KR20190017878A

KR20190017878A - 세라믹스 히터

Info

Publication number: KR20190017878A
Application number: KR1020197000209A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 니시모토; 시게노부 사키타; 아키라 미쿠모
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-02-20
Also published as: WO2019012959A1; JPWO2019012959A1; KR102150811B1; JP7103340B2

Abstract

세라믹스 히터는, 상면에 기판 배치면을 갖는 원판 형상의 세라믹스로 이루어진 기판 배치대와, 기판 배치면측에서 볼 때, 기판 배치대의 복수의 존에 각각 매설된 복수의 발열 회로와, 복수의 발열 회로의 단부에 각각 접속된 복수의 전극 단자와, 복수의 전극 단자에 각각 접속된 복수의 급전부와, 기판 배치대의 하면 중앙부에 접속된 통형상 지지체와, 통형상 지지체의 내측에 기판 배치대와 대향하도록 배치된 원판형의 절연체를 구비한다. 복수의 급전부는, 복수의 전극 단자로부터 절연체를 향해 연장되도록 배치되고, 또한, 절연체를 따라 절연체의 중심부에 모여 절연체의 기판 배치대와 대향하는 면과는 반대측의 면으로부터 연장된다.

Description

세라믹스 히터

본 개시는, 세라믹스 히터에 관한 것이다. 본 출원은, 2017년 7월 13일 출원의 일본 출원 2017-136821호에 기초한 우선권을 주장하고, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.

LSI 등의 반도체 디바이스를 제조하는 반도체 제조 장치에서는, 피처리물인 반도체 기판(반도체 웨이퍼)에 대하여 CVD나 스퍼터링으로 대표되는 성막 처리나 에칭 처리 등, 다양한 박막 처리가 행해진다. 이들 박막 처리는, 반도체 기판을 소정의 온도로 가열한 상태에서 처리를 행하는 것이 일반적이기 때문에, 이 처리가 행해지는 진공 챔버 내에는, 배치면에 배치된 반도체 기판을 그 하면에서 가열하는 서셉터라고도 부르는 세라믹스제의 히터가 탑재되어 있다.

상기한 세라믹스 히터는, 예컨대 특허문헌 1에 나타낸 바와 같이, 상면에 평탄한 기판 배치면을 구비한 세라믹스제의 원판형 부재로 이루어진 기판 배치대와, 이것을 하면측에서 지지하는 원통형의 지지 부재로 구성되어 있다. 기판 배치대의 내부에는 패터닝 가공된 금속 박막으로 이루어진 저항 발열체나 전열 코일 등의 발열 회로가 기판 배치면에 평행한 면내에 매설되어 있다. 발열 회로의 양단부에는 기판 배치대의 하면측으로부터 삽입된 전극 단자가 전기적으로 접속되어 있다. 이 전극 단자 및 그것에 접속되는 급전선을 통해 외부 전원으로부터 상기 발열 회로로 급전이 행해진다.

이러한 구조의 세라믹스 히터에서는, 제품이 되는 반도체 디바이스의 품질에 편차가 생기지 않도록, 기판 배치면에서의 균열성을 높여 반도체 기판을 전면(全面)에 걸쳐 균일하게 가열하는 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 이 발열 회로의 회로 패턴을 치밀하게 하여 온도 불균일이 생기지 않도록 하거나, 기판 배치면을 복수의 존으로 구분하여 이들 각각에 배치한 발열 회로로 개별로 급전함으로써 존마다 섬세하고 치밀하게 온도 제어하는 것이 행해지고 있다.

일본 특허 공개 제2003-17224호 공보

본 개시의 세라믹스 히터는, 상면에 기판 배치면을 갖는 원판 형상의 세라믹스로 이루어진 기판 배치대와, 기판 배치면측에서 볼 때, 기판 배치대의 복수의 존에 각각 매설된 복수의 발열 회로와, 복수의 발열 회로의 단부에 각각 접속된 복수의 전극 단자와, 복수의 전극 단자에 각각 접속된 복수의 급전부와, 기판 배치대의 하면 중앙부에 접속된 통형상 지지체와, 통형상 지지체의 내측에 기판 배치대와 대향하도록 배치된 원판형의 절연체를 구비한다. 복수의 급전부는, 복수의 전극 단자로부터 절연체를 향해 연장되도록 통형상 지지체의 내측에 배치되고, 또한, 절연체를 따라 절연체의 중심부에 모여 절연체의 기판 배치대와 대향하는 면과는 반대측의 면으로부터 연장된다.

도 1은 본 개시에 따른 세라믹스 히터의 실시형태의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 세라믹스 히터가 갖는 복수의 발열 회로의 회로 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 3a는 도 1의 세라믹스 히터가 갖는 다전극 집약 구조부의 부분 종단면도이다.
도 3b는 도 1의 세라믹스 히터가 갖는 다전극 집약 구조부의 저면도이다.
도 4는 종래의 세라믹스 히터의 종단면도이다.

상기한 박막 처리시에, 진공 챔버 내의 분위기는 부식 환경이 되기 때문에, 기판 배치대의 하면측에 위치하는 전극 단자는, 진공 챔버 내의 분위기로부터 격리시키는 것이 바람직하다. 그래서, 종래, 기판 배치대를 하면측에서 지지하는 통형상 지지체의 상하 양단부를 각각 기판 배치대의 하면 및 진공 챔버의 바닥부에 기밀하게 접합시킴과 더불어, 상기 전극 단자를 통형상 지지체의 내측에 설치하는 것이 행해지고 있다.

그러나, 기판 배치면을 복수의 존으로 구분하여 복수의 발열 회로를 이들 존 내에 각각 매설하는 경우는, 이 복수의 발열 회로의 단부에 접속하는 복수의 전극 단자, 및 이들과 외부 전원을 접속하는 복수의 급전선을 통형상 지지체의 내측의 좁은 공간 내에 수납할 필요가 있다. 그 결과, 이들 복수의 급전선은 통형상 지지체의 내측에서 착종(錯綜)되고, 조립시나 점검시의 작업이 번잡해져서 결선 위치를 잘못 알거나, 단락이 생기거나 하는 경우가 있었다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

본 개시는, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 기판 배치대의 배치면 상에 획정한 복수의 존 내에 각각 매설된 복수의 발열 회로로 급전하기 위한 복수의 급전선을, 이 기판 배치대의 하면측에 설치된 통형상 지지체의 내측에서 착종시키지 않고 수납할 수 있는 반도체 기판 가열용 세라믹스 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

맨 처음에 본 개시의 실시형태를 열기하여 설명한다. 본 개시의 세라믹스 히터는, 상면에 기판 배치면을 갖는 원판 형상의 세라믹스로 이루어진 기판 배치대와, 기판 배치면측에서 볼 때, 기판 배치대의 복수의 존에 각각 매설된 복수의 발열 회로와, 복수의 발열 회로의 단부에 각각 접속된 복수의 전극 단자와, 복수의 전극 단자에 각각 접속된 복수의 급전부와, 기판 배치대의 하면 중앙부에 접속된 통형상 지지체와, 통형상 지지체의 내측에 기판 배치대와 대향하도록 배치된 원판형의 절연체를 구비한다. 복수의 급전부는, 복수의 전극 단자로부터 절연체를 향해 연장되도록 통형상 지지체의 내측에 배치되고, 또한, 절연체를 따라 절연체의 중심부에 모여 절연체의 기판 배치대와 대향하는 면과는 반대측의 면으로부터 연장된다. 이에 따라, 기판 배치대의 내부에 매설된 복수의 발열 회로로의 급전용의 복수의 급전부를, 상기 기판 배치대의 하면측에 설치한 통형상 지지체의 내측에서 착종시키지 않고 수납할 수 있다.

상기한 세라믹스 히터에 있어서, 복수의 급전부의 각각은, 통형상 지지체의 내측에서 아래쪽으로 연장되는 제1 급전선과, 절연체의 기판 배치대와 대향하는 면과는 반대측의 면으로부터 연장되는 제2 급전선과, 제1 급전선과 제2 급전선 사이에 개재된 도전부로 이루어지고, 도전부는, 절연체의 하면에서 절연체의 중심부로부터 외연부를 향해 연장되도록 설치되는 것이 바람직하다. 이에 따라 통형상 지지체의 내측에서 급전부 사이의 간섭을 완화할 수 있다. 또한, 조립시나 점검시에 각 급전부의 접속 위치를 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 상기한 세라믹스 히터에 있어서, 적어도 제1 급전선 또는 제2 급전선 중 어느 하나는, 절연체와, 나사 고정, 리벳 고정, 용접, 또는 납땜에 의해 접속되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 도전체에 확실하게 급전선을 접속할 수 있기 때문에, 단락 등의 문제가 생기기 어렵게 된다. 또한, 상기한 세라믹스 히터에 있어서는, 제1 급전선은 연선(撚線)으로 이루어지고, 제2 급전선은 도전성의 막대 형상체로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세라믹스 히터의 가열이나 냉각시에 급전선에 열응력이 쉽게 생기지 않게 되는 데다, 조립시나 점검시의 작업이 용이해진다.

다음에, 본 개시의 세라믹스 히터(10)의 일 구체예로서, 반도체 기판에 대하여 에칭 처리나 CVD 처리 등을 행하는 반도체 제조 장치의 진공 챔버 내에 탑재되는 기판 가열용 세라믹스 히터에 대해서 설명한다. 본 개시의 세라믹스 히터(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 기판을 배치하는 기판 배치면(1a)을 상면에 구비한 적합하게는 세라믹스로 이루어진 대략 원판형의 기판 배치대(1)와, 이 기판 배치대(1)의 하면의 중앙부에 접합되고, 기판 배치대(1)를 그 하면측에서 지지하는 적합하게는 세라믹스로 이루어진 대략 원통 형상의 통형상 지지체(2)와, 이 통형상 지지체(2)의 내측에서 기판 배치대(1)와 대향하도록 배치된 원판형의 절연체(3)를 갖는다.

이들 기판 배치대(1)나 통형상 지지체(2)의 재질인 세라믹스로는, 예컨대 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 산화알루미늄 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 열전도율이 높은 질화알루미늄이 바람직하다. 기판 배치대(1)와 통형상 지지체(2)는 서로 동일한 재질로 이루어진 것이 바람직하다. 이에 따라 가열이나 냉각시에 기판 배치대(1)와 통형상 지지체(2)는, 똑같이 팽창 또는 축소될 수 있다. 따라서, 열응력에 의한 기판 배치면(1a)의 휨이나 기판 배치대(1)와 통형상 지지체(2)와의 접합부의 파손 등의 문제를 쉽게 일으키지 않게 할 수 있다.

통형상 지지체(2)의 상하 양단부는 외측으로 굴곡된 플랜지부를 갖는다. 플랜지부의 환상 단부면에는, 도시하지 않은 O-링, 가스킷 등의 시일재가 마련되어 있다. 플랜지부를 관통하는 도시하지 않은 나사 등의 결합 수단에 의해, 통형상 지지체(2)의 상하 양단부는 기판 배치대(1)의 하면 및 도시하지 않은 진공 챔버의 바닥부에 각각 기밀하게 접합되어 있다. 이에 따라, 통형상 지지체(2)의 내측을 진공 챔버 내의 부식성 가스 분위기로부터 격리시키는 것이 가능해진다.

본 개시의 세라믹스 히터(10)에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 배치대(1)의 기판 배치면(1a)이 둘레 방향으로 6개로 균등하게 구분되어 있다. 이에 따라 획정되는 6개의 부채형 존의 각각을 거의 전면적으로 커버하도록, 동심원형의 복수의 만곡부와, 이들 만곡부 중 인접하는 것들을 접속하는 직선부가 지그재그 형으로 이어진 부채형의 회로 패턴을 갖는 발열 회로(11∼16)가 각각 매설되어 있다.

상기한 6개의 발열 회로(11∼16)는, 모두 일단부에 개별 전극 단자(21∼26)가 전기적으로 접속되어 있다. 발열 회로(11∼16)의 타단부에는, 공통 전극 단자(20)가 전기적으로 접속되어 있다. 발열 회로(11∼16)의 단부와 전극 단자(20∼26)는, 예컨대 코오킹, 용접, 납접, 나사 고정 등의 접합 방법에 의해 접속할 수 있다. 합계 6개의 전극 단자(21∼26) 및 1개의 공통 전극 단자(20)는 기판 배치대(1)의 하면측으로부터 부분적으로 돌출되고, 돌출 부분에 복수의 급전부로서 7개의 급전체(30∼36)가 각각 접속되어 있다.

7개의 급전체(30∼36)는, 각각 제1 급전선(30a∼36a)과, 제2 급전선(30b∼36b)과, 이들 양 급전선 사이에 개재된 도전체(30c∼36c)로 구성된다. 기판 배치면(1a)의 중심부에 위치하는 공통 전극 단자(20)용 급전체(30)를 제외한 6개의 급전체(31∼36)는, 통형상 지지체(2)의 내측에서 아래쪽을 향해 연장되고 나서 원판형의 절연체(3)를 따라 절연체(3)의 중심부에 모인 후, 절연체(3)의 기판 배치대(1)와 대향하는 면과는 반대측의 면으로부터 통형상 지지체(2)의 하단측으로 연장되도록 되어 있다. 또한, 본 개시의 세라믹스 히터에서는, 도 2의 회로 패턴에 도시된 바와 같이 공통 전극 단자(20)가 기판 배치면(1a)의 중심부에 위치하고 있다. 따라서, 급전체(30)는 절연체(3)를 따라 절연체(3)의 중심부에 모이는 구조로는 되어 있지 않다. 한편, 공통 전극 단자(20)의 위치에 따라서는 6개의 급전체(31∼36)와 마찬가지로 절연체(3)를 따라 절연체(3)의 중심부에 모이는 구조가 되는 경우가 있다.

7개의 급전체(30∼36)에 대해서 구체적으로 설명한다. 7개의 전극 단자(20∼26)의 돌출 부분에는, 예컨대 금속의 연선으로 이루어진 제1 급전선(30a∼36a)이 각각 전기적으로 접속되어 있다. 제1 급전선(30a∼36a)은, 통형상 지지체(2)의 내측의 아래쪽에 위치하는 절연체(3)를 향해 통형상 지지체(2)의 내측을 거의 수직 방향으로 늘어져 있다. 절연체(3)에는 상기한 전극 단자(20∼26)의 거의 바로 아래의 위치에 7개의 관통 구멍이 마련되어 있다. 제1 급전선(30a∼36a)의 선단부는 이들 관통 구멍을 각각 빠져나가 절연체(3)의 하면측에 설치된 도전체(30c∼36c)의 일단부에 각각 도통 가능하게 고정되어 있다. 또한, 절연체(3)의 외경은, 통형상 지지체(2)의 내경보다도 수 ㎜ 정도 작게 형성되어 있다. 이에 따라 통형상 지지체(2)의 내측에서 이동 가능한 상태로 제1 급전선(30a∼36a)에 매달리도록 하여 배치되어 있다.

7개의 도전체(30c∼36c) 중 절연체(3)의 중앙부에 위치하는 도전체(30c)를 제외한 도전체(31c∼36c)는, 도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같이, 절연체(3)의 하면측에 있어서 절연체(3)의 레이디얼 방향(방사 방향)으로 균일하게 연장되도록 설치되어 있다. 또한, 도 3a에서는, 절연체(3)의 하면측의 7군데에 마련된 직사각형의 홈부 내에 스트립형의 도전체(30c∼36c)가 각각 끼워진 구조로 되어 있다. 그러나 도전체(30c∼36c)의 형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 홈부가 없는 평탄한 절연판의 하면에 도전체를 고정하여도 좋고, 메탈라이즈법 등에 의해 박막형의 도전체를 성막하여도 좋다. 또한, 절연체(3)의 하면에서의 도전체(31c∼36c)의 연장 방향이나 길이는, 절연체(3)의 중심부로부터 외연부를 향해 연장되는 것이면 도 3b에 도시된 바와 같은 절연체(3)의 레이디얼 방향으로 일정 길이로 균일하게 연장되는 경우에 한정하는 것은 아니다. 즉 전극 단자(21∼26)의 위치에 따라 도전체(31c∼36c)의 길이가 각각 상이하여도 좋다. 혹은, 도전체(31c∼36c)의 연장 방향이 불균일하여도 좋다.

7개의 제1 급전선(30a∼36a)의 선단부는, 공통 전극 단자(20)용의 제1 급전선(30a)을 제외하고 6개의 도전체(31c∼36c)에 있어서의 절연체(3)의 중심측과는 반대측의 단부에 전기적으로 접속되어 있다. 6개의 도전체(31c∼36c)에 있어서 절연체(3)의 중심측의 단부에, 통형상 지지체(2)의 외부로 연장되는 6개의 제2 급전선(31b∼36b)이 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 6개의 급전체(31∼36)에 있어서는, 통형상 지지체(2)의 내측에서 절연체(3)의 중심부에 모이게 된다. 따라서, 급전체(30)를 합한 7개의 급전체 전체를 집약화된 형태로 하여 외부 전원에 접속하는 것이 가능해진다.

또한, 전술한 바와 같이, 공통 전극 단자(20)는 기판 배치면(1a)의 중심부에 위치하고 있다. 따라서, 도전체(30c)에 있어서 절연체(3)의 중심측 일단부에 제1 급전선(30a)이 전기적으로 접속되어 있다. 절연체(3)의 반대측 타단부에는, 제2 급전선(30b)이 전기적으로 접속되어 있다. 그러나, 공통 전극 단자(20)의 위치에 따라서는 접속 위치가 이 반대가 되는 경우가 있다. 또한, 발열 회로의 단부를 공통 전극 단자 대신에 개별 전극 단자로 하는 경우는, 급전체의 수는 12개가 된다. 따라서, 12개의 제2 급전선이 통형상 지지체(2)의 외부로 연장되게 된다.

7개의 제2 급전선(30b∼36b) 각각은, 제1 급전선(30a∼36a)과 동일한 금속의 연선이라도 좋다. 또는, 도전성의 막대 형상체로 이루어진 이른바 핀 구조로 하여도 좋다. 이와 같이 7개의 제2 급전선(30b∼36b)을 핀 구조로 함과 더불어, 외부 전원측의 급전선의 선단부를 이 핀 구조의 제2 급전선군에 대하여 일괄적으로 결합할 수 있는 소켓 구조로 함으로써, 외부 전원측의 급전선과의 취합부의 구조를 간소화할 수 있다. 또한, 도전체(30c∼36c) 중 적어도 제1 급전선(30a∼36a) 또는 제2 급전선(30b∼36b)과의 접속은, 나사 고정, 리벳 고정, 용접, 또는 납땜에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

이상 설명한 다전극 집약 구조부를 채용함으로써, 도 4에 도시된 종래의 세라믹스 히터(100)가 포함한 문제를 해소할 수 있다. 즉, 종래의 세라믹스 히터(100)에서는, 도 4에 도시된 바와 같이 기판 배치대(101)의 하면에 설치한 전극 단자(120∼126)에 전기적으로 접속된 급전선(130∼136)은, 특별히 제한되지 않고 통형상 지지체(102)의 내측에 랜덤으로 수납된다. 따라서, 급전선(130∼136) 사이에서 단락이 생기거나, 조립시나 점검시에 급전선(130∼136)의 결선 위치를 잘못 인식하는 등의 문제가 발생하는 경우가 있었다. 또한, 통형상 지지체(102)의 하단부로부터 연장되는 급전선(130∼136)의 길이에 편차가 생겨, 외부 전원과의 접속이 곤란해지는 경우가 있었다.

이것에 대하여, 본 개시의 세라믹스 히터의 다전극 집약 구조부를 채용함으로써, 기판 배치대의 내부에 매설된 복수의 발열 회로의 급전용의 복수의 급전선이 통형상 지지체의 내측에 수납되는 경우에도, 이들 급전선이 착종되지 않게 되어, 조립이나 점검이 용이해진다. 또한, 급전선의 결선 미스나 단락 등의 문제 발생을 막을 수 있다.

이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 어떠한 면에서도 제한적인 것이 아니라고 이해되어야 한다. 본 발명은 이들 예시에 한정되지 않고, 청구범위에 의해 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1, 101 : 기판 배치대 1a, 101a : 기판 배치면
2, 102 : 통형상 지지체 3 : 절연체
11∼16 : 발열 회로 20, 120 : 공통 전극 단자
21∼26, 121∼126 : 개별 전극 단자 30∼36 : 급전체
30a∼36a : 제1 급전선 30b∼36b : 제2 급전선
30c∼36c : 도전체 130∼136 : 급전선
10, 100 : 세라믹스 히터

Claims

상면에 기판 배치면을 갖는 원판 형상의 세라믹스로 이루어진 기판 배치대와,
상기 기판 배치면측에서 볼 때, 상기 기판 배치대의 복수의 존에 각각 매설된 복수의 발열 회로와,
상기 복수의 발열 회로의 단부에 각각 접속된 복수의 전극 단자와,
상기 복수의 전극 단자에 각각 접속된 복수의 급전부와,
상기 기판 배치대의 하면 중앙부에 접속된 통형상 지지체와,
상기 통형상 지지체의 내측에 상기 기판 배치대와 대향하도록 배치된 원판형의 절연체
를 구비하고,
상기 복수의 급전부는, 상기 복수의 전극 단자로부터 상기 절연체를 향해 연장되도록 상기 통형상 지지체의 내측에 배치되고, 또한, 상기 절연체를 따라 상기 절연체의 중심부에 모여 상기 절연체의 상기 기판 배치대와 대향하는 면과는 반대측의 면으로부터 연장되는 것인 세라믹스 히터.
제1항에 있어서, 상기 복수의 급전부의 각각은, 상기 통형상 지지체의 내측에서 아래쪽으로 연장되는 제1 급전선과, 상기 절연체의 상기 기판 배치대와 대향하는 면과는 반대측 면으로부터 연장되는 제2 급전선과, 상기 제1 급전선과 상기 제2 급전선 사이에 개재된 도전부로 이루어지고, 상기 도전부는, 상기 절연체의 하면에서 절연체의 중심부로부터 외연부를 향해 연장되도록 설치되는 것인 세라믹스 히터.
제2항에 있어서, 적어도 상기 제1 급전선 또는 상기 제2 급전선 중 어느 하나는, 상기 절연체와, 나사 고정, 리벳 고정, 용접, 또는 납땜에 의해 접속되는 것인 세라믹스 히터.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 급전선은 연선(撚線)으로 이루어지고, 상기 제2 급전선은 도전성의 막대 형상체로 이루어지는 것인 세라믹스 히터.