KR102039802B1 - Ceramic body for electrostatic chuck - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압의 인가에 따라 정전기력을 발생시키는 척킹전극이 내부에 매설되고 상기 정전기력으로 상부에 놓인 외부의 매체를 표면에 흡착 고정하는 정전척용 세라믹 본체와 그 제조방법을 개시한다. 특히, 본 발명에 따른 정전척용 세라믹 본체는 1014~1016 Ω·㎝ 범위의 체적저항을 갖는 제1세라믹스층과, 상기 제1세라믹스층의 하면에 밀착하여 배치되되 상기 척킹전극이 상면에 배치되고 1200~1580℃ 범위의 온도에서 소결체를 이루는 제2세라믹스층을 포함한다. 이러한 정전척용 세라믹 본체는 내부 매립된 척킹전극과 함께 1200~1580℃에서 동시소성되어 소결 치밀화를 달성한다.The present invention discloses a ceramic body for electrostatic chucks and a method of manufacturing the same, in which a chucking electrode for generating an electrostatic force according to an application of a voltage is embedded therein, and an external medium adsorbed and fixed on a surface thereof by the electrostatic force. In particular, the ceramic body for an electrostatic chuck according to the present invention is disposed in close contact with the first ceramic layer having a volume resistance in the range of 10 14 to 10 16 Ω · cm and the lower surface of the first ceramic layer, but the chucking electrode is disposed on the upper surface. And a second ceramic layer forming a sintered body at a temperature in the range of 1200 to 1580 ° C. The ceramic body for electrostatic chuck is co-fired at 1200 ~ 1580 ℃ with the embedded chucking electrode to achieve sinter densification.

Description

정전척용 세라믹 본체 {CERAMIC BODY FOR ELECTROSTATIC CHUCK}Ceramic Body for Electrostatic Chuck {CERAMIC BODY FOR ELECTROSTATIC CHUCK}

본 발명은 정전척용 세라믹 본체에 관한 것으로, 특히 표면부위가 누설전류의 발생을 방지할만큼 충분한 고저항을 가지면서도 내부에 매립된 금속재질의 척킹전극과 저온에서 동시소성이 가능한 정전척용 세라믹 본체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic body for an electrostatic chuck, and more particularly, to a ceramic body for an electrostatic chuck capable of co-firing at a low temperature with a metal chucking electrode embedded therein while having a high resistance sufficient to prevent the occurrence of leakage current. It is about.

또한, 본 발명은 상기 정전척용 세라믹 본체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for producing the ceramic body for an electrostatic chuck.

정전척은 여러 반도체 공정에서 웨이퍼의 이동이나 오정렬을 방지하기 위하여 웨이퍼를 고정 또는 릴리즈하는 장치로서, 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 지지대(예컨대, 챔버 내부의 지지대)에 척킹(chucking) 또는 디처킹(dechucking)하는 장치이다. An electrostatic chuck is a device for fixing or releasing a wafer to prevent movement or misalignment of the wafer in various semiconductor processes. An electrostatic chuck is used to chuck or dechuck a wafer to a support (eg, a support inside a chamber). ) Is a device.

정전척은 내부에 전극층이 매설된 유전체를 포함하여 구성되며 상기 전극층에 전압을 인가하여 상기 유전체와 이의 상면에 놓인 웨이퍼 간에 정전기력을 발생시킴으로써 웨이퍼를 정전 흡착하여 고정한다(종래기술의 예로서, 국제특허공개공보 WO 99/54928호, 일본특허공개공보 평04-358074호). 이러한 정전척의 일반적인 구조는 도 1a~1b와 같이 나타낼 수 있다. 도 1a~1b는 일반적인 정전척의 개략 구조도로서, 도 1a는 그의 사시도이고, 도 1b는 그의 단면도이다.The electrostatic chuck includes a dielectric having an electrode layer embedded therein, and applies a voltage to the electrode layer to generate an electrostatic force between the dielectric and the wafer placed on the upper surface thereof, thereby electrostatically adsorbing and fixing the wafer. Japanese Patent Application Laid-Open No. WO 99/54928, Japanese Patent Laid-Open No. 04-358074). The general structure of such an electrostatic chuck can be shown as shown in Figures 1a to 1b. 1A to 1B are schematic structural diagrams of a general electrostatic chuck, FIG. 1A is a perspective view thereof, and FIG. 1B is a sectional view thereof.

도 1a~1b를 참조하면, 일반적으로 정전척은 알루미늄 등으로 되는 베이스(14)와, 그의 상면에 단열의 접착제 등으로 부착된 히터(17), 그리고 단일의 세라믹 본체(12)로 구성되고, 상기 세라믹 본체(12)의 내부에는 척킹전극(16)이 매립된다. 1A to 1B, an electrostatic chuck is generally composed of a base 14 made of aluminum, a heater, a heater 17 attached to an upper surface thereof with an adhesive for insulation, and a single ceramic body 12. The chucking electrode 16 is embedded in the ceramic body 12.

이러한 정전척에서, 상기 세라믹 본체(12) 상에 웨이퍼를 올려놓고 상기 척킹전극(16)에 외부 전원(도시되지 않음)으로부터의 직류전압을 인가하면 상기 세라믹 본체(12)와 웨이퍼 간에는 정전기력이 발생하여 상기 웨이퍼가 상기 척 본체(12)의 상면에 척킹된다.In such an electrostatic chuck, an electrostatic force is generated between the ceramic body 12 and the wafer by placing a wafer on the ceramic body 12 and applying a DC voltage from an external power source (not shown) to the chucking electrode 16. The wafer is then chucked to the top surface of the chuck body 12.

이러한 정전척에서 주요 부품인 상기 세라믹 본체(12)는 정전기력의 생성에 적절한 유전율을 가지면서도 전기절연성과 여러 반도체 공정에 견딜 수 있는 내식성을 가짐이 요구되고, 일반적으로 알루미나(Al2O3)를 기본조성으로 하는 세라믹스로 구성된다. The ceramic body 12, which is a main component of the electrostatic chuck, is required to have dielectric constant suitable for generating electrostatic force and to have electrical insulation and corrosion resistance that can withstand various semiconductor processes. Generally, alumina (Al 2 O 3 ) is required. Consists of ceramics as the basic composition.

특히, 상기 유전체의 전기절연성, 즉 체적 저항이 낮은 경우에는, 상기 세라믹 본체(12)에서 누설 전류가 발생하기 쉽고 이러한 누설전류는 아킹을 발생시켜 그 상면에 위치한 웨이퍼를 파손하게 된다. 따라서, 상기 세라믹 본체(12)는 고저항(예컨대, 대략 1014~1016 Ω·㎝ 범위)을 가져야한다.In particular, when the dielectric is electrically insulating, that is, the volume resistance is low, leakage current easily occurs in the ceramic body 12, and such leakage current causes arcing to damage the wafer located on the upper surface thereof. Therefore, the ceramic body 12 should have a high resistance (for example, in the range of about 10 14 to 10 16 Ω · cm).

뿐만 아니라, 상기 세라믹 본체(12)는 내부에 매립된 금속 재질의 상기 척킹전극(16)를 지녀 일반적으로 이와 함께 동시 소성되어야 하므로, 소성 도중의 금속 증발을 막기 위해서는 낮은 소성온도에서 소결되어야 한다. In addition, since the ceramic body 12 has the chucking electrode 16 made of a metal embedded therein and generally needs to be co-fired at the same time, the ceramic body 12 must be sintered at a low firing temperature to prevent evaporation of the metal during firing.

즉, 상기 세라믹 본체(12)의 조성은 저온소성이 가능하면서도 고저항이어야 함이 요구된다. 뿐만 아니라, 상기 조성은 크랙(crack)이나 들뜸(delamination)이 발생하지 않도록 내부 매립된 금속 재질의 척킹전극(16)과 접합성 또한 좋아야 한다.That is, the composition of the ceramic body 12 is required to be low-temperature firing and high resistance. In addition, the composition should also have good adhesion to the internally embedded metal chucking electrode 16 to prevent cracking or delamination.

그런데, 일반적으로 상기 세라믹 본체(12)로서 사용되는 알루미나 세라믹스는 1015Ω·㎝ 이상의 높은 체적 저항을 갖지만, 그의 안정적인 소결은 대략 1650℃ 이상의 온도범위에서나 가능하므로, 금속재질의 척킹전극(16)과의 동시소성을 위해 보다 낮은 온도에서 소성하는 경우 알루미나 세라믹스의 치밀화가 충분히 일어나지 않게 되고, 이는 곧 체적 저항의 저하와, 내부 매립된 금속 척킹전극(16)과의 접합성 저하를 의미한다.By the way, alumina ceramics generally used as the ceramic body 12 have a high volume resistivity of 10 15 Ω · cm or more, but since their stable sintering is possible only in a temperature range of about 1650 ° C. or more, the metal chucking electrodes 16 are provided. When firing at a lower temperature for simultaneous firing, the densification of the alumina ceramics does not occur sufficiently, which means a decrease in volume resistance and a decrease in adhesion to the embedded metal chucking electrode 16.

또한, 상기 알루미나 세라믹스가 저온에서 소결가능하도록 소결성을 향상시키기 위해 일반적으로 소위 액상생성용 소결제들을 상기 알루미나 조성에 첨가하는 경우, 이들 소결제는 소결성을 향상하는 반면에 오히려 상기 알루미나 조성의 체적 저항을 심각하게 감쇠시킨다. In addition, in order to improve the sinterability so that the alumina ceramics can be sintered at low temperature, in general, when so-called liquid phase sintering agents are added to the alumina composition, these sintering agents improve the sinterability, but rather, the volume resistance of the alumina composition Severely attenuates

더구나, 최근 웨이퍼의 대형화 추세에 따라 대면적의 웨이퍼를 흡착하기에 충분하도록 정전기력을 증가시키기 위해 상기 척킹전극(16)에 인가되는 전압이 크게 높아지고 있으므로, 위와 같이 낮은 체적 저항을 갖는 세라믹 본체(12)는 전술했듯이 누설 전류를 발생시켜 아킹을 초래함으로써 웨이퍼가 파손되기 쉽다.In addition, in accordance with the recent trend of larger wafer size, the voltage applied to the chucking electrode 16 is increased so as to increase the electrostatic force sufficient to adsorb a large-area wafer, and thus, the ceramic body 12 having the low volume resistance as described above. As described above, the wafer is likely to be broken by generating leakage current and causing arcing.

따라서, 본 발명은 표면부위가 누설전류의 발생을 방지할만큼 충분한 고저항을 가지면서도 내부에 매립된 금속재질의 척킹전극과 저온에서 동시소성이 가능한 정전척용 세라믹 본체와 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention provides a chucking electrode of a metal material embedded therein and a ceramic body for electrostatic chuck capable of co-firing at low temperature while having a high resistance sufficient to prevent the occurrence of leakage current, and a method for manufacturing the same. will be.

위 과제를 해결하기 위한 일 측면에 의한 본 발명은 전압의 인가에 따라 정전기력을 발생시키는 척킹전극이 내부에 매설되고 상기 정전기력으로 상부에 놓인 외부의 매체를 표면에 흡착 고정하는 정전척용 세라믹 본체로서, 1014~1016 Ω·㎝ 범위의 체적저항을 갖는 제1세라믹스층과, 상기 제1세라믹스층의 하면에 밀착하여 배치되되 상기 척킹전극이 상면에 배치되고 1200~1580℃ 범위의 온도에서 소결체를 이루는 제2세라믹스층을 포함하도록 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a ceramic body for electrostatic chucks, in which a chucking electrode for generating an electrostatic force according to an application of a voltage is embedded therein, and an external medium placed on top by the electrostatic force is fixed to the surface. A first ceramic layer having a volume resistance in the range of 10 14 to 10 16 Ω · cm and a lower surface of the first ceramic layer are disposed to be in close contact with each other. It may be configured to include a second ceramic layer.

이때, 상기 제1세라믹스층의 두께는 10~300㎛ 범위일 수 있고, 1650℃ 이상의 온도에서 소결체를 이룰 수 있다.At this time, the thickness of the first ceramic layer may be in the range of 10 ~ 300㎛, it may form a sintered body at a temperature of 1650 ℃ or more.

또한, 상기 제1세라믹스층의 조성은 순수 알루미나(Al2O3) 또는 총중량 대비 최대 4wt% 이하의 산화물 첨가제가 첨가된 알루미나로 구성될 수 있다. 상기 산화물 첨가제는 Si, 희토류 원소, 원소주기율표 상의 2족, 3족 및 4족 원소의 산화물 및 이의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In addition, the composition of the first ceramic layer may be composed of pure alumina (Al 2 O 3 ) or alumina to which an oxide additive of up to 4 wt% or less is added to the total weight. The oxide additive may be at least one selected from the group consisting of Si, rare earth elements, oxides of Group 2, Group 3 and Group 4 elements on the Periodic Table of the Elements and mixtures thereof.

또한, 상기 제2세라믹스층의 조성은 알루미나와, Si, 희토류 원소, 원소주기율표 상의 2족, 3족 및 4족 원소의 산화물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 산화물 첨가제를 포함할 수 있다.In addition, the composition of the second ceramic layer may include alumina and at least one oxide additive selected from the group consisting of Si, rare earth elements, and oxides of Group 2, Group 3 and Group 4 elements on the Periodic Table of the Elements.

또한, 본 발명에서 상기 산화물 첨가제는 SiO2, CaCO3, Y2O3 및 MgO 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In addition, the oxide additive in the present invention may be one or more selected from SiO 2 , CaCO 3 , Y 2 O 3 and MgO.

또한, 상기 제2세라믹스층의 조성은 총중량대비 92~96wt%의 Al2O3와, 3~7wt%의 SiO2, 0.3~3wt%의 CaCO3, 0.1~2wt%의 Y2O3 및 0.5~3wt%의 MgO 중의 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the composition of the second ceramic layer is 92 to 96 wt% Al 2 O 3 , 3 to 7 wt% SiO 2 , 0.3 to 3 wt% CaCO 3 , 0.1 to 2 wt% Y 2 O 3 and 0.5 And one or more of ˜3 wt% MgO.

또한, 다른 일 측면에 의한 본 발명은 전압의 인가에 따라 정전기력을 발생시키는 금속의 척킹전극이 내부에 매설되고 상기 정전기력으로 상부에 놓인 외부의 매체를 표면에 흡착 고정하는 정전척용 세라믹 본체의 제조방법으로서, 다음의 단계들을 포함할 수 있다:-According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a ceramic body for an electrostatic chuck, in which a chucking electrode of a metal generating an electrostatic force in accordance with an application of a voltage is embedded therein, and an external medium placed on top by the electrostatic force is absorbed and fixed on a surface thereof. As an example, the following steps may be included:

- 순수 알루미나(Al2O3) 또는 총중량 대비 최대 4wt% 이하의 산화물 첨가제가 첨가된 알루미나로 구성된 조성을 갖고 10~300㎛ 범위의 두께를 갖는 제1세라믹스 시트를 형성하고, 1200~1580℃ 범위의 소결온도를 갖도록 상기 산화물 첨가제가 첨가된 알루미나(Al2O3)의 조성을 갖는 제2세라믹스 시트를 형성하는 단계와;Forming a first ceramic sheet having a composition consisting of pure alumina (Al 2 O 3 ) or alumina added with an oxide additive of up to 4 wt% or less of the total weight and having a thickness in the range of 10 to 300 μm, and in the range of 1200 to 1580 ° C. Forming a second ceramic sheet having a composition of alumina (Al 2 O 3 ) to which the oxide additive is added to have a sintering temperature;

- 상기 제2세라믹스 시트의 상면에 상기 금속의 척킹전극을 부착하는 단계와;Attaching a chucking electrode of the metal to an upper surface of the second ceramic sheet;

- 상기 상면에 금속의 척킹전극이 부착된 상기 제2세라믹스 시트 상에 상기 제1세라믹스 시트를 적층하여 내부에 상기 척킹전극이 매립된 세라믹 벌크를 형성하는 단계와;Stacking the first ceramic sheet on the second ceramic sheet having a metal chucking electrode attached to the upper surface to form a ceramic bulk with the chucking electrode embedded therein;

- 상기 척킹전극이 매립된 세라믹 벌크를 상기 1200~1580℃ 범위에서 동시소성하여 소결하는 단계.Sintering by sintering the ceramic bulk in which the chucking electrode is embedded in the 1200 to 1580 ° C range.

이때, 상기 산화물 첨가제는 Si, 희토류 원소, 원소주기율표 상의 2족, 3족 및 4족 원소의 산화물 및 이의 혼합물로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택될 수 있거나, 또는 SiO2, CaCO3, Y2O3 및 MgO 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.In this case, the oxide additive may be at least one selected from the group consisting of Si, rare earth elements, oxides of Group 2, Group 3 and Group 4 elements on the periodic table of the elements and mixtures thereof, or SiO 2 , CaCO 3 , Y 2 O 3 And MgO may be selected.

또한, 상기 금속은 상기 금속은 Mo, W, MoMn, Pd 및 Ag/Pd 합금으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.In addition, the metal may be one or more selected from the group consisting of Mo, W, MoMn, Pd and Ag / Pd alloy.

본 발명에 의하면, 세라믹 본체를 이종의 상하 적층되어 일체로 된 제1세라믹스층 및 제2세라믹스층으로 구성하되, 상기 제1세라믹스층은 고저항을 갖지만 대신에 소결온도가 높은 조성의 세라믹스로 구성하고, 상기 제2세라믹스층은 소결온도가 낮은 대신 저항은 상대적으로 낮은 조성의 세라믹스로 구성함으로써, 정전척의 요건인 고저항성, 저온소결성 및 척킹전극과의 접착성 모두를 효과적으로 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 상기 제1세라믹스층을 박층의 두께로 형성하고 상기 제2세라믹스층의 상면에는 금속 척킹전극을 배치하여 적층된 상기 제1세라믹스층 및 제2세라믹스층과 이들간에 개재된 상기 척킹전극을 함께 저온에서 동시소성이 가능하다.According to the present invention, the ceramic body is composed of a first ceramic layer and a second ceramic layer, which are integrally stacked by dispersing up and down, and the first ceramic layer has high resistance but instead of ceramics having a high sintering temperature. In addition, since the second ceramic layer has a low sintering temperature and a relatively low resistance ceramic, the second ceramic layer can effectively satisfy all of the high resistance, low temperature sintering, and adhesion to the chucking electrode, which are requirements of the electrostatic chuck. In addition, according to the present invention, the first ceramic layer is formed to a thickness of a thin layer, and the first ceramic layer and the second ceramic layer stacked between the first ceramic layer and the second ceramic layer stacked by disposing a metal chucking electrode on an upper surface of the second ceramic layer. Simultaneous firing of the chucking electrode at low temperature is possible.

도 1a~1b는 일반적인 정전척의 개략 구조도로서, 도 1a는 그의 사시도이고, 도 1b는 그의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 정전척의 개략 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 정전척을 제조하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 정전척에서의 세라믹 본체 단면의 전자현미경 사진이다.1A to 1B are schematic structural diagrams of a general electrostatic chuck, FIG. 1A is a perspective view thereof, and FIG. 1B is a sectional view thereof.
2 is a sectional view showing a schematic structure of an electrostatic chuck according to the present invention.
3 is a flow chart of manufacturing an electrostatic chuck in accordance with one embodiment of the present invention.
4 is an electron micrograph of a cross section of a ceramic body in an electrostatic chuck manufactured according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 정전척 구조(도 1a~1b)에서 고저항성을 요구하는 부분은 그 상면에 놓인 웨이퍼와 접촉하는 세라믹 본체(12)의 표면부분, 즉 내부 매립된 척킹전극(16)과 그 상부의 세라믹 본체(12) 부분 간의 영역일 뿐이고, 세라믹 본체(12)의 나머지 부분은 고저항성이 필요없는 발견에 착안한다.In the present invention, the portion requiring high resistance in the electrostatic chuck structure (FIGS. 1A to 1B) is a surface portion of the ceramic body 12 contacting the wafer placed on the upper surface thereof, that is, the internally embedded chucking electrode 16 and the upper portion thereof. It is only an area between the portions of the ceramic body 12, and the rest of the ceramic body 12 focuses on the discovery that high resistance is not necessary.

즉, 정전척에서 매립된 척킹전극(16)과 그 상부의 세라믹 본체(12) 부분 간의 영역은 누설전류 발생의 방지를 위해 고저항성이 필수적으로 요구되는 반면에, 그 이외의 나머지 세라믹 본체(12) 부분은 고저항성이 필요없는 대신 금속 척킹전극(16)과의 동시소성을 위해 저온소결성이 필수적으로 요구된다.That is, the region between the chucking electrode 16 embedded in the electrostatic chuck and the portion of the ceramic body 12 thereon is required to have high resistance to prevent leakage current, while the rest of the ceramic body 12 other than that. The () part does not need high resistance but low temperature sintering is essentially required for simultaneous firing with the metal chucking electrode 16.

따라서, 본 발명에 의하면, 종래 정전척에서 단일 조성이었던 세라믹 본체(12)를 이종의 상하 적층되어 일체로 된 제1세라믹스층 및 제2세라믹스층으로 구성하되, 상기 제1세라믹스층은 고저항을 갖지만 대신에 소결온도가 높은 조성의 세라믹스로 구성하고, 상기 제2세라믹스층은 소결온도가 낮은 대신 저항은 상대적으로 낮은 조성의 세라믹스로 구성하면, 정전척의 요건인 고저항성, 저온소결성 및 척킹전극(도 1a~1b의 16)과의 접착성 모두를 만족시킬 수 있다. Therefore, according to the present invention, the ceramic body 12, which is a single composition in the conventional electrostatic chuck, is composed of a first ceramic layer and a second ceramic layer, which are integrally stacked by heterogeneous vertical stacking, wherein the first ceramic layer has high resistance. However, if the second ceramic layer is composed of ceramics having a high sintering temperature, and the second ceramic layer has a low sintering temperature and a resistance of relatively low composition, high resistance, low temperature sintering, and chucking electrodes are required. Both adhesiveness with 16) of FIGS. 1A-1B can be satisfied.

특히, 본 발명에 의하면, 상기 제2세라믹스층에는 금속 척킹전극을 배치하고 이로써 상기 제1세라믹스층 및 제2세라믹스층과 이들간에 개재된 상기 척킹전극은 함께 저온에서 동시소성될 수 있다. 이는, 본 발명에 의하면, 상기 제1세라믹스층은 소결온도가 높지만 박층으로 형성됨으로써 이러한 박층이 상기 소결온도보다 훨씬 낮은 소성온도에서도 상기 제2세라믹스층의 소결에 따른 유전체의 수축력으로 발생한 압력을 받아 충분한 소결 치밀화가 달성될 수 있기 때문이다.In particular, according to the present invention, a metal chucking electrode is disposed on the second ceramic layer, whereby the first ceramic layer and the second ceramic layer and the chucking electrode interposed therebetween can be simultaneously fired together at a low temperature. According to the present invention, the first ceramic layer has a high sintering temperature but is formed of a thin layer so that the thin layer is subjected to the pressure generated by the contraction force of the dielectric due to the sintering of the second ceramic layer even at a firing temperature much lower than the sintering temperature. This is because sufficient sinter densification can be achieved.

이하, 위와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하며 상세히 설명한다. 도 2는 이러한 본 발명에 의한 정전척의 개략 구조도를 도시한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention as described above will be described in detail. 2 shows a schematic structural diagram of such an electrostatic chuck according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 정전척(100)은 알루미늄 등으로 되는 베이스(140)와 그의 상면에 단열의 접착제 등으로 부착된 히터(170) 그리고 세라믹 본체(120)로 구성되고, 상기 세라믹 본체(120)는 위로부터 차례로 적층된 제1세라믹스층(120a)과 제2세라믹스층(120b)로 구성된다. 또한, 상기 제2세라믹스층(120b)에서 그의 상면에는 척킹전극(160)이 배치됨으로써 상기 제1세라믹스층(120a)과 제2세라믹스층(120b) 간에 상기 척킹전극(160)이 개재된 형태로 된다.2, the electrostatic chuck 100 according to the present invention is composed of a base 140 made of aluminum, etc., a heater 170 attached to the upper surface thereof with an adhesive such as heat insulation, and a ceramic body 120. The ceramic body 120 includes a first ceramic layer 120a and a second ceramic layer 120b that are sequentially stacked from above. In addition, the chucking electrode 160 is disposed on an upper surface of the second ceramic layer 120b so that the chucking electrode 160 is interposed between the first ceramic layer 120a and the second ceramic layer 120b. do.

본 발명에 의하면, 전술했듯이 상기 제1세라믹스층(120a)은 누설전류의 발생을 방지하도록 하는 범위의 고저항을 갖는 조성으로 구성되고, 상기 제2세라믹스층(120b)은 상기 척킹전극(160)과의 동시소성을 위하여 저온소결이 가능한 조성으로 구성된다. According to the present invention, as described above, the first ceramic layer 120a is composed of a composition having a high resistance in a range to prevent the generation of leakage current, and the second ceramic layer 120b includes the chucking electrode 160. It is composed of a composition capable of low temperature sintering for simultaneous firing.

이에 따른 본 발명의 일 구현예에서, 제1세라믹스층(120a)은 대략 1014~1016 Ω·㎝ 범위, 바람직하게는 1015Ω·㎝ 이상의 체적 저항을 갖는 조성으로 될 수 있고, 이를 위하여 소결제인 산화물 첨가제가 미량으로 함유되거나 거의 순수한 알루미나(Al2O3) 조성으로 될 수 있고, 특히 산화물 첨가제의 함량이 최대 4wt% 이하, 바람직하게는 최대 2wt% 이하인 알루미나(Al2O3) 조성으로 될 수 있다. 본 발명에서 상기 소결제인 산화물 첨가제는 예컨대 Si, 희토류 원소, 원소 주기율표 상의 2족, 3족 및 4족의 원소의 산화물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. Accordingly, in one embodiment of the present invention, the first ceramic layer 120a may have a composition having a volume resistance in the range of about 10 14 to 10 16 Ω · cm, preferably 10 15 Ω · cm or more. sintering the oxide additive is contained in a very small amount or substantially pure alumina (Al 2 O 3) may be a composition, in particular less than the maximum 4wt% content of oxide additives, preferably not more than up to 2wt% of alumina (Al 2 O 3) May be in composition. In the present invention, the oxide additive which is the sintering agent may be at least one selected from the group consisting of Si, rare earth elements, and oxides of Group 2, Group 3 and Group 4 elements on the periodic table.

또한, 상기 제1세라믹스층(120a)은 고저항성과 저온의 동시소성 둘 다를 이루기 위하여 박층인 대략 10~300㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있다. In addition, the first ceramic layer 120a may be formed to a thickness of approximately 10 to 300 μm in a thin layer to achieve both high resistance and low temperature co-firing.

또한, 상기 제2세라믹스층(120b)은 대략 1200~1580℃에서 소결가능한 조성으로 될 수 있다. 이를 위하여 상기 제2세라믹스층(120b)은 전술한 소결제인 산화물 첨가제가 알루미나에 첨가된 조성으로 될 수 있으며, 이러한 산화물 첨가제는 예컨대 Si, 희토류 원소, 원소 주기율표 상의 2족, 3족 및 4족의 원소의 산화물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 제2세라믹스층(120b)은 Al2O3에 SiO2, CaCO3, Y2O3 및 MgO 중의 하나 이상의 산화물 첨가제가 첨가된 조성으로 될 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예로서, 상기 제2세라믹스층(120b)은 총중량대비(wt%) Al2O3 92~96, SiO2 3~7, CaCO3 0.3~3, Y2O3 0.1~2 및 MgO 0.5~3을 함유하는 조성으로 될 수 있다.In addition, the second ceramic layer 120b may have a composition sinterable at approximately 1200 to 1580 ° C. To this end, the second ceramic layer 120b may have a composition in which the above-described oxide additive, which is a sintering agent, is added to alumina, and the oxide additive may be, for example, Si, rare earth elements, or groups 2, 3, and 4 on the periodic table of elements. At least one selected from the group consisting of oxides of the element. In addition, as an embodiment of the present invention, the second ceramic layer 120b may have a composition in which at least one oxide additive of SiO 2 , CaCO 3 , Y 2 O 3, and MgO is added to Al 2 O 3 . As another embodiment of the present invention, the second ceramic layer 120b may have a total weight (wt%) of Al 2 O 3 92 to 96, SiO 2 3 to 7, CaCO 3 0.3 to 3, and Y 2 O 3 0.1 to 2 and 0.5 to 3 MgO.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 제1세라믹스층(120a)과 제2세라믹스층(120b)은 후막공정을 포함한 공지된 모든 제조방법으로 형성되어 적층될 수 있다. 그리고, 상기 제2세라믹스층(120b)의 일면에는 척킹전극(160)이 부착되고 이의 상부에 상기 상기 제1세라믹스층(120a)이 적층되어 함께 동시소성된다. 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 정전척을 제조하는 흐름도이다.Meanwhile, in the present invention, the first ceramic layer 120a and the second ceramic layer 120b may be formed and stacked by any known manufacturing method including a thick film process. A chucking electrode 160 is attached to one surface of the second ceramic layer 120b, and the first ceramic layer 120a is stacked on top of the second ceramic layer 120b and co-fired together. 3 is a flow chart of manufacturing an electrostatic chuck in accordance with one embodiment of the present invention.

도 3에 보이듯이, 본 발명의 일 구현예에 따른 제조방법은 먼저 저저항 유전체 시트와 고저항 유전체 시트가 각각 제조된 후 적층되어 함께 동시소성된다.As shown in FIG. 3, in the manufacturing method according to the exemplary embodiment of the present invention, a low-resistance dielectric sheet and a high-resistance dielectric sheet are each manufactured and then laminated and co-fired together.

즉, 고저항 유전체 시트의 제조를 위하여, 알루미나(Al2O3) 조성의 슬러리를 분산제 및/또는 바인더 등과 함께 제조하고(S310A~S320A), 이 슬러리를 테이프 캐스팅하여 고저항 유전체 시트를 형성한다(S330A).That is, in order to manufacture a high resistance dielectric sheet, a slurry of alumina (Al 2 O 3 ) composition is prepared together with a dispersant and / or a binder (S310A to S320A), and the slurry is tape cast to form a high resistance dielectric sheet. (S330A).

한편, 저저항 유전체 시트의 제조를 위하여, 알루미나(Al2O3)와 소결제로서 산화물 첨가제로 구성된 조성의 슬러리를 분산제 및/또는 바인더 등과 함께 제조하고(S310B~S320B), 이 슬러리를 테이프 캐스팅하여 저저항 유전체 시트를 형성한 다음(S330B), 이 시트의 상면에 금속소재의 척킹전극(160)을 도포 및 형성한다(S340B). 이때, 상기 금속소재는 Mo, W, MoMn, Pd 및 Ag/Pd 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있다.On the other hand, for the production of low-resistance dielectric sheet, a slurry of the composition consisting of alumina (Al 2 O 3 ) and an oxide additive as a sintering agent is prepared with a dispersing agent and / or binder (S310B ~ S320B), the slurry is tape cast A low resistance dielectric sheet is formed (S330B), and then the chucking electrode 160 made of a metal material is coated and formed on the top surface of the sheet (S340B). At this time, the metal material may be at least one selected from the group consisting of Mo, W, MoMn, Pd and Ag / Pd alloy.

그리고, 위와 같이 상면에 척킹전극(160)이 형성된 상기 저저항 유전체 시트 상에 고저항 유전체 시트를 적층하고(S350), 대략 1200~1580℃의 온도범위에서 소결한다(S370). 이러한 소결과정에서 상기 소결 온도에 이르기전에 가소하여 상기 시트에 함유된 분산제 및/또는 바인더를 제거할 수도 있다(S360).As described above, a high resistance dielectric sheet is laminated on the low resistance dielectric sheet having the chucking electrode 160 formed on the upper surface (S350), and sintered at a temperature range of approximately 1200 to 1580 ° C (S370). In this sintering process, the dispersant and / or binder contained in the sheet may be removed by calcining before reaching the sintering temperature (S360).

도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 정전척(100)에서의 세라믹 본체(120) 단면의 전자현미경 사진으로서, 상기 세라믹 본체(120)는 99.9wt% 이상의 알루미나(Al2O3) 조성으로 되고 대략 300㎛ 이하 두께의 고저항의 제1세라믹스층(120a)과, 총중량대비(wt%) Al2O3 95%, SiO2 4%, CaCO3 0.7% 및 Y2O3 0.3% 함유 조성으로 된 저저항의 제2세라믹스층(120b) 및 이들 간에 개재된 척킹전극(160)을 포함하고, 1550℃에서동시소성된 것이다.Figure 4 is an electron micrograph of the cross section of the ceramic body 120 in the electrostatic chuck 100 manufactured according to an embodiment of the present invention, the ceramic body 120 is 99.9wt% or more of alumina (Al 2 O 3 ) A high resistance first ceramic layer 120a having a composition of about 300 μm or less, 95% Al 2 O 3 , SiO 2 4%, CaCO 3 0.7%, and Y 2 O 3 0.3% of the total weight. The second ceramic layer 120b having a low resistance and a chucking electrode 160 interposed therebetween, having a low resistivity, are simultaneously fired at 1550 ° C.

도 4에 나타나듯이, 상기 제1세라믹스층(120a)과 제2세라믹스층(120b) 모두 충분히 소결이 이루어졌을 뿐만 아니라, 제1세라믹스층(120a) - 척킹전극(160) - 제2세라믹스층(120b)의 각 층간의 접합 또한 충분히 잘 이루어졌음이 확인된다.As shown in FIG. 4, not only the first ceramic layer 120a and the second ceramic layer 120b are sufficiently sintered, but also the first ceramic layer 120a-the chucking electrode 160-the second ceramic layer ( The bonding between the layers of 120b) was also confirmed to be good enough.

이는 앞서 기술했듯이 거의 순수한 알루미나 조성의 제1세라믹스층(120a)은 일반적으로 대략 1650℃ 이상의 온도범위에서나 안정적인 소결이 이루어지지만, 압력을 받기 쉬운 박층의 두께로 설계됨으로써, 상기 소결온도보다 훨씬 낮은 소성온도임에도 불구하고, 저온 소결이 가능한 상기 제2세라믹스층(120b)이 소결되면서 수축함에 따른 압력을 그대로 인가받아 충분한 소결이 이루어졌음을 입증한다.As described above, the first ceramic layer 120a having a nearly pure alumina composition generally has stable sintering at a temperature range of about 1650 ° C. or more, but is designed to be thinner under pressure so that the sintering temperature is much lower than the sintering temperature. In spite of the temperature, the second ceramic layer 120b capable of low temperature sintering is sintered and is subjected to the pressure applied as it shrinks, thereby proving sufficient sintering.

또한, 아래 표 1은 본 발명에 따른 실시예들에서 산화물 첨가제의 함량 변화에 따른 조성의 체적 저항의 변화를 나타낸 것으로, 이로부터 기본적으로 산화물 첨가제의 함량이 적고 Y2O3 함량이 증가할수록 저항이 증가함을 알 수 있다. In addition, Table 1 below shows the change in the volume resistance of the composition according to the change in the content of the oxide additive in the embodiments according to the present invention, from which the resistance as the content of the oxide additive is smaller and the content of Y 2 O 3 increases It can be seen that this increases.

실시예EXAMPLE Al2O3 Al 2 O 3 SiO2 SiO 2 Y2O3 Y 2 O 3 CaCO3 CaCO 3 저항(Ω·㎝)Resistance (Ωcm) 1One 99.999.9 1.6×1015 1.6 × 10 15 22 97.597.5 2.02.0 0.50.5 2.7×1015 2.7 × 10 15 33 97.597.5 1.51.5 0.50.5 0.50.5 4.6×1015 4.6 × 10 15 44 97.597.5 1.01.0 0.80.8 0.70.7 7.5×1015 7.5 × 10 15 55 96.096.0 2.02.0 1.01.0 1.01.0 1.2×1015 1.2 × 10 15 66 96.096.0 2.02.0 1.21.2 0.80.8 1.4×1015 1.4 × 10 15 77 96.096.0 1.51.5 1.51.5 1.01.0 1.8×1015 1.8 × 10 15

특히, 위 실시예들 조성은 1650℃에서 2시간 소결된 것이나, 이들 조성을 본 발명의 제조방법(도 3)에 따라 각각 박층(대략 300㎛ 이하 두께)의 고저항 제1세라믹스층(120a)으로 형성하고 이를 앞서 기술한 바의 총중량대비(wt%) Al2O3 95%, SiO2 4%, CaCO3 0.7% 및 Y2O3 0.3% 함유 조성으로 된 저온소결가능한 제2세라믹스층(120b)과 적층하여 저온의 1550℃에서 동시소성한 결과, 소결이 잘 이루어져 충분한 소결 치밀화가 이루어짐이 확인되었다.In particular, the compositions of the above embodiments are sintered at 1650 ° C. for 2 hours, but these compositions are respectively converted into a high resistance first ceramic layer 120a of a thin layer (approximately 300 μm or less) according to the manufacturing method of FIG. And a second low-temperature sinterable ceramic layer 120b having a composition containing 95% Al 2 O 3 , SiO 2 4%, CaCO 3 0.7% and Y 2 O 3 0.3% of the total weight as described above. ) And co-fired at a low temperature of 1550 ° C., it was confirmed that sintering was well performed and sufficient sinter densification was achieved.

위와 같이, 본 발명에 의하면, 종래 정전척에서 단일 조성이었던 세라믹 본체를 이종의 상하 적층되어 일체로 된 제1세라믹스층 및 제2세라믹스층으로 구성하되, 상기 제1세라믹스층은 고저항을 갖지만 대신에 소결온도가 높은 조성의 세라믹스로 구성하고, 상기 제2세라믹스층은 소결온도가 낮은 대신 저항은 상대적으로 낮은 조성의 세라믹스로 구성함으로써, 정전척의 요건인 고저항성, 저온소결성 및 척킹전극과의 접착성 모두를 효과적으로 만족시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, the ceramic body, which is a single composition in the conventional electrostatic chuck, is composed of a first ceramic layer and a second ceramic layer, which are integrally stacked by heterogeneous vertical stacking, but the first ceramic layer has a high resistance but instead The second ceramic layer is composed of ceramics having a low sintering temperature and a relatively low resistance, and the second ceramic layer has high resistance, low temperature sintering and adhesion to the chucking electrodes. It can effectively satisfy both sexes.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 제1세라믹스층을 박층의 두께로 형성하고 상기 제2세라믹스층의 상면에는 금속 척킹전극을 배치하여 적층된 상기 제1세라믹스층 및 제2세라믹스층과 이들간에 개재된 상기 척킹전극을 함께 저온에서 동시소성할 수 있으며, 이때 상기 제1세라믹스층은 소결온도가 높지만 박층으로 형성됨으로써, 상기 소결온도보다 훨씬 낮은 소성온도임에도 불구하고, 저온 소결이 가능한 상기 제2세라믹스층이 소결되면서 수축함에 따른 압력을 그대로 인가받아 충분한 소결 치밀화가 달성된다.In addition, according to the present invention, the first ceramic layer is formed to a thickness of a thin layer, and the first ceramic layer and the second ceramic layer stacked between the first ceramic layer and the second ceramic layer stacked by disposing a metal chucking electrode on an upper surface of the second ceramic layer. The chucking electrode can be simultaneously co-fired at a low temperature, wherein the first ceramic layer has a high sintering temperature but is formed in a thin layer, so that the second ceramic layer can be sintered at a low temperature even though the sintering temperature is much lower than the sintering temperature. Sufficient sinter densification is achieved by receiving the pressure as it shrinks as it is sintered.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다. In the above-described embodiments and examples of the present invention, the powder characteristics such as the average particle size, distribution and specific surface area of the composition powder, and the purity of the raw material, the amount of impurity addition, and the sintering conditions vary slightly within the usual error range. It can be quite natural for one of ordinary skill in the art to be there.

아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다. In addition, preferred embodiments and embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, anyone of ordinary skill in the art will be possible to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications Changes, additions, and the like should be considered to be within the scope of the claims.

10, 100: 정전척, 12, 120: 세라믹 본체, 120a: 제1세라믹스층, 120b: 제세라믹스층, 14, 140: 베이스, 16, 160: 척킹전극, 17, 170: 히터10, 100: electrostatic chuck, 12, 120: ceramic body, 120a: first ceramic layer, 120b: ceramic layer, 14, 140: base, 16, 160: chucking electrode, 17, 170: heater

Claims (12)

전압의 인가에 따라 정전기력을 발생시키는 척킹전극이 내부에 매설되고 상기 정전기력으로 상부에 놓인 외부의 매체를 표면에 흡착 고정하는 정전척용 세라믹 본체에 있어서,
상기 정전척용 세라믹 본체는
10~300㎛ 범위의 두께를 갖고, 1014~1016 Ω·㎝ 범위의 체적저항을 가지면서, 1650℃ 이상의 범위의 온도에서 소결체를 이루는 제1세라믹스층과;
상기 제1세라믹스층의 하면에 밀착하도록 적층되되 상기 척킹전극이 상면에 배치되고, 상기 제1세라믹스층보다 더 낮은 체적저항을 가지면서, 상기 제1세라믹스층보다 더 낮은 1200~1580℃ 범위의 온도에서 소결체를 이루는 제2세라믹스층을 포함하고,
상기 제1세라믹스층은 순수 알루미나(Al2O3) 또는 총중량 대비 최대 4wt% 이하의 산화물 첨가제가 첨가된 알루미나를 포함한 조성으로 구성되고, 상기 제2세라믹스층은 알루미나와, Si, 희토류 원소, 원소주기율표 상의 2족, 3족 및 4족 원소의 산화물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 산화물 첨가제를 포함한 조성으로 구성되는 정전척용 세라믹 본체.In the ceramic body for an electrostatic chuck that is embedded inside the chucking electrode for generating an electrostatic force in accordance with the application of a voltage, the adsorption fixed to the surface of the external medium placed thereon by the electrostatic force,
The ceramic body for the electrostatic chuck
A first ceramic layer having a thickness in the range of 10 to 300 μm and having a volume resistance in the range of 10 14 to 10 16 Ω · cm and sintered at a temperature in the range of 1650 ° C. or more;
A temperature in the range of 1200 to 1580 ° C., which is stacked to be in close contact with the lower surface of the first ceramic layer, wherein the chucking electrode is disposed on the upper surface, and has a lower volume resistance than the first ceramic layer, and is lower than the first ceramic layer. Including a second ceramic layer forming a sintered body,
The first ceramic layer is composed of pure alumina (Al 2 O 3 ) or a composition containing alumina added up to 4 wt% or less of the oxide additive to the total weight, the second ceramic layer is composed of alumina, Si, rare earth elements, elements An electrostatic chuck ceramic body composed of a composition comprising at least one oxide additive selected from the group consisting of oxides of Group 2, Group 3 and Group 4 elements on the periodic table. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 산화물 첨가제는 Si, 희토류 원소, 원소주기율표 상의 2족, 3족 및 4족 원소의 산화물 및 이의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 정전척용 세라믹 본체.The method of claim 1,
Wherein said oxide additive is at least one selected from the group consisting of Si, rare earth elements, oxides of Groups 2, 3, and 4 elements on the Periodic Table of the Elements and mixtures thereof. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 산화물 첨가제는 SiO2, CaCO3, Y2O3 및 MgO 중에서 선택된 하나 이상인 정전척용 세라믹 본체.The method of claim 1,
The oxide additive is at least one selected from SiO 2 , CaCO 3 , Y 2 O 3 and MgO ceramic body for an electrostatic chuck. 제1항에 있어서,
상기 제2세라믹스층의 조성은 총중량대비 92~96wt%의 Al2O3와, 3~7wt%의 SiO2, 0.3~3wt%의 CaCO3, 0.1~2wt%의 Y2O3 및 0.5~3wt%의 MgO 중의 하나 이상을 포함하는 정전척용 세라믹 본체.The method of claim 1,
The composition of the second ceramic layer is 92 to 96 wt% Al 2 O 3 , 3 to 7 wt% SiO 2 , 0.3 to 3 wt% CaCO 3 , 0.1 to 2 wt% Y 2 O 3 and 0.5 to 3 wt% An electrostatic chuck ceramic body comprising at least one of% MgO. 전압의 인가에 따라 정전기력을 발생시키는 금속의 척킹전극이 내부에 매설되고 상기 정전기력으로 상부에 놓인 외부의 매체를 표면에 흡착 고정하는 정전척용 세라믹 본체의 제조방법에 있어서,
제1항의 상기 제1세라믹스층에 따른 제1세라믹스 시트와 제1항의 상기 제2세라믹스층에 따른 제2세라믹스 시트를 각각 형성하는 단계와;
상기 제2세라믹스 시트의 상면에 상기 금속의 척킹전극을 부착하는 단계와;
상기 상면에 금속의 척킹전극이 부착된 상기 제2세라믹스 시트 상에 상기 제1세라믹스 시트를 적층하여 내부에 상기 척킹전극이 매립된 세라믹 벌크를 형성하는 단계와;
상기 척킹전극이 매립된 세라믹 벌크를 상기 1200~1580℃ 범위에서 동시소성하여 소결하는 단계를 포함하는 정전척용 세라믹 본체의 제조방법.In the manufacturing method of the ceramic body for an electrostatic chuck in which a chucking electrode of a metal that generates an electrostatic force in accordance with the application of a voltage is embedded therein, and the external medium placed on top by the electrostatic force is fixed to the surface.
Forming a first ceramic sheet according to the first ceramic layer of claim 1 and a second ceramic sheet according to the second ceramic layer of claim 1;
Attaching a chucking electrode of the metal to an upper surface of the second ceramic sheet;
Stacking the first ceramic sheet on the second ceramic sheet having a metal chucking electrode attached to the upper surface to form a ceramic bulk having the chucking electrode embedded therein;
The method of manufacturing a ceramic body for an electrostatic chuck comprising the step of co-firing the ceramic bulk embedded with the chucking electrode in the 1200 ~ 1580 ℃ range. 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 금속은 Mo, W, MoMn, Pd 및 Ag/Pd 합금으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 정전척용 세라믹 본체의 제조방법.The method of claim 9,
The metal is Mo, W, MoMn, Pd and Ag / Pd alloy manufacturing method of the ceramic body for the electrostatic chuck is selected from the group consisting of one or more.
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