KR101495850B1 - Static electricity chuck of ceramic and manufacturing method of the same - 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.The present invention provides a ceramic electrostatic chuck in which an insulating structure of an electrostatic chuck and a lower base are integrated as a whole to be simultaneously fired to prevent warping and cracking. A ceramic electrostatic chuck according to the present invention includes an internal electrode for generating an electrostatic force, a dielectric layer for insulating the internal electrode, and a lower base for supporting the internal electrode, wherein the dielectric layer includes alumina, The lower base comprises a metal component and alumina.
Description
본 발명은 세라믹 재질로 제조되는 세라믹 정전척 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ceramic electrostatic chuck made of a ceramic material and a method of manufacturing the same.
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.The life of the electrostatic chuck depends on the wear of the surface due to the corrosive gas or friction used in the semiconductor manufacturing process. For example, there is an electrostatic chuck using an oxide layer of polyimide or metal aluminum surface. The electrostatic chuck of the polyimide type has a short lifetime due to its low abrasion resistance, and the electrostatic chuck made of the metal aluminum material subjected to the anodizing treatment is weak against the local withstand voltage and has a short life.
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.In order to solve such a problem, in an electrostatic chuck made of a metal aluminum material, when an anodizing thickness is increased, cracks are easily generated during use, and an anodizing thickness variation becomes large. Also, the electrostatic chuck of the polyimide type can not be used under the process condition of heat treatment at 150 占 폚 or more.
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.Due to the difference in thermal expansion coefficient between aluminum, which is a metal component and aluminum oxide, which is an anodized aluminum oxide, anodized aluminum oxide with anodizing treatment causes a crack on the surface when heat is applied severely or when the temperature is suddenly applied .
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.Techniques that can generally adsorb wafers used in semiconductor manufacturing processes include mechanical clamping and constant power clamping techniques. Technologies using electrostatic power are widely used. The constant power clamping method can be determined by Coulomb's law and Johnson-Rabe's force.
여기서 F는 정전력이며, q 및 q'는 매질 속의 전하량이고, r은 두 전하 사이의 거리를 나타내며, ε는 유전율이다.Where F is constant power, q and q 'are the charge in the medium, r is the distance between two charges, and ε is the permittivity.
또한 존슨-라벡 힘은 다음의 공식으로 계산될 수 있다.Also, the Johnson-Labeque force can be calculated by the following formula.
여기서 V는 인가전압이고, δ는 유전체와 금속이 표면이 평행하게 되어 있고 일정한 굴곡에 의해 접촉되는 지점들 간의 거리이다.Where V is the applied voltage, and δ is the distance between the dielectric and the metal at the points where the surface is parallel and contacts by constant bending.
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.In order to apply the electrostatic force of the Coulombic law and the Johnson-Lavebecic force, the electrostatic chuck usually has an insulator, and the insulator has an electrostatic adsorption electrode in the form of a flat thin film. For example, polyimide type and ceramic type are used as an insulator of an electrostatic chuck, and the trend is toward a ceramic type.
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.Here, the film-shaped electrode serves as an electrode for generating an electrostatic charge, and the insulator disposed on the electrode functions as a dielectric. An electrostatic attraction force is generated by placing a wafer on a dielectric, treating the wafer as a single charge, treating the film-shaped electrode as another charge, and interposing an insulator between the charges on the intermediate layer.
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.In recent electrostatic adsorption apparatus, in order to improve durability, a tape is formed using a slurry made of a ceramic material to prepare an insulating layer green sheet, a conductor layer as an electrode is attached on the green sheet, Are laminated again, integrated, and subjected to a firing heat treatment.
그러나 소성 시, 내부 전극(금속)의 열팽창계수의 차이로 인하여, 소성 후, 정전 흡착장치에서 휨이나 크랙이 발생한다.However, due to the difference in thermal expansion coefficient of the internal electrode (metal) at the time of firing, bending or cracking occurs in the electrostatic adsorption device after firing.
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.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and apparatus for maintaining a constant electric power in a semiconductor manufacturing process (for example, an inner atmosphere of an etching chamber) at about 150 to 200 DEG C and having abrasion resistance, excellent thermal conductivity, A ceramic electrostatic chuck having resistance to corrosion.
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.Another object of the present invention is to provide a ceramic electrostatic chuck including a ceramic composition which alters the permittivity according to the amount of each additive added to alumina, thereby improving the degree and effect of desorption as well as adsorption by varying the magnitude of electrostatic force will be.
본 발명의 다른 목적은 정전척의 절연구조 및 하부 베이스를 전체적으로 일체화하여 동시에 소성하고, 휨이나 크랙을 방지하는 세라믹 정전척을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a ceramic electrostatic chuck in which the insulating structure of the electrostatic chuck and the lower base are integrated as a whole and fired at the same time to prevent warping and cracking.
또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 세라믹 정전척을 제조하는 세라믹 정전척 제조방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck for manufacturing such a ceramic electrostatic chuck.
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.A ceramic electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention includes an internal electrode for generating an electrostatic force, a dielectric layer for insulating the internal electrode, and a lower base for supporting the internal electrode, the dielectric layer including alumina, The inner electrode and the lower base include a metal component and alumina.
상기 유전체층은 첨가제인 TiO2, CaO, MgO 및 SiO2를 더 포함할 수 있다.The dielectric layer may further include TiO 2 , CaO, MgO, and SiO 2 as additives.
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.The dielectric layer may include alumina (Al 2 O 3 ) in an amount of 91.0 to 92.5% by weight and additives CaO 1.5, MgO 2.5, SiO 2 2.5, and
상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는, 중량%로 상기 유전체층을 형성하는 세라믹 10~30, 및 금속 성분 70~90을 포함할 수 있다.The internal electrode and the lower base may include
상기 금속 성분은, 텅스텐 분말, 몰리브덴-망간합금 분말, 텅스텐-몰리브덴합금 분말, 및 텅스텐-망간합금 분말 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal component may include any one of tungsten powder, molybdenum-manganese alloy powder, tungsten-molybdenum alloy powder, and tungsten-manganese alloy powder.
상기 내부전극은, 유니폴라 또는 바이폴라 타입으로 형성될 수 있다.The internal electrode may be formed as a unipolar or bipolar type.
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.A method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention includes a first step of producing an alumina green sheet forming a dielectric layer, a second step of producing a mixed green sheet forming an internal electrode and a lower base, And a third step of laminating and firing the green sheet and the mixed green sheet, wherein the first step comprises mixing 91.0 to 92.5% by weight of alumina (Al 2 O 3 ), CaO 1.5, MgO 2.5, SiO 2 2.5, and
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.The second step is to prepare a slurry by mixing a
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.The third step is a step of cutting the mixed green sheet to dispose the mixed green sheet for internal electrodes between the alumina green sheets, to laminate the mixed green sheets into a plurality of layers, And the laminated green sheets were held in an electric furnace in which a mixed gas of hydrogen and nitrogen was introduced in a humidified state at 1550 DEG C for 2 hours to prepare a sintered body and the surface of the alumina green sheet on the uppermost surface was polished .
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.As described above, according to the ceramic electrostatic chuck of the embodiment of the present invention, since the dielectric layer contains alumina, and the internal electrode and the lower base include a metal component (for example, tungsten powder) and alumina, It has an anti-abrasion property while maintaining electric power, an excellent thermal conductivity, and an effect of having corrosion resistance against various corrosive gases such as hydrofluoric acid gas.
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.Since the ceramic electrostatic chuck is manufactured by laminating and firing the alumina green sheet and the mixed green sheet, the internal electrode and the lower base can have excellent bonding properties with the dielectric layer. Therefore, peeling, cracking, warping, and the like can be prevented from occurring in the internal electrode. In addition, excellent thermal conductivity is exhibited even under heating and cooling conditions in a semiconductor manufacturing process, and the surface temperature of the electrostatic chuck can be uniformly distributed.
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.The mixed sintered body of the metal component (tungsten powder) and the alumina forming the internal electrode and the lower base has a smaller thermal expansion coefficient and thermal shock resistance than the alumina forming the dielectric layer, so that even when the rapid heating and cooling are repeated, It does not.
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.That is, the life of the ceramic electrostatic chuck of the embodiment of the present invention is prolonged. Therefore, it is possible to prevent an increase in cost due to frequent replacement of the ceramic electrostatic chuck in the semiconductor manufacturing process, reduce the defect rate, and improve the quality and production efficiency.
또한, 알루미나 외에 각 첨가제들의 양에 따라 유전체층의 유전율을 변화시키므로 정전력의 크기가 변화되어 흡착뿐만 아니라 탈착의 정도와 효과가 개선될 수 있다.In addition, since the dielectric constant of the dielectric layer is changed according to the amount of each additive in addition to alumina, the magnitude of the electrostatic force is changed, so that the degree and effect of desorption as well as adsorption can be improved.
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.1 is a longitudinal sectional view of a unipolar ceramic electrostatic chuck according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 is a flowchart of a method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to a first embodiment of the present invention.
4 is a longitudinal sectional view of a bipolar type ceramic electrostatic chuck according to a second embodiment of the present invention.
5 is a plan sectional view taken along the line V-V in FIG.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
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.FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a unipolar ceramic electrostatic chuck according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross- Fig. 3 is a flow chart of a method for manufacturing a ceramic electrostatic chuck according to the present invention. For convenience, the ceramic electrostatic chuck and its manufacturing method will be described together.
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.1 to 3, the unipolar ceramic
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.The manufacturing method of the ceramic
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.In the ceramic
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.The
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.The
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.The
제3단계(ST3)는 혼합그린시트 상에서 알루미나 그린시트, 혼합그린시트 및 알루미나 그린시트를 배치하여, 전체를 동시에 소성 열처리하여 세라믹 정전척(1)을 제조한다.In the third step ST3, an alumina green sheet, a mixed green sheet and an alumina green sheet are arranged on a mixed green sheet, and the whole is subjected to firing heat treatment at the same time to produce a ceramic
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.Therefore, the ceramic
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.That is, the
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.Therefore, peeling, cracking, warping, and the like can be prevented in the
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.Since the ceramic
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.The mixed sintered body of the metal component and alumina forming the
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.More specifically, a process (ST1) for manufacturing an alumina green sheet for the
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.For example, when a sintered body is produced by maintaining an alumina green sheet at 1550 ° C for 2 hours in an electric furnace in which a mixed gas of hydrogen and nitrogen is introduced in a humidified state, the relative dielectric constant and sintering state of the sintered body are shown in Table 1 have. The composition of the alumina green sheet used at this time is also indicated.
(wt%)Composition
(wt%)
@1KHz, 1VrmsRelative dielectric constant
@ 1KHz, 1Vrms
(g/cc)Sintered density
(g / cc)
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.Sample as in A2 ~ A5, the
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. As shown in Table 1, an electrostatic chuck which can be used in a semiconductor manufacturing process is most suitable as the sample A4 having a low warpage and a high sintering density. At this time, the relative dielectric constant value is 8.5.
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.If the relative permittivity is too high and exceeds 8.5, the time required for desorption due to the residual electrostatic force during dechucking, which detaches the wafer during the function of the ceramic electrostatic chuck, is prolonged, which may result in delaying the semiconductor process. Also, if the warpage is severely generated after the firing, the flatness of the precision polishing may be locally varied during the manufacturing process of the electrostatic chuck, resulting in a variation in the static electricity.
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.A step ST2 of manufacturing a mixed green sheet for the
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.That is, the mixture containing the metal powder and the additive of alumina and ceramics is mixed with an organic binder, a solvent, a plasticizer and the like to prepare a slurry. The slurry is molded into a tape having a predetermined thickness to produce a mixed green sheet.
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.In manufacturing the mixed green sheet, the metal powder adjusts the coefficient of thermal expansion of the
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.For example, in the third step ST3, an alumina green sheet for forming the
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.The composition for preparing the mixed green sheet for the
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.Alumina or ceramic powder mixed with tungsten powder alleviates the inherent high thermal conductivity of tungsten, thereby shortening the processing time due to temperature changes in the semiconductor manufacturing process. That is, the time is shortened in the cooling and heating process and the process efficiency is improved.
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.Most of the volume forming the ceramic
(wt%) Tungsten and Ceramic Composite Composition
(wt%)
(%)Plastic shrinkage ratio
(%)
(10-6/℃)Coefficient of thermal expansion
(10 -6 / ° C)
(W.m/℃)Thermal conductivity
(Wm / 占 폚)
(10-6
Ω.m)Resistivity
(10 -6
Ω.m)
tungsten
* 세라믹: 표 1의 시료 A4와 동일 성분임* Ceramic: Same as sample A4 in Table 1
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.As in the samples B1 to B25, the composition for preparing the mixed green sheet for the
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.The composition for preparing the mixed green sheet for the
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.Specifically, slurry is prepared by mixing metal powder of tungsten, molybdenum-manganese alloy powder, tungsten-molybdenum alloy powder, or tungsten-manganese alloy powder with alumina, organic binder, solvent, plasticizer and the like. The slurry is molded into a tape having a predetermined thickness to produce a mixed green sheet.
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.The mixed green sheet is cut and disposed between the alumina green sheets for the
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.Referring to Figs. 1 to 3, the ceramic
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.First, an alumina green sheet for the
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.A mixed green sheet for the
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.Next, the production of the mixed green sheet for the
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.Through
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.Next, the lamination and firing will be described. The mixed green sheet for the
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.The laminated and adhered green sheets are held at 1550 DEG C for 2 hours in an electric furnace in which the atmosphere is controlled by hydrogen, a nitrogen mixed gas and a humidified state to form a sintered body. Finally, the surface of the alumina green sheet for the
이하 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예와 비교하여 서로 동일 구성에 대하여 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.A second embodiment of the present invention will be described below. The same configuration as that of the first embodiment will be omitted, and different configurations will be described.
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.FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a bipolar type ceramic electrostatic chuck according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan sectional view taken along line V-V of FIG. In the first embodiment, the
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.In the bipolar type ceramic
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.Through
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.
1, 2: 세라믹 정전척
10: 내부전극
11, 211: 전극 연결부
20, 220: 유전체층
22, 32, 232, 222: 관통홀
30, 230: 하부 베이스
31: 전원 연결부1, 2: ceramic electrostatic chuck
10: internal electrode
11, 211: electrode connection portion
20, 220: dielectric layer
22, 32, 232, 222: through holes
30, 230: Lower base
31: Power connection
Claims (9)
상기 내부전극을 절연하는 유전체층; 및
상기 내부전극을 지지하는 하부 베이스를 포함하며,
상기 유전체층은 알루미나를 포함하고,
상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는,
금속 성분과 알루미나를 포함하며,
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.
An internal electrode for generating an electrostatic force;
A dielectric layer for insulating the internal electrodes; And
And a lower base for supporting the internal electrode,
Wherein the dielectric layer comprises alumina,
Wherein the internal electrode and the lower base are connected to each other,
Comprising a metal component and alumina,
Wherein,
A ceramic electrostatic chuck comprising alumina (Al 2 O 3 ) in an amount of 91.0 to 92.5% by weight, additives CaO 1.5, MgO 2.5 and SiO 2 2.5, and TiO 2 1 to 2.5.
상기 내부전극 및 상기 하부 베이스는,
중량%로 상기 유전체층을 형성하는 세라믹 10~30, 및 금속 성분 70~90을 포함하는 세라믹 정전척.
The method according to claim 1,
Wherein the internal electrode and the lower base are connected to each other,
Ceramic layers 10 to 30 forming the dielectric layer in weight%, and metal components 70 to 90.
상기 금속 성분은,
텅스텐 분말, 몰리브덴-망간합금 분말, 텅스텐-몰리브덴합금 분말, 및 텅스텐-망간합금 분말 중 어느 하나를 포함하는 세라믹 정전척.
5. The method of claim 4,
The metal component may be,
A tungsten powder, a molybdenum-manganese alloy powder, a tungsten-molybdenum alloy powder, and a tungsten-manganese alloy powder.
상기 내부전극은,
유니폴라 또는 바이폴라 타입으로 형성되는 세라믹 정전척.
The method according to claim 1,
The internal electrode
A ceramic electrostatic chuck formed in a unipolar or bipolar type.
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.
A first step of producing an alumina green sheet for forming a dielectric layer;
A second step of producing a mixed green sheet forming an internal electrode and a lower base; And
And a third step of laminating and firing the alumina green sheet and the mixed green sheet,
In the first step,
A mixture containing 91.0 to 92.5% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) and CaO 1.5, MgO 2.5, SiO 2 2.5, and TiO 2 1 to 2.5 as additives is mixed with an organic binder, a solvent and a plasticizer to prepare a slurry and,
The slurry is formed into a tape having a predetermined thickness to produce the alumina green sheet
Method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck.
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.
8. The method of claim 7,
The second step comprises:
A mixture containing ceramic 10 to 30 and metal components 70 to 90 forming the dielectric layer in weight% is mixed with an organic binder, a solvent and a plasticizer to prepare a slurry,
Forming the slurry with a tape having a predetermined thickness to produce the mixed green sheet,
Method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck.
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 알루미나 소성체의 표면을 연마하는
세라믹 정전척 제조방법.9. The method of claim 8,
In the third step,
The mixed green sheet is cut, the mixed green sheet for internal electrodes is disposed between the alumina green sheets,
The mixed green sheet is laminated in a plurality of layers, the mixed green sheet for the lower base is disposed under the alumina green sheet,
The laminated green sheets were maintained at 1,550 DEG C for 2 hours in an electric furnace in which a mixed gas of hydrogen and nitrogen was introduced in a humidified state to produce a sintered body,
The surface of the alumina fired body of the uppermost surface is polished
Method of manufacturing a ceramic electrostatic chuck.
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