KR20070018698A - Heating element - Google Patents
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Abstract
급전단자가 부식되는 일 없이 보호층의 수명도 길고 내구성이 높으며 콤팩트하고 제조비용이 낮은 가열소자를 제공한다.It provides a heating element with a long lifespan, high durability, compactness, and low manufacturing cost of the protective layer without corrosion of the feed terminal.
히터패턴(3a)이 형성되는 판형상부(1a)와, 판형상부(1a)의 한면으로부터 돌출되는 도전로(3b)가 형성되는 봉형상부(1b)와, 봉형상부(1b)의 판형상부(1a)와는 반대단에 위치하여 급전단자(3c)가 형성되는 선단부(1c)가 형성된 일체물의 내열성 기재(1)를 갖고, 내열성 기재(1)의 표면에 절연성 유전체층(2)과, 유전체층(2)상에 도전성 도전층(3)을 가지며, 도전층(3)은 판형상부(1a)에서는 히터패턴(3a)이 형성되고, 봉형상부(1b)에서는 도전로(3b)가 형성되며, 선단부(1c)에서는 급전단자(3c)가 형성되어 있고, 상기 히터패턴(3a)과 상기 도전로(3b)의 표면이 절연성 보호층(4)으로 덮여지고 일체적으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열소자(10).The plate-shaped portion 1a on which the heater pattern 3a is formed, the rod-shaped portion 1b on which the conductive path 3b protruding from one surface of the plate-shaped portion 1a, and the plate-shaped portion 1a of the rod-shaped portion 1b are formed. ) Has a heat-resistant base material 1 of an integral body formed with a tip portion 1c on which the feed terminal 3c is formed, and is positioned opposite to), and has an insulating dielectric layer 2 and a dielectric layer 2 on the surface of the heat-resistant base material 1. On the conductive layer 3, the heater pattern 3a is formed in the plate-shaped portion 1a, and the conductive path 3b is formed in the rod-shaped portion 1b, and the tip portion 1c is formed. ), A power feeding terminal 3c is formed, and the heating element 3c is formed with the surface of the heater pattern 3a and the conductive path 3b covered with an insulating protective layer 4 and integrally formed. 10).
Description
도 1은, 본 발명의 가열소자의 일례(실시예1)의 개략도로서, (A)는 가열소자의 단면도, (B)는 가열소자로부터 보호층을 제거한 것의 사시도, (C)는 가열소자의 도전부의 부분단면도(도 1 (A)의 점선부분)의 확대도, (D)는 내열성 기재의 단면도, (E)는 내열성 기재의 사시도이다.1 is a schematic diagram of an example (Example 1) of a heating element of the present invention, (A) is a sectional view of the heating element, (B) is a perspective view of the protective layer removed from the heating element, and (C) is a An enlarged view of a partial cross-sectional view of the conductive portion (dashed line portion in FIG. 1A), (D) is a cross-sectional view of the heat resistant substrate, and (E) is a perspective view of the heat resistant substrate.
도 2는, 본 발명의 가열소자의 다른 일례(실시예2)의 개략도로서, (A)는 가열소자의 단면도, (B)는 가열소자로부터 보호층을 제거한 것의 사시도, (C)는 내열성 기재의 단면도, (D)는 내열성 기재의 사시도이다.2 is a schematic view of another example of the heating element of the present invention (Example 2), (A) is a sectional view of the heating element, (B) is a perspective view of the protective layer removed from the heating element, and (C) is a heat resistant substrate (D) is a perspective view of a heat resistant base material.
도 3은, 정전척 패턴을 형성한 본 발명의 가열소자의 일례의 개략도로서, (A)는 가열소자의 단면도, (B)는 가열소자로부터 보호층을 제거한 것의 하방으로부터의 사시도, (C)가열소자로부터 보호층을 제거한 것의 상방으로부터의 사시도이다.3 is a schematic diagram of an example of a heating element of the present invention in which an electrostatic chuck pattern is formed, (A) is a sectional view of the heating element, (B) is a perspective view from below of removing the protective layer from the heating element, (C) It is a perspective view from the top of what removed the protective layer from the heating element.
도 4는, 종래의 가열소자의 일례(비교예)의 개략도로서, (A)는 가열소자의 단면도, (B)는 내열성 기재에 도전층이 형성된 부분의 전체의 사시도, (C)는 내열성 기재의 단면도, (D)는 내열성 기재의 사시도이다.4 is a schematic view of an example (comparative example) of a conventional heating element, (A) is a sectional view of a heating element, (B) is a perspective view of the entire portion where a conductive layer is formed on a heat resistant substrate, and (C) is a heat resistant substrate (D) is a perspective view of a heat resistant base material.
도 5는, 본 발명의 가열소자의 보호층을 2층으로 한 경우의 일례의 개략도로서, (A)는 실시예1의 가열소자의 단면도, (B)는 가열소자의 도전부의 부분단면도 (도 5(A), (C)의 점선부분)의 확대도, (C)는 실시예2의 가열소자의 단면도이다.Fig. 5 is a schematic diagram of an example in which the protective layer of the heating element of the present invention has two layers, (A) is a sectional view of the heating element of Example 1, (B) is a partial cross-sectional view of the conductive portion of the heating element (Fig. An enlarged view of 5 (A) and dotted line in (C), and (C) are sectional views of the heating element of Example 2. FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1…내열성 기재 1a…판형상부One… Heat-resistant base material 1a... Plate
1b…봉형상부 1c…선단부 1b... Rod-shaped portion 1c... Tip
2…유전체층 3…도전층2…
3a…히터패턴 3b…도전로 3a... Heater pattern 3b... Challenge
3c…급전단자 4…보호층 3c...
4p…보호층의 최표층 5…전원단자 4p... .
6…정전척 패턴 10…가열소자6...
10a…가열부 10b…도전부 10a... Heating section 10b... Challenge
10c…급전단자부10c... Feeding terminal part
본 발명은, 적어도, 내열성 기재의 판형상부에 히터패턴이 형성된 발열부와, 상기 내열성 기재에 급전단자가 형성된 급전단자부를 갖는 가열소자에 관한 것이다.The present invention relates to a heating element having at least a heat generating portion in which a heater pattern is formed in a plate-shaped portion of a heat resistant substrate, and a feed terminal portion having a feed terminal formed on the heat resistant substrate.
반도체 디바이스의 제조공정에 있어서의 반도체 웨이퍼의 가열에 사용되는 히터로서는 알루미나, 질화알루미늄, 지르코니아 등의 소결 세라믹으로 이루어지는 내열성 기재에 몰리브덴, 텅스텐 등의 고융점금속의 선이나 박(箔)을 발열체로서 감거나 접착한 것이 사용되어 왔다.As a heater used for heating the semiconductor wafer in the manufacturing process of a semiconductor device, the heat-resistant base material which consists of sintered ceramics, such as alumina, aluminum nitride, zirconia, etc., is made of high melting point metals, such as molybdenum and tungsten, and foil as a heating element. What has been wound or glued has been used.
그러나, 이러한 히터에서는, 발열체가 금속제이므로 변형이나 휘산이 일어나기 쉬운 점, 단수명인 점, 조립이 번잡함 등의 문제점이 있었다(비특허문헌1 참조). 또 내열성 기재에 소결 세라믹을 사용하고 있으므로, 이것에 함유되는 바인더가 불순물로 되거나 하는 문제점도 있었다.However, in such a heater, since the heat generating element is made of metal, there are problems such as deformation and volatilization, short life, and complicated assembly (see Non-Patent Document 1). Moreover, since the sintered ceramic is used for a heat resistant base material, there also existed a problem that the binder contained in this became an impurity.
그래서, 이러한 히트 사이클에 의한 열변형이나 불순물의 비산을 방지하기 위해, 기계적 강도가 크고 고효율의 가열이 가능한 열분해 질화붕소(PBN:Pyrolitic Boron Nitride)의 내열성 기재와, 상기 내열성 기재상에 열분해 그라파이트의 도전층을 갖는 세라믹 히터가 개발되어 있다(예를 들면 비특허문헌1, 특허문헌1-3 등 참조).Therefore, in order to prevent thermal deformation and scattering of impurities due to such heat cycles, a pyrolytic boron nitride (PBN) pyrogenic nitride (PBN) pyrogenic nitride (PBN) heat-resistant substrate and a pyrolytic graphite on the heat-resistant substrate Ceramic heaters having a conductive layer have been developed (see Non-Patent
이러한 히터의 가열소자는 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 적어도, 판형상의 내열성 기재(21)에 히터패턴(3a)이 형성된 발열부(20a)와, 상기 내열성 기재(21)의 히터패턴과 동일면의 주변에 급전단자(3c)가 형성된 급전단자부(20c)를 갖는 가열소자(20)로서, 히터패턴(3a)에는 보호층(4)이 형성되고, 급전단자(3c)에는 급전부재 혹은 전원단자(5)가 접속된다.For example, as shown in FIG. 4, the heating element of such a heater includes at least a heat generating portion 20a having a heater pattern 3a formed on a plate-shaped heat resistant substrate 21 and a heater pattern of the heat resistant substrate 21. A
그러나, 발열체인 열분해 그라파이트가 산화소모에 약한 점이나, 수소에 의한 메탄가스화 등, 프로세스 중에 사용되는 고온가스와 반응성이 있으므로, 급전을 위해 노출된 급전단자부의 열분해 그라파이트가, 프로세스 내에 잔존하는 산소나 프로세스 중의 고온가스에 의해 소모되어, 수명이 짧다는 문제가 있었다.However, since pyrolytic graphite, which is a heating element, is weak in oxidation consumption and reactive with hot gases used during the process such as methane gasification by hydrogen, pyrolysis graphite of the feed terminal portion exposed for power supply may not contain oxygen remaining in the process. There was a problem in that it was consumed by the hot gas in the process and the life was short.
그리고, 이 문제해결을 위해 급전단자부를 발열부로부터 멀리하는 시도가 행 해져 있다. 예를 들면 급전단자가, 통전에 의해 발열하는 히터패턴을 갖는 급전부재를 개재해서 전원단자부재에 접속되고, 히터패턴을 덮는 보호층을 PBN 등의 전기절연성 세라믹으로 해서, 급전단자부의 과열을 막아 급전단자의 수명을 연장시키거거나 하는(특허문헌4 참조) 제안이 행해져 있다.In order to solve this problem, an attempt has been made to keep the feed terminal unit away from the heat generating unit. For example, the feed terminal is connected to the power supply terminal member via a feed member having a heater pattern that generates heat by energization, and the protection layer covering the heater pattern is made of an electrically insulating ceramic such as PBN to prevent overheating of the feed terminal portion. A proposal has been made to extend the life of the feed terminal (see Patent Document 4).
또한, 카본제의 급전단자부를 조립에 의해 쌓아 올린 후에 보호층을 형성하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌1, 7 등 참조).Moreover, the method of forming a protective layer after stacking carbon feed terminal parts by granulation is proposed (refer
그러나, 이러한 히터의 가열소자는 가열면측에 돌기물이 있으므로, 피가열 물과의 사이에 공간을 형성하거나 할 필요가 있어, 콤팩트한 설계의 장애로 되는 문제가 있었다. 또한, 복수의 부품을 조합해서 조립한 접속부 부근의 보호층에는 사용에 의해 크랙이 생기기 쉽고, 크랙으로부터 도전층의 부식이 시작되어 수명이 짧아진다는 문제가 있었다. 또, 할로겐계 에칭가스를 이용하는 등의 붕화물이 부식되는 환경에서 사용될 경우, 최표층이 붕화물로는 내성이 결핍되고, 최외층이 부식되어 단수명으로 된다는 결점이 있었다.However, since the heating element of such a heater has projections on the heating surface side, it is necessary to form a space between the objects to be heated, which causes a problem of compact design. In addition, there is a problem that cracks are likely to occur in the protective layer near the connection portion assembled by combining a plurality of components, and corrosion of the conductive layer starts from the cracks, resulting in a shortened life. In addition, when used in an environment where borides corrode, such as using a halogen-based etching gas, there is a drawback that the outermost layer lacks resistance as the boride and the outermost layer is corroded to shorten the life.
또한, 내열성 지지기재의 재질로서 상기와 같이 열분해 질화붕소를 사용하면, 기계적 강도가 크고 고효율의 가열이 가능하지만, 이방성이 크므로 휘어짐이 발생하기 쉽고, 또한 고가이기 때문에 질화붕소 소결체를 사용하는 것도 제안되어 있다(특허문헌5 참조).In addition, when the thermally decomposed boron nitride is used as the material of the heat resistant support base as described above, the mechanical strength is high and the heating can be performed with high efficiency. However, the anisotropy tends to cause warpage and is also expensive, so that the boron nitride sintered body is also used. It is proposed (refer patent document 5).
그러나, 내열성 지지기재에 질화붕소 소결체를 사용한 경우, 기계적 강도가 작으므로 기재를 두껍게 해야 하고, 또 기재측면으로부터 빠져나가는 열량도 크므로, 특히 700℃보다 높은 온도로 시료를 가열하고자 할 경우에 충분히 온도가 오르 지 않았다.However, when the boron nitride sintered body is used for the heat resistant support base, the substrate has to be thick because the mechanical strength is small, and the amount of heat that escapes from the side of the substrate is also large, especially when the sample is to be heated to a temperature higher than 700 ° C. The temperature did not rise.
또한, 최근에는 히터상에 피가열체인 반도체 웨이퍼를 고정하기 위한 정전흡착 기능을 부여하고, 고기능화된 세라믹 히터가 제안되어 있지만(특허문헌2, 3, 5, 6 참조), 히터의 내열성에 대해서는 불충분했다.In addition, recently, a highly functional ceramic heater is proposed (see
[비특허문헌1]「진공」No.12, (33), p.53에 기재된 유니온 카바이드 서비세스사제 열분해 그라파이트/열분해 질화붕소 히터[Non-Patent Document 1] Pyrolysis Graphite / Pyrolysis Boron Nitride Heater manufactured by Union Carbide Services Co., Ltd. described in "Vacuum" Nos. 12, (33) and p.53
[특허문헌1] 일본 특허공표 평8-500932호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-500932
[특허문헌2] 일본 특허공개 평5-129210호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-129210
[특허문헌3] 일본 특허공개 평6-61335호 공보[Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 6-61335
[특허문헌4] 일본 특허공개 평11-354260호 공보[Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-354260
[특허문헌5] 일본 특허공개 평4-358074호 공보[Patent Document 5] Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-358074
[특허문헌6] 일본 특허공개 평5-109876호 공보[Patent Document 6] Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-109876
[특허문헌7] 국제공개 제WO2004/068541호 팜플렛[Patent Document 7] International Publication WO2004 / 068541 Pamphlet
그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 급전단자가 부식되는 일 없이 보호층의 수명도 길고 내구성이 높으며 콤팩트하고 제조비용이 낮은 가열소자를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heating element having a long life, high durability, compactness, and low manufacturing cost of the protective layer without the feed terminal being corroded.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 적어도 히터패턴이 형성되는 판형상부와, 상기 판형상부의 한면으로부터 돌출되는 도전로가 형성되는 봉형상 부와, 상기 봉형상부의 상기 판형상부와는 반대단에 위치하여 급전단자가 형성되는 선단부가 형성된 일체물의 내열성 기재를 갖고, 상기 내열성 기재의 표면에 절연성 유전체층과, 상기 유전체층상에 도전성 도전층을 갖고, 상기 도전층은 상기 판형상부에서는 히터패턴이 형성되고, 상기 봉형상부에서는 도전로가 형성되며, 상기 선단부에서는 급전단자가 형성되어 있고, 상기 히터패턴과 상기 도전로의 표면이 절연성 보호층으로 덮여지고 일체적으로 형성되어 이루어지는 것임을 특징으로 하는 가열소자가 제공된다(청구항 1).In order to achieve the above object, according to the present invention, at least a plate-shaped portion on which a heater pattern is formed, a rod-shaped portion on which a conductive path protruding from one surface of the plate-shaped portion is formed, and the plate-shaped portion is opposed to the plate-shaped portion. It has a heat-resistant base material of the integral body formed in the front end portion is formed at the end and the feed terminal is formed, an insulating dielectric layer on the surface of the heat-resistant substrate and a conductive conductive layer on the dielectric layer, the conductive layer is a heater pattern in the plate-shaped portion And a conductive path is formed in the rod-shaped portion, a feed terminal is formed in the tip portion, and the heater pattern and the surface of the conductive path are covered with an insulating protective layer and are integrally formed. An element is provided (claim 1).
이러한 가열소자이면, 상기 판형상부에 상기 히터패턴이 형성된 가열부와, 상기 선단부에 상기 급전단자가 형성된 급전단자부가, 상기 도전로가 형성된 봉형상부에 의해 가로막혀지므로, 급전단자부에 있어서 노출된 급전단자가 프로세스 중의 고온가스에 의해 소모되기 어려워져 장수명으로 된다.In such a heating element, the heating portion in which the heater pattern is formed in the plate-shaped portion and the feed terminal portion in which the feed terminal is formed in the tip end portion are blocked by the rod-shaped portion in which the conductive path is formed. The terminal is less likely to be consumed by the hot gas in the process, resulting in longer life.
또한, 상기 내열성 기재는 일체물로서, 복수의 부품을 조합해서 조립한 것이 아니므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮으며, 상기 내열성 기재에 형성된 층은 사용에 의해 크랙이 생기기 어려워 장수명이다.Moreover, since the said heat resistant base material is not an assembly and combining several parts, it is compact and it is low in manufacturing cost, and the layer formed in the said heat resistant base material is hard to produce a crack by use, and is long life.
또한, 상기 도전층은, 상기와 같이 히터패턴과 도전로와 급전단자가 형성되고, 상기 히터패턴과 상기 도전로의 표면이 보호층으로 덮여져 일체적으로 형성되어 이루어지는 것이므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮으며, 상기 보호층은 사용에 의해 크랙이 생기기 어려워져 장수명으로 된다.The conductive layer is formed of a heater pattern, a conductive path and a feed terminal as described above, and is formed integrally by covering the surface of the heater pattern and the conductive path with a protective layer. It is low, and the said protective layer becomes hard to produce a crack by use, and becomes long life.
이때, 상기 내열성 기재의 재질이 그라파이트인 것이 바람직하다 (청구항 2). At this time, it is preferable that the material of the said heat resistant base material is graphite (claim 2).
이렇게 내열성 기재의 재질이 그라파이트이면, 재료가 저렴하고 복잡한 형상이어도 가공이 용이하므로, 제조비용을 더욱 낮게 할 수 있고 내열성도 크다.Thus, if the material of the heat resistant substrate is graphite, even if the material is inexpensive and complicated shape, the processing is easy, so that the manufacturing cost can be further lowered and the heat resistance is also large.
또한, 상기 유전체층의 재질은 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합한 것임이 바람직하다(청구항 3).In addition, the material of the dielectric layer is preferably one of boron nitride, pyrolytic boron nitride, silicon nitride, CVD silicon nitride, aluminum nitride, CVD aluminum nitride, or a combination thereof (claim 3).
이렇게 유전체층의 재질이 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합한 것이면, 절연성이 높고, 고온에서의 사용에 의한 불순물의 비산이 없어서 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.Thus, if the material of the dielectric layer is any one of boron nitride, pyrolytic boron nitride, silicon nitride, CVD silicon nitride, aluminum nitride, CVD aluminum nitride, or a combination thereof, the insulation is high and there is no scattering of impurities due to the use at high temperature, so that the purity is high. It is also possible to cope with the required heating process.
또한, 상기 도전층의 재질이 열분해 탄소, 글래시 카본인 것이 바람직하다 (청구항 4).Moreover, it is preferable that the material of the said conductive layer is pyrolysis carbon and glass carbon (claim 4).
이렇게 도전층의 재질이 열분해 탄소, 글래시 카본이면, 고온까지 가열 가능해지고, 가공도 용이하므로 히터패턴을 사행(蛇行)패턴으로 해서 그 폭을 바꿈으로써 임의의 온도경사를 내거나, 열환경에 따른 발열분포를 갖게 하여 균열화하거나 하는 것도 용이해진다.If the material of the conductive layer is pyrolytic carbon or glass carbon, it can be heated to a high temperature and is easy to process. Therefore, by changing the width of the heater pattern as a meandering pattern or by varying the width thereof, It is also easy to give a heat generation distribution and to make it crack.
또한, 상기 보호층의 재질은 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합한 것임이 바람직하다(청구항 5).In addition, the material of the protective layer is preferably one of boron nitride, pyrolytic boron nitride, silicon nitride, CVD silicon nitride, aluminum nitride, CVD aluminum nitride, or a combination thereof (claim 5).
이렇게 보호층의 재질을 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합한 것으로 함 으로써, 절연성이 높고, 또한 고온에서의 사용에 의한 박리나 불순물의 비산이 없어서 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있는 보호막으로 된다.Thus, the material of the protective layer is any one of boron nitride, pyrolytic boron nitride, silicon nitride, CVD silicon nitride, aluminum nitride, CVD aluminum nitride, or a combination thereof. Since there is no scattering of, it becomes a protective film which can cope with the heating process which requires high purity.
또한, 상기 보호층은 적어도 2층이상으로 이루어지고, 최표층의 재질이 알루미늄, 이트륨, 규소, 또는 이들 중 어느 하나의 화합물인 것이 바람직하다(청구항 6).In addition, it is preferable that the said protective layer consists of at least two layers, and the material of an outermost layer is aluminum, yttrium, silicon, or any one of these compounds (claim 6).
이렇게 보호층은 적어도 2층이상으로 이루어지고, 최표층의 재질이 알루미늄, 이트륨, 규소, 또는 이들 중 어느 하나의 화합물인 것에 의해 할로겐계 에칭가스나 산소 등의 부식환경에 있어서도 안정적으로 사용할 수 있다. 특히, 이 경우, 보호층의 1층째를 상기 질화알루미늄 등으로 하는 것이 효과적이고 바람직하다.Thus, the protective layer is composed of at least two layers, and the material of the outermost layer is aluminum, yttrium, silicon, or any one of these compounds, so that the protective layer can be used stably even in a corrosive environment such as halogen-based etching gas or oxygen. . In particular, in this case, it is effective and preferable to use the first layer of the protective layer as the aluminum nitride or the like.
또한, 상기 봉형상부의 길이가 10~200㎜인 것이 바람직하다(청구항 7).Moreover, it is preferable that the length of the said rod-shaped part is 10-200 mm (claim 7).
이렇게 봉형상부의 길이를 10~200㎜로 함으로써 단자부와 가열부가 충분한 거리를 둘 수 있으므로, 단자부를 충분히 저온화시킬 수 있고, 보다 효과적으로 단자부의 소모를 막을 수 있다.By setting the rod-shaped portion to 10 to 200 mm in this manner, the terminal portion and the heating portion can be provided with a sufficient distance, so that the terminal portion can be sufficiently low in temperature, and the consumption of the terminal portion can be more effectively prevented.
또한, 상기 판형상부의 상기 봉형상부가 돌출되는 측의 면에 히터패턴이 형성되고, 상기 판형상부의 반대측의 면에 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성된 것으로 할 수 있다.(청구항 8).The heater pattern may be formed on a surface of the plate-shaped portion on which the rod-shaped portion protrudes, and an electrostatic chuck pattern for holding the object to be heated is formed on the surface on the opposite side of the plate-shaped portion. .
이렇게, 상기 판형상부의 상기 봉형상부가 돌출되는 측의 면에 히터패턴이 형성되고, 상기 판형상부의 반대측의 면에 피가열물을 유지하는 정전척 패턴이 형성된 것이면, 피가열체를 유지하면서 가열할 수 있으므로 효율적으로 가열할 수 있음과 아울러 고정밀도로 위치를 설정할 수 있고, 이온 인프라, 플라즈마 에칭, 스 퍼터링 등의 피가열체의 위치정밀도가 요구될 경우에, 보다 정확하게 원하는 가열 프로세스를 행할 수 있다.Thus, when the heater pattern is formed on the surface of the plate-shaped side protruding the rod-shaped portion, and the electrostatic chuck pattern for holding the object to be heated is formed on the surface on the opposite side of the plate-shaped portion, heating while maintaining the heated object It can be heated efficiently and the position can be set with high precision, and the desired heating process can be performed more precisely when the positional accuracy of the object to be heated such as ion infrastructure, plasma etching, sputtering is required. have.
도 4와 같이, 열분해 질화붕소의 내열성 기재(21)상에 열분해 그라파이트의 발열층(3a)을 갖는 종래의 세라믹 히터의 가열소자(20)에서는, 열분해 그라파이트가 산화소모에 약한 것이나 프로세스 중에 사용되는 고온가스와 반응성이 있으므로, 급전을 위해 노출된 급전단자(3c)의 열분해 그라파이트가, 프로세스 내에 잔존하는 산소나 프로세스 중의 고온가스에 의해 소모되어, 수명이 짧다는 문제가 있었다.As shown in Fig. 4, in the
또한, 이 문제해결을 위해 급전단자부를 발열부로부터 멀리하는 시도가 몇번 행해졌지만, 가열면측에 돌기물이 생겨서 콤팩트한 설계에 장해가 있거나, 복수의 부품을 조합해서 조립한 접속부 부근의 보호층에는, 사용에 의해 크랙이 생기기 쉬워 수명이 짧다는 문제가 있었다.In order to solve this problem, several attempts have been made to keep the feed terminal away from the heat generating portion. However, projections are generated on the heating surface side, which impairs the compact design, or the protective layer near the connecting portion assembled by combining a plurality of parts. There was a problem in that cracks easily occurred due to use and the life was short.
그래서, 본 발명자들은 예의연구를 거듭하여, 적어도, 히터패턴이 형성되는 판형상부와, 상기 판형상부의 한면으로부터 돌출되는 도전로가 형성되는 봉형상부와, 상기 봉형상부의 상기 판형상부와는 반대단에 위치하여 급전단자가 형성되는 선단부가 형성된 일체물의 내열성 기재를 갖고, 상기 내열성 기재의 표면에 절연성 유전체층과, 상기 유전체층상에 도전성 도전층을 가지며, 상기 도전층은 상기 판형상부에서는 히터패턴이 형성되고, 상기 봉형상부에서는 도전로가 형성되며, 상기 선단부에서는 급전단자가 형성되어 있고, 상기 히터패턴과 상기 도전로의 표면이 절연성 보호층으로 덮여져 일체적으로 형성되어서 이루어지는 가열소자이면, 급전 단자나 보호층의 열화가 적으므로 내구성이 높고 콤팩트하며 제조비용이 낮은 것을 발견했다.Thus, the inventors have intensively studied, at least, a plate-shaped portion on which a heater pattern is formed, a rod-shaped portion on which a conductive path protruding from one surface of the plate-shaped portion is formed, and the plate-shaped portion opposite to the plate-shaped portion. It has a heat-resistant base material of the integral body formed in the front end portion is formed in the feed terminal, the insulating dielectric layer on the surface of the heat-resistant substrate and a conductive conductive layer on the dielectric layer, the conductive layer is formed in the plate-shaped heater pattern A conductive element is formed in the rod-shaped portion, a feed terminal is formed in the tip portion, and the heater pattern and the surface of the conductive path are covered with an insulating protective layer and are integrally formed with a heating element. (B) As the protective layer is less deteriorated, it is found to be durable, compact, and low in manufacturing cost.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 도 1 및 도 2는, 본 발명의 가열소자의 개략도이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although embodiment of this invention is described in detail, referring drawings, this invention is not limited to these. 1 and 2 are schematic views of the heating element of the present invention.
본 발명은 히터패턴(3a)이 형성되는 판형상부(1a)와, 판형상부(1a)의 한면으로부터 돌출되는 도전로(3b)가 형성되는 봉형상부(1b)와, 봉형상부(1b)의 판형상부(1a)와는 반대단에 위치하여 급전단자(3c)가 형성되는 선단부(1c)가 형성된 일체물의 내열성 기재(1)를 갖고, 내열성 기재(1)의 표면에 절연성 유전체층(2)과, 유전체층(2)상에 도전성 도전층(3)을 가지며, 도전층(3)은 판형상부(1a)에서는 히터패턴(3a)이 형성되고, 봉형상부(1b)에서는 도전로(3b)가 형성되며, 선단부(1c)에서는 급전단자(3c)가 형성되어 있고, 상기 히터패턴(3a)과 상기 도전로(3b)의 표면이 절연성 보호층(4)으로 덮여지고 일체적으로 형성되어서 이루어지는 가열소자(10)이다.According to the present invention, the plate-shaped portion 1a on which the heater pattern 3a is formed, the rod-shaped portion 1b on which the conductive path 3b protruding from one surface of the plate-shaped portion 1a, and the plate-shaped portion of the rod-shaped portion 1b are formed. It has the heat-
이러한 가열소자(10)이면, 판형상부(1a)에 상기 히터패턴(3a)이 형성된 가열부(10a)와, 선단부(1c)에 급전단자(3c)가 형성된 급전단자부(10c)가 봉형상부(1b)에 도전로(3b)가 형성된 도전부(10b)에 의해 가로막혀져 있으므로, 급전단자부(10c)가 저온화되고, 노출된 급전단자(3c)가 프로세스 중의 고온가스에 의해 소모되기 어려워지며 열화하기 어려워진다.In the
또한, 상기 내열성 기재(1)는 일체물로서, 복수의 부품을 조합해서 조립한 것이 아니므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮으며, 전체가 완전히 같은 재질로 되어 있으므로 상기 내열성 기재(1)에 형성된 층(2, 3, 4)은 사용에 의해 크랙이 생기기 어려워진다.In addition, since the heat-
내열성 기재(1)의 재질은, 그라파이트이면, 재료가 저렴하고 복잡한 형상이어도 가공이 용이하므로 제조비용을 더욱 낮게 할 수 있고, 또한 내열성도 크므로 바람직하지만, 내열성이 있으면 질화붕소 소결체 등의 다른 재질이여도 된다.If the material of the heat
판형상부(1a)는, 유전체층(2)과 히터패턴(3a)과 보호층(4)이 형성되어서 가열부(10a)로 되는 것이면 좋고, 도 1, 도 2와 같이 반드시 원판형상일 필요는 없으며, 다각형의 판형상이여도 된다.The plate portion 1a may be formed as the heating portion 10a by forming the
봉형상부(1b)는 판형상부(1a)의 한면으로부터 돌출되고, 도 1(C)에 나타내는 바와 같이 유전체층(2)과 도전로(3b)와 보호층(4)이 형성되어서 도전부(10b)로 되는 것이면 좋고, 도 1, 도 2와 같이 반드시 원기둥형상일 필요는 없으며, 다각기둥이여도 된다. 또한, 봉형상부(1b)는 도 1과 같이 1개여도, 도 2와 같이 2개, 또는 그 이상이여도 된다. 이 도 2의 가열소자는 히터패턴(3a)이 판형상부(1a)의 양면에 형성된 것이며, 2개의 봉형상부(1b)에 의해 통전되어 가열된다.The rod-shaped portion 1b protrudes from one surface of the plate-shaped portion 1a, and as shown in Fig. 1C, the
봉형상부(1b)의 길이는 10~200㎜로 함으로써, 급전단자부(10c)와 가열부(10a)가 충분한 거리를 둘 수 있으므로, 보다 효과적으로 단자부의 소모를 막을 수 있다.By setting the rod-shaped portion 1b to 10 to 200 mm, the feed terminal portion 10c and the heating portion 10a can be provided at a sufficient distance, so that the consumption of the terminal portion can be more effectively prevented.
선단부(1c)는 봉형상부(1b)의 판형상부(1a)과는 반대단에 위치하고, 유전체층(2)과 급전단자(3c)가 형성되어서 급전단자부(10c)로 되는 것이면 된다. 여기서 는, 급전단자(3c)상에는 보호층(4)이 형성되지 않는다. 이것에 의해 상기 급전단자(3c)가 전원단자(5)에 전기적으로 접속되고, 직류 또는 교류의 전류를 흐르게 할 수 있다.The tip portion 1c may be positioned opposite to the plate portion 1a of the rod-shaped portion 1b, and the
또한, 봉형상부(1b)가 도 1과 같이 1개일 경우는, 선단부(1c)는 구조상의 안정을 위해 도 1과 같이 넓어진 판형상구조로 하는 것이 바람직하다.In addition, when there is one rod-shaped part 1b as shown in FIG. 1, it is preferable that the front-end | tip part 1c is made into the plate-shaped structure expanded like FIG. 1 for structural stability.
유전체층(2)은 절연성과 내열성이 있는 재질이면 좋지만, 그 재질은 질화붕소, 열분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합한 것이면, 절연성이 높고, 고온에서의 사용에 의한 불순물의 비산이 없어서 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다.The
도전층(3)은, 판형상부(1a)에서는 히터패턴(3a)이 형성되고, 상기 봉형상부(1b)에서는 도전로(3b)가 형성되며, 상기 선단부(1c)에서는 급전단자(3c)가 형성되어 있고, 상기 히터패턴(3a)과 상기 도전로(3b)의 표면이 보호층(4)으로 덮어져 일체적으로 형성되어서 이루어지는 것이므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮다. 또한, 도전층(3)이 복수의 부품을 조합한 것이 아니므로 박리하기 어렵고, 또 보호층(4)이 사용에 의해 부품의 접속부 부근에 크랙이 생기는 일도 없어서 장수명이다.In the
도전층(3)의 재질이 열분해 탄소, 글래시 카본이면 고온까지 가열 가능하게 되고, 가공도 용이하므로 히터패턴을 사행패턴으로 해서, 그 폭을 바꿈으로써 임의의 온도경사를 내거나, 열환경에 따른 발열분포를 갖게 해서 균열화화거나 하는 것도 가능하게 되므로 바람직하다. 특히, 열분해 그라파이트이면 더욱 저제조비용이므로 바람직하지만, 통전에 의해 발열하는 내열성이 높은 재질이면 다른 재질이어 도 된다. 히터패턴 형상은 도 1과 같은 사행패턴(지그재그 패턴)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 동심원형상의 소용돌이 패턴이여도 된다.If the material of the
히터패턴(3a)은 판형상부(1a)상에 있어서 유전체층(2)과 보호층(4) 사이에 형성되고, 통전에 의한 발열에 의해, 목적으로 하는 피가열물을 가열하기 위한 충분한 열을 제공하는 것이다. 도 1, 도 2와 같이, 도전로(3b)에 접속하는 전류의 도입부가 1쌍이여도 좋지만, 이것을 2쌍이상으로 함으로써 2구역이상의 독립적인 히터제어도 가능하게 된다.The heater pattern 3a is formed between the
히터패턴(3a)은, 도 1(B)나 도 2(B)와 같이 판형상부(1a)의 봉형상부(1b)가 돌출되는 면의 반대측의 면에 형성되는 것이 바람직하지만, 도 3(B)와 같이 판형상부(1a)의 봉형상부(1b)가 돌출되는 측의 면에 형성되어도 좋고, 양면에 형성되어도 좋다.The heater pattern 3a is preferably formed on the surface opposite to the surface on which the rod-shaped portion 1b of the plate-shaped portion 1a protrudes, as shown in Fig. 1 (B) and Fig. 2 (B). ) May be formed on the surface of the side where the rod-shaped portion 1b of the plate-shaped portion 1a protrudes, or may be formed on both surfaces.
급전단자(3c)는 선단부(1c)상에 있어서 유전체층(2)상에 형성되고, 전원단자(5)에 접속되므로 절연성 보호층(4)은 형성되지 않는다. 여기서, 전원단자(5)는, 급전단자(3c)에 접속해서 도전층(3)에 직류 또는 교류의 전류를 공급하는 것이다.The feed terminal 3c is formed on the
도전로(3b)는, 봉형상부(1b)상에 있어서 유전체층(2)과 보호층(4) 사이에 형성되고, 히터패턴(3a)과 급전단자(3c)를 중간에서 연결하도록 일체적으로 형성된 것이다. 또, 도 1 및 도 2와 같이, 히터패턴(3a)이 판형상부(1a)의 봉형상부(1b)가 돌출되는 반대측의 면에 형성되는 경우에 있어서의 히터패턴(3a)과의 연결은, 도전로(3b)가 판형상부(1a)의 측면 및 이면을 통해서 형성되게 된다.The conductive path 3b is formed between the
보호층(4)은 절연성과 내열성이 있는 재질이면 좋지만, 재질이 질화붕소, 열 분해 질화붕소, 질화규소, CVD 질화규소, 질화알루미늄, CVD 질화알루미늄 중 어느 하나, 또는 이들을 조합한 것으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 절연성이 높고, 또 고온에서의 사용에 의한 불순물의 비산이 없어서 고순도가 요구되는 가열 프로세스에도 대응할 수 있다. 단, 열분해 질화붕소는 수소내성이지만 불소계의 환경에서 사용하는 것은 내식성이 없으므로 바람직하지 않다.Although the
또한, 보호층(4)은 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 적어도 2층이상으로 이루어지는 것으로 하고, 그 최표층(4p)의 재질이 알루미늄, 이트륨, 규소, 또는 이들 중 어느 하나의 화합물인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 할로겐계 에칭가스나 산소 등의 부식환경에 있어서도 안정적으로 사용할 수 있다. 즉, 알루미늄, 이트륨 금속으로 해서 사용하거나, 혹은 알루미늄, 이트륨, 혹은 규소 증 어느 하나의 화합물로서는, 예를 들면 알루미나, 불화알루미늄, 이트리아, 불화이트륨, 산화규소를 사용할 수 있고, 알루미늄, 이트륨, 알루미나, 불화알루미늄, 이트리아, 불화이트륨, 산화규소 중 어느 2개이상을 복합한 것을 사용해도 된다. 이 경우, 최표층은 알루미늄 등으로 하며, 그 하층은 도전층을 보호하므로 산화물, 도전물은 바람직하지 않고, 금속은 쇼트하므로 사용할 수 없다. 따라서, 상술의 질화붕소, 열분해 질화붕소 등으로 하는 것이 바람직하다.As shown in Fig. 5B, the
또한, 도 3과 같이 정전기를 공급하는 전극패턴인 정전척 패턴(6)을 형성함으로써 피가열물을 유지할 수 있도록 해도 된다. 특히, 도 3(B)와 같이 판형상부(1a)의 봉형상부(1b)가 돌출되는 측의 면에 히터패턴(3a)이 형성되고, 도 3(A)와 같이 판형상부(1a)의 반대측의 면에 피가열물을 유지하는 정전척 패턴(6)이 형성된 것이면, 피가열체를 확실하게 유지하면서 가열할 수 있으므로 고정밀도로 가열위치를 설정할 수 있고, 이온 인프라, 플라즈마 에칭, 스퍼터링 등의 피가열체의 위치정밀도가 요구되는 경우에, 보다 정확하게 원하는 가열 프로세스를 행할 수 있다. 척 패턴을 형성할 경우, 특히 그 보호층은 상기와 같은 질화물을 배합한 절연성의 것으로 하는 것이 바람직하다.Also, as shown in FIG. 3, the object to be heated may be held by forming the electrostatic chuck pattern 6, which is an electrode pattern for supplying static electricity. In particular, the heater pattern 3a is formed on the surface of the side where the rod-shaped portion 1b of the plate-shaped portion 1a protrudes as shown in Fig. 3B, and the side opposite to the plate-shaped portion 1a as shown in Fig. 3A. If the electrostatic chuck pattern 6 is formed on the surface of the substrate to be heated, the heating body can be reliably maintained while being heated so that the heating position can be set with high accuracy, and the ion infrastructure, plasma etching, sputtering, etc. When the positional precision of a heating body is calculated | required, a desired heating process can be performed more correctly. In the case of forming the chuck pattern, the protective layer is particularly preferably made of insulating material in which nitrides as described above are blended.
이상과 같은 본 발명의 가열소자(10)는, 전원단자(5)에 의해 전기적으로 접속해서 가열함으로써, 가열부(10a)와 급전단자부(10c)가, 봉형상부(1b)에 도전로(3b)가 형성된 도전부(10b)에 의해 가로막혀지므로, 급전단자부(10c)에 있어서 노출된 급전단자(3c)가 프로세스 중의 고온가스에 의해 소모되기 어려워져 장수명으로 된다.The
또한, 도전층(3)은 히터패턴(3a)과 도전로(3b)와 급전단자(3c)가 형성되어 있고, 상기 히터패턴(3a)과 상기 도전로(3b)의 표면이 보호층(4)으로 덮어져, 일체적으로 형성되어서 이루어지는 것이므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮으며, 또한 상기 보호층(4)은 사용에 의해 크랙이 생기기 어려워져 장수명으로 된다.In the
[실시예]EXAMPLE
이하, 실시예 및 비교예를 나타내서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(실시예1)Example 1
도 1과 같이, 두께 10㎜, 외경 250㎜의 판형상부(1a)의 한면의 중앙으로부터, 지름 30㎜, 길이 100㎜의 봉형상부(1b)와, 상기 봉형상부(1b)의 판형상부(1a) 와는 반대측에 지름 60㎜, 두께 10㎜의 작은 원판이고 전원단자(5)에 접속할 수 있는 4개의 지름 6㎜의 구멍을 형성한 선단부(1c)가 형성된 일체물로 카본제의 내열성 기재(1)를 준비했다.As shown in Fig. 1, the rod-shaped portion 1b having a diameter of 30 mm and a length of 100 mm and the plate-shaped portion 1a of the rod-shaped portion 1b are formed from the center of one surface of the plate-shaped portion 1a having a thickness of 10 mm and an outer diameter of 250 mm. ) A carbon-resistant heat-resistant base material (1) formed of a single disc having a diameter of 60 mm and a thickness of 10 mm on the opposite side thereof, and having a tip portion 1c having four 6 mm diameter holes that can be connected to the
이 내열성 기재(1)를 열CVD로 내에 설치해서 그 표면에, 반응가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량혼합비로 흐르게 하고, 1900℃, 1Torr의 조건하에서 반응시켜서, 이 표면에 두께 0.3㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 유전체층(2)을 준비했다.The heat
다음에 메탄가스를 1800℃, 3Torr의 조건하에서 열분해시켜서, 두께 0.1㎜의 열분해 그라파이트로 이루어지는 도전층(3)을 형성했다. 도전층(3)은 판형상부(1a)에서는 가열면측에 히터패턴(3a)을 형성하고, 그 측면과 이면과 봉형상부(1b)에서는 도전로(3b)를 형성하며, 선단부(1c)에서는 급전단자(3c)를 형성하도록 가공했다. 이 경우, 급전단자(3c)는 2개로 하고, 나머지 2개의 구멍은 사용하지 않았다.Next, methane gas was pyrolyzed under the conditions of 1800 ° C. and 3 Torr to form a
그리고, 급전단자부(3c)에 마스크를 실시해서, 기재(1)를 다시 열CVD로 내에 설치하여 반응가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량혼합비로 흐르게 하고, 1900℃, 1Torr의 조건하, 히터패턴(3a)과 도전로(3b)의 표면상에 두께 0.1㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 절연성 보호층(4)을 형성했다.Then, the feed terminal portion 3c was masked, and the
이렇게 해서 제조된 도 1의 가열소자(10)를 전기적으로 접속하여 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열하고, 1.5㎾의 전력으로 가열부(10a)를 800℃에 가열할 수 있었다. 그때, 급전단자부(10c)는 150℃로 되어, 가열부(10a)보다 대폭 저온화할 수 있었다.In this way, the
여기에 수소가스를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만 200시간 두어도 단자부, 히터부 모두 변화없이 가열할 수 있었다.Hydrogen gas was introduced to 1 × 10 −2 Pa, but the terminal and heater parts could be heated without change even after 200 hours.
또한, 마찬가지로 제조된 도 1의 가열소자(10)의 최표면상에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 최표층(4p)으로서 반응성 스퍼터법에 의해 질화알루미늄을 10㎛ 형성해서 도 5(A)에 나타내는 가열소자(10)를 제조했다. 이것을 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열하고, 1.0㎾의 전력으로 가열부(10a)를 500℃로 가열할 수 있었다. 그때, 급전단자부(10c)는 150℃로 되어, 가열부(10a)보다 대폭 저온화할 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 5, 10 micrometers of aluminum nitride is formed as the outermost layer 4p by the reactive sputtering method on the outermost surface of the
여기에 CF4를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만 200시간 두어도 소모량이 5㎛이하로 변화없이 가열할 수 있었다.CF 4 was introduced here to make 1 × 10 −2 Pa, but even after 200 hours, the consumption was heated to 5 μm or less without change.
(실시예2)Example 2
도 2과 같이, 두께 10㎜, 외경 250㎜의 판형상부(1a)의 한면의 양단부, 2개소에 한쌍의 지름 20㎜, 길이 50㎜의 봉형상부(1b)와, 상기 봉형상부(1b)의 판형상부(1a)와는 반대측에 M10의 깊이 10㎜의 암나사구멍이 형성되어서 전기적 접속을 나사에 의해 행할 수 있도록 한 선단부(1c)가 형성된 일체물로 카본제의 내열성 기재(1)를 형성했다.As shown in Fig. 2, both ends of one surface of the plate-shaped portion 1a having a thickness of 10 mm and an outer diameter of 250 mm, a pair of rod-shaped portions 1b having a diameter of 20 mm and a length of 50 mm at two locations, and the rod-shaped portions 1b. The carbon-resistant heat-
이 내열성 기재(1)를 열CVD로 내에 설치해서 그 표면에, 반응가스로서 암모 니아와 3염화붕소를 4:1의 용량혼합비로 흐르게 하고, 1900℃, 1Torr의 조건하에서 반응시켜서, 이 표면에 두께 0.3㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 유전체층(2)을 형성했다.The heat-
다음에 메탄가스를 1800℃, 3Torr의 조건하에서 열분해시켜, 두께 0.1㎜의 열분해 그라파이트로 이루어지는 도전층(3)을 형성했다. 도전층(3)은 판형상부(1a)에서는 가열면측에 히터패턴(3a)을 형성하고, 봉형상부(1b)에서는 도전로(3b)를 형성하며, 선단부(1c)에서는 급전단자(3c)를 형성하도록 가공했다.Next, methane gas was pyrolyzed under the conditions of 1800 ° C. and 3 Torr to form a
그리고, 급전단자부(3c)에 마스크를 실시해서, 내열성 기재(1)를 다시 열CVD로 내에 설치하여, 반응가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량혼합비로 흐르게 하고, 1900℃, 1Torr의 조건하, 히터패턴(3a)과 도전로(3b)의 표면상에 두께 0.1㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 절연성 보호층(4)을 형성했다.Then, the feed terminal portion 3c was masked, and the heat
이렇게 해서 제조된 도 2의 가열소자(10)를 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열하고, 1.5㎾의 전력으로 가열부(10a)를 800℃로 가열할 수 있었다. 그때, 급전단자부(10c)는 200℃로 되어, 가열부(10a)보다 대폭 저온화할 수 있었다.Thus, the
여기에 수소가스를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만, 200시간 두어도 단자부에 변화가 없이 가열할 수 있었다.Hydrogen gas was introduced here to 1 × 10 −2 Pa, but heating was possible without change in the terminal portion even after 200 hours.
또한, 마찬가지로 제조된 도 2의 가열소자(10)의 최표면상에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 최표층(4p)으로서 플라즈마 용사법에 의해 이트리아층을 10㎛ 형성 해서, 도 5(C)에 나타내는 가열소자(10)를 제조했다. 이것을 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열하고, 1.0㎾의 전력으로 가열부(10a)를 500℃로 가열할 수 있었다. 그때, 급전단자부(10c)는 150℃로 되어, 가열부(10a)보다 대폭 저온화할 수 있었다.In addition, on the outermost surface of the
여기에 CF4를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만, 200시간 두어도 표면의 소모량은 10㎛로 매우 작았다.CF 4 was introduced here to make 1 × 10 −2 Pa, but the surface consumption was very small (10 μm) even after 200 hours.
(비교예)(Comparative Example)
도 4와 같이, 두께 10㎜, 외경 250㎜의 판형상의 기재(21)의 표면의 양단부에, M10의 깊이 10㎜의 암나사구멍이 형성되어서 전기적 접속을 나사에 의해 행할 수 있도록 한 일체물로 카본제의 내열성 기재(21)를 형성했다. M10의 나사부는 0.4㎜보다 조금 크게 해두고, 후에 전기적 접속을 나사에 의해 행할 수 있도록 했다.As shown in Fig. 4, carbon is formed into an integral body in which female threaded holes having a depth of 10 mm of M10 are formed at both ends of the surface of the plate-shaped base material 21 having a thickness of 10 mm and an outer diameter of 250 mm so that electrical connection can be performed by screws. The heat resistant base material 21 of the agent was formed. The screw portion of M10 was made slightly larger than 0.4 mm so that electrical connection could be made later by screws.
이 내열성 기재(21)를 열CVD로 내에 설치해서 그 표면에, 반응가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량혼합비로 흐르게 하고, 1900℃, 1Torr의 조건하에서 반응시켜서, 이 표면에 두께 0.3㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 유전체층(2)을 형성했다.The heat resistant substrate 21 was placed in a thermal CVD furnace, and ammonia and boron trichloride were flown on the surface of the reaction gas at a capacity mixing ratio of 4: 1, and reacted under the conditions of 1900 ° C. and 1 Torr to have a thickness on the surface. A
다음에 메탄가스를 1800℃, 3Torr의 조건하에서 열분해시켜서, 두께 0.1㎜의 열분해 그라파이트로 이루어지는 도전층(3)을 형성했다. 도전층(3)은, 기재의 가열면측에 히터패턴(3a)을 형성하고, 양단부에서는 급전단자(3c)를 형성하도록 가공했다.Next, methane gas was pyrolyzed under the conditions of 1800 ° C. and 3 Torr to form a
그리고, 급전단자부(3c)에 마스크를 실시해서, 이 기재(21)를 다시 열CVD로 내에 설치하고, 반응가스로서 암모니아와 3염화붕소를 4:1의 용량혼합비로 흐르게 하여, 1900℃, 1Torr의 조건하, 히터패턴(3a)의 표면상에 두께 0.1㎜의 열분해 질화붕소로 이루어지는 절연성 보호층(4)을 형성했다.Then, the feed terminal portion 3c was masked, the substrate 21 was again placed in a thermal CVD furnace, and ammonia and boron trichloride were flowed at a capacity mixing ratio of 4: 1 as a reaction gas at 1900 占 폚 and 1 Torr. Under the condition of, an insulating
이렇게 해서 제조된 도 4의 가열소자(20)를 전기적으로 접속해서 1×10-4㎩의 진공 중에서 가열하고, 1.5㎾의 전력으로 800℃로 가열할 수 있었다. 그때, 급전단자부는 480℃로 거의 가열을 방지할 수 없었다.Thus, the
여기에 수소가스를 도입하여 1×10-2㎩로 했지만 75시간이 경과된 지점에서 급전단자(3c)의 카본이 부식되고 단선되었다.Hydrogen gas was introduced to 1 × 10 −2 Pa, but at 75 hours, carbon in the feed terminal 3c was corroded and disconnected.
또 1.0㎾의 전력으로 500℃로 가열해서 CF4를 도입한 결과, 10시간이 경과된 지점에서 최표면의 층인 질화붕소가 소실되어서, 히터패턴(3a) 등의 도전층(3)에 크랙이 생기고, 가열소자(20)가 단선되었다.When CF 4 was introduced by heating to 500 ° C with 1.0 kW of electric power, boron nitride, which is the outermost layer, was lost at the point where 10 hours had elapsed, and cracks were formed in the
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 같은 작용효과를 나타내는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 예를 들면, 실시형태에서는 유전체층(2) 및 보호층(4)을 열분해 질화붕소에 의해 형성한 경우를 서술했지만, 질화규소나 질화알루미늄 등의 다른 재질에 의해 형성한 경우도 같다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The said embodiment is an illustration, Any thing which has a structure substantially the same as the technical idea described in the claim of this invention, and shows the same effect is contained in the technical scope of this invention. For example, although the case where the
이렇게, 본 발명에 의해 제공되는 가열소자는, 가열부와 급전단자부가 봉형상부에 의해 가로막혀짐으로써, 급전단자부에 있어서 노출된 급전단자가 프로세스 중의 고온가스에 의해 소모되기 어려워지고, 상기 내열성 기재가 일체물이므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮으며, 또한 형성된 층은 크랙이 생기기 어려워진다.Thus, in the heating element provided by the present invention, since the heating portion and the feed terminal portion are blocked by the rod-shaped portion, it is difficult for the feed terminal exposed at the feed terminal portion to be consumed by the hot gas in the process, and the heat resistant substrate Since is a monolithic body, it is compact, low in manufacturing cost, and the formed layer becomes less likely to crack.
또한, 상기 도전층은 상기와 같이 히터패턴과 도전로와 급전단자가 형성되고, 상기 히터패턴과 상기 도전로의 표면이 보호층으로 덮여져 일체적으로 형성되어 이루어지는 것이므로, 콤팩트하고 제조비용이 낮으며, 또한 상기 보호층은 사용에 의해 크랙이 생기기 어려워진다. 따라서, 본 발명의 가열소자는 매우 장수명으로 된다.In addition, since the conductive layer is formed of a heater pattern, a conductive path and a feed terminal as described above, and the surfaces of the heater pattern and the conductive path are covered with a protective layer and are integrally formed, the conductive layer is compact and has low manufacturing cost. In addition, the protective layer is less likely to be cracked by use. Therefore, the heating element of the present invention is very long in life.
특히, 내열성 기재의 재질을 그라파이트로 함으로써, 재료가 저렴하고 복잡한 형상이어도 가공이 용이하므로, 제조비용을 더욱 낮게 할 수 있고, 또한 내열성도 크다.In particular, since the material of the heat resistant base material is graphite, processing is easy even if the material is inexpensive and complicated shape, so that the manufacturing cost can be further lowered and the heat resistance is also large.
Claims (8)
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