KR100411215B1 - 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 보유면의 배면측으로의 열 확산을 방지할 수 있는 웨이퍼 보유체를 제공한다.
히터(1)와 그 히터(1)를 사이에 두는 적어도 한쌍의 세라믹스 기재(4)를 구비하고, 히터(1)로부터도 배면측의 구조 A는 단열 구조를 갖고 있다. 배면측 구조 A의 세라믹스 기재(4)는 보유면측 구조 B의 세라믹스 기재(4)와 비교하여 낮은 열 전도율을 갖은 세라믹스로 이루어져 있다. 또한 배면측 구조 A에 포함되는 세라믹스 기재(4)는 100W/mK 이하의 열 전도율을 갖고 있고, 접착층(5)은 10W/mK 이하의 열 전도율을 갖고 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼를 보유하면서 가열하는 기능을 갖은 히터 보유체 혹은 히터 부착 정전 척(chuck) 보유체에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 표면을 에칭하거나 성막할 때, 웨이퍼를 래크(rack)에 다수개 보유하여 배치식으로 에칭이나 성막용의 가스를 흘리고, 필요에 따라서 외주에서 히터로 가열(핫월식)하는 방법이 이용되고 있다.
그러나 최근, 반도체에 대한 고집적화, 고속화의 요구가 강해짐에 따라, 장치 내의 장소에 의한 온도나 가스 흐름의 불균일에 기인하는 에칭이나 형성되는 막의 품질의 변동이 문제가 되고 있다. 따라서, 복수의 에칭 장치나 성막 장치를 배열하고, 이들 장치 사이를 로더(loader)를 이용하여 웨이퍼를 자동 이송하여 1장씩 처리하는 매엽식(single-wafer type)(서셉터 가열)으로 전환하고 있는 중에 있다. 그 때, 로더로 에칭 장치나 성막 장치 챔버 내의 보유체에 웨이퍼를 탑재하여 보유체에 정전 척으로 고정하거나, 또는 보유체의 웨이퍼 지지면의 면 정밀도를 높혀 정치(靜置) 밀착시킨 상태에서 보유체로부터 열을 직접 가하여 웨이퍼를 균일하게 가열하는 방법이 채용되고 있다. 따라서, 보유체는 적어도 웨이퍼에 접하는 부분은 부식성이 높은 할로겐 가스 등의 가스에 대한 내식성과 높은 열 전도율을 갖는 재료로 구성되고, 또한 보유체 그 자체에 정전 척 기능이나 기계 고정 기능, 및 히터 기능을 부여할 필요가 있다.
따라서, 보유체의 재료로서는, 내식성, 높은 열 전도율을 갖는 질화 알루미늄이 주목받아 왔다. 질화 알루미늄은 높은 열 전도율 때문에 히터 배선에서 발생한 열을 신속하게 확산시키기 때문에, 웨이퍼를 신속하게 가열할 수 있을 뿐만 아니라, 질화 알루미늄 보유체 내가 균열화(均熱化)되기 때문에 웨이퍼의 균일 가열에 적합하다.
그러나, 상기한 보유체에서는 히터에서 발생한 열이 웨이퍼 보유면 방향 뿐만 아니라 모든 방위로 신속하게 전도되어 간다. 이 때문에, 열은 웨이퍼 보유면과 역방향의 배면측에도 전도되어 에너지가 쓸데없이 소비되어 에너지 손실이 컸다.
또한 배면측에는 배선의 전극이나 온도 제어를 위한 온도 측정 단자의 배선류나 챔버와의 시일이 존재하기 때문에, 가열하면 열화가 현저해지는 문제도 있었다.
그러나, 질화 알루미늄 성형체의 사이에 Mo 등의 와이어나 코일을 사이에 두고 핫프레스하거나, 질화 알루미늄 성형체의 표면에 W나 Mo 등의 고융점 금속의 페이스트를 도포하고, 복수의 질화 알루미늄을 적층하여 동시 소결하는 방법에서는, 히터의 상측과 하측은 동일 질화 알루미늄 소재로 이루어지고, 히터에서 발생한 열은 하측에도 동일한 양으로 확산되어졌다.
따라서, 형상적으로 배면측을 죄인 구조로 하여 열이 확산되기 어렵게 하는 등의 고안이 이루어지고 있었지만, 그 부분이 높은 열 전도율의 질화 알루미늄인 한 자연히 한계가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 웨이퍼 보유면의 배면측으로의 열 확산을 방지할 수 있는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체는, 히터와 그 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 구비하고, 또한 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 보유면과 배면을 갖는 것으로서, 히터로부터 배면측의 세라믹스는 히터로부터 웨이퍼 보유면측의 부분과 비교하여 낮은 열 전도율을 갖는 세라믹스인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에서는, 히터로부터 배면측의 세라믹스가 히터로부터 웨이퍼 보유면측의 부분과 비교하여 낮은 열 전도율을 갖는 세라믹스이기 때문에, 히터 하부(배면측)로 열이 빠져나가는 것을 방지할 수 있고, 웨이퍼 보유면에 장착된 웨이퍼를 효율적으로 가열할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼를 신속하게 가열할 수 있을 뿐만 아니라 보유체 하부에 배치된 시일의 열화를 억제할 수도 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체는, 히터와 그 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 구비하고, 또한 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 보유면과 배면을 갖는 것으로서, 히터로부터 배면측의 부분에 단열층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에서는, 히터로부터 배면측의 부분에 단열층이 형성되어 있기 때문에, 히터 하부(배면측)로 열이 빠져나가는 것을 방지할 수 있고, 웨이퍼 보유면에 장착된 웨이퍼를 효율적으로 가열할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼를 신속하게 가열할 수 있을 뿐만 아니라 보유체 하부에 배치된 시일의 열화를 억제할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체는, 히터와 그 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 구비하고, 또한 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 보유면과 배면을 갖는 것으로서, 웨이퍼 보유체의 배면과 히터와의 사이에 공극부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에서는, 히터 하부에 공극부가 있고, 공극부가 단열 구조로서 작용하기 때문에, 히터 하부(배면측)로 열이 빠져나가는 것을 방지할 수 있고, 웨이퍼 보유면에 장착된 웨이퍼를 효율적으로 가열할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼를 신속하게 가열할 수 있을 뿐만 아니라 보유체 하부에 배치된 시일의 열화를 억제할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체는, 히터와 그 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 구비하고, 또한 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 보유면과 배면을 갖는 것으로서, 히터로부터 배면측의 세라믹스는 히터로부터 웨이퍼 보유면측의 부분과 비교하여 낮은 열 전도율을 갖고, 히터로부터 배면측의 부분에 단열층이 형성되어 있고, 또한 히터와 웨이퍼 보유체의 배면과의 사이에 공극부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에서는, 히터로부터 배면측의 세라믹스가 히터로부터 웨이퍼 보유면측의 부분과 비교하여 낮은 열 전도율을 갖는 것에 의한 단열 효과와, 히터로부터 배면측의 부분에 단열층이 형성되는 것에 의한 단열 효과와, 히터 하부에 공극부를 형성한 것에 의한 단열 효과가 조합되어 높은 단열 효과를 얻을 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼를 한층 더 신속하게 가열할 수 있고, 또한 보유체 하부에 배치된 시일의 열화도 보다 한층 더 억제할 수 있다.
상기한 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서 바람직하게는 한쌍의 세라믹스 기재 중 배면측의 세라믹스 기재는 열 전도율이 100W/mK 이하의 재질로 이루어진다.
이에 의해, 배면측의 세라믹스 기재에 단열 작용을 부여할 수 있다. 상기한 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서 바람직하게는 한쌍의 세라믹스 기재 중 배면측의 세라믹스 기재와 히터와의 사이에는 개재층이 형성되어 있고, 개재층은 열 전도율이 10W/mK 이하인 접착층이다.
이에 의해, 접착층에 단열 작용을 부여할 수 있다.
상기한 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서 바람직하게는 접착층의 두께는 10㎛ 이상이다.
이에 의해, 접착층의 단열 작용을 보다 향상시킬 수 있다.
상기한 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서 바람직하게는 세라믹스 기재의 재질은 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 질화 규소 및 탄화 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진다.
이에 따라, 내식성 및 높은 열 전도성을 갖는 재질을 적절하게 선택할 수 있다.
상기한 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서 바람직하게는 공극부의 두께는 0.01㎜ 이상이다.
이에 따라, 공극부의 단열 작용을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 보유체를 구비한 반도체 제조 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 보유체의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 히터의 하측 구조가 상측 구조와 대략 동일한 외형을 갖는 것을 설명하기 위한 사시도.
도 4는 공극부가 형성된 웨이퍼 보유체의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 5는 공극부에 지지부를 형성한 웨이퍼 보유체의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 6은 공극부에 지지부를 형성한 웨이퍼 보유체의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 7은 도전층이 히터와 다른 도전층과의 2층으로 이루어지는 웨이퍼 보유체의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 8은 도전층이 히터와 다른 도전층과의 2층으로 이루어지는 웨이퍼 보유체에 있어서 공극부가 형성된 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 9는 도전층이 히터 단층으로 이루어지는 웨이퍼 보유체의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 10은 도전층이 히터 단층으로 이루어지는 웨이퍼 보유체에 있어서 공극부가 형성된 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 11은 플라즈마 발생용 전극을 갖지 않는 반도체 제조 장치에 본 실시 형태의 웨이퍼 보유체가 적용된 모습을 나타내는 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 히터
2 : 플라즈마 발생용 하부 전극
3 : 정전 척용 전극
4 : 세라믹스 기재
4A : 공극부
4B : 지지부
5 : 접착층
10 : 웨이퍼 보유체
이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 보유체를 구비한 반도체 제조 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 반도체 제조 장치는 진공 용기(50) 내에, 웨이퍼 보유체(10)와, 플라즈마 발생용 상부 전극(30)과, 가스 샤워체(40)를 주로 구비한 구성을 갖고 있다.
웨이퍼 보유체(10)는 그 표면에 웨이퍼(20)를 보유하는 것이고, 웨이퍼(20)를 가열하기 위한 히터(1)와, 플라즈마 발생용 하부 전극(2)과, 웨이퍼(20)를 정전 척하기 위한 정전 척용 전극(3)을 갖고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 보유체의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시 형태의 웨이퍼 보유체(10)는 히터(1)와 플라즈마 발생용 하부 전극(2)과 정전 척용 전극(3)의 각각을 세라믹스 기재(4)를 사이에 두고 적층한 구성을 갖고 있다. 각 세라믹스 기재(4)끼리는, 예를 들면 유리 등의 산화물로 이루어지는 접착층(5)에 의해 접착되어 있다.
본 실시 형태에서는 도 2에 도시한 구성에 있어서, 히터(1)의 배면측 구조 A에 단열 효과가 부여되어 있다.
단열 구조로서 배면측 구조 A를, 웨이퍼 보유면측 구조 B와 비교하여 낮은 열 전도율을 갖는 구조로 함으로써, 배면측 구조 A에 단열 효과를 부여하는 방법이 있다. 상기 구조는 웨이퍼 보유면측 구조 B의 세라믹스 기재(4)에 예를 들면 150 W/mK 이상의 열 전도율을 갖는 재질(예를 들면 질화 알루미늄)을 이용하여 배면측 구조 A의 세라믹스 기재(4)에 그것보다도 작은 100W/mK 이하의 열 전도율을 갖는 세라믹스를 이용함으로써 실현할 수 있다. 특히 배면측 구조 A에 이용되는 세라믹스 기재(4)의 열 전도율이 100W/mK 이하이면, 단열 효과가 커지기 때문에 바람직하다. 또한, 배면측 구조 A에 이용되는 세라믹스 기재(4)의 재질로서는 내식성 등을 고려하면, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 질화 규소 및 탄화 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하지만, 특히 질화 알루미늄인 것이 바람직하다.
또한, 배면측 구조 A의 측면도 면적이 작다고는 해도 부식 가스에 노출될 가능성이 있기 때문에, 100W/mK 이하의 질화 알루미늄으로 하는 것이 바람직하다.
또, 질화 알루미늄은 통상 170W/mK 정도의 열 전도율을 갖고 있다. 이러한 질화 알루미늄의 열 전도율을 100W/mK 이하로 조정하기 위해서는, 예를 들면 질화 알루미늄에 산소, Si, 천이 금속 등을 첨가하여 소결하는 방법이 가장 간단하지만, 낮은 열 전도율을 실현하는 방법은 이러한 방법에 특히 한정되지 않는다.
또한, 배면측 구조 A의 접착층(5)이 10W/mK 이하의 열 전도율을 갖음으로써, 단열 효과가 커지기 때문에 바람직하다. 또한 그 접착층(5)의 막 두께 T1은 10㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 1층당 10㎛ 이상의 막 두께의 접착층(5)을 2층 이상 형성하여 열을 전도하기 어렵게 할 수도 있다.
또한, 배면측 구조 A는, 도 3에 도시한 바와 같이 웨이퍼 보유면측 구조 B와 대략 동일한 외형 형태를 갖는 단열 구조를 이루고 있어도 된다. 이러한 경우, 배면측 구조 A의 외주면과 웨이퍼 보유면측 구조 B의 외주면과는 연속된 표면을 구성하게 된다.
또한, 단열 구조로서, 도 4에 도시한 바와 같이 히터(1)와 웨이퍼 보유체(10)의 배면과의 사이에 공극부(4A)를 형성한 구조로 하는 방법이 있고, 이에 따라 배면측 구조 A의 단열 효과가 비약적으로 향상된다. 공극부(4A)가 진공이면 단열에 가장 효과가 있지만, 공극부(4A)에 가스가 들어가 있어도 충분한 단열의 효과가 얻어진다. 공극부(4A)를 형성하지 않은 경우에 비교하여 웨이퍼 가열면의 설정 온도를 동일하게 하면, 필요 발열량이 반 정도로 경감되어 배면측으로의 단열 효과는 매우 높다. 두께가 0.01㎜ 이상의 공극부(4A)를 형성하면 그 단열 효과는 특히 현저해진다. 공극부(4A)를 2층 이상 형성하고, 임의의 단면에 있어서의 공극부(4A)의 두께의 합계가 0.01㎜ 이상이 되도록 하여도 된다.
또, 배면측 구조 A의 구성 재료로서 다공질 재료를 이용하여 임의의 단면에 있어서의 간극(공극부)의 유효 두께 합계가 0.001㎜로 되어도 상관없다.
공극부(4A)는 기판의 한쪽 혹은 다른쪽에 오목부를 형성하여 접합함으로써 형성된다. 그러나, 공극부(4A)를 형성하면 보유체(10)의 기계적인 강도는 저하될 가능성이 있다. 그래서, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 공극부(4A)에 여러개의 지지부(4B)를 형성한 복합 구조로 함으로써, 필요한 기계적 강도를 유지하면서 단열 효과를 상승시키는 방법도 있다.
또, 도 6은 도 5의 상하의 부재를 중첩시킨 구조의 단면도이다. 또한 도 3,도 5 및 도 6에 있어서는, 설명의 편의상 플라즈마 발생용 하부 전극(2)이나 정전 척용 전극(3)의 도시는 생략하였다.
또, 상기한 단열 구조는 도 7이나 도 8에 도시한 바와 같이 히터층(1)과 플라즈마 발생용 하부 전극(2) 또는 정전 척용 전극(3)과의 2층 구조로 이루어지는 것에도 적용될 수 있다. 또한 2층 구조의 경우, 히터(1) 상측의 도전층에 플라즈마 발생용 하부 전극 및 정전 척용 전극으로서의 쌍방의 기능을 아울러 갖게 하여도 된다.
또한, 상기한 단열 구조는 도 9나 도 10에 도시한 바와 같이 히터층(1)의 1층만의 구성에도 적용될 수 있다.
또한, 상기한 단열 구조는 도 11에 도시한 바와 같이 플라즈마 발생용 전극을 이용하지 않는 반도체 제조 장치에 적용되는 웨이퍼 보유체(10)에 적용될 수 있다. 이러한 경우, 웨이퍼 보유체(10)에는 플라즈마 발생용 하부 전극은 형성되지 않는다.
또, 웨이퍼 보유면측 구조 B의 세라믹스 기재(4)의 열 전도율은 150W/mK 이상인 것이 웨이퍼를 신속하게 가열하는 데에 있어서 바람직하다. 웨이퍼 보유면측 구조 B의 세라믹스 기재(4)의 재질로서는 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 질화 규소 및 탄화 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하지만, 특히 질화 알루미늄인 것이 바람직하다.
또한, 배면측 구조 A의 세라믹스 기재(4)를 웨이퍼 보유면측 구조 B의 세라믹스 기재(4)와 비교하여 낮은 열 전도율을 갖는 세라믹스로 하는 구성, 배면측 구조 A에 단열층이 형성된 구성, 및 히터(1)와 웨이퍼 보유체(10)의 배면과의 사이에 공극부가 형성된 구성의 모든 구성의 조합, 또는 임의의 각 2개의 구성의 조합에 의해 각 단열 효과가 조합되어 높은 단열 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 웨이퍼 보유체의 제조 방법에 관해서 설명한다.
질화 알루미늄 소결체는 종래의 방법으로 제조할 수 있다. 그 방법에서는 통상은 우선 질화 알루미늄 분말에 소결용의 조제의 분말을 혼합한다. 그러나, 실용시의 내식성을 생각하면 동일 조제는 적은 쪽이 바람직하다. 또한 그 때, 필요에 따라서 성형을 위해 유기질의 바인더가 첨가된다. 이들의 성형은 분말 프레스, 시트 성형 등 종래의 방법이 이용된다. 다음에 히터 회로가 형성된다. 히터 회로의 형성 방법은 2종류가 있고, 1개의 방법은 포스트 메탈라이즈법이다.
포스트 메탈라이즈법에서는 성형체가 탈지된 후, 소정의 온도에서 소결된다. 소결은 핫프레스, 상압 소결, HIP 등 공지의 방법 중 어느 것을 이용하여도 좋다. 기판 상에 고융점 금속인 W, Mo, 혹은 배선 재료로서 공지의 Ag, Ag-Pd, Ag-Pt, Ni-Cr이 필요한 패턴으로 형성된다. 패턴의 형성은 예를 들면 상기 금속 분말에 소성용의 조제와 바인더를 포함한 페이스트를 고정밀도 패턴으로 인쇄 도포함으로써 행해진다. 이것이 건조, 탈지된 후 소성된다.
또 하나의 방법은 코파이어법이다. 코파이어법에서는 미소결의 성형체 상에 위에서 설명한 W나 Mo 등의 고융점 금속을 포함한 페이스트가 도포되고, 탈지된 후, 도포된 금속층과 질화 알루미늄이 동시에 소결된다.
어느 것의 방법으로 제작한 메탈라이즈 기판끼리, 혹은 메탈라이즈 기판과 비메탈라이즈 기판이 접합되어 히터(1)를 매설한 구조가 얻어진다. 메탈라이즈 기판끼리의 접합에서는 메탈라이즈면끼리를 합하여 접합하는 경우는 없다.
그 접합은 산화물층(접착층 : 5)을 통해, 히터 회로(1)가 산화물층(5)과 웨이퍼 보유면과의 사이에 존재하도록 행해진다. 히터 회로(1)와 웨이퍼 보유면과의 사이에 산화물층(5)이 오도록 접합하게 되면, 보유체 상에 반도체 웨이퍼를 탑재하여 동일 웨이퍼를 가열할 때의 히터가 되는 층으로부터의 전열 효율이 저하되고, 또한 배면으로의 열 손실이 커진다. 산화물층(5)은 메탈라이즈면 혹은 비메탈라이즈면에 도포하여 베이킹함으로써 형성할 수도 있고, 용사(溶射)에 의해서 도포할 수도 있다. 증착이나 CVD, PVD 등을 이용한 방법도 좋지만, 그 방법은 소정 두께의 막 형성 효율이 나쁘다. 인쇄나 용사에 의해 도포하는 것은 산화물 분말이라도 좋고, 가열에 의해 산화물로 변화되는 재료이면, 유기염이나 무기염 또는 질화물, 불화물, 탄화물이 이용되어도 상관없다. 산화물 분말이 유리 분말이라도 상관없다. 최종적으로 형성된 산화물층(5)의 열 전도율이 10W/mK 이하가 되고, 기판끼리를 접합할 수 있는 재료이면 특별히 제약은 없다.
<실시예>
(실시예 1)
질화 알루미늄 분말에 소결 조제로서 Y2O3을 5질량%, 바인더로서 폴리비닐 알콜을 첨가하여 에탄올을 용매로서 볼밀로 분산 혼합하였다. 이것을 스프레이 드라이 건조 후, 소결된 상태에서 Φ305㎜×1㎜가 되도록 2장을 프레스 성형했다. 이것을 800℃ 질소 내에서 탈지하고 1800℃에서 4시간 소결했다. 소결체의 열 전도율은 175W/mK였다. 얻어진 소결체의 상하면을 다이아몬드 지립으로 연마하여 300㎜가 될 때까지 외주를 연마하였다.
W분말과 소성 조제를 에틸 셀룰로오스 바인더로 혼련(混練)한 고융점 금속 페이스트를 1장의 소결체 상에 히터선 폭이 1㎜, 선 간격이 1㎜의 스파이럴형 배선을 전면에 형성한 패턴으로 도포하였다. 이것을 질소 속에서 800℃에서 탈지하고, 질소 속에서 1600℃에서 베이킹하여 히터 배선을 형성하였다. 또한, 또 1장의 Φ300×1㎜의 소결체 상에 0.5W/mK의 유리 분말을 에틸 셀룰로오스 바인더로 혼련하여 50㎛의 두께로 인쇄하였다. 이것을 500℃에서 탈지한 후, 히터 배선을 형성한 상기 소결체와 중첩하여 Mo제의 지그로 고정하고, 500g의 하중을 가하여 800℃에서 질소 속에서 접합하였다.
200V의 전압으로 전류를 흐르게 함으로써 보유체 표면이 700℃가 되도록 설정하였다. 그 때의 히터 발열량은 2.0W/㎟가 되었다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일한 방법으로 성형체를 준비하였다. W분말과 소성 조제를 에틸 셀룰로오스 바인더로 혼련한 고융점 금속 페이스트를 성형체 상에 도포하였다. 동일 페이스트의 인쇄 패턴은 소결 수축 후에 실시예 1과 동일 패턴이 되도록 설계하였다. 800℃ 질소 속에서 탈지한 후, 이 위에 동일 페이스트를 인쇄하고 있지 않은 성형체를 중첩하고 가압하여 밀착시켰다. 그 후, 1800℃에서 4시간 소결하였다.
200V의 전압으로 전류를 흐르게 함으로써 보유체 표면이 700℃가 되도록 설정하였다. 그 때의 히터 발열량은 2.6W/㎟가 되었다.
(비교예 2)
실시예 1과 동일한 방법으로 성형체를 제작하였다. 이 위에 0.5㎜의 Mo 와이어를 스파이럴형으로 구부려 제작한 발열체를 놓았다. 이 위에 동일 형상의 성형체를 탑재하고, 800℃의 질소 속에서 탈지하고, 카본제의 형틀에 넣어 1800℃에서 4시간 핫프레스하였다. 얻어진 소결체의 상하면을 다이아몬드 지립으로 연마하고, Φ300㎜가 될 때까지 외주를 연마하였다. 질화 알루미늄 소결체의 열 전도율은 170W/mK이고, 두께는 2㎜였다.
200V의 전압으로 전류를 흐르게 함으로써 보유체 표면이 700℃가 되도록 설정하였다. 그 때의 히터 발열량은 2.8W/㎟가 되었다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 방법으로, 열 전도율이 175W/mK의 소결체를 제작하였다. W분말과 소성 조제를 에틸 셀룰로오스 바인더로 혼련한 고융점 금속 페이스트를 소결체 상에 실시예 1과 동일 패턴으로 도포했다. 이것을 질소 속에서 800℃에서 탈지하고, 질소 속에서 1600℃에서 베이킹하여 히터 배선을 형성하였다. 또한, 또 1장의 φ300×1㎜이고 열 전도율이 40W/mK인 비메탈라이즈의 질화 알루미늄 소결체 상에 SiO2계의 유리 분말을 에틸 셀룰로오스 바인더로 혼련하여 인쇄하였다. 이것을 500℃에서 탈지한 후, 히터 배선을 형성한 상기 소결체와 중첩하여 Mo제의 지그로 고정하고, 500g의 하중을 가하여 700℃에서 질소 속에서 접합하였다.
200V의 전압으로 전류를 흐르게 함으로써 보유체 표면이 700℃가 되도록 설정하였다. 그 때의 히터 발열량은 2.2 W/㎟이 되었다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일한 방법으로, 외부 직경이 소결된 상태에서 Φ320㎜이고 열 전도율이 175W/mK인 소결체를 제작하였다. W분말과 소성 조제를 에틸 셀룰로오스 바인더로 혼련한 고융점 금속 페이스트를 그 소결체 상에 실시예 1과 동일 패턴으로 도포하였다. 이것을 질소 속에서 800℃에서 탈지하고, 질소 속에서 1600℃에서 베이킹하여 히터 배선을 형성하였다. 또한 열 전도율이 40W/mK이고 Φ320×1㎜인 비메탈라이즈 기판을 준비하고, 그 기판에 Φ300㎜이고 0.1㎜의 깊이의 오목부를 중앙에 형성하였다. 그 비메탈라이즈 기판 상에 SiO2계의 유리 분말을 에틸 셀룰로오스 바인더로 혼련하여 인쇄하였다. 이것을 500℃에서 탈지한 후, 히터 배선을 형성한 상기 소결체와 중첩하여 10㎜ 폭의 외주부에서 접합하였다. 이러한 접합은 Mo제의 지그로 쌍방의 기판을 고정하고, 500g의 하중을 가하여 700℃에서 질소 속에서 가열함으로써 행하였다.
200V의 전압으로 전류를 흐르게 함으로써 보유체 표면이 700℃가 되도록 설정하였다. 그 때의 히터 발열량은 1.5W/㎟가 되었다.
금번 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라는 것이 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허 청구의 범위에 의해서 제시되고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 히터로부터 배면측의 세라믹스가 히터로부터 웨이퍼 보유면측의 부분과 비교하여 열 전도율이 낮은 세라믹스로 이루어지는 구성, 또는 히터로부터 배면측의 부분에 단열층이 형성된 구성, 또는 히터와 웨이퍼 보유체의 배면과의 사이에 공극부가 있는 구성이 채용되고 있다. 이들 구성이 단독으로 또는 조합됨으로써, 히터 배면측으로 열이 빠져나가는 것을 방지할 수 있어, 보유체 상에 배치된 웨이퍼를 효율적으로 가열할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼를 신속하게 가열할 수 있을 뿐만 아니라 보유체 하부에 배치된 시일의 열화를 억제할 수도 있다.
Claims (22)
- 히터와 상기 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 포함하고, 또한 상기 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 보유면과 배면을 포함하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서,상기 히터로부터 상기 배면측의 세라믹스 기재는 상기 히터로부터 상기 웨이퍼 보유면측의 부분과 비교하여 낮은 열 전도율을 갖은 세라믹스인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제1항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재는 열 전도율이 100W/mK 이하의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제1항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재와 상기 히터와의 사이에는 개재층이 형성되어 있고, 상기 개재층은 열 전도율이 10W/mK 이하인 접착층인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제3항에 있어서,상기 접착층의 두께는 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제1항에 있어서,상기 세라믹스 기재의 재질은 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 질화 규소 및 탄화 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 히터와 상기 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 포함하고, 또한 상기 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 보유면과 배면을 포함하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서,상기 히터로부터 상기 배면측의 부분에 단열층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제6항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재는 열 전도율이 100W/mK 이하의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제6항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재와 상기 히터와의 사이에는 개재층이 형성되어 있고, 상기 개재층은 열 전도율이 10W/mK 이하인 접착층인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제8항에 있어서,상기 접착층의 두께는 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제6항에 있어서,상기 세라믹스 기재의 재질은 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 질화 규소 및 탄화 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 히터와 상기 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 포함하고, 또한 상기 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 유지면과 배면을 포함하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서,상기 히터와 상기 웨이퍼 보유체의 상기 배면과의 사이에 공극부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제11항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재는 열 전도율이 100W/mK 이하의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제11항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재와 상기 히터와의 사이에는 개재층이 형성되어 있고, 상기 개재층은 열 전도율이 10W/mK 이하인 접착층인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제13항에 있어서,상기 접착층의 두께는 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제11항에 있어서,상기 세라믹스 기재의 재질은, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 질화 규소 및 탄화 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제11항에 있어서,상기 공극부의 두께는 0.01㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 히터와 상기 히터를 사이에 두는 한쌍의 세라믹스 기재를 포함하고, 또한 상기 히터를 사이에 두고 상호 대면하는 웨이퍼 보유면과 배면을 포함하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체에 있어서,상기 히터로부터 상기 배면측의 세라믹스는, 상기 히터로부터 상기 웨이퍼 보유면측의 부분과 비교하여 낮은 열 전도율을 갖는 세라믹스이고,상기 히터로부터 상기 배면측의 부분에 단열층이 형성되어 있고,상기 히터와 상기 웨이퍼 보유체의 상기 배면과의 사이에 공극부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제17항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재는 열 전도율이 100W/mK 이하의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제17항에 있어서,상기 한쌍의 세라믹스 기재 중, 상기 배면측의 세라믹스 기재와 상기 히터와의 사이에는 개재층이 형성되어 있고, 상기 개재층은 열 전도율이 10W/mK 이하인 접착층인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제19항에 있어서,상기 접착층의 두께는 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제17항에 있어서,상기 세라믹스 기재의 재질은, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 질화 규소 및 탄화 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
- 제17항에 있어서,상기 공극부의 두께는 0.01㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체.
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