KR20120102867A - Method for repairing a heating plate of a ceramic heater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 세라믹히터의 히팅플레이트 수리방법에 관한 것으로, 특히, 반도체장치나 디스플레이장치 등의 제조공정에서 기판 가열을 위해 사용되는 세라믹히터의 히팅플레이트 수리방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating plate repairing method of a ceramic heater, and more particularly, to a heating plate repairing method of a ceramic heater used for heating a substrate in a manufacturing process of a semiconductor device or a display device.
통상적으로 반도체장치나 디스플레이장치의 제조공정에서 화학기상성장(CVD)이나 표면개질 등의 고온 처리를 위해 세라믹히터가 사용된다.In general, ceramic heaters are used for high temperature processing such as chemical vapor deposition (CVD) or surface modification in the manufacturing process of semiconductor devices or display devices.
이러한 세라믹히터는 기판이 얹혀지는 원반형의 히팅플레이트와 이 히팅플레이트의 하면에 수직하게 결합된 원통형의 샤프트로 구성된다. 히팅플레이트에는 가열요소, 예로서 저항 발열체가 매설되며, 이 가열요소에는 전원을 공급하기 위한 로드가 샤프트 길이방향으로 설치된다.The ceramic heater is composed of a disk-shaped heating plate on which a substrate is placed and a cylindrical shaft coupled perpendicularly to the lower surface of the heating plate. A heating element, for example a resistance heating element, is embedded in the heating plate, and a rod for supplying power is provided in the shaft longitudinal direction.
도 1을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 히팅플레이트의 하면에는 매설된 가열요소나 RF전극과 연결된 단자가 설치되며, 이 단자에 로드의 상단이 연결된다. 로드는 절연성 물질로 이루어지며 그 내부에는 와이어가 내장되어, 로드와 단자 연결 시 와이어가 히터나 RF전극과 연결된다.Looking in more detail with reference to Figure 1, the bottom of the heating plate is provided with a terminal connected to the embedded heating element or RF electrode, the upper end of the rod is connected to this terminal. The rod is made of an insulating material, and a wire is embedded in the rod, so that the wire is connected to a heater or an RF electrode when connecting the rod and the terminal.
위와 같은 세라믹히터의 히팅플레이트는, 예로서 CVD 공정에서 침식성 분위기에 놓여져 있을 뿐만 아니라 기판이 올려지고 내려지는 과정의 물리적인 충격으로 인해 상부의 손상이 발생되며, 또한 칩핑, 히팅플레이트의 백화현상 등에 의해 문제가 발생된다.The heating plate of the ceramic heater, for example, is not only placed in an erosive atmosphere in the CVD process but also the damage of the upper part due to the physical impact of the process of raising and lowering the substrate, and also caused by chipping, whitening of the heating plate, and the like. A problem arises.
또한, 세라믹히터는 사용온도 350~550℃ 정도의 사이에서 승온과 냉각이 반복되는데, 이러한 승온/냉각의 반복 과정에 로드(주로 길이방향으로 열팽창)와 세라믹의 열팽창 차이로 인하여, 도 2에서 보듯이, 히팅플레이트 상부에 크랙이 발생된다. 이러한 크랙은 단순한 표면 그라인딩에 의해 복구되기 어렵다.In addition, the ceramic heater is repeatedly heated and cooled at a temperature of about 350 to 550 ° C., and due to the thermal expansion difference between the rod (mainly in the longitudinal direction) and the ceramic during the repeated heating / cooling process, as shown in FIG. 2. This, cracks are generated on the heating plate. These cracks are difficult to recover by simple surface grinding.
위와 같은 세라믹히터의 히팅플레이트에 손상이 발생된 경우, 현재로서는 고가의 히팅플레이트 자체를 전면 교체 및 폐기하고 있다. 손상이 발생된 히팅플레이트를 수리하여 재사용할 수 있으면 좋겠지만, 지금까지는 이렇다할 수리방법이 소개되지 못하고 있는 실정이다.If damage occurs to the heating plate of the ceramic heater as described above, at present the expensive heating plate itself is replaced and discarded. It would be nice if the damaged heating plate could be repaired and reused, but so far no repair method has been introduced.
본 발명과 관련하여 참고 가능한 공지기술로는 일본공개특허 제2009-0104122호가 있다.As a well-known technique which can be referred to in connection with the present invention, there is Japanese Patent Laid-Open No. 2009-0104122.
본 발명은 위와 같은 세라믹히터의 히팅플레이트 상부에 크랙 등의 손상이 발생된 경우, 이를 교체하기보다는 리포밍하여 재사용할 수 있도록 하기 위한 히팅플레이트 수리방법 및 이러한 수리방법에 의해 리포밍된 세라믹히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a heating plate repair method and a ceramic heater reformed by such a repair method to be reformed and reused instead of replacing it, if a crack or the like occurs on the heating plate of the ceramic heater as described above. It aims to provide.
이러한 세라믹히터의 히팅플레이트 수리방법은 그 수리로 인해 히팅플레이트에 국부적인 열팽창 계수의 변화를 발생시켜서는 안되며 수리된 히팅플레이트는 전체에 걸친 균열(均熱)을 보장할 수 있어야 한다.The heating plate repair method of such a ceramic heater should not cause a change in the coefficient of thermal expansion local to the heating plate due to the repair, and the repaired heating plate should be able to guarantee the overall crack.
한편, 위의 히팅플레이트 수리에 접합과정이 포함되는 경우, 접합과정에서 히팅플레이트의 변형이 발생되지 않아야 한다.On the other hand, if the heating plate repair is included in the bonding process, the deformation of the heating plate should not occur in the bonding process.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹히터의 히팅플레이트 수리방법은, 히팅플레이트의 상면을 전체적으로 그라인딩하는 과정; 상기 그라인딩된 히팅플레이트 상면에서 손상이 있는 부위를 부분 절개하여 포켓을 형성하는 과정; 상기 포켓에 실링재를 융착시켜 실링하는 과정; 상기 히팅플레이트와 동일 재질의 세라믹플레이트를 접합재를 이용하여 실링된 히팅플레이트 위에 접합하는 과정; 및 상기 세라믹플레이트의 상면을 성형하는 과정;을 포함한다.Heating plate repair method of a ceramic heater according to the present invention for achieving the above object, the process of grinding the entire upper surface of the heating plate; Forming a pocket by partially cutting a damaged part of the upper surface of the ground heating plate; Fusion sealing the sealing material to the pocket; Bonding a ceramic plate of the same material as the heating plate onto the sealed heating plate using a bonding material; And forming a top surface of the ceramic plate.
본 발명에 따르면, 상기 실링재 및 접합재 중 적어도 어느 하나는 Y2O3, Al2O3 및 SiO2의 혼합물을 포함할 수 있다.According to the present invention, at least one of the sealing material and the bonding material may include a mixture of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 and SiO 2 .
또한, 상기 혼합물은 Y2O3 22~40wt%, Al2O3 18~40wt% 및 SiO2 25~60wt%를 포함할 수 있다.In addition, the mixture may include Y 2 O 3 22 ~ 40wt%, Al 2 O 3 18 ~ 40wt% and SiO 2 25 ~ 60wt%.
또한, 상기 실링재 및 접합재 중 적어도 어느 하나는 상기 혼합물에 더하여 필러로서 히팅플레이트와 동일 재질의 세라믹을 더 포함할 수 있다.In addition, at least one of the sealing material and the bonding material may further include a ceramic of the same material as the heating plate in addition to the mixture.
또한, 상기 접합재보다 실링재에 더 많은 세라믹 필러가 함유될 수 있다.In addition, more ceramic filler may be contained in the sealing material than the bonding material.
또한, 상기 히팅플레이트는 질화알루미늄 재질이며, 실링재에는 상기 혼합물 총중량 대비 8~15%의 질화알루미늄 필러가 포함될 수 있다.In addition, the heating plate is made of aluminum nitride, the sealing material may include an 8 to 15% aluminum nitride filler relative to the total weight of the mixture.
또한, 상기 히팅플레이트는 질화알루미늄 재질이며, 접합재에는 상기 혼합물 총중량 대비 3~5%의 질화알루미늄 필러가 포함될 수 있다.In addition, the heating plate is made of aluminum nitride, the bonding material may include an aluminum nitride filler of 3 to 5% of the total weight of the mixture.
또한, 상기 접합재는 30~40㎛ 두께로 세라믹플레이트에 미리 도포될 수 있다.In addition, the bonding material may be previously applied to the ceramic plate with a thickness of 30 ~ 40㎛.
또한, 상기 히팅플레이트와 세라믹플레이트의 각 접합면은 면조도(Ra)가 0.1~0.3㎛일 수 있다.In addition, each joint surface of the heating plate and the ceramic plate may have a surface roughness (Ra) of 0.1 ~ 0.3㎛.
한편, 본 발명에 따른 세라믹히터는, 가열요소가 설치된 세라믹재의 히팅플레이트; 히팅플레이트 하면에 수직하게 결합된 중공의 세라믹재 샤프트; 및 샤프트 내부를 통하여 가열요소에 연결된 전원공급부재;를 포함한다. 그리고 여기서의 히팅플레이트는 위에서 설명된 수리방법을 이용하여 수리된 히팅플레이트이다.On the other hand, the ceramic heater according to the present invention, the heating plate of the ceramic material is installed heating element; A hollow ceramic shaft vertically coupled to the bottom surface of the heating plate; And a power supply member connected to the heating element through the shaft. And the heating plate here is a heating plate repaired using the repair method described above.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 세라믹히터의 사용 중 히팅플레이트의 상부에 크랙 등의 손상이 발생된 경우 히팅플레이트의 전면적인 교체 및 폐기 없이 수리를 통해 재사용할 수 있다.According to the present invention as described above, if damage such as cracks in the upper portion of the heating plate during the use of the ceramic heater can be reused through repair without replacing the entire surface of the heating plate and discarded.
또한 본 발명에 따른 수리방법에 의해 수리된 히팅플레이트는, 히팅플레이트 상부 전체면에 동일 재질의 세라믹플레이트가 접합되기에 히팅플레이트 위에 얹혀진 기판의 균열(均熱)이 가능하다.In addition, the heating plate repaired by the repair method according to the present invention, the ceramic plate of the same material is bonded to the entire upper surface of the heating plate is possible to crack the substrate mounted on the heating plate.
또한 본 발명에 따른 수리방법에 의해 수리된 히팅플레이트는, 접합부에서의 온도에 따른 열팽창 거동 및 열전도 특성이 수리되지 않은 원래의 히팅플레이트와 매우 유사하여, 공정온도 범위 이내에서의 승온/냉각과정에서 상부면의 전체적인 열분포가 상당히 균일하며 재사용에 따른 품질 문제를 야기하지 않는다.In addition, the heating plate repaired by the repair method according to the present invention is very similar to the original heating plate that the thermal expansion behavior and the thermal conductivity characteristics according to the temperature at the junction is not repaired, so that during the heating / cooling process within the process temperature range The overall heat distribution of the top surface is fairly uniform and does not cause quality problems due to reuse.
또한 본 발명에 따라 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물을 이용한 실링재 및 접합재는 세라믹히터의 히팅플레이트나 샤프트와 열팽창 거동이 매우 유사하며, 수리 후 사용 과정에서 열팽창 차이로 인한 히팅플레이트의 불량을 발생시키지 않는다.In addition, according to the present invention, the sealing material and the bonding material using the Y 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 mixture have very similar thermal expansion behavior to the heating plate or shaft of the ceramic heater, and the heating plate due to the difference in thermal expansion during use after repair It does not cause a defect.
또한 본 발명에 따르면, 실링 및 접합이 저융점을 갖는 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물에 의해 이루어지기 때문에 수리과정 중 히팅플레이트의 변형이 방지되며, 통상의 소결과정을 통해 접합이 가능하기에 HP(Hot Pressing), (Hot Isostatic Pressing), GPS(Gas Pressure Sintering) 등이 필요하기 않아 비용 부담이 적다.In addition, according to the present invention, since the sealing and bonding is made by the Y 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 mixture having a low melting point, the deformation of the heating plate is prevented during the repair process, bonding through a conventional sintering process Because of this, Hot Pressing (Hot Pressing), Hot Isostatic Pressing (GPS), Gas Pressure Sintering (GPS), etc. are not required.
도 1은 세라믹히터의 히팅플레이트 하면에 설치된 전원공급용 부재들을 보인 도면,
도 2는 세라믹히터의 히팅플레이트 상부에 발생된 크랙을 보인 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히팅플레이트 수리공정을 보인 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실링재 및 접합재의 조성을 보인 3상 성분계,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실링재에 포함되는 세라믹필러의 양에 따라 실링재 경화 후 조직의 검사 결과를 보인 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실링재 및 접합재의 열팽창 특성을 보인 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 접합재를 사용한 접합부의 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 수리된 히팅플레이트와 수리 전 히팅플레이트의 열분포를 검사 결과를 보인 도면이다.1 is a view showing the power supply members installed on the heating plate lower surface of the ceramic heater,
2 is a view showing a crack generated on the heating plate of the ceramic heater,
3 is a view showing a heating plate repair process according to an embodiment of the present invention,
Figure 4 is a three-phase component system showing the composition of the sealing material and the bonding material according to an embodiment of the present invention,
5 is a view showing a test result of the structure after curing the sealing material according to the amount of the ceramic filler included in the sealing material according to an embodiment of the present invention,
6 is a view showing the thermal expansion characteristics of the sealing member and the bonding material according to an embodiment of the present invention,
Figure 7 is a SEM picture of the joint using the bonding material according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a test result of the heat distribution of the repaired heating plate and the heating plate before repair according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹히터의 히팅플레이트 수리방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings looks at the heating plate repair method of the ceramic heater according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 히팅플레이트 수리방법은 손상이 발생된 히팅플레이트의 상면 그라인딩공정, 포켓 형성공정, 실링공정, 접합공정, 성형공정을 포함한다 Referring to FIG. 3, the heating plate repairing method according to the embodiment includes an upper grinding process, a pocket forming process, a sealing process, a bonding process, and a molding process of the heating plate in which damage occurs.
도 3 내지 도 8을 참조하여 위의 각 공정에 대하여 구체적으로 살펴본다.3 to 8 will be described in detail with respect to each of the above process.
그라인딩Grinding 공정 fair
도 3을 참조하면, 히팅플레이트(10)와 로드 간의 열팽창 차이 등으로 인해 히팅플레이트(10)의 상부 일부분에 크랙(1)에 발생된 경우, 히팅플레이트(10) 상면을 전체적으로 평탄하게 그라인딩한다.Referring to FIG. 3, when the crack 1 is generated in the upper portion of the
도 3에서 보듯이, 히팅플레이트(10)는, 하나의 예로서, 상부에는 RF 전극(11)이, 그리고 그 아래 중앙부에는 가열요소(12)의 패턴이 매설되고, 히팅플레이트(10) 상면 가장자리를 따라서는 돌출된 턱(13)이 마련될 수 있다.As shown in FIG. 3, the
위와 같은 히팅플레이트(10)의 그라인딩은 손상이 있는 부위는 물론 가장자리의 돌출된 턱(13)을 포함하여 상면 전체에 대해 이루어지며, 그라인딩 깊이(D)는 히팅플레이트(10)의 상부 측에 매설된 RF 전극(11)에 손상이 가지 않는 정도에서 적정하게 선택된다.Grinding of the
포켓 형성 공정Pocket forming process
전 공정을 거친 히팅플레이트(10)의 상면에서 손상이 있는 부위를 부분 절개하여 포켓을 형성한다.The pocket is formed by partially cutting the damaged part from the upper surface of the
상기 히팅플레이트(10)의 상부 내부로부터 크랙(1)이 발생된 경우 표면 그라인딩 후 균열 부위가 남을 수 있으며, 이러한 균열 부위를 주변으로부터 사각, 원 혹은 기타 형태로 절개 및 제거하여 실링 사이트(sealing site)인 포켓(14)을 형성한다.If cracks 1 are generated from the inside of the upper portion of the
실링 공정Sealing process
전 공정을 거쳐 형성된 포켓(14)에 히팅플레이트(10)와 온도에 따른 열팽창 거동이 유사한 실링재(20)를 융착시켜 실링을 한다.The
실시예로서 실링재(20)는 Y2O3-Al2O3-SiO2 조성의 혼합물이 이용된다. 도 4의 Y2O3-Al2O3-SiO2 3상 상태도를 참조하면, 이 상태도에서 공정점(Eutectic Point) 부근에 해당하는 조성의 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물이 실링재(20)로 이용된다.As an example, the
보다 구체적으로, 실링재(20)는 Y2O3 22~40wt%, Al2O3 18~40wt%, SiO2 25~60wt%의 혼합물과 필러로서 히팅플레이트(10)와 동일 재질의 세라믹을 포함한다. 세라믹히터의 재료로 질화알루미늄(AlN)이 대표적으로 사용되는데, 실링재(20)에는 위 혼합물의 총중량 대비 8~15%의 질화알루미늄 필러가 포함된다.More specifically, the sealing
위와 같은 세라믹 필러는 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물과 함께 균일하게 혼합되어, Y2O3-Al2O3-SiO2의 공정온도 부근에서 액상이 형성될 때 내부에 기포가 남지 않도록 액상이 형성되는 속도를 늦추는 기능을 한다.The above ceramic filler is uniformly mixed with the Y 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 mixture and bubbles inside when the liquid phase is formed near the process temperature of Y 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 . It functions to slow down the rate at which the liquid phase is formed so that it does not remain.
상기 실링재 중의 질화알루미늄 필러 함량이 8% 미만인 경우에는 실링재가 접합온도에서 다시 액상으로 전이되어 휘발에 따른 내부 기포가 발생할 수 있으며, 15%를 초과하여 첨가되는 경우에서는 실링 후 미소성에 따른 내부 기포가 남고, 치밀화가 저하되어 실링 역할을 하지 못하고 내전압에 문제가 발생하게 된다.When the content of the aluminum nitride filler in the sealing material is less than 8%, the sealing material is transferred to the liquid phase again at the joining temperature, and internal bubbles may be generated due to volatilization. Remaining, densification is deteriorated and does not act as a sealing and a problem occurs in the withstand voltage.
상기 실링재(20) 중의 필러 함량은 접합재(40)의 그것보다 적어도 약 5% 이상 많아야 하며 실링 온도는 접합 온도보다 약 50℃ 높게 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이후 접합온도에서 실링재(20)가 다시 액상화되고 이로 인해 수축되는 것을 방지하기 위함이다.The filler content in the sealing
상기 필러는 주재료(Y2O3-Al2O3-SiO2)가 반응하여 액상이 만들어지는 시간을 지연시키기 때문에 너무 많이 들어가도 안되며 반대로 너무 적게 들어가도 문제가 되는데, 따라서 필러는 목표로 하는 열처리 온도에 따라 주재료에 대해 적정하게 포함되도록 할 필요가 있다.The filler may not enter too much because the main material (Y 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 ) reacts and delays the time that the liquid phase is formed. In some cases, it may be necessary to properly include the main material.
도 5는 실링재(20) 및 접합재(40)의 조성 결정, 특히 이들 중에 포함되는 세라믹 필러의 양을 결정하기 위하여 다양하게 수행된 실험 결과 중 일부를 보인 것이다.5 shows some of the results of experiments performed in various ways to determine the composition of the sealing
도 5에서 보듯이, 필러가 포함되지 않은 경우(액상온도 약 1400℃)에서 액상 휘발로 인한 내부 기포가 발생되며, 필러 5%(액상온도 약 1425℃) 및 15%(액상온도 약 1500℃)에서는 내부 기포가 없는 치밀한 조직이 얻어지며, 필러 18%의 경우(액상온도 1500℃ 이상) 내부 기포가 남는다.As shown in FIG. 5, when no filler is included (liquid temperature about 1400 ° C.), internal bubbles are generated due to liquid volatilization, and 5% filler (liquid temperature about 1425 ° C.) and 15% (liquid temperature about 1500 ° C.) Dense tissue without internal bubbles is obtained, and internal bubbles remain in case of 18% of filler (liquid temperature above 1500 ℃).
위와 같은 여러 실험의 결과와 더불어 실링온도 및 접합온도를 고려하여, 실링재(20) 및 접합재(40)에 포함되는 필러의 함량을 결정할 수 있는데, 예로서 액상이 비교적 안정적인 1450℃를 기준으로 하여 실링재(20)의 필러 함유량은 5% 부근을 타겟으로 하고 그리고 접합재(40)의 필러 함유량은 15%를 타겟으로 하여, 각각의 필러 함유량을 결정한다.In consideration of the sealing temperature and the bonding temperature in addition to the results of the various experiments as described above, it is possible to determine the content of the filler contained in the sealing
이러한 필러 함유량 결정 과정에서 실링재(20) 중의 필러 함량은 접합재(40)의 그것보다 적어도 약 5% 이상 많아야 하며 실링 온도는 접합 온도보다 약 50℃ 높게 설정하여야 한다는 점이 고려되어야 하며, 그 결과로 얻어진 최적의 필러 함량은 실링재(20)의 경우 8~15%이며, 접합재(40)의 경우 이하에서 보듯이 3~5%이다.In the process of determining the filler content, the filler content in the sealing
한편, 상기 실링재의 융착은 전 공정을 거쳐 형성된 포켓(14)에 히팅플레이트(10)와 온도에 따른 열팽창 거동이 유사한 실링재(20)를 페이스트화하여 도포한 다음, 대략적으로 600℃ 이하에서 건조 및 탈지한 후 1450~1500℃의 범위에서 융착시키는 방식으로 수행된다.On the other hand, fusion of the sealing material is applied to the
접합 공정Bonding process
전 공정에서 포켓(14)이 실링된 히팅플레이트(10) 위에 히팅플레이트(10)와 동일 재질의 세라믹플레이트(30)를 접합재(40)를 이용하여 접합한다.In the previous process, the
예로서 히팅플레이트(10)가 질화알루이늄 재질인 경우 질화알루미늄 재질의 세라믹플레이트(30)가 접합된다. 이러한 세라믹플레이트(30)는 히팅플레이트(10)의 크기를 가지며, 하면에는 히팅플레이트(10)와의 접합을 위한 접합재(40)가 도포된다.For example, when the
상기 접합재(40)로는 예로서 위에서 설명된 실링재와 동일한 조성범위(공정점 부근)의 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물이 사용된다. 보다 구체적으로, 접합재(40)는 Y2O3 22~40wt%, Al2O3 18~40wt%, SiO2 25~60wt%의 혼합물과 여기에 실링재(20)에서와 마찬가지로 히팅플레이트(10) 재질인 질화알루미늄을 필러로서 포함한다.As the
상기 접합재(40)에는 질화알루미늄 필러가 실링재(20)에서보다 적어도 대략 5% 이상 적게 포함된다. 일례로서, 실링재(20)에는 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물의 총중량 대비 8~15%의 질화알루미늄 필러가 포함되므로, 접합재(40)에는 그보다 적은 3~5%(Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물의 총중량 대비) 포함된다.The
상기 질화알루미늄 필러의 함량이 3% 미만인 경우 접합온도에서 일부 액상휘발에 따른 내부 기포가 발생할 수 있으며, 5%를 초과하여 첨가되는 경우에는 필러가 과포함되어 접합강도가 현저히 떨어지는 문제가 발생된다. 실링재(20)에서보다 필러가 적게 사용되는 이유는 실링재(20)보다 낮은 온도에서 접합함과 아울러 우수한 접합력을 얻기 위함이다.When the content of the aluminum nitride filler is less than 3%, internal bubbles may be generated due to some liquid volatilization at the joining temperature, and when added in excess of 5%, the filler may be excessively contained to significantly reduce the bonding strength. The reason why less filler is used than in the sealing
한편, 상기 접합재(40)를 이용한 히팅플레이트(10)와 세라믹플레이트(30)의 접합은, 히팅플레이트(10)의 크랙이 실링된 면(상면)과 접합재(40)가 미리 인쇄된 세라믹플레이트(30)의 면(하면)이 마주한 후, 고온 소성하는 방식으로 이루어질 수 있다.On the other hand, the bonding of the
상기 세라믹플레이트(30)에 도포된 접합재 두께는 30~40㎛인 것이 바람직하다. 30㎛보다 얇은 경우에는 연속적인 접합층이 형성되지 못하여 내부에 기포가 형성될 수 있으며, 접합강도에 악영향을 미치게 된다. 또한 40㎛보다 두꺼운 경우에는 접합층의 두께가 두꺼워져 히팅 플레이트(10)에서 발산되는 열전도율이 낮아져 세라믹플레이트(30) 표면(상면)에서의 온도균일성이 떨어진다.The thickness of the bonding material applied to the
또한, 히팅플레이트(10) 및 세라믹플레이트(30)의 상호 접합면은 면조도(Ra,㎛)가 0.1~0.3인 것이 바람직하다. 이 면조도가 0.1보다 작은 경우에는 접합재(40) 코팅층이 미끄러져 고정되지 못하고 슬라이딩되는 문제가 있고, 0.3보다 큰 경우에는 접합층에 빈공간을 발생시킬 가능성이 있고 내절연성에 문제가 있을 수 있다.In addition, it is preferable that the mutual joining surface of the
위의 히팅플레이트(10)와 세라믹플레이트(30)의 접합 소성온도는 1400~1450℃가 바람직하며, 플레이트의 면적에 따라 소재보다 크게 제작된 무게추로 눌러 플레이트 접합 시 뒤틀림을 방지할 수 있도록 하는 것이 좋다.Bonding firing temperature of the
도 6은 위에서 설명된 실시예에 따른 실링재(20) 및 접합재(40)로 사용되는 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물의 온도에 따른 열팽창 거동을, 질화알루미늄 세라믹히터의 히팅플레이트(10) 및 샤트프와 비교 실험한 결과 중 하나의 예를 보인 그래프이다.6 is a heating plate of the aluminum nitride ceramic heater for thermal expansion behavior according to the temperature of the Y 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 mixture used as the sealing
도 6에서 보듯이, 실시예에 따라 Y2O3-Al2O3-SiO2 혼합물을 이용한 접합재(40)는 세라믹히터의 사용온도 범위에서 히팅플레이트(10)나 샤프트와 거의 동일한 열팽창 특성을 보이는 것으로 나타났다. 도시하지 않았으나 실시예에 따른 실링재(20)의 경우도 도 6의 결과와 크게 다르지 않게 나타났다.As shown in FIG. 6, the
도 6에서 평가된 접합재(40)에는 3%의 AlN 필러가 포함되어 있으며, 열팽창 거동이 유사하기 때문에 승온/냉각 시 열팽창/수축에 따른 열충격 저항성이 매우 높다.The
실시예에 따른 접합재(40)로 접합한 샘플의 열충격테스트를 진행한 결과, 300℃의 온도에서 20℃로 급속냉각(quenching)(당연히 실제 수리과정에서는 이와 같이 급속냉각 하지는 않는다)한 후에 접합소재 표면에는 전체적으로 균열이 발생하기는 했지만, 접합은분리되지 않고 안정함을 확인할 수 있었다.As a result of the thermal shock test of the sample bonded with the
도 7은 실시예에 따른 접합재(40)를 이용하여 질화알루미늄의 플레이트를 서로 접합한 시편의 경계 부근의 전자 현미경(SEM) 사진이다. 도 7에서 보듯이, 접합재층은 약 20㎛의 두께로 질화알루미늄 플레이트들과의 계면이 거의 연속적으로 나타났다.7 is an electron micrograph (SEM) photograph of the vicinity of a boundary of a specimen in which plates of aluminum nitride are bonded to each other by using the
위와 같은 접합계면의 특성으로 인하여, 실시예에 따른 접합재(40)를 이용한 접합층은 승온/냉각 시의 열팽창/수축에 대한 열충격 저항성이 매우 우수하며, 히팅플레이트(10)에서 세라믹플레이트(30)로의 접합층을 통한 열전도율이 95% 이상으로서 표면에서의 온도 균일성을 얻을 수 있다.Due to the properties of the bonding interface as described above, the bonding layer using the
성형 공정Molding process
전 공정에서 세라믹플레이트(30)가 접합된 히팅플레이트(10)의 상면(즉, 세라믹플레이트의 상면)을 성형하여, 가장자리에 돌출된 턱(13) 등을 갖는 본래의 히팅플레이트(10) 상부 형상으로 만든다.In the previous step, the upper surface of the
이러한 성형은 머시닝센터(Machining Center)나 원통연마기를 이용하여 세라믹플레이트(30) 상면을 오목의 형태로 가공하는 방식으로 이루어질 수 있으며, 이렇게 가공된 세라믹플레이트(30)의 상면에는 샌드블라스트를 이용하여 일정 크기의 엠보싱 및 리브를 형성시킬 수 있다.Such molding may be performed by machining the upper surface of the
한편, 상기 세라믹플레이트(30)는 히팅플레이트(10)에의 접합 전에 미리 부분적으로나마 미리 성형될 수도 있을 것이다. 다만 이 경우에도, 접합과정에 약간의 변형이 발생되기 때문에 이러한 변형을 제거하기 위한 성형이 필요하다. 본 성형 공정은 이와 같은 변형 제거를 위한 성형을 포함하는 공정으로 이해될 필요가 있다.On the other hand, the
도 8은 위에서 설명된 일련의 공정을 거쳐 수리된 히팅플레이트와 수리 전 히팅플레이트의 열분포를 비교 검사한 결과 중 하나를 보인 도면으로, 이 도면에서 보듯이 표면의 온도 균일성(ΔT, MAX-MIN)은 수리 전 12.8℃에서 수리 후 약 7.8℃로 약 40%이상 온도 균일성이 증진된 결과가 나타났다.8 is a view showing one of the results of comparing and inspecting the heat distribution of the repaired heating plate and the repaired heating plate through a series of processes described above, and as shown in this figure, the temperature uniformity of the surface (ΔT, MAX-MIN). ) Improved the temperature uniformity by more than about 40% from 12.8 ℃ before repair to about 7.8 ℃ after repair.
위의 결과는, 수리 전에는 표면의 오염 및 백화 등으로 인하여 온도 균일성이 떨어지나 수리 후에는 새로운 표면층을 형성해 주기 때문에 온도 균일성이 증진된다는 것을 보여준 것으로서, 특히 접합층의 두께가 얇고 연속적으로 형성되어 있기 때문에 히팅플레이트(10)에서 세라믹플레이트(30)로의 접합층을 통한 열전도율도 매우 우수하여 표면에서의 온도 균일성이 유지될 수 있는 것으로 보인다.The above results show that the temperature uniformity decreases due to contamination and whitening of the surface before repairing, but forms a new surface layer after repairing. In particular, the thickness of the bonding layer is thin and continuously formed. Since the thermal conductivity through the bonding layer from the
또한 위의 열분포 결과는 본 발명에 따른 공정을 거쳐 수리된 세라믹히터가 현장에서 아무런 문제 없이 정상적으로 사용될 수 있음을 보여준다.In addition, the above heat distribution results show that the ceramic heater repaired through the process according to the present invention can be used normally in the field without any problem.
본 발명은 기판을 일정 온도로 가열하기 위한 가열요소가 히팅플레이트에 매설되거나 혹은 어딘가에 설치된 세라믹히터에 적용 가능함을 이해할 필요가 있다. 최근 정전척(esc) 기능을 갖는 세라믹히터의 개발이 활발한데, 이러한 세라믹히터에도 적용 가능하다.The present invention needs to be understood that a heating element for heating the substrate to a constant temperature is applicable to a ceramic heater embedded in or installed somewhere in a heating plate. Recently, the development of a ceramic heater having an electrostatic chuck (esc) function is active, it can be applied to such a ceramic heater.
그리고, 위의 실시예에서는 세라믹히터의 재료로 대표적으로 사용되는 질화알루미늄에 대해서만 설명되었으나, 기타의 세라믹에도 적용 가능할 것이다. 다만 위의 실시예에서 실링 및 접합재로 사용되었던 Y2O3-Al2O3-SiO2 글라스를 대체할, 다른 실링 및 접합재의 개발이 필요할 수 있다.In the above embodiment, only the aluminum nitride, which is typically used as a material of the ceramic heater, has been described, but it may be applicable to other ceramics. However, it may be necessary to develop other sealing and bonding materials to replace the Y 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 glass used as the sealing and bonding materials in the above embodiment.
이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경될 수 있고 또 이것이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 것이 이해될 필요가 있다.Although specific embodiments of the present invention have been shown and described, the present invention may be variously modified and changed without departing from the spirit of the invention as set forth in the claims below, and this is in the technical field of the present invention. It should be understood that it is self-evident to those of ordinary knowledge.
10: 히팅플레이트 11: RF 전극
12: 가열요소 14: 포켓
20: 실링재 30: 세라믹플레이트
40: 접합재10: heating plate 11: RF electrode
12: heating element 14: pocket
20: sealing material 30: ceramic plate
40: bonding material
Claims (10)
상기 그라인딩된 히팅플레이트 상면에서 손상이 있는 부위를 부분 절개하여 포켓을 형성하는 과정;
상기 포켓에 실링재를 융착시켜 실링하는 과정;
상기 히팅플레이트와 동일 재질의 세라믹플레이트를 접합재를 이용하여 실링된 히팅플레이트 위에 접합하는 과정; 및
상기 세라믹플레이트의 상면을 성형하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터의 히팅플레이트 수리방법.Grinding the entire upper surface of the heating plate;
Forming a pocket by partially cutting a damaged part of the upper surface of the ground heating plate;
Fusion sealing the sealing material to the pocket;
Bonding a ceramic plate of the same material as the heating plate onto the sealed heating plate using a bonding material; And
Forming a top surface of the ceramic plate; heating plate repair method of a ceramic heater comprising a.
상기 히팅플레이트 하면에 수직하게 결합된 중공의 세라믹재 샤프트; 및
상기 샤프트 내부를 통하여 가열요소에 연결된 전원공급부재;를 포함하며,
상기 히팅플레이트는 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 과정들을 거쳐 수리된 히팅플레이트인 것을 특징으로 하는 세라믹히터.A heating plate of ceramic material provided with a heating element;
A hollow ceramic shaft vertically coupled to the bottom surface of the heating plate; And
And a power supply member connected to a heating element through the shaft.
The heating plate is a ceramic heater, characterized in that the heating plate repaired through the process of any one of claims 1 to 9.
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KR102038799B1 (en) | 2019-05-22 | 2019-10-30 | 강승동 | Aluminium nitride ceranic heater reparing method |
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- 2011-03-09 KR KR1020110020732A patent/KR101224381B1/en active IP Right Grant
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