(57)【要約】  加熱部材は、発熱体と、導体層と、窓部と、を備える。発熱体は、マイクロ波吸収体である導体粒子と誘電体との混合物で形成される。導体層は、マイクロ波吸収体の表面の少なくとも一部を覆う。窓部は、導体層の少なくとも一部に設けられ、マイクロ波吸収体に照射されるマイクロ波を案内する。発熱体の体積に対する前記導体粒子の体積の比率は、０．０４以上０．１５以下である。
2017073563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波吸収体である導体粒子と誘電体との混合物で形成される発熱体と、
前記発熱体の表面の少なくとも一部を覆う導体層と、
前記導体層の少なくとも一部に設けられ、前記発熱体に照射されるマイクロ波を案内する窓部と、
を備え、
前記発熱体の体積に対する前記導体粒子の体積の比率が、０．０４以上０．１５以下であることを特徴とする加熱部材。
【請求項２】
前記発熱体の表面のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備える請求項１に記載の加熱部材。
【請求項３】
前記導体層は、前記発熱体を直接覆うことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱部材。
【請求項４】
前記導体層は、前記発熱体の外側に設けられた外壁内に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱部材。
【請求項５】
前記外壁は耐酸化性材料で形成されることを特徴とする請求項４に記載の加熱部材。
【請求項６】
前記導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項７】
前記導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項８】
前記導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項９】
前記窓部は誘電体であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項１０】
マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、
前記収容体に設けられ、前記収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、
を備え、
前記導体粒子は前記収容体内に封入され、前記収容体内の前記導体粒子の体積は、前記収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下であることを特徴とする加熱部材。
【請求項１１】
前記収容体のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の加熱部材。
【請求項１２】
前記収容体の内壁上に配置される導体層をさらに備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の加熱部材。
【請求項１３】
前記収容体は、壁内に導体層を備えることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項１４】
前記収容体は、前記導体層を覆う耐酸化性材料で形成される層をさらに備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の加熱部材。
【請求項１５】
前記導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項１６】
前記導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項１７】
前記導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有することを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項１８】
前記窓部は誘電体であることを特徴とする請求項１０から１７のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項１９】
前記収容体の内部圧力は、大気圧の６分の１以下であることを特徴とする請求項１０から１８のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項２０】
前記収容体内部は、不活性ガス雰囲気または無酸素雰囲気であることを特徴とする請求項１０から１９のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項２１】
マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、
前記収容体に設けられ、前記収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、
を備え、
前記導体粒子は、誘電体と混合されて前記収容体に充填され、
前記収容体内の前記導体粒子の体積は、前記収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下であることを特徴とする加熱部材。
【請求項２２】
前記収容体のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の加熱部材。
【請求項２３】
前記収容体の内壁上に配置される導体層をさらに備えることを特徴とする請求項２１または２２に記載の加熱部材。
【請求項２４】
前記収容体は、壁内に導体層を備えることを特徴とする請求項２１または２２に記載の加熱部材。
【請求項２５】
前記収容体は、前記導体層を覆う耐酸化性材料で形成される層をさらに備えることを特徴とする請求項２３または２４に記載の加熱部材。
【請求項２６】
前記導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであることを特徴とする請求項２３から２５のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項２７】
前記導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であることを特徴とする請求項２３から２６のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項２８】
前記導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有することを特徴とする請求項２３から２７のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項２９】
前記窓部は誘電体であることを特徴とする請求項２１から２８のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項３０】
前記収容体の内部圧力は、大気圧の６分の１以下であることを特徴とする請求項２１から２９のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項３１】
前記収容体内部は、不活性ガス雰囲気または無酸素雰囲気であることを特徴とする請求項２１から３０のいずれか１項に記載の加熱部材。
【請求項３２】
請求項１〜３１のいずれか１項に記載の加熱部材と、
前記加熱部材と、被加熱対象とを収容する処理容器と、
前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波導入部と、
前記処理容器内に所定のガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内から酸素を除去する排気部と、
を備えることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、加熱部材および加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜アモルファスシリコン、特に低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ：Low-temperature  Poly  Silicon）を結晶化させるためのアニール技術としてエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）技術が広く利用されている。また、量子ドット（ＱＤ）超格子を太陽電池に利用して変換効率を高める研究が進められている。ナノ構造体の作成手法としては、ボトムアップアプローチとトップダウンアプローチが知られている。トップダウン方式での量子ドット太陽電池の製造では、たとえば、約２ナノメートル（ｎｍ）の厚みの極薄アモルファスシリコンの薄膜と、極薄酸化シリコン（SiC）層とを交互に積層する。そして、積層して作成した基板をアニーリングする。これによって、アモルファスシリコン層が結晶化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３０９４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２２００号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７７８２号公報
【特許文献４】特開平１−２１６５２２号公報
【特許文献５】特開２００９−２９５９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような基板をランプアニールやレーザアニールを用いて結晶化させようとすると、所望の結晶化が達成できない場合がある。特に、アモルファスシリコン層が薄い場合、光吸収が不十分なためにランプアニールやレーザアニールでは結晶化が困難である。たとえば、量子ドット超格子を利用したアモルファスシリコンの膜厚は約２ナノメートルと極薄であるため、レーザ光を吸収できない。また、ホットウォール型のアニール炉を使用した場合にはサーマルバジェットが大きくなるため、下地のｎ層またはｐ層の不純物が拡散してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示する加熱部材の一態様は、マイクロ波吸収体である導体粒子と誘電体との混合物で形成される発熱体と、発熱体の表面の少なくとも一部を覆う導体層と、導体層の少なくとも一部に設けられ、発熱体に照射されるマイクロ波を案内する窓部と、を備える。発熱体の体積に対する導体粒子の体積の比率は、０．０４以上０．１５以下である。【０００６】
また、開示する加熱部材の一態様は、マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、収容体に設けられ、収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、を備える。導体粒子は収容体内に封入され、収容体内の導体粒子の体積は、収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下である。【０００７】
また、開示する加熱部材の一態様は、マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、収容体に設けられ、収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、を備える。導体粒子は、誘電体と混合されて収容体に充填される。収容体内の導体粒子の体積は、収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下である。【０００８】
また、開示する加熱装置の一態様は、上記のような加熱部材と、加熱部材と被加熱対象とを収容する処理容器と、処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波導入部と、処理容器内に所定のガスを供給するガス供給部と、処理容器内から酸素を除去する排気部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
開示する加熱部材および加熱装置の一態様によれば、効率的な加熱処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る加熱部材の構成の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る加熱部材の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る加熱部材の製造方法の流れの他の例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第１の実施形態の変形例に係る加熱部材の構成の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る加熱部材の構成の一例を示す断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る加熱部材の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第３の実施形態に係る加熱装置の構成の一例を示す断面図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る加熱部材の構成の一例を示す断面図である。
【図９】図９は、第４の実施形態に係る加熱装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第１の実験例について説明するための図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第２の実験例について説明するための図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第２の実験例について説明するための他の図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、第２の実験例について説明するためのさらに他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態は、発熱体と、導体層と、窓部と、を備える。発熱体は、マイクロ波吸収体である導体粒子と誘電体との混合物で形成される。導体層は、発熱体の表面の少なくとも一部を覆う。窓部は、導体層の少なくとも一部に設けられ、発熱体に照射されるマイクロ波を案内する。発熱体の体積に対する導体粒子の体積の比率は、０．０４以上０．１５以下である。
【００１２】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態は、発熱体の表面のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えてもよい。
【００１３】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、発熱体を直接覆ってもよい。
【００１４】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、発熱体の外側に設けられた外壁内に配置されてもよい。
【００１５】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、外壁は耐酸化性材料で形成されてもよい。
【００１６】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであってもよい。
【００１７】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンまたはモリブデンを含む高融点金属であってもよい。
【００１８】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有してもよい。
【００１９】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、窓部は誘電体であってもよい。
【００２０】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態は、マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、収容体に設けられ、収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、を備え、導体粒子は収容体内に封入され、収容体内の導体粒子の体積は、収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下であってもよい。
【００２１】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えてもよい。
【００２２】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態は、収容体の内壁上に配置される導体層をさらに備えてもよい。
【００２３】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体は、壁内に導体層を備えてもよい。
【００２４】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体は、導体層を覆う耐酸化性材料で形成される層をさらに備えてもよい。
【００２５】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであってもよい。
【００２６】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であってもよい。
【００２７】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有してもよい。
【００２８】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、窓部は誘電体であってもよい。
【００２９】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体の内部圧力は、大気圧の６分の１以下であってもよい。
【００３０】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体内部は、不活性ガス雰囲気または無酸素雰囲気であってもよい。
【００３１】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態は、マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、収容体に設けられ、収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、を備え、導体粒子は、誘電体と混合されて前記収容体に充填され、収容体内の導体粒子の体積は、収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下である。
【００３２】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態は、収容体のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えてもよい。
【００３３】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態は、収容体の内壁上に配置される導体層をさらに備えてもよい。
【００３４】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体は、壁内に導体層を備えてもよい。
【００３５】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体は、導体層を覆う耐酸化性材料で形成される層をさらに備えてもよい。
【００３６】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであってもよい。
【００３７】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であってもよい。
【００３８】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有してもよい。
【００３９】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、窓部は誘電体であってもよい。
【００４０】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体の内部圧力は、大気圧の６分の１以下であってもよい。
【００４１】
また、開示する加熱部材および加熱装置の一つの実施形態において、収容体内部は、不活性ガス雰囲気または無酸素雰囲気であってもよい。
【００４２】
また、開示する加熱装置の一つの実施形態は、上記の加熱部材と、処理容器と、マイクロ波導入部と、ガス供給部と、排気部と、を備える。処理容器は、加熱部材と被加熱対象とを収容する。マイクロ波導入部は、処理容器内にマイクロ波を供給する。ガス供給部は、処理容器内に所定のガスを供給する。排気部は、処理容器内から酸素を除去する。
【００４３】
以下に、開示する加熱部材および加熱装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００４４】
以下に説明する実施形態は、被加熱対象を効率的に加熱するため、マイクロ波吸収体である導体粒子と、誘電体との混合物で形成され、所定の体積率の導体粒子を含有する発熱体を使用する。まず、実施形態の前提として、従来のマイクロ波吸収体について説明する。
【００４５】
［従来のマイクロ波吸収体］
従来、マイクロ波吸収体として多孔体を用いたものが知られている。たとえば、一例では、樹脂発泡体を炭化させた多孔質カーボンの気孔内表面および外表面にＣＶＤ法によって炭化珪素を析出させる。そして、その後カーボンを酸化消失させて炭化珪素多孔体とし、炭化珪素多孔体の片面にシリコン層を形成してマイクロ波吸収発熱体を製造する。このマイクロ波吸収発熱体では、気孔率を４０〜９５％とすることで、ガス拡散性を高めるともに、熱の対流、耐熱衝撃性を良好にしている（特許文献１）。
【００４６】
また、シリコーンエマルションに導電性材料を分散させた後、硬化させて得られる多孔質体を電波吸収体として利用することが知られている（特許文献２）。当該電波吸収体の場合、空隙率を３０〜８０％に調整することで、機械的強度や導電率が調節される。
【００４７】
しかしながら、従来のマイクロ波吸収体は、導電性が低い材料からなる誘電体を含む場合など、マイクロ波が少なくとも一部透過する。このため、必ずしも所望の加熱効率を達成できるわけではなかった。
【００４８】
［マイクロ波吸収体の加熱効率］
そこで、本願発明者らは、黒体に最も近い放射率となる粉末状カーボンたとえばカーボンナノパウダーを用いて実験を行った。その結果、以下の知見を得た。
【００４９】
図１０は、第１の実験例について説明するための図である。第１の実験例では、業務用の電子レンジを使用して、カーボンナノパウダーをマイクロ波吸収材として用いてサンプルを加熱した。電子レンジ内のサンプルから放射される放射光は、放射温度計で計測した。放射温度計は、放射光を受光する受光部、光ファイバ、光学フィルタ、検出部、モニタ、レコーダ等で構成した。
【００５０】
まず、ガラスのシャーレにカーボンパウダーを３ミリメートルの厚さに敷き詰めた。そして、敷き詰めたカーボンパウダーの上にサンプルを載置した。サンプルは極薄のアモルファスシリコン層を含む材料とした。サンプルをカーボンパウダー上に載せた状態でシャーレを電子レンジに入れ、２．４５ＧＨｚで１２０秒間加熱した。この結果、アモルファスシリコン層２ナノメートルの結晶化が確認された。
【００５１】
このように、カーボンナノパウダーをマイクロ波吸収材として用いることで、アモルファスシリコンを短時間で結晶化することができる。しかし、たとえば半導体の加熱処理の都度、処理容器内にカーボンナノパウダーを供給したり処理基板をカーボンナノパウダーで被覆したりすることは処理効率を著しく低下させる。また、カーボンナノパウダーの被覆量によって昇温特性が変動するため、プロセスを安定させるためには、カーボンナノパウダーをそのまま利用することは好ましくない。
【００５２】
そこで、本発明者らはさらに、カーボンナノパウダーを容器の体積に対して所定の体積率で容器内に充填したサンプルを作成し、当該サンプルを用いて第２の実験を行った。ここで、体積率とは、容器の内容積に対する、一様に分散しているカーボンナノパウダー総量の体積分率を指す。つまり、体積率とは、容器内部の体積に対する、容器内に充填されるカーボンナノパウダーの体積の比率を指す。また、言い換えれば、容器内部に充填される物質が発熱体を構成するととらえるならば、体積率とは、発熱体の体積に対するカーボンナノパウダーすなわち導体粒子の体積の比率を指す。
【００５３】
図１１Ａ乃至図１１Ｃは、第２の実験例について説明するための図である。図１１Ａ乃至図１１Ｃに示す第２の実験例ではまず、サンプルによるマイクロ波の透過率、反射率および吸収率を計測することができる計測器を作成した。
【００５４】
第２の実験例に用いた計測器につき、図１１Ａを参照して説明する。計測器２００は、マイクロ波発振部２０１と、導波管２０２と、光源２０３と、サンプル位置制御部２０４と、パワーメータ２０５と、ロックインインテグレータ２０６と、を備える。また、マイクロ波発振部２０１とパワーメータ２０５との間に、サンプルを載置するためのサンプル載置部２０７が設けられる。サンプル位置制御部２０４およびロックインインテグレータ２０６は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２０８と接続される。
【００５５】
マイクロ波発振部２０１は、マイクロ波を発振する。第２の実験例では、周波数９．３５ＧＨｚのマイクロ波を用いた。発振されたマイクロ波は、導波管２０２に供給される。
【００５６】
導波管２０２は、マイクロ波発振部２０１から供給されるマイクロ波と、光源２０３から供給されるレーザ光をサンプル載置部２０７に配置されるサンプルへ案内する。
【００５７】
光源２０３は、レーザダイオードで構成され、光ファイバを介して波長６３５ナノメートル（ｎｍ）および波長９８０ｎｍのレーザ光を供給する。
【００５８】
サンプル位置制御部２０４は、サンプル載置部２０７の位置を調整することで、サンプル載置部２０７に載置されるサンプルの位置を調整する。サンプル位置制御部２０４は、サンプル載置部２０７に載置されるサンプルをＹ軸方向に移動させるＹ軸移動ステージ２０４Ａと、サンプルをＸ軸方向に移動させるＸ軸移動ステージ２０４Ｂと、を有する。
【００５９】
パワーメータ２０５は、サンプルを透過したマイクロ波のパワーを計測する。
【００６０】
ロックインインテグレータ２０６は、パワーメータ２０５の後段に接続され、ＰＣ２０８に接続される。ロックインインテグレータ２０６と、光源２０３とには、同期パルスが供給される。
【００６１】
マイクロ波発振部２０１が発振したマイクロ波は、導波管２０２を通ってサンプル載置部２０７を通過し、パワーメータ２０５に到達する。
【００６２】
このように構成した計測器２００において、サンプル載置部２０７に載置するサンプルを準備した。サンプルは、カーボンナノパウダーを円盤状の容器に充填して作成した。サンプルは、容器中のカーボンナノパウダーの体積率を変化させて複数準備し、各々について、透過率を計測した。
【００６３】
図１１Ｂは、第２の実験例において使用したサンプルについて説明するための図である。図１１Ｂは、サンプルの断面図である。図１１Ｂに示すように、容器中には所定の空隙を開けてカーボンナノパウダーが充填される。なお、カーボンナノパウダーは、いったん空気中に拡散すると３年程度は重力によって一方に堆積したりしないため、充填後は容器中に一様に分布するものと仮定する。
【００６４】
図１１Ｃは、第２の実験例の実験結果を説明するための図である。図１１Ｃに示すグラフは、横軸にサンプル中のカーボンナノパウダーの体積率を示し、縦軸に、透過率、反射率および吸収率を示す。図１１Ｃのグラフ中、線分（実線、点線、一点鎖線）で示す値はそれぞれシミュレーションによって得られた計算値を示し、丸印は実験で計測された実測値を示す。グラフから分かるように、シミュレーションによる計算値と実測値とはほぼ一致している。通常、マイクロ波は導体によって反射される。しかし、グラフをみると、カーボンナノパウダーの体積率が低い、すなわち空孔率が高いサンプル（グラフ中最も左側の丸印、体積率０．０８）の場合、マイクロ波の吸収度はピークとなり約５０％を吸収した。この実験結果から、ピーク吸収率の９０％以上の吸収度となる０．０４以上０．１５以下の体積率のカーボンナノパウダーを発熱体として使用することで、マイクロ波の吸収効率すなわち加熱効率を高めることが可能であると考えられる。
【００６５】
このようにカーボンナノパウダーを容器に充填し、かつ、容器の内容積に対するカーボンナノパウダー総量の体積分率を好適な範囲に設定することで、カーボンナノパウダーの取り扱いを容易にできるとともに、加熱効率の向上を実現できることが分かった。
【００６６】
（第１の実施形態）
［加熱部材の構成の一例］
第１の実施形態に係る加熱部材は、上記実験から得られた知見に基づき、発熱体全体の体積に対する導体粒子の体積の比率が、０．０４以上０．１５以下となるように調整した発熱体を備える。なお、発熱体が空孔を有する場合、当該空孔の体積も発熱体の体積とみなす。図１は、第１の実施形態に係る加熱部材の構成の一例を示す断面図である。
【００６７】
図１に示す加熱部材１０は、発熱体１と、導体層２と、誘電体窓３と、外壁４と、高熱伝導材料５と、導波路６と、を備える。
【００６８】
発熱体１は、マイクロ波吸収体である導体粒子の体積率が０．０４以上０．１５以下の多孔質体である。導体粒子はたとえば、カーボンパウダー、カーボンナノパウダー等である。
【００６９】
発熱体１は、カーボンの含有率が０．１５以下の多孔質体であってもよい。
【００７０】
発熱体１はまた、導体粒子と誘電体との混合物である。発熱体１は、たとえば導体粒子としてカーボンパウダー（カーボンナノパウダー）を含み、誘電体として炭化珪素等を含む。たとえば、発熱体１は、シリカゲルとカーボンナノパウダーとを、カーボンナノパウダーの分布が一様となるように混合し、空隙が材料全体に一様に分布するように成形することによって形成される。
【００７１】
発熱体１は、カーボンパウダーを用いて形成する場合、基本波長がスキンデプスの２倍より小さくなるように成形することが好ましい。ここで、基本波長とは、周期性のある構造体の最小周期区間の長さを指す。ここでは、発熱体１の基本波長とは、発熱体１内の、カーボン粒子の繰り返し周期（隣接するカーボン粒子の中心間の距離）を示したものとする。基本波長をスキンデプスの２倍より小さく設定することの意義については後述する。
【００７２】
導体層２は、発熱体１の表面の少なくとも一部を覆う。導体層２は、発熱体１に吸収されたマイクロ波を発熱体１内に閉じ込める。図１に示す第１の実施形態では、導体層２は、誘電体窓３が配置される位置を除く発熱体１の表面全体を直接覆う。
【００７３】
導体層２は、スキンデプス以上の厚みを有する。たとえば、導体層２をタングステンまたはモリブデンで形成したとする。タングステン、モリブデンの比抵抗は１００℃で約５μΩｃｍ、１２００℃で約３８μΩｃｍである。使用する高周波が２．４５ＧＨｚであると、スキンデプスは約２μｍから６μｍとなる。したがって、タングステンまたはモリブデンを導体層２に用いた場合、導体層２の厚さは、２μｍ以上であることが好ましい。
【００７４】
導体層２はたとえば、アモルファスカーボン、カーボングラファイト等の炭素材料またはタングステン、モリブデン等の高融点金属等で形成する。
【００７５】
導体層２は、熱容量を下げるために、シート状ではなくメッシュ状としてもよい。この場合、メッシュ状の導体層２は、導波管６から導入されるマイクロ波の波長の約１０分の１程度のメッシュ状の空隙を有してもよい。たとえば、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、波長は約１２２ｍｍである。したがって、導体層２に約１．２ｍｍ以下のメッシュ状の空隙を形成してもよい。
【００７６】
誘電体窓３は、導波路６から発熱体１内にマイクロ波を案内する。第１の実施形態では、誘電体窓３は、発熱体１の、被加熱対象（サンプル）Ｓが載置される側とは反対側に設ける。ただし、導波路６の形状や構造によって、誘電体窓３の位置および形状は適宜変更することができる。
【００７７】
第１の実施形態において、マイクロ波を発熱体１に案内する窓は、導体ではなく誘電損失の小さい誘電体で形成する。導体を用いるとマイクロ波が反射されてしまうが、誘電体を用いることでマイクロ波を減衰させることなくマイクロ波吸収体に誘導できる。
【００７８】
外壁４は、発熱体１の表面を覆う導体層２の外表面上に形成される。外壁４は、導体層２の材料の性質に応じて設けられる。たとえば、導体層２の材料としてアモルファスカーボン、カーボングラファイト等の炭素材料を使用する場合、導体層２と酸素が接触すると、導体層２が酸化する。そこで、導体層２の酸素との接触による酸化を防止するため、外壁４を設ける。導体層２の材料によっては、外壁４は設けなくてもよい。
【００７９】
高熱伝導材料５は、発熱体１の、被加熱対象Ｓが配置される側に配置される。高熱伝導材料５は、発熱体１から被加熱対象Ｓに熱を伝える。高熱伝導材料５は、たとえば、結晶ＳｉＣで形成する。
【００８０】
導波路６は、マイクロ波を誘電体窓３を介して発熱体１に案内する。図１の例では、導波路６を、被加熱対象Ｓの載置面と反対側に配置したが、導波路６の位置および形状は特に限定されない。
【００８１】
上記のように、発熱体１は、表面が導体層２または誘電体窓３によって覆われ、直接酸素に触れないように構成される。
【００８２】
［多孔質体の基本波長とスキンデプスとの関係］
発熱体１の基本波長をスキンデプスの２倍より小さくする意義についてさらに説明する。スキンデプスとは、高周波電流を物質に印加した場合、周波数が高くなるにつれて物質の表面に近いところに電流が集中して流れる現象において、電流が流れる表面からの深さを示す概念である。たとえば、グラファイトのスキンデプス（ｄｓ）は、電磁波の角振動数が１．５４Ｅ１０、比誘電率が１（Ｈ／ｍ）、導電率が３０００（Ｓ／ｍ）とした場合、０．１８６ｍｍである。
【００８３】
カーボン粒子を用いて多孔質体を形成した場合、多孔質体内にカーボン粒子の集合体が形成される。直径がスキンデプスよりも小さいカーボン粒子を用いて多孔質体を形成すると、多孔質体内にカーボン粒子のクラスタが形成されると考えられる。そして、かかる多孔質体に電流を印加すると、誘導電流はカーボン粒子の表面を流れる。さらに、多孔質体の表面にあるカーボン粒子だけでなく、表面よりも奥に配置されるカーボン粒子の表面にも電流が流れる。そして、個々のカーボン粒子に流れる電流の位相はランダムになる。すると、各粒子の径が小さくなると、誘導電流がベクトル型からスカラー型に変化すると考えられる。すなわち、誘導電流のスカラー型への変化を引き起こす特性を多孔質体に持たせることで、多孔質体の発熱効率を上げることができると考えられる。言い換えれば、多孔質体に含まれるカーボン粒子のサイズを、誘導電流がスカラー型に変化する閾値以下に設定すればよい。カーボン粒子２７個をクラスタ上にしたサンプルに基づく、発明者らの計算および実験によれば、好適な基本波長はスキンデプスの２倍より小さいと考えられる。この結果に基づき、本実施形態では、発熱体１として用いる多孔質体の基本波長をスキンデプスの２倍より小さく設定する。
【００８４】
［加熱部材の製造方法の一例］
図２は、第１の実施形態に係る加熱部材の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【００８５】
まず、発熱体１の成型を行う（ステップＳ２１）。たとえば、マイクロ波吸収体であるカーボンナノパウダーをまず準備する。そして、セラミックスとカーボンナノパウダーを混合してパウダーが流動しないよう固着させ、成型する。このとき、カーボンナノパウダーが材料中に一様に存在するようにする。また、発熱体１中に、カーボンナノパウダーが体積率０．０４以上０．１５以下の割合で存在するように加工する。
【００８６】
次に、成型した発熱体１を焼結する（ステップＳ２２）。
【００８７】
焼結した発熱体１の上に、導体層２を形成する（ステップＳ２３）。このとき、発熱体１の表面のうち、誘電体窓３を形成する部分にはマスクを形成する。そして、マスクを施した発熱体１に対して、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical  Vapor  Deposition）を施して導体層２を形成する。化学蒸着においては、アモルファスカーボン、カーボングラファイト等の炭素材料、タングステン、モリブデン等の高融点金属等を用いる。
【００８８】
そして、導体層２が形成された発熱体１からマスクを除去し、誘電体窓３となる誘電体材料（たとえば、石英、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム、酸化イットリウム等）を堆積させる。これにより誘電体窓３が形成される（ステップＳ２４）。その後、外壁４および高熱伝導材料５を形成することで、加熱部材１０が完成する。
【００８９】
なお、導波路６は別部材として形成して加熱部材１０に後から取り付けるものとする。また、図２の例では誘電体としてセラミックスを用いたが、他の材料を用いてもよい。
【００９０】
［加熱部材の製造方法の他の例］
図３は、第１の実施形態に係る加熱部材の製造方法の流れの他の例を示すフローチャートである。
【００９１】
図３の例では、まず、第１の成型を実施する（ステップＳ３１）。第１の成型ではまず、カーボンナノパウダーを準備する。そして、セラミックスとカーボンナノパウダーを混合して、パウダーが流動しないよう固着させ、成型する。このとき、カーボンナノパウダーが材料中に一様に存在するようにする。また、発熱体１中に、カーボンナノパウダーが体積率０．０４以上０．１５以下の割合で存在するように加工する。
【００９２】
次に、第２の成型を実施する（ステップＳ３２）。第２の成型では、誘電体窓３を形成する部分にマスクを施す。そして、導体層２の材料を、焼結後に所定の厚さとなるように発熱体１上に被覆する。導体層２の材料は、たとえば、焼結後の導体層２の厚さがスキンデプス以上となるように被覆する。導体層２の材料としては、アモルファスカーボン、カーボングラファイト等の炭素材料、モリブデン、タングステン等の高融点金属等の粉末を使用すればよい。
【００９３】
次に、第１および第２の成型により得られた発熱体１を焼結する（ステップＳ３３）。
【００９４】
そして、焼結後の、導体層２が形成された発熱体１に、誘電体窓３を形成する（ステップＳ３４）。まず、発熱体１からマスクを除去し、誘電体窓３となる誘電体材料（たとえば、石英、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム、酸化イットリウム等）を堆積させる。これにより誘電体窓３が形成される。その後、外壁４および高熱伝導材料５を形成することで、加熱部材１０が製造される。
【００９５】
図２の例と同様、導波路６は別部材として形成して加熱部材１０に後から取り付けるものとする。また、誘電体としてセラミックス以外の材料を用いてもよい。
【００９６】
［第１の実施形態の効果］
このように、第１の実施形態に係る加熱部材は、マイクロ波吸収体である導体粒子と誘電体との混合物で形成される発熱体と、発熱体の表面の少なくとも一部を覆う導体層と、導体層の少なくとも一部に設けられ、発熱体に照射されるマイクロ波を案内する窓部と、を備える。また、発熱体の体積に対する導体粒子の体積の比率は、０．０４以上０．１５以下である。このように、発熱体における導体粒子の体積率を０．０４以上０．１５以下に設定するため、所望の加熱効率を実現することができる。
【００９７】
また、第１の実施形態に係る加熱部材はさらに、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料を備えてもよい。このため、発熱体が発する熱を効率的に被加熱対象に伝えることができる。
【００９８】
また、第１の実施形態に係る加熱部材において、導体層は、発熱体を直接覆ってもよい。このため、発熱体に案内されたマイクロ波が導体層の広がり方向に伝播してさらに加熱（吸収）効率を高めることができる。
【００９９】
また、第１の実施形態に係る加熱部材において、導体層の厚さは、導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであってもよい。
【０１００】
また、第１の実施形態に係る加熱部材において、導体層はアモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料、またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であってもよい。
【０１０１】
また、第１の実施形態に係る加熱部材において、導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有してもよい。このため、導体層の熱容量を下げることができる。
【０１０２】
また、第１の実施形態に係る加熱部材において、窓部は誘電体であってよい。このため、窓部を通して、マイクロ波を減衰させることなくマイクロ波吸収体に誘導することができる。
【０１０３】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態においては、発熱体１の外表面上に導体層２を設け、導体層２が配置されない箇所には誘電体窓３を配置して、発熱体１内にマイクロ波を閉じ込めるよう構成した。これに対して、外壁４内に導体層２を埋め込む構成としてもよい。たとえば、外壁４の厚さ方向の一部を導体層２として構成してもよい。このように構成すれば、導体層２が大気（酸素）に接触することが防止され、耐酸化性を確保することができる。導体層２および外壁４の材料は、第１の実施形態と同様とすればよい。
【０１０４】
図４は、第１の実施形態の変形例に係る加熱部材の構成の一例を示す断面図である。図４の例では、第１の実施形態と異なり、加熱部材１０Ａが備える導体層２Ａは、発熱体１の上面（被加熱対象Ｓ載置側）には直接接触するよう設けられ、他の面においては、外壁４Ａを介して発熱体１上に設けられる。その他の点では、第１の実施形態の変形例に係る加熱部材１０Ａの構成は、第１の実施形態の加熱部材１０の構成と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１０５】
なお、図４のように外壁４Ａの一部として（外壁４Ａに埋め込んで）導体層２Ａを構成する場合であっても、少なくとも導体層２Ａの一部が発熱体１に直接接触するよう構成することが好ましい。この理由は、導体層２Ａの面に沿ってマイクロ波が伝播することによって、発熱体１によるマイクロ波の吸収効率が向上することが見込まれるためである。また、発熱体１と導体層２Ａとの間に他の部材を設けないことで、他の部材を設ける場合よりも発熱体１によるマイクロ波の吸収効率を向上させることができると予測される。
【０１０６】
［第１の実施形態の変形例の効果］
第１の実施形態の変形例に係る加熱部材においては、導体層は、発熱体の外側に設けられた外壁内に配置されてもよい。このように構成すると、酸素との接触により酸化する材料を導体層に用いた場合でも、外壁によって酸素との接触が防止され、加熱部材の性質劣化を防止することができる。
【０１０７】
また、第１の実施形態の変形例に係る加熱部材において、外壁は耐酸化性材料で形成されてもよい。このように構成すると、導体の酸化をさらに防止することができ、加熱部材の性質劣化を防止することができる。
【０１０８】
このほか、第１の実施形態の変形例に係る加熱部材は、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１０９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、マイクロ波吸収体である導体粒子と誘電体との混合物を焼結して発熱体とし、発熱体の上に導体層等を形成した。これに対して、第２の実施形態においては、マイクロ波吸収体である導体粒子を収容する収容体を準備し、収容体の中に導体粒子を封入して加熱部材を構成する。
【０１１０】
［加熱部材の構成の一例］
図５は、第２の実施形態に係る加熱部材の構成の一例を示す断面図である。図５に示すように、第２の実施形態に係る加熱部材１０Ｂは、発熱体１Ｂと、導体層２Ｂと、窓３Ｂと、高熱伝導材料５Ｂと、導波路６Ｂと、収容体７と、を備える。
【０１１１】
発熱体１Ｂは、マイクロ波吸収体である導体粒子で構成される。発熱体１Ｂは、全体として一つの固体であってもよく、空間内に一様に分布するパウダー状の物体であってもよい。発熱体１Ｂは、マイクロ波吸収体である導体粒子と誘電体の粒子とを含んでもよい。たとえば、発熱体１Ｂは、収容体７内に封入され収容体７の内部空間に一様に分布するカーボンナノパウダーであってもよい。また、発熱体１Ｂは、収容体７内に封入され収容体７の内部空間に分布するカーボンナノパウダーと誘電体ナノパウダーとの混合物であってもよい。誘電体ナノパウダーとしては、たとえば酸化シリコン等のパウダーを使用できる。また、第１の実施形態において発熱体１に用いた他の誘電体をパウダー状にしたものを使用することもできる。
【０１１２】
発熱体１Ｂに含まれるマイクロ波吸収体である導体粒子の体積は、収容体７の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下である。ここで、収容体７の体積とは、収容体７の内部空間の体積を指す。
【０１１３】
導体層２Ｂは、収容体７の内壁の少なくとも一部を覆う。導体層２Ｂは、収容体７に入ったマイクロ波を収容体７内に閉じ込める。導体層２Ｂは、収容体７の内壁のうち、窓３Ｂとなる部分以外の部分を覆う。なお、導体層２Ｂの材料は、第１の実施形態の導体層２の材料と同様である。また、導体層２Ｂの厚みについても、第１の実施形態の導体層２と同様、スキンデプス以上の厚みとする。また、導体層２Ｂの形状についても、第１の実施形態の導体層２と同様メッシュ状、シート状等にすることができる。
【０１１４】
窓３Ｂは、収容体７の内壁に導体層２Ｂが形成されていない部分である。窓３Ｂは、第１の実施形態の誘電体窓３と同様、収容体７の外から中へマイクロ波を案内する。第２の実施形態では、収容体７として誘電体を用い、窓３Ｂ以外の収容体７の内壁を導体層２Ｂで覆うことにより、マイクロ波を案内する窓３Ｂを形成する。
【０１１５】
高熱伝導材料５Ｂは、収容体７の、被加熱対象（サンプル）Ｓが載置される側に配置される。高熱伝導材料５Ｂは、発熱体１から被加熱対象Ｓに熱を伝える。高熱伝導材料５Ｂはたとえば、石英、アルミナセラミックス、窒化アルミセラミックス等を使用できる。ただし、被加熱対象Ｓと同質の材料を高熱伝導材料５Ｂとして使用することが好ましい。これは、放射率および吸収率に鑑みると同質の材料間の方が効率的な加熱が実現できると考えられるためである。
【０１１６】
導波路６Ｂは、マイクロ波を窓３Ｂを介して収容体７内の発熱体１に案内する。図５の例では、導波路６Ｂを、被加熱対象Ｓの載置面と反対側に配置したが、導波路６Ｂの位置および形状は特に限定されない。
【０１１７】
収容体７は、皿状の底部７Ａと、蓋状の蓋部７Ｂとを有する。収容体７は、たとえば石英、アルミナセラミックス、窒化アルミセラミックス等の誘電体材料で形成する。
【０１１８】
なお、第２の実施形態に係る加熱部材１０Ｂの各部は、特記しない限り、第１の実施形態に係る加熱部材１０Ａの対応する各部と同様の材料および形状とすることができる。
【０１１９】
［第２の実施形態の加熱部材の製造方法の一例］
次に、図６を参照して加熱部材１０Ｂの製造方法の一例について説明する。図６は、第２の実施形態に係る加熱部材の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１２０】
図６に示すように、まず、収容体７を形成する（ステップＳ６１）。収容体７は、石英、アルミナセラミックス、窒化アルミセラミックス等の誘電体材料で形成する。収容体７は、皿状の底部７Ａと、蓋状の蓋部７Ｂとを別個に成型して形成する。収容体７の外面は、サセプタの外壁として機能するよう構成する。
【０１２１】
次に、形成した収容体７の、底部７Ａおよび蓋部７Ｂのそれぞれの内壁面上に導体層２Ｂを形成する（ステップＳ６２）。導体層２Ｂは、誘電材料を用いて底部７Ａおよび蓋部７Ｂの内壁面にメッキをほどこすことで形成してもよく、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical  Vapor  Deposition）を用いて形成してもよい。また、収容体７に金属薄板の成型体をはめ込んで導体層２Ｂとしてもよい。
【０１２２】
導体層２Ｂを形成する際には、窓３Ｂとする箇所には導体層２Ｂを形成しないようにする。
【０１２３】
そして、収容体７の内容積に基づいて予め収容体７の体積に対する比率が０．０４以上０．１５以下となるよう計測されたマイクロ波吸収体を、収容体７に充填する（ステップＳ６３）。ここで、充填量は、たとえばマイクロ波吸収体である導体粒子の質量であり、導体粒子について予め計測したまたは既知である平均粒径から必要な導体粒子の全体積、および既知である同導体粒子の密度から計測できる。または、収容体７の体積に対する比率が０．０４以上０．１５以下となるよう計測されたマイクロ波吸収体と、誘電体と、を収容体７に充填する。マイクロ波吸収体はたとえばカーボンナノパウダーであり、誘電体はたとえば酸化シリコン等の誘電体ナノパウダーである。
【０１２４】
なお、マイクロ波吸収体の充填（ステップＳ６３）は、真空中で行う。または、マイクロ波吸収体の充填は、いったん真空にした空間を減圧した不活性雰囲気中で行う。たとえば、大気圧の６分の１以下に減圧した不活性雰囲気中で行う。不活性雰囲気はたとえばアルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ２）雰囲気である。また、不活性雰囲気は、酸素を含まないものとする。
【０１２５】
次に、マイクロ波吸収体が充填された収容体７の底部７Ａと蓋部７Ｂとを封止する（ステップＳ６４）。収容体７の封止は、ステップＳ６３と同様の真空中または不活性雰囲気下で行う。封止には加熱圧着などを用いる。このようにして、加熱部材１０Ｂが形成される。
【０１２６】
なお、図６の例では、高熱伝導材料５Ｂおよび導波路６Ｂについて説明を省略しているが、高熱伝導材料５Ｂおよび導波路６Ｂは、ステップＳ６４の完了後適宜形成することができる。
【０１２７】
［第２の実施形態の効果］
このように、第２の実施形態に係る加熱部材は、マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、収容体に設けられ、収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、を備える。さらに、導体粒子は収容体内に封入され、収容体内の導体粒子の体積は、収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下である。このため、マイクロ波吸収体による所望の加熱効率を実現し、効率的な加熱処理を実現することができる。また、収容体内部を、真空若しくは減圧された、酸素を含まない不活性雰囲気にすることで、高温下でもマイクロ波吸収体が酸化することを防止することができる。また、マイクロ波吸収体の導体粒子のみを収容体に封入する場合には、真空中は熱泳動、減圧下では気体の対流および熱泳動によりマイクロ波吸収体の導体粒子が収容体内に均一に分散することになる。
【０１２８】
また、第２の実施形態に係る加熱部材は、マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、収容体に設けられ、収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、を備える。さらに、導体粒子は、誘電体と混合されて収容体に充填され、収容体内の導体粒子の体積は、収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下である。このため、マイクロ波吸収体による所望の加熱効率を実現し、効率的な加熱処理を実現することができる。また、収容体内部を、真空若しくは減圧された、酸素を含まない不活性雰囲気にすることで、高温下でもマイクロ波吸収体が酸化することを防止することができる。
【０１２９】
また、第２の実施形態に係る加熱部材は、収容体のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えてもよい。このため、発熱体が発する熱を効率的に被加熱対象に伝えることができる。
【０１３０】
また、第２の実施形態に係る加熱部材は、収容体の内壁上に配置される導体層をさらに備えてもよい。これによって、収容体内に案内されたマイクロ波を収容体内に閉じ込めて、マイクロ波のパワー密度を向上させることができる。
【０１３１】
また、第２の実施形態に係る加熱部材において、収容体は、導体層を覆う耐酸化性材料で形成される層をさらに備えてもよい。これによって、導体層の酸化を防止することができる。
【０１３２】
また、第２の実施形態に係る加熱部材において、導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであってもよい。
【０１３３】
また、第２の実施形態に係る加熱部材において、導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であってもよい。
【０１３４】
また、第２の実施形態に係る加熱部材において、導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有してもよい。このため、導体層の熱容量を下げることができる。
【０１３５】
また、第２の実施形態に係る加熱部材において、窓部は誘電体であってよい。このため、窓部を通して、マイクロ波を減衰させることなくマイクロ波吸収体に誘導することができる。
【０１３６】
［第２の実施形態の変形例］
なお、図５に示した例では、収容体７の内壁上に導体層２Ｂを形成するものとした。しかし、これに限らず、導体層２Ｂを、収容体７の中に形成してもよい。たとえば、収容体７の壁を、導体層２Ｂを二つの誘電体板で挟み込む構造とし、導体層２Ｂが露出しないように構成してもよい。このように構成することでも、導体層２Ｂの酸化を防止することができる。
【０１３７】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る加熱装置の構成の一例を示す断面図である。第３の実施形態に係る加熱装置１００は、マイクロ波による加熱効率を高めるためマイクロ波閉じ込め機構を備える。
【０１３８】
加熱装置１００は、処理容器１０１と、加熱部材１０２と、マイクロ波導入機構１０３と、ガス供給機構１０４と、排気機構１０５と、マイクロ波閉じ込め機構１０６と、を備える。加熱装置１００はまた、装置内の各部と接続され各部を制御する制御部１０７を備える。
【０１３９】
処理容器１０１は、被加熱対象Ｓと、被加熱対象Ｓが載置される加熱部材１０２と、を収容する。処理容器１０１は、マイクロ波導入機構１０３、ガス供給機構１０４および排気機構１０５と接続される。処理容器１０１はまた、マイクロ波閉じ込め機構１０６を収容する。処理容器１０１は閉状態のとき、気密にシールされるよう構成される。
【０１４０】
加熱部材１０２は、第１の実施形態に関して先述した加熱部材１０，１０Ａと同様であるが、導体層３を備えない点で、第１の実施形態に係る加熱部材１０，１０Ａと異なる。
【０１４１】
図８は、第３の実施形態に係る加熱部材１０２の構成の一例を示す断面図である。図８に示すように、加熱部材１０２は、発熱体１Ｃと、誘電体窓３Ｃと、外壁４Ｃと、高熱伝導材料５Ｃと、導波路６Ｃと、を備える。
【０１４２】
発熱体１Ｃは、被加熱対象Ｓが載置される面以外の面、すなわち、側面と下面を外壁４Ｃで覆われる。また、発熱体１Ｃの下面には導波路６Ｃからのマイクロ波を発熱体１Ｃに導入するための誘電体窓３Ｃが設けられる。誘電体窓３Ｃが設けられる位置には外壁４Ｃは設けられない。また、発熱体１Ｃの、被加熱対象Ｓが載置される面上には高熱伝導材料５Ｃが設けられる。なお、発熱体１Ｃ、誘電体窓３Ｃ、外壁４Ｃ、高熱伝導材料５Ｃ、導波路６Ｃの構成および機能はそれぞれ、第１の実施形態の対応する部材と同様である。
【０１４３】
図７に戻り、マイクロ波導入機構１０３は、処理容器１０１内にマイクロ波を導入する。マイクロ波導入機構１０３は、加熱部材１０２の導波路６Ｃを介して、発熱体１Ｃにマイクロ波を導入する。なお、図７の例では、マイクロ波導入機構１０３を、処理容器１０１の下方に配置するが、これに限定されず、マイクロ波導入機構１０３を任意の位置に配置してよい。
【０１４４】
ガス供給機構１０４は、パージガス等の処理ガスを処理容器１０１内に供給する。
【０１４５】
排気機構１０５は、処理容器１０１に供給される各種ガスを排気して、処理容器内の酸素を除去する。排気機構１０５は、被加熱対象Ｓから放出されたガスや酸素を処理容器１０１から除去する。
【０１４６】
マイクロ波閉じ込め機構１０６は、加熱部材１０２すなわち発熱体１Ｃに導入されたマイクロ波を加熱部材１０２内に閉じ込める。マイクロ波閉じ込め機構１０６は、加熱部材１０２の周囲を包囲する支持部１０６Ａと、支持部１０６Ａの上端に加熱部１０２を上から覆って配置されるメッシュ部１０６Ｂと、を備える。支持部１０６Ａおよびメッシュ部１０６Ｂはマイクロ波を反射することができる材料で構成する。支持部１０６Ａが、制御部１０７からの制御指示に応じて上下に移動することにより、メッシュ部１０６Ｂと被加熱対象Ｓとの距離が調整される。
【０１４７】
網状に構成されるメッシュ部１０６Ｂは、加熱部材１０２内からマイクロ波閉じ込め機構１０６内に放射されるマイクロ波を、マイクロ波閉じ込め機構１０６の内側へと向けて反射する。これによって、メッシュ部１０６Ｂは、マイクロ波をマイクロ波閉じ込め機構１０６内に閉じ込める。メッシュ部１０６Ｂの材料は、マイクロ波を反射する金属であればよい。たとえば、メッシュ部１０６Ｂの材料としては、導体で加工が容易な材料が好ましく、導体金属たとえばアルミニウム等でもよい。マイクロ波閉じ込め機構１０６は、マイクロ波を内側に向けて反射することで、マイクロ波閉じ込め機構１０６内のマイクロ波パワーの空間密度を上昇させる。これによって、加熱装置１００は、マイクロ波パワーを効率的に熱エネルギーに変換して加熱部材１０２の発熱体１Ｃに吸収させ、被加熱対象Ｓを効率的に加熱することができる。
【０１４８】
［第３の実施形態の効果］
第３の実施形態に係る加熱装置１００は、加熱部材と、加熱部材と被加熱対象とを収容する処理容器と、処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波導入部と、処理容器内に所定のガスを供給するガス供給部と、処理容器内から酸素を除去する排気部と、を備える。加熱装置１００が備える加熱部材のマイクロ波吸収体は、その表面上に外壁と、誘電体窓と、高熱伝導材料が形成される。そして、処理容器内の加熱部材の周囲を覆うようにマイクロ波閉じ込め機構が配置される。このため、加熱部材に供給されるマイクロ波は、加熱部材から外に向けて放射してもマイクロ波閉じ込め機構によって反射される。このため、マイクロ波閉じ込め機構内のマイクロ波パワーの空間密度が上昇し、マイクロ波の熱エネルギーを効率的にマイクロ波吸収体に吸収させることができる。これによって、加熱装置は、効率的に被加熱対象Ｓを加熱することができる。
【０１４９】
なお、第２の実施形態に係る加熱部材１０Ｂから導体層２Ｂを取り除き、第３の実施形態の加熱部材１０２として適用することもできる。
【０１５０】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る加熱装置の構成の一例を示す断面図である。第４の実施形態に係る加熱装置１００Ａは、加熱部材１０２に代えて加熱部材１０２Ａを備える。加熱部材１０２Ａの構成および機能は、第１の実施形態の加熱部材１０、第１の実施形態の変形例の加熱部材１０Ａまたは第２の実施形態の加熱部材１０Ｂと同様である。第４の実施形態に係る加熱装置１００Ａはまた、マイクロ波閉じ込め機構１０６を有しない点で、第３の実施形態の加熱装置１００と異なる。
【０１５１】
加熱装置１００Ａは、処理容器１０１Ａと、加熱部材１０２Ａと、マイクロ波導入機構１０３Ａと、ガス供給機構１０４Ａと、排気機構１０５Ａと、を備える。加熱装置１００Ａはまた、装置内の各部と接続され各部を制御する制御部１０７Ａを備える。
【０１５２】
処理容器１０１Ａ、マイクロ波導入機構１０３Ａ、ガス供給機構１０４Ａおよび排気機構１０５Ａの構成および機能は、第２の実施形態の処理容器１０１、マイクロ波導入機構１０３、ガス供給機構１０４および排気機構１０５と同様である。また制御部１０７Ａの構成および機能も、マイクロ波閉じ込め機構１０６の制御を実行しない点を除き、第２の実施形態と同様である。
【０１５３】
加熱装置１００Ａにおいては、制御部１０７Ａからの指示に基づき加熱処理が開始すると、マイクロ波導入機構１０３Ａにより加熱部材１０２Ａにマイクロ波が供給される。そして、加熱部材１０２Ａ内に閉じ込められるマイクロ波によって加熱部材１０２Ａ中のマイクロ波吸収部材が短時間で高温となり、被加熱対象Ｓを加熱する。処理容器１０１Ａ内に不所望のガスが滞留しないよう、ガス供給機構１０４Ａがパージガス等のガスを処理容器１０１Ａ内に供給し、排気機構１０５Ａが排気を実行する。
【０１５４】
［第４の実施形態の効果］
第４の実施形態に係る加熱装置は、第１の実施形態に係る加熱部材、第１の実施形態の変形例に係る加熱部材または第２の実施形態に係る加熱部材を備えることにより、第１の実施形態、第１の実施形態の変形例および第２の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１５５】
（その他）
なお、カーボンは大気中で高温にさらされると酸化して二酸化炭素に変わるため、カーボンパウダーを用いて加熱部材を製造する際には、窒素雰囲気等の低酸素濃度雰囲気中で処理を行う。
【０１５６】
また、上記実施形態に記載の加熱部材および加熱装置は、量子ドット超格子を利用したナノ構造体だけでなく、半導体装置を製造する際のアニーリングにも適用することができる。たとえば、現在ランプアニールやレーザアニールによって行っている処理を、上記実施形態の加熱部材および加熱装置を用いて実施することにより、短時間で効率的な処理を実現することができる。
【０１５７】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  発熱体
２，２Ａ，２Ｂ  導体層
３  誘電体窓
４，４Ａ  外壁
５  高熱伝導材料
６  導波路
１０，１０Ａ，１０Ｂ  加熱部材
１００，１００Ａ  加熱装置
１０１，１０１Ａ  処理容器
１０２，１０２Ａ  加熱部材
１０３，１０３Ａ  マイクロ波導入機構
１０４，１０４Ａ  ガス供給機構
１０５，１０５Ａ  排気機構
１０６  マイクロ波閉じ込め機構
１０７，１０７Ａ  制御部
Ｓ  被加熱対象（サンプル）
【図１】
2017073563.tif 000003
【図２】
2017073563.tif 000004
【図３】
2017073563.tif 000005
【図４】
2017073563.tif 000006
【図５】
2017073563.tif 000007
【図６】
2017073563.tif 000008
【図７】
2017073563.tif 000009
【図８】
2017073563.tif 000010
【図９】
2017073563.tif 000011
【図１０】
2017073563.tif 000012
【図１１Ａ】
2017073563.tif 000013
【図１１Ｂ】
2017073563.tif 000014
【図１１Ｃ】
2017073563.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月18日(2018.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、
前記収容体に設けられ、前記収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、
を備え、
前記導体粒子は前記収容体内に封入され、前記収容体内の前記導体粒子の体積は、前記収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下であることを特徴とする加熱部材。 
【請求項２】
前記収容体のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の加熱部材。 
【請求項３】
前記収容体の内壁上に配置される導体層をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱部材。 
【請求項４】
前記収容体は、壁内に導体層を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項５】
前記収容体は、前記導体層を覆う耐酸化性材料で形成される層をさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の加熱部材。 
【請求項６】
前記導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項７】
前記導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項８】
前記導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項９】
前記窓部は誘電体であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項１０】
前記収容体の内部圧力は、大気圧の６分の１以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項１１】
前記収容体内部は、不活性ガス雰囲気または無酸素雰囲気であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項１２】
マイクロ波吸収体である導体粒子が収容される収容体と、
前記収容体に設けられ、前記収容体内の導体粒子に照射するマイクロ波を案内する窓部と、
を備え、
前記導体粒子は、誘電体と混合されて前記収容体に充填され、
前記収容体内の前記導体粒子の体積は、前記収容体の体積に対する比率が、０．０４以上０．１５以下であることを特徴とする加熱部材。 
【請求項１３】
前記収容体のうち、被加熱対象が配置される面に配置される高熱伝導材料をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の加熱部材。 
【請求項１４】
前記収容体の内壁上に配置される導体層をさらに備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の加熱部材。 
【請求項１５】
前記収容体は、壁内に導体層を備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の加熱部材。 
【請求項１６】
前記収容体は、前記導体層を覆う耐酸化性材料で形成される層をさらに備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載の加熱部材。 
【請求項１７】
前記導体層の厚さは、当該導体層の材料のスキンデプス以上の厚さであることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項１８】
前記導体層は、アモルファスカーボンもしくはカーボングラファイトを含む炭素材料またはタングステンもしくはモリブデンを含む高融点金属であることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項１９】
前記導体層は、マイクロ波波長の１０分の１以下の大きさの隙間や空隙を有することを特徴とする請求項１４から１８のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項２０】
前記窓部は誘電体であることを特徴とする請求項１２から１９のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項２１】
前記収容体の内部圧力は、大気圧の６分の１以下であることを特徴とする請求項１２から２０のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項２２】
前記収容体内部は、不活性ガス雰囲気または無酸素雰囲気であることを特徴とする請求項１２から２１のいずれか１項に記載の加熱部材。 
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の加熱部材と、
前記加熱部材と、被加熱対象とを収容する処理容器と、
前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波導入部と、
前記処理容器内に所定のガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内から酸素を除去する排気部と、
を備えることを特徴とする加熱装置。
【国際調査報告】
2017073563.tif 000016
2017073563.tif 000017
2017073563.tif 000018
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