KR101371004B1 - 가열소자 - Google Patents
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Abstract
보호층 상에 저항율이나 경도가 조정된 내식층이 형성되어, 고온·부식성 가스 환경하에서도, 부식성 가스가 투과하기 어렵고, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있으며, 또한 척 패턴을 갖는 경우에도 정전척으로서 높은 기능을 발휘할 수 있는 장수명이고 저제조비용의 가열소자를 제공한다.
적어도, 내열성의 기재(1)와, 상기 내열성 기재 상에 형성된 히터 패턴(3a)을 갖는 도전층(3)과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성의 보호층(4)을 갖는 가열소자(10)로서, 적어도 상기 보호층 상에 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층(4p)을 갖는 것임을 특징으로 하는 가열소자.
Description
도 1은 본 발명의 가열소자의 일례(실시예 1)의 개략도로서, (A)는 가열소자의 단면도, (B)는 가열소자로부터 보호층 및 내식층을 제거한 것의 사시도, (C)는 가열소자의 도전부의 부분단면도(도 1(A)의 점선부분)의 확대도, (D)는 내열성 기재의 단면도, (E)는 내열성 기재의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 가열소자의 다른 일례(실시예 2)의 개략도로서, (A)는 가열소자의 단면도, (B)는 가열소자로부터 보호층 및 내식층을 제거한 것의 사시도, (C)는 내열성 기재의 단면도, (D)는 내열성 기재의 사시도이다.
도 3은 정전척 패턴을 형성한 본 발명의 가열소자의 일례의 개략도로서, (A) 및 (C)는 가열소자의 단면도, (B) 및 (D)는 가열소자로부터 내식층 및 보호층을 제거한 것의 하방으로부터의 사시도이다.
도 4는 종래의 가열소자의 일례(비교예)의 개략도로서, (A)는 가열소자의 단면도, (B)는 내열성 기재에 도전층이 형성된 부분의 전체의 사시도, (C)는 내열성 기재의 단면도, (D)는 내열성 기재의 사시도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1…내열성 기재 1a…판형상부
1b…막대 형상부 1c…선단부
2…유전체층 3…도전층
3a…히터 패턴 3b…도전로
3c…급전단자 4…보호층
4p…내식층 5…전원단자
6…정전척 패턴 10…가열소자
10a…가열부 10b…도전부
10c…급전단자부
본 발명은, 적어도 내열성의 기재와, 상기 내열성 기재 상에 형성된 히터 패턴을 갖는 도전층과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성의 보호층을 갖는 가열소자에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조공정에 있어서의 반도체 웨이퍼의 가열에 사용되는 히터로서는, 알루미나, 질화알루미늄, 지르코니아 등의 소결 세라믹스로 이루어지는 내열성 기재에 몰리브덴, 텅스텐 등의 고융점 금속의 선이나 박을 발열체로서 감거나 접착한 것이 사용되어 왔다.
그러나, 이러한 히터에서는, 발열체가 금속제이기 때문에 변형이나 휘산이 일어나기 쉬운 것, 단수명인 것, 조립이 번잡한 것 등의 문제점이 있었다(비특허문헌1 참조). 또한 내열성 기재에 소결 세라믹을 사용하고 있기 때문에, 이것에 함유 되는 바인더가 불순물이 되는 등의 문제점도 있었다.
그래서, 이러한 히트 사이클에 의한 열변형이나 불순물의 비산을 방지하기 위해서, 기계적 강도가 크고 고효율의 가열이 가능한 열분해 질화붕소(PBN:Pyrolitic Boron Nitride)의 내열성 기재와, 상기 내열성 기재 상에 열분해 그라파이트의 도전층을 갖는 세라믹 히터가 개발되어 있다(예를 들면 비특허문헌 1, 특허문헌 1-3 등 참조).
이러한 히터의 가열소자는, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 적어도 판형상의 내열성 기재(21)에 히터 패턴(3a)이 형성된 발열부(20a)와, 상기 내열성 기재(21)의 히터 패턴과 동일면의 주변에 급전단자(3c)가 형성된 급전단자부(20c)를 갖는 가열소자(20)이며, 히터 패턴(3a)에는 절연성의 보호층(4)이 형성되고, 급전단자(3c)에는 급전부재 혹은 전원단자(5)가 접속된다.
그러나, 발열체인 열분해 그라파이트가, 산화 소모에 약한 것이나, 수소에 의한 메탄가스화 등, 프로세스 중에 사용되어지는 고온 가스와 반응성이 있기 때문에, 급전을 위해서 노출된 급전단자부의 열분해 그라파이트가 프로세스 내에 잔존하는 산소나 프로세스 중의 고온 가스에 의해 소모되어, 수명이 짧다고 하는 문제가 있었다.
그리고, 이 문제해결을 위해서 급전단자부를 발열부로부터 멀리하는 시도가 이루어져 있다. 예를 들면, 급전단자가 통전에 의해 발열하는 히터 패턴을 갖는 급전부재를 통해서 전원단자부재에 접속되고, 히터 패턴을 덮는 보호층을 PBN 등의 전기절연성 세라믹스로 해서, 급전단자부의 과열을 막아서 급전단자의 수명을 연장 시킨다(특허문헌 4 참조) 등의 제안이 이루어져 있다.
또한, 카본제의 급전단자부를 어셈블리에 의해 조성한 후에 보호층을 형성하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1, 6 등 참조).
그러나, 이러한 히터의 가열소자는, 가열면측에 돌기물이 있기 때문에 피가열물과의 사이에 공간을 설치하거나 할 필요가 있어, 콤팩트한 설계의 장해가 되는 문제가 있었다. 또한 복수의 부품을 조합시켜서 어셈블리한 접속부 부근의 보호층에는, 사용에 의해 크랙이 들어가기 쉽고, 크랙으로부터 도전층의 부식이 시작되어, 수명이 짧아진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 할로겐계 에칭 가스를 사용하는 등의 붕화물을 부식시키는 환경에서 사용될 경우, 최표층이 붕화물에서는 내성이 모자라고, 부식되어져, 단수명으로 된다고 하는 결점이 있었다.
또한 최근에는 히터 상에 피가열체인 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한 정전흡착 기능을 부여하여, 고기능화한 세라믹 히터가 제안되어 있지(특허문헌 2, 3, 5 참조)만, 보호층의 저항율에 의해 척 성능이 충분하게 발휘되지 않거나, 척한 웨이퍼에 상처가 나거나 균열이 생기는 일이 있었다. 또한 히터의 내열성 및 내식성에 대해서도 상기와 마찬가지로 불충분했다.
[비특허문헌 1] 「진공」No． 12, (33), p.53기재의 유니온 카바이드 서비세즈사 제 열분해 그라파이트/열분해 질화붕소 히터
[특허문헌 1] 미국특허 제5343022호 명세서
[특허문헌 2] 일본 특허공개 평 5-129210호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허공개 평 6-61335호 공보
[특허문헌 4] 일본 특허공개 평 11-354260호 공보
[특허문헌 5] 일본 특허공개 평 5-109876호 공보
[특허문헌 6] 국제공개 제WO2004/068541호 팸플릿
그래서, 본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 보호층 상에 저항율이나 경도가 조정된 내식층이 형성되어, 고온·부식성 가스 환경하에서도 부식성 가스가 투과하기 어려워, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있고, 또한 척 패턴을 갖는 경우에도 정전척으로서 높은 기능을 발휘할 수 있는 장수명이고 저제조비용의 가열소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 적어도 내열성의 기재와, 상기 내열성 기재 상에 형성된 히터 패턴을 갖는 도전층과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성의 보호층을 갖는 가열소자로서, 적어도 상기 보호층 상에 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층을 갖는 것임을 특징으로 하는 가열소자가 제공된다(청구항 1).
이와 같이, 히터 패턴을 갖는 도전층 상에 형성된 보호층 상에, 적어도 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층을 갖는 것에 의해, 고온·부식성 가스 환경하에서도 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있는 장수명의 가열소자가 된다.
또한 최외층에 내식층을 실시해서 부식성 가스를 방지했다고 해도, 통상 정전척으로서 사용할 경우에, 내식층의 저항율이 지나치게 높아서 척 성능이 발휘되지 않지만, 상기와 같이, 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층을 갖는 가열소자를 정전척으로서 사용하면, 저항율 및 경도가 조정되어 저항율을 낮은 것으로 할 수 있고, 높은 척 성능을 발휘할 수 있어, 척된 웨이퍼에 상처나 파손을 생기지 않도록 할 수 있다.
이 때, 상기 내열성 기재의 히터 패턴이 형성된 면과 반대측의 면 상에, 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성되고, 상기 정전척 패턴 상에 상기 보호층 및 상기 내식층이 형성된 것이 바람직하다(청구항 2).
이와 같이, 내열성 기재의 히터 패턴이 형성된 면과 반대측의 면 상에, 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성되고, 상기 정전척 패턴 상에 보호층과 내식층이 형성된 것이면, 보다 효과적으로 높은 척 성능을 발휘할 수 있으므로, 피가열체를 유지하면서 효율적으로 가열할 수 있음과 아울러 고정밀도로 위치를 설정할 수 있고, 이온주입, 플라즈마 에칭, 스퍼터링 등의 피가열체의 위치 정밀도가 요구될 경우에, 보다 정확하게 원하는 가열 프로세스를 행할 수 있다.
또한 상기 산화물은, 알루미늄의 산화물, 이트륨의 산화물, 실리콘의 산화물 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것이 바람직하다(청구항 3).
이와 같이, 상기 산화물은, 알루미늄의 산화물, 이트륨의 산화물, 실리콘의 산화물 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것에 의해, 할로겐계 에칭가스나 산소 등의 부식 환경에 있어서도 안정되게 사용할 수 있다.
또한, 상기 산화물의 산소의 양론비를 1이라고 했을 경우에, 상기 산소량이 0.6∼1미만인 것이 바람직하다(청구항 4).
이와 같이, 상기 산화물의 산소의 양론비를 1로 했을 경우에, 상기 산소량이 0.6∼1미만인 것에 의해 상기 내식층은 충분한 강도 및 정전척 성능을 갖는다.
또한 상기 내식층은, CVD법, 용사법, 반응성 스퍼터법, 졸겔법 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 방법에 의해 형성된 것임이 바람직하다(청구항 5).
이와 같이, 상기 내식층은, CVD법, 용사법, 반응성 스퍼터법, 졸겔법 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 방법에 의해 형성된 것으로 함으로써, 저비용이고 내식성이 높은 내식층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 내식층은, 환원성 가스를 함유한 분위기에 의해 처리된 것임이 바람직하다(청구항 6).
이와 같이, 상기 내식층은 환원성 가스를 함유한 분위기에 의해 처리된 것이면, 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층으로 할 수 있다.
또한 상기 내식층은, 최표면의 표면 거칠기가 Ra로 1㎛이하인 것이 바람직하다(청구항 7).
이와 같이, 상기 내식층은, 최표면의 표면 거칠기가 Ra로 1㎛이하인 것에 의해, 최표면의 표면 거칠기가 충분하게 작은 것으로 되기 때문에, 피가열물과의 접촉 면적이 커져서 피가열물을 상처내는 일 없이 안정적으로 상기 내식층 상에 흡착하여 유지할 수 있다.
또한, 상기 내식층은, 최표면의 저항율이 108∼1013Ω·㎝(실온)인 것이 바람직하다(청구항 8).
이와 같이, 상기 내식층은 최표면의 저항율이 108∼1013Ω·㎝(실온)인 것에 의해, 정전척으로서 사용할 경우에 높은 척 성능을 갖고, 리크 전류도 없는 가열소자로 할 수 있다.
또한 상기 내식층은, 최표면의 비커스 경도가 1㎬이상 8㎬이하인 것이 바람직하다(청구항 9).
이와 같이, 상기 내식층은, 최표면의 비커스 경도가 1㎬이상 8㎬이하인 것에 의해, 최표면의 경도가 충분하게 작기 때문에 피가열물을 상처입히는 일없이, 마모되지 않을 정도의 충분한 경도이기 때문에, 안정되게 웨이퍼를 상기 내식층 상에 적재 혹은 흡착할 수 있다.
또한, 상기 보호층의 재질이, 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것임이 바람직하다(청구항10).
이와 같이, 보호층의 재질이, 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것으로 하면, 높은 절연성으로 도전층을 보호할 수 있고, 또한 고온에서의 사용에 의한 박리나 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 저비용으로 대응할 수 있는 보호층이 된다.
또한 상기 도전층의 재질이, 열분해탄소 또는 유리상 탄소(glassy carbon)인 것이 바람직하다(청구항 11).
이와 같이, 도전층의 재질이, 열분해탄소 또는 유리상 탄소이면, 고온까지 가열 가능하게 되고, 가공도 용이하기 때문에 히터 패턴을 사행 패턴으로 해서, 그 폭이나 두께 등을 변화시킴으로써, 임의의 온도경사를 부여하거나, 열환경에 따른 발열 분포를 가지게 해서 균열화하거나 하는 것도 용이하게 된다.
또한 상기 내열성 기재는, 적어도, 히터 패턴이 형성되는 판형상부와, 상기 판형상부의 한 면으로부터 돌출되는 도전로가 형성되는 막대 형상부와, 상기 막대 형상부의 상기 판형상부와는 반대단에 위치해 급전단자가 형성되는 선단부가 형성된 일체물이고, 상기 내열성 기재의 표면에 절연성의 유전체층이 형성되고, 상기 도전층은 상기 유전체층 상에 형성되고, 상기 보호층은 상기 히터 패턴과 상기 도전로의 표면을 덮는 일체적으로 형성되어서 이루어지는 것으로 할 수 있다(청구항 12).
이와 같이, 상기 내열성 기재는, 히터 패턴이 형성되는 판형상부와, 상기 판형상부의 한 면으로부터 돌출되는 도전로가 형성되는 막대 형상부와, 상기 막대 형상부의 상기 판형상부와는 반대단에 위치해 급전단자가 형성되는 선단부가 형성된 것에 의해, 상기 판형상부에 상기 히터 패턴이 형성된 가열부와, 상기 선단부에 상기 급전단자가 형성된 급전단자부가, 상기 막대 형상부에 상기 도전로가 형성된 도전부에 의해 사이가 격리되므로, 급전단자부가 저온화해서 프로세스 중의 고온 가스에 의해 소모되기 어려워져 장수명으로 된다.
또한 상기 내열성 기재는 일체물로서, 복수의 부품을 조합시켜서 어셈블리한 것은 아니므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮은 동시에, 상기 내열성 기재에 형성된 층은 사용에 의해 크랙이 들어가기 어려워 장수명이다.
또한, 상기 도전층은 상기한 바와 같이 히터 패턴과 도전로와 급전단자가 형성되고, 상기 히터 패턴과 상기 도전로의 표면이 보호층 및 내식층으로 덮여져, 일체적으로 형성되어서 이루어지는 것이므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮은 동시에, 상기 보호층은 사용에 의해 크랙이 들어가기 어려워져 장수명으로 된다.
또한, 상기 내열성 기재의 재질이 그라파이트인 것이 바람직하다(청구항 13).
이와 같이, 내열성 기재의 재질이 그라파이트이면, 재료가 저렴하고 복잡한 형상이라도 가공이 용이하기 때문에, 제조비용을 더욱 낮게 할 수 있음과 아울러, 내열성도 크다.
또한 상기 유전체층의 재질이, 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것임이 바람직하다(청구항 14).
이와 같이 유전체층의 재질이, 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것이면, 절연성이 높고, 고온에서의 사용에 의한 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.
또한, 상기 막대 형상부의 길이가 10∼200㎜인 것이 바람직하다(청구항 15).
이와 같이 막대 형상부의 길이를 10∼200㎜로 함으로써, 단자부와 가열부가 충분한 거리를 취할 수 있으므로, 단자부를 충분하게 저온화시킬 수 있고, 보다 효과적으로 단자부의 소모를 막을 수 있다.
또한 상기 판형상부의 상기 막대 형상부가 돌출되는 측의 면에 히터 패턴이 형성되고, 상기 판형상부의 반대측의 면에 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성된 것임이 바람직하다(청구항 16).
이와 같이, 상기 판형상부의 상기 막대 형상부가 돌출되는 측의 면에 히터 패턴이 형성되고, 상기 판형상부의 반대측의 면에 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성된 것이면, 피가열체를 유지하면서 가열할 수 있으므로 효율적으로 가열할 수 있음과 아울러 고정밀도로 위치를 설정할 수 있고, 이온주입, 플라즈마에칭, 스퍼터링 등의 피가열체의 위치 정밀도가 요구될 경우에, 보다 정확하게 원하는 가열 프로세스를 행할 수 있다. 또한, 상기와 같이 단자부의 열화도 방지되는 이점도 아울러 갖는다.
종래의 가열소자는, 할로겐계 에칭 가스를 사용하는 등의 붕화물을 부식하는 환경에서 사용될 경우, 최표층의 보호층이 붕화물에서는 내식성이 모자라고, 최외층이 부식되어져, 단수명으로 된다고 하는 결점이 있었다.
그 때문에 이트리아, 질화알루미늄이라고 한 부식에 강한 막을 실시했지만, 이것을 정전척으로서 사용하려고 했을 경우, 그 저항율이 지나치게 높아서 충분한 척력이 얻어지지 않고, 잔류 전하에 의한 탈리 불량, 또는, 정전 흡착물과의 마찰에 의한 마모 현상으로 정전 흡착물을 상처내는 등의 문제가 있었다.
그래서, 본 발명자 등은, 예의 연구를 거듭하여, 적어도 내열성의 기재와, 상기 내열성 기재 상에 형성된 히터 패턴을 갖는 도전층과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성의 보호층을 갖는 가열소자로서, 적어도 상기 보호층 상에 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층을 갖는 것으로 함으로써, 보호층 상에 저항율 및 경도가 조정된 내식층이 형성되어, 고온·부식성 가스 환경하에서도, 부식성 가스가 투과하기 어려워, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있음과 아울러, 정전척으로서도 높은 기능을 갖는 장수명이고 저제조비용인 것으로 할 수 있는 것에 생각이 미치어, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 가열소자의 개략도이다.
본 발명의 가열소자(10)는, 적어도 내열성의 기재(1)와, 상기 내열성 기재 상에 형성된 히터 패턴(3a)을 갖는 도전층(3)과, 상기 도전층 상에 형성된 절연성의 보호층(4)을 갖고, 적어도 상기 보호층 상에 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층(4p)을 갖는 것이다.
이와 같이, 히터 패턴(3a)을 갖는 도전층 상에 형성된 보호층(4) 상에, 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층(4p)을 갖는 것임에 의해, 고온·부식성 가스 환경하에서도, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있고, 장수명이고 제조비용이 낮은 가열소자로 된다.
또한 종래, 최표층이 붕화물에서는, 내식성이 모자라고, 최외층이 부식되어 져, 단수명으로 된다고 하는 결점이 있었으므로, 이트리아, 질화알루미늄이라고 한 부식에 강한 막을 실시했지만, 이것을 정전척으로서 사용하려고 했을 경우, 그 저항율이 지나치게 높아서 충분한 척력이 얻어지지 않고, 잔류 전하에 의한 탈리 불량, 또는 정전 흡착물과의 마찰에 의한 마모 현상이나 고경도이기 때문에 정전 흡착물을 상처내는 등의 문제가 있었다.
그러나, 상기와 같이, 상기 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층(4p)을 갖는 가열소자를 정전척으로서 사용할 경우에는, 산소량을 조정함으로써 저항율을 조정할 수 있고, 특히 산소량을 양론비로 할 경우에 비해서 저항율을 낮은 것으로 할 수 있고, 존슨-라벡력이 높은 정전척 성능을 발휘할 수 있다. 또한 내식층의 경도도 저하시킬 수 있고, 웨이퍼를 상처내기 어렵게 할 수 있다.
여기에서, 산소량이 양론비 이하라고 하는 것은, X의 산화물 XaOb 양론비를 a:b로 나타내고, 실제의 X의 양과 산소량(B)의 비를 a:B로 나타냈을 경우, 실제의 산소량(B)이 양론비(b)보다 작은 것을 말한다.
예를 들면 내식층(4p)의 산화물의 산소의 양론비(b)를 1이라고 했을 경우에, 상기 산소량(B)이 0.6∼1미만인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 내식층(4p)은 산소량(B)이 예를 들면 0.999이므로 충분한 정전척 성능을 갖고, 0.6보다 크므로 충분한 강도를 갖는다. 또한, 상기 산소량(B)이 0.7∼0.99이면, 더욱 양호한 강도 및 정전척 성능을 가지므로 바람직하다.
내식층(4p)의 산화물은, 알루미늄의 산화물, 이트륨의 산화물, 실리콘의 산 화물 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것임이 바람직하다. 이것에 의해 할로겐계 에칭 가스나 산소 등의 부식 환경에 있어서도 안정되게 사용할 수 있다.
또한 내식층(4p)은, 1층만의 경우에 한정되지 않고, 복수층으로 이루어지는 것으로 함으로써, 내식성 및 정전척 기능이 더욱 높은 것으로 할 수 있다.
내식층(4p)은, CVD법, 용사법, 반응성 스퍼터법, 졸겔법 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 방법에 의해 형성된 것이 바람직하다. 이것에 의해 저비용으로 내식성이 높은 내식층을 형성할 수 있다.
예를 들면 CVD법에 의해 이트리아층의 형성을 행할 경우에는, 가스 원료로서는, 적당한 증기압, 승화압을 가지는 화합물을 사용하면 되고, 예를 들면 이트륨2-에틸헥사노에이트, 이트륨디피로바오일메타나토 등을 아르곤, 질소 등으로 캐리어하고, 산소수소 화염을 이용하여 대기하에서 산화막을 제막하거나, 기판을 500℃로 가열하여, 산소함유 분위기하에서 승화가스를 분사하여도 좋다.
또한 졸겔법에 의해 이트리아층을 형성할 때는, 이트리아 졸액을 기재 상에 도포해서 건조하고, 소성하면, 균일한 이트리아층을 얻을 수 있다. 이트리아 졸액으로서는 이트리아를 함유하는 화합물을 갖는 졸액이면 제한이 없고, 공지의 졸액을 사용할 수 있다. 예를 들면 소정량의 이트륨을 함유하는 화합물을 용매에 용해시키고, 또한, 물과 산을 첨가해서 일정한 온도로 하여 조정해서 얻어지는 이트리아 졸액을 들 수 있다. 화합물의 구체적인 예로서는, 염화이트륨 등의 할로겐화 이트륨, 이트륨 아할로겐산염 이트륨 유기산, 이트륨 알콕시드 및 이트륨 착체 등의 이트륨 화합물을 들 수 있다.
내식층(4p)은, 환원성 가스를 포함한 분위기에 의해 처리된 것임이 바람직하다. 이것에 의해 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층으로 할 수 있다.
환원성 가스를 포함한 분위기에 의한 처리는, 상기 CVD법, 용사법, 반응성 스퍼터법, 졸겔법 등에 의해 내식층을 형성할 때에, 환원성 가스를 포함한 분위기를 도입함으로써 행할 수 있다.
또한 환원성 가스에 의한 처리는, 내식층의 형성 후에, 환원 분위기에서 열처리함으로써 행하는 것도 가능하다. 이 열처리의 때에, 내식층의 산화물을 구성하는 원소(금속), 또는 산소수가 적은 동종의 화합물면을 접촉 또는 인접시킨 상태에서 행하면, 보다 효과적으로 환원할 수 있다.
또한, 도 3의 (A), (C)와 같이, 상기 내열성 기재의 히터 패턴(3a)이 형성 된 면과 반대측의 면 상에, 피가열물을 유지하는 정전척 패턴(6)이 형성되고, 상기 정전척 패턴(6) 상에 보호층(4)과 내식층(4p)이 형성된 것임이 바람직하다.
이것에 의해 효과적으로 높은 척 성능을 발휘할 수 있으므로, 피가열체를 유지하면서 효율적으로 가열할 수 있음과 아울러 고정밀도로 위치를 설정할 수 있어, 이온주입, 플라즈마에칭, 스퍼터링 등의 피가열체의 위치 정밀도가 요구될 경우에, 보다 정확하게 원하는 가열 프로세스를 행할 수 있다.
정전척의 패턴 형상에는, 예를 들면 빗살형상, 소용돌이 형상, 동심원형상, 반원형상, 격자형상, 쐐기형상 등을 들 수 있다.
또한 내식층(4p)은, 최표면의 표면 거칠기가 Ra로 1㎛이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해 최표면의 표면 거칠기가 충분하게 작은 것으로 되기 때문에, 피가 열물과의 접촉 면적이 커져서, 피가열물을 상처내는 일없이 안정적으로 상기 내식층 상에 흡착하여 유지할 수 있다.
또한, 내식층(4p)은, 최표면의 저항율이 108∼1013Ω·㎝(실온)인 것이 바람직하다. 이것에 의해 정전척으로서 사용할 경우에 높은 척 성능을 갖고, 리크 전류도 없는 가열소자로 할 수 있다.
또한 내식층(4p)은, 최표면의 비커스 경도가 1㎬이상 8㎬이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해 최표면의 경도가 충분하게 작기 때문에 피가열물을 상처내는 일없고, 마모되지 않을 정도의 충분한 경도이기 때문에, 안정되게 웨이퍼를 상기 내식층 상에 적재할 수 있다.
이들의 표면 거칠기, 저항율, 경도는, 산화물의 산소량을 조정함으로써 제어할 수 있다.
또한, 보호층(4)의 재질로서는, 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 쇼트의 원인이 되는 금속을 포함하지 않는 절연성의 재질로 함으로써, 높은 절연성으로 도전층을 보호할 수 있고, 또한 고온에서의 사용에 의한 박리나 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 저비용으로 대응할 수 있는 보호층이 된다.
도전층(3)의 재질이, 열분해탄소 또는 유리상 탄소이면, 고온까지 가열 가능하게 되고, 가공도 용이하기 때문에 히터 패턴을 사행 패턴 등으로 해서, 그 폭이나 두께를 변화시킴으로써, 임의의 온도경사를 부여하거나, 열환경에 따른 발열 분포를 가지게 해서 균열화하거나 하는 것도 가능해지므로 바람직하다. 특히, 열분해 그라파이트이면, 또한 저제조비용이므로 바람직하지만, 통전에 의해 발열하는 내열성이 높은 재질이면 다른 재질이라도 좋다. 히터 패턴 형상은 도 1과 같은 사행 패턴(지그재그 패턴)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 동심원상의 소용돌이 패턴이어도 된다.
히터 패턴(3a)은, 판형상부(1a) 상에 있어서, 유전체층(2)과 보호층(4)의 사이에 형성되어, 통전에 의한 발열에 의해, 원하는 피가열물을 가열하기 위한 충분한 열을 제공하는 것이다. 도 1, 도 2와 같이, 도전로(3b)에 접속하는 전류의 도입부가 1쌍이어도 좋지만, 이것을 2쌍 이상으로 함으로써, 2존 이상의 독립된 히터 제어도 가능해진다.
히터 패턴(3a)은, 도 1(B)나 도 2(B)와 같이 판형상부(1a)의 막대 형상부(1b)가 돌출되는 면의 반대측의 면에 형성되는 것이 바람직하지만, 목적에 따라서, 도 3(B) 및 도 3(D)와 같이 판형상부(1a)의 막대 형상부(1b)가 돌출되는 측의 면에 형성되어도 좋고, 양면에 형성되어도 좋다.
내열성 기재(1)는, 적어도, 히터 패턴(3a)이 형성되는 판형상부(1a)와, 상기 판형상부의 한 면으로부터 돌출되는 도전로(3b)가 형성되는 막대 형상부(1b)와, 상기 막대 형상부의 상기 판형상부(1a)와는 반대단에 위치해 급전단자(3c)가 형성되는 선단부(1c)가 형성된 일체물이며, 상기 내열성 기재(1)의 표면에 절연성의 유전체층(2)이 형성되고, 상기 도전층(3)은 상기 유전체층(2) 상에 형성되고, 상기 보 호층(4)은 상기 히터 패턴(3a)과 상기 도전로(3b)의 표면을 덮는 일체적으로 형성되어서 이루어지는 것임이 바람직하다.
이와 같이, 판형상부(1a)에 히터 패턴(3a)이 형성된 가열부(10a)와, 선단부(1c)에 급전단자(3c)가 형성된 급전단자부(10c)가, 도전로(3b)가 형성된 막대 형상부(1b)에 의해 격리되므로, 급전단자부(10c)에 있어서 노출된 급전단자(3c)가 저온화해 프로세스 중의 고온 가스에 의해 소모되기 어려워져 장수명으로 된다.
또한 상기 내열성 기재(1)는 일체물이며, 복수의 부품을 조합시켜서 어셈블리하는 것은 아니므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮은 동시에, 상기 내열성 기재(1)에 형성된 층은, 사용에 의해 크랙이 들어가기 어려워 장수명이다.
또한, 상기 도전층(3)은, 상기한 바와 같이 히터 패턴(3a)과 도전로(3b)와 급전단자(3c)가 형성되고, 상기 히터 패턴(3a)과 상기 도전로(3b)의 표면이 보호층(4)으로 덮여져, 일체로 형성되어서 이루어지는 것이므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮은 동시에, 상기 보호층(4)은 사용에 의해 크랙이 들어가기 어려워져 장수명이 된다.
내열성 기재(1)의 재질은, 그라파이트이면 재료가 저렴하고 복잡한 형상에서도 가공이 용이하기 때문에, 제조비용을 더욱 낮게 할 수 있는 동시에, 내열성도 크므로 바람직하지만, 내열성이 있으면 질화붕소 소결체 등의 다른 재질이어도 된다.
판형상부(1a)는, 유전체층(2)과 히터 패턴(3a)과 보호층(4)이 형성되어서 가열부(10a)로 되는 것이면 되고, 도 1, 도 2와 같이 반드시 원판형상일 필요는 없 고, 다각형의 판형상이어도 좋다.
막대 형상부(1b)는, 판형상부(1a)의 한 면으로부터 돌출되어, 도 1(C)에 나타낸 바와 같이 유전체층(2)과 도전로(3b)와 보호층(4) 및 또한 그 위에 내식층(4p)이 형성되어서 도전부(10b)로 되는 것이면 좋고, 도 1, 도 2와 같이 반드시 원기둥형상일 필요는 없고, 다각기둥이어도 좋다. 또한 막대 형상부(1b)는, 도 1과 같이 1개이여도, 도 2와 같이 2개, 또는 그 이상이어도 좋다. 이 도 2의 가열소자는, 히터 패턴(3a)이 판형상부(1a)의 양면에 형성된 것이며, 2개의 막대 형상부(1b)에 의해 통전되어 가열된다.
막대 형상부(1b)의 길이를 10∼200㎜로 함으로써, 단자부와 가열부가 충분한 거리를 취할 수 있으므로, 단자부를 충분하게 저온화시킬 수 있고, 보다 효과적으로 단자부의 소모를 막을 수 있다.
유전체층(2)의 재질은, 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것이 바람직하다. 이것에 의해 절연성이 높고, 고온에서의 사용에 의한 불순물의 비산이 없어 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.
도전층(3)은, 판형상부(1a)에서는 히터 패턴(3a)이 형성되고, 상기 막대 형상부(1b)에서는 도전로(3b)가 형성되며, 상기 선단부(1c)에서는 급전단자(3c)가 형성되어 있고, 상기 히터 패턴(3a)과 상기 도전로(3b)의 표면이 보호층(4)으로 덮여져, 일체적으로 형성되어서 이루어지는 것으로 하면, 콤팩트하고 제조비용이 낮은 가열소자가 된다. 또한, 도전층(3)이 복수의 부품을 조합시킨 것은 아니므로, 박리 하기 어렵고, 또한 보호층(4)이 사용에 의해 부품의 접속부 부근에 크랙이 들어가는 일도 없어 장수명이다. 또한, 본 발명에서는 보호층(4) 상에 내식층(4p)이 형성되어 있으므로, 부식 가스가 내부에 투과하여 도전층을 열화시킬 일도 없다.
또한, 도 3과 같이 정전기를 공급하는 전극 패턴인 정전척 패턴(6)을 설치함으로써, 피가열물을 유지할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 특히, 판형상부(1a)의 막대 형상부(1b)가 돌출되는 측의 면에 히터 패턴(3a)이 형성되고, 판형상부(1a)의 반대측의 면에 피가열물을 유지하는 정전척 패턴(6)이 형성된 것이면, 피가열체를 확실하게 유지하면서 가열할 수 있으므로 고정밀도로 가열 위치를 설정할 수 있고, 이온주입, 플라즈마에칭, 스퍼터링 등의 피가열체의 위치 정밀도가 요구될 경우에, 보다 정확하게 원하는 가열 프로세스를 행할 수 있다. 정전척의 패턴 형상(6)은, 예를 들면 빗살형상, 소용돌이 형상, 동심원형상, 반원형상, 격자형상, 또는 쐐기형상으로 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 가열소자(10)는, 가열부(10a) 상에 피가열물인 반도체 웨이퍼 등을 적재하고, 전원단자(5)에 의해 전기적으로 접속해서 가열함으로써, 고온·부식성 가스 환경하에 있어서도, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있는 장수명이고 저제조비용의 가열소자로 할 수 있다.
정전척으로서 사용할 경우에는, 저항율을 원하는 값으로 할 수 있고, 높은 척 성능을 발휘할 수 있다. 또한 유지된 웨이퍼에 상처나 파손도 생기기 어렵다.
또한, 가열부(10a)와 급전단자부(10c)가, 막대 형상부(1b)에 도전로(3b)가 형성된 도전부(10b)에 의해 격리되는 것으로 하면, 급전단자부(10c)가 저온화해서 프로세스 중의 고온 가스에 의해 소모되기 어려워져 장수명으로 된다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 1의 (D) 및 (E)와 같은, 두께 10㎜, 외경 250㎜의 판형상부(1a)의 한 면의 중앙으로부터, 지름 30㎜, 길이 100㎜의 막대 형상부(1b)와, 상기 막대 형상부(1b)의 판형상부(1a)와는 반대측에 지름 60㎜, 두께 10㎜의 작은 원판이고 전원단자(5)에 접속할 수 있는 4개의 지름 6㎜의 구멍을 형성한 선단부(1c)가 형성된 일체물로 카본제의 내열성 기재(1)를 준비했다.
이 내열성 기재(1)를 열CVD로 내에 설치해서 그 표면에, 반응 가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량 혼합비로 흐르게 하고, 1900℃, 1Torr의 조건하에서 반응시켜서, 이 표면에 두께 0.3㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 유전체층(2)을 형성했다.
다음에 메탄가스를 1800℃, 3Torr의 조건하에서 열분해시켜서, 양면에 두께 0.1㎜의 열분해 그라파이트로 이루어지는 도전층을 형성했다. 그리고, 도 3의 (A) 및 (B)와 같이, 판형상부의 가열면의 이면측에 히터 패턴(3a)을 형성하고, 막대 형상부에서는 도전로(3b)를 형성하고, 선단부에서는 급전단자(3c)를 형성하도록 가공했다. 또한 판형상부의 가열면측에 정전척 패턴(6)을 기계가공에 의해 형성했다.
급전단자부(3c)에 마스크를 실시하여 다시 열CVD로 내에 설치하고, 반응 가 스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량 혼합비로 흐르게 하여, 1900℃, 1Torr의 조건하, 히터 패턴(3a)과 도전로(3b)의 표면상에 두께 0.1㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 절연성의 보호층(4)을 형성했다. 이 보호층(4)의 저항율을 상온에서 측정한 결과 1×1012Ω·㎝이었다.
또한, 반응성 스퍼터법에 의해 수소와 산소 동시에 공급하면서, 내식층(4p)으로서 최표면에 알루미나층을 20㎛ 형성했다. 이 알루미나층은, 산화알루미늄(Al2O3)의 양론비가 Al:O=2:3인 것에 대해서, 2:2.3으로 산소량이 양론비 이하인 산화물이었다.
이 층은, 같은 조건에서 그라파이트판에 형성한 것에 의해 저항율을 상온에서 측정한 결과 1×1012Ω·㎝으로 되고, 비커스 경도는 7.5㎬(비커스 측정:HV1(하중 9.8N) JISR1610)이며, 저항율이 충분하게 낮고, 경도도 충분하게 낮은 것을 확인할 수 있었다. 표면은, 표면 거칠기(Ra)가 0.4㎛로 되도록 연마했다.
이상과 같이 제조한 가열소자를 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열한 결과, 1.5kw의 전력에 의해 가열부를 300℃로 가열할 수 있었다. 그 때, 급전단자부는 150℃로 되고, 가열부보다 대폭 저온화할 수 있었다.
또한 실리콘 웨이퍼를 실어서 500V의 전압을 가한 결과 양호하게 흡착할 수 있었다. 이것을 1만회 반복했지만, 척면의 마모는 겨우 관찰되는 정도로, 실리콘 웨이퍼에의 상처도 없었다. 이것에 의해, 내식층의 저항율은 낮고, 경도는 작아지 고, 높은 척 성능을 발휘할 수 있는 것이 확인되었다.
여기에 CF4를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만 200시간 두어도 변화 없이 가열할 수 있었다. 이것에 의해, 고온·부식성 가스 환경하에 있어서도, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있는 것이 확인되었다.
(실시예 2)
도 2의 (C) 및 (D)와 같은, 두께 10㎜, 외경 250㎜의 판형상부(1a)의 한 면의 양단부, 2개소에 한쌍의 지름 20㎜, 길이 50㎜의 막대 형상부(1b)와, 상기 막대 형상부(1b)의 판형상부(1a)와는 반대측에 M10의 깊이 10㎜ 암나사 구멍이 형성되어서 전기적 접속을 나사에 의해 행할 수 있도록 한 선단부(1c)가 형성된 일체물로 카본제의 내열성 기재(1)를 형성했다.
이 내열성 기재(1)를 열CVD로 내에 설치해서 그 표면에, 반응 가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량 혼합비로 흐르게 하고, 1900℃, 1Torr의 조건하에서 반응시켜서, 이 표면에 두께 0.3㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 유전체층(2)을 형성했다.
다음에 메탄가스를 1800℃, 3Torr의 조건하에서 열분해시켜서, 양면이 두께 0.1㎜의 열분해 그라파이트로 이루어지는 도전층을 형성했다. 그리고, 도 3의 (C) 및 (D)와 같이, 판형상부의 가열면의 이면측에 히터 패턴(3a)을 형성하고, 막대 형상부에서는 도전로(3b)를 형성하고, 선단부에서는 급전단자(3c)를 형성하도록 가공했다. 또한 판형상부의 가열면측에 정전척 패턴(6)을 기계가공에 의해 형성했다.
그리고, 급전단자부(3c)에 마스크를 실시하여 다시 열CVD로 내에 설치하고, 반응 가스로서 암모니아와 3염화붕소와 프로판을 4:1:0.5의 용량 혼합비로 흐르게 하여, 1900℃, 1Torr의 조건하, 히터 패턴(3a)과 도전로(3b)의 표면상에 두께 0.1㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 절연성의 보호층(4)을 형성했다. 이 막의 저항율을 상온에서 측정한 결과 1×1011Ω·㎝이었다.
또한, 열CVD법에 의해, 내식층(4p)을 형성하기 위해서 이트륨 착체를 250℃로 승화시키고, 여기에 0.5L/min의 질소와 수소를 등량으로 넣어 캐리어 가스로서 사용하고, 이트륨 착체의 승화 가스를 분사하여 대기중에서 500℃로 가열하고, 2시간으로 10㎛의 이트리아층을 내식층(4p)으로서 형성했다. 이 이트리아층은, 이트리아(Y2O3)의 양론비가 Y:O=2:3인 것에 대해서, 2:2.4로 산소량이 양론비 이하인 산화물이었다.
이 층은, 같은 조건으로 그라파이트판에 형성한 것에 의해 저항율을 상온에서 측정한 결과 1×1013Ω·㎝로 되고, 비커스 경도는 6.5㎬이며, 저항율이 낮고, 경도가 낮은 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 제조한 가열소자를 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열한 결과, 1.5kw의 전력에 의해 가열부를 400℃로 가열할 수 있었다. 그 때, 급전단자부는 150℃로 되고, 가열부보다 대폭 저온화할 수 있었다.
또한 실리콘 웨이퍼를 실어서 500V의 전압을 가한 결과 양호하게 흡착할 수 있었다. 이것을 1만회 반복했지만, 척면의 마모는 겨우 관찰되는 정도로, 실리콘 웨이퍼에의 상처는 없었다. 이것에 의해, 내식층의 저항율은 낮고, 경도는 작아지며, 높은 척 성능을 발휘할 수 있는 것이 확인되었다.
여기에 CF4를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만 200시간 두어도 변화 없이 가열할 수 있었다. 이것에 의해 고온·부식성 가스 환경하에 있어서도, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있는 것이 확인되었다.
(실시예 3)
실시예 2와 마찬가지로 보호층(4)의 형성까지 행한 기재 상에, 열CVD법에 의해 내식층(4p)을 형성하기 위해서 이트륨 착체를 250℃로 승화시키고, 여기에 수소를 넣지 않고 0.5L/min의 질소만 캐리어 가스로서 사용하여, 이트륨 착체의 승화 가스를 분사하여, 대기중에서 500℃로 가열하고, 2시간으로 10㎛의 이트리아층을 내식층(4p)으로서 형성했다. 이 때, 이 이트리아층은, 양론비가 Y:O=2:3인 것에 대해서, 2:3으로 산소가 결핍되어 있지 않았다.
이것을 환원로에 넣고, 수소를 2L/min, 질소를 1L/min으로 흘리면서, 2시간으로 1000℃까지 승온하고, 2시간 유지한 후에 강온하였다. 이 때, 이 이트리아층은, 양론비가 Y:O=2:3인 것에 대해서 2:2.6으로 산소량이 양론비 이하로 결핍되어 있었다.
이 층은, 같은 조건으로 그라파이트판에 형성해서 환원로에서 환원한 것에 의해 저항율을 상온에서 측정한 결과 2×1013Ω·㎝로 되고, 비커스 경도는 5.5㎬이 며, 저항율이 낮고, 경도가 낮은 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 제조한 가열소자를 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열한 결과, 1.5kw의 전력에 의해 가열부를 400℃로 가열할 수 있었다. 그 때, 급전단자부는 200℃로 되고, 가열부보다 대폭 저온화할 수 있었다.
또한 실리콘 웨이퍼를 실어서 500V의 전압을 가한 결과 양호하게 흡착할 수 있었다. 이것을 1만회 반복했지만, 척면의 마모는 겨우 관찰되는 정도로, 실리콘 웨이퍼에의 상처는 없었다. 이것에 의해, 내식층의 저항율은 낮고, 경도는 작아지며, 높은 척 성능을 발휘할 수 있는 것이 확인되었다.
여기에 CF4를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만 200시간 두어도 변화 없이 가열할 수 있었다. 이것에 의해, 고온·부식성 가스 환경하에 있어서도, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있는 것이 확인되었다.
(비교예)
도 4의 (C) 및 (D)와 같이, 두께 10㎜, 외경 250㎜의 판형상의 기재(21)의 표면의 양단부에, M10의 깊이 10㎜ 암나사 구멍이 형성되어서 전기적 접속을 나사에 의해 행할 수 있도록 한 일체물로 카본제의 내열성 기재(21)를 형성했다. M10의 나사부는 0.4㎜ 크기로 해 두고, 뒤에 전기적 접속을 나사에 의해 행할 수 있도록 했다.
이 내열성 기재(21)를 열CVD로 내에 설치해서 그 표면에, 반응 가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량 혼합비로 흘리고, 1900℃, 1Torr의 조건하에서 반응시켜서, 이 표면에 두께 0.3㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 유전체층(2)을 형성했다.
다음에 메탄가스를 1800℃, 3Torr의 조건하에서 열분해시켜서, 양면이 두께 0.1㎜의 열분해 그라파이트로 이루어지는 도전층을 형성했다. 그리고, 판형상부의 가열면의 이면측에 히터 패턴을 형성하고, 판형상부의 가열면측에 정전척 패턴을 기계가공에 의해 형성했다. 히터 패턴의 양단부에서는 급전단자를 형성하도록 가공했다.
그리고, 급전단자부(3c)에 마스크를 실시하여 다시 열CVD로 내에 설치하고, 반응 가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량 혼합비로 흘리고, 1900℃, 1Torr의 조건하, 히터 패턴(3a)의 표면상이 두께 0.1㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 절연성의 보호층(4)을 형성했다.
그 위에, 열CVD법에 의해, 내식층을 형성하기 위해서 이트륨 착체를 250℃로 승화시키고, 여기에 수소를 넣지 않고 0.5L/min의 질소만 캐리어 가스로서 사용하여, 이트륨 착체의 승화 가스를 분사하고, 대기중에서 500℃로 가열하여, 2시간으로 10㎛의 이트리아층을 내식층으로서 형성했다. 이 이트리아층은, 양론비가 Y:O=2:3인 것에 대해서, 2:3으로 산소가 결핍되어 있지 않았다.
이 층은, 같은 조건으로 그라파이트판에 형성한 것에 의해 저항율을 상온에서 측정한 결과 1×1014Ω·㎝이상으로 되고, 비커스 경도는 11㎬이며, 저항율이 높고, 경도가 큰 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 하여 제조한 도 4의 가열소자(20)를, 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열한 결과, 1.5kw의 전력에 의해 500℃로 가열할 수 있었다. 그 때, 급전단자부는 400℃로 거의 가열을 방지할 수 없었다.
또한 실리콘 웨이퍼를 실어서 500V의 전압을 가한 결과 흡착 부족으로 위치 어긋남 불량이 때때로 발생했다. 이것을 1만회 반복했지만, 척면의 마모는 없었지만, 실리콘 웨이퍼에의 상처는 심했다.
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 실시예에서는, 산소량이 양론비 이하인 산화물인 내식층으로서 이트리아, 알루미나를 예로 들었지만, 이들에 한정되지 않고, 산화 실리콘이여도 동일한 효과가 얻어진다.
이와 같이, 본 발명에 의해, 보호층 상에 저항율 및 경도가 조정된 내식층이 형성되어, 고온·부식성 가스 환경하에 있어서도 부식 가스가 투과하기 어려워, 도전층, 특히 급전단자부의 부식에 의한 열화를 회피할 수 있는 장수명의 가열소자가 제공된다.
또한 정전척으로서 사용할 경우에는, 저항율을 낮은 것으로 할 수 있고, 높 은 척 성능을 발휘할 수 있음과 아울러, 피가열물에 상처를 내기 어려운 것으로 할 수 있다.
또한, 가열부와 급전단자부가, 막대 형상부에 도전로가 형성된 도전부에 의해 격리된 것으로 하면, 급전단자부가 저온화해서 프로세스 중의 고온 가스에 의해 소모하기 어려워져 보다 장수명으로 된다.
Claims (16)
- 적어도 내열성의 기재, 상기 내열성 기재 상에 형성된 히터 패턴을 갖는 도전층, 및 상기 도전층 상에 형성된 절연성의 보호층을 갖는 가열소자로서, 적어도 상기 보호층 상에 산소량이 양론비보다 적은 산화물인 내식층을 갖고,상기 산화물의 산소의 양론비를 1이라고 했을 경우에, 상기 산소량이 0.6~1미만이며,상기 내열성 기재는, 적어도, 히터 패턴이 형성되는 판형상부, 상기 판형상부의 한 면으로부터 돌출되는 도전로가 형성되는 막대 형상부, 및 상기 막대 형상부의 상기 판형상부와는 반대단에 위치해 급전단자가 형성되는 선단부가 형성된 일체물이고, 상기 내열성 기재의 표면에 절연성의 유전체층이 형성되고, 상기 도전층은 상기 유전체층 상에 형성되며, 상기 보호층은 상기 히터 패턴과 상기 도전로의 표면을 덮는 일체적으로 형성되어서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항에 있어서, 상기 내열성 기재의 히터 패턴이 형성된 면과 반대측의 면 상에, 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성되고, 상기 정전척 패턴 상에 상기 보호층 및 상기 내식층이 형성된 것임을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물은 알루미늄의 산화물, 이트륨의 산화물, 실리콘의 산화물 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것임을 특징으로 하는 가열소자.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내식층은, CVD법, 용사법, 반응성 스퍼터법, 졸겔법 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 방법에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내식층은 환원성 가스를 포함한 분위기에 의해 처리된 것임을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내식층은, 최표면의 표면 거칠기가 Ra로 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내식층은, 최표면의 저항율이 108∼1013Ω·㎝(실온)인 것을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내식층은, 최표면의 비커스 경도가 1㎬이상 8㎬이하인 것을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호층의 재질이, 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것임을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전층의 재질이, 열분해탄소 또는 유리상 탄소(glassy carbon)인 것을 특징으로 하는 가열소자.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 내열성 기재의 재질이 그라파이트인 것을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층의 재질이 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합시킨 것임을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항에 있어서, 상기 막대 형상부의 길이가 10∼200㎜인 것을 특징으로 하는 가열소자.
- 제1항에 있어서, 상기 판형상부의 상기 막대 형상부가 돌출되는 측의 면에 히터 패턴이 형성되고, 상기 판형상부의 반대측의 면에 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성된 것임을 특징으로 하는 가열소자.
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