JP3104585B2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波加熱装
置に関し、特に、単一枚あるいは複数枚の半導体基板な
どの大面積である基板全面を同時に均一に加熱処理を施
すマイクロ波加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりマイクロ波を用い被処理体を加
熱する技術は広く用いられている。工業的にはもちろん
もこと、一般家庭でも食品加熱用として本技術を用いた
電子レンジが普及している。

【０００３】一方、半導体装置の製造工程に於いても加
熱工程は多く、例えば、石英炉芯管により処理室を構成
した抵抗加熱型の処理装置が広く用いられている。この
処理装置では複数枚の半導体基板を、石英で形成された
基板保持台に固定し、これを既に加熱されている石英炉
芯管内に徐々に導入し、設定温度に設定された均熱領域
に設置することにより熱処理を行うものである。しかし
ながら、この方式では、熱処理装置の占有面積が大き
く、また、半導体基板を加熱するだけでなく、石英の炉
心管や基板保持台を同時に加熱する必要があり、温度調
整に際しての即応性に劣るという欠点があった。

【０００４】これに対し、マイクロ波を用いた加熱装置
は、半導体基板のみを選択的に加熱することが出来るの
で、従来の炉芯管による加熱処理装置に比較し、加熱室
や基板搬送装置のための冷却手段が不要であり、且つ温
度調整に際しての即応性に優れた利点を有することより
注目を集めている。

【０００５】図５は従来のマイクロ波加熱装置の一例を
示す部分断面図である。この種の半導体基板用のマイク
ロ波加熱装置として、例えば、特開昭６２−２７４０６
６号公報に開示されている。このマイクロ波加熱装置
は、図５に示すように、アルミニウムあるいはステンレ
スより形成され真空状態にされた処理室１０に処理試料
１１を収納し、マイクロ波導波管より導波管８を介して
搬送されてきたマイクロ波を石英製のマイクロ波透過窓
９より導入し処理試料１１にマイクロ波を垂直に照射し
加熱を行うものである。

【０００６】また、通常のマイクロ波加熱装置では、マ
イクロ波の強度分布の均一性を得ることが難しくマイク
ロ波透過窓の中心部で強く周辺部で弱くなる。この問題
に対し、このマイクロ波加熱装置では、マイクロ波透過
窓に選択的にマイクロ波遮断膜を被着してマイクロ波強
度の高い領域のマイクロ波を遮断することによって被処
理基板の面内温度分布をある程度一様になるように工夫
が成されている。

【０００７】しかしながら、この装置によっても、中心
部と周辺部のマイクロ波強度を同一とすることは困難で
ある。また、この装置では、マイクロ波照射領域が、マ
イクロ波透過窓の大きさで決定されており、さらに、こ
のマイクロ波透過窓の大きさは、マイクロ波導波管の径
で決定される。即ち、今後、８インチから１０インチと
いう大口径化する半導体基板には対応できないという欠
点がある。

【０００８】図６は従来のマイクロ波加熱装置の他の例
を示す斜視図である。上述した欠点を解消するマイクロ
波加熱装置は、特公昭５９−８７７９０号公報に開示さ
れている。このマイクロ波加熱装置は、半導体基板を加
熱するのではなく、面積の大きな複写紙の未定着トナー
を定着するために複写紙面を均一に加熱する装置であ
る。

【０００９】このマイクロ波加熱装置は、図６に示すよ
うに、誘電体基板１３とこの上面及び下面に形成された
導体基板１４及び１５により構成されるストリップ線路
１２と、導電性部材１７を上下させ終端のスリット２３
の部分と接近あるいは離間させる板カム１８と、複写紙
のような薄い被加熱物２１をストリップ線路１２上に送
るローラ１９，２０とを有している。また、上面の導体
基板１４には、同軸ケーブル２２からのマイクロ波の伝
播方向に対し直角に長いスリット２３の複数が１／４波
長の間隔で並べてラダーパターン１６が形成されてい
る。

【００１０】供給されたマイクロ波はストリップ線路１
２を伝播し、板カム１８の回転により導電性部材１７を
終端部に接近あるいは離間を周期的に行ないマイクロ波
の反射位置をずらし、すなわち、定在波の生起位置を１
／４波長だけ離れた２位置間欠的をシフトさせる。この
ことによりストリップ線路１２から放出された２位置の
マイクロ波がローラ１９，２０により被加熱物２１の送
りに伴なって表面は細かい格子状に加熱されあたかも一
様に加熱されたと同じ状態になる。

【００１１】このように、このマイクロ波加熱装置は、
面積の広い複写紙でも連続的に一様に加熱処理ができる
ことを特徴としていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た大面積の被処理体を加熱するマイクロ波加熱装置で
は、複写紙のように連続的に送られるより広い面積の被
処理体を加熱処理できるものの、半導体基板のように全
面を同時に均一加熱処理しなければならい被処理体に適
用できないという問題がある。何となれば、処理される
半導体基板の表面には、薄膜の多層膜が形成されてお
り、全表面を同時に均一に加熱しなければ、熱応力によ
り膜のはがれや割れを生じることとなる。

【００１３】また、たとえ半導体基板の大きさをはるか
に上回る大きさを有したマイクロ波ストリップ線路が形
成可能であったとしても、このプラズマ加熱装置による
と、金属製のマイクロストリップ線路部材に半導体基板
全面に置くことになり、金属汚染の発生は免れない。い
ずれにしても、複写紙のトナーを定着させるマイクロ波
加熱装置の半導体製造工程への適用は困難である。

【００１４】従って、本発明の目的は、複数枚あるいは
単一枚の大面積の半導体基板全面を同時に均一に加熱処
理できるとともに装置の占有面積を小さくしかつ不必要
な部分を加熱することのないマイクロ波加熱装置を提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、内壁に
具備する保持手段により保持される被処理試料が収納さ
れるとともに板状の誘電体線路部材で仕切られる二つの
処理室と、前記誘電体線路部材の一端に導波管を介して
取付けられるマイクロ波発器と、前記誘電体線路部材に
導入されるマイクロ波を反射させ定在波を形成させると
ともに前記誘電体線路部材の他端に設けられる反射板と
を備えるマイクロ波加熱装置コネクタである。

【００１６】また、前記保持手段は、二つの前記処理室
の該内壁に形成され前記被処理試料を吸着する吸着孔を
有することが望ましい。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１９】図１（ａ）および（ｂ）は本発明の実施の
一形態を示すマイクロ波加熱装置の縦断面図および上面
図である。このマイクロ波加熱処理装置は、図１に示す
ように、半導体基板である処理試料１１を底面に載置し
て収納するとともに金属製の壁に周囲を囲まれる処理室
５と、この処理室５の天井部に配設され処理試料１１に
対向し配設される誘電体線路１と、この誘電体線路の一
端に導波管４を介してマイクロ波を導入するマイクロ波
発振器２と、誘電体線路１の他端にされ導入されるマイ
クロ波を反射させる反射板３とを備えている。

【００２０】この誘電体線路１は、安価な有機物の板で
形成することが望ましく、例えば、耐熱性の優れたフロ
ロカーボンポリマーシートがよい。本マイクロ波加熱処
理装置では、機械的強度を考慮し、厚さ２０ｍｍのシー
トを用い、処理試料１１より十分大きい３００ｍｍＸ３
００ｍｍのマイクロ波放射領域を有した誘電体線路１を
形成した。また、この誘電体線路１のマイクロ波導入端
部は、マイクロ波の導波管４との接続のために一端をテ
ーパ状に加工し終端部を導波管４の断面形状と同じ形状
にしマイクロ波放出面は処理試料１１を十分覆うように
大きい面積にしあたかも羽子板と同じ形状に製作されて
いる。このことは、導波管４とマイクロ波放射面部との
接続におけるテーパ部の角度が急峻であると、マイクロ
波の伝播効率に影響を与えるので、接続部のテーパ部
は、例えば、４５度程度に緩やかに製作してある。

【００２１】一方、誘電体線路１のマイクロ波導入部と
反対側の他端部には、定在波を形成するために完全なマ
イクロ波の反射状態をつくる反射板３が設けられている
ことが必要である。即ち、端面に於いて平滑な平面を形
成し、更に、その端面は、側壁にある金属製の反射板３
と隙間のない接触をしている。もし、接触度をより確実
にするなら、端部に金属蒸着など施し反射板３としても
良い。

【００２２】図２は図１の誘電体線路を抽出して示す斜
視図、図３（ａ）および（ｂ）は誘電体線路から放出さ
れるマイクロ波強度を示す分布図である。通常、無限長
を有する誘電体線路にマイクロ波を導入した場合、導入
した場所に於ける強度が最大となり、線路内の吸収によ
り距離が大きくなるに従い指数関数的に低減するものと
考えられる。本マイクロ波加熱装置でも、図２の誘電体
線路の導波管接続部と反対側の端部で反射が無いとした
場合には、誘電体線路中のマイクロ波強度は、導波管接
続部で最も大きく進行方向に沿って減衰するものと考え
られる。

【００２３】次に、図１のマイクロ波加熱装置の動作作
用を説明する。まず、図１の導波管４により供給された
マイクロ波は、石英もしくは有機材で形成された誘電体
線路１内に拡散することになる。そして、マイクロ波の
導入側と反対の端面が反射板３に接しているため、進行
していったマイクロ波は反射され、進行波とこの反射波
の間で定在波を形成する。このときの誘電体線路１の直
下でのマイクロ波強度分布は、図３（ａ）に示す通り、
マイクロ波進行方向に正弦波状の様相呈することにな
る。

【００２４】ここで、マイクロ波の周波数を、例えば、
２．４５ＧＨｚとすると波長は１２２．４ｍｍ程度とな
る。厳密には、誘電体線路１内では、これと異なる固有
の波長を有することとなるが、その差は小さいものと考
えられる。誘電体線路１の端部におけるマイクロ波の反
射が完全な反射である場合を想定すると、誘電体線路１
内には、波長の半分の周期をもった定在波が形成される
ものと考えられる。その結果、誘電体線路１と処理試料
１１とをある距離だけ引き離しておけば、処理試料１１
の表面における進行方向と直角な軸方向に放射されるマ
イクロ波の強度分布は、図３（ｂ）に示すように緩やか
な上に凸な分布を有することになる。

【００２５】そこで、本マイクロ波加熱装置では、処理
試料１１を誘電体線路１から離した位置に置くことによ
り、誘電体線路１の直下で放出されたマイクロ波は互い
に干渉されながらも拡散され強度分布が均一化され、処
理試料１である半導体基板には均一に照射される。即
ち、基板の均一加熱処理が可能となる。

【００２６】なお、誘電体線路１と処理試料１１との距
離は、誘電体線路１内でのマイクロ波の波長に対し、半
波長以上、即ち、誘電体線路内で形成される定在波の１
周期以上の距離をとることが均一性確保のために望まし
い。本マイクロ波加熱装置では、倒えば、２．４５ＭＨ
ｚの波長のマイクロ波を使用しているので、そのマイク
ロ波の自由空間での波長１２２．４ｍｍに対して、誘電
体線路１と処理試料１１の距離を波長と同じ程度の距離
はなすことにより、半径２０ｃｍの領域範囲において、
±５％程度の強度分布が得られた。

【００２７】なお、この実施の形態における誘電体線路
１は、フロロカーボンポリマーで形成された板を使用し
ているが、石英板やセラミックス板でもかまわない。特
に、酸化性の雰囲気で加熱処理を行う場合には、石英板
を使用することが望ましく、フッ素ガス中で処理を行う
場合には、セラミックスもしくは有機材料で形成された
板を使用することが望ましい。

【００２８】図４は本発明の実施の他の形態を示すマイ
クロ波加熱装置の縦断面図である。このマイクロ波加熱
処理装置は、図４に示すように、向い合う側壁に載置さ
れる処理試料１１ａと１１ｂとの間に等距離になるよう
に誘電体線路１ａが配設されている。そして、誘電体線
路１ａの表裏面からそれぞれ放射されるマイクロ波で処
理試料１１ａと１１ｂとが同時に加熱処理される。

【００２９】それ以外のマイクロ波発振器２ａおよび誘
電体線路１ａにマイクロ波を導入するための導波管４ａ
が設けられている。また、処理室５ａの両壁には、処理
試料１１ａ，１１ｂである半導体基板を吸着する吸着孔
６が設けられている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、マイクロ
波を一端から導入し他端の反射板で反射させ定在波を発
生させ処理試料より大きめの表面から垂直にマイクロ波
を放射する平板状の誘電体線路を設けることによって、
処理試料である半導体基板のみを選択的に加熱すること
が出来るので、従来の加熱処理装置に比較し大きな加熱
室や基板搬送装置のための冷却手段が不要となり装置の
占有面積を小さく済み、且つ温度調整に際しての即応性
に優れた利点を有する。

【００３１】また、上記誘電体線路内で定在波を形成し
周期性を有した強度分布を得るとともに誘電体線路と処
理試料との距離を適宜明け、この定在波１周期毎に垂直
に放出されるマイクロ波を互いに拡散させマイクロ波強
度を平均化して強度分布を均一にすることによって、処
理試料である半導体基板の全面は同時に均一に加熱処理
されるという効果がある。さらに、処理試料の大きさに
応じて誘電体線路の大きさを決めることができるので、
大きな処理面積を有する処理試料でも一度の加熱で処理
できるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すマイクロ波加熱装
置の縦断面図および上面図である。

【図２】図１の誘電体線路を抽出して示す斜視図であ
る。

【図３】誘電体線路から放出されるマイクロ波強度を示
す分布図である。

【図４】本発明の実施の他の形態を示すマイクロ波加熱
装置の縦断面図である。

【図５】従来のマイクロ波加熱装置の一例を示す部分断
面図である。

【図６】従来のマイクロ波加熱装置の他の例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１，１ａ 誘電体線路 ２，２ａ マイクロ波発振器 ３，３ａ 反射板 ４，４ａ，８ 導波管 ５，５ａ，１０ 処理室 ６ 吸着孔 ９ マイクロ波透過窓 ８ 誘電体基板 ９，１０ 導体基板 １１ 処理試料 １２ ストリップ線路 １３ 誘電体基板 １４，１５ 導体基板 １６ ラーダパターン １７ 導電性部材 １８ 板カム １９，２０ ローラ ２１ 被加熱物 ２２ 同軸ケーブル ２３ スリット

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁に具備する保持手段により保持され
   る被処理試料が収納されるとともに板状の誘電体線路部
   材で仕切られる二つの処理室と、前記誘電体線路部材の
   一端に導波管を介して取付けられるマイクロ波発器と、
   前記誘電体線路部材に導入されるマイクロ波を反射させ
   定在波を形成させるとともに前記誘電体線路部材の他端
   に設けられる反射板とを備えることを特徴とするマイク
   ロ波加熱装置。
2. 【請求項２】 前記保持手段は、二つの前記処理室の該
   内壁に形成され前記被処理試料を吸着する吸着孔を有す
   ることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装
   置。