KR20090049992A - 기판 유지체 - Google Patents

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KR20090049992A
KR20090049992A KR1020080110994A KR20080110994A KR20090049992A KR 20090049992 A KR20090049992 A KR 20090049992A KR 1020080110994 A KR1020080110994 A KR 1020080110994A KR 20080110994 A KR20080110994 A KR 20080110994A KR 20090049992 A KR20090049992 A KR 20090049992A
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이쿠마 모로오카
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니뽄 가이시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 매립 전극의 저항을 저감할 수 있으며, 균일하게 플라즈마를 생성하는 것이 가능한 기판 유지체를 제공한다.
상면에 기판을 적재하는 세라믹스 기체(12)와, 세라믹스 기체(12)의 상부측에 매립되며 도전 페이스트의 소성물로 이루어지는 판형의 제1 도체(16)와, 세라믹스 기체(12)의 내부에 마련되며 제1 도체(16)의 하면에 접하는 메시형의 제2 도체(18)와, 세라믹스 기체(12)의 이면으로부터 세라믹스 기체(12)의 일부를 관통하여 제2 도체(18)에 접속된 전극 단자(20)를 구비한다.

Description

기판 유지체{SUBSTRATE HOLDER}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 이용하는 기판 유지체에 관한 것이다.
반도체 장치나 액정 장치 등의 전자 장치의 제조 공정에서, 드라이 에칭, 화학 기상 성장(CVD), 표면 개질 등의 플라즈마를 이용한 처리가 이용되고 있다. 예컨대, 반응성 이온 에칭(RIE) 등에서는, 플라즈마 에칭 장치의 처리실에 마련된 세라믹스 기체를 갖는 기판 유지체에 기판을 적재한다. 기판은 기판 유지체의 매립 전극에 의해 정전 고정된다. 고주파 전원으로부터 매립 전극을 통하여 인가된 고주파 전류에 의해, 진공 배기된 처리실 내에 도입된 가스를 방전시켜 플라즈마를 생성한다. 생성된 플라즈마 내의 이온에 의해, 기판의 에칭 처리가 행하여진다.
내플라즈마성이나 전기 절연성, 무오염(contamination free), 열전도성 등의 관점에서, 기판 유지체에는 질화 알루미늄(AlN)이나 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3) 등이 이용된다. 매립 전극으로서, 메시형의 도체나 스크린 인쇄된 도전 페이스트 등을 이용할 수 있다(예컨대, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
메시형 도체를 이용한 매립 전극은 메시형 도체의 선 직경 및 메시 거칠기를 적절히 선택함으로써 저 저항화할 수 있다. 따라서, 매립 전극에 큰 고주파 전류를 흐르게 할 수 있으며, 고밀도 플라즈마를 안정되게 생성하는 것이 가능해진다. 그러나, 매립 전극의 형상을 반영하여 매립 전극 상의 세라믹스 기체로 이루어지는 유전체막 두께 분포가 불균일하기 때문에, 기판의 흡착력에 변동이 생긴다. 또한, 플라즈마의 분포가 불균일해지며, 세라믹스 기체의 절연 파괴가 발생하기 쉬워진다.
한편, 스크린 인쇄에 의해 형성된 매립 전극에서는, 매립 전극 상의 세라믹스 기체의 유전체막 두께 분포는 균일하다. 그러나, 매립 전극을 두껍게 형성하는 것이 곤란하며, 매립 전극의 저항값이 높아진다. 그 때문에, 매립 전극에 고주파 대전류를 흐르게 하는 것이 곤란해진다. 또한, 매립 전극의 막 두께의 변동에 의해 국소적인 발열이 생기며 단선 등에 의해 내구성이 열화된다.
특히 스크린 인쇄에 의해 형성된 전극에서는 도전 성분과 세라믹 성분이 제작시의 고온에서 반응하며, 매립 전극의 저항이 높아지므로, 매립 전극에 고주파 대전류를 흐르게 하는 것이 곤란한 경우가 있었다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제2813154호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2006-282502호 공보
본 발명의 목적은 매립 전극의 저항을 저감할 수 있으며, 균일하게 플라즈마를 생성하는 것이 가능한 기판 유지체를 제공하는 것에 있다.
일실시형태에 따른 기판 유지체는, (가) 상면에 기판을 적재하는 AlN, Al2O3, 이트리아(Y2O3), 질화 실리콘(Si3N4), 탄화 실리콘(SiC), 질화 붕소(BN) 중 어느 하나로 이루어지는 세라믹스 기체와, (나) 세라믹스 기체의 상부측에 매립되며, 도전 페이스트의 소성물로 이루어지는 판형의 제1 도체와, (다) 세라믹스 기체의 내부에 마련되며, 제1 도체의 하면에 접하는 메시형의 제2 도체와, (라) 세라믹스 기체의 하면으로부터 세라믹스 기체의 일부를 관통하여 제2 도체에 접속된 전극 단자를 구비한다. 제1 도체를 형성하는 도전 페이스트는, 적어도 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W) 중 어느 하나로 이루어지는 고융점 금속 혹은 이들의 탄화물을 포함하는 기판 유지체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 매립 전극의 저항을 저감할 수 있으며, 균일하게 플라즈마를 생성하는 것이 가능한 기판 유지체를 제공하는 것이 가능해진다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 형태에 대해서 설명한다. 이하의 도면의 기재에서, 동일 또는 유사 부분에는 동일 또는 유사 부호를 붙이고 있다. 단, 도면은 모식적인 것이며, 두께와 평면 길이의 관계, 각 층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다르다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 두께나 길이는 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한 도면 상호 간에서도 상호 길이의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체(10)는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 세라믹스 기체(12), 매립 전극(14), 전극 단자(20) 등을 구비한다. 매립 전극(14)은 판형의 제1 도체(16) 및 메시형의 제2 도체(18)를 포함한다. 제1 도체(16)는 세라믹스 기체(12)의 상부측에 매립된다. 제2 도체(18)는 세라믹스 기체(12)의 내부에 마련되며, 제1 도체(16)의 하면에 접한다. 전극 단자(20)는 세라믹스 기체(12)의 하면으로부터 세라믹스 기체의 일부를 관통하여 제2 도체(18)에 접속된다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시한 기판 유지체(10)는 예컨대, 플라즈마 에칭 장치의 처리실(40)의 유지 부재(32) 상에 부착된다. 예컨대, 피처리물인 기판(30)이 원형의 반도체 기판이면, 기판 유지체(10)는 원판 형상이다. 기판(30)은 기판 유지체(10)의 상면에 적재되며, 매립 전극(14)에 의해 정전 고정된다. 매립 전극(14)은 전극 단자(20)를 통하여 처리실(40) 외부의 직류 전원(42)에 접속된다. 기판(30)과 대향하도록 대향 전극(34)이 마련된다. 대향 전극(34)의 내부에는 가스 배관(38)으로부터 에칭 가스 등이 도입된다. 대향 전극(34)의 기판(30)과 대향하는 면에는 복수의 가스 도입 구멍(36)이 마련된다. 가스 도입 구 멍(36)으로부터 처리실(40) 내에 에칭 가스를 도입하며, 매립 전극(14)에 접속된 고주파 전원(44)에 의해 기판(30) 표면과 접지된 대향 전극(34) 사이에 플라즈마를 여기한다.
세라믹스 기체(12)로서, AlN, Al2O3, 이트리아(Y2O3), 질화 실리콘(Si3N4), 탄화 실리콘(SiC), 질화 붕소(BN) 등의 세라믹스 재료가 이용된다.
제1 도체(16)로서, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 등의 고융점 금속, 또는 탄화 텅스텐(WC) 등의 고융점 금속 탄화물 등의 도전 재료를 포함하는 도전 페이스트의 소결물이 이용된다. 제1 도체(16)에 약 5 중량％∼약 30 중량％의 세라믹스 재료가 포함되어 있으면, 전극과 세라믹스의 열팽창 계수가 가까워지기 때문에 더 바람직하다.
제2 도체(18)로서, W, Mo, Nb 등의 고융점 금속, 또는 WC 등의 고융점 금속 탄화물 등의 메시형의 도전 재료가 이용된다.
본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체(10)에서는, 기판(30)이 적재되는 세라믹스 기체(12)의 표면측에 제1 도체(16)가 배치되어 있다. 제1 도체(16)는 스크린 인쇄 등에 의해 평탄하게 형성한 도전 페이스트의 소성물이다. 따라서, 매립 전극(14) 상의 세라믹스 기체(12)의 유전체막 두께 분포를 균일하게 할 수 있으며, 기판(30)의 흡착력 변동을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 도체(16)에 접하여 제2 도체(18)가 배치된다. 제2 도체(18)는 메시형 도전 재료의 메시선 직경 및 메시 거칠기를 적절히 선택하면 저 저항화할 수 있다. 따라서, 매립 전극(14)에 큰 고주파 전류를 흐르게 할 수 있으며, 고밀도 플라즈마를 안정되게 생성할 수 있다. 또한, 매립 전극(14) 상의 유전체층의 막 두께가 균일하기 때문에, 균일하게 플라즈마를 생성하는 것이 가능해진다.
전단 강도가 크며, 내구성이 있는 기판 유지체를 실현하기 위해, 제1 및 제2 도체는 열팽창률이 가까운 도전 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 제1 도체를 형성하는 도전 페이스트에 포함되는 도전 재료를 제2 도체로서 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 세라믹스 기체에 대해서도, 마찬가지로, 제1 및 제2 도체에 이용하는 도전 재료와 열팽창률이 가까운 재료를 이용하는 것이 바람직하며, 특히 세라믹스 기체와 도전 재료의 열팽창률의 차가 되도록 적은 것이 바람직하다. 예컨대, 세라믹스 기체의 재료로서 Al2O3을 이용하는 경우는 Al2O3의 열팽창 계수가 약 8×10-6K-1이기 때문에, 선팽창 계수가 약 6.2×10-6K-1인 WC나, 약 7.1×10-6K-1인 Nb를 도전 재료로서 이용하는 것이 바람직하며, AlN(선팽창 계수 약 5×10-6K-1)을 이용하는 경우는 W(약 4.5×10-6K-1) 혹은 Mo(약 5.2×10-6K-1)가 바람직하고, Si3N4(약 3.2×10-6K-1)를 이용하는 경우는 W, Mo를 이용하는 것이 바람직하며, Y2O3(약 8×10-6K-1)을 이용하는 경우는 WC나 Nb가 바람직하다.
또한, 제1 도체는 금속 단체가 아니며, 세라믹스 기체와 동일한 재질의 분 말(입자 직경 1 ㎛∼3 ㎛가 바람직함)을 5 wt％∼30 wt％ 혼합한 페이스트로 이루어지는 인쇄 도체로 함으로써 혼합체의 열팽창 계수를 세라믹스 기체의 열팽창 계수에 근접시킬 수 있기 때문에 보다 바람직하다. 5 wt％ 이하이면 혼합한 효과가 없으며, 30 wt％ 이상이면 도전 물질의 결합이 절연성의 세라믹스에 의해 현저히 억제되기 때문에, 제1 도체의 도전성이 현저히 저하되기 때문이다. 이렇게 함으로써, 제1 도체 내의 세라믹스 분말과 주위의 세라믹스 기체의 세라믹스가 소결에 의해 강고히 결합하기 때문에, 금속 단체의 경우보다도, 제1 도체의 박리 강도가 향상하며, 그로 인해, 세라믹스 부재의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 도전 물질과 세라믹스 기체의 열팽창 계수의 차가 다소 있어도 문제없다. 한편, 제작 공정에서의 고온에서 금속과 세라믹스(특히 산화물)가 반응하여, 도체의 도전성이 금속 단체보다도 저하하는 경우가 있기 때문에, 세라믹스와 반응하기 어려운 WC와 세라믹스 분말의 혼합 재료가 제1 도체로서 가장 바람직하다. 그러나, 세라믹스 분말의 혼합에 의한 도전성의 저하는 피할 수 없기 때문에, 본원 발명의 제2 도체를 이용하는 것이 필수이다. 제2 도체로서는, 메시형의 형상으로 가공하기 쉬운 W, Mo, Nb가 보다 바람직하며, Mo, Nb가 연성의 관점에서 가장 바람직하다.
또한, 제1 도체에 대해서, 직경은 약 285 ㎜∼약 295 ㎜가 바람직하며, 두께는 약 10 ㎛∼약 30 ㎛인 것이 바람직하다. 두께가 10 ㎛ 이하이면 주위의 세라믹스와의 반응에 의해 도전성이 현저히 저하할 가능성이 있고, 이와 달리 30 ㎛ 이상으로 하면 열팽창 계수의 상이나 도체층의 강도 자체가 높지 않게 됨으로써, 박리 강도가 현저히 저하될 가능성이 있다. 제2 도체에 대해서, 선 직경은 약 0.05 ㎜∼ 약 0.35 ㎜가 바람직하며, 메시 거칠기는 #24∼#100이 바람직하다. 이들 선 직경이나 메시 거칠기로 함으로써 실제적으로 작성하기 쉬우며, 강도적으로 우수한 메시형의 제2 도체를 얻을 수 있다.
다음에, 도 1 및 도 2에 도시한 기판 유지체(10)의 제조 방법을 도 4 내지 도 7을 이용하여 설명한다.
(가) 세라믹스 원료 분말로서, 예로서, 순도 약 99.5％의 Al2O3 분말(입자 직경 약 1 ㎛) 및 소결조제인 산화 마그네슘(MgO) 분말을 사용한다. 세라믹스 원료 분말 내의 MgO 분말의 함유량은 약 0.04 중량％이다. 이 세라믹스 원료 분말에 바인더인 폴리 비닐 알콜(PVA), 물 및 분산제를 첨가하며, 트로멜(tro㎜el)로 약 16시간 혼합하여 슬러리를 제작한다. 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조한다. 그 후, 약 500℃에서 약 5시간의 하소 처리를 행하여 바인더를 제거한다. 이와 같이 하여, 평균 입자 직경이 약 80 ㎛인 조립(造粒) 과립으로 이루어지는 세라믹스 분체를 제작한다. 또한, 슬러리의 분무 건조 후의 하소 처리를 행하지 않고 세라믹스 분체를 제작하여도 된다.
(나) 도 4에 도시하는 바와 같이, 세라믹스 분체를 금형에 충전하며, 약 20O ㎏/㎠의 압력으로 가압 성형한다. 이 성형체를 카본제의 시스(sheath)에 장착하며, 핫프레스 소성법을 이용하여 소성시켜 소결체(12A)를 제조한다. 소성은 질소 가압 분위기(150 ㎪)에서 행해지며, 약 100 ㎏/㎠의 가압 하에서, 약 300℃/시간으로 승온하여 약 1600℃에서 약 2시간 유지된다. 소결체(12A)를 연삭 가공하며, 직경이 약 340 ㎜, 두께가 약 6 ㎜인 원반을 제조한다. 소결체(12A)의 한쪽 면을 연삭 가공에 의해, 표면 거칠기(Ra)가 약 O.8 ㎛ 이하인 평활면이 되도록 마무리한다.
(다) 도 5에 도시하는 바와 같이, 스크린 인쇄법에 의해, 도전 페이스트를 소결체(12A)의 평활면 상에 도포하며, 직경이 약 290 ㎜, 두께가 약 15 ㎛인 제1 도체(16)를 형성한다. 제1 도체(16)가 건조되기 전에, 제1 도체(16) 상에 메시형 도전 재료인 제2 도체(18)를 놓는다. 그리고, 지그를 제2 도체(18) 상에 놓고 전체에 하중을 가하여, 제1 도체(16)와 제2 도체(18)를 접합한다. 도전 페이스트는 예컨대, WC 분말, 알루미나 분말(함유량 약 5 중량％∼30 중량％) 및 바인더인 테르피네올을 혼합하여 제작된다. 메시형 도전 재료는 예컨대, WC이며, 직경이 약 288 ㎜, 메시선 직경이 약 0.12 ㎜ 및 메시 거칠기가 #50이다. 또한, 메시 거칠기는 1인치당의 메시선의 수이다.
(라) 다음에, 제1 및 제2 도체(16, 18)가 형성된 소결체(12A)를 금형에 장착한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 금형에 세라믹스 분체를 충전하여 약 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스 성형을 행하며, 소결체(12A), 제1 및 제2 도체(16, 18) 상에 성형체(12B)가 형성된 세라믹스 기체(12C)를 제작한다. 계속해서, 제작한 세라믹스 기체(12C)를 카본제의 시스에 장착하며, 핫프레스 소성법에 의해 소성하여, 제1 및 제2 도체(16, 18)가 매립된 세라믹스 기체(12)를 제조한다. 소성은 질소 가압 분위기(150 ㎪)에서 행해지며, 약 100 ㎏/㎠의 가압 하에서, 약 300℃/시간으로 승온하여 약 1600℃에서 약 2시간 유지된다.
(마) 도 7에 도시하는 바와 같이, 세라믹스 기체(12)의 표면을 다이아몬드 지석으로 평면 연삭 가공을 행하며, 세라믹스 기체(12)의 두께를 약 14 ㎜로 조정한다. 또한, (나)에서 1회 소성된 세라믹스 소결체는 (라)에서 재차 소성되지만, (나)의 소결체 쪽을 정전척의 웨이퍼 등을 흡착하는 기반 적재면이 되도록 가공한다. 또한, 세라믹스 기체(12)의 측면을 연삭한다. 또한, 세라믹스 기체(12)의 이면측으로부터 제1 도체(16)까지의 펀칭 가공을 행하며, 알루미늄 분말을 이용하여 전극 단자(20)를 제1 도체(16)에 접합한다. 이와 같이 하여, 도 1 및 도 2에 도시한 기판 유지체(10)가 제조된다.
제조된 기판 유지체(10)의 각종 특성이 평가되어 있다. 예컨대, 직경이 약 20 ㎜인 대향 전극을 세라믹스 기체(12) 표면의 임의의 점에 접촉시키며, 유전체층을 사이에 두고 매립 전극(14)과 콘덴서를 형성하고, 그 정전 용량을 측정함으로써, 매립 전극(14) 상의 세라믹스 기체(12)의 유전체막 두께가 평가된다. 정전척의 기판 흡착면의 평면도는 약 20 ㎛ 이하이며, 기판 흡착면의 측정점 좌표에서 유전체막 두께를 감한 좌표로부터 매립 전극(14)의 평면도가 산출된다. 매립 전극(14)의 저항값이 임피던스 분석기에 의해 측정된다. 매립 전극(14)과 세라믹스 기체(12) 사이의 전단 강도가 제조된 기판 유지체(10)로부터 매립 전극(14)을 포함하도록 직경 약 10 ㎜로 잘라낸 원판형 시료에 대하여, 복합 계면 특성 평가 장치를 이용하여 미세액적(microdroplets)법 등에 의해 측정된다. 절연 파괴 전압은 일본 공업 규격(JIS)C2141에 준한 방법으로 측정된다. 전극 단자(20)의 단자 강도가 인장 강도 시험에 의해 측정된다.
또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치의 처리실(40a)에 기 판 유지체(10)를 장착하여, 통전 용량, 플라즈마 균일성 및 내구성 등이 측정된다. 처리실(40a) 내에 아르곤(Ar) 등의 가스를 약 3 ㎩의 압력으로 도입하며, 매립 전극(14)에 접속된 고주파 전원(44)에 의해, 세라믹스 기체(12)의 표면과 접지된 대향 전극(34a)과의 사이에 플라즈마를 여기시킨다. 매립 전극(14)에 흐르는 고주파 전류는 세라믹스 기체(12)에 마련된 구멍에 측온부(온도 측정부)를 삽입한 열전대(46)에서 검지되는 온도를 피드백하여 컨트롤러(48)에 의해 제어할 수 있다. 세라믹스 기체(12)의 표면 온도는 적외선 카메라 등의 온도 측정기(52)에 의해 처리실(40a)에 마련된 계측창(50) 및 대향 전극(34a)에 마련된 복수의 구멍(36a)을 통해서 검지할 수 있다.
예컨대, 열전대(46)에 의한 제어 온도를 약 100℃로 설정하여, 약 1시간 후의 고주파 전류를 통전 용량으로서 측정한다. 열전대(46)에 의한 제어 온도를 약 100℃로 설정하여, 온도 측정기(52)에서 측정되는 세라믹스 기체(12) 표면의 온도 분포에서의 온도차를 플라즈마 균일성으로 한다. 또한, 플라즈마에 의해, 열전대(46)의 온도를 실온에서 약 300℃까지 가열하는 사이클을 기판 유지체(10)가 파손할 때까지 반복하여 내구성을 평가한다.
(평가 결과 1)
도 9의 표에는 본 발명의 실시형태에 따른 제조 방법에서 설명한 제조 조건에 따른 기판 유지체를 시료 1로 하여, 각종 특성을 평가한 결과가 표시되어 있다. 여기서는, 세라믹스 기체로서, 알루미나(Al2O3)가 이용되고 있다.
시료 2 내지 시료 12는 제1 도체(16)의 재질, 직경 및 두께와, 제2 도체(18)의 재질, 선 직경 및 메시 거칠기 등을 바꾸어 제조한 기판 유지체이다. 시료 2는 제1 도체의 재질을 WC에서 W로 바꾸고 있다. 시료 3 및 시료 4는 각각 제1 도체의 직경을 약 285 ㎜ 및 약 295 ㎜로 바꾸고 있다. 시료 5 및 시료 6은 각각 제1 도체의 두께를 약 10 ㎛ 및 약 30 ㎛로 바꾸고 있다. 시료 7 및 시료 8은 제1 도체의 두께가 약 20 ㎛이며, 각각 제2 도체의 재질을 W 및 Mo로 바꾸고 있다. 시료 9 및 시료 10은 제1 도체의 두께가 약 20 ㎛이며, 각각 제2 도체의 선 직경을 약 0.05 ㎜ 및 약 0.35 ㎜로 바꾸고 있다. 시료 11 및 시료 12는 제1 도체의 두께가 약 20 ㎛이며, 각각 제2 도체의 메시 거칠기를 약 #24 및 #100으로 바꾸고 있다. 또한, 시료 13 및 시료 14는 비교예로서 인쇄 전극인 제1 도체 및 메시 전극인 제2 도체를 각각 단독으로 이용한 기판 유지체이다.
시료 1의 매립 전극 표면의 평면도는 약 10 ㎛로, 제1 도체로 이루어지는 매립 전극을 이용한 시료 13과 마찬가지이다. 한편, 제2 도체만으로 이루어지는 매립 전극을 이용한 시료 14에서는 매립 전극 표면의 평면도가 약 80 ㎛로 열화된다.
통전 용량은 매립 전극의 저항값으로 대략 결정된다. 제2 도체를 이용한 시료 1 및 시료 14에서는 저항값이 각각 약 5 Ω 및 약 6 Ω로 저감되며, 통전 용량이 각각 약 1 A 및 약 0.9 A로 증대하고 있다. 한편, 제1 도체만을 이용한 시료 13은 저항값이 약 50 Ω로 증가하며, 통전 용량도 약 0.1 A로 저감한다.
전단 강도는 시료 1에서는 약 120 ㎫인데 대하여, 시료 13 및 시료 14에서는 약 60 ㎫로 저하하고 있다.
플라즈마 균일성은 시료 1에서는 약 3℃인데 대하여, 시료 13에서는 약 8℃, 시료 14에서는 약 5℃로 저하하고 있다. 시료 13에서는 매립 전극의 저항이 높은데다가, 두께가 변동되기 쉽기 때문에, 국소적으로 플라즈마가 불균일해져 버린다. 시료 14에서는 매립 전극 상의 세라믹스 기체의 유전체막 두께 분포가 불균일해지며, 플라즈마도 불균일해진다.
절연 파괴 전압은 시료 1 및 시료 13에서는 약 22 ㎸인데 대하여, 시료 14에서는 약 19 ㎸로 저하하고 있다. 이는 매립 전극 표면의 평면도를 반영하여, 전계 집중이 생기기 때문이다.
단자 강도는 제2 도체를 이용하는 시료 1 및 시료 14에서 약 10 ㎏인데 대하여, 제1 도체만을 이용한 시료 13에서는 약 8 ㎏으로 열화하고 있다. 이는 인쇄된 제1 도체만으로는 전극 단자와의 접합부에서 제1 도체가 박리하기 때문이다.
내구성은 시료 1이 약 50000 사이클인데 대하여, 시료 13 및 시료 14는 약 30000 사이클로 저하하고 있다. 이는 전단 강도가 저하하면, 내구성도 저하하기 때문이다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태에서는 세라믹스 기체의 유전체층측에 평탄하게 형성할 수 있는 도전 페이스트를 소성한 제1 도체가 이용된다. 이 때문에, 세라믹스 기체의 유전체막 두께 분포의 변동을 억제할 수 있으며, 균일하게 플라즈마를 생성하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 도체에 접하여 저 저항의 메시형 도전 재료를 이용한 제2 도체가 마련된다. 그 결과, 매립 전극을 저 저항화할 수 있으며, 고밀도의 플라즈마를 생성하는 것이 가능해진다. 또한, 세라믹스 기체와 매립 전극 사이의 전단 강도를 증대시킬 수 있으며, 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.
제1 및 제2 도체의 재질이 다른 시료 2, 시료 7 및 시료 8에서는 전단 강도가 각각 약 70 ㎫, 약 100 ㎫ 및 약 60 ㎫로 저하한다. 그에 따라, 내구성도 시료 2, 시료 7 및 시료 8에서 각각 약 40000 사이클, 약 40000 사이클 및 약 30000 사이클로 저하한다. 이는 제1 및 제2 도체 사이의 열팽창률이 달라, 응력이 발생하기 때문이다.
시료 3은 제1 도체의 직경이 약 285 ㎜로, 제2 도체의 직경 약 288 ㎜보다도 작다. 따라서, 매립 전극의 단부에는 제2 도체의 메시선 선단이 노출되며, 전계 집중이 생긴다. 그 결과, 절연 파괴 전압이 약 20 ㎸로 저하한다. 또한, 시료 4는 제1 도체의 직경이 약 295 ㎜로 크다. 그 경우, 세라믹스 기체의 외주와의 절연 거리가 작아지며, 절연 파괴 전압이 약 19 ㎸로 저하한다.
제1 도체의 두께를 약 10 ㎛로 얇게 한 시료 5에서는 제1 및 제2 도체의 접합이 불충분해지며, 전단 강도가 약 100 ㎫로 저하한다. 한편, 제1 도체의 두께를 약 30 ㎛로 두껍게 한 시료 6에서는 제1 도체를 형성하는 도전 페이스트가 흘러내리게 되기 때문에, 두께가 불균일해진다. 그 때문에, 플라즈마 균일성이 약 4℃로 약간 저하된다.
제2 도체의 선 직경을 약 0.05 ㎜로 가늘게 한 시료 9에서는 매립 전극의 저항값이 약 10 Ω로 증가하며, 통전 용량이 약 0.25 A로 저하한다. 한편, 제2 도체의 선 직경을 약 0.35 ㎜로 매우 굵게한 시료 10에서는 메시의 간격이 좁아지며, 프레스 성형 시에 메시 내에 세라믹스 분체가 충전되기 어려워지고, 공극이 발생한 다. 그 결과, 전단 강도가 약 9 ㎫로 저하한다.
제2 도체의 메시 거칠기를 #24로 거칠게 한 시료 11에서는 섬세한 가공이 곤란하게 되는 등, 가공 상의 제약이 발생한다. 한편, 제2 도체의 메시 거칠기를 #100으로 매우 작게한 시료 12에서는 메시의 간격이 좁아지며, 프레스 성형 시에 메시 내에 세라믹스 분체가 충전되기 어려워지고, 공극이 발생한다. 그 결과, 전단 강도가 약 100 ㎫로 저하한다.
(평가 결과 2)
도 10의 표에는, 세라믹스 기체로서, 알루미나(Al2O3) 대신에, 이트리아(Y2O3)를 이용한 기판 유지체를 실시예 1로 하여, 각종 특성을 평가한 결과를 나타내고 있다. 다른 제조 조건 등에 대해서는, 본 발명의 실시형태에 따른 제조 방법에서 설명한 제조 조건과 마찬가지이다.
구체적으로는, 기판 유지체의 작성 방법은, 상기 (가)∼(마)와 마찬가지이다. 상이점은, 세라믹스의 원료 분말로서 순도 99.5％의 Y2O3 분말(입자 직경 1.2 ㎛)을 이용하며, 제1 도체의 도전 페이스트에도 동일한 Y2O3 분말을 알루미나 분말 대신에 이용한 것, 제2 도체로서 Nb 금속에 의한 메시 전극을 이용한 것이다.
비교예 1∼비교예 3에서는, 제2 도체의 메시 전극이 마련되어 있지 않다. 비교예 1, 비교예 2에 나타내는 바와 같이, 인쇄 전극에 세라믹스(이트리아)를 혼합하면, 전단 강도가 비교예 3보다도 향상된다. 그러나, 비교예 1, 비교예 2에 나타내는 바와 같이, 인쇄 전극에 세라믹스(이트리아)를 혼합하면, 회로 전체의 저항이 상승하며, 통전 용량이 저하하고, RF 플라즈마의 균일성이 악화된다.
이에 대하여, 실시예 1∼실시예 4에 나타내는 바와 같이, 페이스트에 의해 구성되는 인쇄 전극(제1 도체) 및 메시 전극(제2 도체)이 마련되어 있으면, 회로 전체의 저항이 대폭 저하하며, 통전 용량이 상승하고, RF 플라즈마의 균일성이 향상된다.
비교예 1∼비교예 3에 나타내는 바와 같이, 페이스트에 의해 구성되는 인쇄 전극(제1 도체)만이 마련되어 있으면, 단자 부분의 페이스트가 박리되며, 단자 강도가 낮다.
이에 대하여, 실시예 1∼실시예 4에 나타내는 바와 같이, 페이스트에 의해 구성되는 인쇄 전극(제1 도체) 및 메시 전극(제2 도체)이 마련되어 있으면, 단자 강도가 비교예 1∼비교예 3에 비해서 높다.
이와 같이, 기판 유지체는 WC 및 이트리아의 혼합 전극에 의해 구성되는 인쇄 전극(제1 도체)과, Nb의 메시 전극(제2 도체)과, 이트리아의 세라믹 기체를 갖는다. 상기 (나)에서, 1회째의 소성에 의해 얻어진 소결체의 한쪽 면이 평활면으로 마무리되며, 상기 (라)에서의 2회째의 소성에 의해, 유전체층 부분[소결체(12A]을 얻을 수 있다. 이에 의해, 평탄한 기판 적재면을 갖고 있으며, 균일한 두께를 갖는 유전체층이 형성된다. 이에 의해, 대전류를 흘릴 수 있는 매립 전극을 갖는 정전척을 제공할 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시형태를 기재하였지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해하면 안된다. 이 개시로부터 당업자에는 여러 가지의 대체 실시형태, 실시예 및 운용 기술이 분명해질 것이다.
본 발명은 여기서는 기재하지 않는 여러 가지의 실시형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기 설명으로부터 타당한 특허청구범위에 따른 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 일례를 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시한 기판 유지체의 A-A선에 따른 단면을 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명의 실시형태의 설명에 이용하는 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 제조 방법의 일례를 도시하는 제1 단면도.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 제조 방법의 일례를 도시하는 제2 단면도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 제조 방법의 일례를 도시하는 제3 단면도.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 제조 방법의 일례를 도시하는 제4 단면도.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 평가에 이용하는 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 평가 결과의 일례를 나타내는 표.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 유지체의 평가 결과의 일례를 나타내는 표.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 유지체
12: 세라믹스 기체

Claims (6)

  1. 상면에 기판을 적재하며, AlN, Al2O3, 이트리아(Y2O3), 질화 실리콘(Si3N4), 탄화 실리콘(SiC), 질화 붕소(BN) 중 어느 하나로 이루어지는 세라믹스 기체와,
    상기 세라믹스 기체의 상부측에 매립되며, 도전 페이스트의 소성물로 이루어지는 판형의 제1 도체와,
    상기 세라믹스 기체의 내부에 마련되며, 상기 제1 도체의 하면에 접하는 메시형의 제2 도체와,
    상기 세라믹스 기체의 하면으로부터 상기 세라믹스 기체의 일부를 관통하여 상기 제2 도체에 접속된 전극 단자를 구비하며,
    상기 제1 도체를 형성하는 도전 페이스트는 적어도 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W) 중 어느 하나로 이루어지는 고융점 금속 혹은 이들의 탄화물을 포함하고,
    상기 제1 도체를 형성하는 도전 페이스트는 세라믹스 기판과 동일한 5 중량％∼30 중량％의 세라믹스 분체를 포함하며,
    상기 제1 도체의 두께는 10 ㎛∼30 ㎛인 것을 특징으로 하는 기판 유지체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 도체는 상기 도전 페이스트에 포함되는 고융점 금속과 동일한 것을 특징으로 하는 기판 유지체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹스 기체와 상기 도전 재료의 열팽창률의 차는 5×10-6K-1 이내인 것을 특징으로 하는 기판 유지체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 도체의 외부 가장자리는 상기 제1 도체의 외부 가장자리보다도 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 유지체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 도체의 선 직경은 약 0.05 ㎜∼약 0.35 ㎜이며,
    상기 제2 도체의 메시 거칠기는 ＃24∼＃100인 것을 특징으로 하는 기판 유지체.
  6. 상면에 기판을 적재하며 이트리아(Y2O3)로 이루어지는 세라믹스 기체와,
    상기 세라믹스 기체의 상부측에 매립되며, 도전 페이스트의 소성물로 이루어지는 판형 인쇄 전극과,
    상기 세라믹스 기체의 내부에 마련되며, 상기 인쇄 전극의 하면에 접하고 있고, 니오븀(Nb)으로 이루어지는 메시 전극과,
    상기 세라믹스 기체의 하면으로부터 상기 세라믹스 기체의 일부를 관통하여 상기 메시 전극에 접속된 전극 단자를 구비하며,
    상기 인쇄 전극을 형성하는 도전 페이스트는 탄화 텅스텐(WC) 및 이트리아(Y2O3)의 혼합물에 의해 구성되고,
    상기 인쇄 전극을 형성하는 도전 페이스트는 5 중량％∼30 중량％의 이트리아(Y2O3)를 포함하며,
    상기 인쇄 전극의 두께는 10 ㎛∼30 ㎛인 것을 특징으로 하는 기판 유지체.
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