KR102227618B1 - 히터 유닛 - Google Patents

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토시히코 하나마치
켄지 세키야
고 타카하라
나오야 아이카와
유타 키사라
아라타 타츠미
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닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
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Abstract

신뢰성을 향상시킨 세경 시스 히터를 가지는 히터 유닛을 제공하는 것이다. 히터 유닛은, 서로 접합되는 제1 기재 및 제2 기재와, 상기 제1 기재 및 상기 제2 기재의 접합면의 적어도 일방에 마련된 도랑과, 상기 도랑의 내측에 배치된 시스 히터를 구비하는 히터 유닛으로서, 상기 시스 히터는 금속 시스와, 상기 금속 시스 내에 간극을 가지고 배치되고 띠 모양이며 상기 금속 시스의 축 방향에 대해 회전하여 배치되는 발열선과, 상기 간극에 배치되는 절연재와, 상기 금속 시스의 일단에 배치되고 상기 발열선의 양단 각각과 전기적으로 접속하는 접속 단자를 구비한다.

Description

히터 유닛
본 발명은 히터 유닛에 관한 것이다. 특히, 반도체 장치의 제조 공정으로 이용하는 시스 히터를 탑재한 히터 유닛에 관한 것이다.
반도체 장치는 거의 모든 전자기기에 탑재되어 있고, 전자기기의 기능에 대해 중요한 역할을 담당하고 있다. 반도체 장치의 제조 공정에서는, 반도체 기판상에 박막을 성막 및 가공하는 것으로 트랜지스터 소자, 배선, 저항 소자, 용량 소자 등의 기능 소자를 형성한다. 반도체 기판상에 박막을 형성하는 방법으로서는, 화학 기상 성장(CVD; Chemical Vapor Deposition)법, 물리 기상 성장(PVD; Physical Vapor Deposition)법, 원자층 퇴적법(ALD; Atomic Layer Deposition) 등의 방법이 이용된다. 또한, 박막을 가공하는 방법으로서는 이온 반응성 에칭(RIE; Reactive Ion Etching)법, 기계 연마(MP; Mechanical Polishing), 화학 기계 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 등의 방법이 이용된다. 또한, 반도체 장치의 제조 공정에서는, 박막의 성막 및 가공 외에도 플라스마 처리 등의 표면 처리의 공정을 수행한다.
상기의 성막, 가공 및 표면 처리의 공정에서는, 많은 반응 조건이 박막의 특성을 결정하고 있고, 그 중의 하나가 반도체 기판의 온도이다. 많은 경우, 반도체 기판의 온도는 반도체 기판을 설치하는 재치대(이하, "스테이지"라고 함)의 온도를 조절하는 것에 의해 제어된다. 스테이지의 온도를 조절하기 위해서, 스테이지에는 가열 기구인 시스 히터가 사행(蛇行)상(모양) 또는 소용돌이상으로 매설된다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는, 단일한 금속 튜브 모양의 시스 내에 복수의 발열선을 구비하는 시스 히터가 개시되어 있다. 통상, 복수의 발열선 중의 1개를 이용하여 가열을 실시하고, 그 발열선이 단선된 때, 다른 발열선으로 전원 회로를 바꾸는 것으로 용이하고 또한 신속하게 복구하는 것을 목적으로 하고 있다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
특허 문헌 1: 특개 2002-151239호 공보
그렇지만 특허 문헌 1에 기재된 시스 히터는, 금속 시스로 스테인리스, 발열선으로 니켈-크롬 합금을 이용하는 것을 전제로서 두고, 각각의 열팽창 차이가 작은 것이므로 발열선의 단선을 억제하려고 하는 고려는 되고 있지 않다.
본 발명의 실시 형태의 과제 중 하나는, 신뢰성을 향상시킨 세경 시스 히터를 가지는 히터 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 서로 접합되는 제1 기재 및 제2 기재와, 제1 기재 및 제2 기재의 접합면의 적어도 일방에 마련된 도랑과, 도랑의 내측에 배치된 시스 히터를 구비하는 히터 유닛으로서, 시스 히터는 금속 시스와, 금속 시스 내에 간극을 가지고 배치되고 띠 모양이며 금속 시스의 축 방향에 대해 회전하여 배치되는 발열선과, 간극에 배치되는 절연재와, 금속 시스의 일단에 배치되고 발열선의 양단 각각과 전기적으로 접속하는 접속 단자를 구비하는 히터 유닛이 제공된다.
또한, 다른 형태에 있어서, 발열선은 금속 시스 내에서 2 축이 되는 영역에서, 2중 나선 구조로 배치될 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 시스 히터는 복수 배치되고, 각각 독립하여 제어될 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 도랑은 제1 기재에 마련될 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 금속 시스, 제1 기재 및 제2 기재에 사용되는 재질은 동일한 열팽창률일 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 금속 시스, 제1 기재 및 제2 기재에 사용되는 재질은 동일한 금속 재료일 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 금속 시스, 제1 기재 및 제2 기재에 사용되는 금속 재질은 알루미늄일 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 제1 기재 및 제2 기재는 납땜에 의해 접합될 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 절연재는 무기 절연 분말일 수 있다.
또한, 다른 형태에 있어서, 발열선은 니켈-크롬 합금이며, 절연재는 산화 마그네슘일 수 있다.
[도 1] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
[도 2] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 구성을 나타내는 단면도이다.
[도 3] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 구성을 나타내는 단면도이다.
[도 4a] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 확대 단면도이다.
[도 4b] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 확대 단면도이다.
[도 4c] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 확대 단면도이다.
[도 5a] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성을 나타내는 단면도이다.
[도 5b] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성을 나타내는 단면도이다.
[도 6a] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성을 나타내는 단면도이다.
[도 6b] 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성을 나타내는 단면도이다.
[도 7a] 실시예의 히터 유닛에서의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 도면이다.
[도 7b] 실시예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 7c] 실시예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 8a] 비교예의 히터 유닛에서의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 도면이다.
[도 8b] 비교예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 8c] 비교예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 9a] 실시예의 히터 유닛에서의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 도면이다.
[도 9b] 실시예의 히터 유닛의 표면 형상을 나타내는 도면이다.
[도 9c] 실시예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 9d] 실시예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 10a] 비교예의 히터 유닛에서의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 도면이다.
[도 10b] 비교예의 히터 유닛의 표면 형상을 나타내는 도면이다.
[도 10c] 비교예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 10d] 비교예의 히터 유닛의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 본 출원에서 개시되는 발명의 각 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 형태로 실시할 수 있고, 이하에 예시하는 실시 형태의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 도면은, 설명을 보다 명확하게 하기 위해, 실제의 형태와 비교하여 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 나타내는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이고, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서와 각 도면에서, 기 언급된 도면에 관해 설명한 것과 동일한 기능을 구비하는 요소에는, 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 설명의 편의상, 상방 또는 하방이라는 어구를 이용하여 설명하지만, 상방 또는 하방은 각각 히터 유닛의 사용시(기판 재치시)에서의 방향을 나타낸다.
(제1 실시 형태)
도 1 내지 도 3을 이용하여, 본 발명의 제1 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 전체 구성에 대해서 설명한다. 본 발명의 제1 실시 형태와 관련된 히터 유닛은, 가열 기구를 가진다. 또한, 제1 실시 형태와 관련된 히터 유닛은, CVD 장치, 스퍼터장치, 증착장치, 에칭장치, 플라스마 처리장치, 측정장치, 검사장치 및 현미경 등에 사용할 수 있다. 단, 제1 실시 형태와 관련된 히터 유닛은 상기의 장치에 사용하는 것으로 한정되지 않고, 기판을 가열할 필요가 있는 장치에 대해 사용할 수 있다.
[히터 유닛 100의 구성]
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 히터 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는, 도 1의 A-A' 단면도이다. 도 3은, 도 2의 B-B' 단면도이다. 도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 제1 실시 형태와 관련된 히터 유닛 100은 제1 기재 200, 제2 기재 300, 샤프트 400 및 시스 히터 110을 가진다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상면이 평탄하며, 하면에 도랑 220이 마련된 제1 기재 200과 제2 기재 300을 접합하는 것으로, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면의 도랑 220에 시스 히터 110이 매설된다. 제1 기재 200의 상면은, 기판을 재치하기 위한 스테이지 240이다. 기판은 스테이지 240 상에 설치된다. 즉, 시스 히터 110은 제1 기재 200을 통해 스테이지 240 위의 기판을 가열한다.
시스 히터 110은, 각각 독립하여 제어되는 제1 시스 히터 110a, 제2 시스 히터 110b를 포함한다. 여기서, 제1 시스 히터 110a 및 제2 시스 히터 110b를 특별히 구별하지 않을 때에는 시스 히터 110이라고 한다. 본 실시 형태에서는, 2개의 시스 히터 110이, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에서, 각각의 대응하는 영역에 패턴을 형성하는 구성을 나타냈다. 그렇지만 이러한 구성으로 한정되지 않고, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에 마련되는 시스 히터 110의 수는, 하나 이상일 수 있고, 적절하게 설정할 수 있다. 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에 마련되는 시스 히터 110의 수가 많을수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에 있어서 제1 시스 히터 110a 및 제2 시스 히터 110b는, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에서 원형 패턴을 형성하는 구성을 나타냈다. 그렇지만 이러한 구성으로 한정되지 않고, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에 형성되는 시스 히터 110의 패턴 형상은 적절하게 설계될 수 있다. 예를 들면, 시스 히터 110의 패턴 형상은 직사각형일 수 있고, 직사각형 이외의 다각형일 수 있다. 또한, 제2 시스 히터 110b가 제1 시스 히터 110a를 둘러싸는 구성을 예시하였으나, 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 각 시스 히터 110이 배치되는 복수의 영역은, 상기 이외의 다양한 형상으로 분할되어 있을 수 있다. 예를 들면, 복수의 영역은, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면의 중심을 기준으로 부채꼴형(扇形)으로 분할된 영역일 수 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 110은, 후술하는 구성을 가지는 것으로, 복잡한 형상으로 구부려 가공이 가능하며, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에서 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에 마련되는 시스 히터 110의 패턴이 미세할수록, 스테이지 240의 온도 분포가 없게 되도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에 있어서 시스 히터 110은, 제1 기재 200의 하면(스테이지 240과는 반대측의 면, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면)에 마련된 도랑 220에 배치된다. 도 4a는 도 3의 D 영역에서의 확대 단면도이다. 여기서 도랑 220의 형상을 알수 있도록, 도 4a 내지 도 4c에서는 오른쪽 2개의 도랑 220에는 시스 히터 110을 도시하지 않는다. 도 4a에서 나타낸 것처럼, 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220a는, 제1 기재 200의 하면 측에 개구단을 가지고, 제1 기재 200의 상면 측에 환저부를 가지는 요부이다. 예를 들면, 시스 히터 110의 외경이 4.5mm인 경우, 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220a의 깊이는 제1 기재 200의 표면으로부터 4.3mm 이상 4.5mm 이하이다. 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220a의 폭은 4.5mm 이상 5.0mm 이하이다. 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220a의 형상 및 사이즈를 시스 히터 110의 형상 및 사이즈에 접근시키는 것으로, 시스 히터 110과 제1 기재 200의 접촉 면적이 증가하여, 시스 히터 110이 발생하는 열에너지를 효율적으로 제1 기재 200에 전달하는 것이 가능하게 된다.
그렇지만 이것으로 한정되지 않고, 시스 히터를 배치하는 도랑의 형상 및 사이즈는, 시스 히터 110의 형상 및 사이즈에 따라 적절하게 설계할 수 있다. 예를 들면, 도 4b에서 나타낸 것처럼, 시스 히터 110을 배치하는 도랑은, 제1 기재 200의 하면 측에 개구단을 가지고, 제1 기재 200의 상면 측에 환저부를 가지는 요부와, 제2 기재 300의 상면 측에 개구단을 가지고, 제2 기재 300의 하면 측에 환저부를 가지는 요부의 조합일 수 있다. 여기서 제1 기재 200의 하면 측 및 제2 기재 300의 상면 측은, 함께 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면이 된다. 예를 들면, 시스 히터 110의 외경이 4.5mm인 경우, 시스 히터 110을 배치하는 제1 기재 200의 도랑 220b 및 제2 기재 300의 도랑 320의 깊이는, 각각 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합면에서 2.25mm 이상 2.5mm 이하이다. 시스 히터 110을 배치하는 제1 기재 200의 도랑 220b 및 제2 기재 300의 도랑 320의 폭은, 4.5mm 이상 5.0mm 이하이다. 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220b 및 도랑 320의 조합의 형상 및 사이즈를 시스 히터 110의 형상 및 사이즈에 근접시키는 것으로, 시스 히터 110과 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접촉 면적이 증가하여, 시스 히터 110이 발생하는 열에너지를 효율적으로 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 전달하는 것이 가능하게 된다.
또한 도 4c에서 나타낸 것처럼, 시스 히터 110의 형상을 도랑에 맞추어 변형할 수 있도록, 도랑의 형상 및 사이즈를 적절하게 설계할 수도 있다. 예를 들면 도 4c에서 나타낸 것처럼, 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220c는 제1 기재 200의 하면 측에 개구단을 가지고, 제1 기재 200의 상면 측에 환저부를 가지는 요부이다. 예를 들면, 시스 히터 110의 외경이 4.5mm인 경우, 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220c의 깊이는, 제1 기재 200의 표면으로부터 4.0mm 이상 4.5mm 이하이다. 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220c의 폭은, 4.5mm 이상 5.0mm 이하이다. 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220c의 단면적이 시스 히터 110의 단면적과 거의 같아지도록 설계하는 것으로, 시스 히터 110의 형상을 도랑 220c에 배치할 때 미조정하여 도랑의 형상에 맞출 수도 있다. 시스 히터 110의 형상 및 사이즈를 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220c의 형상 및 사이즈에 근접시키는 것으로, 시스 히터 110과 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접촉 면적이 증가하여, 시스 히터 110이 발생하는 열에너지를 효율적으로 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 전달하는 것이 가능하게 된다.
도 4a 내지 도 4c에서는, 시스 히터 110과, 시스 히터 110을 배치하는 도랑 220 및/또는 도랑 320의 형상 및 사이즈를 근접시킨 구성을 예시했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 시스 히터 110과, 도랑 220 및/또는 도랑 320과의 형상 및 사이즈는 차이가 날 수 있다. 시스 히터 110과 제1 기재 200 및 제2 기재 300 사이에 스페이스가 존재하고 있는 경우, 시스 히터 110의 움직임이 한정되지 않아, 열팽창에 의한 변형을 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 히터 유닛 100을 제공할 수 있다.
시스 히터 110과 제1 기재 200 및 제2 기재 300 사이에 스페이스가 존재하고 있는 경우는, 예를 들면, 납재에 의해 스페이스를 충전할 수 있다. 납재로서는, 예를 들면 은, 구리 및 아연을 포함하는 합금, 구리와 아연을 포함하는 합금, 인을 미량 포함하는 구리, 알루미늄이나 그 합금, 티탄, 구리 및 니켈을 포함하는 합금, 티탄, 지르코늄 및 동을 포함하는 합금, 티탄, 지르코늄, 구리 및 니켈을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 기재 200 및 제2 기재 300으로서 알루미늄 기재를 이용하고 있는 것으로부터, 알루미늄에 의한 충전이 바람직하다. 동일한 금속 재료를 이용하는 것에 의해, 열팽창에 의한 변형을 억제할 수 있고, 신뢰성이 높은 히터 유닛 100을 제공할 수 있다. 납재에 의해 스페이스를 충전하는 것으로, 시스 히터 110이 발생하는 열에너지를 효율적으로 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 전달하는 것이 가능하게 된다.
제1 기재 200 및 제2 기재 300으로서는 금속 기재를 이용할 수 있다. 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 사용되는 재료의 열전도율은, 바람직하게는 200W/mK 이상일 수 있다. 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 사용되는 재료의 열전도율이 200W/mK 이상인 것에 의해, 시스 히터 110이 발생시키는 열에너지를 효율적으로 스테이지 240에 전달할 수 있다.
제1 기재 200 및 제2 기재 300에 사용되는 재료의 열팽창률은, 바람직하게는 25 × 10 -6/K 이하일 수 있다. 제1 기재 200 및 제2 기재 300에서 사용되는 재료의 열팽창률의 차이는, 바람직하게는 10 × 10 -6/K 이하일 수 있다. 제1 기재 200 및 제2 기재 300에서 사용되는 재료는, 보다 바람직하게는 동일한 정도의 열팽창률을 가지는 재료일 수 있고, 한층 더 바람직하게는 동일한 금속 재료일 수 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 기재 200 및 제2 기재 300으로서 알루미늄 기재를 이용하고 있다. 그렇지만 이것으로 한정되지 않고, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 재료로서는, 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 스테인리스(SUS) 등의 재료를 이용할 수 있다. 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 사용되는 재료의 열팽창률의 차이가 10 × 10 -6/K 이하인 것에 의해, 열팽창에 의한 변형을 억제할 수 있고, 신뢰성이 높은 히터 유닛 100을 제공할 수 있다.
제1 기재 200 및 제2 기재 300의 접합은, 예를 들면, 납땜에 의해 실시할 수 있다. 땜납으로서는 예를 들면, 은, 구리 및 아연을 포함하는 합금, 구리와 아연을 포함하는 합금, 인을 미량 포함하는 구리, 알루미늄이나 그 합금, 티탄, 구리 및 니켈을 포함하는 합금, 티탄, 지르코늄 및 구리를 포함하는 합금, 티탄, 지르코늄, 구리 및 니켈을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 기재 200 및 제2 기재 300으로서 알루미늄 기재를 이용하고 있는 것으로부터, 알루미늄에 의한 납땜이 바람직하다. 동일한 금속 재료를 이용하는 것에 의해, 열팽창에 의한 변형을 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 히터 유닛 100을 제공할 수 있다.
본 실시 형태와 관련된 시스 히터 110은, 2개의 접속 단자 50을 시스 히터 110의 일단에 가지는 편단자형이다. 예를 들면, 제1 시스 히터 110a의 일단에 2개의 접속 단자 50a 및 접속 단자 50b를 가진다. 여기서, 2개의 접속 단자 50a 및 접속 단자 50b를 특히 구별하지 않을 때에는 접속 단자 50이라고 한다. 시스 히터 110의 접속 단자 50을 가지는 일단은, 제1 기재 200의 대략 중앙부 260에서 제2 기재 300의 대략 중앙에 배치된 관통공 340을 통해, 제2 기재 300의 제1 기재 200과는 반대측의 면에서 빼내진다. 시스 히터 110의 접속 단자 50을 가지는 일단은, 원통형의 샤프트 400의 중공부를 통해, 외부 기기(히터 콘트롤러, 전원 등)에 접속되어 있다. 외부 기기로부터 공급되는 전력에 의해 시스 히터 110이 가열되고, 이것에 의해 스테이지 240의 온도가 제어된다. 도 3에는 나타내지 않았지만, 히터 유닛 100에는 온도 센서나, 가스관, 냉각관 등이 샤프트 400의 중공부를 통해 배치될 수 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 110은 편단자형인 것으로부터, 시스 히터 110의 편단을 외부 접속을 위해 빼낼 수 있고, 샤프트 400의 중공부를 유효하게 활용할 수 있다.
[시스 히터의 구성]
도 5a 및 도 5b를 이용하여, 본 발명의 제1 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성에 대해서 설명한다. 도 5a 및 도 5b는, 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 5a 및 도 5b에서 나타낸 것처럼, 제1 실시 형태와 관련된 시스 히터는, 띠 모양의 발열선 20, 절연재 30, 금속 시스 40 및 접속 단자 50을 가진다.
도 5a를 참조하면, 발열선 20은 원통형의 금속 시스 40 내에 간극을 가지고 배치되고, 발열선 20과 금속 시스 40는 간극에 배치되는 절연재 30에 의해 절연되어 있다. 도 5a에서, 금속 시스 40은 일단을 닫은 형상으로 나타내었지만, 이것으로 한정되지 않고, 양단 모두가 개방된 형상일 수 있다. 발열선 20은 금속 시스 40 내를 원통 축 방향으로 왕복하도록 배치되고, 금속 시스 40의 일단에 발열선 20의 양단이 배치된다. 즉, 하나의 발열선 20이 금속 시스 40의 원통 축 방향의 대부분에서 2 축(2 심)이 되도록 배치된다. 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20은 간극을 가지고 배치되고, 간극에 배치되는 절연재 30에 의해 절연되어 있다.
도 5b는 도 5a의 C-C' 단면도이다. 도 5b를 참조하면, 띠 모양의 발열선 20의 폭 d1은 0.1mm 이상 2.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 띠 모양의 발열선 20의 두께 d2는 0.1mm 이상 0.5mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40의 내경 d3은 3.0mm 이상 4.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40의 두께 d4는 0.5mm 이상 1.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40의 외경 d5는 3.5mm 이상 5.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 120은 상기 구성을 가지는 것에 의해, 신뢰성을 유지한 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 120을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 시스 히터 120의 패턴이 미세할수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
원통 축과 직교하는 단면에서의, 금속 시스 40과, 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20과의 최단 거리 g1은 0.3mm 이상 1.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40과 발열선 20과의 최단 거리 g1은, 보다 바람직하게는 0.4mm 이상 1.0mm 이하의 범위일 수 있다. 금속 시스 40과 발열선 20과의 거리 g1을 0.3mm 이상으로 하는 것으로, 금속 시스 40과 발열선 20과의 절연성을 확보할 수 있다. 금속 시스 40과 발열선 20과의 거리 g1을 1.0mm 이하로 하는 것으로, 시스 히터 120의 지름을 세경화할 수 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 120은 띠 모양의 발열선 20을 이용하는 것으로, 신뢰성을 유지한 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 120을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 시스 히터 120의 패턴이 미세할수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
원통 축과 직교하는 단면에서의, 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20의 거리 g2는 0.3mm 이상 2.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20의 최단 거리 g2는, 보다 바람직하게는 0.4mm 이상 1.0mm 이하의 범위일 수 있다. 2 축의 발열선 20의 거리 g2를 0.3mm 이상으로 하는 것으로, 발열선 20의 절연성을 확보할 수 있다. 2 축의 발열선 20의 거리 g2를 2.0mm 이하로 하는 것으로, 시스 히터 120의 지름을 세경화할 수 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 120은, 띠 모양의 발열선 20을 이용하는 것으로, 신뢰성을 유지한 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 120을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 시스 히터 120의 패턴이 미세할수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
발열선 20의 양단은, 각각과 전기적으로 접속하는 접속 단자 50a 및 접속 단자 50b를 구비한다. 여기서, 접속 단자 50a 및 접속 단자 50b를 특별히 구별하지 않을 때에는 접속 단자 50이라고 한다. 본 실시 형태의 시스 히터 120은, 2개의 접속 단자 50이 시스 히터 120의 일단에 배치되는 2 축 편단자형(2 심 편단자형)의 구성을 가지는 것으로, 샤프트 400의 중공부를 유효하게 활용할 수 있고, 보다 많은 시스 히터 120을 히터 유닛 100에 배치할 수 있다. 히터 유닛 100에 배치되는 시스 히터 120의 수가 많을수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
금속 시스 40 내에서 발열선 20이 2 축인 영역에서, 띠 모양의 발열선 20은 금속 시스 40의 원통 축 방향에 대해 회전하여 배치된다. 띠 모양의 발열선 20은, 발열선 20의 장축이 금속 시스 40의 원통 축 수직 방향으로 회전한 상태로, 원통 축 방향으로 연장하여 존재한다. 즉, 각각의 발열선 20이 나선형으로 코일링된 상태이다. 2 축의 발열선 20의 회전축은, 각각 금속 시스 40의 원통 축 방향에 대해 대략 평행으로 배치된다. 발열선 20은 코일링된 상태로 배치되는 것에 의해, 금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20의 길이가 증가하고, 시스 히터 120의 저항값을 높일 수 있다. 또한, 발열선 20은 코일링된 상태로 배치되는 것에 의해 스프링성을 가지고, 열팽창시의 단선이 억제된다. 이 때문에 예를 들면, 금속 시스 40과 발열선 20과의 열팽창률의 차이가 크더라도, 신뢰성을 향상시킨 시스 히터 120을 제공하는 것이 가능하게 된다.
금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20은, 나선형으로 1 회전하는 금속 시스 40의 원통 장축 방향의 길이인 회전 피치 L1이 3.0mm 이하인 것이 바람직하다. 금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20의 회전 피치 L1은, 보다 바람직하게는 2.5mm 이하이며, 한층 더 바람직하게는 2.0mm 이하일 수 있다. 금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20의 회전 피치 L1을 3.0mm 이하로 하는 것으로, 열팽창시의 단선이 억제되어, 신뢰성을 향상시킨 시스 히터 120을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 5b는 도 5a의 C-C' 단면도이다. 도 5b를 참조하면, 발열선 20이 금속 시스 40 내에서 2 축인 영역에서, 발열선 20의 폭 d1이 형성하는 면 방향은, 회전면의 법선에 대해 대략 수직이다. 즉, 띠 모양의 발열선 20의 면은 회전면의 접평면이다. 또한, 2 축의 발열선 20의 면 방향은 대략 평행이다. 각각의 발열선 20의 중심 축이 금속 시스 40의 원통 축 방향에 나선형으로 회전하는 방향은 거의 일치하고, 회전 피치 L1도 동일한 정도이다. 각각의 발열선 20의 회전 방향과 회전 피치 L1이 일치하고 있는 것에 의해, 2 축의 발열선 20칸의 거리 g2를 일정하게 유지할 수 있고, 시스 히터 120의 신뢰성을 유지하는 것이 가능하게 된다. 그렇지만 이것으로 한정되지 않고, 각각의 발열선 20의 회전 방향 및/또는 회전 피치 L1은, 차이가 날 수 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 120은 상기 조건을 만족하는 것으로, 발열선 20의 회전을 고려하더라도 신뢰성을 유지할 수 있도록 설계되어 있다.
본 실시 형태와 관련된 시스 히터 120의 단면 형상은 원형이다. 시스 히터 120의 단면 형상이 원형인 것에 의해, 시스 히터 120은 소망하는 형상으로 굽히는 것이 가능해지고, 제1 기재 200의 도랑 220 및/또는 제2 기재 300의 도랑 320에 용이하게 배치하는 것이 가능하게 된다. 그렇지만 시스 히터 120의 단면, 도랑 220의 저면 및/또는 도랑 320의 저면의 형상은 이것으로 한정되지 않고, 상기 조건을 만족하는 한 임의의 형상을 가질 수 있으며, 또한, 임의의 모양으로 변형할 수도 있다.
띠 모양의 발열선 20은 흐르게 하는 것으로 줄 열을 발생하는 도전체를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴, 백금, 니켈, 크롬 및 코발트로부터 선택되는 금속을 포함할 수 있다. 금속은 이러한 금속을 포함하는 합금일 수 있고, 예를 들면, 니켈과 크롬의 합금, 니켈, 크롬 및 코발트를 포함하는 합금일 수 있다. 본 실시 형태에서는, 발열선 20의 재료로서 니켈-크롬 합금을 이용하고 있다.
절연재 30은 발열선 20이 다른 부재와 전기적으로 접속되는 것을 억제하기 위해서 배치된다. 즉, 발열선 20을 다른 부재로부터 충분히 절연성시키는 재료를 이용할 수 있다. 또한, 절연재 30에 사용되는 재료의 열전도율은, 바람직하게는 10W/mK 이상일 수 있다. 절연재 30에 사용되는 재료의 열전도율이 10W/mK 이상인 것에 의해, 발열선 20이 발생하는 열에너지를 효율적으로 금속 시스 40에 전달할 수 있다. 절연재 30으로서는, 산화 마그네슘, 산화 알루미늄, 질화 붕소, 질화 알루미늄 등을 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 절연재 30으로서 산화 마그네슘(MgO)의 분말을 이용하고 있다. 산화 마그네슘(MgO)의 성형체의 열전도율은 약 10W/mK이다.
금속 시스 40에 사용되는 재료의 열전도율은, 바람직하게는 200W/mK 이상일 수 있다. 금속 시스 40에 사용되는 재료의 열전도율이 200W/mK 이상인 것에 의해, 발열선 20이 발생하는 열에너지를 효율적으로 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 전달할 수 있다.
또한, 금속 시스 40에 사용되는 재료의 열팽창률은, 바람직하게는 25 × 10 -6/K 이하일 수 있다. 금속 시스 40, 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 사용되는 재료의 열팽창률의 차이는, 바람직하게는 10 × 10 -6/K 이하일 수 있다. 금속 시스 40, 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 사용되는 재료는, 보다 바람직하게는 동일한 정도의 열팽창률을 가지는 재료일 수 있고, 한층 더 바람직하게는 동일한 금속 재료일 수 있다. 본 실시 형태에서는, 금속 시스 40, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 재료로서 알루미늄을 이용하고 있다. 그렇지만 이것으로 한정되지 않고, 금속 시스 40, 제1 기재 200 및 제2 기재 300의 재료로서는, 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 스테인리스(SUS) 등의 재료를 이용할 수 있다. 금속 시스 40, 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 사용되는 재료의 열팽창률의 차이가 10 × 10 -6/K 이하인 것에 의해, 열팽창에 의한 변형을 억제할 수 있고, 신뢰성이 높은 히터 유닛 100을 제공할 수 있다.
이상 언급한 것처럼, 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 120은, 띠 모양의 발열선 20을 가지는 것에 의해 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 120을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있고, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 시스 히터 120 내에 띠 모양의 발열선 20이 나선형으로 회전한 상태로 배치되는 것에 의해, 열팽창시의 발열선 20의 단선이 억제되고, 예를 들면, 금속 시스 40과 발열선 20과의 열팽창률의 차이가 크더라도, 신뢰성을 향상시킨 시스 히터 120을 제공하는 것이 가능하게 된다. 금속 시스 40, 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 동일한 금속 재료를 이용하는 것이 가능해지는 것으로, 히터 유닛 100의 열팽창에 의한 변형을 억제할 수 있어 신뢰성을 향상하는 것이 가능하게 된다.
(제2 실시 형태)
[시스 히터의 구성]
도 6a 및 도 6b를 이용하여, 본 발명의 제2 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성에 대해서 설명한다. 도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 일 실시 형태와 관련된 시스 히터의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 6a 및 도 6b에서 나타낸 것처럼, 제2 실시 형태와 관련된 시스 히터는, 제1 실시 형태와 같이, 띠 모양의 발열선 20, 절연재 30, 금속 시스 40 및 접속 단자 50을 가진다. 제2 실시 형태와 관련된 시스 히터 130은 금속 시스 40 내에서의 발열선 20의 배치 외에는, 히터 유닛도 포함하여 제1 실시 형태와 같은 것이므로 중복되는 구조 및 구성에 관해서는 설명을 생략하고, 주로 차이점에 대해서 설명한다.
도 6a를 참조하면, 발열선 20은 원통형의 금속 시스 40 내에 간극을 가지고 배치되고, 발열선 20과 금속 시스 40은 간극에 배치되는 절연재 30에 의해 절연되어 있다. 도 6a에서, 금속 시스 40은 일단을 닫은 형상으로 나타냈지만, 이것으로 한정되지 않고, 양단 모두가 개방된 형상일 수 있다. 발열선 20은 금속 시스 40 내를 원통 축 방향에 왕복하도록 배치되고, 금속 시스 40의 일단에 발열선 20의 양단이 배치된다. 즉, 하나의 발열선 20이 금속 시스 40의 원통 축 방향의 대부분에서 2 축(2 심)이 되도록 배치된다. 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20은 간극을 가지고 배치되고, 간극에 배치되는 절연재 30에 의해 절연되어 있다.
도 6b는 도 6a의 C-C' 단면도이다. 도 6b를 참조하면, 띠 모양의 발열선 20의 폭 d1은 0.1mm 이상 2.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 띠 모양의 발열선 20의 두께 d2는 0.1mm 이상 0.5mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40의 내경 d3은 3.0mm 이상 4.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40의 두께 d4는 0.5mm 이상 1.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40의 외경 d5는 3.5mm 이상 5.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 130은 상기 구성을 가지는 것에 의해, 신뢰성을 유지한 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 130을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 시스 히터 130의 패턴이 미세할수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
원통 축과 직교하는 단면에서의, 금속 시스 40과 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20과의 최단 거리 g1은 0.3mm 이상 1.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40과 발열선 20과의 최단 거리 g1은, 보다 바람직하게는 0.4mm 이상 1.0mm 이하의 범위일 수 있다. 금속 시스 40과 발열선 20과의 거리 g1을 0.3mm 이상으로 하는 것으로, 금속 시스 40과 발열선 20과의 절연성을 확보할 수 있다. 금속 시스 40과 발열선 20과의 거리 g1을 1.0mm 이하로 하는 것으로, 시스 히터 130의 지름을 세경화할 수 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 130은 띠 모양의 발열선 20을 이용하는 것으로, 신뢰성을 유지한 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 130을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 시스 히터 130의 패턴이 미세할수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
원통 축과 직교하는 단면에서의, 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20의 거리 g2는 0.3mm 이상 2.0mm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 금속 시스 40 내에 배치되는 각각의 발열선 20의 최단 거리 g2는, 보다 바람직하게는 0.4mm 이상 1.0mm 이하의 범위일 수 있다. 2 축의 발열선 20의 거리 g2를 0.3mm 이상으로 하는 것으로, 발열선 20의 절연성을 확보할 수 있다. 2 축의 발열선 20의 거리 g2를 2.0mm 이하로 하는 것으로, 시스 히터 130의 지름을 세경화할 수 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 130은, 띠 모양의 발열선 20을 이용하는 것으로, 신뢰성을 유지한 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 130을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 시스 히터 130의 패턴이 미세할수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
발열선 20의 양단은, 각각과 전기적으로 접속하는 접속 단자 50a 및 접속 단자 50b를 구비한다. 여기서, 접속 단자 50a 및 접속 단자 50b를 특별히 구별하지 않을 때에는 접속 단자 50이라고 한다. 본 실시 형태의 시스 히터 130은, 2개의 접속 단자 50이 시스 히터 130의 일단에 배치되는 2 축 편단자형(2 심 편단자)의 구성을 가지는 것으로, 샤프트 400의 중공부를 유효하게 활용할 수 있고, 보다 많은 시스 히터 130을 히터 유닛 100에 배치할 수 있다. 히터 유닛 100에 배치되는 시스 히터 130의 수가 많을수록, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
금속 시스 40 내에서 발열선 20이 2 축인 영역에서, 띠 모양의 발열선 20은, 금속 시스 40의 원통 축 방향에 대해 회전하여 배치된다. 띠 모양의 발열선 20은 발열선 20의 장축이 금속 시스 40의 원통 축 수직 방향으로 회전한 상태로, 원통 축 방향에 연장하여 존재한다. 또한, 발열선 20이 금속 시스 40 내에서 2 축인 영역에서, 각각의 발열선 20의 회전축은 거의 일치한 상태로 배치된다. 즉, 2 축의 발열선 20이 2중 나선형으로 코일링된 상태이다. 2 축의 발열선 20의 회전축은, 금속 시스 40의 원통 축 방향에 대해 대략 평행으로 배치된다. 발열선 20은 코일링된 상태로 배치되는 것에 의해, 금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20의 길이가 증가하고, 시스 히터 130의 저항값을 높일 수 있다. 또한, 발열선 20은 코일링된 상태로 배치되는 것에 의해 스프링성을 가지고, 열팽창시의 단선이 억제된다. 이 때문에, 예를 들면, 금속 시스 40과 발열선 20과의 열팽창률의 차이가 크더라도, 신뢰성을 향상시킨 시스 히터 130을 제공하는 것이 가능하게 된다.
금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20이, 나선형으로 1 회전하는 금속 시스 40의 원통 장축 방향의 길이인 회전 피치 L2는 6.0mm 이하인 것이 바람직하다. 금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20의 회전 피치 L2는, 보다 바람직하게는 2.5mm 이하이며, 한층 더 바람직하게는 2.0mm 이하일 수 있다. 금속 시스 40 내에 배치되는 발열선 20의 회전 피치 L2를 2.0mm 이하로 하는 것으로, 열팽창시의 단선이 억제되고, 신뢰성을 향상시킨 시스 히터 130을 제공하는 것이 가능하게 된다. 발열선 20이 금속 시스 40 내에서 2 축인 영역에서, 각각의 발열선 20의 회전축 방향에서의 최단 거리 L3은 2.3mm 이상인 것이 더 바람직하다. 2 축의 발열선 20의 거리 L3을 2.3mm 이상으로 하는 것으로, 발열선 20의 절연성을 확보할 수 있다.
도 6b는 도 6a의 C-C' 단면도이다. 도 6b를 참조하면, 발열선 20이 금속 시스 40 내에서 2 축인 영역에서, 발열선 20의 폭 d1이 형성하는 면 방향은, 회전면의 법선에 대해 대략 수직이다. 즉 띠 모양의 발열선 20의 면은 회전면의 접평면이다. 또한, 2 축의 발열선 20의 면 방향은 대략 평행이다. 각각의 발열선 20의 중심 축이 금속 시스 40의 원통 축 방향으로 2중 나선형으로 회전하는 방향은 180 ° 어긋나고, 회전 피치 L2는 거의 일치한다. 즉, 각각의 발열선 20의 회전은 1/2 피치 어긋나 있다. 각각의 발열선 20의 회전 피치 L2가 일치하고 있는 것에 의해, 2 축의 발열선 20 간의 거리 g2를 일정하게 유지할 수 있고, 시스 히터 130의 신뢰성을 유지하는 것이 가능하게 된다. 그렇지만 이것으로 한정되지 않고, 각각의 발열선 20의 회전 방향의 차이는 180 °가 되지 않을 수도 있다. 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 130은, 2 축의 발열선 20의 금속 시스 40의 원통 축 방향의 최단 거리 L3이 g2 이상인 것을 만족하는 한, 발열선 20의 회전을 고려하더라도 신뢰성을 유지할 수 있도록 설계되어 있다.
본 실시 형태와 관련된 시스 히터 130의 단면 형상은 원형이다. 시스 히터 130의 단면 형상이 원형인 것에 의해, 시스 히터 130은 원하는 형상에 굽히는 것이 가능해지고, 제1 기재 200의 도랑 220 및/또는 제2 기재 300의 도랑 320에 용이하게 배치되는 것이 가능하게 된다. 그렇지만 시스 히터 130의 단면, 도랑 220의 저면 및/또는 도랑 320의 저면의 형상은 이것으로 한정되지 않고, 상기 조건을 만족하는 한 임의의 형상을 가질 수 있고, 또한, 임의의 형태로 변형할 수도 있다.
이상 언급한 것처럼, 본 실시 형태와 관련된 시스 히터 130은, 띠 모양의 발열선 20을 가지는 것에 의해 세경화가 가능하게 된다. 시스 히터 130을 세경화하는 것으로, 히터 유닛 100에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있고, 스테이지 240의 온도 분포를 없애도록 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 시스 히터 130 내에 띠 모양의 발열선 20이 이중 나선형으로 회전한 상태로 배치되는 것에 의해, 열팽창시의 발열선 20의 단선이 억제되고, 예를 들면, 금속 시스 40과 발열선 20과의 열팽창률의 차이가 크더라도, 신뢰성을 향상시킨 시스 히터 130을 제공하는 것이 가능하게 된다. 금속 시스 40, 제1 기재 200 및 제2 기재 300에 동일한 금속 재료를 이용하는 것이 가능해지는 것으로, 히터 유닛 100의 열팽창에 의한 변형을 억제할 수 있고, 신뢰성을 향상하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 실시 형태로서 상술한 각 실시 형태는, 서로 모순되지 않는 경우에 있어서, 적절히 조합하여 실시할 수 있다. 또한, 각 실시 형태를 기초로 하여, 당업자가 적절히 구성요소의 추가, 삭제 혹은 설계 변경을 실시하는 것도, 본 발명의 요지를 갖추고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 상술한 각 실시 형태로 인해 야기되는 작용 효과와는 상이한 다른 작용 효과이더라도, 본 명세서의 기재로부터 분명한 것 또는 당업자에 있어서 용이하게 예측될 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 발명으로 인해 야기되는 것으로 이해된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 한정되는 것은 아니며, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
[실시예 1]
도 7a는, 본 발명의 실시예 1과 관련된 히터 유닛의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 단면 구성도이다. 실시예 1과 관련된 히터 유닛은, 상술한 제1 실시 형태와 대략 동일한 구성이며, 각 파라미터는 이하와 같다.
제1 기재 및 제2 기재의 재질: 알루미늄
제1 기재 및 제2 기재의 두께: 15mm
제1 기재 및 제2 기재의 직경: 330mm
시스 히터의 패턴: 3 존(도 7a)
시스 히터의 형상: 2 심 편단자형
시스 히터의 최소 굴곡 반경: 9mm
발열선 20의 재질: 니켈-크롬 합금(니켈 80%, 크롬 20%)
발열선 20의 띠 선의 폭 d1: 0.75mm
발열선 20의 띠 선의 두께 d2: 0.2mm
2 축의 발열선 20 끼리의 최단 거리: 0.5mm
발열선 20의 회전축 사이의 거리: 1.5mm
발열선 20의 회전 지름: 1mm
발열선 20의 회전 피치 L1: 2mm
금속 시스 40과 발열선 20과의 최단 거리: 0.5mm
금속 시스 40의 재질: 알루미늄
금속 시스 40의 내경 d3: 3.5mm
금속 시스 40의 두께 d4: 0.5mm
금속 시스 40의 외경 d5: 4.5mm
[비교예 1]
도 8a는, 본 발명의 비교예 1과 관련된 히터 유닛의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 단면 구성도이다. 비교예 1과 관련된 히터 유닛은 환선의 발열선을 나선형으로 코일링한 1 심 양단자형의 시스 히터를 구비한다. 각 파라미터는 이하와 같다.
제1 기재 및 제2 기재의 재질: 알루미늄
제1 기재 및 제2 기재의 두께: 15mm
제1 기재 및 제2 기재의 직경: 330mm
시스 히터의 패턴: 2 존(도 8a)
시스 히터의 형상: 1 심 양단자형
시스 히터의 최소 굴곡 반경: 15.5mm
발열선 20의 재질: 니켈-크롬 합금(니켈 80%, 크롬 20%)
발열선 20의 환선의 직경: Φ0.5mm
발열선 20의 회전 지름: 2mm
발열선 20의 회전 피치 L1: 2mm
금속 시스 40과 발열선 20과의 최단 거리: 1.5mm
금속 시스 40의 재질: 알루미늄
금속 시스 40의 내경: 5.2mm
금속 시스 40의 두께: 0.5mm
금속 시스 40의 외경: 6.2mm
[패턴 레이아웃]
상술한 실시예 1 및 비교예 1의 히터 유닛에서의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 비교했다. 실시예 1의 히터 유닛에서의 시스 히터는, 2 심 편단자형의 구성을 가지는 것으로, 샤프트의 중공부에서의 시스 히터의 빼내짐이 시스 히터 1개(本)당 1개가 된다. 이 때문에, 샤프트의 중공부를 유효에 활용할 수 있고, 3개의 시스 히터를 히터 유닛에 배치할 수 있다. 또한, 시스 히터의 외경이 4.5mm으로 세경이기 때문에, 시스 히터의 최소 굴곡 반경이 충분히 작고, 도 7a에서 나타낸 것처럼, 히터 유닛에 미세한 패턴 형상을 레이아웃할 수 있다. 한편, 비교예 1의 히터 유닛에서의 시스 히터는 1 심 양단자형의 구성을 가지는 것으로, 샤프트의 중공부에서의 시스 히터의 빼내짐이 시스 히터 1개당 2개가 된다. 이 때문에, 샤프트의 중공부에서의 단자의 빼내짐이 혼잡하고, 2개의 시스 히터밖에 히터 유닛에 배치할 수 없다. 또한, 시스 히터의 외경이 6.2mm이기 때문에, 시스 히터의 최소 굴곡 반경이 크고, 도 8a에서 나타낸 것처럼, 히터 유닛에 러프한 패턴 형상밖에 레이아웃할 수 없다.
[온도 분포의 평가]
상술한 실시예 1과 관련된 히터 유닛을 이용하여, 히터 가열시의 온도 분포를 측정했다. 실시예 1에서의 히터 가열시(200℃)의 설정 조건은 이하와 같다.
제1 히터 a1(내측)가 발생하는 열량: 500W
제2 히터 b1(한가운데)가 발생하는 열량: 1200W
제3 히터 c1(외측)가 발생하는 열량: 1200W
상술한 비교예 1과 관련된 히터 유닛을 이용하여, 히터 가열시의 온도 분포를 측정했다. 비교예 1에서의 히터 가열시(200℃)의 설정 조건은 이하와 같다.
제1 히터 a2(내측)가 발생하는 열량: 2000W
제3 히터 c2(외측)가 발생하는 열량: 2000W
상기 설정 조건 하에서 평형에 이르렀을 때의 실시예 1 및 비교예 1과 관련된 히터 유닛에서의 스테이지의 표면 온도를, 적외선 서모그래피(FLIR사 제조)를 이용하여 측정했다. 실시예 1 및 비교예 1과 관련된 히터 유닛의 IR 이미지를 도 7b 및 도 8b에서 나타낸다. 도 7b에서, 실시예 1과 관련된 히터 유닛의 T2-N2 선(Line1), U2-O2 선(Line2), V2-P2 선(Line3), Q2-W2 선(Line4), R2-L2 선(Line5), S2-M2 선(Line6) 위의 온도 변화를 도 7c에서 나타낸다. 도 8b에서의 비교예 1과 관련된 히터 유닛의 N1-J1 선(Line1), O1-K1 선(Line2), L1-P1 선(Line3), M1-I1 선(Line4) 상의 온도 변화를 도 7c에서 나타낸다.
도 7b 및 도 7c에서 나타낸 것처럼, 실시예 1과 관련된 히터 유닛에서는, 스테이지의 표면에 큰 온도 분포는 관측되지 않았다. 최대 온도를 나타내는 위치는 제1 기재의 주변 영역이며, 그 온도는 200.8℃였다. 한편, 최소 온도를 나타낸 장소는 제1 기재의 최외주의 영역이며, 그 온도는 198.7℃가 되어, 최대 온도차는 약 2℃ 였다. 한편, 도 8b 및 도 8c에서 나타낸 것처럼, 비교예 1과 관련된 히터 유닛에서는, 스테이지의 표면에 큰 온도 분포가 관측되었고, 주변 영역에서 중심 영역으로 향함에 따라 온도가 크게 저하했다. 최대 온도를 나타내는 위치는 제1 기재의 주변 영역이며 그 온도는 204℃였다. 한편, 최소 온도를 나타낸 장소는 제1 기재의 중앙 영역이며 그 온도는 196.1℃가 되어, 최대 온도차는 약 8℃였다.
이상의 결과에 의해, 실시예 1에 해당하는 히터 유닛에 있어서는 스테이지의 가열을 균일하게 실시할 수 있는 것을 알았다. 따라서, 이러한 히터 유닛을 구비하는 성막장치나 막 가공장치를 이용하는 것으로, 기판상에 균일한 특성을 가지는 여러 가지 박막을 형성하고, 혹은 박막에 대해 기판상에서 균일한 성형을 실시할 수 있기 때문에, 보다 정밀하게 반도체 프로세스를 제어하는 것이 가능하다.
[실시예 2]
도 9a는 본 발명의 실시예 2와 관련된 히터 유닛의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 단면 구성도이다. 실시예 2와 관련된 히터 유닛은, 상술한 제1 실시 형태와 대략 동일한 구성이며, 각 파라미터는 이하와 같다.
제1 기재 및 제2 기재의 재질: 알루미늄
제1 기재 및 제2 기재의 두께: 5mm
제1 기재 및 제2 기재의 직경: 330mm
시스 히터의 패턴: 1 존(도 9a)
시스 히터의 형상: 2 심 편단자형
시스 히터의 최소 굴곡 반경: 9mm
발열선 20의 재질: 니켈-크롬 합금(니켈 80%, 크롬 20%)
발열선 20의 띠 선의 폭 d1: 0.75mm
발열선 20의 띠 선의 두께 d2: 0.2mm
2 축의 발열선 20 끼리의 최단 거리: 0.5mm
발열선 20의 회전축 사이의 거리: 1.5mm
발열선 20의 회전 지름: 1mm
발열선 20의 회전 피치 L1: 2mm
금속 시스 40과 발열선 20과의 최단 거리: 0.5mm
금속 시스 40의 재질: 알루미늄
금속 시스 40의 내경 d3: 3.5mm
금속 시스 40의 두께 d4: 0.5mm
금속 시스 40의 외경 d5: 4.5mm
[비교예 2]
도 10a는 본 발명의 비교예 2와 관련된 히터 유닛의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 나타내는 단면 구성도이다. 비교예 2와 관련된 히터 유닛은 환선의 발열선을 직선 모양으로 배치한 2 심 편단자형의 시스 히터를 구비한다. 비교예 2와 관련된 히터 유닛은, 발열선의 재질이 니켈-크롬 합금이며, 금속 시스의 재질이 SUS이다. 각 파라미터는 이하와 같다.
제1 기재 및 제2 기재의 재질: 알루미늄
제1 기재 및 제2 기재의 두께: 5mm
제1 기재 및 제2 기재의 직경: 330mm
시스 히터의 패턴: 1 존(도 10a)
시스 히터의 형상: 2 심 편단자형
시스 히터의 최소 굴곡 반경: 8mm
발열선의 재질: 니켈-크롬 합금(니켈 80%, 크롬 20%)
발열선의 환선의 직경: Φ0.53mm
2 축의 발열선끼리의 최단 거리: 0.6mm
금속 시스와 발열선과의 최단 거리: 0.6mm
금속 시스의 재질: SUS
금속 시스의 내경: 2.54mm
금속 시스의 두께: 0.33mm
금속 시스 40의 외경: 3.2mm
또한, 비교예 2와 동일한 구성을 가지는(발열선을 직선 모양으로 배치함) 시스 히터는, 발열선의 재질이 니켈-크롬 합금이고, 금속 시스의 재질이 알루미늄인 것으로는, 각각의 열팽창률의 차이가 큰 것에 의해 단선이 문제가 되었다.
[패턴 레이아웃]
상술한 실시예 2 및 비교예 2의 히터 유닛에서의 시스 히터의 패턴 레이아웃을 비교했다. 실시예 2 및 비교예 2의 히터 유닛에서의 시스 히터는 2 심 편단자형의 구성을 가지는 것으로, 샤프트의 중공부에서의 시스 히터의 빼내짐이 시스 히터 1개당 1개가 된다. 이 때문에, 샤프트의 중공부를 유효하게 활용할 수 있고, 모두 2개 이상의 시스 히터를 히터 유닛에 배치하는 것이 가능하다. 또한, 시스 히터의 외경이 세경이기 때문에, 히터 유닛에 미세한 패턴 형상을 레이아웃하는 것이 가능하다. 실시예 2 및 비교예 2에 있어서는, 도 9a 및 도 10a에서 나타낸 것처럼 배치가 되었다.
[열 사이클 시험 후의 스테이지 표면 형상의 평가]
실시예 2 및 비교예 2와 관련된 히터 유닛을 이용하여, 150℃ 및 400℃의 온도 승강을 500 사이클 반복하는 열 사이클 시험을 실시했다. 열 사이클 시험 후, 실시예 2 및 비교예 2와 관련된 히터 유닛의 스테이지의 표면 형상을 삼차원 측정기(미쓰토요사 제조)를 이용하여 측정했다. 실시예 2 및 비교예 2와 관련된 히터 유닛의 스테이지의 높이의 편차를 도 9b 및 도 10b에서 나타낸다.
도 9b에서 나타낸 것처럼, 실시예 2와 관련된 히터 유닛에서는, 스테이지의 표면에서 큰 고저차는 관측되지 않았다. 스테이지의 표면의 평면도는 0.0075였다. 한편, 도 10b에서 나타낸 것처럼, 비교예 2와 관련된 히터 유닛에는, 스테이지의 표면에 큰 고저차기 관측되어, 스테이지 주변 영역에서 중심 영역으로 향함에 따라 크게 융기했다. 스테이지의 표면의 평면도는 0.2048였다. 비교예 2에 있어서는, 금속 시스의 재료가 SUS이며, 제1 기재 및 제2 기재의 재질이 알루미늄인 것으로부터, 열팽창률의 차이가 커, 열 사이클 시험에 의해 변형되었다고 생각된다.
[열 사이클 시험 후의 스테이지 표면 및 비가열 대상 표면에서의 온도 분포의 평가]
상술한 열 사이클 시험 후의 실시예 2와 관련된 히터 유닛을 이용하여, 히터 가열시의 온도 분포를 측정했다. 실시예 2에서의 히터 가열시(360℃)의 설정 조건은 이하와 같다.
시스 히터가 발생하는 열량: 2000W
상술한 열 사이클 시험 후의 비교예 2와 관련된 히터 유닛을 이용하여, 히터 가열시의 온도 분포를 측정했다. 비교예 2에서의 히터 가열시(360℃)의 설정 조건은 이하와 같다.
시스 히터가 발생하는 열량: 2000W
상기 설정 조건 하에서 평형에 이르렀을 때의 실시예 2 및 비교예 2와 관련된 히터 유닛에서의 스테이지의 표면 온도를, 적외선 서모그래피(FILR사 제조)를 이용하여 측정했다. 실시예 2 및 비교예 2와 관련된 히터 유닛의 IR 이미지를 도 9c 및 도 10c에서 나타낸다. 같은 설정 조건 하에서 평형에 이르렀을 때의 실시예 2 및 비교예 2와 관련된 히터 유닛에서의 비가열 대상(이 경우, 웨이퍼)의 표면 온도를 적외선 서모그래피(FILR사 제조)를 이용하여 측정했다. 실시예 2 및 비교예 2와 관련된 히터 유닛 상의 비가열 대상의 IR 이미지를 도 9d 및 도 10d에 나타낸다.
도 9c 및 도 9d에서 나타낸 것처럼, 실시예 2와 관련된 히터 유닛에서는, 스테이지의 표면 및 비가열 대상의 표면에서 큰 온도 분포는 관측되지 않았다. 스테이지의 표면의 최대 온도차는 9.82 ℃이고, 비가열 대상의 표면의 최대 온도차는 9.51 ℃ 였다. 한편, 도 10c 및 도 10d에서 나타낸 것처럼, 비교예 2와 관련된 히터 유닛에서는, 스테이지의 표면에서 큰 온도 분포는 관측되지 않았지만, 비가열 대상의 표면에서 큰 온도 분포가 관측되었다. 비가열 대상의 표면에서는, 주변 영역에서 중심 영역으로 향함에 따라 온도가 크게 상승했다. 스테이지의 표면의 최대 온도차는 8.55 ℃이고, 비가열 대상의 표면의 최대 온도차는 15.53 ℃ 였다. 비교예 2에 있어서는, 비가열 대상을 재치하는 스테이지의 변형이 비가열 대상의 온도 분포에 크게 영향을 주었다고 생각된다.
이상의 결과에 의해, 실시예 2에 해당하는 히터 유닛에 있어서는, 스테이지의 변형을 억제하고 비가열 대상의 가열을 균일하게 실시할 수 있다는 것을 알았다. 따라서, 이러한 히터 유닛을 구비하는 성막장치나 막 가공장치를 이용하는 것으로, 기판상에 균일한 특성을 가지는 여러 가지 박막을 형성하고 혹은 박막에 대해 기판상에서 균일한 성형을 실시할 수 있기 때문에, 보다 정밀하게 반도체 프로세스를 제어하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시 형태로서 상술한 각 실시 형태는, 서로 모순되지 않는 경우에 있어서, 적절히 조합하여 실시할 수 있다. 또한, 각 실시 형태를 기초로 하여, 당업자가 적절히 구성요소의 추가, 삭제 혹은 설계 변경을 실시하는 것도, 본 발명의 요지를 갖추고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 상술한 각 실시 형태로 인해 야기되는 작용 효과와는 상이한 다른 작용 효과이더라도, 본 명세서의 기재로부터 분명한 것 또는 당업자에 있어서 용이하게 예측될 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 발명으로 인해 야기되는 것으로 이해된다.
20: 발열선, 30: 절연재, 40: 금속 시스, 50: 접속 단자, 100: 히터 유닛, 120, 130: 시스 히터, 200: 제1 기재, 220: 제1 기재의 도랑, 240: 스테이지, 300: 제2 기재, 320: 제2 기재의 도랑, 400: 샤프트

Claims (13)

  1. 서로 접합되는 제1 기재 및 제2 기재와,
    상기 제1 기재 및 상기 제2 기재의 접합면의 적어도 일방에 마련된 도랑과,
    상기 도랑의 내측에 배치된 시스 히터
    를 구비하는 히터 유닛으로서,
    상기 시스 히터는,
    금속 시스와,
    상기 금속 시스 내에 간극을 가지고 배치되고, 띠 모양이며 상기 금속 시스의 축 방향에 대해 회전하여 배치되는 발열선과,
    상기 간극에 배치되는 절연재와,
    상기 금속 시스의 일단에 배치되고, 상기 발열선의 양단 각각과 전기적으로 접속하는 접속 단자
    를 구비하고,
    상기 시스 히터는 굽히는 것이 가능한, 히터 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열선은, 상기 금속 시스 내에서 2 축이 되는 영역에서, 상이한 회전축에 대해 회전한 나선 구조로 배치되는, 히터 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스 히터는 복수 배치되고, 각각 독립하여 제어되는, 히터 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도랑은 상기 제1 기재에 마련되는, 히터 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시스, 상기 제1 기재 및 제2 기재에 사용되는 재질은 동일한 열팽창률인, 히터 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시스, 상기 제1 기재 및 제2 기재에 사용되는 재질은 동일한 금속 재료인, 히터 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시스, 상기 제1 기재 및 제2 기재에 사용되는 금속 재질은 알루미늄인, 히터 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재 및 상기 제2 기재는 납땜에 의해 접합되는, 히터 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연재는 무기 절연 분말인, 히터 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발열선은 니켈-크롬 합금이며, 상기 절연재는 산화 마그네슘인, 히터 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발열선은 코어에 감기지 않고, 상기 금속 시스의 축 방향에 대해 회전하여 배치되는, 히터 유닛.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발열선은, 상기 금속 시스 내에서 2 축이 되는 영역에서, 동일한 회전축에 대해 회전한 2중 나선 구조로 배치되는, 히터 유닛.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열선은 면을 가지는 띠 모양이고, 상기 금속 시스 내에 2 축이 되도록 배치되고, 상기 축 방향과 직교하는 단면에 있어서 상기 면은 평행인, 히터 유닛.
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