KR100615443B1 - 세라믹 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 전도율이 높아 히터판의 표면 온도가 발열체의 온도 변화를 신속히 추종시켜 효율적으로 가열면의 온도를 제어하고, 세라믹 히터에서 반도체 웨이퍼로의 불순물(예들 들면, Y)의 열 확산을 방지하는 세라믹 히터를 제공한다. 본 발명의 세라믹 히터는 세라믹 기판의 표면에 매설된 발열체, 및 JIS B 0601 에 기초하여 Rmax = 0.05-200 ㎛의 표면 조도를 갖는 가열면을 포함한다.

Description

세라믹 히터{CERAMIC HEATER}

본 발명은 반도체 산업에서 사용되며 반도체 웨이퍼를 오염시키지 않는 세라믹 히터에 관한 것이다.

반도체 장치는 반도체 웨이퍼 상에 에칭 레지스트로서 감광성 수지를 도포하고 도포되지 않은 영역을 에칭하는 공정을 통하여 제조된다.

감광성 수지가 스핀 코터 등에 의해서 반도체 웨이퍼의 표면에 액체의 형태로 적용될 때는, 도포 후에 용제 등을 비산시키기 위해서 건조되므로 도포된 반도체 웨이퍼가 히터 상에 놓여져 가열된다.

이러한 목적에 사용되는 종래의 금속 히터는 알루미늄판의 이면에 설치된 발열체를 포함하고 있다.

그러나, 이러한 금속 히터는 다음의 문제를 가지고 있다.

첫째, 금속 재료를 포함하고 있기 때문에, 히터판이 대략 15 mm 정도로 두꺼워야 된다. 이것은 얇은 금속판이 가열에 기인하는 열팽창을 받아 휘어짐 및 변형이 생겨 금속판 상에 놓여진 반도체 웨이퍼를 파손하거나 기울이기 때문이다. 그러나, 히터판의 두께의 증가때문에 히터 중량 및 체적이 증가한다.

또한, 히터 온도가 발열체에 인가되는 전압과 전류를 변경함으로써 제어될 때, 두꺼운 금속판은 히터판의 온도가 전압 및 전류값의 변화를 신속히 추종할 수 없는 문제를 야기하므로, 온도를 제어하기가 어렵다.

따라서, 예를 들면, 일본의 특개평 제 9-306642 호 공개 공보 및 일본의 특개평 제 4-324276 호 공개 공보에서는, 각기 열 전도율이 높고 강도가 높은 비산화물 세라믹 재료인 AIN을 포함하는 기판, 및 상기 기판의 내부에 형성되는 발열체를 구비하는 세라믹 히터를 제안하고 있다.

이러한 세라믹 히터에서는, Y, Na, B, Li, Rb 및/또는 Ca를 함유하는 세라믹이 열 전도율이 우수하므로, 히터 사용에 바람직하다. 예를 들면, JP 2798570 에는, Ca 및 Na 를 함유하며 열 전도율이 높은 질화알루미늄 소결체를 개시하고 있다.

한편, 통상의 세라믹 히터에서는, 일본의 특개평 제 7-280462 호 공개 공보에 기재된 바와 같이, 반도체 웨이퍼가 놓여져 가열되는 표면은 평평하게 되는 반면에 발열체가 형성되는 표면은 거칠게 된다.

그러나, Y, Na, Ca 등을 함유하는 세라믹을 기초로 한 세라믹 히터에서는, 반도체 웨이퍼가 놓여지는 표면이 평평하고 평탄하면, 웨이퍼와 세라믹 히터 사이의 접촉 면적이 증가되고, 그 결과 웨이퍼가 열 확산에 의해서 오염된다.

또한, 반도체 웨이퍼가 세라믹 히터의 가열면과 직접 접촉하지 않고 지지 핀 등에 의해서 표면 가열되더라도, 휘발된 Y, Na, Ca 등이 반도체 웨이퍼에 부착되는 문제를 실제로 직면하게 된다.

또 다른 문제는 세라믹 히터의 가열면과 떨어져 반도체 웨이퍼가 지지 핀 등 으로 유지되어 가열될 때, 가열면의 온도 분포가 세라믹 히터에 반영되는 것이다.

본 발명의 발명자들은 종래의 기술이 가진 상기 문제들을 조사하여 반도체 웨이퍼와 같은 웨이퍼 피가열물이 위치되거나 또는 가열하기 위해 지지되는 세라믹 히터의 표면(이후 때로는 웨이퍼 가열면이라 함)을 거칠게 함으로써, 웨이퍼 가열면과 그 위에 놓여지는 반도체 웨이퍼 사이의 접촉은 점 접촉이 될 수 있고, 그 결과 세라믹 기판이 Y 및 Na 과 같은 불순물을 함유하더라도 세라믹 히터에서 반도체 웨이퍼로의 불순물의 열 확산이 방지될 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 그들은 상기 웨이퍼 가열면을 거칠게 함으로써 웨이퍼 가열에서의 Y, Na 등의 휘발도 방지될 수 있다는 것을 발견하였다.

가열시 반도체 웨이퍼가 가열면과 떨어져 유지될 때 균일한 온도를 얻지 못하는 것은 국부적인 열의 축적을 야기하는 상기 표면의 요철로 인하여 기판, 예를 들면, 반도체 웨이퍼와 가열면 사이의 틈새에서 생긴 공기 흐름의 난류의 결과로서 생기며, 가열면을 평평하게 함으로써 반도체 웨이퍼의 온도 분포가 보다 균일하게 되어 상기 공기 흐름의 난류의 생성을 방지할 수 있는 것이 발견되었다. 따라서, 발명자는 본 발명을 완성하였다.

그러므로, 본 발명의 제1 특징에 따른 세라믹 히터는 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 포함하고, 히터의 피가열물의 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.05 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가진다.

본 발명의 제2 특징에 따른 세라믹 히터는 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기 판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 포함하고, 상기 세라믹 기판은 그 주 구성 원소 이외의 원소를 함유하고 히터의 피가열물 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가진다.

본 발명의 상기 제1 및 제2 특징에 따른 세라믹 히터에서, 상기 세라믹 기판은 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 및 산화물 세라믹으로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나의 부재가 바람직하다.

본 발명의 제3 특징에 따른 세라믹 히터는 질화물 세라믹 기판, 및 상기 질화물 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 포함하고, 상기 질화물 세라믹 기판은 그 주 구성 원소 이외의 원소를 함유하고 히터의 피가열물의 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가진다.

본 발명의 제4 특징에 따른 세라믹 히터는 질화물 세라믹 기판, 및 상기 질화물 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 포함하고, 상기 질화물 세라믹 기판은 Na, B, Y, Li, Rb 및 Ca 로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나의 추가 원소를 함유하고 피가열물을 가열하기 위한 그 가열면은 JIS B 0601 에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가진다.

본 발명의 상기 제3 및 제4 특징에 따른 세라믹 히터에서, 상기 질화물 세라믹 기판은 150 ㎜ 이상의 직경을 갖는 디스크 형상이 바람직하다.

또한, 상기 세라믹 기판은 Y, Li, Rb 및 Ca 로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 0.1 중량 % 이상 함유하고 Na 및 B로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 0.05 ppm 이상 함유하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서의 세라믹 히터를 모식적으로 도시하는 평면도,

도 2는 도 1에 도시된 세라믹 히터의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도,

도 3은 정전 전극을 갖춘 세라믹 히터를 포함하는, 본 발명에 따른 정전 척을 모식적으로 도시하는 단면도,

도 4는 도 3의 정전 척의 A-A선 단면도,

도 5(a) 내지 도 5(d)는 상기 정전 척의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도,

도 6은 지지 핀을 갖춘 세라믹 히터의 일부를 모식적으로 도시하는 부분 확대 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 세라믹 히터 11 : 히터판

11a : 바닥면 11b : 가열면

12 : 발열체 12a : 금속 피복 층

13 : 외부 단자 14 : 블라인드 홀

15 : 관통 홀 16 : 지지 핀

19 : 반도체 웨이퍼 20, 20a, 20b : 척 정극 정전 층

30, 30a, 30b : 척 부극 정전 층 40 : 세라믹 유전체 막

50 : 저항 발열체 90 : 실리콘 웨이퍼

100 : 세라믹 기판 101 : 정전 척

본 발명의 제1 특징에 따른 세라믹 히터는 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 포함하고, 그 피가열물 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.05 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가진다.

본 발명의 제2 특징에 따른 세라믹 히터는 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 포함하고, 상기 세라믹 기판은 그 주 구성 원소 이외의 적어도 하나의 추가 원소를 함유하고 그 피가열물의 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가진다.

본 발명의 제3 및 제4 특징은 한정된 원료, 가열면의 표면 조도 및 세라믹 기판의 원소에 의해 특징지어진다. 따라서, 다음의 설명은 주로 본 발명의 제1 및 제2 특징에 관한 것이며 본 발명의 다른 특징은 필요한 곳에서 추가로 다루어 질 것이다.

본 발명의 세라믹 히터는 다른 종류의 피가열물을 가열할 목적으로 사용될 수도 있지만, 주로 반도체 웨이퍼 등의 피가열물의 가열면의 가열에 사용된다.

본 발명의 제1 특징에 따른 세라믹 히터의 표면 조도가 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.05 내지 200 ㎛이기 때문에, 피가열물은 그 가열면에서 떨어져 유지되면서 균일하게 가열될 수 있다.

가열면에서 떨어져 유지되는 피가열물을 가열하는 경우에, 가열면의 Rmax 값이 200 ㎛ 초과하면, 피가열물과 가열면 사이에 공기의 난류가 발생되어 열이 국소 적으로 축적되어 피가열물에 온도차를 야기시킨다. 한편, Rmax 값이 0.05 ㎛ 미만이면, 가열면의 온도차가 복사열에 의해 피가열물에 직접 반영되어 온도차가 발생된다. 따라서, Rmax = 0.05 내지 200 ㎛의 범위는 피가열물이 가열면에서 떨어져 유지되어 열 전달 기체중에서 가열되는 가열 모드에 적합한 표면 조도의 특성 범위이다.

열 전달 기체는 공기, 불활성 가스 및 반응성 가스에서 선택되는 적어도 1종류가 바람직하다. 바람직한 불활성 가스는 이산화탄소 가스, 질소 가스 및 아르곤 가스이다. 상기 반응성 가스로서는, 할로겐 가스 및 CF₄가 사용될 수 있다.

바람직한 가열면의 표면 조도(Rmax)는 0.2 내지 100 ㎛이다. 이 범위 내에서, 세라믹 기판에서의 불순물의 휘발이 성공적으로 제어될 수 있다.

가열면에서 떨어진 피가열물을 유지하기 위해서는, 지지 핀(18) 등이 도 6에 도시된 바와 같이 세라믹 기판(11)의 관통 홀 또는 캐비티(cavity)에 설치하여 고정된다.

피가열물과 가열면 사이의 바람직한 거리는 1 내지 5000 ㎛이다. 거리가 1㎛ 미만이면, 가열면의 온도차는 피가열물에 반영될 것이고, 또한, 가열면의 기복은 피가열물과 가열면의 상호 접촉을 야기할 수 있다. 한편, 거리가 5000 ㎛를 초과하면, 가열면과 피가열물 사이의 온도차가 너무 크게 될 것이다.

본 발명의 제2 특징에 따른 세라믹 히터에서, 세라믹 기판은 그 주 구성 원소 이외의 원소를 함유한다. 그러나, 가열면의 표면 조도가 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛로 설정되기 때문에, 특히 피가열물이 가열면에 직접 설치되는 가열 모드에서와 피가열물이 소정 거리로 가열면에서 떨어져 유지되면서 가열되는 가열 모드에서도, 세라믹 기판에서의 불순물의 열 확산 또는 휘발에 의해 피가열물이 오염되는 것이 방지된다.

가열면의 Rmax 값이 0.2 ㎛ 미만이면, 가열면과 피가열물 사이의 접촉 면적이 크게 되어 피가열물로 확산하는 불순물때문에 상기 오염이 발생하기 쉬울것이다. 한편, 가열면의 Rmax 값이 200 ㎛ 이상이면, 피가열물과 가열면의 평균 거리가 너무 커 충분히 피가열물을 가열할 수 없게 될 것이다.

또한, 가열면에서 떨어져 유지되는 피가열물을 가열하는 모드에서도, Rmax 값이 0.2 ㎛ 이상일 때 열 전도 기체와 가열면 사이의 접촉 면적이 충분히 크게 되어, 상기 열 전도 기체에 의해 세라믹 기판에서의 불순물의 휘발의 원인이 되는 열이 효율적으로 빼앗기게 되고, 그 결과 피가열물의 오염이 저감된다.

따라서, 피가열물의 가열면에 대하여 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도는 피가열물을 오염시키지 않고 성공적으로 가열될 수 있는 특성 범위이다.

본 발명의 실시에 사용될 수 있는 세라믹은 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 및 산화물 세라믹을 포함한다.

바람직한 질화물 세라믹은 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소 및 질화티타늄 중에서 선택되는 적어도 하나이다.

이들 중, 질화알루미늄이 열 전도율이 180 W/m·K로 가장 높기 때문에, 가장 바람직하다.

바람직한 탄화물 세락믹은 탄화규소, 탄화티타늄, 탄화붕소, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 및 탄화지르코늄 중에서 선택되는 적어도 하나이다.

산화물 세라믹은 알루미나, 실리카, 지르코니아, 뮬라이트, 코디어라이트 및 베릴리아 중에서 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.

세라믹 기판이 전기 도전성을 가질 때, 절연층이 발열체에 인접한 표면에 제공될 수 있다. 절연층은 SiO₂, Al₂O₃ 등으로 만들어지는 것이 바람직하며 이 층의 바람직한 두께는 0.1 내지 2000 ㎛이다.

발열체가 도체 와이어일 때, 도체의 표면은 절연층이 피복되어 있다.

특히 바람직한 세라믹은 열 전도율이 높아 온도 제어성이 우수한 질화물 세라믹과 탄화물 세라믹이다. 발열체의 발열량이 균일하지 못하면, 이 온도의 불균일 분포는 기판 재료의 열 전도율이 높을 때 가열면에 직접 반영되기 쉽다. 따라서, 본 발명에 따른 표면 조도 제어의 효과가 유리하게 이용될 수 있다.

세라믹 기판으로서 질화물 세라믹을 사용하는 경우에, 상기 질화물 세라믹 기판은 질화물 세라믹의 구성 원소이외의 원소, 구체적으로는 Y, Na, B, Li, Rb 및 Ca에서 선택되는 적어도 하나를 함유하기 때문에, 양호한 열 전도율을 가져, 그 결과 히터판의 표면 온도가 발열체의 온도의 변화를 신속히 추종할 수 있으므로, 효율적으로 웨이퍼 가열면의 온도를 제어할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 웨이퍼 가열면이 거칠게 되어 있기 때문에, 웨이퍼 가열면과 그 위에 설치된 반도체 웨이퍼 사이의 접촉은 점 접촉이 될 수 있어 세라믹 히터에서 반도체 웨이퍼로의 불순물(Y 및 그 밖의 불순물)의 열 확산이 방지될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 반도체 웨이퍼가 지지 핀에 의해 접촉이 없이 지지될 때라도, 웨이퍼 가열면이 거칠게 되지 않는다면 Y, Na, B, Li, Rb, Ca, Al 등(이후 Y 및 그 밖의 불순물이라고 함)과 같은 질화물 세라믹의 구성 원소이외의 불순물 원소는 높은 온도에서 확산하여 휘발되어 반도체 웨이퍼를 오염시킨다. 특히, 세라믹 히터가 스퍼터링 라인(sputtering line)에 사용될 때, 예를 들면, 가열 동작이 진공중에서 수행되는 경우에, Y 및 그 밖의 불순물이 보다 쉽게 휘발된다.

그러나, 웨이퍼 가열면이 거칠게 되어 있는 본 발명에서는, Y 및 그 밖의 불순물이 표면에서 휘발이 되지 않아 반도체 웨이퍼의 오염이 방지될 수 있다.

Y 등과 같은 세라믹의 구성 원소 이외의 원소의 휘발 방지에 거친 표면의 형성이 효과적인 이유는 명확하게 알려지지 않았으나, 거칠게 된 웨이퍼 가열면이 방열 핀과 같은 작용을 하며 표면이 Y 및 그 밖의 불순물의 휘발을 야기하는 열을 빼앗기기 때문이라고 추정된다.

반도체 웨이퍼가 지지 핀에 의해 지지되는 상태로 가열될 때, 반도체 웨이퍼와 세라믹 사이의 바람직한 거리는 1 내지 5000 ㎛가 바람직하며, 5 내지 500 ㎛가 보다 바람직하다. 이들이 너무 멀리 떨어져 있으면, 가열 효과가 저하될 것이고, 너무 근접한 틈새는 거의 정확히 세라믹 기판의 표면 온도 분포를 반영하여 반도체 웨이퍼가 균일하게 가열될 수 없다.

본 발명의 세라믹 히터는 질화물 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 형성된 발 열체를 포함한다.

도 1은 본 발명을 구현하는 세라믹 히터의 모식적인 평면도이며 도 2는 동일한 히터의 일부를 도시하는 확대 단면도이다.

세라믹 기판(11)(이후, 히터판이라고도 함)은 디스크 형상으로 형성되며 발열체(12)는 질화물 세라믹 기판(이후 때때로 히터판이라고 함)의 웨이퍼 가열면(11b)의 전체에 대하여 균일한 온도로 가열될 수 있도록 히터판(11)의 바닥면에 동심원의 패턴으로 형성되어 있다. 발열체는 패턴 형상의 소자일 필요는 없으나 예를 들면 펠티어(Peltier) 소자일 수 있다.

상술한 발열체(12)는 실제로 다수의 이중원의 동심 패턴을 포함하며, 각 상기 이중원은 단일 도체를 형성하며 각 패턴은, 일단이 입력 단자로서 작용하고, 타단이 출력 단자로서 작용하는 그 양단에서 각기 금속 피복 층(12a)을 통하여 외부 단자(13)에 접속되어 있다. 또한, 발열체(12)는 그 중앙 부근에, 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해 적용된 상기 지지 핀(16)을 수용하기 위한 관통 홀(15) 및 온도 프로브를 수용하기 위한 블라인드 홀(14)을 가지고 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 세라믹 히터(10)는 히터판(11)의 바닥면에 상기 발열체(12)를 가지고 있다. 그러나, 히터판(11)의 내부에 형성될 수 있다.

다음에 본 발명의 세라믹 히터의 구성 부재가 보다 상세히 설명된다. 다음의 설명에서는, 질화물 세라믹을 예로 하고 있지만 탄화물 세라믹 또는 산화물 세라믹에도 적용된다.

본 발명의 세라믹 히터(10)에서, 히터판(11)은 히터판의 재료로서 질화물 세 라믹을 포함한다. 이것은 개별 재료의 열 팽창 계수가 금속보다 낮아 그 두께가 얇게 되더라도 가열중에 컬링(curling) 또는 휘어짐이 생기지 않아, 히터판(11)의 두께와 중량을 감소시킬 수 있기 때문이다.

또한, 히터판(11)의 열 전도율이 높고 두께가 얇기 때문에, 히터판(11)의 표면 온도는 발열체의 온도 변화를 신속히 추종한다.

즉, 전압 및 전류값을 변경함으로써 발열체의 온도가 조절될 수 있어 히터판(11)의 표면 온도를 제어할 수 있다.

히터판(11)은 Y, Na, B, Li, Rb 및 Ca에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유한다.

이들 중, 통상적으로 Y, Li, Rb 및 Ca가 산화물의 형태로 소결조제(sintering aids)로서 첨가된다. 히터판(11)의 열 전도율을 130 내지 200 W/m·K로 높게 하기 위해서, Y, Li, Rb 및/또는 Ca의 양은 0.1 내지 5 중량 %가 바람직하다.

Y 및 그 밖의 불순물의 함유량이 0.1 중량 % 미만이면, 소결시 충분한 치밀화를 얻을 수 없어, 높은 열 전도율을 확보하기 어렵다.

Na 및 B은 입계(grain boundaries)에 분리되어 열 전도율의 향상에 기여한다.

Na 및 B의 바람직한 양은 0.05 내지 50 ppm이다. 양이 0.05 ppm 미만이면, 열 전도율은 향상되지 않을 것이다.

이들 원소는 불가피하게 원료 분말에서 나오지만, 필요하면, 이들 함유량을 상술한 범위로 하기 위해서 Na의 화합물 및, NaCO₃ 및 CaCO₃와 같은 Ca 화합물이 분말에 첨가될 수 있다.

탄화물 세라믹의 소결조제로서는, B₄C, AlN 등이 거론될 수 있고, 불순물로는 예를 들면 Al 및 B가 될 수 있다. 세라믹 기판에 Al 및/또는 B의 양은 0.05 ppm 내지 0.5 중량 %이다.

상기 히터판(11)의 가열면은 열 전달 매체에서 가열시 피가열물이 가열면에서 떨어져 유지되는 가열 모드에서 열 전달 매체의 난류를 방지하기 위해서 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.05 내지 200 ㎛의 표면 조도로 거칠게 되어져 있다.

가열시 피가열물이 가열면에서 떨어져 유지되는 이 모드에서, 가열면의 표면 조도가 Rmax = 200 ㎛보다 크면, 피가열물과 가열면 사이에 공기의 난류가 생성됨에 따라 열이 국소적으로 축적되어 피가열물에 온도차를 야기한다. 한편, 표면 조도가 Rmax = 0.05 ㎛ 미만이면, 가열면의 온도차가 복사열에 의해 피가열물에 그대로 반영되기 때문에, 가공물에 온도차가 발생한다. 바람직한 표면 조도는 Rmax = 0.2 내지 100 이다.

본 발명에서는, 상기 가열판(11)의 가열면이 반도체 웨이퍼로의 불순물의 확산을 방지할 목적으로 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 조도로 거칠게 된다.

표면 조도가 Rmax = 0.2 ㎛ 미만이면, 접촉 모드는 면 접촉이 되어 반도체 웨이퍼로의 불순물의 확산이 거의 방지되지 않을 것이다. 한편, 표면 조도가 Rmax = 200 ㎛를 초과하면, 웨이퍼는 거칠기화의 어려움은 말할 것도 없고, 충분히 가열되지도 않는데, 이는 아마도 웨이퍼와 웨이퍼 실장면 사이의 간격이 증가되기 때문에, 복사열의 양 또는 공기를 통과하여 웨이퍼에 도달하는 열량이 감소되기 때문이다.

또한, 웨이퍼가 상기 지지 핀에 의해 지지되어 접촉없이 가열되는 히터의 사용 모드에서도, Rmax = 0.2 ㎛ 미만의 거칠기도의 가열면은 Y 및 그 밖의 불순물의 휘발을 억제하는데 효과적이지 못하다. 한편, 표면 거칠기도가 Rmax = 200 ㎛를 넘으면, 가열면의 유효 면적이 증가하게 되어 상당한 양의 휘발을 야기할 것이다. 따라서, 상기 Rmax 범위는 Y 및 그 밖의 불순물의 휘발을 억제하는데 효과적이다.

바람직한 표면 조도는 Rmax = 1 내지 20 ㎛인데, 이 범위내에서, 웨이퍼와의 접촉은 쉽게 먼지 입자를 발생하지 않기 때문이다.

표면을 거칠게 하기 위한 방법은 특별히 한정되지는 않으나 예를 들면 알루미나, SiC, 글라스, 지르코니아 또는 그 밖의 고체 입자가 웨이퍼 가열면에 분출되는 샌드블라스팅(sand-blasting) 방법일 수 있다.

상기 세라믹 히터의 가열판(11)의 바람직한 두께는 0.5 내지 5 ㎜이다. 두께가 0.5 ㎜ 미만이면, 강도가 저하되기 때문에 판이 파손되기 쉽다. 한편, 두께가 5 ㎜ 보다 크면, 열 전도가 안되어 열 효율이 저하될 것이다.

본 발명의 세라믹 히터에서는, 특히 상기 질화물 세라믹 기판의 형상이 한정되지 않는다. 예를 들면 평면에서 볼 때 타원형이 될 수 있으나, 도 1에 도시된 하나와 같은 디스크 형상의 기판이 바람직하다. 질화물 세라믹 기판이 디스크 형상일 때, 그 직경은 150 ㎜ 이상이 바람직하고, 200 ㎜ 이상이 보다 바람직하고, 300 ㎜ 이상이 보다 더 바람직하다. 이는 오늘날 널리 사용되는 반도체 웨이퍼의 직경이 8 인치(ca 200 ㎜) 이상이고 차세대 반도체 웨이퍼의 대부분의 직경이 12 인치(300 ㎜) 이상으로 더욱 커지기 때문이다.

상기 질화물 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 형성된 발열체(12)는 적어도 2개의 회로로 분할되는 것이 바람직하다. 회로를 분할함으로써, 각각의 구성 회로에 입력되는 전력을 제어함으로써 발열량이 조절될 수 있고, 그 결과 웨이퍼 가열면의 온도가 제어될 수 있다.

발열체(12)의 패턴은 예를 들면 한 세트의 동심원, 나사선꼴, 한 세트의 편심원, 또는 굴곡 형상이 될 수 있으나 히터판의 전체에 대하여 균일한 온도 분포를 확보하기 때문에 도 1에 도시된 동심원이 바람직하다.

발열체(12)가 가열판(11)의 표면에 형성될 때는, 소정의 회로 패턴으로 가열판(11)의 표면을 금속 분말을 함유하는 도전성 페이스트로 도포하고 도포된 도체 페이스트 층을 소성하여 가열판(11) 표면의 금속 분말을 소결하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 이 소결은 금속 입자끼리 및 금속 입자와 세라믹이 융착되어 있으면 충분하다.

발열체가 가열판(11)의 표면에 형성될 때, 발열체의 두께는 1 내지 30 ㎛가 바람직하고, 1 내지 10 ㎛가 보다 바람직하다. 한편, 발열체가 가열판(11)의 내부에 형성될 때, 그 두께는 1 내지 50 ㎛가 바람직하다.

또한, 발열체가 이 발열체(11)의 표면에 형성될 때, 발열체의 도체 폭은 0.1 내지 20 ㎜가 바람직하고, 0.1 내지 5 ㎜가 보다 바람직하다. 발열체가 가열판(11)의 내부에 형성될 때, 발열체의 도체 폭은 5 내지 20 ㎛이다.

발열체(12)의 저항값은 도체 두께 및 폭을 변경함으로써 자유롭게 조절될 수 있으나 상술한 범위가 가장 실용적이다. 발열체의 폭이 얇고 가늘어질수록, 그 저항값은 커진다. 발열체(12)는 가열판(11)의 내부에 형성될 때 폭 및 두께가 크게 되어야 한다. 발열체(12)의 내부에 형성될 때는, 가열면과 발열체(12) 사이의 거리가 비교적 짧아, 가열면의 온도 균일성이 저하되어, 발열체의 폭을 증가시킬 필요가 있다. 또한, 발열체(12)가 내부에 설치될 때는, 질화물 세라믹과의 밀착성을 고려할 필요가 없어, 텅스텐 또는 몰리브덴 또는 그 탄화물 등의 고 융점 금속이 저항을 증가시키기 위해 사용될 수 있으므로, 예를 들면, 단선 문제를 방지할 목적으로 두께 자체가 증가될 수 있다. 이 때문에, 발열체(12)의 도체 두께 및 폭이 상술한 범위 내에서 제어되는 것이 바람직하다.

발열체(12)는 단면 형상이 직사각형 또는 타원형일 수 있으나 평면인 것이 바람직하다. 평면은 웨이퍼 가열면을 향하여 열의 복사에 더 효율적이고 온도 차를 더 작게 야기한다.

단면의 애스펙트비(aspect ratio)(발열체의 폭/발열체의 두께)는 10 내지 5000이 바람직하다.

이 범위로 상기 애스펙트비를 제어함으로써, 발열체(12)의 저항값이 증가될 수 있으며 발열면의 온도 균일성이 확보될 수 있기 때문이다.

발열체(12)의 두께가 일정하다고 가정하면, 상기 범위보다 작은 애스펙트비 의 사용은 히터판(11)에서 웨이퍼 가열 방향으로 열의 전달이 상대적으로 감소하게 되어, 발열체(12)의 패턴에 근사한 열 분포가 가열면에 재생된다. 반대로, 애스펙트비가 너무 크면, 발열체(12)의 중앙의 바로 위의 부분이 상대적으로 고온이 되어, 발열체(12)의 패턴에 대체로 근사한 열 분포가 가열면에 재생될 것이다. 따라서, 온도 분포를 고려하면, 단면의 애스펙트비는 10 내지 5000에 한정되는 것이 바람직하다.

발열체(12)가 히터판(11)의 표면에 형성될 때, 애스펙트비는 10 내지 200이 바람직하고 발열체(12)가 히터판(11)의 내부에 형성될 때, 바람직한 애스펙트비는 200 내지 5000이다.

발열체(12)가 히터판(11)의 내부에 형성될 때 큰 애스펙트가 바람직한 것은, 발열체(12)가 내부에 설치됨에 따라, 가열면과 발열체(12) 사이의 거리가 상대적으로 짧아지게 되어 표면 온도 분포의 균일성도 저하됨으로써, 발열체(12) 자체에 대해 보다 평평한 형상을 필요로 하기 때문이다.

발열체(12)가 히터판(11) 내부의 중심을 벗어난 위치에 형성될 때, 가열판(11)의 가열면에 대향하는 면(바닥면)에 근접한 위치에 형성되고 가열면에서 상기 바닥면까지의 거리가 50% 부터 99% 까지인 것이 바람직하다.

중심을 벗어난 양이 50% 미만이면, 발열체(12)가 가열면에 너무 근접하게 되어 온도 분포가 가열면에 형성할 것이다. 반대로, 중심을 벗어난 양이 99%를 넘으면, 히터판(11) 자체가 휘어져 반도체 웨이퍼를 파손시킨다.

또한, 발열체(12)가 히터판(11)의 내부에 형성될 때, 발열체가 다수의 층으 로 분할될 수 있다. 이 경우에, 각각의 층의 패턴은 상호 보완하도록 배치되어, 상기 웨이퍼 가열면에서 보게 될 때, 발열체(12) 전체가 전체 영역에 대하여 중첩없이 관찰될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 레이아웃의 전형에는 패턴을 엇갈리게 배치한 것이 있다.

발열체(12)를 히터판(11)의 내부에 형성하고, 그 발열체(12)를 일부 노출시키는 것도 가능하다.

도체 페이스트는 특별히 한정되지는 않으나 도전성이 요구되는 금속 분말 또는 도전성 세라믹 분말뿐만 아니라 수지, 용제, 증점제 및 기타 첨가제를 함유하는 조성물이 바람직하다.

상술한 금속 분말은 예를 들면, 귀금속(금, 은, 백금, 팔라듐), 납, 텅스텐, 몰리브덴 또는 니켈의 분말이 바람직하다. 이들 금속은 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용될 수 있다. 이들 금속은 비교적 산화에 저항력이 있으며, 발열하기에 충분히 높은 저항값을 가지고 있다.

도전성 세라믹 분말은 탄화텅스텐 또는 탄화몰리브덴 분말을 포함하나 한정되지는 않는다. 이들 분말은 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용될 수 있다.

상기 금속 분말 또는 도전성 세라믹 분말의 바람직한 입자 직경은 0.1 내지 100 ㎛이다. 분말이 0.1 ㎛보다 미세하면, 산화되기 쉬울 것이다. 한편, 100 ㎛를 초과하면, 분말은 쉽게 소결되지 않고 저항값이 증가될 것이다.

상술한 금속 분말은 구형 또는 편상일 수 있다. 구형과 편상의 분말의 혼합 물도 사용될 수 있다. 금속 분말이 편상 또는 구형과 편상 입자의 혼합물일 때, 첨가된 금속 산화물은 금속 입자 사이에 보다 효과적으로 유지될 수 있어, 발열체(12)와 질화물 세라믹 사이에 단단한 접착성이 확보될 수 있으며 저항값이 증가될 수 있다는 이점이 있다.

도체 페이스트에 사용하기 위한 수지는 에폭시 수지 및 페놀 수지를 포함하나 한정되지는 않는다. 용제는 예를 들면 이소프로필알코올이 될 수 있다. 증점제는 예를 들면 셀룰로오스가 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 도체 페이스트는 금속 산화물에 금속 분말을 첨가함으로써 제작되어 발열체(12)가 금속 분말 및 금속 산화물로 이루어져 있는 소결체가 되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 금속 분말과 함께 금속 산화물을 소결함으로써, 가열판인 질화물 세라믹과 금속 분말 사이에 밀착될 수 있다.

금속 산화물의 혼합에 의해 질화물 세라믹의 결합 강도가 향상되는 이유는 완전하게 설명되고 있지는 않지만 금속 입자의 표면 및 질화물 세라믹의 표면이 산화되어지고 첨가되는 금속 산화물을 통하여 이 산화막이 일체로 소결됨으로써, 질화물 세라믹에 금속 분말을 밀착시키기 때문인 것으로 추정된다.

상술한 금속 산화물은 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소(B₂O₃), 알루미나, 이트리아 및 티타니아로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나가 바람직하다.

이들 산화물은 발열체(12)의 저항값을 증가시키지 않고 금속 분말과 질화물 세라믹 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

전체 금속 산화물의 각 100 중량부에서 상기 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소(B₂O₃), 알루미나, 이트리아 및 티타니아의 비율은 산화납이 1 내지 10(중량부; 아래에 동일하게 적용), 실리카가 1 내지 30, 산화붕소가 5 내지 50, 산화아연이 20 내지 70, 알루미나가 1 내지 10, 이트리아 1 내지 50, 및 티타니아가 1 내지 50이다. 이들 산화물의 합계는 많아야 100 중량부가 바람직하다.

상기 범위내로 산화물의 양을 조절함으로써, 특히, 질화물 세라믹과의 결합이 향상될 수 있다.

금속 분말에 대한 상기 금속 산화물의 첨가량은 0.1 중량 % 이상 및 10 중량 % 미만이 바람직하다. 또한, 상기 조성의 도체 페이스트가 형성된 발열체(12)의 면적 저항률은 1 내지 45 mΩ/ □이 바람직하다.

면적 저항률이 45 mΩ/ □를 초과하면, 인가되는 전압량에 대하여 발열량이 너무 많아 히터판의 표면에 발열체(12)를 설치하는 경우에 그 발열량이 제어될 수 없다. 상기 금속 산화물의 첨가량이 10 중량 % 이상이면, 면적 저항률이 50 mΩ/ □초과할 것이며 이 초과하여 증가된 발열량은 온도 제어를 어렵게 하고 온도 분포의 균일성이 저하될 것이다.

발열체(12)가 히터판(11)의 표면에 형성될 때, 발열체(12)의 표면은 소결된 금속이 산화하여 저항값이 변화하는 것을 방지하기 위한 금속 피복 층(12a)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 금속 피복 층(12a)의 두께는 0.1 내지 10 ㎛가 바람직하다.

상기 금속 피복 층(12a)의 형성에 사용하기 위한 금속은 비산화성 금속이 아 니면 특별히 한정되지는 않으나 예를 들면 금, 은, 팔라듐, 백금 또는 니켈이 될 수 있다. 이들 금속은 단독으로 또는 2 종류 이상 조합하여 사용될 수 있다. 상술한 금속 중, 니켈이 특히 바람직하다.

물론, 발열체(12)는 전원과 전기 접속을 위한 단자를 가지고 있어야 되고 이들 단자는 땜납을 통하여 발열체(12)에 부착되는데, 니켈은 땜납의 열 확산을 방지할 수 있다. 접속 단자 수단으로서, 예를 들면, 코발(Koval)제의 외부 단자(13)가 사용될 수 있다.

발열체(12)가 히터판(11)의 내부에 형성될 때, 발열체의 표면은 산화되지 않으므로, 피복될 필요가 없다. 발열체(12)가 히터판(11)의 내부에 형성될 때, 발열체는 일부가 노출되고 상기 외부 단자에 수용하고 고정하기 위한 도금된 관통 홀을 가질 수 있다.

외부 단자(13)를 접속하는데 사용하기 위한 땜납으로서, 은-납, 납-주석, 비스무스-주석 등과 같은 각종 합금이 사용될 수 있다. 땜납 층의 바람직한 두께는 0.1 내지 50 ㎛이다. 이 범위내에서, 견고한 땜납 접속이 얻어질 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 히터판(11)은 관통 홀(15)을 가질 수 있어, 이 관통 홀(15)에 지지 핀(도시되지 않음)을 삽입함으로써, 반도체 웨이퍼가 반송기(도시되지 않음)로 인도될 수 있거나 또는 반송기에서 수용될 수 있다.

다음에 본 발명의 세라믹 히터의 제조 방법이 설명될 것이다.

먼저, 히터판(11)의 바닥면에 형성된 발열체를 포함하는 세라믹 히터(도 1 및 도 2)를 제조하기 위한 방법이 설명된다. 다음의 설명에서, 질화물 세라믹이 예 로서 설명되지만 탄화물 세라믹 또는 산화물 세라믹에도 적용된다.

(1) 히터판의 제조

상술한 질화물 세라믹 분말은, 예를 들면, 질화알루미늄 세라믹 분말은, 이트리아(Y₂O₃), 칼시아(CaO), 산화리튬(Li₂O), 산화루비듐(Rb₂O) 등과 같은 임의의 소결조제, Y, Na, Ca, Li, Rb 및 B의 화합물, 바인더 및 기타 성분을 배합하여 슬러리를 제작한다. 이 슬러리는 분무 건조하여 과립으로 만들고, 이 과립은 금형 등에 집어 넣어져 생 성형체로 가압된다.

그 다음에, 생 성형체 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 지지 핀을 수용하기 위한 관통 홀 및 열전대와 같은 온도 프로브가 매설되는 블라인드 홀이 임의로 형성된다.

그 다음에, 이 생 성형체는 가열에 의해 소결되어 세라믹 판상체를 제공한다. 그 다음에 히터판(11)이 이 세라믹 판상체를 가공함으로써 제작된다. 대안으로서, 판상체가 특정 크기로 형성되어 직접 히터판(11)의 역할을 할 수 있다. 가압하에서 소결을 수행함으로써, 기공이 없는 히터판(11)이 제작될 수 있다. 가열 온도는 소결점 이하의 임의의 온도가 될 수 있으나, 질화물 세라믹의 경우, 1000 내지 2500 ℃범위내의 온도가 사용된다. 이 후, 적어도 웨이퍼 가열면이 예를 들면 샌드블라스팅에 의해 거칠게 된다. 원한다면, 양면이 마찬가지로 거칠게 될 수 있다.

(2) 히터판에 도체 페이스트를 인쇄

일반적으로 도체 페이스트는 금속 분말, 수지 및 용제를 포함하는 점도가 높은 유동체이다. 도체 페이스트 층은 발열체에 대응하는 패턴으로 예를 들면 스크린 인쇄 기술에 의해 상기 도체 페이스트로 판상체를 인쇄함으로써 형성된다. 발열체는 표면 전체에 대해서 균일하게 히터판을 가열하도록 요구되기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같은 동심원 패턴으로 인쇄되는 것이 바람직하다.

도체 페이스트 층은 소결 후의 발열체(12)의 단면이 직사각형이고 평면으로 나타나도록 형성되는 것이 바람직하다.

(3) 도체 페이스트의 소성

다음에, 히터판(11)의 바닥면에 형성된 도체 페이스트 층이 가열되어 수지 및 용제를 제거하고 히터판(11)의 바닥면의 금속 분말을 소성하여 발열체(12)를 완성한다. 가열 온도는 500 내지 1000 ℃가 바람직하다.

상기 금속 산화물이 도체 페이스트에 혼합되어져 있을 때, 금속 분말, 히터판 및 금속 산화물은 일체로 소결되어 발열체와 히터판 사이의 결합을 향상시킨다.

(4) 금속 피복 층의 형성

발열체(12)의 표면에는 금속 피복 층(12a)이 갖추어져 있는 것이 바람직하다. 금속 피복 층(12a)은, 예를 들면, 전해 도금, 무전해 도금 또는 스퍼터링에 의해 형성될 수 있으나, 양산성을 위해서는, 전해 도금이 가장 적당하다.

(5) 단자 등의 부착

발열체(12)의 각 회로 패턴의 단부에, 납땜에 의해서 전원에 접속하기 위한 단자(외부 단자(13))가 부착된다. 또한, 열전대가 블라인드 홀(14)에 삽입되어 금 또는 은 땜납재로 고정되며 폴리이미드 수지와 같은 내열 수지로 밀봉되어 세라믹 히터의 제조를 종료한다.

다음에, 히터판(11)의 내부에 형성되는 발열체(12)를 포함하는 세라믹 히터의 제조 방법이 설명된다.

(1) 히터판의 제작

먼저, 질화물 세라믹 분말은 바인더, 용제 등으로 혼합되어 페이스트를 제작하고, 이 페이스트를 사용하여 그린 시트(green sheet)가 형성된다.

상술한 질화물 세라믹 분말은 질화알루미늄 분말을 포함하고, 필요에 따라, Na 및 Ca의 화합물 뿐만 아니라 이트리아와 같은 소결조제가 첨가될 수 있다.

바인더는 아크릴 바인더, 에틸셀룰로오스, 부틸셀로솔브 및 폴리비닐알코올로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나가 바람직하다.

용제는 α- 터피놀 및 글리콜로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나가 바람직하다.

이들 성분을 혼합함으로써 얻어진 페이스트는 닥터 블레이드법으로 성형되어 상기 그린 시트를 제공한다.

그린 시트의 바람직한 두께는 0.1 내지 5 ㎜이다.

그 다음에, 필요에 따라, 그린 시트에는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 지지 핀을 수용하기 위한 관통 홀(15)의 역할을 하는 수단, 열전대와 같은 온도 프로브가 매설되는 블라인드 홀의 역할을 하는 수단, 및 외부 단자 핀에 발열체를 접속하기 위한 도금된 관통 홀(18)의 역할을 하기 위한 수단이 형성된다. 이 가공은 후술하는 그린 시트 적층체의 형성 후 또는 적층체의 소결 후에 수행될 수 있다.

(2) 그린 시트에 도전성 페이스트 인쇄

그린 시트 상에, 금속 분말 또는 도전성 세라믹 분말을 함유하는 도전성 페이스트가 발열체를 형성하기 위해서 인쇄된다.

도전성 페이스트는 금속 분말 또는 도전성 세라믹 분말을 함유하고 있다.

텅스텐 또는 몰리브덴 분말의 평균 입자 직경은 0.1 내지 5 ㎛가 바람직하다. 평균 입자 직경이 0.1 ㎛ 미만이거나 또는 5 ㎛를 넘으면, 도전성 페이스트의 인쇄가 거의 수행되지 않을 것이다.

도전성 페이스트는 예를 들면 금속 분말 또는 도전성 세라믹 분말 85 내지 87 중량부, 아크릴 바인더, 에틸셀룰로오스, 부틸셀로솔브 및 폴리비닐알코올로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 한 종류의 바인더 1.5 내지 10 중량부, 및 α- 터피놀 및 글리콜로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 한 종류의 용제 1.5 내지 10 중량부를 포함하는 조성물(페이스트)이 될 수 있다.

(3) 그린 시트의 적층

도전성 페이스트가 인쇄되지 않은 그린 시트는 도전성 페이스트가 인쇄된 그린 시트의 양측에 적층된다.

이 단계에서, 상측에 적층되는 그린 시트의 수는 하측에 적층되는 그린 시트의 수보다 많도록 배치되어 발열체가 하측의 방향으로 중심을 벗어나 위치될 것이다.

구체적으로, 그린 시트의 바람직한 적층수는 상측에 20 내지 50 및 하측에 5 내지 20이다.

(4) 그린 시트 적층체의 소결

그린 시트 적층체는 고온 가압되어 그린 시트 및 적층체 내의 도전성 페이스트를 소결시킨다.

가열 온도는 1000 내지 2000 ℃가 바람직하고 인가되는 압력은 100 내지 200 ㎏/㎠ 가 바람직하다. 가열은 불활성 가스 분위기에서 수행된다. 불활성 가스는 예를 들면 아르곤 가스 또는 질소 가스가 될 수 있다.

그 다음에, 적어도 하나의 가열면을 폴리싱(polishing)함으로써 거칠기화 처리가 수행되며, 필요에 따라, 샌드블라스팅 등을 하게 된다. 양측에 이 거칠기화 처리가 수행될 수 있다.

이 소결 처리 후에 온도 프로브를 수용하기 위한 블라인드 홀이 형성될 수 있다. 블라인드 홀은 표면 연마 후에 블라스팅 예를 들면 샌드블라스팅에 의해 형성될 수 있다. 또한, 외부 단자(13)가 내부 발열체에 접속하기 위한 도금된 관통 홀에 접속되며, 리플로하기 위해 가열된다. 가열 온도는 200 내지 500 ℃가 바람직하다.

그 다음에, 온도 프로브로서 열전대는 은 또는 금의 땜납재로 매설되고 폴리이미드 수지와 같은 내열 수지로 밀봉되어 세라믹 히터의 제조를 종료한다.

본 발명의 히터의 사용 온도 범위는 150 내지 800 ℃이다. 사용 분위기에 관해서는, 히터가 대기압 또는 그 이하의 압력하에서 사용될 수 있다. 이들 상태하에서, 본 발명은 특히 큰 효과를 발휘한다.

본 발명의 세라믹 히터는 정전 척으로서 사용하기 위해 요구되는 정전 전극, 또는 웨이퍼 프로버로서 사용하기 위해 요구되는 상면에 척 도체 층이 갖추어져 있 을 수 있다.

다음에, 상기 정전 척의 구성이 간략하게 설명된다.

도 3은 정전 척을 모식적으로 도시하는 종단면도이고 도 4는 도 3에 도시한 정전 척의 A-A선 단면도이다.

이 정전 척(101)에서, 척 정(positive) 전극 층(20) 및 척 부(negative) 전극 층(30)이 질화알루미늄 기판(100)의 내부에 형성되며 세라믹 유전체 막(40)이 더 형성된다. 또한, 저항 발열체(50)가 질화알루미늄 기판(100)의 내부에 형성되어 실리콘 웨이퍼(90)가 가열될 수 있다. 필요에 따라, 질화알루미늄 기판(100)에는 매설된 RF 전극이 있을 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 일반적으로 정전 척(101)은 평면의 원 형상으로 형성되고, 질화알루미늄 기판(100)의 내부에 설치된 것과 같이, 반원호 형상부(20a) 및 빗살부(20b)를 포함하는 척 정극 정전 층(20)과, 마찬가지로 반원호 형상부(30a) 및 빗살부(30b)를 포함하는 척 부극 정전 층(30)은 2개의 빗살부(20b, 30b)가 엇갈리게 배치되도록 대향하여 배치되어 있다.

이 정전 척을 사용하기 위해서, 척 정극 정전 층(20) 및 척 부극 정전 층(30)은 각각 DC 전원의 + 및 - 단자에 접속되어 DC 전압이 인가된다. 그 결과, 정전 척 상에 설치된 반도체 웨이퍼가 정전적으로 단단히 흡착된다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명이 보다 상세히 설명된다

(실시예 1)

(1) O.1 ppm 및 0.8 ppm의 Na 및 B 를 각각 함유하는 질화알루미늄 분말(도쿠야마사에 의해 제조됨; 평균 입자 직경: 1.1 ㎛) 100 중량부, 이트리아(평균 입자 직경: 0.4 ㎛) 4 중량부, 아크릴 바인더 12 중량부 및 알코올 잔여부로 이루어지는 조성물이 분무 건조되어 과립 분말을 제작한다.

(2) 이 과립 분말을 금형에 집어 넣어 그린 시트가 형성된다. 이 그린 시트는 천공되어 반도체 웨이퍼 지지 핀을 수용하기 위한 관통 홀(15)에 대응하는 개구 및 열전대(1.1 ㎜ 직경 ×2 ㎜ 깊이)를 매설하기 위한 블라인드 홀(14)에 대응하는 개구를 형성한다.

(3) 처리된 그린 시트는 1800 ℃에서 200 ㎏/㎠로 고온 프레스되어 3 ㎜ 두께의 질화알루미늄 시트를 제공한다.

이 시트로부터, 210 ㎜의 직경을 갖는 디스크를 잘라내어 세라믹 디스크를 제공한다(히터판(11)).

이 히터판(11)의 양측은 5 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 알루미나 분말로 샌드블라스팅되어 JIS B 0601에 따르면 Rmax = 6 ㎛에 대응하는 표면 요철을 형성한다.

(4) 상기 (3)에서 처리된 히터판(11)에, 스크린 인쇄에 의해 도체 페이스트가 인쇄된다. 인쇄 패턴은 도 1에 도시된 바와 같이 동심원 형상의 패턴이다.

사용된 도체 페이스트는 프린트 배선판에서 도금된 관통 홀의 형성에 일반적으로 사용되는 도쿠리키 가가쿠 겐큐쇼에서 만든 솔베스트 PS603D이다.

이 도체 페이스트는 은 100 중량부에 대하여, 산화납(5 중량 %), 산화아연(55 중량 %), 실리카(10 중량 %), 산화붕소(25 중량 %) 및 알루미나(5 중량 %)을 포함하는 금속 산화물의 7.5 중량부를 함유하는 은-납 페이스트이다. 은 분말은 4.5 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 편상 분말이다.

(5) 다음에, 상기와 같은 도체 페이스트가 인쇄된 히터판(11)은 780 ℃에서 가열되어 도체 페이스트중의 은과 납을 소결하고 이들을 히터판(11)에 소성하여 발열체(12)를 형성한다. 은과 납으로 구성된 발열체는 5 ㎛ 두께 ×2.4 ㎜ 폭이며 7.7 mΩ/□의 면적 저항율을 갖는다.

(6) 이와 같이 상기 (5)에서 제작된 히터판(11)은 유산니켈 80 g/l, 차아인산나트륨 24 g/l, 초산나트륨 12 g/l, 붕산 8 g/l 및 염화암모늄 6 g/l의 수용액을 포함하는 무전해 니켈 도금욕에 넣어져 은-납 발열체(12)의 표면에 1 ㎛ 두께의 금속 피복 층(니켈 층)을 석출한다.

(7) 전원에 접속하기 위해 외부 단자(13)에 부착되는 부분은 스크린 인쇄 기술에 의해 은-납 납땜 페이스트(다나카 귀금속에 의해 제조됨)가 인쇄되어 땜납 층을 형성한다.

땜납 층 상에, 코벌제의 외부 단자(13)가 놓여져 420 ℃ 에서 리플로하기 위해 가열한다. 이와 같이, 외부 단자(13)가 발열체(12)의 표면에 고정된다.

(8) 온도 제어를 위한 열전대는 81.7 Au - 18.3 Ni의 금 땜납재로 위치가 고정되어 (1030 ℃에서 가열하여 융착) 세라믹 히터(10)를 제공한다.

(비교예 1)

(1) 제작된 히터판은 양측을 거칠게 하도록 샌드블라스팅되지 않는다는 것을 제외하고는, 실시예 1의 절차가 반복되어 세라믹 히터를 제조한다. 거칠기화 처리가 수행되지 않기 때문에, 표면 조도는 JIS B 0601에 따르면 Rmax = 0.1 ㎛이다.

(비교예 2)

(1) 이트리아가 첨가되지 않았고 히터판의 제작에 미츠이 도아츠의 MAN-5(O.1 ppm 미만의 Na 및 B)가 질화알루미늄 분말로 사용되는 것을 제외하고는, 실시예 1의 절차가 반복되어 세라믹 히터를 제조한다.

(비교예 3)

(1) 히터판을 제작한 후, 판의 양측이 알루미나(평균 입자 직경 : 250 ㎛) 샌드블라스팅에 의해 거칠게 되어 JIS B 0601에 따르면 Rmax = 210 ㎛가 된다.

(실시예 2)

0.1 ppm의 Na 및 0.8 ppm의 B를 함유하는 질화알루미늄 분말(도쿠야마사에 의해 제조됨; 평균 입자 직경: 1.1 ㎛) 100 중량부, CaO(평균 입자 직경: 0.3 ㎛) 5 중량부, 아크릴 바인더 12 중량부 및 알코올 잔여부의 조성물이 분무 건조되어 과립 분말을 제작한다. 다른 점에서는, 실시예 1의 절차가 동일하게 반복되어 세라믹 히터를 제조한다.

(실시예 3)

0.1 ppm의 Na 및 0.8 ppm의 B를 함유하는 질화알루미늄 분말(도쿠야마사에 의해 제조됨; 평균 입자 직경: 1.1 ㎛) 100 중량부, Li₂O(평균 입자 직경: 0.3 ㎛) 가 3 중량부, Pb₂O(평균 입자 직경: 0.3 ㎛) 2 중량부, 아크릴 바인더 12 중량부 및 알코올 잔여부의 조성물이 분무 건조되어 과립 분말을 제작한다. 다른 점에서는, 실시예 1의 절차가 동일하게 반복되어 세라믹 히터를 제조한다.

그 다음에, 이 히터판(11)의 표면은 0.5 ㎛의 다이아몬드 페이스트로 폴리싱되어 Rmax = 0.8 ㎛가 되고, 그 후, 실시예 1에서와 같이 세라믹 히터가 제작된다.

(실시예 4)

기본적으로 실시예 1의 절차가 반복된다. 그러나, 외부 단자가 Ni-Au 땜납재를 사용하여 부착되어 1030 ℃에서 리플로된다. 또한, 표면이 지르코니아(평균 입자 직경 = 3 ㎛) 샌드블라스팅에 의해 거칠게 되어 JIS B 0601에 따르면 Rmax = 4 ㎛가 된다.

또한, 질화알루미늄 세라믹 기판의 표면에서 100 ㎛ 거리의 지지 핀으로 지지되는 실리콘 웨이퍼에 의해, 감압하에서 500 ℃까지 가열된다.

(실시예 5)

기본적으로 실시예 1의 절차가 반복된다. 그러나, 외부 단자가 Ni-Au 땜납재를 사용하여 부착되어 1030 ℃에서 리플로된다. 또한, 표면이 지르코니아(평균 입자 직경 = 15 ㎛) 샌드블라스팅에 의해 거칠게 되어 JIS B 0601에 따르면 Rmax = 18 ㎛가 된다.

또한, 질화알루미늄 세라믹 기판의 표면에서 100 ㎛ 거리의 지지 핀으로 지지되는 실리콘 웨이퍼에 의해, 감압하에서 500 ℃까지 가열된다.

(실시예 6)

기본적으로 실시예 1의 절차가 반복된다. 그러나, 외부 단자가 Ni-Au 땜납재를 사용하여 부착되어 1030 ℃에서 리플로된다. 또한, 표면이 지르코니아(평균 입자 직경 = 200 ㎛) 샌드블라스팅에 의해 거칠게 되어 JIS B 0601에 따르면 Rmax = 180 ㎛가 된다.

또한, 질화알루미늄 세라믹 기판의 표면에서 100 ㎛ 거리의 지지 핀으로 지지되는 실리콘 웨이퍼에 의해, 감압하에서 500 ℃까지 가열된다.

(비교예 4)

기본적으로 실시예 1의 절차가 반복된다. 그러나, 외부 단자가 Ni-Au 땜납재를 사용하여 부착되어 1030 ℃에서 리플로된다. 샌드블라스팅이 수행되지 않는다. 따라서, 표면 조도는 Rmax = 0.1 ㎛이다.

그 다음에, 질화알루미늄 세라믹 기판의 표면에서 100 ㎛ 거리의 지지 핀으로 지지되는 실리콘 웨이퍼에 의해, 감압하에서 500 ℃까지 가열된다.

(비교예 5)

기본적으로 실시예 1의 절차가 반복된다. 그러나, 외부 단자가 Ni-Au 땜납재를 사용하여 부착되어 1030 ℃에서 리플로된다. 또한, 표면이 지르코니아(평균 입자 직경 = 250 ㎛) 샌드블라스팅에 의해 거칠게 되어 JIS B 0601에 따르면 Rmax = 210 ㎛가 된다.

그 다음에, 질화알루미늄 세라믹 기판의 표면에서 100 ㎛ 거리의 지지 핀으로 지지되는 실리콘 웨이퍼에 의해, 감압하에서 500 ℃까지 가열된다.

상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5에서 얻어진 세라믹 히터를 사용하 여, Y, Na, Ca, Rb, Li 및 B의 함유량은 형광 X선 분석에 의해 측정되고 각 히터판의 열 전도율은 레이저 플러시법(laser flush method)에 의해 측정된다. 또한, 반도체 웨이퍼가 각 히터판 상에 설치되어 500 ℃로 가열되고 웨이퍼로의 Y, Na, Ca, Rb, Li 및 B의 확산이 형광 X선 분석에 의해 측정된다. 또한, 웨이퍼 표면과 웨이퍼 가열면 사이의 온도차는 열전대로 측정된다.

표 1에 결과가 도시된다.

표 1

표 1의 데이터로부터, 실시예 1 내지 3에 따른 세라믹 히터에 관하여 히터판의 열 전도율이 높고 Y 및 그 밖의 불순물의 확산이 발견되지 않는데 반하여, 비교예 1에서는 세라믹 히터의 웨이퍼 가열면이 평평하기 때문에 웨이퍼로의 Y 및 그 밖의 불순물의 확산이 생기며 Y가 첨가되지 않은 비교예 2에서는 세라믹 히터의 히터판의 열 전도율이 낮다는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3에서는, 웨이퍼가 충분히 가열되지 않는다.

반도체 웨이퍼가 가열면에 직접 설치되지 않고 지지 핀으로 지지되어 유지되면서 가열되는 실시예 4 내지 6에서는 Y 및 그 밖의 불순물의 확산이 관찰되지 않는다. 반대로, 비교예 4 및 5에서는 Y, Na 및 B에 의한 웨이퍼의 오염이 관찰되었다. 이 오염은 Y 및 그 밖의 불순물의 휘발에 의해서 야기되어진다고 추측된다.

(실시예 7) 정전 척의 제조

(1) 0.1 ppm의 Na 및 0.8 ppm의 B를 함유하는 질화알루미늄 분말(도쿠야마사에 의해 제조됨; 평균 입자 직경: 1.1 ㎛) 100 중량부, 이트리아(평균 입자 직경: 0.4 ㎛) 4 중량부, 아크릴 바인더 11.5 중량부, 분산제 0.5 중량부 및 1-부탄올 및 에탄올을 포함하는 알코올 53 중량부를 혼합함으로써 제작된 페이스트를 사용하여, 닥터 블레이드법에 의해 0.47 ㎜ 두께의 그린 시트가 성형된다.

(2) 이 그린 시트는 80 ℃에서 5시간 동안 건조되어 펀칭법에 의해 외부 전극에 접속하기 위한 도금된 관통 홀의 역할을 하는 관통 홀이 형성된다.

(3) 도체 페이스트(A)는 텅스텐 카바이드 분말(1 ㎛의 평균 입자 직경) 100 중량부, 아크릴 바인더 3.0 중량부, α- 터피놀 용제 3.5 중량부 및 분산제 0.3 중량부 를 혼합함으로써 제작된다.

도체 페이스트(B)는 텅스텐 분말(3 ㎛의 평균 입자 직경) 100 중량부, 아크릴 바인더 1.9 중량부, α-터피놀 용제 3.7 중량부 및 분산제 0.2 중량부를 혼합함으로써 제작된다.

이 도체 페이스트(A)를 사용하여, 도체 페이스트 층이 스크린 인쇄에 의해 그린 시트에 형성된다. 인쇄 패턴은 동심원 패턴이다. 다른 그린 시트에는, 도 4에 도시된 정전 전극 패턴에 따라서 도체 페이스트 층이 형성된다.

또한, 외부 전극을 접속하기 위한 도금된 관통 홀의 역할을 하는 관통 홀은 도체 페이스트(B)로 충진된다. 정전 전극 패턴은 빗살 전극(30)(20b, 30b)을 포함하며, 각각 20b 및 30b에 접속된다.

상기 처리를 통과한 그린 시트(500)에는 상측 및 하측에 각각 텅스텐 페이스트가 인쇄되지 않은 34편 및 13편의 그린 시트(500')가 적층되고, 또한 그 위에 정전 전극 패턴으로 도체 페이스트가 인쇄된 그린 시트(500)가 적층된다. 또한, 텅스텐 페이스트가 인쇄되지 않은 2편의 그린 시트(500')가 더 적층된다. 적층 온도 및 압력은 130 ℃ 및 80 ㎏/㎠이다(도 5(a)).

(4) 상기 적층체는 600 ℃ 질소 가스 분위기에서 5시간 동안 탈지되고 1890 ℃에서 150 ㎏/㎠으로 3시간 동안 고온 가압되어 3 ㎜ 두께의 질화알루미늄판을 제공한다. 이 판으로, 직경 230 ㎜의 디스크가 절단되어 내부에 6 ㎛ 두께 ×10 ㎜ 폭의 저항 발열체(50), 및 6 ㎛의 두께를 갖는 척 정극 정전 층(20)과 척 부극 정전 층(30)이 갖추어져 있는 질화알루미늄 디스크를 제공한다(도 5(b)).

(5) (4)에서 얻어진 디스크는 다이아몬드 휠로 연마되고, 설치된 마스크를 사용하여, 그 표면 층에 지르코니아(평균 입자 직경 1 ㎛) 샌드블라스팅에 의해 열전대를 수용하기 위한 블라인드 홀(직경: 1.2 ㎜, 깊이: 2.0 ㎜)이 형성된다.

샌드블라스팅 후의 표면 조도는 Rmax = 2 ㎛이다.

(6) 그 다음에, 도금된 관통 홀이 천공되어 캐비티(130, 140)를 형성하고 이 캐비티에 700 ℃로 리플로하기 위해 가열되는 Ni-Au 금 땜납재를 사용하여 코벌제의 외부 단자(60, 180)가 접속하여 고정된다(도 5(d)).

외부 단자의 접속은 접속 신뢰성이 높은 3 점으로 지지하는 텅스텐 시스템이 바람직하다.

(7) 그 다음에, 온도를 제어하기 위한 다수의 열전대가 블라이드 홀에 매설되어 도 3에 도시된 바와 같은 저항 발열체를 갖는 정전 척의 제조를 완료한다.

실리콘 웨이퍼가 설치되고, 1 kV의 전극이 웨이퍼의 흡착을 위해 인가되면서, 웨이퍼가 300 ℃로 가열된다.

실시예 7에서, 정전 척을 갖춘 히터는 정전 전극을 제공함으로써 제조된다. Y 및 그 밖의 불순물 웨이퍼의 오염은 관찰되지 않는다.

(실시예 8) SiC 세라믹 히터의 제조

(1) SiC 분말(평균 입자 직경: 0.3 ㎛) 100 중량부, 소결조제 B₄C 0.5 중량부, 아크릴 바인더 12 중량부 및 알코올 잔여부로 이루어지는 조성물이 분무 건조되어 과립상의 분말을 제작한다.

(2) 이 과립상의 분말은 금형에 넣어져 평판 형상으로 성형되어 생 성형체를 제공 한다.

(3) 이 생 성형체는 2100 ℃에서 180 ㎏/㎠로 고온 가압되어 3 ㎜ 두께의 SiC 판상체를 제작한다.

이 판상체의 표면으로부터, 세라믹 기판으로서 사용하기 위해 210 ㎜의 직경을 갖는 디스크가 절단된다. 이 세라믹 기판의 표면은 0.05 ㎛의 그릿(grit) 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱되어 Rmax = 0.08 ㎛의 표면 조도를 가진 가열면을 제작한다.

이 SiC 세라믹 기판은 글라스 페이스트(쇼웨이 가가쿠 고교; G-5232N)가 도포되어 1000 ℃에서 1 시간 동안 소결되어 표면에 2 ㎛ 두께의 SiO₂ 막을 형성한다.

이 기판은 천공되어 실리콘 웨이퍼의 리프터 핀을 수용하기 위한 관통 홀(15) 및 열전대를 매설하기 위한 블라인드 홀(14)(직경: 1.1 ㎜ ×깊이 : 2 ㎜)을 형성한다.

(4) 상기 (3) 단계에서 얻어진 세라믹 기판에는 스크린 인쇄 기술에 의해 도체 페이스트가 인쇄된다. 사용된 도체 페이스트의 조성은 박편의 은(쇼웨이 가가쿠 고교; Ag-540) 90 중량부, 침상의 백금(쇼웨이 가가쿠 고교; Pt-401) 10 중량부, 실리카 7.5 중량부, 산화붕소 1.5 중량부, 산화아연 6 중량부, 및 유기 매체로서 초산셀룰로오스 30 중량부이다.

(5) 그 다음에, 상기 방식으로 도체 페이스트가 인쇄된 세라믹 기판은 780 ℃에서 가열되어 도체 페이스트 중의 은 및 백금을 소결하고 세라믹 기판에 이들을 소성하여 발열체를 제공한다. 이 발열체는 5 ㎛의 두께 ×10 ㎜의 폭이고 0.13 Ω/□의 면적 저항율을 가진다.

(6) 발열체의 표면에는 글라스 페이스트(쇼웨이 가가쿠 고교; G-5177)가 도포되고 1000 ℃에서 가열되어 피복 층을 형성한다.

(7) 전원에 접속하기 위한 단자가 부착되는 이 발열체의 부분에, 은 땜납재가 스크린 인쇄되어 땜납 층을 형성한다.

그 다음에, 코벌제의 외부 단자(13)가 땜납 층에 설치되며 땜납이 780 ℃로 가열됨으로써 리플로되고, 이것에 의해 외부 단자(13)가 발열체(12)의 표면에 단단하게 고정된다. 또한 반도체 지지 핀이 삽입되어 고정된다.

(8) 온도 제어를 위한 열전대가 블라인드 홀(14)에 끼워져 세라믹 접착제(도아 고세이; 아론 세라믹)로 단단하게 고정되어 세라믹 히터(10)를 완성한다.

(실시예 9)

0.05 ㎛의 그릿 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱한 후, 5 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 SiC 분말로 샌드블라스팅되어 Rmax = 6 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 8의 절차가 반복된다.

(실시예 10)

0.05 ㎛의 그릿 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱한 후, 180 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 SiC 분말로 샌드블라스팅되어 Rmax = 200 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 8의 절차가 반복된다.

(비교예 6)

기판 표면이 0.01 ㎛의 그릿 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱되어 Rmax = 0.03 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 8의 절차가 반복된다.

(비교예 7)

0.05 ㎛의 그릿 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱한 후, 기판 표면이 250 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 SiC 분말로 샌드블라스팅되어 Rmax = 210 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 8의 절차가 반복된다.

(실시예 11)

질화알루미늄 세라믹 히터의 제조

(1) 질화알루미늄 분말(평균 입자 직경: 0.6 ㎛) 100 중량부, 이트리아 4 중량부(평균 입자 직경: 0.4 ㎛), 아크릴 바인더 12 중량부 및 알코올 잔여부로 이루어지는 조성물이 분무 건조되어 과립상의 분말을 제작한다.

(2) 이 과립상의 분말은 금형에 넣어져 평판 형상으로 성형되어 생 성형체를 제공한다.

(3) 이 생 성형체는 1800 ℃에서 200 ㎏/㎠로 고온 가압되어 3 ㎜ 두께의 질화알루미늄 판상체를 제작한다.

이 판상체의 표면으로부터, 세라믹 기판으로서 사용하기 위해 210 ㎜의 직경을 갖는 디스크가 절단된다. 실시예 8에서 사용된 것과 같은 글라스 페이스트가 상기 기판의 표면에 도포되어 건조되고 소결되어 2 ㎛ 두께의 SiO₂ 막을 형성한다. 그 다음에, 이 세라믹 기판의 표면은 0.05 ㎛의 그릿 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱되어 Rmax = 0.08 ㎛의 표면 조도를 가진 가열면을 제작한 다.

이 기판은 천공되어 실리콘 웨이퍼의 리프터 핀을 수용하기 위한 관통 홀(35) 및 열전대를 매설하기 위한 블라인드 홀(14)(직경: 1.1 ㎜ ×깊이 : 2 ㎜)을 형성한다.

(4) 상기 (3) 단계에서 얻어진 세라믹 기판상에 도체 페이스트가 스크린 인쇄된다. 사용된 도체 페이스트의 조성은, 박편의 은(쇼웨이 가가쿠 고교; Ag-540) 50 중량부, 구상의 팔라듐(쇼웨이 가가쿠 고교; Pd-225) 50 중량부, 산화아연 10 중량부, 실리카 8 중량부, 산화붕소 2 중량부 및 유기 매체로서 초산셀룰로오스 30 중량부이다.

(5) 그 다음에 상기 방식으로 도체 페이스트가 인쇄된 세라믹 기판(11)은 780 ℃에서 가열되어 도체 페이스트 중의 은 및 Pd를 소결하고 세라믹 기판에 이들을 소성하여 발열체(12)를 제공한다. 이 은-Pd 발열체(12)는 5 ㎛의 두께 ×15 ㎜의 폭이고 5.09 Ω/□의 면적 저항율을 가진다.

(6) 발열체(12)의 표면은 글라스 페이스트(쇼웨이 가가쿠 고교; G-5177)가 도포되고 1000 ℃에서 가열되어 피복 층을 형성한다.

(7) 전원에 접속하기 위한 단자가 부착되는 이 발열체의 부분에, 은-납 땜납 페이스트가 스크린 인쇄되어 땜납 층을 형성한다.

그 다음에, 코벌제의 외부 단자(13)가 땜납 층에 설치되며 땜납이 780 ℃에서 가열됨으로써 리플로되고, 이것에 의해 외부 단자(13)가 발열체(12)의 표면에 단단하게 고정된다. 또한 반도체 지지 핀이 삽입되어 고정된다.

(8) 온도 제어를 위한 열전대가 블라인드 홀(14)에 끼워져 세라믹 접착제(도아 고세이; 아론 세라믹)로 단단하게 고정되어 세라믹 히터(10)를 완성한다.

(실시예 12)

0.05 ㎛의 그릿 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱한 후, 기판 표면이 5 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 SiC 분말로 샌드블라스팅되어 Rmax = 6 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 11의 절차가 반복된다.

(실시예 13)

0.05 ㎛의 그릿 직경을 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱한 후, 기판 표면이 180 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 SiC 분말로 샌드블라스팅되어 Rmax = 200 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 11의 절차가 반복된다.

(비교예 8)

기판 표면이 0.01 ㎛의 평균 그릿 크기를 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱되어 Rmax = 0.03 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 11의 절차가 반복된다.

(비교예 9)

0.05 ㎛의 평균 그릿 크기를 갖는 다이아몬드 페이스트(마루토제)로 폴리싱한 후, 기판 표면이 250 ㎛의 평균 그릿 크기를 갖는 지르코니아로 샌드블라스팅되어 Rmax = 210 ㎛의 거친면을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 11의 절차가 반복된다.

각 실시예 8 내지 13 및 비교예 6 내지 9에서는, 세라믹 히터의 가열면과 실 리콘 웨이퍼 사이의 거리가 100 ㎛로 유지되면서, 실리콘 웨이퍼가 400 ℃까지 가열되고, 실리콘 웨이퍼의 최고 온도와 최저 온도와의 온도차(ΔT)가 서머뷰어(Thermoviewer)(일본 데이텀; IR-16-2012-0012)로 측정된다.

아래의 표 2에 결과가 도시된다.

표 2

상기 표 2로부터 온도차는 표면 조도(Rmax)가 200 ㎛보다 크거나 또는 0.05 ㎛보다 작거나 할 때 커진다. 이것은 아마도 가열면의 온도 분포가 표면 조도가 너무 크거나 또는 너무 작을 때 실리콘 웨이퍼에 반영되기 때문이다.

또한, SiC가 비교적 높은 열 전도율(270 W/m·k)을 가지기 때문에, 가열면의 온도차가 작다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 세라믹 히터에서는, Y 및 그 밖의 것에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하고 있으므로, 열 전도율이 높아 히터판의 표면 온도가 발열체의 온도 변화를 신속히 추종하여 효율적으로 웨이퍼 가열면의 온도를 제어할 수 있다.

또한, 웨이퍼 가열면이 거칠게 되기 때문에, 반도체 웨이퍼와 접촉하는 모드가 점 접촉이 되어 세라믹 히터에서 반도체 웨이퍼로의 불순물의 열 확산이 성공적으로 방지될 수 있고 또한 불순물의 휘발에 기인하는 반도체 웨이퍼 등의 오염이 방지될 수 있다.

이 세라믹 히터는 정전 척 및 웨이퍼 프로버에 응용될 수 있다.

Claims (10)

1. 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 구비하는 세라믹 히터에 있어서,

   피가열물의 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.05 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
2. 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 구비하는 세라믹 히터에 있어서,

   상기 세라믹 기판은 그 주 구성 원소 이외의 원소를 함유하고 히터의 피가열물의 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 세라믹 기판은 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 및 산화물 세라믹 중에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
4. 질화물 세라믹 기판, 및 상기 질화물 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 구비하는 세라믹 히터에 있어서,

   상기 질화물 세라믹 기판은 그 주 구성 원소 이외의 원소를 함유하고 히터의 피가열물의 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
5. 질화물 세라믹 기판, 및 상기 질화물 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 설치되는 발열체를 구비하는 세라믹 히터에 있어서,

   상기 질화물 세라믹 기판은 Na, B, Y, Li, Rb 및 Ca에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하고 피가열물의 가열면은 JIS B 0601에 기초하여 Rmax = 0.2 내지 200 ㎛의 표면 조도를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 질화물 세라믹 기판은 150 ㎜ 이상의 직경을 갖는 디스크의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   Y, Li, Rb 및 Ca 로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소의 함유량은 0.1 중량 % 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
8. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   Na 및 B로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 함유량은 0.05 ppm 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
9. 제6항에 있어서,

   Y, Li, Rb 및 Ca 로 이루어져 있는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소의 함유량은 0.1 중량 % 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
10. 제6항에 있어서,

    Na 및 B로 이루어져 있는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소의 함유량은 0.05 ppm 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.

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