KR20030082399A - 반도체 제조 장치용 작업편 홀더 - Google Patents
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Abstract
반도체 제조 장치 작업편 홀더는 웨이퍼 유지면이 등온성면에서 우수하고 코터/디벨로퍼 내의 사진 석판 포토레지스트의 열경화 및 낮은 유전율, 예를 들면 낮은 k값 절연막의 소성에 사용하기 적합하다. 작업편 홀더는 웨이퍼 홀더(1) 및 웨이퍼 홀더(1)를 지지하는 지지 부재(4)로 이루어지고, 지지 부재(4)의 열전도성이 웨이퍼 홀더(1)의 열전도성보다 낮은 것을 특징으로 한다. 웨이퍼 홀더(1) 및 지지 부재(4)는 접합되지 않거나, 접합되는 경우에도 2.0 x 10-6/℃ 이하의 열팽창 계수 차이를 가지도록 만들어진다. 양호하게는 웨이퍼 홀더(1)의 주요 성분은 AlN이고 지지 부재(4)의 주요 성분은 멀라이트이다.
Description
본 발명은 반도체 제조 장치에 채용되는 작업편 홀더에 관한 것이고, 특히 코터(coater)/디벨로퍼(developer) 내의 사진 석판 포토레지스트의 열경화 및 저유전율, 예를 들면 낮은 K값의 절연막의 가열/소성에서의 적용에 적합한 반도체 제조 장치 작업편 홀더에 관한 것이다.
최근 반도체 제조에 있어 반도체가 고집적화 및 소형화됨에 따라, 알루미늄 스퍼터링(sputtering) 또는 구리 도금에 의해 형성된 실리콘 웨이퍼 상의 알루미늄 또는 구리 회로의 금속 배선(상호 접속)의 선폭 및 선간의 공간은 매년 좁아지고 있다.
알루미늄 또는 구리 회로에 대한 상호 접속 패턴은 사진 석판 기술에 의해 형성된다. 예를 들면, 음-패턴 포토레지스트는 알루미늄 막 상에 수지를 균일하게 코팅시키고, 이어서 스텝퍼(stepper)로 불리우는 노광 장치로서 포토레지스트 내부에 패턴을 인쇄하고, 불필요한 영역을 제거하도록 포토레지스트를 열경화시킴으로써 알루미늄 상호 접속 막 상에 형성된다. 그 후 에칭 장치로서 음 패턴 영역을 따라 알루미늄 막을 에칭시키고 포토레지스트를 제거함으로써 패턴화된 알루미늄 상호 접속이 이루어진다.
상호 접속선을 서로 더 근접시키는 것은 선 내 신호 사이의 상호 작용의 발생을 더 많이 유도하므로, 상호 접속 선 사이의 상호 작용은 저유전율 절연 재료로서 상호 접속부 사이 및 적층화된 층 사이를 채움으로써 제거되어야만 한다. 종래에는 실리콘 산화물이 이러한 목적을 위한 절연 재료로서 채용되었지만, 또한 낮은 k값 유전체로 알려진 재료가 저유전율의 절연막으로서 사용되었다.
낮은 k값 절연막은 막용 원재료가 패턴이 앞에서 주목된 바와 유사한 사진 석판 기술을 사용하여 형성되는 균일 층을 생성하도록 스핀 도포된(spin-coated)슬러리(slurry) 내부에 용해되고, 이어서 가열기 내에서의 소성에 의해 경화되는 방법에 따라 형성된다.
석영판 사이에 개재된 스테인레스강 박편인 저항식 발열체를 사용하는 가열기는 전술된 바와 같은 사진 석판막의 열경화 및 저유전율 절연막의 소성에 채용되어온 가열기의 일예이다. 그러나, 가열기의 등온성 및 내구성에 대한 문제점에 기인하여, 등온성이 우수하고 높은 내구성의 가열 장치가 요구되어 왔다.
반면에, 몰리브덴 코일이 고열전도성의 고내부식성의 AlN 또는 Si3N4내에 매설된 세라믹제 가열기가 앞선 다양한 박막 내에 채용되는 CVD 장치에 사용되어 왔다. 이러한 세라믹제 가열기는 웨이퍼 유지면의 이면 상에서 관형 알루미늄 지지 부재의 일단부에 접합되고 그 타단부는 챔버 내에서 O-링 밀봉되어 지지된다. 또한, 낮은 내부식성의 전극 단자 및 전극-공급 리드선은 챔버 내부에서 사용되는 부식성 가스에 노출되지 않도록 관형 알루미늄 지지 부재의 내측에 수용된다.
반도체 제조에 있어서 비용을 감소시키기 위해 실리콘 웨이퍼의 크기의 대형화가 이루어지고 있으며, 최근에는 8인치로부터 12인치로 변화되고 있다. 결과적으로, 사진 석판 저항막의 열경화 및 낮은 K값 유전체 절연막의 소성에 채용되는 가열기에 있어서 향상된 등온성에 대한 요구가 높아져 왔다. 특히 가열기 웨이퍼 유지면의 등온율이 ±1.0%, 보다 바람직하게는 ±0.5% 이내로 되는 것이 요구되어 왔다.
웨이퍼 홀더를 안정시키고 전극 단자를 챔버 내 분위기로부터 보호하기 위해서 대부분의 경우 세라믹제 가열기의 지지 부재 및 웨이퍼 홀더는 접합된다. 이러한 경우에 있어서 웨이퍼 홀더 및 지지 부재의 열팽창 계수가 다른 경우에, 온도 상승 및 냉각 공정에 있어서 재료들 사이의 열팽창 계수의 차이에 기인한 열응력이 발생하여 더 깨지기 쉬운 재료인 세라믹에 균열을 발생시킨다. 결과적으로, 유사한 재료의 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합된다.
그러나, 웨이퍼 유지면의 등온성을 높이기 위해 높은 열전도성의 재료가 사용되는 경우에, 지지 부재도 동일한 높은 열전도성의 재료이어야만 하기 때문에, 웨이퍼 홀더 내의 저항식 발열체에 의해 생성된 열은 높은 열전도성의 지지 부재를 통해 고효율적으로 도피되어 간다. 웨이퍼 홀더의 온도는 결과적으로 지지 부재와 접합되는 영역에서 현저하게 하강되어 웨이퍼의 등온율을 저하시킬 수밖에 없다.
또한, 등온율을 접합되는 지지 부재로 도피하는 열에 기인한 저하로부터 유지시키기 위해 웨이퍼 홀더가 낮은 열전도성 및 웨이퍼 홀더와 다른 열팽창 계수의지지 부재와 접합되는 경우에도, 열팽창 계수의 차이에 기인한 열응력에 의해 야기되는 균열이 더 깨지기 쉬운 재료인 세라믹으로 제조된 웨이퍼 홀더에서 나타나는 문제점이 있었다.
또한, 지지 부재가 설치되는 위치의 온도를 저하시키고 챔버 단부 상에서의 재료의 열적 저하를 방지하기 위해, 챔버 내에서 지지 부재가 설치되는 곳 주위는 보통 물 등으로 냉각된다. 지지 부재가 짧은 경우에 있어서, 온도 구배가 심해지고 결과적으로 지지 부재는 열 충격에 의해 쉽게 깨지게 된다. 열 충격에 의한 균열을 방지하기 위해서, 지지 부재를 300mm 정도로 길게 하는 것이 필요하고, 지지부재가 수용되는 챔버의 높이에 따라 대형화될 수밖에 없으며, 이는 장치 전체의 소형화에 있어 주요 제약이다.
본 발명의 목적은, 이러한 종래의 사정을 감안하여 웨이퍼 유지면이 등온성면에서 우수하고 코터/디벨로퍼 내의 사진 석판 포토레지스트의 열경화 및 낮은 유전율, 예를 들면 낮은 k값 절연막의 소성에 사용하기 적합한 반도체 제조 장치 작업편 홀더를 제공하는 것이다.
도1은 챔버 내부에 고정된 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더를 도시한 개략 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 웨이퍼 홀더
2: 저항식 발열체
3: 리드선
4: 지지 부재
5: 챔버
6: O링
7: 웨이퍼
앞선 목적을 이루기 위해, 본 발명이 반도체 제조 장치 사용용으로 제공하는 유지면은 저항식 발열체를 가지는 세라믹제 웨이퍼 홀더 및 웨이퍼 홀더를 지지하기 위한 지지 부재를 포함하고, 지지 부재의 열전도성이 웨이퍼 홀더의 열전도성보다 낮은 것을 특징으로 한다.
전술된 바와 같은 본 발명에 의한 반도체 제조 장치 보유 부재는 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합되지 않거나, 그렇지 않으면 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합되고 그 열팽창 계수의 차이가 2.0 x 10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 할 수도 있다.
또한, 전술된 바와 같은 본 발명에 의한 반도체 제조 장치 보유 부재는 AlN, Al2O3,SiC, Si3N4로부터 선택된 하나 이상의 세라믹 종류를 웨이퍼 홀더의 주성분으로 하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
전술된 바와 같은 본 발명에 의한 반도체 제조 장치 보유 부재는 멀라이트(mullite)가 지지 부재의 주성분이고, 특히 지지 부재는 양호하게는 멀라이트와 알루미나의 합성물인 것을 특징으로 할 수도 있다.
또한, 본 발명은 앞선 반도체 제조 장치 보유 부재 중 임의의 하나를 이용하는 반도체 제조 장치를 제공한다. 유사하게, 본 발명이 제공하는 반도체 제조 장치는 사진 석판 수지막의 열경화 또는 낮은 유전율 절연막의 소성에 이용되는 장치이다.
본 발명에서 정의된 바와 같이, 반도체 제조 장치에 있어서, 작업편 유지면의 등온율이 ±1.0%, 보다 바람직하게는 ±0.5% 이내로 될 수 있고 장치 전체의 소형화를 가능하게 하는 작업편 홀더가 제공될 수 있다. 반도체 제조 장치 작업편 홀더는 코터/디벨로퍼 내의 사진 석판 포토레지스트의 열경화 및 낮은 유전율, 예를 들면 낮은 k값의 절연막의 소성에서의 사용에 적합하다.
첨부된 도면과 연계된 다음의 상세한 설명으로부터, 본 발명의 전술된 목적, 특징, 태양 및 장점 그리고 다른 목적, 특징, 태양 및 장점은 관련 기술 분야에 숙련자에게 더욱 명백해질 것이다.
반도체 제조 과정에 있어서, 할로겐을 함유하는 부식성 가스를 사용하는 에칭 장치 및 CVD 장치와 다르게, 코터/디벨로퍼 내에 채용된 사진 석판 레지스트의 열경화 및 낮은 k값의 소성 공정은 분위기로서 He, Ar, N2및 H2를 사용한다. 결과적으로 그 주성분이 할로겐에 의해 쉽게 부식되는 재료인 경우에도 전극이 부식되지 않으므로, 챔버의 오염 문제도 발생하지 않는다.
따라서, 비부식성 분위기를 채용하는 반도체 제조 장치에 있어서, 지지 부재가 그 안에 가열기 전극 단자 및 웨이퍼 홀더가 제공되는 리드선을 수용하기 위해 반듯이 관형이고 챔버 내부 분위기로부터 분리되어 완전 밀봉될 필요는 없다. 웨이퍼 홀더와 지지 본체 사이에 기밀 접합을 형성하는 것이 꼭 필요한 것이 아니므로, 웨이퍼 홀더를 지지 본체에 접합시키지 않고, 예를 들면 단순히 지지 본체 상에 배치시킴으로써 지지하는 것이 가능하다.
웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합되지 않는 한, 웨이퍼 홀더 내의 저항식 발열체에 의해 생성된 열이 지지 부재를 통해 도피되는 것을 억제할 수 있고, 이는 본 발명에 있어서 지지 부재의 열전도성이 웨이퍼 홀더의 열전도성보다 낮은 것과 함께 웨이퍼 홀더의 등온성이 실질적으로 향상시킬 수 있음을 의미한다. 게다가, 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합되지 않기 때문에, 적어도 열응력을 받지 않게 되어 세라믹제 웨이퍼 홀더가 깨어질 위험이 없어진다.
지지 부재를 통한 열 도피를 억제시키는 관점에서는, 웨이퍼 홀더 및 지지 부재는 접합되지 않고, 예를 들면 전술된 바와 같이 하나가 다른 것 위에 위치되어 단순하게 배열되는 것이 좋다. 그러나, 웨이퍼 홀더를 안정시키고 웨이퍼 홀더 내에 노출된 전극 단자를 챔버 내의 분위기로부터 보호하기 위해서, 몇몇 경우에 있어서는 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 양호하게는 함께 접합시킴으로써 고정된다.
이러한 경우에 있어서, 웨이퍼 홀더 및 지지 부재의 열팽창 계수가 현저하게 다른 경우에, 열팽창 및 열수축하는 양의 차이로부터 발생하는 열응력이 조인트에서 발생하여, 더 깨지기 쉬운 재료인 세라믹에 균열에 생긴다. 이러한 것을 보호하기 위해 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합되는 경우에, 열팽창/열수축 양의 차이에 의해 생성되는 열응력을 억제시키고 가열 사이클 중에 열응력에 기인한 깨짐을 제어하는 것을 가능하게 하도록 웨이퍼 홀더와 지지 부재 사이의 열팽창 계수의 차이는 2.0 x 10-6/℃ 이하로 제조될 수도 있다.
웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합되거나 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합되지 않든지 간에, 전술된 어느 경우에 있어서도, 웨이퍼 홀더의 등온율을 상승시키고 지지 부재의 길이를 짧게 하기 위해서, 열전도성이 가능한 높아서 열전도성이 적어도 지지 부재보다 더 높은 재료가 웨이퍼 홀더로 사용되고, 동시에 열전도성이 가능한 낮은 재료가 지지 부재용으로 사용되는 것이 바람직하다.
높은 열팽창 계수, 내열성 및 절연성의 관점에서, 웨이퍼 홀더 재료는 양호하게는 AlN, Al2O3,SiC, Si3N4로부터 선택된 하나 이상의 세라믹 종류이다. 이중에서도 특별히 높은 열전도성 및 우수한 내열성 및 내부식성을 가진 AlN이 보다 바람직하다.
웨이퍼 홀더용으로 AlN이 사용되는 경우에, 그 주성분이 AlN의 열팽창 계수인 4.5 x 10-6/℃에 가까운 4.0 x 10-6/℃의 열팽창 계수를 나타내는 멀라이트(3Al2O3·2SiO2)인 재료가 지지 부재 재료로서 사용되는 것이 바람직하다. 그 열전도성이 4W/mK로 매우 낮은 멀라이트가 열 도피를 억제하는데 매우 효과적이라는 점은 웨이퍼 홀더의 등온성을 더욱 향상시킨다. 또한, 지지 부재의 길이가 짧게 만들어지지만, 웨이퍼 홀더, 지지 부재 및 그 용기 설치부의 온도 구배가 심하지 않으므로, 열 충격에 기인한 지지 부재 내의 깨짐이 억제될 수 있는 점은 신뢰성을 향상시킨다.
지지 부재의 열팽창 계수는 또한 웨이퍼 홀더를 구성하는 AlN의 열팽창 계수에 근접시키도록 멀라이트에 알루미나(Al2O3)를 첨가함으로써 조정될 수 있다. 예를 들어 멀라이트에 알루미나를 첨가함으로써 열팽창 계수가 4.5 x 10-6/℃ 정도로 조정된 지지 부재의 사용은 웨이퍼 홀더와 지지 부재 사이의 조인트 상에서의 열응력을 현저하게 감소시켜서, 접합된 후의 냉각 및 온도를 상승 및 하강시키는 가열 사이클에 적용되더라도, 열응력은 대폭 감소되어 신뢰성이 대폭 향상된다.
실시예1
알루미늄 질화물(AlN) 분말에 소결 증진제로서 0.5중량%의 이트륨 산화물(Y2O3)을 첨가하고, AlN 함유의 이트륨 산화물에 추가의 유기 결합제를 분산 혼합하고, 이어서 혼합물을 알갱이화시키도록 혼합물을 스프레이-건조시킴으로써 입상 분말이 준비되었다. 소결된 이후에 입상 분말은 일축 프레스에 의해 치수가 350mm 직경 x 5mm 두께인 2개의 판으로 성형되었다. 이러한 성형된 재료는 800℃의 온도의 질소 기류에서 탈지되고 1900℃의 질소 기류에서 6시간 동안 소결되었다. 이렇게 생성된 AlN 소결 부재의 열전도율은 180W/mK이었다. 소결 재료의 2개의 판은 다이아몬드 가루를 사용하여 표면 연마되었다.
저항식 발열체 회로는 소결 증진제 및 에틸 셀룰로스 결합제가 첨가된 텅스텐 분발의 교반 혼합물인 텅스텐 슬러리를 사용하여 AlN 소결 재료판의 한 쪽에서 인쇄되었다. 그 후 인쇄된 AlN판은 900℃의 질소 기류 내에서 탈지되고 1850℃에서 한시간 동안 가열시킴으로써 현상되었다. 에틸 셀룰로스 결합제가 첨가된 결합용 교반 혼합 유리인 슬러리가 잔류하는 소결된 부재 상에 도포되고 900℃의 질소 기류 내에서 탈지되었다.
AlN 소결 재료의 두 개의 판의 결합 유리 표면 및 저항식 발열체 표면은 오정열을 방지하도록 50g/cm2의 하중 하에서 적층되고 1800℃에서 2시간 동안 가열시킴으로써 접합됨으로써, 도1에 도시된 바와 같이 내부에 저항식 발열체(2)가 매설된 AlN제 웨이퍼 홀더(1)가 제조되었다. 내부 저항식 발열체(2)와 접속하는 전극 단자(도시 생략)는 이러한 웨이퍼 홀더(1)의 이면에 접합되고, 또한 여기에 시스템 외부 전원에 전기적으로 접속되는 전원 공급 리드선이 접합되었다.
멀라이트(3Al2O3·2SiO2)로 제조되어 100mm 외부 직경 x 90mm 내부 직경 x 100mm의 길이의 원통형 지지 부재가 웨이퍼 홀더를 지지하기 위한 지지 부재로서 준비되었다. 이러한 멀라이트제 지지 부재의 열전도성은 4W/mK이었다. 도1에 도시된 바와 같이, 이러한 지지 부재(4)의 일단부는 챔버(5)에 클램핑되었고, 웨이퍼 홀더(1)는 접합되지 않고 지지 부재(4) 상부에 배치되었다. 여기서, 지지 부재(4) 내에 수용된 웨이퍼 홀더(1)로부터의 리드선(3)은 이와 챔버(5) 사이에서 O링(6)으로 밀봉되었다.
챔버(5)의 내부는 N2분위기 하에서 0.1torr로 압력이 감소되고 시스템 외부로부터 저항식 발열체(2)에 전원을 공급함으로써 500℃로 가열되었고, 챔버(5)에 고정된 지지 부재(4)의 단부를 수냉각시키면서 웨이퍼(7)를 유지하는 웨이퍼 홀더(1) 면의 전체 표면의 등온율이 측정되었고, 그 결과는 500℃ ±0.39%이었다. 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 상온과 500℃ 사이를 500회에 걸쳐 상승 및 하강하는 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 홀더 10개 모두 가열 사이클 이후에 아무런 문제가 없었다.
또한, 300mm의 길이를 가진 종래의 지지 부재는 이를 수용하기 위해 대략 450mm의 챔버 높이가 요구된다. 반면에, 실시예1에 있어서, 지지 부재(4)는 길이가 100mm로 짧아진 경우에도 아무런 문제없이 채용되고 챔버(5)의 높이도 250mm로되어 조밀하게 제조하는 것을 가능하게 한다.
실시예2
알루미늄 산화물(Al2O3) 분말에 소결 증진제로서 2중량%의 산화 마그네슘(MgO)을 첨가하고, Al2O3함유의 산화 마그네슘에 추가의 결합제를 분산 혼합하고, 이어서 혼합물을 알갱이화시키도록 혼합물을 스프레이-건조시킴으로써 입상 분말이 준비되었다. 소결된 이후에 입상 분말은 일축 프레스에 의해 치수가 350mm 직경 x 5mm 두께인 2개의 판으로 성형되었다.
저항식 발열체 회로는 소결 증진제 및 에틸 셀룰로스 결합제가 첨가된 텅스텐 분발의 교반 혼합물을 사용하여 전술된 성형된 부재 중 하나에 인쇄되었다. 그후 인쇄된 성형 부재는 700℃의 기류 내에서 탈지되고, 동시에 1600℃에서 3시간 동안 가열시킴으로써 현상되었다. 그렇게 제조된 Al2O3소결 부재의 열전도성은 20W/mK이었다. 소결 부재는 다이아몬드 가루를 사용하여 표면 연마되었다.
잔류하는 성형 부재는 전술된 바와 동일한 방식으로 소결되었고, 에틸 셀룰로스가 결합제가 첨가된 결합용 교반 혼합 유리인 슬러리는 소결된 잔류 성형 부재 상에 도포되고 900℃의 분위기 기류 내에서 탈지되었다. 소결된 재료의 이들 두 개의 판의 결합 유리 표면 및 저항식 발열체 표면은 웨이퍼 홀더를 제조하도록 실시예1과 동일한 방식으로 적층 및 접합되었다. 전극 단자는 실시예1에서와 동일한 방식으로 웨이퍼 홀더 이면에 접합되었고, 또한 리드선이 접합되었다.
이러한 Al2O3제 웨이퍼 홀더는 실시예1에서와 같이 멀라이트로 제조된 동일한 지지 부재 위에 배치되었다. 멀라이트 지지 부재의 일단부는 챔버에 클램핑되었다. 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 유지면의 전체 표면의 등온율이 실시예1과 동일한 조건 하에서 측정되었고, 그 결과는 500℃ ±0.7%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
실시예3
실리콘 탄화물(SiC) 분말에 소결 증진제로서 2중량%의 붕소 탄화물(B4C)을 첨가하고, SiC 분말 함유의 붕소 탄화물에 추가의 결합제를 분산 혼합하고, 이어서 혼합물을 알갱이화시키도록 혼합물을 스프레이-건조시킴으로써 입상 분말이 준비되었다. 소결된 이후에 입상 분말은 일축 프레스에 의해 치수가 350mm 직경 x 5mm 두께인 2개의 판으로 성형되었다.
저항식 발열체 회로는 소결 증진제 및 에틸 셀룰로스 결합제가 첨가된 텅스텐 분발의 교반 혼합물을 사용하여 전술된 성형 재료 시트 중 하나에 인쇄되었다. 그 후 인쇄된 성형 부재는 900℃의 질소 기류 내에서 탈지되고, 동시에 1900℃에서 5시간 동안 가열시킴으로써 소결되었다. 그렇게 제조된 실리콘 탄화물(SiC) 소결 부재의 열전도성은 150W/mK였다. 소결 부재는 다이아몬드 가루를 사용하여 표면 연마되었다.
잔류하는 성형 부재는 전술된 바와 동일한 방식으로 소결되었고, 에틸 셀룰로스가 결합제가 첨가된 결합용 교반 혼합 유리인 슬러리는 소결된 잔류 성형 부재 상에 도포되고 900℃의 질소 기류 내에서 탈지되었다. 소결된 재료의 이들 두 개의 판의 결합 유리 표면 및 저항식 발열체 표면은 웨이퍼 홀더를 제조하도록 실시예1과 동일한 방식으로 적층 및 접합되었다. 전극 단자는 실시예1에서와 동일한 방식으로 웨이퍼 홀더 이면에 접합되었고, 또한 리드선이 접합되었다.
이러한 SiC제 웨이퍼 홀더는 실시예1에서와 같이 멀라이트로 제조된 동일한 지지 부재 위에 배치되었다. 멀라이트 지지 부재의 일단부는 챔버에 클램핑되었다. 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 유지면의 전체 표면의 등온율이 실시예1과 동일한 조건 하에서 측정되었고, 그 결과는 500℃ ±0.5%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
실시예4
실리콘 질화물(Si3N4) 분말에 소결 증진제로서 2중량%의 이트륨 산화물(Y2O3) 및 2중량%의 알루미늄 산화물(Al2O3)을 첨가하고, Si3N4분말을 함유하는 이트륨 산화물(Y2O3) 및 알루미늄 산화물(Al2O3)에 추가의 결합제를 분산 혼합하고, 이어서 혼합물을 알갱이화시키도록 혼합물을 스프레이-건조시킴으로써 입상 분말이 준비되었다. 소결된 이후에 입상 분말은 일축 프레스에 의해 치수가 350mm 직경 x 5mm 두께인 2개의 판으로 성형되었다.
저항식 발열체 회로는 소결 증진제 및 에틸 셀룰로스 결합제가 첨가된 텅스텐 분발의 교반 혼합물을 사용하여 성형된 재료 시트 중 하나에 인쇄되었다. 그 후 인쇄된 성형 부재는 900℃의 질소 기류 내에서 탈지되고, 동시에 1900℃에서 5시간 동안 가열시킴으로써 소결되었다. 그렇게 제조된 실리콘 질화물(Si3N4) 소결 부재의 열전도성은 20W/mK였다. 소결 부재는 다이아몬드 가루를 사용하여 표면 연마되었다.
잔류하는 성형 부재는 전술된 바와 동일한 방식으로 소결되었고, 에틸 셀룰로스가 결합제가 첨가된 결합용 교반 혼합 유리인 슬러리는 소결된 잔류 성형 부재 상에 도포되고, 900℃의 질소 기류 내에서 탈지되었다. 소결된 재료의 이들 두 개의 판의 결합 유리 표면 및 저항식 발열체 표면은 웨이퍼 홀더를 제조하도록 실시예1과 동일한 방식으로 적층 및 접합되었다. 전극 단자는 실시예1에서와 동일한 방식으로 웨이퍼 홀더 이면에 접합되었고, 또한 리드선이 접합되었다.
이러한 실리콘 질화물(Si3N4)제 웨이퍼 홀더는 실시예1에서와 같이 멀라이트로 제조된 동일한 지지 부재 위에 배치되었다. 멀라이트 지지 부재의 일단부는 챔버에 클램핑되었다. 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 유지면의 전체 표면의 등온율이 실시예1과 동일한 조건 하에서 측정되었고, 그 결과는 500℃ ±0.8%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
실시예5
앞선 실시예1에서와 같은 AlN제의 동일한 웨이퍼 홀더가 100mm 외부 직경 x 90mm 내부 직경 x 100mm 길이의 지지 부재(100)에 접합되지 않고 그 위에 배치되었다. 내부 저항식 발열체의 단부로의 전극 단자 및 리드선은 실시예1에서와 유사하게 웨이퍼 홀더의 이면에 접합되었다. 여기서 스테인레스강의 열전도성은 15W/mK이었다.
실시예1과 동일한 평가가 이러한 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 웨이퍼 유지면의 등온율은 500℃ ±0.42%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
실시예6
압출용 결합제가 첨가된, 실시예1에서의 웨이퍼 홀더의 제조에 이용되는 AlN 분말에 5중량%의 알루미늄 산화물(Al2O3) 분말이 첨가된 혼합물은 소결된 후에100mm 외부 직경 x 90mm 내부 직경 x 100mm 길이의 실린더 형태로 성형되었다. 이는 900℃에서 질소 기류 내에서 탈지시키고, 1850℃에서 6시간 동안 소결시키고, 그 양 단부를 연마시킴으로써 지지 부재가 되도록 처리하였다.
B-Si계 유리가 AlN제 지지 부재의 일단부 상에 도포되었고, 800℃에서 동일한 AlN제 웨이퍼 홀더(열전도성: 170 W/mK; 열팽창 계수: 4.5 x 106/℃)에 접합되었다. 실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 등온율은 500℃ ±0.5%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
실시예7
앞선 실시예1에서와 동일한 AlN제의 웨이퍼 홀더 및 멀라이트제의 지지 부재가 준비되었다. 지지 부재의 양 단부는 연마 처리되었고, B-Si계 유리로 도포되고 800℃에서 웨이퍼 홀더에 접합되었다. AlN 및 멀라이트로의 열팽창 계수는 0.5 x 10-6/℃이었다.
실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 등온율은 500℃ ±0.43%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
실시예8
열팽창 계수를 4.5 x 10-6/℃가 되도록 조정하기 위해 Al2O3이 첨가된 멀라이트(3Al2O3·2SiO2)인 혼합 재료로 제조된, 100mm 외부 직경 x 90mm 내부 직경 x 100mm 길이의 원통형 지지 부재가 준비되었다. 지지 부재의 양 단부는 연마 처리되었고, B-Si계 유리로 도포되고 800℃에서 실시예1과 같이 AlN으로 제조된 웨이퍼 홀더에 접합되었다.
실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 등온율은 500℃ ±0.41%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
실시예9
실시예1과 동일한 AlN제 웨이퍼 홀더가 준비되었다. 실시예8과 동일한 구성 성분을 가지는 지지 부재의 경우, 다음 형태를 가지는 지지 부재가 제조되었다. 350mm 외부 직경 x 330mm 내부 직경 x 100mm 길이의 지지 부재(a) 하나와 10mm 외부 직경 x 9mm 내부 직경 x 100mm 길이의 지지 부재(b) 두 개가 특별히 제조되었다.
각각의 지지 부재(a) 및 지지 부재(b)의 양 단부는 연마 처리되었고, 각각의 일단부는 B-Si계 유리로 도포되고 800℃의 질소 내에서 각각의 AlN제 웨이퍼 홀더에 접합되었다. 그러나, 두 개의 지지 부재(b)가 전극 단자를 덮도록 웨이퍼 홀더 이면에 각기 접합되는 반면에, 지지 부재(a)는 웨이퍼 홀더 이면의 중간에 접합되었다.
실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 두 개의 지지 부재(b)가 이용되었던 웨이퍼 홀더의 등온율은 500℃ ±0.40%이었던 반면에, 지지 부재(a)가 이용되었던 웨이퍼 홀더의 등온율은 500℃ ±0.44%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
비교예1
AlN제 웨이퍼 홀더가 실시예1과 동일한 방법으로 제조되었다. 지지 부재는 웨이퍼 홀더와 동일한 AlN으로 만들어졌고, 100mm 외부 직경 x 90mm 내부 직경 x 300mm 길이로 하였다. 웨이퍼 홀더 및 지지 부재의 열전도성은 180W/mK이었다. 지지 부재의 양 단부는 연마 처리되었고, 일단부는 B-Si계 유리로 도포되고 800℃에서 웨이퍼 홀더에 접합되었다.
실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 등온율은 500℃ ±1.5%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
비교예2
웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 지지 부재의 길이를 100mm로 짧게 한 것을 제외하고는 비교예와 동일한 방법으로 제조되었다. 웨이퍼 홀더 및 지지 부재 모두 AlN으로 만들어졌고, 그 열전도성은 180W/mK이었다. 웨이퍼 홀더 및 지지 부재는비교예1과 동일한 방식으로 접합되었다.
실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 등온율은 500℃ ±2.0%이었다. 또한, 동일한 웨이퍼 홀더가 500℃에서 1시간 동안 유지되었고, 그 후에 웨이퍼 홀더는 유지 단부의 수냉각에 기인한 열 충격에 파손되었다.
비교예3
웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 비교예1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 웨이퍼 홀더 및 지지 부재 모두 AlN으로 만들어 졌고, 그 열전도성은 180W/mK이었다. 웨이퍼 홀더는 지지 부재에 접합되지 않고 그 위에 배치되었다.
실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 등온율은 500℃ ±1.2%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
비교예4
AlN제의 웨이퍼 홀더가 실시예1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 100mm 외부 직경 x 90mm의 내부 직경 x 300mm 길이의 지지 부재에 있어서, 구리로 제조된 지지 부재가 준비되었다. 지지 부재의 열전도성이 393W/mK인 반면에, 웨이퍼 홀더의 열전도성은 180W/mK이었다. 지지 부재의 양단부는 연마 처리되었고, 웨이퍼 홀더는 접합되지 않고 그 위에 배치되었다.
실시예1과 동일한 평가가 이렇게 제조된 웨이퍼 홀더에 대해 이루어졌고, 등온율은 500℃ ±2.5%이었다. 또한, 10개의 동일한 웨이퍼 홀더가 제조되어, 실시예1과 동일한 방식으로 가열 사이클 실험을 거쳤지만, 그들 중 어느 것에도 아무런 문제가 없었다.
선택된 실시예들만이 본 발명을 설명하기 위해서 선택되었다. 이 기술 분야의 숙련자에게 있어서, 다양한 변화 및 변경이 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 정신 내에서 이루어질 수 있음은 앞선 내용으로부터 명백할 것이다. 또한, 본 발명에 따른 실시예의 앞선 설명은 단순한 예시일 뿐이고 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명을 한정하지는 않는다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 유지면이 등온성면에서 우수하고 코터/디벨로퍼 내의 사진 석판 포토레지스트의 열경화 및 낮은 유전율, 예를 들면 낮은 k값 절연막의 소성에 사용하기 적합한 반도체 제조 장치 작업편 홀더가 제공된다.
Claims (14)
- 반도체 제조 장치에 사용하기 위한 보유 부재이며,저항식 발열체가 매설되는 세라믹제 웨이퍼 홀더와,상기 웨이퍼 홀더를 지지하기 위한 지지 부재를 포함하고,상기 지지 부재는 그 열팽창 계수가 상기 웨이퍼 홀더의 것보다 낮도록 제조되는 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 홀더 및 지지 부재는 접합되지 않거나, 달리 상기 웨이퍼 홀더 및 지지 부재가 접합된다면 이 둘의 열팽창 계수의 차이가 2.0 x 10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, AlN, Al2O3,SiC, Si3N4로부터 선택된 하나 이상의 세라믹 종류가 상기 웨이퍼 홀더의 주요 성분인 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제3항에 있어서, 상기 웨이퍼 홀더는 AlN인 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 멀라이트가 상기 지지 부재의 주요 성분인 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제3항에 있어서, 멀라이트가 상기 지지 부재의 주요 성분인 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제4항에 있어서, 멀라이트가 상기 지지 부재의 주요 성분인 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제5항에 있어서, 상기 지지 부재는 멀라이트 및 알루미나의 혼합물인 것을 특징으로 하는 보유 부재.
- 제1항 또는 제2항에 설명된 반도체 제조 장치용 보유 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제3항에 설명된 반도체 제조 장치용 보유 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제4항에 설명된 반도체 제조 장치용 보유 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제5항에 설명된 반도체 제조 장치용 보유 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제8항에 설명된 반도체 제조 장치용 보유 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제9항에 있어서, 사진 석판 수지막의 열경화 또는 낮은 유전율 절연막의 소성에 이용되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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