JP2005268624A - Heating equipment - Google Patents

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JP2005268624A JP2004080843A JP2004080843A JP2005268624A JP 2005268624 A JP2005268624 A JP 2005268624A JP 2004080843 A JP2004080843 A JP 2004080843A JP 2004080843 A JP2004080843 A JP 2004080843A JP 2005268624 A JP2005268624 A JP 2005268624A
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Makoto Nakao
誠 中尾
Masayuki Shiojiri
昌幸 塩尻
Yoshihiko Murakami
嘉彦 村上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide heating equipment that can efficiently and uniformly heat a sample by using a microwave. <P>SOLUTION: The heating equipment 10 is provided with a container 11 in which the sample W is heat-treated, a sample stage which is provided in the container 11 and has one main surface for placing the sample W, and a microwave radiator 25 which is provided on the other main surface side of the sample stage 17 on the outside of the container 11. The equipment 10 is also provided with a microwave generator 21 provided on the outside of the container 11 and a waveguide 24 the one end of which is connected to the microwave generator 21 and the other end of which is connected to the microwave radiator 25. Since the microwave radiator 25 is provided with a plate-like body 27 through which a plurality of through holes 26 is formed in the thickness direction, the sample stage 17 is uniformly heated. Consequently, the sample W placed on the sample stage 17 is uniformly heated. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、加熱装置に関し、特に、単一葉あるいは複数葉の半導体ウエハ等の板状試料をマイクロ波を用いて均一に加熱処理することができる加熱装置に関するものである。   The present invention relates to a heating apparatus, and more particularly to a heating apparatus that can uniformly heat a plate-like sample such as a single-leaf or multiple-leaf semiconductor wafer using a microwave.

従来より、マイクロ波を用いて被処理体を加熱する技術は広く応用されており、工業的には勿論のこと、一般家庭でも食品加熱用として電子レンジが普及している。
一方、半導体装置の製造工程においても多くの加熱工程があり、これらの加熱工程においては、マイクロ波を用いた加熱装置が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。 2. Description of the Related Art Conventionally, techniques for heating an object to be processed using microwaves have been widely applied, and a microwave oven is widely used for heating foods in general households as well as industrially.
On the other hand, there are many heating processes in the manufacturing process of a semiconductor device, and a heating apparatus using a microwave is used in these heating processes (see, for example, Patent Document 1).

本出願人は、従来のマイクロ波を用いた加熱装置を改良したものを提案した。
図８は、特願２００３−１６９９７８のマイクロ波を用いた板状試料加熱装置を示す断面図である。図８において、符号１１１はアルミニウムまたはステンレススチールからなる容器（反応容器）であり、この容器１１１の底部１１１ａ（または側部）には板状の高純度石英からなるマイクロ波照射窓１１２が設けられ、この容器１１１の側壁（側部）には、反応ガスを容器１１１内に導入する反応ガス導入口１１３及び反応ガスを容器１１１外へ排出する反応ガス排出口１１４が設けられている。 The present applicant has proposed an improved heating apparatus using a conventional microwave.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a plate-like sample heating device using microwaves in Japanese Patent Application No. 2003-169978. In FIG. 8, reference numeral 111 denotes a container (reaction container) made of aluminum or stainless steel, and a microwave irradiation window 112 made of plate-like high-purity quartz is provided on the bottom 111a (or side part) of the container 111. The side wall (side part) of the container 111 is provided with a reaction gas inlet 113 for introducing the reaction gas into the container 111 and a reaction gas outlet 114 for discharging the reaction gas to the outside of the container 111.

この容器１１１の内部には中心部に開口部１１５が形成された石英製の試料台支持板１１６が配設され、この試料台支持板１１６の上面（一主面）１１６ａには、開口部１１５に跨るように、電気的に絶縁され、誘電体からなる試料台１１７が載置されている。そして、試料Ｗはこの試料台１１７の上面（一主面）１１７ａに載置されて加熱される。   A quartz sample stage support plate 116 having an opening 115 formed at the center is disposed inside the container 111, and an opening 115 is formed on the upper surface (one main surface) 116 a of the sample stage support plate 116. A sample stage 117 that is electrically insulated and made of a dielectric material is placed so as to extend over the area. And the sample W is mounted on the upper surface (one main surface) 117a of this sample stand 117, and is heated.

また、容器１１１の外側には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生器１２１が設けられており、このマイクロ波発生器１２１で発生したマイクロ波が導波管１２４、マイクロ波照射窓１１２を通って試料台１１７の下面（他の一主面）１１７ｂを照射するように構成されている。
一方、試料台１１７には光センサ１２２が設けられていて、この光センサ１２２は光温度計１２３を介してマイクロ波発生器１２１に電気的に接続されている。
特開２００２−７５８７０号公報 Further, for example, a microwave generator 121 that generates a microwave of 2.45 GHz is provided outside the container 111, and the microwave generated by the microwave generator 121 is transmitted through the waveguide 124 and the microwave. It is configured to irradiate the lower surface (another main surface) 117 b of the sample stage 117 through the irradiation window 112.
On the other hand, the sample stage 117 is provided with an optical sensor 122, and the optical sensor 122 is electrically connected to the microwave generator 121 through an optical thermometer 123.
JP 2002-75870 A

このようなマイクロ波を用いた加熱装置１１０にあっては、試料Ｗのみを選択的に加熱することができ、温度調整に際しての即応性に優れるという利点を有するものの、試料Ｗを均一に加熱することができないという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、半導体ウエハ等の板状試料Ｗを均一に効率よく加熱することができるマイクロ波を用いた加熱装置１１０を提供することを課題とする。 In the heating apparatus 110 using such a microwave, although only the sample W can be selectively heated and has the advantage of excellent responsiveness in temperature adjustment, the sample W is uniformly heated. There was a problem that it was not possible.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a heating apparatus 110 using a microwave that can uniformly and efficiently heat a plate-like sample W such as a semiconductor wafer. And

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、マイクロ波を導波管内に伝播させてマイクロ波放射部に導き、該マイクロ波放射部に備えられた貫通孔を有する板状体によりマイクロ波を均一に容器内に放射させて、試料台へのマイクロ波照射の強度分布を均一にできることを見出した。
さらに、前記試料台を特定の特性を備えたセラミックスで構成すれば、上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have led a microwave to propagate into the waveguide to be guided to the microwave radiating portion, and have a plate-like shape having a through hole provided in the microwave radiating portion. It was found that the intensity distribution of the microwave irradiation to the sample stage can be made uniform by radiating the microwave uniformly into the container by the body.
Furthermore, it has been found that if the sample stage is made of ceramics having specific characteristics, the above problems can be solved, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の加熱装置は、マイクロ波を用いて試料を加熱する加熱装置であって、試料を加熱処理する容器と、該容器内に配設されて試料を載置する一主面を備えた試料台と、該試料台の他の一主面側かつ前記容器の外側に設けられたマイクロ波放射部と、前記容器外に設けられたマイクロ波発生器と、一方の端部が前記マイクロ波発生器に接続され、かつ、他方の端部が前記マイクロ波放射部に接続されている導波管とを備え、前記マイクロ波放射部は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている板状体を備えていることを特徴としている。   That is, the heating device of the present invention is a heating device that heats a sample using microwaves, and includes a container that heat-processes the sample, and one main surface that is disposed in the container and places the sample. A sample stage, a microwave radiating section provided on the other main surface side of the sample stage and outside the container, a microwave generator provided outside the container, and one end of the microwave stage A waveguide connected to the wave generator and having the other end connected to the microwave radiating portion, and the microwave radiating portion has a plurality of through holes penetrating in the thickness direction. It is characterized by having a plate-like body.

前記複数の貫通孔は、前記貫通孔板の一主面の中心軸に対して、点対称となるように形成されていることを特徴としている。
また、前記貫通孔は、長軸を有する２つの貫通孔の一方の端面が他方の貫通孔の中央部に近接してＴ字状の貫通孔対を形成していることを特徴としている。
さらに、前記貫通孔は、同心円状、放射状または螺旋状に配置されていることとしてもよい。
前記マイクロ波放射部は、さらに誘電体板を備えていることを特徴としている。
また、前記試料台は、体積固有抵抗値が１０−１Ωｃｍ以上かつ１０６Ωｃｍ以下であり、かつ、マイクロ波周波数帯域における複素誘電率が０．２以上であるセラミックスからなることを特徴としている。 The plurality of through holes are formed so as to be point symmetric with respect to a central axis of one main surface of the through hole plate.
The through-hole is characterized in that one end face of two through-holes having a long axis is close to the center of the other through-hole to form a T-shaped through-hole pair.
Furthermore, the through holes may be arranged concentrically, radially or spirally.
The microwave radiating section further includes a dielectric plate.
The sample stage is made of a ceramic having a volume resistivity of 10 −1 Ωcm or more and 10 6 Ωcm or less, and a complex dielectric constant of 0.2 or more in a microwave frequency band. .

本発明によれば、導波管に設けられたマイクロ波放射開口を通ってマイクロ波がマイクロ波放射部に供給され、該マイクロ波放射部に形成された複数の貫通孔によりマイクロ波が試料台に均一に放射されるため、該試料台を、面内温度勾配を発生させずに均一に加熱することができ、前記試料台上に載置された試料も均一に加熱することができる。   According to the present invention, the microwave is supplied to the microwave radiating portion through the microwave radiating opening provided in the waveguide, and the microwave is received by the plurality of through holes formed in the microwave radiating portion. Therefore, the sample stage can be heated uniformly without generating an in-plane temperature gradient, and the sample placed on the sample stage can also be heated uniformly.

また、マイクロ波発生器から供給されるマイクロ波は、マイクロ波放射部の誘電体板によって波長が短縮されてエネルギー密度が上昇するため試料台の加熱効率が向上する。
さらに、前記試料台が、体積固有抵抗値が１０−１Ωｃｍ以上かつ１０６Ωｃｍ以下であり、かつ、マイクロ波周波数帯域における複素誘電率が０．２以上であるセラミックスで構成されているので、試料台の表面（裏面）でのマイクロ波の反射が低減し、更に、試料台を透過する量も低減するため、マイクロ波が試料台に効率よく吸収され、試料台に面内温度勾配が発生せず、試料に温度ムラが生じない。すなわち、マイクロ波は効率よく試料加熱用の熱に変換される。 In addition, the microwave supplied from the microwave generator is shortened in wavelength by the dielectric plate of the microwave radiating section and the energy density is increased, so that the heating efficiency of the sample stage is improved.
Furthermore, the sample stage is made of ceramics having a volume resistivity of 10 −1 Ωcm or more and 10 6 Ωcm or less, and a complex dielectric constant of 0.2 or more in the microwave frequency band, Since the reflection of microwaves on the front surface (back surface) of the sample stage is reduced and the amount of light transmitted through the sample stage is also reduced, the microwave is efficiently absorbed by the sample stage and an in-plane temperature gradient is generated on the sample stage. No temperature unevenness occurs in the sample. That is, the microwave is efficiently converted into heat for heating the sample.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して具体的、かつ詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態の加熱装置を示す概略断面図である。
図１において、符号１１はアルミニウムまたはステンレススチールからなる容器であり、この容器１１の底部１１ａ（または側部）には板状の高純度石英からなるマイクロ波照射窓１２が設けられ、この容器１１の側壁（側部）には、反応ガスを容器１１内に導入する反応ガス導入口１３および反応ガスを容器１１外へ排出する反応ガス排出口１４が設けられている。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a heating device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a container made of aluminum or stainless steel, and a microwave irradiation window 12 made of plate-like high-purity quartz is provided on the bottom 11 a (or side part) of the container 11. A reaction gas introduction port 13 for introducing the reaction gas into the container 11 and a reaction gas discharge port 14 for discharging the reaction gas to the outside of the container 11 are provided on the side wall (side portion).

このマイクロ波照射窓１２の上面には、直接もしくは石英製スペーサーを介して、セラミックスにより構成された試料台１７が電気的に絶縁される状態で載置され、この試料台１７の上面（一主面）１７ａは半導体ウエハＷを載置する載置面とされている。この板状試料Ｗとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）ウエハ、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ等が好適に用いられる。   On the upper surface of the microwave irradiation window 12, a sample table 17 made of ceramics is placed in an electrically insulated state directly or via a quartz spacer. A surface 17a is a mounting surface on which the semiconductor wafer W is mounted. As the plate-like sample W, for example, a silicon (Si) wafer, a III-V group compound semiconductor wafer such as GaAs, or the like is preferably used.

また、容器１１の底部１１ａのマイクロ波照射窓１２の外側には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生器２１と、マイクロ波照射窓１２の下面には、前記試料台１７に対向してマイクロ波放射部２５が設けられており、マイクロ波発生器２１で発生したマイクロ波は矩形状の断面を有する導波管２４内を通ってマイクロ波放射部２５に伝播するよう構成されている。   Further, on the outside of the microwave irradiation window 12 on the bottom 11 a of the container 11, for example, a microwave generator 21 that generates a microwave of 2.45 GHz, and on the lower surface of the microwave irradiation window 12, the sample table 17 is provided. A microwave radiating portion 25 is provided opposite to the microwave radiating portion 25, and the microwave generated by the microwave generator 21 is propagated to the microwave radiating portion 25 through the waveguide 24 having a rectangular cross section. Has been.

このマイクロ波放射部２５の上部（マイクロ波透過窓１２側）には、マイクロ波を均一に照射して試料台１７を均一に加熱するために、厚み方向に貫通した複数の貫通孔２６を有し、マイクロ波を射出するアンテナとして機能する板状体２７が設けられており、マイクロ波放射部２５の下部（マイクロ波発振器２１側）には、前記マイクロ波放射部２５の中央部にマイクロ波導波管２４が接続されている。   A plurality of through holes 26 penetrating in the thickness direction are provided on the upper portion of the microwave radiating portion 25 (on the microwave transmission window 12 side) in order to uniformly irradiate the microwave and heat the sample table 17 uniformly. In addition, a plate-like body 27 that functions as an antenna for emitting microwaves is provided, and a microwave guide is provided below the microwave radiating unit 25 (on the microwave oscillator 21 side) at the center of the microwave radiating unit 25. A wave tube 24 is connected.

また、本容器１１の頂部１１ｂには、従来公知のマイクロ波を利用したプラズマ発生装置が設けられている。すなわち、容器１１の頂部１１ｂの高純度石英製マイクロ波照射窓３１の外側には、マイクロ波を利用したプラズマ発生装置３２が設けられており、マイクロ波照射窓３１の上面には、マイクロ波を均一に照射するためのマイクロ波放射部３３が配設されている。このマイクロ波放射部３３は、貫通孔付の板状体３４と誘電体板３５から構成されている。   Further, a plasma generator using a conventionally known microwave is provided on the top portion 11 b of the container 11. That is, a plasma generator 32 using microwaves is provided outside the microwave irradiation window 31 made of high-purity quartz at the top 11 b of the container 11, and microwaves are applied to the upper surface of the microwave irradiation window 31. A microwave radiating section 33 for uniformly irradiating is provided. The microwave radiating portion 33 includes a plate-like body 34 with a through hole and a dielectric plate 35.

次に、マイクロ波放射部２５の詳細について説明する。
図２（ａ）はマイクロ波放射部２５の平面図であり、図２（ｂ）は同マイクロ波放射部２５の断面図である。
マイクロ波放射部２５は、図２（ａ）に示すように、複数の矩形状の貫通孔２６が均一に分布した円形状の板状体２７を有し、その貫通孔２６は、図２（ｂ）に示すように板状体２７の厚み方向に貫通している。
貫通孔２６の形状、密度、分布は特に制限はないが、形状はマイクロ波の透過性の点で矩形状が好ましく、密度は要求される均熱性を考慮して適宜調整するのが好ましく、分布は同心円状でも螺旋状でもよいが、同心円状の方が均熱性が向上するので好ましい。 Next, the detail of the microwave radiation | emission part 25 is demonstrated.
FIG. 2A is a plan view of the microwave radiating unit 25, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the microwave radiating unit 25.
As shown in FIG. 2A, the microwave radiating portion 25 has a circular plate-like body 27 in which a plurality of rectangular through holes 26 are uniformly distributed. As shown in b), the plate-like body 27 penetrates in the thickness direction.
The shape, density, and distribution of the through holes 26 are not particularly limited, but the shape is preferably rectangular in terms of microwave permeability, and the density is preferably adjusted appropriately in consideration of the required heat uniformity. May be concentric or spiral, but a concentric shape is preferred because it improves heat uniformity.

マイクロ波放射部２５の下部（マイクロ波発振器２１側）の径はマイクロ波放射部２５の上部（マイクロ波透過窓１２側）の径よりも小さい円筒テーパ状の形状をしている。このマイクロ波放射部２５のテーパ面２８が板状体２７の垂直方向となすテーパ角度θは１０°以上かつ３０°以下、より好ましくは１０°以上かつ２０°以下が好ましい。
テーパ角度が１０°を下回るとマイクロ波放射部２５が大型化してしまうという問題が発生し、テーパ角度θが３０°を上回ると、マイクロ波の透過効率が低下してエネルギー変換効率が低下するので好ましくない。 The diameter of the lower part (microwave oscillator 21 side) of the microwave radiation part 25 has a cylindrical tapered shape smaller than the diameter of the upper part (microwave transmission window 12 side) of the microwave radiation part 25. The taper angle θ between the tapered surface 28 of the microwave radiating portion 25 and the vertical direction of the plate-like body 27 is preferably 10 ° or more and 30 ° or less, more preferably 10 ° or more and 20 ° or less.
If the taper angle is less than 10 °, there is a problem that the microwave radiating portion 25 is enlarged, and if the taper angle θ is more than 30 °, the microwave transmission efficiency is lowered and the energy conversion efficiency is lowered. It is not preferable.

符号２９は、前記マイクロ波導波管２４が前記マイクロ波放射部２５に接続されるマイクロ波導入用のマイクロ波導入口であり、マイクロ波発生器２１で発生したマイクロ波は、マイクロ波導入口２９を通って前記マイクロ波放射部２５へ導入される。   Reference numeral 29 denotes a microwave introduction port for introducing a microwave to which the microwave waveguide 24 is connected to the microwave radiating unit 25, and the microwave generated by the microwave generator 21 passes through the microwave introduction port 29. Are introduced into the microwave radiation unit 25.

以上説明したように、本実施形態の加熱装置１０によれば、マイクロ波放射部２５によりマイクロ波が試料台１７に対して均一に照射されるため、試料台１７が面内温度勾配が発生せず均一に温度上昇し、よって試料Ｗを均一に加熱することができる。   As described above, according to the heating apparatus 10 of the present embodiment, the microwave radiating unit 25 uniformly irradiates the sample stage 17 with the microwave, and therefore the sample stage 17 generates an in-plane temperature gradient. Thus, the temperature rises uniformly, so that the sample W can be heated uniformly.

[第２の実施形態]
図３は、本発明の第２の実施形態のマイクロ波放射部４０を示す概略断面図であり、このマイクロ波放射部４０が第１実施形態のマイクロ波放射部２５と異なる点は、その断面形状と構成材である。
本実施例のマイクロ波放射部４０は、下部（マイクロ波発振器２１側）の径と上部（マイクロ波透過窓１２側）の径とが等しい円筒状の形状をしている。 [Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the microwave radiating unit 40 of the second embodiment of the present invention. The microwave radiating unit 40 is different from the microwave radiating unit 25 of the first embodiment in its cross section. Shape and components.
The microwave radiation part 40 of the present embodiment has a cylindrical shape in which the diameter of the lower part (microwave oscillator 21 side) is equal to the diameter of the upper part (microwave transmission window 12 side).

図３において、符号４１は、マイクロ波放射部４０の内部空間全域をほぼ完全に充填するよう配設された誘電体板である。この誘電体板４１は、所定の比誘電率を有しており、マイクロ波発生器２１から矩形導波管２４を通って供給されるマイクロ波の波長を所定の率で短縮する。板状体２７に供給されるマイクロ波の波長が誘電体板４１により短縮されることにより、板状体２７の貫通孔２６の厚み方向の大きさを小さくでき、その結果、より多くの貫通孔２６を板状体２７に形成してマイクロ波の放射密度の均一性を向上させることができ、もって、試料Ｗを均一に加熱することができる。なお、誘電体板４１は必ず設ける必要はなく、空洞としてもよい。   In FIG. 3, reference numeral 41 denotes a dielectric plate disposed so as to almost completely fill the entire internal space of the microwave radiating unit 40. The dielectric plate 41 has a predetermined dielectric constant, and shortens the wavelength of the microwave supplied from the microwave generator 21 through the rectangular waveguide 24 by a predetermined rate. By shortening the wavelength of the microwave supplied to the plate-like body 27 by the dielectric plate 41, the size in the thickness direction of the through-hole 26 of the plate-like body 27 can be reduced. As a result, more through-holes can be obtained. 26 can be formed on the plate-like body 27 to improve the uniformity of the radiation density of the microwave, so that the sample W can be heated uniformly. The dielectric plate 41 is not necessarily provided and may be a cavity.

誘電体板４１は、０．１以下の誘電損失（tanδ）を有するものが好ましく、誘電損失（tanδ）が０．１を超えると発熱してマイクロ波のエネルギーが損失され、試料台１７へのマイクロ波照射エネルギーが減少するので不適である。
また、この誘電体板４１は、２．０以上、好ましくは４．０以上の比誘電率を有するものが好ましい。比誘電率が２．０を下回ると波長短縮効果が充分でなくなる。
このような比誘電率を有する材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）焼結体、シリカ（ＳｉＯ２）焼結体等を例示することができる。 The dielectric plate 41 preferably has a dielectric loss (tan δ) of 0.1 or less. When the dielectric loss (tan δ) exceeds 0.1, heat is generated and microwave energy is lost. Unsuitable because microwave irradiation energy is reduced.
The dielectric plate 41 preferably has a relative dielectric constant of 2.0 or more, preferably 4.0 or more. When the relative dielectric constant is less than 2.0, the wavelength shortening effect is not sufficient.
Examples of the material having such a relative dielectric constant include an alumina (Al 2 O 3 ) sintered body, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) sintered body, a silica (SiO 2 ) sintered body, and the like. Can do.

また、誘電体板４１の厚さは、誘電体板４１内のマイクロ波の波長をλとしたとき、０．５λ以上であることが好ましい。マイクロ波の波長λは、次の式で表される。
λ＝λ０／（εt）１／２
λ０：真空中のマイクロ波の波長
εt ：誘電体板の比誘電率
前記誘電体板４１の厚さが０．５λを下回るとマイクロ波が誘電体板４１を透過しにくくなるので好ましくない。 The thickness of the dielectric plate 41 is preferably 0.5λ or more, where λ is the wavelength of the microwave in the dielectric plate 41. The wavelength λ of the microwave is expressed by the following formula.
λ = λ 0 / (ε t ) 1/2
λ 0 : Wavelength of microwave in vacuum ε t : Relative permittivity of dielectric plate If the thickness of the dielectric plate 41 is less than 0.5λ, it is not preferable because the microwave is difficult to transmit through the dielectric plate 41. .

以上、第２の実施形態のマイクロ波放射部４０によれば、マイクロ波放射部４０を構成する誘電体板４１により、マイクロ波の波長が短縮され、板状体２７の厚さが薄くなることによって、より多くの貫通孔２６を形成でき、それによってマイクロ波の放射密度が均一になり、試料Ｗを均一に加熱することができる。   As described above, according to the microwave radiating unit 40 of the second embodiment, the dielectric plate 41 constituting the microwave radiating unit 40 reduces the wavelength of the microwave and reduces the thickness of the plate-like body 27. Thus, a larger number of through holes 26 can be formed, whereby the microwave radiation density becomes uniform, and the sample W can be heated uniformly.

図４は、上述した板状体２７の変形例を示す平面図である。
図４に示す板状体２７には、貫通孔５０Ａと５０Ｂからなる複数の貫通孔対５０が形成され、貫通孔５０Ｂの長手方向は貫通孔５０Ａの長手方向と９０度の角度をなし、貫通孔５０Ｂの一端が貫通孔５０Ａの中央部に近接してＴ字状となるように配置されている。
これらの貫通孔対５０は複数の同心円に沿って配列されているが、螺旋状に配置されてもよい。 FIG. 4 is a plan view showing a modified example of the plate-like body 27 described above.
In the plate-like body 27 shown in FIG. 4, a plurality of through-hole pairs 50 including through-holes 50A and 50B are formed. The longitudinal direction of the through-hole 50B forms an angle of 90 degrees with the longitudinal direction of the through-hole 50A. One end of the hole 50B is disposed so as to be T-shaped in the vicinity of the central portion of the through-hole 50A.
These through-hole pairs 50 are arranged along a plurality of concentric circles, but may be arranged in a spiral shape.

以上のような構成の貫通孔対５０を有する板状体２７に対して、その中央に位置するマイクロ波導入口からマイクロ波が放射状に伝播すると、貫通孔対５０により均一な電界が生じ、マイクロ波が効率よく容器１１の処理空間に向かって均一に放射される。   When the microwave propagates radially from the microwave introduction port located at the center of the plate-like body 27 having the through-hole pair 50 having the above-described configuration, a uniform electric field is generated by the through-hole pair 50, and the microwave Are efficiently emitted uniformly toward the processing space of the container 11.

板状体２７に穿設する貫通孔は、必ずしも対を形成する必要はない。また、貫通孔の各々は細長い楕円形状に限ることもなく、例えば、長方形であってもよい。ただし、角部に滑らかな丸みを持たせることにより、電界の集中を抑制して異常放電を防止することが好ましい。   The through holes drilled in the plate-like body 27 do not necessarily need to form a pair. Further, each of the through holes is not limited to an elongated elliptical shape, and may be a rectangular shape, for example. However, it is preferable to prevent the abnormal discharge by suppressing the concentration of the electric field by giving the corners smooth roundness.

図５は、板状体２７の他の変形例の平面図である。図５において、符号６１ａ、６１ｂは板状体２７の厚み方向に貫通した貫通孔であり、この貫通孔６１ａと貫通孔６１ｂは互いに向きが異なり、貫通孔対６１を形成して、その複数組が円周上に配置されている。
このような貫通孔対６１を形成することによっても、均一な電界が生じ、マイクロ波が効率よく容器１１の処理空間に向かって均一に放射される。 FIG. 5 is a plan view of another modification of the plate-like body 27. In FIG. 5, reference numerals 61 a and 61 b are through holes penetrating in the thickness direction of the plate-like body 27, and the through holes 61 a and the through holes 61 b are different from each other to form a through hole pair 61. Are arranged on the circumference.
By forming the through-hole pair 61 as described above, a uniform electric field is generated, and the microwave is efficiently emitted uniformly toward the processing space of the container 11.

図６は、板状体２７の他の変形例を示す平面図である。図６において、符号７１は板状体２７の厚み方向に貫通した貫通孔であり、この貫通孔７１は中心部から外周方向に放射状に穿設されている。
このような貫通孔７１を形成することによっても、均一な電界が生じ、マイクロ波が効
率よく、容器１１の処理空間に向かって均一に放射される。 FIG. 6 is a plan view showing another modification of the plate-like body 27. In FIG. 6, reference numeral 71 denotes a through-hole penetrating in the thickness direction of the plate-like body 27, and the through-hole 71 is formed radially from the center portion toward the outer peripheral direction.
Also by forming such a through hole 71, a uniform electric field is generated, and the microwave is efficiently radiated toward the processing space of the container 11 uniformly.

図７は、板状体２７の他の変形例の平面図である。図７において、符号８１ａ、８１ｂ、８１ｃは板状体２７の厚み方向に貫通した貫通孔８１であり、中心部から外周部に向かって長さが長くなる複数の貫通孔の組（図７では４組）が点対称になるよう穿設されている。
（このような貫通孔８１を形成することによっても、均一な電界が生じ、マイクロ波が効率よく、容器１１の処理空間に向かって均一に放射される。 FIG. 7 is a plan view of another modification of the plate-like body 27. In FIG. 7, reference numerals 81a, 81b, 81c are through-holes 81 penetrating in the thickness direction of the plate-like body 27, and a set of a plurality of through-holes (in FIG. 7, the length increases from the central portion toward the outer peripheral portion). 4 sets) are drilled to be point-symmetric.
(By forming such a through hole 81 as well, a uniform electric field is generated, and the microwave is efficiently radiated toward the processing space of the container 11 uniformly.

上述した板状体２７の厚みは１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以上かつ４ｍｍ以下であることが好ましい。厚みが１ｍｍ未満であると熱的に変形しやすく、機械的強度も低い。また、５ｍｍを超えるとマイクロ波の放射特性に影響を及ぼすとともに質量が大きくなるので好ましくない。   The plate-like body 27 described above has a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less, preferably 2 mm or more and 4 mm or less. If the thickness is less than 1 mm, it is easily thermally deformed and the mechanical strength is low. On the other hand, if it exceeds 5 mm, it affects the radiation characteristics of the microwave and increases the mass, which is not preferable.

また、貫通孔２６、５１ａ、５１ｂ、６１ａ、６１ｂ、７１、８１ａ、８１ｂ、８１ｃの水平方向の長さは、λ／４（λ：誘電体板４１内のマイクロ波の波長）以上あることが好ましい。上記各貫通孔の水平方向の長さがλ／４未満であると、開口が小さいためにマイクロ波の放射強度が低下しやすく好ましくない。
前記板状体２７は、例えば、ステンレススチール、銅等の金属で作製される。 Further, the horizontal length of the through holes 26, 51a, 51b, 61a, 61b, 71, 81a, 81b, 81c may be equal to or longer than λ / 4 (λ: wavelength of the microwave in the dielectric plate 41). preferable. If the length of each through hole in the horizontal direction is less than λ / 4, the opening is small, which is not preferable because the microwave radiation intensity tends to decrease.
The plate-like body 27 is made of a metal such as stainless steel or copper, for example.

次に、試料台１７は、体積固有抵抗値が１０−１Ωｃｍ以上かつ１０６Ωｃｍ以下、好ましくは１０−１Ωｃｍ以上かつ１０４Ωｃｍ以下であり、かつ、マイクロ波周波数帯域（１０８Ｈｚ〜１０１３Ｈｚ）における複素誘電率が０．２以上、好ましくは０．５以上のセラミックスで構成されていることが好ましい。
このセラミックスの体積固有抵抗値が１０−１Ωｃｍを下回ると、マイクロ波の反射率が大きくなり、試料台１７の載置面に載置される板状試料Ｗを効率よく加熱することができず、一方、１０６Ωｃｍを上回ると、マイクロ波の透過率が大きくなり、マイクロ波が試料台１７を透過して漏洩し、容器１１内壁で反射されたマイクロ波が試料台１７に再吸収されて試料Ｗを再加熱するため、試料Ｗに温度ムラが生じる。
また、試料台１７を構成しているセラミックスの複素誘電率が０．２未満であると、試料台１７へのマイクロ波のエネルギー吸収効率が低下する。 Next, the sample stage 17 has a volume resistivity of 10 −1 Ωcm or more and 10 6 Ωcm or less, preferably 10 −1 Ωcm or more and 10 4 Ωcm or less, and a microwave frequency band (10 8 Hz to The complex dielectric constant at 10 13 Hz is preferably 0.2 or more, preferably 0.5 or more.
When the volume resistivity value of this ceramic is less than 10 −1 Ωcm, the reflectance of the microwave increases, and the plate-like sample W placed on the placement surface of the sample stage 17 cannot be heated efficiently. On the other hand, if it exceeds 10 6 Ωcm, the transmittance of the microwave increases, the microwave passes through the sample stage 17 and leaks, and the microwave reflected by the inner wall of the container 11 is reabsorbed by the sample stage 17. Since the sample W is reheated, temperature unevenness occurs in the sample W.
Further, if the complex dielectric constant of the ceramics constituting the sample stage 17 is less than 0.2, the energy absorption efficiency of microwaves to the sample stage 17 is lowered.

このセラミックスとしては、炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とする焼結体や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする焼結体を例示することができる。
炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とする焼結体は、具体的には炭化珪素（ＳｉＣ）粉末に必要に応じて窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の添加剤を適当量添加して成形・焼成した炭化珪素（ＳｉＣ）基焼結体である。前記添加剤の添加量は内割で通常、０．１〜１０質量％程度である。 Examples of the ceramic include a sintered body mainly composed of silicon carbide (SiC) and a sintered body mainly composed of aluminum nitride (AlN).
Specifically, the sintered body containing silicon carbide (SiC) as a main component includes boron nitride (BN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and aluminum nitride (AlN) as required for silicon carbide (SiC) powder. A silicon carbide (SiC) -based sintered body formed and fired by adding an appropriate amount of such additives. The amount of the additive added is generally about 0.1 to 10% by mass.

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする焼結体は、具体的には窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、必要に応じて窒化イットリウム（ＹＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）等の金属窒化物を添加剤として適当量添加して成形・焼成した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基焼結体である。前記添加剤の添加量は内割で通常、０．１〜１０質量％程度であり、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等の焼結助剤を添加してもよい。 Specifically, the sintered body mainly composed of aluminum nitride (AlN) is made of aluminum nitride (AlN) powder, yttrium nitride (YN), titanium nitride (TiN), zirconium nitride (ZrN), nitriding as necessary. This is an aluminum nitride (AlN) -based sintered body formed and fired by adding an appropriate amount of metal nitride such as vanadium (VN) as an additive. The amount of the additive added is usually about 0.1 to 10% by mass, and a sintering aid such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) may be added.

本発明の加熱装置は、半導体製造工程におけるシリコン（Ｓｉ）ウエハや、ＧａＡｓ等の半導体ウエハの加熱は勿論のこと、例えば、セラミックス材料やガラス等、他の工業材料の均一加熱にも適用することができ、その工業上の利用効果は極めて大である。   The heating device of the present invention can be applied not only to heating silicon (Si) wafers and semiconductor wafers such as GaAs in the semiconductor manufacturing process, but also to uniform heating of other industrial materials such as ceramic materials and glass. And its industrial utilization effect is extremely large.

本発明の第１の実施形態の加熱装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the heating apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の加熱装置のマイクロ波放射部の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the microwave radiation | emission part of the heating apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明のマイクロ波放射部の他の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another example of the microwave radiation | emission part of this invention. 本発明の板状体の貫通孔の変形例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the modification of the through-hole of the plate-shaped body of this invention. 本発明の板状体の貫通孔の他の変形例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the other modification of the through-hole of the plate-shaped body of this invention. 本発明の板状体の貫通孔の他の変形例を示す概略平面図であるIt is a schematic plan view which shows the other modification of the through-hole of the plate-shaped body of this invention. 本発明の板状体の貫通孔の他の変形例を示す概略平面図であるIt is a schematic plan view which shows the other modification of the through-hole of the plate-shaped body of this invention. 本発明者が既に提案した加熱装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the heating apparatus which this inventor has already proposed.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 容器
１１ａ 容器底部
１１ｂ 容器頂部
１２、３１ マイクロ波照射窓
１３ 反応ガス導入口
１４ 反応ガス排出口
１７ 試料台
１７ａ 試料台の上面
２１、３２ マイクロ波発生器
２２ 光センサ
２３ 光温度計
２４ 導波管
２５、３３ マイクロ波放射部
２６ 貫通孔
２７ 板状体
２８ マイクロ波放射部のテーパー面
２９ マイクロ波導入口
３４ 板状体
３５ 誘電体板
５０、６１ 貫通孔対
５０ａ、５０ｂ、６１ａ、６１ｂ、７１、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ 貫通孔
８１ 貫通孔の組

DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Container 11a Container bottom 11b Container top 12, 31 Microwave irradiation window 13 Reactive gas inlet 14 Reactive gas discharge port 17 Sample stand 17a Upper surface of sample stand 21, 32 Microwave generator 22 Optical sensor 23 Optical thermometer 24 Waveguide Tube 25, 33 Microwave radiating portion 26 Through hole 27 Plate-like body 28 Tapered surface of microwave radiating portion 29 Microwave introduction port 34 Plate-like body 35 Dielectric plate 50, 61 Through-hole pair 50a, 50b, 61a, 61b, 71 , 81a, 81b, 81c through hole 81 set of through hole

Claims (6)

マイクロ波を用いて試料を加熱する加熱装置であって、
試料を加熱処理する容器と、該容器内に配設されて試料を載置する一主面を備えた試料台と、該試料台の他の一主面側かつ前記容器の外側に設けられたマイクロ波放射部と、前記容器外に設けられたマイクロ波発生器と、一方の端部が前記マイクロ波発生器に接続され、かつ、他方の端部が前記マイクロ波放射部に接続されている導波管とを備え、
前記マイクロ波放射部は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成された板状体を備えていることを特徴とする加熱装置。 A heating device for heating a sample using a microwave,
A container for heat-treating the sample, a sample stage provided in the container and having one main surface on which the sample is placed, and provided on the other main surface side of the sample stage and outside the container A microwave radiation part, a microwave generator provided outside the container, one end is connected to the microwave generator, and the other end is connected to the microwave radiation part A waveguide,
The microwave radiating unit includes a plate-like body having a plurality of through holes penetrating in a thickness direction. 前記複数の貫通孔は、前記貫通孔板の一主面の中心軸に対して、点対称となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。   The heating device according to claim 1, wherein the plurality of through holes are formed so as to be point symmetric with respect to a central axis of one main surface of the through hole plate. 前記貫通孔は、長軸を有する２つの貫通孔の一方の端面が他方の貫通孔の中央部に近接してＴ字状の貫通孔対を形成していることを特徴とする請求項２記載の加熱装置。   The said through-hole forms the T-shaped through-hole pair in which one end surface of two through-holes which have a long axis adjoins the center part of the other through-hole. Heating device. 前記貫通孔は、同心円状、放射状または螺旋状に配置されていることを特徴とする請求項２記載の加熱装置。   The heating device according to claim 2, wherein the through holes are arranged concentrically, radially, or spirally. 前記マイクロ波放射部は、さらに誘電体板を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の加熱装置。   The heating apparatus according to claim 1, wherein the microwave radiating unit further includes a dielectric plate. 前記試料台は、体積固有抵抗値が１０−１Ωｃｍ以上かつ１０６Ωｃｍ以下であり、かつ、マイクロ波周波数帯域における複素誘電率が０．２以上であるセラミックスからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の加熱装置。

The sample stage is made of ceramics having a volume resistivity of 10 -1 Ωcm or more and 10 6 Ωcm or less, and a complex dielectric constant of 0.2 or more in a microwave frequency band. The heating device according to any one of 1 to 5.

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