KR20040055692A - 웨이퍼 지지부재 - Google Patents

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KR20040055692A
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Abstract

(과제) 웨이퍼의 표면온도를 정확하고 추종성 좋게 측정할 수 있는 웨이퍼 지지부재를 제공한다.
(해결수단) 판상 세라믹체(2)의 한쪽의 주면측을, 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재면으로 하고, 상기 판상 세라믹체(2)의 다른쪽의 주면 또는 내부에 저항발열체(5)를 구비함과 아울러, 상기 판상 세라믹체(2)의 다른쪽의 주면에 오목부(9)를 형성하고, 이 오목부(9)내에 측온소자(8a)와 리드선(8)으로 이루어지는 측온체를 삽입하고, 고정부재(17)에 의해 유지함과 아울러, 상기 측온체의 측온소자(8a)를 피복하는 피복재가 고정부재(17)로부터 노출될 때까지의 피복재의 길이를 상기 피복재의 외경의 5배∼30배로 한다.

Description

웨이퍼 지지부재{WAFER SUPPORT MEMBER}
본 발명은 주로 웨이퍼를 가열하는데에 이용하는 웨이퍼 지지부재에 관한 것으로, 예를 들면, 반도체 웨이퍼나 액정기판 또는 회로기판 등의 웨이퍼상에 도체막이나 절연막을 생성하거나, 상기 웨이퍼상에 도포된 레지스트액을 건조소성해서 레지스트막을 형성하는데에 적합한 웨이퍼 지지부재에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 제조장치의 제조공정에 있어서의, 도체막이나 절연막의 성막처리, 에칭처리, 레지스트막의 소성처리 등의 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 약기함)에의 가공에 있어서, 웨이퍼를 가열하기 위해 웨이퍼 지지부재가 이용되고 있다.
종래의 반도체 제조장치는, 일괄적으로 복수의 웨이퍼를 성막처리하는 배치식의 것이 사용되고 있었지만, 웨이퍼의 크기가 8인치에서 12인치로 대형화됨에 따라, 처리정밀도를 향상시키기 위해서, 한장씩 처리하는 매엽식이라 불리는 장치가 최근에 사용되고 있다. 그러나, 매엽식으로 하면 1회당의 처리수가 감소하므로, 웨이퍼의 가공시간의 단축이 필요로 되고 있다. 이 때문에, 웨이퍼 지지부재에 대해서, 웨이퍼의 가열시간의 단축, 웨이퍼의 흡착/탈착의 신속화와 동시에 가열온도의 정밀도의 향상이 요구되고 있었다.
상기와 같은 웨이퍼 지지부재의 예로서, 예를 들면 특허문헌1에 나타내어져 있는 웨이퍼 지지부재(21)가 있다. 이 웨이퍼 지지부재(21)는 도8에 나타내듯이,케이싱(31), 판상 세라믹체(22) 및 판상 반사체로서의 스텐레스판(33)을 주요한 구성요소로 하고 있다. 케이싱(31)은 바닥을 갖는 금속제 부재(여기에서는, 알루미늄제 부재)로, 단면이 원형상인 개구부(34)를 그 상부측에 구비하고 있다. 이 케이싱(31)의 중심부에는 도시가 생략된 웨이퍼 지지핀을 삽입통과시키기 위한 핀관통구멍(35)이 3개 형성되어 있다. 핀관통구멍(35)에 삽입통과된 웨이퍼 지지핀을 상하로 이동시키면, 웨이퍼(W)를 반송기로 보내거나, 웨이퍼(W)를 반송기로부터 받을 수 있다. 또, 도9에 나타낸 저항발열체(25)의 도통단자부에는 도통단자(27)가 납땜되어 있으며, 상기 도통단자(27)가 스텐레스판(33)에 형성된 구멍(57)을 삽입통과하는 구조로 되어 있다. 또, 저부(31a)의 외주부에는 리드선 인출용 구멍(36)이 몇개 형성되어 있다. 이 구멍(36)에는 저항발열체에 전류를 공급하기 위한 도시가 생략된 리드선이 삽입통과되며, 상기 리드선은 상기 도통단자(27)에 접속되어 있다.
또, 판상 세라믹체(22)를 구성하는 세라믹재료로서는, 질화물 세라믹스 또는 탄화물 세라믹스가 이용되며, 저항발열체(25)는 도9에 나타내듯이, 동심원상으로 형성된 복수의 패턴으로 통전됨으로써, 판상 세라믹체(22)를 가열하는 웨이퍼 지지부재(21)가 제안되고 있다.
이러한 웨이퍼 지지부재(21)에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면전체에 균질의 막을 형성하거나, 레지스트막의 가열반응상태를 균질하게 가공처리하기 위해서는 웨이퍼(W)의 온도를 정확하게 측정함과 아울러 웨이퍼(W)의 온도를 일정하게 온도제어하는 것이 중요하다. 그래서, 웨이퍼(W)의 온도를 측정하는 측온소자가 사용되며, 상기 웨이퍼 지지부재의 오목부(23)에 측온소자가 부착되어 있다.
특허문헌2에는 도10에 나타내듯이, 웨이퍼 지지부재에 탑재한 웨이퍼(W)의 온도를 측정하고, 금속제의 판상체(40)의 상면(40a)의 온도를 제어하는 측온소자(150)의 배치방법이 나타내어져 있다. 상기 판상체(40)의 온도의 정밀도나 반응 등이 우수하고, 온도조절의 정밀도를 향상시키는 방법으로서, 오목부(41)에 삽입된 측온소자(150)의 길이방향의 온도차를 작게 하고, 상기 측온소자(150)를 판상체(40)의 상면에 평행하게 배치하는 방법이 나타내어져 있다. 이 측온소자는 Pt로 이루어지는 측온소자(150)가 보호관(151)에 삽입되어 판상체(40)의 상면(40a)에 대해서 평행하게 되도록 배치되어 있다.
또한 보호관(151)내의 간극에는 전열시멘트(52)가 충전되어 있다. 특히, 저항발열체를 분할제어하는 경우에는 측정의 정확함과 아울러 측정 편차를 관리하지 않으면 상기 판상체(40)의 정확한 온도제어가 불가능하게 되므로, 이러한 부착구조로 하는 것이 바람직하다라고 되어 있었다.
또, 특허문헌3에는 단일의 저항발열체를 판상 세라믹체에 매설한 웨이퍼 가열장치에 있어서, 웨이퍼 가열면의 온도가 최적값에서 벗어나는 것을 방지하기 위해, 측온점을 웨이퍼 가열영역의 중심에서 웨이퍼 가열영역의 반경의 대략 1/√2의 위치로 하는 것이 나타내어져 있다.
또, 특허문헌4에는 도9에 기재된 두께 3㎜의 판상 세라믹체(22)에 깊이 2㎜, 직경 1.2㎜의 오목부(23)에 측온소자로서 선직경 0.5㎜이하의 열전대를 삽입해서 내열성 수지로 시일한 웨이퍼 지지부재(21)가 개시되어 있다.
또, 특허문헌5와 특허문헌6에는 판상 세라믹체(22)에 오목부를 형성하여 고정부재로 측온소자를 압압고정한 웨이퍼 지지부재가 기재되어 있다.
(특허문헌1)
일본 특허공개 평11-283729호 공보
(특허문헌2)
일본 특허공개 평9-45752호 공보
(특허문헌3)
일본 특허공개 평4-98784호
(특허문헌4)
일본 특허공개 2001-85144호 공보
(특허문헌5)
일본 특허공개 2002-100559호 공보
(특허문헌6)
일본 특허공개 2001-338862호 공보
그러나, 최근 주목받고 있는 매엽식 웨이퍼 지지부재에 사용되는 판상 세라믹체는 웨이퍼 1장당의 가공처리시간을 단축시키기 위해서, 두께를 2∼5㎜로 얇게 하여 가열 및 냉각의 사이클타임이 짧아지도록 조정할 필요가 있다. 그러나, 웨이퍼의 표면전체를 ±0.5℃라는 레벨로 균일하게 가열하기 위해서는, 판상 세라믹체에 측온소자를 종래의 방법으로 설치하는 것만으로는 웨이퍼를 균일하게 가열한다라는 목표를 달성할 수 없다라는 과제가 있었다.
상기와 같은 웨이퍼 지지부재에 있어서, 일본 특허공개 평9-45752호 공보와 같이 측온소자(150)를 판상체(40)의, 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재면(40a)에 평행하게 배치해도 금속으로 이루어지는 판상체(40)는 두께가 30mm이상으로 두꺼워서 판상체(40)를 급속하게 승온시키거나, 강온시킬 수 없었다. 또한, 측온소자(150)본체나 측온소자(150)로의 접속부재로부터 열이 판상체(40)의 외부로 흘러, 측온부의 온도가 저하되거나, 측온소자(150)가 판상체(40)의 오목부(41)의 저면에 열적으로 확실하게 접속할 수 없으므로 판상체(40)나 상기 웨이퍼(W)의 온도를 정확하게 측정할 수 없는 우려가 있다라는 문제가 있었다.
또, 상기 판상체(40)에 구비된 저항발열체나 상기 탑재면(40a)으로부터 측온소자(150)까지의 거리에 의해 설정온도에 대해서 웨이퍼(W)의 온도의 추종성이 나쁘고 온도가 변동하여 일정 온도로 제어될 때까지의 시간이 걸려 웨이퍼(W)의 가공처리시간이 길어진다라는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌5와 특허문헌6에 기재된 판상 세라믹체에 열전대를 접속시킨 웨이퍼 지지부재는 외부의 온도변화 등에 의한 노이즈가 발생하기 쉽고, 온도차 0.1℃보다 작은 정밀도로 웨이퍼(W)를 일정 온도로 제어하는 것은 곤란하다라는 문제가 있었다.
도1은 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 일례를 나타낸 단면도이다.
도2는 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서의 저항발열체의 형상을 나타낸 개략도이다.
도3은 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서의 다른 저항발열체의 형상을 나타낸 개략도이다.
도4는 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서의 다른 저항발열체의 형상을 나타낸 개략도이다.
도5의 (a)는 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 있어서의 측온소자의 부착부를 나타낸 단면도이며, (b)는 그 확대도이다.
도6의 (a)는 본 발명의 다른 웨이퍼 지지부재에 있어서의 측온소자의 부착부를 나타낸 단면도이며, (b)는 그 확대도이다.
도7은 본 발명의 웨이퍼 지지부재의 다른 측온소자의 부착부를 나타낸 단면도이다.
도8은 종래의 웨이퍼 지지부재를 나타낸 분해사시도이다.
도9는 종래의 웨이퍼 지지부재의 저항발열체의 개략도이다.
도10의 (a),(b)는 종래의 웨이퍼 지지부재의 측온소자의 부착부를 나타낸 개략도이다.
(부호의 설명)
1:웨이퍼 지지부재 2:판상 세라믹체
3:주면(主面) 4:지지핀
5:저항발열체 6:급전부
8:리드선 8a:측온소자
9:오목부 9a:저부
10:피복관 11:급전단자
12:웨이퍼 밀어올림핀 15:열적 접속부재
P:교점 16:가압핀
17:고정부재 18:스프링
19:바닥을 갖는 통형상체 20:단열부재
22:판상 세라믹체 23:오목부
25:저항발열체 27:도통단자
31:케이싱 31a:저부
33:스텐레스판 34:개구부
35:핀관통구멍 36:구멍
40:판상체 41:오목부
57:구멍 150:측온소자
151:보호관 W:반도체 웨이퍼
그래서, 상기 과제를 감안하여, 본 발명의 웨이퍼 지지부재는 판상 세라믹체의 한쪽의 주면측을 웨이퍼를 탑재하는 탑재면으로 하고, 상기 판상 세라믹체의 다른쪽의 주면 또는 내부에 저항발열체를 구비함과 아울러, 상기 판상 세라믹체의 다른쪽의 주면에 오목부를 구비하고, 상기 오목부내에, 피복관으로 피복된 측온소자와 리드선으로 이루어지는 측온체를 삽입하고, 고정부재로 유지시키고, 상기 피복관의 선단으로부터 상기 리드선이 고정부재로부터 노출될 때까지의 길이를, 상기 피복관의 외경의 5배∼30배로 한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 측온체의 피복관의 외경을 A, 측온소자의 중심에서 저항발열체까지의 최단거리를 L1, 측온소자의 중심에서 판상 세라믹체의 한쪽의 주면으로 연장된 수선과 상기 한쪽의 주면과의 교점에서 저항발열체까지의 최단거리를 L2라고 했을 때, 다음의 관계를 만족하도록 하는 것이 바람직하다.
(L2-6×A)＜L1＜(L2-2×A)
또한, 상기 고정부재의 열전도율은 판상 세라믹체의 열전도율의 60%이상, 300%이하로 하고, 또한 비커스경도가 50이하인 금속에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
또, 상기 측온체의 측온소자인 측온소자는 오목부 저면에 대해서 평행하게 배치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 웨이퍼 지지부재(1)의 일례를 나타내는 단면도로, 탄화규소, 알루미나 또는 질화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹스의 판상체로 이루어지는 판상 세라믹체(2)의 한쪽의 주면(3)을 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재면으로 함과 아울러, 다른쪽의 주면에 저항발열체(5)를 형성하고, 상기 저항발열체(5)에 전기적으로 접속하는 급전부(6)를 구비하고, 상기 저항발열체(5)에 의한 가열온도를 판상 세라믹체(2)의 오목부(9)에 고정한 측온소자(8a)로 측정해서 웨이퍼 지지부재(1)를 구성한 것이다. 지지핀(12)은 판상 세라믹체(2)를 관통하는 구멍을 통해 웨이퍼(W)를 상하로 이동시켜 웨이퍼(W)를 주면(3)에 올리거나 내릴 수 있다. 그리고, 급전부(6)에 급전단자(11)가 접속하여 외부로부터 전력이 공급되고, 피복관(10)으로 피복된 측온소자(8a)와 리드선(8)으로 이루어진 측온체로 온도를 측정하면서 웨이퍼(W)를 가열할 수 있다.
저항발열체(5)의 패턴형상으로서는 도2에 나타낸 소용돌이상의 패턴, 또는 도3, 4에 나타낸 바와 같이 복수의 블록으로 분할되어 각각의 블록이 원호상의 패턴과 직선상의 패턴으로 이루어지는 소용돌이상이나 지그재그의 꺾임형상을 한 것으로 할 수 있다. 그리고, 저항발열체(5)를 복수의 블록으로 분할하는 경우, 각각의 블록의 온도를 독립적으로 측정하여 제어함으로써, 주면(3)상의 웨이퍼(W)를 균일하게 가열할 수 있도록 구성하고 있다.
또, 저항발열체(5)는 도전성의 금속입자에 유리 프릿(frit)이나 금속산화물을 함유하는 페이스트를 인쇄법으로 판상 세라믹체(2)에 인쇄한 것으로, 상기 금속입자로서는 Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Rh 중 적어도 1종을 함유하는 성분으로 이루어진다. 유리 프릿은 B, Si, Zn을 함유하는 산화물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 유리나 금속산화물과 금속입자를 혼합한 저항발열체(5)로 함으로써, 저항발열체(5)의 열팽창계수를 판상 세라믹체(2)의 열팽창계수에 가까운 것으로 할 수 있다.
또, 주면(3)에는 도5에 나타내듯이, 판상 세라믹체(2)의 한쪽의 주면(3)으로부터 일정 거리에 웨이퍼(W)를 유지하도록, 상기 주면(3)에 복수의 지지핀(4)이 구성되어 있어도 좋다.
본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)는, 웨이퍼(W)를 탑재하거나 또는 일정 거리에 웨이퍼(W)를 지지하는 판상 세라믹체(2)의 한쪽의 주면(3)과 다른쪽의 주면에 오목부(9)를 형성하고, 오목부(9)에 피복관(10)으로 피복된 측온소자(8a)와 리드선을 삽입하여, 판상 세라믹체(2)의 온도를 측정한다. 상기 오목부(9)의 크기는 직경(N)이 2∼5mm로, 판상 세라믹체(2)의 바람직한 두께 2∼5mm의 2/3정도의 깊이로 형성된다. 판상 세라믹체(2)의 한쪽의 주면(3)의 온도가 정확하게 반영되고, 측온소자(8a)와, 오목부(9)의 저면(9a)과의 접촉계면의 열적 저항이 작아지도록 오목부(9)의 저면(9a)에 측온소자(8a)를 피복한 피복관(10)을 직접 접촉시키거나, 또는 열적 저항이 작아지도록 오목부(9)의 저면(9a)에 열전도율이 100W/(m·K)이상으로 크고, 변형되기 쉬운 금속박이나 페이스트로 이루어지는 열적 접속부재(15)를 통해 측온소자(8a)를 피복한 피복관(10)을 접속하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 온도검출소자로서 백금제의 측온저항체로 이루어지는 측온소자(8a)를 이용함으로써 측온편차가 ±0.01℃로 작아, 종래의 열전대에 의한 편차 ±0.03에 비해 매우 우수하다는 것이 판명되었다.
본 발명의 웨이퍼 지지부재(1)는 상기 피복관(10)의 선단으로부터 상기 리드선(8)이 고정부재(17)로부터 노출될 때까지의 피복관(10)의 길이를 상기 피복관(10)의 외경(A)의 5배∼30배로 하고 있다. 여기에서, 고정부재(17)의 선단으로부터 리드선이 노출될 때까지의 피복관의 길이는 도5의 (b)의 M과 N을 더한 길이를 말한다.
즉, 두께가 2∼5mm의 판상 세라믹체(2)의 주면(3)의 온도를 정확하게 측온하기 위해서, 판상 세라믹체(2)의 주면(3)의 온도를 측온소자(8a)에 전달하는 것이 필요하며, 측온소자(8a)의 중심에서 피복관(10)의 외경의 5배이상의 길이에 걸쳐 오목부(9)와 측온소자(8a) 또는 리드선과 열적 접속부분이 있으면 주면(3)의 온도를 감도 좋고 정확하게 측정할 수 있다. 이 때, 피복관(10)의 선단으로부터 상기 리드선(8)이 고정부재(17)로부터 노출될 때까지의 길이(M+N)가 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)의 외경(A)의 5배를 밑돌면, 측온소자(8a)의 열이 측온소자(8a)를 피복한 피복관(10) 또는 리드선(8)을 통해 판상 세라믹체(2)의 외부로 흘러, 측온점의 온도가 저하될 우려가 있기 때문이다. 바람직하게는 7배이상이며, 보다 바람직하게는 10배이상이며, 더욱 바람직하게는 16배이상이다. 특히 측온소자(8a)는 오목부(9)의 저면(9a)에 있으면 바람직하다. 또한 이 직선부는 오목부 저면(9a)에 평행하게 함으로써 주면(3)의 온도를 감도 좋게 측온할 수 있으므로 바람직하다. 그리고, 상기 직선부가 판상 세라믹체(2)의 한쪽의 주면에 평행하면 보다 바람직하다.
또, 상기 오목부(9)에 상기 측온소자(8a)나 측온소자(8a)로부터 연장되는 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)을 고정하는 고정부재(17)를 구비하고, 상기 판상 세라믹체(2)에 상기 고정부재(17)에 피복되거나 또는 끼워진 상기 측온소자(8a)로부터 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)이나 리드선(8)의 길이(M+N)가 상기피복관(10)의 외경(A)의 30배이하인 것이 중요하다. 상기 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)을 고정하는 오목부(9)를 크게 하거나, 상기 피복관(10)을 소용돌이상으로 선회시켜서 외경(A)의 30배를 넘게하면, 오목부(9)내의 피복관(10)의 길이가 길어지므로, 2∼5mm로 얇은 판상 세라믹체(2)와 피복관(10)의 열전도율이나 열용량의 차이에 의해 판상 세라믹체(2)의 주면(3)의 온도분포가 변화될 우려가 있기 때문이다. 바람직하게는, 상기 고정부재(17)에 피복되거나 또는 끼워진 상기 측온소자(8a)로부터 리드선(8)을 피복하는 피복관(10) 및 리드선(8)의 길이(M+N)가 상기 피복관(10)의 외경(A)의 20배이하이다. 이렇게 설정함으로써 측온소자(8a)의 온도는 판상 세라믹체(2)의 주면의 온도와 0.3℃이내로 억제되는 것이 가능하며, 또한 주면(3)의 온도변화에 대해서 추종성을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 오목부(9)와의 열적 접속부분이란, 오목부(9)의 저면(9a)에 고정부재(17)로서 땜납재나 열전도성 페이스트로 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)을 고정하는 경우에는, 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)이 오목부(9)내의 상기 땜납재나 열전도성 페이스트로 피복된 부분을 말한다. 상기 고정부재(17)로서 고형물을 사용한 경우, 상기 열적 접속부분은 오목부(9)의 고정부재(17)와 측온소자(8a)나 측온소자(8a)로부터 연장되는 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)이나 리드선(8)이 접촉하고 있는 부분을 말한다. 또, 고형의 고정부재(17)를 사용한 경우에는 고정부재(17)에 의해 상기 피복관(10)이 매설되어 있지 않으므로 분위기가스의 영향을 받지만, 대기중에서 사용되는 코터 디벨로퍼용 웨이퍼 지지부재(1)에서는 분위기가스의 영향은 없고, 취급상에서도 바람직하다.
특히, 도5에 나타내는 고정부재(17)가 고형인 경우, 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)이 세라믹제의 오목부(9)와 열적 접속이 확실하게 이루어지도록, 오목부(9)의 저면(9a)에 열적 접속부재(15)로서 연질의 금속박으로 이루어지는 알루미늄박 등을 배치하고, 이 알루미늄박 등으로 이루어지는 열적 접속부재(15)를 통해 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)을 고정부재(17)로 압압하고, 상기 피복관(10)이 오목부(9)와의 면에서 접촉하도록 배치하는 것이 바람직하다.
오목부(9)가 영율 200GPa이상의 강성이 큰 판상 세라믹체(2)로 이루어지며, 오목부 저면(9a)은 가압에 의한 변형이 작으므로, 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)과 오목부(9)를 면접촉시키기 위해서는 오목부(9)의 저면(9a)에 열적 접속부재(15)를 통해 저면(9a)과 열적 접속부재(15)를 면접촉시키고, 열적 접속부재(15)와 측온소자(8a)나 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)이나 리드선(8)을 면에서 접촉시키는 것이 바람직하다. 통상, 세라믹제의 오목부 저면(9a)의 변형이 작아 직접 상기 피복관(10)과 오목부 저면(9a)이 면접촉되기 어려우므로, 피복관(10)을 가압함으로써, 열적접촉부재(15)로서 변형이 크고 면접촉되기 쉬운 알루미늄, 은 등의 금속박을 통해 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)을 부착하는 것은 오목부(9)와 피복관(10) 및 측온소자(8a)의 계면의 열적인 저항을 작게 하는 데에 있어서 효과적이며, 주면(3)의 정확한 온도를 측정하는 데에 있어서 효과적이다. 또, 피복관(10)은 SUS304, SUS316이나 티타늄제 등의 보호관으로 이루어지는 것이 바람직하고, 보호관은 2중으로 되어 있어도 상관없다. 보호관이 2중인 경우에는 외측의 보호관의 외형이 중요하다.
다음에, 상기 웨이퍼 지지부재(1)의 주면(3)의 온도는 상술한 바와 같이 측온소자(8a)나 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)을 설치함으로써 정확하게 측정할 수 있지만, 웨이퍼(W)의 온도를 일정하게 제어하기 위해서는, 상술한 측온소자(8a)로 판상 세라믹체(2)의 주면의 온도를 측정하면서 판상 세라믹체(2)에 구비된 저항발열체(5)에 전력을 공급하여 발열시켜서, 상기 주면의 온도를 균일하게 되도록 제어하고 있다. 그것을 위해서는, 저항발열체(5)로부터 판상 세라믹체(2)까지의 열의 전도성 및 판상 세라믹체(2)의 주면으로부터 측온소자(8a)에의 열의 전달, 저항발열체(5)로부터 측온소자(8a)에의 열의 전달방법이 특히 중요하다. 저항발열체(5)의 열은 상기 주면(5)에 전달되고, 또한 웨이퍼(W)의 온도분포가 균일한 것이 요구된다.
그러나, 저항발열체(5)의 열이 상기 주면(3)보다 느리게 측온소자(8a)를 가열하면 상기 주면(3)의 온도를 측온소자(8a)에서 추종성 좋고 정확하게 측정하는 것이 곤란하게 된다. 이 점에서, 상기 측온소자(8a)의 중심으로부터 상기 저항발열체(5)까지의 최단거리(L1)와, 측온소자(8a)로부터 판상 세라믹체(2)의 한쪽의 주면(3)으로 연장된 수선과 상기 한쪽의 주면(3)의 교점(P)에서 상기 저항발열체(5)까지의 최단거리(L2)가 같고, 또한 각 최단거리의 간격에 있어서의 열저항이 가능한한 작은 것이 바람직하다. 그래서, 본원 발명자는 이 거리(L1,L2)는 피복관(10)의 외경(A)과 관련되어, 하기식의 관계를 만족시킴으로써 웨이퍼(W)의 온도분포가 균일하고, 또한 온도변경이 신속하고 용이한 웨이퍼 지지부재(1)를 제공할 수 있는 것을 밝혀냈다.
(L2-6×A)＜L1＜(L2-2×A)
L1이 (L2-6×A)보다 크면 측온소자(8a)가 주면(3)에 너무 접근하기 때문에 주면(3)의 측온소자(8a)에 가까운 부분의 온도가 저하하여 웨이퍼(W)의 온도분포가 나빠짐과 아울러 주면(3)을 대표하는 온도를 측정할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다. 또, L1이 (L2-6×A)보다 작으면 주면(3)의 온도보다 저항발열체(5)의 온도의 영향이 크고, 주면(3)의 온도를 정확하고 신속하게 측온소자(8a)로 측정하는 것이 곤란하게 되고, 웨이퍼(W)의 온도를 일정하게 제어하거나, 웨이퍼를 급속하게 승온시키면, 웨이퍼(W)의 온도를 설정온도로 제어할 수 없을 뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 온도가 오버슈트될 가능성이 커지기 때문이다.
또, 오목부(9)에 측온소자(8a)나 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)이나 리드선(8)을 고정하는 열적 접속부재(15)나 고정부재(17)의 열전도율은 100W(m·K)이상이 바람직하고, 또한 판상 세라믹체(2)의 열전도율의 60%보다 크고, 판상 세라믹체(2)의 열전도율의 300%이하인 것이 바람직하다. 열적 접속부재(15)나 고정부재(17)의 열전도율이 100W(m·K)미만이거나, 판상 세라믹체(2)의 열전도율의 60%보다 작으면, 판상 세라믹체(2)의 주면(3)의 온도가 빠르게 측온소자(8a)에 전달되지 못하므로, 웨이퍼(W)의 온도를 정밀도 좋고 신속하게 제어하기 어렵게 될 우려가 있으며, 열적 접속부재(15)나 상기 고정부재(17)의 열전도율이 판상 세라믹체(2)의 열전도율의 300%이상에서는 판상 세라믹체(2)와의 열전도율의 차가 너무 크기 때문에 상기 오목부(9)에 측온소자(8a)와 열적 접속부재(15)나 고정부재(17)를 장전하면, 오목부(9) 바로위의 주면(3)에 핫스폿이나 쿨스폿이 발생하여 웨이퍼(W)의 온도분포가 나빠질 우려가 있어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 열적 접속부재(15)는 1N의 하중을 30초간 가해서 측정한 비커스경도(Hv)가 50이하인 것이 바람직하다. 비커스경도가 50이상에서는 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)과 열적접촉부재(15)나 열적접촉부재(15)와 오목부 저면(9a)의 접촉면적이 작아 판상 세라믹체(2)의 주면(3)의 온도를 신속하게 측정하는 것이 어렵고, 웨이퍼(W)의 온도를 일정하게 제어하거나, 급속하게 웨이퍼(W)의 온도를 승온시키면 온도가 오버슈트하는 일이 있었다. 따라서 열적 접속부재(15)의 경도(Hv)는 50이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30이하이다.
이러한 열적 접속부재(15)로서는 은, 알루미늄, 백금이나 금이 바람직하고, 열적 접속부재(15)의 두께는 10㎛∼300㎛가 바람직하다. 열적 접속부재(15)의 두께가 10㎛이하에서는 피복관(10)을 압압해도 면접촉하는 범위가 작고, 두께가 300㎛이상에서는 열의 전달이 느려져서 신속한 측온이 어렵게 된다. 바람직하게는 열적 접속부재(15)의 두께는 50∼200㎛이다.
또, 상기 오목부(9)의 저면(9a)에 상기 측온소자(8a)나 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)의 선단부가 주면(3)에 평행하게 설치되는 것이 바람직하다. 측온소자(8a)나 리드선(8)의 선단부가 주면(3)에 평행하게 설치되어 있지 않으면, 측온소자(8a)의 열이 리드선(8)이나 피복관(10)을 따라 방출되므로 측온한 온도가 저하되어 정확한 웨이퍼(W)의 온도를 측정할 수 없기 때문이다. 측온소자(8a)가 주면(3)과 평행한 길이는 2∼5mm가 바람직하다. 2mm이하에서는 측온부의 검지부가 짧으므로 열의 방출이 커서 정확한 측온을 하기 어렵다. 또, 5mm이상에서는 오목부의 내경이 너무 커져서 오목부 상면에 쿨스폿을 발생시킬 위험성이 있기 때문이다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.
도6은 저항발열체(5)에 의해 가열이 용이하고 가열에 의한 변형이 작은 2∼5mm의 판두께의 판상 세라믹체(2)에 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)을 설치한 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다. 오목부의 깊이는 판두께의 2/3정도이고, 오목부의 직경은 3mm이며, 직경 0.5mm이고 길이 3mm의 소경의 피복관(10)에 매설된 측온소자(8a)를 직경 4mm이고 길이 4mm의 보호관에 열전도성 수지로 설치하고, 직경 0.2mm의 리드선(8)을 3개 인출하고, 보호관을 오목부(9)에 고정부재(17)로 고정한 것으로, 상기의 고정에는 이것외에 예를 들면 금-주석 땜납이나 은-구리 땜납을 사용할 수 있다. 납땜외에, 경화수축이 매우 작은 예를 들면 은·에폭시수지를 혼합한 열전도성 페이스트로 접착해도 좋다. 그리고, 이들 땜납재나 열전도성 페이스트는 판상 세라믹체(1)와 동등한 열적 특성을 갖고 있으면, 웨이퍼(W)의 온도를 정확하고 정밀도 좋게 또한 감도 좋게 측정할 수 있는 것을 밝혀낼 수 있었다.
도7은 도6과 동일한 판상 세라믹체(2)에 동일한 오목부(9)를 형성하고, 열적 접속부재(15)를 오목부 저면(9a)에 구비하고, 측온소자(8a)와 리드선(8)을 피복한 피복관(10)을 고정부재(17)로 압압한 것으로, 고정부재(17)를 압압하는 가압핀(16)을 갖고 있으며, 가압핀(16)과 고정부재(17) 사이에는 단열층으로서 열전도율이 5W/(m·K)이하인 알루미나·지르코니아 복합세라믹이나 테프론(R) 등의 내열수지로 이루어지는 단열부재(20)가 이용된다. 그리고 가압핀(16)은 외부에 구비된스프링(18)으로 단열부재(20)를 압압하는 구조로 되어 있다.
한편, 웨이퍼 지지부재(1)를 구성하는 판상 세라믹체(2)의 재질로서는 내마모성, 내열성이 우수한 알루미나, 질화규소, 사이알론, 질화알루미늄, 탄화규소를 이용할 수 있으며, 이 중에서도 특히 질화알루미늄이나 탄화규소는 열전도율이 50W/(m·K)이상, 또한 100W/(m·K)이상의 큰 열전도율을 갖는 동시에, 영율이 300GPa, 400GPa로 크며, 가열에 의한 판상 세라믹체(2)의 변형이 작아 바람직하다. 또한, 불소계나 염소계 등의 부식성 가스에 대한 내식성이나 내플라즈마성도 우수하므로, 판상 세라믹체(2)의 재질로서 바람직하다.
이러한 웨이퍼 지지부재(1)를 제조하는 방법으로서, 먼저, 판상 세라믹체(2)를 이루는 AlN분말에 탄산칼슘 등의 소결조제를 첨가하고, 아크릴계의 바인더를 첨가하여 판상으로 성형하고, 카본잔부를 남긴 성형체를 2000℃정도로 가압소결시킨다. 또는, 질화알루미늄분말에 0.1질량%의 칼시아를 첨가하고, 바인더를 첨가하여 입자화한 분말을 판상으로 성형하여 질화분위기중에서 2000℃이상에서 소성한다. 소결한 판상 세라믹체(2)의 표리면을 연삭가공하여 원판상으로 가공한다. 그리고 다른쪽의 주면에 상기 저항발열체(5)를 인쇄하여 저항발열체(5)를 설치한다. 저항발열체(5)의 존재영역이 대략 원형을 한 도2에 나타낸 중앙에서 외주를 향하는 소용돌이상의 저항발열체(5)나 도3, 4에 나타내는 저항발열체(5)를 설치한 판상 세라믹체(2)를 형성한다.
그런 후에, 판상 세라믹체(2)의 상면에, 연마가공을 실시해서 웨이퍼(W)를 탑재하거나 또는 주면(3)으로부터 일정 거리에 웨이퍼(W)를 지지하는 주면(3)을 형성함과 아울러, 하면에, 급전단자(11)와 판상 세라믹체(2)를 고정하는 바닥을 갖는 통형상체(19)를 부착하여 고정하고 있다.
또, 도1에서는 판상 세라믹체(2)의 다른쪽의 주면(3)에 저항발열체(5)만을 구비한 웨이퍼 지지부재(1)에 대해서 나타냈지만, 본 발명은 주면(3)과 저항발열체(5) 사이에 정전흡착용이나 플라즈마발생용으로서의 전극을 매설한 것이어도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 또한 저항발열체(5)를 판상 세라믹체(2)의 다른쪽의 주면에 설치한 히터에 대해서 서술했지만, 저항발열체(5)를 판상 세라믹체(2)의 탑재면(3)과 다른 주면에 형성하여 유리 등으로 매설해도 동일한 효과가 얻어진다.
또, 저항발열체(5)가 판상 세라믹체(2)의 주면(3)에 설치된 예를 나타냈지만, 판상 세라믹체(2)의 탑재면과 다른 주면측에 저항발열체(5)를 매설한 웨이퍼 지지부재여도 동일한 효과가 얻어진다.
(실시예)
(실시예1)
여기에서, 판상 세라믹체(2)로서 평균입경 1.2㎛의 질화 알루미늄분말에 평균입경 1㎛의 칼시아를 0.1질량% 첨가하고, 혼합분쇄하고, 아크릴바인더를 첨가하여 φ400mm의 판상으로 성형하고, 공기중과 질소분위기중의 400℃에서 1시간 탈바인더처리한 후, 2000℃의 질소분위기중에서 소결했다. 소결체의 표리면을 연삭가공하여 φ 320mm이고 두께 3mm의 원판상의 판상 세라믹체를 얻었다. 그리고, 이 판상세라믹체의 다른쪽의 주면에 금속은 50질량%함유, B2O3·SiO2·ZnO유리(열팽창계수 4.4×10-6/℃)를 50질량% 함유하는 분말체에 용제를 첨가하여 페이스트를 제작했다.
그리고, 판상 세라믹체의 다른쪽의 주면에 저항발열체로서 상기 페이스트를 20㎛의 두께로 스크린인쇄법으로 인쇄했다. 그리고, 각각의 각 저항발열체에 대응해서 직경 3mm이고 깊이 2mm의 오목부(9)를 제작했다. 그리고, 오목부의 저면에 열적 접속부재로서 100㎛ 두께의 알루미늄박을 배치하고, 측온저항체로 이루어지는 측온소자를 SUS304제의 외경 0.5mm의 피복관에 매립해서 3개의 리드선을 소용돌이상으로 감아 선단부를 알루미늄박위에 배치하고, 알루미늄제의 φ3.9mm, 두께 2mm로 피복관(10)이나 리드선(8)이 통과하는 홈을 형성한 고정부재로 피복관(10)이나 리드선(8)을 압압했다. 고정부재는 외경 3.9mm이고 두께 500㎛의 지르코니아세라믹으로 이루어지는 단열부재를 통해 가압핀으로 피복관을 가압하여 오목부의 저면과 열적으로 접속시켰다. 또, 열적 접속을 하는 데에 있어서, 고정부재에 피복되거나 또는 끼워진 피복관의 선단으로부터 리드선의 길이는 3개의 리드선을 한다발로 소용돌이상으로 감은 길이로 조정했다.
또, 시료 No.7은 은-구리 땜납으로 이루어지는 고정부재를 350℃로 가열후 압입해서 제작했다.
그리고, 고정부재에 피복되거나 또는 끼워진 백금으로 이루어지는 측온저항체로 이루어지는 측온소자를 피복되는 피복관의 선단으로부터 리드선이 고정부재로부터 노출될 때까지의 길이를 변경한 웨이퍼 지지부재를 제작하고, 각각의 웨이퍼지지부재에 전원을 설치하여 25℃에서 200℃까지 5분간 웨이퍼(W)를 승온시키고, 웨이퍼(W)의 온도를 200℃로 설정하고 나서 웨이퍼(W)의 평균온도가 200℃±5℃의 범위로 일정하게 될 때까지의 시간을 응답시간으로서 측정했다. 또 200℃로 설정하여 30분후의 웨이퍼온도의 최대값과 최소값의 차를 웨이퍼(W)의 온도차로서 측정했다. 그리고, 표1의 결과를 얻었다.
시료No. 피복관의 선단으로부터리드선이 고정부재로부터노출될 때까지의 길이(M+N) 피복관의외경(A) (M+N)/A 응답시간(초) 웨이퍼의온도차(℃)
*1 2 0.5 4 62 1.23
2 2.5 0.5 5 51 0.81
3 3.5 0.5 7 43 0.43
4 5 0.5 10 42 0.43
5 8 0.5 16 31 0.37
6 10 0.5 20 32 0.35
7 15 0.5 30 32 0.63
8 4 0.3 13 33 0.51
9 9 0.3 30 52 0.67
*10 10 0.3 33 63 1.11
*는 본 발명의 범위외이다.
시료 No.1은 고정부재에 끼워진 피복관의 선단으로부터 리드선이 고정부재로부터 노출될 때까지의 길이가 피복관의 외경의 4배로 너무 작으므로 응답시간이 62초로 크고, 또한 웨이퍼의 온도차도 1.23℃로 커서 본원 발명의 범위외인 것을 알 수 있다. 또, 시료 No.10은 반대로 고정부재에 끼워진 피복관의 선단으로부터 리드선이 고정부재로부터 노출될 때까지의 길이가 피복관의 외경의 33배로 너무 크기 때문에 응답시간이 63초로 크고, 또한 웨이퍼의 온도차는 1.11℃로 커서 바람직하지 못하다는 것이 판명되었다.
한편, 시료 No.2∼9는 고정부재(17)에 끼워진 측온저항체로 이루어지는 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)의 선단으로부터 리드선(8)이 고정부재(17)로부터 노출될 때까지의 길이가 피복관(10)의 외경의 5배∼30배이며, 모두 응답시간이 52초이하로 작고 또한 웨이퍼의 온도차는 0.81℃이하로 작아 웨이퍼 지지부재(1)로서 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 시료 No.3는 응답시간이 43초이며 웨이퍼의 온도차는 0.43℃로 작고, 또한 시료 No.4∼6,8은 응답시간이 42초이하이며 또한 웨이퍼의 온도차는 0.51℃이하로 작아 더욱 바람직하다라는 것이 판명되었다.
따라서, 판상 세라믹체(2)의 오목부에 구비한 고정부재(17)에 피복되거나 또는 끼워진 피복관(10)의 선단으로부터 리드선이 고정부재로부터 노출될 때까지의 길이가 피복관(10)의 직경(A)의 5배∼30배이면 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
(실시예2)
실시예1과 동일한 공정으로 웨이퍼 지지부재(1)를 제작하고, 오목부(9)의 위치와 깊이를 변경하여 오목부(9)에 측온저항체로 이루어지는 측온소자(8a)나 리드선(8)을 피복하는 피복관으로서 외경(A) 0.5mm의 피복관(10)을 삽입하고, 도7의 구조가 되도록 측온저항체로 이루어지는 측온소자(8a)나 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)을 고정했다. 그리고, 오목부의 측온소자(8a)로부터 저항발열체(5)까지의 거리(L2)와, 측온소자(8a)와 주면상의 점의 거리가 최단거리가 되는 점(P)에서 저항발열체(5)까지의 거리(L2)를 변경한 웨이퍼 지지부재를 제작하여, 실시예1과 마찬가지로 웨이퍼 지지부재(1)의 특성을 평가했다. 또, 측온소자(8a)의 위치는 측온소자(8a)의 중심점을 기준으로 했다.
또, 시료 No.25는 저항발열체(5)를 인쇄한 후, 다시 동종의 질화알루미늄 그린 시트(ALN시트)를 인쇄면에 겹쳐 저항발열체를 ALN으로 매설한 웨이퍼 지지부재(1)를 제작했다. 이들 웨이퍼 지지부재(1)의 특성을 표2에 나타낸다.
시료No. 피복관의외경(A) 거리L1 거리L2 L2-6×A L2-2×A L1＞(L2-6×A) L1＜(L2-2×A) 응답시간(초) 웨이퍼의온도차(℃)
21 0.5 7.5 7 4 6 성립 성립되지 않음 47 0.74
22 0.5 6 7 4 6 성립 성립되지 않음 36 0.54
23 0.5 5 7 4 6 성립 성립 26 0.33
24 0.5 4 7 4 6 성립되지 않음 성립 31 0.45
25 0.5 -3 10 7 6 성립되지 않음 성립 45 0.76
(L2-6×A)＜L1＜(L2-2×A)가 성립되고 있는 시료 No.23은 응답시간이 26초로 작고, 웨이퍼의 온도차도 0.33℃이하로 작아 바람직한 것을 알 수 있었다.
한편, 시료 No.21,22는 L1＜(L2-2×A)가 성립되지 않고, 응답시간은 47초, 36초로 크고, 웨이퍼의 온도차도 0.74℃, 0.54℃로 컸다.
또, 시료 No.25는 발열체로부터 측온소자(8a)의 방향과 주면의 방향이 90도이상으로 크고 거리(L1)가 마이너스 표시되므로 L1＞(L2-6×A)가 성립되지 않으며, 응답시간도 45초로 크고, 웨이퍼의 온도차도 0.76℃로 컸다.
(실시예3)
여기에서, 판상 세라믹체(2)로서 평균입경 1.2㎛의 질화알루미늄분말에 평균입경 1㎛의 칼시아 0.1질량%와 평균입경 1.1㎛의 산화이트륨을 소정량 첨가해서 혼합분쇄하고, 아크릴바인더를 첨가하여 직경 400mm의 판상으로 성형하고, 공기중과 질소분위기중의 400℃에서 1시간 탈바인더처리한 후, 2000℃의 질소분위기중에서 소결했다. 동시에 직경 10mm이며 두께 3mm의 열전도율 측정용 테스트피스를 잘라냄과 아울러, 소결체의 표리면을 연삭가공하여 직경 320mm이며 두께 3mm의 원판상의 판상 세라믹체(2)를 얻었다. 그리고, 이 판상 세라믹체(2)의 다른쪽의 주면(3)에 금속은 50질량%를 함유하고, B2O3·SiO2·ZnO유리(열팽창계수 4.4×10-6/℃)를 40질량% 함유하는 분말체에 용제를 첨가하여 페이스트를 제작했다.
그리고, 판상 세라믹체(2)의 다른쪽의 주면에 저항발열체(5)의 형상으로 상기 페이스트를 20㎛의 두께로 스크린인쇄법으로 인쇄했다. 그리고, 각각의 각 저항발열체(5)에 대응해서 직경을 3mm로 하고, 깊이를 변경해서 오목부(9)를 제작했다. 그리고, 오목부(9)의 저면(9a)에 열적 접속부재(15)로서 100㎛의 두께의 알루미늄박을 배치하고, 측온저항체로 이루어지는 측온소자(8a)를 피복하는 피복관으로서 외경 0.5mm와 0.3mm이며 길이 3mm의 시스형 측온소자(8a)를 알루미늄박위에 배치하고, 금속제의 φ3.9mm, 두께 2mm로 피복관(10)이나 리드선(8)이 통과하는 홈을 형성한 고정부재(17)로 피복관(10)이나 리드선(8)을 압압했다. 고정부재(17)는 외경 3.5mm이며 두께 500㎛의 지르코니아세라믹으로 이루어지는 단열부재(20)를 통해 가압핀(16)으로 피복관(10)이나 리드선(8)을 가압하여 오목부(9)의 저면(9a)과 열적으로 접속시켰다. 그리고, 각각의 웨이퍼 지지부재에 전원을 설치하여 25℃에서 200℃까지 5분간 웨이퍼(W)를 승온시키고, 웨이퍼(W)의 온도를 200℃로 설정하고나서 웨이퍼(W)의 평균온도가 200℃±0.5℃의 범위로 일정하게 될 때까지의 시간을 응답시간으로서 측정했다. 또 200℃로 설정하여 30분후의 웨이퍼온도의 최대값과 최소값의 차를 웨이퍼(W)의 온도차로서 측정했다. 그리고, 표3의 결과를 얻었다.
시료No. 판상세라믹체의 재질 산화이트륨(질량%) 판상세라믹체의열전도율B(W/m·K) 고정부재의 재질 고정부재의 열전도율C(W/m·K)200℃ C/B×100(%) 응답시간(초) 웨이퍼의 온도차(℃)
31 AlN 0 60 Al 205 341.7 25 0.76
32 AlN 0.5 80 Ag 402 502.5 24 0.81
33 AlN 2 135 Ag 402 297.8 21 0.32
34 AlN 5 150 Ag 402 268.0 18 0.24
35 AlN 3 140 Ag-Ni 80 57.1 32 0.23
36 AlN 0 60 Ag-Ni 100 166.7 12 0.45
37 AlN 0.5 80 Ag-Ni 135 168.8 13 0.46
고정부재의 열전도율이 100W/(m·K)이상이며, 판상 세라믹체의 열전도율의 60%이상, 300%이하의 열전도율을 갖는 시료 No.33,34,36,37은 응답시간이 21초이하로 우수했다. 또, 웨이퍼의 온도차도 0.46℃이하로 바람직한 것이었다.
이것에 대해서, 고정부재의 열전도율이 판상 세라믹의 열전도율의 341%나 502%의 시료 No.31,32는 웨이퍼의 온도차가 각각 0.76℃, 0.81℃로 컸다.
또, 시료No.35와 같이 고정부재(17)의 열전도율이 판상 세라믹체(2)의 열전도율의 57%와 60%이상이 아닌 것은 응답시간이 32초로 약간 컸다.
따라서, 상기 결과로부터 오목부(9)에 측온저항체로 이루어지는 측온소자(8a)를 구비하고, 판상 세라믹체(2)의 열전도율에 대해서 60%이상, 300%이하인 열전도율을 갖는 고정부재(17)로 측온소자(8a)로부터 리드선(8)을 피복하는 피복관(10)을 고정함으로써 더욱 응답시간이 작고, 웨이퍼의 온도차가 작은 웨이퍼지지부재를 얻을 수 있다.
(실시예4)
실시예1과 마찬가지로 판상 세라믹체(2)를 제작하여, 저항발열체(5)가 되는 페이스트로서 여러가지 금속과 유리성분이나 금속산화물을 혼합하여 페이스트상으로 제작한 후 스크린인쇄하여 웨이퍼 지지부재를 제작했다.
그리고, 웨이퍼 지지부재(1)의 판상 세라믹체(2)의 오목부(9)에 측온저항체로 이루어지는 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)을 고정하는 고정부재(17)를 경도가 다른 금속이나 Ag-Ni계 합금으로 제작하고, 각각 같은 형상의 판상 세라믹체(2)에 설치했다.
제작한 각각의 웨이퍼 지지부재(1)에 전원을 설치하여 25℃에서 200℃까지 5분간 웨이퍼(W)를 승온시키고, 웨이퍼(W)의 온도를 200℃로 설정하고 나서 웨이퍼(W)의 평균온도가 200℃±0.5℃의 범위로 일정하게 될 때까지의 시간을 응답시간으로서 측정했다. 또 200℃로 설정하여 30분후의 웨이퍼온도의 최대값과 최소값의 차를 웨이퍼(W)의 온도차로서 측정했다.
또 시료 No.44는 측온소자(8a)를 피복하는 피복관(10)을 오목부(9)에 삽입한 후, 땜납재를 올려놓고, 땜납재를 레이저빔으로 국부가열해서 오목부(9)에 땜납재를 압입했다. 그 결과를 표4에 나타낸다.
시료No. 판상세라믹체의 재질 고정부재의 재질 경도(Hv) 응답시간(초) 웨이퍼의 온도차(℃)
41 AlN Ag-Ni 26 13 0.21
42 AlN Ag-Ni 30 14 0.22
43 AlN Ag-Ni 43 12 0.32
44 AlN Ag-Ni 50 14 0.33
45 AlN Ni 60 21 0.54
고정부재(17)의 비커스경도가 50이하인 시료 No.41∼44는 응답시간이 14초이하이며 또한 웨이퍼의 온도차가 0.33℃이하로 우수한 특성을 나타내는 것이 판명되었다.
또한, 고정부재(17)의 비커스경도가 30이하인 시료 No.41,42는 응답시간이 14초이하이며 또한 웨이퍼의 온도차가 0.22℃이하로 더욱 우수한 특성을 나타내는 것이 판명되었다.
따라서, 측온소자(8a)를 고정하는 고정부재(17)는 비커스경도가 50이하인 재료로 피복관(10)을 고정하는 것이 우수한 웨이퍼 지지부재(1)를 제작하는 데에 있어서 중요하다는 것이 판명되었다.
또, 측온소자로서 백금으로 이루어지는 측온소자(8a)를 이용함으로써 측온값의 변동이나 노이즈가 적어 정밀도가 우수한 웨이퍼(W)의 표면온도차를 작게 할 수 있는 것이 판명되었다.
이상과 같이, 본 발명의 웨이퍼 지지부재에 의하면, 판상 세라믹체의 한쪽의 주면측을, 웨이퍼를 탑재하는 탑재면으로 하고, 상기 판상 세라믹체의 다른쪽의 주면 또는 내부에 저항발열체를 구비함과 아울러, 상기 판상 세라믹체의 다른쪽의 주면에 오목부를 갖고, 상기 오목부내에, 측온소자를 피복하는 피복관으로 이루어지는 측온체를 삽입하고, 고정부재로 유지시키고, 상기 측온체의 측온소자를 피복한 피복관이 고정부재로부터 노출될 때까지의 피복관의 길이를 상기 피복관의 외경의 5배∼30배로 한 것에 의해 웨이퍼의 표면온도를 정확하고 추종성 좋게 측정할 수 있으므로, 웨이퍼를 35℃/분 이상의 속도로 급속하게 승온시킬 수 있다.
또, 상기 측온체의 피복관의 외경을 A, 측온소자로부터 저항발열체까지의 최단거리를 L1, 측온소자로부터 판상 세라믹체의 한쪽의 주면으로 연직으로 연장된 수선과, 판상 세라믹체의 한쪽의 주면의 교점에서 저항발열체까지의 최단거리를 L2로 했을 때, 이하의 관계를 만족하도록 함으로써, 웨이퍼온도의 응답시간이 짧아 우수하며, 또한 웨이퍼의 면내온도차를 0.4℃이하로 할 수 있다.
(L2-6×A)＜L1＜(L2-2×A)
또한, 상기 고정부재의 열전도율은 판상 세라믹체의 열전도율의 60%이상, 300%이하로 하고, 또한 비커스경도가 50이하인 금속에 의해 형성함으로써, 웨이퍼온도의 응답시간은 33초이하로 짧아 우수하고, 또한 웨이퍼의 면내온도차를 0.3∼0.8℃이하로 작게 할 수 있다.
또, 상기 측온체의 측온소자는 오목부 저면에 대해서 평행하게 배치함으로써, 웨이퍼의 표면온도를 더욱 정확하고 추종성 좋게 측정할 수 있다.

Claims (6)

  1. 판상 세라믹체의 한쪽의 주면측을 웨이퍼를 탑재하는 탑재면으로 하고, 상기 판상 세라믹체의 다른쪽의 주면 또는 내부에 저항발열체를 구비함과 아울러, 상기 판상 세라믹체의 다른쪽의 주면에 오목부를 구비하고, 상기 오목부내에, 피복관으로 피복된 측온소자와 리드선으로 이루어지는 측온체를 삽입하고, 고정부재로 유지하도록 한 웨이퍼 지지부재로서, 상기 피복관의 선단으로부터 상기 리드선이 고정부재로부터 노출될 때까지의 길이를, 상기 피복관의 외경의 5배∼30배로 한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측온체의 피복관의 외경을 A, 측온소자의 중심에서 저항발열체까지의 최단거리를 L1, 측온소자로부터 판상 세라믹체의 한쪽의 주면으로 연장된 수선과 상기 한쪽의 주면의 교점에서 저항발열체까지의 최단거리를 L2라고 했을 때, 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
    (L2-6×A)＜L1＜(L2-2×A)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정부재의 열전도율은 판상 세라믹체의 열전도율의 60%이상, 300%이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고정부재가 비커스경도 50이하의 금속으로 이루어지는것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측온체의 측온소자를 오목부 저면에 대해서 평행하게 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측온체의 측온소자가 백금을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지부재.
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