KR102242589B1 - 세라믹 히터 - Google Patents

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KR102242589B1
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shaft
heater
air pocket
ceramic
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진정철
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주식회사 미코세라믹스
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Abstract

본 발명은 세라믹 히터에 관한 것으로서, 본 발명의 세라믹 히터는, 발열체가 배치된 세라믹 재질의 히터 플레이트, 관통홀을 갖는 관형으로서 상기 히터 플레이트의 하면에 결합되고, 상기 관통홀을 통해 상기 발열체에 전력을 공급하는 로드를 수용하는 샤프트, 및 상기 히터 플레이트와 상기 샤프트가 결합되도록 맞닿는 접합부에 구비된 연속적 또는 단속적인 에어 포켓을 포함하고, 상기 에어 포켓은 상기 접합부의 접합면을 따라 형성되어 있다.

Description

세라믹 히터{CERAMIC HEATER}
본 발명은 세라믹 히터에 관한 것으로서, 특히, 열 손실이 감소된 샤프트(shaft) 접합 구조를 갖는 세라믹 히터에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치 또는 디스플레이 장치는 유전체층 및 금속층을 포함하는 다수의 박막층들을 유리 기판, 플렉시블 기판 또는 반도체 웨이퍼 기판 상에 순차적으로 적층한 후 패터닝하는 방식으로 제조된다. 이들 박막층들은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정 또는 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 공정을 통해 기판 상에 순차적으로 증착된다. 상기 CVD 공정으로는 저 압력 화학기상증착(Low Pressure CVD, LPCVD) 공정, 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced CVD, PECVD) 공정, 유기 금속 화학기상증착(Metal Organic CVD, MOCVD) 공정 등이 있다.
이러한 CVD 장치 및 PVD 장치에는 유리 기판, 플렉시블 기판, 반도체 웨이퍼 기판 등을 지지하고 소정의 열을 인가하기 위한 히터가 배치된다. 상기 히터는 지지기판 상에 형성된 박막층들의 식각 공정(etching process)과 포토리지스트(photoresist)의 소성 공정 등에도 기판 가열을 위해 사용되고 있다. 상기 CVD 장치 및 PVD 장치에 설치되는 히터는 정확한 온도 제어, 반도체 소자의 배선 미세화 및 반도체 웨이퍼 기판의 정밀한 열처리 요구에 따라 세라믹 히터(Ceramic Heater)가 널리 사용되고 있다.
도 1과 같이, 종래의 세라믹 히터(1)는, 샤프트(20)에 결합된 히터 플레이트(10)를 포함하며, 히터 플레이트(10)는 세라믹 재질 사이에 배치된 고주파 전극(12), 발열체(14)를 포함하고, 샤프트(20)는 고주파 전극(12)과 발열체(14) 각각에 연결되어 전력을 공급하는 로드(21, 23)가 지나가도록 홀(hole)을 제공한다.
그러나, 도 1과 같은 종래의 세라믹 히터(1) 구조에서는, 발열체(14)에서 발생되는 열(예, 경우에 따라 650℃ 이상) 일부가 히터 플레이트(10) 하면과 접촉된 샤프트(20)를 통해 방출됨으로써, 히터 플레이트(10)에서의 열 손실을 증가시키게 되고, 세라믹 히터(1) 상에 배치된 기판의 온도 균일도를 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 히터 플레이트와 샤프트 간의 접합부에 에어 포켓(Air Pocket)을 구비하여 열 손실을 감소시키되, 반도체 장비의 챔버 내의 리크의 감소, 열응력이 감소에 따른 크랙 발생을 저감, 및 열손실 경로를 줄여 열 효율을 높일 수 있는 세라믹 히터를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 세라믹 히터는, 발열체가 배치된 세라믹 재질의 히터 플레이트; 관통홀을 갖는 관형으로서 상기 히터 플레이트의 하면에 결합되고, 상기 관통홀을 통해 상기 발열체에 전력을 공급하는 로드를 수용하는 샤프트; 및 상기 히터 플레이트와 상기 샤프트가 결합되도록 맞닿는 접합부에 구비된 연속적 또는 단속적인 에어 포켓을 포함하고, 상기 에어 포켓은 상기 접합부의 접합면을 따라 형성되어 있다.
상기 세라믹 히터는, 상기 히터 플레이트와 상기 샤프트 사이에, 상기 접합부의 상기 접합면을 따라 형성된 접합 물질을 더 포함하고, 상기 에어 포켓은 상기 접합 물질을 따라 형성되어 있는 홈을 포함한다.
일 실시예로서, 상기 접합 물질은 AlN 90~97wt% 및 Y2O3 3~10wt%을 포함할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 접합 물질은 AlN 45~75wt%, Al2O3 10~20wt%, CaO 10~20wt% 및 Y2O3 5~15wt%을 포함할 수 있다.
상기 에어 포켓은 상기 접합부의 접합면을 따라 상기 히터 플레이트에 형성되어 있는 홈을 포함할 수 있다. 상기 홈은 단면이 T 형상이고, 상기 접합면 측 보다 상기 히터 플레이트 측으로 더 넓게 형성된다.
상기 에어 포켓은 상기 발열체의 배치 경로를 따라 상기 배치 경로에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 세라믹 히터는, 상기 히터 플레이트와 상기 샤프트 사이에, 상기 접합부의 상기 접합면을 따라 형성된 접합 물질을 더 포함하고, 상기 에어 포켓은 상기 접합 물질을 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 에어 포켓은 상기 접합부의 접합면을 따라 상기 히터 플레이트에 형성될 수 있다.
상기 히터 플레이트는 상기 발열체와 이격되어 배치된 고주파 전극을 더 포함하고, 상기 고주파 전극은, 상기 샤프트의 상기 관통홀 내에 구비된 다른 로드를 통해 전력을 공급 받을 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 히터에 따르면, 에어 포켓(Air Pocket)을 히터 플레이트와 샤프트 간의 접합부에 둠으로써 열 손실을 감소시킬 수 있다. 상기 에어 포켓은, 반도체 장비의 챔버 내의 리크(leak)의 감소, 열응력이 감소에 따른 크랙 발생을 저감, 및 열손실 경로를 줄여 열 효율을 높일 수 있게 된다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래의 세라믹 히터에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 접합부에 대한 확대도이다.
도 4는 도 2의 접합부의 접합 물질에 형성된 에어 포켓을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터에 대한 개략적인 단면도와 접합부에 대한 확대도이다.
도 5b는 도 5a의 접합부의 에어 포켓에 대한 다른 실시에이다.
도 6은 도 5a 및 도 5b의 히터 플레이트에 형성된 에어 포켓을 설명하기 위한 히터 플레이트의 밑면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들의 세라믹 히터에서 발열체의 배치 경로에 형성된 에어 포켓을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)는, 히터 플레이트(110) 및 샤프트(shaft)(120)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)는, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플렉시블 기판 등과 같은 다양한 목적의 가공 대상 기판을 지지하고, 해당 가공 대상 기판을 소정의 온도로 가열하는 반도체 장치이다. 세라믹 히터(100)는, 플라즈마 강화 화학기상증착 등의 공정에 이용될 수도 있다.
히터 플레이트(110)는 세라믹 재질 사이에 고주파 전극(112) 및(또는) 발열체(114)가 소정의 간격으로 이격되어 배치(매설)되도록 구성될 수 있다. 히터 플레이트(110)는 가공 대상 기판을 안정적으로 지지하면서 발열체(114)를 이용한 가열 및(또는) 고주파 전극(112)을 이용한 플라즈마 강화 화학기상증착 공정이 가능하도록 구성된다. 히터 플레이트(110)는 소정의 형상을 갖는 판상 구조물로 형성될 수 있다. 일 예로, 히터 플레이트(110)는 원형의 판상 구조물로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 세라믹 재질은, Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC(Autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 중 적어도 하나의 물질일 수 있으며, 바람직하게는 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다. 나아가, 각각의 세라믹 분말은 선택적으로 0.1 내지 10% 정도, 바람직하게는 약 1 내지 5% 정도의 산화 이트륨 분말을 포함할 수 있다.
고주파 전극(112)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 질화 알루미늄(AlN) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 몰리브덴(Mo)으로 이루어질 수 있다. 고주파 전극(112)은 연결로드(121)를 통해 RF(Radio) 전원에 연결되거나 접지(ground)에 연결될 수 있다. 고주파 전극(112)은 와이어 타입(wire type) 또는 시트 타입(sheet typ)의 메쉬(mesh) 구조를 갖는다. 여기서, 메쉬 구조는, 제1 방향으로 배열된 복수의 금속들과 제2 방향으로 배열된 복수의 금속들이 서로 엇갈리게 교차하여 형성된 그물망 형태의 구조이다.
발열체(114)는 발열선(또는 저항선)에 의한 판상 코일 형태 또는 평평한 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 또한, 발열체(114)는 정밀한 온도 제어를 위해 다층 구조로 형성될 수도 있다. 이러한 발열체(114)는 반도체 제조 공정에서 연결로드(123)를 통해 전원에 연결되어, 원활한 증착 공정 및 식각 공정 등을 수행하기 위해 히터 플레이트(110) 상의 가공 대상 기판을 소정의 일정한 온도로 가열하는 기능을 수행한다.
샤프트(120)는 관통홀을 갖는 관(pipe)형으로서 히터 플레이트(110)의 하면에 결합된다. 샤프트(120)는 히터 플레이트(100)와 동일한 세라믹 재질로 형성되어 결합될 수 있다. 여기서, 세라믹 재질은, Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC(Autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 중 적어도 하나의 물질일 수 있으며, 바람직하게는 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다. 나아가, 각각의 세라믹 분말은 선택적으로 0.1 내지 10% 정도, 바람직하게는 약 1 내지 5% 정도의 산화 이트륨 분말을 포함할 수 있다.
샤프트(120)는 히터 플레이트(110)와 하기하는 바와 같이 세라믹 페이스트 등 접합 물질(125)로 결합될 수 있다. 경우에 따라, 샤프트(120)는 히터 플레이트(110)와 볼트, 너트 등을 이용해 기구적으로 결합될 수도 있다. 샤프트(120)의 관통홀을 통해 고주파 전극(112) 및(또는) 발열체(114)에 전력을 공급하는 각각의 로드(121, 123)가 수용된다.
접합 물질(125)로 샤프트(120)와 히터 플레이트(110)가 접합되는 경우에, 비교적 고온(예, 1750~1850℃)에서 접합을 위하여, 접합 물질(125)은 AlN 90~97wt% 및 Y2O3 3~10wt% 조성의 접합제로 이루어질 수 있다. 또는, 접합 물질(125)로 샤프트(120)와 히터 플레이트(110)가 접합되는 경우에, 비교적 저온(예, 1600~1700℃)에서 접합을 위하여, 접합 물질(125)은 AlN 45~75wt%, Al2O3 10~20wt%, CaO 10~20wt% 및 Y2O3 5~15wt% 조성의 접합제로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)는, 특히 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 결합되도록 맞닿는 접합부(190)에 구비된 에어 포켓(air pocket)(210)을 포함한다.
도 3은 도 2의 접합부(190)에 대한 확대도이다. 도 4는 도 2의 접합부(190)의 접합 물질(125)에 형성된 에어 포켓(210)을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 접합 물질(125)의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 에어 포켓(210)은 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 결합되도록 맞닿는 접합부(190)에 구비되며, 폐루프(closed loop)를 형성하는 접합부(190)의 접합면(맞닿는 면)을 따라 형성된다. 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 결합되도록 맞닿는 접합부(190)의 접합면을 따라 도 4와 같이 링형태의 접합 물질(125)이 형성되어 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)를 밀착 결합시킨다. 이와 같은 접합 물질(125)이 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 사이의 접합면에 삽입되는 것이 바람직하며 이를 예로 들어 설명한다. 다만, 경우에 따라서 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 볼트, 너트 등을 이용해 기구적으로 결합될 경우에는 접합 물질(125)이 반드시 필요한 것은 아님을 밝혀 둔다.
도 4와 같이, 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 결합되도록 접합면에 삽입되는 접합 물질(125)은 원형의 링형태일 수 있고, 따라서 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)의 접합면(맞닿는 면)이 원형의 링형태 폐루프(끊김없이 접합면이 연속된 모양)를 형성한다. 다만, 경우에 따라 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)의 접합면(맞닿는 면)은 원형 이외에도 사각형이나 다양한 다각형, 곡선형 등의 폐루프를 형성할 수도 있다.
도 4와 같이, 접합부(190)의 접합 물질(125)에 형성된 에어 포켓(210)은 접합 물질(125)을 따라 형성되어 있는 홈(또는 관통 구멍)으로서, 주위와 두께가 다르도록 단차를 형성하는 캐비티(cavity)(속이 비어 있는) 공간이다.
이와 같은 에어 포켓(210)은 도 4의 (a)와 같이 단속적인 형태의 홈(211)으로 형성된 것을 포함한다. 홈(211)의 모양은 원형, 사각형, 기타 다각형 등 불문하며, 단속적인 형태의 홈(211)들의 간격은 소정의 동일 간격으로 이격되는 것이 바람직하다. 다만 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)의 접합면이 불규칙한 다각형, 곡선형 등의 폐루프를 형성하는 경우에는 홈(211)들의 간격이 동일 간격으로 일정할 필요는 없고 적절히 진공 리크(leak)가 없도록 홈(211)들의 간격이 적절한 간격으로 정해질 수 있다.
또한, 에어 포켓(210)은 도 4의 (b)와 같이 연속적인 형태의 홈(212)으로 형성된 것을 포함한다. 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)의 접합면(맞닿는 면)이 링형태 폐루프를 형성하는 것과 같이, 에어 포켓(210)은 링형태 폐루프를 형성하는 연속적인 형태의 홈(212)으로 형성될 수도 있다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(200)에 대한 개략적인 단면도와 접합부(191)에 대한 확대도이다. 도 5b는 도 5a의 접합부(191)의 에어 포켓(230)에 대한 다른 실시에이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(200)에서의, 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 결합되도록 맞닿는 접합부(191)와 그에 구비된 에어 포켓(230)의 형태 및 구성은, 도 2에서의 접합부(190) 및 그에 구비된 에어 포켓(210)과 약간의 다른 차이를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(200)에서의 그밖의 구성 요소들의 형태 및 구성은 도 2에서의 구성 요소들의 형태 및 구성과 유사하다. 도 2의 접합부(190) 구조를 도 5a 및 도 5b의 접합부(191)와 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(200)에서의 에어 포켓(230)은 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 결합되도록 맞닿는 접합부(191)에 구비되며, 폐루프를 형성하는 접합부(191)의 접합면을 따라 형성된다. 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 결합되도록 맞닿는 접합부(191)의 접합면을 따라 링형태의 접합 물질(125)(도 4 참조)이 형성되어 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)를 밀착 결합시킨다. 이와 같은 접합 물질(125)이 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 사이의 접합면에 삽입되는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 볼트, 너트 등을 이용해 기구적으로 결합될 경우에는 접합 물질(125)이 반드시 필요한 것은 아님을 밝혀 둔다.
도 5a와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(200)에서의 에어 포켓(230)은 접합부(191)의 접합면을 따라 히터 플레이트(110)에 형성되어 있는 홈을 포함한다. 즉, 히터 플레이트(110) 하면의 접합부(191) 접합면을 따라 형성되어 있는 홈 형태의 에어 포켓(230)은, 주위와 두께가 다르도록 단차를 형성하는 캐비티(cavity)(속이 비어 있는) 공간이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(200)에서의 에어 포켓(230)은, 상기 홈의 형태가 그 단면이 사각형, 원형 등의 홈일 수 있으며, 열 손실을 더욱 줄이기 위하여 도 5b와 같이 상기 홈의 형태를 그 수직 단면이 T 형상을 갖도록 할 수도 있다. 즉, 에어 포켓(230)을 이루는 T 형상 홈은, 접합면 측 좁은 폭 보다 히터 플레이트(110) 측으로 더 넓은 폭을 가지도록 형성될 수 있고, 이에 따라 접합 물질(125) 쪽으로의 열 이동 경로가 길어져 열 발산이 감소되고 열 손실을 최소화할 수 있다.
도 6은 도 5a 및 도 5b의 히터 플레이트(110)에 형성된 에어 포켓(230)을 설명하기 위한 히터 플레이트(110)의 밑면도이다. 도 6의 (a)는 히터 플레이트(110)에 형성된 에어 포켓(230)이 단속적인 형태의 홈(231)으로 형성된 것을 나타내며, 도 6의 (b)는 히터 플레이트(110)에 형성된 에어 포켓(230)이 연속적인 형태의 홈(232)으로 형성된 것을 나타낸다.
도 6의 (a)와 같은 단속적인 형태의 홈(231)으로 형성된 에어 포켓(230)을 이루는 홈(231)의 수평 단면 모양은 원형, 사각형, 기타 다각형 등 불문하며, 단속적인 형태의 홈(231)들의 간격은 소정의 동일 간격으로 이격되는 것이 바람직하다. 다만 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)의 접합면이 불규칙한 다각형, 곡선형 등의 폐루프를 형성하는 경우에는 홈(231)들의 간격이 동일 간격으로 일정할 필요는 없고 적절히 진공 리크(leak)가 없도록 홈(231)들의 간격이 적절한 간격으로 정해질 수 있다.
또한, 도 6의 (b)와 같은 연속적인 형태의 홈(232)으로 형성된 에어 포켓(230)을 이루는 홈(232)의 수평 단면 모양은, 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)의 접합면(맞닿는 면)이 폐루프를 형성하는 것과 같이, 폐루프를 형성한다.
도 7은 본 발명의 실시예들의 세라믹 히터(100/200)에서 발열체(114)의 배치 경로에 형성된 에어 포켓(250)을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는 히터 플레이트(110) 세라믹 재질 내에 배치된 발열체(114)의 배치 형상의 일례이다. 도 7의 (b)는 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)가 접합되는 접합면에 삽입된 접합 물질(125)에 홈 형태의 에어 포켓(250)이 저항선 등의 발열체(114)가 배치된 경로를 따라 그에 대응되는 경로에 상에 형성된 것을 나타낸다. 도 7의 (c)는 도 7의 (a)와 도 7의 (b)를 겹쳐서 나타낸 그림이다.
도 7에서 발열체(114)가 배치된 경로를 따라 그에 대응되는 경로에 상에 형성된 에어 포켓(250)과 같이, 본 발명의 실시예들의 세라믹 히터(100/200)에서의 에어 포켓(210/230)은 저항선 등의 발열체(114)가 배치된 경로를 따라 그에 대응되는 경로에 상에 형성될 수 있다.
여기서, 에어 포켓(250)은 도 2와 같이 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 사이에, 접합부(190)의 접합면에 삽입된 접합 물질(125)을 따라 형성되는 경우를 포함하며, 또한 에어 포켓(250)은 도 5a 및 도 5b와 같이 접합부(191)의 접합면을 따라 히터 플레이트(110) 세라믹 재질에 형성되는 경우를 포함한다.
이와 같은 저항선 등의 발열체(114)가 배치된 경로는 많은 열 발생이 이루어지는 주요 발열부이므로, 본 발명의 이와 같은 에어 포켓(250)을 둠으로써, 히터 플레이트(110)에서 샤프트(120)로 이동하는 열전도를 감소시켜 샤프트(120) 쪽으로 발산하는 열의 손실을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 세라믹 히터(100/200)에서, 히터 플레이트(110)와 접합 물질(125)의 열전도율은 150~170W/m·K 정도로 나타났고, 샤프트(120)의 열전도율은 80~170W/m·K 정도로 나타났다. 반면, 에어 포켓(210/230)의 열전도율은 0.025W/m·K 정도로 나타났다.
히터 플레이트(110) 상의 가공 대상 기판에 증착 공정 및 식각 공정 등을 수행하기 위해 세라믹 히터(100/200)가 사용될 때, 발열체(114)에 의해 히터 플레이트(110)에서 발생되는 고온의 열은 접합 물질(125)을 거쳐 샤프트(120)로 이동하는 열 이동 경로를 통해 발산한다. 따라서, 위와 같은 에어 포켓(210/230)의 열전도율은 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 보다 훨씬 작으므로, 히터 플레이트(110)에서 샤프트(120)로 이동하는 열 이동 경로를 통해 발산하는 열의 손실을 감소시킬 수 있다.
나아가, 예를 들어, 에어 포켓(210/230)이 도 4의 (a) 또는 (b), 및(또는) 도 6의 (a) 또는 (b)와 같이, 단속적 또는 연속적인 형태의 홈(211/212, 231/232)으로 이루어진 경우, 이는 에어 포켓(210)이 없는 종래의 경우와 비교하여, 온도 차이에 의한 열 응력을 감소시켜서 접합부(190/191) 주변의 크랙 발생을 감소시킬 수 있다. 즉, 종래의 구조가 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 간에 많은 열 전달과 발산이 이루어져, 접합부(190/191) 주변의 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 간의 온도 차이가 커서 열 응력이 증가해 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)에 크랙 발생을 증가시킬 수 있다. 반면, 에어 포켓(210/230)의 열전도율은 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 보다 훨씬 작으므로, 히터 플레이트(110)에서 샤프트(120)로 이동하는 열 이동이 그만큼 감소하고, 접합부(190/191) 주변의 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 간의 온도 차이가 작아져 열 응력이 감소해 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)에 크랙 발생을 감소시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 에어 포켓(210/230)이 없는 종래의 구조에서 접합면의 맞닿는 접합 물질 면적과, 에어 포켓(210/230)을 위한 홈(211/212, 231/232)에 의해 그 폭이 2부분으로 갈라진 본 발명의 접합 물질(125)을 사용하는 구조에서 접합면의 맞닿는 접합 물질(125) 면적(2부분으로 갈라진 면적의 합)이, 동일하게 설계될 때에도, 본 발명의 에어 포켓(210/230)을 사용하는 구조는 가스 누설이 감소되도록 진공 리크(leak)를 감소시킬 수 있다. 즉, 반도체 장비의 챔버 내에서 히터 플레이트(110) 상의 가공 대상 기판에 증착 공정 및 식각 공정 등을 수행하는 경우에, 샤프트(120) 내부의 빈 공간은 대기 분위기이며, 챔버 내 히터 플레이트(110) 주변은 소정의 진공 분위기 이므로, 히터 플레이트(110)와 샤프트(120)의 접합부(190/191)에서 맞닿는 접합면에 삽입된 접합 물질(125)이 있다하더라도 어느 정도의 진공 리크가 존재한다. 따라서, 본 발명과 같이, 에어 포켓(210/230)을 적용하는 경우, 그만큼 장비 내부의 가스가 상기 접합면의 접합 물질(125)이나 히터 플레이트(110)의 에어 포켓(230)을 통과하는 길이만큼 가스 누설 경로는 길어짐으로써, 가스 누설을 감소시켜 진공 리크를 감소시키고 고진공을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
이외에도, 도 5b의 설명에서도 기술한 바와 같이, 열 손실을 더욱 줄이기 위하여, 에어 포켓(230)을 이루는 T 형상 홈은, 접합면 측 좁은 폭 보다 히터 플레이트(110) 측으로 더 넓은 폭을 가지도록 형성됨으로써, 이에 따라 도 5b와 같이 접합 물질(125) 쪽으로의 열 이동 경로가 길어져 열 발산이 감소되고 열 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 히터(100/200)에서, 에어 포켓(210/230)을 히터 플레이트(110)와 샤프트(120) 간의 접합부(190/191)에 둠으로써 열 손실을 감소시킬 수 있다. 상기 에어 포켓(210/230)은, 반도체 장비의 챔버 내의 리크(leak)의 감소, 열응력이 감소에 따른 크랙 발생을 저감, 및 열손실 경로를 줄여 열 효율을 높일 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
히터 플레이트(110)
고주파 전극(112)
발열체(114)
샤프트(120)
접합 물질(125)
에어 포켓(210, 230)

Claims (10)

  1. 발열체가 배치된 세라믹 재질의 히터 플레이트;
    관통홀을 갖는 관형으로서 상기 히터 플레이트의 하면에 결합되고, 상기 관통홀을 통해 상기 발열체에 전력을 공급하는 로드를 수용하는 샤프트; 및
    상기 히터 플레이트와 상기 샤프트가 결합되도록 맞닿는 접합부에 구비된 연속적 또는 단속적인 에어 포켓을 포함하고,
    상기 에어 포켓은 상기 접합부의 접합면을 따라 형성되어 있으며,
    상기 에어 포켓은, 상기 히터 플레이트와 접합을 위한 상기 샤프트의 상단부 꺽인부분에서, 상기 접합부의 접합면을 따라 상기 히터 플레이트에 형성되어 있는 홈을 포함하되, 상기 홈은 상기 접합면 측 보다 상기 히터 플레이트 측으로 더 넓게 형성된, 세라믹 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터 플레이트와 상기 샤프트 사이에, 상기 접합부의 상기 접합면을 따라 형성된 접합 물질을 더 포함하고,
    상기 에어 포켓은 상기 접합 물질을 따라 형성되어 있는 홈을 포함하는 세라믹 히터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접합 물질은 AlN 90~97wt% 및 Y2O3 3~10wt%을 포함하는 세라믹 히터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 접합 물질은 AlN 45~75wt%, Al2O3 10~20wt%, CaO 10~20wt% 및 Y2O3 5~15wt%을 포함하는 세라믹 히터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 단면이 T 형상인, 세라믹 히터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어 포켓은 상기 발열체의 배치 경로를 따라 상기 배치 경로에 대응되는 위치에 형성되는 세라믹 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 히터 플레이트와 상기 샤프트 사이에, 상기 접합부의 상기 접합면을 따라 형성된 접합 물질을 더 포함하고,
    상기 에어 포켓은 상기 접합 물질을 따라 형성되어 있는 세라믹 히터.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 히터 플레이트는 상기 발열체와 이격되어 배치된 고주파 전극을 더 포함하고, 상기 고주파 전극은, 상기 샤프트의 상기 관통홀 내에 구비된 다른 로드를 통해 전력을 공급 받는 세라믹 히터.


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