KR101470017B1

KR101470017B1 - 면상 히터

Info

Publication number: KR101470017B1
Application number: KR1020080114290A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 시마누키; 다이스케 하야시
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2014-12-05
Also published as: KR20090051703A; CN101442845B; TW200932033A; US20090159587A1; TWI471054B; US8071920B2; JP2009123656A; CN101442845A; JP5014080B2

Abstract

전력을 공급하는 전원 단자부(108)가 실리카 유리판형체(102)의 하면 중앙부에 설치된 면상 히터(1)로서, 상기 전원 단자부는, 카본 와이어 발열체에 전력을 공급하는 접속선을 수용하는 소직경의 실리카 유리관(105a, 106a)과, 소직경의 실리카 유리관(105a, 106a)을 수용하는 대직경의 실리카 유리관(2)을 구비하고, 상기 대직경의 실리카 유리관(2)의 하단부에는 플랜지부(2a)가 형성되며, 상기 대직경의 실리카 유리관의 상단부와 상기 플랜지부(2a) 사이에는 직경을 달라지게 하는 굴곡부(2b)가 형성되고, 또한 금속판 또는 불투명 실리카 유리판으로 이루어지는 제1 열차폐판(19, 20, 21)이 상기 굴곡부 하측의 대직경의 실리카 유리관 내에 수용되어 있다.

Description

면상 히터{PLANAR HEATER}

본 발명은 면상 히터에 관한 것으로, 더 상세하게는 카본 와이어 발열체를 실리카 유리판형체 내에 봉입한 면상 히터로서, 반도체 제조 프로세스에 있어서 웨이퍼 등의 열처리용에 적합하게 사용되는 면상 히터에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에서는, 그 공정에 있어서 실리콘 웨이퍼 등에 여러 가지 열처리가 시행된다. 이들 열처리에는 엄밀한 온도 관리가 요구되며, 열처리 분위기를 먼지 등의 파티클이 존재하지 않는 깨끗한 분위기로 유지하는 것이 요구되고 있다.

이 때문에, 열처리에 사용되는 가열용 히터에서는, 균열성 및 승ㆍ강온 제어 성능이 우수하며 또한 파티클 등의 오염 물질을 방출하지 않는 등의 여러 요건을 만족시키는 것이 요구되고 있다. 이와 같은, 반도체 제조용 히터의 하나로서, 발열체를 비산화성 분위기 가스와 함께 실리카 유리 부재 등의 지지 부재 내에 봉입한 구조의 히터가 존재하고 있다.

또한, 본 발명자들은 매우 적합한 반도체 제조용 히터로서, 극세 카본 섬유를 묶은 카본 화이버 다발을 복수 다발 엮어 제작한 카본 와이어 발열체를, 비산화 성 분위기 가스와 함께 실리카 유리 부재 등의 지지 부재 내에 봉입한 반도체 열처리 장치용 히터를 개발하여, 이미 일본 특허 공개 제2007-220595호 공보에 제안하였다.

여기서, 일본 특허 공개 제2007-220595호 공보에 나타낸 히터에 대해서 도 9 내지 도 11에 기초하여 설명한다. 또한, 도 9는 면상 히터를 도시한 평면도이며, 도 10은 도 9에 도시한 면상 히터의 측면도이고, 도 11은 도 10의 I-I선을 따라 취한 단면도이다.

도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 이 면상 히터(100)는 가열면(101)이 원형 평판형으로 형성되어 있으며, 실리카 유리판형체(102) 내에 카본 와이어 발열체(CW)가 봉입되어 있다. 상기 실리카 유리판형체(102)는 제1 실리카 유리체(102a)와, 제2 실리카 유리체(102b), 그리고 제3 실리카 유리체(102c)로 구성되어 있다.

제1 실리카 유리체(102a)와 제3 실리카 유리체(102c)의 상면 및 하면은 평판형으로 형성되어 있다. 한편, 제2 실리카 유리체(102b)의 상면에는, 도 9에 도시하는 배치 패턴과 동일한 형상의 홈(102d)이 형성되며, 또한 이 제2 실리카 유리체(102b)의 하면에는, 중심부로부터 직경 방향으로 연장되는 홈(102e1, 102e2)이 설치되어 있다.

이 면상 히터(100)는, 도 9에 도시하는 바와 같이 가열면(101)을 4개의 영역(A, B, C, D)으로 분할하고 있다. 즉, 가열면(101)의 내측 영역을 2분할한 영역인 영역 A, 영역 B, 또한 상기 가열면(101)의 내측 영역의 외주에 위치하는 외측 영역을 2분할한 영역인 영역 C, 영역 D마다 카본 와이어 발열체(CW)가 배치되어 있다.

또한, 상기 가열면(101)의 내측 영역(영역 A, 영역 B)의 홈(102d)은 가열면(101) 중앙부의 위치 a, 위치 b에 형성된 관통 구멍에 연통되어 있다. 한편, 가열면(101)의 외측 영역(영역 C, 영역 D)의 홈(102d)은 가열면(101a)의 외주측 위치 e, 위치 f에 형성된 관통 구멍에 연통되어 있다.

또한, 상기 홈(102e1)의 일단은 가열면(101) 중앙부의 위치 c에 형성된 관통 구멍에 연통되며, 타단은 가열면(101)의 외주부의 위치 e에 형성된 관통 구멍에 연통되어 있다. 마찬가지로, 이 홈(102e2)의 일단은 가열면(101) 중앙부의 위치 d에 형성된 관통 구멍에 연통되며, 타단은 가열면(101)의 외주부의 위치 f에 형성된 관통 구멍에 연통되어 있다.

그리고, 내측 영역(영역 A, 영역 B) 및 외측 영역(영역 C, 영역 D)의 홈(102d)의 내부에는 카본 와이어 발열체(CW)가 수용되며, 또한 홈(102e1)에는 접속선(103b)이 수용되고, 홈(102e2)에는 접속선(103a)이 수용된다.

또한, 제1 실리카 유리체(2a)의 하면 중앙부에는, 도 10, 도 11에 도시하는 바와 같이, 상기 카본 와이어 발열체(CW)에 통전하는 접속선(103a, 103b, 104a, 104b)을 갖는 전원 단자부(108)가 설치되어 있다. 상기 접속선(103a, 103b)은 외측 영역의 영역(C, D)에 통전하기 위한 접속선이며, 상기 접속선(104a, 104b)은 중앙부측 영역(A, B)에 통전하기 위한 접속선이다.

도 10, 도 11에 도시하는 바와 같이, 상기 접속선(103a)은 실리카 유리 관(105a)에 수용되며, 또한 접속선(103b)은 실리카 유리관(105b)에 수용되어 있다. 이 접속선(103a, 103b)을 수용하는 실리카 유리관(105a, 105b)은, 제1 실리카 유리체(102a)를 삽입 관통하여, 제2 실리카 유리체(102b)의 하면에 접촉하고 있다.

따라서, 접속선(103a)은 위치 d에서 실리카 유리관(105a)으로부터 홈(102e2) 내에 들어가, 위치 f의 관통 구멍을 통하여, 외측 영역의 영역(C, D)의 카본 와이어 발열체(CWC, CWD)에 접속된다. 마찬가지로, 접속선(103b)은 위치 c에서 실리카 유리관(105b)으로부터 홈(102e1) 내에 들어가, 위치 e의 관통 구멍을 통하여, 외측 영역의 영역(C, D)의 카본 와이어 발열체(CW)에 접속된다.

또한, 상기 접속선(104a)은 실리카 유리관(106a)에 수용되며, 접속선(104b)은 실리카 유리관(106b)에 수용되어 있다. 이 실리카 유리관(106a, 106b)은 제1 실리카 유리체(102a)를 삽입 관통하여, 제2 실리카 유리체(102b)에 형성된 관통 구멍이 개구되는 내부 바닥면에 접촉하고 있다. 따라서, 접속선(104a)은 위치 a에서 실리카 유리관(106a)으로부터 관통 구멍을 통하여, 중앙부측 영역(A, B)의 카본 와이어 발열체(CW)에 접속된다. 또한, 접속선(104b)은 위치 b에서 실리카 유리관(106b)으로부터 관통 구멍을 통하여, 중앙부측 영역(A, B)의 카본 와이어 발열체(CW)에 접속된다.

또한, 상기 접속선(103a, 103b, 104a, 104b)을 수용한 모든 실리카 유리관(105a, 105b, 106a, 106b)의 단부는 밀봉되어, 대직경의 실리카 유리관(107)의 내부에 수용된다.

이와 같이, 접속선(103a, 103b, 104a, 104b)을 가열면(101)의 이면 중앙부에 모아, 전원 단자부(108)로서 구성하였기 때문에, 컴팩트화를 도모할 수 있다. 또한, 이 발열체를 고순도 실리카 유리 부재 등의 깨끗한 내열성 지지 부재 내에 비산화성 가스와 함께 봉입한 히터는, 파티클 등을 발생시키는 일이 없어, 상기한 바와 같이 반도체 제조용 히터로서 매우 적합하다.

그런데, 상기 카본 와이어 발열체(CW)로부터의 복사열은, 면상 히터(100)의 가열면(101) 뿐만 아니라, 면상 히터(100)의 하측에도 전파된다. 특히, 상기 대직경의 실리카 유리관(107)의 하단부는, O링을 통해 케이싱의 플랜지 등에 부착된다. 이 때문에, 상기 카본 와이어 발열체(CW)로부터의 복사열이 상기 대직경의 실리카 유리관(107) 내부를 통과하여, 상기 O링에 전파되고, O링을 열화시킨다고 하는 기술적 과제가 있었다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 면상 히터의 하측으로의 복사열의 전파를 억제하는 면상 히터를 제공하는 것을 목적으로 하며, 특히 면상 히터의 전원 단자부를 구성하는 상기 대직경의 실리카 유리관 내부를 통과하는 복사열의 전파를 억제하는 면상 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명에 따른 면상 히터, 카본 와이어 발열체가 실리카 유리판형체 내부에 평면형으로 배치, 밀봉되며, 상기 카본 와이어 발열체에 전력을 공급하는 전원 단자부가 상기 실리카 유리판형체의 하면 중앙부에 설치된 면상 히터로서, 상기 전원 단자부는, 카본 와이어 발열체에 전력을 공급하는 접속선과, 상기 접속선을 수용하는 소직경의 실리카 유리관과, 상기 소직경의 실리카 유리관을 수용하며 상단부가 히터의 하면에 접하여 부착되는 대직경의 실리카 유리관을 구비하고, 상기 대직경의 실리카 유리관의 하단부에는 플랜지부가 형성되며, 상기 대직경의 실리카 유리관의 상단부와 상기 플랜지부 사이에는 직경을 달라지게 하는 굴곡부가 형성되고, 또한 상기 굴곡부 하측의 대직경의 실리카 유리관 내에, 금속판 혹은 불투명 실리카 유리판 또는 이들의 조합으로 이루어지는 제1 열차폐판이 수용되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 대직경의 실리카 유리관의 상단부와 플랜지부 사이에는 직경을 달라지게 하는 굴곡부가 형성되어 있기 때문에, 대직경의 실리카 유리관을 통과하 는 복사열의 전파를 억제할 수 있다. 또한, 상기 굴곡부 하측의 대직경의 실리카 유리관 내에, 금속판 혹은 불투명 실리카 유리판으로 이루어지는 제1 열차폐판이 수용되어 있기 때문에, 대직경의 실리카 유리관 내부를 통과하는 복사열의 전파를 억제할 수 있다. 그 결과, 이 면상 히터의 하측에 배치되는 예컨대, O링의 열화 등의 폐해를 방지할 수 있다.

특히, 제1 열차폐판 중 적어도 1장이 금속판인 경우에는, 대직경의 실리카 유리관 내부를 통과하는 복사열의 전파를 더 확실하게 억제할 수 있다.

여기서, 상기 제1 열차폐판이 복수매 존재하며, 적어도 1장이 금속판으로 이루어지고, 상기 굴곡부 상측의 대직경의 실리카 유리관 내에, 복수매의 불투명 실리카 유리판으로 이루어지는 제2 열차폐판이 수용되어 있고, 상기 제1 열차폐판 및 제2 열차폐판이 대직경의 실리카 유리관의 축선 방향으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 굴곡부 상측의 대직경의 실리카 유리관 내에, 불투명 실리카 유리판으로 이루어지는 제2 열차폐판이 수용되어 있으며, 상기 실리카 유리판형체의 하면측에, 상기 전원 단자부의 외측 영역을 덮는 제3 열차폐판이 설치되고, 상기 제3 열차폐판은 복수매의 실리카 유리판으로 이루어지며, 적어도 상기 실리카 유리판형체의 하면에 가장 근접한 열차폐판에는, 투명 실리카 유리 내에 카본 시트가 수용되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리카 유리판형체의 하면에 가장 근접한 열차폐판에는, 투명 실리카 유리 내에 카본 시트가 수용되어 있는 경우, 실리카 유리판형체의 하면측의 복사열을 더 억제할 수 있다.

특히, 실리카 유리판형체의 하면에 가장 근접한 제3 열차폐판에는, 투명 실리카 유리 내에 카본 시트가 수용되며, 상기 제2 열차폐판이 복수매의 불투명 실리카 유리판으로 이루어지는 경우에는, 실리카 유리판형체의 중앙부에서의 열 축적을 억제하여, 실리카 유리판형체의 가열면의 균열성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제3 열차폐판 각각은, 상기 실리카 유리판형체의 하면에 설치된 유지 부재에, 상기 실리카 유리판형체 하면과 평행하게 유지되고 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실리카 유리판형체의 하면 중심부에는 오목부가 형성되며, 상기 오목부 내에 카본으로 이루어지는 캡 부재가 수용되고, 또한 상기 캡 부재 내에 열전대가 수용되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 카본으로 이루어지는 캡 부재 내에 열전대가 수용되어 있기 때문에, 정밀도 좋게 온도를 측정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 면상 히터의 하측으로의 복사열의 전파를 억제하는 면상 히터를 얻을 수 있으며, 특히 면상 히터의 샤프트부를 구성하는 상기 대직경의 실리카 유리관 내부를 통과하는 복사열의 전파를 억제하는 면상 히터를 얻을 수 있다.

이하에, 본 발명에 따른 일 실시형태에 대해서, 도 1 내지 도 8에 기초하여 설명한다. 또한, 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 면상 히터를 도시하는 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시한 A-A선을 따라 취한 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B선을 따라 취한 단면도이며, 도 4는 도 1의 C-C선을 따라 취한 단면도이고, 도 5는 도 1의 D-D선을 따라 취한 단면도이며, 도 6은 도 1에 도시된 상부 열차폐판을 도시하는 평면도이고, 도 7은 도 1에 도시된 하부 열차폐판을 도시하는 평면도이며, 도 8은 상부 열차폐판, 하부 열차폐판의 조립 상태를 도시하는 측면도이다. 또한, 도 9 내지 도 11에 도시한 면상 히터를 구성하는 부재와 동일 혹은 상당하는 부재는, 동일한 도면 부호를 붙임으로써, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 이 면상 히터(1)는 도 9 내지 도 11에 도시한 면상 히터(100)와 마찬가지로, 실리카 유리판형체(102) 내에 카본 와이어 발열체(CW)가 면내 중심부로부터 외주 근방까지 동심형으로 봉입되며, 원형판 모양의 가열면(101)이 형성되어 있다.

또한, 실리카 유리판형체(102) 내의 카본 와이어 발열체(CW)에 접속되어, 상기 카본 와이어 발열체(CW)에 전력을 공급하는 접속선(103a, 103b, 104a, 104b)은, 실리카 유리관(105a, 105b, 106a, 106b)에 수용되어 있다. 이 실리카 유리관(105a, 105b, 106a, 106b)의 단부는 밀봉되어 있으며, 이 단부로부터 접속 단자(110a, 111a)가 돌출되어 있다[실리카 유리관(105b, 106b)으로부터 돌출된 접속 단자는 도시하지 않음].

그리고, 실리카 유리관(105a, 105b, 106a, 106b)은 실리카 유리판형체(102)의 하면에 부착된 대직경의 실리카 유리관(2)의 내부에 수용된다. 이 대직경의 실 리카 유리관(2)은, 면상 히터를 부착하기 위한 샤프트부(전원 단자부)로서 기능하며, 그 하단부에는 플랜지(2a)가 형성되어 있다.

이 플랜지(2a)는, 상기 대직경의 실리카 유리관(2)의 개방 단부를 폐쇄하는 케이싱(3)의 플랜지(3a)에, O링(4)을 통해 부착된다. 상기 플랜지(2a)는 불투명 실리카 유리로 이루어지며, 상기 실리카 유리관(2)의 원통부의 두께보다도 두껍게 형성됨으로써, 상기 케이싱(3)의 플랜지(3a)에 전파되는 복사열을 억제하고 있다.

또한, 이 실리카 유리관(2)의 상단부는, 실리카 유리판형체(102)의 하면에 부착된다. 그리고, 상기 실리카 유리관(2)의 상단부와 상기 플랜지부(2a) 사이에는, 상기 실리카 유리관의 직경을 달라지게 하는 굴곡부(2b)가 형성되어 있다. 즉, 이 실리카 유리관(2)의 굴곡부(2b)로부터 하측 부분이, 상기 굴곡부(2b)의 상측 부분에 비해서 큰 직경으로 형성되어 있다.

이와 같이, 실리카 유리관(2)에 굴곡부(2b)가 형성되어 있지 않은 경우, 실리카 유리판형체(102)의 하면으로부터의 복사열이, 실리카 유리관 내부(2)를 통과하여, 케이싱(3)의 플랜지(3a)에 전파된다. 이에 비하여, 실리카 유리관(2)에 굴곡부(2b)가 형성되어 있는 경우에는, 상기 복사열이 굴곡부(2a)에서 차단되기 때문에, 복사열의 전파가 억제된다.

또한, 도 1 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 이 히터부[실리카 유리판형체(102)]의 하면에는, 제3 열차폐판(10, 11, 12)을 유지하기 위한 원기둥형의 유지 부재(5, 6, 7, 8)가 설치되어 있다. 이 유지 부재(5, 6, 7, 8)에는, 외주면으로부터 축선 방향에 수직하게 절입된 슬릿부가 상하 방향으로 3단 형성되며, 상기 슬릿 부에 의해 형성되는 선반부에 상기 열차폐판(10, 11, 12)을 얹어 놓도록 구성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 첫째 단의 열차폐판(10)은 반(半)링형으로 2분할된 열차폐판(10a, 10b)으로 구성되어 있다. 이 열차폐판(10a, 10b)은 투명 실리카 유리체의 내부에 카본 시트(10c)(흑연 시트를 포함한다)를 수용한 투명 실리카 유리체이다.

이 열차폐판(10a, 10b)의 직선형 직경부의 양측부에는, 노치(10a1, 10a2, 10b1, 10b2)가 형성되어 있다. 또한, 상기 열차폐판(10a, 10b)에는, 상기 노치(10a1, 10a2, 10b1, 10b2)로부터 90도 어긋난 위치에, 상기 유지 부재(6, 8)가 삽입 관통하는 관통 구멍(10a3, 10b3)이 형성되어 있다.

상기 열차폐판(10a, 10b)을 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 부착하기 위해서는, 상기 열차폐판(10a, 10b)의 관통 구멍(10a3, 10b3)에 유지 부재(6, 8)를 삽입 관통시키며, 도 2에 도시하는 화살표 방향으로 상기 열차폐판(10a, 10b)을 이동시켜, 상기 유지 부재(5, 7)의 슬릿부(5a1, 5a2, 7a1, 7a2)의 선반부에, 열차폐판(10a, 10b)의 직경부[노치(10a1, 10a2, 10b1, 10b2]의 가장자리부)를 얹어 놓는다. 또한, 상기 유지 부재(6, 8)의 슬릿부(6a, 8a)의 선반부에, 열차폐판(10a, 10b)의 관통 구멍(10a3, 10b3)의 가장자리부를 얹어 놓는다.

이때, 상기 노치(10a1, 10a2, 10b1, 10b2)가 형성되어 있기 때문에, 열차폐판(10a, 10b)의 직경부가 상호 접촉하고, 양자 간에 간극이 형성되는 일이 없으며, 마치 1장의 열차폐판이 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 유지되고 있는 것처럼 부착된다.

또한, 상기 노치(10a1, 10a2, 10b1, 10b2)의 가장자리부 및 관통 구멍(10a3, 10b3)의 가장자리부가 유지 부재(5, 6, 7, 8)의 외주면에 걸어 맞춰지기 때문에, 도 2에 도시한 화살표의 반대 방향으로만 이동시킬 수 있으며, 제거하는 경우에는, 도 2에 도시한 화살표의 반대 방향으로 이동시킨다.

또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 둘째 단의 열차폐판(11)도, 상기 열차폐판(10)과 마찬가지로, 반링형으로 2분할된 열차폐판(11a, 11b)으로 구성되어 있다. 이 열차폐판(11a, 11b)은 불투명 실리카 유리체이다. 또한, 열차폐 기능을 고려하여, 상기 첫째 단의 열차폐판과 마찬가지로 상기 열차폐판(11a, 11b)(투명 실리카 유리체)의 내부에 카본 시트를 수용한 투명 실리카 유리체이어도 좋다.

상기 열차폐판(11a, 11b)의 직선형 직경부의 양측부에는, 노치(11a1, 11a2, 11b1, 11b2)가 형성되어 있다. 또한, 상기 열차폐판(11a, 11b)에는 상기 유지 부재(5, 7)가 삽입 관통하는 관통 구멍(11a3, 11b3)이 형성되어 있다.

상기 열차폐판(11a, 11b)을 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 부착하기 위해서는, 상기 열차폐판(11a, 11b)의 관통 구멍(11a3, 11b3)에 유지 부재(5, 7)를 삽입 관통시키며, 도 3에 도시하는 화살표 방향으로 상기 열차폐판(11a, 11b)을 이동시켜, 상기 유지 부재(6, 8)의 슬릿부(6b1, 6b2, 7b1, 7b2)의 선반부에, 열차폐판(11a, 11b)의 직경부[노치(11a1, 11a2, 11b1, 11b2)의 가장자리부]를 얹어 놓는다.

또한, 상기 유지 부재(5, 7)의 슬릿부(5b, 7b)의 선반부에, 열차폐판(11a, 11b)의 관통 구멍(11a3, 11b3)의 가장자리부를 얹어 놓는다.

또한, 상기 열차폐판(10a, 10b)과 마찬가지로, 상기 열차폐판(11a, 11b)에는 상기 노치(11a1, 11a2, 11b1, 11b2)가 형성되어 있기 때문에, 열차폐판(11a, 11b)의 직경부가 상호 접촉하고, 양자 간에 간극이 형성되는 일이 없으며, 마치 1장의 열차폐판이 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 유지되어 있는 것처럼 부착된다.

또한, 상기 노치(11a1, 11a2, 11b1, 11b2)의 가장자리부 및 관통 구멍(11a3, 11b3)의 가장자리부가 유지 부재(5, 6, 7, 8)의 외주면에 걸어 맞춰지기 때문에, 도 3에 도시한 화살표의 반대 방향으로만 이동시킬 수 있으며, 제거하는 경우에는, 도 3에 도시한 화살표의 반대 방향으로 이동시킨다.

상기한 바와 같이, 상기 열차폐판(11a, 11b)은, 첫째 단의 열차폐판(10a, 10b)의 이동 방향으로부터 90도 어긋난 방향으로부터 이동되어, 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 부착된다. 즉, 유지 부재(5, 7)의 첫째 단에는, 열차폐판(10a, 10b)의 노치(10a1, 10a2, 10b1, 10b2)가 놓인다. 그리고, 유지 부재(5, 7)의 둘째 단에는 상기 열차폐판(11a, 11b)의 관통 구멍(11a3, 11b3)의 가장자리부가 놓인다.

마찬가지로, 유지 부재(6, 8)의 첫째 단에는 열차폐판(10a, 10b)의 관통 구멍(10a3, 10b3)이 놓인다. 그리고, 유지 부재(6, 8)의 둘째 단에는 상기 열차폐판(11a, 11b)의 노치(11a1, 11a2, 11b1, 11b2)의 가장자리부가 놓인다.

또한, 도 4에 도시하는 바왁 같이, 셋째 단의 열차폐판(12)도, 상기 열차폐판(10)과 마찬가지로, 반링형으로 2분할된 열차폐판(12a, 12b)으로 구성되어 있다. 이 열차폐판(12a, 12b)은 불투명 실리카 유리체이다. 또한, 열차폐 기능을 고려하여, 상기 열차폐판(12a, 12b)(투명 실리카 유리체)의 내부에 카본 시트를 수용한 투명 실리카 유리체이어도 좋다.

이 열차폐판(12a, 12b)의 직선형 직경부의 양측부에는, 노치(12a1, 12a2, 12b1, 12b2)가 형성되어 있다. 또한, 상기 열차폐판(12a, 12b)에는 상기 유지 부재(6, 8)가 삽입 관통하는 관통 구멍(12a3, 12b3)이 형성되어 있다.

상기 열차폐판(12a, 12b)을 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 부착하기 위해서는, 상기 열차폐판(12a, 12b)의 관통 구멍(12a3, 12b3)에 유지 부재(6, 8)를 삽입 관통시키며, 도 4에 도시하는 화살표 방향으로 상기 열차폐판(12a, 12b)을 이동시켜, 상기 유지 부재(5, 7)의 슬릿부(5c1, 5c2, 7c1, 7c2)의 선단부에, 열차폐판(12a, 12b)의 직경부[노치(12a1, 12a2, 12b1, 12b2)의 가장자리부]를 얹어 놓는다.

또한, 상기 유지 부재(6, 8)의 슬릿부(6c, 8c)의 선반부에, 열차폐판(12a, 12b)의 관통 구멍(12a3, 12b3)의 가장자리부를 얹어 놓는다.

이와 같이 첫째 단의 열차폐판(10a, 10b)의 이동 방향과 같은 방향으로, 셋째 단의 상기 열차폐판(12a, 12b)을 이동시킴으로써, 열차폐판(12a, 12b)은 유지 부재(5, 6, 7, 8) 상에 놓인다.

또한, 상기 열차폐판(10a, 10b)과 마찬가지로, 상기 열차폐판(12a, 12b)에는 상기 노치(12a1, 12a2, 12b1, 12b2)가 형성되어 있기 때문에, 열차폐판(12a, 12b)의 직경부가 상호 접촉하고, 양자 간에 간극이 형성되는 일이 없으며, 마치 1장의 열차폐판이 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 유지되어 있는 것처럼 부착된다.

또한, 상기한 바와 같이, 상기 열차폐판(12a, 12b)은, 둘째 단의 열차폐판(11a, 11b)의 이동 방향으로부터 90도 어긋난 방향[첫째 단의 열차폐판(10a, 10b)의 이동 방향과 같은 방향]으로부터 이동되어, 유지 부재(5, 6, 7, 8)에 부착 된다. 이에 따라, 이 면상 히터 하측에 대한 열차폐성을 더 높일 수 있다.

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상기 대직경의 실리카 유리관(2)의 내부에 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18) 및 하부 열차폐판(19, 20, 21)이 수용되어 있다. 이 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18) 및 하부 열차폐판(19, 20, 21)은, 케이싱(3)의 하단판(3c)에 세워진 유지봉(13, 14, 23, 24)에 부착되어 있다.

상기 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18)은 동일한 구성이기 때문에, 상부 열차폐판(15)을 도 6에 기초하여 설명한다.

상기 상부 열차폐판(15)은 불투명 실리카 유리로 이루어지며, 원판형으로 형성되어 있다. 이 상부 열차폐판(15)에는, 상기 실리카 유리관(105a, 105b, 106a, 106b)이 삽입 관통하는 관통 구멍(15a, 15b, 15c, 15d)이 형성되며, 또한 상기 유지봉(13, 14, 23, 24)이 삽입 관통하는 관통 구멍(15e, 15f, 15h, 15i)이 형성되어 있다. 또한, 상부 열차폐판(15)의 중심부에는, 후술하는 열전대를 수용하는 보호통(29)이 삽입 관통하는 관통 구멍(15g)이 형성되어 있다.

또한, 상기 상부 열차폐판(15)의 외주부와 실리카 유리관(2)의 내벽 사이에는 약간의 간극이 있고, 상기 상부 열차폐판(15)은 실리카 유리관(2) 내에 수용되어 있다.

이 간극은, 상부 열차폐판(15)이 열팽창하였을 때, 대직경의 실리카 유리관(2)의 내벽에 접촉하여, 실리카 유리관(2) 또는 상부 열차폐판(15)이 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 상기 하부 열차폐판(19, 20, 21)은 동일한 구성이기 때문에, 하부 열 차폐판(19)을 도 7에 기초하여 설명한다.

상기 하부 열차폐판(19)은 금속으로 이루어지며 원판형으로 형성되어 있다. 이 상부 열차폐판(19)에는, 상기 실리카 유리관(105a, 105b, 106a, 106b)이 삽입 관통하는 관통 구멍(19a, 19b, 19c, 19d)이 형성되며, 또한 상기 유지봉(13, 14, 23, 24)이 삽입 관통하는 관통 구멍(19e, 19f, 19h, 19i)이 형성되어 있다. 또한, 상부 열차폐판(19)의 중심부에는, 후술하는 열전대를 수용하는 보호통(29)이 삽입 관통하는 관통 구멍(19g)이 형성되어 있다.

상기 하부 열차폐판(19, 20, 21)은 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18)보다도 큰 직경으로 형성되며, 상기 하부 열차폐판(19, 20, 21)의 외주부와 실리카 유리관(2)의 내벽 사이에 약간의 간극이 형성되어 있다.

이 간극은, 하부 열차폐판(19, 20, 21)이 열팽창하였을 때, 대직경의 실리카 유리관(2)의 내벽에 접촉하여, 실리카 유리관(2) 또는 하부 열차폐판(19, 20, 21)이 파손되는 것을 방지하기 위해 형성되어 있다.

여기서, 열 축적을 일으키는 일 없이, 가열면의 균열성을 더 높이려면, 상부 열차폐판(15)과 상기 실리카 유리판형체(102)가 원판인 경우에, 상기 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18)의 직경이 상기 실리카 유리판형체(102)의 직경의 14％∼24％인 것이 바람직하다.

일례를 나타내면, 상기 실리카 유리판형체(102)의 직경은 350 ㎜, 상기 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18)의 직경은 68 ㎜로 할 수 있다. 이때, 상기 실리카 유리관(2)의 내경은 70 ㎜, 외경은 76 ㎜로 설정된다. 참조로, 관통 구멍(15g)[상부 열차폐판(16, 17, 18)에 형성된 열전대를 수용하는 보호통(29)이 삽입 관통하는 관통 구멍]의 직경은 115 ㎜로 설정된다. 또한, 상기 실리카 유리관(2) 굴곡부 하측의 대직경부의 내경은 78 ㎜, 외경은 84 ㎜로 설정된다. 상기 하부 열차폐판(19, 20, 21)은 직경이 77 ㎜로 설정된다. 또한, 관통 구멍(19g)[하부 열차폐판(20, 21)에 형성된 열전대를 수용하는 보호통(29)이 삽입 관통하는 관통 구멍]의 직경은 6 ㎜로 설정되며, 상기 관통 구멍(15g)[상부 열차폐판(16, 17, 18)에 형성된 열전대를 수용하는 보호통(29)이 삽입 관통하는 관통 구멍]의 직경보다도 작게 형성된다. 또한, 상기 실리카 유리관(2)의 플랜지부(2a)의 외경은 112 ㎜로 형성된다.

다음에, 상기 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18) 및 상기 하부 열차폐판(19, 20, 21)의 상기 유지봉(13, 14, 23, 24)에 대한 부착에 대해서, 도 8에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 유지봉(13, 14, 23, 24)에 대한 부착은 동일하기 때문에, 상기 유지봉(13)에 대한 부착을 예로 들어 설명한다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 상기 유지봉(13)은 대직경의 베이스부(13a)와, 유지봉의 선단에 형성된 소직경의 유지부(13b)를 구비하고 있다. 상기 유지부(13b)의 상단부에는 암나사부가 형성되며, 후술하는 캡부(25)에 형성된 수나사부(25a)가 나사 결합되도록 구성되어 있다.

상기 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18) 및 상기 하부 열차폐판(19, 20, 21)을 상기 유지봉(13)에 대하여 부착하려면, 우선 상기 하부 열차폐판(21)의 관통 구멍(21e)에 상기 유지부(13b)를 삽입 관통시켜, 상기 베이스부(13a)의 상면에 상기 하부 열차폐판(21)을 얹어 놓는다.

그 후, 링체(26)를 유지부(13b)에 삽입 관통시킨다. 이 링체(26)는 실리카 유리로 이루어지며, 원통형으로 형성되고, 그 외경 치수는 상기 베이스부(13a)와 동일 치수로 형성되며, 내경 치수는 상기 유지부(13b)가 삽입 관통되는 치수로 형성되어 있다.

계속해서, 상기 하부 열차폐판(20)의 관통 구멍(20e)에 상기 유지부(13b)를 삽입 관통시켜, 상기 링체(26)의 상면에 상기 하부 열차폐판(20)을 얹어 놓는다. 또한, 그 후 링체(26)를 유지부(13b)에 삽입 관통시킨다. 이와 같이 하여 상기 하부 열차폐판(21, 20, 19)과 링체(26, 26)를 유지봉(13)의 유지부(13b)에 적층한다.

그리고, 상기 하부 열차폐판(19)을 얹어 놓은 후, 긴 링체(27)를 유지부(13b)에 삽입 관통시킨다. 그 후, 상부 열차폐판(18)의 관통 구멍(18e)에 유지부(13b)를 삽입 관통시켜, 상기 링체(27)의 상면에 상부 열차폐판(18)을 얹어 놓는다. 그리고 또한, 링체(26)를 유지부(13b)에 삽입 관통시키고, 계속해서 상부 열차폐판(17)의 관통 구멍(17e)에 유지부(13b)를 삽입 관통시켜, 상기 링체(26)의 상면에 상부 열차폐판(17)을 얹어 놓는다.

이와 같이 하여 상기 상부 열차폐판(18, 17, 16, 15)과 링체(26, 26, 26)를 유지봉(13)의 유지부(13b)에 적층한다.

그리고 마지막으로, 상기 유지부(13b)의 꼭대기부에 형성된 암나사부(13c)에 캡부(25)의 수나사부(25a)를 나사 결합시킴으로써, 상기 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18) 및 하부 열차폐판(19, 20, 21)이 유지부(13b)로부터 탈락하는 것을 방지한다.

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 히터부 하면 중심부에는 오목부(102a)가 형성되며, 상기 오목부(102a)에는 카본으로 이루어지는 캡 부재(28)가 장착되어 있다. 이 캡 부재(28)는 천장부가 폐색된 원통 형상으로 형성되어 있다.

그리고, 상기 오목부(102a)를 내포하는 히터 하면에, 실리카 유리관으로 이루어지는 보호통(29)의 일단부가 부착되어 있다. 즉, 상기 오목부(102a)의 중심선 상에 보호통(29)의 축선이 배치되며, 이 보호통(29)은 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18)의 관통 구멍(15g, 16g, 17g, 18g)을 삽입 관통하고 있다. 상기 캡부(28)의 내부에는, 열전대(30)가 삽입되며, 상기 보호통(29) 내부를 상기 열전대(30)의 접속선(31)이 삽입 관통할 수 있도록 구성되어 있다.

이와 같이, 카본으로 이루어지는 캡부(28)의 내부에, 열전대(30)가 수용되어 있기 때문에, 발열체로부터 전열(傳熱)에 의해 신속히 전해지며, 또한 복사를 효율적으로 흡수할 수 있어, 온도를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.

이와 같이 구성된 면상 히터에 있어서는, 가열면(101)의 이면측에 열차폐판(10, 11, 12)이 설치되며, 또한 전원 단자부(108)를 구성하는 대직경 실리카 유리관의 내부에 상부 열차폐판(15, 16, 17, 18) 및 하부 열차폐판(19, 20, 21)이 배치되어 있기 때문에, 가열면(101)의 이면 방향(케이싱 방향)의 열의 복사를 억제할 수 있다. 그 결과, 가열면의 면내 온도를 더 균일하게 유지할 수 있으며, 피가공물의 면내 온도를 더 균일하게 만들 수 있다.

특히, 상기 전원 단자부(108)를 구성하는 대직경 실리카 유리관(2)에 굴곡부(2b)가 형성되어 있기 때문에, 상기 대직경의 실리카 유리관(2) 내부를 통과하는 복사열의 전파를 억제할 수 있다. 또한, 대직경 실리카 유리관(2)의 플랜지부(2a)의 두께를 두껍게 하였기 때문에, 케이싱에 전파되는 열을 억제할 수 있다.

그 결과, 대직경 실리카 유리관(2)의 플랜지부(2a)와 케이싱(3)의 플랜지(3a) 사이에 배치되는 O링의 열 열화를 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 면상 히터에 있어서는, 가열면의 면내 온도를 균일하게 유지할 수 있으며, 피가공물의 면내 온도를 균일하게 만들 수 있기 때문에, 특히 반도체 제조 프로세스에서의 웨이퍼 등의 열처리용에 적합하게 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 면상 히터를 도시하는 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 A-A선을 따라 취한 단면도이다.

도 3은 도 1의 B-B선을 따라 취한 단면도이다.

도 4는 도 1의 C-C선을 따라 취한 단면도이다.

도 5는 도 1의 D-D선을 따라 취한 단면도이다.

도 6은 도 1에 도시된 상부 열차폐판을 도시하는 평면도이다.

도 7은 도 1에 도시된 하부 열차폐판을 도시하는 평면도이다.

도 8은 상부 열차폐판, 하부 열차폐판의 조립 상태를 도시하는 측면도이다.

도 9는 면상 히터를 도시하는 평면도이다.

도 10은 도 9에 도시한 면상 히터의 측면도이다.

도 11은 도 10의 I-I선을 따라 취한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 면상 히터

2 : 대직경의 실리카 유리관

2a : 플랜지부

2b : 굴곡부

19, 20, 21 : 제1 열차폐판

102 : 실리카 유리판형체

105a, 106a : 소직경의 실리카 유리관

Claims

카본 와이어 발열체가 실리카 유리판형체 내부에 평면형으로 배치, 밀봉되며, 상기 카본 와이어 발열체에 전력을 공급하는 전원 단자부가 상기 실리카 유리판형체의 하면 중앙부에 설치된 면상 히터로서,

상기 전원 단자부는, 카본 와이어 발열체에 전력을 공급하는 접속선과, 상기 접속선을 수용하는 소직경의 실리카 유리관과, 상기 소직경의 실리카 유리관을 수용하며 상단부가 히터의 하면에 접하여 부착되는 대직경의 실리카 유리관을 구비하고,

상기 대직경의 실리카 유리관의 하단부에는 플랜지부가 형성되며, 상기 대직경의 실리카 유리관의 상단부와 상기 플랜지부 사이에는 직경을 달라지게 하는 굴곡부가 형성되고, 상기 굴곡부 하측의 대직경의 실리카 유리관 내에, 금속판 혹은 불투명 실리카 유리판 또는 이들의 조합으로 이루어지는 제1 열차폐판이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 면상 히터.
제1항에 있어서, 상기 제1 열차폐판이 복수매 존재하며, 적어도 1장이 금속판으로 이루어지고,

상기 굴곡부 상측의 대직경의 실리카 유리관 내에, 복수매의 불투명 실리카 유리판으로 이루어지는 제2 열차폐판이 수용되어 있고,

상기 제1 열차폐판 및 제2 열차폐판이 대직경의 실리카 유리관의 축선 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면상 히터.
제1항에 있어서, 상기 굴곡부 상측의 대직경의 실리카 유리관 내에, 불투명 실리카 유리판으로 이루어지는 제2 열차폐판이 수용되어 있고,

상기 실리카 유리판형체의 하면측에, 상기 전원 단자부의 외측 영역을 덮는 제3 열차폐판이 설치되고,

상기 제3 열차폐판은 복수매의 실리카 유리판으로 이루어지며, 적어도 상기 실리카 유리판형체의 하면에 가장 근접한 열차폐판에는, 투명 실리카 유리 내에 카본 시트가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 면상 히터.
제3항에 있어서, 상기 제3 열차폐판 각각은, 상기 실리카 유리판형체의 하면에 설치된 유지 부재에, 상기 실리카 유리판형체 하면과 평행하게 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 면상 히터.
제1항에 있어서, 상기 실리카 유리판형체의 하면 중심부에는 오목부가 형성되며, 상기 오목부 내에 카본으로 이루어지는 캡 부재가 수용되고, 상기 캡 부재 내에 열전대가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 면상 히터.