KR102628367B1 - 세라믹 히터 및 그의 제법 - Google Patents
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Abstract
세라믹 히터(10)는, 상면에 웨이퍼 적재면(20a)이 마련되고 내부에 저항 발열체(24)가 매설된 세라믹제의 플레이트(20)와, 상단이 플레이트(20)의 하면에 접합된 세라믹제의 통 형상 샤프트(40)와, 통 형상 샤프트(40)의 주위벽부를 상하 방향으로 관통하여 저항 발열체(24)와 전기적으로 접속된 급전 부재(54a, 54b)를 구비하고 있다. 급전 부재(54a, 54b)는, 통 형상 샤프트(40)의 주위벽부에 매설되어, 통 형상 샤프트(40)의 세라믹 재료와 밀착하고 있다.
Description
본 발명은, 세라믹 히터 및 그의 제법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에 있어서는, 웨이퍼를 가열하기 위한 세라믹 히터가 채용되고 있다. 이러한 세라믹 히터로서는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 저항 발열체를 내장한 세라믹제의 플레이트와, 그 플레이트의 하면에 접합된 세라믹제의 통 형상 샤프트와, 통 형상 샤프트의 주위벽을 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍에 각각이 삽입 관통되어서 저항 발열체와 전기적으로 접속된 급전 부재를 구비한 것이 알려져 있다. 그리고, 각각의 급전 부재는 관통 구멍에 삽입 관통되어 있으므로, 서로 전기적으로 접촉할 우려가 없고, 저항 발열체가 다수 존재해도 각각에 급전 부재를 통해 양호하게 급전하는 것이 가능해진다고 설명되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에서는, 통 형상 샤프트의 주위벽을 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍에 급전 부재가 유격을 갖고 삽입 관통되어 있기 때문에, 급전 부재에 응력이 작용하면 관통 구멍 내에서 급전 부재가 좌우로 흔들려서 급전 부재와 저항 발열체의 접합이 떨어질 우려가 있었다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이고, 급전 부재에 응력이 작용한다고 해도 급전 부재와 저항 발열체의 접합을 확보할 수 있도록 하는 것을 주 목적으로 한다.
본 발명의 세라믹 히터는,
상면에 웨이퍼 적재면이 마련되고 내부에 저항 발열체가 매설된 세라믹제의 플레이트와,
상기 플레이트의 하면에 접합된 세라믹제의 통 형상 샤프트와,
상기 통 형상 샤프트의 주위벽부를 상하 방향으로 관통하여 상기 저항 발열체와 전기적으로 접속된 급전 부재를
구비하고,
상기 급전 부재는, 상기 통 형상 샤프트의 주위벽부에 매설되어, 상기 통 형상 샤프트의 세라믹 재료와 밀착하고 있는,
것이다.
이 세라믹 히터에서는, 급전 부재는, 통 형상 샤프트의 주위벽부에 매설되어, 통 형상 샤프트의 세라믹 재료와 밀착하고 있다. 그 때문에, 급전 부재에 응력이 작용한다고 해도, 급전 부재는 통 형상 샤프트의 주위벽부 내에서 흔들려 움직이는 일없이, 급전 부재와 저항 발열체의 접합이 확보된다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「상」 「하」는, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니고, 상대적인 위치 관계를 나타내는 것이다. 그 때문에, 세라믹 히터의 방향에 의해 「상」 「하」는 「좌」 「우」가 되거나 「전」 「후」가 되거나 「하」 「상」이 되거나 한다.
본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 상기 통 형상 샤프트는, 상단에 외향 플랜지를 갖고, 상기 급전 부재는, 상기 외향 플랜지를 관통하여 상기 저항 발열체와 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 세라믹 히터의 제조 시에, 통 형상 샤프트의 외향 플랜지를 플레이트의 하면에 누르면, 급전 부재가 저항 발열체에 눌리기 때문에, 급전 부재와 저항 발열체의 도통을 확보하면서 통 형상 샤프트와 플레이트를 접합할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 상기 통 형상 샤프트는, 하단으로부터 소정의 높이까지가 소경부이고, 상기 소정의 높이로부터 상기 상단까지가 상기 소경부보다도 직경이 큰 확경부인 것으로 해도 된다. 이렇게 하면, 저항 발열체가 다수 마련되어 있다고 해도, 저항 발열체마다 급전 부재를 비교적 용이하게 접속할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 상기 플레이트는, 상기 플레이트의 내주 존에 배치된 내주측 저항 발열체와, 상기 플레이트의 외주 존에 배치된, 상기 저항 발열체로서의 외주측 저항 발열체를 갖고 있어도 된다. 이렇게 하면, 외주측 저항 발열체에 접속되는 급전 부재는 통 형상 샤프트의 내부 공간에 배치되지 않는다. 그 때문에, 통 형상 샤프트의 내부 공간을, 다른 목적으로 이용할 수 있다.
이 경우, 상기 내주측 저항 발열체는, 내주측 접속 단자를 통해 통 형상 샤프트의 내부 공간에 배치된 급전 부재와 전기적으로 접속되고, 상기 내주측 접속 단자의 단부면은, 상기 플레이트의 하면에 마련된 구멍의 저면에 위치하고 있어도 된다. 이렇게 하면, 통 형상 샤프트의 내부 공간을, 내주측 저항 발열체에 접속되는 급전 부재를 배치하기 위하여 이용할 수 있다. 또한, 내주측 접속 단자의 단부면은 플레이트의 하면에 마련된 구멍의 저면에 위치하고 있지만, 이러한 구조는, 통 형상 샤프트와 플레이트를 접합할 때에 내주측 접속 단자를 플레이트에 매설한 상태로 해 두고, 접합 후에 플레이트의 하면에 구멍을 마련하여 그 구멍의 저면에 내주측 접속 단자를 노출시킨다는 제법을 채용하는 데 적합하다. 이렇게 하면, 통 형상 샤프트와 플레이트의 접합 시에 내주측 접속 단자가 변질되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터의 제법은,
(a) 세라믹제의 통 형상 샤프트의 내벽을 제작하기 위한 제1 몰드 캐스트 성형체의 외면에 급전 부재를 상하 방향으로 뻗어 가게 한 상태에서, 상기 통 형상 샤프트의 외벽을 제작하기 위한 제2 몰드 캐스트 성형체를 상기 제1 몰드 캐스트 성형체의 외면에 배치함으로써, 통 형상 성형체를 얻는 공정과,
(b) 상기 통 형상 성형체를 소성함으로써 상기 통 형상 샤프트를 얻는 공정과,
(c) 저항 발열체가 매설된 세라믹제의 플레이트이며, 상기 저항 발열체의 양단에 각각 접촉하는 접속 단자가 상기 플레이트의 접합면으로부터 노출된 것을 준비하는 공정과,
(d) 상기 통 형상 샤프트의 접합면에 상기 급전 부재를 노출시켜, 상기 급전 부재와 상기 플레이트의 상기 접속 단자 사이에 금속 접합재를 배치함과 함께, 상기 통 형상 샤프트의 접합면과 상기 플레이트의 접합면 사이에 세라믹 접합재를 배치한 상태에서, 상기 플레이트에 상기 통 형상 샤프트를 압박하면서 가열함으로써, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트를 접합하는 공정을
포함하는 것이다.
이 세라믹 히터의 제법에 의하면, 상술한 세라믹 히터를 비교적 용이하게 제작할 수 있다. 즉, 이 제법은, 상술한 세라믹 히터를 제조하는 데 적합하다. 또한, 이 제법에 의하면, 통 형상 샤프트에 급전 부재를 삽입 관통하기 위한 관통 구멍을 뚫을 필요가 없고, 통 형상 샤프트와 플레이트를 접합하는 것과 동시에 급전 부재와 저항 발열체의 접합도 행하기 때문에, 제조 작업의 효율이 대폭으로 개선된다.
본 발명의 세라믹 히터의 제법에 있어서, 상기 공정(a)에서는, 상기 통 형상 성형체는, 외향 플랜지를 갖고, 상기 외향 플랜지를 상기 급전 부재가 통과하도록 제작되고, 상기 공정(d)에서는, 상기 통 형상 샤프트의 상기 외향 플랜지의 단부면에 상기 급전 부재를 노출시켜, 상기 급전 부재와 상기 접속 단자 사이에 상기 금속 접합재를 배치함과 함께, 상기 외향 플랜지의 단부면과 상기 플레이트의 접합면 사이에 상기 세라믹 접합재를 배치한 상태에서, 상기 플레이트에 상기 외향 플랜지를 압박하면서 가열함으로써, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트를 접합해도 된다. 이렇게 하면, 통 형상 샤프트의 외향 플랜지를 플레이트에 누르면, 그와 동시에 급전 부재가 저항 발열체에 눌리기 때문에, 급전 부재와 저항 발열체의 도통을 확보하면서 통 형상 샤프트와 플레이트를 접합할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터의 제법에 있어서, 상기 통 형상 샤프트는, 상기 통 형상 샤프트의 접합면과는 반대측의 단부면으로부터 소정의 높이까지가 소경부이고, 상기 소정의 높이로부터 상기 접합면까지가 상기 소경부보다도 직경이 큰 확경부인 것으로 해도 된다. 이렇게 하면, 저항 발열체가 다수 마련되어 있다고 해도, 저항 발열체마다 급전 부재를 비교적 용이하게 접속할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터의 제법에 있어서, 상기 공정(c)에서는, 상기 플레이트로서, 상기 플레이트의 내주 존에 내주측 저항 발열체를 갖고, 상기 플레이트의 외주 존에 상기 저항 발열체로서의 외주측 저항 발열체를 갖는 것을 준비해도 된다. 이렇게 하면, 외주측 저항 발열체에 접속되는 급전 부재는 통 형상 샤프트의 내부 공간에 배치되지 않는다. 그 때문에, 통 형상 샤프트의 내부 공간을, 다른 목적으로 이용할 수 있다.
이 경우, 상기 내주측 저항 발열체는, 내주측 접속 단자를 통해 상기 통 형상 샤프트의 내부 공간에 배치된 급전 부재와 전기적으로 접속되는 것이고, 상기 공정(d)에서는, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트를 접합할 때, 상기 내주측 접속 단자는 상기 플레이트로부터 노출되지 않고 상기 플레이트에 매설된 상태이고, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트의 접합 후, 상기 플레이트에 구멍을 마련하여 상기 내주측 접속 단자의 단부면을 상기 구멍의 저면에 노출시켜도 된다. 이렇게 하면, 통 형상 샤프트의 내부 공간을, 내주측 저항 발열체에 접속되는 급전 부재를 배치하기 위하여 이용할 수 있다. 또한, 통 형상 샤프트와 플레이트의 접합 시에 내주측 접속 단자가 변질되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은, 세라믹 히터(10)의 사시도.
도 2는, 도 1의 A-A 단면도.
도 3은, 통 형상 샤프트(40)의 제조 공정도.
도 4는, 플레이트(20)의 제조 공정도.
도 5는, 플레이트(20)과 통 형상 샤프트(40)의 접합 공정을 도시하는 설명도.
도 6은, 세라믹 히터(10)의 다른 예의 단면도.
도 2는, 도 1의 A-A 단면도.
도 3은, 통 형상 샤프트(40)의 제조 공정도.
도 4는, 플레이트(20)의 제조 공정도.
도 5는, 플레이트(20)과 통 형상 샤프트(40)의 접합 공정을 도시하는 설명도.
도 6은, 세라믹 히터(10)의 다른 예의 단면도.
본 발명의 적합한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 세라믹 히터(10)의 사시도, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
세라믹 히터(10)는, 에칭이나 CVD 등의 처리가 실시되는 웨이퍼를 가열하기 위하여 사용되는 것이고, 도시하지 않은 진공 챔버 내에 설치된다. 이 세라믹 히터(10)는, 상면에 웨이퍼 적재면(20a)이 마련된 세라믹제의 플레이트(20)와, 이 플레이트(20)의 하면(20b)에 접합된 세라믹제의 통 형상 샤프트(40)를 구비하고 있다.
플레이트(20)는, 질화알루미늄이나 알루미나 등으로 대표되는 세라믹 재료를 포함하는 원반형의 플레이트이다. 플레이트(20)의 직경은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 300mm 정도이다. 플레이트(20)는, 플레이트(20)와 동심원형의 가상 경계(20c)(도 1 참조)에 의해 소원형의 내주 존 Z1과 원 환형의 외주 존 Z2로 나뉘어 있다. 플레이트(20)의 내주 존 Z1에는 내주측 저항 발열체(21)가 매설되고, 외주 존 Z2에는 외주측 저항 발열체(24)가 매설되어 있다. 양쪽 저항 발열체(21), 양쪽 저항 발열체(24)는, 예를 들어 몰리브덴, 텅스텐 또는 탄화텅스텐을 주성분으로 하는 코일로 구성되어 있다.
통 형상 샤프트(40)는, 플레이트(20)와 동일하게 질화알루미늄, 알루미나 등의 세라믹스로 형성되어 있다. 통 형상 샤프트(40)는, 상단이 플레이트(20)에 고상 접합 또는 확산 접합되어 있다. 통 형상 샤프트(40) 중, 하단으로부터 소정의 높이까지는 직경이 일정한 소경부(42)이고, 소정의 높이로부터 상단까지는 직경이 소경부(42)보다도 큰 확경부(44)이다. 본 실시 형태에서는, 확경부(44)는 상단에 접근함에 따라서 직경이 커지는 형상이다. 통 형상 샤프트(40)의 상단에는, 외향 플랜지(46)가 마련되어 있다.
내주측 저항 발열체(21)는, 한쪽의 단부(21a)로부터 끊김 없이 한번에 깔아 놓는 형태로 복수의 폴딩부에서 폴딩되면서 내주 존 Z1의 거의 전역에 배선된 뒤, 다른 쪽의 단부(21b)에 이르도록 형성되어 있다. 단부(21a, 21b)는, 플레이트(20) 중 통 형상 샤프트(40)의 내측의 영역(샤프트 내 영역)에 마련되어 있다. 단부(21a)는 원기둥형의 접속 단자(22a)를 통해 급전 부재(51a)에 접속되고, 단부(21b)는 원기둥형의 접속 단자(22b)를 통해 급전 부재(51b)에 접속되어 있다. 접속 단자(22a, 22b)의 하단부면은, 플레이트(20)의 하면(20b)에 마련된 원 구멍(23a, 23b)의 저면에 위치하고 있다. 급전 부재(51a, 51b)는 도시하지 않은 제1 외부 전원에 접속되어 있다. 그 때문에, 내주측 저항 발열체(21)는, 제1 외부 전원으로부터 급전 부재(51a, 51b) 및 접속 단자(22a, 22b)를 통해 전력이 공급된다. 또한, 급전 부재(51a, 51b)는 금속 와이어가 절연재로 피복된 것이어도 되고, 혹은 피복되어 있지 않은 것이어도 된다. 또한, 접속 단자(22a, 22b)의 재질이나 급전 부재(51a, 51b)의 금속 와이어의 재질은, 내주측 저항 발열체(21)와 마찬가지이다.
외주측 저항 발열체(24)는, 한쪽의 단부(24a)로부터 끊김 없이 한번에 깔아 놓는 형태로 복수의 폴딩부에서 폴딩되면서 외주 존 Z2의 거의 전역에 배선된 뒤 다른 쪽의 단부(24b)에 이르도록 형성되어 있다. 단부(24a, 24b)는, 통 형상 샤프트(40)의 외향 플랜지(46)와 대향하는 위치에 마련되어 있다. 단부(24a)는 원기둥형의 접속 단자(25a)를 통해 급전 부재(54a)에 접속되고, 단부(24b)는 원기둥형의 접속 단자(25b)를 통해 급전 부재(54b)에 접속되어 있다. 접속 단자(25a, 25b)의 하단부면은, 플레이트(20)의 하면(20b)과 동일한 면으로 되어 있다. 급전 부재(54a, 54b)는, 통 형상 샤프트(40)의 주위벽부를 상하 방향으로 관통하여 외주측 저항 발열체(24)의 단부(24a, 24b)와 전기적으로 접속되어 있다. 급전 부재(54a, 54b)는, 예를 들어 텅스텐이나 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 와이어이고, 통 형상 샤프트(40)의 주위벽부에 매설되어, 통 형상 샤프트(40)의 세라믹 재료와 밀착하고 있다. 구체적으로는, 급전 부재(54a, 54b)는, 통 형상 샤프트(40)의 하단으로부터 소경부(42)의 주위벽부 및 확경부(44)의 주위벽부를 관통하여 외향 플랜지(46)의 상단부면에 노출되어 있다. 급전 부재(54a, 54b)는 도시하지 않은 제2 외부 전원(제1 외부 전원과는 다른 전원)에 접속되어 있다. 그 때문에, 외주측 저항 발열체(24)는, 제2 외부 전원으로부터 급전 부재(54a, 54b) 및 접속 단자(25a, 25b)를 통해 전력이 공급된다. 접속 단자(25a, 25b)의 재질은, 외주측 저항 발열체(24)와 마찬가지이다.
이어서, 세라믹 히터(10)의 사용예에 대하여 설명한다. 먼저, 도시하지 않은 진공 챔버 내에 세라믹 히터(10)를 설치하고, 그 세라믹 히터(10)의 웨이퍼 적재면(20a)에 웨이퍼 W를 적재한다. 그리고, 도시하지 않은 내주측 열전대에 의해 검출된 내주 존 Z1의 온도가 미리 정해진 내주측 목표 온도가 되도록, 내주측 저항 발열체(21)에 공급하는 전력을 제1 외부 전원에 의해 조정한다. 그와 함께, 도시하지 않은 외주측 열전대에 의해 검출된 외주 존 Z2의 온도가 미리 정해진 외주측 목표 온도가 되도록, 외주측 저항 발열체(24)에 공급하는 전력을 제2 외부 전원에 의해 조정한다. 이에 의해, 웨이퍼 W의 온도가 원하는 온도가 되도록 제어된다. 그리고, 진공 챔버 내를 진공 분위기 혹은 감압 분위기가 되도록 설정하고, 진공 챔버 내에 플라스마를 발생시켜, 그 플라스마를 이용하여 웨이퍼 W에 CVD 성막을 실시하거나 에칭을 실시하거나 한다.
이어서, 세라믹 히터(10)의 제조예에 대하여 설명한다. 이 제조예는, (a) 통 형상 성형체(66)의 제작 공정과, (b) 통 형상 샤프트(40)의 제작 공정과, (c) 플레이트(20)의 제작 공정과, (d) 플레이트(20)와 통 형상 샤프트(40)의 접합 공정을 포함한다. 도 3은 통 형상 샤프트(40)의 제조 공정도(통 형상 성형체(66)의 제작 공정을 포함한다), 도 4는 플레이트(20)의 제조 공정도, 도 5는 플레이트(20)와 통 형상 샤프트(40)의 접합 공정을 도시하는 설명도이다.
·공정(a)
통 형상 성형체(66)를 제작한다. 먼저, 통 형상 샤프트(40)의 내벽을 제작하기 위한 제1 성형체(62)를 몰드 캐스트 성형으로 제작하고, 제1 성형체(62)의 외면에 급전 부재(54a, 54b)를 배치하기 위한 홈(62a, 62b)을 2개 마련한다(도 3의 (A) 참조). 몰드 캐스트 성형이란, 겔 캐스트 성형으로 불리는 경우도 있는 방법이고, 그의 상세는 예를 들어 일본 특허 제5458050호 공보 등에 개시되어 있다. 몰드 캐스트 성형에서는, 제1 성형체(62)와 동일 형상의 내부 공간을 구비한 제1 성형 형에, 세라믹 분체, 용매, 분산제 및 겔화제를 포함하는 세라믹 슬러리를 유입시키고, 겔화제를 화학 반응시켜서 세라믹 슬러리를 겔화시킨 뒤 이형함으로써, 제1 성형체(62)를 얻는다. 용매로서는, 분산제 및 겔화제를 용해하는 것이라면, 특별히 한정되지 않지만, 다염기산에스테르(예를 들어, 글루타르산디메틸 등), 다가 알코올의 산에스테르(예를 들어, 트리아세틴 등) 등의, 2 이상의 에스테르 결합을 갖는 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 분산제로서는, 세라믹 분체를 용매 중에 균일하게 분산하는 것이라면, 특별히 한정되지 않지만, 폴리카르복실산계 공중합체, 폴리카르복실산염 등을 사용하는 것이 바람직하다. 겔화제로서는, 예를 들어 이소시아네이트류, 폴리올류 및 촉매를 포함하는 것으로 해도 된다. 이 중, 이소시아네이트류로서는, 이소시아네이트기를 관능기로서 갖는 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 톨릴렌디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI) 또는 이들의 변성체 등을 들 수 있다. 폴리올류로서는, 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 수산기를 2 이상 갖는 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 에틸렌글리콜(EG), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 프로필렌글리콜(PG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 등을 들 수 있다. 촉매로서는, 이소시아네이트류와 폴리올류의 우레탄 반응을 촉진시키는 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 트리에틸렌디아민, 헥산디아민, 6-디메틸아미노-1-헥산올 등을 들 수 있다. 여기에서는, 겔화 반응이란, 이소시아네이트류와 폴리올류가 우레탄 반응을 일으켜서 우레탄 수지(폴리우레탄)로 되는 반응이다. 겔화제의 반응에 의해 세라믹 슬러리가 겔화하고, 우레탄 수지는 유기 바인더로서 기능한다.
계속해서, 제1 성형체(62)의 홈(62a, 62b)에, 도 2에 도시한 형상이 되도록 미리 가공된 급전 부재(54a, 54b)를 끼워 넣는다(도 3의 (B) 참조). 이에 의해, 급전 부재(54a, 54b)는, 제1 성형체(62)의 외면을 상하 방향으로 뻗어 가게 한 상태가 된다.
계속해서, 제1 성형체(62)의 외면에, 통 형상 샤프트(40)의 외벽을 제작하기 위한 제2 성형체(64)를 몰드 캐스트 성형으로 제작하여, 통 형상 성형체(66)를 얻는다(도 3의 (C) 참조). 여기에서는, 통 형상 성형체(66)와 동일 형상의 내부 공간을 구비한 성형 형에 제1 성형체(62)를 넣은 후, 나머지의 내부 공간에 조금 전과 마찬가지의 세라믹 슬러리를 유입시키고, 겔화제를 화학 반응시켜서 세라믹 슬러리를 겔화시킨 뒤 이형함으로써, 통 형상 성형체(66)를 얻는다. 통 형상 성형체(66)는, 제1 성형체(62)의 외측에 제2 성형체(64)가 형성된 것이다. 급전 부재(54a, 54b)는, 통 형상 성형체(66)의 상단 및 하단으로부터 노출되어 있지 않고 통 형상 성형체(66)에 매몰되어 있다.
·공정(b)
통 형상 성형체(66)를 건조, 탈지한 뒤 소성함으로써, 통 형상 소성체(68)를 얻는다(도 3의 (D) 참조). 건조는, 통 형상 성형체(66)에 포함되는 용매를 증발시키기 위하여 행한다. 건조 온도나 건조 시간은, 사용하는 용매에 따라서 적절히 설정하면 된다. 단, 건조 온도는, 건조 중의 통 형상 성형체(66)에 크랙이 생기지 않도록 주의하여 설정한다. 건조 후의 탈지는, 통 형상 성형체(66)에 포함되는 분산제나 촉매 등의 유기물을 분해·제거하기 위하여 행한다. 탈지 온도는, 포함되는 유기물의 종류에 따라 적절히 설정하면 되지만, 예를 들어 400 내지 600℃로 설정해도 된다. 탈지 후의 소성은, 통 형상 성형체(66)에 포함되는 세라믹 입자를 소결시키기 위하여 행한다. 소성 온도는, 세라믹 분말의 종류, 입경 등에 의해 적절히 설정하면 되지만, 1000 내지 2000℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 분위기는, 대기 분위기, 불활성 분위기, 진공 분위기 중에서 세라믹 분말의 종류에 따라 적절히 선택하면 된다. 예를 들어, 세라믹 분말이 질화알루미늄 분말인 경우에는, 불활성 분위기에서 건조, 탈지, 소성을 행하는 것이 바람직하다. 계속해서, 통 형상 소성체(68)의 상단 및 하단을 연삭하여 급전 부재(54a, 54b)의 상단 및 하단을 노출시킴으로써, 통 형상 샤프트(40)를 얻는다(도 3의 (E) 참조). 이렇게 몰드 캐스트 성형을 이용하여 통 형상 성형체(66)에 급전 부재(54a, 54b)를 매설한 뒤 소성하여 통 형상 샤프트(40)를 얻기 때문에, 급전 부재(54a, 54b)는 통 형상 샤프트(40)의 세라믹 재료와 밀착한다.
·공정(c)
플레이트(20)를 도 4의 (A) 내지 (E)의 수순으로 제작한다. 먼저, 플레이트(20)의 웨이퍼 적재면(20a)측의 부분을 제작하기 위한 원반형의 제1 성형체(72)를 몰드 캐스트 성형으로 제작한다(도 4의 (A) 참조). 여기에서는, 제1 성형체(72)와 동일 형상의 내부 공간을 구비한 성형 형에, 공정(a)과 마찬가지의 세라믹 슬러리를 유입시키고, 겔화제를 화학 반응시켜서 세라믹 슬러리를 겔화시킨 뒤 이형함으로써, 제1 성형체(72)를 얻는다.
계속해서, 제1 성형체(72)의 표면에 내주측 저항 발열체(21)와 외주측 저항 발열체(24)를 배치하고, 내주측 저항 발열체(21)의 양단(21a, 21b)에 각각 접속 단자(22a, 22b)를 배치하고, 외주측 저항 발열체(24)의 양단(24a, 24b)에 각각 접속 단자(25a, 25b)를 배치한다(도 4의 (B) 참조).
계속해서, 제1 성형체(72)의 표면에, 플레이트(20)의 접합면측의 부분을 제작하기 위한 원반형의 제2 성형체(74)를 몰드 캐스트 성형으로 제작하여, 원반형 성형체(76)를 얻는다(도 4의 (C) 참조). 여기에서는, 원반형 성형체(76)와 동일 형상의 내부 공간을 구비한 성형 형에 도 4의 (B)의 제1 성형체(72)를 넣은 후, 나머지의 내부 공간에 조금 전과 마찬가지의 세라믹 슬러리를 유입시킨다. 그리고, 겔화제를 화학 반응시켜서 세라믹 슬러리를 겔화시킨 뒤 이형함으로써, 원반형 성형체(76)를 얻는다. 원반형 성형체(76)는, 제1 성형체(72)의 표면에 제2 성형체(74)가 적층된 것이고, 내주측 저항 발열체(21) 및 외주측 저항 발열체(24)와 접속 단자(22a, 22b), 접속 단자(25a, 25b)를 내장하고 있다.
계속해서, 원반형 성형체(76)를 건조, 탈지한 뒤 소성함으로써, 원반형 소성체(78)를 얻는다(도 4의 (D) 참조). 건조, 탈지 및 소성은, 통 형상 성형체(66)로부터 통 형상 소성체(68)를 얻을 때와 마찬가지로 하여 행한다. 계속해서, 원반형 소성체(78)의 표면을 연삭하여 접속 단자(25a, 25b)를 노출시킴으로써, 플레이트(20)를 얻는다(도 4의 (E) 참조). 이 단계에서는, 접속 단자(22a, 22b)는 플레이트(20)에 매설된 그대로이다.
·공정(d)
공정(c)에서 얻어진 플레이트(20)와, 공정(b)에서 얻어진 통 형상 샤프트(40)를 접합된다. 먼저, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 플레이트(20)의 표면에 노출되어 있는 접속 단자(25a, 25b)에 금속 접합재로서 금속 페이스트(34)를 도포하고, 도포한 금속 페이스트(34)의 둘레에 세라믹 접합재(35)를 도포한다. 금속 페이스트(34)에 포함되는 금속은, 내주측 저항 발열체(21) 및 외주측 저항 발열체(24)와 동일한 것을 사용해도 된다. 세라믹 접합재(35)로서는, 고상 접합 시에 사용할 수 있는 접합 보조제의 용액(예를 들어 질산이트륨 수용액 등)을 들 수 있다.
계속해서, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 플레이트(20)와 통 형상 샤프트(40)가 동축이 되도록 플레이트(20)에 통 형상 샤프트(40)를 얹는다. 이때, 급전 부재(54a, 54b) 중 외향 플랜지(46)의 단부면으로부터 노출되어 있는 부분을 금속 페이스트(34)와 접촉시킨다. 또한, 외향 플랜지(46)의 단부면을 세라믹 접합재(35)와 접촉시킨다. 이에 의해, 급전 부재(54a, 54b)의 단부와 접속 단자(25a, 25b) 사이에 금속 페이스트(34)가 배치되고, 통 형상 샤프트(40)의 단부면과 플레이트(20)의 표면 사이에 세라믹 접합재(35)가 배치된 상태가 된다. 그리고, 통 형상 샤프트(40)에 가압 통(80)을 삽입하고, 가압 통(80)을 통 형상 샤프트(40)의 외향 플랜지(46)에 얹고, 또한 가압 통(80)에 추(82)를 얹는다. 이것을 도시하지 않은 가열로 내에 설치하고, 불활성 가스 분위기 하에서, 소정의 고온(예를 들어 1800 내지 2000℃)까지 승온하여, 그 온도에서 소정 시간 유지한 뒤 강온한다. 이와 같이 함으로써, 통 형상 샤프트(40)의 외향 플랜지(46)는 추(82)에 의해 플레이트(20)에 압박된 상태에서 가열되기 때문에, 외향 플랜지(46)와 통 형상 샤프트(40)는 세라믹끼리가 고상 접합된다. 또한, 외향 플랜지(46)의 단부면에 노출된 급전 부재(54a, 54b)는 금속 페이스트(34)가 고화하여 생긴 금속층을 통해 접속 단자(25a, 25b)에 접합된다.
그 후, 플레이트(20)의 표면 중 접속 단자(22a, 22b)와 대향하는 위치에 원 구멍(23a, 23b)을 마련하고, 원 구멍(23a, 23b)의 저면에 접속 단자(22a, 22b)의 단부면을 노출시킨다. 이 접속 단자(22a, 22b)에 납재 등을 통하여 급전 부재(51a, 51b)를 전기적으로 접속하고, 도 2의 세라믹 히터(10)를 얻는다.
이상 설명한 본 실시 형태의 세라믹 히터(10)에서는, 급전 부재(54a, 54b)는, 통 형상 샤프트(40)의 주위벽부에 매설되어, 통 형상 샤프트(40)의 세라믹 재료와 밀착하고 있다. 그 때문에, 급전 부재(54a, 54b)에 응력이 작용한다고 해도, 급전 부재(54a, 54b)는 통 형상 샤프트(40)의 주위벽부 내에서 흔들려 움직이는 경우는 없어, 급전 부재(54a, 54b)와 외주측 저항 발열체(24)의 접합이 확보된다.
또한, 통 형상 샤프트(40)는, 상단에 외향 플랜지(46)를 갖고, 급전 부재(54a, 54b)는, 외향 플랜지(46)를 관통하여 외주측 저항 발열체(24)와 전기적으로 접속되어 있다. 그 때문에, 세라믹 히터(10)의 제조 시에, 통 형상 샤프트(40)의 외향 플랜지(46)를 플레이트(20)에 누르면, 그와 동시에 급전 부재(54a, 54b)가 외주측 저항 발열체(24)의 접속 단자(25a, 25b)에 눌린다. 따라서, 급전 부재(54a, 54b)와 접속 단자(25a, 25b)의 도통을 확보하면서 통 형상 샤프트(40)와 플레이트(20)를 접합할 수 있다.
또한, 통 형상 샤프트(40)는, 하단으로부터 소정의 높이까지가 소경부(42)이고, 소정의 높이로부터 상단까지가 소경부(42)보다도 직경이 큰 확경부(44)이기 때문에, 스트레이트 형상의 통 형상 샤프트에 비하여, 상단으로부터 하단까지의 거리가 길어져, 플레이트(20)의 열이 통 형상 샤프트(40)의 하단까지 전해지기 어려워진다. 그 때문에, 통 형상 샤프트(40)의 하단을 도시하지 않은 O링을 통해 다른 부재에 접속하는 것과 같은 경우, O링이 열에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 플레이트(20)의 내주 존 Z1에 내주측 저항 발열체(21)가 배치되고, 플레이트(20)의 외주 존 Z2에 외주측 저항 발열체(24)가 배치되고, 통 형상 샤프트(40)의 주위벽부에 매설된 급전 부재(54a, 54b)는, 외주측 저항 발열체(24)와 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 외주측 저항 발열체(24)에 접속되는 급전 부재(54a, 54b)는 통 형상 샤프트(40)의 내부 공간에 배치되지 않는다. 그 때문에, 통 형상 샤프트(40)의 내부 공간을, 다른 목적으로 이용할 수 있다. 상술한 실시 형태에서는, 통 형상 샤프트(40)의 내부 공간을, 내주측 저항 발열체(21)에 접속되는 급전 부재(51a, 51b)를 배치하기 위하여 이용하고 있다.
그리고 또한, 접속 단자(22a, 22b)의 단부면은 플레이트(20)의 하면에 마련된 원 구멍(23a, 23b)의 저면에 위치하고 있지만, 이러한 구조는, 통 형상 샤프트(40)와 플레이트(20)를 접합할 때에, 접속 단자(22a, 22b)를 플레이트(20)에 매설한 상태로 해 두고, 접합 후에 플레이트(20)의 하면(20b)에 원 구멍(23a, 23b)을 마련하여 그 원 구멍(23a, 23b)의 저면에 접속 단자(22a, 22b)를 노출시킨다는 제법을 채용하는 데 적합하다. 이렇게 하면, 통 형상 샤프트(40)와 플레이트(20)의 접합 시에 접속 단자(22a, 22b)가 변질되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 또한, 상술한 제조예에서는, 통 형상 샤프트(40)에 급전 부재(54a, 54b)를 삽입 관통하기 위한 관통 구멍을 뚫을 필요가 없고, 통 형상 샤프트(40)와 플레이트(20)를 접합하는 것과 동시에 급전 부재(54a, 54b)와 접속 단자(25a, 25b)의 접합도 행하기 때문에, 제조 작업의 효율이 대폭으로 개선된다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 다양한 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 도 2의 통 형상 샤프트(40)는, 하단으로부터 소정의 높이까지가 소경부(42)이고, 소정의 높이로부터 상단까지가 소경부(42)보다도 직경이 큰 확경부(44)이다. 그 때문에, 외주 존 Z2를 복수의 작은 존으로 분할하고, 작은 존마다 외주측 저항 발열체를 마련한다고 해도, 외주측 저항 발열체에 급전 부재를 비교적 용이하게 접속할 수 있다. 예를 들어, 확경부(44)를 갖는 통 형상 샤프트(40)와 스트레이트 형상의 통 형상 샤프트에 있어서, 동일 수의 급전 부재를 통 형상 샤프트의 주위벽부에 매설하는 경우, 통 형상 샤프트의 상단에 노출되는 급전 부재끼리의 간격은, 후자보다도 전자 쪽이 넓게 하기 쉽다. 그 때문에, 외주측 저항 발열체의 단자간 거리도 넓게 할 수 있고, 외주측 저항 발열체에 급전 부재를 비교적 용이하게 접속할 수 있다. 또한, 급전 부재는, 외주측 저항 발열체마다 1쌍 필요하게 된다.
상술한 실시 형태에서는, 통 형상 샤프트(40)에 매설한 급전 부재(54a, 54b)는 외향 플랜지(46)를 관통하도록 했지만, 도 6에 도시한 바와 같이 외향 플랜지(46)를 관통하지 않도록 해도 된다. 또한, 급전 부재(54a, 54b)의 한쪽은 외향 플랜지(46)를 관통하도록 하고, 다른 한쪽은 외향 플랜지(46)를 관통하지 않도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 플레이트(20)와 통 형상 샤프트(40)를 고상 접합한 경우를 설명했지만, 고상 접합 이외의 방법으로 접합해도 되고, 예를 들어 TCB 접합(Thermal compression bonding)을 채용해도 된다. TCB 접합의 상세는, 예를 들어 일본 특허 제5008875호 등에 상세하게 설명되어 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 만약 세라믹 히터(10)의 급전 부재(54a, 54b)와 접속 단자(25a, 25b)가 도통하고 있지 않으면, 외향 플랜지(46) 중 하면으로부터 도통하고 있지 않은 개소를 향하여 구멍을 마련하여, 그 구멍에 납재를 주입하여 도통을 확보한 뒤 세라믹 분말을 용사하여 구멍을 막도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 소경부(42)와 확경부(44)를 갖는 통 형상 샤프트(40)를 예시했지만, 통 형상 샤프트(40)를 스트레이트 형상으로 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 플레이트(20)에 내주측 저항 발열체(21) 및 외주측 저항 발열체(24)를 내장한 경우를 예시했지만, 플레이트(20)에 정전 전극을 내장하거나 RF 전극을 내장하거나 해도 된다. 정전 전극은, 웨이퍼 적재면(20a)에 웨이퍼를 흡착하는 데 사용되는 전극이고, RF 전극은, 플라스마를 발생시키는 데 사용되는 전극이다.
본 출원은, 2019년 3월 18일에 출원된 일본 특허 출원 제2019-050231호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용의 모두가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 예를 들어 반도체 제조 장치에 이용 가능하다.
10: 세라믹 히터
20: 플레이트
20a: 웨이퍼 적재면
20b: 하면
20c: 가상 경계
21: 내주측 저항 발열체
21a, 21b: 단부
22a, 22b: 접속 단자
23a, 23b: 원 구멍
24: 외주측 저항 발열체
24a, 24b: 단부
25a, 25b: 접속 단자
34: 금속 페이스트
35: 세라믹 접합재
40: 통 형상 샤프트
42: 소경부
44: 확경부
46: 외향 플랜지
51a, 51b: 급전 부재
54a, 54b: 급전 부재
62: 제1 성형체
62a, 62b: 홈
64: 제2 성형체
66: 통 형상 성형체
68: 통 형상 소성체
72: 제1 성형체
74: 제2 성형체
76: 원반형 성형체
78: 원반형 소성체
80: 가압 통
82: 추
Z1: 내주 존
Z2: 외주 존
20: 플레이트
20a: 웨이퍼 적재면
20b: 하면
20c: 가상 경계
21: 내주측 저항 발열체
21a, 21b: 단부
22a, 22b: 접속 단자
23a, 23b: 원 구멍
24: 외주측 저항 발열체
24a, 24b: 단부
25a, 25b: 접속 단자
34: 금속 페이스트
35: 세라믹 접합재
40: 통 형상 샤프트
42: 소경부
44: 확경부
46: 외향 플랜지
51a, 51b: 급전 부재
54a, 54b: 급전 부재
62: 제1 성형체
62a, 62b: 홈
64: 제2 성형체
66: 통 형상 성형체
68: 통 형상 소성체
72: 제1 성형체
74: 제2 성형체
76: 원반형 성형체
78: 원반형 소성체
80: 가압 통
82: 추
Z1: 내주 존
Z2: 외주 존
Claims (10)
- 상면에 웨이퍼 적재면이 마련되고 내부에 저항 발열체가 매설된 세라믹제의 플레이트와,
상단이 상기 플레이트의 하면에 접합된 세라믹제의 통 형상 샤프트와,
상기 통 형상 샤프트의 주위벽부를 상하 방향으로 관통하여 상기 저항 발열체와 전기적으로 접속된 급전 부재를
구비하고,
상기 급전 부재는, 상기 통 형상 샤프트의 주위벽부에 매설되어, 상기 통 형상 샤프트의 세라믹 재료와 밀착하고 있고,
상기 통 형상 샤프트는, 상단에 외향 플랜지를 갖고,
상기 급전 부재는, 상기 외향 플랜지에도 매설되고, 상기 외향 플랜지의 내부에서 외측 방향으로 연장된 후 상방향으로 굴곡되며, 상기 외향 플랜지를 관통하여 상기 외향 플랜지의 상단면에 노출되어 있고,
상기 저항 발열체의 단부는, 상기 플레이트의 하면에 노출되도록 설치된 접속 단자를 통해, 상기 급전 부재 중 상기 외향 플랜지의 상단면에 노출된 부분과 전기적으로 접속되어 있는,
세라믹 히터. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 통 형상 샤프트는, 하단으로부터 소정의 높이까지가 소경부이고, 상기 소정의 높이로부터 상기 상단까지가 상기 소경부보다도 직경이 큰 확경부인,
세라믹 히터. - 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 플레이트는, 상기 플레이트의 내주 존에 배치된 내주측 저항 발열체와, 상기 플레이트의 외주 존에 배치된, 상기 저항 발열체로서의 외주측 저항 발열체를 갖고 있는,
세라믹 히터. - 제4항에 있어서, 상기 내주측 저항 발열체는, 내주측 접속 단자를 통해 통 형상 샤프트의 내부 공간에 배치된 급전 부재와 전기적으로 접속되고,
상기 내주측 접속 단자의 단부면은, 상기 플레이트의 하면에 마련된 구멍의 저면에 위치하고 있는,
세라믹 히터. - (a) 세라믹제의 통 형상 샤프트의 내벽을 제작하기 위한 제1 몰드 캐스트 성형체의 외면에 급전 부재를 상하 방향으로 뻗어 가게 한 상태에서, 상기 통 형상 샤프트의 외벽을 제작하기 위한 제2 몰드 캐스트 성형체를 상기 제1 몰드 캐스트 성형체의 외면에 배치함으로써, 통 형상 성형체를 얻는 공정과,
(b) 상기 통 형상 성형체를 소성함으로써 상기 통 형상 샤프트를 얻는 공정과,
(c) 저항 발열체가 매설된 세라믹제의 플레이트이며, 상기 저항 발열체의 양단에 각각 접촉하는 접속 단자가 상기 플레이트의 접합면으로부터 노출된 것을 준비하는 공정과,
(d) 상기 통 형상 샤프트의 접합면에 상기 급전 부재를 노출시켜, 상기 급전 부재와 상기 플레이트의 상기 접속 단자 사이에 금속 접합재를 배치함과 함께, 상기 통 형상 샤프트의 접합면과 상기 플레이트의 접합면 사이에 세라믹 접합재를 배치한 상태에서, 상기 플레이트에 상기 통 형상 샤프트를 압박하면서 가열함으로써, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트를 접합하는 공정을 포함하고,
상기 공정(a)에서는, 상기 통 형상 성형체는, 외향 플랜지를 갖고, 상기 급전 부재는, 상기 통 형상 샤프트의 주위벽부 및 상기 외향 플랜지에 매설되고, 상기 외향 플랜지의 내부에서 외측 방향으로 연장된 후 상방향으로 굴곡되며, 상기 외향 플랜지를 상기 급전부재가 통과하도록 제작되고,
상기 공정(d)에서는, 상기 통 형상 샤프트의 상기 외향 플랜지의 단부면에 상기 급전 부재를 노출시켜, 상기 급전 부재와 상기 접속 단자 사이에 상기 금속 접합재를 배치함과 함께, 상기 외향 플랜지의 단부면과 상기 플레이트의 접합면 사이에 상기 세라믹 접합재를 배치한 상태에서, 상기 플레이트에 상기 외향 플랜지를 압박하면서 가열함으로써, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트를 접합하는,
세라믹 히터의 제법. - 삭제
- 제6항에 있어서, 상기 통 형상 샤프트는, 상기 통 형상 샤프트의 접합면과는 반대측의 단부면으로부터 소정의 높이까지가 소경부이고, 상기 소정의 높이로부터 상기 접합면까지가 상기 소경부보다도 직경이 큰 확경부인,
세라믹 히터의 제법. - 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 공정(c)에서는, 상기 플레이트로서, 상기 플레이트의 내주 존에 내주측 저항 발열체를 갖고, 상기 플레이트의 외주 존에 상기 저항 발열체로서의 외주측 저항 발열체를 갖는 것을 준비하는,
세라믹 히터의 제법. - 제9항에 있어서, 상기 내주측 저항 발열체는, 내주측 접속 단자를 통해 상기 통 형상 샤프트의 내부 공간에 배치된 급전 부재와 전기적으로 접속되는 것이고,
상기 공정(d)에서는, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트를 접합할 때, 상기 내주측 접속 단자는 상기 플레이트로부터 노출되지 않고 상기 플레이트에 매설된 상태이고, 상기 플레이트와 상기 통 형상 샤프트의 접합 후, 상기 플레이트에 구멍을 마련하여 상기 내주측 접속 단자의 단부면을 상기 구멍의 저면에 노출시키는,
세라믹 히터의 제법.
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| KR (1) | KR102628367B1 (ko) |
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| WO (1) | WO2020189264A1 (ko) |
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