WO2013169019A1 - 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조 - Google Patents

세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조 Download PDF

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WO2013169019A1
WO2013169019A1 PCT/KR2013/004060 KR2013004060W WO2013169019A1 WO 2013169019 A1 WO2013169019 A1 WO 2013169019A1 KR 2013004060 W KR2013004060 W KR 2013004060W WO 2013169019 A1 WO2013169019 A1 WO 2013169019A1
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WO
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electrode
ceramic heater
generating electrode
connecting structure
ceramic
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/004060
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French (fr)
Inventor
박한조
김윤호
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주식회사 케이에스엠컴포넌트
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Publication date
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    • H05B3/08—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders having electric connections specially adapted for high temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible

Definitions

  • the present invention relates to an electrode connecting structure for a ceramic heater, and in particular, a contact area between an electrostatic generating electrode and a connecting member is sufficiently secured, and a ceramic heater for maintaining a stable electrical connection between the electrostatic generating electrode and the connecting member even at high temperatures. It relates to an electrode connecting structure.
  • a ceramic heater is an apparatus for heating a semiconductor wafer during a process of manufacturing a semiconductor, and an example of such a ceramic heater 1 is shown in FIG.
  • the ceramic heater 1 is a ceramic substrate 2 which is a circular flat plate member manufactured using a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ; aluminum oxide), and the ceramic.
  • a hollow shaft 3 attached to the lower surface of the substrate 2, a heating wire 4 wired inside the ceramic substrate 2 to dissipate heat, and wired inside the ceramic substrate 2.
  • a mesh-shaped metal member which is disposed in the hollow of the hollow shaft 3 and generates static electricity for generating static electricity for adsorbing the semiconductor wafer, and supplies electricity to the heating wire 4.
  • a first electric supply member 6 which is a rod member, a first connection member 8 which connects the first electric supply member 6 and the heating wire 4, and the hollow shaft 3.
  • the lower surface of the electrostatic generating electrode 5 was in direct contact with the upper surface of the second connecting member 9 in a raised state.
  • the ceramic heater 1 does not have a relatively large contact area between the electrostatic generating electrode 5 and the second connecting member 9, and thus, the electrostatic generating electrode 5 and the second connecting member 9. Since the electrical resistance of the liver increases, there is a problem that the product life is shortened and the required electrical performance is not satisfied.
  • the ceramic heater 1 has a ceramic sintering temperature of 1500 ° C. or higher at the time of manufacturing the ceramic heater 1, and the ceramic heater 1 is considered to have a temperature of 500 ° C. or higher at the time of use of the ceramic heater 1. ), A gap between the electrostatic generating electrode 5 and the second connecting member 9 is generated due to the high heat generated during manufacture or use thereof, and thus the bonding force is lowered, whereby the electrostatic generating electrode 5 and There is also a problem that a local heat generation or arcing phenomenon occurs due to poor contact between the second connecting member (9).
  • the present invention has been made to solve the above problems, the object is to ensure a sufficient contact area between the electrostatic generating electrode and the connecting member, structure so that stable electrical connection between the electrostatic generating electrode and the connecting member can be maintained even at high temperature To provide an improved electrode connecting structure for a ceramic heater.
  • the electrode connecting structure for a ceramic heater according to the present invention is used for a ceramic heater, and the mesh-shaped electrostatic generating electrode wired inside the ceramic substrate of the ceramic heater, and the electrostatic generating electrode
  • it characterized in that it comprises a connection member to which the electrical supply member is coupled.
  • connection member is a cylindrical metal member.
  • the receiving groove is formed in a linearly extending state, and the one extending in the horizontal direction and the one extending in the vertical direction are perpendicular to each other.
  • the electrostatic generating electrode is preferably inserted into the receiving groove of the connection member by interference fit.
  • the electrostatic generating electrode is preferably inserted into an interference fit only in a part of the plurality of receiving grooves.
  • the receiving groove which is forcibly fitted with the electrostatic generating electrode preferably intersect with each other near the center of one end of the connecting member.
  • connection member is preferably a metal member having a coefficient of thermal expansion within an error range of ⁇ 3.0 * 10 -6 * K -1 from the coefficient of thermal expansion of the ceramic substrate.
  • connection member is preferably a metal member having a thermal expansion coefficient within an error range of ⁇ 1.0 * 10 ⁇ 6 * K ⁇ 1 from the thermal expansion coefficient of the electrostatic generating electrode.
  • the present invention by including a connecting member provided with a plurality of receiving grooves formed in the form of a grid so that the net-shaped electrostatic generating electrode can be inserted, the contact area between the electrostatic generating electrode and the connecting member is sufficiently secured, high temperature In this case, there is an effect that a stable electrical connection between the electrostatic generating electrode and the connection member can be maintained.
  • FIG. 1 is a sectional perspective view showing a conventional ceramic heater.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating an example of a connecting structure between the static electricity generating electrode and the second connecting member illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view illustrating a state in which the static electricity generating electrode and the second connection member illustrated in FIG. 2 are coupled to each other.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating an electrode connecting structure for a ceramic heater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of the connecting member shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a coupling of the electrode connecting structure for the ceramic heater illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 7 is a front view of the electrode connecting structure for the ceramic heater shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a plan view of the electrode connecting structure for the ceramic heater shown in FIG. 6.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating an electrode connecting structure for a ceramic heater according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view of the connecting member shown in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a coupled perspective view of the electrode connecting structure for the ceramic heater illustrated in FIG. 9.
  • FIG. 12 is a front view of the electrode connecting structure for the ceramic heater shown in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a plan view of the electrode connecting structure for the ceramic heater illustrated in FIG. 11.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating an electrode connecting structure for a ceramic heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a plan view of the connection member illustrated in FIG. 4.
  • 6 is a perspective view illustrating a coupling of the electrode connecting structure for the ceramic heater illustrated in FIG. 4.
  • an electrode connecting structure for a ceramic heater is an electrode connecting structure used for a ceramic heater for heating a semiconductor wafer.
  • the electrostatic generating electrode 5, the electric supply member 7, and the connecting member 100 are configured.
  • the electrode connecting structure is used in the ceramic heater 1 shown in FIG.
  • the ceramic substrate 2 of the ceramic heater 1 has a coefficient of thermal expansion of 4.4 * 10. -6 * K -One sign Aluminum nitride (AlN) or thermal expansion coefficient 8.0 * 10 -6 * K -One sign Aluminum oxide (Al 2 O 3 ; It may be manufactured using a ceramic material such as aluminum oxide). In this embodiment, aluminum nitride (AlN) is used.
  • the electrostatic generating electrode 5 is a mesh-shaped member made of a conductive metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W) and is wired inside the ceramic substrate 2.
  • Mo molybdenum
  • W tungsten
  • the thermal expansion coefficient of molybdenum (Mo) has a value of 5.1 * 10 ⁇ 6 * K ⁇ 1
  • the thermal expansion coefficient of tungsten (W) has a value of 5.4 * 10 ⁇ 6 * K ⁇ 1
  • the electrostatic generating electrode 5 is made of molybdenum (Mo).
  • the electrostatic generating electrode 5 has a network structure in which a plurality of linear holes L having a rectangular cross section are arranged in a horizontal direction and a vertical direction and are orthogonal to each other, where a plurality of rectangular holes H are formed.
  • the widths W1 of the linear members L all have the same value.
  • the electricity supply member 7 is a member for supplying electricity to the electrostatic generating electrode 5, and is made of a rod made of a conductive metal such as nickel (Ni), and the hollow shaft 3 It is arranged inside the hollow.
  • the thermal expansion coefficient of nickel (Ni) has a value of 13.3 * 10 ⁇ 6 * K ⁇ 1 .
  • connection member 100 is a cylindrical metal member for connecting the upper end of the electrostatic generating electrode 5 and the electricity supply member 7 to each other, and a conductive metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W). It is a material and is inserted in the lower surface of the ceramic substrate 2.
  • Mo molybdenum
  • W tungsten
  • connection member 100 is made of molybdenum (Mo), which is a metal having the same material as the electrostatic generating electrode 5. Therefore, the thermal expansion coefficient of the connection member 100 has the same value as the thermal expansion coefficient of the electrostatic generating electrode 5 and is larger by 0.7 * 10 ⁇ 6 * K ⁇ 1 than the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 2. Has a value.
  • Mo molybdenum
  • the upper surface 11 of the connecting member 100 is provided with a plurality of receiving grooves 10a and 10b formed in a grid so that the net-shaped electrostatic generating electrode 5 can be inserted therein.
  • the receiving grooves 10a and 10b are open at the top so that the linear member L of the electrostatic generating electrode 5 can be inserted from the upper side to the lower side.
  • the accommodating grooves 10a and 10b are rectangular grooves, which extend linearly in a direction crossing the upper surface 11 of the connection member 100, and a horizontal accommodating groove 10a extending in the horizontal direction.
  • the longitudinal receiving groove 10b is perpendicular to each other by the horizontal receiving groove 10a by extending in the vertical direction.
  • the receiving grooves 10a and 10b protrude from the upper surface 11 of the connecting member 100 and are spaced apart by predetermined intervals W2 and W3 along the horizontal and vertical directions. It is formed by a plurality of rectangular projections (20). Therefore, the receiving grooves 10a and 10b have a width equal to the spaced intervals W2 and W3 of the protrusion 20.
  • the protrusion 20 is inserted into a rectangular hole H of the electrostatic generating electrode 5.
  • the widthwise receiving groove 10a is formed such that the width W2 of the one arranged in two rows is smaller than the width W3 of the one arranged in one and three rows.
  • the longitudinal receiving groove 10b is formed such that the width W2 of the one arranged in the second row is smaller than the width W3 of the one arranged in the first and third rows.
  • the width W2 of the pair of receiving grooves 10a and 10b arranged in the second row and the second column is defined by the electrostatic generating electrode 5. It is formed smaller than the width W1 of the linear member L of the electrostatic generating electrode 5 so as to be inserted into the interference fit 10a, 10b by interference fit.
  • the interference fit is so-called shrinkage fitting or cold in a state in which the width W2 of the accommodation grooves 10a and 10b is not formed smaller than the width W1 of the linear member L. It may also be carried out by a driving method.
  • the width W3 of the remaining receiving grooves 10a and 10b except for the receiving grooves 10a and 10b disposed in the second row and the second column is such that the electrostatic generating electrode 5 has the remaining receiving grooves 10a and 10b. It is formed larger than the width W1 of the linear member L of the electrostatic generating electrode 5 so that it can be easily inserted into it.
  • the electrostatic generating electrode 5 is inserted into the fitting groove only in the receiving grooves 10a and 10b arranged in the two rows and two columns that cross each other near the center of the upper surface 11 of the connecting member 100. .
  • the connecting member 100 is disposed in the raw material powder of the ceramic substrate 2 before the sintering of the ceramic substrate 2 together with the electrostatic generating electrode 5 inserted into the receiving grooves 10a and 10b.
  • the ceramic substrate 2 is fixed to the inside of the ceramic substrate 2 by sintering the ceramic substrate 2.
  • an upper end of the electric supply member 7 is brazed to the lower surface 12 of the connection member 100, and the connection member 100 and the electric supply member 7 are bonded to each other. Brazing between) is performed after sintering the ceramic substrate 2.
  • the electrode connecting structure for a ceramic heater having the above-described configuration may include a connecting member having a plurality of receiving grooves 10a and 10b formed in a grid so that the net-shaped electrostatic generating electrode 5 can be inserted therein ( 100, the contact area between the electrostatic generating electrode 5 and the connecting member 100 is sufficiently secured, as compared with the conventional electrode connecting structure for ceramic heaters shown in FIGS. Since the electrical resistance between the electrostatic generating electrode 5 and the connection member 100 is reduced, the product life is long and the electrical performance is excellent.
  • the electrode connecting structure for the ceramic heater includes a connection member 100 having the receiving grooves 10a and 10b into which the static electricity generating electrode 5 can be inserted, and thus, the receiving groove 10a.
  • the static electricity generating electrode 5 is simply placed on the upper surface of the second connecting member 9. There is an advantage in that the bonding force between the electrostatic generating electrode 5 and the connection member 100 is excellent.
  • the electrode connecting structure for the ceramic heater since the connecting member 100 is a cylindrical metal member including a flat upper surface 11, a lower surface 12 and a round side surface, the raw material of the connecting member 100 It has the advantage of easy feeding and processing.
  • the electrode connecting structure for the ceramic heater, the receiving groove (10a, 10b) is formed in a state that extends linearly on the upper surface of the connecting member 100, and extending in the horizontal direction (10a) and vertical Since the extending portions 10b are orthogonal to each other, machining for forming the receiving grooves 10a and 10b is easy, and the interference fit between the electrostatic generating electrode 5 and the receiving grooves 10a and 10b is prevented. This has the advantage of being easy.
  • the ceramic heater 1 is manufactured. Due to the high heat generated during use or use, the gap between the electrostatic generating electrode 5 and the connecting member 100 does not occur so that the bonding force is not lowered, thereby the contact between the electrostatic generating electrode 5 and the connecting member 100 is reduced. There is a merit that local heating or arcing does not occur due to a defect.
  • the electrode connecting structure for the ceramic heater as shown in Figure 8, as long as the electrostatic generating electrode 5 is disposed in the second row and second column which is part of the plurality of receiving grooves (10a, 10b). Since only a pair of the receiving grooves 10a and 10b is inserted into the interference fit, the manufacturing error of the electrostatic generating electrode 5 is compared with the case of the interference fitting of the accommodation grooves 10a and 10b arranged in all rows and columns. Even if there is a deformation error, the electrostatic generating electrode 5 may be easily inserted into and coupled to the plurality of receiving grooves 10a and 10b.
  • the electrode connecting structure for the ceramic heater is a metal member having a coefficient of thermal expansion of the connection member 100 within an error range of ⁇ 3.0 * 10 ⁇ 6 * K ⁇ 1 from the coefficient of thermal expansion of the ceramic substrate 2.
  • the connection member 100 is thermally expanded due to high heat generated during manufacture or use of the ceramic heater 1, the ceramic substrate 2 is not damaged due to thermal stress.
  • the electrode connecting structure for the ceramic heater is a metal member having a coefficient of thermal expansion of the connection member 100 within an error range of ⁇ 1.0 * 10 ⁇ 6 * K ⁇ 1 from the coefficient of thermal expansion of the electrostatic generating electrode 5. Therefore, even if the connection member 100 is thermally expanded due to high heat generated during the manufacture or use of the ceramic heater 1, the interference fit between the electrostatic generating electrode 5 and the receiving grooves (10a, 10b) is Since it is not loose, there is an advantage that a stable electrical connection between the static electricity generating electrode 5 and the connecting member 100 can be maintained.
  • FIG. 9 illustrates a connection member 200 of an electrode connecting structure for a ceramic heater according to another embodiment of the present invention, wherein the widths W4 of the receiving grooves 10a and 10b of the connection member 200 are all the same.
  • the electrostatic-generating electrode 5 is formed smaller than the width W1 of the linear member L of the electrostatic-generating electrode 5 so as to be inserted by interference fit, the above-described connection member ( Different from 100).
  • connection member 200 When the connection member 200 is used, all of the receiving grooves 10a and 10b are coupled to the electrostatic generating electrode 5 by interference fit, so that the connection member 200 is compared with the connection member 100 described above. ) And the bonding force between the electrostatic generating electrode 5 is better, and the contact area between the electrostatic generating electrode 5 and the connecting member 200 increases.
  • the connection member 200 when there is a manufacturing error or deformation error of the electrostatic generating electrode 5, the coupling operation between the electrostatic generating electrode 5 and the receiving grooves 10a and 10b may be performed. There is a problem that can be difficult.

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Abstract

본 발명은 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조에 관한 것으로서, 세라믹 히터에 사용되며, 상기 세라믹 히터의 세라믹 기판의 내부에 배선되는 그물망 형상의 정전기 발생 전극과, 상기 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재를 서로 연결하기 위한 커넥팅 구조로서, 상기 세라믹 기판에 삽입되는 금속 부재로서, 일단부에는 상기 그물망 형상의 정전기 발생 전극이 삽입될 수 있도록 격자 형태로 형성된 복수 개의 수용홈이 마련되어 있으며, 타단부에는 상기 전기 공급 부재가 결합되는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 정전기 발생 전극과 상기 연결 부재 간의 접촉 면적이 충분히 확보되며, 고온에서도 상기 정전기 발생 전극과 상기 연결 부재 간의 안정적인 전기 접속이 유지될 수 있는 효과가 있다.

Description

세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조
본 발명은 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조에 관한 것으로서, 특히 정전기 발생 전극과 연결 부재 간의 접촉 면적이 충분히 확보되며, 고온에서도 상기 정전기 발생 전극과 상기 연결 부재 간의 안정적인 전기 접속이 유지될 수 있는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조에 관한 것이다.
세라믹 히터(ceramic heater)는, 반도체를 제조하는 공정 중에 반도체 웨이퍼(wafer)를 가열하기 위한 장치인데, 도 1에는 그러한 세라믹 히터(1)의 일례가 도시되어 있다.
상기 세라믹 히터(1)는, 질화알루미늄(AlN; aluminium nitride) 또는 산화알루미늄(Al2O3; aluminium oxide)등의 세라믹 소재를 이용하여 제조되는 원형 평판 부재인 세라믹 기판(2)과, 상기 세라믹 기판(2)의 하면에 부착되는 중공형 새프트(3)와, 상기 세라믹 기판(2)의 내부에 배선되어 열을 발산하는 열선(4)과, 상기 세라믹 기판(2)의 내부에 배선되는 그물망(mesh) 형상의 금속 부재로서, 상기 반도체 웨이퍼를 흡착하기 위한 정전기를 발생시키는 정전기 발생 전극(5)과, 상기 중공형 새프트(3)의 중공에 배치되며 열선(4)에 전기를 공급하는 로드 부재인 제1 전기 공급 부재(6)와, 상기 제1 전기 공급 부재(6)와 상기 열선(4)을 연결시켜 주는 제1 연결 부재(8)와, 상기 중공형 새프트(3)의 중공에 배치되며 상기 정전기 발생 전극(5)에 전기를 공급하는 로드 부재인 제2 전기 공급 부재(7)와, 상기 제2 전기 공급 부재(7)와 상기 정전기 발생 전극(5)을 연결시켜 주는 제2 연결 부재(9)를 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 세라믹 히터(1)는, 상기 열선(4)에 의하여 상기 반도체 웨이퍼를 가열하고, 상기 정전기 발생 전극(5)에 의하여 발생되는 정전기를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼를 흡착하여 고정하게 된다.
종래의 세라믹 히터(1)에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정전기 발생 전극(5)의 하면이 상기 제2 연결 부재(9)의 상면에 올려진 상태로 직접 접촉되어 있었다.
그러나, 상기 세라믹 히터(1)는, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 제2 연결 부재(9)의 접촉 면적이 비교적 크지 않아, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 제2 연결 부재(9) 간의 전기적 저항이 증가하여, 제품 수명이 단축되고 요구되는 전기적 성능이 만족되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기 세라믹 히터(1)는, 상기 세라믹 히터(1)의 제조시 세라믹 소결 온도가 1500℃ 이상이며 상기 세라믹 히터(1)의 사용시 온도가 500℃ 이상인 점을 고려할 때, 상기 세라믹 히터(1)의 제조시 또는 사용시에 발생하는 고열에 의하여, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 제2 연결 부재(9) 간의 간극(gap)이 발생하여 접합력이 저하됨으로써, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 제2 연결 부재(9) 간의 접촉 불량으로 인한 국부적 발열이나 아킹(arcing) 현상이 발생하는 문제점도 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 정전기 발생 전극과 연결 부재 간의 접촉 면적이 충분히 확보되며, 고온에서도 상기 정전기 발생 전극과 상기 연결 부재 간의 안정적인 전기 접속이 유지될 수 있도록 구조가 개선된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조를 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 세라믹 히터에 사용되며, 상기 세라믹 히터의 세라믹 기판의 내부에 배선되는 그물망 형상의 정전기 발생 전극과, 상기 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재를 서로 연결하기 위한 커넥팅 구조로서, 상기 세라믹 기판에 삽입되는 금속 부재로서, 일단부에는 상기 그물망 형상의 정전기 발생 전극이 삽입될 수 있도록 격자 형태로 형성된 복수 개의 수용홈이 마련되어 있으며, 타단부에는 상기 전기 공급 부재가 결합되는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연결 부재는, 원기둥 형상의 금속 부재인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수용홈은, 직선적으로 연장된 상태로 형성되며, 가로 방향으로 연장된 것과 세로 방향으로 연장된 것이 서로 직교하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 정전기 발생 전극은, 상기 연결 부재의 수용홈에 억지 끼워 맞춤으로 삽입되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 정전기 발생 전극은, 상기 복수 개의 수용홈들 중 일부에만 억지 끼워 맞춤으로 삽입되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 정전기 발생 전극과 억지 끼워 맞춤되는 수용홈은, 상기 연결 부재의 일단부 중심 부근에서 서로 교차하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 연결 부재는, 상기 세라믹 기판의 열팽창 계수로부터 ±3.0*10-6*K-1의 오차 범위 이내에 있는 열팽창 계수를 가진 금속 부재인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 연결 부재는, 상기 정전기 발생 전극의 열팽창 계수로부터 ±1.0*10-6*K-1의 오차 범위 이내에 있는 열팽창 계수를 가진 금속 부재인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 그물망 형상의 정전기 발생 전극이 삽입될 수 있도록 격자 형태로 형성된 복수 개의 수용홈이 마련되어 있는 연결 부재를 포함함으로써, 상기 정전기 발생 전극과 상기 연결 부재 간의 접촉 면적이 충분히 확보되며, 고온에서도 상기 정전기 발생 전극과 상기 연결 부재 간의 안정적인 전기 접속이 유지될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 세라믹 히터를 나타내는 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 정전기 발생 전극과 제2 연결 부재 간의 커넥팅 구조의 일례를 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 정전기 발생 전극과 제2 연결 부재가 서로 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조를 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 연결 부재의 평면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 결합 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 정면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예인 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조를 나타내는 분리 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 연결 부재의 평면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 결합 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 정면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 평면도이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조를 나타내는 분리 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 연결 부재의 평면도이다. 도 6은 도 4에 도시된 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 결합 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 반도체 웨이퍼(wafer)를 가열하기 위한 세라믹 히터(ceramic heater)에 사용되는 전극 커넥팅 구조(electrode connecting structure)로서, 정전기 발생 전극(5)과, 전기 공급 부재(7)와, 연결 부재(100)를 포함하여 구성된다. 이하에서는, 상기 전극 커넥팅 구조가 도 1에 도시된 세라믹 히터(1)에 사용되는 것을 전제로 설명하기로 한다.
상기 세라믹 히터(1)의 세라믹 기판(2)은, 열팽창 계수 4.4*10-6*K-1인 질화알루미늄(AlN; aluminium nitride) 또는 열팽창 계수 8.0*10-6*K-1인 산화알루미늄(Al2O3; aluminium oxide)등의 세라믹 소재를 이용하여 제조될 수 있는데, 본 실시예에서는 질화알루미늄(AlN)이 사용된다.
상기 정전기 발생 전극(5)은, 몰리브덴(Mo; molybdenum) 또는 텅스텐(W; tungsten)과 같은 도전성 금속으로 제조되는 그물망(mesh) 형상의 부재로서, 상기 세라믹 기판(2)의 내부에 배선되어 있다. 여기서, 상기 몰리브덴(Mo)의 열팽창 계수는 5.1*10-6*K-1의 값을 가지며, 상기 텅스텐(W)의 열팽창 계수는 5.4*10-6*K-1의 값을 가진다. 본 실시예에서, 상기 정전기 발생 전극(5)은 몰리브덴(Mo)으로 제조된다.
상기 정전기 발생 전극(5)은, 사각 단면을 가진 선형 부재(L)가 가로 방향과 세로 방향으로 복수 개 배열되어 서로 직교함으로써, 사각형 구멍(H)이 복수 개 형성된 그물망 구조를 가진다. 본 실시예에서, 상기 선형 부재(L)들의 폭(W1)은 모두 동일한 값을 가진다.
상기 전기 공급 부재(7)는, 상기 정전기 발생 전극(5)에 전기를 공급하는 부재로서, 니켈(Ni; nickel)과 같은 도전성 금속 재질의 봉으로 제조되며, 상기 중공형 새프트(3)의 중공 내부에 배치되어 있다. 여기서, 상기 니켈(Ni)의 열팽창 계수는 13.3*10-6*K-1의 값을 가진다.
상기 연결 부재(100)는, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 전기 공급 부재(7)의 상단부를 서로 연결하기 위한 원기둥 형상의 금속 부재로서, 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)과 같은 도전성 금속 재질이며, 상기 세라믹 기판(2)의 하면에 삽입되어 있다.
본 실시예에서 상기 연결 부재(100)는, 상기 정전기 발생 전극(5)과 동일한 재질의 금속인 몰리브덴(Mo)으로 제조된다. 따라서, 상기 연결 부재(100)의 열팽창 계수는, 상기 정전기 발생 전극(5)의 열팽창 계수와 같은 값을 가지며, 상기 세라믹 기판(2)의 열팽창 계수보다 0.7*10-6*K-1만큼 큰 값을 가진다.
상기 연결 부재(100)의 상면(11)에는, 상기 그물망 형상의 정전기 발생 전극(5)이 삽입될 수 있도록 격자(grid) 형태로 형성된 복수 개의 수용홈(10a, 10b)이 마련되어 있다.
상기 수용홈(10a, 10b)은, 상기 정전기 발생 전극(5)의 선형 부재(L)가 상측에서 하측으로 삽입될 수 있도록, 상부가 개방되어 있다.
상기 수용홈(10a, 10b)은, 사각 단면의 홈으로서, 상기 연결 부재(100)의 상면(11)을 가로지르는 방향으로 직선적으로 연장되며, 가로 방향으로 연장된 가로 방향 수용홈(10a)과, 세로 방향으로 연장됨으로써 상기 가로 방향 수용홈(10a)과 서로 직교하는 세로 방향 수용홈(10b)을 포함한다.
본 실시예에서, 상기 수용홈(10a, 10b)은, 상기 연결 부재(100)의 상면(11)으로부터 돌출되며, 가로 방향과 세로 방향을 따라 미리 정한 간격(W2, W3)만큼 이격되어 배치된 복수 개의 사각형 돌기부(20)에 의하여 형성된다. 따라서, 상기 수용홈(10a, 10b)은 상기 돌기부(20)의 이격 간격(W2, W3)만큼의 폭을 가진다.
상기 돌기부(20)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 정전기 발생 전극(5)의 사각형 구멍(H)에 삽입된다.
상기 가로 방향 수용홈(10a)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 2행에 배치된 것의 폭(W2)이, 1행과 3행에 배치된 것의 폭(W3)보다 작게 형성되어 있다.
마찬가지로, 상기 세로 방향 수용홈(10b)은, 2열에 배치된 것의 폭(W2)이, 1열과 3열에 배치된 것의 폭(W3)보다 작게 형성되어 있다.
여기서, 상기 2행 및 2열에 배치된 한 쌍의 수용홈(10a, 10b)의 폭(W2)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 정전기 발생 전극(5)이 상기 한 쌍의 수용홈(10a, 10b)에 억지 끼워 맞춤(interference fit)으로 삽입될 수 있도록, 상기 정전기 발생 전극(5)의 선형 부재(L)의 폭(W1)보다 작게 형성되어 있다. 여기서, 상기 억지 끼워 맞춤은, 상기 수용홈(10a, 10b)의 폭(W2)을 상기 선형 부재(L)의 폭(W1)보다 작게 형성하지 않은 상태에서, 소위 열박음(shrinkage fitting)이나 냉박음 공법으로 수행될 수도 있다.
상기 2행 및 2열에 배치된 수용홈(10a, 10b)을 제외한 나머지 수용홈(10a, 10b)들의 폭(W3)은, 상기 정전기 발생 전극(5)이 상기 나머지 수용홈(10a, 10b)들에 쉽게 삽입될 수 있도록, 상기 정전기 발생 전극(5)의 선형 부재(L)의 폭(W1)보다 크게 형성되어 있다.
따라서, 상기 연결 부재(100)의 상면(11) 중심 부근에서 서로 교차하는 상기 2행 및 2열에 배치된 수용홈(10a, 10b)에만, 상기 정전기 발생 전극(5)이 억지 끼워 맞춤으로 삽입된다.
상기 연결 부재(100)는, 상기 수용홈(10a, 10b)에 삽입된 상기 정전기 발생 전극(5)과 함께, 상기 세라믹 기판(2)의 소결 전에 상기 세라믹 기판(2)의 원료 분말 내부에 배치되며, 상기 세라믹 기판(2)의 소결에 의하여 상기 세라믹 기판(2)의 내부에 고정된다.
상기 연결 부재(100)의 하면(12)에는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 전기 공급 부재(7)의 상단이 브레이징(brazing)으로 접합되며, 상기 연결 부재(100)와 상기 전기 공급 부재(7) 간의 브레이징은 상기 세라믹 기판(2)의 소결 후에 수행된다.
상술한 구성의 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 그물망 형상의 정전기 발생 전극(5)이 삽입될 수 있도록 격자(grid) 형태로 형성된 복수 개의 수용홈(10a, 10b)이 형성되어 있는 연결 부재(100)를 포함하고 있으므로, 도 2 및 도 3에 도시된 종래의 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조와 비교할 때, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 연결 부재(100) 간의 접촉 면적이 충분히 확보됨으로써, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 연결 부재(100) 간의 전기적 저항이 감소하여, 제품 수명이 길어지고 전기적 성능이 우수하다는 장점이 있다.
그리고, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 정전기 발생 전극(5)이 삽입될 수 있는 상기 수용홈(10a, 10b)이 형성되어 있는 연결 부재(100)를 포함하고 있으므로, 상기 수용홈(10a, 10b)에 의하여 상기 정전기 발생 전극(5)이 물리적으로 구속됨으로써, 정전기 발생 전극(5)이 상기 제2 연결 부재(9)의 상면에 단순히 올려져 있는 종래의 세라믹 히터(1)와는 달리, 상기 정전기 발생 전극(5)과 연결 부재(100)와의 결합력이 우수하다는 장점이 있다.
또한, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 연결 부재(100)가, 평평한 상면(11)과 하면(12) 및 둥근 측면을 포함하는 원기둥 형상의 금속 부재이므로, 상기 연결 부재(100)의 원자재 공급과 가공이 용이하다는 장점이 있다.
아울러, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 수용홈(10a, 10b)이, 상기 연결 부재(100)의 상면에 직선적으로 연장된 상태로 형성되며, 가로 방향으로 연장된 것(10a)과 세로 방향으로 연장된 것(10b)이 서로 직교하므로, 상기 수용홈(10a, 10b)의 형성을 위한 기계 가공이 용이하며, 상기 정전기 발생 전극(5)과 수용홈(10a, 10b)의 억지 끼워 맞춤이 용이하다는 장점이 있다.
그리고, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 정전기 발생 전극(5)이 상기 연결 부재(100)의 수용홈(10a, 10b)에 억지 끼워 맞춤으로 삽입되어 있으므로, 상기 세라믹 히터(1)의 제조시 또는 사용시에 발생하는 고열에 의하여, 상기 정전기 발생 전극(5)과 연결 부재(100) 간의 간극이 발생하여 접합력이 저하되지 않음으로써, 상기 정전기 발생 전극(5)과 연결 부재(100) 간의 접촉 불량으로 인한 국부적 발열이나 아킹 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.
한편, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 정전기 발생 전극(5)이, 상기 복수 개의 수용홈(10a, 10b)들 중 일부인 상기 2행 및 2열에 배치된 한 쌍의 수용홈(10a, 10b)에만 억지 끼워 맞춤으로 삽입되므로, 모든 행과 열에 배치된 수용홈(10a, 10b)에 억지 끼워 맞춤되는 경우와 비교하여, 상기 정전기 발생 전극(5)의 제조 오차나 변형 오차가 존재하더라도, 상기 정전기 발생 전극(5)이 상기 복수 개의 수용홈(10a, 10b)에 용이하게 삽입되어 결합될 수 있는 장점이 있다.
아울러, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 정전기 발생 전극(5)과 억지 끼워 맞춤으로 결합되는 상기 2행 및 2열에 배치된 한 쌍의 수용홈(10a, 10b)이, 상기 연결 부재(100)의 상면(11) 중심 부근에서 서로 교차하므로, 상기 연결 부재(100)의 상면(11) 중심으로 상기 돌기부(20)들을 대칭적으로 배치할 수 있고, 억지 끼워 맞춤되는 수용홈(10a, 10b)의 위치 파악이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 연결 부재(100)가 상기 세라믹 기판(2)의 열팽창 계수로부터 ±3.0*10-6*K-1의 오차 범위 이내에 있는 열팽창 계수를 가진 금속 부재이므로, 상기 세라믹 히터(1)의 제조시 또는 사용시에 발생하는 고열에 의하여 상기 연결 부재(100)가 열팽창하더라도, 열응력에 의하여 상기 세라믹 기판(2)이 파손되지 않는 장점이 있다.
그리고, 상기 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조는, 상기 연결 부재(100)가 상기 정전기 발생 전극(5)의 열팽창 계수로부터 ±1.0*10-6*K-1의 오차 범위 이내에 있는 열팽창 계수를 가진 금속 부재이므로, 상기 세라믹 히터(1)의 제조시 또는 사용시에 발생하는 고열에 의하여 상기 연결 부재(100)가 열팽창하더라도, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 수용홈(10a, 10b) 간의 억지 끼워 맞춤이 헐거워지지 않아, 상기 정전기 발생 전극(5)과 연결 부재(100) 간의 안정적인 전기 접속이 유지될 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 9에는 본 발명의 다른 실시예인 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조의 연결 부재(200)가 도시되어 있는데, 상기 연결 부재(200)의 수용홈(10a, 10b)들의 폭(W4)은 모두 동일하며, 상기 정전기 발생 전극(5)이 억지 끼워 맞춤으로 삽입될 수 있도록, 상기 정전기 발생 전극(5)의 선형 부재(L)의 폭(W1)보다 작게 형성되어 있는 점에서, 상술한 연결 부재(100)와 다르다.
상기 연결 부재(200)를 사용하게 되면, 모든 수용홈(10a, 10b)들이 상기 정전기 발생 전극(5)과 억지 끼워 맞춤으로 결합되므로, 상술한 연결 부재(100)에 비하여, 상기 연결 부재(200)와 상기 정전기 발생 전극(5)과의 결합력이 더 우수하며, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 연결 부재(200) 간의 접촉 면적이 증가하는 장점이 있다. 다만, 상기 연결 부재(200)를 사용하게 되면, 상기 정전기 발생 전극(5)의 제조 오차나 변형 오차가 존재할 경우, 상기 정전기 발생 전극(5)과 상기 수용홈(10a, 10b)간의 결합 작업이 어려워질 수 있는 문제점이 있다.
이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

Claims (8)

  1. 세라믹 히터에 사용되며, 상기 세라믹 히터의 세라믹 기판의 내부에 배선되는 그물망 형상의 정전기 발생 전극과, 상기 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재를 서로 연결하기 위한 커넥팅 구조로서,
    상기 세라믹 기판에 삽입되는 금속 부재로서, 일단부에는 상기 그물망 형상의 정전기 발생 전극이 삽입될 수 있도록 격자 형태로 형성된 복수 개의 수용홈이 마련되어 있으며, 타단부에는 상기 전기 공급 부재가 결합되는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    원기둥 형상의 금속 부재인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수용홈은,
    직선적으로 연장된 상태로 형성되며, 가로 방향으로 연장된 것과 세로 방향으로 연장된 것이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 정전기 발생 전극은, 상기 연결 부재의 수용홈에 억지 끼워 맞춤으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정전기 발생 전극은, 상기 복수 개의 수용홈들 중 일부에만 억지 끼워 맞춤으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 정전기 발생 전극과 억지 끼워 맞춤되는 수용홈은, 상기 연결 부재의 일단부 중심 부근에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    상기 세라믹 기판의 열팽창 계수로부터 ±3.0*10-6*K-1의 오차 범위 이내에 있는 열팽창 계수를 가진 금속 부재인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    상기 정전기 발생 전극의 열팽창 계수로부터 ±1.0*10-6*K-1의 오차 범위 이내에 있는 열팽창 계수를 가진 금속 부재인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터용 전극 커넥팅 구조.
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