KR20020092929A

KR20020092929A - 카본함유 질화알루미늄 소결체, 및 반도체제조ㆍ검사장치용 세라믹기판

Info

Publication number: KR20020092929A
Application number: KR1020027008340A
Authority: KR
Inventors: 히라마쯔야스지; 이또야스따까
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2002-12-12
Also published as: EP1440957A3; EP1254874A1; EP1440957A2; WO2001047831A1; EP1254874A4

Abstract

본 발명의 목적은, 200℃ 이상 (예컨대 500℃ 부근) 의 고온영역에서의 체적저항율이 적어도 1×10⁸Ωㆍ㎝ 이상으로 충분히 크기 때문에, 단락이 발생하지 않고, 또 은폐성, 대복사열량 및 서모뷰어에 의한 측정정밀도를 보증할 수 있는 카본함유 질화알루미늄 소결체를 제공하는 것에 있고, 본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체는, 질화알루미늄으로 이루어지는 매트릭스 중에, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에 있어서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본을 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

카본함유 질화알루미늄 소결체, 및 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판{CARBON-CONTAINING ALUMINUM NITRIDE SINTERED COMPACT, AND CERAMIC SUBSTRATE FOR USE IN APPARATUS FOR MANUFACTURING AND INSPECTING SEMICONDUCTOR}

에칭장치나 화학적 증착(CVD) 장치 등을 포함하는 반도체 제조, 검사장치 등에서는 종래 스테인리스강이나 알루미늄합금 등의 금속제 기재를 사용한 히터나 웨이퍼 프로버 등이 사용되어 왔다.

그러나 금속제 히터에서는 온도제어특성이 나쁘고, 또 두께도 두꺼워지기 때문에 무겁고 부피가 커진다는 문제가 있으며, 부식성 가스에 대한 내식성도 나쁘다는 문제를 안고 있었다.

이에 대하여 일본 공개특허공보 평11-40330호 등에서는, 금속제의 히터 대신에 질화알루미늄 등의 세라믹을 사용한 히터가 개시되어 있다.

그러나 이 히터를 구성하는 기재인 질화알루미늄 자체는, 일반적으로 백색 또는 회백색이기 때문에 히터나 서셉터로는 바람직하지 않다. 오히려 흑색이 복사열량이 크기 때문에 이와 같은 용도에는 적합하고, 또 전극패턴의 은폐성이 높기 때문에 웨이퍼 프로버나 정전 척에는 특히 적합하였다. 또한 히터의 표면온도의 측정은 서모뷰어 (표면온도계) 로 실시되지만, 백색이나 회백색의 경우, 복사열도 측정되어 버리기 때문에, 정확한 온도측정이 불가능하였다.

이와 같은 요구에 따라 개발된 일본 공개특허공보 평9-48668호 등에 기재된 종래의 발명 중에는, 세라믹 기재 중에 X선회절 챠트상의 44∼45°위치에 피크가 검출되는 결정질 카본을 첨가한 것이 제안되어 있다.

본 발명은 핫플레이트, 정전 척, 웨이퍼 프로버 또는 서셉터 등의 구성용 재료로서 주로 반도체 산업에서 사용되는 질화알루미늄 소결체에 관한 것으로, 특히 전극 패턴 등의 은폐성과 고온에서의 체적저항율, 서모뷰어에 의한 온도측정 정밀도가 우수한 카본함유 질화알루미늄 소결체에 관한 것이다.

또 본 발명은 상기 질화알루미늄 소결체 등의 세라믹이 사용된, 주로 핫플레이트, 정전 척, 웨이퍼 프로버 등 반도체의 제조용이나 검사용 장치로서 사용되는 세라믹 기판에 관한 것으로, 특히 전극 패턴 등의 은폐성과 고온에서의 체적율저항, 서모뷰어에 의한 온도측정 정밀도가 우수한 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판에 관한 것이다.

도 1 은 실시예 1∼3 및 비교예1, 2 에서의 질화알루미늄 소결체의 온도와 체적저항율의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2 는 실시예 1 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 3 은 실시예 2 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타내는 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 4 는, (a) 는 정전 척을 대략적으로 나타낸 종단면도이고, (b) 는 (a) 에 나타낸 정전 척의 A-A 선의 단면도이다.

도 5 는 정전 척에 매설되어 있는 정전 전극의 다른 일례를 대략적으로 나타낸 수평단면도이다.

도 6 은 정전 척에 매설되어 있는 정전 전극의 다른 일례를 대략적으로 나타낸 수평단면도이다.

도 7 은 본 발명의 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판의 일례인 세라믹 히터를 대략적으로 나타낸 저면도이다.

도 8 은 도 7 에 나타낸 세라믹 히터를 대략적으로 나타낸 부분확대단면도이다.

도 9 는 실시예 1 및 실시예 3 에서의 질화알루미늄 소결체의 굽힘강도의 온도 의존성을 나타낸 그래프이다.

도 10 은 비교예 1 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 11 은 실시예 1 및 실시예 3 의 질화알루미늄 소결체에서의 열전도율의 온도의존성을 나타낸 그래프이다.

도 12 는 실시예 3 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 13 은 실시예 6 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 14 는 본 발명의 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판의 일례인 웨이퍼 프로버를 대략적으로 나타낸 단면도이다.

도 15 는 도 14 에 나타낸 웨이퍼 프로버를 대략적으로 나타낸 평면도이다.

도 16 은 도 14 에 나타낸 웨이퍼 프로버의 A-A 선의 단면도이다.

도 17 은 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 세라믹 기판을 갖는 웨이퍼 프로버의 제조공정의 설명도이다.

도 18 은 질화알루미늄 소결체로 이루어지는 세라믹 기판을 갖는 웨이퍼 프로버의 제조공정의 설명도이다.

도 19 는 실시예 7∼9 에서의 질화알루미늄 소결체의 온도와 체적저항율의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 20 은 실시예 7 및 9 에서의 질화알루미늄 소결체의 열전도율의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 21 은 실시예 7 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 22 는 실시예 8 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 23 은 실시예 9 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼이다.

도 24 는 실시예 19 에서의 세라믹 기판 성분의 온도와 체적율저항의 관계를 나타낸 그래프이다.

(도면의 주요부호에 대한 설명)

2 : 척 톱 도체층

3 : 질화알루미늄 기판 (세라믹 기판)

5 : 가드 전극

6 : 그라운드 전극

7 : 홈

8 : 공기흡인구멍

16, 17 : 도금 스루홀

19, 190, 191 : 외부단자 핀

20, 70, 80 : 정전 척

21, 71, 81 : 질화알루미늄 기판

22, 72, 82a, 82b : 척 양극 정전층

23, 73, 83a, 83b : 척 음극 정전층

41 : 발열체

180 : 대공 (袋孔)

발명의 상세한 설명

본 발명자들의 연구에 의하면, 특히 2θ=44∼45°위치에서 피크가 검출되는 결정성 카본을 함유하는 질화알루미늄 소결체로 만들어지는 세라믹 기판은, 고온 (예컨대 200℃ 이상) 에서의 체적저항율이 크게 저하되기 때문에, 가열시에 발열체 패턴 사이나 전극 패턴 사이에서 단락이 발생되는 경우가 있다.

그 이유는 다음과 같다. 질화알루미늄 소결체는, 고온에서 체적저항율이 저하됨과 동시에, 결정질 카본은, 금속결정에 유사한 결정구조를 갖고, 또한 고온에서의 전기도전성이 크기 때문에, 이 2 개의 특성이 상승적으로 서로 작용하여 상기와 같은 단락을 초래하는 것으로 생각된다.

따라서 본 발명자들은, 이와 같은 단락을 방지할 수 있는 체적저항율이 큰 소결체를 얻기 위해 연구를 계속하였다. 그 결과, 발명자들은, 카본의 고온에서의 체적저항율을 증대시키기 위해서는, 레이저 라만 스펙트럼 분석에서, 1580㎝^-1부근 및 1355 ㎝^-1부근의 양쪽에서 피크가 검출되는 결정성을 저하시킨 카본을 사용해야 한다는 것을 발견하였고, 본 발명을 완성시켰다. 본 발명에서, 피크는 헤일로(halos)를 포함 한다. 「1580㎝^-1부근」, 「1355㎝^-1부근」이라는 표현을 사용하였는데, 이것은 라만 시프트의 오차를 예상한 것으로, 1580㎝^-1부근, 1355㎝^-1부근에 출현하는 피크를 말한다.

여기에서 먼저 카본재료의 레이저 라만 스펙트럼 분석에 대하여 설명하기로 한다.

라만 스펙트럼이란, 라만 효과에 의해 나타나는 산란광의 스펙트럼을 말하고, 이 라만효과란 물질에 특정한 진동수의 단색광을 조사했을 때, 산란광에 그 조사된 광과는 다른 파장의 광이 포함되는 것을 말한다.

카본 재료에 소정 파장의 레이저광을 조사하면 라만효과가 발생되어, 레이저라만 스펙트럼이 관찰되지만, 이 라만 스펙트럼은, 결정 진동 등에 관련되어 발생되는 광이기 때문에, 그 재료의 결정성에 의존하는 파장의 스펙트럼을 검출할 수 있다.

특히, 결정성 카본 (그라파이트 등) 에서는, 1580㎝^-1부근에서 스펙트럼이 검출되고, 결정성 카본의 결정격자의 일부가 비정질화되어 있거나, 또는 결정성 카본에 비정질 카본이 혼입되면 1355㎝^-1부근에서도, 피크가 검출되게 된다. 따라서 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근의 양쪽에서 피크가 검출되는 카본은, 비교적 결정성이 낮은 카본이라고 할 수 있다.

1355㎝^-1부근의 피크에 대한 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비:I(1580)/I(1355) 가 클수록, 결정성이 높아진다.

1355㎝^-1부근의 피크는 비정질성을 나타내고, 이 절반 폭 (절반 전폭) 이 클수록 비정질성이 높아진다.

상술한 것처럼, 본 발명의 질화알루미늄 소결체에서는, 결정질과 비정질의 양쪽의 성질을 함께 갖는 카본을 함유시킴으로서, 질화알루미늄 소결체의 200℃ 이상의 고온영역에서의 체적저항율의 저하를 억제하고, 내부의 저항발열체 등의 단락을 방지함과 동시에, 질화알루미늄 소결체를 흑색화한다.

레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에 있어서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에서 피크가 검출되는 카본을 함유하는 질화알루미늄 소결체를 얻는 구체적인 방법으로는, 특별히 한정되지 않지만 다음의 방법이 바람직하다.

특히, 산가가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지를 세라믹 원료와 혼합하고, 이것을 성형한 후, 성형체를 불활성분위기 (질화가스, 아르곤가스) 하에서, 350℃ 이상의 온도에서 분해시키고 탄화시켜 열분해시킨다. 열분해시킨 후, 상기 성형체를 가열가압하여 질화알루미늄 소결체로 하는 것이다. 이와 같은 아크릴계 수지를 열분해시킨 카본은 비교적 결정성이 낮아지기 쉽고, 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하로 되기 쉽다.

이와 같은 아크릴계 수지를 사용함으로서, 결정성이 낮아지는 이유는 확실하지는 않다. 그러나, 산화가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지는, 열분해되기 어렵고, 카본화되기 어렵기 때문에, 아크릴계 수지의 비정질 골격이 잔존한 상태에서 탄화가 진행되는 것으로 추정하고 있다. 또한 산가가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지는, 열분해되기 어렵기 때문에 배합량을 원료분체에 대하여 2.5∼8 중량% 로 조정하는 것이 바람직하다. 상기 산가가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지는, -30℃∼-10℃ 의 Tg점을 갖는 것이 바람직하다. 또 중량평균 분자량은 10000∼50000 인 것이 바람직하다.

또 이 이외에도, 산가가 0.3∼1.0KOH㎎/g 의 아크릴계 수지를 세라믹원료와 혼합하고, 이것을 성형한 후, 불활성분위기 (질화가스, 아르곤가스) 하에서 350℃ 이상의 온도에서 분해시키고 탄화시켜 열분해시키는 방법도 있다. 열분해시킨 후, 가열가압하여 질화알루미늄 소결체로 하는 것이다.

이와 같은 아크릴계 수지를 열분해시킨 카본은, 결정성과 비정질성을 함께 갖는 카본으로 되기 쉬워, 그 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하기 쉽다.

이와 같은 아크릴계 수지를 사용함으로서, 결정성과 비정질성을 함께 갖는 카본이 얻어지는 이유는 확실하지 않다. 그러나, 산가가 0.3∼1.0KOH㎎/g 의 아크릴계 수지는, 열분해되기 쉽고, 카본화되기 쉽기 때문에, 아크릴계 수지의 비정질 골격을 절단하면서 탄화가 진행되기 때문에 결정성이 높아지기 쉽기 때문인 것으로 추정하고 있다. 또한 산가가 0.3∼1.0KOH㎎/g 의 아크릴계 수지는, 열분해되기 쉽기 때문에 배합량을 원료분말에 대하여 8∼20 중량% 로 조정하는 것이 바람직하다. 상기 산가가 0.3∼1.0KOH㎎/g 의 아크릴계 수지는, 40℃∼60℃ 의 Tg점을 갖는 것이 바람직하다. 또 중량평균 분자량은 10000∼50000 인 것이 바람직하다.

아크릴계수지는, 아크릴산, 아크릴산의 에스테르 중 어느 하나의 1종 및/또는 메타크릴산, 메타크릴산의 에스테르 중 어느 하나의 1종 이상으로 이루어지는 공중합체가 바람직하다.

이와 같은 아크릴계 수지의 시판품으로는, 교에이사 제조의 KC-600 시리즈가 있다. 이 시리즈는 산가가 10∼17 KOH㎎/g 인 것이 구비되어 있다.

또 미쯔이화학사 제조의 SA-545 시리즈도 있고, 이 시리즈의 바람직한 산가는 0.5∼1.0KOH㎎/g 이다.

본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체는, 레이저 라만 스펙트럼 분석에서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에서 피크가 검출되는 카본을 함유하고, 또한 25∼500℃ 에서의 체적저항율이 1×10⁸Ωㆍ㎝ 이상이 되는 새로운 물성을 갖는 소결체이기 때문에, 일본 공개특허공보 평9-48668호 등의 종래의 기술을 이유로 본 발명의 신규성, 진보성은 조금도 저해되지 않는다.

또한 일본 공개특허공보 평9-48668호에서는, 그라파이트를 사용하여도 되는 것이 기재되어 있지만, 결정성 그라파이트는 레이저 라만 스펙트럼에서는, 1580㎝^-1에만 피크가 출현하는 것으로, 일본 공개특허공보 평9-48668호에서는 X선회절로 분석되는 결정성이 높은 그라파이트로 생각되므로, 본 발명은 일본 공개특허공보 평9-48668호의 발명과는 완전히 다른 것이다.

본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체는, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에서 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하이어도 된다. 상기 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하이면, 결정성 카본의 함유비율이 작아지기 때문에, 200℃ 이상의 고온영역에서 높은 체적저항율을 충분히 유지할 수 있기 때문이다.

또 본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체는, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에서 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하는 것이어도 된다. 상기 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하면, 결정성 카본의 함유비율이 커지기 때문에,높은 파괴인성값 (2.5㎫m^1/2이상) 을 확보할 수 있기 때문이다. 높은 파괴인성값을 확보할 수 있는 이유는 확실하지는 않지만, 크랙의 진전을 결정성이 높은 카본으로 억제하는 것으로 추정하고 있다.

또한 고온에서의 열전도율의 저하를 억제하고자 하는 경우는, 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 는 1.0 이상인 것이 바람직하다. I(1580)/I(1355) 가 1.0 미만에서는, 비정질의 정도가 커지고, 고온에서의 열전도율이 저하되는 경우가 있기 때문이다. 피크강도비 I(1580)/I(1355) 를 너무 낮게 했을 때 열전도율이 저하되는 이유는 확실하지는 않지만, 아마 비정질의 카본이 입자계면에 개재되어 열의 전도를 저해하는 장벽이 되기 때문인 것으로 추정하고 있다. 또, 상기 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하는 경우에는, 고온영역에서 60W/mㆍk 이상의 높은 열전도율을 확보할 수 있다.

반대로 고온에서의 체적저항율을 저하시키는 경우에는, I(1580)/I(1355) 는 1.0 미만으로 하는 것이 바람직하다.

즉 어떠한 용도에 사용할 것인가에 의해, 질화알루미늄 소결체의 피크강도비를 조정하는 것이다.

본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체에 있어서는, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하고, 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전폭) 이 20㎝^-1이상인 것이 바람직하다. 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전폭) 이 20㎝^-1미만이면 역시 결정성이 높아지기 때문에, 200℃ 이상의 고온영역에서의 체적저항율의 저하를 충분히 억제할 수 없는 경우가 있다. 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭은, 40㎝^-1이상인 것이 보다 바람직하고, 45㎝^-1이상이 가장 적합하다.

본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체에 있어서, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에서 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본의 함유량은, 200∼5000 ppm 으로 하는 것이 바람직하다. 200ppm 미만에서는 흑색이라고는 할 수 없고, 명도가 N4 를 초과하는 것으로 되며, 한편 첨가량이 5000ppm 을 초과하면, 질화알루미늄 소결성이 저하되기 때문이다.

본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체에 있어서, 매트릭스를 구성하는 질화알루미늄 소결체는, 소결조제를 함유하는 것이 바람직하다. 그 소결조제로서는, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물, 희토류 산화물을 사용할 수 있고, 특히 CaO, Y₂O₃, Na₂O, Li₂O, Rb₂O 가 적합하다. 상기 소졀조제의 함유량으로는 0.1∼10 중량% 가 바람직하다. 또 알루미나를 첨가하여도 된다.

또 본 발명의 질화알루미늄 소결체는, 명도가 JIS Z 8721 의 규정에 의거하는 N4 이하인 것이 바람직하다. 이 정도의 명도를 갖는 것이 복사열량, 은폐성이 우수하기 때문이다. 또 이와 같은 소결체는, 서모뷰어에 의해 정확한 표면온도 측정이 가능해진다.

여기에서 명도의 N 은, 이상적인 흑의 명도를 0 으로 하고, 이상적인 백의 명도를 10 으로 하여, 이들의 흑의 명도와 백의 명도 사이에서, 그 색의 밝기의 지각이 등보도로 되도록 각 색을 10 분할하여, NO∼N10 의 기호로 표시한 것이다.

그리고 실제 측정은 N0∼N10 에 대응하는 색 표와 비교하여 실시한다. 이 경우의 소수점 첫자리는 0 또는 5 로 한다.

본 발명의 질화알루미늄 소결체의 기공율은 0 또는 5% 이하가 바람직하다.

고온에서의 열전도율의 저하, 휨의 발생을 억제할 수 있기 때문이다. 상기 기공율은 아르키메데스법에 의해 측정한다.

다음으로 본 발명의 질화알루미늄 소결체의 제조방법의 일례를 설명한다.

(1) 산가가 5∼17KOH㎎/g 인 아크릴계 수지와 매트릭스 성분이 되는 질화알루미늄 분말을 혼합한다. 혼합하는 분말의 바람직한 크기는, 평균입경으로 0.1∼5㎛ 정도의 작은 것이 좋다. 이것은 미세할수록 소결성이 향상되기 때문이다. 또한 카본의 첨가량은 소성시에 소실되는 분량을 고려하여 첨가한다.

또 상기 혼합물에는 추가로 전술한 산화이트륨 (이트리아 : Y₂O₃) 과 같은 소결조제를 첨가하여도 된다.

(2) 다음에 얻어진 분말혼합물을 몰드에 넣어 성형체로 하고, 이 성형체를 350℃ 이상에서 열분해하여 아크릴계 수지를 탄화한다.

상기의 (1) (2) 의 처리 대신에, 질화알루미늄 분말, 산화가 5∼17KOH㎎/g 인 아크릴계 수지 및 용매를 혼합하여 그린시트를 제작한 후 적층하고, 이 그린시트의 적층체를 300∼600℃ 에서 임시 소성함으로서, 본 발명에서 사용하는 카본으로 하여도 된다. 또한 용매로서는 α-테르피네올이나, 글리콜 등을 사용할 수 있다.

(3) 다음으로 아크릴계 수지를 탄화한 성형체, 또는 상기 그린시트의 적층체 (모두 임시 소성한 것) 를, 아르곤, 질소 등의 불활성분위기하에 1500∼1900℃, 80∼200㎏/㎠ 의 조건에서 가열, 가압하여 소결한다.

또한 소결온도가 1900℃ 에 가까울수록, 카본의 결정성이 높아지고, 피크강도비 I(1580)/I(1355) 가 커지므로, 소결온도로 피크강도비를 조정할 수 있다.

또한 상기 산가가 5∼17KOH㎎/g 인 아크릴계 수지 대신에, 산가가 0.3∼1.0KOH㎎/g 인 아크릴수지를 사용하는 경우도 동일한 방법으로 본 발명의 질화알루미늄 소결체를 제조할 수 있다.

본 발명의 질화알루미늄 소결체는, 분말혼합물을 몰드에 넣을 때에, 발열체가 되는 금속판이나 금속선 등을 분말혼합물 중에 매몰하거나, 적층하는 그린시트 중의 1장의 그린시트 상에 발열체가 되는 도체 페이스트층을 형성함으로서, 질화알루미늄 소결체를 기판으로 하는 세라믹 히터를 제조할 수 있다.

또 소결체를 제조한 후, 그 소결체의 표면 (저면) 에 도체 페이스트층을 형성하고, 소성함으로서 상기 저면에 발열체를 형성할 수도 있다.

또한 이 세라믹 히터의 제조시에는, 발열체 또는 정전 척 등의 전극 형상으로 되도록, 상기 성형체의 내부에 금속판 등을 매설하거나, 그린시트 상에 도체 페이스트층을 형성함으로서, 핫플레이트, 정전 척, 웨이퍼 프로브, 서셉터 등을 제조할 수 있다.

각종 전극이나 발열체를 제작하기 위한 도체 페이스트로서는 특별히 한정되지 않지만, 도전성을 확보하기 위한 금속입자 또는 도전성 세라믹이 함유되어 있는 것 이외에, 수지, 용제, 증점제 등을 함유하는 것이 바람직하다.

상기 금속입자로서는, 예컨대 귀금속 (금, 은, 백금, 파라듐), 납, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈 등이 바람직하다. 이들은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. 이들의 금속은 비교적 산화되기 어렵고, 발열되기에 충분한 저항값을 갖기 때문이다.

상기 도전성 세라믹으로는, 예컨대 텅스텐, 몰리브덴의 탄화물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.

이들 금속입자 또는 도전성 세라믹 입자의 입경은, 0.1∼100㎛ 가 바람직하다. 0.1㎛ 미만으로 너무 미세하면 산화되기 쉽고, 한편 100㎛ 를 초과하면 소결되기 어려워져 저항값이 커지기 때문이다.

상기 급속입자의 형상은, 구상 또는 인상(鱗狀)이어도 된다. 이들의 금속입자를 사용하는 경우, 상기 구상입자와 상기 인상입자의 혼합물이어도 된다.

상기 금속입자가 인상입자, 또는 구상입자와 인상입자의 혼합물인 경우는, 금속입자간의 금속산화물을 유지하기 쉬워져, 발열체 (12) 와 질화물과 같은 세라믹과의 밀착성을 확실하게 하고 또한 저항값을 크게 할 수 있기 때문에 유리하다.

도체 페이스트에 사용되는 수지로는, 예컨대 에폭시수지, 페놀수지 등을 들 수 있다. 또 용제로는 예컨대 이소프로필알코올 등을 들 수 있다. 증점제로는 셀룰로오스 등을 들 수 있다.

발열체용의 도체 페이스트를 소결체의 표면에 형성할 때에는, 도체 페이스트 중에 금속입자 외에 금속산화물을 첨가하고, 금속입자와 금속산화물을 소결시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 금속산화물을 금속입자와 함께 소결시킴으로서, 질화알루미늄 소결체와 금속입자를 밀착시킬 수 있다.

금속산화물을 혼합함으로서 질화알루미늄 소결체와 밀착성이 개선되는 이유는 확실하지는 않지만, 금속입자표면이나 질화알루미늄 소결체의 표면은, 약간 산화되어 산화막이 형성되어 있고, 이 산화막들이 소결되고 금속산화물을 통하여 서로 일체화되어, 금속입자와 질화물 세라믹이 밀착되는 것으로 추정된다.

상기 산화물로는, 예컨대 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소 (B₂O₃), 알루미나, 이트리아 및 티타니아로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

이들 산화물은 발열체의 저항값을 크게 하지 않고, 금속입자와 질화물 세라믹의 밀착성을 개선할 수 있기 때문이다.

상기 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소 (B₂O₃), 알루미나, 이트리아, 티타니아의 비율은, 금속산화물의 전량을 100 중량부로 한 경우, 중량비로 산화납이 1∼10, 실리카가 1∼30, 산화붕소가 5∼50, 산화아연이 20∼70, 알루미나가 1∼10, 이트리아가 1∼50, 티타니아가 1∼50 으로, 그 중량비의 합계가 100 중량부를 초과하지 않는 범위에서 조정되어 있는 것이 바람직하다.

이들 범위에서 이들의 산화물의 양을 조정함으로서, 특히 질화알루미늄 소결체와의 밀착성을 개선할 수 있다.

상기 금속산화물의 금속입자에 대한 첨가량은 0.1 중량% 이상 10 중량% 미만이 바람직하다. 또 이와 같은 조성의 도체 페이스트를 사용하여 발열체를 형성했을 때의 면적저항율은 1∼45mΩ/?가 바람직하다.

면적저항율이 45mΩ/?을 초과하면, 인가전압량에 대하여 발열량이 너무 커져, 표면에 발열체 (12) 를 형성한 질화알루미늄 기판에서는, 그 발열량을 제어하기 어렵기 때문이다. 또한 금속산화물의 첨가량이 10 중량% 이상이면, 면적저항율이 50mΩ/?을 초과하여, 발열량이 너무 커져 온도제어가 어려워지기 때문에, 온도분포의 균일성이 저하된다.

발열체가 질화알루미늄 기판의 표면에 형성되는 경우에는, 발열체의 표면부분에, 금속피복층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 내부의 금속소결체가 산화되어 저항값이 변화하는 것을 방지하기 때문이다. 형성하는 금속피복층의 두께는 0.1∼10㎛ 가 바람직하다.

금속피복층을 형성할 때에 사용되는 금속은, 비산화성의 금속이면 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는 예컨대 금, 은, 파라듐, 백금, 니켈 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. 이들 중에서는 니켈이 바람직하다.

또한 발열체를 질화알루미늄 기판의 내부에 형성하는 경우에는, 발열체 표면이 산화되는 경우가 없기 때문에, 피복은 필요없다.

또 질화알루미늄 소결체의 표면에 금속층을 형성하는 경우나, 그 금속층 상에 피복층을 형성하는 경우에는, 상기 도체 페이스트의 도포 이외에, 스퍼터링 등의 물리적 증착수단이나 도금 등의 화학적 증착수단을 채용할 수 있다.

다음으로 본 발명의 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판에 대하여 설명한다.

본 발명의 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판 (이하 간단히 반도체장치용 세라믹이라고도 함) 은, 상기 특성을 갖는 질화알루미늄 소결체 등의 세라믹이 사용된 세라믹 기판으로, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에 있어서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본을 함유하는 세라믹 기판에, 도체를 형성한다,

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판은, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에서 1355㎝^-1부근 피크에 대한 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하로 되는 것이어도 된다. 상기 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하이면, 결정성 카본의 함유비율이 작아지기 때문에, 200℃ 이상의 고온영역에서 높은 체적저항율을 충분히 유지할 수 있다.

또 본 발명의 반도체장치용 세라믹기판은, 레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에서 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하는 것이어도 된다. 상기 피크강도비 :I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하면, 결정성 카본의 함유비율이 커지기 때문에, 높은 파괴인성값 (2.5㎫m^1/2이상) 을 확보할 수 있다.

또한 고온에서의 열전도율의 저하를 억제하고자 하는 경우는, 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 는 1.0 이상인 것이 바람직하다. I(1580)/I(1355) 는 1,0 미만에서는, 비정질의 정도가 커져 고온에서의 열전도율이 저하되어 버리기 때문이다.

또 상기 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하는 경우에는, 고온영역에서 60W/mㆍk 이상의 높은 열전도율을 확보할 수 있다.

반대로, 고온에서의 체적저항율을 저하시키는 경우에는, I(1580)/I(1355) 는 1.0 미만으로 하는 것이 바람직하다.

즉, 어떠한 용도에 사용하는지에 의해 피크강도비를 조정하는 것이다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판에 있어서, 레이저 라만 스펙트럼 분석에서 1580㎝^-1부근의 피크와 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하고, 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전체폭) 이 20㎝^-1이상인 것이 바람직하다. 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전체폭) 이 20㎝^-1미만이면, 역시 결정성이 높아지기 때문에, 200℃ 이상의 고온영역에서의 체적저항율의 저하를 충분히 억제할 수 없는 경우가 있다. 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전체폭) 은 40㎝^-1이상인것이 보다 바람직하고, 45㎝^-1이상이 가장 바람직하다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판에 있어서, 레이저 라만 스펙트럼 분석에서 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본의 함유량은, 200∼5000ppm 으로 하는 것이 바람직하다. 200ppm 미만에서는, 소결체가 흑색이라고는 할 수 없고, 명도가 N4 를 초과하는 것으로 되고, 한편 첨가량이 5000ppm 을 초과하면, 세라믹 기판의 소결성이 저하되기 때문이다.

레이저 라만 스펙트럼 분석에 있어서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에서 피크가 검출되는 카본을 함유하는 세라믹 기판을 얻는 구체적인 방법으로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전술한 바와 같은 방법과 대략 동등한 방법, 즉 (1) 산가가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지를 세라믹 원료와 혼합하고, 이것을 성형한 후, 불활성분위기 (질화가스, 아르곤가스) 하에서, 350℃ 이상의 온도에서 분해시키고 탄화시켜 열분해시키고, 그 후, 가열가압하여 세라믹 기판을 제조하는 방법, 및 (2) 산가가 0.3∼1.0KOH㎎/g 의 아크릴계 수지를 세라믹 원료와 혼합하고, 이것을 성형한 후, 불활성분위기 (질화가스, 아르곤가스) 하에서, 350℃ 이상의 온도에서 분해시키고 탄화시켜 열분해시키고, 그 후, 가열가압하여 세라믹 기판을 제조하는 방법을 들 수 있다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판을 구성하는 세라믹 재료는 특별히 한정되지 않고, 예컨대 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹, 산화물 세라믹 등을 들 수 있다.

상기 질화물 세라믹으로는, 금속 질화물 세라믹, 예컨대 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄 등을 들 수 있다.

또 상기 탄화물 세라믹으로는, 금속탄화물 세라믹, 예컨대 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등을 들 수 있다.

상기 산화물 세라믹으로는, 금속산화물 세라믹, 예컨대 알루미나, 지르코니아, 코제라이트, 무라이트 등을 들 수 있다.

이들의 세라믹은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.

이들의 세라믹 중에서는, 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹의 것이 산화물 세라믹에 비하여 바람직하다. 열전도율이 높기 때문이다.

또 질화물 세라믹 중에서는 질화알루미늄이 가장 적합하다. 열전도율이 180W/mㆍK 로 가장 높기 때문이다.

본 발명에 있어서는, 반도체장치용 세라믹 기판을 구성하는 소결체 중에는, 소결조제를 함유하는 것이 바람직하다. 그 소결조제로는, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물, 희토류 산화물을 사용할 수 있고, 이들의 소결조제 중에서는, 특히 CaO, Y₂O₃, Na₂O, Li₂O, Rb₂O 가 바람직하다. 이들 함유량으로는 0.1∼10 중량% 가 바람직하다. 또 알루미나를 첨가하여도 된다.

또 본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판은, 명도가 JIS Z 8721 의 규정에 의거하는 값으로 N4 이하인 것이 바람직하다. 이 정도의 명도를 갖는 것이 복사열량, 은폐성이 우수하기 때문이다. 또 이와 같은 반도체장치용 세라믹 기판은, 서모뷰어에 의해 정확한 표면온도측정이 가능해진다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판은 원판형상으로, 직경 200㎜ 이상이 바람직하고, 250㎜ 이상이 가장 적합하다.

원판형상의 반도체장치용 세라믹 기판은, 직경이 큰 기판일수록, 온도가 불균일해지기 쉽기 때문에 온도의 균일성이 요구된다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판의 두께는, 50㎜ 이하가 바람직하고, 20㎜ 이하가 보다 바람직하다. 또 1∼5㎜ 가 가장 바람직하다.

두께는 너무 얇으면 고온에서의 휨이 발생하기 쉽고, 너무 두꺼우면 열용량이 너무 커져 승온강온특성이 저하되기 때문이다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판의 기공율은, 0 또는 5% 이하가 바람직하다. 고온에서의 열전도율의 저하, 휨의 발생을 억제할 수 있기 때문이다. 기공율은 아르키메데스법으로 측정한다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판은, 반도체의 제조나 반도체의 검사를 실시하기 위한 장치에 사용되는 세라믹기판으로, 구체적인 장치로는, 예컨대 정전 척, 웨이퍼 프로버, 핫플레이트, 서셉터 등을 들 수 있다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판은, 도전성 금속 또는 도전성 세라믹으로 이루어지는 도체가 형성되어 있지만, 이 도체가 정전 척인 경우에는, 상기 세라믹 기판이 정전 척으로서 기능한다.

상기 금속으로는 예컨대 귀금속 (금, 은, 백금, 파라듐), 납, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈 등이 바람직하다. 또 상기 도전성 세라믹으로는, 예컨대 텅스텐,몰리브덴의 탄화물 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.

정전 척으로서 기능하는 본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판에 대하여, 도 4 를 참조하면서 설명한다.

이 정전 척 (20) 에서는, 세라믹 기판 (3) 의 내부에 척 양극 전극층 (22, 23) 이 매설되고, 그 전극 상에 세라믹 유전체막 (40) 이 형성되어 있다. 또 세라믹 기판 (3) 의 내부에는 저항발열체 (11) 가 형성되고, 실리콘 웨이퍼 (9) 를 가열할 수 있도록 되어 있다. 또한 세라믹 기판 (3) 에는 필요에 따라 RF 전극이 매설되어 있어도 된다.

또 (b) 에 나타낸 바와 같이 정전 척 (20) 은 통상 위에서 보아 원형상으로 형성되어 있고, 세라믹 기판 (21) 의 내부에 도 4 에 나타낸 반원부 (22a) 와 빗살 기어부 (22b) 로 이루어지는 척 양극 정전층 (22) 과, 마찬가지로 반원호상부 (23a) 와 빗살 기어부 (23b) 로 이루어지는 척 음극 정전층 (23) 이, 서로 빗살 기어부 (22b, 23b) 를 교차하도록 대향하여 배치되어 있다.

이 정전 척을 사용하는 경우에는, 척 양극 정전층 (22) 과 척 음극 정전층 (23) 에 각각 직류전원의 +측과 -측을 접속하고, 직류전압을 인가한다. 이에 의해 이 정전 척 상에 탑재된 반도체 웨이퍼가 정전적으로 흡착되게 된다.

도 5 및 도 6 은 다른 정전 척에서의 정전 전극을 대략적으로 나타낸 수평단면도이다. 도 5 에 나타낸 정전 척 (70) 에서는, 세라믹 기판 (71) 의 내부에 반원형상의 척 양극 정전층 (72) 과 척 음극 정전층 (73) 이 형성되어 있고, 도 6에 나타낸 정전 척 (80) 에는, 세라믹 기판 (81) 의 내부에 원을 4분할한 형상의 척 양극 정전층 (82a, 82b) 와 척 음극 정전층 (83a, 83b) 이 형성되어 있다. 그 2 개의 양극 정전층 (82a, 82b) 및 2 개의 척 음극 정전층 (83a, 83b) 은, 각각 교차하도록 형성되어 있다.

또한 원형 등의 전극이 분할된 형태의 전극을 형성하는 경우, 그 분할수는 특별히 한정되지 않고, 5분할 이상이어도 되고, 그 형상도 부체꼴형에 한정되지 않는다.

또 본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판에 매설된 도체가, 저항발열체인 경우에는, 상기 세라믹 기판이 핫플레이트로서 기능한다.

도 7 은 본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판의 일 실시형태인 핫플레이트 (이하, 세라믹 히터라고도 함) 의 일례를 대략적으로 나타낸 저면도이고, 도 8 은 상기 세라믹 히터의 일부를 대략적으로 나타낸 부분확대단면도이다.

세라믹 기판 (91) 은, 원판형으로 형성되어 있어, 세라믹 기판 (91) 의 반도체 웨이퍼 탑재면의 전체 온도를 균일하게 가열하기 위해, 저항발열체 (92) 는, 세라믹 기판 (91) 의 저면에 동심원상의 패턴으로 형성되어 있고, 그 표면에는 금속피복층 (92a) 이 형성되어 있다.

또 저항발열체 (92) 는, 서로 가까운 2개의 동심원끼리가 1 세트로, 1개의 선이 되도록 접속되고, 그 양단에 입출력의 단자핀이 되는 외부단자 핀 (93) 이 접속되어 있다. 또 중앙에 가까운 부분에는, 지지 핀 (96) 을 삽입하기 위한 관통구멍 (95) 이 형성되어 있다. 그밖에, 측온소자를 삽입하기 위한 저면이 있는 구멍 (94) 이 형성되어 있다.

도 8 에 나타낸 바와 같이, 이 지지 핀 (96) 은, 그 위에 실리콘 웨이퍼 (99) 를 탑재하여 상하운동 할수 있도록 되어 있고, 이에 의해 실리콘 웨이퍼 (99) 를 도시하지 않은 반송기로 건네거나, 반송기로부터 실리콘 웨이퍼 (99) 를 받을 수 있다.

도 7 에 나타낸 저항발열체 (92) 는, 세라믹 기판 (91) 의 저면에 형성되어 있지만, 저항발열체 (92) 는, 세라믹 기판 (91) 의 내부에서, 그 중심 또는 중심보다 웨이퍼 탑재면에 편심된 위치에 형성되어 있어도 된다.

이와 같은 구성의 세라믹 히터에서는, 그 위에 실리콘 웨이퍼 등을 탑재한 후, 실리콘 웨이퍼 등의 가열이나 냉각을 실시하면서, 여러 조작을 실시할 수 있다.

또 본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판의 표면 및 내부에 도체가 형성되고, 상기 내부의 도체가, 가드 전극 또는 그라운드 전극 중 적어도 어느 한쪽인 경우에는, 상기 세라믹 기판은, 웨이퍼 프로버로서 기능한다.

도 14 는 본 발명의 웨이퍼 프로버의 일 실시형태를 대략적으로 나타낸 단면도이고, 도 15 는 그 평면도이며, 도 16 은 도 14 에 나타낸 웨이퍼 프로버에서의 A-A 선의 단면도이다.

이 웨이퍼 프로버 (101) 에서는, 위에서 보아 원형상의 세라믹 기판 (3) 의 표면에 동심원형상의 홈 (7) 이 형성됨과 동시에, 홈 (7) 의 일부에 실리콘 웨이퍼를 흡인하기 위한 복수의 흡인구멍 (8) 이 형성되어 있고, 홈 (7) 을 포함하는 세라믹 기판 (3) 의 대부분에 실리콘 웨이퍼의 전극과 접속하기 위한 척 톱 도체층 (2) 이 원형상으로 형성되어 있다.

한편, 세라믹 기판 (3) 의 저면에는, 실리콘 웨이퍼의 온도를 컨트롤하기 위해, 도 7 에 나타낸 바와 같은 위에서 보아 동심원형상인 발열체 (41) 가 형성되어 있고, 발열체 (41) 의 양 단에는, 외부단자 핀 (191 ; 도 18 참조) 이 접속, 고정되어 있다. 또 세라믹 기판 (3) 의 내부에는, 스트레이 커패시터나 노이즈를 제거하기 위해 도 16 에 나타낸 바와 같은 격자형상의 가드 전극 (5) 과 그라운드 전극 (6)(도 18 참조) 이 형성되어 있다.

이와 같은 구성의 웨이퍼 프로버에서는, 그 위에 집적회로가 형성된 실리콘 웨이퍼를 탑재한 후, 이 실리콘 웨이퍼에 테스터 핀을 갖는 프로브 카드를 밀착시켜, 가열, 냉각하면서 전압을 인가하여 도통(continuity) 테스트를 실시할 수 있다.

다음으로 본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판의 제조방법의 일례를 설명한다.

(1) 산가가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지와 매트릭스성분이 되는 세라믹 분말을 혼합한다. 혼합하는 분말의 바람직한 크기는, 평균입경 0.1∼5㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이것은 분말이 미세할수록 소결성이 향상되기 때문이다. 또한 카본의 첨가량은, 혼합물의 소성시에 소실되는 탄소양을 고려하여 첨가한다. 또 질화알루미늄 기판 등을 제조하는 경우에는, 상기 혼합물에 산화이트륨 (이트리아 : Y₂O₃) 과 같은 소결조제를 첨가하여도 된다.

(2) 다음에 얻어진 분말혼합물을 몰드에 넣어 성형체로 하고, 이 성형체를 350℃ 이상에서 열분해하여, 아크릴계 수지를 탄화시킨다.

상기의 (1) (2) 의 처리 대신에, 질화알루미늄분말, 산가가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지 및 용매를 혼합하여 그린시트를 제작한 후 적층하고, 이 그린시트의 적층체를 300∼500℃ 에서 임시 소성함으로서, 본 발명에서 사용하는 카본으로 하여도 된다. 또한 용매로서는, α-테르피네올이나 글리콜 등을 사용할 수 있다.

(3) 다음에 아크릴수지를 탄화한 성형체, 또는 상기 그린시트의 적층체 (모두 임시 소성한 것) 를 아르곤, 질소 등의 불활성분위기하에 1500∼1900℃, 80∼200㎏/㎠ 의 조건에서 가열, 가압하여 소결한다. 또한 소결온도가 1900℃ 에 가까울수록, 카본의 결정성이 높아지고, 피크강도비 I:(1580)/I(1355) 가 커지므로, 소결온도로 피크강도비를 조정할 수 있다.

또한 상기 산가가 5∼17KOH㎎/g 의 아크릴계 수지 대신에, 산가가 0.3∼1.0KOH㎎/g 의 아크릴계 수지를 사용하는 경우도 동일한 방법으로 본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판을 제조할 수 있다.

본 발명의 반도체장치용 세라믹 기판은, 기본적으로 세라믹 분말의 혼합물로 이루어지는 성형체나 그린시트 적층체를 소성함으로서 제조할 수 있지만, 이 세라믹 분말의 혼합물을 몰드에 넣을 때에, 발열체가 되는 금속판 (박) 이나 금속선 등을 분말혼합물 중에 매몰하거나, 적층하는 그린시트 중의 1장의 그린시트 상에 발열체가 되는 도체 페이스트층을 형성함으로서, 내부에 저항발열체를 갖는 세라믹 기판으로 할 수 있다.

또 소결체를 제조할 때, 그 표면 (저면) 에 도체 페이스트층을 형성하고, 소성함으로서 저면에 발열체를 형성할 수도 있다.

또한 이 세라믹 기판의 제조시에는, 발열체, 또는 정전 척 등의 전극의 형상이 되도록, 상기 성형체에 금속판 (박) 등을 매설하거나, 그린시트 상에 도체 페이스트층을 형성함으로서, 핫플레이트, 정전 척, 웨이퍼 프로버, 서셉터 등을 제조할 수 있다.

각종 전극이나 발열체를 제작하기 위한 도체 페이스트로서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 질화알루미늄 소결체의 제조방법에서 설명한 도체 페이스트와 동일한 것을 사용할 수 있다.

발열체가 세라믹 기판의 표면에 형성되는 경우에는, 발열체의 표면부분에, 금속피복층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 내부의 금속소결체가 산화되어 저항값이 변화되는 것을 방지하기 때문이다. 형성하는 금속피복층의 두께는 0.1∼10㎛ 가 바람직하다.

그러나 이와 같은 결정질 카본 (그라파이트) 을 첨가한 종래의 세라믹 기재는, 고온시의 체적저항율, 예컨대 200℃ 이상의 고온영역에서의 체적저항율이 1×10⁸Ωㆍ㎝ 미만으로 저하되기 때문에, 그 내부에 저항발열체 등이 형성된 세라믹 기판에서는, 단락이 발생된다는 문제점이 있었다 (도 1 참조).

본 발명의 목적은 전술한 종래기술이 안고 있는 문제점을 해결하는 것에 있고, 특히 200℃ 이상 (예컨대 500℃ 부근) 의 고온영역에서의 체적저항율이 적어도 1×10⁸Ωㆍ㎝ 이상으로 충분히 크기 때문에, 단락이 발생하지 않고, 또 은폐성, 대복사열량 및 서모뷰어에 의한 온도측정 정밀도를 보증할 수 있는 질화알루미늄 소결체를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 특히 200℃ 이상 (예컨대, 500℃) 의 고온영역에서의 체적저항율이 적어도 1×10⁸Ωㆍ㎝ 이상으로 충분히 크기 때문에, 단락이 발생하지 않고, 또 은폐성, 대복사열량 및 서모뷰어에 의한 측정정밀도를 보증할 수 있고, 핫플레이트, 정전 척, 웨이퍼 프로버, 서셉터에 유용한 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 질화알루미늄 소결체는, 상기의 요청에 부응하여 개발된 것으로, 특히 질화알루미늄으로 만들어지는 매트릭스에, 레이저 라만 스펙트럼 분석에서 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본을 함유한다.

상기 카본함유 질화알루미늄 소결체는, 상기 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 상기 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하의 카본을 함유하고 있어도 되고, 상기 피크강도비가 3.0 을 초과하는 카본을 함유하고 있어도 된다. 어느 소결체로 할 것인지는 다음과 같이 소결체의 요구특성에 의해 결정된다.

또 상기 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전폭) 은 20㎝^-1이상인 것이 바람직하고, 상기 카본의 함유량으로서는 200∼5000ppm 인 것이 바람직하다.

상기 카본함유 질화알루미늄 소결체는, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물 및 희토류 산화물 중 적어도 어느 하나의 1종으로 이루어지는 소결조제를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 소결체의 색은, JIS Z 8721 에 규정되는 명도로 N4 이하인 것이 바람직하다.

또 본 발명의 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판은, 레이저 라만 스펙트럼 분석에 있어서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본을 함유하는 세라믹 기판에, 도체가 장착된다.

상기 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판은, 상기 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 상기 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하인 카본을 함유하고 있어도 되고, 상기 피크강도비가 3.0 을 초과하는 카본을 함유하고 있어도 된다. 어떠한 특성을 갖는 세라믹 기판으로 할 것인지는, 다음과 같이 세라믹 기판의 요구특성에 의해 결정된다.

상기 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판에 있어서, 상기 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전폭) 은 20㎝^-1이상인 것이 바람직하다.

상기 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판에 있어서, 상기 도체는 정전 전극으로, 상기 세라믹 기판이 정전 척으로서 기능하거나, 상기 도체가 저항발열체로, 상기 세라믹 기판이 핫플레이트로서 기능하는 것이 바람직하다.

상기 도체는, 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 형성되고, 상기 내부의 도체는 가드 전극 및/또는 그라운드 전극 중 적어도 어느 하나로, 상기 세라믹 기판이 웨이퍼 프로버로서 기능하는 것이 바람직하다.

상기 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판에 있어서, 상기 레이저 라만 스펙트럼 분석에서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현되는 카본은, 비정질 카본으로, 이 카본의 함유량은 200∼5000 ppm 이하인 것이 바람직하다.

상기 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판은, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물 및 희토류 산화물 중 적어도 어느 하나의 1종으로 이루어지는 소결조제를 함유하고, 이 세라믹기판의 JIS Z 8721 에 규정되는 명도가 N4 이하인 것이 바람직하다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

(실시예 1)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃; 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (교에이사 제조, 상품명 KC-600, 산가 10KOH㎎/g) 8중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

(2) 성형체를 질소분위기중에서 350℃, 4시간 가열하여 아크릴계 수지 바인더를 열분해시켰다.

(3) 성형체를 1890℃, 압력 150㎏/㎠ 의 조건에서 3시간 핫프레스하여 질화알루미늄 소결체를 얻었다.

소결체 중의 카본량의 측정은, 소결체를 분쇄하고, 이것을 500∼800℃ 에서 가열하여 발생되는 CO_x가스를 포집함으로서 실시하였다. 이 방법에 의한 측정결과, 질화알루미늄 소결체 중에 함유되는 카본량은 800ppm 이었다. 또 명도는 N=3.5 이었다.

도 2 는 이 실시예 1 에서 얻어진 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타내는 레이저 라만 스펙트럼으로, 측정조건은, 마이크로 라만 (JOBIN YVON RAMANOR U-100) 을 사용하고, 레이저 파워 : 200㎽, 레이저 빔 직경:20㎛, 여기 파장:514.5㎚, 슬릿 폭:1000㎛, gate time:1, repeat time:4, 온도:25.0℃ 이다.

도 2 에 나타낸 레이저 라만 스펙트럼에 의해 명확한 바와 같이, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 확실하게 피크가 관찰되고, 결정성이 저하된 카본인 것을 알 수 있다. 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=2.3 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 45㎝^-1이다.

(실시예 2)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 아크릴계 수지 바인더 (교에이사 제조, 상품명 KC-600 산가 17KOH㎎/g) 8중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

(2) 성형체를 질소분위기중에서 600℃, 1시간 가열하여 아크릴계 수지 바인더를 열분해시켰다.

얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본량은 805ppm 이고, 명도는 N=3.5 이었다.

도 3 은 이 실시예 2 에서 얻어진 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타내는 레이저 라만 스펙트럼으로, 측정조건은, 실시예 1 과 동일하다.

도 3 에 나타낸 레이저 라만 스펙트럼에 의해 명확한 바와 같이, 이 실시예2 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체에서도, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 확실하게 피크가 관찰되고, 결정계는 유지하면서도, 결정의 일부가 파괴되어 비정질화되어 있는 것을 알 수 있다. 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=2.1 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 45㎝^-1이다.

(실시예 3)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃: 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (교에이사 제조, 상품명 KC-600 산가 10KOH㎎/g) 8중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

(3) 성형체를 1750℃, 압력 150㎏/㎠ 의 조건에서 3시간 핫프레스하여 질화알루미늄 소결체를 얻었다.

질화알루미늄 소결체 중에 함유되는 카본량은 800ppm 이었다. 또 명도는 N=3.5 이었다.

이 실시예 3 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석에서는, 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=0.7 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 55㎝^-1이다 (도 12 참조).

소결온도가 낮아, 결정화가 진행되지 않기 때문에 비정질성분이 커지는 것으로 추정된다.

(비교예 1)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃: 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 4 중량부를 혼합하고, 결정성 그라파이트 (도요탄소사 제조 GR-1200) 0.10 중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

(2) 성형체를 1900℃, 압력 150㎏/㎠ 의 조건에서 3시간 핫프레스하여 질화알루미늄 소결체를 얻었다.

도 10 은 이 비교예 1 에서 얻어진 소결체의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타낸 레이저 라만 스펙트럼으로, 측정조건은 실시예 1 과 동일하다. 질화알루미늄 소결체의 레이저 라만 분광분석에서는, 1580㎝^-1에서만 피크가 관찰되었다.

(비교예 2)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃: 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 4 중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

질화알루미늄 소결체 중에 함유되는 카본량은 50ppm 이하로, 원료에 기인하는 카본으로 추정되었다. 명도는 N=7.0 이었다.

도 1 은 실시예 1∼3 및 비교예 1, 2 에 있어서, 실온∼500℃ 까지의 체적저항율의 변화를 나타낸 것이다.

이 도 1 에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 로 나타낸 결정질 카본만이 들어가 있는 소결체의 예에서는, 실시예의 것과 비교하여, 500℃ 에서의 체적저항율이 약 1/10 으로 저하되었다.

상기 측정에 있어서, 체적저항율과 열전도율은 다음과 같이 측정하였다.

(1) 체적저항율 : 소결체를 절삭가공함으로서, 직경 10㎜, 두께 3㎜ 의 형상으로 잘라, 3단자 (주 전극, 쌍 전극, 가드 전극) 를 형성하고, 직류전압을 추가하여, 1분동안 충전한 후의 디지털 일렉트로미터에 흐르는 전류 (I) 를 측정하여, 시료의 저항 (R) 을 구하고, 저항 (R) 과 시료의 치수로부터 체적저항율 (ρ) 을 다음의 계산식 (1) 으로 계산하였다.

‥‥‥‥‥‥(1)

상기 계산식 (1) 에 있어서, t 는 시료의 두께 (㎜) 이다. 도 S 는 다음의 계산식 (2) 및 (3) 에 의해 부여된다.

‥‥‥‥‥‥(2)

‥‥‥‥‥‥(3)

또한 상기 계산식 (2) 및 (3) 에 있어서, r₁은 주 전극의 반경, r₂는 가드 전극의 내경 (반경), r₃은 가드 전극의 외경 (반경), D₁은 주 전극의 직경, D₂는 가드 전극의 내경 (직경), D₃은 가드 전극의 외경 (직경) 으로, 본 실시예에 있어서는, 2r₁=D₁=1.45㎝, 2r₂=D₂=1.60㎝, 및 2r₃=D₃=2.00㎝ 이다.

(2) 열전도율

a. 사용기기

리가쿠 레이저 플래시법 열상수 측정장치

LF/TCM-FA8510B

b. 시험조건

온도 : 상온, 200℃, 400℃, 500℃, 700℃

분위기 : 진공

c. 측정방법

ㆍ비열측정에서의 온도검출은 시료 이면에 은폐이스트로 접착한 열전대 (프라티넬) 에 의해 실시하였다.

ㆍ상온에서 비열측정은 시료 상면에 수광판 (글래시 카본) 을 실리콘 그리스를 통하여 접착한 상태에서 실시하고, 시료의 비열 (Cp) 은 다음의 계산식 (4) 에 의해 구하였다.

‥‥‥‥‥‥(4)

상기 계산식 (4) 에 있어서, ΔQ 는 입력에너지, ΔT 는 시료의 온도상승의 포화값, Cp_G.C는 글래시 카본의 비열, W_G.C는 글래시 카본의 중량, Cp_S.G는 실리콘 그리스의 비열, W_S.G는 실리콘 그리스의 중량, W 는 시료의 중량이다.

또 도 9 에는 실시예 1 과 실시예 3 의 소결체의 강도측정결과를 기재하고 있다. 도 9 에 나타낸 바와 같이 카본이 보다 비정질화된 질화알루미늄 소결체에서는, 강도가 그다지 상승되어 있지 않다. 또한 강도의 측정은, 인스트론 만능시험기 (4507형 로드셀 500kgf) 를 사용하여, 온도가 25∼1000℃ 의 대기중, 크로스헤드 속도 0.5㎜/분, 스팬 길이L=30㎜, 시험편의 두께=3.06㎜, 시험편의 폭=4.03㎜ 에서 실시하여, 이하의 계산식 (5) 를 이용하여 3점 굽힘강도 σ(kgf/㎟) 를 산출하였다.

‥‥‥‥‥‥(5)

상기 계산식 (5) 중, P 는 시험편이 파괴되었을 때의 최대하중 (kgf) 이고, L 은 하지점 (下支點) 간의 거리 (30㎜) 이며, t 는 시험편의 두께 (㎜) 이고, w 는 시험편의 폭 (㎜) 이다.

또 실시예 1∼3 및 비교예 1, 2 의 소결체에 대하여, 핫플레이트 상에서 500℃ 까지 가열하고, 표면온도를 서모뷰어 (닛뽕데탐가부시까가이샤 제조 IR162012-0012) 와, JIS C 1602(1980) K형 열전대로 측정하고, 양자의 온도차를 조사하였다. 또한 열전대로 측정한 온도와 서모뷰어로 측정한 온도값의 차이가 클수록, 서모뷰어의 온도오차가 크다고 할 수 있다.

그 측정 결과에 의하면, 실시예 1 에서는 온도차 0.8℃, 실시예 2 에서는 온도차 0.9℃, 실시예 3 에서는 온도차 1.0℃, 비교예 1 에서는 온도차 8℃, 비교예 2 에서는 온도차 0.8℃ 이었다.

또 도 11 에 나타낸 바와 같이 카본이 보다 비정질화된 질화알루미늄 소결체 (실시예 3) 에서는, 열전도율의 저하가 크다.

(실시예 4) 반응예, 웨이퍼 프로버 (도 17, 도 18)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아 (평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (교에이사 제조, 상품명 KC-600 산가 10KOH㎎/g) 8중량부, 및 1-부탄올 및 에탄올로 이루어지는 알코올 53 중량% 를 혼합한 조성물을 사용하여, 닥터 블레이드법을 이용하여 성형함으로서 두께 0.47㎜ 의 그린시트 (30) 를 얻었다.

(2) 이 그린시트 (30) 를 80℃ 에서 5시간 건조시킨 후, 펀칭을 실시하고, 발열체와 외부단자 핀과 접속하기 위한 도금 스루홀용 관통구멍을 형성하였다.

(3) 평균입경 1㎛ 의 텅스텐카바이트입자 100중량부, 아크릴계 바인더 3.0 중량부, α-테르피네올 용매 3.5 중량부, 분산제 0.3 중량부를 혼합하여 도체 페이스트 A 를 조제하였다. 또 평균입경 3㎛ 의 텅스텐입자 100 중량부, 아크릴계 바인더 1.9 중량부, α-테르피네올 용매 3.7 중량부, 분산제 0.2 중량부를 혼합하여 도체 페이스트 B 를 조제하였다.

(4) 그린시트 (30) 의 표면에, 상기 도체 페이스트 A 를 스크린인쇄법으로 인쇄하고, 격자형태의 가드 전극용 인쇄층 (50) 및 그라운드 전극용 인쇄층 (60)을 형성하였다.

또 외부단자접속용 핀과 접속하기 위한 상기 도금 스루홀용 관통구멍에 도체 페이스트 B 를 충전하여 도금 스루홀용 충전층 (160, 170) 을 형성하였다.

그리고 도체 페이스트가 인쇄된 그린시트 (30) 및 인쇄가 되어 있지 않은 그린시트 (30') 를 50개 적층하고, 130℃, 80㎏/㎠ 의 압력으로 일체화하였다 (도 17(a) 참조).

(5) 일체화된 적층체를 350℃ 에서 4시간 가열하고, 그 후, 1890℃ 및 압력 150㎏/㎠ 의 조건에서 3시간 핫프레스하고, 두께 3㎜ 의 질화알루미늄 판상체를 얻었다. 이 판상체를 직경 230㎜ 의 원형으로 잘라 질화알루미늄 기판 (3) 으로 하였다 (도 17(b) 참조). 또한 도금 스루홀 (16, 17) 의 크기는 직경 0.2㎜, 깊이 0.2㎜ 이었다. 또 가드 전극 (5) 과 그라운드 전극 (6) 의 두께는 10㎛이었다. 가드 전극 (5) 의 형성위치는 소결체 두께방향을 따라 발열체로부터 1㎜ 인 곳이다. 한편 그라운드 전극 (6) 의 형성위치는 소결체 두께방향을 따라 척 면 (1a) 으로부터 1.2㎜ 떨어진 곳이었다. 또 카본량은 810ppm 이었다.

(6) 상기 (5) 에서 얻은 질화알루미늄 기판 (3) 을, 다이아몬드 연마석으로 연마한 후, 마스크를 올려놓고, 유리 비즈의 블러스트처리에 의해, 표면에 열전대 장착용 오목부 (도시생략) 및 반도체 웨이퍼 흡착용의 홈 (7) (폭 0.5㎜, 깊이 0.5㎜) 을 형성하였다 (도 17(c) 참조).

(7) 또한, 홈 (7) 이 형성되는 척 면 (1a) 에 대향하는 이면에 도체 페이스트를 인쇄하여 발열체용의 페이스트층을 형성하였다. 이 도체 페이스트는, 프린트 배선판의 도금 스루홀 형성에 사용되고 있는 도꾸리키(德力)화학연구소 제조의 소르베스트PS603D 를 사용하였다. 즉 이 도체 페이스트는, 은/납페이스트로, 산화납, 산화아연, 산화붕소, 알루미나로 이루어지는 금속산화물 (각각의 중량비율은 5/55/10/25/5) 을 은의 양에 대하여 7.5 중량% 함유하는 것이다.

또한 이 도체 페이스트에 사용된 은으로는, 평균입경 4.5㎛ 의 인상인 것을 사용하였다.

(8) 발열체 (41) 를 형성하기위해 이면에 도체 페이스트가 인쇄된 질화알루미늄 기판 (히터판 ; 3) 을 780℃ 에서 가열소성하여, 도체 페이스트 중의 은, 납을 소결시킴과 동시에 질화알루미늄 기판 (3) 상에서 구워, 발열체 (41) 을 형성하였다 (도 17(d) 참조). 이어서, 이 질화알루미늄 기판 (3) 을, 황산니켈 30g/ℓ, 붕산 30g/ℓ, 염화암모늄 30g/ℓ, 롯쉘염 60g/ℓ를 함유하는 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈도금욕 중에 침지시켜, 상기 도체 페이스트로 이루어지는 발열체 (41) 의 표면에, 다시 두께 1㎛, 붕소의 함유량이 1중량% 이하인 니켈층 (410) 을 석출시켜 발열체 (41) 를 두껍게 하고, 그 후 120℃ 에서 3시간의 어닐링을 실시하였다.

이와 같이 하여 얻어진 니켈층 (410) 을 포함하는 발열체 (41) 는, 두께가 5㎛, 폭 2.4㎜ 이고, 면적저항율이 7.7mΩ/?이었다.

(9) 홈 (7) 이 형성된 척 면 (1a) 에, 스퍼터링법으로 Ti, Mo, Ni 의 각 층을 순차적으로 적층하였다. 이 스퍼터링은, 장치로서 일본진공기술주식회사 제조의 SV-4540 을 사용하고, 기압:0.6㎩, 온도:100℃, 전력 200W, 처리시간:30초∼1분의 조건에서 실시하고, 스퍼터링의 시간은 스퍼터링하는 각 금속에 의해 조정하였다.

얻어진 막은, 형광 X선분석계의 화상으로부터 Ti의 두께는 0.3㎛, Mo의 두께는 2㎛, Ni의 두께는 1㎛ 이었다.

(10) 상기 (9) 에서 얻어진 질화알루미늄기판 (3) 을, 황산니켈 30g/ℓ, 붕산 30g/ℓ, 염화암모늄 30g/ℓ, 롯쉘염 60g/ℓ를 함유하는 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈도금욕 중에 침지하여, 척 면 (1a) 에 형성되어 있는 홈 (7) 의 표면에, 붕소의 함유량이 1 중량% 이하의 니켈층 (두께 7㎛) 을 석출시킨다. 그 후 상기 질화알루미늄 기판을 120℃ 에서 3시간 동안 어닐링하였다.

상기 질화알루미늄 기판을, 시안화금칼륨 2g/ℓ, 염화암모늄 75g/ℓ, 시트르산나트륨 50g/ℓ, 및 하이포아인산나트륨 10g/ℓ을 포함하는 무전해 금도금액에 93℃ 로 1분간 침지하여, 질화알루미늄 기판 (3) 의 척 면측의 니켈도금층 상에, 두께 1㎛ 의 금도금층을 형성하여, 척 톱 도체층 (2) 을 형성하였다 (도 18(e) 참조).

(11) 홈 (7) 으로부터 이면으로 관통하는 공기흡입구멍 (8) 을 드릴링하여 형성하였고, 다시 도금 스루홀 (16, 17) 을 노출시키기 위한 대공 (180) 을 형성하였다 (도 18(f) 참조). 이 대공 (180) 에, Ni-Au 합금 (Au 81.5wt%, Ni 18.4wt%, 불순물 0.1wt%) 으로 만들어지는 땜납 금을 사용하여, 970℃ 에서 가열 역류시켜 코바아로 제조된 외부단자 핀 (19, 190) 을 접속시켰다 (도 18(g) 참조). 또 상기 발열체 (41) 에 땜납합금 (주석 9/납 1) 을 통하여 코바아로 제조된 외부단자 핀 (191) 을 성형하였다.

(12) 온도제어를 위해, 복수의 열전대를 오목부에 매립하여 (도시생략), 웨이퍼 프로버가 부착된 히터로 하였다.

(13) 그 후, 통상적으로는, 스테인리스강제의 지지대 상에 세라믹 파이버 (이비덴사 제조, 상품명: 이비윌) 로 이루어지는 단열재를 통하여 상기 웨이퍼 프로버가 부착된 히터를 고정하고, 이 지지대 상에는 냉각가스의 분사노즐을 형성하여 이 웨이퍼 프로버의 온도를 조정하게 한다.

또한 이 웨이퍼 프로버가 부착된 히터는, 공기흡인구멍 (8) 으로부터의 공기를 흡인하여, 이 히터에 탑재되는 웨이퍼를 흡착지지한다.

이렇게 제조한 웨이퍼 프로버가 부착된 히터는, 명도가 N=3.5 를 나타내고 복사열량이 많고, 또한 가드 전극 (5) 이나 그라운드 전극 (6) 의 은폐성도 우수하다. 또 고온에서의 체적저항율의 저하를 억제할 수 있어, 작동중에 단락이 발생하지 않고, 또 리크전류를 저감, 방지할 수 있다.

(실시예 5) 응용예, 발열체 및 정전 척용 정전 전극을 내부에 갖는 세라믹 히터 (도 4)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아 (평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴바인더 11.5 중량부, 분산제 0.5중량부, 아크릴계 수지 바인더 (교에이사 제조, 상품명 KC-600 산가 17KOH㎎/g) 8중량부 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53 중량% 를 혼합한 페이스트를 사용하여, 닥터블레이드법에 의한 성형을 실시하여 두께 0.47㎜ 의 그린시트를 얻었다.

(2) 다음에 이 그린시트를 80℃ 에서 5시간 건조시킨 후, 펀칭에 의해 직경 1.8㎜, 3.0㎜, 5.0㎜ 의 반도체 웨이퍼 지지핀을 삽입하는 관통구멍이 되는 부분, 외부단자와 접속하기 위한 도금 스루홀로 되는 부분을 형성하였다.

(3) 평균입경 1㎛ 의 텅스텐카바이트입자 100중량부, 아크릴계 바인더 3.0 중량부, α-테르피네올 용매 3.5 중량부 및 분산제 0.3 중량부를 혼합하여 도체 페이스트 A 를 조제하였다.

평균입경 3㎛ 의 텅스텐입자 100 중량부, 아크릴계 바인더 1.9 중량부, α-테르피네올 용매 3.7 중량부 및 분산제 0.2 중량부를 혼합하여 도체 페이스트 B 를 조제하였다.

이 도체 페이스트 A 를 그린시트에 스크린인쇄로 인쇄하고, 도체 페이스트층을 형성하였다. 인쇄패턴은 동심원 패턴으로 하였다. 또 다른 그린시트에 도 4 에 나타낸 형상의 정전 전극 패턴으로 이루어지는 도체 페이스트층을 형성하였다.

또한 외부단자를 접속하기 위한 도금 스루홀용의 관통구멍에 도체 페이스트 B 를 충전하였다.

상기 처리가 끝난 그린시트에, 130℃, 80㎏/㎠ 의 압력으로 다시 텅스텐 페이스트를 인쇄하지 않은 그리시트를 상측 (가열면) 에 37개, 하측에 13개를 적층하였다.

(4) 다음에 얻어진 적층체를 질소가스중, 600℃ 에서 1시간 가열하고, 1890℃, 압력 150㎏/㎠ 에서 3시간 핫프레스하고, 카본을 810ppm 함유하고, 두께 3㎜의 질화알루미늄 판상체를 얻었다. 이것을 직경 230㎜ 의 원판형으로 잘라, 내부에 두께 6㎛, 폭 10㎜ 의 발열체 및 정전 전극을 갖는 세라믹제의 판상체로 하였다.

(5) 다음에 상기 (4) 에서 얻어진 판상체를, 다이아몬드 연마석으로 연마한 후, 마스크를 올려놓고, SiC 등에 의한 블러스트처리로 표면에 열전대를 위한 저면이 있는 구멍 (직경:1.2㎜, 깊이:2.0㎜) 을 형성하였다.

(6) 다시 도금 스루홀용의 관통구멍의 일부를 파 도려내 오목부로 하고, 이 오복부에 Ni-Au 로 이루어지는 땜납 금을 사용하여, 700℃ 에서 가열 역류하여 코바아로 제조된 외부단자를 접속시켰다.

또한 외부단자의 접속은, 텅스텐의 지지체가 3점에서 지지하는 구조가 바람직하다. 접속신뢰성을 확보할 수 있기 때문이다.

(7) 다음에 온도제어를 위한 복수의 열전대를 저면이 있는 구멍에 매립하고, 정전 척이 부착된 세라믹 히터의 제조를 완료하였다.

이와 같이 하여 제조한 정전 척이 부착된 히터는, 명도가 N=3.5 를 나타내고, 복사열량이 많고, 또한 내부의 저항발열체나 정전 전극의 은폐성도 우수하다.

또 고온에서의 체적저항율의 저하를 억제할 수 있고, 작동중에 단락이나 리크전류가 발생하지 않는다. 본 실시예 5 에서는 400℃ 에서 1㎸ 의 전압으로 리크전류를 10㎃ 미만으로 할 수 있었다.

(실시예 6)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃; 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (미쓰이화학사 제조, SA-545 산가 1.0KOH㎎/g) 10중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

본 실시예 6 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석에서는, 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=4.0 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 45㎝^-1이다 (도 13 참조).

실시예 1 과 실시예 6 의 질화알루미늄 소결체에 대하여 파괴인성값에 대해서도 측정하였다.

상기 파괴인성값은 비커스경도계 (명석제작소사 제조 MVK-D형) 에 의해, 압자를 표면에 압입하여 발생된 크랙길이를 측정하고, 이것을 다음의 계산식 (6) 을 이용하여 계산하였다.

파괴인성값 = 0.026×E^1/2×0.5×P^1/2×a×C^-3/2…(6)

상기 계산식에 있어서, E 는 영률 (3.18×10¹¹㎩), P 는 압입하중 (98N), a 는 압흔대각선 평균길이의 절반 (m), C 는 크랙의 길이의 평균의 절반 (m) 이다.

상기 파괴인성값은 실시예 6 에서는 3.4㎫m^1/2, 실시예 1 에서는 2.8㎫m^1/2이었다.

(실시예 7)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃; 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (미쓰이화학사 제조 SA-545 산가 0.5KOH㎎/g) 12중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

소결체 중의 카본량의 측정은, 실시예 1 과 동일하게 실시하였다. 이 측정의 결과, 질화알루미늄 소결체 중에 함유되는 카본량은 800ppm 이었다. 또 명도는 N=3.5 이었다.

도 21 은 이 실시예 7 에서 얻어진 소결체의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타내는 레이저 라만 스펙트럼으로, 측정조건은, 실시예 1 과 동일하다.

도 21 에 나타낸 레이저 라만 스펙트럼에 의해 명확한 바와 같이, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 확실하게 피크가 관찰되었고, 상기 카본은 결정성이 저하된 카본인 것을 알 수 있다. 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=4.0 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 70㎝^-1이다.

(실시예 8)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃; 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (미쓰이화학사 제조 SA-545 산가 1.0KOH㎎/g) 10중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

소결체 중의 카본량의 측정은, 실시예 1 과 동일하게 실시하였다. 이 방법에 의해 측정한 결과, 질화알루미늄 소결체 중에 함유되는 카본량은 810ppm 이었다. 또 명도는 N=3.5 이었다.

도 22 는 이 실시예 8 에서 얻어진 소결체의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타내는 레이저 라만 스펙트럼으로, 측정조건은, 실시예 1 과 동일하다.

도 22 에 나타낸 레이저 라만 스펙트럼에 의해 명확한 바와 같이, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 확실하게 피크가 관찰되고, 결정계는 유지하면서도, 결정의 일부가 파괴되어 비정질화되어 있는 것을 알 수 있다. 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=3.8 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 45㎝^-1이다.

(실시예 9)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 아크릴계 수지 바인더 (교에이사 제조 KC-600 산가 17KOH㎎/g) 8중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

얻어진 질화알루미늄 소결체 중에 함유되는 카본량은 805pm 이고, 명도는 N=3.5 이었다.

도 23 은 이 실시예 9 에서 얻어진 소결체의 레이저 라만 분광분석의 결과를 나타내는 레이저 라만 스펙트럼으로, 측정조건은, 실시예 1 과 동일하다.

도 23 에 나타낸 레이저 라만 스펙트럼에 의해, 1580㎝^-1부근의 피크와 1355㎝^-1부근의 피크의 높이를 측정하여, 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 를 구한 결과 2.1 이었다. 또 상기 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반전폭) 을 측정한 결과 45㎝^-1이었다. 따라서 실시예 9 의 소결체는 대부분이 비정질의 카본이었다.

도 19 는 실시예 7, 8, 9 에 대하여, 실온∼500℃ 까지의 체적저항율의 변화에 대하여 나타낸 것이다. 이 도 19 에 나타낸 바와 같이 실시예 7, 8, 9 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체는, 500℃ 에서도 그 체적저항율이 1×10Ωㆍ㎝ 이상이었다.

도 20 은 소결체의 열전도율의 온도의존성을 나타낸 것이지만, 본 실시예 9 에서 나타낸 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=2.1 의 카본이 들어가 있는 예는, 열전도율이 700℃ 에 있어서, 60W/mㆍk 로 저하되었다.

또한, 실시예 7, 8 의 소결체를, 핫플레이트 상에서 500℃까지 가열하고, 표면온도를 서모뷰어 (닛봉데탐주식회사 제조 IR162012-0012), JIS C 1602 (1980) K형 열전대로 측정하고, 양자의 온도차를 조사하였다. 또한 열전대로 측정한 온도와 서브뷰어로 측정한 온도와의 차이가 클수록 서모뷰어의 온도오차가 크다고 할 수 있다.

그 결과 실시예 7 에서는 온도차가 0.8℃, 실시예 8 에서는 온도차가 0.9℃, 실시예 9 에서는 온도차가 0.9℃ 이었다.

실시예 7, 8, 9 및 비교예 1, 2 의 질화알루미늄 소결체에 대하여, 파괴인성값을 측정하였다. 결과를 표 1 에 나타냈다.

	파괴인성값(㎫m^1/2)
실시예7	3.1
실시예8	3.4
실시예9	2.4
비교예1	3.0
비교예2	2.8

(실시예 10) 응용예, 웨이퍼 프로버 (도 17, 도 18)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아 (평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (미쓰이화학사 제조 SA-545 산가 1.0KOH㎎/g) 10중량부, 및 1-부탄올 및 에탄올로 이루어지는 알코올 53 중량% 를 혼합한 조성물을 사용하여, 닥터블레이드법을 이용하여 성형함으로서 두께 0.47㎜ 의 그린시트 (30) 을 얻었다.

(3) 평균입경 1㎛ 의 텅스텐카바이트입자 100중량부, 아크릴계 바인더 3.0 중량부, α-테르피네올 용매 3.5 중량부, 및 분산제 0.3 중량부를 혼합하여 도체 페이스트 A 를 조제하였다. 또 평균입경 3㎛ 의 텅스텐입자 100 중량부, 아크릴계 바인더 1.9 중량부, α-테르피네올 용매 3.7 중량부, 및 분산제 0.2 중량부를 혼합하여 도체 페이스트 B 를 조제하였다.

(4) 그린시트 (30) 의 표면에, 상기 도체 페이스트 A 를 스크린인쇄법으로 인쇄하고, 격자상의 가드 전극용 인쇄층 (50) 및 그라운드 전극용 인쇄층 (60) 을 형성하였다.

또 외부단자접속용 핀과 접속하기 위한 상기 도금 스루홀용 관통구멍에 도체페이스트 B 를 충전하여 도금 스루홀용 충전층 (160, 170) 을 형성하였다.

그리고 도체 페이스트가 인쇄된 그린시트 (30) 및 인쇄가 되어 있지 않은 그린시트 (30') 50개를 적층하고, 130℃, 80㎏/㎠ 의 압력으로 일체화하였다 (도 17(a) 참조).

(5) 일체화된 적층체를 600℃ 에서 1시간 열분해하고, 그 후, 1890℃, 압력 150㎏/㎠ 의 조건에서 3시간 핫프레스하여, 두께 3㎜ 의 질화알루미늄 판상체를 얻었다. 이 판상체를 직경 230㎜ 의 원판형으로 잘라 질화알루미늄 기판 (3) 으로 하였다 (도 17(b) 참조). 또한 도금 스루홀 (16, 17) 의 크기는 직경 0.2㎜, 깊이 0.2㎜ 이었다. 또 가드 전극 (5), 그라운드 전극 (6) 의 두께는 10㎛이었다. 가드 전극 (5) 의 형성위치는 소결체 두께방향을 따라 발열체로부터 1㎜ 인 지점이며, 한편 그라운드 전극 (6) 의 형성위치는 소결체 두께방향을 따라 척 면 (1a) 로부터 1.2㎜ 이었다.

(6) 상기 (5) 에서 얻은 질화알루미늄 기판 (3) 을, 다이아몬드 연마석으로 연마한 후, 마스크를 올려놓고, 유리 비즈의 블러스트처리에 의해, 표면에 열전대 장착용 오목부 (도시생략) 및 웨이퍼 흡착용의 홈 (7 ; 폭 0.5㎜, 깊이 0.5㎜) 을 형성하였다 (도 17(c) 참조).

(7) 또한, 홈 (7) 을 형성한 척 면 (1a) 에 대향하는 이면에 도체 페이스트를 인쇄하여 발열체용의 페이스트층을 형성하였다. 이 도체 페이스트는, 프린트 배선판의 도금 스루홀 형성에 사용되고 있는 도꾸리키화학연구소 제조의 소르베스트PS603D 를 사용하였다. 즉 이 도체 페이스트는, 은/납페이스트로, 산화납,산화아연, 실리카, 산화붕소, 알루미나로 이루어지는 금속산화물 (각각의 중량비율은 5/55/10/25/5) 을 은의 양에 대하여 7.5 중량% 함유하는 것이다.

(8) 이면에 도체 페이스트를 인쇄하여 발열체 (41) 를 형성하기 위해 질화알루미늄 기판(히터판) (3) 을 780℃ 에서 가열소성하여, 도전 페이스트 중의 은, 납을 소결시킴과 동시에 질화알루미늄 기판 (3) 상에 구워, 발열체 (41) 를 형성하였다 (도 17(d) 참조). 이어서, 이 질화알루미늄 기판 (3) 을, 황산니켈 30g/ℓ, 붕산 30g/ℓ, 염화암모늄 30g/ℓ, 롯쉘염 60g/ℓ를 함유하는 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈도금욕 중에 침지하여, 상기 도체 페이스트로 이루어지는 발열체 (41) 의 표면에, 다시 두께 1㎛, 붕소의 함유량이 1중량% 이하인 니켈층 (410) 을 석출시켜 발열체 (41) 를 두껍게 하고, 그 후 상기 질화알루미늄 기판을 120℃ 에서 3시간의 어닐링을 실시하였다.

(9) 홈 (7) 이 형성된 척 면 (1a) 에, 스퍼터링법으로 Ti, Mo, Ni 의 각 층을 순차적으로 적층하였다. 이 스퍼터링은, 장치로서 일본진공기술주식회사 제조의 SV-4540 을 사용하고, 기압:0.6㎩, 온도:100℃, 전력 200W, 처리시간:30초∼1분의 조건에서 실시하였다. 스퍼터링의 시간은 스퍼터링하는 각 금속에 의해 조정하였다.

얻어진 막은, 형광 X선분석계의 화상으로부터 Ti 의 두께는 0.3㎛, Mo의 두께는 2㎛, Ni의 두께는 1㎛ 이었다.

(10) 상기 (9) 에서 얻어진 질화알루미늄기판 (3) 을, 황산니켈 30g/ℓ, 붕산 30g/ℓ, 염화암모늄 30g/ℓ, 롯쉘염 60g/ℓ를 함유하는 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈도금욕 중에 침지하여, 척 면 (1a) 에 형성되어 있는 홈 (7) 의 표면에, 붕소의 함유량이 1 중량% 이하의 니켈층 (두께 7㎛) 을 석출시키고, 상기 질화알루미늄 기판을 120℃ 에서 3시간 어닐링하였다.

상기 질화알루미늄 기판을, 시안화금칼륨 2g/ℓ, 염화암모늄 75g/ℓ, 시트르산나트륨 50g/ℓ, 하이포아인산나트륨 10g/ℓ으로 이루어지는 무전해도금액에 93℃ 로 1분간 침지하여, 질화알루미늄 기판 (3) 의 척 면측의 니켈도금층 상에, 두께 1㎛ 의 금도금층을 형성하여 척 톱 도체층 (2) 을 형성하였다 (도 18(e) 참조).

(11) 이어서 홈 (7) 으로부터 이면으로 통하는 공기흡입구멍 (8) 을 드릴가공하여 천공하고, 다시 도금 스루홀 (16, 17) 을 노출시키기 위한 대공 (180) 을 형성하였다 (도 18(f) 참조). 이 대공 (180) 에, Ni-Au 합금 (Au 81.5wt%, Ni 18.4wt%, 불순물 0.1wt%) 으로 이루어지는 땜납 금을 사용하여, 970℃ 에서 가열 역류시켜 코바아로 제조된 외부단자 핀 (19, 190) 을 접속시켰다 (도 18(g) 참조). 또 상기 발열체 (41) 에 땜납(주석 9/납 1) 을 통하여 코바아로 제조된 외부단자 핀 (191) 을 성형하였다.

(12) 온도를 제어하는, 열전대를 오목부에 매립하여 (도시생략), 웨이퍼 프로버가 부착된 히터로 하였다.

(13) 그 후, 통상적으로는, 상기 웨이퍼 프로버가 부착된 히터를 스테인리스강제의 지지대 상에 세라믹 파이버 (이비덴사 제조, 상품명, 이비윌) 로 이루어지는 단열재를 통하여 고정하였다. 이 지지대 상에는 냉각가스의 분사노즐을 형성하여 이 웨이퍼 프로버의 온도를 조정하도록 한다.

이 웨이퍼 프로버가 부착된 히터는, 공기흡인구멍 (8) 으로부터의 공기를 흡인하여, 이 히터에 탑재되는 웨이퍼를 흡착지지한다.

또한 이와 같이 하여 제조한 웨이퍼 프로버가 부착된 히터는, 명도가 N=3.5 를 나타내고 복사열량이 많고, 열전도율도 높으며, 또한 내부의 가드 전극 (5) 이나 그라운드 전극 (6) 의 은폐성도 우수하다.

또 고온에서의 체적저항율의 저하를 억제할 수 있어, 작동중에 단락이 발생하지 않고, 또 리크전류를 저감, 방지할 수 있다.

(실시예 11) 응용예, 정전 척용 정전 전극 및 발열체를 갖는 세라믹 히터.

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아 (평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴계 수지 바인더 (미쓰이화학 제조 SA-545 산가 1.0KOH㎎/g) 10중량부, 및 1-부탄올 및 에탄올로 이루어지는 알코올 53 중량% 를 혼합한 조성물을 사용하여, 닥터블레이드법을 이용하여 성형함으로서 두께 0.47㎜ 의 그린시트를 얻었다.

(2) 다음에 이 그린시트를 80℃ 에서 5시간 건조시킨 후, 펀칭에 의해 직경 1.8㎜, 3.0㎜, 및 5.0㎜ 의 반도체 웨이퍼 지지핀을 삽입하는 관통구멍이 되는 부분, 외부단자와 접속하기 위한 도금 스루홀로 되는 부분을 형성하였다.

(3) 평균입경 1㎛ 의 텅스텐카바이트입자 100중량부, 아크릴계 바인더 3.0 중량부, α-테르피네올 용매 3.5 중량부, 및 분산제 0.3 중량부를 혼합하여 도체 페이스트 A 를 조제하였다.

이 도체 페이스트 A 를 그린시트에 스크린인쇄로 인쇄하고, 도체 페이스트층을 형성하였다. 인쇄패턴은 동심원 패턴으로 하였다. 또한, 다른 그린시트에 도 7 에 나타낸 형상의 정전 전극 패턴으로 이루어지는 도체 페이스트층을 형성하였다.

상기 처리가 끝난 그린시트에, 130℃, 80㎏/㎠ 의 압력으로 다시 텅스텐 페이스트를 인쇄하지 않은 그리시트를 상측 (가열면) 에 37개, 하측에 13개 적층하였다.

(4) 다음에 얻어진 적층체를 질소가스중, 350℃ 에서 4시간 가열하고, 1890℃, 압력 150㎏/㎠ 에서 3시간 핫프레스하여, 두께 3㎜ 의 질화알루미늄 판상체를 얻었다. 이것을 직경 230㎜ 의 원판형으로 잘라, 내부에 두께 6㎛, 폭 10㎜ 정전 전극 및 발열체를 갖는 질화알루미늄 판상체로 하였다.

(5) 다음에 (4) 에서 얻어진 판상체를, 다이아몬드 연마석으로 연마한 후,그 위에 마스크를 올려놓고, SiC 등에 의한 블러스트처리로 표면에 열전대를 위한 저면이 있는 구멍 (직경:1.2㎜, 깊이:2.0㎜) 을 형성하였다.

(6) 또한, 도금 스루홀용의 관통구멍의 일부를 파 도려내 오목부로 하고, 이 오복부에, Ni-Au 로 이루어지는 땜납 금을 700℃ 에서 가열 역류하여 코바아로 제조된 외부단자를 접속시켰다.

외부단자의 접속은, 텅스텐의 지지체가 3점에서 지지하는 구조가 바람직하다. 접속신뢰성을 확보할 수 있기 때문이다.

(7) 다음에 온도제어를 위한 열전대를 저면이 있는 구멍에 매립하여, 정전 척이 부착된 세라믹 히터의 제조를 완료하였다.

이와 같이 하여 제조한 정전 척이 부착된 히터는, 명도가 N=3.5 를 나타내고, 복사열량이 많고, 열전도율도 높으며, 또한 내부의 저항발열체나 정전 전극의 은폐성도 우수하다.

또 고온에서의 체적저항율의 저하를 억제할 수 있고, 작동중에 단락이나 리크전류가 발생하지 않는다. 본 실시예 11 에서는 400℃ 에서 1㎸ 의 전압으로 리크전류를 10㎃ 미만으로 할 수 있었다.

(실시예 12)

(1) 먼저 실시예 1 과 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 제작하였다. 다음에, 이 질화알루미늄 소결체의 저면에, 스크린인쇄로 도체 페이스트를 인쇄하였다. 인쇄패턴은 도 7 에 나타낸 바와 같은 동심원상의 패턴으로 하였다.

사용된 도체 페이스트는, 프린트 배선판의 도금 스루홀 형성에 사용되고 있는 도꾸리키화학연구소 제조의 소르베스트PS603D 를 사용하였다.

이 도체 페이스트는, 은-납 페이스트로, 은 100중량부에 대하여, 산화납 (5중량%), 산화아연 (55중량%), 실리카 (10중량%), 산화붕소 (25중량%) 및 알루미나 (5중량%) 로 이루어지는 산화물 7.5 중량부를 함유하는 것이었다. 또 은 입자는 평균입경이 4.5㎛ 이고, 인상인 것이었다.

(2) 다음에, 도체 페이스트를 인쇄한 소결체를 780℃ 에서 가열, 소성하여, 도전 페이스트 중의 은, 납을 소결시킴과 동시에 소결체상에 구워, 발열체 (92) 을 형성하였다. 은-납의 발열체 (92) 는 두께가 5㎛, 폭 2.4㎜ 이고, 면적저항율이 7.7mΩ/?이었다.

(3) 황산니켈 80g/ℓ, 하이포아인산나트륨 24g/ℓ, 아세트산나트륨 12g/ℓ, 붕산 8g/ℓ, 및 염화암모늄 6g/ℓ을 함유하는 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈도금욕에 상기 (2) 에서 제작한 소결체를 침지하여, 은-납의 발열체 (92) 의 표면에 두께 1㎛ 의 금속피복층 (92a ; 니켈층) 을 석출시켰다.

(4) 전원과의 접속을 확보하기 위한 단자를 장착하는 부분에, 스크린인쇄에 의해, 은-납 땜납 페이스트 (다나까귀금속사 제조) 를 인쇄하여 땜납층을 형성하였다. 이어서, 땜납층의 위에 코바아로 제조된 단자 핀 (93) 을 탑재하여, 420℃ 에서 가열 역류하고, 외부단자 핀 (93) 을 발열체 (92) 의 표면에 장착하였다.

(5) 온도제어를 위한 열전대를 저면이 있는 구멍에 삽입하고, 그 구멍으로 폴리이미드를 충전하여, 190℃ 에서 2시간 경화시켜 세라믹 히터 90 (도 7 참조) 를 얻었다.

(실시예 13)

먼저 실시예 2 와 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 작성하였다. 다음에, 실시예 12 와 동일한 방법으로 이 질화알루미늄 소결체상에 발열체 패턴을 형성하고, 세라믹히터를 얻었다.

(실시예 14)

먼저 실시예 3 과 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 작성하였다. 다음에, 실시예 12 와 동일한 방법으로 이 질화알루미늄 소결체상에 발열체 패턴을 형성하고, 세라믹히터를 얻었다.

(실시예 15)

(1) 질화규소 분말 (평균입경 1.1㎛) 45중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃: 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 20 중량부, Al₂O₃(평군입경 0.5㎛) 15 중량부, SiO₂(평균입경 0.5㎛) 20 중량부, 및 아크릴계 수지 바인더 (교에이사 제조, 상품명 KC-600 산가 10KOH㎎/g) 8중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

(3) 성형체를 1600℃, 압력 150㎏/㎠ 의 조건에서 3시간 핫프레스하여 질화규소 소결체를 얻었다.

질화규소 소결체 중에 함유되는 카본량은 800ppm 이었다. 또 명도는 N=3.5 이었다.

이 소결체에 대하여 실시예 12 와 동일한 방법으로 발열체 패턴을 형성하여, 세라믹 히터를 얻었다.

이 실시예 15 에서 얻어진 질화규소 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석에서는, 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=2.3 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 45㎝^-1이다.

(비교예 3)

먼저 비교예 1 과 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 제작하였다. 다음에, 이 질화알루미늄 소결에 대하여, 실시예 12 와 동일한 방법으로 발열체 패턴을 형성하여, 세라믹 히터를 얻었다.

(비교예 4)

먼저 비교예 2 와 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 제작하였다. 다음에, 이 질화알루미늄 소결체에 대하여, 실시예 12 와 동일한 방법으로 발열체 패턴을 형성하여, 세라믹 히터를 얻었다.

(비교예 5)

(1) 질화규소 분말 (평균입경 1.1㎛) 45중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃: 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 20 중량부, Al₂O₃(평균입경 0.5㎛) 15 중량부, SiO₂(평균입경 0.5㎛) 20 중량부, 및 결정성 그라파이트 (도요탄소사 제조, GR-1200) 0.10중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

(2) 성형체를 1600℃, 압력 150㎏/㎠ 의 조건에서 3시간 핫프레스하여 질화규소 소결체를 얻었다.

이 소결체에 대하여 실시예 12 와 동일한 방법으로 발열체 패턴을 형성하였다.

질화규소 소결체 중의 카본의 레이저 라만 분광분석에서는 1580㎝^-1에서만 피크가 관찰되었다.

또 실시예 15 및 비교예 5 에서 얻어진 세라믹히터에 대하여, 다음의 표 2 에 그 온도와 체적저항율과의 관계를 표기하였다.

	온도(℃)	체적저항율(Ωㆍ㎝)
실시예 14	25	1×10¹⁶
	100	2×10¹⁵
	200	1×10¹⁴
	300	3×10¹³
	400	1×10¹²
	500	1×10¹¹
실시예 15	25	1×10¹⁶
	100	1×10¹⁵
	200	8×10¹³
	300	5×10¹²
	400	1×10¹¹
	500	1×10¹¹

상기 측정에 있어서, 체적저항율과 열전도율은 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 측정하였다.

또 실시예 12∼15 및 비교예 3∼5 의 소결체에 대하여, 핫프레스상 500℃ 까지 가열하여, 표면온도를 서모뷰어 (닛뽕데탐주식회사 제조의 IR162012-0012) 와, JIS-C-1602(1980) K형 열전대로 측정하고, 양자의 온도차를 조사하였다. 또한 열전대로 측정한 온도와 서모뷰어로 측정한 온도와의 차이가 클수록, 서모뷰어의 온도오차가 크다고 할 수 있다.

이 측정결과에 의하면, 실시예 12 에서는 온도차가 0.8℃, 실시예 13 에서는 온도차가 0.9℃, 실시예 14, 실시예 15 에서는 온도차가 1.0℃, 비교예 3 에서는 온도차가 0.8℃, 비교예 4 에서는 온도차가 8℃, 비교예 5 에서는 온도차가 0.8℃ 이었다.

실시예 12∼15 에서 얻어진 세라믹 히터는, 명도 N=3.5 를 나타내고, 복사열량이 많고, 고온에서의 체적저항율의 저하를 억제할 수 있으며, 또 서모뷰어에 의한 측정정밀도가 우수하였다. 또한 실시예 12, 13, 15 의 세라믹 히터는, 고온영역에서 높은 열전도율을 유지할 수 있었다.

한편, 비교예 3 에서 얻어진 세라믹히터는, 고온영역 (500℃) 에 있어서, 체적저항율이 1×10⁸Ωㆍ㎝ 이하로 저하되었다.

비교예 4 에서 얻어진 세라믹 히터는, 명도가 N=7.0 으로 높고, 비교예 2 에서처럼 서모뷰어에 의한 온도오차가 컸다.

(실시예 16)

먼저 실시예 6 과 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 작성하였다.다음에, 이 질화알루미늄 소결체에 대하여, 실시예 12 와 동일한 방법으로 발열체 패턴을 형성하고, 세라믹 히터를 얻었다.

실시예 12 와 실시예 16 에서의 히터의 파괴인성값에 대해서도 측정하였다. 상기 파괴인성값은, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 측정하였다.

상기 파괴인성값은, 실시예 12 에서는 2.8㎫m^1/2이었던 것에 대하여, 실시예 16 에서는 3.4㎫m^1/2이었다. 실시예 16 에서 얻어진 세라믹히터는, 특히 높은 파괴인성값을 갖는 세라믹 히터이었다.

(실시예 17)

(1) 먼저 실시예 7 과 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 제작하였다. 다음에, 이 질화알루미늄 소결체의 저면에, 스크린인쇄로 도체 페이스트를 인쇄하였다. 인쇄패턴은 도 7 에 나타낸 바와 같은 동심원상의 패턴으로 하였다.

도체 페이스트로서는, 프린트 배선판의 도금 스루홀 형성에 사용되고 있는 도꾸리키화학연구소 제조의 소르베스트 PS603D 를 사용하였다.

이 도체 페이스트는 은-납 페이스트로, 은 100 중량부에 대하여, 산화납 (5중량%), 산화아연 (55중량%), 실리카 (10중량%), 산화붕소 (25중량%) 및 알루미나 (5중량%) 로 이루어지는 산화물을 7.5중량부 함유하는 것이었다. 또 은입자는 평균입경이 4.5㎛ 이고, 인상인 것이었다.

(2) 다음에, 도체 페이스트를 인쇄한 소결체를 780℃ 에서 가열, 소성하고, 도전 페이스트 중의 은과 납을 소결시킴과 동시에 소결체상에 구워, 발열체 (92)를 형성하였다. 은-납의 발열체 (92) 는 두께가 5㎛, 폭 2.4㎜ 이고, 면적저항율이 7.7mΩ/?이었다.

(3) 황산니켈 80g/ℓ, 하이포아인산나트륨 24g/ℓ, 아세트산나트륨 12g/ℓ, 붕산 8g/ℓ, 염화암모늄 6g/ℓ을 함유하는 수용액으로 이루어지는 무전해 니켈도금욕에 상기 (4) 에서 제작한 소결체를 침지하여, 은-납 발열체 (92) 의 표면에 두께 1㎛ 의 금속피복층 (92a) (니켈층) 을 석출시켰다.

(4) 전원과의 접속을 확보하기 위한 외부단자를 장착하는 부분에, 스크린인쇄에 의해, 은-납 땜납 페이스트 (다나까귀금속사 제조) 를 인쇄하여, 땜납층을 형성하였다. 이어서, 땜납층의 위에 코바아로 제조된 외부단자 핀 (93) 을 탑재하여, 420℃ 에서 가열 역류하고, 외부단자 핀 (93) 을 발열체 (92) 의 표면에 장착하였다.

(5) 온도제어를 위한 열전대를 저면이 있는 구멍에 삽입하고, 그 구멍에 폴리이미드를 충전하여, 190℃ 에서 2시간 경화시켜 세라믹 히터 90 (도 7 참조) 를 얻었다.

(실시예 18)

먼저 실시예 8 과 동일한 방법으로 질화알루미늄 소결체를 제작하였다. 다음에, 이 질화알루미늄 소결체에, 실시예 17 과 동일한 방법으로 발열체 패턴을 형성하고, 세라믹 히터를 얻었다.

(실시예 19)

(1) 질화규소 분말 (평균입경 1.1㎛) 45중량부, 산화이트륨 (Y₂O₃; 이트리아, 평균입경 0.4㎛) 20 중량부, Al₂O₃(평균입경 0.5㎛) 15 중량부, SiO₂(평균입경 0.5㎛) 20중량부, 및 아크릴계 수지 바인더 (미쓰이화학사 제조 SA-545 산가 1.0KOH㎎/g) 8중량부를 혼합하고, 몰드에 넣어 성형체로 하였다.

이 실시예 19 에서 얻어진 질화알루미늄 소결체의 카본의 레이저 라만 분광분석에서는, 피크강도비 : I(1580)/I(1355)=3.9 이고, 1355㎝^-1의 피크의 절반 폭이 45㎝^-1이다.

이 소결체에 대하여 실시예 17 과 동일한 방법으로 발열체 패턴을 형성하였다.

도 24 는 실시예 19 의세라믹 히터에 있어서, 실온∼500℃ 까지의 세라믹 기판 (소결체) 의 체적저항율의 변화에 대하여 나타낸 것이다.

이 도 24 에 나타낸 바와 같이, 고온영역 (500℃) 에서도, 1×10⁸Ωㆍ㎝ 이상의 체적저항율이 유지되었다.

또 실시예 17∼19 에서 얻어진 세라믹 히터에 대하여, 핫프레스 상에서 500℃ 까지 가열하고, 표면온도를 서모뷰어 (닛뽕데탐주식회사 제조의 IR162012-0012)와 JIS-C-1602(1980)K 형 열전대로 측정하여 양자의 온도차를 조사하였다. 또한 열전대로 측정한 온도와 서모뷰어로 측정한 온도와의 차이가 클수록 서모뷰어의 온도차이가 크다고 할 수 있다.

그 결과, 실시예 17 에서는 온도차가 0.8℃, 실시예 18 에서는 온도차가 0.9℃, 실시예 19 에서는 온도차가 1.0℃ 이었다.

상기 측정에 있어서, 체적저항율과 열전도율은 실시예 1 과 동일한 방법으로 측정하였다.

실시예 17∼19 에서 얻어진 세라믹 히터는, 명도 N=3.5 를 나타내고, 복사열량이 많고, 고온에서의 체적저항율의 저하를 억제할 수 있고, 또 서모뷰어에 의한 측정정밀도가 우수하다.

(실시예 20) 응용예, 발열체 및 정전 척용 정전 전극을 내부에 갖는 세라믹 히터 (도 7)

(1) 질화알루미늄 분말 (도꾸야마사 제조, 평균입경 1.1㎛) 100중량부, 이트리아 (평균입경 0.4㎛) 4 중량부, 아크릴바인더 11.5 중량부, 분산제 0.5중량부, 자당 0.2중량부, 그라파이트 0.05중량부, 및 1-부탄올과 에탄올로 이루어지는 알코올 53 중량% 를 혼합한 페이스트를 사용하여, 닥터블레이드법에 의한 성형을 실시하여 두께 0.47㎜ 의 그린시트를 얻었다.

(2) 다음에, 이 그린시트를 80℃ 에서 5시간 건조시킨 후, 펀칭에 의해 직경 1.8㎜, 3.0㎜, 5.0㎜ 의 반도체 웨이퍼 지지핀을 삽입하는 관통구멍이 되는 부분, 및 외부단자와 접속하기 위한 도금 스루홀로 되는 부분을 형성하였다.

이 도체 페이스트 A 를 그린시트에 스크린인쇄로 인쇄하고, 도체 페이스트층을 형성하였다. 인쇄패턴은 동심원 패턴으로 하였다. 또한, 다른 그린시트에 도 7 에 나타낸 정전 전극 패턴으로 이루어지는 도체 페이스트층을 형성하였다.

또한, 외부단자를 접속하기 위한 도금 스루홀용의 관통구멍에 도체 페이스트 B 를 충전하였다.

상기 처리가 끝난 그린시트에, 130℃, 80㎏/㎠ 의 압력으로 다시 텅스텐 페이스트를 인쇄하지 않은 그리시트를 상측 (가열면) 에 37개, 하측에 13개, 적층하였다.

(4) 다음에, 얻어진 적층체를 질소가스 분위기에서, 600℃ 에서 5시간동안 탈지하고, 1890℃, 압력 150㎏/㎠ 에서 3시간 핫프레스하여, 두께 3㎜ 의 질화알루미늄 판상체를 얻었다. 이것을 직경 230㎜ 의 원판형으로 잘라, 두께 6㎛, 폭10㎜ 의 정전 전극 및 발열체를 갖는 세라믹 판상체로 하였다.

(5) 다음에, 상기 (4) 에서 얻어진 판상체를, 다이아몬드 연마석으로 연마한 후, 마스크를 올려놓고, SiC 등에 의한 블러스트처리로 표면에 열전대를 위한 저면이 있는 구멍 (직경:1.2㎜, 깊이:2.0㎜) 을 형성하였다.

(6) 또한, 도금 스루홀용의 관통구멍의 일부를 파 도려내 오목부로 하고, 이 오복부에, Ni-Au 로 이루어지는 땜납 금을, 700℃ 에서 가열 역류하여 코바아로 제조된 외부단자를 접속시켰다.

(7) 다음에, 온도제어를 복수의 열전대를 저면이 있는 구멍에 매립하고, 정전 척이 부착된 세라믹 히터의 제조를 완료하였다.

이와 같이 하여 제조한 정전 척이 부착된 히터는, 명도가 N=3.5 를 나타내고, 복사열량이 많고, 또한 열전도율도 높으며 내부의 가드전극과 정전 전극의 은폐성도 우수하다.

또 고온에서의 체적저항율의 저하를 억제할 수 있고, 작동중에 단락이나 리크전류가 발생하지 않는다. 본 실시예에서는 400℃ 에서 1㎸ 의 전압으로 리크전류를 10㎃ 미만으로 할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 카본함유 질화알루미늄 소결체는, 레이저라만 스펙트럼 분석에서 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 결정성이 낮은 카본을 함유하는 점에서, 고온에서의 체적저항율이 높고, 또한 명도가 낮기 때문에 서모뷰어에 의한 정확한 온도측정이 가능한 질화알루미늄 소결체로, 예컨대 핫플레이트, 정전 척, 웨이퍼 프로버, 서셉터 등의 기판으로서 유용하다.

또 본 발명의 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판은, 질화알루미늄 소결체 등의 세라믹이 사용되고, 레이저 라만 스펙트럼 분석에서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 결정성이 낮은 카본을 함유하는 점에서, 고온에서 체적저항율이 높고, 또한 명도가 낮기 때문에 서모뷰어에 의한 정확한 온도측정이 가능한 세라믹 기판으로, 핫플레이트, 정전 척, 웨이퍼 프로버, 서셉터 등으로서 유용하다.

Claims

질화알루미늄으로 이루어지는 매트릭스 중에, 레이저 라만 스펙트럼 분석에서 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본을 함유하는 카본함유 질화알루미늄 소결체.
제 1 항에 있어서, 상기 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 상기 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하인 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 카본함유 질화알루미늄 소결체.
제 1 항에 있어서, 상기 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 상기 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하는 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 카본함유 질화알루미늄 소결체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전폭) 이 20㎝^-1이상인 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 카본함유 질화알루미늄 소결체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카본의 함유량이 200∼5000ppm 인 것을 특징으로 하는 카본함유 질화알루미늄 소결체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물 및 희토류 산화물 중 적어도 어느 하나의 1종으로 이루어지는 소결조제를 함유하는 것을 특징으로 하는 카본함유 질화알루미늄 소결체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, JIS Z 8721 에 규정되는 명도가 N4 이하인 것을 특징으로 하는 카본함유 질화알루미늄 소결체.
레이저 라만 스펙트럼에 의한 분석에 있어서, 1580㎝^-1부근 및 1355㎝^-1부근에 피크가 출현하는 카본을 함유하는 세라믹 기판에 도체를 형성하여 이루어지는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항에 있어서, 상기 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 상기 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 이하인 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항에 있어서, 상기 1355㎝^-1부근의 피크에 대한 상기 1580㎝^-1부근의 피크의 피크강도비 : I(1580)/I(1355) 가 3.0 을 초과하는 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1355㎝^-1부근의 피크의 절반 폭 (절반 전폭) 이 20㎝^-1이상인 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체는 정전 전극으로, 상기 세라믹 기판이 정전 척으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체는 저항발열체로, 상기 세라믹 기판이 핫플레이트로서 기능하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체는 세라믹 기판의 표면 및 내부에 형성되고, 상기 내부의 도체는 가드 전극 또는 그라운드 전극 중 적어도 어느 하나로, 상기 세라믹 기판이 웨이퍼 프로버로서 기능하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카본의 함유량이 200∼5000 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물 및 희토류 산화물 중 적어도 어느 하나의 1종으로 이루어지는 소결조제를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.
제 8 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, JIS Z 8721 에 규정되는 명도가 N4 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 제조ㆍ검사장치용 세라믹 기판.