TWI798712B - 熱電偶導件以及陶瓷加熱器 - Google Patents

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Abstract

熱電偶導件32包括：直線管部33；彎曲管部34，連接至直線管部33，用以轉換直線管部33的方向而設置。彎曲管部34之中包括前端34e的既定的前端側部分34a的剖面的外部形狀是將圓的兩側直線地切下後的形狀。

Description

熱電偶導件以及陶瓷加熱器
本發明係有關於熱電偶導件以及陶瓷加熱器。
過去，陶瓷加熱器中廣為人知的是2區域加熱器，其將阻抗發熱體分別獨立地埋入具有晶圓載置面的圓盤狀陶瓷板的內周側及外周側。例如，專利文獻1中，揭露了如圖11所示的附軸陶瓷加熱器410。這個附軸陶瓷加熱器410以外周側熱電偶450量測陶瓷板420的外周側的溫度。熱電偶導件432是筒狀構件，在直立軸440的內部從下方筆直延伸到上方後彎曲成圓弧狀，方向轉了90°。這個熱電偶導件432安裝於陶瓷板420的背面當中設置於被直立軸440包圍的領域的狹縫426a。狹縫426a形成熱電偶通路426的入口部分。外周側熱電偶450插入到熱電偶導件432的筒內，到達熱電偶通路426的終端位置。
[先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：國際公開第2012/039453號小冊(圖11)
然而，因為陶瓷加熱器410中，要安裝熱電偶導件432，必須在陶瓷板上形成熱電偶導件432的外徑以上的寬度的狹縫426a。因此，會希望能減小狹縫的寬度。
本發明為了解決這樣的問題，主要的目的是縮小熱電偶通路的入口部分的寬度。
本發明的熱電偶導件，包括：直線狀的直線管部；以及彎曲管部，連接該直線管部，用以轉換該直線管部的方向而設置，該彎曲管部之中包括前端的既定的前端側部分的剖面的外部形狀是將圓的兩側直線地切下後的形狀。
這個熱電偶導件如以下使用。也就是，將熱電偶導件的前端部分配置於內藏阻抗發熱體的板的熱電偶通路入口部分，使細長的熱電偶通過直線管部及彎曲管部，將熱電偶導入熱電偶通路。這個熱電偶導件中，彎曲管部的包括前端的既定的前端側部分的剖面的外部形狀是將圓的兩側直線地切下後的形狀。也就是，熱電偶導件的前端側部分比直線管部細，因此能夠縮小熱電偶通路的入口部分的寬度。
本發明的熱電偶導件中，該前端側部分的剖面的外部形狀也可以是將圓以彼此相向的2根平行且長度相同的弦切下後的形狀。這樣一來，前端側部分中，能夠在孔的兩側使熱電偶導件的壁厚相等。
本發明的熱電偶導件中，該熱電偶導件也可以是無縫管。這樣一來，就不需要熔接複數的管。
本發明的熱電偶導件中，該直線管部中，包括基端的既定的基端側部分的孔，也可以形成朝向該基端逐漸擴大的錐面。這樣的話，將熱電偶插入熱電偶導件變得容易。
本發明的熱電偶導件中，該彎曲管部的曲率半徑也可以是15mm以上50mm以下，該彎曲管部的行程長度也可以是15mm以上50mm以下，該彎曲管部轉換該直線管部的方向之角度也可以在50°以上90°以下。
本發明的陶瓷加熱器，包括：圓盤狀的陶瓷板，具有晶圓載置面； 筒狀軸，接合至該陶瓷板之中與該晶圓載置面位於相反側的背面；內周側阻抗發熱體，埋設於該陶瓷板的內周部；外周側阻抗發熱體，埋設於該陶瓷板的外周部；附帶零件，包含該內周側阻抗發熱體的一對端子及該外周側阻抗發熱體的一對端子；長孔，在該陶瓷板的該背面之中從該筒狀軸的內側領域的起點延伸至該陶瓷板的外周部的終端位置；長溝，為該長孔的入口部分；以及上述任一態樣的本發明的熱電偶導件，該彎曲管部的該前端側部分配置於該長溝。
本發明的陶瓷加熱器比熱電偶導件的前端側部分更細。因此能夠將長溝的寬度保持得比較小。
本發明的陶瓷加熱器中，該長溝的長度可以設定成該彎曲管部的該前端側部分的長度以上。這樣一來，能夠容易地將熱電偶導件配置於長溝中。
本發明的陶瓷加熱器中，該彎曲管部的該前端側部分可以嵌入該長溝。這樣一來，能夠將長溝的寬度縮小到與前端側部分的寬度相同程度。
本發明的陶瓷加熱器中，也可以更包括：熱電偶，插入該熱電偶導件及該長孔。
10:陶瓷加熱器
20:陶瓷板
20a:晶圓載置面
20b:背面
20c:假想邊界
20d:軸內領域
22:內周側阻抗發熱體
22a,22b:端子
24:外周側阻抗發熱體
24a,24b:端子
26:長孔
26a:長溝
26e:終點位置
26s:起點
32:熱電偶導件
32a:導孔
33:直線管部
33a:基端側部分
33s:基端
34:彎曲管部
34a:前端側部分
34e:前端
40:筒狀軸
42a,42b,44a,44b:供電棒
48:內周側熱電偶
48a:測溫部
49:凹部
50:外周側熱電偶
50a:測溫部
410:附軸陶瓷加熱器
420:陶瓷板
426:熱電偶通路
426a:狹縫
432:熱電偶導件
440:直立軸
450:外周側熱電偶
P1:上側板
P2:下側板
W:晶圓
Z1:內周側區域
Z2:外周側區域
圖1係陶瓷加熱器10的立體圖。
圖2係圖1的A-A剖面圖。
圖3係圖2的X部分的放大圖。
圖4係圖3的C-C剖面圖。
圖5係圖1的B-B剖面圖。
圖6係熱電偶導件32的立體圖。
圖7係熱電偶導件32的正視圖。
圖8係熱電偶導件32的底視圖。
圖9係圖8的D-D剖面放大圖。
圖10係圖8的E-E剖面圖。
圖11係陶瓷加熱器410的剖面圖。
[用以實施發明的形態]
以下一邊參照圖式，一邊說明本發明較佳的實施型態。圖1係陶瓷加熱器10的立體圖。圖2係圖1的A-A剖面圖。圖3係圖2的X部分的放大圖。圖4係圖3的C-C剖面圖。圖5係圖1的B-B剖面圖。圖6熱電偶導件32的立體圖。圖7係熱電偶導件32的正視圖。圖8係熱電偶導件32的底視圖。圖9係圖8的D-D剖面放大圖。圖10係圖8的E-E剖面圖。
陶瓷加熱器10用以加熱實施蝕刻或CVD處理的晶圓W，設置於未圖示的真空腔室內。這個陶瓷加熱器10具備圓盤狀的陶瓷板20、筒狀軸40。陶瓷板20具有晶圓載置面20a。筒狀軸40接合到與陶瓷板20的晶圓載置面20a相反側的面(背面)20b。
陶瓷板20是由氮化鋁、氧化鋁等典型的陶瓷材料組成的圓盤狀的板。陶瓷板20的直徑並沒有特別限定，但在200~400mm(例如300mm左右)。陶瓷板20被陶瓷板20及同心圓狀的假想邊界20c(參照圖4)分成小圓形的內周側區域Z1、圓環狀的外周側區域Z2。陶瓷板20的內周側區域Z1中埋設了內周側阻抗發熱體22。外周側區域Z2中埋設了外周側阻抗發熱體24。兩阻抗發熱體22、24例如都是由具有例如鉬、鎢或碳化鎢作為主要成分的線圈組成。陶瓷板20如圖2所示，藉由將上側板P1及比該上側板P1更薄的下側板P2面接合而製成。
筒狀軸40是由與陶瓷板20相同的氮化鋁、氧化鋁等的陶瓷形成。 筒狀軸40的上端擴散接合至陶瓷板20。
內周側阻抗發熱體22如圖5所示，形成從一對的端子22a、22b中的一者開始，以一筆劃的要領以複數的折疊部折疊並配線在內周側區域Z1的幾乎全域後，到達一對的端子22a、22b中的另一者。一對的端子22a、22b設置於軸內領域20d(陶瓷板20的背面20b中的筒狀軸40的內側領域)。一對的端子22a、22b分別接合了金屬製(例如Ni製)的供電棒42a、42b。
外周側阻抗發熱體24，如圖5所示，形成從一對的端子24a、24b中的一者開始，以一筆劃的要領以複數的折疊部折疊並配線在外周側區域Z2的幾乎全域後，到達一對的端子24a、24b中的另一者。一對的端子24a、24b設置於陶瓷板20的背面20b的軸內領域20d。一對的端子24a、24b分別接合了金屬製(例如Ni製)的供電棒44a、44b。
陶瓷板20的內部，如圖2所示，插入外周側熱電偶50用的長孔26與晶圓載置面20a平行設置。長孔26是在陶瓷板20的背面20b中從軸內領域20d的起點26s到陶瓷板20的外周部的既定的終端位置26e。長孔26中，從起點26s到與筒狀軸40的交界為止的部分如圖3、4所示，形成用以將熱電偶導件32的前端側部分34a嵌入的長溝26a。長溝26a開口於筒狀軸40的內部空間41。端子22a、22b、24a、24b是軸內領域20d，設置於長溝26a以外的位置。
熱電偶導件32是對1根的金屬製(例如不鏽鋼製)的無縫管施加彎曲加工而成，如圖6~8所示，具備直線管部33、彎曲管部34、導孔32a。直線管部33如圖7所示，是垂直狀延伸的部分。彎曲管部34如圖7所示，是將前端34e相對直線管部33轉向角度θ的圓弧狀的部分。角度θ是彎曲管部34的中心軸的前端的切線與直線管部33的中心軸形成的角度。如圖3所示，彎曲管部34之中從前端34e到至少嵌入長溝26a的部分的領域稱為前端側部分34a。熱電偶導件32的前端34e也可以只單純嵌入長溝26a內，也可以接合或黏合於長溝26a。前端側部分 34a的剖面的外部形狀，如圖9所示，是將圓的兩側以直線切下後的形狀，具體來說，是將圓的兩側以彼此相向的2條平行且長度相同的弦切下後的形狀。導孔32a是用以將外周側熱電偶50導引至長孔26的孔。導孔32a的包括基端33s的既定範圍的基端側部分33a中，如圖10所示形成朝向基端33s逐漸擴大的錐面。
熱電偶導件32的前端側部分34a(剖面的外部形狀是將圓的兩端以直線切下後的形狀)以外的地方的外徑在4.9mm以上5.1mm以下為佳，內徑(基端側部分33a以外的導孔32a的直徑)在2.9mm以上3.1mm以下為佳。彎曲管部34的曲率半徑R、行程長度S(從彎曲管部34的前端34e至直線管部33的中心軸的水平距離)以及角度θ，考慮在熱電偶導件32安裝於陶瓷加熱器10時佔內部空間41的熱電偶導件32的比例來設定為佳。例如，曲率半徑R在20mm以上50mm以下為佳，在20mm以上30mm以下更佳。行程長度S在15mm以上50mm以下為佳，在20mm以上30mm以下更佳。角度θ在50°以上90°為佳。
熱電偶導件32之中，前端側部分34a及基端側部分33a以外的部分的壁厚T2(參照圖4)在0.9mm以上1.1mm以下為佳。前端側部分34a的剖面的彼此相向的平面之間的寬度β(參照圖4)，考慮縮小長溝26a的寬度α(參照圖4)來設定為佳。前端側部分34a的壁厚最薄的地方的壁厚T1(參照圖4)，設定成具有這個地方不會破損的程度的剛性或強度為佳。例如，寬度β在3.5mm以上3.7mm以下為佳，壁厚T1在0.2mm以上0.4mm以下為佳。前端側部分34a如圖3、4所示嵌入長溝26a。長溝26a的水平方向的長度L1，如圖3所示，設定成前端側部分34a的水平方向的長度L2以上為佳。長溝26a的寬度α如圖4所示，設定成與前端側部分34a的寬度β相同程度使得前端側部分34a嵌入為佳。
在筒狀軸40的內部，如圖2所示，配置了與內周側阻抗發熱體22的一對端子22a和22b分別連接的供電棒42a和42b、以及與外周側阻抗發熱體24的一對端子24a和24b分別連接的供電棒44a和44b。筒狀軸40的內部，也配置了用 以測量陶瓷板20的中央附近的溫度的內周側熱電偶48、或用以量測陶瓷板20的外周附近的溫度的外周側熱電偶50。內周側的熱電偶48被插入陶瓷板20的背面20b上設置的凹部49中，前端的測溫部48a與陶瓷板20接觸。凹部49設置在不妨礙各個端子22a、22b、24a、24b或長槽26a的位置。外周側熱電偶50為護套熱電偶，其穿過熱電偶導件32的導孔32a和長孔26，前端的測溫部50a到達長孔26的終端位置26e。
接著，說明陶瓷加熱器10的製造例。熱電偶導件32在陶瓷加熱器10的製造步驟的最後階段安裝。在將筒狀軸40接合到陶瓷板20的背面20b，並將供電棒42a、42b、44a、44b接合到暴露在陶瓷板20的背面20b上的每個端子22a、22b、24a、24b後，安裝熱電偶導件32。具體來說，將熱電偶導件32的前端側部分34a嵌入長溝26a。此後，將外周側熱電偶50插入熱電偶導件32的導孔32a，使測溫部50a到達長孔26的終端位置26e。
接著，說明陶瓷加熱器10的使用例。首先，設置陶瓷加熱器10於未圖示的真空腔室內，將晶圓W載置於該陶瓷加熱器10的晶圓載置面20a。然後，調整供給內周側阻抗發熱體22的電力，使得內周側熱電偶48所檢測出的溫度成為預定的內周側目標溫度，且同時調整供給外周側阻抗發熱體24的電力，使得外周側熱電偶50所檢測出的溫度成為預定的外周側目標溫度。藉此，晶圓W的溫度被控制成為希望的溫度。然後，設定真空腔室內成為真空或減壓，在真空腔室內產生電漿，利用電漿對晶圓W進行CVD成膜或蝕刻。
以上說明的本實施型態的熱電偶導件32中，包含彎曲管部34的前端34e的既定的前端側部分34a的剖面的外部形狀是將圓的兩側以直線切下後的形狀。也就是，熱電偶導件32的前端側部分34a比直線管部33更細。因此，能夠縮小長溝26a的寬度α。
又，本實施型態的熱電偶導件32中，前端側部分34a的剖面的外 部形狀，是將圓以彼此相向的2根平行且長度相同的弦切下後的形狀。因此前端側部分34a中，能夠使熱電偶導件32的壁厚在導孔32a的兩側相等。
又，本實施型態的熱電偶導件32中，因為熱電偶導件32是無縫管，因此不需要熔接複數的管。
然後，本實施型態的熱電偶導件32中，直線管部33之中，包含基端33s的既定的基端側部分33a的導孔32a形成朝向基端33s逐漸擴大的錐面。因此，容易將外周側熱電偶50插入熱電偶導件32。
然後，本實施型態的陶瓷加熱器10中，長溝26a的長度設定為彎曲管部34的前端側部分34a的長度以上。因此，能夠容易地將熱電偶導件32配置於長溝26a中。
然後，彎曲管部34的前端側部分34a嵌入長溝26a。因此，能夠將長溝26a的寬度α縮小到與前端側部分34a的寬度β相同程度。
另外，本發明並沒有任何限定於上述的實施型態，只要屬於本發明的技術範圍，就能夠以各種態樣來實施。
例如，上述實施型態中，將兩阻抗發熱體22、24做成線圈狀，特別是不限定於線圈狀，也可以例如是印刷圖樣，也可以是絲帶或網目形狀。
上述實施型態中，陶瓷板20中除了阻抗發熱體22、24，也可以內藏了靜電電極或RF電極。
上述實施型態中，也可以在內周側阻抗發熱體22及外周側阻抗發熱體24之間設置1個以上的環狀領域，並將阻抗發熱體配置於各環狀領域。
上述實施型態中，將熱電偶導件32的上下方向的長度做成與筒狀軸40的高度幾乎相同，但也可以比筒狀軸40的高度短，也可以比較長。
上述實施型態中，也可以將內周側區域Z1分成複數的內周側小區域，對每一內周側小區域以一筆劃的要領折疊配置阻抗發熱體。又，也可以 將外周側區域Z2分成複數的外周側小區域，對每一外周側小區域以一筆劃的要領配置阻抗發熱體。端子的數目雖因應小區域的數目增加，但這些端子不干涉熱電偶導件32，因此即使端子的數目變多，也能夠比較容易地配置於軸內領域20d的中央附近
上述實施型態中，將筒狀軸40接合至陶瓷板20的背面20b，將供電棒42a、42b、44a、44b分別接合至陶瓷板20的端子22a、22b、24a、24b之後，安裝熱電偶導件32的步驟，但安裝步驟不限定於此。例如，也可以將筒狀軸40接合至陶瓷板20的背面20b，並安裝熱電偶導件32後，再將供電棒42a、42b、44a、44b分別接合至陶瓷板20的端子22a、22b、24a、24b。又，也可以將熱電偶導件32預先安裝至長溝26a，並將供電棒42a、42b、44a、44b分別接合至端子22a、22b、24a、24b後，再將筒狀軸40接合至陶瓷板20的背面20b。
本申請案是以2020年6月12日提出申請的日本專利申請案第2020-102175號為優先權主張的基礎，藉由引用將其內容全部包含於本說明書中。
32:熱電偶導件
32a:導孔
33:直線管部
33a:基端側部分
33s:基端
34:彎曲管部
34a:前端側部分
34e:前端

Claims (8)

  1. 一種熱電偶導件，包括：直線狀的直線管部；以及彎曲管部，連接該直線管部，用以轉換該直線管部的方向而設置，該彎曲管部之中，包括前端的既定的前端側部分的剖面的外部形狀，是將圓的兩側以直線狀切下而與包括該彎曲管部的中心軸的面平行的形狀，其中包括該前端側部分的該彎曲管部的剖面的內部形狀，是通過該彎曲管部的整體而大致相同直徑的圓。
  2. 如請求項1之熱電偶導件，其中該前端側部分的剖面的外部形狀，是將圓以彼此相向的2根平行且長度相同的弦切下的形狀。
  3. 如請求項1之熱電偶導件，其中該熱電偶導件是無縫管。
  4. 如請求項1之熱電偶導件，其中該彎曲管部的曲率半徑在15mm以上50mm以下，該彎曲管的行程長度在15mm以上50mm以下，該彎曲管部轉換該直線管部的朝向之角度在50°以上90°以下。
  5. 一種陶瓷加熱器，包括：圓盤狀的陶瓷板，具有晶圓載置面；筒狀軸，接合至該陶瓷板之中與該晶圓載置面位於相反側的背面；內周側阻抗發熱體，埋設於該陶瓷板的內周部；外周側阻抗發熱體，埋設於該陶瓷板的外周部；附帶零件，包含該內周側阻抗發熱體的一對端子及該外周側阻抗發熱體的一對端子；長孔，在該陶瓷板的該背面之中從該筒狀軸的內側領域的起點延伸至該陶瓷板的外周部的終端位置；長溝，為該長孔的入口部分；以及 如請求項1至4任一項之熱電偶導件，該彎曲管部的該前端側部分配置於該長溝。
  6. 如請求項5之陶瓷加熱器，其中該長溝的長度設定在該彎曲管部的該前端側長度以上。
  7. 如請求項5或6之陶瓷加熱器，其中該彎曲管部的該前端部分嵌入該長溝。
  8. 如請求項5或6之陶瓷加熱器，更包括：熱電偶，插入該熱電偶導件及該長孔。
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