KR101644495B1 - 웨이퍼 가열 장치, 정전 척, 및 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법 - Google Patents

웨이퍼 가열 장치, 정전 척, 및 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 균열성을 향상시킴으로써 반도체 웨이퍼 등에 가해지는 열의 편차를 작게 할 수 있는 웨이퍼 가열 장치를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 웨이퍼 가열 장치(1)는 상면이 평면인 베이스 부재(3)와, 히터 전극이 매설되어 있는 절연층(5)과, 절연층(5)의 상면에 접착된 상면이 웨이퍼측이 되는 균열판(13)과, 베이스 부재(3)의 상면에 절연층(5)의 하면을 접착하고 있는 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 접착층(7)을 구비하고 있고, 접착층(7)은 베이스 부재(3)측의 제 1 접착층(9) 및 절연층(5)에 접하는 제 2 접착층(11)의 적어도 2층을 갖고, 제 2 접착층(11)이 포함하는 필러는 편평한 형상이며, 편평한 형상의 필러가 제 2 접착층(11)의 면 방향을 따라 편평하게 배열되어 있다.

Description

웨이퍼 가열 장치, 정전 척, 및 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법{WAFER HEATING APPARATUS, ELECTROSTATIC CHUCK, AND METHOD FOR MANUFACTURING WAFER HEATING APPARATUS}
본 발명은, 예를 들면 CVD법, PVD법 및 스퍼터링법에 이용되는 성막 장치 및 에칭 장치 등에 이용되는 웨이퍼 가열 장치, 그것을 사용한 정전 척, 및 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, CVD법, PVD법 및 스퍼터링법에 이용되는 성막 장치 및 에칭 장치로는, 예를 들면 반도체 웨이퍼 또는 글래스 웨이퍼를 지지하여 가열하기 위한 웨이퍼 가열 장치가 이용되고 있다.
이와 같은 웨이퍼 가열 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼 등을 가열하는 경우 반도체 웨이퍼 등에 가해지는 열의 편차를 작게 하는 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 웨이퍼 가열 장치를 구성하는 기본체(베이스 부재)와 절연체를 접합하는 접합재의 균열성(均熱性)을 향상시키는 것이 요구되고 있다.
따라서, 특허 문헌 1에는 금속 부재, 및 반도체 지지 부재와 금속 부재를 접합하는 접합층을 구비하고 있는 반도체 지지 장치로서, 접합층이 접착 시트로 이루어지고, 접착 시트가 수지 매트릭스 및 이 수지 매트릭스 중에 분산되어 있는 필러를 포함하는 반도체 지지 장치가 기재되어 있다.
일본 공개 특허 제 2006-13302 호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 반도체 지지 장치에 있어서는 접합층으로서 필러를 첨가한 접착 시트로 이루어지는 것을 이용함으로써 접합층의 열전도성을 높이고 있지만 필러의 첨가량에는 한계가 있고, 더 나은 균열성의 향상을 도모할 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점에 감안하여 완성된 것이며, 그 목적은 균열성을 보다 향상시킨 웨이퍼 가열 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 웨이퍼 가열 장치는 상면이 평면인 베이스 부재와, 히터 전극이 매설되어 있는 절연층과, 상기 절연층의 상면에 접착된 상면이 웨이퍼측이 되는 균열판과, 상기 베이스 부재의 상면에 상기 절연층의 하면을 접착하고 있는 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 접착층을 구비하고 있고, 상기 접착층은 상기 베이스 부재측의 제 1 접착층 및 상기 절연층에 접하는 제 2 접착층의 2층 이상을 갖고, 상기 제 2 접착층이 포함하는 필러는 편평한 형상이며, 상기 편평한 형상의 필러가 상기 제 2 접착층의 면 방향을 따라 편평하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 가열 장치는 상기의 구성에 있어서 상기 제 2 접착층을 평면으로 봤을 때에 상기 편평한 형상의 필러가 점유하는 면적 비율이 상기 제 2 접착층의 면적의 50∼90%인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 가열 장치는 상기의 구성에 있어서 상기 제 2 접착층에 있어서의 상기 필러의 밀도가 상기 제 1 접착층에 있어서의 상기 필러의 밀도보다도 높은 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 가열 장치는 상기의 구성에 있어서 상기 편평한 형상의 필러가 부분적으로 겹쳐져 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 정전 척은 상기의 구성의 웨이퍼 가열 장치와, 상기 균열판의 상면에 접착된 흡착 전극이 매설되어 있어 상면이 웨이퍼 탑재면이 되는 세라믹 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법은 상면이 평면인 베이스 부재의 상기 상면에 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 제 1 접착제를 도포하여 경화시켜서 제 1 접착층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 접착층의 상면에 편평한 형상의 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 제 2 접착제를 도포하는 공정과, 상기 제 2 접착제의 위에 히터 전극이 매설되어 있는 절연층을 탑재하여 진공 중에서 밀착시키는 공정과, 대기 중에서 상기 절연층의 상면으로부터 가압하면서 상기 제 2 접착제를 경화시키는 공정과, 상기 절연층의 상면에 균열판을 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
<발명의 효과>
본 발명의 웨이퍼 가열 장치에 의하면, 상면이 평면인 베이스 부재와, 히터 전극이 매설되어 있는 절연층과, 절연층의 상면에 접착된 상면이 웨이퍼측이 되는 균열판과, 베이스 부재의 상면에 절연층의 하면을 접착하고 있는 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 접착층을 구비하고 있고, 접착층은 베이스 부재측의 제 1 접착층 및 절연층에 접하는 제 2 접착층의 2층 이상을 갖고, 제 2 접착층이 포함하는 필러는 편평한 형상이며, 편평한 형상의 필러가 제 2 접착층의 면 방향을 따라 편평하게 배열되어 있기 때문에 제 2 접착층은 그 면 방향을 따라 편평하게 배열한 편평한 형상의 필러에 의해 열을 면 방향으로 효율적으로 확산시킬 수 있으므로 균열판의 열분포를 보다 균열화할 수 있다.
또한, 제 1 접착층과 제 2 접착층에서 필러의 분포 상태를 다르게 할 수 있기 때문에 제 1 접착층과 제 2 접착층에서 열전도율이 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 접착층이 상대적으로 열전도율이 높은 제 2 접착층과 상대적으로 열전도율이 낮은 제 1 접착층을 포함함으로써 접착층의 균열성이 향상됨과 아울러 방열에 의한 열손실을 억제할 수 있다. 이것은 상대적으로 열전도율이 높은 제 2 접착층을 가짐으로써 접착층의 균열성을 향상시킬 수 있고, 또한 상대적으로 열전도율이 낮은 제 1 접착층을 가짐으로써 접착층의 측면으로부터의 방열에 의한 열 손실을 억제할 수 있기 때문이다.
또한, 접착층이 제 1 접착층과 제 2 접착층을 포함하는 적층구조임으로써 절연층과 접착층의 접합성의 편차를 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 가열 장치는 상기의 구성에 있어서 제 2 접착층을 평면으로 봤을 때에 편평한 형상의 필러가 점유하는 면적 비율이 제 2 접착층의 면적의 50∼90%일 때에는 필러의 분포를 균일화함과 아울러 접착층 내의 열전도의 편차를 작게 하여 열의 확산을 균일하게 할 수 있고, 또한 필러 이외의 접착 성분을 확보하여 접착력을 발현시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 가열 장치는 상기의 구성에 있어서 제 2 접착층에 있어서의 필러의 밀도가 제 1 접착층에 있어서의 필러의 밀도보다도 높을 때에는 제 2 접착층은 열을 면 방향으로 보다 효율적으로 확산시킬 수 있으므로 균열판의 열분포를 더욱 균열화할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 가열 장치는 상기의 구성에 있어서 편평한 형상의 필러가 부분적으로 겹쳐져 배열되어 있을 때에는 제 2 접착층은 열을 면 방향으로 효율적으로 확산시킬 수 있으므로 균열판의 열분포를 보다 균열화할 수 있다.
본 발명의 정전 척은 상기의 구성의 웨이퍼 가열 장치와, 균열판의 상면에 접착된 흡착 전극이 매설되어 있어 상면이 웨이퍼 탑재면이 되는 세라믹 부재를 구비하므로 열분포가 보다 균열화된 균열판을 이용하고 있기 때문에 웨이퍼 탑재면 상에서 웨이퍼를 흡착시키면서 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법은 상면이 평면인 베이스 부재의 상면에 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 제 1 접착제를 도포하여 경화시켜서 제 1 접착층을 형성하는 공정과, 제 1 접착층의 상면에 편평한 형상의 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 제 2 접착제를 도포하는 공정과, 제 2 접착제 위에 히터 전극이 매설되어 있는 절연층을 탑재하여 진공 중에서 밀착시키는 공정과, 대기 중에서 절연층의 상면으로부터 가압하면서 제 2 접착제를 경화시키는 공정과, 절연층의 상면에 균열판을 접착하는 공정을 포함하기 때문에 제 2 접착제가 가압된 상태에서 경화되므로 편평한 형상의 필러가 제 2 접착층의 면 방향을 따라 편평하게 배열되도록 구성할 수 있다. 그 결과, 균열판의 열분포를 보다 균열화한 웨이퍼 가열 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 웨이퍼 가열 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 웨이퍼 가열 장치의 종단면도이다.
도 3의 (a), (b)는 본 발명의 웨이퍼 가열 장치의 실시형태의 일례에 있어서의 접착층을 나타내고, (a)는 제 2 접착층의 확대 종단면도, (b)는 제 1 접착층의 확대 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 웨이퍼 가열 장치를 이용하여 구성한 정전 척의 실시형태의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 5의 (a)∼(d)는 본 발명의 웨이퍼 가열 장치 제조 방법의 실시형태의 일례를 나타내며, 제조 공정마다의 웨이퍼 가열 장치의 부분 종단면도이다.
이하, 본 발명의 웨이퍼 가열 장치, 정전 척, 및 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법에 대하여 실시형태의 예를 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 웨이퍼 가열 장치(1)는 상면이 평면인 베이스 부재(3)와, 히터 전극이 매설되어 있는 절연층(5)과, 절연층(5)의 상면에 접착된 상면이 웨이퍼측이 되는 균열판(13)과, 베이스 부재(3)의 상면에 절연층(5)의 하면을 접착하고 있는 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 접착층(7)을 구비하고 있고, 접착층(7)은 베이스 부재(3)측의 제 1 접착층(9) 및 절연층(5)에 접하는 제 2 접착층(11)의 2층 이상을 갖고, 제 2 접착층(11)이 포함하는 필러는 편평한 형상이며, 편평한 형상의 필러가 제 2 접착층(11)의 면 방향을 따라 편평하게 배열되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 제 2 접착층(11)은 그 면 방향을 따라 편평하게 배열된 편평한 형상의 필러에 의해 열을 면 방향으로 효율적으로 확산시킬 수 있으므로 균열판(13)의 열분포를 보다 균열화할 수 있다.
또한, 제 1 접착층(9)과 제 2 접착층(11)에서 필러의 분포 상태를 다르도록 할 수 있기 때문에 제 1 접착층(9)과 제 2 접착층(11)에서 열전도율이 다르도록 할 수 있다. 예를 들면, 접착층(7)이 상대적으로 열전도율이 높은 제 2 접착층(11)과 상대적으로 열전도율이 낮은 제 1 접착층(9)을 포함함으로써 접착층(7)의 균열성이 향상됨과 아울러 방열에 의한 열손실을 억제할 수 있다. 이것은 상대적으로 열전도율이 높은 제 2 접착층(11)을 가짐으로써 접착층(7)의 균열성을 향상시킬 수 있고, 또한 상대적으로 열전도율이 낮은 제 1 접착층(9)을 가짐으로써 접착층(7)의 측면으로부터의 방열에 의한 열손실을 억제할 수 있기 때문이다.
또한, 접착층(7)이 제 1 접착층(9)과 제 2 접착층(11)을 포함하는 적층구조임으로써 절연층(5)과 접착층(7)의 접합성의 편차를 작게 할 수 있다.
도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 제 2 접착층(11)이 포함하는 필러(15)는 편평한 형상이며, 편평한 형상의 필러(15)가 제 2 접착층(11)의 면 방향을 따라 편평하게 배열되어 있다. 이에 따라, 절연층(5)에 접하는 접착층(7)이 필러(15)를 통하여 열을 접착층(7)의 두께와 수직한 방향(면 방향)으로 확산시킬 수 있다. 그 결과, 반도체 웨이퍼 등을 가열하는 히터 면을 갖는 균열판(13)의 열분포를 보다 균열화할 수 있다.
도 3(b)는 제 1 접착층(9)의 종단면도이며, 제 1 접착층(9)에 포함되는 편평한 형상의 필러(15)는 임의의 방향으로 향하고 있다. 이 경우, 접착층(7)이 상대적으로 열전도율이 높은 제 2 접착층(11)과 상대적으로 열전도율이 낮은 제 1 접착층(9)을 포함함으로써 접착층(7)의 균열성이 향상됨과 아울러 방열에 의한 열손실을 억제할 수 있다. 즉, 상대적으로 열전도율이 높은 제 2 접착층(11)을 가짐으로써 접착층(7)의 균열성을 향상시킬 수 있고, 또한 상대적으로 열전도율이 낮은 제 1 접착층(9)을 가짐으로써 접착층(7)의 측면으로부터의 방열에 의한 열손실을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 웨이퍼 가열 장치(1)를 구성하는 베이스 부재(3)로서는, 예를 들면 알루미늄, Al-Mg-Si계 합금[예를 들면, 알루미늄 합금 규격 번호 6061(JIS H 4000 등)] 등의 알루미늄 합금, 스테인리스스틸, 텅스텐 등을 포함하는 초경합금 등의 금속, 또는 이들 금속과 세라믹스의 복합재로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 세라믹스로서는, 구체적으로는 Al2O3, SiC, AlN, Si3N4 등을 사용할 수 있다. 특히, 내부식성의 관점으로부터 베이스 부재(3)로서는 Al2O3, AlN을 사용하는 것이 바람직하다.
히터 전극이 매설되어 있는 절연층(5)으로서는 폴리이미드 등의 내열성, 내전압성을 갖는 수지, 또는 세라믹스 등의 절연 재료로 이루어지는 것이 좋다.
상면이 웨이퍼측이 되는 균열판(13)으로서는 알루미늄, 동 등의 열전도율이 높은 금속, 이들 금속의 합금, 또는 AlN 등의 세라믹스로 이루어지는 것을 사용하여도 좋다.
접착층(7)으로서는 절연층(5)과 베이스 부재(3)를 접착시킬 수 있는 것이면 좋고, 예를 들면 접착성의 수지를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등이다. 또한, 접착층(7)을 구성하는 복수의 층이 대략 같은 성분을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 접착층(7)을 구성하는 각 층의 사이에서의 접합성을 향상시킬 수 있으므로, 접착층(7)의 형상을 안정하게 유지할 수 있다.
접착층(7)은 2층 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 1) 웨이퍼면을 가열하여 히터 전극으로부터의 발열량을 효율적으로 베이스 부재(3)로 내보내기 위해서는 어느 정도 접착층(7)의 두께가 두꺼울 필요가 있는 것, 2) 사용 온도에 따라서는 접착층(7)을 더욱 두껍게 할 필요가 있는 것, 3) 웨이퍼면의 열을 균일하게 하기 위해서는 베이스 부재(3)에 열을 균일하게 내보낼 필요가 있기 때문에 접착층(7)의 두께의 편차를 균일하게 할 필요가 있는 것이라는 이유에 의한다. 따라서, 접착층(7)이 2층 이상으로 이루어짐으로써 접착층(7)의 두께와 그 편차의 균일화를 확보할 수 있다.
접착층(7)은 열전도성을 향상시키는 필러(15)를 함유하고 있다. 필러(15)의 형상은 편평한 형상이다. 절연층(5)에 접하는 제 2 접착층(11)에 포함되는 필러(15)는 면 방향을 따라 편평하게 배열되어 있다. 이와 같은 구성의 필러(15)는 베이스 부재(3)와 절연층(5)을 접착할 때에 두께와 두께의 편차를 균일화하기 위해서도 가압 접착에 의해 필러(15)를 압박함으로써 면 방향을 따라 편평하게 배열시킬 수 있다.
필러(15)로서는 절연층(5) 및 베이스 부재(3)와 동등 이상의 열전도성을 갖고 있는 것이면 좋고, 예를 들면, 금속, 세라믹스로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는 금속으로 이루어질 경우 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 또한 세라믹스로 이루어질 경우 Al2O3, SiC, AlN, Si3N4로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
필러(15)의 편평한 면에 있어서의 평균 입경(혹은 평균 입자 폭)은 50∼100㎛정도가 바람직하다. 이 범위 내로 함으로써 제 2 접착층(11)을 가압 접착할 때에 효율적으로 필러(15)를 면 방향을 따라 편평하게 배열시킬 수 있다.
필러(15)의 편평한 면간의 두께는 20∼50㎛정도가 바람직하다. 이 범위 내로 함으로써 제 2 접착층(11)의 두께 내에 필러(15)를 무리 없이 분포시킬 수 있다.
또한, 필러(15)를 함유하고 있는 접착층(7)은 접착층(7)을 구성하는 각 층의 두께는 필러(15)의 평균 입경(혹은 평균 입자 폭)보다도 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 필러(15) 자체에 의해 접착층(7)의 두께 편차가 발생되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는 접착층(7)을 구성하는 각 층의 두께가 30㎛ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 접착층(11)을 평면으로 봤을 때에 편평한 형상의 필러(15)가 점유하는 면적 비율이 제 2 접착층(11) 면적의 50∼90%인 것이 바람직하다. 이것은 필러(15)의 함유율이 많은 쪽이 히터 전극(17)의 열을 접착층(7)의 두께 방향과 수직 방향으로 확산시킬 수 있기 때문이다. 50∼90%의 범위 내로 함으로써 필러(15)의 분포를 균일화함과 아울러 접착층(7) 내의 열전도의 편차를 작게 하여 열의 확산을 균일하게 할 수 있고, 필러(15) 이외의 접착 성분을 확보하여 접착력을 발현시킬 수 있다.
필러(15)가 점유하는 면적 비율은, 예를 들면 하기와 같이 하여 평가할 수 있다. 우선, 웨이퍼 가열 장치(1)를 다이아몬드 커터 등에 의해 절단함으로써 절연층(5)의 주면에 대하여 수직한 단면으로서, 제 1 접착층(9) 및 제 2 접착층(11)을 포함하는 단면을 얻는다. 이 단면에 있어서 제 1 접착층(9) 및 제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 단면적의 총 합계를 각각 측정한다. 그리고, 각각의 층에 있어서의 필러(15)의 단면적의 총 합계를 각각의 층 전체의 단면적으로 나눈다. 이렇게 하여 얻어진 값을 제 2 접착층(11)을 평면으로 봤을 때의 필러(15)의 면적 비율로 할 수 있다.
또한, 제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 밀도가 제 1 접착층(9)에 있어서의 필러(15)의 밀도보다도 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 제 2 접착층(11)은 열을 면 방향으로 보다 효율적으로 확산시킬 수 있으므로 균열판(13)의 열분포를 더욱 균열화할 수 있다. 제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 밀도는, 제 1 접착층(9)에 있어서의 필러(15)의 밀도보다도 2배 정도 이상 높은 것이 좋다. 이 범위 내로 함으로써 제 2 접착층(11)은 열을 면 방향으로 더 효율적으로 확산시킬 수 있다. 또한, 이 경우 예를 들면 제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 밀도는 3.0∼4.0g/㎤ 정도, 제 1 접착층(9)에 있어서의 필러(15)의 밀도는 1.0∼2.0g/㎤ 정도가 좋다.
제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 밀도가 제 1 접착층(9)에 있어서의 필러(15)의 밀도보다도 높게 되도록 하는 방법으로서 하기와 같은 방법이 있다. 즉, 제 1 접착층(9)은 두께를 갖게 하기 위해서 절연층(5)을 형성하기 전에 미리 베이스 부재(3)의 상면에 도포하여 가열 등에 의해 경화시켜져 있다. 그 후, 제 2 접착층(11)을 형성하여 절연층(5)과 베이스 부재(3)를 접착시켜 전술한 바와 같이 가압하여 두께의 편차를 억제한다. 그 결과, 가압되었을 때에 유동성이 있는 접착 성분이 제 2 접착층(11)이 되는 제 2 접착제로부터 외부로 압출시켜 필러 밀도가 높은 제 2 접착층(11)을 형성할 수 있다.
또한, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 제 2 접착층(11)은 편평한 형상의 필러(15)가 부분적으로 겹쳐져 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 2 접착층(11)은 열을 면 방향으로 효율적으로 확산시킬 수 있으므로 균열판(13)의 열분포를 보다 균열화할 수 있다. 구체적인 필러(15)의 배열 방법으로서는 대체로 편평한 형상의 필러(15)들이 편평하게 배열될 때에 단부 두께가 얇은 부분들이 서로 겹쳐져 접하도록 배열하는 배열 방법이다.
제 2 접착층(11)에 포함되는 편평한 형상의 필러(15)가 부분적으로 겹쳐져 배열되도록 하는 방법으로서는 하기와 같은 방법이 있다. 즉, 상술한 바와 같이 제 2 접착층(11)을 절연층(5)과 베이스 부재(3)를 접착할 때에 가압 접착함으로써 편평한 형상의 필러(15)가 면 방향을 따라 편평하게 배열되도록 하고, 또한 제 2 접착층(11)에 포함되는 필러 밀도를 높게 함으로써 필러(15)들이 서로 겹치도록 형성시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 정전 척은 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 구성의 웨이퍼 가열 장치(1)와, 균열판(13)의 상면에 접착된 흡착 전극(23)이 매설되어 있어 상면이 웨이퍼 탑재면이 되는 세라믹 부재(22)를 구비하는 것이다. 이에 따라, 웨이퍼 탑재면 상에서 웨이퍼를 흡착시키면서 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있다.
세라믹 부재(22)를 형성하는 재료로서는 구체적으로는 알루미나, 질화 규소, 질화 알루미늄, 탄화 붕소 등을 주성분으로 하는 세라믹스를 사용할 수 있다. 이들 중에서도 질화 알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스는 다른 세라믹스와 비교하여 높은 열전도율을 가짐과 아울러, 부식성이 높은 할로겐 가스 및 플라즈마에 대해 우수한 내식성, 내플라즈마성을 갖기 때문에 판형상 세라믹체(22)의 재질로서 적합하다.
세라믹 부재(22) 중에 매설하는 흡착 전극(23)으로서는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 주기율표 제 6a족 원소, Ti 등의 주기율표 제 4a족 원소로 이루어지는 고융점 금속, 또는 이들 합금, 또는 WC, MoC, TiN 등의 도전성 세라믹스로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 이들의 금속, 합금, 도전성 세라믹스는 판형상 세라믹체(22)를 구성하는 세라믹스와 동등한 정도의 열팽창 계수를 가지기 때문에 제작시나 발열시에 있어서의 판형상 세라믹체(22)의 휘어짐이나 파손을 방지할 수 있고, 고온(300℃ 정도)으로 발열시켜도 단선되는 일이 없다.
본 실시형태의 웨이퍼 가열 장치(1)와 세라믹 부재(22)를 접착시키기 위해서는 내열성을 갖고, 또한 경화 후에 신장율이 큰 실리콘 수지 접착제 등의 고무화된 접착제(24)를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘 수지 접착제 등으로 이루어지는 접착제(24)는 웨이퍼를 가열할 때의 열에 의한 접착제(24)의 열화에 의한 박리를 억제할 수 있고, 접착제(24)와 세라믹 부재(22)의 열팽창차에 의한 세라믹 부재(22)의 웨이퍼 탑재면의 휘어짐 방지에 효과가 있다.
접착제(24)의 두께는 20~120㎛ 정도가 바람직하다. 이 범위 내로 함으로써 접착제(24)의 접착성을 유지할 수 있고, 또한 히터 전극(17)의 열을 세라믹 부재(22)측으로 효율적으로 전도시킬 수 있다.
이어서, 본 실시형태의 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법에 대해서 하기에 설명한다.
웨이퍼 가열 장치(1)의 제조 방법은 상면이 평면인 베이스 부재(3)의 상면에 필러(15)을 포함하는 수지로 이루어진 제 1 접착제를 도포하여 경화시켜서 제 1 접착층(9)을 형성하는 공정과, 제 1 접착층(9)의 상면에 편평한 형상의 필러(15)를 포함하는 수지로 이루어지는 제 2 접착제를 도포하는 공정과, 제 2 접착제 위에 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 탑재하여 진공 중에서 밀착시키는 공정과, 대기 중에서 절연층(5)의 상면으로부터 가압하면서 제 2 접착제를 경화시키는 공정과, 절연층(5)의 상면에 균열판(13)을 접착하는 공정을 포함한다.
이 구성에 의해, 제 2 접착제가 가압된 상태에서 경화되므로 편평한 형상의 필러(15)가 제 2 접착층(11)의 면 방향을 따라 편평하게 배열되도록 구성할 수 있다. 그 결과, 균열판(13)의 열분포를 보다 균열화한 웨이퍼 가열 장치(1)를 제조할 수 있다.
우선, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 베이스 부재(3)의 상면에 제 1 접착층(9)을 형성한다. 그 방법으로서, 베이스 부재(3)의 상면에 인쇄 제판 등을 이용하여 인쇄하는 방법, 도포면의 형상에 맞추어 프레임을 설치하여 제 1 접착제를 유입시키는 방법 등이 있다. 그 때, 베이스 부재(3)와 제 1 접착제의 계면에 도포할 때 말려들어간 공기층이 존재하기 때문에 균열성이 손상될 우려나 접착의 박리 등의 우려가 있다. 따라서, 공기층을 제거하기 위하여 제 1 접착제를 도포한 후에 진공 탈포를 행하는 것이 바람직하다.
이 때, 제 1 접착층(9)의 두께를 균일하게 조절하기 위하여, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 제 1 접착제의 도포면을 평면상으로 가공하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제 1 접착층(9)의 두께의 편차를 작게 할 수 있으므로 접착층(7)의 두께의 편차를 작게 할 수 있다.
제 1 접착제의 도포면을 평면상으로 가공하는 방법으로서는, 예를 들면, 제 1 접착제의 도포면에 인쇄 제판에 의해 인쇄하는 방법, 또는 제 1 접착제를 도포한 면을 스트레이트 엣지로 편평하게 갈아내는 방법 등이 있다. 또한, 제 1 접착제를 도포한 후, 가열 등을 실시하여 경화시켜 그 표면의 요철을 연마 가공 등의 기계 가공 등으로 제거하여 편평하게 하는 방법 등이 있다. 또한, 평면상으로 가공한다는 것은 가공을 하기 전과 비교하여 제 1 접착층(9)의 표면의 요철을 작게 하는 것을 의미하고 있어 엄밀히 평면으로 하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이와 같이 형성된 제 1 접착층(9)은 미리 가열 등을 실시하여 경화시켜 둔다. 그렇게 함으로써, 필러(15)는 제 1 접착층(9) 내에 균일하게 분산되게 된다. 제 1 접착층(9)을 가열하여 경화시킬 경우, 가열 온도는 80∼120℃정도이다.
이어서, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 제 2 접착층(11)이 되는 제 2 접착제를 제 1 접착층(9) 위에 전술한 것과 마찬가지의 방법에 의해 도포한다. 그렇게 하여, 제 2 접착제 위에 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 탑재하고, 베이스 부재(3)와 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 진공장치 내에서 밀착시킨다. 이에 따라, 제 1 접착층(9)과 제 2 접착층(11)의 계면에 있어서의 공기의 말려들어감을 억제해서 균열성을 저해하는 결함의 발생을 억제할 수 있다.
이어서, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이, 밀착되어 있는 베이스 부재(3)와 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 가압함으로써 제 2 접착제의 여분의 접착제 성분이 외부로 압출된다. 이 때, 압력에 의해 제 2 접착제의 층이 가압됨으로써 편평한 형상의 필러(15)는 제 2 접착층(11)의 면 방향을 따라 편평하게 정렬되도록 배열되게 된다.
가압 방법으로서는, 베이스 부재(3)와 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 밀착시킨 적층체를 프레스 장치에 끼워 넣어서 상하로부터 프레싱하는 방법, 나사로 적층체를 조여서 가압하는 방법 등이 있다. 이 때, 가압에 의해 접착층(7)의 두께의 편차가 손상되지 않도록 적층체의 측면에 스페이서를 배치하거나 접착층(7) 내에 그 두께와 동등한 높이의 스페이서를 포함시킬 수도 있다.
밀착되어 있는 베이스 부재(3)와 절연층(5)을 가압하는 압력은 1000∼2000㎫㎫정도가 좋다. 이 범위 내로 함으로써 제 2 접착제의 여분의 접착제 성분이 외부로 압출됨과 아울러 편평한 형상의 필러(15)가 제 2 접착층(11)의 면 방향을 따라 편평하게 정렬되도록 배열하는 것이 용이해진다.
이어서, 제 2 접착층(11)을 가열 등에 의해 경화시킨다. 제 2 접착층(11)을 가열 등에 의해 경화시킬 경우, 가열 온도는 80∼120℃정도이다.
그리고, 균열판(13)을 절연층(5) 위에 접착제를 통하여 접착하는 방법 등에 의해 설치한다. 이에 따라, 웨이퍼 가열 장치(1)를 제작할 수 있다.
<실시예>
본 발명의 웨이퍼 가열 장치의 실시예에 대하여 하기에 설명한다.
도 1, 도 2에 나타낸 구성의 웨이퍼 가열 장치(1)를 하기와 같이 하여 제작하였다.
우선, 베이스 부재(3)로서, Al-Mg-Si계 합금[알루미늄 합금 규격 번호 6061(JIS H 4000 등)]으로 이루어지는 알루미늄 합금제이며, 내부에 물 등의 냉각 매체가 흐를 수 있는 냉각로가 형성되어 있는 원판 형상의 것을 준비하였다. 베이스 부재(3)의 치수는 직경 300㎜, 두께 35㎜로 하였다. 또한, 베이스 부재(3)에는 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 접착한 후에 히터 전극(17)에 통전시키기 위한 단자 구멍이 형성되어 있다.
이어서, 히터 전극(17)의 재질은 인코넬(inconel)이며, 에칭 등으로 소정의 패턴으로 형성하였다. 그 히터 전극(17)을 점착성의 폴리이미드 필름으로 끼워 넣고 압착하여 밀봉함으로써 히터 전극(17)이 매설되어 있는 원판 형상의 절연층(5)을 제작하였다. 절연층(5)의 치수는 직경 300㎜, 두께 0.3㎜로 하였다.
이어서, 절연층(5)을 Al-Mg-Si계 합금[알루미늄 합금 규격 번호 6061(JIS H 4000 등)]으로 이루어지는 알루미늄 합금제의 원판 형상의 균열판(13)에 에폭시 수지 접착제를 이용하여 압착 고정하였다. 균열판(13)의 치수는 직경 300㎜, 두께 1㎜로 하였다.
이어서, 베이스 부재(3)와 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 하기와 같이 하여 접착하였다. 베이스 부재(3)와 절연층(5)을 접착하는 접착층(7)으로서 필러(15)를 함유하는 고열전도율의 실리콘 수지 접착제를 사용하였다. 이 실리콘 수지 접착제의 열전도율을 레이저 플래시법을 이용하여 측정한 바, 2.2W/mK이었다.
접착층(7)에 포함되는 필러(15)는 Al2O3로 이루어지고, 편평한 면에 있어서의 평균 입경 80㎛, 편평한 면간의 평균 두께 30㎛의 편평한 형상(비늘 조각 형상)의 것으로 하였다.
접착층(7)에 포함되는 필러(15)의 함유율은 약 45 중량%이었다. 단, 제 2 수지층(11)에 있어서는 하기와 같이 제 2 수지층(11)이 되는 제 2 접착제가 가압되어서 실리콘 수지 접착제 성분이 외부로 압출되기 때문에 필러(15)의 함유율은 70중량%정도로 높게 된다.
우선, 베이스 부재(3)의 상면에 실리콘 수지 접착제를 도포하고, 베이스 부재(3)의 상면과 실리콘 수지 접착제의 계면에 잔류하는 기포 및 실리콘 수지 접착제의 내부에 잔류하는 기포를 제거하기 위하여 진공 탈포를 실시하였다. 이것은, 잔류한 기포에 의해 히터 전극(17)으로부터의 열 확산이 불균일하게 되어 웨이퍼의 균열성이 손상되는 것을 방지하기 위해서이다. 또한, 기포에 의해 베이스 부재(3)와 실리콘 수지 접착제의 밀착성이 손상되어 접착의 박리가 야기되는 것을 방지하기 위해서이다.
이어서, 도포된 실리콘 수지 접착제의 표면을 스트레이트 엣지로 표면을 갈아내어 편평하게 하였다. 이 상태에서 약 100℃로 실리콘 수지 접착제를 가열 경화시켜 제 1 접착층(9)을 형성하였다.
이어서, 제 1 접착층(9) 위에 동일한 실리콘 수지 접착제를 전술한 것과 마찬가지로 하여 도포하고 진공 탈포를 실시하였다. 이것은, 전술한 것과 마찬가지로 제 1 접착층(9)과 실리콘 수지 접착제의 계면에 잔류하는 기포 및 실리콘 수지 접착제의 내부에 잔류하는 기포을 제거하기 위해서이다.
이어서, 베이스 부재(3)와 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 실리콘 수지 접착제를 통하여 진공 장치 내에서 접착시켰다. 이것은 접착시의 기포의 말려들어감을 방지하기 위해서이다.
이어서, 접착하여 일체로 된 베이스 부재(3)와 절연층(5)을 프레스 장치에 의해 상하 방향으로 압력 1000㎫으로 가압하여 여분의 실리콘 수지 성분을 외부로 압출하였다. 이 때, 접착층(7)의 두께의 편차를 균일하게 하기 위하여 필요한 접착층(7)의 두께에 맞춘 높이 치수의 스페이서를 프레스 장치 상하의 프레스판 사이에 미리 끼워 넣음으로써 필요 이상으로 접착층(7)을 압축하는 것을 방지하여 임의의 접착층(7)의 두께를 얻을 수 있도록 하였다.
이어서, 다시 약 100℃로 실리콘 수지 접착제를 가열하여 경화시킴으로써 제 2 접착층(11)을 얻을 수 있었다. 이 때, 접착층(7)의 두께는 약 1㎜이고 두께 편차는 20㎛ 이하이었다. 또한, 제 1 접착층(9)의 두께는 900㎛, 제 2 접착층(11)의 두께는 100㎛이었다.
또한, 제 2 접착층(11)의 평면으로 바라봐서 필러(15)가 점유하는 면적 비율을 하기와 같이 하여 측정하였다. 웨이퍼 가열 장치(1)를 다이아몬드 커터에 의해 절단함으로써 절연층(5)의 주면에 대하여 수직인 단면으로서 제 1 접착층(9) 및 제 2 접착층(11)을 포함하는 단면을 얻고, 이 단면에 있어서 제 1 접착층(9) 및 제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 단면적의 총 합계를 각각 측정하였다. 그리고, 각각의 층에 있어서의 필러(15)의 단면적의 총 합계를 각각의 층 전체의 단면적으로 나눔으로써 측정하면 약 87%이었다.
또한, 제 1 접착층(9)에 있어서의 필러(15)의 밀도는 1.5g/㎤, 제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 밀도는 3.2g/㎤이었다.
또한 필러(15)의 분포 상태를 접착층(7)의 단면을 관찰함으로써 조사하면 제 2 접착층(11)에 있어서 편평한 형상의 필러(15)가 면 방향을 따라 편평하게 배열되어 있었다. 또한, 편평한 형상의 필러(15)는 부분적으로 겹쳐져 있는 개소도 있었다. 이것은 프레스 장치의 가압에 의해 접착층(7)이 압궤됨으로써 필러(15)가 이동하여 배열된 것이다.
이와 같이 하여 제작된 웨이퍼 가열 장치(1)의 균열판(13)의 균열성을 써모뷰어[thermoviewer; 엔이씨(NEC) 사제, 제품명 「TH3100mR」]를 이용하여 측정한 결과, 최고 온도부와 최저 온도부의 차가 2.7℃이었다.
한편, 비교예로서 상기 실시예와 다른 방법으로 제 2 접착층(11)을 형성한 별도의 웨이퍼 가열 장치를 제작하였다. 즉, 제 2 접착층(11)을 하기와 같이 하여 형성하였다.
우선, 제 1 접착층(9) 위에 실리콘 수지 접착제를 전술한 것과 마찬가지로 도포하고, 진공 탈포를 실시하였다.
이어서, 접착층(7)의 두께를 전술한 것의 웨이퍼 가열 장치(1)의 접착층(7)의 두께와 동등하도록 하기 위하여 접착층(7)의 표면을 스트레이트 엣지에 의해 갈아내서 편평하게 하였다.
이어서, 진공 장치 중에 있어서 베이스 부재(3)와 히터 전극(17)이 매설되어 있는 절연층(5)을 접착하였다.
그리고, 프레스 장치에 의해 가압하지 않고, 약 100℃로 실리콘 수지 접착제를 가열하여 경화시킴으로써 제 2 접착층(11)을 형성하였다.
얻어진 제 2 접착층(11)의 평면으로 바라봐서 필러(15)가 점유하는 면적 비율을 상기로 마찬가지의 방법에 의해 측정하면 약 48%이었다.
또한, 제 1 접착층(9)에 있어서의 필러(15)의 밀도는 1.6g/㎤, 제 2 접착층(11)에 있어서의 필러(15)의 밀도는 1.4g/㎤이었다.
또한, 필러(15)의 분포 상태를 접착층(7)의 단면을 관찰함으로써 조사하면 제 1 접착층(9) 및 제 2 접착층(11)에 있어서도 필러(15)는 임의의 방향으로 향하여 분산되도록 분포되어 있었다.
이와 같이 하여 제작한 비교예의 웨이퍼 가열 장치의 균열성을 써모뷰어[엔이씨(NEC)사제, 제품명「TH3100mR」] 를 이용하여 측정한 바, 최고 온도부와 최저 온도부의 차가 4.2℃이었다.
이상으로부터, 제 2 접착층(11)을 가압하여 형성함으로써 필러(15)를 제 2 접착층(11)의 면 방향을 따라 편평하게 배열시킴과 아울러 평면으로 바라봐서 필러(15)가 점유하는 면적 비율을 높일 수 있고, 그 결과 균열성을 향상시킬 수 있는 것을 알았다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변경을 가하여도 하등의 지장이 없다.
1 ····웨이퍼 가열 장치 3 ····베이스 부재
5 ····절연층 7 ····접착층
9 ····제 1 접착층 11 ···제 2 접착층
13 ···균열판 15 ···필러
17 ···히터 전극 21 ···정전 척
22 ···세라믹 부재 23 ···흡착용 전극

Claims (6)

  1. 상면이 평면인 베이스 부재와, 히터 전극이 매설되어 있는 절연층과, 상기 절연층의 상면에 접착된 상면이 웨이퍼측이 되는 균열판과, 상기 베이스 부재의 상면에 상기 절연층의 하면을 접착하고 있는 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 접착층을 구비하고 있고: 상기 접착층은 상기 베이스 부재 측의 제 1 접착층 및 상기 절연층에 접하는 제 2 접착층의 2층 이상을 갖고, 상기 제 2 접착층이 포함하는 필러는 편평한 형상이며, 상기 편평한 형상의 필러가 상기 제 2 접착층의 면 방향을 따라 편평하게 배열되고,
    상기 제 2 접착층에 있어서의 상기 필러의 밀도는 상기 제 1 접착층에 있어서의 상기 필러의 밀도보다도 높은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 접착층을 평면으로 봤을 때에 상기 편평한 형상의 필러가 점유하는 면적 비율이 상기 제 2 접착층의 면적의 50∼90%인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편평한 형상의 필러가 부분적으로 겹쳐져 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치.
  5. 제 1 항에 기재된 웨이퍼 가열 장치와, 균열판의 상면에 접착된 흡착 전극이 매설되어 있어 상면이 웨이퍼 탑재면이 되는 세라믹 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  6. 상면이 평면인 베이스 부재의 상기 상면에 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 제 1 접착제를 도포하여 경화시켜서 제 1 접착층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 접착층의 상면에 편평한 형상의 필러를 포함하는 수지로 이루어지는 제 2 접착제를 도포하는 공정과, 상기 제 2 접착제 위에 히터 전극이 매설되어 있는 절연층을 탑재하여 진공 중에서 밀착시키는 공정과, 대기 중에서 상기 절연층의 상면으로부터 가압하면서 상기 제 2 접착제를 경화시켜 상기 제 1 접착층보다 상기 필러의 밀도가 높은 제 2 접착층을 형성하는 공정과, 상기 절연층의 상면에 균열판을 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치의 제조 방법.
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