００２−９００９号公報 特開２００６−５４４３２号公報 特開２００６−２８７１９４号公報

ところで、上述したような従来の処理装置にあっては、処理容器２の外周側に加熱手段６を設けてジュール熱で加熱するようにしていることから、処理容器２内のウエハＷを加熱するためには比較的熱容量の大きな石英製の処理容器２自体も必然的に加熱しなければならない。このため、処理容器２の加熱のための消費エネルギーが大幅に増大してしまう、といった問題があった。

また、上述したように処理容器２自体も高温に晒されることから、例えば成膜処理の場合には、高温のウエハＷの表面のみならず、高温状態になる処理容器２の内壁面にも不要な付着膜が堆積し易くなり、この不要な付着膜がパーティクルの発生源になったり、この不要な付着膜のためにクリーニングサイクルが短くなる等の問題もあった。

更には、半導体素子のジャンクション等の微細化によりドーパントの不必要な拡散を防止する必要からウエハＷの熱処理時におけるウエハＷに対する高速昇温及び高速降温が求められているが、上述したように熱容量の大きな処理容器２も同時に昇降温させなければならないことから、ウエハＷの高速昇温及び高速降温を行うことが、非常に困難である、といった問題もあった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、誘導加熱を用いることによって処理容器自体を加熱することなく被処理体を加熱するようにし、もって消費エネルギーを抑制し、処理容器の内面に不要な付着膜等が堆積することを防止し、更には被処理体の高速昇温及び高速降温が可能な処理装置及び処理方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、被処理体に対して熱処理を施す処理装置において、排気可能になされて複数の前記被処理体を収容することができる処理容器と、前記処理容器の外周に巻回された誘導加熱用コイル部と、前記誘導加熱用コイル部に高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス供給手段と、前記被処理体と前記誘導加熱用コイル部からの高周波により誘導加熱される誘導発熱体とを保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、を備え、前記誘導発熱体には、該誘導発熱体に生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されていると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されていることを特徴とする処理装置である。

このように、処理容器の外周に巻回した誘導加熱用コイル部からの高周波により処理容器内に設けた誘導発熱体を誘導加熱し、この誘導加熱された誘導発熱体に接近させて被処理体を配置することにより被処理体を加熱することができる。
従って、上述したように、誘導加熱を用いることによって処理容器自体を加熱することなく被処理体を加熱するようにし、もって消費エネルギーを抑制し、処理容器の内面に不要な付着膜等が堆積することを防止し、更には被処理体の高速昇温及び高速降温を行うことができる。
更には、誘導発熱体には、これに生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部を設けることにより渦電流を誘導発熱体の全面に向けて流れるようにしたので、この誘導発熱体によって加熱される被処理体の面内温度の均一性を向上させることができる。

この場合、例えば請求項２に記載したように、前記被処理体と前記誘導発熱体とは交互に配置されている。

また例えば請求項３に記載したように、前記誘導加熱用コイル部は、金属製パイプを有しており、前記金属製パイプは、前記金属製パイプ内に冷媒を流すための冷却器に接続されている。

請求項４に係る発明は、被処理体に対して熱処理を施す処理装置において、排気可能になされて複数の前記被処理体を収容することができる処理容器と、前記処理容器の外側に設けられた誘導加熱用コイル部と、前記誘導加熱用コイル部に高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス供給手段と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記処理容器内で前記被処理体に対して接近させて設けられ、前記誘導加熱用コイル部からの高周波により誘導加熱される誘導発熱体と、を備え、前記誘導発熱体には、該誘導発熱体に生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されていると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されていることを特徴とする処理装置である。

この場合、例えば請求項５に記載したように、前記誘導発熱体は板状になされており、前記溝部は前記誘導発熱体のエッジから中心方向に向けて形成されている。
また例えば請求項６に記載したように、前記溝部は複数本形成されると共に、前記誘導発熱体の周方向に沿って等間隔で配置されている。

また例えば請求項７に記載したように、前記溝部は、その長さが異なる複数のグループに分けられると共に同一グループ内の溝部の長さは同一に設定され、前記各グループの溝部は前記誘導発熱体の周方向に沿って等間隔で配置されている。

本発明の関連技術は、被処理体に対して熱処理を施す処理装置において、排気可能になされて複数の前記被処理体を収容することができる処理容器と、前記処理容器の外側に設けられた誘導加熱用コイル部と、前記誘導加熱用コイル部に高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス供給手段と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記処理容器内で前記被処理体に対して接近させて設けられ、前記誘導加熱用コイル部からの高周波により誘導加熱される誘導発熱体と、を備え、前記誘導発熱体は、複数のピースに分割されていることを特徴とする処理装置である。

また例えば請求項８に記載したように、前記誘導発熱体の電気伝導率は、２００〜２００００Ｓ／ｍの範囲内である。
また例えば請求項９に記載したように、前記誘導発熱体の少なくとも前記被処理体に対向する面には、均熱板が接合されている。
また例えば請求項１０に記載したように、前記均熱板は、前記誘導発熱体よりも電気伝導率が低く、且つ熱伝導率が高い材料よりなる。
また例えば請求項１１に記載したように、前記均熱板は、シリコン、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）、ＳｉＣよりなる群から選択される１の材料よりなる。

また例えば請求項１２に記載したように、前記誘導発熱体は、導電性セラミック材、グラファイト、ガラス状炭素、導電性石英、導電性シリコンよりなる群から選択される１以上の材料よりなる。

請求項１３に係る発明は、被処理体に熱処理を施す処理方法において、排気が可能になされた処理容器内に、前記被処理体と高周波により誘導加熱され、生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されている誘導発熱体とを保持手段により保持した状態で挿入し、前記処理容器内へ必要なガスを導入しつつ前記処理容器の外周に巻回した誘導加熱用コイル部から高周波を加えることにより前記誘導発熱体を誘導加熱し、該加熱された前記誘導発熱体により前記被処理体を加熱して前記熱処理を施すようにしたことを特徴とする処理方法処理方法である。

この場合、例えば請求項１４に記載したように、前記被処理体と前記誘導発熱体はそれぞれ複数設けられて、互いに交互に配置されている。
また例えば請求項１５に記載したように、前記被処理体と前記誘導発熱体は、必要に応じて互いに接近又は離間される。

請求項１６に係る発明は、被処理体に熱処理を施す処理方法において、排気が可能になされた処理容器内に、高周波により誘導加熱され、生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されている誘導発熱体を設け、前記処理容器内に、前記被処理体を保持手段により保持した状態で挿入し、前記処理容器内へ必要なガスを導入しつつ前記処理容器の外周に巻回した誘導加熱用コイル部から高周波を加えることにより前記誘導発熱体を誘導加熱し、該加熱された前記誘導発熱体により前記被処理体を加熱して前記熱処理を施すようにしたことを特徴とする処理方法である。

本発明に係る処理装置及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理容器の外周に巻回した誘導加熱用コイル部からの高周波により処理容器内に設けた誘導発熱体を誘導加熱し、この誘導加熱された誘導発熱体に接近させて被処理体を配置することにより被処理体を加熱することができる。

従って、上述したように、誘導加熱を用いることによって処理容器自体を加熱することなく被処理体を加熱するようにし、もって消費エネルギーを抑制し、処理容器の内面に不要な付着膜等が堆積することを防止し、更には被処理体の高速昇温及び高速降温を行うことができる。
更には、誘導発熱体には、これに生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部を設けることにより渦電流を誘導発熱体の全面に向けて流れるようにしたので、この誘導発熱体によって加熱される被処理体の面内温度の均一性を向上させることができる。

以下に、本発明に係る処理装置及び処理方法の好適な一実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る処理装置の第１の実施形態を示す構成図、図２は処理容器を示す断面図、図３は被処理体と誘導発熱体を支持する保持手段の動作を示す動作説明図、図４は処理容器の下端部の回転機構を示す拡大断面図である。ここでは熱処理として例えば成膜処理を例にとって説明する。

図１に示すように、この処理装置２０は下端が開放されて上下方向に所定の長さを有して円筒体状になされた縦型の処理容器２２を有している。この処理容器２２は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。

この処理容器２２の下方より複数枚の被処理体としての円板状の半導体ウエハＷと本発明の特徴とする複数の誘導発熱体Ｎとをそれぞれ複数段に亘って所定のピッチで載置した保持手段２４が昇降可能に挿脱自在になされている。上記保持手段２４の挿入時には、上記処理容器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。この際、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及び上記保持手段２４の全体は、例えばボートエレベータ等の昇降機構３０に設けられたアーム３２の先端に支持されており、保持手段２４及び蓋部２６を一体的に昇降できるようになされている。

ここで本実施形態においては、上記保持手段２４は、上記半導体ウエハＷを保持する第１の保持ボート３４と上記誘導発熱体Ｎを保持する第２の保持ボート３６とを有している。具体的には、まず、上記第１の保持ボート３４は、全体が例えば耐熱材料である石英で構成されている。この第１の保持ボート３４は、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との間に、図２にも示すように３本（図１では２本のみ記す）の支柱４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを掛け渡して構成されている。

上記３本の支柱４２Ａ〜４２Ｃは、図２に示すように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、その反対の半円弧側よりウエハＷを保持するフォーク（図示せず）を用いてウエハＷを搬出入させるようになっている。上記各支柱４２Ａ〜４２Ｃの内側には、図３にも示すように、ウエハＷの周縁部を保持するために段部状になされた溝部４４が等ピッチでその長手方向に沿って形成されており、この各溝部４４にウエハＷの周縁部を支持させて複数枚、例えば１０枚〜５５枚程度のウエハＷを多段に等ピッチで支持できるようになっている。

一方、上記第２の支持ボート３６は、平面方向において上記第１の支持ボート３４よりも一回り大きく形成され、上記第１の支持ボート３４の周辺を囲むようにして設けられている。この第２の支持ボート３６も上記第１の保持ボート３４と同様に形成されている。すなわち、上記第２の保持ボート３６は、全体が例えば耐熱材料である石英で構成されている。この第２の保持ボート３６は、円形リング状になされた天板４６と円形リング状になされた底板４８との間に、図２にも示すように３本（図１では２本のみ記す）の支柱５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを掛け渡して構成されている。

上記３本の支柱５０Ａ〜５０Ｃは、図２に示すように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、その反対の半円弧側よりウエハＷを保持するフォーク（図示せず）を用いて誘電発熱体Ｎを搬出入させるようになっている。上記各支柱５０Ａ〜５０Ｃの内側には、図３にも示すように、誘電発熱体Ｎの周縁部を保持するために段部状になされた溝部５２が等ピッチでその長手方向に沿って形成されており、この各溝部５２に誘電発熱体Ｎの周縁部を支持させて複数枚、例えば１５〜６０枚程度の誘電発熱体Ｎを多段に等ピッチで支持できるようになっている。

ここで上記誘導発熱体Ｎは、高周波によって誘導加熱を引き起こすことができ、且つ熱伝導率が良好な材料、例えばＳｉＣ等の導電性セラミック材を用いることができる。この誘導発熱体Ｎは、半導体ウエハＷと同じような円板状に成形されており、直径は上記ウエハＷよりも大きく設定されている。例えばウエハＷの直径が３００ｍｍの時は、この誘導発熱体Ｎの直径は３２０〜３４０ｍｍ程度に設定されている。この場合、この誘導発熱体Ｎには、後述するようにこの誘導発熱体Ｎに生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部を形成するのがよい。

ここで、図３（Ａ）はウエハＷを搬入、又は搬出する時の位置関係を示している。図３（Ａ）の上記ウエハＷと誘導発熱体Ｎとは交互に配置されていると共に、例えば各ウエハＷと、これの上下に隣り合う誘導発熱体Ｎとの間隔は略等しく設定され、フォークによるウエハＷの搬出入を行い易くしている。ここでウエハＷ間のピッチＰ１及び誘導発熱体Ｎ間のピッチＰ２はそれぞれ３０〜４０ｍｍ程度である。また誘導発熱体Ｎの厚さＨ１は２〜１０ｍｍ程度である。ここで、上記ウエハＷと誘導発熱体Ｎとの交互の配列の上下端は誘導発熱体Ｎで終端するようにし、最上部及び最下部に位置するウエハの熱的条件を他の部分に位置するウエハと同等となるようにする。

このように、構成された保持手段２４は、下端の蓋部２６に設けた回転機構５４により回転可能になされると共に、上記第１及び第２の保持ボート３４、３６は、互いに上下方向へ相対移動可能になされている。具体的には、図４にも示すように、上記回転機構５４は、上記蓋部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体６０が回転可能に設けられており、この回転体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、この回転体６０を回転するようになっている。

また上記軸受５８の下部において、上記固定スリーブ５６と回転体６０との間には磁性流体シール５９が介設されており、上記処理容器２２内の気密性を保持するようになっている。上記固定スリーブ５６内には、同じく円筒状になされた中空回転軸６４が、固定スリーブ５６より僅かな隙間を隔てて挿通されている。そして、この中空回転軸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上に円筒状になされた例えば石英製の保温筒６８を介して上記第２の保持ボート３６の底板４８を設置して、この第２の保持ボート３６を支持するようになっている。

また、この中空回転軸６４の下端部は、連結部材７０を介して上記回転体６０の下端部に連結されており、この回転体６０と一体的に回転するようになっている。更に、上記中空回転軸６４内には、円柱状の中心回転軸７２が中空回転軸６４より僅かな隙間を隔てて挿通されている。そして、この中心回転軸７２の上端には回転テーブル７４が取り付け固定されている。そして、この回転テーブル７４上に、円筒状になされた例えば石英製の保温筒７６を介して上記第１の保持ボート３４の底板４０を設置して、この第１の保持ボート３４を支持するようになっている。そして、上記中心回転軸７２の下端部は、昇降駆動板７８に連結されている。

また、上記回転体６０からは下方向へ複数本の案内ロッド８０が伸びており、この案内ロッド８０は、上記昇降駆動板７８に設けた案内孔８２内へ挿通されている。そして、この案内ロッド８０の下端部は、ベース板８４に連結固定されている。このベース板８４の中心には、例えばエアシリンダ等よりなるアクチュエータ８６が設けられ、上記昇降駆動板７８を上下方向へ所定のストロークだけ昇降させるようになっている。従って、このアクチュエータ８６を駆動することにより、中心回転軸７２等と共に第１の保持ボート３４を上下方向へ昇降移動できるようになる。ここで、このストローク量は２０〜３０ｍｍ程度である。尚、第１の保持ボート３４に代えて、第２の保持ボート３６を昇降移動させるようにしてもよく、いずれにしても両ボート３４、３６が相対的に昇降移動できればよい。

このように、第１の保持ボート３４を昇降移動させることにより、図３（Ｂ）に示すように、ウエハＷの裏面側に上記誘導発熱体Ｎを接近させることができるようになっている。この時の両者間の隙間Ｈ２は２〜１６ｍｍ程度である。また、上記昇降駆動板７８と上記連結部材７０との間には、上記中心回転軸７２の周囲を覆うようにして伸縮可能なベローズ８９が設けられており、上記処理容器２２内の気密性を維持しつつ中心回転軸７２の上下移動を許容するようになっている。

ここで図１に戻って、上記処理容器２２の下部には、この処理容器２２内へ熱処理に必要なガスを導入するガス供給手段９０が設けられている。具体的には、上記ガス供給手段９０は、上記処理容器２２の側壁を貫通した第１のガスノズル９２及び第２のガスノズル９４を有している。上記第１及び第２のガスノズル９２、９４は、例えば石英よりなり、各ガスノズル９２、９４には、それぞれガス通路９６、９８が接続されている。この各ガス通路９６、９８には、開閉弁９６Ａ、９８Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器９６Ｂ、９８Ｂがそれぞれ順次介設されており、成膜に必要な第１のガス及び第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。尚、ガス種及びガスノズルは必要に応じて更に設けることができるのは勿論である。

また、上記処理容器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が接続されている。具体的には、上記排気系１０２の排気通路１０２Ａには、バタフライ弁のような圧力制御弁１０２Ｂ及び排気ポンプ１０２Ｃがそれぞれ順次介設されている。尚、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、上記排気系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。

そして、上記処理容器２２には、本発明の特徴とする誘導加熱用コイル部１０４が設けられている。具体的には、この誘導加熱用コイル部１０４は、上記処理容器２２の外周に巻回された金属製パイプ１０６を有している。この金属製パイプ１０６は処理容器２２の外周にその上下方向へ螺旋状に巻回しており、高さ方向におけるその巻回領域はウエハＷの収容領域よりも上下方向へ長く延びている。この金属製パイプ１０６の巻回態様は、図１に示すように上下方向に僅かに隙間を設けるように巻回してもよいし、或いは、隙間を設けないで密に巻回するようにしてもよい。この金属製パイプ１０６としては例えば銅管等を用いることができる。

そして、この金属製パイプ１０６の上下の両端側には、給電ライン１０８が接続されており、この給電ライン１０８の先端は高周波電源１１０に接続されて、上記金属製パイプ１０６の高周波電力を印加するようになっている。また、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が介設されている。

上述のように、金属製パイプ１０６よりなる誘導加熱用コイル部１０４に高周波電力を印加することにより、この誘導加熱用コイル部１０４から放射される高周波は処理容器２２の側壁を透過して内部に至り、第２の保持ボート３６に支持されている誘導発熱体Ｎに過電流を生ぜしめて、これを発熱乃至加熱させることができ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０．５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲内、好ましくは１ｋＨｚ〜５ｋＨｚの範囲内に設定される。

この周波数が０．５ｋＨｚよりも小さい場合には、効果的に誘導加熱ができなくなり、また５０ｋＨｚよりも大きい場合には、表皮効果が大きくなり過ぎて誘導発熱体Ｎの周縁部のみが加熱されてウエハＷの面内温度の均一性が大幅に低下してしまう。

また上記金属製パイプ１０６の両端からは、媒体通路１１４が延びており、この媒体通路１１４には冷却器１１６が接続されて、冷媒を上記金属製パイプ３８内に流してこれを冷却できるようになっている。この冷媒としては、例えば冷却水を用いることができる。

そして、この装置全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段１２０により制御される。そして、この制御手段１２０は、この装置全体の動作を制御するためのプログラムを記憶するための記憶媒体１２２を有している。この記憶媒体１２２は、フレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。

次に、以上のように構成された処理装置２０を用いて行なわれる成膜方法（熱処理）について説明する。上述したように、以下に説明する動作は、上記記憶媒体１２２に記憶されたプログラムに基づいて行われる。

まず、処理容器２２内から第１の保持ボート３４と第２の保持ボート３６よりなる保持手段２４を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上記保持手段２４の第１の保持ボート３４に対して未処理のウエハＷを移載し、保持させる。

この場合、第１及び第２の保持ボート３４、３６の上下方向における位置関係は図３（Ａ）に示すようになっており、ウエハＷと、これに上下方向に隣り合う誘導発熱体Ｎとの間は広くなされて、ウエハＷの移載が行い易いようになっている。ここで、上記誘導発熱体Ｎは、第２の保持ボート３６に図示しないフォークを用いて予め詰め込まれて支持されている。尚、この誘導発熱体Ｎは、例えばウエハの数バッチ処理に亘って支持された状態となっており、例えば処理容器２２内のドライクリーニングと一緒にクリーニングされることになる。

このようにして、ウエハＷの移載が完了してウエハＷと誘導発熱体Ｎとが図３（Ａ）に示すように交互に配列された状態となったならば、昇降機構３０を駆動することにより、上記保持手段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。

次に、上記保持手段２４の下部の回転機構５４に設けたアクチュエータ８６を駆動し、昇降駆動板７８及びこれに連結された中心回転軸７２（図４参照）を下方向へ所定のストロークだけ降下させる。これにより、上記中心回転軸７２の上端の回転テーブル７４上に保温筒７６を介して設置されている第１の保持ボート３４を、図３（Ｂ）中の矢印１２４に示すように下方向へ所定のストロークだけ降下させて、図３（Ｂ）に示すように各ウエハＷを、その下方に隣り合う誘導発熱体Ｎの上面側に接近させ、誘導発熱体Ｎからの放射熱等を効率的に受け取るこができるようにする。

図３（Ｂ）に示すような状態になったならば、高周波電源１１０をオンにして金属製パイプ１０６よりなる誘導加熱用コイル部１０４に高周波電力を印加することにより高周波を処理容器２２内へ放射し、これにより第２の保持ボート３６に支持されている各誘導発熱体Ｎに過電流を生ぜしめてこれを誘導加熱する。

このように、各誘導発熱体Ｎが誘導加熱されると、これに接近して配置されている各ウエハＷが誘導発熱体Ｎからの熱放射や熱輻射等によって加熱されて昇温することになる。そして、これと同時に、ガス供給手段９０の各ガスノズル９２、９４から成膜に必要なガス、すなわち第１及び第２の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容器内雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。

また、上記ウエハＷの温度も、処理容器２２内に設けた図示しない熱電対により測定しつつ高周波電力を制御することにより所定のプロセス温度に維持し、所定の熱処理、すなわち成膜処理を行うことになる。更に、蓋部２６に設けた回転機構５４を駆動することにより、上記第１及び第２のボート３４、３６を所定の回転数で回転しつつ処理を行う。また、熱処理中には、誘導加熱用コイル部１０４を形成する金属パイプ１０６が加熱されるので、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上記金属パイプ１０６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８０℃以下に冷却するのが望ましい。

このように、高周波による誘導加熱によって誘導発熱体Ｎを加熱し、更にこの放熱によって近傍に位置するウエハＷを加熱させるようにしたので、熱容量の大きな処理容器２２自体をほとんど加熱することがなく、その分、消費エネルギーを少なくすることができる。

また上述のように、処理容器２２自体がほとんど加熱されないで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でき、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。

また更には、上述のように処理容器２２自体がほとんど加熱されないので、処理を開始する際にウエハＷを高速で昇温することができ、また、処理が終了した場合には、ウエハＷを高速で降温させることができる。具体的には、誘導発熱体Ｎの昇温速度は６．０℃／ｓｅｃ程度を達成でき、ウエハＷの昇温速度は４．０℃／ｓｅｃ程度を達成することができる。

また、誘導発熱体Ｎとして、抵抗率がある程度低くて、且つ熱伝導性が比較的良好な材料、例えば導電性のあるＳｉＣ等よりなる導電性セラミック材を用いるので、この誘導発熱体Ｎを効率的に誘導加熱することができると共に、面内温度の均一性が良好な状態で加熱することができ、従って、この近傍に位置されているウエハも面内温度の均一性が良好な状態で加熱することができる。

以上説明したように、本発明によれば、処理容器２２の外周に巻回した誘導加熱用コイル部１０４からの高周波により処理容器２２内に設けた誘導発熱体Ｎを誘導加熱し、この誘導加熱された誘導発熱体Ｎに接近させて例えば半導体ウエハＷよりなる被処理体を配置することにより被処理体を加熱することができる。

従って、上述したように、誘導加熱を用いることによって処理容器２２自体を加熱することなく被処理体を加熱するようにし、もって消費エネルギーを抑制し、処理容器の内面に不要な付着膜等が堆積することを防止し、更には被処理体の高速昇温及び高速降温を行うことができる。

＜誘導発熱体としての適格性の評価＞
次に、半導体ウエハＷを加熱するための上記誘導発熱体Ｎとしての適格性について検討したので、その評価結果について説明する。

上記誘導発熱体Ｎとして求められる特性は、高周波により効率的に誘導加熱することができ、且つ熱伝導熱が高くて面内方向において可能な限り均一的に加熱することができるという点である。周知のように、高周波により導電性物質を誘導加熱する場合は、発生する渦電流によって発熱が生ずるが、この導電性物質における渦電流は導電性物質の表面に近い程大きく、内部に行くにつれて指数関数的に小さくなる、という表皮効果が生ずる。従って、円板状の導電性物質の場合には、周縁部が迅速に加熱されることになり、中央部が比較的加熱され難い現象が生ずることになる。

そして、上記誘導加熱の時に生ずる表皮効果を考察する上で、電流浸透深さδは非常に重要な数値となり、この電流浸透深さδはできるだけ大きい方がよい。この電流浸透深さδとは、渦電流が誘導発熱体の表面における渦電流強さの１／ｅ（≒０．３６８）倍に減少した点までの深さとして定義され、以下の式で表される。

δ（ｃｍ）＝５．０３（ρ／μｆ）^１／２
ρ：誘導発熱体の抵抗率（μΩ・ｃｍ）
μ：誘導発熱体の比透磁率（非磁性体ではμ＝１）
ｆ：周波数（Ｈｚ）
尚、ＳｉＣではμ＝１である。

ここで、上記導電性物質よりなる円板状の誘導発熱体Ｎの渦電流の分布についてシミュレーションを行ったので、図５にその渦電流の分布のグラフを示す。
図５において、横軸には誘導発熱体の断面の中心からの距離（単位はｃｍ）を採っており、縦軸には電流密度比を採っている。そして、誘導発熱体の外周面（左右の縦軸に対応）に誘導加熱用コイル部１０４が巻回されていることになる。ここでは、電流密度比の基準として周縁部（距離”−２０”と”＋２０”）の電流値を基準としている。

グラフ中において、曲線Ｉｘは断面左側の誘導加熱用コイル部１０４によって生ずる電流分布を示し、曲線Ｉｙは断面右側の誘導加熱用コイル部１０４によって生ずる電流分布を示している。そして、曲線Ｉｏは、上記ＩｘとＩｙとを重ね合わせた時の重ね合わせ電流の電流分布を示している。この曲線Ｉｏから判るように、誘導発熱体の周縁部では電流値が大きくて発熱量も多くなるが、中心部に行くに従って電流値、すなわち発熱量も次第に低下して行くのが判る。

次に、誘導発熱体Ｎの材料として２種類の材料、すなわちガラス状炭素と導電性セラミック材の代表例である導電性ＳｉＣとについて電流密度比とその周波数依存性についてシミュレーションによって検討して評価したので、その評価結果について説明する。
図６はガラス状炭素の電流密度比とその周波数依存性を示すグラフであり、図７は導電性ＳｉＣの電流密度比とその周波数依存性を示すグラフである。ここでは、図５で示したような重ね合わせ電流Ｉｏのみを示している。また、図５に示したと同様に各グラフの横軸には誘導発熱体の断面の中心からの距離を採っており、縦軸には電流密度比を採っている。

図６に示すガラス状炭素の特性に関して、直径は６．４ｃｍ、抵抗率は０．００４５Ω・ｃｍであり、高周波電力の周波数は４６０ｋＨｚと５ｋＨｚの２種類について示している。グラフ中、曲線Ｉｏ（４６０ｋ）は４６０ｋＨｚの場合を示し、曲線Ｉｏ（５ｋ）は５ｋＨｚの場合を示している。

このグラフから明らかなように、曲線Ｉｏ（４６０ｋ）に示すように、周波数が４６０ｋＨｚの場合には周波数が高過ぎることから重ね合わせ電流は、誘導発熱体の周縁部から中心に向かうに従って急激に落ち込んで低下し、更に、中心部では”ゼロ”になってしまって好ましくない。これに対して、曲線Ｉｏ（５ｋ）に示すように、周波数が５ｋＨｚの場合には周波数が低くなったので上記重ね合わせ電流の落ち込みは１．３から１．０程度までとなって落ち込みの程度を大幅に改善できることが理解できる。この程度の落ち込みならば、誘導発熱体の熱伝導率を最適化することにより面内温度の均一性を高めることができる。

この場合、高周波電力の最適な周波数は、前述したように、０．５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲内、好ましくは１ｋＨｚ〜５ｋＨｚの範囲内である。この周波数が０．５ｋＨｚよりも小さい場合には、効果的に誘導加熱ができなくなり、また５０ｋＨｚよりも大きい場合には、表皮効果が大きくなり過ぎて誘導発熱体Ｎの周縁部にみが加熱されてウエハＷの面内温度の均一性が大幅に低下してしまう。

また、誘導発熱体Ｎを構成する材料の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劣化し、これによりウエハ自体の面内温度の均一性も不十分になるので好ましくない。尚、図６中の下部には、曲線Ｉｏ（５ｋ）の時の誘導発熱体の断面の温度分布の一例が示されており、周縁部が高くて例えば９４０℃程度であり、中心部は５２０℃程度になっている。

図７に示す導電性ＳｉＣの特性に関して、直径は４０ｃｍ、抵抗率は１Ω・ｃｍと０．１Ω・ｃｍの２種類であり、高周波電力の周波数は５ｋＨｚに設定している。グラフ中、曲線Ｉｏ（０．１Ω）は抵抗率が０．１Ω・ｃｍの場合を示し、曲線Ｉｏ（１Ω）は抵抗率が１Ω・ｃｍの場合を示している。

このグラフから明らかなように、曲線Ｉｏ（０．１Ω）に示すように、抵抗率が０．１Ω・ｃｍの場合には電流密度比は略０．９〜１．１５の範囲で変化している。また、この時の電流浸透深さδは２２．４９５ｃｍである。これに対して、曲線Ｉｏ（１Ω）に示すように、抵抗率が１Ω・ｃｍの場合には電流密度比は略１．５〜１．６の範囲で変化しており、この時の電流浸透深さδは７１．１３５ｃｍである。従って、抵抗率が１Ω・ｃｍの方が、電流密度比が分布が均一であり、誘導加熱が均一に行われることから好ましいことが理解できる。

この場合、抵抗率は０．００１Ω・ｃｍ〜０．５Ω・ｃｍの範囲が好ましく、抵抗率が０．５Ω・ｃｍよりも大きくなると、発熱効率が大幅に低下するので好ましくなく、また０．００１Ω・ｃｍよりも小さくなると電流浸透深さが過度に小さくなるので好ましくない。

尚、上記実施形態では、半導体ウエハＷの上面側のガスの流れを阻害させないために、半導体ウエハＷの下面側に誘導発熱体Ｎを接近させるようにしたが（図３（Ｂ）参照）、これに限定されず、図３（Ａ）に示す状態から第１の保持ボート３４を上方へ移動させることにより、半導体ウエハＷの上面側に誘導発熱体Ｎを接近させるようにしてもよい。更には、第１の保持ボート３４に代えて、第２の保持ボート３６を上下方向へ移動可能となるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、保持手段２４を回転可能としたが、これに限定されず、保持手段２４を固定状態にしてもよい。更には、ここでは第１及び第２のガスノズル９２、９４で処理容器２２内の下部にガスを導入し、天井側から排気するようにしたが、これに限定されず、ガスを処理容器２２内の天井側に導入し、下部より排出するようにしてもよい。また、ガスノズル９２、９４の形状として、これを処理容器２２内の長手方向に沿って設けると共に、これに複数のガス噴出孔を等間隔で設けるようにした、いわゆる分散形ノズルを用いてもよい。

更には、処理容器２２の形態としては、図１に示したような単管構造に限定されず、例えば石英製の内筒と外筒とを同心円状に配置してなる、いわゆる２重管構造の処理容器を用いてもよい。
また上記実施形態では、誘導発熱体Ｎの形状は平板状としたが、これに限定されず、図８に示す誘導発熱体Ｎの断面形状に示すように、ウエハＷの温度分布に応じて誘導発熱体Ｎの中央部を凸状に突出させてウエハＷとの間の距離を周辺部と比較して小さくするようにしてもよく（図８（Ａ）参照）、逆に、中央部を凹状に窪ませてウエハＷとの間の距離を周辺部と比較して大きくするようにしてもよい。

また、本実施形態では、保持手段２４として第１と第２の２つの保持ボート３４、３６により構成するようにしたが、これに限定されず、図９に示すように、この保持手段２４を１つの保持ボート１３０で構成するようにしてもよい。この保持ボート１３０は、例えば特許文献１に示すように構成され、具体的には、石英製の支柱１３２に、内径の小さな石英製の円形リング状のリング部材１３４と内径の大きな石英製の円形リング状のリング部材１３６とを交互に接合させて設け、各リング部材１３４、１３６の内周部にウエハＷの周辺部を支持するつめ部１３４Ａと、これよりも直径の大きな誘導発熱体Ｎの周辺部を支持するつめ部１３６Ａとをそれぞれ設けるようにする。

この場合には、上記ウエハＷと誘導発熱体Ｎとは互いに接近離間させることができないので、予め可能な限り接近させるように上記リング部材１３４、１３６及びつめ部１３４Ａ、１３６Ａを構成する。

ここで上記誘導発熱体Ｎの形態について詳しく説明する。図１０は誘導発熱体の各種の形状を示す平面図である。上記誘導発熱体Ｎの形状として最も簡単な構造は、図１０（Ａ）に示すような円形平板形状であるが、この場合には、前述したように高周波による表皮効果により周辺部（エッジ）がより加熱されて中心部が十分に加熱されず、その結果、ウエハ温度の面内均一性が劣る場合が生ずる。尚、図１０に示す誘導発熱体Ｎの直径は３５０ｍｍである。

そこで、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｆ）に示すように、この誘導発熱体Ｎに生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部１４０を設けるのが好ましい。具体的には、上記溝部１４０は板状（円板状）になされた誘導発熱体Ｎのエッジから中心方向に向けて形成されている。まず、図１０（Ｂ）に示す場合には、溝部１４０は１本であり、この溝部１４０を円板状の誘導発熱体Ｎのエッジから中心方向に向けて形成すると共に、その先端部は円板状の誘導発熱体Ｎの中心を通過して反対側の半径方向の途中まで延びている。

この溝部１４０の長さＬ１は２３３ｍｍ程度である。そして、この溝部１４０の先端には、熱応力による割れを防止するために溝部１４０に連通された小孔１４２が形成されている。尚、この小孔１４２は設けるのが好ましいが、設けなくてもよい。また、この小孔１４２の直径は８〜２０ｍｍ程度の範囲内である。また溝部１４０の幅は２〜８ｍｍ程度の範囲内である。これらの数値は以下同様である。

この図１０（Ｂ）に示す場合には、円板状の誘導発熱体Ｎのエッジに沿って主に流れる渦電流は溝部１４０に沿って中心方向へ向かって流れ、小孔１４２の部分を折り返して溝部１４０の反対側に流れて行く。

このように、渦電流が誘導発熱体Ｎの中心部近傍まで流れることになるので、その分、発熱分布を平面方向へ分散させることができる。従って、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を向上させることができる。また溝部１４０の先端部に小孔１４２を設けているので、熱応力の集中を緩和させることができ、従って、この誘導発熱体Ｎの熱応力にる割れを防止することができる。

図１０（Ｃ）に示す場合には、溝部１４０は複数本、具体的には４本設けられており、各溝部１４０は円板状の誘導発熱体Ｎの周方向に沿って等間隔（９０度間隔）で配置されている。この場合、各溝部１４０の長さは同一であり、且つ円板状の誘導発熱体Ｎの半径よりも短く設定されている。この溝部１４０の長さＬ２は１２０ｍｍ程度である。図示例では溝部１４０の長さは上記半径の２／３程度の長さに設定されている。そして、各溝部１４０の先端に上記小孔１４２が形成されている。この場合にも、図１０（Ｂ）に示す場合と同様な現象が生じ、誘導発熱体Ｎに生じた渦電流は誘導発熱体Ｎのエッジと溝部１４０の両側に沿って流れる。

このように、渦電流が誘導発熱体Ｎの中心部近傍まで流れることになるので、その分、発熱分布を平面方向へ分散させることができる。従って、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を向上させることができる。また溝部１４０の先端部に小孔１４２を設けているので、熱応力の集中を緩和させることができ、従って、この誘導発熱体Ｎの熱応力にる割れを防止することができる。

図１０（Ｄ）に示す場合には、溝部１４０は複数本、具体的には８本設けられており、この８本の溝部１４０は、長さが異なる複数、ここでは２つのグループに分けられ、同一のグループ内では溝部１４０の長さは同一に設定される。すなわち、長さの長い４本の溝部１４０Ａのグループと、長さの短い４本の溝部１４０Ｂのグループとよりなる。そして、各グループの溝部１４０Ａ、１４０Ｂは、円板状の誘導発熱体Ｎの周方向に沿って等間隔で配置されている。

図示例の場合には、長い溝部１４０Ａと短い溝部１４０Ｂとが周方向に沿って交互に等間隔で配置されている。ここで長い溝部１４０Ａの長さＬ３は１２０ｍｍ程度、短い溝部１４０Ｂの長さＬ４は５５ｍｍ程度となる。そして、各溝部１４０Ａ、１４０Ｂの先端にはそれぞれ小孔１４２が形成されている。

この場合にも、図１０（Ｂ）に示す場合と同様な現象が生じ、誘導発熱体Ｎに生じた渦電流は誘導発熱体Ｎのエッジと溝部１４０Ａ、１４０Ｂの両側に沿って流れる。このように、渦電流が誘導発熱体Ｎの中心部近傍及び中周部まで流れることになるので、その分、発熱分布を平面方向へ分散させることができる。従って、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を向上させることができる。また溝部１４０Ａ、１４０Ｂの先端部に小孔１４２を設けているので、熱応力の集中を緩和させることができ、従って、この誘導発熱体Ｎの熱応力による割れを防止することができる。

尚、この場合、上記２種類の長さに限定されず、３種類以上の長さの異なる溝部を形成して、それらを円方向に沿って均等に配列してもよい。例えば、大、中、小の３種類の長さの溝部を形成した場合には、それらを円板状の誘導発熱体Ｎの周方向に沿って大、小、中、小、大、小、中、小、大…のように配列する。

図１０（Ｅ）に示す場合には、２本の溝部１４０を直径方向に設け、その先端を円板状の誘導発熱体Ｎの中心部の近傍まで形成して、その先端に小孔１４２を設けている。この場合、互いの溝部１４０の先端間は僅かな長さだけ残しており、この残された長さは誘導発熱体Ｎが容易には割れない程度の長さに設定しておく。

この場合には、円板状の誘導発熱体Ｎの中心部に流れ込もうとする電流と流れ出ようとする電流とが相殺されることになり、その結果、誘導発熱体Ｎは電気的には溝部１４０を境界として左右の２つのブロックに分離されたような状態となり、左右のブロック内でそれぞれ渦電流が例えば矢印１４４に示すように独立して流れるので、誘導発熱体Ｎのエッジのみならず中心部側にも流れることになる。

このように、渦電流が誘導発熱体Ｎの中心部近傍まで流れることになるので、その分、発熱分布を平面方向へ分散させることができる。従って、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を向上させることができる。また溝部１４０の先端部に小孔１４２を設けているので、熱応力の集中を緩和させることができ、従って、この誘導発熱体Ｎの熱応力による割れを防止することができる。

図１０（Ｆ）に示す場合には、図１０（Ｃ）に示す４本の溝部１４０を更に中心部の近傍まで形成して、その先端に小孔１４２を設けている。この場合、図１０（Ｅ）に示す場合と同様に、互いの溝部１４０の先端間は僅かな長さだけ残しており、この残された長さは誘導発熱体Ｎが容易には割れない程度の長さに設定しておく。

この場合にも、円板状の誘導発熱体Ｎの中心部に流れ込もうとする電流と流れ出ようとする電流とが相殺されることになり、その結果、誘導発熱体Ｎは電気的には溝部１４０を境界として左右の４つのブロックに分離されたような状態となり、４つのブロック内でそれぞれ渦電流が例えば矢印１４６に示すように独立して流れるので、誘導発熱体Ｎのエッジのみならず中心部側にも流れることになる。

このように、渦電流が誘導発熱体Ｎの中心部近傍まで流れることになるので、その分、発熱分布を平面方向へ分散させることができる。従って、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を向上させることができる。また溝部１４０の先端部に小孔１４２を設けているので、熱応力の集中を緩和させることができ、従って、この誘導発熱体Ｎの熱応力にる割れを防止することができる。尚、図１０（Ｅ）及び図１０（Ｆ）において、中心部の近傍まで形成する溝部１４０の数は、上記数値に限定されないのは勿論である。

ここで、図１０（Ａ）に示す誘導発熱体や図１０（Ｂ）〜図１０（Ｆ）に示すように溝部１４０を誘導発熱体に形成しても、面内方向においてある程度の発熱分布の不均一が発生することは避けられない。そこで、図１１に示すように誘導発熱体Ｎに均熱板を接合させるように構成するのが好ましい。図１１は均熱板が接合された誘導発熱体を示す側面図である。

図１１に示すように、ここでは上記誘導発熱体Ｎの上下の両面に薄い均熱板１５０を接合している。この接合は熱融着等を用いることができる。この場合、誘導発熱体Ｎの両面に均熱板１５０を設けなくてもよく、少なくとも誘導発熱体が半導体ウエハＷと接近する側（対向する側）の面に接合する。これにより、誘導発熱体Ｎに発生した熱を上記均熱板１５０へ伝導させると共に、平面方向へ発熱分布を分散させて均熱化した状態で半導体ウエハＷを加熱する。従って、この均熱板１５０を接合させることにより、半導体ウエハＷの温度分布の面内均一性を一層向上させることができる。

この場合、上記均熱板１５０の条件としては、均熱板１５０に渦電流が発生することを防止するために電気伝導率が低く（絶縁性が高く）、具体的には誘導発熱体Ｎよりも電気伝導率が低く、且つ熱伝導率が高い材料、具体的には誘導発熱体Ｎよりも熱伝導率が高い材料を用いる。

このような均熱板１５０の材料としては、Ｓｉ、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ_２ Ｏ_３ （アルミナ）、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）、グラファイト（結晶質）等を用いることができる。この場合、熱伝導率が良好な非導電性セラミック材が好ましい。特に、セラミック材であるＳｉＣは炭素（Ｃ）の含有量を変えることによって導電性を大きくコントロールすることができる。

また、上記図１０（Ｂ）〜図１０（Ｆ）において説明した誘導発熱体Ｎの構造では、１つ或いは複数の溝部１４０を形成した場合について説明したが、これに限定されず、上記誘導発熱体Ｎを複数のピースに分割するようにしてもよい。図１２はこのように複数のピースに分割された誘導発熱体を示す平面図であり、図１２（Ａ）は誘導発熱体Ｎを左右に半円状に２つのピース１５２に分割した場合を示し、両ピース１５２間に分割隙間１５４が形成される。また、図１２（Ｂ）は誘導発熱体Ｎを扇状の４つのピース１５２に分割した場合を示し、各ピース１５２間に十字状の分割隙間１５４が形成される。

この場合には、各ピース１５２がそれぞれ電気的に分離されるので、図１０（Ｅ）及び図１０（Ｆ）に示すような作用効果と同様な作用効果を発揮することができる。尚、上記分割されたピース１５２の数は特に限定されず、また、各ピース１５２の形状も大きさも特に限定されるものではない。そして、このように誘導発熱体Ｎを複数のピース１５２に分割した場合には、これらの各ピース１５２を一体化するために、図１３に示す側面図のように、各ピース１５２のいずれか一方の片面側、或いは両面側に図１１にて説明したものと同じ均熱板１５０を接合する。

＜溝部を有する誘導発熱体の評価＞
ここで図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ）に示す溝部１４０を有する誘導発熱体Ｎに対する誘導加熱を行った時の発熱分布の状態をシミュレーションによって実験したので、その評価結果について説明する。また、ここでは、基準として図１０（Ａ）に示すように溝部を有していない誘導発熱体Ｎに対しても評価を行った。また誘導発熱体Ｎとして図１０にて説明した場合と同様に直径が３５０ｍｍのＳｉＣ製の円板を用いた。このＳｉＣの電気伝導率は１０００（Ｓ／ｍ）に設定し、同一の誘導電流をコイル部に流した。

図１４は誘導発熱体の誘導加熱のシミュレーション結果を示す図である。図１４（Ａ）は図１０（Ａ）に対応して溝部を有していない誘導発熱体を示し、図１４（Ｂ）は図１０（Ｂ）に対応して１本の溝部を有する誘導発熱体を示し、図１４（Ｃ）は図１０（Ｃ）に対応して４本の溝部を有する誘導発熱体を示し、図１４（Ｄ）は図１０（Ｄ）に対応して８本の溝部を有する誘導発熱体を示す。各図において、外周の白い線はコイルを示しており、誘導発熱体中の表示が明るい部分（白い部分）程、温度が高いことを示している。

図１４（Ａ）に示すように、溝部を設けていない場合には、表皮効果により誘導発熱体のエッジ（周辺部）は非常に高温になるが、中心部に行くに従って温度が急激に低下しており、発熱分布の差がかなり大きいことが判る。この時の発熱総量は８８９８０［Ｗ］であった。

これに対して、図１４（Ｂ）に示すように１本の溝部を設けている場合には、エッジ、溝部の両側及び小孔の周辺部に顕著にそれぞれ発熱が生じて高温になっており、図１４（Ａ）の場合と比較して発熱分布がある程度分散して発熱分布が均一化していることが判る。この時の発熱総量は３５９９２［Ｗ］であった。

図１４（Ｃ）に示すように４本の溝部を設けている場合には、図１４（Ｂ）の場合と同様に、エッジ、溝部の両側及び各小孔の周辺部にそれぞれ顕著に発熱が生じて高温になっており、図１４（Ｂ）の場合と比較して発熱分布が更に分散して発熱分布が更に均一化していることが判る。この時の発熱総量は２０８６５［Ｗ］であった。

図１４（Ｄ）に示すように８本の溝部を設けている場合には、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）の場合と同様に、エッジ、溝部の両側及び各小孔の周辺部にそれぞれ顕著に発熱が生じて高温になっており、図１４（Ｃ）の場合と比較して発熱分布が更に分散して発熱分布が更に均一化していることが判る。この時の発熱総量は１３７５４［Ｗ］であった。

このように、溝部を設ける程、発熱分布を平面方向へ分散させて温度分布を均一化させることができることが判る。ただし、この場合、発熱分布を分散化させるに従って、発熱総量が次第に低下しており、発熱の効果と発熱分布の均一化の程度とを考慮して最適化すればよい。

また、上記ＳｉＣ板は電気伝導率は１０００［Ｓ／ｍ］であるが、２００［Ｓ／ｍ］及び２００００［Ｓ／ｍ］のＳｉＣ板についても上述したと同じシミュレーションをそれぞれ行った結果、上述したと同様なシミュレーション結果を得ることができた。従って、少なくとも２００〜２００００［Ｓ／ｍ］の電気伝導率の誘導発熱体を用いることが好ましいことが判る。

＜処理装置の第２の実施形態＞
次に本発明に係る処理装置の第２の実施形態について説明する。図１５は本発明に係る処理装置の第２の実施形態を示す斜視図、図１６は処理装置の第２の実施形態の外観を示す模式図、図１７は処理装置の第２の実施形態を示す拡大構成図、図１８は被処理体の保持手段である載置台を示す平面図である。尚、先に説明した構成と同一部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

図１５乃至図１７に示すように、この処理装置１６０は、搬送アーム機構１６２を有する搬送室１６４にゲートバルブ１６６を介して連結されている。上記搬送室１６４は、減圧雰囲気になされており、この周囲には図示しない他の処理装置が、いわゆるクラスタ状に連結されている。そして、上記搬送アーム機構１６２を旋回及び屈伸させることにより、開状態になされたゲートバルブ１６６を介して上記処理装置１６０との間で半導体ウエハＷの搬出入を行うようになっている。後述するように、ここで複数枚のウエハＷが同時に搬出入される。

図１６及び図１７にも示すように、この処理装置１６０は電磁波を通す石英製の箱状になされた処理容器１６８を有しており、この外側、具体的には天井部の上面側に、誘導加熱用コイル部１０４を有している。ここでは誘導加熱用コイル部１０４を形成する金属製パイプ１０６は、処理容器１６８の天井面に沿って渦巻状に形成されている。そして、この金属製パイプ１０６にマッチング回路１１２及び高周波電源１１０等が接続されている。これにより、処理容器１６８内へ高周波を導入できるようになっている。尚、図示しないが上記金属製パイプ１０６には、冷却器も接続されている。

図１６に示すように、この処理容器１６８の一側壁には、２つのガスノズル９２、９４を有するガス供給手段９０が形成され、所望のガスをそれぞれ流量制御しつつ処理容器１６８内へ供給するようになっている。また、処理容器１６８の反対側の側壁には、排気口１５０が設けられ、ここには、圧力調整弁１０２Ｂ、排気ポンプ１０２Ｃ等を有する排気系１０２が接続されている。

そして、上記処理容器１６８内には、回転軸１７０により回転自在に支持された保持手段２４としての載置台１７２が設けられている。この回転軸１７０は、この基部に設けられる回転駆動手段１７４によって回転される。そして、この載置台１７２の上面側には、円板状の搬送板１７６が載置されており、この搬送板１７６に複数、図示例では８枚のウエハＷ（図１８参照）が周方向に並べて設けられている。尚、このウエハＷの直径は、例えば５０〜５００ｍｍである。

ここで上記回転軸１７０は、２軸構造になっており、真中の中心軸１７０Ａは上下方向へ昇降可能になされ、この中心軸１７０Ａの上端に昇降板１７７が設けられている。従って、この中心軸１７０Ａを昇降させることにより、ウエハＷが載置されている搬送板１７６自体を昇降できるようになっている。そして、この搬送板１７６を搬送することにより、一度に複数枚（８枚）のウエハＷを搬送できることになる。

そして、上記載置台１７２を上下から囲むようにして例えば空隙率の非常に大きなカーボングラファイトよりなる断熱材１７８が設けられており、この断熱材１７８間が処理空間Ｓとなっている。この断熱材１７８の外周全体は例えば石英よりなる断熱材保持構造体１８０により覆われており、この断熱材保持構造体１８０は脚部１８２により処理容器１６８内に支持されている。そして、上記断熱材保持構造体１８０内である処理空間Ｓに一方のガスノズル９２から成膜ガス等の処理ガスを流し、その外側に他方のガスノズル９４から希ガスやＮ_２ ガス等の冷却ガスを流すようになっている。

そして、このような処理容器１６８に対して、先に説明したような誘導発熱体Ｎが設けられる。具体的には、ここでは上記処理空間Ｓを囲む断熱材１７８の天井部の下面に、上記載置台１７２の上面と対向させるようにして、１枚目の誘導発熱体Ｎを設けており、更に、断熱材１７８の底部の上面に、上記載置台１７２の下面と対向させるようにして、２枚目の誘導発熱体Ｎを設けている。尚、この場合１枚目の誘導発熱体Ｎのみを設けるようにしてもよい。この誘導発熱体Ｎとしては、先に図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）を参照して説明したようなものを用いており、この誘導発熱体Ｎは熱接着等により断熱材１７８に接合させている。

この処理装置１６０の場合には、排気系１０２を駆動しつつ処理空間Ｓに所定の処理ガスを流量制御して供給し、処理空間Ｓ内を所定の圧力に維持する。そして、載置台１７２を回転させることにより半導体ウエハＷを回転させて、誘導加熱用コイル部１０４を駆動する。これにより、コイル部１０４を構成する金属製パイプ１０６から高周波を処理容器１６８内へ導入し、前述したと同様な原理で誘導発熱体Ｎを加熱する。これにより、半導体ウエハＷを所定の温度に加熱維持して所定の処理を施すことになる。この場合にも、先に説明したと同様に、ウエハＷに対して面内温度の均一性を向上させた状態でウエハを加熱することができる。

尚、上記各実施形態は、一度に複数枚の半導体ウエハＷに対して処理を行うこができる、いわゆるバッチ式の処理装置を例にとって説明したが、これに限定されない。例えば図１７に係る装置例において、図１９に示すように載置台１７２の寸法を小さくするなどして、この中心部に半導体ウエハＷを１枚だけ載置できるようにすれば、ウエハを１枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の処理装置とすることができる。

また、本実施形態では、熱処理として成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、他の熱処理、例えば酸化処理、拡散処理、改質処理、エッチング処理等を行う場合にも本発明を適用することができる。

また、本実施形態では、誘導発熱体Ｎの材料として、ガラス状炭素や導電性セラミック材（ＳｉＣ）を用いた場合を示したが、これに限定されず、グラファイト等を用いてもよい。尚、導電性セラミック材としては、導電性窒化シリコン等を用いることができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

本発明に係る処理装置の第１の実施形態を示す構成図である。 処理容器を示す断面図である。 被処理体と誘導発熱体を支持する保持手段の動作を示す動作説明図である。 処理容器の下端部の回転機構を示す拡大断面図である。 円板状の誘導発熱体の渦電流の分布についてシミュレーション結果を示すグラフである。 ガラス状炭素の電流密度比と周波数依存性を示すグラフである。 導電性ＳｉＣの電流密度比と周波数依存性を示すグラフである。 誘導発熱体の変形例を示す断面図である。 保持手段の変形例を示す部分構成図である。 誘導発熱体の各種の形状を示す平面図である。 均熱板が接合された誘導発熱体を示す側面図である。 複数のピースに分割された誘導発熱体を示す平面図である。 複数のピースに分割された誘導発熱体に均熱板を接合した状態を示す側面図である。 誘導発熱体の誘導加熱のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る処理装置の第２の実施形態を示す斜視図である。 処理装置の第２の実施形態の外観を示す模式図である。 処理装置の第２の実施形態を示す拡大構成図である。 被処理体の保持手段である載置台を示す平面図である。 本発明が適用された枚葉式の処理装置の載置台を示す拡大図である。 従来の処理装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

２０ 処理装置
２２ 処理容器
２４ 保持手段
３０ 昇降機構
３４ 第１の保持ボート
３６ 第２の保持ボート
４２Ａ〜４２Ｃ 支柱
４４ 溝部
５０Ａ〜５０Ｃ 支柱
５２ 溝部
５４ 回転機構
９０ ガス供給手段
９２ 第１のガスノズル
９４ 第２のガスノズル
１０２ 排気系
１０４ 誘導加熱用コイル部
１０６ 金属製パイプ
１１０ 高周波電源
１１６ 冷却器
１４０ 溝部
１５０ 均熱板
１５２ ピース
Ｎ 誘導発熱体
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (16)

1. 被処理体に対して熱処理を施す処理装置において、
   排気可能になされて複数の前記被処理体を収容することができる処理容器と、
   前記処理容器の外周に巻回された誘導加熱用コイル部と、
   前記誘導加熱用コイル部に高周波電力を印加する高周波電源と、
   前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス供給手段と、
   前記被処理体と前記誘導加熱用コイル部からの高周波により誘導加熱される誘導発熱体とを保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、
   を備え、前記誘導発熱体には、該誘導発熱体に生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されていると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されていることを特徴とする処理装置。
2. 前記被処理体と前記誘導発熱体とは交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
3. 前記誘導加熱用コイル部は、金属製パイプを有しており、前記金属製パイプは、前記金属製パイプ内に冷媒を流すための冷却器に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
4. 被処理体に対して熱処理を施す処理装置において、
   排気可能になされて複数の前記被処理体を収容することができる処理容器と、
   前記処理容器の外側に設けられた誘導加熱用コイル部と、
   前記誘導加熱用コイル部に高周波電力を印加する高周波電源と、
   前記処理容器内へ必要なガスを導入するガス供給手段と、
   前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
   前記処理容器内で前記被処理体に対して接近させて設けられ、前記誘導加熱用コイル部からの高周波により誘導加熱される誘導発熱体と、
   を備え、前記誘導発熱体には、該誘導発熱体に生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されていると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されていることを特徴とする処理装置。
5. 前記誘導発熱体は板状になされており、前記溝部は前記誘導発熱体のエッジから中心方向に向けて形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の処理装置。
6. 前記溝部は複数本形成されると共に、前記誘導発熱体の周方向に沿って等間隔で配置されていることを特徴とする請求項５記載の処理装置。
7. 前記溝部は、その長さが異なる複数のグループに分けられると共に同一グループ内の溝部の長さは同一に設定され、前記各グループの溝部は前記誘導発熱体の周方向に沿って等間隔で配置されていることを特徴とする請求項６記載の処理装置。
8. 前記誘導発熱体の電気伝導率は、２００〜２００００Ｓ／ｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の処理装置。
9. 前記誘導発熱体の少なくとも前記被処理体に対向する面には、均熱板が接合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の処理装置。
10. 前記均熱板は、前記誘導発熱体よりも電気伝導率が低く、且つ熱伝導率が高い材料よりなることを特徴とする請求項９記載の処理装置。
11. 前記均熱板は、シリコン、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）、ＳｉＣよりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする請求項１０記載の処理装置。
12. 前記誘導発熱体は、導電性セラミック材、グラファイト、ガラス状炭素、導電性石英、導電性シリコンよりなる群から選択される１以上の材料よりなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の処理装置。
13. 被処理体に熱処理を施す処理方法において、
    排気が可能になされた処理容器内に、前記被処理体と高周波により誘導加熱され、生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されている誘導発熱体とを保持手段により保持した状態で挿入し、
    前記処理容器内へ必要なガスを導入しつつ前記処理容器の外周に巻回した誘導加熱用コイル部から高周波を加えることにより前記誘導発熱体を誘導加熱し、該加熱された前記誘導発熱体により前記被処理体を加熱して前記熱処理を施すようにしたことを特徴とする処理方法。
14. 前記被処理体と前記誘導発熱体はそれぞれ複数設けられて、互いに交互に配置されていることを特徴とする請求項１３記載の処理方法。
15. 前記被処理体と前記誘導発熱体は、必要に応じて互いに接近又は離間されることを特徴とする請求項１３又は１４記載の処理方法。
16. 被処理体に熱処理を施す処理方法において、
    排気が可能になされた処理容器内に、高周波により誘導加熱され、生ずる渦電流の流れを制御するための切り込み状の溝部が形成されると共に前記溝部の先端には、熱応力による割れを防止するために前記溝部に連通された小孔が形成されている誘導発熱体を設け、
    前記処理容器内に、前記被処理体を保持手段により保持した状態で挿入し、
    前記処理容器内へ必要なガスを導入しつつ前記処理容器の外周に巻回した誘導加熱用コイル部から高周波を加えることにより前記誘導発熱体を誘導加熱し、
    該加熱された前記誘導発熱体により前記被処理体を加熱して前記熱処理を施すようにしたことを特徴とする処理方法。

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