JP5171339B2 - ホットプレート、そのホットプレートを用いた処理装置 - Google Patents

Description

本発明はホットプレートの技術分野にかかり、特に、ホットプレート内の抵抗発熱体の断線を防止する技術に関する。

スパッタリング装置やＣＶＤ装置等の真空処理装置では、真空処理中の基板を昇温させるために、真空槽内にホットプレートを配置し、その上に基板が配置されている。
図８(ａ)、(ｂ)は、従来技術のホットプレート１１３の内部を説明するための断面図であり、同図(ａ)は、同図(ｂ)のＢ−Ｂ線切断断面図に相当する。
ホットプレート１１３は、金属製のプレート本体１２１の内部に配線通路１２８が形成されている。

配線通路１２８は、プレート本体１２１の中心位置から所定距離以上離間した周回部１１７と、プレート本体１２１の中央付近からプレート本体１２１の外周部へ向かう放射方向に沿って配置された放射部１１８とで構成されており、周回部１１７には、配線通路１２８に沿って抵抗発熱体１２３が配置されている。

プレート本体１２１の中央付近には、配線孔１２６ａ，１２６ｂが形成されており、周回部１１７は配線孔１２６ａ，１２６ｂを取り囲んで配置され、その両端は放射部１１８によって配線孔１２６ａ，１２６ｂにそれぞれ接続されている。

抵抗発熱体１２３は高抵抗であり、電流が流れると発熱する。ホットプレート１１３は、抵抗発熱体１２３の発熱によって昇温し、ホットプレート１１３上に配置された基板が加熱される。
抵抗発熱体１２３は放射部１１８には配置されていないが、その理由は、放射部１１８内にも抵抗発熱体１２３を配置すると、放射部１１８が位置するプレート本体１２１の中央付近がその周辺より高温になり、プレート本体１２１の温度分布が不均一になってしまうからである。

そこで従来技術では、周回部１１７に配置された抵抗発熱体１２３を電気的に外部に導出するために、放射部１１８に、低抵抗で通電されても発熱しない接続体１２５を配置し、抵抗発熱体１２３の両端を、接続体１２５を介して電源装置１４１に接続している。

抵抗発熱体１２３は、ニッケル・クロム合金で構成されており、プレート本体１２１はアルミニウム合金で構成されている。接続体１２５は、抵抗発熱体１２３よりも低抵抗であって、抵抗発熱体１２３を溶接固定できるステンレス棒が用いられている。

しかし、抵抗発熱体１２３の発熱によってプレート本体１２１が昇温し、プレート本体１２１が放射方向外側に向けて膨張すると、周回部１１７に位置する抵抗発熱体１２３は、昇温前の位置よりも放射方向外側に移動してしまう。

他方、ステンレスの熱膨張率はアルミニウム合金の熱膨張率よりも小さく、接続体１２５の熱膨張量はプレート本体１２１の熱膨張量よりも小さいため、接続体１２５と抵抗発熱体１２３とが接続された部分の移動量はその部分に対応する配線通路及び放射部の移動量より小さく、そのため、抵抗発熱体１２３と接続体１２５とが接続された部分に応力が加わり、それに近い部分が断線してしまうという問題がある。ホットプレートは、例えば下記文献に記載されている。
特開２００１−２７１１７８号公報

本発明は、上記のように、ホットプレートの熱膨張による抵抗発熱体と接続体とが接続された部分の近傍における抵抗発熱体の断線を防止することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、プレート本体と、前記プレート本体に形成された配線孔と、前記プレート本体内部に形成され、両端が前記配線孔に接続された配線通路と、抵抗発熱体と、を有し、前記配線通路は、前記配線孔から前記プレート本体の外周方向に伸びる放射部と、前記放射部に接続され、前記配線孔を取り囲んで配置された周回部とを有し、前記周回部には、前記抵抗発熱体の第一の部分が配置され、前記第一の部分の両端は、前記放射部に配置された接続体によって前記プレート本体の外部に電気的に導出されたホットプレートであって、前記接続体は、前記抵抗発熱体よりも単位長さ当たりの電気抵抗値が小さい線材がバネ状に成形され、前記放射部に沿って伸縮可能に配置された第二の緩和部を有し、前記第二の緩和部の前記線材は、前記周回部に位置する前記抵抗発熱体の端部が延在された部分である第二の部分と、前記第二の部分の外周に形成された、前記抵抗発熱体よりも低抵抗の低抵抗金属薄膜とで構成されたホットプレートである。
また、本発明は、前記ホットプレートと、前記ホットプレートが配置された処理槽とを有する処理装置である。

ホットプレート内部で抵抗発熱体と接続体とが接続された部分の近傍における抵抗発熱体の断線が生じないので、ホットプレートの寿命が長くなる。
周回部に位置する抵抗発熱体がプレート本体の熱膨張によって放射方向外側に移動する際に、緩和部が伸び、応力が緩和される。

図１の符号１１は、本発明の一例の処理装置を示している。
この処理装置１１は、処理槽１２を有しており、その内部に、ホットプレート１３が配置されている。この処理装置１１は、ＣＶＤ装置であり、処理槽１２内に薄膜の原料ガスを導入するシャワーヘッド１９と、シャワーヘッド１９に接続されたガス導入系４２を有している。処理槽１２には、真空排気系４３が接続されており、処理槽１２の内部を真空排気系４３によって真空排気し、ホットプレート１３上に基板を乗せ、基板を所定温度まで昇温させた後、シャワーヘッド１９から原料ガスを導入すると、基板表面に薄膜が形成されるようになっている。

ホットプレート１３は、金属製のプレート本体２１を有している。プレート本体２１は板状であり、表面には絶縁膜が形成されている。
ホットプレート１３の内部には細長の空洞から成る配線通路２８が、プレート本体２１の表面に沿って形成されている。

図２は、ホットプレート１３の内部を説明するための図面であり、図１のＡ−Ａ線切断断面図に相当する。
配線通路２８の断面形状は円形であり、断面の中心位置には、配線通路２８に沿って、螺旋状に成形された抵抗発熱体２３が配置されている。配線通路２８の内部には、ＭｇＯ等から成る絶縁材料２２が充填されており、抵抗発熱体２３とプレート本体２１との間にはＭｇＯが位置し、抵抗発熱体２３とプレート本体２１とは接触せず、電気的に絶縁されるように構成されている。

プレート本体２１の中央付近であって、基板が配置される面とは反対側の面には、一乃至複数個の配線孔２６ａ，２６ｂが形成されている。
配線通路２８は、配線孔２６ａ，２６ｂから一定距離以上離間し、配線孔２６ａ，２６ｂを取り囲む周回部１７と、周回部１７と配線孔２６ａ，２６ｂとを接続し、配線孔２６ａ，２６ｂからプレート本体２１の外周に向けて伸ばされた放射部１８とで構成されている。

抵抗発熱体２３は、少なくとも周回部１７に配置されている。放射部１８の内部には、抵抗発熱体２３よりも単位長さ当たりの抵抗値が小さい接続体２５が配置されている。

抵抗発熱体２３の両端は、それぞれ別の接続体２５の端部に接続されており、接続体２５の他端は、配線孔２６ａ，２６ｂの外部に導出され、電源装置４１に接続されている。従って、電源装置４１を動作させると接続体２５を介して抵抗発熱体２３に電流が流れ、抵抗発熱体２３が発熱する。プレート本体２１は、この発熱によって昇温し、プレート本体２１上に配置された基板を昇温させる。

本発明のホットプレート１３では、プレート本体２１はアルミニウム合金等の熱膨張率が大きな材料で構成されており、抵抗発熱体２３は単位長さ当たりの抵抗値が大きく、耐熱性を有するニッケル・クロム合金等で構成されている。

本発明の接続体２５は、プレート本体２１の熱膨張の影響を緩和し、抵抗発熱体２３の断線、或いは抵抗発熱体２３と接続体２５とが接続された部分での抵抗発熱体２３の断線を生じさせない構造になっており、図３〜５の符号２５₁〜２５₃に、本発明のホットプレート１３に用いられる第一〜第三例の接続体を示す。

これらの接続体２５₁〜２５₃は、外部導出部５１、６１、７１と、緩和部５２、６２、７２とを有している。
各接続体２５₁〜２５₃とプレート本体２１との間には絶縁材料２２がそれぞれ充填されており、接続体２５₁〜２５₃とプレート本体２１とは非接触になっている。

外部導出部５１、６１、７１は、一端が配線通路２８の内部に位置し、他端が配線孔２６ａ，２６ｂから外部に導出されている。
緩和部５２、６２、７２は、放射部１８内に配置されており、配線孔２６ａ，２６ｂから外部に向かって伸ばされている。

外部導出部５１、６１、７１の配線通路２８内に位置する部分は、緩和部５２、６２、７２の配線孔２６ａ，２６ｂ側の一端に接続されており、緩和部５２、６２、７２の他端(放射方向外側の端部)は、固定部５３、６３を介して、又は直接、抵抗発熱体２３の端部に固定されている。

従って、外部導出部５１、６１、７１のプレート本体２１の外部に位置する部分を電源装置４１に接続すると、外部導出部５１、６１、７１と、緩和部５２、６２、７２(及び固定部５３、６３)を介して、抵抗発熱体２３に電圧を印加することができる。

外部導出部５１、６１、７１と抵抗発熱体２３の放射部１８内に位置する部分は短く形成され、緩和部５２、６２、７２は、一端が配線孔２６ａ，２６ｂ近くに位置し、他端は放射部１８と周回部１７の境界近くに位置しており、従って、放射部１８の大部分(放射部１８の長さの半分以上)は、緩和部５２、６２、７２が位置する部分で占められている。

外部導出部５１、６１、７１と、緩和部５２、６２、７２と固定部５３、６３は、抵抗発熱体２３よりも、単位長さ当たりの電気抵抗値が大幅に小さくされており、従って、接続体２５₁〜２５₃を介して抵抗発熱体２３に電流を流し、抵抗発熱体２３を発熱させる場合、接続体２５₁〜２５₃の発熱量は抵抗発熱体２３の発熱量よりも大幅に小さく、従って、周回部１７よりも内側では、放射部１８が位置する部分と、放射部１８が配置されていない部分の温度は同程度であり、プレート本体２１の面内温度分布が均一になるように構成されている。

外部導出部５１、６１、７１は、ステンレス等の単位長さ当たりの電気抵抗値が抵抗発熱体２３の電気抵抗値よりも低い材料で構成することができる。
また、固定部５３、６３は、抵抗発熱体２３よりも低抵抗な、ステンレス、モリブデン、タングステン、チタン等で構成することができる。
外部導出部５１、６１、７１や固定部５３、６３の長さは、緩和部５２、６２、７２よりも短い。

次に、各接続体２５₁〜２５₃の構成を説明する。
先ず、第一例の接続体２５₁では、緩和部５２の熱膨張率はステンレスの熱膨張率よりも高く、緩和部５２は、プレート本体２１と同程度の熱膨張率を有する材料で構成されており、プレート本体２１が熱膨張して放射方向外側に向けて膨張するときに、緩和部５２もプレート本体２１と一緒に放射方向外側に向けて熱膨張し、熱膨張による移動差を緩和する機能を有している。

ここでは、緩和部５２はプレート本体２１と同じ材料で構成されており、緩和部５２の熱膨張率はプレート本体２１の熱膨張率と等しくなっている。その結果、周回部１７に位置する抵抗発熱体２３がプレート本体２１の熱膨張によって放射方向外側に移動する際に、緩和部５２の熱膨張によって抵抗発熱体２３と接続体２５₁とが接続された部分も同方向に略同量移動させる。従って、抵抗発熱体２３が中心方向に引っ張られることが無く、抵抗発熱体２３は断線しない。

次に、第二、第三例の装置に用いられる接続体２５₂、２５₃では、緩和部６２、７２は、単位長さ当たりの抵抗値が抵抗発熱体２３よりも小さい線材が、螺旋状等の伸縮自在なバネ状に成形されて構成されている。その結果、周回部１７に位置する抵抗発熱体２３がプレート本体２１の熱膨張によって放射方向外側に移動する際に、緩和部６２、７２が伸び、応力を緩和する機能を有している。

第二例の緩和部６２では、線材を構成する金属が抵抗発熱体２３よりも低抵抗の金属であり、第三例の緩和部７２は、図６に示すように、周回部１７に配置された抵抗発熱体２３と同じ材料で構成され、螺旋状等のバネ状に成形された抵抗発熱体７３と、該抵抗発熱体７３の表面に配置された低抵抗金属薄膜７４とで構成されている。低抵抗金属薄膜７４は、抵抗発熱体２３、７３を構成する金属よりも低抵抗で且つ高温で使用できる金や白金などのメッキ層で構成することができる。

第三例の緩和部７２では、低抵抗金属薄膜７４に電流が流れるため、低抵抗金属薄膜７４が形成された部分は、形成されていない部分よりも低抵抗になり、その結果、低抵抗金属薄膜７４が形成された部分の発熱は、形成されていない部分の発熱よりも少なくなるから、低抵抗金属薄膜７４が形成された部分の温度は、形成されていない部分の温度よりも低くなり、低抵抗金属薄膜７４が形成された部分の応力を著しく大きくすることができるため抵抗発熱体７３(２３)の断線を回避することが可能となる。

低抵抗金属薄膜７４を配置する抵抗発熱体７３は、周回部１７に位置する抵抗発熱体２３の端部を放射部１８に延在させて構成することができる。

上記処理装置１１は、ＣＶＤ装置であったが、本発明のホットプレート１３は、ＣＶＤ装置に用いられる場合に限定されるものではない。即ち、本発明の処理装置は、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置、蒸着装置、エッチング装置、熱処理装置等の真空処理装置の他、真空雰囲気、常圧雰囲気、又は加圧雰囲気を問わず、処理対象物の基板を加熱する装置が広く含まれる。

上記実施例では、周回部１７の平面形状は配線孔２６ａ、２６ｂを中心に蛇行して配置されていたが、図７に示したホットプレート１４のように、プレート本体２１の縁に沿い、縁と平行に配置してもよい。このホットプレート１４は、周回部１７の平面形状が上記ホットプレート１３と異なる他は、同じ構造である。

本発明のホットプレートが用いられた処理装置を説明するための図面 本発明のホットプレートの内部平面図 本発明のホットプレートの接続体の第一例を説明するための断面図 本発明のホットプレートの接続体の第二例を説明するための断面図 本発明のホットプレートの接続体の第三例を説明するための断面図 その緩和部の断面図 本発明のホットプレートの内部平面図の他の例 (ａ)：従来技術のホットプレートを説明するための内部平面図 (ｂ)：断面図

符号の説明

１３、１４……ホットプレート
１７……周回部
１８……放射部
２１……プレート本体
２３……抵抗発熱体
２５₁〜２５₃……接続体
２６ａ，２６ｂ……配線孔
２８……配線通路
５２、６２、７２……緩和部

Claims (2)

1. プレート本体と、
   前記プレート本体に形成された配線孔と、
   前記プレート本体内部に形成され、両端が前記配線孔に接続された配線通路と、
   抵抗発熱体と、
   を有し、
   前記配線通路は、前記配線孔から前記プレート本体の外周方向に伸びる放射部と、前記放射部に接続され、前記配線孔を取り囲んで配置された周回部とを有し、
   前記周回部には、前記抵抗発熱体の第一の部分が配置され、前記第一の部分の両端は、前記放射部に配置された接続体によって前記プレート本体の外部に電気的に導出されたホットプレートであって、
   前記接続体は、前記抵抗発熱体よりも単位長さ当たりの電気抵抗値が小さい線材がバネ状に成形され、前記放射部に沿って伸縮可能に配置された第二の緩和部を有し、
   前記第二の緩和部の前記線材は、前記周回部に位置する前記抵抗発熱体の端部が延在された部分である第二の部分と、前記第二の部分の外周に形成された、前記抵抗発熱体よりも低抵抗の低抵抗金属薄膜とで構成されたホットプレート。
2. 請求項１記載のホットプレートと、前記ホットプレートが配置された処理槽とを有する処理装置。

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