KR20030032846A

KR20030032846A - 가열장치

Info

Publication number: KR20030032846A
Application number: KR1020020061172A
Authority: KR
Inventors: 야마구치신지; 오카지마히사카즈; 고토요시노부; 우노유타카
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2003-04-26
Also published as: US6875960B2; TWI267937B; US20030071032A1; JP3856293B2; KR100495987B1; JP2003123943A

Abstract

전력을 공급함으로써 발열하여 피가열물을 가열하는 가열면을 구비하는 가열 장치에 있어서, 가열 장치를 소정의 장치에 설치한 후의 가열면 온도 분포를 저비용으로 용이하게 줄일 수 있도록 한다.

가열 장치(25)는, 전력을 공급함으로써 발열하여 피가열물을 가열하는 가열면(4a)을 구비하는 주가열 소자(3), 전력을 공급함으로써 발열하는 복수의 보조 가열 소자(5A-5D), 주가열 소자(3)에 전력을 공급하기 위한 주전원(1), 보조 가열 소자에 전력을 공급하기 위한 보조 전원(2), 및 주가열 소자와 보조 가열 소자에 대한 전력 공급량을 각각 독립적으로 제어하는 전원 제어 장치(2)를 구비한다. 주가열 소자(3)에 대하여 복수의 보조 가열 소자(5A-5D)가 적층되어 있다. 전원 제어 장치(2)에 의해 가열면(4a)의 온도 분포에 따라 복수의 각 보조 가열 소자(5A-5D)로의 전력 공급량을 제어한다.

Description

가열 장치{A HEATING SYSTEM}

본 발명은 가열 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 장치에는 열 CVD 등에 의해 실란 가스 등의 원료 가스로 반도체 박막을 제조함에 있어서 기판인 웨이퍼를 가열하기 위한 세라믹 히터가 구비되어 있다. 세라믹 히터로서는 소위 2존 히터라고 불리는 것이 알려져 있다. 2존 히터에서는 세라믹 기재 중에 고융점 금속으로 이루어지는 내주측 저항 발열체와 외주측 저항 발열체를 매설하고 이들 저항 발열체에 각각 별개의 전류 도입 단자를 접속시켜 각 저항 발열체에 각각 독립적으로 전압을 인가함으로써 내주 저항 발열체 및 외주측 저항 발열체를 독립적으로 제어한다.

또한, 특개평5-326112호 공보에서는 고융점 금속 등으로 이루어지는 복수의 회로 패턴에 의해 세라믹 히터의 저항 발열체를 구성하고 있다. 그리고, 하나의 회로 패턴의 접힌 곳이나 되접음부 등에 다른 회로 패턴을 중합시키고 있다.

예컨대, 반도체 웨이퍼를 가열하는 용도에 따라서는 가열면의 온도를 전체적으로 균일하게 제어할 필요가 있으며, 사용 조건하에서 예컨대 가열면 전체에 걸쳐 ± 5℃ 이하라는 엄격한 사양을 만족하는 것이 요구된다.

예컨대, 세라믹 히터를 제조한 후에 내부 저항 발열체에 대하여 전력을 공급하고 목표 온도까지 승온했을 때 목표한 균열성(均熱性)을 얻을 수 있었던 것으로한다. 그러나, 이 세라믹 히터를 실제 챔버에 부착하면 가열면의 온도 분포가 변화한다. 이것은 세라믹 히터를 챔버에 부착하기 위한 기구와의 접촉면의 면적, 접촉면의 형상, 기구의 열 용량, 챔버의 형상 및 열 용량, 챔버 내면의 열 반사 및 열 흡수, 챔버 내외 기체의 기압과 흐름 등 다수의 복잡한 요인에 의해서 좌우된다.

이러한 이유에서 세라믹 히터를 챔버에 부착하기 전에 가열면의 균열성을 얻을 수 있었던 경우라도 세라믹 히터를 챔버에 부착한 후에는 목표로 한 균열성을 얻을 수 없는 경우가 많다. 따라서, 세라믹 히터를 챔버에 부착한 후에 저항 발열체에 대한 전력을 미세 조정함으로써 가열면의 온도 분포가 작아지도록 조절해야 한다.

그러나, 이러한 조절은 실제로는 곤란했다. 왜냐하면, 저항 발열체에 대한 전력 공급량을 증가, 감소시키면 그 저항 발열체 전체의 발열량이 변화할 뿐이며, 반드시 세라믹 히터 설치후의 가열면 온도 분포가 작아지는 것이 아니라 오히려 커지는 경우도 있기 때문이다. 또한, 상술한 소위 2존 히터는 가열면 외주 부분의 평균 온도나 내주 부분의 평균 온도를 변화시키는데 유효하다. 그러나, 세라믹 히터의 설치후에는 가열면의 일부에만 저온점(cold spot)이나 고온점(hot spot)이 발생하는 경우가 많고, 이 때문에 유효하게 대응할 수 없다.

또한, 세라믹 히터를 다수의 존으로 분할하고 각 존에 대응하여 각각 별개로 저항 발열체를 매설하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우에는, 저온점이 있는 존에 대응하는 저항 발열체로의 전력 공급량을 증대시킴으로써 저온점을 소거하는 것이가능한 것 같이 보인다.

그러나, 본 발명자가 검토한바, 실제로 이러한 제어는 곤란한 것으로 판명되었다. 왜냐하면, 가열면 각 부분의 온도는 그 부분 바로 아래의 저항 발열체의 발열량뿐만 아니라, 다른 존의 저항 발열체의 발열 영향도 받고 있다. 즉, 가열면의 온도 분포는 각 저항 발열체로부터의 발열량뿐만 아니라 세라믹 기판의 형상, 치수, 열 용량 및 기판의 주변 온도, 기압, 기체의 흐름 등 다수 변수의 상호 작용에 의해 결정된다. 저온점이 존재하는 존에 대응하는 저항 발열체로의 전력 공급량을 증대시킴으로써 그 저온점을 소거하는 것은 가능하다. 그러나, 이 경우에는 저온점하의 저항 발열체로부터의 열량이 인접한 존으로 전달되어 가열면 온도 분포의 밸런스를 변화시켜 고온점이 생성되는 경우가 있고, 또한 가열면의 평균 온도를 상승시켜 버린다. 가열면의 평균 온도가 상승하면 이를 저하시키기 위해 다른 존에 대응하는 저항 발열체로의 전력 공급량을 줄여야 하는데, 이 경우에는 다른 저온점이 생성되는 원인이 된다. 따라서, 하나의 저온점을 소거하더라도, 가열면의 최고 온도와 최저 온도와의 차는 오히려 넓어져 버리는 경우가 많다.

본 발명의 과제는 전력을 공급함으로써 발열하여 피가열물을 가열하는 가열면을 구비하는 가열 장치에 있어서 가열 장치를 소정의 장치에 설치한 후의 가열면의 온도 분포를 저비용으로 용이하게 줄일 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치(25)를 모식적으로 도시하는 블럭도이며, 주가열 소자(3) 및 보조 가열 소자(5A-5D)가 평면적으로 표시되어 있다.

도 2는 도 1의 가열 장치(25)를 모식적으로 도시하는 블럭도이며, 주가열 소자(3) 및 보조 가열 소자(5A-5D)의 단면이 표시되어 있다.

도 3은 제어 존의 분할 예를 도시하는 모식도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열 장치(25A)를 모식적으로 도시하는 블럭도이며, 주가열 소자(3A) 및 보조 가열 소자(5A-5D)가 평면적으로 표시되어 있다.

도 5는 도 4의 가열 장치(25A)를 모식적으로 도시하는 블럭도이며, 주가열 소자(3A) 및 보조 가열 소자(5A-5D)의 단면이 표시되어 있다.

도 6은 도 4, 도 5의 가열 장치(25A)를 유지 부재(13)로 고정하여 형성된 가열 장치(12)를 도시하는 단면도이다.

도 7은 도 6의 가열 장치(12)를 챔버(18)에 부착한 상태를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 주전원

2 : 전원 제어 장치

2a, 2b, 2c, 2d : 전원 제어부

3, 3A : 주가열 소자

4 : 주가열 소자의 기판

4a : 가열면

4b : 배면

5A, 5B, 5C, 5D : 보조 가열 소자

6a, 6b, 6c, 6d, 8 : 전력 공급 케이블

7 : 주연부

9 : 보조 가열 소자의 기판

10 : 보조 가열 소자의 저항 발열체

11 : 기판(4)내의 저항 발열체

12, 25, 25A : 가열 장치

13 : 유지 부재

14 : 절연체 시트

15 : 코터

17 : 웨이퍼

18 : 챔버

22 : 내주부

본 발명은 전력을 공급함으로써 발열하여 피가열물을 가열하는 가열면을 구비하는 주가열 소자, 전력을 공급함으로써 발열하는 보조 가열 소자, 주가열 소자에 전력을 공급하기 위한 주전원, 보조 가열 소자에 전력을 공급하기 위한 보조 전원, 및 주가열 소자와 보조 가열 소자에 대한 전력 공급량을 각각 독립적으로 제어하는 전원 제어 장치를 구비하는 가열 장치로서, 주전원으로부터 주가열 소자에 공급되는 전력의 제어 폭에 비하여 보조 전원으로부터 보조 가열 소자에 공급되는 전력의 제어 폭이 작도록 전원 제어 장치에 의해 보조 가열 소자로의 전력 공급량을 제어하여 가열면의 온도 분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 가열 장치에 관한 것이다.

본 발명자는 주전원으로부터의 전력을 주가열 소자로 공급함으로써, 가열면의 평균 온도를 거의 목표치로 유지한다. 이와는 달리, 가열 장치를 소정 개소에 설치한 후의 가열면의 온도 분포의 미세 조정을 목적으로 보조 가열 소자를 설치하고, 전원 제어 장치에 의해 보조 가열 소자로의 전력 공급량을 제어하는 것을 고려하였다. 이로 인해, 예컨대 가열면에 저온점이 발생한 경우에는, 그 저온점에 대응하는 보조 가열 소자로의 전력 공급량을 증가시켜 저온점을 소거한다.

여기서 중요한 것은, 가열 장치 설치후의 가열면의 미세 조정이라는 기능을 주가열 소자와는 별도인 보조 가열 소자에 담당시키고, 주가열 소자와는 분리한 것이다. 가령, 주가열 소자로의 전력 공급량의 증대에 의해 저온점을 소거하고자 하면, 상술한 바와 같이 다른 존으로의 영향이 크고, 결과적으로 가열면의 온도 분포를 충분히 축소시키는 것은 곤란하다. 그것은 각 주가열 소자가 대응 존의 온도를 거의 평균 온도로 유지하는 기능을 갖고 있어, 이 때문에 비교적 많은 전력으로 동작하고 있기 때문이다.

이에 비하여, 주가열 소자에 보조 가열 소자를 설치하고 각 보조 가열 소자로의 전력 공급량을 각각 독립적으로 제어하는 경우에는, 주가열 소자가 그 존에서 가열면의 온도를 거의 목표 온도로 유지하는 기능을 담당하고, 보조 가열 소자가 그 존의 온도를 미세 조정하는 기능을 담당한다. 이와 같이 기능이 분리되어 있기 때문에, 보조 가열 소자로의 전력 공급량은 주가열 소자로의 전력 공급량에 비해서 매우 작고, 보조 가열 소자로의 전력 공급에 의한 다른 존으로의 열적 영향은 최소화될 수 있다. 따라서, 비교적 저비용으로 용이하게 가열면 온도 분포의 미세 조정이 가능하게 되었다.

주전원으로부터 주가열 소자로 공급되는 전력의 제어 폭에 비하여 보조 전원으로부터 보조 가열 소자로 공급되는 전력의 제어 폭이 작도록 제어한다는 것은 이하의 취지이다. 주전원으로부터 주가열 소자로 공급되는 전력의 제어 폭이란 그 전력의 제어 가능한 상한과 하한의 차를 말한다. 이 제어 폭은 출력 지시 폭과 정격 최대 전력과의 곱이다. 정격 최대 전력일 때의 출력 지시 폭을 100%로 하고, 출력이 0일 때의 출력 지시 폭을 0%로 한다. 그리고, 실제 가열 장치에서 제어 가능한 출력 지시 폭을 백분률비로 나타낸다. 예컨대, 최대 정격 전력을 5 kW로 하고, 출력 지시 폭을 0∼100%로 하면 전력 제어 폭은 0∼5 kW이다. 보조 전원으로부터 보조 가열 소자에 공급되는 전력의 제어 폭도 동일한 의미이다.

예컨대, 보조 전원의 최대 정격 전력을 20 W로 하고, 출력 지시 폭을 0∼100%로 하면 전력 제어 폭은 0∼20 W이다. 이와 같이 보조 전원의 제어 폭은 주전원에서의 전력의 제어 폭에 비교해서 충분히 작다. 이와 같이 제어 폭이 작은보조 전원에 의한 제어를 제어 폭이 큰 주전원에 의한 온도 제어에 조합함으로써 정밀도 높은 제어가 가능하다.

주가열 소자, 보조 가열 소자의 각 형태는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다면 한정되지 않지만, 이하의 형태를 예시할 수 있다.

(A) 주가열 소자와 보조 가열 소자가 별개의 부재인 경우.

(B) 가열 장치가 일체물인 경우.

(A)의 경우에, 주가열 소자, 보조 가열 소자의 각 형태는 특별히 한정되지 않는다.

구체적으로 주가열 소자는 이하의 형태가 바람직하다.

(A1) 절연체로 이루어지는 기판의 내부에 저항 발열체를 매설하여 얻어진 히터.

(A2) 절연체로 이루어지는 기판의 표면에 발열체를 부착시켜 얻어진 히터.

(A3) 저항 발열체로 이루어지는 기판을 히터로서 사용한다. 이 기판에 전력을 공급함으로써 기판 자체가 발열한다.

(A)의 경우에 보조 가열 소자는 이하의 형태가 바람직하다.

(A2) 절연체로 이루어지는 기판의 표면에 발열체를 부착시켜서 얻어진 히터.

(A4) 절연체 시트 사이에 저항 발열체를 개재하여 형성된 히터.

(B)의 경우에 주가열 소자와 보조 가열 소자가 일체의 히터로 되어 있다. 이 경우에는 이하의 형태를 예시할 수 있다.

(B1) 절연체로 이루어지는 기판의 내부에 주가열 소자로서 작용하는 저항 발열체와 보조 가열 소자로서 작용하는 저항 발열체를 매설함으로써 히터를 제작한다.

(B2) 절연체로 이루어지는 기판의 내부에 주가열 소자로서 작용하는 저항 발열체를 매설한다. 이 기판의 배면(背面)(가열면과 반대측 면)상에 보조 가열 소자로서 작용하는 저항 발열체를 부착시킨다.

A1, A2, A4, B1, B2에 있어서 절연체는 특별히 한정되지 않지만, 오염 방지의 관점에서 세라믹이 바람직하며, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소(p-BN), 탄화 규소가 특히 바람직하다.

A1, A2, A4, B1, B2에 있어서 저항 발열체의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 선, 박(箔), 메쉬형, 코일 스프링형, 평판형, 리본형, 시트형이라도 좋다.

A1, A2, A3, A4, B1, B2에 있어서 저항 발열체의 재질은 특별히 한정되지 않으며 금속, 도전성 세라믹이라도 좋다. 구체적인 재질로서는 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 레늄, 하프늄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 순 금속, 혹은, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 레늄, 하프늄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 2종 이상의 금속 합금이 바람직하다. 기판을 질화 알루미늄으로 구성한 경우에는 저항 발열체의 재질은 몰리브덴 및 몰리브덴 합금인 것이 바람직하다. 또한, 니크롬 선등의 공지의 저항 발열체나 카본, TiN, TiC 등의 도전성 재료를 사용할 수도 있다.

A2, B2의 경우에는 기판의 표면에 저항 발열체를 인쇄법으로 형성할 수 있고, 또는 벌크체인 저항 발열체를 기판 표면에 접합할 수 있다. 또한, 기판에 대하여 선형, 리본형, 스트립형, 코일형의 저항 발열체가 권취될 수 있다.

A3의 경우에는 한 쌍의 수지 시트 사이에 저항 발열체를 개재하여 고정시킬 수 있다. 이러한 수지 시트의 재질은 가열 장치의 상한 온도에 견디는 내열성을 갖고 있으면 좋지만, 폴리이미드 수지, 불소 수지[특히 "테프론"(등록 상표)]를 예시할 수 있다.

A에서 보조 가열 소자를 주가열 소자에 고정하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 이하를 예시할 수 있다.

(1) 보조 가열 소자를 주가열 소자에 기계적으로 고정한다.

(2) 보조 가열 소자를 주가열 소자에 접착한다. 이 접착제는 한정되지 않지만, 내열성 수지(예컨대, 폴리이미드 수지, 불소 수지)가 바람직하다.

적합한 실시예에서는 복수의 보조 가열 소자를 주가열 소자의 주연부상에 배치한다. 이는 가열 장치를 챔버에 고정할 때는 가열 장치를 구성하는 기판의 주연을 고정하는 경우가 많으므로, 가열 장치의 주연부에서 열전도가 많아져 저온점이나 고온점이 생기기 쉬워진다. 따라서, 주가열 소자의 주연부에서 가열면의 온도를 미세 조정하기 위해서는 주가열 소자의 주연부상에 보조 가열 소자를 설치하는 것이 유리하기 때문이다.

적합한 실시예에서는 복수의 보조 가열 소자가 주가열 소자의 주연부상에 주가열 소자의 중심에 대하여 대략 회전 대칭의 위치에 배치되어 있다. 여기서, 회전 대칭이란 보조 가열 소자 중의 하나를 주가열 소자의 중심에 대하여 소정 각도 회전시키면, 인접하는 보조 가열 소자의 위치와 중복되는 것을 뜻한다. 이 회전 각도가 180°이면 2회 대칭이 되고, 120°이면 3회 대칭이 되고, 90°이면 4회 대칭이 된다.

적합한 실시예에서 주가열 소자는 세라믹으로 이루어지는 기판과, 이 기판의 내부에 매설되어 있는 저항 발열체를 구비한다. 본 발명은 세라믹 히터의 가열면 온도의 미세 조정에 특히 유용하다.

적합한 실시예에서는 보조 가열 소자가 절연체판과, 절연체판에 권취되는 발열체를 구비한다. 이 절연판의 재질은 상기한 것을 예시할 수 있다.

적합한 실시예에서는 기판 및 보조 가열 소자를 기계적으로 적층 상태로 유지하는 유지 수단을 구비한다. 이러한 기계적 고정 수단을 사용함으로써 열응력이 보조 가열 소자와 주가열 소자의 계면에 가해져 세라믹이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서는 주가열 소자와 보조 가열 소자를 적층한다. 여기서, 적합한 실시예에서는 가열면과 보조 가열 소자가 상호 대략 평행하다. 이로 인해, 가열 장치 중에서 상하 방향의 열 전도가 균일하게 행해진다. 여기서 말하는 대략 평행이라는 것은 기하학적으로 보아 완전히 평행한 경우에 덧붙여 0∼3°의 범위 내에 있는 것을 말한다.

본 발명 가열 장치의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 화학적 기상 성장 장치, 에칭 장치, 베이킹 장치, 코터용 경화 장치를 예시할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치(25)를 모식적으로 도시하는 블럭도이며, 주가열 소자(3) 및 보조 가열 소자(4)를 평면적으로 나타내고 있다. 도 2는 도 1의 가열 장치를 모식적으로 도시하는 블럭도이며, 주가열 소자(3) 및 보조 가열 소자(4)의 단면을 도시하고 있다.

본 예에서 주가열 소자(3)는 원판 형상의 기판(4)으로 이루어진다. 이 기판의 세부사항은 여러 가지로 선택 가능하므로 도시 생략한다. 기판(4) 속에 저항 발열체를 매설할 수 있고, 기판(4) 표면에 저항 발열체를 부착시킬 수 있다. 또는, 기판(4) 자체를 저항 발열체로서 기능시킬 수 있다. 4a는 가열면이며, 4b는 배면이다. 7은 주가열 소자(3)의 주연부이며, 22는 주가열 소자(3)의 내주부이다. 주연부(7)는 둥근 고리 형상을 하고 있다.

본 예에서는 주연부(7)를 4개의 존으로 나누어 각 존에 보조 가열 소자(5A, 5B, 5C, 5D)를 설치했다. 각 보조 가열 소자는 주가열 소자(4)의 배면(4b)에 설치되어 있다. 4개의 보조 가열 소자는 원주 방향으로 상호 연속되어 있으며, 전체적으로 둥근 고리 형상의 가열 소자를 형성하고 있다. 보조 가열 소자는 주가열 소자(4)의 중심 O에 대하여 4회의 회전 대칭 위치에 배치되어 있다. 즉, 각 보조 가열 소자를 90°회전시키면 인접한 소자의 위치에 위차하게 된다.

주가열 소자(3)의 단자는 케이블(8)을 통해서 주전원(1)에 접속되어 있다. 보조 가열 소자의 단자는 전원 제어 장치(2)에 접속되어 있다. 본 예에서 전원 제어 장치(2)는 4개의 전원 제어부(2a, 2b, 2c, 2d)로 나뉘어져 있다. 그리고, 각 보조 가열 소자(5A, 5B, 5C, 5D)는 각각 케이블(6a, 6b, 6c, 6d)을 통해서 각 전원 제어부(2a, 2b, 2c, 2d)에 접속되어 있다.

본 예에서는 주가열 소자(3)로의 전력 공급량은 주전원(1)에 의해 제어된다. 그리고, 각 보조 가열 소자로의 각 전력 공급량은 각 전원 제어부(2a, 2b, 2c, 2d)에 의해 제어된다. 예컨대, 가열 장치의 설치후에 주연부(7) 중 보조 가열 소자(5A)의 존에 저온점이 발생한 경우에는 대응하는 보조 가열 소자(5A)로의 전력 공급을 시작하고, 다른 보조 가열 소자(5B, 5C, 5D)에는 전력을 공급하지 않는다. 이로 인해 약간의 소비 전력으로 저온점을 확실하게 소거할 수 있고, 또한 가열면의 다른 부분으로의 영향을 최소화할 수 있다.

본 발명의 작용 효과를 나타내기 위해서는, 보조 가열 소자로의 전력 공급량(합계치)의 주가열 소자로의 전력 공급량에 대한 배율[보조 가열 소자로의 전력 공급량(합계치)/주가열 소자로의 전력 공급량]을 1/10 이하로 하는 것이 바람직하고, 1/20 이하로 하는 것이 더욱 바람직하며, 1/100 이하로 하는 것이 가장 바람직하다. 특히 600℃ 이상의 고온에서 사용할 경우에는 주가열 소자에의 총 전력 공급량이 급격히 커지기 때문에 1/100 이하로 하는 것이 바람직하다.

보조 가열 소자의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 다만, 가열면 중 일부만의 온도 제어를 신속히 행한다는 관점에서는 보조 가열 소자의 개수가 3개 이상인 것이 바람직하며, 4개 이상인 것이 더욱 바람직하다. 4개 이상 있는 것이 특히 바람직한 이유는 이하와 같다. 반도체 제조 장치의 챔버는, 많은 경우 웨이퍼 반입용 게이트 밸브와 챔버 내부 관측용 윈도우를 구비하고, 가열 소자로부터의 방열 밸런스가 변화하기 쉬워진다. 4개 이상의 보조 가열 소자를 설치함으로써 게이트 밸브나 관측용 윈도우측 영역을 가열하거나 반대로 게이트 밸브와 시인용 창 사이의 영역을 가열할 수 있다. 이로 인해 웨이퍼 면 내의 성막을 균일화할 수 있도록 가열 소자의 온도 분포를 미세 조정할 수 있기 때문이다.

다만, 보조 가열 소자의 개수가 지나치게 많으면 오히려 비용 상승의 요인이 되기 때문에 비용 삭감이라는 관점에서는 보조 가열 소자의 개수를 32개 이하로 하는 것이 바람직하다. 각 제어 장치를 SSR 방식으로 하는 경우에는 12개 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 각 보조 가열 소자를 조합시켜 가열 조절하는 경우에는 8개 이하로 해도 양호한 온도 분포를 얻을 수 있다.

예컨대, 보조 가열 소자를 복수 설치하고 각 보조 가열 소자에 대하여 각 제어 존을 할당한 경우에는 각 제어 존에서의 전력을 변화시킴에 따라 전체적으로 양호한 온도 분포를 얻을 수 있다. 예컨대, 도 3에서 기재를 8개의 존(15A∼15H)으로 분할하여 제어하는 것으로 한다. 이 경우, 특정한 제어 존의 전력을 변화시킨 경우에는, 인접한 제어 존의 온도에 영향을 미친다. 따라서, 어떤 제어 존에서는 인접한 제어 존에서의 전력 변동을 상쇄하는 방향으로 전력을 변화시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 제어 존(15A)에서 보조 가열 장치의 출력 지시치가 100%라 하면 인접한 제어 존(15H)에서의 보조 가열 장치의 출력 지시치를 0%로 하고, 제어 존(15B)에서의 출력 지시치를 40%로 할 수 있다.

또한, 존(15A)의 출력 지시치를 100%로 한 경우에, 인접한 존(15B, 15H)의출력을 각각 0%, 10%로 하고, 존(15C, 15G)의 출력 지시치를 각각 40%, 30%로 할 수 있다. 존(15A)을 100%로 함으로써 존(15B, 15H)의 온도가 지나치게 상승할 경우에는 존(15C, 15G)의 출력을 올림으로써, 즉 단순히 저온점부를 보조 가열할 뿐만 아니라, 인접한 보조 존의 출력이나, 또한 이에 인접한 보조 존의 출력까지도 조절함으로써, 히터의 면 내주 방향의 온도 구배까지 조절할 수 있는 것이다.

특히 바람직하게는 주가열 소자가 2존 히터 또는 3존 히터이며, 보조 가열 소자의 개수가 4∼8개이다.

도 4, 도 5는 도 1의 가열 장치(25)를 더욱 구체화한 가열 장치(25A)에 관한 것이다. 도 4는 가열 장치(25A)의 블럭도이지만, 주가열 소자(3A) 및 보조 가열 소자(5A-5D)를 평면적으로 도시하고 있다. 도 5는 가열 장치(25A)의 블럭도이지만, 주가열 소자(3A) 및 보조 가열 소자(5A-5D)의 단면을 도시하고 있다.

본 예에서는 주가열 소자(3A)가 원판 형상의 기판(4)과, 기판(4) 중에 매설되어 있는 저항 발열체(11)로 이루어진다. 저항 발열체(11)는 금속 선, 금속 박, 금속 페이스트 인쇄 전극이라도 좋다. 기판(4)의 배면(4b)에는 예컨대 4개의 보조 가열 소자(5A-5D)가 설치되어 있다.

각 보조 가열 소자는 원호형으로 신장되는 기판(9)과, 기판(9) 주위에 권취된 저항 발열체(10)로 이루어진다. 기판(9)은 상술한 바와 같은 절연체로 이루어지고, 특히 바람직하게는 마이카(운모)로 이루어진다. 저항 발열체(10)는 기판(9) 표면에 예컨대 나선형으로 권취되어 있어 일종의 코일을 형성하고 있다. 보조 가열 소자(5A)의 저항 발열체(10) 양끝은 케이블(6a)을 통해서 전원 제어부(2a)에 접속되어 있고, 보조 가열 소자(5B)의 저항 발열체(10) 양끝은 케이블(6b)을 통해서 전원 제어부(2b)에 접속되어 있으며, 보조 가열 소자(5C)의 저항 발열체(10) 양끝은 케이블(6c)을 통해서 전원 제어부(2c)에 접속되어 있고, 보조 가열 소자(5D)의 저항 발열체(10) 양끝은 케이블(6d)을 통해서 전원 제어부(2d)에 접속되어 있다.

적합한 실시예에서는 기판 및 보조 가열 소자를 기계적으로 적층 상태로 유지하는 유지 수단을 설치한다. 도 6, 도 7은 이 실시예에 관한 것이다. 도 6은 도 4, 도 5의 가열 장치(25A)를 기계적으로 유지하여 형성된 가열 장치(12)를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 7은 가열 장치(12)를 코터용 경화 장치의 챔버에 부착한 상태를 도시하는 단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이 가열 장치(12)는 가열 장치(25)를 유지 부재(13)로 유지사쿄 형성된 것이다. 본 예에서는 보조 가열 소자(5A-5D)의 배면측에 링형의 절연체 시트(14)가 마련되어 있다. 절연체 시트(14)의 재질은 한정되지 않지만, 내열성 수지로 이루어지는 것이 세라믹의 균열을 방지한다고 하는 관점에서 특히 바람직하다. 이러한 내열성 수지로서는 폴리이미드 수지, 불소 수지를 예시할 수 있다.

본 예의 유지 부재(13)는 상측 유지부(13a)와 하측 유지부(13b)를 구비한다. 유지부(13a)는 기판(4) 가열면(4a)의 에지를 유지하고 있다. 유지부(13b)는 절연체 시트(14)를 통해 보조 가열 소자(5A-5D)를 그 배면측에서 유지하고 있다. 이와 같이, 절연체 시트(14)를 보조 가열 소자와 유지 부재 사이에 개재시킨 경우에는 유지 부재(13)를 금속으로 형성하는 것이 가능해진다.

도 7에 도시한 바와 같이 가열 장치(12)를 챔버(18)에 부착한다. 챔버(18)에는 개구(18a)가 설치되어 있고 개구(18a) 주위에 안착부(20)를 통해 유지 프레임(19)이 설치되어 있다. 유지 프레임(19) 상에 가열 장치(12)가 설치되어 있다. 가열 장치(12)를 챔버(18)에 설치한 상태에서, 개구(18a)는 가열 장치(12)의 배면 공간(24)에 연통해 있고, 각 케이블은 공간(24) 및 개구(18a)를 통과하여 챔버(18)의 외부에 설치된 주전원 및 전원 제어 장치에 접속되어 있다.

가열 장치(12)의 가열면(4a)에는 코터에 의해 도포된 웨이퍼(17)가 설치되어 있고, 소정 온도로 가열되어 있다. 챔버(18) 내의 공간(16)에는 유체 도입 구멍(15)이 설치되어 있고, 유체 도입 구멍(15)으로부터 화살표와 같이 유체를 웨이퍼(17)의 표면에 공급하며, 가열 장치(12)에 의해 웨이퍼(17)를 가열하여 열경화시킨다. 이로 인해 소정의 막 특성을 얻는다. 막으로서는 레지스트 막 외에 저유전률(3 이하)의 층간 절연막(Low-K막/예컨대 Silk)이나 커패시터막(예컨대 SBT) 등을 들 수 있다.

본 발명에서 전원 제어 장치는 각 보조 가열 소자로의 전력 공급량을 제어하는 것으로, 이 기능을 담당하는 한 공지의 전원 제어 장치를 전용(轉用)할 수 있고, 전원 제어 장치의 종류는 한정되지 않는다. 상술의 예와 같이 각 보조 가열 소자에 대응하는 복수의 전원 제어부로 나뉘어져 있을 필요는 없다. 여기서, 각 보조 가열 소자로의 전력 공급을 온-오프 제어할 수 있다. 또는, 각 보조 가열 소자로의 전력 공급량을 0과 최대치 사이에서 연속적으로 제어할 수 있다.

이하, 구체적인 실험 결과에 관해서 서술한다. 도 6에 도시한 바와 같은 가열 장치(12)를 제조하고, 도 7에 도시한 바와 같이 코터용 경화 장치의 챔버에 가열 장치(12)를 설치했다.

주가열 소자(3A)로는 세라믹 히터를 이용했다. 이 히터를 구성하는 세라믹은 AlN이며, 저항 발열체는 몰리브덴 선으로 이루어진다. 히터(3A)의 가열면(4a) 직경은 320mm이며, 히터(3A)의 두께는 4 mm이다. 기판(4) 중에 열전쌍을 삽입하여 매설했다.

보조 가열 소자(5A-5D)의 기판(9)은 운모로 형성하고, 저항 발열체(10)는 니크롬선으로 했다. 유지 부재(13)는 스테인레스강으로 형성했다. 절연체 시트(14)는 폴리이미드 수지로 형성했다. 보조 가열 소자의 외경은 300 mm이며, 내경은 220 mm이며, 두께는 1 mm이다.

이렇게 해서 얻어진 가열 장치(12)를 챔버(18)에 부착하여 주가열 소자(3A)에 전력을 공급하고 열전쌍에 의한 측정 온도가 200℃가 되도록 했다. 이 때 주전원의 출력은 342.6 와트였다. 이 때 가열면(4a)의 온도 분포를 RTD 웨이퍼로 관측하여 최고 온도와 최저 온도의 차를 측정한 바, 5.2℃였다. 전체적으로 가열면의 내주부 온도가 높고, 주연부의 온도가 낮게 되어 있었다. 그러나, 가열면의 주연부 온도는 일정하지 않고, 주연부의 약 1/4 정도는 내주부와 같은 정도의 고온으로 되어 있었다.

이어서 주전원으로부터의 전력 공급량을 저하시키고, 주연부에 설치된 보조 가열 소자에 전력을 공급했다. 다만, 주연부 중 고온의 존에 대응하는 보조 가열 소자에는 전력을 공급하지 않았다. 그리고, 열전쌍에서의 측정 온도가 200℃가 되도록 했다.

이 상태에서는 주가열 소자에 대한 전력 공급량은 334.2 와트이며, 보조 가열 소자로의 전력 공급량은 합계 8.5 와트였다. 그리고, 이 상태로 가열면의 최고 온도와 최저 온도의 차를 측정한 바, 1.1℃로 할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 전력을 공급함으로써 발열하여 피가열물을 가열하는 가열면을 구비하는 가열 장치에 있어서 가열 장치를 소정의 장치에 설치한 후 가열면의 온도 분포를 저비용으로 용이하게 줄일 수 있다.

Claims

전력을 공급함으로써 발열하여 피가열물을 가열하는 가열면을 구비하는 주가열 소자,

전력을 공급함으로써 발열하는 보조 가열 소자,

상기 주가열 소자에 전력을 공급하기 위한 주전원,

상기 보조 가열 소자에 전력을 공급하기 위한 보조 전원, 그리고

상기 주가열 소자와 상기 보조 가열 소자에 대한 전력 공급량을 각각 독립적으로 제어하는 전원 제어 장치

를 구비하고, 상기 주전원으로부터 상기 주가열 소자에 공급되는 전력의 제어 폭에 비하여 상기 보조 전원으로부터 상기 보조 가열 소자에 공급되는 전력의 제어 폭이 작도록, 상기 전원 제어 장치에 의해 상기 보조 가열 소자로의 전력 공급량을 제어하여 상기 가열면의 온도 분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항에 있어서, 복수의 상기 보조 가열 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조 가열 소자는 상기 주가열 소자의 주연부상에 적층되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서, 상기 복수의 보조 가열 소자는 상기 주가열 소자의 주연부상에 상기 주가열 소자의 중심에 대하여 대략 회전 대칭의 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주가열 소자는 세라믹으로 이루어지는 기판과, 이 기판의 내부에 매설되어 있는 발열체를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조 가열 소자는 절연체판과, 이 절연체판에 권취된 발열체를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제4항에 있어서, 상기 기판 및 상기 보조 가열 소자를 기계적으로 적층 상태로 유지시키는 유지 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조 가열 소자는 세라믹으로 이루어지는 기판과, 이 기판의 내부에 매설되어 있는 발열체를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주가열 소자와 상기 보조 가열 소자는 일체화되어 있고, 세라믹으로 이루어지는 기판의 내부에 매설되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.