KR20030072324A

KR20030072324A - 세라믹 히터 및 세라믹 접합체

Info

Publication number: KR20030072324A
Application number: KR10-2003-7003473A
Authority: KR
Inventors: 이토야스타카
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2003-09-13
Also published as: CN1473452A; TW569643B; US20050045618A1; EP1406472A1; WO2003007661A1

Abstract

본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼를 안정하게 지지할 수 있으며, 또한, 반도체 웨이퍼 등에 휘어짐이 발생하지 않고, 반도체 웨이퍼 등의 전체를 균일하게 가열할 수 있는 세라믹 히터를 제공하는 것에 있고, 본 발명은 원판 형상 세라믹 기판 표면 또는 내부에 발열체가 형성되며, 상기 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에 있어서, 상기 관통 구멍은 3개 이상 형성됨과 더불어, 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹 히터 및 세라믹 접합체{Ceramic heater and ceramic joined article}

에칭 장치나, 화학적 기상 성장 장치 등을 포함하는 반도체 제조·검사 장치 등에 있어서는, 종래, 스테인리스 강철이나 알루미늄 합금 등의 금속제 기재를 이용한 히터나 웨이퍼 프로버(wafer prober) 등이 이용되어 왔다.

그런데, 이러한 금속제 히터는 이하와 같은 문제가 있었다.

우선, 금속제이기 때문에, 히터판의 두께는 15㎜ 정도로 두껍게 하지 않으면 안 된다. 왜냐하면, 얇은 금속판에서는 가열에 기인하는 열팽창에 의해, 휨, 변형 등이 발생해 버리고, 금속판 상에 배치한 실리콘 웨이퍼가 파손하거나 기울거나 해버리기 때문이다. 그렇지만, 히터판의 두께를 두껍게 하면, 히터의 중량이 무거워지며, 또, 부피를 차지한다는 문제가 있었다.

또, 저항 발열체에 인가하는 전압이나 전류량을 바꿈으로써, 실리콘 웨이퍼 등의 피가열물을 가열하는 면(이하, 가열면이라고 한다)의 온도를 제어하는 것이지만, 금속판이 두껍기 때문에, 전압이나 전류량의 변화에 대하여 히터판의 온도가 신속하게 추종하지 않아, 온도 제어하기 어렵다는 문제도 있었다.

그래서, 일본국 특개평 11-40330호 공보 등에는 기판으로서, 열전도율이 높고, 강도도 큰 질화물 세라믹이나 탄화물 세라믹을 사용하고, 이들 세라믹으로 이루어지는 판 형상체의 표면에 금속 입자를 소결해서 형성한 저항 발열체가 형성된 세라믹 기판이 제안되어 있다.

통상, 이러한 세라믹 히터에는 도 15에 도시하는 바와 같이, 세라믹 기판(61)의 내부에 발열체(62)가 형성됨과 더불어, 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 중앙 부근에 형성되어 있다. 이 리프터 핀을 관통 구멍(65)에 삽입 관통시켜, 상하 이동시킴으로써, 비교적으로 용이하게, 반도체 웨이퍼를 전공정으로부터 반입할 수 있으며, 또, 반도체 웨이퍼를 후공정에 반송할 수 있기 때문이다. 한편, 64는 열전대 등의 온도 측정 소자를 매설하기 위한 바닥 구멍(64)이며, 63은 발열체(62)를 전원과 접속하기 위한 외부 단자이다.

한편, 상술한 바와 같이, 관통 구멍(65)은 세라믹 기판(61)의 중앙 부근에 배치되어 있다. 리프터 핀을 1개의 모터로 작동시키기 위해서는, 리프터 핀은 가까운 위치에 있는 것이 바람직하기 때문이다.

이러한 세라믹 히터(60)를 이용해서 반도체 웨이퍼 등의 피가열물을 가열할 때, 가열물이 세라믹 히터(60)의 가열면에 접촉한 상태로 가열하면, 세라믹 히터(60) 표면의 온도 분포가 반도체 웨이퍼 등에 반영되어 버려, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열하는 것은 곤란하다.

또, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열하기 위해서, 세라믹 히터(60)의 표면 온도를 균일하게 하려고 하면, 매우 복잡한 제어가 필요해져, 온도 제어는 용이하지 않다.

그래서, 통상, 반도체 웨이퍼를 가열할 때, 반도체 웨이퍼의 반송용으로 설치되어 있는 리프터 핀에 의해, 반도체 웨이퍼를 지지하는 방법을 이용할 수 있다. 다시 말해, 세라믹 기판(61)의 표면으로부터 조금 돌출한 상태로 리프터 핀을 유지하고, 이 리프터 핀을 이용하여, 세라믹 기판(61)의 표면으로부터 일정한 거리 이격한 상태로 반도체 웨이퍼를 지지하여, 이 반도체 웨이퍼를 가열한다.

이 리프터 핀을 이용하는 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼를 세라믹 기판(61)의 표면으로부터 일정한 거리 이격한 상태로 유지하기 때문에, 세라믹 기판(61)으로부터의 복사나 대류에 의해 반도체 웨이퍼가 가열되게 된다. 따라서, 통상은 세라믹 기판(61) 표면의 온도 분포가 반도체 웨이퍼에 직접 반영되지 않아, 반도체 웨이퍼가 보다 균일하게 가열되어, 반도체 웨이퍼에 온도 분포가 발생하기 어렵다.

그렇지만, 리프터 핀을 이용해서 반도체 웨이퍼를 반송하려고 했을 때, 반도체 웨이퍼를 안정하게 지지할 수 없는 일이 있고, 이 경우에는, 반도체 웨이퍼가 기울어 이탈해 버린다는 문제가 있었다.

또, 반도체 웨이퍼나 액정 기판을 배치해서 승온할 때(가열 상태의 세라믹 히터에 반도체 웨이퍼나 액정 기판을 배치하고, 본래의 온도로 회복할 때까지의 상태, 즉 과도 상태도 포함한다), 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 피가열물에 온도차가 발생해 버린다는 문제가 발생했다.

또한, 피가열물에 파티클이 부착한다는 문제도 보였다.

그래서, 본 발명자들은 이러한 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 피가열물(이하, 반도체 웨이퍼 등이라고도 한다)이 기울거나, 반도체 웨이퍼 등을 승온 가열할 때에, 온도 불균일이 발생하는 원인에 대해서 해석한 바, 리프터 핀이 중앙 부분에 집중하고 있으면, 반도체 웨이퍼 등의 피가열물을 안정하게 지지할 수 없으며, 또, 세라믹 기판(61)의 중앙 부분에 있어서의 단위 면적(체적)당 열용량이 외주 부분에 비해 작아지고, 승온시에 세라믹 기판(61)의 중앙 부분의 온도가 상승하기 쉬워지기 때문이라는 것을 알았다.

또, 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 판 형상 피가열물을 들어 올릴 때에, 리프터 핀이 중앙 부근에 존재하고 있으면, 피가열물이 휘어져 버리기 때문에, 피가열물의 외주부가 세라믹 기판(61)과 접촉하고, 파티클이 발생해 버리는 것을 알 수 있었다.

또, 이러한 관통 구멍(65)을 가지는 세라믹 히터(60)를 이용해서 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 피가열물을 가열했을 때, 이 관통 구멍(65)의 근방이 국부적으로 저온이 되는 소위 쿨링 스팟이 발생하고, 이것에 기인하여, 이 부분에서 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 온도가 저하해, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등을 균일하게 가열하는 것은 곤란해진다는 문제가 발생했다.

또한, 일본국 특개평 4-324276호 공보에서는 기판으로서, 열전도율이 높고, 강도도 큰 비산화물 세라믹인 질화알루미늄을 사용하고, 이 질화알루미늄 기판 중에 저항 발열체와 텅스텐으로 이루어지는 스루 홀(through hole)이 형성되며, 이들에 외부 단자로서 니크롬 선이 납땜된 세라믹 히터가 제안되어 있다.

이러한 세라믹 히터에서는 고온에 있어서도 기계적 강도가 큰 세라믹 기판을이용하고 있기 때문에, 세라믹 기판 두께를 얇게 해서 열용량을 작게 할 수 있으며, 그 결과, 전압이나 전류량의 변화에 대하여 세라믹 기판의 온도를 신속하게 추종시킬 수 있다.

또, 상기한 바와 같은 세라믹 히터에서는 일본국 특허 제2525974호 공보, 일본국 특허 제2783980호 공보, 일본국 특개 2000-114355호 공보 등에 기재된 바와 같이, 원통상 세라믹과 원판 형상 세라믹을 접합시켜, 반도체 제조 공정에 이용하는 반응성 가스나 할로겐 가스 등으로부터 외부 단자 등의 배선을 보호하는 수단이 취해지고 있었다.

그런데, 일본국 특허 제2525974호 공보에 기재된 세라믹 히터를 이용한 경우, 장기간 반응성 가스나 할로겐 가스 등에 노출되거나, 또, 원통상 세라믹과 원판 형상 세라믹의 접합 계면(이하, 계면이라고도 한다)에 열응력이 집중하여, 승온과 강온을 반복함으로써 열 피로가 발생하거나 함으로써, 계면에 균열 등이 발생하고, 계면의 기밀성이 손상되어, 외부 단자 등의 배선이 부식된다는 문제가 발생했다.

또, 일본국 특허 제2783980호 공보에 기재된 세라믹 히터에서는 그 계면에 있어서, 세라믹 입자가 계면의 양쪽으로 연장하듯이 입자 성장함으로써, 원통상 세라믹과 원판 형상 세라믹의 접합이 행하여지고 있는 점에서, 계면의 접합 강도는 강하지만, 국소적으로 열응력이 집중하고, 승온과 강온이 반복됨으로써 열 피로가 발생해 버리고, 계면이나, 원통상 세라믹이나, 원판 형상 세라믹에 균열 등이 발생하는 일이 있었다.

또, 최근의 반도체 제품에 있어서는, 작업 처리량에 요하는 시간의 단축화가 요구되고 있고, 승온 시간이나, 강온 시간의 단축화에 대한 강한 요청이 있지만, 일본국 특허 제2525974호 공보나, 일본국 특개 2000-114355호 공보 등에 기재된 세라믹 히터에서는 원통상 세라믹에 플랜지부가 설치되어 있기 때문에, 열용량이 증대하고, 승온 속도가 저하해 버린다는 문제도 있었다.

또한, 승온 시간을 단축하기 위해서는, 승온 속도를 올릴 필요가 있으며, 또, 강온 시간을 단축하기 위해서는, 강온 속도를 올릴 필요가 있다. 그렇지만, 그렇게, 세라믹 히터를 급격하게 승온시키거나, 강온시키거나 하면, 계면 등에 보다 큰 열응력이 발생하게 되어, 상술한 바와 같은 균열 등이 점점 발생하기 쉬워진다.

본 발명은 주로, 반도체 제조, 검사나 광 분야 등에 이용하는 세라믹 히터 및 세라믹 접합체에 관한 것이다.

도 1은 제1 본 발명의 세라믹 히터를 모식적으로 도시하는 저면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 세라믹 히터의 부분 확대 단면도이다.

도 3은 제1 본 발명의 세라믹 히터의 다른 일례를 모식적으로 도시하는 저면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 세라믹 히터의 부분 확대 단면도이다.

도 5(a)∼(d)는 도 1에 도시한 세라믹 히터의 제조 공정의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 6(a)∼(d)는 도 3에 도시한 세라믹 히터의 제조 공정의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 7은 승온시의 온도차와 관통 구멍 위치의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8은 파티클 개수와 관통 구멍 위치의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 제2 본 발명의 세라믹 히터를 모식적으로 도시하는 저면도이다.

도 10은 도 9에 도시한 세라믹 히터의 부분 확대 단면도이다.

도 11은 제2 본 발명의 세라믹 히터의 다른 일례를 모식적으로 도시하는 저면도이다.

도 12는 도 11에 도시한 세라믹 히터의 부분 확대 단면도이다.

도 13(a)∼(d)는 도 9에 도시한 세라믹 히터의 제조 공정의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 14(a)∼(d)는 도 11에 도시한 세라믹 히터의 제조 공정의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 15는 종래의 세라믹 히터의 저면도이다.

도 16은 실시예 4에 관한 세라믹 히터를 이용해서 실리콘 웨이퍼를 가열했을 때의, 실리콘 웨이퍼의 온도차(ΔT)와, (가열면에 있어서의 직경 증가부의 직경)/(원주상부의 직경)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 17(a)은 제3 본 발명의 세라믹 접합체를 모식적으로 도시하는 평면도이며, (b)는 (a)에 도시한 세라믹 접합체의 단면도이다.

도 18은 제3 본 발명의 세라믹 접합체를 모식적으로 도시하는 저면도이다.

도 19는 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 단면도이다.

도 20은 제3 본 발명의 세라믹 접합체를 구성하는 세라믹 기판을 모식적으로 도시한 부분 확대 단면도이다.

도 21은 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 일례인 정전 척을 구성하는 세라믹 기판을 모식적으로 도시하는 세로 단면도이다.

도 22는 도 21에 도시한 정전 척을 구성하는 세라믹 기판을 모식적으로 도시한 부분 확대 단면도이다.

도 23은 세라믹 기판에 매설되어 있는 정전 전극의 일례를 모식적으로 도시하는 수평 단면도이다.

도 24는 세라믹 기판에 매설되어 있는 정전 전극의 다른 일례를 모식적으로 도시하는 수평 단면도이다.

도 25는 세라믹 기판에 매설되어 있는 정전 전극의 또한 다른 일례를 모식적으로 도시하는 수평 단면도이다.

도 26(a)∼(d)는 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 일례인 세라믹 히터의 제조 방법의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 27은 세라믹 기판과 통상 세라믹체의 접합 방법의 일례를 모식적으로 도시하는 사시도이다.

도 28은 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 일례를 도시하는 단면도이다.

도 29는 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 일례를 도시하는 단면도이다.

도 30(a)∼(c)는 제3 본 발명의 세라믹 접합체를 구성하는 기둥 형상체의 예를 도시하는 사시도이다.

도 31은 시험예의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 32는 비교예 9, 10 및 실시예 15, 16의 결과를 나타내는 그래프이다.

(부호의 설명)

10, 20, 30, 40, 70 : 세라믹 히터

11, 21, 31, 41, 71, 9l : 세라믹 기판

11a, 21a, 31a, 4la, 71a : 가열면

11b, 21b, 31b, 41b, 71b : 저면

12, 22, 32, 42, 72 : 발열체

120, 320 : 도체 페이스트층

130, 330 : 충전층

13, 23, 33, 43 : 외부 단자

13a, 33a, 73, 73' : 스루 홀

13b, 33b, 79 : 자루 구멍(blind hole)

14, 24, 34, 44, 74 : 바닥 구멍

15, 25, 35, 45, 75 : 관통 구멍

16, 26, 36, 46 : 리프터 핀

220, 420 : 금속 피복층

39, 59 : 반도체 웨이퍼

50, 100, 500 : 그린 시트

77 : 통상 세라믹체

본 발명은 상기 과제에 비추어 행하여진 것이며, 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 피가열물을 안정하게 지지할 수 있음과 더불어, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 있는 세라믹 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 쿨링 스팟의 발생을 방지함과 더불어, 세라믹 기판에 형성된 관통 구멍 근방의 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 온도를 저하시키지 않고, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 가열물을 보다 균일하게 가열할 수 있는 세라믹 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 원통상이나 원주상 등, 소정 형상 세라믹체와 원판 형상 세라믹의 접합 계면에 있어서, 국소적으로 열응력이 집중하는 일 없어, 이 부분에 균열 등이 발생하는 일이 없기 때문에, 충분한 기밀성을 확보할 수 있으며, 세라믹 접합체의 신뢰성을 대폭으로 향상시킬 수 있는 세라믹 접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 제1 본 발명의 세라믹 히터는 원판 형상 세라믹 기판 표면 또는 내부에 발열체가 형성되며, 상기 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에 있어서, 상기 관통 구멍은 3개 이상 형성됨과 더불어, 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 세라믹 히터에 따르면, 3개 이상의 관통 구멍이 세라믹 기판의 외주 부분에 존재하고 있기 때문에, 관통 구멍에 삽입 관통되는 리프터 핀도 세라믹 기판의 외주 부분에 존재하고, 중심 부분에 집중하지 않고, 리프터 핀에 지지되는 반도체 웨이퍼 등이 불안정으로 되지 않는다. 그 결과, 사용시에 있어서의 충격 등이 있던 경우에서도, 반도체 웨이퍼 등이 이탈하기 어렵고, 리프터 핀에 의해 반도체 웨이퍼 등의 피가열물을 안정하게 지지할 수 있다.

또, 반도체 웨이퍼 등을 승온 가열하는 경우, 관통 구멍이 비교적 면적(체적)이 큰 외주 부분에 존재하고 있기 때문에, 세라믹 기판의 중앙 부분과 외주 부분의 단위 면적(체적)당 열용량 차이가 거의 무시할 수 있을 정도로 되고, 세라믹 기판의 중앙 부분의 단위 면적(체적)당 열용량이 외주 부분에 비해 변화하지 않게 되고, 승온시(과도시)에도 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 있는 것이다.

또한, 관통 구멍이 중심 부근에 존재하고 있는 경우는, 리프터 핀으로 판 형상 피가열물을 밀어 올리면, 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 판 형상 피가열물이 휘어져 버리기 때문에, 판 형상 피가열물의 외주가 세라믹 기판 표면을 마찰해 버리고, 파티클이 발생해 버리지만, 제1 본 발명의 세라믹 히터에서는 이러한 문제가 없다.

또, 상기 관통 구멍은 상기 세라믹 기판과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 대략 등간격으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 관통 구멍에 삽입 관통하는 리프터 핀이 세라믹 기판 상에 널리 분산하며, 또한, 등간격으로 되기 때문에, 반도체 웨이퍼 등을 보다 안정하게 지지하는 것이 가능해진다. 또, 반도체 웨이퍼 등을 보다 수평으로 유지할 수 있으며, 세라믹 기판과 반도체 웨이퍼 등과의 거리가 일정해지고, 그 결과, 반도체 웨이퍼 등을 더욱 균일하게 가열하는 것이 가능해진다.

또, 제2 본 발명의 세라믹 히터는 원판 형상 세라믹 기판 표면 또는 내부에 발열체가 형성되며, 상기 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에 있어서, 상기 관통 구멍은 피가열물을 가열하는 가열면측의 직경이 상기 가열면의 반대측(이하, 저면측이라고 한다) 직경보다도 커져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에서는 통상, 관통 구멍의 측벽이 기판 부분보다도 온도가 낮은 기체와 접촉하고 있기 때문에, 관통 구멍의 측벽의 주위에서 온도가 저하하고, 가열면에 쿨링 스팟이 발생한다.

그리고, 이 세라믹 히터에 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등을 배치하면, 쿨링 스팟에서는 이 쿨링 스팟에 의해 열이 빼앗기기 때문에, 그 부분의 온도가 저하하고, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 온도의 균일성이 무너져 버린다.

그렇지만, 제2 본 발명의 세라믹 히터에 따르면, 관통 구멍의 가열면측 직경이 상기 가열면의 반대측면 직경보다도 커져 있기 때문에, 쿨링 스팟이 발생하는 부분에서는 기판을 구성하는 고체가 존재하지 않고, 공간이 차지하는 비율이 커져서 그 열용량이 작아진다. 따라서, 관통 구멍이 형성된 근방의 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 온도는 거의 저하하지 않아, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 가열물을 보다 균일하게 가열할 수 있다.

또, 가열면측 직경이 저면측 직경보다도 큰 관통 구멍을 형성할 때, 상기 관통 구멍을 원주상부와 가열면에 가까워짐에 따라서 직경 증가하는 직경 증가부로 이루어지도록, 다시 말해, 깔때기 형상으로 되도록 구성하면, 깔때기 형상으로 된 부분에 축열한 기체가 체류하고, 쿨링 스팟 자체가 확대하는 일도 없이, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 가열물을 더욱 균일하게 가열할 수 있다.

또, 상기 형상의 관통 구멍은 드릴 등을 이용함으로써, 비교적 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 효율적으로 관통 구멍을 형성할 수 있다.

한편, 상기 직경 증가부는 공간을 유지한 채 웨이퍼 등을 가열한다. 상기 직경 증가부에 충전 부재를 충전하면, 세라믹과 충전 부재가 슬라이딩해서 파티클이 발생하기 때문이다.

또한, 제3 본 발명의 세라믹 접합체는 그 내부에 도전체가 설치된 원판 형상 세라믹 기판의 저면에 세라믹체가 접합된 세라믹 접합체에 있어서, 상기 세라믹체와 상기 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 영역 또는 상기 세라믹체와 상기 세라믹 기판의 계면에 의해 구성되는 영역의 중심과, 상기 세라믹 기판의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제3 본 발명의 세라믹 접합체에 있어서, 세라믹체는 기둥 형상체나 판 형상체이어도 되고, 원통 형상체와 같은 중공체이어도 되고, 내부에 공동이 존재하지 않고, 세라믹이 충전된 구조의 충실체이어도 된다.

도 28은 충실체로 이루어지는 세라믹체(281)를 이용한 세라믹 접합체(700)를 모식적으로 도시한 단면도이며, 충실체로 이루어지는 세라믹체(281)의 내부에 소켓(285)을 가지는 외부 단자(283) 및 도전선(235)이 매설됨과 더불어, 온도 측정 소자(84)의 리드 선(890)도 매설되어 있다. 또, 도 29는 판 형상체로 이루어지는 세라믹체(381)를 이용한 세라믹 접합체(800)를 모식적으로 도시한 단면도이며, 충실체로 이루어지는 세라믹체(381)의 내부에 소켓(385)을 가지는 외부 단자(383) 및 도전선(335)이 매설됨과 더불어, 온도 측정 소자(84)의 리드 선(890)도 매설되어 있다.

기둥 형상체의 경우, 도 30(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 삼각 기둥 형상체(150)나 사각 기둥 형상체(160)이어도 되고, 그 이상의 다각 기둥 형상체(170)이어도 된다.

제3 본 발명에서, 세라믹체와 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 영역 또는 세라믹체와 세라믹 기판의 계면에 의해 구성되는 영역의 중심(중심)이란 계면으로 포위되어서 구성되는 도형, 또는, 계면 그 자체로 구성되는 도형의 무게 중심을 칭하는 것으로 한다.

또, 무게 중심이란 도형의 면적을 이등분하는 직선의 교점으로서 정의된다. 원의 경우는, 원 중심이 중심점이 된다.

본 발명에서, 그 가장 바람직한 예는 그 내부에 도전체가 설치된 원판 형상 세라믹 기판의 저면에 원통 형상의 통상 세라믹체가 접합된 세라믹 접합체에 있어서, 상기 통상 세라믹체와 상기 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 상기 세라믹 기판의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 접합체이다. 그래서, 이하에 있어서는, 이 세라믹 접합체에 대해서 설명하기로 한다.

예를 들면, 통상 세라믹체와 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 원 중심(이하, 중심(A)라고도 칭한다), 및, 상기 세라믹 기판의 저면 중심(이하, 중심(B)라고도 칭한다)이 일치하는 세라믹 접합체를 가열한 경우, 상기 계면에 있어서, 상기 통상 세라믹체가 팽창하는 방향과, 상기 세라믹 기판이 팽창하는 방향이 일치하게 된다. 그 결과, 국소적으로 열응력이 집중하고, 열 피로가 발생해 버려, 균열 등이 발생하게 된다.

그러나, 제3 본 발명의 세라믹 접합체, 다시 말해, 중심(A)와 중심(B)와의 거리(이하, 거리(L)이라고도 칭한다)가 3∼200㎛ 떨어져 있는 세라믹 접합체에 따르면, 가열한 경우, 상기 통상 세라믹체가 팽창하는 방향과, 상기 세라믹 기판이팽창하는 방향이 달라지게 된다. 그 결과, 열응력을 분산시킬 수 있어, 균열 등의 발생을 방지할 수 있다.

한편, 거리(L)가 3㎛ 미만의 세라믹 접합체에서는 열응력을 충분히 분산시키는 것이 곤란해진다.

또, 거리(L)가 200㎛를 초과하면, 반대로 열응력이 집중해서 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, 반도체 웨이퍼를 가열하는 면의 온도 분포가 커진다.

또, 상기 도전체는 발열체이며, 상기 세라믹 접합체는 세라믹 히터로서 기능하는 것이 바람직하다.

상기 세라믹 접합체는 상술한 바와 같이, 열응력을 분산시킬 수 있는 구조를 가지고 있으며, 국소적으로 열응력이 집중하지 않고, 승온과 강온을 반복해도 열 피로가 발생하는 일 없으며, 또, 상기 세라믹 접합체에서는 통상 세라믹체의 세라믹 기판의 접합면에 플랜지부를 형성하지 않아도 되기 때문에, 열용량이 증대하는 일 없고, 승온 속도가 저하하는 일이 없기 때문에, 세라믹 히터로서 바람직하게 이용할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 발열체는 층상으로 형성되어 있어도 되고, 선상으로 형성되어 있어도 된다.

또한, 상기 도전체는 정전 전극이며, 상기 세라믹 접합체는 정전 척(electrostatic chuck)으로서 기능하는 것이 바람직하다.

정전 척은 부식성 분위기에서 사용되는 일이 많고, 상기 세라믹 기판과 상기 통상 세라믹체가 상술한 바와 같이 접합된 구조가 최적이기 때문이다.

또한, 상기 세라믹 기판은 직경 250㎜ 이상인 것이 바람직하다. 세라믹 기판의 직경이 250㎜ 이상이면, 열응력을 분산시키고, 균열 등의 발생을 방지한다는 제3 본 발명의 효과가 커지기 때문이다. 이것은 실시예의 결과를 도시한 도 32로부터도 용이하게 이해할 수 있다. 다시 말해, 거리(L)=0에서는 직경이 커짐에 따라서, 균열 발생률이 높아지고, 직경 250㎜를 초과하는 곳에서 급속히 커지고 있지만, L=3㎛ 또는 200㎛로 함으로써, 균열 발생률을 낮게 억제할 수 있는 것이다.

우선, 제1 본 발명의 세라믹 히터에 대해서 설명한다.

제1 본 발명의 세라믹 히터는 원판 형상 세라믹 기판 표면 또는 내부에 발열체가 형성되며, 상기 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에 있어서, 상기 관통 구멍은 3개 이상 형성됨과 더불어, 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터이다.

도 1은 제1 본 발명의 세라믹 히터를 모식적으로 도시한 저면도이며, 도 2는 도 1의 세라믹 히터를 모식적으로 도시한 부분 확대 단면도이다. 한편, 이 세라믹 히터에서는 세라믹 기판의 내부에 발열체가 형성되어 있다.

세라믹 히터(10)에 있어서, 세라믹 기판(11)은 원판 형상으로 형성되어 있으며, 세라믹 히터(10)의 가열면(11a)의 전체의 온도가 균일해지도록 가열하기 위해서, 세라믹 기판(11)의 내부에 동심원 형상 패턴으로 이루어지는 발열체(12)가 형성되어 있다.

발열체(12)의 단부 바로 아래에는 스루 홀(13a)이 형성되며, 또한, 이 스루홀(13a)을 노출시키는 자루 구멍(13b)이 저면(11b)에 형성되며, 자루 구멍(13b)에는 외부 단자(13)가 삽입되고, 경납재 등(도시 생략)으로 접합되어 있다. 또, 외부 단자(13)에는 예를 들면, 도전선을 가지는 소켓(도시 생략)이 부착되고, 이 도전선은 전원 등에 접속되어 있다.

또, 세라믹 기판(11)의 저면에는 온도 측정 소자(도시 생략)를 삽입하기 위한 바닥 구멍(14)이 형성되어 있다.

또한, 세라믹 기판(11)에는 세라믹 기판(11)의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 55%의 거리인 원주 상에 등간격으로 되도록, 리프터 핀(16)을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(15)이 3개 형성되어 있다.

그리고, 리프터 핀(16)을 상하 이동시킴으로써, 비교적으로 용이하게, 반도체 웨이퍼 등을 전공정으로부터 반입할 수 있으며, 또, 반도체 웨이퍼 등을 후공정에 반송하는 것이 가능해진다.

또, 반도체 웨이퍼 등과 세라믹 기판이 슬라이딩하지 않기 때문에, 세라믹 기판으로부터 파티클이 발생하는 일은 없다.

또한, 반도체 웨이퍼(39)를 가열할 때, 세라믹 기판(11)의 가열면(11a)으로부터 조금 돌출한 상태로 리프터 핀(16)을 유지함으로써, 이 리프터 핀(16)을 통하고, 세라믹 기판의 가열면(11a)으로부터 일정한 거리 이격한 상태로 반도체 웨이퍼(39)를 유지하고, 반도체 웨이퍼(39)를 가열할 수 있다.

한편, 세라믹 기판 표면에 핀 등의 돌기 구조를 가지는 것을 배치함으로써, 리프터 핀을 세라믹 기판의 가열면으로부터 조금 돌출한 상태로 유지하는 것과 마찬가지로, 반도체 웨이퍼 등과 세라믹 기판의 가열면이 이격한 상태로 반도체 웨이퍼 등을 가열하는 것이 가능하다.

또, 제1 본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 발열체는 세라믹 기판의 내부에 형성되어 있어도 되고, 세라믹 기판의 외부에 형성되어 있어도 된다.

도 3은 제1 본 발명의 세라믹 히터의 다른 일례를 모식적으로 도시한 저면도이며, 도 4는 도 3의 세라믹 히터를 모식적으로 도시한 부분 확대 단면도이다. 한편, 이 세라믹 히터에서는 세라믹 기판 표면에 발열체가 형성되어 있다.

세라믹 히터(20)에 있어서, 세라믹 기판(21)은 원판 형상으로 형성되며, 또, 세라믹 기판(21)의 표면에 동심원 형상 패턴으로 이루어지는 발열체(22)가 형성되어 있으며, 그 양단에 입출력 단자인 외부 단자(23)가 금속 피복층(220)을 통해서 접속되어 있다.

또, 세라믹 기판(21)의 저면에는 온도 측정 소자(도시 생략)를 삽입하기 위한 바닥 구멍(24)이 형성되어 있다.

또한, 세라믹 기판(21)에는 세라믹 기판(21)의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 75%의 거리인 원주 상에 등간격으로 되도록, 관통 구멍(25)이 3개 형성되어 있다.

세라믹 히터(20)는 세라믹 히터(10)와 마찬가지로, 관통 구멍(25)에 리프터 핀(26)을 삽입 관통하여, 상하 이동시킴으로써, 반도체 웨이퍼 등을 반송하는 것이 가능해지며, 또, 리프터 핀(26)을 세라믹 기판(21)의 가열면(21a)으로부터 돌출시킴으로써, 반도체 웨이퍼(39)를 세라믹 기판(21a)으로부터 이격시켜서 유지하는 것이 가능해진다.

제1 본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 세라믹 기판에 형성되는 관통 구멍은 3개 이상이다. 관통 구멍이 3개 미만, 즉, 2개 이하이면, 관통 구멍에 삽입 관통하는 리프터 핀에 의해, 반도체 웨이퍼 등의 피가열물을 안정하게 지지하는 것이 곤란해지기 때문이다. 한편, 관통 구멍은 3개 이상이면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 사용시에 있어서의, 쿨링 스팟의 발생을 억제하는 점 등에서, 세라믹 기판에 형성하는 관통 구멍은 11개 이하인 것이 바람직하다.

또, 상기 관통 구멍은 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 형성되어 있으면, 관통 구멍이 형성되는 위치는 특별히 한정되는 것은 아니다.

단, 반도체 웨이퍼 등을 보다 수평에 유지하는 점에서, 상기 관통 구멍은 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 50∼75%의 거리인 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 관통 구멍이 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 75%을 초과하는 거리인 영역에 형성되는 경우, 반도체 웨이퍼 등을 안정하게 지지할 수는 있지만, 반도체 웨이퍼 등의 중심 부분이 지지되지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼 등에 휘어짐이 발생할 우려가 있기 때문이다.

또, 반도체 웨이퍼 등을 보다 안정하게 지지할 수 있으며, 반도체 웨이퍼 등을 더욱 균일하게 가열할 수 있는 점에서, 상기 관통 구멍은 상기 세라믹 기판과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 대략 등간격으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 관통 구멍에 삽입 관통되는 리프터 핀이 세라믹 기판 상에 널리 분산하며, 또한, 등간격으로 되기 때문에, 반도체 웨이퍼 등을 보다 안정하게 지지할 수 있으며, 또, 반도체 웨이퍼 등을 보다 수평으로 유지할 수 있으며, 세라믹 기판과 반도체 웨이퍼 등과의 거리가 일정해지고, 그 결과, 반도체 웨이퍼 등을 더욱 균일하게 가열하는 것이 가능해진다.

상술한 바와 같은 관통 구멍의 배치로서는, 3개의 관통 구멍이 형성되는 경우, 예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 세라믹 기판(11)의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 있어서, 세라믹 기판과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 3개의 관통 구멍(15)이 등간격으로 되도록 형성된 배치 등을 들 수 있으며, 또, 관통 구멍이 4개 형성되는 경우, 예를 들면, 세라믹 기판과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 4개의 관통 구멍이 등간격으로 되도록 형성된 배치 등을 들 수 있다.

한편, 세라믹 기판에 관통 구멍이 4개 이상 형성되는 경우, 1개의 관통 구멍을 세라믹 기판의 중심으로 형성해도 된다. 리프터 핀에 의해, 반도체 웨이퍼 등을 세라믹 기판으로부터 이격 유지하여, 가열할 때, 반도체 웨이퍼 등의 중심 부분의 휘어짐을 방지할 수 있으며, 그 결과, 반도체 웨이퍼 등과 세라믹 기판의 거리가 일정해져, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 있다.

상기 리프터 핀에 의해, 반도체 웨이퍼 등을 이격 유지하여, 가열할 때, 관통 구멍에 삽입 관통되는 리프터 핀이 세라믹 기판의 가열면으로부터 돌출하는 높이는 5∼5000㎛일 것, 다시 말해, 반도체 웨이퍼 등을 세라믹 기판의 가열면으로부터 5∼5000㎛ 떨어진 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 5㎛ 미만에서는 세라믹 기판의 온도 분포의 영향을 받아서 반도체 웨이퍼 등의 온도가 불균일해지고, 5000㎛를 초과하면, 반도체 웨이퍼 등의 온도가 상승하기 어려워지고, 특히, 반도체 웨이퍼 등의 외주 부분의 온도가 낮아져 버리기 때문이다.

피가열물과 세라믹 기판의 가열면은 5∼500㎛ 떨어지는 것이 보다 바람직하고, 20∼200㎛ 떨어지는 것이 더욱 바람직하다.

상기 관통 구멍 및 상기 리프터 핀을 평면도로 볼 때의 형상은 통상, 원형이다. 또, 상기 관통 구멍은 피가열물을 가열하는 가열면측 직경이 저면측 직경보다도 큰 것이어도 된다. 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 부분의 열용량을 크게 저하시킬 수 있어, 반도체 웨이퍼를 보다 균일하게 가열할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 관통 구멍의 직경은 1∼100㎜인 것이 바람직하고, 1∼20㎜인 것이 보다 바람직하다. 1㎜ 미만인 경우, 관통 구멍에 삽입 관통하는 리프터 핀이 너무 가늘어지기 때문에, 리프터 핀 상에 반도체 웨이퍼 등을 안정하게 배치하는 것이 곤란해지고, 한편, 100㎜를 초과하는 경우, 관통 구멍이 지나치게 커서, 세라믹 히터의 가열면에 쿨링 스팟이 해 버리고, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 없을 우려가 있다.

한편, 상기 리프터 핀의 직경은 리프터 핀을 삽입 관통하는 관통 구멍의 직경과 대략 같은 것이 바람직하다. 리프터 핀의 직경이 관통 구멍의 직경과 크게 다른 경우, 다시 말해, 리프터 핀의 직경이 관통 구멍의 직경보다 매우 작은 경우, 리프터 핀과 관통 구멍의 측면 사이에 틈새가 발생하기 때문에, 그 틈새로부터 방열해 버리고, 세라믹 히터의 가열면에 쿨링 스팟이 발생하여, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 없을 우려가 있다.

제1 본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 세라믹 기판의 직경은 200㎜ 이상이 바람직하다. 큰 직경을 가지는 세라믹 히터일수록, 휘어짐이 발생하기 쉬워지는 큰 직경의 반도체 웨이퍼 등을 배치할 수 있기 때문에, 제1 본 발명의 구성이 유효하게 기능하기 때문이다.

세라믹 기판의 직경은 특히 12인치(300㎜) 이상인 것이 바람직하다. 차세대 반도체 웨이퍼의 주류가 되기 때문이다.

또, 세라믹 기판 두께는 25㎜ 이하인 것이 바람직하다. 상기 세라믹 기판 두께가 25㎜를 초과하면 온도 추종성이 저하하기 때문이다. 또, 그 두께는 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하다. 0.5㎜보다 얇으면, 세라믹 기판의 강도 자체가 저하하기 때문에 파손하기 쉬워진다. 보다 바람직하게는, 1.5㎜ 초과 5㎜ 이하이다. 5㎜보다 두꺼워지면, 열이 전파하기 어려워져, 가열의 효율이 저하하는 경향이 발생하고, 한편, 1.5㎜ 이하이면, 세라믹 기판 중을 전파하는 열이 충분히 확산하지 않기 때문에 가열면에 온도 편차가 발생하는 일이 있으며, 또, 세라믹 기판의 강도가 저하해서 파손할 경우가 있기 때문이다.

제1 본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 세라믹 기판에는 피가열물을 배치하는 가열면의 반대측으로부터, 가열면을 향해서 바닥 구멍을 형성함과 더불어, 바닥 구멍의 밑바닥을 발열체보다도 상대적으로 가열면에 가깝게 형성하여, 이 바닥 구멍에 열전대 등의 온도 측정 소자(도시 생략)를 설치하는 것이 바람직하다.

또, 바닥 구멍의 밑바닥과 가열면과의 거리는 0.1㎜∼세라믹 기판 두께의 1/2인 것이 바람직하다.

이것으로, 온도 측정 장소가 발열체보다도 가열면에 가깝게 되고, 보다 정확한 반도체 웨이퍼 등의 온도의 측정이 가능해지기 때문이다.

바닥 구멍의 밑바닥과 가열면과의 거리가 0.l㎜ 미만에서는 방열해 버리고, 가열면에 온도 분포가 형성되며, 세라믹 기판 두께의 1/2를 초과하면, 발열체 온도의 영향을 받기 쉬워져, 온도 제어할 수 없게 되고, 역시 가열면에 온도 분포가 형성되어 버리기 때문이다.

바닥 구멍의 직경은 0.3㎜∼5㎜인 것이 바람직하다. 이것은 지나치게 크면 방열성이 커지며, 또 지나치게 작으면 가공성이 저하해서 가열면과의 거리를 균등하게 할 수 없어지기 때문이다.

바닥 구멍은 세라믹 기판의 중심에 대하여 대칭으로, 또한, 십자를 형성하듯이 다수 배열하는 것이 바람직하다. 이것은 가열면 전체의 온도를 측정할 수 있기 때문이다.

상기 온도 측정 소자로서는, 예를 들면, 열전대, 백금 온도 측정 저항체, 서미스터 등을 들 수 있다.

또, 상기 열전대로서는, 예를 들면, JIS-C-1602(1980)에 거론되는 바와 같이, K형, R형, B형, S형, E형, J형, T형 열전대 등을 들 수 있지만, 이들 중에서는, K형 열전대가 바람직하다.

상기 열전대의 접합부의 크기는 스트랜드의 직경과 같지만, 또는, 그것보다도 크고, 0.5㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이것은 접합부가 큰 경우는, 열용량이 커져서 응답성이 저하해 버리기 때문이다. 한편, 스트랜드의 직경보다 작게 하는 것은 곤란하다.

상기 온도 측정 소자는 금납재, 은납재 등을 사용하여, 바닥 구멍의 밑바닥에 접착해도 되고, 바닥 구멍에 삽입한 후, 내열성 수지로 밀봉하여도 되며, 양자를 병용해도 된다. 상기 내열성 수지로서는, 예를 들면, 열경화성 수지, 특히 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레이이미드-트리아진 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

상기 금납재로서는, 37∼80.5중량% Au-63∼19.5중량% Cu 합금, 81.5∼82.5중량% Au-18.5∼17.5중량% Ni 합금 중에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 이들은 용융 온도가 900℃ 이상이며, 고온 영역에서도 용융하기 어렵기 때문이다.

은납재로서는, 예를 들면, Ag-Cu계인 것을 사용할 수 있다.

제1 본 발명의 세라믹 히터를 구성하는 세라믹 기판의 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹이 바람직하다. 질화물 세라믹이나 탄화물 세라믹은 열팽창 계수가 금속보다도 작고, 기계적 강도가 금속에 비교해서 현격히 높기 때문에, 세라믹 기판 두께를 얇게 해도, 가열에 의해 휘거나, 변형하지 않는다. 그 때문에, 세라믹 기판을 얇고 가벼운 것으로 할 수 있다. 또한, 세라믹 기판의 열전도율이 높고, 세라믹 기판 자체가 얇기 때문에, 세라믹 기판 표면 온도가 발열체 온도 변화를 신속하게 추종한다. 다시 말해, 전압, 전류치를 바꾸어서 발열체 온도를 변화시킴으로써, 세라믹 기판 표면 온도를제어할 수 있는 것이다.

상기 질화물 세라믹으로서는, 예를 들면, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티타늄 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

또, 탄화물 세라믹으로서는, 예를 들면, 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티타늄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

이들 중에서는 질화알루미늄이 가장 바람직하다. 열전도율이 180W/m·K로 가장 높고, 온도 추종성이 뛰어나기 때문이다.

한편, 세라믹 기판으로서 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹 등을 사용할 때, 필요에 따라, 절연층을 형성해도 된다. 질화물 세라믹은 산소 고용 등에 의해, 고온에서 체적 저항치가 저하하기 쉬우며, 또 탄화물 세라믹은 특히 고순도화하지 않는 한 도전성을 가지고 있으며, 절연층을 형성함으로써, 고온시 혹은 불순물을 함유하고 있어도 회로 간의 단락을 방지해서 온도 제어성을 확보할 수 있기 때문이다.

상기 절연층으로서는, 산화물 세라믹이 바람직하고, 구체적으로는, 실리카, 알루미나, 물라이트, 코디어라이트, 베릴리아 등을 사용할 수 있다.

이러한 절연층으로서는, 알콕시드를 가수분해 중합시킨 졸 용액을 세라믹 기판에 스핀 코트해서 건조, 소성을 행하거나, 스퍼터링, CVD 등으로 형성해도 된다. 또, 세라믹 기판 표면을 산화 처리해서 산화물층을 형성해도 된다.

상기 절연층은 0.1∼1000㎛인 것이 바람직하다. 0.1㎛ 미만에서는 절연성을 확보할 수 없고, 1000㎛를 초과하면 발열체로부터 세라믹 기판에 대한 열전도성을 저해해 버리기 때문이다.

또한, 상기 절연층의 체적 저항률은 상기 세라믹 기판의 체적 저항률의 10배 이상(동일 측정 온도)인 것이 바람직하다. 10배 미만에서는 회로의 단락을 방지할 수 없기 때문이다.

또, 상기 세라믹 기판은 카본을 함유하며, 그 함유량은 200∼5000ppm인 것이 바람직하다. 전극을 은폐할 수 있으며, 또 흑체 복사를 이용하기 쉬워지기 때문이다.

한편, 상기 세라믹 기판은 명도가 JIS Z 8721의 규정에 기초하는 값으로 N6 이하의 것이 바람직하다. 이 정도의 명도를 가지는 것이 복사 열량, 은폐성이 뛰어나기 때문이다.

여기서, 명도의 N은 이상적인 흑의 명도를 0으로 하고, 이상적인 백의 명도를 10으로 하여, 이들 흑의 명도와 백의 명도 사이에서, 그 색 밝기의 지각이 균등한 간격으로 되도록 각 색을 10 분할하고, N0∼Nl0의 기호로 표시한 것이다.

그리고, 실제의 측정은 N0∼N10에 대응하는 색표와 비교해서 행한다. 이 경우의 소수점 1의 위치는 0 또는 5로 한다.

발열체를 형성한 경우는, 세라믹 기판 표면(저면)에 형성해도 되고, 세라믹 기판의 내부에 매설해도 된다.

발열체를 세라믹 기판의 내부에 형성한 경우는, 상기 발열체는 가열면의 반대측의 면으로부터 두께 방향으로 60% 이하의 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 60%를 초과하면, 가열면에 너무 가깝기 때문에, 상기 세라믹 기판 내를 전파하는 열이 충분히 확산되지 않아, 가열면에 온도 편차가 발생해 버리기 때문이다.

발열체를 세라믹 기판의 내부에 형성한 경우에는, 발열체 형성층을 다수층 형성해도 된다. 이 경우는, 각 층의 패턴은 서로 보완하도록 어느 층에 발열체가 형성되며, 가열면의 상방으로부터 보면, 어느 영역에도 패턴이 형성되어 있는 상태가 바람직하다. 이러한 구조로서는, 예를 들면, 서로 지그재그의 배치로 되어 있는 구조를 들 수 있다.

한편, 발열체를 세라믹 기판의 내부에 형성하며, 또한, 그 발열체를 일부 노출시켜도 된다.

또, 세라믹 기판 표면에 발열체를 형성한 경우는, 가열면은 발열체 형성면의 반대측인 것이 바람직하다. 세라믹 기판이 열 확산의 역할을 다하기 위해서, 가열면의 온도 균일성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

발열체를 세라믹 기판 표면에 형성한 경우에는, 금속 입자를 포함하는 도체 페이스트를 세라믹 기판 표면에 도포해서 소정 패턴의 도체 페이스트층을 형성한 후, 이것을 소성하여, 세라믹 기판 표면에서 금속 입자를 소결시키는 방법이 바람직하다. 한편, 금속의 소결은 금속 입자끼리 및 금속 입자와 세라믹이 융착하고 있으면 충분하다.

세라믹 기판의 내부에 발열체를 형성한 경우에는, 그 두께는 1∼50㎛가 바람직하다. 또, 세라믹 기판 표면에 발열체를 형성한 경우에는, 이 발열체의 두께는1∼30㎛가 바람직하고, 1∼10㎛가 보다 바람직하다.

또, 세라믹 기판의 내부에 발열체를 형성한 경우에는, 발열체의 폭은 5∼20㎛가 바람직하다. 또, 세라믹 기판 표면에 발열체를 형성한 경우에는, 발열체의 폭은 0.1∼20㎜가 바람직하고, 0.1∼5㎜가 보다 바람직하다.

발열체는 그 폭이나 두께에 따라 저항치에 변화를 갖게 할 수 있지만, 상기한 범위가 가장 실용적이다. 저항치는 얇으며, 또, 가늘어질수록 커진다. 발열체는 세라믹 기판의 내부에 형성한 경우의 것이 두께, 폭도 커지지만, 발열체를 내부에 형성하면, 가열면과 발열체와의 거리가 짧아져, 표면 온도의 균일성이 저하하기 때문에, 발열체 자체의 폭을 넓힐 필요가 있을 것, 내부에 발열체를 형성하기 때문에, 질화물 세라믹 등과의 밀착성을 고려할 필요성이 없기 때문에, 텅스텐, 몰리브덴 등의 고융점 금속이나 텅스텐, 몰리브덴 등의 탄화물을 사용할 수 있으며, 저항치를 높게 하는 것이 가능해지기 때문에, 단선 등을 방지할 목적으로 두께 자체를 두껍게 해도 된다. 그 때문에, 발열체는 상기한 두께나 폭으로 하는 것이 바람직하다.

발열체의 형성 위치를 이렇게 설정함으로써, 발열체로부터 발생한 열이 전파해 가는 동안에, 세라믹 기판 전체에 확산하고, 피가열물(반도체 웨이퍼 등)을 가열하는 면의 온도 분포가 균일화되고, 그 결과, 피가열물의 각 부분에 있어서의 온도가 균일화된다.

또, 제1 본 발명의 세라믹 히터에 있어서의 발열체의 패턴으로서는, 도 1에 도시한 동심원 형상 패턴에 한정하지 않고, 예를 들면, 소용돌이 형상 패턴, 편심원 형상 패턴, 굴곡선의 반복 패턴 등도 이용할 수 있다. 또, 이들을 병용해도 된다.

또, 최외주에 형성된 발열체 패턴을 원주 방향으로 분할된 패턴으로 함으로써, 온도가 저하하기 쉬운 세라믹 히터의 최외주에서 미세한 온도 제어를 행하는 것이 가능해지고, 세라믹 히터의 온도 편차를 억제하는 것이 가능하다. 또한, 원주 방향으로 분할된 발열체의 패턴은 세라믹 기판의 최외주에 한정하지 않고, 그 내부에 형성해도 된다.

발열체는 단면이 직사각형이어도 타원이어도 되지만, 편평인 것이 바람직하다. 편평한 쪽이 가열면을 향해서 방열하기 쉽기 때문에, 가열면의 온도 분포가 발생되기 어렵기 때문이다.

단면의 가로세로비(aspect ratio)(발열체의 폭/발열체의 두께)는 10∼5000인 것이 바람직하다.

이 범위로 조정함으로써, 발열체의 저항치를 크게 할 수 있음과 더불어, 가열면의 온도의 균일성을 확보할 수 있기 때문이다.

발열체의 두께를 일정하게 한 경우, 가로세로비가 상기 범위보다 작으면, 세라믹 기판의 가열면 방향으로의 열 전파량이 작아져, 발열체의 패턴에 근사한 열 분포가 가열면에 발생해 버리고, 반대로 가로세로비가 지나치게 크면 발열체 중앙의 바로 윗부분이 고온으로 되어 버려, 결국, 발열체의 패턴에 근사한 열 분포가 가열면에 발생해 버린다. 따라서, 온도 분포를 고려하면, 단면의 가로세로비는 10∼5000인 것이 바람직한 것이다.

발열체를 세라믹 기판 표면에 형성한 경우는, 가로세로비를 10∼200, 발열체를 세라믹 기판의 내부에 형성한 경우는, 가로세로비를 200∼5000으로 하는 것이 바람직하다.

발열체는 세라믹 기판의 내부에 형성한 경우의 것이 가로세로비가 커지지만, 이것은 발열체를 내부에 형성하면, 가열면과 발열체와의 거리가 짧아져, 표면 온도 균일성이 저하하기 때문에, 발열체 자체를 편평으로 할 필요가 있기 때문이다.

또, 발열체를 형성할 때에 이용하는 도체 페이스트로서는 특별히 한정되지 않지만, 도전성을 확보하기 위한 금속 입자 또는 도전성 세라믹이 함유되어 있는 것 이외에, 수지, 용제, 증점제 등을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 금속 입자로서는, 예를 들면, 귀금속(금, 은, 백금, 팔라듐), 납, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈 등이 바람직하고, 그 중에서도, 귀금속(금, 은, 백금, 팔라듐)이 보다 바람직하다. 또, 이들은 단독으로 이용해도 되지만, 2종 이상을 병용하는 것이 바람직하다. 이들 금속은 비교적 산화하기 어렵고, 발열하기에 충분한 저항치를 가지기 때문이다.

상기 도전성 세라믹으로서는, 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴의 탄화물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 금속 입자 또는 도전성 세라믹 입자 직경은 0.1∼100㎛가 바람직하다. 0.1㎛ 미만으로 너무 미세하면, 산화되기 쉽고, 한편, 100㎛를 초과하면, 소결하기 어려워져, 저항치가 커지기 때문이다.

상기 금속 입자의 형상은 구 형상이어도, 인편 형상이어도 된다. 이들의 금속 입자를 이용하는 경우, 상기 구 형상물과 상기 인편 형상물의 혼합물이어도 된다.

상기 금속 입자가 인편 형상물, 또는, 구 형상물과 인편 형상물의 혼합물인 경우는, 금속 입자 간의 금속 산화물을 유지하기 쉬워, 발열체와 질화물 세라믹 등과의 밀착성을 확실하게 하며, 또한, 저항치를 크게 할 수 있기 때문에 유리하다.

도체 페이스트에 사용되는 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다. 또, 용제로서는, 예를 들면, 이소프로필알코올 등을 들 수 있다. 증점제로서는, 셀룰로오스 등을 들 수 있다.

도체 페이스트에는 상기한 바와 같이, 금속 입자에 금속 산화물을 첨가하여, 발열체를 금속 입자 및 금속 산화물을 소결시킨 것으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 금속 산화물을 금속 입자와 함께 소결시킴으로써, 세라믹 기판인 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과 금속 입자를 밀착시킬 수 있다.

금속 산화물을 혼합함으로써, 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과의 밀착성이 개선되는 이유는 명확하지 않지만, 금속 입자 표면이나 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹의 표면은 조금 산화되어 산화막이 형성되고 있으며, 이 산화막끼리가 금속 산화물을 통하여 소결해서 일체화하여, 금속 입자와 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹이 밀착하는 것이 아닐까라고 추정된다.

상기 금속 산화물로서는, 예를 들면, 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소(B₂O₃), 알루미나, 이트리아 및 티타니아로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

이들 산화물은 발열체의 저항치를 크게 하는 일 없이, 금속 입자와 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과의 밀착성을 개선할 수 있기 때문이다.

상기 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소(B₂O₃), 알루미나, 이트리아, 티타니아의 비율은 금속 산화물의 전체량을 100중량부로 한 경우, 중량비로, 산화납이 1∼10, 실리카가 1∼30, 산화붕소가 5∼50, 산화아연이 20∼70, 알루미나가 1∼10, 이트리아가 1∼50, 티타니아가 1∼50이며, 그 합계가 100중량부를 초과하지 않는 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하다.

이들 범위로, 이들 산화물의 양을 조정함으로써, 특히 질화물 세라믹과의 밀착성을 개선할 수 있다.

상기 금속 산화물의 금속 입자에 대한 첨가량은 0.1중량% 이상 10중량% 미만이 바람직하다.

또, 발열체로서 금속박이나 금속선을 사용할 수도 있다. 상기 금속박으로서는, 니켈 박, 스테인리스 박을 에칭 등으로 패턴 형성해서 발열체로 한 것이 바람직하다. 패턴화한 금속박은 수지 필름 등으로 접합해도 된다. 금속선으로서는, 예를 들면, 텅스텐 선, 몰리브덴 선 등을 들 수 있다.

또, 발열체를 형성했을 때의 면적 저항률은 1mΩ/□∼10Ω/□이 바람직하다. 면적 저항률이 0.1Ω/□ 미만이면, 저항률이 지나치게 작고, 발열량도 작아지기 때문에 발열체로서 기능하기 어려워지고, 한편, 면적 저항률이 10Ω/□를 초과하면,인가 전압량에 대하여 발열량은 지나치게 커져서, 세라믹 기판 표면에 발열체를 형성한 세라믹 기판에서는 그 발열량을 제어하기 어렵기 때문이다. 발열량의 제어의 점에서는, 발열체의 면적 저항률은 1∼50mΩ/□가 보다 바람직하다. 단, 면적 저항률을 크게 하면, 패턴 폭(단면적)을 넓게 할 수 있으며, 단선의 문제가 발생하기 어려워지기 때문에, 경우에 따라서는, 50mΩ/□로 하는 것이 바람직한 경우도 있다.

발열체가 세라믹 기판(21)의 표면에 형성되는 경우에는, 발열체의 표면 부분에 금속 피복층(도 4 참조)(220)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 내부의 금속 소결체가 산화되어서 저항치가 변화하는 것을 방지하기 때문이다. 형성하는 금속 피복층(220)의 두께는 0.1∼10㎛가 바람직하다.

금속 피복층(220)을 형성할 때에 사용되는 금속은 비산화성 금속이면 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는, 예를 들면, 금, 은, 팔라듐, 백금, 니켈 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서는 니켈이 바람직하다.

발열체(12)에는 전원과 접속하기 위한 단자가 필요하고, 이 단자는 납땜을 통해서 발열체(12)에 장착하지만, 니켈은 납땜의 열 확산을 방지하기 때문이다. 접속 단자로서는, 예를 들면, 코발트제 외부 단자(13)를 들 수 있다.

한편, 발열체를 세라믹 기판의 내부에 형성한 경우에는, 발열체 표면이 산화되는 일이 없기 때문에, 피복은 불필요하다. 발열체를 세라믹 기판(11) 내부에 형성한 경우, 발열체의 일부가 표면에 노출하고 있어도 되며, 발열체를 접속하기 위한 스루 홀이 단자 부분에 형성되고, 이 스루 홀에 단자가 접속, 고정되어 있어도 된다.

접속 단자를 접속하는 경우, 납땜으로서는, 은-납, 납-주석, 비스무트-주석 등의 합금을 사용할 수 있다. 한편, 납땜층의 두께는 0.1∼50㎛가 바람직하다. 납땜에 의한 접속을 확보하는 데에 충분한 범위이기 때문이다.

한편, 제1 본 발명의 세라믹 히터는 100∼800℃의 온도 범위에서 사용할 수 있다.

또, 제1 본 발명의 세라믹 히터를 구성하는 세라믹 기판의 저면에 원통 형상 등의 세라믹체를 접합하고, 외부 단자 등의 배선을 보호하는 것으로 해도 된다. 이것으로, 반응성 가스나 할로겐 가스 등에 의해 외부 단자 등의 배선이 부식되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1 본 발명의 세라믹 히터는 액정 기판을 가열할 때에도 사용할 수 있다.

다음에, 제1 본 발명의 세라믹 히터의 제조 방법에 대해서 설명한다.

우선, 세라믹 기판(11)의 내부에 발열체(12)가 형성된 세라믹 히터(도 1, 2 참조)의 제조 방법에 대해서, 도 5에 기초해서 설명한다.

(1) 세라믹 기판의 제작 공정

우선, 질화물 세라믹 등의 세라믹 분말을 바인더, 용제 등과 혼합하여 페이스트를 조제하여, 이것을 이용해서 그린 시트(50)를 제작한다.

상술한 질화물 등의 세라믹 분말로서는, 질화알루미늄 등을 사용할 수 있으며, 필요에 따라서, 이트리아 등의 소결 조제, Na, Ca을 함유하는 화합물 등을 첨가해도 된다.

또, 바인더로서는, 아크릴계 바인더, 에틸셀룰로오스, 부틸셀로솔브, 폴리비닐알코올 중에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

또한 용매로서는, α-테르피네올, 글리콜 중에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

이들을 혼합해서 얻어지는 페이스트를 닥터 블레이드법으로 시트 형상으로 형성해서 그린 시트를 제작한다.

그린 시트의 두께는 0.1∼5㎜가 바람직하다.

(2) 그린 시트 상에 도체 페이스트를 인쇄하는 공정

그린 시트(50) 상에 발열체(12)를 형성하기 위한 금속 페이스트 또는 도전성 세라믹을 포함하는 도체 페이스트를 인쇄하여, 도체 페이스트층(120)을 형성하고, 관통 구멍에 스루 홀(13a)용 도체 페이스트 충전층(130)을 형성한다.

이들 도전 페이스트 중에는 금속 입자 또는 도전성 세라믹 입자가 함유되어 있다.

텅스텐 입자 또는 몰리브덴 입자의 평균 입자 직경은 0.1∼5㎛가 바람직하다. 평균 입자가 0.1㎛ 미만이던가, 5㎛를 초과하면, 도체 페이스트를 인쇄하기 어렵기 때문이다.

이러한 도체 페이스트로서는, 예를 들면, 금속 입자 또는 도전성 세라믹 입자 85∼87중량부; 아크릴계, 에틸셀룰로오스, 부틸셀로솔브, 폴리비닐알코올 중에서 선택되는 적어도 1종의 바인더 1.5∼10중량부; 및, α-테르피네올, 글리콜 중에서 선택되는 적어도 1종의 용매를 1.5∼10중량부를 혼합한 조성물(페이스트)을 들 수 있다.

(3) 그린 시트의 적층 공정

도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트(50)를 도체 페이스트를 인쇄한 그린 시트(50)의 상하에 적층한다(도 5(a) 참조).

이때, 도체 페이스트를 인쇄한 그린 시트(50)가 적층한 그린 시트의 두께에 대하여, 저면으로부터 60% 이하의 위치로 되도록 적층한다.

구체적으로는, 상측의 그린 시트의 적층수는 20∼50매가, 하측의 그린 시트의 적층수는 5∼20매가 바람직하다.

(4) 그린 시트 적층체의 소성 공정

그린 시트 적층체의 가열, 가압을 행하고, 그린 시트 및 내부의 도체 페이스트를 소결시킨다. 또, 가열 온도는 1000∼2000℃가 바람직하고, 가압의 압력은 10∼20㎫이 바람직하다. 가열은 불활성 가스 분위기 중에서 행한다. 불활성 가스로서는, 예를 들면, 아르곤, 질소 등을 사용할 수 있다.

다음에, 얻어진 소결체에 반도체 웨이퍼(39)를 지지하기 위한 리프터 핀(16)을 삽입 관통하는 관통 구멍(15)을 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 3개 이상 형성한다.

한편, 관통 구멍(15)을 세라믹 기판(11)과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 대략 등간격으로 형성하는 것이 바람직하다. 관통 구멍(15)에 삽입 관통하는 리프터 핀(16)이 세라믹 기판(11) 상에 널리 분산하며, 또한, 등간격으로 되기 때문에, 반도체 웨이퍼(39)를 보다 수평으로 유지할 수 있으며, 세라믹 기판(11)과 반도체 웨이퍼(39)와의 거리가 일정해지고, 그 결과, 반도체 웨이퍼(39)를 더욱 균일하게 가열할 수 있기 때문이다.

또한, 세라믹 기판에 열전대 등의 온도 측정 소자를 매설시키기 위한 바닥 구멍(14)을 형성한다(도 5(b) 참조). 그 후, 발열체(12)를 외부 단자(13)와 접속하는 스루 홀(13a)을 노출시키기 위해서 자루 구멍(13b)을 형성한다(도 5(c) 참조).

상술의 바닥 구멍 및 관통 구멍을 형성하는 공정은 상기 그린 시트 적층체에 대하여 행해도 되지만, 상기 소결체에 대하여 행하는 것이 바람직하다. 소결 과정에 있어서, 변형할 우려가 있기 때문이다.

한편, 관통 구멍 및 바닥 구멍은 표면 연마 후에, 샌드 블래스트 등의 블래스트 처리를 행함으로써 형성할 수 있다. 또, 내부의 발열체(12)와 접속하기 위한 스루 홀(13a)에 외부 단자(13)를 접속하고, 가열해서 리플로우한다. 가열 온도는 200∼500℃가 바람직하다.

또한, 바닥 구멍(14)에 온도 측정 소자로서의 열전대(도시 생략) 등을 은납재, 금납재 등으로 부착하고, 폴리이미드 등의 내열성 수지로 봉지하고, 세라믹 히터(10)의 제조를 종료한다(도 5(d) 참조).

다음에, 세라믹 기판(21)의 저면에 발열체(22)가 형성된 세라믹 히터(20)(도 3, 4 참조)의 제조 방법에 대해서, 도 6에 기초해서 설명한다.

(1) 세라믹 기판의 제작 공정

상술한 질화알루미늄이나 탄화규소 등의 질화물 등의 세라믹 분말에 필요에 따라서 이트리아(Y₂O₃)나 B₄C 등의 소결 조제, Na, Ca을 함유하는 화합물, 바인더 등을 배합하여 슬러리를 조제한 후, 이 슬러리를 스프레이 드라이 등의 방법으로 과립상으로 하고, 이 과립을 금형에 넣어서 가압함으로써 판 형상 등으로 성형하여, 생성형체(生成形體)(그린)를 제작한다.

다음에, 이 생성형체를 가열, 소성해서 소결시켜, 세라믹제 판상체를 제조한다. 이후, 소정 형상으로 가공함으로써, 세라믹 기판(21)을 제작하지만, 소성 후에 그대로 사용할 수 있는 형상으로 해도 된다. 가압하면서 가열, 소성을 행함으로써, 기공이 없는 세라믹 기판(21)을 제조하는 것이 가능해진다. 가열, 소성은 소결 온도 이상이면 되지만, 질화물 세라믹이나 탄화물 세라믹에서는 l000∼2500℃이다. 또, 산화물 세라믹에서는 l500∼2000℃이다.

또한, 드릴 가공을 실시하여, 반도체 웨이퍼(39)를 지지하기 위한 리프터 핀(26)을 삽입 관통하는 관통 구멍(25)을 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 3개 이상 형성한다.

한편, 세라믹 히터(10)와 마찬가지로, 관통 구멍(25)을 세라믹 기판(21)과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 대략 등간격으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 세라믹 기판에 열전대 등의 온도 측정 소자를 매설시키기 위한 바닥 구멍(24)을 형성한다(도 6(a) 참조).

(2)세라믹 기판에 도체 페이스트를 인쇄하는 공정

도체 페이스트는 일반적으로, 금속 입자, 수지, 용제로 이루어지는 점도가 높은 유동물이다. 이 도체 페이스트를 스크린 인쇄 등을 이용하고, 발열체(22)를 형성하려고 하는 부분에 인쇄함으로써, 도체 페이스트층을 형성한다.

도체 페이스트층은 소성 후의 발열체(22)의 단면이 방형으로, 편평한 형상으로 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

(3) 도체 페이스트의 소성

세라믹 기판의 저면(21b)에 인쇄한 도체 페이스트층을 가열 소성하여, 수지, 용제를 제거함과 더불어, 금속 입자를 소결시키고, 세라믹 기판(21)의 저면에 베이킹하여, 발열체(22)를 형성한다(도 6(b) 참조). 가열 소성의 온도는 500∼1000℃가 바람직하다.

도체 페이스트 중에 상술한 산화물을 첨가해 두면, 금속 입자, 세라믹 기판 및 산화물이 소결해서 일체화하기 때문에, 발열체(22)와 세라믹 기판(21)과의 밀착성이 향상한다.

(4) 금속 피복층의 형성

다음에, 발열체(22) 표면에 금속 피복층(220)을 형성한다(도 6(c) 참조). 금속 피복층(220)은 전해 도금, 무전해 도금, 스퍼터링 등에 의해 형성할 수 있지만, 양산성을 고려하면, 무전해 도금이 최적이다.

(5) 단자 등의 부착

발열체(22) 패턴의 단부에 전원과의 접속을 위한 단자(외부 단자(23))를 납땜으로 부착한다. 또, 바닥 구멍(24)에 은납재, 금납재 등으로 열전대(도시 생략)를 고정하고, 폴리이미드 등의 내열 수지로 봉지하고, 세라믹 히터(20)의 제조를 종료한다(도 6(d) 참조).

한편, 제1 본 발명의 세라믹 히터는 세라믹 기판의 내부에 정전 전극을 설치함으로써, 정전 척으로서 사용할 수 있다.

또, 표면에 척 탑(chuck top) 도체층을 형성함으로써, 웨이퍼 프로버용 세라믹 기판으로서 사용할 수 있다.

이와 같이, 제1 본 발명의 세라믹 히터는 반도체 제조·검사 장치용, 또, 액정 기판 가열용 세라믹 히터로서 사용할 수 있다.

다음에 제2 본 발명의 세라믹 히터에 대해서 설명한다.

제2 본 발명의 세라믹 히터는 원판 형상 세라믹 기판 표면 또는 내부에 발열체가 형성되며, 상기 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에 있어서, 상기 관통 구멍은 피가열물을 가열하는 가열면측 직경이 저면측 직경보다도 커져 있는 것을 특징으로 한다.

제2 본 발명의 세라믹 히터에서는 상기 관통 구멍의 가열면측 직경이 가열면의 반대측 직경의 1.2∼10배인 것이 바람직하다. 가열면측 직경이 가열면의 반대측 직경의 1.2배 미만이던가, 또는, 10배를 초과하면, 축열 효과가 얻어지지 않기 때문이다.

도 9는 제2 본 발명의 세라믹 히터를 모식적으로 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9의 세라믹 히터를 모식적으로 도시한 부분 확대 단면도이다. 한편, 이 세라믹 히터에서는 세라믹 기판의 내부에 발열체가 형성되어 있다.

이 세라믹 히터(30)에서는 세라믹 기판(31)은 원판 형상으로 형성되어 있으며, 세라믹 히터(30)의 가열면(31a) 전체의 온도가 균일해지도록 가열하기 위해서, 세라믹 기판(31)의 내부에 동심원 형상 패턴으로 이루어지는 발열체(32)가 형성되어 있다.

발열체(32)의 단부 바로 아래에는 스루 홀(33a)이 형성되며, 또한, 이 스루 홀(33a)을 노출시키는 자루 구멍(33b)이 저면(31b)에 형성되며, 자루 구멍(33b)에는 외부 단자(33)가 삽입되고, 경납재 등(도시 생략)으로 접합되어 있다. 또, 외부 단자(33)에는 예를 들면, 도전선을 가지는 소켓(도시 생략)이 부착되고, 이 도전선은 전원 등에 접속되어 있다.

또, 세라믹 기판(31)의 저면에는 온도 측정 소자(도시 생략)를 삽입하기 위한 바닥 구멍(34)이 형성되어 있다.

또한, 세라믹 기판(31)의 중심 부근에는 리프터 핀(36)을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(35)이 3개 형성되어 있다.

이 관통 구멍(35)은 도 10에 도시한 바와 같이, 원주상부(35a)와 가열면에 가까워짐에 따라서 직경 증가하는 직경 증가부(35b)로 이루어지고, 전체가 깔때기 형상을 하고 있고, 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 부분에는 기판을 구성하는 고체가 거의 존재하지 않고, 그 대신에, 공기 등의 기체가 존재하게 된다.

따라서, 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 부분의 열용량이 작아지고, 이 부분의 존재에 기인하여, 반도체 웨이퍼(59)에 온도가 저하한 부분이 발생하기 어려워지며, 또, 상기 깔때기의 형상을 하고 있는 부분에 공기 등의 기체가 축열해서 체류하기 때문에, 반도체 웨이퍼(59)를 균일하게 가열할 수 있다.

한편, 도 10에서는 관통 구멍(35)은 가열면의 근방, 구체적으로는, 세라믹 기판 두께에 대한 세라믹 기판의 가열면으로부터 거리의 비율이 2/3 이하인 위치로부터, 가열면에 근접함에 따라서, 갑자기 직경 증가하고 있는 형상을 가지고 있지만, 관통 구멍은 가열면의 근방에 축열한 공기 등의 기체를 체류시키기 쉽게 하는 점에서, 저면측의 근방으로부터 점차 직경 증가해 가는 형상의 관통 구멍이어도 된다.

이 세라믹 히터(30)를 이용해서 반도체 웨이퍼(59)를 가열할 때, 반도체 웨이퍼(59)를 리프터 핀(36)을 이용해서 수취한 후, 반도체 웨이퍼(59)를 가열면 상에 배치하고, 세라믹 히터를 통전해서 가열해도 되고, 세라믹 기판(31)의 가열면(31a)으로부터 조금 돌출한 상태로 리프터 핀(36)을 유지함으로써, 이 리프터 핀(36)을 통하여, 세라믹 기판의 가열면(31a)으로부터 일정한 거리 이격한 상태로 반도체 웨이퍼(59)를 지지하여, 반도체 웨이퍼(59)를 가열해도 된다.

특히, 반도체 웨이퍼 등을 가열면과 접촉하도록 배치했을 때에는 통상은 관통 구멍 부근에 존재하는 쿨링 스팟의 영향을 받기 쉽지만, 제2 본 발명에서는 상기한 바와 같이, 관통 구멍의 가열면측 직경이 커져 있어, 쿨링 스팟이 발생하기 어렵기 때문에, 종래보다도 반도체 웨이퍼 등을 보다 균일하게 가열할 수 있다.

또, 제2 본 발명의 세라믹 히터를 이용해서 가열 처리 등을 행하는 공정 전후에 있어서는, 이 관통 구멍(35)에 리프터 핀(36)을 삽입 관통한 후, 리프터핀(36)을 상하 이동시킴으로써, 비교적으로 용이하게, 반도체 웨이퍼 등을 전공정으로부터 반입할 수 있으며, 또, 반도체 웨이퍼 등을 후공정에 반송할 수 있다.

또, 리프터 핀(36) 상에서 반도체 웨이퍼 등을 지지하면, 반도체 웨이퍼 등과 세라믹 기판이 슬라이딩하지 않기 때문에, 세라믹 기판으로부터 파티클이 발생하는 일이 없다.

또, 세라믹 기판 표면에 핀 등의 돌기 구조를 가지는 것을 배치함으로써, 리프터 핀을 세라믹 기판의 가열면으로부터 조금 돌출한 상태로 유지하는 것과 마찬가지로, 반도체 웨이퍼 등과 세라믹 기판의 가열면이 이격한 상태로 반도체 웨이퍼 등을 가열하는 것이 가능하다.

제2 본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 발열체는 세라믹 기판의 내부에 형성되어 있어도 되고, 세라믹 기판의 외부에 형성되어 있어도 된다.

도 11은 제2 본 발명의 세라믹 히터의 다른 일례를 모식적으로 도시한 저면도이며, 도 12는 도 11의 세라믹 히터를 모식적으로 도시한 부분 확대 단면도이다. 한편, 이 세라믹 히터에서는 세라믹 기판 표면에 발열체가 형성되어 있다.

세라믹 히터(40)에 있어서, 세라믹 기판(41)은 원판 형상으로 형성되며, 또, 세라믹 기판(41)의 표면에 동심원 형상 패턴으로 이루어지는 발열체(42)가 형성되어 있으며, 그 양단에 입출력 단자인 외부 단자(43)가 금속 피복층(420)을 통해서 접속되어 있다.

또, 세라믹 기판(41)의 저면에는 온도 측정 소자(도시 생략)를 삽입하기 위한 바닥 구멍(44)이 형성되어 있다.

또한, 세라믹 기판(41)의 중심 부근에는 리프터 핀(46)을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(45)이 3개 형성되어 있으며, 이 관통 구멍(45)은 세라믹 히터(30)의 경우와 마찬가지로, 원주상부(45a)와 직경 증가부(45b)로 이루어지고, 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 부분에는 기판을 구성하는 고체가 거의 존재하지 않는다. 따라서, 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 부분의 열용량을 크게 저하시킬 수 있으며, 반도체 웨이퍼(59)를 보다 균일하게 가열할 수 있다.

또, 관통 구멍(45)에 리프터 핀(46)을 삽입 관통하여, 상하 이동시킴으로써, 반도체 웨이퍼 등을 반송하는 것이 가능해져, 또, 리프터 핀(46)을 세라믹 기판(41)의 가열면(41a)으로부터 돌출시킴으로써, 반도체 웨이퍼(59)를 세라믹 기판(41a)으로부터 이격시켜서 유지하는 것이 가능해진다.

제2 본 발명의 세라믹 히터에 있어서, 상기 관통 구멍은 가열면측 직경이 저면측 직경보다도 커지고 있으면, 그 형상은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 상술한 바와 같이, 도 10에 도시하는 바와 같은, 원주상부와 직경 증가부에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또, 세라믹 기판에 형성되는 관통 구멍은 3개 이상이 바람직하다. 관통 구멍이 2개 이하이면, 관통 구멍에 삽입 관통하는 리프터 핀에 의해, 반도체 웨이퍼 등의 피가열물을 안정하게 지지하는 것이 곤란해지기 때문이다. 한편, 관통 구멍은 3개 이상이면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제2 본 발명의 경우에서도, 관통 구멍 부분에 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 것에는 변함이 없으므로, 그 수는 그다지 많지 않은 편이 바람직하고, 예를 들면, 11개 이하인 것이 바람직하다.

상기 관통 구멍의 형성 위치도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 보다 안정하게, 반도체 웨이퍼 등을 지지할 수 있기 때문이다. 또, 외주 부분의 체적은 중심 부분에 비해 크기 때문에, 중심 부근에 관통 구멍을 형성하면, 관통 구멍을 형성함으로써 중심 부분의 열용량이 작아지고, 중심 부분에서 온도가 높아지기 쉽지만, 외주 부분에 관통 구멍을 형성하여도, 중심 부분과 외주 부분의 열용량 차이가 거의 발생하지 않아, 가열면의 온도를 균일하게 할 수 있다.

또, 반도체 웨이퍼 등을 보다 안정하게 지지할 수 있으며, 반도체 웨이퍼 등을 더욱 균일하게 가열할 수 있는 점에서, 상기 관통 구멍은 상기 세라믹 기판과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 대략 등간격으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 한편, 세라믹 기판에 관통 구멍이 4개 이상 형성되는 경우, 1개의 관통 구멍을 세라믹 기판의 중심으로 형성해도 된다. 리프터 핀에 의해, 반도체 웨이퍼 등을 세라믹 기판으로부터 이격 유지하여, 가열할 때, 반도체 웨이퍼 등의 중심 부분의 휘어짐을 방지할 수 있으며, 그 결과, 반도체 웨이퍼 등과 세라믹 기판의 거리가 일정해져, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 있다.

상기 리프터 핀에 의해, 반도체 웨이퍼 등을 이격 유지하여, 가열할 때, 관통 구멍에 삽입 관통되는 리프터 핀이 세라믹 기판의 가열면으로부터 돌출하는 높이는 5∼5000㎛일 것, 다시 말해, 반도체 웨이퍼 등을 세라믹 기판의 가열면으로부터 5∼5000㎛ 떨어진 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 5㎛ 미만에서는 세라믹기판의 온도 분포의 영향을 받아서 반도체 웨이퍼 등의 온도가 불균일해지고, 5000㎛를 초과하면, 반도체 웨이퍼 등의 온도가 상승하기 어려워지고, 특히, 반도체 웨이퍼 등의 외주 부분의 온도가 낮아져 버리기 때문이다.

상기 관통 구멍의 직경은 1∼100㎜인 것이 바람직하고, 1∼20㎜인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 관통 구멍의 직경이란 상기 관통 구멍을 단면으로 볼 때 사다리꼴 형상의 것인 경우에는, 저면과 가열면의 한복판 위치의 직경을 칭하고, 관통 구멍이 원주상부와 직경 증가부로 이루어지는 경우에는, 원주상부의 직경을 칭하는 것으로 한다. 관통 구멍의 직경이 1㎜ 미만인 경우, 관통 구멍에 삽입 관통하는 리프터 핀이 너무 가늘어지기 때문에, 리프터 핀 상에 반도체 웨이퍼 등을 안정하게 배치하는 것이 곤란해지고, 한편, 관통 구멍의 직경이 100㎜를 초과하는 경우, 관통 구멍이 지나치게 크기 때문에, 관통 구멍의 내부에 존재하는 기체의 영향으로 가열면에 쿨링 스팟이 발생하기 쉬워지며, 또, 관통 구멍이 존재하는 부분과 관통 구멍이 존재하지 않는 부분에서 세라믹 기판의 일정 면적에 있어서의 열용량이 달라지기 때문에, 가열면의 온도가 불균일해지기 쉽고, 반도체 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 없을 우려가 있다.

한편, 제2 본 발명의 세라믹 히터의 일부인 세라믹 기판의 관통 구멍이외의 부분, 온도 측정 소자, 발열체, 접속 단자 등의 구성에 대해서는 제1 본 발명과 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

또, 제2 본 발명의 세라믹 히터를 구성하는 세라믹 기판의 저면에 원통 형상 등의 세라믹체를 접합하고, 외부 단자 등의 배선을 보호하는 것으로 해도 된다. 이것으로, 반응성 가스나 할로겐 가스 등에 의한 외부 단자 등의 배선의 부식을 방지할 수 있다.

또한, 제2 본 발명의 세라믹 히터는 액정 기판을 가열할 때에도 사용할 수 있다.

다음에, 제2 본 발명의 세라믹 히터의 제조 방법에 대해서 설명한다.

우선, 세라믹 기판(31)의 내부에 발열체(32)가 형성된 세라믹 히터(도 9, 10 참조)의 제조 방법에 대해서, 도 13에 기초해서 설명한다.

(1) 세라믹 기판의 제작 공정

우선, 질화물 세라믹 등의 세라믹 분말을 바인더, 용제 등과 혼합하여 페이스트를 조제하여, 이것을 이용해서 그린 시트(100)를 제작한다.

이들을 혼합해서 얻어지는 페이스트를 닥터 블레이드법으로 시트 형상으로형성해서 그린 시트를 제작한다.

그린 시트의 두께는 0.1∼5㎜가 바람직하다.

(2) 그린 시트 상에 도체 페이스트를 인쇄하는 공정

그린 시트(100) 상에 발열체(32)를 형성하기 위한 금속 페이스트 또는 도전성 세라믹을 포함하는 도체 페이스트를 인쇄하여, 도체 페이스트층(320)을 형성하고, 관통 구멍에 스루 홀(33a)용 도체 페이스트 충전층(330)을 형성한다.

이들 도전 페이스트 중에는 금속 입자 또는 도전성 세라믹 입자가 포함된다.

(3) 그린 시트의 적층 공정

도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트(100)를 도체 페이스트를 인쇄한 그린 시트(100)의 상하에 적층한다(도 13(a) 참조).

이때, 도체 페이스트를 인쇄한 그린 시트(100)가 적층한 그린 시트의 두께에 대하여, 저면으로부터 60% 이하의 위치로 되도록 적층한다.

(4) 그린 시트 적층체의 소성 공정

다음에, 얻어진 소결체에 반도체 웨이퍼(59)를 지지하기 위한 리프터 핀(36)을 삽입 관통하는 관통 구멍(35)을 형성한다.

이때, 통상의 날을 구비한 드릴을 이용하고, 원주 형상 관통 구멍을 형성한 후, 원추형상 오목부를 형성할 수 있다 날을 구비한 드릴을 이용하여, 가열면측에서 관통 구멍 부분에 가공을 실시함으로써, 원주상부(35a)가 직경 증가부(35b)로 이루어지는 관통 구멍(35)을 형성할 수 있다. 샌드 블래스트 처리에 의해, 상기 형상의 관통 구멍을 형성할 수 있다 이외, 종단면이 사다리꼴 형상 관통 구멍을 형성할 수도 있다.

한편, 관통 구멍(35)은 세라믹 기판(31)과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 대략 등간격으로 형성하는 것이 바람직하다. 관통 구멍(35)에 삽입 관통하는 리프터 핀(36)이 세라믹 기판(31) 상에 널리 분산하며, 또한, 등간격으로 되기 때문에, 반도체 웨이퍼(59)를 보다 수평에 유지할 수 있기 때문이다.

또한, 세라믹 기판에 열전대 등의 온도 측정 소자를 매설시키기 위한 바닥구멍(34)을 형성한다(도 13(b) 참조). 그 후, 발열체(32)를 외부 단자(33)와 접속하는 스루 홀(33a)을 노출시키기 위해서 자루 구멍(33b)을 형성한다(도 13(c) 참조).

한편, 관통 구멍 및 바닥 구멍의 형성은 통상, 표면 연마 후에 행한다. 이후, 내부의 발열체(32)와 접속하기 위한 스루 홀(33a)에 외부 단자(33)를 접속하고, 가열해서 리플로우한다. 가열 온도는 200∼500℃가 바람직하다.

또한, 바닥 구멍(34)에 온도 측정 소자로서의 열전대(도시 생략) 등을 은납재, 금납재 등으로 부착하고, 폴리이미드 등의 내열성 수지로 봉지하고, 세라믹 히터(30)의 제조를 종료한다(도 13(d) 참조).

다음에, 세라믹 기판(41)의 저면에 발열체(42)가 형성된 세라믹 히터(40)(도 11, 12 참조)의 제조 방법에 대해서, 도 14에 기초해서 설명한다.

(1) 세라믹 기판의 제작 공정

상술한 질화알루미늄이나 탄화규소 등의 질화물 등의 세라믹 분말에 필요에 따라서 이트리아(Y₂O₃)나 B₄C 등의 소결 조제, Na, Ca을 함유하는 화합물, 바인더 등을 배합하여 슬러리를 조제한 후, 이 슬러리를 스프레이 드라이 등의 방법으로 과립상으로 하고, 이 과립을 금형에 넣어서 가압함으로써 판 형상 등으로 성형하여,생성형체(그린)를 제작한다.

다음에, 이 생성형체를 가열, 소성해서 소결시켜, 세라믹제 판상체를 제조한다. 이후, 소정 형상으로 가공함으로써, 세라믹 기판(41)을 제작하지만, 소성 후에 그대로 사용할 수 있는 형상으로 해도 된다. 가압하면서 가열, 소성을 행함으로써, 기공이 없는 세라믹 기판(41)을 제조하는 것이 가능해진다. 가열, 소성은 소결 온도 이상이면 되지만, 질화물 세라믹이나 탄화물 세라믹에서는 1000∼2500℃이다. 또, 산화물 세라믹에서는 1500∼2000℃이다.

또한, 상술한 방법과 마찬가지의 방법에 의해, 반도체 웨이퍼(59)를 지지하기 위한 리프터 핀(46)을 삽입 관통하는 관통 구멍(45)을 형성한다. 관통 구멍의 형성 방법은 상기한 내부에 발열체를 가지는 세라믹 히터의 경우와 마찬가지다.

또한, 세라믹 기판에 열전대 등의 온도 측정 소자를 매설시키기 위한 바닥 구멍(44)을 형성한다(도 14(a) 참조).

(2) 세라믹 기판에 도체 페이스트를 인쇄하는 공정

도체 페이스트는 일반적으로, 금속 입자, 수지, 용제로 이루어지는 점도가 높은 유동물이다. 이 도체 페이스트를 스크린 인쇄 등을 이용하고, 발열체(42)를 형성하려고 하는 부분에 인쇄함으로써, 도체 페이스트층을 형성한다.

도체 페이스트층은 소성 후의 발열체(42)의 단면이 방형으로, 편평한 형상으로 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

(3) 도체 페이스트의 소성

세라믹 기판의 저면(41b)에 인쇄한 도체 페이스트층을 가열 소성하여, 수지,용제를 제거함과 더불어, 금속 입자를 소결시키고, 세라믹 기판(41)의 저면에 베이킹하여, 발열체(42)를 형성한다(도 14(b) 참조). 가열 소성의 온도는 500∼1000℃가 바람직하다.

도체 페이스트 중에 상술한 산화물을 첨가해 두면, 금속 입자, 세라믹 기판 및 산화물이 소결해서 일체화하기 때문에, 발열체(42)와 세라믹 기판(41)의 밀착성이 향상한다.

(4) 금속 피복층의 형성

다음에, 발열체(42) 표면에 금속 피복층(420)을 형성한다(도 14(c) 참조). 금속 피복층(420)은 전해 도금, 무전해 도금, 스퍼터링 등에 의해 형성할 수 있지만, 양산성을 고려하면, 무전해 도금이 최적이다.

(5) 단자 등의 부착

발열체(42) 패턴의 단부에 전원과의 접속을 위한 단자(외부 단자(43))를 납땜으로 부착한다. 또, 바닥 구멍(44)에 은납재, 금납재 등으로 열전대(도시 생략)를 고정하고, 폴리이미드 등의 내열 수지로 봉지하고, 세라믹 히터(40)의 제조를 종료한다(도 14(d) 참조).

한편, 제2 본 발명의 세라믹 히터는 세라믹 기판의 내부에 정전 전극을 설치함으로써, 정전 척으로서 사용할 수 있다.

또, 표면에 척 탑 도체층을 형성함으로써, 웨이퍼 프로버용 세라믹 기판으로서 사용할 수 있다.

다음에, 제3 본 발명의 세라믹 접합체를 실시 형태에 의거해서 설명한다.한편, 제3 본 발명은 이 기재에 한정되는 일은 없다. 이하의 설명에서는 세라믹체를 원통상 세라믹체로서 설명하지만, 세라믹체는 원주상 충실체이어도 되고, 삼각 기둥이나 사각 기둥의 중공체나 충실체이어도 된다.

실시 형태에 관한 제3 본 발명의 세라믹 접합체는 그 내부에 도전체가 설치된 원판 형상 세라믹 기판의 저면에 원통 형상의 통상 세라믹체가 접합된 세라믹 접합체에 있어서, 상기 통상 세라믹체와 상기 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 원 중심, 및, 상기 세라믹 기판의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 접합체이다.

도 17(a)은 제3 본 발명의 세라믹 접합체를 모식적으로 도시한 평면도이고, (b) 은 상기 세라믹 접합체를 모식적으로 도시한 부분 확대 단면도이다.

한편, 도 17은 세라믹 기판 및 통상 세라믹체만을 도시하고 있으며, 상기 세라믹 기판의 내부에 설치되는 도전체 등은 도시하지 않고 있다.

세라믹 접합체(1)는 원판 형상 세라믹 기판(2)의 저면에 원통 형상의 통상 세라믹체(7)가 접합됨으로써 구성되어 있다. 이때, 세라믹 기판(2)과 통상 세라믹체(7)가 접합되어 있는 면이 계면(6)이다.

그리고, 세라믹 접합체(1)에서는 계면(6)에 의해 포위되는 원 중심(A)와, 세라믹 기판(2)의 저면 중심(B)와의 거리(L)가 3∼200㎛ 떨어져 있다.

한편, 상기 세라믹 기판과 상기 통상 세라믹체를 접합하는 방법에 대해서는, 나중에 상술하기로 한다.

또, 제3 본 발명의 세라믹 접합체를 반도체 제조·검사 장치에 응용하는 경우는, 그 내부에 도전체가 설치된 세라믹 기판이 바닥판을 구비한 지지 용기의 상부에 고정되며, 또한, 상기 세라믹 기판의 저면에 접합된 통상 세라믹체에 상기 도전체로부터의 배선이 격납되어 있는 것이 바람직하다. 상기 배선이 부식성 가스 등에 노출됨으로써, 부식되어 버리는 것을 방지하기 위해서이다.

제3 본 발명의 세라믹 접합체를 구성하는 세라믹 기판의 내부에 형성된 도전체가 발열체 및 도체 회로인 경우에는, 상기 세라믹 접합체는 세라믹 히터로서 기능한다.

도 18은 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 일례인 세라믹 히터를 모식적으로 도시한 평면도이고, 도 19는 그 단면도이며, 도 20은 도 19에 도시한 통상 세라믹체 근방의 부분 확대 단면도이다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 이 세라믹 히터(70)에서는 원판 형상 세라믹 기판(71)의 저면(71b)의 중앙 부근에 직접 통상 세라믹체(77)가 접합되어 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 통상 세라믹체(77)와 세라믹 기판(71)의 계면에 의해 포위되는 원 중심, 및, 세라믹 기판(71)의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어져 있다.

또, 통상 세라믹체(77)는 지지 용기의 바닥판(도시 생략)에 밀착하도록 형성되어 있기 때문에, 통상 세라믹체(77)의 내측과 외측은 완전히 격리되어 있다.

세라믹 기판(71)의 내부에는 도 18에 도시하는 바와 같이, 동심원 형상 회로로 이루어지는 발열체(72)가 형성되어 있으며, 이들 발열체(72)는 서로 가까운 ２중의 동심원끼리가 1조의 회로로서, 1개의 선으로 되도록 접속되어 있다.

또, 도 19에 도시하는 바와 같이, 발열체(72)와 저면(71b) 사이에는 세라믹기판(71)의 중심 방향을 향해서 연장하는 도체 회로(78)가 형성되어 있으며, 발열체 단부(72a)와 도체 회로(78)의 일단은 바이어 홀(via hole)(86)을 통해서 접속되어 있다.

이 도체 회로(78)는 발열체 단부(72a)를 중앙부에 연장 설치하기 위해 형성된 것이며, 세라믹 기판(71)의 내부에 있어서, 통상 세라믹체(77)의 내측 근방까지 연장한 도체 회로(78)의 타단 바로 아래에는 스루 홀(73') 및 이 스루 홀(73')을 노출시키는 자루 구멍(79)이 형성되며, 이 스루 홀(73')은 납땜층(도시 생략)을 통해서 첨단이 T자 형상 외부 단자(83)와 접속되어 있다.

발열체 단부(72a)가 통상 세라믹체(77)의 내측에 있는 경우에는, 바이어 홀이나 도체 회로는 필요가 없으므로, 발열체의 단부에 직접 스루 홀(73)이 형성되며, 납땜층을 통해서 외부 단자(83)와 접속되어 있다.

그리고, 이들 외부 단자(83)에는 도전선(830)을 가지는 소켓(85)이 부착되고, 이 도전선(830)은 바닥판(도시 생략)에 형성된 관통 구멍으로부터 외부로 인출되어, 전원 등(도시 생략)과 접속되어 있다.

한편, 세라믹 기판(71)의 저면(71b)에 형성된 바닥 구멍(74)에는 리드 선(890)을 가지는 열전대 등의 온도 측정 소자(84)가 삽입되고, 내열성 수지, 세라믹(실리카 겔 등) 등을 이용해서 밀봉되어 있다. 이 리드 선(890)은 애자(도시 생략)의 내부를 삽입 관통하고 있고, 지지 용기의 바닥판에 형성된 관통 구멍(도시 생략)을 통해서 외부로 인출되고 있어, 애자의 내부도 외부와 격리되어 있다.

또한, 세라믹 기판(71)의 중앙에 가까운 부분에는 리프터 핀(도시 생략)을삽입 관통하기 위한 관통 구멍(75)이 형성되어 있다.

상기 리프터 핀은 그 위에 실리콘 웨이퍼 등의 피처리물을 배치해서 상하 이동시킬 수 있도록 되고 있고, 이것으로, 실리콘 웨이퍼를 도시하지 않은 반송기에 건네 주거나, 반송기로부터 실리콘 웨이퍼를 수취하거나 함과 더불어, 실리콘 웨이퍼를 세라믹 기판(71)의 가열면(71a)에 배치해서 가열하거나, 실리콘 웨이퍼를 가열면(71a)으로부터 50∼2000㎛ 떨어뜨린 상태로 지지하여, 가열할 수 있도록 되어 있다.

또, 세라믹 기판(71)에 관통 구멍이나 오목부를 형성하고, 이 관통 구멍 또는 오목부에 첨단이 첨탑상 또는 반구상 지지 핀을 삽입한 후, 지지 핀을 세라믹 기판(71)보다 조금 도출시킨 상태로 고정하고, 상기 지지 핀으로 실리콘 웨이퍼를 지지함으로써, 가열면(71a)으로부터 50∼2000㎛ 떨어뜨린 상태로 가열해도 된다.

한편, 지지 용기의 바닥판에는 냉매 도입관 등을 형성해도 된다. 이 경우, 이 냉매 도입관에 배관을 통해서 냉매를 도입함으로써, 세라믹 기판(71)의 온도나 냉각 속도 등을 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 세라믹 히터(70)에서는 세라믹 기판(71)의 저면(71b)에 통상 세라믹체(77)가 접합되고, 통상 세라믹체(77)는 도시하지 않은 지지 용기의 바닥판(용기 벽)까지 형성되어 있으므로, 통상 세라믹체(77)의 내측과 그 외측은 완전히 격리된 상태로 되고 있다.

따라서, 바닥판의 관통 구멍으로부터 인출 도전선(830)을 관 형상의 부재에서 보호함으로써, 세라믹 히터(70)의 주위가 반응성 가스나 할로겐 가스 등을 포함하는 분위기로 되어 있고, 이들 반응성 가스 등이 지지 용기의 내부에 들어가기 쉬운 상태여도, 통상 세라믹체(77)의 내부의 배선 등이 부식하는 일은 없다. 한편, 온도 측정 소자(84)로부터의 배선(890)도 애자 등에 의해 보호되고 있기 때문에, 부식하는 일은 없다.

또한, 통상 세라믹체(77)의 내부에 불활성 가스 등을 천천히 유입하여, 반응성 가스나 할로겐 가스 등이 통상 세라믹체(77)의 내부로 유입되지 않도록 함으로써, 한층 확실하게 도전선(830)의 부식을 방지할 수 있다.

통상 세라믹체(77)는 세라믹 기판(71)을 확실히 지지하는 역할도 가지고 있으므로, 세라믹 기판(71)이 고온으로 가열되었을 때에도, 자중에 의해 휘어지는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과, 실리콘 웨이퍼 등의 피처리물의 파손을 방지함과 더불어, 이 피처리물을 균일한 온도로 되도록 가열할 수도 있다.

또, 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 일부인 세라믹 기판, 온도 측정 소자의 구성에 대해서는 제1 본 발명의 세라믹 히터의 경우와 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

한편, 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하는 것을 목적으로 해서 형성되는 관통 구멍의 개수 및 형성 위치에 대해서는, 상기한 바와 같이 한정되지 않는다.

제3 본 발명의 세라믹 접합체에 있어서의 통상 세라믹체의 형상은 도 19에 도시하는 바와 같이, 원통 형상이지만, 그 내경은 30㎜ 이상인 것이 바람직하다.

30㎜ 미만이면, 세라믹 기판을 확실히 지지하는 것이 곤란해져, 세라믹 기판이 고온에 가열되었을 때, 세라믹 기판이 자중에 의해 휘어져 버릴 우려가 있기 때문이다.

또, 상기 통상 세라믹체의 두께는 3∼20㎜인 것이 바람직하다. 3㎜ 미만이면, 통상 세라믹체의 두께가 지나치게 얇기 때문에, 기계적 강도가 부족해지고, 승온과 강온을 반복함으로써, 상기 통상 세라믹체가 파손해 버릴 우려가 있고, 20㎜를 초과하면, 통상 세라믹체의 두께가 너무 두껍기 때문에, 열용량이 커져, 승온 속도가 저하할 우려가 있기 때문이다.

또, 상기 통상 세라믹체를 형성하는 세라믹으로서는, 상술한 세라믹 기판과 마찬가지의 것을 이용할 수 있다. 한편, 상기 통상 세라믹체와 상기 세라믹 기판을 접합하는 방법에 대해서는, 나중에 상술하기로 한다.

또, 세라믹 기판의 내부에 형성되는 발열체, 외부 단자, 도전선 등의 구성에 대해서는 제1 본 발명의 세라믹 히터와 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

또, 도 18, 19 및 20에 도시한 세라믹 히터(70)에서는 통상, 세라믹 기판(71)이 지지 용기(도시 생략)의 상부에 끼워 맞춰져 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 기판이 상단에 기판 받이부를 가지는 지지 용기의 상면에 배치되어, 볼트 등의 고정 부재에 의해 고정되어 있어도 된다.

한편, 상술한 세라믹 히터(70)는 100℃ 이상에서 사용하는 것이 바람직하고, 200℃ 이상에서 사용하는 것이 보다 바람직하다.

제3 본 발명의 세라믹 접합체를 구성하는 세라믹 기판은 반도체 제조나 반도체 검사를 행하기 위해서 이용되는 것이며, 구체적으로는, 예를 들면, 정전 척, 서셉터, 세라믹 히터(핫 플레이트) 등을 들 수 있다.

상술한 세라믹 히터는 세라믹 기판의 내부에 발열체만이 형성된 장치이며, 이것으로, 실리콘 웨이퍼 등의 피처리물을 세라믹 기판 표면에 배치 또는 이격시켜 유지하여, 소정 온도로 가열하거나 세정을 행할 수 있다.

또한, 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 일례인 세라믹 히터는 액정 기판을 가열할 때에도 사용할 수 있다.

제3 본 발명의 세라믹 접합체를 구성하는 세라믹 기판의 내부에 형성된 도전체가 정전 전극 및 도체 회로인 경우에는, 상기 세라믹 접합체는 정전 척으로서 기능한다.

도 21은 이러한 정전 척을 모식적으로 도시하는 세로 단면도이며, 도 22는 그 부분 확대 단면도이며, 도 23은 정전 척을 구성하는 기판에 형성된 정전 전극 부근을 모식적으로 도시하는 수평 단면도이다.

이 정전 척(90)을 구성하는 세라믹 기판(91)의 내부에는 반원 형상 척 양음극 정전층(92a, 92b)이 대향하여 배설되고, 이들 정전 전극 상에 세라믹 유전체막(94)이 형성되어 있다. 또, 세라믹 기판(91)의 내부에는 발열체(920)가 형성되고, 실리콘 웨이퍼 등의 피처리물을 가열할 수 있게 되어 있다. 한편, 세라믹 기판(91)에는 필요에 따라서, RF 전극이 매설되어 있어도 된다.

상기 정전 전극은 귀금속(금, 은, 백금, 팔라듐), 납, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈 등의 금속, 또는, 텅스텐, 몰리브덴의 탄화물 등의 도전성 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

이 정전 척(90)은 도 21, 도 22에 도시한 바와 같이, 세라믹 기판(91)중에 정전 전극(92a, 92b)이 형성되며, 정전 전극(92a, 92b)의 단부 바로 아래에 스루 홀(93)이 형성되며, 정전 전극(92) 상에 세라믹 유전체막(94)이 형성되어 있는 이외는 상술한 세라믹 히터(70)와 마찬가지로 구성되어 있다.

다시 말해, 세라믹 기판(91)의 저면 중앙 부근에는 통상 세라믹체(97)가 접합되어 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 통상 세라믹체(97)와 세라믹 기판(91)의 계면에 의해 포위되는 원 중심, 및, 세라믹 기판(91)의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어져 있다.

또, 통상 세라믹체(97)의 내측의 상방에는 스루 홀(93, 930)이 형성되어 있으며, 이들 스루 홀(93, 930)은 정전 전극(92a, 92b), 발열체(920)에 접속됨과 더불어, 자루 구멍(990)에 삽입된 외부 단자(960)에 접속되며, 이 외부 단자(960)의 일단에는 도전선(931)을 가지는 소켓(950)이 접속되어 있다. 그리고, 이 도전선(931)이 관통 구멍(도시 생략)으로부터 외부로 인출되어 있다.

또, 통상 세라믹체(97)의 외측에 단부를 가지는 발열체(920)의 경우에는, 도 18∼20에 도시한 세라믹 히터(70)의 경우와 마찬가지로, 바이어 홀(99), 도체 회로(980) 및 스루 홀(930')을 형성함으로써, 발열체(920)의 단부를 통상 세라믹체(97)의 내측에 연장 설치하고 있다(도 22 참조). 따라서, 스루 홀(930')을 노출시키는 자루 구멍(990)에 외부 단자(960)를 삽입해서 접속함으로써, 통상세라믹체(97)의 내측에 외부 단자(960)를 격납할 수 있다.

이러한 정전 척(90)을 작동시키는 경우에는, 발열체(920) 및 정전 전극(92)에 각각 전압을 인가한다. 이것으로, 정전 척(90) 상에 배치된 실리콘 웨이퍼가 소정 온도로 가열됨과 더불어, 정전적으로 세라믹 기판(91)에 흡착되게 된다. 한편, 이 정전 척은 반드시, 발열체(920)를 구비하고 있지 않아도 된다.

도 24는 다른 정전 척의 기판에 형성된 정전 전극을 모식적으로 도시한 수평 단면도이다. 기판(171)의 내부에 반원호 형상부(172a)가 빗살부(172b)로 이루어지는 척 양극 정전층(172)과, 마찬가지로 반원호 형상부(173a)가 빗살부(173b)로 이루어지는 척 음극 정전층(173)이 서로 빗살부(172b, 173b)를 교차하도록 대향하여 배치되어 있다.

또, 도 25는 또한 다른 정전 척의 기판에 형성된 정전 전극을 모식적으로 도시한 수평 단면도이다. 이 정전 척에서는 기판(181)의 내부에 원을 4 분할한 형상의 척 양극 정전층(182a, 182b)과 척 음극 정전층(183a, 183b)이 형성되어 있다. 또, 2매의 척 양극 정전층(182a, 182b) 및 2매의 척 음극 정전층(183a, 183b)은 각각 교차하도록 형성되어 있다.

한편, 원형 등의 전극이 분할된 형태의 전극을 형성한 경우, 그 분할수는 특별히 한정되지 않고, 5 분할 이상이어도 되고, 그 형상도 부채형에 한정되지 않는다.

다음에, 제3 본 발명의 세라믹 접합체의 제조 방법의 일례로서, 세라믹 히터의 제조 방법에 대해서, 도 26을 참조하면서 설명한다.

도 26(a)∼(d)는 제3 본 발명에 관한 세라믹 접합체의 일례인 세라믹 히터의 제조 방법의 일부를 모식적으로 도시한 단면도이다.

(1) 그린 시트의 제작 공정

우선, 제1 본 발명의 세라믹 히터의 제조 방법과 마찬가지의 방법에 의해, 그린 시트(500)를 제작한다.

다음에, 발열체의 단부와 도체 회로를 접속하기 위한 바이어 홀인 부분(860)을 형성한 그린 시트와, 도체 회로와 외부 단자를 접속하기 위한 스루 홀인 부분(730, 730')을 형성한 그린 시트를 제작한다.

또, 필요에 따라서, 실리콘 웨이퍼를 운반하기 위한 리프터 핀을 삽입하는 관통 구멍인 부분, 실리콘 웨이퍼를 지지하기 위한 지지 핀을 삽입하는 관통 구멍인 부분, 열전대 등의 온도 측정 소자를 매설시키기 위한 바닥 구멍인 부분 등을 형성한다. 한편, 관통 구멍이나 바닥 구멍은 후술하는 그린 시트 적층체를 형성한 후, 또는, 상기 적층체를 형성하고, 소성한 후에 상기 가공을 행해도 된다.

한편, 바이어 홀인 부분(860) 및 스루 홀인 부분(730, 730')에는 상기 페이스트 중에 카본을 첨가해 둔 것을 충전해도 된다. 그린 시트 중의 카본은 스루 홀 중에 충전된 텅스텐이나 몰리브덴과 반응하여, 이들 탄화물이 형성되기 때문이다.

(2) 그린 시트 상에 도체 페이스트를 인쇄하는 공정

바이어 홀인 부분(860)을 형성한 그린 시트 상에 금속 페이스트 또는 도전성 세라믹을 포함하는 도체 페이스트를 인쇄하여, 도체 페이스트층(720)을 형성한다.

이들 도체 페이스트 중에는 금속 입자 또는 도전성 세라믹 입자가 포함된다.

상기 금속 입자인 텅스텐 입자 또는 몰리브덴 입자 등의 평균 입자 직경은 0.1∼5㎛가 바람직하다. 평균 입자가 0.1㎛ 미만이던가, 5㎛를 초과하면, 도체 페이스트를 인쇄하기 어렵기 때문이다.

이러한 도체 페이스트로서는, 예를 들면, 금속 입자 또는 도전성 세라믹 입자 85∼87중량부; 아크릴계, 에틸셀룰로오스, 부틸셀로솔브, 폴리비닐알코올 중에서 선택되는 적어도 1종의 바인더 1.5∼10중량부; 및, α-테르피네올, 글리콜 중에서 선택되는 적어도 1종의 용매를 1.5∼10중량부 혼합한 조성물(페이스트)을 들 수 있다.

또, 스루 홀인 부분(730, 730')을 형성한 그린 시트 상에 정전 전극 등을 형성할 때에 통상 사용되는 도체 페이스트를 인쇄하여, 도체 페이스트층(780)을 형성한다.

(3) 그린 시트의 적층 공정

도체 페이스트층(720)을 인쇄한 그린 시트 상에 도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트(500)를 다수 적층하고, 그 아래에, 도체 페이스트층(780)을 형성한 그린 시트를 포갠다. 그리고, 이 그린 시트 하에 또한, 아무 것도 인쇄하지 않은 그린 시트(500)를 다수 적층한다(도 26(a) 참조).

이때, 도체 페이스트층(720)을 인쇄한 그린 시트 상측에 적층하는 그린 시트(500)의 개수를 하측에 적층하는 그린 시트(500)의 개수보다도 많게 하고, 제조하는 발열체의 형성 위치를 저면측의 방향으로 편향시킨다.

구체적으로는, 상측의 그린 시트(500)의 적층수는 20∼50매가, 하측의 그린시트(500)의 적층수는 5∼20매가 바람직하다.

(4) 그린 시트 적층체의 소성 공정

그린 시트 적층체의 가열, 가압을 행하고, 그린 시트(500) 및 내부의 도체 페이스트층(720, 780) 등을 소결시키고, 세라믹 기판(71), 발열체(72) 및 도체 회로(78) 등을 제조한다(도 26(b) 참조).

가열 온도는 1000∼2000℃가 바람직하고, 가압의 압력은 10∼20㎫이 바람직하다. 가열은 불활성 가스 분위기 중에서 행한다. 불활성 가스로서는, 예를 들면, 아르곤, 질소 등을 사용할 수 있다.

다음에, 세라믹 기판(71)의 저면(71b)에 온도 측정 소자를 삽입하기 위한 바닥 구멍을 형성한다(도시 생략). 상기 바닥 구멍은 표면 연마 후에, 드릴 가공이나 샌드 블래스트 등의 블래스트 처리 등을 행함으로써 형성할 수 있다. 한편, 상기 바닥 구멍이나 오목부는 후술하는 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 접합한 후에 형성해도 되며, 그린 시트(500)에 미리 바닥 구멍인 부분을 설치해 두고, 그린 시트(500)를 적층, 소성함과 동시에 형성해도 된다.

또, 내부의 발열체(72)와 접속하기 위한 스루 홀(73, 73')을 노출시키기 위해서 자루 구멍(79)을 형성한다. 이 자루 구멍(79)도 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 접합한 후에 형성해도 된다.

(5) 통상 세라믹체의 제조

질화알루미늄 분말 등을 원통 형상의 성형형에 넣어 성형하여, 필요에 따라서 절단 가공한다. 이것을 가열 온도 1000∼2000℃, 상압으로 소결시켜서 통상 세라믹체(77)를 제조한다. 상기 소결은 불활성 가스 분위기 중에서 행한다. 불활성 가스로서는, 예를 들면, 아르곤, 질소 등을 사용할 수 있다.

또, 통상 세라믹체(77)의 크기는 세라믹 기판의 내부에 형성한 스루 홀(73, 73')이 그 내측에 수용되도록 조정한다.

이어서, 통상 세라믹체(77)의 단면을 연마해서 평탄화한다.

(6) 세라믹 기판과 통상 세라믹체의 접합

세라믹 기판(71)의 저면(71b) 중앙 부근과 통상 세라믹체(77)의 단면을 접촉시킨 상태로, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 가열해서, 이들을 접합한다. 이때, 통상 세라믹체(77)의 내경의 내측에 세라믹 기판(71) 내의 스루 홀(73, 73')이 수용하도록 하며, 또한, 통상 세라믹체(77)와 세라믹 기판(71)의 계면에 의해 포위되는 원 중심, 및, 세라믹 기판(71)의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어지도록 하여, 통상 세라믹체(77)를 세라믹 기판(71)의 저면(71b)에 접합한다(도 26(c)).

구체적으로는, 도 27에 도시하는 바와 같은 개구(191)를 형성한 마스크(190)를 세라믹 기판(71)의 저면에 배치한 후, 개구(191)에 통상 세라믹체(77)를 끼워 넣고, 가열함으로써, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 접합한다.

한편, 개구(191)의 개구 직경과 통상 세라믹체(77)의 외경은 동일하기 때문에, 개구(191)의 중심(C)와 세라믹 기판(71)의 저면 중심(B)의 거리가 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(71)의 저면 중심과의 거리(L)로 된다.

한편, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 접합하는 방법으로서, 금납재, 은납재 등을 이용해서 경납땜하는 방법, 산화물계 유리 등의 접착제를 이용해서 접합하는 방법 등을 이용할 수 있다.

또, 세라믹 기판(71) 및 통상 세라믹체(77)를 형성하는 세라믹과 주성분이 같은 세라믹 페이스트를 도포하고, 이것을 소결시키는 방법, 세라믹 기판이나 통상 세라믹체의 접합면에 소결 조제를 함유하는 용액을 도포하는 방법으로도, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 접합할 수 있다.

제3 본 발명에 있어서는, 어느 접합 방법을 이용한 경우여도, 접합면에 있어서의 열응력을 분산시킬 수 있기 때문에, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)의 접합 부분의 기밀성을 확보할 수 있다.

(7) 단자 등의 부착

통상 세라믹체(77)의 내경의 내측에 형성한 자루 구멍(79)에 납땜이나 경납재를 통해서 외부 단자(83)를 삽입하여, 가열해서 리플로우함으로써, 외부 단자(83)를 스루 홀(73, 73')에 접속한다(도 26(d)).

상기 가열 온도는 납땜 처리의 경우에는 90∼450℃가 바람직하고, 경납재에서의 처리의 경우에는, 900∼1100℃가 바람직하다.

다음에, 이 외부 단자(83)에 소켓(85)을 통해서 전원에 접속되는 도전선(830)에 접속한다(도 19 참조).

또한, 온도 측정 소자로서의 열전대 등을 형성한 바닥 구멍에 삽입하여, 내열성 수지 등으로 봉지함으로써, 그 저면에 통상 세라믹체를 구비한 세라믹 히터를 제조할 수 있다.

이 세라믹 히터에서는 그 위에 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼를 배치하던가, 또는, 실리콘 웨이퍼 등을 리프터 핀이나 지지 핀 등으로 유지시킨 후, 실리콘 웨이퍼 등의 가열이나 냉각을 행하면서, 세정 등의 조작을 행할 수 있다.

상기 세라믹 히터를 제조할 때에, 세라믹 기판의 내부에 정전 전극을 설치함으로써 정전 척을 제조할 수 있다. 단, 이 경우는, 정전 전극과 외부 단자를 접속하기 위한 스루 홀을 형성할 필요가 있지만, 지지 핀을 삽입하기 위한 관통 구멍을 형성할 필요는 없다.

세라믹 기판의 내부에 전극을 설치한 경우에는, 발열체를 형성한 경우와 마찬가지로 그린 시트의 표면에 정전 전극이 되는 도체 페이스트층을 형성하면 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

세라믹 히터(도 1, 2 및 도 5 참조)의 제조

(1) 질화알루미늄 분말(토구야마사 제품, 평균 입자 직경 0.6㎛) 100중량부, 알루미나 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 페이스트를 이용하고, 닥터 블레이드법으로 성형을 행하여, 두께 0.47㎜의 그린 시트(50)를 제작했다.

(2) 다음에, 이 그린 시트(50)를 80℃에서 5시간 건조시킨 후, 스루 홀(13a)인 부분을 펀칭에 의해 형성했다.

(3) 평균 입자 직경 1㎛의 텅스텐 카바이드 입자 100중량부, 아크릴계 바인더 3.0중량부, α-테르피네올 용매 3.5중량부 및 분산제 0.3중량부를 혼합하여 도체 페이스트 A를 조제했다.

평균 입자 직경 3㎛의 텅스텐 입자 100중량부, 아크릴계 바인더 1.9중량부, α-테르피네올 용매 3.7중량부 및 분산제 0.2중량부를 혼합하여 도체 페이스트 B를 조제했다.

이 도체 페이스트 A를 그린 시트 상에 스크린 인쇄로 인쇄하여, 발열체용 도체 페이스트층(120)을 형성했다. 인쇄 패턴은 도 1에 도시하는 바와 같은 동심원 형상 패턴으로 했다.

또한, 외부 단자(13)를 접속하기 위한 스루 홀(13a)인 부분에 도체 페이스트 B를 충전하여, 충전층(130)을 형성했다.

상기 처리가 끝난 그린 시트(50)에 또한, 도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트(50)를 상측(가열면)에 37매, 하측에 13매 적층하고, 130℃, 8㎫의 압력으로 압착하여 적층체를 형성한다(도 5(a) 참조).

(4) 다음에, 얻어진 적층체를 질소 가스 중, 600℃에서 5시간 탈지하고, 1890℃, 압력 15㎫로 10시간 핫 프레스하여, 두께 3㎜의 세라믹 판상체를 얻었다. 이것을 210㎜의 원판 형상으로 잘라내어, 내부에 두께 6㎛, 폭 10㎜의 발열체(12)를 가지는 세라믹 판상체로 했다.

(5) 다음에, (4)에서 얻어진 세라믹 판상체를 다이아몬드 숫돌로 연마한 후, 저면에는 열전대를 삽입하기 위한 바닥 구멍(14)을 형성했다.

또한, 반도체 웨이퍼 등을 운반하기 위한 리프터 핀(16)(직경: 5㎜)을 삽입하기 위한 관통 구멍(15)(직경: 5.6㎜)을 3개 형성한다(도 5(b) 참조).

한편, 관통 구멍(15)은 세라믹 기판(11)과 동심원의 관계인 직경 116㎜의 원주 상에 등간격으로 되도록 형성했다.

이 관통 구멍(15)을 형성한 위치는 세라믹 기판(11)의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 55%의 거리인 위치이며, 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역 내에 존재한다.

(6) 다음에, 스루 홀(13a)이 형성되어 있는 부분을 도려내어 자루 구멍(13b)으로 하고(도 5(c) 참조), 이 자루 구멍(13b)이 Ni-Au로 이루어지는 금납재를 이용하고, 700℃에서 가열 리플로우해서 코발트제 외부 단자(13)를 접속시킨다(도 5(d) 참조).

(7) 온도 제어를 위한 열전대(도시 생략)를 바닥 구멍(14)에 매설하여, 제1본 발명의 세라믹 히터(10)의 제조를 종료했다.

(실시예 2)

세라믹 히터(도 3, 4 및 도 6 참조)의 제조

(1) 질화알루미늄 분말(평균 입자 직경 : 0.6㎛) 100중량부, 이트리아(평균 입자 직경 : 0.4㎛) 4중량부, 아크릴 바인더 12중량부 및 알코올로 이루어지는 조성물의 스프레이 드라이를 행하여, 과립상 분말을 제작했다.

(2) 다음에, 이 과립상 분말을 금형에 넣어, 평판상으로 형성해서 생성형체(그린)를 얻었다.

(3) 다음에, 이 생성형체를 1800℃, 압력 20㎫로 핫 프레스하여, 두께가 3㎜인 질화알루미늄판 형상체를 얻었다.

다음에, 이 판 형상체로부터 직경 210㎜의 원판체를 잘라내고, 세라믹제 판상체(세라믹 기판(21))로 했다. 이 세라믹 기판(21)에 드릴 가공을 실시하여, 리프터 핀(26)(직경: 3㎜)을 삽입하는 관통 구멍(25)(직경: 3.5㎜)을 3개와, 열전대를 매설시키기 위한 바닥 구멍(24)을 형성한다(도 6(a) 참조).

한편, 관통 구멍(25)은 세라믹 기판(21)과 동심원의 관계인 직경 158㎜의 원주 상에 등간격으로 되도록 형성했다.

이 관통 구멍(25)을 형성한 위치는 세라믹 기판(21)의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 75%의 거리인 위치이며, 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역 내에 존재한다.

(4) 상기 (3)에서 얻은 세라믹 기판(21)에 스크린 인쇄로 도체 페이스트층을형성했다. 인쇄 패턴은 도 3에 도시하는 동심원 형상 패턴으로 했다.

상기 도체 페이스트로서는, Ag 48중량%, Pt 21중량%, SiO₂1.0중량%, B₂O₃1.2중량%, ZnO 4.1중량%, PbO 3.4중량%, 아세트산에틸 3.4중량%, 부틸카르비톨 17.9중량%로 이루어지는 조성의 것을 사용했다.

이 도체 페이스트는 Ag-Pt 페이스트이며, 은 입자는 평균 입자 직경 이 4.5㎛로, 인편 형상이 것이었다. 또, Pt 입자는 평균 입자 직경 0.5㎛의 구 형상이었다.

(5) 또한, 도체 페이스트층을 형성한 후, 세라믹 기판(21)을 780℃에서 가열, 소성하여, 도체 페이스트 중의 Ag, Pt를 소결시킴과 더불어 세라믹 기판(21)에 베이킹하여, 발열체(22)를 형성한다(도 6(b) 참조). 발열체(22)는 두께가 5㎛, 폭이 2.4㎜, 면적 저항률이 7.7mΩ/□이었다.

(6) 황산니켈 80g/ℓ, 차아인산나트륨 24g/ℓ, 아세트산나트륨 12g/ℓ, 붕산 8g/ℓ, 염화암모늄 6g/ℓ 농도의 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈 도금욕에 상기 (5)에서 제작한 세라믹 기판(21)을 침지하여, 은-납 발열체(22)의 표면에 두께 1㎛의 금속 피복층(니켈층)(220)을 석출시킨다(도 6(c) 참조).

(7) 다음에, 전원과의 접속을 확보하기 위한 외부 단자(23)를 부착하는 부분에 스크린 인쇄에 의해, 은-납 납땜 페이스트(다나카귀금속사 제품)를 인쇄해서 납땜층(도시 생략)을 형성했다.

이어서, 납땜층 상에 코발트제 외부 단자(23)를 배치하고, 420℃에서 가열리플로우하여, 외부 단자(23)를 발열체(22)의 표면에 부착했다(도 6(d) 참조).

(8)바닥 구멍(24)에 온도 제어를 위한 열전대(도시 생략)를 폴리이미드로 봉지하여, 제1 본 발명의 세라믹 히터(20)의 제조를 종료했다.

(실시예 3)

(1) SiC 분말(야쿠시마전공 제품, 평균 입자 직경 1.1㎛) 100중량부, B₄C 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 페이스트를 이용하고, 닥터 블레이드법으로 성형을 행하여, 두께 0.47㎜의 그린 시트를 제작했다. 또한, 표면에 평균 입자 직경 1.0㎛의 붕규산 유리 80중량부와 폴리에틸렌 글리콜 5중량부, 알코올 15중량부를 혼합하여 유리 페이스트를 얻었다. 그리고, 제작한 그린 시트에 이 유리 페이스트를 도포했다.

(2) 다음에, 이 그린 시트를 80℃에서 5시간 건조시킨 후, 스루 홀인 부분을 펀칭에 의해 형성했다.

이 도체 페이스트 A를 그린 시트 상에 스크린 인쇄로 인쇄하여, 발열체용 도체 페이스트층을 형성했다. 인쇄 패턴은 도 3에 도시하는 바와 같은 동심원 형상 패턴으로 했다.

또한, 외부 단자를 접속하기 위한 스루 홀인 부분에 도체 페이스트 B를 충전하여, 충전층을 형성했다.

상기 처리가 끝난 그린 시트에 유리 페이스트를 도포하며, 또한, 도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트를 상측(가열면)에 37매, 하측에 13매 적층하고, 130℃, 8㎫의 압력으로 압착하여 적층체를 형성했다.

(4) 다음에, 얻어진 적층체를 질소 가스 중, 600℃에서 5시간 탈지하고, 1890℃, 압력 15㎫로 10시간 핫 프레스하여, 두께 3㎜의 세라믹 판상체를 얻었다. 이것을 230㎜의 원판 형상으로 잘라내어, 내부에 두께 6㎛, 폭 10㎜의 발열체를 가지는 세라믹 판상체로 했다. 또한, 드릴 가공에서 직경 5㎜의 리프터 핀용 관통 구멍을 세라믹 기판과 동심원의 관계인 직경 207㎜의 원주 상에 등간격으로 3개 형성했다. 이 관통 구멍을 형성한 위치는 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 90%의 거리인 위치이며, 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역 내에 존재한다.

(5) 다음에, (4)에서 얻어진 세라믹 판상체를 다이아몬드 숫돌로 연마한 후, 또한, 표면에 스퍼터링 장치(쇼오와진공 제품 ASP-34)를 사용하여 두께 2㎛의 불화마그네슘 막을 형성했다.

(6) 다음에, 스루 홀이 형성되어 있는 부분을 도려내어 자루 구멍으로 하고,이 자루 구멍이 Ni-Au로 이루어지는 금납재를 이용하고, 700℃에서 가열 리플로우해서 코발트제 외부 단자를 접속시켰다.

(7) 온도 제어를 위한 열전대(도시 생략)를 바닥 구멍에 매설하여, 세라믹 히터를 얻었다.

(시험예 1)

기본적으로는 실시예 1과 마찬가지이지만, 직경을 330㎜로 하고, 리프터 핀용 관통 구멍의 형성 위치를 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%의 거리인 위치에 각각 형성하여, 후단계에서 설명하는 바와 같이 승온시의 가열면 면내 온도 균일성 및 파티클 개수를 측정했다.

(비교예 1)

세라믹 히터의 제조

리프터 핀(직경: 5.0㎜)을 삽입 관통하는 관통 구멍(직경: 5.6㎜)을 이하의 위치에 형성한 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 세라믹 히터를 제조했다.

다시 말해, 관통 구멍은 세라믹 기판과 동심원의 관계인 직경 63㎜의 원주 상에 등간격으로 되도록 3개 형성했다.

이 관통 구멍을 형성한 위치는 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 30%의 거리인 위치이며, 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역 내에는 존재하지 않는다.

실시예 1∼3 및 비교예 1에 관한 세라믹 히터에 리프터 핀을 통해서 실리콘웨이퍼를 배치하여, 통전함으로써, 300℃까지 승온하고, 하기의 방법으로 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또, 시험예에 관한 9 종류의 세라믹 히터에 대해서도, 하기의 방법으로 평가했다. 이 결과를 도 7 및 도 8에 도시한다.

한편, 리프터 핀은 세라믹 히터의 가열면으로부터, 50㎛ 돌출하고 있으며, 실리콘 웨이퍼가 리프터 핀으로 지지되어 있는 부분은 가열면으로부터 50㎛ 떨어져 있었다.

평가 방법

(1) 승온시의 가열면 면내 온도 균일성

열전대 부착 실리콘 웨이퍼를 배치하면서 세라믹 히터를 300℃까지 45초로 승온하고, 승온 과정에서의 실리콘 웨이퍼의 최고 온도와 최저 온도의 차이를 조사했다.

(2) 파티클 개수

직경 200㎜, 300㎜의 반도체 웨이퍼를 배치하고, 이것을 리프터 핀으로 밀어 올리는 시험을 100회 실시하여, 웨이퍼에 부착되어 있는 파티클 개수를 측정했다. 파티클 개수의 측정은 임의인 10 개소를 전자 현미경으로 관찰해서 파티클 개수를 측정하고, 1㎠ 당으로 환산했다.

(표 1)

표 1로부터 명백한 바와 같이, 실시예에 관한 세라믹 히터는 승온시의 온도가 균일했다. 한편, 비교예에 관한 세라믹 히터는 승온시의 온도 편차가 컸다. 이것은 비교예에 관한 세라믹 히터는 관통 구멍이 중앙 부분에 3개 집중하고 있고, 단위 면적(체적)당 열용량이 중앙 부분 쪽이 작아져 있기 때문에, 승온하면, 중앙 부분의 온도가 높아지기 쉬웠기 때문이다. 이것에 대하여, 실시예의 세라믹 히터에서는 관통 구멍이 면적이 넓은(체적이 큰) 외주 부분에 형성되어 있으며, 단위 면적(체적)당 열용량이 중앙 부분과 외주 부분에서 거의 차이가 없었기 때문으로 추정된다.

또, 도 7에 있어서도, 상술의 이유에 의해, 관통 구멍의 형성 위치가 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 50% 이상의 거리인 경우에는, 승온시의 온도가 균일해지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 8로부터, 파티클 개수는 관통 구멍의 형성 위치가 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 중심으로부터 50% 이상의 거리인 경우에는, 개수가 적어지는 것을 이해할 수 있다. 이것은 먼저 설명한 바와 같이, 웨이퍼가 위로 볼록 형상으로 휘면 외주가 세라믹 기판에 선 접촉하고, 세라믹 기판 표면을 할큄으로써, 파티클이 발생하지만, 제1 본 발명에서는 리프터 핀용 관통 구멍 위치를 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역 내로 함으로써, 파티클의 발생을 방지할 수 있다고 추정하고 있다.

(실시예 4)

세라믹 히터(도 9, 10 및 도 13 참조)의 제조

(l)질화알루미늄 분말(토구야마사 제품, 평균 입자 직경 0.6㎛) 100중량부, 알루미나 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 l-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 페이스트를 이용하고, 닥터 블레이드법으로 성형을 행하여, 두께 0.47㎜의 그린 시트(100)를 제작했다.

(2) 다음에, 이 그린 시트(100)를 80℃에서 5시간 건조시킨 후, 스루 홀(33a)인 부분을 펀칭에 의해 형성했다.

이 도체 페이스트 A를 그린 시트 상에 스크린 인쇄로 인쇄하여, 발열체용 도체 페이스트층(320)을 형성했다. 인쇄 패턴은 도 9에 도시하는 바와 같은 동심원 형상 패턴으로 했다.

또한, 외부 단자(33)를 접속하기 위한 스루 홀(33a)인 부분에 도체 페이스트 B를 충전하여, 충전층(330)을 형성했다.

상기 처리가 끝난 그린 시트(100)에 또한, 도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트(100)를 상측(가열면)에 37매, 하측에 l3매 적층하고, 130℃, 8㎫의 압력으로 압착하여 적층체를 형성한다(도 13(a) 참조).

(4) 다음에, 얻어진 적층체를 질소 가스 중, 600℃에서 5시간 탈지하고, 1890℃, 압력 15㎫로 10시간 핫 프레스하고, 두께 4㎜의 세라믹 판상체를 얻었다. 이것을 310㎜의 원판 형상으로 잘라내어, 내부에 두께 6㎛, 폭 10㎜의 발열체(32)를 가지는 세라믹 판상체로 했다.

(5) 다음에, (4)에서 얻어진 세라믹 판상체를 다이아몬드 숫돌로 연마한 후, 저면에는 열전대를 삽입하기 위한 바닥 구멍(34)을 형성했다.

또한, 반도체 웨이퍼 등을 운반하기 위한 리프터 핀(36)(직경: 3㎜)을 삽입하기 위한 관통 구멍(35)을 3개 형성한다(도 13(b) 참조).

관통 구멍(35)은 원주상부(35a)의 직경이 3.5㎜, 그 길이가 2㎜이며, 직경 증가부(35b)의 깊이(길이)는 2㎜, 직경 증가부(35b)의 가열면에 있어서의 직경은 7㎜이었다(도 10 참조).

또, 관통 구멍(35)은 세라믹 기판(31)과 동심원의 관계인 직경 200㎜의 원주 상에 등간격으로 되도록 형성했다.

(6) 다음에, 스루 홀(33a)이 형성되어 있는 부분을 도려내어 자루 구멍(33b)으로 하고(도 13(c) 참조), 이 자루 구멍(33b)이 Ni-Au로 이루어지는 금납재를 이용하고, 700℃에서 가열 리플로우해서 코발트제 외부 단자(33)를 접속시킨다(도 13(d) 참조).

(7) 온도 제어를 위한 열전대(도시 생략)를 바닥 구멍(34)에 매설하여, 제2 본 발명의 세라믹 히터(30)의 제조를 종료했다.

(실시예 5)

세라믹 히터(도 11, 12 및 도 14 참조)의 제조

(3) 다음에, 이 생성형체를 1800℃, 압력 20㎫로 핫 프레스하고, 두께가 5㎜인 질화알루미늄판 형상체를 얻었다.

다음에, 이 판 형상체로부터 직경 310㎜의 원판체를 잘라내어, 세라믹제 판상체(세라믹 기판(41))로 했다. 이 세라믹 기판(41)에 드릴 가공을 실시하여, 리프터 핀(46)(직경: 3㎜)을 삽입하는 관통 구멍(45)(직경: 3.5㎜)을 3개와, 열전대를 매설시키기 위한 바닥 구멍(44)을 형성한다(도 14(a) 참조).

관통 구멍(45)은 원주상부(45a)의 직경이 3.5㎜, 그 길이가 3㎜이며, 직경증가부(45b)의 깊이(길이)는 2㎜, 직경 증가부(45b)의 가열면에 있어서의 직경은 10㎜이었다(도 12 참조).

한편, 관통 구멍(45)는 세라믹 기판(41)과 동심원의 관계인 직경 40㎜의 원주 상에 등간격으로 되도록 형성했다.

(4) 상기 (3)에서 얻은 세라믹 기판(41)에 스크린 인쇄로 도체 페이스트층을 형성했다. 인쇄 패턴은 도 3에 도시하는 동심원 형상 패턴으로 했다.

상기 도체 페이스트로서는, Ag 48중량%, Pt 21중량%, SiO₂1.0중량%, B₂O₃1.2중량%, ZnO 4.1중량%, PbO 3.4중량%, 아세트산에틸 3.4중량%, 부틸카르비톨 17.9 중량%로 이루어지는 조성의 것을 사용했다.

이 도체 페이스트는 Ag-Pt 페이스트이며, 은 입자는 평균 입자 직경 이 4.5㎛로, 인편 형상의 것이었다. 또, Pt 입자는 평균 입자 직경 0.5㎛의 구 형상이었다.

(5) 또한, 도체 페이스트층을 형성한 후, 세라믹 기판(41)을 780℃에서 가열, 소성하여, 도체 페이스트 중의 Ag, Pt를 소결시킴과 더불어 세라믹 기판(41)에 베이킹하여, 발열체(42)를 형성한다(도 14(b) 참조). 발열체(42)는 두께가 5㎛, 폭이 2.4㎜, 면적 저항률이 7.7mΩ/□이었다.

(6) 황산니켈 80g/ℓ, 차아인산나트륨 24g/ℓ, 아세트산나트륨 12g/ℓ, 붕산 8g/ℓ, 염화암모늄 6g/ℓ 농도의 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈 도금욕에 상기 (5)에서 제작한 세라믹 기판(41)을 침지하여, 은-납 발열체(42)의 표면에 두께1㎛의 금속 피복층(니켈층)(420)을 석출시킨다(도 14(c) 참조).

(7) 다음에, 전원과의 접속을 확보하기 위한 외부 단자(43)를 부착하는 부분에 스크린 인쇄에 의해, 은-납 납땜 페이스트(다나카귀금속사 제품)를 인쇄해서 납땜층(도시 생략)을 형성했다.

이어서, 납땜층 상에 코발트제 외부 단자(43)를 배치하고, 420℃에서 가열 리플로우하여, 외부 단자(43)를 발열체(42)의 표면에 부착한다(도 14(d) 참조).

(8) 바닥 구멍(44)에 온도 제어를 위한 열전대(도시 생략)를 폴리이미드로 봉지하여, 제2 본 발명의 세라믹 히터(40)의 제조를 종료했다.

(비교예 2)

세라믹 히터의 제조

종래의 경우와 마찬가지로, 세라믹 기판에 리프터 핀(직경: 3.0㎜)을 삽입 관통하는 원주 형상 관통 구멍(직경: 3.5㎜)을 형성한 이외는, 실시예 4와 마찬가지로 하여, 세라믹 히터를 제조했다.

(비교예 3)

관통 구멍에 끼워 맞출 수 있는 AlN제 마개를 관통 구멍에 끼워 맞춘 이외는, 실시예 4와 마찬가지로 해서 세라믹 히터를 제조했다.

실시예 4, 5 및 비교예 2, 3에 관한 세라믹 히터에 리프터 핀을 통해서 실리콘 웨이퍼를 배치하여, 통전함으로써, 300℃까지 승온하고, 하기의 방법으로 평가했다.

한편, 리프터 핀은 세라믹 히터의 가열면으로부터, 50㎛ 돌출하고 있으며,실리콘 웨이퍼가 리프터 핀으로 지지되어 있는 부분은 가열면으로부터 50㎛ 떨어져 있었다.

평가 방법

(1) 승온시의 가열면 면내 온도 균일성

열전대 부착 실리콘 웨이퍼를 배치하면서 세라믹 히터를 300℃까지 45초로 승온하고, 승온 과정에서의 실리콘 웨이퍼의 최고 온도와 최저 온도의 차이를 조사했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

(2) 실리콘 웨이퍼의 파티클 개수

세라믹 히터를 300℃까지 승온한 후에 있어서, 실리콘 웨이퍼에 발생하고 있었던 파티클 개수를 측정했다.

그 결과를 표 2에 나타낸다.

(표 2)

표 2로부터 명백한 바와 같이, 실시예에 관한 세라믹 히터에서는 승온시의 실리콘 웨이퍼의 온도가 균일했다. 한편, 비교예 2에 관한 세라믹 히터는 실리콘 웨이퍼의 승온시의 온도 편차가 크고, 특히, 관통 구멍이 형성된 부분에 대응하는 부분에서 온도가 저하하고 있었다. 이것은 비교예 2에 관한 세라믹 히터는 관통구멍이 원주 형상으로 가열면의 근방에서 직경 증가하고 있지 않기 때문에, 쿨링 스팟의 부분의 열용량이 크고, 이것에 기인하여, 실리콘 웨이퍼의 관통 구멍이 형성된 부분에 대응하는 부분에서 온도가 저하해 버렸기 때문이라고 추정된다.

이것에 대하여, 실시예의 세라믹 히터에서는 관통 구멍이 원주상과 직경 증가부로 이루어지고, 가열면의 근방에서 직경 증가하고 있기 때문에, 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 부분의 열용량이 작고, 이 때문에, 실리콘 웨이퍼의 온도 편차가 발생하기 어려웠다고 추정된다.

또, 비교예 3에 관한 세라믹 히터에서는 관통 구멍에 AlN제 마개를 끼워 맞추고 있고, 쿨링 스팟이 발생하기 쉬운 부분이 존재하고 있지 않았기때문에, 승온시의 실리콘 웨이퍼의 온도가 균일했다.

또, 실시예 4, 5 및 비교예 2에 관한 세라믹 히터에서는 리프터 핀을 통해서 실리콘 웨이퍼를 배치하고 있었기 때문에, 파티클이 거의 발생하지 않았지만, 비교예 3에 관한 세라믹 히터에서는 가열시에 세라믹 히터와 AlN제 마개가 슬라이딩하고, 실리콘 웨이퍼에 대량의 파티클이 발생했다.

(실시예 6)

본 실시예 6에서는 가열면에 있어서의 직경 증가부의 직경과, 원주상부의 직경의 비율을 변경한 것 이외에는, 실시예 4와 마찬가지로 해서 세라믹 히터를 제조했다.

그리고, 제조한 세라믹 히터에 리프터 핀을 통해서 열전대 부착 실리콘 웨이퍼를 배치하고, 300℃까지 가열하고, 실리콘 웨이퍼의 최고 온도와 최저 온도의 차이를 조사했다. 그 결과를 도 16에 도시한다.

한편, 도 16에 있어서, 종축의 ΔT는 실리콘 웨이퍼에 있어서의 최고 온도와 최저 온도의 온도차(℃)를 나타내고, 횡축의 비율은 세라믹 히터의 가열면에 있어서의 직경 증가부의 직경과, 원주상부의 직경과의 비교(직경 증가부의 직경/원주상부의 직경)를 나타낸다.

도 16으로부터 명백한 바와 같이, 직경 증가부의 가열면에 있어서의 직경과, 원주상부의 직경의 비율이 1.2 미만, 또는, 10을 초과하면, 실리콘 웨이퍼의 온도차(ΔT)가 커져버린다.

(실시예 7)

정전 척의 제조(도 21∼22 참조)

(1) 질화알루미늄 분말(토구야마사 제품, 평균 입자 직경 1.1㎛) 100중량부, 이트륨(평균 입자 직경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 12중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 조성물을 이용하고, 닥터 블레이드법을 이용해서 성형함으로써 두께 0.47㎜의 그린 시트를 얻었다.

(2) 다음에, 이 그린 시트를 80℃에서 5시간 건조한 후, 아무런 가공을 실시하지 않은 그린 시트와, 펀칭을 행하여, 발열체와 도체 회로를 접속하기 위한 바이어 홀용 관통 구멍을 형성한 그린 시트와, 도체 회로와 외부 단자를 접속하기 위한 바이어 홀용 관통 구멍을 형성한 그린 시트와, 정전 전극과 외부 단자를 접속하기 위한 스루 홀용 관통 구멍을 형성한 그린 시트를 제작했다.

(3) 평균 입자 직경 1㎛의 텅스텐 카바이드 입자 100중량부, 아크릴계 바인더 3.0중량부, α-테르피네올 용매 3.5중량부, 분산제 0.3중량부를 혼합하여 도체 페이스트 A를 조제했다.

또, 평균 입자 직경 3㎛의 텅스텐 입자 100중량부, 아크릴계 바인더 1.9중량부, α-테르피네올 용매 3.7중량부, 분산제 0.2중량부를 혼합하여 도체 페이스트 B를 조제했다.

(4) 바이어 홀용 관통 구멍을 형성한 그린 시트의 표면에 도체 페이스트 A를 스크린 인쇄법에 의해 인쇄하고, 발열체인 도체 페이스트층을 인쇄했다. 또, 도체 회로와 외부 단자를 접속하기 위한 스루 홀용 관통 구멍을 형성한 그린 시트의 표면에 상기 도전성 페이스트 A를 스크린 인쇄법에 의해 인쇄하여, 도체 회로인 도체 페이스트층을 인쇄했다. 또한, 아무런 가공을 실시하지 않은 그린 시트에 도 23에 도시한 형상의 정전 전극 패턴으로 이루어지는 도체 페이스트층을 형성했다.

또한, 발열체와 도체 회로를 접속하기 위한 바이어 홀용 관통 구멍과 외부 단자를 접속하기 위한 스루 홀용 관통 구멍에 도체 페이스트 B를 충전했다.

다음에, 상기 처리가 끝난 각각의 그린 시트를 적층했다.

우선, 발열체인 도체 페이스트층이 인쇄된 그린 시트 상측(가열면측)에 스루 홀(93)인 부분만이 형성된 그린 시트를 34매 적층하고, 그 즉시 하측(저면측)에 도체 회로가 되는 도체 페이스트층이 인쇄된 그린 시트를 적층하며, 또한, 그 하측에 스루 홀(93, 930, 930')인 부분이 형성된 그린 시트를 12매 적층했다.

이렇게 적층한 그린 시트의 최상부에 정전 전극 패턴으로 이루어지는 도체페이스트층을 인쇄한 그린 시트를 적층하며, 또한 그 위에 아무런 가공도 하지 않은 그린 시트를 2매 적층하여, 이들을 130℃, 8㎫의 압력으로 압착하여 적층체를 형성했다.

(5) 다음에, 얻어진 적층체를 질소 가스 중, 600℃에서 5시간 탈지하고, 그 후, 1890℃, 압력 15㎫의 조건으로 3시간 핫 프레스하여, 두께 3㎜의 질화알루미늄판 형상체를 얻었다.

이것을 직경 230㎜의 원판 형상으로 잘라내어, 내부에 두께가 5㎛, 폭이 2.4㎜의 발열체(920), 두께가 20㎛, 폭이 10㎜의 도체 회로(980) 및 두께 6㎛의 척 양극 정전층(92a), 척 음극 정전층(92b)을 가지는 세라믹 기판(91)으로 했다.

(6) 다음에, (5)에서 얻어진 세라믹 기판(91)을 다이아몬드 숫돌로 연마한 후, 마스크를 배치하고, 유리 비즈에 의한 블래스트 처리로 표면에 열전대를 위한 바닥 구멍(900)을 형성하여, 세라믹 기판(91)의 저면(91b)에서 스루 홀(93, 930)이 형성되어 있는 부분을 도려내어 자루 구멍(990)을 형성했다.

(7) 질화알루미늄 분말(토구야마사 제품, 평균 입자 직경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아(평균 입자 직경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 조성물을 이용하고, 스프레이 드라이법에 의해 과립을 제조하고, 이 과립을 파이프 형상 금형에 넣어, 상압, 1890℃에서 소결시키고, 길이 200㎜, 외경 45㎜, 내경 35㎜의 통상 세라믹체를 제조했다.

(8) 질화알루미늄 분말(토구야마사 제품, 평균 입자 직경 1.1㎛) 100중량부,이트리아(평균 입자 직경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 액상체를 세라믹 기판(91) 및 통상 세라믹체(97)의 접합면에 도포한 후, 세라믹 기판(91)의 저면(91b)으로, 자루 구멍(990)이 그 내경의 내측에 수용하도록 하는 위치에 통상 세라믹체(97)의 단면을 접촉시켜, 1890℃로 가열함으로써, 세라믹 기판(91)과 통상 세라믹체(97)를 접합했다.

구체적으로는, 도 27에 도시하는 바와 같은 개구(191)를 형성한 마스크(190)를 세라믹 기판(91)의 저면에 배치한 후, 개구(191)에 통상 세라믹체(97)를 삽입하여, 가열함으로써, 세라믹 기판(91)과 통상 세라믹체(97)를 접합했다.

한편, 세라믹 기판(91)과 통상 세라믹체(97)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(91)의 저면 중심과의 거리(L)는 5㎛로 했다.

(9) 다음에, 통상 세라믹체(97)의 내부의 자루 구멍(990)에 은납재(Ag: 40중량%, Cu: 30중량%, Zn: 28중량%, Ni: 1.8중량%, 잔부: 기타의 원소, 리플로우 온도: 800℃)를 이용하여, 외부 단자(960)를 부착했다. 그리고, 외부 단자(960)에 소켓(950)을 통해서 도전선(931)을 접속했다.

(10) 그리고, 온도 제어를 위한 열전대를 바닥 구멍(900)에 삽입하고, 실리카 졸을 충전하고, 190℃에서 2시간 경화, 겔화시킴으로써, 그 내부에 정전 전극, 발열체, 도체 회로, 바이어 홀 및 스루 홀이 형성된 세라믹 기판의 저면에 통상 세라믹체가 접합되어, 상기 세라믹 기판이 정전 척으로서 기능하는 세라믹 접합체를 제조했다.

(실시예 8)

세라믹 히터의 제조(도 18∼19, 도 26 참조)

(1) 질화알루미늄 분말(토구야마사 제품, 평균 입자 직경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨(Y₂O₃: 이트리아, 평균 입자 직경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 페이스트를 이용하고, 닥터 블레이드법으로 성형을 행하여, 두께 0.47㎜의 그린 시트를 제작했다.

(2) 다음에, 이 그린 시트를 80℃에서 5시간 건조시킨 후, 도 18에 도시하는 바와 같은 실리콘 웨이퍼를 운반하기 위한 리프터 핀을 삽입하기 위한 관통 구멍(75)인 부분, 바이어 홀인 부분(860), 및, 스루 홀인 부분(730, 730')을 펀칭에 의해 형성했다.

이 도체 페이스트 A를 바이어 홀인 부분(860)을 형성한 그린 시트 상에 스크린 인쇄로 인쇄하여, 발열체용 도체 페이스트층(720)을 형성했다. 인쇄 패턴은 도18에 도시한 바와 같은 동심원 패턴으로 하고, 도체 페이스트층(720)의 폭을 10㎜, 그 두께를 12㎛로 했다.

이어서, 도체 페이스트 A를 스루 홀인 부분(730')을 형성한 그린 시트 상에 스크린 인쇄로 인쇄하고, 도체 회로용의 도체 페이스트층(780)을 형성했다. 인쇄의 형상은 띠 형상으로 했다.

또, 도체 페이스트 B를 바이어 홀인 부분(860) 및 스루 홀인 부분(730, 730')에 충전했다.

상기 처리가 끝난 도체 페이스트층(720)을 인쇄한 그린 시트 상에 도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트를 37매 포개고, 그 아래에 도체 페이스트층(780)을 인쇄한 그린 시트를 포갠 후, 또한 그 아래에 도체 페이스트를 인쇄하지 않은 그린 시트를 12매 포개서, 130℃, 8㎫의 압력으로 적층했다.

(4) 다음에, 얻어진 적층체를 질소 가스 중, 600℃에서 5시간 탈지하고, 1890℃, 압력 15㎫로 10시간 핫 프레스하여, 두께 3㎜의 질화알루미늄판 형상체를 얻었다.

이것을 230㎜의 원판 형상으로 잘라내어, 내부에 두께 6㎛, 폭 10㎜의 발열체(72), 두께 20㎛, 폭 10㎜의 도체 회로(78), 바이어 홀(860) 및 스루 홀(73, 73')을 가지는 세라믹 기판(71)으로 했다.

(5) 다음에, (4)에서 얻어진 세라믹 기판(71)을 다이아몬드 숫돌로 연마한 후, 마스크를 배치하고, 유리 비즈에 의한 블래스트 처리로 표면에 열전대를 위한 바닥 구멍(74)을 형성하고, 세라믹 기판(71)의 저면(71b)에서 스루 홀(73, 73')이형성되어 있는 부분을 도려내어 자루 구멍(79)을 형성했다.

(6) 질화알루미늄 분말(토구야마사 제품, 평균 입자 직경 1.1㎛) 100중량부, Y₂O₃(평균 입자 직경 0.4㎛) 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53중량부를 혼합한 조성물을 이용하고, 스프레이 드라이법에 의해 과립을 제조하고, 이 과립을 원통상 금형에 넣어, 상압, 1890℃에서 소결시켜, 통상 세라믹체(77)를 제조했다.

(7) 세라믹 기판(71) 및 통상 세라믹체(77)의 접합면에 질산이트륨(2.61×10^-1mol/ℓ) 수용액을 도포한 후, 세라믹 기판(71)의 저면(71b)으로, 자루 구멍(79)이 그 내경의 내측에 수용하도록 하는 위치에 통상 세라믹체(77)의 단면을 접촉시켜, 1890℃로 가열함으로써, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 접합했다.

구체적으로는, 도 27에 도시하는 바와 같은 개구(191)를 형성한 마스크(190)를 세라믹 기판(71)의 저면에 배치한 후, 개구(191)에 통상 세라믹체(77)를 삽입하여, 가열함으로써, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)를 접합했다.

한편, 세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(71)의 저면 중심과의 거리(L)는 190㎛로 했다.

(8) 다음에, 통상 세라믹체(77)의 내부의 자루 구멍(79)에 은납재(Ag: 40중량%, Cu: 30중량%, Zn: 28중량%, Ni: 1.8중량%, 잔부: 기타의 원소, 리플로우 온도: 800℃)를 이용하여, 외부 단자(83)를 부착했다. 그리고, 외부 단자(83)에 소켓(85)을 통해서 도전선(830)을 접속했다.

(9) 그리고, 온도 제어를 위한 열전대를 바닥 구멍(74)에 삽입하고, 실리카 졸을 충전하고, 190℃에서 2시간 경화, 겔화시킴으로써, 그 내부에 발열체, 도체 회로, 바이어 홀 및 스루 홀이 형성된 세라믹 기판의 저면에 통상 세라믹체가 접합되어, 상기 세라믹 기판이 세라믹 히터로서 기능하는 세라믹 접합체를 제조했다.

(실시예 9)

이하의 공정을 실시한 것 이외에는, 실시예 7과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

우선, 세라믹 기판을 직경 300㎜로 하고, (7)의 공정에 있어서, 질화알루미늄 분말 100중량부, 이트리아 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부, 알코올 53중량부를 혼합하고, 스프레이 드라이법에 의해 과립을 제조함과 더불어, 도전선과 외부 단자를 소켓으로 연결해서 전력 공급선으로 하고, 이 전력 공급선을 금형에 넣고, 과립을 금형에 충전해서 프레스하며, 또한, 1000㎏/㎠의 압력으로 냉간 정수압 프레스(cold isostatic press)를 행한 후, 상압, 1890℃에서 소결시키며, 또한, 외형 가공해서 길이 200㎜, 외경 45㎜의 원주상 충실체로 이루어지는 세라믹체로 했다.

또, 세라믹 기판의 저면 중심과, 세라믹체와 세라믹 기판의 계면(원) 중심과의 거리(L)=3㎛로 했다.

(실시예 10)

이하의 공정을 실시한 것 이외에는, 실시예 8과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

세라믹 기판을 직경 320㎜로 하고, (6)에 있어서, 질화알루미늄 분말 100중량부, 이트리아 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 11.5중량부, 분산제 0.5중량부, 알코올 53중량부를 혼합하고, 스프레이 드라이법에 의해 과립을 제조함과 더불어, 도전선과 외부 단자를 소켓으로 연결해서 전력 공급선으로 하고, 이 전력 공급선을 금형에 넣고, 과립을 금형에 충전해서 프레스하며, 또한, 1000㎏/㎠의 압력으로 냉간 정수압 프레스를 행한 후, 상압, 1890℃에서 소결시키며, 또한, 외형 가공해서 길이 200㎜, 외경 45㎜의 원주상으로 충실체의 세라믹체로 했다.

또, 세라믹 기판의 저면 중심과, 세라믹체와 세라믹 기판의 계면(원)의 중심과의 거리(L)=200㎛로 했다.

(실시예 11)

L=10㎛로 한 이외는, 실시예 7과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(실시예 12)

L=50㎛로 한 이외는, 실시예 8과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(실시예 13)

L=100㎛로 한 이외는, 실시예 9와 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(실시예 14)

L=150㎛로 한 이외는, 실시예 10과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(시험예 2)

L=0∼240㎛로 변화시켜서 제조한 세라믹 접합체를 450℃로 승온했을 때의, 가열면의 최고 온도와 최저 온도의 온도차(ΔT)를 측정했다. 그 결과를 도 31에 도시한다. L=200㎛를 초과하면, ΔT가 커지는 것이 이해된다. 한편, 세라믹 접합체는 도 18∼19에 도시한 것과 마찬가지로 구성되어 있다.

(비교예 4)

세라믹 기판(91)과 통상 세라믹체(97)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(91)의 저면 중심이 동일 위치로 되도록 세라믹 기판(91)과 통상 세라믹체(97)를 접합한 이외는, 실시예 7과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(비교예 5)

세라믹 기판(91)과 통상 세라믹체(97)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(91)의 저면 중심과의 거리(L)를 2㎛로 한 이외는, 실시예 7과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(비교예 6)

세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(71)의 저면 중심과의 거리(L)를 2㎛로 한 이외는, 실시예 8과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(비교예 7)

세라믹 기판(91)과 통상 세라믹체(97)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(91)의 저면 중심과의 거리(L)를 205㎛로 한 이외는, 실시예 7과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

(비교예 8)

세라믹 기판(71)과 통상 세라믹체(77)의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 세라믹 기판(71)의 저면 중심과의 거리(L)를 205㎛로 한 이외는, 실시예 8과 마찬가지의 방법으로, 세라믹 접합체를 제조했다.

실시예 7∼14 및 비교예 4∼8에 관한 세라믹 접합체에 대해서, 이하의 평가 시험을 행했다. 그 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.

(1) 파괴 강도의 측정

굽힘 강도 시험을 행하고, 접합면의 파괴 강도를 측정했다.

(2) 히트 사이클 시험

25℃로 유지한 후, 450℃로 가열하는 과정을 반복하는 히트 사이클 시험을 500회 행하고, 통상 세라믹체와 세라믹 기판의 접합부에 있어서의 균열 발생의 유무를 확인했다. 한편, 발생률 50% 미만이면 균열이 발생하지 않는다고 판단하고, 50% 이상이면 균열 발생이라고 판단했다.

(3) 배선 등의 부식 유무

실시예 및 비교예에 관한 세라믹 접합체를 지지 용기에 부착하고, CF₄가스분위기로 200℃까지 승온한 후에 있어서의, 세라믹 접합체의 배선 등의 부식 상태를 육안으로 관찰했다.

한편, 통상 세라믹체의 내부에는 불활성 가스로서, 질소 가스를 도입했다.

(표 3)

상기 표 3에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 실시예 7∼14에 관한 세라믹 접합체에서는 파괴 강도 시험 및 히트 사이클 시험의 어느 경우에 있어서도, 충분히 큰 접합 강도를 가지며, 또, 이들 세라믹 접합체의 통상 세라믹체 내부에 배설된 배선 등은 CF₄가스에 의해 부식될 일은 없었다.

한편, 비교예 4∼8에 관한 세라믹 접합체에서는 통상 세라믹체와 세라믹 기판의 접합 강도가 낮으며, 또한, 통상 세라믹체 내부에 배설된 배선 등이 CF₄가스에 의해 부식되어져 있었다.

이것은 원통상 세라믹과 원판 형상 세라믹의 접합 계면에 있어서, 국소적으로 열응력이 집중함으로써, 열 피로가 발생해 버리고, 균열 등이 발생한 때문으로 추정되었다.

(실시예 15, 16 및 비교예 9, 10)

L=3(실시예 15), L=200㎛(실시예 16), L=0㎛(비교예 9), L=205㎛(비교예 10)로 하고, 세라믹 기판의 직경을 150㎜∼350㎜로 변화시켜서 제조한 세라믹 접합체의 균열 발생률을 조사했다. 그 결과를 도 32에 도시한다.

비교예 9, 10으로부터 명백한 바와 같이, 직경이 250㎜를 초과하면 균열 발생률이 80% 가깝게 되고, 실용적인 내구성이 얻어지지 않는다. 한편, 실시예 15, 16에서는 직경이 250㎜를 넘어도, 균열 발생률은 낮은 값을 유지한 그대로이다. 이와 같이, 본 발명은 직경 250㎜ 이상의 세라믹 히터에서 발생하는 내구성 저하를 해소할 수 있는 것이다.

제1 본 발명의 세라믹 히터에 따르면, 세라믹 기판에 관통 구멍이 3개 이상 형성됨과 더불어, 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 형성되어 있기 때문에, 관통 구멍에 삽입 관통되는 리프터 핀도 세라믹 기판의 외주 부분에 존재하고, 중심 부분에 집중하지 않고, 리프터 핀으로 지지되는 반도체 웨이퍼 등이 불안정으로 되지 않는다.

또, 세라믹 기판의 열용량 차이가 작고, 승온시의 온도 편차가 작아, 반도체웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수 있다.

또, 제2 본 발명의 세라믹 히터에 따르면, 세라믹 기판에 형성한 관통 구멍은 피가열물을 가열하는 가열면측 직경이 상기 가열면의 반대측 직경보다도 커지고 있으므로, 쿨링 스팟이 발생하는 부분의 기체가 차지하는 비율이 커져서 그 열용량이 작아진다. 따라서, 관통 구멍이 형성된 근방의 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 온도는 거의 저하하지 않아, 반도체 웨이퍼, 액정 기판 등의 가열물을 보다 균일하게 가열할 수 있다.

또한, 제3 본 발명의 세라믹 접합체에 따르면, 원통상이나 원주상 등, 소정 형상 세라믹체와 원판 형상 세라믹의 접합 계면에 있어서, 국소적으로 열응력이 집중하는 일 없이, 이 부분에 균열 등이 발생하는 일이 없기 때문에, 충분한 기밀성을 확보할 수 있으며, 세라믹 접합체의 신뢰성을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

Claims

원판 형상 세라믹 기판 표면 또는 내부에 발열체가 형성되며, 상기 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에 있어서,

상기 관통 구멍은 3개 이상 형성됨과 더불어, 상기 세라믹 기판의 중심으로부터 가장자리까지의 거리에 대하여, 상기 중심으로부터 1/2 이상의 거리인 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 있어서, 상기 관통 구멍은 상기 세라믹 기판과 동심원의 관계인 1개의 원주 상에 대략 등간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
원판 형상 세라믹 기판 표면 또는 내부에 발열체가 형성되며, 상기 세라믹 기판에 리프터 핀을 삽입 관통하기 위한 관통 구멍이 형성된 세라믹 히터에 있어서,

상기 관통 구멍은 피가열물을 가열하는 가열면측 직경이 상기 가열면의 반대측 직경보다도 커져 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제3항에 있어서, 상기 관통 구멍은 원주상부와 가열면에 가까워짐에 따라서 직경 증가하는 직경 증가로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 관통 구멍은 가열면측 직경이 상기 가열면의 반대측 직경의 1.2∼10배인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
그 내부에 도전체가 설치된 원판 형상 세라믹 기판의 저면에 세라믹체가 접합된 세라믹 접합체에 있어서,

상기 세라믹체와 상기 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 영역 또는 상기 세라믹체와 상기 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 영역의 중심과, 상기 세라믹 기판의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 접합체.
그 내부에 도전체가 설치된 원판 형상 세라믹 기판의 저면에 원통 형상의 통상 세라믹체가 접합된 세라믹 접합체에 있어서,

상기 통상 세라믹체와 상기 세라믹 기판의 계면에 의해 포위되는 원 중심과, 상기 세라믹 기판의 저면 중심이 3∼200㎛ 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 접합체.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 도전체는 발열체이며, 핫 플레이트로서 기능하는 것을 특징으로 하는 세라믹 접합체.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 도전체는 정전 전극이며, 정전 척으로서기능하는 것을 특징으로 하는 세라믹 접합체.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 직경 250㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 접합체.