JP7260589B2 - プレートタイプ加熱装置 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２０年０５月１４日付韓国特許出願第１０－２０２０－００５７９３２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として含む。
本発明は、プレートタイプ加熱装置及びその製造方法に関する。
半導体基板やガラスなどのウェハー上に所定厚さの薄膜を蒸着する方法では、スパッタリング（sputtering）のように物理的衝突を利用する物理気相蒸着法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）と、化学反応を利用する化学気相蒸着法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）などがある。
前記蒸着のために蒸着装置のサセプタの下部にはウェハーを加熱するためのヒーターが備えられる。前記ヒーターではセラミックスヒーターなどのようなプレートタイプ加熱装置が一般的に使われる。前記プレートタイプ加熱装置は、電源の供給を受けて発熱する熱線を曲げたり屈曲させてプレート基材上に配置させ、電源を供給してプレート基材上に載せられるウェハーなどの被加熱体を加熱する。
ウェハーの温度は薄膜の品質に影響を及ぼす重要な原因の一つであって、ウェハーの温度を正確に加熱して均一に維持させることが重要である。特に、ウェハーのサイズが段々大型化されるにつれ、ウェハーを均一に加熱することに困難が生じている。よって、大型化するウェハーを均一に加熱する機能はプレートタイプ加熱装置において非常に重要なものとして要求されている。
しかし、従来ヒーターの場合、熱が均一に分布されず、ホットプレートの中間部分に集中され、外郭部分との温度偏差が発生する問題があった。また、これにより、電源を供給して加熱させる過程や、電源を遮断して減熱させる過程でホットプレート、特に、セラミックス材質のホットプレート中間部分と、その他の外郭部分の温度偏差によってホットプレートが亀裂する問題点があった。また、前記のような温度偏差は、被加熱体の均一な加熱を困難とさせることで、ウェハーなどの製品不良及び収率低下の原因をもたらした。
前記のような問題を解決するために、図１及び図２で示される形態のプレートタイプ加熱装置が提案された。図１は、従来のプレートタイプ加熱装置の一例を図示した断面図で、図２は、前記加熱装置の上部面を図示した平面図である。図１のプレート基材１は、板材形状の基材で上面に第１熱線２及び第２熱線３が位置され、前記プレート基材１の中心部に第１ライン４及び第２ライン５が挿入される。また、図２に図示されたように、前記第１ライン４及び第２ライン５は各第１熱線２及び第２熱線３と連結され、この時、前記ラインと熱線はブリッジ４－１、５－１を介して連結される。
前記のような構造のプレートタイプ加熱装置によって温度偏差問題は改善された。しかし、本発明者らの研究によると、このような構造はプレートタイプ加熱装置の耐久性を低下させる問題を引き起こすものと確認される。
韓国登録特許第１０－０８３６１８３号
本発明者らは従来技術の前記のような問題を解決するために鋭意努力した結果、プレートで電源供給ラインと熱線を繋ぐブリッジ構造を変更することによってプレートタイプ加熱装置の亀裂及び損傷を効果的に防ぐことができることを確認して本発明を完成した。
よって、本発明はセラミックスプレート基材の亀裂及び損傷を効果的に防ぐことができるプレートタイプ加熱装置を提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するために、本発明は、セラミックスプレート基材；前記セラミックスプレート基材の内部または上部面に位置する熱線層；電源供給ライン；及び前記熱線層に位置し、熱線と電源供給ラインを連結するブリッジ；を含み、前記ブリッジは熱線と電源供給ラインとの間の最短距離を基準にして１．２倍～５倍の長さのブリッジ素材を屈曲させて熱線と電源供給ラインを連結したことを特徴とするプレートタイプ加熱装置を提供する。
本発明の一実施形態において、前記ブリッジは１個以上の谷(trough)と１個以上の山(crest)を持つように屈曲して形成されたものであってもよい。
本発明の一実施形態において、前記ブリッジは谷と山が交互に配列された波形で形成され、振幅がブリッジ素材幅の１．２倍～２０倍になるように形成されたものであってもよい。前記ブリッジ素材は、この分野に公知されたものが制限されずに使われてもよく、例えば、熱線と同一な素材として電気供給によって発熱する素材が使われてもよい。
本発明の一実施形態において、前記熱線層に配置された熱線の一端と他端には、それぞれ異なる極の電源供給ラインが連結されてもよい。
本発明の一実施形態において、前記熱線は前記プレート基材の電源供給ライン固定部を中心としてリング状に配置され、前記ブリッジは前記電源供給ライン固定部の電源供給ラインと前記リング内の熱線を連結させる形態であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記リング状は２個以上のリングを含み、前記リングは電源供給ライン固定部を中心とする同心円、または同心円と類似な形態で形成され、それぞれのリングは電気的に連結される形態であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記リング状は２個以上のリングを含み、前記リングは電源供給ライン固定部を中心とする同心円、または同心円と類似な形態で形成され、前記２個以上のリングは差等的な発熱が可能であるように、それぞれ異なる電源供給ラインとブリッジによって連結される形態であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記電源供給ライン固定部は前記プレート基材の中心部に位置することができる。
本発明の一実施形態において、前記熱線はジグザグに屈曲された状態でリング状を形成することができる。
本発明の一実施形態において、前記ブリッジの断面積は前記熱線の断面積に対して２倍～１０倍であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記プレートタイプ加熱装置はウェハーの加熱に使われるものであってもよい。
また、本発明は、前記本発明のプレートタイプ加熱装置を含む気相蒸着装置を提供する。
本発明のプレートタイプ加熱装置は、セラミックスプレート基材で電源供給ラインと熱線を連結するブリッジ構造を、従来の直線形態から屈曲を含む形態に変更することによってセラミックスプレート基材の亀裂及び損傷を効果的に防止し、これによって耐久性を大きく向上させる効果を提供する。
また、前記のような耐久性向上によってプレート基材の熱線配置構造に自由度を高め、ウェハーなど被加熱体の加熱均一性を向上させる効果を提供する。
従来のプレートタイプ加熱装置の一例を図示した断面図である。 従来のプレートタイプ加熱装置の上部面を図示した平面図である。 本発明によるプレートタイプ加熱装置の一実施形態を図示した断面図である。 本発明によるプレートタイプ加熱装置の上部面を図示した平面図である。 従来技術のプレートタイプ加熱装置と本発明によるプレートタイプ加熱装置に含まれるブリッジの形態及びそれによる応力の作用関係を比べて模式的に図示した平面図である。
以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるよう、本発明の実施例について添付の図面を参考にして詳しく説明する。しかし、本発明は幾つか異なる形態で具現されてもよく、ここで説明する実施例に限定されない。明細書全体にわたって類似な部分に対しては同一な図面符号を付した。
図３は、本発明によるプレートタイプ加熱装置の一実施形態を図示した断面図で、図４は、本発明によるプレートタイプ加熱装置の上部面を図示した平面図である。図３及び図４を参考すれば、本発明のプレートタイプ加熱装置１００は、セラミックスプレート基材１０；前記セラミックスプレート基材の内部または上部面に位置する熱線層２０；電源供給ライン３０；及び前記熱線層に位置し、熱線と電源供給ラインを連結するブリッジ４０；を含み、前記ブリッジ４０は、熱線２１、２２と電源供給ライン３０との間の最短距離を基準にして１．２倍～５倍の長さのブリッジ素材を屈曲させて熱線と電源供給ラインを連結する特徴を持つ。前記ブリッジ素材の長さは１．５倍～３倍であることがより好ましく、２倍～３倍であることがさらに好ましい。前記ブリッジ素材の長さが１．２倍未満の場合、ブリッジに発生する応力を分散しにくいし、５倍を超過する場合は、ブリッジ及び熱線配置の自由度が低下され、設置工程が非効率的であるため好ましくない。
図２に図示されたように、直線形態で形成されるブリッジの場合、製造過程で高温で熱処理される場合、セラミックスプレート基材と熱膨脹係数の差によって（例：プレート基材を形成するＡｌＮ熱膨脹係数：４．４×１０－６／Ｋ、ブリッジ素材であるＭｏ熱膨脹係数：５．１×１０－６／Ｋ）応力が生じ、このような応力は、図５の（ａ）に図示されたように、ブリッジの末端に集中されて大きい応力を発生させる。よって、このような大きい応力はプレート基材１０に亀裂または大きい損傷を発生させる。
よって、本発明は前記のような問題を解決するために、新しい構造のブリッジ４０を提供することを特徴とする。すなわち、図５の（ｂ）に図示されたように、ブリッジを波形に屈曲するように形成する場合、発生された応力が複数個の屈曲部に分散されてプレート基材に亀裂または損傷が生じることを効果的に防ぐ。
特に、最近はプレート基材１０の中心部の電源供給ライン３０と熱線層２０の外郭に位置する熱線をブリッジ４０で連結する形態のプレートタイプ加熱装置が多く使われている。このような形態のプレートタイプ加熱装置は、ブリッジの長さが必然的に長くなるしかないので、大きい応力がブリッジの末端に集中されてプレート基材に亀裂または大きい損傷をもたらす問題を引き起こす。
前記のように、長いブリッジが形成されるプレートタイプ加熱装置としては、例えば、一つの熱線をプレート基材上に配置し、中心部の電源供給ラインと熱線層の外郭に位置する熱線をブリッジで連結する形態のプレートタイプ加熱装置を挙げることができる。特に、最近、プレート基材の不均一な加熱、及びそれによるウェハーなど被加熱体の不均一な加熱を改善するために、プレート基材の中心部と外郭部に別途熱線を配置する場合が多いが、このような場合、プレート基材の外郭部に設置された熱線と電源供給ラインを連結するためには、長いブリッジが必須である。
よって、本発明のプレートタイプ加熱装置は、このような最近の技術状況で発生する問題を効果的に解決することができる技術を提供する。
また、前記のように別途熱線を配置させる構造において、プレート基材を均一に加熱するために外郭に配置された熱線にはもっと強い電流を印加するようになるが、このような場合、長いブリッジはプレート基材の中心部を通過しながら中心部のブリッジの周辺温度を他の部分よりもっと高くする。よって、このような問題を解決するために、ブリッジの断面積を熱線の断面積より大きく形成する技術が利用され、このように断面積が大きくて長さの長いブリッジはもっと大きい応力がブリッジの末端に集中して発生させるので、より頻繁にセラミックスプレート基材に亀裂や大きい損傷を引き起こす。よって、本発明は前記のような問題を一挙に解決することができるので、この分野でとても有用に使われることができる。
本発明の一実施形態において、前記ブリッジ４０は１個以上の谷と１個以上の山を持つように屈曲して形成されたものであってもよい。前記屈曲の形態は特に限定されないが、緩やかに屈曲されたものが応力分散のために好ましい。前記谷と山の個数は特に限定されず、ブリッジの長さを考慮して適切な個数で形成することができる。
また、本発明の一実施形態において、前記ブリッジ４０は谷と山が交互に配列された波形で形成されてもよく、振幅はブリッジ素材幅の１．２倍～２０倍、より好ましくは２倍～１０倍、さらに好ましくは３倍～５倍になるように形成されてもよい。
前記振幅が１．２倍未満の場合は、ブリッジで直線区間が長くなるので応力分散効果を充分に得ることができないし、２０倍を超過する場合は、ブリッジ及び熱線配置の自由度が低下し、設置工程が非効率的であるため好ましくない。
本発明の一実施形態において、前記熱線層２０に配置された熱線の一端と他端には、それぞれ異なる極の電源供給ラインが連結されてもよい。
本発明の一実施形態において、前記熱線２１、２２は前記プレート基材１０の電源供給ライン固定部５０を中心にしてリング状に配置され、前記ブリッジ４０は前記電源供給ライン固定部の電源供給ライン３０と前記リング内の熱線を連結させる形態であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記リング状は２個以上のリングを含み、前記リングは電源供給ライン固定部を中心とする同心円、または同心円と類似な形態で形成され、それぞれのリングは電気的に連結される形態であってもよい。
本発明において、前記同心円または同心円類似の形態は、順次配置されたリング状が互いに接触しないように形成された形態を全て含む概念を意味する。
また、本発明の一実施形態において、前記リング状は、図４に図示されたように、２個以上のリングを含み、前記リングは電源供給ライン固定部を中心とする同心円または同心円と類似な形態で形成され、前記２個以上のリングは差等的な発熱が可能であるように、それぞれ異なる電源供給ラインとブリッジによって連結される形態であってもよい。
本発明の一実施形態において、前記電源供給ライン固定部５０は前記プレート基材の中心部に位置することができるが、これに限定されるものではない。前記電源供給ライン固定部の位置及び形態は、この分野に公知された形態が制限されずに適用されてもよい。
本発明の一実施形態において、前記熱線は、図４に図示されたように、ジグザグに屈曲された状態でリング状を形成することができる。前記ジグザグに屈曲された形態は、この分野に公知された形態が制限されずに適用されてもよい。
本発明の一実施形態において、前記ブリッジの断面積は前記熱線の断面積に対して２倍～１０倍であってもよい。前記のように、ブリッジの断面積を大きく形成する理由に対しては上述したとおりである。
本発明の一実施形態において、前記プレートタイプ加熱装置はウェハーの加熱に使われるものであってもよいが、これに限定されるものではない。すなわち、ウェハーの加熱以外も、この分野で知られた全ての被加熱体の加熱に使われることができる。
また、本発明は、前記本発明のプレートタイプの加熱装置１００を含む気相蒸着装置を提供する。前記気相蒸着装置は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）、化学反応を利用する化学気相蒸着法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）などに使われる気相蒸着装置を全て含む。
前記気相蒸着装置の構造と係って、本発明で記述されていない部分は、この分野に公知された構造が制限されずに適用されてもよい。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の幾つかの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１０ プレート基材
２０ 熱線層
２１、２２ 熱線
３０ 電源供給ライン
４０ ブリッジ
５０ 電源供給ライン固定部
１００ プレートタイプ加熱装置

Claims (9)

  1. セラミックスプレート基材、
    前記セラミックスプレート基材の内部または上部面に位置する熱線層、
    電源供給ライン、及び
    前記熱線層に位置し、熱線と電源供給ラインを連結するブリッジを含み、
    前記ブリッジは、熱線と電源供給ラインとの間の最短距離を基準にして１．２倍～５倍の長さのブリッジ素材を屈曲させて熱線と電源供給ラインを連結しており、
    前記ブリッジは、１個以上の谷と１個以上の山を持つように屈曲して形成されており、
    前記ブリッジは、谷と山が交互に配列された波形に形成され、振幅がブリッジ素材幅の１．２倍～２０倍になるように形成されており、
    前記ブリッジの断面積は前記熱線の断面積に対して２倍～１０倍であることを特徴とするプレートタイプ加熱装置。
  2. 前記熱線層に配置された熱線の一端と他端には、それぞれ異なる極の電源供給ラインが連結されることを特徴とする請求項１に記載のプレートタイプ加熱装置。
  3. 前記熱線は、前記セラミックスプレート基材の電源供給ライン固定部を中心としてリング状に配置され、
    前記ブリッジは、前記電源供給ライン固定部の電源供給ラインとリング内の熱線を連結させることを特徴とする請求項１または２に記載のプレートタイプ加熱装置。
  4. 前記リング状は２個以上のリングを含み、前記リングは電源供給ライン固定部を中心とする同心円、または同心円と類似な形態で形成され、それぞれのリングは電気的に連結されることを特徴とする請求項３に記載のプレートタイプ加熱装置。
  5. 前記リング状は２個以上のリングを含み、前記リングは電源供給ライン固定部を中心とする同心円、または同心円と類似な形態で形成され、前記２個以上のリングは、異なる温度で加熱できるように、それぞれ異なる電源供給ラインとブリッジによって連結されることを特徴とする請求項３に記載のプレートタイプ加熱装置。
  6. 前記電源供給ライン固定部は前記セラミックスプレート基材の中心部に位置することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のプレートタイプ加熱装置。
  7. 前記熱線はジグザグに屈曲された状態でリング状を形成することを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載のプレートタイプ加熱装置。
  8. 前記プレートタイプ加熱装置はウェハーの加熱に使われることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のプレートタイプ加熱装置。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のプレートタイプ加熱装置を含む気相蒸着装置。
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