KR101304142B1 - 기판 적재 부재의 분해 방법 및 재이용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 적재 부재를 열분해 시작 온도부터 열분해 종료 온도까지의 범위의 열분해 온도로 가열하여 유기 접착제층을 연화 및 분해하면서, 정전 척과 베이스 부재를 분리시키는 것을 목적으로 한다.
기판, 적재, 정전 척

Description

기판 적재 부재의 분해 방법 및 재이용 방법{DISASSEMBLY METHOD AND REUSE METHOD OF SUBSTRATE MOUNTING MEMBER}
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 적재 부재를 도시하는 단면도.
도 2는 가열 장치 내에서 베이스 부재의 분리를 행하는 상태를 도시하는 단면도.
도 3은 고온 플레이트 상에 기판 적재 부재를 적재하여 베이스 부재의 분리를 행하는 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 고온 플레이트 상의 전열 부재에 기판 적재 부재를 적재하여 베이스 부재의 분리를 행하는 상태를 도시하는 단면도.
도 5는 기판 적재 부재에 추를 부착하는 상태를 도시하는 사시도.
도 6은 추를 부착한 기판 적재 부재를 가열 장치 내에 배치하여 베이스 부재의 분리를 행하는 상태를 도시하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 기판 적재 부재 3: 베이스 부재
5: 정전 척 7: 유기 접착제층
9 : 단차부 11 : 수용 구멍
13 : 전압 인가용 단자 15 : 부착 구멍
본 발명은, 기판 적재 부재의 분해 방법 및 재이용 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기판 적재 부재를 구성하는 정전 척과 베이스 부재를 분리시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 이 분리시킨 정전 척과 베이스 부재 중 적어도 어느 하나를 재이용하는 방법에 관한 것이다. 상기 기판 적재 부재는 웨이퍼 등의 기판에 드라이 에칭이나 성막 등의 처리를 행하는 것이다.
본 발명은 2005년 11월 07일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2005-322193호를 기초로 그 우선권을 주장하고 있으며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 명백히 통합되어 있다.
반도체 디바이스 등의 제조 공정에서, 플라즈마 에칭 등을 고진공하에서 처리하기 위해, 기판 적재 부재를 구성하는 정전 척을 이용하여 반도체 웨이퍼를 유지하는 기술이 이용되고 있다.
이 기판 적재 부재는 베이스 부재와 정전 척을 유기 접착제층을 통해 접합한 것이다. 그리고, 기판 적재 부재는 장기간 사용하면 유기 접착제층이 열화되어 베이스 부재와 정전 척과의 열전도성 등이 저하된다. 따라서, 종래는 기판 적재 부재를 소정 시간 이상 사용한 후에 폐기 처분을 하고 있었다.
그러나, 기판 적재 부재가 고가이기 때문에 최근에는, 베이스 부재와 정전 척을 분리하여 재이용하는 기술이 개발되었다. 이것은, 장기간의 사용에 따라 열 화된 유기 접착제층을 유기 용제로 용해시켜 제거함으로써, 베이스 부재와 정전 척을 분리시키는 방법이다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 제2004-55815호 참조).
그러나, 상기 종래 기술에서의 유기 용제를 이용한 분해 방법에서는, 유기 용제가 유기 접착제층에 잘 침투되지 않기 때문에 유기 접착제층을 용해시키는 데 매우 긴 시간이 소요되는 문제가 있었다.
또한, 유기 용제를 이용하여 유기 접착제층의 일부를 용해시킨 후, 와이어 쏘 등을 이용하여 유기 접착제층의 나머지 부분을 물리적으로 깎아내는 방법도 고안되었다. 그러나, 이 방법은 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 베이스 부재에 흠집이 생길 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
그래서, 본 발명의 목적은 단시간이면서 베이스 부재 등에 흠집을 내지 않고, 베이스 부재와 정전 척을 분리하는 기판 적재 부재의 분해 방법, 및 이 분리한 베이스 부재와 정전 척을 재차 접합시키는 재이용 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 기판 적재 부재의 분해 방법은, 정전 척 및 베이스 부재를 유기 접착제층을 통해 접합한 기판 적재 부재를, 상기 유기 접착제층의 열분해 시작 온도부터 열분해 종료 온도까지의 범위의 열분해 온도로 가열하여 상기 유기 접착제층을 연화 및 분해시키는 단계와, 상기 정전 척과 베이스 부재를 서로 이격시키는 방향으로 분리 하중을 부가하는 것에 의해, 상기 정전 척과 베이스 부재를 분리시키는 단계를 갖는 기판 적재 부재의 분해 방법이 다.
또한, 본 발명에 따른 기판 적재 부재의 재이용 방법은, 상기 분해 방법을 이용하여 정전 척과 베이스 부재를 분리시킨 후, 이 분리시킨 정전 척과 베이스 부재 중 적어도 어느 하나를 재이용하는 방법이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명한다.
[제1 실시형태]
우선, 본 발명에 따른 제1 실시형태에 관해서 설명한다.
본 실시형태에 따른 기판 적재 부재(1)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 베이스 부재(3)와, 반도체 웨이퍼를 유지하는 정전 척(5)과, 이들 베이스 부재(3) 및 정전 척(5)을 접합하는 유기 접착제층(7)을 구비하고 있다. 즉, 기판 적재 부재(1)는 베이스 부재(3)와 정전 척(5)을 유기 접착제층(7)을 통해 접합한 것이다.
상기 베이스 부재(3)는 원반형의 외형을 이루고 있고, 외주면(61)의 상단부에는 단차부(9)가 형성되어 있다. 또한, 도면에 도시되지 않은 리프트 핀용 지지판을 수용하는 수용 구멍(11)이 베이스 부재(3)의 판 두께 방향으로 관통하여 원주 방향을 따라 등간격으로 복수개 형성되어 있다. 또한, 직경 방향 중심에는 전압 인가용 단자(13)의 부착 구멍(15)이 뚫려 있다. 이 부착 구멍(15)의 내주측에 절연성을 갖는 에폭시 수지(17)가 충전되어 전압 인가용 단자(13)와 베이스 부재(3) 사이의 절연을 유지하고 있다.
또한, 상기 정전 척(5)도 원반형의 외형을 이루고 있고, 질화알루미늄 또는 알루미나로 형성되어 있다. 상기 베이스 부재(3)의 수용 구멍(11)에 대응한 위치에 리프트 핀 구멍(19)이 뚫려 있다. 이 리프트 핀 구멍(19)의 하부에는 스폿 페이싱부(spot facing portion)(21)가 형성되고, 도시하지 않는 리프트 핀이 베이스 부재(3)의 수용 구멍(11)에 연통하도록 마련된다. 도면에 도시되지 않은 리프트 핀용 지지판에 결합된 리프트 핀의 선단이 이 리프트 핀 구멍(19)으로부터 출몰하도록 구성되어 있다. 그리고, 정전 척(5)의 내부에는 원판형 전극(23)이 매설되어 있고, 이 원판형 전극(23)은 상기 전압 인가용 단자(13)에 접합되어 있다.
또한, 베이스 부재(3)와 정전 척(5)을 접합하는 유기 접착제층(7)은 열경화성 아크릴 수지, 열경화성 실리콘 수지, 열경화성 폴리이미드 수지, 열경화성 에폭시 수지, 열경화성 아크릴 수지, 및 열가소성 아크릴 수지 등을 이용하는 것이 바람직하다. 이 유기 접착제층(7)은 점성이 있는 접착제를 베이스 부재(3) 또는 정전 척(5)에 도포함으로써 형성할 수 있다. 또한, 미리 시트형으로 상기 유기 접착제를 형성하고, 베이스 부재(3)와 정전 척(5) 사이에 끼워 넣어 접착함으로써 유기 접착제층(7)을 형성할 수 있다.
또한, 기판 적재 부재(1)를 가열하는 가열 장치에 관해서 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 가열 장치(25)는 외기로부터 차단된 상자형의 가열로(27)와, 이 가열로(27) 내의 저면(29)에 배치되고 위쪽으로 연장되는 지지체(31)를 구비하고 있다. 이 지지체(31)는 플랜지형의 저부(33)와, 이 저부(33)로부터 위쪽으로 연장되는 원주형의 본체부(35)와, 이 본체부(35)의 상단에 형성된 볼록부(37)로 이루어진다. 상기 저부(33)는 쓰러지지 않도록 넓은 면적의 플랜지형으로 형성되고, 가열로(27)의 저면(29)에 고정되어 있다. 또한, 본체부(35)의 직경은 베이스 부재(3)의 수용 구멍(11)보다 작은 직경으로 설정되어 있다. 저부(33)의 상면으로부터 본체부(35)의 상면까지의 높이(H)는 베이스 부재(3)의 두께와 정전 척(5)의 스폿 페이싱부(21)의 깊이와의 합산 치수(S)보다 길게 형성되어 있다. 이 높이(H)와 합산 치수(S)의 차는 5mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 가열로(27) 내에는 질소 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있고, 가열로(27) 내의 내부 온도는 유기 접착제층(7)의 열분해 온도(예컨대 300℃)로 유지되어 있다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 가열 장치로서, 고온 플레이트(39)를 이용할 수 있다. 이 고온 플레이트(39)를 이용하는 경우는 기판 적재 부재(1)를 외기에 노출시킨 채로 가열한다.
고온 플레이트(39)는 미도시된 전원에 접속되어 있고, 가열된 고온 플레이트(39)의 상면에 직접적으로 기판 적재 부재(1)를 적재함으로써, 기판 적재 부재(1)를 가열할 수 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 고온 플레이트(39)의 상면에 전열 부재(41)를 적재한 것을 가열 장치로서 이용할 수도 있다. 이 전열 부재(41)는 예컨대 질화알루미늄으로 이루어지는 세라믹재로 형성되는 것이 바람직하다. 이하, 기판 적재 부재의 분해 방법을 각 공정별로 설명한다.
(1) 유기 접착제층의 열분해 온도의 측정 공정
우선, 유기 접착제층(7)을 형성하는 수지계 접합 시트 등의 접합재에 관해서, 접합재가 열분해를 일으키는 열분해 온도를 측정한다. 구체적으로는, 상기 접 합재를 가열하여 접합재의 온도를 상승시키는 동안, 접합재 전체의 중량과, 열분해에 의해 가스 방출하여 소실한 접합재의 중량과의 비율을 측정한다. 예컨대, 가열 전의 접합재 전체의 중량을 500mg으로 하고, 5℃/분의 가열 속도로 가열한 경우, 열분해한 만큼의 중량이 10%(50mg)가 되는 온도를 열분해 시작 온도로 설정한다. 또한, 열분해한 만큼의 중량이 가열 전의 중량에 대하여 50%(250mg)가 되는 온도를 열분해 종료 온도로 설정한다. 그리고, 이들 열분해 시작 온도와 열분해 종료 온도 사이의 온도를 열분해 온도로 한다. 또한, 이들 열분해한 중량의 비율은 유기 접착제층(7)의 종류에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 또한, 실제로 열분해 중량을 측정하지 않고, 접합재의 제품 카탈로그 등에 기재된 데이터로부터 열분해 시작 온도와 열분해 종료 온도를 추정하여 구할 수도 있다.
(2) 정전 척과 베이스 부재와의 분리 공정
계속해서, 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 가열하면서 분리시킨다. 이 분리 방법으로서, 베이스 부재(3)의 자체 중량을 이용하는 경우, 베이스 부재(3)에 추를 부착하며, 이들 베이스 부재(3)와 추의 합산 하중을 이용하는 경우, 마이너스 드라이버 등의 공구를 이용하는 것 등을 적용할 수 있다.
우선, 기판 적재 부재(1)의 가열 방법에 관해서 설명한다. 이 가열 방법에는 가열로(27) 내에 기판 적재 부재(1)를 배치하여 가열하는 방법, 고온 플레이트(39) 상면에 기판 적재 부재(1)를 적재하여 가열하는 방법, 및 고온 플레이트(39)의 상면에 전열 부재(41)를 설치하고, 이 전열 부재(41)의 상면에 기판 적재 부재(1)를 적재하여 가열하는 방법이 있다.
베이스 부재(3)의 자체 중량을 이용하는 경우에 관해서 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 상자형의 가열로(27)와, 이 가열로(27) 내에 배치한 지지체(31)로 이루어지는 가열 장치(25)를 이용한다.
이 가열로(27) 내에는 불활성 가스인 질소 가스를 충전하고, 로 내의 온도를 상기 가열 온도로 승온시킨다. 이 상태로, 기판 적재 부재(1)를 가열로(27) 내에 수용하여 가열한다. 구체적으로는, 기판 적재 부재(11)에서의 베이스 부재(3)를 하측으로 배치하고, 상기 지지체(31)의 볼록부(37)에 정전 척(5)의 리프트 핀 구멍(19)을 끼워 맞춰 지지체(31)에 정전 척(5)을 현가한다.
상기 가열에 따라서, 유기 접착제층(7)이 열분해를 시작하여 연화하기 때문에 유기 접착제층(7)의 접착 강도가 서서히 저하된다. 또한, 정전 척(5)과 베이스 부재(3)의 경계 부분(59)에는 아래쪽을 향해 베이스 부재(3)의 자체 중량이 부가되기 때문에 베이스 부재(3)가 정전 척(5)으로부터 분리되어 낙하한다.
또한, 밀폐된 가열로(27) 내를 일단 감압한 후 불활성 가스를 도입할 수도 있고, 가열로(27)를 밀폐하지 않고 불활성 가스를 가열로(27) 내부에 유입시킬 수도 있다. 가열시에 가열로(27) 내의 산소 농도를 100ppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 산소 농도를 100ppm 이하로 함으로써, 베이스 부재(3)나 정전 척(5) 표면의 산화가 없어지고, 또한 분리시킬 때에 이들 베이스 부재(3)나 정전 척(5)의 열화가 없어진다.
그 다음, 베이스 부재(3)에 추를 부착하여 이들 베이스 부재(3)와 추의 합산 하중을 이용하는 경우에 관해서 설명한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(3)의 하부면에는 나사 구멍이 형성되어 있고, 추(43)에는 볼트(47)를 관통하는 삽입 관통 구멍(45)이 형성되어 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(3)의 하부면의 나사 구멍에 볼트(47)를 이용하여 추(43)를 부착한다.
따라서, 가열로(27) 내를, 상기 접합재의 열분해 온도까지 승온시킨 채, 정전 척(5)의 리프트 핀 구멍(19)을 지지체(31)의 볼록부(37)에 끼워 맞춰 정전 척(5)을 지지체에 현가시킨다. 그렇게 하면, 정전 척(5)과 베이스 부재(3)의 경계 부분(59)에는 아래쪽을 향하여 베이스 부재(3)와 추(43)의 합산 하중이 부가된다. 이에 따라, 베이스 부재(3)의 자체 중량에 의한 경우보다, 더 효율적으로 베이스 부재(3)를 정전 척(5)으로부터 분리할 수 있다.
또한, 상기 추(43)는 가열에 의해 변형하거나, 가스를 방출하지 않는 물질이면 어떤 것이라도 좋고, 스테인리스나 구리 등이 바람직하다. 또한, 추(43)를 부착하는 위치는 원판형의 기판 적재 부재(1)의 둘레 방향에 등간격으로 균등한 위치에 부착하는 것이 바람직하다. 또한, 추(43)를 부착한 기판 적재 부재(1)의 무게 중심의 위치가 기판 적재 부재(1)의 중심으로부터 기판 적재 부재(1)의 반경의 1/2 내지 2/3의 거리만큼 어긋나도록 하면 보다 박리되기 쉽다.
유기 접착제층(7)이 열가소성 수지인지 열경화성 수지인지에 관계없이, 베이스 부재(3)가 변형되지 않는 온도[예컨대, 베이스 부재(3)의 재질이 알루미늄의 경우는 350℃] 이하이면서, 열분해 시작 온도 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 유기 접착제층(7)이 베이스 부재(3)나 정전 척(5)에 달라붙지 않기 때문이다.
또한, 불활성 가스 중에서 가열하면 유기 접착제층(7) 수지의 산화 등이 발생하지 않기 때문에 공기 중보다 높은 온도로 가열할 수 있다. 그러나, 가열 온도는 상기 열분해 종료 온도 이하로 설정한다. 열분해 종료 온도 이상으로 하면 수지의 종류에 의해서는 탄화가 진행되고, 베이스 부재(3) 및 정전 척(5)에 남는 유기 접착제층(7)이 베이스 부재(3)의 표면에 단단히 달라붙기 때문에, 유기 접착제층(7)의 제거에 시간이 걸리게 된다.
이 방법에 의하면 베이스 부재(3) 및 추(43)를 유기 접착제층(7)이 유지할 수 없게 되었을 때 자동적으로 박리가 발생한다. 따라서, 베이스 부재(3)나 정전 척(5)에 과도한 하중을 부가하지 않고, 베이스 부재(3)의 변형이나 손상 등이 발생하지 않기 때문에 보다 바람직하다. 또한, 박리의 발생을 검지하는 방법을 이용하면 박리가 발생하였을 때에 가열로(27)로의 전력 공급을 정지하면 유기 접착제층(7)의 열분해에 의한 탄화 등을 막을 수 있기 때문에 바람직하다.
박리 검지 방법으로서는, 가열로(27)에 설치한 창을 통해 눈으로 확인하는 것이 바람직하다. 또한, 베이스 부재(3)에 도선을 접속하고, 베이스 부재(3)가 낙하하는 위치에 스테인리스제의 판형 부재를 배치하며, 이 판형 부재에 도선을 접속하고, 이들 베이스 부재(3)와 판형 부재 사이의 도통이 발생하였을 때를 검지하는 방법도 적용할 수 있다. 이 도통에 의한 검지 방법은 가열로(27)의 제어 시스템에 용이하게 피드백을 걸 수 있기 때문에 보다 바람직하다.
가열로(27) 내의 압력을 1 기압으로 한 상태로 가열을 시작하고, 접합재의 열분해 시작 온도에 도달했을 때에 가열로(27) 내의 불활성 가스를 진공 펌프로 흡 인함으로써, 보다 효과적으로 베이스 부재(3)와 정전 척(5)을 분리할 수 있다.
다음에, 고온 플레이트(39)의 상면에 기판 적재 부재(1)를 적재하여 가열하면서 공구를 이용하는 경우에 관해서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 분해 방법에 이용하는 분리 장치를 도시하는 개략 단면도이다. 저면에는 전기에 의해 가열하는 고온 플레이트(39)가 배치되어 있다. 이 고온 플레이트(39) 위에 상하 반대로 배치한 기판 적재 부재(1)를 적재하면 정전 척(5)의 상부면(도 3에서는 하부면)이 고온 플레이트(39)의 상면과 접촉한다. 또한, 베이스 부재(3)의 하부면(도 3에서는 상부면)에 형성된 나사 구멍에 측면에서 봤을 때 T자형의 인장 지그(49)의 선단을 나사 결합시킨다.
그리고, 고온 플레이트(39)를 가열하여 상기 가열 온도까지 승온시키고, 정전 척(5)을 통해 유기 접착제층(7)에 열을 가하면, 이 유기 접착제층(7)은 열분해를 일으켜 접착력이 저하한다. 이 상태에서, 상기 인장 지그(49)의 파지부(51)를 위쪽으로 들어올린다. 동시에, 상기 정전 척(5)과 베이스 부재(3)의 경계 부분(59)에 마이너스 드라이버(53)를 삽입하여 절개부를 형성하면서, 지렛대의 원리를 이용하여 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 잡아떼듯이 억지로 연다. 이에 따라, 베이스 부재(3)를 정전 척(5)으로부터 확실하게 효율적으로 분리할 수 있다.
여기서, 열전대(55)를 베이스 부재(3)의 가스 구멍(57)에 유기 접착제층(7) 근방까지 삽입하여 가열 온도를 측정한다. 가열 시간은 20 내지 30분이 바람직하다.
또한, 가열 온도는 열분해 시작 온도부터 열분해 종료 온도까지의 범위의 열 분해 온도로 설정한다. 열분해 시작 온도보다 약간 높은 온도로 유지하는 것이 더 바람직하다. 열분해 종료 온도 이상으로 가열하면 유기 접착제층(7)이 급격하게 분해될 우려가 있다. 또한, 산화에 의해 급격하게 유기 접착제층(7)의 온도가 상승하면 유기 접착제층(7)의 분해가 더 가속된다. 그 결과, 유기 접착제층(7)이 탄화하고, 분리 후에 정전 척(5) 또는 베이스 부재(3)의 표면에 단단히 달라붙으며, 유기 접착제층(7)의 제거에 시간이 걸린다.
또한, 베이스 부재(3)를 정전 척(5)으로부터 분리시킨 후, 정전 척(5) 또는 베이스 부재(3)에 일부 부착되어 있는 유기 접착제층(7)을 제거한다. 이 유기 접착제층의 제거 방법으로서는 유기 용제를 이용하여 용해시켜 제거하거나, 나이프 등으로 문질러 떨어뜨릴 수도 있지만, 양자를 병용하는 것이 더 효과적이다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 정전 척(5)에는 전압을 공급하는 전압 인가용 단자(13)가 절연성의 에폭시 수지(17)를 통해 베이스 부재(3)에 접합되어 있다. 따라서, 기판 적재 부재(1)를 가열하지 않고, 유기 접착제층(7)이 일부 남은 상태에서 정전 척(5)을 박리하려고 하면 전압 인가용 단자(13)의 정전 척(5)에 대한 접합 강도가 낮기 때문에 전압 인가용 단자(13)가 정전 척(5)으로부터 떨어지지만, 본 발명에 의하면 이러한 문제는 발생하지 않는다. 즉, 본 발명에 의하면 전압 인가용 단자(13)는 정전 척(5)에 붙은 상태 그대로 재이용할 수 있다.
다음에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 고온 플레이트(39)의 상면에 전열 부재(41)를 설치하고, 이 전열 부재(41)에 의해 기판 적재 부재(1)를 가열하면서 공구를 이용하는 경우에 관해서 설명한다. 다만, 전술한 고온 플레이트(39)의 상면 에 직접 기판 적재 부재(1)를 적재하여 가열하면서 공구를 이용하여 분리하는 경우와 같은 부분에 관해서는 설명을 생략한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 고온 플레이트(39)의 상면에 전열 부재(41)를 설치한다. 전열 부재(41)는 질화알루미늄으로 이루어지고, 상면은 평활하게 형성되어 있다.
고온 플레이트(39)를 가열하고, 전열 부재(41)의 온도가 300 내지 350℃가 되면 기판 적재 부재(1)를 상하 반전시켜 전열 부재(41) 상에 적재한다. 열전대(55)를 베이스 플레이트의 가스 구멍(57)의 유기 접착제층(7) 근방에 도달할 때까지 삽입하여 정전 척(5) 온도를 측정한다. 정전 척(5)의 온도가 열분해 시작 온도 이상으로 도달한 시점에서 베이스 부재(3)와 정전 척(5)의 경계 부분(59)에 마이너스 드라이버(53) 등의 공구를 삽입한다. 그리고, 지렛대의 원리를 이용하여 공구에 의해 억지로 열어서 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 분리시킨다. 이때, 전열 부재(41) 및 정전 척(5)을 가열할 때에 고온 플레이트(39) 전체를 덮도록 덮개를 씌우면 가열 시간을 단축할 수 있다.
여기서, 고온 플레이트(39)의 가열 온도를 유기 접착제층(7)의 열분해 종료 온도 정도 이하로 하면 유기 접착제층(7)의 탄화에 의한 접착제의 달라붙음을 방지할 수 있다. 또한, 정전 척(5)을 베이스 부재(3)로부터 분리시키는 가열 온도는 열분해 시작 온도보다 50 내지 70℃ 높은 온도로 하는 것이 작업 시간을 단축할 수 있기 때문에 더 바람직하다. 이 방법에 의하면 기판 적재 부재를 어느 일정한 온도로 유지하는 것이 불필요하며, 설비비는 가열로에 비해 대폭 저감될 수 있다.
또한, 유기 접착제층(7)을 열분해 시작 온도 이상이면서 열분해 종료 온도 이하의 열분해 온도로 가열하고, 유기 접착제층(7)이 열분해한 시점에서 분리 하중을 부가하는 방법이면 본 실시형태 이외에도 여러 가지의 방법을 적용할 수 있다.
[제2 실시형태]
상기 제1 실시형태에서는, 기판 적재 부재(1)로부터 베이스 부재(3)를 분리시키는 분해 방법에 관해서 설명하였지만, 제2 실시형태에서는, 이 분리시킨 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 재이용하는 방법에 관해서 설명한다.
제1 실시형태에서 분리시킨 정전 척(5) 및 베이스 부재(3)의 적어도 어느 하나의 접합면에는 유기 접착제층(7)의 잔부가 일부 부착되어 있는 경우가 있다. 이 경우는 잔부를 유기 용제에 침지시켜 용해시키거나, 나이프 등을 이용하여 문질러 떨어뜨리는 것이 바람직하다.
계속해서, 분리시킨 베이스 부재(3)와 정전 척(5)을 접착재 또는 접합 시트를 이용하여 접합시킴으로써, 새로운 기판 적재 부재(1)로서 재이용할 수 있다.
이하에, 실시예를 통하여 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1에 이용한 기판 적재 부재(1)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 알루미늄제의 베이스 부재(3)와, 질화알루미늄제의 정전 척(5)을 유기 접착제층(7)을 통해 접합한 것이다. 정전 척(5)에는 둘레 방향을 따라 3개의 리프트 핀 구멍(19)이 형성되고, 이 리프트 핀 구멍(19)의 하부에는 스폿 페이싱부(21)를 형성하며, 베이스 부재(3)의 중량은 3400g이다. 또한, 유기 접착제층(7)의 종류는 표 1에 나타내 는 바와 같이, 열경화성 아크릴 수지, 열경화성 실리콘 수지, 열경화성 폴리이미드 수지, 열경화성 에폭시 수지, 열경화성 아크릴 수지, 및 열가소성 아크릴 수지를 이용하였다. 이들의 유기 접착제층(7)의 열분해 시작 온도와 열분해 종료 온도를 측정한 결과는 표 1과 같다.
접착제층의 종류 열분해
시작
온도		 열분해
종료
온도		 가열온도 가열시간 가열 후 평면도 흡착력
변화량
실시예1 열경화성아크릴 수지 190℃ 320℃ 300℃ 10분 분리 20㎛ 1Torr
실시예2 열경화성 실리콘 수지 230℃ 360℃ 300℃ 10분 분리 21㎛ 1Torr
실시예3 열경화성 폴리이미드 수지 280℃ 430℃ 300℃ 10분 분리 19㎛ 1Torr
실시예4 열경화성 에폭시 수지 200℃ 340℃ 300℃ 10분 분리 22㎛ 1Torr
실시예5 열가소성 아크릴 수지 190℃ 190℃ 300℃ 10분 분리 21㎛ 1Torr
계속해서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가열로(27) 내에 기판 적재 부재(1)를 넣고, 정전 척(5)의 리프트 핀 구멍(19)을 지지체(31) 상단의 볼록부(37)에 끼워맞춤으로써, 기판 적재 부재(1)를 현가시켰다. 이에 따라, 정전 척(5)과 베이스 부재(3)의 경계 부분(59)에는 아래쪽을 향해 베이스 부재(3)의 자체 중량이 부가된다. 또한, 가열로(27)의 내용적은 20 리터이다. 또한, 지지체(31)의 높이(H)는 베이스 부재(3)의 두께와 정전 척(5)의 스폿 페이싱부(21)의 깊이와의 합산 치수(S)보다 3mm 길게 형성되어 있다.
그리고, 가열로(27) 내에 질소 가스를 1000sccm의 유량으로 유입시킴으로써, 가열로(27) 내의 공기를 질소 가스로 치환하였다. 이에 따라, 질소 가스는 가열로(27) 내의 공기와 혼합되어 가열로(27)의 내부에서는 산소 농도가 서서히 저하되고, 공기는 로 외부로 배출된다. 로 내의 산소 농도는 약 30분 후에 100ppm을 하회하였기 때문에 질소 가스의 유량을 100sccm으로 저하시켰다.
계속해서, 가열로(27)의 히터(도시 생략)를 통전하고, 10℃/분의 승온 속도로 로 내의 온도를 표 1에 나타내는 가열 온도로 승온시켰다. 이 설정된 가열 온도에 소정 시간 유지한 후, 히터로의 통전을 정지하고, 가열로(27)를 자연 냉각시켰다.
또한, 가열 및 자연 냉각을 행하고 있는 동안은 질소 가스를 100sccm의 유량으로 계속 흘리고, 산소 농도계로 산소 농도가 100ppm 이하인 것을 확인하였다.
가열로(27)를 자연 냉각시켜 로 내의 온도가 60℃ 미만이 된 시점에서 가열로(27)의 문을 열면 정전 척(5)과 베이스 부재(3)가 분리되어 있는 것이 관찰되었다. 다만, 유기 접착제층(7)의 일부가 잔존하고 있고, 이 잔존한 부분은 약간 변색되어 있었다.
분리시킨 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 아세톤에 30분간 침지시킨 후, 이들 정전 척(5) 및 베이스 부재(3)의 접합면을 나일론 솔로 문질러 잔존하고 있던 유기 접착제층(7)을 제거하였다.
그 후, 정전 척(5) 및 베이스 부재(3)의 접합면에서의 평면도를 3차원 측정기를 이용하여 측정한 결과, 표 1에 나타내는 결과가 확인되었다. 또한, 신품 상태에서의 베이스 부재(3)의 평면도는 모두 50μm 미만이고, 가열 분리에 의해 정전 척(5) 및 베이스 부재(3)의 평면도가 열화되지 않는 것을 확인할 수 있다.
또한, 정전 척(5)의 흡착력을 측정하였다. 정전 척(5)의 전극부에 350V의 직류 전압을 인가하고, 그 때에 발생하는 흡착력을 φ1 인치의 실리콘 프로브로 5 지점 계측하며, 이들의 평균값을 산출하였다. 이 흡착력을 가열 분리 전의 흡착력(20 내지 30Torr)과 비교하고, 표 1에 나타내는 바와 같이, 차이를 확인하였다. 처리 전후의 차가 2Torr 미만이면 측정 정밀도상, 실질적으로 변화 없음으로 판단할 수 있다. 본 실시예에서 흡착력의 차는 ±1Torr 이하이므로, 정전 척의 흡착력은 가열 전후에 변화가 없다고 판단된다.
또한, 본 실시예에서는 베이스 부재(3)의 전압 인가용 단자(13)의 부착 구멍(15)과 전압 인가용 단자(13)와의 간극에 절연을 위해 에폭시 수지(17)가 충전되어 있다. 이 에폭시 수지(17)도 가열 처리 공정의 후반에 열분해되어 반이 소실되며, 전압 인가용 단자(13)에 손상을 가하지 않고 분리된다. 따라서, 전압 인가용 단자(13)에 그대로 직류 전압을 인가하더라도 정상적으로 정전 척(5)에 정전력이 발생하였다.
다음에, 분리한 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 열경화성 아크릴 수지로 접합하여 기판 적재 부재(1)를 제작하였다. 이 기판 적재 부재(1)상에 웨이퍼를 흡착시키고, 1500W의 램프로 가열하여 웨이퍼의 온도 분포를 측정하였다. 그 결과, 신품같은 온도 분포를 나타내었다.
이와 같이, 기판 적재 부재(1)에서 장기간의 사용에 의해 유기 접착제층(7)이 열화되더라도 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 분리시키고, 유기 접착제층(7)을 제거한 후 새롭게 재접합함으로써 정전 척(5)의 온도 분포가 복원되는 것을 확인하였다. 이것은 본 발명에 따른 방법에 의해 베이스 부재(3) 및 정전 척(5)에 아무런 특성 열화를 발생시키지 않고, 이를 재이용할 수 있다는 것을 나타내고 있다.
[실시예 2]
다음에, 추(43)를 이용하여 기판 적재 부재(1)로부터 베이스 부재(3)를 분리하는 실시예 2에 관해서 설명한다.
기판 적재 부재(1)는 상기 실시예 1과 같은 것을 이용하고, 베이스 부재(3)의 나사 구멍에 도 5, 6에 도시하는 바와 같은 평판의 철제 추(43)(중량 합산값은 3300g)를 부착하여 실시예 1과 같은 분리를 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
접착제층의 종류 추의
중량
합산값		 추의 중량 배분 가열온도 가열시간 가열후 평면도 흡착력
변화량
실시예6 열경화성 아크릴 수지 3300g 11:11:11 300℃ 8분 분리 30㎛ 1Torr
실시예7 열경화성 아크릴 수지 3300g 10:10:13 300℃ 5분 분리 28㎛ 1Torr
본 실시예에 의하면, 실시예 1보다 단시간에 베이스 부재(3)를 분리할 수 있다. 여기서, 본 실시예 7에 도시하는 바와 같이, 3개의 추(43)의 중량 배분을 10:10:13으로서, 추(43)에 의한 기판 적재 부재(1)의 무게 중심을 기판 적재 부재(1)의 직경 방향 중심으로부터 어긋나게 하면 실시예 1보다 단시간에 분리시킬 수 있다.
또한, 분리한 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 열경화성 아크릴 수지로 재차 접합하고, 실시예 1과 동일한 조건하에서 온도 분포를 측정한 바, 신품시와 같은 온도 분포를 나타내었다.
[실시예 3]
다음에, 실시예 3에서, 가열로(27) 내의 분위기 가스를 배기하면서 베이스 부재(3)의 분리를 행하였다.
우선, 가열로(27) 내의 공기를 배기한 후, 질소 가스를 도입하여 1 기압으로 하였다. 이 후, 가열로(27) 내의 분위기 온도를 가열 온도로 가열시킨 후 10분 후에 1 기압부터 배기를 시작하였다. 배기는 로터리 펌프로 행하고, 배기중의 로 내의 압력은 약 4Torr이었다. 그 결과, 표 3에 도시하는 바와 같이, 배기 시작 후 3분에 분리하고, 배기하지 않을 때에 비해 보다 단시간에 분리할 수 있었다.
접착제층의 종류 열분해
시작
온도		 열분해
종료
온도		 가열온도 가열시간 가열 후 평면도 흡착력
변화량
실시예8 열경화성
아크릴
수지		 190℃ 320℃ 300℃ 3분 분리 33㎛ 1Torr
동일한 방법으로, 분리한 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 열경화성 아크릴 수지로 접합하고, 실시예 1, 2와 동일한 조건하에서 온도 분포를 측정한 바, 신품시와 유사한 온도 분포를 나타내었다.
[실시예 4]
계속해서, 공구를 이용하여 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 분리시키는 실시예에 관해서 설명한다. 여기서, 접착제층(7)은 열경화성 아크릴 수지이며, 열분해 시작 온도는 190℃, 열분해 종료 온도는 320℃이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 고온 플레이트(39) 상에 질화알루미늄으로 이루어지는 전열 부재(41)를 설치하고, 고온 플레이트(39)를 가열하는 것에 의해 전열 부재(41)를 300 내지 350℃로 승온시켰다. 그리고, 기판 적재 부재(1)를 상하 역회전시켜 정전 척(5)을 하측에 배치하고, 이 정전 척(5)을 전열 부재(41) 상에 접촉시켜 10분간 가열하였다. 여기서, 기판 적재 부재(1)의 온도 측정은 베이스 부재(3)의 가스 구멍(57)에 열전대(55)를 삽입하고, 온도를 측정하였다. 열전대(55)로 측정한 온도가 열분해 시작 온도 이상인 250℃에 도달하였을 때에 나이프를 정전 척(5)과 베이스 부재(3)의 접합면의 측단부로부터 유기 접착제층(7)을 따라 정전 척(5)과 베이스 부재(3) 사이에 넣고, 유기 접착제층(7)에 절개부(incise)를 형성한다.
계속해서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 베이스 부재(3)에 부착한 인장 공구(51)를 들어올리면서, 가는 마이너스 드라이버(53)를 베이스 부재(3)와 정전 척(5)의 경계 부분(59)에 찔러 가볍게 억지로 열도록 하면 베이스 부재(3)가 분리되었다.
그리고, 베이스 부재(3)와 정전 척(5)에 부착된 아직 뜨거운 상태의 유기 접착제층(7)의 나머지를 스테인리스 나이프를 이용하여 깎아 제거하였다. 마지막으로, 아세톤을 이용하여 유기 접착제층(7)을 용해시키고, 이온 교환수로 세정하여 잔사(殘渣)를 제거한다. 획득된 정전 척(5)은 평면도를 측정한 결과, 신품시와 변화 없었다.
상기 분리에 의해 얻어진 정전 척(5)의 전극부에 350V의 직류 전압을 인가하고, 그때에 발생하는 흡착력을 φ1 인치의 실리콘 프로브로 측정하였다. 그 흡착력을 5 지점 측정하여 평균값을 취하고, 가열 분리 전의 흡착력(20 내지 30 Torr)과 비교하며, 차이를 확인하였다. 처리 전후의 차가 2Torr 미만이면 측정 정밀도상 변화가 없다는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 흡착력의 차는 ±1Torr 이하이며, 신품과 같은 흡착력을 유지하고 있는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 기판 적재 부재의 분해 방법에 의하면, 매우 단시간에 베이스 부재 등에 흠집을 내지 않고, 정전 척과 베이스 부재를 분리시킬 수 있다.
즉, 종래와 같이 유기 용제 중에 기판 적재 부재를 침지시키는 방법으로는 하루 종일 이상 침지시키더라도 분리시키는 것이 상당히 어려웠다. 그러나, 본 발명에 의하면 유기 접착제층을 매우 단시간에 박리할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 정전 척과 베이스 부재의 특성이나 치수가 열화 되지 않기 때문에 분리한 정전 척 베이스 부재를 그대로 재이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판 적재 부재의 재이용 방법에 의하면 고가인 기판 적재 부재를 폐기하지 않기 때문에 비용을 줄이는 동시에, 폐기 물량을 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 정전 척(5) 및 베이스 부재(3)가 유기 접착제층(7)을 통해 접합되고, 베이스 부재(3)를 관통하여 정전 척(5) 내에 이르는 스폿 페이싱부(spot facing portion)(21)를 갖는 기판 적재 부재(1)를, 유기 접착제층(7)의 열분해 온도로 가열하여 상기 유기 접착제층(7)을 연화 및 분해시키는 단계와,
    상기 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 서로 이격시키는 방향으로 분리 하중을 부가함으로써, 상기 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 분리시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 열분해 온도는, 상기 유기 접착제층(7)의 열분해 시작 온도부터 열분해 종료 온도까지의 범위의 온도이며,
    상기 기판 적재 부재(1)를 가열할 때에, 상기 기판 적재 부재를 지지 가능한 지지체(31)를 스폿 페이싱부(21)의 베이스 부재 측으로부터 베이스 부재(3)에 접촉하지 않도록 삽입하여 정전 척(5)에 닿게 함으로써, 상기 지지체(31)가 상기 정전 척(5)을 현가한 상태로 하고, 상기 분리 하중은, 상기 정전 척(5)을 현가할 때에 발생하는 베이스 부재(3)의 자체 중량으로 하는 것인 기판 적재 부재의 분해 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 접착제층(7)의 열분해 시작 온도 및 열분해 종료 온도를 측정하고, 이 측정값에 기초하여, 상기 열분해 온도를 설정하는 것인 기판 적재 부재의 분해 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 분리 하중은, 상기 정전 척(5)에 추(43)를 부착하여 상기 정전 척(5)을 현가하였을 때에 발생하는 베이스 부재(3) 및 추(43)의 합산 하 중인 기판 적재 부재의 분해 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 정전 척(5)과 베이스 부재(3)의 분리를 불활성 가스 분위기에서 행하는 것인 기판 적재 부재의 분해 방법.
  7. 청구항 1에 기재된 분해 방법을 이용하여 정전 척(5)과 베이스 부재(3)를 분리시킨 후, 이 분리시킨 정전 척(5)과 베이스 부재(3) 중 어느 하나 또는 양자를 재이용하는 것을 특징으로 하는 기판 적재 부재의 재이용 방법.
  8. 삭제
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