KR101179013B1 - 반도체 지지 장치 - Google Patents

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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 장치용 서셉터의 평면도를 높게 유지하고, 제조 프로세스에 있어서 오염원이 되지 않는 내열성이 높은 접합제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
접합제(4)는 부가 경화형 실리콘 점착제로 이루어진 경화 시트에 의해 형성되고, 부가 경화형 실리콘 점착제는 1분자에 2개 이상의 비닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산과, R3SiO1/2(R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 탄소수 1～6의 1가 탄화수소기)로 표시되는 단위(이하 M이라 표기)와 SiO4/2로 표시되는 단위(이하 Q라고 표기)를 R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비(M/Q비)가 0.6 이상 1.5 이하의 범위 내가 되는 비율로 함유하는 오르가노폴리실록산수지와, 규소 원자 결합 수소 원자를 함유하는 오르가노하이드로젠폴리실록산과, 백금촉매와, 20[vol%] 이상 50[vol%] 이하의 함유율을 갖는 열전도성 필러를 함유한다.
접합제

Description

반도체 지지 장치{SEMICONDUCTOR SUPPORTING DEVICE}
본 발명은 정전 척 또는 히터부 정전 척 등의 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판을 접합시키는 접합제 및 이 접합제에 의해 접합된 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판을 구비하는 반도체 지지 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 제조 장치용 서셉터와, 반도체 제조 장치용 서셉터 상에 유지되는 Si 웨이퍼 기판의 온도를 제어하는 냉각판은 액상 실리콘 고무, 인듐(In)을 함유하는 금속층 또는 아크릴계나 에폭시계의 유기성 접착제에 의해 접합되어 있었다(특허 문헌 1, 2, 3 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제4-287344호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제3-3249호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2002-231797호 공보
그러나, 액상 실리콘 고무를 이용하여 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판을 접합시킨 경우, 액상 실리콘 고무의 경화시의 체적 수축에 의해 접합 후에 휨(warpage)이 발생하여 반도체 제조 장치용 서셉터의 평면도가 저하되는 경우가 있다. 또한, In을 함유하는 금속층을 이용한 경우에는, In이 제조 프로세스에 있어서 오염원이 되는 경우가 있다. 또한, 유기성 접착제를 이용한 경우에는, 유기성 접착제의 내열 온도가 100[℃] 정도로 낮기 때문에, 내열성의 면에서 문제가 있다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적은 반도체 제조 장치용 서셉터의 평면도를 높게 유지하고, 제조 프로세스에 있어서 오염원이 되지 않는 내열성이 높은 접합제를 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 반도체 제조 장치용 서셉터의 평면도를 높게 유지하고, 제조 프로세스에 있어서 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판의 접합층이 오염원이 되지 않는 내열성이 높은 반도체 지지 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 반도체 지지 장치는, 반도체 제조 장치용 서셉터와, 냉각판과, 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판을 접합시키는 접합제를 구비한다. 접합제는 부가 경화형 실리콘 점착제로 이루어진 경화 시트에 의해 형성되고, 1분자에 2개 이상의 비닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산과, R3SiO1/2(R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 탄소수 1～6의 1가 탄화수소기)로 표시되는 단위(이하 M이라 표기)와 SiO4/2로 표시되는 단위(이하 Q라고 표기)를 R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비(M/Q비)가 0.6 이상 1.5 이하의 범위 내가 되는 비율로 함유하는 오르가노폴리실록산 수지와, 규소 원자 결합 수소 원자를 함유하는 오르가노하이드로젠폴리실록산과, 백금 촉매와, 20[vol%] 이상 50[vol%] 이하의 함유율을 갖는 열전도성 필러를 함유하는 것을 특징으로 한다. M/Q비가 0.6 미만인 경우, 내열성은 향상되지만 점착성이 저하되기 쉬워지고, 또한, M/Q비가 1.5을 초과한 경우도 점착성이 저하되기 쉬워진다. 또한, 열전도성 필러의 함유율이 모든 계에 대하여 20[vol%] 미만인 경우, 열전도율이 불충분해지고, 반대로 50[vol%]를 초과한경우에는, 점착성이 저하된다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조 장치용 서셉터의 평면도를 높게 유지하고, 제조 프로세스에 있어서 오염원이 되지 않는 내열성이 높은 접합제를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 반도체 제조 장치용 서셉터의 평면도를 높게 유지하고, 제조 프로세스에 있어서 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판의 접합층이 오염원이 되지 않는 내열성이 높은 반도체 지지 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 접합제는 부가 경화형 실리콘 점착제로 이루어진 경화 시트에 의해 형성되고, 부가 경화형 실리콘 점착제는 1분자에 2개 이상의 비닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산과, R3SiO1/2(R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 탄소수 1～6의 1가 탄화수소기)로 표시되는 단위(이하 M이라 표기)와 SiO4/2로 표시되는 단위(이하 Q라고 표기)를 R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비(M/Q비)가 0.6 이상 1.5 이하의 범위 내가 되는 비율로 함유하는 오르가노폴리실록산수지와, 규소 원자 결합 수소 원자를 함유하는 오르가노하이드로젠폴리실록산과, 백금촉매와, 20[vol%] 이상 50[vol%] 이하의 함유율을 갖는 열전도성 필러를 함유한다.
부가 반응 경화형 실리콘 점착제 조성물은 바람직하게는 하기 (A) 내지 (E)를 함유하는 조성물로 이루어진 것이다.
(A) 1분자 속에 2개 이상의 비닐기를 갖는 디오르가노폴리실록산
(B) R3SiO1/2 단위(R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 탄소수 1～6의 1가 탄화수소기) 및 SiO4/2 단위를 함유하고, R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비가 0.6～1.5인 오르가노폴리실록산수지
(C) SiH기를 1분자 속에 3개 이상 함유하는 오르가노하이드로젠실록산
(D) 백금계 촉매
(E) 열전도성 필러
(A) 성분 속의 비닐기 함유량은, 바람직하게는 0.02～0.40[몰%], 보다 바람직하게는 0.04～0.25[몰%]이다. 0.02[몰%] 이하에서는 점착력, 유지력이 저하되고, 0.40[몰%] 이상에서는 점착력, 점성이 저하된다.
(A) 성분은 분자쇄 말단 및/또는 측쇄에 비닐기를 함유하는 쇄형의 오르가노폴리실록산이 바람직하며, 오일형 또는 생고무형이면 좋고, 그 점도는 25[℃]에 있어서 1000[mPa?s] 이상, 특히 10000[mPa?s] 이상이 바람직하다. 또한, 상한은 특별히 한정되지 않지만, 중합도가 20,000 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하다. (A) 성분은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
(B) 성분은 R3SiO1/2 단위(R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 탄소수 1～6의 1가 탄화수소기임) 및 SiO4/2 단위를 함유하고, R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비가 0.6～1.5, 바람직하게는 0.8～1.5, 더욱 바람직하게는 1.0～1.5인 오르가노폴리실록산이다. R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비가 0.6 미만에서는 점착력이나 점성이 저하되는 경우가 있고, 1.5을 초과하면 점착력이나 유지력이 저하되는 경우가 있다. (B) 성분은 SiOH기를 함유하고 있어도 좋고, OH기 함유량은 0～4.0[중량%]이면 좋다. 또한, (B) 성분은 2종 이상을 병용하여도 좋다. 또한, R로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기 등을 들 수 있으며, 메틸기가 바람직하다.
(A) 성분과 (B) 성분의 질량비는 80/20～20/80, 바람직하게는 60/40～30/70이다. (A) 성분의 배합 비율이 지나치게 적으면, 점성력의 저하라는 문제점이 있고, 반대로 (A) 성분의 배합 비율이 지나치게 많으면, 점착력의 저하라는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 못하다.
점착성 및 박리성의 점에서, 특히 (B) 성분의 R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰 비가 1.0～1.5이며, 또한, (A) 성분과 (B) 성분의 질량비가 50/50～40/60인 것이 보다 바람직하다.
(C) 성분은 가교제로서, 1분자 속에 SiH기를 적어도 3개, 바람직하게는 4개 갖는 오르가노히드로폴리실록산이며, 직쇄형, 분지쇄형, 환형인 것 등을 사용할 수 있다.
(C) 성분의 사용량은 (A) 성분 속의 비닐기에 대한 (C) 성분 속의 SiH기의 몰비가 1～25, 특히 5～20의 범위가 되도록 배합하는 것이 바람직하다. 1미만에서는 가교 밀도가 낮아지고, 이에 따라 유지력이 낮아지는 경우가 있으며, 25를 초과하면 점착력 및 점성이 저하되거나, 점착 시트의 제작에 있어서, 도포시의 점착제 조성물의 사용 가능 시간이 짧아지는 경우가 있다.
(D) 성분은 백금계 촉매로서, 염화백금산, 염화백금산의 알코올 용액, 염화백금산과 알코올의 반응물, 염화백금산과 올레핀 화합물의 반응물, 염화백금산과 비닐기 함유 실록산과의 반응물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 염화백금산과 비닐기 함유 실록산의 반응물이 바람직하고, 상품명 CAT-PL-50T(신에츠카가꾸고교 제조)로서 시판되고 있다.
(D) 성분의 첨가량은 (A) 및 (B) 성분의 합계 100 질량부에 대하여 백금분이 5～500[ppm], 특히 10～200[ppm]인 양이 바람직하다. 5[ppm] 미만에서는 경화성이 저하되고, 가교 밀도가 낮아져서 유지력이 저하되는 경우가 있고, 500[ppm]을 초과하면 도포시의 점착제 조성물의 사용 가능 시간이 짧아지는 경우가 있다.
(E) 성분의 열전도성 필러는 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 및 실리콘카바이드(SiC) 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
열전도성 필러는 평균 입자 직경이 1[㎛] 이하인 미세 입자와 평균 입자 직경이 10[㎛] 이상 30[㎛] 이하의 수치 범위 내에 있는 조대 입자를 중량비가 3:7 이상 1:9 이하의 범위 내가 되도록 혼합한 입자에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 미세 입자가 조대 입자 사이에 충전되고, 열전도성이 안정화한다. 또한, 최밀(最密) 충전화가 도모됨으로써, 접합제의 저탄성을 유지하면서 반도체 제조 장치용 서셉터 및 냉각판과의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 열전도성 필러의 평균 입자 직경이 30[㎛] 이상이 되면 접합제 표면의 평활성이 저하됨으로써 점착성이 저하되기 쉬워진다.
접합제와 반도체 제조 장치용 서셉터 및 냉각판의 접합면에는 미리 실란커플링계 프라이머를 도포해 두는 것이 바람직하다. 또한, 반도체 제조 장치용 서셉터는 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화붕소(BN), 산화이트륨 중 어느 하나에 의해 형성되고, 냉각판은 알루미늄 합금, 황동 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
필요에 따라 (F) 성분으로서 부가 반응 제어제를 첨가할 수 있다. (F) 성분은 실리콘 점착제 조성물을 조제 내지 도포할 때, 가열 경화 이전에 점착제 조성물이 증점이나 겔화를 일으키지 않도록 하기 위해서 첨가되는 것이다.
(F) 성분의 구체예로서는 3-메틸-1-부틴-3-올, 3-메틸-1-펜틴-3-올, 3,5-디 메틸-1-헥신-3-올, 1-에티닐시클로헥산올, 3-메틸-3-트리메틸실록시-1-부틴, 3-메틸-3-트리메틸실록시-1-펜틴, 3,5-디메틸-3-트리메틸실록시-1-헥신, 1-에티닐-1-트리메틸실록시시클로헥산, 비스(2,2-디메틸-3-부티녹시)디메틸실란, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐시클로테트라실록산, 1,1,3,3-테트라메틸-1,3-디비닐디실록산 등을 들 수 있다.
(F) 성분의 배합량은 (A) 및 (B) 성분의 합계 100 질량부에 대하여 0～8.0 질량부의 범위인 것이 바람직하고, 특히 0.05～2.0 질량부가 바람직하다. 8.0 질량부를 초과하면 경화성이 저하되는 경우가 있다.
본 발명에 따른 실리콘 점착제 조성물에는 상기 각 성분 이외에 임의의 성분을 첨가할 수 있다. 예컨대, 디메틸폴리실록산, 디메틸디페닐폴리실록산 등의 비반응성 오르가노폴리실록산, 도포시의 점도를 낮추기 위한 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 용제, 헥산, 옥탄, 이소파라핀 등의 지방족계 용제, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤계 용제, 아세트산에틸, 아세트산이소부틸 등의 에스테르계 용제, 디이소프로필에테르, 1,4-디옥산 등의 에테르계 용제 또는 이들의 혼합 용제, 산화방지제, 염료, 안료 등을 들 수 있다. 또한, 통상, 조성물의 점도를 낮추어 도포를 용이하게 하기 위해서 용제가 사용된다.
실리콘 점착제 조성물의 도포량은 경화한 후의 점착층의 두께가 50～300[㎛], 바람직하게는 100～200[㎛]이 되도록 선택할 수 있다.
경화 조건으로는 부가 반응 경화형인 것은 90～120[℃]에서 5～20[분]으로 할 수 있지만, 이것만은 아니다.
본 발명에 따른 접합제는 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 반도체 웨이퍼(1)를 지지하는 반도체 제조 장치용 서셉터(2)와, 냉각 매체 공급로(3a)에 공급된 냉각 매체에 의해 반도체 제조 장치용 서셉터(2)를 냉각시킴으로써 반도체 웨이퍼(1)의 온도를 제어하는 냉각판(3)을 구비하는 반도체 지지 장치에 있어서의, 반도체 제조 장치용 서셉터(2)와 냉각판(3)을 접합시키기 위한 접합제(4)에 적용할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 반도체 지지 장치에서는, 반도체 제조 장치용 서셉터(2), 냉각판(3) 및 접합제(4)에는 반도체 웨이퍼(1)와 반도체 제조 장치용 서셉터(2) 사이에 가스를 공급하기 위한 가스 채널(5)과, 리프트 핀을 삽입하여 반도체 제조 장치용 서셉터(2)로부터 반도체 웨이퍼(1)를 떼어내기 위한 리프트 핀 구멍(6)이 형성되어 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1에서는, 처음에, 분자쇄 양 말단에 비닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산을 100 질량부, R3SiO1/2(R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 탄소수 1～6의 1가 탄화수소기)로 표시되는 단위(이하 M이라 표기)와 SiO4/2로 표시되는 단위(이하 Q라고 표기)를 R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비(M/Q비)가 1.1이 되는 비율로 함유하는 오르가노폴리실록산수지를 180 질량부, 규소 원자 결합 수소 원자를 함유하는 오르가노하이드로젠폴리실록산을 비닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산의 비닐기에 대한 성분 속의 SiH기의 몰비가 15가 되는 양, 백금촉매 및 20[vol%]의 함유율 을 가지며, 평균 입자 직경 0.7[㎛]의 산화알루미늄(미세 입자)과 평균 입자 직경 20[㎛]의 산화알루미늄(조대 입자)을 중량비 10:90의 비율로 혼합한 열전도성 필러로 이루어진 혼합물을 톨루엔에 용해시킨 부가 경화형 실리콘 점착제를 PET 이형 필름에 도포하고, 100[℃]의 열풍 순환식 건조기 내에서 10분간 경화시킨 후, 경화물을 PET 이형 필름으로부터 박리함으로써 두께 120[㎛]의 실시예 1의 접합제를 얻었다. 다음에, 본 접합제를 여러 가지 형상의 알루미늄(Al) 각판(角板)과 질화알루미늄(AlN) 각판에 100[℃], 1.4[MPa]로 10분간 가열 가압 접합시킴으로써 실시예 1의 접합체를 얻었다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, Al과 AlN의 접합면에 미리 실란커플링계 프라이머를 도포한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 2의 접합체를 얻었다.
[실시예 3]
실시예 3에서는, 미세 입자와 조대 입자의 중량비를 30:70으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 3의 접합체를 얻었다.
[실시예 4]
실시예 4에서는, 미세 입자와 조대 입자의 중량비를 20:80으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 4의 접합체를 얻었다.
[실시예 5]
실시예 5에서는, 열전도성 필러의 함유율을 33[vol%]으로 한 것 이외에는 실 시예 1과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 5의 접합체를 얻었다.
[실시예 6]
실시예 6에서는, 미세 입자와 조대 입자의 중량비를 20:80으로 한 것 이외에는 실시예 5와 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 6의 접합체를 얻었다.
[실시예 7]
실시예 7에서는, Al과 AlN의 접합면에 미리 실란커플링계 프라이머를 도포한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 7의 접합체를 얻었다.
[실시예 8]
실시예 8에서는, M/Q비를 1.5로 한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 8의 접합체를 얻었다.
[실시예 9]
실시예 9에서는, Al과 AlN의 접합면에 미리 실란커플링계 프라이머를 도포한 것 이외에는 실시예 8과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 9의 접합체를 얻었다.
[실시예 10]
실시예 10에서는, M/Q비를 0.6으로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 10의 접합체를 얻었다.
[실시예 11]
실시예 11에서는, 조대 입자의 평균 입자 직경을 10[㎛]으로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 11의 접합체를 얻었다.
[실시예 12]
실시예 12에서는, 조대 입자의 평균 입자 직경을 30[㎛]으로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 12의 접합체를 얻었다.
[실시예 13]
실시예 13에서는, 열전도성 필러의 함유율을 50[vol%]으로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 13의 접합체를 얻었다.
[실시예 14]
실시예 14에서는, 열전도성 필러의 재질을 질화알루미늄(AlN)으로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 14의 접합체를 얻었다.
[실시예 15]
실시예 15에서는, 열전도성 필러의 재질을 탄화규소(SiC)로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 실시예 15의 접합체를 얻었다.
[비교예 1]
비교예 1에서는, 평균 입자 직경 10[㎛]의 열전도성 필러를 30[vol%] 함유하는 아크릴수지를 준비하고, 이 아크릴수지에 의해 Al 및 AlN과 접합시킴으로써 비교예 1의 접합체를 얻었다.
[비교예 2]
비교예 2에서는, M/Q비를 0.4로 한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 2의 접합체를 얻었다.
[비교예 3]
비교예 3에서는, M/Q비를 1.7로 한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 3의 접합체를 얻었다.
[비교예 4]
비교예 4에서는, 열전도성 필러의 함유율을 60[vol%]으로 한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 4의 접합체를 얻었다.
[비교예 5]
비교예 5에서는, 미세 입자와 조대 입자의 중량비를 5:95로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 5의 접합체를 얻었다.
[비교예 6]
비교예 6에서는, 조대 입자의 평균 입자 직경을 40[㎛]으로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 6의 접합체를 얻었다.
[비교예 7]
비교예 7에서는, 열전도성 필러의 재질을 질화알루미늄(AlN)으로 한 것 이외에는 비교예 4와 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 7의 접합체를 얻었다.
[비교예 8]
비교예 8에서는, 열전도성 필러의 재질을 탄화규소(SiC)로 한 것 이외에는 비교예 4와 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 8의 접합체를 얻었다.
[비교예 9]
비교예 9에서는, 열전도성 필러의 함유율을 15[vol%]로 한 것 이외에는 실시 예 7과 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 9의 접합체를 얻었다.
[비교예 10]
비교예 10에서는, 열전도성 필러의 재질을 질화알루미늄(AlN)으로 한 것 이외에는 비교예 9와 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 10의 접합체를 얻었다.
[비교예 11]
비교예 11에서는, 열전도성 필러의 재질을 탄화규소(SiC)로 한 것 이외에는 비교예 9와 동일한 조건으로 제조함으로써, 비교예 11의 접합체를 얻었다.
[전단 박리 시험]
폭 25[㎜]×길이 35[㎜]×두께 10[㎜]의 AlN제 각판(11)과 Al제 각판(12) 사이에 상기 실시예 1 내지 실시예 15 및 비교예 1 내지 비교예 8의 각 접합제를 25×25[㎜]의 크기로 잘라낸 것을 사이에 끼워 100[℃], 14[atm]로 가열 가압하여 접합체를 제작하였다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같은 전단 박리 시험 장치를 이용하여 실온 및 150[℃]에 있어서의 각 접합체의 전단 박리 강도와 전단 신장을 측정하였다. 측정 결과를 이하의 표 1에 나타낸다. 또한, Φ300 ㎜ 사이즈의 실체 접합체에 있어서는, 접합계면의 기밀성을 유지하기 위해서 전단 박리 강도가 실온에서 0.5[MPa] 이상, 150[℃]에서 0.2[MPa] 이상, 또한, 전단 신장에 대해서는 실온, 150[℃] 모두 0.04 이상을 목표값으로 하는 것을 경험적으로 알고 있다.
표 1로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 15의 접합체는 비교예 1 내지 비교예 8의 접합체에 비하여 전단 박리 강도 및 전단 신장이 우수하였다. 한편, 비교예 1의 접합체는 접합제가 내열성이 낮은 아크릴수지에 의해 형성되어 있기 때문에, 승온에 따른 전단 박리 강도의 열화가 심하였다. 비교예 2의 접합체는 접합제의 M/Q비가 낮아 점착성이 약하기 때문에, 전단 박리 강도가 낮았다. 비교예 3의 접합체는 접합제의 M/Q비가 높고 점착성이 강하지만 지나치게 무르기 때문에, 전단 박리 강도가 낮았다. 비교예 4의 접합체는 접합제의 열전도성 필러의 함유율이 지나치게 많기 때문에 점착성이 약하고, 전단 박리 강도가 낮았다. 비교예 5의 접합체는 열전도성 필러의 미세 입자가 지나치게 적기 때문에, 점착성이 약하고, 전단 박리 강도가 낮았다. 비교예의 접합체는 열전도성 필러의 조대 입자의 평균 입자 직경이 지나치게 크기 때문에, 점착성이 약하고, 전단 박리 강도가 낮았다. 비교예 7 및 비교예 8의 접합체에서는, 열전도성 필러의 함유량이 지나치게 많기 때문에, 점착성이 약하고, 전단 박리 강도가 낮았다.
Figure 112008009584019-pat00001
[열전도율의 열 열화 시험]
Φ10×t1[㎜]의 AlN제 원판(圓板)과 Φ10×t2[㎜]의 Al제 원판 사이에 실시예 1, 실시예 5 내지 실시예 9 및 비교예 1, 비교예 4, 비교예 7 내지 비교예 11의 각 접합제를 25×25[㎜]의 크기로 잘라낸 것을 사이에 끼워 100[℃], 14[atm]로 가열 가압하여 접합체를 제작하였다. 그리고, 150[℃]의 상태로 500시간 유지하는 내구 시험을 행한 후의 각 접합체의 열전도율을 레이저 플래시법에 의해 측정하고, 열전도율의 열 열화를 측정하였다. 그리고, 측정된 접합체 전체의 열전도율에서 이미 알고 있는 AlN(90[W/mK]) 및 Al(160[W/mK])의 열전도율을 제외함으로써 접합제 단체(單體) 및 접합계면의 열저항을 가미한 접합층의 열전도율을 산출하였다. 측정 결과를 이하의 표 2에 나타낸다. 열전도율의 목표값은 0.30[W/mK] 이하이다.
비교예 1, 비교예 4, 비교예 7 내지 비교예 11의 접합체에서는, 접합제의 열전도율이 내구 시험 후에 저하하는 데 반하여, 실시예 1, 실시예 5 내지 실시예 9, 실시예 11 내지 실시예 5의 접합체에서는, 내구 시험 전후로 접합제의 열전도율 저하는 확인되지 않았다. 실시예 1, 실시예 5 내지 실시예 9, 실시예 11 내지 실시예 15의 접합체에서는 내구 시험 전후로 접합제의 열전도율 저하가 확인되지 않은 이유로는, 실시예 1, 실시예 5 내지 실시예 9, 실시예 11 내지 실시예 15의 접합체에서는, 접합제가 기본적으로 내열성을 갖는 실리콘수지이며, 또한, M/Q비 및 열전도성 필러의 함유량이 적당하므로, 접합제의 점착성이 충분히 발현되었기 때문이라는 것을 생각할 수 있다. 한편, 비교예 1, 비교예 4, 비교예 7 내지 비교예 11의 접합체에서는 접합제의 열전도율이 내구 시험 후에 저하된 이유로는, 비교예 1의 접합체에서는 접합제가 내열성이 낮은 아크릴수지이기 때문, 비교예 2의 접합체에서는 접합제의 M/Q비가 낮아 점착성이 약하기 때문, 비교예 3의 접합체에서는 접합제의 M/Q비가 높아 점착성이 약하기 때문, 비교예 4, 비교예 7, 비교예 8의 접합체에서는 열전도성 필러의 함유율이 많아서 접합제의 점착성이 약하기 때문, 비교예 9 내지 비교예 11의 접합체에서는 열전도성 필러의 함유량이 지나치게 적기 때문이라는 것을 생각할 수 있다.
Figure 112008009584019-pat00002
[열 사이클 시험]
AlN제의 반도체 제조 장치용 서셉터와 Al제의 냉각판을 전단 박리 시험으로부터 추출한 대표예인 실시예 1, 실시예 5 내지 실시예 9, 실시예 13 내지 실시예 15 및 비교예 1 내지 비교예 4의 접합제를 사이에 끼워 100[℃], 14[atm]로 가열 가압 접합시키고, 접합 후 및 내구 시험(30[℃]에서 150[℃]으로 승온한 후에 다시 30[℃]으로 온도를 낮추는 처리를 30사이클 실시) 후의 평면도와 접합계면에 있어서의 가스 누설을 평가하였다. 또한, 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판의 치수는 각각 Φ300×t10[㎜], Φ300×t30[㎜]으로 하였다. 또한, 가스 누설의 평가는 반도체 제조 장치용 서셉터의 가스 채널을 막고, 냉각판에 있는 가스 채널로부터 He 누설 검출기로 배기하면서 접합부에 He을 분사하여, He 누설량을 측정함으로써 행하였다. 이 결과를 이하의 표 3에 나타낸다. 실시예 1, 실시예 5 내지 실시예 9, 실시예 13 내지 실시예 15의 접합제에 의해 반도체 제조 장치용 서셉터와 냉각판을 접합시킨 경우, 접합 후 및 내구 시험 후에도 가스 누설이 확인되지 않았던 것에 반하여, 비교예 1 내지 비교예 4의 접합제에 의해 접합시킨 경우에는, 30사이클의 내구 시험 후에 가스 누설이 확인되었다. 평면도는 실시예 1, 실시예 5 내지 실시예 9, 실시예 13 내지 실시예 15 및 비교예 1 내지 비교예 4 모두 30[um] 이하로서, 실사용상 문제가 없는 레벨이었다.
Figure 112008009584019-pat00003
이상, 본 발명자 들에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 이 실시 형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않는다. 즉, 상기 실시 형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시 형태, 실시예 및 운용 기술 등은 전부 본 발명의 범주에 포함되는 것은 물론인 것을 덧붙여 둔다.
도 1은 본 발명의 실시 형태가 되는 반도체 지지 장치의 구성을 도시한 모식도.
도 2는 본 발명의 실시 형태가 되는 전단 박리 시험 장치의 구성을 도시한 모식도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 반도체 웨이퍼 2 : 반도체 제조 장치용 서셉터
3 : 냉각판 3a : 냉각 매체 공급로
4 : 접합제 5 : 가스 채널
6 : 리프트 핀 구멍 11 : AlN제 각판
12 : A1제 각판 13a, 13b : 전단 시험 지그

Claims (9)

  1. 반도체 웨이퍼를 지지하는 반도체 제조 장치용 서셉터와,
    냉각판과,
    상기 반도체 제조 장치용 서셉터와 상기 냉각판을 접합하는 접합제를 구비하고,
    상기 접합제는, 부가 경화형 실리콘 점착제로 이루어지는 경화 시트에 의해 형성되며,
    상기 부가 경화형 실리콘 점착제는,
    1분자에 2개 이상의 비닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산과,
    R3SiO1/2(R은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 탄소수 1～6의 1가 탄화수소기)로 표시되는 단위(이하, M으로 표기)와 SiO4/2로 표시되는 단위(이하, Q로 표기)를 R3SiO1/2 단위/SiO4/2 단위의 몰비(M/Q비)가 0.6 이상 1.5 이하의 범위 내가 되는 비율로 포함하는 오르가노폴리실록산 수지와,
    규소 원자 결합 수소 원자를 함유하는 오르가노하이드로젠폴리실록산과,
    백금 촉매와,
    20[vol%] 이상 50[vol%] 이하의 함유율을 갖는 열전도성 필러
    를 함유하고,
    상기 접합제와 상기 반도체 제조 장치용 서셉터 및 상기 냉각판의 접합 계면에 실란커플링계 프라이머층을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 장치용 서셉터 및 상기 냉각판은 직경이 300 ㎜ 이상인 것인 반도체 지지 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부가 경화형 실리콘 점착제의 층의 두께는 50[㎛]～300[㎛]인 것인 반도체 지지 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열전도성 필러는 산화알루미늄, 질화알루미늄 및 실리콘카바이드 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 지지 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 열전도성 필러는 산화알루미늄, 질화알루미늄 및 실리콘카바이드 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 지지 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반도체 제조 장치용 서셉터는 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화붕소, 산화이트륨 중 어느 하나에 의해 형성되고, 상기 냉각판은 알루미늄 합금, 황동 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 지지 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 반도체 제조 장치용 서셉터는 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화붕소, 산화이트륨 중 어느 하나에 의해 형성되고, 상기 냉각판은 알루미늄 합금, 황동 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 지지 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 반도체 제조 장치용 서셉터는 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화붕소, 산화이트륨 중 어느 하나에 의해 형성되고, 상기 냉각판은 알루미늄 합금, 황동 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 지지 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 반도체 제조 장치용 서셉터는 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화붕소, 산화이트륨 중 어느 하나에 의해 형성되고, 상기 냉각판은 알루미늄 합금, 황동 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 지지 장치.
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