(57)【要約】【課題】フィラメント３を支持する支持金具２のアーム５、５が高温下のクリープ現象により撓み、その先端のガイド４が下がらないようにする。【解決手段】熱電子放出用フィラメント支持構造は、支持金具２が高融点金属線を環状に曲げてフィラメント３を通すガイド４と、このガイド４から延びた２本のアーム５とを有し、２本のアーム５、５の端部を柱状のサポート１の上下に設けた取付孔６、６に差し込んで固定したものである。この支持金具２の２本のアーム５、５の先部はそれぞれガイド４の上下の位置に連接されている。例えば、この支持金具２は、１本の高融点金属製の線材を環状に曲げてガイド４を形成し、このガイドの上下から２本のアーム５、５を延設して形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電子を発生させるフィラメント（３）を支持するフィラメント支持構造であって、支持金具（２）が高融点金属線を環状に曲げてフィラメント（３）を通すガイド（４）と、このガイド（４）から延びた２本のアーム（５）、（５）とを有し、２本のアーム（５）、（５）の端部を柱状のサポート（１）の上下に設けた取付孔（６）、（６）に差し込んで固定したことを特徴とする熱電子放出用フィラメント支持構造。
【請求項２】
支持金具（２）の２本のアーム（５）、（５）の先部はそれぞれガイド（４）の上下の位置に連接されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出用フィラメント支持構造。
【請求項３】
支持金具（２）は、１本の高融点金属製の線材の中間部を環状に曲げてガイド（４）を形成し、このガイドの上下から２本のアーム（５）、（５）を延設した形状を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出用フィラメント支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体ウエハ等の加熱物を高温に加熱する加熱装置において、加速した電子を加熱プレートに衝突させて加熱プレートを発熱させるため、熱電子を発生させるフィラメントを支持するフィラメント支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ等の処理プロセスにおいて、その半導体ウェハ等の板状部材を加熱するための加熱手段として、ＢＢＰヒータ（Back Bombardment Pedestal Heater：背面電子衝撃加熱ヒータ）が使用されている。これは加速した電子を加熱プレートにその背後から衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の加熱装置である。この電子衝撃加熱装置では、フィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速し、この熱電子を加熱プレートの背後に衝突させて、加熱プレートを発熱させる。そしてこの加熱プレートの上に載せた半導体ウエハ等の板状の加熱物を加熱する。
【０００３】
図５は、電子衝撃加熱装置の従来例を示す図である。図５では図示して無いが、ステージ部３６の上の部分は真空容器の中にあり、加熱プレート３２の部分は真空雰囲気におかれる。ステージ部３６の壁には、冷却液通路３７が形成され、この冷却液通路３７に水等の冷却液を通すことにより、ステージ部３６が冷却される。
【０００４】
このステージ部３６の上には、シリコンウエハ等の薄形板状の加熱物を載せる平坦な加熱プレート３２を有する耐熱性の加熱物支持部材３１が設置されている。この加熱物支持部材３１の内部はその外側の空間と気密に仕切られている。より具体的には、加熱物支持部材３１は、上面側が加熱プレート３２により閉じられ、下面側が開口した円筒形状を有している。加熱物支持部材３１の下端部はフランジ状になっており、この下端部がステージ部３６の上面に当てられて固定されると共に、真空シール材３８により気密にシールされている。
【０００５】
ステージ部３６には、排気通路３４が形成され、この排気通路３４に接続された真空ポンプ３５により、加熱物支持部材１の内部の空間が排気され、真空にされる。
さらに、この加熱物支持部材３１の内部には、フィラメント３９が設置されている。図１では、フィラメント３９はシンボル図形として示しされており、実際の形を表していない。このフィラメント３９は、加熱物支持部材３１の加熱プレート３２の背後に設けられると共に、フィラメント加熱電源４０が電気的に接続されている。さらに、このフィラメント３９と加熱プレート３２との間には、加熱物支持部材３１を介して電子加速電源４１により加速電圧が印加される。なお加熱プレート３２は接地され、フィラメント３９に対して正電位に保持される。
【０００６】
このような電子衝撃加熱装置では、フィラメント３９と加熱プレート３２との間に電子加速電源４１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源４０によりフィラメント３９に通電すると、フィラメント３９から熱電子が放出され、この熱電子が前記加速電圧により加速されて加熱プレート３２の下面に衝突する。このため、電子衝撃により加熱プレート３２が加熱される。加熱プレート３２の温度は熱電対４２により温度測定器４４で測定され、その温度がフィラメント加熱電源４０を制御する制御器４７により制御される。加熱プレート３２に生じる熱は、リフレクタ３３、４６により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散するのが防止される。
【０００７】
このようなフィラメントの支持構造は、支柱の有無に係わらず高融点金属製の線材を環状に曲げてガイドを形成し、その環状のガイドの中にフィラメント線を通すのが一般的である。このフィラメント支持構造の要点は、第一に、フィラメントの温度の変化により起こる熱膨張でフィラメントに熱応力が生じないように自由に伸縮出来る構造としながら、フィラメントとしての所要の位置関係を保持する点である。第二に、フィラメントが２０００℃程度の高温になるので、その支持金具も、強度低下が生じやすい溶接構造をとらず、針金細工とも言うべき線材の曲げ加工のみでガイドを形成する点である。
【０００８】
ＢＢＰヒータ用のフィラメントは、一般の電子銃、例えば電子顕微鏡用の電子銃と違って、２０００℃程度の高温に加熱される加熱プレートの至近位置に配置されるため、２０００℃以上の高温に曝される。フィラメントは直径φ０．５前後と細いため、自重はそれほど大きくないが、高温領域で荷重がかかると徐々に延びていくクリープ現象が起こり、自重、振動、熱応力等によって次第に延び、垂れ下がって曲がってしまう。
【０００９】
このような電子衝撃加熱装置におけるフィラメントの支持構造の従来例を図３と図４に示している。フィラメント２３には、高融点の金属線が使用され、最も一般的なのはタングステンフィラメントである。既に述べた通り、これらのフィラメントの支持構造は、柱状のサポート２１に取付孔２６、２６を明け、この取付孔２６、２６に高融点金属製の線材からなる支持金具２２の１本のアーム２５の端部を引き通して固定し、さらにサポート２１からその側方に延びた支持金具２２のアーム２５の先端に環状のガイド２４を設け、このガイド２４の中にフィラメント線２３を通す構造になっている。
【００１０】
図３に示したフィラメントの支持構造では、支持金具２２のアーム２５の一端側を曲げながらサポート２１に設けた複数の取付孔２６、２６に通し、アーム２５の端部をサポート２１に固定している。また、図４に示したフィラメントの支持構造では、支持金具２２のアーム２５の一端側を曲げながらサポート２１に設けた複数の取付孔２６、２６に通したうえに、これらアーム２５の端部の上からサポート２１の周りに帯状の金属片２７を巻き、この金属片２７を部分的にサポート２１に溶接２８している。また、図３（イ）、（ニ）に示したフィラメントの支持構造の例では、ガイド２４とアーム２５とを高融点金属製の１本の線材により形成した支持金具２２を使用しているが、図３（ロ）、（ハ）及び図４に示したフィラメントの支持金具２２では、そのガイド２４とアーム２５とを別体とし、アーム２５の先端を鉤形に曲げて、そこにリング状のガイド２４を引っ掛けて取り付けている。
【００１１】
図３や図４に示したフィラメントの支持構造のように、１本のアーム２５とその先端に設けた環状のガイド２４によってフィラメント２３を支持する構造であるため、図５に示す加熱プレート３２の温度が２０００℃と高温になると、この支持金具２２自体も２０００℃の高温となり、前述したクリープ現象により支持金具２２のアーム２５が撓み、その先端のガイド２４が次第に下がってしまう。
【００１２】
ＢＢＰヒータのフィラメント３９の加熱プレート３２に対する位置関係は、加熱プレート３２の温度分布や耐電圧に影響を与えてしまうので、図３や図４に示したガイド２４は常に所要の位置を保ち、フィラメント２３はその環状のガイド２４の中だけで熱膨張により若干の移動がある程度にすることが望ましい。
【特許文献１】特開２００４−３５５８７７号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６９００号公報
【特許文献３】特開２０００−１３３１７９号公報
【特許文献４】特開２０００−０６６０００号公報
【特許文献５】特開平０７−１５３３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、高温下で使用される前記のようなＢＢＰヒータ用の従来の熱電子放出用フィラメント支持構造における課題に鑑み、フィラメントを支持する支持金具のアームが高温下のクリープ現象により撓み、その先端のガイドが下がってしまわない熱電子放出用フィラメント支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、前記の目的を達成するため、支持金具２のアーム５、５を上下２本として、その基端を柱状のサポート１に上下に設けた取付孔６、６に差し込んで固定し、その先端をフィラメント３を通した環状のガイド４の上下の部分に連接し、これによりアーム５、５の上下方向の剛性の強化を図った。
【００１５】
すなわち、本発明による熱電子放出用フィラメント支持構造は、支持金具２が高融点金属線を環状に曲げてフィラメント３を通すガイド４と、このガイド４から延びた２本のアーム５とを有し、２本のアーム５、５の端部を柱状のサポート１の上下に設けた取付孔６、６に差し込んで固定したものである。この支持金具２の２本のアーム５、５の先部はそれぞれガイド４の上下の位置に連接されている。
例えば、この支持金具２は、１本の高融点金属製の線材を環状に曲げてガイド４を形成し、このガイドの上下から２本のアーム５、５を延設して形成される。
【００１６】
このような本発明による熱電子放出用フィラメント支持構造では、支持金具２の２本のアーム５、５が柱状のサポート１の上下に設けた取付孔６、６に差し込んで取り付けられているため、アーム５、５の上下方向の剛性が総体的に大きくなり、アーム５、５が上下に撓みにくくなる。さらに、支持金具２の２本のアーム５、５の先部はそれぞれガイド４の上下の位置に連接されていることにより、やはりアーム５、５の上下方向の剛性が総体的に大きくなり、アーム５、５が上下に撓みにくくなる。これにより、高温下でもクリープ現象によるアーム５、５の撓みが無くなり、その先端のガイド４の位置が下がらない。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した通り、本発明による熱電子放出用フィラメント支持構造では、支持金具２のアーム５、５の総体的な上下方向の剛性が高くなるため、高温下でのクリープ現象による支持金具２のアーム５、５の撓みが起こりにくくなる。これにより、高温下でガイド４が下がらず、それに通したフィラメント３を一定の高さに保持することが出来る。よって、加熱プレートの温度分布や耐電圧に影響を与える影響を最小限に抑えることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明では、支持金具２のアーム５、５を上下２本として、アーム５、５の上下方向の剛性の強化を図り、これにより高温下でもクリープ現象によりフィラメント３を通してガイド４が下がらないようにした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
【００１９】
電子衝撃加熱装置用のフィラメントの支持構造の実施例を図１と図２に示している。各図において、（ａ）はフィラメント３を支持する単一のサポート１と支持金具２を備える部分の要部斜視図、（ｂ）は、その要部縦断側面図である。
フィラメント３には、高融点の金属線が使用され、例えばタングステンフィラメントが使用される。このフィラメント３を支持する構造は、柱状のサポート１の上下に取付孔６、６を明け、この取付孔６、６に高融点金属製の線材からなる支持金具２の２本のアーム５、５の基端部をそれぞれ引き通して固定し、さらにサポート１からその側方に延びた支持金具２のアーム、５、５の先端を環状のガイド４の上下の位置に連接させる。そして、このガイド４の中にフィラメント線３を通す。
【００２０】
図１に示したフィラメントの支持構造では、支持金具２となる高融点材料からなる線材の中間部をコイル状に曲げて環状のガイド４を形成し、このガイド４を形成するコイル状のガイド４の両端から２本のアーム５、５を延設し、支持金具２を形成している。さらにこの支持金具２のアーム５、５の両端部をサポート１の上下に設けた複数の取付孔６、６にそれぞれ通し、サポート１の背後で上側の取付孔６に通した先端部分を下側に、下側の取付孔６に通した先端部分を上側にそれぞれ折り曲げ、サポート１の背後に縦に添わせている。さらに、このサポート１の背後に添わせたアーム５の先端部分を含めてサポート１を巻くように帯状の金属片７を巻き、これを部分的に溶接することにより、アーム５の端部をサポート１に固定している。
【００２１】
また、図２に示したフィラメントの支持構造でも、支持金具２となる高融点材料からなる線材の中間部をコイル状に曲げて環状のガイド４を形成し、このガイド４を形成するコイル状のガイド４の両端から２本のアーム５、５を延設することで支持金具２を形成している点は前記図１に示した実施例と同様である。しかしここでは、支持金具２の両端側をサポート２１に設けた複数の取付孔２６、２６に通し、通した先のアーム５の先端部分をサポート１の周りにコイル状に巻き付けることで支持金具２の端部をサポート１に固定している。
【００２２】
何れの実施例でも、支持金具２は一本の線材により形成されており、その線材の中間部が２重巻き程度のコイル状のガイド４となっている。このコイル状のガイド４の上下からは一体にアーム５、５が延設され、それらアーム５、５の端部がサポート１の上下に設けられた取付孔６、６に引き通されて取り付けられている。図示のアーム５、５は上下に平行であるが、コイル状のガイド４の径に比べてサポート１の上下に設けられた取付孔６、６の間隔を広げてアーム５、５の角度をサポート１側で広くなるように固定してもよい。或いは、アーム５、５をそれらの中間でクロスさせて、アームが「Ｘ」字形になるように固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電子衝撃加熱装置用のフィラメントの支持構造の一実施例を示すもので、（ａ）はフィラメントを支持する単一のサポートと支持金具を備える部分の要部斜視図、（ｂ）は、その要部縦断側面図である。
【図２】電子衝撃加熱装置用のフィラメントの支持構造の他の実施例を示すもので、（ａ）はフィラメントを支持する単一のサポートと支持金具を備える部分の要部斜視図、（ｂ）は、その要部縦断側面図である。
【図３】電子衝撃加熱装置用のフィラメントの支持構造の４つの従来例を示すもので、フィラメントを支持する単一のサポートと支持金具を備える部分の要部斜視図である。
【図４】電子衝撃加熱装置用のフィラメントの支持構造の他の２つの従来例を示すもので、フィラメントを支持する単一のサポートと支持金具を備える部分の要部斜視図である。
【図５】前記のフィラメントの支持構造が適用される電子衝撃加熱装置の例を示す概略縦断側面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  サポート
２  支持金具
３  フィラメント
４  ガイド
５  アーム
６  取付孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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