KR20200116506A - 웨이퍼 유지대 - Google Patents

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KR20200116506A
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

웨이퍼 유지대(10)는, 세라믹제의 정전척(12)과 금속제의 냉각판(14) 사이에, 소정의 열저항을 갖는 수지층(15)과 그 수지층(15)보다 영률이 낮은 응력 완화층(16)을 구비하고 있다. 수지층(15)은 정전척측에, 응력 완화층(16)은 냉각판측에 형성되어 있다. 수지층(15)은, 수지 시트가 복수 매 적층된 다층 구조이다. 수지층(15)의 두께는, 수지 시트와 동일한 재료로 제작되며 수지층(15)과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 비교 대상 샘플의 두께보다 얇다.

Description

웨이퍼 유지대
본 발명은 웨이퍼 유지대에 관한 것이다.
종래부터, 세라믹제의 정전척과 금속제의 냉각판 사이에 수지층과 응력 완화층을 구비한 웨이퍼 유지대가 알려져 있다. 예컨대 특허문헌 1의 웨이퍼 유지대는, 수지층으로서 제1층과 중간층을 구비하고, 응력 완화층으로서 제2층을 구비하고 있다. 제1층은 정전척에 접하고, 제2층은 냉각판에 접하고, 중간층은 제1층과 제2층 사이에 위치하고 있다. 내열성에 관해서는 제1층 및 중간층이 제2층보다 높고, 유연성에 관해서는 제2층이 제1층 및 중간층보다 높다.
특허문헌 1 : 일본 특허 제5948513호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 제1층 및 중간층의 두께를 고려하지 않았기 때문에, 수지층이 지나치게 두꺼워지는 경우가 있었다. 수지층이 지나치게 두꺼워지면, 수지층의 최대 두께와 최소 두께의 차가 커진다. 그 경우, 수지층의 최대 두께의 부분에서는 웨이퍼의 열은 냉각판에 전달되기 어렵고, 수지층의 최소 두께의 부분에서는 웨이퍼의 열은 냉각판에 전달되기 쉽기 때문에, 수지층의 최대 두께와 최소 두께의 차가 클수록 웨이퍼의 온도 불균일이 커진다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 정전척과 냉각판 사이의 구조에 의해 웨이퍼의 온도 불균일을 억제하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 유지대는,
세라믹제의 정전척과 금속제의 냉각판 사이에, 소정의 열저항을 갖는 수지층과 상기 수지층보다 영률이 낮은 응력 완화층을 구비하고, 상기 수지층이 상기 정전척측에, 상기 응력 완화층이 상기 냉각판측에 설치된 웨이퍼 유지대로서,
상기 수지층은 수지 시트가 복수 매 적층된 다층 구조이며,
상기 수지층의 두께는, 상기 수지 시트와 동일한 재료로 제작되며 상기 수지층과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 비교 대상 샘플의 두께보다 얇은 것이다.
이 웨이퍼 유지대에서는, 수지층의 열저항은, 수지층과 동일한 재료로 제작되며 수지층과 동일한 두께를 갖는 단층 구조의 제1 수지 샘플과 비교하여, 수지 시트끼리의 사이의 계면 저항만큼 증가한다. 그 때문에, 수지층의 두께는, 수지층과 동일한 재료로 제작되며 수지층과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 제2 수지 샘플(비교 대상 샘플)의 두께보다 얇게 할 수 있다. 즉, 정전척과 냉각판 사이의 수지층을 이러한 다층 구조로 함으로써, 단층 구조의 비교 대상 샘플의 두께보다 얇게 할 수 있고, 수지층의 최대 두께와 최소 두께의 차를 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 온도 불균일을 억제할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 유지대에 있어서, 상기 수지층은, 상기 수지층의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 두께 방향의 중앙이 움푹 팬 형상으로 되어 있어도 좋고, 두께 방향으로 계단형으로 되어 있어도 좋다. 이렇게 하면, 정전척과 수지층의 계면에서의 최대 응력을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 정전척과 수지층이 박리되기 어려워진다.
이 경우, 상기 수지층은, 상기 수지 시트를 3장 이상 적층한 다층 구조인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 정전척과 수지층의 계면에서의 최대 응력을 충분히 작게 할 수 있다. 또한, 상기 수지층은, 상기 수지 시트를 5장 이상 적층한 다층 구조인 것이 보다 바람직하다. 이렇게 하면, 정전척과 수지층의 계면에서의 최대 응력을 거의 최소로 할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 유지대의 제법은,
(a) 세라믹제의 정전척 중 웨이퍼 배치면과는 반대측의 면에 동일한 수지 시트를 복수 매 적층한 후 가압 가열하는 것에 의해, 상기 정전척 및 복수 매의 상기 수지 시트를 용착시켜 다층 구조의 수지층으로 하는 공정과,
(b) 금속제의 냉각판의 한쪽의 면에 응력 완화층을 접착하는 공정과,
(c) 상기 정전척의 상기 수지층과 상기 냉각판의 상기 응력 완화층을 접촉한 상태로 가압 가열하는 것에 의해, 전술한 어느 웨이퍼 유지대를 얻는 공정
을 포함하는 것이다.
공정(a)에서는, 웨이퍼 배치면과는 반대측의 면에 다층 구조의 수지층이 접착된 정전척이 얻어진다. 수지 시트는 얇기 때문에, 다층으로 적층했다 하더라도 정전척의 면에 따르기 쉬워 시트끼리의 접착면으로부터 기포가 빠지기 쉽다. 따라서, 수지층의 평면도를 작게 하기 쉽고, 시트끼리 기밀하게 접착할 수 있다. 또한, 수지 시트의 매수에 의해 수지층의 열저항을 용이하게 조절할 수 있다. 이 수지층은, 수지 시트가 열경화된 것이며, 접착성이 거의 없다. 공정(b)에서는, 한쪽의 면에 응력 완화층이 접착된 냉각판이 얻어진다. 공정(c)에서는, 정전척의 수지층과 냉각판의 응력 완화층을 맞닿게 한 상태로 가압 가열한다. 이 경우, 수지층에 응력 완화층이 용착하는 것에 의해 수지층과 응력 완화층이 접착된다. 이것에 의해, 웨이퍼 유지대가 얻어진다. 또, 공정(a)∼(c)를 일괄적으로 실시해도 좋다.
본 발명의 웨이퍼 유지대의 제법에 있어서, 웨이퍼 유지대가 원판형상인 경우, 수지층의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 두께 방향의 중앙이 움푹 팬 형상이 되도록 하기 위해서는, 공정(a)에서, 두께 방향의 중앙의 수지 시트의 직경이 최소가 되도록 하고, 두께 방향의 중앙으로부터 단부로 갈수록 수지 시트의 직경이 커지도록 하면 된다. 또한, 수지층의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 계단형이 되도록 하기 위해서는, 공정(a)에서, 수지 시트의 직경이 단계적으로 작게 되도록 하면 된다.
도 1은 웨이퍼 유지대(10)의 단면도.
도 2는 수지층(15)과 제1 수지 샘플(S1)을 대비한 설명도.
도 3은 수지 시트의 매수와 열저항의 관계를 도시하는 그래프.
도 4는 수지층(15)과 제2 수지 샘플(S2)을 대비한 설명도.
도 5는 웨이퍼 유지대(10)의 제조 공정도.
도 6은 웨이퍼 유지대(10)의 제조 공정도.
도 7은 웨이퍼 유지대(10)의 제조 공정도.
도 8은 웨이퍼 유지대(110)의 단면도.
도 9는 응력 분포 측정의 결과를 도시하는 설명도.
도 10은 별예의 수지층(115)의 단면도.
[제1 실시형태]
도 1은 제1 실시형태의 웨이퍼 유지대(10)의 단면도, 도 2는 수지층(15)과 제1 수지 샘플(S1)을 대비한 설명도, 도 3은 수지 시트의 매수와 열저항의 관계를 도시하는 그래프, 도 4는 수지층(15)과 제2 수지 샘플(S2)을 대비한 설명도이다.
웨이퍼 유지대(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 세라믹제의 정전척(12)과 금속제의 냉각판(14) 사이에 수지층(15)과 응력 완화층(16)을 구비한 것이다. 수지층(15)은, 소정의 열저항을 얻는 기능을 주로 담당하고, 응력 완화층(16)은, 정전척(12)과 냉각판(14)의 열팽창차에 의해 생기는 응력을 완화하는 기능을 주로 담당한다.
정전척(12)으로는, 예컨대, 알루미나제나 질화알루미늄제의 원형의 세라믹 기재에 정전 전극(12a)과 히터 전극(12b)이 내장된 주지의 것을 이용할 수 있다. 정전 전극(12a)에는, 수지층(15), 응력 완화층(16) 및 냉각판(14)을 관통하는 급전 부재(13a)에 의해 외부로부터 전력이 공급된다. 또한, 히터 전극(12b)에는, 수지층(15), 응력 완화층(16) 및 냉각판(14)을 관통하는 급전 부재(13b)에 의해 외부로부터 전력이 공급된다. 또, 각 급전 부재(13a, 13b)는 냉각판(14)과 전기적으로 절연되어 있다. 정전척(12)의 상면은 웨이퍼 배치면(12c)이다. 웨이퍼 배치면(12c)에 배치된 웨이퍼(W)는, 정전 전극(12a)의 정전기력으로 그 면에 흡착 유지됨과 더불어 히터 전극(12b)에 의해 가열된다.
냉각판(14)으로는, 냉각액 등의 냉매를 순환시킬 수 있는 냉매 통로(14a)가 내장된 주지의 것을 이용할 수 있다. 냉각판(14)은, 열전도성이 좋은 재료, 예컨대 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료의 원판으로 제작되어 있다. 냉각판(14)은 냉매 통로(14a)를 내장하고 있기 때문에, 정전척(12)을 고온으로 하는 경우에도, 냉각판(14)은 냉매(예컨대 냉각액)에 의해 낮은 온도로 설정된다.
수지층(15)은, 정전척(12)과 냉각판(14)의 사이 중 정전척(12)측에 형성되어 있다. 정전척(12)은, 통상 냉각판(14)보다 고온이 되므로, 수지층(15)은, 응력 완화층(16)에 비교하여 내열성이 높은 재료로 제작된다. 수지층(15)은, 동일한 재료로 동일한 두께의 수지 시트(15a)가 복수 매 적층된 다층 구조이다. 수지 시트(15a)는, 200℃(바람직하게는 250℃)에서 내열을 나타내는 폴리이미드계 수지층, 에폭시계 수지층 또는 PEEK(폴리에테르에테르케톤) 수지층인 것이 바람직하다. 수지층(15)은, 정전척(12)으로부터의 전열에 의해 이러한 온도까지 상승할 우려가 있기 때문이다. 폴리이미드계 수지층은, 적어도 이미드 결합을 갖는 고분자 재료를 포함하는 수지층이다. 에폭시계 수지층은, 반응성의 에폭시기를 갖는 프리폴리머와 경화제의 반응에 의해 생성되는 삼차원 경화물을 포함하는 수지층이다. 프리폴리머로는, 예컨대 수소 이동형의 중부가가 가능한 것 등을 들 수 있다. 수지층(15)을 구성하는 수지 시트(15a)끼리는 기밀하게 접해 있는 것이 바람직하다. 여기서, 기밀하게 접해 있다는 것은, 층간에 φ1 mm 이상의 기포가 없고, φ1 mm 미만의 기포가 706.5 ㎠당 20개 이하인 것을 말한다. 예컨대, 정전척(12)의 상면으로부터 수지층(15)이 들여다 보이는 경우에는, 육안으로 기포의 유무를 판단해도 좋다. 혹은, 초음파 탐상 장치로 기포의 유무를 조사해도 좋다.
수지층(15)의 열저항 Rm[K/W]은 소정의 열저항으로 설정되어 있다. 수지층(15)의 열저항 Rm은 하기 식(1)으로 표시된다. 식(1)에서, Rr은, 수지층(15)을 구성하는 복수 매의 수지 시트(15a)의 수지 그 자체의 열저항이고, R1은 수지층(15)과 정전척(12)의 계면 저항이고, R2는 수지층(15)과 응력 완화층(16)의 계면 저항이고, R3은 서로 접촉하는 수지 시트(15a)끼리의 사이의 계면 저항이다(도 2의 (a) 또는 도 4의 (a) 참조). 또, ΣR3은, 계면 저항 R3의 총합이며, 계면 저항 R3에 수지 시트(15a)의 매수로부터 1을 뺀 수를 곱한 값이다.
Rm=Rr+R1+R2+ΣR3…(1)
수지층(15)의 열저항은, 수지층(15)의 두께를 일정하게 한 경우, 수지층(15)을 구성하는 수지 시트(15a)의 매수가 많을수록 커진다(도 3 참조). 이것은, 식(1)의 ΣR3이 수지 시트(15a)의 매수에 따라 커지기 때문이다.
여기서, 수지 시트(15a)와 동일한 재료로 제작되며 수지층(15)과 동일한 두께의 단층 구조의 제1 수지 샘플(S1)(도 2의 (b) 참조)의 열저항 Rs1을 고려한다. 이 열저항 Rs1은 하기 식(2)로 표시된다. 식(2)에서, Rr은 제1 수지 샘플(S1)의 수지 그 자체의 열저항(수지층(15)의 수지 그 자체의 열저항과 동일)이며, R1, R2는 식(1)에서 설명한 바와 같다. 식(1), (2)로부터, 수지층(15)의 열저항 Rm은, 제1 수지 샘플(S1)의 열저항 Rs1과 비교하여 ΣR3만큼 큰 것을 알 수 있다.
Rs1=Rr+R1+R2…(2)
다음으로, 수지 시트(15a)와 동일한 재료로 제작되며 수지층(15)과 동일한 열저항 Rm을 갖는 단층 구조의 제2 수지 샘플(S2)(도 4의 (b) 참조)의 열저항 Rs2를 고려한다. 이 열저항 Rs2는 하기 식(3)으로 표시된다. 식(3)에서, Rr'는 제2 수지 샘플(S2)의 수지 그 자체의 열저항이고, R1, R2는 식(1)에서 설명한 바와 같다. 열저항 Rs2는 열저항 Rm과 동일하기 때문에, Rr'는 하기 식(4)로 표시된다. 수지 그 자체의 열저항은 수지의 두께에 의존한다. 그 때문에, 식(4)로부터, 제2 수지 샘플(S2)의 두께는 수지층(15)의 두께보다 두꺼운 것을 알 수 있다. 바꿔 말하면, 수지층(15)의 두께는 제2 수지 샘플(S2)의 두께보다 얇은 것을 알 수 있다. 제2 수지 샘플(S2)이 본 발명에서의 「비교 대상 샘플」에 상당한다.
Rs2=Rr'+R1+R2…(3)
Rr'=Rr+ΣR3…(4)
응력 완화층(16)은, 정전척(12)과 냉각판(14)의 사이 중 냉각판(14)측에 형성되어 있다. 냉각판(14)은, 통상 정전척(12)에 비하여 저온이 되므로, 응력 완화층(16)은, 수지층(15)만큼 내열성은 요구되지 않고, 그 대신에 수지층(15)에 비하여 영률이 낮은 재료(유연성이 높은 재료)로 제작된다. 이것에 의해, 응력 완화층(16)은, 정전척(12)과 냉각판(14)의 열팽창차에 의해 생기는 응력을 완화한다. 응력 완화층(16)은, 수지층(15)과 기밀하게 접해 있는 것이 바람직하다. 기밀의 정도나 측정법에 관해서는, 수지층(15)에서 설명한 바와 같다. 응력 완화층(16)은, 에폭시-아크릴 혼합 수지층인 것이 바람직하다. 에폭시-아크릴 혼합 수지층은, 예컨대 일본 특허 공개 제2014-183077호 공보에 개시되어 있는 것을 이용할 수 있다. 또한, 응력 완화층(16)은, 정전척(12)과 냉각판(14)의 열팽창차에 의해 생기는 응력을 완화하는 기능을 주로 담당하기 때문에, 단일층인 것이 바람직하고, 두께가 0.1∼0.4 mm인 것이 바람직하다. 단일층이란, 층을 나누는 선이 없는 층이다. 응력 완화층(16)은, 응력 완화층(16)의 전구체인 복수의 시트를 적층하여 단일층으로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 전술한 웨이퍼 유지대(10)의 제법의 일례를 설명한다. 여기서는, 편의상, 급전 부재(13a, 13b)에 관해서는 설명을 생략한다. 도 5∼도 7은 웨이퍼 유지대(10)의 제법의 설명도(제조 공정도)이다.
우선, 도 5에 도시한 바와 같이, 정전척(12) 중 웨이퍼 배치면(12c)과는 반대측의 면에 복수 매의 수지 시트(15a)를 적층한다. 이 때, 수지 시트(15a)는 얇기 때문에, 웨이퍼 배치면(12c)에 따르기 쉽고, 시트 사이의 기포도 빠지기 쉽다. 계속해서, 이들을 밀착시키는 방향으로 가압하면서 가열하는 것에 의해, 정전척(12)과 수지 시트(15a)를 용착시킴과 더불어 수지 시트(15a)끼리 용착시킨 후 냉각시킨다. 가압하면서 가열하는 조작은, 예컨대 복수 매의 수지 시트(15a)가 적층된 정전척(12)을 주머니 내에 넣어 주머니 내를 감압으로 하고, 그 주머니를 오토클레이브에 넣어 가압하면서 가열한다. 가압시의 압력은 0.1∼5.0 MPa가 바람직하고, 가열시의 온도는 150∼350℃이 바람직하다. 이것에 의해, 수지층(15)이 고착된 정전척(12)이 얻어진다. 냉각후의 수지층(15)은 접착성을 거의 갖지 않는다. 한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 냉각판(14)의 한쪽의 면에 응력 완화층(16)을 상온에서 접착한다. 이것에 의해, 응력 완화층(16)이 접착된 냉각판(14)이 얻어진다. 그리고, 도 7에 도시한 바와 같이, 수지층(15)이 고착된 정전척(12)의 수지층(15)과, 응력 완화층(16)이 접착된 냉각판(14)의 응력 완화층(16)을 중합하여 일체물로 하고, 이들을 밀착시키는 방향으로 가압하면서 가열하는 것에 의해, 수지층(15)에 응력 완화층(16)을 용착시킨 후 냉각시킨다. 가압하면서 가열하는 조작은, 예컨대 일체물을 주머니 내에 넣어 주머니 내를 감압으로 하고, 그 주머니를 오토클레이브에 넣어 가압하면서 가열한다. 가압시의 압력은 0.1∼1.0 MPa가 바람직하고, 가열시의 온도는 100∼170℃이 바람직하다. 이것에 의해, 웨이퍼 유지대(10)가 얻어진다.
또한, 도 5와 도 6의 공정을 일괄적으로 실시해도 좋다. 그 경우, 정전척(12)과 수지 시트(15a)와 응력 완화층(16)과 냉각판(14)을 주머니 내에 넣어 주머니 내를 감압하고, 그 주머니를 오토클레이브에 넣어 가압하면서 가열한다. 이것에 의해 웨이퍼 유지대(10)가 얻어진다.
이상 설명한 웨이퍼 유지대(10)에서는, 수지층(15)의 열저항 Rm은, 수지층(15)과 동일한 재료로 제작되며 수지층(15)과 동일한 두께를 갖는 제1 수지 샘플(S1)의 열저항 Rs1과 비교하여, 수지 시트(15a)끼리의 사이의 계면 저항 R3(ΣR3)만큼 증가한다(도 2 참조). 그 때문에, 수지층(15)의 두께는, 수지층(15)과 동일한 재료로 제작되며 수지층(15)과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 비교 대상 샘플인 제2 수지 샘플(S2)의 두께보다 얇게 할 수 있다(도 4 참조). 즉, 정전척(12)과 냉각판(14) 사이의 수지층(15)을 이러한 다층 구조로 함으로써, 제2 수지 샘플(S2)의 두께보다 얇게 할 수 있고, 수지층(15)의 최대 두께와 최소 두께의 차를 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 온도 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 도 5∼도 7에 도시한 웨이퍼 유지대(10)의 제법에 있어서, 수지 시트(15a)는 얇기 때문에, 다층으로 적층했다 하더라도 정전척(12)의 면을 따르기 쉽고 시트끼리의 접착면으로부터 기포가 빠지기 쉽다. 따라서, 수지층(15)의 평면도를 작게 하기 쉽고, 시트끼리 기밀하게 접착할 수 있다. 또한, 수지 시트(15a)의 매수에 의해 수지층(15)의 열저항을 용이하게 조절할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 8은 제2 실시형태의 웨이퍼 유지대(110)의 단면도이다.
웨이퍼 유지대(110)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 세라믹제의 정전척(12)과 금속제의 냉각판(14) 사이에 수지층(115)과 응력 완화층(16)을 구비한 것이다. 정전척(12), 냉각판(14) 및 응력 완화층(16)은, 제1 실시형태와 동일한 것이기 때문에 여기서는 그 설명을 생략한다.
수지층(115)은, 제1 실시형태의 수지층(15)과 비교하여, 수지층(115)의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 두께 방향의 중앙이 움푹 팬 형상으로 되어 있는 점이 다른 것 외에는, 수지층(15)과 동일하다. 수지층(115)이 동일한 두께의 5장의 수지 시트(115a)를 적층한 다층 구조인 경우를 예를 들면, 수지층(115)의 위로부터 1번째(정전척(12)에 가장 가까운 측)의 수지 시트(115a)는 정전척(12)과 동일한 직경을 가지며, 위로부터 2번째의 수지 시트(115a)는 정전척(12)보다 약간 작은 직경을 가지며, 위로부터 3번째, 즉 한가운데의 수지 시트(115a)는 정전척(12)보다 더 작은 직경을 가지며, 위로부터 4번째의 수지 시트(115a)는 위로부터 2번째의 수지 시트(115a)와 동등한 직경을 가지며, 위로부터 5번째(응력 완화층(16)에 가장 가까운 측)의 수지 시트(115a)는 위로부터 1번째의 수지 시트(115a)와 동등한 직경을 갖고 있다. 이들 수지 시트(115a)는 모두 동일한 재료로 제작되어 있고, 그 재료는 제1 실시형태의 수지 시트(15a)와 동일하다. 또한, 수지층(115)의 두께는, 수지 시트(115a)와 동일한 재료로 제작되며 수지층(115)과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 비교 대상 샘플의 두께보다 얇아진다. 그 이유는, 제1 실시형태에서 설명한 바와 같다.
여기서, 수지층의 두께를 0.5 mm(일정)로 하고, 수지층을 구성하는 수지 시트의 매수를 1장, 3장, 5장, 7장, 9장으로 한 경우의 응력 분석을 행한 결과를 도 9에 도시한다. 이 응력 분석에서는, 웨이퍼 유지대의 구성이 아니라, 보다 간이한 구성의 가상 샘플을 이용했다. 가상 샘플은, 도 9에 도시한 바와 같이, 반경 150 mm의 알루미나 원판과 알루미늄 원판을 수지층으로 접착한 것이다. 응력 분석은, 알루미나 원판과 알루미늄 원판을 수지 시트를 통해 300℃에서 접착한 후 25℃까지 낮췄을 때에 생기는 응력 분포를 측정하는 것에 의해 실시했다. 응력 분포는, 점선의 사각으로 둘러싼 출력 개소를 측정하는 것에 의해 구했다. 3장 이상의 수지 시트를 이용한 경우, 수지층의 두께 방향의 중앙에 위치하는 수지 시트의 반경(움푹 팬 부분의 반경)을 149.2 mm로 했다.
도 9에 도시하는 표에 응력 분포 측정의 결과를 나타낸다. 수지층이 단층(즉 시트 매수 1장)인 경우, 수지층 전체에서의 최대 응력의 발생 개소는 알루미나 원판과 수지층의 계면의 외연이며, 그 값은 19.6 MPa였다. 알루미나 원판과 수지층의 계면의 외연에 이러한 큰 응력이 발생하면, 그 계면에서 박리가 발생하기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 이것에 대하여, 수지층이 다층(즉 시트 매수가 3장 이상)인 경우, 최대 응력의 발생 개소는 알루미나 원판과 수지층의 계면이 아니라 두께 방향의 중앙이 움푹 팬 부분이며, 그 값은 19.2∼21.0 MPa였다. 또한, 알루미나 원판과 수지층의 계면에서의 최대 응력은 4.78∼5.41 MPa이며, 수지층이 단층인 경우에 비교하여 매우 작았다. 이것으로부터, 수지층이 3장 이상의 수지 시트로 구성되어 있는 경우에는, 알루미나 원판과 수지층의 계면에서 박리가 발생하기 어렵다는 것을 알 수 있다. 특히, 수지층의 시트 매수를 5장 이상으로하면, 알루미나 원판과 수지층의 계면에서의 최대 응력이 약 4.8 MPa로 최소치에 이르기 때문에 보다 바람직하다.
이상 설명한 웨이퍼 유지대(110)에서는, 전술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 수지층(115)의 두께를 비교 대상 샘플(수지층(115)과 동일한 재료로 제작되며 수지층(115)과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 샘플)의 두께보다 얇게 할 수 있고, 수지층(15)의 최대 두께와 최소 두께의 차를 작게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 온도 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 전술한 제1 실시형태와 마찬가지로 수지 시트(115a)는 얇기 때문에, 다층으로 적층했다 하더라도 정전척(12)의 면에 따르기 쉽고 시트끼리의 접착면으로부터 기포가 빠지기 쉽다. 따라서, 수지층(115)의 평면도를 작게 하기 쉽고, 시트끼리 기밀하게 접착할 수 있다. 또한, 수지 시트(115a)의 매수에 의해 수지층(115)의 열저항을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 수지층(115)은, 수지층(115)의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 두께 방향의 중앙이 움푹 팬 형상으로 되어 있기 때문에, 정전척(12)과 수지층(115)의 계면에서의 최대 응력을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 정전척(12)과 수지층(115)이 박리되기 어려워진다. 특히, 수지층(115)을 구성하는 수지 시트(115a)의 매수를 3장 이상으로 하면, 전술한 계면에서의 최대 응력을 충분히 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 그 매수를 5장 이상으로 하면, 전술한 계면에서의 최대 응력을 거의 최소로 할 수 있기 때문에 보다 바람직하다.
본 발명은 전술한 실시형태에 전혀 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 복수 매의 수지 시트(15a)는 모두 동일한 두께인 것을 예시했지만, 특별히 이것에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 복수 매 중 적어도 1장이 상이한 두께이어도 좋다. 이 점은 복수 매의 수지 시트(115a)에 관해서도 동일하다.
전술한 웨이퍼 유지대(10)에서는, 정전척(12)으로서 정전 전극(12a)과 히터 전극(12b)을 매설한 것을 이용했지만, 또한 RF 전극을 매설한 것을 이용해도 좋다.
전술한 웨이퍼 유지대(10)에서는, 수지층(115)의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 두께 방향의 중앙이 움푹 팬 형상이 되도록 했지만, 도 10에 도시한 바와 같이 수지층(115)의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 계단형이 되도록 해도 좋다. 이 경우에도, 정전척(12)과 수지층(115)의 계면(도 10의 화살표 부분)에서의 최대 응력을 작게 할 수 있다.
실시예
직경 300 mm, 두께 4∼5 mm의 정전척에, 250℃ 또는 200℃에서 0.3 MPa 이상의 전단 강도를 가지며, 직경 300 mm, 두께 50 μm의 내열성 수지 시트(폴리이미드계, 에폭시계 또는 PEEK)를 5장 적층하여 적층체로 했다. 내열성 수지 시트의 매수나 두께는, 최종적으로 얻어지는 다층 구조의 수지층의 열저항이 소정의 값이 되도록 설정했다. 이 적층체를 내열성이 높은 천으로 감싼다. 이것을 다시 수지제의 배깅 주머니에 넣고, 주머니 내를 진공 상태로 했다. 진공 상태로 한 주머니를 오토클레이브에 넣고, 300℃, 1.0 MPa에서 접착했다. 이것에 의해, 정전척에 내열성 수지 시트가 용착함과 더불어 내열성 수지 시트끼리 용착하여, 다층 구조의 수지층이 적층된 정전척이 되었다. 이것을 냉각시킨 후 주머니에서 꺼냈다. 수지층은 거의 접착성을 갖지 않았다.
다음으로, 냉각 수로를 갖는 직경 300 mm의 Al제의 냉각판에 응력 완화층의 전구체인 미경화이며 변형이 용이한 점착 시트를 접착했다. 여기서는, 점착 시트로서, 비스페놀 A형 에폭시 수지를 36 질량%, 부틸아크릴레이트를 주성분으로 하는 카르복실기 함입 아크릴 고무를 60 질량%, 아민계 경화제를 4 질량% 포함하는 점착 시트를 이용했다.
다음으로, 다층 구조의 수지층이 적층된 정전척과 점착 시트가 접착된 냉각판을, 수지층과 점착 시트가 접촉하도록 중합하여 일체물로 하고, 이 일체물을 내열성이 높은 천으로 감싼다. 이것을 다시 수지제의 배깅 주머니에 넣고 주머니 내를 진공 상태로 했다. 진공 상태로 한 주머니를 오토클레이브에 넣고, 170℃, 0.6 MPa에서 접착한 후 냉각시켰다. 이것에 의해, 정전척의 수지층이 냉각판과 응력 완화층을 통해 접착된 웨이퍼 유지대를 얻었다. 얻어진 웨이퍼 유지대의 수지층의 두께는, 그 수지층과 동일한 재료로 제작되며 그 수지층과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 비교 대상 샘플의 두께보다 얇았다. 이 웨이퍼 유지대는 제1 실시형태에 상당하는 것이다.
이것과는 별도로, 직경 300 mm, 두께 50 μm의 큰 사이즈의 내열성 수지 시트를 2장, 직경 299.2 mm, 두께 50 μm의 중간 사이즈의 내열성 수지 시트를 2장, 직경 298.4 mm, 두께 50 μm의 작은 사이즈의 내열성 수지 시트를 1장 준비했다. 그리고, 전술한 정전척에, 큰 사이즈, 중간 사이즈, 작은 사이즈, 중간 사이즈, 큰 사이즈의 내열성 수지 시트를 이 순으로 적층하고, 이 적층체를 전술한 방법으로 가압 가열했다. 이 적층체의 수지층과, 전술한 점착 시트가 접착된 냉각판을, 수지층과 점착 시트가 접촉하도록 중합하여 일체물로 하고, 이 일체물을 전술한 방법으로 가압 가열했다. 이것에 의해, 제2 실시형태에 상당하는 웨이퍼 유지대를 얻었다.
본 발명은, 전술한 실시예에 전혀 한정되지 않는다.
본 출원은, 2018년 3월 13일에 출원된 일본 특허 출원 제2018-45172호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 전부가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 웨이퍼를 정전 흡착하는 웨이퍼 유지대에 이용 가능하다.
10, 110 : 웨이퍼 유지대 12 : 정전척
12a : 정전 전극 12b : 히터 전극
12c : 웨이퍼 배치면 13a : 급전 부재
13b : 급전 부재 14 : 냉각판
14a : 냉매 통로 15, 115 : 수지층
15a, 115a : 수지 시트 16 : 응력 완화층
S1 : 제1 수지 샘플 S2 : 제2 수지 샘플

Claims (4)

  1. 세라믹제의 정전척과 금속제의 냉각판 사이에, 미리 정해진 열저항을 갖는 수지층과 상기 수지층보다 영률이 낮은 응력 완화층을 구비하고, 상기 수지층이 상기 정전척측에, 상기 응력 완화층이 상기 냉각판측에 설치된 웨이퍼 유지대로서,
    상기 수지층은, 수지 시트가 복수 매 적층된 다층 구조이며,
    상기 수지층의 두께는, 상기 수지 시트와 동일한 재료로 제작되며 상기 수지층과 동일한 열저항을 갖는 단층 구조의 비교 대상 샘플의 두께보다 얇은 것인 웨이퍼 유지대.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지층은, 상기 수지층의 측면을 두께 방향에서 보았을 때에 두께 방향의 중앙이 움푹 팬 형상으로 되어 있거나 두께 방향으로 계단형으로 되어 있는 것인 웨이퍼 유지대.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수지층은 상기 수지 시트가 3장 이상 적층되어 있는 것인 웨이퍼 유지대.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수지층은 상기 수지 시트가 5장 이상 적층되어 있는 것인 웨이퍼 유지대.
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