JP2012209471A

JP2012209471A - 熱処理装置

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Publication number: JP2012209471A
Application number: JP2011074935A
Authority: JP
Inventors: Tomihiro Yonenaga; 富廣米永; Yumiko Kono; 有美子河野; Naoki Uchida; 直喜内田; Kazuhiro Ozaki; 一博尾崎
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: TW201303961A; WO2012132538A1; CN102859657B; CN102859657A; TWI496188B; JP5643143B2; KR101500883B1; KR20140001818A

Abstract

【課題】サセプタの周縁部から入り込む磁束の透過を制御することによって，サセプタの面内温度を的確に制御する。
【解決手段】基板を載置する載置面を有する導電性部材であって，周縁部２１０とこれに囲まれる内側部２２０とに分けられ，内側部は厚板状発熱体からなり，周縁部は内側部よりも薄い薄板状発熱体を互いに電気的に絶縁した状態で積層してなるサセプタ２００と，サセプタの側面からその載置面に平行な方向に交流磁場を形成する電磁石１２０とを備え，この電磁石に巻回された誘導コイル１２４に印加する２つの周波数の高周波電流により各薄板状発熱体に発生する誘導電流を制御して内側部までの磁束の透過を制御することによって，各サセプタの周縁部の発熱量と内側部の発熱量との比率を変化させて温度制御を行う。
【選択図】図１７Ｂ

Description

本発明は，基板例えば半導体ウエハやガラス基板などに所定の熱処理を施す熱処理装置に関する。

半導体集積回路を製造する場合には，基板表面にシリコン膜やシリコン酸化膜等の各種の成膜処理，酸化処理など各種の熱処理が施される。これらの熱処理を行う場合，複数枚の半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）を配置して一度に熱処理できる所謂バッチ式の熱処理装置が用いられることが多い。

バッチ式の熱処理装置としては，多数のウエハを収納した反応管を電気炉で加熱する電気炉方式（ホットウォール方式）が主に用いられている。ところが，電気炉方式では，炉全体の熱容量が大きいためウエハの温度を昇降温するのに多くの時間を必要とし，生産性が大きく低下する問題があった。

その他，高周波誘導加熱方式を利用してウエハを加熱するタイプのものもある（例えば特許文献１，２参照）。このタイプの熱処理装置は一般に，反応管の外側に巻回した誘導コイルを備え，この誘導コイルに高周波電流を供給して，反応管内に配置した導電性のサセプタを誘導加熱し，サセプタに載せたウエハを熱伝導により間接的に加熱する。これによれば反応管を直接加熱する必要がないため，サセプタの熱容量を小さくすることで電気炉方式と比べてウエハ温度の高速な昇降温が可能になる。また，ウエハ温度とは独立して反応管の壁の温度を制御することができるので，いわゆるコールドウォール方式の熱処理装置を構成することも可能になる。

しかしながら，上述したコールドウォール方式による熱処理装置などで熱容量が小さいサセプタを複数配置して高周波誘導加熱を行うと，サセプタとその周囲（反応管の内壁など）との温度差によりサセプタ面内や各サセプタ間の温度均一性が崩れ，各サセプタに載置されたウエハ間の温度の均一性のみならず，ウエハの面内温度の均一性も悪化するというコールドウォール方式の本質的な問題が顕在化してしまう。

この点，特許文献３に示す技術によれば，複数のサセプタを縦方向に配置し,サセプタの基板載置面に平行な方向に交流磁場を発生させてこれを制御することで，サセプタの面内温度を制御することができる。具体的には，２つの電磁石をその磁極面がサセプタの周縁部を挟んで対向するように離間して配置し，各電磁石の誘導コイルに供給する交流電流の位相に応じてサセプタの中心部で磁束を弱め合ったり，強め合ったりするように磁束の方向を変えることで，サセプタの中心部に対する周縁部の発熱量の大きさを制御でき，サセプタに載置されたウエハの面内温度の均一性を改善させることができる。

特開昭５６−６４２８号公報特開昭６１−９１９２０号公報特開２０１０−５９４９０号公報

しかしながら，サセプタの基板載置面に平行な方向に交流磁場を発生させる場合，サセプタの周縁部側面から磁束が入り込むので，サセプタの形状や材質によってはその側面付近に発生する誘導電流によって磁束の透過が妨げられ，内部の加熱効率が低下する虞がある。ところが，この場合，磁束が透過するように単に周縁部の誘導電流の発生を妨げるようにするだけでは，今度はその周縁部の加熱効率が低下してしまう。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，サセプタの基板載置面に平行な方向に交流磁場を発生させる場合に，サセプタの周縁部のみならずその内部まで加熱効率を高めることができ，サセプタの面内温度を的確に制御できる熱処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，減圧可能な処理室内に配置した複数の基板に対して熱処理を施す処理室と，前記基板を載置する載置面を有する導電性部材であって，周縁部とこれに囲まれる内側部とに分けられ，前記内側部は厚板状発熱体からなり，前記周縁部は内側部よりも薄い薄板状発熱体を互いに電気的に絶縁した状態で積層してなるサセプタと，前記サセプタを，その載置面に垂直な方向に間隔を空けて複数配列して前記処理室内で支持する回転自在なサセプタ支持部と，誘導コイルが巻回され，前記サセプタの側面に磁極面が対向するように配置された電磁石からなり，前記サセプタの載置面に平行な方向に交流磁場を形成して前記サセプタを誘導加熱する磁場形成部と，前記誘導コイルに異なる２つの周波数の高周波電流を印加可能に構成された高周波電流回路と，前記高周波電流回路から前記誘導コイルに印加する前記２つの周波数の高周波電流により前記薄板状発熱体に発生する誘導電流を制御して前記内側部までの磁束の透過を制御することによって，前記サセプタの前記周縁部の発熱量と前記内側部の発熱量との比率を変化させて温度制御を行う制御部と，を備えることを特徴とする熱処理装置が提供される。この場合，上記制御部は，前記高周波電流回路から出力される低い周波数と高い周波数の高周波電流を重畳して又は時系列で切り換えて前記温度制御を行うようにしてもよい。

また，上記サセプタの周縁部を構成する前記薄板状発熱体の厚みは，前記低い周波数から算出される誘導電流の侵入深さよりも小さく，前記高い周波数から算出される誘導電流の侵入深さの２倍よりも大きくすることが好ましい。

また，上記サセプタの内側部を構成する前記厚板状発熱体の厚みは，前記低い周波数から算出される誘導電流の侵入深さの２倍よりも大きくすることが好ましい。

また，上記磁場形成部を，前記サセプタ及び前記基板の配列方向に沿って複数段配列するようにしてもよい。この場合，上記制御部は，前記各磁場形成部の交流電源を独立して制御するようにしてもよい。なお，上記サセプタは例えばグラファイトで構成され，前記処理室の側壁は例えばアルミニウム合金で構成される。

また，処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と，前記処理室内を真空排気する排気機構と，を備え，前記処理室は，前記基板に対して行う熱処理又は前記基板上に薄膜を成膜する成膜処理を行う。このような本発明によれば，磁場形成部によってサセプタの載置面に平行な方向に，すなわち基板表面に対して平行な方向に磁場を発生させるので，サセプタの厚みに対して極めて薄い金属膜にはほとんど磁束が透過しない。このため，例え金属膜が成膜された基板に対して行う熱処理又は基板上に金属膜を成膜する成膜処理を行う場合であっても，その金属膜が直接加熱されることがないのでサセプタからの熱伝導のみによって基板の面内温度を制御できる。

本発明によれば，サセプタの周縁部を内側部よりも薄い薄板状発熱体を積層した構成にすることで，磁束透過の妨げとなる誘導電流の大きさを周波数によって制御することができる。これによれば，サセプタの周縁部から入り込む磁束の透過を制御可能となるので，サセプタの周縁部のみならずその内部まで加熱効率を高めることができる。これにより，サセプタの基板載置面に平行な方向に交流磁場を発生させる場合でも，サセプタの面内温度を的確に制御できる。

本発明の実施形態にかかる熱処理装置の概略構成を示す断面図である。図１に示す熱処理装置の外観構成の概略を示す斜視図である。図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。図２に示す電磁石が設けられた部分を取り出して拡大した一部断面斜視図である。導電性サセプタの場合には磁束が透過しない様子を観念的に示す作用説明図である。高抵抗材料のサセプタの場合には磁束が透過する様子を観念的に示す作用説明図である。厚板状発熱体の構成を示す図である。水平磁界中に図６Ａに示す厚板状発熱体を配置した場合に誘起する誘導電流を観念的に示す作用説明図である。水平磁界中に板状発熱体を配置した場合に周波数を変えたときの磁束の侵入の変化を示すシミュレーションの実験結果である。薄板状発熱体を積層した構成を示す図である。低い周波数の水平磁界中に図８Ａに示す薄板状発熱体を配置した場合に磁束が透過する様子を観念的に示す作用説明図である。高い周波数の水平磁界中に図８Ａに示す薄板状発熱体を配置した場合に誘起する誘導電流を観念的に示す作用説明図である。厚板状発熱体と薄板状発熱体を組み合わせた構成を示す図である。低い周波数の水平磁界中に図９Ａに示す構成を配置した場合に磁束が透過することで，内側部が加熱される様子を観念的に示す作用説明図である。高い周波数の水平磁界中に図９Ａに示す構成を配置した場合に磁束の透過が妨げられることで，周縁部が加熱される様子を観念的に示す作用説明図である。本実施形態におけるサセプタの具体的構成例を示す外観斜視図である。図１０に示すサセプタを上方から見た図である。図１０に示すサセプタを縦方向に切断した一部断面図である。厚板状発熱体に発生する誘導電流の表皮効果をグラフに示した図である。薄板状発熱体に発生する誘導電流の表皮効果をグラフに示した図である。本実施形態におけるサセプタの変形例を説明するための一部断面図である。本実施形態における高周波電流回路の構成例を示すブロック図である。低い周波数と高い周波数の高周波電流を時系列で交互に切り換えた場合の電流波形の具体例を示す図である。高い周波数の高周波電流を印加させている間の作用を観念的に示す図である。低い周波数の高周波電流を印加させている間の作用を観念的に示す図である。低い周波数と高い周波数の高周波電流を重畳した場合の電流波形の具体例を示す図である。低い周波数と高い周波数を重畳させた場合の作用を観念的に示す図であって，高い周波数に対する低い周波数の高周波電流の比率を小さくした場合である。低い周波数と高い周波数を重畳させた場合の作用を観念的に示す図であって，高い周波数に対する低い周波数の高周波電流の比率を大きくした場合である。本実施形態における磁場形成部の変形例を説明するための一部断面斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（熱処理装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかる熱処理装置について説明する。ここでは，被処理基板としての例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）を多数枚一度に熱処理できるバッチ式の縦型熱処理装置（以下，単に「熱処理装置」と称する）を例に挙げて図面を参照しながら説明する。図１は，熱処理装置の構成例を示す断面図であり，図２は熱処理装置の外観構成の概略を示す斜視図であり，反応管の天井部及び下部を水平面で切断したものである。

熱処理装置１００は，図１に示すようにウエハＷに対してプロセス処理を行うための処理室１０２を備える。処理室１０２は，下端が開口した筒状（例えば角筒状）の反応管１０４とその反応管１０４の下端に連設した角筒状のマニホールド１０６により構成される。反応管１０４及びマニホールド１０６は例えばアルミニウム合金などの金属からなる。反応管１０４は有天井に形成され，下端がマニホールド１０６の上端に気密に接合されている。マニホールド１０６の下端の開口端は，蓋体１１４が開閉自在に設けられている。なお，処理室１０２の形状は，図１に示すものに限られるものではなく，例えば６角形など多角形の形状であってもよく，円筒状であってもよい。

蓋体１１４上には，ウエハＷの載置面を有するサセプタ２００を複数支持するサセプタ支持部としての石英ボート（ウエハボート）１１０が設けられている。蓋体１１４は，石英ボート１１０を反応管１０４内に搬入，搬出するためのボートエレベータ１１８の上に搭載されており，上限位置にあるときには反応管１０４の開口部がマニホールド１０６とで構成される処理室１０２の下端開口部を閉塞する役割を有するものである。

石英ボート１１０には，複数のサセプタ２００が水平な状態でその載置面に垂直な方向（ここでは上下方向）に所定の間隔をおいて棚状に配置されている。ウエハＷは各サセプタ２００の載置面（上面）に１枚ずつ載置される。サセプタ２００は，例えばグラファイト，ガラス状カーボン，ＳｉＣなどの導電性材料からなる発熱体により構成される。本実施形態におけるサセプタ２００は，周縁部側面に向けて発生させた水平な交流磁場によって誘導加熱されるようになっており，周縁部の磁束の透過，すなわち周縁部側面からの磁束の入り込み易さを調整できるように構成されている。これにより，サセプタ２００の周縁部のみならず，それよりも内側まで効率的に誘導加熱できるように構成される。このようなサセプタ２００についての詳細については後述する。

石英ボート１１０は，筒状の断熱体１１６を介して蓋体１１４に垂直軸周りに回転自在に保持されている。具体的には例えば断熱体１１６の下方に図示しないモータを接続する。これにより，モータを駆動して石英ボート１１０を回転させることで各サセプタ２００を垂直軸周りにウエハＷとともに一斉に回転させることができる。

なお，このようなサセプタ２００には，図示しないカセット容器に収容されたウエハＷが図示しない移載装置によって移載されるようになっている。そして，石英ボート１１０をボートエレベータ１１８で反応管１０４内に搬入してウエハＷの処理を行う。その後，ウエハＷの処理が終了すると，石英ボート１１０をボートエレベータ１１８で反応管１０４から搬出して，サセプタ２００上のウエハＷを上記移載装置によって上記カセット容器に戻す。

反応管１０４の側壁の外側には，反応管１０４内の各サセプタ２００を誘導加熱するための水平な交流磁場を形成する電磁石１２０により構成される磁場形成部が複数設けられている。電磁石１２０は，各サセプタ２００の周縁部側面に向けて各サセプタ２００の載置面に平行な方向に水平な交流磁場（以下，単に「水平磁場」と称する）が形成されるように配置されている。

図１，図２では電磁石１２０を反応管１０４の長手方向（縦方向）に沿って複数段配列している。具体的には反応管１０４の加熱領域を長手方向に沿って複数のゾーンに分け，各ゾーンに１つの磁場形成部を配置する。図１，図２は３つのゾーンに分けて，３つの磁場形成部を各ゾーンにそれぞれ配置した場合の具体例である。１つのゾーンには数枚（例えば２枚〜６枚）のサセプタ２００を配置し，それらの周縁部側面に対向するように電磁石１２０を配置する。

各電磁石１２０と対向する反応管１０４の側壁には，例えば石英ガラスやセラミックなどからなる誘電体窓１０５が設けられている。これにより，電磁石１２０から発生した磁束は誘電体窓１０５を透過して反応管１０４内に入り込ませることができる。なお，磁場形成部の段数は，図１，図２に示すものに限られるものではなく，反応管１０４の縦方向のサイズや縦方向に配置するウエハの枚数に合わせて決定される。

各磁場形成部を構成する電磁石１２０はそれぞれ，２つの磁極を有するＵ字状のコア１２２に誘導コイル１２４を巻き付けて構成される。各誘導コイル１２４はそれぞれ，高周波電流回路１３０の出力端子１３２に接続されている。各誘導コイル１２４には，各高周波電流回路１３０から所定の交流電流が別々に供給されるようになっている。

本実施形態における高周波電流回路１３０は，誘導コイル１２４に２種類の周波数（高い周波数と低い周波数）の高周波電流を重畳して又は別々に印加可能に構成されている。これは，後述するようにサセプタ２００の周縁部を薄板状の発熱体を互いに絶縁した状態で積層して構成することで，周波数に応じて周縁部側面からの磁束の入り込み易さが変わることを利用して，サセプタ２００の面内温度分布を調整しようとするものである。このような高周波電流回路１３０の構成例及び周波数によるサセプタ２００の面内温度分布制御についての詳細は後述する。

各高周波電流回路１３０は制御部３００に接続されている。制御部３００は各高周波電流回路１３０を制御することにより，各誘導コイル１２４に供給する交流電流を独立して制御することができる。これにより，反応管１０４内に発生する水平磁場の大きさや方向を各ゾーンごとにコントロールできる。

上記マニホールド１０６には，例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４），アンモニア（ＮＨ_３），アルゴン（Ａｒ）ガスなどを処理室１０２内に供給するガス供給部としての複数のガス供給管１４０ａ，１４０ｂが設けられている。各ガス供給管１４０ａ，１４０ｂには，ガス流量を調整するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）などの流量調整部１４２ａ，１４２ｂが備えられている。なお，図１では，２種類のガスをそれぞれガス供給管１４０ａ，１４０ｂから独立して供給する場合を例に挙げたが，ガス供給部の構成は図１に示すものに限られるものではない。例えば３つ以上のガス供給配管を設け，３種類以上のガスを独立して供給できるようにしてもよい。

マニホールド１０６には，反応管１０４内を排気する排気管１５０を介して真空ポンプ１５４などの排気機構が接続されている。例えば排気管１５０には，反応管１０４内の圧力を調整する圧力調整部１５２が設けられている。圧力調整部１５２は，例えばコンビネーションバルブ，バタフライバルブ，及びバルブ駆動部などで構成される。

また，排気管１５０には，処理室１０２内の圧力を検出して，圧力調整部１５２をフィードバック制御するための圧力センサ１５１が設けられている。圧力センサ１５１としては，外気圧の変化の影響を受けにくい静電容量型真空計（キャパシタンスマノメータ）を用いることが好ましい。

熱処理装置１００の各部は，制御部３００によって制御されるようになっている。制御部３００は，例えば成膜すべき薄膜の種類，膜厚などに応じて，設定圧力，サセプタ設定温度，ガス流量などの処理条件からなる処理レシピデータに基づいて各部を制御する。また，制御部３００は，例えば圧力センサ１５１から圧力検出信号を取り込み，これらの検出信号に基づいて圧力調整部１５２，流量調整部１４２ａ，１４２ｂ等を制御する。

（制御部の構成例）
このような制御部３００の構成例を図面を参照しながら説明する。図３は制御部３００の構成例を示すブロック図である。制御部３００は，例えば図３に示すようにＣＰＵ（中央処理装置）３１０，ＣＰＵ３１０が行う各種処理のために使用されるメモリ３２０，操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示部３３０，オペレータによる種々のデータの入力及び所定の記憶媒体への各種データの出力など各種操作を行うための操作パネルやキーボードなどからなる入出力部３４０，ネットワークなどを介してのデータのやり取りを行うための通信部３５０を備える。

その他，制御部３００は，熱処理装置１００の各部を制御するための各種コントローラ３６０，ＣＰＵ３１０が実行する各種プログラムやプログラムの実行に必要なデータを記憶するハードディスク（ＨＤＤ）などで構成される記憶部３７０などを備える。ＣＰＵ３１０は，これらプログラムやデータを必要に応じて記憶部３７０から読み出して使用する。

各種コントローラ３６０としては例えば熱処理装置１００からの指令に応じて，高周波電流回路１３０等を制御して各サセプタ２００の温度を制御する温度コントローラ，反応管１０４内の圧力制御を行う圧力コントローラなどが挙げられる。

記憶部３７０には，例えば成膜すべき薄膜の種類，膜厚などに応じて，設定圧力，サセプタ２００の設定温度，ガス流量などの処理条件からなる複数の処理レシピを有する処理レシピデータ（処理条件データ）３７２などが記憶される。熱処理装置１００では，例えば成膜すべき薄膜の種類，膜厚などに応じて対応する処理レシピを処理レシピデータ３７２から読み出して，その処理レシピに基づいてウエハＷの成膜処理を実行する。

例えば反応管１０４内の各ウエハＷに対して成膜処理を実行する際には，サセプタ２００を所定の設定温度に調整してウエハＷを加熱する。このようにウエハＷを加熱する際には，電磁石１２０の誘導コイル１２４にそれぞれ所定の交流電流を供給することにより，反応管１０４内に各サセプタ２００の周縁部側面に向けて水平な交流磁場を発生させて各サセプタ２００を誘導加熱する。このとき，反応管１０４内で石英ボート１１０によって各サセプタ２００とともに各ウエハＷを回転させることにより，各ウエハＷをその面内の周方向に偏りがないように均一に加熱できる。

（磁場形成部の具体的構成）
以下，このような磁場形成部について図面を参照しながらより詳細に説明する。図４は，図２に示す１つの磁場形成部を構成する電磁石が設けられた部分を取り出して拡大した斜視図である。なお，図４ではサセプタ２００及びウエハＷを省略している。図４に示すように，電磁石１２０は，２つの磁極１２７，１２８と，これらを繋ぐ中間部１２９とを一体で構成した強磁性体からなるコア（磁心）１２２を有し，中間部１２９に誘導コイル１２４を巻回してなる。コア１２２はそれぞれ，例えば図４に示すようにＵ字状（又はコ字状）に形成される。

電磁石１２０は，反応管１０４の側壁の外側に誘電体窓１０５を介して設けられ，電磁石１２０の２つの磁極面（磁極１２７，１２８の端面）１２７Ａ，１２８Ａが各サセプタ２００の周縁部に対向するように配置される。

このように配置された電磁石１２０によれば，誘導コイル１２４に高周波電流回路１３０から交流電流を供給すると，ある瞬間では例えば図４に示すように一方の磁極面１２８Ａから他方の磁極面１２７Ａに向かう磁束が発生し，誘電体窓１０５を透過して各サセプタ２００の周縁部側面に入り込むような水平磁場が形成される。

こうして電磁石１２０により発生した磁束が各サセプタ２００の周縁部側面から入り込み，電磁誘導によってその磁束の垂直な面上に渦状の誘導電流が誘起され，各サセプタ２００を構成する発熱体が発熱する。これにより，各サセプタ２００を加熱することができる。

ところで，本実施形態のようにサセプタ２００の周縁部側面に向かう水平な磁束を形成する場合，サセプタ２００の形状（特に厚み）によっては，周縁部側面付近が部分的に加熱されるだけで，その内部まで加熱されない虞がある。例えば仮にサセプタ２００を厚板状の発熱体で構成すると，図５Ａに示すように電磁石１２０の磁極面１２７Ａ，１２８Ａに対向するサセプタ２００の周縁部側面付近だけ部分的に加熱され，それよりも内部は加熱されないという現象が生じる。

サセプタ２００の材質が例えばセラミックスのような高抵抗材料であれば図５Ｂに示すように電磁石１２０の磁極面１２７Ａ，１２８Ａとの間に発生する磁束がサセプタ２００の周縁部側面からその内側まで入り込む。

ところが，図６Ａに示すような導電性の厚板状発熱体では，図６Ｂに示すように誘導コイルＣによって厚板状発熱体の側面から磁束が入り込むようにすると，サセプタ２００の周縁部にはその磁束の垂直面に誘導電流が励起され，それにより磁束の透過を妨げる。このため，それよりも内部まで磁束が透過し難くなり，サセプタ２００の内側の加熱が妨げられるものと推察される。これでは加熱効率が悪く，所望の加熱制御を達成できない虞もある。

このように，サセプタ２００の材質によってその周縁部に励起される誘導電流の大きさが変化し，これによってサセプタ２００の内部に入り込む磁束もまた変化するが，サセプタ２００の材質は同じても，サセプタ２００の周縁部に形成される水平磁場の周波数によってサセプタ２００の内部に入り込む磁束が変化する場合がある。

ここで，サセプタを構成する板状発熱体の側面に向かう水平な磁場を形成する誘導コイルに供給する高周波電流の周波数を変えたときの板状発熱体の内部への磁束の入り込みを確認したシミュレーション実験の結果について説明する。図７はその実験結果を示す図である。このシミュレーションでは３枚の円板状の発熱体（厚さ１０ｍｍ）を１０ｍｍ間隔の隙間を空けて縦方向(紙面に垂直)に配置し，これら発熱体の側面を電磁石１２０の磁極面１２７Ａ，１２８Ａに対向した場合を想定した。電磁石１２０の誘導コイル１２４に高い周波数（４０ｋＨｚ）の高周波電流を供給した場合と低い周波数（１０ｋＨｚ）の高周波電流を供給した場合に，発熱体の内側に入り込む磁束の様子を可視化したものである。図７において格子状の観測点における磁束の向きを矢印で示し，その矢印の長さは磁束密度大きさを示す。

図７に示す実験結果によれば，高い周波数（４０ｋＨｚ）の場合は，板状発熱体の周縁部付近を通る磁束が観察されるものの，それよりも内側には磁束が入り込んでいないことが分かる。これに対して，低い周波数（１０ｋＨｚ）の場合は，板状発熱体の周縁部のみならず内側にも磁束が入り込んでいることが分かる。

このように誘導コイルに供給する高周波電流の周波数により,板状発熱体の内側に入り込む磁束を変化させることができる。これは誘導コイルにより形成する水平磁場の周波数により,板状発熱体の周辺部付近に誘起される誘導電流が変化し,これにより板状発熱体の内側に入り込む磁束が変化することを表している。

上記実験結果は，誘導電流の表皮効果により説明でき,この表皮効果を利用すれば，サセプタ２００の周縁部を薄板状発熱体を絶縁した状態で積層して構成することによってサセプタ２００の内部にまで磁束が入り込むようにできる。

ここでの誘導電流の表皮効果は，水平磁場によってサセプタ２００に誘起される誘導電流は表面付近（ここではサセプタ２００の上面及び下面）が最も大きく，厚みの中心方向に向かうほど急激に低下するというものである。しかもその低下の程度（電流の浸入深さ）は，水平磁場の周波数によって異なる。周波数が高いほど誘導電流の浸入深さは浅くなり，周波数が低いほど誘導電流の浸入深さは深くなることが知られている。これによれば，周波数が高いほどサセプタ２００の上面側と下面側のみに誘導電流が発生し，周波数が低いほどサセプタ２００の上面側と下面側からそれぞれ厚みの中心方向にかけて誘導電流が発生する。

従って，例えば図８Ａに示すように厚みがｔ２の薄板状発熱体を積層した場合には，水平磁場の周波数が低いほど，上面付近に発生する誘導電流の浸入深さと下面付近に発生する誘導電流の浸入深さは厚みの中心方向に向けて深くなる。しかもこれらの誘導電流は逆向きなので互いに打ち消され易くなる。このため，図８Ｂに示すように周波数を低くすることで誘導電流をほとんど発生させないようにすることができるので，磁束を内部まで透過し易くさせることができる。この場合は，誘導電流による薄板状発熱体の発熱はない。

これに対して，水平磁場の周波数を高くすると，上面付近に発生する誘導電流の浸入深さと下面付近に発生する誘導電流の浸入深さは厚みの中心方向に向けて浅くなるので打ち消され難くなる。このため，図８Ｃに示すように周波数を高くすることで誘導電流を発生させるので，磁束は内部まで透過し難くなる。この場合には，誘導電流により薄板状発熱体は発熱する。

このように，薄板状発熱体を積層することで，水平磁場の周波数を低くして誘導電流の発生を抑えて磁束が透過し易くすることができ，水平磁場の周波数を高くして誘導電流を発生させて磁束が透過し難くすることができる。

ところが，薄板状発熱体でも周波数を低くして誘導電流の発生を抑えれば，磁束が透過し易くなったとしても，それだけではサセプタ２００の内側を加熱することはできない。また，厚板状発熱体だけでは周波数を変えても磁束を透過し易くすることができない。

そこで，薄板状発熱体と厚板状発熱体を組み合わせ,高い周波数で薄板発熱体を発熱させ,低い周波数で厚板発熱体を発熱させることによって,サセプタ２００の発熱分布を変えることが可能になる。例えば図９Ａに示すように外側に薄板状発熱体を積層し，その内側に薄板状発熱体とは断熱した状態で厚板状発熱体を配置する。これによれば，誘導コイル１２４に供給する高周波電流の周波数に応じて周縁部の発熱量とその内側部の発熱量とを比率を変えることができ，サセプタ２００の発熱分布を制御することができる。

具体的には，水平磁場の周波数を低くすることによって，図９Ｂに示すように各薄板状発熱体に誘導電流の発生を抑え磁束を透過し易くすることができる。こうすることによって，磁束は各薄板状発熱体を透過してその内側の厚板状発熱体にまで届き，厚板状発熱体の方に誘導電流を発生させることができる。これに対して，水平磁場の周波数を高くすることによって，図９Ｃに示すように各薄板状発熱体に誘導電流を発生させて磁束を透過し難くすることができる。こうすることによって，磁束は各薄板状発熱体を透過せず，厚板状発熱体にも届かない。

従って，水平磁場の周波数を低くすることで，図９Ｂに示すように各薄板状発熱体を加熱することなく，その内部の厚板状発熱体だけを加熱することができる。これに対して，水平磁場の周波数を高くすることで，図９Ｃに示すように内部の厚板状発熱体を加熱させることなく，各薄板状発熱体だけを加熱させることができる。このように，外側に薄板状発熱体を積層し，その内側に厚板状発熱体を配置することで，誘導コイル１２４に供給する高周波電流の周波数によりサセプタ２００の発熱分布を制御し,この結果として面内温度分布を制御できるようになる。

そこで，本実施形態では，このような性質を利用して，サセプタ２００の形状を工夫することによって，面内温度分布を的確に制御できるようにしている。具体的にはサセプタ２００を周縁部とこれに囲まれる内側部に分け，内側部は厚板状発熱体で構成し，周縁部は内側部よりも薄い薄板状発熱体を電気的に絶縁した状態で積層して構成する。

誘導コイル１２４には異なる２つの周波数（高い周波数と低い周波数）の高周波電流を重畳して又は時系列で切り換えて印加する。これにより，サセプタ２００の周縁部の誘導電流を制御して磁束の透過を制御することによって，それよりも内部への磁束の入り込み易さを調整し，周縁部の発熱量と内側部の発熱量とを比率可変に制御して誘導加熱することができる。

（サセプタの具体的構成例）
ここで，このような本実施形態におけるサセプタ２００の構成例について図面を参照しながら説明する。図１０は，サセプタ２００の構成を示す外観斜視図であり，図１１はサセプタ２００を上方から見た図である。図１２はサセプタ２００の一部を縦方向に切断した断面図である。

図１０，図１１に示すように，本実施形態におけるサセプタ２００はその周縁部２１０とこれに囲まれる内側部２２０に分割して設けられている。内側部２２０は厚板状発熱体２２２で構成され，周縁部２１０は内側部２２０よりも薄い薄板状発熱体２１２を積層して構成される。図１０，図１１では，３枚の薄板状発熱体２１２を積層した場合を例に挙げているが，薄板状発熱体２１２の枚数はこれに限られるものではなく，その厚みに応じて２枚でも４枚以上であってもよい。

各薄板状発熱体２１２の間はそれぞれ互いに電気的に絶縁されている。これは各薄板状発熱体２１２の間で誘導電流が流れないようにするためである。例えば図１０は各薄板状発熱体２１２を離間して設けることによって絶縁した具体例を示す。なお，これに限られることはなく，各薄板状発熱体２１２の間に絶縁部材を挿入してもよい。また，各薄板状発熱体２１２の表面に絶縁加工を施すようにしてもよい。これによれば，各薄板状発熱体２１２を隙間を空けることなく接触して積層できる。

周縁部２１０と内側部２２０との間は断熱されている。これは周縁部２１０と内側部２２０との間で熱伝導を防ぐためである。これにより，周縁部２１０と内側部２２０とを別々に加熱することができる。例えば図１１，図１２は周縁部２１０の各薄板状発熱体２１２と内側部２２０との間を断熱材２３０で接続することによって断熱した具体例を示す。なお，これに限られることはなく，各薄板状発熱体２１２と内側部２２０との間を離間させることによって断熱してもよい。

（各発熱体の厚みの最適化）
ところで，上述した各薄板状発熱体２１２の厚みｔ１と厚板状発熱体２２２の厚みｔ２は，誘導コイル１２４に供給する高周波電流として用いる周波数（低い周波数と高い周波数）に基づいて決定される。これは誘導電流の表皮効果によれば周波数によって誘導電流の侵入深さが決まるので，周波数に応じて各発熱体２１２，２２２の厚みｔ１，ｔ２を調整することで，最適な加熱制御を行うことができるようになる。

ここで，誘導コイル１２４に供給する高周波電流として用いるとして，低い周波数をｆ１（例えば１０ｋＨｚ），高い周波数をｆ２（例えば１００ｋＨｚ）としたときの各発熱体の最適な厚みｔ１，ｔ２について説明する。先ず，各発熱体の厚みｔ１，ｔ２と誘導電流の表皮効果について図面を参照しながら説明する。

図１３Ａ，図１３Ｂは誘導電流の表皮効果をグラフに示した図である。図１３Ａは厚板状誘熱体の場合であり，図１３Ｂは薄板状発熱体の場合である。図１３Ａ，図１３Ｂにおいて太線グラフは低い周波数ｆ１の場合，細線グラフは高い周波数ｆ２の場合である。

発熱体の周縁部側面から磁束が入り込む場合，その磁束の垂直面（例えば上述した図６Ｂに示す厚板状発熱体ではその上面と下面と左右側面）に誘導電流が発生する。その誘導電流は各表面に近い程大きく，内部（ここでは厚みの中心方向）に向かうにつれて指数関数的に小さくなる特性があり，これが誘導電流の表皮効果である。この場合，サセプタ２００の形状のように板状の場合は上面近傍と下面近傍に発生する誘導電流が支配的となり，左右側面近傍の誘導電流はほとんど無視できる。

浸入深さＰは周波数ｆ１，ｆ２によって決まり，具体的には発熱体の表面（上面又は下面）からその深さ方向（厚みの中心方向）にかけて減衰する誘導電流密度が，発熱体の表面（上面又は下面）における誘導電流密度の１／ｅ（≒０．３６８）倍に減少した点までの距離として定義され，下記（１）式で表される。

Ｐ（ｃｍ）＝５．０３（ρ／μｆ）^１／２・・・（１）

上記（１）式において，ρは発熱体の抵抗率（μΩｃｍ），μは発熱体の比透磁率（非磁性体ではμ＝１），ｆは周波数（Ｈｚ）である。なお，カーボン系材料ではμ＝１である。カーボン系材料には，グラファイト，ガラス状カーボンなどがある。

上記（１）式によれば，浸入深さＰは周波数ｆが高いほど小さくなり，周波数ｆが低いほど大きくなることがわかる。また，この浸入深さＰを用いて発熱体の外周面から内部にかけての距離ｘにおける電流密度Ｉ_ｘはＩ_０を発熱体の上面と下面のそれぞれの電流密度とすれば，下記（２）式で表される。

I_ｘ＝Ｉ_０ｅｘｐ(−ｘ／Ｐ) ・・・（２）

上面と下面からの厚みの中心までの距離ｘと電流密度比I_ｒ（＝I_ｘ／I_０）の関係を，低い周波数ｆ１（例えば１０ｋＨｚ）の場合と高い周波数ｆ２（例えば１００ｋＨｚ）の場合をグラフで表すと，図１３Ａ，図１３Ｂに示すようになる。図１３Ａ，図１３Ｂでは，縦軸に電流密度比I_ｒ（＝I_ｘ／I_０）をとり，横軸に上面と下面からの厚みの中心までの距離ｘをとっている。

図１３Ａと図１３Ｂのいずれの場合も，電流密度比I_ｒ（＝I_ｘ／I_０）は発熱体の上面又は下面に近いほど大きく，厚みの中心方向に向かうほど急激に低下する減衰曲線を描く。また，上記（２）式によれば，図１３Ａ，図１３Ｂのグラフに示すように低い周波数ｆ１ほど浸入深さＰ_ｆ１が大きくなり，高い周波数ｆ２ほど浸入深さＰ_ｆ２が小さくなる。この浸入深さＰ_ｆ１，Ｐ_ｆ２は，（１）式によれば周波数によって一律に定まる。

そこで，ここでは図１３Ａに示すように厚板状発熱体の厚みｔ１を大きい方，すなわち低い周波数ｆ１のときの浸入深さＰ_ｆ１の２倍とし，図１３Ｂに示すように薄板状発熱体の厚みｔ２を小さい方，すなわち高い周波数ｆ２のときの浸入深さＰ_ｆ２の２倍とした例を挙げて説明する。

この場合，発熱体の上面から距離ｘの部位に生じる誘導電流と，発熱体の下面から距離ｘの部位に生じる誘導電流とは大きさが同じで方向が逆である。従って，これらの電流密度比I_ｒのグラフが重なる部分があれば誘導電流が相殺されていることになる。

このような観点から図１３Ａを見ると，厚板状発熱体ではその厚みｔ１の範囲において，低い周波数ｆ１でも高い周波数ｆ２でも誘導電流が相殺されることはない。これに対して，図１３Ｂを見ると，薄板状発熱体ではその厚みｔ２の範囲において，高い周波数ｆ２では誘導電流が相殺されることはないのに対して，低い周波数ｆ１では誘導電流が相殺される領域が存在する。

このような誘導電流が相殺される領域が存在するように，発熱体の厚みｔ１，ｔ２を決めることによって，上述したように薄板状発熱体の場合に高い周波数ｆ２では誘導電流が相殺されずに磁束が入り難く，低い周波数ｆ１では誘導電流が相殺されて磁束が入り込み易くすることができる。

図１３Ａ，図１３Ｂによれば，少なくとも薄板状発熱体の厚みｔ２については，高い周波数ｆ２の浸入深さＰ_ｆ２の２倍よりも厚く，低い周波数ｆ１の浸入深さＰ_ｆ１よりも薄くすることが好ましい。これにより，薄板状発熱体については低い周波数ｆ１による誘導電流の相殺領域を大きくできる。

これに対して，厚板状発熱体の厚みｔ２については，少なくとも低い周波数ｆ１の浸入深さＰ_ｆ１の２倍よりも厚くすることが好ましい。これにより，厚板状発熱体についてはいずれの周波数でも誘導電流の相殺領域なしにすることができる。

これに基づいて，図１２に示すサセプタ２００の各発熱体２２２，２１２の厚みｔ１，ｔ２の条件を求めると次のようになる。この場合，各発熱体２２２，２１２をグラファイトで構成したとすれば，抵抗率ρは略１０００μΩｃｍ，透過率μは１である。例えば低い周波数ｆ１を１０ｋＨｚ，高い周波数ｆ２を１００ｋＨｚとすると，浸入深さＰ_ｆ１，Ｐ_ｆ２はそれぞれ，略１．６ｃｍ，略０．５ｃｍとなる。従って，この場合の厚板状発熱体２２２の厚みｔ１の条件は，３．２ｃｍ（＝２×Ｐ_ｆ１）＜ｔ１とし，薄板状発熱体２１２の厚みｔ２の条件は，１．０ｃｍ（＝２×Ｐ_ｆ２）＜２ｔ＜１．６ｃｍ（＝Ｐ_ｆ１）とするのが好ましい。

このようにサセプタ２００を構成する各発熱体２２２，２１２の厚みｔ１，ｔ２を決めることによって，周波数によってサセプタ２００の周縁部２１０の側面から磁束の入り込み易さを制御することができ，周縁部２１０の発熱量と内側部２２０の発熱量との比率を変えることができる。これにより，サセプタ２００の面内温度を制御することができる。

なお，薄板状発熱体２１２の径方向の幅は，水平磁場の周波数を高くした際に磁束の大半が周縁部２１０を通るような大きさにすることが好ましい。これに限られるものではなく，薄板状発熱体２１２の径方向の幅を周縁部２１０の発熱量と内側部２２０の発熱量との基準比率に基づいて決定してもよい。

このような薄板状発熱体２１２の径方向の幅を大きくしすぎれば，水平磁場の周波数を低くした際に内側部２２０への磁束の入り込みが減るため，内側部２２０の加熱効率が低下する。逆にこの幅を小さくすれば，水平磁場の周波数を高くした際に磁束の一部が内側部２２０に入り込むため周縁部２１０の加熱効率が低下する。

従って，薄板状発熱体２１２の径方向の幅は，サセプタ２００の周縁部２１０の加熱を強めるのか，それとも内側部２２０の加熱を強めるのかによって決めることもできる。例えばサセプタ２００の内側部２２０に対して周縁部２１０の方の加熱を強める場合は薄板状発熱体２１２の径方向の幅を大きくし，サセプタ２００の周縁部２１０に対して内側部２２０の方の加熱を強める場合は薄板状発熱体２１２の径方向の幅を小さくするようにしてもよい。

また，サセプタ２００の周縁部２１０に誘導電流を励起する水平磁場はサセプタ２００の径方向成分とともにサセプタ２００の周方向成分も有するので，薄板状発熱体２１２の径方向の幅は，高い周波数ｆ２に対する浸入深さＰ_ｆ２の２倍以上にすることが好ましい。

サセプタ２００の形状は図１２に示すものに限られるものではない。例えば図１４に示すように内側部２２０の厚板発熱体２２２は，その中心部を外周部より薄くするようにしてもよい。図１に示すようにサセプタ２００を縦方向に複数配列する場合には，各サセプタから上下方向へ放熱する熱量が減り,中央部に熱がこもり易いので，各サセプタ２００の中央部は加熱しなくてもほとんど温度が変わらない。このため，図１４に示すように薄くしたとしても，厚板発熱体２２２は，その中心部を外周部より薄くしても，加熱された外周部からの熱伝導によっても十分に加熱できる。これによれば，サセプタ２００全体の熱容量を少なくすることができ，加熱速度を高めることができる。

（高周波電流の印加制御）
ここで，上述した２つの周波数の高周波電流の印加制御についてより詳細に説明する。本実施形態における印加制御としては，２つの周波数の高周波電流を重畳させて印加してもよいし，それぞれを時系列で別々に印加してもよい。このような印加制御を実現可能な高周波電流回路１３０の具体的構成例を図１５に示す。図１５は本実施形態にかかる高周波電流回路１３０の概略構成を示すブロック図である。

図１５に示す高周波電流回路１３０は，低い周波数である第１周波数ｆ_１の高周波電流（例えば１０ｋＨｚ）を出力する第１高周波電源１３４と，高い周波数である第２周波数ｆ_２の高周波電流（例えば１００ｋＨｚ）を出力する第２高周波電源１３６を備える。第１高周波電源１３４の出力は，第１整合回路１３５を介して高周波電流回路１３０の出力端子１３２に接続されている。第１整合回路１３５は例えば高周波電流回路１３０の出力と第１整合回路１３５の入力との間に設けられた変成器などからなる。

第２高周波電源１３６の出力は，第２整合回路１３７を介して第１整合回路１３５と一方の出力端子１３２との間に接続される。第２整合回路１３７は，第２高周波電源１３６の出力と第１整合回路１３５の一方の出力との間に設けられた変成器などからなり，第１高周波電源１３４からの出力に第２高周波電源１３６からの出力を重畳させる機能を果たす。

第１高周波電源１３４と第２高周波電源１３６は，制御部３００に接続されており，制御部３００からの制御信号によって，各高周波電源１３４，１３６の出力をオン・オフできるようになっている。これにより，制御部３００からの制御信号によって，誘導コイル１２４に低い第１周波数ｆ_１の電流と高い第２周波数ｆ_２の電流を重畳して又は時系列で切り換えて印加することによって，サセプタ２００の周縁部２１０と内側部２２０のいずれか一方のみを独立して加熱したり，両方加熱したりすることができる。

例えば制御部３００からの制御信号によって，第１高周波電源１３４からの第１周波数ｆ_１の電流出力をオンして第２高周波電源１３６の第２周波数ｆ_２の電流出力をオフすることにより，高周波電流回路１３０の出力端子１３２には第１周波数ｆ_１の高周波電流のみを出力できる。逆に第１高周波電源１３４からの第１周波数ｆ_１の電流出力をオフして第２高周波電源１３６からの第２周波数ｆ_２の電流出力をオンすることにより，高周波電流回路１３０の出力端子１３２には第２周波数ｆ_２の高周波電流のみを出力できる。

このため，例えば第１周波数ｆ_１（１０ｋＨｚ）の電流と第２周波数ｆ_２（１００ｋＨｚ）の電流とを時系列で切り換えてこれらの高周波電流を誘導コイル１２４に印加することにより，図１６に示すような電流波形を印加できる。例えば図１６に示すＴ_１区間の電流波形は第１周波数ｆ_１（１０ｋＨｚ）の電流によるものであり，図１６のＴ_２区間の電流波形は第２周波数ｆ_２（１００ｋＨｚ）の電流によるものである。この場合には，第１周波数ｆ_１（１０ｋＨｚ）の電流と第２周波数ｆ_２（１００ｋＨｚ）の電流の各印加時間Ｔ_１，Ｔ_２を制御することで，サセプタ２００の周縁部２１０と内側部２２０の発熱量を制御できる。

例えば第１周波数ｆ_１（１０ｋＨｚ）の電流のみを印加している間（Ｔ_１）には，図１７Ａに示すように周縁部２１０では各薄板状発熱体２１２において誘導電流の発生が抑えられる。このため，磁束は周縁部２１０を透過して内側部２２０まで入り込む。これにより，各薄板状発熱体２１２は発熱せずに厚板状発熱体２２２のみ発熱するので，周縁部２１０に比して内側部２２０の方をより加熱することができる。

なお，図１７Ａでは分かり易いように周縁部２１０と内側部２２０のうちの発熱する方又は発熱量が大きい方をハッチングで示している（以下に示す図１７Ｂ，図１９Ａ，図１９Ｂも同様である）。

これに対して，第２周波数ｆ_２（１００ｋＨｚ）の電流のみを印加している間（Ｔ_２）には，図１７Ｂに示すように周縁部２１０では各薄板状発熱体２１２において誘導電流が発生して磁束の透過を妨げる。このため，磁束は各薄板状発熱体２１２に入り込んだとしても内側部２２０までは届かない。厚板状発熱体２２２は発熱せずに各薄板状発熱体２１２のみ発熱するので，内側部２２０に比して周縁部２１０の方をより加熱することができる。

また，制御部３００からの制御信号によって，第１高周波電源１３４からの第１周波数ｆ_１の電流出力と第２高周波電源１３６からの第２周波数ｆ_２の電流出力の両方をオンすることにより，高周波電流回路１３０の出力端子１３２には，第１周波数ｆ_１の電流に第２高周波ｆ_２の電流が重畳された高周波電流，例えば図１８に示すような電流波形を出力できる。この場合には，各周波数の高周波電流の比率を制御することで，周縁部２１０と内側部２２０との発熱量を制御することができる。

この場合，高い第２周波数ｆ_２の電流に対して低い第１周波数ｆ_１の電流を大きくするほど，周縁部２１０の各薄板状発熱体２１２に発生する誘導電流を抑えることができる。このため，図１９Ａに示すように磁束は各薄板状発熱体２１２を透過して厚板状発熱体２２２まで届き易くなるので，周縁部２１０よりも内側部２２０の方をより加熱することができる。

これに対して，高い第２周波数ｆ_２の電流に対して低い第１周波数ｆ_１の電流を小さくするほど，周縁部２１０の各薄板状発熱体２１２に発生する誘導電流を大きくすることができる。このため，図１９Ｂに示すように磁束は各薄板状発熱体２１２を通過し難くなり，厚板状発熱体２２２まで届き難くなるので，内側部２２０よりも周縁部２１０の方をより加熱することができる。

また，高い第２周波数ｆ_２の電流に対する低い第１周波数ｆ_１の電流を一定に保ったまま高い周波数ｆ_２と低い周波数ｆ_１の両方の電流を大きくすれば，サセプタ２００全体の発熱量のバランスを保つことができるため，サセプタ２００の温度分布を一定に保ちながらサセプタ２００全体の温度を上げることができる。

なお，高周波電流回路１３０は，図１５に示す構成に限られるものではない。例えば２つの周波数の高周波電流を重畳して印加する場合には，第１高周波電源１３４と第２高周波電源１３６とを直列に接続して構成してもよく，また２つの周波数の高周波電流を時系列で交互に印加する場合には，第１高周波電源１３４と第２高周波電源１３６とを切換え可能な構成にしてもよい。

このように，高周波電流回路１３０によれば，誘導コイル１２４に低い第１周波数ｆ_１の電流と高い第２周波数ｆ_２の電流を重畳して又は時系列で切り換えて印加することによって，サセプタ２００の周縁部２１０の発熱量と内側部２２０の発熱量との比率を制御することができる。これによれば，周縁部２１０と内側部２２０のいずれかのみを独立して加熱したり，両方加熱したりすることができる。

これにより，サセプタ２００の面内温度分布を制御することができるので，サセプタ２００に載置されたウエハＷの面内温度分布もまた的確に制御できる。特に本実施形態にかかる熱処理装置１００のように反応管１０４の側壁（処理室１０２の側壁）をサセプタ２００の温度より格段に低い温度で制御する場合には，サセプタ２００の周縁部２１０の熱量が奪われ易いので，反応管１０４全体を加熱することなく，その周縁部２１０に集中的に熱量を補填しながら，さらに内側部２２０まで加熱できる点でその効果は極めて大きい。

なお，本実施形態における磁場形成部は，図４に示すようにＵ字状（又はコ字状）のコア１２２の中間部１２９に誘導コイル１２４を巻回した電磁石１２０で構成した場合を例に挙げたが，これに限られるものではない。例えば図２０に示すようにＵ字状（又はコ字状）のコア１２２の各磁極１２７，１２８に誘導コイル１２４を巻回した電磁石１２１で構成してもよい。図２０に示す電磁石１２１によっても，図４に示す電磁石１２０と同様の水平な水平磁場を形成することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，基板例えば半導体ウエハやガラス基板などに所定の熱処理を施す熱処理装置に適用可能である。

１００熱処理装置
１０２処理室
１０４反応管
１０５誘電体窓
１０６マニホールド
１１０石英ボート（ウエハボート）
１１４蓋体
１１６断熱体
１１８ボートエレベータ
１２０,１２１電磁石
１２２コア
１２４誘導コイル
１２７，１２８磁極
１２７Ａ，１２８Ａ磁極面
１２９中間部
１３０高周波電流回路
１３２出力端子
１３４第１高周波電源
１３５第１整合回路
１３６第２高周波電源
１３７第２整合回路
１４０ａ，１４０ｂガス供給管
１４２ａ，１４２ｂ流量調整部
１５０排気管
１５１圧力センサ
１５２圧力調整部
１５４真空ポンプ
２００サセプタ
２１０周縁部
２１２薄板状発熱体
２２０内側部
２２２厚板状発熱体
２３０断熱材
３００制御部
３１０ＣＰＵ
３２０メモリ
３３０表示部
３４０入出力部
３５０通信部
３６０各種コントローラ
３７０記憶部
３７２処理レシピデータ
Ｗウエハ

Claims

減圧可能な処理室内に配置した複数の基板に対して熱処理を施す処理室と，
前記基板を載置する載置面を有する導電性部材であって，周縁部とこれに囲まれる内側部とに分けられ，前記内側部は厚板状発熱体からなり，前記周縁部は内側部よりも薄い薄板状発熱体を互いに電気的に絶縁した状態で積層してなるサセプタと，
前記サセプタを，その載置面に垂直な方向に間隔を空けて複数配列して前記処理室内で支持する回転自在なサセプタ支持部と，
誘導コイルが巻回され，前記サセプタの側面に磁極面が対向するように配置された電磁石からなり，前記サセプタの載置面に平行な方向に交流磁場を形成して前記サセプタを誘導加熱する磁場形成部と，
前記誘導コイルに異なる２つの周波数の高周波電流を印加可能に構成された高周波電流回路と，
前記高周波電流回路から前記誘導コイルに印加する前記２つの周波数の高周波電流により前記各薄板状発熱体に発生する誘導電流を制御して前記内側部までの磁束の透過を制御することによって，前記サセプタの前記周縁部の発熱量と前記内側部の発熱量との比率を変化させて温度制御を行う制御部と，
を備えることを特徴とする熱処理装置。
前記制御部は，前記高周波電流回路から出力される低い周波数と高い周波数の高周波電流を重畳して又は時系列で切り換えて前記温度制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
前記各サセプタの周縁部を構成する前記薄板状発熱体の厚みは，前記低い周波数から算出される誘導電流の侵入深さよりも小さく，前記高い周波数から算出される誘導電流の侵入深さの２倍よりも大きくしたことを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
前記各サセプタの内側部を構成する前記厚板状発熱体の厚みは，少なくとも前記低い周波数から算出される誘導電流の侵入深さの２倍よりも大きくしたことを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
前記磁場形成部を，前記サセプタ及び前記基板の配列方向に沿って複数段配列したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置。
前記制御部は，前記各磁場形成部の交流電源を独立して制御することを特徴とする請求項５に記載の熱処理装置。
前記サセプタはグラファイトで構成し，前記処理室の側壁はアルミニウム合金で構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理装置。
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と，
前記処理室内を真空排気する排気機構と，を備え，
前記処理室は，前記基板に対して行う熱処理又は前記基板上に薄膜を成膜する成膜処理を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の熱処理装置。