KR100832826B1

KR100832826B1 - 알루미나 소성체

Info

Publication number: KR100832826B1
Application number: KR1020070027157A
Authority: KR
Inventors: 아키요시 하토리; 유타카 모리; 가즈히로 노보리
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-05-28
Also published as: US7446993B2; CN101042993A; CN100593226C; US20070223167A1; KR20070096830A; JP2007258610A

Abstract

본 발명은 제1 주요면(SF₁)과 매설 전극(2) 사이의 알루미나 기체(1)에 발생하는 크랙의 발생율을 낮추는 것을 목적으로 한다.

알루미나 소성체는 대향하는 제1 주요면 및 제2 주요면을 갖는 알루미나 기체(1)와, 제1 주요면(SF₁)으로부터 0.4 ㎜ 이하의 깊이(H_D)에서 알루미나 기체(1) 내에 매설된 금속으로 이루어지는 막형의 매설 전극(2)과, 매설 전극(2)보다도 제2 주요면(SF₂)측에서 알루미나 기체(1) 내에 매설된 매설 단자(3)를 구비한다. 매설 단자(3)는 매설 전극(2)에 접촉하고, 매설 전극(2)의 막 두께(H_E)는 25 ㎛ 이하이다.

Description

알루미나 소성체{ALUMINA SINTERED BODY}

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 알루미나 소성체의 일례로서의 정전척의 전체 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 도 1의 알루미나 기체의 중심부를 확대한 단면도.

도 3은 본 발명의 발명자가 행한 실험 결과의 예를 도시하는 도표(파트 1).

도 4는 본 발명의 발명자가 행한 실험 결과의 예를 도시하는 도표(파트 2).

도 5는 메쉬 형의 전극이 알루미나 기체 중에 매설된 알루미나 소성체의 예를 도시하는 단면도.

도 6은 도 5의 알루미나 기체의 중심부를 확대한 단면도.

도 7은 알루미나 기체의 유전체층에 발생하는 크랙을 설명하기 위한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 알루미나 기체

2, 12 : 매설 전극

3 : 매설 단자

Ar : 접촉면

Cr : 크랙

SF₁ : 제1 주요면

SF₂ : 제2 주요면

T_H : 구멍

본 발명은 CVD 장치나 에칭 장치 등의 반도체 제조 장치에 적용되는 히터, 정전척(electrostatic chuck) 및 고주파 인가용 서셉터 등 전극이 매설된 알루미나 소성체에 관한 것이다.

종래, 반도체 제조 공정에 있어서, 알루미나 소결체에 전극이 매설된 정전척이나, 알루미나 소결체에 저항 발열체가 매설된 가열 장치 등의 알루미나 부재가 이용되고 있다. 세라믹스 기체의 웨이퍼 적재면에 대향하는 배면측에 금속 전극에 접촉한 금속 단자를 더 매설하고, 금속 단자에 전력 공급용 커넥터를 접속하여 금속 전극에 전력을 공급하는 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평11-12053호 공보

그러나, 특히, 알루미나 소결체를 이용하는 쿨롱 타입의 정전척인 경우에는, 일반적으로 유전층의 두께가 0.4 ㎜ 이하로 얇기 때문에, 강도 저하를 초래할 우려가 있다.

이 두께가 줄어들면, 알루미나 기체를 금속 전극 및 금속 단자와 일체로 소성할 때에 알루미나와 금속의 열팽창율의 차에 기인하여, 웨이퍼 적재면과 금속 전극 사이의 알루미나 기체에 크랙이 발생해 버린다. 웨이퍼 적재면으로부터 금속 전극까지의 거리가 줄어드는 만큼 알루미나 기체의 해당 부분의 강도는 저하하여, 크랙의 발생율은 높아진다. 크랙이 발생한 제품은 불량품이 되므로, 수율이 저하해 버린다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 특징은 대향하는 제1 주요면 및 제2 주요면을 갖는 알루미나 기체와, 제1 주요면으로부터 0.4 ㎜ 이하의 깊이에서 알루미나 기체 내에 매설된 금속으로 이루어지는 막형의 매설 전극과, 매설 전극보다도 제2 주요면측에서 알루미나 기체 내에 매설된 매설 단자를 포함하는 알루미나 소성체로서, 매설 단자는 매설 전극에 접촉하고, 매설 전극의 막 두께는 25 ㎛ 이하이다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 알루미나 소성체의 일례로서의 정전척의 전체 구성을 도시하는 단면도이다. 정전척은 대향하는 제1 주요면(SF₁) 및 제2 주요면(SF₂)을 갖는 알루미나 기체(1)와, 알루미나 기체(1) 내에 매설된 금속으로 이루어지는 막형의 매설 전극(2)과, 알루미나 기체(1) 내에 매설된 금속으로 이루어지는 매설 단자(3)를 구비한다.

알루미나 기체(1)는 평행하게 배치된 제1 주요면(SF₁) 및 제2 주요면(SF₂)을 구비하는 거의 원판 형상을 갖는다. 매설 전극(2)은 제1 주요면(SF₁)에 대해 평행하게 배치된 막의 형상을 갖는다. 매설 단자(3)는 타블렛(tablet)의 형상을 가지며, 알루미나 기체(1)의 중심부에 배치되고, 제2 주요면(SF₂)측에서 매설 전극(2)에 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 알루미나 기체(1)의 중심부에는 제2 주요면측으로부터 구멍(T_H)이 형성되며, 매설 단자(3)와 매설 전극(2)이 접촉하는 접촉면에 대응하는 매설 단자(3)의 면이 구멍(T_H)의 바닥부로부터 표출되어 있다. 도시는 생략했지만, 구멍(T_H)에 전력 공급용 커넥터를 삽입하여, 전력 공급용 커넥터와 매설 단자(3)를 전기적으로 접속함으로써, 매설 전극(2)에 전력을 공급할 수 있다.

도 2를 참조하여, 알루미나 기체(1)의 중심부의 상세한 구성을 설명한다. 매설 전극(2)은 제1 주요면(SF₁)으로부터 0.4 ㎜ 이하의 깊이(H_D)에 매설되어 있다. 매설 전극(2)의 막 두께(H_E)는 25 ㎛ 이하이다. 깊이(H_D)는 정전척에 있어서의 「유전체층의 두께」에 상당한다.

매설 단자(3)는 매설 전극(2)에 접촉하고 있다. 매설 단자(3)와 매설 전극(2)이 접촉하는 접촉면(Ar)에 있어서, 매설 단자(3)의 외주 부분은 모따기되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 매설 단자(3)의 접촉면(Ar)과, 이 접촉면(Ar)에 교차하는 측면과의 교차 부분에는 곡율 반경(R)을 갖는 곡면이 형성되어 있는 것이 바람 직하다. 보다 바람직하게는, 모따기된 외주 부분의 곡율 반경(R)은 0.2 ㎜ 이상이다.

또한, 매설 전극(2)은 예컨대, 고융점 도전성 재료 분말을 포함하는 인쇄 페이스트를 메쉬 형상, 빗 형상, 원 형상 등으로 인쇄한 인쇄 전극을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt) 등의 고융점 금속이나 이들의 합금, 텅스텐 카바이드(WC) 등의 고융점 금속의 화합물을 이용할 수 있다. 또한, 인쇄 전극 대신에 메쉬 형상의 고융점 도전성 재료의 벌크체(철망)이나, 다수의 구멍이 뚫려진 고융점 도전성 재료의 벌크체(펀칭 메탈) 등을 이용할 수 있다.

매설 단자(3)는 예컨대, 접촉면(Ar)과, 이 접촉면(Ar)에 대향하는 외부 접속면과, 이들 접촉면(Ar) 및 외부 접속면을 접속하는 측면에 의해 규정되는 원주 형상을 가지고, 직경(D_T)은 1∼3 ㎜이며 높이(H_T)는 0.3∼1.5 ㎜이다. 또한, 매설 단자(3)는 고융점의 금속 또는 그 화합물로서, 알루미나 소결체와의 열팽창차가 2×10^-6(/K) 이하인 것이 바람직하다. 열팽창차가 이것보다 커지면 유전체에 크랙이 생성될 가능성이 높게 된다. 구체적으로는, 매설 단자(3)는 백금, 니오븀, 바나듐 중 적어도 하나를 포함하는 금속에 의해 형성되어 있다.

알루미나 기체(1)는 알루미나 분말을 성형하여, 압력을 더 가하면서 소성함으로써 형성된다. 이 때, 매설 전극(2) 및 매설 단자(3)는 알루미나 기체(1)와 일체로 소성된다.

도 1 및 도 2에 도시한 정전척에 따르면, 이하에 설명하는 작용 효과를 얻을 수 있다.

알루미나 기체(1), 매설 전극(2) 및 매설 단자(3) 간에 재질이 다르므로, 각각의 열팽창율이 상이하다. 이 열팽창율의 상이가 원인으로, 알루미나 기체(1)의 소성 시에, 알루미나 기체(1), 매설 전극(2) 및 매설 단자(3) 사이에서 응력이 발생한다. 정전척에 있어서의 유전체층의 두께[깊이(H_D)]를 얇게 함으로써, 유전체층의 기계적인 강도가 내려간다. 응력이 유전체층의 강도를 상회하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 유전체층에 크랙(Cr)이 발생한다.

특히, 매설 단자(3)와 매설 전극(2)의 접촉면(Ar)의 바깥 가장자리를 기점으로 하여 크랙(Cr)이 발생하는 경우가 있다. 이 장소에 발생하는 크랙(Cr)은 이하에 설명하는 이유로 인한 것이다. 소성 시에, 매설 단자(3)와 매설 전극(2)이 접촉면(Ar)을 통해 반응을 일으켜, 접촉면(Ar)의 위에 위치하는 매설 전극(2)의 일부가 매설 단자(3)와의 합금으로 변화해버린다. 따라서, 합금화한 매설 전극(2)의 일부는 매설 단자(3)나 매설 전극(2)과도 다른 재질의 금속이 되고, 열팽창율도 알루미나 기체(1), 매설 단자(3)나 매설 전극(2)과도 다르다. 따라서, 도 7에 도시하는 크랙(Cr)이 발생하는 장소에는, 알루미나 기체(1), 매설 전극(2) 및 매설 단자(3)뿐만 아니라, 매설 전극(2)과 매설 단자(3)의 합금까지에도 근접하여 존재함으로써, 응력이 그 장소에 집중하고, 그 결과, 크랙(Cr)이 발생한다.

그래서, 본 발명의 실시형태에서는, 합금화한 매설 전극(2)에 의해 발생하는 응력을 약하게 하여 크랙(Cr)의 발생을 억제하는 것을 목적으로 하며, 합금화한 매설 전극(2)의 체적을 적게 하므로, 매설 전극(2)의 막 두께를 얇게 한다. 즉, 매설 전극(2)의 막 두께를 얇게 하여[막 두께(H_E)를 25 ㎛ 이하로 한다], 합금화하는 매설 전극(2)의 체적을 적게 한다. 이에 따라, 합금화한 매설 전극(2)에 의한 응력이 약해지고, 크랙(Cr)의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 매설 단자(3)의 외주 부분을 기점으로 하여 크랙(Cr)이 발생되고 있으므로, 매설 단자(3)의 외주 부분에 응력이 집중하고 있다. 그래서, 매설 단자(3)와 매설 전극(2)이 접촉하는 접촉면(Ar)에 있어서, 매설 단자(3)의 외주 부분을 모떼기하여, 매설 단자(3)의 외주 부분에의 응력 집중을 회피할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 발명자가 행한 실험 결과의 예를 설명한다. 「전극 두께」는 매설 전극(2)의 막 두께(H_E)(㎛)를 나타낸다. 「타블렛의 R 형상」은 매설 단자(3)의 모따기된 외주 부분의 곡율 반경(R)(㎜)을 나타낸다. 「유전체 두께」는 제1 주요면(SF₁)으로부터 매설 전극(2)까지의 깊이(H_D)(㎜)를 도시한다. 「크랙 발생수」는 시료 9개 중에서 크랙이 발생한 시료의 수 n을 분수(n/9)의 형식으로 나타낸 것이고, 「발생율」은 크랙이 발생하는 확률을 백분률로 나타낸 것이다. 또한, 「직각」(핀각)이란 매설 단자(3)의 외주 부분을 모따기하지 않는 것을 의미한다.

우선, 도 3에 도시하는 유전체 두께가 0.4 ㎜인 경우를 생각한다. 전극 두께가 30 ㎛인 경우, 타블렛의 R 형상에 관계없이 9개 중 1개 이상의 시료에 크랙이 발생했다. 그래서, 전극 두께를 25 ㎛라고 하면, 타블렛의 R 형상이 0.5 ㎜인 경우에 크랙 발생율이 0％로 되었다. 그 외의 타블렛의 R 형상에 대해 전극 두께=30 ㎛와 전극 두께=25 ㎛를 비교하면, 모든 타블렛의 R 형상에 대해, 전극 두께=25 ㎛로 얇게 함으로써 크랙 발생율이 낮게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 전극 두께=25 ㎛와 전극 두께=20 ㎛를 비교하면, 타블렛의 R 형상이 직각이더라도, 전극 두께=20 ㎛로 함으로써 크랙 발생율을 낮출 수 있었다. 동일하게, 전극 두께=20 ㎛를 전극 두께=10 ㎛까지 얇게 하면, 크랙 발생율을 더 낮출 수 있었다.

동일한 결과가 유전체 두께가 0.2 ㎜인 경우에 대해서도 얻어졌다. 즉, 전극 두께를 30 ㎛, 25 ㎛, 20 ㎛, 10 ㎛로 얇게 하는 만큼, 크랙 발생율을 낮출 수 있었다.

또한, 타블렛의 R 형상에만 착안하면, 직각, 0.2 ㎜, 0.5 ㎜로 곡율 반경을 크게 하는 만큼, 크랙 발생율이 내려가는 것을 알 수 있었다.

또한, 도 3에 도시하는 시험 데이터는 매설 단자(3)의 재질로서 백금을 이용하고 있다.

도 4는 유전체 두께가 5 ㎜ 및 1 ㎜ 인 경우의 실험 결과를 나타내고 있다. 전극 두께가 10 ㎛∼30 ㎛인 범위에서는, 타블렛 R 형상에 관계없이, 크랙의 발생은 일절 확인할 수 없었다.

상기와 같이, 본 발명은 하나의 실시형태에 대해 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면이 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안 된다. 이 개시로부터 당업자에게는 여러 가지 대체 실시형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해 질 것이다.

실시형태로서는, 알루미나 소성체로서, 알루미나 기체(1) 중에 정전척용 전극을 매설한 정전척을 예시했지만, 본 발명의 알루미나 소성체는 이에 한정되지 않는다. 그 외에도, 알루미나 기체 중에 저항 발열체를 매설한 히터, 알루미나 기체 중에 저항 발열체 및 정전척용 전극을 매설한, 정전척이 부착된 히터, 알루미나 기체 중에 플라즈마 발생용 전극을 매설한 고주파 발생용 전극 장치 및 알루미나 기체 중에 플라즈마 발생용 전극 및 저항 발열체를 매설한 고주파 발생용 전극 장치 등을 예로 들 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에서는, 매설 전극(2)이 평판 상의 인쇄 전극으로 이루어지는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 매설 전극(2)은 선체 혹은 판체를 격자형, 메쉬형, 나선형 혹은 사행(蛇行)형으로 배치한 전극이더라도 상관없다. 예컨대, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 알루미나 기체(1)의 내부에 철망 혹은 메쉬에 의해 형성된 매설 전극(12)이 도 1 및 도 2의 매설 전극(2) 대신에, 매설되어 있더라도 좋다.

도 5에 도시한 바와 같이, 알루미나 기체(1)는 평행하게 배치된 제1 주요면(SF₁) 및 제2 주요면(SF₂)을 구비하는 원판의 형상을 갖는다. 매설 전극(12)은 제1 주요면(SF₁)에 대해 평행하게 배치되어 있다. 매설 단자(3)는 타블렛형의 형상을 가지며, 알루미나 기체(1)의 중심부에 배치되고, 제2 주요면(SF₂)측에 있어서 매설 전극(12)에 전기적으로 접속되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 매설 전극(12)은 제1 주요면(SF₁)으로부터 0.4 ㎜ 이하의 깊이(H_D)로 매설되어 있다. 매설 전극(12)의 선폭(H_E)은 25 ㎛ 이하이다. 매설 단자(3)는 매설 전극(12)에 접촉하고 있다. 매설 단자(3)와 매설 전극(12)이 접촉하는 접촉면(Ar)에 있어서, 매설 단자(3)의 외주 부분은 모따기되어 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 모따기된 외주 부분의 곡율 반경(R)은 0.2 ㎜ 이상이다.

이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재하지 않는 여러 가지 실시형태 등을 포함하는 것을 이해해야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 이 개시로부터 타당한 특허청구의 범위에 따른 발명 특정 사항에 의해서만 한정되는 것이다.

본 발명에 따르면, 제1 주요면으로부터 매설 전극까지의 거리가 0.4 ㎜ 이하이더라도, 매설 전극의 두께를 25 ㎛ 이하로 함으로써, 크랙의 발생율을 저하시킬 수 있다.

Claims

대향하는 제1 주요면 및 제2 주요면을 갖는 알루미나 기체와,

상기 제1 주요면으로부터 0.4 ㎜ 이하의 깊이에서 상기 알루미나 기체 내에 매설된 금속으로 이루어지는 막형의 매설 전극과,

상기 매설 전극보다도 제2 주요면측에서 상기 알루미나 기체 내에 매설된 금속으로 이루어지는 매설 단자

를 포함하며, 상기 매설 단자는 상기 매설 전극에 접촉하고,

상기 매설 전극의 막 두께는 25 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미나 소성체.
제1항에 있어서, 상기 매설 단자와 상기 매설 전극이 접촉하는 접촉면에서, 상기 매설 단자의 외주 부분은 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미나 소성체.
제2항에 있어서, 모따기된 상기 외주 부분의 곡율 반경은 0.2 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 알루미나 소성체.