KR20240001065A - 기판 고정 디바이스 - Google Patents

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KR20240001065A
KR20240001065A KR1020230080922A KR20230080922A KR20240001065A KR 20240001065 A KR20240001065 A KR 20240001065A KR 1020230080922 A KR1020230080922 A KR 1020230080922A KR 20230080922 A KR20230080922 A KR 20230080922A KR 20240001065 A KR20240001065 A KR 20240001065A
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아야 우치야마
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신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
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Abstract

기판 고정 디바이스는 베이스 플레이트, 접착층을 통해 베이스 플레이트 상에 구비되는 발열부, 및 발열부 상에 구비되어 대상물을 흡착 및 유지하도록 구성된 정전 척을 포함한다. 발열부는, 제1 면 및 제1면의 반대편에 있는 제2 면을 갖고 제1 면이 정전 척과 접촉하는 제1 절연층, 제1 절연층의 제2 면 상에 배열된 발열 소자, 및 제1 절연층의 제2 면 상에 적층되어 발열 소자를 덮는 제2 절연층을 포함한다. 베이스 플레이트, 접착층 및 제2 절연층을 관통하여 발열 소자의 일부를 노출시키는 관통 구멍이 구비된다. 제2 절연층의 유리 전이 온도는 제1 절연층의 유리 전이 온도보다 높다.

Description

기판 고정 디바이스{SUBSTRATE FIXING DEVICE}
본 발명은 기판 고정 디바이스에 관한 것이다.
관련 기술에서, IC 및 LSI와 같은 반도체 디바이스를 제조할 때에 사용되는 성막 장치(예를 들어, CVD 장치, PVD 장치 등) 및 플라스마 에칭 장치는 진공 처리 챔버 내에 웨이퍼를 정확하게 유지하기 위한 스테이지를 갖는다. 이러한 스테이지로서, 예를 들어, 베이스 플레이트 상에 장착된 정전 척에 의해, 피흡착 대상물인 웨이퍼를 흡착 및 유지하는 기판 고정 디바이스가 제안되어 있다. 기판 고정 디바이스는, 예를 들어 웨이퍼의 온도를 조절하기 위한 발열 소자, 및 발열 소자를 덮는 절연층을 포함한다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 제6708518호
그러나, 상기 발열 소자를 덮는 절연층은 약 300℃의 고온에 노출될 수 있고, 이 경우 절연층이 열화되어 박리될 수 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 절연층의 박리를 억제할 수 있는 기판 고정 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 베이스 플레이트, 접착층을 통해 베이스 플레이트 상에 구비되는 발열부, 및 발열부 상에 구비되어 피흡착 대상물을 흡착 및 유지하도록 구성된 정전 척을 포함하는 기판 고정 디바이스가 제공된다. 발열부는, 제1 면 및 제1 면의 반대편에 있는 제2 면을 갖고 제1 면이 정전 척과 접촉하는 제1 절연층, 제1 절연층의 제2 면 상에 배열된 발열 소자, 및 제1 절연층의 제2 면 상에 적층되어 발열 소자를 덮는 제2 절연층을 포함한다. 베이스 플레이트, 접착층 및 제2 절연층을 관통하여 발열 소자의 일부를 노출시키는 관통 구멍이 구비된다. 제2 절연층의 유리 전이 온도는 제1 절연층의 유리 전이 온도보다 높다.
개시된 기술에 따르면, 절연층의 박리를 억제할 수 있는 기판 고정 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스를 단순화하여 예시하는 단면도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스의 제조 프로세스를 예시하는 도면들(그의 1)이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스의 제조 프로세스를 예시하는 도면들(그의 2)이다.
도 4는 제2 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스를 단순화하여 예시하는 단면도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 제2 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스의 제조 프로세스를 예시하는 도면들(그의 1)이다.
도 6a 및 도 6b는 제2 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스의 제조 프로세스를 예시하는 도면들(그의 2)이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명할 것이다. 각각의 도면에서, 동일한 구성을 갖는 부분에는 동일한 부호를 표기하고, 중복 설명을 생략할 수 있음에 유의해야 한다.
<제1 실시형태>
[기판 고정 디바이스의 구조]
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스를 단순화하여 예시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 고정 디바이스(1)는, 주요 구성요소로서, 베이스 플레이트(10), 접착층(20), 발열부(30), 및 정전 척(40)을 포함한다.
베이스 플레이트(10)는 발열부(30)와 정전 척(40)을 장착하기 위한 부재이다. 베이스 플레이트(10)의 두께는, 예를 들어 약 20 내지 50mm로 설정될 수 있다. 베이스 플레이트(10)는, 예를 들어 알루미늄으로 형성되며, 플라스마를 제어하기 위한 전극 등으로도 사용될 수 있다. 베이스 플레이트(10)에 미리 정해진 고주파 전력을 공급함으로써, 발생된 플라스마 상태의 이온 등을 정전 척(40) 상에 흡착된 웨이퍼와 충돌시키기 위한 에너지를 제어하여 에칭 프로세싱을 효율적으로 수행할 수 있다.
베이스 플레이트(10)는 그 내부에 구비된 냉매 유로(15)를 가질 수 있다. 냉매 유로(15)는 일단에 냉매 도입부(15a)와 타단에 냉매 토출부(15b)를 갖는다. 냉매 유로(15)는 기판 고정 디바이스(1) 외측에 구비된 냉매 제어 디바이스(미도시)에 연결된다. 냉매 제어 디바이스(미도시)는 냉매 도입부(15a)로부터 냉매 유로(15)로 냉매(예를 들어, 냉각수, 갈덴 등)를 도입하고, 냉매 토출부(15b)로부터 냉매를 토출한다. 냉매 유로(15)에 냉매를 순환시켜 베이스 플레이트(10)를 냉각시킴으로써, 정전 척(40) 상에 흡착된 웨이퍼를 냉각시킬 수 있다.
베이스 플레이트(10) 내측에는 정전 척(40)에 의해 흡착 및 유지된 웨이퍼를 냉각시키기 위한 가스를 공급하는 가스 공급부가 구비될 수 있다. 가스 공급부는, 예를 들어 베이스 플레이트(10) 내에 형성된 구멍이다. 예를 들어, 기판 고정 디바이스(1)의 외측로부터 불활성 가스(예를 들어, He, Ar 등)를 가스 공급부 내에 도입함으로써, 정전 척(40)에 의해 흡착 및 유지된 웨이퍼를 냉각할 수 있다.
발열부(30)는 접착층(20)을 통해 베이스 플레이트(10) 상에 구비된다. 접착층(20)은, 예를 들어 제1 층(21)과 제2 층(22)의 2층 구조를 가질 수 있다. 제1 층(21) 및 제2 층(22)으로서, 예를 들어 실리콘계 접착제가 사용될 수 있다. 제1 층(21) 및 제2 층(22) 각각의 두께는, 예를 들어 약 1mm로 설정될 수 있다. 제1 층(21) 및 제2 층(22)의 열 전도율은 2W/mK 이상이 바람직하다. 접착층(20)도 1층으로 구성될 수 있지만, 열 전도율이 높은 접착제와 탄성이 낮은 접착제가 결합된 2층 구조를 가짐으로써, 알루미늄으로 이루어진 베이스 플레이트와의 열팽창 차이로 인해 발생된 스트레스를 감소시키는 효과가 얻어진다.
발열부(30)는 제1 절연층(31), 발열 소자(32) 및 제2 절연층(33)을 포함한다. 제1 절연층(31)은 그의 상면(제1 면)이 정전 척(40)의 베이스 본체(41)의 하면과 접촉하도록 배열된다. 발열 소자(32)는 제1 절연층(31)의 하면(제1 면의 반대편에 있는 제2 면) 상에 배열되며, 제1 절연층(31)에 의해 베이스 본체(41)의 하면에 접합된다. 제2 절연층(33)은 제1 절연층(31)의 하면 상에 적층되어 발열 소자(32)의 하면 및 측면을 덮는다. 기판 고정 디바이스(1)에는, 베이스 플레이트(10), 접착층(20), 및 발열부(30)의 제2 절연층(33)을 관통하여 발열부(30)의 발열 소자(32)의 하면의 일부를 노출시키는 복수의 관통 구멍(10x)이 구비된다는 것에 유의해야 한다. 각 관통 구멍(10x)은 관통 구멍(10x)에 노출된 발열 소자(32)에 와이어를 납땜할 때 와이어용 통로로서 사용될 수 있다.
제1 절연층(31)으로서, 발열 소자(32) 및 베이스 본체(41)와 우수한 접착성(adhesiveness)을 갖는 절연성 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제1 절연층(31)의 재료로서, 예를 들어 에폭시계 수지가 사용될 수 있다. 또한, 제1 절연층(31)의 열 전도율은 3W/mK 이상인 것이 바람직하다. 제1 절연층(31)에 알루미나 및 질화알루미늄과 같은 필러가 포함되면, 제1 절연층(31)의 열 전도율이 개선될 수 있다. 제1 절연층(31)의 유리 전이 온도(Tg)는, 예를 들어 약 150 내지 200℃로 설정될 수 있다. 또한, 제1 절연층(31)의 두께는, 예를 들어 약 60 내지 100㎛로 설정되는 것이 바람직하고, 제1 절연층(31)의 두께 편차는 ±10% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
발열 소자(32)로서, 압연 합금이 사용되는 것이 바람직하다. 압연 합금을 사용함으로써, 발열 소자(32)의 두께 편차를 감소시키고, 발열 분포를 개선할 수 있다. 발열 소자(32)는 반드시 발열부(30)의 두께 방향 중앙부에 내장될 필요는 없고, 요구 사양에 따라 발열부(30)의 두께방향 중앙부가 아닌 베이스 플레이트(10) 측 또는 정전 척(40) 측에 불균일하게 배열 될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
발열 소자(32)의 비저항은 바람직하게는 10 내지 70μΩ·㎝이고, 보다 바람직하게는 10 내지 50μΩ·㎝이다. 관련 기술의 기판 고정 디바이스에서는, 약 10μΩ·㎝의 비저항을 갖는 NiCr계 발열 소자가 사용되었다. 따라서, 20 내지 50Ω의 배선 설계가 사용된 경우, 배선 폭이 1 내지 2mm이고, 두께가 약 50㎛이므로, 발열 소자의 패턴을 미세화하기가 어려웠다. 발열 소자(32)의 비저항을 NiCr계 발열 소자의 비저항보다 낮은 10 내지 70μΩ·㎝로 설정함으로써, 발열 소자(32)의 패턴은 상기와 유사한 20 내지 50Ω의 배선 설계를 사용한 경우에 관련 기술보다 더 미세해질 수 있다. 10μΩ·㎝보다 낮은 비저항은 발열 특성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다는 것에 유의해야 한다.
발열 소자(32)에 사용하기에 적합한 특정 압연 합금은, 예를 들어 CN49(콘스탄탄)(Cu/Ni/Mn/Fe의 합금), 제라닌(Cu/Mn/Sn의 합금), 망가닌(Cu/Mn/Ni의 합금) 등을 포함한다. CN49(콘스탄탄)의 비저항은 약 50μΩ·㎝이고, 제라닌의 비저항은 약 29μΩ·㎝이며, 망가닌의 비저항은 약 44μΩ·㎝인 것에 유의해야 한다. 발열 소자(32)의 두께는 에칭에 의한 배선 성형성(wiring formability)을 고려하여 60㎛ 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
고온에서 발열 소자(32)와 제1 절연층(31) 사이의 접착성을 개선하기 위해서, 발열 소자(32)의 적어도 일면(상면 및 하면 중 한쪽 또는 양쪽)은 조면화되는 것이 바람직하다는 것에 유의해야 한다. 발열 소자(32)의 상면 및 하면 양쪽 모두가 또한 조면화될 수 있다. 이 경우, 발열 소자(32)의 상면과 하면에 서로 다른 조면화 방법이 사용될 수 있다. 조면화 방법은 특별히 한정되지 않으며, 그의 예는 에칭에 의한 방법, 커플링제계의 표면 개질 기술을 이용하는 방법, 355nm 이하의 파장을 갖는 UV-YAG 레이저에 의한 도트 프로세싱을 이용하는 방법 등을 포함할 수 있다.
제2 절연층(33)으로서, 우수한 내열성을 갖는 절연성 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 이는, 기판 고정 디바이스(1)를 사용하는 시점에서의 온도 조건이 고온 측으로 이동하는 경향이 있고 관통 구멍(10x)을 통해 발열 소자(32)에 와이어를 납땜할 때의 온도가 300℃ 이상에 도달할 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 제2 절연층(33)용 재료로서, 예를 들어 폴리이미드계 수지나 실리콘계 수지가 사용될 수 있다. 제2 절연층(33)의 유리 전이 온도는 제1 절연층(31)의 것보다 높다. 제2 절연층(33)의 유리 전이 온도는 300℃ 이상인 것이 바람직하다. 제2 절연층(33)의 유리 전이 온도가 300℃ 이상일 때, 기판 고정 디바이스(1)는 300℃ 이하의 고온 환경에서 사용될 수 있고, 또한 발열 소자(32)에 와이어를 납땜할 때의 온도에도 견딜 수 있다. 이 때문에, 기판 고정 디바이스(1)에서는, 고온에 기인한 제2 절연층(33)의 열화 및 제1 절연층(31)으로부터의 분리가 억제될 수 있다.
제1 절연층(31)의 유리 전이 온도가 제2 절연층(33)의 유리 전이 온도보다 낮을 수 있는 이유는 제1 절연층(31)이 약 300℃의 고온에 직접 노출되지 않기 때문이라는 점에 유의해야 한다. 이 때문에, 제1 절연층(31)의 재료는 내열성보다는 베이스 본체(41)와의 접착성을 우선시하여 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 응력 완화 기능을 갖기 위해서는, 제1 절연층(31)의 재료로서, 제2 절연층(33)보다 탄성이 낮은 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
제2 절연층(33)의 열 전도율은 3W/mK 이상인 것이 바람직하다. 제2 절연층(33)에 알루미나 및 질화알루미늄과 같은 필러가 포함되면, 제2 절연층(33)의 열 전도율이 개선될 수 있다. 또한, 제2 절연층(33)의 두께는 발열 소자(32)의 내장 특성(embedding property)을 개선하는 관점에서 제1 절연층(31)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 제2 절연층(33)의 두께는, 예를 들어 약 100 내지 200㎛로 설정되는 것이 바람직하고, 제2 절연층(33)의 두께 편차는 ±10% 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
발열부(30) 상에는 정전 척(40)이 구비된다. 정전 척(40)은 피흡착 대상물인 웨이퍼를 흡착 및 유지하는 부분이다. 정전 척(40)의 평면 형상은, 예를 들어 원형이다. 정전 척(40)의 피흡착 대상물인 웨이퍼의 직경은, 예를 들어 8인치, 12인치 또는 18인치이다. '위에서 봤을 때(as seen from above)'라는 기재는 대상물을 베이스 본체(41)의 상면의 법선 방향으로부터 본 것을 나타내고, '평면 형상(planar shape)'이라는 기재는 베이스 본체(41)의 상면의 법선 방향으로부터 봤을 때의 대상물의 형상을 나타낸다는 것에 유의해야 한다.
발열부(30) 상에는 정전 척(40)이 구비된다. 정전 척(40)은 베이스 본체(41)와 정전 전극(42)을 갖는다. 정전 척(40)은, 예를 들어 존슨-라벡형(Johnsen-Rahbeck type) 정전 척이다. 그러나, 정전 척(40)은 쿨롱형(Coulomb-type) 정전 척일 수도 있다.
베이스 본체(41)는 유전체이다. 베이스 본체(41)로서, 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹이 사용될 수 있다. 베이스 본체(41)의 두께는, 예를 들어 약 1 내지 10mm로 설정될 수 있고, 베이스 본체(41)의 비유전율(1kHz)은, 예를 들어 약 9 내지 10으로 설정될 수 있다. 정전 척(40)과 발열부(30)의 제1 절연층(31)은 직접 접합된다. 발열부(30)와 정전 척(40)을 접착제 없이 직접 접합함으로써, 기판 고정 디바이스(1)의 내열 온도가 개선될 수 있다. 발열부(30)와 정전 척(40)이 접착제로 접합된 관련 기술의 기판 고정 디바이스의 내열 온도는 약 150℃이지만, 기판 고정 디바이스(1)에서 내열 온도는 약 200℃로 설정될 수 있다. 제1 절연층(31)과 제2 절연층(33)은 접착제 없이 직접 접합될 수 있다.
정전 전극(42)은 박막 전극이고, 베이스 본체(41)에 내장된다. 정전 전극(42)은 기판 고정 장치(1) 외측에 구비된 전원에 연결되어 있고, 미리 정해진 전압이 인가되면, 정전 전극과 웨이퍼 사이에 정전기로 인한 흡착력이 발생되어, 웨이퍼가 정전 척(40)에 흡착 및 유지될 수 있다. 정전 전극(42)에 인가된 전압이 높을수록 흡착 유지력이 강해진다. 정전 전극(42)은 유니폴라 형상 또는 바이폴라 형상을 가질 수 있다. 정전 전극(42)의 재료로서, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴 등이 사용될 수 있다.
[기판 고정 디바이스의 제조 방법]
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 제1 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스의 제조 프로세스를 예시하는 도면이다. 도 2a 내지 도 3c를 참조하여 기판 고정 디바이스(1)의 제조 프로세스를 발열부(30)의 형성 프로세스를 중심으로 설명한다. 도 2a 내지 도 3b는 도 1에 대하여 상하 반전된 상태로 도시되어 있다는 것에 유의해야 한다.
우선, 도 2a에 나타낸 프로세스에서, 그린 시트 상에 비아 프로세싱을 수행하는 프로세스, 비아에 전도성 페이스트를 충전하는 프로세스, 정전 전극이 되는 패턴을 형성하는 프로세스, 다른 그린 시트를 적층 및 소성하는 프로세스, 표면을 평탄화하는 프로세스 등을 포함한 공지된 제조 방법에 의해 베이스 본체(41)에 내장된 정전 전극(42)을 갖는 정전 척(40)을 제조한다. 절연성 수지막(311)과의 접착성을 개선하기 위해서, 절연성 수지막(311)이 적층된 정전 척(40)의 표면에 블라스트 처리 등을 실시하여 표면을 조면화할 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
다음으로, 도 2b에 나타낸 프로세스에서, 절연성 수지막(311)을 정전 척(40) 상에 직접 적층한다. 절연성 수지막(311)은 진공 중에서 라미네이팅될 때 공극의 혼입을 억제할 수 있기 때문에 적합하다. 절연성 수지막(311)은 경화되지 않고 반경화 상태(B 스테이지)로 남아 있다. 절연성 수지막(311)은, 반경화 상태의 절연성 수지막(311)의 접착력에 의해 정전 척(40)에 가고정된다. 절연성 수지막(311)의 재료로서, 예를 들어 에폭시계 수지가 사용될 수 있다.
다음으로, 도 2c에 나타낸 프로세스에서, 금속 호일(321)을 절연성 수지막(311) 상에 배열한다. 금속 호일(321)의 재료로서, 발열 소자(32)의 재료로서 예시한 압연 합금이 사용될 수 있다. 금속 호일(321)의 두께는 에칭에 의한 배선 성형성을 고려하여 60㎛ 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 금속 호일(321)은 반경화 상태의 절연성 수지막(311)의 접착력에 의해 절연성 수지막(311) 상에 가고정된다.
절연성 수지막(311) 상에 배치하기 전에, 금속 호일(321)의 적어도 일면(상면 및 하면 중 한쪽 또는 양쪽)이 조면화되는 것이 바람직하다는 것에 유의해야 한다. 금속 호일(321)의 상면 및 하면 양쪽 모두가 또한 조면화될 수 있다. 이 경우, 금속 호일(321)의 상면과 하면에 서로 다른 조면화 방법이 이용될 수 있다. 조면화 방법은 특별히 한정되지 않으며, 그의 예는 에칭에 의한 방법, 커플링제계의 표면 개질 기술을 이용하는 방법, 355nm 이하의 파장을 갖는 UV-YAG 레이저에 의한 도트 프로세싱을 이용하는 방법 등을 포함할 수 있다.
또한, 도트 프로세싱을 이용하는 방법에서는, 금속 호일(321)의 필요한 영역이 선택적으로 조면화될 수 있다. 따라서, 도트 프로세싱을 이용하는 방법에서는, 금속 호일(321)의 전체 영역을 조면화할 필요는 없고, 적어도 발열 소자(32)로서 남게 되는 영역을 조면화하는 것으로 충분하다(즉, 에칭에 의해 제거될 영역을 조면화할 필요가 없다).
다음으로, 도 2d에 나타낸 프로세스에서, 금속 호일(321)을 패터닝하여 발열 소자(32)를 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 금속 호일(321)의 전체 면에 레지스트를 형성하고, 그 레지스트를 노광 및 현상하여 발열 소자(32)로서 남게 될 부분만을 덮는 레지스트 패턴을 형성한다. 다음으로, 레지스트 패턴으로 덮여 있지 않은 부분의 금속 호일(321)을 에칭에 의해 제거한다. 금속 호일(321)을 제거하기 위한 에천트로서, 예를 들어 염화구리 에천트, 염화제2철(ferric chloride) 에천트 등이 사용될 수 있다.
그 후, 레지스트 패턴을 박리액에 의해 박리하여, 절연성 수지막(311) 상의 미리 정해진 위치에 발열 소자(32)를 형성한다(포토리소그래피법). 발열 소자(32)는 포토리소그래피법에 의해 형성되어, 발열 소자(32)의 폭 방향의 치수 편차를 감소시킴으로써, 발열 분포를 개선할 수 있다. 에칭에 의해 형성된 발열 소자(32)의 단면 형상은, 예를 들어 실질적으로 사다리꼴일 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이 경우, 절연성 수지막(311)과 접촉하는 면과 반대 면 사이의 배선 폭의 차는, 예를 들어 약 10 내지 50㎛로 설정될 수 있다. 발열 소자(32)의 단면 형상을 실질적으로 단순한 사다리꼴 형상으로 함으로써, 발열 분포를 개선할 수 있다.
다음으로, 도 3a에 나타낸 프로세스에서, 절연성 수지막(311) 상에 발열 소자(32)를 덮는 절연성 수지막(331)을 적층한다. 절연성 수지막(331)은 진공 중에서 라미네이팅될 때 공극의 혼입을 억제할 수 있기 때문에 적합하다. 절연성 수지막(331)의 재료로서, 예를 들어 폴리이미드계 수지나 실리콘계 수지가 사용될 수 있다. 절연성 수지막(331)의 두께는 발열 소자(32)의 내장 특성을 개선하는 관점에서 절연성 수지막(311)보다 두꺼운 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3b에 나타낸 프로세스에서, 절연성 수지막(311, 331)을 정전 척(40)에 대해 가압하면서, 절연성 수지막(311, 331)을 경화하기 위해 경화 온도 이상으로 가열한다. 이에 따라, 발열 소자(32)의 주변이 제1 절연층(31) 및 제2 절연층(33)으로 덮이는 발열부(30)가 형성되고, 발열부(30)의 제1 절연층(31)과 정전 척(40)이 직접 접합된다. 실온으로 복귀하는 시점에서의 응력을 고려하면, 절연성 수지막(311, 331)의 가열 온도는 200℃ 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
절연성 수지막(311, 331)을 정전 척(40)에 대해 가압하면서 가열 및 경화함으로써, 가열 소자(32)의 유무의 영향으로 인해 접착층(20)과 접촉하는 측면 상의 제2 절연층(33)의 불균일이 저감되고 평탄화될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 접착층(20)과 접촉하는 측면 상의 제2 절연층(33)의 표면의 불균일은 7㎛ 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 접착층(20)과 접촉하는 측면 상의 제2 절연층(33)의 표면의 불균일을 7㎛ 이하로 설정함으로써, 다음 프로세스에서 제2 절연층(33)과 접착층(20)(제2 층(22)) 사이에 기포가 혼합되는 것이 방지된다. 즉, 제2 절연층(33)과 접착층(20)(제2 층(22)) 사이의 접착성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 3c에 나타낸 프로세스에서, 미리 형성된 냉매 유로(15) 등을 갖는 베이스 플레이트(10)를 준비하고, 베이스 플레이트 상에 제1 층(21) 및 제2 층(22)을 순차적으로 적층하여 접착층(20)(미경화)을 형성한다. 그 후, 도 3b에 나타낸 구조를 상하 반전시키고 접착층(20)을 사이에 두고 베이스 플레이트(10) 위에 배열한 다음, 접착층(20)을 경화시킨다. 또한, 베이스 플레이트(10), 접착층(20), 및 발열부(30)의 제2 절연층(33)을 관통하여 발열부(30)의 발열 소자(32)의 하면의 일부를 노출시키는 복수의 관통 구멍(10x)을 형성한다. 이에 따라, 접착층(20)을 사이에 두고 베이스 플레이트(10) 상에 발열부(30)와 정전 척(40)이 순차적으로 적층된 기판 고정 디바이스(1)가 완성된다.
이와 같이, 제1 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스(1)에서, 발열부(30)의 절연층은 접착성이 우수한 제1 절연층(31)과 내열성이 우수한 제2 절연층(33)이 적층된 구조를 갖는다. 납땜하는 시점에서 관통 구멍(10x)을 통해 약 300℃의 열에 직접 노출되는 부분인 제2 절연층(33)이 높은 내열성을 갖는 절연성 수지로 이루어지므로, 제2 절연층(33)은 고온으로 인해 열화되어 제1 절연층(31)으로부터 박리되는 것이 억제될 수 있다.
<제2 실시형태>
제2 실시형태에서는, 전열 시트가 발열부에 내장된 일례를 나타낸다. 제2 실시형태에서는, 이미 설명한 실시형태와 동일한 구성 부분에 대한 설명이 생략될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
[기판 고정 디바이스의 구조]
도 4는 제2 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스를 단순화하여 예시하는 단면도이다. 도 4에서는, 베이스 플레이트(10)의 상면에 평행한 평면에 포함되는 서로 직교하는 방향을 X 방향 및 Y 방향으로 표기하고, X 방향 및 Y 방향에 수직인 방향(기판 고정 디바이스(2)의 두께 방향)을 Z 방향으로 표기한다는 것에 유의해야 한다.
도 4를 참조하면, 기판 고정 디바이스(2)는 발열부(30)를 발열부(30A)로 대체한다는 점에서 기판 고정 디바이스(1)(도 1 참조)와 다르다.
기판 고정 디바이스(2)의 발열부(30A)에서, 제1 절연층(31)은 그 안에 내장된 전열 시트(34)를 갖고, 제2 절연층(33)은 그 안에 내장된 전열 시트(35)를 갖는다. 전열 시트(34, 35)는, 발열 소자(32)를 미리 정해진 간극을 두고 이들 사이에 위로부터 아래로 끼우도록 XY 평면에 실질적으로 평행하게 배열되어 있다. 전열 시트(34)와 발열 소자(32) 사이의 간극은 제1 절연층(31)으로 충전되고, 전열 시트(35)와 발열 소자(32) 사이의 간극은 제2 절연층(33)으로 충전된다.
전열 시트(34, 35)는, 발열부(30A)에 의해 발생된 열을 균일화 및 확산(불균일한 발열 상태를 완화)시키는 재료로 이루어진 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, XY 방향의 열 전도율 : Z 방향의 열 전도율 = 100 이상 : 1인 그라파이트 시트가 사용될 수 있다. 예를 들어, XY 방향의 열 전도율은 300W/mK 이상으로 설정될 수 있고, Z 방향의 열 전도율은 3W/mK 이상으로 설정될 수 있다. 단층 그라파이트 시트의 두께는, 예를 들어 약 40 내지 50㎛로 설정될 수 있다. 전열 시트(34, 35)로서, 그라파이트 시트 대신에 그래핀 시트와 같은 카본 시트가 사용될 수 있다.
전열 시트(34, 35) 중 하나만이 제공될 수도 있음에 유의해야 한다. 즉, 발열부(30A)에서는, 제1 절연층(31) 및 제2 절연층(33) 중 적어도 하나에 전열 시트가 내장될 수 있다.
[기판 고정 디바이스의 제조 방법]
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 6a 및 도 6b는 제2 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스의 제조 프로세스를 예시하는 도면이다. 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 기판 고정 디바이스(2)의 제조 프로세스를 발열부(30A)의 형성 프로세스를 중심으로 설명한다. 도 5a 내지 도 6a는 도 4에 대하여 상하 반전된 상태로 도시되어 있다는 것에 유의해야 한다.
우선, 도 5a에 나타낸 프로세스에서는, 도 2a에 나타낸 프로세스와 마찬가지로 정전 척(40)을 제조한 후, 절연성 수지막(311), 전열 시트(34) 및 절연성 수지막(312)을 정전 척(40) 상에 순차적으로 적층한다. 절연성 수지막(311, 312)은 경화되지 않고 반경화 상태(B 스테이지)로 남아 있다. 절연성 수지막(311)은, 반경화 상태의 절연성 수지막(311)의 접착력에 의해 정전 척(40)에 가고정된다. 절연성 수지막(311, 312)의 재료로서, 예를 들어 에폭시계 수지가 사용될 수 있다.
다음으로, 도 5b에 나타낸 프로세스에서, 금속 호일(321)을 절연성 수지막(312) 상에 배열한다. 금속 호일(321)은 반경화 상태의 절연성 수지막(312)의 접착력에 의해 절연성 수지막(312) 상에 가고정된다. 금속 호일(321)은 필요에 따라 절연성 수지막(312) 상에 배열되기 전에 조면화와 같은 표면 처리를 받는다는 것에 유의해야 한다.
다음으로, 도 5c에 나타낸 프로세스에서, 도 2d에 나타낸 프로세스와 유사한 방식으로 금속 호일(321)을 패터닝하여 발열 소자(32)를 형성한다.
다음으로, 도 5d에 나타낸 프로세스에서, 절연성 수지막(312) 상에 발열 소자(32)를 덮는 절연성 수지막(331), 전열 시트(35) 및 절연성 수지막(332)을 순차적으로 적층한다. 절연성 수지막(331, 332)의 재료로서, 예를 들어 폴리이미드계 수지나 실리콘계 수지가 사용될 수 있다.
다음으로, 도 6a에 나타낸 프로세스에서, 절연성 수지막(311, 312, 331, 332)을 정전 척(40)에 대해 가압하면서, 절연성 수지막(311, 312, 331, 332)을 경화하기 위해 경화 온도 이상으로 가열한다. 이에 따라, 발열 소자(32) 및 전열 시트(34, 35)의 주변이 제1 절연층(31) 및 제2 절연층(33)으로 덮이는 발열부(30A)가 형성되고, 발열부(30A)의 제1 절연층(31)과 정전 척(40)이 직접 접합된다. 실온으로 복귀하는 시점에서의 응력을 고려하면, 절연성 수지막(311, 312, 331, 332)의 가열 온도는 200℃ 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6b에 나타낸 프로세스에서, 미리 형성된 냉매 유로(15) 등을 갖는 베이스 플레이트(10)를 준비하고, 베이스 플레이트 상에 제1 층(21) 및 제2 층(22)을 순차적으로 적층하여 접착층(20)(미경화)을 형성한다. 그 후, 도 6a에 나타낸 구조를 상하 반전시키고 접착층(20)을 사이에 두고 베이스 플레이트(10) 위에 배열한 다음, 접착층(20)을 경화시킨다. 또한, 베이스 플레이트(10), 접착층(20), 및 발열부(30)의 제2 절연층(33)과 전열 시트(35)를 관통하여 발열부(30)의 발열 소자(32)의 하면의 일부를 노출시키는 복수의 관통 구멍(10x)을 형성한다. 이에 따라, 접착층(20)을 사이에 두고 베이스 플레이트(10) 상에 발열부(30A)와 정전 척(40)이 순차적으로 적층된 기판 고정 디바이스(2)가 완성된다.
이와 같이, 제2 실시형태에 따른 기판 고정 디바이스(2)에서는, 평면 방향(XY 방향)으로 높은 열 확산율을 갖는 전열 시트(34, 35)가 발열부(30A)에 내장된다. 이는, 평면 방향(XY 방향)으로의 열 확산율을 개선하고, 발열 소자(32)의 불균일한 단면적의 영향을 감소시키며, 열 균일성을 개선한다.
각각의 전열 시트(34, 35)로서, 복수의 그라파이트 시트의 적층체가 사용될 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 함침 능력을 갖고 종 방향 및 횡 방향으로의 열 전도율에 영향을 미치지 않는 수지(예를 들어, 비스말레이미드 트리아진 수지 등)를 통해 진공 핫 프레싱 등에 의해 그라파이트 시트를 수개 내지 수십개 적층함으로써 그라파이트 시트의 적층체를 형성할 수 있다. 그라파이트 시트의 적층체가, 예를 들어 1500W/mK 이상의 XY 방향의 열 전도율 및 8W/mK 이상의 Z 방향의 열 전도율을 가질 수 있기 때문에, 단층 그라파이트 시트를 사용한 경우와 비교해서, 열 확산 촉진 효과를 현저하게 개선할 수 있다.
바람직한 실시형태 등이 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 전술한 실시형태 등에 한정되지 않고, 청구범위에 정의된 범위를 벗어나지 않고서 전술한 실시형태 등에 대하여 다양한 변경 및 대체가 이루어질 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 기판 고정 디바이스의 피흡착 대상물로서, 반도체 웨이퍼(실리콘 웨이퍼 등) 이외에, 액정 패널 등의 제조 프로세스에서 사용되는 유리 기판 등이 예시될 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판 고정 디바이스로서,
    베이스 플레이트;
    접착층을 통해 상기 베이스 플레이트 상에 구비되는 발열부; 및
    상기 발열부에 구비되어 피흡착 대상물을 흡착 및 유지하도록 구성된 정전 척을 포함하고,
    상기 발열부는,
    제1 면 및 상기 제1 면의 반대편에 있는 제2 면을 갖는 제1 절연층 - 상기 제1 면은 상기 정전척과 접촉함 -,
    상기 제1 절연층의 상기 제2 면 상에 배열되는 발열 소자, 및
    상기 제1 절연층의 상기 제2 면 상에 적층되어 상기 발열 소자를 덮는 제2 절연층을 포함하며,
    상기 베이스 플레이트, 상기 접착층 및 상기 제2 절연층을 관통하여 상기 발열 소자의 일부를 노출시키는 관통 구멍이 구비되고,
    상기 제2 절연층의 유리 전이 온도는 상기 제1 절연층의 유리 전이 온도보다 높은, 기판 고정 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 절연층의 유리 전이 온도는 300℃ 이상인, 기판 고정 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 절연층의 재료는 폴리이미드계 수지 또는 실리콘계 수지인, 기판 고정 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 절연층의 재료는 에폭시계 수지인, 기판 고정 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 절연층의 두께는 상기 제1 절연층의 두께보다 두꺼운, 기판 고정 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 절연층 또는 상기 제2 절연층 중 적어도 하나에 전열 시트가 내장되는, 기판 고정 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전열 시트는 그라파이트 시트인, 기판 고정 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연층과 상기 정전 척은 접착제 없이 직접 접합되는, 기판 고정 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층은 접착제 없이 직접 접합되는, 기판 고정 디바이스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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