KR20180131793A - Method for Manufacturing Ceramic Heater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 세라믹 히터의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 발열체의 국부적인 저항 변화율을 개선한 세라믹 히터의 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
세라믹 히터는 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플렉시블 기판 등 다양한 목적의 열처리 대상체를 소정의 가열 온도에서 열처리하기 위하여 사용된다. 반도체 웨이퍼 처리를 위하여 세라믹 히터는 정전척의 기능과 결합하여 사용되기도 한다. 일반적으로 세라믹 히터는 외부의 전극으로부터 전력을 공급받아 발열되는 세라믹 플레이트를 포함한다. 세라믹 플레이트는 세라믹 소결체에 매설되는 소정의 저항을 갖는 발열체를 포함한다. The ceramic heater is used for heat-treating a heat treatment object for various purposes such as a semiconductor wafer, a glass substrate, and a flexible substrate at a predetermined heating temperature. Ceramic heaters are used in combination with the functions of electrostatic chucks for semiconductor wafer processing. Generally, a ceramic heater includes a ceramic plate that generates heat by receiving power from an external electrode. The ceramic plate includes a heating element having a predetermined resistance buried in the ceramic sintered body.
관련 선행 문헌으로서 등록특허번호 제10-0533471호 (2005년12월06일) 등을 참조할 수 있다. 등록특허 제10-0533471호는 세라믹 플레이트의 상하부에 주기율표 4a, 5a, 및 6a족 원소로부터 선택된 1종 이상의 금속 더미 부재와 접촉시킨 상태로 성형체를 소결함으로써 내장된 발열체의 탄화를 억제하는 세라믹 히터 제조 방식을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 금속 더미 방식의 세라믹 히터 제조 방법은 여러가지 문제점을 낳는다. No. 10-0533471 (December 06, 2005) and the like can be referred to as related prior arts. Japanese Patent Application No. 10-0533471 discloses a ceramic heater for suppressing carbonization of a built-in heating element by sintering a molded body in contact with upper and lower parts of the ceramic plate in contact with at least one metal dummy member selected from the elements in the periodic table 4a, 5a, . However, such a conventional method of manufacturing a ceramic heater of a metallic dummy type poses various problems.
먼저, 금속 더미 방식으로 제조된 세라믹 히터는 발열체 부위에 따라 국부적인 저항 불균일을 가진다. 다음으로, 종래의 금속 더미 방식에서 금속 더미 부재는 제조 후 제거되어야 하며 재사용이 곤란한 1회성 소모 부품이다. 나아가, 종래의 금속 더미 방식에서 금속 더미 부재의 탄화에 의해 형성된 탄화물은 이와 접하는 세라믹 히터 소결체 표면에 손상(damage)을 유발하는데, 손상 부위의 제거에 따라 필요 이상으로 세라믹 히터의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다. First, the ceramic heater manufactured by the metal dummy method has a local resistance irregularity depending on the heating element part. Next, in the conventional metal dummy method, the metal dummy member is a one-time consumable part which must be removed after manufacture and is difficult to be reused. Further, in the conventional metal dummy method, the carbide formed by the carbonization of the metal dummy member causes damage to the surface of the ceramic heater sintered body in contact with the ceramic sintered body. However, the thickness of the ceramic heater becomes thicker than necessary .
본 발명의 발명자들은 종래의 금속 더미 부재를 사용하는 방식에서 금속 더미 부재가 소결 중 탄화물과 반응하여 취성을 나타내며 이로 인해 크랙이 발생할 수 있다는 점을 발견하였다. 또한, 본 발명의 발명자들은 발열체의 저항 변화의 요인으로 작용하는 카본 소스가 분말 내의 카본 함량 보다는 외부 소스들 즉 카본 몰드나 퍼니스(furnace) 내의 카본 부재들에 기인함을 발견하였다. 그러므로, 도입된 금속 더미 부재에 형성된 크랙은 퍼니스 내의 다른 카본 소스들 예컨대 카본 몰드나 카본 부재들로부터 발생하는 카본의 유입 통로로 작용하며, 결국 성형체 외부로부터 유래되는 카본의 유입을 억제하기에 적합하지 않으며, 발열체의 탄화를 충분히 억제하지 못한다.The inventors of the present invention have found that, in the method of using the conventional metal dummy member, the metal dummy member reacts with the carbide during sintering to exhibit brittleness, thereby causing cracking. Further, the inventors of the present invention have found that the carbon source acting as a factor of the resistance change of the heating element is caused by the carbon sources in the external sources, that is, the carbon mold or the furnace, rather than the carbon content in the powder. Therefore, the cracks formed in the introduced metal dummy member act as inflow passages for carbon originating from other carbon sources in the furnace, such as the carbon mold or the carbon members, and are therefore suitable for suppressing the inflow of carbon derived from the outside of the molded body And the carbonization of the heating element can not be sufficiently suppressed.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 발열체의 국부적인 저항 변화율을 개선하는 세라믹 차단층을 이용하여 소결 처리하는 세라믹 히터의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조된 세라믹 히터를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a ceramic heater in which a sintering process is performed using a ceramic barrier layer for improving a local rate of resistance change of a heating element, And to provide a ceramic heater.
또한, 본 발명은 재사용 가능한 탄화 억제용 세라믹 차단층을 이용한 세라믹 히터의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조된 세라믹 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a ceramic heater using a reusable ceramic barrier layer for suppressing carbonization and a ceramic heater manufactured by the method.
그리고, 본 발명은 소결체의 두께를 적절하게 유지할 수 있는 세라믹 히터의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조된 세라믹 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a ceramic heater capable of appropriately maintaining the thickness of a sintered body and a ceramic heater manufactured by the method.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 세라믹 히터의 제조 방법은, 제1 세라믹 차단층 및 제2 세라믹 차단층 사이에, 발열체가 매설된 세라믹 분말층이 개재되는 샌드위치 구조의 적층 구조를 성형하는 단계; 및 상기 적층 구조의 성형체를 소결하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a ceramic heater according to an aspect of the present invention includes the steps of forming a ceramic powder having a heating element embedded between a first ceramic barrier layer and a second ceramic barrier layer, Forming a laminated structure of a sandwich structure in which a layer is interposed; And sintering the formed body of the laminated structure.
상기 적층 구조의 성형 단계는, 상기 제1 세라믹 차단층을 제공하는 단계; 상기 제1 세라믹 차단층 상에 상기 발열체가 매설된 상기 세라믹 분말층을 제공하는 단계; 및 상기 세라믹 분말층 상에 상기 제2 세라믹 차단층을 제공하는 단계를 포함한다.The forming of the laminate structure may include: providing the first ceramic barrier layer; Providing the ceramic powder layer on which the heating element is embedded on the first ceramic barrier layer; And providing the second ceramic barrier layer on the ceramic powder layer.
상기 세라믹 분말층 제공 단계는, 제1 세라믹 분말층을 제공하는 단계; 상기 제1 세라믹 분말층 상에 상기 발열체를 배치하는 단계; 및 상기 발열체가 배치된 상기 제1 세라믹 분말층 상에 제2 세라믹 분말층을 제공하는 단계를 포함한다.Providing the ceramic powder layer comprises: providing a first ceramic powder layer; Disposing the heating element on the first ceramic powder layer; And providing a second ceramic powder layer on the first ceramic powder layer on which the heating element is disposed.
상기 제1 세라믹 분말층을 제공하는 단계에서 상기 제1 세라믹 분말층은 성형체일 수 있다.In the step of providing the first ceramic powder layer, the first ceramic powder layer may be a molded body.
상기 제2 세라믹 분말층 제공 단계 이후에, 상기 제1 세라믹 분말층, 상기 발열체 및 상기 제2 세라믹 분말층을 가압 성형하는 단계를 더 포함한다.The method further comprises a step of press-molding the first ceramic powder layer, the heating element and the second ceramic powder layer after the second ceramic powder layer providing step.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층 각각과 상기 세라믹 분말층 사이에는 BN(Boron Nitride)을 포함하는 불활성층이 개재된다.An inert layer containing boron nitride (BN) is interposed between each of the first and second ceramic barrier layers and the ceramic powder layer.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은 희토류 산화물을 포함한다.The first and second ceramic barrier layers comprise rare earth oxides.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은 질화물 및 희토류 산화물을 포함하고, 상기 희토류 산화물은 상기 세라믹 차단층의 10 중량% 이하이다.Wherein the first and second ceramic barrier layers comprise nitride and rare earth oxides, wherein the rare earth oxide is less than 10 wt% of the ceramic barrier layer.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은 소결체인 것이 바람직하다.The first and second ceramic barrier layers are preferably sintered bodies.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은, 소결 과정 중 상기 발열체에서 외부로부터 유입되는 카본과의 반응에 의한 탄화물의 국부적인 생성을 저감한다.The first and second ceramic barrier layers reduce the local generation of carbide due to the reaction with the carbon introduced from the outside in the heating element during the sintering process.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 세라믹 히터는, 세라믹 소결체 및 상기 세라믹 소결체에 매설된 발열체를 포함하고, 상기 세라믹 소결체는, 제1 세라믹 차단층 및 제2 세라믹 차단층 사이에, 발열체가 매설된 세라믹 분말층이 개재되는 샌드위치 구조의 적층 구조를 갖는 성형체를 형성한 후 상기 세라믹 분말층을 소결하여 형성된 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a heating element buried in the ceramic sintered body, wherein the ceramic sintered body has, between the first ceramic block layer and the second ceramic block layer, The ceramic powder layer is formed by forming a compact having a laminated structure of a sandwich structure in which a ceramic powder layer is interposed, and then sintering the ceramic powder layer.
본 발명에 따른 세라믹 히터의 제조 방법에 따르면, 발열체를 매설하는 세라믹 분말 성형체 상하로 세라믹 차단층을 형성함으로써 소결 과정에서 발열체의 국부적인 저항 변화율을 개선할 수 있다. 즉, 세라믹 차단층의 사용으로 국부적인 발열체의 저항 상승이 차단되므로 웨이퍼 등 대상체 가열면의 위치별 온도 편차가 현저히 줄어들어 가열면의 온도 균일성을 높일 수 있는 잇점이 있다. According to the method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention, a ceramic barrier layer is formed above and below a ceramic powder compact in which a heating element is buried, thereby improving the local resistance change rate of the heating element in the sintering process. That is, since the increase in resistance of the local heating element is blocked by the use of the ceramic barrier layer, the temperature deviation of the heating surface of the target body such as the wafer is remarkably reduced, and the temperature uniformity of the heating surface can be increased.
또한, 종래기술은 제품 표면에 상처가 발생하는 것을 억제하기 위하여 세라믹 분말 소결체를 필요 이상으로 두껍게 제작하여야 하는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 세라믹 차단층의 사용으로 크랙이 발생하지 않아 소결체 두께의 가공 여유를 작게 할 수 있고 세라믹의 사용량을 낮출 수 있는 잇점이 있다. Further, in the prior art, there is a problem that the sintered ceramic powder must be made thicker than necessary in order to suppress the occurrence of scratches on the surface of the product. However, in the present invention, cracks are not generated by using the ceramic barrier layer, Can be reduced and the amount of ceramic used can be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 종래의 세라믹 히터와 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터의 발열체에서 조건별 저항 변화율을 비교 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a ceramic heater according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a ceramic heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining the comparison of the rate of resistance change according to conditions in the conventional ceramic heater and the heating element of the ceramic heater according to the embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서 '적층'이란 각 층의 상대적인 위치 관계를 규정하는 의미로 사용된다. 'A층 상의 B층'이란 표현은 A층과 B층의 상대적인 위치 관계를 표현하는 것으로 A층와 B층이 반드시 접촉할 것을 요하지 않으며 그 사이에 제3의 층이 개재될 수 있다. 비슷하게, 'A층과 B층 사이에 C층이 개재'되었다는 표현도 A층과 C층 사이 또는 B층과 C층 사이에 제3의 층이 개재되는 것을 배제하지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. In addition, detailed descriptions of known functions and / or configurations are omitted. The following description will focus on the parts necessary for understanding the operation according to various embodiments, and a description of elements that may obscure the gist of the description will be omitted. Also, some of the elements of the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically illustrated. The size of each component does not entirely reflect the actual size, and therefore the contents described herein are not limited by the relative sizes or spacings of the components drawn in the respective drawings. In the present invention, 'lamination' is used to define the relative positional relationship of each layer. The expression "layer B on layer A" expresses the relative positional relationship between layer A and layer B, which does not necessarily require contact between layer A and layer B, and a third layer may be interposed therebetween. Similarly, the expression 'intervening C layer between layer A and layer B' does not exclude the presence of a third layer between layer A and layer C or between layer B and layer C.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)는, 세라믹 분말층(130)를 소결하여 형성한 세라믹 소결체(이하 130'로 표시함) 및 상기 세라믹 소결체(130')에 매설된 발열체(140)를 포함한다. 세라믹 소결체(130') 및 세라믹 소결체(130')에 매설된 발열체(140)는 세라믹 플레이트에 해당한다. Referring to FIG. 1, a
본 발명에서, 세라믹 소결체(130')는, 도 1에서, 발열체(140)가 삽입된 세라믹 분말층(130)의 상하면에 각각의 세라믹 차단층(110, 150)을 형성한 후, 세라믹 분말층(130)를 카본 퍼니스 또는 카본 몰드(200)에서 소결 과정으로 처리하여 형성된 것이다. In the present invention, the ceramic sintered body 130 'is formed by forming
소결 과정 전에, 세라믹 분말층(130)의 상하면에 형성한 각각의 세라믹 차단층, 즉, 제1 세라믹 차단층(110)과 제2 세라믹 차단층(150) 중 어느 하나 이상의 내측으로 BN(Boron Nitride)을 포함하는 불활성층으로서 BN층(115/155)이 개재될 수 있다. BN층(115/155)은 세라믹 차단층(110, 150)과 세라믹 소결체(130')의 반응을 억제하기 위한 이형제로 사용된다. 상기 BN층(115/155)은 BN을 포함한 물질을 이용하여 도포 또는 스프레이 형태로 형성하거나, 소결 과정을 진행하여 소결체 형태로 사용할 수도 있다.Before the sintering process, BN (Boron Nitride (BN)) is introduced into each of the ceramic barrier layers formed on the upper and lower surfaces of the
이하 도 2의 흐름도를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)의 제조 과정을 좀 더 자세히 설명한다. Hereinafter, a manufacturing process of the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the
도 2를 참조하면, 먼저, 발열체(140)가 삽입된 세라믹 분말층(130)의 상하면에 제1 및 제2 세라믹 차단층(110, 150)의 적층 구조를 형성한다(S110). 본 발명에서 상기 적층 구조 및 이를 구성하는 컴포넌트는 다양한 방법으로 제조될 수 있다. Referring to FIG. 2, first and second
예컨대, 제1 및/또는 제2 세라믹 차단층(110, 150)은 몰드 내에서 도포되거나 또는 분무법에 의해 스프레이될 수 있으며, 또한 성형체 또는 소결체 형태로 제공될 수 있다. 상기 제1 및/또는 제2 세라믹 차단층(110, 150)은 치밀한 소결체 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 취성이 크고 소성 변형이 없는 치밀한 소결체의 제1 및/또는 제2 세라믹 차단층(110. 150)은 외부로부터의 카본 소스의 유입을 효과적으로 차단할 수 있다. For example, the first and / or second
제1 세라믹 차단층(110)이 제공되고, 이어서 제1 세라믹 차단층(110) 상에 발열체(140)가 매설된 세라믹 분말층(130)이 형성된다. 이 때, 세라믹 분말층(130)은 다양한 방식으로 적층될 수 있다. 예컨대, 세라믹 분말층(130)의 일부로서 제1 세라믹 분말층이 형성되고, 상기 제1 세라믹 분말층 상에 발열체(140)를 배치한 후 발열체(140)가 배치된 제1 세라믹 분말층 상에 제2 세라믹 분말층을 덮음으로써 상기 세라믹 분말층(130)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제1 세라믹 분말층은 소정의 압력으로 가압되어 형상을 유지할 수 있는 성형체 형태로 제공될 수 있다. 물론, 상기 세라믹 분말층(130) 전체가 가압 성형된 성형체 형태로 제공될 수도 있다. 세라믹 분말층(130) 상에는 제2 세라믹 차단층(150)이 적층된다. A first
세라믹 분말층(130)의 상하면에 형성한 각각의 세라믹 차단층, 즉, 제1 세라믹 차단층(110)과 제2 세라믹 차단층(150) 중 어느 하나와 세라믹 분말층(130) 사이에는, 이형제 역할을 위한 불활성층으로서 BN(Boron Nitride)을 포함한 물질을 도포 또는 스프레이 형태로 형성하거나 소결체 형태의 BN층(115/155)을 형성할 수 있다. Between each of the ceramic barrier layers formed on the upper and lower surfaces of the
히터로 사용되는 동안 발열체(140)에서는 열이 발생하므로, 발열체(140)는 내열성이 우수하고 열전달 특성이 우수한 세라믹 분말층(130)에 매설된다. 발열체(140)는 도전성 소재로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 니켈(Ni), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 등 등의 다양한 도전성 소재의 조합으로 이루어져 적절한 저항값을 가진 저항 발열체로서 형성될 수 있다. Since the
세라믹 분말층(130)은 예를 들어, Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC(Autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 등이나 이들을 조합한 다양한 세라믹 소재 분말로 이루어질 수 있다.
위에서도 기술한 바와 같이 세라믹 분말층(130)에 삽입된 발열체(140)는 소결 과정 중 주위의 카본과 반응하여 발열체(140)에는 탄화물이 형성됨으로써 저항을 높이고 가열면의 온도 불균일을 일으키는 원인이 될 수 있다. As described above, the
그러나, 본 발명에서는 소결 전에 세라믹 분말층(130) 상하에 각각 세라믹 차단층(110/150)을 형성한다. 세라믹 분말층(130)에 존재하는 카본은 미미하며, 발열체(140)에 탄화물이 생성되는 주 원인은 외부로부터 유입되는 카본에 의한 것이 대부분이다. However, in the present invention, the ceramic barrier layers 110/150 are formed on and under the
본 발명에서, 세라믹 분말층(130)의 하면을 덮는 제1 세라믹 차단층(110)과 세라믹 분말층(130)의 상면을 덮는 제2 세라믹 차단층(150)이, 소결 과정 중 발열체(140)에서 외부로부터 유입되는 카본과의 반응에 의한 탄화물의 생성을 억제할 수 있도록 한다. The first
제1 세라믹 차단층(110)과 제2 세라믹 차단층(150)은 세라믹 분말층(130)과동일한 소재를 포함할 수 있다. 그러나, 전술한 세라믹 소재는 카본과 낮은 반응성을 갖기 때문에 카본과 반응할 수 있도록 소정 함량의 희토류(rare earth) 산화물을 첨가하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 세라믹 차단층(110)과 제2 세라믹 차단층(150)은 세라믹 분말층(130)과 같이 질화물을 포함하며 희토류 산화물을 1~10 중량%(wt%)로 포함하는 것이 바람직하다. 희토류 산화물로서는 예를 들어 LaAlO3, La2O3, Y2O3, LaAl3O6 등 다양한 희토류 산화물이 이용될 수 있다. The first
이와 같이 제1 및 제2 세라믹 차단층(110, 150) 사이에, 발열체(140)가 매설된 세라믹 분말층(130)이 개재되는 샌드위치 구조의 적층 구조를 갖는 성형체를 형성한 후, 도 1과 같이 카본 퍼니스 또는 카본 몰드(200)에서 소결 과정 처리하여 세라믹 분말층(130)가 세라믹 소결체가 되도록 한다(S120). After forming a molded body having a laminated structure of a sandwich structure in which a
소결 과정은 카본 퍼니스 또는 카본 몰드(200)를 세라믹이 분해되지 않는 소정의 온도(예, 1500∼2500℃)로 가열하여 소정의 시간 동안(예, 10 시간 이하) 유지시킴으로써 이루어질 수 있다. 또한, 이와 같은 소결 과정은 비산화성 분위기 예컨대 진공 또는 N2 분위기에서 소결하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소결 과정은 통상의 열간 가압 소결(Hot press)에 의해 이루어질 수 있다. The sintering process may be performed by heating the
이와 같은 소결 과정을 거친 후, 세라믹 차단층(110, 150)(BN층(115, 155) 포함)을 제거하여, 세라믹 분말층(130)이 소결된 세라믹 소결체(130')와 세라믹 소결체(130')에 매설된 발열체(140)를 포함하는 세라믹 히터(100)를 위한 세라믹 플레이트가 획득된다(S130). 이 때, 위와 같은 불활성층의 개재로 인해 상기 세라믹 차단층(110, 150)은 상기 세라믹 분말층(130)으로부터 쉽게 분리될 수 있다. After the sintering process, the ceramic barrier layers 110 and 150 (including the BN layers 115 and 155) are removed to remove the
제거된 세라믹 차단층(110, 150)은 이후 새로운 세라믹 히터의 세라믹 차단층으로서 재사용될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 차단층(110/150)은 1회 이상 소결 과정에 사용된 후 재사용된 것일 수 있으며, 사용횟수가 총10회 이내에서 재사용될 수 있다. The removed ceramic barrier layers 110 and 150 can then be reused as a ceramic barrier layer of a new ceramic heater. For example, the
세라믹 소결체에 매설된 발열체(140)는 전극(미도시)을 통해 외부로부터 공급되는 전력(예, RF(Radio Frequency) 전력)을 이용하여 저항 성질에 따라 열을 발생시킨다. 세라믹 플레이트의 한쪽면은 대상체를 가열하기 위한 가열면으로서, 대상체를 올려 놓거나 대상체 위에서 열을 가하기 위한 면일 수 있다. 세라믹 플레이트의 다른쪽 면을 통하여 발열체(140)에 전력을 공급하기 위한 전극(미도시)이 결합될 수 있다.The
이와 같은 세라믹 플레이트를 포함하는 세라믹 히터(100)는, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플렉시블 기판 등 다양한 목적의 열처리 대상체를 소정의 가열 온도에서 열처리하기 위하여 사용될 수 있다. 반도체 웨이퍼 처리를 위하여 세라믹 히터는 정전척의 기능과 결합하여 사용될 수도 있다.The
도 3은 종래의 세라믹 히터와 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 히터(100)의 조건별 저항 변화율을 비교 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a graph for comparing resistance change rates of the conventional ceramic heater and the
도 3에는, 소결 과정에, 더미층이나 차단층 없이 진행된 경우(비교예#1), 종래와 같이 금속 더미층을 사용한 경우(비교예#2), 및 본 발명의 세라믹 차단층(110, 150)을 사용한 경우(실시예#1~#6)에 대하여, 세라믹 차단층의 사용횟수, 희토류 함량(wt%) 등 조건별 저항 변화율을 나타내었다. 여기서, 세라믹 차단층(110/150)에는 AlN이 사용되었고, 카본과 반응할 수 있는 희토류 산화물로서 Y2O3를 첨가한 것을 사용하였다. 3 shows the case where the metal dummy layer is used (Comparative Example # 2) and the ceramic barrier layers 110 and 150 of the present invention (Comparative Example # 1) when the sintering process is performed without the dummy layer or the barrier layer (
도 3과 같이, 먼저, 희토류 산화물의 함량이 10 wt%을 넘어가면 소결 중 세라믹 차단층(110/150)에 액상 출현이 높아져 카본 퍼니스 또는 카본 몰드(200)와 반응함으로써 소결 처리된 제품의 탈착이 어렵게 되었다. 따라서 세라믹 차단층(110/150)에는 희토류 산화물을 10 wt% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 희토류 산화물 함량이 1 wt% 미만인 경우 발열체의 탄화를 억제하는 효과가 미미하게 될 수도 있다. As shown in FIG. 3, when the content of the rare earth oxide exceeds 10 wt%, the appearance of the liquid phase in the
또한, 원료 물질인 세라믹 분말층(130) 내에 함유된 카본 함량에 의해서는 발열체(140)의 저항 변화율은 그다지 크지 않은 것으로 확인되었다. It was also confirmed that the rate of change in resistance of the
또한, 세라믹 차단층(110/150)은 다른 세라믹 분말 성형체를 소결하기 위하여 재사용될 수 있으나, 도 3과 같이 사용횟수가 총10회 이상이 되면 발열체(140)의 저항 변화율이 상승하기 시작하는 것을 확인하였다. The
그리고, 종래의 더미층이나 차단층 없이 진행된 경우(비교예#1), 종래와 같이 금속 더미층을 사용한 경우(비교예#2)와 본 발명을 비교하면, 본 발명의 세라믹 차단층(110, 150)을 사용한 실시예#1, #2, #5, #6의 경우 전력을 인가하여 세라믹 히터(100)를 사용 시 세라믹 플레이트 가열면의 위치별 온도 편차가 상당히 개선됨을 확인할 수 있었고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 경우 국부적인 탄화물의 생성에 따른 저항 증가로 발생하는 핫존(hot zone)의 저항 변화율이 종래 기술보다 낮았기 때문인 것으로 볼 수 있다. When the present invention is compared with the case where the conventional dummy layer or barrier layer (Comparative Example # 1) is used and the case where the metal dummy layer is used as in the prior art (Comparative Example # 2), the ceramic barrier layers 110, It can be confirmed that the temperature deviation of each position of the ceramic plate heating surface is significantly improved when the
종래 기술에서, 발열체의 저항의 변화를 줄이기 위하여 금속 더미 부재(예, 4A, 5A, 6A족 금속)를 사용하여 외부로부터 카본 유입을 차폐해 어느 정도 발열체의 저항을 낮출 수 있었다. 즉, 이와 같은 금속 더미 부재는 외부에서 유입되는 카본을 줄여 발열체가 탄화되는 면적을 줄임으로써 어느 정도 발열체의 저항을 낮출 수 있었다. 그러나, 이와 같은 종래 기술은 발열체의 전체적인 저항 변화를 낮출 수 있지만, 국부적으로 발열체의 저항 변화가 불균일하게 발생하는 것을 막을 수는 없었다. 또한, 종래의 금속 더미 부재는 일회성으로 사용되며, 카본과 반응으로 소결 과정 중에 급격히 탄화되면서 취성을 나타냄으로써, 사용 시 크랙(crack)이 유발되며, 발생된 크랙은 카본 소스의 유입 경로로 작용한다. 또한, 금속 더미의 탄화 반응은 제품 표면에도 손상을 유발한다. 따라서, 분말 소결체를 필요 이상으로 두껍게 제작하여 손상 부위를 제거할 수 밖에 없었다. In the prior art, a metal dummy member (e.g., 4A, 5A, 6A group metal) is used to reduce the resistance of the heating element, and the resistance of the heating element can be lowered to some extent by shielding the carbon inflow from the outside. That is, the metal dummy member reduces the carbon that flows in from the outside, thereby reducing the carbonization area of the heating body, thereby reducing the resistance of the heating body to some extent. However, such a conventional technique can lower the overall resistance change of the heating element, but can not prevent the resistance change of the heating element locally unevenly. In addition, the conventional metal dummy member is used as a one-time type, reacts with carbon, and is carbonized rapidly during sintering to exhibit brittleness, thereby causing cracks in use, and the generated crack acts as an inflow path of carbon source . Further, the carbonization reaction of the metal pile also causes damage to the product surface. Therefore, the powder sintered body has to be made thicker than necessary to remove the damaged portion.
그러나, 위와 같이 본 발명에 따른 세라믹 히터(100)에 따르면, 발열체를 매설하는 세라믹 분말 성형체 상하로 세라믹 차단층(110/150)을 형성하되 이형제 역할을 위한 BN층(115/155)을 더 둠으로써, 소결 과정에서 발열체(140)의 전체적인 저항 변화를 낮출 수 있으며 국부적인 저항 변화율 역시 개선할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 세라믹 차단층(110/150)의 사용함으로써, 소결 과정에서 취성의 탄화물의 형성 및 이로 인한 크랙의 발생을 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 세라믹 차단층(110/150)의 사용에 의해 유입되는 카본을 상당 부분 차단함으로써 소결 과정에서 발열체(140)의 전체적인 저항 변화를 낮출 수 있으며 국부적인 저항 변화율 역시 개선할 수 있다. 나아가 이형제 역할을 위한 BN층(115/155)은 세라믹 분말층(130)과의 반응이 이루어지지 않도록 함으로써, 세라믹 차단층(110/150)으로부터의 카본 차단에 더 유리하며, 세라믹 차단층(110/150)의 재사용에도 유리하게 된다. However, according to the
또한, 발열체(140)에서 국부적으로 탄화가 심하게 발생한 부분은 소결 후 히터로서 동작할 때 해당 부분에서 발열량이 증가하여 그 주위에 핫존을 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 핫존과 같은 국부적인 위치에서의 발열체의 저항 상승 가능성이 차단되므로 웨이퍼 등 대상체 가열면의 위치별 온도 편차가 현저히 줄어들어 가열면의 온도 균일성을 높일 수 있는 잇점이 있다. 또한, 종래기술은 제품 표면에 상처가 발생하는 것을 억제하기 위하여 세라믹 분말 소결체를 필요 이상으로 두껍게 제작하여야 하는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 반응성이 낮은 세라믹 차단층(110/150)을 사용함으로써 소결체 두께의 가공 여유를 작게 할 수 있고 세라믹 분말 성형체의 사용량을 낮출 수 있는 잇점이 있다. In addition, when a part of the
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the essential characteristics of the invention. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all technical ideas which are equivalent to or equivalent to the claims of the present invention are included in the scope of the present invention .
세라믹 분말층(130)
발열체(140)
세라믹 차단층(110, 150)
BN(Boron Nitride)층(115, 155)The ceramic powder layer (130)
The
The ceramic barrier layers 110 and 150,
BN (Boron Nitride) layers 115 and 155,
Claims (11)
상기 적층 구조의 성형체를 소결하는 단계
를 포함하는 세라믹 히터의 제조 방법.Forming a laminate structure of a sandwich structure in which a ceramic powder layer embedded with a heating element is sandwiched between the first ceramic barrier layer and the second ceramic barrier layer; And
Sintering the formed article of the laminated structure
Wherein the ceramic heater is made of a ceramic material.
상기 적층 구조의 성형 단계는,
상기 제1 세라믹 차단층을 제공하는 단계;
상기 제1 세라믹 차단층 상에 상기 발열체가 매설된 상기 세라믹 분말층을 제공하는 단계; 및
상기 세라믹 분말층 상에 상기 제2 세라믹 차단층을 제공하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.The method according to claim 1,
In the forming step of the laminated structure,
Providing the first ceramic barrier layer;
Providing the ceramic powder layer on which the heating element is embedded on the first ceramic barrier layer; And
Providing the second ceramic barrier layer on the ceramic powder layer
The method of manufacturing a ceramic heater according to claim 1,
상기 세라믹 분말층 제공 단계는,
제1 세라믹 분말층을 제공하는 단계;
상기 제1 세라믹 분말층 상에 상기 발열체를 배치하는 단계; 및
상기 발열체가 배치된 상기 제1 세라믹 분말층 상에 제2 세라믹 분말층을 제공하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.3. The method of claim 2,
The step of providing the ceramic powder layer comprises:
Providing a first ceramic powder layer;
Disposing the heating element on the first ceramic powder layer; And
Providing a second ceramic powder layer on the first ceramic powder layer on which the heating element is disposed
The method of manufacturing a ceramic heater according to claim 1,
상기 제1 세라믹 분말층을 제공하는 단계에서 상기 제1 세라믹 분말층은 성형체인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방업.The method of claim 3,
Wherein the first ceramic powder layer is a molding in the step of providing the first ceramic powder layer.
상기 제2 세라믹 분말층 제공 단계 이후에,
상기 제1 세라믹 분말층, 상기 발열체 및 상기 제2 세라믹 분말층을 가압 성형하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.The method of claim 3,
After the step of providing the second ceramic powder layer,
A step of press-molding the first ceramic powder layer, the heating element and the second ceramic powder layer
Further comprising a step of heating the ceramic heater.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층 각각과 상기 세라믹 분말층 사이에는 BN(Boron Nitride)을 포함하는 불활성층이 개재되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein an inert layer containing boron nitride (BN) is interposed between each of the first and second ceramic barrier layers and the ceramic powder layer.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first and second ceramic barrier layers comprise rare earth oxides.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은 질화물 및 희토류 산화물을 포함하고,
상기 희토류 산화물은 상기 세라믹 차단층의 10 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.8. The method of claim 7,
Wherein the first and second ceramic barrier layers comprise a nitride and a rare earth oxide,
Wherein the rare earth oxide is 10 wt% or less of the ceramic barrier layer.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은 소결체인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first and second ceramic barrier layers are sintered bodies.
상기 제1 및 제2 세라믹 차단층은, 소결 과정 중 상기 발열체에서 외부로부터 유입되는 카본과의 반응에 의한 탄화물의 국부적인 생성을 저감하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first and second ceramic barrier layers reduce local generation of carbide due to reaction with carbon flowing from the outside in the heating element during the sintering process.
상기 세라믹 소결체는,
제1 세라믹 차단층 및 제2 세라믹 차단층 사이에, 발열체가 매설된 세라믹 분말층이 개재되는 샌드위치 구조의 적층 구조를 갖는 성형체를 형성한 후 상기 세라믹 분말층을 소결하여 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.A ceramic sintered body and a heating element buried in the ceramic sintered body,
The ceramic sintered body may be,
Wherein a ceramic body having a laminate structure of a sandwich structure in which a ceramic powder layer embedded with a heating element is sandwiched between the first ceramic barrier layer and the second ceramic barrier layer is formed by sintering the ceramic powder layer, .
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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