KR100920784B1

KR100920784B1 - 히터를 구비한 정전 척 및 히터를 구비한 정전 척의 제조방법

Info

Publication number: KR100920784B1
Application number: KR1020070082274A
Authority: KR
Inventors: 카즈히로 노보리; 데츠야 가와시리; 료우요 핫토리; 이쿠히사 모리오카
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-10-08
Also published as: TWI344683B; CN101131955A; EP1892756A2; US8136820B2; TW200816364A; KR20080018108A; JP4394667B2; EP1892756A3; EP1892756B1; CN100568482C; US20080049374A1; JP2008053316A

Abstract

본 발명은 흡착 특성과 균열성과 내절연 파괴 특성이 뛰어난 히터를 구비한 정전 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.

알루미나를 포함하는 소결체로 이루어지는 기체(2)와, 기체(2) 중의 상부측에 설치된 ESC 전극(3)과, 기체 중의 하부측에 매설된 저항 발열체(4)를 구비하고 있는 히터를 구비한 정전 척(1)의 기체(2)는 ESC 전극(3)으로부터 기체(2)의 상면(2a)까지의 유전체층(21)과, ESC 전극(3)으로부터 기체(2)의 하면(2b)까지의 지지 부재(22)로 구성되어 있다. 지지 부재(22)는 유전체층(21)과 접하는 ESC 전극 근방 영역(22a)과, 이 ESC 전극 근방 영역(22a)보다도 아래쪽인 하부 영역(22b)에서 탄소 함유량이 다르며, 유전체층(21) 중의 탄소 함유량이 100 wtppm 이하, ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소 함유량이 O.13 wt% 이하, 하부 영역(22b)의 탄소 함유량이 0.03 wt% 이상이며, 또한 이 ESC 전극 근방 영역의 탄소 함유량이 하부 영역의 탄소 함유량보다도 작다. 저항 발열체(4)는 니오븀 또는 백금을 포함한다.

Description

히터를 구비한 정전 척 및 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법{ELECTROSTATIC CHUCK WITH HEATER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 반도체 디바이스의 제조 프로세스 등에 있어서 이용되는 히터를 구비한 정전 척 및 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터 반도체 디바이스 등을 제조할 때에는, 반도체 웨이퍼에 성막이나 에칭 등의 표면 처리가 실시된다. 이 표면 처리 중에 반도체 웨이퍼를 유지하는 장치의 하나로 정전 척(Electrostatic Chuck)이 있다. 이 정전 척은 반도체 웨이퍼 등의 기판이 적재되어 유지되는 기판 적재면을 구비하고, 이 기판 적재면에 적재된 반도체 웨이퍼와의 사이에 발생된 정전력에 의해 이 반도체 웨이퍼를 유지한다. 이 정전 척에는 정전력으로서 쿨롬력(coulomb force)을 이용하는 것이 있다. 또한, 이 정전 척의 일종으로서, 히터를 구비하여 반도체 웨이퍼를 가열할 수 있는 히터를 구비한 정전 척이 있다.

쿨롬 타입의 히터를 구비한 정전 척의 대표적인 예에서는, 세라믹스로 이루어지는 기체(base)를 구비하고 있다. 이 기체의 내부에는 기판 적재면에 적재된 기판과의 사이에 정전력을 발생시키기 위한 정전 척 전극(이하,「ESC 전극」이라고 한다) 및 기판을 가열하기 위한 저항 발열체가 설치되어 있다. 또한, 기체의 상면은 웨이퍼 등의 기판이 적재되는 기판 적재면에 형성되어 있다. 그리고, 상기 기체의 ESC 전극으로부터 기판 적재면까지의 부분은 유전체층으로서 형성되어 있고, ESC 전극으로부터 기체의 하면까지의 부분은 지지 부재에 형성되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 쿨롬 타입의 정전 척은 정전 척의 유전체층 표면에 적재된 기판과, 정전 척의 ESC 전극과의 사이에 발생하는 정전 흡착력(쿨롬력)을 이용하여 기판을 흡착하는 것이다.

쿨롬 타입의 히터를 구비한 정전 척에 있어서, 기체의 세라믹스에는, 질화 알루미늄이 이용되었다 (예컨대, 전술한 특허 문헌 1 참조).

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 공보 평성 11-12053호

기체의 세라믹스에 질화 알루미늄이 이용되었던 종래의 히터를 구비한 정전 척에서는 유전체층의 체적 저항율이 낮기 때문에 기판 적재면에 적재된 기판의 탈착 응답성이 저하될 우려가 있었다.

그래서, 질화 알루미늄보다도 체적 저항율이 높고, 내식성도 높은 알루미나를 기체에 적용하는 것이 고려되었다. 이 경우, 저항 발열체에는 이 알루미나와 열 팽창 계수가 근사치인 니오븀(Nb) 등을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 저항 발열체에 니오븀(Nb)이 포함되는 경우, 저항 발열체가 설치된 지지 부재 중에 니오븀 성분이 확산될 우려가 있었다. 이 니오븀 성분이 확산됨으로써 저항 발열체의 저항 특성이 변화되기 때문에, 기판의 균일 가열성에 변동이 생기는 문제점이 생길 수 있었다.

또한, 정전 척에서는, ESC 전극에 인가하는 전압이 높을수록 기판의 흡착력이 높아지지만, 쿨롬력에 의한 정전 척에서 필요한 수천 볼트 정도의 고전압은 절연 파괴 등을 생기게 할 우려가 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은 기판 적재면에 적재할 기판의 탈착 응답성을 향상시키는 동시에, 고전압을 걸어 흡착력을 높여도 절연파괴가 생기지 않고, 또한 기판을 균일하게 가열할 수 있는 히터를 구비한 정전 척 및 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 히터를 구비한 정전 척은 알루미나를 포함하는 소결체로 이루어지는 기체와, 상기 기체의 상부측에 설치된 ESC 전극과, 기체 중의 하부측에 매설된 저항 발열체를 구비하고, 상기 기체는 ESC 전극으로부터 기체 상면까지의 유전체층과, ESC 전극으로부터 기체 하면까지의 지지 부재로 구성된 히터를 구비한 정전 척에 있어서, 상기 지지 부재는 상기 유전체층과 접하는 ESC 전극 근방 영역과, 이 ESC 전극 근방 영역보다도 아래쪽인 하부 영역에서 탄소 함유량이 다르며, 상기 유전체층 중의 탄소 함유량이 1OO wtppm 이하, 상기 지지 부재의 상기 ESC 전극 근방 영역의 탄소 함유량이 O.13 wt% 이하 및 상기 지지 부재의 상기 하부 영역의 탄소 함유량이 0.03 wt% 이상이며, 또한 상기 저항 발열체는 니오븀 또는 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한 다.

또한, 본 발명의 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법은 세라믹스 원료를 소성하여 기체의 유전체층을 형성하는 공정과, ESC 전극을 형성하는 공정과, 저항 발열체가 매설된 세라믹스 원료를 소성하여 지지 부재를 형성하는 공정을 갖는 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법으로서, 상기 지지 부재를 형성하는 공정은 정전 척 전극에 가까운 측에 가소(假燒)한 세라믹스 원료를, 정전 척 전극에 먼 측에 가소하지 않는 세라믹스 원료를 적층시켜 성형함으로써, 지지 부재의 소성체의 탄소 함유량을 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 흡착 특성과 균열성과 내절연 파괴 특성이 뛰어난 히터를 구비한 정전 척을 제공한다.

이하, 본 발명의 히터를 구비한 정전 척의 실시예에 관해서 도면을 이용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 히터를 구비한 정전 척에 관한 일 실시예를 도시하는 평면도이며, 도 2는 도 1의 A-A에서 본 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 히터를 구비한 정전 척(1)은 대략 원반 형상의 기체(2)를 구비하고 있다. 이 기체(2)는 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스의 소결체로 이루어진다. 도시된 정전 척(1)은 ESC 전극으로서 쌍극형의 ESC 전극을 구비하고 있다. 그렇다고는 하지만 본 발명의 히터를 구비한 정전 척은 도면에 도시된 쌍극형의 ESC 전극을 구비하는 예에 한 정되지 않고, 단극형의 것 또는 3극 이상의 ESC 전극을 구비하는 것이어도 좋다.

이 기체(2)의 상면은 정전 척(1)에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼 등이 적재되는 기판 적재면(2a)이 된다. 기체(2)의 내부에는 정전력을 발생시키기 위한 ESC 전극(3)이 상기 기판 적재면(2a)과 평행하면서 기판 적재면(2a)에 근접하여 매설되어 있다. 또한, 기체(2)의 내부에서 ESC 전극(3) 보다도 하부측에는 저항 발열체(4)가 매설되어 있다. 이 저항 발열체는 후술하겠으나, 알루미나와 열팽창 계수가 근사한 재료, 예컨대 니오븀을 이용할 수 있다.

이 기체(2)의 하면(2b)에서 ESC 전극(3)을 향한 ESC 전극용 접속 구멍(2c)과, 저항 발열체(4)를 향한 발열체용 접속 구멍(2d)이 형성되어 있다. 이 ESC 전극용 접속 구멍(2c)의 저면에는, 도전성 재료로 이루어지고, 기체(2) 내에 매설되어 ESC 전극(3)과 접속하고 있는 접속 부재(5)가 노출되어 있다. 이 ESC 전극용 접속 구멍(2c)에 외부에서 전력을 공급하기 위한 ESC 전극용 급전 부재(6)가 삽입되고, 이 ESC 전극용 급전 부재(6)가 접속 부재(5)와 접속함으로써, 이 접속 부재(5)를 통해 ESC 전극(3)과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 발열체용 접속 구멍(2d)에 발열체용 급전 부재(7)가 삽입되고, 이 발열체용 급전 부재(7)가 발열체용 접속 구멍(2d)의 저면에 노출되어 있는 저항 발열체(4)와 전기적으로 접속되어 있다.

알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 기체(2)는 기판 적재면(2a)에서 ESC 전극(3)까지의 영역이 유전체층(21)이 되고, 또한 이 ESC 전극으로부터 기체 하면(2b)까지의 영역이 이 유전체층(21)을 지지하는 지지 부재(22)가 된 다. 이 유전체층(21)은 기판을 유지하는 데 알맞은 쿨롬력을 발생시키기 위해서, 소정의 체적 저항율이 되는 세라믹스일 필요가 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 유전체층(21)은 체적 저항율을 저하시키는 성분인 탄소를 가능한 한 함유하지 않는 알루미나, 구체적으로는 탄소 함유량이 1OO wtppm 이하의 알루미나로 이루어진다.

이 유전체층(21)을 지지하는 지지 부재(22)는 알루미나를 주성분으로 하는 재료로서, ESC 전극(3)과 접하고 있는 영역을 포함하는 ESC 전극 근방 영역(22a)과, 이 ESC 전극 근방 영역(22a)보다도 아래쪽 영역인 하부 영역(22b)에서는 탄소 함유량이 다르다. 보다 자세히는 이 정전 척 전극 근방영역의 탄소 함유량이, 하부 영역의 탄소 함유량보다도 작고, 이 조건하에서 ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소 함유량은 0.13 wt% 이하이며, 하부 영역(22b)의 탄소 함유량은 0. 03 wt% 이상이다.

이 ESC 전극 근방 영역(22a) 및 하부 영역(22b)의 탄소 함유량에 관해서 설명한다.

유전체층(21)을 지지하는 지지 부재(22)는 유전체층(21)과 고착하여 일체적인 기체(2)가 된다. 그 때문에 지지 부재(22)의 재료는 유전체층(21)과 동종인 알루미나로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 지지 부재(22)가 유전체층(21)과는 다른 종류인 열 팽창 계수가 다른 재료인 경우에는 유전체층(21)과 지지 부재(22)와의 접합 계면에 있어서 열응력이 생기기 때문이다.

그렇다고는 하지만 지지 부재(22)가 유전체층(21)과 마찬가지로 탄소를 가능한 한 함유하지 않는 알루미나만으로 이루어지는 경우에는 이 지지 부재(22)에 매 설된 저항 발열체(4)의 주위의 알루미나에, 이 저항 발열체(4)의 니오븀 성분이 확산되어 버려, 저항 발열체(4)의 저항 특성이 변화될 우려가 있다. 그래서, 저항 발열체(4)의 주위를 덮는 하부 영역(22b)은 니오븀의 확산을 억제할 수 있는 탄소를 함유한 알루미나, 구체적으로는 탄소 함유량이 0.03 wt% 이상의 알루미나로 이루어 진다.

또한, 발명자들의 연구에 의해, ESC 전극(3)의 내절연 파괴 특성의 향상, 또한 알루미나 중의 탄소의 확산 이동에 의한 유전체층(21)에의 악영향을 방지하기 위해서는 지지 부재(22)에서의 ESC 전극(3)과 접하는 영역을 포함하는 ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소량을 O.13 wt% 이하로 억제하면 되는 것이 판명되었다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 정전 척(1)은 기체(2)가 알루미나를 포함하는 세라믹스로 이루어지고, 탄소 함유량이 유전체층(21)에서는 100 wtppm 이하, 지지 부재(22)의 ESC 전극 근방 영역(22a)에서는 0.13 wt% 이하, 하부 영역(22b)에서는 0.03 wt% 이상이다. 이로써, 정전 척(1)의 유전체층(21)은 알루미나의 우수한 체적 저항율에 의해 쿨롬 타입 정전 척으로서 우수한 탈착 특성을 갖추고 있다. 또한, 지지 부재(22)는 하부 영역(22b)이 소정량의 탄소를 함유함으로써, 저항 발열체(4)의 알루미나에의 확산을 억제할 수 있고, 안정된 저항 분포를 발현하며, 발생하는 쥬울 열이 균일하게 됨으로써, 정전 척(1)의 온도 제어성이 우수하다. 또한, 지지 부재(22)의 ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소량이 억제되어 있기 때문에, ESC 전극(3)의 절연 파괴를 억제할 수 있고, 고전압을 인가하는 것이 가능하기 때문에 높은 흡착 특성을 구비하는 동시에, 정전 척에 인접하는 부재 등에 아 킹(arcing)이 퍼지는 것을 방지 할 수 있기 때문에, 정전 척(1)의 신뢰성이 보다 한층 향상된다. 이 절연 파괴 방지, 아킹 방지는 특히 ESC 전극(3)에 고전압을 걸어 흡착력을 높이려 할 때에 큰 잇점이 있다.

유전체층(21) 중의 탄소 함유량을 100 wtppm 이하로 수치 한정하는 것은 쿨롬 타입의 정전 척으로서 매우 적합한 체적 저항율을 구비하기 때문이며, 유전체층(21) 중의 탄소 함유량이 1OO wtppm을 넘으면, 소기의 체적 저항율을 구비하는 것이 곤란해진다. 본 발명의 정전 척은 유전체층의 체적 저항율이 높기 때문에, ESC 전극에 고전압을 걸었을 때에 유전체층에 잔류하는 전하를 저감할 수 있고, 전압 개방시의 잔류 전하에 의한 기판의 흡착을 억제하고, 기판의 탈착을 매우 단시간에 행할 수 있다.

지지 부재(22)의 ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소 함유량을 0.13 wt% 이하로 하는 것은 ESC 전극(3)에 접하는 영역의 지지 부재(22)의 탄소량을 억제하고, 내절연 파괴 특성을 향상시키는 동시에, 알루미나 중의 탄소의 확산 이동에 의해 유전체층(21)으로 악영향이 생기는 것을 방지하기 위해서이며, ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소 함유량이 O.13 wt%를 넘으면, 탄소의 도전성에 의해 ESC 전극(3) 사이의 절연성이 저하되어, 절연 파괴가 생길 우려가 있기 때문이다. 보다 바람직한 탄소 함유량은 O.1O wt% 이하이다. 또한, 이 ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소 함유량은 전술한 유전체층(21) 중의 탄소 함유량과 같은 정도로까지 저감하는 것도 가능하다.

지지 부재(22)의 하부 영역(22b)의 탄소 함유량을 0.03 wt% 이상으로 하는 것은 저항 발열체(4)의 니오븀 성분의 알루미나 중에의 확산을 억제하기 위해서이며, 하부 영역(22b)의 탄소 함유량이 0.03 wt% 미만에서는, 니오븀 성분의 확산을 억제하는 효과가 결핍된다. 보다 바람직한 탄소 함유량은 0.10 wt% 이상이다. 또, 하부 영역(22b)의 탄소 함유량의 상한에 관하여는 체적 저항율의 저하에 의한 누설 전류를 방지하는 관점에서 0.5 wt% 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.

기체(2)의 지지 부재(22)의 ESC 전극 근방 영역(22a)의 두께는 정전 척(1)의 사이즈에 따라 다르기도 하지만, 수 mm 정도면 절연 파괴를 억제하는 관점에서는 충분한 두께이다. 또한, ESC 전극 근방 영역(22a)의 두께는 수 mm 정도 이상이어도 좋다.

도 3 및 도 4에 ESC 전극 근방 영역(22a)의 범위를 다르게 한 정전 척의 별도의 실시 형태를 기체(2)의 주요부 단면도에서 각각 도시한다.

도 3에 도시한 기체(2)는 기판 적재면(2a)에서 ESC 전극(3)까지의 유전체층(21)을 구비하는 동시에, 지지 부재(22)로서, ESC 전극(3)으로부터 저항 발열체(4)까지의 ESC 전극 근방 영역(22a)과, 저항 발열체(4)로부터 하면(2b)까지의 하부 영역(22b)을 구비하고 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시한 실시 형태와 비교하면, ESC 전극 근방 영역(22a)이 저항 발열체(4)에 접하는 영역까지 영역 확대하고 있는 점에서 차이가 있다. 그 외의 구성에 관해서는 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 실시 형태와 동일한 구성과 그 작용 효과에 관해서는 중복 설명을 생략한다.

그리고, 도 3에 도시한 실시 형태에서는, ESC 전극 근방 영역(22a)이 ESC 전 극(3)으로부터 저항 발열체(4)까지의 범위에 형성됨으로서, 저항 발열체(4)의 니오븀 성분의 확산을 억제하면서, ESC 전극(3)의 절연 파괴를 도 2보다 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. 이 효과를 이하에서 상술한다. ESC 전극 근방 영역(22a)의 알루미나는 하부 영역(22b)보다도 탄소 함유량이 적다. 이와 같이 탄소 함유량이 다른 ESC 전극 근방 영역(22a)과 하부 영역(22b)이 접하여 지지 부재(22)가 형성되어 있으면, 탄소 농도차나 온도의 정도에 의해서도 그러하지만, 히터를 구비한 정전 척을 제조할 때의 고온에 의해, 하부 영역(22b)에 포함되는 탄소가 ESC 전극 근방 영역(22a)에 확산 이동한다. 그 결과, 저항 발열체(4)의 주위의 알루미나에는, 하부 영역(22b)의 탄소 함유량과 같은 정도 이하의 탄소가 함유되므로, 저항 발열체(4)의 니오븀의 확산을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시한 실시 형태보다도 ESC 전극(3)과 하부 영역(22b)의 거리가 떨어져 있기 때문에, 탄소의 이동 거리가 길어진다. 그 때문에, 히터를 구비한 정전 척을 제조할 때의 고온에 의해, 하부 영역(22b)에 포함되는 탄소가 EBS 전극 근방 영역(22a)에 확산 이동하더라도, ESC 전극(3)에 접하고 있는 부분의 알루미나의 탄소 함유량의 증가는 적고, 그 결과 절연 파괴를 한층 더 억제하는 것이 가능해진다.

다음에, 도 4에 도시한 기체(2)의 주요부 단면도를 이용하여, 정전 척의 별도의 실시 형태를 설명한다. 이 도 4에 표시된 기체(2)는 기판 적재면(2a)에서 ESC 전극(3)까지의 유전체층(21)을 가지는 동시에, 지지 부재(22)로서, ESC 전극(3)으로부터 저항 발열체(4)를 넘어 하부까지 연장되는 ESC 전극 근방 영역(22a)과, 이 ESC 전극 근방 영역(22a)의 하단에서 하면(2b)까지의 하부 영역(22b)을 구 비하고 있다. 즉, 전술한 도 1 및 도 2에 도시한 실시 형태 및 도 3에 도시한 실시 형태와 비교하면, ESC 전극 근방 영역(22a)이 저항 발열체(4)를 넘어 하부까지 영역 확대하고 있는 점에서 다르다. 그 이외의 구성에 관해서는 동일하다. 따라서, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시한 실시 형태와 동일한 구성과 그 작용 효과에 관해서는 중복 설명을 생략한다.

그리고, 도 4에 도시한 실시 형태에서는, ESC 전극 근방 영역(22a)이 ESC 전극(3)으로부터 저항 발열체(4)를 넘어 하부의 영역에까지 형성됨으로써, ESC 전극(3)의 절연 파괴를 도 3에 도시한 실시 형태보다도 확실하게 억제하면서, 저항 발열체(4)의 니오븀 성분의 확산을 억제하는 것이 가능해진다. 이 효과는 도 3의 실시 형태에서 이미 설명한 것과 마찬가지다. 즉, ESC 전극 근방 영역(22a)의 알루미나는 하부 영역(22b) 보다도 탄소 함유량이 적다. 이와 같이 탄소 함유량이 다른 ESC 전극 근방 영역(22a)과 하부 영역(22b)이 접하여 지지 부재(22)가 형성되어 있으면, 탄소 농도차나 온도의 정도에 의해서도 그러하지만, 히터를 구비한 정전 척을 제조할 때의 고온에 의해, 하부 영역(22b)에 포함되는 탄소가 ESC 전극 근방 영역(22a)으로 확산 이동한다. 그 결과, 저항 발열체(4)의 주위의 알루미나에는, 하부 영역(22b)의 탄소 함유량과 같은 정도 이하의 탄소가 함유되므로, 저항 발열체(4)의 니오븀의 확산을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 실시 형태보다도 ESC 전극(3)과 하부 영역(22b)의 거리가 떨어져 있기 때문에, 탄소의 이동 거리가 길어진다. 그 때문에, 히터를 구비한 정전 척을 제조할 때의 고온에 의해, 하부 영역(22b)에 포함되는 탄소가 ESC 전극 근방 영역(22a)에 확산 이동하 더라도, ESC 전극(3)에 접하는 부분의 알루미나의 탄소 함유량의 증가는 적고, 그 결과 절연 파괴를 한층 더 억제하는 것이 가능해진다.

도 1∼4에 도시한 실시 형태의 비교를 위해, 도 5에 정전 척의 비교예를, 기체(200)의 주요부 단면도로 도시한다. 도 5에 도시한 기체(200)는 기판 적재면(2a)에서 ESC 전극(3)까지의 유전체층(201)을 구비하는 동시에, 상기 ESC 전극(3)에 접하고 있는 지지 부재(202)를 구비하고 있다. 이 지지 부재(202)는 저항 발열체(4)에 포함되는 니오븀 성분의 확산을 억제하는 것이 가능한 탄소를 0.03 wt% 이상의 양으로 함유하고 있는 알루미나로 이루어진다. 즉, 도 5에 도시한 정전 척의 지지 부재(202)는 본 발명에 관한 정전 척과 비교하면, 탄소 함유량이 다른 2개의 영역을 갖는 것이 아니라는 점에서 상이하다.

도 5에 도시한 비교예는 ESC 전극(3)의 주위의 내절연 파괴 특성은 실용적으로는 충분하다. 그러나, 이 ESC 전극(3)에 접하고 있는 지지 부재(202)의 알루미나에 포함되는 탄소가 지지 부재(202)의 체적 저항율을 낮추기 때문에, 특히 고전압을 건 경우에는, ESC 전극 근방의 내절연 파괴 특성은 본 발명에 관한 정전 척의 기체에 비교하여 뒤떨어진다.

도 1∼4에 도시한 각 실시 형태에 있어서, 기체(2)에 매설되는 저항 발열체(4)는 니오븀 또는 백금을 포함한다. 니오븀이나 백금은 알루미나와 열팽창 계수가 유사한 재료이다. 따라서, 저항 발열체(4)가 니오븀 또는 백금을 포함함으로써, 알루미나를 포함하는 기체(2)와 저항 발열체(4)의 열팽창 계수차가 작아진다. 따라서, 저항 발열체(4)가 발열하였을 때에, 이 저항 발열체(4)와 그 주위의 기 체(2) 사이에 생기는 열 왜곡을 대폭 저감시킬 수 있다. 백금은 고가의 재료이기 때문에 실용적으로는 저항 발열체(4)가 니오븀으로 이루어지는 것이 바람직하다.

저항 발열체(4)는 예컨대 니오븀을 포함하는 원료 페이스트 도포 등에 의해 형성된 평면 형상의 저항 발열체이어도 좋다. 단, 코일형의 저항 발열체인 것이 보다 바람직하다. 저항 발열체(4)가 니오븀을 포함하는 원료 선재로 성형된 코일형의 저항 발열체임으로써, 기체(2) 내에서 저항 발열체(4)가 3차원적으로 발열하기 때문에, 평면 형상의 저항 발열체보다도 기판 가열의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 코일형의 저항 발열체는 균질한 선재의 가공에 의해 제조되므로, 히터를 구비한 정전 척의 로트마다의 발열 특성의 변동이 작다. 또한, 코일 피치 등을 국소적으로 변동시킴으로써, 기판 적재면상에서의 온도 분포를 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 평면 형상의 저항 발열체보다도 밀착성을 향상시킬 수 있다.

ESC 전극(3)은 탄화 텅스텐(WC)과, 10% 이상의 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다. ESC 전극이 탄화 텅스텐을 주성분으로 함으로써, 알루미나 중의 ESC 전극 물질의 확산이 매우 적기 때문에, ESC 전극 근방에서의 알루미나의 체적 저항율을 높일 수 있다. 이로써, 고전압을 인가한 경우의 절연 특성이 향상되고, 또한 유전층의 고저항에 동반하여 흡착되는 기판의 탈착 특성이 향상된다. 또한, 이 ESC 전극이 10% 이상의 알루미나를 포함함으로써, ESC 전극(3) 부분의 밀착성이 향상된다. ESC 전극에 포함되는 알루미나의 함유량의 상한은 ESC 전극부의 전기 저항을 고주파 전류를 저해하지 않는 정도로 작게 하는 관점에서 30 wt% 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.

ESC 전극(3)은 가령 비록 소정 양의 알루미나와 탄화 텅스텐과의 혼합 분말을 포함하는 인쇄 페이스트를 메쉬형, 빗형, 소용돌이형 등의 평면 형상으로 인쇄한 것을 이용할 수 있다. 또한, ESC 전극은 단극, 쌍극 어느 것이어도 좋고, 복수극으로도 매우 적합하게 본 발명에 적용할 수 있다. 특히 쌍극 및 복수극의 ESC 전극에 있어서, 본 발명은 보다 적합하게 작용한다.

다음에 본 발명에 관한 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법의 일례를 설명한다. 또한, 이하에 진술하는 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법은 대표적으로 도 1 및 도 2에 도시한 실시 형태의 예로 설명하는 것이다. 또한, 제조시에는 이 도 2의 상하를 역으로 한 위치 관계에서 공정이 진행된다. 즉, 기체(2)의 유전체층(21)을 제작하고, 이 유전체층(21)상에 ESC 전극(3)을 형성하고, 이 ESC 전극(3)상에 지지 부재(22)를 형성한다.

(유전체층의 제작)

우선, 유전체층(21)을 제작한다. 이 유전체층(21)은 상술한 바와 같이 탄소 함유량이 1OO wtppm 이하의 알루미나로 이루어진다.

세라믹스 원료 분말로서, 높은 순도(예컨대 99.7%)의 알루미나 분말과, 소결조제인 Mg0 원료 분말을 사용한다. 이들 세라믹스 원료 분말에, 바인더인 폴리비닐 알코올(PVA), 물 및 분산제 등을 첨가하고, 트로멜(trommel)로 소정시간(예컨대, 16시간) 혼합하여 원료 슬러리를 제작한다. 얻어진 원료 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조하고, 그 후 가소한다. 이 가소는, 예컨대 500도에 서 5시간, 공기 중에서 유지하는 처리이며, 바인더가 제거된 알루미나 조립 분말을 얻을 수 있다. 바인더에는 탄소가 함유되어 있기 때문에, 바인더의 제거에 의해, 유전체층(21)의 탄소 함유량을 1OO wtppm 이하로 저감할 수 있다.

다음에, 상기 알루미나 조립 분말을 금형에 충전하여, 소정 압력으로 프레스 성형하여 알루미나 성형체를 제작한다. 계속해서, 이 알루미나 성형체를 카본으로 제조된 시스(sheath)에 셋트하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성한다. 소성은 소정 압력을 가한 상태에서 또한 질소 분위기 속에서 행함으로써 알루미나 소결체를 얻을 수 있다.

이어서, 상기 알루미나 소결체를 연삭 가공하고, 소정의 크기(예컨대, φ340 mm, 두께 6 mm)의 원반을 제작한다. 이 때, 원반의 표면 및 이면 중 한쪽 면을 연삭 가공에 의해 평활면으로 완성한다.

(ESC 전극의 제작)

ESC 전극(3)의 재료가 되는 탄화 텅스텐 분말, 1O wt% 이상의 알루미나 분말 및 바인더를 혼합하여 인쇄 페이스트를 제작하고, 이 인쇄 페이스트를 스크린 인쇄법에 의해, 상기 알루미나 소결체의 평활면상에 도포하고 건조시킴으로써, ESC 전극(3)을 형성한다.

(지지 부재의 ESC 전극 근방 영역의 형성)

이 ESC 전극(3)이 형성된 알루미나 소결체를 금형(metal mold)내에 셋트하고, 미리 가소를 행함으로써 탄소 함유량을 저감한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 소정 압력으로 프레스 성형을 실시한다. 이에 따라, 도 2에 도시하는 지지 부 재(22)의 ESC 전극 근방 영역(22a)을 형성한다.

(하부 영역의 상측의 형성)

다음에, 이 금형내에서, 상기 ESC 전극 근방 영역(22a)의 알루미나 성형체상에, 가소를 하지 않고서 탄소 함유량이 0.03 wt% 이상인 알루미나 조립 분말을 충전하고, 소정 압력으로 프레스 성형을 실시한다. 이에 따라, 도 2에 도시한 지지 부재(22)의 하부 영역(22b)으로서, 저항 발열체(4)보다 상측 범위인 하부 영역(22b)을 형성한다.

(코일의 배치)

다음에, 금형내에서 성형된 하부 영역(22b)(저항 발열체(4)보다 상측)의 알루미나 성형체상에 메쉬형, 시트형 또는 코일형의 니오븀의 저항 발열체(4)를 얹어 놓는다. 또한, 이 저항 발열체상의 소정의 위치에, 급전 부재와 접속하기 위한 접합 부재를 얹어 놓는다.

(하부 영역의 하측의 형성)

다음에 알루미나 성형체, 저항 발열체(4) 및 접합 부재상에 가소를 하지 않고서 탄소 함유량이 0.03 wt% 이상인 알루미나 조립 분말을 충전하고, 소정의 압력으로 가압하여 프레스 성형을 실시한다. 이에 따라, 도 2에 도시한 지지 부재(22)의 하부 영역(22b)으로서, 저항 발열체(4)보다 하측 범위인 하부 영역(22b)을 형성한다.

이상에서, 기체(2)가 되는 알루미나 성형체가 제작된다.

계속해서, 상술한 기체(2)가 되는 알루미나 성형체를 카본으로 제조된 시스 에 셋트하고, 핫 프레스 성형법 등을 이용하여 소결한다. 소결은 소정의 일축(uniaxial) 가압 압력하에서, 또한 질소 분위기에서 행하고, 고온에 소정 시간 유지함으로써 행한다 (즉, 핫 프레스 소성). 이후, 2회의 소결 공정을 거친 알루미나 소결체(즉, 유전체층)의 표면을 다이아몬드 지석으로써 평면 연삭 가공을 실시하고, 알루미나 소결체의 두께를 조정한다. 또한, 알루미나 소결체의 측면을 연삭하는 동시에, 필요한 천공 가공, 급전 부재(6, 7)의 부착을 행함으로써, 히터를 구비한 정전 척(1)이 완성된다.

상술한 제조 방법의 일례에서는, 기체(2)의 ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소량의 조정은 알루미나 조립 분말을 가소함으로써 행해진다. 또한, 기체(2)의 하부 영역(22b)의 탄소량의 조정은 세라믹스 원료 분말에 가해지는 바인더의 양을 조정함으로써 행해진다. 그러나, ESC 전극 근방 영역(22a)의 탄소량의 조정이나 하부 영역(22b)의 탄소량의 조정은 상기한 방법에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 가소를 하여 탄소량을 저감한 알루미나 조립 분말과, 가소를 하지 않고 바인더(탄소 분말)가 잔류하는 알루미나 조립 분말을 혼합한 분말을 이용하여, 그 혼합 분말의 혼합 비율에 따라서 탄소량을 조정할 수 있다. 또한, 가소를 행하여 탄소량을 저감한 알루미나 조립 분말을 기체를 성형하는 금형 내에 충전하고, 이어서 가소를 행하지 않고 바인더(탄소분)가 잔류하는 알루미나 분말을 금형내에 충전한 후, 핫 프레스를 행하고, 이 핫 프레스시의 바인더의 확산 이동에 의해서, ESC 전극 근방 영역(22a)이나 하부 영역(22b)의 탄소량을 조정하는 것도 가능하다.

[실시예]

이하에 진술하는 실시예에서는, 기체의 알루미나 중의 탄소 함유량을 조정하기 위해서 두 가지의 알루미나 조립 분말을 준비했다. 하나는 알루미나 조립 분말이며, 또 하나는 가소하지 않은 알루미나 조립 분말이다.

전자의 가소한 알루미나 조립 분말은 세라믹스 원료 분말로서, 순도 99.7%의 알루미나 분말(입자 직경 1 ㎛)과 소결 조제(sintering aid)인 MgO 원료 분말을 사용했다. 또한, 세라믹스 원료 분말 중의 MgO의 함유량은 0.04%로 하였다. 이 세라믹스 원료 분말에 바인더인 폴리비닐 알코올(PVA)(세라믹스 원료비 2 wt%), 물 및 분산제를 첨가하고, 트로멜에서 16시간 혼합하고, 슬러리를 제작했다. 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조하고, 그 후 500℃에서 5시간 유지하여 바인더를 제거하고 평균 약 80 ㎛의 조립 분말을 제작했다.

후자의 가소하지 않는 알루미나 조립 분말은 세라믹스 원료 분말로서, 순도 99.7%의 알루미나 분말(입자 직경 1 ㎛)과 소결 조제인 Mg0 원료 분말을 사용했다. 또한, 세라믹스 원료 분말 중 MgO의 함유량은 0.04%로 했다. 이 세라믹스 원료 분말에 바인더인 폴리비닐 알코올(PVA)(세라믹스 원료비 2 wt%),물 및 분산제를 첨가하고, 트로멜에서 16시간 혼합하고, 슬러리를 제작했다. 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조하여, 이 가소하지 않은 알루미나 조립 분말을 제작했다. ,

[실시예 1]

실시예 1은 기체(2)의 ESC 전극 근방 영역의 하단이 저항 발열체보다도 상측에 있고, 저항 발열체의 주위가 하부 영역으로 이루어지는 예이며, 도 1에 도시한 실시 형태에 해당한다.

우선, 유전체층이 되는 알루미나 소결체를 제작했다. 그 때문에, 세라믹스 원료 분말로서, 순도 99.7%의 알루미나 분말(입자 직경 1 ㎛)과 소결 조제인 MgO 원료 분말을 사용했다. 또한, 세라믹스 원료 분말 중의 MgO의 함유량은 0.04 wt%로 했다. 이 세라믹스 원료 분말에 바인더인 폴리비닐 알코올(PVA), 물 및 분산제를 첨가하고, 트로멜에서 16시간 혼합하고, 슬러리를 제작했다. 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조하고, 그 후 500℃에서 5시간 유지하여 바인더를 제거하고, 평균 약 80 ㎛의 조립 분말을 제작했다. 이 알루미나 조립 분말을 금형에 충전하고, 200 kg/㎠의 압력으로 프레스 성형을 행하였다. 계속해서, 이 성형체를 카본으로 제조된 시스에 셋트하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성했다. 소성은 1OO kg/㎠의 가압하에서, 또한 질소 가압 분위기(150 kPa)로 행하고, 300 ℃/h에서 승온하고, 1600℃에서 2시간 유지하여 유전체층에 해당하는 부분의 알루미나 소결체를 얻었다.

이 알루미나 소결체를 연삭 가공하고, φ300 mm, 두께 6 mm인 원반을 제작했다. 이 때, 한쪽 면을 연삭 가공에 의해, 표면 거칠기 Ra가 0.8 ㎛ 이하인 평활면이 되도록 마무리했다.

다음에, ESC 전극을 알루미나 소결체상에 형성했다. 이 ESC 전극의 형성을 위하여, WC와 알루미나(함유량 20%)와, 바인더인 테피놀을 혼합하여 인쇄 페이스트를 제작하고, 스크린 인쇄법에 의해, 상기 알루미나 소결체의 평활면상에 Φ 290 mm, 두께 1O ㎛의 ESC 전극을 형성하고 건조시켰다.

이어서, ESC 전극 근방 영역(22a)이 되는 부분을 작성하기 위해서, 금형에 상기 인쇄 ESC 전극이 형성된 알루미나 소결체를 셋트하고, 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다.

다음에, 하부 영역의 일부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 금형내에서 프레스 성형되었다, 상기 가소한 알루미나 성형체상에, 가소하지 않은 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다.

얻어진 하부 영역의 일부분의 알루미나 성형체상에, 코일형의 니오븀의 저항 발열체(선 직경 Φ0.5 mm, 감기 직경 Φ 3.0 mm)를 얹어 놓었다. 또한, 직경 4.0 mm의 구형의 니오븀 접합 부재의 관통 구멍에, 저항 발열체의 단부를 삽입하고, 니오븀 접합 부재도 성형체상에 얹어 놓었다.

그 후, 하부 영역의 나머지 부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 알루미나 성형체, 저항 발열체, 접합 부재상에 가소하지 않은 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠로 가압하여, 프레스 성형을 했다. 이상의 공정에 의해 기체(2)가 되는 알루미나 성형체를 작성했다.

계속해서, 이 성형체를 카본으로 제조한 시스에 셋트하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성했다. 소성은 100 ㎏/㎠의 가압하에서, 또한 질소 가압 분위기(150 kPa)에서 행하고, 30O ℃/h에서 승온하고, 160O ℃에서 2시간 유지했다. 이렇게 해서, ESC 전극과 저항 발열체를 매설한 소성체를 얻었다.

이 후, 2회의 소성 공정을 거친 알루미나 소결체의 표면을 다이아몬드 지석으로써 평면 연삭 가공을 행하고, 알루미나 소결체의 두께, 즉 매설한 ESC 전극으 로부터 표면까지의 두께를 O.3 mm으로 했다. 나아가, 소성체의 측면을 연삭하는 동시에, 필요한 천공 가공과, 단자의 부착을 행하고, 정전 척을 완성하였다.

[실시예 2]

실시예 2는 기체(2)의 ESC 전극 근방 영역(22a)의 하단이 저항 발열체에 접하고 있는 예이며, 도 3에 도시한 실시 형태에 상당한다.

우선, 유전체층이 되는 알루미나 소결체를 제작하고, 이 알루미나 소결체상에 ESC 전극을 형성했다. 알루미나 소결체의 작성 조건 및 ESC 전극의 형성 조건은 실시예 1과 동일하다.

그 후, ESC 전극 근방 영역(22a)이 되는 부분을 제작하기 위해서, 금형에 상기 인쇄 ESC 전극이 형성된 알루미나 소결체를 셋트하고, 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다.

얻어진 ESC 전극 근방 영역(22a)이 되는 부분의 알루미나 성형체 위에, 코일형의 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재를 얹어 놓았다. 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재는 실시예 1과 동일하다.

그 후, 하부 영역이 되는 부분을 작성하기 위해서, 알루미나 성형체, 저항 발열체, 접합 부재 위에 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠로 가압하여 프레스 성형을 했다. 이상의 공정에 의해, 기체(2)가 되는 알루미나 성형체를 작성했다.

계속해서, 이 성형체를 카본으로 제조된 시스에 셋트하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성했다. 소성 조건은 실시예 1과 동일하다. 이렇게 해서, ESC 전극과 저항 발열체가 매설된 소성체를 얻었다.

이 후, 2회의 소성 공정을 거친 알루미나 소결체의 표면을 다이아몬드 지석으로써 평면 연삭 가공하여, 알루미나 소결체의 두께, 즉 매설한 ESC 전극으로부터 표면까지의 두께를 O.3 mm으로 했다. 나아가, 소성체의 측면을 연삭하는 동시에, 필요한 천공 가공과, 단자의 부착을 행하고, 정전 척을 완성하였다.

[실시예 3], [실시예 4]

실시예 3 및 실시예 4는 기체(2)의 ESC 전극 근방 영역의 하단이 저항 발열체(4)보다도 하부에 있는 예이며, 도 4에 도시한 실시 형태에 해당한다. 이 실시예 3과 실시예 4와는 기체의 ESC 전극 근방 영역(22a)에서의 탄소 함유량에 차이가 있다.

[실시예 3 및 실시예 4]

먼저 실시예 1과 같이 하여, 유전체층이 되는 알루미나 소결체를 제작하였다.

다음에 실시예 1과 같이 하여 ESC 전극을 상기 알루미나 소결체상에 형성했다.

그 후, ESC 전극 근방 영역(22a)의 일부분이 되는 부분을 제작하기 위해서, 금형에 상기 인쇄 ESC 전극이 형성된 알루미나 소결체를 셋트하고, 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다.

다음에, 얻어진 알루미나 성형체 위에 코일형의 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재를 얹어 놓았다. 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재는 실 시예 1 및 실시예 2와 동일하다.

그 후, ESC 전극 근방 영역(22a)의 나머지의 부분이 되는 부분을 제작하기 위해서, 알루미나 성형체, 저항 발열체, 접합 부재상에 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다. 실시예 3에서는 저항 발열체의 두께 방향 중심으로부터 1.5 mm의 두께가 되도록 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 실시예 4에서는 4.5 mm의 두께가 되도록 가소한 알루미나 조립 분말을 충전했다.

그 후, 하부 영역이 되는 부분을 작성하기 위해서, 얻어진 알루미나 성형체상에 가소한 알루미나 조립 분말을 전체 두께가 20 mm가 되도록 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다. 이상의 공정에 의해, 기체(2)가 되는 알루미나 성형체를 작성했다.

계속해서, 이 성형체를 카본으로 제조된 시스에 셋트하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성했다. 소성 조건은 실시예 1 및 실시예 2와 동일하다. 이렇게 해서, ESC 전극과 저항 발열체를 매설한 소성체를 얻었다.

이후, 2회의 소성 공정을 거친 알루미나 소결체의 표면을 다이아몬드 지석으로써 평면 연삭 가공하고, 알루미나 소결체의 두께, 즉 매설한 ESC 전극으로부터 표면까지의 두께를 O.3 mm으로 했다. 나아가, 소성체의 측면을 연삭하는 동시에, 필요한 천공 가공과 단자의 부착을 행하여 정전 척을 완성하였다.

[비교예 1], [비교예 2]

비교예 1 및 비교예 2는 기체(2)의 지지 부재(22)가 탄소 함유량이 높은 영 역을 포함하지 않는 예이다. 이 비교예 1과 비교예 2는 ESC 전극의 재료가 다르다.

우선, 실시예 1과 같이 하여 유전체층이 되는 알루미나 소결체를 제작했다.

다음에, ESC 전극을 알루미나 소결체상에 형성했다. 이 ESC 전극의 형성을 위해, 비교예 1에서는 WC 분말과 알루미나(함유량 20%)을, 비교예 2에서는 W 분말을, 각각 바인더인 테르피네올(terpineol)을 함유하고, 인쇄 페이스트를 제작하고, 스트린 인쇄법에 의해, 알루미나 소결체의 평면상에 Φ 290 mm, 두께 10 ㎛인 ESC 전극을 형성하여 건조시켰다.

그 후, 지지 부재의 일부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 금형에 상기 인쇄 ESC 전극이 형성된 알루미나 소결체를 셋트하고, 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다.

다음에, 얻어진 알루미나 성형체 위에 코일형의 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재를 얹어 놓었다. 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합부재는 실시예 1∼4와 동일한다.

그 후, 지지 부재의 나머지의 부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 알루미나 성형체, 저항 발열체, 접합 부재 위에 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다. 이상의 공정에 의해, 기체(2)가 되는 알루미나 성형체를 작성했다.

계속해서, 이 성형체를 카본으로 제조된 시스에 셋트하고, 핫 프레스 소성법 을 이용하여 소성했다. 소성 조건은 실시예 1∼4와 동일한다. 이렇게 해서, ESC 전극과 저항 발열체가 매설된 소성체를 얻었다.

이 후, 2회의 소성 공정을 거친 알루미나 소결체의 표면을 다이아몬드 지석으로써 평면 연삭 가공하고, 알루미나 소결체의 두께, 즉 매설한 ESC 전극으로부터 표면까지의 두께를 O.3 mm으로 했다. 나아가, 소성체의 측면을 연삭하는 동시에, 필요한 천공 가공과 단자의 부착을 행하고 전척을 완성하였다

[비교예 3], [비교예 4], [비교예 5]

비교예 3∼5는 기체(2)의 지지 부재(22)가 ESC 전극과 접하는 상단에서 기체 하면이 되는 하단에 걸쳐, 탄소 함유량이 많은 알루미나로 이루어지는 예이다. 비교예 3과 비교예 4와 비교예 5는 ESC 전극의 재료 및 기체 중의 탄소 함유량에 차이가 있다.

[비교예 3, 4, 5]

우선 실시예 1과 같이 하여 유전체층이 되는 알루미나 소결체를 제작했다.

다음에, ESC 전극을 알루미나 소결체상에 형성했다. 이 ESC 전극의 형성을 위해, 비교예 3에서는 W 분말을 이용하고, 비교예 4 및 5에서는 WC 분말과 알루미나(함유량 20%)를 이용하고, 각각 바인더인 테피놀과 혼합하여 인쇄 페이스트를 제작하고, 스크린 인쇄법에 의해 상기 알루미나 소결체의 평활면상에 Φ 290 mm, 두께 10 ㎛의 ESC 전극을 형성하여 건조시켰다.

그 후, 지지 부재의 일부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 금형에 상기 인 쇄 ESC 전극이 형성된 알루미나 소결체를 셋트하고, 비교예 3 및 4에서는 가소한 알루미나 조립 분말을 충전하고, 비교예 5에서는 가소한 알루미나 조립 분말과 가소한 알루미나 조립 분말을 5:1로 혼합한 분체를 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 행하였다.

얻어진 알루미나 성형체 위에 코일형의 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재를 얹어 놓었다. 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재는 실시예 1∼4 및 비교예 1∼2와 동일하다.

그 후, 지지 부재의 나머지의 부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 알루미나 성형체, 저항 발열체, 접합 부재상에 비교예 3 및 4에서는 가소하지 않은 알루미나 조립 분말을 충전하고, 비교예 5에서는 가소하지 않은 알루미나 조립 분말과 가소한 알루미나 조립 분말을 5:1로 혼합한 분체를 충전하여, 각각 2O0 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 실시했다.

계속해서, 성형체를 카본으로 제조된 시스에 셋트하여, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성했다. 소성 조건은 실시예 1∼4 및 비교예 1∼2와 동일하다. 이렇게 해서, ESC 전극과 저항 발열체를 매설한 소성체를 얻었다.

이 후, 2회의 소성 공정을 거친 알루미나 소결체의 표면을 다이아몬드 지석으로써 평면 연삭 가공하고, 알루미나 소결체의 두께, 즉 매설한 ESC 전극으로부터 표면까지의 두께를 O.3 mm으로 했다. 또한, 소성체의 측면을 연삭하는 동시에, 필요한 천공 가공과 단자의 부착을 행하여, 정전 척을 완성하였다.

[비교예 6]

비교예 6은 기체(2)의 상면에서 하면에 걸쳐, 탄소 함유량이 많은 알루미나로 이루어지는 예이다.

[비교예 6]

우선, 유전체층이 되는 알루미나 소결체를 제작했다. 그 때문에, 세라믹스 원료 분말로서, 순도 99.7%의 알루미나 분말(입자 직경 1 ㎛)으로 소결 조제인 MgO 원료 분말을 사용했다. 또, 세라믹스 원료 분말 중 MgO의 함유량은 0.04 wt%로 했다. 이 세라믹스 원료 분말에 바인더인 폴리비닐 알코올(PVA) (세라믹스 원료 분말비 2 wt%), 물 및 분산제를 첨가하고, 트로멜에서 16시간 혼합하여 슬러리를 제작했다. 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조하여 조립 분말을 제작했다. 즉, 바인더를 제거하는 가열 처리는 행하지 않았다.

이 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다. 계속해서, 이 성형체를 카본으로 제조된 시스에 셋트하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성했다. 소성은 100 ㎏/㎠의 가압하에서, 또한 질소 가압 분위기(150 kPa)에서 행하고, 300℃/h에서 승온하고, 1600℃에서 2시간 유지하여 유전체층에 해당하는 부분의 알루미나 소결체를 얻었다.

다음에, 이 알루미나 소결체를 연삭 가공하여, φ300 mm, 두께 6 mm의 원반을 제작했다. 이 때, 한쪽 면을 연삭 가공에 의해, 표면 거칠기 Ra가 O.8 ㎛ 이하인 평활면이 되도록 마무리했다.

다음에, ESC 전극을 알루미나 소결체상에 형성했다. 이 ESC 전극의 형성을 위해, WC와 알루미나(함유량 20%)과 바인더인 테피놀을 혼합하여 인쇄 페이스트를 제작하고, 스크린 인쇄법에 의해, 알루미나 소결체의 평활면상에 Φ 290 mm, 두께 1O ㎛의 ESC 전극을 형성하여 건조시켰다.

그 후, 지지 부재의 일부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 금형에 상기 인쇄 ESC 전극이 형성된 알루미나 소결체를 셋트하고, 가소하지 않은 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다.

얻어진 알루미나 성형체 위에에 코일형의 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재를 얹어 놓았다. 니오븀의 저항 발열체 및 니오븀 접합 부재는 실시예 1∼4, 비교예 1∼5와 동일한다.

그 후, 지지 부재의 나머지의 부분이 되는 부분을 작성하기 위해서, 알루미나 성형체, 저항 발열체, 접합 부재상에 가소하지 않은 알루미나 조립 분말을 충전하고, 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 했다.

계속해서, 이 성형체를 카본으로 제조된 시스에 셋트하고, 핫 프레스 소성법을 이용하여 소성했다. 소성 조건은 실시예 1∼4 및 비교예1∼5와 동일하다. 이렇게 해서, ESC 전극과 저항 발열체를 매설한 소성체를 얻었다.

이 후, 2회의 소성 공정을 거친 알루미나 소결체의 표면을 다이아몬드 지석으로써 평면 연삭 가공을 하고, 알루미나 소결체의 두께, 즉 매설한 ESC 전극으로부터 표면까지의 두께를 O.3 mm로 했다. 나아가, 소성체의 측면을 연삭하는 동시에, 필요한 천공 가공과 단자의 부착을 행하여, 정전 척을 완성하었다.

이들 실시예 1∼4, 비교예 1∼6의 정전 척에 관해서, 부재 구성 및 C량을 표 1에 도시한다. 또한, 이들 정전 척에 관해서, ESC 전극 사이의 내절연 파괴 특성과, 저항 발열체 주위의 니오븀 확산의 유무, 히터 저항치 및 균열성에 관해서 조사한 결과를 표 1에 병기한다. 또한, 표 1 중, 기체의 세라믹스의 구성에 관하여는, 도 6에 도시하는 기체 단면도에 표시된 영역에 대응하는 것이고, #1가 유전체층(21), #2가 ESC 전극(3)에 접하고 있는 영역(ESC 전극 근방 영역), #3이 ESC 전극 근방 영역에서 저항 발열체(4)의 상반부에 접하고 있는 영역, #4가 저항 발열체(4)의 하반부 근방 영역, #5가 #4로부터 하면까지의 영역이다. 이들 #1∼#5의 각 영역에 관해서, 세라믹스 원료 분말에 가소한 알루미나 조립 분말을 이용한 예를 표 1에서는「백」이라고 적고, 가소하지 않은 알루미나 조립 분말을 이용한 예를「흑」이라고 적었다.

[표 1]

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1∼4는 기체의 지지 부재에 해당하는 #2∼#5의 영역이, ESC 전극 근방 영역(#2)과 그보다 하측인 영역에서 탄소량 이 차이가 있다. 그 결과, ESC 전극 근방 영역의 탄소량이 낮기 때문에 ESC 전극 사이의 절연 파괴는 6 kV의 전압을 가하더라도 생기지 않았다. 또한, 니오븀 코일의 주위의 탄소량이 높기 때문에, 니오븀 코일의 확산은 생기지 않고, 히터 저항치는 설계대로가 되고, 균열성도 우수했다. 또한, ESC 전극이 탄화 텅스텐 및 알루미나로 이루어지기 때문에, ESC 전극 부분의 밀착성이 우수했다.

이에 대하여, 비교예 1 및 비교예 2는 기체의 유전체층 및 지지 부재의 어느것이나 탄소 함유량이 낮기 때문에, 니오븀 코일의 주위의 알루미나에 니오븀이 확산되어, 히터-저항치가 설계치보다 높아지는 동시에, 균열성이 좋지 않았다.

또한, 비교예 3∼5는 기체의 지지 부재 영역(#2∼5)의 탄소량이 높기 때문에 니오븀 확산은 억제되었지만, ESC 전극부의 내절연 파괴 특성은 실시예보다 떨어진다.

비교예 6은 기체의 유전체층 및 지지부재의 어느것이나 탄소 함유량이 높기 때문에, 니오븀 코일의 확산은 생기지 않았으나, 유전체층의 체적 저항율이 쿨롬 타입 정전 척으로서는 충분하지 않고, 탈착 특성이 나쁘고, 또한 고전압의 인가로 절연 파괴가 생겼다. 또, 비교예 1과 비교예 2의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는, ESC 전극의 재료를 WC과 알루미나의 혼합 전극으로 함으로써, ESC 전극 재료의 주위 알루미나에의 확산을 억제하고, 이로써 내절연 파괴 특성을 향상시킬 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 히터를 구비한 정전 척 및 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법에 따르면, 기체의 지지 부재가 ESC 전극 근방 영역과 하부 영역에서 탄소 함유량이 다른 알루미나를 포함하는 세라믹스로 이루어지는 것에 의해, 저항 발열체의 확산에 의한 가열 특성의 변동을 방지하면서, ESC 전극부에서의 내절연 파괴 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 히터를 구비한 정전 척에 관한 일 실시예를 도시한 평면도이다.

도 2는 도 1의 A-A에서 본 단면도이다.

도 3은 히터를 구비한 정전 척의 별도의 실시 형태를 나타내는 기체의 주요부 단면도이다.

도 4는 히터를 구비한 정전 척의 별도의 실시 형태를 나타내는 기체의 주요부 단면도이다.

도 5는 비교예의 기체의 주요부 단면도이다.

도 6은 실시예의 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 히터를 구비한 정전 척

2: 기체

3: ESC 전극

4: 저항발열체

21: 유전체층

22: 지지 부재

22a: ESC 전극 근방 영역

22b: 하부 영역

Claims

알루미나를 포함하는 소결체로 이루어지는 기체(base)와, 상기 기체 내의 상부측에 설치된 정전 척 전극과, 기체 내의 하부측에 매설된 저항 발열체를 구비하고, 상기 기체는 정전 척 전극으로부터 기체 상면까지의 유전체층과, 정전 척 전극으로부터 기체 하면까지의 지지 부재로 구성된 히터를 구비한 정전 척에 있어서,

상기 지지 부재는 상기 유전체층과 접하는 정전 척 전극 근방 영역과, 상기 정전 척 전극 근방 영역보다도 아래쪽인 하부 영역(lower region)에서 탄소 함유량이 다르고,

상기 유전체층 내의 탄소 함유량이 1OO wtppm 이하이고,

상기 지지 부재의 상기 정전 척 전극 근방 영역의 탄소 함유량이 0보다 크고 0.13 wt% 이하인 범위에 있고, 상기 지지 부재의 상기 하부 영역의 탄소 함유량이 0.03 wt% 이상 0.5 wt% 이하인 범위에 있고, 이 때, 상기 정전 척 전극 근방 영역의 탄소 함유량의 값은 상기 하부 영역의 탄소 함유량의 값보다도 작게 설정되고,

상기 저항 발열체는 니오븀 또는 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터를 구비한 정전 척.
제1항에 있어서, 상기 정전 척 전극이 1O wt% 이상의 알루미나와, 탄화 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터를 구비한 정전 척.
세라믹스 원료를 소성하여 기체의 유전체층을 형성하는 단계와, 정전 척 전극을 형성하는 단계와, 저항 발열체가 매설된 세라믹스 원료를 소성하여 지지 부재를 형성하는 단계를 갖는 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법으로서,

상기 지지 부재를 형성하는 단계는 정전 척 전극에 가까운 측에 가소한 세라믹스 원료를, 정전 척 전극으로부터 먼 측에 가소하지 않는 세라믹스 원료를 적층시켜 성형함으로써, 지지 부재의 소성체의 탄소 함유량을 정전 척 전극에 가까운 측과 정전 척 전극으로부터 먼 측에서 서로 다르도록 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터를 구비한 정전 척의 제조 방법.