KR19990088384A - 서셉터 - Google Patents

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시바타 마사하루
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Abstract

본 발명은 면형 전열층과 이것을 지지하는 지지관 등을 구비하는 서셉터에 있어서, 면형 전열층의 가열면에서의 온도 분포를 작게 하는 것을 과제로 한다.
서셉터(1A)는 면형 전열층(3A)과, 면형 전열층(3A)을 배면(4b) 쪽에서 지지하는 지지 부재(12)와, 제1 열 차폐부(7A)와, 제2 열 차폐부(25A)를 구비하고 있다. 면형 전열층(3A)은 피가열체(2)를 가열하는 가열면(4a)과, 배면(4b)을 구비하고 있다. 제1 열 차폐부(7A)는 면형 전열층(3A)의 배면(4b)과 지지 부재(12) 사이에 설치되어 있고, 면형 전열층의 배면으로부터 지지 부재를 향한 열류를 제한한다. 제2 열 차폐부(25A)는 제1 열 차폐부(7A)와 지지 부재(12) 사이에 설치되어 있고, 제1 열 차폐부로부터 지지 부재로의 열류를 제한한다.

Description

서셉터{SUSCEPTORS}
본 발명은 반도체 웨이퍼, 액정 패널, 태양 전지용의 실리콘 단결정 웨이퍼등을 지지하고, 가열하기 위한 서셉터(susceptor)에 관한 것이다.
반도체 소자, 액정 표시 장치 패널, 실리콘 단결정 웨이퍼 등을 지지하고 가열하기 위한 서셉터에 있어서, 서셉터에 발열 소자를 매립하고, 서셉터를 가늘고 긴 지지봉과 지지관 내지 보호관 내에 수용하는 형태가 제안되고 있다.
최근, 반도체 소자를 얻기 위한 웨이퍼의 직경을 크게 하거나, 혹은 액정 패널을 대형화하는 필요성이 증대되기 때문에 서셉터의 대형화가 요구되고 있다. 이 때문에, 서셉터의 면형(面狀) 전열층의 직경은 예컨대 직경 ψ300 mm 이상으로 하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 면형 전열층의 직경이 커지면, 면형 전열층의 가열면의 온도의 균일성을 유지하는 것이 대단히 곤란하게 되어, 해결 곤란한 문제를 가져오게 된다. 왜냐하면, 면형 전열층의 가열면의 온도 분포가 불균일해 지면, 불량품이 발생하기 때문이다. 특히, 서셉터를 대형화하기 위해서, 복수, 예컨대 3 개의 지지봉과 보호관을 면형 전열층에 부착하면, 이러한 가열면의 온도의 불균일이 특히 커진다.
본 발명의 과제는 면형 전열층과 이것을 지지하는 지지관 등을 구비하는 서셉터에 있어서, 면형 전열층의 가열면에서의 온도 분포를 작게 할 수 있도록 하는 것이다.
도 1은 서셉터(1A)의 개략적인 종단면도.
도 2(a)는 배면판(8)의 평면도이고, 도 2(b)는 배면판(8)의 종단면도.
도 3은 지지관(12)의 종단면도.
도 4(a)는 면형 전열층의 기부(4)를 그 배면측에서 본 평면도이고, 사선은 접합층이 존재하는 영역을 나타내며, 도 4(b)는 홈(15)의 주변을 확대한 주요부 단면도.
도 5는 다른 실시예에 따른 서셉터(1B)의 개략적인 종단면도.
도 6(a)는 프레임형 단열재(16A, 16B)의 평면도이고, 도 6(b)는 링형 단열재(20)의 평면도.
도 7은 홈(23)의 주변을 확대한 주요부 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1A, 1B: 서셉터
2: 피가열체
3A, 3B: 면형 전열층
4: 기부
4a: 면형 전열층(기부)의 가열면
4b: 면형 전열층(기부)의 배면
5: 발열 소자
6A, 6B, 6C: 피막
7A, 7B: 제1 열 차폐부
8: 배면판
8a: 배면판(8)의 표면
8b: 배면판(8)의 배면
8c: 배면판(8)의 돌기(지지대 부분)
9: 제1 접합층
11: 제2 접합층
12: 지지관
25A, 25B: 제2 열 차폐부
본 발명은 피가열체를 가열하는 가열면과 배면을 구비하는 면형 전열층과, 이 면형 전열층을 배면측에서 지지하는 지지 부재와, 면형 전열층의 배면과 지지 부재 사이에 설치되고 있고, 면형 전열층의 배면으로부터 지지 부재로의 열류(熱流)를 제한하는 제1 열 차폐부 및 이 제1 열 차폐부와 지지 부재 사이에 설치되고 있고, 제1 열 차폐부로부터 지지 부재로의 열류를 제한하는 제2 열 차폐부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명자는 서셉터를 대형화하였을 때와, 지지관과 지지봉을 면형 전열층에 복수 개 설치한 경우에, 가열면의 온도의 편차가 커지는 이유에 대하여 검토하였다. 통상, 서셉터의 가열면의 온도를 균일하게 하기 위해서는, 면형 전열층내의 발열체의 평면 패턴의 설계를 최적으로 한다. 그러나, 지지봉이나 지지관 등을 통과하여 서셉터 외부로 빠져나가는 열량은 주위 온도, 사용 조건, 그리고 목적으로 하는 온도 영역에 따라서 현저히 변동한다. 이 때문에, 예컨대 소정 온도 영역과 소정 조건하에서, 가열면의 온도 분포를 최적화할 수 있도록 발열체의 평면 패턴을 설계하여 제조한 경우에서도, 사용 조건, 사용 온도가 변화하면 가열면의 온도 분포가 현저히 열악해지는 경향이 있었다.
본 발명자는 면형 전열층의 배면과 지지 부재 사이에 제1 열 차폐부와 제2 열 차폐부를 설치하고, 제1 열 차폐부에 의해 면형 전열층의 배면으로부터 지지부재를 향한 열류를 제한하고, 제2 열 차폐부에 의해 제1 열 차폐부로부터 지지 부재로의 열류를 제한하는 것을 착안하였다. 이와 같이 2 개 단계로 열 차폐층을 설치함으로써, 면형 전열층의 가열면의 온도의 균일성이 향상되고, 종래보다도 폭넓은 온도 범위와 사용 조건에서 규정 범위내의 양호한 온도 분포를 실현할 수 있었다. 특히, 면형 전열층의 직경을 크게 한 경우와 면형 전열층에 복수의 지지 부재를 부착한 경우에 가열면의 온도 분포가 현저히 개선되었다.
본 발명은 대형의 서셉터에 특히 적합하고, 특히 면형 전열층의 직경이 300 mm 이상인 서셉터에 대하여 적합하다. 또한, 지지봉, 지지관 등의 지지 부재의 개수에도 제한은 없지만, 지지 부재가 복수인 경우에는 2 개 이상, 3 개 이하인 경우에 특히 유효하고, 4 개 이상, 20 개 이하인 경우에 특히 유용하다.
면형 전열층을 적외선 램프 등의 외부 열원에 의해 가열할 수도 있다. 그러나, 적합한 양태에 있어서는, 면형 전열층이 기부와 이 기부 속에 설치되는 발열 소자를 구비한다. 이 경우에는, 제1 열 차폐부 및 제2 열 차폐부가 면형 전열층 속의 발열 소자를 서셉터 주위의 분위기로부터 보호하는 밀봉 부분으로서 기능하기 때문에 발열 소자의 수명이 길어진다.
더욱 적합한 양태에 있어서는, 기부에 배면 쪽으로 개방된 홈이 설치되고, 이 홈 속에 발열 소자가 매립된다.
면형 전열층의 기부, 지지 부재 및 후술하는 배면판의 각 재질은 다음과 같은 것이 바람직하다.
(1) 질화알루미늄, 알루미나, 뮬라이트 등의 세라믹
(2) 알루미늄 합금, 스테인레스 강, 코발트, 철-니켈계 저팽창 합금(예컨대 Fe-42Ni), 초합금, Fe-Cr-Al계 내열 합금, Ni-Cr계 내열 합금 등의 합금류
(3) (1)의 각 세라믹(2)과 각 합금의 복합 재료
이 중, 세라믹과 금속의 복합 재료는 세라믹기(基) 복합 재료와 금속기 복합 재료의 양쪽을 포함한다. 예컨대, 용융 금속을 세라믹제 예비 성형체중에 침투시킨 것, 분말 야금법(분말 성형+소성)으로 형성한 것이 있다. 세라믹 예비 성형체중에 금속의 침투는 가압하에서 행하는 경우와, 침투 보조제를 사용하여 무가압하 또는 상압(常壓)하에서 행하는 경우가 있다. 분말 야금법을 이용하는 경우에는 분말의 성형체중에 소결 보조제를 함유시킬 수 있다.
특히 적합한 복합 재료에 대하여 설명한다. 예비 성형체를 구성하는 세라믹은 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 침투 가능하다면 한정되지 않지만, 알루미늄계 세라믹이 바람직하고, 알루미나 또는 질화알루미늄이 특히 바람직하다.
예비 성형체를 제조하기 위해서는, 예컨대 소정의 세라믹 입자를 이소프로판올 등의 용매에 분산시킨 후, 액상 아크릴 공중합물 바인더(binder) 등의 유기 바인더와 혼합시켜, 대형 포트 밀(pot mill)에서 2∼40 시간 교반 혼합하여 슬러리를 형성한다. 그 후, 슬러리를 방폭(防爆)형 스프레이 드라이기를 사용하여, 입경(粒徑) 30∼100 ㎛로 조립(造粒)한다. 이어서, 조립 분말을 소정의 금형에 넣어, 유압 프레스 등에 의해 200∼7000 kgf/㎠의 압력으로 가압 성형함으로써, 예비 성형체를 제조한다.
또, 유기 바인더에 의해 슬러리를 제조하는 대신에, 세라믹스 입자에 에탄올 등을 분무에 의해 혼합시킨 분말을 얻고 이것을 상기와 같이 가압 성형함으로써 예비 성형체를 제조할 수도 있다.
예비 성형체중에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침투시킬 때에는, 예컨대, 자발 침투법, 가압 침투법 또는 진공 침투법을 이용할 수 있다.
바람직하게는, 제1 열 차폐부가 배면판을 구비하고 있고, 이 배면판의 열 전도율이 면형 전열층의 열 전도율의 1/2 이하(특히 바람직하게는 1/8 이하)이고, 이 배면판에 의해, 면형 전열층의 배면 쪽으로부터의 열류를 제한한다.
면형 전열층, 지지 부재 및 필요에 따라서 배면판을 서로 일체화하는 방법은 특히 제한되지 않지만, 브레이징 또는 솔더링이 바람직하다. 또한, 면형 전열층, 배면판 및 지지 부재 등의 각 구조 부재 사이에 금속 밀봉 부재를 삽입하고, 각 구조 부재를 볼트에 의해 체결할 수 있다.
서셉터의 각 구성 부재를 브레이징이나 솔더링하여, 이들 금속으로 이루어지는 접합층에 의해 접합한 경우에는, 이 접합층의 면적을 감소시킴으로써, 제1 열 차폐부와 제2 열 차폐부에서의 열류를 제한할 수 있다.
이 경우에 특히 바람직하게는, 제1 열 차폐부가 배면판과, 이 배면판을 면형 전열층에 접합하는 제1 접합층을 구비하며, 제1 접합층의 면적을 1로 하였을 때 면형 전열층의 배면의 면적은 3-300이다.
또한 바람직하게는, 배면판과 지지 부재가 직접 또는 단열 부재를 통해 제2 접합층에 의해 접합되며, 제2 접합층의 면적을 1로 하였을 때의 배면판의 지지 부재측의 면적은 20∼10000이다.
이 단열 부재는 다음 중 어느 하나의 것이다.
(1) 단열 부재의 열 전도율이 배면판의 열 전도율의 1/2 이하이다.
(2) 단열 부재의 중앙부에 공동 내지 관통공이 설치되어 있거나, 단열 부재의 표면에 홈이 설치되기 때문에, 단열 부재에서 전도되는 열류가 감소한다.
본 발명의 적합한 양태에서는, 면형 전열층이 도전성 재료로 이루어지고, 적어도 면형 전열층의 가열면이 유전(誘電)층에 의해 피복되어 있고, 면형 전열층과 피가열체 사이에 직류 전압을 인가함으로써 면형 전열층에 대하여 피가열체를 흡착할 수 있도록 구성되어 있다. 이로써, 특히 면적이 큰(예컨대 700 평방 센티미터 이상) 가열면을 구비하는 대형의 정전 척(electrostatic chuck)을 제공할 수 있다.
다른 적합한 양태에서는, 면형 전열층, 제1 열 차폐부, 제2 열 차폐부 및 지지 부재가 도전성을 가지며, 지지 부재가 접지되어 있다. 이로써, 별도의 접지선을 설치할 필요가 없다.
서셉터의 각 구성 부재를 서로 납땜할 때에는, 납재는 특히 한정되지 않지만, 할로겐계 부식성 가스에 대한 내식성의 관점에서, 알루미늄 합금 납, 금 합금 납 및 동 합금 납이 바람직하다. 특히, 구성 부재에 알루미늄/금속 복합 재료를 사용하는 경우에는 알루미늄 합금 납이 바람직하다.
알루미늄 합금 납에 있어서, 바람직하게는 알루미늄 합금중에 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 및 하프늄으로 이루어지는 군(群)에서 선택된 1 종 이상의 활성 금속이 첨가되고, 알루미늄 함유량이 70 mo1% 이상인 알루미늄 합금으로 이루어진다.
바람직하게는, 이 알루미늄 합금은 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 및 하프늄으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 활성 금속(특히 바람직하게는 마그네슘)을 1 mo1% 이상, 10 mo1% 이하 함유한다.
활성 금속의 비율을 1 mo1% 이상으로 함으로써, 기재중의 금속 성분이나 강화재의 친화성이 향상된다. 활성 금속의 비율을 10 mol% 이하로 하여 취화(脆化)의 원인이 되는 금속간 화합물 등의 국소적인 생성을 억제할 수 있다.
또, 합금 납중의 알루미늄의 함유량은, 금속의 전 함유량을 100 mo1% 로 할 때 활성 금속 성분의 함유량 및 후술하는 제3 성분의 함유량의 합계를 100 mo1%로부터 뺀 나머지부이다.
합금 납중에는 제3 성분을 함유시킬 수 있다. 제3 성분으로서 규소 또는 붕소를 사용하는 것이 알루미늄에 영향을 주지 않은 점에서 바람직하다. 이러한 제3 성분의 작용은 융점의 강하이다. 동일 온도라도, 제3 성분을 첨가함으로써, 납의 유동성이 좋아진다. 제3 성분의 함유 비율은 1.5∼10 mo1%로 하면 더욱 바람직하다.
또, 납을 구성하는 합금은 마그네슘을 1∼6 mol% 함유하고, 규소를 1.5∼10 mo1% 함유하는 것이 바람직하다.
납땜 전에, 각 구성 부재의 접합면에 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 및 하프늄으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 금속으로 이루어지는 막을 스퍼터(sputter), 증착, 마찰 압접, 도금 등의 방법에 의해 설치할 수 있다. 또한, 각 구성 부재의 각 접합면 사이에 마그네슘, 티타늄, 지르코늄 및 하프늄으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 금속으로 이루어지는 박을 개재시킬 수 있다.
또한, 납땜시의 열 처리 전에, 각 구성 부재의 각 접합면을 산용액 또는 알칼리 용액으로 세정함으로써, 각 접합면상의 산화막과 질화막의 적어도 한 쪽을 제거하는 것이 바람직하다.
발열 소자는 다음의 것이 바람직하다.
(1) 선형 또는 리본형의 몰리브덴실리사이드, 니켈-크롬 합금, 니켈-크롬-알루미늄 합금을 발열체로 하여, 이 발열체의 표면에, 세라믹 본드나 시멘트류(포틀랜드 시멘트와 알루미나 시멘트를 포함함)를 도포하여 고화시킨 것. 발열체의 표면에 세라믹질의 분말이나 금속 알콕사이드(alkoxide)의 졸겔 코팅(sol/gel coating)을 실시할 수 있다.
(2) 산화마그네슘, 질화알루미늄 등의 절연성 세라믹 입자를 충전한 스테인레스 강의 파이프 등의 중앙 공동(空洞)에, (1)에서 말한 발열체를 매설한 것(소위 시스 히터).
발열 소자의 평면 패턴은 1 구역(zone)이어도 2 구역이어도 좋지만, 1 구역이 특히 바람직하다.
면형 전열층, 배면판 및 지지 부재 등을 피복하는 피막의 재질은 질화알루미늄, 알루미나, 뮬라이트, 탄화붕소, 불화알루미늄, 희토류 및/또는 알칼리토류 금속 원소의 플루오르화물, 산화이트륨 안정화 지르코니아 등의 산화이트륨-알루미나계 등의 세라믹질 재료 및 이들의 각 재질을 복합화한 복합 재료인 것이 바람직하다. 피막을 형성하는 방법으로는 분말의 도포 및 베이킹, 용사(溶射)법, 졸겔법이 바람직하다. 또한, 서셉터의 구성 부재의 재질로서, 질화알루미늄/알루미늄, 알루미늄/탄화규소 등의 알루미늄 합금기 복합 재료를 사용하는 경우에는, 구성 부재를 산화 처리함으로써 구성 부재의 표면에 알루미나막을 생성시킬 수 있다.
서셉터의 내열 사이클성의 관점에서는, 서셉터의 구성 부재와 그 피막 사이의 열팽창 계수의 차를 1×10-6/℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 1은 일실시예에 따른 서셉터(1A)를 개략적으로 나타내는 종단면도이고, 도 2(a)는 배면판(8)의 평면도이고, 도 2(b)는 배면판(8)의 단면도이고, 도 3는 지지관(12)의 종단면도이고, 도 4(a)는 기부(4)의 배면(4b)측의 접합층의 패턴을 나타내는 평면도이고, 도 4(b)는 기부(4)의 홈의 주변 형태를 확대하여 나타내는 주요부 단면도이다.
서셉터(1A)는 면형 전열층(3A), 제1 열 차폐부(7A), 제2 열 차폐부(25A) 및 지지 부재(12)로 이루어진다. 면형 전열층(3A)에 있어서, 평판형 기부(4)의 가열면(4a)과 측면이 피막(6A)에 의해 피복되어 있다. 가열면(4a)상에는 피가열체(2)가 설치된다. 기부(4) 속에는 도 4(a)에 나타나는 평면 패턴의 홈(15)이 형성되어 있고, 홈(15)은 배면(4b) 쪽으로 개방되어 있다. 홈(15) 속에는 발열 소자(5)가 수용되어 있다. 도면 부호 4c는 전력 공급 케이블이나 열전대(thermocouple) 등을 삽입 통과시키기 위한 관통공이다.
면형 전열층(3A)의 배면(4b) 측에는 배면판(8)이 제1 접합층(9)에 의해 접합되어 있다. 접합층(9)은 배면판(8)과 배면(4b)의 전체면에 개재된 것이 아니라, 도 4(a)에 나타난 평면 패턴에 따라서 설치되어 있다. 도면 부호 10은 기부(4)와 배면판(8) 사이의 빈 틈이다. 이 결과, 제1 접합층(9)의 면적을 1로 하였을 때 배면(4b)의 면적은 3∼300이다. 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 홈(15)에 있어서, 발열 소자(5)의 하측에는 스페이서(16A)가 수용되어 있으며, 스페이서(16A)가 배면판(8)의 표면(8a)에 접촉되어 있다. 이로써, 서셉터의 사용 중에, 발열 소자(5)가 배면판(8)에 직접 접촉하지 않고, 이에 따른 가열면의 온도의 균일성의 악화를 방지할 수 있다. 또, 도 1에서는, 도 2∼도 4에 나타난 각 구성 부재의 세부 도시를 생략한다.
도 2(a), 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 배면판(8)의 중앙부에는, 배면(8b)측에 돌기(8c)가 설치되고 있고, 돌기(8c)의 위치에서 표면(8a)와 배면(8b) 사이에 관통공(8d)이 설치되어 있다. 배면판(8)의 배면(8b) 및 측면은 피막(6B)에 의해 피복되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 지지관(12)은 본체(12a)와, 본체(12a)의 한 쪽 단부에 설치되어 있는 플랜지부(12b)와, 본체의 반대측 단부에 설치되어 있는 플랜지부(12c)를 구비하고 있다. 본체(12a)로부터 플랜지부(12b) 쪽으로 점차 직경이 커지는 직경 확대부(12d)가 설치되어 있다.
지지관(12)의 표면은 피막(6C)에 의해 피복되어 있다. 지지관(12)의 플랜지부(12b)가 제2 접합층(11)에 의해 배면판(8)의 돌기(8c)에 대하여 접합되어 있다. 제2 접합층도 플랜지부(12b)의 전체면에 접합되어 있는 것은 아니며, 제2 접합층이 없는 영역에 간극(10)이 형성되어 있다. 지지관(12)의 중공부와 배면판(8)의 관통공(8d)은 서로 연통되고 있고, 이들 속에 도시하지 않은 발열 소자용의 전력 공급 케이블이나, 필요에 따라서 열전대 등의 다른 전기 배선이 삽입되어 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 서셉터(1B)를 나타내는 종단면도이고, 도 6(a)는 단열재(16A, 16B)를 나타내는 평면도이고, 도 6(b)는 단열재(20)를 나타내는 평면도이고, 도 7은 홈(23)의 주변을 확대하여 나타낸 주요부 단면도이다. 서셉터(1B)는 면형 전열층(3B), 제1 열 차폐부(7B), 제2 열 차폐부(25B) 및 지지관(12)으로 이루어진다. 면형 전열층(3B)에 있어서, 평판 형상의 기부(4)의 가열면(4a)과 측면이 피막(6A)에 의해 피복되어 있다. 가열면(4a)상에는 피가열체(2)가 설치되어 있다. 기부(4) 속에는 예컨대 도 4(a)에 나타낸 평면 패턴의 홈(23)이 형성되어 있고, 도 7에 도시하는 바와 같이, 홈(23)은 배면(4b) 쪽으로 개방되어 있다(도 5에는 홈 미도시). 홈(23) 속에는 발열 소자(5)가 수용되어 있고, 발열 소자(5)의 하측에는 스페이서(16B)가 수용되어 있고, 이 스페이서(16B)는 배면판(8)의 표면(8a)에 접촉되어 있다.
면형 전열층(3B)의 배면(4b) 쪽에는, 배면판(8)이 단열재(16A, 16B)를 통해 접합되어 있다. 여기서, 단열재(16A, 16B)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이 거의 장방형 프레임 형태를 이루고 있고, 단열재(16B)의 주위를 둘러싸도록 단열재(16A)가 설치되어 있다. 단열재(16A, 16B)는 배면판(8)의 표면(8a) 및 면형 전열층의 배면(4b)에 대하여 각각 접합층(9)에 의해 접합되어 있고, 단열재(16A, 16B)가 없는 영역에 간극(18)이 형성되어 있다. 이 결과, 제1 접합층(9)의 면적을 1로 하였을 때 배면(4b)의 면적은 3∼300이다. 배면판(8)의 형태는 전술하였다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 지지관(12)은 본체(12a)와, 본체(12a)의 한 쪽 단부에 설치되어 있는 플랜지부(12b)와, 본체의 반대측의 단부에 설치되어 있는 플랜지부(12c)를 구비하고 있다. 전술한 바와 같은 지름 확대부(12d)를 설치할 수도있다. 지지관(12)의 표면은 피막(6C)에 의해 피복되어 있다.
지지관(12)의 플랜지부(12b)와 배면판(8)의 돌기(8c) 사이에는 도 6(b)에 나타낸 링형 단열재(20)가 개재되고, 단열재(20)는 제2 접합층(11)에 의해 배면판(8)의 돌기(8c)와 지지관(12)의 플랜지부(12b)에 대해 접합되어 있다. 지지관(12)의 중공부와, 단열재(20)의 관통공(20a)와, 배면판(8)의 관통공(8d)은 서로 연통되어 있으며, 이들 속에는, 도시하지 않은 발열 소자용의 전력 공급 케이블이나, 필요에 따라서 열전대 등의 다른 전기 배선이 삽입되어 있다.
또, 도 5∼도 7의 서셉터는 열 차폐부(7B, 25B)에 의해 가열면이 지지관(12)과 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 가열면측에 대하여 금속 케이블이나 금속 로드를 접속함으로써, 정전 척으로서 동작시킬 수 있다.
또한, 도 1∼도 4의 서셉터에서도, 지지관의 부착 부분에 애자를 삽입함으로써, 전기적 절연 처리를 실시하면, 정전 척으로서 동작시킬 수 있다. 또한, 마찬가지로, 고주파 발생용 전극으로서의 기능을 부여할 수도 있다.
이하, 특히 적합한 실시예에 대하여 서술한다.
실시예 1
도 1∼도 4에 도시한 서셉터(1A)를 제조하였다. 구체적으로는 평균 입경 16 ㎛의 질화알루미늄 입자를 이소프로판올 용매중에 분산시켜, 액상 아크릴 공중합물 바인더를 첨가하고, 대형 포트 밀에서 4 시간 교반 혼합시켜, 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 방폭형 스프레이 드라이기에 의해 조립시켜, 입경 약 150 ㎛의 구(球)상 조립 분말을 얻었다. 이 조립 분말을 소정의 금형에 충전하고, 유압 프레스를 사용하여 200 kgf/㎠의 압력으로 일축 가압 성형하여, 직경 380, 두께 30 mm의 대형 예비 성형체를 제조하였다.
이 예비 성형체를 충분히 건조, 탈지시킨 후, 알루미늄 합금(알루미늄 92.6 mo1%, 마그네슘 5.5 mo1%, 실리콘 1.9 mo1%)의 용융액에, 질소-1% 수소 분위기, 1.5 기압의 압력, 900 ℃에서 24 시간 접촉시켜, 비가압 금속 침투법에 의해, 알루미늄을 함침시키고, 예비 성형체를 용융액으로부터 끌어 올려, 알루미늄기 복합 재료를 얻었다. 질화알루미늄의 중량비는 70%이고, 복합 재료의 열팽창율은 8.7×10-6/℃이고, 열 전도율은 170 W/mK이고, 비저항은 5×10-5Ω·cm 이다.
이 복합 재료로부터, 면형 전열층의 기부(4), 배면판(8) 및 지지관(12)을 제작하였다. 기부(4)의 외형 치수는 400 mm ×500 mm ×25 mm로 하고, 홈(15)의 폭은 13 mm로 하며, 최대 깊이는 15 mm로 하였다. 배면판(8)의 치수는 400 mm ×500 mm ×7.8 mm로 하였다. 돌기(8c)의 배면(8b)으로부터의 높이는 4.2 mm로 하고, 돌기(8c) 부분의 두께는 12 mm로 하고, 돌기(8c)의 직경은 50 mm로 하였다. 지지관의 본체(12a) 두께는 2.5 mm∼3.5 mm로 하였으며, 외형은 35 mm로 하였다. 플랜지부(12b)의 외경은 50 mm로 하고, 두께는 4 mm로 하였다. 플랜지부(12c)의 외경은 50 mm로 하고, 두께는 8 mm로 하였다.
이상의 각 구성 부품을 대기중에 1050℃에서 5시간 유지하여, 각 표면에 알루미나막을 생성시켰다. 이어서, 기부(4)의 배면(4b), 배면판(8)의 표면(8a), 돌기(8c)의 표면 및 지지관의 플랜지부의 표면을 연삭 가공 또는 연마 가공함으로써, 복합재의 신선한 표면을 노출시켰다.
스테인레스 강제의 파이프로 싸인 시스 히터(sheath heater) 속에 산화마그네슘 입자를 충전하고, 이 속에 니켈-크롬 합금선을 삽입하여, 발열 소자로서 사용하였다. 발열 소자를 홈 속에 매립하고, 12개의 알루미늄 합금제 블록을 스페이서로서 발열 소자 아래에 배치하였다. 니켈제 파워 피드(power feed) 세트에 중공 샤프트를 통과시켜, 접합해야 할 부분에 두께 0.1 mm의 Al-10Si-2Mg제 쉬트를 삽입하였다. 각 접합 부분에는 미리 니켈제 도금을 실시하였다. 이들 조립체의 위에 6 kg의 추를 배치하고, 진공 속에서 브레이징하여 각 구성 부재를 접합하였다.
실시예 2
도 5∼도 7에 도시한 서셉터를 제작하였다. 구체적으로는, 실시예 1과 동일하게, 기부(4), 배면판(8) 및 지지관(12)을 준비하였다. 프레임형 단열재(16A, 16B)의 재질은 순도 95% 이상의 알루미나로 하였다. 각 단열재의 두께는 어느 것이나 5 mm이고 폭은 10 mm 이다. 외측의 단열재(16A)의 외형 치수는 400 mm ×500 mm이고, 내측 단열재(16B)의 치수는 200 mm ×200 mm 이다. 또, 링형 단열재(20)의 재질을 순도 98% 이상의 알루미나로 하여, 외경을 50 mm로 하고, 내경을 40 mm로 하며, 두께를 5 mm로 하였다. 모든 단열재에 대해서 스퍼터링(sputtering)법에 의해 니켈막을 형성하였다.
실시예 1과 같은 발열 소자를 준비하여 홈 속에 매설하였다. 12 개의 알루미나제 블록을 스페이서로서 부착하고, 파워 피드 세트에 중공 샤프트를 통과시켰다. 제1 접합층(9) 및 제2 접합층(11)의 각 재질로는 두께 0.1 mm의 Al-10Si-2Mg 합금납재를 사용하였다. 이 조립체의 위에 6 kg의 추를 배치하고, 진공중에서 브레이징하여, 각 구성 부품을 접합하였다. 이어서, 용사법에 의해, 면형 전열층의 가열면에 약 100 ㎛ 두께의 알루미나층을 형성하였다.
전술한 것으로부터 명백하듯이, 면형 전열층과 이것을 지지하는 지지관 등을 구비하고 있는 서셉터에 있어서, 면형 전열층의 가열면에서의 온도 분포를 작게 할 수 있다.

Claims (9)

  1. 피가열체를 가열하는 가열면 및 배면을 구비하는 면형(面狀) 전열층과, 이 면형 전열층을 상기 배면 쪽에서 지지하는 지지 부재와, 상기 면형 전열층의 배면과 상기 지지 부재 사이에 배치되어 면형 전열체의 배면에서 지지 부재를 향한 열류(熱流)를 제한하는 제1 열 차폐부와, 이 제1 열 차폐부와 지지 부재와의 사이에 배치되어 상기 제1 열 차폐부로부터 지지 부재를 향한 열류를 제한하는 제2 열 차폐부를 구비하는 것을 특징으로 하는 서셉터(susceptor).
  2. 제1항에 있어서, 상기 면형 전열층은 질화알루미늄과 알루미늄의 복합 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 면형 전열층은 기부와 이 기부 내에 배치되는 발열 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기부에는 상기 배면 쪽으로 개방된 홈이 마련되고, 이 홈 속에 상기 발열 소자가 매립되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 열 차폐부는 배면판을 구비하며, 이 배면판의 열 전도율은 상기 면형 전열층의 열 전도율의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 서셉터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 열차폐부는 배면판과, 이 배면판을 상기 면형 전열층에 접합시키는 제1 접합층을 구비하며, 상기 제1 접합층의 면적을 1로 했을 때 면형 전열층의 상기 배면의 면적은 3~300이 되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 배면판과 상기 지지 부재는 직접 또는 단열 부재를 통해 제2 접합층에 의해 접합되며, 이 제2 접합층의 면적을 1로 했을 때 상기 지지 부재 쪽의 배면판 면적은 20~10000이 되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 면형 전열층은 전도성 재료로 되어 있으며, 적어도 상기 면형 전열층의 상기 가열면은 유전(誘電)층에 의해 피복되며, 면형 전열층과 상기 피가열체 사이에 직류 전압을 인가함으로써 면형 전열층에 대해 피가열체를 흡착시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 면형 전열층과, 상기 제1 열 차폐부와, 상기 제2 열 차폐부와, 상기 지지 부재는 전도성을 가지며, 지지 부재는 접지(接地)되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
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