KR20110030409A - 세라믹스 히터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

세라믹스 히터의 넓은 범위의 작동 온도에서의 양호한 균열성을 얻는다.
저항 발열체(30)는, 중심 근방 부분(35)쪽이 외주 부분(34)에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있다. 몰리브덴 탄화물은 몰리브덴과 비교하여 저항 온도 계수가 낮기 때문에, 온도가 상승하여도 저항 발열체(30)의 중심 근방 부분(35)은 외주 부분(34)만큼 발열량이 증가하지 않아, 외주 부분(33)과 중심 근방 부분(35)의 온도차의 증대를 억제할 수 있다. 즉, 중앙 부근의 핫 스폿의 발생을 억제할 수 있으며 넓은 범위의 작동 온도에서의 양호한 균열성을 얻을 수 있다.

Description

세라믹스 히터 및 그 제조 방법{CERAMIC HEATER AND METHOD FOR MAKING THE SAME}
본 발명은 세라믹스 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 웨이퍼를 가열하기 위해 이용되는 세라믹스 히터가 알려져 있다. 이러한 세라믹스 히터에서는, 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있도록, 히터의 균열성(均熱性)이 요구된다. 예컨대, 특허문헌 1에는, 몰리브덴을 저항 발열체로 하여 질화알루미늄질 세라믹스 플레이트에 매설하며 질화알루미늄질의 샤프트를 플레이트에 접합한 세라믹스 히터에 있어서, 저항 발열체에서의 금속 탄화물의 양을 적게 함으로써, 저항 발열체의 장소마다의 탄화물량의 변동을 적게 하여 가열면의 온도 분포를 작게 하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2003-288975호 공보
여기서, 전술한 바와 같은 샤프트를 구비한 세라믹스 히터에 있어서, 설계 온도 부근에서 온도 분포의 균일성, 즉 균열성이 양호한 경우라도, 설계 온도를 넘는 온도 영역에서는 균열성이 악화되어 버리는 경우가 있다. 예컨대, 세라믹스 히터가 설계 온도보다 높은 온도가 되도록 저항 발열체를 발열시키면, 세라믹스 플레이트의 가열면의 중앙 부근에 핫 스폿이 생겨 외주 부근과의 온도차가 커져 균열성이 악화된다. 그리고, 이와 같이 설계 온도 이외에서는 균열성이 악화되기 때문에, 웨이퍼의 에칭이나 CVD 등에서의 프로세스 온도가 다를 때마다 다른 설계 온도의 세라믹스 히터를 설계하는 일이 행해지고 있다. 그러나, 최근에는 프로세스 중에 온도를 바꿀 필요성이 생기고 있어, 온도가 변화하여도 균열성이 악화되기 어려운 히터가 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 넓은 범위의 작동 온도에서 균열성이 양호한 세라믹스 히터 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명은 전술한 주목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 세라믹스 히터는,
질화알루미늄을 주성분으로 하는 원반형의 세라믹스 플레이트와,
상기 세라믹스 플레이트 내에 매설되고, 몰리브덴을 주성분으로 하며 몰리브덴 탄화물을 함유하는 일필서(一筆書) 형상의 저항 발열체와,
상기 세라믹스 플레이트를 유지하도록 상기 세라믹스 플레이트의 중앙에 접합되며, 질화알루미늄으로 이루어지며 상기 세라믹스 플레이트의 외경보다 소직경을 갖는 원통형의 샤프트를 구비하고,
상기 저항 발열체의 몰리브덴 탄화물의 함유율은, 중앙 부분쪽이 외주 부분에 비해 높게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본원의 발명자들은 설계 온도를 넘는 고온에서 균열성이 악화되는 원인에 대해서 고찰한 결과, 고온에서는 3종의 열전도의 형태 중 방사 열전도가 방열에 기여하는 것이 크기 때문이라고 생각하였다. 즉, 종래의 세라믹스 히터는 중심부에 샤프트가 접합되어 있기 때문에, 저온에서 지배적인 고체 열전도가 크게 기여하여, 저온에서는 세라믹스 플레이트 중심부로부터의 열의 방출이 크고, 중심부의 온도는 높아지지 않는다. 그러나, 고온에서는 방사 열전도의 기여가 상대적으로 커서, 세라믹스 플레이트의 중앙 부근과 비교하여 샤프트가 없는 외주 부근쪽이 방사에 의해 열이 방출되기 쉽기 때문에, 외주부의 방사에 의한 방열이 상대적으로 커져, 외주부의 온도가 중심부에 비해 낮아지며, 고온에서 균열성이 악화되는 것으로 생각하였다. 본원 발명의 세라믹스 히터에서는, 중앙 부분쪽이 외주 부분에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있다. 그리고, 몰리브덴 탄화물은 몰리브덴보다도 저항 온도 계수가 낮기 때문에, 온도가 상승하여도 중앙 부분은 외주 부분만큼 저항값이 상승하지 않는다. 일필서 형상의 저항 발열체는, 위치에 관계없이 전류의 크기가 동일하기 때문에, 온도가 상승하여도 저항 발열체의 중앙 부분은 외주 부분만큼 발열량이 증가하지 않는 한편, 외주 부분의 저항 발열체의 저항값은 상대적으로 더 크게 상승하기 때문에, 외주 부분의 발열량이 상대적으로 더 크게 증가한다. 따라서, 고온에서의 외주부의 상대적인 방사 방열량의 증대를 보완하여, 외주 부분과 중앙 부분의 온도차의 증대가 억제된다. 이에 따라, 저항 발열체의 몰리브덴 탄화물의 함유율이 전체적으로 균일한 세라믹스 히터와 비교하여, 온도가 상승하여도 균열성이 악화되기 어려워진다. 즉, 넓은 범위의 작동 온도에서 양호한 균열성을 얻을 수 있다.
본 발명의 세라믹스 히터에서, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 샤프트에 대향하는 원형의 샤프트 대향 영역에 포함되는 부분으로 하여도 좋다. 이 경우, 저항 발열체의 몰리브덴 탄화물의 함유율은, 샤프트 대향 영역에 포함되는 부분쪽이 외주 부분에 비해 높아진다. 이렇게 하면, 외주 부분과 샤프트 대향 영역의 온도차의 증대가 억제된다. 따라서, 전술한 샤프트에 기인하는 균열성의 악화를 한층 억제할 수 있다.
본 발명의 세라믹스 히터에서, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 세라믹스 플레이트의 직경보다 작은 직경의 원형 영역에 포함되는 부분으로 하여도 좋다. 즉, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 세라믹스 플레이트와 동심원의 원형 영역에 포함되는 부분으로, 상기 원형 영역의 직경은 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 세라믹스 플레이트의 직경보다 작은 것으로 하여도 좋다. 전술한 샤프트에 기인하는 핫 스폿은 샤프트 대향 영역보다도 샤프트 반경 방향 외측의 영역에까지 도달하는 경우가 종래에는 있었지만, 그와 같은 영역과 외주 부분의 온도차의 증대도, 본원 명세서에 기술하는 몰리브덴 탄화물의 함유율의 제어에 의해 억제할 수 있다.
본 발명의 세라믹스 히터에서, 상기 세라믹스 플레이트 중 상기 저항 발열체의 중앙 부분을 매설하고 있는 부분은, 상기 저항 발열체의 외주 부분을 매설하고 있는 부분보다도 탄소 함유율이 높고, 상기 샤프트가 접합되어 있는 상기 세라믹스 플레이트의 면과는 반대측의 면에 노출되지 않을 수도 있다. 이렇게 하면, 세라믹스 플레이트 중에 탄소 함유율이 높은 부분이 존재하고 있어도, 세라믹스 플레이트의 샤프트가 접합되어 있는 면과는 반대측의 면의 저항률은 저하하지 않는다. 이에 따라, 세라믹스 플레이트가 웨이퍼를 가열할 때에 웨이퍼에 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제1 세라믹스 히터의 제조 방법은,
(a) 원료 분체를 원반형으로 형성할 수 있는 금형을 준비하고, 상기 금형에 질화알루미늄 원료를 몰리브덴제의 일필서 형상의 저항 발열체가 매설되도록 넣는 공정과,
(b) 상기 공정 (a)의 후에 핫 프레스 소성함으로써 상기 질화알루미늄 원료를 소결시켜 세라믹스 플레이트로 하는 공정과,
(c) 상기 공정 (b)의 후에 상기 세라믹스 플레이트의 중앙에, 질화알루미늄으로 이루어지며 상기 세라믹스 플레이트의 외경보다 소직경을 갖는 원통형의 샤프트를 접합하는 공정을 포함하며,
상기 공정 (a)에서는, 상기 저항 발열체의 중앙 부분쪽이 외주 부분에 비해 탄소 함유율이 높은 질화알루미늄 원료에 매설되도록 되어 있다.
이 세라믹스 히터의 제조 방법에 따라 제조되는 세라믹스 히터는, 저항 발열체의 중앙 부분쪽이 저항 발열체의 외주 부분에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높아진다. 이 때문에, 이 제조 방법에 따르면, 전술한 본 발명의 세라믹스 히터와 마찬가지로, 넓은 범위의 작동 온도에서의 균열성이 양호한 세라믹스 히터를 얻을 수 있다.
본 발명의 제1 세라믹스 히터의 제조 방법에서, 상기 탄소 함유율이 높은 질화알루미늄 원료는, 상기 공정 (c)에서 상기 세라믹스 플레이트에 상기 샤프트를 접합하는 면과는 반대측의 면에 노출되지 않도록 상기 공정 (a)에서 상기 금형 내에 넣어지는 것으로 하여도 좋다. 이렇게 하면, 탄소 함유율이 높은 질화알루미늄 원료를 공정 (a)에서 금형에 넣어도, 얻어진 세라믹스 플레이트에서의 샤프트가 접합되어 있는 면과는 반대측의 면의 저항률은 저하하지 않는다. 이에 따라. 세라믹스 플레이트가 웨이퍼를 가열할 때에 웨이퍼에 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 세라믹스 히터의 제조 방법은,
(a) 원료 분체를 원반형으로 형성할 수 있는 금형을 준비하고, 상기 금형에 질화알루미늄 원료를 몰리브덴제의 일필서 형상의 저항 발열체가 매설되도록 넣는 공정과,
(b) 상기 공정 (a)의 후에 핫 프레스 소성함으로써 상기 질화알루미늄 원료를 소결시켜 세라믹스 플레이트로 하는 공정과,
(c) 상기 공정 (b)의 후에 상기 세라믹스 플레이트의 중앙에, 질화알루미늄으로 이루어지며 상기 세라믹스 플레이트의 외경보다 소직경을 갖는 원통형의 샤프트를 접합하는 공정을 포함하며,
상기 공정 (a)에서는, 미리 결정된 탄소 함유율의 질화알루미늄 원료를 이용하고, 상기 저항 발열체의 외주 부분을 매설하는 상기 질화알루미늄 원료 중에 상기 공정 (b)에서의 소성에 의해 탄화할 수 있는 부재를 배치하며, 상기 저항 발열체의 중앙 부분을 매설하는 상기 질화알루미늄 원료 중에는 상기 부재를 배치하지 않는다.
이 세라믹스 히터의 제조 방법에 따라 제조되는 세라믹스 히터는, 저항 발열체의 중앙 부분쪽이 저항 발열체의 외주 부분에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높아진다. 이 때문에, 이 제조 방법에 따르면, 전술한 본 발명의 세라믹스 히터와 마찬가지로 넓은 범위의 작동 온도에서의 균열성이 양호한 세라믹스 히터를 얻을 수 있다. 또한, 「상기 공정 (b)에서의 소성에 의해 탄화할 수 있는 부재」란, 예컨대, 몰리브덴제의 부재여도 좋다.
본 발명의 제1 또는 제2 세라믹스 히터의 제조 방법에서, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 공정 (c)에서 접합되는 샤프트에 대향하는 원형의 샤프트 대향 영역에 포함되는 부분으로 하여도 좋고, 상기 공정 (c)에서 접합되는 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 세라믹스 플레이트의 직경보다 작은 직경의 원형 영역에 포함되는 부분으로 하여도 좋다.
도 1은 세라믹스 히터(10)의 단면도이다.
도 2는 저항 발열체(30)의 투영 패턴의 일례이다.
도 3은 세라믹스 히터(10)의 제조 방법의 설명도이다.
도 4는 세라믹스 히터(10)의 다른 제조 방법의 설명도이다.
도 5는 450℃에서의 실시예 1, 4의 온도 분포를 나타내는 설명도이다.
도 6은 700℃에서의 실시예 1, 4의 온도 분포를 나타내는 설명도이다.
도 7은 저항 발열체의 온도와 저항의 상승률의 관계를 나타내는 설명도이다.
다음에, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 세라믹스 히터(10)를, 중심축과 평행하면서 단자부(31, 32)를 통과하는 면에서 절단하였을 때의 단면도이다.
세라믹스 히터(10)는, 에칭이나 CVD 등을 행하는 웨이퍼를 가열하기 위해 이용되는 것으로, 도시하지 않는 진공 챔버 내에 설치된다. 이 세라믹스 히터(10)는, 웨이퍼를 지지할 수 있는 세라믹스 플레이트(20)와, 세라믹스 플레이트(20)를 가열하는 저항 발열체(30)와, 세라믹스 플레이트(20)를 지지하는 통형 샤프트(40)를 구비하고 있다.
세라믹스 플레이트(20)는, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 원반형의 부재이다. 이 세라믹스 플레이트(20)에는, 그 한쪽의 면인 가열면(21)을 가열하는 저항 발열체(30)가 매설되어 있고, 다른쪽의 면인 배면(22)의 접합부(23)에 통형 샤프트(40)가 접합되어 있다. 또한, 배면(22) 중 접합부(23)보다도 반경 방향 내측에는, 제1 구멍(24)과 제2 구멍(25)이 뚫려 있다. 세라믹스 플레이트(20)의 크기는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 직경 330 ㎜∼340 ㎜, 두께 18 ㎜∼30 ㎜이다. 또한, 접합부(23)의 외경은, 직경 R1(30 ㎜∼120 ㎜)이다.
저항 발열체(30)는, 몰리브덴을 주성분으로 하며 몰리브덴 탄화물을 함유하는 코일형의 부재이다. 몰리브덴 탄화물은 Mo2C와 MoC로 대별되지만, 본 발명에서는 Mo2C가 대부분을 차지하는 경우가 많다. 그러나, 이들의 비율은 임의적으로 할 수도 있다. 저항 발열체(30)를 세라믹스 플레이트(20)의 가열면(21)에 투영한 투영 패턴을 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 저항 발열체(30)는, 세라믹스 플레이트(20)의 대략 중앙에 위치하는 저항 발열체(30)의 일단인 단자부(31)로부터 단이 시작되고, 소위 일필서의 요령으로 세라믹스 플레이트(20)의 거의 전체면에 걸쳐 배선된 후, 세라믹스 플레이트(20)의 대략 중앙에 위치하는 저항 발열체(30)의 타단인 단자부(32)에 이르고 있다. 단자부(31, 32)는, 몰리브덴을 주성분으로 하며 몰리브덴 탄화물을 함유하는 부재이고, 각각 세라믹스 플레이트(20)의 제1 구멍(24) 및 제2 구멍(25) 내에 노출되어 있으며, 제1 구멍(24) 및 제2 구멍(25) 내에 배치된 코발트제의 접속 단자(36, 37)와 땜납 접합되어 있다. 이 저항 발열체(30)는, 저항 발열체(30) 중 세라믹스 플레이트(20)의 중심축에 가장 가까운 중심 근방 부분(35)쪽이, 저항 발열체(30) 중 세라믹스 플레이트(20)의 외주부에 가장 가까운 부분인 외주 부분(34)과 비교하여 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있다. 구체적으로는, X선 회절법에 따라 측정되는 몰리브덴 탄화물의 메인 피크 강도의 합계값(Ic)과 몰리브덴의 메인 피크 강도의 합계값(Im)의 비율(Ic/Im)이, 중심 근방 부분(35)에서는 값 0.3 이상이며, 외주 부분(34)에서는 값 0.1 이하로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 저항 발열체(30) 중 세라믹스 플레이트(20)에서의 직경 R2(60 ㎜∼150 ㎜)의 원형 영역 내에 매설되어 있는 중앙 부분(33)[중심 근방 부분(35)을 포함함]이 전부 중심 근방 부분(35)과 마찬가지로 비율(Ic/Im)이 값 0.3 이상으로 되어 있고, 저항 발열체(30)에서의 중앙 부분(33) 이외의 부분은 전부 외주 부분(34)과 마찬가지로 비율(Ic/Im)이 값 0.1 이하로 되어 있다. 또한, 직경 R2는 접합부(23)의 직경 R1보다도 큰 값이다. 즉, 저항 발열체(30) 중 통형 샤프트(40)에 대향하는 샤프트 대향 영역[직경 R1의 원형 영역] 및 샤프트 대향 영역보다도 세라믹스 플레이트(20)의 반경 방향 외측의 환형 영역[내경 R1, 외경 R2의 영역]에 포함되는 부분인 중앙 부분(33)쪽이 외주 부분(34)에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있다. 또한, 저항 발열체(30)는 전술한 바와 같이 코일형의 부재이며, 코일 피치를 조정함으로써 저항 발열체(30)의 단위 면적당의 저항 발열 밀도를 부분적으로 다르게 할 수 있다. 이에 따라, 몰리브덴 탄화물의 함유율의 차이에 따른 저항 발열체(30) 내에서의 저항률의 차이나, 세라믹스 플레이트 내에서의 위치에 따른 방열량의 차이나 통형 샤프트(40)에 전도하는 열량의 차이를 고려하여, 설정 온도(본 실시형태에서는 값 450℃)에서 원하는 균열성(예컨대 온도 분포가 ±4℃ 이내)을 얻을 수 있게 되어 있다.
통형 샤프트(40)는, 질화알루미늄제의 세라믹스 부재이다. 이 통형 샤프트(40)는, 도중에 단차(42)를 갖고 있으며, 단차(42)를 경계로 하여 세라믹스 플레이트(20)측이 대직경부(44)로 되고, 세라믹스 플레이트(20)와 반대측이 소직경부(46)로 되어 있다. 대직경부(44)의 단부 및 소직경부(46)의 단부에는, 각각 플랜지(44a, 46a)가 형성되어 있다. 그리고, 통형 샤프트(40)는 세라믹스 플레이트(20)와 중심축이 동축이 되도록, 대직경부(44)의 단부가 세라믹스 플레이트(20)의 배면(22)의 접합부(23)에 접합되어 있다. 통형 샤프트(40)의 내부에는, 저항 발열체(30)의 단자부(31, 32)에 각각 접속 단자(36, 37)를 개재하여 땜납 접합된 니켈제의 급전 로드(38, 39)가 통형 샤프트(40)의 축방향을 따라 마련되어 있다. 저항 발열체(30)에는, 이 급전 로드(38, 39)를 통해 전력이 공급된다.
다음에, 이러한 세라믹스 히터(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 3은 세라믹스 히터(10)의 세라믹스 플레이트(20)의 제조 공정을 나타내는 설명도이다. 우선, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 분말에 유기 바인더(예컨대 폴리비닐알코올) 및 물을 혼합하여 슬러리로 하고, 스프레이 드라이하여 조제한 조립 분말(이하, A 분말)과, 통상 분말보다도 유기 바인더의 양이 많은 동일한 조립 분말(이하, B 분말)을 준비한다. 또한, B 분말은 유기 바인더의 양이 많기 때문에, A 분말에 비해 탄소 함유율이 높다. 계속해서, 금형(50) 내에 A 분말을 원반형으로 깔고, 금형(50)의 중심으로부터 직경 R2의 원형 영역 내에 오목부를 형성하도록 압박하여 하층(20a)을 형성하며, 오목부에 B 분말을 깔아 하층(20b)을 형성한다. 그리고, 홈형 성형 다이스로 압박하여 저항 발열체(30a)가 배치되는 위치에 반원형의 홈을 형성한 뒤에, 몰리브덴제의 저항 발열체(30a)를 배치한다[도 3의 (a)]. 그 후, 금형(50) 내에 더욱 A 분말을 충전하여 상층(20c)으로 하고, 압박함으로써 저항 발열체(30a)가 매설된 성형체를 얻는다[도 3의 (b)]. 이 성형체를 1500℃∼1750℃에서 핫 프레스법으로 소결시킴으로써 도 1의 세라믹스 플레이트(20)를 얻는다[도 3의 (c)]. 이때, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 저항 발열체(30a) 중 금형(50)의 중심축으로부터 직경 R2 이하의 영역 내의 부분은 하측 절반이 A 분말보다도 탄소 함유율이 높은 B 분말에 매설되어 있다. 이 때문에, 소결에 의해 저항 발열체(30a) 중 직경 R2의 원형 영역 내의 부분[중앙 부분(33)에 상당하는 부분]의 몰리브덴 탄화물의 함유율이 그 이외의 부분보다 높게 되고, 도 1에서의 저항 발열체(30)가 된다.
다음에, 얻어진 세라믹스 플레이트(20) 내의 저항 발열체(30)의 단자부(31, 32)에 도달하도록 제1 구멍(24), 제2 구멍(25)을 뚫어 둔다. 한편, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 분말을 금형을 이용하여 냉간 정수압 형성(CIP 형성)에 의해 통형의 샤프트 형상으로 성형하고, 상압의 질소 중에서 소성하여 연삭 가공함으로써, 도 1에 나타내는 통형 샤프트(40)를 얻는다. 그리고, 세라믹스 플레이트(20)의 배면(22)과 통형 샤프트(40)를 중심축이 동축이 되도록 하여 접합제 혹은 고체 열확산법에 따라 접합한 후, 단자부(31, 32)에 도달하는 구멍에 접속 단자(36, 37) 및 급전 로드(38, 39)를 땜납 접합한다. 이와 같이 하여, 도 1의 세라믹스 히터(10)를 얻을 수 있다.
또한, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 하층(20b)을 형성하는 B 분말은 세라믹스 플레이트(20)의 가열면(21) 및 배면(22)이 되는 면에 노출되지 않도록 금형(50) 내에 넣어져 있다. 이 때문에, 탄소 함유율이 높은, 즉 저항률이 낮은 B 분말을 이용하여도, 얻어진 세라믹스 플레이트(20)의 가열면(21)의 저항률은 저하하지 않는다. 이에 따라, 세라믹스 플레이트(20)가 웨이퍼를 가열할 때에 웨이퍼에 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
이상 상술한 본 실시형태의 세라믹스 히터(10)에 따르면, 저항 발열체(30) 중 세라믹스 플레이트(20)의 중심축에 가장 가까운 중심 근방 부분(35)쪽이 저항 발열체(30) 중 세라믹스 플레이트(20)의 측면에 가장 가까운 외주 부분(34)에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있다. 여기서, 세라믹스 플레이트(20)의 중심부에는 통형 샤프트(40)가 접합되어 있기 때문에, 설계 온도 부근에서는 저온에서 지배적인 고체 열전도가 크게 기여하여, 세라믹스 플레이트(20)의 중심부로부터의 열의 방출이 크며, 중심부의 온도는 높아지지 않는다. 그러나, 설계 온도를 넘는 고온에서는 방사 열전도의 기여가 상대적으로 커, 세라믹스 플레이트(20)의 중앙 부근과 비교하여 통형 샤프트(40)가 없는 외주 부근쪽이 방사에 의해 열이 방출되기 쉽기 때문에, 외주부의 방사에 의한 방열이 상대적으로 커져, 중앙 부근에 핫 스폿이 생기기 쉬워진다. 본 실시형태의 세라믹스 히터(10)에서는, 중심 근방 부분(35)쪽이 외주 부분(34)에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높기 때문에, 즉 저항 온도 계수가 낮기 때문에, 온도가 상승하여도 중심 근방 부분(35)은 외주 부분(34)만큼 저항값이 상승하지 않는다. 일필서 형상의 저항 발열체(30)는, 위치에 관계 없이 전류의 크기가 동일하기 때문에, 온도가 상승하여도 저항 발열체(30)의 중심 근방 부분(35)은 외주 부분(34)만큼 발열량이 증가하지 않아, 외주 부분(34)과 중심 근방 부분(35)의 온도차의 증대를 억제할 수 있다. 즉, 중앙 근방 부분(35) 부근의 핫 스폿의 발생을 억제할 수 있고, 넓은 범위의 작동 온도에서의 양호한 균열성을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태의 세라믹스 히터(10)에서는, 샤프트 대향 영역 및 샤프트 대향 영역보다도 통형 샤프트 반경 방향 외측의 세라믹스 플레이트(20)의 영역을 포함하고 또한 세라믹스 플레이트(20)의 외경보다 소직경인 직경 R2의 원형 영역에 포함되는 중앙 부분(33)쪽이 외주 부분(34)에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있다. 달리 말하면, 통형 샤프트(40)의 외경 R1보다 크고 세라믹스 플레이트(20)의 직경보다 작은 직경 R2의 원형 영역에 포함되는 중앙 부분(33)쪽이 외주 부분(34)에 비해 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있다. 이 때문에, 전술한 통형 샤프트(40)에 기인하는 핫 스폿은 샤프트 대향 영역 및 샤프트 대향 영역보다도 샤프트 반경 방향 외측의 영역에까지 달하지만, 그와 같은 영역과 외주 부분(34)의 온도차의 증대도 억제할 수 있다.
또한, 세라믹스 플레이트(20) 중 저항 발열체(30)의 중앙 부분(33)을 매설하고 있는 부분은, 저항 발열체(30)의 외주 부분(34)을 매설하고 있는 부분보다도 탄소 함유율이 높고, 세라믹스 플레이트(20)의 통형 샤프트(40)가 접합되어 있는 배면(22)과는 반대측의 가열면(21)에 노출되어 있지 않다. 이 때문에, 세라믹스 플레이트(20) 중에 탄소 함유율이 높은 부분이 존재하고 있어도, 세라믹스 플레이트(20)의 통형 샤프트(40)가 접합되어 있는 배면(22)과는 반대측의 가열면(21)의 저항률은 저하하지 않는다. 이에 따라, 세라믹스 플레이트(20)가 웨이퍼를 가열할 때에 웨이퍼에 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 절대 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대, 전술한 실시형태에서, 비율(Ic/Im)이, 중앙 부분(33)에서는 값 0.3 이상이며, 중앙 부분(33) 이외에서는 값 0.1 이하인 것으로 하였지만, 중심 근방 부분(35)이 외주 부분(34)보다도 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높게 되어 있으면 좋다. 예컨대, 중심 근방 부분(35)으로부터 외주 부분(34)을 향함에 따라 비율(Ic/Im)이 서서히 작아지는 것으로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서, 직경 R2는 직경 R1보다 큰 값으로 하였지만, 직경 R2와 직경 R1은 동일한 값이어도 좋고, 직경 R2가 직경 R1보다 작은 값이어도 좋다.
전술한 실시형태에서, 외주 부분(34)은 저항 발열체(30) 중 세라믹스 플레이트(20)의 외주부에 가장 가까운 부분으로 하였지만, 저항 발열체(30) 중 중앙 부분(33) 이외의 부분을 외주 부분으로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서, 세라믹스 플레이트(20)를 얻을 때의 소성 온도는 1500℃∼1750℃인 것으로 하였지만, 1500℃∼1650℃인 것으로 하여도 좋다. 저온에서 소성을 행함으로써, 저항 발열체(30a) 중 탄소 함유율이 낮은 A 분말에만 매설되어 있는 부분의 탄화를 보다 억제할 수 있고, 저항 발열체(30a) 중 직경 R2 이하의 영역 내의 부분[중앙 부분(33)에 상당하는 부분]만을 확실하게 탄화할 수 있다.
전술한 실시형태에서, 저항 발열체(30a) 중 직경 R2의 원형 영역 내의 부분의 하측 절반을 A 분말보다도 탄소 함유율이 높은 B 분말에 매설한 상태로 소성을 행하여 세라믹스 플레이트(20)를 얻는 것으로 하였지만, 저항 발열체(30a) 중 직경 R2의 원형 영역 내의 부분의 전체를 B 분말에 매설한 상태로 소성을 행하는 것으로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서, 하층(20b)을 형성하는 B 분말은 세라믹스 플레이트(20)의 가열면(21) 및 배면(22)이 되는 면에 노출되지 않도록 금형(50) 내에 넣어져 있는 것으로 하였지만, B 분말은 배면(22)이 되는 면에는 노출되어 있어도 좋다. B 분말이 가열면(21)에 노출되지 않도록 금형(50) 내에 넣어져 있으면, 전술한 웨이퍼에 누설 전류가 흐르는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
전술한 실시형태에서, 저항 발열체(30)는 코일형의 부재인 것으로 하였지만, 메시형의 부재인 것으로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서, 세라믹스 플레이트(20)에는 저항 발열체(30)가 매설되어 있는 것으로 하였지만, 웨이퍼를 흡착하는 정전척용의 전극을 더 매설하고 있는 것으로 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 중앙 부분(33)과 외주 부분(34)에서 몰리브덴 탄화물의 함유율이 다른 저항 발열체(30)를 매설한 세라믹스 플레이트(20)를 제조하는데 있어서, 탄소 함유율이 다른 A 분말 및 B 분말을 이용하여 도 3과 같이 제조하는 것으로 하였지만, 다른 방법에 따라 제조하여도 좋다. 다른 제조 방법의 일례를 도 4를 이용하여 설명한다. 우선, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 분말에 유기 바인더 및 물을 혼합하여 슬러리로 하고, 스프레이 드라이하여 조정한 조립 분말(이하, C 분말)을 준비한다. C 분말은 소정량의 탄소를 함유하고 있으면 좋고, A 분말, B 분말은 탄소 함유량이 달라도 좋다. 계속해서, 원주형의 금형(150) 내에 C 분말을 원반형으로 깔아 하층(120a)으로 하고, 그 위에 내경이 직경 R2 이상(예컨대, 120 ㎜)이며 외경이 금형(150)의 내주면의 직경 이하이면서 저항 발열체(30)의 외경 이상인 링형의 몰리브덴 메시(60a)(직경 0.12 ㎜의 몰리브덴의 소선을 엮어 금속 망형의 시트로 한 것)를 중심축이 금형(150)과 동축이 되도록 배치한다. 그리고, 그 위에 C 분말을 깔아 하층(120b)으로 한 후, 몰리브덴제의 저항 발열체(130a)를 배치한다[도 4의 (a)]. 그리고, 그 위에 C 분말을 깔아 상층(120c)으로 하고, 상층(120c)에 의해 저항 발열체(130a)가 충분히 가려진 후에 몰리브덴 메시(60a)와 동일한 몰리브덴 메시(60b)를 중심축이 금형(150)과 동축이 되도록 배치한다. 그리고, 그 위에 C 분말을 충전하여 상층(120d)으로 하고, 압박함으로써 저항 발열체(130a)가 매설된 성형체를 얻는다[도 4의 (b)]. 이에 따라, 저항 발열체(130a)의 외주 부분(134a)을 매설하는 질화알루미늄 원료 중에는 몰리브덴 메시(60a, 60b)가 배치되고, 저항 발열체(130a)의 중앙 부분(133a)을 매설하는 질화알루미늄 원료 중에는 몰리브덴 메시(60a, 60b)가 배치되지 않는 상태가 된다. 그리고, 이 성형체를 핫 프레스법으로 소결시킴으로써 세라믹스 플레이트(120)를 얻는다[도 4의 (c)]. 이와 같이 하면, 소성 시에 저항 발열체(130a)뿐만 아니라 몰리브덴 메시(60a, 60b)가 탄화되기 때문에, 저항 발열체(130a) 중 근방에 몰리브덴 메시(60a, 60b)가 매설되어 있는 부분, 즉 금형(150)의 중심축으로부터 직경 R2보다 큰 링형의 영역에 포함되는 부분은, 금형(150)의 중심축으로부터 직경 R2의 원형 영역과 비교하여 탄화가 억제된다. 그 결과, 소성 후의 저항 발열체(130)는, 저항 발열체(30)와 마찬가지로 직경 R2의 원형 영역 내에 포함되는 중앙 부분(133)의 몰리브덴 탄화물의 함유율이 그 이외의 부분보다 높아진다. 이와 같이 하여도, 전술한 세라믹스 플레이트(20)와 동일한 효과를 갖는 세라믹스 플레이트(120)를 얻을 수 있다. 또한, 몰리브덴 메시(60a, 60b)는 메시에 한하지 않고 판형의 부재여도 좋다. 또한, 몰리브덴에 한하지 않고 소성에 의해 탄화하는 부재이면 좋다. 또한, 몰리브덴 메시(60a, 60b) 중 어느 한쪽만을 매설하는 것으로 하여도 좋다. 또한, 몰리브덴 메시는 금형(150)의 내주면에 가장 가까운 부분쪽이 금형(150)의 중심축에 가장 가까운 부분에 비해 많이 포함되도록 배치되어 있으면 좋고, 예컨대, 직경 R2 이하의 영역에도 몰리브덴 메시가 매설되어 있어도 좋다.
(실시예)
[실시예 1]
실시예 1로서, 도 1 및 도 2에 나타낸 실시형태의 세라믹스 히터(10)에 상당하는 일구체예를 도 3을 이용하여 설명한 제조 방법에 따라 제작하였다. 구체적으로는 이하와 같이 제작하였다.
먼저, 세라믹스 플레이트(20)를 제작하였다. 산화이트륨을 5 중량％ 포함하는 질화알루미늄 분말(순도 99.5％) 30 중량부에 대하여, 폴리비닐알코올 0.5 중량부를 유기 바인더로서 물 100 중량부와 혼합하여 슬러리로 하고, 스프레이 드라이하여 A 분말을 조제하였다. 다음에, 그 슬러리의 유기 바인더량을 30배로 한 것을 마찬가지로 조제하여 B 분말로 하였다. 또한, 조제한 A 분말 및 B 분말에 대해서 화학 분석을 행하여 탄소 함유량을 조사한 바, A 분말은 0.1 중량％이며, B 분말은 3 중량％였다. 다음에, 내경 350 ㎜의 금형 내에 A 분말을 깔고, 중앙 부분(직경 110 ㎜)이 1 ㎜ 돌출된 직경 350 ㎜의 다이스로 압박하여 오목부를 성형하였다. 그리고, 성형한 중앙의 오목부 부분에 B 분말을 깔고, 홈형 성형 다이스로 압박하여 저항 발열체(30a)가 배치되는 위치에 반원형의 홈을 형성하였다. 다음에, 이 홈에 맞추어 몰리브덴제의 저항 발열체(30a)를 설치하고, 그 위로부터 A 분말을 금형 내에 충전하며, 평면 다이스로 10 ㎫로 압박하여 저항 발열체(30a)가 매설된 질화알루미늄 성형체를 얻었다. 또한, 저항 발열체(30a)는 몰리브덴 단선의 직경이 0.5 ㎜이며 권취 직경이 3 ㎜인 코일형의 부재이고, 그 단선의 양단에 몰리브덴으로 이루어지는 직경 3 ㎜의 소구(小球)를 몰리브덴 단선이 통과하는 구멍을 뚫고 넣어 부착함으로써 단자부(31, 32)로 하였다. 또한, 저항 발열체(30a)는 설계 온도를 450℃로 하고, 450℃에서 히터 표면의 온도 분포가 ±4℃ 이내가 되도록 설계해 둔 것을 이용하였다. 이 성형체를 흑연 다이에 설치하고, 흑연 핫 프레스로에 넣어, 압력 10 ㎫로 일축 프레스하면서, 질소 분위기 1.02 기압, 승온 속도 500℃/h로 가열하여 최고 온도 1650℃를 1시간 유지한 후, 로 내에서 냉각하여 소성하였다. 얻어진 소성체를 미리 결정된 형상으로 연삭 가공하여, 도 1에 나타내는 세라믹스 플레이트(20)를 얻었다. 또한, 얻어진 세라믹스 플레이트(20)는 외경 340 ㎜, 두께 18 ㎜이며, 세라믹스 플레이트(20)의 측면으로부터 저항 발열체(30a)의 외주 부분(34)까지의 세라믹스 플레이트 반경 방향의 거리는 7 ㎜, 세라믹스 플레이트(20)의 중심축으로부터 저항 발열체(30a)의 중심 근방 부분(35)까지의 세라믹스 플레이트 반경 방향의 거리는 6 ㎜였다. 또한, 세라믹스 플레이트(20)에는 매설되어 있는 단자부(31, 32)에 도달하도록 제1 구멍(24), 제2 구멍(25)을 뚫어, 소구인 단자부(31, 32)의 일부를 깎아 평면으로 하고, 제1 구멍(24), 제2 구멍(25)의 바닥면에 노출시켰다.
한편, 질화알루미늄 분말에 0.5 중량％의 산화이트륨 분말을 혼합한 혼합 분말을 금형을 이용하여 냉간 정수압 성형(CIP 성형)에 의해, 통형의 샤프트 형상으로 성형하고, 상압의 질소 중에서 소성하고 연삭 가공하여, 도 1에 나타내는 통형 샤프트(40)를 얻었다. 다음에 세라믹스 플레이트의 제1 구멍(24), 제2 구멍(25)을 뚫은 측의 중앙에 통형 샤프트(40)를 접합하였다. 접합에 있어서는, 접합하는 표면의 평탄도를 10 ㎛ 이하로 하였다. 다음에, 샤프트의 접합면에, 접합제의 양이 14 g/㎠가 되도록 균일하게 도포하였다. 세라믹스 플레이트(20)와 통형 샤프트(40)의 접합면끼리를 접합시키고, 질소 가스 중에서, 접합 온도 1450℃에서 2시간 유지하였다. 승온 속도는 3.3 ℃/분으로 하고, 질소 가스(N2 1.5 atm)는 1200℃부터 도입하였다. 또한, 접합면과 수직인 방향으로 질화알루미늄 소결체끼리를 서로에 대하여 누르도록 가압하였다. 가압은, 압력 4 ㎫로 행하고, 1200℃부터 시작하여, 접합 온도 1450℃로 유지하는 동안 계속하며, 700℃로 냉각한 시점에서 종료하였다. 접합재는 54 중량％ CaO-46 중량％ Al2O3의 조성비가 되도록 탄산칼슘과 알루미나 분말을 소량의 물에 혼합하여 페이스트형으로 한 것을 이용하였다. 또한, 접합부(23)의 직경은 72 ㎜이다. 이렇게 하여, 세라믹스 플레이트(20)와 통형 샤프트(40)를 접합한 후, 세라믹스 플레이트(20)의 제1 구멍(24), 제2 구멍(25)에 금 땜납을 이용하여, 니켈제의 급전 로드(38, 39)를 코발트 금속을 개재하여 접속 단자(36, 37)에 땜납 접합하였다. 이상과 같이 하여, 본 발명에 따른 세라믹스 히터(10)를 제작하였다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, 산화이트륨을 5 중량％ 포함하는 질화알루미늄 분말(순도 99.5％) 30 중량부에 대하여, 카본블랙 1 중량부 및 폴리비닐알코올 0.5 중량부를 유기 바인더로서 물 100 중량부와 혼합하여 슬러리로 하고, 스프레이 드라이하여 조립 분말(이하, D 분말)을 조제하며, 실시예 1의 B 분말 대신에 D 분말을 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 세라믹스 히터(10)를 제작하였다. 또한, 이 D 분말의 탄소 함유량은 3.4 중량％였다.
[실시예 3]
실시예 3으로서, 도 4를 이용하여 설명한 제조 방법에 따라 실시형태의 세라믹스 히터(110)에 상당하는 일구체예를 제작하였다. 구체적으로는 이하와 같이 제작하였다.
먼저, 산화이트륨을 5 중량％ 포함하는 질화알루미늄 분말(순도 99.5％) 30 중량부에 대하여, 폴리비닐알코올 4 중량부를 유기 바인더로서 물 100 중량부와 혼합하여 슬러리로 하고, 스프레이 드라이하여 조립 분말을 조제하여 C 분말로 하였다. 이 C 분말의 탄소 함유량은 0.8 중량％였다. 금형 내에 C 분말을 깔고, 15 ㎜ 두께가 되도록 표면이 평평한 원반을 성형하였다. 다음에, 이 위에 외경 325 ㎜, 내경 120 ㎜의 링형의 몰리브덴 메시(60a)(직경 0.12 ㎜의 몰리브덴 소선을 엮어 금속 망형의 시트로 한 것)를 중심의 위치를 금형에 맞추어 놓았다. 이에 더하여, 이 위로부터 약 1 ㎜의 두께로 C 분말을 깔고, 실시예 1과 동일한 홈형 성형 다이스로 압박하여 홈을 형성한 성형체로 하며, 홈에 도 2와 동일한 형상의 저항 발열체(130a)를 놓았다. 그 위로부터 C 분말을 저항 발열체(130a)가 충분히 가려질 정도로 약 6 ㎜ 충전하고, 평면 다이스로 압박하여 성형체의 표면을 평면으로 한 뒤에, 또 다른 1장의 상기 링형 메시(60b)를 놓았다. C 분말을 그 위에 더 충전하고, 다이스로 압박하여 저항 발열체(130a) 및 몰리브덴 메시(60a, 60b)를 매설한 성형체를 제작하였다. 이 성형체를 실시예 1과 동일하게 하여 핫 프레스 소결하였다. 단, 소결 온도는 1800℃로 하였다. 그 이외의 소성 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다. 실시예 1과 마찬가지로 통형 샤프트를 접합하고, 급전 로드를 땜납하여 세라믹스 히터(110)를 완성하였다.
[실시예 4]
실시예 4로서, 내경 350 ㎜의 금형 내에 깐 A 분말을, 중앙 부분(직경 110 ㎜)이 1 ㎜ 돌출된 직경 350 ㎜의 다이스로 압박하여 오목부를 성형하는 대신에, 중앙 부분(직경 280 ㎜)이 1 ㎜ 돌출된 직경 350 ㎜의 다이스로 압박하여 오목부를 성형한 점 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 세라믹스 히터(10)를 제작하였다.
[비교예]
비교예로서, B 분말을 사용하지 않고 전부 A 분말을 이용하여 실시예 1과 동일하게 하여 세라믹스 히터(210)를 제작하였다. 또한, 세라믹스 플레이트의 소성 온도는 1700℃로 하였다.
[평가 시험 1]
얻어진 실시예 1∼4, 비교예의 시험체를 진공 챔버 내에 설치하고, 450℃(설계 온도), 550℃, 650℃, 700℃로 가열하여, 각 온도에서의 세라믹스 히터 표면의 온도 분포를 챔버 외부로부터 적외선 방사 온도계(IR 카메라)로 측정하였다. 얻어진 온도 분포로부터 온도의 최대값과 최소값의 차(△T)를 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 히터의 각 온도로의 가열은, 세라믹스 플레이트의 배면에 부착된 도시하지 않는 열전대에 의한 온도 제어에 의해 행하였다.
Figure pat00001
표 1로부터 분명한 바와 같이, 설계 온도에서의 △T는 실시예 1∼4, 비교예 모두 ±4℃ 이내로 양호한 값이다. 그러나, 히터 온도를 상승시킴에 따라 비교예는 현저하게 △T가 큰 값으로 되어 있다. 이에 비해 실시예 1∼4는 모두 비교예와 비교하여 △T가 작은 값으로 되어 있어, 넓은 온도 범위에서 비교예보다도 균열성이 양호한 것을 알 수 있다.
[평가 시험 2]
계속해서, 제작한 실시예 1∼4, 비교예의 시험체의 세라믹스 플레이트를, 세라믹스 플레이트의 가열면에 수직으로 2 ㎝의 격자형으로 절단하고, 저항 발열체가 절단면에 나오도록 한 직육면체의 시료를 얻었다. 각 시료의 저항 발열체의 단면에서, X선 회절 측정을 행하고, 몰리브덴의 메인 피크(Mo)(110)의 강도(Im)와, 탄화몰리브덴의 메인 피크(Mo2C)(100)의 강도(Ic)를 측정하여, 그 비율(Ic/Im)을 산출하였다. 또한, 실시예 1∼3, 비교예의 X선 회절 측정에서는 몰리브덴 탄화물 중 MoC의 메인 피크는 보이지 않았기 때문에, 평가 시험 2에서는 Mo2C(100)의 강도를 그대로 Ic로 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2에서의 시료 채취 위치는, 세라믹스 히터의 중심축을 중심으로 하는 직경으로 나타내고 있다. 또한, X선 측정 조건은, CuKα, 50 kV, 300 mA, 2θ=20°∼70°이며, 사용 기기는 리가쿠덴키 제조 「RINT」이다.
Figure pat00002
표 2로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1, 2, 4에서는, 저항 발열체의 중앙 부분, 즉 직경 R2(R2는 실시예 1, 2에서는 110 ㎜, 실시예 4에서는 280 ㎜) 이하의 영역에서는 저항 발열체가 비교적 탄화되어 있기 때문에 비율(Ic/Im)이 값 0.3 이상으로 되어 있고, 그 이외의 영역에서는 저항 발열체가 비교적 탄화되어 있지 않아 비율(Ic/Im)이 값 0.1 이하로 되어 있다. 또한, 실시예 3에서도 저항 발열체의 중앙 부분에서는 저항 발열체가 비교적 탄화되어 있기 때문에 직경 R2(=110 ㎜) 이하의 영역의 비율(Ic/Im)이 값 0.2 이상, 특히 중심 근방 부분(시료 채취 위치가 12 ㎜의 부분)에서는 값 0.3 이상으로 되어 있고, 그 이외의 영역에서는 저항 발열체가 비교적 탄화되어 있지 않아 비율(Ic/Im)이 값 0.1 이하로 되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 저항 발열체의 중앙 부분[직경 R2 이하의 영역]이 그 이외의 부분에 비교하여 Ic/Im이 3배 이상이며, 3배량 이상 몰리브덴 탄화물을 포함하고 있다. 한편, 비교예에서는 저항 발열체는 위치에 상관 없이 비율(Ic/Im)이 거의 값 0.1 이하로 되어 있다. 실시예 1∼3에서는, 이와 같이 저항 발열체의 중앙 부분에서의 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높기 때문에, 표 1에 나타낸 바와 같은 넓은 온도 범위에서의 양호한 균열성을 얻을 수 있다고 생각된다. 또한, 비교예에서 직경 300 ㎜의 위치의 시료에서는 비율(Ic/Im)이 값 0.1 이상으로 되어 있지만, 이것은 비교예와 실시예 1, 2, 4에서의 소성 온도의 차이에 따른 것이라고 생각된다. 즉, 실시예 1, 2, 4와 비교예는, 직경 300 ㎜의 위치에서는 모두 저항 발열체가 A 분말에 매설되어 있지만, 실시예 1, 2, 4에서는 세라믹스 플레이트의 소결 온도가 비교예와 비교하여 50℃ 낮다. 이 때문에, 실시예 1, 2, 4에서는 저항 발열체 중 탄소 함유율이 낮은 A 분말에만 매설되어 있는 부분의 탄화가 비교예와 비교하여 보다 억제되어, 비율(Ic/Im)이 확실하게 값 0.1 이하로 되어 있다고 생각된다.
여기서, 평가 시험 1에 있어서, 450℃로 가열하였을 때의 실시예 1, 4의 세라믹스 히터 표면의 온도 분포를 도 5에 나타내고, 700℃로 가열하였을 때의 실시예 1, 4의 세라믹스 히터 표면의 온도 분포를 도 6에 나타낸다. 또한, 도 5 및 도 6은 횡축이 히터 플레이트의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축이 중심으로부터의 거리를 반경으로 하는 동심원에서의 온도의 평균값을 나타내고 있다. 도 5 및 도 6으로부터, 저항 발열체의 탄화 범위가 상이한 실시예 1과 실시예 4에서는, 세라믹스 히터 표면의 온도 분포도 다른 것을 알 수 있다. 일반적으로는 실시예 1과 같이 중앙으로부터 완만하게 외주를 향하여 온도가 내려가는 것과 같은 온도 분포가 좋지만, 프로세스 중에는 도 5의 실시예 4와 같이 중앙부와 외주만 온도가 낮아지는 온도 분포가 좋은 경우도 있다. 따라서, 프로세스의 요구에 맞추어 저항 발열체의 저항 발열 밀도의 분포와 탄화되는 범위를 조합함으로써, 최적의 온도 분포를 갖는 세라믹스 플레이트를 제작할 수 있다. 또한, 표 1에 나타낸 평가 시험 1의 결과로부터 분명한 바와 같이, 어떤 경우라도, 본원 발명에 따르면, 원하는 온도 분포이면서 또한 저온에서 고온까지 온도 분포의 변화가 작은 히터를 얻을 수 있다.
[평가 시험 3]
다음에, 실시예 1에 대해서, 시료 채취 위치가 12 ㎜, 300 ㎜의 시료편에 대해서, 저항 발열체의 단면(斷面)의 양단에 은페이스트를 이용하여 도선을 접속하고, 시료편을 질소 분위기로에 놓고 실온(25℃)으로부터 750℃까지 온도를 변화시켜, 온도에 따른 저항값의 변화를 측정하였다. 결과를 도 7에 나타낸다. 또한, 저항값의 변화는, 25℃에서의 저항값을 기준으로 하였을 때의 저항값의 상승률로 나타내고 있다.
도 7로부터 분명한 바와 같이, 시료 채취 위치가 12 ㎜의 부분, 즉 몰리브덴 탄화물의 함유율이 높은 부분은, 시료 채취 위치가 300 ㎜의 부분, 즉 몰리브덴 탄화물의 함유율이 낮은 부분과 비교하여 온도 상승에 따른 저항값의 상승률이 절반 정도로 되어 있다. 본 실시형태에서의 저항 발열체는 일필서의 요령으로 형성되며, 급전 로드(38, 39)로부터만 전력이 공급되고 있기 때문에, 저항 발열체 내를 흐르는 전류는 장소에 상관없이 동일하다. 이 때문에, 이와 같이 저항값의 상승률이 절반으로 되어 있는 장소에서는 온도 상승에 따른 발열량의 증가량도 절반이 된다. 이에 따라, 온도가 상승하여도 저항 발열체의 중앙 부분은 외주 부분만큼 발열량이 증가하지 않아, 외주 부분과 중앙 부분의 온도차의 증대가 억제되며, 균열성의 악화를 방지할 수 있는 것이다.
10: 세라믹스 히터, 20: 세라믹스 플레이트, 21: 가열면, 22: 배면, 23: 접합 부분, 24: 제1 구멍, 25: 제2 구멍, 30, 30a, 130, 130a: 저항 발열체, 31, 32: 단자부, 33, 133, 133a: 중앙 부분, 34, 134, 134a: 외주 부분, 35: 중심 근방 부분, 36, 37: 접속 단자, 38, 39: 급전 로드, 40: 통형 샤프트, 42: 단차, 44: 대직경부, 44a, 46a: 플랜지, 46: 소직경부, 50, 150: 금형, 60a, 60b: 몰리브덴 메시, R1, R2: 직경.

Claims (9)

  1. 질화알루미늄을 주성분으로 하는 원반형의 세라믹스 플레이트와,
    상기 세라믹스 플레이트 내에 매설되고, 몰리브덴을 주성분으로 하며 몰리브덴 탄화물을 함유하는 일필서(一筆書) 형상의 저항 발열체와,
    상기 세라믹스 플레이트를 유지하도록 상기 세라믹스 플레이트의 중앙에 접합되며, 질화알루미늄으로 이루어지며 상기 세라믹스 플레이트의 외경보다 소직경을 갖는 원통형의 샤프트를 구비하고,
    상기 저항 발열체의 몰리브덴 탄화물의 함유율은, 중앙 부분쪽이 외주 부분에 비해 높게 되어 있는 것인 세라믹스 히터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 샤프트에 대향하는 원형의 샤프트 대향 영역에 포함되는 부분인 것인 세라믹스 히터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 샤프트의 외경보다 크고 상기 세라믹스 플레이트의 직경보다 작은 직경의 원형 영역에 포함되는 부분인 것인 세라믹스 히터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹스 플레이트 중 상기 저항 발열체의 중앙 부분을 매설하고 있는 부분은, 상기 저항 발열체의 외주 부분을 매설하고 있는 부분보다도 탄소 함유율이 높고, 상기 샤프트가 접합되어 있는 상기 세라믹스 플레이트의 면과는 반대측의 면에 노출되어 있지 않은 것인 세라믹스 히터.
  5. 세라믹스 히터의 제조 방법으로서,
    (a) 원료 분체를 원반형으로 형성할 수 있는 금형을 준비하고, 상기 금형에 질화알루미늄 원료를 몰리브덴제의 일필서 형상의 저항 발열체가 매설되도록 넣는 공정과,
    (b) 상기 공정 (a)의 후에 핫 프레스 소성함으로써 상기 질화알루미늄 원료를 소결시켜 세라믹스 플레이트로 하는 공정과,
    (c) 상기 공정 (b)의 후에 상기 세라믹스 플레이트의 중앙에, 질화알루미늄으로 이루어지며 상기 세라믹스 플레이트의 외경보다 소직경을 갖는 원통형의 샤프트를 접합하는 공정을 포함하며,
    상기 공정 (a)에서는, 상기 저항 발열체의 중앙 부분쪽이 외주 부분에 비해 탄소 함유율이 높은 질화알루미늄 원료에 매설되도록 되어 있는 세라믹스 히터의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄소 함유율이 높은 질화알루미늄 원료는, 상기 공정 (c)에서 상기 샤프트를 접합하는 상기 세라믹스 플레이트의 면과는 반대측의 상기 세라믹스 플레이트의 면에 노출되지 않도록, 상기 공정 (a)에서 상기 금형 내에 넣어지는 것인 세라믹스 히터의 제조 방법.
  7. 세라믹스 히터의 제조 방법으로서,
    (a) 원료 분체를 원반형으로 형성할 수 있는 금형을 준비하고, 상기 금형에 질화알루미늄 원료를 몰리브덴제의 일필서 형상의 저항 발열체가 매설되도록 넣는 공정과,
    (b) 상기 공정 (a)의 후에 핫 프레스 소성함으로써 상기 질화알루미늄 원료를 소결시켜 세라믹스 플레이트로 하는 공정과,
    (c) 상기 공정 (b)의 후에 상기 세라믹스 플레이트의 중앙에, 질화알루미늄으로 이루어지며 상기 세라믹스 플레이트의 외경보다 소직경을 갖는 원통형의 샤프트를 접합하는 공정을 포함하며,
    상기 공정 (a)에서는, 미리 결정된 탄소 함유율의 질화알루미늄 원료를 이용하고, 상기 저항 발열체의 외주 부분을 매설하는 상기 질화알루미늄 원료 중에 상기 공정 (b)에서의 소성에 의해 탄화할 수 있는 부재를 배치하며, 상기 저항 발열체의 중앙 부분을 매설하는 상기 질화알루미늄 원료 중에는 상기 부재를 배치하지 않는 것인 세라믹스 히터의 제조 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 공정 (c)에서 접합되는 샤프트에 대향하는 원형의 샤프트 대향 영역에 포함되는 부분인 것인 세라믹스 히터의 제조 방법.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저항 발열체의 중앙 부분은, 상기 공정 (c)에서 접합되는 샤프트의 외경보다 크고 상기 세라믹스 플레이트의 직경보다 작은 직경의 원형 영역에 포함되는 부분인 것인 세라믹스 히터의 제조 방법.
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