KR20080087702A - 가열 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체(基體)의 두께를 크게 하지 않고, 또한 기체에 발생하는 열응력을 크게 하지 않으며, 기판을 균일하게 가열할 수 있는 가열 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
기체(11)는 가열면(11a)을 갖고 있다. 기체(11) 내에 개별적으로 온도 제어가능한 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)가 매설되어 있다. 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)는, 기체(11)의 가열면(11a)과 평행한 대략 동일 평면 내에서 서로 비접촉으로 기체(11)의 중앙부로부터 기체(11)의 외주부에 걸쳐서 소용돌이 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13) 중 한쪽의 발열체는 기체(11)의 중앙부 쪽에 고발열 밀도부를, 기체의 둘레 가장자리부 쪽에 저발열 밀도부를 가지며, 다른 쪽의 발열체는 기체의 중앙부 쪽에 저발열 밀도부를, 기체의 둘레 가장자리부 쪽에 고발열 밀도부를 갖고 있다.
기체, 열응력, 가열면, 발열체, 가열 장치
Description
본 발명은 가열 장치, 보다 상세하게는, 반도체 디바이스의 제조 공정에서 기판으로서 사용되는 웨이퍼 또는 그 외의 판 형상의 피가열재를 가열하기 위한 가열 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 제조 장치를 사용하여 웨이퍼 상에 절연막 등을 형성하기 위해서 가열 처리가 실시된다. 이 반도체 제조 장치에 있어서, 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 장치 중에는, 웨이퍼를 적재하여 가열하는 가열면을 갖는 원반 형상의 세라믹스 기체를 구비하고, 이 세라믹스 기체에 발열체가 설치되는 가열 장치가 있다. 이 가열 장치는 반도체 제조 프로세스에서의 성막(成膜) 공정뿐만 아니라, 웨이퍼의 표면을 플라스마 분위기 등에 의해 드라이 에칭하는 표면 처리 공정 등에도 유리하게 적용된다.
웨이퍼의 성막 공정이나 표면 처리 공정에서, 웨이퍼의 가열 온도 및 웨이퍼면 내에서의 온도 균일성은, 성막된 피막의 성상이나 에칭된 웨이퍼 표면의 성상에 영향을 미치며, 그 결과, 반도체 디바이스의 특성이나 수율에 영향을 미친다. 따라서, 웨이퍼의 성막 공정 시나 표면 처리 공정 시에, 웨이퍼를 소정의 온도로 면 내 균일하게 가열하도록, 가열 장치의 가열을 제어하는 것이 요구된다.
그 때문에, 세라믹스 기체에 발열체가 설치된 가열 장치 중에는, 세라믹스 기체 내의 중앙부와 둘레 가장자리부에 각각 저항 발열체가 매설되어, 이 세라믹스 기체 중앙부의 저항 발열체와 둘레 가장자리부의 저항 발열체의 발열을 독립적으로 제어하는 것이 가능한 가열 장치가 있다.
이러한 가열 장치에 관하여, 제1 가열 소자가 스테이지의 본체 내의 제1 평면 내에 배치되고, 제2 가열 소자가 스테이지 본체 내의 제1 평면보다도 스테이지 표면으로부터 떨어진 제2 평면 내에 배치된 멀티존 저항 히터가 있다(특허 문헌 1).
또한, 기체 내의 동일 평면 내에서, 제1 가열 소자가 히터의 둘레 가장자리부에 설치되고, 제2 가열 소자가 히터의 중앙부에 설치된 가열 장치가 있다(특허 문헌 2).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-59848호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-133195호 공보
특허 문헌 1에 기재된 바와 같은, 기체 내의 다른 평면에, 제1 가열 소자와 제2 가열 소자를 설치한 가열 장치에서는, 기체 내의 2개의 층에 가열 소자를 매설하기 때문에, 가열 장치의 제조 공정수가 많아져, 생산성의 관점에서 불리하였다. 또한, 기체의 두께가 두꺼워지기 때문에, 기체의 열용량이 증가하여, 온도 상승시 및 온도 하강시의 응답성이 저하될 우려가 있다.
또한, 특허 문헌 2에 기재된 바와 같은, 기체 내의 동일 평면 내에서, 제1 가열 소자가 히터의 둘레 가장자리부에 설치되고, 제2 가열 소자가 히터의 중앙부에 설치된 가열 장치에서는, 기체의 중앙부로부터 외주부에 걸친 온도 분포에 대하여, 온도 변화가 극단적으로 커지는 온도 분포가 되기 쉬워, 기체에 큰 열응력이 발생하는 경우가 있다. 특히, 이 기체가 세라믹스로 이루어지는 경우에는, 큰 열응력에 의해 크랙이 발생할 우려가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 기체의 두께를 크게 하지 않고, 기체에 발생하는 열응력을 크게 하지 않으며, 기판을 균일하게 가열할 수 있는 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명의 가열 장치는, 세라믹스로 이루어지고 가열면을 갖는 기체와, 상기 기체 내에 매설되어 개별적으로 온도 제어 가능한 제1 발열체 및 제2 발열체를 구비하고, 상기 제1 발열체 및 제2 발열체는, 상기 기체의 가열면과 평행한 대략 동일 평면 내에서 서로 비접촉으로 기체의 중앙부로부터 기체의 외주부에 걸쳐서 소용돌이 형상으로 형성되어 이루어지며, 상기 제1 발열체 및 제2 발열체 중 어느 한쪽의 발열체는 기체의 중앙부 쪽에 고발열 밀도부를, 기체의 둘레 가장자리부 쪽에 저발열 밀도부를 갖고, 다른 쪽의 발열체는 기체의 중앙부 쪽에 저발열 밀도부를, 기체의 둘레 가장자리부 쪽에 고발열 밀도부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가열 장치에 따르면, 발열체가 기체 내의 거의 동일면 내에서 소용돌이 형상으로 형성되어 있기 때문에, 기체의 두께를 작게 할 수 있으며, 열응력에 의한 크랙이 억제된, 균열성(均熱性)이 우수한 가열 장치를 획득하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 가열 장치의 실시예에 대하여 도면을 사용해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 장치의 일실시예에 있어서의 기체의 모식적인 횡단면도이고, 도 2의 I-I선에서 절단한 단면을 도시한다. 도 2는 도 1에 도시한 기체를 구비하는 본 발명의 실시예의 가열 장치의 종단면도이고, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에서 절단한 단면을 도시한다. 도 1 및 도 2에 도시되는 가열 장치는, 세라믹스로 이루어지는 원반 형상의 기체(11)를 구비하고 있다. 이 기체(11)의 한쪽의 평면은, 도 2에 도시되는 바와 같이, 이 가열 장치에 의해 가열되는 피가열물, 예컨대 반도체 웨이퍼가 적재되어 가열되는 가열면(11a)이다. 이 가열면(11a)에 적재된 피가열 물을 가열하기 위하여, 도 1 및 도 2에 도시한 본 실시예에서는, 기체(11)의 내부에 있어서, 가열면(11a)과 대략 평행한 평면 내에 제1 발열체(12)와, 제2 발열체(13)가 각각 매설되어 있다. 이 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)는 모두 저항 발열체로서, 통전(通電)됨으로써 발열한다.
이 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)는 각각, 도 1에 도시되는 기체(11)의 횡단면도와 같이, 즉 도 2의 I-I선에서 절단한 단면도와 같이, 기체(11)의 가열면(11a)에 평행한 평면 내에서, 기체(11)의 중앙부로부터 둘레 가장자리부에 걸쳐서 서로 비접촉으로 소용돌이 형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 발열체(12)는 기체(11)의 중앙부에 설치된 2개의 단자(14)에 각각 접속되는 2개의 선형 저항 발열체가, 상기 평면 내에서 서로 인접하게 소용돌이 형상의 곡선 형상을 이루도록 형성되고, 이들 선형 저항 발열체는 기체(11)의 둘레 가장자리부 근방의 접힘부(12e)에서 접속되는 방식으로 구성되어 있다. 이와 마찬가지로, 제2 발열체(13)는, 기체(11)의 중앙부에 설치된 2개의 단자(15)에 각각 접속되는 2개의 선형 저항 발열체가, 상기 제1 발열체(12)를 구성하는 저항 발열체와는 비접촉으로, 상기 평면 내에서 서로 인접하게 소용돌이 형상의 곡선 형상을 이루도록 형성되고, 이들 선형 저항 발열체는 기체(11)의 둘레 가장자리부 근방의 접힘부(13e)에서 접속되는 방식으로 구성되어 있다.
이 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)는 각각 상기 평면 내에서, 기체(11)의 중앙부측에 설치된 부분과, 기체(11)의 둘레 가장자리부 측에 설치된 부분에서, 발열 밀도가 다르게 구성되어 있다. 도 1 및 도 2에서 도시한 실시예에서는, 제1 발 열체(12)는 기체(11)의 중앙부 쪽에 도면에서 굵은 선으로 표현한 고발열 밀도부(12a)를, 기체(11)의 둘레 가장자리부 쪽에 그 고발열 밀도부(12a)보다도 발열 밀도가 낮은 도면에서 얇은 선으로 표현한 저발열 밀도부(12b)를 갖고 있다. 이에 대하여, 제2 발열체(13)는 기체(11)의 중앙부 쪽에 도면에서 얇은 선으로 표현한 저발열 밀도부(13b)를, 기체(11)의 둘레 가장자리부 쪽에 저발열 밀도부(13b)보다도 발열 밀도가 높은, 도면에서 굵은 선으로 표현한 고발열 밀도부(13a)를 갖고 있다.
상기 제1 발열체(12)에 전류를 공급하기 위하여, 도 2에 도시되는 바와 같이, 제1 발열체와 접속하는 단자(14)를 향하여, 기체(11)의 가열면(11a)과는 반대측의 면, 즉 배면(11b)으로부터 2개의 급전봉(給電棒; 16)이 삽입되어, 각각 이들 단자(14)와 접속되어 있다. 이와 마찬가지로, 제2 발열체와 접속하는 단자(15)를 향하여, 기체(11)의 배면(11b)으로부터 2개의 급전봉(17)이 삽입되어, 이들 단자(15)와 각각 접속되어 있다. 이들 급전봉(16) 및 급전봉(17)은, 도시하지 않은 전원에 접속되어 있다. 전원은 급전봉(16)에 공급하는 전력과, 급전봉(17)에 공급하는 전력을, 독립적으로 제어 가능하게 되어 있다. 이에 따라, 급전봉(16)과 접속되는 제1 발열체(12)와, 급전봉(17)과 접속되는 제2 발열체(13)는 개별적으로 발열 온도를 조정하는 것이 가능해진다.
이들 급전봉(16) 및 급전봉(17)을 보호하고, 기체(11)를 지지하는 중공의 지지 부재(18)가, 기체(11)의 배면(11b)의 중앙부에 고착되어 있다. 이 지지 부재(18)는, 예컨대 기체(11)와 동종의 재료인 세라믹스로 이루어진다. 급전봉(16) 및 급전봉(17)은, 이 지지 부재(18)의 중공부를 통과하여 기체(11) 내에 삽입되어 있다. 본 발명의 가열 장치(10)가 반도체 제조 장치에 부착되었을 때, 상기 지지 부재(18)의 중공부 내의 분위기는 지지 부재(18)에 의해 가열면(11a) 근방의 분위기와 차폐된다. 그 때문에, 지지 부재(18)의 중공부 내에 설치되어 있는 급전봉(16) 및 급전봉(17)은, 피가열물로서의 반도체 웨이퍼를 가열할 때의 부식성 분위기에 노출되는 일이 없으며, 따라서 급전봉(16) 및 급전봉(17)의 부식이 방지된다.
본 실시예의 가열 장치(10)에서는, 상술한 바와 같이 기체(11)의 내부에 있어서, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)가, 기체(11)의 가열면(11a)과 대략 평행한 동일 평면 내에 설치되어 있다. 이 때문에, 종래의 가열 장치와 같이 복수의 발열체가 기체 내의 다른 평면에 각각 설치된 가열 장치와 비교하여, 기체(11)의 두께를 얇게 할 수 있으며, 따라서, 장치를 경량화할 수 있고, 기체의 열용량을 감소시킴으로써 발열체에 의한 승온시 및 강온시의 응답성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기체의 제조 공정을 간략화하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 발열체(12)는, 상술한 바와 같이 기체(11)의 중앙부 쪽에 고발열 밀도부(12a)를, 기체의 둘레 가장자리부 쪽에 고발열 밀도부(12a)보다도 발열 밀도가 낮은 저발열 밀도부(12b)를 갖고 있다. 이러한 배열에 의해, 제1 발열체(12)를 통전함으로써, 기체(11)의 가열면(11a)에 있어서는 중앙부를 둘레 가장자리부보다도 고온으로 할 수 있다. 또한, 제2 발열체(13)는, 상술한 바와 같이 기체(11)의 중앙부 쪽에 저발열 밀도부(13b)를, 기체(11)의 둘레 가장자리부 쪽에 저발열 밀도 부(13b)보다도 발열 밀도가 높은 고발열 밀도부(13a)를 갖고 있다. 이러한 배열에 의해, 제2 발열체(13)를 통전함으로써, 기체(11)의 가열면(11a)에 있어서는 둘레 가장자리부를 중앙부보다도 고온으로 할 수 있다. 본 실시예의 가열 장치(10)는 이들 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)가 조합되어 있기 때문에, 이 제1 발열체(12)에 공급하는 전력과 제2 발열체(13)에 공급하는 전력을, 전원에 의해 독립되게 조정함으로써, 기체(11)의 가열면(11a)에서 중앙부의 발열량과 둘레 가장자리부의 발열량을 제어하여, 균열성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예의 가열 장치(10)는 상기한 전력의 조정에 의해 기체의 중앙부로부터 둘레 가장자리부로의 온도 구배(勾配)를 임의로 변경시킬 수 있기 때문에, 예컨대 둘레 가장자리부가 중앙부에 비하여 10℃ 높은 온도 분포, 또는 둘레 가장자리부가 중앙부에 비하여 5℃ 낮은 온도 분포를 만들어내는 것도 가능하다.
제2 발열체(13)의 중앙부 쪽의 저발열 밀도부(13b), 둘레 가장자리부 쪽의 고발열 밀도부(13a)는 도시된 바와 같이 단순히 2개의 밀도부로 나누어지는 것은 아니다. 본 발명의 가열 장치의 제2 발열체는 기체의 중앙부로부터 주변부에 걸쳐서 연속적 또는 단계적으로 발열 밀도를 높게 하는 것을 의미한다. 기체에 구멍이 있는 경우 등은 그 구멍의 근방에 위치하는 부분의 제2 발열체의 발열 밀도를 부분적으로 높게 하는 경우도 있다. 제1 발열체(12)는 반대로 중앙부로부터 주변부에 걸쳐서 연속적 또는 단계적으로 발열 밀도를 작게 하는 것을 의미한다.
또한, 본 실시예의 가열 장치는, 제1 발열체(12)와 제2 발열체(13)가, 서로 비접촉으로 소용돌이 형상으로 형성되어 있기 때문에, 종래의 가열 장치와 같이 기 체의 중앙부와 둘레 가장자리부에 각각 발열체를 설치한 가열 장치와 비교해서, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)에 공급하는 전력의 조정에 의해 가열면(11a)의 면내 온도 분포를 완만하게 할 수 있다. 따라서, 기체(11) 내의 온도차에 의한 열응력을 작게 할 수 있다. 또한, 기체(11)의 중앙부와 둘레 가장자리부와의 온도 분포를 미세 조정할 수 있으며, 가열면(11a)에 적재된 피가열물을 정밀하게 가열할 수 있다.
본 실시예의 가열 장치는, 기체(11)가 세라믹스로 이루어지는 것이 바람직하다. 기체가 세라믹스로 이루어지는 경우, 기체는 우수한 내식성과 고온 내구성을 갖는다. 또한 일반적으로 가열 조건에 따라서는 열응력에 의해 깨질 가능성이 있으나, 이 점에 있어서, 본 실시예의 가열 장치에 따르면, 발생하는 열응력을 작게 할 수 있기 때문에, 기체(11)가 세라믹스로 이루어져 있어도 열응력에 의한 크랙의 우려가 적어, 본 발명의 가열 장치의 효과가 보다 분명해진다.
이 기체(11)의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소 및 사이알론 등의 질화물계 세라믹스; 알루미나 등의 산화물계 세라믹스; 탄화규소 등의 탄화물계 세라믹스; 알루미나-탄화규소 복합 세라믹스 등을 적용할 수 있다. 단, 본 실시형태에 있어서는 기체의 재료로서 질화알루미늄이 가장 바람직하다. 질화알루미늄은 우수한 열전도성과 높은 전기 절연성을 갖고 있기 때문에, 본 실시형태에 따른 가열 장치의 기체에 적용함으로써 더욱 양호한 균열성이 달성된다.
기체(11)의 형상은 특별히 한정되지 않으나, 원반 형상인 것이 피가열물인 반도체 웨이퍼의 가열에 적합하기 때문에 바람직하다. 기체(11)의 가열면(11a)의 형상은 평면인 경우로 한정되지 않고, 예컨대, 반도체 웨이퍼의 사이즈에 따른 오목부를 중앙부에 갖는 포켓 형상, 표면에 미소한 돌기를 갖는 엠보스 형상, 표면에 미소한 홈이 형성된 홈이 있는 형상으로 할 수도 있다.
기체(11)는 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다. 그중에서도, 핫프레스법이나 HIP(열간 정수압 프레스)법을 적용하는 것이 바람직하다.
기체(11) 내에 매설되는 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)에는, 저항 발열체 코일을 사용할 수 있고, 또한, 인쇄법으로 도포 형성한 저항 발열체를 사용할 수도 있다. 그 외에, 메쉬, 리본, 펀칭 메탈과 같은 형태도 발열체로서 이용 가능하다. 본 실시예의 가열 장치에서는, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)는, 고발열 밀도부(12a, 13a) 및 저발열 밀도부(12b, 13b)를 갖고 있다. 이 고발열 밀도부(12a, 13a) 및 저발열 밀도부(12b, 13b)는, 저항 발열체 코일을 사용하는 경우에는, 코일 피치를 고발열 밀도부와 저발열 밀도부에서 다르게 함으로써 실현할 수 있으며, 또한, 인쇄법으로 도포 형성한 저항 발열체를 사용하는 경우에는, 도포 형성된 저항 발열체의 선폭 및 두께 중 적어도 어느 한쪽을 고발열 밀도부와 저발열 밀도부에서 다르게 함으로써 실현할 수 있다.
이 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)의 재질은, 저항 발열체로서 사용할 수 있는 재료이면 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 레늄 또는 하프늄(hafnium) 등의 고융점 금속 재료 및 이들의 합금을 사용할 수 있 다. 또한, 상기의 금속 재료 이외에도, 카본, TiN, TiC 등의 도전성 재료를 사용할 수 있다. 하지만, 본 실시형태에 있어서 세라믹스 기체가 질화알루미늄으로 이루어지는 경우에는, 이들 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)는 몰리브덴으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 왜냐하면, 몰리브덴의 열팽창계수가 질화알루미늄의 열팽창계수에 근사하기 때문이다.
제1 발열체(12)와 제2 발열체(13)는, 기체(11)의 가열면(11a)에서 보아, 서로 겹쳐지지 않도록, 대략 동일 평면 내에서 형성되어 있을 필요가 있다. 제1 발열체(12)가 형성되어 있는 평면과, 제2 발열체(13)가 형성되어 있는 평면이, 기하학적으로 엄밀한 의미에서 동일 평면인 것은 요구되지 않는다. 공업적인 제조상에 있어서의 오차는 허용되며, 평면의 오차는 바람직하게는 3 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1 ㎜ 이하이다.
제1 발열체(12)가 형성되어 있는 평면 및 제2 발열체(13)가 형성되어 있는 평면은, 기체(11)의 가열면(11a)과 대략 평행한 평면인 것이, 균열성 및 온도 제어성을 향상시키는 관점에서 바람직하다. 대략 평행이란, 제조상의 오차를 허용하는 것이며, 5°정도의 경사의 차이가 있는 경우를 포함한다.
제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)의 소용돌이 형상은, 도 1에 도시한 예로 한정되지 않으며, 감는 수, 소용돌이 방향, 배선 패턴 등에 따라 다수의 변형예가 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시한 실시예는, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)가, 각각 기체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 발열 밀도가 크게 다른 2개의 부분을 갖 는 예이지만, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)는, 기체의 중앙부로부터 둘레 가장자리부에 걸쳐서, 3개 또는 그 이상의 발열 밀도가 다른 부분을 갖는 것으로 할 수도 있다. 또한, 기체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 발열 밀도가 크게 다른 2개의 부분을 갖는 예에 있어서도, 이 중앙부 내에서 더욱 미세하게 발열 밀도를 다르게 한 부분을 형성하여, 지지 부재(18)와의 접합부나 단자(14, 15)로부터의 방열을 보정하도록 할 수도 있다. 마찬가지로, 둘레 가장자리부 내에서 더욱 미세하게 발열 밀도를 다르게 한 부분을 형성할 수도 있다.
또한, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)에 덧붙여, 하나 또는 그 이상의 발열체를 서로 비접촉으로 기체(11)의 중앙부로부터 기체의 외주부에 걸쳐서 소용돌이 형상으로 형성하여, 본 발명의 가열 장치로 사용할 수도 있다.
제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)에 접속되는 단자(14) 및 단자(15)는, 도 2에 도시된 바와 같이 기체(11)의 중앙부에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 그 이유는, 단자(14) 및 단자(15)가 기체(11)의 중앙부에 설치되어 있음으로써, 이 단자(14) 및 단자(15)와 접속하여, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)에 전력을 공급하는 급전봉(16) 및 급전봉(17)을, 기체(11)의 배면(11b)의 중앙부에 설치할 수 있기 때문이다. 급전봉(16) 및 급전봉(17)이 기체(11)의 배면(11b)의 중앙부에 설치됨으로써, 이들 급전봉(16) 및 급전봉(17)은 중공의 지지 부재(18)의 중공부에 배치될 수 있으며, 이 중공의 지지 부재(18)의 측벽부에 의해 가열 처리시의 부식성 분위기로부터 차단될 수 있다. 따라서, 급전봉(16) 및 급전봉(17)의 내구성이 향상된다.
단자(14) 및 단자(15)의 재질은, 발열체의 재질인 고융점 재료나 니켈이 바람직하다. 또한, 단자의 형상은 특별히 한정되지 않고, 원기둥 형상이나 그 외의 형상으로 할 수 있다.
단자(14) 및 단자(15)와, 제1 발열체(12) 및 제2 발열체(13)와의 접속은, 납땜 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 단자(14) 및 단자(15)와, 급전봉(16) 및 급전봉(17)과의 접속도 또한, 납땜 등에 의해 행할 수 있다.
단자(14) 및 단자(15)와 접속하는 급전봉(16) 및 급전봉(17)은 로드뿐만 아니라, 와이어나, 로드와 와이어와의 복합물이어도 좋다. 급전봉(16) 및 급전봉(17)의 재질도 한정되지 않는다. 이들은 가열면 근방의 부식성 분위기로부터 중공의 지지 부재(18)에 의해 격리되어 있으며, 부식되기 어렵기 때문에, 그 재질을 금속으로 하는 것이 바람직하고, 특히 니켈이 바람직하다.
급전봉(16) 및 급전봉(17)을 수용하고 기체(11)를 지지하기 위하여, 기체(11)의 배면(11b)에 상술한 중공의 지지 부재(18)를 구비하는 것이 바람직하다. 가열 장치가 급전봉(16) 및 급전봉(17)을 수용하는 지지 부재(18)를 구비함으로써, 가열 장치를 반도체 제조 장치에 용이하게 부착할 수 있다. 이러한 부착시, 본 발명의 가열 장치는, 상술한 바와 같이 기체(11)의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 기체(11)가 경량화되며, 따라서 지지 부재(18)에 의한 기체(11)의 지지를 한층 용이하게 행할 수 있다. 또한, 급전봉(16) 및 급전봉(17)이 지지 부재(18)의 중공부에 수용되기 때문에, 상술한 바와 같이 급전봉(16) 및 급전봉(17)의 부식을 방지할 수 있으며, 나아가서는 단자(14) 및 단자(15)의 부식을 방지할 수도 있다.
지지 부재(18)의 재질은 특별히 한정되지 않으나, 세라믹스로 이루어지는 기체(11)와 동종의 세라믹스로 이루어지는 것이 바람직하다. 그 이유는, 지지 부재(18)가 기체(11)와 동종의 세라믹스로 이루어지는 경우에는, 열팽창 계수가 거의 동일해져서, 지지 부재(18)와 기체(11)와의 접합부에 발생하는 열응력이 작아지고, 따라서 이 접합부에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문이다.
지지 부재(18)와 기체(11)와의 접합은 공지의 방법으로 행할 수 있으며, 예컨대, 납땜이나, 고상 접합에 의해 접합할 수 있다.
지지 부재(18)는 기체(11)의 배면(11b)의 중앙부에 접합되는 것이 바람직하다. 기체(11)의 배면(11b)의 중앙부에 접합됨으로써, 기체(11)로부터 지지 부재(18)로의 전열(傳熱) 영역이 기체(11)의 중앙부가 되어, 기체(11) 내에 매설된 복수 개의 발열체와의 조합에 의해 양호한 균열성을 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 가열 장치의 다른 실시예를 도 3 및 도 4에 도시한다. 도 3은 가열 장치의 다른 실시예에서의 기체(11)의 횡단면도이고 도 4의 Ⅲ-Ⅲ선에서 절단한 단면을 도시한다. 도 4는 도 3에 도시한 기체(11)의 종단면도이며, 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에서 절단한 단면을 도시한다. 또, 도 3 및 도 4에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시한 부재와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있으며, 이하에서는 중복되는 설명을 생략한다.
도 3 및 도 4에 도시한 가열 장치(20)는 도 1 및 도 2에 도시한 가열 장치(10)와 다음 사항이 상이하다. 가열 장치(20)는, 기체(21)의 중앙부에, 제1 발열체(12)에 접속되는 2개의 단자 중의 하나와, 제2 발열체(13)에 접속되는 2개의 단 자 중의 하나가 공용되어 있는, 공통 단자(19)를 갖고 있다. 그리고, 제1 발열체(12)를 구성하는 2개의 선형의 발열체는 각각 단자(14)와 공통 단자(19)에 접속되고, 제2 발열체(13)를 구성하는 2개의 선형 발열체는 각각 단자(15)와 상기 공통 단자(19)에 접속되어 있다.
이 공통 단자(19)에 공용 급전봉(22)이 접속되어 있다. 따라서, 도 3 및 도 4에 도시한 가열 장치(20)에서는, 지지 부재(18)의 중공부에 수용되는 전극봉으로서는, 제1 발열체와 접속하는 단자(14)에 접속되는 급전봉(16)과, 제2 발열체와 접속하는 단자(15)에 접속되는 급전봉(17)과, 공통 단자에 접속되는 공용 급전봉(22)과 같이, 총 3개가 있다. 이에 비해서, 도 1 및 도 2에 도시한 가열 장치(10)에서는, 지지 부재(18)의 중공부에 수용되는 전극봉이, 제1 발열체와 접속하는 2개의 단자(14)에 각각 접속되는 2개의 급전봉(16)과, 제2 발열체와 접속하는 2개의 단자(15)에 각각 접속되는 2개의 급전봉(17)과 같이, 총 4개이다. 따라서, 도 3 및 도 4에 도시한 가열 장치(20)는, 도 1 및 도 2에 도시한 가열 장치(10)에 비해서, 지지 부재(18)의 중공부에 수용되는 전극봉의 수를 줄일 수 있다. 그 때문에, 지지 부재(18)를 보다 콤팩트하게 설계할 수 있다. 지지 부재의 직경을 작게 할 수 있다면, 설계의 자유도가 커지고, 게다가 기체(11)와 지지 부재(18)와의 접합부에 작용하는 열응력의 저감도 가능하다.
<실시예>
[실시예 1]
도 1 및 도 2에 도시한 구조를 갖는 가열 장치를 제작하였다. 기체(11)는 직 경이 320 ㎜, 두께가 10 ㎜로 제작하였다. 기체(11)의 재질은 질화알루미늄으로 하였다. 기체(11) 내에 (재질은 몰리브덴이고 코일 형상의 발열체로 이루어지는) 제1 발열체(12)와 제2 발열체(13)를, 도 1에 도시한 배선 패턴으로, 각각 기체(11) 내에 매설하였다. 제1 발열체(12)는 기체(11)의 중앙부 쪽에 고발열 밀도부(12a)를, 기체(11)의 둘레 가장자리부 쪽에 고발열 밀도부(12a)보다도 발열 밀도가 낮은 저발열 밀도부(12b)를 갖도록 하였다. 제2 발열체(13)는 기체(11)의 중앙부 쪽에 저발열 밀도부(13b)를, 기체(11)의 둘레 가장자리부 쪽에 저발열 밀도부(13b)보다도 발열 밀도가 높은 고발열 밀도부(13a)를 갖도록 하였다.
기체(11)의 배면(11b)의 중앙부에, 중공의 지지 부재(18)를 고상 접합 하였다. 또한 이 중공인 지지 부재(18)의 중공부를 통하여 급전봉(16) 및 급전봉(17)을 기체(11) 내의 단자(14 및 15)와 접속하였다.
제작된 가열 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼의 가열을 행한 결과, 기체(11)의 가열면(11a)에서의 온도 분포는 설정 온도 700℃일 때, △T=5℃가 되어, 제1 발열체 및 제2 발열체에 공급하는 전력의 공급에 의해, 양호한 균열성을 달성할 수 있었다.
[실시예 2]
도 3 및 도 4에 도시한 구조를 갖는 가열 장치(20)를 제작하였다. 본 실시예의 가열 장치(20)는, 실시예 1의 가열 장치(10)와 대비하여, 제1 발열체(12)에 접속되는 2개의 단자 중의 하나와, 제2 발열체(13)에 접속되는 2개의 단자 중의 하나가 공용되어 있는 공통 단자(19)를 갖고 있어, 그 공통 단자(19)에 공용 급전 봉(22)이 접속되어 있는 점이 상이하며, 그 외에는 실시예 1의 가열 장치(10)와 동일하다.
제작된 가열 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼의 가열을 행한 결과, 기체(11)의 가열면(11a)에서의 온도 분포는 설정 온도 700℃일 때, △T=4℃가 되어, 도 1 및 도 2에 도시된 장치(10)보다도 더욱 양호한 균열성이 달성된다. 이러한 이유로 이하의 것을 고려할 수 있다. 일반적으로 반도체 웨이퍼의 가열시에는, 기체에 설치된 단자는 열을 발생시키지 않고, 단자로부터 전극봉으로 열이 방사되어, 기체의 가열면에 있어서 단자 주변부는 쿨스팟(cool spot)이 되기 쉽다. 그러나 도 1 및 도 2에 도시된 가열 장치에 비하여, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예의 가열 장치는 단자의 수가 감소됨으로써, 쿨스팟이 줄고, 이에 따라 더욱 양호한 균열성이 달성될 수 있다고 여겨진다.
이상, 도면을 사용하여 본 발명에 따른 가열 장치의 실시예를 설명하였으나, 본 발명에 따른 가열 장치는 도시된 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지의 범위 내에서 다수의 변형이 가능하다. 예컨대, 기체 내에는 제1 발열체 및 제2 발열체뿐만 아니라, 기체의 가열면에 정전력을 발생시키기 위한 유전 전극이나, 상기 가열면에 플라스마 분위기를 형성하기 위한 고주파 전극이 상기 기체 내에 매설된 것이어도 좋다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 장치의 일 실시예에서의 기체의 모식적인 횡단면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 가열 장치의 모식적인 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가열 장치의 다른 실시예에서의 기체의 모식적인 횡단면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 가열 장치의 모식적인 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 기체 12: 제1 발열체
13: 제2 발열체 18: 지지 부재
Claims (4)
- 세라믹스로 이루어지고, 가열면을 갖는 기체(基體)와,상기 기체 내에 매설되어 개별적으로 온도 제어 가능한 제1 발열체 및 제2 발열체를 구비하고,상기 제1 발열체 및 제2 발열체는, 상기 기체의 가열면과 평행한 대략 동일 평면 내에서 서로 비접촉으로 기체의 중앙부로부터 기체의 외주부에 걸쳐서 소용돌이 형상으로 형성되어 이루어지며,상기 제1 발열체 및 제2 발열체 중 어느 한쪽의 발열체는 기체의 중앙부 쪽에 고발열 밀도부를, 기체의 둘레 가장자리부 쪽에 저발열 밀도부를 갖고, 다른 쪽의 발열체는 기체의 중앙부 쪽에 저발열 밀도부를, 기체의 둘레 가장자리부 쪽에 고발열 밀도부를 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기체는 질화알루미늄으로 이루어지고, 상기 제1 발열체 및 제2 발열체는 몰리브덴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 발열체에 접속되는 단자 및 상기 제2 발열체에 접속되는 단자를 각각 상기 기체의 중앙부에 구비하고,상기 기체의 가열면과는 반대측의 면에, 기체와 동종의 세라믹스로 이루어진 중공의 지지 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 발열체에 접속되는 2개의 단자 중 하나와, 상기 제2 발열체에 접속되는 2개의 단자 중 하나가 공용되어 있는 공통 단자를 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007079527 | 2007-03-26 | ||
| JPJP-P-2007-00079527 | 2007-03-26 |
Publications (2)
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