KR20000035780A - 밀봉 단자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열체와 전기적으로 접속되는 내접속선(21a, 21b)과, 전력이 공급되는 외접속선(22a, 22b)과, 내접속선과 외접속선을 각각 유지하는 복수의 홈(24a)이 외주면에 형성된 석영 유리체(24)와, 내접속선과 외접속선을 전기적으로 접속하는 도전박(25a, 25b)과, 내접속선 및 외접속선의 선단부가 석영 유리체로부터 돌출된 형태로 내부에 수용됨과 동시에 석영 유리체의 외주면과 융착되는 석영 유리관(23)과, 석영 유리관의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재(26)로 이루어진 밀봉 단자를 제공한다. 이 밀봉 단자는 전기 저항이 적고 스파크하지 않으면서 발열체로 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 소형으로 구조가 간단하며 부착이 용이하다.

Description

밀봉 단자{SEALING TERMINAL}

본 발명은 밀봉 단자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열체를 석영 유리 부재내에 봉입한 히터에 이용되는 밀봉 단자에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서는, 그 공정에 있어서 실리콘 웨이퍼 등에 각종 열처리가 실시된다.

이들 열처리에는 엄밀한 온도 관리가 요구되는 동시에 열처리 분위기를 먼지(塵芥) 등의 미립자(particle)가 존재하지 않는 청정한 분위기로 유지하는 것이 요구되고 있다.

이 때문에, 열처리에 이용되는 가열용 히터에는 균열성(均熱性) 및 온도 상승·하강 제어 성능이 우수하고, 또한, 미립자 등의 오염 물질을 방출하지 않는 등의 여러 가지 요건을 충족시키는 것이 요구되고 있다.

이와 같은 반도체 제조용 히터의 하나로서, 발열체를 비산화성 분위기 가스와 함께 석영 유리 부재 등의 지지 부재내에 봉입한 구조의 히터가 공지되어 있다.

본 발명의 발명자들은 가장 적합한 반도체 제조용 히터로서, 매우 가는 카본 단섬유를 묶은 카본 섬유 다발을 복수 다발 엮어서 제작한 카본 와이어 발열체를 이용하며, 이것을 석영 유리 지지 부재내에 비산화성 가스와 함께 봉입한 구조의 반도체 열처리 장치용 히터를 개발하여, 이미, 일본 특허 출원 평성 10-254513호로서 제안하고 있다.

상기 카본 와이어 발열체는 금속 발열체 등에 비하여 열용량이 작고 온도 상승·하강 특성이 우수하며, 또한, 비산화성 분위기 내에서는 고온 내구성도 우수하다.

또한, 가는 카본 단섬유의 섬유 다발을 복수개 엮어서 제작된 것이기 때문에, 순수 카본재로 이루어진 발열체에 비하여 유연성이 풍부하고, 각종 구조, 형상으로 용이하게 가공할 수 있다고 하는 이점을 가지고 있다.

따라서, 이 발열체를 고순도 석영 유리 부재 등의 청정한 내열성 지지 부재내에 비산화성 가스와 함께 봉입한 히터는 미립자 등을 발생시키지 않고, 상기한 바와 같이 반도체 제조용 히터로서 매우 적합하다.

그런데, 카본 와이어 발열체를 발열체로서 이용하는 히터에서는, 카본 히터 다발로 이루어진 단자선과 금속선을 접속하는 단자 장치가 필요하여, 본 발명의 발명자들은 전술한 선 출원의 공보 문헌에서 몇 개의 단자 장치를 제안하고 있다.

선 출원에서 제안한 히터 및 단자 장치의 개략을 도 7 및 도 8에 기초하여 설명한다.

이 카본 히터(50)는 히터 부재(카본 와이어 발열체)(51)를 2개 봉입한 판형의 석영 유리 지지체(52)에 의해 실질적으로 일체화한 것이다.

도시하지는 않았지만, 이 판형의 석영 유리 지지체(52) 내에는 공간이 형성되고, 그 공간내에 히터 부재(51)가 수납되어 있다.

그리고, 히터 부재(51)는 히터 부재(51)의 표면에 형성된 카본 섬유의 보풀에 의해, 속이 빈 상기 공간과 접하고 있다.

또한 히터 부재(51)의 단부는 히터면(52a)에 대하여 거의 수직으로 인출되고, 카본 단자(53), 커넥터(58)를 통해 Mo(몰리브덴) 단자선(54)에 접속되어 있다.

또한 Mo 단자선(54)은 평판형의 Mo(몰리브덴)박(56)을 통해 2개의 Mo(몰리브덴) 외접속선(57)에 접속되어 있다.

또, 이 때 Mo박(56)은 상기 Mo 단자선(54) 및 2개의 Mo 외접속선(57)의 각각의 단부와 함께 석영 유리관(55)으로 핀치 밀봉되어 있다.

또한, 이들은 석영 유리관(55)의 내부에 배치되어 밀봉 단자를 구성하고 있다.

그런데, 상기 밀봉 단자는 전기 저항이 적고 스파크하지 않으면서 카본 와이어 발열체에 전력을 공급할 수 있는 것이어야 한다.

상기한 단자 구조는 이 요구를 충분히 만족시키는 것이다.

그러나, 상기 밀봉 단자는 카본 단자(53)가 커넥터(58)를 통해 Mo(몰리브덴) 단자선(54), 외접속선(57)에 접속된다고 하는 구조를 채용하고 있기 때문에, 구조가 복잡해지고, 또한 조립도 용이하지 않다.

더욱이, 히터 근방에는 각종 장치가 배치되기 때문에, 보다 소형의 밀봉 단자가 요구되고 있다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 전기 저항이 적고 스파크하지 않으면서 발열체로 전력을 공급할 수 있는 동시에, 구조가 간단하고 또, 소형으로 부착이 용이한 밀봉 단자를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 밀봉 단자가 적용된 발열체 봉입 히터를 도시한 일부 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 밀봉 단자의 실시 형태를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 밀봉 단자에 이용되는 석영 유리체를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 밀봉 단자의 실시 형태의 변형예를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 밀봉 단자의 실시 형태의 변형예를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 밀봉 단자가 적용된 막대형 히터를 도시한 사시도.

도 7은 종래 기술의 발열체 봉입 히터의 평면도.

도 8은 도 7의 단면도.

도 9는 카본 와이어 발열체의 개략도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 발열체 봉입 히터

2 : 석영 유리 지지체

3 : 카본 와이어 발열체

4 : 공간부

20 : 밀봉 단자

21a, 21b : 내접속선

22a, 22b : 외접속선

23 : 석영 유리관

24 : 석영 유리체

25a, 25b : 도전박

26 : 폐쇄 부재

본 발명에 따른 밀봉 단자는 발열체와 전기적으로 접속되는 내접속선과, 전력이 공급되는 외접속선과, 상기 내접속선과 외접속선을 각각 유지하는 복수의 홈이 외주면에 형성된 석영 유리체와, 상기 내접속선과 외접속선을 전기적으로 접속하는 도전박과, 상기 내접속선 및 외접속선의 선단부가 상기 석영 유리체로부터 돌출된 상태로 내부에 수용됨과 동시에 상기 석영 유리체의 외주면과 융착되는 석영 유리관과, 상기 석영 유리관의 적어도 상기 외접속선측의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 내접속선과 외접속선을 2쌍 구비하고 있는 것이 바람직하고, 상기 내접속선 및 외접속선은 몰리브덴 또는 텅스텐재로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 도전박은 몰리브덴박인 것이 바람직하다.

이 경우, 몰리브덴박의 두께는 20 내지 40 ㎛가 적합하다.

이 이유는 20 ㎛ 미만이면, 전기 저항이 높고 발열이 커지기 때문에, 몰리브덴박이 산화·팽창하여 유리관이 파손될 우려가 있으며, 40 ㎛를 초과하는 경우에는 유리체와 유리관 사이로의 밀봉성이 나쁘고 공기가 누출되어 Mo 단자선박 또는 와이어형 카본의 단자선을 산화시킬 우려가 있다.

더욱이, 상기 폐쇄 부재는 알루미나 가루를 주성분으로 한 시멘트 부재인 것이 바람직하다.

구체적으로는, 알루미나 가루에 물을 첨가하여 건조 고화시킨 것이다.

또한, 상기 석영 유리체와 폐쇄 부재 사이에 내열성 수지 코팅층이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 또한 상기 내접속선의 선단 부분에 내접속선을 상기 석영 유리관내에서 고정 유지하는 불투명 석영 유리 또는 발포 석영 유리로 이루어진 유지 부재를 설치하는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 발열체가 직경 5 내지 15 ㎛의 카본 섬유를 묶은 섬유 다발을 복수 다발 엮어서 이루어진 편뉴(編紐) 형상 또는 조뉴(組紐) 형상의 카본 와이어 발열체인 것이 바람직하고, 또한 상기 발열체는 상기 카본 섬유 함유 불순물량이 회분(灰分)으로서 10 ppm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 밀봉 단자는 내접속선 및 외접속선을 유지하는 홈을 석영 유리체의 외주면에 형성하고, 그 외측에 상기 내외 접속선을 전기적으로 접속하는 도전박을 석영 유리체의 외주면을 따르도록 설치하여, 이 석영 유리체를 석영 유리관 내부에 수납한 구조를 채용하고 있는 것이 현저한 특징이다.

이와 같이 특징 있는 구성을 채용한 결과, 종래와 같은 평판평의 몰리브덴박을 이용하는 경우에 비하여 소형화를 도모할 수 있다.

더구나 종래와 같은 커넥터를 필요로 하지 않고, 내접속선을 단자선에 끼워 넣기만 해도 전기적 접속을 행할 수 있기 때문에, 그 작업을 간략화할 수 있다.

이하에, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

또, 도 1은 본 발명에 따른 밀봉 단자를 적용한 발열체 봉입 히터의 일부 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 밀봉 단자를 도시한 사시도이다.

도 1에 도시되어 있는 발열체 봉입 히터(1)는 도 7에 도시된 바와 같이 가열면이 원형 평판형으로 형성되어 있고, 석영 유리 지지체(2)내에 카본 와이어 발열체(3)가 봉입된 구조로 되어 있다.

상기 카본 와이어 발열체(3)로서는 복수개의 카본 섬유를 묶은 섬유 다발을 복수 다발 이용하여 와이어형으로 엮어 넣은 것 등이 이용된다.

또한 도 7의 경우와 같이, 상기 카본 와이어 발열체(3)는 석영 유리 지지체(2)의 면에 소위 지그재그 형상으로 배치되어 있다.

단, 도 7의 배선 패턴은 임의로 변경하여도 좋으며, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 석영 유리 지지체(2)는 상기 카본 와이어 발열체(3)의 주변부에 실질적으로 속이 빈 공간부(4)가 형성되어 있고, 이 공간부(4)를 제외하고 융착 일체화된 구조로 되어 있다.

이 석영 유리 지지체(2)는 카본 와이어 발열체(3)가 내부에 수용되는 홈을 상면에 형성한 판형 석영 유리 부재(주부재)(2b)와, 상기 홈을 위에서 밀봉하기 위한 위한 덮개부를 구성하는 판형 석영 유리 부재(밀봉용 덮개 부재)(2a)로 형성된다.

즉, 석영 유리 지지체(2)는 판형 석영 유리 부재(주부재)(2b)와 덮개부를 구성하는 석영 유리 부재(밀봉용 덮개 부재)(2a)를, 카본 와이어 발열체(3)를 상기 홈내에 설치하고, 상기 홈내를 비산화 분위기로 한 후, 양 부재의 접합면에서 융착함으로써 제작된다.

상기 카본 와이어 발열체(3)의 구체예로서는, 직경 5 내지 15 ㎛의 카본 섬유, 예컨대, 직경 7 ㎛의 카본 섬유를 약 350개 정도 묶은 섬유 다발을 9 다발 정도 이용하여 직경 약 2 mm의 편뉴(編紐) 형상 또는 조뉴(組紐) 형상으로 엮어 넣은 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 발열체로서의 고온시의 인장 강도가 확보되고, 또한 카본 섬유의 밀착성이 그 길이 방향에 있어서 균일해지며, 따라서 길이 방향에서의 발열 불균일이 저감된다.

여기서, 복수개 묶은 카본 섬유의 각각의 직경을 5 내지 15 ㎛로 한 것은 5 ㎛ 미만에서는 하나하나의 섬유가 약하여, 이것을 묶어서 소정의 세로 길이 형상으로 엮은 발열체로 하는 것이 곤란하게 된다.

또한, 섬유가 가늘기 때문에, 소정의 저항치를 얻기 위한 섬유 개수가 많아져서 실용적이지 못하다.

또한, 15 ㎛를 초과하는 경우에는, 유연성이 나쁘고 복수개 묶은 카본 섬유 다발을 엮어 넣기가 곤란할 뿐만 아니라 카본 섬유가 절단되어 강도가 현저히 저하한다고 하는 문제가 생기기 때문이다.

상기의 경우에 있어서, 와이어를 엮어 넣은 스판은 2 내지 5 mm 정도이며, 카본 섬유에 의한 표면의 보풀은 0.5 내지 2.5 mm 정도이다.

또, 상기 보풀은 도 9의 부호 3c에 도시한 바와 같이, 카본 섬유가 절단되었지만 일부가 카본 와이어의 외주면으로부터 돌출한 것이다.

이러한 카본 와이어 발열체와, 후술하는 밀봉 단자를 조합함으로써, 상기 카본 와이어 발열체는 상기 석영 유리 지지체와 이 보풀 부분에 의해 접촉된 구조가 되기 때문에, 고온하에서의 부분적 열화가 방지되어, 길이 방향에서의 발열 불균일이 없고, 결과적으로, 면내 균열성이 우수한 것으로서, 또한 매우 소형으로 적합한 반도체 제조용 히터를 제공할 수 있다.

본 발명의 발열체 봉입 히터(1)에 있어서는, 이러한 카본 와이어 발열체(3)를 복수개 이용하여도 좋고, 복수개 이용한 경우는 발열 특성에 관한 품질을 보다 안정시킬 수 있다.

발열성 형상의 균질성, 내구 안정성 등의 관점 및 먼지 발생 회피상의 관점에서, 상기 카본 섬유는 고순도인 것이 바람직하고, 특히, 히터(1)가 반도체 제조 공정에 있어서의 웨이퍼 등의 열처리용으로 이용되는 것인 경우에는, 카본 섬유 중에 포함되는 불순물량이 회분(일본 공업 규격 JIS R 7223-1979)으로서 10 ppm 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 3 ppm 이하이다.

이러한 카본 와이어 발열체와 후술하는 밀봉 단자를 조합함으로써, 상기 카본 와이어 발열체로부터 밀봉 단자를 구성하는 각 석영 유리 제조 부재로의 불순물의 열 확산을 방지할 수 있고, 결과적으로, 석영 유리 부재의 투명성의 상실·열화를 방지하여 밀봉 단자의 내구 수명을 향상시킬 수 있다.

상기 카본 와이어 발열체는 상기 5 내지 15 ㎛의 카본 섬유를 100 내지 800개를 묶고, 이 다발을 3개 이상, 바람직하게는 6 내지 12개 묶어 와이어 형상이나 테이프 형상과 같은 세로로 긴 형상으로 엮어 넣은 것이 바람직하다.

카본 섬유를 묶은 개수가 100개 미만에서는 소정의 강도와 저항치를 얻기 위해서 6 내지 12 다발로서는 충분치 않게 되고, 엮어 넣기가 곤란하다.

또한, 개수가 적기 때문에 부분적인 파단에 의해 엮어 넣은 것이 풀려 형상을 유지하기가 곤란하게 된다.

또한, 상기 개수가 800개를 초과하면, 소정의 저항치를 얻기 위해서 묶는 개수가 적어지고, 엮어 넣기에 의한 와이어 형상의 유지가 곤란하게 된다.

더욱이, 상기 카본 와이어 발열체는 1000℃에서의 저항치를 1 내지 20 Ω/m·개로 하는 것이 바람직하다.

그 이유는 일반적인 반도체 제조 장치용 가열 장치에 있어서, 종래부터의 트랜스 용량에 매칭시킬 필요가 있기 때문이다.

즉, 저항치가 20 Ω/m·개를 초과하는 경우에는, 저항이 크기 때문에 히터 길이를 길게 잡을 수 없고, 단자 사이에서 열을 빼앗겨 온도 불균일이 생기기 쉬워진다.

한편, 저항치가 1 Ω/m·개 미만의 경우에는, 반대로 저항이 낮기 때문에 히터 길이를 필요 이상으로 길게 잡지 않으면 안되고, 카본 와이어나 카본 테이프와 같은 가늘고 긴 발열체의 조직 불균일이나 분위기의 불균일에 의해 온도의 변동이 발생할 우려가 커진다.

또한, 상기 카본 와이어 발열체의 1000℃에서의 전기 저항치는 상기 특성을 보다 높은 신뢰성으로 얻기 위해 2 내지 10 Ω/m·개로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 카본 와이어 발열체(3)의 단자선(3a, 3b)은 예컨대 주부재(2b)에 형성된 직경 10 mm의 구멍(2c)으로부터, 히터면(1a)과 수직으로 인출되고 있다.

그리고, 상기 단자선(3a, 3b)은 소직경의 석영 유리관(5a, 5b)내에 수납되고, 상기 단자선(3a, 3b)은 각각 소직경의 석영 유리관(5a, 5b)의 선단 부분(5c)에 있어서, 와이어 카본재(A)에 의해 압축 수납되어 있다.

즉, 카본 와이어 발열체(3)의 단자선(3a, 3b)은 각각 소직경의 석영 유리관(5a, 5b)의 선단 부분(5c)에 있어서 이 축선 방향과 거의 평행하게 복수개 배치된 와이어 카본재(A)에 의해 그 관내에서 압축 수납되어 있다.

또, 이 압축 수납은 소직경의 석영 유리관(5a, 5b)의 선단 부분에 한정되지 않고, 그 관의 전체에 긴 와이어 카본재(A)가 배치됨으로써 이루어져 있어도 좋다.

또한, 와이어 카본재(A)의 구체예에 대해서 설명하면, 상기한 카본 와이어 발열체(3)와 동일한 직경 5 내지 15 ㎛의 카본 섬유, 예컨대, 직경 7 ㎛의 카본 섬유를 약 300 내지 350개 묶은 섬유 다발을 9 다발 정도 이용하여 직경 약 2 mm의 편뉴(編紐) 형상 또는 조뉴(組紐) 형상으로 엮어 넣은 등의 카본 와이어가 이용된다.

상기의 경우에 있어서, 와이어를 엮어 넣은 스판은 2 내지 5 mm 정도이며, 카본 섬유에 의한 표면의 보풀은 0.5 내지 25 mm 정도이다.

또, 상기 보풀은 도 9의 부호 3c에 나타낸 바와 같은, 카본 섬유가 절단된 것의 일부가 카본 와이어의 외주면으로부터 돌출한 것이다. 상기 와이어 카본재(A)는 카본 와이어 발열체(3)와 동일하거나 또는 적어도 카본 섬유를 묶은 섬유 다발을 복수개 엮어서 이루어진 편뉴(編紐) 형상 또는 조뉴(組紐) 형상인 점에서 동등한 구성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 동일한 구성 재료란, 카본 섬유 직경, 카본 섬유가 묶인 개수, 섬유 다발을 묶은 다발수, 엮어 넣은 스판 길이, 보풀 길이, 재질이 동일한 것이 바람직하다.

또, 카본 와이어 발열체(3)의 경우와 같이, 반도체 제조 공정에 있어서의 웨이퍼 등의 열처리용으로 이용되는 것인 경우에는, 와이어 카본재(A)의 카본 섬유 중에 포함되는 불순물량이 회분으로서 10 ppm 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 카본 섬유 중에 포함되는 불순물량이나 회분으로서 3 ppm 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 소직경의 석영 유리관(5a, 5b)의 선단부(5c)에 수용되는 와이어 카본재(A)의 개수는 카본 와이어 발열체(3)의 개수 이상이 수용되는 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 카본 와이어 발열체(3)의 개수의 5배 이상의 개수가 와이어 카본재(A)로서 수용되어 있는 것이 좋다.

구체적으로 설명하면, 예컨대 카본 와이어 발열체(3)가 1개일 때 와이어 카본재(A)가 14개, 또는 카본 와이어 발열체(3)가 2개일 때 와이어 카본재(A)가 12개 등, 5배 이상의 개수가 와이어 카본재(A)로서 이용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소직경의 석영 유리관(5a, 5b)의 외측에는 대직경의 석영 유리관(6)이 배치되고, 그 한쪽 단부는 카본 와이어 발열체(3)의 단자선(3a, 3b)이 도출되는 구멍(2c)을 둘러싸도록 용접되어, 외기(外氣)와 폐쇄하도록 고정되어 있다.

또, 대직경 석영 유리관(6)의 측부에는 카본 와이어 발열체(3)의 산화를 방지하기 위한 N₂가스를 주입하는 분기관(6a)이 설치되어 있다.

또, 상기 분기관(6a)은 히터 내부 및 단자 내부를 감압하는 경우에도 이용된다.

다음에, 밀봉 단자(20)에 대해서 설명한다.

밀봉 단자(20)는 소직경 석영 유리관(5a, 5b)내에 수납되어 있는 카본 와이어 발열체(3)의 단자선(3a, 3b)과 접속되는 내접속선(21a, 21b)과, 도시하지 않은 전원에 접속되는 외접속선(22a, 22b)과, 상기 대직경 석영 유리관(6)에 삽입할 수 있거나 또는 상기 대직경 석영 유리관(6)을 삽입할 수 있는 직경을 갖는 석영 유리관(23)과, 상기 석영 유리관(23)의 내벽과 밀착하여 수납되는 석영 유리체(24)와, 상기 석영 유리체(24)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 홈(24a)과, 석영 유리체(24)의 외주면에 유지된 내외 접속선을 전기적으로 접속하는 도전박인 Mo(몰리브덴)박(25a, 25b)과, 상기 석영 유리관(23)의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재(26)로 구성되어 있다.

또, 상기 대직경 석영 유리관(6)과 석영 유리관(23)은 직경을 동일하게 하고, 각각의 단부면에서 용착할 수 있다.

또한, 상기 석영 유리체(24)는 속이 찬 것이어도 좋고 또 속이 빈 것이어도 좋다.

여기서, 상기 내접속선(21a, 21b) 및 외접속선(22a, 22b)은 Mo(몰리브덴) 또는 W(텅스텐) 막대로 이루어지고, 그 직경은 1 mm 내지 3 mm로 형성되어 있다. 상기 내접속선(21a, 21b) 및 외접속선(22a, 22b)의 직경은 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있지만, 직경이 1 mm보다 작은 경우에는 전기 저항이 높아지기 때문에 바람직하지 못하다.

또한 직경이 큰 경우에는 단자 자체가 커지기 때문에 바람직하지 못하다.

또, 내접속선(21a, 21b)은 소직경 석영 유리관(5a, 5b)내에 압축 수납되어 있는 단자선(3a, 3b)에 끼워 넣음으로써 용이하게 접속할 수 있도록 그 선단부는 뾰족하다.

이 경우, 끼워 넣는 깊이는 단자(3a, 3b)와의 물리적 또한 전기적 결합성을 양호한 것으로 하기 위해서는 10 mm 이상인 것이 바람직하다.

또한, 내접속선(21a, 21b) 및 외접속선(22a, 22b)의 단부는 상기 석영 유리체(24)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 석영 유리체(24)의 홈(24a)에 수납되고, 수납했을 때 내접속선(21a, 21b) 및 외접속선(22a, 22b)의 외주면이 석영 유리체(24)의 외주면으로부터 그다지 돌출하지 않도록 형성되어 있다.

또한, 내접속선(21a, 21b)과 외접속선(22a, 22b)은 홈(24a)에 수납한 상태에 있어서는, 석영 유리체(24)에 의해 전기적으로 절연되고, 후술하는 도전박인 Mo(몰리브덴)박(25a, 25b)에 의해 전기적으로 도통된다.

상기 Mo(몰리브덴)박(25a, 25b)은 상기 내접속선(21a)과 외접속선(22a)을, 또한 상기 내접속선(21b)과 외접속선(22b)을 전기적으로 접속하기 위해서, 석영 유리체(24)의 외주면을 따르도록 부착되어 있다.

또, Mo박(25a)과 Mo박(25b)은 전기적인 쇼트를 피하기 위해서 일정한 간격(S)이 유지되고 있다.

또, 도전박으로서, Mo박을 이용하고 있지만, 이밖에 텅스텐(W)박 등을 이용할 수 있지만, Mo박을 이용하는 것이 높은 유연성 면에서 바람직하다.

또한, 상기 석영 유리관(23)과의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재(26)로서 Al₂O₃가루를 주성분으로 한 시멘트 부재가 장전되어 있다.

이 시멘트 부재는 알루미나 가루에 물을 첨가하여 200 ℃에서 건조 고화시킨 것이다.

상기한 Mo박(25a, 25b)은 350℃ 이상에서 산소 또는 습기와 반응하여 산화물이 되고, 이 산화물로 변화하는 경우, 체적이 팽창된다.

이 폐쇄 부재(26)는 외기와 차단함으로써, Mo박(25a, 25b)의 체적 팽창을 방지하고, 석영 유리관(23)의 파손을 방지하기 위해서 설치되어 있다.

폐쇄 부재로서, 상기한 시멘트(Al₂O₃질) 부재 이외에 수지나 SiO₂미분(微粉)을 이용한 시멘트를 사용할 수 있지만, 내열성이나 건조시의 균열 발생을 억제하는 관점에서 Al₂O₃가루를 주성분으로 한 시멘트 부재를 이용하는 것이 바람직하다.

다음에, 이 밀봉 단자(20)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

우선, 소정의 열처리에 의해 발생 가스를 제거한 Mo박(25a)과 내접속선(21a) 및 외접속선(22a)을 스폿 용접한다.

즉, 외접속선(22a), 내접속선(21a)과 폭 8 mm이고 두께 35 ㎛인 Mo박(25a)을 접속, 고정한다.

마찬가지로, Mo박(25b)과 내접속선(21b) 및 외접속선(22b)을 스폿 용접한다.

그리고, 상기 접속된 외접속선(22a), 내접속선(21a)이 상기 석영 유리체(24)의 외주면에 형성된 내외 접속선을 유지하는 홈(24a)에 수납되도록 조립한다.

그리고, 이 조립된 석영 유리체(24)를 탈기(脫氣)하기 쉽게 최종 밀봉 단자의 길이보다 길게 성형한 석영 유리관(23)의 내부에 삽입한다.

삽입후, 석영 유리체(24)가 위치하는 부분을 상기 석영 유리관(23)의 외측에서 산 수소산 버너로 가열하여 석영 유리관(23)을 연화시킨다.

이 때, 상기 석영 유리관(23)의 내부는 감압되어 있기 때문에, 대기압에 의해 석영 유리관(23)은 석영 유리체(24)와 밀착하는 동시에 융착된다.

그리고, 상기 석영 유리관(23)의 외접속선(22a)측의 단부에 시멘트 부재(26)를 장전하여 폐쇄한다.

상기 시멘트 부재(26)를 건조 고화시킨 후, 상부로부터 진공 펌프(기압 양수기)에 의해 탈기하여 약간 길게 만든 석영 유리관(23)의 내부를 진공으로 한다.

이상의 공정에 의해 제조된 밀봉 단자에서는, 내접속선(21a, 21b)측과 외접속선(22a, 22b)측 사이에서 가스 등이 누출되지 않고, 내접속선(21a, 21b)측과 외접속선(22a, 22b)측이 분리된다.

다음에, 상기 제조 방법에 의해 제작된 밀봉 단자를 발열체 봉입 히터(1)에 부착하는 방법에 대해서 설명한다.

1) 우선, 분기관(6a)에 N₂를 흐르게 하면서 대직경 석영 유리관(6)을 석영 유리 지지체(2)를 구성하는 주부재(2b)에 용접, 부착한다.

이 때, 균열을 방지하기 위해 적절하게 어닐링 처리를 행한다.

2) 소직경 석영 유리관(5a, 5b)의 내부에 끈을 이용하여 복수의 와이어형 카본의 단자선(3a, 3b)을 끌어당겨 넣는다.

그리고, 이 소직경 석영 유리관(5a, 5b)을 주부재(2c)의 부착용 구멍(2c)에 삽입한다.

또, 와이어형 카본의 단자선(3a, 3b)은 소직경 석영 유리관(5a, 5b)의 내부 전부에 유도하여 복수의 와이어 카본재(A)에 의해 압축 수납된다.

이것에 의해, 스파크 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

3) 각 부재를 도 1과 같이 배치하여 분기관(6a)으로부터 N₂가스를 도입하여 카본 와이어 발열체(3), 단자선(3a, 3b)의 산화를 방지하면서, 주부재(2a)의 하부에 대직경 석영 유리관(6)을 용접한다.

4) 대직경 석영 유리관(6)의 하부에서부터 상기한 방법에 의해 제작된 밀봉 단자(20)를 삽입하고, 내측 접속선(21a, 21b)을 상기 단자선(3a, 3b)에 끼워 넣어 전기적으로 접속한다.

5) 분기관(6a)으로부터 N₂를 도입하면서, 대직경 석영 유리관(6)과 밀봉 단자(20)의 접합 부분을 융착함으로써, 밀봉 단자를 부착한다.

6) 그 후, 분기관(6a)으로부터 탈기하여 히터 내부를 감압한다.

그 후, 분기관(6a)을 화염으로 뭉쳐 밀봉 부착하고, 분기관(6a)을 취함으로써, 밀봉 단자(20)의 부착이 완료된다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 밀봉 단자는 상기 내외 접속선을 유지하는 홈을 유리체의 외주면에 형성하고, 그 외측에 상기 내외 접속선을 전기적으로 접속하는 도전박을 유리체의 외주면을 따르도록 설치하여, 이 유리체를 유리관 내부에 수납한 구조를 채용하고 있기 때문에, 종래와 같이 평판형의 Mo박을 이용하는 경우에 비하여 소형화를 도모할 수 있다.

더구나, 종래와 같은 커넥터를 필요로 하지 않고, 내접속선을 단자선에 끼워 넣기만 해도 전기적 접속을 행할 수 있기 때문에, 간략화할 수 있는 동시에 간단히 부착할 수 있다.

다음에, 제1 실시 형태의 변형예에 대해서, 도 4, 도 5에 기초하여 설명한다.

도 4에 도시한 변형예는 상기 석영 유리체(24)와 폐쇄 부재(26)의 사이에 수지 코팅층(27)을 형성한 것이다.

이것은 수지 코팅층(27)을 설치함으로써, 폐쇄 부재(26)의 시멘트재에 포함되어 있는 수분이 Mo박(25a, 25b)에 닿지 않도록 한 것이다. 즉, 수분이 Mo박(25a, 25b)에 닿음으로써, Mo박(25a, 25b)은 체적이 팽창하지만, 그 팽창에 의해 석영 유리관(23)이 파손되는 것을 방지하기 위해서 상기 수지 코팅층(27)이 설치되어 있다.

내열 수지 코팅층의 재질로서는, 구체적으로는, 실리콘, 테플론 등을 이용할 수 있지만, 바람직하게는 실리콘을 이용하는 것이 좋다.

이 내열 수지 코팅층은 폐쇄 부재를 배치하는 소직경 유리관의 외접속선측 단부의 내표면 및 석영 유리체(24)의 외접속선측 단부에 액상 수지재를 도포·건조함으로써 형성하지만, 이 작업성의 관점에서 실리콘이 바람직하다.

또한, 이 내열 수지 코팅층의 존재에 따라, 상기 폐쇄 부재의 형성에 있어서, 용매로서 이용하지만, 이것을 증발·건조시킬 때에 생기는 수증기에 의해 Mo 외접속선이나 Mo박이 산화되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 도 5에 도시된 변형예는 내접속선(21a, 21b)의 선단 부분에 발포 또는 불투명 석영 유리의 유지 부재(28)를 설치한 것이다.

이와 같이, 유지 부재(28)를 설치함으로써, 내접속선(21a, 21b)을 단자선(3a, 3b)에 끼워 넣을 경우의 변형을 방지할 수 있는 동시에 발열체측으로부터의 열을 차단할 수 있어 석영 유리관(23)과 석영 유리체(24) 융착 구조의 열화를 방지할 수 있다.

또한 도 6에 기초하여 본 발명에 따른 밀봉 단자의 다른 사용 형태를 예시한다. 도 6에 도시한 밀봉 단자(20)는 막대형 히터(30)에 이용되고 있다.

즉, 상기 막대형 히터(30)는 카본 와이어 발열체(31)를 수납하는 소직경의 석영 유리관(32)과, 상기 소직경의 석영 유리관(32)을 수납하는 대직경의 석영 유리관(33)과, 상기 소직경의 석영 유리관(32)의 카본 와이어 발열체(31)에 끼워 넣는 동시에 대직경의 석영 유리관(23)이 대직경의 석영 유리관(33)과 융착되는 밀봉 단자(20)로 구성되어 있다.

또, 도면 중의 부호 31a는 카본 와이어 발열체(31)가 와이어 카본재(A)에 의해 압축 수납되어 있는 부분을 나타내고 있다.

이와 같이, 제1 실시 형태에 도시한 바와 같은 평판형 히터에 한정되지 않고, 막대형 히터(30)에도 본 발명에 따른 밀봉 단자(20)를 부착할 수 있다.

본 발명에 따른 밀봉 단자에 따르면, 전기 저항이 적고 스파크하지 않으면서 발열체로 전력을 공급할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 밀봉 단자는 구조가 간단하고, 용이하게 조립할 수 있으며, 부착 작업도 용이하고 또한 단시간에 행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀봉 단자는 소형화를 달성하고 있기 때문에, 히터 근방의 장치의 배치에 대한 제약을 아주 적게 할 수 있다.

또, 카본 와이어 발열체와, 본 발명에 따른 밀봉 단자를 조합함으로써, 면내 균열성이 우수하고, 매우 소형으로 적합한 반도체 제조용 히터를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 각 부재에 석영 유리를 이용한 경우에 대해서 설명하였지만, 사용 목적 및 용도에 따라 고규산 유리(high silica glass), 붕규산 유리(borosillcate glass), 알루미노규산 유리(aluminosilicate glass), 소다 석회 유리(soda-lime glass), 납 유리(lead glass)를 이용할 수 있다. 상기 유리로 이루어진 부재는 예컨대 반도체 웨이퍼의 세정 공정 또는 연마 공정에서 이용되는 각종 액체를 저온도(예컨대 100℃ 이하)로 가열, 제어하는 경우의 히터 부재로서 이용할 수 있다.

Claims (11)

1. 발열체와 전기적으로 접속되는 내접속선과, 전력이 공급되는 외접속선과, 상기 내접속선과 외접속선을 각각 유지하는 복수의 홈이 외주면에 형성된 유리체와, 상기 내접속선과 외접속선을 전기적으로 접속하는 도전박과, 상기 내접속선 및 외접속선의 선단부가 상기 유리체로부터 돌출된 상태로 내부에 수용됨과 동시에 상기 유리체의 외주면과 융착되는 유리관과, 상기 유리관의 적어도 상기 외접속선측의 단부를 폐쇄하는 폐쇄 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
2. 제1항에 있어서, 상기 유리체 및 유리관의 양자 모두는 석영 유리재로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내접속선과 상기 외접속선을 2쌍 구비한 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내접속선 및 외접속선은 몰리브덴 또는 텅스텐재로 어루어진 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전박은 몰리브덴박인 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폐쇄 부재는 알루미나 가루를 주성분으로 한 시멘트 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리체와 폐쇄 부재 사이에 내열성 수지 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
8. 제1항에 있어서, 상기 내접속선의 단부에, 내접속선을 상기 유리관내에서 고정 유지하는 불투명 유리 또는 발포 유리로 이루어진 유지 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
9. 제8항에 있어서, 상기 유리관, 불투명 유리 또는 발포 유리로 이루어진 유지 부재의 양자 모두는 석영 유리재로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발열체는 직경 5 내지 15 ㎛의 카본 섬유를 묶은 섬유 다발을 복수 다발 엮어서 이루어진 편뉴(編紐) 형상 또는 조뉴(組紐) 형상의 카본 와이어 발열체인 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.
11. 제10항에 있어서, 상기 카본 섬유의 함유 불순물량은 회분(灰分)으로서 10 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 밀봉 단자.