KR102594930B1 - 열전대 가이드 및 세라믹 히터 - Google Patents

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Abstract

열전대 가이드(32)는, 직선형의 제1 관부(33)와, 제1 관부(33)에 연결되고, 제1 관부(33)의 방향을 변환하도록 마련된 만곡부(34c)를 갖는 제2 관부(34)를 구비하고 있다. 만곡부(34c) 중 적어도 선단으로부터 소정 길이까지의 선단측 부분(34b)의 외경은, 제1 관부(33)의 외경보다도 작다.

Description

열전대 가이드 및 세라믹 히터{THERMOCOUPLE GUIDE AND CERAMIC HEATER}
본 발명은, 열전대 가이드 및 세라믹 히터에 관한 것이다.
종래, 세라믹 히터로서는, 웨이퍼 적재면을 갖는 원반형 세라믹 플레이트의 내주측과 외주측에 각각 독립적으로 저항 발열체를 매립한 2존 히터라 불리는 것이 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 도 9에 도시한 샤프트 부착 세라믹 히터(410)가 개시되어 있다. 이 샤프트 부착 세라믹 히터(410)는, 세라믹 플레이트(420)의 외주측 온도를 외주측 열전대(450)로 측정한다. 열전대 가이드(432)는, 통형 부재이며, 스트레이트 샤프트(440)의 내부에서 하방으로부터 상방으로 곧게 연장된 후 원호형으로 구부러져 90° 방향 전환되어 있다. 이 열전대 가이드(432)는, 세라믹 플레이트(420)의 이면 중 스트레이트 샤프트(440)에 둘러싸인 영역에 마련된 슬릿(426a)에 장착되어 있다. 슬릿(426a)은, 열전대 통로(426)의 입구 부분을 이룬다. 외주측 열전대(450)는, 열전대 가이드(432)의 통 내에 삽입되어 열전대 통로(426)의 종단(終端) 위치에 도달해 있다.
국제 공개 제2012/039453호 팸플릿(도 11)
그러나, 열전대 가이드(432)는, 1개의 통형 부재를 원호형으로 구부림으로써, 직선 관부(432a)와 만곡 관부(432b)를 형성한 것이기 때문에, 이하의 문제가 있었다. 즉, 만곡 관부(432b)를 가늘게 하면, 직선 관부(432a)도 가늘어져버리기 때문에, 열전대 가이드(432)의 강성이 부족하다는 문제가 발생하였다. 한편, 직선 관부(432a)를 굵게 하면, 만곡 관부(432b)도 굵어져버리기 때문에, 슬릿(426a)의 폭을 크게 하지 않을 수 없다는 문제가 발생하였다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 열전대 가이드의 강성을 유지하면서 열전대 통로의 입구 부분의 폭을 좁게 하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 열전대 가이드는,
직선형의 제1 관부와,
상기 제1 관부에 연결되고, 상기 제1 관부의 방향을 변환하도록 마련된 만곡부를 갖는 제2 관부
를 구비한 열전대 가이드이며,
상기 만곡부 중 적어도 선단으로부터 소정 길이까지의 선단측 부분의 외경은, 상기 제1 관부의 외경보다도 작은 것이다.
이 열전대 가이드는, 이하와 같이 사용된다. 즉, 저항 발열체가 내장된 플레이트의 열전대 통로의 입구 부분에 열전대 가이드의 선단측 부분을 배치하고, 가늘고 긴 열전대를 열전대 가이드의 직선형 제1 관부 및 만곡부를 갖는 제2 관부에 통과시켜, 열전대를 열전대 통로로 유도한다. 이 열전대 가이드는, 제2 관부가 갖는 만곡부 중 적어도 선단으로부터 소정 길이까지의 선단측 부분의 외경이 제1 관부의 외경보다도 작다. 이 선단측 부분은 열전대 통로에 배치되는 부분이며, 그 외경이 제1 관부의 외경보다도 작기 때문에, 열전대 통로의 입구 부분의 폭을 작게 할 수 있다. 또한, 열전대 가이드의 제1 관부의 외경은 선단측 부분의 외경보다도 크다. 그 때문에, 제1 관부의 강성을 비교적 높게 유지할 수 있다.
본 발명의 열전대 가이드에 있어서, 상기 제2 관부는, 상기 제1 관부에 용접되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 제2 관부와 제1 관부를 따로따로 준비해 두고, 양자를 용접하면 본 발명의 열전대 가이드를 얻을 수 있다.
본 발명의 열전대 가이드에 있어서, 상기 만곡부 중 적어도 상기 선단측 부분의 내경을, 상기 제1 관부의 내경보다도 작게 해도 된다. 이렇게 하면, 선단측 부분의 내경이 제1 관부의 내경과 동일한 경우에 비하여, 선단측 부분의 외경을 제1 관부의 외경보다도 한층 작게 할 수 있다. 또한, 선단측 부분의 외경을 소정값으로 한 경우, 선단측 부분의 내경이 작은 만큼, 선단측 부분의 벽 두께가 두꺼워지기 때문에, 선단측 부분의 강성을 높게 할 수 있다.
본 발명의 열전대 가이드에 있어서, 상기 제2 관부의 전체의 외경을, 상기 제1 관부의 외경보다도 작게 해도 된다. 특히, 제2 관부가 제1 관부에 용접되어 있는 경우에 이 구성을 채용하면, 제2 관부의 전체가 동일한 직경이기 때문에, 제2 관부를 간단하게 준비할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 관부의 전체의 내경을 상기 제1 관부의 내경보다도 작게 해도 된다. 이렇게 하면, 제2 관부의 내경이 제1 관부의 내경과 동일한 경우에 비하여, 제2 관부의 외경을 제1 관부의 외경보다도 한층 작게 할 수 있다. 또한, 제2 관부의 외경을 소정값으로 한 경우, 제2 관부의 내경이 작은 만큼, 제2 관부의 벽 두께가 두꺼워지기 때문에, 제2 관부의 강성을 높게 할 수 있다.
본 발명의 열전대 가이드에 있어서, 상기 만곡부의 곡률 반경은 20㎜ 이상 50㎜ 이하이고, 상기 만곡부의 스트로크 길이는 20㎜ 이상 50㎜ 이하이며, 상기 만곡부는, 상기 제1 관부의 방향을 50° 이상 90° 이하로 변환하도록 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 가늘고 긴 열전대를 열전대 가이드의 제1 관부 및 제2 관부에 통과시킨 후, 열전대를 열전대 통로로 원활하게 유도할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터는,
웨이퍼 적재면을 갖는 원반형의 세라믹 플레이트와,
상기 세라믹 플레이트 중 상기 웨이퍼 적재면과는 반대측의 이면에 접합된 통형 샤프트와,
상기 세라믹 플레이트의 내주부에 매설된 내주측 저항 발열체와,
상기 세라믹 플레이트의 외주부에 매설된 외주측 저항 발열체와,
상기 내주측 저항 발열체의 한 쌍의 단자 및 상기 외주측 저항 발열체의 한 쌍의 단자를 포함하는 부대 부품과,
상기 세라믹 플레이트의 상기 이면 중 상기 통형 샤프트의 내측 영역의 기점으로부터 상기 세라믹 플레이트의 외주부의 종단 위치에 이르는 긴 구멍과,
상기 긴 구멍의 입구 부분인 긴 홈과,
상기 긴 홈에 상기 만곡부의 상기 선단측 부분이 배치된 상술한 어느 열전대 가이드
를 구비한 것이다.
이 세라믹 히터에서는, 열전대 가이드는, 제2 관부가 갖는 만곡부 중 적어도 선단으로부터 소정 길이까지의 선단측 부분의 외경이 제1 관부의 외경보다도 작다. 이 선단측 부분은 열전대 통로에 배치되는 부분이며, 그 외경이 제1 관부의 외경보다도 작기 때문에, 열전대 통로의 입구 부분의 폭을 작게 할 수 있다. 또한, 열전대 가이드의 제1 관부의 외경은 선단측 부분의 외경보다도 크다. 그 때문에, 제1 관부의 강성을 비교적 높게 유지할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 상기 긴 구멍은, 열전대를 삽입하는 열전대 삽입용 긴 구멍이어도 된다. 이렇게 하면, 긴 구멍을 이용하여 열전대를 삽입할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 상기 긴 홈의 길이는, 상기 열전대 가이드의 상기 만곡부 중 상기 긴 홈에 배치되는 상기 선단측 부분의 길이 이상이 되도록 정해져 있어도 된다. 이렇게 하면, 열전대 가이드를 보다 용이하게 긴 홈에 배치 할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터는, 상기 열전대 가이드 및 상기 긴 구멍에 삽입된 열전대를 구비하고 있어도 된다.
도 1은 세라믹 히터(10)의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A 단면도.
도 3은 도 1의 B-B 단면도.
도 4는 열전대 가이드(32)의 정면도.
도 5는 열전대 가이드(32)의 제2 관부(34) 주변의 부분 확대도.
도 6은 도 3의 중앙 부분의 확대도.
도 7은 열전대 가이드(32)의 장착 방법의 설명도.
도 8은 열전대 가이드(32)의 장착 방법의 설명도.
도 9는 종래예의 설명도.
본 발명의 바람직한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 세라믹 히터(10)의 사시도, 도 2는 도 1의 A-A 단면도, 도 3은 도 1의 B-B 단면도, 도 4는 열전대 가이드(32)의 정면도, 도 5는 열전대 가이드(32)의 제2 관부(34) 주변의 부분 확대도, 도 6은 도 3의 중앙 부분의 확대도이다.
세라믹 히터(10)는, 에칭이나 CVD 등의 처리가 실시되는 웨이퍼 W를 가열하기 위해 사용되는 것으로, 도시하지 않은 진공 챔버 내에 설치된다. 이 세라믹 히터(10)는, 웨이퍼 적재면(20a)을 갖는 원반형의 세라믹 플레이트(20)와, 세라믹 플레이트(20)의 웨이퍼 적재면(20a)과는 반대측의 면(이면)(20b)에 접합된 통형 샤프트(40)를 구비하고 있다.
세라믹 플레이트(20)는, 질화알루미늄이나 알루미나 등으로 대표되는 세라믹 재료로 이루어지는 원반형의 플레이트이다. 세라믹 플레이트(20)의 직경은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 300㎜ 정도이다. 세라믹 플레이트(20)는, 세라믹 플레이트(20)와 동심원형의 가상 경계(20c)(도 3 참조)에 의해 소원형의 내주측 존 Z1과 원환형의 외주측 존 Z2로 나누어져 있다. 세라믹 플레이트(20)의 내주측 존 Z1에는 내주측 저항 발열체(22)가 매설되고, 외주측 존 Z2에는 외주측 저항 발열체(24)가 매설되어 있다. 양쪽 저항 발열체(22, 24)는, 예를 들어 몰리브덴, 텅스텐 또는 탄화텅스텐을 주성분으로 하는 코일로 구성되어 있다. 세라믹 플레이트(20)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상측 플레이트 P1과 그 상측 플레이트 P1보다도 얇은 하측 플레이트 P2를 면 접합함으로써 제작되어 있다.
통형 샤프트(40)는, 세라믹 플레이트(20)와 동일하게 질화알루미늄, 알루미나 등의 세라믹스로 형성되어 있다. 통형 샤프트(40)는, 소경부(40a)와 대경부(40b)를 구비하고 있다. 소경부(40a)는, 통형 샤프트(40)의 하단으로부터 소정의 높이까지의 부분이며, 내경 d1의 통형부이다. 대경부(40b)는, 통형 샤프트(40)의 소정의 높이로부터 확경된 후 통형 샤프트(40)의 상단까지의 부분이며, 내경d2(>d1)의 통형부이다. 통형 샤프트(40)는, 상단(대경부(40b)의 단면)이 세라믹 플레이트(20)에 확산 접합되어 있다. 통형 샤프트(40)의 내부 공간(41)은, 소경부(40a)의 내경과 동일한 직경의 원통 공간(41a)과, 그 원통 공간(41a)의 외측에 대경부(40b)에 의해 둘러싸인 환형의 확장 공간(41b)을 갖고 있다. 확장 공간(41b)은, 후술하는 열전대 가이드(32)의 제2 관부(34)의 선단을 선회시키면서 집어 넣는 것이 가능한 공간으로 되어 있다.
내주측 저항 발열체(22)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 단자(22a, 22b)의 한쪽으로부터 시작이 되어, 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 복수의 폴딩부에서 폴딩되면서 내주측 존 Z1의 거의 전역에 배선된 후, 한 쌍의 단자(22a, 22b)의 다른 쪽에 이르도록 형성되어 있다. 한 쌍의 단자(22a, 22b)는, 샤프트 내 영역(20d)(세라믹 플레이트(20)의 이면(20b) 중 소경부(40a)의 내측 영역)에 마련되어 있다. 한 쌍의 단자(22a, 22b)에는, 각각 금속제(예를 들어 Ni제)의 급전봉(42a, 42b)이 접합되어 있다.
외주측 저항 발열체(24)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 단자(24a, 24b)의 한쪽으로부터 시작이 되어, 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 복수의 폴딩부에서 폴딩되면서 외주측 존 Z2의 거의 전역에 배선된 후 한 쌍의 단자(24a, 24b)의 다른 쪽에 이르도록 형성되어 있다. 한 쌍의 단자(24a, 24b)는, 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b)의 샤프트 내 영역(20d)에 마련되어 있다. 한 쌍의 단자(24a, 24b)에는, 각각 금속제(예를 들어 Ni제)의 급전봉(44a, 44b)이 접합되어 있다.
세라믹 플레이트(20)의 내부에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 외주측 열전대(50)를 삽입하기 위한 긴 구멍(26)이 웨이퍼 적재면(20a)과 평행하게 마련되어 있다. 긴 구멍(26)은, 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b) 중 샤프트 내 영역(20d)의 기점(26s)으로부터 세라믹 플레이트(20)의 외주부의 소정의 종단 위치(26e)에 이르고 있다. 긴 구멍(26)의 가로 폭은, 도 3에 도시한 바와 같이, 종단 위치(26e)의 바로 앞부터 종단 위치(26e)를 향해 점차 가늘어져 있다. 이 긴 구멍(26)은, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 세라믹 플레이트(20)의 반경 방향으로부터 벗어난 방향을 따라서 마련되어 있다. 긴 구멍(26) 중, 기점(26s)으로부터 확장 영역(20f)(이면(20b) 중 확장 공간(41b) 내의 영역)에 이르는 입구 부분은, 열전대 가이드(32)의 제2 관부(34)의 선단을 끼워넣기 위한 긴 홈(26a)으로 되어 있다. 긴 홈(26a)은, 통형 샤프트(40)의 내부 공간(41)에 개구되어 있다. 본 실시 형태에서는, 긴 홈(26a)은, 기점(26s)으로부터 확장 영역(20f)의 외주연까지 연장되어 있다. 긴 홈(26a)의 길이는, 열전대 가이드(32)의 만곡부(34c) 중 긴 홈(26a)에 배치되는 선단측 부분(34b)의 길이 이상이 되도록 정해져 있다. 단자(22a, 22b, 24a, 24b)는, 샤프트 내 영역(20d)이며 긴 홈(26a) 이외의 위치에 마련되어 있다.
열전대 가이드(32)는, 가이드 구멍(32a)을 구비한 금속제의 통형 부재이며, 도 4에 도시한 바와 같이, 직선형의 제1 관부(33)와, 만곡부(34c)를 갖는 제2 관부(34)를 구비하고 있다. 제1 관부(33)는, 선단으로부터 기단까지 곧게 연장된 통형 부재이다. 제2 관부(34)는, 1개의 금속제의 통형 부재에 굽힘 가공을 실시한 것으로, 직선부(34s)와 만곡부(34c)를 구비하고 있다. 직선부(34s)는, 제1 관부(33)와 동일한 방향으로 곧게 연장되어 있는 부분이다. 제2 관부(34)는, 직선부(34s)의 기단에서 제1 관부(33)의 선단에 용접되어 있다. 만곡부(34c)는, 제1 관부(33)의 방향을 변환하도록 마련되어 있다. 구체적으로는, 만곡부(34c)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 관부(33)의 축방향에 대하여 각도 θ만큼 제1 관부(33)의 방향을 변환하도록 마련되어 있다. 제2 관부(34)의 전체(선단측 부분(34b)을 포함함)의 외경 φo2는, 제1 관부(33)의 외경 φo1보다도 작다. 제2 관부(34)의 전체(선단측 부분(34b)을 포함함)의 내경 φi2는, 제1 관부(33)의 내경 φi1보다도 작다.
열전대 가이드(32)를 제조하기 위해서는, 미리 제1 관부(33)와 제2 관부(34)를 따로따로 준비하고, 제1 관부(33)의 선단에 제2 관부(34)의 기단을 용접한다. 구체적으로는, 제1 관부(33)의 중심축과 제2 관부(34)의 중심축이 동축이 되도록 위치 결정한 후 용접한다. 제1 관부(33)의 중심축과 제2 관부(34)의 중심축은 가능한 한 동축이 되도록 용접하는 것이 바람직하지만, 동축으로부터 약간 어긋났다고 해도 가이드 구멍(32a)이 용접 개소로부터 외부로 통과하지 않을 정도의 어긋남 폭으로 용접되어 있으면 지장은 없다.
만곡부(34c)의 곡률 반경 R이나 스트로크 길이 S(제2 관부(34)의 선단으로부터 제1 관부(33)의 중심축까지의 수평 거리)는, 통형 샤프트(40)의 내경에 따라서 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 통형 샤프트(40)의 소경부(40a)의 내경이 35㎜ 이상 45㎜ 이하인 경우, 만곡부(34c)의 곡률 반경 R은 바람직하게는 20㎜ 이상 50㎜ 이하, 보다 바람직하게는 20㎜ 이상 30㎜ 이하이고, 만곡부(34c)의 스트로크 길이 S는 바람직하게는 20㎜ 이상 50㎜ 이하, 보다 바람직하게는 20㎜ 이상 30㎜ 이하이다. 각도 θ는 50° 이상 90° 이하가 바람직하고, 75° 이상 90° 이하가 보다 바람직하다. 또한, 도 4 및 도 5에서는, 각도 θ가 90°인 예를 나타내었다. 제1 관부(33)의 외경 φo1은 2.4㎜ 이상 5㎜ 이하가 바람직하고, 제2 관부(34)의 외경 φo2는 1.9㎜ 이상 2.3㎜ 이하가 바람직하다. 제1 관부(33)의 내경 φi1은 1.8㎜ 이상 2.5㎜ 이하가 바람직하고, 제2 관부(34)의 내경 φi2는 1.6㎜ 이상 2.0㎜ 이하가 바람직하다.
열전대 가이드(32)는, 직선형의 제1 관부(33)가 웨이퍼 적재면(20a)에 대하여 수직 방향이 되어, 제2 관부(34)의 만곡부(34c)에 의해 수직 방향으로부터 수평 방향으로 변환하도록 배치되어 있다. 열전대 가이드(32)의 가이드 구멍(32a)에는, 외주측 열전대(50)가 삽입 관통되어 있다. 제2 관부(34)의 선단은, 긴 홈(26a) 내에 단순히 끼워넣어져 있는 것만이어도 되고, 긴 홈(26a) 내에 접합 또는 접착되어 있어도 된다. 제1 관부(33)는, 고정되어 있지 않아도 되며, 예를 들어 통형 샤프트(40)의 기단(하부 개구단)에 고정된 세라믹 히터(10)를 지지하는 도시하지 않은 지지대 등에 고정 또는 위치 결정되어 있어도 된다.
통형 샤프트(40)의 내부에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 내주측 저항 발열체(22)의 한 쌍의 단자(22a, 22b)의 각각에 접속되는 급전봉(42a, 42b)이나 외주측 저항 발열체(24)의 한 쌍의 단자(24a, 24b)의 각각에 접속되는 급전봉(44a, 44b)이 배치되어 있다. 통형 샤프트(40)의 내부에는, 세라믹 플레이트(20)의 중앙 부근의 온도를 측정하기 위한 내주측 열전대(48)나 세라믹 플레이트(20)의 외주 부근의 온도를 측정하기 위한 외주측 열전대(50)도 배치되어 있다. 내주측 열전대(48)는, 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b)에 형성된 오목부(49)에 삽입되고, 선단의 측온부(48a)가 세라믹 플레이트(20)에 접촉되어 있다. 오목부(49)는, 각 단자(22a, 22b, 24a, 24b)나 긴 홈(26a)과 간섭하지 않는 위치에 마련되어 있다. 외주측 열전대(50)는, 시스 열전대이며, 열전대 가이드(32)의 가이드 구멍(32a) 및 긴 구멍(26)을 통과하고, 선단의 측온부(50a)가 긴 구멍(26)의 종단 위치(26e)에 도달해 있다. 외주측 열전대(50)에 사용되는 시스 열전대로서는, 예를 들어 직경이 0.5㎜ 이상 1.5㎜ 이하이며 스테인리스(SUS 등)제 또는 니켈 합금(인코넬(등록상표) 등)제의 시스 열전대를 들 수 있다.
열전대 가이드(32)는, 세라믹 히터(10)의 제조 공정의 종반에서 장착된다. 이때의 모습을 도 7 및 도 8에 나타낸다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b)에 통형 샤프트(40)를 접합하고, 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b)에 노출되어 있는 단자(22a, 22b, 24a, 24b)의 각각에 급전봉(42a, 42b, 44a, 44b)을 접합한 후, 열전대 가이드(32)를 장착한다. 본 실시 형태에서는, 열전대 가이드(32)의 제2 관부(34)의 방향을 긴 구멍(26)의 입구 부분인 긴 홈(26a)의 방향에 맞춘 후, 열전대 가이드(32)를 통형 샤프트(40)의 소경부(40a)에 넣으려고 해도, 긴 구멍(26) 및 그 연장선이 샤프트 내 영역(20d)에 나타나는 거리는 제2 관부(34)의 선단으로부터 제1 관부(33)의 중심축까지의 수평 거리보다 짧고, 제2 관부(34)가 소경부(40a)에 걸리기 때문에, 그대로는 열전대 가이드(32)를 소경부(40a)에 넣을 수는 없다. 그 때문에, 우선, 열전대 가이드(32)의 제2 관부(34)를 소경부(40a)나 급전봉(42a, 42b, 44a, 44b)에 간섭하지 않는 자세(도 7 및 도 8의 일점쇄선의 열전대 가이드(32) 참조)로 한 후, 제2 관부(34)를 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b)에 가까이 한다. 그리고, 제2 관부(34)의 선단이 대경부(40b)의 내부 공간에 도달한 후, 열전대 가이드(32)를 선회시켜 제2 관부(34)의 선단이 확장 공간(41b)에 들어가도록 하면서 제2 관부(34)의 선단을 긴 홈(26a)에 끼워넣는다(도 7 및 도 8의 실선의 열전대 가이드(32) 참조). 그 후, 열전대 가이드(32)의 가이드 구멍(32a)에 외주측 열전대(50)를 삽입 관통시켜 측온부(50a)를 긴 구멍(26)의 종단 위치(26e)에 도달시킨다.
다음으로, 세라믹 히터(10)의 사용예에 대하여 설명한다. 우선, 도시하지 않은 진공 챔버 내에 세라믹 히터(10)를 설치하고, 그 세라믹 히터(10)의 웨이퍼 적재면(20a)에 웨이퍼 W를 적재한다. 그리고, 내주측 열전대(48)에 의해 검출된 온도가 미리 정해진 내주측 목표 온도가 되도록 내주측 저항 발열체(22)에 공급하는 전력을 조정함과 함께, 외주측 열전대(50)에 의해 검출된 온도가 미리 정해진 외주측 목표 온도가 되도록 외주측 저항 발열체(24)에 공급하는 전력을 조정한다. 이에 의해, 웨이퍼 W의 온도가 원하는 온도가 되도록 제어된다. 그리고, 진공 챔버 내를 진공 분위기 혹은 감압 분위기가 되도록 설정하고, 진공 챔버 내에 플라스마를 발생시켜 그 플라스마를 이용하여 웨이퍼 W에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다.
이상 설명한 본 실시 형태의 세라믹 히터(10) 및 열전대 가이드(32)에서는, 제2 관부(34)의 외경 φo2가 제1 관부(33)의 외경 φo1보다도 작기 때문에, 열전대 통로의 입구 부분, 즉, 긴 홈(26a)의 폭을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 단자(22a, 22b, 24a, 24b)나 오목부(49) 등의 부대 부품을 배치하는 영역이 넓어져서, 부대 부품의 배치 자유도가 높아진다. 또한, 열전대 가이드(32)의 제1 관부(33)의 외경 φo1은 제2 관부(34)의 외경 φo2보다도 크기 때문에, 제1 관부(33)의 강성을 비교적 높게 유지할 수 있다. 또한, 세라믹 플레이트(20)로부터 열전대 가이드(32)를 통한 외부로의 열전도(열방산)의 억제도 기대된다. 이에 의해, 세라믹 플레이트(20)의 균열성의 개선이나 열전대 가이드(32)를 통형 샤프트(40)의 외측에서 지지하는 부재에 대한 열적 영향의 억제가 기대된다.
또한, 열전대 가이드(32)에 있어서, 제2 관부(34)는, 제1 관부(33)에 용접되어 있기 때문에, 제2 관부(34)와 제1 관부(33)를 따로따로 준비해 두고, 양자를 용접하면 열전대 가이드(32)를 얻을 수 있다.
또한, 열전대 가이드(32)에 있어서, 제2 관부(34)의 내경 φi2가, 제1 관부(33)의 내경 φi1보다도 작기 때문에, 제2 관부(34)의 내경 φi2가 제1 관부(33)의 내경 φi1과 동일한 경우에 비하여, 제2 관부(34)의 외경 φo2를 제1 관부(33)의 외경 φo1보다도 한층 작게 할 수 있다. 또한, 제2 관부(34)의 외경 φo2를 소정값으로 한 경우, 제2 관부(34)의 내경 φi2가 작은 만큼, 제2 관부(34)의 벽 두께가 두꺼워지기 때문에, 제2 관부(34)의 강성을 높게 할 수 있다.
또한, 열전대 가이드(32)에 있어서, 제2 관부(34)의 전체가 동일한 직경이기 때문에, 용접 전의 제2 관부(34)를 간단하게 준비할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 세라믹 히터(10)에서는, 긴 구멍(26)은, 외주측 열전대(50)를 삽입하는 열전대 삽입용 긴 구멍이기 때문에, 긴 구멍(26)을 이용하여 외주측 열전대(50)를 삽입할 수 있다.
또한, 긴 구멍(26)의 입구 부분인 긴 홈(26a)의 길이는, 열전대 가이드(32)의 만곡부(34c) 중 긴 홈(26a)에 배치되는 선단측 부분(34b)의 길이 이상이 되도록 정해져 있기 때문에, 열전대 가이드(32)를 보다 용이하게 긴 홈(26a)에 배치할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 전혀 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 다양한 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에 있어서, 열전대 가이드(32)는, 제2 관부(34)가 직선부(34s)를 구비하고 있는 것으로 하였지만, 직선부(34s)를 구비하고 있지 않아도 된다. 예를 들어, 제1 관부(33)의 선단에 만곡부(34c)의 기단이 직접 용접되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 열전대 가이드(32)는, 제2 관부(34)의 출구에 연결되는 선단측 직선부를 갖고 있어도 된다. 이 선단측 직선부는, 웨이퍼 적재면(20a)에 대하여 수평 방향으로 연장되도록 마련된다. 이렇게 하면, 보다 원활하게 외주측 열전대(50)를 긴 구멍(26)으로 유도할 수 있다. 또한, 이와 같은 선단측 직선부를 갖는 열전대 가이드(32)는, 긴 홈(26a)에 배치되는 부분이 길어진다. 그 때문에, 그것에 맞춰 긴 홈(26a)의 길이를 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 실시 형태의 도 4 및 도 5에 있어서, 열전대 가이드(32)의 만곡부(34c)는, 제1 관부(33)의 방향을 90° 변환하도록(각도 θ가 90°로 되도록) 마련되어 있는 것으로 하였지만, 각도 θ는 90° 미만으로 해도 된다. 곡률 반경 R이 동일하면, 각도 θ가 작을수록 스트로크 길이 S가 짧아지기 때문에, 단자(22a, 22b, 24a, 24b)나 오목부(49) 등의 부대 부품을 배치 가능한 영역이 넓어진다. 각도 θ는 50° 이상 90° 이하가 바람직하고, 75° 이상 90° 이하가 보다 바람직하다. 이렇게 하면, 가늘고 긴 외주측 열전대(50)를 열전대 가이드(32)의 제1 관부(33) 및 제2 관부(34)에 통과시킨 후, 외주측 열전대(50)를 열전대 통로인 긴 구멍(26)으로 원활하게 유도할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 만곡부(34c)의 곡률 반경 R은, 20㎜ 이상 50㎜ 이하인 것이 바람직하다. 곡률 반경 R이 20㎜ 이상이면, 외주측 열전대(50)의 삽입 시에 열전대 가이드(32)의 제1 관부(33) 및 제2 관부(34) 내에서 외주측 열전대(50)에 걸리는 응력이 비교적 작기 때문에, 외주측 열전대(50)를 열전대 통로인 긴 구멍(26)으로 원활하게 유도할 수 있다. 또한, 곡률 반경 R이 50㎜ 이하이면 스트로크 길이 S를 그다지 크게 할 수 없는 경우(예를 들어, 통형 샤프트(40)의 소경부(40a)의 내경이 35㎜ 이상 45㎜ 이하 등으로 비교적 작은 경우)에서도 각도 θ를 상술한 범위로 할 수 있기 때문에, 외주측 열전대(50)를 열전대 통로인 긴 구멍(26)으로 원활하게 유도할 수 있다. 이 중, 곡률 반경 R이 20㎜ 이상 30㎜ 이하이면, 외주측 열전대(50)를 긴 구멍(26)으로 보다 원활하게 유도할 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 곡률 반경 R이 30㎜ 이상 50㎜ 이하이면, 외주측 열전대(50)의 삽입 시에 열전대 가이드(32)의 굽힘(벤딩)이 작거나 혹은 원래대로 돌아가기 쉬운 점에서 바람직하다. 참고로서, 만곡부(34c)의 곡률 반경 R이 20㎜, 30㎜, 40㎜, 50㎜인 열전대 가이드(32)를 구비한 세라믹 히터(10)를 사용하여 외주측 열전대(50)를 세트하는 실험을 행한 결과를, 표 1에 나타낸다. 또한, 열전대 가이드(32)에 있어서, 제1 관부(33)의 내경 φi1은 2㎜, 제2 관부(34)의 외경 φo2는 2.2㎜, 내경 φi2는 1.69㎜로 통일시켰다. 표 1에 있어서, 열전대 가이드의 굽힘 평가는, 열전대의 삽입 시에 열전대 가이드가 구부러지지 않은 경우를 「1」, 열전대의 삽입 시에 열전대 가이드가 구부러졌지만 바로 원래대로 돌아간 경우를 「2」, 열전대의 삽입 시에 열전대 가이드가 구부러졌지만 열전대의 삽입이 완료되면 원래대로 돌아간 경우를 「3」으로 하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 곡률 반경 R이 20㎜ 이상 50㎜ 이하이면, 열전대 가이드의 굽힘 평가는 「1」 「2」 및 「3」중 어느 것이며, 열전대 가이드의 굽힘이 작거나 혹은 원래대로 돌아가기 쉬웠다. 또한, 곡률 반경 R이 30㎜ 이상 50㎜ 이하이면, 열전대 가이드의 굽힘 평가는 「1」또는 「2」이며, 열전대 가이드(32)의 굽힘이 보다 작거나 혹은 보다 원래대로 돌아가기 쉬웠다.
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상술한 실시 형태에 있어서, 만곡부(34c)의 스트로크 길이 S는, 20㎜ 이상 50㎜ 이하인 것이 바람직하고, 20㎜ 이상 30㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이렇게 하면, 단자(22a, 22b, 24a, 24b)나 오목부(49) 등의 부대 부품을 배치 가능한 영역을 넓게 유지한 채, 각도 θ나 곡률 반경 R을 상술한 범위로 설정할 수 있다. 그 때문에, 외주측 열전대(50)를 긴 구멍(26)으로 원활하게 유도할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 제2 관부(34)는 제1 관부(33)에 용접되어 있는 것으로 하였지만, 용접 이외의 야금적 접합 방법(압접이나 확산 접합 등)으로 접합되어 있어도 된다. 또한, 접합부가 없는 1개의 관으로 형성되어 있음으로써 제2 관부(34)가 제1 관부(33)에 연결되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 제2 관부(34)의 내경 φi2는 제1 관부(33)의 내경 φi1보다도 작은 것으로 하였지만, 제2 관부(34)의 내경 φi2는 제1 관부(33)의 내경 φi1과 동일해도 된다. 이 경우, 가이드 구멍(32a)에는 제2 관부(34)와 제1 관부(33)의 이음매에 단차가 없도록 할 수 있기 때문에, 외주측 열전대(50)를 원활하게 통과시킬 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 제2 관부(34)의 전체의 외경 φo2가 제1 관부(33)의 외경 φo1보다도 작은 것으로 하였지만, 제2 관부(34) 중 적어도 선단측 부분(34b)의 외경이 제1 관부(33)의 외경 φo1보다도 작으면 된다. 예를 들어, 제2 관부(34) 중 선단측 부분(34b) 이외의 부분의 외경이 제1 관부(33)의 외경 φo1과 동일해도 된다. 긴 홈(26a)에 감입되는 선단측 부분(34b)의 외경이 제1 관부(33)의 외경 φo1보다도 작으면, 긴 홈(26a)의 폭을 작게 할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 제2 관부(34) 전체의 내경 φi2가 제1 관부(33)의 내경 φi1보다도 작은 것으로 하였지만, 제2 관부(34) 중 선단측 부분(34b)의 내경이 제1 관부(33)의 내경 φi1보다도 작으면 된다. 예를 들어, 제2 관부(34) 중 선단측 부분(34b) 이외의 부분의 내경이 제1 관부(33)의 내경 φi1과 동일해도 된다. 이 경우에도, 선단측 부분(34b)의 내경이 제1 관부(33)의 내경 φi1과 동일한 경우에 비하여, 선단측 부분(34b)의 외경을 제1 관부(33)의 외경 φo1보다도 한층 작게 할 수 있다. 또한, 선단측 부분(34b)의 외경을 소정값으로 한 경우, 선단측 부분(34b)의 내경이 작은 만큼, 선단측 부분(34b)의 벽 두께가 두꺼워지기 때문에, 선단측 부분(34b)의 강성을 높게 할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 제1 관부(33)의 외경 φo1은 2.4㎜ 이상 5㎜ 이하가 바람직하고, 제2 관부(34)의 외경 φo2는 1.9㎜ 이상 2.3㎜ 이하가 바람직하다. 제1 관부(33)의 내경 φi1은 1.8㎜ 이상 2.2㎜ 이하가 바람직하고, 제2 관부(34)의 내경 φi2는 1.5㎜ 이상 1.9㎜ 이하가 바람직하다. 제1 관부(33)의 벽 두께는 0.15㎜ 이상 1.5㎜ 이하가 바람직하다. 이렇게 하면, 제1 관부(33)의 강성을 비교적 높게 할 수 있다. 제2 관부(34)의 벽 두께는 0.15㎜ 이상 0.25㎜ 이하가 바람직하다. 이렇게 하면, 제2 관부(34)의 강성을 비교적 높게 할 수 있다. 또한, 제2 관부(34)의 외경을 작고 내경을 크게 할 수 있기 때문에, 긴 홈(26a)의 홈을 작게 하면서 외주측 열전대(50)를 원활하게 삽입할 수 있다. 제2 관부(34)의 형상 및 사이즈 그리고 제1 관부(33)의 길이 및 내경은 소정의 것으로 하고, 제1 관부(33)의 외경을 바꾼 열전대 가이드(32)를 비교한 경우, 열전대 가이드(32)에 외주측 열전대(50)를 삽입했을 때의 열전대 가이드(32)의 굽힘(벤딩)은 제1 관부(33)의 외경 φo1이 굵을수록 작아지는 경향 혹은 원래대로 돌아가기 쉬운 경향이 보였다. 또한, 제2 관부(34)의 외경 φo2의 제1 관부(33)의 외경 φo1에 대한 비 φo2/φo1은, 예를 들어 2/5 이상 9/10 이하로 해도 된다. 또한, 제2 관부(34)의 내경 φi2의 제1 관부(33)의 내경 φi1에 대한 비 φi2/φi1은, 예를 들어 3/4이상 19/20 이하로 해도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 가이드 구멍(32a)의 단차, 즉 (φi1-φi2)/2의 값은, 외주측 열전대(50)를 긴 구멍(26)으로 원활하게 유도할 수 있는 정도이면 바람직하다. (φi1-φi2)/2의 값은, 외주측 열전대(50)의 형상이나 종류에 따라 다르지만, 예를 들어 0.2㎜ 이하로 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 만곡부(34c)는, 곡률 반경 R의 원호형으로 만곡되어 있는 것으로 하였지만, 예를 들어 만곡부(34c)의 선단을 향해서 점차 커브가 급격해지도록(예를 들어 점차 곡률 반경이 작아지도록) 해도 되고, 만곡부(34c)의 선단을 향해서 점차 커브가 느슨해지도록(예를 들어 점차 곡률 반경이 커지도록) 해도 된다. 만곡부(34c)는, 예를 들어 타원호형으로 만곡되어 있어도 되고, 포물선형으로 만곡되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 열전대 가이드(32)의 재질은, 스테인리스강(SUS304 등)으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 열전대 가이드(32)의 내열성 및 내식성을 높일 수 있다. 또한, 가공성이 좋기 때문에, 열전대 가이드(32)를 용이하게 형성할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 관부(33)가 웨이퍼 적재면(20a)에 대하여 수직 방향이 되도록 배치되어 있는 것으로 하였지만, 수직 방향에 대하여 약간(예를 들어 ±5° 이내) 기울여 배치되어 있어도 된다. 단, 급전봉(42a, 42b, 44a, 44b)이나 내주측 열전대(48)와의 간섭을 피하는 관점에서는, 이 기울기는 작은 쪽이 좋다.
상술한 실시 형태에서는, 통형 샤프트(40)는, 내경 d1의 소경부(40a)와 내경d2(>d1)의 대경부(40b)를 구비하고 있는 것으로 하였지만, 스트레이트 형상이어도 되고, 내경 d1과 내경 d2가 동일해도 된다. 내경 d1과 내경 d2가 동일한 경우, 내부 공간(41)에 있어서 원통 공간(41a)과 확장 공간(41b)의 구별은 없으며, 이면(20b)에 있어서 샤프트 내 영역(20d)과 확장 영역(20f)의 구별은 없다.
상술한 실시 형태에서는, 양쪽 저항 발열체(22, 24)를 코일 형상으로 하였지만, 특별히 코일 형상에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 인쇄 패턴이어도 되고, 리본 형상이나 메쉬 형상 등이어도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 세라믹 플레이트(20)에 저항 발열체(22, 24)에추가하여 정전 전극이나 RF 전극을 내장해도 된다. 정전 전극이 내장되는 경우에는, 세라믹 플레이트(20)의 샤프트 내 영역(20d)에 정전 전극의 단자(부대 부품의 하나)가 마련된다. 정전 전극의 단자는 샤프트 내 영역(20d)에서 긴 홈(26a) 이외의 위치에 마련된다. RF 전극이 내장되는 경우에는, 세라믹 플레이트(20)의 샤프트 내 영역(20d)에 RF 전극의 단자(부대 부품의 하나)가 마련된다. RF 전극의 단자는 샤프트 내 영역(20d)에서 긴 홈(26a) 이외의 위치에 마련된다.
상술한 실시 형태에서는, 열전대 가이드(32)의 상하 방향 길이를 통형 샤프트(40)의 높이보다 길게 하였지만, 통형 샤프트(40)의 높이와 동일하게 해도 되고 짧게 해도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서, 내주측 존 Z1을 복수의 내주측 소존으로 나누어 내주측 소존마다 저항 발열체를 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 배선해도 된다. 또한, 외주측 존 Z2를 복수의 외주측 소존으로 나누어 외주측 소존마다 저항 발열체를 끊김 없이 한번에 이어지는 형태로 배선해도 된다. 단자의 수는 소존의 수에 따라 증가하지만, 상술한 실시 형태에서는 긴 홈(26a)이 확장 영역(20f)에 들어가도록 마련되어 있기 때문에, 단자 등을 배치 가능한 영역이 넓어진다. 그 때문에, 단자의 수가 많아져도 대응할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 오목부(49)의 위치는 긴 홈(26a)의 위치를 정한 후에 정해도 되고, 긴 홈(26a)의 위치를 정하기 전에 정해도 된다. 후자의 경우, 오목부(49)를 부대 부품의 하나로 간주하고, 긴 홈(26a)은 오목부(49)를 통과하지 않도록 정해지게 된다.
상술한 실시 형태에서는, 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b)에 통형 샤프트(40)를 접합하고, 세라믹 플레이트(20)의 단자(22a, 22b, 24a, 24b)의 각각에 급전봉(42a, 42b, 44a, 44b)을 접합한 후, 열전대 가이드(32)를 장착하였지만, 장착 수순은 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 세라믹 플레이트(20)의 이면(20b)에 통형 샤프트(40)를 접합하고, 열전대 가이드(32)를 설치한 후, 단자(22a, 22b, 24a, 24b)의 각각에 급전봉(42a, 42b, 44a, 44b)을 접합해도 된다.
본 출원은, 2020년 6월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제2020-102174호를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 인용에 의해 그 내용 전부가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 예를 들어 웨이퍼에 처리를 실시하는 데 사용되는 반도체 제조 장치용 부재로서 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 웨이퍼 적재면을 갖는 원반형의 세라믹 플레이트와,
    상기 세라믹 플레이트 중 상기 웨이퍼 적재면과는 반대측의 이면에 접합된 통형 샤프트와,
    상기 세라믹 플레이트의 내주부에 매설된 내주측 저항 발열체와,
    상기 세라믹 플레이트의 외주부에 매설된 외주측 저항 발열체와,
    상기 내주측 저항 발열체의 한 쌍의 단자 및 상기 외주측 저항 발열체의 한 쌍의 단자를 포함하는 부대 부품과,
    상기 세라믹 플레이트의 상기 이면 중 상기 통형 샤프트의 내측 영역의 기점으로부터 상기 세라믹 플레이트의 외주부의 종단 위치에 이르는 긴 구멍과,
    상기 긴 구멍의 입구 부분인 긴 홈과,
    직선형의 제1 관부와, 상기 제1 관부에 연결되고, 상기 제1 관부의 방향을 변환하도록 마련된 만곡부를 갖는 제2 관부와, 상기 만곡부 중 적어도 선단으로부터 소정 길이까지의 선단측 부분의 외경은, 상기 제1 관부의 외경보다도 작고, 상기 긴 홈에 상기 만곡부의 상기 선단측 부분이 배치된 열전대 가이드
    를 구비한, 세라믹 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 긴 구멍은, 열전대를 삽입하는 열전대 삽입용 긴 구멍인, 세라믹 히터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 긴 홈의 길이는, 상기 열전대 가이드의 상기 만곡부 중 상기 긴 홈에 배치되는 상기 선단측 부분의 길이 이상이 되도록 정해져 있는, 세라믹 히터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열전대 가이드 및 상기 긴 구멍에 삽입된 열전대를 구비한, 세라믹 히터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 관부는, 상기 제1 관부에 용접되어 있는, 세라믹 히터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 만곡부 중 적어도 상기 선단측 부분의 내경은, 상기 제1 관부의 내경보다도 작은, 세라믹 히터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 관부의 전체의 외경은, 상기 제1 관부의 외경보다도 작은, 세라믹 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 관부의 전체의 내경은, 상기 제1 관부의 내경보다도 작은, 세라믹 히터.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 만곡부의 곡률 반경은 20㎜ 이상 50㎜ 이하이고,
    상기 만곡부의 스트로크 길이는 20㎜ 이상 50㎜ 이하이며,
    상기 만곡부는, 상기 제1 관부의 방향을 50° 이상 90° 이하로 변환하도록 마련되어 있는,세라믹 히터.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1관부는, 금속제의 통 형상 부재이며, 상기 통 형상 샤프트의 측벽을 따라 연장 형성되는, 세라믹 히터.
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