KR20060048119A - 히터와 웨이퍼 가열장치 및 히터의 제조방법 - Google Patents

히터와 웨이퍼 가열장치 및 히터의 제조방법 Download PDF

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KR20060048119A
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Abstract

(과제) 본 발명은, 고도의 균열성(均熱性)을 갖고, 그 위에 적재된 웨이퍼 등을 거의 동일하게 가열할 수 있는 히터 및 그것을 사용한 웨이퍼 가열장치 및 그것들의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결수단) 상기 목적을 해결하기 위해서, 본 발명은, 판상체와, 그 판상체의 표면에 형성되어, 저항치를 조절하기 위한 홈부를 갖는 띠형상의 저항발열체와, 상기 판상체의 표면에 형성되어, 상기 홈부의 위치 결정의 기준이 되는 위치 결정 표시부를 구비한 히터로 한다.

Description

히터와 웨이퍼 가열장치 및 히터의 제조방법{HEATER, WAFER HEATING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE HEATER}
도 1은 본 발명의 히터의 단면도이다.
도 2a, 2b는 본 발명의 히터에서의 위치 결정 표시부를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 히터에서의 저항발열체 존을 나타내는 도이다.
도 6a는 본 발명의 히터에서의 저항발열체 존을 나타내는 도이며, 도 6b는 그 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 띠의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 8은 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 단면도이다.
도 10은 종래의 히터에서의 저항발열체의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 히터에서의 저항발열체에 형성한 홈부를 나타내는 것으로, 도 11a는 판상체의 중심측에 홈부를 편재시킨 저항발열체의 평면도이며, 도 11b는 판상체의 외측에 홈부를 편재시킨 저항발열체의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 히터의 저항발열체의 띠에 연속적으로 병행하여 형성된 홈부를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 띠의 일부 단면 사시도이다.
도 14는 종래의 홈부를 나타내는 일부 단면 사시도이다.
도 15는 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 레이저광 트리밍의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 16은 보호층의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 17은 본 발명의 레이저가공 장치를 나타내는 개략도이다.
도 18은 종래의 히터의 단면도이다.
도 19는 종래의 히터에서의 저항발열체를 나타내는 도이다.
도 20은 본 발명의 히터에서의 저항발열체 저항발열체의 확대도이다.
도 21은 종래의 히터에서의 저항발열체의 확대도이다.
도 22는 종래의 히터에서의 저항발열체의 확대도이다.
도 23은 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 단면도이다.
도 24는 종래의 히터에서의 저항발열체를 나타내는 도이다.
도 25는 본 발명의 히터에서의 저항발열체의 확대도이다.
도 26은 본 발명의 히터에서의 저항발열체를 나타내는 평면도이다.
본 발명은, 주로 웨이퍼를 가열할 때에 사용하는 웨이퍼 가열장치에 관한 것으로, 예를 들어 반도체 웨이퍼나 액정장치 또는 회로기판 등의 웨이퍼 상에 박막을 형성하거나, 상기 웨이퍼 상에 도포된 레지스트액을 건조 베이킹하여 레지스트막을 형성할 때에 적합한 히터에 관한 것이다.
반도체의 제조공정에서의, 반도체 박막의 막형성처리, 에칭처리, 레지스트막의 베이킹 처리 등에 있어서는, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼로 약기한다)를 가열하기 위한 세라믹제의 히터가 사용되고 있다.
종래의 반도체 제조 장치는, 복수의 웨이퍼를 일괄하여 가열하는 배치식과, 1장씩 가열하는 매엽식이 있고, 매엽식에는, 온도제어성이 우수하므로, 반도체 소자의 배선의 미세화와 웨이퍼 열처리 온도의 정밀도 향상이 요구됨에 따라, 세라믹제의 히터가 널리 사용되고 있다.
이와 같은 세라믹제의 히터로서, 예를 들어 특허문헌 1이나 특허문헌 2에는, 도 18에 나타내는 바와 같은 세라믹제의 히터가 제안되어 있다.
이 히터(71)는, 판상 세라믹체(72), 금속 케이스(79)를 주요한 구성요소로 한 것으로, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 바닥이 있는 형상의 금속 케이스(79)의 개구부에, 질화물 세라믹이나 탄화물 세라믹으로 이루어지는 판상 세라믹체(72)가 수지제의 단열성 접속부재(74)를 개재시켜 볼트(80)로 고정되고, 그 상면을 웨이퍼(W)를 싣는 적재면(73)으로 함과 동시에, 판상 세라믹체(72)의 하면에, 예를 들어 도 19에 나타내는 바와 같은 동심원상의 저항발열체(75)를 구비한다.
게다가, 저항발열체(75)의 단자부에는, 급전단자(77)가 납땜되어 있고, 이 급전단자(77)가 금속 케이스(79)의 바닥부(79a)에 형성된 리드선 인출용의 구멍(76)에 삽입통과된 리드선(78)과 전기적으로 접속되도록 되어 있었다.
그런데, 이와 같은 히터(71)에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균질한 막을 형성하거나, 레지스트막의 가열 반응 상태를 균질하게 하기 위해서는, 웨이퍼의 온도분포를 균일하게 하는 것이 중요하다. 그 때문에, 지금까지 웨이퍼의 면내의 온도차를 작게 하기 위해서, 저항발열체(75)의 저항분포를 조정하거나, 저항발열체(75)의 온도를 분할제어하는 것이 행하여지고 있다. 그러나, 인쇄법으로 제작한 저항발열체는 막두께가 편차져 설계대로의 저항치를 얻을 수 없다는 문제가 있고, 그래서, 상기 저항분포를 조정하는 방법으로서 특허문헌 3, 특허문헌 4나 특허문헌 5에 기재된 바와 같은 레이저빔으로 홈을 형성하여 저항조정하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 6과 같이 저항발열체를 파상으로 하여, 파상부를 레이저로 트리밍하는 방법이나, 도 10에 나타내는 바와 같이 저항발열체의 띠의 끝단에 레이저로 복수의 홈(m)을 형성하여, 저항조정한 히터에 의해 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 하는 방법이 특허문헌 7에 개시되어 있다.
그러나, 웨이퍼 면내의 온도차는 작아지지만, 웨이퍼(W)의 표면전체에 균질한 막을 형성하기에는 아직 불충분하고, 온도분포를 더욱 균일하게 가열할 수 있는 히터가 요구되어 왔다.
(특허문헌 1) 일본특허공개 2001-203156호 공보
(특허문헌 2) 일본특허공개 2001-313249호 공보
(특허문헌 3) 일본특허공개 2001-244059호 공보
(특허문헌 4) 일본특허공개 2002-141159호 공보
(특허문헌 5) 일본특허공개 2002-151235호 공보
(특허문헌 6) 일본특허공개 2002-043031호 공보
(특허문헌 7) 일본특허공개 2002-203666호 공보
(특허문헌 8) 일본특허공개 2001-297858호 공보
(특허문헌 9) 일본특허공개 2002-083668호 공보
그러나 특허문헌 6이나 특허문헌 7과 같은 방법에서는, 어느 정도 온도분포를 좋게 하는 것은 가능하지만 웨이퍼 표면의 온도차를 0.3℃ 이하로까지 작게 하는 것은 곤란하였다.
또한, 상기 방법으로 형성한 히터는 가열·냉각을 반복하는 동안에 저항치가 변화되고, 그로 인해 웨이퍼 표면의 균열 밸런스가 무너져, 온도차가 커진다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은, 고도의 균열성을 갖고, 그 위에 적재된 웨이퍼 등을 거의 동일하게 가열할 수 있는 히터 및 그것을 사용한 웨이퍼 가열장치 및 히터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 연구를 한 결과, 판상체 상에 형성된 저항발열체에, 홈부와 대응하는 위치에 위치 결정 표시부를 형성함으로써, 이 위치 결정 표시부를 기준으로 하여, 저항치 조절을 위한 홈부를 형성할 수 있어, 홈부를 띠의 소정의 장소에 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 이것에 의해 저항발열체의 전체에 걸쳐 거의 동일한 저항치를 갖는 저항발열체로 할 수 있다는 것을 발견하였다.
또한, 본 발명자들은, 레이저빔을 저항발열체에 조사하면 이 저항발열체내의 도전성 입자가 응집되어 밀도가 저하되고, 레이저를 조사한 홈부의 표면전류가, 홈부가 없는 저항발열체의 표면보다 작아져, 급속한 가열·냉각 사이클을 반복하여도 홈부로부터 크랙이 발생하지 않고, 그 때문에 저항발열체가 단선되어, 저항발열체의 저항이 변화될 우려가 없어 우수한 특성을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.
게다가, 본 발명자들은, 저항발열체에 형성하는 홈부를, 저항발열체의 중앙에 형성함으로써, 또 원형의 판상체의 중심에 대하여 저항발열체의 중심측 또는 외측에 편재시킴으로써, 또 홈부의 단부의 형상을 원호형상으로 함으로써, 또한 홈부를 저항발열체의 축과 수직방향으로 연속해서 나열하여 형성함으로써, 더욱 균열성이 양호한 히터로 할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 제1발명은, 판상체와, 상기 판상체의 표면에 형성되어 있는 띠형상의 저항발열체를 구비하고, 상기 띠형상의 저항발열체가 홈부를 갖고, 상기 판상체가 그 표면에 위치 결정 표시부를 갖고, 상기 위치 결정 표시부가 상기 홈부와 대응하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히터에 있다. 상술한 바와 같이 홈부와 대응하는 위치에 위치 결정 표시부를 형성하여 놓음으로써, 이 위치 결정 표시부를 기준으로 하여 홈부를 형성할 수 있으므로, 홈부를 띠의 소정의 장소에 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 이것에 의해 균열성을 갖는 히터로 할 수 있다.
또, 상기 판상체는 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹은, 내열성을 갖기 때문에, 웨이퍼 등을 고온으로까지 가열할 수 있다.
본 발명에 관련되는 히터는, 위치 결정 표시부가, 띠형상의 저항발열체로부터 측쪽으로 돌출된 볼록부인 것을 특징으로 한다. 이 돌출된 볼록부는 저항발열체에 인접하여 형성된다는 점에서 위치정밀도를 높일 수 있다.
본 발명은, 판상체와, 그 판상체의 표면에 형성되어, 홈부를 갖는 띠형상의 저항발열체를 구비하고, 상기 띠형상의 저항발열체는, 그 저항발열체로부터 측쪽으로 돌출된 볼록부를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2발명은, 상기 저항발열체는, 절연성 조성물과 도전성 조성물과의 복합재로 이루어지고, 상기 홈부의 표면에서의 상기 도전성 조성물의 밀도가, 상기 저항발열체의 내부에서의 도전성 조성물의 밀도보다 작은 히터에 있다. 홈부는 레이저빔을 사용하여 형성하는데, 레이저빔을 조사하면 도전성 입자가 응집되어, 홈부의 표면에서의 밀도가 저하된다. 그 때문에 레이저를 조사한 홈부의 표면전류가, 홈부가 없는 저항발열체의 표면(도전성 입자가 응집되어 있지 않은 부분)보다 작아져 저항발열체를 급속하게 가열하거나 냉각하는 온도 사이클을 반복하여도 홈부의 표면으로부터 크랙이 발생하지 않고, 그 때문에 저항발열체의 저항이 변화되거나 단선될 우려가 없어 뛰어난 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 관련되는 히터는, 홈부의 표면에서의 도전성 조성물의 평균입경이 1∼20㎛인 것이 바람직하다. 도전성 조성물의 평균입경이 1㎛를 하회하면 응력완화의 효과가 작아져, 홈부의 표면으로부터 저항발열체의 내부에 크랙이 증가될 우려 가 있고, 또한, 도전성 조성물의 평균입경이 20㎛를 상회하면 도전성 조성물의 입경이 너무 커서, 도전성 조성물과 절연성 조성물의 계면에서 크랙이 발생할 우려가 있다.
본 발명에 관련되는 히터는, 저항발열체가, 도전성 조성물로 이루어지는 다수의 도전성 입자에 둘러싸인 절연성 조성물을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 다수의 도전성 입자에 둘러싸인 절연성 조성물의 덩어리가 있으면, 레이저광으로 홈부를 형성하면 홈부 표면의 도전성 조성물의 덩어리 지름이 커져 밀도를 저하시킬 수 있어, 홈부 표면의 전류밀도를 저하시킬 수 있고, 그 때문에 크랙의 방지 등을 꾀할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3발명은, 원형상의 판상체 상에, 저항발열체가 동심원상으로 형성되고, 그 저항발열체에는, 그 폭방향의 대략 중앙에 복수의 상기 홈부로 이루어지는 군이 형성되어 있는 히터에 있다. 이와 같이 저항발열체의 적어도 그 일부에 홈부를 형성함으로써, 저항조정부를 형성하여, 저항발열체의 발열량을 조정하는 것에 의해 균열판의 온도를 균일하게 하여 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 할 수 있다.
본 발명의 별도의 실시형태에 관련되는 히터에서는, 저항발열체가, 원형상의 판상체 상에 동심원상으로 형성되고, 홈부가, 저항발열체 상에서의 판상체의 반경방향 내측 또는 판상체의 반경방향 외측에 편재하여 있는 것을 특징으로 한다. 저항발열체를 판상체의 표면에 대칭성 좋게 배치하여도, 저항치를 조정하기 위한 홈부를 저항발열체의 불규칙적인 장소에 형성하면, 홈부의 위치에 따라 미묘하게 저 항발열체의 발열영역이 변화되어, 웨이퍼의 면내 온도차가 커지지만, 이것에 대하여, 저항발열체에 형성하는 홈부를 판상체의 중심측에 편재, 또는 외주측에 편재하도록 형성하면, 대칭성 좋게 홈부를 배치할 수 있어, 저항발열체의 발열영역을 거의 균일한 온도로 유지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 관련되는 히터에서는, 저항발열체가, 그 길이방향을 따라 형성되고, 또한, 길이방향에 대략 수직인 방향으로 나열되는 복수의 홈부로 이루어지는 군을 갖고 있는 것을 특징으로 한다. 히터의 균열성이 양호해져, 승강온 속도를 단축시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 별도의 실시형태에 관련되는 히터에서는, 복수의 홈부 중, 일부의 홈부의 길이가 다른 홈부의 길이와 상이한 것을 특징으로 한다. 각 영역에 형성하는 복수의 홈의 마지막에 형성하는 홈은 다른 홈보다 길이를 짧게 함으로써, 각 영역의 저항치를 더욱 미묘하게 조정할 수 있다.
또한, 복수의 홈부 중, 저항발열체의 폭방향의 외측에 위치하는 홈부의 길이가 다른 홈부의 길이와 상이하도록 형성하여도 좋다. 이와 같은 홈은 띠의 중심에 최초의 홈을 형성하여 그 외측에 좌우 순서로 형성되지만, 마지막의 홈은 다른 홈보다 짧게 그 외측에 형성됨으로써, 미세한 저항조정을 할 수 있다.
본 발명의 별도의 실시형태에 관련되는 히터에서는, 홈부의 단부가 원호형상이다. 냉열 사이클로 저항발열체에 생기는 열팽창차로 생기는 크랙의 발생/증가가 억제되어, 상기 저항변화·이상발열·단선되는 것을 방지할 수 있어, 장기간의 사용에 견딜 수 있다.
상기 히터에 있어서, 홈부의 단부에서의 원호형상 부분의 직경이 상기 홈부의 폭의 0.5∼3배인 것이 바람직하다. 홈부의 원호형상 부분의 직경을 홈부의 폭의 0.5∼3배로 함으로써, 크랙의 발생이 감소되어 바람직하다.
또한, 상기 히터에 있어서, 홈부의 단부에 보호층을 형성하는 것이 바람직하다. 홈부의 단부에서의 크랙의 진행을 억제할 수 있어, 내구성이 더욱 양호해진다.
게다가 본 발명의 별도의 실시형태에 관련되는 히터에서는, 저항발열체가, 그 길이방향을 따라 거의 같은 길이로 형성되고, 또한, 길이방향에 대략 수직인 방향으로 나열되는 복수의 홈부로 이루어지는 군을 복수 갖고, 인접하는 군끼리의 간격이 저항발열체의 폭보다도 작게 형성되어 있다. 이와 같이 함으로써, 저항발열체의 띠의 좌우의 발열량의 변화가 작고, 또한 간격(Gg)의 부분이 홈부로 나누어진 좌우의 띠의 바이패스가 되어 전류의 흐름에 치우침이 없어져 발열이 균일해진다. 한편 간격(Gg)이 상기 띠의 폭(Wh)보다도 큰 경우 그 개소(Gg)의 발열량이 작아져 가열하였을 때에 그 개소가 쿨스폿이 되어, 웨이퍼(W)의 온도가 그 개소만 낮아져 전체의 균열성이 나빠지기 때문에 군(g)과 군(g)의 간격(Gg)은 띠의 폭(Wh)보다도 작은 것이 바람직하다.
상기 히터에 있어서, 상기 인접하는 군끼리의 간격이 1mm 이하인 것이 바람직하다. 1mm 이하이면 전류의 치우침을 방지할 수 있음과 동시에 쿨스폿을 발생시킬 우려가 적다.
본 발명에 관련되는 히터는, 상기 홈부가 레이저에 의해 가공되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. 레이저 광선이면 가는 홈부를 정밀도 좋게 형성하는 것이 용이하여 바람직하다.
본 발명은, 제1항에 기재된 히터에서의 상기 판상체의 한쪽 주면에 복수의 상기 저항발열체를 구비하고, 다른쪽 주면에 웨이퍼를 싣는 적재면을 구비하고, 또한 상기 복수의 저항발열체에 독립하여 전력을 공급하는 급전부와, 그 급전부를 둘러싸는 금속 케이스를 구비하고,
상기 복수의 저항발열체는, 상기 판상체의 중앙부에 형성된 원형의 저항발열체 존과, 그 외측에 동심원상으로 형성된 복수의 둥근 환형의 저항발열체 존으로 이루어지고,
적어도 최외주에 위치하는 상기 원형상의 저항발열체 존은, 상기 동심원에서의 대략 등각의 중심각을 이루는 복수의 직선 상에 위치하는 복수의 상기 위치 결정 표시부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치에 있다. 상술한 히터를 웨이퍼 가열장치로서 사용함으로써, 웨이퍼를 전체면 거의 동일한 열량으로 가열 등을 할 수 있어, 웨이퍼의 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 제4항에 기재된 히터에서의 상기 판상체의 한쪽 주면에 복수의 상기 저항발열체를 구비하고, 다른쪽 주면에 웨이퍼를 싣는 적재면을 구비하고, 또한 상기 복수의 저항발열체에 독립하여 전력을 공급하는 급전부와, 그 급전부를 둘러싸는 금속 케이스를 구비하고,
상기 복수의 저항발열체는, 상기 판상체의 중앙부에 형성된 원형의 저항발열체 존과, 그 외측에 동심원상으로 형성된 복수의 둥근 환형의 저항발열체 존으로 이루어지고,
적어도 최외주에 위치하는 상기 원형상의 저항발열체 존은, 상기 동심원에서의 대략 등각의 중심각을 이루는 복수의 직선 상에 위치하는 복수의 상기 볼록부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치에 있다.
게다가, 본 발명의 제4발명은, 판상체의 한쪽 주면에 형성된 저항발열체에 복수의 홈부를 갖는 히터의 제조방법으로서, 상기 판상체의 한쪽 주면에 상기 저항발열체와 상기 홈부의 위치 결정의 기준이 되는 위치 결정 표시부를 형성하는 공정과, 상기 저항발열체의 일정 구간의 저항치를 측정하는 공정과, 이 측정된 저항치를 소정의 저항치와 비교하여, 상기 일정 구간의 저항치가 상기 소정의 저항치가 되도록, 상기 저항발열체의 상기 일정 구간의 일부에, 상기 위치 결정 표시부를 기준으로 하여 레이저광에 의해 상기 홈부를 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 히터의 제조방법에 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 관련되는 세라믹 히터(1)의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 세라믹 히터(1)에 있어서, 판상체(2)의 한쪽 주면이, 웨이퍼(W)를 싣는 적재면(3)이며, 다른쪽 주면에 저항 발열체(5)가 형성되어, 이 저항 발열체(5)에 급전부(6)가 전기적으로 접속되어, 이 급전부(6)에 급전단자(11)가 접속되어 있다. 이들 급전부(6)를 둘러싸는 금속 케이스(19)가 접속 부재(17)를 개입시켜 판상체(2)의 다른쪽 주면의 주변부에 고정되어 있다.
또한, 웨이퍼 리프트 핀(25)은 판상체(2)를 관통하는 구멍을 통해서 웨이퍼(W)를 상하로 이동시켜 웨이퍼(W)를 적재면(3)에 싣거나 내리거나 할 수 있다. 그 리고, 급전부(6)에 급전단자(11)가 접속되어 외부로부터 전력이 공급되어, 측온소자(27)로 판상체(2)의 온도를 측정하면서 웨이퍼(W)를 가열할 수 있다.
웨이퍼(W)는, 웨이퍼 지지 핀(8)에 의해 적재면(3)으로부터 띄운 상태로 지지되어, 웨이퍼(W)의 편접촉 등에 의한 온도 편차를 방지하도록 하고 있다. 또한, 저항발열체(5)를 복수의 존으로 분할하는 경우, 각각의 존의 온도를 독립적으로 제어함으로써, 각 급전부(6)의 급전단자(11)에 전력을 공급하여, 각 측온소자(27)의 온도가 각 설정치가 되도록 급전단자(11)에 가하는 전력을 조정하여, 적재면(3)에 실은 웨이퍼(W)의 표면온도가 균일해지도록 하고 있다.
본 발명의 세라믹 히터(1)는, 도 2a 나 2b에 나타내는 바와 같이 판상체(2)의 표면에 띠형상의 저항발열체(5)를 구비하고, 이 저항발열체(5)의 띠의 길이방향에 대략 평행한 홈부(m)를 갖고, 띠의 위치 결정 표시부(7)를 구비한 것을 특징으로 한다. 이와 같이 저항발열체(5)의 적어도 그 일부에 저항치 조정을 위한 홈부(m)를 형성함으로써, 저항조정부를 형성하여, 저항발열체(5)의 발열량을 조정함으로써 균열판(100)의 온도를 균일하게 하여 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 작아지도록 하고 있다. 그리고, 저항발열체(5)의 띠의 부분적인 두께의 편차나 폭의 편차로부터 생기는 저항의 차이에 의한 발열량의 미묘한 차이를 조정하기 위해서 저항발열체(5)의 띠에 홈부(m)가 형성되어 있다. 이 홈부(m)는 저항발열체(5)의 띠의 미묘한 치수의 편차를 조정하기 위한 것으로, 홈부의 깊이나 폭이 일정한 것은 물론이지만, 저항발열체(5)의 띠를 소정의 장소에 정밀도 좋게 형성하는 것이 필요하다. 위치 결정 표시부(7)를 기준으로 하여 홈부(m)를 형성하면, 홈부(m)를 띠의 소정의 장소에 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 그리고, 저항발열체(5)의 각 부의 발열량이 조정되어, 예를 들어 웨이퍼(W)의 표면의 전영역에서 온도차 0.3℃ 이하인 세라믹 히터(1)를 제작할 수 있다는 것이 판명되었다.
또한, 위치 결정 표시부(7)는 홈부(m)를 형성하는 위치를 정한다는 점에서, 홈부(m)의 단부의 근방에 존재하는 것이 바람직하다. 이와 같은 위치에 위치 결정 표시부(7)를 형성하면 홈부(m)의 가공 개시 위치의 정밀도가 높아져서 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 띠의 폭의 수십배의 길이의 홈부(m)를 형성하는 경우에는 위치 결정 표시부(7)가 홈부(m)의 종단인 다른쪽 단부의 근방에도 있는 것이 바람직하다. 위치 결정 표시부(7)가 홈부(m)의 다른쪽 단부의 근방에 있으면 홈부(m)를 가공할 시에, 종단의 위치를 정확하게 산출할 수 있다는 점에서 홈부(m)의 위치어긋남이 작아 띠의 각 부의 저항을 정확하게 조정할 수 있다.
또한, 위치 결정 표시부(7)는 저항발열체(5)의 띠에 저항발열에 사용하지 않는 도체로서 형성되고, 이 도체가 상기 띠에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 저항발열에 사용하지 않는 도체란 저항발열체(5)에 있어서, 전류밀도가 평균전류밀도의 1/10 이하의 영역에서, 띠를 따라 전류가 흐르는 방향과 직각인 방향으로 돌출된 부분 등이 해당한다.
통상, 홈부(m)는 레이저빔을 사용하여 형성되는데, 홈부(m)를 상기 띠의 소정의 위치에 정밀도 좋게 형성하기 위해서는, 레이저빔의 조사위치를 결정하기 위한 위치 결정 표시부(7)가 띠에 접하여 있으면 위치 결정 표시부(7)가 홈부(m)에 가장 근접한 위치가 되어 측정오차가 작아져 효율적으로 게다가 위치 정밀도 좋게 홈부(m)를 형성할 수 있다. 위치 결정 표시부(7)는 가능한 한 홈부(m)에 가까운 것이 바람직하고, 띠에 직접 접하여 있는 것이 더욱 바람직하고, 또한 발열특성에 영향을 주지 않는 부위에 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 위치 결정 표시부(7)가 있으면 홈부(m)와 저항발열체(5)의 띠의 위치관계를 정확하게 산출할 수 있어 바람직하다.
지금까지의 종래 기술과 같이, 위치 결정 표시부(7)가 없으면 판상체의 외형을 기준으로 하거나, 저항발열체의 외형을 화상처리하여 위치 결정하는데, 저항발열체(5)의 좌우전후의 미세한 어긋남이나, 저항발열체(5)의 변형이 생긴 경우에, 복수의 홈부(m1, m2, m3···)를 형성하면 홈부가 띠의 외측으로 어긋나거나 소정의 장소에 홈부(m)를 형성할 수 없다는 우려가 있어, 저항조정이 불충분해질 우려가 있었다. 그 때문에, 저항조정하여도 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 작아지지 않을 우려가 있었다. 예를 들어, 판상체(2)로서 판상 세라믹체를 사용하여, 판상 세라믹체의 한쪽 주면을 웨이퍼(W)를 싣는 적재면(3)으로 하여, 그 내부 또는 다른쪽 주면에 띠형상의 저항발열체(5)를 배치하고, 그 띠형상의 저항발열체(5)의 띠는 원호형상의 띠(5i, 5j, 5k, 5m, 5n, 5o, 5p)와 되돌아오는 띠(5q, 5r, 5s, 5t, 5u, 5v)를 연속시켜 저항발열체(5)가 형성되어 있다. 그리고, 이와 같은 저항발열체(5)의 각 부의 띠의 저항을 조정하기 위해서 홈부(m)를 형성하는데, 홈부(m)를 형성할 시에 위치 결정 표시부(7)를 형성하고 있으면 바람직하다. 위치 결정 표시부(7)가, 홈부(m)를 형성하는 띠에 있으면, 위치 결정 표시부(7)를 기준으로 하여 띠에 홈부(m)를 정밀도 좋게 효율적으로 형성할 수 있다는 점에서 바람직하다.
또한, 상기 위치 결정 표시부(7)는 띠형상의 저항발열체(5)로부터 측쪽으로 돌출된 볼록부(7)로 이루어지면 바람직하다. 저항발열체(5)는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 등으로 형성하고, 그 후, 홈부를 레이저빔을 사용하여 형성하는데, 볼록부(7)는 저항발열체(5)에 인접하여 형성된다는 점에서 위치정밀도를 높이는데 있어서 바람직하다. 볼록부(7)의 형상으로서는, 직사각형인 것이 바람직하다. 직사각형이면 종횡 2축을 직선의 외형변에 맞춰 기준으로 할 수 있다는 점에서, 용이하게 기준을 설정할 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 띠로부터 돌출되는 크기는 0.3~2mm이고 폭은 0.05∼0.5mm가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.5~1.5mm 이고 폭은 0.1∼0.3mm이다. 또한, 상기 볼록부(7)의 면적은 0.015∼1.0mm2인 것이 바람직하다. 0.015mm2를 하회하면, 위치 결정 표시부(7)로서 인식하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또한, 1.0mm2를 초과하면 너무 커져 위치정밀도가 떨어질 우려가 있기 때문이다.
원고리 상에 형성된 원호형상의 저항발열체(5)의 띠에 위치 결정 표시부(7)가 접속되어 형성되어 있으면, 위치 결정 표시부(7)를 화상처리 등으로 특정할 때에, 상기 원호를 따라 라인 스캔하여 위치 결정 표시부(7)를 용이하게 검출하는 것이 가능하고, 위치 결정 표시부(7)의 폭을 일정하게 형성함으로써 위치 결정 표시부(7)를 바로 인식할 수 있어, 위치 결정 표시부(7)의 폭을 정하는 변과 위치 결정 표시부(7)의 꼭대기변의 위치로부터 저항발열체(5)를 이루는 띠의 정확한 위치를 특정할 수 있다. 그리고, 이 위치 결정 표시부(7)로부터 띠에 대하여 정확한 위치 에 홈부(m)를 형성하는 것이 가능해진다.
또, 상기 저항발열체(5)는, 절연성 조성물(52)과 도전성 조성물(51)의 복합재로 이루어지고, 상기 홈부(m)의 표면의 도전성 조성물(51)의 밀도가 상기 저항발열체(5)의 내부의 도전성 조성물(51)의 밀도보다 작아지도록 저항발열체(5)를 형성한다.
도 3에 나타내는 바와 같이 저항발열체(5)에 형성하는 홈부(m)의 표면의 도전성 조성물(51a)의 밀도를 상기 저항발열체(5)의 내부의 도전성 조성물(51)의 밀도보다도 작게 함으로써 홈부(m)의 표면의 비(比)저항의 값이 내부의 비저항의 값과 비교하여 커지고, 홈부(m)의 표면에 흐르는 전류가 작아진다. 그 때문에, 표면의 미소 크랙의 성장을 억제할 수 있다.
레이저빔에 의해 홈부(m)를 형성할 때에 홈부(m)의 표면에 미소 크랙이 발생하여, 저항발열체(5)에 통전을 반복하면, 미소 크랙이 성장하여, 저항치의 변화가 생겨, 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커져 균열성을 유지하는 것이 곤란해질 우려가 있지만, 홈부(m)의 표면의 도전성 조성물(51a)의 밀도를 작게 함으로써 미소 크랙의 성장을 방지할 수 있다.
홈부(m)의 표면의 도전성 조성물(51a)의 밀도를 작게 하기 위해서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 저항발열체(5)의 절연성 조성물(52)의 입경을 도전성 조성물(51)의 입경보다도 크게 함으로써 도전성 조성물(51)의 분산에 치우침을 갖게 하거나, 평균입경이 0.5∼1.5㎛의 도전성 조성물(51)을 응집시킨 페이스트를 사용하여 달성할 수 있다. 이와 같이 응집시킨 페이스트를 사용하여 저항발열체(5)를 형성하 여 그것에 레이저광으로 홈부를 형성하면 응집된 도전성 조성물(51)이 적절하게 집합하여 큰 입경의 도전성 조성물을 제작할 수 있다고 생각된다.
상기 도전성 조성물(51)과 절연성 조성물(52)을 사용하여 레이저광으로 홈부(m)를 형성하면 절연성 조성물(52), 및 도전성 조성물(51)이 용융되어 재응고시켜, 홈부(m)의 표면의 도전성 조성물(51a)은 표면장력에 의해 도 3과 같이 큰 원형으로 하는 것이 바람직하다. 원형으로 함으로써 도전성 조성물(51a)과 절연성 조성물(52)의 계면에 생기는 열응력을 완화할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 원형이란 홈부의 표면의 도전성 조성물(51)을 주사현미경으로 관찰하여, 저항발열체의 표면에 직각인 방향으로 환산한 도전성 조성물(51)의 형상에 있어서, 도전성 조성물(51)의 외형에 대하여 외접원과 내접원의 직경(D1, D2)의 차((Dl-D2)/D2)×100이 30% 이내인 것을 원형으로 하였다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터(1)는, 홈부(m)의 표면의 명도가 저항발열체(5)의 표면의 명도보다 작은 것을 특징으로 한다.
홈부(m)를 형성한 저항발열체(5)의 금속현미경 사진을 촬영하고, 그 홈부(m)의 명도가 홈부(m)가 없는 부분의 저항발열체(5)의 명도보다 작은 것이 특징이다.
저항발열체(5)의 홈부(m)의 표면은 도전성 조성물(51)의 밀도가 작다는 점에서, 도전성 조성물(51)에 의한 광의 반사량이 감소하여 홈부(m)가 없는 부분과 비교하여 명도가 저하되어 있다고 생각된다. 홈부(m)의 명도가 작으면 홈부(m)의 표면전류가 홈부(m)가 없는 저항발열체(5)의 표면보다 작아져 저항발열체(5)를 급속하게 가열하거나 냉각하는 온도 사이클을 반복하여도 홈부(m)의 표면으로부터 크랙 이 발생하거나 하여 저항발열체(5)의 저항이 변화되거나 단선될 우려가 없어 뛰어난 특성을 얻을 수 있다.
또한, 홈부(m)의 표면의 도전성 조성물(51)의 평균입경이 1∼20㎛ 인 것이 바람직하다. 이와 같이 홈부(m)의 표면의 도전성 조성물(51)의 입경을 크게 함으로써 도전성 조성물(51)의 수를 감소시켜 표면의 밀도를 작게 할 수 있어 바람직하다. 상기 도전성 조성물(51)의 평균입경이 1㎛를 하회하면 응력완화의 효과가 작아, 홈부(m)의 표면으로부터 저항발열체(5)의 내부에 크랙이 증가될 우려가 있었다.
또한, 상기 도전성 조성물(51)의 평균입경이 20㎛를 상회하면 도전성 조성물(51)의 입경이 너무 커서, 도전성 조성물(51)과 절연성 조성물(52)의 계면에서 크랙이 발생할 우려가 있었다. 더욱 바람직하게는 5∼10㎛이다.
또한, 홈부(m)의 표면에서의 도전성 조성물(51)의 밀도는, 홈부(m)의 표면의 반사 전자현미경 사진으로부터 도전성 조성물(51)이 차지하는 면적비율을 화상해석 등으로 구하여 산출할 수 있다. 또, 저항발열체의 내부에서의 도전성 조성물(51)의 밀도는, 내부 단면의 반사 전자현미경 사진으로부터 도전성 조성물(51)이 차지하는 면적비율을 화상해석 등으로 구하여 산출할 수 있다. 또한, 상기 도전성 조성물(51)의 평균입경은 화상해석하여 구할 수 있다.
또한, 상기 홈부(m)의 도전성 조성물(51)의 밀도를 작게 하기 위해서는, 앞에서도 기술한 바와 같이 다수의 도전성 조성물(51)로 이루어지는 도전성 입자에 둘러싸인 절연성 조성물(52)의 덩어리가 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 절연성 조성물의 덩어리가 있으면, 레이저광으로 홈부(m)를 형성한 경우에, 홈부(m) 표면의 도전성 조성물(51a)의 지름이 커져 밀도를 저하시킬 수 있기 때문이다.
또, 도전성 입자는 금, 백금, 팔라듐, 이리듐, 로듐이나 은, 동, 니켈 등의 금속을 사용할 수 있다. 그리고, 이들의 도전성 입자는 구형상이라면, 절연성 조성물이 되는 유리분말과 혼합하는 것이 용이하여 바람직하다. 절연성 조성물로서는 결정화 유리가 바람직하고, 그 적어도 일부에 Zn, B, Si의 적어도 1종류를 포함한 결정상을 함유하고 있으면 좋다. 유리중에 생성 또는 분산시키는 상기 결정상의 종류로서는, 예를 들어 Zn2SiO4, Zn3B2O6, Zn3(BO3)2, Zn(BO2)2, SiO2 등을 들 수 있다.
그리고, 도전성 입자의 평균 입경은 0.1~5㎛인 것이 바람직하다. 이 평균입경이 0.1㎛를 하회하면 도전성 입자의 입자 지름이 너무 작다는 점에서, 도전성 입자를 절연성 조성물과 충분히 혼합할 수 없기 때문이다. 또 평균 입자 지름이 5㎛를 초과하면, 도전성 입자의 열팽창계수가 절연성 조성물보다 크다는 점에서 계면의 열응력이 너무 커져 도전성 조성물이 열응력으로 파괴될 우려가 있기 때문이다.
또한, 도전성 입자의 평균 입자 지름은 반사 전자현미경으로 1500배의 SEM 사진을 촬영하여 30㎛ 길이의 직선을 2개 그어 그 직선이 횡단한 도전성 입자의 길이를 횡단한 수로 나누어 산출할 수 있다.
또, 절연성 조성물로 이루어지는 덩어리의 평균입경은 3~100㎛인 것이 바람직하다. 3㎛를 하회하면 도전성 조성물과 판상 세라믹체와의 열응력에 대한 내구력이 저하될 우려가 있다. 또, 100㎛를 초과하면 덩어리가 너무 커져, 도전성 조성물 의 전기 저항을 부분적으로 증대시켜, 도전성 조성물에 통전시켰을 때에 부분적으로 발열량이 증대할 우려가 있기 때문이다.
또한, 절연성 조성물로 이루어지는 덩어리의 평균지름은 반사 전자현미경 사진으로부터, 도전성 입자로 둘러싸인 영역을 선택하는 것이지만, 짧은 지름이 도전성 입자의 지름의 3배 이상인 영역을 절연성 조성물의 덩어리로 인식하여, 1500배의 반사 전자현미경 사진에 70㎛의 직선을 그어 그 직선이 횡단한 덩어리의 총 길이를 개수로 나누어 구할 수 있다.
그리고, 절연성 조성물의 덩어리는 그 내부에 절연성 조성물보다 열팽창계수가 큰 입자를 내재시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 덩어리중에 입자를 포함하면 덩어리와의 계면에서 인장응력이 작용하여 덩어리의 강도를 증대시킬 수 있기 때문이라고 생각된다. 그리고, 이 입자의 입자 지름은 덩어리의 직경의 0.1배 정도 이하라면 덩어리의 강도를 증대시키는 효과가 커서 바람직하다.
레이저 트리밍은 통상 대기중에서 실시하므로, 저항발열체(5) 중에 포함되는 도통성분으로서, 내열성 및 내산화성이 양호한 귀금속인 Pt나 Au 또는 이들의 합금을 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 저항발열체(5)로서는 절연층과의 밀착성 및 저항발열체 자체의 소결성을 향상시키기 위해서, 30∼70중량%의 유리성분을 혼합하는 것이 바람직하다.
도 5a는, 판상체(2)의 외주부에 위치하는 상기 저항발열체(5)가 동심원상의 부채꼴형상의 저항발열체(5) 존과, 중심부의 동심원상의 복수의 저항발열체(5) 존으로 이루어지는 것을 나타낸다. 모두 적재면(3)을 균일하게 가열할 수 있는 저항 발열체 존 형상이면 된다. 또한, 도 5b는, 균열성을 개선하기 위해서, 주변부에 4개와 중심부에 4개의 저항발열체 존으로 이루어지는 합계 8개의 저항발열체 존으로 저항발열체(5)를 분할한 도를 나타낸다.
도 6은 도 5b에 나타내는 8개의 저항발열체 존으로 이루어지는 저항발열체(5)의 일례를 나타낸다.
어느 저항발열체(5)의 폭은 1∼20mm이고 두께가 5∼80㎛이고, 스크린 인쇄법으로 형성할 수 있다. 그리고, 띠형상의 저항발열체의 띠의 중심선을 기준으로 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 작아지도록 저항발열체 존 형상이 설계되어 있다.
본 발명의 세라믹 히터(1)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 저항발열체(5)의 띠의 길이방향에 대략 평행하고, 길이가 동등한 복수의 홈부(m1, m2···)로 이루어지는 군(G)을 이루고, 상기 군(G)은 띠의 폭방향의 중앙부에 있는 것을 특징으로 하고 있다. 여기서, 군(G)이 저항발열체(5)의 띠의 중앙부에 있다는 것은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 군(G)의 폭방향의 중심이 상기 띠의 중앙에 있는 것을 나타내는 것으로, 보다 구체적으로는 군(G)의 폭방향의 중심이 띠를 폭방향으로 4등분한 영역의 중앙의 2개의 영역 요컨대 중앙부50%보다 작은 범위에 있는 것을 의미한다.
이와 같이 저항발열체(5)의 적어도 그 일부에 홈부(m)로 이루어지는 군(G)을 형성함으로써, 저항조정부를 형성하여, 저항발열체(5)의 발열량을 조정할 수 있어 균열판(100)의 온도를 균일하게 하여 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 작아지도록 하고 있다.
도 7은 본 발명의 군(G1, G2, G3)의 일례를 나타낸다. 또, 도8은 도7의 X-X 선 단면도를 나타낸다.
도 9와 같은 저항발열체(5)의 길이방향에 수직인 단면도에서는 군(G)으로 나눈 저항발열체(5)의 양측의 저항발열체(5a, 5b)의 단면적이 거의 같아진다. 즉 저항발열체(5a, 5b)의 저항치가 거의 같아진다. 그 때문에 저항발열체(5a, 5b)의 폭방향에서 좌우 대략 균등한 발열량이 되어, 군(G)을 형성하여 저항발열체(5)의 부분적인 저항치의 편차를 조정하여도 저항발열체(5)의 띠의 폭방향의 중심선이 설계위치로부터 크게 변경되지 않고, 설계한 저항발열체(5) 저항발열체 존에 홈부를 형성하여 저항조정함으로써 균열판(100)을 균일하게 가열할 수 있다는 점에서 웨이퍼(W) 면내의 온도차를 작게 할 수 있다.
한편, 도 8이나 도10과 같이 군(G)의 폭방향의 중심이 저항발열체(5)의 폭방향의 중앙으로부터 어긋난 경우, 저항발열체(5)의 띠의 단면적이 큰 면에 큰 전류가 흘러, 그 부분이 발열되기 쉬워진다. 그 때문에 저항발열체(5)의 띠의 폭방향에서 좌우의 발열 밸런스가 무너져 폭방향에서 온도차가 생기지만, 저항발열체(5)의 띠는 판상체(2)에 동심원상으로 형성되어 있는 원호형상의 띠에 대하여, 판상체(2)의 중심으로부터 외측 또는 내측의 어느 하나에 홈부의 군(G)을 형성함으로써 판상체(2)를 중심 대칭으로 가열할 수 있어, 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 할 수 있다.
또한, 저항발열체(5)의 띠의 길이방향에 대략 평행이고, 길이가 동등한 복수의 홈부(m1, m2··)로 이루어지는 군(G)을 이루고, 상기 띠에 상기 군(G)을 복수 구비하고, 상기 군(G1)과 군(G2)과의 간격(Gg)이 상기 띠의 폭(Wh)보다도 작은 것 이 바람직하다.
저항발열체(5)는 스크린 인쇄로 형성된다는 점에서, 저항발열체(5)가 형성될 때에 띠의 두께가 설계두께에 대하여 장소에 따라 변화한다. 그 때문에 판상체(2)의 설정저항과 실제의 저항발열체(5)의 띠의 각 부의 저항치에 어긋남이 발생한다. 그래서, 띠의 각 부의 저항치의 어긋남을 수정하기 위해서는 홈부(m)를 형성하는 것이 유효하지만, 띠를 미세하게 분할하여, 분할한 띠의 저항치를 설계저항치에 근접시키도록 홈부(m)을 필요수 형성한다. 그러나, 분할수가 많아지면 홈부(m)의 형성이나 저항측정에 시간을 필요로 하여, 효율이 현저하게 악화된다. 이 때문에, 분할수는 판상체(2)의 형상이나 발열체 존의 형상을 따라 수십개로 분할된다. 그리고, 그 분할된 띠에 대응하여 연속한 홈부(m)로 이루어지는 군(G)이 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 구간과 구간 사이는 군(G1)과 군(G2)과의 간격(Gg)을 형성하는 것이 바람직하다. 간격(Gg)을 형성함으로써 간격(Gg)에 저항측정용의 단자를 접속하거나 구간의 저항이 용이하게 정확하게 측정 가능해져 저항의 조정이 용이해지기 때문이다. 그리고, 세라믹 히터(1)의 가열면 전체면의 발열량을 조정할 수 있다는 점에서 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 하는 것이 용이해져 바람직하다.
그리고, 군(G1)과 군(G2)과의 간격(Gg)이 저항발열체(5)의 띠의 폭(Wh)보다도 작은 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 간격(Gg)의 띠로 인해 생기는 발열량의 저하에 의한 웨이퍼(W) 온도의 면내온도의 저하를 방지할 수 있어 바람직하다.
한편 상기 간격(Gg)이 상기 띠의 폭(Wh)보다도 큰 경우 그 개소(Gg)의 발열 량이 작아져 가열하였을 때에 그 개소가 쿨스폿이 되어, 웨이퍼(W)의 온도가 그 개소만 낮아져 전체의 균열성이 나빠진다. 그 때문에 군(G)과 군(G)의 간격(Gg)은 띠의 폭(Wh)보다도 작은 것이 바람직하다. 그리고, 이들의 홈부(m)로 이루어지는 군(G)을 저항발열체(5)의 띠를 따라 뛰어난 위치정밀도로 형성하기 위해서는, 이들 군(G)과 군(G)과의 사이에 위치 결정 표시부(7)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 위치 결정 표시부(7)를 기준으로 함으로써, 홈부(m)나 군(G)의 띠에 대한 폭방향의 위치정밀도가 높아져, 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 할 수 있다.
또한, 띠의 폭이 1∼3mm이면 상기 홈부(m)의 군(G)과 군(G)의 간격은 1mm 이하가 바람직하다. 1mm 이하이면 상기 전류의 치우침을 방지할 수 있음과 동시에 쿨스폿을 발생시킬 우려가 적기 때문이다.
또한, 상기 홈부(m)는 레이저빔에 의해 가공하는 것이 바람직하다. 레이저빔은, 빔의 구경을 정확하게 제어하는 것이 가능하고, 구경으로서 5∼100㎛의 사이에서 사용할 수 있다. 바람직하게는 30∼60㎛ 이다. 레이저빔으로서 예를 들어 YAG 레이저를 사용할 수 있다. 파장이 1.06㎛, 펄스주파수 1KHz, 레이저출력 0.1∼2W, 가공속도 1∼20mm/sec로 조사하여 홈부(m)를 가공하는 것이 바람직하다.
또한, 도 6과 같이, 저항발열체(5)가 복수의 저항발열체 존으로 이루어지는 경우에 있어서는, 독립하여 가열할 수 있는 저항발열체(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h)의 각각에 있어서, 그 외측에 위치 결정 표시부(7)를 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 각 저항발열체(5)의 주변에서 판상체(2)의 중심으로부터 등각의 위치에 위치 결정 표시부(7)를 형성하면 개개의 저항발열체(5)를 위치 결정 표시부(7) 의 위치에서 분할하고, 각각의 저항치를 조정함으로써 저항발열체 존내의 저항분포를 조금 조정할 수 있다는 점에서, 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 0.3℃ 이내로 매우 작은 범위 내로 조정한 웨이퍼 가열장치가 가능하다는 점에서 바람직하다.
또한, 군(G)의 폭(Wg)은 저항발열체(5)의 띠의 폭(Wh)의 90% 이내에 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면 통상 미세하고 복잡한 저항발열체(5)는 스크린 인쇄법으로 형성된다는 점에서, 스크린 인쇄법으로 형성된 저항발열체(5)의 단면적은 도 9와 같이 저항발열체(5)의 띠의 폭의 좌우5%의 영역의 두께가 작아져 있기 때문이다. 또한, 레이저빔 등으로 홈부(m)를 형성하지만, 홈부(m)의 크기는 레이저빔의 출력과 조사시간으로 결정되어, 통상 홈부(m)를 가공중에는 출력이나 조사시간은 변경되지 않는다는 점에서, 홈부(m)의 깊이는 거의 동등해진다. 그래서, 주변부의 두께가 작은 영역을 제외한 저항발열체(5)의 띠의 폭의 90% 이내의 개소에 홈부(m)를 형성한 경우, 홈부(m)가 저항발열체(5)를 관통할 우려가 없고, 홈부(m)의 바닥부에 크랙을 발생할 우려가 작아 바람직하다. 그러나 저항발열체(5)의 띠의 폭의 90%를 초과하여 홈부(m)를 형성한 경우, 저항발열체(5)의 양단의 막두께가 얇은 개소에 홈부(m)가 형성된다는 점에서, 홈부(m)가 저항발열체(5)를 관통하거나 레이저빔이 판상체(2)에 조사되어, 미소 크랙이 생길 우려가 있기 때문이다.
또한, 상기 미소 크랙이 발생하면 세라믹 히터(1)에 가열·냉각을 반복하면 웨이퍼(W) 표면의 온도차가 커져 균열성이 나빠질 우려가 있다. 최악의 경우, 판상체(2)가 파괴될 우려가 있다.
또한, 상기 홈부(m)의 군(G)을 이루는 각 홈부(m1, m2··)의 깊이는, 그 홈 부(m)의 폭(Wm)의 20%∼75%의 범위인 것이 바람직하다(홈부 깊이/홈부 폭= 20∼75%). 왜냐하면 20% 미만이면, 1개의 홈부(m)의 형성에 의한 저항치의 변화가 작아 저항치의 조정범위도 작아진다는 점에서 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 충분히 작게 하는 것이 곤란해지기 때문이다.
또한, 홈부(m)의 깊이가 폭(Wm)의 75%를 초과하면, 레이저의 퍼스트펄스의 에너지가 커서 저항발열체(5)의 바닥부에 미소 크랙이 발생하고, 가열·냉각을 반복하면 미소 크랙이 성장하여, 저항발열체(5)의 저항치의 변화가 생기고, 저항치가 변화하면 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커져 균열성을 유지할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터(1)는, 도 11a에 나타내는 바와 같이, 그 저항발열체(5)는 길이방향에 대략 평행한 복수의 홈부(m)를 갖고, 그 홈부(m)를 판상체(2)의 중심측(판상체의 반경방향 내측)에 편재시킨 것을 특징으로 한다. 또는, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 상기 홈부(m)를 판상체(2)의 외주측(판상체의 반경방향 외측)에 편재시킨 것을 특징으로 한다. 저항치를 조정하기 위한 홈부(m)를 저항발열체(5)의 불규칙한 장소에 형성하면, 저항발열체(5)를 판상체(2)의 표면에 대칭성 좋게 배치하였다고 해도, 홈부(m)의 위치에 따라 미묘하게 저항발열체(5)의 발열영역이 변화되어, 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커진다.
이에 대하여, 저항발열체(5)에 형성하는 홈부(m)를 판상체(2)의 중심측에 편재, 또는 외주측에 편재하도록 형성하면, 대칭성 좋게 홈부(m)를 배치할 수 있어, 저항발열체(5)의 발열영역을 거의 균일한 온도로 유지할 수 있기 때문에, 웨이퍼 (W) 면내의 온도차를 0.3℃ 이내로 할 수 있다.
여기서, 홈부(m)가 판상체(2)의 중심측 또는 외주측에 편재시킨다는 것은, 저항발열체(5)의 길이방향에서의 중심선보다 상기 중심측에 근접시켜 홈부(m)를 형성하거나, 또는 상기 외주측에 근접시켜 홈부(m)를 형성하는 것을 의미하고 있다. 또한, 홈부(m)의 폭이 저항발열체(5)의 띠의 폭(짧은길이방향)의 반 이상이면, 홈부(m)는 상기 중심선을 걸치기 때문에 상술한 규정에 반하지만, 이 경우는, 저항발열체(5) 상에서 홈부(m)의 면적을 많이 점유하고 있는 쪽을 편재되어 있는 방향으로 한다. 또한, 하기에서 상세히 설명하겠지만, 홈부(m)가 군(G)을 구성하는 경우라도, 마찬가지로 생각하면 된다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터(1)는, 저항발열체(5)의 띠의 길이방향에 대략 평행하고 또한 상기 띠에 직각인 방향으로 연속한 복수의 홈부(14)를 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 도 12와 같이, 저항발열체(5)에 복수의 홈부(14)를 병렬로 형성함으로써 저항조정 범위를 효율적으로 넓힐 수 있다. 저항발열체(5)의 띠에 직각인 방향으로 연속한 복수의 홈부(14)가 형성되어 있으면, 홈부(14)끼리가 폭방향으로 연결되어 있다는 점에서 띠의 폭에 대하여 최대한의 저항조정을 할 수 있다. 이와 같이 형성되어 있으면 저항발열체(5)의 띠의 저항치를 크게 조정할 수 있어, 대형 웨이퍼(W)의 면내에 대응하여 판상체(2)의 적재면(3)에 형성된 저항발열체(5)의 전체면에 있어서 소정의 저항치로 조정할 수 있다는 점에서, 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 ±0.2℃ 또는 ±0.1℃이내로 매우 작게 할 수 있다.
저항발열체(5)는 스크린 인쇄법으로 형성하므로 미크로로 보면 두께나 폭의 편차가 존재하고, 또 포러스한 조직이 되므로, 저항조정할 수 있는 레벨까지 레이저광으로 홈부를 가공하면, 레이저광으로 가공한 홈부(14)의 바닥부에 크랙이 발생하는 경우가 있어, 이 크랙이 절연층(4)이나 판상체(22)에까지 도달하여 가열냉각시의 열충격에 의해 절연층(4)이나 판상체(22)에까지 도달하게 된다. 특허문헌 8과 같이 레이저가공 개시시에 있어서 레이저광 조사 후에 레이저광의 이동을 시작한 경우나 레이저가공 종료시에 있어서 감속시키면서 정지시키는 경우는, 홈부가공의 깊이 방향에서 레이저광의 조사에너지가 커져, 홈부가 겹치는 부분에서 깊게 형성되어, 절연층(4)까지 레이저광이 도달하여 절연파괴를 발생시키거나, 저항발열체(5)의 홈부(14)의 바닥부로부터 다수의 크랙(17)이 생겨, 가열 냉각 사이클에 의해 크게 저항발열체(5)의 저항이 변화되어, 이상발열, 단선으로 발전할 우려가 있다.
그래서 본 발명의 세라믹 히터(1)의 저항발열체(5)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 저항발열체(5)를 형성하는 띠의 길이방향에 직각인 단면에 있어서, 복수의 홈부(14)의 표면이 매끄러운 요철면을 형성하고 있는 것이 바람직하다. 복수의 홈부(14)의 표면이 매끄러운 요철면을 형성하고 있으면 홈부(14)로부터 저항발열체(5)로의 크랙의 증가나 발생을 억제할 수 있어 바람직하다. 게다가 홈부(14)의 가공에 의한 가공 변형으로부터 생기는 저항발열체(5) 내부의 응력을 완화할 수 있어, 크랙의 증가나 발생을 방지할 수 있다. 또한, 크랙을 방지할 수 있다는 점에서, 크랙 부분에서 발생하는 이상발열을 억제할 수 있어, 균열성이 향상된다. 이것은, 본 발명과 같이 레이저광에 의해 홈부(14)의 가공을 실시하는 경우, 전회의 조사 개소와 부분적으로 겹치는 위치에 다음 조사가 실시되도록 하면, 홈부(14) 사이 의 저항발열체(5)는 용융되어, 전회의 레이저가공에 의해서 생긴 크랙을 제거하는 효과가 있다고 생각된다. 이와 같은 홈부(14)를 형성하기 위해서는, 레이저광의 가공출력과 가공속도를 적정하게 맞출 필요가 있다. 레이저광 발진기와 레이저광을 이동시키는 가동 미러를 동조시켜, 레이저가 1회 조사된 후, 전회의 조사 개소와 부분적으로 겹치는 위치에 다음 조사가 실시되도록 가동 미러가 움직여, 다음 레이저광을 조사하도록 제어하여 개개의 홈부(14)를 형성함과 동시에 복수의 홈부(14)가 연속하도록 홈부(14)를 형성하는 것이 바람직하다.
도 14와 같이 홈부(44)와 홈부(44)가 연속하지 않고 이간되어 있으면 홈부와 홈부 사이에 연속한 사다리꼴형상의 벽(45)이 발생하고, 이 사다리꼴형상의 벽(45)에 크랙이 발생하기 쉽게 되어, 저항발열체(5)를 급속하게 가열하거나 냉각하면 이 사다리꼴형상의 벽(45)이 탈락되어 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 커질 우려가 있어 바람직하지 않다.
또한, 상기 연속된 복수의 홈부(14) 중, 일부의 홈부(14)의 길이가 다른 것과 상이한 것이 바람직하다. 대형 판상체(2)의 전체면을 가열하는 저항발열체(5)를 전체면에 걸쳐 발열량을 조정하기 위해서는, 저항발열체(5)를 50∼200정도의 영역으로 분할하고, 그 분할한 영역의 저항치를 소정의 값에 들어가도록 홈부(14)를 형성하고, 각 분할영역의 발열량을 조정함으로써 웨이퍼(W) 전체면의 온도차를 작게 하도록 조정할 수 있다. 이와 같은 분할영역의 저항치는 미리 정해진 저항치가 되도록 홈부(14)를 형성하는 것이지만, 각 분할영역의 양단의 저항을 직접 촉침을 대어 측정하면서, 홈부(14)를 형성하는데, 레이저가공하면서 저항치를 측정하고 있다 는 점에서, 레이저가공하고 있는 부분의 온도가 상승한 상태의 저항치는, 그 저항발열체(5)의 온도계수에 따라서도 다르지만 상온의 저항치보다 커진다는 점에서, 소정의 저항치로 조정하여도, 상온에서는 저항치가 미묘하게 다를 우려가 있었다. 그래서, 저항발열체(5)의 저항치를 측정하면서 홈부(14)를 복수 형성하여, 소정의 저항치에 근접시킨 상태에서 일단 레이저광의 조사를 정지하여 저항발열체(5)를 상온으로 냉각시킨 후, 저항발열체(5)의 저항치를 측정하여 소정의 저항치와 비교하여 마지막의 홈부(14)를 형성함으로써, 각 영역의 저항치를 정밀도 좋게 조정할 수 있다. 그리고, 각 영역에 형성하는 복수의 홈부(14)의 마지막에 형성하는 홈부(14)는 다른 홈부(14)보다 길이를 짧게 함으로써, 영역의 저항치를 더욱 미묘하게 조정할 수 있다는 점에서 웨이퍼(W)의 표면온도차를 보다 작게 할 수 있어 바람직하다. 또한, 각 영역의 저항치를 조정하기 위해서는 다른 것보다 짧은 홈부(14)를 형성하여 저항조정한 후 재차 레이저광의 조사를 멈춰, 저항발열체(5)의 온도를 상온으로 되돌린 상태에서 저항을 측정하여 더욱 미세한 저항조정을 하기 위한 소정의 길이의 홈부(14)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 각 영역의 저항치를 조정함으로써 각 영역의 저항치를 미세하게 조정하는 것이 가능해져, 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 할 수 있어 바람직하다.
또한, 연속된 복수의 홈부(14)의 외측의 홈부(14)의 길이가 다른 홈부(14)의 길이보다 작은 것이 바람직하다. 그것은, 홈부(14)는 띠의 중심에 형성하는 것이 저항발열체(5)의 전체의 대칭성이 변화될 우려가 적어 바람직하기 때문이다. 그리고 이와 같은 홈부(14)는 띠의 중심에 최초의 홈부(14)를 형성하고 그 외측에 좌우 순서로 형성되는데, 마지막의 홈부(14)는 다른 홈부(14)보다 짧게 그 외측에 형성됨으로써, 미세한 저항조정을 달성할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터(1)에 있어서, 저항발열체(5)는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 띠의 길이방향에 대략 평행한 홈부(14)를 가짐과 동시에, 그 홈부(14)의 단부가 원호형상인 것을 특징으로 한다.
상기 원호형상은, 홈부(14)의 단부의 형상의 곡율반경을 크게 하여, 응력이 완화된다는 점에서 단부로부터 크랙이 발생하기 어려운 것을 특징으로 하는 것으로, 이 때, 단부의 선단을 따르는 원호의 직경이 홈부의 폭의 0.5∼3배이면 크랙의 발생이 적어 바람직하다. 또한, 상기 원호형상은, 홈부(14)의 폭을 형성하는 2개의 외형선이 연결되는 폐곡선으로 표시되고, 이 폐곡선은, 상기 원호형상의 직경을 상기 2개의 외형선의 단부간 거리로서 원호를 그린 것이다. 더욱 구체적으로는 상기 직경은 최소제곱법 등에 의해 산출할 수 있다.
한편으로, 저항발열체(5)는 스크린 인쇄법으로 형성하므로 미크로하게 보면 두께 편차가 존재한다는 점에서, 저항발열체(5)에 홈부가공을 실시하여 저항치를 조정할 필요가 있다. 그 홈부가공에는 레이저광을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 홈부의 단부에서의 레이저광의 주사스피드가 크면, 홈부의 단부가 예각으로 뾰족해져 저항발열체(5)에 크랙이 발생할 우려가 있다. 그러나, 레이저광의 펄스 빔과 가공위치를 동기시켜, 레이저광의 1개의 펄스광이 조사시키는 시간 조사 위치를 어긋나게 하지 않도록 동기시키면, 홈부의 단부를 원호형상으로 매끄러운 형태를 형성할 수 있다는 점에서 홈부의 단부에 열응력이 집중되는 일이 없어 크랙이 발생 할 우려가 없어져 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 세라믹 히터(1)의 제조방법에 관해서 설명한다.
본 발명의 세라믹 히터(1)는, 레이저광에 의해 홈부(14)를 형성한 후, 그 홈부(14)를 형성한 저항발열체(5)의 저항치를 측정하여, 소정의 저항치와 비교하여, 상기 저항발열체가 소정의 저항치가 되도록 레이저광에 의해 상기 홈부(14)를 따라 새로운 홈부(14)를 형성하는 것이 바람직하다. 레이저광에 의해 홈부(14)를 형성한 저항발열체(5)의 저항치를 측정하고, 소정의 저항치와 비교하는 컴퍼레이터를 구비하여, 소정의 저항치가 되도록 레이저광에 의해 상기 홈부(14)를 따라 새로운 홈부(14)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 레이저광에 의해 홈부(14)를 형성한 저항발열체(5)의 저항치를 측정하고, 그 저항치를 컴퍼레이터로 비교하여 소정의 저항치가 되어 있지 않으면, 재차 소정의 저항치가 되도록 레이저광에 의해 상기 홈부(14)를 따라 새로운 홈부(14)를 형성함으로써 각 영역의 저항치를 소정의 저항치에 넣을 수 있다는 점에서, 웨이퍼(W) 면내의 온도차를 보다 작게 할 수 있어 바람직하다.
또한, 저항발열체(5)의 양단의 저항치를 측정하면서, 레이저광에 의해 홈부를 형성하여 상기 저항치를 조(粗)조정하는 공정과, 레이저광을 상기 저항발열체(5)에 조사하지 않은 상태에서 상기 저항치를 측정하는 공정과, 재차 소정의 저항치가 되도록 상기 홈부(14)를 따라 상기 홈부(14)보다 짧은 홈부(14)를 형성하는 공정으로 이루어지는 것이 바람직하다. 저항발열체(5)의 양단의 저항치를 측정하면서, 소정의 저항치가 되도록 홈부(14)를 연속하여 형성하면 단시간에 홈부(14)를 가공할 수 있어 바람직하다. 그러나, 레이저광을 조사하면서 저항측정을 실시하면 저항발열체의 일부가 가열되고 있다는 점에서 저항발열체(5)의 저항이 크게 측정될 우려가 있어 정확한 정밀도로 저항조정할 수 없다. 그래서, 보다 미세하게 정확하게 저항조정하기 위해서는 레이저 조사를 멈추고, 홈부(14)를 형성한 후에 저항발열체(5)의 저항치를 측정하는 것이 중요하고, 게다가 이 저항치는 상온에서 측정하는 것이 중요하다. 앞에 기술한 것처럼 레이저광을 조사한 상태에서는 저항발열체의 온도가 부분적으로 높아지고 있다는 점에서 측정저항치가 커질 우려가 있어, 정확한 저항치를 측정하는 것이 곤란하지만, 레이저광의 조사를 멈추고, 저항발열체(5)의 온도를 상온으로 하여 저항을 측정함으로써 보다 정확한 저항치를 구할 수 있다. 덧붙여 이 레이저광의 조사를 정지하는 시간은 100ms 정도 있으면 저항발열체(5)의 온도는 상온으로 되돌아갈 수 있어, 정확한 저항치를 측정할 수 있다. 그리고, 이 정확한 저항치에 근거하여 홈부(14)의 길이를 짧게 조정한 홈부(14)를 형성함으로써 미소한 저항조정을 실시할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 저항발열체의 레이저광에 의한 트리밍공정에 관해서 보다 상세히 설명한다.
레이저광에 의한 가공량은 출력과 가공부분의 조사시간의 곱으로 결정되는 것으로, 가공속도를 변경하면 총체적으로 가공량이 변동된다. 덧붙여, 이 홈부(14)의 가공은, 레이저광 파장이 1.06㎛의 YAG 레이저광을 사용하여, 트리밍속도를 5∼20mm/sec로 설정하여 실시한 것이다. 출력은, 약 0.5W, 스폿지름은 약 60㎛이다. 레이저광에 의한 가공에 있어서, 절연층(4) 상의 저항발열체(5)를 가공하는 경우, 레이저광의 출력을 조정하여 형성한 홈부(14)의 깊이는 저항발열체(5)의 두께의 2/3 정도로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 저항발열체(5)를 완전히 관통하도록 레이저출력을 조정하면, 저항발열체(5)에는 두께의 편차가 있기 때문에, 저항발열체(5)의 두께가 얇은 개소에서는, 절연층(4)까지 레이저광이 도달하여 절연층(4)이 절연파괴를 일으킬 우려가 있다. 또한, 저항발열체(5)를 두께 방향으로 얕게 홈부(14)를 가공하도록 레이저 출력을 조정하면, 레이저가공으로 조정할 수 있는 저항치의 범위가 작아져, 가공하는 홈부(14)의 개수가 늘어, 레이저가공 공정에 걸리는 시간이 길어져, 작업효율이 나빠진다.
본 발명에서의 레이저 트리밍은, 미리, 띠형상의 저항발열체(5)를 소정의 길이마다 4단자법으로 저항치를 측정하여, 목표로 하는 저항치와의 차를 연산하여 구한다. 구해진 차를 부위마다 레이저 트리밍 장치에 입력한다. 도 17에 나타내는 바와 같이 가동 미러(29)를 구비한 레이저광 발진기(25)와, 띠형상의 저항발열체(5)를 구비한 판상체(2)를 싣기 위한 가동테이블을 구비하고, 레이저광 발진기로부터 발한 레이저광을 저항발열체(5)의 띠에 목표로 하는 저항치와의 차분을 조사하여, 상기 홈부(14)를 형성하는 공정에서, 고정테이블에 가동 미러(29)를 개재하여, 레이저광을 조사하여 띠형상의 홈부(14)를 형성할 수 있다. 레이저광의 파장이 1.06㎛의 YAG 레이저광을 사용하고, 스폿지름은 약 60㎛이다. 본 발명의 레이저가공에 있어서는, 사전에, 1포인트에 조사할 수 있는 조사시간, 요컨대, 펄스의 회수를 규정하여 놓는다. 이것은, 상술한 바와 같이 저항발열체(5)를 관통하여, 절연층(2)을 파괴하지 않을만한 파워로 레이저가공 조건으로서 설정할 필요가 있기 때문이다. 여기서, 레이저의 조사시간, 출력, 가동 미러(29)의 타이밍이 어긋나면, 장시간 1개소에 레이저광이 조사되어, 홈부(14)의 바닥면의 주변에 다수의 크랙이 생기거나, 또는, 레이저광을 조사하면서 이동하기 때문에 홈부가공 바닥면이 깊어 예각이 되는 경우가 생긴다. 또한, 저항발열체(5)의 구성성분이 바뀌면, 이 가공조건도 변경된다. 여기서, 레이저광 발진기(25)의 펄스레이저광과 가동 미러(29)의 회전이 동기하고 있고, 레이저광이 1회 조사된 후, 전회 가공장소와 부분적으로 겹치는 장소에 조사하도록 가동 미러(29)가 움직여, 다음 레이저를 조사하도록 제어되어 있는 것이 바람직하다.
레이저의 가공위치와 가공하는 길이는 사전에, X, Y축의 좌표데이터, 진행 각도 데이터, 거리 데이터로서 등록되어 있고, 판상체(2)를 가동테이블(34)의 위에 놓고, 도면에 나타내지 않은 위치맞춤용 포인트의 좌표를 카메라(26)로 판독하여, 가공 개시 위치/정지 위치를 결정한다.
레이저광 발진기(25)로부터 발진된 레이저광은, 가공위치에 조사되도록 제어된 가동 미러(29)를 개재시켜, 판상체(2) 상의 저항발열체(5)에 홈부(14)를 가공한다. 가동 미러를 개재시켜 조사되는 레이저광의 도달거리로부터 가공면적은 제한되기 때문에, 가동테이블(34) 상에서 판상체(2)를 순차 이동시켜, 판상체(2) 상의 저항발열체(5)의 띠 전체에 홈부(14)를 가공하여, 저항치를 조정할 수 있다. 요컨대, 목표로 하는 저항치와의 차에 근거하여, 저항치를 측정하면서, 레이저광을 조사하여 소정의 길이마다, 저항발열체를 잘라내 복수의 홈부를 형성하여, 소정의 저항치가 될 때까지 재차, 복수회 저항치의 조정이 실시되기 때문에, 본 발명의 세라믹 히터(1)는, 연속한 복수의 홈부의 일부의 홈부의 길이가 다른 것을 특징으로 하고 있고, 또한, 이 연속한 복수의 홈부의 외측의 홈부의 길이가 다른 홈부의 길이보다 짧고 작은 것을 특징으로 하고 있는 바와 같이, 가공과 측정에 의한 확인을 반복하기 때문에, 저항치 편차의 적산을 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
저항조정된 판상체(2)는 세정 후, 타부품과 합쳐서 세라믹 히터(1)로 조립된다. 판상체(2) 전체의 온도가, 1분간에 350℃로 될 만한 전압을 인가하여, 3분간 유지한 후, 6kg/mm3, 80L/min의 에어로, 2분에 40℃ 이하로 강제냉각하는 냉열사이클을 5000사이클 가하여, 그 전후의 홈부(14)를 형성한 띠의 부분의 저항치변화를 조사하였다. 그 때의 저항변화가 초기치와 비교하여, 5% 이내인 것은 실용이 가능하지만, 5%를 초과하는 것은 실용적이지 않다. 저항변화가 5%를 초과하면, 국소발열이 발생하여, 세라믹 히터(1)의 균열이 무너진다. 또한, 저항발열체(5)의 저항치의 변화에 의해, 세라믹 히터의 출력의 밸런스가 무너지는데다, 웨이퍼(W)가 적재되는 경우, 웨이퍼(W)의 가열에 불균일이 생기게 된다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 급전부(6)와 도통단자(7)의 접속수단을 탄성체(8)에 의한 압압으로 하고 있기 때문에, 판상체(22)와 지지체(11)의 온도차에 의한 양자의 팽창의 차를 접촉부분의 미끄럼으로 완화할 수 있으므로, 사용중의 열사이클에 대하여 양호한 웨이퍼 가열장치(1)로 할 수 있다.
또한, 이들의 웨이퍼 가열장치(1)를 레지스트막 형성용으로서 사용하는 경우는, 판상체(2)로서 질화물을 주성분으로 하는 재료를 사용하면, 대기중의 수분 등 과 반응하여 암모니아 가스를 발생시켜 레지스트막을 열화(劣化)시키기 때문에, 이 경우 판상체(2)로서, 탄화규소나 탄화붕소 등의 탄화물로 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 때, 소결보조제에 물과 반응하여 암모니아나 아민을 형성할 가능성이 있는 질화물을 포함하지 않도록 하는 것이 필요하다.
탄화물 또는 질화물 등의 세라믹을 사용하여, 저항발열체를 동심원상으로 분할형성한 복수의 패턴을 레이저광에 의해 홈부를 형성하는 트리밍으로 저항조정하여, 이것에 통전함으로써 가열하는 세라믹 히터를 사용한 웨이퍼 가열장치를 탑재한 반도체 제조 장치는, 레지스트의 가열·건조 등의 처리시간이 짧고, 가열 온도 정밀도의 향상, 웨이퍼 처리 시간의 단축을 달성하여, 장치의 런닝 코스트 저감을 실현하여, 웨이퍼(W) 상에 미세한 배선을 고밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 홈부(m)의 단부를 원호형상으로 형성하는 세라믹 히터(1)에 관한 제조방법에 있어서는, 레이저가공 개시시에 레이저광의 이동속도를 빠르게 하도록 가공한 경우, 레이저광이 조사된 채로 이동하기 때문에, 홈부가공단부(15)의 원호의 직경이 홈부의 폭의 0.5배 미만이 되어, 그 상태에서 통전가열, 강제냉각을 반복하면, 저항발열체(5)의 팽창수축의 응력이 홈부 단부에 집중하여, 홈부의 단부로부터 크랙(17)이 생겨, 저항이 변화된다. 그리고, 최종적으로는, 이상발열·단선될 우려가 있다. 또한, 마찬가지로 레이저가공 종료 직전에도 발생한다.
따라서, 상기 원호형상의 홈부가공단부(15)를 형성하기 위해서, 레이저광의 가공출력과 가공속도를 적정하게 맞출 필요가 있지만, 레이저광 발진기와 레이저광을 이동시키는 가동 미러를 동기시켜, 레이저광의 펄스광이 1회 조사된 후, 전회의 조사개소와 부분적으로 겹치는 위치에 다음 조사가 실시되도록 가동 미러가 움직여, 다음 레이저광을 조사하도록 제어되어 있는 것이 바람직하다.
나아가서는, 레이저가공시에는, 항상 레이저광 조사부에 공기 등의 가스를 분사하여, 분사된 가스를 흡기하는 것이 바람직하다. 이것은, 가공시에 발생하는 소손 연기, 가공찌꺼기에 의해 레이저반사 미러의 표면이 오염되어, 레이저광의 출력, 스폿지름 등이 변동된 결과, 홈부가공단부(15)의 원호의 직경이 홈의 폭의 0.5배 이하가 되어, 그 상태에서 통전가열, 강제냉각을 반복하면, 저항발열체(5)의 팽창수축의 응력이 홈부 단부에 집중되어, 홈부의 단부로부터 크랙(17)이 생겨, 저항변화되어, 이상발열·단선될 우려가 있다.
나아가서는, 특허문헌 9와 같이 레이저 트리밍 전에 연삭에 의해 저항발열체의 두께 조정을 실시한 경우, 저항발열체는 유리질을 포함하기 때문에, 연삭에 의해 포러스 개소가 크랙을 갖는 빈 구멍으로 남아, 저항변화되어, 이상발열·단선될 우려가 있다.
여기서, 레이저광의 출력을 파라미터로 하여 트리밍을 설명하였는데, 레이저광에 의한 가공량은 출력과 가공부분의 조사시간의 곱으로 결정되는 것으로, 가공속도를 변경하면 총체적으로 가공량이 변동된다. 덧붙여, 이번 평가는, 레이저광파장이 1.06㎛의 YAG 레이저광을 사용하고, 트리밍속도를 2∼20mm/sec로 설정하여 실시한 것이다. 출력은, 약 0.5W, 스폿지름은 약 50㎛이다.
레이저광에 의한 가공에 있어서, 절연층(4) 상의 저항발열체(5)를 가공하는 경우, 레이저광의 출력을 조정하여 형성한 홈부(14)의 깊이는 저항발열체(5)의 두 께의 1/4∼5/6정도로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 저항발열체(5)를 완전히 관통하도록 레이저출력을 조정하면, 저항발열체(5)에는 두께의 편차가 있어, 저항발열체(5)의 두께가 얇은 개소에서는, 절연층(4)까지 레이저광이 도달하여 절연층(4)이 절연파괴를 일으킬 우려가 있다. 또한, 저항발열체(5)를 두께 방향으로 얕게 홈부(14)를 가공하도록 레이저출력을 조정하면, 레이저가공으로 조정할 수 있는 저항치의 범위가 작아져, 가공하는 홈부(14)의 개수를 늘릴 필요가 있어, 레이저가공 공정에 걸리는 시간이 길어지기 때문에, 작업효율이 나빠진다.
또한, 홈부가공시에는, 저항발열체(5)에 크랙(17)이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하지만, 저항발열체(5)에 홈부가공 방향으로 생기는 크랙(17)의 개수를 가공홈부의 단부 1개소당 5개 이하로 하면, 양호한 내구성을 유지할 수 있다는 것을 발견하였다. 6개 이상에서는, 저항변화가 커져, 미소한 온도변화에 응답할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 내구평가에서, 크랙(17)의 길이는 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 16에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 가열장치(1)는, 저항발열체(5) 상의 홈부가공단부(15)에 보호층(16)을 형성하면, 크랙(17)의 진행을 억제하는 효과가 발생하여, 내구성이 더욱 양호해진다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 열충격이 가장 심한 에어분출구(12) 부근 일대의 상기 저항발열체(5) 상에도 보호층(16)을 형성하면, 더욱 내구성이 우수한 세라믹 히터가 된다. 이것은, 열충격으로 발생하는 크랙(17)을 방지함과 동시에, 고압의 에어류에 의한 저항발열체(2)의 침식을 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 저 항발열체(5)의 일부는 보호층(16)으로 덮이는 일 없이 노출되어 있는 것이 바람직하다. 이것은, 저항발열체(5)가 노출되어 있으면 냉각시 에어를 개재시켜 저항발열체(5)로부터 열의 방출이 가능해지기 때문이다. 또한, 저항발열체(5)의 일부란, 에어분출구(12)에 의한 냉각효과를 받기 어려운 보호층(16)으로부터 노출되어 있는 부분을 나타내고 있다.
본 발명의 레이저가공에 있어서는, 사전에, 1점에 조사할 수 있는 조사시간, 요컨대, 펄스의 회수를 규정하여 놓는다. 이것은, 상술한 바와 같이 저항발열체(5)를 관통하여, 절연층(4)을 파괴하지 않을만한 파워로 레이저가공 조건으로서 설정할 필요가 있기 때문이다. 여기서, 레이저의 조사시간, 출력, 가동 미러(29)의 타이밍이 어긋나면, 장시간1개소에 레이저광이 조사되어 가공단부(15)의 주변에 다수의 크랙이 생기거나, 또는, 레이저광을 조사하면서 이동하기 때문에 가공단부(15)가 예각으로 되는 경우가 생긴다. 또한, 저항발열체(5)의 구성성분이 바뀌면, 이 가공조건도 변경된다.
여기서, 레이저광 발진기(18)의 펄스레이저광과 가동 미러(29)의 회전이 동기하고 있고, 레이저광이 1회 조사된 후, 전회 가공장소와 부분적으로 겹치는 장소에 조사하도록 가동 미러(29)가 움직여, 다음 레이저를 조사하도록 제어되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 레이저의 가공위치와 가공하는 길이는 사전에, X, Y축의 좌표데이터, 거리데이터로서 등록되어 있고, 판상체(2)를 가동테이블(20)의 위에 놓고, 도면에 나타내지 않은 위치맞춤용 포인트의 좌표를 화상검출장치로 판독하여, 가공개시위 치/정지위치를 결정한다. 또한, 가동테이블(20)의 상부에 있어서, 레이저가공시는 항상 가스분사구(21)와 배기구(23)를 구비하여 레이저광의 조사면의 소손연기나 가공찌꺼기 등의 더스트를 제거하고 있다. 이것은, 가공시에 발생하는 소손연기, 가공찌꺼기에 의해 가동 미러(29)의 표면이 오염되어, 레이저광의 출력이 변동하는 것을 방지하기 위해서이다.
한편으로, 급배기가 이루어지지 않으면, 가공시에 발생하는 소손연기, 가공찌꺼기에 의해 레이저반사 미러의 표면이 오염되어, 레이저광의 출력, 스폿지름 등이 변동된 결과, 홈부가공단부(15)의 원호의 직경이 홈부의 폭의 0.5배 미만이 되어, 그 상태에서 통전가열, 강제냉각을 반복하면, 저항발열체(5)의 팽창수축의 응력이 홈부 단부에 집중되어, 홈부의 단부로부터 크랙(17)이 생겨, 저항변화되어, 이상발열·단선될 우려가 있다.
레이저광 발진기(18)로부터 발진된 레이저광은, 가공위치에 조사되도록 제어된 가동 미러(29)를 개재시켜, 판상체(2) 상의 저항발열체(5)에 홈부(14)를 가공한다. 가동 미러를 개재시켜 조사되는 레이저광의 도달거리로부터, 가공면적은 제한되기 때문에, 가동테이블(20)로 판상체(2)를 순차 이동시켜, 판상체(2) 상의 저항발열체(5)의 띠 전체에 홈부(14)를 가공하여, 저항치를 조정할 수 있다.
레이저가공의 공정은, 이하의 순서로 실시된다. 미리, 띠형상 저항발열체(5)를 소정의 길이마다의 저항치를 측정하여, 목표로 하는 저항치와의 차를 데이터로서 레이저가공기에 입력한다. 그 데이터에 근거하여, 저항치를 측정하면서, 저항치를 올려, 저항치의 조정이 실시된다.
저항조정된 판상체(2)는 세정후, 타부품과 합쳐서 세라믹 히터(1)로 조립된다. 또한, 탄화붕소질 소결체로서는, 주성분의 탄화붕소에 대하여, 소결보조제로서 탄소를 3∼10중량% 혼합하여, 2000∼2200℃에서 핫 프레스 소성함으로써 소결체를 얻을 수 있다.
그리고, 질화붕소질 소결체로서는, 주성분의 질화붕소에 대하여, 소결보조제로서 30∼45중량%의 질화알루미늄과 5∼10중량%의 희토류원소 산화물을 혼합하여, 1900∼2100℃에서 핫 프레스 소성함으로써 소결체를 얻을 수 있다.
또한, 판상체(2)를 형성하는 질화알루미늄질 소결체는, 주성분의 질화알루미늄에 대하여, 소결보조제로서 Y2O3나 Yb2O3 등의 희토류원소 산화물과 필요에 따라 CaO 등의 알칼리토류 금속산화물을 첨가하여 충분히 혼합하여, 평판형상으로 가공한 후, 질소가스중1900∼2100℃에서 소성함으로써 얻어진다.
또한, 탄화붕소질 소결체로서는, 주성분의 탄화붕소에 대하여, 소결보조제로서 탄소를 3∼10중량% 혼합하여, 2100∼2200℃에서 핫 프레스 소성함으로써 소결체를 얻을 수 있다.
또, 판상체(2)를 형성하는 질화규소질 소결체로서는, 주성분의 질화규소에 대하여, 소결보조제로서 3∼12중량%의 희토류원소 산화물과 0.5∼3중량%의 Al2O3, 또한 소결체에 포함되는 SiO2량으로서 1.5∼5중량%가 되도록 SiO2를 혼합하여, 1650∼1750℃에서 핫 프레스 소성함으로써 소결체를 얻을 수 있다. 여기서 나타내는 SiO2량이란, 질화규소원료중에 포함되는 불순물산소로부터 생성되는 SiO2와, 다른 첨가물에 포함되는 불순물로서의 SiO2와, 분위기로부터의 영향을 포함시켜 의도적으로 첨가한 SiO2의 총합이다.
또한, 판상체(2)의 온도는, 판상체(2)에 그 선단이 매입된 열전대(10)에 의해 측정한다. 열전대(10)로서는, 그 응답성과 유지 작업성의 관점에서, 외경 1.0mm 이하의 시스형의 열전대(10)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 판상체(2)에 매입된 선단부에 힘이 가해지지 않도록 열전대(10)의 도중이 지지부(7)의 판상 구조부(13)에 지지되어 있다. 이 열전대(10)의 선단부는, 판상체(2)에 구멍이 형성되고, 이 속에 설치된 원통형상의 금속체의 내벽면에 스프링재에 의해 압압고정하는 것이 측온의 신뢰성을 향상시키기 위해서 바람직하다.
또한, 이들의 웨이퍼 가열장치(1)를 레지스트막 형성용으로서 사용하는 경우는, 판상체(2)로서 질화물을 주성분으로 하는 재료를 사용하면, 대기중의 수분 등과 반응하여 암모니아 가스를 발생시켜 레지스트막을 열화시키기 때문에, 이 경우 판상체(2)로서, 탄화규소나 탄화붕소 등의 탄화물로 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 이 때, 소결보조제에 물과 반응하여 암모니아나 아민을 형성할 가능성이 있는 질화물을 포함하지 않도록 하는 것이 필요하다. 이것에 의해, 웨이퍼(W) 상에 미세한 배선을 고밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
한편, 탄화규소질 소결체를 판상체(2)로서 사용하는 경우, 반도전성을 갖는 판상체(2)와 저항발열체(5)와의 사이의 절연을 유지하는 절연층(4)으로서는, 유리 또는 수지를 사용하는 것이 가능하다. 여기서, 유리를 사용하는 경우, 그 두께가 100㎛ 미만에서는 내전압이 1.5kV를 하회하여 절연성을 유지할 수 없고, 반대로 두께가 600㎛를 초과하면, 판상체(2)를 형성하는 탄화규소질 소결체와의 열팽창차가 너무 커지기 때문에, 크랙이 발생하여 절연층(4)으로서 기능하지 않게 된다. 그 때문에, 절연층(4)으로서 유리를 사용하는 경우, 절연층(4)의 두께는 100㎛∼600㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 200㎛∼350㎛의 범위로 형성하는 것이 좋다.
이 절연층(4)을 형성하는 유리의 특성으로서는, 결정질 또는 비정질의 어느 것이라도 좋고, 내열온도가 300℃ 이상이고 또한 0℃∼300℃의 온도역에서의 열팽창계수가 판상체(2)를 구성하는 세라믹의 열팽창계수에 대하여 -5∼+5×10-7/℃의 범위에 있는 것을 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 열팽창계수가 상기 범위를 벗어난 유리를 사용하면, 판상체(2)를 형성하는 세라믹과의 열팽창차가 너무 커지기 때문에, 유리의 베이킹 후의 냉각시에 있어서 크랙이나 박리 등의 결함이 생기기 쉽기 때문이다.
절연층(4)을 유리로 형성하는 경우, 유리분말을 적당한 바인더, 분산제, 유기용제와 혼합, 혼련함으로써 페이스트를 작성하여 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 절연층(4)에 수지를 사용하는 경우, 그 두께가 30㎛ 미만에서는, 내전압이 1.5kV를 하회하여, 절연성을 유지할 수 없게 됨과 동시에, 저항발열체(5)에 레이저광으로 홈부(14)를 형성하였을 때에 절연층(4)을 손상시킬 우려가 있고, 그 흠집에 의해 절연층(4)으로서 기능하지 않게 된다. 반대로 두께가 150㎛를 초과하면, 수지의 베이킹시에 발생되는 용제나 수분의 증발량이 많아져, 판상체(2)와의 사이에 부풀음이라고 불리는 거품형상의 박리부가 생기고, 이 박리부의 존재로 인해 열전달이 나빠지기 때문에, 적재면(3)의 균열화가 저해된다. 그 때문에, 절연층(4)으로서 수지를 사용하는 경우, 절연층(4)의 두께는 30㎛∼150㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 60㎛∼150㎛의 범위로 형성하는 것이 좋다.
또한, 절연층(4)을 수지에 의해 형성하는 경우, 300℃ 이상의 내열성과 저항발열체(5)와의 밀착성을 고려하면, 폴리이미드 수지, 폴리이미드아미드 수지, 폴리아미드 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또, 유리나 수지로 이루어지는 절연층(4)을 판상체(2) 상에 피착하는 수단으로서는, 상기 유리 페이스트 또는 수지 페이스트를 판상체(2)의 중심부에 적량 떨어뜨려, 스핀코팅법으로 펴서 균일하게 도포하거나, 또는 스크린 인쇄법, 디핑법, 스프레이코팅법 등으로 균일하게 도포한 후, 유리 페이스트의 경우는 800℃의 온도에서, 수지 페이스트의 경우는 400℃ 이상의 온도에서 베이킹하면 좋다. 또한, 절연층(4)으로서 유리를 사용하는 경우, 미리 탄화규소질 소결체 또는 질화알루미늄질 소결체로 이루어지는 판상체(2)를 1200℃ 정도의 온도로 가열하여, 절연층(4)을 피착하는 표면을 산화처리하여 둠으로써, 유리로 이루어지는 절연층(4)과의 밀착성을 높일 수 있다.
또한, 저항발열체(5)의 위에 형성하는 보호층(16)은 결정화유리로 이루어지고, 그 적어도 일부에 Zn, B, Si의 적어도 한 종류를 포함한 결정상을 함유하는 것 이 바람직하다. 유리중에 생성 또는 분산시키는 상기 결정상의 종류로서는, 예를 들어 Zn2SiO4, Zn3B2O6, Zn3(BO3)2, Zn(BO2)2, SiO2 등을 들 수 있다.
보호층(16)은, 냉각가스가 저항발열체(5)에 직접 분사되는 것을 방지함과 동시에, 이들의 결정상은 유리층을 미세한 블록으로 세분화하게 되므로, 그리피스 플로우에 의한 크랙의 성장을 방지하여 유리 자체의 강도를 향상시킬 수 있다. 이 결과, 보호층(16)이 없는 것에서는 2000사이클 정도에서 50℃∼350℃의 반복 내구시험으로 단선되었던 저항발열체(5)의 수명을 20000사이클까지 연장할 수 있게 된다. 또한, 결정상을 포함하는 유리상은, Pb, B, Bi, Sb 등을 적절히 함유시킴으로써 베이킹 온도를 저감시키는 것이 가능해진다.
유리를 결정화시키는 방법으로서는, 예를 들어 일단 유리층을 용융 생성시킨 후, 그 유리층을 결정핵 생성 온도 부근에서 일단 1시간 정도 유지시켜, 결정핵을 충분히 생성시킨 후, 결정생성온도까지 승온시켜 유리를 결정화시키는 방법이 있다.
결정화에 의해 생성되는 결정의 양을 측정하는 것은 어렵지만, 유리의 명도(L*)를 측정함으로써, 결정화의 정도를 간접적으로 측정할 수 있다. 이 결과, 적어도 유리의 투명감이 없어지는 정도, 즉 명도(L*)를 40 이상으로 하면, 양호한 결정화를 달성할 수 있어 바람직하다.
또, 보호층(16)의 명도(L*)의 측정은, JIS Z 8729 (L*a*b*표색계)에 근거하여, 분광분석계로 명도(L*)를 측정한다.
생성되는 결정층이 바늘형상 결정이면, 섬유강화에 의해 보호층(16)의 강도를 향상시켜, 크랙의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 만약 유리중에 미소 크랙이 발생하였다고 해도, 생성된 결정이 크랙의 진전을 멈추는 효과를 기대할 수 있다.
보호층(16)에 사용하는 유리로서는, 700℃ 정도의 낮은 온도에서 베이킹이 가능하고, 또한 열팽창율이 판상체(2)의 열팽창계수에 대하여 O.5∼1.5×10-6/℃의 범위인 것이 필요하다. 일반적으로, 유리의 열팽창율과 유리의 베이킹 온도의 관계는 부(負)의 상관이 있어, 열팽창계수를 내리려고 하면 베이킹 온도가 높아지고, 베이킹 온도를 내리려고 하면 열팽창계수가 높아지는 경향이 있다. 따라서, 열팽창계수와 베이킹 온도를 동시에 목표 레벨로 하는 것은 대단히 어렵다.
그래서, 예를 들어, Zn2SiO4, Zn3B2O6, Zn3(BO3)2, Zn(BO2)2, SiO2와 같은 저열팽창계수의 결정상을 유리중에 석출 또는 분산시켜, 외관의 유리의 열팽창계수를 내리는 것이 바람직하다. 또한, PbO, B2O3, Bi2O3, Sb2O3는 어느 쪽인가 하면 결정화하지 않고, 유리중에 잔류되어 유리의 융점을 내리는 효과가 있다. 또한, 이들의 성분은 유리의 열팽창계수를 증대시키지 않고 베이킹 온도를 저감할 수 있는 기능을 가진 성분이다. 또한, 유리중의 결정상에 관해서는, 특히 유리상으로부터 석출되는 것에 한정하지 않고, 상기와 같은 결정을 유리중에 혼합하여 베이킹 처리함으로써 유리중에 혼재시키는 수법을 사용하여도 상관없다.
저열팽창계수의 결정상으로서는, β-유클립타이트와 같이 부의 열팽창계수를 가지는 결정상도 있지만, 이 결정상은 결정중에 포함되는 Li 이온이 저항발열체(5) 에 인가되는 전압에 의해 이동하여 내구성에 영향을 줄 우려가 있기 때문에, β-유클립타이트 이외의 결정층으로 하는 것이 바람직하다.
또, 보호층(16)에 함유되는 유리중의 결정상의 동정은, X선 회절(리가쿠덴키사제)에 의해 동정하였다. 또한, 유리의 전이점 및 연화점의 측정은, 시차(示差)주사 열량분석계를 사용하여, 온도를 상승시키면서 열의 출입을 측정하여, 베이스라인의 최초의 흡열 시프트부분의 점근선의 교점을 유리 전이점으로 하고, 그 다음에 출현하는 완만한 발열피크의 양측의 점근선의 교점을 연화점으로 하였다.
또한, 상기 보호층(16)의 열팽창계수가 판상체(2)의 열팽창계수에 대하여 -0.5∼+2.O×10-6/℃의 범위로 되는 것이 바람직하다. 이것은, 본 발명은 세라믹으로 이루어지는 판상체(2)의 한쪽 주면을 웨이퍼 적재면(3)으로 하여, 다른쪽 주면에 산화막과, 유리로 이루어지는 절연층(4)을 이 순서로 구비하고, 그 절연층(4) 상에 저항발열체(5), 그 저항발열체(5) 상에 보호층(16)을 구비하고 있기 때문에, 절연층(4), 저항발열체(5) 및 보호층(16)의 열팽창계수는 판상체(2)에 가까울수록 50℃∼350℃의 반복 내구시험에서의 수명을 늘리게 되기 때문이다.
특히, 판상체(2)가 탄화규소인 경우, 보호층(16)의 열팽창계수가 3.4∼6.9×10-6/℃이면, 50℃∼350℃의 반복 내구시험에 있어서의 수명을 200000사이클까지 연장시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
또한, 보호층(16)의 유리 부분의 연화점이 절연층(4)을 형성하는 유리의 전이점보다도 낮아지도록 함으로써, 보다 강고한 보호층(16)과 절연층(4)과의 접합강 도가 얻어져, 50℃∼350℃의 반복 내구시험에서의 수명을, 220000사이클 이상으로 연장시킬 수 있다.
또한, 보호층(16)의 유리 부분의 연화점을 저항발열체(5)에 포함되는 유리의 연화점 이하로 함으로써, 보호층(16)의 베이킹 온도를 저항발열체(5)의 베이킹 온도보다 낮게 할 수 있어, 저항발열체(5)중에 보호층(16)의 유리성분의 침입을 억제하는 것이 가능해졌다. 그것에 의해 베이킹시에서의 저항변화량을 억제할 수 있어, 반도체 제조 장치용의 세라믹 히터로 대표되는 균일한 온도분포를 필요로 하는 세라믹 히터의 제작이 가능해졌다. 나아가서는 저항발열체(5)중에 보호층(16)의 유리성분의 침입을 억제함으로써, 저항발열체(5)의 금속성분과 유리성분의 균일한 분산상태가 유지되어, 50℃∼350℃의 반복 내구에서의 수명의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 보호층(16)의 막두께에 관해서는 10∼500㎛의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 보호층(16)의 막두께가 10㎛ 미만의 경우에는, 보호층(16)의 표면에 핀홀로 대표되는 외관불량이 발생한다. 또한 보호층(16)의 막두께가 500㎛를 초과하는 경우에는, 특히 유리는 열전도율이 낮기 때문에, 판상체(2)의 급속승강온에서 볼 때 바람직하지 않다.
또한, 보호층(16)은 상기 결정화유리 등을 포함하는 분말을 페이스트형상으로 하여, 스크린 인쇄법에 의해 적절히 형성할 수 있다.
본 발명의 세라믹 히터(1)의 그 밖의 구성에 관해서 더욱 상세히 설명한다. 판상체(2)의 내부 또는 주면에 형성된 띠형상의 저항발열체(5)의 형태가, 도 11에 나타내는 바와 같이 거의 동일 선폭을 갖는 원호형상의 띠(5i∼5p)와 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v)를 연속시켜 대략 동심원상으로 구성하고 있다. 즉, 저항발열체(5)는 거의 등간격으로 대략 동심원을 구성하도록 배치한 반경이 다른 원호형상의 띠(5i∼5p)와, 반경방향으로 인접하는 원호형상의 띠(5i∼5p)끼리를 접속하여 직렬 회로를 형성하는 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v)로 이루어지고, 원호형상의 띠(5i, 5j)의 단부를 급전부(6)로 하고 있다. 그 때문에, 원호형상의 띠(5i)와 원호형상의 띠(5j), 원호형상의 띠(5k)와 원호형상의 띠(5m), 원호형상의 띠(5n)과 원호형상의 띠(5o), 및 원호형상의 띠(5p)가 각각 원을 구성하도록 배치되고, 각 원이 동심원상으로 배치되어 있다는 점에서, 저항발열체(5)를 발열시키면, 적재면(3)의 온도분포를 중심으로부터 둘레가장자리부를 향하여 동심원상으로 분포시킬 수 있다.
또한, 반경방향으로 인접하는 원호형상의 띠(5i, 5j)와 원호형상의 띠(5k, 5m), 원호형상의 띠(5k, 5m)와 원호형상의 띠(5n, 5o), 원호형상의 띠(5n, 5o)와 원호형상의 띠(5p)와의 거리(L4, L5, L6)를 각각 거의 등간격으로 배치하고 있다는 점에서, 각 원호형상의 띠(5i∼5p)에서의 단위체적당의 발열량을 같게 할 수 있기 때문에, 적재면(3)에서의 반경방향의 발열 불균일을 억제할 수 있다.
게다가, 동일원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q)와 되돌아오는 소원호형상의 띠(5r), 되돌아오는 소원호형상의 띠(5s)와 되돌아오는 소원호형상의 띠(5t), 되돌아오는 소원호형상의 띠(5u)와 되돌아오는 소원호형상의 띠(5v)와의 각 거리(L1, L2, L3)는, 반경방향으로 인접하는 원호형상 저항발열체 존(5i∼5p) 사이의 각 거리(L4, L5, L6)에 대응하여 작게 하는 것이 중요하다.
즉, 적재면(3)의 균열성을 높이기 위해서는, 원호형상의 띠(5i∼5p) 뿐만아니라, 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v)에서의 단위체적당의 발열량도 같게 할 필요가 있어, 통상 동일원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v) 사이의 거리(L1, L2, L3)는, 반경방향으로 인접하는 원호형상의 띠(5i∼5p) 사이의 거리(L4, L5, L6)와 같은 거리가 되도록 설계되지만, 이와 같은 저항발열체 존형상으로는 원호형상의 띠(5i∼5p)와 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v)와의 되돌아오는 부(P5)의 주변의 발열밀도가 작아지기 때문에, 되돌아오는 부(P5)의 외측의 온도가 저하되어, 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커져 균열성이 손상되게 된다. 이것에 대하여, 본 발명은 동일원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v) 사이의 각 거리(L1, L2, L3)를, 반경방향으로 인접하는 원호형상의 띠(5i∼5p) 사이의 각 대응하는 거리(L4, L5, L6)보다 작게 하고 있다는 점에서, 되돌아오는 부(P5)의 발열량이 상대하는 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v)에서의 발열로 보충되고, 되돌아오는 부(P5)에서의 온도저하를 억제할 수 있기 때문에, 적재면(3)에 실은 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 할 수 있어, 균열성을 높일 수 있다.
특히, 원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v) 사이의 거리(L1, L2, L3)를, 반경방향으로 인접하는 원호형상의 띠(5i∼5p) 사이의 각 대응하는 거리(L4, L5, L6)의 30%∼80%로 하면, 적재면(3)에서의 균열성을 가장 높일 수 있다. 더욱 바람직하게는 L1, L2, L3의 각각은 대응하는 L4, L5, L6의 40∼60%이면 좋다.
또한, 본 발명의 저항발열체(5)는 원호형상의 띠(5i∼5p)와 되돌아오는 소원호형상의 띠(5q∼5v)로 이루어짐으로써, 종래의 사각형의 되돌아오는 저항발열체와 비교하여 에지부에 과도한 응력이 작용할 우려가 적고, 세라믹 히터(1)를 급격하게 온도상승이나 저하하여도 판상체(2)나 저항발열체(5)가 파손될 우려가 작아져 신뢰성이 높은 세라믹 히터(1)를 제공할 수 있다.
또한, 상기 저항발열체(5)는 판상 세라믹체에 매설된 경우에는 효과가 큼과 동시에, 판상체(2)의 다른쪽 주면에 띠형상의 저항발열체(5)를 배치한 경우에도 동일한 효과가 있다. 특히, 다른쪽 주면에 띠형상의 저항발열체(5)가 형성된 경우에는 그 저항발열체(5)의 위에 오버코트한 절연막이 형성된 경우에 판상체(2)나 저항발열체(5)가 파손되는 것을 방지하는 효과가 커서 바람직하다.
또한, 상기 저항발열체는, 동심원상으로 독립하여 가열할 수 있는 복수의 발열체로 이루어지고, 동심원상의 최외주의 저항발열체의 띠와 그 내측의 띠와의 간격이, 상기 최외주의 독립한 저항발열체를 제외한 저항발열체의 동심원상의 띠의 간격보다 작은 것을 특징으로 한다. 이와 같이 저항발열체(5)를 형성함으로써, 판상체(2)의 외주부로부터 보다 많이 방산되는 열의 보충이 용이해져, 웨이퍼(W) 면의 주변의 온도저하를 방지할 수 있다는 점에서 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터(1)는, 웨이퍼(W)의 적재면(3)에 대응하여 동심원의 3개의 원형상의 저항발열체 존(4)으로 분할하는 것이 보다 바람직하다. 원판형상의 웨이퍼(W)의 표면을 균일하게 가열하기 위해서는 웨이퍼(W) 주변의 분위기나 웨이퍼(W)에 대항하는 벽면이나 가스의 흐름의 영향을 받지만, 원판형상의 웨이 퍼(W)의 표면온도를 편차지지 않게 하기 위해, 웨이퍼(W)의 주위나 상면의 대항면이나 분위기 가스의 흐름은 웨이퍼(W)에 대하여 중심대칭이 되도록 설계되어 있기 때문이다. 웨이퍼(W)를 균일하게 가열하기 위해서는 웨이퍼(W)에 대하여 중심대칭인 상기 환경에 맞춘 세라믹 히터(1)가 필요하고, 적재면(3)을 중심대칭으로 분할하여 저항발열체 존(4)을 형성하는 것이 바람직하다.
특히, 300mm 이상의 웨이퍼(W)의 표면온도를 균일하게 가열하기 위해서는 동심원의 원형상의 저항발열체 존은 3개인 것이 바람직하다.
도 5a 는 본 발명의 저항발열체 존(4)을 나타낸다. 저항발열체 존(4)은, 판상체(2)의 한쪽 주면에 복수의 저항발열체 존(4)을 구비하고, 중심부에 원형의 저항발열체 존(4a)과, 그 외측의 동심원의 3개의 원고리 내에 저항발열체 존(4b, 4cd)과, 저항발열체 존(4eh)을 구비한다. 웨이퍼(W)의 균열성을 개선하기 위해서, 저항발열체(5)를 4개의 저항발열체 존에 대응하여 분할하고 있다.
또한, 본 발명의 상기 세라믹 히터(1)의 중심부의 저항발열체 존(4a)의 외경(D1)은 외주부의 저항발열체 존(4eh)의 외경(D)의 20∼40%이고, 그 외측의 저항발열체 존(4bc)의 외경(D2)은 외주부의 저항발열체 존의 외경(D)의 40∼55%이고, 최외주의 저항발열체 존의 내경(D3)은 최외주의 저항발열체 존의 외경(D)의 55∼85%로 하면 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 할 수 있어 바람직하다.
또한, 외주부의 저항발열체 존(4eh)의 외경(D)이란, 판상체(2)의 다른쪽 주면에 평행한 투영면에서 보아, 상기 저항발열체 존(4eh)을 구성하는 저항발열체(5eh)를 둘러싸는 외접원의 직경이다. 또한, 마찬가지로 저항발열체 존(4b)의 외경 (D2)이란, 상기 저항발열체 존(4b)을 구성하는 저항발열체(5b)에 외접하는 원의 직경이다. 또한, D3은, 저항발열체(5cd)에 내접하는 원의 직경이다. 또한, 외접원은 급전부에 접속하는 저항발열체의 돌출부는 제외하고 동심원상의 원호를 따라 구할 수 있다.
외경(D1)이 D의 20% 미만에서는 중심부의 저항발열체 존(4a)의 외경이 너무 작다는 점에서, 저항발열체 존(4a)의 발열량을 크게 하여도, 저항발열체 존(4a) 의 중심부의 온도가 오르지 않아 중심부의 온도가 저하될 우려가 있기 때문이다. 또한, 외경(D1)이 40%를 초과하면 중심부의 저항발열체 존(4a)의 외경이 너무 크다는 점에서, 중심부의 온도를 올렸을 때에 저항발열체 존(4a)의 주변부의 온도도 올라가, 저항발열체 존(4a)의 주변부의 온도가 너무 높아질 우려가 있기 때문이다. 또한, 바람직하게는, 외경(D1)은 D의 20∼30%이고, 더욱 바람직하게는, 외경(D1)은 D의 23∼27%로 함으로써 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 더욱 작게 할 수 있다.
또한, 외경(D2)이 외경(D)의 40% 미만에서는, 세라믹 히터(1)의 주변부가 냉각되기 쉽다는 점에서, 웨이퍼(W) 주변의 온도 저하를 막으려고 저항발열체 존(4cd)의 발열량을 증대시켰을 때에, 웨이퍼(W)의 중심에 가까운 저항발열체 존(4cd)의 내측의 온도가 높아져, 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커질 우려가 있었다.
또한, 외경(D2)이 외경(D)의 55%를 초과하면, 웨이퍼(W) 주변의 온도 저하를 막으려고 저항발열체 존(4cd)의 발열량을 크게 하여도, 저항발열체 존(4cd)의 온도는 오르지만, 웨이퍼(W) 주변의 온도 저하의 영향이 저항발열체 존(4b)에 미쳐, 저항발열체 존(4b)의 외측의 온도가 낮아질 우려가 있었다. 바람직하게는, 외경(D2) 이 외경(D)의 41%∼53%이고, 더욱 바람직하게는43∼49%으로 하면 웨이퍼(W)의 면내 온도차는 더욱 작게 할 수 있었다.
또한, 외경(D3)이 외경(D)의 55% 미만에서는, 세라믹 히터(1)의 주변부가 냉각되기 쉽다는 점에서, 웨이퍼(W) 주변의 온도 저하를 막으려고 저항발열체 존(4eh)의 발열량을 증대시켰을 때에, 웨이퍼(W) 의 중심에 가까운 저항발열체 존(4eh)의 내측의 온도가 높아져, 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커질 우려가 있었다. 또한, 외경(D3)이 외경(D)의 85%를 초과하면, 웨이퍼(W) 주변의 온도 저하를 막으려고 저항발열체 존(4eh)의 발열량을 크게 하여도, 저항발열체 존(4eh)의 온도는 오르지만, 웨이퍼(W) 주변의 온도 저하의 영향이 저항발열체 존(4cd)에 미쳐, 저항발열체 존(4cd)의 외측의 온도가 낮아질 우려가 있었다. 바람직하게는, 외경(D3)이 외경(D)의 65%∼85%이고, 더욱 바람직하게는67∼70%로 하면 웨이퍼(W)의 면내 온도차는 더욱 작게 할 수 있었다.
또한, 상기와 같이 복수의 저항발열체(5)로 이루어지는 세라믹 히터(1)는, 주위의 환경으로부터 생기는 좌우전후의 미묘한 비대칭성이나, 대칭인 발열체의 두께 편차를 보정할 수 있음과 동시에, 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 보다 작아진다는 것을 알 수 있었다.
도 5b는, 본 발명의 세라믹 히터(1)의 저항발열체 존(4)의 일례를 나타낸다. 3개의 원형상의 저항발열체 존(4b, 4cd, 4eh) 중, 가장 내측의 저항발열체 존(4b)은, 원고리로 이루어지는 저항발열체 존(4b)이고, 그 외측의 저항발열체 존(4cd)은, 원고리를 원주방향으로 2등분한 2개의 부채꼴형상의 저항발열체 존(4c, 4d)이 고, 그 외측의 저항발열체 존(4eh)은, 원고리를 원주방향으로 4등분한 4개의 부채꼴형상의 저항발열체 존(4e, 4f, 4g, 4h)으로 이루어져 있는 것이 웨이퍼(W)의 표면온도를 균일하게 하는데 있어서 바람직하다.
상기 세라믹 히터(1)의 각 저항발열체 존(4a∼4g)은 독립하여 발열할 수 있고, 각 저항발열체 존(4a∼4g)에 대응하여 저항발열체(5a∼5g)를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
그러나, 존(4a)과 존(4b)은 세라믹 히터(1)의 외부환경이기도 한 설치장소가 빈번하게 변경이 없으면 병렬 또는 직렬로 접속하여 하나의 회로로서 제어할 수도 있다. 이와 같은 구성으로 하는 것은, 존(4a와 4b) 사이에 소정의 간격을 설정할 수 있다는 점에서, 웨이퍼(W)를 들어 올리는 리프트 핀이 관통하는 관통구멍을 설치할 수 있다는 점에서 바람직하다.
또한, 원형상의 저항발열체 존(4cd, 4eh)은 각각 방사방향으로 2분할, 4분할하였지만, 이것에 한정하는 것은 아니다.
도 5b의 저항발열체 존(4c, 4d)의 경계선은 직선이지만, 반드시 직선일 필요는 없고, 파선이어도 좋으며, 저항발열체 존(4c, 4d)이 동심원의 발열체존의 중심에 대하여 중심대칭인 것이 바람직하다.
마찬가지로, 저항발열체 존(4e와 4f, 4f와 4g, 4g와 4h, 4h와 4e)의 각각의 경계선도 반드시 직선일 필요는 없고, 파선이어도 좋으며, 동심원의 발열체존의 중심에 대하여 중심대칭인 것이 바람직하다.
상기 각 저항발열체(5)를 인쇄법 등으로 제작하고, 저항발열체(5)의 띠는 1 ∼5mm의 폭으로 두께가 5∼50㎛로 형성하는 것이 바람직하다. 한번에 인쇄하는 인쇄면이 커지면 인쇄면의 좌우나 전후에서 스퀴지(squeezee)와 스크린과의 사이의 압력의 차이로부터(차이로 인해의 의미) 인쇄두께가 일정해지지 않을 우려가 생긴다. 특히, 저항발열체(5)의 크기가 커지면, 저항발열체(5)의 좌우전후의 두께가 달라 설계한 발열량이 편차질 우려가 있었다. 발열량이 편차지면 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커켜 바람직하지 않다. 이 저항발열체의 두께의 편차로부터 생기는 온도 편차를 막기 위해서는, 하나의 저항발열체로 이루어지는 외경이 큰 개개의 저항발열체(5)를 분할하는 것이 유효하다는 것이 판명되었다.
그래서, 웨이퍼(W) 적재면(3)의 중심부를 제외한 동심원형상의 저항발열체 존(4cd)은 좌우로 2분할하고, 더욱 큰 원형상의 저항발열체 존(4eh)은 4분할함으로써 저항발열체 존(4)에 있는 저항발열체(5)의 인쇄하는 크기를 작게 할 수 있다는 점에서, 저항발열체(5)의 각 부의 두께를 균일하게 할 수 있고, 또한 웨이퍼(W)의 전후좌우의 미묘한 온도차를 보정하여 웨이퍼(W)의 표면온도를 균일하게 할 수 있다. 또한, 더욱 각 저항발열체(5)의 띠의 저항치를 미조정하기 위해서는, 저항발열체를 따라, 레이저 등으로 긴 홈부(m)를 형성하여 저항치를 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 6에 나타내는 저항발열체(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h)의 저항발열체 존은 각각 되돌아오는 저항발열체 존으로 이루어진다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터(1)는, 판상체(2)의 한쪽 주면에 저항발열체(5)를 구비한 세라믹 히터(1)로서, 도 6에 나타내는 바와 같이 판상체(2)의 외주부에 위치하는 상기 저항발열체(5e, 5f, 5g, 5h)는 판상체(2)의 중심으로부터 먼 부위는 동심원상을 한 원호형상의 띠(51)와 이들과 연속하여 연결되어 있는 연결 저항발열체 존인 소원호형상의 띠(52)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 저항발열체(5)에 전력을 공급하는 급전부(6)와, 그 급전부(6)를 둘러싸는 금속 케이스(19)로 이루어지고, 상기 판상체(2)의 다른쪽 주면에 웨이퍼 가열면을 구비하고, 다른쪽 주면에 평행한 투영면에서 보아, 상기 저항발열체(5)의 외접원(C)의 직경(D)이 상기 판상체(2)의 직경(DP)의 90∼97%인 것이 바람직하다.
저항발열체(5)의 외접원(C)의 직경(D)이 판상체(2)의 직경(DP)의 90%보다 작으면, 웨이퍼를 급속하게 승온하거나 급속하게 강온시키는 시간이 커져 웨이퍼(W)의 온도응답특성이 떨어진다. 또한, 웨이퍼(W)의 주변부의 온도를 내리지 않도록 웨이퍼(W)의 표면온도를 균일하게 가열하기 위해서는, 직경(D)은 웨이퍼(W)의 직경의 1.02배 정도가 바람직하다는 점에서, 웨이퍼(W)의 크기에 대하여 판상체(2)의 직경(DP)이 커져, 균일하게 가열할 수 있는 웨이퍼(W)의 크기가 판상체(2)의 직경(DP)에 비교하여 작아져, 웨이퍼(W)를 가열하는 투입 전력에 대하여 웨이퍼(W)를 가열하는 가열효율이 나빠진다. 또한, 판상체(2)가 커진다는 점에서 웨이퍼 제조장치의 설치면적이 커져, 최소의 설치면적으로 최대의 생산을 할 필요가 있는 반도체 제조 장치의 설치면적에 대한 가동율을 저하시켜 바람직하지 않다.
저항발열체(5)의 외접원(C)의 직경(D)이 판상체(2)의 직경(DP)의 97%보다 크면 접촉부재(17)와 저항발열체(5)의 외주와의 간격이 작아 저항발열체(5)의 외주부로부터 열이 접촉부재(17)에 불균일하게 흐르고, 특히, 외주부의 외접원(C)에 접하 는 원호형상 저항발열체 존(51)이 존재하지 않는 부분으로부터도 열이 흘러, 외주부의 원호형상 저항발열체 존(51)이 판상체(2)의 중심부로 굽어져 있다는 점에서 저항발열체(5)를 둘러싸는 외접원(C)을 따라 원호형상 저항발열체 존(51)의 결락하는 부분(P)의 온도가 저하되어 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 크게 할 우려가 있다. 보다 바람직하게는, 저항발열체(5)의 외접원(C)의 직경(D)이 판상체(2)의 직경(DP)의 92∼95%이다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 판상체(2)와 금속 케이스(19)의 외경이 거의 동등하고 판상체(2)를 아래로부터 금속 케이스(19)가 지지하는 경우, 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 작게 하기 위해서는, 저항발열체(5)의 외접원(C)의 직경(D)이 판상체(2)의 직경(DP)의 91∼95%이고, 더욱 바람직하게는92∼94%이다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터(1)에 있어서, 예를 들어 도 6의 저항발열체(5)의 외접원(C)과 접하는 원호형상 저항발열체 존(51)과, 그 원호형상의 띠(51)와 연속하여 연결된 연결 저항발열체 존인 소원호형상의 띠(52)를 구비하고, 상기 외접원(C)의 일부에 상기 원호형상의 저항발열체 존이 없는 공백역(P)의 간격(L1)이, 상기 판상 세라믹체의 직경(DP)과 상기 외접원(C)의 직경(D)과의 차(이하, LL로 약기한다)보다 작은 것이 바람직하다. 간격L1이 LL보다 크면 공백역(P)의 열이 판상 세라믹체의 주변부로 흘러 공백역(P)의 온도가 내려갈 우려가 있다. 그러나, 간격L1이 LL보다 작으면 공백역(P)의 온도가 내려가기 어려워 판상체(2)의 적재면(3)에 실은 웨이퍼(W)의 주변부의 일부의 온도가 저하되지 않고 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 작아져 바람직하다.
상기 공백역(P)의 온도를 내리지 않기 위해서는, 공백역의 온도를 올릴 필요가 있고, 공백역을 가열하는 연결 저항발열체 존(52)의 저항을 동등하거나 또는 약간 크게 하여 발열량을 증대시키면, 공백역(P)의 온도가 내려갈 우려가 작아져, 웨이퍼(W)의 면내온도가 균일해져 바람직하다. 인쇄법 등으로 작성한 저항발열체(5)가 면형상인 경우, 원호형상 저항발열체 존(51)의 선폭(Wp)보다 연결 저항발열체 존인 소원호형상의 띠(52)의 선폭(Ws)을 1∼5% 작게 함으로써 연결 저항발열체 존(52)의 저항을 크게 할 수 있고, 연결 저항발열체 존인 소원호형상의 띠(52)의 온도를 원호형상 저항발열체 존(51)의 온도보다 높임으로써 웨이퍼(W)의 면내온도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 판두께가 1∼7mm인 판상체(2)의 한쪽 주면측을, 웨이퍼를 싣는 적재면(3)으로 함과 동시에, 상기 판상체(2)의 하면에 저항발열체(5)를 구비한 세라믹 히터(1)에 있어서, 상기 저항발열체(5)의 두께가 5∼50㎛임과 동시에, 상기 판상체(2)의 주면에 평행한 투영면에서 보아, 상기 저항발열체(5)를 둘러싸는 외접원(C)의 면적에 대하여, 상기 외접원(C)에 차지하는 저항발열체(5)의 면적의 비율이 5∼30%인 것이 바람직하다.
즉, 저항발열체(5)를 둘러싸는 외접원(C)의 면적에 대하여, 외접원(C) 내에 차지하는 저항발열체(5)의 면적의 비율을 5% 미만으로 하면, 저항발열체(5)의 서로 대향하는 대향영역에서, 대향영역의 대향간격이기도 한 L1, L2,···이 너무 커진다는 점에서, 저항발열체(5)가 없는 간격(L1)에 대응한 적재면(3)의 표면온도가 다른 부분과 비교하여 작아져, 적재면(3)의 온도를 균일하게 하는 것이 어렵기 때문 이고, 반대로 저항발열체(5)를 둘러싸는 외접원(C)의 면적에 대하여, 외접원(C) 내에 차지하는 저항발열체(5)의 면적의 비율이 30%를 초과하면, 판상체(2)와 저항발열체(5)와의 사이의 열팽창차를 2.0×10-6/℃ 이하로 근사시켰다고 해도, 양자 사이에 작용하는 열응력이 너무 크다는 점에서, 판상체(2)는 변형되기 어려운 세라믹 소결체로 이루어지지만, 그 판두께(t)가 1mm∼7mm로 얇은 것부터 저항발열체(5)를 발열시키면, 적재면(3)측이 오목해지도록 판상체(2)에 휘어짐이 발생할 우려가 있다. 그 결과, 웨이퍼(W) 의 중심부의 온도가 둘레가장자리보다도 작아져, 온도 편차가 커질 우려가 있다.
또, 바람직하게는, 저항발열체(5)를 둘러싸는 외접원(C)의 면적에 대하여, 외접원(C) 내에 차지하는 저항발열체(5)의 면적의 비율을 7%∼20%, 나아가서는 8%∼15%로 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 저항발열체(5)는 외주부에 서로 대항하는 대항영역을 갖고, 상기 대항영역의 간격(L1)이 0.5mm 이상이고, 상기 판상체(2)의 판두께의 3배 이하인 것이 바람직하다. 상기 대항영역의 간격(L1)이 0.5mm이하에서는 저항발열체(5)를 인쇄하여 형성할 때에 저항발열체(5)의 대항영역에서 수염형상의 돌기가 발생하여 그 부분이 단락될 우려가 있다. 또한, 상기 대항영역의 간격(L1)이 판상체(2)의 두께의 3배를 초과하면, 대항영역(L1)에 대응하는 웨이퍼(W)의 표면에 쿨존이 발생하여 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 크게 할 우려가 있기 때문이다.
또한, 이와 같은 효과를 효율적으로 발현시키기 위해서는, 저항발열체(5)의 막두께를 5∼50㎛로 하는 것이 바람직하다.
저항발열체(5)의 막두께가 5㎛를 하회하면, 저항발열체(5)를 스크린 인쇄법으로 막두께를 균일하게 인쇄하는 것이 곤란해지기 때문이고, 또한, 저항발열체(5)의 두께가 50㎛를 초과하면, 외접원(c)에 대하여, 저항발열체(5)가 차지하는 면적의 비율을 30% 이하로 해도 저항발열체(5)의 두께가 커서, 저항발열체(5)의 강성이 커져, 판상체(2)의 온도변화에 의해 저항발열체(5)의 신축에 의한 영향으로 판상체(2)가 변형될 우려가 있다. 또한, 스크린 인쇄로 균일한 두께로 인쇄하는 것이 어려워 웨이퍼(W)의 표면의 온도차가 커지거나 할 우려가 있기 때문이다. 또, 바람직한 저항발열체(5)의 두께는 10∼30㎛로 하는 것이 좋다.
도 1은 본 발명에 관련되는 웨이퍼 가열장치의 일례를 나타내는 단면도로, 판두께(t)가 1∼7mm, 100∼200℃의 영률이 200∼450MPa인 세라믹으로 이루어지는 판상체(2)의 한쪽 주면을, 웨이퍼(W)를 싣는 적재면(3)으로 함과 동시에, 다른쪽 주면에 저항발열체(5)를 형성하여, 이 저항발열체(5)에 전기적으로 접속하는 급전부(6)를 구비한 것이다.
100∼200℃의 영률이 200∼450MPa인 판상체(2)의 재질로서는, 알루미나, 질화규소, 사이알론, 질화알루미늄을 사용할 수 있고, 이 중에서도 특히 질화알루미늄은 50W/(m·K) 이상, 나아가서는 100W/(m·K) 이상의 높은 열전도율을 가짐과 동시에, 불소계나 염소계 등의 부식성 가스에 대한 내식성이나 내플라즈마성도 뛰어나다는 점에서, 판상체(2)의 재질로서 적합하다.
판상체(2)의 두께는, 2∼5mm로 하면 더욱 바람직하다. 판상체(2)의 두께가 2mm보다 얇으면, 판상체(2)의 강도가 없어져 저항발열체(5)의 발열에 의한 가열시, 가스분사구(24) 등의 냉각에어를 분사했을 때에, 냉각시의 열응력에 견딜 수 없어, 판상체(2)에 크랙이 발생할 우려가 있기 때문이다. 또한, 판상체(2)의 두께가 5 mm를 초과하면, 판상체(2)의 열용량이 커지므로 가열 및 냉각시의 온도가 안정될 때까지의 시간이 길어질 우려가 있다.
판상체(2)는, 바닥이 있는 금속 케이스(19) 개구부의 외주에 볼트(16)를 관통시켜, 판상체(2)와 바닥이 있는 금속 케이스(19)가 직접 접촉하지 않도록, 링형상의 접촉부재(17)를 개재시켜, 바닥이 있는 금속 케이스(19)측으로부터 탄성체(18)를 개재시켜 너트(20)를 나사부착함으로써 탄성적으로 고정하고 있다. 이것에 의해, 판상체(2)의 온도가 변동된 경우에 바닥이 있는 금속 케이스(19)가 변형되어도, 상기 탄성체(18)에 의해 이것을 흡수하고, 이것에 의해 판상체(2)의 휘어짐을 억제하여, 웨이퍼 표면에, 판상체(2)의 휘어짐에 기인하는 온도 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
링형상의 접촉부재(17)의 단면은 다각형이나 원형의 어느 것이라도 좋지만, 판상체(2)와 접촉부재(17)가 평면으로 접촉하는 경우에 있어서, 판상체(2)와 접촉부재(17)의 접하는 접촉부의 폭은 0.lmm∼13mm이면, 판상체(2)의 열이 접촉부재(17)를 개재시켜 바닥이 있는 금속 케이스(19)에 흐름량을 작게 할 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)의 면내의 온도차가 작아 웨이퍼(W)를 균일하게 가열할 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.1∼8mm이다. 접촉부재(17)의 접촉부의 폭이 0.lmm 이하에서는, 판상체(2)와 접촉 고정하였을 때에 접촉부가 변형되어, 접촉부재가 파손될 우려가 있다. 또한, 접촉부재(17)의 접촉부의 폭이 13mm를 초과하는 경우에는, 판상체(2)의 열이 접촉부재에 흘러, 판상체(2)의 주변부의 온도가 저하되어 웨이퍼(W)를 균일하게 가열하는 것이 어려워진다. 바람직하게는 접촉부재(17)와 판상체(2)의 접촉부의 폭은 0.lmm∼8mm이고, 더욱 바람직하게는0.1∼2mm이다.
또한, 접촉부재(17)의 열전도율은 판상체(2)의 열전도율보다 작은 것이 바람직하다. 접촉부재(17)의 열전도율이 판상체(2)의 열전도율보다 작으면 판상체(2)에 실은 웨이퍼(W) 면내의 온도분포를 균일하게 가열할 수 있음과 동시에, 판상체(2)의 온도를 올리거나 내릴 때에, 접촉부재(17)와의 열의 전달량이 작아 바닥이 있는 금속 케이스(19)와의 열적 간섭이 적어, 신속하게 온도를 변경하는 것이 용이해진다.
접촉부재(17)의 열전도율이 판상체(2)의 열전도율의 10%보다 작은 세라믹 히터(1)에서는, 판상체(2)의 열이 바닥이 있는 금속 케이스(19)에 흐르고 어렵고, 판상체(2)로부터 바닥이 있는 금속 케이스(19)에 열이, 분위기가스(여기서는 공기)에 의한 전열이나 복사전열에 의해 흐르는 열이 많아져 반대로 효과가 작다.
접촉부재(17)의 열전도율이 판상체(2)의 열전도율보다 큰 경우에는, 판상체(2)의 주변부의 열이 접촉부재(17)를 개재시켜 바닥이 있는 금속 케이스(19)에 흘러, 바닥이 있는 금속 케이스(19)를 가열함과 동시에, 판상체(2)의 주변부의 온도가 저하되어 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 커져 바람직하지 않다. 또한, 바닥이 있는 금속 케이스(19)가 가열된다는 점에서 가스분사구(24)로부터 에어를 분사하여 판상체(2)를 냉각하려고 해도 바닥이 있는 금속 케이스(19)의 온도가 높다는 점에서 냉 각하는 시간이 커지거나, 일정온도로 가열할 때에 일정온도가 될 때까지의 시간이 커질 우려가 있었다.
한편, 상기 접촉부재(17)를 구성하는 재료로서는, 작은 접촉부를 유지하기 위해서, 접촉부재의 영률은 1GPa 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는10GPa 이상이다. 이와 같은 영률로 함으로써, 접촉부의 폭이 0.1mm∼8mm로 작고, 판상체(2)를 바닥이 있는 금속 케이스(19)에 접촉부재(17)를 개재시켜 볼트(16)로 고정하여도 접촉부재(17)가 변형되는 일이 없어, 판상체(2)의 위치가 어긋나거나 평행도가 변화하거나 하지 않아, 정밀도 좋게 유지할 수 있다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 바와 같은, 불소계 수지나 유리섬유를 첨가한 수지로 이루어지는 접촉부재로는 얻을 수 없는 정밀도를 달성할 수 있다.
상기 접촉부재(17)의 재질로서는 철과 카본으로 이루어지는 탄소강이나 니켈, 망간, 크롬을 첨가한 특수강 등의 금속이 영률이 커서 바람직하다. 또한, 열전도율이 작은 재료로서는, 스테인리스강이나 Fe-Ni-Co계 합금의 이른바 코발이 바람직하고, 판상체(2)의 열전도율보다 작아지도록 접촉부재(17)의 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 접촉부재(17)와 판상체(2)와의 접촉부를 작고, 또한 접촉부가 작아도 접촉부가 결손되어 파티클을 발생시킬 우려가 작아 안정된 접촉부를 유지할 수 있기 때문에, 판상체(2)에 수직인 면으로 절단한 접촉부재(17)의 단면은 다각형보다 원형이 바람직하고, 단면의 직경 1mm 이하인 원형의 와이어를 접촉부재(17)로서 사용하면 판상체(2)와 바닥이 있는 금속 케이스(19)의 위치가 변화하지 않고 웨이퍼 (W)의 표면온도를 균일하게 게다가 신속하게 승강온하는 것이 가능하다.
다음으로, 바닥이 있는 금속 케이스(19)는 측벽부(22)와 바닥면(21)을 갖고, 판상체(2)는 그 바닥이 있는 금속 케이스(19)의 개구부를 덮도록 설치하고 있다. 또한, 바닥이 있는 금속 케이스(19)에는 냉각가스를 배출하기 위한 구멍(23)이 형성되어 있고, 판상체(2)의 저항발열체(5)에 급전하기 위한 급전부(6)에 도통하기 위한 급전단자(11), 판상체(2)를 냉각하기 위한 가스분사구(24), 판상체(2)의 온도를 측정하기 위한 열전대(27)를 설치하고 있다.
또, 바닥이 있는 금속 케이스(19)의 깊이는 10∼50mm이고, 바닥면(21)은, 판상체(2)로부터 10∼50mm의 거리에 설치하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는20∼30mm이다. 이것은, 판상체(2)와 바닥이 있는 금속 케이스(19) 상호의 복사열에 의해 적재면(3)의 균열화가 용이해짐과 동시에, 외부와의 단열효과가 있으므로, 적재면(3)의 온도가 일정하고 균일한 온도가 될 때까지의 시간이 짧아지기 때문이다.
그리고, 바닥이 있는 금속 케이스(19) 내에 승강 자재로 설치된 리프트 핀(25)에 의해, 웨이퍼(W)를 적재면(3) 상에 싣거나 적재면(3)으로부터 들어 올리거나 하는 작업이 이루어진다. 그리고, 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 지지 핀(8)에 의해 적재면(3)으로부터 띄운 상태로 지지되어, 편접촉 등에 의한 온도 편차를 방지하도록 하고 있다.
또한, 이 세라믹 히터(1)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하기 위해서는, 반송 암(도시 생략)으로 적재면(3)의 상방까지 운반된 웨이퍼(W)를 리프트 핀(25)으로 지지한 후, 리프트 핀(25)을 강하시켜 웨이퍼(W)를 적재면(3) 상에 싣는다.
다음으로, 세라믹 히터(1)를 레지스트막 형성용으로서 사용하는 경우는, 판상체(2)의 주성분을 탄화규소로 하면, 대기중의 수분 등과 반응하여 가스를 발생시키는 일도 없기 때문에, 웨이퍼(W) 상으로의 레지스트막의 접합에 사용하였다고 해도, 레지스트막의 조직에 악영향을 주는 일이 없고, 미세한 배선을 고밀도로 형성하는 것이 가능하다. 이 때, 소결보조제에 물과 반응하여 암모니아나 아민을 형성할 가능성이 있는 질화물을 포함하지 않도록 하는 것이 필요하다.
또, 판상체(2)를 형성하는 탄화규소질 소결체는, 주성분의 탄화규소에 대하여, 소결보조제로서 붕소(B)와 탄소(C)를 첨가하거나, 또는 알루미나(A12O3), 이트리아(Y2O3)와 같은 금속산화물을 첨가하여 충분히 혼합하여, 평판형상으로 가공한 후, 1900∼2100℃에서 소성하는 것에 의해 얻어진다. 탄화규소는 α형을 주체로 하는 것 또는 β형을 주체로 하는 것의 어느 것이라도 상관없다.
한편, 탄화규소질 소결체를 판상체(2)로서 사용하는 경우, 반도전성을 갖는 판상체(2)와 저항발열체(5)와의 사이의 절연을 유지하는 절연층으로서는, 유리 또는 수지를 사용하는 것이 가능하고, 유리를 사용하는 경우, 그 두께가 100㎛ 미만에서는 내전압이 1.5kV를 하회하여 절연성을 유지할 수 없고, 반대로 두께가 400㎛를 초과하면, 판상체(2)를 형성하는 탄화규소질 소결체나 질화알루미늄질 소결체와의 열팽창차가 너무 커지기 때문에, 크랙이 발생하여 절연층으로서 기능하지 않게 된다. 그 때문에, 절연층으로서 유리를 사용하는 경우, 절연층(4)의 두께는 100∼400㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 200㎛∼350㎛의 범위로 하는 것이 좋다.
또한, 판상체(2)의 적재면(3)과 반대측의 주면은, 유리나 수지로 이루어지는 절연층(4)과의 밀착성을 높이는 관점에서, 평면도 20㎛ 이하, 면조도를 중심선평균조도(Ra)로 0.1㎛∼0.5㎛로 연마하여 두는 것이 바람직하다.
또한, 판상체(2)를, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 소결체로 형성하는 경우는, 주성분의 질화알루미늄에 대하여, 소결보조제로서 Y2O3나 Yb2O3 등의 희토류원소 산화물과 필요에 따라 CaO 등의 알칼리토류 금속산화물을 첨가하여 충분히 혼합하여, 평판형상으로 가공한 후, 질소가스중 1900∼2100℃에서 소성함으로써 얻어진다. 판상체(2)에 대한 저항발열체(5)의 밀착성을 향상시키기 위해서, 유리로 이루어지는 절연층을 형성하는 경우도 있다. 다만, 저항발열체(5)중에 충분한 유리를 첨가하고, 이것에 의해 충분한 밀착강도가 얻어지는 경우는 생략하는 것이 가능하다.
이 절연층을 형성하는 유리의 특성으로서는, 결정질 또는 비정질의 어느 것이라도 좋고, 내열온도가 200℃ 이상이고 또한 0℃∼200℃의 온도역에서의 열팽창계수가 판상체(2)를 구성하는 세라믹의 열팽창계수에 대하여 -5∼+5×10-7/℃의 범위에 있는 것을 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 열팽창계수가 상기 범위를 벗어난 유리를 사용하면, 판상체(2)를 형성하는 세라믹과의 열팽창차가 너무 커지기 때문에, 유리의 베이킹 후의 냉각시에 있어서 크랙이나 박리 등의 결함이 생기기 쉽기 때문이다.
또, 유리로 이루어지는 절연층을 판상체(2) 상에 피착하는 수단으로서는, 상기 유리 페이스트를 판상체(2)의 중심부에 적량 떨어뜨려, 스핀코팅법으로 펴서 균일하게 도포하거나, 또는 스크린 인쇄법, 디핑법, 스프레이코팅법 등으로 균일하게 도포한 후, 유리 페이스트를 600℃ 이상의 온도로 베이킹하면 된다. 또한, 절연층으로서 유리를 사용하는 경우, 미리 탄화규소질 소결체 또는 질화알루미늄질 소결체로 이루어지는 판상체(2)를 850∼1300℃ 정도의 온도로 가열하여, 절연층을 피착하는 표면을 산화처리해 둠으로써, 유리로 이루어지는 절연층과의 밀착성을 높일 수 있다.
본 발명의 저항발열체(5)의 저항발열체 존형상으로서는, 도 5나 도 6에 나타내는 바와 같은 복수의 블록으로 분할되어, 개개의 블록이 원호형상의 저항발열체 존과 직선형상의 저항발열체 존으로 이루어지는 소용돌이형상이나 지그재그인 되돌아오는 형상을 한 것으로, 본원 발명의 세라믹 히터(1)는 웨이퍼(W)를 균일하게 가열하는 것이 중요하다는 점에서, 이들의 저항발열체 존형상은 띠형상의 저항발열체(5)의 각 부의 밀도가 균일한 것이 바람직하다. 다만, 도 8에 나타내는 바와 같은, 판상체(2)의 중심으로부터 방사방향에서 보아, 저항발열체(5)의 간격이 빽빽한 부분과 성긴 부분이 교대로 나타나는 저항발열체 존에서는, 성긴 부분에 대응하는 웨이퍼(W)의 표면 온도는 작고, 빽빽한 부분에 대응하는 웨이퍼(W)의 온도는 커져, 웨이퍼(W)의 표면의 전체면을 균일하게 가열할 수 없다는 점에서 바람직하지 않다.
또한, 저항발열체(5)를 복수의 블록으로 분할하는 경우, 각각의 블록의 온도를 독립적으로 제어함으로써, 적재면(3) 상의 웨이퍼(W)를 균일하게 가열하는 것이 바람직하다.
저항발열체(5)는, 도전성의 금속입자에 유리 프릿이나 금속산화물을 포함하는 전극 페이스트를 인쇄법으로 판상체(2)에 인쇄, 베이킹한 것으로, 금속입자로서는, Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Rh의 적어도 1종의 금속을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 유리 프릿으로서는, B, Si, Zn을 포함하는 산화물로 이루어지고, 판상체(2)의 열팽창계수보다 작은 4.5×10-6/℃ 이하의 저팽창유리를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 금속산화물로서는, 산화규소, 산화붕소, 알루미나, 티타니아에서 선택된 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 저항발열체(5)를 형성하는 금속입자로서, Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Rh의 적어도 1종의 금속을 사용하는 것은, 전기저항이 작기 때문이다.
저항발열체(5)를 형성하는 유리 프릿으로서, B, Si, Zn을 포함하는 산화물로 이루어지고, 저항발열체(5)를 구성하는 금속입자의 열팽창계수가 판상체(2)의 열팽창계수보다 크다는 점에서, 저항발열체(5)의 열팽창계수를 판상체(2)의 열팽창계수에 근접시키기 위해서는, 판상체(2)의 열팽창계수보다 작은 4.5×10-6/℃ 이하의 저팽창유리를 사용하는 것이 바람직하기 때문이다.
또한, 저항발열체(5)를 형성하는 금속산화물로서는, 산화규소, 산화붕소, 알루미나, 티타니아에서 선택된 적어도 1종을 사용하는 것은, 저항발열체(5)중의 금속입자와 밀착성이 뛰어나고, 게다가 열팽창계수가 판상체(2)의 열팽창계수와 가깝고, 판상체(2)와의 밀착성도 뛰어나기 때문이다.
다만, 저항발열체(5)에 대하여, 금속산화물의 함유량이 80%를 초과하면, 판상체(2)와의 밀착력은 늘지만, 저항발열체(5)의 저항치가 커져 바람직하지 않다. 그 때문에, 금속산화물의 함유량은 60% 이하로 하는 것이 좋다.
그리고, 도전성의 금속입자와 유리 프릿이나 금속산화물로 이루어지는 저항발열체(5)는, 판상체(2)와의 열팽창차가 3.0×10-6/℃ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 저항발열체(5)와 판상체(2)와의 열팽창차를 0.1×10-6/℃로 하는 것은 제조상 어렵고, 반대로 저항발열체(5)와 판상체(2)와의 열팽창차가 3.0×10-6/℃를 초과하면, 저항발열체(5)를 발열시켰을 때, 판상체(2)와의 사이에 작용하는 열응력에 의해서 적재면(3)측이 오목형상으로 휘어질 우려가 있기 때문이다.
또한, 절연층 상에 피착하는 저항발열체(5) 재료로서는, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 등의 금속 단체를, 증착법이나 도금법으로 직접 피착하거나, 또는 상기 금속 단체나 산화레늄(Re2O3), 망간산란탄(LaMnO3) 등의 도전성 금속산화물이나 상기 금속재료를 수지 페이스트나 유리 페이스트에 분산시킨 페이스트를 준비하여, 소정의 저항발열체 존형상으로 스크린 인쇄법 등에 의해 인쇄한 후 베이킹하여, 상기 도전재를 수지나 유리로 이루어지는 매트릭스로 결합하면 된다. 매트릭스로서 유리를 사용하는 경우, 결정화유리, 비정질유리의 어느 것이라도 좋지만, 열사이클에 의한 저항치의 변화를 억제하기 위해서 결정화유리를 사용하는 것이 바 람직하다.
다만, 저항발열체(5) 재료에 은(Ag) 또는 구리(Cu)를 사용하는 경우, 마이그레이션이 발생할 우려가 있기 때문에, 이와 같은 경우에는, 저항발열체(5)를 덮도록 절연층과 동일한 재질로 이루어지는 코트층을 40∼400㎛ 정도의 두께로 피복하여 놓으면 된다.
또한, 저항발열체(5)로의 급전방법에 관해서는, 바닥이 있는 금속 케이스(19)에 설치한 급전단자(11)를 판상체(2)의 표면에 형성한 급전부(6)에 스프링(도시 생략)으로 압압함으로써 접속을 확보하여 급전한다. 이것은, 2∼5mm의 두께의 판상체(2)에 금속으로 이루어지는 단자부를 매설하여 형성하면, 그 단자부의 열용량에 의해 균열성이 나빠지기 때문이다. 그 때문에, 본 발명과 같이, 급전단자(11)를 스프링으로 압압하여 전기적 접속을 확보함으로써, 판상체(2)와 그 바닥이 있는 금속 케이스(19) 사이의 온도차에 의한 열응력을 완화하여, 높은 신뢰성으로 전기적 도통을 유지할 수 있다. 또한, 접점이 점접촉이 되는 것을 방지하기 위해서, 탄성이 있는 도체를 중간층으로서 삽입하여도 상관없다. 이 중간층은 단지 박형상의 시트를 삽입하는 것만으로도 효과가 있다. 그리고, 급전단자(11)의 급전부(6)측의 지름은, 1.5∼5mm으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 판상체(2)의 온도는, 판상체(2)에 그 선단이 매입된 열전대(27)에 의해 측정한다. 열전대(27)로서는, 그 응답성과 유지의 작업성의 관점에서, 외경0.8mm 이하의 시스형의 열전대(27)를 사용하는 것이 바람직하다. 이 열전대(27)의 선단부는, 판상체(2)에 구멍이 형성되고, 이 속에 설치된 고정부재에 의해 구멍의 내벽면에 압압 고정하는 것이 측온의 신뢰성을 향상시키기 위해 바람직하다. 마찬가지로 소선의 열전대나 Pt 등의 측온저항체를 매설하여 측온을 실시하는 것도 가능하다.
또, 판상체(2)의 한쪽 주면에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 지지 핀(8)을 형성하여, 판상체(2)의 한쪽 주면으로부터 일정한 거리를 두고 웨이퍼(W)를 지지하도록 하여도 상관없다.
또한, 도 1에서는 판상체(2)의 다른쪽 주면(3)에 저항발열체(5)만을 구비한 세라믹 히터(1)에 관해서 나타내었지만, 본 발명은, 주면(3)과 저항발열체(5)와의 사이에 정전흡착용이나 플라즈마 발생용으로서의 전극을 매설한 것이라도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.
또한 군(g)의 폭(Wg)은 저항발열체(5)의 띠의 폭(Wh)의 90% 이내에 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면 통상 미세하고 복잡한 저항발열체(5)는 스크린 인쇄법으로 형성된다는 점에서, 스크린 인쇄법으로 형성된 저항발열체(5)의 단면적은 도 23과 같이 저항발열체(5)의 띠의 폭의 좌우 5%의 영역의 두께가 작아져 있기 때문이다. 또한, 레이저빔 등으로 홈(m)을 형성하지만, 홈(m)의 크기는 레이저빔의 출력과 조사시간으로 정해져, 통상 홈(m)을 가공중에는 출력이나 조사시간은 변경되지 않는다는 점에서, 홈(m)의 깊이는 거의 동등해진다. 그래서, 주변부의 두께가 작은 영역을 제외한 저항발열체(5)의 띠의 폭의 90% 이내의 개소에 홈(m)을 형성한 경우, 홈(m)이 저항발열체(5)를 관통할 우려가 없고, 홈(m)의 바닥부에 크랙을 발생할 우려가 작아 바람직하다. 그러나 저항발열체(5)의 띠의 폭의 90%를 초과하여 홈 (m)을 형성한 경우, 저항발열체(5)의 양단의 막두께가 얇은 개소에 홈(m)이 형성된다는 점에서, 홈(m)이 저항발열체(5)를 관통하거나 레이저빔이 판상 세라믹체(2)에 조사되어, 미소 크랙이 생길 우려가 있기 때문이다.
또한, 상기 미소 크랙이 발생하면 세라믹 히터(1)에 가열·냉각을 반복하면 웨이퍼(W) 표면의 온도차가 커져 균열성이 나빠질 우려가 있다. 최악의 경우, 판상 세라믹체(2)가 파괴될 우려가 있다.
또한, 상기 홈(m)의 군(g)을 이루는 각 홈(m1, m 2··)의 깊이는, 그 홈(m)의 폭(Wm)의 20%∼75%의 범위인 것이 바람직하다 (홈깊이/홈폭=20∼75%). 왜냐하면 20% 미만이면, 1개의 홈(m)의 형성에 의한 저항치의 변화가 작아 저항치의 조정범위도 작아진다는 점에서 웨이퍼(W)의 면내 온도차를 충분히 작게 하는 것이 곤란해지기 때문이다.
또한, 홈(m)의 깊이가 폭(Wm)의 75%를 초과하면, 레이저의 퍼스트펄스의 에너지가 커서 저항발열체(5)의 바닥부에 미소 크랙이 발생하고, 가열·냉각을 반복하면 미소 크랙이 성장하여, 저항발열체(5)의 저항치의 변화가 생기고, 저항치가 변화하면 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커져 균열성을 유지할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다.
또한, 저항발열체(5)의 띠의 길이방향에 대략 평행하고, 길이가 동등한 복수의 홈(m1, m2··)으로 이루어지는 군(g)을 이루고, 상기 띠에 상기 군(g)을 복수 구비하고, 상기 군(g1)과 군(g2)과의 간격(Gg)이 상기 띠의 폭(Wh)보다도 작은 것이 바람직하다.
저항발열체(5)는 스크린 인쇄로 형성된다는 점에서, 저항발열체(5)가 형성될 때에 설계위치에 대하여 미묘한 위치어긋남이 발생한다. 그 때문에 판상 세라믹체(2)의 설정위치와 저항발열체(5)의 위치의 어긋남이 발생한다. 그래서, 군(g1)과 군(g2)과의 간격(Gg)을 형성하지 않고 저항발열체(5)에 긴 홈(m1, m2,··)으로 이루어지는 군(g)을 형성하면, 도 24와 같이 그 미묘한 위치어긋남이 확대되어 시점(P1)에서 중심에 맞추어도 종점(P2)에서는 띠의 폭의 중심으로부터 어긋난 개소에 군(g)이 형성된다. 그 때문에 군(g)의 종점(P2)에 인접하는 저항발열체(5)의 단면의 좌우에서 전류통로가 되는 단면적이 크게 다르고, 저항발열체(5)의 띠의 단면에 있어서, 띠의 좌우에서 발열량이 달라 웨이퍼(W)의 면내 온도차가 커질 우려가 생긴다.
상기 문제의 발생을 방지하기 위해서는 도 25에 나타내는 바와 같이 상기 군(g)을 복수의 군으로 분할하여, 복수의 군(g1)과 군(g2)과의 간격(Gg)이 저항발열체(5)의 띠의 폭(Wh)보다도 작은 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 저항발열체(5)의 띠의 좌우의 발열량의 변화가 작고, 또한 간격(Gg)의 부분이 홈(m)으로 나누어진 좌우의 띠의 바이패스가 되어 전류의 흐름에 치우침이 없어져 발열이 균일해지기 때문이다.
한편 상기 간격(Gg)이 상기 띠의 폭(Wh)보다도 큰 경우 그 개소(Gg)의 발열량이 작아져 가열하였을 때에 그 개소가 쿨스폿이 되어, 웨이퍼(W)의 온도가 그 개소만 낮아져 전체의 균열성이 나빠진다. 그 때문에 군(g)과 군(g)의 간격(Gg)은 띠의 폭(Wh)보다도 작은 것이 바람직하다.
또한 상기 홈의 군(g)과 군(g)의 간격은 1mm 이하가 바람직하다. 1mm 이하이면 상기 전류의 치우침을 방지할 수 있음과 동시에 쿨스폿을 발생시킬 우려가 적기 때문이다.
또, 도 26에 나타내는 바와 같이 상기 저항발열체(5)의 동일원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠 사이의 거리(Lm, Lm2)가 적어도 1개소에서 대략 동심원상으로 배치한 원호형상의 띠 사이의 거리(Lr, Lr2)보다도 작은 것이 바람직하다. 거리(Lm, Lm2)가 거리(Lr, Lr2)보다 작으면, Lm 부근, 예를 들어 Q의 위치에서의 온도 저하를 방지할 수 있다는 점에서 웨이퍼 면내의 온도차를 작게 할 수 있다.
또, 상기 저항 발열체의 동일원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠 사이의 거리(Lm, Lm2)가 모든 개소에서 대략 동심원상으로 배치한 원호형상의 띠 사이의 거리(Lr, Lr2)보다 작은 것이 바람직하다. 이와 같이 각각의 거리(Lm, Lm2)가 각각에 대응하여 거리(Lr, Lr2)보다도 작으면 웨이퍼의 모든 표면역에서 온도차의 편차가 작아져 바람직하다.
그리고, 상기 동일원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠 사이의 거리(Lm, Lm2)가, 대략 동심원상으로 배치한 원호형상의 띠 사이의 거리(Lr, Lr2)의 30~80%, 보다 바람직하게는 40~60%로 한다면, 적재면(3)에서의 균열성을 더욱 높일 수 있다. 또한, 거리(L1~Lm)는 각각 각 저항 발열체(5) 사이를 몇 개소에서 측정하여, 그 평균 거리를 산출한 것이다.
또, 대략 동심원상으로 형성된 상기 저항발열체(5)는, 동심원상의 최외주의 저항발열체의 띠와 그 내측의 띠와의 간격(Lr)이, 상기 최외주의 저항발열체를 제외한 저항발열체의 동심원상의 띠의 간격(L4, Lr5, Lr2)보다 작은 것이 바람직하다. 웨이퍼 가열용 세라믹 히터(110)의 주변부는 그 주변부에의 열의 방사나 대류에 의해 열을 빼앗기기 쉽고, 웨이퍼 가열용 세라믹 히터(110)의 주변부의 온도가 저하될 우려가 있지만, 최외주의 저항발열체의 띠(5p)와 그 내측의 띠(5o, 5n)와의 간격(Lr)을 작게 함으로써, 주변부의 발열량을 크게 할 수 있기 때문이다. 그리고, 적재면(3)에 웨이퍼를 실어 가열하면 웨이퍼의 면내를 균일하게 가열할 수 있기 때문이다.
(실시예 1)
열전도율이 80W/(m·K)의 탄화규소질 소결체에 연삭가공을 실시하여, 판두께 4mm, 외경 230mm의 원판형상을 한 균열판을 복수 제작하여, 각 균열판의 한쪽 주면에 절연층을 피착하기 위해, 유리분말에 대하여 바인더로서의 에틸셀룰로오스와 유기용제로서의 테르피네올을 혼련하여 제작한 유리 페이스트를 스크린 인쇄법으로 부설하고, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시킨 후, 550℃에서 30분간 탈지처리를 실시하고, 다시 700∼900℃의 온도로 베이킹을 실시함으로써, 유리로 이루어지는 두께 200㎛의 절연층을 형성하였다. 이어서 절연층 상에 저항발열체를 피착시키기 위해서, 도전재로서 20중량%의 Au 분말과 10중량%의 Pt 분말과 70중량%의 유리를 소정량의 저항발열체 존형상으로 인쇄한 후, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시켜, 다시 450℃에서 30분간 탈지처리를 실시한 후, 500∼700℃의 온도로 베이킹을 실시함으로써, 두께가 50㎛의 저항발열체를 형성하였다. 저항발열체는, 중심부 와 외주부를 둘레방향으로 4분할한 8저항발열체 존 구성으로 하였다.
그리고, 도 6a와 같이 위치 결정 표시부(7)를 형성한 균열판(시료 No.1)과, 도 6b와 같이 위치 결정 표시부(7)를 띠형상의 저항발열체로부터 떨어뜨려 인접한 위치에 형성한 균열판(시료 No.2), 동일한 저항발열체로 위치 결정 표시부(7)가 없는 균열판(시료 No.3)을 제작하였다.
이렇게 해서 제작한 저항발열체의 각 저항발열체 존을 각각 54개소로 띠를 분할하여, 각 개소에서 설계한 저항치와 실측저항치와의 차이를 레이저빔을 조사하여 홈을 형성하여 저항조정하였다.
그리고, 시료 No.1, 2는 위치 결정 표시부를 기준으로 홈을 형성하고, 시료 No.3은 판상 세라믹체의 외형을 기준으로 홈을 형성하였다. 상기 홈의 형성방법으로서는 닛폰덴키제의 YAG 레이저를 사용하였다. 레이저빔은, 파장이 1.06㎛, 펄스주파수 1KHz, 레이저출력 0.4W, 가공속도 5mm/sec로 하여 조사하였다.
또한, 상기 조건으로 제작된 홈의 폭은 약 50∼60㎛이고 깊이는 약20∼25㎛였다. 그리고, 각 군에 형성된 홈과 홈과의 간격인 피치는 약 65㎛이고 최대의 홈의 수는 13개였다.
그리고, 상기 균열판을 금속 케이스에 장착하고, 측온소자나 급전단자 등을 장착하여 세라믹 히터 시료 No.1∼3을 완성하였다.
그 후, 측온소자가 부착된 실리콘 웨이퍼를 적재면에 실어 세라믹 히터를 가열하여, 웨이퍼 전체의 온도 평균이 200℃가 되도록 하여, 상기 측온소자가 부착된 실리콘 웨이퍼를 사용하여 웨이퍼 표면의 온도 편차를 측정하였다.
각각의 결과는 표 1에 나타내는 바와 같다.
시료 No. 위치 결정 표시부의 유무 웨이퍼(W) 면내의 온도차(℃)
１ 있음 0.25
２ 있음 0.3
＊３ 없음 0.45
＊표는 본 발명 외의 시료인 것을 나타냄
표 1에 나타내는 바와 같이, 저항발열체의 띠에 위치 결정 표시부(7)가 형성된 본 발명의 시료 No.1, 2는 웨이퍼(W) 표면의 면내 온도차가 0.3℃ 이내이고 온도분포가 작아 양호한 결과를 나타내었다.
그것에 대하여, 위치 결정 표시부가 없는 시료 No.3은 웨이퍼(W) 표면의 면내 온도차가 0.45℃로 웨이퍼 면내의 온도차가 컸다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 방법으로 시료를 제작하였다. 또한, 도 6에 나타내는 볼록부로 이루어지는 위치 결정 표시부를 형성하여, 홈을 띠의 외측에 형성한 것과, 내측에 형성한 것, 중앙에 형성한 것을 제작하였다. 또한, 비교용으로서 홈을 내측과 외측에 혼재한 세라믹 히터를 제작하였다.
또한, 저항발열체의 띠를 1.5mm 폭으로 형성하여, 그 띠에 레이저에 의해 홈의 군을 형성하였다. 홈의 군은, 판상 세라믹체의 외측에 위치하는 띠의 부분에 형성하였다. 그리고, 홈의 군과 군과의 간격을 바꾼 시료를 제작하였다.
또한, 군과 군의 간격은 저항발열체의 각 저항발열체 존을 분할하여 각 부의 저항을 측정하여 저항이 작은 부분에서 홈을 형성하여 저항을 크게 함으로써 각 저항발열체 존의 각 부의 저항 편차를 작게 할 수 있다. 따라서, 군과 군과의 간격이란, 상기 각 부의 저항측정간격인 군과 군과의 간격이고, 각 저항발열체 존 중에서 가장 작은 군과 군의 간격으로 나타낸다.
그리고, 실시예와 동일하게 평가하여, 그 결과를 표 2에 나타낸다.
시료 No. 홈부나 군의 형성장소 군과 군과의 간격 (mm) 웨이퍼(W) 면내의 온도차(℃)
２１ 중심 0.2 0.18
２２ 외측 0.5 0.19
２３ 내측 0.8 0.21
２４ 외측 1.2 0.22
２５ 외측 1.3 0.24
２６ 혼재 1.4 0.27
２７ 혼재 1.8 0.3
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 시료 No.21∼26은, 군과 군과의 최소의 간격이 저항발열체의 띠의 폭 1.5 mm보다 작고, 웨이퍼(W) 전체의 온도차가 0.27℃ 이내로 좋은 결과가 얻어졌다. 또한, 군과 군과의 최소의 간격이 1.2mm 이하와 띠의 폭의 80% 이하인 시료 No.21∼24는 웨이퍼 면내의 온도차가 0.22℃ 이하로 더욱 작아 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
한편, 홈의 형성위치가 띠의 내측이나 외측에 혼재하고 있는 시료 No.26, 27은 웨이퍼 면내의 온도차가 0.27℃, 0.3℃로 약간 컸다.
그러나, 띠의 중앙이나 외측 또는 내측에 홈이나 홈의 군을 형성한 시료 No.21∼25는 웨이퍼의 면내 온도차가 0.24℃ 이하로 작아 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 3)
열전도율이 80W/(m·K)의 탄화규소질 소결체에 연삭가공을 실시하여, 판두께 4mm, 외경 230mm의 원판형상을 한 균열판을 복수 제작하고, 각 균열판의 한쪽 주면에 절연층을 피착하기 위해, 유리분말에 대하여 바인더로서의 에틸셀룰로오스와 유기용제로서의 테르피네올을 혼련하여 제작한 유리 페이스트를 스크린 인쇄법으로 부설하고, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시킨 후, 550℃에서 30분간 탈지처리를 실시하고, 다시 700∼900℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 유리로 이루어지는 두께 200㎛의 절연층을 형성하였다. 이어서 절연층 상에 저항발열체를 피착시키기 위해, 도전재로서 20중량%의 Au 분말과 10중량%의 Pt 분말과 70중량%의 유리를 소정량의 패턴형상으로 인쇄하였다. 그 후 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시키고, 다시 450℃에서 30분간 탈지처리를 실시한 후, 500∼700℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 두께가 50㎛의 저항발열체를 형성하였다.
또한, 상기 저항발열체에 사용한 도전성 조성물인 Au 및 Pt의 평균입경은 0.5㎛였다. 또한, 절연성 조성물로서 유리분말을 첨가하고 그 평균입경은 1.5㎛와 20㎛로 하였다. 또한, 그 혼합물을 사용하여 각각 시료 No.101∼103을 제작하였다.
저항발열체 형성후의 내부의 도전성 조성물의 분산상태를 확인하면, 시료 No.101, No.102는 유리의 덩어리가 크고 도 20과 같이 분산상태가 되었다.
또한, 시료 No.103은 도 21과 같은 분산상태가 되었다.
또한, 저항발열체는, 중심부와 외주부를 둘레방향으로 4분할한 5패턴 구성으로 하였다.
이렇게 해서 제작한 저항발열체의 각 패턴을 각각 50개소 전후로 분할하여, 각 개소에서 설계한 저항치와 실측저항치와의 차이를 레이저빔을 조사하여 홈을 형성하여 저항조정하였다. 상기 홈의 형성방법으로서는 닛폰덴키제의 YAG 레이저를 사용하였다. 레이저빔은, 파장이 1.06㎛, 펄스주파수 1KHz, 레이저출력 0.4W, 가공속도 5mm/sec로 하여 조사하였다.
또한, 상기 조건으로 제작된 홈의 폭은 약50∼60㎛이고 깊이는 약20∼25㎛ 였다. 그리고, 각 군에 형성된 홈과 홈과의 간격인 피치는 약 65㎛이고 최대의 홈의 수는 13개였다.
또한, 시료 No.101, 102의 홈의 표면의 도전성 조성물은 2∼5㎛의 원형이 되고, 홈의 표면의 도전성 조성물의 밀도는 내부의 밀도보다도 작아졌다.
한편, 시료 No.103의 홈의 표면의 도전성 조성물의 밀도는 도 22과 같이 내부와 차가 거의 없었다.
또한, 각각의 명도에 관해서도 확인하였다. 간단하게 명도의 차를 확인하는 방법으로서, 먼저 각각의 표면을 금속현미경으로 사진을 찍고, 그 사진을 흑백복사를 하여, 백색의 강도를 확인하였다. 명도는 백색이 강할수록 커지고, 반대로 흑색이 강할수록 작아진다. 그 결과, 시료 No.101, 102는 홈 이외의 표면보다도 홈의 표면의 흑색이 강하여 명도가 작았다. 한편, 시료 No.103은 명도에 차가 없었다.
그리고, 상기 균열판을 금속 케이스에 장착하고, 측온소자나 급전단자 등을 장착하여 시료 No.101∼103의 세라믹 히터를 완성시켰다.
또한, 완성한 시료의 홈의 군(g)의 표면을 200배의 SEM으로 확인한 바, 표 3에도 나타내고 있는 바와 같이, 각각 길이 5㎛의 미소 크랙이 확인되었다.
또한, 크랙의 길이는 크랙의 기점부터 종점의 직선거리로 측정하여 그 평균치를 구하였다.
그 후, 시료 No.101∼103의 세라믹 히터에 측온소자가 부착된 실리콘 웨이퍼를 적재면에 실어 세라믹 히터를 가열하고, 웨이퍼 전체의 온도 평균이 200℃가 되도록 하여, 상기 측온소자가 부착된 실리콘 웨이퍼를 사용하여 웨이퍼 면내의 온도차를 측정하였다.
또한 그 후, 시료 No.101∼103의 세라믹 히터를 웨이퍼의 표면 온도의 평균온도가 1분간에 실온에서부터 350℃가 되도록 전압을 인가하여, 3분간 유지한 후, 2분에 40℃ 이하로 냉각하는 열사이클을 1사이클로 하여 그 열사이클을 5000회 반복하였다. 그리고 그 후의 홈 부분의 관찰 및 각 시료의 각 저항발열체의 저항변화율 및 웨이퍼 면내의 온도차를 측정하였다.
각 시료의 저항발열체의 저항변화율은, 저항변화량을 초기의 저항치로 나누어 구하였다. 복수의 저항변화율이 있는 경우는 최대치를 저항변화율로 하여 표에 나타내었다. 또한, 저항발열체의 저항변화율은 웨이퍼 표면의 온도차가 0.l℃ 이내의 변화에서 수렴되는 3% 이내가 바람직하고, 바람직하게는 웨이퍼 표면의 온도차가 0.03℃ 이내에서 수렴되는 1% 이내의 저항변화율이 더욱 바람직하다.
각각의 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
시료 NO. 홈의 표면의 도전성 조성물의 밀도가 홈 이외의 저항발열체의 표면의 도전성 조성물의 밀도보다 작다 홈의 표면의 명도가 홈 이외의 저항발열체의 표면의 명도보다 작다 열사이클 전 5000회의 열사이클 후
미소 크랙의 평균길이 (㎛) 웨이퍼 면내의 온도차 (℃) 미소 크랙의 평균길이 (㎛) 웨이퍼 면내의 온도차 (℃) 저항 변화율 (%)
101 YES YES 5 0.35 5 0.37 0.7
102 YES YES 5 0.36 5 0.38 0.6
103 NO NO 5 0.35 50 0.86 5.1
표 3에 나타내는 바와 같이, 홈의 표면의 도전성 조성물의 밀도가 저항발열체의 내부의 도전성 조성물의 밀도보다 작은 시료 No.101, 102는, 절연성 조성물인 유리의 입경이 크고 미소 크랙의 성장은 보이지 않았다. 또한, 냉열사이클을 5000회 반복하여도, 저항치의 변화도 각각 0.7%, 0.6%로 그 변화는 작았다. 또한, 웨이퍼 면내의 온도차는 0.37℃, 0.38℃ 로 웨이퍼 면내의 온도차가 냉열사이클 후도 작아 양호하였다.
한편, 홈의 표면의 도전성 조성물의 밀도가 저항발열체의 내부의 도전성 조성물의 밀도보다 큰 시료 No.103은, 냉열사이클 후, 미소 크랙이 약 50㎛에까지 성장을 하고 있었다. 그 때문에 저항발열체의 저항치도 약 5% 변화를 일으켜서, 웨이퍼 면내의 온도차가 0.86℃로 커져, 연속적으로 사용할 수 없었다.
또한, 홈의 표면의 명도가 홈 이외의 저항발열체의 표면의 명도보다 작은 시료 No.101, 102는 마찬가지로 냉열사이클 후의 웨이퍼 면내의 온도차가 0.37℃, 0.38℃로 작고 저항변화율도 1% 이하로 작아 뛰어난 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
(실시예 4)
실시예 3과 동일한 방법으로 시료 No.104∼108을 제작하였다. 시료 No.104∼108의 절연성 조성물은, 유리로 이루어지고 그 평균입경은 1.5㎛, 5㎛, 20㎛, 40㎛, 60㎛로 하였다. 그리고, 레이저빔에 의해 홈을 형성한 후의 표면의 도전성 조성물의 평균지름은, 0.5㎛, 1㎛, 3.2㎛, 8.5㎛, 20㎛가 되었다. 또한, 도전성 조성물의 평균지름은, 표면 SEM 사진으로부터 20개의 도전성 조성물의 평균면적과 등가인 원의 직경으로 나타내었다.
그 후, 표면의 관찰 및 실시예 3과 동일하게 5000사이클의 열사이클을 하여, 저항치의 변화율 및 웨이퍼 온도의 편차를 확인하였다.
그 결과를 표 4에 나타낸다.
시료 No. 레이저에 의한 홈부가공후의 홈표면의 도전성 조성물의 입경 (㎛) 열사이클 전 5000 회의 열사이클 후
미소 크랙의 평균길이 (㎛) 미소 크랙의 평균길이 (㎛) 저항변화율
104 0.5 5 10 2.8%
105 1 5 5 0.7%
106 3.2 5 5 0.7%
107 8.5 5 5 0.5%
108 20 5 5 0.7%
표 4에 나타내는 바와 같이, 홈의 군의 표면의 도전성 조성물의 입경이 약0.5㎛인 시료 No.104는 냉열사이클후 미소 크랙이 10㎛로까지 성장하고, 2.8%의 저항변화를 일으켰다.
이것에 대하여, 도전성 조성물이 원형이고, 홈의 군의 표면의 도전성 조성물의 입경이 1∼20㎛인 시료 No.105∼108은, 미소 크랙의 성장은 보이지 않고, 저항치의 변화도 1% 이하로, 보다 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 5)
저항발열체의 유리를 실시예 3에서 양호한 결과를 나타낸 평균입경 1.5㎛, 20㎛의 혼합으로 하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 시료를 제작하여, 레이저빔에 의해 홈의 군을 형성하였다.
또한, 홈의 집합체인 군의 중심은 저항발열체의 띠의 중앙부에 형성한 것을 시료 No.109로 하였다. 또한, 군의 중심이 띠의 단보다 25%의 위치에 형성한 것을 시료 No.110으로 하였다. 또한, 띠의 단으로부터 홈을 형성한 것을 시료 No.111로 하였다. 또한, 저항발열체의 띠의 중앙부와는 띠의 폭의 범위의 중심으로부터 폭의 ±5%의 범위로 하였다. 그리고, 실시예 3과 동일하게 평가하였다.
그 결과를 표 5에 나타낸다.
시료 No. 띠의 폭방향에 대한 군의 중앙의 위치 웨이퍼 면내의 온도차(℃)
109 띠의 중앙부 0.29
110 띠의 단으로부터 25% 0.35
111 띠의 단 0.39
표 5에 나타내는 바와 같이, 저항발열체의 띠의 중앙부에 홈의 군이 형성되어 있는 본 발명의 시료 No.109는 웨이퍼(W) 표면의 면내 온도차가 0.29℃이고 온도분포가 작아 양호한 결과를 나타내었다.
그것에 대하여 군의 중심을 어긋나게 하여 홈을 형성한 시료 No.110, 111은 각각 0.35℃, 0.39℃가 되어 웨이퍼 면내의 온도차는 시료 No.109와 비교하여 컸다.
(실시예 6)
실시예 5와 동일한 방법으로 시료를 제작하고, 레이저빔에 의해 홈의 군을 형성하였다. 홈의 군의 중심은, 실시예 5에서 양호한 결과를 나타낸 중앙부로 하고, 홈과 홈과의 간격인 피치를 변경하여 홈의 군의 폭을 조정하여, 홈의 군의 폭이 저항발열체의 띠의 폭의 50%, 70%, 90%, 95%, 100%로 하였다. 그 후, 웨이퍼의 표면 온도의 평균온도가 1분간에 실온에서부터 350℃가 되도록 전압을 인가하여 3분간 유지한 후, 2분에 40℃ 이하로 냉각하는 열사이클을 1사이클로 하여, 그 열사이클을 5000회 반복하였다. 그리고 그 전후의 홈 부분의 관찰 및 각 시료의 각 저항발열체의 저항변화율을 측정하였다.
그 결과를 표 6에 나타낸다.
시료 No. 띠의 폭에 대한 군의 폭의 비율 (저항발열체에 대하여) 저항변화율
112 50% 0.4%
113 70% 0.4%
114 90% 0.5%
115 95% 1.8%
116 100% 2.5%
표 6의 결과에서도 알 수 있는 바와 같이, 시료 No.112∼114의 홈의 군의 폭이 띠의 폭의 90% 이내로 형성한 시료는 5000사이클의 열사이클에서 저항변화는 각각 1% 이하로 양호하였다.
한편 시료 No.115, 116은, 시료 No.112∼114와 비교하여 저항변화는 컸다.
(실시예 7)
실시예 5와 동일한 방법으로 시료를 제작하여, 레이저에 의해 홈의 군을 형성하였다. 홈의 군의 중심은, 실시예 5에서 양호한 결과를 나타낸 중앙부로 하고, 홈의 군의 폭은, 실시예 6에서 양호한 결과를 나타낸 저항발열체의 띠의 폭의 90% 이내로 하였다. 또한, 레이저빔의 출력을 0.1∼0.6W까지 변경하여 홈의 깊이를, 홈의 폭의 10%, 20%, 50%, 75%, 85%까지 조정하였다.
그리고 실시예 3과 동일하게 열사이클시험을 실시하여, 저항치의 변화율을 확인하였다. 결과를 표 7에 나타낸다.
또한, 저항치는 5개의 저항발열체의 내구전후의 저항치 중에서 가장 저항변화율이 큰 것을 기재하였다.
시료 No. 홈의 깊이/홈의 폭(%) 저항변화율(%)
117 10 저항치를 다 올릴 수 없어서 NG
118 20 0.3%
119 50 0.3%
120 75 0.4%
121 85 2.1%
홈의 깊이가 홈의 폭의 10%로서 저항발열체의 각 부의 저항을 조정한 시료 No.117은 각 부의 저항치를 충분히 조정할 수 없어서 홈을 형성하여도 저항발열체의 저항치의 편차는 큰 채로 웨이퍼(W) 면내의 온도를 작게 할 수 없었다.
시료 No.18∼20은, 홈의 깊이가 20%∼75%이고, 열사이클 5000회 후의 저항변화율이 1% 이내로 양호한 결과였다.
그러나, 시료 No.121의 홈의 깊이는 폭의 85%이고, 저항발열체의 저항치가 2.04% 변화하였다.
(실시예 8)
열전도율이 80W/(m·K)의 탄화규소질 소결체에 연삭가공을 실시하여, 판두께 4mm, 외경 230mm의 원판형상을 한 균열판을 복수 제작하여, 각 균열판의 한쪽 주면에 절연층을 피착하기 위해서, 유리분말에 대하여 바인더로서의 에틸셀룰로오스와 유기용제로서의 테르피네올을 혼련하여 제작한 유리 페이스트를 스크린 인쇄법으로 부설하고, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시킨 후, 550℃에서 30분간 탈지처리를 실시하고, 다시700∼900℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 유리로 이루어지는 두께 200㎛의 절연층을 형성하였다. 이어서 절연층 상에 저항발열체를 피착시키기 위해서, 도전재로서 20중량%의 Au 분말과 10중량%의 Pt 분말과 70중량%의 유리를 소정량의 패턴형상으로 인쇄한 후, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시키고, 다시 450℃에서 30분간 탈지처리를 실시한 후, 500∼700℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 두께가 50㎛의 저항발열체를 형성하였다. 저항발열체는, 중심부와 외주부를 둘레방향으로 4분할한 5패턴 구성으로 하였다.
이렇게 해서 제작한 저항발열체의 각 패턴을 각각 50개소 전후로 분할하여, 각 개소에서 설계한 저항치와 실측저항치와의 차이를 레이저빔을 조사하여 홈을 형성하여 저항조정하였다. 상기 홈의 형성방법으로서는 닛폰덴키제의 YAG 레이저를 사용하였다. 레이저빔은, 파장이 1.06㎛, 펄스주파수 1KHz, 레이저출력 0.4W, 가공속도 5mm/sec로 하여 조사하였다.
또한, 상기 조건으로 제작된 홈의 폭은 약 50∼60㎛이고 깊이는 약 20∼25㎛였다. 그리고, 각 군에 형성된 홈과 홈과의 간격인 피치는 약 65㎛이고 최대의 홈의 수는 13개였다.
또한 홈의 집합체인 군의 중심을 저항발열체의 띠의 중앙부나, 띠의 단으로부터 25%의 위치 및 띠의 단으로부터 홈을 형성하는 시료 No.1∼3을 제작하였다. 저항발열체의 띠의 중앙부와는 띠의 폭의 범위의 중심으로부터 폭의 ±5%의 범위로 하였다.
그리고, 상기 균열판을 금속 케이스에 장착하고, 측온소자나 급전단자 등을 장착하여 각종의 세라믹 히터를 완성하였다.
그 후, 측온소자가 부착된 실리콘 웨이퍼를 적재면에 실어 세라믹 히터를 가열하여, 웨이퍼 전체의 온도의 평균이 200℃가 되도록 하여, 상기의 측온소자가 부착된 실리콘 웨이퍼를 사용하여 웨이퍼 표면의 온도 편차를 측정하였다.
각각의 결과는 표 8에 나타내는 바와 같다.
시료 No. 홈의 군의 중심 웨이퍼(W) 면내의 온도차
201 띠의 중앙부 ±0.14℃
202 띠의 폭으로부터 25% ±0.34℃
203 띠의 폭 ±0.49℃
표 8에 나타내는 바와 같이, 저항발열체의 띠의 중앙부에 홈의 군이 형성되어 있는 본 발명의 시료 No.201은 웨이퍼(W) 표면의 면내 온도차가 ±0.14℃로 온도분포가 작아 양호한 결과를 나타내었다.
그것에 대하여 군의 중심을 어긋나게 하여 홈을 형성한 시료 No.202, 203은 각각 ±0.34℃, ±0.49℃로 웨이퍼 면내의 온도차가 커서, 바람직하지 않았다.
(실시예 9)
실시예 8과 동일한 방법으로 시료를 제작하여, 레이저빔에 의해 홈의 군을 형성하였다. 홈의 군의 중심은, 실시예 8에서 양호한 결과를 나타낸 중앙부로 하고, 홈과 홈과의 간격인 피치를 변경하여 홈의 군의 폭을 조정하여, 홈의 군의 폭이 저항발열체의 띠의 폭의 50%, 70%, 90%, 95%, 100%로 하였다. 그 후, 웨이퍼의 표면 온도의 평균온도가 1분간에 실온에서부터 350℃로 되도록 전압을 인가하여, 3분간 유지한 후, 2분에 40℃ 이하로 냉각하는 열사이클을 1사이클로 하여, 그 열사이클을 5000회 반복하였다. 그리고 그 전후의 홈 부분의 관찰 및 각 시료의 각 패턴의 저항치변화를 조사하였다.
각 시료의 각 패턴의 저항치변화는, 4단자법에 의해 측정하였다. 또한, 저항발열체의 저항변화율이 1% 이내인 것은 양호하지만, 1%를 초과하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 1% 이내의 저항변화이면 웨이퍼 표면의 온도차가 0.03℃ 이하로 작고, 1% 이상 변화하면 웨이퍼 표면의 온도차가 0.03℃를 초과하여 큰 변화가 생길 우려가 있기 때문이다.
그 결과를 표 9에 나타낸다.
시료 No. 홈의 군의 폭 (저항발열체의 폭에 대하여) 파손에 이르는 열사이클수 저항변화율 내구후의 웨이퍼전체의 온도차
204 50% 5000 이상 1% 이하 없음
205 70% 5000 이상 1% 이하 없음
206 90% 5000 이상 1% 이하 없음
207 95% 4535사이클 파손 파손
208 100% 3125사이클 파손 파손
표 9의 결과에서도 알 수 있는 바와 같이, 시료 No.204∼206의 홈의 군의 폭이 띠의 폭의 90% 이내로 형성한 시료는 5000사이클의 열사이클로 파괴되지 않고 저항변화도 1% 이하였다.
한편 시료 No.207, 208은, 5000사이클 이하에서 파괴되어, 열사이클에 대한 내구성이 떨어진다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 10)
실시예 8과 동일한 방법으로 시료를 제작하여, 레이저에 의해 홈의 군을 형성하였다. 홈의 군의 중심은, 실시예 8에서 양호한 결과를 나타낸 중앙부로 하고, 홈의 군의 폭은, 실시예 9에서 양호한 결과를 나타낸 저항발열체의 띠의 폭의 90% 이내로 하였다. 또한, 레이저빔의 출력을 0.1∼0.6W까지 변경하여 홈의 깊이를, 홈의 폭의 10%, 20%, 50%, 75%, 85%까지 조정하였다.
그리고 실시예 9와 동일하게 열사이클시험을 실시하여, 저항치의 변화율을 확인하였다. 결과를 표 10에 나타낸다.
또한, 저항치는 5개의 패턴의 내구 전후의 저항치 중에서 가장 저항변화율이 큰 것을 기재하였다.
시료 No. 홈의 깊이/홈의 폭 (%) 홈형성후의 저항치 (Ω) 내구후의 저항치 (Ω) 저항변화율 (%)
209 10 19.5 - -
210 20 22.33 22.39 0.27
211 50 22.65 22.82 0.75
212 75 22.45 22.65 0.89
213 85 23.55 24.03 2.04
홈의 깊이를 홈의 폭의 10%로 하여 저항발열체의 각 부의 저항을 조정한 시료 No.209는 각 부의 저항치를 충분히 조정할 수 없어 19.5Ω로 작아, 홈을 형성하여도 저항발열체의 저항치의 편차가 커서 웨이퍼(W) 면내의 온도를 작게 할 수 없었다.
시료 No.210∼212는, 홈의 깊이가 20%∼75%이고, 열사이클 5000회 후의 저항변화율이 1% 이내로 양호한 결과였다.
그러나, 시료 No.213의 홈의 깊이는 폭의 85%이고, 저항발열체의 저항치가 2.04% 변화하고, 5000회 이상의 열사이클시험 후는 웨이퍼 면내의 온도차가 0.06℃ 커지고, 웨이퍼 면내의 온도차가 ±0.32℃로 커져 열사이클이 5000회 이상에서는 사용할 수 없다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 11)
실시예 8과 동일한 방법으로 시료를 제작하여, 레이저빔에 의해 홈의 군을 형성하였다. 홈의 군의 중심은, 실시예에서 양호한 결과를 나타낸 중앙부로 하고, 홈의 군의 폭은, 실시예 9에서 양호한 결과를 나타낸 띠의 폭의 90% 이내로 하였다. 또한 홈의 군과 군의 간격을 없애 연속된 것을 시료 No.214로 하고, 군과 군의 간격이 띠의 폭의 5%, 띠의 폭의 50%, 띠의 폭과 동등 및 띠의 폭의 150%의 시료를 제작하여 각각 시료 No.215∼218로 하였다. 실시예 8과 동일하게 200℃로 가열하여 웨이퍼 면내의 온도차를 측정하였다. 또한 실시예 9와 같이 열사이클시험을 하여, 그 전후의 저항치의 변화율을 측정하였다.
또한, 군과 군의 간격은 저항발열체의 각 패턴을 분할하여 각 부의 저항을 측정하여 저항이 작은 부분에서 홈을 형성하여 저항을 크게 함으로써 각 패턴의 각 부의 저항편차를 작게 할 수 있다. 따라서, 군과 군과의 간격이란, 상기 각 부의 저항측정간격의 내부에서의 군과 군과의 간격으로, 각 패턴 중에서 가장 작은 군과 군의 간격으로 나타낼 수 있다.
결과를 표 11에 나타낸다.
시료 No. 홈의 군과 군의 간격 웨이퍼전체의 온도차(℃) 홈형성후의 저항치(Ω) 내구후의 저항치(Ω) 저항변화율 (%)
214 연속 ±0.29 내구중에 단선 단선
215 띠의 폭의 5% ±0.11 22.33 22.39 0.27%
216 띠의 폭의 50% ±0.15 22.65 22.82 0.75%
217 띠의 폭과 동일 ±0.20 22.45 22.61 0.71%
218 띠의 폭의 150% ±0.25 23.55 23.78 0.98%
표 11에서 알 수 있는 바와 같이, 시료 No.215∼217은, 군과 군과의 최소의 간격이 저항발열체의 폭과 동일하거나 또는 작고, 웨이퍼(W) 전체의 온도차가 ±0.20℃ 이내로 더욱 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
한편 군과 군과의 간격이 띠의 폭보다도 큰 시료 No.218은 상기 간격의 개소에서 온도가 낮고 온도차 ±0.25℃로 약간 컸다.
또한 시료 No.214는, 군이 연속이고, 5000사이클의 열사이클의 도중에서 시료의 저항발열체가 단선되어, 열사이클에 대한 내구성이 약간 떨어진다는 것이 판명되었다.
(실시예 12)
홈의 군과 군의 간격을 0.2, 0.5, 0.8, 1.0, 1.2mm로 하는 실시예 11과 동일한 시료를 제작하여, 실시예 8과 같은 웨이퍼 전체의 온도차를 확인하였다.
또한, 저항발열체의 띠의 폭은 2mm로 하였다.
결과를 표 12에 나타낸다.
시료 No. 군과 군의 간격(mm) 웨이퍼 전체의 온도차(℃)
219 0.2 ±0.11
220 0.5 ±0.12
221 0.8 ±0.13
222 1 ±0.15
223 1.2 ±0.19
표 12에 나타내는 바와 같이 군과 군의 간격이 1mm 이하인 시료 No.219∼222는, 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 ±0.15℃ 이하로 작아 매우 양호한 결과를 나타내었다. 한편, 군과 군의 간격이 1.2mm인 시료 No.223은 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 ±0.19℃로 약간 컸다.
(실시예 13)
본 발명의 세라믹 히터 및 웨이퍼 가열장치는 아래와 같이 제작하였다. 열전도율이 80W/(m·K)의 탄화규소질 소결체에 연삭가공을 실시하여, 판두께 4mm, 외경 230mm의 원판형상을 한 판상체를 복수 제작하여, 각 판상체의 한쪽 주면에 절연층을 피착하기 위해, 유리분말에 대하여 바인더로서의 에틸셀룰로오스와 유기용제로서의 테르피네올을 혼련하여 제작한 유리 페이스트를 스크린 인쇄법으로 부설하고, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시킨 후, 550℃에서 30분간 탈지처리를 실시하고, 다시 700∼900℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 유리로 이루어지는 두께 200㎛의 절연층을 형성하였다. 이어서 절연층 상에 저항발열체를 피착시키기 위해, 도전재로서 20중량%의 Au 분말과 10중량%의 Pt 분말과 70중량%의 유리를 소정량의 저항발열체 존형상으로 인쇄한 후, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시키고, 다시 450℃에서 30분간 탈지처리를 실시한 후, 500∼700℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 두께가 50㎛인 저항발열체를 형성하였다. 저항발열체는, 원호형상의 띠와, 그것들을 연결하는 되돌아오는 소원호형상으로 이루어지고, 판상체의 중심부와 외주부를 둘레방향으로 4분할한 8저항발열체 존 구성으로 하였다.
그리고, 이렇게 해서 제작한 저항발열체의 각 저항발열체 존을 각각 50개소 전후로 분할하여, 각 개소에서 설계한 저항치와 실측저항치와의 차를 없애기 위해서, 레이저빔을 조사하여 복수의 홈으로 이루어지는 군을 형성하여 저항조정하였다. 또한, 상술한 저항치의 조정은, 각 저항발열체 존의 저항치를 측정하여 최대의 저항치를 기준으로 설계치보다 작은 것에 관해서 실시하였다.
여기서, 복수의 홈(m)으로 이루어지는 군(G)의 형성위치로서는, 저항발열체의 길이방향 중심선보다 판상체(2)의 중심측(시료 No.301)과, 저항발열체(5)의 길이방향 중심선보다 판상체(2)의 외주측(시료 No.302)에 형성한 세라믹 히터를 각각 제작하였다.
또한, 비교예로서, 복수의 홈으로 이루어지는 군의 형성위치를 저항발열체 상에서, 상기 중심측과 상기 외주측, 또는 저항발열체의 중앙부 등 랜덤으로 형성한 세라믹 히터(시료 No.303)를 제작하였다.
상기 홈의 형성방법으로서는 닛폰덴키제의 YAG 레이저를 사용하였다. 레이저빔은, 파장이 1.06㎛, 펄스주파수 1KHz, 레이저출력 0.4W, 가공속도 5mm/sec로 하여 조사하였다.
또한, 상기 조건으로 제작된 홈의 폭은 약 50∼60㎛이고 깊이는 약 20∼25㎛였다. 그리고, 각 군에 형성된 홈과 홈과의 간격인 피치는 약 65㎛이고 최대의 홈의 수는 13개였다.
그리고, 상기와 같이 제작된 세라믹 히터를 금속 케이스에 장착하고, 측온소자나 급전단자 등을 장착하여 웨이퍼 가열장치를 제작하였다.
제작한 웨이퍼 가열장치의 평가는, 측온저항체가 29개소에 매설된 직경300mm의 측온용 웨이퍼를 사용하여 실시하였다. 각각의 웨이퍼 가열장치에 전원을 장착하여 25℃에서부터 200℃까지 5분간에 웨이퍼(W)를 승온하여, 웨이퍼(W)의 온도를 200℃로 설정하고 나서 웨이퍼(W)를 제거하여, 실온의 측온 웨이퍼(W)를 적재면에 싣고, 웨이퍼(W)의 평균온도가 200℃±0.5℃의 범위로 일정하게 될 때까지의 시간을 응답시간으로서 측정하였다. 또한, 30℃에서부터 200℃로 5분에 승온하여 5분간 유지한 후, 30분간 냉각하는 온도 사이클을 1000사이클 반복한 후, 실온에서부터 200℃로 설정하여 10분 후의 웨이퍼 온도의 최대치와 최소치의 차를 웨이퍼(W) 면내의 온도차로서 측정하였다. 결과는 표 13에 나타내는 바와 같다.
시료 No. 홈으로 이루어지는 군의 형성위치 웨이퍼(W) 면내의 온도차(℃)
301 판상 세라믹체의 외주측 0.26
302 판상 세라믹체의 중심측 0.27
303 랜덤 0.38
표 13에 나타내는 바와 같이, 비교예인 시료 No.303의 세라믹 히터는, 홈(m)으로 이루어지는 군(G)이 저항발열체 상에 랜덤으로 형성하였기 때문에, 홈(m)의 판상체(2)에 대한 대칭성이 나빠져, 각 저항발열체의 발열영역에서 온도차가 생겨, 웨이퍼 면내의 온도차가 0.38℃로 커져 균열성이 나빠졌다.
이것에 대하여, 본 발명의 실시예인 시료 No.301, 302의 세라믹 히터는, 홈(m)을 저항발열체(5) 상에 한쪽 방향으로 편재시켜 형성하였기 때문에, 홈(m)의 판상체(2)에 대한 대칭성이 좋고, 각 저항발열체(5)의 발열영역에 있어서의 온도차를 저감할 수 있었으므로, 웨이퍼 면내 온도차를 작게 할 수 있었다.
(실시예 14)
상술한 실시예 13과 동일한 방법으로, 저항발열체(5)의 띠를 1.5mm 폭으로 형성하여, 레이저에 의해 복수의 홈(m)으로 이루어지는 군(G)을 판상체(2)의 중심측에 편재시킨 저항발열체(5)를 형성하였다.
그리고, 복수의 군(G)끼리의 간격과 저항발열체(5)의 폭과의 관련에 관해서 검증하였다. 또한, 상기 군(G)끼리의 간격은, 각 저항발열체 존 중에서 가장 작은 군과 군과의 간격으로 나타낼 수 있다.
그리고, 실시예 13과 동일한 방법으로 웨이퍼(W) 면내의 온도차를 측정하였다. 결과는 표 14에 나타내는 바와 같다.
시료 No. 띠폭에 대한 군끼리의 간격의 비율(%) 웨이퍼(W) 면내의 온도차(℃)
321 70 0.19
322 80 0.21
323 90 0.22
324 120 0.26
표 14에 나타내는 바와 같이, 군(G)의 간격이 저항발열체(5)로 이루어지는 띠의 폭보다 큰 시료 No.324에서는, 그 간격에서의 온도를 다른 부분과 동일하게 하는 것이 곤란해져, 웨이퍼 면내의 온도차가 0.26℃로 약간 컸다.
이것에 대하여, 시료 No.321∼324는, 군(G)의 간격이 저항발열체(5)로 이루어지는 띠의 폭보다 작았기 때문에, 웨이퍼 면내의 온도차를 더욱 저감할 수 있었다.
(실시예 15)
우선, 질화알루미늄 분말에 대하여, 중량환산으로 1.0질량%의 산화이트륨을 첨가하고, 다시 이소프로필알코올과 우레탄볼을 사용하여 볼밀에 의해 48시간 혼련함으로써 질화알루미늄의 슬러리를 제작하였다.
다음으로, 질화알루미늄의 슬러리를 200메시에 통과시켜, 우레탄볼이나 볼밀 벽의 찌꺼기를 제거한 후, 방폭건조기로 120℃에서 24시간 건조하였다. 이어서, 얻어진 질화알루미늄 분말에 아크릴계의 바인더와 용매를 혼합하여 질화알루미늄의 슬립을 제작하여, 닥터블레이드법으로 질화알루미늄의 그린 시트를 복수매 제작하였다. 그리고, 얻어진 질화알루미늄의 그린 시트를 복수매 적층 열압착으로 적층체를 형성하였다. 그런 후, 적층체를 비산화성 가스기류 중에서 500℃의 온도로 5시간 탈지를 실시한 후, 비산화성분위기에서 1900℃의 온도로 5시간의 소성을 실시하여 각종의 열전도율을 갖는 질화알루미늄 소결체를 제작하였다.
그리고, 상기 질화알루미늄 소결체에 연삭가공을 실시하여, 판두께 3mm, 직경 330mm의 원판형상을 한 판상 세라믹체를 복수매 제작하고, 다시 중심으로부터 60mm의 동심원 상(上)에 균등하게 3개소 관통구멍을 형성하였다. 관통구경은, 4 mm로 하였다.
이어서 판상체(2)의 표면에 저항발열체(5)를 피착하기 위해, 도전재로서 Au 분말과 Pd 분말과, 상기와 같은 조성으로 이루어지는 바인더를 첨가한 유리 페이스트를 혼련하여 제작한 도전체 페이스트를 스크린 인쇄법으로 소정의 패턴형상으로 인쇄한 후, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시키고, 다시 550℃에서 30분간 탈지처리를 실시한 후, 700∼900℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 두께가 50㎛인 저항발열체(5)를 형성하였다.
또한, 저항발열체(5)는 도 6에 나타내는 바와 같이, 대략 동심원상으로 원호형상의 띠로 이루어지는 저항발열체(5)와, 그것들을 연결하는 되돌아오는 소원호형상의 띠로 이루어지는 패턴형상으로 인쇄함과 동시에, 저항치를 조정하기 위한 홈(m)을 판상체(2)의 중심측에 편재시켜 형성하였다.
또한, 상술한 저항발열체(5)를 분할하는 저항발열체 존의 배치는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 판상체(2)의 중심부에 판상체(2)의 직경(D)의 25%의 원형의 1개에 저항발열체 존(4a)을 형성하고, 그 외측에 원고리의 저항발열체 존(4b)을 형성하고, 그 외측에 외경이 D의 45%의 원고리를 2개의 저항발열체 존(41c, 42c)으로 분할하고, 다시, 외경이 D의 70%의 원고리를 4개의 저항발열체 존(41d, 42d, 43d, 44d)으로 분할한 총 8개의 저항발열체 존 구성으로 하고, 외경(D)을 310mm로 하여 시료를 제작하였다.
그런 후, 저항발열체(5)에 급전부(6)를 납땜하여 고착시킴으로써, 세라믹 히터(1)를 제작하였다. 또한, 본 실시예에서는 중심부의 저항발열체 존과 그 외측의 원형상의 저항발열체 존을 병렬 접속하여 동시에 가열제어를 실시하였다.
그리고, 동일원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠의 거리(Lm)와, 그 되돌아오는 소원호형상의 띠와 연결되는 2개의 원호형상의 띠 사이의 거리(Lr)에 관해서, Lm/Lr×100%로 하여 그 비율을 변경한 세라믹 히터(1)를 제작하였다.
그 후, 금속 케이스(19)의 개구부에 세라믹 히터(1)를 설치하여, 그 외주부에 볼트를 관통시켜, 세라믹 히터(1)와 금속 케이스(19)가 직접 접촉하지 않도록 링형상의 접촉부재(17)를 개재시켜, 너트(20)를 나사부착함으로써 고정하여 웨이퍼 가열장치(111)로 하였다.
또한, 금속 케이스(19)의 바닥면(21)의 두께는 2.0mm의 알루미늄과 측벽부를 구성하는 두께 1.0mm의 알루미늄으로 이루어지고, 바닥면(21)에 가스분사구(24), 열전대(27), 급전단자(11)를 소정의 위치에 장착하였다. 또한, 바닥면(21)부터 세라믹 히터(1)까지의 거리는 20mm로 하였다.
또한, 접촉부재(17)의 단면은 L자형상으로, 고리형상으로 하였다. L 자형상의 단부 상면과 세라믹 히터(1)의 하면과 원형상으로 접촉하여, 세라믹 히터(1)와의 접촉면의 폭은 3mm로 하였다. 또한, 접촉부재의 재질은 내열성수지를 사용하였다.
상술한 바와 같이 제작한 웨이퍼 가열장치에, Lm/Lr의 비율을 변화시킨 세라믹 히터(1)를 구비한 것을 시료 No.331∼339로 하였다. 그리고, 실시예 13과 동일한 방법으로 웨이퍼(W) 면내의 온도차를 측정하였다. 결과는 표 15에 나타내는 바와 같다.
시료 No. Lm/Lr×100(%) 웨이퍼(W) 면내의 온도차(℃)
331 20 0.21
332 30 0.18
333 40 0.16
334 50 0.15
335 60 0.16
336 80 0.18
337 90 0.21
338 95 0.22
339 120 0.27
표 15에 나타내는 바와 같이, 시료 No.337은 Lm/Lr의 비율이 120%로 컸기 때문에, 동일 원주 상에 위치하는 한쌍의 되돌아오는 소원호형상의 띠 사이의 주변에서의 공극부(Q)가 넓어져, 저항발열체(5)를 구비하지 않고 있는 공극부(Q)의 온도가 내려가게 되어, 웨이퍼(W) 면내의 온도차를 효율적으로 저감할 수 없었다.
이것에 대하여, 시료 No.331∼338은 Lm/Lr의 비율이 100%보다 작고 웨이퍼의 온도차는 0.22℃ 이하로 작아 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 시료 No.332∼336은 Lm/Lr의 비율이 30∼80%였기 때문에, 웨이퍼 면내의 균열성이 뛰어났기 때문에, 웨이퍼(W) 면내의 온도차를 작게 할 수 있고, 또한, Lm/Lr의 비율이 40∼60%인 시료 No.333∼335에서는, 더욱 상기 온도차를 작게 할 수 있었다.
(실시예 16)
열전도율이 80W/(m·K)의 탄화규소질 소결체에 연삭가공을 실시하여, 판두께 3mm, 외경 300mm의 원판형상을 한 판상체를 복수 제작하여, 각 판상체의 한쪽 주면에 절연층을 피착하기 위해, 유리분말에 대하여 바인더로서의 에틸셀룰로오스와 유기용제로서의 테르피네올을 혼련하여 제작한 유리 페이스트를 스크린 인쇄법으로 부설하고, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시킨 후, 550℃에서 30분간 탈지처리를 실시하고, 다시 700∼900℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 유리로 이루어지는 두께 200㎛의 절연층을 형성하였다. 이어서 절연층 상에 저항발열체를 피착시키기 위해, 도전재로서 20중량%의 Au 분말과 10중량%의 Pt 분말과 70중량%의 유리를 소정량의 패턴형상으로 인쇄한 후, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시키고, 다시 450℃에서 30분간 탈지처리를 실시한 후, 500∼700℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 두께가 50㎛인 저항발열체를 형성하였다. 저항발열체는, 중심부와 외주부를 둘레방향으로 4분할한 5패턴 구성으로 하였다.
이렇게 해서 제작한 저항발열체의 각 패턴을 각각 띠의 길이방향에 50개소 전후로 분할하여, 각 개소에서 설계한 저항치와 실측저항치를 4단자측정법으로 측정하여, 그 차분을 레이저빔을 조사하여 홈을 형성하여 저항조정하였다. 상기 홈의 형성방법으로서는 닛폰덴키제의 YAG 레이저를 사용하였다. 레이저광은, 파장이 1.06㎛, 펄스주파수 1KHz, 레이저출력치 0.5W, 가공속도 8mm/sec로 하여 조사하였다.
또한, 상기 조건으로 제작된 홈의 폭은 약 60㎛이고 깊이는 약 20㎛였다. 그리고, 각 군마다 형성된 홈과 홈과의 간격인 피치는 약 50㎛이고 최대의 홈의 수는 13개였다. 여기서, 레이저광의 겹침 상태를 변경하여, 복수 홈을 형성한 후에, 저항치를 측정하여, 소정의 저항치와 비교하여, 재차 소정의 저항치가 되도록 복수회 레이저광에 의해 상기 홈을 따라 외측으로, 다른 홈보다 길이가 작고 상이한 시료를 제작하였다.
저항발열체의 양단의 저항치를 측정하면서, 소정의 저항치가 되도록 레이저광에 의해 홈을 형성하여, 레이저광에 의해 형성된 홈이 각각 떨어져, 겹치지 않는 시료를 No.405, 406으로 하였다.
또한, 저항발열체의 양단의 저항치를 측정하면서, 소정의 저항치가 되도록 레이저광에 의해 홈을 형성하여, 레이저광에 의해 형성된 홈이 띠에 직각인 방향으로 연속한 시료를 No.403, 404로 하였다.
또한, 띠에 직각인 방향으로 연속한 홈을 형성한 후, 레이저광을 상기 저항발열체에 조사하지 않은 상태에서 재차 상기 저항치를 측정하여, 소정의 저항치가 되도록 레이저광에 의해 재차 상기 홈을 따라 상기 홈보다 짧은 홈을 형성한 시료를 No.401, 402로 하였다.
상기 저항발열체를 형성한 판상체를 금속 케이스에 장착하고, 측온소자나 급전단자 등을 장착하여, 반도체 제조 장치에 사용되는 웨이퍼 가열장치를 완성하였다. 그 후, 측온소자가 부착된 웨이퍼를 적재면에 실어 세라믹 히터를 가열하여, 웨이퍼 전체의 온도 평균이 250℃가 되도록 하여, 상기 측온소자가 부착된 웨이퍼를 사용하여 웨이퍼 표면의 온도 편차와 설계한 저항치와의 차를 측정하였다. 또한, 판상체의 전체의 온도가 1분간에 350℃로 될만한 전압을 인가하여 3분간 유지한 후, 6kg/mm3, 80L/min의 에어로, 2분에 40℃ 이하로 강제냉각하는 냉열사이클을 5000사이클 가하여, 그 전후로 홈을 형성한 부분의 저항치의 변화를 조사하는 내구평가를 하였다. 저항치의 측정은, 4단자법에 의해 접촉저항을 고려할 수 있도록 하여 측정하였다. 또한, 평가기준으로서, 상기 내구테스트에 있어서, 분할된 저항발열체(5)의 전체 저항치의 저항변화율의 최대치가 5% 이내인 것은 실용적으로 사용할 수 있는 것으로 판단하였다. 또, 5%를 초과하는 것은 실용적으로 사용할 수 없는 것으로 판단하였다.
각각의 결과는 표 16에 나타내는 바와 같다.
시료 No. 설계저항치와의 차 레이저광의 겹침 면내 온도차 내구후의 저항변화율
401 -0.04 유 ±0.18℃ 0.24%
402 -0.08 유 ±0.10℃ 0.42%
403 -0.17 유 ±0.15℃ 1.22%
404 -0.23 유 ±0.18℃ 1.80%
405 -0.39 무 ±0.32℃ 8.30%
406 -0.42 무 ±0.36℃ 12.40%
표 16에 나타내는 바와 같이, 레이저광에 의해 제작한 각각의 홈이 대략 평행하게 떨어져 형성된 시료 No.405, 406은, 웨이퍼 면내 온도차가 ±0.32℃, ±0.36℃로 크고, 더구나 내구시험후의 저항변화율은 8.3%, 12.4%로 커서 바람직하지 못하였다.
이것에 대하여, 본 발명의 판상체의 표면에 띠형상의 저항발열체를 구비하고, 그 저항발열체의 위에, 띠의 길이 방향에 거의 평행하고 또한 상기 띠에 직각인 방향으로 연속한 복수의 홈을 갖는 시료 No.401∼404는 웨이퍼(W) 면내의 온도차가 ±0.18℃ 이내로 작고 내구시험후의 저항변화율은 1. 8% 이하로 작아 뛰어난 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.
또한, 저항치를 측정하면서 레이저광으로 홈을 형성하여 저항치를 조정한 후, 레이저광의 조사를 멈추고 나서 저항치를 측정하여 소정의 저항치와 비교하여, 재차 소정의 저항치가 되도록 레이저광에 의해 상기 홈을 따라, 다른 홈보다 길이가 작은 홈을 형성한 본 발명의 시료 No.401, 402는, 웨이퍼 면내 온도차가 ±0.08℃, 0.10℃에서, 내구시험후의 저항변화율은 0.24%, 0.42%가 되어, 시료 No.403, 404와 비교하여, 더욱 양호한 특성을 나타내었다.
(실시예 17)
열전도율이 80W/(m·K)의 탄화규소질 소결체에 연삭가공을 실시하여, 판두께 4mm, 외경 230mm의 원판형상을 한 판상체(2)를 복수 제작하여, 각 판상체(2)의 한쪽 주면에 절연층(4)을 피착하기 위해, 유리분말에 대하여 바인더로서의 에틸셀룰로오스와 유기용제로서의 테르피네올을 혼련하여 제작한 유리 페이스트를 스크린 인쇄법으로 부설하고, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시킨 후, 550℃에서 30분간 탈지처리를 실시하여, 다시 700∼900℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 유리로 이루어지는 두께200㎛의 절연층(4)을 형성하였다. 이어서 절연층(4) 상에 저항발열체(5)를 피착하기 위해, 도전재로서 20중량%의 Au 분말과 10중량%의 Pt 분말과 70중량%의 유리를 소정량의 바인더 및 용제와 혼합한 페이스트를, 스크린 인쇄법으로 소정의 패턴형상으로 인쇄한 후, 150℃로 가열하여 유기용제를 건조시키고, 다시450℃에서 30분간 탈지처리를 실시한 후, 500∼700℃의 온도에서 베이킹을 실시함으로써, 두께가 50㎛인 저항발열체(5)를 형성하였다. 저항발열체(5)는, 중심부와, 외주부를 둘레방향으로 4분할한 5개의 패턴 구성으로 하였다.
이렇게 해서 준비한 저항발열체(5)의 띠를 복수로 구분하여 저항치를 측정하였다. 그리고, 측정한 저항치와 설계저항치를 비교하여 레이저광 파장이 1.06㎛의 YAG 레이저광을 사용하고, 출력 0.2∼1.0W까지를 변경하여, 홈의 가공속도를 2∼20mm/sec의 범위 내로 하여 홈을 가공하여, 각 구분의 저항치를 조정하였다.
또한, 일부 Zn 계 유리 페이스트를 스크린 인쇄함으로써, 저항발열체(5) 상의 홈가공단부에 보호층(16)을 형성한 샘플과, 에어분출구(12) 부근의 저항발열체(5) 상의 일대에 유리의 보호층(16)을 형성한 샘플을 작성하였다.
그 후, 판상체(2)의 전체의 온도가 1분간에 350℃가 될만한 전압을 인가하여 3분간 유지한 후, 6kg/mm3, 80L/min의 에어로, 2분에 40℃ 이하로 강제냉각하는 냉열사이클을 5000사이클 가하여, 그 전후로 홈을 형성한 부분의 저항치의 변화를 조사하였다.
저항치의 측정은, 4단자법에 의해 접촉저항을 고려할 수 있도록 하여 측정하였다. 또한, 평가기준으로서, 상기 내구테스트에 있어서, 분할된 저항발열체(5)의 전체저항치의 저항변화율이 5% 이내인 것은 실용적으로 사용할 수 있는 것으로 판단하였다. 또한, 5%를 초과하는 것은 실용적으로 사용할 수 없는 것으로 판단하였다.
또한, 홈의 단부의 원호형상 부분의 원호의 직경이나 초기 최장 크랙 길이는, 홈의 단부를 현미경으로 촬영하여 화상처리하여 산출하였다. 단부 원호 직경은, 단부 원호 직경을 3개소 측정하여 그 평균치(D)와, 홈가공한 홈폭의 3개소의 평균치를 홈폭(AV)으로 하여, D/AV를 (단부 원호 직경/홈폭)으로서 구하였다. 또한, 홈의 단부로부터 발생하는 크랙길이에 관해서, 크랙이 갖는 홈의 폭방향의 최대거리를 초기 최장 크랙 길이로서 측정하였다. 각각의 결과는 표 17에 나타내는 바와 같다.
시료 No. 레이저 가공속도 （mm/s） 레이저출력 (W) 단부의 형상 단부의 원호직경/홈폭 초기 단부의 크랙 개수 (개) 초기 최장 크랙의 길이 (㎛) 단부 유리 코트 유무 에어 분출구 부근의 유리 코트 유무 저항 변화율(%)
501 20 0.5 예각 - 18 178 무 무 13.2
502 17 0.5 원호 0.4 14 120 무 무 4.3
503 3 1.0 ↑ 3.2 7 112 무 무 4.3
504 15 0.5 ↑ 0.5 9 105 무 무 3.8
505 4 0.8 ↑ 3 8 82 무 무 3.4
506 4 0.7 ↑ 2.8 5 79 무 무 1.3
507 5 0.8 ↑ 2.6 4 66 무 무 1.2
508 10 0.5 ↑ 1.5 3 35 유 무 0.4
509 10 0.5 ↑ 1.2 0 0 유 유 0.2
표 17에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위 외인 샘플 No.501은 저항변화율이 13.2%로 대단히 컸다. 이것은, 레이저가공·종료개시시에 가동 미러(29)의 회전가속도가 크고, 홈의 단부가 예각이었기 때문에, 홈의 단부에 냉열사이클에 의해 발생하는 열팽창차에 의한 응력이 집중되어, 크랙이 발생함과 동시에 진행하였기 때문이라고 생각된다. 그리고, 저항발열체 (5)의 단선으로 이어질 것이라는 것을 추측할 수 있다.
이것에 대하여, 본 발명의 샘플 No.502∼509는, 모두 저항변화율이 4.3% 이하로 작아, 양호한 내구성이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
또한, 홈의 단부의 원호의 직경이 홈의 폭의 0.5∼3배의 범위 외인 샘플 No.502, 503의 저항변화율은 4.2∼4.3%로 약간 크다는 것을 알 수 있었다. 또한, 홈의 단부의 원호의 직경이 홈폭의 0.5∼3배인 샘플 No.504∼509는, 내구시험후의 저항변화율이 3.8% 이하로 작아 더욱 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 샘플 No.506∼509와 같이 크랙이 5개 이하이면, 저항변화율이 0.2∼1.3%로 더욱 작아 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 더불어, 내구평가에서, 크랙의 길이는 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 샘플 No.508에서, 홈의 단부의 저항발열체의 위에 보호층을 형성하면, 크랙의 진행을 억제할 수 있고, 저항변화율이 0.4%로 작아, 내구성이 크게 향상되었다. 또한, 샘플 No.509에 있어서, 에어분출구 부근의 저항발열체의 위에 보호층을 형성하면 저항변화율은 0.2%로 가장 작아져, 더욱 내구성이 향상되었다. 이것은, 열충격으로 발생하는 크랙을 방지함과 동시에, 고압의 에어류에 의한 저항발열체의 침식을 방지할 수 있기 때문이라고 생각된다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼 면내의 온도차가 ±0.3℃ 이하로 작은 뛰어난 히터를 제공할 수 있다. 더구나, 상기 히터의 제조수율이 좋고, 대량생산이 용이하여 저렴한 히터를 제공할 수 있다.
상기 저항발열체의 저항조정용의 홈의 가공에 있어서, 홈의 단부를 원호형상으로 함으로써, 냉열사이클로 저항발열체에 생기는 열팽창차에 의해 생기는 크랙의 발생/증가가 억제되어, 상기 저항변화·이상발열·단선되는 것을 방지할 수 있어, 장기간의 사용에 견딜 수 있다.
또, 홈가공의 가공출력과, 이동속도를 조정함으로써, 홈가공시에 생기는 크랙의 개수를 가공홈 1개당 5개 이하로 함으로써, 저항변화, 이상발열, 단선되는 것을 방지할 수 있어, 장기사용에 견딜 수 있다.
또한, 홈가공 단부 상에 보호층을 형성함으로써, 냉열사이클로 저항발열체에 생기는 열팽창차에 의해 크랙이 진행되어 저항변화·이상발열·단선되는 것을 방지할 수 있어, 장기사용에 견딜 수 있다.
또한, 온도차가 심한 냉각용 에어분출구 일대의 저항발열체 상에 보호층을 형성함으로써, 냉열사이클로 저항발열체에 생기는 열팽창차에 의해 크랙의 진행, 에어류에 의한 저항발열체의 침식에 의한 저항변화·이상발열·단선을 방지할 수 있어, 장기사용에 견딜 수 있다.

Claims (21)

  1. 판상체와,
    상기 판상체의 표면에 형성되고, 홈부를 갖는 띠형상의 저항발열체와,
    상기 판상체의 표면에 형성되고, 상기 홈부와 대응하는 위치에 형성된 위치결정 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 히터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판상체가 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 위치 결정 표시부가 상기 띠형상의 저항발열체로부터 측쪽으로 돌출된 돌출부인 것을 특징으로 하는 히터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 띠형상의 저항발열체는 상기 저항발열체로부터 측쪽으로 돌출된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저항발열체는, 절연성 조성물과 도전성 조성물과의 복합재로 이루어지고, 상기 홈부의 표면에서의 상기 도전성 조성물의 밀도가, 상기 저항발열체의 내부에서의 도전성 조성물의 밀도보다 작은 것을 특징으로 하는 히터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 홈부의 표면에서의 상기 도전성 조성물의 평균입경이 1∼20㎛인 것을 특징으로 하는 히터.
  7. 제5항에 있어서, 상기 저항발열체는, 상기 도전성 조성물로 이루어지는 다수의 도전성 입자에 둘러싸인 상기 절연성 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
  8. 제1항에 있어서, 원형상의 상기 판상체 상에는, 상기 저항발열체가 동심원상으로 형성되고, 그 저항발열체에는, 그 폭방향의 대략 중앙에 복수의 상기 홈부로 이루어지는 군이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 저항발열체는, 원형상의 판상체 상에 동심원상으로 형성되고,
    상기 홈부는, 상기 저항발열체 상에서의 상기 판상체의 반경방향 내측 또는 상기 판상체의 반경방향 외측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 저항발열체는, 그 길이방향을 따라 형성되고, 또한，상기 길이방향에 대략 수직인 방향으로 나열되는 복수의 상기 홈부로 이루어지는 군을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 히터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 홈부 중, 일부의 홈부의 길이가 다른 홈부의 길이와 다른 것을 특징으로 하는 히터.
  12. 제10항에 있어서, 상기 복수의 홈부 중, 상기 저항발열체의 폭방향의 외측에 위치하는 홈부의 길이가 다른 홈부의 길이와 다른 것을 특징으로 하는 히터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 홈부의 단부가 원호형상인 것을 특징으로 하는 히터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 홈부의 단부에서의 상기 원호형상 부분이 상기 홈부의 폭의 0.5∼3배의 원의 직경에 상당하는 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
  15. 제13항에 있어서, 상기 홈부의 단부에 보호층을 형성한 것을 특징으로 하는 히터.
  16. 제1항에 있어서, 상기 저항발열체는, 그 길이방향을 따라 거의 같은 길이로 형성되고, 또한, 상기 길이방향에 대략 수직인 방향으로 나열되는 복수의 상기 홈부로 이루어지는 군을 복수 갖고, 인접하는 군끼리의 간격이 상기 저항발열체의 폭보다도 작은 것을 특징으로 하는 히터.
  17. 제16항에 있어서, 상기 인접하는 군끼리의 간격이 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 히터.
  18. 제1항에 있어서, 상기 홈부가, 레이저에 의해 가공되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터.
  19. 제1항에 기재된 히터에서의 상기 판상체의 한쪽 주면에 복수의 상기 저항발열체를 구비하고, 다른쪽 주면에 웨이퍼를 싣는 적재면을 구비하고, 또한 상기 복수의 저항발열체에 독립하여 전력을 공급하는 급전부와, 그 급전부를 둘러싸는 금속 케이스를 구비하고,
    상기 복수의 저항발열체는, 상기 판상체의 중앙부에 형성된 원형의 저항발열체 존과, 그 외측에 동심원상으로 형성된 복수의 둥근 환형의 저항발열체 존으로 이루어지고,
    적어도 최외주에 위치하는 상기 둥근 환형의 저항발열체 존은, 상기 동심원에서의 대략 등각의 중심각을 이루는 복수의 직선상에 위치하는 복수의 상기 위치 결정 표시부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  20. 제4항에 기재된 히터에서의 상기 판상체의 한쪽 주면에 복수의 상기 저항발열체를 구비하고, 다른쪽 주면에 웨이퍼를 싣는 적재면을 구비하고, 또한 상기 복수의 저항발열체에 독립하여 전력을 공급하는 급전부와, 그 급전부를 둘러싸는 금 속 케이스를 구비하고,
    상기 복수의 저항발열체는, 상기 판상체의 중앙부에 형성된 원형의 저항발열체 존과, 그 외측에 동심원상으로 형성된 복수의 둥근 환형의 저항발열체 존으로 이루어지고,
    적어도 최외주에 위치하는 상기 둥근 환형의 저항발열체 존은, 상기 동심원에서의 대략 등각의 중심각을 이루는 복수의 직선 상에 위치하는 복수의 상기 볼록부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  21. 판상체의 한쪽 주면에 형성된 저항발열체에 복수의 홈부를 갖는 히터의 제조방법으로서,
    상기 판상체의 한쪽 주면에 상기 저항발열체와 상기 홈부의 위치 결정의 기준이 되는 위치 결정 표시부를 형성하는 공정과,
    상기 저항발열체의 일정 구간의 저항치를 측정하는 공정과,
    이 측정된 저항치를 소정의 저항치와 비교하여, 상기 일정 구간의 저항치가 상기 소정의 저항치가 되도록, 상기 저항발열체의 상기 일정 구간의 일부에, 상기 위치 결정 표시부를 기준으로 하여 레이저광에 의해 상기 홈부를 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 히터의 제조방법.
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