KR101977394B1 - Method of manufacturing ceramic electrostatic chuck using liquid sintering method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 소재의 정전 플레이트를 구비하는 단계; 상기 정전 플레이트의 일면에 정전 흡착용 전극을 형성하는 단계; 상기 정전 플레이트에 대응하는 베이스 플레이트를 구비하는 단계; 및 상기 정전 흡착용 전극의 형성이 완료된 정전 플레이트와 상기 베이스 플레이트를 저온 액상접합 페이스트를 이용해 서로 접합하는 단계;를 포함하는 세라믹 정전척의 제조방법을 개시한다.The present invention provides a method of manufacturing an electrostatic chuck, comprising: providing an electrostatic plate of a ceramic material; Forming an electrostatic adsorption electrode on one surface of the electrostatic plate; Providing a base plate corresponding to the electrostatic plate; And bonding the base plate and the electrostatic plate on which the electrostatic adsorption electrode is formed by using a low temperature liquid bonding paste.
Description
본 발명은 세라믹 정전척 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판 형태의 피흡착물을 정전기력을 이용하여 흡착할 수 있는 정전 플레이트와 그 하부에 위치하는 베이스 플레이트 간의 접합 구조가 개선된 세라믹 정전척의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ceramic electrostatic chuck technique, and more particularly, to a ceramic electrostatic chuck having improved bonding structure between an electrostatic plate capable of adsorbing an electrolytic solution in the form of a substrate by electrostatic force and a base plate .
기판 형태의 피흡착물을 흡착하는 정전척은 반도체 웨이퍼나 디스플레이 패널용 글라스 기판을 정전기력을 이용해 척킹(Chucking)하여 고정하거나 합착, 가압, 이동시키는 용도로 널리 사용된다.BACKGROUND ART Electrostatic chucks for adsorbing an object to be attracted in the form of a substrate are widely used for chucking and fixing, joining, pressing, and moving a semiconductor wafer or a glass substrate for a display panel using an electrostatic force.
특히, 반도체 제조공정에서는 플라즈마를 사용하는 건식식각(Plasma Etching) 장비 및 플라즈마를 이용한 증착장비(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에서 기판의 급격한 온도 상승을 막기 위해 세라믹 정전척이 사용된다. 이러한 세라믹 정전척에는 직류전원의 인가에 의해 실리콘 웨이퍼 등을 정전흡착하여 하부전극에 고정시키고 기판 뒷면에 냉각 가스를 흘려주어 온도를 균일하게 제어하는 기술이 필수적으로 사용되고 있다.Particularly, in a semiconductor manufacturing process, a ceramic electrostatic chuck is used to prevent a rapid temperature rise of a substrate in plasma etching equipment using a plasma and plasma enhanced chemical vapor deposition using a plasma. Techniques for uniformly controlling the temperature by electrostatic chucking a silicon wafer or the like by applying a DC power source to the ceramic electrostatic chuck, fixing the silicon wafer to the lower electrode, and flowing a cooling gas to the rear surface of the substrate are essential.
세라믹 정전척은, 얇은 박판의 세라믹이 냉각 효율 및 하부전극에 인가되는 고주파의 투과율에 장점이 있어 테이프캐스팅 방법 및 핫프레스 방법에 의해 일반적으로 제작되고 있다. 정전척을 제작하기 위해서는 그린시트(Green Sheet) 상태의 세라믹 사이에 전기를 인가하기 위한 전도성 금속 전극이 있어야 하며 통상적으로는 세라믹과 전도성 금속이 동시에 소성되는 방법을 사용하게 된다. 이것을 동시소성(Cofiring-Sintering) 공법이라고 하며 전기가 통하지 않는 페이스트(Paste) 상태의 금속을 전기가 통하는 금속으로 소성하기 위해서는 통상 1400℃ 이상의 온도가 필요하며 그린시트 상태의 알루미나는 소결을 위해 1400℃ 이상의 온도가 필요하기 때문에 융점이 높은 고융점의 텅스텐이나 몰리브텐이 전극 재료로써 주로 사용된다.Ceramic electrostatic chucks are generally manufactured by a tape casting method and a hot pressing method because ceramic thin films have advantages in cooling efficiency and high frequency transmittance applied to the lower electrode. In order to fabricate the electrostatic chuck, a conductive metal electrode for applying electricity between ceramics in a green sheet state must be provided, and a ceramic and a conductive metal are usually fired simultaneously. This is called a cofiring-sintering method. In order to fired a paste-free metal with an electrically conductive metal, a temperature of 1400 ° C or higher is generally required, and a green sheet of alumina is sintered at 1400 ° C Or higher, tungsten or molybdenum having a high melting point and having a high melting point is mainly used as an electrode material.
제조공법을 간략히 설명하면 파우더 상태의 세라믹 분말을 유기용매(Solvent)에 녹이고 사용용도에 따라 결합제(Binder), 분산제(Dispensant), 가소제(Plasticizer)를 첨가하고 혼합한 다음 원하는 형태의 그린시트를 제작한다. 제작된 세라믹 그린시트 사이에 텅스텐, 몰리브덴 등의 전도성 금속을 페이스트 형태로 만들고 스크린 프린팅 공법으로 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 소결 방식에 따라 대기, 진공 및 가압등의 기능을 추가하여 소결로를 통해 세라믹의 소결 및 페이스트 형태의 금속의 재결정화(Recrystalization)를 동시에 진행할 수 있다.A brief description of the manufacturing process is as follows: The ceramic powder in the powder state is dissolved in an organic solvent, and a binder, a dispersant, and a plasticizer are added and mixed according to the intended use. do. A conductive metal such as tungsten or molybdenum may be formed in a paste form between the ceramic green sheets, and a desired pattern can be formed by a screen printing method. Depending on the sintering method, functions such as atmospheric, vacuum, and pressurization can be added, and sintering of the ceramics and recrystallization of the paste-like metal can be simultaneously performed through the sintering furnace.
이러한 공법은 다량의 조제 및 바인더가 세라믹 내부에 배합되고 동시소성 중에 제거해야 하므로 소결 전 탈바인더 공정을 반드시 거쳐야 하며 가압을 통한 소결 공정 및 소결 후 수축에 대한 경험 등 많은 기술적 노하우를 가지고 있어야 제작이 가능하며, 특히 열팽창계수가 다른 세라믹과 고융점 전극이 소결 후 냉각과정에서 서로 뒤틀리는 문제가 발생하여 미세하더라도 국부적으로 정전력이 다르게 나타나는 근본적 문제를 가지고 있다.This method requires a binder removal process before sintering because a large amount of additives and binders must be blended into the ceramic and removed during co-firing. Since the sintering process after sintering and sintering after sintering have many technical know- In particular, ceramic and high-melting-point electrodes having different thermal expansion coefficients are twisted in the cooling process after sintering, and there is a fundamental problem that the local electrostatic force is different even if the microstructure is fine.
알루미나 세라믹의 열팽창계수는 일반적으로 8.0*10E-6/℃으로 알려져 있으며 전압 인가용으로 사용되는 텅스텐은 4.4*10E-6/℃이고 몰리브덴은 5.1*10E-6/℃로 알려져 있다. 이에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이 캠버(Camber)가 있는 전극 형태가 필연적으로 생기게 된다. 3㎸ 이상의 높은 전압을 사용하는 세라믹 정전척에서는 고온 동시소성(High Temperature Cofiring Ceramic) 방법으로 1400℃ 이상의 온도에서 소결처리되고 제작된 세라믹 정전척에서는 전극 물질로 저융점 금속을 사용할 수 없으므로 알루미나와 텅스텐, 몰리브덴의 열팽창계수 차이를 줄일 수 없으며 전극의 두께를 얇게 도포하여 이러한 문제를 해결하려 하고 있으나 전극으로서의 기능 및 스크린 프린팅 방식의 한계 등으로 인해 전극 두께 10㎛ 이하로는 실용적으로 적용이 쉽지 않다.The thermal expansion coefficient of alumina ceramics is generally known to be 8.0 * 10E-6 / 占 폚. Tungsten used for voltage application is 4.4 * 10E-6 / 占 폚 and molybdenum is 5.1 * 10E-6 / 占 폚. Accordingly, an electrode shape having a camber as shown in FIG. 1 is inevitably generated. In a ceramic electrostatic chuck using a high voltage of 3 kV or more, a ceramic can not be used as an electrode material in a ceramic electrostatic chuck manufactured by sintering at a temperature higher than 1400 ° C. by a high temperature cofiring ceramics method. Therefore, , And molybdenum can not be reduced and the thickness of the electrode is thinly applied to solve this problem. However, due to the function of the electrode and the limitation of the screen printing method, it is not practical to apply the electrode with a thickness of 10 μm or less.
이러한 문제점은 반도체 디바이스의 선폭이 20nm 까지는 무시할 수 있었으나 선폭이 20nm 이하로 미세하게 진행되고 플라즈마 장비처럼 공정 적용에 따라 온도가 급격히 상승하여 온도 균일도가 극도로 중요해지는 공정에서는 무시할 수 없는 정도로 중요해지며 특히, 국부적 온도 불균일을 최소화하기 위해 정전척 하부에 국부적으로 온도조절이 가능하도록 복수의 히팅 채널을 설치한 장비에서는 매우 중요한 인자가 된다. 정전흡착을 통한 웨이퍼 온도 냉각 및 정전척을 통한 국부적 온도제어 방식을 통틀어 온도조절이 가능한 정전척(Tunable-Temperature Controllable Electro static chuck)이라고 한다.Such a problem can be ignored up to the line width of the semiconductor device up to 20 nm, but it is negligible in the process in which the line width is 20 nm or less and the temperature is rapidly increased due to the application of the process like the plasma equipment and the temperature uniformity becomes extremely important. , It is a very important factor in equipment where a plurality of heating channels are installed so that the temperature can be locally controlled under the electrostatic chuck to minimize local temperature variations. It is called "Tunable-Temperature Controllable Electrostatic Stuck Chuck", which is a temperature-controllable electrostatic chuck, through wafer temperature cooling through electrostatic adsorption and local temperature control through an electrostatic chuck.
도 1에는 종래기술에 따른 세라믹 정전척의 주요 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 세라믹 정전척은 피흡착물(1)과 직접적으로 접촉하는 세라믹 소재의 정전 플레이트(10)와, 정전 플레이트(10)의 일부에 배치된 정전 흡착용 전극(11)과, 정전 플레이트(10)의 하부에 위치하는 전기 절연성의 베이스 플레이트(12)를 구비하는 것이 일반적이다.Fig. 1 shows a main structure of a ceramic electrostatic chuck according to the prior art. As shown in the figure, the ceramic electrostatic chuck includes an
하부의 베이스 플레이트(12)는 누설전류를 차단하는 전기적 절연 기능을 주로 가지며, 상부의 정전 플레이트(10)는 정전 흡착력과 직접적으로 관련이 있어 유전상수, 두께, 표면조도, 내전압 특성등 물리적, 전기적 및 열적 특성이 매우 중요하다. 베이스 플레이트(12)는 냉각수가 흐를 수 있도록 제작된 고정금속 지지체(13)와 접합되어 있으며 정전기력을 발생시키는 직류전원장치(14)가 직류전원선(15)을 통해 정전 흡착용 전극(11)에 접속되어 있다. 도 1에서는 쌍극형 정전척을 예시하여 2개의 직류 전원선(15)이 도시되어 있지만 직류 전원선(15)이 하나만 필요한 단극형도 동일한 형태로 존재한다.The
상기와 같은 구성을 가진 종래의 세라믹 정전척을 제작하는 주요 공정이 도 2에 도시되어 있다. 동시소성 공법을 적용함에 따라 미소결된 세라믹 그린시트(20)에 미소결된 전극 페이스트(21)를 이용하여 전극 패턴을 형성하며 전극재료로는 보통 텅스텐. 몰리브덴등의 고융점 금속을 사용하고 하부의 세라믹 그린시트(30)에는 외부로 전선을 연결하기 위한 전극연결 통로(31)를 미리 만들어 둔다. 세라믹 그린시트(30)를 가압한 후 소결로에 장착하고 하부고정 지그(40)에 안착시킨 다음 가압 샤프트(41)를 하강시키고 온도를 상승시킴에 의해 소결 과정을 진행하게 된다. 완성된 제품은 도 3에 도시된 바와 같이 내부 구조를 확인해 보면 정전 플레이트(20)와 베이스 플레이트(30) 사이에 소재 간 열팽창계수 차이 및 고온에서 상온까지 수축률의 차이로 인해 전극(21)이 평행하지 않고 캠버가 있는 형상을 나타내게 된다.A main process for fabricating a conventional ceramic electrostatic chuck having the above-described configuration is shown in FIG. As the co-firing method is applied, an electrode pattern is formed by using an
정전력은 상부 유전체인 정전 플레이트(20)의 두께의 제곱에 반비례하므로 두께에 매우 민감하게 반응한다. 즉, 전극(21)의 길이방향 각 지점으로부터 정전 플레이트(20)의 표면까지의 거리 d1~dn에 차이가 발생하여 두께 편차가 존재하면 국부적으로 서로 다른 정전력을 나타내게 된다. 이러한 문제는 국부적 온도제어가 가능하도록 멀티채널의 히터가 설치된 정전척 방식에서 주요 불량 원인이 되고 있다.The electrostatic force is inversely proportional to the square of the thickness of the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 정전력의 분균일이 발생하지 않도록 정전 흡착용 전극의 상부에 위치하는 정전 플레이트와 하부에 위치하는 베이스 플레이트를 서로 저온 접합할 수 있도록 공정이 개선된 세라믹 정전척의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck which is capable of low temperature bonding an electrostatic chuck located above an electrostatic chucking electrode and a base plate located below, And an object of the present invention is to provide a manufacturing method of an improved ceramic electrostatic chuck.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 (a) 세라믹 소재의 정전 플레이트를 구비하는 단계; (b) 상기 정전 플레이트의 일면에 정전 흡착용 전극을 형성하는 단계; (c) 상기 정전 플레이트에 대응하는 베이스 플레이트를 구비하는 단계; 및 (d) 상기 정전 흡착용 전극의 형성이 완료된 정전 플레이트와 상기 베이스 플레이트를 저온 액상접합 페이스트를 이용해 서로 접합하는 단계;를 포함하는 세라믹 정전척의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a plasma display panel including the steps of: (a) providing an electrostatic plate of a ceramic material; (b) forming an electrostatic adsorption electrode on one surface of the electrostatic plate; (c) providing a base plate corresponding to the electrostatic plate; And (d) bonding the electrostatic plate on which the electrostatic adsorption electrode is formed and the base plate to each other using a low temperature liquid bonding paste.
상기 단계 (d)는, 850℃ 이하의 온도에서 접합 공정을 수행하는 것이 바람직하다.Preferably, the step (d) is performed at a temperature of 850 ° C or lower.
상기 단계 (b)는, 상기 정전 플레이트의 일면에 전도성 금속을 스크린 프린팅하고, 950℃ 이하의 온도에서 재결정화하여 상기 정전 흡착용 전극을 형성하는 것이 바람직하다.In the step (b), a conductive metal is screen-printed on one surface of the electrostatic plate and recrystallized at a temperature of 950 ° C or lower to form the electrode for electrostatic adsorption.
본 발명에 따른 세라믹 정전척의 제조방법은, 상기 베이스 플레이트에 정해진 간격으로 복수의 온도제어용 히터를 배치하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to the present invention may further include disposing a plurality of temperature control heaters at predetermined intervals on the base plate.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 형태의 피흡착물에 접촉될 수 있는 접촉면을 구비한 세라믹 소재의 정전 플레이트; 상기 정전 플레이트의 일면에 형성된 정전 흡착용 전극; 및 상기 정전 플레이트의 하부에 결합된 베이스 플레이트;를 포함하고, 상기 정전 플레이트와 상기 베이스 플레이트는 저온 액상접합 페이스트에 의해 서로 접합된 것을 특징으로 하는 세라믹 정전척이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrostatic chuck comprising: an electrostatic plate of a ceramic material having a contact surface capable of contacting an object to be measured; An electrostatic attraction electrode formed on one surface of the electrostatic plate; And a base plate coupled to a lower portion of the electrostatic plate, wherein the electrostatic plate and the base plate are bonded to each other by a low temperature liquid bonding paste.
상기 베이스 플레이트에 정해진 간격으로 배치된 복수의 온도제어용 히터;를 더 포함할 수 있다.And a plurality of temperature control heaters disposed at predetermined intervals on the base plate.
상기 저온 액상접합 페이스트는 850℃ 이하의 온도에서 액상 소결 접합될 수 있다.The low temperature liquid bonding paste can be liquid-phase sintered at a temperature of 850 ° C or lower.
상기 저온 액상접합 페이스트는 유리 구조를 형성하기 위해 실리카(SiO2), 삼산화보론(B2O3), 산화칼슘(CaO) 및 산화리튬(Li2O)의 총량이 70중량% 이상 함유될 수 있다.The low temperature liquid bonding paste may contain 70 wt% or more of the total amount of silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ), calcium oxide (CaO) and lithium oxide (Li 2 O) have.
상기 정전 플레이트의 두께는 3.0㎜ 이하인 것이 바람직하다.The thickness of the electrostatic plate is preferably 3.0 mm or less.
본 발명에 따른 액상 접합법을 이용한 세라믹 정전척의 제조방법 및 그에 따라 제조된 세라믹 정전척은 다음과 같은 효과를 가진다.The method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck using the liquid bonding method according to the present invention and the ceramic electrostatic chuck manufactured thereby have the following effects.
첫째, 정전 플레이트와 그 하부의 베이스 플레이트를 저온 접합함으로써 정전 흡착용 전극의 변형을 방지하여 균일한 정전력을 가진 세라믹 정전척을 구현할 수 있다. 즉, 상, 하부 세라믹 플레이트가 각각 개별적으로 소결 및 가공 공정을 거쳐 정밀하게 제작이 되며, 상부 유전체 세라믹 플레이트에 950℃ 이하의 온도에서 전극 형성이 가능하도록 은(Ag) 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅을 진행하고 결정화 공정을 진행함에 따라 전극의 뒤틀림이나 상부 세라믹의 물성변화가 없음으로 인해 세라믹 두께의 뒤틀림없이 정밀하게 전극 형성이 가능하다.First, by bonding the electrostatic plate and the base plate at the lower part to each other at a low temperature, deformation of the electrostatic adsorption electrode can be prevented, thereby realizing a ceramic electrostatic chuck having uniform electrostatic force. That is, the upper and lower ceramic plates are individually manufactured through sintering and processing steps, and screen printing is performed using silver (Ag) paste so that electrodes can be formed on the upper dielectric ceramic plate at a temperature of 950 ° C. or less As the crystallization process proceeds, there is no electrode twist or change in the physical properties of the upper ceramic, so that electrodes can be formed precisely without distorting the thickness of the ceramic.
둘째, 균일한 정전력을 확보하여 플라즈마 공정 등에서의 척킹 시 웨이퍼 등과 같은 피흡착물에 대한 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 국부적 온도제어가 필요한 반도체 식각 공정에서 사용되는 국부적 온도제어가 가능한 멀티 채널의 히터를 포함한 구조의 정전척에 매우 유용하다.Second, it is possible to secure a uniform electrostatic force and to improve the uniformity of the temperature for an object to be exposed to a chemical reaction such as a wafer during chucking in a plasma process or the like. Therefore, it is very useful for an electrostatic chuck having a structure including a multi-channel heater capable of local temperature control used in a semiconductor etching process requiring local temperature control.
셋째, 본 발명에 따른 세라믹 정전척은 제조 공정이 단순하기 때문에 많은 소결 관련 장비가 불필요하며 제작 기간도 상당히 줄일 수 있는 장점이 있다.Third, since the manufacturing process of the electrostatic chuck according to the present invention is simple, it is unnecessary to use many sintering-related equipment and the manufacturing time can be significantly reduced.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 세라믹 정전척의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 세라믹 정전척의 제조를 위한 접합 공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 세라믹 정전척에 구비된 전극의 변형 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 정전척의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 세라믹 정전척의 구성을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 멀티채널의 히터가 장착된 세라믹 정전척의 구성을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따라 액상 접합이 완료된 세라믹 정전척의 실제 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 9는 도 8에 비해 상대적으로 저배율로 촬영한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional ceramic electrostatic chuck according to the related art.
2 is a cross-sectional view schematically showing a bonding process for manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to the prior art.
3 is a cross-sectional view schematically showing a deformed state of an electrode provided on a ceramic electrostatic chuck according to a related art.
4 to 5 are cross-sectional views schematically showing a process of manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a ceramic electrostatic chuck manufactured according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a ceramic electrostatic chuck equipped with a multi-channel heater according to another embodiment of the present invention.
8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of an actual cross section of a ceramic electrostatic chuck completed liquid bonding according to the present invention.
FIG. 9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph taken at a relatively low magnification as compared with FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 정전척의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.4 to 5 are cross-sectional views schematically showing a process of manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to a preferred embodiment of the present invention.
세라믹 정전척 제조를 위한 저온용 전극 페이스트의 소성 전과 후의 모습이 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.Fig. 4 schematically shows the state before and after firing of a low-temperature electrode paste for producing a ceramic electrostatic chuck.
세라믹 소재의 정전 플레이트(100)는 냉간등압성형(Cold Isostatic Press) 또는 테이프캐스팅(Tape-Casting) 공법으로 선(先) 소결 및 원하는 형상으로 가공처리되어 유전체 기능을 갖는다.The
정전 플레이트(100)의 하부 표면은 스크린 프린팅 방법으로 미소결된 저온용 전극 페이스트(101)가 인쇄되고, 이후 부도체 상태인 전극 페이스트(101)를 도체의 금속으로 전환하기 위한 공정이 950℃ 이하에서 진행된다. 전극 재료는 융점이 1000℃ 이하인 것이 선호되며 융점이 961.9℃인 은(Ag)이 바람직하게 사용될 수 있다. 이에 따라, 유전체 기능을 갖는 정전 플레이트(100)의 하부에 재결정화가 이루어진 정전 흡착용 전극(101')이 확고한 밀착력으로 형성된다. 전극 재료로서 은(Ag)을 사용하면 세라믹 정전척의 완성 후 전극선 연결을 위해 별도의 금(Au) 도금이 필요 없어 공정이 단순화될 수 있는 장점이 있다.The lower surface of the
정전 플레이트(100)의 소재가 되는 그린시트 상태의 알루미나는 1400℃ 이상에서 소결처리되므로, 950℃ 이하에서는 특성의 변화가 거의 발생하지 않는다. 따라서, 정전 플레이트(100)에 형성된 전극은, 동시소성 방법에서 세라믹과 금속의 열팽창계수 차이에 의해 필연적으로 발생하는 전극의 뒤틀림없이 매우 정밀하게 높이를 제어할 수 있으며, 정전력은 유전체 두께의 제곱에 매우 정밀하게 반비례하므로 전체 면적에서 균일한 정전력을 얻을 수 있다.Since the alumina in the green sheet state to be the material of the
도 5에는 정전 흡착용 전극(101')의 형성이 완료된 정전 플레이트(100)의 하부에 베이스 플레이트(110)를 액상 접합하는 공정이 개략적으로 도시되어 있다.5 schematically shows a step of liquid-joining the
정전 플레이트(100)의 하부에 접합되는 베이스 플레이트(110)는 세라믹 소재로 이루어지는 것으로서 접합 공정 이전에 미리 선 소결처리 및 가공이 완료되어 전기 절연기능을 갖는다. 베이스 플레이트(110)에는 외부로의 전기적 연결을 위해 전극연결 통로(111)가 미리 형성될 수 있다.The
정전 플레이트(100)와 베이스 플레이트(110) 사이에는 저온 액상접합 페이스트(105)가 개재된다. 이를 위해, 저온 액상접합 페이스트(105)는 베이스 플레이트(110)의 상면에 도포될 수 있다.A low temperature liquid bonding paste 105 is interposed between the
저온 액상접합 페이스트(105)는 유리 구조를 형성하기 위해 실리카(SiO2), 삼산화보론(B2O3), 산화칼슘(CaO) 및 산화리튬(Li2O)을 총량 70중량% 이상 되도록 함유하는 것이 바람직하다.The low-temperature liquid-phase bonding paste 105 contains silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ), calcium oxide (CaO) and lithium oxide (Li 2 O) in a total amount of 70 wt% .
저온 액상접합 페이스트(105)는 전극재료인 은(Ag)의 용융점인 961.9℃ 보다 낮은 850℃ 이하에서 액상을 형성하고, 상,하부 세라믹 플레이트 계면을 통해 확산되고 온도 하강과 함께 경화되므로 어떠한 세라믹 소재와도 접합이 가능하다. 즉, 상,하부 세라믹 플레이트의 소재가 다르더라도 특정한 조제의 중량 비율에 따라 원하는 접합력을 얻을 수 있다. 저온 액상을 형성하기 위해 액상 페이스트의 주재료는 실리카(SiO2)및 산화알루미늄(Al2O3)이며 페이스트의 유리구조 안정화를 위해 탄산칼슘(CaCO3)을 첨가하고 용융점 조절을 위해 삼산화보론(B2O3), 산화리튬(Li2O) 등을 일부 첨가한다. 열팽창계수 및 기계적 특성을 조절하기 위해 산화바륨(BaO), 산화스트론튬(SrO) 등의 조제를 첨가하여 제작한다. 이렇게 함으로써 상부는 열전도도가 중요한 세라믹을 사용하고 하부에는 내전압 특성이 좋은 세라믹의 다른 소재들의 접합도 손쉽게 할 수 있다. 이와는 달리, 종래기술에 사용되는 동시소성 방법은 소결 온도에 도달함에 따라 상,하부 소재의 일부 조제가 상호 이동하면서 동시에 소결이 이루어지므로 상,하부 세라믹은 동일한 조성 및 동일한 소재여야 한다는 기술적 한계가 있다.The low temperature liquid bonding paste 105 forms a liquid at a temperature of 850 ° C or lower, which is lower than the melting point of silver (Ag), which is an electrode material, and is diffused through the interface between the upper and lower ceramic plates. It is also possible to join with. That is, even if the materials of the upper and lower ceramic plates are different, desired bonding force can be obtained according to the weight ratio of the specific preparation. In order to form a low-temperature liquid phase, silica (SiO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are main materials for the liquid paste. Calcium carbonate (CaCO 3 ) is added to stabilize the glass structure of the paste. 2 O 3 ), lithium oxide (Li 2 O), and the like are partially added. (Barium oxide (BaO), strontium oxide (SrO), etc.) to control the thermal expansion coefficient and mechanical properties. By doing this, it is easy to connect other materials of ceramics which have high thermal conductivity and high voltage withstand voltage. In contrast, the co-firing method used in the prior art has a technical limitation that the upper and lower ceramics must have the same composition and the same material since some additives of the upper and lower materials are moved and sintered simultaneously as the sintering temperature is reached .
이후, 진공 또는 대기 분위기의 노(Furnace)에서 하부고정 지그(120)에 대하여 가압 샤프트(121)가 승강 가능하게 설치된 프레스 장비를 이용해 가압하면서, 1400℃의 고온 동시소성 방법을 사용하는 종래기술에 비해 상대적으로 저온 공정인, 850℃ 이하에서 정전 플레이트(100)와 베이스 플레이트(110)를 서로 소결 접합하는 저온 액상접합 공정을 진행한다.Thereafter, in a furnace in a vacuum or atmospheric atmosphere, a pressurizing apparatus is used in which a pressurizing
도 6에는 저온 액상접합 공정에 의해 제조된 세라믹 정전척이 도시되어 있다. 도 6에 나타난 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 정전척은 세라믹 소재의 정전 플레이트(100)와, 정전 플레이트(100)의 일면에 형성된 재결정화가 이루어진 정전 흡착용 전극(101')과, 정전 흡착용 전극(101')을 사이에 두고 정전 플레이트(100)와 결합된 베이스 플레이트(110)를 포함한다.Fig. 6 shows a ceramic electrostatic chuck produced by a low temperature liquid bonding process. 6, a ceramic electrostatic chuck according to a preferred embodiment of the present invention includes an
정전 플레이트(100)는 정전척의 척킹 동작 시 예컨대, 웨이퍼와 같은 기판 형태의 피흡착물에 접촉될 수 있는 평탄한 구조의 접촉면을 구비한다. 도 6에서 상기 접촉면은 정전 플레이트(100)의 상면이 해당된다.The
정전 플레이트(100)와 베이스 플레이트(110)는 전술한 바와 같이 저온 액상접합 페이스트(105)에 의한 저온 액상접합에 의해 서로 접합되어 정전 흡착용 전극(101')을 기준으로 정전 플레이트(100)의 각각의 위치에서의 두께(Dn)는 실질적으로 편차가 발생하지 않는다. 따라서, 정전척의 모든 지점에서 동일한 정전 흡착력을 발생시킬 수 있다. 즉, 이러한 정전 흡착력의 균일성은 특히, 정전 플레이트의 두께가 3.0㎜ 이하인 범위에서 현저히 나타난다.The
저온 액상접합 페이스트(105)는 실리카(SiO2), 삼산화보론(B2O3), 산화칼슘(CaO) 및 산화리튬(Li2O)을 총량 70중량% 이상이 되도록 함유하여 유리 구조를 이룬다.The low temperature liquid bonding paste 105 contains silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ), calcium oxide (CaO) and lithium oxide (Li 2 O) in a total amount of 70 wt% .
본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 정전척은 도 7에 도시된 바와 같이 유전체 기능을 갖는 정전 플레이트(100)와 전기절연 기능을 갖는 베이스 플레이트(110) 사이에 재결정화가 이루어진 정전 흡착용 전극(101')이 위치하고, 전기절연 기능을 갖는 베이스 플레이트(110)의 하부에는 국부적으로 온도를 제어하기 위한 멀티채널의 온도제어용 히터(112)가 배치된 구조를 가진다. 도 7에는 3-채널(Channel)의 온도제어용 히터(112)가 위치별로 독립적으로 배치된 예가 도시되어 있다. 각각의 온도제어용 히터(112)에는 독립적으로 전원을 공급하는 히터 전원부(140)가 연결되어 있다.7, a ceramic electrostatic chuck according to another embodiment of the present invention includes an electrostatic chucking electrode 101 (see FIG. 7) having recrystallized between an
베이스 플레이트(110)는 냉각수가 흐를 수 있도록 제작된 금속 지지체(113)와 접합되어 있고, 정전기력을 발생시키는 직류전원장치(130)가 직류전원선(131)을 통해 정전 흡착용 전극(101')에 접속되어 있다. 도 7에서는 쌍극형 정전척을 예시하여 2개의 직류 전원선(131)이 도시되어 있지만 직류 전원선(131)이 하나만 필요한 단극형도 동일한 형태로 제공되는 것도 가능하다. 직류 및/또는 교류 전원을 제공하기 위한 이러한 구성요소들은 도 6에 도시된 실시예에도 적용될 수 있음은 물론이다.The
도 8 내지 도 9는 소결처리된 저온 액상 접합 영역의 실리카(SiO2), 삼산화보론(B2O3), 산화칼슘(CaO), 산화리튬(Li2O) 등이 액상소결 접합계면에서 상,하부의 세라믹 플레이트에 침투하여 접합이 이루어진 예가 나타나 있다. 이러한 작용이 이루어지기 위해서는 상,하부 세라믹 플레이트 내부에 산화알루미늄(Al2O3) 입자가 95중량% 이상 함유되어 있고 5중량% 이내에서 저온에서 액상으로 전환되는 조제가 포함되어 있어야 한다. 산화알루미늄(Al2O3) 입자가 중량비율로 95% 미만이 되면 높은 직류전압을 사용하는 정전척의 내전압 특성에 문제가 발생할 수 있다. 특히, 세라믹 정전척에 의한 척킹이 요구되는 플라즈마 공정에서 활성화된 염소(Cl), 불소(F) 등의 래디컬(Radical)이 소결처리된 저온 액상 접합영역의 측면을 장기간에 걸쳐 식각하는 현상을 방지하기 위해 액상 접합 영역의 세라믹 재료의 비율은 상기 수치범위를 만족하는 것이 바람직하다.FIGS. 8 to 9 are graphs showing the relationship between the sintering temperature of the liquid phase sintered joint interface and the sintering temperature of the sintered low temperature liquid junction region of silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), lithium oxide (Li 2 O) , And an example in which the ceramic plate is infiltrated and bonded to the lower ceramic plate is shown. In order to perform such action, the upper and lower ceramic plates should contain at least 95% by weight of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) particles and an auxiliary which is converted into a liquid at a low temperature within 5% by weight. When the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) particles are less than 95% by weight, problems may occur in the withstand voltage characteristics of the electrostatic chuck using a high DC voltage. Particularly, in the plasma process in which chucking by a ceramic electrostatic chuck is required, it is prevented to etch a side surface of a low temperature liquid junction region in which activated radicals such as chlorine (Cl) and fluorine (F) are sintered for a long time It is preferable that the ratio of the ceramic material in the liquid junction region satisfies the above numerical range.
상술한 바와 같이 본 발명은 정전 플레이트(100)와 베이스 플레이트(110)를 각각 먼저 제작한 후, 정전 플레이트(100)에 은(Ag)과 같은 저온용 금속으로 정전 흡착용 전극(101')을 형성하고, 850℃ 이하의 저온에서 정전 플레이트(100)와 베이스 플레이트(110) 간을 저온 액상접합 페이스트(105)를 이용해 저온 접합하여 유전체의 두께를 일정하게 유지함으로써 균일한 정전력을 가진 세라믹 정전척을 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, the
또한, 플라즈마 공정 등에서 웨이퍼와 같은 기판 형태의 피흡착물에 대한 척킹 상태에서 피흡착물의 전체 면적에 걸쳐서 온도의 균일성을 향상시킬 수 있으므로 멀티채널의 히팅이 가능한 정전척 분야에 매우 유용하게 적용이 가능하다.In addition, since the uniformity of temperature can be improved over the entire area of the adsorbed material in a chucking state against an object to be adsorbed in the form of a substrate such as a wafer in a plasma process, it can be very usefully applied to an electrostatic chuck capable of multi- Do.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
100: 정전 플레이트 101': 정전 흡착용 전극
105: 저온 액상접합 페이스트 110: 베이스 플레이트
111: 전극연결 통로 112: 온도제어용 히터
113: 금속 지지체 120: 하부고정 지그
121: 가압 샤프트 130: 직류전원장치
140: 히터 전원부100: electrostatic plate 101 ': electrostatic adsorption electrode
105: low temperature liquid bonding paste 110: base plate
111: Electrode connecting passage 112: Temperature control heater
113: metal support 120: lower fixing jig
121: pressure shaft 130: DC power supply
140: heater power section
Claims (9)
(b) 상기 정전 플레이트의 일면에 정전 흡착용 전극을 형성하는 단계;
(c) 상기 정전 플레이트에 대응하는 세라믹 소재의 베이스 플레이트를 구비하는 단계; 및
(d) 상기 정전 흡착용 전극의 형성이 완료된 정전 플레이트와 상기 베이스 플레이트를 저온 액상접합 페이스트를 이용해 서로 접합하는 단계;를 포함하고,
상기 정전 플레이트와 상기 베이스 플레이트는 각각, 산화알루미늄(Al2O3) 입자가 95중량% 이상 함유되어 있고 850℃ 이하의 저온에서 액상으로 전환되는 조제가 5중량% 이내로 함유되어 있으며,
상기 단계 (b)는,
상기 정전 플레이트의 일면에 전도성 금속을 스크린 프린팅하고, 950℃ 이하의 온도에서 재결정화하여 상기 정전 흡착용 전극을 형성하고,
상기 단계 (d)는,
850℃ 이하에서 액상을 형성하고 실리카(SiO2), 삼산화보론(B2O3), 산화칼슘(CaO) 및 산화리튬(Li2O)을 총량 70중량% 이상 함유한 저온 액상 접합 페이스트를 준비하는 단계;
상기 저온 액상 접합 페이스트를 상기 베이스 플레이트의 상면에 도포하는 단계; 및
850℃ 이하에서 상기 정전 플레이트와 상기 베이스 플레이트를 서로 소결 접합하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 세라믹 정전척의 제조방법.(a) providing an electrostatic plate of a ceramic material;
(b) forming an electrostatic adsorption electrode on one surface of the electrostatic plate;
(c) providing a base plate of a ceramic material corresponding to the electrostatic plate; And
(d) bonding the electrostatic plate on which the electrostatic adsorption electrode is formed and the base plate to each other by using a low temperature liquid bonding paste,
Wherein the electrostatic plate and the base plate each contain 95 wt% or more of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) particles and 5 wt% or less of an auxiliary which is converted into a liquid phase at a low temperature of 850 ° C or less,
The step (b)
A conductive metal is screen-printed on one surface of the electrostatic plate and recrystallized at a temperature of 950 DEG C or less to form the electrode for electrostatic adsorption,
The step (d)
A low temperature liquid bonding paste containing silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ), calcium oxide (CaO) and lithium oxide (Li 2 O) in a total amount of 70 wt% or more is prepared ;
Applying the low temperature liquid bonding paste to an upper surface of the base plate; And
And sintering and bonding the electrostatic plate and the base plate to each other at a temperature of 850 ° C or lower.
상기 베이스 플레이트에 정해진 간격으로 복수의 온도제어용 히터를 배치하는 단계;를 더 포함하는 세라믹 정전척의 제조방법.The method according to claim 1,
And arranging a plurality of temperature control heaters at predetermined intervals on the base plate.
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