KR102482260B1 - 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열선층 및 상기 열선층의 상부면 및 하부면에 형성되며 불소고무 접착제로 이루어지는 불소바인더층으로 이루어진다.
상기의 구조로 이루어지는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물은 열경화성 불소고무 접착제로 이루어진 불소바인더층이 형성되어 프레스작업을 진행하지 않고도 200℃의 고온에서도 우수한 접착력과 내열성을 나타낸다.
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Description
본 발명은 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열경화형 불소고무 접착제로 이루어진 불소바인더층이 형성되어 프레스 작업없이 200℃의 고온에서도 우수한 접착력과 내열성을 나타내는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물에 관한 것이다.
최근 반도체 공정에서는 회로의 고집적화를 위한 선폭 미세화에 따른 고밀도 플라즈마 환경이 도입되어 건식에칭(Dry etching) 및 플라즈마 세정(Plasma cleanning)과 같은 새로운 공정이 도입되고 있으며, 고온공정의 정밀한 제어의 필요성이 대두되고 있어 기존 반도체 회로 제조 과정 중 에칭공정에서 사용되는 정전척(ESC, Electro Static Chuck)에 히터(Heater)를 부가하여, 공정중인 실리콘 웨이퍼를 고정하고 동시에 웨이퍼의 온도를 기존보다 높여 제어하는 정전척이 요구되고 있는 실정이다.
불소고무를 금속표면에 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산된 후에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다. 따라서 고무와 상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반, 점도 조절에 의한 균일한 도포, 적당한 도포 두께, 완전한 건조가 이루어져야 한다.
한편, 불소고무의 가교 시스템에는 아민(amine) 가교 시스템, 비스페놀(bisphenol) 가교 시스템 및 퍼옥사이드(peroxide) 가교 시스템 등이 있으며, 최근에는 내유성, 내열성 및 내화학성이 우수한 퍼옥사이드 가교 시스템의 연구가 활발히 진행 중에 있다.
그러나, 퍼옥사이드 가교 시스템은 금속면과의 접착성이 좋지 않은 문제가 있고, 아민 가교 시스템과 비스페놀 가교 시스템의 불소고무는 실리콘계 불소고무용 접착제로 접착이 잘 되나, 퍼옥사이드 가교 시스템의 불소고무는 금속면과의 접착성이 좋지 않아 별도의 접착제를 사용해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 열경화형 불소고무 접착제로 이루어진 불소바인더층이 형성되어 프레스작업을 진행하지 않고도 200℃의 고온에서도 우수한 접착력과 내열성을 나타내는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 열선층 및 상기 열선층의 상부면 및 하부면에 형성되며 불소고무 접착제로 이루어지는 불소바인더층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열선층은 0.003 내지 0.3 밀리미터의 두께로 형성되며, 스테인리스 강 또는 인코넬로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 불소바인더층은 0.01 내지 0.06 밀리미터의 두께로 형성되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 불소고무 접착제는 아민 가교 시스템계 불소고무와 비스페놀 가교 시스템계 불소고무 35 내지 40중량%, 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무 35 내지 40중량%, 실리콘계 불소고무용 접착제 3 내지 5중량%, 퍼옥사이드 가교제 0.5 내지 2중량%, 퍼옥사이드 가교조제 0.5 내지 1중량%, 비스페놀 가교제 0.5 내지 1중량%, 비스페놀 가교촉진제 1 내지 2중량%, 산화아연 0.5 내지 1중량%, 산화마그네슘 1 내지 2중량% 및 MT카본블랙 10 내지 20중량%를 포함하는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 아민 가교 시스템계 불소고무는 VF2-HFP-TFE 공중합체를 포함하고, 상기 비스페놀 가교 시스템계 불소고무는 HFP-VF2 공중합체를 포함하며, 상기 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무는 VF2-PMVE-TFE 공중합체 및 TFE-Pr 공중합체 중 하나 이상을 포함하는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 열선층과 상기 불소바인더층 사이에는 0.01 내지 0.03 밀리미터 두께의 폴리이미드 필름으로 이루어진 폴리이미드층이 더 형성되는 것으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물은 열경화형 불소고무 접착제로 이루어진 불소바인더층이 형성되어 프레스작업을 진행하지 않고도 200℃의 고온에서도 우수한 접착력과 내열성을 나타내는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물을 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물을 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물을 나타낸 분해사시도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물은 열선층(10) 및 상기 열선층의 상부면 및 하부면에 형성되며 불소고무 접착제로 이루어지는 불소바인더층(30)으로 이루어진다.
상기 열선층(10)은 0.003 내지 0.3 밀리미터의 두께로 형성되며, 스테인리스 강 또는 인코넬로 이루어지는데, 상기 열선층(10)의 두께가 0.003 밀리미터 미만이면 외력에 의해 열선층이 쉽게 변형 또는 파손될 수 있으며, 상기 열선층(10)의 두께가 0.3 밀리미터를 초과하게 되면 열선층(10)의 발열효율성이 저하되며 제조비용을 증가시키고, 면상 발열체의 무게를 지나치게 증가시키기 때문에 바람직하지 못하다.
이때, 상기 인코넬은 니켈을 주체로 하여 15%의 크로뮴, 6 내지 7%의 철, 2.5%의 타이타늄, 1% 이하의 알루미늄, 망가니즈 및 규소를 첨가한 내열합금으로, 내열성이 좋고, 900℃ 이상의 산화기류(酸化氣流) 속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않는 특성을 나타낸다.
또한, 상기 인코넬은 신장(伸長), 인장강도 및 항복점(降伏點) 등 여러 성질도 600℃ 정도까지 대부분 변화하지 않는 등 기계적 성질에 우수하며, 유기물 및 염류용액에 대해서도 부식되지 않는데, 상기의 조성에 1%의 나이오븀을 첨가한 인코넬 X라고 하는 것이 대표적으로 상용화된 제품이다.
상기 불소바인더층(30)은 상기 열선층(10)의 상부면 및 하부면에 형성되며 불소고무 접착제로 이루어지는데, 상기 열선층(10)의 상부면 및 하부면에 0.01 내지 0.06 밀리미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 두께로 이루어지는 불소바인더층(30)이 형성되면 프레스작업을 진행하지 않고도 200℃의 고온에서도 우수한 접착력과 내열성을 나타내는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물을 제공할 수 있다.
일반적으로 전자제품의 경우, 장시간 이용되기 때문에 일정한 고열이나 압력 및 습도가 높은 대기 중에 노출되도 물성이 감소되거나 변하지 않아야 하며, 산소나 수분 등의 가스가 투과되면 회로의 파손 및 오작동의 원인이 되어 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 고분자 소재가 전자제품에 응용되기 위해서는 까다로운 기준을 통과해야만 한다. 전자제품으로 사용 가능한 고분자 재료의 응용 가능 목표치는 사용가능 온도가 250℃이상, 열팽창계수(CTE)가 20ppm/℃이하, 인장강도(Mpa)가 0.5 이상, 열내구성이 12시간 이상 및 과전압이 1시간 이상을 만족해야하는데, 상기의 불소고무접착제로 이루어진 불소바인더층이 형성되면 상기에 나열된 전자제품의 사용조건을 모두 만족시킬 수 있다.
상기 불소바인더층(30)을 형성하는 상기 불소고무 접착제는 아민 가교 시스템계 불소고무와 비스페놀 가교 시스템계 불소고무 35 내지 40중량%, 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무 35 내지 40중량%, 실리콘계 불소고무용 접착제 3 내지 5중량%, 퍼옥사이드 가교제 0.5 내지 2중량%, 퍼옥사이드 가교조제 0.5 내지 1중량%, 비스페놀 가교제 0.5 내지 1중량%, 비스페놀 가교촉진제 1 내지 2중량%, 산화아연 0.5 내지 1중량%, 산화마그네슘 1 내지 2중량% 및 MT카본블랙 10 내지 20중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 아민 가교 시스템계 불소고무와 비스페놀 가교 시스템계 불소고무의 함량이 35중량% 미만, 40중량% 초과이면 접착력이 저하될 수 있고, 상기 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무의 함량이 35중량% 미만, 40중량% 초과이면 접착력이 저하될 수 있으며, 상기 실리콘계 불소고무용 접착제의 함량이 3중량% 미만이면 접착강도가 저하될 수 있고, 5중량% 초과이면 내열성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 퍼옥사이드 가교제의 함량이 0.5중량% 미만이면 접착강도가 저하될 수 있고, 2중량%를 초과하면 내열성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 퍼옥사이드 가교조제의 함량이 0.5중량% 미만이면 가교속도가 저하될 수 있고, 1중량%를 초과하면 접착불량이 증가할 수 있다.
또한, 상기 비스페놀 가교제의 함량이 0.5중량% 미만이면, 접착강도가 저하될 수 있고, 1중량%를 초과하면 내열성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 비스페놀 가교촉진제의 함량이 1중량% 미만이면 가교속도가 저하될 수 있고, 2중량%를 초과하면 접착불량이 증가할수 있다.
또한, 상기 산화아연의 함량이 0.5중량% 미만이면 접착강도가 저하될 수 있고, 1중량%를 초과하면 분산성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 산화마그네슘의 함량이 1중량% 미만이면 가교속도가 저하될 수 있고, 2중량%를 초과하면 접착불량이 증가할 수 있다.
또한, 상기 MT카본블랙의 함량이 10중량% 미만이면 접착강도가 저하될 수 있고, 20중량%를 초과하면 신율이 저하될 수 있다.
이때, 상기 아민 가교 시스템계 불소고무는 VF2(vinylidene fluoride)-HFP(hexafluoro propylene)-TFE(tetrafluoroethylene) 공중합체를 포함할 수 있고, 상기 비스페놀 가교 시스템계 불소고무는 HFP-VF2 공중합체를 포함할 수 있으며, 상기 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무는 VF2-PMVE(perfluoro methyl vinyl ether)-TFE 공중합체 및 TFEPr(propylene) 공중합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 퍼옥사이드계 가교제는 트리알릴이소시아누레이트를 포함할 수 있고, 상기 퍼옥사이드계 가교조제는 디-티-부틸-퍼옥사이드(di-t-butyl-peroxide)를 포함할 수 있으며, 상기 비스페놀계 가교제는 비스페놀 AF를 포함할 수 있고, 상기 비스페놀계 가교 촉진제는 유기 포스포늄 염을 포함할 수 있다.
상기 불소바인더층(30)의 두께가 0.01 밀리미터 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 불소바인더층(30)의 두께가 0.06 밀리미터를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 제품의 두께와 중량을 지나치게 증가시키기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 상기 열선층(10)과 상기 불소바인더층(30) 사이에는 0.01 내지 0.03 밀리미터 두께의 열가소성 폴리이미드 필름으로 이루어진 폴리이미드층(20)이 더 형성될 수도 있는데, 상기 폴리이미드 필름은 에테르기, 케톤기 및 메틸기 중 어느 하나가 있는 방향족 디아민과 에테르기, 케톤기 및 메틸기 중 어느 하나가 있는 방향족 디안하이드리드(aromatic dianhydride)를 합성하여 제조된 것이 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 성분으로 이루어지는 폴리이미드 필름은 상기 열선층(10)과 상기 불소바인더층(30)을 강력하게 접착하여 결속력을 향상시키며, 내열성능을 더욱 향상시키는 역할을 한다.
상기 폴리이미드층(20)의 두께가 0.01 밀리미터 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 폴리이미드층(20)의 두께가 0.03 밀리미터를 초과하게되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 제품의 두께와 중량을 지나치게 증가시키기 때문에 바람직하지 못하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 불소고무 접착제의 제조
아민 가교 시스템계 불소고무와 비스페놀 가교 시스템계 불소고무 혼합물 37.4 중량%, 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무 37.4중량%, 실리콘계 불소고무용 접착제 3.74중량%, 퍼옥사이드 가교제 1.21중량%, 퍼옥사이드 가교조제 0.75중량%, 비스페놀 가교제 0.75중량%, 비스페놀 가교촉진제 1.5중량%, 산화아연 0.75중량%, 산화마그네슘 1.5중량% 및 MT카본블랙 15중량%를 혼합하여 불소고무 접착제를 제조하였다.
<제조예 2> 폴리이미드 필름의 제조
3,3'-디메틸-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민 37.8g 및 3,3', 4,4'-벤조페논테트라카르복실디안하이드리드 52.1g을 NMP 410g에서 중합하여 합성한 열가소성 폴리이미드 수지 조성물을 이용하여 0.02 밀리미터 두께의 폴리이미드 필름을 제조하였다.
<실시예 1>
열성층(0.15 밀리미터 두께의 스테인리스 강)을 형성하고, 상기 열선층의 상부면 및 하부면에 상기 제조예 1을 통해 제조된 불소고무 접착제로 이루어진 불소바인더층 0.01 밀리미터의 두께로 형성하고 200℃의 온도에서 60분 동안 가열 및 경화하여 반도체용 정전척 히터용 면상발열체를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 불소바인더층을 0.02 밀리미터의 두께로 형성하고, 상기 열선층과 상기 불소바인더층 사이에 상기 제조예 2를 통해 제조된 폴리이미드 필름을 적층하여 반도체용 정전척 히터용 면상발열체를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 불소바인더층을 0.04 밀리미터의 두께로 형성하고, 상기 열선층과 상기 불소바인더층 사이에 상기 제조예 2를 통해 제조된 폴리이미드 필름을 적층하여 반도체용 정전척 히터용 면상발열체를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 불소바인더층을 0.06 밀리미터의 두께로 형성하고, 상기 열선층과 상기 불소바인더층 사이에 상기 제조예 2를 통해 제조된 폴리이미드 필름을 적층하여 반도체용 정전척 히터용 면상발열체를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 반도체 정전척 히터용 면상발열체의 사용온도, 온도균일도, 인장강도, 과전압, 열 내구성, 열팽창계수 및 탄성율을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
{단, 사용온도, 온도균일도, 인장강도, 과전압, 열 내구성, 열팽창계수 및 탄성율의 측정은 아래 표 1에 나타낸 시험방법과 시험규격을 이용하여 측정하였다.}
<표 1> 시험방법 및 시험규격
<표 2>
상기 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물은 우수한 물성을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물은 열경화성 불소고무 접착제로 이루어진 불소바인더층이 형성되어 프레스작업을 진행하지 않고도 200℃의 고온에서도 우수한 접착력과 내열성을 나타낸다.
또한, 반도체 정전척 히터용 면상발열체와 같은 반도체 부품 외에도 다양한 전자제품 재료, 침구류 및 레저용품 등에 폭넓게 적용될 수 있다.
10 ; 열선층
20 ; 폴리이미드층
30 ; 불소바인더층
20 ; 폴리이미드층
30 ; 불소바인더층
Claims (6)
- 열선층; 및
상기 열선층의 상부면 및 하부면에 형성되며 불소고무 접착제로 이루어지는 불소바인더층;으로 이루어지며,
상기 열선층과 상기 불소바인더층 사이에는 0.02 밀리미터 두께의 폴리이미드 필름으로 이루어진 폴리이미드층이 더 형성되고,
상기 열선층은 0.003 내지 0.3 밀리미터의 두께로 형성되며, 스테인리스 강 또는 인코넬로 이루어지며,
상기 불소바인더층은 0.06 밀리미터의 두께로 형성되며,
상기 폴리이미드 필름은 3,3'-디메틸-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민 37.8g 및 3,3', 4,4'-벤조페논테트라카르복실디안하이드리드 52.1g을 NMP 410g에서 중합하여 합성한 열가소성 폴리이미드 수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 불소고무 접착제는 아민 가교 시스템계 불소고무와 비스페놀 가교 시스템계 불소고무 35 내지 40중량%, 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무 35 내지 40중량%, 실리콘계 불소고무용 접착제 3 내지 5중량%, 퍼옥사이드 가교제 0.5 내지 2중량%, 퍼옥사이드 가교조제 0.5 내지 1중량%, 비스페놀 가교제 0.5 내지 1중량%, 비스페놀 가교촉진제 1 내지 2중량%, 산화아연 0.5 내지 1중량%, 산화마그네슘 1 내지 2중량% 및 MT카본블랙 10 내지 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물.
- 청구항 4에 있어서,
상기 아민 가교 시스템계 불소고무는 VF2-HFP-TFE 공중합체를 포함하고,
상기 비스페놀 가교 시스템계 불소고무는 HFP-VF2 공중합체를 포함하며,
상기 퍼옥사이드 가교 시스템계 불소고무는 VF2-PMVE-TFE 공중합체 및 TFE-Pr 공중합체 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물.
- 삭제
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