KR102368742B1 - 유지 장치 및 유지 장치의 제조 방법 - Google Patents

유지 장치 및 유지 장치의 제조 방법 Download PDF

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류노스케 사카마키
가츠야 다카오카
히로시 와타나베
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니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것에서 기인하는 발열 저항체의 저항치 (발열량) 의 편차를 억제한다.
(해결 수단) 유지 장치는, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와, 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재를 구비하고, 세라믹스 부재의 표면 상에 대상물을 유지하는 장치이다. 본 유지 장치에서는, 발열 저항체의 표면 중, 급전 부재와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성된 코트층에 덮여 있다.

Description

유지 장치 및 유지 장치의 제조 방법
본 명세서에 개시되는 기술은, 대상물을 유지하는 유지 장치에 관한 것이다.
대상물 (예를 들어, 반도체 웨이퍼) 을 유지하면서 소정의 온도 (예를 들어, 400 ∼ 800 ℃ 정도) 로 가열하는 가열 장치 (「서셉터」라고도 한다.) 가 알려져 있다. 가열 장치는, 예를 들어, 성막 장치 (CVD 성막 장치, 스퍼터링 성막 장치 등) 나 에칭 장치 (플라즈마 에칭 장치 등) 와 같은 반도체 제조 장치의 일부로서 사용된다.
일반적으로, 가열 장치는, 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재를 구비한다. 세라믹스 부재의 내부에는, 예를 들어 텅스텐 (W) 이나 몰리브덴 (Mo) 등의 금속제의 발열 저항체가 배치되어 있고, 그 발열 저항체에는, 도전성의 급전 부재가 접해 있다. 급전 부재를 개재하여 발열 저항체에 전압이 인가되면, 발열 저항체가 발열하고, 세라믹스 부재의 표면 (이하, 「유지면」이라고 한다.) 상에 유지된 대상물이 가열된다.
가열 장치의 제조시에는, 내부에 발열 저항체의 재료가 배치된 세라믹스 부재의 재료의 성형체가 고온 (예를 들어, 1700 ℃ ∼ 1900 ℃ 정도) 에서 소성됨으로써, 치밀한 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 세라믹스 부재의 내부에 배치된 발열 저항체가 제작된다. 이 소성시에, 노 내 분위기나 원료 유래의 불순물 (예를 들어, 탄소) 이, 치밀화하기 전의 세라믹스 부재의 재료의 성형체 중에 진입하여 발열 저항체와 반응함으로써, 발열 저항체의 표면에 변질층 (예를 들어, 탄화텅스텐층이나 탄화몰리브덴층) 이 형성되는 경우가 있다. 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되면, 발열 저항체의 저항치의 편차 (제품 내 및/또는 제품 간의 편차) 가 발생하고, 이로써 발열 저항체의 발열량의 편차가 발생하고, 세라믹스 부재의 유지면의 온도 (나아가서는, 유지면에 유지된 대상물의 온도) 의 편차가 발생할 우려가 있다. 종래, 세라믹스 부재의 상대 밀도나 소성 조건을 조정함으로써, 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 억제하는 기술이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2006-273586호
상기 종래의 기술로는, 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 충분히 억제할 수 없고, 그 결과, 발열 저항체의 저항치 (발열량) 의 편차를 충분히 억제할 수 없고, 세라믹스 부재의 유지면의 온도 (나아가서는, 유지면에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 충분히 억제할 수 없다고 하는 과제가 있다.
또한, 이와 같은 과제는, 상기 서술한 구성의 가열 장치에 한정되지 않고, 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와, 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재를 구비하고, 세라믹스 부재의 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치 일반에 공통된 과제이다.
본 명세서에서는, 상기 서술한 과제를 해결하는 것이 가능한 기술을 개시한다.
본 명세서에 개시되는 기술은, 예를 들어, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 명세서에 개시되는 유지 장치는, 제 1 방향에 대략 직교하는 제 1 표면을 갖고, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 상기 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와, 상기 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재를 구비하고, 상기 세라믹스 부재의 상기 제 1 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치에 있어서, 상기 발열 저항체의 표면 중, 상기 급전 부재와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성된 코트층에 덮여 있다. 본 유지 장치에서는 발열 저항체의 표면을 덮는 코트층의 존재에 의해, 세라믹스 부재의 소성시에, 발열 저항체가 불순물과 반응하여 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체의 저항치의 편차에서 기인하는 발열 저항체의 발열량의 편차의 발생을 억제할 수 있고, 그 결과, 세라믹스 부재의 제 1 표면의 온도 (나아가서는, 제 1 표면에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다. 또, 코트층은, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성되어 있기 때문에, 고온 소성시에 내열성을 가짐과 함께, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 부재에 대한 원소 확산을 일으키기 어려운 것이다. 따라서, 본 유지 장치에 의하면, 코트층으로부터의 원소 확산에서 기인하는 세라믹스 부재의 특성 변화의 발생을 억제하면서, 내열성이 높은 코트층의 존재에 의해, 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체의 저항치 (발열량) 의 편차를 억제할 수 있고, 그 결과, 세라믹스 부재의 제 1 표면의 온도 (나아가서는, 제 1 표면에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다.
(2) 상기 유지 장치에 있어서, 상기 코트층의 두께는, 0.3 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이하인 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성을 채용하면, 코트층의 두께가 과도하게 얇지 않기 (0.3 ㎛ 이상이기) 때문에, 코트층의 존재에 의해, 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또, 이와 같은 구성을 채용하면, 코트층의 두께가 과도하게 두껍지는 않기 (60 ㎛ 이하이기) 때문에, 발열 저항체와 코트층 사이의 선팽창차에서 기인하여 코트층에 생기는 응력을 작게 할 수 있고, 그 응력에 의해 코트층에 크랙이 생겨 변질층의 형성을 억제할 수 없다고 하는 사태의 발생을 방지할 수 있다.
(3) 상기 유지 장치에 있어서, 상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체와 상기 코트층의 계면에 존재하는 기공의 평균 직경은, 10 ㎛ 이하인 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체와 코트층의 계면에 존재하는 기공의 직경이 비교적 작기 때문에, 그 계면에 존재하는 기공을 통한 불순물의 침입을 억제할 수 있고, 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또, 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체와 코트층의 계면에 존재하는 기공의 직경이 비교적 작기 때문에, 발열 저항체 및 코트층에 가압력이 가해졌을 때에 기공이 무너져 코트층에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있고, 이러한 점에서도, 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
(4) 상기 유지 장치에 있어서, 상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체의 단면적에 대한, 상기 발열 저항체의 표면에 형성된 탄화물층의 단면적의 비는, 10 ％ 이하인 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체의 표면에 있어서의 변질층으로서의 탄화물층의 형성량이 적고, 그 때문에 발열 저항체의 저항치 (발열량) 의 편차가 적은 유지 장치를 실현할 수 있다.
(5) 상기 유지 장치에 있어서, 상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체의 단면적에 대한, 상기 발열 저항체의 표면에 형성된 탄화물층의 단면적의 비는, 3 ％ 이하인 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체의 표면에 있어서의 변질층으로서의 탄화물층의 형성량이 더욱 적고, 그 때문에 발열 저항체의 저항치 (발열량) 의 편차가 더욱 적은 유지 장치를 실현할 수 있다.
(6) 상기 유지 장치에 있어서, 상기 급전 부재는, 유기물을 함유하지 않는 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체가 급전 부재 유래의 유기물과 반응하여 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
(7) 상기 유지 장치에 있어서, 상기 발열 저항체는, 메시 형상인 구성으로 해도 된다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체와 세라믹스 부재의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
(8) 또, 본 명세서에 개시되는 유지 장치의 제조 방법은, 제 1 방향에 대략 직교하는 제 1 표면을 갖고, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 상기 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와, 상기 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재를 구비하고, 상기 세라믹스 부재의 상기 제 1 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치의 제조 방법으로서, 상기 발열 저항체의 표면 중, 상기 급전 부재와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부에, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물인 코트층을 형성하는 공정과, 상기 급전 부재와 상기 코트층이 형성된 상기 발열 저항체가 내부에 배치된 상기 세라믹스 부재를 소성에 의해 제작하는 공정을 구비한다. 본 유지 장치의 제조 방법에서는, 발열 저항체의 표면을 덮는 코트층의 존재에 의해, 세라믹스 부재의 소성시에, 발열 저항체가 불순물과 반응하여 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체의 저항치의 편차에서 기인하는 발열 저항체의 발열량의 편차의 발생을 억제할 수 있고, 그 결과, 세라믹스 부재의 제 1 표면의 온도 (나아가서는, 제 1 표면에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다. 또, 코트층은, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성되어 있기 때문에, 고온 소성시에 내열성을 가짐과 함께, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 부재에 대한 원소 확산을 일으키기 어려운 것이다. 따라서, 본 유지 장치의 제조 방법에 의하면, 코트층으로부터의 원소 확산에서 기인하는 세라믹스 부재의 특성 변화의 발생을 억제하면서, 내열성이 높은 코트층의 존재에 의해, 발열 저항체의 표면에 변질층이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체의 저항치 (발열량) 의 편차를 억제할 수 있고, 그 결과, 세라믹스 부재의 제 1 표면의 온도 (나아가서는, 제 1 표면에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시되는 기술은, 여러 가지의 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어, 유지 장치, 가열 장치, 반도체 제조 장치용 부품, 그것들의 제조 방법 등의 형태로 실현하는 것이 가능하다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 있어서의 가열 장치 (100) 의 외관 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 있어서의 가열 장치 (100) 의 XZ 단면 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 3 은, 도 2 의 X1 부에 있어서의 가열 장치 (100) 의 XZ 단면 구성을 확대하여 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 도 3 의 X2 부에 있어서의 가열 장치 (100) 의 XZ 단면 구성을 확대하여 나타내는 설명도이다.
도 5 는, 제 1 실시형태의 가열 장치 (100) 의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 6 은, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 에 있어서의 일부분의 XZ 단면 구성을 확대하여 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 성능 평가 결과를 나타내는 설명도이다.
A. 제 1 실시형태 :
A-1. 가열 장치 (100) 의 구성 :
도 1 은, 제 1 실시형태에 있어서의 가열 장치 (100) 의 외관 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2 는, 제 1 실시형태에 있어서의 가열 장치 (100) 의 XZ 단면 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이고, 도 3 은, 도 2 의 X1 부에 있어서의 가열 장치 (100) 의 XZ 단면 구성을 확대하여 나타내는 설명도이다. 각 도면에는, 방향을 특정하기 위한 서로 직교하는 XYZ 축이 도시되어 있다. 본 명세서에서는, 편의적으로, Z 축 정방향을 상방향이라고 하고, Z 축 부방향을 하방향이라고 하는 것으로 하지만, 가열 장치 (100) 는 실제로는 그러한 방향과는 상이한 방향으로 설치되어도 된다.
가열 장치 (100) 는, 대상물 (예를 들어, 반도체 웨이퍼 (W)) 을 유지하면서 소정의 온도 (예를 들어, 400 ∼ 800 ℃ 정도) 로 가열하는 장치이고, 서셉터라고도 한다. 가열 장치 (100) 는, 예를 들어, 성막 장치 (CVD 성막 장치, 스퍼터링 성막 장치 등) 나 에칭 장치 (플라즈마 에칭 장치 등) 와 같은 반도체 제조 장치를 구성하는 반도체 제조 장치용 부품으로서 사용된다. 가열 장치 (100) 는, 특허 청구의 범위에 있어서의 유지 장치에 상당한다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가열 장치 (100) 는, 유지 부재 (10) 와 지지 부재 (20) 를 구비한다.
유지 부재 (10) 는, Z 축 방향 (상하 방향) 에 대략 직교하는 하나의 표면 (이하, 「유지면」이라고 한다.) (S1) 과, 유지면 (S1) 과는 반대측의 표면 (이하, 「이면」이라고 한다.) (S2) 을 갖는 대략 원판상의 부재이다. 유지 부재 (10) 는, 질화알루미늄 (AlN) 을 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성되어 있다. 또한, 본 명세서에서는, 주성분이란, 함유 비율 (중량 비율) 이 가장 많은 성분을 의미한다. 유지 부재 (10) 의 직경은, 예를 들어 100 ㎜ 이상, 500 ㎜ 이하 정도이고, 유지 부재 (10) 의 두께 (Z 축 방향에 있어서의 치수) 는, 예를 들어 3 ㎜ 이상, 30 ㎜ 이하 정도이다. 유지 부재 (10) 는, 특허 청구의 범위에 있어서의 세라믹스 부재에 상당하고, 유지면 (S1) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 1 표면에 상당하고, Z 축 방향은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 1 방향에 상당한다.
도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 에는, 후술하는 1 쌍의 단자 부재 (70) 나 1 쌍의 수전 전극 (53) 에 대응하는 1 쌍의 오목부 (12) 가 형성되어 있다. 각 오목부 (12) 의 Z 축 방향에 직교하는 단면 (XY 단면) 의 형상은, 예를 들어 대략 원형이다.
지지 부재 (20) 는, Z 축 방향으로 연장되는 대략 원관상 (圓管狀) 의 부재이다. 지지 부재 (20) 는, 예를 들어 질화알루미늄이나 알루미나 (Al2O3) 를 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성되어 있다. 지지 부재 (20) 의 외경은, 예를 들어 30 ㎜ 이상, 90 ㎜ 이하 정도이고, 지지 부재 (20) 의 높이 (Z 축 방향에 있어서의 치수) 는, 예를 들어 100 ㎜ 이상, 300 ㎜ 이하 정도이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 지지 부재 (20) 에는, 지지 부재 (20) 의 상면 (S3) 으로부터 하면 (S4) 까지 Z 축 방향으로 연장되는 관통공 (22) 이 형성되어 있다. 관통공 (22) 의 Z 축 방향에 직교하는 단면 (XY 단면) 의 형상은, 예를 들어 대략 원형이다. 관통공 (22) 의 내경은, 예를 들어 10 ㎜ 이상, 70 ㎜ 이하 정도이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 유지 부재 (10) 와 지지 부재 (20) 는, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 과 지지 부재 (20) 의 상면 (S3) 이 Z 축 방향으로 서로 대향하도록, 또한, 유지 부재 (10) 와 지지 부재 (20) 가 서로 대략 동축이 되도록 배치되어 있고, 공지된 접합 재료에 의해 형성된 접합부 (30) 를 개재하여 서로 접합되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 유지 부재 (10) 의 내부에는, 유지 부재 (10) 를 가열하는 히터로서의 발열 저항체 (50) 가 배치되어 있다. 발열 저항체 (50) 는, 예를 들어, Z 축 방향에서 보아 대략 나선상으로 연장되는 패턴을 구성하고 있다. 발열 저항체 (50) 는, 예를 들어, 텅스텐 (W) 이나 몰리브덴 (Mo) 등의 금속에 의해 형성되어 있다. Z 축 방향에서 본 발열 저항체 (50) 의 전체의 직경은, 예를 들어 70 ㎜ 이상, 450 ㎜ 이하 정도이고, Z 축 방향에서 본 발열 저항체 (50) 의 선폭은, 예를 들어 0.1 ㎜ 이상, 10 ㎜ 이하 정도이고, 발열 저항체 (50) 의 두께 (Z 축 방향에 있어서의 크기) 는, 예를 들어 0.1 ㎜ 이상, 3 ㎜ 이하 정도이다.
또, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 유지 부재 (10) 에는, 1 쌍의 수전 전극 (53) 이 배치되어 있다. 각 수전 전극 (53) 은, 예를 들어, Z 축 방향에서 보아 대략 원형의 판상 부재이다. 각 수전 전극 (53) 은, 예를 들어, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 도전성 재료에 의해 형성되어 있고, 유기물을 함유하고 있지 않다. 또한, 여기서 말하는 「유기물을 함유하지 않는」 상태란, 유기물을 불순물로서 함유하는 상태 (구체적으로는, 1 wt％ 미만만 함유하는 상태) 를 포함한다. 수전 전극 (53) 의 두께는, 예를 들어 0.1 ㎜ 이상, 5 ㎜ 이하 정도이다. 본 실시형태에 있어서, 수전 전극 (53) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 급전 부재에 상당한다.
1 쌍의 수전 전극 (53) 중의 일방은, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 에 형성된 1 쌍의 오목부 (12) 중의 일방의 바닥면에 노출되어 있으며, 또한, 상면 (S6) 이, 대략 나선상 패턴을 구성하는 발열 저항체 (50) 의 일단 부근의 하면 (S5) 에 접함으로써 발열 저항체 (50) 와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 1 쌍의 수전 전극 (53) 중의 타방은, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 에 형성된 1 쌍의 오목부 (12) 중의 타방의 바닥면에 노출되어 있으며, 또한, 상면 (S6) 이, 발열 저항체 (50) 의 타단 부근의 하면 (S5) 에 접함으로써 발열 저항체 (50) 와 전기적으로 접속되어 있다.
또, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 지지 부재 (20) 에 형성된 관통공 (22) 내에는, 1 쌍의 단자 부재 (70) 가 수용되어 있다. 각 단자 부재 (70) 는, 예를 들어 대략 원기둥상의 부재이다. 각 단자 부재 (70) 는, 예를 들어, 니켈이나 티탄 등의 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 단자 부재 (70) 의 직경은, 예를 들어 3 ㎜ 이상, 8 ㎜ 이하 정도이다.
1 쌍의 단자 부재 (70) 중의 일방에 있어서의 상단 부분은, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 에 형성된 1 쌍의 오목부 (12) 중의 일방에 수용되어 있고, 그 오목부 (12) 의 바닥면에 노출된 수전 전극 (53) 과, 납땜부 (56) 에 의해 접합되어 있다. 또, 1 쌍의 단자 부재 (70) 중의 타방에 있어서의 상단 부분은, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 에 형성된 1 쌍의 오목부 (12) 중의 타방에 수용되어 있고, 그 오목부 (12) 의 바닥면에 노출된 수전 전극 (53) 과, 납땜부 (56) 에 의해 접합되어 있다. 각 납땜부 (56) 는, 예를 들어, Ni 합금 (Ni-Cr 계 합금 등), Au 합금 (Au-Ni 계 합금 등), 순 Au 와 같은 금속 납재를 사용하여 형성되어 있다.
이와 같은 구성의 가열 장치 (100) 에 있어서, 도시되지 않은 전원으로부터 각 단자 부재 (70) 및 각 수전 전극 (53) 을 개재하여 발열 저항체 (50) 에 전압이 인가되면, 발열 저항체 (50) 가 발열하고, 이로써, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 상에 유지된 대상물 (예를 들어, 반도체 웨이퍼 (W)) 이 소정의 온도 (예를 들어, 400 ∼ 800 ℃ 정도) 로 가열된다. 또한, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 단자 부재 (70) 와 발열 저항체 (50) 가 수전 전극 (53) 을 개재하여 접속되어 있기 때문에, 단자 부재 (70) 와 발열 저항체 (50) 사이의 열팽창차에서 기인하는 응력을 완화할 수 있다.
A-2. 발열 저항체 (50) 의 주변의 상세 구성 :
다음으로, 발열 저항체 (50) 의 주변의 상세 구성에 대해, 도 3 및 도 3 의 X2 부에 있어서의 가열 장치 (100) 의 XZ 단면 구성을 확대하여 나타내는 설명도인 도 4 를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 과의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, 코트층 (60) 에 덮여 있다. 보다 구체적으로는, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 과의 접촉면을 제외한 표면의 대부분 (예를 들어 80 ％ 이상) 이, 코트층 (60) 에 덮여 있다.
코트층 (60) 은, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성되어 있다. 즉, 코트층 (60) 은, 예를 들어, AlN, TiN, ZrN, (Al,Ti)N, (Al,Ti,Si)N, (Al,Ti,Cr)N, (Al,Cr)N, VN, TaN, NbN 등에 의해 형성되어 있다. 코트층 (60) 의 두께 (t1) 는, 0.3 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또, 코트층 (60) 의 기공률은, 30 ％ 이하인 것이 바람직하고, 10 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 「발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 과의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, 코트층 (60) 에 덮여 있다」란, 발열 저항체 (50) 의 표면 중의 수전 전극 (53) 과의 접촉면을 제외한 표면에 주목했을 때에, 그 전부 또는 일부가 코트층 (60) 에 덮여 있는 것을 의미하고, 발열 저항체 (50) 의 표면 중의 수전 전극 (53) 과의 접촉면의 전부 또는 일부가 코트층 (60) 에 덮여 있는 형태를 배제하는 것은 아니다. 또한, 코트층 (60) 이 도전성인 경우 (예를 들어, 코트층 (60) 이 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성되어 있는 경우) 에는, 그 코트층 (60) 이 발열 저항체 (50) 의 표면 중의 수전 전극 (53) 과의 접촉면의 전부 또는 일부를 덮고 있어도 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 사이의 도통에 영향은 없지만, 코트층 (60) 이 도전성이 아닌 경우 (예를 들어, 코트층 (60) 이 AlN 에 의해 형성되어 있는 경우) 에는, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 사이의 도통을 확보하기 위해, 그 코트층 (60) 이 발열 저항체 (50) 의 표면 중의 수전 전극 (53) 과의 접촉면의 적어도 일부를 덮고 있지 않은 것이 바람직하다.
또, B, C, O 원소는, Mo 나 W 에 의해 형성된 발열 저항체 (50) 와 반응할 우려가 있기 때문에, 코트층 (60) 은, B, C, O 원소를 함유하지 않는 것이 바람직하다.
또, Z 축 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면 (예를 들어, 도 4 에 나타내는 XZ 단면) 에 있어서, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경은, 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 단, 코트층 (60) 의 두께가 10 ㎛ 이하인 경우에는, 기공 (PO) 의 평균 직경은, 코트층 (60) 의 두께의 2/3 이하인 것이 바람직하다.
또, Z 축 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면 (예를 들어, 도 4 에 나타내는 XZ 단면) 에 있어서, 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한, 발열 저항체 (50) 의 표면에 형성된 변질층 (TL) 으로서의 탄화물층 (예를 들어, 탄화텅스텐층이나 탄화몰리브덴층 등) 의 단면적의 비는, 10 ％ 이하인 것이 바람직하고, 3 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 단면이란, Z 축 방향에 있어서의 발열 저항체 (50) 의 전체가 나타난 시야이면 충분하고, Z 축 방향에 직교하는 방향 (예를 들어, X 축 방향) 에 있어서의 발열 저항체 (50) 의 전체가 나타난 시야일 필요는 없다.
A-3. 가열 장치 (100) 의 제조 방법 :
본 실시형태의 가열 장치 (100) 의 제조 방법은, 예를 들어 이하와 같다. 도 5 는, 제 1 실시형태의 가열 장치 (100) 의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로차트이다. 먼저, 금속 (예를 들어, 텅스텐이나 몰리브덴) 의 메시나 박으로 이루어지는 발열 저항체 (50) 를 준비하고, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 과의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부 (본 실시형태에서는, 수전 전극 (53) 과의 접촉면을 제외한 표면의 대부분) 에, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물인 코트층 (60) 을 형성한다 (S110). 또한, 코트층 (60) 은, 예를 들어, 발열 저항체 (50) 의 표면에 있어서의 코트층 (60) 의 비형성 영역에 마스크를 하고, 용사, 스퍼터링, CVD, PVD 등을 실시함으로써 형성한다. 이 때의 성막 조건 (예를 들어, 성막 속도) 을 조정함으로써, 코트층 (60) 과 발열 저항체 (50) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 직경을 조정할 수 있다.
또, 예를 들어 이하와 같이 하여, 유지 부재 (10) 를 제작한다 (S120). 즉, 질화알루미늄 분말 (예를 들어 95 중량부) 에, 필요에 따라 적량 (예를 들어 5 중량부) 의 산화이트륨 분말이 첨가된 혼합 원료 분말을, 형 (型) 에 충전하고 1 축 가압함으로써, 성형체의 제 1 층을 형성한다. 이 제 1 층 상에, 코트층 (60) 이 형성된 발열 저항체 (50) 와, 예를 들어 금속판으로 이루어지는 수전 전극 (53) 을, 양자가 서로 접하는 상태로 재치한다. 다음으로, 상기 혼합 원료 분말을, 발열 저항체 (50) 및 수전 전극 (53) 상에 소정의 두께만큼 충전하여, 성형체의 제 2 층을 형성한다. 이와 같이 하여 제작된 성형체를, 소정의 조건 (예를 들어, 온도 : 1700 ℃ ∼ 1900 ℃ 정도, 압력 : 1 ㎫ ∼ 20 ㎫ 정도, 시간 : 1 시간 ∼ 5 시간 정도) 에서 핫 프레스 소성함으로써, 내부에 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 이 배치된 유지 부재 (10) 를 제작한다.
또, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 의 오목부 (12) 는, 예를 들어, 상기 서술한 핫 프레스 소성 후에, 연삭 공구를 사용한 연삭 가공을 실시함으로써 형성된다. 이 연삭 가공은, 수전 전극 (53) 이 노출될 때까지 실시된다. 또한, 수전 전극 (53) 의 두께를 발열 저항체 (50) 보다 두껍게 하여, 오목부 (12) 의 형성을 위한 연삭 가공시에 연삭 공구에 의해 다소 연삭되더라도, 수전 전극 (53) 에 균열 등의 파손이 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또, 예를 들어 이하와 같이 하여, 지지 부재 (20) 를 제작한다 (S130). 즉, 질화알루미늄 분말 (예를 들어 100 중량부) 에, 필요에 따라 적량 (예를 들어 1 중량부) 의 산화이트륨 분말, PVA 바인더 (예를 들어 3 중량부), 분산제 및 가소제를 첨가한 혼합물에 메탄올 등의 유기 용제를 첨가하고, 볼 밀로 혼합하여 슬러리를 얻고, 이 슬러리를 스프레이 드라이어로 과립화함으로써 원료 분말을 제작한다. 이 원료 분말을 소정의 압력 (예를 들어, 100 ㎫ ∼ 250 ㎫) 으로 냉간 정수압 프레스하여 성형체를 얻는다. 또한, 지지 부재 (20) 에 있어서의 관통공 (22) 은, 성형시에 고무 형을 사용하여 형성해도 되고, 성형 후 혹은 소성 후에 머시닝 가공을 실시함으로써 형성해도 된다. 얻어진 성형체를 공기 중에서 예를 들어 600 ℃ 에서 탈지하고, 탈지체를 질소 가스 분위기의 노 내에 매달고, 소정의 조건 (예를 들어, 온도 : 1800 ℃ ∼ 1900 ℃ 정도, 시간 : 4 시간 ∼ 6 시간 정도) 에서 소성함으로써, 지지 부재 (20) 를 제작한다.
다음으로, 유지 부재 (10) 와 지지 부재 (20) 를 접합한다 (S140). 즉, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 및 지지 부재 (20) 의 상면 (S3) 에 대해 필요에 따라 래핑 가공을 실시한 후, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 과 지지 부재 (20) 의 상면 (S3) 의 적어도 일방에, 예를 들어 알칼리 토류, 희토류, 알루미늄의 복합 산화물 등의 공지된 접합제를 유기 용제 등과 혼합하여 페이스트상으로 한 것을 균일하게 도포하고, 그 후, 탈지 처리를 실시한다. 이어서, 유지 부재 (10) 의 이면 (S2) 과 지지 부재 (20) 의 상면 (S3) 을 중첩하고, 진공 중 또는 감압한 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스 중에서, 소정의 조건 (예를 들어, 온도 : 1400 ℃ ∼ 1850 ℃ 정도, 압력 : 0.5 ㎫ ∼ 10 ㎫ 정도) 에서 핫 프레스 소성함으로써, 유지 부재 (10) 와 지지 부재 (20) 를 접합하는 접합부 (30) 를 형성한다.
다음으로, 지지 부재 (20) 의 관통공 (22) 내에 단자 부재 (70) 를 삽입하고, 단자 부재 (70) 의 상단 부분을 수전 전극 (53) 에 납땜하여, 납땜부 (56) 를 형성한다 (S150). 주로 이상의 제조 방법에 의해, 상기 서술한 구성의 가열 장치 (100) 가 제조된다.
A-4. 본 실시형태의 효과 :
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 는, Z 축 방향에 대략 직교하는 유지면 (S1) 을 갖고, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 유지 부재 (10) 와, 유지 부재 (10) 의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체 (50) 와, 발열 저항체 (50) 와 접하는 도전성의 수전 전극 (53) 을 구비하고, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 상에 반도체 웨이퍼 (W) 와 같은 대상물을 유지하는 유지 장치이다. 본 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 과의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성된 코트층 (60) 에 덮여 있다.
여기서, 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 의 제조시에는, 내부에 발열 저항체 (50) 의 재료가 배치된 유지 부재 (10) 의 재료의 성형체를 고온 (예를 들어, 1700 ℃ ∼ 1900 ℃ 정도) 에서 소성함으로써, 치밀한 세라믹스 소결체에 의해 형성된 유지 부재 (10) 와, 유지 부재 (10) 의 내부에 배치된 발열 저항체 (50) 가 제작된다. 이 소성시에, 노 내 분위기나 원료 유래의 불순물 (예를 들어, 탄소) 이, 치밀화하기 전의 유지 부재 (10) 의 재료의 성형체 중에 진입하여 발열 저항체 (50) 와 반응함으로써, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) (예를 들어, 탄화텅스텐층이나 탄화몰리브덴층) 이 형성되는 경우가 있다 (도 4 참조). 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되면, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차 (제품 내 및/또는 제품 간의 편차) 가 발생하고, 이로써 발열 저항체 (50) 의 발열량의 편차가 발생하고, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 의 온도 (나아가서는, 유지면 (S1) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (W) 등의 대상물의 온도) 의 편차가 발생할 우려가 있다.
그러나, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면을 덮는 코트층 (60) 의 존재에 의해, 유지 부재 (10) 의 소성시에, 발열 저항체 (50) 가 불순물과 반응하여 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차에서 기인하는 발열 저항체 (50) 의 발열량의 편차의 발생을 억제할 수 있고, 그 결과, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 의 온도 (나아가서는, 유지면 (S1) 에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다. 또, 코트층 (60) 은, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성되어 있기 때문에, 고온 소성시에 내열성을 가짐과 함께, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 유지 부재 (10) 에 대한 원소 확산을 일으키기 어려운 것이다. 따라서, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 에 의하면, 코트층 (60) 으로부터의 원소 확산에서 기인하는 유지 부재 (10) 의 특성 변화의 발생을 억제하면서, 내열성이 높은 코트층 (60) 의 존재에 의해, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치 (발열량) 의 편차를 억제할 수 있고, 그 결과, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 의 온도 (나아가서는, 유지면 (S1) 에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 코트층 (60) 이 도전성인 경우 (예를 들어, 코트층 (60) 이 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성되어 있는 경우) 에는, 발열 저항체 (50) 의 표면에 대한 코트층 (60) 의 형성시에, 특별한 처치 (예를 들어, 도통을 확보해야 할 부분 (발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 과의 접촉면 등) 을 마스크하는 처리) 를 실시할 필요가 없기 때문에, 제조 공정의 간소화·저비용화를 실현할 수 있다. 또, 코트층 (60) 이 AlN 에 의해 형성되어 있는 경우에는, 코트층 (60) 과 유지 부재 (10) 및 발열 저항체 (50) 와의 사이의 열팽창차가 비교적 작아지기 때문에, 코트층 (60) 의 두께를 비교적 두껍게 해도 코트층 (60) 의 균열의 발생을 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 수전 전극 (53) 은, 예를 들어, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 도전성 재료에 의해 형성되어 있고, 유기물을 함유하고 있지 않다. 즉, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 발열 저항체 (50) 가, 유기물을 함유하는 부재 (예를 들어, 금속과 바인더로서의 유기물을 포함하는 접속 부재) 를 개재하지 않고, 급전을 위한 부재 (수전 전극 (53) 이나 단자 부재 (70)) 와 접속되어 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 가열 장치 (100) 에 의하면, 발열 저항체 (50) 가 유기물과 반응하여 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 발열 저항체 (50) 는, 금속박, 금속판, 메시 금속, 코일 금속 등에 의해 형성된다. 발열 저항체 (50) 가, 금속박이나 금속판 등과 같은 비교적 요철이 적은 표면을 갖는 재료에 의해 형성되면, 발열 저항체 (50) 가 유기물을 함유하는 부재를 개재하지 않고 급전을 위한 부재와 접속된 구성을 용이하게 실현할 수 있다. 한편, 발열 저항체 (50) 가, 메시 금속이나 코일 금속 등과 같은 비교적 요철이 큰 표면을 갖는 재료에 의해 형성되면, 발열 저항체 (50) 와 유지 부재 (10) 의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
또한, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 는, 0.3 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용하면, 코트층 (60) 의 두께가 과도하게 얇지 않기 (0.3 ㎛ 이상이기) 때문에, 코트층 (60) 의 존재에 의해, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또, 이와 같은 구성을 채용하면, 코트층 (60) 의 두께가 과도하게 두껍지는 않기 (60 ㎛ 이하이기) 때문에, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 사이의 선팽창차에서 기인하여 코트층 (60) 에 생기는 응력을 작게 할 수 있고, 그 응력에 의해 코트층 (60) 에 크랙이 생겨 변질층 (TL) 의 형성을 억제할 수 없다고 하는 사태의 발생을 방지할 수 있다.
또, Z 축 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면 (예를 들어, 도 4 에 나타내는 XZ 단면) 에 있어서, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경은, 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 직경이 비교적 작기 때문에, 그 계면에 존재하는 기공 (PO) 을 통한 불순물의 침입을 억제할 수 있고, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또, 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 직경이 비교적 작기 때문에, 예를 들어 핫 프레스 소성시에 발열 저항체 (50) 및 코트층 (60) 에 가압력이 가해졌을 때에 기공 (PO) 이 무너져 코트층 (60) 에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있고, 이러한 점에서도, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
또, Z 축 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면 (예를 들어, 도 4 에 나타내는 XZ 단면) 에 있어서, 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한, 발열 저항체 (50) 의 표면에 형성된 변질층 (TL) 으로서의 탄화물층의 단면적의 비는, 10 ％ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체 (50) 의 표면에 있어서의 변질층 (TL) 으로서의 탄화물층의 형성량이 적고, 그 때문에 발열 저항체 (50) 의 저항치 (발열량) 의 편차가 적은 가열 장치 (100) 를 실현할 수 있다. 또, Z 축 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면 (예를 들어, 도 4 에 나타내는 XZ 단면) 에 있어서, 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한, 발열 저항체 (50) 의 표면에 형성된 변질층 (TL) 으로서의 탄화물층의 단면적의 비는, 3 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용하면, 발열 저항체 (50) 의 표면에 있어서의 변질층 (TL) 으로서의 탄화물층의 형성량이 더욱 적고, 그 때문에 발열 저항체 (50) 의 저항치 (발열량) 의 편차가 더욱 적은 가열 장치 (100) 를 실현할 수 있다.
A-5. 가열 장치 (100) 의 분석 방법 :
A-5-1. 코트층 (60) 의 두께 (t1) 의 특정 방법 :
발열 저항체 (50) 의 표면에 형성된 코트층 (60) 의 두께 (t1) 의 특정 방법은, 이하와 같다.
(코트층 (60) 이 Al 이외의 원소를 포함하는 경우)
발열 저항체 (50) 를 포함하는 단면 (Z 축 방향에 평행인 단면) 을 경면 연마한 후, 아르곤 이온 등의 이온 빔으로 시료의 단면을 처리하는 크로스 섹션 폴리셔 처리를 실시한다. 다음으로, 가공면을 대상으로 하여, 전자선 마이크로 애널라이저 (EPMA) 를 사용하여, 10 시야를 촬상하고 관찰한다. 또한, 원소 매핑의 시야는, 100 ㎛ × 100 ㎛ 로 한다. 다음으로, 화상 해석 소프트 (Soft Imaging System GmbH 사 제조의 Analysis Five) 를 사용하여, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면, 및 유지 부재 (10) 와 코트층 (60) 의 계면 위치를 확인하고, 라인을 긋는다. 각 시야 화상에 있어서, 양 계면에 그은 라인 간의 최단 거리를, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 로서 특정한다. 10 개의 시야 화상에 있어서 특정한 코트층 (60) 의 두께 (t1) 의 평균치를, 최종적인 코트층 (60) 의 두께 (t1) 로 한다.
(코트층 (60) 이 AlN 에 의해 형성되어 있는 경우 (즉, 코트층 (60) 이 유지 부재 (10) 와 동일 재료에 의해 형성되어 있는 경우))
발열 저항체 (50) 를 포함하는 단면 (Z 축 방향에 평행인 단면) 을 경면 연마한 후, 아르곤 이온 등의 이온 빔으로 시료의 단면을 처리하는 크로스 섹션 폴리셔 처리를 실시한다. 다음으로, 가공면을 대상으로 하여, 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 사용하여, 지정의 시야를 촬상하고 관찰한다. 또한, 촬상은 다음의 2 종류에 대해 각각 10 시야씩 실시하는 것으로 한다.
(1) 시야를 100 ㎛ × 100 ㎛ 로 하고, 발열 저항체 (50) 와 유지 부재 (10) 의 계면을 포함하는 것
(2) 시야를 1 ㎜ × 1 ㎜ 로 하고, 발열 저항체 (50) 와 유지 부재 (10) 의 계면을 포함하는 것
하기의 2 가지 요건을 만족할 때, 발열 저항체 (50) 는 AlN 의 코트층 (60) 에 의해 덮여 있는 것으로 판단한다.
·요건 1 : 상기 (1) 에 있어서의, 발열 저항체 (50) 와 유지 부재 (10) 의 계면의 기공 직경과 기공수를 관찰했을 때, 10 개의 시야 화상에 있어서, 0.5 ㎛ 이상, 3 ㎛ 이하의 기공이 평균 2 개 이상 존재하며, 또한, 유지 부재 (10) 와 발열 저항체 (50) 에 함유되지 않는 성분의 원소 확산이 없다.
·요건 2 : 상기 (2) 에 있어서의 입계상 성분의 분포를 관찰했을 때, 10 개의 시야 화상 중, 적어도 5 개 이상에서 발열 저항체 (50) 와 유지 부재 (10) 의 계면 근방 (계면으로부터 거리 100 ㎛ 이내의 범위) 에 입계상 성분이 적은 영역이 존재하지 않는다.
통상, W 나 Mo 등의 금속 표면 산화물과 AlN 입자 표면의 산화물은, 저온에서 액상을 생성하고, 치밀화하기 때문에, 계면에 기공이 생기기 어렵다. 또, 소결이 진행되면 AlN 의 입계상 성분은 미소결부를 향하여 배출되기 때문에, 입계상 성분의 농도차가 생긴다. 한편, 표면에 AlN 에 의해 형성된 코트층 (60) 이 존재하는 경우, 금속 표면 산화물과 유지 부재 (10) 의 AlN 입자 표면의 산화물과의 반응에 의한, 저온에서의 액상 생성 반응이 생기지 않기 때문에, 계면 기공이 남기 쉽다. 또, 계면 근방과 그 이외의 지점에서 소결 거동의 차가 생기기 어렵기 때문에, 입계상 성분의 농도차도 생기기 어렵다. 그 때문에, 상기 2 가지 요건을 만족하면, 발열 저항체 (50) 는 AlN 의 코트층 (60) 에 의해 덮여 있다고 판단할 수 있다.
또, 발열 저항체 (50) 가 AlN 의 코트층 (60) 에 의해 덮여 있는 것으로 판단된 경우에 있어서, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 는 이하와 같이 특정할 수 있다. 즉, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 가 10 ㎛ 미만인 경우에는, 발열 저항체 (50) 와 유지 부재 (10) 를 포함하는 시야 30 ㎛ × 30 ㎛ 의 반사 전자 이미지를 10 시야에서 촬상한다. 또, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 가 10 ㎛ 이상인 경우에는, 발열 저항체 (50) 와 유지 부재 (10) 를 포함하는 시야 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 반사 전자 이미지를 10 시야에서 촬상한다. 어느 경우에도, 각 시야에 있어서, 발열 저항체 (50) 와 AlN 부분 (유지 부재 (10) ＋ 코트층 (60)) 의 계면과, AlN 부분에 있어서의 입계상 성분의 다과 (多寡) 의 경계에, 서로 평행인 직선을 긋는다. 또한, AlN 부분에 대해, 코트층 (60) 은 보조제를 포함하지 않는 한편, 유지 부재 (10) 는 소결 보조제를 포함하기 때문에, AlN 부분에 있어서의 입계상 성분의 농담에 의해, 유지 부재 (10) 와 코트층 (60) 의 계면을 특정할 수 있다. 각 시야에 있어서, 상기 서로 평행인 2 개의 직선 간의 거리를, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 로서 특정한다. 각 시야에 있어서의 코트층 (60) 의 두께 (t1) 의 평균치를, 최종적인 코트층 (60) 의 두께 (t1) 로 한다.
A-5-2. 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경의 특정 방법 :
발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경의 특정 방법은, 이하와 같다. 처음에, 상기 서술한 코트층 (60) 의 두께 (t1) 의 특정 방법 (코트층 (60) 이 Al 이외의 원소를 포함하는 경우) 과 동일하게 하여 10 시야의 화상을 취득하고, 각 화상에 있어서의 기공 (PO) 의 평균 직경을 측정한다. 각 화상에 있어서의 기공 (PO) 의 평균 직경의 측정은, “미즈타니 노부야스, 오자키 요시하루, 키무라 토시오, 야마구치 타카시 저, 「세라믹 프로세싱」, 기호도 출판 주식회사, 1985년 3월 25일 발행, 192 페이지 ∼ 195 페이지”에 있어서 기재되어 있는 방법 (인터셉트 방법) 에 따라 실시한다. 구체적으로는, 각 시야 화상에 있어서, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 대략 평행인 직선을 복수 개 긋고, 이 직선 상에 위치하는 기공 (PO) 의 길이를 기공 (PO) 마다 측정하고, 이들 길이의 평균치를, 기공 (PO) 의 평균 직경으로 한다. 10 개의 시야 화상에 있어서 특정한 기공 (PO) 의 평균 직경의 평균치를, 최종적인 기공 (PO) 의 평균 직경으로 한다.
A-5-3. 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한, 발열 저항체 (50) 의 표면에 형성된 변질층 (TL) (탄화물층) 의 단면적의 비의 특정 방법 :
발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한, 발열 저항체 (50) 의 표면에 형성된 변질층 (TL) (탄화물층) 의 단면적의 비의 특정 방법은, 이하와 같다. 처음에, 발열 저항체 (50) 의 두께 방향의 전체를 포함하는 단면 (Z 축 방향에 평행인 단면) 을 경면 연마한 후, 아르곤 이온 등의 이온 빔으로 시료의 단면을 처리하는 크로스 섹션 폴리셔 처리를 실시한다. 다음으로, 가공면을 대상으로 하여, 전자선 마이크로 애널라이저 (EPMA) 를 사용하여, 10 시야를 촬상하고 관찰한다. 또한, 원소 매핑의 시야는, 200 ㎛ × 200 ㎛ 로 한다. 다음으로, 화상 해석 소프트 (Soft Imaging System GmbH 사 제조의 Analysis Five) 를 사용하여, 변질층 (TL) 의 계면 위치를 확인하고, 라인을 긋는다. 각 시야 화상에 있어서, 변질층 (TL) 의 평균 두께를 구하고, (변질층 (TL) 의 평균 두께 / 발열 저항체 (50) 의 두께) × 100 (％) 을, 상기 단면적의 비로서 특정한다. 10 개의 시야 화상에 있어서 특정한 상기 단면적의 비의 평균치를, 최종적인 단면적의 비로 한다.
B. 제 2 실시형태 :
도 6 은, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 에 있어서의 일부분 (도 2 의 X1 부에 상당하는 부분) 의 XZ 단면 구성을 확대하여 나타내는 설명도이다. 이하에서는, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 의 구성 중, 상기 서술한 제 1 실시형태의 가열 장치 (100) 의 구성과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 그 설명을 적절히 생략한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 는, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 이 직접적으로 접해 있지 않고, 접속 부재 (51) 를 개재하여 양자가 전기적으로 접속되어 있는 점이, 제 1 실시형태의 가열 장치 (100) 와 상이하다. 접속 부재 (51) 는, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 의 양방에 접하여 양자를 전기적으로 접속하는 부재이다. 접속 부재 (51) 는, 예를 들어, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 접속 부재 (51) 는, 특허 청구의 범위에 있어서의 급전 부재에 상당한다.
제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 제 1 실시형태의 가열 장치 (100) 와 동일하게, 발열 저항체 (50) 의 표면이 코트층 (60) 에 덮여 있다. 즉, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 접속 부재 (51) 와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, 코트층 (60) 에 덮여 있다. 보다 구체적으로는, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 접속 부재 (51) 와의 접촉면을 제외한 표면의 대부분 (예를 들어 80 ％ 이상) 이, 코트층 (60) 에 덮여 있다.
또한, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 에 있어서의 코트층 (60) 의 형성 재료나 두께, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 직경, 발열 저항체 (50) 의 표면에 있어서의 변질층 (TL) 의 형성 상태 등은, 제 1 실시형태의 가열 장치 (100) 와 동일하다.
또, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 는, 상기 서술한 제 1 실시형태의 가열 장치 (100) 의 제조 방법에 있어서, 유지 부재 (10) 의 형성 재료인 혼합 원료 분말에 끼워 넣어지는 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 사이에, 접속 부재 (51) 의 형성 재료 (예를 들어, 금속과 바인더로서의 유기물을 포함하는 금속 페이스트) 를 배치한 상태에서 핫 프레스 소성함으로써, 제작할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 는, Z 축 방향에 대략 직교하는 유지면 (S1) 을 갖고, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 유지 부재 (10) 와, 유지 부재 (10) 의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체 (50) 와, 발열 저항체 (50) 와 접하는 도전성의 접속 부재 (51) 를 구비하고, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 상에 반도체 웨이퍼 (W) 와 같은 대상물을 유지하는 유지 장치이다. 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 접속 부재 (51) 와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성된 코트층 (60) 에 덮여 있다. 그 때문에, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면을 덮는 코트층 (60) 의 존재에 의해, 유지 부재 (10) 의 소성시에, 발열 저항체 (50) 가 불순물과 반응하여 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차에서 기인하는 발열 저항체 (50) 의 발열량의 편차의 발생을 억제할 수 있고, 그 결과, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 의 온도 (나아가서는, 유지면 (S1) 에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다. 또, 코트층 (60) 은, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성되어 있기 때문에, 고온 소성시에 내열성을 가짐과 함께, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 유지 부재 (10) 에 대한 원소 확산을 일으키기 어려운 것이다. 따라서, 제 2 실시형태의 가열 장치 (100) 에 의하면, 코트층 (60) 으로부터의 원소 확산에서 기인하는 유지 부재 (10) 의 특성 변화의 발생을 억제하면서, 내열성이 높은 코트층 (60) 의 존재에 의해, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치 (발열량) 의 편차를 억제할 수 있고, 그 결과, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 의 온도 (나아가서는, 유지면 (S1) 에 유지된 대상물의 온도) 의 편차를 억제할 수 있다.
C. 성능 평가 :
상기 서술한 가열 장치 (100) 의 구성을 채용함으로써 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차를 억제할 수 있는 점에 대해, 성능 평가를 실시하였다. 이하, 그 성능 평가에 대해 설명한다. 도 7 은, 성능 평가 결과를 나타내는 설명도이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 성능 평가에는, 25 개의 샘플 (SA1 ∼ SA25) 의 가열 장치가 사용되었다. 각 샘플은, 상기 서술한 실시형태의 가열 장치 (100) 의 제조 방법에 준한 제조 방법으로 제작하였다. 각 샘플은, 발열 저항체 (50) 의 재료 및 형상, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 의 접속 형태, 코트층 (60) 의 재료 및 두께 (t1), 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경이, 서로 상이하다.
구체적으로는, 샘플 SA1 ∼ SA16, SA21 ∼ SA25 에서는, 발열 저항체 (50) 로서 메시 (선 직경 : 0.1 ㎜, 눈금 간격 : 50 메시) 를 사용하고, 샘플 SA17 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 로서 박 (두께 : 0.2 ㎜) 을 사용하였다. 또, 샘플 SA1 ∼ SA16, SA21 ∼ SA25 에서는, 상기 서술한 제 2 실시형태와 같이, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 이 접속 부재 (51) 를 개재하여 접속된 구성으로 하고, 샘플 SA17 ∼ SA20 에서는, 상기 서술한 제 1 실시형태와 같이, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 이 접속 부재 (51) 를 개재하지 않고 직접적으로 접속된 구성으로 하였다. 또, 샘플 SA1 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 을 형성하고, 샘플 SA21 ∼ SA25 에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 을 형성하지 않았다. 또한, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 샘플 SA1 ∼ SA20 에서는, 코트층 (60) 으로서, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물이 사용되었다.
또, 성능 평가로서, 각 샘플에 대해, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차 (n ＝ 20) 를 구하였다. 또, 각 샘플에 대해, Z 축 방향에 평행인 단면에 있어서의 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한 변질층 (탄화물층) (TL) 의 단면적의 비를 측정하였다.
또한, 성능 평가로서, 각 샘플에 대해, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 의 온도 편차를 측정하였다. 보다 상세하게는, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 에 흑색화한 더미 웨이퍼를 재치하고, 단자 부재 (70) 를 개재하여 발열 저항체 (50) 에 전력을 공급함으로써 각 샘플의 가열 장치를 승온시키고, 더미 웨이퍼의 표면 온도를 측정하였다. 더미 웨이퍼의 표면 온도가 500 ℃ 에 도달한 시점으로부터 15 분간, 단자 부재 (70) 를 개재한 공급 전력을 동일한 값으로 유지하고, 그 후, 더미 웨이퍼 내에 있어서의 최대 온도차를, 유지면 (S1) 의 온도 편차로서 측정하였다. 도 7 에 있어서, 「◎」는 온도 편차가 5 ℃ 이하였던 것을 나타내고, 「○」는 온도 편차가 5 ℃ 초과, 또한, 10 ℃ 이하였던 것을 나타내고, 「×」는 온도 편차가 10 ℃ 초과였던 것을 나타낸다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 을 형성하지 않은 샘플 SA21 ∼ SA25 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 49 ％ 이상으로 비교적 큰 값이 되었다. 또, 이들 샘플에서는, 유지면 (S1) 의 온도 편차 (온도차) 가 10 ℃ 초과로 비교적 큰 값이 되었다. 이들 샘플에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 이 존재하지 않기 때문에, 유지 부재 (10) 의 소성시에, 노 내 분위기나 원료 유래의 불순물이, 치밀화하기 전의 유지 부재 (10) 의 재료의 성형체 중에 진입하여 발열 저항체 (50) 와 반응함으로써, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 비교적 많이 형성되고, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 사이의 접속 불량이 발생함과 함께, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차에서 기인하는 발열 저항체 (50) 의 발열량의 편차가 발생하고, 유지면 (S1) 의 온도 편차가 발생한 것으로 생각된다. 실제로, 이들 샘플에서는, Z 축 방향에 평행인 단면에 있어서의 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한 변질층 (탄화물층) (TL) 의 단면적의 비가, 19 ％ 이상으로 비교적 큰 값이 되었다.
이에 대하여, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 을 형성한 샘플 SA1 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 21 ％ 이하로 비교적 작은 값이 되었다. 또, 이들 샘플에서는, 유지면 (S1) 의 온도 편차 (온도차) 가 10 ℃ 이하로 비교적 작은 값이 되었다. 이들 샘플에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면을 덮는 코트층 (60) 의 존재에 의해, 유지 부재 (10) 의 소성시에, 발열 저항체 (50) 가 불순물과 반응하여 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것이 억제되고, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 사이의 접속 불량의 발생이나, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차에서 기인하는 발열 저항체 (50) 의 발열량의 편차의 발생이 억제된 것으로 생각된다. 실제로, 이들 샘플에서는, Z 축 방향에 평행인 단면에 있어서의 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한 변질층 (탄화물층) (TL) 의 단면적의 비가, 10 ％ 이하로 비교적 작은 값이 되었다.
이 성능 평가 결과에 의해, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 또는 접속 부재 (51) 와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, Al 과 Ti 와 Zr 과 V 와 Ta 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성된 코트층 (60) 에 덮여 있으면, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차를 억제할 수 있고, 그 결과, 유지 부재 (10) 의 유지면 (S1) 의 온도의 편차를 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 을 형성한 샘플 SA1 ∼ SA20 중, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 가 0.3 ㎛ 미만인 샘플 SA1, SA3, 및 코트층 (60) 의 두께 (t1) 가 60 ㎛ 를 초과하는 샘플 SA2, SA4 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 19 ％ 이상인 한편, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 가 0.3 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이하인 샘플 SA5 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 16 ％ 이하로, 보다 양호한 결과가 되었다. 샘플 SA5 ∼ SA20 에서는, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 가 과도하게 얇지 않기 (0.3 ㎛ 이상이기) 때문에, 코트층 (60) 의 존재에 의해, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있고, 또, 코트층 (60) 의 두께가 과도하게 두껍지는 않기 (60 ㎛ 이하이기) 때문에, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 사이의 선팽창차에서 기인하여 코트층 (60) 에 생기는 응력을 작게 할 수 있고, 그 응력에 의해 코트층 (60) 에 크랙이 생겨 변질층 (TL) 의 형성을 억제할 수 없다고 하는 사태의 발생을 방지할 수 있었던 것으로 생각된다. 이 성능 평가 결과에 의해, 코트층 (60) 의 두께 (t1) 는 0.3 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이하인 것이 바람직한 것이 확인되었다.
또, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 을 형성한 샘플 SA1 ∼ SA20 중, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경이 10 ㎛ 를 초과하는 샘플 SA1 ∼ SA9 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 13 ％ 이상인 한편, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경이 10 ㎛ 이하인 샘플 SA10 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 9 ％ 이하로, 보다 양호한 결과가 되었다. 샘플 SA10 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 직경이 비교적 작기 때문에, 그 계면에 존재하는 기공 (PO) 을 통한 불순물의 침입을 억제할 수 있고, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있었던 것으로 생각된다. 또, 샘플 SA10 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 직경이 비교적 작기 때문에, 예를 들어 핫 프레스 소성시에 발열 저항체 (50) 및 코트층 (60) 에 가압력이 가해졌을 때에 기공 (PO) 이 무너져 코트층 (60) 에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있고, 이러한 점에서도, 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있었던 것으로 생각된다. 이 성능 평가 결과에 의해, Z 축 방향에 평행인 단면에 있어서, 발열 저항체 (50) 와 코트층 (60) 의 계면에 존재하는 기공 (PO) 의 평균 직경은 10 ㎛ 이하인 것이 바람직한 것이 확인되었다.
또, 발열 저항체 (50) 의 표면에 코트층 (60) 을 형성한 샘플 SA1 ∼ SA20 중, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 이 접속 부재 (51) 를 개재하여 접속된 샘플 SA1 ∼ SA16 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 3 ％ 이상인 한편, 발열 저항체 (50) 와 수전 전극 (53) 이 접속 부재 (51) 를 개재하지 않고 직접적으로 접속된 샘플 SA17 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 2 ％ 이하로, 보다 양호한 결과가 되었다. 샘플 SA17 ∼ SA20 에서는, 발열 저항체 (50) 가, 유기물을 함유하는 부재 (예를 들어, 금속과 바인더로서의 유기물을 포함하는 접속 부재 (51)) 를 개재하지 않고 급전을 위한 부재 (수전 전극 (53) 이나 단자 부재 (70)) 와 접속되어 있기 때문에, 발열 저항체 (50) 가 유기물과 반응하여 발열 저항체 (50) 의 표면에 변질층 (TL) 이 형성되는 것이 더욱 효과적으로 억제된 것으로 생각된다. 이 성능 평가 결과에 의해, 발열 저항체 (50) 가 유기물을 함유하는 부재 (예를 들어, 금속과 바인더로서의 유기물을 포함하는 접속 부재 (51)) 를 개재하지 않고 급전을 위한 부재 (수전 전극 (53) 이나 단자 부재 (70)) 와 접속되어 있는 것이 바람직한 것이 확인되었다.
또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, Z 축 방향에 평행인 단면에 있어서의 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한 변질층 (탄화물층) (TL) 의 단면적의 비는, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차와 상관이 있고, 그 비가 10 ％ 이하이면, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 21 ％ 이하로 양호한 값이 되고, 그 비가 3 ％ 이하이면, 발열 저항체 (50) 의 저항치의 편차가 4 ％ 이하로 더욱 양호한 값이 되었다. 이 성능 평가 결과에 의해, Z 축 방향에 평행인 단면에 있어서, 발열 저항체 (50) 의 단면적에 대한 변질층 (탄화물층) (TL) 의 단면적의 비는 10 ％ 이하인 것이 바람직하고, 3 ％ 이하인 것이 더욱 바람직한 것이 확인되었다.
D. 변형예 :
본 명세서에서 개시되는 기술은, 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 형태로 변형할 수 있고, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.
상기 실시형태에 있어서의 가열 장치 (100) 의 구성은, 어디까지나 예시이고, 여러 가지로 변형 가능하다. 예를 들어, 상기 제 1 실시형태에서는, 발열 저항체 (50) 가 수전 전극 (53) 을 개재하여 단자 부재 (70) 와 전기적으로 접속되어 있지만, 수전 전극 (53) 을 생략하고, 발열 저항체 (50) 가 단자 부재 (70) 와 직접적으로 접함으로써 단자 부재 (70) 와 전기적으로 접속되어 있는 것으로 해도 된다. 이와 같은 구성에서는, 단자 부재 (70) 가, 특허 청구의 범위에 있어서의 급전 부재에 상당한다.
또, 상기 실시형태에서는, 수전 전극 (53) 과 단자 부재 (70) 가 납땜부 (56) 에 의해 접합되어 있지만, 수전 전극 (53) 과 단자 부재 (70) 의 열팽창차에 의한 응력을 완화하기 위해, 수전 전극 (53) 과 단자 부재 (70) 사이에, 예를 들어 코바르 등의 금속에 의해 형성된 완충 부재가 배치되어 있어도 된다.
또한 상기 실시형태에서는, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 또는 접속 부재 (51) 와의 접촉면을 제외한 표면의 대부분 (예를 들어 80 ％ 이상) 이 코트층 (60) 에 덮여 있지만, 발열 저항체 (50) 의 표면 중, 수전 전극 (53) 또는 접속 부재 (51) 와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가 코트층 (60) 에 덮여 있으면 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 유지 부재 (10) 의 내부에 1 개의 발열 저항체 (50) 가 배치되어 있지만, 유지 부재 (10) 의 내부에 복수의 발열 저항체 (50) 가 배치되어 있어도 된다. 그러한 구성에서는, 복수의 발열 저항체 (50) 의 각각에 대응시켜진 복수 세트의 수전 전극 (53) 및 단자 부재 (70) 등이 형성된다.
또, 상기 실시형태의 가열 장치 (100) 를 구성하는 각 부재의 형상이나 개수, 형성 재료 등은, 어디까지나 일례이고, 여러 가지로 변형 가능하다. 또, 상기 실시형태에 있어서의 가열 장치 (100) 의 제조 방법은 어디까지나 일례이고, 여러 가지로 변형 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 가열 장치 (100) 의 구성에 대해 상세히 설명했지만, 본 명세서에 개시된 기술은, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와, 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재를 구비하고, 세라믹스 부재의 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치 일반에 대해, 동일하게 적용 가능하다.
10 : 유지 부재, 12 : 오목부, 20 : 지지 부재, 22 : 관통공, 30 : 접합부, 50 : 발열 저항체, 51 : 접속 부재, 53 : 수전 전극, 56 : 납땜부, 60 : 코트층, 70 : 단자 부재, 100 : 가열 장치, PO : 기공, S1 : 유지면, S2 : 이면, S3 : 상면, S4 : 하면, S5 : 하면, S6 : 상면, TL : 변질층 (탄화물층), W : 반도체 웨이퍼

Claims (13)

  1. 제 1 방향에 직교하는 제 1 표면을 갖고, 질화알루미늄을 포함하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와,
    상기 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와,
    상기 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재
    를 구비하고, 상기 세라믹스 부재의 상기 제 1 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치에 있어서,
    상기 발열 저항체의 표면 중, 상기 급전 부재와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, Al 과 V 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성된 코트층에 덮여 있는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  2. 제 1 방향에 직교하는 제 1 표면을 갖고, 질화알루미늄을 포함하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와,
    상기 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와,
    상기 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재
    를 구비하고, 상기 세라믹스 부재의 상기 제 1 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치에 있어서,
    상기 발열 저항체의 표면 중, 상기 급전 부재와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부가, Al 과, Ti 와 Zr 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물에 의해 형성된 코트층에 덮여 있는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코트층의 두께는, 0.3 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체와 상기 코트층의 계면에 존재하는 기공의 평균 직경은, 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체의 단면적에 대한, 상기 발열 저항체의 표면에 형성된 탄화물층의 단면적의 비는, 10 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체의 단면적에 대한, 상기 발열 저항체의 표면에 형성된 탄화물층의 단면적의 비는, 3 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체와 상기 코트층의 계면에 존재하는 기공의 평균 직경은, 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체의 단면적에 대한, 상기 발열 저항체의 표면에 형성된 탄화물층의 단면적의 비는, 10 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 평행인 적어도 1 개의 단면에 있어서, 상기 발열 저항체의 단면적에 대한, 상기 발열 저항체의 표면에 형성된 탄화물층의 단면적의 비는, 3 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 급전 부재는, 유기물을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열 저항체는, 메시 형상인 것을 특징으로 하는 유지 장치.
  12. 제 1 방향에 직교하는 제 1 표면을 갖고, 질화알루미늄을 포함하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 상기 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와, 상기 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재를 구비하고, 상기 세라믹스 부재의 상기 제 1 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 발열 저항체의 표면 중, 상기 급전 부재와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부에, Al 과 V 와 Nb 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물인 코트층을 형성하는 공정과,
    상기 급전 부재와 상기 코트층이 형성된 상기 발열 저항체가 내부에 배치된 상기 세라믹스 부재를 소성에 의해 제작하는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 유지 장치의 제조 방법.
  13. 제 1 방향에 직교하는 제 1 표면을 갖고, 질화알루미늄을 포함하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 세라믹스 부재와, 상기 세라믹스 부재의 내부에 배치된 금속제의 발열 저항체와, 상기 발열 저항체와 접하는 도전성의 급전 부재를 구비하고, 상기 세라믹스 부재의 상기 제 1 표면 상에 대상물을 유지하는 유지 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 발열 저항체의 표면 중, 상기 급전 부재와의 접촉면을 제외한 표면의 적어도 일부에, Al 과, Ti 와 Zr 의 적어도 1 개를 함유하는 질화물인 코트층을 형성하는 공정과,
    상기 급전 부재와 상기 코트층이 형성된 상기 발열 저항체가 내부에 배치된 상기 세라믹스 부재를 소성에 의해 제작하는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 유지 장치의 제조 방법.
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