KR100515702B1

KR100515702B1 - 세라믹 히터, 그 제조 방법 및 반도체 제조 장치용 가열장치

Info

Publication number: KR100515702B1
Application number: KR10-2002-0069958A
Authority: KR
Inventors: 야마구치신지
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2005-09-15
Also published as: JP2003151729A; US6812434B2; US20030094447A1; KR20030041774A; JP3982674B2; TW554463B

Abstract

본 발명은 세라믹 기체 및 발열체를 구비하고 있는 세라믹 히터에 있어서, 세라믹 기체와는 별개로 된 부재를 설치할 필요없이 가열면의 온도를 제어할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.

세라믹 히터(1B)는 가열면(2a)을 지닌 세라믹 기체(2) 및 발열체(3)를 구비하고 있다. 기체(2)의 가열면(2a) 이외의 표면(2b, 2c)에, 제1 영역(15) 및 제1 영역(15)에 비해서 열 방사율이 상대적으로 작은 제2 영역(13)이 마련되어 있다.

Description

세라믹 히터, 그 제조 방법 및 반도체 제조 장치용 가열 장치{CERAMIC HEATERS, A METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND HEATING APPARATUSES USED FOR A SYSTEM FOR PRODUCING SEMICONDUCTORS}

본 발명은 세라믹 히터, 그 제조 방법 및 반도체 제조 장치용 가열 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 장치에서는, 열 CVD 등에 의해서 실란 가스 등의 원료 가스로 반도체 박막을 제조함에 있어서, 웨이퍼를 가열하기 위한 세라믹 히터가 채용되고 있다. 이러한 히터에서는, 가열면을 고온으로 유지하면서, 가열면의 온도 균일성을 확보함으로써, 반도체 불량을 방지할 필요가 있다. 그러나, 세라믹 히터는 세라믹 기체의 내부에 발열체를 매설한 것으로, 가열면에 어느 정도의 온도 변동이 발생한다.

일본 특허 공개 평6-53145호 공보에서는, 세라믹 히터의 웨이퍼 가열면의 온도의 균일성을 높이는 기술이 개시되어 있다. 즉, 웨이퍼 가열면이 있는 반상(盤狀)의 세라믹 히터를 제조한 후, 이 가열면의 온도 분포를 서모그래프에 의해서 관측한다. 이어서, 요구한 온도 분포에 기초하여, 화상 처리를 행하여, 반사판의 온도 분포를 제어한다. 그리고, 반사판을 세라믹 히터의 배면에 대향하는 위치에 설치한다. 세라믹 히터의 배면으로부터의 발열이 반사판에 의해서 반사되어, 세라믹 히터로 되돌아간다. 이 때, 가열면의 온도가 낮은 영역에서는, 반사판의 열 흡수율을 저하시킨다. 이에 의해, 반사판에서 세라믹 히터로 반사되는 열이 증대되기 때문에, 그 영역의 온도가 높아지는 것이다. 반사판의 반사율을 제어하기 위해서는 반사판의 표면을 샌드 블러스트 처리하여, 표면 조도를 제어하고 있다.

그러나, 본 발명자가 더욱 검토한 결과, 일본 특허 공개 평6-53145호 공보에 기재된 기술에서는, 다음의 문제점이 남아 있음이 판명되었다. 즉, 반도체 챔버 내에서, 세라믹 히터의 배면에 별개 부재로 된 반사판을 설치할 필요가 있다. 여기서, 반사판의 설치 후에, 반사판의 반사면의 열 흡수율(혹은 열 반사율)의 분포가, 평면적으로 봤을 때에, 반사판을 설치하지 않을 때의 세라믹 히터의 가열면의 온도 분포에 정확히 대응하고 있지 않으면 안된다. 그러나, 세라믹 히터의 가열면과 반사판의 반사면과의 평면적인 위치맞춤은 매우 곤란하다. 왜냐하면, (1) 세라믹 히터의 가열면(원형)의 중심과 반사판의 반사면(원형)의 중심의 위치를 맞출 필요가 있기 때문이다. 게다가, 양자의 중심의 위치를 맞추는 동시에, (2) 이 중심의 회전 각도를 일치시켜야만 한다.

또한, 이러한 평면적인 위치맞춤을 정확히 했다고 하더라도, 가열면의 온도의 균일성을, 사양의 범위 내에 확보하기 위해서는 불충분하다. 왜냐하면, 세라믹 히터의 배면과 반사판의 반사면과의 간격도 중요하기 때문이다. 구체적으로는, 반사판의 각 점의 열 흡수율은 반사판의 반사면과 히터 배면과의 간격이 소정치(α)인 것으로서 계산, 설계되어 있다. 여기서, 히터의 배면과 반사판의 반사면과의 간격이 α보다도 작으면, 반사면에서 배면으로 전해지는 열량이 증가하여, 가열면의 온도가 상승한다. 따라서, (3) 히터 배면과 반사면의 간격이 α가 되도록 해야 하며, 또한, (4) 히터 배면의 전면에 걸쳐, 배면과 반사면이 평행하게 되도록 할 필요가 있다. 이러한 기하학적 위치 관계를 유지하면서 반사판을 반도체 챔버 내에 설치하는 것은 곤란한 경우가 있었다. 또, 반사경을 설치함으로써, 장치 전체의 구성이 복잡하게 될 뿐만 아니라, 반사경의 열화, 열 응력에 의한 파손이나 휘어짐, 프로세스 흐름에 영향을 미치는 경우가 있었다.

본 발명의 과제는, 세라믹 기체 및 발열체를 갖추고 있는 세라믹 히터에 있어서, 세라믹 기체와는 별개로 된 부재를 설치할 필요없이 가열면의 온도를 제어할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 가열면이 있는 세라믹 기체 및 발열체를 구비하고 있는 세라믹 히터로서, 기체의 가열면 이외의 표면에, 제1 영역 및 제1 영역에 비해서 열 방사율이 상대적으로 작은 제2 영역이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상기 세라믹 히터, 발열체에 접속된 단자부, 세라믹 히터의 배면에 대하여 고정되는 중공의 지지 부재 및 지지 부재의 내측 공간에 형성되어, 단자부에 대하여 전기적으로 접속되어 있는 전력 공급 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 가열 장치에 관한 것이다.

본 발명에 있어서의 반도체 제조 장치란, 반도체의 금속 오염이 염려되는, 폭넓은 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 장치를 의미하고 있다. 이것에는, 성막 장치 외에, 에칭 장치, 클리닝 장치, 검사 장치가 포함된다.

또, 본 발명은 가열면을 지닌 세라믹 기체 및 발열체를 구비하고 있는 세라믹 히터를 제조하는 방법으로서, 기체의 가열면 이외의 표면에, 제1 영역 및 제1 영역에 비해서 열 방사율이 상대적으로 작은 제2 영역을 마련하는 것을 특징으로 한다.

본 발명자는, 세라믹 기체 그 자체의 가열면 이외의 표면을, 열 방사율이 다른 복수의 영역으로 분할함으로써, 기체의 가열면에 어떠한 영향이 있는지를 연구하여 보았다. 이 결과, 가열면의 온도 균일성에 대하여 예상 밖으로 큰 영향이 있음을 발견하여, 본 발명에 도달하였다.

예컨대, 세라믹 기체의 가열면에 콜드 스폿(cold spot)이 생성된 경우에는, 기체 배면의 이것에 대응하는 투사 영역의 열 방사율을 작게 한다. 이에 의해, 콜드 스폿의 온도가 약간 상승하여, 콜드 스폿이 소거될 수 있다. 혹은, 세라믹 기체의 가열면에 핫 스폿이 생성된 경우에는 기체 배면의 이것에 대응하는 투사 영역의 열 방사율을 크게 한다. 이에 의해, 핫 스폿의 온도가 약간 저하하여, 핫 스폿이 소거될 수 있다. 이러한 세라믹 기체 표면의 일부 영역의 열 방사율의 변경은 세라믹 면의 약간의 표면 가공에 의해서 달성할 수 있었다. 이와 같이, 세라믹 기체의 표면 가공에 의해 열 방사율을 제어하는 정도로, 가열면의 온도 분포를 현저히 개선할 수 있음은 알려져 있지 않았다.

이하, 도면을 적절히 참조하면서, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 7의 실시예에서는, 세라믹 기체의 표면의 중심선 평균 표면 조도를 제어함으로써, 열 방사율을 제어하고 있다. 즉, 세라믹 면의 중심선 평균 조도(Ra)를 크게 하면(거칠게 하면), 그 면의 열 방사율은 약간 증가하고, 세라믹 면의 중심선 평균 표면 조도를 작게 하면(평활화하면), 그 면의 열 방사율은 약간 저하한다.

본 발명의 방법에서는, 우선 세라믹 히터의 가열면의 온도 분포를 관측한다. 예컨대 도 1에 도시한 바와 같이, 세라믹 히터(1)는 판형의 세라믹 기체(2)와, 기체(2)의 내부에 매설되어 있는 발열체(3A, 3B)를 구비하고 있다. 2a는 가열면이며, 2b는 배면, 2c는 측면이다. 가열면 상에 관측 장치(4)를 설치하여, 화살표 A와 같이 가열면의 온도 분포를 측정한다. 이 측정 정보를 화살표 B와 같이 연산 처리 장치(5)로 보내어 화상 처리하고, 이 결과를, 화살표 C와 같이 표시 장치(6)로 전송한다.

여기서, 가열면에, 사양의 범위를 넘은 콜드 스폿이나 핫 스폿이 생성되는 경우에는, 다음 공정을 수행한다. 예컨대, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 가열면(2a)에 콜드 스폿(7)이 생성되는 것으로 한다. 이 시점에서는, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 기체(2)의 측면(2c) 및 배면(2b)의 전체가, 어느 정도 조면(粗面; 9)인 것으로 한다.

이어서, 적어도 배면(2b) 내에서, 콜드 스폿(7)의 패턴에 대응하는 투사 영역에, 중심선 평균 표면 조도가 상대적으로 작은 제2 영역을 형성한다. 이를 위해서는, 예컨대, 도 3의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 세라믹 히터(1A)의 배면(2b)과 측면(2c)의 전면을 랩핑하여, 중심선 평균 표면 조도가 작은 평활화 처리면(10A, 10B, 10C)으로 한다. 또, 8은 콜드 스폿(7)을 배면(2b)에 투사한 투사 영역이다.

계속해서, 도 4(a) 및 4(b)에 도시한 바와 같이, 측면(2c)을 마스크(12B)로 피복한다. 또, 콜드 스폿(7)에 대응하는 투사 영역(8)을 마스크(12A)로 피복한다.

이 상태에서, 기체(2)의 배면(2b)을 조면화(粗面化) 처리하고, 이어서 마스크(12A, 12B)를 제거함으로써, 도 5(a), 도 5(b), 및 도 6에 도시하는 세라믹 히터(1B)를 얻는다.

이 히터에 있어서는, 배면(2b) 중 콜드 스폿에 대응하는 투사 영역은 마스크에 의해서 피복되어 있기 때문에, 평활화 처리면(10B)이 남아 있다. 기체(2)의 측면(2c)은 마스크에 의해서 피복되어 있었기 때문에, 평활화 처리면(10A)이 남아 있다. 이들 평활화 처리면(10A 및 10B)이 제2 영역(13)을 형성하고 있다. 배면(2b) 중, 마스크에 의해서 피복되어 있지 않은 영역은 조면화 처리면(14)이 되어, 상대적으로 중심선 평균 표면 조도가 큰 제1 영역(15)을 형성한다.

이와 같이, 콜드 스폿의 배면에의 투사 영역이나 측면에, 상대적으로 중심선 평균 표면 조도가 작은 평활 영역(13)을 형성함으로써, 콜드 스폿을 소거하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

더구나, 이와 같이 세라믹 기체의 표면 그 자체의 표면 가공에 의해서, 가열면의 온도 균일성을 제어할 수 있는 점이 중요하며, 예컨대 종래 기술에 있어서와 같은 반사판 등의 외부 부재의 설치는 필요하지 않다.

특히, 본 예에서는, 세라믹 기체 내에 2층의 저항 발열체(3A, 3B)를 매설하여, 각 저항 발열체의 발열량을 2 존(zone) 제어하고 있다. 물론, 3 존 이상의 많은 존을 제어하는 것도 가능하다. 여기서, 본 예와 같은 다수 존의 제어, 특히 복수 층의 저항 발열체를 매설하여 행하는 다수 존의 제어에 의해서, 통상은, 가열면의 온도 분포는 10℃ 이하 정도의 오더(order)로 잘 제어할 수 있게 되고 있다. 그러나, 실제의 제조품에서는, 여러 가지 요인에서, 본 예와 같은 다수 존을 제어하더라도, 국소적인 콜드 스폿이나 핫 스폿이 발생하는 경우가 있다.

이 경우에는, 콜드 스폿이나 핫 스폿이 존재하는 존에서, 저항 발열체의 발열량을 조절함으로써, 콜드 스폿이나 핫 스폿을 소거하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 조절은 실제로는 곤란하다. 왜냐하면, 저항 발열체에 대한 전력 공급량을 증가, 감소시키면, 그 저항 발열체의 전체의 발열량이 변화할 뿐이며, 반드시 세라믹스 히터 설치 후의 가열면의 온도 분포가 감소되는 것이 아니라, 오히려 증가하는 경우도 있기 때문이다. 또, 다수의 존 히터는 가열면의 외주 부분의 평균 온도나 내주 부분의 평균 온도를 변화시키는 데에는 유효하다. 그러나, 세라믹 히터 제품에는, 가열면의 일부에만 콜드 스폿이나 핫 스폿이 발생하는 경우가 많고, 이 때문에 유효하게 대응할 수 없다.

본 발명은, 이와 같이 다수 존 제어에 의해서, 어느 정도의 균열성을 얻고 있는 경우에, 국소적인 핫 스폿나 콜드 스폿에 대하여 10℃ 이하 정도의 오더로 대응 가능하게 하는 것으로, 이로써 각 제품마다 개별적으로 정밀한 온도 분포 제어가 가능해진다.

본 발명에서는, 가열면의 온도 분포를 균일화할 수 있다. 다만, 본 발명에서의 제어는 가열면의 온도 분포의 균일화에만 한정되지는 않는다. 예컨대 가열면의 소정 영역에, 주위보다도 온도가 높은 영역이나, 주위보다도 온도가 낮은 영역을 생기게 할 때에도 유효하다.

세라믹 기체의 표면으로부터의 열 방사율은 다음과 같은 식으로 측정한다. 세라믹 기체를 일정 온도로 유지하여, 이것을 서모뷰어(thermoviewer)로 관찰한다. 이 때, 서모뷰어에 의한 측정 온도가, 세라믹 기체의 설정 온도가 되도록 열 방사율을 설정함으로써, 간이한 측정이 가능하다.

본 발명에서, 세라믹 기체에 열 방사율이 상대적으로 다른 복수의 영역을 형성하는 수단은 중심선 평균 표면 조도의 제어에 한정되지는 않으며, 다음의 방법을 채용할 수 있다.

(1) 제1 영역에, 기계 가공에 의해서, 깊이 1 μm 이상의 오목부를 형성한다. 이 오목부는 바람직하게는 가늘고 긴 오목부 또는 홈이며, 특히 바람직하게는 V 홈 또는 U 홈이다. 오목부의 깊이는 본 발명의 효과를 촉진한다고 하는 관점에서는 10 μm 이상이 바람직하다. 또한, 가공의 용이성에서 보면 1000 μm 이하인 것이 바람직하다.

(2) 제1 영역에, 기계 가공에 의해서 높이 1 μm 이상의 돌기를 형성한다. 바람직하게는 이 돌기는, 소위 엠보스 또는 딤플이다. 돌기의 높이는 본 발명의 효과를 촉진한다고 하는 관점에서는 10 μm 이상이 바람직하다. 또한, 가공의 용이성이나, 프로세스 중의 가스 흐름에 미치는 영향을 방지한다고 하는 관점에서는 1000 μm 이하인 것이 바람직하다.

(3) 제1 영역을 화학적으로 표면 처리한다. 이러한 처리로는 후술하는 에칭이나 산화 처리가 있다.

(4) 제1 영역의 명도를, 제2 영역의 명도보다도 작게 함으로써, 제1 영역의 열 방사율을 높게 한다. 이 경우에는, 양자의 명도의 차를 0. 5 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 제1 영역의 명도는 N1∼N6인 것이 바람직하고, 제2 영역의 명도는 N2∼N10인 것이 바람직하다.

명도(lightness)에 관해서 설명한다. 물체의 표면 색은 색 지각의 3 속성인 색상, 명도 및 채도에 의해서 표시되고 있다. 이 중 명도란, 물체 표면의 반사율이 큰지, 작은지를 판정하는 시각의 속성을 나타내는 척도이다. 이들 3 속성의 척도의 표시 방법은 「JIS Z 8721」에 규정되어 있다. 명도(V)는 무채색을 기준으로 하고 있고, 이상적인 흑의 명도를 0으로 하고, 이상적인 백의 명도를 10으로 한다. 이상적인 흑과 이상적인 백 사이에서, 그 색의 밝기의 지각이 등간격이 되도록 각 색을 10 등분하여, N0∼N10의 기호로 표시한다. 실제의 세라믹 기체의 명도를 측정할 때는, N0∼N10에 대응하는 각 표준 색표와, 세라믹 기체의 표면색을 비교하여, 기체의 명도를 결정한다. 이 때, 원칙적으로 소수점 한자리까지 명도를 결정하며, 또한 소수점 한자리의 값은 0 또는 5로 한다.

적합한 실시예에서는, 기체의 가열면의 평균 온도가 600℃일 때의 최고 온도와 최저 온도의 차가 20℃ 이하이며, 특히 바람직하게는 10℃ 이하이다. 가열면의 평균 온도가 600℃ 이상이 되면, 조면으로부터의 열 방사 효과가 커진다. 이 결과, 피가열물의 면 내부 온도 분포가 어느 정도 양호한 상태에서, 더욱 온도의 균일성을 개선하는 효과를, 본 발명에 의해서 달성하기 쉽기 때문이다.

본 발명에 있어서, 기체의 가열면 이외의 표면은 적어도 가열면과는 반대측의 배면을 포함한다. 더욱이, 기체가 측면을 구비하고 있는 경우에는 측면도 가열면 이외의 표면에 해당한다.

적합한 실시예에 있어서는, 기체의 배면을 제1 영역 및 제2 영역으로 분할한다. 배면에 열 방사율이 큰 제1 영역을 형성한 경우에는, 이것을 가열면에 투사한 투사 영역의 온도는 약간 저하된다. 또한, 배면에 열 방사율이 작은 제2 영역을 형성한 경우에는 이것을 가열면에 투사한 투사 영역의 온도는 약간 상승한다.

또, 기체의 측면을 제1 영역 또는 제2 영역으로 할 수 있다. 즉, 가열면의 바깥 둘레부에 콜드 스폿이 생성된 경우에는 측면을, 상대적으로 열 방사율이 작은 제2 영역으로 함으로써, 콜드 스폿의 온도가 상승하여, 소거된다. 또한, 가열면의 바깥 둘레부에 핫 스폿이 생성된 경우에는 측면을, 상대적으로 열 방사율이 큰 제1 영역으로 함으로써, 핫 스폿의 온도가 저하하여, 소거된다.

적합한 실시예에 있어서는, 세라믹 히터의 가열면의 온도 분포를 관측하여, 이 온도 분포에 기초하여 제1 영역 및 제2 영역을 마련한다.

적합한 실시예에 있어서는, 가열면에 있어서의 콜드 스폿을 배면측에 투사한 투사 영역에, 상대적으로 열 방사율이 작은 제2 영역을 마련한다. 또한, 가열면에 있어서의 핫 스폿을 배면측에 투사한 투사 영역에, 상대적으로 열 방사율이 큰 제1 영역을 형성한다.

또, 세라믹 히터의 가열면의 바깥 둘레부에 콜드 스폿이 생성되고 있었던 경우에는, 기체의 측면에, 상대적으로 열 방사율이 작은 제2 영역을 마련한다. 세라믹 히터의 가열면의 바깥 둘레부에 핫 스폿이 생성되고 있었던 경우에는, 기체의 측면에, 상대적으로 열 방사율이 큰 제1 영역을 마련한다.

제1 영역의 중심선 평균 표면 조도(Ra)와 제2 영역의 중심선 평균 표면 조도(Ra)의 차는 본 발명의 작용 효과를 발휘함에 있어서, 0. 05 μm 이상이 바람직하고, 0. 1 μm 이상이 더욱 바람직하다.

제1 영역의 중심선 평균 표면 조도(Ra)는 본 발명의 작용 효과를 발휘함에 있어서, 0. 6 μm 이상이 바람직하고, 0. 8 μm 이상이 더욱 바람직하다.

제2 영역의 중심선 평균 표면 조도(Ra)는 본 발명의 작용 효과를 발휘함에 있어서, 0. 6 μm 이하가 바람직하고, 0. 4 μm 이하가 더욱 바람직하다.

중심선 평균 표면 조도는 표면 조도 측정계에 의해서 측정한다.

제1 영역과 제2 영역 사이에서 중심선 평균 표면 조도를 변화시키기 위해서는 제1 영역을 조면화 처리할 수 있고, 제2 영역을 평활화 처리할 수 있으며, 혹은 양방을 실시하는 것이 가능하다.

제1 영역의 조면화 처리는 한정되지 않지만, 블러스트 가공, 에칭 가공이 바람직하다. 이하는 적합한 조건이다.

(샌드 블러스트)

샌드 블러스트에 있어서의 블러스트 재료로서는 탄화규소, 알루미나 등의 세라믹이 바람직하며, 금속은 금속 오염(metal contamination)의 원인이 되기 때문에 바람직하지 못하다. 블러스트 재료의 입자 지름은 #180 이상의 미세한 것이, 세라믹스의 표면에의 손상을 저감할 수 있고, 손상부의 메탈 성분 잔류량을 저감할 수 있기 때문에, 바람직하다. 블러스트 노즐 재료는 세라믹스가 바람직하다. 습식, 건식의 어느 것이라도 좋다.

(에칭)

불산, 염산, 질산, 암모니아를 사용한 웨트 에칭(wet etching), NF₃, Cl₂, ClF₃ 등의 할로겐 가스를 이용한 드라이 에칭(dry etching)이 바람직하다.

제2 영역의 평활화 처리도 한정되지는 않지만, 기계적 연마 가공이 바람직하다. 여기에는 랩핑이나 폴리싱이 있다. 이하는 적합한 조건이다.

○ #800 이상의 다이아몬드 숫돌을 이용한 연마 가공

○ 알루미나나 콜로이달실리카 등의 유리 숫돌(입자 지름 0. 1 μm 이하)을 사용한 버프 연마

○ 5 μm 이하의 다이아몬드 숫돌을 이용한 랩(회전수 10 rpm 이상, 압력 100 g/cm² 이상)

가열면의 온도 분포의 관측 장치는 특별히 한정되지 않지만, 적외선 서모뷰어나 열전쌍이 달린 웨이퍼, RTD 웨이퍼, 열전쌍이 바람직하다. 또한, 관측한 온도 분포의 화상 처리 결과에 따라서 마스크를 작성하는 방법은 주지된 바이다.

기체의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는, 기체의 재질은, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소 및 사이어론 등의 질화물 세라믹스, 알루미나-탄화규소 복합 재료 등의 공지의 세라믹스 재료라도 좋다. 할로겐계 가스 등의 부식성 가스에 대하여 높은 내부식성을 부여하기 위해서는, 질화알루미늄이나 알루미나가 특히 바람직하다.

기체의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 원판 형상이 바람직하다. 반도체 설치면의 형상은 포켓 형상, 엠보스 형상, 홈 형상으로 되는 경우도 있다.

히터 기체의 제법은 한정되지 않지만, 핫 프레스 제법, 핫 아이소스태틱 프레스 제법이 바람직하다.

가열 소자의 형상은 코일 형상, 리본 형상, 메쉬 형상, 판형, 막형이라도 좋다. 가열 소자의 재질은 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 레늄, 하프늄 및 이들의 합금인 고융점 금속인 것이 바람직하다. 특히, 세라믹스 기체를 질화알루미늄으로 구성한 경우에는, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금인 것이 바람직하다. 또한, 상기 고융점 금속 이외에, 카본, TiN, TiC 등의 도전성 재료를 사용할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치(22)를 배면(2b) 측에서 본 사시도이며, 도 7은 가열 장치(22)의 단면도이다.

가열 장치(22)는 원판형의 히터(1B)와 지지 부재(21)를 구비하고 있다. 히터(1B)는 도 5의 것이다. 기체(2)의 가열면(2a)은 반도체(W)를 설치하기 위한 반도체 설치면으로 되어 있다. 히터(1B)의 배면(2b)에는 중공의 지지 부재(21)의 단부면(21c)이 접합되어 있다. 이 접합 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 납재에 의해서 접합할 수 있고, 혹은 일본 특허 공개 평8-73280호 공보에 기재된 바와 같이 고상 접합할 수 있다. 또, 히터와 지지 부재는, O 링이나 메탈 패킹 등의 시일 부재를 이용하여 시일 접합할 수 있다.

지지 부재(21)는 통 형상을 띠고 있다. 지지 부재(21)의 내측 공간(19)은 챔버 내의 분위기(20)와는 격리되어 있다. 내측 공간(19)에는 전력 공급 수단(18)이 수용되어 있다. 전력 공급 수단(18)의 말단은 단자(17)에 접속되어 있다. 21a는 지지 부재(21)의 외주면이며, 21b는 내주면이다. 히터의 단자부(17)나 전력 공급 수단(18)이 지지 부재의 내측 공간(19)에 수용되고, 반도체 제조 장치 내부의 분위기(20)와는 격리되므로, 단자부(17)나 전력 공급 수단(18)의 부식을 방지, 억제하여, 반도체의 금속 오염을 방지할 수 있다.

지지 부재의 재질은 한정되지 않지만, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소 및 사이어론 등의 질화물 세라믹스, 알루미나-탄화규소 복합 재료 등의 공지의 세라믹스 재료라도 좋다.

전력 공급 수단의 형태는 한정되지 않으며, 로드 형상, 와이어 형상, 로드와 와이어의 복합체를 예시할 수 있다. 전력 공급 수단의 재질도 한정되지 않지만, 챔버내 분위기(20)로부터 격리되어 있고, 부식을 받기 어려운 점에서, 그 재질을 금속으로 하는 것이 바람직하며, 특히 니켈이 바람직하다.

도 8(a), 및 도 8(b), 도 9는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹스 히터(1C, 1D, 1E)의 주요부를 도시하는 단면도이다.

도 8(a)의 히터(1C)에서는, 제2 영역(13)은 전술한 평활화 처리면이다. 제1 영역(15)에는 V 홈(24)이 서로 평행하게 일정 간격으로 다수 형성되어 있다. 이로써, 제1 영역(15)으로부터의 열 방사율이 평활화 처리된 제2 영역(13)으로부터의 열 방사율보다도 커진다.

도 8(b)의 히터(1D)에서는, 제2 영역(13)은 평활화 처리면이다. 제1 영역(15)에는 딤플형 내지 엠보스형의 돌기(25)가 일정 간격으로 다수 형성되어 있다. 이로써, 제1 영역(15)으로부터의 열 방사율이 평활화 처리된 제2 영역(13)으로부터의 열 방사율보다도 커진다.

도 9의 히터(1E)에서는, 제2 영역(13)은 평활화 처리면이다. 제1 영역(15)에서는, 기체의 표면 영역이 연삭 가공에 의해서 제거되어 있고, 이로써 연삭 가공면(26)이 노출된다. 이 면(26)의 명도는 평활화 처리면(10A, 10B)의 명도보다도 낮게 되어 있고, 이로써 영역(15)으로부터의 열 방사율이 영역(13)으로부터의 열 방사율보다도 커진다. 이와 같이, 세라믹 기체의 표면을 어느 정도 가공함으로써, 표면의 명도가 변화되는 경우에는 기체 표면의 가공에 의해서만 명도를 컨트롤할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면서 설명한 방법에 따라서, 세라믹 히터를 제조했다. 기체(2)의 재질은 질화알루미늄 소결체로 하고, 기체(2)의 직경(φ)은 250 mm으로 하고, 두께는 10 mm으로 했다. 기체(2)의 내부에는 몰리브덴제의 코일 스프링 형상의 발열체(3A, 3B)를 매설했다. 단자는 몰리브덴제의 원주형 단자로 했다.

이 세라믹 히터(1)를 승온하여, 가열면(2a)의 평균 온도가 약 700℃가 되도록 했다. 그리고, 가열면(2a)의 온도 분포를 서모뷰어에 의해서 관측했다. 이 결과를 도 10에 도시한다. 도 10으로부터 알 수 있는 것과 같이, 도 2(a)와 같은 대략 원호형의 콜드 스폿(7)이 생성되고 있었다. 최고 온도와 최저 온도의 차를 측정한 바, 8. 5℃였다.

이어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 기체(2)의 측면(2c) 및 배면(2b)을 전면에 걸쳐 랩 가공했다. 얻어진 평활화 처리면(10A, 10B, 10C)의 중심선 평균 표면 조도는 0. 5 μm이다.

이어서, 도 4에 도시한 바와 같은 마스크(12A, 12B)를 설치하여, 샌드 블러스트 가공을 했다. 그리고 마스크를 제거하여, 도 5에 도시한 바와 같은 세라믹 히터(1B)를 얻었다. 제1 영역(13)의 중심선 평균 표면 조도는 0. 5 μm이며, 제2 영역(15)의 중심선 평균 표면 조도는 1. 0 μm이었다.

이 세라믹 히터(1B)를 승온하여, 가열면(2a)의 평균 온도가 약 700℃가 되도록 했다. 그리고, 가열면(2a)의 온도 분포를 서모뷰어에 의해서 관측했다. 이 결과를 도 11에 도시한다. 도 10에 도시한 것과 같은 콜드 스폿이 소멸하고 있음을 알 수 있다. 최고 온도와 최저 온도의 차를 측정한 바, 4. 5℃이었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 세라믹 기체와 발열체를 구비하고 있는 세라믹 히터에 있어서, 세라믹 기체와는 별개로 된 부재를 설치할 필요없이 가열면의 온도를 제어할 수 있다.

도 1은 세라믹 히터(1)의 가열면(2a)의 온도 분포의 측정법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 2(a)는 세라믹 히터(1)를 가열면(2a) 측에서 본 평면도이며, 도 2(b)는 히터(1)의 측면(2c) 근방의 단면도이다.

도 3(a)는 랩 가공 후의 세라믹 히터(1A)를 배면(2b) 측에서 본 저면도이며, 도 3(b)는 히터(1A)의 측면(2c) 근방의 단면도이다.

도 4(a)는 마스크 설치 후의 세라믹 히터(1A)를 배면(2b) 측에서 본 저면도이며, 도 4(b)는 마스크 설치 후의 히터(1A)의 측면(2c) 근방의 단면도이다.

도 5(a)는 조면화 처리 후의 세라믹 히터(1B)를 배면(2b) 측에서 본 저면도이며, 도 5(b)는 히터(1B)의 측면(2c) 근방의 단면도이다.

도 6은 가열 장치(22)를 배면(2b) 측에서 본 사시도이다.

도 7은 가열 장치(22)의 단면도이다.

도 8(a)는 세라믹 히터(1C)의 주요부를 도시하는 단면도이며, 제1 영역(15)에 홈(24)이 형성되어 있다. 도 8(b)는 세라믹 히터(1D)의 주요부를 도시하는 단면도이며, 제1 영역(15)에 돌기(25)가 규칙적으로 형성되어 있다.

도 9는 세라믹 히터(1E)의 주요부를 도시하는 단면도이다.

도 10은 처리 전의 세라믹 히터(1)의 가열면의 온도 분포의 측정 결과를 도시한 도면이다.

도 11은 처리 후의 세라믹 히터(1B)의 가열면의 온도 분포의 측정 결과를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 처리 전의 세라믹 히터

1A : 측면 및 배면을 랩 가공한 후의 세라믹 히터

1B, 1C, 1D, 1E : 본 발명의 처리 후의 세라믹 히터

2 : 세라믹 기체

2a : 가열면

2b : 배면

2c : 측면

3A, 3B : 발열체

4 : 온도 분포의 관측 장치

5 : 연산 처리 장치

6 : 표시 장치

7 : 콜드 스폿

10A, 10B, 10C : 평활화 처리면

12A, 12B : 마스크

13 : 제1 영역

14 : 조면화 처리면

15 : 제2 영역

17 : 단자부

18 : 전력 공급 수단

21 : 지지 부재

22 : 가열 장치

24 : 오목부

25 : 돌기

26 : 표면 가공 부분

W : 반도체

Claims

가열면이 있는 세라믹 기체 및 발열체를 구비하고 있는 세라믹 히터로서,

상기 기체의 상기 가열면 이외의 표면에, 제1 영역 및 상기 제1 영역에 비해서 중심선 평균 표면 조도가 상대적으로 작은 제2 영역이 마련되어, 상기 제2 영역의 열 방사율이 상기 제1 영역의 열 방사율보다 상대적으로 작게 됨으로써, 상기 가열면의 온도 균일성을 향상시키는 것인 세라믹 히터.
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제1항에 있어서, 상기 기체의 배면에 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 있어서, 상기 기체의 측면에, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 중 적어도 한쪽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제3항에 있어서, 상기 기체의 측면에, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 중 적어도 한쪽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 중 적어도 한쪽은 화학적 표면 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제5항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 중 적어도 한쪽은 화학적 표면 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제6항에 있어서, 상기 화학적 표면 처리는 에칭 가공인 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제7항에 있어서, 상기 화학적 표면 처리는 에칭 가공인 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제1항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 중 적어도 한쪽은 물리적 표면 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제3항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 중 적어도 한쪽은 물리적 표면 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제9항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 중 적어도 한쪽은 물리적 표면 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제10항에 있어서, 상기 물리적 표면 처리는 연마 가공, 랩핑 가공, 폴리싱 가공 또는 블러스트 가공인 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제12항에 있어서, 상기 물리적 표면 처리는 연마 가공, 랩핑 가공, 폴리싱 가공 또는 블러스트 가공인 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제1항에 있어서, 상기 제1 영역의 명도가, 상기 제2 영역의 명도보다도 작은 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제3항에 있어서, 상기 제1 영역의 명도가, 상기 제2 영역의 명도보다도 작은 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제14항에 있어서, 상기 제1 영역의 명도가, 상기 제2 영역의 명도보다도 작은 것을 특징으로 하는 세라믹스 히터.
제1항에 있어서, 상기 가열면의 평균 온도가 600℃일 때의 최고 온도와 최저 온도의 차가 20℃ 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제3항에 있어서, 상기 가열면의 평균 온도가 600℃일 때의 최고 온도와 최저 온도의 차가 20℃ 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제17항에 있어서, 상기 가열면의 평균 온도가 600℃일 때의 최고 온도와 최저 온도의 차가 20℃ 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 기재한 세라믹 히터, 상기 발열체에 접속된 단자부, 상기 세라믹 히터의 배면에 대하여 고정되는 중공의 지지 부재 및 이 지지 부재의 내측 공간에 설치되어, 상기 단자부에 대하여 전기적으로 접속되어 있는 전력 공급 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 가열 장치.
제3항에 기재한 세라믹 히터, 상기 발열체에 접속된 단자부, 상기 세라믹 히터의 배면에 대하여 고정되는 중공의 지지 부재 및 이 지지 부재의 내측 공간에 설치되어, 상기 단자부에 대하여 전기적으로 접속되어 있는 전력 공급 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 가열 장치.
제20항에 기재한 세라믹 히터, 상기 발열체에 접속된 단자부, 상기 세라믹 히터의 배면에 대하여 고정되는 중공의 지지 부재 및 이 지지 부재의 내측 공간에 설치되어, 상기 단자부에 대하여 전기적으로 접속되어 있는 전력 공급 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 가열 장치.
가열면이 있는 세라믹 기체 및 발열체를 구비하고 있는 세라믹 히터를 제조하는 방법으로서,

상기 기체의 상기 가열면 이외의 표면에, 제1 영역 및 상기 제1 영역에 비해서 중심선 평균 표면 조도가 상대적으로 작은 제2 영역을 마련하여, 상기 제2 영역의 열 방사율을 상기 제1 영역의 열 방사율보다 상대적으로 작게 함으로써, 상기 가열면의 온도 균일성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.
제24항에 있어서, 상기 세라믹 히터의 상기 가열면의 온도 분포를 관측하고, 이 온도 분포에 기초하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 가열면에 있어서의 콜드 스폿을 상기 기체의 배면측에 투사한 투사 영역에, 상기 제2 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 가열면에 있어서의 핫 스폿을 상기 기체의 배면측에 투사한 투사 영역에, 상기 제1 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.
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