KR20090026727A - 가열 장치 - Google Patents

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KR20090026727A
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KR1020080086727A
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이쿠히사 모리오카
히데요시 츠루타
야스후미 아이하라
Original Assignee
니뽄 가이시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 가열면에 부착된 피가열물을 면 내에서 균일하게 가열할 수 있고, 게다가 넓은 온도 범위에서 양호하게 균열성을 유지하는 것이 가능한 가열 장치를 제공한다.
가열 장치(10)는, 가열면(11a)을 갖고 저항 발열체(12)가 매설된 세라믹스 기체(基體)(11)와, 이 세라믹스 기체(11)의 배면(11b)에 근접하게 부착 고정된 온도 조절 부재(21)를 구비하고 있다. 이 세라믹스 기체(11)의 가열면과 저항 발열체(12) 사이에, 세라믹스 기체(11)의 열전도율보다도 높은 열전도율을 갖는 열전도성 부재(14)가 배치되어 있다. 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이의 공극(31)에는 가스가 이 공극의 압력을 조절할 수 있게 도입된다.

Description

가열 장치{HEATING APPARATUS}
본 발명은 반도체의 웨이퍼 등의 가열에 이용되는 가열 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 제조 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 산화막 등을 형성하기 위해, 가열 처리가 실시된다. 이 반도체의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼의 가열 처리를 실시하기 위한 가열 장치의 일례로서는, 웨이퍼가 세트되는 가열면을 갖는 원반 형상의 세라믹스 기체(基體)를 구비하고, 이 세라믹스 기체 중에 저항 발열체가 매설되어 있는 가열 장치가 있다. 이 가열 장치의 저항 발열체는, 세라믹스 기체의 내부에 매설되어, 이 저항 발열체에 전력이 공급되는 것에 따라, 상기 가열면을 발열시킨다.
이러한 가열 장치는, 피가열재로서의 웨이퍼를, 소정의 가열 온도로 안정적으로 유지하도록 가열할 수 있을 것이 요구된다. 또한, 웨이퍼의 면 내에서 균일하게 가열할 수 있는 것이 요구된다. 그 때문에, 공지의 가열 장치로는, 저항 발열체의 평면적인 배선에 고안을 부가한 것이나, 원반 형상의 세라믹스 기체에 있어서 가열면과는 반대측의 배면에, 온도 조절 부재로서 벌크형의 히트 싱크를 부착한 것이 있다. 이 벌크형의 히트 싱크에 의하면, 세라믹스 기체로부터 열을 신속하게 방출할 수 있다. 그 때문에, 가열면에 있어서 국부적인 온도 상승을 억제할 수 있고, 이것은 가열면의 면 내에 걸쳐 웨이퍼를 균일하게 가열하는 것에 기여한다.
이 벌크형의 히트 싱크와, 세라믹스 기체가, 예컨대 실리콘 수지의 접착층에 의해 접합된 가열 장치가 있다. 그러나, 실리콘 수지는 내열성이 낮기 때문에, 가열 장치의 사용 온도가 제한된다. 또한, 실리콘 수지는 열전도성이 뒤떨어지기 때문에, 웨이퍼를 균일하게 가열 유지하는 것에도 한계가 있었다.
그래서, 벌크형의 히트 싱크와 세라믹스 기체가, 알루미늄 합금의 열압접으로 형성된 접합층에 의해 접합된 가열 장치가 있다(특허 문헌 1).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제9-249465호 공보
그러나, 이 알루미늄 합금의 열압접으로 형성된 접합층에 의한 가열 장치에 의해서도, 세라믹스 기체의 가열면에 있어서 면 내의 가열 온도의 균일성은, 반드시 충분한 것은 아니었다. 특히, 저항 발열체에의 입열량이 커지거나, 세라믹스 기체가 열전도율이 낮은 재료로 이루어지는 경우에는, 가열의 균일성(균열성)이 악화되고, 따라서 이 가열 장치에 의해 가열되는 웨이퍼의 표면 온도의 균일성도 악화되고 있었다. 웨이퍼의 표면 온도의 균일성이 악화되었으므로, 웨이퍼에 실시되는 성막이나 에칭의 면내 균일성이 저하하고, 반도체 디바이스의 제조 시에 있어서 수율이 저하하게 된다.
그래서, 본 발명은, 상기의 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 가열면에 있어서 균열성을 개선하고, 이에 따라 가열면에 부착된 피가열물을 면 내에서 균일하게 가열할 수 있으며, 게다가 넓은 온도 범위에서 양호하게 균열성을 유지하는 것이 가능한 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 가열 장치는, 기판을 얹어 놓는 가열면을 갖고, 세라믹스로 이루어지는 기체와, 이 기체의 내부에 매설된 발열체와, 이 기체의 가열면과 발열체 사이에 배치되고 기체의 열전도율보다도 높은 열전도율을 갖는 열전도성 부재와, 이 기체의 배면에 근접하게 설치된 온도 조절 부재를 구비하며, 이 기체와 온도 조절 부재 사이에 공극을 갖고, 이 공극의 가스 압력을 조절 가능하게 가스를 도입하는 가스 도입 장치에 접속 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가열 장치에 따르면, 가열면에 부착된 피가열물을 면 내에서 균일하게 가열하는 것이 가능해지고, 게다가 입열 방열 환경이 변화되어도 균열성을 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 가열 장치의 실시예에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 가열 장치에 따른 일 실시예를 도시하는 단면도이다. 또한, 이하에 기술하는 도면에서는, 가열 장치의 각 구성 요소의 이해를 쉽게 하기 위해, 각 구성 요소가 현실의 가열 장치와는 다른 치수 비율로 그려지고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가열 장치는, 도면에 도시된 가열 장치의 치수 비율에 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 본 실시형태의 가열 장치(10)는 원반 형상의 세라믹스 기체(11)를 갖고 있다. 이 세라믹스 기체(11)는, 예컨대 알루미나(Al2O3)계 세라믹스나 질화알루미늄(AlN)계 세라믹스로 이루어진다.
이 원반 형상을 갖는 세라믹스 기체(11)의 한쪽의 평면부는, 피가열물인 예컨대 반도체 기판으로서 이용되는 웨이퍼(도시하지 않음)가 세트되어, 이 웨이퍼를 가열하기 위한 가열면(11a)이 된다. 이 세라믹스 기체(11)의 내부에 있어서, 가열 면(11a)과는 반대측인 배면(11b) 근처에, 저항 발열체(12)가 매설되어 있다.
이 저항 발열체(12)에 접속하는 히터 단자(13)가 세라믹스 기체의 배면(11b)에서 삽입되어 있다. 이 히터 단자(13)에 접속되는, 도시하지 않은 외부 전원으로부터, 전력을 저항 발열체(12)에 공급함으로써, 저항 발열체(12)가 발열하고, 발생한 열이 저항 발열체(12)로부터 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)을 향해 세라믹스 기체(11) 내를 이동한다. 이에 따라, 가열면(11a)에 세트된 웨이퍼를 가열하는 것이 가능해진다.
세라믹스 기체(11)의 배면(11b)에 대향하여, 온도 조절 부재(21)가 세라믹스 기체에 부착 고정되어 있다. 도시한 예에서는, 세라믹스 기체(11)의 주연부 근방에 링형의 고정구(23)가 설치되어 있다. 이 고정구(23)는 그 내주측에 세라믹스 기체(11)의 주연부의 플랜지와 결합하는 절결부를 갖는 형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 고정구(23)는 그 두께 방향으로 관통하는 볼트 구멍을 갖고 있다. 이 볼트 구멍의 각각에 볼트(24)가 삽입되고, 이 볼트(24)가 온도 조절 부재(21)에 형성된 나사 구멍에 나사 결합함으로써 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21)는 체결 고정되어 있다. 또한, 이후에 상세하게 기술한 바와 같이, 이 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이에는 공극(31)이 형성되어 있다.
이 온도 조절 부재(21)는, 세라믹스 기체(11)의 열을 이동시켜 가열 중인 세라믹스 기체(11)의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 재료로서, 열전도성이 양호한 금속 재료, 예컨대 벌크형의 알루미늄으로 이루어져 있다. 이 온도 조절 부재(21)에 의한 방열 효과를 향상시키기 위해, 이 온도 조절 부재(21)의 내부에는, 냉매가 통과 가능한 유체 유동 구멍(21a)이 형성되어 있다. 또한, 온도 조절 부재(21)에는, 히터 단자(13)를 삽입 관통 가능한 단자 구멍(21b)이 형성되어 있고, 이 단자 구멍(21b)의 내벽에 접하게 관상의 절연 부재(22A)가 삽입 설치되어, 이 절연 부재(22A)의 내주면측에 삽입 관통되는 히터 단자(13)와, 금속 재료로 이루어지는 온도 조절 부재(21)를 절연하고 있다.
본 실시형태의 가열 장치(10)에 있어서는, 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)과, 세라믹스 기체(11)의 내부에 매설된 저항 발열체(12)와의 사이에, 열전도성 부재(14)가 배치되어 있다. 도시한 본 실시형태에 있어서, 열전도성 부재는 가열면(11a)과 거의 동일한 평면 형상, 직경을 갖는 박판 형상이고, 가열면(11a)과 거의 평행하게 배치되어 있다. 이 열전도성 부재(14)는 세라믹스 기체(11)보다도 높은 열전도율을 갖고 있다.
본 실시형태의 가열 장치(10)는 이 열전도성 부재(14)를 구비함으로써, 다음 효과를 얻을 수 있다. 저항 발열체(12)에 전력이 공급되어 상기 저항 발열체(12)가 발열하면, 발생한 열의 일부는 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)을 향해 이동한다. 가열면(11a)을 향하는 도중에 열전도성 부재(14)에 도달한 열은, 열전도성 부재(14)로부터 가열면(11a)을 향해 이동할 뿐만 아니라, 이 열전도성 부재(14)의 내부에서 그 평면 방향으로 확산 이동한다. 이와 같이 열전도성 부재(14)의 평면 방향으로 열이 확산 이동함으로써, 가열면(11a)을 향하는 열량은 열전도성 부재(14)의 평면 방향으로 평균화된다. 그 결과, 이 열전도성 부재(14)로부터 가열면(11a)을 향하는 열도 또한 가열면(11a)의 평면 방향으로 평균화되어 있으므로, 이 가열 면(11a)에 있어서 온도의 균일화(균열성)가 향상되는 것이다.
본 실시형태의 가열 장치가 열전도성 부재(14)를 구비하는 것에 따르는 상기 효과는, 세라믹스 기체(11)가 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 경우에 특히 효과가 크다. 알루미나는 열전도율이 30 W/m·K 정도로 열전도성이 높지 않기 때문에, 열전도성 부재(14)를 구비하고 있지 않은 경우에는, 저항 발열체(12)로부터 발생한 열의 일부가 세라믹스 기체(11)의 내부에서 그 평면 방향으로 확산 이동하는 양이 작다. 이 때문에, 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 세라믹스 기체(11)를 구비하는 가열 장치로서, 열전도성 부재(14)를 구비하고 있지 않은 경우에는, 균열성이 충분하지 않을 우려가 있었던 것이다. 이에 비해, 본 실시형태의 가열 장치는 열전도성 부재(14)를 구비함으로써, 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 세라믹스 기체(11)를 갖는 것이더라도, 균열성을 현저히 향상시킬 수 있다.
이 열전도성 부재(14)를 구비하는 것에 따르는 균열성의 향상은, 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)과 저항 발열체(12) 사이에, 그리고 가열면(11a)의 근방에 열전도성 부재(14)가 배치되어 있기 때문에, 균열성 향상에 유효하게 기여하고, 종래 기술과 같이 단순히 세라믹스 기체(11)의 배면(11b)에 온도 조절 부재(21)를 구비하는 가열 장치와 비교하여, 균열성이 현저히 우수하다. 또한, 이 가열 장치(10)에 의해 가열되는 피가열물로서의 반도체 웨이퍼는, 면 내에서 약간의 온도 변화가 발생하고 있더라도, 제조되는 반도체 디바이스의 수율에 큰 영향을 미치는 것이고, 본 실시형태의 가열 장치(10)에 의해 균열성이 향상되는 것은, 반도체 디 바이스의 수율 향상에 비약적인 향상을 가져온다.
열전도성 부재(14)를 위한 재료는, 세라믹스 기체(11)보다도 열전도율이 높은 재료이면 적합하다. 열전도율이 높을수록 바람직하다. 예컨대 세라믹스 기체(11)가 알루미나(열전도율: 30 W/m·K 정도)로 이루어지는 경우, 열전도성 부재(14)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금(열전도율: 230 W/m·K 정도)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 한정되지 않고, 열전도성이 양호한 인듐 또는 인듐 합금, 그 외의 금속 재료라도 좋다. 또한, 금속 재료에 한정되지 않고, 고열전도성 세라믹스인 질화알루미늄(열전도율: 150 W/m·K 정도)이라도 좋다.
열전도성 부재(14)는 그 평면 방향으로 열을 충분히 확산시키기 위해서는, 어느 정도의 두께를 갖고 있는 것이 필요하고, 예컨대 0.5∼5.0 mm 정도의 두께를 갖고 있는 것이 바람직하다. 열전도성 부재(14)가 0.5 mm 정도보다도 얇으면 평면 방향으로의 열의 확산이 충분하지 않고 열전도성 부재(14)를 구비하는 것에 따르는 효과가 부족하게 된다. 또한, 5.0 mm 정도를 넘는 두께에서는, 열전도성 부재(14)를 구비하는 것에 따르는 효과가 포화된다. 열전도성 부재(14)의 0.5∼5.0 mm 정도의 두께는, 종래 공지의 가열 장치에 있어서 이용되는, 가열면과 저항 발열체 사이에 매설되는 경우가 있는 금속제의 전극, 예컨대 가열면(11a)에 정전력을 발생시키기 위한 전극이나, 가열면(11a) 근방에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전극의 두께와는 크게 다르다. 종래 공지의 가열 장치의 전극의 두께로는, 본 발명에 있어서 기대되는 균열성의 향상을 얻기가 곤란하다.
세라믹스 기체(11)는 전술한 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 산화이트륨을 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 것이라도 좋다. 이 경우는, 열전도성 부재를 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 인듐 또는 인듐 합금, 그 외의 산화이트륨보다 열전도율이 높은 금속 재료로 할 수 있다. 또한, 세라믹스 기체(11)는 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 것이라도 좋다. 질화알루미늄으로 이루어지는 세라믹스 기체는, 존슨-라벡력을 이용한 정전력을 발생시키기에 적합한 체적 저항율을 갖고 있다. 이 경우의 열전도성 부재를 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 그 외의 질화알루미늄보다 열전도율이 높은 금속 재료로 할 수 있다.
열전도성 부재(14)는 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)과 거의 동일한 평면 형상이고 거의 동일한 크기인 것이, 가열면(11a)에 있어서 가열 온도의 균일성(균열성)을 향상시키는 점에서 유리하다. 하지만, 열전도성 부재(14)의 평면 형상, 크기는 이에 한정되지 않는다. 요는, 균열성을 향상시킬 수 있는 것과 같은 형상, 크기로, 열전도성 부재(14)가 세라믹스 기체(11)의 내부에서 가열면(11a)과 저항 발열체(12)의 사이에 배치되어 있으면 된다.
이 저항 발열체(12)는 예컨대 Nb(니오븀), Pt(백금), W(텅스텐)이나 Mo(몰리브덴) 등의 고융점의 금속 재료 혹은 이들의 탄화물(백금을 제외함)로부터 이루어진다. 이러한 저항 발열체(12)는 상기 금속 재료 함유 원료 페이스트의 도포 등에 의해 형성된 평면 형상의 저항 발열체라도 좋고, 코일형의 저항 발열체라도 좋다.
열전도성 부재(14)의 적합한 사이즈 및 형상을 고려하면, 세라믹스 기체(11) 는 기판(웨이퍼)을 얹어 놓는 상측 부분과 온도 조절 부재에 면하는 하측 부분으로 이분되어, 이 상측 부분과 하측 부분 사이에 열전도성 부재(14)가 개재되어 있는 3층 구조를 갖고 있는 것이 보다 바람직한 형태이다. 도 1에 도시한 본 실시형태의 가열 장치는, 이 바람직한 3층 구조를 갖고 있다. 하지만, 본 발명에 따른 가열 장치는, 3층 구조를 갖는 것에 한정되지 않고, 예컨대 이 열전도성 부재(14)가, 세라믹스 기체(11) 내에 매설되어 있는 예라도 좋다.
그리고, 상하 방향으로 이분할된 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과 하측 부분이, 열전도성 부재(14)에 의해 열압접(TCB: Thermal Compression Bonding)에 의해 접합되어 있는 구조로 할 수 있다. 3층 중에서 열전도성 부재(14)가 열압접에 의해 형성된 부재인 것에 의해, 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과 하측 부분이, 접합면의 전체에 걸쳐 간극없이 강고하게 접합될 수 있고, 따라서 세라믹스 기체(11) 전체의 강도에 악영향을 미치지 않고 우수한 효과를 갖는 열전도성 부재(14)가 된다.
세라믹스 기체(11)가, 상측 부분과 하측 부분으로 이분되어 있는 경우, 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과 하측 부분의 열팽창 계수의 차가 0.2× 10-6 이하인 것이 바람직하다. 이 열팽창 계수의 차가 0.2× 10-6을 넘으면, 이 열팽창 계수차에 의해 세라믹스 기체(11)에 뒤틀림이 발생하고, 이 뒤틀림을 평탄화하기 위한 가공을 하는 수고가 생길 우려가 있기 때문이다.
세라믹스 기체(11)의 상측 부분은, 사용 온도에 있어서 체적 저항율이 1× 108∼1× 1012 Ω·cm 또는 1×1015 Ω·cm 이상을 갖는 것이 바람직하다. 1× 108∼1× 1012 Ω·cm의 것은 가열면(11a)에 존슨-라벡력을 이용한 정전력을 발생시키기에 적합한 체적 저항율이고, 1× 1015 Ω·cm 이상의 것은 절연성이 높으며, 또한 쿨롱력을 이용한 정전력을 발생하게 하기에 적합한 체적 저항율이다. 1×1012 Ω·cm 초과∼1×1015 Ω·cm 미만의 범위의 체적 저항율에서는, 정전력을 만족스럽게 발생시킬 수 없고, 또한 웨이퍼를 흡착 유지한 후의 탈착 응답성이 저하한다. 1× 108 Ω·cm 미만의 체적 저항율에서는 누설 전류가 커져 웨이퍼에 악영향을 미치고, 수율 저하를 초래할 우려가 있다.
세라믹스 기체의 하측 부분은, 사용 온도에 있어서의 체적 저항율이 1× 108 Ω·cm 이상인 것이 바람직하다. 체적 저항율이 1× 108 Ω·cm 미만에서는, 이 하측 부분에 누설 전류가 발생하여 절연 불량이 발생할 우려가 있다.
본 실시형태의 가열 장치(10)는 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)과 평행하게 열전도성 부재(14)가 근접하게 배치되어 있기 때문에, 이 열전도성 부재(14)를 고주파 전극으로서 활용하는 것이 가능해진다. 상세히 기술하면, 세라믹스 기체(11)를 갖는 가열 장치로는, 그 가열면의 근방에, 고주파를 인가할 수 있는 원반 형상의 고주파 전극이 매설되고, 이 고주파 전극에 의해, 가열면에 세트된 피가열물 근방의 공간에 고주파 플라즈마를 발생시킬 수 있는 것이 있다. 이 고주파 전 극은, 일반적으로는 고주파 전력을 공급 가능한 도전성 부재로 이루어지는 것이기 때문에, 본 실시형태의 가열 장치(10)에 있어서, 열전도성 부재(14)가 금속 재료 등의 도전성 부재로 이루어지는 경우에는, 열전도성 부재(14)를 이러한 고주파 전극으로서 이용할 수 있다. 도 1에 도시한 본 실시형태의 가열 장치(10)는 열전도성 부재(14)가 고주파 전극을 겸하는 예이므로, 열전도성 부재(14)에 접속되는 고주파 전극 단자(15)를 삽입 관통할 수 있게 하기 위한 구멍(11c)이, 세라믹스 기체(11)의 배면(11b)으로부터 열전도성 부재(14)에 달하도록 형성되어 있다. 또한, 온도 조절 부재(21)에는 상기 구멍(11c)의 연장선 상에 단자 구멍(21b)이 형성되고, 또한 이 단자 구멍(21b)의 내벽에 접하게 관상의 절연 부재(22B)가 삽입 설치되어, 이 절연 부재(22B)의 내주면측에 삽입 관통되는 고주파 전극 단자(15)와, 금속 재료로 이루어지는 온도 조절 부재(21)를 절연하고 있다. 고주파 전극 단자(15)는 온도 조절 부재(21)의 단자 구멍(21b)과 세라믹스 기체(11)의 구멍(11c)을 통해 열전도성 부재(14)에 접속되고, 이 고주파 전극 단자(15)를 통해 열전도성 부재(14)에 외부로부터 고주파 전력을 공급함으로써, 열전도성 부재(14)가 고주파 전극으로서 이용 가능해진다. 이로써, 본 실시형태의 가열 장치(10)는 고주파 전극을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 열전도성 부재가 금속 재료인 경우, 발생한 고주파 플라즈마에 의해 열전도성 부재가 부식되는 경우가 있다. 열전도성 부재의 부식을 방지하기 위해서는, 열전도성 부재의 측면을 내식성 재료로 보호하면 좋다. 예컨대, 내식성 세라믹스나 내식성 수지의 막이나 링을 설치함으로써 보호가 가능하다. 구체적인 내식성 물질의 형성 방법으로서는, 알루미나 세라믹 혹은 이트륨 알루미늄 가넷, 산화이트륨 세라믹 등의 용사막이나, 불소 수지제의 열 수축링을 사용하는 등의 예를 들 수 있다.
본 실시형태의 가열 장치(10)는, 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)에 세트되는 웨이퍼를 정전력에 의해 유지하는 정전척을 구비한 가열 장치로 할 수도 있다. 정전척을 구비한 가열 장치로 함으로써, 웨이퍼의 가열 시에, 이 웨이퍼를 정전력에 의해 흡착 유지하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 본 실시형태의 가열 장치(10)는 세라믹스 기체(11)의 내부에 있어서 가열면(11a)에 근접하게 정전 전극(16)이 매설되어 있다. 그리고, 이 세라믹스 기체(11)의 배면(11b)으로부터 정전 전극(16)에 달하도록 구멍(11d)이 형성되어 있다. 이 구멍(11d)은 정전 전극(3)에 접속되는 정전 전극 단자(17)를 삽입 관통 가능하게 하기 위한 것이다. 정전 전극 단자(17)는 이 구멍(11d)에 삽입되어, 정전 전극(16)과 접속되어 있다. 또한, 온도 조절 부재(21)에 있어서 상기 구멍(11d)의 연장선 상에 단자 구멍(21c)이 형성되고, 또한 이 단자 구멍(21c)의 내벽에 접하게 관 형상의 절연 부재(22C)가 삽입 설치되어, 이 절연 부재(22C)의 내주면측에 삽입 관통되는 정전 전극 단자(17)와, 금속 재료로 이루어지는 온도 조절 부재(21)를 절연하고 있다. 절연 부재와 각 구멍 사이의 틈새에는 수지 접착제 등의 절연물을 도포하여, 틈새를 없애는 동시에, 접합 강도나 절연 파괴 강도를 높이는 것도 좋다. 이 정전 전극 단자(17)를 통해 정전 전극(16)에 외부로부터 전압을 인가함으로써, 정전 전극(16)과 가열면(11a) 사이의 영역이 분극하여 유전체층이 되고, 가열면(11a)에 정전력이 발생된다. 이 정전력에 의해 웨이퍼를 흡착 유지할 수 있다. 세라믹스 기체(11) 중 에서 적어도 정전 전극(16)과 가열면(11a) 사이의 영역이 알루미나로 이루어지는 경우에는, 알루미나가 적절한 전기 저항율을 구비하고 있기 때문에, 쿨롱력에 의한 정전력을 강력하게 발생시킬 수 있다. 쿨롱력에 의한 정전력은, 존슨-라벡력에 의한 정전력과 같이 가열면(11a)에 미소한 전류를 흘릴 필요가 없다.
정전 전극(16)은 탄화텅스텐(WC)과, 10％ 이상의 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다. 정전 전극(16)이 탄화텅스텐을 주성분으로 함으로써, 알루미나 중으로의 정전 전극(16)의 성분의 확산이 매우 적기 때문에, 정전 전극(16) 근방에서의 알루미나의 체적 저항율을 높게 할 수 있다. 이에 따라, 고전압을 인가한 경우의 절연 특성이 향상되고, 또한 유전체층의 고저항에 따라, 흡착되는 기판의 탈착 특성이 향상된다. 또한, 이 정전 전극(16)이 10％ 이상의 알루미나를 포함함으로써, 정전 전극(16) 부분의 밀착성이 향상된다. 정전 전극(16)에 포함되는 알루미나의 함유량의 상한은, 정전 전극(16) 부분의 전기 저항을 작게 하는 관점에서, 50 wt％ 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.
정전 전극(16)은, 예컨대 소정량의 알루미나와 탄화텅스텐의 혼합 분말을 포함하는 인쇄 페이스트를, 메쉬 형상, 빗 형상, 소용돌이 형상 등의 평면 형상으로 인쇄한 것을 이용할 수도 있다. 또한, 도 1에 도시한 본 실시형태의 가열 장치(10)는 정전 전극(16)으로서 쌍극형의 예를 보여주고 있지만, 정전 전극(16)은 쌍극형에 한정되지 않고, 단극형 또는 다극형이라도 좋다.
세라믹스 기체(11)는 상측 부분과 하측 부분으로 이분되고, 이 상측 부분과 하측 부분 사이에 열전도성 부재(14)가 개재되어 있는 3층 구조로 이루어지며, 또 한 이 세라믹스 기체는, 정전 전극(16)을 포함하는 정전척 구비 가열 장치에 있어서는, 정전 전극(16)이 세라믹스 기체(11)의 상측 부분에 포함되며, 저항 발열체(12)가 세라믹스 기체(11)의 하측 부분에 포함되는 구조로 하는 것이 바람직하다. 정전 전극(16)은 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)의 근방에 매설되기 때문에, 세라믹스 기체(11)의 상측 부분에 포함된다. 또한, 열전도성 부재(14)는, 저항 발열체(12)로부터 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)을 향하는 열을 열전도성 부재(14)의 평면 방향으로의 확산 이동시키기 위해 설치되기 때문에, 세라믹스 기체(11)의 하측 부분에 포함된다.
본 실시형태의 가열 장치(10)의 제조 방법의 일례로서는, 상하 방향으로 이분할된 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과 하측 부분을 각각 제작하여, 이 상측 부분과 하측 부분을, 열전도성 부재(14)로 열압접에 의해 접합하는 공정을 포함하는 제조 방법이 있다.
이 열압접은, 예컨대 열전도성 부재(14)로서 알루미늄을 이용하고, 미리 제작해 놓은 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과 하측 부분을, 이 알루미늄의 열전도성 부재(14)를 사이에 두고 쌓아, 두께 방향으로 가압하면서 소정의 온도로 가열함으로써 행할 수 있다. 특히, 소정의 온도를 알루미늄의 융점보다도 5℃∼15℃ 낮은 온도로 설정하고, 가압 압력을 10 kg/㎠ 이상 100 kg/㎠ 이하로 하며, 분위기를 1 kPa 이하의 진공 중으로 하면 좋다. 이 방법에 따르면, 저온으로 균일한 접합을 할 수 있기 때문에, 알루미늄을 용융시키지 않고 접합할 수 있다. 그 때문에, 열전도성 부재(14)의 변형이 발생하지 않고, 세라믹스 기체는 이 온도에서 전혀 변형 하지 않기 때문에, 치수 정밀도가 높은 세라믹스 기체를 얻을 수 있다. 알루미늄은 시트로부터 펀칭 등에 의해 미리 임의의 형상으로 형성될 수 있고, 또한 압접 중에 용융되지 않기 때문에, 세라믹스 기체에 마련되는 관통 구멍과 간섭하지 않고서 접합될 수 있다.
나아가서는, 이 열압접에 이용되는 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과 하측 부분을 개별 제작하여 세라믹스 기체(11)를 제조함으로써, 이 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과 하측 부분을, 각각 종류가 다른 세라믹스로 제작할 수도 있다. 예컨대, 상측 부분을 산화이트륨(이트리아)을 주성분으로 하는 세라믹스로 제작하고, 하측 부분을 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 제작할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 가열 장치(10)는, 전술한 열전도성 부재(14)가 배치된 세라믹스 기체(11)와, 온도 조절 부재(21)와의 사이에 공극(31)이 형성되어 있다. 이 공극(31)을 확실하게 확보하기 위해, 이 공극(31)에는 스페이서(32)가 배치되어 있다. 이 스페이서(32)는 예컨대 내열성 수지의 시트를 펀칭 가공함으로써 형성할 수 있다. 하지만, 스페이서(32)를 설치하는 것은 필수가 아니다. 예컨대, 세라믹스 기체(11)의 이면과, 온도 조절 부재(21)의 세라믹스 기체(11)에 대향하는 면 중의 적어도 한쪽의 표면에, 표면 거칠기가 큰 영역 또는 돌기를 형성하는 것에 의해서도 공극(31)을 형성할 수 있다.
그리고, 공극의 가스 압력을 조절 가능하게 가스가 외부로부터 공극(31)에 도입될 수 있도록, 온도 조절 부재(21)에는, 이 온도 조절 부재(21)의 두께 방향으로 관통하는 가스 도입로인 가스 도입 구멍(25)이 형성되어 있다. 이 가스 도입 구멍(25)은 공극(31)에 연통하고 있다. 또한, 이 공극(31)에 도입된 가스가 누설하는 것을 억제하기 위해, 이 공극의 단부에는 밀봉 부재로서 O링(33)이 설치된다. 이 O링(33)에 의해, 공극(31)은 기밀 상태가 된다.
전술한 가스 도입 구멍(25)에는, 가스 도입 장치가 접속된다. 도 2를 이용하여, 가스 도입 장치의 일례를 설명한다. 도 2에 도시한 본 실시형태의 가스 도입 장치(40)는 가스 공급원(41)을 구비하고, 이 가스 공급원에 수용된 가스를 공극(31)으로 도입하는 것이다. 도 2에 도시한 예에서, 가스 공급원(41)은, 가스의 종류가 서로 다른 제1 가스 공급원(41A)과, 제2 가스 공급원(41B), 그리고 제3 가스 공급원(41C)을 구비하고 있다. 이 가스 공급원(41)으로부터의 가스를 선택 또는 혼합할 수 있도록 제1 가스 공급원(41A)과, 제2 가스 공급원(41B), 그리고 제3 가스 공급원(41C)의 각각에는 전환 밸브(42)가 부착되어 있다. 이 전환 밸브(42)로부터 가스 도입 구멍(25)을 향하는 관로의 도중에, 압력 조정 밸브(43)와 압력 센서(44)가 설치되어 있다. 또한, 압력 센서(44)로부터의 신호를 입력하여, 압력 제어 신호를 압력 조정 밸브(43)에 출력하는 압력 제어 장치(45)가 설치되어 있다. 또한, 도 2에 도시된 가스 도입 장치(40)는 일례이며, 공극(31)에 가스를 압력 조정 가능하게 도입할 수 있는 장치이면 무방하고, 도면에 도시된 것에 한정되지 않는다.
본 실시형태의 가열 장치는, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이에 기밀한 공극(31)을 갖고, 이 공극(31)에는 가스 도입 구멍(25)을 통해 가스 도입 장치(40)가 접속되며, 이 가스 도입 장치(40)의 가스 공급원(41)으로부터 가스 를 압력 조정 가능하게 도입할 수 있다. 이 공극(31)에 도입된 가스의 압력은 압력 조정 밸브(43), 압력 센서(44) 및 압력 제어 장치(45)에 의해 조절될 수 있다.
헬륨 등의 가스는 압력에 따라 열전도율이 변화한다. 구체적으로는, 압력이 높을수록 열전도율이 높아진다. 따라서, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21)의 공극(31)에 가스를 도입하고 그 가스의 압력을 조절하는 것에 의해, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로 이동하는 열량을 조절할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 가열 장치(10)는 우수한 균열성을 유지하면서, 종래보다도 넓은 온도 범위에 걸쳐, 웨이퍼의 온도를 제어하는 것이 가능해진다.
세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21)의 공극(31)에 가스를 도입하고, 그 가스의 압력을 조절하는 것에 의한 본 실시형태의 효과는, 균열성과 관련하여 종래의 가열 장치보다도 높은 수준을 실현할 수 있는 것이다. 상세히 기술하면, 종래의 가열 장치에는, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21)가 접착제에 의해 접착 고정되어 있는 경우가 있다. 이러한 접착제가 이용된 종래의 가열 장치에서는, 접착제의 열전도율이 접착제의 고유의 값이기 때문에, 웨이퍼를 비교적 저온으로 가열하는 경우와 고온으로 가열하는 경우에는, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로 이동하는 열량이 크게 다르다. 이 때문에, 고온으로 가열하는 경우에는, 세라믹스 기체(11)에 매설된 저항 발열체에 투입하는 전력을 크게 할 필요가 있다. 저항 발열체에 투입하는 전력이 클수록 균열성이 악화되므로, 고온으로 가열하는 경우에는 균열성이 악화되어 버린다. 이러한 균열성의 악화는, 본 실시형태와 같이 세라믹스 기체(11)에 열전도성 부재(14)를 매설함으로써 억제할 수 있지 만, 웨이퍼를 저온으로 가열하는 경우와 고온으로 가열하는 경우의 온도차가 큰 경우에는, 고온 가열 시에 있어서의 균열성을 더 개선할 필요가 있다.
그래서, 본 실시형태의 가열 장치(10)에서는, 가스 도입 장치(40)를 설치하고, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이의 공극(31)의 가스 압력을 조정 가능하게 함으로써, 웨이퍼를 고온 가열하는 경우에는 이 공극의 가스 압력을, 저온으로 가열하는 경우보다도 작게 하는 제어를 행한다. 가스 압력이 작은 경우에는, 이 가스의 열전도율은 작아지기 때문에, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로 이동하는 열량은 작아진다. 이 때문에, 세라믹스 기체(11)에 매설된 저항 발열체에 투입하는 전력을 크게 변화시키지 않고서, 웨이퍼를 고온 가열하는 것이 가능해진다. 따라서, 균열성의 악화가 발생하지 않고, 우수한 균열성을 유지할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이의 공극(31)의 압력을 조정 가능하게 함으로써 얻어지는 균열성의 효과는, 단순히 열전도성 부재(14)를 구비하는 가열 장치에 비해서도 우수한 것이며, 즉 열전도성 부재(14)를 구비하는 것과, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이의 공극(31)의 압력을 조정 가능하게 하는 것의 시너지 효과 덕분에, 예상 이상의 우수한 균열성을 달성할 수 있는 것이다.
본 실시형태에 따른 공극(31)의 가스 압력 제어는, 압력 조정 밸브(43)와 압력 센서(44)에 접속된 압력 제어 장치(45)에 의해 행할 수 있다. 이러한 공극(31)의 가스 압력 제어는, 제어가 용이하고, 또한 응답성 좋게 제어할 수 있기 때문에, 공업적인 실시의 관점에서도 우수하다. 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로 이동하는 열량을 제어하는 수단으로는, 본 실시형태의 공극(31)의 가스 압력 제어 이외에도, 공극(31)의 거리를 바꾸거나, 온도 조절 부재(21)의 유체 유동 구멍(21a)을 유동하는 냉매의 온도를 바꾸거나 하는 것도 이용 가능하다. 그러나, 웨이퍼의 가열 시에 공극(31)의 거리를 바꾸는 것은 곤란하고, 또한 거리를 바꾸기 위한 장치는 대규모화를 요구한다. 또한, 냉매의 온도를 바꾸는 것은, 냉매가 일반적으로 액체이고 가스보다도 비열이 현저히 크기 때문에, 단시간에 냉매를 가열하거나 냉각하기가 곤란하며, 또한 온도 조절 부재(21)의 유체 유동 구멍(21a)에 접속되는 복수의 온도의 냉매를 준비하여, 웨이퍼의 가열 온도에 따라 온도가 다른 냉매를 전환하여 이용하는 것은, 장치의 대규모화를 요구한다. 이에 비해, 본 실시형태의 가열 장치(10)는, 공극(31)의 가스 압력 제어에 의해, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로 이동하는 열량을 매우 단시간에 변경할 수 있고, 따라서 작업 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, 설비의 추가는 간소한 가스 도입 장치(40)를 설치하는 것으로 끝나서 설비 부담이 작다.
본 실시형태의 가열 장치(10)에 있어서, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이의 공극의 두께 방향 거리는 특별히 수치 한정되지 않고, 웨이퍼 가열 온도, 가스 압력 등을 감안하여, 공업적으로 실시 가능한 범위에서 적절한 거리를 채용할 수 있다.
또한, 가스 압력도 특별히 수치 한정되지 않고, 웨이퍼 가열 온도, 가스 압력 등을 감안하여, 웨이퍼 가열 온도, 공극(31)의 거리 등을 감안하여, 공업적으로 실시 가능한 범위에서 적절한 압력을 채용할 수 있다.
공극(31)에 도입되는 가스는, 예컨대 헬륨 가스를 이용할 수 있다. 헬륨 가스는 압력 변화에 따르는 열전도율의 변화가 크기 때문에, 본 실시형태의 가열 장치(10)에 이용하는 가스로서 적합하다. 하지만, 가스의 종류는 헬륨 가스에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시형태의 가열 장치(10)에 있어서는, 전술한 가스 압력의 조절 대신에, 또는 가스 압력의 조절과 조합하여, 공극(31)에 도입하는 가스의 종류를 변경할 수 있다. 가스의 열전도율은 가스의 종류에 따라 다르기 때문에, 공극(31)에 도입하는 가스의 종류를 가스 도입 장치(40)의 전환 밸브(42)에 의해 변경함으로써, 가스 압력을 조절하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 가스로는, 예컨대 헬륨 가스, 아르곤 가스, 질소 가스 등을 이용할 수 있다.
[실시예]
1. 열전도성 부재(14)의 평가
우선, 여러 가지 열전도성 부재(14)를 이용하여 균열성의 평가를 행했다.
세라믹스 기체(11)의 상측 부분이 되는 세라믹스 소결체와, 세라믹스 기체(11)의 하측 부분이 되는 세라믹스 소결체와, 열전도성 부재(14)를 각각 준비했다.
이 세라믹스 기체(11)의 상측 부분이 되는 세라믹스 소결체는, 금형을 이용하여 소정 압력으로 프레스 성형을 행하여 원료 분말로부터 성형체를 형성한 후, 열간 가압 소성법을 이용해 소성하여, 정전 전극을 매설한 소결체를 얻었다. 또 한, 이 세라믹스 기체(11)의 하측 부분이 되는 세라믹스 소결체는, 금형을 이용하여 소정 압력으로 프레스 성형을 행하여 원료 분말로부터 성형체를 형성한 후, 열간 가압 소성법을 이용해 소성하여, 저항 발열체를 매설한 소결체를 얻었다.
이 상측 부분이 되는 세라믹스 소결체 및 하측 부분이 되는 세라믹 소결체 사이에 열전도성 부재(14)를 끼워 넣고, 두께 방향으로 소정 압력으로 가압하면서, 소정 온도로 소정 시간 가열함으로써 열압접했다. 이렇게 해서, 세라믹스 기체(11)의 상측 부분과, 열전도성 부재(14)로 이루어지는 열압접층과, 세라믹스 기체(11)의 하측 부분이 적층된 3층 구조를 갖는 도 1에 도시한 세라믹스 기체(11)를 얻었다. 여기서, 소정 압력, 소정 온도, 소정 시간은 열전도성 부재(14)의 재질에 따라 이하의 조합으로 정해진다.
열전도성 부재(14)가 알루미늄인 경우, 압력은 70(kgf/㎠), 온도는 540(℃),시간은 5(hrs)이었다. 또한, 열전도성 부재(14)가 인듐인 경우, 압력은 10(kgf/㎠), 온도는 130(℃), 시간은 5(hrs)이었다.
이 열압접 후, 세라믹스 기체의 가열면을 다이아몬드 지석으로 평면 연삭 가공을 행했다. 또한, 소성체의 측면을 연삭하고, 필요한 구멍 뚫기 가공과, 단자의 부착을 행하여 세라믹스 기체를 완성했다.
얻어진 세라믹스 기체를, 벌크형의 알루미늄으로 이루어지는 온도 조절 부재(21)에, 링형의 고정구(23)를 통해 볼트(24)에 의해 체결 고정하여, 도 1에 도시하는 본 실시형태의 가열 장치를 얻었다.
또한, 비교를 위해, 열전도성 부재를 갖지 않는 것 이외에는, 본 실시형태와 동일한 구성인 가열 장치를 제작했다.
이와 같이 하여 얻어진 각 가열 장치의 가열면이 100℃가 되도록 가열하고, 상기 가열면의 면 내의 온도 분포를 조사했다. 이 온도 분포의 측정은, 적외선 분광 카메라 측정 장치를 이용했다.
실시예 1∼13, 비교예 1∼2의 가열 장치에 대해, 면내 온도 변동량(균열성)을 조사한 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
Figure 112008062703415-PAT00001
Figure 112008062703415-PAT00002
열전도성 부재를 구비하는 실시예 1∼13에서는 비교예 1∼2와 대비하여 면내 온도의 변동량이 작다는 것을 표 1 및 표 2로부터 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 가열 장치는, 균열성이 현저히 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 이 본 실시형태의 가열 장치에 있어서, 열전도성 부재에 접속되는 단자로부터 고주파 전력을 공급한 경우, 가열면 근방에 플라즈마 분위기를 발생시킬 수 있었다.
2. 공극(31)의 평가
다음으로, 여러 가지 조건의 공극(31)에 의해 균열성의 평가를 행했다.
도 1에 도시한 열전도성 부재(14)가 매설된 세라믹스 기체(11)를 준비했다. 세라믹스 기체(11)는 질화알루미늄으로 이루어지며, 열전도성 부재(14)는 두께 1.5 mm의 알루미늄으로 이루어지므로, 세라믹스 기체(11)는 열압접에 의해 접합된 3층 구조의 것이다.
얻어진 세라믹스 기체(11)를, 벌크형의 알루미늄으로 이루어지는 온도 조절 부재(21)에, 볼트(24)에 의해 체결 고정했다. 또한, 비교를 위해, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21)를 접착제로 고정한 예도 준비했다.
세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21) 사이의 공극(31)의 거리를 다양하게 바꾸고, 또한 이 공극(31)에 도입하는 가스의 압력을 다양하게 바꿔, 세라믹스 기체(11)의 가열면(11a)의 균열성을 조사했다. 그 결과를 표 3 및 4에 나타내었다.
Figure 112008062703415-PAT00003
Figure 112008062703415-PAT00004
표 3 및 표 4에 있어서, 실시예 21은 공극(31)이 0.13 mm인 예이고, 실시예 22는 공극(31)이 0.25 mm인 예이며, 실시예 23은 공극(31)이 0.5 mm인 예이고, 실시예 24는 공극(31)이 0.7 mm인 예이다. 실시예 21∼24 중 어느 경우도, 가스 압력을 변화시키는 것에 의해, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로의 열유량, 즉 세라믹스 기체(11)에 매설된 저항 발열체에 투입되는 전력을 그다지 변화시키지 않고서도, 가열면(11a)의 온도를 60℃, 100℃ 및 150℃로 할 수 있고, 그리고 그 가열면의 각각의 온도에서 균열성이 우수하였다.
또한, 실시예 25는 도입 가스를 Ar로 한 예이다. 실시예 25와 같이 도입 가스를 Ar로 한 경우에서도, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로의 열유량, 즉 세라믹스 기체(11)에 매설된 저항 발열체에 투입되는 전력을 그다지 변화시키지 않고서도, 가열면(11a)의 온도를 60℃, 100℃ 및 150℃로 할 수 있고, 그리고 그 가열면의 각각의 온도에서 균열성이 우수하였다.
이에 비해, 비교예 21은 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21)를 접착제로 고정한 예이다. 접착제의 열전도율은 접착제의 고유의 값이므로, 가열면(11a)의 온도를 60℃, 100℃ 및 150℃로 하기 위해서는, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로의 열유량, 즉 세라믹스 기체(11)에 매설된 저항 발열체에 투입되는 전력을 크게 변경해야 하고, 특히 가열면의 온도를 150℃로 하기 위해서는, 5300 W라는 큰 전력을 투입해야 했기 때문에, 균열성이 악화되었다.
비교예 22는, 세라믹스 기체(11)와 온도 조절 부재(21)를 접착제로 고정한 예로서, 또한 온도 조절 부재(21)의 유체 유동 구멍(21a)을 유동하는 냉매의 온도를 변경한 예이다. 냉매의 온도를 80℃ 및 -10℃로 하면, 가열면(11a)의 온도를 60℃ 및 150℃로 변경하기 위해, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로의 열유량, 즉 세라믹스 기체(11)에 매설된 저항 발열체에 투입되는 전력을 크게 변경할 필요는 없었지만, 균열성은 실시예 1∼4보다도 뒤떨어지고 있었다. 또한, 냉매의 온도를 변화시키는 데에는 시간이 걸리고, 가열면의 온도 조정을 위한 응답성이 나빴다.
비교예 23은 비교예 21보다도 접착층의 두께를 얇게 한 예이고, 이 비교예 23에서는, 가열면(11a)을 150℃로 하기 위해, 세라믹스 기체(11)로부터 온도 조절 부재(21)로의 열유량, 즉 세라믹스 기체(11)에 매설된 저항 발열체에 투입되는 전력을 21000 W의 과대한 양으로 하였더라도 투입 전력이 부족했다.
이상, 본 발명의 가열 장치를, 도면 및 실시형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 가열 장치는, 이들 도면 및 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 가열 장치에 따른 일 실시예를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예의 가열 장치를 포함하는 가열 시스템의 일례를 도시하는 설명도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가열 장치
11 : 세라믹스 기체
12 : 저항 발열체
13 : 유전체층
14 : 열전도성 부재
40 : 가스 도입 장치

Claims (15)

  1. 기판을 얹어 놓는 가열면을 갖고, 세라믹스로 이루어지는 기체(基體)와,
    이 기체의 내부에 매설된 발열체와,
    이 기체의 가열면과 발열체 사이에 배치되고, 기체의 열전도율보다도 높은 열전도율을 갖는 열전도성 부재와,
    이 기체의 배면에 근접하게 설치된 온도 조절 부재
    를 포함하고, 상기 기체와 온도 조절 부재 사이에 공극을 가지며, 이 공극의 가스 압력을 조절할 수 있게 가스를 도입하는 가스 도입 장치에 접속 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체는, 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기체는, 산화이트륨을 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기체는, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도성 부재는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 열전도성 부재는, 인듐 또는 인듐합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 부재의 두께가 0.5∼5.0 mm 정도인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 부재는, 열압접에 의해 형성된 부재인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 부재는, 고주파 전극을 겸하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기체는, 기판을 얹어 놓는 상측 부분과, 온도 조절 부재에 면하는 하측 부분으로 이분되고, 이 상측 부분과 하측 부분 사이에 상기 열전도성 부재가 개재되어 있는 3층 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  11. 제1항 또는 제10항에 있어서, 상기 기체는 정전 전극을 구비하고, 이 정전 전극은 상기 기체의 상측 부분에 포함되며, 상기 발열체는 상기 기체의 하측 부분에 포함되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기체와 상기 온도 조절 부재를 고정하는 고정구를 상기 기체의 주연부 근방에 구비하며, 상기 기체와 상기 온도 조절 부재 사이에 기밀한 공극을 갖고, 이 공극이 가스 도입로에 의해 외부와 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 고정구에 의해 고정된 상기 기체와 상기 온도 조절 부재 사이에 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 기체와 온도 조절 부재 사이에 접속되어 가스를 압력 조절 가능하게 도입하는 가스 도입 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가스 도입 장치는, 기체와 온도 조절 부재 사이에 도입하는 가스의 종류를 선택 가능한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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