KR102601855B1 - 적층 구조체 및 반도체 제조 장치 부재 - Google Patents

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Abstract

적층 구조체(10)는, AlN 및 MgAl2O4를 주상(主相)으로서 포함하는 복합 소결체에 의해 형성되는 제1 구조체와, 세라믹스 소결체에 의해 형성되고, 상기 제1 구조체에 적층되어 접합되는 제2 구조체를 구비한다. 그리고, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 선열팽창계수의 차는, 0.3 ppm/K 이하이다. 이것에 의해, 열응력에 기인한 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부의 손상을 억제할 수 있다.

Description

적층 구조체 및 반도체 제조 장치 부재{STACKED STRUCTURE AND SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS MEMBER}
본 발명은, 적층 구조체 및 이 적층 구조체를 구비하는 반도체 제조 장치 부재에 관한 것이다.
[관련출원의 참조]
본원은, 2020년 3월 27일에 출원된 일본국 특허 출원 JP2020-058647로부터의 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원의 모든 개시는, 본원에 포함된다.
종래, 반도체 기판의 제조 장치에 있어서, 반도체 기판을 유지하여 가열하는 세라믹스제의 히터가 사용되고 있다. 예컨대, 일본 특허 제4311910호 공보(문헌 1)에서는, 원판형의 질화알루미늄(AlN)제의 웨이퍼 유지부와, 웨이퍼 유지부의 하면에 접합되는 AlN제 또는 멀라이트제의 원통 지지체를 구비하는 샤프트 부착 히터가 개시되어 있다. 일본 특허 제3604888호 공보(문헌 2)에서는, AlN질 세라믹스인 서셉터 및 지지체를 접합하는 방법으로서, 고액(固液) 접합을 채용하고 있다. 일본 특허 공개 제2019-167288호 공보(문헌 3)에서는, 고온 환경에서 AlN보다 높은 플라즈마 내식성 및 체적 저항률을 갖는 서셉터 재료로서, AlN 및 마그네슘-알루미늄 스피넬(MgAl2O4)의 복합 소결체가 개시되어 있다.
그런데, 문헌 3과 같은 AlN 및 MgAl2O4의 복합 소결체는, 문헌 1의 지지체의 재료인 AlN 소결체에 비해 열팽창율이 크다. 상기 복합 소결체와 AlN 소결체의 열팽창율의 차는 1.0 ppm/K∼2.5 ppm/K로 비교적 크기 때문에, 상기 복합 소결체제의 서셉터에 AlN 소결체제의 지지체를 접합한 적층 구조체에 대하여 가열 및 냉각이 반복되면, 열팽창 수축량의 차이 때문에 접합부에 열응력이 발생하여, 접합부에 크랙 등의 손상이 발생할 우려가 있다.
본 발명은, 적층 구조체에 있어서 열응력에 기인한 접합부의 손상을 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 따른 적층 구조체는, AlN 및 MgAl2O4를 주상(主相)으로 포함하는 복합 소결체에 의해 형성되는 제1 구조체와, 세라믹스 소결체에 의해 형성되고, 상기 제1 구조체에 적층되어 접합되는 제2 구조체를 구비한다. 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 선열팽창계수의 차는 0.3 ppm/K 이하이다.
본 발명에서는, 열응력에 기인한 접합부의 손상을 억제할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 MgAl2O4의 함유율은, 15 질량% 이상 또한 70 질량% 이하이다.
바람직하게는, 상기 제2 구조체에 있어서의 상기 세라믹스 소결체는 AlON을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 구조체에 있어서의 상기 세라믹스 소결체는 SiAlON을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 700℃에 있어서의 체적 저항률은 7.0 x 107 Ω·cm 이상이다.
바람직하게는, 상기 제1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 실온에 있어서의 열전도율은 15 W/(m·K) 이상이다.
바람직하게는, 상기 제2 구조체에 있어서의 상기 세라믹스 소결체의 실온에 있어서의 열전도율은, 상기 제1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 실온에 있어서의 열전도율보다 10 W/(m·K) 이상 낮다.
본 발명은, 또한 반도체 제조 장치에 있어서 사용되는 반도체 제조 장치 부재를 지향하기도 한다. 본 발명의 바람직한 일 형태에 따른 반도체 제조 장치 부재는, 전술한 적층 구조체를 구비한다.
바람직하게는, 상기 반도체 제조 장치 부재는, 상기 적층 구조체의 상기 제1 구조체를 포함하고, 기판을 지지하여 가열하는 기판 가열부와, 상기 적층 구조체의 상기 제2 구조체를 포함하며, 상기 기판 가열부에 접합되어 상기 기판 가열부를 지지하는 지지부를 구비한다.
전술한 목적 및 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 행하는 본 발명의 상세한 설명에 의해 밝혀진다.
도 1은 일 실시형태에 따른 히터의 단면도.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 히터(1)의 단면도이다. 히터(1)는, 반도체 제조 장치에 있어서 사용되는 반도체 제조 장치 부재의 하나이며, 샤프트를 구비한 히터라고도 불린다. 히터(1)는, 대략 원판형의 반도체 기판(9)[이하, 단순히 「기판(9)」이라고 부름]을, 도 1 중의 하측에서 유지하여 가열한다. 이하의 설명에서는, 도 1 중의 상측 및 하측을, 단순히 「상측」 및 「하측」이라고 부른다. 또한, 도 1 중의 상하 방향을, 단순히 「상하 방향」이라고 부른다. 도 1 중의 상하 방향은, 히터(1)가 반도체 제조 장치에 설치될 때의 실제의 상하 방향과 반드시 일치할 필요는 없다.
히터(1)는, 기판 가열부(2)와, 지지부(3)를 구비한다. 기판 가열부(2)는, 상하 방향으로 연장되는 중심축(J1)을 중심으로 하는 대략 원판형의 부재이며, 히터 플레이트라고도 불린다. 기판 가열부(2)는, 기판(9)을 하측으로부터 지지하여 가열한다. 지지부(3)는, 중심축(J1)을 중심으로 하는 대략 원통형 또는 대략 원주형의 부재이며, 샤프트라고도 불린다. 도 1에 도시된 예에서는, 평면시(平面視)에 있어서의 지지부(3)의 직경은 기판 가열부(2)의 직경보다 작다. 지지부(3)는, 기판 가열부(2)의 하면 중앙부에 접합되어, 기판 가열부(2)를 하측으로부터 지지한다.
기판 가열부(2)는, 가열부 본체(21)와, 저항 발열체(22)와, 내부 전극(23)을 구비한다. 가열부 본체(21)는, 후술하는 복합 소결체에 의해 형성된 대략 원판형의 부재이다. 가열부 본체(21)의 상면(211) 상에는 기판(9)이 배치된다. 저항 발열체(22) 및 내부 전극(23)은, 가열부 본체(21)의 내부에 배치(즉, 매설)된다. 가열부 본체(21)의 내부에 있어서, 저항 발열체(22)는, 내부 전극(23)과 가열부 본체(21)의 하면(212) 사이에 배치된다. 바꾸어 말하면, 내부 전극(23)은, 저항 발열체(22)와 가열부 본체(21)의 상면(211) 사이에 배치된다.
저항 발열체(22)는, 예컨대, 코일형으로 감겨진 금속선에 의해 형성된다. 저항 발열체(22)는, 평면시에 있어서, 가열부 본체(21)의 대략 전면에 걸친 대략 동심원형의 패턴으로 배선된 연속되는 부재이다. 반도체 제조 장치에서는, 도시 생략된 전력 공급원으로부터 저항 발열체(22)에 전력이 공급됨으로써, 저항 발열체(22)가 발열되어, 가열부 본체(21)의 온도가 상승한다. 이것에 의해, 가열부 본체(21)의 상면(211) 상에 배치된 기판(9)이 소정의 온도로 가열된다. 저항 발열체(22)는, 기판(9)을 가열하기 위한 히터 전극이다.
내부 전극(23)은, 예컨대, 금속제의 대략 원판형의 부재이다. 내부 전극(23)은, 예컨대, 플라즈마 처리용의 RF 전극(즉, 고주파 전극)이다. 반도체 제조 장치에서는, 도시 생략된 고주파 전력 공급원으로부터 내부 전극(23)에 고주파 전력이 공급된다. 이것에 의해, 히터(1)와, 히터(1)의 위쪽에 배치된 상부 전극 사이의 처리 공간에 있어서, 처리 가스가 여기되어 플라즈마가 생성된다. 그리고, 상기 플라즈마에 의해 기판(9) 상에 성막이나 에칭 등의 플라즈마 처리가 행해진다.
저항 발열체(22) 및 내부 전극(23)은, 비교적 높은 융점을 갖는 금속, 및, 금속 탄화물 또는 질화물에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 금속으로서, 예컨대, 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 레늄(Re), 하프늄(Hf), 또는, 이들의 합금이 이용된다. 덧붙여, 저항 발열체(22) 및 내부 전극(23)은, 필러 성분으로서 Al2O3, ZrO2 등의 산화물 세라믹스를 함유하고 있어도 좋다.
지지부(3)는, 지지부 본체(31)를 구비한다. 지지부 본체(31)는, 후술하는 세라믹스 소결체에 의해 형성된 대략 원통형 또는 대략 원주형의 부재이다. 도 1에 도시된 예에서는, 지지부(3)는 대략 원통형이며, 지지부(3)의 내부에는, 기판 가열부(2)의 저항 발열체(22) 및 내부 전극(23)에 전력을 공급하기 위한 전선 등이 배치된다. 지지부 본체(31)는, 기판 가열부(2)의 가열부 본체(21)의 하측에 있어서 가열부 본체(21)와 상하 방향으로 적층되어, 가열부 본체(21)에 접합된다. 구체적으로는, 지지부 본체(31)의 상단부가, 가열부 본체(21)의 하면(212)의 중앙부에 접합된다. 이하의 설명에서는, 가열부 본체(21) 및 지지부 본체(31)를 각각, 「제1 구조체」 및 「제2 구조체」라고도 부른다. 또한, 적층 및 접합된 가열부 본체(21) 및 지지부 본체(31)를 통합하여 「적층 구조체(10)」라고도 부른다.
기판 가열부(2)의 가열부 본체(21)는, 질화알루미늄(AlN), 및, 마그네슘-알루미늄 스피넬(MgAl2O4)을 주상(주구성상이라고도 함)으로서 포함하는 복합 소결체에 의해 형성된다. 상기 복합 소결체에 있어서의 상기 주상의 함유율(즉, AlN 및 MgAl2O4의 합계 함유율)은, 95 질량% 이상 또한 100 질량% 이하이며, 바람직하게는 98 질량% 이상 또한 100 질량% 이하이다. 또한, 복합 소결체에 있어서의 MgAl2O4의 함유율은, 15 질량% 이상 또한 70 질량% 이하이고, 바람직하게는 20 질량% 이상 또한 65 질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 25 질량% 이상 또한 60 질량% 이하이다. 복합 소결체에 있어서의 AlN의 함유율은, 30 질량% 이상 또한 85 질량% 이하이며, 바람직하게는 35 질량% 이상 또한 80 질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 45 질량% 이상 또한 75 질량% 이하이다. 이것에 의해, 높은 플라즈마 내식성, 높은 체적 저항률, 및, 높은 열전도율을 갖는 고밀도의 복합 소결체가 실현된다.
상기 복합 소결체에 포함되는 MgAl2O4의 격자 정수는, 8.075 옹스트롱 이상인 것이 바람직하다. 복합 소결체로는, 바람직하게는, AlN에 마그네슘(Mg)이 고용(固溶)되어 있다. 복합 소결체는, 바람직하게는, 산화마그네슘(MgO) 결정상을 실질적으로 포함하지 않는다. 바꾸어 말하면, 복합 소결체에 있어서의 MgO 결정상의 함유율은, 실질적으로 0 질량%인 것이 바람직하다.
상기 복합 소결체의 개기공률은, 바람직하게는 0.1% 미만이며, 보다 바람직하게는 0.05% 미만이다. 상기 개기공률의 하한은 특별히 한정되지 않고, 낮으면 낮을수록 바람직하다. 실온(즉, 25℃)에 있어서의 복합 소결체의 체적 저항률은, 바람직하게는 2.0 x 1014 Ω·cm 이상이며, 보다 바람직하게는 2.0 x 1015 Ω·cm 이상이다. 또한, 700℃에 있어서의 복합 소결체의 체적 저항률은, 바람직하게는 7.0 x 107 Ω·cm 이상이고, 보다 바람직하게는 7.0 x 108 Ω·cm 이상이다. 이들 체적 저항률의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 높으면 높을수록 바람직하다.
실온∼1000℃ 범위에 있어서의 상기 복합 소결체의 선열팽창계수는, 바람직하게는, 6.8 ppm/K(즉, 6.8 ppm/℃) 이상 또한 7.4 ppm/K 이하이다. 이하의 설명에서는, 「선열팽창계수」는, 특별히 설명이 없는 한, 실온∼1000℃ 범위에 있어서의 선열팽창계수를 의미한다. 또한, 「열전도율」은, 특별히 설명이 없는 한, 실온(즉, 25℃)에 있어서의 열전도율을 의미한다.
다음에, 전술한 제1 구조체인 가열부 본체(21)를 구성하는 상기 복합 소결체의 제조 방법에 대해서 설명한다. 복합 소결체를 제조할 때에는, 우선 AlN과 첨가물을 혼합하여 혼합 분말을 얻는다. 상기 첨가물은, 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)을 포함한다. 그리고, 상기 혼합 분말을 소정 형상의 성형체로 성형한다. 예컨대, AlN 및 첨가물의 분말이, 유기 용매 중에서 습식 혼합됨으로써 슬러리가 된다. 계속해서, 상기 슬러리가 건조되어 혼합 분말(즉, 조합 분말)이 되고, 상기 혼합 분말이 상기 성형체로 성형된다. 또한, AlN 및 첨가물의 분말은, 습식 혼합이 아니라, 건식 혼합에 의해 혼합되어도 좋다.
상기 혼합 분말은, 예컨대, 핫 프레스 다이스에 충전됨으로써, 소정 형상(예컨대, 대략 원판형)의 성형체로 성형된다. 혹은, 혼합 분말이 일축 가압 성형됨으로써, 소정 형상의 성형체로 성형되어도 좋다. 상기 성형체의 성형은, 형상을 유지할 수 있는 것이면, 다른 다양한 방법에 의해 행해져도 좋다. 또한, 전술한 슬러리와 같이, 유동성이 있는 상태로 몰드에 유입시킨 후에, 용매 성분을 제거하고 소정 형상의 성형체로 하여도 좋다.
상기 혼합 분말에 있어서의 AlN 및 첨가물의 합계 함유율은, 95 질량%∼100 질량%이다. 상기 첨가물은, 예컨대, MgO 및 Al2O3를 포함하고 있어도 좋다. 첨가물은, MgAl2O4, MgO 및 Al2O3를 포함하고 있어도 좋다.
전술한 바와 같이 성형체가 얻어지면, 상기 성형체에 대하여 핫 프레스 소성이 행해져, AlN 및 MgAl2O4를 포함하는 대략 원판형의 상기 복합 소결체가 생성된다. 구체적으로는, 핫 프레스 다이스(예컨대, 카본 지그)에 성형체가 배치되어 가열 및 가압됨으로써, 복합 소결체를 얻을 수 있다. 성형체의 소성은, 예컨대 진공 분위기 하 또는 비산화성 분위기 하에서 행해진다. 핫 프레스 소성시의 가열 온도, 프레스 압력 및 소성 시간은, 적절하게 결정되어도 좋다. 핫 프레스 소성시의 가열 온도의 최고 온도는, 바람직하게는 1650℃∼1800℃이다.
상기 핫 프레스 소성에서는, 핫 프레스 다이스의 밀폐성이 높기 때문에, MgAl2O4 중의 MgO가 환원되어 Mg가 생성되는 것이 억제된다. 이것에 의해, 환원된 Mg(비점 1091℃)가 휘발되어 복합 소결체에 기공이 생성되는 것이 억제된다. 그 결과, 고밀도의 복합 소결체(즉, 치밀한 복합 소결체)를 얻을 수 있다.
전술한 첨가물이 MgAl2O4 및 MgO를 포함하고 있고, Al2O3를 포함하고 있지 않은 경우, 상기 핫 프레스 소성에 있어서, 첨가물 중의 MgO와, AlN의 분말에 불가피하게 불순물로서 포함되어 있는 Al2O3(즉, AlN의 분말 표면에 생기는 산화막 등이며, 이하, 「불순물 Al2O3」라고도 부름)가 반응하여, MgAl2O4가 생성된다. 따라서, 첨가물 중의 MgO의 물질량은, AlN의 분말에 불순물로서 포함되는 Al2O3의 물질량과 대략 동일한 것이 바람직하다. 첨가물 중의 MgO의 물질량이 불순물 Al2O3의 물질량보다 큰 경우, 불순물 Al2O3와 반응하지 않은 MgO가, 핫 프레스 소성에 의해 생성되는 복합 소결체 내에 잔존한다.
첨가물이 MgO 및 Al2O3를 포함하고 있고, MgAl2O4를 포함하고 있지 않은 경우, 상기 핫 프레스 소성에 있어서, 첨가물 중의 MgO와, 첨가물 중의 Al2O3, 및, AlN 중의 불순물 Al2O3가 반응하여, MgAl2O4가 생성된다. 따라서, 첨가물 중의 MgO의 물질량은, 첨가물 중의 Al2O3의 물질량 및 불순물 Al2O3의 물질량의 합계와, 대략 동일한 것이 바람직하다. 첨가물 중의 MgO의 물질량이, 첨가물 중의 Al2O3 및 불순물 Al2O3의 합계 물질량보다 큰 경우, Al2O3와 반응하지 않은 MgO가, 핫 프레스 소성에 의해 생성되는 복합 소결체 내에 잔존한다. 첨가물이 MgAl2O4, MgO 및 Al2O3를 포함하고 있는 경우에 있어서도 동일하다.
기판 가열부(2)는, 예컨대, 상기 제조 방법에 의해 제조된 2장의 대략 원판형의 복합 소결체를, 저항 발열체(22) 및 내부 전극(23)을 사이에 두고 적층 및 접합함으로써 형성된다. 이 경우, 가열부 본체(21)는, 상기 2장의 복합 소결체이다. 혹은, 저항 발열체(22) 및 내부 전극(23)은, 상기 성형체의 성형시에 성형체의 내부에 금속 재료가 매설되고, 상기 금속 재료가 성형체와 함께 소성됨으로써, 가열부 본체(21)의 내부에 생성되어도 좋다. 또한, 기판 가열부(2)의 제조에 있어서, 저항 발열체(22) 및 내부 전극(23)의 생성 및 배치는, 다양한 방법에 의해 행해져도 좋다. 또한, 상기 성형체의 소성은, 핫 프레스 소성 이외의 방법에 의해 행해져도 좋다.
지지부(3)의 지지부 본체(31)는, 전술한 바와 같이, 세라믹스 소결체에 의해 형성된다. 상기 세라믹스 소결체는, 다양하게 선택된 재료에 의해 형성되어도 좋다. 상기 세라믹스 소결체의 개기공률은, 바람직하게는 0.1% 미만이며, 보다 바람직하게는 0.05% 미만이다. 상기 개기공률의 하한은 특별히 한정되지 않고, 낮으면 낮을수록 바람직하다. 세라믹스 소결체의 선열팽창계수(즉, 실온∼1000℃ 범위에 있어서의 선열팽창계수)는, 6.8 ppm/K 이상 또한 7.4 ppm/K 이하이다. 실온∼1000℃ 범위에 있어서, 상기 세라믹스 소결체의 선열팽창계수와 상기 복합 소결체의 선열팽창계수와의 차는, 0.3 ppm/K 이하이다. 상기 세라믹스 소결체의 선열팽창계수와, 가열부 본체(21)를 구성하는 상기 복합 소결체의 선열팽창계수는 동일하여도 좋고, 어느 한쪽이 커도 좋다.
이하에서는, 지지부 본체(31)를 구성하는 세라믹스 소결체의 조성의 4개의 예에 대해서 설명한다. 제1 예에서는, 세라믹스 소결체는, AlN 및 MgAl2O4를 구성상으로서 포함한다. 제1 예의 세라믹스 소결체에 있어서의 AlN 및 MgAl2O4의 합계 함유율은, 예컨대, 95 질량% 이상 또한 99.5 질량% 이하이다. 또한, 상기 세라믹스 소결체에 있어서의 MgAl2O4의 함유율은, 35 질량% 이상 또한 55 질량% 이하이며, AlN의 함유율은, 45 질량% 이상 또한 65 질량% 이하이다. 상기 세라믹스 소결체의 열전도율(즉, 실온에 있어서의 열전도율)은, 35 W/(m·K) 이상 또한 45 W/(m·K) 이하이다. 또한, 상기 세라믹스 소결체의 선열팽창계수는, 6.8 ppm/K 이상 또한 7.4 ppm/K 이하이며, 가열부 본체(21)에 있어서의 복합 소결체의 선열팽창계수와의 차는 0.3 ppm/K 이하이다.
제2 예에서는, 세라믹스 소결체는, AlN 및 산화이트륨알루미늄(Al5Y3O12)을 구성상으로서 포함한다. 제2 예의 세라믹스 소결체에 있어서의 AlN 및 Al5Y3O12의 합계 함유율은, 예컨대, 95 질량% 이상 또한 99 질량% 이하이다. 또한, 상기 세라믹스 소결체에 있어서의 Al5Y3O12의 함유율은, 50 질량% 이상 또한 80 질량% 이하이며, AlN의 함유율은, 20 질량% 이상 또한 50 질량% 이하이다. 상기 세라믹스 소결체의 열전도율은, 25 W/(m·K) 이상 또한 50 W/(m·K) 이하이다. 또한, 상기 세라믹스 소결체의 선열팽창계수는, 6.5 ppm/K 이상 또한 7.5 ppm/K 이하이며, 가열부 본체(21)에 있어서의 복합 소결체의 선열팽창계수와의 차는 0.3 ppm/K 이하이다.
제3 예에서는, 세라믹스 소결체는, 알론(AlON)을 구성상으로서 포함한다. AlON은, 예컨대, Al5O6N 또는 Al9O3N7이다. 제3 예의 세라믹스 소결체는, 2종류 이상의 AlON을 포함하고 있어도 좋다. 제3 예의 세라믹스 소결체에 있어서의 AlON의 함유율은, 예컨대, 70 질량% 이상 또한 90 질량% 이하이다. 상기 세라믹스 소결체의 열전도율은, 20 W/(m·K) 이상 또한 45 W/(m·K) 이하이다. 또한, 상기 세라믹스 소결체의 선열팽창계수는, 7.0 ppm/K 이상 또한 7.7 ppm/K 이하이며, 가열부 본체(21)의 복합 소결체의 선열팽창계수와의 차는 0.3 ppm/K 이하이다.
제4 예에서는, 세라믹스 소결체는, AlON 및 사이알론(SiAlON)을 구성상으로서 포함한다. SiAlON은, 예컨대, Si2Al4O4N4 또는 Si6Al6O9N8이다. 제4 예의 세라믹스 소결체는, 2종류 이상의 AlON, 및/또는, 2종류 이상의 SiAlON을 포함하고 있어도 좋다. 제4 예의 세라믹스 소결체에 있어서의 AlON 및 SiAlON의 합계 함유율은, 예컨대, 95 질량% 이상 또한 99.5 질량% 이하이다. 또한, 상기 세라믹스 소결체에 있어서의 AlON의 함유율은, 80 질량% 이상 또한 95 질량% 이하이며, SiAlON의 함유율은, 5 질량% 이상 또한 20 질량% 이하이다. 상기 세라믹스 소결체의 열전도율은, 10 W/(m·K) 이상 또한 20 W/(m·K) 이하이다. 또한, 상기 세라믹스 소결체의 선열팽창계수는, 6.5 ppm/K 이상 또한 7.2 ppm/K 이하이며, 가열부 본체(21)의 복합 소결체의 선열팽창계수와의 차는 0.3 ppm/K 이하이다.
다음에, 전술한 제2 구조체인 지지부 본체(31)를 구성하는 세라믹스 소결체의 제조 방법에 대해서 설명한다. 세라믹스 소결체를 제조할 때에는, 우선, 원료 분말을 혼합함으로써, 혼합 분말이 조제된다. 계속해서, 혼합 분말이 성형됨으로써, 성형체가 성형된다. 그리고, 성형체가 소성됨으로써, 상기 세라믹스 소결체가 생성된다.
혼합 분말의 조제, 성형체의 성형, 및, 성형체의 소성은, 가열부 본체(21)를 구성하는 복합 소결체의 제조시와 대략 동일한 방법으로 행해진다. 예컨대, 혼합 분말이 일축 가압 성형된 후에, 핫 프레스 소성됨으로써, 세라믹스 소결체가 생성된다. 혹은, 혼합 분말이 일축 가압 성형된 후에 냉간 등방압 가압(CIP: Cold Isostatic Pressing)됨으로써 성형체가 성형되고, 상기 성형체가 질소(N2) 가스 플로우 환경에서 상압 소성됨으로써, 세라믹스 소결체가 생성되어도 좋다.
제1 구조체와 제2 구조체의 접합은, 예컨대, 일본 특허 제3604888호 공보에 기재된 고액 접합에 의해 행해진다. 이 경우, 제1 구조체와 제2 구조체 사이에, AlN질 세라믹스 및 융재(融材)를 함유하는 접합제가 부여된 후, 제1 구조체 및 제2 구조체의 가열 접합이 행해져도 좋다.
다음에, 표 1을 참조하면서 본 발명에 따른 적층 구조체(10)[즉, 제1 구조체인 가열부 본체(21)와 제2 구조체인 지지부 본체(31)가 적층 및 접합된 구조체]의 실시예 1∼7, 및, 상기 적층 구조체(10)와 비교하기 위한 비교예 1∼7의 적층 구조체에 대해서 설명한다. 실시예 1∼7, 및, 비교예 1∼7에서는, 제1 구조체[즉, 가열부 본체(21)]는 같은 것을 사용하고, 제1 구조체에 접합되는 제2 구조체[즉, 지지부 본체(31)]의 구성상을 변경하였다. 그리고, 적층 구조체(10)에 대하여 가열 냉각 시험을 행하여, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 있어서의 크랙의 유무를, 육안에 의한 목시(目視) 또는 현미경 관찰에 의해 관찰하였다. 상기 가열 냉각 시험에서는, 질소 분위기 또는 대기 하에 있어서, 적층 구조체(10)에 대하여 실온에서 800℃까지의 승강온을 5회 반복한 후, 적층 구조체(10)를 800℃에서 500시간 동안 유지하였다. 그 후, 적층 구조체(10)를 실온으로 되돌려 상기 관찰을 행하였다.
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제1 구조체는, 전술한 복합 소결체의 제조 방법에 의해 제작하였다. 우선, AlN, MgAl2O4 및 이산화지르코늄(ZrO2)의 분말을 원료 분말로서 준비하였다. 그리고, 상기 원료 분말을 혼합한 혼합 분말을, 핫프레스 소성함으로써 제1 구조체를 얻었다.
원료로서 이용한 AlN 분말은, 평균 입경 1.3 ㎛, 산소 함유량 0.8 질량%의 시판되고 있는 AlN 분말이다. 원료로서 이용한 MgAl2O4 분말은, 후술하는 방법에 의해 제작하였다. 원료로서 이용한 ZrO2 분말은, 비표면적 15 ㎡/g, 순도 99.9% 이상의 시판되고 있는 ZrO2 분말이다. 원료 조성은, AlN이 54.5 질량%, MgAl2O4가 44.5 질량%, ZrO2가 1.0 질량%이다.
상기 MgAl2O4 분말은, 평균 입경 1.2 ㎛, 순도 99.9% 이상의 시판되고 있는 MgO 분말과, 평균 입경 0.2 ㎛, 순도 99.9% 이상의 시판되고 있는 Al2O3 분말을 이용하여 제작하였다. 우선, MgO 분말과 Al2O3 분말을 등물질량(즉, 등 mol량)으로 칭량하여, 볼밀로 4시간, 습식 혼합하였다. 상기 습식 혼합에서 이용한 용매는, 이소프로필알코올(IPA)이다. 또한, 볼밀의 볼은, ZrO2제이다. 계속해서, 습식 혼합에 의해 얻어진 슬러리를 N2 분위기 하에서 건조시키고, 100 메쉬 체에 의해 정립(整粒)하였다.
다음에, 정립 후의 분말을 대기 중에 있어서 1300℃에서 열처리하여 MgAl2O4 합성 분말을 생성하고, 상기 합성 분말을 볼밀로 6시간, 습식 분쇄하였다. 상기 습식 분쇄에서 이용한 용매는 IPA이다. 또한, 볼밀의 볼은, ZrO2제이다. 그리고, 습식 분쇄에 의해 얻어진 슬러리를 N2 분위기 하에서 건조시키고, 100 메쉬 체에 의해 정립하여, 원료가 되는 MgAl2O4 분말을 얻었다. 상기 MgAl2O4 분말의 평균 입경은 0.2 ㎛였다. 또한, 제1 구조체의 제작에서는, 상기 MgAl2O4 분말 대신에 시판되고 있는 MgAl2O4 분말(예컨대, 평균 입경 0.2 ㎛, 비표면적 26 ㎡/g, 순도 99% 이상의 MgAl2O4 분말)이 이용되어도 좋다.
전술한 원료 분말의 혼합에서는, 볼밀에 의한 습식 혼합을 20시간 동안 행하였다. 상기 습식 혼합에서 이용한 용매는, IPA이다. 또한, 볼밀의 볼은, ZrO2제이다. 상기 볼로서, 철심이 들어 있는 나일론 볼이 사용되어도 좋다. 그리고, 습식 혼합에 의해 얻어진 슬러리를 N2 분위기 하에서 건조시키고, 100 메쉬 체에 의해 정립하여, 전술한 혼합 분말을 얻었다. 상기 혼합 분말에 있어서, ZrO2제 볼에 기인한 불순물인 ZrO2 및 원료로서 이용한 ZrO2의 함유율의 합계는, 1.0 질량%∼2.0 질량%였다.
전술한 혼합 분말의 성형에서는, 100 kgf/㎠∼150 kgf/㎠의 압력으로 일축 가압 성형을 행하여 대략 원판형의 성형체를 제작하고, 핫 프레스 다이스에 수납하였다. 성형 압력은 특별히 제한은 없고, 형상을 유지할 수 있는 것이면 다양하게 변경되어도 좋다. 혼합 분말은, 미성형의 가루 상태에서 핫 프레스 다이스에 충전되어도 좋다.
전술한 성형체의 소성에서는, 핫 프레스 소성을 행하였다. 프레스 압력은, 200 kgf/㎠로 하였다. 가열시의 최고 온도는 1720℃이며, 최고 온도에서의 유지 시간은 8시간으로 하였다. 최고 온도에서 8시간 유지한 후, 1200℃까지 300℃/h로 냉각시켜 소성을 완료하였다. 소성 분위기는, 실온∼1000℃ 사이는 진공 분위기로 하고, 1000℃ 도달 후에 N2 가스를 1.5 기압(0.152 MPa)분 도입하였다.
제작된 제1 구조체에서는, 개기공률은 0.01%, 부피 밀도는 3.45 g/㎤, 열전도율은 39 W/(m·K), 선열팽창계수는 7.1 ppm/K, 실온에 있어서의 체적 저항률은 1.9 x 1015 Ω·cm, 700℃에 있어서의 체적 저항률은 2.4 x 1010 Ω·cm였다.
제2 구조체는, 전술한 세라믹스 소결체의 제조 방법에 의해 제작하였다. 우선, 각 실시예 및 각 비교예에 각각 대응하는 원료 분말을 준비하였다. 그리고, 상기 원료 분말을 혼합한 혼합 분말을, 일축 가압 성형한 후에 핫 프레스 소성함으로써, 혹은, 일축 가압 성형 및 냉간 등방압 가압 후에 상압 소성함으로써, 제2 구조체를 얻었다. 냉간 등방압 가압시의 압력은, 1.5 ton/㎠이다. 소성시의 가열 온도의 최고 온도는, 제2 구조체의 개기공률이 0.1% 미만이 되도록, 1600℃∼1850℃의 범위 내에서 적절하게 조절하였다. 이하의 실시예 1∼7 및 비교예 1∼7 중, 비교예 3, 4, 6에서는 전술한 핫 프레스 소성을 행하였다. 또한, 실시예 1∼7 및 비교예 1, 2, 5, 7에서는, 전술한 상압 소성을 행하였다.
실시예 1, 6, 7의 제2 구조체는, 전술한 제1 예(AlN, MgAl2O4를 함유)에 대응한다. 실시예 1, 6의 제2 구조체의 구성상은, AlN, MgAl2O4 및 질화지르코늄(ZrN)이다. 실시예 7의 제2 구조체의 구성상은, AlN 및 MgAl2O4이다. 제2 구조체의 구성상은, 복합 소결체의 분말을 X선 회절 장치에 의해 측정한 X선 회절 패턴의 해석에 의해 동정하였다. 상기 측정에서는, 재료인 복합 소결체를 유발로 분쇄하고, X선 회절 장치에 의해 결정상을 동정하였다. 측정 조건은 CuKα, 40 kV, 40 mA, 2θ=5-70°로 하고, 봉입관식 X선 회절 장치(브루커·에이엑스에스 가부시키가이샤 제조 D8 ADVANCE)를 사용하였다. 측정의 스텝 폭은 0.02°로 하였다. 다른 실시예 및 비교예에 있어서도 동일하다.
실시예 1, 6, 7의 제2 구조체의 제작에 이용된 원료 분말은, 평균 입경 1.3 ㎛의 AlN 분말, 평균 입경 0.4 ㎛의 MgAl2O4 분말, 평균 입경 0.5 ㎛의 Al2O3 분말, 및, 비표면적 16 ㎡/g의 ZrO2 분말이다. 모든 분말이 순도 99.9% 이상의 시판되고 있는 분말이다. 실시예 6의 원료 조성은, AlN이 45.1 질량%, MgAl2O4가 47.9 질량%, Al2O3가 6.1 질량%, ZrO2가 0.9 질량%이다.
실시예 6의 제2 구조체의 선열팽창계수는, 제1 구조체의 선열팽창계수와 같이, 7.1 ppm/K이다. 실시예 1의 제2 구조체의 선열팽창계수는 6.8 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 0.3 ppm/K이다. 실시예 7의 제2 구조체의 선열팽창계수는, 7.0 ppm/K이다. 제1 구조체 및 제2 구조체의 선열팽창계수는, 가부시키가이샤 리가쿠 제조의 열기계 분석 장치 TP2에 의해, 질소 분위기 중, 승온 속도 10℃/분의 조건으로 실온에서 1000℃까지의 열팽창 곡선을 측정하고, 측정 결과로부터 산출한 실온∼1000℃의 평균 선열팽창계수(CTE)이다. 표준 시료에는 알루미나를 사용하였다. 다른 실시예 및 비교예에 있어서도 동일하다. 실시예 1, 6, 7의 제2 구조체의 열전도율은, 36 W/(m·K)∼40 W/(m·K)이다. 상기 열전도율은, 비열을 시차 주사 열량법(DSC), 열확산율을 레이저 플래시법에 의해 측정하고, 열전도율=비열 x 열확산율 x 부피 밀도의 계산식에 의해 산출하였다. 다른 실시예 및 비교예에 있어서도 동일하다. 실시예 1, 6, 7에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에는, 크랙은 발생하지 않았다.
한편, 비교예 6의 제2 구조체의 구성상은, AlN뿐이다. 비교예 4의 제2 구조체의 구성상은, MgAl2O4뿐이다. 비교예 3의 제2 구조체의 구성상은, Al2O3뿐이다. 비교예 3, 4, 6의 제2 구조체는, 전술한 실시예 1, 6, 7의 제2 구조체의 제작에 이용된 것과 동일한 원료 분말을 이용하여, 핫 프레스 소성에 의해 제작되었다.
비교예 3의 제2 구조체의 선열팽창계수는 8.0 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 0.9 ppm/K이다. 비교예 3의 제2 구조체의 열전도율은, 40 W/(m·K)이다. 비교예 3에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 크랙이 발생하였다.
비교예 4의 제2 구조체의 선열팽창계수는 8.0 ppm/K이고, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 0.9 ppm/K이다. 비교예 4의 제2 구조체의 열전도율은, 25 W/(m·K)이다. 비교예 4에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 크랙이 발생하였다.
비교예 6의 제2 구조체의 선열팽창계수는 5.5 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 1.6 ppm/K이다. 비교예 6의 제2 구조체의 열전도율은, 80 W/(m·K)이다. 비교예 6에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 크랙이 발생하였다.
실시예 2, 3 및 비교예 1의 제2 구조체는, 전술한 제2 예(AlN, Al5Y3O12를 함유)에 대응한다. 실시예 2, 3의 제2 구조체의 구성상은, AlN 및 Al5Y3O12이다. 또한, 비교예 1의 제2 구조체의 구성상도, AlN 및 Al5Y3O12이다.
실시예 2, 3 및 비교예 1의 제2 구조체의 제작에 이용된 원료 분말은, 평균 입경 1.3 ㎛의 AlN 분말, 평균 입경 1.0 ㎛의 Y2O3 분말, 및, 평균 입경 0.5 ㎛의 Al2O3 분말이다. 모든 분말이 순도 99.9% 이상의 시판되고 있는 분말이다. 실시예 3의 원료 조성은, AlN이 57.2 질량%, Y2O3가 24.4 질량%, Al2O3가 18.4 질량%이다.
실시예 3의 제2 구조체의 선열팽창계수는, 제1 구조체의 선열팽창계수와 같이, 7.1 ppm/K이다. 실시예 2의 제2 구조체의 선열팽창계수는 7.4 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 0.3 ppm/K이다. 실시예 2의 제2 구조체의 열전도율은, 26 W/(m·K)이며, 제1 구조체의 열전도율[39 W/(m·K)]과의 차는, 13 W/(m·K)이다. 실시예 3의 제2 구조체의 열전도율은, 34 W/(m·K)이다. 실시예 2, 3에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에는 크랙은 발생하지 않았다.
한편, 비교예 1의 제2 구조체의 선열팽창계수는 6.5 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 0.6 ppm/K이다. 비교예 1의 제2 구조체의 열전도율은, 50 W/(m·K)이다. 비교예 1에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 크랙이 발생하였다.
실시예 4 및 비교예 2, 5의 제2 구조체는, 전술한 제3 예(AlON을 함유)에 대응한다. 실시예 4의 제2 구조체의 구성상은, AlN, Al5O6N 및 ZrN이다. 비교예 2의 제2 구조체의 구성상은, Al5O6N 및 Al2O3이다. 비교예 5의 제2 구조체의 구성상은, AlN 및 Al5O6N이다.
실시예 4 및 비교예 2, 5의 제2 구조체의 제작에 이용된 원료 분말은, 평균 입경 1.3 ㎛의 AlN 분말, 평균 입경 0.5 ㎛의 Al2O3 분말, 및, 비표면적 16 ㎡/g의 ZrO2 분말이다. 모든 분말이 순도 99.9% 이상의 시판되고 있는 분말이다. 실시예 4의 원료 조성은, AlN이 9.5 질량%, Al2O3가 89.5 질량%, ZrO2가 1.0 질량%이다.
실시예 4의 제2 구조체의 선열팽창계수는, 제1 구조체의 선열팽창계수와 같이, 7.1 ppm/K이다. 실시예 4의 제2 구조체의 열전도율은, 20 W/(m·K)이며, 제1 구조체의 열전도율[39 W/(m·K)]과의 차는, 19 W/(m·K)이다. 실시예 4에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에는, 크랙은 발생하지 않았다.
한편, 비교예 2의 제2 구조체의 선열팽창계수는 7.6 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 0.5 ppm/K이다. 비교예 5의 제2 구조체의 선열팽창계수는 7.5 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 0.4 ppm/K이다. 비교예 2, 5의 제2 구조체의 열전도율은, 13 W/(m·K)∼15 W/(m·K)이다. 비교예 2, 5에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 크랙이 발생하였다.
실시예 5의 제2 구조체는, 전술한 제4 예(AlON, SiAlON을 함유)에 대응한다. 실시예 5의 제2 구조체의 구성상은, Al5O6N 및 Si2Al4O4N4이다. 실시예 5의 제2 구조체의 제작에 이용된 원료 분말은, 평균 입경 1.3 ㎛의 AlN 분말, 평균 입경 0.5 ㎛의 Al2O3 분말, 평균 입경 0.7 ㎛ 또한 α화율 95 질량% 이상의 Si3N4 분말, 및, 평균 입경 0.3 ㎛의 이산화규소(SiO2) 분말이다. 모든 분말이 순도 99.9% 이상의 시판되고 있는 분말이다. 실시예 5의 원료 조성은, AlN이 10.2 질량%, Al2O3가 83.7 질량%, Si3N4가 6.0 질량%이다.
실시예 5의 제2 구조체의 선열팽창계수는, 제1 구조체의 선열팽창계수와 같이, 7.1 ppm/K이다. 실시예 5의 제2 구조체의 열전도율은, 11 W/(m·K)이며, 제1 구조체의 열전도율[39 W/(m·K)]과의 차는, 28 W/(m·K)이다. 실시예 5에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에는, 크랙은 발생하지 않았다.
한편, 비교예 7의 제2 구조체의 구성상은, Si2Al4O4N4, Si6Al6O9N8, Al2O3 및 Al6O13Si2이며, 주상은 Si2Al4O4N4이다. 비교예 7의 제2 구조체는, 전술한 실시예 5의 제2 구조체의 제작에 이용된 것과 동일한 원료 분말을 이용하여 제작되었다. 비교예 7의 제2 구조체의 선열팽창계수는 3.1 ppm/K이며, 제1 구조체의 선열팽창계수와의 차는 4.0 ppm/K이다. 비교예 7의 제2 구조체의 열전도율은, 15 W/(m·K)이다. 비교예 7에서는, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 크랙이 발생하였다.
이상으로 설명한 바와 같이, 적층 구조체(10)는, AlN 및 MgAl2O4를 주상으로서 포함하는 복합 소결체에 의해 형성되는 제1 구조체[전술한 예에서는, 가열부 본체(21)]와, 세라믹스 소결체에 의해 형성되고, 상기 제1 구조체에 적층되어 접합되는 제2 구조체[전술한 예에서는, 지지부 본체(31)]를 구비한다. 그리고, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 선열팽창계수의 차는, 0.3 ppm/K 이하이다. 이와 같이, 제1 구조체와 제2 구조체의 선열팽창계수의 차를 작게 함으로써, 가열 및 냉각이 반복되는 환경에서 적층 구조체(10)가 사용되는 경우여도, 제1 구조체와 제2 구조체의 열팽창 수축량의 차에 의해, 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부에 열응력이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 실시예 1∼7에 나타낸 바와 같이, 열응력에 기인한 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부의 손상을 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 구조체에 있어서의 복합 소결체의 MgAl2O4의 함유율은, 15 질량% 이상 또한 70 질량% 이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 높은 플라즈마 내식성, 높은 체적 저항률, 및, 높은 열전도율을 갖는 고밀도의 제1 구조체를 구비한 적층 구조체(10)를 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 구조체에 있어서의 복합 소결체의 700℃에 있어서의 체적 저항률은, 7.0 x 107 Ω·cm 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제1 구조체를 통한 전류의 누설[예컨대, 저항 발열체(22)와 내부 전극(23) 사이에서의 전류의 누설]을 방지 또는 억제할 수 있다. 그 결과, 저항 발열체(22)에 의한 기판(9)의 가열 처리나, 내부 전극(23)을 이용한 기판(9)의 플라즈마 처리 등에 있어서, 누설 전류에 기인한 제어의 혼란을 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 구조체에 있어서의 복합 소결체의 실온에 있어서의 열전도율은, 15 W/(m·K) 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제1 구조체를 통한 기판(9)의 가열을 효율적으로, 또한, 부위마다의 온도 편차를 작게 억제하여 (즉, 균열성을 높여) 행할 수 있다.
예컨대, 기판(9)의 균열성을 향상시키고 싶은 경우, 전술한 바와 같이, 제2 구조체에 있어서의 세라믹스 소결체의 실온에 있어서의 열전도율은, 제1 구조체에 있어서의 복합 소결체의 실온에 있어서의 열전도율보다 10 W/(m·K) 이상 낮은 것이 바람직하다(실시예 2, 4, 5). 이와 같이, 제2 구조체의 열전도율을 제1 구조체의 열전도율보다 작게 하고, 제1 구조체와 제2 구조체의 열전도율의 차를 크게 함으로써, 제1 구조체가 가열되고 있는 상태에 있어서, 제1 구조체로부터 제2 구조체를 통해 적층 구조체(10)의 외부로 열이 빠져나가는 것이 억제되어, 제1 구조체의 균열성(즉, 온도 균일성)을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 기판(9)을 가열할 때에, 기판(9)의 균열성을 향상시킬 수 있다.
상기 적층 구조체(10)에서는, 제2 구조체에 있어서의 세라믹스 소결체는, AlON을 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 실시예 4, 5에 나타낸 바와 같이, 제2 구조체의 열전도율을 제1 구조체의 열전도율보다 작게 하고, 제1 구조체와 제2 구조체의 열전도율의 차를 크게 할 수 있다. 그 결과, 제1 구조체의 균열성을 향상시킬 수 있다.
상기 적층 구조체(10)에서는, 제2 구조체에 있어서의 세라믹스 소결체는, SiAlON을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 실시예 5에 나타낸 바와 같이, 제2 구조체의 열전도율을 제1 구조체의 열전도율보다 작게 하고, 제1 구조체와 제2 구조체의 열전도율의 차를 더욱 크게 할 수 있다. 그 결과, 제1 구조체의 균열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 적층 구조체(10)에서는, 열응력에 기인한 제1 구조체와 제2 구조체의 접합부의 손상을 억제할 수 있다. 반도체 제조 장치에서는, 기판(9)의 처리에 있어서 가열 및 냉각이 반복되는 경우가 많기 때문에, 적층 구조체(10)는, 반도체 제조 장치에 있어서 사용되는 반도체 제조 장치 부재에 적합하다. 상기 적층 구조체(10)는, 특히, 가열 처리의 처리 온도가 높은 하이 파워 에칭 장치 등의 고출력 반도체 제조 장치에 있어서 사용되는 반도체 제조 장치 부재에 적합하다. 적층 구조체(10)를 이용하여 작성되는 반도체 제조 장치 부재의 적합한 일례로서, 기판(9)의 가열에 이용되는 전술한 히터(1)를 들 수 있다. 히터(1)는, 전술한 바와 같이, 기판(9)을 지지하여 가열하는 기판 가열부(2)와, 기판 가열부(2)에 접합되어 기판 가열부(2)를 지지하는 지지부(3)를 구비한다. 또한, 기판 가열부(2)는, 적층 구조체(10)의 제1 구조체[즉, 가열부 본체(21)]를 포함하고, 지지부(3)는, 적층 구조체(10)의 제2 구조체[즉, 지지부 본체(31)]를 포함한다.
전술한 적층 구조체(10)에서는, 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 제2 구조체에 있어서의 세라믹스 소결체의 열전도율은, 실시예 1과 같이, 제1 구조체에 있어서의 복합 소결체의 열전도율 이상이어도 좋다. 또한, 이들 열전도율의 차는, 실시예 1, 3, 6, 7과 같이, 10 W/(m·K) 미만이어도 좋다.
예컨대, 기판(9)의 발열성(拔熱性)을 향상시키고 싶은 경우, 실시예 1, 3, 6, 7과 같이, 제2 구조체에 있어서의 세라믹스 소결체의 실온에 있어서의 열전도율은, 제1 구조체에 있어서의 복합 소결체의 실온에 있어서의 열전도율보다 높거나 또는 양 열전도율의 차가 작은 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제1 구조체가 가열되고 있는 상태에 있어서, 제1 구조체로부터 제2 구조체를 통해 적층 구조체(10)의 외부로 열이 빠져나가는 것이 촉진되어, 제1 구조체의 발열성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 기판(9)의 온도를 제어할 때에, 기판(9)의 발열성을 향상시킬 수 있다.
제1 구조체에 있어서의 복합 소결체의 MgAl2O4의 함유율은, 15 질량% 미만이어도 좋고, 70 질량%보다 높아도 좋다. 또한, 상기 복합 소결체는, AlN 및 MgAl2O4 이외의 물질을 구성상으로서 포함하고 있어도 좋다. 상기 복합 소결체의 열전도율은, 15 W/(m·K) 미만이어도 좋다. 또한, 상기 복합 소결체의 체적 저항률은, 7.0 x 107 Ω·cm 미만이어도 좋다.
제2 구조체에 있어서의 세라믹스 소결체의 구성상은, 상기 예에는 한정되지 않고, 제1 구조체와 제2 구조체의 선열팽창계수의 차가 0.3 ppm/K 이하가 되는 범위에서 다양하게 변경되어도 좋다.
히터(1)에서는, 기판 가열부(2) 및 지지부(3)의 형상은 다양하게 변경되어도 좋다. 예컨대, 지지부(3)는, 반드시 기판 가열부(2)보다 직경이 작은 샤프트일 필요는 없고, 기판 가열부(2)의 직경 이상의 직경을 갖는 대략 원판형의 베이스여도 좋다.
전술한 적층 구조체(10)는, 히터(1) 이외의 다양한 반도체 제조 장치 부재에 이용되어도 좋다. 예컨대, 적층 구조체(10)는, 내부에 저항 발열체를 갖지 않는 서셉터에 이용되어도 좋다. 혹은, 적층 구조체(10)는, 반도체 제조 장치 부재 이외의 용도에 이용되어도 좋다. 예컨대, 적층 구조체(10)는, 반도체 기판 이외의 기판이나 기판 이외의 대상물을 가열하는 세라믹 히터에 이용되어도 좋다.
상기 실시형태 및 각 변형례에 있어서의 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절하게 조합되어도 좋다.
발명을 상세히 묘사하여 설명하였으나, 기술한 설명은 예시적이며 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 다수의 변형이나 양태가 가능하다고 할 수 있다.
본 발명은, 반도체 제조 장치에 관한 분야, 예컨대, 반도체 기판을 지지하여 가열하는 히터에 이용 가능하다.
1 : 히터 2 : 기판 가열부
3 : 지지부 9 : 기판
10 : 적층 구조체 21 : 가열부 본체
31 : 지지부 본체

Claims (9)

  1. AlN 및 MgAl2O4를 주상(主相)으로서 포함하는 복합 소결체에 의해 형성되는 제1 구조체와,
    세라믹스 소결체에 의해 형성되고, 상기 제1 구조체에 적층되어 접합되는 제2 구조체
    를 구비하며,
    상기 제2 구조체에 있어서의 상기 세라믹스 소결체는, 0질량% 이상 65질량% 이하의 AlN을 포함하고,
    상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 선열팽창계수의 차는 0.3 ppm/K 이하인 것인 적층 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 MgAl2O4의 함유율은, 15 질량% 이상 또한 70 질량% 이하인 것인 적층 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 구조체에 있어서의 상기 세라믹스 소결체는 AlON을 포함하는 것인 적층 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 구조체에 있어서의 상기 세라믹스 소결체는 SiAlON을 더 포함하는 것인 적층 구조체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 700℃에 있어서의 체적 저항률은 7.0 x 107 Ω·cm 이상인 것인 적층 구조체.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 실온에 있어서의 열전도율은 15 W/(m·K) 이상인 것인 적층 구조체.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 구조체에 있어서의 상기 세라믹스 소결체의 실온에 있어서의 열전도율은, 상기 제1 구조체에 있어서의 상기 복합 소결체의 실온에 있어서의 열전도율보다 10 W/(m·K) 이상 낮은 것인 적층 구조체.
  8. 반도체 제조 장치에 있어서 사용되는 반도체 제조 장치 부재로서,
    제1항 또는 제2항에 기재된 적층 구조체를 구비하는 것인 반도체 제조 장치 부재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적층 구조체의 상기 제1 구조체를 포함하고, 기판을 지지하여 가열하는 기판 가열부와,
    상기 적층 구조체의 상기 제2 구조체를 포함하고, 상기 기판 가열부에 접합되어 상기 기판 가열부를 지지하는 지지부
    를 구비하는 것인 반도체 제조 장치 부재.
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