KR20140108080A - 세라믹 정전척 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전척의 절연구조 및 하부 베이스를 전체적으로 일체화하여 동시에 소성하고, 휨이나 크랙을 방지하는 세라믹 정전척을 제공한다. 본 발명의 세라믹 정전척은, 정전력을 생성하는 내부전극, 상기 내부전극을 절연하는 유전체층, 및 상기 내부전극을 지지하는 하부 베이스를 포함하며, 상기 유전체층은 알루미나를 포함하고, 상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는 금속 성분과 알루미나를 포함한다.

Description

세라믹 정전척 및 그 제조방법 {STATIC ELECTRICITY CHUCK OF CERAMIC AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 세라믹 재질로 제조되는 세라믹 정전척 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 사용되는 부식성 가스나 마찰로 인한 표면의 마모에 따라 정전척의 수명이 좌우된다. 예를 들면, 폴리이미드 혹은 금속알루미늄 표면의 산화층을 이용한 정전척이 있다. 폴리이미드 타입의 정전척은 내마모성이 떨어져 수명이 짧고, 아노다이징 처리한 금속알루미늄 재질의 정전척은 국부적인 내전압에 약하여 수명이 짧다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 금속알루미늄 재질의 정전척에서, 아노다이징 두께를 높이면, 사용 도중에 크랙이 쉽게 발생되고, 아노다이징 두께의 편차가 커진다. 또한 폴리이미드 타입의 정전척은 150℃ 이상의 열을 가하여 처리하는 공정조건에서 사용될 수 없다.
산화알루미늄을 이용한 아노다이징 처리된 산화알루미늄 재질의 정전척은 금속 성분인 알루미늄과 표면층인 산화알루미늄 사이에서 열팽창계수의 차이로 인하여, 열을 심하게 가하거나 급작스럽게 온도가 가해지면, 표면에 크랙이 발생된다.
일반적으로 반도체 제조 공정에 사용되는 웨이퍼를 흡착할 수 있는 기술에는 메카니컬 클램핑과 정전력 클램핑 기술이 있다. 정전력을 사용한 기술이 널리 활용되고 있다. 정전력 클램핑 방식은 쿨롱의 법칙과 존슨-라벡의 힘으로 결정될 수 있다.
Figure pat00001
여기서 F는 정전력이며, q 및 q'는 매질 속의 전하량이고, r은 두 전하 사이의 거리를 나타내며, ε는 유전율이다.
또한 존슨-라벡 힘은 다음의 공식으로 계산될 수 있다.
Figure pat00002
여기서 V는 인가전압이고, δ는 유전체와 금속이 표면이 평행하게 되어 있고 일정한 굴곡에 의해 접촉되는 지점들 간의 거리이다.
이러한 쿨롱 법칙의 정전력과 존슨-라벡 힘을 응용하기 위하여, 통상적으로 정전척은 절연체를 구비하며, 절연체는 그 내부에 편평한 박막 형태의 정전흡착용 전극을 구비하고 있다. 예를 들면, 정전척의 절연체에는 폴리이미드 타입과 세라믹 타입이 있으며, 세라믹 타입으로 전향되는 추세에 있다.
여기서, 막 형태의 전극이 정전 발생용 전극이 되며, 전극 위에 배치되는 절연체가 유전체로 작동한다. 유전체 상에는 웨이퍼가 배치되어 웨이퍼를 하나의 전하로 간주하고, 막 형태의 전극을 또 하나의 전하로 간주하여 전하들 사이에 절연체를 중간층에 개재시킴으로써 정전 흡착력이 발생한다.
또한, 최근의 정전 흡착장치는 내구성을 향상시키기 위해서, 세라믹재질로 구성된 슬러리를 이용해서 테이프를 성형하여 절연층 그린시트를 제조하고, 그린시트 위에 전극인 도전체층을 부착하며, 도전체층 위에 그린시트를 다시 적층하여 일체화 하여 소성 열처리하여 형성된다.
그러나 소성 시, 내부 전극(금속)의 열팽창계수의 차이로 인하여, 소성 후, 정전 흡착장치에서 휨이나 크랙이 발생한다.
본 발명의 목적은 반도체 제조 공정(예를 들면, 에칭 챔버의 내부 분위기) 중 150℃ 내지 200℃ 부근에서 정전력을 유지하고, 내마모성을 가지며, 우수한 열전도성을 가지고, 불산가스와 같은 각종 부식성 가스에도 견디는 내부식성을 가지는 세라믹 정전척을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 알루미나 외에 첨가되는 각 첨가제들의 양에 따라 유전율을 변하게 함으로서, 정전력의 크기를 변화시켜 흡착뿐만 아니라 탈착의 정도와 효과를 개선시키는 세라믹 조성물을 포함하는 세라믹 정전척을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정전척의 절연구조 및 하부 베이스를 전체적으로 일체화하여 동시에 소성하고, 휨이나 크랙을 방지하는 세라믹 정전척을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 세라믹 정전척을 제조하는 세라믹 정전척 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 정전척은, 정전력을 생성하는 내부전극, 상기 내부전극을 절연하는 유전체층, 및 상기 내부전극을 지지하는 하부 베이스를 포함하며, 상기 유전체층은 알루미나를 포함하고, 상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는 금속 성분과 알루미나를 포함한다.
상기 유전체층은 첨가제인 TiO2, CaO, MgO 및 SiO2를 더 포함할 수 있다.
상기 유전체층은, 중량%로 알루미나(Al2O3) 91.0~92.5와, 첨가제인 CaO 1.5, MgO 2.5, SiO2 2.5, 및 TiO2 1~2.5를 포함할 수 있다.
상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는, 중량%로 상기 유전체층을 형성하는 세라믹 10~30, 및 금속 성분 70~90을 포함할 수 있다.
상기 금속 성분은, 텅스텐 분말, 몰리브덴-망간합금 분말, 텅스텐-몰리브덴합금 분말, 및 텅스텐-망간합금 분말 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 내부전극은, 유니폴라 또는 바이폴라 타입으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 정전척 제조방법은, 유전체층을 형성하는 알루미나 그린시트를 제조하는 제1단계, 내부전극 및 하부 베이스를 형성하는 혼합그린시트를 제조하는 제2단계, 및 상기 알루미나 그린시트 및 상기 혼합그린시트를 적층 및 소성하는 제3단계를 포함하며, 상기 제1단계는, 중량%로 알루미나(Al2O3) 91.0~92.5와, 첨가제인 CaO 1.5, MgO 2.5, SiO2 2.5, 및 TiO2 1~2.5를 포함하는 혼합물을 유기바인더, 솔벤트, 가소제와 혼합하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 설정된 두께의 테이프로 성형하여 상기 알루미나 그린시트를 제조한다.
상기 제2단계는, 중량%로 상기 유전체층을 형성하는 세라믹 10~30, 및 금속 성분 70~90을 포함하는 혼합물을 유기바인더, 솔벤트, 가소제와 혼합하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 설정된 두께의 테이프로 성형하여 상기 혼합그린시트를 제조할 수 있다.
상기 제3단계는, 상기 혼합그린시트를 재단하여 상기 알루미나 그린시트 사이에 상기 내부전극용 혼합그린시트를 배치하고, 상기 혼합그린시트를 복수 층으로 적층하여 상기 알루미나 그린시트 아래에 상기 하부 베이스용 혼합그린시트를 배치하며, 적층된 그린시트들을 수소와 질소의 혼합가스가 가습상태로 유입되는 전기로에서 1550℃ 2시간 동안 유지시켜 소성체를 제조하여, 최상면의 상기 알루미나 그린시트의 표면을 연마할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예의 세라믹 정전척에 따르면, 유전체층에 알루미나를 포함하고, 내부전극과 하부 베이스에 금속 성분(예를 들면, 텅스텐 분말)과 알루미나를 포함하므로 150℃ 내지 200℃ 부근에서 정전력을 유지하면서 내마모성을 가지고, 우수한 열전도성을 가지면서 불산가스와 같은 각종 부식성 가스에도 견디는 내부식성을 가지는 효과가 있다.
알루미나 그린시트와 혼합그린시트를 적층 및 소성하여 세라믹 정전척을 제조하므로 내부전극 및 하부 베이스가 유전체층과 우수한 접합성을 가질 수 있다. 따라서 내부전극에서 박리, 크랙 및 휨 등이 방지될 수 있다. 또한 반도체 제조 공정 중의 가열조건 및 냉각조건 하에서도 우수한 열전도성을 발휘하고, 정전척의 표면온도가 균일하게 분포될 수 있다.
내부전극과 하부 베이스를 형성하는 금속 성분(텅스텐 분말)과 알루미나의 혼합소결체는 유전체층을 형성하는 알루미나와 비교하여, 적은 차이의 열팽창계수와 내열충격성으로 인하여, 급격한 가열 및 냉각이 반복되는 조건에서도 균열되지 않는다.
즉 본 발명의 일 실시예의 세라믹 정전척의 수명이 길어진다. 따라서 반도체 제조 공정에서 세라믹 정전척의 잦은 교체에 따른 비용 상승이 방지되고, 불량률이 감소되며, 품질 및 생산 효율이 향상될 수 있다.
또한, 알루미나 외에 각 첨가제들의 양에 따라 유전체층의 유전율을 변화시키므로 정전력의 크기가 변화되어 흡착뿐만 아니라 탈착의 정도와 효과가 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유니폴라 타입의 세라믹 정전척의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 평단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 정전척 제조방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시에에 따른 바이폴라 타입의 세라믹 정전척의 종단면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 평단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유니폴라 타입의 세라믹 정전척의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 평단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 정전척 제조방법의 순서도이다. 편의상, 세라믹 정전척과 그 제조방법을 함께 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예의 유니폴라 타입의 세라믹 정전척(1)은 정전력을 생성하는 내부전극(10), 내부전극(10)의 상하부를 절연하는 유전체층(20), 및 절연된 내부전극(10)을 지지하는 하부 베이스(30)를 포함한다.
이 세라믹 정전척(1)의 제조방법은 유전체층(20)을 형성하는 알루미나 그린시트를 제조하는 제1단계(ST1), 내부전극(10) 및 하부 베이스(30)를 형성하는 혼합그린시트를 제조하는 제2단계(ST2), 및 알루미나 그린시트 및 혼합그린시트를 적층 및 소성하는 제3단계(ST3)를 포함한다.
세라믹 정전척(1)에서 내부전극(10)은 전극 연결부(11)를 통하여 전기를 공급받아 정전력을 발생시킨다. 하부 베이스(30)는 전원 연결부(31)를 통하여 히터 전원을 공급 받는다.
유전체층(20)은 내부전극(10)을 피복하여 전기적으로 절연시키고, 반도체 제조 공정에서 내부전극(10)에서 발생되는 정전력으로 웨이퍼(미도시)를 탈착할 때, 웨이퍼를 절연 상태로 지지한다.
유전체층(20)은 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 하고, 첨가제인 TiO2, CaO, MgO 및 SiO2를 더 포함한다. 제1단계(ST1)는 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 하고, 첨가제인 TiO2, CaO, MgO 및 SiO2를 포함하여 알루미나 그린시트를 제조한다. 유전체층(20)은 알루미나 그린시트로 형성된다.
내부전극(10) 및 하부 베이스(30)는 금속 분말과 알루미나를 포함한다. 제2단계(ST2)는 금속 분말과 알루미나를 포함하여 혼합그린시트를 제조한다. 내부전극(10) 및 하부 베이스(30)는 혼합그린시트로 형성된다.
제3단계(ST3)는 혼합그린시트 상에서 알루미나 그린시트, 혼합그린시트 및 알루미나 그린시트를 배치하여, 전체를 동시에 소성 열처리하여 세라믹 정전척(1)을 제조한다.
따라서 세라믹 정전척(1)은 하부 베이스(30) 상에 유전체층(20), 내부전극(10) 및 유전체층(20)을 적층한 구조로 형성된다. 이때, 내부전극(10)과 하부 베이스(30)에서 절연물질인 알루미나가 유전체층(20)의 알루미나와 용이하게 접합될 수 있다.
즉 내부전극(10) 및 하부 베이스(30)는 유전체층(20)의 성분과 동일한 성분을 포함함으로써, 알루미나 그린시트 또는 혼합그린시트 상태의 유전체층(20), 내부전극(10), 유전체층(20) 및 하부 베이스(30)는 견고하게 접합될 수 있다.
따라서 내부전극(10)에서 박리, 크랙 및 휨 등이 방지될 수 있다. 반도체 제조 공정 중의 가열조건 및 냉각조건 하에서도 우수한 열전도성을 발휘하고, 세라믹 정전척(1)의 표면온도가 균일하게 분포될 수 있다.
세라믹 정전척(1)이 유전체층(20)에 알루미나를 포함하고, 내부전극(10)과 하부 베이스(30)에 금속 성분과 알루미나를 포함하므로 150℃ 내지 200℃ 부근에서 정전력을 유지하면서 내마모성을 가질 수 있고, 우수한 열전도성을 가지면서 불산가스와 같은 각종 부식성 가스에 대하여 내부식성을 가질 수 있다.
또한 세라믹 정전척(1)에서 내부전극(10)과 하부 베이스(30)를 형성하는 금속 성분과 알루미나의 혼합소결체는 유전체층(20)을 형성하는 알루미나와 비교하여, 적은 차이의 열팽창계수와 내열충격성을 가지므로 급격한 가열 및 냉각이 반복되는 조건에서도 균열되지 않는다.
보다 구체적으로 유전체층(20)용 알루미나 그린시트를 제조하는 공정(ST1)에 대하여 설명한다. 알루미나와 세라믹 재질의 첨가제를 함유하는 혼합물을 유기바인더, 솔벤트, 가소제 등과 함께 혼합하여 슬러리를 제조한다. 슬러리를 설정된 두께의 테이프로 성형하여 알루미나 그린시트를 제조한다.
예를 들어, 수소와 질소의 혼합가스가 가습상태로 유입되는 전기로에서 알루미나 그린시트를 1550℃ 2시간 동안 유지시켜 소성체를 제조하면, 이때, 소성체의 비유전율 및 소성 상태는 표 1에 나타나 있다. 이때 사용된 알루미나 그린시트의 조성물도 함께 표기되어 있다.
유전체층용 알루미나 그린시트 제조용 조성물 및 물성치
시료 조성물
(wt%)		 비유전율
@1KHz, 1Vrms		 휨 소결 밀도
(g/cc)
Al2O3 TiO2 CaO MgO SiO2
A1 93.5 0 1.5 2.5 2.5 7 미소성 3.65
A2 92.5 1 1.5 2.5 2.5 7.5 양호 3.78
A3 92.0 1.5 1.5 2.5 2.5 7.8 양호 3.89
A4 91.5 2 1.5 2.5 2.5 8.5 양호 3.90
A5 91.0 2.5 1.5 2.5 2.5 8.9 양호 3.76
시료 A2~A5에서와 같이, 유전체층(20)용 알루미나 그린시트 제조용 조성물은 중량%로 알루미나(Al2O3) 91.0~92.5와, 첨가제인 CaO 1.5, MgO 2.5, SiO2 2.5, 및 TiO2 1~2.5를 포함한다. 시료 A4의 조성물은 중량%로 알루미나(Al2O3) 91.5와, 첨가제인 CaO 1.5, MgO 2.5, SiO2 2.5, 및 TiO2 2를 포함한다.
표 1에서와 같이 반도체 제조 공정에서 사용될 수 있는 정전척으로서 휨이 적고, 소결 밀도가 높은 A4번의 시료가 가장 적절하다. 이때 비유전율 값은 8.5 이다.
비유전율이 너무 높아 8.5를 초과할 경우, 세라믹 정전척의 기능 중 웨이퍼를 탈착시키는 디척킹시 잔류 정전력으로 인해 탈착에 걸리는 시간이 길어져 반도체 공정을 지연시키는 결과를 초래할 수 있다. 또한 소성 후 휨이 심하게 발생하면, 정전척 제조과정 중 정밀연마에서 편평도가 국부적으로 달라지게 되어 정전력의 편차를 가져올 수 있다.
내부전극(10)용 혼합그린시트 및 하부 베이스(30)용 혼합그린시트를 제조하는 공정(ST2)에 대하여 설명한다. 유전체층(20)용 알루미나 그린시트를 제조하는 공정과 동일하게 실시하여, 내부전극(10)용 혼합그린시트 및 하부 베이스(30)용 혼합그린시트를 제조한다.
즉 금속 분말과 알루미나 및 세라믹 재질의 첨가제를 함유하는 혼합물을 유기바인더, 솔벤트, 가소제 등과 함께 혼합하여 슬러리를 제조한다. 슬러리를 설정된 두께의 테이프로 성형하여 혼합그린시트를 제조한다.
혼합그린시트 제조시, 금속 분말은 내부전극(10) 및 하부 베이스(30)의 열팽창계수를 조절한다. 금속 분말은 텅스텐 분말일 수 있고, 텅스텐 분말은 몰리브덴-망간합금 분말, 텅스텐-몰리브덴합금 분말, 또는 텅스텐-망간합금 분말로 대체될 수 있다.
예를 들면, 제3단계(ST3)에서 하부 베이스(30)를 형성하는 혼합그린시트 상에 유전체층(20)을 형성하는 알루미나 그린시트, 내부전극(10)을 형성하는 혼합그린시트, 및 유전체층(20)을 형성하는 알루미나 그린시트를 순차적으로 적층하여 압착한다. 그리고 적층 압착된 그린시트들을 수소와 질소가 혼합된 가습상태의 가스분위기에서 1550℃ 정도의 전기로에서 2시간 동안 열처리함으로써 혼합 소결체가 제조된다. 이 소결체의 표면을 정밀 연마함으로써 세라믹 정전척(1)이 완성된다.
내부전극(10)용 및 하부 베이스(30)용 혼합그린시트 제조용 조성물은 유전체층(20)용 알루미나 그린시트 제조용 조성물에 텅스텐 분말을 더 혼합하므로 혼합그린시트에서 열팽창계수를 조절하면서 전도성을 부여한다. 이때, 내부전극(10)용 혼합그린시트 제조용 조성물의 알루미나 또는 세라믹 혼합 분말은 유전체층(20)과 적합성을 제공한다.
텅스텐 분말에 혼합된 알루미나 또는 세라믹 분말은 텅스텐 고유의 고열전도성을 완화하여, 반도체 제조 공정에서 온도 변화에 따른 공정 시간을 단축시킨다. 즉 냉각 및 가열 공정에서 시간이 단축되어 공정 효율이 향상된다.
세라믹 정전척(1)을 형성하는 체적 대부분은 텅스텐과 알루미나의 혼합 소결체로 대체된다. 따라서 세라믹 정전척(1)은 급격한 가열 및 냉각 분위기에서의 내열충격성을 가지며, 또한 균일한 온도분포의 특성을 가질 수 있다. 이때, 내부전극(10)용 혼합그린시트 및 하부 베이스(30)용 혼합그린시트에 사용되는 조성물은 표 2와 같다.
내부전극용 및 하부 베이스용 혼합그린시트 제조용 조성물 및 물성치
시료 텅스텐과 세라믹 복합체 조성물
(wt%)　		 소성수축율
(%)		 열팽창계수
(10-6/℃)		 열전도율
(W.m/℃)		 비저항
(10-6
Ω.m)		 비고
텅스텐
 몰리브덴-망간 텅스텐-몰리브덴 텅스텐-망간 세라믹
B1 90 - - - 10 20.2 4.7 145 0.07 　
B2 - 90 - - 10 22.1 4.9 120 0.07 　
B3 - - 90 - 10 21.8 5.2 115 0.06 　
B4 - - - 90 10 22.3 5.5 118 0.05 　
B5 85 - - - 15 19.7 5.5 112 0.04 　
B6 - 85 - - 15 21.0 5.1 109 0.04 　
B7 - - 85 - 15 20.0 5.3 108 0.04 　
B8 - - - 85 15 21.0 5.7 105 0.03 　
B9 80 - - - 20 19.3 5.7 99 0.09 　
B10 - 80 - - 20 20.3 5.3 98 0.12 　
B11 - - 80 - 20 19.2 5.7 95 0.1 　
B12 - - - 80 20 19.8 5.9 99 0.11 　
B13 75 - - - 25 18.5 6.3 85 0.33 　
B14 - 75 - - 25 19.5 5.4 87 0.35 　
B15 - - 75 - 25 18.7 5.9 86 0.37 　
B16 - - - 75 25 18.7 6.1 87 0.34 　
B17 70 - - - 30 18.0 6.7 84 2.98 　
B18 - 70 - - 30 18.4 5.7 83 3.1 　
B19 - - 70 - 30 18.2 6.2 84 3.1 　
B20 - - - 70 30 18.1 6.4 87 3.05 　
B21 60 - - - 40 17.6 7.1 79 부도체 　
B22 - 60 - - 40 17.5 5.8 80 부도체 　
B23 - - 60 - 40 17.5 6.5 76 부도체 　
B24 - - - 60 40 17.6 6.6 78 부도체 　
B25 50 - - - 50 16.2 7.3 65 부도체 　
B26 - 50 - - 50 17.0 6.0 66 부도체 　
B27 - - 50 - 50 17.1 6.8 68 부도체 　
B28 - - - 50 50 16.6 6.8 69 부도체 　
B29 40 - - - 60 13.3 7.5 55 부도체 　
* 세라믹: 표 1의 시료 A4와 동일 성분임
시료 B1~B25에서와 같이, 내부전극(10)용 및 하부 베이스(30)용 혼합그린시트 제조용 조성물은 시료 A4의 조성물로 이루어지는 세라믹 및, 열전도성을 향상시키기 위하여 금속 분말을 포함한다. 금속 분말을 포함하는 복합 소결체는 내부전극(10) 및 하부 베이스(30)에서 열전도성을 향상시킨다.
내부전극(10)용 및 하부 베이스(30)용 혼합그린시트 제조용 조성물은 중량%로 세라믹 10~30 및 금속 성분 70~90을 포함한다. 예를 들면, 금속 성분은 텅스텐 분말, 몰리브덴-망간합금 분말, 텅스텐-몰리브덴합금 분말, 또는 텅스텐-망간합금 분말일 수 있다.
구체적으로 설명하면, 금속 분말인 텅스텐, 몰리브덴-망간의 합금분말, 텅스텐-몰리브덴합금 분말, 또는 텅스텐-망간합금 분말과 알루미나, 유기바인더, 솔벤트, 가소제 등을 혼합하여 슬러리를 제조한다. 슬러리를 설정된 두께의 테이프로 성형하여 혼합그린시트를 제조한다.
혼합그린시트는 재단되어 알루미나의 유전체층(20)용 알루미나 그린시트 사이에 배치되어 세라믹 정전척(1)에서 내부전극(10)을 형성할 수 있다. 또한 혼합그린시트는 복수 층으로 적층되고 내부전극(10)의 하측에 배치되어 세라믹 정전척(1)에서 하부 베이스(30)를 형성할 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예의 세라믹 정전척(1)은 유니폴라 타입으로 구성된다. 이 유니폴라 타입의 세라믹 정전척(1)의 제조 공정을 설명한다.
먼저, 유전체층(20)용 알루미나 그린시트를 제조한다(ST1). 유전체층(20)을 구성하는 알루미나와 그 외 세라믹 재질의 첨가제를 혼합하고, 여기에 유기바인더, 용매, 및 가소제 등을 함께 혼합하여 슬러리를 제조한다. 슬러리로 설정된 두께의 테이프로 성형하여 설정된 두께(예를 들면, 0.3mm)의 알루미나 그린시트를 제조한다.
내부전극(10)용 및 하부 베이스(30)용 혼합그린시트를 제조한다(ST2). 먼저, 내부전극(10)용 혼합그린시트 제조에 대하여 설명한다. 금속 분말과 알루미나를 70:30의 무게 비율로 함께 혼합하고, 여기에 유기바인더, 용매, 및 가소제 등을 함께 혼합하여 슬러리를 제조한다 슬러리로 설정된 두께의 테이프로 성형하여 설정된 두께(0.05mm)의 혼합그린시트를 성형한다. 예를 들면, 텅스텐과 알루미나의 혼합그린시트를 성형한다.
이어서 하부 베이스(30)용 혼합그린시트 제조에 대하여 설명한다. 내부전극(10)용 혼합그린시트를 복수로 적층하여 설정된 두께(20mm)의 혼합그린시트를 성형한다. 예를 들면, 양호한 열전도성을 가지는 텅스텐과 알루미나의 혼합그린시트를 성형한다.
내부전극(10)에 전극 연결부(11)를 연결하여 인출하기 위하여, 하부 베이스(30)용 혼합그린시트 및 유전체층(20)용 알루미나 그린시트의 중심에 관통홀(32, 22)을 연결하여 형성한다. 관통홀(32, 22)에 전극 연결부(11)가 삽입되어 하나의 내부전극(10)용 혼합그린시트에 연결된다.
이어서 적층 및 소성에 대하여 설명한다. 이와 같은 공정에 의하여 준비되어 적층된 하부 베이스(30)용 혼합그린시트, 유전체층(20)용 알루미나 그린시트, 내부전극(10)용 혼합그린시트 및 유전체층(20)용 알루미나 그린시트는 약 50~65℃의 온도가 가해진 압착기에서 접착되어 일체로 소성된다.
적층 및 접착된 그린시트들은 수소, 질소혼합가스 및 가습된 상태로 분위기가 조절되는 전기로에서 1550℃ 2시간 동안 유지되어 소결체를 형성한다. 끝으로, 웨이퍼가 닿는 유전체층(20)용 알루미나 그린시트의 표면을 정밀 연마하여 마무리하면 제1 실시예의 세라믹 정전척(1)이 완성된다.
이하 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예와 비교하여 서로 동일 구성에 대하여 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시에에 따른 바이폴라 타입의 세라믹 정전척의 종단면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 평단면도이다. 제1 실시예에서 내부전극(10)은 하나 원판으로 형성되고, 제2 실시예에서 내부전극(210)은 2개의 반원판으로 형성된다.
이 바이폴라 타입의 세라믹 정전척(2)에서, 관통홀(232, 222)은 하부 베이스(230)용 혼합그린시트 및 유전체층(220)용 알루미나 그린시트에 각각 2개 형성된다. 그리고 전극 연결부(211)가 2개로 구비되어 각각의 내부전극(210)에 연결된다.
하부 베이스(230)용 혼합그린시트 및 유전체층(20)용 알루미나 그린시트의 중심 양측에 관통홀(232, 222)이 연결되어 형성된다. 양측 관통홀(232, 222)에 전극 연결부(211)가 각각 삽입되어 2개의 내부전극층(210)용 혼합그린시트에 연결된다. 2개의 내부전극(210) 사이에 유전체층(220)용 알루미나 그린시트가 채워진다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 세라믹 정전척
10: 내부전극
11, 211: 전극 연결부
20, 220: 유전체층
22, 32, 232, 222: 관통홀
30, 230: 하부 베이스
31: 전원 연결부

Claims (9)

  1. 정전력을 생성하는 내부전극;
    상기 내부전극을 절연하는 유전체층; 및
    상기 내부전극을 지지하는 하부 베이스를 포함하며,
    상기 유전체층은 알루미나를 포함하고,
    상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는,
    금속 성분과 알루미나를 포함하는 세라믹 정전척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은,
    첨가제인 TiO2, CaO, MgO 및 SiO2를 더 포함하는 세라믹 정전척.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유전체층은,
    중량%로 알루미나(Al2O3) 91.0~92.5와, 첨가제인 CaO 1.5, MgO 2.5 및 SiO2 2.5, 및 TiO2 1~2.5를 포함하는 세라믹 정전척.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는,
    중량%로 상기 유전체층을 형성하는 세라믹 10~30, 및 금속 성분 70~90을 포함하는 세라믹 정전척.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속 성분은,
    텅스텐 분말, 몰리브덴-망간합금 분말, 텅스텐-몰리브덴합금 분말, 및 텅스텐-망간합금 분말 중 어느 하나를 포함하는 세라믹 정전척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극은,
    유니폴라 또는 바이폴라 타입으로 형성되는 세라믹 정전척.
  7. 유전체층을 형성하는 알루미나 그린시트를 제조하는 제1단계;
    내부전극 및 하부 베이스를 형성하는 혼합그린시트를 제조하는 제2단계; 및
    상기 알루미나 그린시트 및 상기 혼합그린시트를 적층 및 소성하는 제3단계를 포함하며,
    상기 제1단계는,
    중량%로 알루미나(Al2O3) 91.0~92.5와, 첨가제인 CaO 1.5, MgO 2.5, SiO2 2.5, 및 TiO2 1~2.5를 포함하는 혼합물을 유기바인더, 솔벤트, 가소제와 혼합하여 슬러리를 제조하고,
    상기 슬러리를 설정된 두께의 테이프로 성형하여 상기 알루미나 그린시트를 제조하는
    세라믹 정전척 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    중량%로 상기 유전체층을 형성하는 세라믹 10~30, 및 금속 성분 70~90을 포함하는 혼합물을 유기바인더, 솔벤트, 가소제와 혼합하여 슬러리를 제조하고,
    상기 슬러리를 설정된 두께의 테이프로 성형하여 상기 혼합그린시트를 제조하는,
    세라믹 정전척 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 혼합그린시트를 재단하여 상기 알루미나 그린시트 사이에 상기 내부전극용 혼합그린시트를 배치하고,
    상기 혼합그린시트를 복수 층으로 적층하여 상기 알루미나 그린시트 아래에 상기 하부 베이스용 혼합그린시트를 배치하며,
    적층된 그린시트들을 수소와 질소의 혼합가스가 가습상태로 유입되는 전기로에서 1550℃ 2시간 동안 유지시켜 소성체를 제조하여,
    최상면의 상기 알루미나 그린시트의 표면을 연마하는
    세라믹 정전척 제조방법.
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