特開 2017-41465 誘導加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-41465(P2017-41465A)

(43)【公開日】2017年2月23日

(54)【発明の名称】誘導加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20170203BHJP

   H05B 6/10 20060101ALI20170203BHJP

   H05B 6/36 20060101ALI20170203BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20170203BHJP

   C23C 16/507 20060101ALI20170203BHJP

   C30B 25/10 20060101ALI20170203BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20170203BHJP

   H01L 21/22 20060101ALI20170203BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20170203BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   H05B6/10 331

   H05B6/36 Z

   C23C16/46

   C23C16/507

   C30B25/10

   H01L21/324 Q

   H01L21/22 511G

   H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-160337(P2015-160337)

(22)【出願日】2015年8月17日

(71)【出願人】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130498

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 禎哉

(72)【発明者】

【氏名】中井 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】津田 正徳

(72)【発明者】

【氏名】米虫 悠

【テーマコード（参考）】

3K059

4G077

4K030

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

3K059AA08

3K059AB15

3K059AD05

3K059CD72

4G077AA03

4G077BE08

4G077DB01

4G077EA05

4G077EG03

4G077EG04

4G077EG13

4G077EG16

4G077EG25

4G077HA06

4G077HA12

4G077TA04

4G077TA06

4G077TA11

4G077TA12

4G077TD02

4G077TE02

4G077TE05

4G077TF01

4G077TF04

4G077TF05

4K030BA37

4K030CA12

4K030FA04

4K030GA02

4K030KA23

4K030KA46

5F045AB06

5F045AC01

5F045AC07

5F045AF02

5F045DP19

5F045EK03

5F045EM09

5F131AA02

5F131BA02

5F131BA04

5F131BA22

5F131BA24

5F131CA03

5F131CA06

5F131CA22

5F131CA32

5F131CA37

5F131DA43

5F131EA04

5F131EA17

5F131EB81

5F131EC02

5F131EC05

5F131EC08

5F131EC12

5F131EC15

5F131EC17

5F131EC18

(57)【要約】      （修正有）

【課題】構造の複雑化を招来することなく、サセプタに載置しているウェハを均一に加熱することが可能な誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】ウェハＷを載置可能なサセプタ２と、サセプタ２及びウェハＷを収容可能な内部空間４Ｓを気密に保持する真空容器４と、真空容器４の外側に巻回されるコイル５とを備え、コイル５に高周波電流を印加することでサセプタ２を誘導加熱により加熱し、真空容器内４ＳにガスＧを流すように構成した誘導加熱装置１において、面方向に異方性を有する黒鉛製のサセプタ２を適用し、サセプタ２の径をウェハＷの径よりも所定寸法大きく設定した。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上向き面にウェハを載置可能な円盤状のサセプタと、
前記サセプタ及び前記ウェハを収容する内部空間を気密状態に保持可能な真空容器と、
前記真空容器の外側に巻回されるコイルとを備え、
前記コイルに高周波電流を印加することで前記サセプタを誘導加熱により加熱可能な誘導加熱装置であり、
面方向に異方性を有する黒鉛製の前記サセプタの直径を前記ウェハの直径よりも所定寸法大きく設定し、前記サセプタの中心位置に前記ウェハの中心位置を合わせた状態で前記ウェハを前記サセプタに載置することを特徴とする誘導加熱装置。

【請求項2】

前記サセプタに前記ウェハの中心位置を合わせて載置した状態において、当該ウェハのエッジから当該サセプタのエッジまでの距離を、前記コイルにより前記サセプタに発生する磁束の浸透深さの１．５倍乃至２．０倍に設定している請求項１記載の誘導加熱装置。

【請求項3】

複数の前記サセプタを多段状に支持可能なボートを前記真空容器内に配置している請求項１又は２に記載の誘導加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハを真空容器内のサセプタに載置した状態で加熱する誘導加熱装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体の単結晶を材料ウェハの上に形成する半導体製造装置として、近時では、気密状態に密閉可能な真空容器内にサセプタを配置し、コイルに高周波電流を印加することによってサセプタを加熱するように構成された誘導加熱装置が実用化されている。このような誘導加熱装置によれば、サセプタに載置されているウェハも加熱され、当該ウェハの表面上に厚み及び不純物濃度を精密に制御した薄膜を形成することが可能である。

【0003】

なお、前述の誘導加熱コイルに替えてヒータを加熱源とし、ヒータからの輻射熱を利用してサセプタを加熱する装置も知られている。しかしながら、このようなヒータを加熱源とする装置は、真空容器内全体を必要な処理温度にまで上げる昇温処理自体に時間が掛かり、工程短縮化を図ることが困難であった。さらにまた、ヒータを加熱源とする装置は、処理温度が最高で１２００℃程度までに制限されるため、１８００℃程度までの処理温度が必要な場合、例えば、優れた物理的・化学的性質を有することからシリコン（Ｓｉ）半導体を凌駕する小型・低損失の半導体デバイスの実現が可能とされるデバイスとして注目されている炭化ケイ素(ＳｉＣ)半導体を製造する場合には適用することができない。

【0004】

このような技術背景もあり、１８００℃程度までの処理温度にも対応可能な上述の誘導加熱装置が実用化されている。

【0005】

ところで、誘導加熱装置による加熱処理中にウェーハの温度分布にずれが生じると、要求されている高度な加工処理（薄膜形成処理）を実施することができず、十分な品質を確保できないことになる。したがって、誘導加熱装置には、ウェーハの温度分布を均一にする加熱処理が必要とされている。

【0006】

そこで、例えば、下記特許文献１には、半導体の加熱を行う半導体製造装置として、リング状をなし、それぞれ直径の異なる複数のサセプタを同芯円上に分割配置し、サセプタの上部または下部に、各サセプタを誘導加熱する高周波加熱源としての誘導加熱コイルを分割配置した構成が開示されています。このような構成であれば、サセプタを複数に分割配置したことより、ウェハ加熱時の全体の温度制御は、サセプタの分割数に応じて精密に行うことが可能となり、ウェハの温度分布を均一にすることが可能であると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−０１１８６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述の特許文献１記載の誘導加熱装置は、１枚のウェハに対して複数のサセプタ及び複数の誘導加熱コイルをそれぞれ同心円状に配置することが必須であり、所定の同心円状に配置できなければ、所望の高精度な加熱処理を実施できなかったり、加熱処理の精度が低下するおそれがある。

【0009】

また、特許文献１では言及されていないものの、複数のサセプタ及び複数の誘導加熱コイルを同心円状に配置しなければならない構成を採用して、１つの真空容器内（引用文献１における反応室２０内）に複数枚のウェハを多段状に配置し、各ウェハに対する加熱処理を実施可能な誘導加熱装置を想定した場合、ウェハの段数に応じて、それぞれ同心状に配置される複数のサセプタ及び複数の誘導加熱コイルの組み合わせ（セット）も複数必要になる。そして、処理可能なウェハの枚数を多く設定するほど、サセプタ及び誘導加熱コイルのセット数も増大し、構造の複雑化を招来するとともに、各セットを構成する誘導加熱コイル単位の加熱制御が煩雑になるおそれがあり、各ウェハの温度分布を均一にすることができない事態も考えられる。特に、ある高さ位置のウェハの温度分布を均一にすべく、当該ウェハが載置されているサセプタに対して、当該サセプタと同じセットを構成する誘導加熱コイルで誘導加熱した場合に、サセプタ及び当該サセプタに載置しているウェハが、他のセットを構成する誘導加熱コイルによっても誘導加熱される事態も考慮する必要があり、各セット単位で煩雑な制御が要求されることが予想される。

【0010】

一方、サセプタ毎に個別の誘導加熱コイルを配置する構成に替えて、真空容器の外側に誘導加熱コイルを周回させて配置した構成を採用した場合、サセプタ毎に個別の誘導加熱コイルで加熱する煩雑な制御は回避できる。しかしながら、このような構成であれば、同心円状に配置された複数のサセプタのうち、誘導加熱コイルに相対的に近い位置に配置されているサセプタ（外側のサセプタ、直径の大きいサセプタ）が優先的に加熱されることになり、載置しているウェハを均一に加熱することができず、ウェハに対する高精度の加熱処理を行うことが困難である。このような不具合は、加熱室内において加熱処理可能なウェハの枚数を１枚に設定した誘導加熱装置であっても同様に生じる。

【0011】

そもそも、複数のサセプタを同心円状に配置するという技術は、加熱室内に配置された円盤状のサセプタを、加熱室の外側に配置された誘導加熱コイルによって加熱する周知の構成であれば、誘導加熱の原理に基づき、円盤状をなすサセプタのうち誘導加熱コイルに近いエッジ部分のみが部分的に加熱されることにより、載置しているウェハを均一に加熱することができないという不具合に着目してなされたものであると推察できる。特に、近年のウェハの大型化に伴い、周知の円盤状のサセプタも単純に大型化した構成を採用すれば、上記不具合は顕著になる。しかしながら、複数のサセプタを同心円状に配置する構成であれば、上述の通り、部品点数の増加及び構造の複雑化を招来する点で不利である。

【0012】

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、主たる目的は、構造の複雑化を招来することなく、サセプタに載置しているウェハを均一に加熱することが可能な誘導加熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

すなわち本発明の誘導加熱装置は、上向き面にウェハを載置可能な円盤状のサセプタと、サセプタ及びウェハを収容する内部空間を気密状態に保持可能な真空容器と、真空容器の外側に巻回されるコイルとを備え、コイルに高周波電流を印加することでサセプタを誘導加熱により加熱可能な誘導加熱装置に関するものである。そして、本発明に係る誘導加熱装置は、サセプタとして、面方向に異方性を有する黒鉛製のものを適用するとともに、サセプタの直径をウェハの直径よりも所定寸法大きく設定し、サセプタの中心位置にウェハの中心位置を合わせた状態でウェハをサセプタに載置することを特徴としている。

【0014】

このような誘導加熱装置であれば、面方向に異方性を有するカーボン（黒鉛材）、つまり、面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高く、熱伝導率において異方性があって、異方性方向を熱伝導方向に略一致させたカーボンで形成したサセプタを適用していることによって、ウェハの直径よりも所定寸法大きく設定したサセプタのうち、外周部（エッジ近傍領域）を高周波を用いた誘導加熱処理によって加熱すると、面方向に熱伝導率及び電気伝導率が高いサセプタの特性に基づいて、中央部分を含むサセプタ全体を均一に加熱することができ、サセプタに載置したウェハ内の温度分布の均一化を図ることが可能である。したがって、本発明に係る誘導加熱装置によれば、加熱処理中におけるウェハ内の温度分布が不均一であることに起因する不具合、すなわち、ウェハに対する高精度の加熱処理を行うことが困難であり、製造される半導体に悪影響を及ぼす欠陥が発生する事態を防止・抑制することが可能である。また、本発明に係る誘導加熱装置は、誘導加熱以外の加熱方式を採用した構成と比較して、誘導加熱方式のメリットである所定の処理温度まで昇温させる処理の短時間化を図ることが可能であり、処理工程時間全体の短縮化にも貢献する。

【0015】

特に、本発明の誘導加熱装置は、円盤状をなすサセプタの直径をウェハの直径よりも所定寸法大きく設定し、サセプタの中心位置にウェハの中心位置を合わせた状態でウェハを前記サセプタに載置しているため、サセプタに対するウェハの載置領域が、サセプタのうち交流磁場が浸透するエッジ及びその近傍領域を避けた領域となり、ウェハに磁束が通って交流磁場による渦電流によってサセプタ上のウェハが影響を受けてしまう事態、すなわち、ウェハの損壊や不良品化が発生する事態を回避しつつ、サセプタ全体を均一に加熱することができる。また、本発明の誘導加熱装置では、１枚のウェハに対して円盤状のサセプタを１つ用意すれば十分であるため、例えば直径の異なるリング状のサセプタを複数用意し、これらリング状のサセプタを同心円状に配置する構成と比較して、構造の簡略化及び部品点数の削減を図ることができる。

【0016】

本発明に係る誘導加熱装置において、円盤状をなすサセプタの直径を、ウェハの直径よりも所定寸法大きく設定する際の好適な条件としては、サセプタにウェハの中心位置を合わせて載置した状態において、ウェハのエッジからサセプタのエッジまでの距離を、コイルによりサセプタに発生する磁束の浸透深さの１．５倍〜２．０倍に設定する条件を挙げることができる。このような条件を満たせば、交流磁場による渦電流によってサセプタ上のウェハが影響を受けない領域又は受け難い領域、また、交流磁場による渦電流が極小となる領域にウェハを載置することになり、ウェハにコイルから通る磁束を限りなくゼロに近付けることができ、渦電流によるウェハへの影響が出ない、または出にくい加熱処理時の環境を確保することが可能である。

【0017】

加えて、本発明の誘導加熱装置は、サセプタを１つだけ備え、当該サセプタに載置した１枚のウェハを加熱処理する装置であってもよいが、処理効率の向上という観点では、複数のサセプタを多段状に支持可能なボートを真空容器内に配置した構成を採用することも可能である。このようなバッチ処理可能な誘導加熱装置であっても、各サセプタに対応付けてコイルを配置する必要はないため、各サセプタに対応付けてコイルを配置する構成と比較して、熱容量も小さく、構造の簡略化及び部品点数の削減を図ることができる。

【発明の効果】

【0018】

このように、本発明では、熱伝導に対し面方向の異方性を有し、その異方性方向を熱伝導する方向に略一致させた円盤状のカーボンサセプタを適用し、サセプタの直径をウェハの直径よりも所定寸法大きく設定して、サセプタの中心位置にウェハの中心位置を合わせた状態でウェハをサセプタに載置する構成を採用したことによって、構造の複雑化を招来することなく、昇温時間の短縮化を実現することが可能であるとともに、サセプタに載置しているウェハを均一に加熱することが可能な誘導加熱装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の模式的な断面図。

【図2】同実施形態におけるサセプタ及びウェハの相対位置関係を模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

【0021】

本実施形態に係る誘導加熱装置１は、図１に示すように、ウェハＷを載置可能なサセプタ２と、多段状に配置される複数のサセプタ２を支持するボート３と、サセプタ２及びボート３を内部空間４Ｓに収容可能な耐熱性に優れた真空容器４と、真空容器４の周囲に巻回されたコイル５とを備えたものである。

【0022】

真空容器４は、筒状の形態を有することからチューブとも称されるものであり、給気口４１から真空容器内４Ｓに供給され上方に流れるガスＧ（キャリアガス、ケイ素原料ガス、炭素原料ガス等）を排気口４２から排出可能に構成されている。本実施形態では、給気口４１及び排気口４２を真空容器４の下端部近傍に形成している。真空容器４は、内部空間４Ｓを、サセプタ２及びボート３を収容しているメイン空間４Ｓａと、真空容器４の周壁に沿って高さ方向に延びるサブ空間４Ｓｂとに区分けし、これらメイン空間４Ｓａ及びサブ空間４Ｓｂを真空容器４のうち中空の部分球状をなす天井壁近傍の内部空間４３Ｓを介して相互に連通させている。本実施形態では、給気口４１をメイン空間４Ｓａに直通する位置に形成し、排気口４２をサブ空間４Ｓｂに直通する位置に形成している。したがって、給気口４１からメイン空間４Ｓａに供給されたガスＧは、図１において矢印で示すように、サセプタ２及びウェハＷが配置されるメイン空間４Ｓａを通過した後に、サブ空間４Ｓｂを通じて排気口４２から排気される。すなわち、メイン空間４Ｓａは、ガスＧが供給されるガス供給対象空間として機能し、サブ空間４Ｓｂは、排気口４２を通じて真空引きされる排気経路として機能する。また、給気口４１には、真空容器内４ＳへのガスＧの供給量を調整して、サセプタ２及びウェハＷが配置される空間（メイン空間、加熱室）を通過するガス流量を調整可能なガス供給制御弁（図示省略）を接続し、排気口４２には真空容器内４Ｓの圧力を調整可能な圧力調整弁（図示省略）を接続し、これら各弁に接続した図示しない圧力調整装置により、各弁を制御して真空容器内４Ｓの圧力を所定値に調整するように構成している。真空容器４については、水冷２重構造のものを適用することも可能である。

【0023】

コイル５は、真空容器４の外壁から所定距離離れた位置において真空容器４を取り巻くように螺旋状に配置した誘導加熱コイルである。ソレノイド状に巻回された誘導加熱コイル５には、任意の周波数の交流電力を出力可能な図示しない電源装置（高周波電源）が接続され、電源装置から誘導加熱コイル５に対して交流電力を供給することで、誘導加熱コイル５の周囲に交番磁場を発生させ、この交番磁場を浸透対象物であるサセプタ２に浸透させて誘導加熱する。

【0024】

サセプタ２は、誘導加熱処理時の最高温度よりも融点が高い高融点金属材料である黒鉛から形成されたカーボンサセプタである。本実施形態では、所定厚みに設定された円盤状のサセプタ２を水平姿勢で配置している。そして、本実施形態に係る誘導加熱装置１では、面方向に大きな熱伝導率を有する異方性黒鉛シートによってサセプタ２を形成している。具体的には、例えば、面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるサセプタ２を適用している。また、本実施形態では、面方向の導電率が１０００Ｓ／ｃｍ以上であるサセプタ２を適用している。なお、本実施形態では、厚み方向の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、厚み方向の導電率が５０Ｓ／ｃｍ以下のサセプタ２を適用している。本実施形態のサセプタ２は、このような面方向に大きな熱伝導率を有する異方性黒鉛シートを複数枚重ねて形成されたものである。これにより、サセプタ２の面内をより一層均一に加熱することが可能である。なお、図１及び後述の図２では複数枚の黒鉛シートを積層状に形成したサセプタ２全体を示し、各黒鉛シートについては省略している。

【0025】

本実施形態で適用する円盤状のサセプタ２は、図２に示すように、その半径を、当該サセプタ２に載置する円盤状のウェハＷの半径よりも所定寸法大きく設定している。具体的には、カーボンサセプタ２はウェハＷよりも半径を図２に示す所定寸法Ｌ分だけ大きく設定している。本実施形態では、Ｌの値を、コイル５によりサセプタ２に発生する浸透深さ（以下、「浸透深さδ」とする）よりも大きな値（例えば浸透深さδの１．５倍から２．０倍）に設定している。ここで、浸透深さについて、表面からｘの部分の導体（加熱体）内部を流れる電流と浸透深さの関係は、
Ｉｘ＝Ｉｏ ｅｘｐ（−ｘ／δ）
但し、Ｉｘ：表面から深さｘにおける電流、Ｉｏ：導体の表面を流れる渦電流、δ：浸透深さ、であらわすことができる。したがって、浸透深さδのところに流れる電流は、１/ｅ＝０．３７となり、表面を流れる電流の０．３７倍に減衰した電流が流れることになる。この関係は、磁場でも同じ関係である。
また、周波数ｆと浸透深さδの関係は、以下の式１で表すことができる。

【0026】

【数1】

【0027】

本実施形態のサセプタ２は、上述のように、面方向の導電率が１０００Ｓ／ｃｍ以上であり、抵抗率は１０００μ．Ω・ｃｍであるため、式１より、周波数が２０ＫＨｚであれば、浸透深さδは１．１２ｃｍとなる。このことは、周波数が２０ＫＨｚである場合に、サセプタ２の外縁２Ｅから中心２Ｓに向かって１．１２ｃｍまでの領域に多くの磁束が入り、その部分が誘導加熱されることを意味する。したがって、コイル５から発生する磁束は、サセプタ２のエッジ２Ｅから中心２Ｓに向かった所定領域であって且つ浸透深さδに相当する領域（図２における領域２Ａ）に渦電流を発生させてジュール損によりサセプタ２を加熱する。以上より、サセプタ２のうち、加熱電力が入る（通る）のはエッジ２Ｅを含むエッジ近傍領域２Ａであることが把握できる。

【0028】

そして、サセプタ２の半径をウェハＷの半径よりも、浸透深さδ（電流の浸透深さδ）よりも大きな値（δの１．５倍から２倍）に設定することで、中心ＷＳをサセプタ２の中心２Ｓに一致させた姿勢でサセプタ２に載置したウェハＷに、コイル５からサセプタ２への磁束が極めて通りにくい状況を確保することができ、コイル５から発生する磁界の影響によってウェハＷにダメージが与えられる不具合を防止することが可能である。一方で、面方向に大きな熱伝導率を持つ異方性黒鉛材を用いて構成したサセプタ２を適用していることで、ジュール損により加熱したサセプタ２のエッジ近傍領域２Ａから当該サセプタ２の面方向中央部分に向けて（図２でサセプタ２の中央２Ｓに向かう矢印の方向に）熱が伝わり、サセプタ２全体を均熱化することができる。したがって、サセプタ２に載置したウェハＷ全体を均熱化することができ、ウェハＷ内の温度分布も均一にすることが可能である。

【0029】

本実施形態の誘導加熱装置１は、このような構成及び特性を有するサセプタ２を、その中心２Ｓを真空容器４の中心、より具体的には、真空容器４のメイン空間４Ｓａの中心に一致させた状態でメイン空間４Ｓａに配置している。

【0030】

ボート３は、多段状に配置される複数枚のサセプタ２を所定ピッチで支持するものである。このようなボート３によって、真空容器４のメイン空間４Ｓａに、ウェハＷを載置したサセプタ２を多段状に積み込むことができる。図１では模式的に１０枚のサセプタ２を支持可能なボート３を例示しているが、数十枚以上のサセプタ２を支持可能なボートを適用することも可能である。なお、ボート３や真空容器４は、１８００℃の処理温度に耐える耐熱性に優れた材質、例えばＳｉＣ等で構成することができる。また、処理温度が１２００℃以下である場合には、石英を材質とするボートや真空容器を適用しても構わない。

【0031】

また、本実施形態の誘導加熱装置１では、誘導加熱コイル５で加熱されたサセプタ２から放出される熱が真空容器４の外部へ漏れないように遮断する機能を発揮し得る断熱材（図示省略）を適宜の箇所に配置することもできる。断熱材としては、導電性及び耐熱性を有し且つ発熱体であるサセプタ２よりも十分に大きい体積固有抵抗率を有する素材から形成されたものを挙げることができる。なお、断熱材とサセプタ２は適宜の手段によって電気的に絶縁状態に設定すればよい。

【0032】

また、図示しないが、本実施形態の誘導加熱装置１は、真空容器４の内部温度を計測する温度計や、温度計で計測した温度に基づいてコイル５の出力を制御する出力制御装置を備えたものである。

【0033】

以上の構成を有する本実施形態の誘導加熱装置１は、真空容器４の内部空間４Ｓを反応室として機能させ、反応室全体を加熱するホットウォール型のＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition・化学気相成長)、エピタキシャル装置、アニール等の熱処理装置である。

【0034】

次に、このような構成をなす誘導加熱装置１の動作及び作用効果について説明する。

【0035】

本実施形態に係る誘導加熱装置１は、ウェハＷを載置したサセプタ２をボート３によって多段状に支持している状態で、電源装置からコイル５に交流電力を供給することによって、コイル５の周囲に交番磁場が生成され、この交番磁場は、黒鉛からなるサセプタ２に浸透し、サセプタ２を誘導加熱する。この際、交流磁場は、サセプタ２のうち、外縁（エッジ２Ｅ）から浸透深さδに相当する距離分だけ中心２Ｓに寄った位置までの領域（図２の領域２Ａ）に多く浸透して、この領域２Ａに多くの電力が入りサセプタ２を加熱する一方で、サセプタ２のうち当該領域２Ａ、つまり交流磁場が多く浸透する領域２ＡにはウェハＷが載置されていないことにより、交流磁場がウェハＷを通過して浸透する量を最小限にとどめる（限りなくゼロに近付ける）ことができる。

【0036】

そして、本実施形態では、面方向に異方性を有し、面方向の熱伝導率に優れ、また面方向には誘導加熱の実施に適した電気抵抗を持ったサセプタ２を適用しているため、サセプタ２のうち、交流磁場が多く浸透する領域であるエッジ２Ｅの近傍領域２Ａが加熱されると、面方向に熱が伝わり、サセプタ２の中心２Ｓを含むサセプタ２全体を均一な加熱状態にすることが可能である。すなわち、サセプタ２のエッジ２Ｅには、コイル５による誘導加熱によって多くの電力が入り、浸透深さδの部分では、表面（サセプタ２のエッジ２Ｅ）の０．１４倍の電力に減り（加熱電力はＩ^２×Ｒで表されるので浸透深さδ部分では電流の２乗となる）、浸透深さδよりも内側（中心側）に近づくほどに電力は弱まるが、面方向に異方性を有するサセプタ２を適用しているため、サセプタ２のうち、交流磁場が多く浸透する領域であるエッジ２Ｅの近傍領域２Ａが加熱されると、面方向に熱が伝わり、サセプタ２の中心２Ｓを含むサセプタ２全体を均一な加熱状態にすることができる。

【0037】

以上の処理により、各サセプタ２はそれぞれ面方向において均一に加熱され、各サセプタ２に載置したウェハＷをそれぞれ所定の目標温度（エピタキシャル成長温度、例えば１８００℃）まで均一に加熱することができる。なお、所定の処理に到達した時点で、その温度を保持するようにコイル５の出力（電源装置からコイル５への交流電力供給量に応じたコイル５の出力）を制御し、高温の平衡状態を維持する。また、圧力調整装置により、真空容器内４Ｓの圧力値が所定の値となるように、ガス供給制御弁及び圧力調整弁を制御する。真空容器内４Ｓであって且つサセプタ２よりも真空容器４の周壁側に近い位置に断熱材を配置した構成であれば、コイル５の周囲に生成される交番磁場交番磁場は、断熱材を通ってサセプタ２に浸透することになる。

【0038】

本実施形態に係る誘導加熱装置１は、以上の処理を経て、高温（１８００℃程度）の平衡状態を維持し、各サセプタ２に載置しているウェハＷの表面に均一な膜厚の薄膜、本実施形態では単結晶ＳｉＣ薄膜（ＳｉＣエピ膜とも称されるものであり、以下では、「ＳｉＣ薄膜」と称す）を形成することができる。そして、給気口４１から真空容器内４Ｓ（ガス供給対象空間、メイン空間４Ｓａ）に供給する原料ガスＧの供給量に比例してＳｉＣ薄膜の成長速度は増加することから、ガスＧを効率良く加熱して十分なガスＧの分解と供給を行うことでＳｉＣ薄膜の高速成長を得ることができる。つまり、本実施形態に係る誘導加熱装置１は、ウェハＷ上にＳｉＣ薄膜を形成するエピタキシャル成長を実現するＣＶＤエピタキシャル装置として機能し、ウェハＷ上にエピタキシャル成長によってＳｉＣ薄膜を堆積させたエピタキシャルウェハＷを生産することができる。

【0039】

本実施形態の誘導加熱装置１は、厚み及び不純物濃度を精密に制御したＳｉＣ薄膜をウェハＷ上に堆積させた高品質なエピタキシャルウェハを安定して供給することができ、ＳｉＣ半導体デバイス実用化に多いに貢献する。

【0040】

このように、本実施形態に係る誘導加熱装置１は、これまでに着想されることのなかった技術的思想、すなわち、面方向に異方性を有するカーボン（黒鉛材）で形成したサセプタ２を適用するという技術的思想を採用したことによって、高周波を用いた誘導加熱処理によってサセプタ２の外周部（エッジ近傍領域２Ａ）を加熱すると、面方向に熱伝導率及び電気伝導率が高いサセプタ２の特性に基づいて、中央部分を含むサセプタ２全体を均一に加熱することができ、サセプタ２に載置したウェハＷ内の温度分布の均一化を図ることが可能である。したがって、本実施形態に係る誘導加熱装置１によれば、温度分布の不均一に起因する不具合、すなわち、製造される半導体の抵抗率やキャリアの存続時間（長寿命化）等に悪影響を及ぼす欠陥の発生を防止・抑制することができる。また、本実施形態に係る誘導加熱装置１は、誘導加熱以外の加熱方式を採用した構成と比較して、誘導加熱方式のメリットである所定の処理温度まで昇温させる処理の短時間化を図ることが可能であり、処理工程時間全体の短縮化にも貢献する。

【0041】

特に、本実施形態の誘導加熱装置１は、サセプタ２の直径をウェハＷの直径よりも所定寸法大きく設定し（具体的にはサセプタ２の直径をウェハＷの直径よりも浸透深さδの１．５倍乃至２．０倍の寸法に設定し）、サセプタ２のうち、交流磁場が多く浸透する領域であるエッジ近傍領域２ＡにウェハＷを載置する構成ではなく、交流磁場による渦電流によってサセプタ２上のウェハＷが影響を受けない領域又は受け難い領域、また交流磁場による渦電流が極小となる領域にウェハＷを載置する構成を採用しているため、ウェハＷに多くの磁束を通す事態を回避して、渦電流によるウェハＷへの影響が出ない、または出にくい状況下でサセプタ２全体を均一に加熱することができる。その結果、ウェハＷの破壊や不良品化を回避することができる。

【0042】

加えて、本実施形態の誘導加熱装置１は、複数のサセプタ２を多段状に支持するボート３を真空容器内４Ｓに配置しているため、複数のウェハＷに対する加工処理を同時に実施するバッチ処理が可能になり、処理効率を向上させることができる。加えて、バッチ処理可能な誘導加熱装置１でありながら、各サセプタに対応付けてコイルを個別に配置する構成を採用していないことによって、各サセプタに対応付けてコイルを個別に配置する構成と比較して、熱容量も小さく、構造の簡略化及び部品点数の削減を図ることができる。

【0043】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、化学的気相成長（ＣＶＤ）によってウェハ上にエピタキシャル成長膜を作成する装置として機能する誘導加熱装置を例示したが、本発明の誘導加熱装置は、化学的気相成長（ＣＶＤ）によってウェハ上に、エピタキシャル成長膜以外の有用な膜を作成する装置として機能させることもできる。

【0044】

また、誘導加熱装置は、加熱対象物であるウェハに対して化学反応を利用して適宜の処置を施すものであってもよいし、加熱対象物に対して焼結又は溶解を利用して適宜の処理を施すものであってもよい。

【0045】

また、サセプタは、面方向に異方性を有するものであればよく、面方向の熱伝導率や面方向の電気伝導率の値は特に制限されない。さらにまた、本発明では、サセプタにウェハの中心位置を合わせて載置した状態において、ウェハのエッジからサセプタのエッジまでの距離を、ウェハへの影響が出ない範囲であれば、コイルによりサセプタに発生する磁束の浸透深さの２．０倍よりも大きな値に設定したり、あるいは、コイルによりサセプタに発生する磁束の浸透深さの１．５倍よりも小さな値に設定することも可能である。

【0046】

上述の実施形態では、真空容器内に複数のサセプタを多段状に配置し、複数枚のウェハを同時に加熱処理可能な誘導加熱装置を例示したが、真空容器内に１つのサセプタを配置し、このサセプタに載置した１枚のウェハに対して加熱処理可能な誘導加熱装置であってもよい。

【0047】

また、加熱処理時に用いる高周波は、１ＫＨｚ以上であることが好ましいが、特に制限されない。高周波の値によって電流の浸透深さδも変化するため、加熱状態においてサセプタのうちコイルからの交流磁場が浸透する領域を除く領域の上向き面にウェハを載置できるように、サセプタの直径を適宜の値に設定すればよい。

【0048】

サセプタが、シート状の黒鉛材を重ねて形成されたものではなく、単一のブロック状またはシート状の黒鉛材を用いて形成されたものであっても構わない。

【0049】

さらにはまた、サセプタが、面方向に異方性を有する黒鉛材の表面をＳｉＣコーティングしたものであってもよい。この場合、黒鉛材とウェハとが直接接触する事態を回避し、ウェハへの汚染、無用なパーティクルの発生を抑制することができるとともに、プロセスガスとの意図しない反応を低減することが期待できる。

【0050】

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【符号の説明】

【0051】

１…誘導加熱装置
２…サセプタ
３…ボート
４…真空容器
５…コイル
Ｗ…ウェハ

【図1】

【図2】