KR20210036807A - 진공 처리 장치 - Google Patents

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KR20210036807A
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요스케 짐보
요시아키 야마모토
요이치 아베
타케히사 미야야
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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

본 발명의 진공 처리 장치는, 전극 테두리를 갖춘다. 전극 테두리는, 상판부와, 하판부와, 종판부를 가진다. 상판부는, 전극 플랜지에 장착되고, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 상외측 영역을 가진다. 하판부는, 슬라이드 플레이트의 일부와 접촉하는 접촉면을 가지고, 상판부에 평행하게 연재하고, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 하외측 영역을 가진다. 종판부는, 상판부의 상외측 영역에 고정된 상측 고정단과, 하판부의 하외측 영역에 고정된 하측 고정단을 가지고, 하판부로부터 상판부를 향해 입설하고, 상판부와 하판부와의 사이에 고정되고, 상판부 및 하판부의 두께 보다 작은 두께를 가진다.

Description

진공 처리 장치{VACUUM PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 진공 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 플라스마를 이용한 처리 장치로서, 특히, 플라스마 CVD 성막 장치 혹은 에칭 장치 등, 기판에 대해 표면 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치가 알려져 있다. 이 플라스마 처리 장치에서는, 성막 공간(반응실)을 가지도록, 챔버 및 전극 플랜지에 의해 둘러싸인 절연 플랜지에 의해 처리실이 구성되어 있다. 이 처리실 내에는, 전극 플랜지에 접속되어 복수의 분출구를 가지는 샤워 플레이트(Shower plate)와, 기판이 배치되는 히터(heater)가 설치되어 있다.
샤워 플레이트와 전극 플랜지의 사이에 형성되는 공간은, 원료 가스가 도입되는 가스 도입 공간이다. 즉, 샤워 플레이트는, 처리실의 내부를, 기판에 막이 형성되는 성막 공간과, 가스 도입 공간으로 구획하고 있다. 전극 플랜지에는 고주파 전원이 접속되어 있고, 전극 플랜지에는 샤워 플레이트가 직접적으로 접속되어 있어, 이에 따라, 전극 플랜지 및 샤워 플레이트는 음극 전극으로서 기능한다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).
근래에는, 플라스마 처리 온도의 상승에 수반하여, 샤워 플레이트의 온도가 400℃에 달하는 처리 온도에서 플라스마 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치가 요구되고 있다. 이러한 플라스마 처리 장치에서는, 샤워 플레이트의 온도 분포의 균일화를 도모하기 위해, 하스텔로이(Hastelloy) C-22(등록상표) 등의 내(耐)부식성 재료에 의해 구성된 전극 테두리(電極樺)를 통해서 샤워 플레이트와 전극 플랜지가 접속된 구조가 제안되고 있다(일본 특원 2019-000528). 이 구조에 의하면, 샤워 플레이트와 전극 플랜지와의 전기 접속을 얻을 뿐만 아니라, 샤워 플레이트로부터 전극 플랜지로의 열 이동이 억제되어, 고온의 샤워 플레이트의 온도 분포의 균일화가 도모되고 있다.
[특허문헌 1] 국제 공개 제2010/079756호 [특허문헌 2] 국제 공개 제2010/079753호
그런데, 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 FPD(Flat Panel Display, 플랫 패널 디스플레이)의 제조 등에서는, 기판의 표면적이 증가하고 있을 뿐만 아니라, 기판 상에 형성되는 복수의 디바이스(FPD)의 각각에서 화소가 고정밀화하고, 주변 회로의 배선 폭이 미세화 되고 있다. 이 때문에, 화소 결함의 발생이나 주변 회로를 형성하는 배선의 단선 등의 발생을 초래하는 파티클(particle)의 발생량을 저감하는 것이 한층 요구되고 있다.
그렇지만, 상술한 것처럼, 전극 플랜지와 샤워 플레이트를 전기적으로 접속하는 전극 테두리가 하스텔로이로 형성된 구조에서는, NF3 등의 가스에 의해 하스텔로이가 경시적(經時的)으로 열화하고, 부식하여, 파티클 발생원이 된다고 하는 문제가 있다.
또, 내부식성을 향상시키는 코팅을 전극 테두리의 표면에 실시하거나, 전극 테두리와 가와의 접촉을 억제하는 대책을 실시하는 것이 고려되고 있지만, 코스트가 증가한다고 하는 문제가 있다.
전극 테두리를 구성하는 재료로서, 내식성(耐蝕性)이 뛰어난 알루미늄을 채용하는 것이 가능하지만, 알루미늄은, 열 전도성이 뛰어난 재료이다. 이 때문에, 전극 테두리의 재료를 하스텔로이로부터 알루미늄으로 단지 변경한 것만으로는, 고온의 샤워 플레이트로부터 전극 플랜지로의 열 이동을 억제하는 전극 테두리를 실현하는 것은 어렵다.
본 발명은, 이러한 사정을 고려해서 이루어진 것으로, 저비용으로 제조 가능하며, 내부식성을 얻을 수 있고, 고온의 샤워 플레이트로부터 전극 플랜지로의 열 이동을 억제할 수 있는 전극 테두리를 갖춘 진공 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 진공 처리 장치는, 기판에 대해 플라스마 처리를 실시하는 진공 처리 장치에 있어서, 챔버와, 고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와, 상기 전극 플랜지로부터 이간해 대향하는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면을 가지고, 상기 전극 플랜지와 함께 음극을 구성하고, 평면시(平面視)에서 구형(矩形) 형상으로 형성된 샤워 플레이트와, 상기 샤워 플레이트의 주위에 설치된 절연 실드(shield)와, 상기 전극 플랜지에 접속되고, 알루미늄으로 구성된 전극 테두리와, 상기 샤워 플레이트의 상기 제1 면에서의 주연부(周緣部)에 장착(取付)되고, 상기 샤워 플레이트의 열 팽창 및 열 수축에 기인하는 변형에 따라 상기 전극 테두리에 대해 슬라이드 가능하고, 상기 샤워 플레이트와 상기 전극 플랜지와 상기 전극 테두리로 둘러싸인 공간을 밀폐하는 슬라이드 플레이트와, 상기 샤워 플레이트의 상기 제2 면이 노출하고, 상기 기판이 배치되는 처리실을 갖춘다. 상기 전극 테두리는, 상기 전극 플랜지에 장착되고, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 상외측(上外側) 영역을 가지는 상판부(上板部)와, 상기 슬라이드 플레이트의 일부와 접촉하는 접촉면을 가지고, 상기 상판부에 평행하게 연재(延在)하고, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 하외측(下外側) 영역을 가지는 하판부(下版部)와, 상기 상판부의 상기 상외측 영역에 고정된 상측 고정단과, 상기 하판부의 상기 하외측 영역에 고정된 하측 고정단을 가지고, 상기 하판부로부터 상기 상판부를 향해 입설하고, 상기 상판부와 상기 하판부와의 사이에 고정되고, 상기 상판부 및 상기 하판부의 두께 보다 작은 두께를 가지는 종판부(縱板部)를 가진다.
여기서, 알루미늄으로는, 내부식성이 뛰어난 A6061 등의 알루미늄 합금을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 내부식성을 얻기 위해서, 전극 테두리를 구성하는 알루미늄 재료의 표면에 양극 산화 처리 등의 처리를 실시해, 전극 테두리의 내부식성을 높여도 무방하다.
종판부는, 상판부 및 하판부와는 다른 부재이다. 상판부 및 하판부에 종판부를 고정함으로써, 상판부, 하판부 및 종판부가 일체화(一體化)되어, 전극 테두리가 구성되고 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 진공 처리 장치에서는, 상기 상판부의 상기 상외측 영역에는, 평면시에서 상기 테두리 형상에 따라 연재하는 동시에, 상기 종판부의 상기 상측 고정단이 삽입 고정되는 상구(上溝)가 설치되고, 상기 종판부는, 상기 상판부의 상외측면에 형성된 상측 변형부에 의해, 상기 상구 내에 고정되어 있고, 상기 하판부의 상기 하외측 영역에는, 평면시에서 상기 테두리 형상에 따라 연재하는 동시에, 상기 종판부의 상기 하측 고정단이 삽입 고정되는 하구(下溝)가 설치되고, 상기 종판부는, 상기 하판부의 하외측면에 형성된 하측 변형부에 의해, 상기 하구 내에 고정되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 진공 처리 장치에서는, 상기 종판부는, 평면시에서, 상기 테두리 형상에 따라 연재하도록 서로 연결한 복수의 분할판부를 가지고, 상기 종판부는, 상기 복수의 분할판부 중 하나로서, 제1 단을 가지는 제1 분할판부와, 상기 복수의 분할판부 중 하나로서, 상기 제1 단의 옆에 위치하는 제2 단을 가지는 제2 분할판부와, 상기 복수의 분할판부 중 하나로서, 상기 제1 단 및 상기 제2 단과 겹쳐지는 제3 분할판부를 가지고, 상기 제1 분할판부, 상기 제2 분할판부, 및 상기 제3 분할판부는, 상기 상구 및 상기 하구에 고정되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 진공 처리 장치에서는, 상기 상판부의 상기 상외측 영역은, 상외측면을 가지고, 상기 하판부의 상기 하외측 영역은, 하외측면을 가지고, 상기 종판부의 상기 상측 고정단은, 상기 상외측면에 용접 고정되어 있고, 상기 종판부의 상기 하측 고정단은, 상기 하외측면에 용접 고정되어도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 진공 처리 장치에서는, 상기 상판부는, 상기 상외측 영역 보다 내측에 위치하는 상내측(上內側) 영역을 가지고, 상기 하판부는, 상기 하외측 영역 보다 내측에 위치하는 하내측(下內側) 영역을 가지고, 상기 전극 테두리는, 상기 상내측 영역과 상기 하내측 영역과의 사이에 고정되는 동시에, 세라믹으로 형성된 복수의 지주(支柱)를 가져도 무방하다.
본 발명의 상기 양태에 따른 진공 처리 장치에 의하면, 전극 테두리의 재료로서 하스텔로이를 이용하지 않고, 알루미늄을 이용하므로, 하스텔로이를 이용하는 것의 문제점을 해결할 수 있다. 즉, NF3 등의 가스에 의한 경시적 열화, 부식에 의한 파티클 발생이라는 문제를 해결할 수 있다. 또, 하스텔로이의 내부식성을 향상시키는 코팅을 전극 테두리의 표면에 실시할 필요가 없고, 전극 테두리와 가스와의 접촉을 억제하는 대책을 실시하거나 할 것도 없다. 이 때문에, 전극 테두리의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
게다가, 전극 테두리의 구조로서, 상판부와 하판부와의 사이에 종판부가 고정되어 있고, 종판부의 두께가 상판부 및 하판부의 각각의 두께 보다 작다고 하는 구조가 채용되고 있다. 일반적으로, 알루미늄은, 열 전도성이 뛰어난 재료로 알려져 있지만, 알루미늄으로 구성된 전극 테두리의 구조로서, 상판부 및 하판부 보다 종판부의 두께가 작게 되어 있기 때문에, 종판부에서 열이 이동하기 어려워져, 샤워 플레이트로부터 전극 플랜지로의 열 이동을 억제할 수 있다. 이에 따라, 400℃를 넘는 고온의 샤워 플레이트의 주위 영역(외측 영역)에서의 온도의 저하를 억제할 수 있어, 샤워 플레이트의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 상기 양태에 따른 진공 처리 장치에 의하면, 상판부의 상외측면에 형성된 상측 변형부에 의해, 종판부의 상측 고정단을 상구(上溝) 내에 고정할 수 있다. 또, 하판부의 하외측면에 형성된 하측 변형부에 의해, 종판부의 하측 고정단을 하구(下溝) 내에 고정할 수 있다.
본 발명의 상기 양태에 따른 진공 처리 장치에 의하면, 전극 테두리의 테두리 형상에 따라 연재하도록 서로 연결한 복수의 분할판부(제1 분할판부, 제2 분할판부, 및 제3 분할판부)로 구성된 종판부를, 상구(上溝) 및 하구(下溝)에 고정할 수 있다.
본 발명의 상기 양태에 따른 진공 처리 장치에 의하면, 종판부의 상측 고정단을, 상판부의 상외측면에 용접 고정할 수 있다. 또, 종판부의 하측 고정단을, 하판부의 하외측면에 용접 고정할 수 있다.
본 발명의 상기 양태에 따른 진공 처리 장치에 의하면, 전극 테두리의 테두리 형상에 따라 연재하도록 서로 연결한 복수의 분할판부(제1 분할판부, 제2 분할판부, 및 제3 분할판부)로 구성된 종판부를, 상외측면 및 하외측면에 용접 고정할 수 있다.
하판부와 상판부와의 사이에 지주(支柱)가 설치되는 것으로, 하판부와 상판부의 사이에 고정된 종판부의 강도를 보완하여, 전극 테두리의 강도를 향상시킬 수 있다. 게다가, 지주의 재료가 세라믹이기 때문에, 하판부에서 상판부를 향한 열 이동, 즉, 샤워 플레이트에서 전극 플랜지를 향한 열 이동을 억제할 수 있다. 이에 따라, 400℃를 넘는 고온의 샤워 플레이트의 주위 영역(외측 영역)에서의 온도의 저하를 억제할 수 있어, 샤워 플레이트의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치를 도시한 모식 단면도이다.
[도 2] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에서의 샤워 플레이트를 도시한 상면도이다.
[도 3] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에서의 전극 테두리, 슬라이드 플레이트, 및 샤워 플레이트의 주연부를 도시한 도면으로, 도 2에 도시한 A-A선에 따른 확대 단면도이다.
[도 4] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에서의 전극 테두리를 도시한 도면으로, 도 3에 도시한 B-B선에 따른 모식 단면도이다.
[도 5] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에서의 전극 테두리를 구성하는 종판부를 도시한 도면으로, 도 4에 도시한 종판부를 구성하는 복수의 분할판부를 도시한 평면도이다.
[도 6] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에서의 전극 테두리를 구성하는 종판부를 부분적으로 확대해 도시한 모식도로, 도 5에 도시한 복수의 분할판부의 중첩 부분을 도시한 확대 평면도이다.
[도 7] 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에서의 전극 테두리를 도시한 도면으로, 도 4에 도시한 C-C선에 따른 모식 단면도이다.
[도 8] 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에서의 전극 테두리를 도시한 모식 단면도이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 진공 처리 장치에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 설명에 이용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해, 각 부재의 축척을 적절히 변경하고 있다.
이하의 설명에서, 「평면시(平面視)」란, 진공 처리 장치나 진공 챔버의 상방으로부터 본 평면을 의미한다.
또, 이하의 실시 형태에서의 「제1」, 「제2」 등의 서수사는, 구성 요소의 혼동을 피하기 위해 교부하고 있고, 수량을 한정하지 않는다.
(제1 실시 형태)
(진공 처리 장치)
도 1에 도시한 것처럼, 제1 실시 형태에 따른 진공 처리 장치(100)는, 기판에 대해 플라스마 처리를 실시하는 진공 처리 장치이다. 제1 실시 형태에서는, 진공 처리 장치(100)는, 플라스마 처리로서 플라스마 CVD법을 이용한 성막 장치이며, 기판(S)(피처리 기판)에의 성막을 실시한다.
진공 처리 장치(100)는, 반응실인 성막 공간(101a)을 가지는 처리실(101)을 갖춘다. 처리실(101)은, 진공 챔버(102)(챔버)와, 절연 플랜지(103)와, 전극 플랜지(104)와, 샤워 플레이트(105)와, 절연 실드(106)와, 장착(取付) 플랜지(107)로부터 구성되어 있다.
진공 챔버(102)와 전극 플랜지(104)와의 사이에서, 절연 플랜지(103)는, 전극 플랜지(104)에 접촉하도록 설치되고, 장착 플랜지(107)는, 진공 챔버(102)에 접촉하도록 설치되어 있다. 즉, 절연 플랜지(103) 및 장착 플랜지(107)는, 진공 챔버(102)와 전극 플랜지(104)에 의해 협지(挾持)되어 있다.
(진공 챔버)
진공 챔버(102)의 저부(底部)(102a)(내측 저면)에는, 개구부(開口部)가 형성되어 있다. 이 개구부에는 히터 지지 지주(145)가 삽통(澁痛)되고, 히터 지지 지주(145)는 진공 챔버(102)의 하부에 배치되어 있다. 히터 지지 지주(145)의 선단(先端)(진공 챔버(102) 내)에는, 판상(板狀)의 지지부(히터)(141)가 접속되어 있다. 히터 지지 지주(145)는, 진공 챔버(102)의 외부에 설치된 승강 기구(미도시)에 접속되어 있고, 기판(S)의 연직 방향에서 상하로 이동 가능하다.
또, 진공 챔버(102)에는, 배기관을 통해 진공 펌프(148)가 접속되어 있다. 진공 펌프(148)는, 진공 상태가 되도록 진공 챔버(102)의 내부를 감압한다.
(전극 플랜지)
전극 플랜지(104)는, 도전재로 구성되어 있고, 예를 들면, 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있다.
전극 플랜지(104)의 하면(下面)(104L)에서, 전극 플랜지(104)의 외주(外周) 영역(104E)에는, 절연 플랜지(103)가 접촉하고 있다. 절연 플랜지(103)는, 하면(104L)으로부터 하방(기판(S)의 연직 방향)을 향해 늘어나도록 외주 영역(104E)에 배치되어 있다. 또, 전극 플랜지(104)에는, 전극 테두리(110)(후술) 및 슬라이드 플레이트(120)(후술)를 통해 샤워 플레이트(105)가 장착되어 있다.
전극 플랜지(104)의 주위에는, 전극 플랜지(104)를 덮도록 실드 커버가 설치되어 있다. 실드 커버는, 전극 플랜지(104)와 비접촉이며, 또한, 진공 챔버(102)의 주연부에 연설(連設)하도록 배치되어 있다.
또, 전극 플랜지(104)의 상면(上面)(104a)에는, 진공 챔버(102)의 외부에 설치된 RF 전원(147)(고주파 전원)이 매칭 박스를 통해 접속되어 있다. 매칭 박스는, 실드 커버에 장착되어 있고, 진공 챔버(102)는, 실드 커버를 통해 접지되어 있다.
(샤워 플레이트)
샤워 플레이트(105)는, 전극 플랜지(104)로부터 이간해 대향하는 제1 면(105F)과, 제1 면(105F)과는 반대측의 제2 면(105S)을 가지고, 평면시에서 구형(矩形) 형상으로 형성되어 있다.
샤워 플레이트(105)는, 전극 플랜지(104)와 마찬가지로, 도전재로 구성되어 있고, 예를 들면, 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 전극 플랜지(104)와 샤워 플레이트(105)와의 사이에 공간(101b)(가스 도입 공간)이 형성되어 있다. 또, 전극 플랜지(104)는, 샤워 플레이트(105)에 대향하고 있다. 전극 플랜지(104)의 상면(104a)에는, 가스 도입구를 통해 가스 공급 장치(142)가 접속되어 있다. 공간(101b)은, 가스 공급 장치(142)로부터 프로세스 가스가 도입되는 가스 도입 공간이다.
전극 플랜지(104) 및 샤워 플레이트(105)는, 음극 전극으로서 구성되어 있다. 샤워 플레이트(105)에는, 복수의 가스 분출구(105a)가 형성되어 있다. 공간(101b) 내에 도입된 프로세스 가스는, 가스 분출구(105a)로부터 진공 챔버(102) 내의 성막 공간(101a)에 분출한다. 성막 공간(101a)(처리실)은, 샤워 플레이트(105)의 제2 면(105S)이 노출하는 공간이며, 성막 공간(101a)에는 기판이 배치된다.
성막 공간(101a) 내에 프로세스 가스가 공급된 상태에서, RF 전원(147)으로부터 전극 플랜지(104)에 전력이 공급되면, 전극 플랜지(104) 및 샤워 플레이트(105)는 음극 전극으로서 기능하고, 성막 공간(101a)에 플라스마가 발생하여 성막 등의 처리가 실시된다.
도 2에 도시한 것처럼, 샤워 플레이트(105)는, 봉상(棒狀)의 고정 샤프트(109), 가동 샤프트(108)에 의해 전극 플랜지(104)로부터 하향으로 매달려 지지되어 있다.
고정 샤프트(109)는, 샤워 플레이트(105)를 평면시(平面視)한 중앙 위치에 고착해서 장착되어 있다. 가동 샤프트(108)는, 고정 샤프트(109)를 중심으로 한 구형(矩形)의 정점 및 4변의 중점에 배치된다.
가동 샤프트(108)의 구조는, 고정 샤프트(109)의 구조와는 다르다. 샤워 플레이트(105)의 열 신장(Heat increase)에 따라 샤워 플레이트(105)가 이동 가능해지도록, 가동 샤프트(108)의 하단에 설치된 구면(球面) 부시(Bush)를 통해서, 가동 샤프트(108)는 샤워 플레이트(105)에 접속되어 있다. 즉, 가동 샤프트(108)는, 수평 방향에서의 샤워 플레이트(105)의 변형에 따라 샤워 플레이트(105)가 이동하도록, 샤워 플레이트(105)를 지지 가능하게 되어 있다.
도 3에 도시한 것처럼, 샤워 플레이트(105)의 주연부에서의 외측 위치에는, 샤워 플레이트(105)의 주연부로부터 이간하여, 샤워 플레이트(105)의 주위를 둘러싸도록 절연 실드(106)가 설치되어 있다. 절연 실드(106)는, 전극 플랜지(104)에 장착되어 있다. 절연 실드(106)의 내측 위치와, 샤워 플레이트(105) 주단면(周端面)의 외측 위치에는, 열 신장 허용 공간(106a)(간극부)이 형성되어 있다.
(전극 테두리)
도 3에 도시한 것처럼, 전극 테두리(110)는, 샤워 플레이트(105)의 주연부의 상측 부분에 설치되고, 슬라이드 플레이트(120)를 통해 샤워 플레이트(105)에 접속되어 있고, 또한, 전극 플랜지(104)에 접속되어 있다.
전극 테두리(110)는, 볼트 등의 지지 부재(111)에 의해 전극 플랜지(104)의 하측에 장착되어 있다. 전극 테두리(110)는, 절연 실드(106)의 내측 위치에 설치되어 있다. 평면시에서, 전극 테두리(110)는, 가스 도입 공간(101b)의 외측에 설치되고, 가스 도입 공간(101b)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 도 4에 도시한 것처럼, 전극 테두리(110)는, 테두리 형상을 가진다.
또한, 도 4에서는, 설명을 간편하게 하기 위해, 후술하는 볼트(121)의 도시가 생략되어 있다.
전극 테두리(110)는, 알루미늄으로 형성되어 있고, 특히, 내부식성이 뛰어난 A6061의 알루미늄 합금으로 형성되어 있다. 전극 테두리를 구성하는 알루미늄 재료의 표면에는, 양극 산화 처리 등의 처리에 의해 알루마이트(Alumite) 피막이 형성되어도 무방하다.
전극 테두리(110)는, 상판부(112)(고정부), 종판부(113)(벽부(壁部)), 하판부(114)(기부(基部)), 및 지주(115)(후술, 도 4 및 도 7 참조)로 구성되어 있다.
전극 테두리(110)는, 상판부(112)와 종판부(113)와 하판부(114)에 의해, 단면 형상이 대략 U자상이 되도록 형성되어 있다. 전극 테두리(110)는, 상판부(112)와 종판부(113)와 하판부(114)에 의해, 대략 U자상의 내측에 내부 공간을 가지도록 형성되어 있다.
(상판부)
상판부(112)는, 볼트 등의 지지 부재(111)에 의해, 샤워 플레이트(105)의 제1 면(105F)에 대향하는 전극 플랜지(104)의 하면(104L)에 고정해서 장착되어 있다. 지지 부재(111)는, 상판부(112)를 관통하고 있다.
상판부(112)는, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 상외측 영역(112U)을 가진다. 상외측 영역(112U)에는, 평면시에서 테두리 형상에 따라 연재하는 동시에, 종판부(113) 상측 고정단(113A)(후술)이 삽입 고정되는 상구(上溝)(112G)가 설치되어 있다.
여기서, 상외측 영역(112U)은, 상판부(112)의 노출면(112R)에서, 상판부(112)의 내측면(후술하는 리플렉터(Reflector)(117)에 대향하는 면) 보다, 외측면(절연 실드(106)에 대향하는 면, 후술하는 상외측면(112X))에 가까운 영역을 의미한다.
도 3에 도시한 단면도에서는, 상구(上溝)(112G)는, 2개의 내벽면(內壁面)을 가진다. 2개의 내벽면 중, 상외측면(112X)에 가까운 내벽면(상외측면(112X)의 반대측에 위치하는 내벽면)과, 상외측면(112X)과의 거리는, 약 1.0 mm이다. 환언하면, 이 1.0 mm의 폭을 가지는 돌기(T)가, 상구(上溝)(112G)와 간극(106b)(후술)과의 사이에 위치한다. 이 돌기(T)는, 후술하는 펀치(공구)를 이용한 스웨이징(swaging, 加締)에 의해 변형하는 부위이며, 돌기(T)가 변형하는 것으로, 종판부(113)가 상구(上溝)(112G)에 고정된다.
(하판부)
하판부(114)는, 종판부(113)의 하단으로부터 상판부(112)와 대략 평행하게 연재한다. 하판부(114)는, 슬라이드 플레이트(120)의 일부와 접촉하는 슬라이딩(滑) 씰면(114a)(접촉면)을 가지고, 상판부(112)에 평행하게 연재하고, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 하외측 영역(114U)을 가진다. 하외측 영역(114U)에는, 평면시에서 테두리 형상에 따라 연재하는 동시에, 종판부(113) 하측 고정단(113B)(후술)이 삽입 고정되는 하구(下溝)(114G)가 설치되어 있다.
여기서, 하외측 영역(114U)은, 하판부(114)의 노출면(114R)에서, 하판부(114)의 내측면(후술하는 리플렉터(117)에 대향하는 면) 보다, 외측면(절연 실드(106)에 대향하는 면, 후술하는 하외측면(114X))에 가까운 영역을 의미한다.
도 4는, 테두리 형상으로 형성된 하판부(114)를 나타내고 있다. 도 4에는 나타나지 않지만, 하판부(114)와 마찬가지의 테두리 형상을 가지는 상판부(112)는, 하판부(114)와 평행하게 배치되고, 전극 테두리(110)가 구성되어 있다.
하판부(114)는, 종판부(113)의 하단으로부터 가스 도입 공간(101b)의 중심측을 향하도록 배치되어 있다. 즉, 하판부(114)는, 종판부(113)의 하단으로부터 전극 테두리(110)의 윤곽 내측을 향해 연재한다. 하판부(114)는, 상판부(112)와 평행하게 연재한다.
하판부(114)는, 상판부(112)에 비해 고온측이다. 따라서, 변형 방지를 위한 노치(notch, 切欠)는 설치되어 있지 않다. 하판부(114)는, 샤워 플레이트(105)의 전주(全周)에서 대략 같은 폭 치수를 가진다.
하판부(114)의 샤워 플레이트(105)측이 되는 하면은, 샤워 플레이트(105)의 제1 면(105F)과 평행한 슬라이딩 씰면(114a)이다.
슬라이딩 씰면(114a)은, 슬라이드 플레이트(120)의 상면에 설치된 슬라이딩 씰면(120a)과 접촉하고 있다.
슬라이딩 씰면(114a)은, 하판부(114)의 샤워 플레이트(105)측이 되는 하면의 전역(全域)이 된다. 하판부(114)에는 하측으로부터 스텝 볼트(step bolt)(121)가 나착(螺着)되어 있다.
도 3에 도시한 단면도에서는, 하구(下溝)(114G)는, 2개의 내벽면을 가진다. 2개의 내벽면 중, 하외측면(114X)에 가까운 내벽면(하외측면(114X)의 반대측에 위치하는 내벽면)과, 하외측면(114X)과의 거리는, 약 1.0 mm이다. 환언하면, 이 1.0 mm의 폭을 가지는 돌기(T)가, 하구(下溝)(114G)와 간극(106b)(후술)과의 사이에 위치한다. 이 돌기(T)는, 후술하는 펀치(공구)를 이용한 스웨이지에 의해 변형하는 부위이며, 돌기(T)가 변형하는 것으로, 종판부(113)가 하구(下溝)(114G)에 고정된다.
(종판부)
도 3에 도시한 것처럼, 종판부(113)는, 상판부(112)의 상외측 영역(112U)으로부터 샤워 플레이트(105)를 향해 입설된다. 종판부(113)는, 상측 고정단(113A)과, 하측 고정단(113B)을 가진다. 상측 고정단(113A)은, 상판부(112)의 상외측 영역(112U)에 형성된 상구(上溝)(112G)에 삽입되어, 고정되고 있다. 마찬가지로, 하측 고정단(113B)은, 하판부(114)의 하외측 영역(114U)에 형성된 하구(下溝)(114G)에 삽입되어, 고정되고 있다.
종판부(113)는, 상판부(112) 및 하판부(114)와는 다른 부재이다. 상판부(112) 및 하판부(114)에 종판부(113)를 고정하는 것에 의해, 상판부(112), 하판부(114), 및 종판부(113)가 일체화되어, 전극 테두리(110)가 구성되고 있다.
종판부(113)는, 상판부(112)와 하판부(114)와의 사이에 고정되어, 상판부(112) 및 하판부(114)의 두께 보다 작은 두께를 가진다.
종판부(113)의 두께는, 열 유속에 따라 결정되고, 상판부(112)와 하판부(114)와의 사이의 거리에 따라 결정된다. 제1 실시 형태에서는, 상판부(112) 및 하판부(114)의 각각의 두께는 6.0 mm이며, 상판부(112)의 하면과 하판부(114)의 상면과의 사이의 거리는 20.5 mm이며, 종판부(113)의 두께는 0.5 mm이다.
덧붙여, 종판부(113)의 두께는, 0.5 mm로 한정되지 않고, 예를 들면, 0.1 mm∼5.0 mm의 범위의 두께로부터 선택된다. 이러한 두께를 가지는 종판부(113)에 의하면, 샤워 플레이트(105)로부터 전극 플랜지(104)로의 열 이동을 억제하는 효과를 얻을 수 있다(후술).
또, 종판부(113)의 두께로서 0.5 mm 같은 얇은 두께가 채용되었다고 해도, 종판부(113)는, 테두리 형상을 가지는 전극 테두리(110)의 형상에 따른 테두리 형상을 가진다. 그러므로, 환언하면, 종판부(113)는, 평면시에서 환상(環狀)으로 형성되어 있기 때문에, 충분한 강도가 얻어지고 있어, 종판부(113)의 변형을 방지할 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 종판부(113)의 두께를 0.5 mm로 설정하고 있지만, 상판부(112)와 하판부(114)와의 사이의 거리가 20.5 mm 보다 큰 경우(샤워 플레이트(105)와 전극 플랜지(104)가 크게 이간하고 있는 경우)에는, 종판부의 두께를 5 mm로 설정해도 무방하다.
또, 상판부(112)와 하판부(114)와의 사이의 거리가 20.5 mm 보다 작은 경우(샤워 플레이트(105)와 전극 플랜지(104)와의 사이의 거리가 작은 경우)에는, 종판부의 두께를 0.1 mm로 설정해도 무방하다. 이 경우, 리벳 용접(후술)에 의해, 종판부(113)가 상판부(112) 및 하판부(114)에 용접 고정되어도 무방하다.
다음으로, 도 4에 도시한 종판부(113)의 구조에 대해서, 도 5를 참조해 설명한다.
도 5는, 상판부(112)의 상구(上溝)(112G) 및 하판부(114)의 하구(下溝)(114G)에 종판부(113)가 고정된 상태를 나타내고 있다. 도 5에서는, 상판부(112) 및 하판부(114)가 생략되어 있다.
도 5에 도시한 것처럼, 종판부(113)는, 평면시에서 테두리 형상에 따라 연재하도록 서로 연결한 복수의 분할판부(113D)(113DS, 113DC, 113T)에 의해 구성되어 있다. 복수의 분할판부(113D)는, 각판부(113DC)(분할판부)와, 평판부(113DS)(분할판부)와, 커버판부(113T)(제3 분할판부)로 구성되어 있다.
각판부(113DC)는, L자 형상을 가지고 있고, 테두리 형상을 가지는 종판부(113)의 각부(角部)에 배치되어 있다.
평판부(113DS)는, 각판부(113DC)와는 달리 직선상(直線狀)으로 연재하고 있다.
커버판부(113T)는, 서로 인접하는 2개의 분할판부의 단부를 덮도록, 2개의 분할판부에 겹쳐진다. 커버판부(113T)는, 평판부(113DS) 및 각판부(113DC)에 의해 형성되는 테두리의 내측에 위치한다.
도 5에서, 각판부(113DC)의 개수는 4개이며, 평판부(113DS)의 개수는 8개이다. 종판부(113)의 하나의 변(邊)에, 2개의 평판부(113DS)가 설치되어 있다. 덧붙여, 분할판부(113D)의 개수는, 도 4에 도시한 구조로 한정되지 않는다. 종판부(113)의 하나의 변에, 3개 이상의 평판부(113DS)가 설치되어도 무방하다.
도 6을 참조하여, 복수의 분할판부(113D)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
상기의 도 5에 도시한 복수의 분할판부(113D)의 구조에서는, 도 6에 도시한 중첩(overlapping) 구조가 적용되고 있다.
복수의 분할판부(113D) 중 하나는, 제1 단(113FE)을 가지는 제1 분할판부(113F)(평판부(113DS), 각판부(113DC))이다.
또, 복수의 분할판부(113D) 중 하나는, 제1 단(113FE)의 옆에 위치하는 제2 단(113SE)을 가지는 제2 분할판부(113S)(평판부(113DS), 각판부(113DC))이다.
게다가, 복수의 분할판부(113D) 중 하나는, 제1 단(113FE) 및 제2 단(113SE)과 겹쳐지는 커버판부(113T)(제3 분할판부)이다.
제1 분할판부(113F), 제2 분할판부(113S), 및 커버판부(113T)는, 상구(上溝)(112G) 및 하구(下溝)(114G)에 고정되어 있다.
(지주(支柱))
도 7에 도시한 것처럼, 지주(115)는, 상판부(112)와 하판부(114)와의 사이에 배치되고, 미도시의 나사 등의 체결 부재에 의해 고정되고 있다. 구체적으로, 상판부(112)는, 상외측 영역(112U) 보다 내측에 위치하는 상내측 영역(112I)을 가지고 있다. 하판부(114)는, 하외측 영역(114U) 보다 내측에 위치하는 하내측 영역(114I)을 가지고 있다. 지주(115)는, 상내측 영역(112I)과 하내측 영역(114I)과의 사이에 고정되어 있다.
예를 들면, 상판부(112) 및 하판부(114)에 형성된 관통공(스텝 구멍(Stepped Hole), 테이퍼 구멍(taper hole))을 통하여, 지주(115)의 양단에 형성된 암나사에 볼트를 단단히 조임으로써, 지주(115)는, 상판부(112) 및 하판부(114)에 고정되고 있다. 혹은, 지주(115)의 일단에 설치된 수나사를, 상판부(112) 및 하판부(114)의 일방에 설치된 암나사에 나사 고정해도 무방하다.
도 4에 도시한 것처럼, 복수의 지주(115)가, 전극 테두리(110)의 테두리 형상에 따라, 배치되어 있다. 도 4에 도시한 예에서는, 전극 테두리(110)의 각 장변(長邊)에 6개의 지주(115)가 설치되어 있고, 각 단변(短邊)에 5개의 지주(115)가 설치되어 있다. 도 4에 도시한 구조는, 지주(115)의 개수를 한정하고 있지 않으며, 전극 테두리(110)의 강도, 열 전도성의 점에서, 지주(115)의 개수는 적절히 선택된다. 지주(115)의 재료로는, 열 전도율이 낮은 세라믹이 이용되고 있다.
(상판부 및 하판부에 대한 종판부의 고정 방법)
다음으로, 상판부(112) 및 하판부(114)에 대한 종판부(113)의 고정 방법에 대해 설명한다.
종판부(113)가 상판부(112)에 고정되기 전 상태에서는, 상판부(112)의 상구(上溝)(112G)는, 종판부(113)의 두께 보다 큰 구폭(溝幅)을 가진다. 구체적으로, 커버판부(113T)가 배치되지 않는 부분에서는, 상구(上溝)(112G)는, 제1 분할판부(113F) 및 제2 분할판부(113S)의 각각의 두께 보다 큰 구폭(제1 구폭)을 가진다. 한편, 제1 분할판부(113F) 및 제2 분할판부(113S)에 제3 분할판부(113T)(커버판부)가 겹치는 부분에서는, 상구(上溝)(112G)는, 2개의 분할판부의 중첩 두께 보다 큰 구폭(제2 구폭)을 가진다.
마찬가지로, 도 6에 도시한 것처럼, 하판부(114)의 하구(下溝)(114G)는, 종판부(113)의 두께 보다 큰 구폭(溝幅)을 가진다. 구체적으로, 커버판부(113T)가 배치되지 않는 부분에서는, 하구(下溝)(114G)(114GA)는, 제1 분할판부(113F) 및 제2 분할판부(113S)의 각각의 두께 보다 큰 구폭(제1 구폭)을 가진다. 한편, 제1 분할판부(113F) 및 제2 분할판부(113S)에 제3 분할판부(113T)(커버판부)가 겹치는 부분에서는, 하구(下溝)(114G)(114GB)는, 2개의 분할판부의 중첩 두께 보다 큰 구폭(제2 구폭)을 가진다.
즉, 평면시에서, 커버판부(113T)가 배치되는 하구(下溝)(114GB)는, 커버판부(113T)가 배치되지 않는 하구(下溝)(114GA)로부터 테두리 형상의 내측을 향해 돌출하도록 형성되어 있다.
덧붙여, 하판부(114)와 마찬가지로, 상판부(112)의 평면시에서도, 커버판부(113T)가 배치되는 상구(上溝)(112G)는, 커버판부(113T)가 배치되지 않는 상구(上溝)(112G)로부터 테두리 형상의 내측을 향해 돌출하도록 형성되어 있다.
다음으로, 상기의 구폭을 가지는 상구(上溝)(112G)에 대해, 도 5에 도시한 것처럼, 복수의 분할판부(113D)를 삽입한다. 이에 따라, 제2 구폭을 가지는 상구(上溝)(112G)에 커버판부(113T), 제1 분할판부(113F), 및 제2 분할판부(113S)가 배치된다. 또, 제1 구폭을 가지는 상구(上溝)(112G)에 제1 분할판부(113F) 및 제2 분할판부(113S)가 배치된다. 따라서, 종판부(113)가 상구(上溝)(112G)에 감합된 상태가 얻어진다.
그 후, 도 7에 도시한 것처럼, 상구(上溝)(112G)에 복수의 분할판부(113D)가 삽입된 상태에서, 펀치(공구)를 이용해, 상판부(112)의 상외측면(112X)을 두드린다. 이에 따라, 상외측면(112X)이 변형하고, 상구(上溝)(112G)의 구폭(제1 구폭, 제2 구폭)이 작아져, 상구(上溝)(112G)의 내부에 삽입되어 있는 종판부(113)가 상구(上溝)(112G)에 고정된다. 환언하면, 펀치(공구)를 이용한 스웨이징에 의해, 상외측면(112X)에 상측 변형부(112P)가 형성되어, 종판부(113)를 상구(上溝)(112G)에 고정하는 것이 가능해진다.
마찬가지로, 상기의 구폭을 가지는 하구(下溝)(114G)에 대해, 도 5에 도시한 것처럼, 복수의 분할판부(113D)를 삽입한다. 이에 따라, 제2 구폭을 가지는 하구(下溝)(114G)에 커버판부(113T), 제1 분할판부(113F), 및 제2 분할판부(113S)가 배치된다. 또, 제1 구폭을 가지는 하구(下溝)(114G)에 제1 분할판부(113F) 및 제2 분할판부(113S)가 배치된다. 따라서, 종판부(113)가 하구(下溝)(114G)에 감합된 상태가 얻어진다.
그 후, 도 7에 도시한 것처럼, 하구(下溝)(114G)에 복수의 분할판부(113D)가 삽입된 상태에서, 펀치(공구)를 이용해, 하판부(114)의 하외측면(114X)을 두드린다. 이에 따라, 하외측면(114X)이 변형하고, 하구(下溝)(114G)의 구폭(제1 구폭, 제2 구폭)이 작아져, 하구(下溝)(114G)의 내부에 삽입되어 있는 종판부(113)가 하구(下溝)(114G)에 고정된다. 환언하면, 펀치(공구)를 이용한 스웨이징에 의해, 하외측면(114X)에 하측 변형부(114P)가 형성되어, 종판부(113)를 하구(下溝)(114G)에 고정하는 것이 가능해진다.
상외측면(112X)에서의 상측 변형부(112P)의 복수의 위치, 및, 하외측면(114X)에서의 하측 변형부(114P)의 복수의 위치, 즉, 펀치에 의해 때려 넣어지는 복수의 위치는, 예를 들면, 50 mm 피치로 형성된다. 또, 50 mm 보다 작은 피치로 때려 넣어져도 무방하다. 또, 50 mm 피치(제1 피치)로 변형부(112P, 114P)가 형성되어 있는 부분과, 50 mm 피치 보다 작은 피치(제2 피치)로 변형부(112P, 114P)가 형성되어 있는 부분의 양쪽 모두가 상외측면(112X) 및 하외측면(114X)에 형성되어도 무방하다.
덧붙여, 스웨이징에 의한 종판부(113)의 고정 방법은, 상술한 공정의 순서로 한정되지 않는다.
최초에, 상구(上溝)(112G) 및 하구(下溝)(114G)의 양쪽 모두에 복수의 분할판부(113D)를 삽입하고, 이 상태에서, 상외측면(112X) 및 하외측면(114X)을 두드리는 것으로, 스웨이징을 실시해도 무방하다. 이 경우, 상판부(112) 및 하판부(114)를 평행하게 배치하기 위한 지그(jig, 治具)를 이용해도 무방하다.
또한, 상술한 스웨이징에 의한 종판부(113)의 고정 방법에서는, 복수의 지주(115)를 상판부(112) 및 하판부(114)에 장착하는 공정을 생략하고 있다. 상판부(112)에 종판부(113)가 스웨이징 고정된 후에, 지주(115)를 상판부(112)에 장착해도 무방하고, 상판부(112)에 종판부(113)가 스웨이징 고정되기 전에, 지주(115)를 상판부(112)에 장착해도 무방하다. 마찬가지로, 하판부(114)에 종판부(113)가 스웨이징 고정된 후에, 지주(115)를 하판부(114)에 장착해도 무방하고, 하판부(114)에 종판부(113)가 스웨이징 고정되기 전에, 지주(115)를 하판부(114)에 장착해도 무방하다.
(슬라이드 플레이트)
도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 슬라이드 플레이트(120)는, 샤워 플레이트(105)의 제1 면(105F)에서의 주연부의 상측 부분에 설치되고, 샤워 플레이트(105)와 전극 테두리(110)와의 사이에 설치되어 있다. 슬라이드 플레이트(120)는, 샤워 플레이트(105)의 열 팽창 및 열 수축에 기인하는 변형에 따라 전극 테두리(110)에 대해 슬라이드 가능하다.
슬라이드 플레이트(120)는, 샤워 플레이트(105)와 전극 플랜지(104)와 전극 테두리(110)로 둘러싸인 공간을 밀폐한다. 슬라이드 플레이트(120)는, 평면시에서, 전극 테두리(110)와 거의 겹치도록 샤워 플레이트(105)의 주연부에 설치되어 있다. 슬라이드 플레이트(120)는, 샤워 플레이트(105)에 장착되어 있다. 샤워 플레이트(105)와 전극 테두리(110)와는 슬라이드 가능하게 된다.
샤워 플레이트(105)의 주연부는, 스텝 볼트(121)(지지 부재)에 의해 전극 테두리(110)에 매달려 지지되어 있다.
스텝 볼트(121)는, 하측으로부터 샤워 플레이트(105) 및 슬라이드 플레이트(120)를 관통하고 있다. 스텝 볼트(121)의 선단은, 전극 테두리(110)의 하판부(114)에 체결된다.
슬라이드 플레이트(120)는, 전극 테두리(110)와 샤워 플레이트(105)와의 사이에 위치하고, 샤워 플레이트(105)의 주연부와 일체가 되고 있다. 샤워 플레이트(105)의 승강온(昇降溫) 시에 생기는 열 변형에 따라, 슬라이드 플레이트(120)는, 샤워 플레이트(105)의 면과 평행한 방향으로 이동 가능하게 된다.
도 1∼도 3에 도시한 것처럼, 전극 테두리(110)는, 샤워 플레이트(105)의 승강온 시에 생기는 샤워 플레이트(105)의 열 변형에 따라 위치가 변화하는 슬라이드 플레이트(120)를 슬라이딩(滑) 시킬 수 있다.
전극 테두리(110)와 슬라이드 플레이트(120)는, 샤워 플레이트(105)와 전극 플랜지(104)로 둘러싸인 가스 도입 공간(101b)의 씰측벽을 형성하고 있다.
도 3에 도시한 것처럼, 샤워 플레이트(105)에 장착되는 슬라이드 플레이트(120)와, 슬라이드 플레이트(120)에 대응하여 전극 플랜지(104)에 장착된 전극 테두리(110)가 서로 접동해도, 전극 테두리(110) 및 슬라이드 플레이트(120)는, 서로 접촉한 상태를 유지한다.
따라서, 전극 테두리(110)와 슬라이드 플레이트(120)는, 서로 슬라이드 했을 경우에도, 가스 도입 공간(101b)을 씰(seal) 가능하게 되어 있다.
전극 테두리(110)와 슬라이드 플레이트(120)는, 샤워 플레이트(105)의 주연부와 전극 플랜지(104)를 전기적으로 접속하고 있다.
도 2에 도시한 것처럼, 평면시에서, 전극 테두리(110)의 외형 윤곽은, 샤워 플레이트(105)의 주연부와 거의 같은 구형(矩形)이다. 전극 테두리(110)의 폭은, 샤워 플레이트(105)의 주위의 폭과 대략 같다.
도 2에 도시한 것처럼, 평면시에서, 슬라이드 플레이트(120)의 외형 윤곽은, 전극 테두리(110)와 마찬가지로, 샤워 플레이트(105)의 주연부와 거의 같은 구형이다. 슬라이드 플레이트(120)의 폭은, 샤워 플레이트(105)의 주위의 폭과 대략 같다. 슬라이드 플레이트(120)의 재료는, 전극 테두리(110)와 마찬가지로, A6061의 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
(절연 실드)
절연 실드(106)의 내측에는, 종판부(113)가 배치된다. 절연 실드(106)의 내주면(內周面)은, 종판부(113)와 대향하고 있다.
종판부(113)의 주연부에서의 외주면과 절연 실드(106)의 내주면과는 이간하고 있다. 종판부(113)의 주연부의 외주면과, 절연 실드(106)의 내주면과의 사이에는, 간극(106b)이 형성되어 있다.
여기서, 전극 테두리(110)는, 전극 플랜지(104)에 장착되어 있고, 저온측이 된다. 따라서, 온도 상승했을 시에 상정되는 전극 테두리(110)의 열 팽창하는 치수가, 온도 상승했을 시에 상정되는 샤워 플레이트(105) 및 슬라이드 플레이트(120)의 열 팽창하는 치수 보다 작다.
이에 따라, 간극(106b)은, 열 신장 허용 공간(106a) 보다 작게 설정된다. 즉, 종판부(113)의 외주면과 절연 실드(106)의 내주면과의 사이의 거리는, 샤워 플레이트(105)의 외주 단면과 절연 실드(106)의 내주측면과의 사이의 거리 보다 작게 설정된다.
간극(106b) 및 열 신장 허용 공간(106a)에 대응하여, 절연 실드(106)의 내주면에는, 단차가 형성되어 있다. 이 단차는, 슬라이드 플레이트(120)와 전극 테두리(110)와의 접촉 위치인 슬라이딩 씰면(114a) 및 슬라이딩 씰면(120a) 보다, 전극 테두리(110) 측으로 형성된다.
(리플렉터)
도 3에 도시한 것처럼, 전극 테두리(110)의 내주측에는, 전극 테두리(110)의 전주(全周)에 판상(板狀)의 리플렉터(117)가 설치되어 있다. 리플렉터(117)는, 구형(矩形) 윤곽을 가지는 샤워 플레이트(105)의 변과 평행하게 4개소 설치되어 있다. 리플렉터(117)는, 전극 테두리(110)의 내주측에 근접해서 배치된다.
리플렉터(117)는, L자상으로 절곡(切曲)된 금속판이다. 리플렉터(117)의 상단은, 가스 도입 공간(101b)의 중심측으로 절곡된다. 이 리플렉터(117)의 상단에서 절곡된 부분은, 나사(117a)에 의해 전극 플랜지(104)에 장착되어 있다. 리플렉터(117)의 상단 외측은, 전극 테두리(110)의 상판부(112)의 내측 선단에 근접해서 배치된다.
리플렉터(117)의 하단은, 전극 테두리(110)의 하판부(114)의 내측단 부근에 위치한다. 따라서, 리플렉터(117)는, 단면시(斷面視)에서 대략 U자상으로 된 전극 테두리(110)의 내부 공간의 개구(開口)에 대향하도록 배치된다. 덧붙여, 리플렉터(117)의 하단과, 전극 테두리(110)의 하판부(114)의 내측단과는, 접속되어 있지 않다.
상술한 실시 형태에 따른 진공 처리 장치(100)에 의하면, 전극 테두리(110)의 재료로서 하스텔로이를 이용하지 않고, 알루미늄을 이용하므로, 하스텔로이를 이용하는 것의 문제점을 해결할 수 있다. 즉, NF3 등의 가스에 의한 경시적 열화, 부식에 의한 파티클 발생이라고 하는 문제를 해결할 수 있다. 또, 하스텔로이의 내부식성을 향상시키는 코팅을 전극 테두리(110)의 표면에 실시할 필요가 없고, 전극 테두리(110)와 가스와의 접촉을 억제하는 대책을 실시하거나 할 것도 없다. 이 때문에, 전극 테두리(110)의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
게다가, 전극 테두리(110)의 구조로서, 상판부(112)와 하판부(114)와의 사이에 종판부(113)가 고정되어 있고, 종판부(113)의 두께가 상판부(112) 및 하판부(114)의 각각의 두께 보다 작기 때문에, 종판부(113)에서 열이 이동하기 어려워져, 샤워 플레이트(105)로부터 전극 플랜지(104)로의 열 이동을 억제할 수 있다. 이에 따라, 400℃를 넘는 고온의 샤워 플레이트(105)의 주위 영역(외측 영역)에서의 온도의 저하를 억제할 수 있어, 샤워 플레이트(105)의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
상술한 실시 형태에 따른 진공 처리 장치(100)에 의하면, 상판부(112)의 상외측면(112X)에 형성된 상측 변형부(112P)에 의해, 종판부(113)의 상측 고정단(113A)을 상구(上溝)(112G) 내에 고정할 수 있다. 또, 하판부(114)의 하외측면(114X)에 형성된 하측 변형부(114P)에 의해, 종판부(113)의 하측 고정단(113B)을 하구(下溝)(114G) 내에 고정할 수 있다.
상술한 실시 형태에 따른 진공 처리 장치(100)에 의하면, 전극 테두리(110)의 테두리 형상에 따라 연재하도록 서로 연결한 복수의 분할판부(113D)로 구성된 종판부(113)를 상구(上溝)(112G) 및 하구(下溝)(114G)에 고정할 수 있다.
하판부(114)와 상판부(112)의 사이에 지주(115)가 설치되어 있는 것으로, 하판부(114)와 상판부(112)의 사이에 고정된 종판부(113)의 강도를 보완해, 전극 테두리(110)의 강도를 향상시킬 수 있다. 게다가, 지주(115)의 재료가 세라믹이므로, 하판부(114)로부터 상판부(112)를 향한 열 이동, 즉, 샤워 플레이트(105)로부터 전극 플랜지(104)를 향한 열 이동을 억제할 수 있다. 이에 따라, 400℃를 넘는 고온의 샤워 플레이트(105)의 주위 영역(외측 영역)에서의 온도의 저하를 억제할 수 있어, 샤워 플레이트(105)의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 도 8을 참조하여, 제2 실시 형태에 따른 진공 처리 장치(200)에 대해 설명한다. 도 8에서, 제1 실시 형태와 동일 부재에는 동일 부호를 교부하고, 그 설명은 생략 또는 간략화 한다.
특히, 전극 테두리의 구조의 점에서, 제2 실시 형태는, 상술한 제1 실시 형태와 다르다.
제2 실시 형태에서는, 전극 테두리의 구조에 대해서만 설명하고, 전극 테두리 이외의 부재는, 상술의 진공 처리 장치(100)의 구성 부재와 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
(전극 테두리)
도 8에 도시한 전극 테두리(210)는, 샤워 플레이트(105)의 주연부의 상측 부분에 설치되고, 상술의 슬라이드 플레이트(120)를 통해 샤워 플레이트(105)에 접속되어 있고, 전극 플랜지(104)에 접속된다.
전극 테두리(210)는, 상판부(212)(고정부), 종판부(213)(벽부), 하판부(214)(기부), 및 지주(115)로 구성되어 있다.
전극 테두리(210)는, 상판부(212)와 종판부(213)와 하판부(214)에 의해, 단면 형상이 대략 U자상이 되도록 형성되어 있다. 전극 테두리(110)는, 상판부(212)와 종판부(213)와 하판부(214)에 의해, 대략 U자상의 내측에 내부 공간을 가지도록 형성되어 있다.
상판부(212)는, 상외측 영역(212U)에서 상외측면(212X)을 가진다.
하판부(214)는, 하외측 영역(214U)에서 하외측면(214X)을 가진다.
종판부(213)는, 상측 고정단(213A)과, 하측 고정단(213B)을 가진다. 상측 고정단(213A)은, 리벳 용접에 의해, 상외측면(212X)에 용접 고정되어 있다. 마찬가지로, 하측 고정단(213B)은, 리벳 용접에 의해, 하외측면(214X)에 용접 고정되어 있다.
도 5에 도시한 종판부(113)와 마찬가지로, 평면시에서, 종판부(213)는, 분할 구조를 가진다. 전극 테두리(210)의 한 변에서, 종판부(213)가 분할하는 개소는, 적어도 1개이다. 전극 테두리(210)의 한 변에서의 종판부(213)의 분할 개소가 1개인 경우, 분할 개소는, 중앙 부분에 위치하고, 이 때문에, 4변의 테두리 형상을 가지는 전극 테두리(210)의 전체에서는, 분할 개소는, 4개이다. 덧붙여, 전극 테두리(210)의 한 변에서, 종판부(213)의 분할 개소는, 2개여도 무방하고, 도 5에 도시한 경우와 마찬가지로, 3개여도 무방하다.
상외측면(212X) 및 하외측면(214X)의 연재 방향에서, 리벳 용접은, 예를 들면, 50 mm 피치로 이간한 위치에 실시된다. 또, 50 mm 보다 작은 피치로 리벳 용접이 실시되어도 무방하다. 또, 50 mm 피치(제1 피치)로 리벳 용접이 실시되고 있는 부분과, 50 mm 피치 보다 작은 피치(제2 피치)로 리벳 용접이 실시되고 있는 부분의 양쪽 모두가 상외측면(212X) 및 하외측면(214X)에 형성되어도 무방하다.
상술한 실시 형태에 따른 진공 처리 장치(200)에 의하면, 종판부(213)의 상측 고정단(213A)을, 상판부(212)의 상외측면(212X)에 용접 고정할 수 있다. 또, 종판부(213)의 하측 고정단(213B)을, 하판부(214)의 하외측면(214X)에 용접 고정할 수 있다.
특히, 종판부(213)의 두께가 0.1 mm 같이 얇은 경우는, 리벳 용접 같은 간이한 용접에 의해, 종판부(213)를 상외측면(212X) 및 하외측면(214X)에 고정할 수 있다.
또한, 도 8에 도시한 예에서는, 상외측면(212X) 및 하외측면(214X)의 각각에, 종판부(213)의 두께에 상당하는 깊이를 가지는 요부(凹部)(C)가 설치되어 있지만, 요부(C)의 깊이는 적절히 변경 가능하다. 또, 요부(C)를 마련하지 않아도 무방하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상기에서 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 예시적인 것이며, 한정하는 것으로 생각되어서는 안되는 것을 이해해야 한다. 추가, 생략, 치환, 및 그 외의 변경은, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않게 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 전술의 설명에 의해 한정되어 있다고 간주되어서는 안되고, 청구 범위에 의해 제한되어 있다.
[실시예]
이하의 실시예에서는, 전극 테두리의 종판부의 두께를 얇게 함으로써 얻어지는 효과, 즉, 샤워 플레이트로부터 전극 플랜지로의 열 이동을 억제하는 효과를 검증하였다.
(종판부의 두께의 결정)
전극 테두리의 재료로서 하스텔로이(등록상표) 및 알루미늄(A6061)을 이용하는 2개의 경우를 참조해, 하스텔로이로 구성되는 두께 3 mm인 종판부의 열량과 마찬가지의 열량이 얻어지도록, 알루미늄으로 구성되는 종판부의 두께를 구하였다. 이때, 이하의 식을 이용하였다.
열량(Q) = 열 유속(q) × 면적(A)
열 유속(q) = (열 전도율(λ) / 높이(h)) × 온도 차(Δθ)
(조건 A1)
재질: 하스텔로이
열 전도율(λ): 15.5
두께: 3 mm
전주(全周) 길이(L): 일정
온도 차(Δθ): 일정
(조건 A2)
재질: 알루미늄(A6061)
열 전도율(λ): 237
두께: 0.16 mm
온도 차(Δθ): 일정
상기 조건 A1, A2로부터, 하스텔로이로 구성되는 종판부의 두께가 3 mm인 경우의 열 유속을 얻으려면, 알루미늄으로 구성되는 종판부의 두께를 0.16 mm로 설정할 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 다만, 두께 0.16 mm를 가지는 종판부를 알루미늄으로 형성하는 것은 제작이 곤란하다. 이 때문에, 종판부의 두께로서, 0.16 mm에 근사한 0.5 mm를 채용하였다.
(막 두께 분포의 평가)
다음으로, 두께 0.5 mm의 종판부가 채용된 전극 테두리 및 두께 1.0 mm의 종판부가 채용된 전극 테두리의 각각에 대해, 전극 테두리를 성막 장치(진공 처리 장치, 도 1∼도 3 참조)에 설치하여, 기판에 성막을 실시하고, 기판 상에 형성된 막 두께 분포의 평가를 실시하였다.
(조건 B1)
상판부의 두께: 6.0 mm
하판부의 두께: 6.0 mm
상판부의 하면과 하판부의 상면과의 사이의 거리: 20.5 mm
종판부의 두께: 1.0 mm
전극 테두리의 형상: 도 3에 도시한 형상.
(조건 B2)
상판부의 두께: 6.0 mm
하판부의 두께: 6.0 mm
상판부의 하면과 하판부의 상면과의 사이의 거리: 20.5 mm
종판부의 두께: 0.5 mm
전극 테두리의 형상: 도 3에 도시한 형상.
덧붙여, 조건 B1, B2에서는, 진공 처리 장치에서의 성막 조건을 동일하게 하였다. 조건 B1, B2의 각각에 의해, 아몰퍼스(amorphous) 실리콘막, 질화 규소막, 산화 규소막을 기판 상에 형성해, 각 막의 막 두께 분포를 얻었다. 또, 조건 B1, B2의 각각에서, 진공 처리 장치에서의 성막 처리에서는, 샤워 플레이트의 온도는, 400℃를 초과하였다.
조건 B1, B2의 각각에 대해, 막 두께 분포의 균일성(Uniformity)의 평가를 실시하였다.
그 결과, 이하의 결과를 얻을 수 있었다.
조건 B1에 의해 얻어진 아몰퍼스 실리콘막, 질화 규소막, 산화 규소막의 각각의 막 두께 분포의 균일성은, ±5%를 초과하였다. 이 결과, 조건 B1의 경우에서는, 막 두께 분포는 불균일하며, 소망한 균일성을 가지는 막 두께 분포를 얻을 수 없다고 판단하였다(평가 결과: 불량).
이 원인은, 종판부의 두께가 1.0 mm이기 때문에, 열이 종판부를 이동해, 샤워 플레이트로부터 전극 플랜지로의 열 이동을 충분히 억제할 수 없었다고 생각할 수 있다. 결과적으로, 샤워 플레이트의 주위 영역에서의 온도의 저하를 초래해, 샤워 플레이트의 온도 분포를 균일하게 하지 못하여, 이에 따라, 막 두께 분포의 불균일을 초래하였다고 생각할 수 있다.
조건 B2에 의해 얻어진 아몰퍼스 실리콘막, 질화 규소막, 산화 규소막의 각각의 막 두께 분포의 균일성은, ±5% 이하였다. 이 결과, 조건 B2의 경우에서는, 소망한 균일성을 가지는 막 두께 분포를 얻을 수 있다고 판단하였다(평가 결과: 양호).
이 원인은, 종판부의 두께가 0.5 mm이기 때문에, 종판부에서의 열의 이동이 억제되어, 샤워 플레이트로부터 전극 플랜지로의 열 이동을 억제할 수 있었다고 생각할 수 있다. 결과적으로, 샤워 플레이트의 주위 영역에서 온도가 저하하지 않고, 샤워 플레이트의 온도 분포를 균일하게 할 수 있어, 이에 따라, 막 두께 분포가 균일하게 되었다고 생각할 수 있다.
본 발명의 활용 예로서, 플라스마를 이용한 처리로서 성막, 특히 플라스마 CVD, 혹은, 에칭 등 기판에 대해 표면 처리를 실시하는 플라스마 처리 장치를 예로 들 수 있다.
100: 진공 처리 장치,
101: 처리실,
101a: 성막 공간,
101b: 가스 도입 공간(공간),
102: 진공 챔버,
102a: 저부(底部),
103: 절연 플랜지,
104: 전극 플랜지,
104a: 상면,
104E: 외주 영역(전극 플랜지),
104L: 하면(전극 플랜지),
105: 샤워 플레이트,
105a: 가스 분출구,
105F: 제1 면,
105S: 제2 면,
106: 절연 실드,
106a: 허용 공간,
106b: 간극,
107: 장착 플랜지,
108: 가동 샤프트,
109: 고정 샤프트,
110, 210: 전극 테두리(電極樺),
111: 지지 부재,
112, 212: 상판부(上板部),
112G: 상구(上溝),
112I: 상내측(上內側) 영역,
112P: 상측 변형부(변형부),
112R, 114R: 노출면,
112U, 212U: 상외측(上外側) 영역,
112X, 212X: 상외측면,
113, 213: 종판부(縱板部),
113A, 213A: 상측 고정단,
113B, 213B: 하측 고정단,
113D: 분할판부,
113DC: 각판부(角板部)(분할판부),
113DS: 평판부(平板部)(분할판부),
113F: 제1 분할판부(분할판부),
113FE: 제1 단,
113S: 제2 분할판부(분할판부),
113SE: 제2 단,
113T: 커버판부(분할판부, 제3 분할판부),
114, 214: 하판부(下版部),
114a, 120a: 씰면,
114G, 114GA, 114GB: 하구(下溝),
114I: 하내측(下內側) 영역,
114P: 하측 변형부(변형부),
114U, 214U: 하외측(下外側) 영역,
114X, 214X: 하외측면,
115: 지주(支柱),
117: 리플렉터(Reflector),
117a: 나사,
120: 슬라이드 플레이트,
121: 볼트,
141: 지지부(히터),
142: 가스 공급 장치,
145: 히터 지지 지주,
147: RF 전원,
148: 진공 펌프,
200: 진공 처리 장치,
C: 요부(凹部),
S: 기판,
T: 돌기.

Claims (5)

  1. 기판에 대해 플라스마 처리를 실시하는 진공 처리 장치에 있어서,
    챔버와,
    고주파 전원에 접속된 전극 플랜지와,
    상기 전극 플랜지로부터 이간해 대향하는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면을 가지고, 상기 전극 플랜지와 함께 음극을 구성하고, 평면시에서 구형 형상으로 형성된 샤워 플레이트와,
    상기 샤워 플레이트의 주위에 설치된 절연 실드와,
    상기 전극 플랜지에 접속되고, 알루미늄으로 구성된 전극 테두리와,
    상기 샤워 플레이트의 상기 제1 면에서의 주연부에 장착되고, 상기 샤워 플레이트의 열 팽창 및 열 수축에 기인하는 변형에 따라 상기 전극 테두리에 대해 슬라이드 가능하고, 상기 샤워 플레이트와 상기 전극 플랜지와 상기 전극 테두리로 둘러싸인 공간을 밀폐하는 슬라이드 플레이트와,
    상기 샤워 플레이트의 상기 제2 면이 노출하고, 상기 기판이 배치되는 처리실
    을 갖추고,
    상기 전극 테두리는,
    상기 전극 플랜지에 장착되고, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 상외측 영역을 가지는 상판부와,
    상기 슬라이드 플레이트의 일부와 접촉하는 접촉면을 가지고, 상기 상판부에 평행하게 연재하고, 평면시에서 테두리 형상으로 형성되고, 하외측 영역을 가지는 하판부와,
    상기 상판부의 상기 상외측 영역에 고정된 상측 고정단과, 상기 하판부의 상기 하외측 영역에 고정된 하측 고정단을 가지고, 상기 하판부로부터 상기 상판부를 향해 입설하고, 상기 상판부와 상기 하판부와의 사이에 고정되고, 상기 상판부 및 상기 하판부의 두께 보다 작은 두께를 가지는 종판부
    를 가지는 진공 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상판부의 상기 상외측 영역에는, 평면시에서 상기 테두리 형상에 따라 연재하는 동시에, 상기 종판부의 상기 상측 고정단이 삽입 고정되는 상구(上溝)가 설치되고,
    상기 종판부는, 상기 상판부의 상외측면에 형성된 상측 변형부에 의해, 상기 상구 내에 고정되어 있고,
    상기 하판부의 상기 하외측 영역에는, 평면시에서 상기 테두리 형상에 따라 연재하는 동시에, 상기 종판부의 상기 하측 고정단이 삽입 고정되는 하구(下溝)가 설치되고,
    상기 종판부는, 상기 하판부의 하외측면에 형성된 하측 변형부에 의해, 상기 하구 내에 고정되어 있는
    진공 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 종판부는, 평면시에서, 상기 테두리 형상에 따라 연재하도록 서로 연결한 복수의 분할판부를 가지고,
    상기 종판부는,
    상기 복수의 분할판부 중 하나로서, 제1 단을 가지는 제1 분할판부와,
    상기 복수의 분할판부 중 하나로서, 상기 제1 단의 옆에 위치하는 제2 단을 가지는 제2 분할판부와,
    상기 복수의 분할판부 중 하나로서, 상기 제1 단 및 상기 제2 단과 겹쳐지는 제3 분할판부
    를 가지고,
    상기 제1 분할판부, 상기 제2 분할판부, 및 상기 제3 분할판부는, 상기 상구 및 상기 하구에 고정되어 있는
    진공 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상판부의 상기 상외측 영역은, 상외측면을 가지고,
    상기 하판부의 상기 하외측 영역은, 하외측면을 가지고,
    상기 종판부의 상기 상측 고정단은, 상기 상외측면에 용접 고정되어 있고,
    상기 종판부의 상기 하측 고정단은, 상기 하외측면에 용접 고정되어 있는
    진공 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상판부는, 상기 상외측 영역 보다 내측에 위치하는 상내측 영역을 가지고,
    상기 하판부는, 상기 하외측 영역 보다 내측에 위치하는 하내측 영역을 가지고,
    상기 전극 테두리는, 상기 상내측 영역과 상기 하내측 영역과의 사이에 고정되는 동시에, 세라믹으로 형성된 복수의 지주를 가지는
    진공 처리 장치.
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