KR0173040B1 - 가열장치 및 그 제조방법 및 그것을 이용한 처리장치 - Google Patents

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이노우에 아키라
도쿄에레쿠토론 가부시키가이샤
가나가와 지히로
신에쓰가가쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼(W) 등의 대상물을 가열하기 위한 가열장치로 내식성이 우수하며 오염원인이 되는 파티클을 발생시키지 않고, 또 급격한 승강온이 가능하고 대기측에서의 유효한 급전이 가능한 가열장치 및 그 제조방법, 및 그것을 이용한 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판(11, 71)과; 소정 패턴을 갖고, 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되는 발열체(31, 74)와; 가열판의 발열체가 형성된 면에 밀착되고, 실리카로 형성된 반사판(21, 81)과;으로 가열장치(1, 61)가 형성되는 것이며, 이 가열장치를 CVD장치내의 처리용기내에 설치하고, 그 위에 반도체 웨이퍼를 올려놓고 가열하면서 처리용기(41)내에 처리가스를 도입하는 것에 의해 반도체 웨이퍼에 소정의 막이 형성된다.

Description

가열장치 및 그 제조방법, 및 그것을 이용한 처리장치
제1도는 본 발명의 제1모양(態樣)에 관한 가열장치의 개관을 도시하는 사시도.
제2도는 본 발명의 제1모양에 관한 가열장치를 도시하는 평면도.
제3도는 제2도의 Ⅱ-Ⅱ선에 의한 단면도.
제4도는 제1도에 도시된 가열장치의 가열판을 도시하는 저면도.
제5도∼제8도는 본 발명의 제1모양에 관한 가열장치의 제조공정을 설명하기 위한 단면도.
제9도는 본 발명의 제1모양에 관한 가열장치가 적용된 CVD 장치를 도시하는 단면도.
제10도는 본 발명의 제1모양에 관한 가열장치가 적용된 CVD 장치의 주요부분을 확대하여 도시하는 단면도.
제11도는 본 발명의 제1모양에 관한 가열장치의 온도분포를 도시하는 그래프.
제12도는 본 발명의 제2모양에 관한 가열장치의 개관을 도시하는 사시도.
제13도는 본 발명의 제2모양에 관한 가열장치를 도시하는 종단면도.
제14도는 제12도에 도시된 가열장치의 가열판을 도시하는 저면도.
제15도는 본 발명의 제2모양에 관한 가열장치에 사용되는 냉각부재를 도시하는 수평단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 61 : 가열장치 11, 71 : 가열판
16a, 17a : 도통부 21, 81 : 반사판
12, 81a : 오목부 31, 74 : 발열체
31a : 페이스트 41 : 처리용기
55 : 절연부재 58 : 교류전원
76 : 저항체 W : 반도체 웨이퍼
본 발명은 반도체 디바이스의 제조공정에 적합한 가열장치 및 그 제조방법, 및 그것을 이용한 처리장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조공정에 있어서는 디바이스가 형성되는 반도체 웨이퍼의 표면처리, 예를 들면 에칭처리나 CVD 처리를 실행하는 경우, 기밀하게 구성된 처리용기내에 설치된 설치대에 처리대상인 반도체 웨이퍼를 올려놓고, 처리용기내를 소정의 감압분위기까지 진공하고, 소정의 처리가스를 이 처리용기내에 도입한다. 이것에 의해 소정의 처리가 실시된다.
이때에, 소기의 처리를 실시하기 위해 반도체 웨이퍼를 소정 온도로 가열하는 것이 종래부터 행해지고 있다. 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 가열장치는 설치대에 내장되어 있는 것이 일반적이다. 종래의 가열장치는 예를 들면 Al2O3나 AlN 등의 세라믹재로 구성된 가열판과 텅스텐제의 발열체를 갖고, 세라믹재에 발열체의 패턴에 대응하여 형성된 홈에 발열체가 단지 장입(裝入)된 구조를 갖고 있다.
그렇지만 이와 같은 종래의 가열장치는 가열판을 구성하는 Al2O3이나 AlN이 파티클(pARTICLE)을 발생하기 쉽고, 그 때문에 처리용기내나 반도체 웨이퍼를 오염할 우려가 있다. 또 처리용기내는 각종 에칭 가스 분위기가 되므로, 부식의 점도 고려하지 않으면 안되는데 상술의 세라믹재에서는 내식성의 점에서 반드시 만족할만한 것은 아니다. 그리고 상술한 바와 같은 세라믹재는 내열충격성이 작기 때문에 급격한 승강온을 실시할 수 없고, 정상상태에서 사용하지 않을 수 없다. 또 상슬의 가열장치는 발열체가 단지 패턴홈내에 장입되어 있을 뿐이므로, 발열체가 패턴홈내에서 흔들린 우려가 있고, 그것에 따라 파티클이 발생할 우려가 있다.
그리고 처리용기내는 예를 들면 1Torr 이하의 높은 진공도로 설정되지만, 그와 같은 높은 진공도하에서는 기체의 절연파괴레벨, 즉 방전개시전압레벨이 내려가고, 매우 방전하기 쉬운 환경이므로, 처리용기 내에서의 유효한 급전방법이 존재하지 않고, 그 때문에 처리용기 외측의 대기측에서 설치대를 관설(貫設)한 급전경로를 채용하지 않을 수 없고, 장치의 설계 및 보존에 있어 문제가 되고 있다.
본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼 등의 대상물을 가열하기 위한 가열장치로서, 내식성이 우수함과 동시에 오염원인이 되는 파티클을 발생시키지 않고, 또한 급격한 승강온이 가능한 가열장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 대기측에서의 유효한 급전이 가능한 가열 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이와 같은 가열장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이와 같은 가열장치를 내장한 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1관점에 의하면 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판과, 소정 패턴을 갖고, 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되는 발열체와, 를 구비하는 가열장치가 제공된다.
본 발명의 제2관점에 의하면 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판과, 소정 패턴을 갖고, 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되는 가열체와 상기 가열판의 발열체가 형성된 면에 밀착되고, 실리카로 형성된 반사판과, 을 구비하는 가열장치가 제공된다.
본 발명의 제3관점에 의하면 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판을 준비하는 공정과, 상기 가열판의 상기 가열면과 반대측 면에 발열체의 패턴에 대응한 오목부를 형성하는 공정과, 발열체성분을 포함하는 페이스트(paste)를 상기 오목부에 충전하는 공정과, 상기 페이스트를 소성(燒成)하여 발열체를 형성하는 공정과, 을 구비하는 가열장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제4관점에 의하면 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판을 준비하는 공정과, 상기 가열판의 상기 가열면과 반대측 면에 발열체성분을 포함하는 페이스트를 발열체 패턴에 대응하여 도포하는 공정과, 상기 페이스트를 소성하여 발열체를 형성하는 공정과, 을 구비하는 가열장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제5관점에 의하면 소정의 감압분위기에서 피처리체의 처리를 실행하기 위한 처리용기와, 상기 처리용기내에 설치되고, 상기 피처리체를 가열하기 위한 가열장치와, 상기 처리용기내에 상기 피처리체를 처리하기 위한 처리가스를 공급하는 처리가스공급수단을 구비하고, 상기 가열장치는 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판과, 소정패턴을 갖고, 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되는 발열체와, 를 갖는 처리장치가 제공된다.
본 발명에 관한 가열장치는 피가열체를 가열하는 가열판과, 가열판에 설치된 발열체를 구비하고 있다. 가열판은 실리카(SiO2)로 형성되고, 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고 있다. 또 발열체는 소정패턴을 갖고, 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되어 있다.
이와 같이 가열판을 실리카로 형성하고 있으므로, 종래의 AlN, Al2O3으로 구성되는 세라믹재료보다 내식성이 뛰어나고, 오염원인이 되는 파티클의 발생도 적다. 또 실리카는 열팽창율이 낮으며, 내열충격성도 양호하기 때문에 급격한 승강온도 가능하게 된다. 또 발열체는 가열판에 고정되어 있으므로, 종래와 같이 발열체가 홈안에서 흔들리는 일이 없다.
여기서 가열판에 사용되는 실리카는 반도체 제조장치로 하려는 것을 고려하면, 불순물이 10ppm 이하이고, 저알카리인 것이 바람직하다.
또 가열판을 구성하는 실리카는 고순도의 실리카분말을 용융후 냉각한 것이어도 되고, 또 기체로부터 합성한 것이어도 된다. 또 유리질이어도, 일부 또는 전부가 석영 등의 결정으로 되어 있어도 된다.
가열판은 투명한 것이 바람직하다. 이것에 의해 효율적으로 피가열체를 가열할 수 있다.
가열판의 가열면과 반대측 면에는 발열체를 사이에 두고 가열판과 동일한 실리카로 형성된 반사판을 설치하는 것이 바람직하다. 이 반사판의 존재에 의해 발열체에서 그 외측으로의 발열이 억제되고, 반사판에서 반사한 열이 가열에 기여하므로, 한층 효율적으로 피가열체를 가열할 수 있다. 이 경우에 반사판은 가열판에 밀착하여 설치된다.
발열체로서는 예를 들면 백금(Pt), 니켈(Ni), 또는 카본(C), 예를 들면 페놀계수지에 카본을 혼입하여 열처리한 것을 들 수 있다. 또 발열체의 패턴으로서는 예를 들면 균일하게 가열하기 위한 평면나선형, 동심원형, 승목(升目)형 등을 들 수 있다. 이 발열체는 통상 전원으로부터 급전되는 것에 의해 발열된다.
발열체를 가열판에 고정하기 위해서는 가열판의 면에 발열체의 패턴에 대응한 홈을 형성하고, 그 안에 발열체를 충전해도 되고, 발열체를 가열판의 면에 적당한 수단으로 접합해도 된다. 이 경우에 발열체를 가열판의 면에 스크린 인쇄 등으로 후막(厚膜)패턴으로서 형성할 수 있다.
이하 이와 같은 가열장치의 바람직한 모양에 대해서 설명한다.
제1도는 본 발명의 제1모양에 관한 가열장치의 개관을 도시하는 사시도이고, 제2도는 그 평면도, 제3도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선에 의한 단면도이다.
이들의 도면에서 이해되는 바와 같이 이 가열장치(1)는 전체적으로 대략 원판형을 이루고, 평면형상이 서로 거의 동일한 가열판(11)과 반사판(21)을 갖고, 이들의 면끼리 밀착접합되어 구성되어 있다.
상기 가열판(11)은 투명한 실리카(SiO2)로 구성되고, 그 상면에는 피가열체, 예를 들면 8인치 직경의 반도체 웨이퍼를 올려놓기 위한 오목부(12)가 형성되어 있고, 이 오목부(12)의 면이 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 가열면으로 되어 있다. 또 가열판(11)의 주위면에는 반경반향으로 돌출하는 돌출부(13, 14)가 형성되어 있고, 이들은 대칭의 위치관계에 있다. 이들 돌출부(13, 14)는 가열판(11)과 동일재질, 즉 실리카(SiO2)로 구성되어 있다.
가열판(11)의 하면에는 발열체의 패턴에 대응한 홈(15)이 형성되어 있고, 그 안에 발열체(31)가 충전되어 있다.
한편 하측에 위치하는 반사판(21)은 전체적으로 불투명한 실리카(SiO2)로 구성되어 있고, 가열판(11)에 접합되었을 때에 기밀하게 봉입된 발열체(31)의 폭사열을 가열판(11)측으로 반사시키고, 발열체(31)가 발하는 열을 낭비없이 반도체 웨이퍼에 전달하는 역할을 갖고 있다.
발열체(31)는 예를 들면 백금으로 구성되고, 말하자면 발열전극을 구성하고, 외부에서 급전되는 것에 의해 열을 발생하고, 예를 들면 1000℃정도의 온도를 갖도록 구성되어 있다.
그리고 반사판(21)의 주위면에는 상기 가열판(11)의 돌출부(13, 14)에 대응하도록 이들과 동일평면형상의 돌출부(22, 23)가 설치되고, 이들은 돌출부(13, 14)에 밀착접합되어 있다.
다음에 이상과 같이 구성된 가열장치(1)의 제조방법에 대해서 설명한다.
먼저 제4도, 제5도에 도시하는 바와 같이 가열판(11)의 하면에 발열체 패턴에 대응하는 소정 깊이의 홈(15)을 형성한다. 홈(15)은 예를 들면 에칭을 이용하여 형성할 수 있다. 또 홈(15)의 형성과 동시에, 돌출부(13, 14)의 홈(15) 부분에 가열판(11)을 상하로 관통하는 도통공(16, 17)을 형성한다.
계속해서 제6도에 도시한 바와 같이 발열체(31)를 형성하기 위한 페이스트(31a) 예를 들면 백금페이스트를 홈(15)내에 충전한다. 이때 적당히 가공하면서 충전하도록 하여 홈(15)내 구석구석까지 페이스트형의 발열체(31)가 골고루 미치도록 한다. 그리고 도통공(16, 17)내에도 페이스트(31a)를 충전한다. 단, 도통공(16, 17) 부분에는 페이스트(31a)를 충전하지 않고, 통상의 도전부재를 다음에 충전해도 된다.
페이스트(31a)를 충전한 후, 가열판(11) 전체를 소성하고, 페이스트(31a) 내의 용제 등을 증발시킴과 동시에 소결시켜 발열체(31)를 얻는다. 전술한 바와 같이 가열판(11)은 실리카(SiO2)로 형성되어 있으므로 소성온도는 실리카(SiO2)의 연화점(1650℃)을 초과하지 않는 온도로 하고, 1100∼1300℃가 바람직하다.
이 소성후 제7도에 도시한 바와 같이 가열판(11)의 상하면을 예를 들면 평면연삭반 등으로 연삭하고, 그리고 폴리싱(Polishing)하고, 불필요한 발열체(31)를 제거하여 평면도를 낸다. 이것에 의해 가열판(11)의 발열체 패턴에 대응하는 홈(15)내에 발열체(31)가 충전수납된다. 그리고 도통공(16, 17)내에도 백금이 충전되고, 그것에 의해 발열체(31)와 도통하는 도통부(16a, 17a)가 구성된다.
계속해서 미리 준비한 그 면이 소정의 평면도로 가공된 반사판(21)을 상기 가열판(11)의 하면에 밀착시키고, 예를 들면 전기로내에서 1200℃ 정도까지 가열하고, 그 상태에서 제8도에 도시한 바와 같이 가압하고, 가열판(11)과 반사판(21)을 용착접합(전착)한다.
마지막으로 제3도에 도시한 바와 같이 가열판(11)의 상면에 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 오목부(12)를 가공하고, 외형을 정리하면 가열장치(1)가 완성한다.
다음에 이와 같이 구성된 가열장치(1)를 반도체 웨이퍼의 표면에 성막처리를 실시하기 위한 CVD 장치에 적용한 예에 대해서 설명한다.
제9도는 가열장치(1)가 적용된 CVD장치에 도시하는 단면도, 제10도는 그 주요부분을 확대하여 도시하는 단면도이다. 이 CVD 장치는 기밀하게 구성된 대략 원통형의 처리용기(41)를 갖고 있다. 이 처리용기(41)는 전체가 양극산화처리된 알루미늄으로 형성되어 있고, 그 상부를 이루는 샤워헤드(42), 주위벽(43), 및 저벽(44)으로 구성되고, 기밀구조를 갖고 있다. 이 처리용기(41) 안에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 올려놓음과 동시에 가열하는 상술의 가열장치(1)가 설치되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)는 상술한 바와 같이 가열장치(1)의 가열판(11) 상면에 형성된 오목부(12)에 놓여져 있다.
샤워헤드(42)는 중공원판형을 이루고, 그 상벽(42a)에는 처리가스 도입부(45)가 형성되어 있고, 그 하벽(42b)에는 다수의 가스토출공(48)이 형성되어 있고, 상벽(42a)과 하벽(42b) 사이에는 공간(42c)이 존재하고 있다. 처리가스도입부(45)에는 처리가스도입관(46)을 통해서 처리가스원(47)이 접속되어 있고, 이 처리가스원(47)에서 처리가스로서 예를 들면 SiH4(실란)과 H2의 혼합가스가 샤워헤드(42)로 도입되고, 가스토출공(48)에서 가열장치(1)에 놓여진 반도체 웨이퍼(W)를 향해 균등하게 토출된다.
처리용기(41)의 주위벽(43) 저부근방에는 배기구(49)가 형성되어 있다. 이 배기구(49)에는 배기관(49a)을 통해 배기장치(50)가 접속되어 있고, 이 배기장치(50)에 의해 처리용기(41)내가 소정의 진공도, 예를 들면 10-6Torr로 유지가능하게 되어 있다.
처리용기(41)의 주위벽(43) 하단에는 내측으로 돌출하는 고리형상의 돌출부(43a)가 형성되어 있고, 가열장치(1)는 이 돌출부(43a)상에 설치된다. 즉, 가열장치(1)는 반사판(21)을 아래로 해서 돌출부(43a)상에 놓여진다. 따라서 주위벽(43)의 돌출부(43a)와 반사판(21)은 접촉하고 있다.
또 돌출부(43a)내에는 고리형상의 냉매통로(51)가 형성되어 있고, 이 냉매통로(51)에는 냉매공급관(52)을 통해서 냉매원(53)이 접속되어 있다. 그리고 냉매원(53)에서 냉매공급관(52)을 통해서 냉매로서 예를 들면 냉각수가 냉매통로(51)내에 공급되고, 순환된다. 이 냉각수에 의해 가열장치(1)의 도통부(16a, 17a)의 주위는 약 200℃정도까지 냉각가능하게 되어 있다.
가열장치(1)의 도통부(16a, 17a) 상면에는 각각 급전핀(54)이 접속되어 있고, 그리고 이들 냉각핀(54)을 덮도록 각각 통형상의 절연부재(55)가 설치되어 있다. 또 이들 절연부재(55)의 하단면은 ○링(56)을 통해서 가열판(11)에 있어서의 도통부(16a) 주변가장자리부에 기밀하게 압접되어 있다. 또 그들의 상단면은 ○(56)을 통해서 샤워헤드(42)의 하벽(42b)에 기밀하게 압접되어 있다.
2개의 급전핀(54)은 처리용기(41) 밖에 설치된 교류전원(58)이 접속되어 있고, 이 교류전원(58)에서 급전핀(54)을 통해서 발열체(31)에 소정의 전류가 통전되면 발열체(31)이 발열하여 가열장치가 소정의 온도 예를 들면 1000℃까지 승온한다. 그리고 이것에 의해 가열판(11)상의 오목부(12)내에 놓여진 반도체 웨이퍼(W)가 정의 온도까지 가열된다.
가열장치(1)에는 가열판(11)의 소정부분의 온도를 측정하기 위한 온도센서(59)가 매설되어 있고, 이 온도센서(59)가 계측부(59a)를 통해서 제어기(60)에 접속되어 있다. 그리고 온도센서(59)의 검지신호에 의거하여 계측부(59a)에서 차례로 온도가 계측되고, 그 신호가 제어기(60)에 입력된다. 이 신호에 의거하여 제어기(60)에서 교류전원(58) 및 냉매원(53)에 제어신호가 출력되고, 발열체(31)의 출력 및 냉각수의 유량이 조절되는 것에 의해 반도체 웨이퍼의 온도가 제어된다.
그리고 이 CVD장치에는 도시하지는 않지만, 반도체 웨이퍼(W)를 반송하는 경우에 반도체 웨이퍼(W)를 들어올리기 위한 리프트핀(복수)이 가열장치(1)의 면에서 돌출가능하게 설치되어 있다.
이와 같이 구성되는 CVD장치에 있어서는 교류전원(58)이 온상태가 되면 발열체(31)가 발열하고, 가열판(11)상의 반도체 웨이퍼(W)가 가열된다. 또 배기기구(50)에 의해 처리용기(41)내가 소정의 진공도, 예를 들면 1Torr까지 배기된 후, 이 처리용기(41)내에 소정의 처리가스, 예를 들면 실란계의 가스가 도입된다. 이것에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 막, 예를 들면 폴리실리콘막이 성막된다.
이때에 냉매통로(51)내에는 냉각수가 순환하고 있으므로, 가열판(11)에 있어서의 온도구배는 제11도에 도시하는 바와 같이 되어 있다.
즉, 반도체 웨이퍼(W)의 부분(제10도 및 제11도의 c에서부터 우측 부분)은 발열체(31)에 의해 약 900℃까지 가열되어 있음에도 불구하고, 도통부(16a)와 급전핀(54)의 접속부와 ○링(56) 주변(제10도 및 제11도에 있어서의 a∼b 부분)은 약 200℃까지 냉각되어 있다.
즉, 가열판(11)상에 있어서는 거리가 짧은 부분(제10도 및 제11도에 있어서의 b∼c부분)에서 매우 큰 온도구배가 형성되어 있는 것이다. 그리고 이와 같이 도통부(16a)와 급전핀(54)의 접속부와 ○링(56) 부분의 온도가 약 200℃정도이므로, ○링(56)은 어떤 열변형도 하지 않고, 절연부재(55)의 외부가 비록 1Torr의 높은 진공도여도, 절연부재(55)의 내부, 즉 급전핀(54)와 도통부(16a)의 접속부분은 대기상태로 하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에 높은 진공도중에 놓여져 있는 가열부재(1)의 발열재(31)에 대해서 지장없이 급전할 수 있다.
제11도의 그래프에 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(W)가 놓여져 있는 부분에 대해서는 소정의 가열온도인 900℃가 유지되고 있다. 실기(實機)로서의 크기에서 보면 ○링(56)과 반도체 웨이퍼(W) 간의 거리(제10도 및 제11도에 있어서의 b∼c 부분)는 기껏해야 수㎝정도이지만, 그와 같이 짧은 거리임에도 불구하고 큰 온도구배가 형성되는 것은 가열판(11)의 재질에 실리카(SiO2)를 사용하고 있기 때문이다.
상술한 바와같은 급격한 승강온이 있어도 실질적으로 손상하지 않는다. 따라서 온도차가 큰 처리를 연속해서 실시할 수 있고, 스루풋(throughput) 향상에도 기여할 수 있다.
이와 같이 상기 구성의 급전부에 의해 높은 감압도로 놓여진 가열장치(1)에 대한 대기중에서의 급전이 유효하게 행해진다. 그리고 ○링에 의해 기밀성을 확보하고 있으므로, 절연부재(55)를 가열판(11)에서 용이하게 떼어낼 수 있고, 보존성이 양호하다.
또 반도체 웨이퍼(W)는 가열판(11)의 오목부(12)에 놓여지므로, 손실하는 열량이 적고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도의 면내균일성이 높고, 처리의 균일성을 꾀할 수 있다. 그리고 또 실리카는 열팽창율이 낮고, 내열충격성이 우수하다.
다음에 본 발명의 제2모양에 대해서 설명한다.
제12도는 본 발명의 제2모양에 관한 가열장치의 개관을 도시하는 사시도이고, 제13도는 이 가열장치의 종단면도이다. 이 제2모양에 관한 가열장치(61)도 상기 제1모양의 가열장치(1)와 마찬가지로, 전체적으로 대략 원판형상으로 되어 있다. 그리고 위에서 부터 차례로 평면형상이 거의 동일한 가열판(71), 반사판(81) 및 냉각부재(91)가 적층된 기본구성을 갖고 있다.
가열판(71)은 투명한 실리칸(SiO2)로 구성되고, 또 그 측주위에는 중심을 사이에 두고 대향하도록 가열판(71)과 동일재질, 즉 실리카(SiO2)로 구성되는 돌출부(72, 73)이 설치되어 있다.
가열판(71)의 하면에는 제14도에 도시한 바와 같이 백금(Pt)으로 구성되는 발열체(74)가, 예를 들면 두께 약 10㎛이고 그 평면형상이 C자형이 되도록 접합되고, 그 단부(74a, 74b)는 돌출부(73)에 접합되어 있다. 이 발열체(74)는 예를 들면 후막패턴으로 형성되고, 교류전원(75)에서 공급되는 교류전류의 통전에 의해 발열되는 구성을 갖고 있다.
상기 발열체(74)의 주위에는 백금(Pt)로 구성되는 온도측정용의 저항체(76)가 상기 발열체(74)와 교차하지 않고, 또 발열체(74)의 패턴과 닮은 꼴을 이루도록 가열판(71)의 하면에 접합되어 있다. 그리고 이 저항체(76)의 단자를 형성하는 단부(76a, 76b)는 돌출부(73)에 위치하고 있다.
저항체(76)의 단부(76a, 76b)에는 일정치의 전류를 출력하는 신호전류원(77)이 접속되어 있고, 그리고 저항체(76)의 전압을 측정하는 전압계(78)가 접속되어 있다.
이와 같이 발열체(74) 및 온도측정용의 저항체(76)가 하면에 접합되어 있는 가열판(71)의 하면에 이들 발열체(74) 및 온도측정용의 저항체(76)를 수납하기에 충분한 깊이의 오목부(81a)가 형성된 반사판(81)이, 그 돌출부(82, 83) 및 주위가장자리부(81b)가 가열판(71)의 돌출부(72, 73) 및 주위가장자리부에 대응하도록 하여 밀착접합되어 있다. 이 반사판(81)은 백색이 강한 불투명의 실리카로 이루어지고, 발열체(74)에서의 폭사열을 가열판(71)측으로 반사시키는 기능을 갖고 있다.
그리고 반사판(81)의 오목부(81a)의 깊이는 발열체(74)의 표면(하면)과의 사이에 예를 들면 100㎛ 정도의 공극이 생기도록 설정되어 있다. 이와 같이 다소 공극이 형성되도록 하면 발열체(74)에서의 전도에 의한 열의 확산을 억제할 수 있고, 보다 가열효율이 향상한다.
반사판(81)의 하면에 밀착접합된 냉각부재(91)는 돌출부(82, 83)에 대응하도록 설치된 돌출부(92, 93)를 갖고, 가열판(71) 및 반사판(81)과 마찬가지로 실리카로 형성되어 있다. 이 냉각부재(91)의 상면에는 냉각가스의 요로를 구성하는 홈(94)이 형성되고, 이 홈(94)의 양단부(94a, 94b)는 각각 냉각부재(91)의 하면에 개구하고 있다.
즉, 홈(94)는 제15도에서 도시한 바와 같이 정확히 단부(94a, 94b)에서 각각 중심으로 소용돌이쳐서 중심부에서 합류하는 형태로 형성되어 있고, 도중에서 교차하지 않고 또 반사판(81)에 대해서 편향이 없는 패턴으로 되어 있다. 따라서 이 홈(94)에 예를 들면 N2(질소가스) 등의 냉각가스를 흘리면 반사판(81)의 하면과 접촉하여 거기서 열교환되고, 이것에 의해 반사판(81)이 냉각된다.
이상의 구성에 관한 가열장치(61)는 예를 들면 다음과 같이 하여 제작된다. 먼저 미리 발열체(74)의 패턴과 온도측정용의 저항체(76)의 패턴을 스크린 인쇄용 판에 형성해 둔다. 또 이들 발열체(74)와 저항체(76) 형성용의 백금분말과, 유기바인더 및 유기용제를 혼합하여 페이스트를 형성해 둔다. 그리고 이 페이스트를 상기 스크린 인쇄용의 판을 이용하여 가열판(71)의 하면에 스크린 인쇄한다. 즉, 후막 인쇄의 수법에 의해 가열판(71)의 하면에 페이스트형의 발열체(74)와 저항체(76)가 동시에 도포된다. 계속해서 이들을 동시에 소성하는 것에 의해 소정 패턴의 발열체(74)와 온도측정용의 저항체(76)가 가열판(71)의 하면에 접합한 형태로 형성된다.
그후 가열판(71)에 반사판(81) 및 냉각부재(91)를 밀착시키고, 동시에 이들을 가압, 가열하여 일체화하면 된다. 물론 가열판(71)에 반사판(81)을 먼저 밀착시켜 가공, 가열한 후 냉각부재(91)를 밀착시켜 가공, 가열하도록 해도 된다. 이와 같이 가열장치(61)의 제조는 매우 용이하고 신속하게 실행되는 것으로 구성되어 있다.
또 이와 같은 구성을 갖는 가열장치(61)에 의하면 가열판(71), 반사판(81), 냉각부재(91) 모두 실리카로 형성되어 있으므로, 종래의 세라믹재보다 내식성이 우수하고, 또 오염원인이 되는 파티클을 발생시킬 우려도 매우 작다. 또 반사판(81)의 존재에 의해 발열체(74)에 의한 가열효율도 양호하다. 또 가열판(71), 반사판(81)은 실리카로 형성되어 있으므로, 열팽창율이 작으며 내식충격성도 양호하고, 급격한 승강온운전을 하는 것이 가능하다. 따라서 예를 들면 반도체 웨이퍼를 가열처리하는 경우, 그 스루풋의 향상을 꾀할 수 있다. 그리고 냉각부재(91)에 의해 반사판(81)이 냉각되도록 되어 있으므로, 이와 같은 급격한 승강운전이 용이하게 실현된다.
이 종류의 가열장치에서는 그 온도제어를 하기 위해 항상 온도를 측정할 필요가 있고, 종래는 시스형의 열전대를 예를 들면 가열판에 설치한 구멍내에 삽입하는 것이 일반적이었다. 그렇지만 이러한 측정방법에서는 열전대에서의 파티클 대책이 번거롭고, 또 가열판 자체의 제작, 가공도 번거롭다. 또 측정점 1점으로 대표시키는 측정방법이므로, 가열판 전체의 평균적인 온도를 측정하려면 복수의 열전대를 필요로 하고 있다.
이점 제2모양에 이러한 가열장치(61)에서는 발열체(74)의 주위에 온도측정용 저항체(76)를 배치하고 있고, 신호전류원(77)에 의한 전압을 항상 측정함으로써 가열판(71) 전체의 평균적 온도측정을 할 수 있다. 즉, 온도변화에 따라 저항체(76)의 저항치가 변화하는 것을 이용하고, 미리 얻은 저항체(76)의 온도-저항치의 상관데이터와, 전압의 변화에 의거하여 산출한 저항치의 변화에 의해 가열판(71)의 온도를 산출할 수 있다.
또 저항체(76)는 발열체(74)의 패턴에 준하도록 배치되어 있으므로, 발열체(74)의 온도에 의거한 가열판(71) 전체의 평균 온도를 측정할 수 있다.
또 상기 온도측정용의 저항체(76)를 가열판(71)에 형성하는 것에 있어서는 전술한 바와 같이 발열체(74)와 동시에, 스크린인쇄로 형성할 수 있으므로, 매우 용이하게 형성할 수 있고, 또 가열판(71) 자체의 가공도 필요하다.
그리고 상기 가열장치(61)에 있어서는 발열체(74)와 온도측정용의 저항체(76)는 교차하지 않도록 배치되어 있지만, 예를 들면 발열체(74)의 하면에 얇은 절연막을 형성하고, 그 당해 절연막의 하면에 저항체(76)를 형성하도록 하면 온도측정용의 저항체(76)를 더욱 온도측정에 적합한 임의의 패턴으로 형성할 수 있다.
또 피가열체는 반드시 가열판에 올려놓을 필요는 없고, 가열판의 가열면에서 가열할 수 있는 위치에 있으면 된다. 또 본 발명의 가열장치가 적용되는 처리장치로서는 CVD장치와 같은 성막장치에 한정되지 않고, 확산을 행하는 장치 등 다른 장치여도 된다.

Claims (48)

  1. 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판(11, 71)과, 소정 패턴을 갖고 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되는 발열체(31, 74)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열판(11, 71)은 투명한 것을 특징으로 하는 가열장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열판(11, 71)은 용융실리카 또는 합성실리카로 형성되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열면에 상기 피가열체가 놓여지는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가열면은 피가열체가 놓여지는 오목부(12, 81a)를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열판(11, 71)의 상기 가열면과 반대측의 상기 면에는 상기 발열체(31, 74)의 패턴에 대응한 패턴의 오목부(12, 81a)를 갖고, 상기 발열체는 이 오목부에 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발열체(31, 74)는 상기 가열판(11, 71)의 상기 가열면과 반대측의 상기 면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 발열체(31, 74)는 후막패턴인 것을 특징으로 하는 가열장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발열체(31, 74)의 주위에 설치된 온도측정용의 저항체(76)를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  10. 제1항에 있어서, 또 상기 발열체(31, 74)에 급전하기 위한 교류전원(58)과, 상기 발열체를 가열장치 외부와 도통시키기 위한 도통부와, 이 도통부에 전기적으로 접속되고, 이 도통부(16a, 17a)를 통해 상기 전원에서 상기 발열체로 급전하기 위한 급전부재와, 이 도통부와 급전부재의 접속부분을 포함하는 영역을 둘러싸고, 그 내부공간을 외부로부터 격리된 기밀한 공간으로 하는 절연부재(55)와, 상기 접속 부분을 냉각하기 위한 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 절연부재(55)의 내부의 기밀성을 확보하기 위한 실부재를 갖고, 상기 절연부재는 이 실부재를 통해 상기 가열판(11, 71) 표면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  12. 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판(11, 71)과, 소정 패턴을 갖고 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되는 발열체(31, 74)와, 상기 가열판의 발열체가 형성된 면에 밀착되고, 실리카로 형성된 반사판(21, 81)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가열판(11, 71)은 투명한 것을 특징으로 하는 가열장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 가열판(11, 71)은 용융실리카 또는 합성실리카로 형성되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 반사판(21, 81)은 불투명한 것을 특징으로 하는 가열장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 가열면에 상기 피가열체가 놓여지는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가열면은 피가열체가 놓여지는 오목부(12, 81a)를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 가열판(11, 71)의 상기 가열면과 반대측의 상기 면에는 상기 발열체(31, 74)의 패턴에 대응한 패턴의 오목부(12, 81a)를 갖고, 상기 발열체는 이 오목부에 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  19. 제12항에 있어서, 상기 발열체(31, 74)는 상기 가열판(11, 71)의 상기 가열면과 반대측의 상기 면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 발열체(31, 74)는 후막패턴인 것을 특징으로 하는 가열장치.
  21. 제12항에 있어서, 상기 발열체(31, 74)의 주위에 설치된 온도측정용의 저항체(76)를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  22. 제12항에 있어서, 또 상기 발열체(31, 74)에 급전하기 위한 교류전원(58)과, 상기 발열체를 가열장치 외부와 도통시키기 위한 도통부(16a, 17a)와, 이 도통부에 전기적으로 접속되고, 이 도통부를 통해 상기 전원에서 상기 발열체로 급전하기 위한 급전부재와, 이 도통부와 급전부재의 접속부분을 포함하는 영역을 둘러싸고, 그 내부공간을 외부로부터 격리된 기밀한 공간으로 하는 절연부재(55)와, 상기 접속 부분을 냉각하기 위한 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 절연부재(55)의 내부의 기밀성을 확보하기 위한 실부재를 갖고, 상기 절연부재는 이 실부재를 통해 상기 가열판(11, 71) 표면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  24. 제12항에 있어서, 또 상기 반사판(21, 81)에 있어서의 상기 가열판(11, 71)에 접하는 면과 반대측 면에 밀착하여 설치되고, 냉매유로가 형성된 냉각부재를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  25. 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판(11, 71)을 준비하는 공정과, 상기 가열판의 가열면과 반대측 면에 발열체(31, 74)의 패턴에 대응한 오목부(12, 81a)를 형성하는 공정과, 발열체 성분을 포함하는 페이스트(31a)를 상기 오목부에 충전하는 공정과, 상기 페이스트를 소성하여 발열체를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  26. 제25항에 있어서, 또 상기 오목부(12, 81a)에서는 밀려난 발열체(31, 74)를 제거하는 공정과, 상기 가열판(11, 71)의 발열체가 형성된 면에 실리카로 형성된 반사판(21, 81)을 밀착하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  27. 제25항에 있어서, 또 상기 가열판(11, 71)의 상기 발열체(31, 74)가 형성된 면의 상기 발열체 주위에 온도측정용의 저항체(76)를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  28. 제25항에 있어서, 또 상기 가열판(11, 71)의 가열면에 피가열체를 올려놓기 위한 오목부(12, 81a)를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  29. 제28항에 있어서, 또 상기 반사판(21, 81)에 있어서의 상기 가열판(11, 71)에 접하는 면과 반대측 면에 냉매유로가 형성된 냉각부재를 밀착하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  30. 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판(11, 71)을 준비하는 공정과, 상기 가열판의 가열면과 반대측 면에 발열체(31, 74) 성분을 포함하는 페이스트(31a)를 발열체 패턴에 대응하여 도포하는 공정과, 상기 페이스트를 소성하여 발열체를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  31. 제30항에 있어서, 또 상기 가열판(11, 71)의 발열체(31, 74)가 형성된 면에 상기 발열체가 수용가능한 오목부(12, 81a)를 갖는 실리카로 형성된 반사판(21, 81)을 밀착하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  32. 제30항에 있어서, 또 상기 가열판(11, 71)의 상기 발열체(31, 74)가 형성된 면의 상기 발열체의 주위에 온도측정용의 저항체(76)를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  33. 제30항에 있어서, 또 상기 가열판(11, 71)의 가열면에 피가열체를 올려놓기 위한 오목부(12, 81a)를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  34. 제33항에 있어서, 또 상기 반사판(21, 81)에 있어서의 상기 가열판(11, 71)에 접하는 면과 반대측 면에 냉매유로가 형성된 냉각부재를 밀착하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치의 제조방법.
  35. 소정의 감압분위기에서 피처리체의 처리를 실행하기 위한 처리용기(41)와, 상기 처리용기내에 설치되고, 상기 피처리체를 가열하기 위한 가열장치와, 상기 처리용기내에 상기 피처리체를 처리하기 위한 처리가스를 공급하는 처리가스공급수단을 구비하고, 상기 가열장치는 피가열체를 가열하는 가열면을 갖고, 실리카로 형성된 가열판(11, 71)과, 소정패턴을 갖고, 가열판의 가열면과 반대측 면에 고정되는 발열체(31, 74)를 갖는 것을 특징으로 처리장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 가열판(11, 71)은 투명한 것을 특징으로 하는 처리장치.
  37. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 가열판(11, 71)은 용융실리카 또는 합성실리카로 형성되는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  38. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 가열면에 상기 피처리체가 놓여지는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 가열면은 피처리체가 놓여지는 오목부(12, 81a)를 갖는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  40. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)에 있어서의 상기 가열판(11, 71)의 상기 가열면과 반대측의 상기 면에는 상기 발열체(31, 74)의 패턴에 대응한 패턴의 오목부(12, 81a)를 갖고, 상기 발열체는 이 오목부에 충전되는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  41. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 발열체(31, 74)는 상기 가열판(11, 71)의 상기 가열면과 반대측의 상기 면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 발열체(31, 74)는 후막패턴인 것을 특징으로 하는 처리장치.
  43. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 발열체(31, 74)의 주위에 설치된 온도측정용의 저항체(76)를 갖는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  44. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)는 또 상기 발열체(31, 74)에 급전하기 위한 교류전원(58)과, 상기 발열체를 가열장치 외부로 도통시키기 위한 도통부(16a, 17a)와, 이 도통부에 전기적으로 접속되고, 이 도통부를 통해 상기 전원에서 상기 발열체로 급전하기 위한 급전부재와, 이 도통부와 급전부재의 접속부분을 포함하는 영역을 둘러싸고, 그 내부공간을 외부로부터 격리된 기밀한 공간으로 절연부재(55)와, 상기 접속부분을 냉각하기 위한 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)는 또 상기 절연부재(55) 내부의 기밀성을 확보하기 위한 실부재를 갖고, 상기 절연부재는 이 실부재를 통해 상기 가열판(11, 71) 표면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  46. 제35항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)는 상기 가열판(11, 71)의 발열체(31, 74)가 형성된 면에 밀착되고, 실리카로 형성된 반사판(21, 81)을 갖는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  47. 제46항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)의 상기 반사판(21, 81)은 불투명한 것을 것을 특징으로 하는 처리장치.
  48. 제46항에 있어서, 상기 가열장치(1, 61)는 또 상기 반사판(21, 81)에 있어서의 상기 가열판(11, 71)에 접하는 면과 반대측 면에 밀착하여 설치되고, 냉매유로가 형성된 냉각부재를 갖는 것을 특징으로 하는 처리장치.
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