KR20080039801A - 정전 척 및 정전 척의 제조 방법 - Google Patents

정전 척 및 정전 척의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전력을 발생시키기 위한 전극 근방의 유전체층에 크랙이 생기는 것을 유리하게 억제하여, 신뢰성이 높고, 제조가 용이한 정전 척 및 정전 척의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
정전 척(10)은, 기체(11)를 가지며, 이 기체(11)의 기판 적재면(11a)과 평행하게 기체(11) 내에 매설된 전극(12)을 갖고 있다. 기체(11)의 이면(11b)으로부터 전극(12)을 향해 형성된 단자 구멍(11c)에 장입(裝入)되는 단자(13)는, 전극(12)의 단자측의 평탄면으로부터 단자 구멍(11c)을 행해 형성된 원추대 형상의 볼록부(12a)를 통해 전극(12)과 전기적으로 접속된다. 이 볼록부는, 전극의 단자측의 평탄면과 이 볼록부의 경사면이 이루는 각도가 40˚ 이하이며, 전극의 단자측의 평탄면으로부터 단자와의 접합면까지의 거리가 0.01 mm 내지 0.08 mm 미만이다.

Description

정전 척 및 정전 척의 제조 방법{ELECTROSTATIC CHUCK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은, 정전 척 및 정전 척의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 디바이스 등을 제조할 때에 있어서는, 반도체 웨이퍼에 성막이나 에칭 등의 표면 처리가 실시된다. 이 표면 처리 중에 반도체 웨이퍼를 유지하는 장치 중 하나로, 정전 척(Electrostatic Chuck)이 있다. 이 정전 척은 반도체 웨이퍼 등의 기판이 적재되어 유지하는 기판 적재면을 가지며, 이 기판 적재면에 발생시킨 정전력에 의해, 이 반도체 웨이퍼를 유지한다.
정전 척의 대표적인 예로는, 세라믹스로 이루어지는 기체를 구비하고 있다. 또한, 기체의 상면은, 웨이퍼 등의 기판이 적재되는 기판 적재면으로 되어 있다. 또한, 이 기체의 내부에는, 기판 적재 적재면에 정전력을 발생시키기 위한 전극이 매설되어 있다. 그리고, 상기 기체에 있어서의 전극으로부터 기판 적재면까지의 부분은 유전체층이 되고, 전극으로부터 기체의 하면(이면)까지의 부분은 지지부가 되며, 매설된 전극을 사이에 두고 이 유전체층과 지지부가 일체적으로 형성되어 있다.
기체에 매설되어 있는 전극을 향해 기체의 이면으로부터 단자 구멍이 형성되고, 이 단자 구멍에 단자가 장입되며, 이 전극에 대하여 납땜됨으로써, 이 단자와 전극이 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이 전극이 매설되고, 이 전극과 단자가 전기적으로 접속된 피처리물 유지체에 관해서, 예컨대 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-313530호 공보
정전 척의 전극의 두께는, 일반적으로 수십 μm 정도이다. 이 기체 내의 전극을 향해서, 기체의 이면으로부터 단자 구멍을 형성하고, 단자를 장입하여 접합할 때, 단자 구멍의 바닥면에 전극이 노출하도록 형성하는 것이 긴요하며, 단자 구멍이 전극을 두께 방향으로 관통하는 것은 방지해야 한다. 따라서, 단자 구멍의 형성을 엄밀하게 제어하여 행하는 것이 요구되고 있었다.
또한, 기체 내의 유전체층의 두께는, 기판을 유지하는 정전력을 발생시키기 위해, 일반적으로 수 mm 정도 이하로 해야 한다. 이 때문에 세라믹스 기체에 있어서, 이 유전체층의 단자 구멍의 개방 위치의 부분이, 구조적으로 가장 얇고, 강도가 낮은 부분으로 되어 있다. 단자를 단자 구멍에 장입할 때, 이 단자를 장입하는 압박력에 의해서는, 단자 구멍에 노출되어 있는 부분의 전극과 접하고 있는 부분의 유전체층에 압박력이 가해지고, 그 결과 이 부분의 유전체층에 크랙이 생길 우려가 있었다.
전술한 특허 문헌 1에는, 저항 발열체의 단자부가 발열부보다 두꺼운 구성으로 됨으로써, 단자부의 발열 저항값이 낮아지도록 한 피처리물 유지체가 기재되어 있다. 그러나, 이 특허 문헌 1에 기재된 피처리물 유지체의 상기 구성은, 특히 전극이 저항 발열체인 경우의 균열성을 향상시키기 위한 것으로서, 정전 척의 정전력을 발생시키기 위한 전극의 구성으로서는, 전극의 목적, 용도가 상이하다. 이 때문에 특허 문헌 1에 기재된 피처리물 유지체의 상기 구성을 단순히 정전 척의 정전력 을 발생시키기 위한 전극으로 단순히 전용하였다고 하여도, 전술한 문제를 충분히 해소하는 것은 어려웠다.
본 발명은 전술의 문제를 유리하게 해결하는 것이며, 정전력을 발생시키기 위한 전극 근방의 유전체층에 크랙이 생기는 것을 유리하게 억제하여, 신뢰성이 높고, 제조가 용이한 정전 척 및 정전 척의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 정전 척은, 기판 적재면을 갖는 대략 원반형의 알루미나 세라믹스로 이루어지는 기체와, 이 기체의 상기 기판 적재면과 평행하게 이 기체 내에 매설된 전극과, 이 기체의 상기 기판 적재면과는 반대측이 되는 이면에 이 전극을 향해 형성된 단자 구멍에 장입되는 단자를 포함하고, 이 전극은, 대략 일정한 두께이며, 상기 단자 구멍을 향하는 위치에 이 전극과 동종의 재료로 이루어지는 대략 원추대 형상의 볼록부를 가지며, 이 볼록부에 상기 단자가 접합되고, 이 볼록부는, 볼록부가 위치하고 있는 전극의 단자측의 평탄면과 이 볼록부의 경사면이 이루는 각도가 40˚ 이하이며, 단자측의 평탄면으로부터 볼록부와 단자의 접합면까지의 거리가 0.01 mm 이상 내지 0.8 mm 미만인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 정전 척의 제조 방법은, 기체 중, 기판 적재면을 포함하는 유전체층의 부분 알루미나 소결체를 작성하는 공정과, 이 알루미나 소결체의 표면상에, 대략 일정한 두께의 전극을 형성하는 공정과, 이 전극 상의 일부에, 이 전극 과 동종의 재료로 이루어지는 볼록부를, 두께 0.8 mm 이하이고, 또한 전극의 단자측의 평탄면과 이 볼록부의 경사면이 이루는 각도를 40˚ 이하로 형성하는 공정과, 상기 알루미나 소결체 및 전극을 덮어, 기체의 지지부를 형성한 후, 이 지지부 및 상기 유전체층의 부분을 일체적으로 소결하는 공정과, 기체의 이면으로부터, 상기 볼록부를 향해 단자 구멍을 형성하고, 이 단자 구멍의 바닥면에 볼록부를 노출시키며, 이 볼록부의 전극의 단자측의 평탄면으로부터 단자 구멍의 바닥면까지의 거리를 0.01 mm 이상 내지 0.8 mm 미만으로 하는 공정과, 단자 구멍에 단자를 장입하고, 납땜에 의해 볼록부와 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 정전 척에 의하면, 단자의 접합시의 압박력에 의해서도 잘 파손되지 않는 고신뢰성의 정전 척을 얻는 것이 가능해진다.
본 발명의 정전 척의 제조 방법에 의하면, 고신뢰성의 정전 척을 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명의 가열 장치의 실시예에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예의 정전 척의 단면도이다. 또한 도 1은, 본 실시예의 정전 척은, 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 각 부재의 치수, 비율에 대해서는 현실의 정전 척과는 반드시 동일하지 않다. 따라서, 본 실시예의 정전 척은 각 부재의 치수, 비율 등에 대해서, 도 1에 도시된 것에 한정되는 것이 아니다.
도 1에 도시하는 정전 척(10)은, 알루미나 세라믹스로 이루어지고, 대략 원 반형의 기체(11)를 갖고 있다. 이 기체(11)는, 한쪽 면은, 유지하는 대상물, 예컨대 반도체 웨이퍼를 적재하여 정전력에 의해 유지하기 위한 기판 적재면(11a)이 되고, 다른 쪽 면은, 이면(11b)이 된다.
이 기체(11)의 내부에는, 정전력을 발생시키기 위한 전극(12)이, 기판 적재면(11a)의 근방에, 대략 일정한 두께로 기판 적재면(11a)과 평행하게 매설되어 있다.
이 전극(12)은, 예컨대 W(텅스텐)이나 WC(탄화텅스텐)이라고 하는 도전성 재료의 분말과 알루미나의 분말을 혼합한 것을 페이스트 형상으로 하고, 인쇄법에 의해 소정의 두께(예컨대, 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 정도)로 형성한 것에 의해 제작한 것을 이용할 수 있다. 이 도전성 분말에 대한 알루미나 분말의 첨가량은 5 vol% 내지 20 vol%인 것이 바람직하다.
이 전극(12)을 향해서, 기체(11)의 기판 적재면(11a)과는 반대측의 이면(11b)으로부터 단자 구멍(11c)이 형성되어 있다. 이 단자 구멍(11c)에는 전극(12)에 전력을 유도하기 위한 단자(13)가 장입되어 있다. 기체(11)에 있어서, 기판 적재면(11a)으로부터 전극(12)까지의 영역은, 유전체층(11d)으로 이루어지는 영역으로서, 상기 전력이 공급됨으로써, 기판 적재면(11a)상에 정전 흡착력을 발생시킨다. 또한, 전극(12)으로부터 아래쪽의 이면까지의 영역은, 상기 유전체층을 지지하는 지지부(11e)가 되는 영역이다.
이 전극(12)은, 단자(13)측의 평탄면(121)과, 기판 적재면(11a)측의 평탄면(122)을 갖고 있다. 이 전극(12)은, 기체(11)의 단자 구멍(11c)에 대향하는 부분 에 있어서, 이 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)으로부터 단자 구멍(11c)을 향해 형성된 대략 원추대 형상의 볼록부(12a)를 갖고 있다. 이 볼록부(12a)의 정상부가, 전술한 단자 구멍(11c)의 바닥면에 노출되어 있다. 이 볼록부(12a)의 정상부를, 단자 구멍(11c) 내에 장입된 단자(13)의 단부면에 대하여, 납땜 등에 의해 접합함으로써, 전극(12)은, 이 볼록부(12a)를 통해 단자(13)와 전기적으로 접속되어 있다.
도 1에 도시한 본 실시예의 정전 척(10)은, 전술한 바와 같이 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)으로부터 단자 구멍(11c)을 향해 형성된 대략 원추대 형상의 볼록부(12a)를 갖고 있기 때문에, 단자와 대향하는 영역에 있어서 전극(12)의 두께가, 볼록부(12a)의 두께만큼 비대화된다. 이 볼록부(12a)의 높이, 즉 볼록부(12a)의 바닥면부터 정상면까지의 거리(L)는, 구체적으로는 0.01 mm 이상 내지 0.8 mm 미만이다. 이와 같이 하여, 단자와 대향하는 전극(12)의 두께가, 볼록부(12a)의 두께만큼 비대화되어 있기 때문에, 이 볼록부 및 그 주위의 강도가 증대한다. 따라서, 전극(12)과 단자(13)를 접합하기 위해, 이 단자(13)를 단자 구멍(11c)에 장입할 때의 압박력에 의해서, 단자(13) 근방의 유전체층(11d)에 크랙이 생길 우려가 없어진다.
또한, 단자와 대향하는 영역의 전극(12)의 두께가, 볼록부(12a)의 높이만큼 비대화되어 있기 때문에, 정전 척의 제조시에 단자 구멍(11c)을 이면(11b)으로부터 전극(12)을 향해 형성할 때에는, 단자 구멍(11c)의 바닥부에 전극 재료가 노출하기 위한 구멍 깊이의 조절에, 이 볼록부(12a)의 두께만큼 여유가 생기기 때문에, 엄밀한 가공 제어가 완화되고, 제조가 용이해진다. 또한, 두께만큼 여유가 있기 때문 에, 천공시에, 단자 구멍(11c)이 전극(12)을 잘못 관통시키는 것을 방지할 수 있다.
이상으로부터, 본 실시예에 의하면, 고신뢰성의 정전 척을 얻는 것이 가능해진다.
도 2는, 도 1에 도시한 실시예에 따른 정전 척(10)의 전극(12)의 볼록부(12a) 근방을 도시하는 확대 단면도이다. 동 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도시한 실시예에서는, 전극(12)의 볼록부(12a)는, 단자(13)에 대향하는 면이 정상면이 되는 대략 원추대 형상이다. 대략 원추대 형상인 것에 의해, 단자(13)와의 접합시에 볼록부 근방의 전극(12)에 가해지는 단위 면적당의 압박력을 저하시킬 수 있어, 단자(13) 근방의 유전체층(11d)의 크랙을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 대략 원추대 형상인 것에 의해, 도전성 재료를 포함하는 볼록부(12a)의 열팽창계수와, 알루미나로 이루어지는 기체(11)와의 열팽창계수의 차이에 유래하여 생길 우려가 있는 볼록부(12a) 근방의 기체(11)에의 크랙의 발생을 억제할 수 있다. 이것은, 도 2에 도시되는 바와 같이, 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)과, 볼록부(12a)의 경사면이 이루는 각도(θ)가 예각이고, 열팽창계수의 차에 기인하는 열응력에 의한 크랙의 기점으로 되기 어렵기 때문이다.
이 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)과, 볼록부(12a)의 경사면이 이루는 각도(θ)는 40˚ 이하인 것이 바람직하다. 각도(θ)가 40˚를 넘으면, 전술한 열팽창계수의 차에 의한 크랙이 생길 우려가 있다.
또한, 볼록부(12a)의 높이, 즉 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)으로부터 단 자와의 접합면까지의 거리(L)는, 0.01 mm 이상 내지 0.8 mm 미만의 범위가 바람직하다. 이 거리(L)가 0.01 mm가 되지 않으면, 볼록부(12a)를 마련한 효과에 부족하고, 또한 거리(L)가 0.8 mm 이상에서는, 전술한 열팽창계수차에 의한 크랙이 생길 우려가 있다. 후술하는 바와 같이 본 발명에 따른 정전 척의 제조시에 있어서, 단자 구멍을 형성하고, 이 단자 구멍을 통해 볼록부와 도통을 취하기 위해서는, 이 볼록부의 정상부의 가공 여유 부분을 고려하면, 거리(L)가 0.8 mm 미만이어야 한다. 도통을 확실하게 취하기 위해 볼록부의 정상면 면적을 어느 정도 확보하기 위해서는, 이 볼록부의 정상부의 가공 여유 부분은 0.1 mm 이상이 바람직하고, 따라서 거리(L)는 바람직하게는, 0.7 mm 이하이다. 보다 바람직한 거리(L)의 길이는 0.02 mm 내지 0.4 mm의 범위이다. 이 범위인 것에 의해, 볼록부(12a)와 단자(13)의 접합 강도가 향상하고, 또한 단자 구멍(11c)의 천공 가공이 용이하게 된다.
대략 원추대 형상인 볼록부(12a)의 바닥면의 직경(D)은, 2 mm 내지 6 mm로 하는 것이 바람직하다. 이 직경(D)이 6 mm보다 큰 경우에는, 전극(12)의 비대부(thickened portion)의 영역이 크기 때문에, 정전 흡착력의 면내 균일성에 영향을 미칠 우려가 있다. 또한, 직경(D)이 2 mm보다 작은 경우에는, 전술한 각도(θ), 거리(L)를 상기의 범위로 하는 것이 어려워진다.
이 볼록부(12a)는, 전극(12)과 동종의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 도전성 분말과 알루미나 분말을 함유하고, 이 도전성 분말에 대한 알루미나 분말의 첨가량이 5 vol% 내지 20 vol%인 것이 바람직하다. 볼록부(12a)는, 전극(12)과 동종의 재료로 이루어짐으로써, 전극(12)과의 사이에 열팽창계수의 차가 생기지 않고, 열응력에 의한 약화의 우려가 없어진다. 또한, 볼록부(12a)와 전극(12)이 충분히 접합할 수 있다.
전극(12) 및 볼록부(12a)가, W나 WC라고 하는 고융점의 도전성 재료 외에, 알루미나를 함유하는 것은, 전극 주위의 알루미나 기체와의 열팽창계수차를 작게 하기 위해서이고, 이에 따라 정전 척의 제조에 있어서의 소결시에, 유전체층 근방에 크랙이 생기는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이 알루미나의 함유량은 W나 WC라고 하는 도전성 재료에 대하여, 5 vol% 내지 20 vol%의 범위가 바람직하다. 5 vol%가 되지 않으면, 알루미나를 함유시킨 효과가 부족하고, 20 vol%를 넘으면 전극의 전기 저항율이 저하되어 국소적으로 발열할 우려가 있다.
전극의 볼록부(12a)는, 전극(12)의 표면상에, 상기한 성분을 포함하는 페이스트를, 인쇄법에 의해 형성할 수 있다. 형성시켰을 때의 볼록부의 두께(도 2에서 전극의 표면으로부터 가상선으로 도시하는 돔의 정점까지의 거리)(T)는, 0.8 mm 이하인 것이 바람직하다. 볼록부의 두께(T)가 0.8 mm를 넘으면, 볼록부(12a)와 기체(11)의 열팽창계수의 차에 의한 크랙이 생길 우려가 있다. T가 0.8 mm 이하인 두께의 볼록부는, 후속 공정의 단자 구멍(11c)의 형성시에, 이 볼록부와 도통을 취하기 위해 이 볼록부의 정상부가 삭제됨으로써, 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)으로부터 단자의 단부면까지의 거리(L)가 0.01 mm 내지 0.8 mm 미만이 된다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 후속 공정의 단자 구멍(11c)의 형성시에, 볼록부의 정상부가 삭제됨으로써 형성되는 볼록부(12a)의 정상면의 직경보다, 단자 구멍(11c)의 바닥면의 직경이 크고, 또한 이 볼록부(12a)의 정상면의 직경보다, 단자 구멍(11c)에 장입되는 단자(13)의 단부면의 직경이 큰 것이 바람직하다. 단자 구멍(11c)의 바닥면에 노출하는 볼록부(12a)의 정상면의 직경보다 단자 구멍(11c)에 장입되는 단자(13)의 단부면의 직경이 큰 것에 의해, 단자(13)의 단부면은, 단자 구멍(11c)의 바닥면에 있어서, 볼록부(12a)의 정상면과, 이 정상면 주위의 기재(11)의 양쪽에 납땜에 의해 접합되게 된다. 이와 같이, 단자(13)의 단부면이, 볼록부(12a)의 정상면뿐만 아니라, 이 정상면 주위의 기재(11)와도 접합되어 있기 때문에, 볼록부(12a)의 정상면과만 접합하는 경우나, 종래 공지의 정전 척과 같이 전극(12)에 직접 접합하는 경우와 비교하여, 단자 구멍(11c)에 단자(13)를 장입할 때에 단자 구멍(13c) 근방의 유전체층(11d)에 가해지는 압박력에 견딜 수 있는 유전체층(11d)의 파괴 강도가 각별히 향상한다.
이상 진술한 본 실시형태의 정전 척의 구성으로 함으로써, 종래와 비교하여, 단자를 접합하는 부분의 단자 바닥면으로부터 유전체층 표면까지의 거리를 두텁게 할 수 있기 때문에, 전극(12a)과 단자(13)의 접합 부분의 강도가 높아지고, 신뢰성이 높은 단자 구조를 갖는 정전 척을 제공할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 정전 척 제조 방법의 일례에 대해서 진술한다.
우선, 정전 척(10)의 기체(11)의 유전체층(11d)에 상당하는 부분을 작성한다. 이를 위해 알루미나 세라믹스의 원료 분말에, 필요에 따른 소결조제나 바인더를 첨가하여 혼합한 원료를 하소하여 알루미나 조립분을 얻은 후, 이 알루미나 조립분을 성형 및 소결하여 알루미나 소결체를 얻는다. 이 알루미나 소결체를 연삭 가공하고, 유전체층(11d)이 되는 원반을 제작한다. 이 때, 원반의 표면 및 이면 중 한쪽 면을 연삭 가공에 의해 평활면으로 마무리한다.
다음에, 이 알루미나 소결체의 평활면 상에 전극(12)을 형성한다. 이를 위해, W분 또는 WC분에 5 vol% 내지 20 vol%의 알루미나분 및 바인더를 혼합하여 인쇄 페이스트를 제작하고, 이 인쇄 페이스트를 스크린 인쇄법에 의해, 상기한 알루미나 소결체의 평활면상에 도포하며, 건조시켜 전극(12)을 형성한다.
다음에, 이 전극(12)의 표면 상으로서, 후속 공정에서 장입되는 단자(13)와 대향하는 위치로서 미리 정해져 있는 부분에, 전술한 조성이 되는 인쇄 페이스트를 인쇄법에 의해 도포하고, 건조시켜, 전극(12)의 볼록부(12a)가 되는 볼록부를 형성한다. 이 볼록부의 두께(T)는, 0.8 mm 이하로 한다. 볼록부의 두께(T)가 0.8 mm를 넘으면 볼록부(12a)와 기체(11)의 열팽창계수의 차에 의한 크랙이 생길 우려가 있다. 또한, 볼록부(12a)의 경사면과 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)이 이루는 각도(θ)가, 40˚ 이하이고, 볼록부(12a)의 바닥면의 직경이 2 mm 내지 6 mm가 되도록 형성한다.
다음에, 지지부를 형성하기 위해, 상기 전극(12) 및 볼록부(12a)가 형성된 알루미나 소결체를 금형 내에 세팅하고, 하소 후의 상기 알루미나 조립분을 충전하며, 소정 압력으로 프레스 성형을 행한다. 이에 따라 유전체층이 되는 알루미나 소결체와 지지부가 되는 알루미나 성형체가 일체로 된 기체(11)의 성형체를 얻을 수 있다. 이 성형체를 소결하여 기체(11)를 얻는다.
다음에, 얻어진 기체(11)의 이면(11b)으로부터 전극(12)의 볼록부(12a)를 향해 단자 구멍(11c)을 형성하고, 이 단자 구멍(11c)의 바닥면에 볼록부(12a)의 정상 면을 노출시켰다. 이 때 볼록부(12a)의 사이즈에 대해서, 전극(12)의 단자측의 평탄면(121)으로부터 단자 구멍(11c)의 바닥면까지의 높이를 0.01 mm 내지 0.8 mm 미만, 바람직하게는 0.7 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.02 내지 0.4 mm로 한다. 또한, 단자 구멍(11c)의 직경은, 볼록부(12a)의 정상면의 직경보다 크게 한다.
그 후, 이 단자 구멍(11c)에 단자(13)를 장입하고, 납땜에 의해 볼록부(12a)와 단자(13)를 접합한다. 이 단자(13)의 단부면의 직경은, 볼록부(12a)의 정상면의 직경보다 큰 것을 적용하는 것으로 한다.
또한, 볼록부는 완전한 원추대 형상이 아니어도 좋고, 구면을 절취한 일부분으로 대략 원추대 형상으로 간주하는 형상이어도 좋다.
[실시예]
이하에 진술하는 방법에 의해, 여러 가지의 정전 척을 제조하였다.
우선, 유전체층이 되는 알루미나 소결체를 제작하였다. 이를 위해, 세라믹스 원료분으로서, 순도 99.9%의 알루미나 분말(입자 직경 1 ㎛)과 소결조제인 MgO 원료분을 사용하였다. 또한, 세라믹스 원료분 중의 MgO의 함유량은 0.04 wt%로 하였다. 이 세라믹스 원료분에 바인더인 폴리비닐알콜(PVA), 물 및 분산제를 첨가하고, 트로멜로 16 시간 혼합하여 슬러리를 제작하였다. 얻어진 슬러리를, 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조하고, 그 후 500℃에서 5 시간 유지하여 바인더를 제거하며, 평균 약 80 μm의 조립과립을 제작하였다. 이 알루미나 과립을 금형에 충전하고, 100 kg/cm2의 압력으로 프레스 성형을 행하였다. 계속해서, 이 성형체를 카본 제의 시스(sheath)에 세팅하고, 핫프레스 소성법을 이용하여 소성하였다. 소성은 100 kg/cm2의 가압하에서, 또한 질소 가압 분위기(150 kPa)에서 행하고, 300℃/h로 승온하며, 1600℃에서 2 시간 유지하여 유전체층에 상당하는 부분의 알루미나 소결체를 얻었다.
이 알루미나 소결체를 연삭 가공하여, φ 300 mm, 두께 6 mm의 원반을 제작하였다. 이 때, 한쪽 면을 연삭 가공에 의해, 표면 거칠기(Ra)가 0.8 ㎛ 이하의 평활면이 되도록 마무리하였다.
다음에, 전극을, 이 알루미나 소결체상에 형성하였다. 이 전극의 형성을 위해 WC 분말(평균 입자 직경 1.5 μm)과, 알루미나 분말(평균 입자 직경 1 μm)을, 알루미나의 함유량이 20 wt%가 되도록 혼합하고, 바인더를 혼합하여 인쇄 페이스트를 제작하며, 스크린 인쇄법에 의해, 상기한 알루미나 소결체의 평활면상에 φ 290 mm, 두께 10 μm의 전극을 형성하고, 건조시켰다.
다음에, 건조 후의 전극의 표면 상의 중심부에, 페이스트 형상의 전극 재료를 콘택트 인쇄법에 의해 인쇄하여, 볼록부를 형성하고, 건조시켰다. 이 볼록부의 형성시, 전극 재료 중의 알루미나 첨가량 및 볼록부의 형상, 사이즈를 여러 가지로 변화시킨 복수 종류의 예를 작성하였다. 이 정전 척은 1 종류당 복수 개를 제작하였다.
다음에, 기체의 지지부가 되는 부분을 작성하기 위해서, 상기한 전극 및 볼록부가 형성된 알루미나 소결체를 금형에 세팅하고, 전술한 유전체층을 작성하는 데 이용한 하소 후의 알루미나 조립과립을 충전하며, 100 kg/cm2의 압력으로 프레스 성형을 행하였다.
계속해서, 이 성형체를 카본제의 시스에 세팅하고, 핫프레스 소성법을 이용하여 소성하였다. 소성은 100 kg/cm2의 가압하에서, 또한 질소 가압 분위기(150 kPa)에서 행하고, 300℃/h로 승온하며, 1600℃에서 2 시간 유지하였다. 이렇게 하여 전극을 매설한 소성체를 얻었다.
이 알루미나 소결체의 유전체층 측의 표면을 다이아몬드 숫돌(grindstone)로써 평면 연삭 가공을 행하고, 알루미나 소결체의 두께, 즉 매설한 전극으로부터 표면까지의 두께(유전체층의 두께)를 0.3 mm로 하는 동시에, 소성체의 측면을 연삭하였다. 이 시점에서, 볼록부 근방의 유전체층에 크랙이 발생하고 있는지의 여부를 조사하였다. 소결시의 유전체층부에 있어서의 크랙 발생의 정도를, 복수 개를 제작한 정전 척 중 크랙이 발생한 정전 척의 개수의 비율로 하여 구하였다.
그 후, 크랙이 발생하지 않는 경우에는, 이 알루미나 소결체의 이면의 중심부로부터, 매설된 전극을 향해 천공 가공을 행하고, 단자 구멍의 바닥면에 볼록부의 정상면을 노출시킨 후, 이 단자 구멍에 Si와 Mg을 미량으로 함유하는 Al 납재와 직경 6 mm의 Mo제 단자를 장입하며, 이어서, 불활성 분위기 중에서 가열하고, 전극 볼록부 표면 및 단자 구멍 바닥면의 기체의 알루미나 표면과 단자를 납땜에 의해 접합하여, 정전 척을 완성하였다.
이와 같이 하여 얻어진 정전 척에 대해서, 단자를 압축 시험기로 눌러 유전 체층을 포함하는 단자 접합부 근방이 파괴되는 하중(압축 강도)을 측정하였다.
이들 결과를, 전극 재료중의 알루미나 첨가량 및 볼록부의 형상과 함께 표 1 내지 표 3에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112007078215914-PAT00001
[표 2]
Figure 112007078215914-PAT00002
[표 3]
Figure 112007078215914-PAT00003
표 1 내지 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전극 재료 중 알루미나량 및 볼록부의 사이즈가 적합한 범위가 되는 실시예는, 비교예와 비교하면 크랙이 발생하지 않고, 또한 접합 강도가 현저히 향상되어 있었다.
이에 대하여, 종래예 및 비교예 1은, 전극에 볼록부를 형성하지 않기 때문에, 열팽창율의 차이에 의한 크랙은 발생하지 않았지만, 단자 구멍의 형성시에, 전극을 관통하는 경우가 있었다. 또한 비교예 2 및 3은, 볼록부가 원주 형상이었기 때문에(θ가 90˚), 크랙이 다수 발생하였다. 또한, 비교예 4 내지 7은, 볼록부의 두께(T)가 0.8 mm를 넘어 있었기 때문에, 볼록부(12a)와 기체(11)의 열팽창계수의 차에 의한 크랙이 발생했다. 또한 비교예 8 및 9는, 볼록부의 경사면과 전극의 단자측의 평탄면이 이루는 각도(θ)가 40˚를 넘어 있었기 때문에, 열팽창계수의 차에 기인하는 크랙의 기점이 발생하였다. 또한, 비교예 10은, 전극 재료 중에 알루미나를 함유하지 않았기 때문에, 열팽창계수의 차에 의한 크랙이 발생하였다. 실시예 3, 4와 실시예 5의 비교 및 실시예 12와 실시예 13의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 전극 평면으로부터 접합부까지의 거리(L)를 0.02 mm 내지 0.4 mm로 함으로써, 접합부의 압축 강도가 더 현저하게 커졌다. 비교예 10과 실시예 14의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이 도전성 분말에 대한 알루미나 분말의 첨가량을 5 vol% 내지 20 vol%로 함으로써, 크랙없이, 접합부의 압축 강도가 높아졌다.
이상, 도면 및 실시예를 이용하여, 본 발명에 따른 정전 척을 설명하였지만, 본 발명의 정전 척은, 도면 및 실시예에 도시한 정전 척에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시한 정전 척은, 전극이 단수이다. 단극형의 정전 척을 나타내고 있지만, 본 발명의 정전 척은, 전극수가 2개의 쌍극형의 것이어도 좋고, 전극 수가 3개 이상의 것이어도 좋다. 또한, 정전 척은 정전 척의 기체에, 히터를 구비하는 히터 부착 정전 척이어도 좋다. 도면 및 실시예의 기술은, 본 발명의 정전 척의 예시이며, 본 발명의 정전 척은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 정전 척의 실시예를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 확대 단면도.
(부호의 설명)
10: 정전 척 11: 기체
11a: 기판 적재면 11b: 이면
11c: 단자 구멍 11d: 유전체층
11e: 지지부 12: 전극
12a: 볼록부 13: 단자

Claims (5)

  1. 기판 적재면을 갖는 대략 원반형의 알루미나 세라믹스로 이루어지는 기체와,
    이 기체의 상기 기판 적재면과 평행하게 상기 기체 내에 매설된 전극과,
    이 기체의 상기 기판 적재면과는 반대측이 되는 이면으로부터, 이 전극을 향해 형성된 단자 구멍에 장입되는 단자
    를 포함하고, 상기 전극은 대략 일정한 두께이며, 상기한 단자 구멍을 향하는 위치에 상기 전극과 동종의 재료로 이루어지는 대략 원추대 형상의 볼록부를 가지고, 이 볼록부에 상기 단자가 접합되며,
    이 볼록부는, 볼록부가 위치하고 있는 전극의 단자측 평탄면과 상기 볼록부의 경사면이 이루는 각도가 40˚ 이하이고, 단자측의 평탄면으로부터 볼록부와 단자의 접합면까지의 거리가 0.01 mm 이상 0.8 mm 미만인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극의 단자측 평탄면으로부터 볼록부와 단자의 접합면까지의 거리가 0.02 mm 내지 0.4 mm인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 대략 원추대 형상의 볼록부는, 바닥면의 직경이 2 mm 내지 6 mm이고, 상기 대략 원추대 형상의 볼록부의 정상면의 직경보다, 이 정상면에 접하는 상기 단자의 단부면의 직경이 큰 것을 특징으로 하는 정전 척.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극은 도전성 분말과 알루미나 분말을 함유하고, 이 도전성 분말에 대한 알루미나 분말의 첨가량이 5 vol% 내지 20 vol%인 것을 특징으로 하는 정전 척.
  5. 기체 중, 기판 적재면을 포함하는 유전체층의 부분의 알루미나 소결체를 작성하는 단계와,
    이 알루미나 소결체의 표면 상에, 대략 일정한 두께의 전극을 형성하는 단계와,
    이 전극상의 일부에, 이 전극과 동종의 재료로 이루어지는 볼록부를, 두께 0.8 mm 이하이고, 또한 전극의 단자측의 평탄면과 상기 볼록부의 경사면이 이루는 각도를 40˚ 이하로 형성하는 단계와,
    상기 알루미나 소결체 및 전극을 덮어, 기체의 지지부를 형성한 후, 이 지지부 및 상기 유전체층의 부분을 일체적으로 소결하는 단계와,
    기체의 이면으로부터, 상기 볼록부를 향해 단자 구멍을 형성하고, 이 단자 구멍의 바닥면에 볼록부를 노출시키며, 이 볼록부의 전극의 단자측의 평탄면으로부터 단자 구멍의 바닥면까지의 거리를 0.01 mm 이상 0.8 mm 미만으로 하는 단계와,
    단자 구멍에 단자를 장입하고, 납땜에 의해 볼록부와 접합하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척의 제조 방법.
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