KR102094212B1 - 세라믹스 부재 - Google Patents

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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 리크 전류의 발생을 억제함과 아울러 웨이퍼의 소망 온도로의 가열을 용이하게 도모하는 것이 가능한 세라믹스 부재를 제공한다.
(해결수단) 세라믹스 히터(100)는, 웨이퍼가 얹어 놓여지는 재치면(11)을 가지며 RF 전극(30)이 매설되어 있는 세라믹스 소결체로 이루어지는 RF 플레이트(10)와 히터(40)가 매설되어 있는 세라믹스 소결체로 이루어지는 히터 플레이트(20)가 RF 플레이트(10)의 재치면의 반대측에 있어서 공간(S)을 개재시키고 있는 상태로 접합되어 이루어진다. 재치면(11)과 수직인 방향에 있어서의 공간의 최소 높이(H)(㎜)와, 재치면(11)의 외측 가장자리에 의해서 규정되는 재치면(11)을 따르는 평면의 면적에 대한 RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)가 접합되어 있는 부분의 합계 면적의 비(A)와, RF 전극(30)과 히터(40)의 사이의 거리(D)(㎜)의 관계가 H/A≤1000, 또한 H/A＋(D-H)/(1-A)≥14를 만족한다.

Description

세라믹스 부재{Ceramic Member}
본 발명은 전극 및 발열 저항체가 매설되어 있는 세라믹스 소결체로 이루어지는 세라믹스 부재에 관한 것이다.
RF 전극이 설치되어 있는 RF 플레이트와 발열 저항체가 설치되어 있는 히터 플레이트를 접합하여 이루어지는 서셉터 등의 세라믹스 부재가 존재한다.
특허문헌 1에는 재치(載置)용 서셉터 부재, 상단 서셉터 플레이트 및 하단 서셉터 플레이트를 접착제 또는 열용착에 의해서 적층한 상태로 고정함으로써 서셉터를 형성하는 것이 기재되어 있다. 상단 서셉터 플레이트의 상면에 형성한 오목형상의 히터설치공간에 히터(발열 저항체)가, 하단 서셉터 플레이트의 상면에 형성한 오목형상의 전극설치공간에 임피던스를 가변하는 전극(RF 전극)이 각각 설치되어 있다.
재치용 서셉터 부재 및 2개의 서셉터 플레이트는 석영으로 이루어지고, 히터설치공간은 대기와 연통하고, 상단 서셉터 플레이트와 히터의 사이에는 간극이 존재하고 있다. 이것은 재치용 서셉터 부재의 상면에 얹어 놓여지는 기판으로의 히터에 의한 가열이 적외선에 의한 복사 전열이기 때문이다.
특허문헌 2에는 질화알루미늄 등의 세라믹으로 이루어지는 서셉터의 내부에 RF 전극과 히터가 매설되는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특허 제4347295호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특개2001-274102호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 서셉터에 있어서는 적외선을 투과시킬 필요가 있기 때문에, 서셉터의 모재는 석영 등의 적외선이 투과하는 재질로 한정된다. 또한, 히터에서의 발열이 모재를 통해서 전도되기 어렵기 때문에, 히터가 과도하게 승온(昇溫)하여 단선될 우려도 있다.
한편, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 질화알루미늄 등의 열전도율이 큰 재질을 모재로 하는 서셉터에 RF 전극 및 히터를 매설하는 경우에는, 히터에서의 열은 모재를 통해서 전도되기 쉽지만, 서셉터의 사용온도가 높아지게 됨에 따라서 질화알루미늄의 절연성이 저하되어 RF 전극과 히터의 사이에서 리크 전류가 발생한다. 그 결과, 히터에 소정의 전력을 공급하더라도 서셉터에 얹어 놓여지는 기판(웨이퍼)을 소망하는 온도로 가열하는 것이 곤란하게 된다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 리크 전류의 발생을 억제함과 아울러, 웨이퍼의 소망하는 온도로의 가열을 용이하게 도모하는 것이 가능한 세라믹스 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 웨이퍼가 얹어 놓여지는 재치면(載置面)을 가지며 전극이 매설되어 있는 세라믹스 소결체로 이루어지는 제 1 기체와 발열 저항체가 매설되어 있는 세라믹스 소결체로 이루어지는 제 2 기체가 상기 제 1 기체의 재치면의 반대측에 있어서 공간을 개재시키고 있는 상태로 접합되어 이루어지는 세라믹스 부재로서, 상기 재치면과 수직인 방향에 있어서의 상기 공간의 최소 높이(H)(㎜)와, 상기 재치면의 외측 가장자리에 의해서 규정되는 상기 재치면을 따르는 평면의 면적에 대한 상기 제 1 기체와 상기 제 2 기체가 접합되어 있는 부분의 합계 면적의 비(A)와, 상기 전극과 상기 발열 저항체의 사이의 거리(D)(㎜)의 관계가 H/A≤1000, 또한 H/A＋(D-H)/(1-A)≥14를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제 1 기체와 제 2 기체의 사이에 개재되는 공간에 의해서 발열 저항체에서 재치면으로의 전열(傳熱)이 과잉으로 저해되는 것이 억제됨과 아울러, 전극과 발열 저항체의 사이에 흐르는 리크 전류의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 관계는 H/A＋(D-H)/(1-A)≥100을 만족하는 것이 바람직하다.
이 경우, 전극과 발열 저항체의 사이에 흐르는 리크 전류의 발생을 더 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 공간이 공기보다도 열전도율이 높은 매체에 의해서 적어도 부분적으로 충전되어 있는 또는 상기 매체의 공급원에 연결 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 공간 내에 존재하는 매체 압력을 제어함으로써, 리크 전류의 발생을 억제하면서 제 1 기체와 제 2 기체의 사이의 전열을 제어하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 세라믹스 히터의 모식 단면도.
도 2는 본 발명의 실시형태의 변형예에 관한 세라믹스 히터의 모식 단면도.
도 3은 본 발명의 실시형태의 다른 변형예에 관한 세라믹스 히터의 모식 단면도.
도 4는 실시예 41에 관한 세라믹스 히터의 모식 수평 단면도.
본 발명의 세라믹스 부재의 실시형태에 관한 세라믹스 히터(100)에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 도면에서는 세라믹스 히터(100)의 구성을 명확화하기 위해서 각 구성요소가 디포르메(deformed)되어 있으나 실제의 비율을 나타내는 것은 아니다.
세라믹스 히터(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 도시하지 않는 피가열물인 웨이퍼(기판)가 얹어 놓여지는 재치면(11)을 상면으로 하여 가지는 RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)를 적층하여 구성되어 있다. 또한, RF 플레이트(10)는 본 발명의 "제 1 기체"에 상당하고, 히터 플레이트(20)는 본 발명의 "제 2 기체"에 상당한다.
RF 플레이트(10)에는 RF 전극(30)이 매설되어 있고, 히터 플레이트(20)에는 히터(발열 저항체)(40)가 매설되어 있다. RF 전극(30)은 웨이퍼에 플라스마 처리를 실시할 때에 사용되는 고주파 전극이다.
RF 전극(30)은, 본 실시형태에서는 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 등의 내열 금속 등의 박(箔)으로 이루어지며, 면(面)형상의 형태를 하고 있다. 다만, RF 전극(30)은 내열 금속 등으로 이루어지는 막(膜), 판(板), 메쉬, 섬유상 등의 구성이어도 좋다.
RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)는 예를 들면 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소 등의 세라믹스 소결체로 이루어지는 세라믹스 기재이다. RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)로서는, 특히 바람직하게는 이트리아 등의 소결 조제를 함유하는 순도 90% 이상의 질화알루미늄 소결체를 이용할 수 있다. RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)는 상기한 재료를 소정 형상의 틀에 넣어서 성형하고, 치밀화시키기 위해서 예를 들면 핫 프레스 소성 등에 의해서 원판형상 등의 판형상으로 제작하면 좋다.
히터(40)는, 본 실시형태에서는 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 등의 내열 금속 등의 메쉬로 이루어지며, 면(面)형상의 형태를 하고 있다. 다만, 히터(40)는 내열 금속 등으로 이루어지는 박(箔), 막(膜), 판(板), 선(線), 섬유, 코일, 리본형상 등의 구성이어도 좋다.
RF 플레이트(10)가 되는 세라믹스 재료에 의해서 RF 전극(30)을 사이에 끼워 넣은 상태로 RF 플레이트(10)는 소성된다. 또, 히터 플레이트(20)가 되는 세라믹스 재료에 의해서 히터(40)를 사이에 끼워 넣은 상태로 히터 플레이트(20)는 소성된다.
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)는 별개로 제작된 후, RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21)이 접촉하도록 접합되어 있다. 다만, RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21)이 전체 면에 걸쳐서 접촉하지 않고, 적어도 RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 사이에 공간(간극)(S)이 개재되어 있다.
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)는 확산접합, 접착제, 나사 등의 고정구를 이용한 기계적 결합 등에 의해서 고정되어 있다.
또한, 세라믹스 히터(100)는 RF 전극(30)에 대해서 전력을 공급하기 위한 급전용 단자(급전 단자)(31) 및 RF 플레이트(10)에 매설되어 있는 도시하지 않은 전류공급부재를 구비하고 있다.
또, 세라믹스 히터(100)는 히터(40)에 대해서 전력을 공급하기 위한 급전용 단자(급전 단자)(41) 및 히터 플레이트(20)에 매설되어 있는 도시하지 않은 전류공급부재를 구비하고 있다.
단자(31, 41)와 전류공급부재는 각각 납땜 또는 용접되어 있다. 단자(31, 41)는 로드형상이나 와이어형상의 니켈(Ni), 코바르(KOVAR)(등록상표)(Fe-Ni-Co), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 또는 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)을 주된 성분으로 하는 내열 합금 등의 내열 금속으로 구성된다. 전류공급부재는 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 등으로 이루어진다. 또한, 단자(31, 41)와 전류공급부재가 단자(31, 41)와 같은 내열 금속으로 이루어지는 접속부재를 통해서 접속되어도 좋다.
세라믹스 히터(100)는 히터 플레이트(20)의 하면(22)의 중심부에 접속된 중공의 샤프트(50)를 더 구비하고 있다.
샤프트(50)는 대략 원통형상이며, 히터 플레이트(20)와의 접합부분의 외경이 다른 원통부(51)의 외경보다 확대된 확경부(擴徑部)(52)를 가지며, 확경부(52)의 상면이 히터 플레이트(20)와의 접합면으로 되어 있다. 샤프트(50)의 재질은 히터 플레이트(20)의 재질과 같아도 좋지만, 단열성을 높이기 위해서 히터 플레이트(20)의 소재보다 열전도율이 낮은 소재로 형성되어 있어도 좋다.
히터 플레이트(20)의 하면과 샤프트(50)의 상단면이 확산접합 또는 세라믹스 혹은 유리 등의 접합재에 의한 고상(固相)접합에 의해서 접합되어 있다. 또한, 히터 플레이트(20)와 샤프트(50)는 나사 고정이나 납땜 등에 의해서 접속되어도 좋다.
도 1의 실시형태에서는 히터 플레이트(20)의 상면(21)에 오목형상부(23)가 복수 형성되어 있으며, 이들 오목형상부(23)와 RF 플레이트(10)의 하면(12)의 사이에 공간(S)이 형성된다. 또한, 도시하지는 않았으나, RF 플레이트(10)의 하면(12)에 오목형상부를 형성하여도 좋고, 또 RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21)의 쌍방에 오목형상부를 형성하여도 좋다. 그리고, 공간(S)은 폐쇄 공간이어도 좋고 외부와 연통하는 공간이어도 좋고, 공간(S)이 서로 연통되어 있어도 좋고 연통되어 있지 않아도 좋다.
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 사이에 개재되어 있는 공간(S)에 의해서 히터(40)에서 RF 전극(30)으로 리크 전류가 흐르는 것이 억제된다.
다만, 히터(40)에서의 발열이 전열되어 재치면(11)에 지지된 웨이퍼를 가열할 필요가 있기 때문에, RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 사이에 개재되는 공간(S)의 크기가 필요 이상으로 큰 것이어서는 안 된다. 발명자는 후술하는 실시예 및 비교예로부터, 재치면(11)과 수직인 방향에 있어서의 공간(S)의 최소 높이를 H[㎜], RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 접촉면적의 비를 A라 하였을 때, 이하의 관계식 (1)이 성립되는 것이 필요한 것을 발견하였다.
H/A≤1000　…(1)
또한, 비(A)는 "재치면(11)의 외측 가장자리에 의해서 규정되는 재치면(11)을 따르는 평면의 면적"에 대한 "RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21)이 접촉하는 부분의 합계 면적"의 비이다.
또한, 도 3에 나타낸 변형예와 같이, 히터 플레이트(20)의 상면(21)에 오목형상부(24)가 복수 형성되어 있고, 이들 오목형상부(24)에 이들 오목형상부(24)의 깊이보다도 축선방향의 길이가 긴 핀 등의 연결부재(60)가 배치되어 있고, 연결부재(60)의 상면(61)이 RF 플레이트(10)의 하면(12)과 접합되고, 연결부재(60)의 하면(62)이 오목형상부(24)의 저면과 접합되어 있어도 좋다. 또한, 도 3에 나타낸 바와 같이 오목형상부(24)의 저면은 히터(40)보다도 히터 플레이트(20)의 상면(21)으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있어도 좋다.
이것에 의해서 RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21)은 전체 면에 걸쳐서 접촉되지 않고, 그 사이에 연결부재(60) 주위에 존재하는 공간(S)이 형성된다. 또한, 도시하지는 않았으나, RF 플레이트(10)의 하면(12)에 오목형상부를 형성하고, 그 저면에 연결부재(60)를 배치하여도 좋고, 또 RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21) 중 어느 일방 또는 쌍방의 평평한 면에 직접적으로 연결부재(60)를 접합하여도 좋다.
또한, 연결부재(60)는 RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)와 같은 재질이어도 좋지만, 다른 재질이어도 좋다. RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)와 연결부재(60)는 확산접합, 접착제 등에 의해서 접합하여도 좋다. 연결부재(60)가 RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)와 같은 재질인 경우에는 세라믹스 기재의 절삭가공 등에 의해서 연결부재(60)를 RF 플레이트(10) 또는 히터 플레이트(20)와 일체적으로 형성하여도 좋다. 또, 연결부재(60)의 형상은 원기둥형상, 각기둥형상, 원통형상 등이어도 좋으며, 그 형상은 한정되지 않고 그 형태도 산점(散点)형상에 한정되지 않는다.
이와 같은 경우, 연결부재(60)는 본 발명의 제 1 기체의 일부 또는 제 2 기체의 일부를 구성하는 부재라고 간주할 수 있으며, 비(A)는 "재치면(11)의 외측 가장자리에 의해서 규정되는 재치면(11)을 따르는 평면의 면적"에 대한 "RF 플레이트(10)의 하면(12)과 연결부재(60)의 상면(61)의 합계 접촉면적과 히터 플레이트(20)의 상면(21)과 연결부재(60)의 하면(62)의 합계 접촉면적 중 적은 쪽의 면적"의 비가 된다.
또한, 히터(40)의 발열의 전열에 의한 가열에 의해서 RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)가 고온화됨에 따라서 이들 모재의 절연성이 저하된다. 이것에 의해서 RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 생기는 리크 전류가 커지게 되는데, 리크 전류가 과대하게 되면, 세라믹스 히터(100)에 급전되는 전원의 용량이 부족하여 온도 제어가 매우 곤란하게 된다.
그래서, RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 생기는 리크 전류의 발생을 억제하기 위해서 공간(S)을 형성하고 있다. 발명자는 후술하는 실시예 및 비교예로부터, 재치면(11)과 수직인 방향에 있어서의 공간(S)의 최소 높이를 H[㎜], RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 접촉면적의 비를 A, RF 전극(30)과 히터(40)의 재치면(11)과 수직인 연직방향의 거리를 D[㎜]라 하였을 때, 과대한 리크 전류를 억제하기 위해서는 이하의 관계식 (2)가 성립되는 것이 필요하다 것을 발견하였다.
H/A＋(D-H)/(1-A)≥14　…(2)
또한, 리크 전류를 억제하기 위해서는 이하의 관계식 (3)이 성립되는 것이 바람직하다.
H/A＋(D-H)/(1-A)≥100　…(3)
또한, 거리(D)는 RF 전극(30)과 히터(40)의 연직방향에 있어서의 이간 길이이고, RF 전극(30)과 히터(40)가 연직방향으로 서로 겹쳐져 있어도 서로 겹쳐져 있지 않아도 같은 값이 된다. 그리고, 거리(D)는 RF 전극(30)의 하단과 히터(40)의 상단의 연직방향에 있어서의 거리이며, 예를 들면 히터(40)가 연직방향이 다른 위치에 형성되어 있는 경우, 최상층의 히터(40)의 상단으로부터의 거리이다.
또한, 도 3에 나타낸 변형예와 같이, RF 전극(30)과 히터(40)를 연결하는 공간(S)을 통하지 않는 최단 경로가 재치면(11)과 수직인 연직방향에 있어서의 중복 부분을 가지고 있는 경우, 거리(D)는 RF 전극(30)과 히터(40)의 연직방향에 있어서의 이간 길이(D1)에 중복 부분의 연직방향의 길이(D2){오목형상부(24)의 저면에서 히터(40)까지의 거리}의 2배를 더한 것이 되기 때문에, 식 (4)로 나타내는 것으로 한다.
D=D1＋2×D2　…(4)
또한, 도 3에 나타낸 변형예와 같이, RF 전극(30)과 히터(40)를 연직방향으로 연결하는 사이에 공간(S)이 개재되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 생기는 리크 전류의 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, RF 전극(30)과 히터(40)를 연직방향으로 연결하는 사이에 공간(S)이 부분적으로 개재되어 있어도 좋다.
또, 도시하지는 않았으나, 공간(S)에 배관을 접속하고, 이 배관에 접속된 가스 공급원으로부터의 헬륨, 아르곤, 질소 등의 기체를 공급하여 공간(S)의 가스압력을 조정 가능하게 구성하여도 좋다. 이 경우, 리크 전류의 발생을 억제하면서 공간(S)의 가스압력을 조정함으로써, RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 사이의 전열의 완화를 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 이 경우에도 공간(S)은 폐쇄 공간이어도 좋고 개방 공간이어도 좋다.
또한, 도시하지는 않았으나, 히터 플레이트(20)의 하측에 반사부재를 매설한 반사 플레이트를 추가하여도 좋고, 히터 플레이트(20) 내의 히터(40)보다 하측에 반사부재를 매설하여도 좋다. 반사부재는 히터(40)에서의 복사열을 효과적으로 반사시킴으로써, 히터(40)의 전력 소비를 억제하는 효과를 가진다. 반사부재는, 예를 들면 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 백금 팔라듐 합금 등의 고융점 금속으로 이루어지며, 상면이 경면(鏡面)으로 되어 있는 것이다.
《실시예》
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 구체적으로 들면서 본 발명을 설명한다.
(실시예 1∼40)
실시예 1∼40에서는, RF 전극(30)을 매설한 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어지는 RF 플레이트(10)와 히터(40)를 매설한 질화알루미늄으로 이루어지는 히터 플레이트(20)를 접합하여 적층함으로써, 도 1에 나타낸 세라믹스 히터(100)를 얻었다.
[세라믹스 히터의 제작]
RF 플레이트(10)는 직경 340㎜, 두께 4㎜의 순도 95% 이상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지고, 그 두께방향 중간부에 두께가 0.1㎜, 직경이 300㎜의 원형상(평면에서 보았을 때)의 Mo박(箔)으로 이루어지는 RF 전극(30)을 매설하였다. 질화알루미늄 소결체에는 소결 조제로서 이트리아가 첨가되어 있다.
히터 플레이트(20)는 직경 340㎜의 순도 95% 이상의 질화알루미늄 소결체로 이루어지고, 그 하면(22)에서부터 8㎜ 상측에 Mo메쉬(선경 0.1㎜, ＃50, 평직)로 이루어지는 히터(40)를 매설하였다. 질화알루미늄 소결체에는 소결 조제로서 이트리아가 첨가되어 있다. 히터(40)는 도 4에 나타낸 바와 같이 동심 원형상으로 배치된 복수의 원호형상 패턴과 직경방향으로 인접하는 원호형상 패턴끼리를 접속하는 직선형상 패턴을 가지며, 최외주의 원호형상 패턴의 직경이 310㎜이었다. 히터 플레이트(20)는, 실시예 1∼34에서는 두께 16㎜이었고, 실시예 35∼40에서는 두께 26㎜이었다. 질화알루미늄 소결체의 650℃에 있어서의 체적 저항율은 1.0×108Ωㆍ㎝이었다.
히터 플레이트(20)의 상면(21)에 머시닝 센터를 이용한 연삭가공에 의해서 복수의 오목형상부(23)를 형성하였다. 오목형상부(23)의 높이, 즉 공간(S)의 최소 높이(H)는 0.02㎜∼12㎜이고, RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 접촉면적의 비(A)는 0.001(0.1%)∼0.5(50%)이었다.
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 접합은, 접합면에 8MPa의 압력을 부여하면서 진공 중에서 1700℃로 가열하는 확산접합에 의해서 실시하였다. 히터 플레이트(20)의 하면(22)에는 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 샤프트(50)의 상단면을 확산접합에 의해서 접합하였다. 이때의 확산접합은, 접합면에 8MPa까지의 압력을 부여하면서 진공 중에서 1600℃로 가열함으로써 실시하였다.
샤프트(50)의 접합 후, RF 전극(30) 및 히터(40)에 대해서 니켈제의 급전 단자(31, 41)를 1000℃에서 금납재를 이용한 진공 납땜에 의해서 접합하였다.
[평가방법]
세라믹스 히터(100)의 재치면(11)에 흑색화(黑色化)한 더미 웨이퍼를 얹어 놓고, 단자(41)에 전력을 공급하여 히터(40)를 승온시키면서 더미 웨이퍼의 표면 온도를 IR 카메라로 측정하였다. 더미 웨이퍼의 표면 온도가 600℃에 도달한 시점에서부터 15분간 단자(41)에 공급하는 전력을 같게 하였다. 또한, RF 전극(30)은 접지하였다.
그 후의 RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도를 측정하고, 그 차이를 구하였다. 구체적으로는, RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 각각의 두께방향의 중간 위치에 저부를 가지는 열전대 측정용 구멍(도시생략)을 세라믹스 히터(100)의 중앙 영역에 미리 형성하여 두고, 열전대 측정용 구멍에 시스 열전대(K형, 직경 1.6㎜의 스테인리스 시스)를 삽입함으로써, RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도를 측정하였다.
또, RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류를 측정하였다. 리크 전류는 RF 전극(30)에 접속된 급전 단자(31)와 접지의 사이의 경로에 교류전류계를 접속하여 측정하였다.
[평가결과]
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도차는 1.5℃∼185.5℃이므로 200℃ 미만으로 적고, H/A가 0.04∼1000이므로 관계식 (1)을 만족하였다.
RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 0.01㎃∼0.99㎃이므로 1㎃ 미만으로 적고, H/A＋(D-H)/(1-A)가 14.3∼1010이므로 관계식 (2)를 만족하였다.
또한, 실시예 8, 12, 17, 18, 22, 26, 30, 34, 35, 38에서는, RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 0.01㎃∼0.13㎃이므로 0.15㎃ 미만으로 매우 작고, H/A＋(D-H)/(1-A)가 109∼1010이므로 관계식 (3)을 만족하였다.
실시예 1∼40의 결과를 표 1 및 표 2에 정리하였다.
공간높이(H)
[㎜]		 접촉면적비(A) 거리(D)
[㎜]		 H/A H/A+(D-H)/(1-A) 리크전류
[㎃]		 온도차
[℃]
실시예1 0.02 0.001 10 20 30.0 0.47 5.1
실시예2 0.02 0.3 10 0.07 14.3 0.99 1.5
실시예3 0.02 0.5 10 0.04 20.0 0.71 1.5
실시예4 0.05 0.001 10 50.0 60.0 0.24 10.7
실시예5 0.05 0.01 10 5.0 15.1 0.94 2.4
실시예6 0.05 0.3 10 0.17 14.4 0.98 1.5
실시예7 0.05 0.5 10 0.1 20.0 0.71 1.5
실시예8 0.1 0.001 10 100 110 0.13 19.9
실시예9 0.1 0.01 10 10.0 20.0 0.71 3.3
실시예10 0.1 0.3 10 0.33 14.5 0.98 1.5
실시예11 0.1 0.5 10 0.2 20.0 0.71 1.5
실시예12 0.5 0.001 10 500 510 0.03 93.4
실시예13 0.5 0.01 10 50 60.0 0.24 10.6
실시예14 0.5 0.1 10 5.0 15.6 0.91 2.3
실시예15 0.5 0.3 10 1.67 15.2 0.93 1.7
실시예16 0.5 0.5 10 1.0 20.0 0.71 1.6
실시예17 1.0 0.001 10 1000 1009 0.01 185.3
실시예18 1.0 0.01 10 100 109 0.13 19.7
실시예19 1.0 0.1 10 10.0 20.0 0.71 3.1
실시예20 1.0 0.3 10 3.3 16.2 0.87 1.9
실시예21 1.0 0.5 10 2.0 20.0 0.71 1.7
공간높이(H)
[㎜]		 접촉면적비(A) 거리(D)
[㎜]		 H/A H/A+(D-H)/(1-A) 리크전류
[㎃]		 온도차
[℃]
실시예22 2.0 0.01 10 200 208 0.07 37.9
실시예23 2.0 0.1 10 20.0 20.0 0.49 4.8
실시예24 2.0 0.3 10 6.7 18.1 0.78 2.3
실시예25 2.0 0.5 10 4.0 20.0 0.71 1.8
실시예26 3.0 0.01 10 300 307 0.05 56.1
실시예27 3.0 0.1 10 30.0 38.0 0.37 6.4
실시예28 3.0 0.3 10 10.0 20.0 0.71 2.8
실시예29 3.0 0.5 10 6.0 20.0 0.71 2.0
실시예30 4.0 0.01 10 400 406 0.03 74.3
실시예31 4.0 0.1 10 40.0 47.0 0.30 8.1
실시예32 4.0 0.3 10 13.3 22.0 0.65 3.2
실시예33 4.0 0.5 10 8.0 20.0 0.71 2.2
실시예34 10 0.01 20 1000 1010 0.01 185.5
실시예35 10 0.1 20 100 111 0.13 19.9
실시예36 10 0.3 20 33.3 48.0 0.30 7.6
실시예37 10 0.5 20 20.0 40.0 0.35 5.2
실시예38 12 0.1 20 120 129 0.11 23.2
실시예39 12 0.3 20 40.0 51.0 0.27 8.5
실시예40 12 0.5 20 24.0 40.0 0.35 5.5
(비교예 1)
히터 플레이트(20)는 두께가 20㎜이고, 그 하면(22)에서부터 8㎜ 상측에 히터(40)를 매설함과 아울러, 히터 플레이트(20)의 상면(21)에 오목형상부(23)를 형성하지 않고, 즉 공간(S)을 형성하지 않고, RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21)을 전체 면에 걸쳐서 접합하였다. 이것 이외는 실시예 1∼34와 동일하게 하여 세라믹스 히터를 제조하였다.
[평가결과]
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도차는 1.5℃로 작아 양호하였다. 그러나, RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 1.41㎃로 커서, 1㎃를 넘고 있었다.
(비교예 2∼5)
히터 플레이트(20)의 상면(21)에 형성한 오목형상부(23)의 형태를 표 3에 나타낸 바와 같이 변경하였다. 이것 이외는 실시예 1∼34와 동일하게 하여 세라믹스 히터를 제조하였다.
[평가결과]
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도차는 1.5℃∼1.8℃이므로 200℃ 미만으로 적고, H/A가 0.2∼2.0이므로 관계식 (1)을 만족하였다.
RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 1.17㎃∼1.25㎃로 커서, 1㎃를 넘고 있었다. H/A＋(D-H)/(1-A)는 11.3∼12.1이므로 관계식 (2)를 만족하지 않았다.
(비교예 6∼11)
히터 플레이트(20)의 상면(21)에 형성한 오목형상부(23)의 형태를 표 3에 나타낸 바와 같이 변경하였다. 이것 이외는 비교예 6∼8은 실시예 1∼34와 동일하게 하고, 비교예 9∼11은 실시예 35∼40과 동일하게 하여 세라믹스 히터를 제조하였다.
[평가결과]
RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 0.01㎃ 이하로 작아, 1㎃ 미만이었다. H/A＋(D-H)/(1-A)는 1208∼12008이므로 관계식 (2)를 만족하였다.
그러나, RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도차는 200℃를 넘고 있었고, H/A가 1200∼12000이므로 관계식 (1)을 만족하지 않았다.
비교예 1∼11의 결과를 표 3에 정리하였다.
공간높이(H)
[㎜]		 접촉면적비(A) 거리(D)
[㎜]		 H/A H/A+(D-H)/(1-A) 리크전류
[㎃]		 온도차
[℃]
비교예1 0 1 10 - - 1.41 1.5
비교예2 0.02 0.01 10 2.0 12.1 1.17 1.8
비교예3 0.02 0.1 10 0.2 11.3 1.25 1.5
비교예4 0.05 0.1 10 0.5 11.6 1.22 1.6
비교예5 0.1 0.1 10 1.0 12.0 1.18 1.6
비교예6 2.0 0.001 10 2000 2008 0.01 >200
비교예7 3.0 0.001 10 3000 3007 0.00 >200
비교예8 4.0 0.001 10 4000 4006 0.00 >200
비교예9 10 0.001 20 10000 10010 0.00 >200
비교예10 12 0.001 20 12000 12008 0.00 >200
비교예11 12 0.01 20 1200 1208 0.01 >200
(실시예 41)
실시예 41에서는 오목형상부(23)의 형태와 히터(40)의 형상이 상이한 것 이외에는 실시예 17∼21과 동일하게 하여 제조하였다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 히터(40)의 형상을 정하고, 상면측에서 보았을 때 히터(40)와 서로 겹치지 않는 부분에서 RF 플레이트(10)의 하면(12)과 히터 플레이트(20)의 상면(21)이 접합되어 있도록 하였다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 공간(S)이 존재하도록 세라믹스 히터(100)를 구성하였다. RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 접촉면적의 비(A)는 0.1(10%)이고, 공간(S)의 최소 높이(H)는 1.0㎜이고, RF 전극(30)과 히터(40)의 연직방향에 있어서의 이간 길이인 거리(D)는 10㎜이었다.
[평가결과]
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도차는 3.1℃로 작아 양호하고, 관계식 (1) 및 (2)의 값이 같은 실시예 19의 3.1℃와 같았다.
RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 0.3㎃로 매우 작고, 실시예 19의 0.71㎃와 비교하여도 작았다.
(실시예 42)
실시예 42에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 연결부재(60)를 통해서 RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)를 접합한 것 이외에는 실시예 1∼34와 동일하게 하여 세라믹스 히터를 제조하였다.
연결부재(60)는 질화알루미늄 소결체를 절삭 가공함에 의해서 RF 플레이트(10)와 일체적으로 형성하였다.
RF 플레이트(10) 및 히터 플레이트(20)와 연결부재(60)의 접촉면적의 비(A)는 0.01(1%)이고, 공간(S)의 최소 높이(H)는 1.0㎜이었다. 이때 D1은 5㎜, D2는 7㎜, D는 19㎜이었다.
[평가결과]
RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도차는 3.1℃로 작아 양호하고, H/A가 100이므로 관계식 (1)을 만족하였다.
RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 0.18㎃로 매우 작고, H/A＋(D-H)/(1-A)가 118.1이므로 관계식 (3)을 만족하였다.
(실시예 43∼46)
실시예 43∼46에서는, 실시예 18과 동일한 세라믹스 히터(100)에 있어서, 공간(S)에 도시하지 않은 배관을 접속하고, 이 배관에 접속된 헬륨(He) 공급원으로부터 헬륨을 공급하여 공간(S)의 헬륨가스압력을 각각 1torr, 5torr, 10torr, 50torr로 하였다.
[평가결과]
실시예 43∼46에 있어서, RF 플레이트(10)와 히터 플레이트(20)의 온도차는 각각 19.7℃, 17.2℃, 15.2℃, 12.4℃로 작아 양호하였다. 공간(S)의 헬륨가스압력이 0torr인 실시예 18의 19.7℃와 함께 고찰하면, 공간(S)의 헬륨가스압력이 커질수록 온도차가 작아지고 있었다.
RF 전극(30)과 히터(40)의 사이에 발생하고 있는 리크 전류는 모두 0.13㎃이므로 실시예 18과 같고, 공간(S)의 헬륨가스압력은 리크 전류의 크기에 영향을 미치지 않았다.
10 : RF 플레이트(제 1 기체) 11 : 재치면(상면)
12 : 하면 20 : 히터 플레이트(제 2 기체)
21 : 상면 22 : 하면
23, 24 : 오목형상부 30 : RF 전극(전극)
31 : 급전 단자 40 : 히터(발열 저항체)
41 : 급전 단자 50 : 샤프트
51 : 원통부 52 : 확경부(擴徑部)
60 : 연결부재 61 : 상면
62 : 하면 100 : 세라믹스 히터(세라믹스 부재)
S : 공간

Claims (3)

  1. 웨이퍼가 얹어 놓여지는 재치면(載置面)을 가지며 전극이 매설되어 있는 세라믹스 소결체로 이루어지는 제 1 기체와 발열 저항체가 매설되어 있는 세라믹스 소결체로 이루어지는 제 2 기체가 상기 제 1 기체의 재치면의 반대측에 있어서 공간을 개재시키고 있는 상태로 접합되어 이루어지는 세라믹스 부재로서,
    상기 재치면과 수직인 방향에 있어서의 상기 공간의 최소 높이(H)(㎜)와,
    상기 재치면의 외측 가장자리에 의해서 규정되는 상기 재치면을 따르는 평면의 면적에 대한 상기 제 1 기체와 상기 제 2 기체가 접합되어 있는 부분의 합계 면적의 비(A)와,
    상기 전극과 상기 발열 저항체의 사이의 거리(D)(㎜)의 관계가
    H/A≤1000, 또한 H/A＋(D-H)/(1-A)≥14를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 관계는 H/A＋(D-H)/(1-A)≥100을 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 부재.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 공간이 공기보다도 열전도율이 높은 매체에 의해서 적어도 부분적으로 충전되어 있는 또는 상기 매체의 공급원에 연결 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 부재.
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