KR100503544B1

KR100503544B1 - 가열 장치

Info

Publication number: KR100503544B1
Application number: KR10-2002-0070990A
Authority: KR
Inventors: 하마구치마키
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2005-07-25
Also published as: KR20030041084A; US6932872B2; JP2003151737A; TWI221397B; JP3984820B2; TW200300648A; US20030094451A1

Abstract

반도체 집적회로 제조 프로세스에 사용되는 감압 CVD 장치나 어닐링 장치에 장착되어, IC를 형성하는 웨이퍼를 가열 처리하는 가열 장치로서, 웨이퍼가 균일하게 가열되고, 웨이퍼의 온도가 급속하게 상승 또는 강하되며, 웨이퍼가 대량으로 처리될 수 있는 가열 장치이며, 상기 가열 장치는 반응 용기내에 배치된 유리상 탄소제의 원통체와, 반응 용기의 외측에 배치되고, 유리상 탄소제의 원통체를 발열시킴으로써 반응 용기내의 웨이퍼를 가열하기 위한 고주파 유도 코일을 포함한다.

Description

가열 장치{HEATING APPARATUS}

본 발명은, 예를 들어 감압 CVD 장치에 장착되고 웨이퍼의 가열 처리에 적합한 가열 장치에 관한 것이다.

주지와 같이, 반도체 집적회로 제조 프로세스는 산화 및 확산 처리 장치, 기상 적층 성장 장치(vapor phase epitaxial growth system), 감압 CVD 장치(LPCVD 장치), 어닐링 장치 등의 여러가지의 IC 프로세스 유닛을 포함한다. 이들 유닛은 IC를 형성중이거나 형성하고자 하는 실리콘 웨이퍼(이하, 간단히 "웨이퍼"라 칭함)를 가열 처리하기 위한 가열 장치를 구비하고 있다.

도 2는, 종래 기술을 설명하기 위한 것으로서, 가열 장치로서 전기 저항 가열에 기초한 히터를 구비한 종형 감압 CVD 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 감압 CVD에 있어서, 일반적으로 400℃ 내지 800℃ 온도에서, 0.1Torr 내지 30Torr(약 0.013kPa 내지 4.0kPa)의 압력하에서 막이 형성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 배치(batch) 처리식의 종형 감압 CVD 장치는 단면이 중공 원형이고 상부가 돔형인 석영제의 반응 용기(51)와, 이 반응 용기(51) 내측에 배치되는 석영제의 원통형 내부 튜브(54)와, 이 내부 튜브(54)의 내측에 배치되고, 다수(예를 들면, 100장 내지 150장 정도)의 수직으로 배열된 웨이퍼(52)가 장착되는 보트(53)와, 매니폴드(56)를 구비하고 있다. 또한, 이 종형 감압 CVD 장치는 반응 용기(51)의 둘레에 동심형으로 배치되어 본 예의 경우에서 반응 용기를 둘러싸는 원통형 히터(55)를 구비하고 있다. 상기 반응 용기(51), 내부 튜브(54), 보트(53) 및 히터(55)는 동일 축선으로 배열된다. 매니폴드(56)상에는, 반응 용기(51)와 내부 튜브(54)가 배치됨과 동시에, 보트(53)에는 그 중간에 보온통(도시하지 않음)이 배치된다. 또한, 매니폴드(56)는 원료 가스 등을 내부 튜브(54)내로 공급하기 위한 가스 인젝터(57a, 57b)를 구비하며, 반응후의 가스 또는 미반응 가스를 반응 용기(51)로부터 배출시키는 가스 배기 포트(58)를 구비하고 있다.

이하, 이러한 전기 저항 가열에 기초한 히터(55)를 구비한 종형 감압 CVD 장치를 이용하여 웨이퍼(52)상에 예를 들어 폴리실리콘 막을 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 우선, 웨이퍼(52)를 보트(53)상에 탑재하고, 이 보트(53)가 그상에 배치된 보온통(도시하지 않음)과 함께, 보트(53)는 매니폴드(56)의 하단부에 위치된 개구부(도시하지 않음)로부터 내부 튜브(54)내로 삽입된다. 매니폴드(56)의 개구부는 해치(hatch)에 의해 폐쇄되어 있다. 다음에, 전기 저항 가열에 기초한 히터(55)에 의해 내부 튜브(54)의 내측 공간을 소정의 온도로 가열함과 동시에, 내부 튜브(54)내로 가스 인젝터(57a)를 통해 실란 가스(silane gas)를 공급한다. 이 실란 가스가 가열되어 웨이퍼(52)의 표면상에서 열분해 반응함으로써, 웨이퍼(52)의 표면상에 폴리실리콘 막을 형성한다. 반응후의 가스 또는 미반응 가스는, 내부 튜브(54)와 반응 용기(51) 사이의 경로를 통과하여 가스 배기 포트(58)로부터 외부로 배출된다. 전술된 바와 같이, 이 종형 감압 CVD 장치에서 웨이퍼상에 막을 형성하기 위해서, 가열 장치로서 전기 저항 가열에 기초한 히터(55)를 이용하여 웨이퍼(52)를 가열 처리한다.

도 3은, 종래 기술을 설명하기 위한 것으로서, 가열 장치로서 적외선 램프를 구비한 단일 웨이퍼 처리식 기상 적층 성장 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 실리콘의 기상 적층 성장은 사용되는 원료 가스(사염화규소 가스, 이염화실란 가스, 삼염화실란 가스 및 실란 가스의 4종류)에 따라 다르지만, 일반적으로 그 반응은 1100℃ 내지 1200℃ 정도의 온도에서 일어난다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 석영으로 이루어진 반응 용기(61)내에는, 1장씩 그상에 탑재된 웨이퍼(62)를 지지하도록 설계된 디스크형 서셉터(63)가 배치되어 있다. 서셉터(63)의 표면은 탄화규소로 코팅된 흑연 기재로 제조된다. 반응 용기(61)의 외측에는 가열 장치로서의 다수의 적외선 램프(64)가 반응 용기와 동심형으로 배치되어 있다. 반응 용기(61)내의 상부 공간(61a)에서는, 가스 공급 포트(65)를 통해 캐리어 가스인 수소 가스와 함께 도입된 원료 가스[도펀트(dopant)를 포함함]가 웨이퍼(62)의 표면 위를 실질적인 층류(laminar flow)를 형성하면서 이동하여, 반대측상에 위치된 배기 포트(66)로부터 배출된다. 또한, 반응 용기(61)내의 하부 공간(61b)에서는, 원료 가스(반응 가스) 압력보다도 높은 압력하에서 정화 가스인 수소 가스가 공급된다. 이러한 기상 적층 성장 장치에 있어서, 반응 용기(61)내에 배치된 웨이퍼(62)가 반응 용기(61)의 상하에 위치된 적외선 램프(64)에 의해서 반응 용기(61)를 통해 소정의 온도로 방사 가열되면서, 기상 성장에 의한 실리콘 적층층을 형성한다. 이와 같이, 이러한 기상 적층 성장 장치에서 기상 성장에 의한 실리콘 적층층을 형성하기 위해, 가열 장치로서 적외선 램프(64)를 이용하여 웨이퍼(62)를 가열 처리한다.

도 4는, 종래 기술을 설명하기 위한 것으로서, 가열 장치로서 고주파 유도 코일을 구비한 단일 웨이퍼 처리식 기상 적층 성장 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 석영으로 이루어진 반응 용기(71)내에는, 웨이퍼(72)가 1장씩 그상에 탑재되는 흑연제의 디스크형 서셉터(73)가 배치되어 있다. 반응 용기(71)의 외측에 있어서의 서셉터(73)의 하방에는, 웨이퍼(72)를 지지하는 서셉터(73)를 발열시켜 웨이퍼(72)를 가열하기 위한 고주파 유도 코일(74)이 장착되어 있다. 고주파 유도 코일(74) 및 서셉터(73)는 웨이퍼(72)를 가열하기 위한 가열 장치를 형성한다. 반응 용기(71)내에는, 가스 공급 포트(75)를 통해 원료 가스(반응 가스) 등이 공급된다. 이러한 원료 가스 등은 웨이퍼(72)의 표면 위를 실질적인 층류를 형성하면서 이동하여, 반대측상에 위치된 배기 포트(76)로부터 배출된다. 이러한 기상 적층 성장 장치에 있어서, 고주파 유도 코일(74)에 의해서 서셉터(73)를 발열시킴으로써 웨이퍼(72)를 소정의 온도로 가열하면서, 기상 성장에 의한 실리콘 적층층을 형성한다. 이와 같이, 이러한 기상 적층 성장 장치에서 기상 성장에 의한 실리콘 적층층의 형성을 위해, 가열 장치로서 고주파 유도 코일(74) 및 흑연제의 서셉터(73)를 이용하여 웨이퍼(72)를 가열 처리한다.

그러나, 히터로부터의 방사열 또는 전도열에 의해 가열을 행하는 전술한 가열 장치에 있어서, 히터의 출력과 피가열물인 웨이퍼 사이의 열전도에 의해 규제되고 있다. 그러므로, 표 1에 나타낸 바와 같이, 이들 장치는 온도의 급속한 상승 또는 강하에 이론적으로 부적합하다. 따라서, 이들 장치는 웨이퍼의 온도 상승 및 강하에 많은 시간이 걸려 처리량(throughput)이 저하한다는 결점이 있다.

종래 장치	요구 특성
종래 장치	대량 처리	온도 균일성	온도의 급속상승/강하
히터	○	○	△
램프	×	○	◎
고주파 유도 코일	×	○	◎
◎ : 우수 ○ : 보통 △ : 제약이 큼 × : 부적합함

적외선 램프에 의한 방사 가열을 수행하는 전술한 가열 장치에 있어서, 성능은 램프와 피가열물인 웨이퍼 사이의 거리에 크게 의존한다. 그러므로, 몇개의 웨이퍼에 대하여 수십개의 램프가 필요하다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 이들 장치는 웨이퍼를 대량으로 처리할 수 없다는 결점을 갖는다. 또한, 고주파 유도 코일에 의한 가열을 수행하는 전술한 가열 장치에 있어서, 웨이퍼를 가열하기 위해서 발열시키는 서셉터가 디스크형으로 형성되며, 그러한 장치는 디스크형인 서셉터상에 웨이퍼를 탑재하도록 설계된다. 따라서, 이들 장치는 웨이퍼를 대량으로 처리할 수 없다는 결점을 갖는다.

이들 결점에 대처하기 위해, 본 발명의 목적은, 반도체 집적회로 제조 프로세스에 사용되는 감압 CVD 장치나 어닐링 장치에 장착되어, IC를 형성하는 웨이퍼를 가열 처리하는 가열 장치로서, 웨이퍼가 균일하게 가열되고, 웨이퍼의 온도가 급속하게 상승 또는 강하되며, 웨이퍼가 대량으로 처리될 수 있는 가열 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 실시예는 반응 용기내에 배치된 유리상 탄소제의 원통체와, 반응 용기의 외측에 배치되고, 유리상 탄소제의 원통체를 발열시킴으로써 반응 용기내의 피가열물을 가열하는 고주파 유도 코일을 포함하는 가열 장치에 관한 것이다.

본 발명의 제 2 실시예는 유리상 탄소제의 원통체와 상기 고주파 유도 코일 사이에, 또는 상기 고주파 유도 코일의 주위에 단열체가 배치되는, 제 1 실시예에 따른 가열 장치에 관한 것이다.

본 발명의 가열 장치는 고주파 유도 가열을 이용하는 가열 장치이며, 반응 용기 내측에 배치된 유리상 탄소제의 원통체와, 반응 용기의 외측에 배치된 고주파 유도 코일을 구비한다. 가열 장치는, 고주파 유도 코일에 고주파 교류 전력을 공급함으로써, 피가열물인 웨이퍼를 예를 들어 내측에 수용하는 유리상 탄소제의 원통체를 발열시켜 웨이퍼를 가열 처리하도록 설계된다.

본 발명의 가열 장치는 가열 요소로서 유리상 탄소제의 원통체를 구비한다. 유리상 탄소(glass-like carbon : GLC)는 원료로서 열경화성 수지를 경화하고, 이 재료를 불활성 분위기중 또는 진공중에서 소성 탄화하여 얻어진다. 보통의 탄소 재료와 마찬가지로, 유리상 탄소는 경량, 내열성, 내식성, 전기 전도성 등의 성질을 갖는다. 또한, 유리상 탄소는 고순도, 고강도[경면(鏡面) 가공 가능], 가스 불투과성 및 저발진성(low particle and gas emission capability) 등의 장점을 갖는다. 그 때문에, 반응 용기내에 배치된 유리상 탄소제의 원통체는 불순물 입자나 가스를 방출하지 않고, 또한 가스 흡착이 적으며, 화학적으로 안정하다. 따라서, 고온 부식성의 반응 조건하에서도 웨이퍼의 오염이 방지된다. 또한, 유리상 탄소가 무정형의 균질한 연속 조밀 조직을 가지는 반면에, 흑연재는 카본 분말 입자의 집합체로 이루어진 조직을 갖는다. 이 때문에, 흑연재는, 카본 분말이 발생하거나, 반응중에 흡장(吸藏) 가스를 방출하는 등의 문제가 있다.

유리상 탄소제의 원통체가 고주파 유도에 의해 발생되는 전류에 의해 발열하므로, 원통체의 온도는 급속하게 상승할 수 있다. 한편, 원통체가 열용량이 작은 특성을 갖는 유리상 탄소로 구성되어 있기 때문에, 원통체의 온도는 급속하게 하강할 수 있다. 또한, 무정형의 균질한 연속 조밀 조직을 가져 열전도성이 우수한 유리상 탄소로 원통체가 구성되어 있기 때문에, 유리상 탄소제의 원통체는 온도 균일성이 우수하다. 또한, 유리상 탄소제의 원통체는 한번에 다량의 웨이퍼가 처리되는 배치 처리가 수행될 수 있는 크기로 제작될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 가열 장치는 반도체 집적회로 제조 프로세스에 사용되는 감압 CVD 장치, 어닐링 장치 등에 장착될 수 있으며, 웨이퍼를 균일하게 가열하고, 웨이퍼의 온도를 신속하게 상승 및 하강시키는 동시에 웨이퍼를 대량으로 처리할 수 있다.

또한, 유리상 탄소제의 원통체와 고주파 유도 코일 사이에, 또는 고주파 유도 코일의 주위에 단열체가 배치되어 있는 가열 장치에 있어서, 유리상 탄소제의 원통체로부터의 열이 반응 용기의 외측으로 새어나가는 양을 저감할 수 있어, 가열 효율(열 이용률)을 향상시킬 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 가열 장치는 반응 용기내에 배치된 유리상 탄소제의 원통체와, 반응 용기의 외측에 배치되고, 유리상 탄소제의 원통체를 발열시킴으로써 반응 용기내의 피가열물을 가열하기 위한 고주파 유도 코일을 포함한다. 따라서, 본 발명의 가열 장치가, 반도체 집적회로 제조 프로세스에 사용되는 감압 CVD 장치나 어닐링 장치에 장착되어, IC를 형성하는 웨이퍼를 가열 처리하는 경우에, 웨이퍼가 균일하게 가열되고, 웨이퍼의 온도를 급속하게 상승 또는 강하시키며, 또한 고주파 유도 가열에 기초한 종래의 가열 장치를 사용하는 장치와 달리, 웨이퍼가 대량으로 처리된다. 그에 따라, 본 발명의 가열 장치를 갖는 감압 CVD 장치나 어닐링 장치 등을 구비함으로써, 종래의 전기 저항 히터를 사용하는 경우와 비교하여 웨이퍼의 대량 처리를 위한 요구 시간을 대폭 단축하여 생산성을 높일 수 있다. 또한, 단열체를 구비한 본 발명의 가열 장치에 따르면, 유리상 탄소제의 원통체로부터의 열이 반응 용기의 외측으로 새어나가는 양을 저감할 수 있어, 가열 효율(열 이용률)을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 하기의 상세한 설명으로부터 보다 충분하게 나타날 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 가열 장치를 구비한 종형 감압 CVD 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 이러한 배치 처리식의 종형 감압 CVD 장치는, 단면이 중공 원형이고 상부가 돔형상으로 폐쇄된 석영제의 반응 용기(11)와, 이 반응 용기(11)내에 배치되고, 원통형 형상으로 형성된 내부 튜브인 유리상 탄소제의 원통체(1)와, 이 유리상 탄소제의 원통체(1)의 내측에 배치되고, 다수의 수직으로 배열된 웨이퍼(12)가 장착되도록 설계된 보트(13)와, 매니폴드(14)를 구비하고 있다. 또한, 이 종형 감압 CVD 장치는 반응 용기(11)를 피복하는 탄소 섬유 펠트로 이루어진 단열체(6)와, 이 단열체(6)로 덮여진 반응 용기(11)의 외측에 반응 용기와 동심형으로 배치된 공기-코어형의 고주파 유도 코일(2)과, 정합기(4)를 통해 고주파 유도 코일(2)에 고주파 교류 전력을 공급하는 고주파 교류 전원(3)과, 제어기(5)를 구비하고 있다. 이 제어기(5)는, 본 예의 경우에서 센서로서 열전쌍(thermocouple)(도시하지 않음)을 사용하여 반응 용기(11)내의 온도를 검출하고, 그 검출된 값을 고주파 교류 전원(3)의 출력으로 피드백하여 온도를 제어한다.

상기 반응 용기(11), 유리상 탄소제의 원통체(1), 보트(13) 및 고주파 유도 코일(2)은 동일 축선으로 배열되어 있다. 상기 매니폴드(14)에는 반응 용기(11)와 유리상 탄소제의 원통체(1)가 배치되는 동시에, 보트(13)에는 그 중간에 보온통(도시하지 않음)이 배치된다. 또한, 매니폴드(14)는 유리상 탄소제의 원통체(1)내로 원료 가스 등을 공급하는 가스 인젝터(15a, 15b)를 구비함과 동시에, 반응후의 가스 또는 미반응 가스를 반응 용기(11)로부터 배출시키는 가스 배기 포트(16)를 구비하고 있다.

유리상 탄소제의 원통체(1), 고주파 유도 코일(2), 고주파 교류 전원(3), 정합기(4), 제어기(5) 및 단열체(6)는 이러한 종형 감압 CVD 장치에 장착된 가열 장치를 형성한다. 여기서, 유리상 탄소제의 원통체(1)는, 열경화성 수지, 예를 들어 페놀 수지를 원료로서 사용하여 공지의 방법에 의해 제작될 수 있다. 유리상 탄소제의 원통체(1)의 전구(前驅) 물체인 수지 성형체는 원심 성형에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 수지 성형체를 1000℃ 이상, 바람직하게는 1500℃ 이상의 온도로 소성 탄화하여, 유리상 탄소제의 원통체(1)로 전화시킨다. 필요에 따라서, 원통체는 소정의 길이, 내경 및/또는 외경이 되도록 기계가공된다.

다음에, 이러한 종형 감압 CVD 장치를 이용하여, 웨이퍼(12)상에 예를 들어 폴리실리콘 막을 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 우선, 웨이퍼(12)를 보트(13)상에 탑재하고, 이 보트(13)가 그상에 배치된 보온통(도시하지 않음)과 함께, 보트(13)는 매니폴드(14)의 하단부에 위치된 개구부(도시하지 않음)로부터 유리상 탄소제의 원통체(1)내로 삽입된다. 매니폴드(14)의 개구부는 해치(도시하지 않음)로 폐쇄된다. 다음에, 고주파 유도 코일(2)에 고주파 교류 전류를 흘려 유리상 탄소제의 원통체(1)를 발열시킨다. 그에 의해, 유리상 탄소제의 원통체(1)의 내측 공간을 소정의 온도로 가열함과 동시에, 유리상 탄소제의 원통체(1)내로 가스 인젝터(15a)를 통해 실란 가스를 공급한다. 이 실란 가스가 가열되어 열분해 반응함으로써, 웨이퍼(12)의 표면상에 폴리실리콘 막을 형성한다. 반응후의 가스 또는 미반응 가스는 유리상 탄소제의 원통체(1)와 반응 용기(11) 사이의 경로를 통과하여, 가스 배기 포트(16)로부터 외부로 배출된다. 폴리실리콘 막의 형성을 종료하면, 고주파 유도 코일(2)로의 전력 인가를 정지한다.

이와 같이, 이러한 종형 감압 CVD 장치에서 웨이퍼(12)의 표면상에 막을 형성하기 위해, 상기 가열 장치를 이용하여 웨이퍼(12)를 가열 처리한다. 본 실시예에서의 가열 장치는 반응 용기(11) 내측에 배치되는 유리상 탄소제의 원통체(1)와, 반응 용기(11)의 외측에 배치되는 고주파 유도 코일(2)을 포함한다. 이 가열 장치는 고주파 유도 코일(2)에 고주파 교류 전력을 공급함으로써 웨이퍼(12)를 내측에 수용하는 유리상 탄소제의 원통체(1)를 발열시켜 웨이퍼(12)를 가열 처리하도록 설계된다. 이에 의해, 본 실시예에서의 가열 장치는 웨이퍼를 균일하게 가열하고, 웨이퍼의 온도를 급속하게 상승 및 강하할 수 있으며, 또한 고주파 유도 가열에 기초한 종래의 가열 장치와 달리 웨이퍼를 대량으로 처리할 수 있다. 본 실시예의 가열 장치를 구비한 종형 감압 CVD 장치를 사용하여 웨이퍼상에 막을 형성하는 경우에, 종래의 전기 저항 히터를 구비한 장치가 사용되는 경우와 비교하여 웨이퍼를 대량으로 처리하기 위한 요구 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명의 가열 장치를 CVD 장치에 구비함으로써, CVD 장치가 원 위치에서 세정될 수 있는 이점이 있다. 이 점에 대하여 설명한다. CVD(화학적 증착) 처리가 반복됨에 따라, CVD 장치의 상기 내부 튜브 등의 구성요소 부분상에 불필요한 막이 퇴적한다. 이 퇴적막의 두께가 일정 한도 이상으로 되면, 막 박리로 인한 이물질이 발생하여 웨이퍼의 수율이 저하된다. 이것에 대처하기 위해, 사용된 내부 튜브는 이러한 문제가 발생하기 전에 새로운 것으로 교체되고, 제거된 튜브는 플루오르화수소산(hydrofluoric acid) 등의 화학 약품으로 세정된다. 내부 튜브의 교체전에 장치의 운전을 정지해야 하고, 또한 새로운 내부 튜브를 장착한 후에 막 형성 조건을 안정시키기 위해 아이들링이 수행되어야 한다. 이러한 일련의 조작은 가동 시간을 단축시켜 생산성을 저하시킨다. 이것에 대처하기 위해, 최근에 교체를 위한 장치의 가동 정지 시간을 단축하기 위해 원위치 장치 세정(원위치에서 장치를 세정하는 조작)이 이용되고 있다. 이러한 원위치 세정에 있어서, 삼불화염소 등의 가스를 CVD 장치내에 공급하고, 불필요한 퇴적막과 반응시켜서 퇴적막을 가스 상태로 제거한다. 그러나, 종래의 석영제 또는 탄화규소(SiC)제의 내부 튜브는 내식성이 불충분하여, 이러한 원위치 장치 세정의 적용에는 큰 제한이 있다.

유리상 탄소제의 원통체는 그 내식성이 우수하기 때문에 상기 삼불화염소 등의 강부식성 가스에 의해 영향을 받지 않는다. 또한, 종래의 내부 튜브와는 달리 유리상 탄소제의 원통체 자체가 발열하기 때문에, 가스에 의한 현저한 세정 효과가 얻어진다. 이와 같이, 본 발명의 가열 장치를 CVD 장치에 설치함으로써, 원위치 장치 세정을 용이하게 수행할 수 있다는 이점이 있다.

본 실시예에 있어서의 가열 장치는 반응 용기(11)를 피복하는 탄소 섬유 펠트제의 단열체(6)를 구비하고 있기 때문에, 유리상 탄소제의 원통체(1)로부터의 열이 반응 용기(11)의 외측으로 새어나가는 양을 저감할 수 있다. 단열체(6)를 장착하지 않는 경우에, 유리상 탄소제의 원통체(1)의 발열량의 약 1/2이 반응 용기(11)의 외측으로 새어나가게 된다. 본 실시예에 있어서, 반응 용기(11)와 고주파 유도 코일(2) 사이에 단열체(6)를 배치하였지만, 코일(2) 및 반응 용기(11)를 단열체로 둘러싸도록 고주파 유도 코일(2)의 외측에 단열체를 배치할 수도 있다.

다음에, 구체적인 실험결과의 일례에 대하여 소개한다. 석영제의 반응 용기내에 유리상 탄소제의 원통체를 배치하고, 반응 용기 외측에 고주파 유도 코일을 배치하였다. 반응 용기내로 질소 가스를 통과시키면서, 유리상 탄소제의 원통체를 발열시켰다. 단열체는 장착되지 않았다. 본 실험에 있어서, 유리상 탄소제의 원통체의 치수는 2mm(두께)×60mm(외경)×110mm(길이)이다. 수냉이 실시되는 공기-코어형의 고주파 유도 코일은 내경 85mm×권수 4턴(코일 피치 : 10mm)의 것으로, 외경 6mm의 수냉식 구리 튜브를 이용하여 제작되었다. 고주파 유도 코일에 주파수 430kHz, 출력 1.2kW, 전류 6A의 조건으로 전류를 흘렸다. 그 결과, 유리상 탄소제의 원통체의 길이방향 중심 위치에 있어서의 내주면의 온도를 실온으로부터 850℃까지 상승시키는데 단지 3분 걸렸다.

표 2는, 예를 들어 종형 감압 CVD 장치에 장착된 본 발명의 가열 장치의 구체적인 예를 나타낸 것이다. 표 2에서 상세하게 설명된 바와 같이, 고주파 유도 가열을 이용함으로써, 흑연재로 이루어진 가열 요소를 사용하는 고주파 유도 가열에 기초한 종래의 가열 장치와 달리, 웨이퍼의 대량 처리에 적용할 수 있는 가열 장치를 실현할 수 있다.

항 목	설계 사양
유리상 탄소제 원통체	치수 : 2.5mm(두께)×270mm(외경)×1300mm(길이) 비열 : 약 0.16
가열 조건	가열 온도 : 실온에서 1000℃까지 10분에 온도상승, 온도 상승후 그 온도를 유지 가열 범위 : 상기 치수의 유리상 탄소제의 원통체의 거의 전체 표면
고주파 유도 코일	사용된 수냉식 구리 튜브 : 20mm 치수 : 350mm(내경)×1100mm(길이)(권수 : 50턴)
고주파 전원	출력 : 50kW 주파수 : 30kHz 내지 100kHz

본 발명의 가열 장치에 대하여, 그 유리상 탄소제의 원통체가 원통형 형상을 하고 있으므로, 물론 이러한 가열 장치는 감광 드럼의 원통형 기체(基體) 등의 원통형 피가열물의 가열 처리에도 유용하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명되었다. 그러나, 그러한 실시예의 많은 변형예가 존재함을 본 기술분야에 숙련된 자는 인지할 것이다. 그러한 변형예는 본 발명의 범위 및 첨부된 특허청구범위내에 있는 것으로 간주된다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 가열 장치는 반응 용기내에 배치된 유리상 탄소제의 원통체와, 반응 용기의 외측에 배치되고, 유리상 탄소제의 원통체를 발열시킴으로써 반응 용기내의 피가열물을 가열하기 위한 고주파 유도 코일을 포함하여 구성된다. 따라서, 본 발명의 가열 장치가, 반도체 집적회로 제조 프로세스에 사용되는 감압 CVD 장치나 어닐링 장치에 장착되어, IC를 형성하는 웨이퍼를 가열 처리하는 경우에, 웨이퍼가 균일하게 가열되고, 웨이퍼의 온도를 급속하게 상승 또는 강하시키며, 또한 고주파 유도 가열에 기초한 종래의 가열 장치를 사용하는 장치와 달리, 웨이퍼가 대량으로 처리된다. 그에 따라, 본 발명의 가열 장치를 갖는 감압 CVD 장치나 어닐링 장치 등을 구비함으로써, 종래의 전기 저항 히터를 사용하는 경우와 비교하여 웨이퍼의 대량 처리를 위한 요구 시간을 대폭 단축하여 생산성을 높일 수 있다. 또한, 단열체를 구비한 본 발명의 가열 장치에 따르면, 유리상 탄소제의 원통체로부터의 열이 반응 용기의 외측으로 새어나가는 양을 저감할 수 있어, 가열 효율(열 이용률)을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 가열 장치를 구비한 종형 감압 CVD 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램,

도 2는 종래 기술을 설명하기 위한 것으로서, 가열 장치로서 전기 저항 가열에 기초한 히터를 구비한 종형 감압 CVD 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램,

도 3은 종래 기술을 설명하기 위한 것으로서, 가열 장치로서 적외선 램프를 구비한 단일 웨이퍼 처리식 기상 적층 성장 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램,

도 4는 종래 기술을 설명하기 위한 것으로서, 가열 장치로서 고주파 유도 코일을 구비한 단일 웨이퍼 처리식 기상 적층 성장 장치의 일례를 나타내는 개략적인 다이어그램.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리상 탄소제의 원통체 2 : 고주파 유도 코일

3 : 고주파 교류 전원 4 : 정합기

5 : 제어기 6 : 단열체

11 : 반응 용기 12 : 웨이퍼

13 : 보트 14 : 매니폴드

15a, 15b : 가스 인젝터 16 : 가스 배기 포트

Claims

가열 장치에 있어서,

반응 용기내에 배치된 유리상 탄소제의 원통체와,

상기 반응 용기의 외측에 배치되고, 상기 유리상 탄소제의 원통체를 발열시킴으로써 상기 반응 용기내의 피가열물을 가열하는 고주파 유도 코일을 포함하는

가열 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유리상 탄소제의 원통체와 상기 고주파 유도 코일 사이에, 또는 상기 고주파 유도 코일의 주위에 단열체가 배치되는

가열 장치.