KR102042878B1 - 가열 요소와 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 직접 다공성 소결 코팅(30)으로 적어도 부분적으로 덮이는 가열체(20)를 포함하는 가열 요소(10)로서, 가열체(20) 및 다공성 소결 코팅(30) 각각은 적어도 90 중량%의 텅스텐을 포함하는 가열 요소(10)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기를 위한 가열 요소와, MOCVD 반응기와 다른 반응기 및 노의 평탄한 가열기를 위한 가열 요소를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
MOCVD 반응기의 챔버 내에 장착되는 가열 요소가 일반적으로 알려져 있다. 예를 들어, 그것들은 유기 금속 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 반응기에서 LED(발광 다이오드)의 생산을 위한 공정 온도를 생성하기 위해 사용된다. 이들 공정을 위한 공정 온도는 보통 450 내지 1250 ℃로 규정된다. 화합물 반도체가 그것 상에서 성장되는 하나 이상의 웨이퍼가 가열기 요소로부터 이격되는 서셉터(susceptor) 또는 회전 플레이트 상에 장착된다. 서셉터가 가열기 요소로부터 이격되기 때문에, 가열기 요소는 웨이퍼 그 자체의 공정 온도보다 상당히 높은 온도로 가열되어야 한다. 따라서, 공정의 대부분에 대한 가열 요소를 위한 온도는 보통 1000 내지 2200 ℃이다.
그러한 높은 온도에 견디기 위해, 내화 금속, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈륨, 레늄 및 이들의 합금이 그러한 가열 요소에 사용된다. 그러나, 그러한 고온에서, MOCVD 반응기 내의 회전 플레이트를 가열하기 위해 사용되는 에너지의 대부분은 복사(radiation)에 의해 전달된다. 상기 가열 요소의 복사 성능은 복사 요소, 즉 가열 요소의 복사율(emissivity)에 비례한다. 보통, 텅스텐을 포함하는 재료로 제조되는 가열 요소는 0.15 내지 0.4의 복사율 값을 갖는다(흑체에 대해). 매우 낮은 복사율 값으로 인해, 가열 요소의 작동 온도는 매우 높다. 이는 가열기의 짧은 수명과 빈번한 교체의 필요를 초래한다.
가열 요소의 가용 수명을 증가시키기 위해 가열 요소 상에 수개의 코팅을 사용하려는 시도가 시도되었다. 예를 들어, 미국 특허 제3,808,043호는 내화 금속 가열기가 2개의 코팅, 즉 산화 알루미늄을 포함하는 제1 코팅과 텅스텐 재료를 포함하는 제2 코팅을 구비하는 발상을 개시한다. 그러한 가열 요소의 하나의 문제는 비교적 복잡한 제조 방식이다. 특히, 2개의 코팅이 안전한 방식으로 서로 코팅하는 것이 보장되어야 한다. 또한, 그러한 가열 요소의 제조 중에 2가지 코팅 단계가 필요하다. 또한, MOCVD 공정 중의 높은 온도에 걸친 그리고 시간에 따른 그러한 이중 코팅의 안정성은 코팅이 가열기로부터 떨어지는 결과를 초래할 수 있다.
전술한 바에 기초하여, 본 발명의 목적은 전술한 문제를 극복하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 제조하기에 쉽고 비교적 저렴하며 가열 요소의 복사율(emissivity)을 만족스러운 장기간의 안정된 방식으로 증가시키는, 가열 요소 및 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기를 위한 가열 요소를 제조하기 위한 방법과 가열체를 제공하는 것이다.
전술한 문제는 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기를 위한 가열 요소에 의해, 그리고 그러한 가열기를 제조하기 위한 방법과 가열체에 의해, 그리고 본 출원에 기술되는 그러한 발명에 관한 추가의 세부 사항에 의해 해소된다. 종속항에 관하여 논의되는 본 발명의 추가의 특징과 세부 사항은 서로 그리고 본 발명의 가열 요소, 본 발명의 방법 및 본 발명의 가열체와 자유로이 조합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 특히 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기를 위한 가열 요소는 가열체를 포함한다. 가열체는 직접 다공성 소결 코팅(porous sintered coating)으로 적어도 부분적으로 덮인다. 이에 의해, 가열체 및 다공성 소결 코팅 각각은 적어도 90 중량%의 텅스텐을 포함한다. 본 발명에 따르면, 평탄한 가열기는 평탄한 가열기의 일부이도록 사용될 수 있는 가열 요소이다. 본 출원의 의미에서 "평탄한(planar)"은 적어도 실질적으로 평탄한 것을 의미한다. 하나의 평면 밖으로 10% 이하로 전위 없이 연장되는 임의의 가열기가 본 발명에 따른 평탄한 가열기로 간주되도록 의도된다. MOCVD 반응기의 필요로 인해, 본 발명의 가열 요소가 특히 그러한 MOCVD 반응기에 사용된다.
본 발명의 가열 요소는 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기에 사용될 수 있고, 본 발명의 그러한 가열 요소는 또한 MOCVD 가열 요소 또는 평탄한 MOCVD 가열 요소로 불리울 수 있다. 당업자는 본 명세서에 개시된 가열 요소가 다른 반응기 및 노와 같은 다른 상황에서 사용될 수 있는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 가열 요소의 하나의 큰 이점은 가열체가 다공성 소결 코팅으로 적어도 부분적으로 덮인다는 사실이다. 용어 "다공성 소결 코팅"은 소결 공정에 의해 제조된 코팅으로 이해될 수 있다. 소결 공정은 코팅 중에 생성되었던 소공이 그러한 소결 공정 후에 표면 층 내에 여전히 남아 있도록 수행되었다. 그들 소공으로 인해, 다공성 소결 코팅은 가열체의 각각의 밑에 있는 평탄한 표면보다 큰 표면적을 갖는다. 바꾸어 말하면, 가열 요소의 표면은 다공성 소결 코팅의 사용에 의해 증가된다.
그러한 다공성 소결 코팅의 사용과 각각의 결과적으로 생성된 보다 큰 표면적은 가열 요소 그 자체의 증가된 복사율 계수(emissivity factor)로 이어진다. 본 발명의 사용에 의해, 가열 요소의 복사율은 예를 들어 0.5 이상의 값까지 증가될 수 있다. 특히, 복사율에 대한 값은 본 발명의 가열 요소의 경우 0.65 내지 0.75에 이를 수 있다. 또한, 소결 공정으로 인해, 다공성 소결 코팅의 표면과 그에 의한 소결 코팅의 개공은 MOCVD 반응 공정에서의 다수의 사용에 걸쳐 안정된다. 특히, 다공성 소결 코팅은 약 2200 ℃까지의 온도와 실온 사이에서의 다수의 가열 및 냉각 사이클에 걸쳐 표면 구조를 현저히 변화시키지 않는다. 이에 의해, 표면 구조뿐만 아니라 복사율 값도 또한 다수의 사용에 걸쳐 실질적으로 안정되게 유지된다. 이러한 목적은 가열체를 덮기 위해 적어도 부분적으로 사용되는 단지 하나의 단일 코팅에 의해 달성된다. 그러한 단일 코팅의 제조는 전체 가열체의 보다 많은, 특히 2개의 코팅의 제조보다 훨씬 더 쉽고 더 저렴하다.
다공성 소결 코팅을 제조하기 위해 사용되는 소결 재료는 예를 들어 그리고 특히 순 텅스텐(pure tungsten)이다. 소결 재료의 입자 크기는 예를 들어 약 0.5 내지 10 ㎛의 크기를 가질 수 있다. 다공성 소결 코팅에 대해, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "순 텅스텐"은 적어도 90 중량%의 텅스텐을 포함하는 재료를 함유하는 텅스텐을 의미한다. 다공성 소결 코팅 및/또는 가열체를 위한 하나의 유용한 재료는 진공 금속화 텅스텐 재료(vacuum metalized tungsten material, VMW)이다. VMW 재료는 ppm 수준의 규산 알루미늄 칼륨으로 도핑된 텅스텐이다. 도핑과 변형의 조합은 결정립 구조(grain structure)를 발달시키며, 이는 증가된 재결정 온도와 개선된 고온 내처짐성(sag-resistance)을 가져온다. 그것의 도핑과 결정립 구조로 인해, VMW는 순 텅스텐보다 우수한 연성을 보여준다.
본 발명의 가열 요소는 또한 가열 요소의 기계적 지지 및/또는 전화(electrification)를 위한 연결 부품, 이른바 단자를 포함할 수 있다. 그러한 연결 부품은 또한 특히 적어도 90 중량%의 텅스텐을 포함하는 재료로 제조된다. 다공성 소결 코팅의 두께는 특히 1 내지 1000 ㎛이다. 다공성 소결 코팅의 재료의 두께를 3 내지 200 ㎛의 값으로 감소시키는 것이 바람직하다. 이러한 감소로 인해, 제조하기에 비교적 쉽고 저렴하며 본 발명에 따른 가열 요소의 복사율의 증가를 위한 표면 구조를 제공하는 코팅이 달성될 수 있다. 유용한 가열 요소(100)의 일례를 그 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 2012년 8월 7일자로 출원된 미국 출원 제13/568,928호 "가열 요소의 기계적 지지를 위한 단자(TERMINAL FOR MECHANICAL SUPPORT OF A HEATING ELEMENT)"에서 찾아볼 수 있다.
다공성 소결 코팅의 소공은 비교적 크다. 특히, 다공성 소결 코팅은 소공이 없는 소결 코팅, 즉 압밀 소결 코팅 또는 완전 소결 코팅과 구별되어야 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 가열 요소가 가열체가 실질적으로 평평한 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 것이 가능하다. 실질적으로 평평한 치수의 가열체는 실질적으로 평평한 치수의 가열 요소로 이어진다. 다공성 소결 코팅이 그것의 기하학적 연장 전반에 걸쳐 거의 또는 실질적으로 동일한 두께인 두께를 포함하기 때문에, 가열 요소 그 자체도 또한 실질적으로 평평한 치수를 갖는다. 이는 MOCVD 반응기를 위한 평탄한 가열기가 본 발명에 따른 적어도 하나 이상의 가열 요소에 의해 조립되기 때문에 유리하다. 실질적으로 평탄한 치수의 가열체는 MOCVD 반응기를 위한 그러한 평탄한 가열기로 매우 쉽게 조립될 수 있다. 또한, 그러한 평탄한 가열기와 그에 의한 평탄한 가열기를 위한 본 발명의 가열 요소는 표적, 즉 예를 들어 LED 제조용 웨이퍼를 위한 회전 플레이트, 예를 들어 서셉터(susceptor) 아래의 보다 작은 공간을 필요로 한다. 또한, 실질적으로 평평한 치수의 그러한 가열체가 플레이트 또는 플레이트형 요소로부터 커팅될 수 있다는 사실로 인해 그것을 제조하는 것이 비교적 쉽다. 이에 의해, 실질적으로 평평한 치수의 가열체는 또한 플레이트 같은 치수를 갖는 가열체로 불리울 수 있다. 그러한 가열체는 실질적으로 단일 평면 내에서 연장된다.
본 발명의 가열 요소가 다공성 소결 코팅이 가열체에 적어도 부분적으로 야금 접합되는 것을 특징으로 하는 것이 또한 유리할 수 있다. 이는 추가의 연결 층이 필요하지 않은 이점을 가져온다. 특히, 다공성 소결 코팅을 가열체에 접합하기 위해 접착제 재료가 사용될 필요가 없다. 이는 가열 요소의 쉽고 덜 복잡한 구성으로 이어지며, 이는 그것의 제조를 쉽고 저렴하게 한다. 본 발명의 이러한 실시 형태에 따르면 추가의 단계와 추가의 층이 필요하지 않다.
본 발명에 따르면, 가열 요소가 가열체가 둘 모두 다공성 소결 재료로 적어도 부분적으로 덮이는 2개의 대향 측면을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 또한 가능하다. 이는 두 측면, 특히 가열체의 모든 면이 다공성 소결 코팅에 의해 덮인다는 사실로 인해 제조하기에 더욱 쉽다. 가열체의 일부 표면을 배제하는 임의의 방식이 필요하지 않으며, 이에 의해 제조 공정이 간단해진다. 또한, 직접 가열과 MOCVD 반응기 내의 회전 플레이트 또는 표적의 반대쪽을 향하는 가열 요소의 대향측으로부터의 간접 가열이 균등화될 수 있도록 가열 요소의 양측의 가열이 균등화된다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 가열 요소가 다공성 소결 코팅이 개공(open pore)을 포함하고, 개공이 다공성 소결 코팅에 의해 덮이는 가열체의 표면적의 10%를 초과하여, 바람직하게는 15%를 초과하여, 더욱 바람직하게는 18%를 초과하여 연장되는 투영 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 것이 또한 가능하다. 바람직하게는, 이러한 값은 20%를 초과하고, 더욱 바람직하게는 30%를 초과한다. 그러나, 다공성 소결 코팅의 안정성과 내구성을 유지시키기 위해, 이러한 값은 바람직하게는 70% 미만, 더욱 바람직하게는 60% 미만이다. 바꾸어 말하면, 다공성 소결 코팅은 완전 소결이 없는 소결 공정의 결과이다. 특히, 압밀 소결이 일어나지 않는다. 환언하면, 소결 공정은 개방 소결 결과, 즉 다공성 소결 코팅의 다공성 표면을 가져온다. 소결 코팅의 다공률은 특히 10%를 초과한다. 다공성 소결 코팅의 표면상의 개공이 보통 사발형(bowl-shaped)이기 때문에, 그것들은 가열체의 2차원 표면의 2차원 투영 면적에 비해 표면을 증가시킨다. 그러한 방식으로, 특히 예를 들어 1800 ℃에서의 완전 소결이 실질적으로 회피된다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 가열 요소가 다공성 소결 코팅이 기술적 순 텅스텐(technical pure tungsten)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 것이 또한 가능하다. 기술적 순 텅스텐은 능동적으로 첨가되는 추가의 합금 재료가 없는 텅스텐이다. 기술적 순 텅스텐의 사용은 코팅과 가열체 사이의 보다 작은 말단 응력(terminal stress)이 발생할 이점을 가져온다. 특히, 가열 중에 다공성 소결 코팅과 가열체 그 자체의 열 팽창이 서로 동일하도록 다공성 소결 코팅과 가열체의 재료는 동일하다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 가열 요소가 가열체가 단일의 평평한 평면 내에서 적어도 부분적으로 만곡되는 것을 특징으로 하는 것이 또한 가능하다. 가열 요소도 또한 그러한 방식으로 만곡될 수 있다. 이러한 만곡으로 인해, 가열 요소에 대해 특히 원형 치수가 달성될 수 있다. 예를 들어 표적, 각각 예를 들어 LED 제조용 웨이퍼를 수용하도록 구성되는 회전 원형 플레이트를 위해 원형이어야 하는 평탄한 가열기가 유리하다. 그러한 원형 가열기는 각각의 가열 요소가 가열기의 원형 기하학적 구조의 일부를 포함하도록 만곡된 구조로 수개의 가열 요소에 의해 조립될 수 있다. 이러한 만곡은 적어도 실질적으로 단지 하나의 만곡이다. 그것은 특히 1000 mm보다 큰 반경을 갖는 다른 방향으로의 임의의 다른 만곡이 덜 중요한 것으로 이해되어야 한다. 바꾸어 말하면, 가열체는 기술적인 의미에서 단일의 평평한 평면 내에서 적어도 부분적으로 만곡된다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 가열 요소가 다공성 소결 코팅의 복사율이 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 것이 또한 가능하다. 특히, 복사율에 대한 보다 높은 값, 즉 예를 들어 0.65 내지 0.75가 달성될 수 있다. 다공성 소결 코팅의 복사율의 증가는 전체 가열 요소의 복사율이 증가되었다는 사실로 이어진다. 이에 의해, 가열 단계에 필요한 동력이 그러한 방식으로 감소된다.
본 발명의 또 다른 목적은 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기를 위한 본 발명에 따른 특징을 갖는 적어도 하나의 가열 요소의 사용이다. 이에 의해, 그러한 본 발명의 가열 요소의 사용은 본 발명의 가열 요소에 관하여 위에서 상세히 논의되었던 동일한 이점을 가져온다.
본 발명의 또 다른 목적은 챔버, 하나 이상의 웨이퍼가 그것 상에 장착되는 서셉터 및 본 발명에 따른 가열 요소를 포함하는 반응기를 제공하는 것이다. 이에 의해, 그러한 본 발명의 가열 요소의 사용은 본 발명의 가열 요소에 관하여 위에서 상세히 논의되었던 동일한 이점을 가져온다.
본 발명의 또 다른 목적은 특히 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기를 위한 가열 요소를 제조하기 위한 방법으로서,
를 포함하는 방법이다.
현탁액 그 자체는 또한 예를 들어 용제 및 결합 성분을 포함한다. 용제 및 결합 성분은 소결 단계 전에 또는 소결 단계 중에 증발될 수 있다. 적용된 현탁액의 건조는 소결 단계 중에 그리고/또는 별개의 단계 중에 일어날 수 있다. 물론, 가열 요소의 정확하고 바람직한 만곡을 규정하기 위해 추가의 단계, 예를 들어 커팅 단계가 사용될 수 있다. 그러한 커팅 단계는 예를 들어 워터 제트 또는 레이저 커팅에 의해 수행될 수 있다. 현탁액의 적용은 특히 현탁액을 분사함으로써 수행될 수 있다. 이는 적용된 현탁액 코팅의 최적화된 두께로 이어져, 소결 코팅의 균등화된 두께로 이어진다. 그러한 방법은 특히 본 발명에 따른 가열 요소로 이어지며, 이에 의해 이미 본 발명의 가열 요소에 관하여 상세히 논의되었던 동일한 이점이 달성된다.
본 발명의 방법은 소결 단계가 텅스텐의 완전 소결 온도보다 낮은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 특히, 소결 온도는 1800 ℃ 미만이다. 소결 단계는 예를 들어 1400 ℃ 내지 1500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 소결 단계를 보다 낮은 온도에서 수행함으로써, 다공성 소결 코팅의 다공률이 최적화될 수 있고, 복사율이 증가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 방법의 소결 단계는 공기 산소의 배제 하에서 수행된다. 물론, 대안적인 분위기, 즉 수소 분위기 또는 아르곤 분위기도 또한 가능하다. 공기 산소의 배제는 소결 단계로부터 산화 반응이 배제된다는 사실로 인해 더욱 깨끗한 소결 단계로 이어진다.
본 발명에 따르면, 이러한 방법이 본 발명에 따른 가열 요소를 제조하기 위해 수행되는 것이 또한 가능하다.
0.5 이상의 복사율을 갖는 본 발명의 방법에 따른 가열체를 제공하는 것이 또한 본 발명의 목적이다.
본 발명에 의하면, 전술한 문제가 극복된다. 또한, 본 발명에 의하면, 제조하기에 쉽고 비교적 저렴하며 가열 요소의 복사율을 만족스러운 장기간의 안정된 방식으로 증가시키는, 가열 요소 및 MOCVD 반응기의 평탄한 가열기를 위한 가열 요소를 제조하기 위한 방법과 가열체가 제공된다.
본 발명은 첨부 도면에 관하여 더욱 상세히 논의된다. 도면은 다음을 개략적으로 도시한다:
도 1은 본 발명의 가열 요소의 제1 실시 형태를 도시한다.
도 2는 본 발명의 가열 요소의 또 다른 실시 형태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 가열 요소의 또 다른 실시 형태를 도시한다.
도 4는 본 발명의 가열 요소의 또 다른 실시 형태를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 가열 요소의 일 실시 형태를 단면도로 도시한다.
도 5b는 도 5a의 실시 형태를 보다 높은 해상도로 도시한다.
도 5c는 도 5a와 도 5b의 실시 형태를 평면도로 도시한다.
도 6a는 본 발명의 방법의 제1 단계 중의 플레이트를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 방법의 제2 단계의 개략도를 도시한다.
도 6c는 본 발명의 방법의 제3 단계의 개략도를 도시한다.
도 6d는 본 발명의 방법의 제4 단계의 개략도를 도시한다.
도 1은 본 발명의 가열 요소의 제1 실시 형태를 도시한다.
도 2는 본 발명의 가열 요소의 또 다른 실시 형태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 가열 요소의 또 다른 실시 형태를 도시한다.
도 4는 본 발명의 가열 요소의 또 다른 실시 형태를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 가열 요소의 일 실시 형태를 단면도로 도시한다.
도 5b는 도 5a의 실시 형태를 보다 높은 해상도로 도시한다.
도 5c는 도 5a와 도 5b의 실시 형태를 평면도로 도시한다.
도 6a는 본 발명의 방법의 제1 단계 중의 플레이트를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 방법의 제2 단계의 개략도를 도시한다.
도 6c는 본 발명의 방법의 제3 단계의 개략도를 도시한다.
도 6d는 본 발명의 방법의 제4 단계의 개략도를 도시한다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에, 본 발명의 가열 요소(10)를 실시하기 위한 상이한 기하학적 방식이 도시된다. 예를 들어 도 1에, 실질적으로 곧은 연장의 가열체(20)를 포함하는 가열 요소(10)가 개시된다. 가열체(20)는 실질적으로 플레이트형이거나 실질적으로 평평한 치수를 갖는다. 이는 가열체(20)의 길이와 폭에 비해 두께가 상대적으로 작음을 의미한다. 도 1의 가열체(20)는 상측 및 하측에서 다공성 소결 코팅(30)으로 덮인다. 그러한 다공성 소결 코팅에 관한 세부 사항이 추후 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 관하여 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 가열 요소(10)의 또 다른 실시 형태를 도시한다. 그것도 또한 플레이트형이거나 실질적으로 평평한 치수를 갖는다. 그러나, 가열 요소(10)의 이러한 실시 형태는 실질적으로 하나의 단일 평면 내에서 만곡되는 가열체(20)를 포함한다. 이러한 가열체(20)도 또한 양측에서, 즉 상측 및 하측에서 다공성 소결 코팅(30)으로 덮였다.
도 3은 복합 구조를 갖는 가열 요소(10)의 가능성을 개시한다. 예를 들어, 플레이트형 치수를 갖는 그러한 가열 요소(10)는 함께 복합 구조로 조합되는, 가열체(20)의 수개의 곧은 영역을 포함한다. 수개의 실질적으로 직선으로 구성되는 그러한 복합 구조체가 동일하거나 유사한 구조의 또 다른 가열 요소(10)와 조합되면, 평탄한 가열기의 더욱 복잡한 구조, 예를 들어 특히 가열기의 원형 구조가 달성될 수 있다.
그것은 가열 요소(10)가 거의 원형 연장을 갖는 만곡된 구조를 포함하면 또한 가능하다. 그러한 실시 형태가 예를 들어 도 4에 도시된다. 도 3과 도 4에서, 두 가열체(20)는 다공성 소결 코팅(30)으로 적어도 부분적으로 덮인다. 다공성 소결 코팅의 피복(coverage)은 특히 MOCVD 반응기에서의 사용 중에 표적을 향하는 가열체(20)의 영역에 집중된다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 다공성 소결 코팅(30)의 일례를 도시한다. 도 5a에서 볼 수 있는 바와 같이, 가열 요소(10)의 가열체(20)는 그것의 상측 및 그것의 하측에서 다공성 소결 코팅(30)으로 덮인다. 2개의 측면(22a, 22b)은 특히 가열체(20)의 재료와 다공성 소결 코팅(30)의 야금 접합에 의해 그러한 다공성 소결 코팅(30)으로 덮인다. 가열체(20) 및 다공성 소결 코팅(30) 둘 모두는 적어도 90 중량%의 텅스텐을 포함하는 재료로 제조된다. 특히, 가열체(20)의 재료와 다공성 소결 코팅(30)의 재료는 서로 동일하다. 도 5a에서, 상부의 다공성 소결 코팅(30)은 단지 부분적으로만 가열체(20)를 덮는다.
도 5b는 보다 높은 해상도의 다공성 소결 코팅(30)을 도시한다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, 다공성 소결 코팅(30)은 적어도 수개의 개공(open pore)(32)을 포함한다. 개공(32)은 다공성 소결 코팅(30)의 표면상에서 개방되는 다공성 소결 코팅(30)의 소공(pore)이다. 개공(32)은 도 5b의 평면도로부터 투영 표면적에 비해 다공성 소결 코팅(30)의 전체 표면 구조의 증가를 가져온다. 도 5c에서 볼 수 있는 바와 같이, 소공은 다공성 소결 코팅(3) 내에 랜덤하게 배치된다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 방법을 수행할 하나의 가능성을 도시한다. 제1 단계에서, 플레이트(40)가 제공된다. 그 후에, 예를 들어 소결 단계 후에, 하나 이상의 가열 요소(10)의 명시적 기하학적 치수를 달성하기 위해, 플레이트(40)가 커팅 단계, 예를 들어 워터 제트(water jet) 또는 레이저 커팅 단계 중에 커팅된다. 물론, 하나 이상의 가열체(20)를 달성하기 위해 다공성 소결 코팅(30)을 적용하기 전에 플레이트를 커팅하는 것도 또한 가능하다.
도 6b는 제2 단계, 즉 90 중량% 이상의 텅스텐을 갖는 재료의 일부를 포함하는 현탁액(suspension)을 플레이트의 적어도 일측에 직접 적용하는 단계를 도시한다. 현탁액을 플레이트(40)의 적어도 일측에 특히 분사한 후에, 그것은 도 6c에서 볼 수 있는 바와 같이 제3 단계에서 예를 들어 적외선으로 건조된다.
예를 들어 본 발명의 방법의 마지막 단계로서, 소결 단계가 소결 챔버 내에서 수행된다. 이것이 도 6d에 개략적으로 도시된다. 그러한 소결 단계 중에, 추가된 현탁액이 예를 들어 1800 ℃ 미만의 온도에서, 특히 1400 내지 1500 ℃의 온도로 소결된다. 그러한 소결 단계 후에, 현탁액은 다공성 소결 코팅으로 소결되었으며, 이에 의해 플레이트(40)는 즉시 또는 커팅 단계 후에 다공성 소결 코팅(30)을 갖춘 가열 요소(10)로서 사용될 수 있다.
10: 가열 요소 20: 가열체
22a: 측면 22b: 측면
30: 다공성 소결 코팅 32: 개공
40: 플레이트
22a: 측면 22b: 측면
30: 다공성 소결 코팅 32: 개공
40: 플레이트
Claims (22)
- 직접 다공성 소결 코팅(30)으로 적어도 부분적으로 덮이는 가열체(20)를 포함하는 가열 요소(10)로서,
가열체(20) 및 다공성 소결 코팅(30) 각각은 적어도 90 중량%의 텅스텐을 포함하며,
다공성 소결 코팅(30)은 외측 표면상에 개공(32)을 포함하고, 개공(32)은 다공성 소결 코팅(30)에 의해 덮이는 가열체(20)의 표면적의 10%를 초과하여 연장되는 투영 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
가열체(20)는 실질적으로 평평한 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
다공성 소결 코팅(30)은 가열체(20)에 적어도 부분적으로 야금 접합되는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
가열체(20)는 둘 모두 다공성 소결 코팅(30)으로 적어도 부분적으로 덮이는 2개의 대향 측면(22a, 22b)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
개공(32)은 다공성 소결 코팅(30)에 의해 덮이는 가열체(20)의 표면적의 20%를 초과하여 연장되는 투영 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
개공(32)은 다공성 소결 코팅(30)에 의해 덮이는 가열체(20)의 표면적의 30%를 초과하여 연장되는 투영 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
개공(32)은 다공성 소결 코팅(30)에 의해 덮이는 가열체(20)의 표면적의 70% 미만에 걸쳐 연장되는 투영 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
개공(32)은 다공성 소결 코팅(30)에 의해 덮이는 가열체(20)의 표면적의 60% 미만에 걸쳐 연장되는 투영 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
다공성 소결 코팅(30)은 기술적 순 텅스텐(technical pure tungsten)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
가열체(20)는 단일의 평평한 평면 내에서 적어도 부분적으로 만곡되는 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 제1항에 있어서,
다공성 소결 코팅(30)의 복사율은 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 가열 요소(10). - 챔버;
하나 이상의 웨이퍼가 그것 상에 장착되는 서셉터; 및
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 가열 요소(10)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기. - 제13항에 있어서,
현탁액은 소결 단계 전에 건조되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항에 있어서,
현탁액은 소결 단계 중에 건조되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항에 있어서,
소결 단계는 텅스텐의 완전 소결 온도보다 낮은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제16항에 있어서,
소결 단계는 1800 ℃보다 낮은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항에 있어서,
소결 단계는 1400 ℃ 내지 1500 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항에 있어서,
소결 단계는 공기 산소의 배제 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항에 있어서,
소결 단계는 수소 분위기 또는 아르곤 분위기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 가열체(10)로서, 0.5 이상의 복사율을 갖는 것을 특징으로 하는 가열체(10).
- 삭제
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