KR102226887B1 - 천이 액체상, 알루미늄 질화물 부품의 무가압 연결 - Google Patents

천이 액체상, 알루미늄 질화물 부품의 무가압 연결 Download PDF

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프랑크 제이. 폴레스
로버트 제이. 테쉬
스테펜 피. 누텐스
소린 디네스쿠
윌리엄 엘. 브레드버리
케이시 씨. 클로센
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Abstract

둘 이상의 알루미늄 질화물("AIN") 세라믹 부품의 모놀리식, 전밀폐식 연결 또는 결합이 부품들 사이의 접촉 영역 부근의 천이 액체상 소결을 촉진함으로써 이루어진다. 첫 번째 접근법에서, AIN 입자는 연결 페이스트에서 이트륨 산화물(Y2O3)과 같은 희토류 산화물 소결화 첨가제와 조합되고, 부품들을 서로 용접하기 위해 최종 연소하기 전에 연소된 세라믹 예비성형 부품의 연결 표면 사이에 도포될 수 있고, 두 번째 접근법에서, 첨가제는 그린(green) 혼합물에 부가되고, 상이한 수축 아스펙트 비를 가지는 부품들이 합쳐지고 부분적 압력의 첨가제를 함유하는 대기에서 동시소성된다. 첨가제는 최종 연소 도중 접촉 영역 내 세라믹 계면 입자의 표면에 존재하는 액체상의 습윤 및 확산을 촉진한다. 그러한 공정은 집적 회로 제작에서 사용되는 세라믹 서셉터와 같은 복합 세라믹 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 부품은 부품들 사이의 계면을 통해 전기적으로 상호접속될 수 있는 다수의 내장된 금속배선 전자 트레이스를 가질 수 있다.

Description

천이 액체상, 알루미늄 질화물 부품의 무가압 연결{TRANSIENT LIQUID PHASE, PRESSURELESS JOINING OF ALUMINUM NITRIDE COMPONENTS}
선행기술
본 출원은 2012년 2월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 일련번호 제61605157호의 이익을 주장하며, 상기 문헌은 본 명세서에 참고로서 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 마이크로전자 제조 및 더 상세하게는 개별 세라믹 부품을 서로 전밀폐식으로 결합하는 것에 관한 것이다.
마이크로전자 산업은 전자 시스템의 속도 및 기능성을 증가시키기 위해 부품을 더욱 축소시키려고 지속적으로 노력한다. 이는 실리콘과 같은 반도체의 웨이퍼 위에 고도로 복합적인 집적 회로를 제작하도록 이끌었다. 정해진 제작된 웨이퍼 위에 사용가능한 집적회로의 수율을 증진시키기 위해, 많은 가공 기술 및 장치가 개발되어 왔다.
웨이퍼 공정은 공정-내 웨이퍼를 오염 없이 유지하고, 세정, 식각, 도핑 및 물질 증착 가령 스퍼터링(sputtering) 또는 플라즈마 식각과 같은 쓰루(through) 플라즈마 공정을 위한 특수 대기를 비롯한 요구되는 공정 환경에 노출시키기 위해, 흔히 공정 챔버로 부르는 닫힌 용기(vessel)에서 일어난다.
웨이퍼 공정 챔버의 하나의 주요 부품은 흔히 서셉터(susceptor)로 불리거나, 또는 때로 "가열 척(heater chuck)" 또는 단순히 "척"으로 지칭되는 기판 지지 구조이다. 서셉터는 용기에서 웨이퍼의 지지를 제공하고 공정 도중 이의 온도 제어를 돕는다. 전형적으로, 서셉터는 웨이퍼가 고정되는 디스크(disk)-모양의 상판을 가진다. 상판은 중심의 하향 연장되는 튜브 또는 받침대에 의해 지지된다. 일부 제작 용기에서, 디스크들은 흔히 최대 55 센티미터 직경일 수 있다.
서셉터가 전기 저항성 가열 소자 및 공정 도중 웨이퍼의 온도 제어를 돕는 "저항 온도 탐지기" (resistance temperature detector, RTD) 라인과 같은 열 센서를 비롯한 수많은 구조물을 운반할 수 있음이 널리 공지되어 있다. 제작 동안 웨이퍼를 등온으로 유지하는 것이 바람직하다. 가열 소자 및 RTD 라인은 플레이트 내에 형성된 수많은 사문석(serpentine) 전기 저항성 트레이스로 이루어질 수 있다. 플레이트는 정해진 수의 개별적으로 에너지 공급이 가능한 가열 소자 및 센서를 각각 가지는 수많은 구역으로 나뉠 수 있다. 따라서, 서셉터 상의 구역 위에 위치한 웨이퍼의 구역은 다른 구역과는 별도로 가열될 수 있다. 속이 빈 접속 튜브 또는 받침대는 플레이트에 접속되어 가열 소자쪽으로의 전원 라인, 센서로부터의 전기 신호-운반 라인, 및 차폐 구조를 위한 전기 접지 라인을 가지도록 개량된다. 받침대의 다른 용도는 챔버 내로의 공정 기체, 액체를 위한 통로, 및 진공 채널을 포함할 수 있다.
상기 서셉터 설계와 관련된 한 가지 문제는 튜브가 플레이트 상에 많은 수의 전자 소자를 전기적으로 접속하기에는 제한된 수의 선만 수용할 수 있다는 점이다.
본 명세서에 참고로서 포함되는 Yushio 등의, 미국 특허 공보 제2003/0066587호는 알루미늄 질화물을 이용하여 서셉터를 제조하는 방법을 교시한다. 본 명세서에 참고로서 포함되는 Desai의, 미국 특허 제4,799,983호는 다중레이어 세라믹 (MLC) 기술에서 알루미나의 사용을 교시한다.
일반적으로, MLC 기술은 알루미나와 같은 고온 - 내열 세라믹 유전성 재료의 입자를 유기 결합제와 혼합하고, 이를 이후에 테이프-주조(tape-cast)하고, 건조하고 수많은 유연한 "그린 시트"로 분리하는 단계를 포함한다. 몇몇 시트는 펀칭된 비아홀(via hole)을 가지며 이후 금속배선 및 다른 회로 패턴으로 차단되고 인쇄되고, 이들은 다른 시트와 적층되는 경우, 트레이스 및 접촉 패드와 같은 복잡한 삼-차원적 전자 구조를 형성할 수 있다. 적층된 시트는 소정의 온도 및 압력에서 서로 겹쳐지게 되어 "그린 상태"의 부품을 형성한다. 사용되는 세라믹 입자의 유형에 따라, 부품은 이후 결합제 소각(burn-off) 과정에서 약 600℃까지 천천히 가열될 수 있고 이를 통해 결합제 재료 대부분이 소각된다. 생성된 부서지기 쉬운 소각산물 또는 떨어져 나온 부분은 이후 습한 수소-질소와 같은 환원적 대기에서 상승된 온도 과정에서 연소되고 이를 통해 임의의 잔여량의 결합 물질은 증발하는 반면 잔여 재료는 녹거나 소결되어 전기가 몸체를 통해 흐르는 전기 회로망을 가지는 고체 세라믹 몸체가 된다. 알루미나가 전기 절연 재료로서 사용되는 경우, 연소는 전형적으로 1600℃까지 도달할 수 있다. 텅스텐 및 몰리브덴과 같은 내화 금속이 흔히 금속배선을 위해 사용된다.
최종 연소 도중, 부품은 상당히 수축될 수 있다. 그러한 수축은 균일하지 않아서 부품에 잠재적으로 균열을 비롯한 구조적 불균일성을 유발하는 국부적인 응력을 남길 수 있다. 두 가지 상이한 크기 또는 모양의 예비 연소된 세라믹 부품은 상이한 수축이 접속을 끊을 수 있기 때문에 또다른 부품에 접속되어 동시에 연소되면 안될 것이다.
서셉터 설계자가 만나는 또다른 문제는 용기 내에서 식각 공정 도중에 흔히 사용되는 불소와 같은 부식성 기체이다. 이는 용기에서 알루미나를 포함하여 대부분의 금속 및 금속 산화물을 비롯한 사용되는 재료에게 혹독한 환경을 생성한다. 따라서 서셉터 장치의 내부 구조를 설계하는데 있어서 이러한 파괴적인 대기의 존재를 수용하기 위해 특별히 주의해야 한다.
이들 공정 기체의 부식성을 극복하는 한 가지 방법은 알루미늄 질화물(이하 "AIN"으로 지칭)을 세라믹 재료로서 이용하는 것이다. AIN은 불소 및 다른 반응성 재료에 의한 부식에 저항성이다.
열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, "CTE") 또는 단순히 재료의 열 팽창은 25℃에서의 길이에 대한 ℃당 길이의 변화의 비로서 정의된다. 상기 계수는 다양한 온도에 걸쳐 평균값으로서 제공된다. 텅스텐 및 AIN의 CTE는 대략 4.5ppm/℃에서 유사하다.
또다른 고려할 점은 텅스텐이 유리 산소를 포함하는 고열 공정에서 쉽게 산화하는 점이다. 따라서 소결공정 도중 그리고 이후의 고온 적용에서 사용시 텅스텐 금속배선을 유리 산소에 노출되지 않게 분리시키는 것이 핵심적일 것이다.
또다른 고려할 점은 척에서 재료의 열 전도성이다. 재료의 열 전도성("K" 또는 "TC")은 단위 두께를 통한, 단위 면적에 따른, 온도의 단위 차이를 통한 열 전달의 시간 속도로서 또는 K=WL/AT로서 정의되며 여기서 W=와트, L=미터로의 두께, A=평방미터로의 면적, 및 T= OK 또는 섭씨로의 온도 차이이다. 더욱 고도로 열 전도성인 구조 가령 받침대가 플레이트에 부착된 영역 부근은 국부 영역으로부터 열을 빼앗는 경향이 있고 가열 척의 열 균일성을 망칠 수 있다.
본 발명은 다중레이어 세라믹 기술을 이용하여 서셉터 설계를 향상시키려는 시도로부터 나왔다.
본 발명의 첫 번째 및 두 번째 목적은 세라믹 부품간의 향상된 전밀폐식 연결을 제공하는 것이다. 이들 및 다른 목적은 세라믹 부품 사이의 계면에 천이 액체상 촉진 첨가제를 도입함으로써 성취된다. 알루미늄 질화물 (AlN)이 세라믹을 위해 사용되는 일부 구체예에서, 희토류 산화물이 첨가제로서 사용될 수 있다.
일부 구체예에서 소정량의 천이 액체상 촉진 첨가제를 함유하는 세라믹 입자 주입된 확산 페이스트는 예비-연소된 또는 고정되지 않은 그린 상태 부품 사이에 배치되어 연소 또는 재-연소 도중 부품 사이에 세라믹 용접을 형성할 수 있다.
일부 구체예에서 세라믹 부품을 전밀폐식으로 연결하기 위한 공정이 제공되며, 상기 공정은 다음을 포함한다: 상이한 아스펙트 비를 가지는 적어도 두 가지의 그린 상태 알루미늄 질화물 (AlN) 입자 부품을 선택하는 단계; 상기 접촉 영역에 대해 제1 희토류 산화물을 포함하는 소정량의 천이 액체상 유도 첨가제를 존재하는 AlN의 약 1-5중량% 농도로 분산시키는 단계; 실질적으로 포위시킨 대기에 접합 접촉된 상기 부품을 배치하는 단계; 상기 부품을 약 60 내지 300 분간 동시-소성하여 상기 접촉 영역을 따라 천이 액체상을 형성시키는 단계; 상기 제1 희토류 산화물의 증발량이 상기 실질적으로 포위시킨 대기 내에 형성되도록 하는 단계, 여기서 상기 증발량은 약 1.0 기압 이하의 부분압을 가지고, 이에 의해 상기 동시-소성 도중 상기 천이 액체상의 추가적인 증발을 실질적으로 무가압방식으로 저해함; 및, 상기 부품을 실온까지 냉각시키는 단계.
일부 구체예에서 공정은 추가로 상기 동시-소성 도중 상기 영역들을 동시에 누르는 단계를 포함한다.
일부 구체예에서 상기 압축 단계는 입방 센티미터당 적어도0.75 내지 3.0 그램의 압력을 가하는 것을 포함한다.
일부 구체예에서 상기 압축 단계는 다음을 포함한다: 상기 제1 부품을 다른 부품의 상단에 배치하는 단계; 윤활을 위한 AlN 입자의 얇은 레이어를 상기 제1 부품의 상단에 분사하는 단계; 및, 상기 레이어의 상단에 하중을 가하는 단계.
일부 구체예에서 상기 대기는 약 1.0 Atm 이하의 총 압력을 가진다.
일부 구체예에서 상기 제1 희토류 산화물은 이트륨 산화물, 칼슘 산화물, 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 전이금속의 산화물, 알칼리토류 및 란탄 및 악티늄 희토류 시리즈로 이루어진 군에서 선택된다.
일부 구체예에서 상기 알루미늄 질화물 입자는 소정량의 산소를 포함한다.
일부 구체예에서 상기 가열 단계는 주변 온도를 약 1780℃ 내지 약 1840℃까지 높이는 것을 포함한다. 일부 구체예에서 상기 공정은 추가로 상기 접촉 영역 사이에 약 1 내지 5%인 선형 수축 격차를 포함한다.
일부 구체예에서 다음을 포함하는 제조 물품이 제공된다: 알루미늄 질화물(AlN)의 입자를 포함하고 제1 기하학을 가지는 제1 부품; 상기 제1 부품은 제1 접촉 영역을 포함하고; 알루미늄 질화물(AlN)의 입자를 포함하고 제2 기하학을 가지는 제2 부품; 상기 제2 부품은 제2 접촉 영역을 포함하고; 여기서 상기 제1 기하학은 상기 제2 기하학과 실질적으로 상이하고, 상기 접촉 영역을 따라 연장되는 용접 연결부는 상기 제1 및 제2 부품을 전밀폐식으로 결합하고; 여기서 상기 연결부의 일부분은 본질적으로: 상기 부품의 한 영역에서 상기 부분 바깥에서 발견되는 제2 농도보다 더 높은 Y2O3의 제1 농도를 가지는 이트륨 알루미네이트 (Y-Al-O) 영역에 의한 알루미늄 질화물(AlN)의 입자 영역으로 이루어진다.
일부 구체예에서 다음을 포함하는 다중레이어 동시-소성된 세라믹 장치가 제공된다: 제1 전자 트레이스 세트를 가지는 제1 다중레이어 세라믹 부품; 제2 전자 트레이스 세트를 가지는 제2 다중레이어 세라믹 부품; 상기 제1 부품은 제1 배향으로 향하는 다수의 레이어를 포함하고; 상기 제2 부품은 상기 제1 배향과 상이한 제2 배향으로 향하는 다수의 레이어를 포함하고; 및 여기서 상기 제1 및 제2 부품은 상기 부품 사이의 전기 전도성 접촉을 포함하는 결합 구역을 따라 서로 결합된다.
일부 구체예에서 상기 제1 부품은 상기 제1 트레이스 세트와 전기적으로 통신하는 복수의 제1 전기 전도성 접촉 패드 그룹을 가지고; 상기 제2 부품은 상기 제2 트레이스 세트와 전기적으로 통신하는 복수의 제2 전기 전도성 접촉 패드 그룹을 가지고; 및 상기 부품들이 서로 결합되는 경우, 상기 제1 그룹은 상기 제2 그룹과 전기 전도성으로 접촉되도록 배치되고 배향된다.
일부 구체예에서 상기 제1 배향은 실질적으로 편평하다.
일부 구체예에서 상기 제2 배향은 실질적으로 동심성으로 원통형이다.
일부 구체예에서 상기 제1 배향은 상기 제2 배향에 대해 실질적으로 수직이다.
일부 구체예에서 장치는 추가로 다음을 포함한다: 상기 제1 부품은 상기 구역에 위치한 제1 표면 섹션을 포함하고; 상기 제2 부품은 상기 구역에 위치한 제2 표면 섹션을 포함하고; 및, 실질적으로 세라믹 용접된 구조는 상기 섹션과 접촉하고; 여기서 상기 표면 섹션 및 상기 계면 구조는 각각 알루미늄 질화물을 비롯한 재료를 포함한다.
일부 구체예에서 상기 용접된 구조는 상기 섹션 사이에 모놀리식(monolithic) 세라믹 용접을 형성한다.
일부 구체예에서 상기 재료는 이트륨 산화물을 포함하는 소결보조제를 포함한다.
일부 구체예에서 상기 트레이스 및 패드는 텅스텐을 포함한다.
일부 구체예에서 상기 장치는 전기적으로 제어되는 웨이퍼 척으로서 작동하도록 추가로 개량된다.
일부 구체예에서 상기 제1 트레이스 하위세트가 가열 소자로서 기능하고; 상기 제2 트레이스 하위세트가 열 센서에 대한 전기적 상호접속으로서 기능하고; 및 상기 제3 트레이스 하위세트가 전기적 차폐로서 기능한다.
일부 구체예에서 상기 서셉터는 다음을 포함한다: 최상단 표면 영역; 여기서 상기 영역은 다수의 상호 전용 영역으로 나뉘어지고; 여기서 상기 제1 하위세트는 상기 영역에 부합하도록 위치하는 상기 트레이스의 개별 그룹을 포함한다.
일부 구체예에서 상기 트레이스의 상기 하위세트 각각은 상기 제1 부품의 개별 영역에 위치한다.
일부 구체예에서 상기 제1 부품은, 다수의 인접한 레이어에 걸쳐 연장되고 냉각수를 운반하도록 개량된 적어도 하나의 도관을 갖는다.
일부 구체예에서 상기 장치는 다음을 추가로 포함한다: 외부 텅스텐 레이어를 가지는 상기 제1 부품; 블럭을 통해 흐르는 냉각수 운반 채널을 가지도록 성형된 텅스텐 블럭; 및, 상기 외부 레이어에 납땜된 상기 블럭..
일부 구체예에서 상기 장치는 다음을 추가로 포함한다: 상기 제1 부품과 별도로 상기 블럭에 납땜된 방열체(heatsink).
일부 구체예에서 상기 방열체는 구리를 포함한다.
일부 구체예에서 장치는 다음을 추가로 포함한다: 서셉터 플레이트인 상기 제1 부품; 속이 빈 서셉터 받침대인 상기 제2 부품; 상기 받침대에서 중심 내강(lumen)을 통해 삽입되어 복수의 제1 전기 전도성 접촉 패드 그룹을 상기 제1 트레이스 세트와 전기적으로 통신하도록 접촉시키는 금속배선화된 포스트(post).
일부 구체예에서 장치는 다음을 추가로 포함한다: 서셉터 플레이트인 상기 제1 부품; 속이 빈 서셉터 받침대인 상기 제2 부품; 상기 받침대의 내부 표면 위에 형성되어 복수의 제1 전기 전도성 접촉 패드 그룹을 상기 제1 트레이스 세트와 전기적으로 통신하도록 접촉시킨 금속배선화된 트레이스.
일부 구체예에서 제1 다중레이어 세라믹 부품을 제2 다중레이어 세라믹 부품에 전기적으로 통신하도록 결합하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음을 포함한다: 제1 전기 전도성 패드 그룹을 가지는 제1 다중레이어 세라믹 반조립체를 형성하는 단계; 제2 전기 전도성 패드 그룹을 가지는 제2 다중레이어 세라믹 반조립체를 형성하는 단계 상기 제1 반조립체는 제1 배향으로 향하는 복수의 레이어를 포함하고 상기 제2 반조립체는 상기 제1 배향과 상이한 제2 배향으로 향하는 복수의 레이어를 포함하고; 전기 전도성 입자를 함유하는 제1 슬러리 재료의 패치를 상기 제1 그룹 위에 형성하는 단계; 세라믹 입자를 함유하는 제2 슬러리 재료의 패치를 상기 제1 그룹 둘레에 도포하는 단계; 상기 제1 및 제2 그룹 사이에 전기 전도성 접촉을 포함하는 상기 제1 및 제2 반조립체를 접합시키는 단계; 및, 상기 제2 패치가 소결되면 형성되는 세라믹 용접을 통해 상기 제1 반조립체를 상기 제2 반조립체에 결합시키는 온도에서 상기 반조립체를 소결시키는 단계.
일부 구체예에서 상기 방법은 미-건조된 상태의 상기 슬러리 재료를 탈착 및 소결시키는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구체예에서 상기 제1 및 제2 반조립체는 예비탈착 및 예비소결을 포함하는 공정으로부터 형성된다.
청구범위의 본래 내용은 하나 이상의 예시적인 구체예에서 요약된 특징으로서 본 명세서에 참고로서 포함된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구체예에 따른 웨이퍼 제작 용기를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 척의 플레이트 및 받침대 반조립체의 개략적 투시도이다.
도 3은 반조립체의 레이어 배향의 개략적 투시를 나타낸 것이다.
도 4는 플레이트 및 받침대 반조립체의 개략적, 부분적 횡단면 측면도이다.
도 5는 세라믹 주입된 결합 페이스트로 접합된 예비성형물의 개략적, 부분적 횡단면 측면도이다.
도 6은 접합된 예비성형물을 재연소시킨 후 용접된 예비성형물의 개략적, 부분적 횡단면 측면도이다.
도 7은 실질적으로 직각으로 배향된 가열기 및 RTD 트레이스를 나타내는 플레이트의 개략적, 부분적인 절단 투시도이다.
도 8은 실질적으로 직각으로 배향된 가열기 전원 및 RTD 상호접속 트레이스를 나타내는 받침대의 노출된 레이어의 개략적, 측면도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 구체예에 따른 서셉터 제조 공정의 흐름도이다.
도 10은 결합제만 충전된 바이어스(vias)를 비롯한 미소결된 반조립체의 개략적, 부분적 횡단면 측면도이다.
도 11은 도 10의 소결된 반조립체의 개략적, 부분적 횡단면 측면도이고 여기서 증발된 결합제는 유체 채널을 떠난다.
도 12는 텅스텐 냉각 채널 운반 블럭에 납땜되고, 구리 방열체에 납땜된 텅스텐 금속배선화된 바닥 표면을 가지는 소결된 반조립체의 개략적, 부분적 횡단면 측면도.
도 13은 받침대의 내부 표면 금속배전 및 전기 및 유체 상호접속 포스트의 사용을 포함하는 용접된 부품의 개략적, 부분적 횡단면 측면도.
도 14는 Y2O3 및 Al2O3를 포함하는 이트륨 알루미네이트(Y-Al-O)의 유사-이중 상 도표이다.
도 15는 세라믹 입자 및 천이 액체상 촉진 첨가제의 냉각된 혼합물의 개략적, 부분적 횡단면도이다.
도 16은 세라믹 입자 및 입자를 코팅하는 천이 액체상의 가열된 혼합물의 개략적, 부분적 횡단면도이다.
도 17은 천이 액체상 소결된 세라믹 입자의 냉각된 모놀리식 구조의 개략적, 부분적 횡단면도이다.
도 18은 상부 하중 및 부분 증기압 제어된 대기를 가지는 소결로에서 접합된 부품의 개략적, 부분적 횡단면 측면도이다.
본 발명의 예시적인 구체예는 세라믹 받침대 부품에 실질적으로 모놀리식으로 연결된 세라믹 플레이트 부품을 가지는 가열가능한 및 센서-주입된 세라믹 서셉터를 제조하는 분야에서 예시의 방식으로 기술될 것이다. 그러나, 개시된 세라믹 연결을 형성하는 방법이 다른 세라믹 구조를 서로 전밀폐식 연결하기 위해 개량될 수 있음이 명백할 것이다.
가열 척으로서 흔히 지칭되는 서셉터는, 부식 저항성 세라믹 재료 가령 알루미늄 질화물 ("AlN") 세라믹으로 주로 이루어질 수 있고 다수의 금속배선화 가열 소자 트레이스, RTD 트레이스 형태의 열 센서, 전기 신호 전달 및 전원 상호접속 트레이스 및 바이어스, 및 접지된 차폐 트레이스 및 텅스텐을 이용하는 바이어스를 가진다.
적어도 하나의 구체예에서, 서셉터는 두 갈래로 분지된 다중레이어를 이용하며, 테이프 주조, 블랭킹(blanking), 스크리닝(screening), 금속배전, 적층, 겹침, 탈착, 및 개별 플레이트 및 받침대 부품 반조립체의 제1 연소의 단계를 포함하는 고온 세라믹 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 반조립체는 세라믹 용접을 이용하여 긴밀한 결합 접촉 영역의 계면에서 접합될 수 있고 이는 소정량의 세라믹 입자 주입된 확산 페이스트를 반조립체 사이에 배치하고, 이후 양쪽 반조립체를 동시에 재-탈착 및 재-연소시킴으로써 형성될 수 있다. 페이스트는 고습윤 특징을 가지는 소정량의 천이 액체상 촉진 첨가제를 포함한다. 상기 재-연소는 페이스트의 액체상이 계면 구역에 위치하는 세라믹 반조립체의 입자 경계로 침투 및 확산되게 하고 계면의 양쪽 재료에서 인접한 세라믹 입자 사이의 더 나은 습윤 및 따라서 더 빠른 소결을 용이하게 하고, 따라서 두 개의 부품을 서로 용접하고 계면을 본질적으로 없애게 한다.
용접 구역 부분에 걸친 전기 전도성은 금속배전화 전도성 결합 페이스트를 접촉 영역 내 각각의 반조립체에 위치한 정렬된, 계면 전기 접촉 패드 위에 사용함으로써 달성될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 마이크로전자 반도체 집적 회로 웨이퍼(3)의 제작에서 재료를 세정, 식각, 및 증착하기 위해 사용되는 공정 용기(2) 내에서 사용하기 위한 향상된 서셉터 장치(1)가 나타난다. 용기의 내부 챔버(5)는 하나 이상의 포트(4) 및/또는 척의 속이 빈 받침대를 통해 들어가거나 나가는 기체(10)에 의해 다양한 환경에 노출될 수 있다.
서셉터(1)는 이것이 용기 내에 고정될 경우(12) 웨이퍼의 바닥 표면(8)에 대해 높은 인접성을 제공하는 실질적으로 편평한 상단 표면(7)을 가지는 실질적으로 디스크-모양의 웨이퍼 열 제어 플레이트(6)를 포함한다. 플레이트는는 챔버의 벽을 통해 통과할 수 있는 실질적으로 원통형 지지 받침대(9)의 근위 말단 위에 고정된다. 따라서 받침대의 원위 말단(11)은 용기 챔버(2)의 외부(13)로 연장될 수 있다. 지지 받침대(9)는 플레이트(6)가 가진 전자 부품을 전기적으로 상호접속하기 위해 개량된 실질적으로 원통형 몸체(15)를 포함한다. 상세하게는, 전원 라인(16)은 플레이트 내 복수의 가열 소자에 전원을 공급한다. 신호 라인(17)은 플레이트에 위치한 복수의 RTD 열 센서로부터 전자 신호를 운반한다. 접지된 차폐 라인(18)은 플레이트가 가진 전기적 차폐 레이어를 접속시킨다.
플레이트(6)의 상단 표면(7)은 웨이퍼가 표면 위에 배치되는 경우 웨이퍼 상의 상응하는 영역인 A', B', C', D'에 대한 상호 전용 영역 A, B, C, D로 나뉘어 질 수 있다. 서셉터 영역는 각각의 상응하는 웨이퍼 영역의 온도가 개별적으로 제어되도록 정해진 가열 소자 및 열 센서 및 이들의 전기적으로 상호접속 트레이스의 하위세트로 분리될 수 있다. 비록 동심원 영역가 나타나있으나, 제작 요건에 따라 다른 영역 설치가 가능함이 이해되어야 한다.
이제 도 2 - 4를 참조하면, 서셉터는 접합 단계에 의해 구분되는 두 연소 단계를 포함하는 두 갈래로 나뉘는 다중레이어 세라믹 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 공정의 제1 연소 단계는 실질적으로 단단한 AIN 부품 반조립체의 쌍을 생성하며, 즉 척의 플레이트(6)가 될 플레이트 반조립체(26), 및 가열 척의 받침대(9)가 될 받침대 반조립체(29)를 생성한다. AIN 반조립체는 천이 액체상 촉진 첨가제 및, 반조립체 및 페이스트가 제2 연소 단계에서 최종 다듬기 및 조립이 가능한 서셉터를 형성하기 위해 동시-소성되는 경우 세라믹 용접 재료 또는 결합 계면 구조로서 기능하는 결합제, 가령 그린 테이프를 주조하기 위해 사용되는 슬러리 재료를 함유하는 AIN 주입된 세라믹 용접 페이스트를 이용하여 서로 용접될 수 있다.
플레이트 반조립체(26)는 축에 대해 실질적으로 수직인 평면(19)에 대해 실질적으로 동일평면위의 배향으로 배향된 그린 테이프의 실질적으로 편평한, 디스크-모양의 레이어(22)를 축(20)에 대하여 축방향으로 적층함으로써 제조될 수 있다. 일부 레이어 가령 상단 일부 레이어(24), 및 바닥 일부 레이어(25)는 금속배전화되지 않고 잔여할 수 있으며 마감된 척에 있어서 보호적 전밀폐식 세라믹 레이어로서 기능할 수 있다. 다른 레이어는 스크리닝되고 금속배전화되어 RTD 센서 트레이스(27), 전기적 상호접속 트레이스(37) 및 차폐 트레이스(36)를 포함하는 하나 이상의 레이어(35)를 형성할 수 있다. 하나 이상의 레이어(28)는 금속배전화되어 주로 가열 소자 트레이스(30); 및 상호접속 및 차폐 트레이스를 포함할 수 있다. 하나 이상의 레이어(31)는 금속배전화되어 주로 전자기적 방사선 차폐 구조(32), 및 상호접속 트레이스를 포함할 수 있다.
중간 레이어(33)는 금속배전화되어 수많은 전기적 상호접속 트레이스(34)를 가질 수 있다. 따라서 복수의 트레이스가 플레이트 전체에 걸쳐 분포되어 다수의 정의된 영역에 대해 열 제어를 제공할 수 있다.
받침대 반조립체(29)는 그린 테이프의 굴곡진 레이어(23)를 실질적으로 원통형 모양으로 감싸서 제조될 수 있고 상기 레이어는 원통(21)에 대해 그리고 축(20)에 대해 실질적으로 방사상으로 동심원 동축 배향으로 배향된다. 편평하게 눕힐 경우, 레이어는 실질적으로 직사각형-모양이다. 연속된 레이어의 규모는 약간 상이한 직경의 동심원 레이어를 제공하도록 선택될 수 있다.
게다가, 겹치는 단계 도중 레이어 사이의 미미한 틈새 및 공간을 채우기 위해 테이프 레이어의 약간의 변형을 처리하기 위해 약간의 변화가 사용될 수 있다.
일부 레이어 가령 외부 일부 레이어(41), 및 내부 레이어(42)는 금속배전화되지 않고 잔여할 수 있으며 마감된 척에 있어서 보호적 전밀폐식 세라믹 레이어로서 기능할 수 있다. 다른 레이어는 스크리닝되고 금속배전화되어 전기적 상호접속 트레이스(45) 및 차폐 트레이스(46)를 포함하는 하나 이상의 레이어(43,44)를 형성할 수 있다. 따라서 복수의 트레이스가 다수의 개별적인 전기 전도성 라인을 비롯한 플레이트에 전기적 접속을 제공하기 위해 받침대 내에서 분포될 수 있다.
플레이트 반조립체(26)의 바닥 표면의 중신 영역(48)는 파선(50)으로 나타낸 상대편의 계면 접촉 영역을 따라 받침대 반조립체(29)의 상단 말단(49)의 모양, 크기 및 배향에 상응하게 긴밀하게 맞물릴 수 있게 하는 모양, 크기 및 배향을 가질 수 있다. 접촉 영역 내 플레이트의 바닥 표면은 플레이트 위에서 전자가 이를 통해 통신하는 전기 전도성 접촉 패드(51)의 그룹을 가진다. 받침대의 상단 표면은 부품이 서로 용접될 경우 플레이트 상의 패드의 그룹에 접촉하도록 배치되고 배향된 상응하는 수 또는 그룹의 전기 전도성 접촉 패드(52)를 갖는다. 받침대의 상단 경계에 형성된 단일 접촉 패드가 도시된 바와 같은 하나 이상의 인접한 레이어의 금속배전화 부분으로부터 제조될 수 있음이 이해된다.
이제 도 5를 참조하면, 텅스텐 입자 주입된 결합 페이스트(61)의 패치는 받침대 반조립체(29)의 접촉 패드(51)에 적용될 수 있다. 대안적으로, 또는 이에 더하여, 패치는 플레이트 반조립체의 노출된 패드 위에 배치될 수 있다. 소정량의 비-전도성 세라믹 용접 페이스트(62)는 패드를 둘러싼 접촉 표면의 나머지 부분에 도포될 수 있다. 전도성-패드를 마감된 가열 척의 외부 표면에 노출된 혹독한 환경으로부터 분리시키는 것이 중요하다. 세라믹 용접 페이스트의 추가적인 비드(63)가 접촉 영역의 노출된 경계에 도포되어 최종 용접되는 반조립체에 대한 지지를 더욱 강화할 수 있다.
플레이트 반조립체(26) 및 받침대 반조립체(29)는 접촉 영역을 따라 서로 접합된다. 받침대 및 플레이트 사이에 도시된 틈새가 명확성을 위해 과장되어 있음에 유의하라. 계면 표면의 허용차는 접합된 반조립체의 재-연소 후에 서셉터의 플레이트 및 받침대 부품을 강하게, 실질적으로 모놀리식 용접으로 연결할 수 있도록 선택된다.
게다가, 플레이트 반조립체가 제1 배향으로, 즉 편평하게 배향된 다수의 레이어를 포함하는 제1 부품을 형성하며, 받침대는 제2 배향으로, 즉 제1 배향과는 상이한 원통형으로 배향된 다수의 레이어를 포함하는 제2부품을 형성하는 것이 이해된다. 상이한 배향은 또한 원통이 아닌 모양을 포함할 수 있고, 또한 유사한 모양의 레이어, 즉 양쪽 부품이 편평한 모양을 가지지만, 상이한 배향을 가질 수 있고 가령 제1 평면은 수평이고 다른 평면은 제1 평면에 대해 비-제로 각도일 수 있고, 가령 제2 평면이 제1 평면에 대해 수직일 수 있다.
재-연소 도중, 접촉 영역을 따라 첨가제에 의해 형성된 천이 액체상은 접촉 영역 부근의 부품 영역으로 침투 및 확산되고, 입자 경계를 습윤시키고 AlN 입자의 표면과 반응하여 소결을 촉진한다. 이후 반응이 종결되면 상기 표면으로부터 탈-습윤된다. 이는 부품이 다른 부품과 전밀폐식으로 연결되는 것을 촉진한다. 게다가, 두 부품은 또한 부품 사이의 하나 이상의 전기 전도성 접촉을 포함하는 접촉 영역 구역을 따라 서로 연결될 수 있다.
이제 도7 및 8을 참조하면, 신호 라인에서 발생하는 전자기적 간섭을 더욱 줄이기 위해, 가열 트레이스 및 전자 상호접속 신호 트레이스가 경사진 배향으로, 바람직하게는 서로 실질적으로 직각인 방향으로 진행할 수 있고 여기서 가열기 라인에 대한 신호 라인의 편평한 투영이 약 90 도의 각도로 교차하는 것으로 보인다. 이들 트레이스 세트 부분의 서로 실질적으로 직각인 배향은 고전력 트레이스에서 더낮은 전력의, 신호 트레이스로 자기적으로 유도되는 전자 노이즈를 최소화하도록 보조한다. 도 7에서 RTD 센서 트레이스(67)가 플레이트 반조립체(26)에 대해 방사상으로 각진, 서로 떨어진 방식으로 진행할 수 있는 반면 어떻게 가열 트레이스(66)가 동심원, 방사상으로 서로 떨어진, 원형 방식으로 각지게 진행할 수 있는지 보여주는 예시가 나타난다. 유사하게, 노출된 상태가 도 7에 나타난 바와 같이, 받침대(29)는 RTD 신호 라인 트레이스(72)가 사문석에서 서로 떨어진 방식으로 전원 공급 트레이스에 대해 실질적으로 직각으로 진행할 수 있는 반면 사문석에서 서로 떨어진 방식으로 진행하는 가열 소자 전원 공급 트레이스(71)를 가질 수 있다.
이제 도 9를 참조하면 제조 공정(80)이 나타나며 여기서 부분적으로 개별적으로 제조된, 주로 부식 저항성 세라믹 재료, 가령 알루미늄 질화물 ("AlN")로 이루어진 다중레이어 세라믹 부품은 AlN와 같은 동일한 부식 저항성 세라믹 재료의 입자 및 천이 액체상 촉진 첨가제로 주입된 용접 페이스트를 이용하여 최종 연소 도중 서로 연결될 수 있다. 전기적 통신이 금속 입자 주입된, 전기 전도성 결합 페이스트를 이용하여 결합 구역을 통해 발생할 수 있다.
다중레이어 세라믹 기술을 이용하여 적어도 두 개의 부품 반조립체가 생성될 수 있다(81). 각각의 반조립체는 접촉 구역을 따라 서로의 계면에 대해 모양 및 규모를 갖는 표면 접촉 영역을 갖는다. 각각의 부품 상의 각각의 접촉 영역은 부품이 서로 연결된 경우 다른 접촉 영역에서 상응하는 접촉 패드를 가진 계면으로 배향, 모양, 규모를 가지고 배치된 적어도 하나의 전기적 접촉 패드를 포함할 수 있다.
전도성 페이스트가 전도성, 고융점 금속 가령 텅스텐의 입자 및 결합제로부터 형성된다. 전도성 페이스트는 부품 모두 또는 어느 하나에서 각각의 접촉 패드 위애 배치된 패치에서 슬러리로서 도포된다(82).
전기적으로 비-전도성 용접 페이스트는 부품 테이프에서 사용되는 것들과 유사한 세라믹의 입자 및 천이 액체상 촉진 첨가제를 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면 만일 AIN 입자가 부품의 레이어에서 사용되는 그린 테이프를 형성하기 위해 사용된 경우, 그러면 AIN 입자는 세라믹 용접 페이스트에서 사용될 수 있다. 천이 액체상 촉진 첨가제는 이트륨 산화물과 같은 희토류 금속 산화물일 수 있다. 실제로, 천이 액체상 촉진 첨가제를 포함하는 건조되지 않은 테이프-주조가능한 슬러리가 세라믹 용접 페이스트로서 사용될 수 있음이 발견되었다. 세라믹 용접 페이스트는 부품 모두 또는 어느 하나에서 접촉 영역의 노출된 표면 영역에 도포된다(83). 세라믹 용접 페이스트의 배치에서 금속배전화 부분이 혹독한 환경을 겪도록 의도되는 서셉터의 외부 표면에 노출되는 것이 방지되도록 주의된다.
반조립체 부품은 실질적으로 정렬된 접촉 패드와 계면 접촉 영역에서 서로 접합된다(84).
반조립체 부품은 페이스트 내 결합제가 증발되게끔 의도되는 제1 결합제 소각 가열 단계를 겪는 동안 서로 고정되며, 그 후에, 동시-소성 단계(85)에서 즉시 최종 가공되어 웨이퍼 척을 형성할 수 있는 연결된 장치를 생성한다.
아래에서 더 자세히 기술될 바와 같이, 실질적으로 모놀리식 세라믹 구조가 반조립체 및 용접 재료 사이에, 이들을 포함하여 형성될 수 있음이 관찰되었다. 달리 말하면, 전도성 페이스트는 반조립체의 상응하는 접촉 패드 사이에 통합된, 모놀리식 접속을 형성하였고, 세라믹 용접 페이스트는 반조립체 사이에 모놀리식 세라믹 재료 가교를 형성하였다. 실제로, 500x 배율에서, 용접을 통한 부품 반조립체 사이에서 볼 수 있는 입자 경계는 만약 존재하는 경우 거의 보이지 않는다. 따라서 플레이트 및 받침대를 비롯한 서셉터의 세라믹 부분은 실질적으로 모놀리식이라고 지칭할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 그린 테이프의 레이어(91)는 인쇄되거나 펀칭되고 금속배전 부분(92)으로 내장되고, 펀칭되고 결합제 재료 인서트(93)로 내장되고 그리고 적층되고 겹쳐지게 되어 예비성형물(90)을 형성할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 탈착 및 연소 후에, 실질적으로 모놀리식 세라믹(95)으로 이루어진 몸체(94)는 금속배전화 라인(96) 및 냉각수와 같은 유체의 흐름을 운반하기 위한 개방된 도관(95)을 가질 수 있다. 양쪽 플레이트 및 받침대는 도관 및 금속배전화 라인을 가지도록 형성될 수 있다.
이제 12를 참조하면 척의 더 나은 냉각 제어를 제공하기 위해 개량된 서셉터의 대안적 구체예가 나타난다. 서셉터 플레이트(101)의 한 부분은 주로 AlN 세라믹의 입자를 포함하는 그린 테이프의 레이어(105)로부터 다중레이어 세라믹 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 레이어는 가열 소자 트레이스, RTD 트레이스, 상호접속 트레이스, 및 차폐 트레이스 및 바이어스를 위해 금속배전(106)을 포함하여, 가열기, 센서, 상호접속, 및 기체, 액체, 및 진공과 같은 수송 매체를 위한 도관을 포함하고, 수송 매체의 가열, 냉각 및 적용 모두를 위해 단일 또는 다중-구획화될 수 있는 모놀리식 AlN 세라믹 서셉터를 생성할 수 있다.
이 구체예에서, 플레이트의 바닥 레이어(103)의 바닥 표면(102)은 텅스텐(104)의 레이어로 전부 도포되어 있다.
텅스텐의 개별 블럭(109)은 소결 후에 플레이트의 바닥 레이어(103)와 어울리는 상단 표면(111)을 가지도록 다듬는 과정을 통해 형성된다. 블럭은 내부에 형성된 냉각수가 이를 통해 운반되게 하는 모양 및 규모를 가진 다수의 채널(113)을 가진다.
플레이트는 소결된 후에 텅스텐 블럭의 상단 표면(111)에 CuSil 또는 금-주석 납땜에 의해 납땜될 수 있다.
임의로, 방열체 구조(115) 제조된 구리는 텅스텐 블럭의 바닥 표면(112)에 납땜될 수 있다. 이러한 방식으로 구리 방열체 및 AlN 세라믹 플레이트 사이의 열 팽창 미스 매치는 더 유연한 텅스텐 블록에 의해 적응될 수 있다. 방열체는 텅스텐/구리 및 몰리브덴/구리와 같은 다른 재료로 제조될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 속이 빈 받침대(121) 및 플레이트(122) 사이의 접속부(120)가 상기 기술된 천이 액체상 연결 공정을 이용하여 전밀폐식으로 제조될 수 있기 때문에, 받침대의 중심 내강(124) 내부의 대기는 척의 공정 도중 산소가 전혀없이 제조될 수 있다. 그러므로, 금, 구리 또는 텅스텐 트레이스(126) 또는 다른 금속배전은 관형 받침대의 내부 표면(127)에 형성될 수 있고 플레이트 내에서 CuSil 납땜 또는 다른 수단에 의해 트레이스(131)에 전기적으로 접속된 접촉 패드(130)에 결합될 수 있다. 받침대 내부 표면 트레이스에 대안적으로 또는 이에 더하여, 전자 접속 포스트(140)는 그 자체의 외부 트레이스 또는 배선(141) 및/또는 내부 트레이스 또는 배선(142)을 가지고 사용될 수 있다. 받침대 및 플레이트 용접이 형성된 후에, 구멍(143)이 받침대의 내부 내강(124)에 노출되고 플레이트의 부분에 형성되어 내부 플레이트 트레이스(131)로 유도할 수 있다. 구멍은 전기 전도성 재료로 충전되어 기저의 트레이스에 전기적으로 접속된 접촉 패드(130)를 형성할 수 있다. 포스트(140)는 받침대 내강을 통해 삽입되어 포스트의 말단(145) 및 이의 접촉 패드가 플레이트의 접촉 패드(130)에 맞게 조정되고 결합될 수 있다. 상기 구조에 대안적으로, 또는 이에 더하여, 포스트는 냉각수를 운반하기 위해 내부 바이어스(149)로 유도하는 플레이트 내로 형성된 적어도 하나의 통로 개구부(148)에 맞게 조정된 그 자체의 내부 내강(147)을 가지도록 개량될 수 있다.
이제 적어도 두 개의 개별적으로 예비성형된 세라믹 부품 또는 반조립체를 서로 용접하기 위한 상기 적용에서 사용하능한 예시적인 세라믹 용접 페이스트가 기술될 것이다. 페이스트는 두 개의 반조립체를 형성하기 위해 사용되는 세라믹 재료와 실질적으로 유사한 세라믹 재료의 입자, 천이 액체상 촉진 첨가제, 및 담체 또는 결합제를 포함할 것이다.
예를 들면, 만약 두 개의 반조립체 예비성형물이 AlN의 입자를 이용하여 제조되는 경우, 페이스트는 반조립체에서 사용되는 유사한 크기 범위를 갖는 AlN의 입자를 가질 수 있다. 천이 액체상 촉진 첨가제는 습윤제 개시제로서 기능할 것이며, 그 반면 습윤제는 바람직하게는 습윤되는 세라믹에 대하여 비교적 높은 습윤 각도를 나타낼 것이다. 완벽한 습윤이 0 도 습윤 각도를 나타내고 완벽한 비-습윤은 180 도 습윤 각도를 나타내는 경우, 바람직한 액체상 결합제는 액체상이 양쪽 부품의 접촉 구역으로 침투하고 소결을 촉진할 수 있도록 0 도 부근의 습윤 각도를 나타낼 것이다.
천이 액체상 촉진 첨가제는 소결되는 세라믹 입자와 화합성인 희토류 산화물로부터 주로 선택될 수 있다. AlN 세라믹 재료에 대하여, 희토류 산화물, 이트륨 산화물(Y2O3)이 천이 액체상 촉진 첨가제로서 사용될 수 있고 이들은 알루미늄 산화물(Al2O3)의 존재에서, 도 14의 상 도표에 나타난 상 특징을 가지는 습윤제 이트륨 알루미네이트 Y-Al-O를 형성할 수 있다. 선택된 연소 온도에서 존재하는 Y-Al-O의 상(들)을 조정하기 위해, 추가적인 Al2O3이 첨가제에 부가될 수 있다.
산소의 약 50%가 표면에 배치되고 약 50%는 AlN 과립 내에 배치된 적어도 1중량% 산소를 가지는 AlN 입자가 사용될 수 있고 이는 연소 도중 이들 산소가 AlN 입자의 표면으로 이동하여 액체상 Al2O3가 표면을 습윤시키는데 기여하기 때문이다. Al2O3 및 Y2O3의 공융식 조합이 바람직할 수 있지만, 실시에서 어떤 조성의 AlN 입자가 소결 도중 Y-Al-O 화합물을 만들 것인지 예상하기가 어려울 수 있다. 폭넓은 비율의 AlN/Y2O3/Al2O3이 연소 도중 AlN 입자의 액체상 습윤을 충분히 제공할 수 있음이 발견되었다. 예를 들면 중량으로 10/32/58 비 및 90.4/6.4/3.2 비가 충분히 작동하는 것으로 나타났다. 더 높은 농도의 Al2O3 및 Y2O3이 더 반응성일 수 있지만 또한 접촉 영역에 인접한 부품 부분으로의 더 높은 확산을 야기한다.
이트륨 산화물 외에도, 다른 희토류 산화물, 가령 칼슘 산화물, 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 전이 금속의 산화물, 알칼리 토류 및 란탄 및 악티늄 희토류 시리즈가 천이 액체상 촉진 첨가제에서 사용될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 재-연소 도중, AlN 입자에 용해되고 AlN 입자의 표면을 덮고 있는 알루미늄 산화물(알루미나) (Al2O3)이 존재한다. AlN 입자의 표면을 덮고 있는 알루미나는 부가된 이트륨 산화물 (Y2O3)과 최초로 반응하여 초기 액체상을 형성한 알루미나이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 소결 공정 도중에, AIN 입자/과립에 용해된 알루미나는 천천히 확산되고 또한 이트륨 알루미네이트 (Y-Al-O)와 반응한다. Al2O3 및 Y2O3 사이의 이러한 화학 반응은 AlN 과립 밖으로의 산소 확산을 유도하는 힘이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 일단 AlN 과립 상의 알루미나의 표면 농도가 충분히 낮아지면, 탈-습윤 반응이 일어나 Y-Al-O가 마이크로구조체 내의 삼중 지점에 수집되게 한다. 냉각 후 고체 생성물은 두 부품의 접속부에서 어떠한 선명한 계면 불연속성도 나타내지 않는다.
실시예 1
하기의 공정 단계를 포함하여 서셉터를 형성하였다.
플레이트 및 받침대 반조립체를 부분 다중레이어 세라믹 공정에 따라 형성하였다. 사용된 그린 테이프는 대략 77 내지 약 80 중량 백분율("w%")의 약 1.5 및 2.0 마이크론의 최대 규모를 가지는 알루미늄 질화물 (AlN) 세라믹 분말 입자, 및 천이 액체상 촉진 첨가제로서 약 4 내지 약 6 w%의 약 1.S 및 2.0 마이크론의 최대 규모를 가지는 이트리아 입자, 및 약 15 내지 18 % 유기 결합제를 함유하였고 이를 주조하고 건조시켰다. 양쪽 반조립체 상의 금속배전은 모두 텅스텐이었다.
비-전도성 세라믹 용접 페이스트를 유사하게 형성하였다.
전도성 페이스트를 대략 75 내지 약 85 중량 백분율 ("w%")의 약 2.0 및 3.0 마이크론의 최대 규모를 가지는 텅스텐 분말 입자, 및 유사한 결합제 및 소결 보조제와 혼합하여 형성하였다. 비록 많은 결합제 배합물이 화합성이지만, 바람직한 배합물은 CMC Laboratories of Tempe, Arizona에서 입수가능하다.
전도성 페이스트의 패치를 받침대의 접촉 패드에 도포하였다. 소정량의 비-전도성 용접 페이스트를 패드를 둘러싼 접촉 영역 표면의 나머지 부분에 도포하였다. 용접 페이스트는 대략 10 중량 백분율 ("w%")의 약 2.0 마이크론의 평균 최대 규모를 가지는 알루미늄 질화물 (AIN) 세라믹 분말 입자, 천이 액체상 촉진 첨가제로서 약 32 w%이 약 3.0 마이크론의 평균 최대 규모를 가지는 이트륨 산화물 (Y2O3) 입자, 약 58 w% 의 약 3.0 마이크론의 평균 최대 규모를 가지는 알루미나 (AL2O3) 입자, 및 나머지 부분으로 결합제를 포함하였다.
반조립체를 서로 접합시켰다.
접합된 반조립체를 결합제 소각 오븐에 배치하고 온도를 약 400 ℃까지 천천히 상승시켰다. 미결합된 접합된 반조립체를 이후 약 대기압의 질소-수소 대기에서 소결 오븐에 배치하고 대략 60 내지 약 120 분 동안 약 1825℃에서 가열하였다.
연소된 생성물을 이후 실온까지 냉각시켰다.
냉각 후에, 소결된 서셉터는 약 3.3 g/cm3의 비중을 나타내었고, 완벽한 고체 구조일 경우에 약 3.33 g/cm3 비중을 가지는 것과 비교하였다.
연결부 근처의 생성물 부분에서 Y2O3의 농도는 연결부에서 더 먼 생성물 부분에서의 Y2O3의 농도보다 더 높았다. 달리 말하면, 연결부 부근의 소결화 첨가제의 존재는 생성물의 그 부분의 삼중 지점에 잔여하는 Y-Al-O에서 높은 농도의 잔여 Y2O3를 남긴다.
본 실시예에 따라 제조된 서셉터의 1,000 x 배율 이하의 관찰은, 과립 계면의 일관된 균질성을 나타내었다.
AlN이 알루미나의 매트의 약 20 W/m-도 K를 넘는 약 170 W/m-도K의 더 높은 열 전도성을 나타내기 때문에, AlN은 서셉터 플레이트 전체에 걸쳐 온도의 더 나은 균일성을 제공할 수 있다.
이러한 방식으로 서셉터의 전기적 종료가 플레이트 및 받침대의 근위 말단의 혹독한 환경에서 멀리 떨어진 튜브의 원위 말단 밖에서 일어날 수 있다. 따라서, 서셉터에 대해 더 저렴하고, 더 믿을 만하고, 덜 견고한 전기적 접속체를 사용할 수 있다.
이러한 방식으로, 플레이트 상에서 최대 여섯 개의 개별 열제어가능한 영역를 제어할 수 있게 충분한 라인을 제공할 수 있도록 받침대가 만들어질 수 있음이 발견되었다.
이러한 방식으로 서셉터는 추후의, 더 크거나 또는 상이한 모양의 웨이퍼에 맞춤가능하고, 더 많은 센서를 포함하고 더 많은 상호접속 라인을 제공하는 더 많은 구역을 생성함으로써 플레이트 상의 열영역에 대해 훨씬더 정밀한 제어를 제공할 수 있다.
본 발명의 대안적 구체예에서, 플레이트(6) 및 받침대(9)는 선-탈착되고 이후 서로 비-전도성 페이스트에 의해 용접되는 것이 아니라, 그 대신에 그린 상태로 접합되고 및 동시-탈착되고 연소된다. 동시-소성은 부품을 균질하게 곡면-접합시켜(edge-blend) 두 개의 균일한 마이크로 구소 사이에 전밀폐식 연결부를 형성한다. 초기 연소안된 AlN 세라믹 부품에 천이 액체상 촉진 첨가제, 전형적으로 희토류 산화물, 바람직하게는 이트륨 산화물 (Y2O3)이 부가되며 이들은 플레이트 및 받침대의 접촉 영역의 경계 구역 부근의 그린 상태 구조 내로 분산된다.
더 상세하게는, Y2O3의 입자는 총 중량 AlN+Y2O3 함량의 대략 1-7% Y2O3의 비로 플레이트 및 받침대 둘 다를 위해 사용되는 AlN의 그린 테이프 혼합물 내로 분산될 수 있다.
플레이트 및 받침대 예비성형물 부품은 상당하게 상이한 모양 및 규모, 그리고 상이한 배향의 그린 테이프 레이어를 가지고 제조될 수 있다. 이들 상이한 기하학은 이들의 접촉 영역에서 부품의 상이한 수축을 야기할 수 있다. 따라서 두 가지 상이한 모양 및 규모의 세라믹 부품은 서로 다른 부품과 상이한 수축 아스펙트 비를 가진다고 지칭될 수 있고 이는 연결된 부품 사이에 형성되는 균열 또는 다른 결함을 야기할 수 있다.
노(furnace) 온도를 1850 ℃까지 천천히 높여 부품의 조밀화 및 결합을 촉진하는 천이 액체상을 활성화시킨다.
연소 도중, 알루미늄 질화물 (AlN) 세라믹 과립의 표면 상에 형성되는 액체 알루미늄 산화물(Al2O3)은 첨가제에 의해 공급되는 이트륨 산화물 (Y2O3)과 조합되어 공융식 시스템 부근에서 이트륨 알루미네이트 Y-Al-O 화합물을 형성하고 이를 통해 천이 액체상이 도 16에 개략적으로 도시된 바와 같이 나머지 고체상 AlN 입자 주변에 성취된다.
AlN 과립 표면의 산소 고갈은 AlN 표면의 탈-습윤 및 원래의 세라믹 부품과 이들의 접속부 영역 모두에서 마이크로 구조 내 삼중 지점으로의 Y-Al-O의 이동을 야기하였다. 고체 생성물은 도 17에 개략적으로 도시된 바와 같이 Y-Al-O 과립이 주로 AlN 마이크로구조의 삼중 지점에 위치하고, 따라서 두 부품의 접속부에서 어떠한 선명한 계면 불연속성도 나타내지 않는 AlN 과립으로 이루어진 모놀리식 몸체의 형성이다.
도 18에 도시된 바와 같이 단일한 결합을 보장하고 부품 간 수축 격차를 제어하도록 돕기 위해, 접합된 부품(202),(203)은 리셉터클(receptacle)(200)에 배치되고 여기서 갇힌 대기(201)는 세라믹 몸체 내 비-AIN 화합물 액체상과 동일한 조성의 증기 부분압을 포함한다. 상기 부분압은 부품 내 존재하는 액체 상과 실질적 평형을 이루도록 유지된다. 전형적으로, 최대 1 기압의 휘발성 산화물 부분압이 유지된다. 이러한 대기는 액체상을 안정화하여 연결부의 균일한 형성을 촉진한다. 리셉터클은 전밀폐식이어야 하며, 따라서 리셉터클 내 대기는 실질적으로 밀폐되었다고 지칭된다. 개별 그린 상태 부품을 연소 도중 또다른 부품과 함께 두 세라믹 구조(202),(203)사이의 접속부에 긴밀하게 접촉된 상태로 유지하기 위해서, 하중(204)이 플레이트 부품 위로 주어져 양방향으로 이의 수축을 제한하도록 돕는다. 바람직하게는 상기 하중은 노 챔버의 대기가 지탱할 수 있는 텅스텐 또는 세라믹의 부피이다. 부품 상단에 하중을 부가함으로써 힘이 비-대등하게, 구별되어 또는 그렇지 않으면 수축이 방향적으로 제어될 수 있도록 방향적으로 비-단일 방식으로 부가될 수 있음이 이해되어야 한다. 달리 말하면 상기 힘은 바람직한 추가적인 수축의 방향으로 부가될 수 있다.
달리 말하면, 이러한 Y-Al-O의 비-AIN, 액체상은 본질적으로 소결 도중 부품 외부에서 유사한 조성의 증기상과 평형을 이루는 Al2O3 및 Y2O3의 공융식 조합이다. 만약 증기를 부품 주변에 잡아두지 못하면, 평형에 도달하기 위해 더 많은 증기가 액체로부터 증발하여 세라믹에 존재하는 천이 액체상의 양을 고갈시킬 것이다. 이는 다시 세라믹 내 액체의 고갈을 빠르게 야기하여 추가적인 천이 액체상 결합을 중단시킬 것이다. 액체는 세라믹 몸체의 표면 및 경계에서 먼저 증발하기 때문에, 이들 위치는 단일하게 수축되지 않을 것이다. 따라서 개별적으로 소결될 경우 잠재적으로 매우 상이한 수축 프로파일을 가지는 두 개의 개별 그린 상태 부품을 결합하기 위해 밀봉이 필수적이다. 최대 5 %의 선형 수축 격차가 제공될 수 있음이 발견되었다.
그러므로, 연소 도중 부품 주변에 증기를 잡아둠으로써, 액체상 Y-Al-O의 양이 안정화되어 완전한 습윤이 가능하게 되며 적절하게 조밀한 소결을 얻을 수 있다. 또한, 소결 도중 대략 일 기압에서 부품을 둘러싸는 대기를 유지함으로서 공정을 본질적으로 "무가압"으로 만듦으로써 저비용 제조가 유지된다. 소결 챔버의 비-기체-침투성 밀봉을 사용함으로써 쉽게 달성된다. 이러한 방식으로, 증기상 Y-Al-O 및 임의의 환원 기체 부분, 가령 N2 또는 H2의 조합된 부분압은 대략 일 기압일 것이다. 따라서 Y-Al-O 증기의 부분압은 대략 일 기압 이하일 것이다.
접촉 표면의 일그러짐을 방지하기 위해 연소 및 액체상 결합 공정 도중 두 부품을 서로 압축하는 것이 또한 유용하다. 서셉터 조립체에서 사용되는 대부분의 플레이트에 있어서, 입방 센티미터당 약 0.75 내지 3.0 그램의 압력이 적절한 것으로 발견되었다.
부품(202)이 하중(204) 아래에서 하중의 표면에 닿지 않게 수축되게 하는 것이 또한 유용하다. 이는 상부 부품의 상단 표면 위에 AlN 입자의 윤활을 위한 얇은 레이어(205) (도면은 두께가 과장되게 표현됨)를 도포함으로써 용이해질 수 있다. 대략 0.25 내지 0.5 밀리미터 직경의 비교적 큰 크기의 알루미늄 질화물 입자의 분말(205)이 따라서 하중 및 상단 구조 사이에 하중에 대한 세라믹 구조의 추후 팽창을 용이하게 하기 위한 윤활물질로서 분사될 수 있다. 입자는 콘밀 또는 피자 도우와 유사한 방식으로 분사될 수 있다.
그 후에, 상기 하중은 윤활 입자의 레이어의 상단에 배치될 수 있다.
실시예 2
소정량의 그린 테이프를 AlN 입자, 유기 결합제 및 천이 액체상 촉진 첨가제의 혼합물로부터 중량 백분율로 총 혼합물 중의 하기 비율로 주조한다. 약 1 내지 2 마이크로미터의 중간 입자 너비를 가지는 알루미나로 코팅된 약 93 내지 97 중량 백분율 AlN 입자가 선택된다. 약 3 내지 7 중량 백분율의 약 1 내지 10 마이크로미터의 중간 입자 너비를 가지는 Y2O3 입자가 선택된다. 혼합물의 나머지 부분은 주로 결합제로 채워진다.
약 75 마이크론 내지 약 750 마이크론의 두께를 가지는 그린 시트를 주조하였다. 시트에 바이어스 및 금속배전 트레이스를 임프린팅하고, 적층되고 겹쳐서 두 가지 별개의 예비성형물을 형성하였다. 예비성형물을 밀봉되지만 완전히 기체가 밀폐되진 않는 소결 오븐에 수직 적층 배향으로 함께 배치하였다. 대략 100 내지 300 그램의 AlN 재료로 이루어진 하중을 두 예비성형물 중 상부의 것 위에 배치하여 더 제어된 기하학적 수축을 유도하였다. 하중의 표면 영역은 적어도 상부 예비성형물의 가장 높이 상승된 표면만큼 넓었다. 오븐은 총 대기 중량으로 약 1 내지 5 %의 H2, 및 나머지는 N2인 대기를 가지도록 구성하였다.
예비성형물을 다음의 연소 프로파일에 따라 가열하였다. 제1 결합제 소각 단계에서 온도는 약 400 ℃까지 천천히 상승하였다. 미결합된 접합된 부품을 이후 대략 60 내지 약 120 분간 약 1825℃에서 가열하였다. 대기가 들어가게 하고 약 1.0 기압 이하의 기화된 Y-Al-O 기체 부분압을 실질적으로 함유하게 하였고 따라서 액체상 Y-Al-O의 추가적인 증발을 저해하였다.
냉각 후에 부품은 99%을 초과하는 잠재성을 갖는 97% 초과의 최종 모놀리식 몸체 밀도를 나타내었다. 부품 사이의 연결부 영역을 전밀폐성에 대해 시험하였고 He 시험에서 약 10-6 대기 cc/초 미만, 더욱더 바람직하게는 약 10-8 대기 cc/초 미만에 도달할 것으로 확인되었고 30x 광학적 관찰에서 어떠한 균열이나 다른 결함도 없었다.
본 발명의 바람직한 구체예가 기술되었으나, 변형이 가해질 수 있으며 다른 구체예가 본 발명의 사상 및 첨부된 청구범위의 범위에서 벗어나지 않고 고안될 수 있다.

Claims (33)

  1. 세라믹 부품을 전밀폐식으로 연결하기 위한 공정이되, 하기를 포함하는 공정:
    상이한 아스펙트 비를 가지는 적어도 두 개의 그린 상태 알루미늄 질화물 (AIN) 입자 부품을 선택하는 단계,
    여기서 상기 선택 단계는 다음을 포함함:
    제1 전기 전도성 패드 그룹을 가지는 제1 다중레이어 세라믹 반조립체를 형성하는 단계;
    제2 전기 전도성 패드 그룹을 가지는 제2 다중레이어 세라믹 반조립체를 형성하는 단계,
    상기 제1 반조립체는 제1 배향으로 향하는 복수의 레이어를 포함하고; 상기 제2 반조립체는 상기 제1 배향과 상이한 제2 배향으로 향하는 복수의 레이어를 포함함;
    전기 전도성 입자를 함유하는 제1 슬러리 재료의 패치를 상기 제1 그룹 위에 형성하는 단계;
    세라믹 입자를 함유하는 제2 슬러리 재료의 패치를 상기 제1 그룹을 둘러싸는 접촉 영역에 도포하는 단계;
    여기서 제2 슬러리 재료의 패치는
    존재하는 AlN의 1-5중량% 농도에서 제1 산화물을 포함하는 소정량의 천이 액체상 유도 첨가제를 포함함;
    실질적으로 포위시킨 대기 중에, 상기 부품을 접합 접촉 상태로 배치하는 단계,
    여기서 상기 배치 단계는
    상기 제1 및 제2 그룹 사이에 전기 전도성 접촉을 포함하는 상기 제1 및 제2 반조립체를 접합시키는 단계를 포함함:
    상기 부품을 60 내지 300 분간 동시-소성하여 제2 슬러리 재료의 패치의 천이 액체상을 형성시키는 단계;
    상기 제1 산화물의 증발량이 상기 실질적으로 포위시킨 대기 내에 형성되도록 하는 단계, 여기서 상기 증발량은 1.0 기압 이하의 부분압을 가지고, 이에 의해 상기 동시-소성 도중 상기 천이 액체상의 추가적인 증발을 실질적으로 무가압방식으로 저해함; 및,
    상기 부품을 실온까지 냉각시키는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동시-소성 도중 상기 영역들을 동시에 압축하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압축 단계는 입방 센티미터당 적어도0.75 내지 3.0 그램의 압력을 가하는 것을 포함하는 공정.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압축 단계는 하기를 포함하는 공정:
    상기 부품 중 제 1 부품을 다른 부품의 상단에 배치하는 단계;
    윤활을 위한 AlN 입자의 얇은 레이어를 상기 다른 부품의 상단에 분사하는 단계; 및,
    상기 레이어의 상단에 하중을 가하는 단계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 대기는 1.0 atm 이하의 총 압력을 가지는 공정.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 산화물은 이트륨 산화물, 칼슘 산화물, 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 전이금속의 산화물, 알칼리토류 및 란탄 및 악티늄 희토류 시리즈로 이루어진 군에서 선택되는 공정.
  7. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 질화물 입자는 소정량의 산소를 포함하는 공정.
  8. 제1항에 있어서, 상기 동시-소성 단계는 주변 온도를 1780℃ 내지 1840℃까지 상승시키는 것을 포함하는 공정.
  9. 제1항에 있어서, 상기 접촉 영역 사이의 선형 수축 격차는 1 내지 5%인 공정.
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  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 배향은 실질적으로 편평한 공정.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 배향은 실질적으로 동심성으로 원통형인 공정.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 배향은 상기 제2 배향에 대해 실질적으로 수직인 공정.
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  19. 제1항에 있어서, 상기 패드는 텅스텐을 포함하는 공정.
  20. 제1항에 있어서, 상기 부품은 전기적으로 제어되는 서셉터(susceptor)로서 작동하도록 추가로 개량되는 공정.
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  25. 제1항에 있어서, 상기 부품 중 제 1 부품은 다수의 인접한 레이어에 걸쳐 연장되고 냉각수를 운반하도록 개량된 적어도 하나의 도관을 갖는 공정.
  26. 제1항에 있어서:
    상기 부품 중 제 1 부품은 외부 텅스텐 레이어를 가지고;
    상기 공정은 블럭을 통해 흐르는 냉각수 운반 채널을 가지도록 성형된 텅스텐 블럭을 상기 외부 레이어에 납땜하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  27. 제26항에 있어서, 상기 블럭에 방열체(heatsink)를 납땜하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  28. 제27항에 있어서, 상기 방열체는 구리를 포함하는 공정.
  29. 제1항에 있어서, 하기를 추가로 포함하는 공정:
    상기 제1 부품이 서셉터 플레이트를 형성하는 단계; 상기 제2 부품이 속이 빈 서셉터 받침대를 형성하는 단계.
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Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10883950B2 (en) 2011-08-30 2021-01-05 Watlow Electric Manufacturing Company Multi-parallel sensor array system
US10163668B2 (en) * 2011-08-30 2018-12-25 Watlow Electric Manufacturing Company Thermal dynamic response sensing systems for heaters
US8684256B2 (en) * 2011-11-30 2014-04-01 Component Re-Engineering Company, Inc. Method for hermetically joining plate and shaft devices including ceramic materials used in semiconductor processing
US10308856B1 (en) 2013-03-15 2019-06-04 The Research Foundation For The State University Of New York Pastes for thermal, electrical and mechanical bonding
KR102276101B1 (ko) 2013-12-27 2021-07-13 엔지케이 인슐레이터 엘티디 접합재 조성물, 질화알루미늄 접합체 및 그 제법
US9969654B2 (en) * 2014-01-24 2018-05-15 United Technologies Corporation Method of bonding a metallic component to a non-metallic component using a compliant material
DE102015212941A1 (de) * 2014-07-10 2016-01-14 Ceramtec Gmbh Keramischer Formkörper
KR102110267B1 (ko) * 2014-10-31 2020-05-14 와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니 히터를 위한 열적 동적 응답 감지 시스템
US10186437B2 (en) * 2015-10-05 2019-01-22 Lam Research Corporation Substrate holder having integrated temperature measurement electrical devices
US10500661B2 (en) 2015-11-06 2019-12-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods and apparatuses for high temperature bonding controlled processing and bonded substrates formed therefrom
CN109314039B (zh) * 2016-04-22 2023-10-24 应用材料公司 具有等离子体限制特征的基板支撑基座
TWI641078B (zh) * 2016-05-31 2018-11-11 日商日本特殊陶業股份有限公司 Laminated heating element
US10636690B2 (en) * 2016-07-20 2020-04-28 Applied Materials, Inc. Laminated top plate of a workpiece carrier in micromechanical and semiconductor processing
JP6758143B2 (ja) * 2016-09-29 2020-09-23 日本特殊陶業株式会社 加熱装置
US10679873B2 (en) * 2016-09-30 2020-06-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater
KR102303306B1 (ko) * 2017-04-10 2021-09-16 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 유지 장치
KR102373076B1 (ko) * 2017-11-02 2022-03-11 엔지케이 인슐레이터 엘티디 반도체 제조 장치용 부재, 그 제조법 및 성형형
US10759712B2 (en) 2017-11-09 2020-09-01 Canon Kabushiki Kaisha Powder for additive modeling, structure, semiconductor production device component, and semiconductor production device
JP7191644B2 (ja) * 2017-11-09 2022-12-19 キヤノン株式会社 付加造形用の材料粉末、構造物、半導体製造装置部品、および半導体製造装置
JP6820451B1 (ja) * 2017-11-21 2021-01-27 ワトロー エレクトリック マニュファクチュアリング カンパニー セラミックペデスタルで使用するための二重目的のビア
US10851458B2 (en) * 2018-03-27 2020-12-01 Lam Research Corporation Connector for substrate support with embedded temperature sensors
JP7213656B2 (ja) * 2018-11-05 2023-01-27 日本特殊陶業株式会社 保持装置
CN111199902B (zh) * 2018-11-19 2023-02-24 拓荆科技股份有限公司 热隔离之晶圆支撑装置及其制造方法
US20220005675A1 (en) * 2018-11-20 2022-01-06 Lam Research Corporation Dual-phase cooling in semiconductor manufacturing
JP6873178B2 (ja) * 2019-03-26 2021-05-19 日本碍子株式会社 半導体製造装置用部材、その製法及び成形型
SG11202112198UA (en) * 2019-05-03 2021-12-30 Therm X Of California Inc High temperature aluminum nitride heater with multi-zone capability
IT201900006652A1 (it) 2019-05-08 2020-11-08 Gamma Spa Resistenza ceramica, dispositivo di riscaldamento dell'aria comprendente detta resistenza ceramica e metodo di realizzazione di detta resistenza ceramica
CN110265323B (zh) * 2019-05-31 2021-09-03 拓荆科技股份有限公司 具有接点阵列的晶圆加热座
JP7237776B2 (ja) * 2019-08-27 2023-03-13 京セラ株式会社 ウェハ用部材及びウェハ用装置
WO2021051062A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-18 Watlow Electric Manufacturing Company Ceramic heater and method of forming using transient liquid phase bonding
WO2022195947A1 (ja) * 2021-03-18 2022-09-22 日本碍子株式会社 ＡｌＮセラミック基体及び半導体製造装置用ヒータ
KR20220164583A (ko) * 2021-03-18 2022-12-13 엔지케이 인슐레이터 엘티디 AlN 세라믹 기체 및 반도체 제조 장치용 히터
US20220357187A1 (en) * 2021-05-10 2022-11-10 Applied Materials, Inc. Packaging design for a flow sensor and methods of manufacturing thereof
KR102461995B1 (ko) 2021-09-17 2022-11-03 주식회사 미코세라믹스 저열전도 샤프트를 구비하는 고온용 서셉터
CN114478043B (zh) * 2022-01-12 2023-05-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种基于液相烧结的碳化硅陶瓷的连接方法
GB2619750A (en) 2022-06-16 2023-12-20 Dyson Technology Ltd Ceramic casting method and formulation
US11884597B2 (en) 2022-06-28 2024-01-30 General Electric Company Methods for joining ceramic components to form unitary ceramic components

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100436870B1 (ko) * 1995-07-19 2004-08-12 가부시끼가이샤 도꾸야마 질화알루미늄 접합 구조체

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4799983A (en) * 1987-07-20 1989-01-24 International Business Machines Corporation Multilayer ceramic substrate and process for forming therefor
JPS6487574A (en) * 1987-09-29 1989-03-31 Nippon Chemicon Production of planar sintered ceramics body
JPH02124778A (ja) * 1988-11-04 1990-05-14 Hitachi Metals Ltd ＡｌＮセラミックス同志の接合体及びこれを用いた放熱装置
US5059770A (en) 1989-09-19 1991-10-22 Watkins-Johnson Company Multi-zone planar heater assembly and method of operation
DE69111493T2 (de) 1990-03-12 1996-03-21 Ngk Insulators Ltd Wafer-Heizgeräte für Apparate, zur Halbleiterherstellung Heizanlage mit diesen Heizgeräten und Herstellung von Heizgeräten.
US5207437A (en) 1991-10-29 1993-05-04 International Business Machines Corporation Ceramic electrostatic wafer chuck
US5541145A (en) * 1993-12-22 1996-07-30 The Carborundum Company/Ibm Corporation Low temperature sintering route for aluminum nitride ceramics
US5424261A (en) * 1993-12-22 1995-06-13 The Carborundum Company Low temperature sintering route for aluminum nitride ceramics
US5671116A (en) 1995-03-10 1997-09-23 Lam Research Corporation Multilayered electrostatic chuck and method of manufacture thereof
JP3402940B2 (ja) * 1995-07-19 2003-05-06 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム接合構造体
US5650199A (en) 1995-11-22 1997-07-22 Aem, Inc. Method of making a multilayer electronic component with inter-layer conductor connection utilizing a conductive via forming ink
US5740016A (en) 1996-03-29 1998-04-14 Lam Research Corporation Solid state temperature controlled substrate holder
JPH1053470A (ja) * 1996-08-05 1998-02-24 Ngk Insulators Ltd セラミックス接合体およびその製造方法
US5932043A (en) * 1997-03-18 1999-08-03 International Business Machines Corporation Method for flat firing aluminum nitride/tungsten electronic modules
GB9706299D0 (en) * 1997-03-26 1997-05-14 Ionotec Ltd Solid electrolyte adaptor
JP4013386B2 (ja) 1998-03-02 2007-11-28 住友電気工業株式会社 半導体製造用保持体およびその製造方法
JP3584203B2 (ja) * 1999-06-09 2004-11-04 イビデン株式会社 半導体製造・検査装置用セラミック基板
JP2002057207A (ja) * 2000-01-20 2002-02-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体製造装置用ウェハ保持体およびその製造方法ならびに半導体製造装置
JP4028149B2 (ja) 2000-02-03 2007-12-26 日本碍子株式会社 加熱装置
US6387507B1 (en) 2000-03-31 2002-05-14 Polese Company, Inc. High temperature co-fired ceramic and low temperature co-fired ceramic combination electronic package device and method
EP1394136A1 (en) * 2001-04-12 2004-03-03 Ibiden Co., Ltd. Ceramic bonded body and its producing method, and ceramic structure for semiconductor wafer
WO2002083596A1 (fr) * 2001-04-13 2002-10-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Article ceramique assemble, structure de maintien de substrat et appareil permettant de traiter les substrats
JP2003146770A (ja) * 2001-07-09 2003-05-21 Ibiden Co Ltd セラミック接合体
JPWO2003008359A1 (ja) * 2001-07-19 2004-11-04 イビデン株式会社 セラミック接合体およびその接合方法、セラミック構造体
JPWO2003015157A1 (ja) * 2001-08-10 2004-12-02 イビデン株式会社 セラミック接合体
JP3671951B2 (ja) * 2002-10-08 2005-07-13 住友電気工業株式会社 測温装置及びそれを用いたセラミックスヒータ
JP4281605B2 (ja) * 2004-04-08 2009-06-17 住友電気工業株式会社 半導体加熱装置
JP2005317749A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体製造装置用保持体及びそれを搭載した半導体製造装置
JP2006044980A (ja) * 2004-08-04 2006-02-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化アルミニウム焼結体
EP2026379B1 (en) * 2006-06-02 2012-08-15 Murata Manufacturing Co., Ltd. Multilayer ceramic electronic component and method for manufacturing same
JP5183058B2 (ja) * 2006-07-20 2013-04-17 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 急速温度勾配コントロールによる基板処理
JP4800991B2 (ja) 2007-03-26 2011-10-26 日本碍子株式会社 半導体製造装置用サセプタ
JP2009094138A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Sei Hybrid Kk ウエハ保持体および半導体製造装置
JP2009094137A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Sei Hybrid Kk ウエハ保持体および半導体製造装置
US8398796B2 (en) * 2007-11-20 2013-03-19 General Electric Company Green joining ceramics
KR20090071060A (ko) * 2007-12-27 2009-07-01 주성엔지니어링(주) 정전척 및 그를 포함하는 기판처리장치
US8785821B2 (en) 2009-07-06 2014-07-22 Sokudo Co., Ltd. Substrate processing apparatus with heater element held by vacuum
JP5855402B2 (ja) * 2010-09-24 2016-02-09 日本碍子株式会社 サセプター及びその製法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100436870B1 (ko) * 1995-07-19 2004-08-12 가부시끼가이샤 도꾸야마 질화알루미늄 접합 구조체

Also Published As

Publication number Publication date
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