KR102140366B1

KR102140366B1 - 압축스프링이 결합된 알에프 로드를 갖는 세라믹히터

Info

Publication number: KR102140366B1
Application number: KR1020180013359A
Authority: KR
Inventors: 김성환
Original assignee: 김성환
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2020-07-31
Also published as: KR20190093925A

Abstract

반도체나 디스플레이 제조공정 등에서 사용되는 세라믹히터용 RF 로드가 소개된다. RF 로드는 탄성체에 의해 연결된 제1 로드와 제2 로드를 구비한다. RF 로드의 길이방향 열팽창 및 수축으로 인한 응력은 압축스프링에 의해 흡수된다.

Description

압축스프링이 결합된 알에프 로드를 갖는 세라믹히터{CERAMIC HEATER HAVING RF ROD WITH A COMPRESSIVE SPRING}

본 발명은 반도체나 디스플레이 제조공정 등에서 사용되는 세라믹히터용 알에프(Radio Frequency: RF) 로드 및 알에프 로드를 갖는 세라믹히터에 관한 것이다.

세라믹 히터는 반도체, 디스플레이 소자, 태양전지 등의 제조공정, 특히 증착 공정에서 온도 안정성을 유지하면서 기판을 고온으로 직접 가열하는 역할을 하는 부품이다.

통상 CVD로 통칭되기도 하는 화학증착 공정의 반응 챔버에는 원료 기체를 공급하는 주입부, 반응이 일어난 기체 및 부산물을 외부로 배출하는 배기부, 기판이 올려지는 거치부가 마련된다. 거치부에 세라믹히터가 사용될 수 있다.

박막 증착에 플라즈마가 이용되는 경우, 기판 상부에 원료 기체의 활성화를 위한 플라즈마의 형성을 위해 챔버 상부와 세라믹히터에 각각 RF 전극이 마련된다. 세라믹히터의 RF 전극은 RF 로드에 의해 접지되며, 기판은 세라믹히터 내에 매설된 히터 전극에 의해 가열된다.

도 1을 참조하면, 세라믹히터(10)는 기판이 얹혀지는 원반형의 히터플레이트(11)와 이 히터플레이트(11)의 배면에 수직하게 접합된 원통형의 샤프트(12)로 구성된다. 샤프트(12)의 하부에는 샤프트(12)의 폐쇄와 더불어 급전용 커넥터 또는 도전선 등의 연결을 위한 마운트(16)가 마련된다.

세라믹히터(10)의 히터플레이트(11)에는 히터 전극 및 RF 전극(미도시)이 매설되며, 이들 전극에 연결된 로드(13,14)가 샤프트의 길이방향으로 설치된다. 히터 로드(14) 및 RF 로드(13)는 니켈(Ni)로 만들어지며 세라믹 튜브에 의해 감싸져 절연 처리된다. 도면부호 15는 히터플레이트의 온도 측정을 위한 열전대이다.

배경기술로서 미국특허 제6719849호, 일본특허 제3897563호 등이 참고될 수 있을 것이다.

삭제

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 열팽창 및 수축으로 인한 응력 흡수가 가능한 개선된 세라믹히터용 알에프 로드를 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹히터용 알에프 로드는 탄성체에 의해 연결된 제1 로드와 제2 로드를 구비하며, 길이방향으로의 팽창력 및 수축력이 탄성체, 예로서 압축스프링에 의해 흡수될 수 있도록 구성된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제2 로드에 마련된 수용홈 내에 제1 로드의 일단부가 삽입되며, 수용홈 내에서 제1 로드와 제2 로드 사이에 압축스프링이 개재되어 길이방향 압축 및 복원이 가능하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 로드는 샤프트의 마운트에 고정되며, 제2 로드는 히터플레이트의 RF 전극에 연결될 수 있다. 압축스프링은 RF 로드의 하단부 또는 상단부에 설치되어, RF 로드의 열팽창 및 수축에 기인하는 인장 및 압축 응력을 흡수할 수 있다.

위와 같은 알에프 로드는 수리 편의성 또한 중요한 요소이다. 본 발명의 실시예에 의하면, 수용홈 외부로 노출된 제1 로드의 타단부 길이가 25mm 이상일 수 있다. 탄성체는 압축스프링으로서, 일단은 제1 로드에, 타단은 제2 로드에 각각 접합될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 세라믹히터용 알에프 로드는 200~700℃에 이르는 승온과 냉각의 반복과정에 열팽창 및 수축에 기인한 응력을 효과적으로 흡수할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 마운트를 샤프트로부터 탈거 후, 알에프 로드의 전체 길이 중 수리가 필요한 부분만 절단하여 수리할 수 있다. 예로서 제1 로드의 마운트 연결 부위 또는 제1 로드 전체의 수리가 가능할 수 있다.

도 1은 세라믹히터가 도시된 도면,
도 2는 세라믹히터의 히터플레이트 배면 측 로드 연결구조가 도시된 도면,
도 3은 히터플레이트의 RF 로드 연결 부위에 크랙이 발생된 것을 보인 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 로드를 보인 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 로드를 보인 도면이다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면을 이해할 수 있도록 실시예를 들어 보다 상세히 살펴보기로 한다. 첨부된 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시되며, 도면들은 본 발명의 특징에 대한 명확한 이해와 설명을 위해 과장되게 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.

본 발명에 대한 설명에서, 특별한 한정이 없는 한, 제2 요소가 제1 요소 '상'에 배치되거나 두 요소가 서로 '연결'된다고 하는 것은, 두 요소가 서로 직접 접촉 혹은 연결된 것은 물론 제3 요소의 개재를 통해 제1 및 제2 요소가 서로 관계를 맺는 것을 허용한다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표현은 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다.
도 2에는 히터플레이트(11)에 매설된 히터 전극과 RF 전극에 각각 히터 로드와 RF 로드(13)가 연결된 상태가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 히터플레이트(11)의 배면에는 로드들(13,14)의 삽입을 위한 홀을 통해 전극들에 연결된다. 로드 삽입홀에는 암나사(17)이 마련되며, 이 암나사(17)에 대응하여 RF 로드(13)의 선단부에 수나사(18)가 마련된다. RF 로드(13)의 상단부는 홀에 끼워져 RF 전극에 브레이징되며, 하단부는 마운트(16)에 고정된다.
위와 같은 세라믹히터의 히터플레이트는, 예로서 CVD 공정에서 침식성 분위기에 놓여져 있을 뿐만 아니라 기판이 올려지고 내려지는 과정의 물리적인 충격으로 인해 상부의 손상이 발생되며, 또한 칩핑, 히터플레이트의 백화현상 등에 의해 문제가 발생된다.
다층박막 증착 공정에서 세라믹히터는 200~700℃ 정도의 사이에서 승온과 냉각이 반복되는데, RF 로드(13)의 길이방향 열팽창으로 인해, 도 3에서 보듯이, 히터플레이트(11)의 기판 지지면에 크랙(A로 표시)이 발생된다. RF 전극은 히터플레이트(11)의 표면으로부터 1mm 정도의 낮은 깊이에 형성된다.
위와 같은 크랙 발생을 방지 또는 저감하기 위해서는 RF 로드(13)의 열팽창과 수축에 의해 히터플레이트(11)에 가해지는 압축 및 인장응력을 완화시킬 필요가 있다. RF 로드(13)의 중간에 와이어를 개재하여 이러한 응력을 흡수하는 방안이 고려되었으나, 역부족이었다.
한편 RF 로드(13)의 하단부와 마운트(16) 간의 연결부는 최초 견고하게 고정되지만 시간이 지날수록 헐거워지면서 갭이 발생된다. 이러한 갭은 연결부의 산화 및 전기저항의 상승을 야기하며, 또한 아킹을 발생시켜 연결부에 심각한 부식을 초래하고 나중에는 연결부가 녹거나 타버리는 문제가 발생한다. 열팽창 및 수축으로 인해 RF 로드(13)의 마운트(16) 연결부에 제공될 수 있는 응력은 제한되는 것이 좋다.

도 4에 일실시예에 따른 RF 로드(20)가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, RF 로드(20)는 스프링(23)을 매개로 탄성적으로 연결된 2개의 로드, 즉 제1 로드(21)와 제2 로드(22)로 구성된다. 세라믹히터에 조립 시, 제1 로드(21)는 세라믹히터의 샤프트 측에 마련된 마운트에 고정되며, 제2 로드(22)는 히터플레이트의 RF 전극에 연결된다.

제1 로드(21)의 일단부(21a)는 제2 로드(22)에 연결되며, 타단부(21b)는 자유단으로 마운트에 고정된다.

제2 로드(22)의 길이방향 일단부에는 히터플레이트에 나사결합하기 위한 수나사부(27)가 마련되며, 그 선단(28)은 RF 전극에 브레이징되는 부위이다. 수나사부(27)의 직경이 가장 크다. 히터플레이트에는 제2 로드(22)의 삽입홀이 마련되며, 삽입홀 내주면에는 수나부(27)에 대응하는 암나사부가 마련된다.

제2 로드(22)의 길이방향 타단부에는 제1 로드(21)의 일단부(21a)가 삽입되는 수용홈(24)이 마련된다. 수용홈(24)의 개방된 입구(25)에는 제1 로드(21)의 이동을 제한하는 스텝(26)이 마련되며, 제1 로드(21)의 일단부(21a)에는 스텝(26)에 대응하는 돌출된 스토퍼(25)가 마련된다. 수용홈(24)은 제1 로드(21)의 스토퍼(25)보다 큰 직경으로 형성된다. 스텝(26)은 제2 로드(22)와 분리 가능할 수 있으며, 또는 생략될 수 있을 것이다.

스프링(23)은 수용홈(24) 내에서 제1 로드(21)와 제2 로드(22) 사이에 개재되어, RF 로드(20)의 길이방향 압축 및 복원이 가능하게 한다. 스프링(23)의 일단은 수용홈(24) 내벽면에, 타단은 제2 로드(22)의 스토퍼(25)에 각각 용접된다. RF 로드(20)의 제조 및 수리 용이성을 고려할 때, 이 방식이 선호될 수 있다.

수용홈(24) 외부로 노출된 제1 로드(21)의 타단부(21b)의 길이는 25~30mm이며, 스프링(23)은 타단부(21b)의 끝단으로부터 30~70mm 위치에 배치될 수 있다. 제1 로드(21)의 타단부(21b)는 마운트에 고정되는 부위로서, 마운트 탈거 시, 제1 로드(21)는 물론 스프링(23)의 수리도 용이하다.

RF 로드(20)에 외력이 주어지지 않는 상태에서 스프링(23)은 약간 압축되거나, 혹은 압축이나 인장되지 않은 상태일 수 있다.

한편, RF 로드(20)가 세라믹히터에 조립된 상태에서, 스프링(23)은 약간 압축될 수 있다. 이 경우 스프링(23)에 의해 제1 로드(21)와 제2 로드(22)는 서로 멀어지는 방향으로 탄성력을 제공 받으며, RF 로드(20)와 RF 전극 간에 적정하고 또한 긴밀한 접점이 유지될 수 있다. 이를 위해 스프링(23)의 탄성계수는 적정하게 선택될 수 있다. 스프링(23)은 Ni 혹은 Ni 합금, Ti 합금 등으로 제조될 수 있다.

RF 로드(20)가 세라믹히터에 조립된 상태에서, 제1 로드(21)는 마운트에 고정되며, 제2 로드(22)의 선단(28)은 히터플레이트의 RF 전극과 접점을 이룬다. 제2 로드(22)의 수나사부(27)는 히터플레이트의 암나사부에 체결되는데, 이 체결은 매우 정밀하지는 않다.

위와 같은 RF 로드(20)는 RF 로드(20)의 열팽창이 있는 경우 스프링(23)은 압축되어 인장응력을 흡수하며, RF 로드(20)가 열팽창 후 온도 하강에 의해 다시 수축되는 경우 스프링(23)은 이완 또는 복원되면서 종래에 있어서의 수축 응력을 흡수한다. RF 로드(20)의 열팽창 및 수축 시, 스프링(23)은 RF 로드(20)의 전체 길이는 일정하게 유지하면서, 열팽창 및 수축으로 인한 응력을 흡수한다.

도 4에서 표시된 생략선에서 알 수 있듯이, 본 실시예에서 제2 로드(22)가 제1 로드(21)보다 더 길다. 길이방향의 열팽창은 주로는 제2 로드(22)에서 발생되며, 이 열팽창으로 인한 인장력은 스프링(33)에 의해 흡수된다.

도 5에 다른 실시예에 따른 RF 로드(30)가 도시되어 있다. 앞서 도 4의 실시예에서 스프링(23)이 RF 로드(20)의 하단부 측에 배치된 것에 비해, 본 실시예에서 스프링은 RF 로드(30)의 상단부 측에 배치된다.

앞서 실시예에서와 마찬가지로, 세라믹히터에 조립 시, 제1 로드(31)는 세라믹히터의 샤프트 측에 마련된 마운트에 고정되며, 제2 로드(32)의 선단(38)은 히터플레이트의 RF 전극에 연결된다. 앞서 실시예와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.

도 5를 참조하면, RF 로드(30)는 스프링(33)을 매개로 탄성적으로 연결된 제1 로드(31)와 제2 로드(32)로 구성된다. 제1 로드(31)의 일단부는 제2 로드(32)에 마련된 수용홈(34)에 삽입되며, 스프링(33)의 일단은 수용홈(34)의 내벽면에, 타단은 제1 로드(31)의 일단면에 용접된다. 수용홈(34)의 입구(35)에는 앞서 실시예에서와 같은 스텝(26)이 마련되지는 않는다.

제2 로드(32)의 수용홈(34) 내에는 제1 로드(31) 측으로 길이방향 연장된 돌출부(39)가 마련될 수 있다. 돌출부(39)는 스프링(33)의 가이드를 위한 것이나, 생략 가능될 수 있을 것이다.

도 5의 실시예에 따른 RF 로드(30)의 스프링(33)은 상단부, 즉 히터플레이트에 가깝게 설치되어, RF 로드(30)의 길이방향 열팽창 및 수축에 의해 히터플레이트에 가해질 수 있는 응력을 흡수한다.

도 5에서 표시된 생략선에서 알 수 있듯이, 본 실시예에서 제1 로드(31)가 제2 로드(32)보다 더 길다. 길이방향의 열팽창은 주로는 제1 로드(31)에서 발생되며, 이 열팽창으로 인한 인장력은 스프링(33)에 의해 흡수된다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

10: 세라믹히터 11: 히터플레이트
12: 샤프트 13,20,30: RF 로드
14: 히터 로드 15: 열전대
21,31: 제1 로드 22,32: 제2 로드
23,33: 스프링 24,34: 수용홈

Claims

매설된 RF 전극 및 히터 전극을 구비하며, RF 전극과 통하도록 배면에 로드 삽입홀이 형성되고 로드 삽입홀에는 암나사가 형성된 히터플레이트;
상기 로드 삽입홀에 상단부가 삽입되며, 길이방향 열팽창 및 수축 응력이 압축스프링에 의해 흡수될 수 있도록 구성된 RF 로드; 및
상기 RF 로드가 수용되며, 상단은 히터플레이트의 배면에 접합되며 하단에 마운트가 마련된 통형의 샤프트를 포함하며,
상기 RF 로드는,
제1 로드; 및
상기 제1 로드의 일단부가 삽입되는 수용홈이 마련된 제2 로드; 및
상기 수용홈 내에 배치되며, 일단은 제1 로드에 고정되고 타단은 제2 로드에 고정된 압축스프링을 포함하며,
상기 제1 로드의 타단부는 마운트에 고정되며, 수용홈 외부로 노출된 제1 로드의 타단부 길이는 25mm 이상이며, 압축스프링은 제1 로드의 타단부 끝단으로부터 30~70mm 위치에 배치되고,
상기 제2 로드의 일단부에는 로드 삽입홀의 암나사에 나사결합하기 위한 수나사부가 마련되고, 수나사부의 직경이 가장 크며, 제2 로드의 일단부 선단은 RF 전극에 브레이징되고,
상기 제2 로드가 제1 로드보다 긴 것을 특징으로 하는 압축스프링이 결합된 알에프 로드를 갖는 세라믹히터.
삭제
삭제
삭제