KR20030038436A - 플라즈마 발생용 전극내장형 서셉터 및 그 제조 방법 - Google Patents

플라즈마 발생용 전극내장형 서셉터 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

판상시료에의 각종 플라즈마 처리에 있어서 처리량을 보다 균일화할 수 있고, 또한, 내플라즈마성, 열전도성, 내구성이 뛰어난 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터, 이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 용이하고도 염가로 얻을 수 있는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)는, 표면이 판상시료를 재치하는 재치면(12a)으로 되어 세라믹으로 이루어진 재치판(12)과, 이 재치판(12)을 지지하며 고정공(13)이 형성된 지지판(14)과, 재치판(12)과 지지판(14)의 사이에 설치된 플라즈마 발생용 전극(15)과, 상기 고정공(13)에 설치된 급전용 단자(16)를 구비하며, 플라즈마 발생용 전극(15)의 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방의 영역(21)을, 플라즈마 발생용 전극(15)의 다른 영역(22)보다 저저항으로 한 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 발생용 전극내장형 서셉터 및 그 제조 방법{Susceptor with built-in plasma generation electrode and manufacturing method therefor}
본 발명은, 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 내부식성, 내플라즈마성이 뛰어남과 동시에, 판상시료에의 에칭 처리,성막처리 등을 균일하게 실시할 수 있고, 또한,, 내구성이 뛰어난 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터, 및 상기 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 양호한 수율로, 또한, 염가로 제조할 수 있는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, IC, LSI, VLSI 등의 반도체 장치의 제조 공정에서 사용되는 플라즈마 에칭 장치나, 플라즈마 CVD 장치 등에 있어서는, 플라즈마 에칭이나 플라즈마 CVD에 의한 성막을 웨이퍼마다 균일하게 행하기 때문에, 이 웨이퍼(판상시료)를 서셉터라 불리는 시료대(대좌)에 재치(載置)하고, 소정의 처리를 행하고 있다.
이 서셉터는, 플라즈마 중에서의 사용에 견딜 수 있고, 또한, 고온에서의 사용에 견딜할 수 있어야 하므로, 내플라즈마성이 뛰어나며, 열전도율이 클 것이 요구된다.
이러한 서셉터로는, 내플라즈마성, 열전도성이 뛰어난 세라믹 소결체로 이루어진 서셉터가 사용되고 있다.
종래, 이러한 세라믹 소결체로 이루어진 서셉터로는, 예컨대,도 7에 도시한 바와 같은 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터가 알려져 있다.
이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(1)는, 상면이 웨이퍼 등의 판상시료를 재치하는 재치면(2a)으로 된 재치판(2)과, 이 재치판(2)과 일체화되고, 이 재치판(2)을 지지하는 지지판(3)과, 이들 재치판(2)과 지지판(3)의 사이에 형성된 플라즈마 발생용 전극(4)과, 상기 지지판(3)을 관통하는 고정공(5) 내에 설치되어 상기 플라즈마 발생용 전극(4)에 접함과 동시에 외부로부터의 고주파 전류를 상기 플라즈마 발생용 전극(4)에 공급하는 급전용 단자(6)에 의해 구성되어 있다.
상기 재치판(2)은 절연성 세라믹 소결체로 이루어진 판상체이고, 지지판(3)은 절연성 세라믹 소결체로 이루어진 판상체이며, 이들 재치판(2) 및 지지판(3)에 의해 서셉터 기체(基體)(7)가 구성되어 있다.
또한, 플라즈마 발생용 전극(4)은, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb) 등의 고융점 금속을 주성분으로 하는 도전층으로 이루어진 것으로, 그 저항값은, 이 도전층의 전역에 걸쳐 균일하게 되어 있다.
급전용 단자(6)는, 플라즈마 발생용 전극(4)과 마찬가지로, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb) 등의 고융점 금속을 주성분으로 하는 봉상체이다.
이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(1)를 제조하기 위해서는, 우선 지지판(3)의 소정 위치에 그 두께 방향으로 관통하는 고정공(5)을 형성하고, 이 고정공(5)에 급전용 단자(6)를 고정한다.
이어서, 이 지지판(3) 상에, 급전용 단자(6)에 접하도록 고융점 금속 분말을 함유하는 도전성 도포재(7)를 도포하고, 건조시키고, 이어서, 이 도전성 도포재(7)의 도포면을 개재하여 지지판(3)과 재치판(2)을 중첩시키며, 가압하에서 열처리함으로써 이들을 일체화함과 동시에, 지지판(3)과 재치판(2)과의 사이에 도전성 도포재(7)를 열처리하여 이루어진 플라즈마 발생용 전극(4)을 형성한다.
이상에 의해 플라즈마 발생용 전극(4)과 급전용 단자(6)가 확실하고도 강고하게 접합된 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(1)가 얻어진다.
그러나, 상술한 서셉터(1)에 있어서는, 플라즈마를 이용하여 처리되는 웨이퍼 등의 판상시료에의 성막, 에칭 등의 처리량이, 그 판상시료의 면내(面內)에서는 반드시 균일한 것은 아니므로, 얻어진 반도체 장치의 특성이 불균일이 크다고 하는 문제점이 있었다.
특히, 최근의 웨이퍼의 대직경화에 따라, 웨이퍼의 면내에서의 특성의 불균일을 최대한 작게 할 필요가 있으므로, 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에서도, 각종 플라즈마 처리에서의 처리량의 면내 균일성을 더욱 높이는 서셉터가 강하게 요구되고 있었다.
또한,, 플라즈마 발생용 전극(4)과 급전용 단자(6)의 접속 부위 근방에 크랙이 발생하기 쉽고, 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 내구성이 충분하지 않다는 문제점도 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 재치되는 판상시료에의 각종 플라즈마 처리에서의 처리량을 보다 균일화할 수 있고, 또한,, 내플라즈마성, 열전도성, 내구성이 뛰어난 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터, 이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 용이하고도 염가로 얻을 수 있는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 나타내는 횡단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 요부를 나타내는 종단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는, 본 발명의 제1 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법을 나타내는 과정도이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 나타내는 종단면도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는, 본 발명의 제2 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법을 나타내는 과정도이다.
도 7은, 종래의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 나타내는 종단면도이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
11 : 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터 12 : 재치판
12a : 재치면 13 : 고정공(관통공)
14 : 지지판 15 : 플라즈마 발생용 전극
16 : 급전용 단자 17 : 절연층
18 : 서셉터 기체 21 : 저저항 영역
21a : 제1 전극층 21b : 제2 전극층
21c : 제3 전극층 22 : 고저항 영역
31 : 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(제1 플라즈마 발생용 전극 형성층)
32 : 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(제2 플라즈마 발생용 전극 형성층)
33 : 절연재층
41 : 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터
42 : 서셉터 기체 51 : 재치판용 그린체
52 : 지지판용 그린체 53 : 급전용 단자용 그린체
본 발명자는, 예의 검토한 결과, 종래의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에 있어서는, 플라즈마 발생 중에, 플라즈마 발생용 전극과 급전용 단자와의 접속 부분 근방이 고전류 밀도 영역이 되기 때문에, 이 접속 부분 근방에서 이상 발열이 생기기 쉽고, 그 결과, 재치될 판상시료에의 각종 플라즈마 처리에서의 처리량이 불균일하게 되는 것을 발견하였고, 또한, 이 접속 부위 근방에 크랙이 발생하기 쉬우므로, 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 내구성이 충분하지 않은 것도 발견하였으며, 따라서, 플라즈마 발생용 전극내의 고전류 밀도 영역이 되는 부분, 즉, 플라즈마 발생용 전극과 급전용 단자의 접속 부분의 근방을 저저항화하면, 상기 과제를 효율적으로 해결할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터는, 일주면(一主面)이 판상시료를 재치하는 재치면이 되고, 세라믹으로 이루어진 서셉터 기체와, 이 서셉터 기체에 내장된 플라즈마 발생용 전극과, 상기 서셉터 기체를 관통하도록 설치되어 상기 플라즈마 발생용 전극에 접속된 급전용 단자를 구비한 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터로서, 상기 플라즈마 발생용 전극의 상기 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역을, 상기 플라즈마 발생용 전극 외의 영역보다 저저항으로 한 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에서는, 플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역을, 상기 플라즈마 발생용 전극의 다른 영역 보다 저저항으로 함으로써 플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역(저저항 영역)에서의 이상 발열이 억제되고, 서셉터 기체가 균열화(均熱化)된다. 이에 따라, 서셉터 기체의 재치면의 균열성이 향상되고, 그 결과, 상기 재치면에 재치되는 판상시료의 균열성이 향상되고, 상기 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량이 균일화된다. 또한, 서셉터 기체의 재치면의 균열성이 향상됨으로써 내구성이 대폭 향상된다.
상기 서셉터 기체를, 일주면이 판상시료를 재치하는 재치면이 되며 세라믹으로 이루어진 재치판과, 상기 재치판에 접합되어 일체화된 세라믹으로 이루어진 지지판을 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써 플라즈마 발생용 전극을 서셉터 기체내의 소망의 위치에 용이하게 설치 가능하게 된다. 또한,, 이 플라즈마 발생용 전극과 급전용 단자를 확실, 강고하게 접속할 수 있으므로, 통전(通電) 확실성이 개선된다.
상기 지지판 상의 상기 플라즈마 발생용 전극을 제외한 영역에, 이들 지지판 및 재치판과 적어도 주성분이 동일한 절연층을 형성한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써 플라즈마 발생용 전극의 절연성이 더욱 높아진다.
상기 세라믹은, 산화 알루미늄기(基) 세라믹 또는 질화 알루미늄기 세라믹이 바람직하다.
상기 플라즈마 발생용 전극의 저저항 영역은, 도전성 세라믹층 및/또는 복합 도전성 세라믹층을 총 2층 이상 포함하는 다층 구조가 바람직하다.
상기 다층 구조는, 상기 복합 도전성 세라믹층, 상기 도전성 세라믹층 또는 고융점 금속층, 상기 복합 도전성 세라믹층을 순차적으로 적층한 3층 구조가 바람직하다.
상기 복합 도전성 세라믹층은, 산화 알루미늄―탄화 탄탈륨 복합 도전성 세라믹, 산화 알루미늄―탄화 몰리브덴 복합 도전성 세라믹, 산화 알루미늄―텅스텐복합 도전성 세라믹으로부터 선택된 1종으로 하고, 상기 도전성 세라믹층은, 탄화 탄탈륨 도전성 세라믹 또는 탄화 몰리브덴 도전성 세라믹으로 하며, 상기 고융점 금속층은, 탄탈륨 또는 텅스텐으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복합 도전성 세라믹층은, 질화알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 또는 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹으로 하고, 상기 고융점 금속층은, 텅스텐 또는 몰리브덴으로 해도 무방하다.
본 발명의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법은, 판상시료가 재치되는 재치판 및 상기 재치판을 지지하는 지지판을 세라믹을 이용하여 제작하고, 이어서, 상기 지지판에 관통공을 형성하고, 이 관통공에 급전용 단자를 삽입하여 고정하며, 이어서, 상기 지지판의 일주면에, 도전성 분말을 함유하는 제1 전극용 도포재를 상기 급전용 단자에 접촉하도록 도포하여 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 지지판의 일주면상의 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에, 상기 제1 전극용 도포재보다 고저항의 도전성 분말을 함유하는 제2 전극용 도포재를 도포하여 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층 보다 고저항의 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하며, 이어서, 상기 지지판에, 이들 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 개재하여 상기 재치판을 중첩시키고, 가압하에서 열처리함으로써 이 지지판과 재치판의 사이에 저저항 영역과 고저항 영역을 갖는 플라즈마 발생용 전극을 형성함과 동시에, 이들을 접합하여 일체화하는 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법에서는, 세라믹으로 이루어진 재치판과 지지판의 경계면에, 저저항 영역이 되는 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층과, 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층보다 고저항 영역이 되는 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 상기 지지판 및 상기 재치판을 이들 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층과 함께 가압하에서 열처리함으로써 플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역에서의 이상 발열이 억제되어 서셉터 기체의 재치면의 균열성이 향상되며, 이 재치면에 재치되는 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량이 균일화되고, 또한, 내구성이 대폭 향상된 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를, 높은 수율로 염가로 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 프라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 다른 제조 방법은, 세라믹 분말을 포함하는 슬러리에 의해, 판상시료를 재치하기 위한 재치판용 그린체(green body) 및 상기 재치판을 지지하기 위한 지지판용 그린체를 제작하고, 이어서, 상기 지지판용 그린체에 관통공을 형성하며, 이 관통공에 도전성 분말을 함유하는 급전용 단자 형성용 재료를 충전 또는 급전용 단자를 삽입하고, 이어서, 상기 지지판용 그린체의 일주면에, 도전성 분말을 함유하는 제1 전극용 도포재를 상기 급전용 단자 형성 용 재료 또는 상기 급전용 단자에 접촉하도록 도포하여 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 지지판용 그린체의 일주면상의 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에, 상기 제1 전극용 도포재 보다 고저항의 도전성 분말을 함유하는 제2 전극용 도포재를 도포하여 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층 보다 고저항의 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하며, 이어서, 상기 지지판용 그린체에, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을개재하여 상기 재치판용 그린체를 중첩하고, 가압하에서 열처리함으로써 세라믹으로 이루어진 지지판과 재치판의 사이에 저저항 영역과 고저항 영역을 갖는 플라즈마 발생용 전극을 형성함과 동시에, 이들을 접합하여 일체화하는 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법에서는, 재치판용 그린체와 지지판용 그린체의 경계면에, 저저항 영역이 되는 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층과, 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층보다 고저항 영역이 되는 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 상기 지지판용 그린체 및 상기 재치판용 그린체를 이들 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층과 함께 가압하에서 열처리함으로써 플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역에서의 이상 발열이 억제 되어 서셉터 기체의 재치면의 균열성이 향상되고, 이 재치면에 재치되는 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량이 균일화되며, 또한, 내구성이 대폭적으로 향상된 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를, 1회의 열처리에 의해, 높은 수율로 염가로 제조할 수 있게 된다.
상기 각각의 제조 방법에 있어서는, 상기 지지판 또는 상기 지지판용 그린체의 일주면상의 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에,상기 지지판 또는 상기 지지판용 그린체와 적어도 주성분이 동일한 세라믹 분말을 포함하는 절연재층을 형성하고, 그 후에 가압하에서 열처리함으로써, 상기 절연 재층을 절연층으로 하는 방법이 바람직하다.
이러한 방법으로 함으로써 플라즈마 발생용 전극의 절연성이 더욱 높아진 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기 세라믹은, 산화 알루미늄기 세라믹 또는 질화 알루미늄기 세라믹인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을, 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액을 이용하여 제1층을 형성하고, 도전성 세라믹층 형성용 도포액 또는 고융점 금속층 형성용 도포액을 사용하여 제2층을 형성하며, 상기 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액을 이용하여 제3층을 형성함으로써 3층 구조로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액은, 산화 알루미늄―탄화 탄탈륨 복합 도전성 세라믹 분말, 산화 알루미늄―탄화 몰리브덴 복합 도전성 세라믹 분말, 산화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 분말로부터 선택된 1종을 함유하고, 상기 도전성 세라믹층 형성용 도포액은, 탄화 탄탈륨 도전성 세라믹 분말 또는 탄화 몰리브덴 도전성 세라믹 분말을 함유하고, 상기 고융점 금속층 형성용 도포액은, 탄탈륨 분말 또는 텅스텐 분말을 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액은, 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 분말 또는 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹 분말을 함유하고, 상기 고융점 금속층 형성용 도포액은, 텅스텐 분말 또는 몰리브덴 분말을 함유하는 것으로 하여도 무방하다.
이하, 본 발명의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터 및 그 제조 방법의 각 실시 형태에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시의 형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 구체적으로 설명하는 것이고, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 나타내는 종단면도, 도 2는 동 횡단면도, 도 3은 이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 요부를 나타내는 종단면도이고, 이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)는, 상면(일주면)이 웨이퍼 등의 판상시료를 재치하는 재치면(12a)이 되는 재치판(12)과, 이 재치판(12)과 일체화되고 두께 방향으로 관통하는 고정공(관통공)(13)이 형성된 지지판(14)과, 이 재치판(12)과 지지판(14)의 사이에 형성된 플라즈마 발생용 전극(15)과, 상기 지지판(14)의 고정공(13)에 설치되어 플라즈마 발생용 전극(15)에 접합되어 외부로부터의 고주파 전류를 상기 플라즈마 발생용 전극(15)에 공급하는 급전용 단자(16)에 의해 구성되고, 재치면(12a)은, 그 평탄도가 10μm 이하가 되도록 연마되어 있다.
이들 재치판(12) 및 지지판(14)은, 모두 동일 조성 또는 주성분이 동일한 세라믹으로 이루어진 것으로, 그 중첩면의 형상을 동일하게 하고, 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료로 이루어진 절연층(17)에 의해 접합 일체화되어 있고, 이들 재치판(12) 및 지지판(14)에 의해 서셉터 기체(18)를 구성하고 있다.
이들 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 세라믹으로는, 내플라즈마성이나 내부식성이 뛰어난 알루미나(산화 알루미늄)기 세라믹, 혹은 내플라즈마성이나 열전도성이 뛰어난 질화알루미늄기 세라믹이 바람직하게 이용된다. 여기서, 알루미나기 세라믹이란, 알루미나의 함량이 50 중량% 이상, 알루미나 이외의 다른 성분, 예컨대 탄화 규소(SiC), 실리카(SiO2) 등의 함량이 5O 중량% 미만, 바람직하게는 2O중량% 이하인 세라믹을 의미한다. 마찬가지로, 질화알루미늄기 세라믹이란, 질화알루미늄의 함량이 50중량% 이상, 질화알루미늄 이외의 다른 성분, 예컨대, 탄화 규소(SiC), 산화 이트륨(Y2O3), 산화 마그네슘(MgO) 등의 함량이 5O 중량% 미만, 바람직하게는 2O 중량% 이하인 세라믹을 의미한다.
상기 절연층(l7)은, 재치판(12)과 지지판(14)의 경계부, 즉 플라즈마 발생용 전극(15) 부분을 제외한 영역을 접합하기 위해 설치된 것으로, 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료 분말을 가압하에서 소성한 것이다. 여기서, 「주성분이 동일한 재료」란, 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 세라믹 재료 이외의 재료의 함량이 50 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하인 재료를 의미한다.
플라즈마 발생용 전극(15)은, 고주파 전류를 통전하여 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마에 의해 각종 처리를 행하기 위한 내부 전극으로서 이용되는 것으로, 그 형상이나 크기는 발생시키는 플라즈마의 사양에 의해 적절히 변경 가능하다.
그리고, 이 플라즈마 발생용 전극(15)과 급전용 단자(16)의 접속 부분 근방의 고전류 밀도 영역, 예컨대, 플라즈마 발생용 전극(15)의 전역에서의 평균 전류밀도의 3배 이상의 전류 밀도를 갖는 영역, 보다 구체적으로는, 급전용 단자(16)의 상부 단면의 중심축을 중심으로, 상기 급전용 단자(16)의 단면 면적의 5∼100배에 상당하는 영역은, 플라즈마 발생용 전극(15)의 다른 영역보다 저저항화되어 있다.
이상에 의하여, 이 플라즈마 발생용 전극(15)은, 전극면이 2개의 저항 영역, 즉 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방의 저저항 영역(21)과, 이 저저항 영역(21) 이외의 영역에 형성된 상기 저저항 영역(21)보다 고저항의 고저항 영역(22)에 의해 구성되게 된다.
이 저저항 영역(21)은, 도전성 세라믹층 및/또는 복합 도전성 세라믹층을 총 2층 이상 포함하는 다층 구조로 되어 있다.
특히, 도 3에 도시한 바와 같이, 지지판(14) 상에, 복합 도전성 세라믹층으로 이루어진 제1 전극층(21a), 도전성 세라믹층 또는 고융점 금속층으로 이루어진 제2 전극층(21b), 복합 도전성 세라믹층으로 이루어진 제3 전극층(21c)을 차례로 적층한 3층 구조가 바람직하다.
상술한 복합 도전성 세라믹층으로는, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹, 알루미나―몰리브덴 카바이드 복합 도전성 세라믹, 알루미나―텅스텐 복합 도전성 세라믹으로부터 선택된 1종이 바람직하다. 또한, 도전성 세라믹층은, 탄탈륨 카바이드 도전성 세라믹 또는 몰리브덴 카바이드 도전성 세라믹으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 복합 도전성 세라믹층을, 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 또는 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹으로 하고, 상기 고융점금속층을 텅스텐 또는 몰리브덴으로 해도 무방하다.
급전용 단자(16)는, 플라즈마 발생용 전극(15)에 고주파 전류를 공급하기 위해 설치된 것으로, 그 수, 형상, 크기 등은 플라즈마 발생용 전극(15)의 형상에 의해 결정된다.
이 급전용 단자(16)는, 도전성 세라믹 분말, 예컨대 알루미나(산화 알루미늄)―텅스텐 복합 도전성 세라믹 분말, 알루미나―탄탈륨 카바이드(탄화 탄탈륨) 복합 도전성 세라믹 분말, 알루미나―몰리브덴 카바이드(탄화 몰리브덴) 복합 도전성 세라믹 분말, 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 분말, 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹 분말, 질화 알루미늄―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹 분말 등을 가압하에서 소성한 도전성 세라믹, 또는 텅스텐, 몰리브덴 등의 고융점 금속에 의해 형성되어 있다.
여기서, 상기 플라즈마 발생용 전극(15)의 저저항 영역(21)에 대하여, 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
(1) 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 세라믹이 알루미나기 세라믹인 경우
플라즈마 발생용 전극(15)의 저저항 영역(21)은, 다음의 ①∼④ 중 어느 하나의 타입의 3층 구조가 바람직하다.
① 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹(제1 전극층)과, 탄탈륨 카바이드 도전성 세라믹(제2 전극층)과, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹(제3 전극층)으로 이루어진 3층 구조.
② 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹(제1 전극층)과, 탄탈륨(제2 전극층)과, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹(제3 전극층)으로 이루어진 3층 구조.
③ 알루미나 탄화 몰리브덴 복합 도전성 세라믹(제1 전극층)과, 몰리브덴 카바이드 도전성 세라믹(제2 전극층)과, 알루미나―몰리브덴 카바이드 복합 도전성 세라믹(제3 전극층)으로 이루어진 3층 구조.
④ 알루미나 텅스텐 복합 도전성 세라믹(제1 전극층)과, 텅스텐(제2 전극층)과, 알루미나―텅스텐 복합 도전성 세라믹(제3 전극층)으로 이루어진 3층 구조.
이러한 3층 구조로 함으로써, 저저항화를 용이하게 달성할 수 있고, 또한, 재치판(12) 또는 지지판(14)과, 플라즈마 발생용 전극(15)과의 열팽창 계수의 차를 2×10-6/℃ 이하로 할 수 있고, 이러한 열팽창 계수의 차에 기인하는 열응력을 용이하게 완화할 수 있으며, 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 3층 구조에서는, 어떠한 타입의 것이라도, 제2 전극층에 의해 충분한 저저항화를 꾀할 수 있고, 또한, 제1 전극층 및 제3 전극층의 열팽창계수가, 알루미나기 세라믹으로 이루어진 지지판(14) 및 재치판(12)의 열팽창계수에 의해 근사한 것이 되고, 그 결과, 열팽창 계수의 차에 기인하는 열응력을 완화할 수 있다.
또한, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹 중에서의 알루미나의함량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 30v/v%(체적%)∼70v/v%인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 알루미나―탄화 몰리브덴 복합 도전성 세라믹 중에서의 알루미나의 함량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 30v/v%∼70v/v%인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 알루미나-텅스텐 복합 도전성 세라믹에서의 알루미나의 함량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 30v/v%∼70v/v%인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 제1 전극층∼제3 전극층의 각층의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 각층 모두 5μm∼50μm의 범위가 바람직하다. 왜냐하면, 각층의 두께가 상기 범위 외가 되면, 충분한 저저항화와 열응력 완화를 달성하지 못할 염려가 있기 때문이다.
이 플라즈마 발생용 전극(15)의 저저항 영역(21) 이외의 영역인 고저항 영역(22)을 형성하는 도전성 재료로는, 예컨대, 알루미나―텅스텐 복합 도전성 세라믹, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹, 알루미나―몰리브덴 카바이드복합 도전성 세라믹 등의 복합 도전성 재료가 바람직하게 사용된다.
이 고저항 영역(22)의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 15μm∼150μm의 범위 내로 하고, 인접하는 저저항 영역(21)의 두께와 동일하게 하는 것이 바람직하다.
(2) 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 세라믹이 질화 알루미늄기 세라믹인 경우, 플라즈마 발생용 전극(15)의 저저항 영역(21)은, 다음의 ① 또는 ②의 타입의 3층 구조가 바람직하다.
① 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹(제1 전극층)과, 텅스텐(제2 전극층)과 ,질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹(제3 전극층)으로 이루어진 3층 구조.
② 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹(제1 전극층)과, 몰리브덴(제2 전극층)과, 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹(제3 전극층)으로 이루어진 3층 구조.
이러한 3층 구조로 함으로써, 저저항화를 용이하게 달성할 수 있고, 또한, 재치판(12) 또는 지지판(14)과, 플라즈마 발생용 전극(15)과의 열팽창 계수의 차를 2×1O-6/℃ 이하로 할 수 있고, 이러한 열팽창 계수의 차에 기인하는 열응력을 용이하게 완화할 수 있으며, 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 3층 구조에서는, 어떠한 타입의 것이라도, 제2 전극층에 의해 충분한 저저항화를 꾀할 수 있고, 또한, 제1 전극층 및 제3 전극층의 열팽창 계수가, 질화 알루미늄기 세라믹으로 이루어진 지지판(14) 및 재치판(12)의 열팽창 계수에 의해 근사한 것이 되고, 그 결과, 열팽창 계수의 차에 기인하는 열응력을 완화할 수 있다.
또한, 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 중에 있어서의 질화 알루미늄의 함량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 30v/v%(체적%)∼7Ov/v%인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹 중에 있어서의 질화 알루미늄의 함량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 30v/v%∼70v/v%인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 제1 전극층∼제3 전극층의 각층의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 각층 모두 5μm∼50μm의 범위가 바람직하다. 왜냐하면, 각층의 두께가 상기의 범위외가 되면, 충분한 저저항화와 열응력 완화를 달성하지 못할 가능성이 있기 때문이다.
이 플라즈마 발생용 전극(15)의 저저항 영역(21) 이외의 영역인 고저항 영역(22)을 형성하는 도전성 재료로는, 예컨대, 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹, 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹, 질화 알루미늄―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹 등의 복합 도전성 재료가 바람직하게 사용된다.
이 고저항 영역(22)의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 15μm∼150μm의 범위내이고, 인접한 저저항 영역(21)의 두께와 동일하게 하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법에 대하여, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 알루미나기 세라믹, 질화 알루미늄기 세라믹 등을 사용하여 판상의 재치판(12) 및 지지판(14)을 제작한다.
이어서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 지지판(14)에, 미리 급전용 단자(16)를 장착하여 유지하기 위한 고정공(13)을 형성한다.
이 고정공(13)의 천설(穿設) 방법은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예컨대, 다이아몬드 드릴에 의한 드릴링 가공법, 레이저 가공법, 방전 가공법, 초음파 가공법 등을 사용하여 천설할 수 있다. 또한, 그 가공 정밀도는, 통상의 가공 정밀도이면 무방하고, 수율은 거의 100%로 가공할 수 있다.
또한, 고정공(13)의 천설 위치 및 수는, 플라즈마 발생용 전극(15)의 형상에 의해 결정된다.
이어서, 급전용 단자(16)을, 지지판(14)의 고정공(13)에 밀착·고정할 수 있는 크기, 형상이 되도록 제작한다,
이 급전용 단자(16)는, 그 주된 재료가 복합 도전성 세라믹인지, 금속인지에 따라 제작 방법이 다르다.
복합 도전성 세라믹의 경우에는, 도전성 세라믹 분말을, 소망하는 형상으로 성형하고 가압·소성하여, 소결체로 하는 방법 등을 들 수 있다. 이 때, 급전용 단자(16)로서 이용되는 도전성 세라믹 분말은, 플라즈마 발생용 전극(15)과 같은 조성의 세라믹 분말이 바람직하다.
금속의 경우에는, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 금속을 이용하고, 연삭법, 분말 야금 등의 공지된 금속 가공법 등을 사용하여 제작한다.
이 급전용 단자(16)는, 후속의 가압·열처리에서 재소성됨으로써 지지판(14)의 고정공(13)에 밀착·고정되기 때문에, 그 가공 정밀도는 일본 공업 규격(JIS)의표준 공차 레벨로 클리어런스를 가지고 있어도 무방하다.
이어서, 이 급전용 단자(16)를, 지지판(14)의 고정공(13)에 삽입한다.
이어서, 도 4b에 도시한 바와 같이, 급전용 단자(13)가 끼워진 지지판(14)의 표면의 소정 영역에 상기 급전용 단자(16)에 접촉하도록, 저저항성의 도전재를 테레피놀 등의 유기 용매에 분산시킨 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성용 도포 제(제1 전극용 도포재)를 도포하고, 건조하여, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(제1 플라즈마 발생용 전극 형성층)(31)을 형성한다.
이어서, 지지판(14)상의 상기 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)에 접하도록, 상기 저저항성의 도전재보다 고저항인 도전재를 테레피놀 등의 유기 용매에 분산시킨 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성용 도포제(제2 전극용 도포재)를 도포하고, 건조하여, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(제2 플라즈마 발생용 전극 형성층)(32)을 형성한다. 이러한 도포제의 도포 방법으로는, 균일한 두께로 도포할 필요가 있으므로, 스크린 인쇄법 등을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 지지판(23)상의 상기 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31) 및 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 형성한 영역 이외의 영역에, 절연성, 내부식성, 내플라즈마성을 향상시키기 위하여, 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 재료와 동일 조성의 분말 재료 또는 주성분이 동일한 분말 재료를 포함하는 절연재층(33)을 형성한다.
이 절연재층(33)을 형성하는 데는, 예컨대, 알루미나 분말이나 질화 알루미늄 분말을 에틸 알코올 등의 유기 용매에 분산한 도포제를, 지지판(23)상의 소정위치에 스크린 인쇄법 등을 이용하여 도포하고, 건조하는 방법이 채택된다.
이어서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 이들 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31), 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32) 및 절연재층(33)을 형성한 지지판(14) 상에, 재치판(12)을 중첩하고, 그 후, 이들을 가압하에서 열처리한다.
이 때의 열처리 조건으로는, 분위기는 진공, 혹은 Ar, He, N2등의 불활성 분위기 중 어느 하나가 바람직하다. 가압력은 0.5MPa∼40MPa가 바람직하다. 또한, 열처리 온도는 1500℃∼1850℃가 바람직하고, 열처리 시간은 0.5시간 이상이 바람직하다.
이 가압하에 있어서의 열처리에 의해, 지지판(14) 상에 형성된 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)은 소성되어 복합 도전성 세라믹으로 이루어진 저저항 영역(21)이 되고, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)는 소성되어 복합 도전성 세라믹으로 이루어진 고저항 영역(22)이 되며, 절연재층(33)은 소성되어 절연성 세라믹으로 이루어진 절연층(17)이 된다.
이와 같이, 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방의 고전류 밀도 영역, 즉, 저저항 영역(21)에서의 이상 발열이 억제된 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)를 얻을 수 있다.
또한, 재치판(12) 및 지지판(14)은, 이들 사이에 유기계 접착제나 금속계 접착제를 개재시키지 않고, 가압하에서의 열처리만으로, 절연층(17)을 개재하여 접합하여 일체화된다. 또한, 급전용 단자(16)는, 가압하에서의 열처리로 재소성되어 지지판(14)의 고정공(13)에 밀착·고정된다.
여기서, 상기 플라즈마 발생용 전극(15)의 저저항 영역(21)의 형성 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
(1) 재치판(12) 및 지지판(14)을 구성하는 세라믹이 알루미나기 세라믹인 경우
저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)은, 다음의 ①∼④ 중 어느하나의 방법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
① 지지판(14) 상에, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 이용하여 제1 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 제1 전극 형성층 상에, 탄탈륨 카바이드를 포함하는 도포액을 이용하여 제2 전극 형성층을 형성하고, 또한, 상기 제2 전극 형성층 상에, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제3 전극 형성층을 형성한다.
② 지지판(14) 상에, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제1 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 제1 전극 형성층 상에, 탄탈륨을 포함하는 도포액을 사용하여 제2 전극 형성층을 형성하고, 또한, 상기 제2 전극 형성층 상에, 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제3 전극 형성층을 형성한다.
③ 지지판(14) 상에, 알루미나―몰리브덴 카바이드 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제1 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 제1 전극 형성층 상에, 몰리브덴 카바이드를 포함하는 도포액을 사용하여 제2 전극 형성층을 형성하고, 또한, 상기 제2 전극 형성층 상에, 알루미나―몰리브덴 카바이드 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제3 전극 형성층을 형성한다.
④ 지지판(14) 상에, 알루미나―텅스텐 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제1 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 제1 전극 형성층 상에 텅스텐을 포함하는 도포액을 사용하여 제2전극 형성층을 형성하고, 또한, 상기 제2 전극 형성층 상에 알루미나―텅스텐 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제3 전극 형성층을 형성한다.
이들 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 가압하에서 열처리함으로써 3층 구조의 저저항 영역(21)을 얻을 수 있다.
이에 따라, 플라즈마 발생용 전극(15)과 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방의 고전류 밀도 영역에서의 저저항화를 용이하게 달성할 수 있고, 재치판(12) 또는 지지판(14)과 플라즈마 발생용 전극(15)과의 열팽창 계수의 차를 2×10-6/℃ 이하로 할 수 있고, 이들 열팽창 계수의 차에 기인하는 열응력을 용이하게 완화할 수 있고, 내구성을 향상시킬 수 있는 알루미나계의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)를 용이하게 제작할 수 있다.
(2) 재치판(I2) 및 지지판(14)을 구성하는 세라믹이 질화 알루미늄기 세라믹인 경우
저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)은, 다음의 ① 또는 ②의 방법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
① 지지판(14) 상에, 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제1 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 제1 전극 형성층 상에, 텅스텐을 포함하는 도포액을 사용하여 제2 전극 형성층을 형성하고, 또한, 상기 제2 전극 형성층 상에 질화알루미늄―텅스텐 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제3 전극 형성층을 형성한다.
② 지지판(14) 상에, 질화알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제1 전극 형성층을 형성하고, 이어서, 상기 제1 전극 형성층 상에 몰리브덴을 포함하는 도포액을 사용하여 제2 전극 형성층을 형성하고, 또한, 상기 제2 전극 형성층 상에 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 재료를 포함하는 도포액을 사용하여 제3 전극 형성층을 형성한다.
이들 방법 중 어느 하나에 의해 형성된 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 가압하에서 열처리함으로써 3층 구조의 저저항 영역(21)을 얻을 수 있다.
이에 따라, 플라즈마 발생용 전극(15)과 급전용 단자(16)의 접속 부분 근방의 고전류 밀도 영역에서의 저저항화를 용이하게 달성할 수 있고, 재치판(12) 또는 지지판(14)과 플라즈마 발생용 전극(15)과의 열팽창 계수의 차를 2×10-6/℃ 이하로할 수 있고, 이들 열팽창 계수의 차에 기인하는 열응력을 용이하게 완화할 수 있으며, 내구성을 향상시킬 수 있는 질화 알루미늄계의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)를 용이하게 제작할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)에 의하면, 플라즈마 발생용 전극(15)의 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방의 영역을 저저항 영역(21)으로 하고, 그 이외의 영역을 고저항 영역(22)으로 하였으므로, 상기 접속 부분 근방의 영역(저저항 영역(21))에서의 이상 발열을 억제할 수 있고, 재치판(12) 및 지지판(14)을 균열화(均熱化)할 수 있다. 따라서, 재치판(12)의 재치면(12a)에서의 균열성을 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 상기 재치면(12a)에 재치되는 실리콘 웨이퍼 등의 판상시료의 균열성을 향상시킬 수 있고, 상기 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량을 균일화할 수 있다. 또한, 재치판(12)의 재치면(12a)에서의 균열성이 향상된 결과, 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 재치판(12)과 지지판(14)의 접합면을, 이들을 구성하는 재료와 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연성 재료로 이루어진 절연층(17)에 의해 접합하여 일체화하였기 때문에, 재치판(21)과 지지판(23)의 접합계면으로부터, 가스나 플라즈마 등이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11) 내부로 침투할 염려가 없어지고, 플라즈마 발생용 전극(15)이 이들에 노출되는 것이 없어진다. 따라서, 재치판(12)과 지지판(14)의 접합계면이 파괴될 염려가 없어진다. 또한, 내장된 플라즈마 발생용 전극(15)은, 이상 방전이나 파괴 등을 일으킬 염려가 없으므로, 이플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(11)의 내부식성, 내플라즈마성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법에 의하면, 이미 소결체가 된 지지판(14)과 재치판(12)의 경계면에, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31), 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32) 및 절연재층(33)을 형성하고, 이들을 가압하에서 열처리하여, 접합·일체화하기 때문에, 저저항 영역(21)에서의 이상 발열을 억제함으로써 재치판(l2)의 재치면(12a)에서의 균열성을 향상시킬 수 있고, 그 결과, 상기 재치면(12a)에 재치되는 실리콘 웨이퍼 등의 판상시료의 균열성을 향상시킬 수 있고, 상기 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량을 균일화할 수 있으며, 내구성을 대폭 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 고수율로 염가로 제조할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 나타내는 종단면도이고, 이 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(41)가 제1 실시 형태의 서셉터(11)와 다른 점은, 제1 실시 형태의 서셉터(11)에서는, 재치판(12) 및 지지판(14)을 동일 조성 또는 주성분이 동일한 절연 재료로 이루어진 절연층(17)에 의해 접합하여 일체화하였지만, 본 실시 형태의 서셉터(41)에서는, 세라믹 분말을 포함하는 슬러리에 의해 재치판용 그린체, 지지판용 그린체 및 급전용 단자용 그린체(급전용 단자 형성용 재료)를 제작하고, 이들을 가압하에서 열처리함으로써 재치판(12) 및 지지판(14)을 절연층(17)을 개재하지 않고 직접 접합하여 일체화한 서셉터 기체(42)로 한 점이다.
이어서, 본 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제작 방법에 대하여, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명하기로 한다. 여기서는, 도 4a 내지 도 4c와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하기로 한다.
우선, 도 6a에 도시한 바와 같이, 예컨대, 닥터 블레이드법 등을 이용하여, 알루미나기 세라믹 분말, 질화 알루미늄기 세라믹 분말 등의 세라믹 분말을 함유하는 슬러리에 의해, 재치판용 그린체(51) 및 지지판용 그린체(52)를 제작한다.
이어서, 이 지지판용 그린체(52)에 두께 방향으로 관통하는 고정공(13)을 형성하고, 이 고정공(13)에 도전성 분말을 함유하는 급전용 단자용 그린체(53)를 충전한다. 이 급전용 단자용 그린체(53)을 충전하는 대신 소결체인 급전용 단자(16)를 삽입하여도 된다.
이어서, 도 6b에 도시한 바와 같이, 지지판용 그린체(52)의 표면의 소정 영역에 급전용 단자용 그린체(53)에 접촉하도록, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성용 도포제를 도포하고, 건조하여, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 형성한다.
이어서, 지지판용 그린체(52)상의 상기 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)에 접하도록, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성용 도포제를 도포하고, 건조하여, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 형성한다.
이어서, 도 6c에 도시한 바와 같이, 이들 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극형성층(31) 및 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 형성한 지지판용 그린체(52) 상에, 재치판용 그린체(51)를 중첩하고, 그 후, 이들을 가압하에서 열처리한다.
이 때의 열처리 조건으로는, 분위기는, 진공, 혹은 Ar, He, N2등의 불활성 분위기의 어느 하나가 바람직하다. 가압력은 0.5∼40MPa가 바람직하다. 또한, 열처리 온도는 1500∼1850℃가 바람직하고, 열처리 시간은 0.5 시간 이상이 바람직하다.
이 가압하에서의 열처리에 의해, 이들 재치판용 그린체(51), 지지판용 그린체(52), 급전용 단자용 그린체(53), 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31) 및 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을, 소성과 동시에 접합일체화하고, 재치판(12) 및 지지판(14)을 직접 접합하여 일체화한 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(41)를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(41)에 의하면, 재치판용 그린체(51), 지지판용 그린체(52), 급전용 단자용 그린체(53), 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31) 및 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을, 소성과 동시에 접합일체화하였기 때문에, 재치판(12)과 지지판(14)의 접합부의 기계적 강도를 높임과 동시에 균일화할 수 있고, 재치판(12) 및 지지판(14)을 균열화할 수 있으며, 재치면(12a)에 재치되는 실리콘 웨이퍼 등의 판상시료의 균열성을 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 상기 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량을 균일화할 수 있다. 또한, 재치판(12)의 재치면(12a)에서의 균열성이 향상된 결과, 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터(41)의 제조 방법에 의하면, 재치판용 그린체(51), 지지판용 그린체(52), 급전용 단자용 그린체(53), 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31) 및 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 가압하에서 열처리하여, 접합·일체화하기 때문에, 저저항 영역(21)에서의 이상 발열을 억제함으로써 재치판(12)의 재치면(12a)에서의 균열성을 향상시킬 수 있고, 그 결과, 상기 재치면(12a)에 재치되는 실리콘 웨이퍼 등의 판상시료의 균열성을 향상시킬 수 있고, 상기 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량을 균일화할 수 있고, 내구성을 대폭 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를, 1회의 열처리에 의해, 고수율로, 염가로 제조할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
실시예 1
「급전용 단자의 제작」
알루미나 분말(평균 입경 0.2μm) 40 체적부와, 탄탈륨 카바이드 분말(평균 입경 1μm) 60 체적부와, 이소프로필 알콜 100 체적부를 혼합하고, 또한, 유성형 볼밀을 이용하여 균일하게 분산시켜 슬러리를 얻었다.
그 후, 이 슬러리를 흡인 여과함으로써 알콜 성분을 제거하고, 나머지 고형분을 건조하여 알루미나―탄탈륨 카바이드 혼합 분말을 얻었다.
이어서, 이 복합 분말을 성형, 소성하여, 직경 5mm, 길이 5mm의 봉상 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹을 얻고, 이것을 급전용 단자(16)로 하였다. 소성은, 핫 프레스에 의한 가압 소성으로 하고, 이 가압 소성의 조건은, 소성 온도 1700℃, 압력 20MPa로 하였다.
소성후의 알루미나―탄탈륨 카바이드 복합 도전성 세라믹의 상대 밀도는 98% 이상이었다.
「지지판의 제작」
알루미나 분말(평균 입경 0.2μm)을 성형, 소성하여, 직경 230mm, 두께 5mm의 원판상 알루미나 세라믹(지지판(14))을 얻었다. 소성은, 핫 프레스에 의한 가압 소성으로 하며, 이 가압 소성의 조건은 급전용 단자(16)와 동일하게 하였다.
이어서, 이 알루미나 세라믹에 급전용 단자(16)를 장착하고 고정하기 위한 고정공(13)을 다이아몬드 드릴에 의해 드릴링 가공함으로써 천설하고, 알루미나 세라믹으로 이루어진 지지판(14)을 얻었다.
「재치판의 제작」
상기 지지판(14)의 제작 방법에 준하여, 직경 230mm, 두께 5mm의 원판상 알루미나 세라믹을 얻었다. 이어서, 이 원판상의 알루미나 세라믹의 일주면을 평탄도 1Oμm가 되도록 연마하고, 이 연마면을 실리콘 웨이퍼 등의 판상시료의 재치면으로 하는 알루미나 세라믹으로 이루어진 재치판(12)을 얻었다.
「플라즈마 발생용 전극 형성층 등의 형성」
상기 지지판(14)에 천설된 고정공(13)에, 상기 급전용 단자(16)를 밀어 넣어 삽입 고정하였다.
이어서, 도 2 및 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 이 급전용 단자(16)가 삽입 고정된 지지판(14) 상에, 급전용 단자(16)의 축심으로부터 반경 20mm의 원형 영역 내로서, 후속의 가압하에서의 열처리 공정에 의해 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극(21)이 되는 위치에 3층 구조의 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 형성하였다.
이 3층 구조의 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)은 다음과 같이 하여 형성하였다.
우선, 지지판(14) 상에, 복합 도전성 재료(알루미나 분말(평균 입경 0.2μm) 70v/v%, 탄탈륨 카바이드 분말 30v/v%)와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제를 스크린 인쇄법에 의해 인쇄 도포하고, 건조하여, 제1 전극 형성층으로 하였다.
이어서, 이 제1 전극 형성층 상에 도전성 재료(탄탈륨 카바이드 분말)과 테레피놀 등으로 이루어진 도포제를 스크린 인쇄법으로 인쇄 도포하고, 건조하여, 제2 전극 형성층으로 하였다.
이어서, 이 제2 전극 형성층 상에 제1 전극 형성층과 동일한 도포제를 스크린 인쇄법으로 인쇄 도포하고, 건조하여 제3 전극 형성층으로 하였다.
이어서, 지지판(14)상의 상기 지지판(14)의 중심으로부터 반경 110mm의 원형 영역 내에서, 3층 구조의 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 제외한 영역에, 복합 도전성 재료(알루미나 분말(평균 입경 0.2μm) 70v/v%, 탄탈륨 카바이드 분말 30v/v%)와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제를 스크린 인쇄법으로 인쇄 도포하고, 건조하여, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)으로 하였다.
이어서, 지지판(14)상의 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31) 및 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 제외한 영역에, 알루미나 분말(평균 입경 0.2μm) 70중량%, 나머지 부분이 테레피놀인 절연층 형성용 도포제를 스크린 인쇄법으로 인쇄 도포하고, 건조하여 절연재층(33)으로 하였다.
「접합 일체화」
이어서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31), 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32) 및 절연재층(33)을 끼워 넣도록, 또한, 재치판(12)의 연마면이 상면이 되도록, 재치판(12)과 지지판(14)을 중첩시키고, 핫 프레스에 의해 가압·열처리하여, 접합 일체화하였다. 이 가압·열처리에서의 분위기는 아르곤(Ar) 분위기로 하고, 가압 조건은 7.5MPa, 열처리 온도는 1750℃, 열처리 시간은 2시간으로 하였다.
그 후, 실온이 될 때까지 방냉하여, 실시예 1의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다. 이 서셉터에서는, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극(21)의 제1 전극층의 두께는 10μm, 제2 전극층의 두께는 15μm, 제3 전극층의 두께는 10μm이고, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극층(22)의 두께는 35μm였다.
실시예 2
실시예 1에 준하여, 실시예 2의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다. 단, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 구성하는 각 도포재에 대하여, 일부의 조성을 다음과 같이 변경하였다.
제1 전극 형성층 : 실시예1과 동일.
제2 전극 형성층 : 도전성 재료(탄탈륨 분말(평균 입경 2μm))와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제.
제3 전극 형성층 : 제1 전극 형성층과 동일.
실시예 3
실시예 1에 준하여, 실시예 3의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다. 단, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 구성하는 각 도포재에 대하여, 그 조성을 다음과 같이 변경하였다.
제1 전극 형성층 : 복합 도전성 재료(알루미나 분말(평균 입경 0.2μm) 50v/v%, 몰리브덴 카바이드 분말(평균 입경 0.5μm) 50v/v%)와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제.
제2 전극 형성층 : 도전성 재료(몰리브덴 카바이드 분말(평균 입경 0.5μm))과 테레피놀 등으로 이루어진 도포제.
제3 전극 형성층 : 제1 전극 형성층과 동일.
실시예 4
실시예 1에 준하여, 실시예 4의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다. 단, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 구성하는 각 도포재에 대하여 그 조성을 다음과 같이 변경하였다.
제1 전극 형성층 : 복합 도전성 재료(알루미나 분말(평균 입경 0.2μm) 65v/v%, 텅스텐 분말(평균 입경 1μm) 35v/v%)와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제.
제2 전극 형성층 : 도전성 재료(텅스텐 분말(평균 입경 1μm))와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제.
제3 전극 형성층 : 제1 전극 형성층과 동일.
실시예 5
「급전용 단자의 제작」
질화 알루미늄 분말(평균 입경 0.5μm, 소결조제 Y2O3를 5중량% 포함) 70체적부와, 텅스텐 분말(평균 입경 1μm) 30 체적부와, 테레피놀 150 체적부를 혼합하고, 또한, 유성형 볼밀을 이용하여 균일하게 분산시켜 슬러리를 얻었다.
그 후, 이 슬러리를 흡인 여과함으로써 알콜 성분을 제거하고, 나머지 고형분을 건조하여 질화 알루미늄―텅스텐 혼합 분말을 얻었다.
이어서, 이 복합 분말을 성형, 소성하여, 직경 5mm, 길이 5mm의 봉상 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹을 얻고, 이것을 급전용 단자(16)로 하였다. 소성은, 핫 프레스에 의한 가압 소성으로 하고, 이 가압 소성의 조건은 소성 온도 1700℃, 압력 20MPa로 하였다.
소성후의 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹의 상대 밀도는 98% 이상이었다.
「지지판의 제작」
질화 알루미늄 분말(평균 입경 0.5μm, 소결조제 Y2O3를 5중량% 포함한다. 이하, 간략히 질화 알루미늄 분말이라 약칭한다)을 성형, 소성하여, 직경 230mm, 두께 5mm의 원판상 질화 알루미늄 세라믹(지지판(14))을 얻었다. 가압 소성의 조건은, 상기 급전용 단자(16)의 가압 소성 조건과 동일하게 하였다.
이어서, 이 원판상의 질화 알루미늄 세라믹에, 다이아몬드 드릴 등을 이용하여, 급전용 단자(16)를 삽입, 고정하기 위한 고정공(13)을 드릴링 가공함으로써 천공하여 질화 알루미늄 세라믹으로 이루어진 지지판(14)을 얻었다.
「재치판의 제작」
상기 지지판(14)의 제작 방법에 준하여, 직경 230mm, 두께 5mm의 원판상 질화 알루미늄 세라믹을 얻었다. 이어서, 이 원판상 질화 알루미늄 세라믹의 일주면(판상시료의 재치면)을 평탄도가 1Oμm가 되도록 연마하여 질화 알루미늄 세라믹으로 이루어진 재치판(12)을 얻었다.
「플라즈마 발생용 전극 형성층 등의 형성」
상기 지지판(14)에 천설된 고정공(13)에, 상기 급전용 단자(16)를 밀어 넣어, 삽입 고정하였다.
이어서, 실시예 1에 준하여, 이 지지판(14) 상에, 급전용 단자(l6)에 접촉하도록, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 형성하였다.
단, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 구성하는 각 도포재에 대하여 그 조성을 다음과 같이 변경하였다.
제1 전극 형성층 : 복합 도전성 재료(질화 알루미늄 분말 70v/v%, 텅스텐 분말 (평균 입경 1μm) 30v/v%)와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제.
제2 전극 형성층 : 도전성 재료(텅스텐 분말(평균 입경 1μm))와 테레피놀등으로 이루어진 도포제.
제3 전극 형성층 : 제1 전극 형성층과 동일.
또한, 지지판(14)상의 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)에 접하도록, 복합 도전성 재료(질화 알루미늄 분말 70v/v%, 텅스텐 분말(평균 입경 1μm) 30v/v%)와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제를, 스크린 인쇄법에 의해 인쇄 도포하고, 건조하여, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 형성하였다.
이어서, 지지판(14)상의 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31) 및 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 제외한 영역에, 질화 알루미늄 분말 70중량%, 나머지 부분이 테레피놀 등으로 이루어진 절연층 형성용 도포제를 스크린 인쇄법에 의해 인쇄 도포하고, 건조하여, 절연재층(33)을 형성하였다.
「접합 일체화」
이어서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31), 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32) 및 절연재층(33)을 개재하도록, 또한, 재치판(12)의 연마면이 상면이 되도록, 지지판(14)과 재치판(12)을 중첩시키고, 핫 프레스에 의해 가압·열처리하여, 접합 일체화하였다. 이 가압·열처리에서의 분위기는 아르곤(Ar) 분위기로 하고, 가압 조건은 7.5MPa, 열처리 온도는 1750℃, 열처리 시간은 2시간으로 하였다.
그 후, 실온이 될 때까지 방치하여, 실시예 5의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다. 이 서셉터에 있어서, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극(21)의 제1 전극층의 두께는 10μm, 제2 전극층의 두께는 15μm, 제3 전극층의 두께는10μm이고, 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극층(22)의 두께는 35μm였다.
실시예 6
실시예 5에 준하여, 실시예 6의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다.
단, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(31)을 구성하는 각 도포재에 대하여 그 조성을 다음과 같이 변경하였다.
제1 전극 형성층 : 복합 도전성 재료(질화 알루미늄 분말 70v/v%, 몰리브덴 분말(평균 입경 1μm) 30v/v%)와 테레피놀 등으로 이루어진 도포제.
제2 전극 형성층 : 도전성 재료(몰리브덴 분말(평균 입경 1μm))와 에틸 알콜 등으로 이루어진 도포제.
제3 전극 형성층 : 제1 전극 형성층과 동일.
실시예 7
종래의 기술에 따라, 또한, 실시예 1에 준하여, 소성후에 급전용 단자, 재치판, 지지판이 되는 그린체를 각각 제작하였다. 급전용 단자용 그린체는, 지지판용 그린체에 천공된 고정공에 삽입하여 고정하였다. 이어서, 실시예 1에 준하여, 이들 그린체를 중첩하고, 핫 프레스에 의해 가압·열처리하여 접합 일체화하였다. 이 가압·열처리에서의 분위기, 가압 조건 및 열처리 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.
그 후, 실온이 될 때까지 방냉하여, 실시예 7의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다.
비교예 1
실시예 1에 준하여, 비교예 1의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다.
단, 플라즈마 발생용 전극(15)은, 실시예 1에 있어서 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)를 형성할 때에 사용된 도포제에 의해 형성된 것으로, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극(21)이 없으므로, 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방의 고전류 밀도 영역은 저저항화되어 있지 않다.
비교예 2
실시예 5에 준하여, 비교예 2의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 얻었다.
단, 플라즈마 발생용 전극(15)은, 실시예 5에 있어서 고저항 영역 플라즈마 발생용 전극 형성층(32)을 형성할 때 이용된 도포제에 의해 형성된 것으로, 저저항 영역 플라즈마 발생용 전극(21)이 없으므로, 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방의 고전류 밀도 영역은 저저항화 되어 있지 않다.
「평가」
이상에 의해 제작된 실시예 1∼7, 비교예 1, 2의 각 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에 대하여, 아래의 평가를 행하였다.
(1) 주사형 전자현미경(SEM)에 의한 접합 단면의 관찰
실시예 1∼7, 비교예 1, 2의 각 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 접합 단면을 SEM을 이용하여 관찰한 바, 어느 것에 있어서도 재치판(121), 지지판(14)및 급전용 단자(16)는 양호하게 접합되어 일체화되어 있는 것이 확인되었다..
(2) 내부식성, 내플라즈마성의 평가
실시예 1∼7, 비교예 1, 2의 각 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를, CF4가스와 O2가스의 혼합 가스(l torr) 중에 배치하고, 이 서셉터의 급전용 단자(16)를 통하여 플라즈마 발생용 전극(15)에 고주파 전류(13.57MHz)를 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마 중에 15시간 노출시킨 후, 이들 서셉터 표면의 성상을 육안으로 관찰한 바, 표면 성상에 변화는 발견되지 않았다.
또한, 이들 서셉터의 재치면(12a)의 플라즈마 중 폭로 전후에서의 표면 거칠기의 변화를 측정한 바, 시험 전의 Ra는 0.12μm, 시험 후의 Ra는 0.13μm이고, 표면 거칠기도 거의 변화되지 않음을 알 수 있었다.
이상에 의하여, 실시예 1∼7, 비교예 1, 2 모두, 내부식성, 내플라즈마성이 매우 양호함이 판명되었다.
(3) 플라즈마 중 폭로 사이클 시험 결과
실시예 1∼7, 비교예 1, 2의 각 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에 대하여, 상기 플라즈마 중에서 15시간에 이르는 노출을 100회 반복하여 실시한 바, 실시예 1∼7의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에서는, 아무런 지장이 발생하지 않았다. 한편, 비교예 1, 2의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에서는, 플라즈마 발생용 전극(15)과 급전용 단자(16)와의 접속 부분 근방에 크랙이 발생된 것을 발견하였다.
(4) 플라즈마 에칭 처리에서의 평가
실시예 1∼7의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 재치면(12a)에 Si 웨이퍼를 재치하고, 이 Si 웨이퍼의 표면을 플라즈마 에칭 처리한 바, 에칭 레이트의 분포는 ±1%였다.
한편, 비교예 1, 2의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 이용하여, 실시예 1∼7과 같은 방법으로 플라즈마 에칭 처리한 바, 에칭 레이트의 분포는 ±3%였다.
이상의 평가에 의하면, 실시예 1∼7의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터는, 비교예 1, 2의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에 비하여, 판상시료의 재치면(12a)의 균열성이 매우 뛰어남을 알 수 있다.
한편, 비교예 1, 2의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터는, 급전용 단자(16)와 플라즈마 발생용 전극(15)의 접속 부분 근방이 다른 영역보다 고온이 되어 있는데, 그 이유는 판상시료의 재치면(12a)의 균열성이 떨어져 있기 때문으로 생각된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터에 의하면, 플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역을, 상기 플라즈마 발생용 전극의 다른 영역 보다 저저항 영역으로 하였기 때문에, 플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역에서의 이상 발열을 억제할 수 있고, 서셉터 기체를 균열화할 수 있다. 따라서, 서셉터 기체의 재치면의 균열성을 향상시킬 수 있고, 그 결과, 상기 재치면에 재치되는 판상시료의 균열성을 향상시킬 수 있고, 상기 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량을 균일화할 수 있다. 또한, 서셉터 기체의 재치면의 균열성이 향상되므로, 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 플라즈마를 이용하여 처리되는 판상시료에의 성막, 에칭 등의 처리량이 균일하게 되고, 플라즈마 발생용 전극과 급전용 단자와의 접속 부분 근방에 크랙이 발생할 우려가 없다.
또한, 재치판과 지지판의 접합면으로부터, 부식성의 가스나 플라즈마의 침입이 없기 때문에, 이들 접합계면이 파괴될 염려가 없다. 또한, 플라즈마 발생용 전극이 부식성 가스나 플라즈마에 노출될 염려가 없으므로, 내부식성, 내플라즈마성이 뛰어난 것이 된다.
본 발명의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법에 의하면, 지지판의 일주면에 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 상기 지지판의 일주면상의 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에 고저항의 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 이 지지판에, 이들 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 개재하여 재치판을 중첩하여, 가압하에서 열처리하기 때문에,플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역에서의 이상 발열이 억제되어 서셉터 기체의 재치면의 균열성이 향상되고, 이 재치면에 재치되는 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량이 균일화되고, 또한, 내구성이 대폭 향상된 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를 고수율로 염가로 제조할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 다른 제조 방법에 의하면, 재치판용 그린체 및 지지판용 그린체를 제작하고, 이 지지판용 그린체의 일주면에 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 이 지지판용 그린체의 일주면상의 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에 고저항 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고, 이 지지판용 그린체에, 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 개재하여 재치판용 그린체를 중첩하여, 가압하에서 열처리하기 때문에, 플라즈마 발생용 전극의 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역에서의 이상 발열이 억제되어 서셉터 기체의 재치면의 균열성이 향상되고, 이 재치면에 재치되는 판상시료의 플라즈마 처리에 의한 처리량이 균일화되며, 또한, 내구성이 대폭 향상된 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터를, 1회의 열처리에 의해 고수율로 염가로 제조할 수 있다.

Claims (15)

  1. 일주면(一主面)이 판상시료를 재치하는 재치면이 되고 세라믹으로 이루어진 서셉터 기체(基體)와, 이 서셉터 기체에 내장된 플라즈마 발생용 전극과, 상기 서셉터 기체를 관통하도록 설치되어 상기 플라즈마 발생용 전극에 접속된 급전용 단자를 구비한 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터이고,
    상기 플라즈마 발생용 전극의 상기 급전용 단자와의 접속 부분 근방의 영역이, 상기 플라즈마 발생용 전극의 다른 영역보다 저저항으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서셉터 기체는, 일주면이 판상시료를 재치하는 재치면이 되고 세라믹으로 이루어진 재치판과, 상기 재치판에 접합되어 일체화된 세라믹으로 이루어진 지지판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 지지판상의 상기 플라즈마 발생용 전극을 제외한 영역에, 이들 지지판 및 재치판과 적어도 주성분이 동일한 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹은, 산화 알루미늄기세라믹 또는 질화알루미늄기 세라믹인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생용 전극의 저저항 영역은, 도전성 세라믹층 및/또는 복합 도전성 세라믹층을 총 2층 이상 포함하는 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다층 구조는, 상기 복합 도전성 세라믹층, 상기 도전성 세라믹층 또는 고융점 금속층, 상기 복합 도전성 세라믹층을 순차적으로 적층하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복합 도전성 세라믹층은, 산화 알루미늄―탄화탄탈륨 복합 도전성 세라믹, 산화 알루미늄―탄화 몰리브덴 복합 도전성 세라믹, 산화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹으로부터 선택된 1종으로 이루어지고,
    상기 도전성 세라믹층은, 탄화 탄탈륨 도전성 세라믹 또는 탄화 몰리브덴 도전성 세라믹으로 이루어지고,
    상기 고융점 금속층은, 탄탈륨 또는 텅스텐으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터
  8. 제6항에 있어서, 상기 복합 도전성 세라믹층은, 질화알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 또는 질화알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹으로 이루어지고,
    상기 고융점 금속층은, 텅스텐 또는 몰리브덴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터.
  9. 판상시료가 재치되는 재치판 및 상기 재치판을 지지하는 지지판을 세라믹을 이용하여 제작하고,
    이어서, 상기 지지판에 관통공을 형성하고, 이 관통공에 급전용 단자를 삽입하여 고정하고,
    이어서, 상기 지지판의 일주면에, 도전성 분말을 함유하는 제1 전극용 도포재를 상기 급전용 단자에 접촉하도록 도포하여 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고,
    이어서, 상기 지지판의 일주면상의 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에, 상기 제1 전극용 도포재보다 고저항의 도전성 분말을 함유하는 제2 전극용 도포재를 도포하여 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층 보다 고저항의 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고,
    이어서, 상기 지지판에, 이들 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 개재하여 상기 재치판을 중첩시키고, 가압하에서 열처리함으로써 이 지지판과 재치판의 사이에 저저항 영역과 고저항 영역을 갖는 플라즈마 발생용 전극을 형성함과 동시에, 이들을 접합하여 일체화하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법.
  10. 세라믹 분말을 포함하는 슬러리에 의해, 판상시료를 재치하기 위한 재치판용 그린체 및 상기 재치판을 지지하기 위한 지지판용 그린체를 제작하고,
    이어서, 상기 지지판용 그린체에 관통공을 형성하고, 이 관통공에 도전성 분말을 함유하는 급전용 단자 형성용 재료를 충전하거나 또는 급전용 단자를 삽입하고,
    이어서, 상기 지지판용 그린체의 일주면에, 도전성 분말을 함유하는 제1 전극용 도포재를 상기 급전용 단자 형성용 재료 또는 상기 급전용 단자에 접촉하도록 도포하여 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고,
    이어서, 상기 지지판용 그린체의 일주면상의 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에, 상기 제1 전극용 도포재보다 고저항의 도전성 분말을 함유하는 제2 전극용 도포재를 도포하여 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층보다 고저항의 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 형성하고,
    이어서, 상기 지지판용 그린체에, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 개재하여 상기 재치판용 그린체를 중첩하고, 가압하에서 열처리함으로써 세라믹으로 이루어진 지지판과 재치판의 사이에 저저항 영역과 고저항 영역을 갖는 플라즈마 발생용 전극을 형성함과 동시에, 이들을 접합하여 일체화하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 지지판 또는 상기 지지판용 그린체의 일주면상의 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생용 전극 형성층을 제외한 영역에, 상기 지지판 또는 상기 지지판용 그린체와 적어도 주성분이 동일한 세라믹 분말을 포함하는 절연재층을 형성하고, 그 후에 가압하에서 열처리함으로써 상기 절연재층을 절연층으로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹은, 산화 알루미늄기 세라믹 또는 질화 알루미늄기 세라믹인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 플라즈마 발생용 전극 형성층을, 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액을 이용하여 제1층을 형성하고, 도전성 세라믹층 형성용 도포액 또는 고융점 금속층 형성용 도포액을 이용하여 제2층을 형성하며, 상기 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액을 이용하여 제3층을 형성함으로써, 3층 구조로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액은, 산화 알루미늄―탄화 탄탈륨 복합 도전성 세라믹 분말, 산화 알루미늄―탄화 몰리브덴 복합 도전성 세라믹 분말, 산화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 분말로부터 선택된 1종을 함유하고,
    상기 도전성 세라믹층 형성용 도포액은, 탄화 탄탈륨 도전성 세라믹 분말 또는 탄화 몰리브덴 도전성 세라믹 분말을 함유하며,
    상기 고융점 금속층 형성용 도포액은, 탄탈륨 분말 또는 텅스텐 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 복합 도전성 세라믹층 형성용 도포액은, 질화 알루미늄―텅스텐 복합 도전성 세라믹 분말 또는 질화 알루미늄―몰리브덴 복합 도전성 세라믹 분말을 함유하고,
    상기 고융점 금속층 형성용 도포액은, 텅스텐 분말 또는 몰리브덴 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극 내장형 서셉터의 제조 방법.
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