KR101299496B1 - 세라믹스 히터 및 세라믹스 히터의 제조방법 - Google Patents

세라믹스 히터 및 세라믹스 히터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

세라믹스 히터 상에 직접 적재된 피가열물을 균일하게 가열할 수 있어서 가열 효율도 높고, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 세라믹스 히터를 제공한다.
적어도, 한쌍 이상의 관통구멍(13)이 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재(12)와, 일단에 급전단자(18)를 갖고 타단이 관통구멍(13)에 삽입된 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재(14)와, 판형상 부재(12) 상에 형성된 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층(19)과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층(21)을 구비한 세라믹스 히터(11)로서, 막대형상 부재의 일단면(16)이 판형상 부재의 주면(15)과 동일평면을 이루고, 상기 동일평면을 이루는 판형상 부재의 주면(15) 상에 히터 패턴(20)을 갖는 도전층(19)이 형성되어, 반대측의 주면(17)에 있어서 막대형상 부재(14)끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연된 세라믹스 히터.

Description

세라믹스 히터 및 세라믹스 히터의 제조방법{CERAMICS HEATER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE CERAMICS HEATER}
도 1은 본 발명의 세라믹스 히터의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 세라믹스 히터의 판형상 부재 및 막대형상 부재의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 세라믹스 히터의 판형상 부재 및 막대형상 부재의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 세라믹스 히터의 히터 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 세라믹스 히터의 이면의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 6은 종래기술의 2존식의 세라믹스 히터의 히터 패턴의 존 분할의 일례를 나타내는 평면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1…피가열물의 적재위치 2…제1의 가열영역
3…제2의 가열영역 4, 5…막대형상 부재
6…도전경로 11…세라믹스 히터
12…판형상 부재 13…관통구멍
14…막대형상 부재
15…히터 패턴이 형성되는 판형상 부재의 주면
16…막대형상부의 일단면 17…판형상 부재의 반대측의 주면
18…급전단자 19…도전층
20…히터 패턴 21…피복층
22…도전층의 제거부(홈)
본 발명은, 반도체의 제조공정에 있어서의 반도체 웨이퍼의 가열이나, 화학기상증착법, 스퍼터법에 의해 박막을 형성할 때의 기재의 가열에 사용되는 세라믹스 히터 및 세라믹스 히터의 제조방법에 관한 것이다.
반도체의 제조공정에 있어서의 반도체 웨이퍼의 가열이나, 화학기상증착법, 스퍼터법에 의해 박막을 형성할 때의 기재의 가열에 사용되는 세라믹스 히터에는, 질화규소나 질화알루미늄, 질화붕소 등의 소결체로 이루어지는 지지기재에, 금속의 박이나 권취선으로 이루어지는 발열체나, 금속입자 또는 도전성 세라믹 입자를 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄함으로써 형성된 발열체를 매설한 구조의 히터가 사용되고 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2참조).
그러나 스크린 인쇄에 의해 히터 패턴을 형성했을 경우, 발열층의 막두께가 불균일하게 되기 쉽고, 균열성이 좋은 히터로 되지 않는 일이 있다. 또한, 스크린 인쇄에 사용되는 페이스트에 함유되는 유기물이나, 세라믹 소결체에 함유되는 소결 조제 성분이, 불순물의 발생원이 될 가능성이 있다.
이것에 대하여, 화학기상증착법에 의해 생성된 열분해 질화붕소로 이루어지는 지지기재 상에, 화학기상증착법에 의해 열분해 그래파이트로 이루어지는 도전층을 성막하고, 이것에 기계가공을 실시해서 원하는 히터 패턴을 형성하고, 또한 화학기상증착법에 의해 열분해 질화붕소로 이루어지는 피복층으로 히터 패턴을 덮은 것은, 균일한 막두께의 도전층을 얻기 쉽고, 균열성이 좋은 세라믹스 히터로 할 수 있다(특허문헌 3 참조).
또한 지지기재, 도전층, 피복층의 전부가 화학기상증착법으로 제조되므로, 소결법에 의해 제조된 것보다 고순도이며 반도체 웨이퍼가 불순물에 의해 오염되기 어렵다고 하는 이점이 있어, 가열 프로세스에서는 유리하다.
이 화학기상증착법에 의해 생성된 열분해 질화붕소로 이루어지는 지지기재 상에, 화학기상증착법에 의해 열분해 그래파이트로 이루어지는 도전층을 성막하고, 이것에 기계가공을 실시해서 원하는 히터 패턴을 형성하고, 또한 화학기상증착법에 의해 열분해 질화붕소로 이루어지는 피복층으로 히터 패턴을 덮어서 이루어지는 히터는, 히터 패턴의 양단에 관통구멍을 형성함과 아울러, 관통구멍의 주위의 피복층을 제거해서 도전층을 노출시키고, 이 도전층 노출부분에 전원으로부터의 도선을 금속, 또는 그래파이트나 탄소/탄소 복합재료 등의 탄소재료로 이루어지는 볼트, 너트로 고정함으로써 전원과 접속된다.
그러나, 상기 접속방법에서는, 탄소와 반응성이 있는 분위기에서는 전원접속 부분에서 노출되어 있는 도전층이 소모되어 이상 발열을 일으키고, 또한 소모가 진행되면 방전이 일어나 히터가 파손되어 버리기 때문에, 히터의 사용조건(가열온도, 분위기)이 제한된다고 하는 문제가 있다. 또한 그래파이트나 탄소/탄소 복합재료 등으로 이루어지는 볼트, 너트를 사용했을 경우, 이것이 파티클의 발생원이 된다. 또한 금속제의 볼트나 너트를 사용했을 경우, 사용 개시로부터 어느 정도의 기간은, 그래파이트나 탄소/탄소 복합재료 등으로 이루어지는 볼트, 너트를 사용했을 경우보다 파티클은 발생되기 어렵다. 그러나 장기간 계속해서 사용하면, 예를 들면 금속제의 볼트나 너트이여도 열에 의해 열화되어 버려, 역시 파티클의 발생원으로 된다는 문제가 있다. 또한 처리하는 반도체 웨이퍼를 금속 오염시킬 위험도 있다.
이들의 문제를 해결하는 것으로서, 특허문헌 4에 기재된 세라믹스 히터를 들 수 있다. 이것은, 열분해 질화붕소로 이루어지는 기재에, 열분해 그래파이트로 이루어지는 히터 패턴을 형성한 것을 히터 본체로 하고, 히터 패턴의 양단에 위치하는 접촉단에 관통구멍을 형성하고, 그래파이트 나사를 사용하여 관통구멍을 통해서 소정 길이의 그래파이트 막대형상 부재를 히터 패턴과는 반대측의 면에 위치하도록 고정한 후, 히터 본체, 그래파이트 나사, 그래파이트 막대형상 부재를 일체적으로 열분해 질화붕소로 이루어지는 피복층으로 덮은 구조의 세라믹스 히터이다.
그리고, 그래파이트 나사 및 그래파이트 막대형상 부재의 설치를 기계적 및 전기적으로 강고하게 하기 위해서, 플렉시블 그래파이트 워셔가 그래파이트 나사∼히터 본체 사이 및 히터 본체∼그래파이트 막대형상 부재 사이에 배치되어 있다. 그래파이트 막대형상 부재의, 그래파이트 나사에 의해 히터 본체에 고정되어 있는 일단과는 반대측의 타단에는, 열분해 질화붕소로 이루어지는 피복층이 형성되어 있지 않고, 이 부분에 전원으로부터의 도선이 접속된다.
이 특허문헌 4에 기재된 히터이면, 히터 패턴을 형성하는 열분해 그래파이트로 이루어지는 도전층이나, 그래파이트 나사, 그래파이트 막대형상 부재 등 탄소재료로 이루어지는 부재가, 거의 완전하게 열분해 질화붕소로 이루어지는 피복층으로 덮여져 있으므로, 탄소와 반응성이 있는 분위기에서도 사용가능한 히터가 되고, 또 그래파이트 나사, 그래파이트 막대형상 부재 등으로부터의 파티클의 발생도 억제된다.
그래파이트 막대형상 부재의, 그래파이트 나사에 의해 히터 본체에 고정되어 있는 일단과는 반대측의 타단은, 열분해 질화붕소로 이루어지는 피복층이 형성되어 있지 않고, 이 부분에 전원으로부터의 도선이 접속되어 있지만, 이 부분은 소정의 길이를 가지는 그래파이트 막대형상 부재 만큼의 히터 패턴으로부터 거리가 떨어져 있기 때문에, 온도가 낮게 억제되어 있다. 따라서 탄소와 반응성이 있는 분위기에서 사용해도, 소모는 어느 정도 작다. 또한 도선의 접속에 금속제의 나사를 사용해도, 온도가 낮으므로 금속제의 나사가 열에 의해 열화되어 파티클의 발생원이 되는 일도 적다.
여기에서, 세라믹스 히터에 의해 반도체 웨이퍼를 가열하는 주된 방법은, 반도체 웨이퍼와 히터를 접촉시키지 않고, 히터로부터의 복사광에 의해 가열하는 방법과, 반도체 웨이퍼를 히터 상에 직접 두고, 열전도에 의해 가열하는 방법이 있다.
감압하에서 복사 가열을 행할 경우, 사용시간이 길어짐에 따라서, 프로세스 가스의 유입에 기인하는 막부착이나, 주위부재로부터의 비산물의 부착에 의해 히터 표면이 더러워지고, 이 때문에 복사율이 변화되어, 같은 전력에서도 반도체 웨이퍼를 동일하게 가열할 수 없게 되는 일이 있다. 이러한 현상은, 특히 1000℃이상의 고온 프로세스에서 현저하다.
직접 가열의 경우에는 이러한 문제가 없다. 또 직접 가열쪽이 복사 가열보다 가열효율이 좋기 때문에, 고온의 프로세스에서는 직접 가열이 비용적으로 바람직하다.
특허문헌 4에 기재된 히터에서는, 그래파이트 막대형상 부재를 고정하는 그래파이트 나사의 머리가 히터의 가열면에 돌출되어 있다. 따라서, 피가열물을 히터 상에 직접 실어서 가열을 행하는 경우에는, 그래파이트 막대형상 부재의 설치위치는 히터 상의 피가열물이 적재되는 영역보다 반드시 외측으로 해야 하고, 이 때문에 히터가 대형화된다고 하는 문제가 있다.
또한 최근의 반도체 웨이퍼의 대지름화에 따라, 이것을 가열하는 히터도 대형의 것이 사용되게 되어 오고 있지만, 전류값, 전압값을 과대하게 하지 않기 위해서, 또는 반도체 웨이퍼의 온도분포의 개선 등의 이유에 의해, 제1의 전원으로 가열되는 히터 중심부근의 제1의 발열영역과, 그 외측의 제2의 전원으로 가열되는 제2의 발열영역을 형성하고, 2대의 전원에 의해 히터를 가열한다고 하는 2존식의 히터가 사용되는 경우가 많다.
특허문헌 4에 기재된 구조의 히터로 2존식의 히터로 하고, 반도체 웨이퍼를 직접 두고서 가열할 경우, 히터의 제1의 가열영역과 제2의 가열영역의 형상은, 그래파이트 나사의 머리가 히터의 가열면에 돌출되어 있기 때문에, 도 6에 나타낸 형상으로 하지 않을 수 없다.
반도체 웨이퍼는 도 6의 점선부분(1)의 내측 영역에 적재된다. 히터 중심이 제1의 가열영역(2), 그 외측이 제2의 가열영역(3)이다. 제1의 가열영역(2)에 접속되는 그래파이트 막대형상 부재(4), 제2의 가열영역(3)에 접속되는 그래파이트 막대형상 부재(5)가 각각 히터 최외주부에 설치되어 있다. 즉 히터 중심부근에 위치하는 제1의 가열영역(2)에 접속되는 그래파이트 막대형상 부재(4)가 히터 최외주부에 설치되기 때문에, 제1의 가열영역(2)과 그래파이트 막대형상 부재(4)를 연결하는 도전경로(6)를 제2의 가열영역(3) 중에 설치하지 않으면 안된다.
따라서 제2의 전원으로 가열되는 제2의 발열영역(3) 중에, 제1의 전원으로 가열되는 발열체가 존재하게 되고, 제1의 전원과 제2의 전원의 전력 밸런스 다음으로는, 이 도전경로(6)의 부분이 국소적인 발열부, 또는 국소적인 저온부가 되고, 웨이퍼의 온도분포에 악영향을 준다고 하는 문제가 있다.
또한 그래파이트 막대형상 부재가 그래파이트 나사에 의해 사이에 히터 본체를 끼우는 형태로 고정되어 있지만, 그래파이트의 선팽창계수는 통상 3∼7×10-6인 것에 대해, 기재인 열분해 질화붕소의 두께 방향의 선팽창계수는 5∼8×10-5이다. 따라서, 그래파이트 나사나 그래파이트 막대형상 부재는 히터가 승온될 때마다, 기재인 열분해 질화붕소의 열팽창에 기인하는 응력이 작용한다.
이 때문에, 그래파이트 나사 및 그래파이트 막대형상 부재를 지름이 가는 것으로 한 경우, 그래파이트 나사의 두부가 파단되거나, 그래파이트 나사와 그래파이트 막대형상 부재의 나사산 부분이 파괴되거나 하여, 그래파이트 나사와 도전층이 접촉불량으로 되고, 히터를 가열할 수 없게 될 우려가 있다고 하는 문제가 있다.
그래파이트 나사와 그래파이트 막대형상 부재를 지름이 굵은 것으로 하면, 그래파이트 나사 두부의 파단이나 나사산의 파괴에 의한 접촉 불량은 막을 수 있지만, 그래파이트 나사, 그래파이트 막대형상 부재의 단면적이 커지므로, 외부에 유출되는 열량이 커져서, 피가열물을 균일하게 가열하는 것이 곤란해진다고 하는 문제가 있다.
(특허문헌 1) 일본 특허공개 2004-220966호 공보
(특허문헌 2) 일본 특허공개 2004-253799호 공보
(특허문헌 3) 일본 특허 제3560456호 공보
(특허문헌 4) 일본 특허 제2702609호 공보
그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 세라믹스 히터 상에 직접 적재된 피가열물을 균일하게 가열할 수 있어, 가열 효율도 높고, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 세라믹스 히터 및 세라믹스 히터의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 적어도, 한쌍 이상의 관통 구멍이 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재와, 일단에 급전단자를 갖고 타단이 상기 판형상 부재의 관통구멍에 삽입된 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재와, 상기 판형상 부재 상에 형성된 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층을 구비한 세라믹스 히터로서, 상기 막대형상 부재의 급전단자를 갖는 측과 반대측의 일단면이 상기 판형상 부재의 주면과 동일평면을 이루고, 상기 동일평면을 이루는 상기 판형상 부재의 주면 상에 히터 패턴을 갖는 상기 도전층이 형성되어, 상기 판형상 부재의 상기 히터 패턴이 형성된 측의 반대측의 주면에 있어서 상기 막대형상 부재끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연된 것임을 특징으로 하는 세라믹스 히터가 제공된다(청구항 1).
이와 같이, 막대형상 부재의 일단면이 판형상 부재의 주면과 동일평면을 이루고, 상기 동일평면을 이루는 판형상 부재의 주면 상에 히터 패턴을 갖는 도전층이 형성된 것으로 하면, 막대형상 부재의 설치 위치를 판형상 부재 상의 피가열물이 적재되는 영역보다 외측으로 할 필요가 없으므로, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 구조이며, 상기 동일평면 상에 형성된 히터 패턴에 의해, 평탄한 히터 상에 직접 적재된 피가열물을, 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있는 세라믹스 히터로 할 수 있다.
이 때, 상기 막대형상 부재는, 상기 판형상 부재의 관통구멍에 압입된 것이며, 상기 도전층 및 피복층이 피복되어서 판형상 부재에 고정된 것임이 바람직하다(청구항 2).
이와 같이, 막대형상 부재는, 판형상 부재의 관통구멍에 압입된 것이며, 도전층 및 피복층이 피복되어서 고정된 것이면, 판형상 부재와 막대형상 부재의 접속에, 파단 등의 문제의 원인이 되는 나사를 사용하지 않기 때문에, 도전층과 막대형상 부재의 접촉이 양호해서 내구성이 높아지고, 막대형상 부재의 단면적을 작게 할 수도 있다. 그 결과, 외부에 유출되는 열량을 작게 억제할 수 있어서 피가열물을 보다 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있다. 또한 파티클의 발생원이 되는 볼트와 너트를 사용할 필요가 없기 때문에, 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.
또한 상기 판형상 부재는, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것임이 바람직하다(청구항 3).
이와 같이, 판형상 부재는, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것이면, 화학기상증착법에 의해 제조할 수 있고, 고온에서의 사용에서도 안정적이며 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.
여기에서 상기 판형상 부재가 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소인 경우에는, 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄의 함유량이 커짐에 따라서 판형상 부재의 저항율은 작아진다. 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄 함유량은, 히터 패 턴간의 절연을 유지할 수 있는 양으로 억제될 필요가 있다.
또한, 상기 막대형상 부재는, 그래파이트, 탄화규소 소결체, 탄화붕소 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 4).
이와 같이, 막대형상 부재는, 그래파이트, 탄화규소 소결체, 탄화붕소 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것이면, 내열성이 뛰어난 것으로 되는 한편, 외면에 도전층 및 피복층이 피복되므로, 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다. 특히, 그래파이트는, 비교적 저렴하고 가공도 용이하기 때문에 더욱 바람직하다.
또한 상기 도전층은, 열분해 그래파이트, 붕소 및/또는 탄화붕소를 함유하는 열분해 그래파이트 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 5).
이와 같이, 도전층은, 열분해 그래파이트, 붕소 및/또는 탄화붕소를 함유하는 열분해 그래파이트 중 어느 하나로 이루어지는 것이면, 금속의 박이나 권취선보다 가공이 용이하기 때문에 히터 패턴을 사행 패턴으로 해서, 그 폭이나 두께를 변화시킴으로써, 임의의 온도경사를 부여하거나, 열환경에 따른 발열 분포를 가지게 해서 균열화하거나 하는 것이 용이하게 된다. 또한, 화학기상증착법을 사용하면, 도전성 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하는 방법보다 두께를 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 피복층은, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 6).
이와 같이, 피복층은, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것이면, 고온에서의 사용에 의한 박리나 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있는 피복층이 된다.
여기에서 상기 피복층이 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소인 경우에는, 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄의 함유량이 커짐에 따라서 판형상 부재의 저항율은 작아진다. 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄 함유량은, 히터 패턴간 혹은 히터 패턴과 피가열물 사이의 절연을 유지할 수 있는 양으로 억제될 필요가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 적어도, 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재에 한쌍 이상의 관통구멍을 형성하고, 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재의 일단에 급전단자를 형성하고 타단을 상기 판형상 부재의 관통구멍에 삽입한 후, 상기 판형상 부재 상에 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층을 형성하고, 그 후에 상기 도전층 상에 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층을 형성하는 세라믹스 히터의 제조방법으로서, 상기 막대형상 부재의 급전단자를 갖는 측과 반대측의 일단면이 상기 판형상 부재의 주면과 동일평면을 이루도록 상기 막대형상 부재를 상기 판형상 부재의 관통구멍에 삽입한 후, 상기 막대형상 부재 및 상기 판형상 부재를 일체적으로 피복하도록 상기 도전층을 형성해서 막대형상 부재와 판형상 부재를 고착하고, 상기 동일평면을 이루는 상기 판형상 부재의 주면 상의 상기 도전층을 가공해서 히터 패턴을 형성하고, 상기 판형상 부재의 상기 히터 패턴을 형성한 주 면과 반대측의 주면 상의 도전층을 일부 또는 전부 제거함으로써 상기 막대형상 부재끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연하고, 그 후에 상기 판형상 부재, 상기 막대형상 부재, 및 상기 도전층을 일체적으로 피복하도록 상기 피복층을 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터의 제조방법이 제공된다(청구항 7).
이와 같이, 막대형상 부재의 일단면이 판형상 부재의 주면과 동일평면을 이루도록 막대형상 부재를 판형상 부재의 관통구멍에 삽입함으로써, 막대형상 부재의 설치 위치를 판형상 부재 상의 피가열물이 적재되는 영역보다 외측으로 할 필요가 없으므로, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 구조이며, 상기 동일평면 상에 형성되는 히터 패턴에 의해, 평탄한 히터 상에 직접 적재된 피가열물을, 높은 가열 효율로 균일하게 가열가능한 히터를 제조할 수 있다.
또한 막대형상 부재 및 판형상 부재를 일체적으로 피복하도록 도전층을 형성함으로써 막대형상 부재와 판형상 부재를 고착하는 것이 가능하다. 특히, 막대형상 부재 및 판형상 부재 전체에 대하여 도전성 세라믹스 재료를 화학기상증착시킴으로써, 막대형상 부재와 판형상 부재를 용이하게 고착할 수 있어, 나사 등을 사용할 필요가 없다.
또한, 상기 동일평면을 이루는 판형상 부재의 주면 상의 도전층을 가공해서 히터 패턴을 형성하고, 판형상 부재의 반대측의 주면 상의 도전층을 일부 또는 전부 제거함으로써 막대형상 부재끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연함으로써, 높은 가열 효율로 균일하게 가열가능한 히터를 용이하게 제조할 수 있다.
또한 판형상 부재, 막대형상 부재, 및 도전층을 일체적으로 피복하도록 피복 층을 형성함으로써, 예를 들면 화학기상증착법에 의해 피복층을 형성하면서 막대형상 부재와 판형상 부재를 용이하게 고정할 수 있다.
이 때, 상기 막대형상 부재의 상기 판형상 부재의 관통구멍으로의 삽입은, 압입에 의한 것이 바람직하다(청구항 8).
이와 같이, 막대형상 부재의 판형상 부재의 관통구멍에의 삽입은, 압입에 의한 것으로 하면, 판형상 부재와 막대형상 부재의 접속에 나사를 사용하지 않고 도전층과 막대형상 부재의 접촉을 양호하게 해서 막대형상 부재의 단면적을 작게 할 수 있으므로, 외부에 유출되는 열량을 작게 억제할 수 있어서 피가열물을 보다 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있다. 이 경우, 막대형상 부재의 일단면과 판형상 부재의 주면이 정확하게 동일면이 되도록, 압입한 후 주면을 평면 연삭하거나 해서 평면 가공하는 것이 바람직하다.
또한 상기 판형상 부재로서, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다(청구항 9).
이와 같이, 판형상 부재로서, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나를 사용하면, 화학기상증착법에 의해 제조할 수 있고, 고온에서의 사용에 의한 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응가능한 히터를 제조할 수 있다.
여기에서 상기 판형상 부재가 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함 유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소인 경우에는, 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄 함유량이 커짐에 따라서 판형상 부재의 저항율은 작아진다. 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄 함유량은, 히터 패턴간의 절연을 유지할 수 있는 양으로 억제될 필요가 있다.
또한, 상기 막대형상 부재로서, 그래파이트, 탄화규소 소결체, 탄화붕소 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다(청구항10).
이와 같이, 막대형상 부재로서, 그래파이트, 탄화규소 소결체, 탄화붕소 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것을 사용하면, 내열성이 뛰어난 것으로 되는 한편, 외면에 도전층 및 피복층이 피복되므로, 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.
또한 상기 도전층을, 열분해 그래파이트, 붕소 및/또는 탄화붕소를 함유하는 열분해 그래파이트 중 어느 하나를 화학기상증착시킴으로써 형성하는 것이 바람직하다(청구항11).
이와 같이, 도전층을, 열분해 그래파이트, 붕소 및/또는 탄화붕소를 함유하는 열분해 그래파이트 중 어느 하나를 화학기상증착시킴으로써 형성하면, 금속의 박이나 권취선보다 가공이 용이하기 때문에 히터 패턴을 사행 패턴으로 해서, 그 폭이나 두께를 변화시킴으로써, 임의의 온도경사를 부여하거나, 열환경에 따른 발열 분포를 가지게 해서 균열화하거나 하는 것이 용이하게 된다.
또한, 상기 피복층을, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나를 화학기상증착시킴으로써 형성하는 것이 바람직하다(청구항12).
이와 같이, 피복층을, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나를 화학기상증착시킴으로써 형성하면, 고온에서의 사용에 의한 박리나 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있는 피복층이 된다.
여기에서 상기 피복층이 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소인 경우에는, 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄의 함유량이 커짐에 따라서 판형상 부재의 저항율은 작아진다. 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄 함유량은, 히터 패턴간 혹은 히터 패턴과 피가열물 사이의 절연을 유지할 수 있는 양으로 억제될 필요가 있다.
종래, 가열시에 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에 대응하는 내구성이 높은 히터를 제조할 경우, 그래파이트 막대형상 부재의 나사에 의한 설치 위치를 히터 상의 피가열물이 적재되는 영역보다 외측으로 하지 않으면 안되기 때문에 히터가 대형화되고, 또한 가는 그래파이트 막대형상 부재를 사용하면 지지기재에 고정하는 그래파이트 나사와 도전층이 접촉 불량으로 되고, 굵은 그래파이트 막대형상 부재를 사용하면, 피가열물을 균일하게 가열하는 것이 곤란해진다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명자들은, 예의 연구를 거듭하여, 적어도 한쌍 이상의 관통구멍이 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재와, 일단에 급전단자를 갖 고 타단이 상기 판형상 부재의 관통구멍에 삽입된 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재와, 상기 판형상 부재 상에 형성된 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층을 구비한 세라믹스 히터로서, 상기 막대형상 부재의 급전단자를 갖는 측과 반대측의 일단면이 상기 판형상 부재의 주면과 동일평면을 이루고, 상기 동일평면을 이루는 상기 판형상 부재의 주면 상에 히터 패턴을 갖는 상기 도전층이 형성되어, 상기 판형상 부재의 상기 히터 패턴이 형성된 측의 반대측의 주면에 있어서 상기 막대형상 부재끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연된 세라믹스 히터이면, 평탄한 히터 상에 직접 적재된 피가열물을 균일하게 가열할 수 있어서 가열 효율도 높고, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 세라믹스 히터로 할 수 있는 것을 찾아냈다.
또한 이 때, 상기 막대형상 부재는, 상기 판형상 부재의 관통구멍에 압입된 것이며, 상기 도전층 및 피복층이 피복되어서 고정된 것으로 함으로써, 판형상 부재와 막대형상 부재의 접속에 파단 등의 문제의 원인이 되는 나사를 사용하지 않고, 도전층과 막대형상 부재의 접촉을 양호하게 하면서, 막대형상 부재의 단면적을 작게 할 수 있으므로, 피가열물을 보다 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있는 것을 찾아냈다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 세라믹스 히터의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2, 도 3은, 본 발명의 세라믹스 히터의 판형상 부재 및 막대형상 부재의 일례를 나타내는 도면이다.
본 발명은, 적어도, 한쌍 이상의 관통구멍(13)이 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재(12)와, 일단에 급전단자(18)를 갖고 타단이 판형상 부재(12)의 관통구멍(13)에 삽입된 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재(14)와, 판형상 부재(12) 상에 형성된 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층(19)과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층(21)을 구비한 세라믹스 히터(11)로서, 막대형상 부재(14)의 급전단자(18)를 갖는 측과 반대측의 일단면(16)이 판형상 부재의 주면(15)과 동일평면을 이루고, 상기 동일평면을 이루는 판형상 부재의 주면(15) 상에 히터 패턴(20)을 갖는 도전층(19)이 형성되어, 판형상 부재(12)의 히터 패턴(20)이 형성된 측의 반대측의 주면(17)에 있어서 막대형상 부재(14)끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연된 세라믹스 히터이다.
이와 같이, 막대형상 부재의 일단면(16)이 판형상 부재의 주면(15)과 동일평면을 이루고, 상기 동일평면을 이루는 판형상 부재의 주면(15) 상에 히터 패턴(20)을 갖는 도전층(19)이 형성된 것으로 하면, 막대형상 부재(14)의 설치 위치를 판형상 부재(12) 상의 피가열물이 적재되는 영역보다 외측으로 할 필요가 없이, 상기 영역의 내측에서 임의의 위치에 설치할 수 있으므로, 종래의 것보다 소형의 세라믹스 히터로서 히터의 가열면에 돌기물이 없는 평탄한 히터로 할 수 있다.
또한, 상기 동일평면 상에 형성된 히터 패턴에 의해, 평탄한 히터 상에 직접 적재된 피가열물을 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있는 세라믹스 히터로 할 수 있다. 또, 도 1에서는, 보다 균열화를 꾀하기 위해서, 막대형상 부재(14)의 일 단면(16) 상에도 히터 패턴(20)이 형성되어 있다.
이 경우, 판형상 부재(12)의 반대측의 주면(17)에 있어서 막대형상 부재(14)끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연된 것으로 한다. 이와 같이 전기적으로 절연하기 위해서는, 반대측 면에 있는 도전층을 일부 또는 전부 제거하면 된다. 도 1에서는, 홈(22)을 형성함으로써 일부 제거하고 있다.
또한, 본 발명의 세라믹스 히터를 2존식으로 하는 경우에서는, 도 6에 나타내는 바와 같은 종래의 히터와 달리, 제1의 가열영역(2)에 접속되는 막대형상 부재(14)를, 제1의 가열영역(2) 내에 설치할 수 있으므로, 제1의 가열영역(2)과 막대형상 부재(14)를 연결하는 도전경로를 제2의 가열영역(3) 중에 설치할 필요가 없다. 따라서, 2존식의 경우, 더욱 균열성이 좋은 세라믹스 히터로 할 수 있다(도 4 참조).
여기에서, 판형상 부재(12)는, 한쌍 이상의 관통구멍(13)이 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 것으로서, 히터 패턴(20)이 형성되는 지지기재로서 기능하는 것이면 되지만, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 경우, 판형상 부재(12)는, 화학기상증착법에 의해 제조할 수 있고, 높은 절연성을 갖고, 고온에서의 사용에 의한 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다. 특히, 1500℃ 부근의 고온 프로세스에서, 또한 100℃/min이상의 급속한 승강온에서도 안정적으로 사용할 수 있다. 판형상 부 재(12)의 두께는, 1∼5㎜로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2∼4㎜이다. 판형상 부재(12)의 두께가 1㎜보다 얇을 경우, 휘어짐이 발생하는 일이 있다. 5㎜보다도 두꺼울 경우, 판형상 부재(12)의 두께 방향의 열팽창과, 막대형상 부재(14)와의 열팽창량의 차이가 커져서, 압입 부분에서 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층(19)이나 피복층(21)에 크랙이나 박리가 발생하는 일이 있다.
또, 판형상 부재(12)의 형상은, 피가열물로서 대지름의 원형의 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해서, 도 2, 도 4와 같이 원반형상이 바람직하지만, 필요에 따라서 다각형의 판형상이어도 된다. 또한 관통구멍(13)은, 1쌍 이상 형성되지만, 예를 들면 2존식의 히터의 경우, 도 2, 도 3과 같이 2쌍 형성된다. 관통구멍(13)의 형상은, 막대형상 부재(14)를 삽입해서 고정할 수 있는 형상이면, 특별하게 한정되지 않지만, 원기둥형상의 막대형상 부재(14)를 압입해서 고정가능한 원형 형상인 것이 바람직하다.
또한 막대형상 부재(14)는, 일단에 전원이 공급되는 급전단자(18)를 갖고 타단이 판형상 부재(12)의 관통구멍(13)에 삽입된 도전성 세라믹스로 이루어지는 것이며, 급전단자(18)를 갖는 측과 반대측의 일단면(16)이 판형상 부재의 주면(15)과 동일평면을 이루는 것이다.
이것에 의해, 막대형상 부재의 설치 위치를 판형상 부재 상의 피가열물이 적재되는 영역보다 외측으로 할 필요가 없으므로, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 구조이며, 상기 동일평면 상에 형성되는 히터 패턴에 의해, 평탄한 히터 상에 직접 적재된 피가열물을 높은 가열 효율로 균일하게 가열가능한 히터를 제조할 수 있다.
막대형상 부재(14)는, 도 1∼도 3과 같이 한쌍 이상의 관통구멍(13)에 삽입된 것이며, 판형상 부재의 반대측의 주면(17)(이면)에 있어서는, 막대형상 부재(14)끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연된 것으로 한다. 예를 들면 도 5, 도 1에 나타내는 바와 같이, 히터의 이면에 도전층의 제거부(22)를 설치함으로써 전기적으로 절연할 수 있다.
또한, 막대형상 부재(14)는, 판형상 부재(12)의 관통구멍(13)에 압입된 것이며, 도전층(19) 및 피복층(21)이 피복되어서 고정된 것이다. 예를 들면 막대형상 부재(14)를 판형상 부재(12)에 압입한 후, 판형상 부재의 주면(15)과 동일평면으로 되도록 주면(15)과 일단면(16)을 평면연삭 등을 함으로써 평면가공하여 형성할 수 있다. 이것을 도전층과 피복층으로 고정함으로써, 판형상 부재와 막대형상 부재의 접속에 나사를 사용하지 않고 고정되는 구조가 되기 때문에, 나사의 머리가 파단된다고 하는 문제는 일어날 수 없고, 종래 기술과 같이 그래파이트 나사와 그래파이트 막대형상 부재의 나사산 부분이 파괴되어, 그래파이트 나사와 도전층이 접촉 불량으로 된다는 문제도 일어날 수 없으므로, 장기간에 걸쳐서 도전층과 막대형상 부재의 접촉을 양호하게 유지하여, 안정적으로 사용할 수 있는 세라믹스 히터로 할 수 있다.
또한, 종래 기술과 같이, 나사산 부분의 문제를 방지할 목적으로 도전성 세라믹으로 이루어지는 막대형상 부재(14)를 굵은 것으로 할 필요도 없으므로, 막대형상 부재(14)의 단면적을 작게 할 수 있으므로, 외부에 유출되는 열량을 작게 억 제할 수 있어서 피가열물을 보다 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있다. 또, 파티클의 발생원이 되는 볼트와 너트를 사용할 필요도 없기 때문에, 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.
또한 막대형상 부재(14)는, 그래파이트, 탄화규소 소결체, 탄화붕소 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것이면 바람직하다. 이것에 의해 내열성이 뛰어난 것으로 되며 또한, 외면에 도전층 및 피복층이 피복되므로, 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다. 특히, 그래파이트는 비교적 저렴하고 가공도 용이하기 때문에 더욱 바람직하다.
막대형상 부재(14)의 형상은, 도 1, 도 3에 나타낸 바와 같이 원기둥형상인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않고, 관통구멍(13)에 삽입해서 고정할 수 있는 형상이면 된다. 막대형상 부재(14)의 지름은, 특별하게 한정되지 않지만, 지름 3∼20㎜, 보다 바람직하게는 8∼14㎜로 하면 좋다. 지름이 3㎜보다 작으면 접히는 일이 있고, 지름이 20㎜보다 크면, 막대형상 부재(14)로부터 외부에의 열의 유출이 크고, 히터의 온도분포가 커지는 일이 있다.
또한 도전층(19)은, 도전성 세라믹스로 이루어지는 것이며, 막대형상 부재(14)의 급전단자(18)를 갖는 측과 반대측의 일단면(16)과 판형상 부재의 주면(15)이 이루는 동일평면의 판형상 부재의 주면(15) 상에 히터 패턴(20)을 갖는 것이다. 이 경우, 상기한 바와 같이 막대형상 부재의 면(16) 상에도 히터 패턴을 형성할 수 있고, 이러한 히터 패턴(20)으로 하면, 피가열물을 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 도전층(19)은 피복층(21)과 함께, 판형상 부재(12) 및 그 관통구멍(13)에 압입된 막대형상 부재(14)를 피복해서 고정하는 것이다. 이것에 의해 막대형상 부재(14)와 판형상 부재(12)를 고착할 수 있음과 아울러, 도전층과 막대형상 부재의 전기적 접촉을 양호하게 할 수 있다.
또한 도전층(19)은, 열분해 그래파이트, 붕소 및/또는 탄화붕소를 함유하는 열분해 그래파이트 중 어느 하나로 이루어지는 것으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 고온까지 안정적으로 사용할 수 있고, 금속의 박이나 권취선보다 가공이 용이하기 때문에 히터 패턴을 사행 패턴으로 해서, 그 폭이나 두께를 변화시킴으로써, 임의의 온도경사를 부여하거나, 열환경에 따른 발열 분포를 가지게 해서 균열화하거나 하는 것이 용이하게 된다. 또한, 화학기상증착법을 사용하면, 도전성 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하는 방법보다 두께를 균일하게 할 수 있다.
도전층(19)의 두께는, 특별하게 한정되지 않지만, 10∼300㎛, 특히 30∼150㎛로 하는 것이 바람직하다. 히터 온도를 원하는 온도에 도달시키고, 또한 균열화시키기 위해서, 전원용량이나 히터 패턴(20)의 형상과의 균형을 잘 고려하여, 적절한 두께를 선택하면 된다.
도전층(19)의 형성은, 막대형상 부재(14) 및 판형상 부재(12)를 일체적으로 피복하도록 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 막대형상 부재와 판형상 부재를 고착하는 것이 가능하다. 특히, 막대형상 부재 및 판형상 부재 전체에 대하여 도전성 세라믹스 재료를 화학기상증착시킴으로써, 막대형상 부재와 판형상 부재를 용이하게 고착할 수 있다.
또한, 상기 동일평면을 이루는 막대형상 부재의 면(16) 상 및 판형상 부재의 주면(15) 상의 도전층(19)을 가공해서 히터 패턴(20)을 형성한다. 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 2존식으로 해서 한쌍의 막대형상 부재가, 내측의 백색부의 제1의 발열영역(2)을 형성하는 패턴에 전류를 공급할 수 있게 하고, 다른 한쌍의 막대형상 부재가, 외측의 회색부의 제2 발열영역(3)을 형성하는 패턴에 전류를 공급 할 수 있게 히터 패턴(20)을 형성하는 것이 바람직하다.
최근의 반도체 웨이퍼의 대지름화에 따라, 이것을 가열하는 히터도 대형의 것이 사용되게 되어 오고 있지만, 전류값, 전압값을 과대하게 하지 않기 위해서, 또는, 반도체 웨이퍼의 온도분포의 개선 등의 이유에 의해, 이러한 2존식 혹은 그 이상의 영역으로 나눈 히터 패턴을 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 이것에 한정되지 않는다.
또한 판형상 부재(12)의 반대측의 주면(17)(이면) 상의 도전층(19)을 일부 또는 전부 제거함으로써 막대형상 부재(12)끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연하는 것이 바람직하다. 예를 들면 도 5, 도 1에 나타낸 바와 같이, 이면(17)에 도전층의 제거부(22)를 형성함으로써 용이하게 전기적인 절연을 행할 수 있다.
이와 같이, 상기 동일평면을 이루는 막대형상 부재의 면(16) 상 및 판형상 부재의 주면(15) 상의 도전층(19)을 가공해서 히터 패턴(20)을 형성하고, 판형상 부재(12)의 반대측의 주면(17) 상의 도전층(19)을 일부 또는 전부 제거함으로써 막대형상 부재(14)끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연함으로써, 높은 가열 효율로 균일하게 가열가능한 히터를 제조할 수 있다.
또한 피복층(21)은, 도전층(19) 상에 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 것이며, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 이것에 의해 고온에서의 사용에 의한 박리나 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있는 피복층이 된다. 예를 들면 1500℃ 부근의 고온 프로세스에서, 또한 100℃/min이상의 급속한 승강온에서도 안정적으로 사용할 수 있다.
여기에서 상기 피복층이 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소인 경우에는, 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄의 함유량이 커짐에 따라서 판형상 부재의 저항율은 작아진다. 탄소함유량 또는 규소함유량 또는 알루미늄 함유량은, 히터 패턴간 혹은 히터 패턴과 피가열물 사이의 절연을 유지할 수 있는 양으로 억제될 필요가 있다.
피복층(21)의 두께는 특별하게 한정되지 않지만, 20∼300㎛, 특히 50∼200㎛로 하는 것이 바람직하다. 피복층(21)의 두께가 20㎛보다 얇으면 절연파괴의 위험이 있고, 300㎛보다 두꺼우면 박리되는 위험이 있다.
또한, 피복층(21)은, 판형상 부재(12), 막대형상 부재(14), 및 도전층(19)을 일체적으로 피복하도록 형성함으로써, 화학기상증착법에 의해 피복층을 형성하면서 막대형상 부재와 판형상 부재를 용이하게 고정할 수 있다.
이러한 본 발명의 세라믹스 히터(11)는, 적어도, 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재(12)에 한쌍 이상의 관통구멍(13)을 형성하고, 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재(14)의 일단에 급전단자(18)를 형성하고 타단을 판형상 부재(12)의 관통구멍(13)에 삽입한 후, 판형상 부재(12) 상에 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층(19)을 형성하고, 그 후에 상기 도전층 상에 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층(21)을 형성하는 세라믹스 히터의 제조방법으로서, 막대형상 부재(14)의 급전단자(18)를 갖는 측과 반대측의 일단면(16)이 판형상 부재의 주면(15)과 동일평면을 이루도록 막대형상 부재(14)를 판형상 부재(12)의 관통구멍(13)에 삽입한 후, 막대형상 부재(14) 및 판형상 부재(12)를 일체적으로 피복하도록 도전층(19)을 형성해서 막대형상 부재(14)와 판형상 부재(12)를 고착하고, 상기 동일평면을 이루는 판형상 부재의 주면(15) 상의 도전층(19)을 가공해서 히터 패턴(20)을 형성하고, 판형상 부재(12)의 상기 히터 패턴을 형성한 주면과 반대측의 주면(17) 상의 도전층(19)을 일부 또는 전부 제거함으로써 막대형상 부재(14)끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연하고, 그 후에 판형상 부재(12), 막대형상 부재(14), 및 도전층(19)을 일체적으로 피복하도록 피복층(21)을 형성함으로써 제조할 수 있다.
이것에 의해 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 구조이며, 평탄한 히터 상에 직접 적재된 피가열물을 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있는 본 발명의 세라믹스 히터를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.
이러한 본 발명의 세라믹스 히터는, 막대형상 부재(14)의 일단면(16)이 판형상 부재(12)의 주면(15)과 동일평면을 이루는 히터 패턴(20)이 형성된 면측에, 대지름의 반도체 웨이퍼 등의 피가열물을 직접 놓고, 급전단자(18)로부터 전력을 공 급함으로써, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 구조이면서, 피가열물을 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있다.
이하, 실시예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
우선, 암모니아 4SLM과 삼염화붕소 2SLM을 압력 10Torr, 온도 1850℃에서 반응시켜서 지름 310㎜, 두께 2.5㎜의 열분해 질화붕소제의 판형상 부재를 제작했다. 이 판형상 부재의 중심으로부터 반경 102㎜ 상의 2개소와 반경 111㎜ 상의 2개소에 지름 12㎜의 관통구멍을 형성했다.
다음에 이 관통구멍에 그래파이트(도요탄소(주), IG-110)로 이루어지는 원기둥 모양의 막대형상 부재(지름:12+0.1∼0.2㎜)를 압입한 후, 막대형상 부재의 일단면이 판형상 부재와 동일평면을 이루도록 평면가공을 실시했다. 또한 원기둥의 타단은 판형상 부재로부터 100㎜의 부분에서 절단하고, 전원으로부터의 도선과 접속하기 위해서, M5의 나사 가공을 실시해서 급전단자를 형성했다.
다음에 이렇게 하여 형성한 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같은 판형상 부재와 막대형상 부재에 대하여, 메탄 3SLM과 삼염화붕소 0.1SLM을 압력 5Torr, 온도 1750℃에서 열분해시켜서 두께 50㎛의 탄화붕소를 함유하는 열분해 그래파이트층을 형성하고, 이것에 기계가공을 실시해서 도 4와 같은 히터 패턴을 형성하여, 2존식의 세라믹스 히터로 했다.
히터 중심부분의 제1의 가열영역과, 그 외측에 위치하는 제2의 가열영역은, 도 4중의 A로 나타내어진 반경 108.8㎜ 부분으로 분할되어 있고, 제1의 가열영역은 거의 동심원 형상, 제2의 가열영역은 링 형상을 이루고 있다.
이면에 형성된 탄화붕소를 함유하는 열분해 그래파이트층은, 도 5에 나타내는 바와 같이 막대형상 부재의 주위에만 부분적으로 기계가공을 실시해서 제거했다. 또한 이 세라믹스 히터 상에 암모니아 5SLM과 삼염화붕소 2SLM을 압력 10Torr, 온도 1890℃의 조건에서 반응시켜서, 판형상 부재, 막대형상 부재, 및 도전층을 열분해 질화붕소의 절연막으로 일체적으로 피복하고, 지름 300㎜(12인치)의 대지름의 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 세라믹스 히터를 완성시켰다.
이 히터를 진공 쳄버에 셋트하고, 히터에 온도측정용의 열전대를 부착한 후, 진공펌프로 쳄버 내부를 5Pa로 감압하였다. 그 후 이 히터에 통전하고, 히트 사이클 시험을 행하였다. 승온속도는 150℃/min, 강온속도는 100℃/min으로 하고, 300∼1100℃ 사이에서 500회의 승강온을 반복하였다. 그 결과, 도중에 단선은 발생하지 않고, 500회의 승강온을 문제 없이 행할 수 있었다. 히트 사이클 시험 후에, 세라믹스 히터를 진공 쳄버로부터 꺼내어, 외관의 확인을 행하였다. 열분해 질화붕소의 절연막에 크랙, 박리 등의 외관이상은 전혀 관찰되지 않았다.
이와 같이, 본 발명의 세라믹스 히터이면, 지름 300㎜(12인치)의 대지름의 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 히터이여도, 막대형상 부재의 설치 위치를 판형상 부재 상의 반도체 웨이퍼가 적재되는 영역보다 외측으로 할 필요가 없으므로, 히터 본체가 대형화되지 않고 겨우 지름 310㎜정도라는 콤팩트한 구조의 히터로, 피가열물을 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 같은 작용 효과를 이루는 것은, 어떠한 것이여도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들면 상기 실시형태에서는 막대형상 부재의 일단면과 판형상 부재의 주면이 이루는 동일평면 상에, 히터 패턴을 형성할 경우를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 판형상 부재의 상기 히터 패턴이 형성된 측의 반대측의 주면에 있어서, 더욱 히터 패턴이 형성된 것이라도 된다.
이와 같이, 본 발명에 의해, 히터 본체가 대형화되지 않고 콤팩트한 구조이고, 평탄한 히터 상에 직접 적재된 피가열물을 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있고, 가열시에 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응하는 것이 가능해졌다.
또한, 판형상 부재와 막대형상 부재의 접속에, 파단 등의 문제의 원인이 되는 나사를 사용할 필요가 없으므로, 도전층과 막대형상 부재의 접촉이 양호해서 내구성도 높고, 막대형상 부재의 단면적을 작게 할 수도 있으므로, 피가열물을 보다 높은 가열 효율로 균일하게 가열할 수 있다.

Claims (12)

  1. 적어도, 한쌍 이상의 관통구멍이 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재,
    일단에 급전단자를 갖고, 타단이 상기 판형상 부재의 관통구멍에 삽입된 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재,
    상기 판형상 부재 상에 형성된 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층, 및
    상기 도전층 상에 형성된 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층을 구비한 세라믹스 히터로서,
    상기 막대형상 부재의 급전단자를 갖는 측과 반대측의 일단면이 상기 판형상 부재의 주면과 동일평면을 이루고, 상기 동일평면을 이루는 상기 판형상 부재의 주면 상의 도전층에 히터 패턴이 형성되고, 상기 판형상 부재의 상기 히터 패턴이 형성된 주면의 반대측의 주면에 있어서 상기 막대형상 부재끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연되고,
    상기 히터 패턴은, 상기 판형상의 부재에 있어서 피가열물이 적재되는 영역 내측에 설치되는 제1히터 패턴 및 상기 제1히터 패턴과 전기적으로 분리되고 상기 제1히터 패턴의 외측에 설치되는 제2히터 패턴을 포함하고,
    적어도 상기 제1히터 패턴에 전기적으로 연결되는 막대형상 부재는 상기 판형상의 부재에 있어서 상기 피가열물이 적재되는 영역 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 막대형상 부재는, 상기 판형상 부재의 관통구멍에 압입된 것이며, 상기 도전층 및 피복층이 피복되어서 판형상 부재에 고정된 것임을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판형상 부재는 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 막대형상 부재는 그래파이트, 탄화규소 소결체, 탄화붕소 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전층은 열분해 그래파이트, 또는 붕소 및 탄화붕소 중 적어도 하나를 함유하는 열분해 그래파이트 중 어느 하나로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피복층은 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
  7. 적어도, 절연성 세라믹스로 이루어지는 판형상 부재에 한쌍 이상의 관통구멍을 형성하고, 도전성 세라믹스로 이루어지는 막대형상 부재의 일단에 급전단자를 형성하고 타단을 상기 판형상 부재의 관통구멍에 삽입한 후, 상기 판형상 부재 상에 도전성 세라믹스로 이루어지는 도전층을 형성하고, 그 후에 상기 도전층 상에 절연성 세라믹스로 이루어지는 피복층을 형성하는 세라믹스 히터의 제조방법으로서,
    상기 막대형상 부재의 급전단자를 갖는 측과 반대측의 일단면이 상기 판형상 부재의 주면과 동일평면을 이루도록 상기 막대형상 부재를 상기 판형상 부재의 관통구멍에 삽입한 후, 상기 막대형상 부재 및 상기 판형상 부재를 일체적으로 피복하도록 상기 도전층을 형성해서 막대형상 부재와 판형상 부재를 고착하고, 상기 동일평면을 이루는 상기 판형상 부재의 주면 상의 상기 도전층을 가공해서 히터 패턴을 형성하며, 상기 판형상 부재의 상기 히터 패턴을 형성한 주면과 반대측의 주면 상의 도전층을 일부 또는 전부 제거함으로써 상기 막대형상 부재끼리가 단락되지 않도록 전기적으로 절연하고, 그 후에 상기 판형상 부재, 상기 막대형상 부재, 및 상기 도전층을 일체적으로 피복하도록 상기 피복층을 형성하고,
    상기 히터 패턴은, 상기 판형상의 부재에 있어서 피가열물이 적재되는 영역 내측에 설치되는 제1히터 패턴 및 상기 제1히터 패턴과 전기적으로 분리되고 상기 제1히터 패턴의 외측에 설치되는 제2히터 패턴을 포함하고,
    적어도 상기 제1히터 패턴에 전기적으로 연결되는 막대형상 부재는 상기 판형상의 부재에 있어서 상기 피가열물이 적재되는 영역 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 막대형상 부재의 상기 판형상 부재의 관통구멍에의 삽입은, 압입에 의한 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터의 제조방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 판형상 부재로서, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터 의 제조방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 막대형상 부재로서, 그래파이트, 탄화규소 소결체, 탄화붕소 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터의 제조방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 도전층을, 열분해 그래파이트, 또는 붕소 및 탄화붕소 중 적어도 하나를 함유하는 열분해 그래파이트 중 어느 하나를 화학 기상증착시킴으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터의 제조방법.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 피복층을, 열분해 질화붕소, 탄소를 함유하는 열분해 질화붕소, 규소를 함유하는 열분해 질화붕소, 알루미늄을 함유하는 열분해 질화붕소 중 어느 하나를 화학기상증착시킴으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터의 제조방법.
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