KR101334223B1 - 접착제, 히터 및 이를 이용한 히터의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 접착제는 석영(SiO2)으로 이루어진 접합 대상물 간을 접합시키는 접착로써, SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 접착 능력이 우수하며, 열충격에 강하여, 고온의 환경에서 사용되는 장치에 접착제로 사용될 수 있다. 예컨데, 이와 같은 접착제를 히터를 제조하는데 사용할 경우, 접합이 용이한 히터를 제조할 수 있다. 즉, 히터 블럭과 플레이트 사이에 실시예에 따른 접착제를 도포하고, 이를 가열함으로써 상기 히터 블럭과 플레이트 사이가 접합된다. 이때, 전술한 바와 같이 접착제가 페이스트 형태이므로, 히터 블럭 및 플레이트의 형상과 공정 조건에 따라 상기 접착제를 다양한 위치에 도포할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 접착제를 이용할 경우 종래와 같은 용접 공정에 비해 접합 부위의 변경이 용이하다. 또한, 종래에서와 같이 압착(press) 공정을 거치지 않고도 접착제의 가열을 통해 히터 블럭과 플레이트 사이를 용이하게 접합시킬 수 있다. 그리고 고가의 진공로에서 진행하지 않아도 되므로, 접합 공정을 위한 비용을 줄일 수 있다.

Description

접착제, 히터 및 이를 이용한 히터의 제조 방법{Adhesive, heater and method Producing of heater using the same}
본 발명은 제조가 용이한 접착제, 히터 및 이를 이용한 히터의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치는 내부 공간을 가지는 챔버, 챔버 내에 위치하여 기판을 지지 가열하는 히터, 챔버 내에서 히터의 상측에 대응 배치되어 기판 상에 기판 처리 원료를 분사하는 원료 분사부를 포함한다. 일반적으로 히터로 내열성 및 열충격에 우수한 석영 히터를 이용한다. 이러한 히터는 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 상부에 배치되며 내측에 발열체가 삽입된 히터 블럭, 히터 블럭 상부에 배치되며 내측에 실드 전극이 삽입된 실드 플레이트, 실드 플레이트 상부에 배치되는 커버 플레이트를 포함한다. 그리고 베이스 플레이트, 히터 블럭, 실드 플레이트 및 커버 플레이트 각각은 석영으로 제작된다.
한편, 종래의 석영 히터의 경우 용접에 의해 베이스 플레이트와 히터 블럭 사이, 히터 블럭과 실드 플레이트 사이, 실드 플레이트와 커버 플레이트 사이가 접합된다. 이때, 베이스 플레이트, 히터 블럭, 실드 플레이트, 커버 플레이트를 동시에 용접할 수 없으므로, 각각을 단계적으로 용접한다. 즉, 예를 들어, 베이스 플레이트와 히터 블럭, 히터 블럭과 실드 플레이트, 실드 플레이트와 커버 플레이트 순으로 용접한다. 이와 같이 각각을 단계적으로 용접할 경우, 각각의 용접 부위가 깨져, 히터가 손상되는 문제가 발생된다. 이에, 히터의 생산 수율이 낮아지고, 이는 석형 히터의 제조 원가를 높이는 요인이 된다.
또한, 용접을 통한 접합의 경우 베이스 플레이트와 히터 블럭 사이, 히터 블럭과 실드 플레이트 사이, 실드 플레이트와 커버 플레이트 사이를 압착(press)하는 압착(press) 공정이 수반되어야 하는 번거로움이 있다. 그리고 압착(press) 및 용접 공정은 일반적으로 고가의 진공로에서 진행된다. 이에, 압착(press) 공정으로 인한 전체 제조 공정 시간 및 고가의 진공로의 마련을 위한 생산 비용이 증가하는 문제가 발생 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 SiO2로 이루어진 접착제를 이용하였으나, 고온(예컨데, 400도 이상)의 온도에서 깨지는 문제점이 있었다. 따라서, 고온의 환경에서 기판 처리 공정을 진행할 경우, 히터의 접합부위가 깨져 손상되고, 이로 인해 공정이 중단되는 문제가 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 히터 블럭과 플레이트 사이가 용이하게 접합된 히터 및 히터의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 일 기술적 과제는 석영(SiO2)으로 각기 제작된 히터 블럭과 플레이트 사이가 용이하게 접합된 석영 히터 및 석영 히터의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 과제는 석영(SiO2)으로 이루어진 접합 대상물 간을 용이하게 접합시킬 수 있는 접착제를 제공하는 데 있다.
본 발명은 SiO2로 이루어진 접합 대상물 간을 접합시키는 접착제에 관한 것으로, SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함한다.
상기 금속산화물은 ZnO, B2O3, K2O, Li2O를 포함한다.
상기 금속산화물은 Al2O3, CuO 및 Na2O 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 SiO2가 전체의 20 중량% 내지 50 중량% 포함된다.
상기 SiO2가 전체의 20 중량% 내지 25 중량% 포함되는 것이 효과적이다.
상기 ZnO가 3 중량% 내지 25 중량%, B2O3가 10 중량% 내지 20 중량%, Li2O가 0.5 내지 15 중량%, K2O가 1.5 중량% 내지 10 중량% 포함된다.
상기 Al2O3는 1.5 중량% 내지 15 중량%로 포함되고, 상기 CuO는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 포함되고, Na2O는 0.5 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 ZnO가 20 중량% 내지 25 중량%, B2O3가 15 중량% 내지 20 중량%, Li2O가 3 중량% 내지 15 중량%, K2O가 6 중량% 내지 10 중량% 포함된다
상기 Al2O3는 3 중량% 내지 15 중량%로 포함되고, 상기 Na2O는 5 중량% 내지 10 중량%로 포함된다.
본 발명은 일측에 기판이 안치되고, 상기 기판을 가열하는 히터에 한 것으로, 내측에 상기 기판을 가열하는 발열체가 삽입된 히터 블럭, 상기 히터 블럭의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나에 배치된 플레이트를 포함하고, 상기 히터 블럭과 플레이트 사이는 접착제에 의해 접합되며, 상기 접착제는 SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함한다.
상기 히터 블럭의 상부에 배치되는 플레이트는 내측에 실드 전극이 삽입 설치된 실드 플레이트이다.
상기 실드 플레이트 상부에 커버 플레이트가 배치된다.
상기 히터 블럭의 하부에 배치되는 플레이트는 내측에 반사 부재가 삽입 설치된 베이스 플레이트이다.
상기 히터 블럭 및 플레이트는 SiO2로 제작된다.
상기 접착제의 금속산화물은 ZnO, B2O3, K2O, Li2O를 포함한다.
상기 금속산화물은 Al2O3 및 CuO 및 Na2O 중 적어도 어느 하나를 더 포함한다.
상기 접착제는 SiO2가 전체의 25 중량% 내지 50 중량%, ZnO가 3 중량% 내지 25 중량%, B2O3가 10 중량% 내지 20 중량%, Li2O가 0.5 중량% 내지 5 중량%, K2O가 1.5 중량% 내지 10 중량% 포함한다.
상기 Al2O3는 1.5 중량% 내지 15 중량%로 포함되고, 상기 CuO는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 포함되고, Na2O는 0.5 중량% 내지 10 중량%로 포함한다.
본 발명은 일측에 기판이 안치되고, 상기 기판을 가열하는 히터의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 기판을 가열하는 히터 블럭을 마련하는 과정, 상기 히터 블럭의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나와 접합되는 플레이트를 마련하는 과정, SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함하는 접착제를 마련하고, 상기 접착제를 히터 블럭과 플레이트 사이에 도포하는 과정, 상기 접착제를 가열하여, 상기 히터 블럭과 플레이트를 사이를 접합시키는 과정을 포함한다.
상기 히터 블럭 및 플레이트는 SiO2로 제작된다.
상기 접착제를 가열하는 과정에 있어서, 제 1 온도로 상기 접착제를 가열하고, 상기 제 1 온도에 비해 높은 제 2 온도로 상기 접착제를 재 가열하며, 상기 제 1 온도는 350도 내지 450도가 되도록하고, 제 2 온도는 950도 내지 1100도가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 온도는 400 내지 450도 이고, 제 2 온도는 1000도 내지 1100도인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 접착제는 SiO2와 금속산화물을 포함하며, 페이스트 형태로 제작된다. 이러한 접착제는 접착 능력이 우수하며, 열충격에 강하여, 고온의 환경에서 사용되는 장치에 접착제로 사용될 수 있다.
예컨데, 이와 같은 접착제를 히터를 제조하는데 사용할 경우, 접합이 용이한 히터를 제조할 수 있다. 즉, 히터 블럭과 플레이트 사이에 실시예에 따른 접착제를 도포하고, 이를 가열함으로써 상기 히터 블럭과 플레이트 사이가 접합된다. 이때, 전술한 바와 같이 접착제가 페이스트 형태이므로, 히터 블럭 및 플레이트의 형상과 공정 조건에 따라 상기 접착제를 다양한 위치에 도포할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 접착제를 이용할 경우 종래와 같은 용접 공정에 비해 접합 부위의 변경이 용이하다. 또한, 종래에서와 같이 압착(press) 공정을 거치지 않고도 접착제의 가열을 통해 히터 블럭과 플레이트 사이를 용이하게 접합시킬 수 있다. 그리고 고가의 진공로에서 진행하지 않아도 되므로, 접합 공정을 위한 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히터를 구비하는 기판 처리 장치를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 히터를 확대 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히터를 확대 도시한 입체 도면
도 4a 및 도 4b는 실시예에 따른 접착제를 이용하여 히터를 제조하는 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도
도 5는 실시예에 따른 접착제를 열처리하는 방법을 설명하기 위한 그래프
도 6은 실시예에 따른 접착제를 이용하여 제조한 히터의 사진
도 7 및 도 8은 비교예에 따른 접착제를 이용하여 제조한 히터의 사진
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히터를 구비하는 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 히터를 확대 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히터를 확대 도시한 입체 도면이다.
실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판(S) 또는 기판(S) 상에 형성된 박막을 식각하는 식각 장치이다. 이러한 기판 처리 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 내부 공간을 가지는 챔버(100), 챔버(100) 내에 위치하여 기판(S)을 지지하는 기판 지지 모듈(500), 챔버(100) 내에서 기판 지지 모듈(500)의 상측에 대응 배치되어 기판(S) 상에 기판 처리 원료를 공급하는 원료 분사부(200) 및 기판 지지 모듈(500)에 열원을 공급하는 제 1 및 제 2 전원 공급부(510, 520)를 포함한다. 또한, 원료 분사부(200)에 플라즈마 발생을 위한 전원을 인가하는 플라즈 전원 발생부(210)를 포함한다. 여기서 기판 지지 모듈(500)은 기판(S)을 지지하고 이를 가열하는 히터(300), 히터(300)의 일단에 연결되어 상기 히터(300)를 지지하는 샤프트(410) 및 샤프트(410)와 연결되어 상기 샤프트(410)에 승하강 및 회전 동력을 제공하는 구동부(420)를 포함한다.
챔버(100)는 내부가 비어있는 사각통 형상으로 제작되며, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있는 소정의 반응 공간이 마련된다. 실시예에서는 챔버(100)를 사각 통 형상으로 제작하였으나, 이에 한정되지 않고, 기판(S)의 형상에 대응되는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 챔버(100)의 일측에는 기판(S)이 출입하는 출입구(미도시)가 마련되며, 챔버(100) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 수단(미도시) 및 챔버(100)의 내부를 배기하는 배기 수단(미도시)을 구비할 수도 있다. 그리고 챔버(100) 내부에서 히터(300)와 대향 배치되어 기판(S)을 처리하는 소정의 원료 물질 예를 들어, 식각 가스를 분사하는 원료 분사부(200)가 마련된다.
실시예에 따른 히터(300)는 석영(SiO2)으로 제작되어, 소정의 투광성을 가지며 내열성 및 열충격에 우수하다. 그리고 히터(300)는 그 단면의 형상이 기판(S)의 형상과 대응하는 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 이에 실시예에서는 원형의 판 형상으로 히터(300)를 제작하나, 이에 한정되지 않고 기판(S)의 형상에 따라 히터(300)의 형상을 다양하게 변형시킬 수 있다. 이러한 히터(300)는 도 1 및 도 2에 도시되 바와 같이, 내부에 반사 부재(312)가 삽입 설치된 베이스 플레이트(310), 베이스 플레이트(310) 상측에 배치되며 내측에 발열체(322)가 삽입 설치된 히터 블럭(320), 히터 블럭(320)의 상측에 배치되며 내측에 실드 전극(332)이 삽입 설치된 실드 플레이트(330), 실드 플레이트(330)의 상측에 배치되며 그 상부에 기판(S)이 안착되는 커버 플레이트(340)를 포함한다. 즉, 히터(300)는 베이스 플레이트(310), 히터 블럭(320), 실드 플레이트(330), 커버 플레이트(340) 순으로 적층되어 상호 결합된다. 이때, 베이스 플레이트(310)와 히터 블럭(320) 사이, 히터 블럭(320)과 실드 플레이트(330) 사이, 실드 플레이트(330)와 커버 플레이트(340) 사이 각각에 실시예에 따른 접착제(350)가 배치되어, 상기 접착제(350)에 의해 상호 접합된다. 실시예에 접착제(350)는 SiO2를 포함하는 것으로써, 접착제(350)의 제조 방법 및 상기 접착제(350)를 이용한 히터(300)의 제조 방법에 대한 상세한 설명은 하기에서 하기로 한다.
베이스 플레이트(310)는 히터 블럭(320)의 하측에 배치되며, 후술되는 복수의 반사 부재(312)가 수납되는 제 1 수납홈(311)이 마련된다. 베이스 플레이트(310)는 SiO2로 제작되어 소정의 투광성을 가지도록 제작되며, 원형의 판 형상으로 제작된다. 하지만 베이스 플레이트(310)는 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 그리고 베이스 플레이트(310)에는 히터 블럭(320)이 배치된 방향으로 개방되고, 상기 베이스 플레이트(310) 내측으로 오목한 제 1 수납홈(311)이 마련된다. 물론 이에 한정되지 않고 제 1 수납홈(311)은 전면이 밀폐된 형상으로 제작될 수도 있다. 이러한 제 1 수납홈(311)은 원형의 판 형상으로 베이스 플레이트(310)를 제작한 후 이를 가공하여 제작하거나, 베이스 플레이트(310)를 제작하는 공정에서 동시에 제작할 수 있다. 그리고 베이스 플레이트(310)의 상부면의 영역 중, 상기 제 1 수납홈(311)이 형성되지 않은 영역은 실시예에 따른 접착제(350)가 도포되어, 상기 접착제(350)에 의해 베이스 플레이트(310)와 히터 블럭(320)이 접합되는 영역이다.
반사 부재(312)는 베이스 플레이트(310)에 마련된 제 1 수납홈(311) 내에 삽입 설치되어, 발열체(322)로부터 발생된 열이 기판(S)이 배치된 방향과 반대 방향 즉, 베이스 플레이트(310)로 복사되는 것을 방지한다. 실시예에 따른 히터(300)에서는 기판(S)이 히터 블럭(320)의 상측에 배치된 커버 플레이트(340) 상에 안치되고, 상기 히터 블럭(320)의 하측에 베이스 플레이트(310)가 배치된다. 이에, 히터 블럭(320)의 열이 기판(S)이 배치된 방향과 반대 방향 즉, 베이스 플레이트(310)로 복사되는 것을 방지하기 위하여, 상기 베이스 플레이트(310)에 제 1 수납홈(311)을 마련하고, 상기 제 1 수납홈(311)에 반사 부재(312)를 설치한다. 여기서, 반사 부재(312)는 반사율이 높은 금속 재료 예를 들어, Ni, SiC, 그라파이트(graphite) 등의 재료를 이용하여 제작한다. 실시예에 따른 반사 부재(312)는 판 형상의 벌크(bulk)로 제작되어, 제 1 수납홈(311)에 삽입 설치된다. 하지만 이에 한정되지 않고, 반사율이 높은 페이스트 형태의 금속 재료를 제 1 수납홈(311)에 도포하고 이를 응고시켜, 반사 부재(312)를 형성할 수도 있다. 이때, 반사 부재(312)의 높이 즉 두께는 제 1 수납홈(311)의 내측 높이에 비해 작도록 제작된다. 예를 들어, 제 1 수납홈(311)의 내측 높이가 3mm일 경우, 반사 부재(312)의 높이는 1mm가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이에, 제 1 수납홈(311)에 반사 부재(312)가 삽입되면, 상기 제 1 수납홈(311)의 상측 영역은 반사 부재(312)가 위치하지 않는 빈 공간이 된다. 따라서, 제 1 수납홈(311) 내의 영역 중 반사 부재(312)와 히터 블럭(320)의 사이가 빈 공간이 된다. 하기에서는 반사 부재(312)와 히터 블럭(320)의 사이의 빈 공간을 갭(gap)으로 명명한다. 이러한 반사 부재(312)와 히터 블럭(320) 사이의 갭(gap)은 상기 히터 블럭(320)의 열이 베이스 플레이트(310)로 쉽게 복사되는 것을 방해하는 역할을 한다. 한편, 히터 블럭(320)으로 부터 베이스 플레이트(310)로 복사되는 열을 반사 부재(312)가 반사시켜야 하므로, 전술한 바와 같이 반사 부재(312)의 상부면에는 접착제(350)가 배치되지 않는다. 즉, 접착제(350)는 베이스 플레이트(310)이 상부면의 영역 중, 반사 부재(312)가 삽입되지 않은 영역에 배치된다.
히터 블럭(320)은 베이스 플레이트(310)의 상측에 배치되며, 기판(S)을 가열하기 위한 열을 발생시키는 발열체(322)가 삽입되는 제 2 수납홈(321)이 마련된다. 히터 블럭(320)은 SiO2를 이용하여 원형의 판 형상으로 제작된다. 그리고 히터 블럭(320)에는 실드 플레이트(330)가 배치된 방향으로 개방되고, 상기 히터 블럭(320) 내측으로 호목한 제 2 수납홈(321)이 마련된다. 물론 이에 한정되지 않고 제 2 수납홈(321)은 전면이 밀폐된 형상으로 제작될 수도 있다. 제 2 수납홈(321)은 히터 블럭(320)을 제작한 후 이를 가공하여 제작하거나, 히터 블럭(320)을 제작하는 공정에서 동시에 제작할 수 있다. 실시예에 따른 제 2 수납홈(321)은 히터 블럭(320) 상에서 환형의 라인 형상으로 제작되나, 이에 한정되지 않고 발열체(322)의 배치 형상에 따라 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 그리고 히터 블럭(320)의 상부면의 영역 중, 상기 제 2 수납홈(321)이 형성되지 않은 영역은 실시예에 따른 접착제(350)가 배치되어, 상기 접착제(350)에 의해 히터 블럭(320)과 실드 플레이트(330)가 접합되는 영역일 수 있다.
발열체(322)는 히터 블럭(320)의 내측에 마련된 제 2 수납홈(321)에 삽입되어, 상기 히터 블럭(320)을 가열한다. 실시예에서는 전기 에너지를 열로 발산하는 열선을 발열체(322)로 이용하나, 이에 한정되지 않고 기판(S)을 가열할 수 있는 다양한 수단을 발열체(322)로 이용할 수 있다. 실시예에 따른 발열체(322)는 라인(line) 형상으로 제작되어, 히터 블럭(320)을 균일하게 가열하도록 환형 라인으로 설치된다. 하지만, 발열체(322)가 히터 블럭(320)에 설치되는 형상은 환형 라인에 한정되지 않고, 히터 블럭(320)을 가열할 수 있는 다양한 형상으로 설치될 수 있다. 또한, 발열체(322)는 히터 블럭(320)에 균일하게 설치되지 않고, 공정 상의 특성, 기판(S) 가열 목적 등에 따라 다양한 방법으로 설치할 수 있다. 즉, 예를 들어, 히터 블럭(320)의 중심 영역에 비해 가장 자리 영역에 발열체(322)가 집중 배치되도록 설치되거나, 그 반대의 경우가 되도록 발열체(322)를 설치할 수 있다.
실드 플레이트(330)는 히터 블럭(320)의 상측에 배치되며, 실드 전극(332)이 삽입되는 제 3 수납홈(331)이 마련된다. 실드 플레이트(330)는 SiO2를 이용하여 원형의 판 형상으로 제작된다. 그리고 제 3 수납홈(331)은 커버 플레이트(340)가 배치된 방향으로 개방되고, 실드 플레이트(330) 내측으로 오목한 형상으로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고 제 3 수납홈(331)은 전면이 밀폐된 형상으로 제작될 수도 있다. 실시예에 따른 제 3 수납홈(331)은 도 3에 도시된 바와 같이 메쉬(mesh) 형상으로 제작되나, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 이러한 제 3 수납홈(331)은 실드 플레이트(330)를 제작한 후 이를 가공하여 제작하거나, 실드 플레이트(330)를 제작하는 공정에서 동시에 제작할 수 있다. 그리고 실드 플레이트(330)의 상부면의 영역 중, 상기 제 3 수납홈(331)이 형성되지 않은 영역은 실시예에 따른 접착제(350)가 배치되어, 상기 접착제(350)에 의해 실드 플레이트(330)와 접합되는 영역일 수 있다.
실드 전극(332)은 실드 플레이트(330)에 마련된 제 3 수납홈(331)에 삽입 설치되어, RF를 차징시켜 플라즈마로부터 생성되는 노휴즈를 제거하는 역할을 한다. 이러한 실드 전극(332)은 페이스트 상태의 도전성 물질 예를 들어, Al 페이스트를 제 3 수납홈(331)에 도포하고 이를 가열하여 제작할 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않고, 도전성의 물질의 플레이트 형태로 실드 전극(332)을 제작하고, 이를 제 3 수납홈(331)에 삽입할 수도 있다.
커버 플레이트(340)는 실드 플레이트(330)의 상측에 배치며, 그 상부에 기판(S)이 안치된다. 이러한 커버 플레이트(340)에는 기판(S)을 지지 고정하기 위한 고정 부재(미도시)가 설치될 수 있다. 예를 들어 진공 흡입력을 이용하여 기판(S)을 고정시키는 경우, 커버 플레이트(340)에는 진공 펌프와 연결되는 복수의 홀 및 홀과 진공 펌프를 연결시키는 진공 라인이 설치될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 고정 부재로 다양한 수단 예를 들어 정전척 또는 클램프 등을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이 히터(300)는 베이스 플레이트(310), 히터 블럭(320), 실드 플레이트(330), 커버 플레이트(340) 순으로 적층되어 상호 결합되며, 실시예에 따른 접착제(350)를 통해 상호 접합된다. 실시예에 따른 접착제(350)는 SiO2를 주요 물질로하고, 상기 SiO2 이외에 다른 복수의 금속산화물 재료를 포함한다. 하기에서는 접착제(350)의 제조를 위해 SiO2와 혼합되는 금속산화물 재료를 '금속산화물'이라 명명한다. 즉, 실시예에 따른 접착제(350)는 SiO2 및 상기 SiO2와 혼합되는 복수의 금속산화물을 포함한다. 여기서 SiO2와 혼합되는 복수의 금속산화물은 적어도 ZnO, B2O3, K2O, Li2O를 포함한다. 그리고 이에 한정되지 않고 금속산화물은 Al2O3, CuO 및 Li2O 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 이러한 접착제(350)는 페이스트 형태로 제작된다. 즉, 액상의 용매와 분말 형태의 SiO2 및 금속산화물을 혼합하여, 페이스트 형태의 접착제(350)를 제조 한다. 이때, SiO2, ZnO, B2O3, Al2O3, Li2O, K2O, CuO, Na2O 각각이 접착제이 전체 중량에서 차지하는 비율에 따라 접착 능력 및 내열성이 달라질 수 있다. SiO2, ZnO, B2O3, Al2O3, Li2O, K2O, CuO, Na2O 함량에 따른 접착제(350)의 접착 능력 및 내열성(또는 열 충격성)에 대한 상세한 설명은 하기에서 하기로 한다. 그리고 용매로는 에탄올, 프로판올, 메톡시 프로판올, 에톡시 프로판올, 프로폭시 프로판올, 부톡시 프로판올, 프로판디올, 도데칸글리콜 및 벤질 알코올 등의 유기 용매를 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 다양한 용매들이 사용될 수 있다. 이와 같은 유기 용매와 분말 형태의 SiO2 및 금속산화물이 혼합되면 페이스트 형태의 접착제(350)가 제조된다. 그리고 이를 복수의 접착 대상물 사이에 도포하여 가열시키면 상기 접착 대상물 사이가 접합된다. 이때, 제 1 온도로 접착제(350)를 가열하여 상기 접착제(350)의 용매를 증발시키고, 제 1 온도에 비해 높은 제 2 온도로 접착제(350)를 가열하여 접합 대상물 사이를 접합시킨다. 제 1 온도는 350도 내지 450도 바람직하게는 400도 내지 450도이며, 제 2 온도는 950도 내지 1100도 바람직하게는 1000도 내지 1100도 이다. 그리고 제 1 온도로 열처리하는 제 1 열처리 시간은 60분 내지 110분 바람직하게는 80분 내지 110도 이고, 제 2 온도로 열처리하는 제 2 열처리 시간은 80분 내지 150분 바람직하게는 120분 내지 150분이다.
표 1 에는 SiO2, ZnO, B2O3, Al2O3, Li2O, K2O, CuO 및 Na2O의 함량 및 제 1 가열 온도 및 제 2 가열 온도의 변화에 따른 히터의 상태를 나타낸 것이다.
하기에서는 표1을 참고하여, SiO2, ZnO, B2O3, Al2O3, Li2O, K2O, CuO 및 Na2O각각의 함량에 따른 접합제의 접착 능력 및 내열성(열 충격성)에 대해 설명한다. 이때, 상기에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 간략히 설명하거나, 생략한다.
SiO2 중량% ZnO
중량%		 B2O3
중량%		 Al2O3
중량%		 Li2O
중량%		 K2O
중량%		 CuO
중량%		 Na2O
중량%		 Total
중량%		 제1 가열시간(min) 제1 가열 온도(℃) 제2 가열시간(min)) 제2 가열 온도(℃) 히터
상태
제 1
비교예		 85 5 10 0 0 0 0 0 100 60 350 80 700 크랙발생/
불투명
제 2
비교예		 80 3 10 5 0 1.5 0 0.5 100 70 360 85 750 크랙발생/
불투명
제 3
비교예		 78 3 10 1.5 1.5 2.5 0 1.5 100 70 380 95 800 크랙발생/
불투명
제 4
비교예		 75 7 11 2 0.5 3.5 0 1 100 70 390 100 850 크랙발생
제 5
비교예		 70 8 12 2 1 4 1 2 100 75 400 105 900 크랙발생/
불투명
제 6
비교예		 56 14 14 2.5 2 5.5 2 4 100 80 420 100 950 크랙발생
/
불투명
제 1
실시예		 50 15 15 2 3 6 2 5 100 85 430 120 1000 양호
제 2
실시예		 36.5 21 18 4 4 8 0.5 8 100 95 450 130 1050 양호
제 3
실시예		 25 25 20 5 5 10 0 10 100 110 450 150 1100 양호
실시예에 따른 접착제는 SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함하고, 상기 금속산화물은 적어도 ZnO, B2O3, K2O, Li2O를 포함한다. 또한, Al2O3, CuO 및 Na2O 을 더 포함할 수 있다. 접착제 전체에 대하여 SiO2는 전체의 20 내지 50 중량%이고, ZnO가 3 내지 25 중량%, B2O3가 10 내지 20 중량%, Li2O가 0.5 내지 15 중량%, K2O가 1.5 내지 10 중량% 입니다. 또한, Al2O3는 1.5 내지 15 중량%로 포함되고, CuO는 0.5 내지 3 중량%로 포함되고, Na2O는 0.5 내지 10 중량% 이다. 더욱 바람직하게는 SiO2가 전체의 20 내지 25 중량%, ZnO가 20 내지 25 중량%, B2O3가 15 내지 20 중량%, Li2O가 3 내지 15 중량%, K2O가 6 내지 10 중량%, Al2O3는 3 내지 15 중량%로 포함되고, 상기 Na2O는 5 내지 10 중량% 인 것이 효과적이다.
예를 들어, 종래에서와 같이 SiO2로만을 이용하여 접착제(350)를 제조할 경우, SiO2는 1550도 내지 1700도 이상의 온도에서 용융되는데, 히터(350)를 1550도 내지 1700도로 가열시키면, SiO2로 이루어진 접착제(350)도 같이 용융되어 액체 상태가 된다. 이에, 히터(300)가 손상될 수 있다.
이에, 실시예에서는 SiO2에 ZnO, B2O3, K2O, Li2O의 금속산화물을 혼합하여 접착제를 제조한다. 물론, 이에 한정되지 않고, Al2O3, CuO 및 Na2O 을 더 포함할 수 있다. 여기서, ZnO, B2O3, K2O, Li2O, Al2O3, CuO 및 Na2O는 고온에서 용융되지 않도록 하고, 접착제(350)가 균일하게 도포될 수 있도록 플럭스(Flux) 역할을 한다.
또한, 제 1 가열 온도가 350도 내지 450도가 되도록하고, 제 2 가열 온도는 950도 내지 1100도가 되도록 합니다. 바람직하게는 제 1 가열 온도가 400 내지 450도 이고, 제 2 가열 온도가 1000도 내지 1100도인 것이 효과적입니다.
표 1을 참조하면, 접착제 전체에 대해 SiO2가 20 내지 50 중량%, ZnO가 3 내지 25 중량%, B2O3가 10 내지 20 중량%, Li2O가 0.5 내지 15 중량%, K2O가 1.5 내지 10 중량% 인 경우(제 1 실시예 내지 제 3 실시예), 도 6에 도시된 바와 같이 크랙이 발생되거나 불투명하게 석출되는 현상 없는 히터(300)가 제조된다. 또한, 제 1 실시예 내지 제 3 실시예의 경우 접착제 전체에 대해 Al2O3가 1.5 내지 15 중량%, CuO가 0.5 내지 3 중량%, Na2O가 0.5 내지 10 중량% 포함된다.
하지만, 접착제 전체에 대해 SiO2의 중량%가 20 내지 50 중량%의 범위 밖이거나(제 1 비교예 내지 제 6 비교예), ZnO의 중량%가 3 내지 25 중량% 범위 밖인 경우(제 1 비교예 내지 제 6 비교예), 도 7에 도시된 바와 같이 크랙(Crack)이 발생됩니다. 또한, 제 1 가열 온도가 400 내지 450 범위 밖이거나, 제 2 가열 온도가 1000도 내지 1100도의 범위 밖인 경우(제 1 비교예 내지 제 6 비교예), 도 8에 도시된 바와 같이 불투명한 히터(300)가 제조될 수 있다. 이와 같이 제 1 가열 온도가 400 내지 450도 범위 밖이거나, 제 2 가열 온도가 1000도 내지 1100도의 범위 밖일 때, 가열 공정 중에 접착제(350), 바람직하게는 SiO2가 재결정 석출되는 결정화 현상에 의해, 불투명한 상태가 된다.
또한, 실시예에서는 접착제(350)를 400 내지 450도의 제 1 가열 온도로 가열한 후, 000도 내지 1100도의 제 2 가열 온도로 제가열한다. 예를 들어, 제 1 가열 온도를 거치지 않고 바로 제 2 가열 온도에서 접착제(350)를 가열시키면, 상기 접착제(350)를 구성하는 용매가 용융되면서 기포가 발생된다. 이러한 기포는 접합면에 얼룩을 발생시키는 요인으로 작용하여, 매끄러운 접합면을 얻을 수 없으며, 접합 상태가 나쁘다.
샤프트(410)는 일단이 챔버(100) 내부로 삽입되어 히터의 베이스 플레이트(310)의 하부와 연결되고, 타단이 챔버(100) 외부로 돌출되어 구동부(420)와 연결된다. 여기서 구동부(420)는 샤프트(410)에 승하강 및 회전력을 제공하는 역할을 한다. 이에, 구동부(420)에 의해 샤프트(410)가 승하강 또는 회전하면 상기 샤프트(410)에 의해 히터(300)가 승하강 또는 회전한다. 그리고 이러한 샤프트 내에는 히터(300)의 발열체(322)에 전원을 인가하는 제 1 전원선(511), 실드 전극(332)에 RF 전원을 인가하는 제 2 전원선(521)이 마련된다. 여기서 제 1 전원선(511)의 일단은 베이스 플레이트(310)를 관통하여 히터 블럭(320) 내에 설치된 발열체(322)와 접속되고, 타단은 제 1 전원 공급부(510)와 접속된다. 또한, 제 2 전원선(521)의 일단은 베이스 플레이트(310) 및 히터 블럭(320)을 관통하여 실드 플레이트 내에 설치된 실드 전극(332)과 접속되고, 타단은 제 2 전원 공급부(520)와 접속된다.
도 4a 및 도 4b는 실시예에 따른 접착제를 이용하여 히터를 제조하는 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 도 5는 실시예에 따른 접착제를 열처리하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 먼저 베이스 플레이트(310), 히터 블럭(320), 실드 플레이트(330) 및 커버 플레이트(340)를 마련하고, 상기 베이스 플레이트(310), 히터 블럭(320) 및 실드 플레이트(330)의 상부면 각각에 실시예에 따른 접착제(350)를 도포한다. 여기서 베이스 플레이트(310)의 내측에는 복수의 반사 부재(312)가 삽입되어 있고, 히터 블럭(320)의 내측에는 발열체(322)가 삽입되어 있으며, 실드 플레이트(330)의 내측에는 실드 전극(332)이 삽입되어 있다. 또한, 실시예에 따른 접착제(350)는 유기 용매에 20 내지 25 중량의 SiO2, 20 내지 25 중량%의 ZnO, 5 내지 20 중량%의 B2O3, 내지 15 중량%의 Al2O3, 3 내지 15 중량%의 Li2O, 6 내지 10 중량%의 K2O, 0 내지 3 중량%의 CuO, 5 내지 10 중량% Na2O가 혼합되어 제조된 페이스트 형태이다. 이러한 접착제(350)를 프린팅 방법 예를 들어, 스크린 프린팅 방법으로 베이스 플레이트(310), 히터 블럭(320) 및 실드 플레이트(330) 각각의 상부면에 도포한다. 이때, 베이스 플레이트(310)에 도포되는 접착제(350)의 경우, 반사 부재(312)가 삽입되지 않은 영역의 상기 베이스 플레이트(310) 상부면에 도포된다. 이는 히터 블럭(320) 열이 베이스 플레이트(310)가 배치된 방향으로 복사될 때, 반사 부재(312)를 통해 상기 복사열을 용이하게 반사하기 위함이다. 그리고 실시예에서는 히터 블럭(320)의 상부면의 영역 중 히터(300)가 삽입되지 않은 영역에 접착제(350)를 도포하고, 실드 플레이트(330)의 상부면의 영역 중 실드 전극(332)이 삽입되지 않은 영역에 접착제(350)를 도포한다. 물론 이에 한정되지 않고 히터 블럭(320)의 상부면 전체 및 실드 플레이트(330) 상부면 전체에 접착제(350)를 도포할 수 있다.
상기에서는 베이스 플레이트(310)의 상부, 히터 블럭(320)의 상부 및 실드 플레이트(330)의 상부 각각에 접착제(350)를 도포하는 것을 예를 들어 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 히터 블럭(320)의 하부, 실드 플레이트(330)의 하부 및 커버 플레이트(340)의 하부 각각에 접착제(350)를 도포할 수 있다. 또한 베이스 플레이트(310) 상부, 히터 블럭(320)의 상부 및 하부, 실드 플레이트(330)의 상부 및 하부, 커버 플레이트(340)의 하부 각각에 접착제(350)를 도파할 수도 있다.
접착제(350)의 도포과 완료되면, 도 4b에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(310), 베이스 플레이트(310) 상부에 히터 블럭(320), 히터 블럭(320) 상부에 실드 플레이트(330), 실드 플레이트(330) 상부에 커버 플레이트(340)를 배치시키고, 상호 밀착시킨다. 그리고 접착제(350)를 가열하는 열처리 공정을 통해 베이스 플레이트(310)와 히터 블럭(320), 히터 블럭(320)와 실드 플레이트(330) 사이, 실드 플레이트(330)와 커버 플레이트(340) 사이를 접합시킨다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 열처리 온도로 접착제(350)를 가열하여 상기 접착제(350)의 용매를 증발시키고, 이후, 상기 제 2 열처리 온도로 접착제(350)를 가열하여 베이스 플레이트(310)와 히터 블럭(320), 히터 블럭(320)와 실드 플레이트(330) 사이, 실드 플레이트(330)와 커버 플레이트(340) 사이를 접합시킨다. 실시예에서는 접착제(350)를 가열하는 수단으로 전기로(furnance)를 이용하나, 이에 한정되지 않고 접착제(350)를 가열할 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있다. 제 1 열처리 온도는 350도 내지 450도 바람직하게는 400도 내지 450도 이고, 제 1 열처리 시간은 60분 내지 110분 바람직하게는 80분 내지 110분이다. 또한 제 2 열처리 온도는 950도 내지 1100도 바람직하게는 1000도 내지 1100도 이고, 제 1 열처리 시간은 80분 내지 150분 바람직하게는 120분 내지 150분이다. 이를 통해 SiO2로 각기 제작된 베이스 플레이트(310)와 히터(300) 플레이트 사이, 히터(300) 플레이트와 실드 플레이트(330) 사이, 실드 플레이트(330)와 커버 플레이트(340) 사이가 용이하게 접합된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 접착제(350)를 이용함으로써, 내열성 및 열충격에 우수한 석영(SiO2) 히터(300)가 제조된다. 이에, 기판(S)을 고온의 환경에서 진행하더라도 접착제(350)가 파괴되거나 접착 능력이 소멸되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고온의 온도 환경에서도 용이하게 공정을 진행할 수 있다
310: 베이스 플레이트 320: 히터 블럭
330: 실드 플레이트 340: 커버 플레이트
350: 접착제

Claims (22)

  1. SiO2로 이루어진 접합 대상물 간을 접합시키는 접착제에 있어서,
    SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함하고,
    상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물은 ZnO, B2O3, K2O, Li2O 이며,
    상기 ZnO가 3 중량% 내지 25 중량%, B2O3가 10 중량% 내지 20 중량% 포함된 접착제.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속산화물은 Al2O3, CuO 및 Na2O 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 접착제.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 SiO2가 전체의 20 중량% 내지 50 중량% 포함된 접착제.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 SiO2가 전체의 20 중량 내지 25 중량% 포함된 접착제.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 Li2O가 0.5 중량% 내지 15 중량%, K2O가 1.5 중량% 내지 10 중량% 포함된 접착제.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 Al2O3는 1.5 중량% 내지 15 중량%로 포함되고, 상기 CuO는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 포함되고, Na2O는 0.5 내지 10 중량%로 포함되는 접착제.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 ZnO가 20 중량% 내지 25 중량%, B2O3가 15 내지 20 중량%, Li2O가 3 중량% 내지 15 중량%, K2O가 6 중량% 내지 10 중량% 포함된 접착제.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 Al2O3는 3 중량% 내지 15 중량%로 포함되고, 상기 Na2O는 5 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 접착제.
  10. 일측에 기판이 안치되고, 상기 기판을 가열하는 히터에 있어서,
    내측에 상기 기판을 가열하는 발열체가 삽입된 히터 블럭;
    상기 히터 블럭의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나에 배치된 플레이트를 포함하고,
    상기 히터 블럭과 플레이트 사이는 접착제에 의해 접합되며,
    상기 접착제는 SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함하고,
    상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물은 ZnO, B2O3, K2O, Li2O 이며,
    상기 ZnO가 3 중량% 내지 25 중량%, B2O3가 10 중량% 내지 20 중량% 포함된 히터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 히터 블럭의 상부에 배치되는 플레이트는 내측에 실드 전극이 삽입 설치된 실드 플레이트인 히터.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 실드 플레이트 상부에 커버 플레이트가 배치되는 히터.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 히터 블럭의 하부에 배치되는 플레이트는 내측에 반사 부재가 삽입 설치된 베이스 플레이트인 히터.
  14. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 히터 블럭 및 플레이트는 SiO2로 제작되는 히터.
  15. 삭제
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 금속산화물은 Al2O3 및 CuO 및 Na2O 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 히터.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 접착제는 SiO2가 전체의 25 중량% 내지 50 중량%, Li2O가 0.5 중량% 내지 5 중량%, K2O가 1.5 중량% 내지 10 중량% 포함된 히터.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 Al2O3는 1.5 중량% 내지 15 중량%로 포함되고, 상기 CuO는 0.5 중량% 내지 3 중량%로 포함되고, Na2O는 0.5 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 히터.
  19. 일측에 기판이 안치되고, 상기 기판을 가열하는 히터의 제조 방법에 있어서,
    상기 기판을 가열하는 히터 블럭을 마련하는 과정;
    상기 히터 블럭의 상부 및 하부 중 적어도 어느 하나와 접합되는 플레이트를 마련하는 과정;
    SiO2, 상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함하는 접착제를 마련하고, 상기 접착제를 히터 블럭과 플레이트 사이에 도포하는 과정;
    상기 접착제를 가열하여, 상기 히터 블럭과 플레이트를 사이를 접합시키는 과정을 포함하고,
    상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물을 포함하는 접착제를 마련하는데 있어서,
    상기 SiO2와 혼합되는 금속산화물은 ZnO, B2O3, K2O, Li2O 이며, 상기 ZnO가 3 중량% 내지 25 중량%, B2O3가 10 중량% 내지 20 중량% 포함하도록 하는 히터의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 히터 블럭 및 플레이트는 SiO2로 제작되는 히터의 제조 방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 접착제를 가열하는 과정에 있어서,
    제 1 온도로 상기 접착제를 가열하고, 상기 제 1 온도에 비해 높은 제 2 온도로 상기 접착제를 재 가열하며,
    상기 제 1 온도는 350도 내지 450도가 되도록하고, 제 2 온도는 950도 내지 1100도가 되도록 하는 히터의 제조 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제 1 온도는 400 내지 450도 이고, 제 2 온도는 1000도 내지 1100도인 히터의 제조 방법.
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