KR100778274B1 - 산화 이트늄 소결체 및 그 제조 방법 - Google Patents

산화 이트늄 소결체 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

할로겐에 근거한 부식 가스에 대해 우수한 부식 저항 및 우수한 열충격 저항을 가지고, 반도체 및 액정 기기를 생산하는 제조 장치 특히, 플라즈마 처리 장치에서 성분 부재로서 사용하는데 적합한 산화 이트늄(yttria) 소결체를 제공함에 있어서, 상기 산화 이트늄에 관한 텅스텐의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위에 있도록 상기 산화 이트늄에서 분산된 3㎛이하의 평균입자 크기의 텅스텐을 포함하고, 0.2%이하의 공극률 및 200℃의 침전(water submersion) 방법에 의한 열충격 저항을 가지는 산화 이트늄 소결체를 제공한다.

Description

산화 이트늄 소결체 및 그 제조 방법{Yttria sintered body and manufacturing method therefor}
본 발명은 할로겐에 근거한 부식성 가스 및 플라즈마에 대해 우수한 부식 저항을 가지고, 반도체 및 액정기기를 제조하는 플라즈마 처리장치를 이용하는데 적합한 산화 이트늄 소결체에 관한 것이다.
반도체 제조장치에 있어서, 실리콘, 석영 유리 또는 탄화 실리콘으로 형성된 성분 부재가 자주 이용된다.(일본 특허 미심사 출원 JP-A-2002-15619 참조) 이러한 물질은 제조되는 반도체 웨이퍼 등의 구성 요소인 Si, C, O로 원칙적으로 구성되고, 고순도로 얻어질 수 있다. 그러므로, 상기 성분이 웨이퍼에 접촉하더라도 또는 상기 구성의 증기가 이러한 성분 부재로부터 증착되더라도 웨이퍼를 오염하지 않는 이점이 있다.
그러나, 이러한 물질은 할로겐에 근거한 가스, 특히 플루오린에 근거한 가스에 의해 중요한 부식을 일으키는 결점을 포함하기 때문에, 에칭 처리 또는 CVD 필름 형성처리 또는 저항 물질 특히, 플루오린(fluorine) 또는 클루오린(chlorine) 등의 높은 반응성을 가지는 할로겐에 근거한 부식 가스를 이용하는 플라즈마 처리 에 의해 실행되는 물질을 제거하기 위한 에싱처리(ashing process)에 사용되는 장치를 위한 부재로서 적합하지 않다.
그러므로, 이러한 처리에서 할로겐 플라즈마에 대해 노출된 부재를 위해서 고순도 알루미나, 질화 알루미늄, 산화 이트늄 또는 YAG 등의 세라믹이 이용되고 있다.
이들 물질 사이에서, 산화 이트늄은 우수한 플라즈마 저항이기 때문에 관심을 이끌고 있다.
예를 들면, 일본 특허 미심사 출원 JP-A-2003-234300은 산화 이트늄 세라믹스의 투과성의 소결체가 플라즈마 처리장치에 이용될 수 있다는 것이 공개되어 있다.
한편, 플라즈마 처리장치에서의 성분 부재로서 사용되기 위해서, 우수한 플라즈마 저항을 가지고, 낮은 체적 저항률(volume resistivity) 또는 사용 조건에 따라 임의로 제어될 수 있는 체적 저항률을 가지는 물질이 바람직하다.
이러한 세라믹의 체적 저항률을 줄이기 위해, 예를 들면, 알루미나, 알카리 금속이나 천이 금속을 포함하는 합성물의 분말, 또는 산화 티타늄의 분말을 부가하거나, 상기 기재된 바와 같은 고저항 세라믹에 산화 티타늄이나 산화 텅스텐과 같은 산화 금속, 질화 티타늄과 같은 질화 금속, 또는 탄화 티탄늄, 탄화 텅스텐, 전도성을 보이는 탄화 실리콘 등의 탄화 금속을 부가하는 것이 생각될 수 있다.
JP-A-7-233434는 산화 이트늄 등의 산화 금속의 입자가 텅스텐 등의 고융해 금속의 매트릭스에서 50%이하의 체적율로 분산되어 있는 부식 저항물질을 공개하고 있다. 도가니 등의 성분 부재를 위한 이러한 물질은 융해 상태에서 산화 이트늄 등의 천연 어스 금속(raw material earth metal)에 의한 부식에 대한 금속 저항으로서, 이러한 융해된 천연 어스 금속에 접촉되려고 하는 경향이 있다.
상기 기술된 방법은 고순도 알루미나, 질화 알루미늄, 산화 이트늄 또는 YAG 등의 고플라즈마 저항의 세라믹의 체적 저항률을 줄이는데 사용할 때, 플라즈마 저항의 열화를 야기하고, 웨이퍼의 오염을 유발하는 불순물 요소의 함유물을 발생하므로 인해, 실제적으로 받아들일 수 있는 방법으로 생각될 수 없다.
상기 언급된 바와 같이, 세라믹스에 의해 형성된 부제에 있어서, 체적 저항률은 물질의 공극률에 의해 또한 영향을 받고, 밀도가 높은 소결체가 체적 저항률을 줄이는데 바람직하다. 이 이유 때문에, HP(hot pressing) 또는 HIP(hot isostatic pressing) 등의 높은 온도 환경하에서 특별한 방법으로 소결처리가 요구된다. 그러나, 웨이퍼의 증가하는 직경에 일치하는 크기가 큰 부재의 제조가 높은 비용이 든다.
산화 이트늄 세라믹은 상기 기재된 바와 같은 플라즈마 저항에 우수성이 있지만, 반도체 제조장치의 성분 부재로서 이용될 때, 알루미나 등의 다른 세라믹과 비교하여 결점이 있고, 낮은 강도의 결점, 낮은 열충격 저항(thermal shock resistance) 및 온도 조건에 의존하는 열응력(thermal stress)에 의해 파괴 가능성이 있다. 좀더 구체적으로, 그것은 약 50℃의 온도하에서 어려움 없이 이용될 수 있지만, 200℃ 이상의 높은 온도 범위에서 사용될 때에는 높은 파괴 가능성을 보여준다.
그러므로, 반도체 제조 등에서 플라즈마 처리장치의 성분 부재로서 사용되기 위해, 산화 이트늄의 우수한 플라즈마 저항을 약화시키는 것 없이 200℃ 이상의 높은 온도 조건하에서 이용될 수 있는 열충격 저항을 보여주는 것이 가능한 산화 이트늄 소결체가 바람직하다.
본 발명은 상기 기재된 기술적인 문제를 해결하기 위해 이루어지고, 본 발명의 목적 중 하나는 할로겐에 근거한 부식 가스에 대해 우수한 부식 저항 및 우수한 열충격 저항을 가지고, 반도체 및 액정 기기를 생산하는 장치 특히, 플라즈마 처리 장치에서 성분 부재로서 사용하는데 적합한 산화 이트늄 소결체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점에 따라서, 산화 이트늄과, 상기 산화 이트늄에 관한 텅스텐의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위 내에서 산화 이트늄에서 분산된 텅스텐을 구성하는 산화 이트늄 소결체가 제공되고, 상기 산화 이트늄 소결체의 공극률은 0.2%이하이고, 상기 산화 소결체의 열충격 저항은 침전(water submersion) 방법에서 200℃이다.
이러한 소결체는 산화 이트늄의 우수한 플라즈마 저항을 약화시키는 것 없이 산화 이트늄 소결체의 열적 쇼크 저항을 향상시키는 것이 가능하고, 200℃ 이상의 높은 온도 조건하에서도 할로겐 플라즈마 처리에서 장치의 성분 부재로서 이롭게 이용될 수 있다.
상기 텅스텐은 3㎛이하 평균 입자 크기를 가진다.
3㎛이하의 부가제로서 텅스텐의 평균입자 크기는 밀도가 높은 소결체를 용이하게 얻도록 하고, 0.2%에서 공극률을 용이하게 제어하도록 한다. 따라서, 산화 이트늄 세라믹이 할로겐 플라즈마 처리장치의 성분 부재로서 이용될 때, 소결체로부터 유발된 입자의 생성은 억제된다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 산화 이트늄 소결체는 할로겐에 근거한 부식 가스에 대해 우수한 부식 저항 및 우수한 열충격 저항을 가지고, 반도체 및 액정 기기를 위한 제조처리에서 특히, 플라즈마 처리 장치에서 성분 부재로서 사용하는데 적합한 물질이다.
또한, 상기 산화 이트늄 소결체로 형성된 부재는 할로겐 플라즈마 처리에서 입자의 생성을 억제하여 그 다음 단계에서 생산되어질 반도체 칩 등의 생산율에 있어서의 향상에도 기여하도록 한다.
본 발명의 관점 중 하나에 따라서, 산화 이트늄과, 상기 산화 이트늄에 관한 텅스텐의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위 내에서 상기 산화 이트늄에서 분산된 텅스텐을 구성하는 산화 이트륨 소결체를 제공하고, 상기 산화 이트륨 소결체의 공극률은 0.2% 이하이다.
할로겐 플라즈마 처리를 위한 장치에서 부재로서 이용된 이러한 소결체는 세라믹 부재의 정전기적 전하에 의해 유발된 입자의 생성을 억제하도록 하고, 웨이퍼 등의 에칭에 있어서, 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐서 균일한 에칭 비율을 달성하도록 한다.
산화 이트늄 소결체는 20 ~ 400℃에서 106Ω·㎝이상 및 1013Ω·㎝이하의 체적 저항률을 가지는 것이 선호된다.
상기 범위내의 체적 저항률을 가지는 상기 산화 이트늄 소결체는 상기 기재된 바와 같이, 입자의 생성을 억제하고, 균일한 에칭 비율을 달성하는데 좀더 효과적이다.
본 발명의 관점 중 하나에 따라서, 산화 이트늄 소결체를 위한 제조 방법이 제공되고, 상기 방법의 단계는 상기 산화 이트늄 분말에 관한 텅스텐 분말의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위 내에서 상기 텅스텐 분말을 산화 이트늄 분말에 부가하는 단계와,
20 ~ 400℃의 온도에서 106Ω·㎝이상 및 1013Ω·㎝이하의 체적 저항률을 가지는 산화 이트늄 소결체를 얻기 위해 진공 및 감소된 대기내 1700 ~ 2000℃의 온도에서 소결되는 단계로 구성된다.
이러한 생산 방법은 이로운 방식으로 산화 이트늄 소결체를 얻도록 한다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 산화 이트늄 소결체는 할로겐에 근거한 부식 가스에 대해 우수한 부식 저항 및 우수한 열충격 저항을 가지고, 반도체 및 액정 기기를 위한 제조처리에서 특히, 플라즈마 처리 장치에서 성분 부재로서 사용하는데 적합한 물질이다.
또한, 상기 산화 이트늄 소결체로 형성된 부재는 할로겐 플라즈마 처리에서 입자의 생성을 억제하여 그 다음 단계에서 생산되어질 반도체 칩 등의 생산율에 있 어서의 향상에도 기여하도록 한다.
본 발명의 생산 방법은 이로운 방식으로 본 발명의 산화 이트늄 소결체를 얻도록 한다.
상기 텅스텐의 비율은 산화 이트늄의 s(g)와 텅스텐의 t(g)로 나타낼 때, t/s%로서 결정된다는 것을 주목해야 한다.
다음에, 본 발명은 더욱 상세하게 설명된다.
본 발명의 산화 이트늄 소결체는 상기 산화 이트늄에 관한 텅스텐의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위 내에서 산화 이트늄에서 분산된 텅스텐을 포함하고, 0.2%이하에 동등한 공극률 및 200℃ 이상에 동등한 침전(water submersion) 방법으로 열충격 저항을 가지는 것이 특징이다.
따라서, 보다 나은 플라즈마 저항을 그 자체로 가지는 산화 이트늄에 높은 열저항 금속을 가지는 텅스텐을 추가하는 것은 산화 이트늄 소결체의 열적 쇼크 저항을 향상하도록 한다.
그러므로, 본 발명의 산화 이트늄 소결체는 플루오린 또는 클루오린으로부터 유발된 할로겐 플라즈마에 의한 부식에 대해 우수한 저항을 가진다. 게다가, 산화 이트늄 소결체의 열적 쇼크 저항은 높은 고저항 텅스텐 금속의 부가량으로 조절될 수 있다.
그러므로, 산화 이트늄에 대한 부가제로서, 산화 이트늄 자체의 우수한 플라즈마 저항에 손상적으로 영향을 끼치는 물질 또는 반도체 제조에서의 오염원을 구성하는 요소를 포함하는 물질은 예를 들면, 포타지움 또는 소듐 등의 알카리 금속 이나, 니켈, 구리 또는 철 등의 중금속이 바람직하지 않다.
한편, 텅스텐은 반도체 제조 장치에서 전극 금속으로서 이용되는 물질이고, 본 발명의 산화 이트늄 소결체에서 부가제로서 유해한 영향을 유발하지 않는다.
본 발명의 산화 이트늄 소결체에 있어서, 텅스텐은 소결체에서 분산되고, 즉 달리 말해서, 텅스텐 입자는 산화 이트늄 결정 주위로 확산된다.
그러므로, 높은 온도 상태에서 산화 이트늄 결정의 열응력 및 변형(strain)은 텅스텐 입자에 의해 완화되므로 인해, 우수한 열충격 저항이 실현될 수 있다.
열충격 저항은 텅스텐 입자가 잘 분산되지 않지만 응고되는 상태에서 향상되기 어렵다.
본 발명에 있어서, 텅스텐의 부가량은 산화 이트늄에 관하여 1wt% ~ 50wt%의 범위내에 있다.
50%를 초과하는 부가량의 경우에 소결체는 플라즈마 저항에서 심각하게 열화되고, 할로겐 플라즈마 처리 장치에서 성분 부재로서 이용될 때, 이러한 성분 부재의 감손(degradation)에 의한 증가된 입자 생성을 보여준다.
한편, 1% 이하의 부가량은 열충격 저항을 거의 향상시키지 못한다.
산화 이트늄 소결체가 0.2% 이하의 공극률을 가지는 밀도의 소결된 물질이다.
0.2%를 초과하는 공극률의 경우에서, 할로겐 플라즈마 처리장치에서 성분 부재로서 이용될 때, 소결체는 공극의 부근에 집중된 플라즈마에 의해 부식에 대해 노출되어 있으므로 인해, 성분 부재 그 자체로 에칭되고 입자를 생성하기 쉽다.
부가된 텅스텐은 3㎛이하의 평균입자 크기를 가지는 것을 선호한다.
3㎛를 초과하는 평균입자 크기의 경우에서, 텅스텐은 소결체의 밀한 형성을 방해하고, 높은 공극률을 야기하도록 소결을 방해하는 물질이 된다. 소결체가 할로겐 플라즈마 처리장치에서 성분 부재로서 이용될 때, 플라즈마에 의한 공극 부근에서 에칭하도록 하는 경향이 있고, 입자 발생을 유발하는 경향이 있다.
산화 이트늄 소결체는 우수한 열충격 저항 좀더 구체적으로 200℃ 이상의 침전 방법에 의해 열충격 저항을 가지고 있다.
소정의 온도로 가열된 소결체가 물에 주입될 때, 열충격 저항은 크랙을 생성하는 제한 온도 차이를 의미한다. 예를 들면, 220℃으로 가열된 소결체가 20℃의 물에 주입되는 경우 크랙을 생성하지 않을 때, 침전 방법에 의한 열충격 저항은 220℃ 이상이다.
200℃ 이상의 침전 방법에 의한 열충격 저항을 가지는 본 발명의 산화 이트늄 소결체는 200℃ 이상의 높은 온도 범위에서 플라즈마 처리장치의 성분 부재로서 이용될 수 있다. 상기 산화 이트늄 소결체는 이용가능해 오지 못하고 있다.
좀더 구체적으로, 할로겐 플라즈마 처리를 위한 장치의 성분 부재로서 이용될 때, 소결체는 200℃의 높은 온도하에서 조차도 이러한 부재의 에칭 또는 파괴에 의한 입자의 생성을 억제할 수 있고, 생산될 반도체 기기 등의 생산율의 향상에 기여할 수 있다.
특히, 예를 들면, 반도체 웨이퍼상의 필름 형성 처리에서 CCl4, BCL3, HBr, CF4, C4F8, NF3 또는 SF6 등의 할로겐 합성물의 플라즈마 가스 또는 높은 부식성의 자체 클리닝 CLF3 가스를 이용하는 장치를 위한 부재나 또는 N2나 O2를 이용하는 강한 스퍼팅 플라즈마에 의한 에칭에 대해 노출된 부재로서 이롭게 이용될 수 있다.
본 발명의 산화 이트늄 소결체는 산화 이트늄 분말에 텅스텐 분말을 부가하고, 감소된 대기나 진공으로 1700 ~ 2000℃의 온도에서 혼합물을 소결함으로써 생산될 수 있다.
1700℃ 이하의 소결 온도의 경우에서는 많은 공극이 소결체로 되므로 인해, 충분히 높은 밀도를 이룰 수 없고, 공극의 부근에서 에칭되는 경향이 있다. 그러므로, 입자 생성을 용이하게 유발할 수 있다.
한편, 2000℃를 초과하는 소결 온도가 과도하게 큰 결정 입자를 생기도록 함으로 인해, 바람직하지 않게 강도를 약화시킨다.
[예]
다음에서, 본 발명의 실시예 중 하나는 예로 자세하게 설명되지만, 본 발명은 이들 예로 한정되지 않는다.
[예 1-1]
99.9%의 순도의 산화 이트늄에 대한 천연 자원 분말은 스프레이 드라이어(spray-dryer)에 의해 작은 알갱이로 형성되었고, 텅스텐(W)의 분말은 상기 산화 이트늄에 관한 텅스텐의 비율이 무게에 관하여 1%의 범위에 있는 방식으로 산화 이트늄 분말에 부가되었다. 예를 들면, 1%의 비율은 텅스텐의 무게가 1(g)이고, 산화 이트늄의 무게가 100(g)인 경우로부터 유도될 수 있다.
작은 알갱이는 1.5t/㎠의 압력하에서 CIP 방법에 의해 몰드되도록 압력을 받고, 얻어진 몰드된 물품(φ280㎜ × 30㎜)은 산화 이트늄 소결체를 얻기 위해 할로겐 대기에서의 1800℃에서 소결되었다.
상기 얻어진 소결체상에서, 공극률은 아르키메데스 방법에 의해 측정되었다.
또한, 열충격 저항은 다음의 침전 방법에 의해 평가되었다.
상기 소결체로부터, 3㎜ × 4㎜ × 40㎜의 크기의 30개의 테스트는 그라인딩 처리에 의해 준비되었다.
10개의 테스트 각각은 30분 이상을 위한 소정의 온도로 유지되었고, 그 다음 5분 동안 물탱크에 잠기게 한다.(온도 차이 Δ(℃) = 130, 170 또는 200)
물을 완전히 닦아낸 후, 샘플은 2시간 동안 120℃에서 말린 다음, 실내 온도로 식히고, 플루오르센트 결점 검출 액체를 이용하여 크랙을 위해 조사되었다.
소결체는 플라즈마 정류링(rectifying ring)을 준비하도록 그라인딩 처리로 되었다.
그것은 RIE(Reactive Ion Etching) 에칭 장치에 장착되고(사용된 가스: CF4, O2), 8인치 실리콘 웨이퍼의 에칭 처리에 사용되었고, 웨이퍼상에서 0.3㎛의 많은 입자는 레이저 입자수에 의해 측정되었다.
결과가 표 1에 도시된다.
[예 1-2 ~ 1-6 및 비교예 1-1 ~ 1-5]
소결체는 산화 이트늄에 부가된 텅스텐(W)이 표 1에서의 예 1-2 ~ 1-6 및 비교예 1-1 ~ 1-5에 나타낸 양으로 변화되었다는 것을 제외하고는 예 1에서와 같은 방식으로 준비되었다.
각 소결된 세라믹은 표 1에서와 같은 방식으로 공극률 및 체적 저항률을 위해 측정되었고, 플라즈마 정류링으로 이루어졌을 때의 웨이퍼의 입자수의 측정 및 웨이퍼의 입자 산출량을 위한 평가가 또한 실행되었다.
이 얻어진 결과는 표 1에서 요약되었다.
W 부가량 (%) 공극률 (%) 열충격 저항 (ΔT/크랙수) 입자 (수)
130℃ 170℃ 220℃
예 1－1 1 0.06 0 0 0 18
1－2 5 0.08 0 0 0 10
1－3 10 0.08 0 0 0 14
1－4 20 0.10 0 0 0 15
1－5 40 0.15 0 0 0 26
1－6 50 0.18 0 0 0 12
비교예 1－1 0 0.07 3 10 - 10
1－2 0.8 0.06 0 10 - 15
1－3 10 0.21 0 0 0 42
1－4 40 0.22 0 0 0 48
1－5 55 0.18 0 0 0 40
표 1로부터 분명해진 바와 같이, 산화 이트륨에 관한 텅스텐의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위에 있는 텅스텐의 부가량을 가지고, 0.2% 이하(예 1-1 ~ 1-6)의 공극률을 가지는 산화 이트륨 소결체는 침전 방법에 의한 열충격 저항의 평가에서 크랙을 보이지 않았고, 보다 우수한 열충격 저항을 가지는 것이 확인되었다.
또한, 예 1-1 ~ 1-6의 산화 이트늄 소결체는 플라즈마 정류링으로서 이용될 때, 입자 생산을 억제하고, 장치의 부재로서 이러한 소결체를 이용하여 준비된 반도체 기기 등의 생산율의 향상을 제공하도록 기대된다.
[예 1-7 ~1-9 및 비교예 1-6]
소결체는 표 2에서의 예 1-7 ~ 1-9 및 비교예 1-6에 나타낸 입자 크기의 텅스텐(W) 분말을 이용하는 것을 제외하고는 예 1-1에서와 같은 방식으로 준비되었고, 산화 이트늄에 근거한 무게에 의해 2%양으로 부가되었다.
각 소결된 세라믹은 예 1-1과 동일한 방식으로 아르키메데스 방법에 의한 공극률 및 밀도를 위해 측정되었다. 소결된 세라믹이 플라즈마 정류링으로 이루어졌을 때 웨이퍼의 입자수가 또한 실행되었다.
이 얻어진 결과는 표 2에 요약된다.
W 평균입자크기 (㎛) 밀도 (g/㎤) 공극률 (%) 입자 (수)
예 1－7 0.5 5.102 0.06 16
1－8 1.2 5.050 0.06 13
1－9 2.8 4.963 0.19 32
비교 예 1－6 3.5 4.922 0.25 61
표 2로부터 분명한 바와 같이, 밀도 높은 소결체는 부가된 텅스텐이 3㎛를 초과하는 평균입자 크기를 가질 때 얻어지는 것이 어려웠고, 비교예 1-6의 소결체는 0.2%를 초과하는 공극률을 가졌고, 플라즈마 정류링으로서 이용될 때 큰 입자 생성을 보였다.
다음에서, 본 발명의 다른 관점이 더욱 상세하게 설명된다.
본 발명의 산화 이트늄 소결체가 산화 이트늄에 관하여 1wt% ~ 50wt%양으로 분산되고, 0.2% 이하에 동등한 공극률을 가지는 텅스텐을 포함하는 것으로 특징이 된다.
따라서, 플라즈마 저항을 가지는 산화 이트늄에 대해 높은 융해점을 가지는 텅스텐을 부가하는 것은 체적 저항률을 감소하도록 한다.
그러므로, 본 발명의 소결체는 플루오린 또는 클루오린으로부터 유발된 할로겐 플라즈마에 의한 부식에 대해 우수한 저항을 가진다. 게다가, 체적 저항은 높은 융해점을 가지는 텅스텐의 부가량으로 조절할 수 있다.
그러므로, 이러한 소결체는 할로겐 플라즈마 처리에 사용된 장치의 성분 부재로서 사용될 때, 세라믹 부재의 전하에 의해 유발된 입자의 생성을 억제하고, 웨이퍼 등의 에칭 처리에서 웨이퍼 표면에 걸쳐 균일한 에칭 비율을 유지하도록 함으로 인해, 생산될 반도체 칩 등의 생산율이 이전의 절연 세라믹을 이용하는 경우와 비교하여 향상될 수 있다.
본 발명에 있어서, 텅스텐의 부가량은 상기 기재된 바와 같이, 산화 이트늄에 관하여 1wt% ~ 50wt%의 범위내에 있다.
부가량이 50%를 초과할 때, 소결체는 플라즈마 저항으로 중요하게 약화되고, 할로겐 플라즈마 처리장치에서의 성분 부재로서 이용될 때, 이러한 성분 부재의 감손에 의한 증가된 입자 생성을 보여준다.
한편, 1%이하의 부가량은 체적 저항률을 거의 감소시키지 않는다.
또한, 산화 이트늄 소결체는 0.2% 이하에 동등한 공극률을 가지고, 밀도가 높은 텍스쳐(texture)의 소결된 물질이다.
0.2%를 초과하는 공극률의 경우에서, 할로겐 플라즈마 처리장치에서의 성분 부재로서 이용될 때, 소결체는 공극의 부근에 집중된 플라즈마에 의한 부식에 대해 노출되므로 인해, 성분 부재 그 차제가 에칭되고, 입자를 생성하는 경향이 있다.
또한, 산화 이트늄 소결체는 20 ~ 400℃의 온도에서 106Ω·㎜이상 및 1013Ω·㎜이하의 체적 저항률을 가진다.
체적 저항률이 1013Ω·㎜이상일 때, 소결된 세라믹 부재는 전기적으로 쉽게 전하되는 경향이 있고, 할로겐 플라즈마 처리장치에서 성분 부재로서 이용될 때, 입자 생성을 억제하는 것이 어렵다. 또한, 웨이퍼 상에 직접적으로 형성된 철외장이 웨이퍼 표면내에 불균형한 에칭 비율을 유발하도록 불균형으로 된다.
한편, 체적 저항률이 106Ω·㎜이하일 때, 충분한 절연 특징을 제공할 수 없고, 입자 생성을 억제하고, 균일한 에칭 비율을 얻는 상기 효과를 얻을 수 없다.
본 발명의 산화 이트늄 소결체는 산화 이트늄에 관하여 1wt% ~ 50wt%의 양으로 텅스텐 분말을 산화 이트늄 분말에 부가하여, 감소된 대기 또는 진공으로 1700 ~ 2000℃의 온도에서 혼합물을 소결함으로써, 생산될 수 있다.
한편, 소결 온도가 2000℃를 초과할 때, 과도하게 큰 결정 입자를 이끌기 때문에, 강도를 바람직하지 않게 약화시킨다.
[예]
다음에, 본 발명의 실시예는 예에 의해 더 분명해지지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되지 않는다.
[예 2-1]
99.9%의 순도의 산화 이트늄의 천연물질 분말을 위해 산화 이트늄에 관하여 5%양으로 부가되었고, 혼합물은 스프레이 드라이어에 의해 작은 알갱이로 이루어졌다.
작은 알갱이는 1500kgf/㎠의 압력하에서 CIP(Cold Isostatic Pressure) 방법으로 압력 몰드되었고, 얻어진 몰드체(φ280㎜ × 30㎜)가 소결체를 얻어지도록 할로겐 대기에서 1800℃로 소결되었다.
상기 얻어진 소결체상에서, 공극률은 아르키메데스 방법에 의해 측정되었고, 4단자(for-terminal) 방법 및 더블링(double ring) 방법에 의해 실내 온도(25℃)에서 측정되었다.
이들 측정의 결과가 표 3에 표시된다.
소결체가 플라즈마 정류링을 준비하도록 그라인딩 처리로 되었다.
그것은 RIE(Reactive Ion Etching) 에칭 장치에 장착되고(사용된 가스: CF4, O2), 8인치 실리콘 웨이퍼의 에칭 처리에 사용되었고, 웨이퍼상에서 0.3㎛의 많은 입자는 레이저 입자수에 의해 측정되었다.
또한, 칩(15㎜ × 7㎜)은 웨이퍼로부터 준비되었고, 이러한 칩의 생산율이 평가되었다.
결과가 표 3에 도시된다.
[예 2-2 ~ 2-6 및 비교예 2-1 ~ 2-6]
소결체는 산화 이트늄에 부가된 텅스텐(W)이 표 3에서의 예 2-2 ~ 2-6 및 비교예 2-1 ~ 2-6에 나타낸 양으로 변화되었다는 것을 제외하고는 예 2-1에서와 같은 방식으로 준비되었다.
각 소결된 세라믹은 표 2-1에서와 같은 방식으로 공극률 및 체적 저항률을 위해 측정되었고, 플라즈마 정류링으로 이루어졌을 때의 웨이퍼의 입자수의 측정 및 칩의 입자 산출량을 위한 평가가 또한 실행되었다.
이 얻어진 결과는 표 3에서 요약되었다.
W 부가량 (%) 공극률 (%) 체적 저항률 (Ω·㎝) 입자 (수) 칩 산출량 (%)
예 2－1 5 0.05 7 × 1012 18 90
2－2 10 0.06 3 × 1012 10 96
2－3 20 0.08 2 × 1010 14 92
2－4 30 0.08 9 × 108 15 90
2－5 40 0.12 9 × 106 26 90
2－6 48 0.11 2 × 106 12 91
비교 예 2－1 0 0.07 1 × 1013 40 82
2－2 1 0.06 1 × 1013 39 80
2－3 10 0.26 9 × 1011 42 76
2－4 35 0.22 1 × 109 48 72
2－5 48 0.22 7 × 105 40 80
2－6 50 0.30 7 × 105 44 80
표 3으로부터 분명해진 바와 같이, 산화 이트늄에 관하여 1wt% ~ 50wt%의 텅스텐의 부가량을 가지고, 0.2%이하의 공극률을 가지는 산화 이트늄 소결체는 플라즈마 정류링으로서 이용될 때, 입자 생성을 억제하고, 처리된 웨이퍼로부터 준비된 칩에서 90% 이상의 생산율을 제공하도록 확인되었다.(예 2-1 ~ 2-6)
본 발명의 선호하는 실시예에 연관하여 기재되었지만, 여러가지의 변경과 수정이 일탈하지 않는 범위내에서 이루어질 수 있는 것은 이 분야의 당업가에게 분명할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진실한 정신 및 범위내에서 분류된 바와 같이, 이러한 변경 및 수정을 모든 청구항에서 커버하려고 한다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 산화 이트늄 소결체는 할로겐에 근거한 부식 가스에 대해 우수한 부식 저항 및 우수한 열충격 저항을 가지고, 반도체 및 액정 기기를 위한 제조처리에서 특히, 플라즈마 처리 장치에서 성분 부재로서 사용하는데 적합한 물질이다.

Claims (5)

  1. 산화 이트늄과, 상기 산화 이트늄에 관한 텅스텐의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위내에서 상기 산화 이트늄에서 분산된 텅스텐을 포함하는 산화 이트늄 소결체를 포함하고,
    상기 산화 이트늄 소결체의 공극률은 0.2%이하이고,
    상기 산화 소결체의 열충격 저항은 침전(water submersion) 방법에서 200℃이상인 것을 특징으로 하는 산화 이트늄 소결체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 텅스텐은 3㎛이하의 평균입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 산화 이트늄 소결체.
  3. 산화 이트늄과, 상기 산화 이트늄에 관한 텅스텐의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위 내에서 상기 산화 이트늄에서 분산된 텅스텐을 포함하는 산화 이트늄 소결체를 포함하고,
    상기 산화 이트늄 소결체의 공극률은 0.2%이하인 것을 특징으로 하는 산화 이트늄 소결체.
  4. 제 3항에 있어서,
    체적 저항률은 20 ~ 400℃에서 106Ω·㎝이상 및 1013Ω·㎝이하인 것을 특징으로 하는 산화 이트늄 소결체.
  5. 산화 이트늄 소결체를 위한 제조 방법에 있어서,
    상기 산화 이트늄 분말에 관한 텅스텐 분말의 비율이 1wt% ~ 50wt%의 범위 내에서 상기 텅스텐 분말을 산화 이트늄 분말에 부가하는 단계와,
    20 ~ 400℃의 온도에서 106Ω·㎝이상 및 1013Ω·㎝이하의 체적 저항률을 가지는 산화 이트늄 소결체를 얻기 위해 진공 및 감소된 대기내 1700 ~ 2000℃의 온도에서 소결되는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산화 이트늄 소결체를 위한 제조 방법.
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