KR19980070690A - 면형 히터 - Google Patents

Abstract

피가열체를 균등하게 가열할 수 있는 면형 히터가 제공된다. 특히, 중심에서 외주를 향하여 가열 얼룩이 생긴다고 하는 종래의 문제를 해결하기 위해서, 피가열체의 지지 부재의 아래쪽으로 대략 동심형으로 설치되는 전기 저항식 면형 히터에 있어서, 합성 가열체에 의해 적어도 상기 피가열체 외주부보다 외측으로 연장됨과 동시에, 상기 합성 가열체가 2이상의 분할 히터로 분할되어, 각 분할 히터가 양단부에 단자를 가짐과 동시에, 각 분할 히터의 양단자간의 소정 위치로 굴절하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

면형 히터

본 발명은 면형 히터에 관련하며, 상세히는 전기 저항식 면형 히터로 히터 지름보다도 작은 피가열체를 균일하게, 특히 방열이 큰 외주부의 온도와 내주부의 온도를 균일하게 가열할 수 있고, 예컨대 반도체 기상 성장 반응실에서 웨이퍼 지지 부재의 아래쪽으로 설치되어 웨이퍼를 균일히 가열할 수 있고, 균일한 막두께로 균질한 특성을 갖는 기상 성장막을 수득할 수 있는 면형 히터에 관한다.

CVD, MOCVD, 에피택셜 성장 등의 기상 성장 장치에 이용되어 반도체 기판과 같은 원료를 가열하는 히터로서는 종래부터 여러 가지의 것이 알려지고 있다. 특히, 근래의 IC의 고집적화에 따른, 반도체 제조 공정에 있어서 기상 성장에서 형성되는 막두께라든지 그 특성은 보다 고도의 균일성이 요구되었다. 그 때문에, 성막(成膜)시에 서스셉터상에 장착되는 반도체 기판의 면내 온도를 가능한 한 균일하게 가열할 수 있는 히터가 요망되었다. 예컨대, 종래의 CVD 장치로는, 카본제의 수평으로 편평한 소용돌이형 또는 미로형의 전기 저항형 히터가 이용되었다. 그러나, 히터로 가열한 경우에는 서스셉터상의 온도가 불균일하게 되므로 이를 해결하기 위한 각종 제안이 이루어지고 있다. 예컨대, 일본 실용신안 공개 공보 평5－33524호에는 소용돌이형 히터를 복수 영역으로 구분하여 각 영역마다 전력 조정하여 서스셉터상의 온도 분포를 균일하게 하는 것이 제안되고 있다. 또한, 일본 특허 공개 공보 평5一135858호에서는 고내열성이고 내구성이 좋으며 고온 처리할 수 있고 면내 히터 내열성도 좋다고 하여 소정의 고유 저항 및 굽힘 강도를 갖는 카본재를 특정한다. 또한, 일본 특허 공개 공보 평3一80530호에서는 미로형의 카본제 히터의 편평 단면적을 중앙부와 외주부에서 변화시키어 균일화를 도모하는 것이다.

그러나, 상기 제안 중 어느쪽의 카본재로 제작한 히터도, 전기적 측면뿐만 아니라 형식적 측면에서도 히터를 구성하는 카본재가 전체적으로 연속하는 균질한 피막을 기상 성장시키기 위해서는 만족할 만한 것이 아니었다. 즉, 상기 양자의 제안은 소용돌이형이므로, 히터 위의 유지 부재인 서스셉터 및 그 위에 장착되는 웨이퍼가 회전되어 성막되기 때문에, 웨이퍼상에 형성되는 피막에 동심원형으로 줄무늬 모양의 막두께 분포가 생긴다. 또한, 일본 실용신안 공보 평5－33524호에서 제안한 히터는 소용돌이형의 연속 카본재를 복수 영역으로 나누어 전력 조정하는 것이지만, 결국은 전체적으로 연속하는 소용돌이형이기 때문에 상기의 부적당함은 해소할 수 없고, 또한, 웨이퍼의 외주측은 히터의 외주부에 의해서만 가열되고, 또한 웨이퍼의 내측은 히터의 내측부에 의해서만 가열된다고 하는 구성은 종래와 동일하고, 각영역의 전력 조정을 극히 엄격한 관리하에서 행하지 않으면 안되며, 얼마 안되는 오차라도 종래와 동일하게 웨이퍼의 중앙부와 외주부에서 온도 분포가 불균일하게 되어 막두께 등이 균일하게 되지 않을 우려가 있다. 또한, 후자의 일본 특허 공개 공보 평3一80530호에서 제안한 히터는 웨이퍼의 내외에서의 가열을 균일하게 되도록 하고 있지만, 2개의 단자부가 인접하여, 한편에 치우쳐 있기 때문에, 그 결과, 면내에서 마주 대하는 측이 자체 하중에 의해 휘어지고, 히터 표면의 평탄성이 유지되지 않고, 반도체 기판의 면내 온도 분포가 불균일하게 되는 등의 부적당함이 생길 우려가 있다.

또한, 전기 히터는 어느쪽에 있어서도 통전에 의한 온도 상승 시간에 있어서는, 열팽창하고, 그 후, 통전을 정지한 경우(냉각시)에는 수축 작용이 발생한다. 한편, 급전용 전극부측은 예컨대, 수냉 수단에 의해 냉각되어 있는 관계로, 전극부간의 거리는 거의 변화하는 일이 없다.

그리고, 도 18에 도시된 바와 같이 급전용 전극부(F)에 대하여 히터의 단자부가 볼트(J)에 의해 결합되어 있기 때문에, 히터의 단자부 부근에서 기계적인 스트레스가 생기고, 특히 볼트(J)가 삽입 통과된 히터의 단자 구멍(tl)의 주변에 치핑이라든지 크랙이 발생하고, 전극부(F)와 히터의 단자부(T)와의 사이에서 스파크가 발생하는 등의 문제가 생긴다.

또한 경우에 따라서는 상기한 기계적인 스트레스가 고정용의 볼트에 작용하고, 볼트를 파손한다고 하는 문제가 발생하는 경우도 있다.

이러한 상황하에서는 히터에 대한 소정의 전류 공급이 보장되지 않고, 따라서 웨이퍼를 균일하게 가열하는 것이 불가능하게 되어, 웨이퍼에 대하여 균일한 막두께로 균질의 특성을 갖는 기상 성장막을 수득할 수 없다고 하는 기술적 과제가 발생한다.

본 발명은 특히, 상기한 기상 성장 성막시의 가열용의 전기 저항식 히터에 있어서의 가열 얼룩 방지 현상을 감안하여, 웨이퍼상에 형성되는 기상 성장 피막의 두께 등의 면내 특성을 보다 균질인 것으로 수득할 수 있는 면형 히터의 제공을 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위해서, 발명자 등은 히터의 구조에 관해서 검토하였다. 즉, 종래부터 이용되고 있는 히터의 대부분이 전체적으로 연속하여 일체적으로 형성한 구조이고, 어느쪽의 제안도 일체적 연속 구조의 히터면의 온도분포를 시종 균일화하고 있는 것으로부터, 그러한 일체적 구조를 재평가하고, 구조를 변경시킨다고 하는 발상으로 전환하여 재검토하였다. 그 결과, 종래와 달리 히터면을 특정한 분할 구조로 함으로써 웨이퍼 등의 피가열체 면내가 균일하게 가열되어 수득되는 것을 견지함과 동시에, 분할에 의해 생기는 히터 소재에 있어서의 변형이라든지 파손 등의 응력적 문제를 해결하여 본 발명을 완성하였다.

도 1은 본 발명의 면형 히터의 일실시예의 평면 설명도.

도 2는 본 발명의 면형 히터의 다른 실시예의 평면 설명도.

도 3은 본 발명의 면형 히터의 또다른 실시예의 평면 설명도.

도 4는 본 발명의 면형 히터의 또다른 실시예의 평면 설명도.

도 5는 본 발명의 면형 히터의 또다른 실시예의 평면 설명도.

도 6은 본 발명의 면형 히터의 또다른 실시예의 평면 설명도.

도 7의 (a)는 본 발명의 환형 히터를 설치한 면형 히터의 일실시예의 평면 설명도.

도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 B－B 선단면의 단부 설명도.

도 8은 본 발명의 환형 히터를 설치한 면형 히터의 다른 실시예의 단부 설명도.

도 9의 (a)는 본 발명의 환형 히터를 설치한 면형 히터의 또다른 실시예의 평면 설명도.

도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 B－B 선단면의 단부 설명도.

도 10은 본 발명의 면형 히터를 설치한 반도체 웨이퍼의 기상 성장 장치의 낱장식 반응실 부분의 단면 모식도.

도 11은 본 발명의 비교예에서 이용한 양끝에 단자를 배치한 단일 직사각형 엘레멘트로 구성된 면형 히터의 평면 설명도.

도 12는 종래의 띠형 면 히터의 평면 설명도.

도 13은 본 발명에 관련된 면형 히터의 또다른 실시예를 도시한 평면도.

도 14는 본 발명에 관련된 면형 히터의 또다른 실시예를 도시한 평면도.

도 15는 상기 면형 히터를 구성하는 분할 히터의 단자부와 급전용 전극부간의 접속 구성을 도시한 단면도.

도 16은 상기 면형 히터를 구성하는 분할 히터의 단자부와 급전용 전극부 간의 다른 접속 구성을 도시한 단면도.

도 17은 상기 면형 히터를 구성하는 분할 히터의 단자부와 급전용 전극부간의 또다른 접속 구성을 도시한 단면도.

도 18은 종래의 히터 단자부와 급전용 전극부간의 접속 구성의 일례를 도시한 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

A ~ L: 분할 히터

A1, B1, C1, Dl, E1: 직사각형 엘레멘트

R: 면환형 히터

T: 단자

W: 웨이퍼

F: 급전용 전극부

f1: 암나사

J: 볼트

K: 가요성의 도전성 시트(팽창 흑연 시트)

t1: 단자 구멍

1 ~ 9, 50, 51, 3': 면형 히터

10: 기상 성장 반응실

11: 벨쟈

12: 하부 플레이트

13: 가스 도입구

14: 가스 배출구

15: 서스셉터

16: 회전 홀더

17: 회전축

18: 히터 지지체

19,20: 급전 배선

본 발명의 한 양태에 있어서, 피가열체의 지지부재의 아래쪽으로 대략 동심형으로 설치되는 전기 저항식 면형 히터로서, 합성 가열체에 의해 형성되어 적어도 상기 피가열체 외주부보다 외측으로 연장됨과 동시에, 담합성 가열체가 2이상의 분할 히터로 분할되고, 각 분할 히터가 양단부에 단자를 갖는 동시에, 각 분할 히터의 양단자간에 굴절부를 갖고 소정으로 굴절되어지는 것을 특징으로 하는 면형 히터가 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 양태에 있어서, 피가열체의 지지 부재의 아래쪽으로 대략 동심형으로 설치되는 전기 저항식 면형 히터으로서, 제1 합성 가열체 및 제2 합성 가열체에 의해 적어도 상기 피가열체 외주부보다 외측으로 연장하도록 형성되어 있고, 상기 제1 합성 가열체의 외주부를 제2 합성 가열체를 포위하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면형 히터가 제공된다.

또한, 본 발명에서는 히터의 온도 상승시의 열팽창 및 냉각시의 수축작용으로부터 발생하는 전극부간의 기계적인 스트레스 발생을 완화하고, 또한 전극부와 히터 단자부간의 전기적인 접촉을 양호하게 유지하는 것으로, 그 결과, 웨이퍼에 대하여 균일한 막두께이고 균질의 특성을 갖는 기상 성장막을 수득하는 면형 히터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

그리고, 본 발명의 또다른 양태에서는 각 합성 가열체는 단자부와 급전용 전극부를 갖는 합성 가열체를 포함하고, 상기 각 합성 가열체는 상기 단자부와 급전용 전극부간에 가요성의 도전성 시트를 개재시키어 합성 가열체의 단자부를 상기 전극부에 고정한 것을 특징으로 하는 면형 히터가 제공된다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 단, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 면형 히터의 일실시예의 평면 설명도이다. 도 1에 있어서, 본 발명의 면형 히터의 주요 부분인 합성 가열체(1)는 분할 히터(A∼E)가 조합되고 집합되어 전체적으로는 거의 원형 평면으로 형성된다. 각 분할 히터는 각각 형성되는 면형 히터의 외형상을 만들도록 형성한다. 또한, 각 분할 히터는 각각 평행으로 배열된 직사각형의 엘레멘트 Al∼A2, Bl∼B3, C1∼C3, Dl∼D3, El∼E2로 구성된다. 분할 히터를 형성하는 각 직사각형 엘레멘트는 각각의 단부가 인접하는 직사각형 엘레멘트와 교대로 접속되어 연속적인 띠형이 된다. 즉, 각 직사각형 엘레멘트가 접속부분에서 소정 형상으로 굴절하고, 평면에서 띠형으로 연속하는 각 분할 히터를 형성한다. 바꿔 말하면, 본 발명에 있어서, 평면형의 분할 히터부는 개방단과 소정폭면의 폐쇄단을 갖는 2이상으로 짝수개의 슬릿을 갖고 있고, 슬릿이 거의 등간격으로 평행하고, 또한, 인접 슬릿의 개방단을 서로 마주 대하도록 배치함으로써 소정폭의 연속하는 띠형면으로 구성되는 것이다. 또한, 동시에 띠형의 분할 히터(A∼E)가 전체적으로는 소정 형상(대략 원형상)의 평면을 형성하여 합성 가열체(1)가 된다.

각 직사각형 엘레멘트가 연속하여 띠형이 된 분할 히터의 양말단에는 각각 단자((T) TAl, TA2, TBl, TB3, TCl, TC3, TDl, TD3, TEl) 및(TE2)가 배치되어 있어, 전기 배선으로 이용함과 동시에 소정 유지 부재에 고정할 수 있도록 구성된다. 이 경우, 도 1에 도시한 바와 같이 각 분할 히터를 각각 인접하는 분할 히터의 一단자가 인접하도록 설치하고, 바람직하게는 면형 히터의 외주부에 위치하도록 한다. 또한, 인접하는 분할 히터의 단자를 전기적으로 배선하고, 예컨대, 분할 히터(A)의 엘레멘트(Al)에 배치된 단자(TAl)를 전극에 배선하여 접속하고, 단자(TAl)에서 분할 히터(E)의 엘레멘트(E2)의 단자(TE2)에 연속하여 통전할 수 있다. 또한, 각 분할 히터의 각 단자를 따로따로 전극과 접속하여, 분할 히터마다 다른 조건으로 통전하고 면형 히터의 설치 위치에 의해 가열 온도를 조정할 수 있도록 하여도 된다.

본 발명의 면형 히터에 있어서, 합성 가열체 구성에 있어서, 주변에 인접하는 직사각형 엘레멘트의 단부가 마주 대하는 위치에서 교대로 접속되어 굴절부를 갖고 띠형으로 형성되는 경우, 각 직사각형 엘레멘트의 간극(분할 히터가 굴절하여 형성하는 간극), 즉, 각 직사각형 엘레멘트간의 슬릿 폭은 방전이라든지 스파크가 발생하지 않으면 되고 특별히 제한되지 않는다. 통상, 약 0. 5∼3mm, 바람직하게는 0. 5∼lmm 이다. 이 슬릿폭은 분할 히터간의 간극도 동일하다. 또한, 슬릿의 홈 길이 즉, 직사각형 엘레멘트의 접속부의 외주단까지의 거리는 피가열 처리물의 크기에 따라 다르지만, 거의 엘레멘트 길이와 슬릿폭의 차(엘레멘트 길이―슬릿 폭)가 되도록 하면 되고 특별히 제한되지 않는다. 분할 히터를 형성하는 직사각형 엘레멘트의 수도 특별히 제한되지 않는다. 합성 이가열체의 형상, 분할 히터의 집합 방식, 단자의 배치 등에 의해 적절히 선택할 수 있다. 통상, 2∼5mm이다. 바람직하게는 예컨대, 도 1의 분할 히터(B,C) 및 (D)와 같이, 3개 이상의 홀수개의 직사각형 엘레멘트의 단부를 교대로 접속하여 슬릿을 짝수개 형성하는 것이 좋다. 각 직사각형 엘레멘트 있어서 단자가 마주 대하며, 면형 히터의 외주측에 배치되어, 분할 히터의 자체 하중에 의한 굴곡을 억지할 수 있고, 지지 부재상의 피가열체의 가열을 균일하게 할 수 있기 때문이다. 또한, 원형이라든지 직사각형 등의 면형 히터를 선대칭형을 갖도록 분할하고, 동일 형상의 분할 히터의 조합이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 공업적 실시상 간편하기 때문이다.

본 발명의 면형 히터는 상기한 바와 같이 하여 복수의 직사각형 엘레멘트가 평면형으로 연속하여 구성되는 분할 히터가 소정으로 복수 조합되어 평면상에 집합하여 면형으로 형성되는 것이다. 이 경우, 형성되는 히터의 평면 형상 및 그 크기는 피가열체 및 그 지지 부재의 크기라든지 형상에 따라 적절히 선택할 수 있다. 통상, 피가열체 또는 그 지지 부재의 형상과 동일하게 형성하고, 지지 부재의 아래쪽에 거의 동심형으로 설치된다. 또한, 피가열체 전역을 균일하게 가열하기 위해서, 복수의 분할 히터에 의해 형성되는 합성 가열체의 크기는 적어도 상측의 지지 부재에 의해 지지되어 합성 가열체에 의해 가열되는 피가열체의 외주부가 합성 가열체의 면내로 포위되어 수득되도록, 즉, 만일 합성 가열체상에 피가열체를 직접 장치한 경우에, 그 일부가 합성 가열체로부터 외부로 뚫고 나오는 일이 없게 피가열체 전체가 합성 가열체 면내에 유지될 수 있도록 형성한다. 또한, 합성 가열체는 피가열체의 외형의 1.2배 이상의 외형으로, 외주부가 피가열체의 외주부보다 소정 폭으로 넓어지도록 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 반도체 8인치 실리콘 웨이퍼의 기상 성장 장치용의 면형 히터이면, 직경 240∼260mm의 원판형으로 집합 형성하는 것이 바람직하다.

도 2∼도 6은 각각 본 발명의 면형 히터의 다른 실시예의 평면 설명도이다. 도 2는 분할 히터(A) 및 (E)에서의 단자(TAl) 및 단자(TE2)의 위치가 도 1과 같이 단자(TA2) 및 단자 (TEl)에 인접되지 않고, 직사각형 엘레멘트(A1) 및 (E2)의 길이를 약 1/2로 하여 중앙부에 배치시킨 점에서 도 1과 다르다. 또한, 도 3은 분할 히터의 직사각형 엘레멘트의 폭을 넓게 하여 A∼D의 4개로 함과 동시에, 분할 히터 A 및 D의 직사각형 엘레멘트 수를 3으로 하는 것 이외에는 도 2와 동일하다. 이들은 도 2에 있어서 분할 히터(A) 및 (E)의 양단자 (TAl)과 (TA2) 및 (TEl)과 (TE2)가 또는 도 3에 있어서 분할 히터(A) 및 (D)의 양단자 (TAl)과 (TA3) 및 (TDl)과 (TD3)가 동일단이 되지 않도록 중앙부에 위치시키고, 상기와 같이 분할 히터의 자체 하중에 의한 굴곡을 방지하고 있다. 도 4는 분할 히터 (A) 및 (D)의 각각의 직사각형 엘레멘트 (Al) 및 (D1)을 연장하고, 단자(TAl)과 단자(TD3)를 각각 다른 단자(TA2) 및 (TDl)과 마주 대하는 반대측이 되도록 배치하는 것 이외에는 도 3과 동일하다. 이 도 4의 배치 방식은 도 3보다 자체 하중에 의한 동요가 더욱 방지된다. 도 5는 분할 히터(A) 및 (17)의 직사각형 엘레멘트의 슬릿에 대하여, 중심부의 분할 히터(B∼D)의 직사각형 엘레멘트의 슬릿이 비스듬히 향하도록 배열한 예이다. 도 6은 분할 히터(A) 및 (F)의 직사각형 엘레멘트의 슬릿에 대하여, 중심부의 분할 히터(B∼E)의 직사각형 엘레멘트의 슬릿이 직교하도록, 분할 히터의 직사각형 엘레멘트의 배열 방향을 변화시킨 예이다. 또, 도 2∼6에 있어서, 각 면형 히터를 2∼6으로 하고, 도 1과 동일 구성 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

본 발명의 면형 히터에 있어서, 상기 도 1∼6는 단순한 일례일 뿐이며, 분할 히터의 조합 집합 방식은 도 1∼6에 제한되지 않고 여러 가지의 방식으로 행할 수 있다. 예컨대, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 각 분할 히터의 직사각형 엘레멘트의 슬릿 방향을 동일 방향으로 맞추는 일 없이, 각 분할 히터마다 달라도 된다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이 직사각형 엘레멘트의 슬릿은 비스듬히 향하여도 된다. 단지, 각 분할 히터의 단자가 형성되는 면형 히터의 외주부에 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 단자 부분에서는 발열 온도의 저하를 피할 수 없고, 일반적으로는, 피가열체가 소정으로 회전되므로, 단자가 없는 히터 부분으로 가열된다고는 해도, 엄밀히는 가열 얼룩이 생길 우려가 있기 때문이다. 또한, 상기한 바와 같이 합성 가열체를 피가열체의 외주보다 크게 형성하고, 합성 가열체의 외주부에 단자가 배치되도록 각 분할 히터의 조합 집합 방식을 적절히 선택하여 행하는 것으로써, 단자 부분에서의 발열 온도 저하의 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 면형 히터에 있어서, 상기한 바와 같이 각 분할 히터를 구성하는 각 직사각형 엘레멘트의 길이는 형성되는 히터 평면의 크기, 분할 히터의 조합 집합 방식에 따라 적절히 선택할 수 있다. 또한, 직사각형 엘레멘트의 폭도, 면형 히터의 크기, 분할 히터의 집합 방식, 단자 위치 등에 의해 적절히 선택할 수 있다. 통상, 폭6∼12mm이다. 또, 도 ll에 도시된 바와 같이 양쪽 끝에 단자 T, T를 갖는 단일의 직사각형 엘레멘트를 분할 히터(A∼L)로서, 평행하게 배치하고 집합하여 합성 가열체(50)로 하는 방식도 고려된다. 그러나, 나중에 비교예에 기재하듯이 이 집합 방식은 각 직사각형 엘레멘트가 단일 직선에 고정되므로, 히터 소재가 발열에 의해 열팽창하여 생기는 열응력이 단자 부근에 집중되어 파손 등의 부적당함이 발생한다. 이 때문에, 일직선의 단일 직사각형 엘레멘트의 집합으로 형성되는 면형 히터는 바람직하지 않다. 또한, 단자가 많으므로 열전도가 크고 열손실이 생겨 바람직하지 못하다.

본 발명의 면형 히터는 상기한 바와 같이, 합성 가열체를 주요소로 하여 직사각형 엘레멘트로 이루어지는 띠형의 분할 히터로 형성되고, 각 분할 히터의 단자가 전기적으로 접속되는 전기 저항 방식의 히터이다. 히터 소재는 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 예컨대, 탄소재, SiC 피복 탄소재, 금속 히터 등을 적용할 수 있다. 히터 소재의 두께는 이용하는 소재의 종류에 따라 다르기도 하지만, 상기한 바와 같이 분할 히터에 의해 형성되고, 자체 하중에 의한 굴곡이 생기지 않도록 직사각형 엘레멘트를 배열하여 양단자를 배치하므로, 일반적인 탄소재로서 약 1∼6mm의 균일한 두께의 것을 이용할 수 있다. 히터 소재로서의 탄소재 중, 특히, 유리형 카본이 바람직하다. 유리형 카본은 열팽창 계수가 2. 5∼ 3. 5×10_一6/℃(20℃∼450℃)이고, 외관이 유리형의 경질 탄소이며, 통상, 열경화성 수지의 고상 탄소화에 따라서 생성할 수 있다. 적합한 유리 카본은 부피 밀도가 1. 50∼1. 56g/cm3이고, 굽힘 강도가 100MPa 이상, 고유 저항이 4000∼4400μΩcm, 개기공율이 0. 1% 이하, 쇼어 경도가 100 이상, 열전도율이 5∼1O W/m·K인 것이다. 이들 적합한 성질과 형태를 갖는 유리형 카본은 예컨대, 푸란계 수지라든지 페놀계 수지 등의 원료 수지를 소정의 형상으로 형성하고, 그 후, 질소 가스 등의 비산화성 분위기에서 950℃로 소성하여 수득할 수 있다. 또한, 본 발명의 면형 히터에 있어서는, 사용시에 히터가 방출되는 H₂및 CO를 함유하는 가스의 총량이 500℃의 가열시간에 0. l m/100g 이하, 750℃의 가열시간에 0. 4ml/100g 이하, 900℃의 가열시간에 1. 0ml/100g 이하인 것이 바람직하다. 이 이상이면 웨이퍼의 OSF (산소 석출 결함)이 발생하기 쉽게 되기 때문에 바람직하지 못하다.

도 7 , 도 8 및 도 9는 본 발명 면형 히터의 주요소로서 환형 히터를 설치한 실시예의 설명도이고, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 그 첫번째의 평면 설명도 및 B一B 선단면의 단부 설명도이고, 도 8은 그 두번째의 동일 단면의 단부 설명도이며, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 그 세번째의 평면 설명도 및 B一B 선단면의 단부도이다. 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)의 합성 가열체는 도시한 바와 같이, 상기 도 3의 합성 가열체와 동일하게 분할 히터를 조합하여 집합된 제1 합성 가열체, 즉, 합성 가열체(3')의 외주부에, 상기의 분할 히터의 직사각형 엘레멘트간의 슬릿과 거의 동일한 간극을 갖고 포위하는 제2 합성 가열체, 즉, 면환형 히터(R)를 합성 가열체(3')와 동일 평면에 위치시키어 설치하여 형성한 면형 히터이다. 도 8의 면형 히터는 면환형 히터(R)를 합성 가열체(3')의 상측에 위치시키어 설치하여 형성한 면형 히터이다. 또한, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 면형 히터는 도시한 바와 같이, 면환형 히터(R)를 합성 가열체(3')의 분할 히터의 단자가 설치되는 외주부에 오버랩 시킴과 동시에, 그 위에 위치하도록 설치하여 형성된 면형 히터이다.

상기의 제1 합성 가열체(합성 가열체3')와 제2 합성 가열체(면환형 히터(R))로 이루어지는 면형 히터는 분할 히터로 생성되는 합성 가열체의 외주부에서의 방열이 현저하고, 히터의 외주부와 중앙부에서 온도차가 생기기 쉽고, 예컨대 서스셉터에 장착된 실리콘 웨이퍼의 면내 온도가 균일하지 않고 외주부의 온도가 낮아지기 쉬운 경우에 유효하고, 상기한 바와 같이 구성됨으로써 피가열체의 가열온도가 균일하게 되도록 하는 것이다. 이 경우, 도 7의 면형 히터에서는 면환형 히터의 발열량을 합성 가열체(3')보다도 높게 전력 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 도 8 및 도 9의 면형 히터에서는 면환형 히터(R)의 하측면이 합성 가열체(3')의 상측면으로부터 2∼5㎜, 더욱 바람직하게는 2∼3㎜ 상측에 위치하여 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 도 7∼도 9에 있어서는, 제2 합성 가열체의 면환형 히터(R)를 이중환으로 나타내고 있지만, 면환형 히터의 면폭과 한겹으로 할지 2겹 이상의 복수겹으로 할지는 히터면에서의 외주부와 중앙부의 발열 온도가 예컨대, 서스셉터에 장착되는 실리콘 웨이퍼 면내 온도가 거의 균일하게 되도록 적절히 선택하는 것이 좋다. 통상, 2겹 이상이 바람직하다. 또한, 면환형 히터(R)의 소재는 상기 분할 히터와 동일한 탄소재, 보다 바람직하게는 유리형 카본을 이용하여 형성할 수 있고, 상기 직사각형 엘레멘트와 동일하게, 폭을 약 6∼12mm, 두께1∼6mm로 형성할 수 있다.

다음은 상기 본 발명 면형 히터의 가열 장치에 적용한 일실시예에 관해서 설명한다. 도 10은 본 발명 면형 히터를 설치한, 본 발명 면형 히터를 설치한 반도체 웨이퍼의 기상 성장 장치의 낱장식 반응실 부분의 단면 모식도이다. 도 10에 있어서, 기상 성장 반응실(10)은 벨쟈(bell jar: ll)와 하부 플레이트(12)에 의해 포위되어 반응 공간역(S)을 갖는다. 벨쟈(ll)에는 원료 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 가스 도입구(13)와 가스 배출구(14)가 설치된다. 또한, 반응 공간역(S)내의 아래쪽으로는, 실리콘 웨이퍼(W)를 소정의 서스셉터(15)를 통해 유지하는 회전 홀더(16)가 설치된다. 회전 홀더(16)는 하부 플레이트(12)를 관통하여 신장하는 회전축(17)에 의해 지지되고, 하부 플레이트(12)보다 하측으로 설치되는 회전 구동 장치(도시하지 않음)에 연결되어 회전이 가능해진다. 회전 홀더(16)는 중공으로 형성되어 중공실내에 히터 지지체(18)가 설치된다. 상기한 바와 같은 본 발명 면형 히터는 각각의 합성 가열체(1∼9)가 소정 방식으로 각 분할 히터를 조합 집합하고, 필요하면 절연봉이라든지 반사판 등(도시하지 않음)을 통하여 히터 지지체(18)에 장착된다. 각 분할 히터에 배치되는 양단자(T)는 예컨대 카본제 볼트를 사용하여 히터 지지체(18)에 고정됨과 동시에, 급전 배선(19) 및 (20)을 접속하여 중공의 히터 지지체(18)내를 통하여 전극에 연락한다.

상기한 바와 같이 형성되는 기상 성장 반응실(10)에 있어서, 회전 구동 장치(도시하지 않음)에 의해 회전되는 회전축(17) 및 회전 홀더(16)를 통해 회전되는 서스셉터(15)상에 장착되는 웨이퍼(W)는 원하는 회전수로 회전됨과 동시에 면형 히터(1)로써, 웨이퍼(W)의 중심에서 외주까지의 전역에 걸쳐 균일한 온도 분포로 가열된다. 이 경우, 웨이퍼(W)와 면형 히터(1)와는 약 3mm 이상의 소정 간격을 갖도록 설치되는 것이 바람직하다. 동시에, 가스 도입구(l3)로부터 기상 반응역(S) 내에 소정의 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스가 도입되어, 웨이퍼(W)상에 유하 공급되어, 균일하게 가열되고 온도 상승된 웨이퍼 표면에서 반응해서 피막이 성장하고 성막된다. 기상 반응후의 가스는 웨이퍼(W)의 외주부로부터 반응 공간역(S)내 하측으로 유통해서 가스 배출구(14)로부터 기상 성장 반응실(10) 밖으로 배출된다. 또한 기상 성장 반응실은 낱장식이나, 본발명 면형 히터는 복수의 반도체 실리콘 웨이퍼를 동시에 처리하는 일괄식 기상 성장 반응실에 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 또다시 상세히 설명한다. 단, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한되지 않는다.

[실시예 1∼4]

(합성 가열체의 형성)

부피 비중이 1. 55g/㎤, 굽힘 강도가 120MPa, 고유 저항치가 4200μΩ㎝, 열팽창 계수가 3. 3×10^-6/℃(실온∼450℃로 측정), 폭 llmm, 두께 4. 2㎜의 유리형 카본재를 이용하여, 도 1∼4와 거의 동일하게, 분할 히터를 분할 히터 간극 lmm로 조합 집합하여, 직경 250mm의 대략 원형형의 면형 히터(1∼4)를 각각 형성하도록 각 분할 히터를 형성하였다. 즉, 도 1 및 도 2와 동일한 합성 가열체를 형성하기 위해서, E는 직사각형 엘레멘트(Al,A2,El 및 E2)를 길이 200mm, 폭 llmm, 슬릿 폭(직사각형 엘레멘트 간극) lmm, 슬릿 홈 길이 167mm로 제작하고, 또한 분할 히터(B,C) 및 (D)는 직사각형 엘레멘트(Bl∼B3), (Cl∼C3) 및 (Dl∼D3)를 길이 250㎜, 폭 ll ㎜, 슬릿 폭(직사각형 엘레멘트 간극) lmm, 슬릿홈 길이 217mm로 제작하여 이용한다. 또한, 각 분할 히터의 단자로서, 카본제 볼트를 배치하였다.

(기상 성장)

상기한 바와 같이 형성한 각 분할 히터를 도 10과 거의 동일하게 구성된 기상 성장 반응실(10)내의 히터 지지체(18)에 각각 단자를 통해 소정으로 장착하여 합성 가열체(1∼4)를 이루고, 각 인접하는 분할 히터의 단자간을 접속함과 동시에, 분할 히터(A)의 단자(TAl) 및 분할 히터(E)의 단자(TE2)를 각각 카본 전극에 접속하여, 서스셉터(15)상에 실리콘 웨이퍼(W)를 얹어 놓았다. 그 후, 회전 구동 장치를 가동시키어 회전축(17)을 회전시키고, 회전 홀더(16)에 유지되는 서스셉터(15)를 회전하여 실리콘 웨이퍼를 회전함과 동시에, 카본 전극에 의해 합성 가열체에 통전하여 가열하였다. 이 때의 서스셉터상의 실리콘 웨이퍼면 내의 온도 분포를 방사 온도계에 의해 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 또, 실리콘 웨이퍼 표면의 평균온도 1200℃는 웨이퍼면 내의 최저 온도와 최고 온도의 중간 온도치가 1200℃가 되도록 합성 가열체의 통전을 조절하였다. 또한, 상기 기상 성장 시간의 발열 상태에 있어서의 합성 가열체(1∼4)에 관련하여, 양단자에 의한 고정으로부터 열팽창 등에 의한 굴곡의 발생을 관찰하였다. 즉, 합성 가열체를 히터 지지체로 단자를 통해 설치한 뒤, 그 단자의 설치 위치와 발열 시간의 합성 가열체 하면 위치와의 단차를 측정하여, 그 최대의 굴곡량을 표 1에 나타냈다.

[비교예 1∼2]

도 ll에 도시한 단일의 직사각형 엘레멘트로 이루어지는 분할 히터(A∼L)을 집합한 방식의 합성 가열체(50)(비교예1) 및 도 12에 도시한 종래부터 사용하고 있는 소용돌이형의 가열체(51)(비교예2)를 각각, 실시예 1과 동일하게 기상 성장 반응 공간역(S) 내의 하측의 히터 지지체에 설치하여 동일하게 통전하고, 실리콘 웨이퍼면내의 온도 분포를 측정하였다. 또한, 동시에 발열 시간의 굴곡량을 측정하였다. 그것들의 결과를 표1에 나타냈다. 또, 비교예1의 합성 가열체(50)에서는 분할 히터의 직사각형 엘레멘트(A∼L)의 온도 조절이 어렵고, 조작상의 온도의 격차도 상당히 가미되어 있다.

상기 실시예 및 비교예에서도 명백하듯이, 측정된 실리콘 웨이퍼면 내에서의 최고 온도와 최저 온도와의 온도차가 본 발명 면형 히터에서는 약 10℃ 이하인데 비하여, 비교예2의 종래의 소용돌이형 히터에서는 약 20℃의 온도차가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 단일 직사각의 분할 히터로 이루어지는 면형 히터(50)에서는 히터의 최대 굴곡량이 0. l mm로 면형 히터(4)와 동일하게 극히 적다. 그러나, 웨이퍼면내의 온도차는 17℃으로 종래의 소용돌이형 히터보다는 작지만, 본 발명 면형 히터와 비교하면 큰 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명 면형 히터의 합성 가열체(1∼4)에 있어서, 굴곡량은 분할 히터의 양단자가 마주 대하는 위치에 배치되는 도 4의 합성 가열체(4)가 가장 작고, 단일 직사각형 엘레멘트의 양단에 단자를 배치하여 고정한 가열체(50)에 필적하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기와 같이 각 분할 히터의 양단자를 마주 대하여 배치하는 것이 바람직함이 분명하다.

[실시예 5∼7]

도 7∼도 9에 도시한 외주부를 면환형 히터(R)에서 포위되는 합성 가열체(7,8) 및 (9)를 이용하여, 실리콘 웨이퍼 면내의 온도 분포를 측정하였다, 즉, 도 7에 나타내는 합성 가열체(7)는 실시예 1과 동일한 유리형 카본재를 이용해서, 직경을 298mm로 하여 실시예 3의 합성 가열체(3)와 동일한 합성 가열체(3')가 되도록 공해 히터(A∼D)를 형성하고, 합성 가열체(3')의 외주부를 포위하도록 이중 환형 히터(R)를 형성했다. 또한 도 8에 도시하는 합성 가열체(8)는 상기 합성 가열체(7)의 이중 환형 히터(R)를 2mm 상측에 위치하여 설치한 것 이외에는 동일하게 형성하였다. 또한, 또한 도 9에 도시하는 히터(9)는 합성 가열체(8)의 이중환형 히터(R)를 합성 가열체(3')에 겹치도록 내부에 위치시킨 것 이외에는 동일하게 형성하였다. 이들을 기상 반응 공간역(S)의 히터 지지체(18)에 설치하였다. 그 후, 실시예 1과 동일하게 실리콘 웨이퍼면 내의 온도 분포를 측정하였다. 또한, 실시예 1과 동일하게 히터 발열 시간의 최대 굴곡을 측정하였다. 이들의 결과를 표 2에 나타냈다.

상기 실시예 및 비교예에서도 명백하듯이, 분할 히터가 형성된 합성 가열체의 외주부를 면환형 히터로 포위하는 경우에는 실리콘 웨이퍼의 면내의 최고 온도와 최저 온도와의 차가 약 3℃이하가 되고, 온도 분포가 극히 균일하게 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 분할 히터의 양단자를 마주 대하도록 배치하여 조합 집합하여 형성한 면형의 제1 합성 가열체의 외주부를 면환형의 제2 합성 가열체로 포위하여 형성한 면형 히터를 이용함으로써, 실리콘 웨이퍼 등의 피가열체를 상기 실시예 1∼4보다, 더욱 균일하게, 또한 안정적으로 가열할 수 있는 것이 분명하다. 특히, 히터상부에서 피가열체가 회전할 때에는 동심원형의 온도 얼룩도 소실되고, 가열의 균일성 및 안정성의 효과가 보다 한층 뛰어난 것이 된다.

본 발명 면형 히터는 그 합성 가열체를 소정의 복수의 분할 히터로 조합 집합하여 원하는 형상으로 형성할 수 있고, 각 분할 히터에 단자를 배치하고, 특히, 마주 대하는 위치로 소정 히터 형상의 외주부측에 배치함으로써, 각 분할 히터를 견고하게 고정할 수 있음과 동시에, 열팽창 등에 의한 열응력을 완화하여 굴곡 등의 변형을 방지할 수 있고, 히터의 파손 등을 방지함과 동시에, 가열 시간의 히터면 내의 온도 분포가 개선되어 균일해지고, 피가열체를 균등하게 가열할 수 있다. 또한, 피가열체가 히터 상측으로 회전될 때에, 합성 가열체를 구성하는 분할 히터는 임의로 배치할 수 있고, 동심형으로 가열 얼룩이 생기는 일은 없다.

더욱이, 본 발명 면형 히터는 또한 내부의 히터와 그 내부 히터의 외주부를 포위하는 환형 히터에 의해 형성된다. 이와 같이 구성되는 면형 히터에서는 종래의 면형 히터가 외주부에서 온도 저하가 현저하고 면내에서 온도 분포가 균일하지 않게 온도 변화가 생기는데 비해, 온도 분포를 균일하게 할 수 있어, 피가열체의 전역을 균등하게 가열할 수 있고, 특히, 반도체 웨이퍼의 기상 성장에 의한 성막 처리에 적용하여, 균일한 막두께로 균질 특성의 피막을 형성할 수 있다. 또한, 내부 히터를 분할 히터의 조합 집합에 의해 형성함으로써, 히터의 자체 하중도 억제되고 피가열체와의 거리가 일정히 유지되어 안정되므로, 회전 가열하더라도 종래의 방법과 달리 동심원형의 가열 얼룩이 생기는 일이 없다.

이하, 본 발명에 이러한 면형 히터에 관해서, 도면에 나타내는 실시의 형태에 기초하여 설명한다.

먼저, 도 13은 전술한 실시예의 면형 히터의 구성을 평면도로 나타낸 것이다. 이 면형 히터의 합성 가열체(1)는 히터 소재로서 탄소재, 특히 유리형 카본에 의해 성형된 분할 히터(A∼E)가 조합 집합되고, 전체로서 대략 원형 평면으로 형성되어 있다. 즉 각 분할 히터는 각각 집합한 상태에서, 합성 가열체의 외형상을 만들도록 형성되어 있다.

또한, 각 분할 히터는 각각 평행하게 배열된 직사각형의 엘레멘트(A1∼A2,B1∼B3,Cl∼C3,Dl∼D3,El∼E2)로 구성되어 있다. 이 분할 히터를 형성하는 각 직사각형 엘레멘트는 각각의 단부가 인접하는 직사각형 엘레멘트와 교대로 접속되어 연속하여 띠형이 된다.

그리고, 각 직사각형 엘레멘트가 슬릿을 통해 뒤집어 꺾은 형으로 각각 각 분할 히터(A∼E)를 형성하고 있다.

상기 각 직사각형 엘레멘트(Al∼A2,B1∼B3,Cl∼C3,Dl∼D3,E1∼E2)가 연속하여 띠형이 된 각 분할 히터의 양단부에는 각각 단자부((T)TAl,TA2,TBl,TB3,TC1,TC3,TD1,TD3,TEl) 및 (TE2)가 배치되어 있고, 이 단자부는 급전용 전극부(F)에 고정되어, 전극부(F)에 접속된 급전선에 의해 각 분할 히터에 대하여 가열용 전류가 공급되도록 구성되어 있다.

이 경우, 도 13에 도시한 바와 같이, 각각 인접하는 분할 히터의 단자부(T) 는 각각 1개의 공통된 급전용 전극부(F)에 고정되어, 각 전극부(F)는 바람직하게는 합성 가열체의 외주부에 위치하도록 배치된다.

그리고, 분할 히터(A)의 단자(TAl)와 분할 히터(E)의 단자부(TE2)의 사이에서 전기적으로 직렬 접속을 구성하고, 단자(TAl)에 배치된 급전용 전극부(F)와 단자부(TE2)에 배치된 급전용 전극부(F) 사이에 급전 전류를 공급하도록 되어진다.

또 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 각각 인접하는 분할 히터의 단자부(T)를 각각 1개의 공통된 급전용 전극부(F)에 고정하지 않고, 각 독립된 급전용 전극부에 대하여 고정되도록 구성하여도 된다. 이와 같이 구성한 경우에는 분할 히터마다 다른 조건으로 통전하여 합성 가열체의 특정 위치마다 독립하여 가열 온도를 조정할 수 있다.

그리고, 피가열체 전역을 균일하게 가열하기 위해서, 복수의 분할 히터에 의해 형성된 상기합성 가열체(1)의 크기는 적어도 이 합성 가열체에 의해 가열되는 피가열체의 외주부가 합성 가열체의 면내에 포위되어 수득되도록, 즉, 예컨대 합성 가열체상에 피가열체를 직접 장착한 경우에, 그 일부가 합성 가열체의 외부로 뚫고 나오는 일 없이 피가열체 전체가 합성 가열체의 면내에 유지될 수 있도록 형성된다.

도 14는 본원 면형 히터의 합성 가열체의 다른 구성을 평면도로 도시한 것이다. 즉, 분할 히터(A) 및 (E)에서의 단자(TAl) 및 단자(TE2)의 위치가 도 13과같이 단자(TA2) 및 단자 (TEl)에 인접시키지 않고, 직사각형 엘레멘트(Al) 및 (E2)의 길이를 엘레멘트(A2) 및 (El)의 약1/2로 하여 중앙부에 배치시킨 점에서 도 1과 다르다.

다음에 도 15 내지 도 17은 상기한 도 13 및 도 14에 도시한 합성 가열체에 있어서의 각 분할 히터의 단자부를 급전용 전극부에 고정하기 위한 각각 다른 구성을 단면도에 의해서 도시한 것이다. 먼저, 도 15에 도시하는 구성은 예컨대 도 13에 있어서의 G－G 단면을 확대하여 나타낸 것으로, 분할 히터의 단자부(T)와 급전용 전극부(F) 사이에 가요성의 도전성 시트(K)를 개재시키어, 분할 히터의 단자부(T)를 상기 전극부(F)에 고정한 구성으로 되어 있다.

즉, 금속 또는 카본 재료에 의해 형성된 급전용 전극부(F)에는 그 상측면에서 수직 방향으로 암나사(fl)가 장치되어 있다. 한편, 히터의 단자부(T)에는 단자 구멍(tl)이 형성되어 있고, 상기 급전용 전극부(F)에 실시된 암나사(fl)에 나사식으로 결합하는 암나사(f1)를 구비한, 예컨대 카본제의 볼트(J)가 히터의 단자부에 형성된 상기 단자 구멍(tl)을 삽입 통과하여, 히터를 급전용 전극부(F)에 고정하도록 이루어지고 있다.

그리고, 상기 급전용 전극부(F)와 히터의 단자부(T) 사이에는 상기 볼트(J)의 삽입 통과 구멍(kl)이 장치된 가요성의 도전성 시트(K)가 개재되어 있다.

또, 전기 히터의 단자부(T)에는 상기 단자 구멍(tl)뿐만 아니라, 이에 대신하여 상기 급전용 전극(F)에 장치된 것으로 동일한 암나사를 형성하여도 된다.

또한, 도 17은 분할 히터의 단자부를 급전용 전극부에 고정하기 위한 또다른 구성을 단면도에 의해 도시한 것으로, 도 3과 동일 부호는 각각 대응 부분을 나타내고 있다. 이 도 16에 나타내는 예에 있어서는, 분할 히터의 단자부(T)와 상기 급전용 전극부(F) 사이, 및 분할 히터의 단자부(T)와 상기 볼트(J)의 헤드부와의 사이에 각각 가요성의 도전성 시트(K)를 개재시킨 구성이라고 되어 있다.

상기 도면 3 내지 도 5에 나타내는 구성에 있어서 이용되는 가요성의 도전성시트(K)로는, 팽창 흑연 시트를 이용하는 것이 바람직하다. 이 팽창 흑연 시트로는, 예컨대 상품명“GRAFOIL”(UNION CARBIDE CORPORATION의 등록상표)를 사용할 수 있다.

이 “GRAFOIL”은 밀도 1. 12(g/cc), 인장 강도 52(kg/㎠), 양방향의 전기 저항 7∼10(10^-4ohm－cm) 정도의 물성을 갖고 있고, 유연성이 풍부하고 상기 볼트와 히터, 또한 히터와 급전용 전극부와의 열팽창차에 의해 생기는 응력을 완화시킬 수 있다.

그리고, 상기한 팽창 흑연 시트를 미리 분할 히터의 단자부(T)에 접착하여놓는 것으로, 분할 히터의 단자부를 급전용 전극부에 대하여 볼트에 의해 결합시킬때의 조작성을 용이하게 할 수 있다.

팽창 흑연 시트를 미리 분할 히터의 단자부(T)에 접착하는 경우의 접착 수단으로는, 히터 소재로서의 유리형 카본의 원료와 동일 수지(유기물 중합체)를 접착부에 도포하고, 양쪽을 맞추어 붙인 후에, 1000℃ 이상의 비산화성 분위기 속에서 가열처리함으로써 접착할 수 있다.

또, 상기 수지 원료로는, 예컨대 푸르푸릴 알콜 수지라든지 페놀 포름 알데히드 수지 등을 이용할 수 있다.

이와 같이 접착제와 유리형 카본의 원료를 동일 수지 원료로 함으로써, 접착시간의 탄화 수축을 거의 동일하게 할 수 있어, 강도가 높은 접착력을 수득할 수 있다.

또한 이 경우, 전기 히터의 단자부(T)의 중심선 평균 굵기 Ra(JIS B 0601 -1976)가 5∼100㎛인 것이 바람직하다. 상기 중심선 평균 굵기 Ra가 5㎛ 미만인 경우에 있어서는, 가요성 도전성 시트(K)와 히터의 단자부(T) 사이의 접착부가 박리되기 쉽다고 하는 문제가 발생하고, 또한, 상기 중심선 평균 굵기 Ra가 100㎛을 초과하면, 더스트의 발생 원인이 되어, 상품으로서의 가치를 손상하는 결과를 초래한다.

더욱이 상기 팽창 흑연 시트는 그 두께가 0. 1∼0. 7mm의 범위의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 즉 그 두께가 0. lmm 미만이면, 상기 볼트와 히터, 또한 히터와 급전용 전극부와의 열팽창차에 의해 생기는 응력을 만족하게 완화시킬 수 없고, 결과적으로 히터의 단자부 부근에서, 치핑이라든지 크랙이 발생한다고 하는 문제가 남겨진다. 그리고, 상기 팽창 흑연 시트의 두께가 0. 7mm을 초과하면 더스트의 발생 원인이 된다.

다음은 상기한 도 13의 합성 가열체(1)를 가열 장치로 적용한 일례로 상기 도 10을 참조하고 설명한다. 도 10은 상기 합성 가열체(1)를 설치한 반도체 웨이퍼의 기상 성장 장치의 낱장식 반응실 부분의 단면도이다.

도 10에 있어서, 기상 성장 반응실(10)은 벨쟈(ll)와 하부 플레이트(12)에 의해 포위되어

반응 공간역(S)을 형성하고 있다. 벨쟈(ll)에는 원료 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 가스 도입구(13)와, 가스 배출구(14)가 설치되어 있다.

또한, 반응 공간역(S)내의 아래쪽에는 실리콘 웨이퍼(W)를 소정의 서스셉터(15)를 통해 유지하는 회전 홀더(16)가 설치되어 있다.

상기 회전 홀더(16)는 하부 플레이트(12)를 관통하여 신장되는 회전축(17)에 의해 지지되어, 하부 플레이트(12)보다도 아래쪽으로 설치되는 회전 구동 장치(도시하지 않음)에 연결되어 회전 가능하게 되어 있다. 또한 회전 홀더(16)는 중공형으로 형성되고, 중공 내에 히터 지지체(18)가 설치되어 있다.

상기한 면형 히터(1)는 필요하면 절연봉이라든지 반사판 등(도시하지 않음)을 통하여 히터 지지체(18)에 장착된다. 그리고, 합성 가열체(1)의 하부에 돌출되는 급전용 전극부(F)에는 급전선(19)및 (20)이 접속되어 중공형의 히터 지지체(18)내를 통하여 외부의 급전 설비(도시하지 않음)에 접속되어 있다.

상기와 같이 형성된 기상 성장 반응실(10)에 있어서, 회전 구동 장치(도시하지 않음)에 의해 회전되는 회전축(17)및 회전 홀더(16)를 통해 회전되는 서스셉터(15)상에 장착되는 웨이퍼(W)는 원하는 회전수로 회전됨과 동시에 면형 히터(1)로써, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 외주까지의 전역에 걸쳐 균일한 온도 분포로 가열된다.

이 경우, 웨이퍼(W)와 합성 가열체(1)는 약 3mm 이상의 소정 간격을 가지도록 설치되는 것이 바람직하다. 동시에, 가스 도입구(13)로부터 기상 반응역(S) 내로 소정의 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스가 도입되어, 웨이퍼(W)상에 유하 공급되어, 균일하게 가열되어 온도 상승된 웨이퍼 표면에서 반응하여 피막이 성장하여 성막된다. 기상 반응후의 가스는 웨이퍼(W)의 외주부에서 반응 공간역(S)내 하측으로 유통해서 가스 배출구(14)로부터 기상 성장 반응실(10) 밖으로 배출된다.

또, 상기한 기상 성장 반응실은 낱장식이지만, 본 발명에 관련된 면형 히터는 복수의 반도체 실리콘 웨이퍼를 동시에 처리하는 일괄식 기상 성장 반응실에 적용할 수도 있다.

또한, 상기한 실시 형태에 있어서는, 복수의 분할 히터를 집합시키어 합성 가열체를 구성하고 있지만, 본 발명은 이러한 특정 구성에 한정되지 않고, 예컨대 하나의 전기 저항식 띠형 히터를 사행시키어 면형으로 형성시킨 것이더라도 동일한 작용 효과를 기대할 수 있다.

이상의 설명으로도 분명하듯이, 본 발명에 관련된 면형 히터에 의하면, 그 합성 가열체의 단자부와 급전용 전극부간에 가요성의 도전성 시트를 개재시키어 히터의 단자부를 상기 전극부에 고정한 구성으로 하였기 때문에, 가요성의 도전성시트가 히터와 급전용 전극부간의 열팽창 차이에 의한 기계적인 스트레스를 흡수할 수 있다.

따라서, 열팽창의 차이에 의한 히터의 단자부 부근에서 생기는 치핑이라든지 크랙, 그 위에 이상 스파크의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기한 기계적인 스트레스에 의한 고정용의 볼트 파손을 방지할 수 있게 되어, 면형 히터를 이용한 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

더구나, 가요성의 도전성 시트, 예컨대 팽창 흑연 시트는 히터 단자부와 전극부간의 전기적인 접촉을 항상 양호하게 유지하여, 제어된 소정의 전류를 히터에 대하여 부여할 수 있기 때문에, 확실한 온도 제어를 보증할 수 있다.

Claims (25)

1. 피가열체의 지지부재의 아래쪽으로 거의 동심형으로 설치되는 전기 저항식 면형 히터로, 합성 가열체에 의해 형성되어 적어도 상기 피가열체 외주부보다 외측으로 연장됨과 동시에, 상기 합성 가열체가 2이상의 분할 히터로 분할되어, 각 분할 히터가 양단부에 단자를 가짐과 동시에, 상기 분할 히터의 양단자간에 굴절부를 갖고 소정으로 굴절되어지는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
2. 제1항에 있어서, 상기 분할 히터는 각각 적어도 하나의 굴절부를 갖고 각각의 상기 양단자 중 적어도 한편이 인접하는 분할 히터의 하나의 단자에 마주 대하여 위치하는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
3. 제1항에 있어서, 상기 분할 히터는 2이상의 짝수인 굴절부를 갖고 상기 양단자 중 적어도 한편이 인접하는 분할 히터의 하나의 단자에 마주 대하여 위치하는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 분할 히터의 각 단자가 형성되는 면형 히터의 외주부에 배치되는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가열체의 지지 부재가 반도체 기상 성장 반응실의 웨이퍼 지지 부재인 것을 특징으로 하는 면형 히터.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 가열체가 유리형 카본제이고, 상기 합성 가열체가 상기 피가열체와 대략 동일 형상 또는 상기 피가열체 외형의 1.2배 이상으로 외주부가 넓어진 형상인 것을 특징으로 하는 면형 히터.
7. 피가열체의 지지부재의 아래쪽에 대략 동심형으로 설치되는 전기 저항식 면형 히터로,

   제1 합성 가열체 및 제2 합성 가열체에 의해 적어도 상기 피가열체 외주부보다 외측으로 연장하도록 형성되어 있고, 상기 제1 합성 가열체의 외주부를 제2 합성 가열체로 포위하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 합성 가열체가 2이상의 분할 히터로 분할되어, 각 분할 히터가 양단부에 단자를 가짐과 동시에, 상기 분할 히터의 양단자 사이에 적어도 1개의 굴절부를 갖고 소정으로 굴절되어지는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
9. 제8항에 있어서, 상기 분할 히터가 2이상의 짝수인 굴절부를 갖고, 상기 양단자가 서로 마주 대하여 위치하는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
10. 제9항에 있어서, 상기 분할 히터의 각 단자가 형성되는 합성 가열체의 외주부에 배치되는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
11. 제7항에 있어서, 상기 제2 합성 가열체가 형성하는 면환형은 상기 제1 띠형 히터면과 동일면에 배치되는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
12. 제7항에 있어서, 상기 제2 합성 가열체가 형성되지만, 상기 제1 띠형 히터면과 단차를 갖고 상측으로 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 합성 가열체와 제2 합성 가열체가 일부 중복하여 단차를 갖고 배치되는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가열체의 지지부재가 반도체 기상 성장 반응실의 웨이퍼 지지 부재인 것을 특징으로 하는 면형 히터.
15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 합성 가열체가 모두 유리형 카본제이고, 상기 합성 가열체가 상기 피가열체와 거의 동일 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
16. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 합성 가열체가 모두 유리형 카본제이고, 상기 합성 가열체가 상기 피가열체 외형의 1. 2배 이상으로 외주부가 넓어진 형상인 것을 특징으로 하는 면형 히터.
17. 각 합성 가열체는 단자부와 급전용 전극부를 가지는 합성 가열체를 포함하고, 상기 각 합성 가열체는 상기 단자부와 급전용 전극부 사이에 가요성의 도전성시트를 개재시키어 합성 가열체의 단자부를 상기 전극부에 고정시키는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
18. 제1항에 있어서, 각 합성 가열체는 전기 저항식 띠형 히터가 2이상의 분할 히터로 분할되어, 각 분할 히터의 각각의 단자부를 가요성의 도전성 시트를 개재시키어 급전용 전극부에 고정한 것을 특징으로 하는 면형 히터.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 급전용 전극부에, 볼트의 수나사가 나사식으로 결합되는 암나사가 형성되고, 각 단자부에는 볼트 구멍이 형성되어, 수나사를 형성한 볼트가 상기 볼트 구멍에 삽입되어 상기 암나사를 형성한 급전용 전극부에 나사식으로 결합됨으로써, 면형 히터의 단자부를 상기 전극부에 고정시키도록 구성하고, 상기 수나사를 형성한 볼트는 단자부에 접촉하는 볼트 헤드를 가지는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
20. 제19항에 있어서, 상기 급전용 전극부와 상기 볼트 헤드 사이에 가요성의 도전성 시트를 개재시킨 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 면형 히터.
21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성의 도전성 시트는 단자부에 접착제를 통해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
22. 제6항에 있어서, 상기 합성 가열체의 단자부의 중심선 평균 굵기 Ra가 5∼100㎛인 것을 특징으로 하는 면형 히터.
23. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 가열체가 유리형 카본제이고, 상기 가요성의 도전성 시트가 팽창 흑연 시트인 것을 특징으로 하는 면형 히터.
24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착제와 유리형 카본제 합성 가열체가 동일 수지 원료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면형 히터.
25. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창 흑연 시트는 그 두께가 0. 1∼0. 7mm인 것을 특징으로 하는 면형 히터.