KR101096602B1 - 가열 장치, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행 형상으로 형성되고, 양단이 고정되는 발열체와, 골짜기부의 말단에 각각 설치되고 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 가지는 절결부로서 형성된 보지체 지지부와, 발열체의 외주에 설치되는 단열체와, 보지체 지지부 내에 배치되어 단열체에 고정되는 보지체를 구비하고, 환 형상으로 형성된 발열체와, 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체와, 발열체를 단열체의 내벽에 고정하는 고정부를 구비한 가열 장치로서, 적어도 발열체가 실온 상태 시에, 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 거리가, 고정부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정되어 있다.
본 발명에 따르면, 발열체의 편차를 억제함과 동시에, 발열체의 열변형에 의한 보지구(保持具)의 전단을 억제하고, 발열체가 열팽창한 때에 있어서의 발열체와 단열체와의 접촉을 억제하여, 가열 장치를 구성하는 부재의 손상을 저감한다.
본 발명에 따르면, 발열체의 편차를 억제함과 동시에, 발열체의 열변형에 의한 보지구(保持具)의 전단을 억제하고, 발열체가 열팽창한 때에 있어서의 발열체와 단열체와의 접촉을 억제하여, 가열 장치를 구성하는 부재의 손상을 저감한다.
Description
본 발명은 가열 장치, 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
DRAM 등의 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서, 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 가열하여 처리하는 기판 처리 공정이 실시되고 있다. 이러한 공정은, 기판을 수용하여 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내를 가열하는 가열 장치를 구비한 기판 처리 장치에 의해 실시되고 있다. 가열 장치는, 처리실의 외주(外周)를 둘러싸는 환(環) 형상의 발열체와, 발열체의 외주에 설치된 환 형상의 단열체를 구비하고 있었다. 발열체는, 상하단의 각각에 산형부(山部)와 골짜기부(谷部)[절결부(切缺部)]가 교대로 복수 연결됨으로써, 사행(蛇行) 형상으로 형성되어 있었다(예컨대 하기 특허 문헌 1참조).
또한, 가열 장치는, 처리실의 외주를 둘러싸는 환 형상의 발열체와, 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치된 발열체와, 발열체를 단열체의 내벽에 고정하는 보지(保持) 부재(部材)를 구비하고 있다(예컨대 특허 문헌 2 참조).
상술(上述)한 발열체는, 환 형상의 발열체의 양단(兩端)이 단열체의 측벽을 관통하여 고정됨과 동시에, 발열체의 각 골짜기부가 단열체의 내주(內周) 측벽에 각각 고정됨으로써, 단열체의 내주 측에 보지되어 있었다. 발열체의 각 골짜기부를 단열체의 내주 측벽에 고정하기 위해서는, 예컨대 브릿지(bridge)형의 핀으로서 구성된 보지체(保持體)가 이용되어 왔다. 즉, 보지체의 양단을 인접하는 각 골짜기부의 말단부[곡저부(谷底部)]에 각각 삽입하여 단열체의 내주 측벽에 고정함으로써, 발열체가 어긋나는 것을 억제하고 있었다.
또한, 상술한 가열 장치에 있어서는, 승온(昇溫)에 수반하여 발열체가 열팽창하면, 발열체와 단열체가 접촉하게 되어, 이들 부재가 손상을 받게 되는 경우가 있었다. 특히, 발열체의 변위량(變位量)은 보지 부재로부터 멀어짐에 따라 누적되며 커지는 것으로부터, 보지 부재로부터 떨어진 장소에서 발열체와 단열체와의 접촉이 생기기 쉬웠다.
그러나, 상술한 구성에서는, 승온에 수반하여 발열체가 열변형을 일으키면, 골짜기부의 극간(隙間)이 좁아져 보지구(保持具)가 전단(剪斷)되어버리는 경우가 있었다.
그래서 본 발명은, 발열체의 편차를 억제함과 동시에, 발열체의 열변형에 의한 보지구의 전단을 억제하고, 발열체가 열팽창했을 때에 있어서의 발열체와 단열체와의 접촉, 혹은 발열체와 핀 부재와의 간섭을 억제하고, 가열 장치의 구성 부재의 손상을 저감할 수 있는 가열 장치, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행(蛇行) 형상으로 형성되고, 양단이 고정되는 발열체와,
상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부와,
상기 발열체의 외주에 설치되는 단열체와,
상기 보지체 지지부 내에 배치되어 상기 단열체에 고정되는 보지체를 구비하는 가열 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행 형상으로 형성되고, 양단이 고정되는 발열체와, 상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부와, 상기 발열체의 외주에 설치되는 단열체와, 상기 보지체 지지부 내에 배치되고, 상기 단열체에 고정되는 보지체를 구비하는 가열 장치와,
상기 가열 장치의 내부에 설치되고, 기판을 처리하는 처리실
을 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
가열 장치의 내부에 설치되는 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 가열 장치에 구비되고 산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행 형상으로 형성된 발열체의 양단을, 상기 발열체의 외주에 설치된 단열체에 고정함과 동시에, 상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부 내에 보지체를 배치하여 상기 단열체에 고정함으로써 상기 발열체의 위치를 보지하면서, 상기 발열체를 승온시켜 상기 처리실 내의 기판을 가열 처리하는 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 환 형상으로 형성된 발열체와, 상기 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체와, 상기 발열체를 상기 단열체의 내벽에 고정하는 고정부를 갖춘 가열 장치로서, 적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽과의 사이의 거리가, 상기 고정부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정되어 있는 가열 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 환 형상으로 형성된 발열체와, 상기 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체와, 상기 발열체를 상기 단열체의 내벽에 고정하는 고정부를 갖춘 가열 장치의 상기 발열체의 내측(內側)에 설치된 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 발열체를 승온시켜 상기 처리실 내의 기판을 가열하여 처리하는 공정을 포함하고, 적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽과의 사이의 거리가, 상기 고정부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 가열 장치, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 발열체가 어긋나는 것을 억제함과 동시에, 발열체의 열변형에 의한 보지구의 전단을 억제하는 것이 가능하게 됨과 동시에 발열체가 열팽창했을 때에 있어서의 발열체와 단열체와의 접촉을 억제할 수 있어, 가열 장치의 구성 부재의 손상을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 유닛의 부분 확대도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부(環狀部)를 구성하는 선(線) 형상 재료를 예시하는 개략도이고, 도 4의 (b)는 상기 환상부를 구성하는 판(板) 형상 재료를 예시하는 개략도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 5의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 승온 전의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 승온 후의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 8은 환상부의 팽창 방향을 도시하는 개략도이다.
도 9는 환상부의 열팽창에 관한 측정 결과를 도시하는 개략도이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 더미 단자 주변의 부분 확대도이고, 도 10의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 11의 (a)는 본 발명에 따른 고정부의 변형예로서의 핀 부재 주변의 부분 확대도이고, 도 11의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 승온 전의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 승온 후의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발열체의 팽창 방향을 도시하는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발열체의 열팽창에 관한 측정 결과를 예시하는 개략도이다.
도 16은 승온 상태에 있어서 발열체와 단열체가 동심원 형상이 되도록 한 경우의 발열체의 열변형 모습을 도시하는 개략도이고, 도 16의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 16의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다.
도 17은 보지체 지지부를 구비하지 않은 환상부의 열변형의 모습을 도시하는 부분 확대도이고, 도 17의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 17의 (b)는 승온 후의 모습을, 도 17의 (c)는 열변형에 의해 보지체의 전단, 환상부의 균열, 환상부의 단락(短絡)이 생긴 모습을, 도 17의 (d)는 열변형에 의해 보지체의 누락이 발생하는 모습을 각각 도시하고 있다.
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열체의 열변형의 모습을 도시하는 개략도이고, 도 18의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 18의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다.
도 19의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 19의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 20은 보지체 지지부를 구비하고 있지 않은 환상부 내에 있어서의 전류 경로를 예시하는 개략도이다.
도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열체 내에 있어서의 전류 경로를 예시하는 개략도이다.
도 22의 (a)는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 22의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 23의 (a)는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 히터 유닛의 부분 확대도이고, 도 23의 (b)는 부호 A1로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이고, 도 23의 (c)는 부호 A2로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이다.
도 24의 (a)는 본 발명의 제1의 실시예의 변형예에 따른 히터 유닛의 부분 확대도이고, 도 24의 (b)는 부호 A3로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이며, 도 24의 (c)는 부호 A4로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이고, 도 24의 (d)는 부호 A5로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이다.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발열체의 사시도이다.
도 27의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 27의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 환상부를 보지한 단열체의 부분 확대도이고, 도 28의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 28의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수납부의 변형예를 도시하는 개략도이고, 도 29의 (a)는 환상부를 수용한 수납부의 부분 확대도이고, 도 29의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 유닛의 부분 확대도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부(環狀部)를 구성하는 선(線) 형상 재료를 예시하는 개략도이고, 도 4의 (b)는 상기 환상부를 구성하는 판(板) 형상 재료를 예시하는 개략도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 5의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 승온 전의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 승온 후의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 8은 환상부의 팽창 방향을 도시하는 개략도이다.
도 9는 환상부의 열팽창에 관한 측정 결과를 도시하는 개략도이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 더미 단자 주변의 부분 확대도이고, 도 10의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 11의 (a)는 본 발명에 따른 고정부의 변형예로서의 핀 부재 주변의 부분 확대도이고, 도 11의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 승온 전의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 승온 후의 히터 유닛의 수평 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발열체의 팽창 방향을 도시하는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발열체의 열팽창에 관한 측정 결과를 예시하는 개략도이다.
도 16은 승온 상태에 있어서 발열체와 단열체가 동심원 형상이 되도록 한 경우의 발열체의 열변형 모습을 도시하는 개략도이고, 도 16의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 16의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다.
도 17은 보지체 지지부를 구비하지 않은 환상부의 열변형의 모습을 도시하는 부분 확대도이고, 도 17의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 17의 (b)는 승온 후의 모습을, 도 17의 (c)는 열변형에 의해 보지체의 전단, 환상부의 균열, 환상부의 단락(短絡)이 생긴 모습을, 도 17의 (d)는 열변형에 의해 보지체의 누락이 발생하는 모습을 각각 도시하고 있다.
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열체의 열변형의 모습을 도시하는 개략도이고, 도 18의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 18의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다.
도 19의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 19의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 20은 보지체 지지부를 구비하고 있지 않은 환상부 내에 있어서의 전류 경로를 예시하는 개략도이다.
도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열체 내에 있어서의 전류 경로를 예시하는 개략도이다.
도 22의 (a)는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 22의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 23의 (a)는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 히터 유닛의 부분 확대도이고, 도 23의 (b)는 부호 A1로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이고, 도 23의 (c)는 부호 A2로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이다.
도 24의 (a)는 본 발명의 제1의 실시예의 변형예에 따른 히터 유닛의 부분 확대도이고, 도 24의 (b)는 부호 A3로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이며, 도 24의 (c)는 부호 A4로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이고, 도 24의 (d)는 부호 A5로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이다.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발열체의 사시도이다.
도 27의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 27의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 환상부를 보지한 단열체의 부분 확대도이고, 도 28의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 28의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수납부의 변형예를 도시하는 개략도이고, 도 29의 (a)는 환상부를 수용한 수납부의 부분 확대도이고, 도 29의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
＜제1 실시예＞
이하, 본 발명의 제1 실시예에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 유닛의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 유닛의 부분 확대도이다. 도 4의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부(環狀部)를 구성하는 선(線) 형상 재료를 예시하는 개략도이고, 도 4의 (b)는 상기 환상부를 구성하는 판(板) 형상 재료를 예시하는 개략도이다. 도 19의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 19의 (b)는 확대 부분의 측면도이다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성에 대해 설명한다. 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 도 1에서 예시하는 바와 같이 뱃치(batch)식 종형 핫 월(Hot Wall)형 감압 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치로서 구성되어 있다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 수직으로 지지된 종형의 프로세스 튜브(11)를 구비하고 있다. 프로세스 튜브(11)는 아우터 튜브(outer tube, 12)와 이너 튜브(inner tube, 13)를 구비하고 있다. 아우터 튜브(12) 및 이너 튜브(13)는, 예컨대 석영(SiO2)이나 탄화규소(SiC) 등의 내열성이 높은 재료에 의해 각각 일체적으로 형성되어 있다. 아우터 튜브(12)는, 상단이 폐색(閉塞)하고 하단이 개구(開口)한 원통 형상으로 형성되어 있다. 이너 튜브(13)는, 상하 양단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 아우터 튜브(12)의 내경(內徑)은, 이너 튜브(13)의 외경(外徑)보다 크게 구성되어 있다. 아우터 튜브(12)는 이너 튜브(13)의 외측을 둘러싸도록, 이너 튜브(13)에 대해 동심원 형상으로 설치되어 있다. 이너 튜브(13) 내에는, 기판 보지구(保持具)로서의 보트(22)에 의해 수평 자세에서 다단으로 적층된 웨이퍼(1)를 수납하여 처리하는 처리실(14)이 형성되어 있다. 이너 튜브(13)의 하단 개구는, 보트(22)를 출납하기 위한 노구(爐口, 15)를 구성하고 있다.
아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13)와의 사이의 하단부는, 원형 링 형상으로 형성된 매니폴드(16)에 의해 각각 기밀(氣密)하게 봉지(封止)되어 있다.
매니폴드(16)는, 예컨대 스테인리스강(SUS)에 의해 형성된다.
매니폴드(16)는, 이너 튜브(13) 및 아우터 튜브(12)에 대한 교환 등을 위해서, 이너 튜브(13) 및 아우터 튜브(12)에 각각 착탈(着脫)이 자유자재로 가능하도록 장착되어 있다. 매니폴드(16)가 히터 베이스(19)에 의해 수평 자세에서 지지됨으로써, 프로세스 튜브(11)는 수직으로 고정된 상태로 되어 있다.
매니폴드(16)의 측벽에는, 배기관(17)의 상류단이 접속되어 있다.
배기관(17) 내부는, 이너 튜브(13)와 아우터 튜브(12)와의 사이에 원통 형상의 중공체(中空體)(극간)로서 형성된 배기로(排氣路, 18) 내에 연통하고 있다. 배기로(18)의 횡단면 형상은, 예컨대 일정폭의 원형 링 형상으로 되어 있다. 배기관(17)은, 원통 형상의 중공체인 배기로(18)의 최하단부에 접속된 상태로 되어 있다. 배기관(17)에는, 상류부터 차례로, 압력 센서(17a), 압력 조정 밸브로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(17b), 진공 배기 장치(17c)가 설치되어 있다. 진공 배기 장치(17c)를 작동시키면서, 압력 센서(17a)에 의해 검출된 압력에 근거하여 APC 밸브(17b)의 개도(開度)를 제어함으로써, 처리실(14) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 주로 배기관(17), 압력 센서(17a), APC 밸브(17b), 진공 배기 장치(17c)에 의해 처리실(14) 내의 분위기를 배기하는 배기 라인이 구성되어 있다. 압력 센서(17a), APC 밸브(17b), 진공 배기 장치(17c)는, 제어부로서의 컨트롤러(280)에 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는 압력 센서(17a)에 의해 검출된 압력 정보에 근거하여, APC 밸브(17b)의 밸브 개도를 제어함으로써, 처리실(14) 내의 압력을 소정의 처리 압력으로 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
매니폴드(16)에는, 매니폴드(16)의 하단 개구를 폐색하는 원반 형상의 씰 캡(seal cap, 20)이, 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 되어 있다. 씰 캡(20)의 외경은, 아우터 튜브(12), 매니폴드(16)의 외경과 실질적으로 동일하게 구성되어 있다. 씰 캡(20)은, 프로세스 튜브(11)의 외부에 설비된 보트 엘리베이터(21)(일부만이 도시되어 있음)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 씰 캡(20)의 하방에는 회전 기구(25)가 설치되어 있다. 회전 기구(25)의 회전축은 씰 캡(20)을 수직으로 관통하고 있다. 회전 기구(25)의 회전축 상에는, 상술한 보트(22)가 수직으로 입각(立脚)되고 지지되어 있다. 상술한 바와 같이, 보트(22)는 복수 매의 웨이퍼(1)를 수평 자세이면서 서로 중심을 맞춘 상태에서 다단으로 적층시켜 보지하도록 구성되어 있다.
회전 기구(25)를 작동시킴으로써, 처리실(14) 내에서 보트(22)를 회전시키는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
씰 캡(20)에는, 가스 도입관(23)이 수직 방향으로 접속되어 있다. 가스 도입관(23)의 상류측단(하단)에는, 원료 가스 공급 장치(23a) 및 캐리어 가스 공급 장치(23b)가 각각 접속되어 있다. 가스 도입관(23)의 하류측단(상단)은, 처리실(14) 내부를 향해 가스를 공급(분출)하도록 구성되어 있다. 가스 도입관(23)으로부터 처리실(14) 내[이너 튜브(13) 내]에 공급된 가스는, 처리실(14) 내부에 보지된 각 웨이퍼(1)의 표면을 유통한 후, 이너 튜브(13)의 상단 개구로부터 배기로(18) 내에 유출하여 배기관(17)으로부터 배기된다. 주로, 가스 도입관(23), 원료 가스 공급 장치(23a), 캐리어 가스 공급 장치(23b)에 의해, 처리실(14) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 라인이 구성되어 있다. 원료 가스 공급 장치(23a), 캐리어 가스 공급 장치(23b)는, 컨트롤러(280)에 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는, 원료 가스 공급 장치(23a) 및 캐리어 가스 공급 장치(23b)를 제어함으로써, 처리실(14) 내에 소정의 타이밍으로 소정 유량의 원료 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13)와의 사이의 극간에는, 온도 센서(24)가 연직 방향으로 배설(配設)되어 있다. 온도 센서(24)는 컨트롤러(280)에 접속되어 있다.
컨트롤러(280)는 온도 센서(24)에 의해 검출된 온도 정보에 근거하여, 후술하는 히터 유닛(30)이 구비하는 각 발열체(42)로의 통전(通電) 상태[한 쌍의 급전부(給電部)(45, 46)에 의한 전력 공급]를 제어함으로써, 처리실(14) 내에 보지되어 있는 웨이퍼(1)의 표면 온도를 소정의 처리 온도로 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
(2) 히터 유닛의 구성예 1
아우터 튜브(12)의 외부에는, 프로세스 튜브(11)의 내부를 가열하는 가열 장치로서의 히터 유닛(30)이, 아우터 튜브(12)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 히터 유닛(30)은, 발열체(42)와, 단열체(33)와, 보지체(41)와, 케이스(31)를 구비하고 있다.
발열체(42)는, 아우터 튜브(12)의 주위를 둘러싸도록, 연직 방향으로 적어도 1개 이상 설치되어 있다. 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 발열체(42)는 환상부(42R)와 한 쌍의 급전부(45, 46)를 각각 구비하고 있다. 환상부(42R)는, 아우터 튜브(12)의 외주를 둘러싸듯이 환 형상으로 구성되어 있다. 환상부(42R)의 양단부는, 접촉하지 않고 근접하여 고정되어 있고, 전기적으로는 비접촉 상태로 되어 있다. 즉, 환상부(42R)는, 전기적으로는 완전한 원형은 아니고, 예컨대 C자 형태의 링 형상으로 구성되어 있다. 환상부(42R)를 구성하는 재료로서는, 예컨대 Fe－Cr－Al합금, MOSi2, SiC 등의 저항 발열 재료를 이용할 수 있고, 그 형상은, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같은 선 형상 재료여도 좋으며, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 판 형상 재료여도 좋다. 한 쌍의 급전부(45, 46)는, 후술하는 단열체(33)[측벽부(35)]를 관통하여 단열체(33)에 고정됨과 동시에, 그 단부(端部)는 환상부(42R)의 양단부에 각각 접속되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)는, 금속 등의 도전성(導電性) 재료에 의해 구성되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)를 개재하여 환상부(42R)의 일단(一端)으로부터 타단(他端)을 향해 전류를 흘림으로써, 환상부(42R)가 가열되어 프로세스 튜브(11) 내부가 승온되도록 구성되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)는 컨트롤러(280)에 접속되어 있다.
단열체(33)는 환상부(42R)의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다.
단열체(33)는 상하단이 개구한 원통형의 측벽부(35)와, 측벽부(35)의 상부 개구를 덮는 천정벽부(34)를 구비하고 있고, 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 단열체(33)는, 아우터 튜브(12) 및 환상부(42R)에 대해서 각각 동심원 형상으로 설치되어 있다. 측벽부(35)와 천정벽부(34)는, 예컨대, 섬유 형상 또는 구(球) 형상의 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2) 등의 단열(斷熱) 재료에 의해 형성되어 있다. 측벽부(35)와 천정벽부(34)는, 각각 예컨대 진공 폼(vacuum form)법 등에 의해 일체적으로 성형되어 있다. 한편, 측벽부(35)는, 일체적으로 성형되어 있는 경우에 한정되지 않고, 복수의 원형의 단열재가 복수 쌓아올려지는 것으로 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 측벽부(35)에 응력(應力)이 가해졌을 때의 측벽부(35)의 파손을 억제하거나 메인터넌스(maintenance)성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 19의 (a)에, 환상부(42R)의 중심측에서 본[프로세스 튜브(11)측에서 본] 환상부(42R)의 부분 확대도(평면도)를 나타낸다. 환상부(42R)의 상하단에는, 산형부(돌출부)(42a)와 골짜기부(절결부)(42b)가 각각 교대로 복수 연결되어 있다. 즉, 환상부(42R)는 사행 형상[파(波) 형상]으로 형성되어 있다. 환상부(42R)의 상하단에 설치된 각 골짜기부(42b)의 말단[곡저부]에는, 예컨대 타원 형상의 절결부로서 형성된 보지체 지지부(42c)가 설치되어 있다. 보지체 지지부(42c)의 폭[환상부(42R)의 주방향(周方向)을 따른 폭이며, 이하 제2폭(a)라고도 함]은, 골짜기부(42b)의 폭[환상부(42R)의 주방향을 따른 폭이며, 이하 제1폭(b)라고도 함]보다 넓게 구성되어 있다.
환상부(42R)는, 한 쌍의 급전부(45, 46)가 단열체(33)[측벽부(35)]를 관통하여 고정됨과 동시에, 도 19에 나타내는 바와 같이 복수 개의 보지체(41)에 의해 각 골짜기부(42b)가 단열체(33)[측벽부(35)]의 내주면에 각각 고정됨으로써, 단열체(33)의 내주 측에 보지되어 있다. 각 보지체(41)는 보지체 지지부(42c) 내에 배치되어 단열체(33)에 고정되도록 구성되어 있다. 보지체(41)는 브릿지형(꺾쇠 형상)의 핀으로서 구성되어 있다. 브릿지형의 핀으로서 구성된 보지체(41)의 양단은, 환상부(42R)의 중심측으로부터 외측[측벽부(35)측]을 향해, 인접하는 보지체 지지부(42c) 내에 각각 삽입되고, 단열체(33)[측벽부(35)]의 내주면에 꽂히도록 고정된다. 환상부(42R)의 외주면과 측벽부(35)의 내주면은, 접촉하지 않고 소정의 간격[환상부(42R)의 반경 방향을 따른 폭이며, 이하 제 3폭(c)이라고도 함]을 보지하여 고정되도록 구성되어 있다. 한편, 보지체(41)는 상술한 브릿지형으로 한정되지 않고, 그 일단부가 단열체(33)[측벽부(35)]의 내주면에 삽입되어 고정되는 L자형의 핀으로서 구성되어 있어도 좋고, 그 중앙부가 단열체(33)[측벽부(35)]의 내주면에 삽입되어 고정되는 T자형의 핀으로서 구성되어 있어도 좋다.
이상과 같이 구성된 결과, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값이, 종래보다 크게 확보된다. 즉, 환상부(42R)는, 환상부(42R)의 주방향을 따라 최대로 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a)] 분에 상당하는 동작값이 확보되면서 고정된다. 또한, 환상부(42R)의 반경 방향을 따라 소정의 크기의 동작값이 확보된다. 즉, 환상부(42R)의 반경 방향을 따라 최대로 제3폭(c)에 상당하는 동작값이 확보되면서 고정된다.
사행 형상의 환상부(42R)는, 가열되면 열팽창에 의해 주방향이나 반경 방향으로 신장(伸長)되는 특성이 있다. 본 실시예에 의하면, 환상부(42R)가 열팽창에 의해 주방향으로 신장되었다고 하더라도, 이러한 신장량이 상술한 동작값[최대로 제2폭(a)] 미만이면, 환상부(42R)와 보지체(41)가 간섭(접촉)해버리는 것이 억제된다. 그 결과, 보지체(41)의 누락 등이 억제된다. 또한, 환상부(42R)에 가해지는 압축 응력이 저감되어 환상부(42R)의 변형, 균열 혹은 단락 등이 억제된다.
한편, 환상부(42R)의 신장량(伸長量)이 일정량을 넘고, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값이 없어지면, 환상부(42R)의 각 부에 소성(塑性) 응력이 가해지고, 환상부(42R)가 변형하는 경우가 있다. 예컨대, 환상부(42R)는, 골짜기부(42b)의 폭[제2폭(a)]이 좁아지도록 변형하는 경우가 있다. 본 실시예에 의하면, 보지체(41)가 배치되는 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a)]을, 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]보다 넓게 구성하고 있다. 그 때문에, 환상부(42R)가 변형하여 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]이 좁아졌다고 하더라도, 보지체(41)와 환상부(42R)는 간섭(접촉)하기 어렵게 구성되어 있고, 보지체(41)의 전단이 억제된다.
또한, 환상부(42R)가 열팽창에 의해 반경 방향으로 신장되었다고 하더라도, 이러한 신장량이 상술한 동작값[최대로 제3폭(c)] 미만이면, 환상부(42R)와 단열체(33)의 내주벽과의 접촉이 억제된다. 그리고, 환상부(42R)의 국소적인 온도 상승[이상(異常) 온도 상승]이나 환상부(42R)의 용단(溶斷)을 억제할 수 있고, 환상부(42R)나 단열체(33)의 수명을 늘리는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리실(14) 내의 온도 분포를 균일화시키는 것이 가능하게 된다.
케이스(31)는, 단열체(33)의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다. 케이스(31)는, 예컨대 상단이 폐색하고 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 케이스(31)는, 예컨대 스테인리스강(SUS)으로 형성되어 있다. 단열체(33)의 외주면과 케이스(31)의 내주면과의 사이의 극간(32)은, 공냉(空冷)을 위한 공간으로서 기능한다. 한편, 천정벽부(34) 및 케이스(31)의 천정벽을 관통하는 배기구를 설치하고, 단열체(33)와 아우터 튜브(12)와의 사이의 분위기를 강제 공냉시키도록 구성해도 무방하다.
(2) 히터 유닛의 구성예 2
아우터 튜브(12)의 외부에는, 프로세스 튜브(11)의 내부를 가열하는 가열 장치로서의 히터 유닛(30)이 아우터 튜브(12)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 히터 유닛(30)은, 환 형상으로 형성된 발열체(42)와, 발열체(42)의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체(33)와, 발열체(42)의 양단에 각각 접속되는 고정부로서의 한 쌍의 급전부(45, 46)와, 단열체(33)의 외측을 둘러싸는 케이스(31)를 구비하고 있다.
발열체(42)는, 아우터 튜브(12)의 주위를 둘러싸도록, 연직(鉛直) 방향에 적어도 1개 이상 설치되어 있다. 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 발열체(42)는, 아우터 튜브(12)의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 구성되어 있다. 발열체(42)의 양단부는, 접촉하지 않고 근접하여 고정되어 있고, 전기적으로는 비접촉의 상태로 되어 있다. 즉, 발열체(42)는, 전기적으로는 완전한 원형이 아닌, 예컨대 C자 모양의 링 형상으로 구성되어 있다. 발열체(42)를 구성하는 재료로서는, 예컨대 Fe-Cr-Al합금, MoSi2, SiC 등의 저항 발열 재료를 이용할 수 있고, 그 형상은, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같은 선 형상 재료이어도 좋고, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 판 형상 재료이어도 좋다. 한편, 도 2, 도 3, 도 5에서 예시하는 것처럼, 발열체(42) 상하단에는, 산형부(돌출부)(42a)와 골짜기부(절결부)(42b)가 각각 교대로 복수 연결되어 있다. 즉, 발열체(42)는 사행 형상(파 형상)으로 형성되어 있다.
상술한 발열체(42)의 양단부에는, 한 쌍의 급전부(45, 46)의 단부가 각각 접속되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)는, 후술하는 단열체(33)(측벽부(35))를 관통하여 단열체(33)에 고정되어 있다. 즉, 한 쌍의 급전부(45, 46)는, 발열체(42)를 단열체(33)의 내벽에 고정하는 고정부로서 기능한다. 도 5의 (a)에, 발열체(42)의 중심측에서 본[프로세스 튜브(11) 측에서 본] 급전부(45, 46) 주변의 부분 확대도(평면도)를 도시한다. 이처럼 발열체(42)는, 고정부로서의 한 쌍의 급전부(45, 46)에 의해, 1개소[발열체(42)의 단부]만으로 고정되어 있다. 즉, 한 쌍의 급전부(45, 46) 이외에서는, 핀 등의 보지체를 이용한 고정을 수행하지 않도록 하고 있다.
한 쌍의 급전부(45, 46)는, 금속 등의 전도성 재료에 의해 구성되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)를 개재하여 발열체(42)의 일단에서 타단을 향해 전류를 흘리는 것으로, 발열체(42)가 가열되어 프로세스 튜브(11) 안이 승온되도록 구성되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)를 개재한 발열체(42)로의 급전은, 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
단열체(33)는, 발열체(42)의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다. 단열체(33)는, 상하단이 개구한 원통 형상의 측벽부(35)와, 측벽부(35)의 상부 개구를 덮는 천정벽부(34)를 구비하고 있고, 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 단열체(33)는, 아우터 튜브(12)에 대하여 동심원 형상으로 설치되어 있다. 측벽부(35)와 천정벽부(34)는, 예컨대, 섬유 형상 또는 구 형상의 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2) 등의 단열 재료에 의해 형성되어 있다. 측벽부(35)와 천정벽부(34)는, 예컨대 각각 진공 폼 법 등에 의해 일체적으로 성형되어 있다. 한편, 측벽부(35)는, 일체적으로 성형되어 있는 경우에 한정되지 않고, 복수의 원형 단열재가 복수 쌓아 올려지는 것으로 구성되어 있어도 좋다. 이렇게 구성함으로써, 측벽부(35)에 응력이 가해졌을 때의 측벽부(35)의 파손을 억제하거나, 메인터넌스 성을 향상시키는 것이 가능해진다.
케이스(31)는, 단열체(33)의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다. 케이스(31)는, 예컨대 상단이 폐색하고 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 케이스(31)는, 예컨대 스테인리스강(SUS)으로부터 형성되어 있다. 단열체(33)의 외주면과 케이스(31)의 내주면 사이의 극간(32)은, 공냉을 위한 공간으로서 기능한다. 한편, 천정벽부(34) 및 케이스(31)의 천정벽을 관통하는 배기구를 설치하고, 단열체(33)와 아우터 튜브(12) 사이의 분위기를 강제 공냉시키도록 구성해도 좋다.
발열체(42)는, 가열되면 열팽창에 의해 주방향이나 반경 방향으로 신장되는 특성이 있다. 그 결과, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽이 접촉·간섭되는 일이 있다. 특히, 본 실시예와 같이 발열체(42)가 사행 형상으로 형성되어 있으면, 신장량이 커져, 접촉이 생기기 쉬워진다. 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽이 접촉·간섭하면, 발열체(42)의 국소적인 온도 상승[이상 온도 상승(異常溫度上昇)]이 발생하여, 발열체(42)가 용단(溶斷)되어 버리는 일이 있다. 또한, 발열체(42)나 단열체(33)에 응력이 가해져, 이들 부재의 손상이 생겨 버릴 우려가 있다. 또한, 발열체(42)의 반경 방향으로의 신장에 의해서, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 불균일하게 되면, 발열체(42)의 온도 분포의 균일성이 주방향에 걸쳐 저하하고, 기판 처리의 품질이 저하되는 경우가 있다. 즉, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽과의 거리가 가까운 개소(箇所)에서 발열체(42)의 온도가 이상 상승하거나, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽과의 거리가 먼 개소에서 발열체(42)의 온도가 저하하는 일이 있다.
따라서 본 실시예에서는, 적어도 발열체(42)가 실온 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 고정부로서의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 커지도록 함으로써, 상술의 과제를 해결하고 있다. 도 6은, 본 실시예에 따른 승온 전의 (실온 상태의) 히터 유닛(30)의 수평 단면도이다. 도6에 도시하는 것과 같이, 적어도 발열체(42)가 실온 상태 시에는, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 서서히 커지고, 도면에서는 A <B <C로 되어 있다.
이 상태로, 발열체(42)를 예컨대 기판 처리 시의 온도로까지 승온하면, 발열체(42)의 각 부는, 열팽창에 의해 도 8에 도시된 방향으로 신장한다. 도 8은, 발열체(42)의 각 부의 변위 방향 및 변위량을 화살표 방향 및 길이로 각각 도시하고 있다. 발열체(42)가 한 쌍의 급전부(45, 46)에 의해 1개소로 고정되어 있기 때문에, 발열체(42)의 각 부는, 한 쌍의 급전부(45, 46) 부근의 영역(부호 A1로 나타내는 영역)을 기점으로 하여, 외측으로 부풀어 오르도록[한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어지도록] 변위한다. 한편, 발열체(42)의 변위량은, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 커진다.
그 결과, 적어도 발열체(42)가 기판 처리 시의 온도 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등하게 된다. 도 7은, 본 실시예에 따른 승온 후의(기판 처리 시의 온도 상태의) 히터 유닛(30)의 수평 단면도다.
도 7에 도시된 것처럼, 적어도 발열체(42)가 기판 처리 시의 온도 상태 시에는, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 열팽창에 의해 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등하게 되고, 도면에서는 A≒B≒C로 되어 있다.
(3) 기판 처리 공정
다음으로, 상술한 기판 처리 장치에 의해 실시되는 기판 처리 공정의 일례로서의 성막 공정을 간단히 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치의 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해서 제어된다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 복수 매의 웨이퍼(1)를 장전(wafer charge)한 보트(22)를, 보트 엘리베이터(21)에 의해 들어올려 처리실(14) 내에 반입(boat loading)한다. 이 상태에서, 씰 캡(20)은 매니폴드(16)의 하단 개구를 씰한 상태가 된다.
프로세스 튜브(11)의 내부가 소정의 압력(진공도)이 되도록 배기관(17)을 개재하여 진공 배기한다. 또한, 프로세스 튜브(11)의 내부가 소정의 온도가 되도록 히터 유닛(30)에 의해 가열한다. 즉, 한 쌍의 급전부(45, 46)를 개재하여 환상부(42R)의 일단으로부터 타단을 향해 전류를 흘림으로써, 사행 형상의 환상부(42R)를 가열하여 프로세스 튜브(11) 내를 승온한다. 이 때, 처리실(14) 내가 소정의 온도 분포가 되도록, 온도 센서(24)가 검출한 온도 정보에 근거하여 히터 유닛(30)의 발열체(42)로의 통전 상태를 피드백 제어한다. 계속해서, 보트(22)를 회전 기구(25)에 의해 회전시켜 웨이퍼(1)를 회전시킨다.
사행 형상의 환상부(42R)는, 가열되면 열팽창에 의해 주방향이나 반경 방향으로 신장된다. 본 실시예에 의하면, 환상부(42R)의 주방향 및 반경 방향을 따른 동작값이, 종래보다 크게 확보되어 있다. 그리고, 환상부(42R)가 열팽창에 의해 주방향으로 신장되었다고 하더라도, 이러한 신장량이 상술한 동작값[최대로 제2폭(a)] 미만이면, 환상부(42R)와 보지체(41)가 간섭(접촉)해버리는 것이 억제된다. 그 결과, 보지체(41)의 누락 등이 억제된다. 또한, 환상부(42R)에 가해지는 압축 응력이 저감되고, 환상부(42R)의 변형, 균열 혹은 단락 등이 억제된다.
다음에, 소정의 유량으로 제어된 원료 가스를, 처리실(14) 내로 가스 도입관(23)을 통해서 도입한다. 도입한 원료 가스는, 처리실(14) 내를 유통한 후, 이너 튜브(13)의 상단 개구로부터 배기로(18) 내에 유출하여 배기관(17)으로부터 배기된다. 원료 가스는 처리실(14) 내를 통과할 때 웨이퍼(1)의 표면과 접촉하고, 이 때, 웨이퍼(1)가 처리되고, 예컨대 열 CVD 반응에 의해 웨이퍼(1)의 표면 상에 박막이 퇴적(deposition)된다.
미리 설정된 처리 시간이 경과하면, 불활성 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 불활성 가스를 공급하고, 처리실(14) 내를 불활성 가스로 치환함과 동시에, 처리실(14) 내의 압력을 상압(常壓)으로 복귀시킨다. 또한, 회전 기구(25)의 동작을 정지시킨다.
그 후, 보트 엘리베이터(21)에 의해 씰 캡(20)을 하강하여, 매니폴드(16)의 하단을 개구함과 동시에, 처리 완료된 웨이퍼(1)를 보지한 보트(22)를, 매니폴드(16)의 하단으로부터 프로세스 튜브(11)의 외부에 반출(boat unloading)한다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(1)를 보트(22)로부터 꺼낸다(wafer discharge).
(4) 본 실시예에 따른 효과
본 실시예에 의하면, 이하에 나타내는 (a)~(e)중 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시예에 따른 환상부(42R)의 상하단에 설치된 각 골짜기부(42b)의 말단(곡저부)에는, 절결부로서 형성된 보지체 지지부(42c)가 설치되어 있다. 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a)]은, 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]보다 넓게 구성되어 있다. 환상부(42R)는, 한 쌍의 급전부(45, 46)가 단열체(33)의 측벽을 관통하여 고정됨과 동시에, 보지체(41)에 의해 각 골짜기부(42b)가 단열체(33)의 내주 측벽에 각각 고정됨으로써, 단열체(33)의 내주 측에 보지되어 있다. 보지체(41)는, 각 보지체 지지부(42c) 내에 배치되어 단열체(33)에 고정되도록 구성되어 있다.
사행 형상의 환상부(42R)는, 열팽창에 의해 주방향으로 신장되는 특성이 있다. 그리고 환상부(42R)의 주방향의 신장량이 일정량을 넘어 동작값이 없어지면, 환상부(42R)의 각 부에 소성 응력(塑性應力)이 가해져, 환상부(42R)가 변형하는 경우가 있다. 예컨대, 환상부(42R)는, 골짜기부(42b)의 폭[제1폭((b)]이 좁아지도록 변형하는 경우가 있다. 본 실시예에 의하면, 보지체(41)가 배치되는 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a)]을, 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]보다 넓게 구성하고 있다. 그 때문에, 환상부(42R)가 변형하여 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]이 좁아졌다고 하더라도, 보지체(41)와 환상부(42R)는 간섭(접촉)하기 어렵게 구성되어 있고, 보지체(41)의 전단이 억제된다.
한편, 만일 각 골짜기부(42b)의 말단에 보지체 지지부(42c)가 설치되지 않고, 각 골짜기부(42b) 내에 보지체(41)가 직접 배치되는 것으로 하면, 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]이 좁아짐으로써 환상부(42R)와 보지체(41)가 간섭(접촉)하여 어느 한 쪽이 손상을 받거나, 보지체(41)가 골짜기부(42b) 사이에 놓여 전단되어 버리는 경우가 있다.
(b) 또한, 상술한 바와 같이 구성된 결과, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값이, 종래보다 크게 확보된다. 즉, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값이, 최대로 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(b)]에 상당하는 크기까지 확보된다. 그 결과, 환상부(42R)가 열팽창에 의해 주방향으로 신장되었다고 하더라도, 환상부(42R)와 보지체(41)가 간섭(접촉)해버리는 것이 억제되고, 보지체(41)의 누락 등이 억제된다. 또한, 환상부(42R)와 보지체(41)가 간섭(접촉)하기 어렵기 때문에, 환상부(42R)에 가해지는 압축 응력이 저감되고, 환상부(42R)의 변형, 균열 혹은 단락 등이 억제된다.
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열체의 열변형의 모습을 나타내는 개략도이고, (a)는 승온 전의 모습을, (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다. 도 18에 의하면, 영역 A10에 나타내는 바와 같이, 폭이 넓은 절결부로서 구성된 보지체 지지부(42c)를 설치함으로써, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값이 크게 확보되고, 환상부(42R)와 보지체(41)와의 간섭(접촉)이 억제되며, 보지체(41)의 누락 등이 억제된다. 또한, 환상부(42R)에 가해지는 압축 응력이 저감되고, 환상부(42R)의 변형, 균열 혹은 단락 등이 억제된다. 한편, 상술한 바와 같이, 만일 환상부(42R)가 변형했다고 하더라도, 보지체(41)를 보지체 지지부(42c)에 배치함으로써 보지체(41)는 골짜기부(42b) 사이에 놓이기 어렵게 구성되어 있고, 보지체(41)의 파손이나 전단은 억제된다.
참고로, 보지체 지지부(42c)를 구비하지 않은 발열체의 열변형의 모습을, 도 17을 이용하여 설명한다.
도 17의 (a)는, 보지체 지지부(42c)를 구비하지 않은 환상부(42R＇)의 승온 전의 모습을 도시하고 있다. 환상부(42R＇)의 상하단에는, 산형부(42a＇)와 골짜기부(42b＇)가 각각 교대로 복수 연결되어 있고, 환상부(42R＇)는 사행 형상(파 형상)으로 형성되어 있다. 환상부(42R＇)는, 보지체(41＇)에 의해 각 골짜기부(42b＇)가 단열체의 내주 측벽에 각각 고정됨으로써, 단열체(도시하지 않음)의 내주 측에 보지되어 있다. 한편, 보지체(41＇)는 골짜기부(42b＇) 내에 직접 배치되어 있다. 도 17의 (b)는, 환상부(42R＇)의 승온 후의 모습을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 사행 형상의 환상부(42R＇)는 열팽창에 의해 주방향으로 신장되게 된다. 도 17의 (b)는, 환상부(42R＇)의 주방향의 신장량이 일정량을 넘고, 환상부(42R＇)의 주방향을 따른 동작값이 없어진 모습[보지체(41＇)와 환상부(42R＇)가 간섭하고 있는 모습]을 도시하고 있다.
환상부(42R＇)가 더 신장되면 도 17의 (c)에 도시되는 상태가 된다. 도 17의 (c)는 열변형에 의해 보지체(41＇)의 전단, 환상부(42R＇)의 분열, 환상부(42R＇)의 단락이 발생한 모습을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 주방향의 신장량이 일정량을 넘으면, 보지체(41＇)가 환상부(42R＇)에 간섭하고, 환상부(42R＇)에 소성 응력이 가해지며, 환상부(42R＇)가 변형하게 된다. 부호 A6로 도시되는 영역에는, 보지체(41＇)가 골짜기부(42b＇)에 의해 양측으로부터 사이에 놓여 전단되는 모습을, 부호 A7에 도시되는 영역에는, 환상부(42R＇)에 균열이 발생한 모습을, 부호 A8로 도시되는 영역에는, 환상부(42R＇)에 단락이 발생한 모습을 각각 도시하고 있다. 도 16의 (d)는, 도 17의 (c)에 도시되는 환상부(42R＇)의 측면도이고, 열변형에 의해 보지체(41＇)의 누락이 생기는 모습을 도시하고 있다. 부호 A9로 도시되는 영역에는, 환상부(42R＇)의 변형에 의해 보지체(41＇)가 단열체로부터 들어올려지고, 뽑히려는 모습을 도시하고 있다.
(c) 본 실시예에 의하면, 환상부(42R)의 외주면과 측벽부(35)의 내주면은, 도 19의 (b)에 도시되는 바와 같이, 접촉하지 않고 소정의 간격[제3폭(c)]을 비우고 고정되도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 결과, 환상부(42R)의 반경 방향을 따라 소정의 크기의 동작값이 확보되게 된다. 즉, 환상부(42R)는, 환상부(42R)의 반경 방향을 따라 최대로 제3폭(c)에 상당하는 동작값이 확보되면서 고정되게 된다. 그 결과, 환상부(42R)가 열팽창에 의해 반경 방향으로 신장되었다고 하더라도, 이러한 신장량이 상술한 동작값[최대로 제3폭(c)] 미만이면, 환상부(42R)와 단열체(33)의 내주벽과의 접촉이 억제된다. 그리고, 환상부(42R)의 국소적인 온도 상승(이상 온도 상승)이나 환상부(42R)의 용단을 억제할 수 있고, 환상부(42R)나 단열체(33)의 수명을 길게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리실(14) 내의 온도 분포를 균일화시키는 것이 가능하게 된다.
(d) 본 실시예에 의하면, 환상부(42R)의 상하단에 설치된 각 골짜기부(42b)의 말단(곡저부)의 폭을 넓혀서 보지체 지지부(42c)를 설치함으로써, 상술한 효과 중 적어도 하나 이상의 효과를 얻는 것이 가능하게 된다. 즉, 환상부(42R)의 표면적(발열 면적)을 크게 줄이는 일 없이[히터 유닛(30)의 가열 성능을 저하시키지 않고], 상술한 효과 중 적어도 하나 이상의 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.
(e) 본 실시예에 의하면, 각 골짜기부(42b)의 말단(곡저부)의 폭을 넓혀서 보지체 지지부(42c)를 설치함으로써, 각 골짜기부(42b)의 말단(곡저부)에 있어서의 전류 밀도의 분산을 꾀할 수 있고, 환상부(42R)의 수명을 길게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 환상부(42R) 내에 있어서의 온도차를 작게 할 수 있고, 기판 처리 시의 기판의 온도 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 20는 보지체 지지부를 구비하지 않은 환상부(42R＇) 내에 있어서의 전류 경로 C를 예시하는 개략도이고, 도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 환상부(42R) 내에 있어서의 전류 경로 C를 예시하는 개략도이다.
도 20에 의하면, 골짜기부(42b＇)의 말단(곡저부)에 있어서 전류는 급커브를 그리도록 흐르는 것을 알 수 있다. 즉, 골짜기부(42b＇)의 말단(곡저부)에서는 전류 밀도가 높아지고, 말단 이외의 부분과 비교하여 발열량이 커져, 국소적으로 온도가 상승하기 쉽게 되는 것을 알 수 있다. 환상부(42R＇) 내에 있어서의 온도차가 커지면, 열팽창량의 차이에 의해 환상부(42R＇)에 소성 응력이 가해지고, 환상부(42R＇)가 변형하여 파손될 가능성이 있다.
도 21에 의하면, 골짜기부(42b)의 말단[곡저부]에 있어서 직경이 큰 보지체 지지부(42c)가 설치되어 있고, 골짜기부(42b)의 말단에 있어서 전류는 비교적 완만한 커브를 그리도록 흐르는 것을 알 수 있다. 즉, 골짜기부(42b)의 말단(곡저부)에서는 도 20의 경우와 비교하여 전류 밀도를 낮게 할 수 있고, 다른 부분의 발열량과의 차이를 작게 하며, 국소적인 온도 상승을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 환상부(42R) 내에 있어서의 온도차가 작아지면, 열팽창량의 차이에 의해 환상부(42R)에 가해지는 소성 응력이 작아지고, 환상부(42R)의 변형이나 파손이 억제된다. 또한, 환상부(42R) 내에 있어서의 온도차를 작게 할 수 있고, 기판 처리 시의 기판의 온도 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
한편, 바람직하게는, 보지체 지지부(42c)의 형상을 타원형으로 하면 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 전기 밀도를 더욱 분산시킬 수 있다. 또한, 보지체 지지부(42c) 주변의 강도를 증대시킬 수 있다. 또한, 발열체(42)의 면적을 증대시키는 것이 가능하다.
(6) 변형예
이하에, 본 실시예의 변형예에 대해 설명한다.
(변형예)
본 발명에 따른 보지체 지지부(42c)는, 상술한 실시예와 같이 타원 형상인 경우에 한정되지 않고, 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]보다 큰 직경[제2폭(a)과 동일한 크기의 직경]을 갖는 원형이 절결부로서 형성되어 있어도 좋다. 도 22의 (a)는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 환상부(42R)의 부분 확대도이고, (b)는 확대 부분의 측면도이다.
본 변형예에 의하면, 환상부(42R)의 상하 방향을 따른 동작값이, 종래보다 크게 확보된다. 즉, 환상부(42R)의 상하 방향을 따른 동작값을, 최대로 보지체 지지부(42c)의 직경[제2폭(a)]에 상당하는 크기로 하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 환상부(42R)가 열팽창에 의해 상하 방향으로 편차가 있다고 하더라도, 이러한 편차량이 상술한 동작값[최대로 제1폭(b)] 미만이면, 환상부(42R)와 보지체(41)가 간섭(접촉)해버리는 것이 억제된다. 그 결과, 보지체(41)의 누락 등이 억제된다. 또한, 환상부(42R)에 가해지는 압축 응력이 저감되고, 환상부(42R)의 변형, 균열 혹은 단락 등이 억제된다.
또한, 본 변형예에 의하면, 보지체 지지부(42c)가 골짜기부(42b)의 폭[제1폭(b)]보다 큰 직경[제2폭(a)과 동일한 크기의 직경]을 갖는 원형의 절결부로서 형성됨으로써, 각 골짜기부(42b)의 말단(곡저부)에 있어서의 전류 밀도의 분산을 더욱 꾀할 수 있다. 즉, 각 골짜기부(42b)의 말단에 있어서 전류는 더욱 완만한 커브를 그리도록 흐르게 되고, 환상부(42R)의 변형이나 파손이 더욱 억제되고, 기판에 전도(傳導)하는 온도를 균일하게 할 수 있으며, 기판 처리의 온도 균일성이 더욱 향상된다.
(다른 변형예)
발명자 등의 검토에 의하면, 한 쌍의 급전부(45, 46)가 단열체(33)에 고정되어 있는 경우, 열팽창에 의한 환상부(42R)의 각 부의 위치 편차량은, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 누적되어 커진다. 이러한 경우, 환상부(42R)의 동작값은, 환상부(42R)의 전주(全周)에 걸쳐 균등할 필요는 없고, 위치 편차량이나 위치 편차 방향에 따라 적절히 조정하면 된다. 본 변형예에서는, 보지체 지지부(42c)의 폭(혹은 직경)을, 환상부(42R)의 전주에 걸쳐 균등한 크기로 하지 않고, 위치 편차량이나 위치 편차 방향에 따라 국소적으로 변동시키고 있다. 예컨대, 보지체 지지부(42c)의 폭을, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정하고 있다.
도 23의 (a)는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 히터 유닛(30)의 부분 확대도이고, 도 23의 (b)는 부호 A1로 도시되는 영역에 있어서의 환상부(42R)의 부분 확대도이고, 도 23의 (c)는 부호 A2로 도시되는 영역에 있어서의 환상부(42R)의 부분 확대도이다. 도 23에 의하면, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 먼 영역(예컨대 부호 A2로 도시되는 영역)에 있어서의 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a2)]은, 한 쌍의 급전부(45, 46)에 가까운 영역(예컨대 부호 A1로 도시되는 영역)에 있어서의 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a1)]보다 크게 설정되어 있다.
본 변형예에 의하면, 환상부(42R)의 각 부에 있어서 필요한 동작값을 각각 확보하고, 환상부(42R)와 보지체(41)와의 간섭(접촉)을 억제하면서, 환상부(42R)의 각 부에 있어서 불필요한 동작값을 각각 줄이고, 환상부(42R)의 보지의 안정성을 높이는 것이 가능하게 된다. 한편, 만일 도 23에 있어서, 보지체 지지부(42c)의 폭을 환상부(42R)의 전체에 걸쳐 균등하게 제2폭(a2)으로 하면, 한 쌍의 급전부(45, 46) 근방의 환상부(42R)의 신장값이 너무 커지고, 환상부(42R)의 보지가 불안정하게 되어버린다. 또한, 보지체 지지부(42c)의 폭을 환상부(42R)의 전체에 걸쳐 균등하게 제2폭(a1)으로 하면, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어진 환상부(42R)의 신장값이 너무 작아지고, 환상부(42R)와 보지체(41)가 간섭(접촉)하기 쉬워지며, 환상부(42R)에 소성 응력이 가해지기 쉽게 되어버린다.
또한, 본 변형예에 의하면, 각 보지체 지지부(42c)의 크기를 각각 필요최소한으로 함으로써, 환상부(42R)의 표면적(발열 면적)을 불필요하게 줄이는 경우가 없어지고, 히터 유닛(30)의 가열 성능의 저하를 억제할 수 있다.
참고로, 환상부(42R)의 열변형의 모습을 도 8, 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 8은, 환상부(42R)의 팽창 방향을 도시되는 개략도이다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 한 쌍의 급전부(45, 46)가 단열체(33)에 고정되어 있기 때문에, 환상부(42R)의 각 부는, 동심원 형상으로 팽창하는 것이 아니라, 한 쌍의 급전부(45, 46) 부근의 영역(부호 A1으로 도시되는 영역)을 기점으로 도면에서 화살표로 도시되는 각 방향으로 각각 팽창하게 된다. 이 때문에, 환상부(42R)의 각 부의 위치 편차량은, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 누적되어 커진다.
도 9는 환상부(42R)의 열팽창에 관한 측정 결과를 도시되는 개략도이다. 도 9에 도시되는 측정에서는, 20℃~1220℃의 온도 영역에서 선팽창 계수가 15×10－6인 칸탈 APM(KANTHAL APM)(등록상표)에 의해 환상부(42R)를 작성했다. 한편, 20℃일 때의 환상부(42R)의 직경은 481mm로 했다. 그리고 한 쌍의 급전부(45, 46) 부근의 영역을 고정하면서, 환상부(42R)를 20℃에서 1220℃까지 승온했다. 승온에 의한 직경의 신장량=[환상부(42R)의 길이]×(1220－20)×15×10－6mm이며, 1220℃일 때의 환상부(42R)의 직경은 490.2mm였다. 환상부(42R)의 각 부의 위치 편차량은, 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 서서히 커지고(부호 A1으로 도시되는 영역을 기점으로 3.8mm, 6.5mm, 8.6mm), 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 가장 멀어진 개소에서 최대(9.2mm)로 되었다. 한편, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 가장 멀어진 개소에서는, 주방향으로는 거의 위치 편차가 없고, 반경 방향으로만 위치 편차가 있게 된다. 그 때문에, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 가장 멀어진 개소에서는, 보지체 지지부(42c)의 폭을 도 23의 (c)에서 도시되는 정도로는 확대하지 않아도 된다.
(다른 변형예)
본 변형예에 있어서는, 보지체 지지부(42c)와 보지체(41)와의 상대 위치를, 환상부(42R)에 있어서의 전주 각 부 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정하고 있다. 즉, 보지체 지지부(42c)의 폭을 국소적으로 변동시키는 것이 아니라, 보지체 지지부(42c)에 배치하는 보지체(41)의 위치를 조정함으로써, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값을 국소적으로 변동시키고 있다.
도 24의 (a)는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 히터 유닛(30)의 부분 확대도이고, 도 24의 (b)는 부호 A3으로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이고, 도 24의 (c)는 부호 A4로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이고, 도 24의 (d)는 부호 A5로 도시되는 영역에 있어서의 환상부의 부분 확대도이다.
도 24의 (b)에 도시되는 바와 같이, 부호 A3으로 도시되는 영역[한 쌍의 급전부(45, 46) 부근]에서는, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값은 최소이면 되기 때문에, 보지체 지지부(42c)의 중심으로 보지체(41)의 단부를 배치하는 것으로 하고 있다. 이러한 경우, 부호 A3으로 도시되는 영역에 있어서의 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값은, 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a)]의 반절 정도가 된다.
또한, 도 24의 (c)에 도시되는 바와 같이, 부호 A4에 도시되는 영역[한 쌍의 급전부(45, 46) 부근으로부터 멀어진 개소]에서는, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값이 필요하게 되기 때문에, 보지체 지지부(42c)의 중심이 아니라, 위치 편차 방향을 따라서 치우친 위치에 보지체(41)의 단부를 배치하는 것으로 하고 있다. 보지체(41)의 단부를 보지체 지지부(42c)의 가장자리부까지 치우치게 함으로써, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값을 최대로 제2폭(a)을 확보하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 24의 (d)에 도시되는 바와 같이, 부호 A5로 도시되는 영역에서는, 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값은 최소이면 되기 때문에, 보지체 지지부(42c)의 중심에 보지체(41)의 단부를 배치하는 것으로 하고 있다. 상술한 바와 같이, 부호 A5로 도시되는 영역[한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 가장 멀어진 개소]에서는, 주방향으로는 실질적으로 위치 편차가 없고, 반경 방향으로만 크게 위치 편차가 있기 때문이다. 이러한 경우, 부호 A5로 도시되는 영역에 있어서의 환상부(42R)의 주방향을 따른 동작값은, 도 24의 (b)의 경우와 마찬가지로 보지체 지지부(42c)의 폭[제2폭(a)]의 반절 정도가 된다.
본 변형예에 의하면, 환상부(42R)의 각 부에 있어서 필요한 동작값을 각각 확보하여 환상부(42R)와 보지체(41)와의 간섭(접촉)을 억제하고, 환상부(42R)에 가해지는 소성 응력을 저감할 수 있다. 또한, 환상부(42R)의 각 부에 있어서 불필요한 동작값을 각각 줄이고, 환상부(42R)의 보지의 안정성을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 보지체 지지부(42c)의 크기를 환상부(42R)의 전주에 걸쳐 일정하게 하면 되기 때문에, 환상부(42R)의 제조 비용을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
＜제2 실시예＞
이하, 본 발명의 제2 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도이다. 도 26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발열체의 사시도이다. 도 27의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 환상부의 부분 확대도이고, 도 27의 (b)는 확대 부분의 측면도이다. 도 28는 본 발명의 제2 실시예에 따른 환상부를 보지한 단열체의 부분 확대도이고, 도 28의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 28의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다.
(1) 발열체 및 단열체의 구성
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 발열체(42) 및 단열체(33)의 구성이 상술한 실시예와 다르다. 기타의 구성은 상술한 실시예와 같다.
본 실시예에 따른 발열체(42)는, 상술한 실시예와 마찬가지로, 산형부(42a)와 골짜기부(42b)가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부(42R)와, 단열체(33)를 관통하여 단열체(33)에 고정되고 환상부(42R)의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부(45, 46)를 포함하고 있다. 본 실시예에 따른 환상부(42R)가 상술한 실시예와 다른 점은, 도 26, 도 27에 도시되는 바와 같이, 환상부(42R) 중 산형부(42a)의 선단(先端)(42d)이, 환상부(42R)의 중심을 향하도록, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)에 대해서 둔각(鈍角)으로 각각 경사(傾斜)하고 있는 점이다.
본 실시예에 따른 단열체(33)는, 상술한 실시예와 마찬가지로, 환상부(42R)의 외주면을 둘러싸도록 통(筒) 형상으로 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 단열체(33)가 상술한 실시예와 다른 점은, 도 5, 도 28에 도시되는 바와 같이, 환상부(42R)를 수용하는 홈(溝) 형상의 수납부(40)가 단열체(33)의 내주면에 설치되어 있는 점이다. 홈 형상의 수납부(40)는, 각 환상부(42R)에 각각 대응하도록, 수직 방향으로 복수 설치되어 있다.
수납부(40)의 저면(底面, 40e)의 내경(수평방향의 직경)은, 환상부(42R)의 외형(수평방향의 직경)보다 크게 구성되어 있다. 수납부(40)의 개구부의 상하 방향의 폭은, 산형부(42a)를 포함하는 환상부(42R)의 상하 방향의 폭보다 크게 구성되어 있다. 수납부(40)의 저면(40e)의 상하 방향의 폭은, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)의 상하 방향의 폭보다 작게 구성되어 있다. 수납부(40)의 양 측벽(상하의 한 쌍의 측벽, 40d)은, 홈 형상의 수납부(40)의 저면(40e)에 대해서 둔각으로 각각 경사하고 있다. 즉, 수납부(40)는 그 상하 방향의 폭이 원통 형상의 단열체(33)의 외경 방향(원통의 중심과 반대 방향)으로 나아감에 따라서[저면(40e)에 가까워짐에 따라서] 점차 좁아지도록 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 수납부(40)의 양 측벽(40d)은 테이퍼면으로서 형성되어 있고, 양 측벽(40d)간의 거리는 저면(40e)에 가까워질수록 작아지고 있다.
단열체(33)의 측벽부(35)는, 예컨대 도우넛 형상의 단열 블록(36)이 수직 방향으로 복수 적층됨으로써 구성되어 있다. 단열 블록(36)은, 예컨대 섬유 형상 또는 구(球) 형상의 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2) 등의 단열 재료에 의해 형성되어 있다. 단열 블록(36)은, 예컨대 진공 폼 법 등에 의해 일체적으로 성형되어 있다. 이와 같이, 단열체(33)의 측벽부(35)가 복수의 단열 블록(36)에 의해 구성됨으로써, 홈 형상의 수납부(40)의 형성이나 히터 유닛(30)의 조립이 용이하게 됨과 동시에, 측벽부(35)에 응력이 가해졌을 때의 측벽부(35)[단열 블록(36)]의 파손을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 다단으로 적층된 단열 블록(36)이나 발열체(42)의 일부를 부분적으로 꺼내 교환하거나 메인터넌스하는 것도 용이하게 된다. 단, 측벽부(35)는 이러한 구성에 한정되지 않고, 일체적으로 성형되어 있어도 좋다. 또한, 단열 블록(36)은 일체적으로 성형되는 경우로 한정하지 않고, 복수의 도우넛 형상의 단열재에 의해 구성되어 있어도 좋다.
환상부(42R) 중 산형부(42a)의 선단(42d)의 경사 각도와, 수납부(40)의 양 측벽(40d)의 경사 각도는, 동등한 각도가 되도록 설정되어 있다. 즉, 산형부(42a)의 선단(42d)과 수납부(40)의 양 측벽(40d)과는 실질적으로 평행이 되도록 구성되어 있다. 또한, 도 28의 (a)에 도시되는 바와 같이, 환상부(42R)가 승온 전의 상태(적어도 실온 상태)에 있어서, 산형부(42a)의 선단(42d)과 수납부(40)의 양 측벽(40d)과는 소정의 간격(d1)을 유지하여 접촉하지 않도록 구성되어 있다. 그리고, 도 28의 (b)에 도시되는 바와 같이, 환상부(42R)가 승온되어 반경 방향으로 신장되었을 때, 산형부(42a)의 선단(42d)과 수납부(40)의 양 측벽(40d)이 각각 면에서 접촉하도록 구성되어 있다. 이 때, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)와, 수납부(40)의 저면(40e)은, 소정의 간격(d2)을 유지하여 접촉하지 않도록 구성되어 있다.
(2) 본 실시예에 따른 효과
본 실시예에 의하면, 이하에 도시되는 효과 중 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시예에 의하면, 환상부(42R) 중 산형부(42a)의 선단(42d)의 경사 각도와, 수납부(40)의 양 측벽(40d)의 경사 각도는, 동등한 각도가 되도록 설정되어 있다. 즉, 산형부(42a)의 선단(42d)과 수납부(40)의 양 측벽(40d)은 실질적으로 평행이 되도록 구성되어 있다. 그리고, 환상부(42R)가 승온되어 반경 방향으로 신장되었을 때, 산형부(42a)의 선단(42d)과 수납부(40)의 양 측벽(40d)이 각각 면에서 접촉하도록 구성되어 있다. 그 결과, 환상부(42R)에 압축 응력이 가해지기 어렵게 되고, 환상부(42R)의 변형이 억제된다.
(b) 본 실시예에 의하면, 환상부(42R)가 승온되어 반경 방향으로 신장되었을 때, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)와, 수납부(40)의 저면(40e)은, 소정의 간격(d2)을 유지하여 접촉하지 않도록 구성되어 있다. 그리고, 환상부(42R)가 단열체(33)에 접촉하는 것에 의한 환상부(42R)의 국소적인 온도 상승[이상 온도 상승]이나 환상부(42R)의 용단을 회피할 수 있고, 환상부(42R)나 단열체(33)의 수명을 길게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리실(14) 내의 온도 분포를 균일화시키는 것이 가능하게 된다.
(3) 변형예
상술한 실시예에서는, 수납부(40)의 저면(40e)의 상하 방향의 폭은, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)의 상하 방향의 폭보다 작게 구성되어 있었는데, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 수납부(40)에 있어서의 저면(40e)의 상하 방향의 폭이, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)의 상하 방향의 폭보다 크게 형성되고, 수납부(40)에 있어서의 저면(40e)에, 중앙부(42e)의 상하 방향의 폭보다 작은 폭으로 형성된 단차부(段差部)를 설치하는 것으로 해도 무방하다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수납부의 변형예를 도시하는 개략도이고, 도 29의 (a)는 환상부를 수용한 수납부의 부분 확대도이고, 도 29의 (b)는 확대 부분의 측면도이다. 도 29에 의하면, 수납부(40)에 있어서의 저면(40e)의 상하 방향의 폭(E2)은, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)의 상하 방향의 폭(E1)보다 크게 설정되어 있다. 또한, 수납부(40)에 있어서의 저면(40e)에는, 중앙부(42e)의 폭(E1)보다 작은 폭으로 형성된 단차부(40f)가 설치되어 있다.
본 변형예에 의하면, 환상부(42R)가 승온되어 반경 방향으로 신장되고, 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)와, 수납부(40)의 저면(40e)과의 거리(d2)가 제로(zero)가 되었다고 하더라도, 중앙부(42e)는 단차부(40f)에만 접촉하게 되고, 중앙부(42e)와 저면(40e)과의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, 중앙부(42e)의 국소적인 온도 상승(이상 온도 상승)이나 용해(溶解)를 회피하는 것이 가능하게 된다. 특히, 단차부(40f)를, 중앙부(42e)에 있어서의 전류 밀도가 낮은 영역에 접촉시키도록 설치하는 것으로 하면, 중앙부(42e)의 국소적인 온도 상승(이상 온도 상승)을 보다 효과적으로 회피하는 것이 가능하게 된다.
＜제3 실시예＞
이하, 본 발명의 제3 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 승온 전의 히터 유닛(30)의 수평 단면도이다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 승온 후의 히터 유닛(30)의 수평 단면도이다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치에서는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 저면(40e)과 중앙부(42e)와의 사이의 거리가, 적어도 환상부(42R)가 실온 상태일 때, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정되어 있다(즉, 실온 상태일 때 도면에서 A＜B＜C가 되도록 설정되어 있다). 또한, 도 7에 도시되는 바와 같이, 저면(40e)과 중앙부(42e)와의 사이의 거리가, 적어도 환상부(42R)가 기판 처리 시의 온도 상태일 때, 열팽창에 의해 수납부(40) 및 환상부(42R)에 있어서의 전주 각 부가 동등한 거리가 되도록 설정되어 있다(즉, 기판 처리 시의 온도 상태일 때 도면에서 A≒B≒C가 되도록 설정되어 있다).
발열체(42)의 환상부(42R)는, 온도 상승에 의해 열팽창하거나 반경 방향 및 주방향으로 신장(伸長)한다. 그리고, 환상부(42R)의 반경 방향으로의 신장에 의해, 저면(40e)과 중앙부(42e)와의 사이의 거리가 환상부(42R)의 전체에 걸쳐 불균일하게 되면, 환상부(42R)의 온도 분포의 균일성이 주방향에 걸쳐 저하해버리는 경우가 있다. 즉, 저면(40e)과 중앙부(42e)가 가까운 개소에서 환상부(42R)의 온도가 이상(異常) 상승하거나, 저면(40e)과 중앙부(42e)가 가까운 개소에서 환상부(42R)의 온도가 저하하는 경우가 있다. 이에 대해서 본 실시예에 의하면, 환상부(42R)가 기판 처리 시의 온도 상태일 때, 열팽창에 의해 수납부(40) 및 환상부(42R)에 있어서의 전체 각 부가 동등한 거리가 되는 것으로부터, 환상부(42R)의 주방향에 걸쳐 균일한 가열을 실현하는 것이 가능하게 된다.
참고로 환상부(42R)의 열변형의 모습을, 도 16을 참조하면서 설명한다.
도 16은 실온 상태에 있어서 수납부(40)와 환상부(42R)가 동심원 형상이 되도록 했을 경우의 환상부(42R)의 열변형의 모습을 도시되는 개략도이고, 도 16의 (a)는 승온 전의 모습을, 도 16의 (b)는 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다. 도 16의 (a)에 의하면, 승온 전에 있어서 저면(40e)과 중앙부(42e)와의 사이의 거리가 환상부(42R)의 전주에 걸쳐 균일하다. 그러나 도 16의 (b)에 도시되는 바와 같이, 환상부(42R)를 기판 처리 시의 온도까지 승온시키면, 환상부(42R)는 직경 방향으로 신장하고, 수납부(40)에 있어서의 저면(40e)과, 저면(40e)에 인접하는 환상부(42R) 중 산형부(42a) 선단을 제외한 중앙부(42e)와의 사이의 거리가 환상부(42R)의 전체에 걸쳐 불균일하게 된다(도면에서 A＞B＞C가 된다). 즉, 한 쌍의 급전부(45, 46)는 단열체(33)에 고정되어 있기 때문에, 환상부(42R)의 각 부는, 한 쌍의 급전부(45, 46) 부근의 영역(부호 A11에서 도시되는 영역)을 기점으로 팽창한다. 그리고, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라서 저면(40e)과 중앙부(42e)와의 거리가 서서히 짧아지고, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 가장 멀어진 영역(부호 A12에서 도시되는 영역)에서는 저면(40e)과 중앙부(42e)와의 거리가 최소(본 사례에서는 제로)가 된다. 그 결과, 환상부(42R)의 국소적인 온도 상승(이상 온도 상승)이 발생하고, 환상부(42R)가 용단해버린다. 또한, 환상부(42R)의 온도 분포의 균일성이 주방향에 걸쳐 저하해버린다.
＜본 발명의 다른 실시예＞
본 발명의 제3 실시예는, 상술한 실시예와 같이, 골짜기부(42b)의 말단에 절결부로서 형성된 보지체 지지부(42c)가 설치되어 있는 경우로 한정되지 않는다. 즉, 도 20에 예시하는 바와 같이, 산형부(42a＇)와 골짜기부(42b＇)가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부(42R＇)와, 단열체(33)를 관통하여 단열체(33)에 고정되고 환상부(42R＇)의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부(45, 46)를 포함하는 발열체를 구비한 가열 장치이면, 보지체 지지부(42c)가 설치되지 않은 경우라 하더라도, 본 발명은 적합하게 적용 가능하다. 또한, 산형부(42a＇)와 골짜기부(42b＇)가 교대로 복수 연결되지 않은 형태의 환상부, 예컨대 코일 형상의 환상부와, 단열체를 관통하여 단열체에 고정되고 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 구비한 가열 장치라 하더라도, 본 발명은 적합하게 적용 가능하다.
<제4 실시예>
이하에, 본 발명의 제4 실시예의 히터 유닛의 구성에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
(2) 히터 유닛의 구성
아우터 튜브(12)의 외부에는, 프로세스 튜브(11)의 내부를 가열하는 가열 장치로서의 히터 유닛(30)이 아우터 튜브(12)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 히터 유닛(30)은, 환 형상으로 형성된 발열체(42)와, 발열체(42)의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체(33)와, 발열체(42)의 양단에 각각 접속되는 고정부로서의 한 쌍의 급전부(45, 46)와, 단열체(33)의 외측을 둘러싸는 케이스(31)를 구비하고 있다.
발열체(42)는, 아우터 튜브(12)의 주위를 둘러싸도록, 연직 방향에 적어도 1개 이상 설치되어 있다. 도 2, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 발열체(42)는, 아우터 튜브(12)의 외주를 둘러싸도록 환 형상으로 구성되어 있다. 발열체(42)의 양단부는, 접촉하지 않고 근접하여 고정되어 있어, 전기적으로는 비접촉의 상태로 되어 있다. 즉, 발열체(42)는, 전기적으로는 완전한 원형이 아닌, 예컨대 C자 모양의 링 형상으로 구성되어 있다. 발열체(42)를 구성하는 재료로서는, 예컨대 Fe-Cr-Al합금, MoSi2, SiC 등의 저항 발열 재료를 이용할 수 있고, 그 형상은, 도 4의 (a)에서 도시하는 바와 같이 선 형상 재료이어도 좋고, 도 4의 (b)에서 도시하는 바와 같이 판 형상 재료이어도 좋다. 한편, 도 2, 도 3, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 발열체(42)의 상하단에는, 산형부(돌출부)(42a)와 골짜기부(절결부)(42b)가 각각 교대로 복수 연결되어 있다. 즉, 발열체(42)는 사행 형상(파 형상)으로 형성되어 있다.
상술한 발열체(42)의 양단부에는, 한 쌍의 급전부(45, 46)의 단부가 각각 접속되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)는, 후술하는 단열체(33)[측벽부(35)]를 관통하여 단열체(33)에 고정되어 있다. 즉, 한 쌍의 급전부(45, 46)는, 발열체(42)를 단열체(33)의 내벽에 고정하는 고정부로서 기능한다. 도 5의 (a)에, 발열체(42)의 중심측에서 본[프로세스 튜브(11)측에서 본] 급전부(45, 46) 주변의 부분 확대도(평면도)를 도시한다. 이처럼, 발열체(42)는, 고정부로서의 한 쌍의 급전부(45, 46)에 의해, 1개소[발열체(42)의 단부] 만으로 고정되어 있다. 즉, 한 쌍의 급전부(45, 46) 이외에서는, 핀 등의 보지체를 이용한 고정을 수행하지 않도록 하고 있다.
한 쌍의 급전부(45, 46)는, 금속 등의 전도성 재료에 의해 구성되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)를 개재하여 발열체(42)의 일단에서 타단을 향해 전류를 흘리는 것으로, 발열체(42)가 가열되어서 프로세스 튜브(11) 안이 승온되도록 구성되어 있다. 한 쌍의 급전부(45, 46)를 개재한 발열체(42)로의 급전은, 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
단열체(33)는, 발열체(42)의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다. 단열체(33)는, 상하단이 개구한 원통 형상의 측벽부(35)와, 측벽부(35)의 상부 개구를 덮는 천정벽부(34)를 구비하고 있고, 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 단열체(33)는, 아우터 튜브(12)에 대하여 동심원 형상으로 설치되어 있다. 측벽부(35)와 천정벽부(34)는, 예컨대, 섬유 형상 또는 구 형상의 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2) 등의 단열 재료에 의해 형성되어 있다. 측벽부(35)와 천정벽부(34)는, 예컨대 진공 폼 법 등에 의해 일체적으로 성형되어 있다. 한편, 측벽부(35)는, 일체적으로 성형되어 있을 경우에 한정되지 않고, 복수의 원형의 단열재가 복수 쌓아 올려지는 것으로 구성되어 있어도 좋다. 이렇게 구성함으로써, 측벽부(35)에 응력이 가해졌을 때의 측벽부(35)의 파손을 억제하거나, 메인터넌스 성을 향상시키는 것이 가능해진다.
케이스(31)는, 단열체(33)의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다. 케이스(31)는, 예컨대 상단이 폐색하고 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 케이스(31)는, 예컨대 스테인리스강(SUS)으로부터 형성되어 있다. 단열체(33)의 외주면과 케이스(31)의 내주면 사이의 극간(32)은, 공냉을 위한 공간으로서 기능한다. 한편, 천정벽부(34) 및 케이스(31)의 천정벽을 관통하는 배기구를 설치하여, 단열체(33)와 아우터 튜브(12) 사이의 분위기를 강제 공냉시키도록 구성해도 좋다.
발열체(42)는, 가열되면 열팽창에 의해 주방향이나 반경 방향으로 신장되는 특성이 있다. 그 결과, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽이 접촉·간섭되는 일이 있다. 특히, 본 실시예와 같이 발열체(42)가 사행 형상으로 형성되어 있으면, 신장량이 커지고, 접촉이 생기기 쉬워진다. 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽이 접촉·간섭하면, 발열체(42)의 국소적인 온도 상승(이상 온도 상승)이 발생하여, 발열체(42)가 용단 되어 버리는 일이 있다. 또한, 발열체(42)나 단열체(33)에 응력이 가해져, 이들 부재의 손상이 생기게 될 우려가 있다. 또한, 발열체(42)의 반경 방향에의 신장에 의해서, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 불균일하게 되면, 발열체(42)의 온도 분포의 균일성이 주방향에 걸쳐 저하하고, 기판 처리의 품질이 저하될 경우가 있다. 즉, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽과의 거리가 가까운 개소에서 발열체(42)의 온도가 이상 상승하거나, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽과의 거리가 먼 개소에서 발열체(42)의 온도가 저하되는 일이 있다.
그래서 본 실시예에서는, 적어도 발열체(42)가 실온 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 고정부로서의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 커지도록 함으로써, 상술의 과제를 해결하고 있다. 도 6은, 본 실시예에 따른 승온 전의(실온 상태의) 히터 유닛(30)의 수평 단면도이다. 도 6에서 도시하는 바와 같이, 적어도 발열체(42)가 실온 상태 시에는, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 서서히 커지고, 도면에서는 A <B <C로 되어 있다.
이 상태로, 발열체(42)를 예컨대 기판 처리시의 온도로까지 승온하면, 발열체(42)의 각 부는, 열팽창에 의해 도 8에 도시된 방향으로 신장한다. 도 8은, 발열체(42)의 각 부의 변위 방향 및 변위량을, 화살표의 방향 및 길이로 각각 도시하고 있다. 발열체(42)가 한 쌍의 급전부(45, 46)에 의해 1개소로 고정되어 있기 때문에, 발열체(42)의 각 부는, 한 쌍의 급전부(45, 46) 부근의 영역(부호 A1로 나타낸 영역)을 기점으로 하여, 외측으로 부풀어 오르도록(한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어지도록) 변위한다. 한편, 발열체(42)의 변위량은, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 커진다.
그 결과, 적어도 발열체(42)가 기판 처리시의 온도 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등하게 된다. 도 7은, 본 실시예에 따른 승온 후의(기판 처리시의 온도 상태의) 히터 유닛(30)의 수평 단면도다. 도 7에서 도시하는 바와 같이, 적어도 발열체(42)가 기판 처리시의 온도 상태 시에는, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 열팽창에 의해 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등하게 되고, 도면에서는 A≒B≒C로 되어 있다.
(3) 기판 처리 공정에 대해서는, 실시예 1과 동일하다.
(4) 본 실시예에 따른 효과
본 실시예에 의하면, 이하에 도시된 (a)∼ (c) 가운데 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시예에 의하면, 적어도 발열체(42)가 실온 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 고정부로서의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 커지도록 하고 있다. 그 결과, 발열체(42)가 기판 처리시의 온도 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽과의 사이의 거리가, 열팽창에 의해 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등하게 된다. 이로 인해, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽과의 불필요한 접촉·간섭을 방지할 수 있다. 그리고 히터 유닛(30)의 구성 부재의 손상을 억제할 수 있다. 예컨대, 발열체(42)의 국소적인 온도 상승(이상 온도 상승)의 발생을 방지할 수 있고, 발열체(42)의 용단을 회피할 수 있다. 또한 예컨대, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽이 접촉하지 않게 됨으로써, 이들 부재에 가해지는 응력을 저감할 수 있다.
(b) 본 실시예에 의하면, 적어도 발열체(42)가 기판 처리시의 온도 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 열팽창에 의해 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등하게 된다. 그 결과, 웨이퍼(1)에 대하여, 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 균일하게 가열할 수 있다. 그 결과, 기판 처리의 면내(面內) 균일성을 향상시킬 수 있다.
(c) 본 실시예에 의하면, 발열체(42)를, 고정부로서의 한 쌍의 급전부(45, 46)에 의해 1개소(단부)만으로 고정하고 있다. 즉, 한 쌍의 급전부(45, 46) 이외에서는, 핀 등의 보지체를 이용한 고정을 수행하지 않도록 하고 있다. 그 결과, 열팽창에 의한 발열체(42)의 손상이나 단락 등을 억제할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 발열체(42)는, 급전부(45, 46)와의 접속 개소 이외의 부위에서는 구속되어 있지 않아 열팽창이 방해되지 않기 때문에, 발열체(42)나 보지 부재에 가해지는 응력을 저감할 수 있고, 그 결과, 발열체(42)의 변형, 손상, 단락 등을 억제할 수 있다.
참고로, 실온 상태에 있어서 발열체(42')와 단열체(33')의 내벽이 동심원 형상이 되도록 했을 경우의 발열체(42')의 열변형의 모습을, 도 16을 이용하여 설명한다.
도 16의 (a)는 발열체(42')의 승온 전의 모습을, 도 16의 (b)는 발열체(42')의 승온 후의 모습을 각각 도시하고 있다. 도 16의 (a)에 의하면, 승온 전에 있어서는 발열체(42')와 단열체(33')의 내벽과의 사이의 거리는 발열체(42')의 전주에 걸쳐 균일하다. 그러나, 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 발열체(42')를 예컨대 기판 처리시의 온도로까지 승온하면, 발열체(42')는 경(徑)방향으로 신장하고, 발열체(42')와 단열체(33')의 내벽 사이의 거리는 발열체(42')의 주방향에 걸쳐 불균일하게 된다 (도면에서는 A>B>C가 된다). 즉, 한 쌍의 급전부(45', 46')는 단열체(33')에 고정되어 있기 때문에, 발열체(42')의 각 부는, 한 쌍의 급전부(45', 46') 부근의 영역을 기점으로 팽창한다. 그리고 한 쌍의 급전부(45', 46')로부터 멀어짐에 따라 발열체(42')와 단열체(33')의 내벽 사이의 거리가 서서히 짧아지고, 한 쌍의 급전부(45', 46')로부터 가장 떨어진 영역에서 발열체(42')와 단열체(33')가 접촉되어 버리는 일이 있다. 그 결과, 발열체(42')의 국소적인 온도 상승(이상 온도 상승)이 발생하고, 발열체(42')가 용단되어 버리는 일이 있다. 또한, 발열체(42') 등에 가해지는 응력이 증가하고, 이들 부재가 손상되는 일이 있다. 또한, 발열체(42')의 온도 분포의 균일성이 저하되는 경우가 있다.
또한, 참고로, 복수의 보지체(41')에 의해 각 단열체의 내벽에 고정되어, 열팽창에 의한 각 부의 변위가 규제된 발열체(42')의 모습을, 도 17을 이용하여 설명한다.
도 17의 (a)은, 발열체 (42')의 승온 전의 모습을 도시하고 있다. 발열체(42') 상하단에는, 산형부(42a')와 골짜기부(42b')가 각각 교대로 복수 연결되어 있고, 발열체(42')는 사행 형상(파 형상)으로 형성되어 있다. 발열체(42')는, 보지체(41')에 의해 각 골짜기부(42b')가 단열체(도시하지 않음)의 내주 측벽에 각각 고정됨으로써, 단열체의 내주 측에 보지되어 있다. 한편, 보지체(41')는 골짜기부(42b') 내에 직접 배치되어 있다. 도 17의 (b)는, 발열체(42')의 승온 후의 모습을 도시하고 있다. 상술한 것 같이, 사행 형상의 발열체(42')는 열팽창에 의해 주방향으로 신장하게 된다. 도 17의 (b)는 발열체(42')의 주방향의 신장량이 일정량을 넘고, 발열체(42')의 주방향을 따른 동작값이 없어진 모습[보지체(41')와 발열체(42')가 간섭하고 있는 모습]을 도시하고 있다. 발열체(42')가 더욱 신장하면 도 17의(c)에서 도시하는 상태가 된다. 도 17의 (c)는, 열변형에 의해 보지체(41')의 전단, 발열체(42')의 균열, 발열체(42')의 단락이 생긴 모습을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 주방향의 신장량이 일정량을 넘으면, 보지체(41')가 발열체(42')에 간섭하고, 발열체(42')에 소성 응력이 가해져, 발열체(42')가 변형하게 된다. 부호 A6에 나타난 영역에는, 보지체(41')가 골짜기부(42b')에 의해 양측으로부터 끼어 전단되는 모습을, 부호 A7에 나타난 영역에는, 발열체(42')에 균열이 발생한 모습을, 부호 A8에 나타난 영역에는, 발열체(42')에 단락이 발생한 모습을 각각 도시하고 있다. 도 17의 (d)는, 도 17의 (c)에 도시되는 발열체(42')의 측면도이고, 열변형에 의해 보지체(41')의 누락이 발생하는 모양을 도시하고 있다. 부호 A9에 나타난 영역에는, 발열체(42')의 변형에 의해 보지체(41')가 단열체로부터 들어올려지고, 뽑히려는 모습을 도시하고 있다.
<제5 실시예>
이하에, 본 발명의 제5 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
본 실시예에서는, 고정부가 1개가 아닌 복수 설치되어 있다. 즉, 발열체(42)는, 고정부로서의 한 쌍의 급전부(45, 46)와 다른 고정부로서의 더미 단자(45d, 46d)를 이용하여, 복수 개소(본 실시예에서는 2개소)로 고정되어 있다. 한편, 한 쌍의 급전부(45, 46) 및 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)는, 발열체(42)를 주방향에 걸쳐 실질적으로 이등분하도록 배치되어 있다.
도 10의 (a)는, 본 실시예에 따른 고정부로서의 더미 단자(45d, 46d) 주변의 부분 확대도이고, 도10의 (b)는 확대 부분의 측면도다. 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)는, 발열체(42)에 있어서의 일단부[급전부(45, 46)와의 접속 개소의 반대 측]에 접속됨과 동시에, 단열체(33)[측벽부(35)]를 관통하여 단열체(33)에 고정되어 있다. 즉, 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)는 한 쌍의 급전부(45, 46)와 동일하게 발열체(42)를 단열체(33)의 내벽에 고정하는 고정부로서 기능한다. 한편, 더미 단자(45d, 46d)는, 급전부(45, 46)와 동일하게 금속 등의 도전성 재료에 의해 구성되어 있다. 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)를 개재하여, 발열체(42)의 일단으로부터 타단을 향해 전류를 흘림으로써 발열체(42)가 가열되어서 프로세스 튜브(11) 내부가 승온되도록 구성되어 있다. 한편, 한 쌍의 급전부(45, 46)를 개재한 발열체(42)로의 급전은, 컨트롤러(280)에 의해 제어된다. 한편, 더미 단자(45d, 46d)는, 전력은 공급되지 않도록 구성되어 있어도 좋다. 이 경우, 더미 단자(45d, 46d)는 반드시 도전성 재료로 구성되어 있을 필요는 없고, 내열성의 절연재료로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 적어도 발열체(42)가 실온 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 인접하는 고정부 간의 중앙 위치에서 최대가 되고, 관련 중앙 위치로부터 고정부[한 쌍의 급전부(45, 46) 또는 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)]에 근접함에 따라 작아지도록 설정되어 있다.
도 12는, 본 실시예에 따른 승온 전의 히터 유닛(30)의 수평 단면도이다. 도12에 의하면, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리(도면에서 B)는, 한 쌍의 급전부(45, 46)와 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)와의 사이의 중앙 위치에서 각각 최대가 되도록 구성되어 있다. 그리고 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리는, 관련 중앙 위치로부터 급전부(45, 46) 또는 더미 단자(45d, 46d)에 근접함에 따라 서서히 작아지도록 구성되어 있다. 즉, 도면에서는 B>A이고 B>C로 되어 있다.
이 상태로 발열체(42)를 예컨대 기판 처리시의 온도로까지 승온하면, 발열체(42)의 각 부는, 열팽창에 의해 도 14에 도시된 방향으로 신장한다. 도 14는, 발열체(42)의 각 부의 변위 방향 및 변위량을 화살표의 방향 및 길이로 각각 도시하고 있다. 발열체(42)가, 한 쌍의 급전부(45, 46)와, 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)에 의해 2개소로 고정되어 있기 때문에, 발열체(42)의 각 부는, 한 쌍의 급전부(45, 46) 부근의 영역(부호 A2a로 도시된 영역) 및 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d) 부근의 영역(부호 A2b로 도시된 영역)의 각각을 기점으로 하여, 외측으로 부풀어 오르도록(즉 도면에서 상하로 신장하도록) 변위한다. 한편, 발열체(42)의 변위량은, 한 쌍의 급전부(45, 46)와 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)와의 사이의 중앙 위치(도면에서 상하단)에 근접함에 따라 커지고, 관련 중간 위치에서 최대가 된다.
그 결과, 적어도 발열체(42)가 기판 처리시의 온도 상태 시에, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등한 거리가 된다. 도 13은, 본 실시예에 따른 승온 후의(기판 처리시의 온도 상태의) 히터 유닛(30)의 수평 단면도다. 도 13에 나타난 것처럼, 적어도 발열체(42)가 기판 처리시의 온도 상태 시에는, 발열체(42)와 단열체(33)의 내벽 사이의 거리가, 열팽창에 의해 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 동등하게 되고, 도면에서는 A≒B≒C로 되어 있다.
본 실시예에 의하면, 제 4의 실시예로 도시된 효과에 더하여, 이하(a)∼(c) 가운데 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 실시예에 의하면, 발열체(42)의 최대 변위량을 작게 할 수 있다. 그 결과, 발열체(42)와 단열체(33)와의 접촉을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
도 9는, 제4 실시예에 따른 발열체의 열팽창에 관한 측정 결과를 예시하는 개략도이고, 도 15는, 제5 실시예에 따른 발열체(42)의 열팽창에 관한 측정 결과를 예시하는 개략도이다. 도 9 및 도 15에서 도시된 평가에서는, 모두 실온(20℃)으로 직경φ가 481mm인 환상의 발열체(42)를, 기판 처리 온도인 1220℃로 각각 승온시켜, 발열체(42)의 각 부의 변위량을 측정하였다. 한편, 발열체(42)는, 20℃∼1220℃의 온도 영역에서 선팽창계수가 15×10-6인 캔탈 APM(등록 상표)에 의해, 사행 형상으로 형성했다. 한편, 승온에 의한 발열체(42) 외주의 신장량은, [발열체(42)의 길이]× (1220-20)×15×10-6mm이 된다.
그 결과, 제4 실시예에 있어서의 발열체(42)에서는, 직경 φ가 481mm로부터 490.2mm로 증가했다. 또한, 발열체(42)의 각 부의 편차량은, 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 멀어짐에 따라 서서히 커져(부호 A1으로 도시되는 영역을 기점으로 3.8mm, 6.5mm, 8.6mm), 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 가장 떨어진 개소에서 최대인 9.2mm가 되었다. 한편, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 가장 떨어진 개소에서는, 주방향(접선방향)에는 대부분 편차가 나지 않고, 반경 방향으로만 편차가 나게 되었다.
이에 대하여, 제5 실시예에 있어서의 발열체(42)에서는, 고정부[한 쌍의 급전부(45, 46) 또는 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)]로부터 멀어짐에 따라 서서히 커지고, 인접하는 고정부 간의 중앙 위치[한 쌍의 급전부(45, 46)와 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)와의 사이의 중앙 위치]에서 최대인 7.5mm가 되었다. 즉, 본 실시예에 의하면, 제4 실시예에 비해, 발열체(42)의 최대 변위량을 20%정도 작게 할 수 있었다. 한편, 변위량이 최대가 되는 중앙 위치에서는, 주방향(접선 방향)에는 편차가 나지 않고, 반경 방향으로의 편차가 주체가 되었다.
(b) 본 실시예에 의하면, 한 쌍의 급전부(45, 46)와의 접속 개소를 고정함과 동시에, 그 반대 측을 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)로 더욱 고정하고 있다. 그 때문에, 발열체(42)의 각 부의 변위 방향을, 도 14에 도시된 것처럼 발열체(42)의 반경 방향[단열체(33)의 내벽에 수직한 방향]과 거의 일치시킬 수 있다. 특히, 변위량이 최대가 되는 중앙 위치[한 쌍의 급전부(45, 46)와 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)와의 사이의 중앙위치]에서는, 주방향(접선방향)에는 위치 편차 시키지 않고, 반경 방향에만 위치 편차시킬 수 있다. 그 결과, 관련 중앙 위치에, 고정부로서 브릿지형이나 T자형의 핀 부재를 추가로 설치한 경우라도, 열팽창에 의한 발열체(42)와 핀 부재와의 접촉·간섭을 억제할 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면, 발열체(42)의 변형, 손상, 단락 등을 방지하면서, 발열체(42)의 보지 강도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
한편, 급전부(45, 46)와의 접속 개소의 반대측을 고정하지 않는 제4 실시예에서는, 도 8에 예시한 것 같이, 예컨대 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 90° 벗어난 위치[제2 실시예에 있어서의 한 쌍의 급전부(45, 46)와 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)와의 사이의 중앙 위치에 상당]에 있어서의 발열체(42)의 변위 방향이, 발열체(42)의 반경 방향과 일치하지 않고, 접선 방향에 다소 가까워진다. 그 때문에, 만일 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)로 고정하는 것 없이, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 90°벗어난 위치에 상술한 핀 부재를 추가로 설치하는 것으로 하면, 열팽창에 의해 발열체(42)와 핀 부재와의 접촉·간섭이 발생하여, 발열체(42)의 변형, 손상, 단락 등을 불러온다.
(c) 본 실시예에 의하면, 발열체(42)의 각 부의 변위 방향과 발열체(42)의 반경 방향이 거의 일치하기 때문에, 예컨대 브릿지형이나 T자형의 보지 부재를 고정부로서 추가로 설치한 경우라도, 발열체(42)와 보지 부재와의 접촉·간섭을 회피하기 위한 절결(신장률 구멍)을, 발열체(42) 측에 설치할 필요가 없다. 그 때문에, 발열체(42)의 강도 저하나 발열량 저하를 회피할 수 있다. 한편, 만일 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)로 고정하는 일 없이, 한 쌍의 급전부(45, 46)로부터 90° 벗어난 위치에 상술한 핀 부재를 설치하는 것으로 하면, 발열체(42)와 보지 부재와의 접촉·간섭을 회피하기 위해서 절결을 설치할 필요가 생겨, 발열체(42)의 강도 저하나 발열량 저하를 불러올 우려가 있다.
<다른 실시예>
이상, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 종종 변경 가능하다.
예컨대, 상술한 실시예에서는, 단열체(33)의 내벽에 발열체(42)를 고정하는 고정부로서, 한 쌍의 급전부(45, 46)나 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 관련 형태로 한정되지 않는다. 즉, 이들 부재는 반드시 쌍을 이루지 않아도 좋다. 또한 예컨대, 단열체(33)의 내벽에 고정되는 핀 부재를 고정부로서 이용해도 좋다. 도 11의 (a)는 고정부의 변형예로서의 브릿지형의 핀 부재(45b) 주변의 부분 확대도이고, 도 11의 (b)는 확대 부분의 측면도다. 또한, 도시하지 않지만 T자형의 핀 부재나, L자형의 핀 부재를, 고정부로서 이용하는 것도 가능하다.
또한 예컨대, 상술한 실시예에서는, 고정부에 의해 발열체(42)를 고정하는 장소를 1개소 혹은 2개소로 했지만, 본 발명은 관련 경우에 한정되지 않고, 예컨대 3개소 이상으로 고정하도록 해도 좋다. 이 경우에 있어서도, 적어도 발열체가 실온 상태시에, 발열체와 단열체의 내벽 사이의 거리가, 인접하는 고정부 간의 중앙 위치에서 최대가 되고, 관련 중앙 위치로부터 고정부에 근접함에 따라 작아지도록 한다. 고정 개소를 늘리는 만큼, 최대 변위량을 줄이는 것이 가능해지고, 또한, 발열체(42)의 보지 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 한편, 복수의 고정부는, 발열체(42)의 주방향에 걸쳐 균등한 간격으로 배치하면 좋다.
또한, 상술의 경우, 복수의 고정부는, 한 쌍의 급전부(45, 46)나 한 쌍의 더미 단자(45d, 46d)와 같은 관통 부재로 통일해도 좋고, 브릿지형의 핀 부재(45b)와 같은 핀 부재로 통일해도 좋고, 혹은 이들을 혼재시켜도 좋다.
또한 예컨대, 본 발명은, 발열체(42) 상하단에 산형부(돌출부)(42a)와 골짜기부(절결부)(42b)가 설치되어 있는 경우에 한정되지 않는다. 즉, 발열체(42)는, 사행 형상(파 형상)으로 형성되어 있을 경우에 한정되지 않고, 장척(長尺) 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명은 반도체 제조 장치에 한정되지 않고, LCD 장치와 같은 유리 기판을 처리하는 장치에도 바람직하게 적용될 수 있다. 또한, 처리실(Process chamber)의 구성도 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 기판 처리의 구체적 내용은 묻지 않으며, 성막 처리뿐만 아니라, 어닐링 처리, 산화 처리, 질화 처리, 확산 처리 등의 처리여도 좋다. 또한, 성막 처리는, 예컨대 CVD, PVD, 산화막, 질화막을 형성하는 처리, 금속을 포함하는 막을 형성하는 처리여도 좋다. 게다가, 포토리소그래피(photolithography)로 실시되는 노광(露光) 처리나, 레지스트 액이나 에칭액의 도포(塗布) 처리여도 좋다.
본 발명은 반도체 제조 장치에 한정되지 않고, LCD 장치와 같은 유리 기판을 처리하는 장치에도 바람직하게 적용될 수 있다. 또한, 처리실(Process chamber)의 구성도 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 기판 처리의 구체적 내용은 묻지 않으며, 성막 처리뿐만 아니라, 어닐링 처리, 산화 처리, 질화 처리, 확산 처리 등의 처리여도 좋다. 또한, 성막 처리는, 예컨대 CVD, PVD, 산화막, 질화막을 형성하는 처리, 금속을 포함하는 막을 형성하는 처리여도 좋다. 게다가, 포토리소그래피(photolithography)로 실시되는 노광 처리나, 레지스트 액이나 에칭액의 도포 처리여도 좋다.
이상 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명했는데, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경 가능하다.
＜본 발명의 바람직한 형태＞
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대해 부기한다.
본 발명의 제1 형태는
산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행 형상으로 형성되고, 양단이 고정되는 발열체와,
상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부와,
상기 발열체의 외주에 설치되는 단열체와,
상기 보지체 지지부 내에 배치되어 상기 단열체에 고정되는 보지체를 구비하는 가열 장치이다.
바람직하게는,
상기 보지체 지지부는, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 직경을 갖는 원형이 절결부로서 형성되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 발열체는,
상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와,
상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고, 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 보지체 지지부의 폭은, 상기 한 쌍의 급전부로부터 멀어짐에 따라 크게 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 발열체는,
상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와,
상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고, 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 보지체 지지부와 상기 보지체와의 상대 위치는, 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있다.
본 발명의 제2 형태는,
상기 발열체는, 상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 단열체는, 상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 통 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 가지며,
상기 환상부 중 상기 산형부의 선단이, 상기 환상부의 중심을 향하도록, 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부에 대해 둔각으로 각각 경사하고,
상기 수납부의 양 측벽이, 상기 수납부의 저면에 대해서 둔각으로 각각 경사하고,
상기 산형부 선단의 경사 각도와, 상기 수납부의 양 측벽의 경사 각도는, 동등한 각도로 설정되어 있는 제1 형태에 기재한 가열 장치이다.
바람직하게는,
상기 수납부에 있어서의 상기 저면의 폭이, 상기 중앙부의 폭보다 크게 형성되고, 상기 수납부에 있어서의 상기 저면에는, 상기 중앙부보다 작은 폭으로 형성된 단차부(段差部)를 갖는다.
본 발명의 제3 형태는,
상기 발열체는 상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와,
상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 단열체는, 상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 통 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 가지며,
상기 수납부에 있어서의 저면과 상기 저면에 인접하는 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부와의 사이의 거리는, 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있는 제1 형태에 기재한 가열 장치이다.
바람직하게는,
상기 거리는, 적어도 상기 환상부가 실온 상태일 때, 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 거리는, 적어도 상기 환상부가 기판 처리 시의 온도 상태일 때, 열팽창에 의해 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분이 동등한 거리가 되도록 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 거리는, 상기 한 쌍의 급전부로부터 멀어짐에 따라 크게 설정되어 있다.
본 발명의 제4 형태는,
산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행 형상으로 형성되고, 양단이 고정되는 발열체와, 상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부와, 상기 발열체의 외주에 설치되는 단열체와, 상기 보지체 지지부 내에 배치되고, 상기 단열체에 고정되는 보지체를 구비하는 가열 장치와,
상기 가열 장치의 내부에 설치되고 기판을 처리하는 처리실을 포함하는 기판 처리 장치이다.
바람직하게는,
상기 보지체 지지부는, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 직경을 갖는 원형의 절결부로서 형성되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 발열체는,
상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와,
상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고, 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 보지체 지지부의 폭은, 상기 한 쌍의 급전부로부터 멀어짐에 따라 크게 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 발열체는, 상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와,
상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 단열체는, 상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 통 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 가지며,
상기 환상부 중 상기 산형부의 선단이, 상기 환상부의 중심을 향하도록, 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부에 대해서 둔각으로 각각 경사하고,
상기 수납부의 양 측벽이, 상기 수납부의 저면에 대해서 둔각으로 각각 경사하며,
상기 산형부 선단의 경사 각도와 상기 수납부의 양 측벽의 경사 각도는, 동등한 각도로 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 수납부에 있어서의 상기 저면의 폭이, 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부의 폭보다 크게 형성되고,
상기 수납부에 있어서의 상기 저면에는 상기 중앙부보다 작은 폭으로 형성된 단차부를 갖는다.
또한 바람직하게는,
상기 발열체는, 상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 단열체는, 상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 통 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 가지며,
상기 수납부에 있어서의 저면과 상기 저면에 인접하는 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부와의 사이의 거리는, 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 거리는, 적어도 상기 환상부가 실온 상태일 때, 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 거리는, 적어도 상기 환상부가 기판 처리 시의 온도 상태일 때, 열팽창에 의해 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분이 동등한 거리가 되도록 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 거리는, 상기 한 쌍의 급전부로부터 멀어짐에 따라 크게 설정되어 있다.
본 발명의 제5 형태는,
가열 장치의 내부에 설치되는 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 가열 장치에 구비되고 산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행 형상으로 형성된 발열체의 양단을, 상기 발열체의 외주에 설치된 단열체로 고정함과 동시에, 상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부 내에 보지체를 배치하여 상기 단열체에 고정함으로써 상기 발열체의 위치를 보지하면서, 상기 발열체를 승온시켜 상기 처리실 내의 기판을 가열 처리하는 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
본 발명의 다른 형태는,
산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부를 갖는 발열체와,
상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 통 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 갖는 단열체를 구비하고,
상기 발열체는, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고, 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 환상부 중 상기 산형부의 선단이, 상기 환상부의 중심을 향하도록, 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부에 대해서 둔각으로 각각 경사하고 있고,
상기 수납부의 양 측벽이, 상기 수납부의 저면에 대해서 둔각으로 각각 경사하며,
상기 산형부 선단의 경사 각도와 상기 수납부의 양 측벽의 경사 각도는, 동등한 각도로 설정되어 있는 가열 장치이다.
바람직하게는,
상기 수납부에 있어서의 상기 저면의 폭이, 상기 중앙부의 폭보다 크게 형성되고,
상기 수납부에 있어서의 상기 저면에는, 상기 중앙부보다 작은 폭으로 형성된 단차부를 갖는다.
본 발명의 또 다른 형태는,
산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부를 갖는 발열체와,
상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 통 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 갖는 단열체를 구비하고,
상기 발열체는, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고, 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하고,
상기 수납부에 있어서의 저면과 상기 저면에 인접하는 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부와의 사이의 거리는, 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있는 가열 장치이다.
바람직하게는,
상기 거리는, 적어도 상기 환상부가 실온 상태일 때, 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 거리는, 적어도 상기 환상부가 기판 처리 시의 온도 상태일 때, 열팽창에 의해 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전체의 각 부분이 동등한 거리가 되도록 설정되어 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대해 부기한다.
본 발명의 제6 형태는,
환 형상으로 형성된 발열체와,
상기 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체와,
상기 발멸체를 상기 단열체의 내벽에 고정하는 고정부를 갖추는 가열장치이며,
적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 거리가, 상기 고정부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정되어 있는 가열 장치가 제공된다.
바람직하게는,
상기 고정부가 상기 발열체의 주방향을 따라 복수 설치되고,
적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 거리가, 인접하는 상기 고정부 간의 중앙 위치로부터 상기 고정부에 근접함에 따라 작아지도록 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 거리가 인접하는 상기 고정부 간의 중앙 위치에서 최대가 되도록 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 거리가, 적어도 상기 발열체가 가열 처리시의 온도 상태 시에, 상기 발열체의 주방향에 걸쳐 동등하게 되도록 설정되어 있다.
또한 바람직하게는,
복수의 상기 고정부는, 상기 발열체의 주방향에 걸쳐 균등한 간격으로 배치되어 있다.
또한 바람직하게는,
상기 고정부 중 적어도 하나는, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고, 상기 발열체의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부로서 구성되어 있다.
또한 바람직하게는,
복수의 상기 고정부 중 적어도 하나의 상기 고정부는, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되는 관통 부재로서 구성되어 있다.
복수의 상기 고정부 중 적어도 하나의 상기 고정부는, 상기 단열체를 내벽에 고정하는 핀 부재로서 구성되어 있다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
환 형상으로 형성된 발열체와, 상기 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치된 단열체와, 상기 발열체를 상기 단열체의 내벽에 고정하는 고정부를 갖춘 가열장치의 상기 발열체의 내측에 설치된 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 발열체를 승온시켜 상기 처리실 내의 기판을 가열하여 처리하는 공정을 포함하고,
적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 거리가, 상기 고정부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
1 : 웨이퍼(기판) 14 : 처리실
30 : 히터 유닛(가열 장치) 33 : 단열체
40 : 수납부 40d : 수납부의 양 측벽
40e : 수납부의 저면 41 : 보지체
42 : 발열체 42R : 환상부
42a : 산형부 42b : 골짜기부
42c : 보지체 지지부 45, 46 : 급전부
30 : 히터 유닛(가열 장치) 33 : 단열체
40 : 수납부 40d : 수납부의 양 측벽
40e : 수납부의 저면 41 : 보지체
42 : 발열체 42R : 환상부
42a : 산형부 42b : 골짜기부
42c : 보지체 지지부 45, 46 : 급전부
Claims (8)
- 산형부(山部)와 골짜기부(谷部)가 교대로 복수 연결됨으로써 사행(蛇行) 형상으로 형성되고, 양단이 고정되는 발열체와,
상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부(切缺部)로서 형성된 보지체 지지부와,
상기 발열체의 외주(外周)에 설치되는 단열체와,
상기 보지체 지지부 내에 배치되어 상기 단열체에 고정되는 보지체를 상기 보지체 지지부 내에 배치되어 상기 단열체에 고정되는 보지체를 구비하되,
상기 발열체는, 상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소(箇所)에서 형성되는 환상부(環狀部)와, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부(給電部)를 포함하는 것인 가열 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 단열체는, 상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 환 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 구비하고,
상기 환상부 중 상기 산형부의 선단(先端)이, 상기 환상부의 중심을 향하도록, 상기 환상부 중 상기 산형부 선단을 제외한 중앙부에 대해서 둔각(鈍角)으로 각각 경사(傾斜)지고,
상기 수납부의 양 측벽이, 상기 수납부의 저면에 대해서 둔각으로 각각 경사지며,
상기 산형부 선단의 경사 각도와 상기 수납부의 양 측벽의 경사 각도는, 동등한 각도로 설정되어 있는 가열 장치. - 제1항에 있어서,
상기 단열체는, 상기 환상부의 외주면을 둘러싸도록 환 형상으로 형성되고, 상기 환상부를 수용하는 홈 형상의 수납부를 상기 단열체의 내주면에 구비하며,
상기 수납부에 있어서의 저면과 상기 저면에 인접하는 상기 환상부와의 사이의 거리는, 상기 수납부 및 상기 환상부에 있어서의 전주(全周)의 각 부분 중 적어도 일부에서 다르게 하여 설정되어 있는 가열 장치. - 산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행(蛇行) 형상으로 형성되고, 양단이 고정되는 발열체와, 상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부와, 상기 발열체의 외주에 설치되는 단열체와, 상기 보지체 지지부 내에 배치되어 상기 단열체에 고정되는 보지체를 구비하는 가열 장치와;
상기 가열 장치의 내부에 설치되어 기판을 처리하는 처리실을 포함하되,
상기 발열체는, 상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하는 것인 기판 처리 장치. - 가열 장치의 내부에 설치되는 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 가열 장치에 구비되고 산형부와 골짜기부가 교대로 복수 연결됨으로써 사행 형상으로 형성된 발열체의 양단을, 상기 발열체의 외주에 설치된 단열체에 고정함과 동시에, 상기 골짜기부의 말단에 각각 설치되고, 상기 골짜기부의 폭보다 큰 폭을 갖는 절결부로서 형성된 보지체 지지부 내에 보지체를 배치하여 상기 단열체에 고정함으로써 상기 발열체의 위치를 보지하면서, 상기 발열체를 승온시켜 상기 처리실 내의 기판을 가열 처리하는 공정
을 포함하되,
상기 발열체는, 상기 산형부와 상기 골짜기부가 교대로 복수 연결되는 개소에서 형성되는 환상부와, 상기 단열체를 관통하여 상기 단열체에 고정되고 상기 환상부의 양단에 각각 접속되는 한 쌍의 급전부를 포함하는 것인 반도체 장치의 제조 방법. - 환 형상으로 형성된 발열체와,
상기 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체와,
상기 발열체를 상기 단열체의 내벽에 고정하는 고정부를 구비하는 가열 장치로서,
적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 주방향(周方向)에서의 거리가, 상기 고정부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정되어 있음을 특징으로 하는 가열 장치. - 제6항에 있어서, 상기 고정부가 상기 발열체의 주방향을 따라 복수 설치되고,
적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 주방향에서의 거리가, 인접하는 상기 고정부 간의 중앙 위치로부터 상기 고정부에 근접함에 따라 작아지도록 설정되어 있음을 특징으로 하는 가열 장치. - 환 형상으로 형성된 발열체와, 상기 발열체의 외주를 둘러싸도록 설치되는 단열체와, 상기 발열체를 상기 단열체의 내벽에 고정하는 고정부를 구비하는 가열 장치의 상기 발열체의 내측에 설치된 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
상기 발열체를 승온시켜 상기 처리실 내의 기판을 가열하여 처리하는 공정을 포함하고,
적어도 상기 발열체가 실온 상태 시에, 상기 발열체와 상기 단열체의 내벽 사이의 주방향에서의 거리가, 상기 고정부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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