JP5453072B2 - 半導体基板熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板熱処理装置に係り、特に大径のウエハ等の基板を処理する場合に、被加熱物の温度制御を行う際に好適な半導体基板熱処理装置に関する。

誘導加熱を利用して半導体ウエハ等の基板を熱処理する装置としては、特許文献１や特許文献２に開示されているようなものが知られている。特許文献１に開示されている熱処理装置は図１１に示すように、バッチ型の熱処理装置であり、多段積みされたウエハ２を石英のプロセスチューブ３に入れ、このプロセスチューブ３の外周にグラファイト等の導電性部材で形成した加熱塔４を配置し、その外周にソレノイド状の誘導加熱コイル５を配置するというものである。このような構成の熱処理装置１によれば、誘導加熱コイル５によって生じた磁束の影響により加熱塔４が加熱され、加熱塔４からの輻射熱によりプロセスチューブ３内に配置されたウエハ２が加熱される。

また、特許文献２に開示されている熱処理装置は図１２に示すように、枚葉型の熱処理装置であり、同心円状に多分割されたサセプタ７をグラファイト等で形成し、このサセプタ７の上面側にウエハ８を載置、下面側に複数の円環状の誘導加熱コイル９を同心円上に配置しこれら複数の誘導加熱コイル９に対する個別電力制御を可能としたものである。このような構成の熱処理装置６によれば、各誘導加熱コイル９による加熱範囲に位置するサセプタ７と、他のサセプタ７との間の伝熱が抑制されるため、誘導加熱コイル９に対する電力制御によるウエハ８の温度分布制御性が向上する。

また、特許文献２においては、ウエハ８を載置するサセプタ７を分割する事で発熱分布を良好に制御する旨記載されているが、特許文献３には、サセプタの断面形状を工夫することで、発熱分布を改善することが開示されている。特許文献３に開示されている熱処理装置は、円環状に形成される誘導加熱コイルの径が小さい内側において発熱量が小さくなる事に注目し、サセプタにおける内側部分の厚みを厚くすることで、外側部分よりも内側部分の方が誘導加熱コイルからの距離が近くなるようにし、発熱量の増大と熱容量の増大を図ったものである。

特開２００４−７１５９６号公報 特開２００９−８７７０３号公報 特開２００６−１０００６７号公報

しかし、上記のような構成の熱処理装置ではいずれも、グラファイトに対して磁束が垂直に作用することとなる。このため、被加熱物としてのウエハ表面に金属膜等を形成していた場合にはウエハが直接加熱されてしまう場合があり、温度分布制御が乱れることが生じ得る。

これに対し、グラファイト（サセプタ）に対して水平方向の磁束を与えることで加熱を促せば、ウエハの直接加熱を抑制することができるとも考えられるが、この場合には水平面における温度分布を制御することが困難となる。

そこで本発明では、上記問題点を解消し、サセプタに対して水平磁束を与える場合であってもサセプタ水平面の温度分布制御を可能とし、かつバッチ処理による熱処理を可能とする半導体基板熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る半導体基板熱処理装置は、水平配置されたサセプタ上に載置された被加熱物を前記サセプタを誘導加熱することで間接加熱する半導体基板熱処理装置であって、前記サセプタの外周側に配置され、前記サセプタにおける前記被加熱物載置面と平行な方向に交流磁束を形成する複数の誘導加熱コイルから成る誘導加熱コイル群と、前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する電力制御部と、前記サセプタを回転させる回転テーブルと、を有し、前記サセプタは、垂直方向に複数段設けられ、前記誘導加熱コイル群は、前記垂直方向に設けられるサセプタに沿って垂直に複数、隣接配置されると共に、前記誘導加熱コイル群を構成する全ての誘導加熱コイルは、前記サセプタの中心を基点として１８０度未満の範囲内に配置され、前記電力制御部は、隣接して配置される前記誘導加熱コイル群に投入する電力割合を個別に制御するゾーンコントロール手段を有することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置では、前記サセプタの外周側に、前記誘導加熱コイル群による各加熱領域内に設けられた前記サセプタにおける外縁部の温度を検出する外縁温度センサを設け、前記電力制御部には、前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度を受けて、前記誘導加熱コイル群のそれぞれに投入する電力の割合を示す信号を前記ゾーンコントロール手段に伝達する温度制御手段を備えるようにすると良い。
このような構成とすることにより、垂直方向に積層されたサセプタの温度分布制御が可能となる。

また、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置では、最下段に配置された前記サセプタの中心温度を検出する中心温度センサを設け、前記温度制御手段は、前記中心温度センサによって検出された前記サセプタの中心部温度と前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度とを比較して、前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する信号を出力する構成とすることが望ましい。
このような構成とすることにより、垂直方向に加え、水平方向（面内）の温度分布制御を行うことが可能となる。

また、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置において前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルは、巻回されるコイルの内側にコアを有するようにすると良い。
このような構成とすることにより、磁束の拡散を抑制することができ、加熱効率を向上させることができる。

さらに、上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置において前記複数の誘導加熱コイルの内側に配置される前記コアのそれぞれは、単一のコア本体に接続されるようにすると良い。
このような構成とすることにより、誘導加熱コイルを対として組み合わせて稼動させた場合に、１つの電磁石として取り扱うことが可能となる。

上記のような特徴を有する半導体基板熱処理装置によれば、サセプタに対して水平磁束を与える場合であってもサセプタ水平面の温度分布制御を可能とすることができる。また、バッチ処理による熱処理における垂直方向温度分布の制御も可能となる。また、このような構成とすることにより、誘導加熱コイルの配置範囲を狭めることができ、誘導加熱装置の小型化を図ることができる。さらに、誘導加熱コイルの配置形態をサセプタの中心から偏らせた場合であっても、サセプタを均一加熱することが可能となる。

第１の実施形態に係る誘導加熱装置の側面構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る誘導加熱装置の上面構成を示すブロック図である。 実施形態に用いるサセプタの構成を示す図である。 実施形態に係る誘導加熱装置における磁束の通過経路を示す図である。 サセプタ内面を通過する磁束と内面に生ずる渦電流の様子を示す図である。 第２の実施形態に係る誘導加熱装置の側面構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る誘導加熱装置の上面構成を示すブロック図である。 温度制御手段における制御フローを示す図である。 第３の実施形態に係る誘導加熱装置の側面構成を示すブロック図である。 チャンバ内部にベルジャを備える誘導加熱装置の例を示す図である。 従来のバッチ式誘導加熱装置の構成を示す図である。 従来の枚葉式誘導加熱装置の構成を示す図である。

以下、本発明の半導体基板熱処理装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る半導体基板熱処理装置（以下、単に熱処理装置と称す）の概要構成について説明する。なお、図１は熱処理装置の側面構成を示す部分断面ブロック図であり、図２は熱処理装置の上面構成を示す部分断面ブロック図である。

本実施形態に係る熱処理装置１０は、被加熱物としてのウエハ２３と発熱体としてのサセプタ１８を多段に重ねて熱処理を行うバッチ式のものとする。
熱処理装置１０は、ウエハ２３とサセプタ１８を多段に重ねたボート１２と、このボート１２を収容するチャンバ２４、サセプタ１８を加熱する誘導加熱コイル群２７（２７Ａ〜２７Ｃ）、および誘導加熱コイル群２７に電力を供給する電源部４０とを基本として構成される。

サセプタ１８は、導電性部材で構成されれば良く、例えばグラファイト、ＳｉＣ、ＳｉＣコートグラファイト、および耐熱金属等により構成すれば良い。本実施形態におけるサセプタ１８は、図３に示すように、平面形状を円形とし（図３（Ｂ）参照）、断面形状は下に凸な山形としている（図３（Ａ）参照）。具体的には、サセプタの中央部分と外縁部分とにおいてその厚さを異ならせ、中央部分よりも外縁部分の方が板厚が薄くなるように、ウエハ載置面と反対側の主面に傾斜面を形成している。本実施形態では、反対側主面に設けた傾斜面に段階的な傾斜角度を持たせるようにしている。これにより、詳細を後述する加熱効率と厚みの関係を微調整することが可能となるからである。

外縁側に設けられた穴２０と、反対側主面の中央部に設けられた穴２０ａは、ボート１２を構成する支持部材１４を嵌め込むためのものである。なお、支持部材１４は電磁誘導による加熱の影響を受けない石英などで構成すると良い。

また、本実施形態におけるボート１２は、図示しないモータを備えた回転テーブル１６に載置されており、熱処理工程中のサセプタ１８及びウエハ２３を回転させることができる。このような構成とすることにより、サセプタ１８を加熱する際の発熱分布の偏りを抑制することができる。また、詳細を後述するように、加熱源である誘導加熱コイル２６（２６ａＡ〜２６ｃＣ）の配置形態をサセプタ１８の中心から偏らせた場合であっても、サセプタ１８を均一加熱することが可能となる。

チャンバ２４は、例えばアルミニウム板により構成し、円形や多角形（本実施形態では六角形）の側壁を構成することで、ボート１２を内部に収容する。このような構成とすることにより、熱の拡散を防止すると共に詳細を後述するコア２８が加熱されることを防止することができるようになる。

実施形態に係る誘導加熱コイル群２７はそれぞれ、サセプタ１８の外周側における円周上に配置された３つの誘導加熱コイル２６（２６ａＡ〜２６ｃＡ、または２６ａＢ〜２６ｃＢ、または２６ａＣ〜２６ｃＣ）によって構成される。

各誘導加熱コイル２６は、ボート１２の外周側に配置されたコア２８に銅線を巻回されて構成される。実施形態に係る熱処理装置１０では、１つのコア２８に対して３つの磁極面３４（３４ａ〜３４ｃ）を形成するように、弓状に形成したコア本体３０から、ボート１２側に向けて突設された３つの凸部３２（３２ａ〜３２ｃ）のそれぞれに、誘導加熱コイル２６が巻回されている。コア２８は、フェライト系セラミックなどにより構成すると良く、粘土状の原料を形状形成した上で焼成して成るようにすれば良い。このような部材により構成すれば、形状形成を自由に行うことが可能となるからである。また、コア２８を用いることにより、誘導加熱コイル２６単体の場合に比べて磁束の拡散を防止することができ、磁束を集中させた高効率な誘導加熱を実現することができる。

誘導加熱コイル２６は、コア２８に形成された凸部３２の外周に巻回される。このため、誘導加熱コイル２６の巻回方向の中心軸とウエハ２３又はサセプタ１８の載置状態における中心軸とは直行する方向を向くこととなり、サセプタ１８に対向する凸部３２の先端面が磁極面３４となる。このような構成から、誘導加熱コイル２６が巻回された磁極面３４からは、サセプタ１８のウエハ載置面に平行な方向に交流磁束が生ずることとなる。各磁極面３４はサセプタ１８の中心を向くように形成され、当該サセプタ１８の中心を基点として１８０度未満の角度内に配置されるようにすると良く、本実施形態ではそれぞれ６０度の間隔をあけて、３つの誘導加熱コイル２６ａＡ〜２６ｃＡ（２６ｂＡ〜２６ｂＣ，２６ｃＡ〜２６ｃＣ）が１２０度の範囲に配置されるように構成されている。このような角度関係とすることにより、サセプタ１８の中心を通る磁束を発生させつつ、コア２８の配置形態の小型化を図ることが可能となる。

また、各誘導加熱コイル２６は、内部を中空とした管状部材（例えば銅管）とすることが望ましい。熱処理中に銅管内部に冷却部材（例えば冷却水）を挿通させることにより、誘導加熱コイル２６自体の加熱を抑制することが可能となるからである。

上記のような複数（本実施形態においては３つ）の誘導加熱コイル２６によって構成される誘導加熱コイル群２７は、垂直方向にサセプタ１８とウエハ２３を積層させるボート１２に沿って垂直方向に複数（本実施形態では３つ）、隣接させて積層配置されている。このような構成とすることにより、１つのチャンバ２４内に、より多くのサセプタ１８、およびウエハ２３を配置することが可能となり、ウエハ２３の熱処理を効率的に行うことが可能となるからである。また、積層配置した誘導加熱コイル群２７に対する電力制御をそれぞれ個別に行うようにすれば、ボート１２内に積層配置された複数のサセプタ１８における垂直方向の温度分布を制御することができ、サセプタ１８間の温度ばらつきを抑制することも可能となる。

上記のように構成される３つの誘導加熱コイル群２７は、単一の電源部４０に接続される。電源部４０には図示しないインバータと図示しない交流電源が設けられ、電源部４０には電力制御部４２が接続されており、誘導加熱コイル群２７に供給する電流や電圧、および周波数等を調整することができるように構成されている。ここでインバータとして共振型のものを採用する場合には、周波数の切り替えを簡易に行うことができるように、各制御周波数に合わせた共振回路を並列接続し、これを電力制御部４２からの信号に応じて切り替えることができるように構成することが望ましい。また、インバータとして非共振型のものを採用する場合には、例えばＰＷＭ型のインバータを採用することで、電力制御部４２からの信号に応じた周波数での運転ができるようになる。このような構成とすることにより、運転中の周波数切り替えを実現することができる。

実施形態に係る電力制御部４２は、ゾーンコントロール手段４４を有する。ゾーンコントロール手段４４は、隣接配置された誘導加熱コイル群２７間に生ずる相互誘導の影響を回避しつつ、各誘導加熱コイル群２７に対する電力制御を行う役割を担う。

各誘導加熱コイル群２７を構成する複数の誘導加熱コイル２６は、その稼動時には１つまたは組み合わせによる２つの誘導加熱コイル２６に対して同一周波数、同一電流、同一電圧の電力が投入されるため、その扱いは単一の誘導加熱コイルとみなすことができる。このため、複数の誘導加熱コイル２６が隣接配置されていたとしても、稼動時において隣り合う誘導加熱コイル２６間においては相互誘導が生ずる事は無く、その影響を考慮する必要は無い。

しかし、積層配置される誘導加熱コイル群２７は、各々が個別の誘導加熱コイルとして稼動されるため、上下に隣接する誘導加熱コイル２６間（例えば誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ａＢ、誘導加熱コイル２６ａＢと誘導加熱コイル２６ａＣ等）において相互誘導が生じ、個別の電力制御に悪影響を与える事がある。このためゾーンコントロール手段４４は、検出された電流の周波数や波形（電流波形）に基づいて、隣接配置された誘導加熱コイル群２７に投入する電流の周波数を一致させ、かつ電流波形の位相を同期（位相差を０または位相差を０に近似させる事）、あるいは所定の位相差を保つように制御することで、隣接配置した誘導加熱コイル群２７間における相互誘導の影響を回避した電力制御（ゾーンコントロール制御）を可能としている。

このような制御は、各誘導加熱コイル群２７を構成する誘導加熱コイル（例えば誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ａＢ、および誘導加熱コイル２６ａＣ）に投入されている電流値や電流の周波数、および電圧値等を検出し、これをゾーンコントロール手段４４に入力する。ゾーンコントロール手段４４では、各誘導加熱コイル群２７間の電流波形の位相を検出し、これを同期、あるいは所定の位相差を保つように制御するため、電源部４０に対して誘導加熱コイル群２７に投入する電流の周波数を瞬時的に変化させる信号を出力することで成される。

また、電力制御に関しては、電力制御部４２に設けられた図示しない記憶手段（メモリ）に記憶された制御マップ（垂直温度分布制御マップ）に基づいて、熱処理開始からの経過時間単位に変化させる信号を電源部４０に出力すれば良い。なお、制御マップは、熱処理開始から熱処理終了に至るまでの積層配置されたサセプタ１８間の温度変化を補正し、任意の温度分布（例えば均一な温度分布）を得るために各誘導加熱コイル群２７に与える電力値を、熱処理開始からの経過時間と共に記録したものであれば良い。

電源部４０では、電力制御部４２（ゾーンコントロール手段４４を含む）からの信号に基づいて誘導加熱コイル群２７に投入する電流の周波数を瞬時的に調整し、電流波形の位相制御を実施すると共に、各誘導加熱コイル群２７間における電力制御を実施することで、ボート１２内における垂直方向の温度分布を制御することができる。

また、本実施形態に係る電力制御部４２では記憶手段に、サセプタ１８の面内温度分布の変化に伴う誘導加熱コイル２６の選択と周波数制御を記録した制御マップ（水平温度分布制御マップ）も記憶している。このため電力制御部４２は熱処理時間と共に電源部４０に対して出力する信号により、誘導加熱コイル２６を介して発生する水平磁束の範囲、や投入電流の周波数、すなわちサセプタ１８の加熱領域の制御を行うことが可能となる。なお電力制御部４２に記憶された水平温度分布制御マップには、加熱領域が同心円上で分割されており、外周の加熱領域を加熱する場合ほど高い周波数の電流を誘導加熱コイル２６に供給するよう制御信号を出力し、内側の加熱領域を加熱する場合ほど低い周波数の電流を誘導加熱コイル２６に供給するよう制御信号を出力する構成としている。

実施形態に係る熱処理装置１０では、誘導加熱コイル２６ａＡ（２６ａＢ、２６ａＣ）と誘導加熱コイル２６ｂＡ，２６ｃＡ（２６ｂＢ，２６ｃＢ、２６ｂＣ，２６ｃＣ）はそれぞれ、インバータ（電源部４０）に対して電気的に離接可能に接続されている。また、誘導加熱コイル２６ａＡ（２６ａＢ、２６ａＣ）と誘導加熱コイル２６ｂＡ（２６ｂＢ，２６ｂＣ）、および誘導加熱コイル２６ｃＡ（２６ｃＢ，２６ｃＣ）の巻回方向を同一とした場合には、誘導加熱コイル２６ａＡ（２６ａＢ、２６ａＣ）と誘導加熱コイル２６ｂＡ，２６ｃＡ（２６ｂＢ，２６ｃＢ、２６ｂＣ，２６ｃＣ）は、インバータ（電源部４０）に対して逆位相の電流が流れるように接続される。このような構成とすることにより、誘導加熱コイル２６ａＡ（２６ａＢ、２６ａＣ）に電流を流すことにより生ずる磁束と誘導加熱コイル２６ｂＡ，２６ｃＡ（２６ｂＢ，２６ｃＢ、２６ｂＣ，２６ｃＣ）に電流を流すことにより生ずる磁束との向きが逆となり、凸部３２の先端である磁極面３４ａと、磁極面３４ｂ，３４ｃの極性が逆向きとなる。このため、誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｂＡの組み合わせ、誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｃＡの組み合わせといった具合で磁束を生じさせた場合に、組み合わせとなる磁極面３４間を通る磁束を生じさせることが可能となる。なお、接続形態を同一として誘導加熱コイル２６の巻回方向を逆にすることにより、磁極面３４の極性を逆転させ、発生する磁束の向きを定めるようにしても良い。

また、磁極面３４を構成する凸部３２の先端側には、断熱材３６を配置し、コア２８や誘導加熱コイル２６の加熱を抑制するようにすることが望ましい。なお、断熱材３６としては、セラミック板などであれば良く、例えば多孔質アルミナにより構成された板部材などが好ましい。

ここで、誘導加熱コイル群２７とチャンバ２４との関係においては、次のようにすると良い。すなわち、誘導加熱コイル群２７を構成するコア本体３０は、チャンバ２４の外側に配置し、誘導加熱コイル２６を巻回させ、磁極面３４を構成する凸部３２はそれぞれ、チャンバ２４を構成する側壁に設けられた孔２４ａからチャンバ２４の内部に突出させるようにするのである。このため、上記断熱材３６は、図１や図２に示すように、凸部３２の先端（磁極面３４）に直接固定しても良いが、チャンバ２４を構成する側壁を利用して固定しても良い。また、チャンバ２４を構成する側壁の加熱を抑制するために、チャンバ２４の外部には冷却機構を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、コア本体３０はチャンバ２４を構成する側壁の外側に配置し、磁極面３４はサセプタ１８の近傍に配置することが可能となり、加熱効率の向上とコア２８の加熱抑制といった２つの効果を奏することができる。

このような構成の熱処理装置１０によれば、電流を供給する誘導加熱コイル２６の切り換え制御を可能とすることより、誘導加熱コイル２６ａＡ単体での稼動、誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｂＡとの組み合わせによる稼動、及び誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｃＡとの組み合わせによる稼動をそれぞれ実施することができる。各稼動形態において生ずる磁束の通過経路（磁束の発生範囲）は、大まかに示すと図４に示すようなものとなる。

すなわち、誘導加熱コイル２６ａＡ単体での稼動の場合には、凸部３２ａを中心とした磁束（矢印Ａ）が発生し、磁束の通過経路は磁極面３４ａの近傍となり、磁束の発生範囲はサセプタ１８の外縁部のみとなる。次に、誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｂＡとの組み合わせでの稼動の場合には、磁極面３４ａと磁極面３４ｂとを行き来する矢印Ｂに示すような磁束が生ずることとなる。このため、磁束の通過経路は誘導加熱コイル２６ａＡ単体での稼動の場合よりもサセプタ１８の内周側を通るものとなり、磁束の発生範囲も誘導加熱コイル２６ａＡ単体での稼動の場合よりも内周側に広がることとなる。さらに、誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｃＡとの組み合わせでの稼動の場合には、磁極面３４ａと磁極面３４ｃとを行き来する矢印Ｃに示すような磁束が生ずることとなる。このため、磁束の通過経路はサセプタ１８の略中心を通るものとなり、磁束の発生範囲もサセプタ１８の中心付近となる。

図５は、サセプタ１８のある断面において、誘導加熱コイル２６に電流を投入した際（稼動させた際）にサセプタ１８を通る磁束の様子を示す図である。また、図５（Ａ）は誘導加熱コイル２６に高周波帯域（本実施形態では６０ｋＨｚ）の電流を投入した際の磁束の様子を示し、図５（Ｂ）は誘導加熱コイル２６に低周波帯域（本実施形態では２０ｋＨｚ）の電流を投入した際の磁束の様子を示す。また、図５において実線で示す範囲は誘導加熱コイル２６ａＡを単体で稼動させた場合の範囲を示し、破線で示す範囲は誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｂＡの組み合わせで稼動させた場合の範囲を示し、一点鎖線で示す範囲は誘導加熱コイル２６ａＡと誘導加熱コイル２６ｃＡの組み合わせで稼動させた場合の範囲を示す。実施形態に係る熱処理装置１０では、サセプタ１８に対して水平方向から磁束が与えられるため、サセプタ１８の断面形状をテーパ型とすることにより、平板型のサセプタよりもサセプタ１８の中心付近にまで磁束が届きやすくなるのである。

このように本実施形態に係る熱処理装置１０では、誘導加熱コイル２６に対する投入電流の周波数の高低、電流を投入する誘導加熱コイルの組み合わせを時分割に制御することにより、水平磁束によりサセプタ１８を加熱する場合であっても、サセプタ１８の加熱範囲を調整し、サセプタ１８（ウエハ２３）面内の温度分布を任意に制御することが可能となる。

また、本実施形態に係る熱処理装置１０は、誘導加熱コイル２６を任意に組み合わせて電流を投入することで、サセプタ１８における加熱範囲を制御可能としたことにより、誘導加熱コイル２６の配置範囲角度を小さくすることが可能となった。このため、熱処理装置としての小型化を図ることもできた。

また、本実施形態に係る熱処理装置１０は、積層配置した誘導加熱コイル群２７に生ずる相互誘導の影響を回避し、誘導加熱コイル群２７に対して供給する電力を個別に制御することを可能としたことにより、積層配置された複数のサセプタ１８間に生ずる温度分布を任意に制御することが可能となる。

また、上記のような構成の熱処理装置１０によれば、ウエハ２３の表面に金属膜等の導電性部材が形成されていた場合であっても、金属膜内では電流の打ち消しが生ずるため、発熱はサセプタ１８のみに生じ、ウエハ２３の温度分布が乱れる虞が無い。

なお、本実施形態では、サセプタ１８の断面形状を下に凸な山型とする旨記載した。しかしながら、本実施形態に係る熱処理装置１０には、断面形状の厚みを一定としたサセプタを採用することもできる。

次に、本発明の熱処理装置に係る第２の実施形態について、図６、図７を参照して説明する。なお、図６は熱処理装置の側面構成を示す部分断面ブロック図であり、図２は熱処理装置の上面構成を示す部分断面ブロック図である。また、本実施形態に係る熱処理装置１０Ａの殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る熱処理装置１０と同じである。よって、その構成を同一とする箇所には同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態に係る熱処理装置１０Ａと、第１の実施形態に係る熱処理装置１０との相違点は、電力制御部４２に温度制御手段４６を備えた点、およびサセプタ１８の外縁部の温度を検出する外縁温度センサ４８（４８Ａ〜４８Ｃ）を備えた点である。

温度制御手段４６は、詳細を後述する外縁温度センサ４８によって検出された温度に基づき、ゾーンコントロール手段４４に対して、各誘導加熱コイル群２７に投入する電力の割合を定める信号を出力する。

温度制御手段４６による制御信号の出力は、図８に示すような制御フローに基づいて成される。まず、外縁温度センサ４８による温度の検出を行う（ステップ１０）。次に、検出された温度について、予め与えられた目標温度との対比を行い、その偏差を求める（ステップ２０）。求められた偏差に基づき、電力の出力割合を定める（ステップ３０）。定めた出力割合を示す信号をゾーンコントロール手段４４に出力する（ステップ４０）。なお信号出力後は、再びステップ１０に戻り、ＰＩＤ制御を行うようにすれば良い。

外縁温度センサ４８は、誘導加熱コイル群２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃのそれぞれの加熱ゾーン毎に、少なくとも１つ備えられる。このような配置形態を採ることにより、誘導加熱コイル群２７による積層方向の加熱バランスを検出することができるからである。なお、各外縁温度センサ４８によって検出された温度はそれぞれ、上述した温度制御手段４６に伝達される。

このような構成を有する熱処理装置１０Ａによれば、垂直方向の温度分布を検出しながらその温度バランスを制御することが可能となる。このため、電力制御部４２に垂直温度分布制御マップを記憶させる必要が無くなる。なお、その他の構成、作用、効果については上述した第１の実施形態に係る熱処理装置１０と同様である。

次に、本発明の熱処理装置に係る第３の実施形態について、図９を参照して説明する。なお、図９は熱処理装置の側面構成を示す部分断面ブロック図である。また、本実施形態に係る熱処理装置１０Ｂの殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る熱処理装置１０、および第２の実施形態に係る熱処理装置１０Ａと同じである。よって、その構成を同一とする箇所には同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態に係る熱処理装置１０Ｂにおける特徴的な構成は、中心温度センサ５０を備えた点である。中心温度センサ５０は、例えば、回転テーブル１６に備えられ、ボート１２の最下段に位置するサセプタ１８における中心付近の温度を検出する役割を担う。なお、検出された温度は、温度制御手段４６に伝達される。

このような構成の熱処理装置１０Ｂでは、中心温度センサ５０によって検出されるサセプタ１８の中心付近の温度と、外縁温度センサ４８によって検出されるサセプタ１８の外縁部の温度に基づいてサセプタ１８の面内温度分布を把握する。温度制御手段４６では、把握したサセプタ１８の面内温度分布に基づいて、任意の温度分布（例えば均一温度分布）を得るための誘導加熱コイル２６への電力出力割合の決定、稼動させる誘導加熱コイル２６の選択、および電流周波数の割合の決定を行い、制御信号として電源部４０へと出力する。

このような構成を有する熱処理装置１０Ｂによれば、垂直方向の温度分布に加え水平方向（面内）の温度分布を検出しながらその温度バランスを制御することが可能となる。このため、電力制御部４２に垂直温度分布制御マップや水平温度分布制御マップを記憶させる必要が無くなる。なお、その他の構成、作用、効果については上述した第１の実施形態に係る熱処理装置１０と同様である。

上記実施形態ではいずれも、チャンバ２４はアルミニウム板等で構成し、誘導加熱コイル２６における磁極面３４を内部に突出させ、内部領域に回転テーブル１６やサセプタ１８、およびウエハ２３をそのまま配置する構成とするように示した。しかしながら、被処理部材であるウエハ２３に対するコンタミネーションを抑制する観点からは、図１０に示すように、チャンバ２４の内部にベルジャ３９を備えるようにしても良い。ベルジャ３９により回転テーブル１６を含むボート１２を覆うことにより、ウエハ２３に対するコンタミネーションを抑制することができるからである。ベルジャの構成部材としては、石英等の透磁性のある耐熱部材であれば良い。

１０………半導体基板熱処理装置（熱処理装置）、１２………ボート、１４………支持部材、１６………回転テーブル、１８………サセプタ、２０，２０ａ………穴、２２………傾斜面、２３………ウエハ、２４………チャンバ、２４ａ………孔、２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）………誘導加熱コイル、２８………コア、３０………コア本体、３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）………凸部、３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ）………磁極面、３６………断熱材、３９………ベルジャ、４０………電源部、４２………電力制御部、４４………ゾーンコントロール手段。

Claims (5)

1. 水平配置されたサセプタ上に載置された被加熱物を前記サセプタを誘導加熱することで間接加熱する半導体基板熱処理装置であって、
   前記サセプタの外周側に配置され、前記サセプタにおける前記被加熱物載置面と平行な方向に交流磁束を形成する複数の誘導加熱コイルから成る誘導加熱コイル群と、
   前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する電力制御部と、
   前記サセプタを回転させる回転テーブルと、を有し、
   前記サセプタは、垂直方向に複数段設けられ、
   前記誘導加熱コイル群は、前記垂直方向に設けられるサセプタに沿って垂直に複数、隣接配置されると共に、前記誘導加熱コイル群を構成する全ての誘導加熱コイルは、前記サセプタの中心を基点として１８０度未満の範囲内に配置され、
   前記電力制御部は、隣接して配置される前記誘導加熱コイル群に投入する電力割合を個別に制御するゾーンコントロール手段を有することを特徴とする半導体基板熱処理装置。
2. 前記サセプタの外周側に、前記誘導加熱コイル群による各加熱領域内に設けられた前記サセプタにおける外縁部の温度を検出する外縁温度センサを設け、
   前記電力制御部には、前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度を受けて、前記誘導加熱コイル群のそれぞれに投入する電力の割合を示す信号を前記ゾーンコントロール手段に伝達する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板熱処理装置。
3. 最下段に配置された前記サセプタの中心温度を検出する中心温度センサを設け、
   前記温度制御手段は、前記中心温度センサによって検出された前記サセプタの中心部温度と前記外縁温度センサによって検出された前記サセプタの外縁部温度とを比較して、前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルの中から電流を投入する誘導加熱コイルを選択する信号を出力する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の半導体基板熱処理装置。
4. 前記誘導加熱コイル群を構成する前記複数の誘導加熱コイルは、巻回されるコイルの内側にコアを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体基板熱処理装置。
5. 前記複数の誘導加熱コイルの内側に配置される前記コアのそれぞれは、単一のコア本体に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。

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