KR101502925B1 - 내부식성 적층 세라믹스 부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부식성 가스에 노출된 경우에 있어서도 내부식성이 우수하고, 수명이 긴 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 적어도, 세라믹스 지지 기판과, 이 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 전극층과, 이 전극층에 접속된 급전 부재와, 상기 전극층을 덮도록 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 전기 절연성 보호층을 구비한 세라믹스 부재로서, 상기 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 면에, 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 상기 전기 절연성 보호층에 접하도록 세라믹스 보호 기판이 접합된 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재에 관한 것이다.

Description

내부식성 적층 세라믹스 부재{CORROSION-RESISTANT LAMINATED CERAMICS MEMBER}
본 발명은 반도체 디바이스의 제조 공정, 검사 공정에 있어서의 반도체 웨이퍼의 가열 프로세스 등에 적합하게 사용되는 세라믹스 히터, 정전 척 등의 세라믹스 부재에 관한 것이다.
반도체용 디바이스를 제작할 때에는, 반도체 웨이퍼 상에 폴리실리콘막이나 산화막, 도체막, 유전체막 등을 CVD 장치나 스퍼터 장치로 형성하거나, 반대로 에칭 장치에 의해 이들 박막을 에칭하거나 하는 기술은 잘 알려져 있다. 그리고, 이들 장치에 있어서, 상기한 박막의 형성이나 에칭 등의 각 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼를 가열하기 위해서, 예컨대, 정전 척, 히터, 고주파 전극 등의 전극을 구비한 세라믹스 부재가 탑재되어 있다.
세라믹스 히터에 대해서는 제1 세라믹스 기판을 질화알루미늄 기판으로 하고, 이 기판에 형성되는 도체층 및 이 도체층을 피복하는 제2 질화알루미늄 기판을 동시 소성에 의해 일체화하여 이루어지는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 1). 그러나, 이러한 구성의 세라믹스 히터는 열전도율이 높아 균일한 온도 분포로 히터 표 면이 가열된다고 되어 있지만, 이것은 고온으로 사용하거나, 급열, 급냉하면 파손되기 때문에 수명이 짧다고 하는 문제점이 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제3-236186호
그래서, 급열, 급냉 등의 내열충격성을 지닌 세라믹스 히터로서, 질화알루미늄으로 이루어진 세라믹스 기판과 이 기판 상에 형성된 도전층 및 이 도전층에 적층, 피복된 알루미나로 이루어진 용사(溶射) 피막으로 이루어지는 것이 고안되어 있다(일본 특허 공개 평성 제6-157172호 공보).
상기한 세라믹스 히터 이외에 반도체 제품 제조 공정에 사용되는 히터로서, 열분해 질화붕소, 질화알루미늄 등의 전기 절연성 세라믹스 기재에 발열체로서 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속이나, 탄화규소, 열분해 흑연 등의 전극을 접합시키고, 추가로 열분해 질화붕소 등의 전기 절연성 세라믹스 박막으로 피복한 세라믹스 히터가 고안되어 사용되고 있으며, 정전 척, 히터 기능이 있는 정전 척 등에 대해서도 동일한 구성의 것이 고안되어 있다(일본 특허 공개 평성 제6-140132호 공보, 일본 특허 공개 평성 제8-227933호 공보, 일본 특허 공개 평성 제8-264550호 공보).
그러나, 반도체 제조용 장치에서는, 증착용 가스, 에칭용 가스, 클리닝용 가스로서 염소계 가스, 불소계 가스 등의 부식성 가스가 사용되고 있다. 이 때문에, 상기와 같은 구성으로 전극의 표면을 피복한 종래의 복층 세라믹스 히터, 정전 척을 장시간 연속해서 사용하면, 상기한 부식성 가스의 노출에 의해 피복 부재가 부식되어 전극에 도달해 버리거나, 피복 접합부로부터 침식되어 전극이 부식되어 본래의 기능을 잃어 버리는 경우가 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 상기한 바와 같이 부식성 가스에 노출된 경우에 있어서도 내부식성이 우수하고 수명이 긴 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적어도, 세라믹스 지지 기판과, 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 전극층과, 상기 전극층에 접속된 급전 부재와, 상기 전극층을 덮도록 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 전기 절연성 보호층을 구비한 세라믹스 부재로서, 상기 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 면에, 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 상기 전기 절연성 보호층에 접하도록 세라믹스 보호 기판이 접합된 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재이다(청구항 1).
상기와 같은 구성의 내부식성 적층 세라믹스 부재라면, 세라믹스 지지 기판 상에 전극층을 덮도록 형성된 전기 절연성 보호층이 세라믹스 보호 기판에 의해 덮여 있기 때문에 부식성 가스에 직접 노출될 우려가 없어, 비약적으로 내부식성이 향상되어 전극층이 소모되는 것을 막을 수 있다.
또한, 이 경우, 상기 세라믹스 보호 기판은 상기 전기 절연성 보호층에 접함과 동시에, 상기 세라믹스 지지 기판의 측면을 덮도록 접합된 것이 바람직하다(청구항 2).
이와 같이, 본 발명의 내부식성 세라믹스 부재에 있어서, 상기 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 면에, 상기 세라믹스 지지 기판 상에 상기 전기 절연성 보호층에 접하도록 형성되는 상기 세라믹스 보호 기판은, 상기 전기 절연성 보호층에 접함과 동시에, 상기 세라믹스 지지 기판의 측면을 덮도록 접합된 것이면, 접합부로부터 부식성 가스가 침투하는 것을 막을 수 있어 내부식성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 내부식성 세라믹스 부재에 있어서, 상기 세라믹스 보호 기판측에 원통형 지주(支柱)가 설치되어, 상기 원통형 지주의 내부에 상기 급전 부재의 일단이 삽입된 것이 바람직하다(청구항 3). 또한, 반대로, 상기 세라믹스 지지 기판측에 원통형 지주가 설치되고, 상기 원통형 지주의 내부에 상기 급전 부재의 일단이 삽입된 것으로 하여도 좋다(청구항 4).
이와 같이, 상기 세라믹스 보호 기판측 또는 세라믹스 지지 기판측에 원통형 지주가 설치되어, 상기 원통형 지주의 내부에 상기 급전 부재의 일단이 삽입되어 있으면, 급전 부재를 부식성 가스로부터 차단하여, 보다 수명이 긴 내부식성 적층 세라믹스 부재로 할 수 있다.
또한, 상기 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 반대면 상에 세라믹스 보호 기판을 더 접합시키고, 상기 세라믹스 보호 기판에는 원통형 지주가 더 설치되며, 상기 원통형 지주의 내부에 상기 급전 부재의 일단이 삽입된 것이 바람직하다(청구항 5).
이와 같이, 상기 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 반대면 상에 세라믹스 보호 기판을 더 접합시킴으로써 부식성 가스의 침투를 대폭 방지할 수 있고, 접합된 상기 세라믹스 보호 기판에 원통형 지주를 더 설치하여, 그 내부에 상기 급전 부재의 일단을 삽입함으로써, 급전 부재를 부식성 가스로부터 차단할 수 있어, 더욱 수명이 긴 내부식성 적층 세라믹스 부재로 할 수 있다.
또한, 상기 전극층 및 상기 전기 절연 보호층이 형성된 상기 세라믹스 지지 기판과 상기 세라믹스 보호 기판을 접합시킨 접합 단면에 보호막이 0.01 ㎜ 이상의 두께로 피복된 것이 바람직하다(청구항 6).
이와 같이, 상기 전극층 및 상기 전기 절연 보호층이 형성된 상기 세라믹스 지지 기판과 상기 세라믹스 보호 기판을 접합시킨 접합 단면에 보호막이 0.01 ㎜ 이상의 두께로 피복된 것이면, 접합 계면의 비교적 내부식성이 부족한 부분에 대하여 부식성 가스의 침입을 차단할 수 있기 때문에, 수명을 한층 더 길게 하는 것을 실현할 수 있다.
또한, 상기 보호막의 재질이 질화알루미늄, 희토류 산화물, 불화이트륨, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나인 것이 바람직하다(청구항 7).
이와 같이, 상기 전극층 및 상기 전기 절연 보호층이 형성된 상기 세라믹스 지지 기판과 상기 세라믹스 보호 기판을 접합시킨 접합 단면에 0.01 ㎜ 이상의 두께로 피복되는 보호막의 재질이 질화알루미늄, 희토류 산화물, 불화이트륨, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나이면, 보호막 자체의 내부식성이 더욱 향상되어, 접합 계면의 비교적 내부식성이 부족한 부분에 대하여 부식성 가스의 침입을 완전히 차단할 수 있다.
또한, 상기 세라믹스 지지 기판과 상기 세라믹스 보호 기판과 상기 전기 절연성 보호층의 재질이 질화알루미늄, 희토류 산화물, 산화알루미늄, 산화규소, 지 르코니아, 사이알론 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것인 것이 바람직하다(청구항 8).
이와 같이, 상기 세라믹스 지지 기판과 상기 세라믹스 보호 기판과 상기 전기 절연성 보호층의 재질이 질화알루미늄, 희토류 산화물, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것이면, 보다 내부식성이 우수한 내부식성 적층 세라믹스 부재가 된다.
또한, 상기 전기 절연성 보호층이 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법 중 어느 하나의 수법으로 형성되고, 상기 전극층이 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법 중 어느 하나의 수법으로 형성된 것인 것이 바람직하다(청구항 9).
이와 같이, 상기 전기 절연성 보호층이 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법 중 어느 하나의 수법으로 형성되고, 상기 전극층이 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법 중 어느 하나의 수법으로 형성된 것이면, 균일성이 우수한 전기 절연성 보호층 및 전극층으로 할 수 있다. 또한, 이러한 균일성이 우수한 전기 절연성 보호층 및 전극층을 간편하게 형성할 수 있기 때문에, 수율이 높은 저비용의 내부식성 적층 세라믹스 부재가 된다.
또한, 상기 내부식성 적층 세라믹스 부재가 가열 히터, 정전 척 및 정전 척이 달린 가열 히터 중 어느 하나인 것이 바람직하다(청구항 10).
이와 같이, 본 발명의 내부식성 적층 세라믹스 부재를, 가열 히터, 정전 척 및 정전 척이 달린 가열 히터로서 이용하면, 예컨대 반도체 웨이퍼의 제조 공정, 검사 공정에서 사용되는 부식성 가스에 노출된 경우에 있어서도, 장시간 연속해서 웨이퍼를 통전 가열할 수 있어 적합하다.
본 발명에 따르면, 세라믹스 지지 기판에 전극층을 형성시키고, 추가로 그 위에 전극층을 덮도록 전기 절연성 보호층을 형성하며, 추가로 세라믹스 지지 기판의 전극층이 형성된 측의 면에, 전기 절연성 보호층에 접하도록 세라믹스 보호 기판을 접합함으로써 부식성 가스 내성을 비약적으로 향상시킬 수 있어, 수명이 긴 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 내부식성 적층 세라믹스 부재는 예컨대 세라믹스 히터 등의 반도체 디바이스의 제조 공정, 검사 공정에 있어서의 반도체 웨이퍼의 가열 장치로서 적합하게 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
여기서, 도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재의 예를 도시한 단면도이다.
도 1(A)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)에서는, 세라믹스 지지 기판(2)의 한쪽 면에 전극층(3)이 형성되어 있고, 상기 전극층(3)에는 급전 부재(4)가 접속되며, 상기 전극층(3)을 덮도록 상기 세라믹스 지지 기판(2) 상에 전기 절연성 보호층(5)이 형성되어 있다. 또한, 상기 세라믹스 지지 기판(2)의 상기 전극층(3)이 형성된 측의 면에, 상기 세라믹스 지지 기 판(2) 상에 형성된 상기 전기 절연성 보호층(5)에 접하도록 세라믹스 보호 기판(6)이 형성되어 있다.
또한, 상기 세라믹스 지지 기판(2)의 상기 전극층(3)이 형성된 측의 면에, 상기 세라믹스 지지 기판(2) 상에 형성된 상기 전기 절연성 보호층(5)에 접하도록 접합되는 세라믹스 보호 기판(6)은 도 2(A), 도 2(B)에 도시된 바와 같이, 상기 전기 절연성 보호층(5)에 접함과 동시에, 상기 세라믹스 지지 기판(2)의 측면을 덮도록 접합되어 있어도 좋다. 또한, 이후 동일한 부재를 나타내는 것은 동일한 지시 부호를 붙인다.
또한, 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재는 가열 히터, 정전 척 및 정전 척이 달린 가열 히터로 할 수 있다. 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)가 예컨대 가열 히터인 경우, 상기 전극층(3)은 히터 전극으로서, 전극층(3)에 접속된 급전 부재(4)로부터 전기를 통전하고, 실리콘 웨이퍼 등의 피가열체(7)를 통전 가열할 수 있다. 도 1(A) 및 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 세라믹스 지지 기판(2)측을 피가열체(7)의 적재면으로 하여도 좋고, 도 1(B) 및 도 2(B)에 도시된 바와 같이 세라믹스 보호 기판(6)측을 피가열체(7)의 적재면으로 할 수도 있다. 세라믹스 지지 기판(2)측을 피가열체의 적재면으로 하면 급속히 피가열체를 승온시킬 수 있고, 세라믹스 보호 기판(6)측을 피가열체의 적재면으로 하면 피가열체를 균일하게 가열할 수 있으므로, 사용 목적 등에 따라 선택할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)는, 도 3(A), 도 3(B)에 도시된 바와 같이, 상기 세라믹스 보호 기판(6)측에 원통형 지주(8)를 설치 하고, 이 원통형 지주(8)의 내부에 상기 급전 부재(4)의 일단을 삽입하도록 하여도 좋다. 또한, 반대로, 도 4(A), 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 상기 세라믹스 지지 기판(2)측에 원통형 지주(8)를 설치하고, 이 원통형 지주(8)의 내부에 상기 급전 부재(4)의 일단을 삽입하도록 하여도 좋다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)에 있어서의 상기 세라믹스 지지 기판(2)의 상기 전극층(3)이 형성된 측의 반대면 상에 세라믹스 보호 기판(16)을 더 접합시키고, 이 세라믹스 보호 기판(16)에 원통형 지주(8)를 더 설치하여, 이 원통형 지주(8)의 내부에 상기 급전 부재(4)를 삽입하도록 하여도 좋다.
또한, 전술한 바와 같이, 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)에 원통형 지주(8)를 설치한 경우, 원통형 지주가 형성된 측의 반대측을 피가열체(7)의 적재면으로 할 수 있다.
또한, 도 6(A)에 도시된 바와 같이, 상기 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)에 있어서, 상기 전극층(3) 및 상기 전기 절연 보호층(5)이 형성된 상기 세라믹스 지지 기판(2)과 상기 세라믹스 보호 기판(6)을 접합시킨 접합 단면에는 보호막(9)이 0.01 ㎜ 이상의 두께로 피복되어 있어도 좋다. 또한, 도 6(B)에 도시된 바와 같이, 상기 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)에 있어서의 상기 세라믹스 지지 기판(2)의 상기 전극층(3)이 형성된 측의 반대면 상에 추가로 세라믹스 보호 기판(16)을 접합시킨 경우도 마찬가지로, 상기 세라믹스 지지 기판(2)과 세라믹스 보호 기판(6 및 16)을 접합시킨 접합 단면에 보호막(9)이 0.01 ㎜ 이상의 두께로 피복되어도 좋다. 이와 같이, 접합 단면에 보호막(9)이 형성되어 있으면, 접합 계면의 비교적 내부식성이 부족한 부분에 대하여 부식성 가스의 침입을 차단할 수 있기 때문에, 수명을 한층 더 길게 하는 것을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재에 있어서 전술한 바와 같이 보호막이 형성되는 경우, 상기 보호막의 재질은 질화알루미늄, 희토류 산화물, 불화이트륨, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 전극층 및 전기 절연 보호층이 형성된 상기 세라믹스 지지 기판과 세라믹스 보호 기판을 접합시킨 접합 단면에 0.01 ㎜ 이상의 두께로 피복되는 보호막이 상기와 같은 재질이라면, 보호막 자체의 내부식성이 더욱 향상되어 접합 계면의 비교적 내부식성이 부족한 부분에 대하여 부식성 가스의 침입을 완전히 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재에 있어서의, 세라믹스 지지 기판과 세라믹스 보호 기판과 전기 절연성 보호층의 재질은 질화알루미늄, 희토류 산화물, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 재질이라면, 보다 내부식성이 우수한 내부식성 적층 세라믹스 부재로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 전기 절연성 보호층은 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법 중 어느 하나의 수법으로 형성된 것이 바람직하다. 또한, 전극층은 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법 중 어느 하나의 수법으로 형성된 것이 바람직하다. 이러한 방법에 의해 각각 형성된 상기 전기 절연성 보호층 및 상기 전극층은 균일성이 우수해진다. 또한, 이러한 균일성이 우수한 보호층 및 전극층을 간편하게 형성할 수 있으므로, 수율이 높은 저비용의 내부식성 적층 세라믹스 부재가 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명의 내부식성 적층 세라믹스 부재는 가열 히터, 정전 척 및 정전 척이 달린 가열 히터로서 이용할 수 있다. 본 발명의 내부식성 적층 세라믹스 부재를 이러한 가열 장치 등으로서 이용하면, 예컨대 반도체 웨이퍼의 제조 공정, 검사 공정에서 사용되는 부식성 가스 웨이퍼에 노출된 경우에 있어서도, 장시간 웨이퍼를 통전 가열할 수 있어, 보다 수명이 길어져서 경제적이다. 예컨대, 도 1 내지 도 6에 있어서, 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재(1)가 가열 히터인 경우, 전극층(3)을 가열 히터용 전극층으로 하고, 정전 척인 경우에는 정전 척용 전극층으로 하면 좋다.
또한, 예컨대, 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재에 있어서, 세라믹스 지지 기판의 한쪽 면에 정전 척용 전극층을 형성하고, 다른 한쪽 면에 가열 히터용 전극층을 형성하여 각각의 전극층을 덮도록 전기 절연성 보호층을 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성하며, 상기 세라믹스 지지 기판의 상기 정전 척용 전극층 및 상기 가열 히터용 전극층을 형성한 각각의 면에, 상기 전기 절연성 보호층에 접하도록 세라믹스 보호 기판이 접합된 내부식성 적층 세라믹스 부재로서 각각의 전극층에 접속한 급전 부재로부터 통전하도록 하면, 내부식성이 향상된 정전 척이 달린 가열 히터로서 적합하게 이용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명에 따른 열처리 시험과 실시예 및 비교예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
외경 300 ㎜ 두께 10 ㎜의 질화알루미늄의 세라믹스 지지 기판에 가열 히터용 전극으로서 텅스텐 페이스트를 스크린 인쇄법에 의해 도포하고, 질소 분위기 중, 1700℃의 고온 하에서 텅스텐 전극의 프린팅을 행하여 접합시키며, 세라믹스 지지 기판 상에 전극층을 형성시켜, 이 전극층에 급전 부재를 접속하였다. 그리고, 그 전극층을 덮도록 염화알루미늄과 암모니아를 1000℃에서 반응시켜 질화알루미늄으로 이루어진 전기 절연성 보호층을 50 ㎛ 형성시키고, 추가로 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 면에, 외경 300 ㎜ 두께 5 ㎜의 질화알루미늄으로 이루어진 세라믹스 보호 기판을 상기 전기 절연성 보호층에 접하도록 접합시켜 도 1(A)와 같은 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제작하였다.
이 세라믹스 지지 기판 상에 Si 웨이퍼를 얹어놓고, 급전 부재로부터 통전하여, 웨이퍼 온도로 900℃가 되도록 통전 가열시키며, 부식성 가스인 CF4 플라즈마 가스 중에 노출시켜 내구 시험을 행하였다. 그 결과, 2000 시간 연속 통전하여도 안정하게 통전 가열하는 것이 가능하였다.
(실시예 2)
외경 300 ㎜ 두께 10 ㎜의 질화알루미늄 세라믹스 지지 기판에 가열 히터용 전극층으로서 텅스텐 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포하고, 질소 분위기 중, 1700℃의 고온 하에서 텅스텐 전극의 프린팅을 행하여 접합시키며, 세라믹스 지지 기판 상에 전극층을 형성시켜, 이 전극층에 급전 부재를 접속하였다. 그리고, 그 전극층을 덮도록 염화알루미늄과 암모니아를 1000℃에서 반응시켜 질화알루미늄으로 이루어진 전기 절연성 보호층을 10 ㎛ 적층시키고, 추가로 그 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 면에, 외경 310 ㎜ 두께 5 ㎜의 질화알루미늄으로 이루어진 세라믹스 보호 기판을 상기 전기 절연성 보호층에 접함과 동시에, 상기 세라믹스 지지 기판의 측면을 덮도록 접합시켜 도 2(B)와 같은 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제작하였다.
이 세라믹스 보호 기판 상에 Si 웨이퍼를 얹어놓고, 급전 부재로부터 통전하여, 웨이퍼 온도로 900℃가 되도록 통전 가열시키며, 부식성 가스인 CF4 플라즈마 가스 중에 노출시켜 내구 시험을 행하였다. 그 결과, 3000 시간 연속 통전하여도 안정하게 통전 가열하는 것이 가능하였다.
(실시예 3)
외경 300 ㎜ 두께 10 ㎜의 질화알루미늄의 세라믹스 지지 기판에 가열 히터용 전극층으로서 텅스텐 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포하고, 질소 분위기 중, 1700℃의 고온 하에서 텅스텐 전극의 프린팅을 행하여 접합시키며, 세라믹스 지지 기판 상에 전극층을 형성시켜, 이 전극층에 급전 부재를 접속하였다. 그리고, 그 전극층을 덮도록 염화알루미늄과 암모니아를 1000℃에서 반응시켜 질화알루미늄으로 이루어진 전기 절연성 보호층을 20 ㎛m 형성시키고, 추가로 그 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 면에 질화알루미늄으로 이루어진 세라믹스 보호 기판을 상기 전기 절연성 보호층에 접하도록 접합시켜 추가로 도 4(A)와 같은 세라믹스 지지 기판측에 원통형 지주를 설치한 내부식성 적층 세라믹스 부재 및 도 3(A)와 같은 세라믹스 보호 기판측에 원통형 지주를 설치한 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제작하였다. 전극층에 접속되어 있는 급전 부재의 일단은 그 원통형 지주에 각각 삽입하도록 하였다.
이들 내부식성 적층 세라믹스 부재를 세라믹스 보호 기판측 또는 세라믹스 지지 기판측에 각각 원통형 지주가 설치된 면과 반대의 면을 적재면으로 하고, 이 적재면에 Si 웨이퍼를 얹어놓고, 급전 부재로부터 통전하여, 웨이퍼 온도로 900℃가 되도록 통전 가열시키며, 부식성 가스인 CF4 플라즈마 가스 중에 노출시켜 내구 시험을 행하였다. 그 결과, 양자 모두 4000 시간 연속 통전하여도 안정하게 통전 가열하는 것이 가능하였다.
(실시예 4)
외경 300 ㎜ 두께 10 ㎜의 질화알루미늄의 세라믹스 지지 기판에 가열 히터용 전극층으로서 텅스텐 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포하고, 질소 분위기 중, 1700℃의 고온 하에서 텅스텐 전극의 프린팅을 행하여 접합시키며, 세라믹스 지지 기판에 전극층을 형성시켜, 이 전극층에 급전 부재를 접속하였다. 그리고, 그 전극층을 덮도록 염화알루미늄과 암모니아를 1000℃에서 반응시켜 질화알루미늄으로 이루어진 전기 절연성 보호층을 20 ㎛ 형성시키고, 추가로 그 위에 질화알루미늄으로 이루어진 세라믹스 보호 기판을 접합시켜, 이들의 접합 단면 외주 전체 둘레에 걸쳐 두께 0.01∼10 ㎜의 여러 가지 두께를 갖는 산화이트륨을 용사법에 의해 퇴적시키며, 접합 단면을 피복하도록 보호막을 형성하였다. 또한, 도 6(B)와 같은 세라믹스 지지 기판측에 원통형 지주를 설치한 내부식성 적층 세라믹스 부재 및 도 6(A)와 같은 세라믹스 보호 기판측에 원통형 지주를 설치한 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제작하였다. 히터 전극에 접속되어 있는 급전 부재의 일단은 그 원통형 지주에 삽입하도록 하였다.
이들 내부식성 적층 세라믹스 부재를 세라믹스 보호 기판측 또는 세라믹스 지지 기판측 각각의 적재면에 Si 웨이퍼를 얹어놓고, 급전 부재로부터 통전하여, 웨이퍼 온도로 900℃가 되도록 통전 가열시키며, 부식성 가스인 CF4 플라즈마 가스 중에 노출시켜 내구 시험을 행하였다. 그 결과, 이들 내부식성 적층 세라믹스 부재는 10000 시간 연속 통전하여도 안정하게 통전 가열하는 것이 가능하였다.
또한, 상기한 실시예 4에 있어서의 보호막의 재질이 질화알루미늄, 다른 희토류 산화물, 불화이트륨, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나이어도 동일한 결과였다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 4의 세라믹스 지지 기판, 세라믹스 보호 기판, 전기 절연성 보호층의 재질이 희토류 산화물, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것이어도 동일한 결과였다.
(비교예 1)
외경 300 ㎜ 두께 10 ㎜의 질화알루미늄 세라믹스 지지 기판에 히터용 전극층으로서 텅스텐 페이스트를 스크린 인쇄법으로 도포하고, 질소 분위기 중, 1700℃의 고온 하에서 텅스텐 전극의 프린팅을 행하여 접합시키며, 세라믹스 지지 기판 상에 전극층을 형성시켜, 이 전극층에 급전 부재를 접속하였다. 그리고, 그 전극층을 덮도록 염화알루미늄과 암모니아를 1000℃에서 반응시켜 질화알루미늄으로 이루어진 전기 절연성 보호층을 15 ㎛ 형성시키는 것만으로 세라믹스 보호 기판을 접합시키지 않고서 세라믹스 부재를 제작하였다.
이 세라믹스 지지 기재 상에 Si 웨이퍼를 얹어놓고, 이것을 웨이퍼 온도로 900℃가 되도록 통전 가열시키며, 부식성 가스인 CF4 플라즈마 가스 중에 노출시켜 내구 시험을 행하였다. 그 결과, 연속 통전 1000 시간 미만에서 전기 절연성 보호층의 일부가 부식되어 전극층에 도달하고, 전극이 단선되어 통전할 수 없게 되어 버렸다.
이상과 같이, 본 발명에 있어서의 내부식성 적층 세라믹스 부재에 있어서, 세라믹스 지지 기판에 전극층을 형성시키고, 추가로 그 위에 전극층을 덮도록 전기 절연성 보호층을 형성하며, 추가로 세라믹스 지지 기판의 전극층이 형성된 측의 면에, 전기 절연성 보호층에 접하도록 세라믹스 보호 기판을 접합시킴으로써 부식성 가스 내성을 비약적으로 향상시킬 수 있어, 수명이 긴 내부식성 적층 세라믹스 부재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않는다. 상기 실시 형태는 예시 로서, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 효과를 발휘하는 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 내부식성 적층 세라믹스 부재의 다른 예를 도시한 도면이다.
부호의 설명
1: 내부식성 적층 세라믹스 부재
2: 세라믹스 지지 기판
3: 전극층
4: 급전 부재
5: 전기 절연성 보호층
6, 16: 세라믹스 보호 기판
7: 피가열체
8: 원통형 지주
9: 보호막

Claims (10)

  1. 적어도, 세라믹스 지지 기판과, 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 전극층과, 상기 전극층에 접속된 급전 부재와, 상기 전극층을 덮도록 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 전기 절연성 보호층을 구비한 세라믹스 부재로서,
    상기 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 면에, 상기 세라믹스 지지 기판 상에 형성된 상기 전기 절연성 보호층에 접하도록 세라믹스 보호 기판이 접합된 것이며,
    상기 세라믹스 지지 기판과 상기 세라믹스 보호 기판과 상기 전기 절연성 보호층의 재질이 질화알루미늄, 희토류 산화물, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹스 보호 기판은 상기 전기 절연성 보호층에 접함과 동시에, 상기 세라믹스 지지 기판의 측면을 덮도록 접합된 것이며, 상기 세라믹스 보호 기판 또는 상기 세라믹스 지지 기판은, 상기 급전 부재의 한쪽 끝을 삽입해 상기 전극층에 접속하기 위한 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹스 보호 기판측에 원통형 지주(支柱)가 설치되고, 상기 원통형 지주의 내부에 상기 급전 부재의 일단이 삽입된 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹스 지지 기판측에 원통형 지주가 설치되고, 상기 원통형 지주의 내부에 상기 급전 부재의 일단이 삽입된 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹스 지지 기판의 상기 전극층이 형성된 측의 반대면 상에 세라믹스 보호 기판을 더 접합시키고, 상기 세라믹스 보호 기판에는 원통형 지주가 더 설치되며, 상기 원통형 지주의 내부에 상기 급전 부재의 일단이 삽입된 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극층 및 상기 전기 절연 보호층이 형성된 상기 세라믹스 지지 기판과 상기 세라믹스 보호 기판을 접합시킨 접합 단면에 보호막이 0.01 ㎜ 이상의 두께로 피복된 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보호막의 재질이 질화알루미늄, 희토류 산화물, 불화이트륨, 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아, 사이알론 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 절연성 보호층이 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법(溶射法) 중 어느 하나의 수법으로 형성되고, 상기 전극층이 스크린 인쇄법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 용사법 중 어느 하나의 수법으로 형성된 것인 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부식성 적층 세라믹스 부재가 가열 히터, 정전 척 및 정전 척이 달린 가열 히터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내부식성 적층 세라믹스 부재.
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