KR101812510B1 - 적층형 히터용 복합 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리를 제조하는 방법은 적용 기판에 히터 기판을 열적으로 고정시키는 단계; 및 상기 히터 기판이 상기 적용 기판에 고정된 후 상기 히터 기판에 적층형 히터를 적용하는 단계를 포함한다. 상기 적층형 히터의 적용은 제1 유전체층을 상기 히터 기판 상부에 적용하는 것, 저항성 가열층을 상기 제1 유전체층 상부에 적용하는 것, 및 제2 유전체층을 상기 저항성 가열층 상부에 적용하는 것을 포함한다. 상기 히터 기판의 물질은 상기 제1 유전체층의 열팽창계수와 상기 저항성 가열층의 열팽창계수 중 적어도 어느 하나와 매치되는 열팽창계수를 가지는 재질이다.

Description

적층형 히터용 복합 기판 {COMPOSITE SUBSTRATE FOR LAYERED HEATERS}

본 발명은 적층형 히터에 관한 것으로, 더 상세하게는 상승되는 온도에서 개선된 신뢰성을 갖는, 반도체 가공 장비에 결착되는 적층형 히터에 관한 것이다.

본 문단에서 서술되는 사항은 단지 본 발명에 관련된 배경 정보를 제공하는 것이며, 선행 기술을 이루는 것은 아니다.

일반적으로, 적층형 히터는 적층 공정에 의해 기판 상부에 적층되는 복수 개의 기능층(functional layers)을 포함한다. 이러한 복수 개의 기능층들은 기판 상부에 적층되는 유전체층(dielectric layer), 그 유전체층 상부에 적층되는 저항성 가열층(resistive heating layer)과 그 저항성 가열층 상부에 적층되는 보호층(protective layer)을 포함한다. 각 기능층과 기판의 물질은, 온도가 상승할 때 결착되는 층들의 접면(interface)에서 발생하는 전단 응력(shear stress)을 감소시킬 수 있는, 양립성(compatible) 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion: 이하 “CTE”라 한다)를 갖는 재질이 되도록 신중히 선택하여야 한다. 이러한 전단 응력은 결착되는 층들의 접면에 균열 또는 층 박리를 발생시켜, 히터에 고장을 일으킬 수 있다.

실제에 있어서, 적층 공정을 실행하여 종류가 다른 기능층들을 형성시킴에 사용될 수 있는 물질들은 매우 제한적이다. 기판의 재질은, 그 상부에 적층되는 유전체층의 CTE 또는 가열층의 CTE와 매치되는 CTE를 갖는 재질로 한정되기 때문이다. 예를 들어, 알루미나 세라믹을 사용하여 유전체층을 형성할 때, 알루미나 세라믹과의 화학적 및 CTE 측면의 양립성(compatible)을 고려하여, 일반적으로 질화 알루미나 또는 몰리브데늄을 사용하여 기판을 형성시킨다.

경우에 따라서, 적층형 히터는 가열 타겟(heating target)에 결착될 필요가 있다. 예를 들어, 가열식 정전 척을 형성하기 위해, 적층형 히터가 정전 척에 결착될 수도 있다. 그러나, 기판의 재질이 한정되기 때문에, 적층형 히터를 정전 척에 결착시킴에 어려움이 있다. 적층형 히터 기판의 CTE가 척 몸체의 CTE와 매치되지 않는 경우, 온도가 상승할 때 결착되는 접면에 균열이나 층 박리 현상이 발생하여 정전 척 가열이 실패하기 쉽다.

일 예로서, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리를 제조하는 방법은, 적용 기판(application substrate)에 히터 기판(heater substrate)을 열적으로 고정하는 단계; 및 상기 히터 기판이 상기 적용 기판에 고정된 후 상기 히터 기판에 적층형 히터를 형성시키는 단계를 포함한다. 적층형 히터의 형성은, 히터 기판 상부에 제1 유전체층을 형성시키는 것, 상기 제1 유전체층 상부에 저항성 가열층을 형성시키는 것, 및 상기 저항성 가열층 상부에 제2 유전체층을 형성시키는 것을 포함한다. 히터 기판의 재질은 제1 유전체층의 열팽창 계수와 조화되는 열팽창 계수를 가지는 것이어야 한다.

본 발명이 추가로 적용될 수 있는 분야는 본 명세서에 개시된 설명으로부터 더 명백해 질 것이다. 본 명세서의 설명과 구체적 실시 예들은 단지 예시 목적으로 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

본 발명의 방법은, 적용 기판을 사용함으로써 적층형 히터의 CTE를 가열 타겟(22)과 더 잘 매치되게 할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한, 적층형 히터의 상이한 기능층들이 히터 기판 상부에 형성되기 전에 히터 기판을 적용 기판에 브레이징(납땜)함으로써 적층형 히터를 확실하게 온전하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은, 절삭성, 표면 조도, 표면 강도, 화학적 양립성, 열전도성, 전기 전도성, 방사율, 외관, 비용 등과 같은 상기 히터 어셈블리의 물리적 및 물질적 특성을 향상시킬 수 있다.

첨부된 도면들은 단지 예시의 목적으로 작성된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 본 발명을 잘 이해할 수 있도록 하기 위한 실시 예를 개시하는바, 그에 대한 도면은 아래와 같다.
도 1은 본 발명에 따라 제작된 적층형 히터의 분해도이고;
도 2는 본 발명에 따라 제작된, 적층형 히터 및 가열 타겟을 포함하는 히터 어셈블리의 단면도이고;
도 3은 본 발명에 따라 제작된, 적층형 히터 및 가열 타겟을 포함하는 히터 어셈블리의 변형 예의 단면도이고;
도 4는 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법의 흐름도이고; 및
도 5는 반도체 공정에 사용되는, 또 다른 히터 어셈블리를 형성하는 방법의 흐름도이다.
도면의 번호는 모든 도면을 통틀어 상응하는 부품을 가리킨다.

하기 설명은 단지 예시를 위한 것으로, 본 발명의 적용이나 용도를 제한하는 것이 아니다.

도 1에서, 본 발명에 따라 제조된 적층형 히터(10)는 적용 기판(12), 히터 기판(14), 히터 기판(14) 상부에 형성된 제1 유전체층(16), 제1 유전체층(16) 상부에 형성된 저항성 가열층(18) 및 저항성 가열층(18) 상부에 형성된 제2 유전체층(20)을 포함한다. 제1 유전체층(16), 저항성 가열층(18) 및 제2 유전체층(20)은 후막(thick film), 박막(thin film), 열 스프레이(thermal spray) 및 졸-겔(sol-gel)과 같은 적층 공정에 의해 형성된다.

도 2에서, 적층형 히터(10)는 가열 타겟(22)과 결합하여 히터 어셈블리(25)를 형성한다. 예를 들어, 가열 타겟(22)은 반도체 가공용의 가열된 정전 척의 정상부(꼭대기 부위)일 수 있다. 적용 기판(12) 및 히터 기판(14)은 상이한 재질의 물질로 만들어지고 브레이징 방식으로 결착되어 복합 척을 형성한다.

브레이징 층(24)은 적용 기판(12) 및 히터 기판(14) 사이에 형성된다. 브레이징을 위해 은(silver)을 브레이징 물질로 사용할 수 있다. 다른 결착 공정들, 예를 들어, 용접(welding), 솔더링(soldering), 확산 본딩(diffusion bonding), 에폭싱(epoxying), 경화(vulcanizing) 등의 공정을 사용하여도 적용 기판(12)과 히터 기판(14)을 결착 시킬 수 있으며, 이러한 공정도 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 이와 유사하게, 적용 기판(12)은 브레이징, 용접, 솔더링, 확산 본딩, 에폭싱, 경화와 같은 통상적 결착 방법에 의해 가열 타겟(22)에 결착될 수 있다.

적용 기판(12)은 가열 타겟(22)의 CTE와 매치되는 CTE를 가지는 물질을 포함한다. 대안적으로, 적용 기판(12)은 가열 타겟의 일 부분일 수 있으며, 이를 통해 열이 가열 타겟으로 전달되게 할 수도 있다. 히터 기판(14)은 제1 유전체층(16) 또는 저항성 가열층(18)의 CTE와 매치되는 CTE를 가지는 물질을 포함한다. 즉, 적용 기판 (12)의 재질은 가열 타겟(22)의 재질에 의존적인 반면, 히터 기판(14)의 재질은 제1 유전체 층(16) 또는 저항성 가열층(18)의 재질에 의존적이다.

예를 들어, 제1 유전체층(16)이 알루미나 세라믹을 포함할 때, 히터 기판(14)은 질화 알루미나 또는 몰리브데늄으로 만들 수 있다. 적용 기판(12)은, 제1 유전체층(16)과 히터 기판(14)의 재질들에 대해서는 고려할 필요 없이, 가열 타겟(22)으로 가장 적합한 재질들의 CTE와 용이하게 매치될 수 있는 CTE를 가지는 물질들을 포함하면 된다. 적용 기판(12)은, 폭 넓은 물질들의 CTE와 매치될 수 있는, 오스테나이트계 스테인리스강을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 적층형 히터(10)는 비교적 용이하게 상기 가열 타겟(22)에 결착될 수 있다.

적층형 히터(10)는 후막, 박막, 열 스프레이 및 졸-겔 공정에 의해 형성된 적층형 히터일 수 있다. 저항성 가열층(18)은 제1 유전체층(14) 전체에 걸쳐 저항층을 적용한 후, 레이저 제거 공정으로 회로 패턴을 형성하는 방법으로 형성시킬 수 있다.

다른 예로서, 저항성 가열층(18)은 충분한 저항온도계수를 가지는 재질로 형성되면, 통상적으로 “이선 제어(two-wire control)”라고 불리는, 가열층(18)이 두 가지 기능 즉, 히터의 기능과 온도 센서의 기능을 수행할 수 있다. 그러한 히터 및 그 재질들은, 예를 들어, 미국 특허 제7,196,295호 및 계류중인 미국 특허 출원 제 11/475,534호에 개시되어 있으며, 이들은 본 발명에도 공통적으로 적용된다. 따라서 상기 미국 특허 및 특허출원에 개시된 내용은 그 전체로서 본 발명의 내용 일부를 구성한다.

도 3에서, 히터 어셈블리(30)는 도 2의 히터 어셈블리(10)와 유사한 구조를 가지며, 단지 적층형 히터가 본드 코팅층(32) 및 탑코트층(34)을 더 포함하는 것이 다르다. 본드 코팅층(32)은 히터 기판(14) 상부에 적용된다. 탑코트층(34)은 제2 유전체층(20) 상부에 적용된다.

복합 기판의 형성을 위해 두 개의 기판이 사용되는 것으로 설명하였으나, 열팽창계수의 측면에서 다중 기판들에 의하여 점진적인 열 전이가 이루어지도록, 둘 이상의 기판을 사용하여 복합 기판을 형성할 수도 있다.

도 4에서, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리(25)를 형성하는 방법 40은, 단계 42에서, 적용 기판(12)을 가열 타겟(22)에 결착시키는 것을 포함한다. 적용 기판(12)이 가열 타겟(22)의 일 부분일 때, 이 단계는 생략된다. 그 다음, 단계 44에서, 히터 기판(14)을 적용 기판(12)에 열적으로 고정한다. 열적으로 고정하는 방법은 최초 온도에서 브레이징, 용접, 솔더링, 확산 본딩, 에폭싱, 경화하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음, 적용 기판(12)이 가열 타겟(22)에 결착된 후 적층형 히터를 히터 기판(14)에 적용한다.

적층형 히터를 히터 기판(14) 상부에 적용하는 것은 단계 46에서 제1 유전체층(16)을 히터 기판(14)에 적용하는 것을 포함한다. 그 다음, 단계 48에서, 저항성 가열층(18)을 제1 유전체층(16)에 적용한다. 제1 유전체층(16) 상부에 저항성 가열층(18)을 적용할 때, 회로 패턴을 형성하게 할 수 있다. 대안적으로, 저항성 가열층(18)은, 제1 유전체층(16)의 전체 표면에 연속적인 층을 형성한 후, 레이저 제거 공정으로 바람직한 회로 패턴을 형성함으로써 적용될 수 있다. 최종적으로, 단계 50에서 제2 유전체층(20)은 저항성 가열층(18) 상부에 적용된다. 상기 방법 40은 단계 52에서 종료된다.

도 5에서, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리(30)를 형성하는 방법 60은 본드 코팅층 및 탑코트층을 적용하는 단계를 제외하고는, 도 4의 방법 40과 유사하다. 더 상세하게는, 상기 방법 60은 단계 62에서, 적용 기판(12)을 가열 타겟(22)에 본딩하는 것을 포함한다. 그 다음, 단계 64에서, 히터 기판(14)을 적용 기판(12)에 열적으로 고정시킨다. 열적으로 고정하는 것은 최초 온도에서 브레이징, 용접, 솔더링, 확산 본딩, 에폭싱, 경화하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음, 히터 기판(14)이 적용 기판(12)에 결착된 후 적층형 히터를 히터 기판(14)에 적용한다.

적층형 히터를 히터 기판(14) 상부에 적용하는 것은 단계 66에서, 본드 코팅층(32)을 히터 기판(14) 상부에 적용하는 것을 포함한다. 그 다음, 단계 68에서, 제1 유전체층(16)을 본드 코팅층(32) 상부에 적용한다. 단계 70에서, 저항성 가열층(18)을 제1 유전체층(16) 상부에 적용한다. 단계 72에서 제2 유전체층(20)을 저항성 가열층(18) 상부에 적용한다. 단계 74에서 탑코트층(34)을 제2 유전체층(20) 상부에 적용한다. 마지막으로 단계 76에서, 탑코트층(34) 부분들을 제거하여 소정의 표면 평면성을 달성한다. 방법 60은 단계 78에서 종료한다.

본 발명의 방법 40 및 60에서, 히터 기판(14)을 적용 기판(12)에 효과적으로 신뢰성 있게 결착시키기 위해 브레이징 공정이 사용되었다. 적용 기판(12)은 가열 타겟(22) 물질의 CTE와 매치되는 CTE를 가진 물질로 만든다. 히터 기판(14)은 제1 유전체층(16)의 물질의 CTE와 매치되는 CTE를 가지는 물질로 만든다. 상기 복합 기판은, 히터 기판(14)의 CTE와 매치되지 않는 (예, 유의하게 상이한) CTE를 갖는 가열 타겟(22)에 가열 히터가 적용될 수 있게 한다.

더구나, 비교적 고온이 요구되는, 브레이징 공정은, 적층형 히터의 다양한 기능 층이 히터 기판(14)에 적용되기 전에 수행된다. 따라서, 적층형 히터는 브래이징 공정 중에 바람직하지 않은 고온에 처해 지지 않아도 되고 따라서 그 온전성을 유지할 수 있다.

본 발명의 방법은 적용 기판을 사용함으로써 적층형 히터의 CTE를 가열 타겟(22)과 더 잘 매치되게 할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한, 적층형 히터의 상이한 기능층들이 히터 기판 상부에 형성되기 전에 히터 기판을 적용 기판에 브레이징 함으로써 적층형 히터를 확실하게 온전하게 할 수 있다. 따라서, 본 방법은, 절삭성, 표면 조도, 표면 강도, 화학적 양립성, 열전도성, 전기 전도성, 방사율, 외관, 비용 등과 같은 상기 히터 어셈블리의 물리적/물질적 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 대한 상기 개시 내용들은 예시적인 것이다. 따라서 상기 개시 내용으로부터 본질적으로 이탈하지 않는 변형들은 모두 본 발명의 범위 내에 있다. 그러한 변형들은 상기 개시 내용의 사상과 범위로부터 벗어난 것으로 간주되지 않는다.

10 적층형 히터
12 적용 기판
14 히터 기판
16 제1 유전체층
18 저항성 가열층
20 제2 유전체층
22 가열 타겟
24 블래이징 층
25 히터 어셈블리
30 히터 어셈블리
32 본드 코팅층
34 탑코트

Claims (25)

1. 브레이징, 용접, 솔더링, 확산본딩, 에폭싱과 경화 중에서 선택된 하나의 결착공정을 사용하여 적용 기판에 히터 기판을 열적으로 고정하는 단계;
   상기 히터 기판이 상기 적용 기판에 고정된 후, 상기 히터 기판에 적층형 히터를 적용하는 단계를 포함하며, 상기 적층형 히터의 적용은,
   상기 히터 기판 상부에 제1 유전체층을 적용하고;
   상기 제1 유전체층 상부에 저항성 가열층을 적용하고; 그리고
   상기 저항성 가열층 상부에 제2 유전체층을 적용하는 것을 포함하며,
   상기 히터 기판은 상기 제1 유전체층의 열팽창계수와 상기 저항성 가열층의 열팽창계수 중 적어도 어느 하나와 매치되는 열팽창계수를 가지는 물질로 된 것인, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 히터 기판은 상기 적용 기판에 브레이징으로 고정되는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
3. 제2항에 있어서, 은(silver)을 브레이징 물질로 사용하는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 적층형 히터의 층들 각각은 열 스프레이(thermal spray) 공정으로 적용되는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
5. 제4항에 있어서, 레이저 제거 공정에 의하여 상기 저항성 가열층 내에 회로 패턴이 형성되는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 알루미나 물질이고, 상기 히터 기판은 몰리브데늄 물질이고, 그리고 상기 적용 기판은 오스테나이트 스테인리스 강 물질인, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체층을 적용하기 전에, 본드 코팅층을 상기 히터 기판에 적용하는 것을 더 포함하는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
8. 제1항에 있어서, 탑코트층을 상기 제2 유전체층 상부에 적용하고, 후속적으로, 소정의 표면 평탄성 달성을 위한 공정으로 상기 탑코트층의 부분들을 제거하는 것을 더 포함하는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
9. 적용 기판 상부에 히터 기판을 브레이징하는 단계; 및
   상기 히터 기판이 상기 적용 기판에 고정된 후 상기 히터 기판에 적층형 히터를 적용하는 단계를 포함하며, 상기 적층형 히터의 적용은,
   상기 히터 기판 상부에 열 스프레이 공정으로 본드 코팅층을 적용하고;
   상기 본드 코팅층 상부에 열 스프레이 공정으로 제1 유전체층을 적용하고;
   상기 제1 유전체 층 상부에 열 스프레이 공정으로 저항성 가열층을 적용하고; 그리고
   상기 저항성 가열층 상부에 열 스프레이 공정으로 제2 유전체 층을 적용하는 것을 포함하며,
   상기 히터 기판은 상기 제1 유전체 층의 열팽창계수와 상기 저항성 가열층의 열팽창계수 중 적어도 하나와 매치되는 열팽창계수를 가지는 물질로 된 것인, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
   
10. 제9항에 있어서, 은(silver)을 브레이징 물질로 사용하는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
    
11. 제9항에 있어서, 레이저 제거 공정에 의하여 상기 저항성 가열층 내에 회로 패턴이 형성되는, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
    
12. 제9항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 알루미나 물질이고, 상기 히터 기판은 몰리브데늄 물질이고, 그리고 상기 적용 기판은 오스테나이트 스테인리스 강 물질인, 반도체 공정에 사용되는 히터 어셈블리 제조방법.
    
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