KR100655813B1

KR100655813B1 - 기판 가열 장치

Info

Publication number: KR100655813B1
Application number: KR1020050029912A
Authority: KR
Inventors: 요시노부 고토; 히데요시 츠루타
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-12-13
Also published as: JP4761723B2; JP2005303014A; KR20060047165A; US20050258160A1; TW200536425A; US7189946B2

Abstract

본 발명은 가열면을 복수 존으로 분할하여 존마다 독립된 저항 발열체를 갖는 세라믹스 히터에 있어서, 인출선의 발열의 영향을 억제하고, 존마다의 온도 제어를 보다 정밀도 좋게 행할 수 있는 세라믹스 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한쪽 면에 기판을 얹어놓는 가열면을 갖는 판형의 세라믹스 기체와, 가열면을 복수 존으로 분할하여 존마다 상기 세라믹스 기체 중에 매설되고, 독립된 입출력 단자를 갖는 복수 개의 저항 발열체와, 각 입출력 단자에 접속되며, 세라믹스 기체의 다른 쪽 면 위를 따라 배선되는 복수 개의 인출선을 갖는 기판 가열 장치이다.

Description

기판 가열 장치{SUBSTRATE HEATING DEVICE}

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치의 구조를 도시한 단면도와 가열면의 존 분할 상태를 도시한 평면도.

도 2a 및 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치에 있어서의 저항 발열체의 매설 패턴을 도시한 평면도와, 세라믹스 기재의 이면에서의 각 저항 발열체의 입출력 단자로부터의 인출선의 배선예를 도시한 평면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치의 구조를 도시한 단면도.

도 4a 및 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치의 이면의 상태를 도시한 평면도.

도 5a 및 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치의 보조 플레이트, 혹은 세라믹스 기재에 형성하는 홈의 상태를 예시한 부분 단면도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 가열 장치의 구조를 도시한 단면도.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 가열 장치의 다른 형태를 도시한 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1, 2A, 2B, 3A, 3B : 기판 가열 장치

10 : 세라믹스 기체

20 : 정전 척용 전극(RF 전극)

30 : 저항 발열체

T(T31∼T51) : 입출력 단자

L(L11∼L42) : 인출선

70, 75; 나사

80 : 샤프트

90 : 절연관

본 발명은 반도체 제조 공정에 이용되는 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등을 가열하는 기판 가열 장치에 관한 것으로, 특히 세라믹스 기체에 저항 발열체를 매설한 기판 가열 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 프로세스에서는, 기판 가열 장치로서, 원반 형상의 세라믹스 기체 중에 선형의 저항 발열체를 매설한 세라믹스 히터가 널리 사용되고 있다. 또한, 저항 발열체와 함께 기판을 흡착 고정하기 위한 정전 척용 전극을 매설한 정전 척 기능이 부가된 세라믹스 히터, 혹은 플라즈마를 발생시키기 위해서 RF 전극을 매설한 RF 전극이 부가된 세라믹 히터도 사용되고 있다.

이와 같이 저항 발열체를 세라믹스 기체 중에 매설한 세라믹스 히터는 기체가 내부식성의 세라믹스로 형성되어 있고, 또한 저항 발열체가 외부로 노출되지 않기 때문에, 부식성 가스를 사용하는 경우가 많은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나 드라이 에칭 장치 안에서 적합하게 사용되고 있다.

이들 반도체 프로세스에서 사용되는 세라믹스 히터는 그 용도에 따라 실온에서부터 400℃ 이상의 고온까지, 폭넓은 온도 범위에서 이용되고 있지만, 제품의 수율을 높이기 위해서 히터의 가열면을 높은 정밀도로 균열화하는 것이 요구되고 있다.

대부분의 세라믹스 히터에서는, 세라믹스 기체 중에, 연속하는 1개의 선형 히터 엘리먼트를 코일 형태로 가공한 단일의 저항 발열체가 매설되어 있지만, 최근에는 가열면을 복수 개의 존으로 분할하고 존마다 독립된 저항 발열체를 구비한 멀티 존 히터도 채용되고 있다. 멀티 존 히터에서는, 존마다 최적의 발열량을 설정할 수 있기 때문에, 가열면의 균열화를 개선할 수 있다. 이러한 멀티 존 히터의 예로서, 세라믹스 기체 안에 9존의 저항 발열체를 매설한 것이 제안되고 있다(특허문헌 1).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-52843호(제1도)

가열면을 복수 존으로 나누고 존마다 독립된 저항 발열체를 구비하는 종래의 멀티 존 히터에서는, 각 저항 발열체가 각각 독립적으로 입출력 단자를 구비하고, 각 입출력 단자로부터 인출선을 더 추출하여 급전선에 접속할 필요가 있다. 종래의 세라믹스 히터에서는, 인출선도 세라믹스 기체 중에 매설되어 있고, 세라믹스 기체 중에서 배선되며, 세라믹스 기체의 이면 중앙에서 급전선과 접속되어 있었다.

그러나, 인출선이 세라믹스 기체 중에 매설되어 있는 경우는, 매설된 인출선 자체가 결함이 되기 때문에, 응력 발생의 요인이 되지 않도록, 가능한 한 가는 선재를 인출선으로서 사용할 필요가 있게 된다. 또한, 세라믹스 기체의 제조 프로세스에 있어서는, 세라믹스 성형체 안에 인출선을 매설한 상태로 소성되기 때문에, 소성 온도에 견딜 수 있는 고융점 금속 재료를 사용해야 한다.

이 때문에, 종래에는 히터 엘리먼트 재료와 마찬가지로 체적 저항율이 높은 고융점 금속 재료를 인출선으로서 사용했었지만, 그 결과, 히터 엘리먼트와 마찬가지로 인출선에서도 발열이 생기고 있었다. 각 인출선을 세라믹 기재의 중앙까지 배선하는 경우는, 인출선이 다른 존을 통과해야만 하기 때문에, 인출선의 발열의 영향에 의해 존마다의 독립된 온도 제어를 정밀도 좋게 행하는 것이 곤란하였다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 가열면을 복수 존으로 분할하고 존마다 독립된 저항 발열체를 갖는 세라믹스 히터에 있어서, 인출선의 발열의 영향을 억제하고, 존마다의 온도 제어를 보다 정밀도 좋게 행할 수 있는 세라믹스 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 따른 기판 가열 장치는 한쪽 면에 기판을 얹어놓는 가열면을 갖는 판형의 세라믹스 기체와, 가열면을 복수 개의 존으로 분할하고, 각 존에 대응하여 상기 세라믹스 기체 중에 매설된 독립된 입출력 단자를 갖는 복수 개 의 저항 발열체와, 각 입출력 단자에 접속되고, 세라믹스 기체의 가열면 이외의 외표면 위를 따라 배선되는 복수 개의 인출선을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 형태에 따른 기판 가열 장치는 상기 제1 형태의 기판 가열 장치의 세라믹스 기체의 다른 쪽 면 위에서 인출선을 배선하고, 이 인출선을 덮도록 배치된 절연성 보조 기재를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 각 실시예에 따른 기판 가열 장치와 그 제조 방법에 대해서 설명한다.

(제1 실시예)

제1 실시예에 따른 기판 가열 장치는 판형의 세라믹스 기체에 복수 개의 저항 발열체를 매설한 세라믹스 히터로서, 가열면을 복수 개의 존에 분할하여 존마다 독립된 저항 발열체를 갖는 멀티 존 히터이다. 그리고, 각 저항 발열체의 입출력 단자에 접속된 인출선이 세라믹스 기체 중에 매설되지 않고, 세라믹스 기체의 외표면 위를 따라 배선되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1a는 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)의 구조를 도시한 단면도이다. 도 1b는 가열면의 존 분할예를 도시한 평면도이다. 또, 편의상 리프트 핀 등의 관통 구멍 등에 대해서는 도시를 생략하고 있지만, 적절하게 필요에 따라 설치되는 것으로 한다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)는 한쪽 면(표면)에 기판을 얹어놓는 가열면(11)을 갖는 원반 형상의 세라믹스 기체(10)와, 이 세라믹스 기체(10) 중에 매설된 저항 발열체(30)를 갖지만, 이 저항 발열체(30) 는 도 1b에 도시한 바와 같이, 가열면(11)을 6개로 존 분할하여 얻어진 존 A∼F에 대응하는 복수 개의 저항 발열체(30A∼30F)로 이루어지고, 각 저항 발열체(30)는 독립된 입출력 단자(T)를 갖는 것이다[또, 저항 발열체(30)라고 할 때에는 불특정 저항 발열체 혹은 저항 발열체 전체를 의미하는 것으로 한다. 또한, 입출력 단자(T), 인출선(L)에 대해서도 동일하게 함].

가열면(11)의 존 분할 형태는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 도 1b에 도시한 바와 같이, 가열면(11)을 면내 방향에서, 중심부의 제1 존(A)과, 제1 존의 외주 위에 마련된 제2 존(B)과, 제2 존의 외주 영역을 둘레 방향으로 4등분한 제3 존 군(C∼D)으로 분할한다. 즉, 모두 6 존으로 분할하여 각 존에 독립된 저항 발열체(30A∼30F)를 매설하고, 각 저항 발열체(30)에는 각 존(A∼F)에 알맞은 전압, 전류가 공급되어, 발열량을 조정한다.

가열면(11)의 외주부에서는 가열면(11)의 중심부에 비하여 장치 외주 위의 환경에 좌우되기 쉽다. 또한, 가열면(11)의 중심부에서는, 후술하는 바와 같이, 세라믹스 기체(10) 이면에 관상 부재 등을 접속하는 경우가 많고, 관상 부재로의 열전도의 영향에 의해 온도가 내려가는 등, 존에 따른 가열 조건의 차이가 존재하기 때문에, 존마다 알맞은 발열량을 조정하여 가열면(11)의 균열화를 도모하는 것이 바람직하다.

또, 존 분할의 형태는 도 1b에 도시된 형태에 한정되지 않고, 가열면(11)을 내측 존과 그 외주위의 외측 존의 2개만으로 분할하거나 혹은 전술하는 도 1b에 도시된 분할 형태에 있어서, 제3 존 군을 5 이상, 예컨대 6 또는 8분할하는 것도 가 능하다. 또한, 이 면내의 존 분할에 더하여 가열면(11)에 대하여 수직 방향에서도 복수 개의 저항 발열체를 매설하고, 수직 방향의 존 분할을 면내의 존 분할에 더하여도 좋다.

도 1b에 도시한 바와 같이, 각 저항 발열체(30A∼30F)는 독립적으로 전류, 전압치를 설정하고, 발열량을 제어하기 위해서 각각 2개의 입출력 단자 (T31, T32), (T33, T34), (T35, T36), (T37, T38), (T39, T40) 및 (T41, T42)를 갖고 있다. 또한, 도 1a에 도시한 바와 같이, 각 입출력 단자(T)에 접속된 인출선(L)은 세라믹스 기체(10) 중에 매설되지 않고, 세라믹스 기체(10)의 외표면인 세라믹스 기체(10)의 이면을 따라 배선되며, 예컨대 중앙부에 통합되어 있다. 또, 여기서는, 세라믹스 기체(10)의 외표면으로서 세라믹스 기체(10)의 이면을 사용하고 있지만, 가열면(11) 이외의 외표면, 예컨대 측면에 인출선(L)을 배선하여도 좋다.

도 2a는 각 존(A∼F)에 매설된 저항 발열체(30A∼30F)의 레이아웃예를 도시한 평면도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 저항 발열체(30)는 선형의 도체를 굴곡시켜, 코일 형태로 가공한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또, 리프트 핀 등이나 퍼지 가스용으로 마련된 관통 구멍에 인접하는 부분에서는, 저항 발열체를 우회시키거나 하는 등, 필요에 따라 패턴의 변형을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 도 1b에서는, 존마다 독립된 2개의 입출력 단자를 갖는 예를 도시하였지만, 인접하는 존의 입출력 단자 중 공통 단자로 할 수 있는 것은 하나로 통합하여도 좋다. 인출선의 배선 레이아웃을 보다 간단하게 할 수 있다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 인접하는 존(30C, 30D) 및 존(30E, 30F)에서는 한쪽 입출력 단자를 공통 단자(T50, T51)로 하여도 좋다.

도 2b는 세라믹스 기체(10)의 이면에서의 각 저항 발열체(30)의 단자에 접속된 인출선(L)의 배선예를 도시한 평면도이다. 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)에서는, 각 저항 발열체(30A∼30F) 각각의 입출력 단자(T)는 납땜 또는 나사 고정 등에 의해 인출선(L)에 접속하고, 각 인출선(L)은 기판 이면 위에 배선된다. 즉, 인출선(L)은 세라믹스 기체(10) 중에 매설되지 않고, 가열면 이외의 세라믹스 기체(10)의 이면에 배선되어 있다. 예컨대, 각 입출력 단자(T31∼41, 50, 51)에 접속된 인출선(L31∼41, 50, 51)은 세라믹스 기체(10)의 이면에 붙어서 뻗어가도록 배선되어, 한 지점에 통합된다. 또, 각 인출선(L)은 반드시 한 지점에 통합할 필요는 없지만, 이와 같이 한 지점에 통합하면, 급전선으로의 접속도 하기 쉬워지고, 기판 가열 장치(1) 주위가 정리되어, 주변에 충분한 스페이스를 마련할 수 있다.

제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)에서는, 전술한 바와 같이, 종래, 세라믹스 기체(10) 중에 저항 발열체(30)와 함께 매설되던 인출선(L)을 세라믹스 기체(10)에 매설시키지 않고서 세라믹스 기체(10) 외표면을 따라 배선시키고 있기 때문에, 세라믹스 기체(10)에서의 결함 부분이 되는 일이 없고, 또한 소성 공정을 거칠 필요도 없기 때문에, 선 직경이나 재료가 한정되지 않아 보다 저저항인 도체 재료, 예컨대 Ni나 Al 등의 금속선을 사용할 수 있다.

따라서, 인출선(L) 자체의 발열을 억제할 수 있다. 이 때문에, 인출선(L)의 발열이 저항 가열체의 온도에 영향을 주는 일이 없고, 존마다 보다 정밀도가 높은 온도 제어가 가능해진다.

또, 도 2b에 도시한 바와 같이, 필요에 따라, 세라믹스 기재(10)중의 소정 지점에 열전대(200)를 설치하고, 열전대(200)로부터의 인출선(TCL)도 마찬가지로 세라믹스 기재(10)의 외표면을 따라 배선시켜도 좋다.

다음에, 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)의 각 구성 재료에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 세라믹스 기체(10)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 질화알루미늄(AlN), 알루미나(Al₂O₃), 질화규소(SiNx), 탄화규소(SiC), 멀라이트(Al₆Si₂O₁₃), 질화붕소(BN), 사이알론(Si6-zAlzOzN8-z) 등을 사용할 수 있다. 이 중, 특히, 질화알루미늄은 높은 열전도성을 갖기 때문에, 열전도 효율이 양호하며, 가열면(11)에서의 균열성을 보다 높일 수 있기 때문에, 바람직하다.

또한, 세라믹스 기체(10)의 형상은 전술하는 원반 형상에 한정되지 않고, 가열면(11)에 얹어놓는 기판의 형상에 맞추어 직사각형이나 다각형으로 할 수 있다. 가열면 표면도 평탄한 면에 한정되지 않고, 가열면(11) 표면에 요철 가공을 행하거나 기판의 크기에 맞춘 홈을 형성하거나 퍼지 가스용 홈을 형성하여도 좋다. 또한, 세라믹스 기체(10)의 이면에 인출선(L)이 수납되는 안내 홈을 형성하여도 좋다.

저항 발열체(30) 재료로서는, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리브덴카바이드(MoC), 텅스텐카바이드(WC) 등의 고융점 도전 재료를 바람직하게 사용할 수 있다. 고융점 금속 이외에도 Ni, TiN, TiC, TaC, NbC, HfC, HfB2, ZrB2, 카본 등도 사용할 수 있다. 도 2a에 도시된 선형의 것에 한정되지 않고, 리본형, 메쉬형, 코일스 프링형, 시트형, 인쇄 전극 등 여러 가지 형태를 채용할 수도 있다.

또한, 인출선(L)으로서는, 전술하는 바와 같이, 예컨대 약 1 ㎜Φ의 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등의 저저항 금속선 재료를 사용할 수 있다. 또한, 이들 선형 벌크체 재료에 한정되지 않고, 인쇄체 전극을 사용하여도 좋다.

또, 후술하는 바와 같이, 세라믹스 기체(10) 중에는 저항 발열체(30)와 함께, 정전 척용의 면형 전극을 매설하고, 정전 척 기능이 부가된 세라믹스 히터, 또는 RF 전극이 부가된 히터로 하여도 좋다.

다음에, 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치의 제조 방법에 대해서 설명한다. 개략적으로는, 우선, 저항 가열체(30)가 매설된 세라믹스 기체(10)를 제작하고, 다음에, 세라믹스 기체(10) 중에 매설되어 있는 저항 발열체의 각 입출력 단자(T)에 인출선(L)을 접속하며, 세라믹스 기체(10)의 이면 위에서 인출선(L)을 배선한다.

세라믹스 기체(10)의 제작 공정에서는, 세라믹스 기체(10) 중에 저항 발열체(30)를 매설한 성형체를 제작하고, 계속해서, 얻어진 성형체를 소성한다. 세라믹스 원료 분말로서는, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 멀라이트, 사이알론 등의 주원료에 산화이트륨 등의 희토류 산화물을 소결 조제로서 첨가한다. 세라믹스 기체 성형 공정에서는, 세라믹스 원료 분말과 소결 조제를 혼합, 교반하고, 스프레이 드라이어로 조립(造粒)한 분체를 금형에 충전하여 프레스하여, 예비성형체를 제작한 후, 존마다 코일 형태로 가공한 저항 발열체(30)를 실어, 그 위에서 세라믹스 분체를 더 충전하고, 프레스를 행한다. 또, 저항 발열체(30)를 얹어놓을 때에는 예비성형체의 저항 발열체를 얹어놓을 위치에 미리 홈을 형성하여도 좋다. 세라믹스 기체 소성 공정에서는, 상기 성형 공정에서 얻어진 성형체를 예컨대 핫 프레스법 혹은 상압 소결법을 이용하여 소성한다. 세라믹스 원료 분말로서 질화알루미늄 분말을 사용한 경우는, 질소 중에 1700℃∼2000℃의 온도로 약 1시간∼10시간 소성한다. 핫 프레스시의 압력은 20 kgf/㎠∼1000 kgf/㎠ 이내, 보다 바람직하게는 100 kgf/㎠∼400 kgf/㎠로 한다. 핫 프레스법을 이용한 경우는 소결시에 1축 방향으로 압력이 가해지기 때문에, 저항 발열체와 주위의 세라믹스 기체(10)의 밀착성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 저항 발열체로서 금속 벌크체 전극을 사용한 경우는 핫 프레스 소성시에 걸리는 압력에 의해 변형되는 일이 없다. 이렇게 해서, Φ200 ㎜∼Φ400㎜의 원반 형상의 세라믹스 소결체로 이루어진 세라믹스 기체(10)를 얻는다.

저항 발열체(30)의 입출력 단자(T)와 인출선(L)의 접속 공정에서는, 세라믹스 기체(10)를 소성한 후, 홈 형성 가공을 행하고, 매설된 각 저항 발열체의 입출력 단자(T)를 노출시킨다. 노출된 입출력 단자(T)와 인출선(L)의 단부를 납땜 등을 이용하여 접속한다. 이 후, 세라믹스 기체(10)의 이면을 따라 인출선(L)을 배선한다. 배선의 고정은 절연성 접착제 등을 이용하여도 좋지만, 여러 지점을 나사 고정하는 방법 등을 이용하여도 좋다.

또한, 인출선(L)을 인쇄체로 형성하는 경우는, 세라믹스 기체 이면에 Ni 페이스트 등을 스크린 인쇄로 패터닝한 후, 소성한다. 저항 발열체의 입출력 단자와의 접속 부분에 대해서는 납땜 등을 행하면 좋다.

인출선(L)의 배선은 반드시 중앙부에 집합시킬 필요는 없고, 급전선과의 접속이나 기판 가열 장치가 설치되는 주위의 환경, 즉 주위에 배치되는 장치와의 위 치 관계에 따라 최적의 배치를 결정하면 좋다.

또, 홈 형성 가공시에, 필요에 따라 가열면(11)에 샌드 블라스트법 등을 이용하여 엠보스를 형성하거나 기판을 얹어놓기 위한 홈을 형성하거나 가열면(11)으로 흐르게 하는 퍼지 가스용 구멍이나 홈, 혹은 리프트 핀 등의 구멍을 형성한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 관한 기판 가열 장치(1)에 따르면, 인출선(L)을 세라믹스 기체(10)에 매설시키지 않고서 세라믹스 기체(10)의 이면을 따라 배선시키고 있기 때문에, 인출선(L)으로서, 저항 발열체(30)의 재료와는 다른 보다 저저항인 도체, 예컨대 Ni 등의 세선을 사용할 수 있다. 따라서, 인출선 자체의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 존마다 보다 정밀도가 높은 온도 제어가 가능해진다.

(제2 실시예)

도 3에 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치(2)의 단면도를 도시한다. 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치(2)는 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)의 세라믹스 기체(10)의 이면에 보조 부재인 보조 플레이트(60)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 보조 플레이트(60) 이외의 구성은 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)와 동일한 구조를 갖춘다. 즉, 복수 개의 저항 발열체(30)를 매설한 멀티 존 히터로서, 각 저항 발열체의 입출력 단자(T)에 접속된 인출선(L)이 세라믹스 기체(10) 중에 매설되지 않고, 세라믹스 기체(10)의 이면 위를 따라 배선되어 있다.

도 4a 및 도 4b는 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치(2)의 이면을 도시한 평 면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 세라믹스 기체(10)의 이면에 배치된 보조 플레이트(60)는 세라믹스 기체(10)의 이면 형상과 동일 사이즈의 원반으로서, 중앙부에 인출선(L)의 추출을 위해 개구부를 구비하고 있다. 세라믹스 기체(10)의 이면에 형성되는 인출선(L)의 배선 부분은 보조 플레이트(60)에 의해 덮여 있다.

따라서, 보조 플레이트(60)를 구비함으로써, 세라믹스 기체(10)의 이면 위에 배선되는 인출선(L)을 고정 지지할 수 있는 동시에, 인출선(L)의 노출을 방지할 수 있기 때문에, 부식성 가스 중에서의 사용이 가능해진다. 따라서, 부식성 가스를 사용하는 경우에 있어서, 인출선(L)으로서 내부식성 재료에 구애되지 않고, 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 또, 보조 플레이트(60)의 중앙부에서 인출된 인출선(L), 혹은 이것에 접속되는 급전선은 절연관(90)에 수납하여도 좋다. 또한, 보조 플레이트(60)를 사용함으로써, 인출선(L)을 세라믹스 기체(10) 중에 매설시키지 않고, 간단한 구조로 주위의 환경으로부터 보호할 수 있다.

보조 플레이트(60)는 반드시 세라믹스 기체(10)와 동일한 평면 형상으로 할 필요는 없고, 적어도 인출선(L)을 피복할 수 있는 것이면 좋다. 따라서, 예컨대, 도 4b에 도시한 바와 같이, 인출선(L)이 존재하지 않는 부분에는 개구부(60a∼60c)를 형성하여도 좋다.

보조 플레이트(60)의 재료는 절연성을 가지며, 기판 가열 장치(2)의 사용 온도 범위에서 충분한 내열성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 300℃ 이하의 비교적 저온에서의 사용을 전제로 하는 경우는, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤 등의 엔지니어 플라스틱 재료를 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 400℃ 이상의 고온 분위기에서 사용하는 경우는, 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 멀라이트, 질화붕소, 사이알론 등의 세라믹스재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 세라믹스 기체(10)와의 접속부에서 열팽창 계수의 차이에 기인하는 열응력의 발생을 방지하기 위해서는 세라믹스 기체(10)와 동일한 주성분을 갖는 세라믹스 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

또, 도 5a에 도시된 바와 같이, 보조 플레이트(60)에는 인출선(L)의 안내 홈(62)을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 보조 플레이트(60) 대신에 세라믹스 기체(10)에 인출선(L)의 안내 홈(12)을 구비하여도 좋다.

보조 플레이트(60)와 세라믹스 기체(10)의 접속은, 예컨대 도 3에 도시한 바와 같이, 볼트(70)를 이용하여 나사 고정에 의해 행하는 것이 바람직하다. 또, 부식성 가스 중에서 사용하는 경우나, 200℃ 이상의 고온에서 사용하는 경우는, 인코넬 등의 Ni기 합금, 카본 또는 세라믹스재의 볼트를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 열팽창 계수의 차이에 따른 열응력의 발생을 방지하기 위해서는 세라믹스 기재(10), 보조 플레이트(60) 및 볼트(70)를 동일 세라믹스재, 예컨대 질화알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. Ni기 합금 볼트를 사용하는 경우는 세라믹스 기체의 암나사부에 Ni기 합금 헬리서트(helisert)를 넣어 두면 좋다. 나사 고정을 이용하는 경우는, 접속 작업을 간단화할 수 있고, 분해 수리도 용이하게 가능해진다. 또, 부식 가스 분위기로부터 금속의 인출선을 보호하기 위해서는 부식성 가스와 활성화 반응함으로써 금속으로의 진입을 지연시키는 "희생재"로 이루어진 커버로 덮는다. 부식 가스 분위기로부터 완전히 차단하는 경우, 세라믹스 기체와 보조 플레이트 계 면에 O링 또는 가스켓을 넣어 기밀성을 확보한다. 나사 고정 대신에 고상 접합, 고액 접합, 납땜을 사용한다.

보조 플레이트(60)를 수지 재료로 제작하는 경우는, 시판되고 있는 수지 재료를 원반 형상으로 가공한 것을 사용하거나 성형을 행한다. 또한, 질화알루미늄 등의 세라믹스재로 보조 플레이트(60)를 제작하는 경우는, 제1 실시예에 따른 세라믹스 기체(10)의 제조 방법과 동일한 조건으로 성형 공정 및 소성 공정을 거쳐 소결체를 제작하면 좋다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 관한 기판 가열 장치(2)에 따르면, 인출선(L)을 세라믹스 기체(10)에 매설시키지 않고서 세라믹스 기체(10)의 이면을 따라 배선시키고 있기 때문에, 인출선(L)으로서, 저항 발열체와는 다른 보다 저저항인 도체, 예컨대 Ni 등의 세선을 사용할 수 있다. 따라서, 인출선 자체의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 존마다 보다 정밀도가 높은 온도 제어가 가능해지는 동시에, 세라믹스 기체(10)의 이면 위에 보조 플레이트(60)를 배치하고, 이에 따라 인출선(L)을 피복하기 때문에, 인출선(L)을 세라믹스 기체(10)의 이면을 따라 설치 고정할 수 있는 동시에, 인출선(L)의 노출을 방지할 수 있기 때문에, 부식성 가스 중에서도 인출선의 부식을 방지할 수 있다.

(제3 실시예)

도 6에 제3 실시예에 따른 기판 가열 장치(3)의 단면도를 도시한다.

제3 실시예에 따른 기판 가열 장치(3)는 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치(2)의 이면 중앙부에 급전선 등을 수납하는 관상 부재인 샤프트(80)를 구비하고 있 는 것을 특징으로 한다. 샤프트(80) 이외의 구성은 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치(2)와 동일한 구조를 갖춘다. 즉, 복수 개의 저항 발열체(30)를 매설한 멀티 존 히터로서, 각 저항 발열체의 입출력 단자(T)에 접속된 인출선(L)이 세라믹스 기체(10)의 이면 위를 따라 배선되어 있고, 세라믹스 기체(10)의 이면 위에 보조 플레이트(60)가 더 배치되어 있다.

샤프트(80)는 급전선 등을 수납하는 동시에, 세라믹스 기체(10)의 지지체로서의 기능을 갖기 때문에, 세라믹스 또는 금속 재료 등의 강체로 형성하는 것이 바람직하다. 기판 가열 장치(3)를 드라이 에칭 장치 등의 챔버 안에 설치하는 경우는 샤프트(80)를 챔버 벽에 고정한다.

세라믹스 등의 내부식성 재료로 샤프트(80)를 형성하는 경우는, 인출선이나 이것에 접속되는 급전선을 샤프트 안에 수납하고, 샤프트(80) 안을 시일하거나 혹은 샤프트(80) 안을 불활성 가스로 퍼지함으로써, 급전선 등의 부식을 방지할 수 있다.

또, 세라믹스 기재(10), 보조 플레이트(60) 및 샤프트(80)는 접속부에서의 열팽창 계수의 차에 따른 응력 발생을 방지하기 위해서 동일한 세라믹스 재료, 예컨대 질화알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 샤프트(80)는 바람직하게는 마찬가지로 강성 재료인 세라믹스재로 형성된 보조 플레이트(60)에 볼트(75) 등으로 접속 고정하면 좋다. 또한 납땜도 가능하다. 볼트(75) 재료는 접속부에서의 열팽창 계수의 차에 따른 응력 발생을 방지하기 위해서 보조 플레이트와 동일한 세라믹스 재료, 예컨대 질화알루미늄을 사용하 는 것이 바람직하다.

또, 전술한 샤프트(80)는 반드시 보조 플레이트(60)에 접속되어 있을 필요는 없고, 제1 실시예에 따른 기판 가열 장치(1)와 같이, 보조 플레이트(60)를 갖지 않는 것에 대해서도 지지체로서 사용하기 때문에, 세라믹스 기체(10)의 이면에 나사 고정이나 납땜에 의해 직접 접속하여도 좋다.

또한, 도 6에 도시한 기판 가열 장치(3)에는 세라믹스 기체(10) 중에 면형의 정전 척용 전극(20) 또는 동일한 고주파 전극(RF 전극)이 더 매설되어 있지만, 정전 척용 전극(RF 전극; 20)은 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 기판 가열 장치(1, 2)의 경우에도 매설하는 것은 가능하다. 또, 정전 척용 전극(RF 전극; 20)으로서는, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 텅스텐카바이드(WC) 등의 고융점 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 면형 전극의 구체적 형태는 특별히 한정은 없고, 금속 벌크체로 형성한 판형, 메쉬형, 펀칭 메탈과 같은 판형의 전극에 구멍을 뚫은 것 외에 인쇄용 금속 페이스트를 이용한 막형 전극, 증착이나 스퍼터 등으로 형성한 금속 박막 전극이라도 좋다. 이와 같이, 기판 가열 장치(3)가 정전 척 기능을 갖추는 경우는, 가열면(11)에 얹어놓은 기판을 가열면(11)과의 양호한 밀착성을 가지며 고정할 수 있기 때문에, 가열면(11)의 균열성을 반영한 기판 온도 분포를 얻을 수 있다. 또, 금속 벌크체 전극을 이용한 경우에는, 저저항화가 가능하기 때문에, 정전 척 전극으로서 뿐만 아니라, 플라즈마 발생용 RF 전극으로서 사용할 수도 있다.

또, 도 6에 도시된 제3 실시예에 따른 기판 가열 장치(3)에서는, 샤프트(80)와 보조 플레이트(60)를 별개의 부재로 형성하고, 나사 고정에 의해 양자를 접합시 키고 있지만, 도 7에 도시한 바와 같이, 샤프트(80)와 보조 플레이트(60)가 일체가 된 샤프트가 부착된 보조 플레이트(100)를 사용하여도 좋다.

도 6에 도시된 샤프트(80) 또는 도 7에 도시된 샤프트가 부착된 보조 플레이트(100)를 세라믹스 기재(10)와 동질의 재료를 이용하여 제작하는 경우는, 성형 공정, 소성 공정 및 가공 공정을 거쳐 제작한다.

성형 방법으로서는, 여러 가지의 방법을 사용할 수 있지만, 비교적 복잡한 형상의 성형에 알맞은 CIP(Cold Isostatic Pressing)법이나 슬립 캐스트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 소성 공정에서는, 전술한 성형 공정에서 얻어진 성형체를 소성하지만, 성형체 형상이 복잡하기 때문에, 상압 소성법을 이용하여 소성하는 것이 바람직하다. 세라믹스 원료로서 AlN을 사용하는 경우는, 질소 중에서 1700℃∼2000℃의 온도로 약 1시간∼10시간 소성한다. 가공 공정에서는, 소결체 표면 및 접합면의 랩핑 가공 등을 행하고, 이 후, 보조 플레이트(60)와의 접속을 전술하는 나사 고정 등으로 행한다. 이 때, 세라믹스 기체(10) 이면을 따라 배선되고, 세라믹스 기판 이면 중앙부로 인출된 인출선의 선단은 샤프트 안을 통과하여 외부로 인출되며, 그대로 급전선으로서 사용하는 것이 바람직하다.

또, 샤프트(80)를 금속으로 형성하는 경우는, 금속관을 연삭 가공함으로써, 샤프트를 형성한다. 또한, 샤프트(80)를 금속제로 한 경우는, 각 인출선(L)은 도 6에 도시한 바와 같이, 절연성을 확보하기 위해서 알루미나 등의 절연관(90) 안에 수납하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 관한 기판 가열 장치 (3)에 따르면, 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 경우와 마찬가지로 인출선(L)을 세라믹스 기체(10)에 매설시키지 않고서 세라믹스 기체(10)의 이면을 따라 배선시키고 있기 때문에, 인출선(L)으로서, 저항 발열체와는 다른, 보다 저저항인 도체, 예컨대 Ni 등의 세선을 사용할 수 있다. 따라서, 인출선 자체의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 존마다 보다 정밀도가 높은 온도 제어가 가능해지는 동시에, 세라믹스 기체(10)의 이면 위에 보조 플레이트(60)를 배치하고, 이에 따라 인출선(L)을 피복하기 때문에, 부식성 가스 중에서도 인출선(L)의 노출을 방지할 수 있기 때문에, 인출선의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 샤프트(80)를 갖고 있기 때문에, 기판 가열 장치의 지지체로서 샤프트(80)를 사용할 수 있는 동시에, 샤프트(80) 안에 인출선(L) 및 이것에 접속되는 급전선을 수납할 수 있다. 샤프트(80) 안을 불활성 가스로 퍼지하거나 외부 환경과 차단함으로써, 인출선 및 급전선의 부식을 방지할 수 있다.

이상, 실시예 및 실시 형태에 따라 본 발명의 기판 가열 장치에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예 및 실시 형태의 기재에 한정되지 않는다. 여러 가지 개량 및 변경이 가능한 것은 당업자에게는 분명하다. 보조 플레이트(60)나 샤프트(80)는 기판 가열 장치를 부식성 가스 속에서 사용하는 경우에 한정되지 않고 사용할 수 있다.

본 발명의 제1 형태에 따른 기판 가열 장치에 따르면, 가열면을 복수 개의 존으로 나누어 존마다 독립된 저항 발열체를 구비한 세라믹스 히터에 있어서, 각 저항 발열체의 입출력 단자에 접속되는 인출선은 매설시키지 않고, 세라믹스 기체의 외표면 위에서 배선하기 위해서, 인출선으로서 보다 저항이 낮은 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 인출선의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 인출선의 영향을 받지 않고, 존마다 보다 정확한 온도 제어가 가능해진다.

또한, 본 발명의 제2 형태에 따른 기판 가열 장치에 따르면, 상기 제1 형태에 따른 기판 가열 장치의 효과에 덧붙여 인출선을 절연성의 보조 기재에 의해 지지 고정할 수 있고, 더 피복할 수 있기 때문에, 인출선을 노출시키지 않고서 사용할 수 있다. 따라서, 주위의 사용 가스의 종류에 상관없이 간단한 구조로 인출선의 부식을 억제할 수 있다.

Claims

한쪽 면에 기판을 얹어놓는 가열면을 갖는 판형의 세라믹스 기체와,

상기 가열면을 복수 존으로 분할하여 얻어지는 각 존에 대응하여 상기 세라믹스 기체 중에 매설된 독립된 입출력 단자를 갖는 복수 개의 저항 발열체와,

상기 각 입출력 단자에 접속되고, 상기 세라믹스 기체의 상기 가열면 이외의 외표면 위를 따라 배선되는 복수 개의 인출선과,

상기 세라믹스 기체의 상기 가열면 이외의 외표면 위에 상기 인출선을 덮도록 배치된 절연성 보조 기재를 갖는 것인 기판 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 외표면은 상기 세라믹스 기체의 다른 쪽 면인 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 보조 기재는 세라믹스제 판형체인 것인 기판 가열 장치.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 보조 기재는 상기 인출선을 배선하기 위한 안내용 홈을 갖는 것인 기판 가열 장치.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 보조 기재는 상기 세라믹스 기체에 나사 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹스 기체의 다른 쪽 면의 중앙부에 직접 또는 간접적으로 접속된 관상 부재를 갖는 것인 기판 가열 장치.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 보조 기재를 통해 상기 세라믹스 기체의 다른 쪽 면의 중앙부에 접속된 관상 부재를 갖는 것인 기판 가열 장치.
제8항에 있어서, 상기 관상 부재는 상기 보조 기재에 나사 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제7항에 있어서, 상기 관상 부재는 금속제 또는 세라믹스제인 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제8항에 있어서, 상기 보조 기재와 상기 관상 부재는 세라믹스 일체 소결품인 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹스 기체 중의 상기 저항 발열체보다 가열면측에 매설된 정전 척용 면형 전극 또는 고주파 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹스 기체는 질화알루미늄을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저항 발열체는 몰리브덴 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 금속재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인출선은 니켈선 또는 알루미늄선인 것인 기판 가열 장치.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열면의 복수 존 분할은 상기 가열면을 면내 방향에서,

중심부의 제1 존과, 상기 제1 존의 외주위에 마련된 제2 존과, 상기 제2 존의 외주 영역을 둘레 방향으로 복수 등분한 제3 존 군으로 분할하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
제8항에 있어서, 상기 관상 부재는 금속제 또는 세라믹스제인 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.