KR100773802B1 - 급전 부재 및 가열 장치 - Google Patents

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요시노부 고토
히데요시 츠루타
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니뽄 가이시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 급전 부재 및 그것을 이용한 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
급전 부재(100)는 급전 대상에 접속되는 제1 봉형(棒形) 부재(101)와, 전원에 접속되는 제2 봉형 부재(103)와, 제1 봉형 부재(101)와 제2 봉형 부재(103) 사이에 설치되고, 제1 봉형 부재(101)와 제2 봉형 부재(103)의 열팽창에 의한 길이 방향의 변형에 대응하여 길이 방향으로 수축하는 열팽창 흡수 부재(102)를 구비한다.

Description

급전 부재 및 가열 장치{POWER-SUPPLYING MEMBER AND HEATING APPARATUS USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 급전 부재의 한쪽 측면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 급전 부재의 다른 한쪽 측면도.
도 3은 도 1에 도시한 급전 부재의 응용예의 구성을 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 급전 부재를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 급전 부재를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 급전 부재를 도시한 개략도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 급전 부재를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 가열 장치를 도시한 단면도.
도 9는 실시예 1∼3에 따른 급전 부재에 대해서 사이클 시험 후의 단자 분리를 평가한 결과를 도시한 도면.
도 10은 비교예 1, 2에 따른 급전 부재에 대해서 사이클 시험 후의 단자 분리를 평가한 결과를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 급전 부재
101 : 제1 봉형 부재
102 : 열팽창 흡수 부재
103 : 제2 봉형 부재
본 발명은 열 CVD 장치나 플라즈마 CVD 장치 등의 반도체 제조 장치에 이용하기 적합한 급전 부재 및 가열 장치에 관한 것이다.
종래로부터 저항 발열체나 전극이 매설된 세라믹 기체(基體)와, 세라믹 기체를 지지하는 관형 지지 부재와, 지지 부재의 중공부에 포함되고, 세라믹 기체에 매설된 저항 발열체나 전극에 급전하는 급전 부재를 구비하는 가열 장치(이하, 세라믹 히터로 표기)가 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). 종래의 세라믹 히터에 있어서는 니켈이나 니켈기 합금에 의해 형성된 급전 부재의 일단은 세라믹 기체에 매설된 저항 발열체나 전극에 접합되고, 타단은 커넥터 등을 통해 전원에 접합되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제5-326112호 공보
그런데, 종래의 세라믹 히터에 있어서는, 급전 부재와 지지 부재는 다른 재료에 의해 형성되어 있는 동시에, 급전 부재와 지지 부재에서는 사용시의 온도가 다른 경우가 많기 때문에, 급전 부재와 지지 부재의 열팽창의 차이가 커진다. 또한 전술한 바와 같이, 급전 부재의 일단은 세라믹 기체에 매설된 저항 발열체나 전극에 접합되고, 타단은 커넥터 등을 통해 전원에 접합되어 있다. 또한, 급전 부재 의 타단은 챔버 내를 기밀하게 유지하기 위해 O링에 의해 유지 및 고정되어 있다.
이로 인해, 종래의 세라믹 히터의 구성에 의하면, 급전 부재가 온도 변화에 따라 자유롭게 열팽창될 수 없기 때문에, 저항 발열체나 전극과 급전 부재의 접합 부분에 과도한 응력이 발생함으로써, 급전 부재가 저항 발열체나 전극으로부터 분리되어 버리거나(단자 분리), 접합부 근방의 세라믹 기체에 크랙이 발생하게 될 가능성이 있다. 따라서, 종래의 세라믹 히터는 신뢰성의 면에서 문제를 갖는다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 가열 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 급전 부재 및 그것을 이용한 가열 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 급전 부재의 특징은 관형 지지 부재의 중공부에 포함되고, 지지 부재가 지지하는 세라믹 기체에 매설된 저항 발열체 또는 전극 중 하나 이상에 급전하는 급전 부재로서, 급전 대상에 접속되는 제1 봉형(棒形) 부재와, 전원에 접속되는 제2 봉형 부재와, 제1 봉형 부재와 제2 봉형 부재 사이에 설치되고, 제1 봉형 부재와 제2 봉형 부재의 열팽창에 따른 길이 방향의 변형에 대응하여 길이 방향으로 수축하는 열팽창 흡수 부재를 구비하는 것에 있다.
본 발명에 따른 가열 장치의 특징은 전력이 공급되는 저항 발열체 또는 전극 중 하나 이상이 매설된 세라믹 기체와, 세라믹 기체를 지지하는 관형 지지 부재와, 지지 부재의 중공부에 포함되고, 저항 발열체 또는 전극 중 하나 이상에 급전하는 급전 부재를 구비하며, 급전 부재는 급전 대상에 접속되는 제1 봉형 부재와, 전원 에 접속되는 제2 봉형 부재와, 제1 봉형 부재와 제2 봉형 부재 사이에 설치되고, 제1 봉형 부재와 제2 봉형 부재의 열팽창에 따른 길이 방향의 변형에 대응하여, 길이 방향으로 수축하는 열팽창 흡수 부재를 구비하는 것에 있다.
또한, 열팽창 흡수 부재는 봉형 부재를 나선형으로 감은 구조, 박판 부재를 나선형으로 감은 구조, 또는 박판 부재의 폭 방향으로 신장되는 산형 및 골형 굴곡부를 길이 방향으로 교대로 형성한 구조에 의해 형성된 부재라도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 열팽창 흡수 부재는 스프링성을 갖는 구조를 지닐 수 있고, 열팽창에 의한 변형에 대하여 보다 적절하게 수축하며, 급전 부재의 열팽창에 의한 변형량을 흡수할 수 있다.
또한, 열팽창 흡수 부재는 만곡부를 구비하고 있어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 열팽창 흡수 부재는 단면 형상을 변경할 필요가 없기 때문에 급전 부재 전체의 강도를 유지하면서, 스프링성을 갖는 구조 또는 좌굴(座屈)되기 쉬운 구조를 지닐 수 있다. 따라서, 열팽창 흡수 부재는 열팽창에 의한 변형에 대하여 보다 적절하게 수축 또는 좌굴되며, 급전 부재의 열팽창에 의한 변형량을 흡수할 수 있다.
또한, 열팽창 흡수 부재와 봉형 부재의 영률의 차는 50 [GPa] 이상인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 열팽창 흡수 부재는 수축하기가 보다 쉬워지며, 열팽창에 의한 변형에 대하여 보다 적절하게 수축되고, 급전 부재의 열팽창에 의한 변형량을 흡수할 수 있다.
또한, 산형 굴곡부로부터 인접한 다음 산형 굴곡부까지의 길이 방향의 길이(p)에 대한 산형 굴곡부로부터 인접한 골형 굴곡부까지의 폭 방향의 길이(a)의 비 율(a/p)이 0.2 이상 2 이하인 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 급전 부재는 직경(D), 축 방향의 단면적(S), 길이(L)로 이루어지는 급전 부재로 한다. 단, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실과는 다르다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 한다. 또한, 도면 상호간에 있어서도 상호 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 물론 포함되어 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 급전 부재에 이용되는 봉형 부재의 축 방향의 단면 형상은 특별히 기재가 없으면 원형이지만, 직사각형, 타원이어도 상관없다. 이 경우, 직사각형, 타원의 단면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경을 등가 직경(D)으로 한다.
[실시예 1]
〔급전 부재의 구성〕
처음에 도 1, 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 급전 부재의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 도 1은 급전 부재의 측면도를 도시하고, 도 2는 도 1의 화살표 A 방향에서 본 급전 부재의 측면도를 도시한다.
본 실시 형태에 따른 급전 부재(100)는 관형 지지 부재의 중공부에 포함되고, 지지 부재가 지지하는 세라믹 기체에 매설된 저항 발열체 또는 전극 중 하나 이상에 급전하는 급전 부재로서, 도 1, 2에 도시한 바와 같이 급전 대상에 접속되는 제1 봉형 부재(101)와, 전원에 접속되는 제2 봉형 부재(103)와, 제1 봉형 부재 (101)와 제2 봉형 부재(103) 사이에 설치되고, 제1 봉형 부재(101)와 제2 봉형 부재(103)의 열팽창에 따른 길이 방향의 변형에 대응하여 길이 방향으로 수축하는 열팽창 흡수 부재(102)를 구비한다.
급전 부재(100)는 내열성이 높고, 최대 10 [A] 이상 50 [A] 이하의 고전류가 흘러도 발열하지 않도록 전기 저항률이 작은 편이 보다 바람직하다. 이 때문에, 급전 부재(100)는 Ni기 내열 합금에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, Ni기 내열 합금은 Ni 순도가 99[%] 이상인 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
제1 봉형 부재(101) 및 제2 봉형 부재(103)의 직경(D101)은 전기 저항률을 작게 하기 위해 큰 편이 보다 바람직하다. 단, 급전 부재(100)는 관형 지지 부재의 중공부에 발열체 급전 부재 등과 함께 포함되기 때문에, 제1 봉형 부재(101) 및 제2 봉형 부재(103)의 직경(D101)은 1 [mm] 이상 10 [mm] 이하인 것이 보다 바람직하다.
열팽창 흡수 부재(102)의 길이 방향의 길이(L102)는 3 [mm] 이상인 것이 바람직하다. 단, 길이(L102)가 너무 짧으면 열팽창 흡수 부재(102)에 과대한 반복 응력이 가해짐으로써 열팽창 흡수 부재(102)가 파단될 가능성이 있으며, 반대로 길이(L102)가 너무 길면 커넥터를 장착하는 것이 곤란해지기 때문에, 길이(L102)는 3 [㎜] 이상 50 [㎜] 이하인 것이 바람직하다.
열팽창 흡수 부재(102)는 박판형 부재의 폭 방향으로 신장되는 산형 및 골형 굴곡부를 길이 방향으로 교대로 넣은 구조에 의해 형성된 부재인 것이 바람직하다. 또한, 산형 및 골형 굴곡부의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 삼각형 형상이 나 도 3에 도시한 바와 같은 사인 곡선 형상으로 할 수 있다. 또한, 산형 및 골형 굴곡부의 수(n)는 길이(L102)와 급전 부재(100)의 열팽창에 따른 길이 방향의 변형량에 의존하기 때문에 1∼50개로 한다. 특히, 굴곡부의 수(n)는 1∼10개인 것이 보다 바람직하다.
열팽창 흡수 부재(102)의 산형 굴곡부로부터 다음 산형 굴곡부까지의 피치(p102)는 길이(L102)를 굴곡부의 수(n)로 나눈 것을 바탕으로 산출한다. 열팽창 흡수 부재(102)의 산형 굴곡부로부터 골형 굴곡부까지의 거리인 진폭(a)의 피치(p)에 대한 비율(a/p)은 0.2 이상 2 이하이다. 진폭(a)은 급전 부재(100)의 열팽창에 따른 길이 방향의 변형량을 흡수하기 때문에 클수록 좋다. 단, 급전 부재(100)의 진폭(a)이 너무 클 경우, 박판형 부재에 균열이 생기기 쉬워지며, 또한 급전 부재(100)가 포함되는 지지 부재의 중공부에 포함되지 않기 때문에 진폭(a)의 피치(p)에 대한 비율(a/p)은 0.2 이상 1.5 이하인 것이 보다 바람직하다.
열팽창 흡수 부재(102)는 가능한 한 저온 환경으로 유지되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 전원에 접속되어 저온 환경으로 유지되는 제2 봉형 부재(103)의 길이 방향의 길이(L103)를 1 [mm] 이상 100 [mm] 이하로 함으로써, 열팽창 흡수 부재(102)를 저온 환경으로 유지할 수 있다. 또한, 길이(L103)는 3 [mm] 이상 50 [mm] 이하인 것이 보다 바람직하다.
열팽창 흡수 부재(102)의 폭(w102)은 제1 봉형 부재(101) 및 제2 봉형 부재(103)의 직경(D101)과 같거나 그 이하이다. 열팽창 흡수 부재(102)의 두께(t102)는 3 [mm] 이하이다. 단, 폭(w102) 및 두께(t102)가 너무 작을 경우, 길이 방향으 로 수축을 반복하였을 때에 열팽창 흡수 부재(102)가 단시간에 절단될 가능성이 있다. 따라서, 폭(w102)은 1 [mm] 이상, 직경(D101) 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 두께(t102)는 0.2 [mm] 이상 2 [mm] 이하인 것이 보다 바람직하다.
〔급전 부재의 제조 방법〕
다음에, 상기 급전 부재의 제조 방법에 대해서 설명한다.
상기 급전 부재를 제조할 때는, 처음에 제1 봉형 부재(101)와, 열팽창 흡수 부재(102)와, 제2 봉형 부재(103)가 일체로 된 봉형 부재를 제조하고, 봉형 부재의 일부를 박판형 부재가 되도록 깎는다. 다음에, 박판형 부재의 폭 방향으로 신장되는 산형 및 골형 굴곡부를 길이 방향으로 교대로 형성한 구조를 갖는 몰드에 대하여 박판형 부재를 압박함으로써 열팽창 흡수 부재(102)를 형성하고, 급전 부재(100)를 제조한다. 또한, 박판형 부재를 형에 압박하여 열팽창 흡수 부재(102)를 형성한 후에, 열팽창 흡수 부재(102)와, 제1 봉형 부재(101)와, 제2 봉형 부재(103)를 각각 용접 또는 납땜함으로써 급전 부재(100)를 제조하도록 하여도 좋다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 급전 부재(100)에 의하면, 급전 부재(100)가 급전 대상에 접속되는 제1 봉형 부재(101)와, 전원에 접속되는 제2 봉형 부재(103)와, 제1 봉형 부재(101)와 제2봉형 부재(103) 사이에 설치되고, 제1 봉형 부재(101)와 제2 봉형 부재(103)의 열팽창에 의한 길이 방향의 변형에 대응하여 길이 방향으로 수축하는 열팽창 흡수 부재(102)를 구비하기 때문에, 급전 부재(100)가 수축성을 지닐 수 있다.
이것에 의하면, 급전 부재(100)를 급전 대상에 접속시켰을 때에, 급전에 의 해 급전 부재(100)에 열이 가해져 열팽창을 일으키는 경우에도 열팽창 흡수 부재(102)가 수축함으로써, 열팽창에 의한 변형량을 흡수할 수 있다. 따라서, 급전 부재(100)가 열팽창에 의한 변형량을 흡수할 수 있는 구조를 지님으로써, 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 열팽창 흡수 부재(102)는 박판형 부재가 폭 방향으로 신장되는 산형 및 골형 굴곡부를 길이 방향으로 교대로 형성한 구조로 형성된 부재이기 때문에 스프링성을 갖는 구조를 지닐 수 있다. 이것에 의해 열팽창 흡수 부재(102)는 열팽창에 대하여 보다 적절하게 수축하고 급전 부재(100)의 열팽창에 의한 변형량을 흡수할 수 있다.
[실시예 2]
〔급전 부재의 구성〕
다음에, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 급전 부재의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서는 전술한 제1 실시 형태와 다른 점을 위주로 설명한다.
본 실시 형태에서는, 열팽창 흡수 부재(132)는 도 4에 도시한 바와 같이 제1 봉형 부재(131) 및 제2 봉형 부재(133)의 길이 방향의 중심선으로부터의 거리인 굴곡량(y132)이 0.1 [mm] 이상 떨어져 있는 만곡부를 구비한다. 열팽창 흡수 부재(132)의 길이 방향의 길이(L132)는 3 [mm] 이상이다. 급전 부재(130)로서 어느 정도의 강도를 유지하는 점을 유의하면, 길이(L132)는 5 [mm] 이상, 또한 길이(L130)보다도 10 [mm] 짧은 길이 이하인 것이 보다 바람직하다. 굴곡량(y132)은 0.1 [mm] 이상 20 [mm] 이하이다. 단, 급전 부재(130)의 강도를 유지하기 위해서, 지지 부재 내의 수납 공간의 측면으로부터도 굴곡량(y132)은 0.5 [mm] 이상 10 [mm] 이하인 것이 보다 바람직하다.
〔급전 부재의 제조 방법〕
다음에, 상기 급전 부재의 제조 방법에 대해서 설명한다.
상기 급전 부재를 제조할 때는, 처음에 제1 봉형 부재(131)와, 열팽창 흡수 부재(132)와, 제2 봉형 부재(133)가 일체로 된 봉형 부재를 제조한다. 다음에, 봉형 부재를 제1 봉형 부재(131) 및 제2 봉형 부재(133)의 길이 방향의 중심선으로부터의 거리인 굴곡량(y132)이 0.1 [mm] 이상 떨어져 있는 만곡부를 갖는 형상으로 압박함으로써 열팽창 흡수 부재(132)를 형성하고, 급전 부재(130)를 제조한다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 급전 부재(130)에 의하면, 열팽창 흡수 부재(132)는 제1 봉형 부재(131) 및 제2 봉형 부재(133)의 길이 방향의 중심선으로부터의 거리인 굴곡량(y132)이 0.1 [mm] 이상 떨어져 있는 만곡부를 구비하기 때문에, 열팽창 흡수 부재(132)의 단면 형상을 변경할 필요가 없고, 급전 부재(130) 전체의 강도를 유지하면서, 스프링성을 갖는 구조 또는 좌굴되기 쉬운 구조를 구비할 수 있다. 따라서, 열팽창 흡수 부재(132)는 열팽창에 의한 변형에 대하여 보다 적절하게 수축 또는 좌굴되어 급전 부재(130)의 열팽창에 의한 변형량을 흡수할 수 있으며, 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
[실시예 3]
〔급전 부재의 구성〕
다음에, 도 5를 참조하여 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 급전 부재의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서는 전술한 제1 실시 형태와 다른 점을 위주로 설명한다.
본 실시 형태에서는 열팽창 흡수 부재(152)는 영률이 제1 봉형 부재(151) 및 제2 봉형 부재(153)의 영률보다도 50 [GPa] 이상 작은 부재에 의해 형성되어 있다. 또한, 이러한 부재의 조합의 구체예에 대해서는 후술한 실시예에 나타낸다. 열팽창 흡수 부재(152)의 길이 방향의 길이(L152)는 0.1 [mm] 이상 50 [mm] 이하이다. 단, 급전 부재(150)의 강도를 유지하기 위해 길이(L152)는 0.3 [mm] 이상 30 [mm] 이하인 것이 보다 바람직하다.
〔급전 부재의 제조 방법〕
다음에, 상기 급전 부재의 제조 방법에 대해서 설명한다.
상기 급전 부재(150)는 열팽창 흡수 부재(152)와, 제1 봉형 부재(151)와, 제2 봉형 부재(153)를 각각 용접, 납땜, 마찰에 의해 압접함으로써 제조할 수 있다. 또한, 열팽창 흡수 부재(152)와, 제1 봉형 부재(151)와, 제2 봉형 부재(153)를 각각 코킹, 압입, 가열 수축 끼워맞춤(shrink fitting), 나사 고정에 의해 접속시킴으로써, 급전 부재(150)를 제조하도록 하여도 좋다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 급전 부재(150)에 의하면, 열팽창 흡수 부재(152)는 영률이 제1 봉형 부재(151) 및 제2 봉형 부재(153)의 영률보다도 50 [GPa] 이상 작은 부재에 의해 형성되어 있기 때문에, 수축하기 쉬워지며, 열팽창에 대하여 보다 적절하게 수축하여 급전 부재(150)의 열팽창 에 의한 변형량을 더 흡수할 수 있다. 따라서, 급전 부재(150)는 장치의 강도 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다.
〔그 밖의 실시 형태 및 변형예〕
본 발명에 따른 급전 부재는, 상기 실시 형태로만 한정되는 것은 아니며, 여러 가지의 변형이 가능하다. 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이 열팽창 흡수 부재(112)는 봉형 부재를 나선형으로 감은 구조라도 좋다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이 열팽창 흡수 부재(122)는 박판 부재를 나선형으로 감은 구조라도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 열팽창 흡수 부재는 스프링성을 갖는 구조를 지닐 수 있으며, 열팽창에 의한 변형에 대하여 보다 적절하게 수축하고, 열팽창에 의한 급전 부재의 변형량을 흡수할 수 있다. 따라서, 급전 부재는 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
〔급전 부재의 적용예〕
상기 실시 형태의 급전 부재는, 예컨대 도 8에 도시한 바와 같은 가열 장치에 적용할 수 있다. 도 8에 도시한 가열 장치(50)는 지지 부재(1)와, 세라믹 기체(2)와, 저항 발열체(3)와, 고주파 전극(4)과, 측온 프로브(5)와, 제1 단자(6)와, 제2 단자(7)와, 커넥터(8a, 8b)와, 냉각 샤프트(9)와, 급전 부재(160)와, 고주파 급전 부재(170)를 구비한다. 세라믹 기체(2)는 내부에 저항 발열체(3) 및 고주파 전극(4)이 매설되어 있으며, 기판 가열면에 웨이퍼(23)를 설치하는 가열면을 구비한다. 세라믹 기체(2)는 급전 부재(160) 및 고주파 급전 부재(170)를 삽입하는 구멍을 갖는다. 구멍은 세라믹 기체(2)의 기판 가열면과 반대측 접합면(14)으로부터 제1 단자(6) 및 제2 단자(7)까지 연장되어 있다. 그 때문에, 제1 단자(6) 및 제2 단자(7)의 일부는 노출되어 있다.
세라믹 기체(2)는 원반 형상 등의 판형인 것을 이용할 수 있다. 또, 세라믹 기체(2)는 세라믹, 금속, 세라믹과 금속의 복합 재료 등에 의해 구성될 수 있다. 예컨대, 세라믹 기체(2)는 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al203), 질화규소(SiN), 탄화규소(SiC), 사이알론(SiAlON), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 알루미늄 합금-질화알루미늄복합물, 알루미늄 합금-SiC 복합물 등에 의해 구성된다.
세라믹 기체(2)는 질화알루미늄, 알루미나, 탄화규소, 질화규소에 의해 구성되는 것이 바람직하고, 95% 이상의 상대 밀도를 갖는 질화알루미늄, 알루미나에 의해 구성되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 세라믹 기체(2)는 열전도율이 높고, 95% 이상의 상대 밀도를 갖는 질화알루미늄에 의해 구성되는 것이 무엇보다도 보다 바람직하다. 이것에 의하면, 내열성, 내부식성이 우수한 세라믹 히터(50)를 제공할 수 있다.
저항 발열체(3) 및 고주파 전극(4)은 세라믹 기체(2) 내부에 매설되어 있다. 저항 발열체(3)는 급전 부재(160)로부터 전력을 공급받아 발열한다. 저항 발열체(3)는 제1 단자(6)와 접속된다. 구체적으로는, 저항 발열체(3)는 코킹, 납땜, 나사에 의해 제1 단자(6)와 접속된다. 그리고, 저항 발열체(3)는 제1 단자(6)를 통해 급전 부재(160)에 접속되어 전력을 공급받는다.
고주파 전극(4)은 고주파 급전 부재(170)로부터 고주파의 전력이 공급된다. 고주파 전극(4)과 챔버 내의 상측 벽면에 고정되는 상측 고주파 전극(13)에 고주파 전력이 공급됨으로써, 고주파 전극(4)과 상측 고주파 전극 사이의 원료 가스 또는 클리닝 가스에 고전압을 고온으로 인가할 수 있다. 이것에 의해 원료 가스 또는 클리닝 가스는 플라즈마 상태가 된다. 고주파 전극(4)은 제2 단자(7)와 접속된다. 구체적으로는, 고주파 전극(4)은 코킹, 납땜, 나사에 의해 제2 단자(7)와 접속된다. 그리고, 고주파 전극(4)은 제2 단자(7)를 통해 고주파 급전 부재(170)에 접속되어 전력을 공급받는다.
저항 발열체(3) 및 고주파 전극(4)은 탄탈, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 텅스텐카바이드(WC), 백금, 레늄, 하프늄으로 이루어지는 순금속, 또는 합금에 의해 구성된다. 저항 발열체(3) 및 고주파 전극(4)의 형태는 한정되지 않고, 예컨대 고융점 재료의 분말을 함유하는 인쇄 페이스트를 인쇄하여 형성한 것, 물리적 증착법이나 화학적 증착법에 의해 형성된 박막, 선재, 코일재, 메쉬재, 판재 등을 이용할 수 있다.
저항 발열체(3) 및 고주파 전극(4)의 패턴 형상은 소용돌이 형상, 메쉬 형상 등을 이용할 수 있다. 제1 단자(6)는 저항 발열체(3)와 급전 부재(160)를 접속시킨다. 제2 단자(7)는 고주파 전극(4)과 고주파 급전 부재(170)를 접속시킨다. 제1 단자(6) 및 제2 단자(7)는 몰리브덴이나 니오븀 등에 의해 구성될 수 있다. 제1 단자(6) 및 제2 단자(7)는 표면이 금이나 니켈에 의해 코팅되어 있어도 좋다. 제1 단자(6) 및 제2 단자(7)는 구형이나 원기둥형인 것을 이용할 수 있다.
급전 부재(160)는 관형 지지 부재(1)의 중공부에 포함되고, 지지 부재(1)에 지지되는 세라믹 기체(2)에 매설된 저항 발열체(3)에 급전한다. 고주파 급전 부재(170)는 관형 지지 부재의 중공부에 포함되고, 지지 부재(1)에 지지되는 세라믹 기체(2)에 매설된 고주파 전극(4)에 급전한다.
급전 부재(160) 및 고주파 급전 부재(170)는 인접한 급전 부재와 접촉하지 않도록 중공형 절연 슬립(31) 내에 포함되어 있다. 또한, 급전 부재(160) 및 고주파 급전 부재(170)와 냉각 샤프트(9) 사이에 불소계의 내열 고무에 의해 형성된 O링(32)이 설치되어, 챔버(22) 내는 기밀하게 유지되어 있다.
급전 부재(160) 및 고주파 급전 부재(170)는 급전 대상에 접속되는 제1 봉형 부재와, 전원에 접속되는 제2 봉형 부재와, 제1 봉형 부재와 제2 봉형 부재 사이에 설치되고, 제1 봉형 부재와 제2 봉형 부재의 열팽창에 의한 길이 방향의 변형에 대응하여 상기 길이 방향으로 수축하는 열팽창 흡수 부재를 구비한다.
급전 부재(160)의 제1 봉형 부재는 제1 단자(6)를 통해 저항 발열체(3)와 접속된다. 또한, 급전 부재(160)의 제2 봉형 부재는 커넥터(8)를 통해 전원과 접속된다. 고주파 급전 부재(170)의 제1 봉형 부재는 제2 단자(7)를 통해 고주파 전극(4)에 접속된다. 또한, 고주파 급전 부재(170)의 제2 봉형 부재는 커넥터(8b)를 통해 고주파 전원에 접속된다.
지지 부재(1)는 관형 중공부를 구비하고, 상기 중공부에 급전 부재(160) 및 고주파 급전 부재(170)를 수용한다. 지지 부재(1)는 세라믹 기체(2)의 기판 가열면과 반대측 접합면(14)에 접합되어 있다. 지지 부재(1)의 재질은 할로겐계부식성 가스에 대하여 내식성을 갖는 세라믹 또는 금속이다. 또한, 지지 부재(1)의 재질 은 세라믹 기체(2)의 재질과 동종으로 하는 것이 보다 바람직하다.
지지 부재(1)의 재질은 금속인 경우, 스테인레스 등의 니켈기 합금 또는 알루미늄 합금인 것이 바람직하고, 내열 니켈 합금인 인코넬인 것이 보다 바람직하다. 지지 부재(1)는 고상 접합 등의 직접 접합, 땜납 접합, 나사 고정 등의 기계적인 접합에 의해 세라믹 기체(2)와 접합된다. 이러한 접합은 고상(固相) 접합, 고액(固液) 접합, 땜납 접합을 이용하는 경우, 지지 부재(1)의 중공부에 포함되는 금속 부품을 할로겐계 부식 가스로부터 보호할 수 있다.
이 접합에 있어서 나사 고정을 이용하는 경우, 지지 부재(1)의 하부에 가스 도입 구멍(12)을 하나 이상 구비함으로써, 금속 부품을 할로겐계 부식 가스로부터 보호할 수 있다. 가스 도입 구멍(12)으로부터 지지 부재(1)의 중공부에 충전되는 할로겐계 부식 가스는 지지 부재(1)의 하부로 들어가기 때문에, 충분히 온도가 낮아지며, 활성이 작은 중성 분자로 이루어져 있기 때문에 금속 부품에 부식이 잘 발생하지 않게 한다. 또한, 가스 도입 구멍(12)은 다른 기밀 접합(고상, 고액, 땜납 접합)에서는 불필요하다.
가열 장치(50)는 전극으로서 정전척용 전극 등을 구비할 수 있다. 정전척용 전극은 전력 공급에 의해 정전 인력을 발생시키고, 기판을 흡착하기 위해 이용된다. 본 발명의 가열 장치의 용도는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 화학적 기상 성장 장치, 물리적 기상 성장 장치, 에칭 장치, 베이킹 장치, 코터용 큐어링 장치에 적용할 수 있다. 또한, 세라믹 기체에 부착되는 급전 부재가 고온 환경에서 유지되고, 급전 부재의 양단부가 고정되어 있는 경우에 있어서는, 급전 부재뿐만 아니라 세라믹 기체를 지지하는 지지 부재를 포함하는 가열 장치라도 상관없다.
[실시예]
다음에, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 하등 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 실시예에서는 처음에 이하에 도시하는 순서에 의해 도 8에 도시한 가열 장치를 제작한다. 즉, 처음에 질화알루미늄으로 이루어지는 분말에 저항 발열체로서 몰리브덴 코일을 매설한 세라믹 기체를 제작하였다. 또한, 세라믹 기체는 두께를 10 [mm], 직경(Φ)을 320 [mm]로 형성하였다. 다음에, 웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 고정용 핀을 알루미나에 의해 제작하였다. 다음에, 인코넬로 이루어지는 지지 부재를 제작하여 세라믹 기체와 나사 고정 접합에 의해 접합시켰다. 또한, 지지 부재의 길이는 200 [mm]로 형성하였다. 다음에, 지지 부재의 중공부에 절연을 확보하기 위해 알루미나관으로 덮힌 급전 부재를 3개, 저항 발열체의 온도를 측정하는 프로브로서 열전대 프로브를 1개 각각 설치하였다. 그리고, 제작한 가열 장치를 이용하여 사이클 시험을 행하였다. 구체적으로는, 챔버 내를 질소 가스의 압력을 10 [mTorr], 저항 발열체의 온도를 500[℃]로 각각 설정하고, 10[℃/분]의 속도로 온도를 끌어 올렸다. 다음에, 저항 발열체의 온도가 500[℃]에 도달한 시점에서 10[℃/분]의 속도로 200[℃]까지 온도를 끌어 내렸다. 이것을 1000 사이클 반복하여 가열 장치를 관찰하였다.
〔실시예 1〕
실시예 1에서는, 도 9a에 도시한 바와 같이 급전 부재를 구성하는 제1 및 제2 봉형 부재를 영률이 205 [GPa]인 Ni에 의해 형성하였다. 또한, 제1 봉형 부재 및 제2 봉형 부재의 길이 방향의 길이는 각각 200 및 10 [mm]로 하고, 단면 형상은 모두 Φ5 [mm]로 하였다. 또한, 급전 부재를 구성하는 열팽창 흡수 부재도 Ni에 의해 형성하였다. 또한, 열팽창 흡수 부재의 피치(p), 진폭(a) 및 진폭(a)/피치(p)의 값은 각각 5, 2, 0.4로 하고, 길이 방향의 길이는 30 [mm]로 하였다. 또한, 열팽창 흡수 부재의 단면 형상은 5×0.3 [mm]의 직사각형 형상으로 하였다. 이러한 급전 부재에 대해서 사이클 시험 후의 단자 분리의 유무를 관찰한 결과, 단자 분리가 발생하지 않는 것이 확인되었다.
〔실시예 2〕
실시예 2에서는, 도 9b에 도시한 바와 같이 급전 부재를 구성하는 제1 및 제2 봉형 부재를 영률이 205 [GPa]인 Ni에 의해 형성하였다. 또한, 제1 봉형 부재 및 제2 봉형 부재의 길이 방향의 길이는 각각 200 및 10 [㎜]로 하고, 단면 형상은 모두 Φ5 [㎜]로 하였다. 한편, 열팽창 흡수 부재는 영률이 110 [GPa]인 Cu에 의해 형성되고, 열팽창 흡수 부재를 영률이 제1 및 제2 봉형 부재의 영률보다도 95 [GPa] 작은 부재에 의해 형성하였다. 또한, 열팽창 흡수 부재의 단면 형상은 Φ5 [㎜]로 하였다. 이러한 급전 부재에 대하여 사이클 시험 후의 단자 분리의 유무를 관찰한 결과, 단자 분리가 발생하고 있지 않다는 것이 확인되었다.
[실시예 3]
실시예 3에서는, 도 9c에 도시한 바와 같이 열팽창 흡수 부재를 영률이 69 [GPa]인 Al에 의해 형성하고, 열팽창 흡수 부재를 영률이 제1 및 제2 봉형 부재의 영률보다도 136 [GPa] 작은 부재에 의해 형성한 것 이외는 실시예 2와 동일한 처리 를 행함으로써 급전 부재를 제작하였다. 이러한 급전 부재에 대해서 사이클 시험 후의 단자 분리의 유무를 관찰한 결과, 단자 분리가 발생하고 있지 않다는 것이 확인되었다.
[비교예 1]
비교예 1에서는, 도 10a에 도시한 바와 같이 급전 부재를 영률이 205 [GPa]인 Ni에 의해 형성된 봉형 부재에 의해서만 형성하고, 열팽창 흡수 부재를 설치하지 않았다. 또한, 봉형 부재의 길이 방향의 길이는 240 [mm]로 하고, 단면 형상은 Φ5 [mm]로 하였다. 이러한 급전 부재에 대해서 사이클 시험 후의 단자 분리의 유무를 관찰한 결과, 2개의 급전 단자가 분리되어 있는 것이 확인되었다.
〔비교예 2〕
비교예 2에서는, 도 10b에 도시한 바와 같이 급전 부재를 구성하는 열팽창 흡수 부재를 영률이 193 [GPa]인 SU316에 의해 형성하고, 열팽창 흡수 부재를 영률이 제1 및 제2 봉형 부재의 영률보다도 12 [GPa] 작은 부재에 의해 형성한 것 이외는 실시예 2와 동일한 처리를 행함으로써, 비교예 2의 급전 부재를 제작하였다. 이러한 급전 부재에 대해서 사이클 시험 후의 단자 분리 유무를 관찰한 결과, 급전 단자가 1개 분리되어 있는 것이 확인되었다.
이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이 실시 형태에 의한 본 발명의 개시 일부를 이루는 논술 및 도면에 의해 한정되지 않는다. 즉, 상기 실시 형태에 기초하여 당업자들에 의해 이루어진 다른 실시 형태, 실시예 및 운용 기술 등은 전부 본 발명의 범주에 물론 포함된다는 것을 덧붙여 둔다.
본 발명에 의하면, 급전 부재는 열팽창 흡수 부재를 구비함으로써 수축성을 갖게 되기 때문에, 급전 부재를 급전 대상에 접속시켰을 때에, 급전에 의해 급전 부재에 열이 가해지며, 급전 부재가 열팽창하는 경우에도 열팽창 흡수 부재가 수축함으로써, 열팽창에 따른 급전 부재의 길이 방향의 변형량을 흡수하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 관형 지지 부재의 중공부에 마련되고, 지지 부재가 지지하는 세라믹 기체 내에 매설된 저항 발열체 또는 전극 중 하나 이상에 급전하는 급전 부재로서,
    급전 대상에 접속되는 제1 봉형 부재와,
    전원에 접속되는 제2 봉형 부재와,
    상기 제1 봉형 부재와 상기 제2 봉형 부재 사이에 설치되고, 제1 봉형 부재와 제2 봉형 부재의 열팽창에 따른 길이 방향의 변형에 대응하여 길이 방향으로 수축하는 열팽창 흡수 부재
    를 구비하고, 상기 열팽창 흡수 부재는, 영률이 상기 제1 및 제2 봉형 부재의 영률보다 50 [GPa] 이상 작은 부재에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 급전 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열팽창 흡수 부재는 봉형 부재를 나선형으로 감은 구조, 박판 부재를 나선형으로 감은 구조 또는 박판 부재의 폭 방향으로 신장되는 산형 및 골형 굴곡부를 길이 방향으로 교대로 형성한 구조에 의해 형성된 부재인 것을 특징으로 하는 급전 부재.
  6. 제5항에 있어서, 산형 굴곡부로부터 인접한 다음 산형 굴곡부까지의 길이 방향의 길이(p)에 대한 산형 굴곡부로부터 인접한 골형 굴곡부까지의 폭 방향의 길이(a)의 비율(a/p)이 0.2 이상 2 이하인 것을 특징으로 하는 급전 부재.
  7. 삭제
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