KR102461995B1 - 저열전도 샤프트를 구비하는 고온용 서셉터 - Google Patents

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Abstract

저열전도의 샤프트를 구비하는 고온용 서셉터가 제공된다. 본 발명은 웨이퍼 안착을 위한 플레이트 및 상기 플레이트에 결합된 샤프트를 포함하는 서셉터에 있어서, 상기 플레이트 및 상기 샤프트는 각각 AlN상이 90 wt% 이상인 소결체를 포함하고, 상기 플레이트의 소결체는 650 ℃에서 체적저항이 5*108 Ω·cm 이상인 마그네슘 함유 AlN 소결체이고, 상기 샤프트의 소결체는 열전도도가 100 W/mK이하인 AlN 소결체인 것을 특징으로 하는 서셉터를 제공한다.

Description

저열전도 샤프트를 구비하는 고온용 서셉터{High Temperature Susceptor With Shaft Of Low Thermal Conductance}
본 발명은 서셉터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 저열전도의 샤프트를 구비하는 고온용 서셉터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정에서는 처리 대상인 반도체 웨이퍼에 대하여 성막 처리나 식각 처리 등 다양한 처리가 이루어진다. 이러한 반도체 웨이퍼에 대한 처리를 하는 반도체 제조 장치에서는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 부재로 서셉터가 이용되고 있다.
상기 서셉터는 질화알루미늄과 같은 세라믹스 재질로 웨이퍼를 지지하기 위한 플레이트와 반도체 제조용 챔버 내에서 상기 플레이트를 지지하기 위한 샤프트를 포함하고 있다.
도 1은 종래의 서셉터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 서셉터(1)는 기판을 지지하기 위한 플레이트(10)와 상기 플레이트를 지지하기 위한 샤프트(20)를 포함하여 구성된다.
상기 플레이트(10)에는 기판을 가열하기 위한 발열체(도시하지 않음)나 온도 센서(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 이들 소자는 전극, 전극 로드 및/또는 터미널 등의 접속 수단에 의해 샤프트(20) 내부를 경유하여 서셉터 외부의 전원이나 제어기로 연결된다.
상기 서셉터의 플레이트(10)는 가급적 서셉터가 지지하는 기판 상의 온도 분포의 균일성(균열성)을 유지하기 위하여 높은 열전도율을 갖는 재질로 구현되는 반면, 상기 플레이트를 지지하는 샤프트(20)는 저열전도의 재질로 구현되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 일본등록특허 제4311922호는 플레이트의 열전도율이 80 W/mK 이상이고, 샤프트의 열전도율이 20 W/mK이하인 서셉터를 개시하고 있다. 여기서, 상기 플레이트의 재질로는 열전도율이 비교적 높은 질화알루미늄, 탄화규소, 알루미나, 질화규소 등이 사용되고, 상기 샤프트의 재질로는 열전도율이 비교적 낮은 알루미나, 질화규소, 뮬라이트, 멀라이트 알루미나 복합체 등이 사용된다. 또한, 이 특허는 플레이트와 샤프트를 접합하기 위하여 중간 접합 부품을 사용하는데, 이 중간 접합 부품은 플레이트와 샤프트의 형상이나 열전도율의 차이에 의해 발생하는 열응력이 중간 접합 부품에 작용하도록 하여 샤프트에 발생하는 응력을 감소시킨다. 이 중간 접합 부품은 샤프트와 동일 부재를 사용하거나, 플레이트와 샤프트의 중간 정도의 열전도율을 갖는 재질로 구현될 수 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 서셉터는 몇 가지 이유로 650 ℃ 이상의 고온에서 기판 처리를 위한 서셉터로 사용되기 어렵다. 우선, 650 ℃ 이상의 고온에서는 플레이트의 급격한 체적저항의 감소로 인한 누설전류 등에 대응하기 위한 서셉터 구조나 재질에 대한 고려가 있어야 하지만 종래의 서셉터는 이에 대한 고려가 없다. 게다가, 종래의 서셉터는 플레이트, 샤프트 및 중간 접합 부품에 상이한 열전도율을 구현하기 위하여 상이한 재질을 사용하므로 고온에서의 반복 열처리 과정에서 열팽창율차에 따른 열응력의 발생을 피할 수 없다.
더욱이, 종래의 서셉터는 활성 금속 또는 유리질(glassy phase)의 접합제를 다량 첨가하여 플레이트와 샤프트를 접합하기 때문에 고온에서 내열성, 내식성, 기계적 특성 등이 취약할 수 밖에 없다.
(1) 일본등록특허 제4311922호
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 650℃ 이상의 고온 반도체 처리 공정에서 웨이퍼 지지에 적합한 서셉터 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 서셉터 제조 공정과 반도체 처리 공정에서의 열처리 과정에서 플레이트와 샤프트가 유사한 열팽창율을 갖도록 질화 알루미늄계 기반의 서셉터 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 높은 체적저항의 플레이트와 이를 지지하기에 적합한 저열전도 샤프트를 포함하는 신규 서셉터의 접합 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 650℃ 이상 고온 처리 공정에서도 높은 기계적 특성을 갖는 서셉터 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 서셉터 구조 및 접합 구조를 제조하는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼 안착을 위한 플레이트 및 상기 플레이트에 결합된 샤프트를 포함하는 서셉터에 있어서, 상기 플레이트 및 상기 샤프트는 각각 AlN상이 90 wt% 이상인 소결체를 포함하고, 상기 플레이트의 소결체는 650 ℃에서 체적저항이 5*108 Ω·cm 이상인 마그네슘 함유 AlN 소결체이고, 상기 샤프트의 소결체는 열전도도가 100 W/mK이하인 AlN 소결체인 것을 특징으로 하는 서셉터를 제공한다.
본 발명에서 상기 플레이트의 소결체는 마그네슘을 MgO 환산으로 0.5~3.0 wt%함유할 수 있다. 또한, 상기 플레이트의 소결체는 티타늄을 TiO2 환산으로 0.05~0.5 wt%함유할 수 있다.
본 발명에서 상기 서셉터는 상기 플레이트와 상기 샤프트 사이에 개재된 완충 부재를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 완충 부재는 소결체 중 AlN상이 90 wt% 이상일 수 있고, 이트륨을 Y2O3 환산으로 3~8 wt% 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 완충 부재는 블랭킷, 링 또는 원형일 수 있다.
본 발명에서 상기 플레이트, 상기 완충 부재 및 샤프트의 소결체의 AlN 입자의 평균 입경을 각각 제1 평균 입경, 제2 평균 입경, 제3 평균 입경이라 할 때, 제1 평균 입경 < 제2 평균 입경 < 제3 평균 입경의 관계가 성립할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 마그네슘 함유 AlN 소결체의 플레이트, 이트륨 함유 AlN 가소결체 또는 소결체로 된 완충 부재 및 열전도도가 100 W/mK이하인 AlN 소결체의 샤프트의 적층 구조를 제공하는 단계; 및 상기 적층 구조를 소결하는 단계를 포함하는 서셉터의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 적층 구조 제공 단계에서, 상기 완충 부재는 AlN 소결체이고, 상기 플레이트와 상기 완충 부재는 일체로 소결된 상태로 제공될 수 있다.
이 때, 상기 플레이트의 소결체는 마그네슘을 MgO 환산으로 0.5~3.0 wt% 함유하고, 티타늄을 TiO2 환산으로 0.05~0.5 wt% 함유할 수 있다.
본 발명의 상기 적층 구조 제공 단계에서, 상기 완충 부재는 이트륨을 Y2O3 환산으로 3~8 wt% 포함할 수 있다.
또한, 상기 적층 구조 제공 단계에서, 상기 플레이트, 상기 완충 부재 및 샤프트의 소결체의 AlN 입자의 평균 입경을 각각 제1 평균 입경, 제2 평균 입경, 제3 평균 입경이라 할 때, 제1 평균 입경 < 제2 평균 입경 < 제3 평균 입경의 관계가 성립할 수 있다.
본 발명에 따르면, 650℃ 이상의 고온 반도체 처리 공정에서 높은 체적저항을 갖는 웨이퍼 지지 플레이트를 구비하는 서셉터 구조를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 서셉터 제조 공정과 반도체 처리 공정에서의 열처리 과정에서 플레이트와 샤프트가 유사한 열팽창율을 갖도록 하여 서셉터의 접합 구조에 발생하는 열응력을 최소화 할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 높은 체적저항의 플레이트와 저열전도 샤프트 사이에 양호한 접합 구조를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 고온용 서셉터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 접합 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터의 접합 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4은 도 3a의 일부 영역의 단면을 모식적으로 확대 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 적층 구조를 도시하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 적층 접합체의 단면을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 적층 접합체의 접합 계면을 촬영한 단면 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 '적층'이란 각 층의 상대적인 위치 관계를 규정하는 의미로 사용된다. 'A층 상의 B층'이란 표현은 A층과 B층의 상대적인 위치 관계를 표현하는 것으로 A층와 B층이 반드시 접촉할 것을 요하지 않으며 그 사이에 제3의 층이 개재될 수 있다. 비슷하게, 'A층과 B층 사이에 C층이 개재'되었다는 표현도 A층과 C층 사이 또는 B층과 C층 사이에 제3의 층이 개재되는 것을 배제하지 않는다.
도 2는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터(100)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 2를 참고하면, 플레이트(110)의 일면에 샤프트(120)가 결합되어 있다.
도 2에서 상기 플레이트(110) 및 샤프트(120)는 각각 세라믹 소결체를 포함한다. 바람직하게는 본 발명에서 각각의 소결체는 질화 알루미늄(AlN)을 주상으로 하는 소결체를 포함할 수 있다. 본 발명의 명세서에서 소결체는 각 부품의 모재(母材, base material) 부분을 지칭한다. 예를 들어, 플레이트는 표면에 부착되거나 내부에 설치되는 금속 열선이나 금속 메쉬 망과 같은 개재 요소들(inclusions)을 더 포함할 수 있지만, 본 발명의 명세서에서 플레이트의 소결체란 이와 같은 상이한 요소를 제외하고 균질부인 모재 부분을 지칭한다.
본 발명의 소결체에서 AlN상은 AlN 결정 구조를 갖는 상을 말하며, 여기에는 미량의 불순물이 AlN 결정 구조 내에 치환형(substitutional) 또는 침입형(interstitial)으로 고용된 상태를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 명세서에서 질화 알루미늄 소결체는 AlN 상을 주상으로 하지만 AlON상(즉 Al23O27N5)을 일부 포함할 수 있다. 본 발명에서 AlON상은 AlN 분말 내에 함유된 미량의 산소 또는 인위적으로 첨가한 Al2O3로부터 유래할 수 있다.
AlN상과 관련하여 설명한 바와 마찬가지로, AlON상은 그 결정 구조를 유지한 채 미량의 불순물이 결정 구조 내에 치환형(substitutional) 또는 침입형(interstitial)으로 고용된 것도 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 소결체는 AlN과 AlON 상 외에 추가적인 상을 포함할 수 있다. 추가적인 상들은 소결 조제의 첨가에 주로 기인한다. 예컨대, MgO를 소결 조제로 하는 경우 MgO나 이로부터 유래하는 2차상으로 MgAl2O4 또는 Mg-Al-O-N과 같은 스피넬상을 포함할 수 있다.
본 발명의 서셉터를 구성 콤포넌트들 예컨대, 플레이트나 샤프트, 부가적으로 완충부재는 AlN상을 주상으로 한 소결체일 수 있다. 이 때 이들 콤포넌트들에서 AlN상의 함량은 90wt% 이상, 92wt% 이상, 또는 95wt% 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 플레이트(110) 및 샤프트(120)는 AlN 상을 주상으로 포함하는 소결체를 포함하는 점에서 공통되지만, 구체적인 조성 및 속성을 달리한다.
본 발명에서 소결체의 구체적인 조성은 각 부품의 특성에 맞추어 조율될 수 있다. 예컨대, 상기 플레이트(110)는 높은 고온 체적저항을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 플레이트의 열손실을 억제하기 위해 샤프트(120)는 낮은 열전도성을 가질 필요가 있다. 따라서, 상기 플레이트(110) 및 샤프트(120)는 상이한 조성을 가지도록 설계될 수 있다.
본 발명에서 플레이트(110)는 마그네슘을 함유하는 질화 알루미늄 소결체일 수 있다. 또한, 플레이트 소결체는 Ti을 더 포함할 수 있다. 첨가된 Mg이나 Ti은 질화알루미늄 소결체의 입계와 입내 저항을 크게 향상시켜 650℃ 고온공정에서 활용 가능한 ≥0.5E9 Ω·cm 수준의 체적저항을 가질 수 있게 한다. 본 발명에서 플레이트의 체적저항은 650℃에서 0.5E9 Ω·cm 이상, 0.8E9 Ω·cm 이상, 1.0E9 Ω·cm 이상, 5.0E9 Ω·cm 이상일 수 있다.
이것은 다음에 설명하는 메커니즘에 의해 설명될 수 있다. 물론 본 발명은 명세서에서 설명되지 않은 다른 메커니즘에 의해 설명될 수도 있을 것이다.
소결조제로 첨가된 MgO는 AlN 원료분말에 포함된 산소와 반응하여 Mg 스피넬과 같은 화합물을 형성한다. 이에 따라, AlN 격자 구조 내에 고용되는 산소의 함량은 감소한다. AlN 격자 구조 내에 고용된 불순물로서의 산소 함량이 감소하게 되면, AlN 격자 구조에서 산소의 격자 내 고용으로 발생한 알루미늄 공공(vacancy)이 감소하게 되며, 이에 따라 체적저항은 증가하게 된다. 한편, 첨가된 Mg의 첨가에 의해 형성 가능한 Mg 화합물, 예컨대 MgO 또는 MgAl2O4는 높은 체적저항을 갖는다. 따라서, Mg 화합물의 석출은 체적저항에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 낮다.
한편, 소결조제로 첨가된 TiO2는 AlN 격자 내부의 알루미늄 공공과 결합하여 격자 내의 알루미늄 공공이 이온 전도에 기여하지 못하도록 한다. 이에 따라 AlN 입자의 체적저항은 증가하게 된다.
한편, MgO 첨가에 의해 AlN 소결체의 열전도율은 감소한다. 이것은 MgO의 첨가로 석출되는 스피넬 등의 입계상이 갖는 낮은 열전도율에 기인할 수 있다. 그러나, 650℃ 이상의 고온의 동작 환경에서는 플레이트는 고온 환경에 그대로 노출되므로, AlN 소재의 열전도율이 감소하여 AlN 조성 간 열전도율의 격차는 점점 감소하므로, 열전도율은 설계상 주요한 인자로 작용하지 않게 된다.
본 발명에서 MgO 및 TiO2의 첨가는 유효한 영향을 나타내는 최소한의 한도 이상으로 첨가되어야 하고, 첨가량이 증가함에 따라 포화 상태에 이를 수 있으므로, 적정량이 첨가되어야 한다.
예시적으로, 본 발명에서 상기 플레이트(110) 소결체에서 마그네슝의 함량은 MgO 환산 기준으로 0.1 wt% 이상, 0.5 wt% 이상 또는 1.0 wt% 이상 포함될 수 있고, 3.0wt% 이하, 2.5 wt% 이하, 2.4 wt% 이하, 2.3 wt% 이하, 2.2 wt% 이하, 2.1 wt% 이하, 또는 2.0 wt% 이하 포함될 수 있다.
또한, 상기 플레이트(110) 소결체에서 Ti 함량은 TiO2 기준으로 0.05 wt% 이상, 0.1 wt% 이상, 0.15 wt% 이상, 또는 0.2 wt% 이상 포함될 수 있다. 또한, 소결체 중의 Ti 함량은 0.5 wt% 이하, 0.4 wt% 이하, 0.3 wt% 이하, 0.25 wt% 이하 포함될 수 있다.
본 발명에서 샤프트(120)는 저열전도의 AlN 소결체로 구성된다.
본 발명에서 상기 샤프트(120)는 상온에서 70~100 W/m·K의 열전도율을 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 샤프트(120)는 550 ℃의 온도에서 35~65 W/m·K, 650 ℃의 온도에서 30~60 W/m·K의 열전도율을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서 서셉터를 구성하는 플레이트, 완충 부재 및 샤프트의 예시적인 열전도율 범위는 다음 표 1과 같다.
구분 열전도도 열전도율
(@RT)		 열전도율
(@550℃)		 열전도율
(@650℃)
플레이트 열전도도
(W/mK)		 50~80 25~55 20~50
완충부재 160~190 55~85 45~75
샤프트 70~100 35~65 30~60
본 발명에서 저열전도의 AlN 소결체는 소결조제의 첨가량을 제어함으로써 달성될 수 있다. AlN 격자 내부에 고용된 산소는 AlN의 열전도율을 낮춘다. 그러므로, 소결조제로 알려진 Ca, Mg와 같은 알칼리 토류 금속, 이트륨(Y)과 같은 희토류 금속, Ti과 같은 전이 금속의 함량을 억제하면 격자 내에 산소, 공공과 같은 포논 산란 요소를 유지할 수 있고, 저열전도의 AlN 소결체를 제조할 수 있다. 예시적으로, 샤프트는 2wt% 이하의 이트리아를 소결조제로 포함하는 AlN 소결체일 수 있으며, 이트리아와 같은 소결 조제의 함량에 의해 열전도율이 제어될 수 있다.
다른 방편으로, Al2O3의 첨가와 같이 AlN 내부에 인위적으로 불순물의 도입하는 것을 고려할 수도 있을 것이다. 다만, 이러한 불순물은 AlON상의 과도한 생성을 초래할 수 있으며, 그로 인해 샤프트와 플레이트의 열팽창율의 불일치를 초래할 수 있다.
다른 예로, 상기 샤프트는 소결체 중 개별 금속 원소의 함량은 1000 ppm 이하로 유지될 수 있다. 이 경우 매우 낮은 열전도율의 샤프트가 구현될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터(100)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 서셉터 구조와 달리, 도 3a 내지 도3c의 서셉터 구조는 완충 부재(130A, 130B)를 더 포함하고 있다. 본 발명에서 완충 부재(130A, 130B)는 플레이트(110) 및 샤프트(120)와 마찬가지로 AlN 소결체에 의해 구현될 수 있다.
상기 완충 부재(130A, 130B)는 AlN 소결체의 소결 온도에서 최소한 국부적으로 액상의 형성이 가능한 소결조제를 포함한다. 예컨대, 본 발명에서 액상 형성 가능한 소결조제는 희토류 산화물일 수 있다. 바람직하게 상기 소결조제는 Y2O3일 수 있다. 이와 같은 소결 온도에서 생성된 액상은 완충 부재와 플레이트 및 샤프트 사이의 계면을 유동하여 접합을 용이하게 할 수 있다.
본 발명에서 상기 완충 부재(130)의 소결체는 소결 조제로 이트륨 금속을 Y2O3 환산 기준으로 3 wt% 이상, 3.5% 이상 또는 4 wt% 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 소결체는 소결조제로 8 wt% 이하, 7 wt% 이하, 6 wt% 이하 또는 5 wt% 이하의 Y2O3를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 완충 부재의 소결체는 이트륨과 같은 희토류 소결 조제의 첨가에 의해 Y2O3, YAG, YAP 또는 YAM과 같은 추가적인 상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 완충 부재의 소결체는 AlN상의 입계 또는 삼중점 등에 존재하는 비정질상을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 완충 부재(130A, 130B)는 도 3a에 도시된 바와 같이 샤프트의 접촉면의 형상을 추종하는 링 형상이거나 도 3c와 같은 원형일 수 있다. 이와 달리 도 3b에 도시된 바와 같이 플레이트의 형상을 추종하여 플레이트의 면을 덮는 블랭킷(blanket) 형상 일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 플레이트(110), 샤프트(120) 및 완충 부재(130A, 130B)는 모두 AlN 상 기반의 소재이다. 따라서, 이들 소재 간의 열팽창율 차는 최대한 억제될 수 있다.
도 4는 도 3a에서 접합 부분(B) 근처의 소결체의 미세 구조를 모식적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 샤프트(120), 완충 부재(130) 및 플레이트(110)는 각기 다른 평균 입경의 그레인으로 구성되어 있다. 예시적으로, 상기 샤프트(120)측 그레인의 평균 입경은 상기 플레이트(110)측 그레인의 평균 입경보다 크고, 완충 부재(130)를 이루는 그레인의 평균 입경은 그 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서 '그레인(grain)'이란 소결체를 구성하는 결정 입자를 말하며, 경우에 따라 '입자'로도 불리울 수 있다. 또한, 명세서에서 '질화 알루미늄 그레인'이란 AlN 상 및/또는 AlON 상으로 된 결정 입자를 말한다. 전술한 바와 같이, AlN 상은 순수한 AlN 뿐 아니라 AlN 결정 구조를 유지한 채 미량의 불순물이 AlN 결정 구조 내에 치환형(substitutional) 또는 침입형(interstitial)으로 고용된 상태를 포함한다. AlON 상도 마찬가지이다.
본 발명에서 소결체를 구성하는 그레인의 입자 크기(grain size) 또는 평균 입경은 측정 면적을 설정하여 면적 내의 그레인 개수를 카운트하여 Grain Size number를 결정하는 ASTM E112 규격에 따라 산출할 수 있다. 또 이와 달리 Image Analyzer Software를 활용하여 Intercept method, Planimetric method, Planimetric method-Classification 방식에 의해 평균 Grain Size를 분석 프로그램으로 산출 가능할 수도 있다.
상기 플레이트 소결체는 고온에서의 기계적 강도 향상을 위하여 구성 입자의 그레인의 크기(Grain size)가 작은 것이 바람직하다. 한편, 본 발명에서 상기 샤프트는 소결 조제를 가급적 배제한 채 소결되므로 보다 고온의 소결 온도가 요구된다. 이에 따라, 샤프트 소결체는 플레이트 소결체 보다 큰 그레인 크기를 가질 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 완충 부재 소결체는 플레이트 소결체와 샤프트 소결체의 중간 정도의 그레인 크기를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 샤프트측 그레인의 평균 입경은 예컨대 10μm 이상이고, 상기 플레이트측 그레인의 평균 입경은 3μm 이하일 수 있다. 이 때, 상기 완충 부재측 그레인의 평균 입경은 4~9 μm일 수 있다.
다른 예로, 상기 샤프트측 그레인의 평균 입경은 5μm 초과이고, 상기 플레이트측 그레인의 평균 입경은 1μm 미만일 수 있다. 이 때, 상기 완충 부재측 그레인의 평균 입경은 1~5 μm일 수 있다. 또 다른 예로, 상기 완충 부재는 5~9 μm의 그레인 평균 입경을 가질 수 있고, 상기 샤프트측 그레인은 10μm이상, 플레이트측 그레인은 4μm 이하의 평균 입경을 가질 수 있다. 본 발명에서 상기 샤프트측 그레인의 평균 입경은 바람직하게는 30μm 미만일 수 있다.
이상 샤프트측 그레인의 평균 입경이 플레이트측 그레인의 평균 입경보다 큰 경우를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 샤프트측 그레인의 평균 입경은 플레이트측 그레인의 평균 입경보다 작은 값을 가질 수 있다. 룰론, 이 경우에도 완충 부재(130)을 이루는 그레인의 평균 입경은 상기 샤프트측 그레인의 평균 입경과 플레이트측 그레인의 평균 입경 사이의 값을 갖는다.
본 발명에서 소결체의 그레인의 입자 크기는 출발 원료의 입자 크기를 달리함으로써 제어될 수도 있을 것임은 물론이다.
도 5a 내지 도 5c는 완충 부재를 포함하는 적층 구조를 제조하는 본 발명의 다양한 실시예를 보여주는 모식도이다.
도 5a를 참조하면, 플레이트(110) 및 샤프트(120) 사이에 완충 부재(130)가 배치되어 있다. 이 구조는 전술한 구조와 유사하다. 여기서, 완충 부재(130)는 판 형태의 질화 알루미늄 소결체일 수 있다. 이와 같이 판 형태의 소결체를 사용함으로써 추가의 바인더 없이 플레이트(110)/완충 부재(130)/샤프트(120)의 적층 구조가 제조될 수 있다. 도 5a와 같이 적층된 구조체는 핫 프레스와 같은 접합에 의해 일체로 형성될 수 있다.
한편, 도 5b는 플레이트(110)/완충 부재(130)/샤프트(120)의 적층 구조에서 플레이트(110)/완충 부재(130) 사이 및 완충 부재(130)/샤프트(120) 사이에 추가의 접합제층(132, 134)이 부가된 적층 구조를 보여주고 있다. 이 때, 추가된 접합제층은 플레이트(110)/완충 부재(130)/샤프트(120)의 접합을 용이하게 하기 위한 세라믹 바인더 또는 세라믹 페이스트일 수 있다. 도 3b와 같은 적층 구조체를 소결함으로써 서셉터가 제조될 수 있다. 본 실시예에서 상기 세라믹 바인더 또는 세라믹 페이스트는 질화 알루미늄을 주 원료로 하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음, 도 5c는 플레이트(110)/완충 부재(130)/샤프트(120)의 적층 구조에서 샤프트(120)/완충 부재(130) 사이에 추가적인 접합제층(136)이 부가된 적층 구조를 보여주고 있다. 이 추가된 접합제층은 완충 부재(130)/샤프트(120)의 접합을 용이하게 하기 위한 세라믹 바인더 또는 세라믹 페이스트일 수 있다. 본 실시예의 구조는 플레이트/완충 부재를 동시 소성함으로써 접합제층이 부가되지 않은 구조의 적층 구조물을 우선 제조하고, 제조된 구조물을 접합제층을 이용하여 샤프트와 접합함으로써 최종 결과물을 얻는 방식으로 제조될 수 있다.
도 5b 및 도 5c와 관련하여 설명한 본 발명의 접합제층(132, 134, 136)은 완충부재(130)의 존재로 인하여 매우 얇은 두께로 도포될 수 있다.
<실시예 1>
소결 조제의 종류 및 함량을 달리하면서 AlN 소결체를 1700~1900℃의 온도에서 제조하였다. AlN 분말로는 도쿠야마사의 AlN 분말을 사용하였다. AlN 분말의 금속 불순물 및 산소 함량은 다음 표 2와 같다.
불순물 성분 Ca Si Fe C O
함량 ≤100 ppm ≤30 ppm ≤15 ppm ≤600 ppm ≤1wt%
제조된 소결체 샘플의 소결 조제 배합 조성, 소결 온도 및 소결체의 평균 입경은 다음 표 3과 같다.
구분 MgO TiO2 Y2O3 소결온도
(소결방법)		 평균 입경(μm)
#1 1~3 wt% 0.1~0.5 wt% - 1700~1800 ℃
(핫 프레스)		 ≤3
#2 0 wt% 0 wt% - 1800~1900 ℃
(상압소결)		 10.71
#3 - - 4.75 wt% 1700~1800 ℃(핫 프레스) 4.9
제조된 샘플의 체적저항과 열전도율을 측정하여 표 3에 나타내었다. 체적저항과 열전도율 측정 조건은 다음과 같다.
체적저항 : 소결체를 직경 40mm, 두께 1mm가 되도록 시편을 제작하고, 전극 형상을 주전극 직경 20mm, 보호 전극 직경 32mm(내경), 38mm(외경)로 하며, 인가 전계를 기준으로 100V/mm가 되도록 인가 전압을 설정하였으며, 전압 인가 시간을 60초를 유지한 후 얻어진 체적저항값을 기록함.
열전도율 측정 방법: 레이저 플래쉬법으로 소결체에 대한 열확산 계수를 산출하였다. 산출된 열확산 계수를 이용하여, '밀도Х비열Х확산계수= 열전도율(W/mK)' 수식에 의하여 열전도율을 도출하였다.
구분 체적저항 @RT
(Ωcm)		 체적저항 @550℃
(Ωcm)		 체적저항 @650℃
(Ωcm)		 열전도율
(@RT, W/mK)
#1 4*1015 3*1011 6*109 67
#2 8*1013 5*107 3*106 84
#3 3*1015 1*109 8*107 176
<실시예 2>
실시예 1의 #1 조성의 배합 원료 분말로 성형체를 제조하였다. 이 성형체 위에 실시예 1의 #3 조성의 배합 원료 분말로 된 성형체를 적층하였다. 적층된 성형체를 핫 프레스에 의하여 1700~1800℃의 온도에서 소결하였다.
도 6은 소결된 소결체의 단면을 도시한 도면이다. 도 6의 사진에서 하부의 플레이트 내부에는 발열체 및 메쉬 전극이 내장된 모습을 확인할 수 있다.
<실시예 3>
실시예 2에 의해 제조된 적층 구조의 소결체를 Y2O3 함유 소결체의 표면에 접합제 페이스트를 60μm(범위: 50~70μm)의 두께로 도포하였다. 이 때, 접합제 페이스트는 AlN 베이스에 Al2O3, CaO 및 Y2O3를 첨가한 조성을 사용하였다.
접합제가 도포된 면에 저열전도도 샤프트 소결체를 적층한 후 별도의 지그로 적층 부위를 가압하면서 접합 공정을 수행하였다. 접합은 1650℃~1780℃의 온도에서 수행하였다. 도 7은 제조된 적층 접합체의 접합 계면을 촬영한 단면 사진이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 플레이트
120 샤프트
130A, 130B 완충 부재
132, 134, 136 접합제층

Claims (14)

  1. 웨이퍼 안착을 위한 플레이트 및 상기 플레이트에 결합된 샤프트를 포함하는 서셉터에 있어서,
    상기 플레이트 및 상기 샤프트는 각각 AlN상이 90 wt% 이상인 소결체를 포함하고,
    상기 플레이트의 소결체는 650 ℃에서 체적저항이 5*108 Ω·cm 이상인 마그네슘 함유 AlN 소결체이고,
    상기 샤프트의 소결체는 상온 열전도도가 100 W/mK이하인 AlN 소결체인 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 소결체는 마그네슘을 MgO 환산으로 0.5~3.0 wt%함유하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플레이트의 소결체는 티타늄을 TiO2 환산으로 0.05~0.5 wt%함유하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트와 상기 샤프트 사이에 개재된 완충 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 완충 부재는 소결체 중 AlN상이 90 wt% 이상인 것을 특징으로 하는 서셉터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 완충부재는 이트륨을 Y2O3 환산으로 3~8 wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 완충 부재는 블랭킷, 링 또는 원형인 것을 특징으로 하는 서셉터.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트, 상기 완충 부재 및 샤프트의 소결체의 AlN 입자의 평균 입경을 각각 제1 평균 입경, 제2 평균 입경, 제3 평균 입경이라 할 때,
    제1 평균 입경 < 제2 평균 입경 < 제3 평균 입경의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  9. 마그네슘 함유 AlN 소결체의 플레이트, 이트륨 함유 AlN 가소결체 또는 소결체로 된 완충 부재 및 열전도도가 100 W/mK이하인 AlN 소결체의 샤프트의 적층 구조를 제공하는 단계; 및
    상기 적층 구조를 소결하는 단계를 포함하는 서셉터의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적층 구조 제공 단계에서,
    상기 완충 부재는 AlN 소결체이고,
    상기 플레이트와 상기 완충 부재는 일체로 소결된 상태로 제공되는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 플레이트의 소결체는 마그네슘을 MgO 환산으로 0.5~3.0 wt%함유하는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 적층 구조 제공 단계에서,
    상기 완충 부재는 이트륨을 Y2O3 환산으로 3~8 wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 플레이트의 소결체는 티타늄을 TiO2 환산으로 0.05~0.5 wt% 함유하는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 적층 구조 제공 단계에서,
    상기 플레이트, 상기 완충 부재 및 샤프트의 소결체의 AlN 입자의 평균 입경을 각각 제1 평균 입경, 제2 평균 입경, 제3 평균 입경이라 할 때,
    제1 평균 입경 < 제2 평균 입경 < 제3 평균 입경의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 서셉터의 제조 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002220282A (ja) * 2001-01-24 2002-08-09 Tokuyama Corp 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法
JP4311922B2 (ja) 2002-10-03 2009-08-12 住友電気工業株式会社 セラミックス接合体、ウエハ保持体及び半導体製造装置
KR20140132903A (ko) * 2013-05-09 2014-11-19 주식회사 미코 세라믹 히터 및 이를 제조하는 방법
JP2020521706A (ja) * 2017-06-30 2020-07-27 ミコ セラミックス リミテッド 窒化アルミニウム焼結体およびこれを含む半導体製造装置用部材

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3347862C2 (ko) * 1982-09-17 1988-05-11 Tokuyama Soda K.K., Tokuyama, Yamaguchi, Jp
US4877760A (en) * 1985-05-22 1989-10-31 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Aluminum nitride sintered body with high thermal conductivity and process for producing same
US5677253A (en) * 1995-03-30 1997-10-14 Kyocera Corporation Wafer holding member
JP4641569B2 (ja) 1998-07-24 2011-03-02 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム質焼結体、耐蝕性部材、金属埋設および半導体保持装置
US6444957B1 (en) * 2000-04-26 2002-09-03 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd Heating apparatus
KR20030072324A (ko) * 2001-07-09 2003-09-13 이비덴 가부시키가이샤 세라믹 히터 및 세라믹 접합체
JP4386606B2 (ja) 2001-11-08 2009-12-16 日本碍子株式会社 支持装置の製造方法
JP2003226580A (ja) 2001-11-26 2003-08-12 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム質セラミックスおよび半導体製造用部材
JP4482472B2 (ja) 2005-03-24 2010-06-16 日本碍子株式会社 静電チャック及びその製造方法
JP4987238B2 (ja) * 2005-03-25 2012-07-25 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム焼結体、半導体製造用部材及び窒化アルミニウム焼結体の製造方法
EP2834839A4 (en) 2012-02-29 2016-03-30 Oasis Materials Corp TRANSIENT LIQUID PHASE, NON-PRESSURE ASSEMBLY OF ALUMINUM NITRIDE COMPONENTS
JP6697363B2 (ja) 2015-10-30 2020-05-20 日本碍子株式会社 半導体製造装置用部材、その製法及びシャフト付きヒータ
JP7213710B2 (ja) 2018-03-23 2023-01-27 日本碍子株式会社 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法
KR102292855B1 (ko) * 2018-03-26 2021-08-25 엔지케이 인슐레이터 엘티디 웨이퍼 지지대

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002220282A (ja) * 2001-01-24 2002-08-09 Tokuyama Corp 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法
JP4311922B2 (ja) 2002-10-03 2009-08-12 住友電気工業株式会社 セラミックス接合体、ウエハ保持体及び半導体製造装置
KR20140132903A (ko) * 2013-05-09 2014-11-19 주식회사 미코 세라믹 히터 및 이를 제조하는 방법
JP2020521706A (ja) * 2017-06-30 2020-07-27 ミコ セラミックス リミテッド 窒化アルミニウム焼結体およびこれを含む半導体製造装置用部材

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