KR20220164979A - Electrostatic chuck, alumina sintered body and manufacturing method therefof - Google Patents

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최성민
박종성
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세메스 주식회사
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Abstract

The present invention provides an alumina sintered body. In one embodiment, the alumina sintered body includes: coarse powder of which the diameter is in a range of 150 to 300 nm; and nanopowder of which the diameter is 100 nm or less. According to one embodiment of the present invention, a high-density pure alumina sintered body can be obtained.

Description

정전척, 알루미나 소결체 및 그의 제조 방법{ELECTROSTATIC CHUCK, ALUMINA SINTERED BODY AND MANUFACTURING METHOD THEREFOF}Electrostatic chuck, alumina sintered body and manufacturing method thereof

본 발명은 알루미나 소결체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alumina sintered body and a method for producing the same.

알루미나 소결체는, 내열성, 내약품성, 내플라즈마성이 우수하고, 또한 고주파 영역에서의 유전 정접(tanδ)이 작은 점에서, 예를 들면, 플라즈마 처리 장치, 반도체·액정 표시 장치 제조용 에처, CVD 장치 등에 사용되는 부재 등, 또한 코팅되는 내플라즈마성 부재의 기재 등에 이용되고 있다. 특히, 알루미나 소결체는 정전척(ESC; electrostatic chuck)의 유전체로 적용된다.Since the alumina sintered body is excellent in heat resistance, chemical resistance, and plasma resistance, and has a small dielectric loss tangent (tan δ) in a high frequency region, it is suitable for, for example, plasma processing devices, semiconductor/liquid crystal display device manufacturing etchers, CVD devices, etc. It is also used for materials to be used, substrates for plasma-resistant members to be coated, and the like. In particular, the alumina sintered body is applied as a dielectric of an electrostatic chuck (ESC).

알루미나 소결체는 치밀할수록(밀도가 높을 수록) 내식성이 높다. 알루미나 소결체의 밀도를 높여 치밀한 구조를 얻기 위하여, 다양한 시도가 행해진다. 예컨대, 대한민국공개특허 제 2020-0045558호에서 개시되는 바와 같이, 알루미나 소결체의 밀도를 높이기 위해 30wt% 가량의 많은 양의 ZrO2를 혼합하거나, 1wt% 내외의 SiO2, Y2O3, MgO등을 첨가한다. 하지만, 이러한 방법에 의해서는 소결 밀도가 증가하더라도 첨가물질에 의해 소결체의 유전율 및 절연저항등 전기적 특성이 변하고, 정전척(ESC)로서 기능하는데 있어 특성이 달라진다.. 또한 소량의 첨가물이라도 입계면에 석출되어 반도체 제조 공정 중 플라즈마와 반응하여 내식각성에 영향을 줄 수 있으며, 공정 파티클로 작용할 가능성도 있다.The more dense the alumina sintered body (the higher the density), the higher the corrosion resistance. Various attempts have been made to obtain a dense structure by increasing the density of the alumina sintered body. For example, as disclosed in Korean Patent Publication No. 2020-0045558, in order to increase the density of the alumina sintered body, a large amount of ZrO2 of about 30wt% is mixed, or SiO2, Y2O3, MgO, etc. of about 1wt% are added. However, in this method, even if the sintering density increases, the electrical properties such as the dielectric constant and insulation resistance of the sintered body change due to the additive material, and the characteristics in functioning as an electrostatic chuck (ESC) change. It may be precipitated and react with plasma during the semiconductor manufacturing process to affect etching resistance, and may also act as a process particle.

이러한 문제를 해소하고자, 알루미나에 첨가물을 첨가하지 않고 고밀도를 얻기 위해서, 성형단계에서의 CIP(cold Isostatic Pressing) 및 소결 단계에서 고온의 HIP(Hot Isostatic Pressing)등이 사용되어 왔으나, 이는 소결체 제조 비용의 증가를 초래한다.In order to solve this problem, in order to obtain high density without adding additives to alumina, CIP (cold Isostatic Pressing) in the molding step and high-temperature HIP (Hot Isostatic Pressing) in the sintering step have been used. cause an increase in

본 발명은 고밀도의 순수한 알루미나 소결체와 그 제조 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a high-density pure alumina sintered body and a manufacturing method thereof.

본 발명은 소결 단계에서 소요되는 비용을 높이지 않으면서도 고밀도의 순수한 알루미나 소결체를 얻을 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of obtaining a high-density pure alumina sintered body without increasing the cost required in the sintering step.

본 발명은 정전척에 제공되는 알루미나 소결체의 유전율 및 절연저항등 전기적 특성의 변함이 없어 기판의 처리 효율이 높으면서도, 제조에 소요되는 비용이 낮은 정전척을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an electrostatic chuck with high substrate processing efficiency and low manufacturing cost because electrical characteristics such as dielectric constant and insulation resistance of an alumina sintered body provided in the electrostatic chuck are not changed.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited thereto, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 알루미나 소결체를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 알루미나 소결체는, 150nm 내지 300nm의 직경을 갖는 조대 분말과; 100nm 이하의 나노 분말을 포함한다.The present invention provides an alumina sintered body. In one embodiment, the alumina sintered body, coarse powder having a diameter of 150nm to 300nm; Contains nanopowders of 100 nm or less.

일 실시 예에 있어서, 상기 나노 분말은 상기 조대 분말의 공극에 상응하는 양으로 제공될 수 있다.In one embodiment, the nanopowder may be provided in an amount corresponding to the pores of the coarse powder.

일 실시 예에 있어서, 상기 알루미나 소결체 100 중량부에 대하여, 상기 조대 분말 70 내지 90 중량부; 및 상기 나노 분말 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.In one embodiment, based on 100 parts by weight of the alumina sintered body, 70 to 90 parts by weight of the coarse powder; and 10 to 30 parts by weight of the nanopowder.

본 발명은 알루미나 소결체의 제조 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 알루미나 소결체의 제조 방법은, 150nm 내지 300nm의 직경을 갖는 조대 분말을 준비하는 단계; 100nm 이하의 나노 분말을 준비하는 단계; 상기 나노 분말은 습식 분쇄하는 단계; 및 상기 습식 분쇄된 나노 분말과 상기 조대 분말을 혼합하고 성형하여 소결하는 단계를 포함한다.The present invention provides a method for producing an alumina sintered body. In one embodiment, the manufacturing method of the alumina sintered body, preparing a coarse powder having a diameter of 150nm to 300nm; preparing a nanopowder of 100 nm or less; wet grinding the nanopowder; and mixing, shaping, and sintering the wet-pulverized nanopowder and the coarse powder.

일 실시 예에 있어서, 상기 나노 분말은 상기 조대 분말의 공극에 상응하는 양으로 제공된다.In one embodiment, the nanopowder is provided in an amount corresponding to the pores of the coarse powder.

일 실시 예에 있어서, 상기 알루미나 소결체 100 중량부에 대하여, 상기 조대 분말 70 내지 90 중량부; 및 상기 나노 분말 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.In one embodiment, based on 100 parts by weight of the alumina sintered body, 70 to 90 parts by weight of the coarse powder; and 10 to 30 parts by weight of the nanopowder.

또한, 본 발명은 정전척을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 정전척은 상기 알루미나 소결체로 이루어지는 유전체 기판과; 상기 유전체 기판의 하면에 제공되는 전극을 포함한다.In addition, the present invention provides an electrostatic chuck. In one embodiment, the electrostatic chuck includes a dielectric substrate made of the alumina sintered body; and an electrode provided on a lower surface of the dielectric substrate.

본 발명의 일시 예에 의하면, 고밀도의 순수한 알루미나 소결체를 얻을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a high-density pure alumina sintered body can be obtained.

본 발명의 일시 예에 의하면, 고밀도의 순수한 알루미나 소결체를 얻을 수 있으면서도, 소결 단계에서 소요되는 비용이 높지 않다.According to one embodiment of the present invention, while obtaining a high-density pure alumina sintered body, the cost required in the sintering step is not high.

본 발명의 일시 예에 의하면, 알루미나 소결체의 유전율 및 절연저항등 전기적 특성의 변함이 없어 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 정전척을 얻을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, an electrostatic chuck capable of efficiently processing a substrate can be obtained without a change in electrical characteristics such as dielectric constant and insulation resistance of an alumina sintered body.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 종래의 소결 방법에 의하여 제조된 알루미나 소결체의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 알루미나 소결체의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 기존의 나노 분말 응집체와 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 분말 응집체의 분쇄 공정에 의한 나노 분말의 입자 분포를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서, 10wt%의 나노 분말과 90wt%의 조대 분말을 혼합했을 때, 조대 분말과 나노 분말의 크기에 따른 소결 밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척의 단면도이다.
1 is a view schematically showing the structure of an alumina sintered body manufactured by a conventional sintering method.
2 is a view schematically showing the structure of an alumina sintered body according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates the particle distribution of nanopowder by the pulverization process of the conventional nanopowder agglomerate and the nanopowder agglomerate according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the change in sintering density according to the size of the coarse powder and the nanopowder when 10wt% of the nanopowder and 90wt% of the coarse powder are mixed in an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in describing preferred embodiments of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and actions.

어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.'Including' a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components unless otherwise stated. Specifically, terms such as "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, the second element may also be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "directly between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, they are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning. .

도 1은 종래의 소결 방법에 의하여 제조된 알루미나 소결체의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 성형된 단일 크기를 갖는 조대 분말(1)으로 성형한 알루미나 소결체는 분말 사이의 공극으로 인해 밀도가 높지 못하다.1 is a view schematically showing the structure of an alumina sintered body manufactured by a conventional sintering method. An alumina sintered body molded from the molded coarse powder 1 having a single size does not have a high density due to voids between the powders.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 알루미나 소결체의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 알루미나 소결체는 조대 분말(1)과 나노 분말(2)을 포함한다. 2 is a view schematically showing the structure of an alumina sintered body according to an embodiment of the present invention. An alumina sintered body according to an embodiment of the present invention includes a coarse powder (1) and a nano powder (2).

조대 분말(1)은 150nm 내지 300nm의 직경을 갖는 것으로 제공된다(가장 미세한 입자측으로부터의 50 중량%의 입자가 레이저 회절 산란법으로 측정되는 입경 분포에 축적되는 입경인 평균 입경(D50)을 기준).Coarse powder 1 is provided having a diameter of 150 nm to 300 nm (based on average particle diameter (D50), which is the particle diameter at which 50% by weight of particles from the finest particle side are accumulated in the particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method) ).

나노 분말(2)은 100nm 이하의 직경을 갖는 것으로 제공된다. 나노 분말(2)은 조대 분말(1)과 혼합하기 전에 습식 분쇄되어 제공된다. 실시 예에 있어서, 습식 분쇄는 Ring mill, Rotate mill, Batch mill등의 분쇄기에 의해 행해질 수 있다. The nanopowder 2 is provided having a diameter of 100 nm or less. The nanopowder 2 is wet-pulverized before being mixed with the coarse powder 1. In an embodiment, wet grinding may be performed by a grinder such as a ring mill, a rotate mill, or a batch mill.

도 3은 기존의 나노 분말 응집체와 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 분말 응집체의 분쇄 공정에 의한 나노 분말의 입자 분포를 나타낸 것이다. 알루미나 분말은 나노 분말을 마련하더라도, 나노 분말이 응집체를 형성하기 때문에 입자 크기는 나노 사이즈라도 소결체 형성의 과정에서는 응집체에 의해 그 크기가 1㎛이상, 크게는 10㎛ 이상이고, 평균 3.4㎛ 갖는 분포를 갖는다(D50 기준). 이러한 나노 분말 응집체는 조대 분말과 혼합하더라도 조대 분말보다 작은 입자로 기능하기 어렵고 결과적으로 요구되는 소결 밀도를 얻기 어렵다.3 illustrates the particle distribution of nanopowder by the pulverization process of the conventional nanopowder agglomerate and the nanopowder agglomerate according to an embodiment of the present invention. Even if the alumina powder is prepared as nanopowder, since the nanopowder forms aggregates, even if the particle size is nano-sized, the size is 1 μm or more, at a maximum of 10 μm or more due to the agglomerates in the process of forming the sintered body, and a distribution having an average of 3.4 μm. It has (D50 standard). Even if these nanopowder agglomerates are mixed with the coarse powder, it is difficult to function as particles smaller than the coarse powder, and as a result, it is difficult to obtain the required sintered density.

본 발명의 실시 예에 의하면 조대 분말과 나노 분말을 혼합하기에 앞서, 나노 분말을 습식 분쇄하여 나노 분말을 분산함으로써 100nm 이하의 입자를 갖는 나노 분말을 얻는다. 실험에 의하면 습식 분쇄에 의해 그 크기가 크게는 100nm이하이고. 평균 23nm인 입자를 얻을 수 있었다(D50 기준). 실험에 있어서, 습식 분쇄는 70 시간 이상을 행하였다. 다만, 실험예와는 다르게, 분쇄하는 방법 또는 세기에 따라 분쇄시간은 달라질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, prior to mixing the coarse powder and the nanopowder, the nanopowder is wet-pulverized to disperse the nanopowder, thereby obtaining a nanopowder having particles of 100 nm or less. According to experiments, the size is less than 100 nm by wet grinding. Particles with an average size of 23 nm were obtained (based on D50). In the experiment, wet grinding was performed for 70 hours or more. However, unlike the experimental example, the grinding time may vary depending on the grinding method or strength.

도 4는 본 발명의 실시예에 있어서, 10 wt%의 나노 분말과 90 wt%의 조대 분말을 혼합한 실험에 있어서, 조대 분말과 나노 분말의 크기에 따른 소결 밀도의 변화를 나타낸 그래프이다. 소결 조건은 상압, 1550℃에서 10시간을 소결한 것이다.4 is a graph showing changes in sintering density according to the size of coarse powder and nanopowder in an experiment in which 10 wt% of nanopowder and 90 wt% of coarse powder were mixed in an embodiment of the present invention. The sintering conditions were sintering at normal pressure and 1550°C for 10 hours.

550nm의 조대 분말과 각 나노 분말을 혼합한 경우, 순수(Pure) 조대 분말만을 혼합하였을 때 95.7% 정도의 소결 밀도를 가진다. 550nm의 조대 분말과 20nm의 나노 분말을 혼합한 경우 92.4% 정도의 소결 밀도를 가진다. 550nm의 조대 분말과 40nm의 나노 분말을 혼합한 경우 97.7% 정도의 소결 밀도를 가진다. 550nm의 조대 분말과 80nm의 나노 분말을 혼합한 경우 97.7% 정도의 소결 밀도를 가진다. 550nm의 조대 분말을 적용한 경우 20nm의 나노 분말과 혼합한 경우 오히려 소결 밀도가 감소하였으며, 40nm, 80nm의 나노 분말을 각각 혼합한 경우 후술하는 150nm 및 250nm의 조대 분말을 사용한 경우보다 소결 밀도가 낮다.When the 550 nm coarse powder and each nanopowder are mixed, the sintered density is about 95.7% when only the pure coarse powder is mixed. A mixture of 550 nm coarse powder and 20 nm nano powder has a sintered density of about 92.4%. A mixture of 550 nm coarse powder and 40 nm nano powder has a sintered density of about 97.7%. A mixture of 550 nm coarse powder and 80 nm nano powder has a sintered density of about 97.7%. When 550 nm coarse powder was applied, when mixed with 20 nm nanopowder, the sintered density was rather reduced, and when 40nm and 80nm nanopowders were mixed, respectively, the sintered density was lower than that of 150nm and 250nm coarse powders described later.

250nm의 조대 분말과 각 나노 분말을 혼합한 경우, 순수(Pure) 조대 분말만을 혼합하였을 때 96.9% 정도의 소결 밀도를 가진다. 250nm의 조대 분말과 20nm의 나노 분말을 혼합한 경우 95% 정도의 소결 밀도를 가진다. 250nm의 조대 분말과 40nm의 나노 분말을 혼합한 경우 96.9% 정도의 소결 밀도를 가진다. 250nm의 조대 분말과 80nm의 나노 분말을 혼합한 경우 98.3% 정도의 소결 밀도를 가진다.When the 250 nm coarse powder and each nanopowder are mixed, the sintered density is about 96.9% when only the pure coarse powder is mixed. A mixture of 250 nm coarse powder and 20 nm nano powder has a sintered density of about 95%. A mixture of 250 nm coarse powder and 40 nm nano powder has a sintered density of about 96.9%. A mixture of 250 nm coarse powder and 80 nm nano powder has a sintered density of about 98.3%.

150nm의 조대 분말과 각 나노 분말을 혼합한 경우, 순수(Pure) 조대 분말만을 혼합하였을 때 96.5% 정도의 소결 밀도를 가진다. 150nm의 조대 분말과 20nm의 나노 분말을 혼합한 경우 97.1% 정도의 소결 밀도를 가진다. 150nm의 조대 분말과 40nm의 나노 분말을 혼합한 경우 98% 정도의 소결 밀도를 가진다. 150nm의 조대 분말과 80nm의 나노 분말을 혼합한 경우 98.7% 정도의 소결 밀도를 가진다.When the 150 nm coarse powder and each nanopowder are mixed, the sintered density is about 96.5% when only the pure coarse powder is mixed. A mixture of 150 nm coarse powder and 20 nm nano powder has a sintered density of about 97.1%. A mixture of 150 nm coarse powder and 40 nm nano powder has a sintered density of about 98%. A mixture of 150 nm coarse powder and 80 nm nano powder has a sintered density of about 98.7%.

실험을 통해 살펴지는 결과에 의하면, 조대 분말의 사이즈가 500nm 와 같이 300nm 보다 상대적으로 큰 경우, 나노 분말을 혼합하였을 때 소결 밀도의 변화가 비교적 크게 나타나며, 순수 조대 분말만으로 소결한 경우보다 낮은 소결 밀도를 얻을 가능성도 존재한다. According to the results examined through the experiment, when the size of the coarse powder is relatively larger than 300 nm, such as 500 nm, the change in sintering density is relatively large when the nanopowder is mixed, and the sintering density is lower than when sintering only pure coarse powder. There is a possibility of obtaining

250nm의 조대 분말을 적용한 경우, 나노 분말의 혼합에 따른 소결 밀도의 변화가 비교적 크지 않으며, 40nm 및 80nm의 나노 분말을 혼합한 경우 소결 밀도가 증가하는 양상을 보였다.When the 250 nm coarse powder was applied, the change in sintered density according to the mixing of the nanopowder was relatively small, and when the 40nm and 80nm nanopowders were mixed, the sintered density increased.

150nm의 조대 분말을 적용한 경우, 20nm. 40nm 및 80nm 나노 분말을 적용한 모두의 경우에서 소결 밀도가 증가하는 양상을 보였으며, 순수(Pure) 조대 분말만을 혼합하였을 때 보다 소결 밀도가 높아짐을 확인하였다.20 nm when 150 nm of coarse powder is applied. In all cases where 40 nm and 80 nm nanopowders were applied, the sintered density showed an increase, and it was confirmed that the sintered density was higher than when only pure coarse powder was mixed.

상술하여, 10 wt%의 나노 분말과 90 wt%의 조대 분말을 혼합하였으나, 이는 실험적인 예이고, 조대 분말(1)에 의하여 발생하는 공극을 수학적으로 환산하여 공극을 채우는 나노 분말의 양을 산술적으로 도출할 수 있다. 예컨대, 10 wt% 내지 30 wt%의 나노 분말과 70wt% 내지90 wt%의 조대 분말을 혼합할 수 있다.As described above, 10 wt% of the nanopowder and 90 wt% of the coarse powder were mixed, but this is an experimental example. can be derived as For example, 10 wt% to 30 wt% of the nanopowder and 70wt% to 90 wt% of the coarse powder may be mixed.

본 실시 예에 따른 방법에 의해 알루미나를 소결하는 경우, 상압에서 소결하더라도 98% 이상의 높은 소결 밀도를 얻을 수 있다. 즉, 고가의 제조 설비 없이 고밀도의 순수 알루미나를 제조할 수 있다.When alumina is sintered by the method according to the present embodiment, a high sintered density of 98% or more can be obtained even when sintered under normal pressure. That is, high-density pure alumina can be produced without expensive manufacturing facilities.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전척의 단면도이다. 5 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.

일 예에 의하면, 정전척(20)은 플라즈마 처리 장치(미도시)의 챔버(미도시) 내에 배치되는 것이다.According to one example, the electrostatic chuck 20 is disposed in a chamber (not shown) of a plasma processing device (not shown).

정전척(20)은 금속 플레이트(21)의 표면에 용사에 의해서 절연체막(22)이 형성되고, 이 절연체막(22) 상에 절연성 접착제층(23)을 매개로 하여 유전체 기판(24)이 접합되며, 이 유전체 기판(24)의 표면은 반도체 웨이퍼 등의 피흡착물(W)의 받침면이 되고, 하면에는 전극(25, 25)이 제공된다. 이들 전극(25, 25)에 급전하기 위한 리드선(26, 26)이 금속 플레이트(21)를 관통하여 아래쪽까지 뻗어 제공된다. 리드선(26)과 금속 플레이트(21)는 절연되어 제공된다.In the electrostatic chuck 20, an insulator film 22 is formed on the surface of a metal plate 21 by thermal spraying, and a dielectric substrate 24 is formed on the insulator film 22 via an insulating adhesive layer 23. The surface of the dielectric substrate 24 serves as a receiving surface for the adsorbed material W such as a semiconductor wafer, and electrodes 25 and 25 are provided on the lower surface. Lead wires 26 and 26 for supplying power to these electrodes 25 and 25 are provided extending downward through the metal plate 21 . The lead wire 26 and the metal plate 21 are provided insulated.

금속 플레이트(21)는 알루미늄 합금이나 구리 등의 열전도성이 우수한 금속으로 되고, 내부에는 냉매통로(21a)가 형성되며, 또한 금속 플레이트(21) 상면에 용사에 의해서 형성되는 절연체막(22)으로서는 무기재료, 예를 들면 알루미나(Al2O3)등일 수 있다.The metal plate 21 is made of a metal with excellent thermal conductivity, such as aluminum alloy or copper, has a refrigerant passage 21a formed therein, and the insulator film 22 formed on the upper surface of the metal plate 21 by spraying It may be an inorganic material, for example, alumina (Al2O3).

유전체 기판(24)의 제작방법으로서는 상술한 조대 분말(1)과 나노 분말(2)을 혼합한 알루미나 소결체 제조 방법이 채택된다. 일 예에서, 유전체 기판(24)은 조대 분말(1) 90wt%와 나노 분말(2) 10wt%를 포함하여 소결된 것이다. 이러한 치밀한 유전체 기판을 사용하면, 내플라즈마성이 향상되고, 더미 웨이퍼를 사용하지 않고도 정전척 표면의 거칠기의 변화가 매우 작게 억제된다.As a method for manufacturing the dielectric substrate 24, a method for manufacturing an alumina sintered body in which the above-described coarse powder 1 and nanopowder 2 are mixed is adopted. In one example, the dielectric substrate 24 is sintered by including 90wt% of the coarse powder (1) and 10wt% of the nanopowder (2). When such a dense dielectric substrate is used, plasma resistance is improved, and the change in surface roughness of the electrostatic chuck is suppressed to a very small level without using a dummy wafer.

상기 전극(25)은 유전체 기판(24)의 표면을 연삭가공한 후 CVD나 PVD에 의해서 TiC나 Ti 등의 도전막을 형성하고, 이 도전막을 샌드블러스트나 에칭함으로써 소정의 전극 패턴을 얻을 수 있다.For the electrode 25, a predetermined electrode pattern can be obtained by grinding the surface of the dielectric substrate 24, forming a conductive film such as TiC or Ti by CVD or PVD, and sandblasting or etching the conductive film. .

정전척(20)을 조립할 때에는 미리 절연체막(22)이 형성된 금속 플레이트(21)와 전극(25)이 형성된 유전체 기판(24)을 준비하고, 금속 플레이트(21)의 절연체막(22)과 유전체 기판(24)의 전극(25)이 대향하도록 하여 절연성 접착제(23)를 매개로 하여 양자를 접합할 수 있다. 절연성 접착제(23)로서는 예를 들면 알루미나나 질화알루미늄을 필러로 할 수 있다.When assembling the electrostatic chuck 20, a metal plate 21 on which an insulator film 22 is formed and a dielectric substrate 24 on which an electrode 25 is formed are prepared in advance, and the insulator film 22 and the dielectric of the metal plate 21 are prepared. The electrodes 25 of the substrate 24 may face each other, and the two may be bonded via the insulating adhesive 23 . As the insulating adhesive 23, alumina or aluminum nitride can be used as a filler, for example.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be able to understand Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is intended to illustrate and describe preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, within the scope equivalent to the written disclosure and / or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in the specific application field and use of the present invention are also possible. Therefore, the above detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to cover other embodiments as well.

Claims (7)

150nm 내지 300nm의 직경을 갖는 조대 분말과;
100nm 이하의 나노 분말을 포함하는 알루미나 소결체.
coarse powder having a diameter of 150 nm to 300 nm;
An alumina sintered body containing nanopowder of 100 nm or less.
제1 항에 있어서,
상기 나노 분말은 상기 조대 분말의 공극에 상응하는 양으로 제공되는 알루미나 소결체.
According to claim 1,
The nanopowder is provided in an amount corresponding to the voids of the coarse powder.
제1 항에 있어서,
상기 알루미나 소결체 100 중량부에 대하여,
상기 조대 분말 70 중량부 내지 90 중량부; 및
상기 나노 분말 10 중량부 내지 30 중량부를 포함하는 알루미나 소결체.
According to claim 1,
With respect to 100 parts by weight of the alumina sintered body,
70 parts by weight to 90 parts by weight of the coarse powder; and
An alumina sintered body comprising 10 parts by weight to 30 parts by weight of the nanopowder.
150nm 내지 300nm의 직경을 갖는 조대 분말을 준비하는 단계;
100nm 이하의 나노 분말을 준비하는 단계;
상기 나노 분말은 습식 분쇄하는 단계; 및
상기 습식 분쇄된 나노 분말과 상기 조대 분말을 혼합하고 성형하여 소결하는 단계를 포함하는 알루미나 소결체의 제조 방법.
preparing a coarse powder having a diameter of 150 nm to 300 nm;
preparing a nanopowder of 100 nm or less;
wet grinding the nanopowder; and
A method for producing an alumina sintered body comprising the step of mixing the wet-pulverized nanopowder and the coarse powder, molding and sintering.
제4 항에 있어서,
상기 나노 분말은 상기 조대 분말의 공극에 상응하는 양으로 제공되는 알루미나 소결체의 제조 방법.
According to claim 4,
The nanopowder is provided in an amount corresponding to the pores of the coarse powder.
제4 항에 있어서,
상기 알루미나 소결체 100 중량부에 대하여,
상기 조대 분말 70 내지 90 중량부; 및
상기 나노 분말 10 내지 30 중량부를 포함하는 알루미나 소결체의 제조 방법.
According to claim 4,
With respect to 100 parts by weight of the alumina sintered body,
70 to 90 parts by weight of the coarse powder; and
Method for producing an alumina sintered body containing 10 to 30 parts by weight of the nanopowder.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 알루미나 소결체로 이루어지는 유전체 기판과;
상기 유전체 기판의 하면에 제공되는 전극을 포함하는 정전척.
A dielectric substrate made of the alumina sintered body of any one of claims 1 to 3;
An electrostatic chuck comprising an electrode provided on a lower surface of the dielectric substrate.
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