KR20220031913A - 부식 방지층을 가진 다중 구역 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터 어셈블리 및 이것의 제조 및 사용 방법 - Google Patents

부식 방지층을 가진 다중 구역 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터 어셈블리 및 이것의 제조 및 사용 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220031913A
KR20220031913A KR1020227003535A KR20227003535A KR20220031913A KR 20220031913 A KR20220031913 A KR 20220031913A KR 1020227003535 A KR1020227003535 A KR 1020227003535A KR 20227003535 A KR20227003535 A KR 20227003535A KR 20220031913 A KR20220031913 A KR 20220031913A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon nitride
outermost layer
heater
heater substrate
wafer
Prior art date
Application number
KR1020227003535A
Other languages
English (en)
Inventor
라메쉬 디바카
매튜 심슨
앨런 파일러
Original Assignee
쿠어스 테크, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쿠어스 테크, 인코포레이티드 filed Critical 쿠어스 테크, 인코포레이티드
Publication of KR20220031913A publication Critical patent/KR20220031913A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • H05B3/143—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds applied to semiconductors, e.g. wafers heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6264—Mixing media, e.g. organic solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/001—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating directly with other burned ceramic articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/4505—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application
    • C04B41/4535—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application applied as a solution, emulsion, dispersion or suspension
    • C04B41/4539—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements characterised by the method of application applied as a solution, emulsion, dispersion or suspension as a emulsion, dispersion or suspension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5024—Silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0037—Supports specially adapted for semi-conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68757—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a coating or a hardness or a material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3427—Silicates other than clay, e.g. water glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3847—Tungsten carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3891—Silicides, e.g. molybdenum disilicide, iron silicide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6025—Tape casting, e.g. with a doctor blade
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/341—Silica or silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/368—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/704—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/037—Heaters with zones of different power density

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

웨이퍼 히터 어셈블리는 히터 기판 및 비다공질 최외층을 포함한다. 히터 기판은 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함하고, 그 내부에 매립된 적어도 하나의 발열 요소를 포함한다. 비다공질 최외층은 히터 기판의 적어도 제 1 표면과 관련된다. 비다공질 최외층은 희토류(RE) 이규산염(RE2Si2O7)을 포함하며; 여기서 RE는 Yb 및 Y 중 하나이다. 비다공질 최외층은 가열을 위해 웨이퍼와 접촉하도록 구성된 노출면을 포함하고, 이 노출면은 히터 기판의 제 1 표면의 반대측에 있다. 웨이퍼 히터 어셈블리를 제조하는 방법 및 이 웨이퍼 히터 어셈블리를 사용하는 방법이 또는 개시된다.

Description

부식 방지층을 가진 다중 구역 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터 어셈블리 및 이것의 제조 및 사용 방법
관련출원의 상호참조
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 2019년 7월 1일에 출원된 미국 가특허출원 제 62/869,388 호 및 2019년 9월 30일에 출원된 미국 가특허출원 제 62/908,441 호의 우선권의 이익을 주장한다. 이들 출원의 전체는 원용에 의해 본원에 포함된다.
본 개시는 일반적으로 반도체 등의 컴포넌트의 처리를 위한 웨이퍼 히터 어셈블리, 이러한 어셈블리를 제조하는 방법, 및 이러한 어셈블리를 사용하는 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 처리에는 할로겐 등의 부식성 가스가 자주 수반된다. 이 부식성 환경은 내식성 웨이퍼 히터에 대한 필요를 발생시킨다. 이러한 용도를 위한 최고의 내식성 절연 재료는 이트륨 산화물("이트리아"로도 알려짐) 등의 희토류 화합물이라는 것이 일반적으로 인정되고 있다. 유감스럽게도, 희토류 화합물은 비싸고도 기계적으로 취약한 경향이 있다. 그러므로 업계에서는 알루미늄 산화물 등의 값싼 절연체 상에 희토류 화합물의 코팅을 사용하는 경향이 있다.
여러 가지 다양한 코팅 방법이 웨이퍼 히터용 절연체 기판을 코팅하는 데에 사용되어 왔다. 물리증착(PVD) 코팅이 사용되어 왔다. 이것은 10 μm를 초과하는 두께에 적용하기에는 높은 비용이 드는 결점이 있다. 두껍고 고밀도인 층은 퇴적된 그대로의 코팅에서 내부 응력으로 인해 박리되는 경향이 있다. 변형 내성(strain-tolerant)이 있는 두꺼운 PVD 코팅은 결정립들 사이에 입자 탈락의 가능성을 유발하는 균열을 포함한다는 것이 알려져 있다. 코팅을 위한 화학증착(CVD)이 사용되어 왔으나, 이것은 유사한 결점이 있다. 고속 증착은 입자들 사이에 균열을 발생하는 경향이 있다. CVD에 의해 형성된 고밀도의 코팅의 특징은 입자 크기가 전형적으로 100 nm 미만으로 작은 경향이 있다는 것이다. 에어로졸 퇴적이 사용되어 왔고, 또한 비용 상의 제한 및 박리되지 않는 두꺼운 코팅을 형성할 수 없다는 문제가 있다. 열 플라즈마 스프레이는 반도체 설비 산업에서 가장 널리 사용되는 코팅 기술이지만 이것은 1% 미만의 기공률을 갖는 희토류 코팅을 생성할 수 없고, 따라서 입자가 탈락하기 쉽다. 더욱이, 플라즈마 스프레이 코팅은 일반적으로 고밀도(전형적으로 100/mm2를 초과)의 미세균열을 함유하고, 이는 상기 기공률과 협력하여 입자의 탈락을 초래한다.
히터의 사용 온도는 사용되는 퇴적 화학에 따라 250℃ 내지 650℃의 범위일 수 있다. 종래의 기판 재료는 알루미늄 질화물(AlN)이고, 내부에는 발열 요소, 및 선택적으로 무선 주파수(RF) 전극이 매립될 수 있다. 알루미늄 질화물은 저온에서 세정에 사용되는 할로겐 플라즈마에 대해 우수한 열전도율 및 내식성을 가지지만 상당한 제한이 있다. AlN의 내식성은 고온에서 불충분하고, 따라서 웨이퍼 상에 결함을 일으킬 수 있는 부식 생성물의 입자를 형성한다. 이 문제를 최소화하기 위해, 히터는 통상적으로 할로겐 플라즈마를 사용하는 세정 작업 전에 더 낮은 온도로 냉각되고, 히터의 파손을 방지하기 위해 냉각 프로세스가 느려진다. 이로 인해 체임버 내에서의 생산성이 허용될 수 없는 정도로 손실된다(즉, 웨이퍼의 처리능력이 저하됨).
반도체 설비 산업에서는 고온 내식성 웨이퍼 히터가 필요하다.
이들 및 기타 필요성은 본 개시의 다양한 양태, 실시형태, 및 구성에 의해 처리된다.
하나의 실시례("실시례 1")에 따르면, 웨이퍼 히터 어셈블리는 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함하는 히터 기판을 포함한다. 히터 기판은 그 내부에 매립된 적어도 하나의 발열 요소를 포함한다. 히터 기판은 제 1 표면 및 히터 기판의 제 1 표면과 관련된 비다공질 최외층을 갖는다. 비다공질 최외층은 희토류(RE) 이규산염(RE2Si2O7)을 포함하며, 여기서 RE는 Yb 및 Y 중 하나이다. 비다공질 최외층은 제 1 표면의 반대측의 노출면을 가지며, 이 노출면은 가열을 위해 웨이퍼와 접촉하도록 구성된다.
실시례 1에 더하여 다른 실시례("실시례 2)에 따르면, 비다공질 최외층의 희토류 이규산염은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함한다.
실시례 1 또는 2에 더하여 다른 실시례("실시례 3")에 따르면, 비다공질 최외층은 케이비아이트(Keiviite) 결정 구조를 갖는 최소 약 95 체적%의 이터븀 이규산염을 포함한다.
전술한 실시례 1 내지 3 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 4")에 따르면, 이터븀 이규산염의 비다공질 최외층 및 실리콘 질화물의 히터 기판은 이들 사이에 계면을 더 포함하며, 이 계면은 최대 약 5 체적%의 기공률을 갖는 것을 특징으로 한다.
전술한 실시례 1 내지 4 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 5")에 따르면, 계면은 최대 약 3 체적%의 기공률을 갖는 것을 특징으로 한다.
전술한 실시례 1 내지 5 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 6")에 따르면, 계면은 최대 약 1 체적%의 기공률을 갖는 것을 특징으로 한다.
전술한 실시례 1 내지 5 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 7")에 따르면, 비다공질 최외층은 이터븀 이규산염을 포함한다.
하나의 실시례("실시례 8")에 따르면, 웨이퍼 히터 어셈블리는 내부에 적어도 하나의 발열 요소가 매립된 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함하는 히터 기판을 포함하며, 히터 기판은 제 1 표면 및 이 제 1 표면에서 히터 기판과 관련된 비다공질 최외층을 가지며, 비다공질 최외층은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함하고, 제 1 표면의 반대측의 노출면을 가지며, 이 노출면은 가열을 위해 웨이퍼와 접촉하도록 구성된다.
실시례 8에 더하여 다른 실시례("실시례 9")에 따르면, 비다공질 최외층은 케이비아이트 결정 구조를 갖는 최소 약 95 체적%의 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함한다.
실시례 8 또는 9에 더하여 다른 실시례("실시례 10")에 따르면, 히터 기판은 최소 약 10 체적%의 β 실리콘 질화물 (β-Si3N4)을 포함한다.
전술한 실시례 8 내지 10 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 11")에 따르면, 히터 기판은 최소 약 50 체적%의 β 실리콘 질화물(β-Si3N4)을 포함한다.
전술한 실시례 8 내지 11 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 12")에 따르면, 히터 기판은 최소 약 90 체적%의 β 실리콘 질화물(β-Si3N4)을 포함한다.
전술한 실시례 8 내지 12 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 13")에 따르면, 히터 기판을 지지하도록 구성된 지지 디스크를 더 포함한다.
전술한 실시례 8 내지 13 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 14")에 따르면, 히터 기판에 매립된 적어도 하나의 발열 요소는 제 1 발열 요소 및 제 2 발열 요소를 포함하며, 제 1 발열 요소는 제 1 가열 구역과 관련되고 제 2 발열 요소는 제 2 가열 구역과 관련된다.
전술한 실시례 8 내지 14 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 15")에 따르면, 제 3 가열 구역과 관련된 제 3 발열 요소를 더 포함한다.
전술한 실시례 8 내지 15 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 16")에 따르면, 최외층의 평균 입자 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm이다.
전술한 실시례 8 내지 16 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 17")에 따르면, 히터 기판의 평균 입자 크기는 약 0.05 μm 내지 약 1 μm이다.
전술한 실시례 8 내지 17 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 18")에 따르면, 최외층의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 10 mm이다.
전술한 실시례 8 내지 18 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 19")에 따르면, 최외층의 두께는 약 1 mm 내지 약 5 mm이다.
전술한 실시례 8 내지 19 중 어느 하나에 더하여 다른 실시례("실시례 20")에 따르면, 히터 기판의 두께는 최소 5 mm이다.
본 발명의 일 양태는 웨이퍼 히터 어셈블리이다. 이 어셈블리는 실리콘 질화물(Si3N4), 및 그 내부에 매립된 적어도 하나의 발열 요소를 포함하는 히터 기판을 포함한다. 히터 기판은 제 1 표면 및 히터 기판의 제 1 표면과 관련된 비다공질 최외층을 갖는다. 비다공질 최외층은 희토류(RE) 이규산염(RE2Si2O7)을 포함하며, 여기서 RE는 Yb 및 Y 중 하나이다. 비다공질 최외층은 제 1 표면의 반대측에 가열을 위해 웨이퍼에 접촉하도록 구성된 노출면을 갖는다.
본 발명의 일 양태는 질화물 및 그 내부에 매립된 적어도 하나의 발열 요소를 포함하는 히터 기판을 포함하는 웨이퍼 히터 어셈블리이다. 히터 기판은 제 1 표면 및 이 제 1 표면에서 히터 기판과 관련된 비다공질 최외층을 갖는다. 비다공질 최외층은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함하며, 제 1 표면의 반대측에 가열을 위해 웨이퍼와 접촉하도록 구성된 노출면을 갖는다.
본 발명의 일 양태는 웨이퍼 히터 어셈블리를 형성하는 방법이다. 이 방법은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 질화물 및 적어도 하나의 첨가물을 포함하는 제 1 층 재료를 준비하는 것을 포함한다. 발열 요소(들)은 건식 프레싱, 냉간 정수압 프레싱, 롤 압축, 또는 테이프 캐스팅(tape casting)과 이것에 이어지는 적층, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 방법을 사용하여 제 1 층 재료에 적용하여 예비 적층체를 형성한다. 다음에 이 예비 적층체는 약 1500℃ 내지 약 1900℃의 온도에서 소결되어 웨이퍼 히터 어셈블리를 형성한다.
도 1은 웨이퍼 히터 어셈블리를 포함하는 화학증착 반응기 어셈블리의 사시도를 예시한다.
도 2는 웨이퍼 히터 어셈블리의 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 3은 슈라우드(shroud)를 갖는 웨이퍼 히터 어셈블리의 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 4a는 RF 전극 및 전력 리드를 갖는 웨이퍼 히터 어셈블리의 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 4b는 비다공질 최외층의 상면에 채널을 갖고 가스 흐름을 위한 튜브를 갖는 웨이퍼 히터 어셈블리의 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 4c는 저항 온도 검출기(RTD) 층을 구비한 웨이퍼 히터 어셈블리의 단면도를 예시한다.
도 5는 비다공질 최외층을 갖는 웨이퍼 히터 어셈블리의 단면도를 예시한다.
도 6은 도 5에 도시된 적층체의 상세 단면도를 예시한다.
도 7은 다른 적층체의 구성을 예시하며, 여기서 발열 요소는 비다공질 최외층에 근접해 있다.
도 8은 도 7의 적층체 구성과 유사하지만 RF 쉴드를 구비하지 않는 다른 적층체 구성을 예시한다.
도 9는 도 8의 적층체 구성과 유하지만 비다공질 최외층과 히터 기판 사이에 배치된 개재층(230)을 갖는 다른 적층체 구성을 예시한다.
도 10은 다공성 및 2차상이 없는 실리콘 질화물의 히터 기판과의 계면을 갖는 비다공질 최외층을 보여주는 주사형 전자 현미경(SEM) 현미경사진이다.
도 11은 웨이퍼 히터 어셈블리의 제조 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 12는 CTE가 조절된 실리콘 질화물의 히터 기판 내에 매립된 금속층을 보여주는 후방산란 모드에서 400X 배율의 SEM 현미경사진이다.
도 13은 비교 실시례에서 CTE 조절제를 함유하지 않는 실리콘 질화물의 히터 기판 내에 매립된 금속층을 보여주는 1000X 배율의 SEM 현미경사진이다.
도 14는 실리콘 질화물의 히터 기판 상에 2.0의 SiO2:Yb2O3 몰비를 갖는 비다공질 최외층을 보여주는 1000X 배율의 SEM 현미경사진이다.
도 15는 도 14에 예시된 바와 같은 비다공질 최외층의 연마된 부분의 광학 명시야 이미지(optical bright field image)이다.
도 16은 도 14에 예시된 실시례에 존재하는 상을 식별하는 X선 회절(XRD) 스펙트럼이다.
도 17은 도 14에 예시된 실시례의 히터 기판 층에 존재하는 상을 식별하는 XRD 스펙트럼이다.
도 18은 도 14에 예시된 실시례의 비다공질 최외층에 존재하는 상을 식별하는 XRD 스펙트럼이다.
서론
세라믹 기판 및 희토류 규산염을 포함하는 부식 방지층이 함께 소결되어 적어도 하나의 발열 요소가 매립된 고밀도의 웨이퍼 히터를 형성한다. 이는 사용 중에 입자의 박리 또는 탈락 등의 문제를 겪는 이전에 소결된 기판에 적용되는 (예를 들면, 플라즈마 스프레이 코팅 작업을 통한) 코팅의 문제점을 해결한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 부식 방지층은 내식성 웨이퍼 히터를 제공하기 위해 적절한 기판 재료 상에 희토류 규산염 비다공질 최외층을 포함한다. 비다공질 최외층의 희토류 규산염은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7) 및 이트륨 이규산염(Y2Si2O7)으로부터 선택되고, 히터 기판은 실리콘 질화물 및 알루미늄 질화물로부터 선택되는 질화물 등의 세라믹이다. 히터 기판은 그 내부에 매립된 적어도 하나의 발열 요소를 갖는다. 본 개시의 컴포넌트, 어셈블리, 및 방법은 반도체 산업에서 사용되는 플라즈마 반응기에 불가결한 웨이퍼 히터용의 물리적 및 화학적으로 안정한 부식 방지층의 필요성을 충족시키는 방법을 제공한다.
본 명세서의 전체를 통해, 본 발명의 질화물은 실리콘 질화물로서 기술된다. 당업자는 본 발명으로부터 벗어나지 않고 실리콘 질화물에 추가하여 또는 실리콘 질화물 대신에 알루미늄 질화물이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
더욱, 본 발명의 실시형태 또는 변형형태가 본 명세서의 전체를 통해 기술된다. 당업자는 다양한 실시형태가 개별적으로 또는 기타 실시형태와 조합되었을 때 본 발명과 함께 사용될 수 있다는 것을 이해한다.
정의
본 명세서에서 사용되는 경우, 다양한 용어가 다음과 같이 정의된다. "알루미나"는 실질적으로 Al2O3을 포함하는 알루미늄 산화물인 것으로 일반적으로 이해된다. "이트리아"는 실질적으로 Y2O3를 포함하는 이트륨 산화물인 것으로 일반적으로 이해된다. "이터비아"는 실질적으로 Yb2O3를 포함하는 이터븀 산화물인 것으로 일반적으로 이해된다. "실질적으로"이라는 용어는 일반적으로 약 90 중량% 이상, 바람직하게는 약 91 중량% 이상, 또는 약 92 중량% 이상, 또는 약 93 중량% 이상, 또는 약 94 중량% 이상, 또는 약 95 중량% 이상, 또는 약 96 중량% 이상, 또는 약 97 중량% 이상, 또는 약 98 중량% 이상, 또는 약 99 중량% 이상, 또는 약 100 중량%의 순도를 지칭한다. "약"이라는 용어는 일반적으로 표시된 수치의 ± 10%를 지칭한다. 예를 들면, "약 10%"는 9% 내지 11%의 범위를 나타낼 수 있고, "약 20"은 18% 내지 22%를 의미한다. "약"의 다른 의미는 사사오입 등의 문맥으로부터 명확해질 수 있으므로, 예를 들면, "약 1"은 0.5 내지 1.4를 의미할 수도 있다. "소크(soak)"는 열간 프레싱 사이클에서 특정의 온도 또는 압력에서의 유지 시간을 지칭한다.
기타 정의에는 다음이 포함된다. "접착 강도"는 ASTM C633 방법에 의해 측정된다. "로스 탄젠트(Loss tangent)"는 유전율의 허수부 대 실수부의 비율이고, 컴포넌트에 의해 흡수되는 전력에 정비례한다. "기공율"은 다음의 방식에 따라 연마된 연마 섹션의 이미지 분석에 의해 측정된다(연마 용품은 Struers, Inc.가 제공함): (i) 60 μm 다이아몬드: 표면을 평탄화하는데 필요함; (ii) 15 μm 다이아몬드, 연마 패드에 고정됨: 약 2 분; (iii) 9 μm 다이아몬드, Largo(플라스틱) 패드: 약 8 분; (iv) 3 μm 다이아몬드, DAC나일론) 패드: 약 6 분; 및 (v) 1 μm 다이아몬드, 기모포: 약 3 분. "입자 크기"는 ASTM-E112 방법에 의해 측정된다. 본 명세서에서 언급되는 "그린(green)" 또는 "미소결" 세라믹에는 고온 열처리를 통해 고밀도화되지 않은 세라믹 재료 또는 분말이 포함된다. "소결" 또는 "공소결(Co-sintered)"은 소결을 촉진하기 위해 고온 열처리에 노출된 하나 이상의 세라믹 재료를 지칭한다. "소결"은 기공을 점진적으로 제거함으로써 재료 수송 및 고밀도화를 촉진하는 열처리 또는 열처리 프로세스이다. 소결 프로세스는 제어된 미세구조 및 기공을 가진 재료를 제조하기 위해 사용된다. "코팅"은 기판, 예를 들면, 소결된 기판에 적용되는 층이다. "적층체" 또는 "복합 적층체"는, 예를 들면, 소결 등의 프로세스를 통해 접합되는 층의 집합체이다. "컴포넌트"는 부품 또는 제품이다.
세라믹은 고온에서 견디는 능력으로 알려진 무기의 비금속 재료이다. 세라믹에는 산화물, 비산화물, 및 복합재(산화물과 비산화물의 조합)가 포함된다. 산화물에는, 비제한적인 실시례로서, 알루미나, 유리-세라믹, 베릴리아, 뮬라이트, 세리아, 및 지르코니아가 포함된다. 비산화물에는 탄화물, 붕화물, 질화물, 및 규화물이 포함된다. 세라믹 산화물, 비산화물, 및 복합재는 본 개시에 따른 웨이퍼 히터용 기판으로서 유용하다.
반도체 제조 또는 반도체 처리를 위한 반응기는 에칭, 퇴적 또는 둘 모두를 위해 유용하다. 반응기는, 본 명세서에서 교환가능하게, 반도체 처리 반응기, 반도체 제조 반응기, 또는 간단히 반응기로 부른다. 반응기는 플라즈마 에칭, 퇴적 또는 둘 모두에 유용하다. 일부의 실시형태에서, 웨이퍼 히터 어셈블리는 히터 기판, 및 반도체 처리에서 사용되는 플라즈마 에칭 처리에 내성이 있는 내식성 비다공질 최외층을 포함한다. 퇴적에 사용되는 반응기는 반응기의 세정을 위해 주기적으로 에칭 프로세스를 실시한다. 일부의 실시형태에서, 반응기는 불소 기반의 플라즈마 등의 할로겐 가스로 현장에서 세정하도록 구성된 퇴적 반응기이고, 내식성 컴포넌트는 웨이퍼 히터이다.
웨이퍼 히터 어셈블리.
도 1은 웨이퍼 히터(110)를 포함하는 CVD 반응기 어셈블리(100)의 개략 단면도를 예시한다. 반응기 어셈블리(100)는 반도체 칩의 제조에 사용하도록, 그리고 할로겐 가스(일반적으로 원자 불소이자만 다른 할로겐 가스가 사용될 수 있음)로 현장에서 세정하도록 구성된다. CVD 반응기 어셈블리(100)는 웨이퍼 히터(110) 및 샤워헤드(130)를 포함한다. 반응 가스는 샤워헤드(130)를 통해 웨이퍼(150) 상으로 흐르고, 여기서 퇴적물이 형성된다. 제조 중의 웨이퍼의 온도는 웨이퍼 히터(110)에 의해 유지 및 균일하게 관리되고, 웨이퍼 히터(110)는 세정 중에 히터를 보호하기 위해 일부의 실시형태에 따른 부식 방지층을 가질 수도 있다. 웨이퍼 히터(110)는 화학 반응을 촉진하기 위한 플라즈마의 생성을 지원하기 위해 전극 등의 개재층 또는 매립층을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 양태는 비산화물 히터 기판을 포함하는 고온 내식성 웨이퍼 히터에 관한 것이다. 비산화물 히터 기판은 Si3N4 또는 AlN 등의 질화물이다. 예를 들면, 실리콘 질화물 히터의 구축에서, 복수의 발열 요소, 상호접속부, 리드, 전극 등이 실리콘 질화물의 히터 기판 내에 매립되고, 및/또는 실리콘 질화물의 히터 기판 본체의 표면 상에 배치된다. 또한 본 개시의 일 양태는 적어도 웨이퍼와 접촉하는 측의 히터 기판 재료를 피복하여 히터 기판 상의, 또는 히터 기판 위의, 또는 히터 기판을 실질적으로 캡슐화하는 부식 방지층을 제공하는 비다공질 최외층에 관한 것이다.
도 2는 히터 기판(210) 및 비다공질 최외층(220)을 포함하는 웨이퍼 히터 어셈블리(200)의 개략 단면도를 예시한다. 히터 기판(210)은 이 히터 기판(210)의 상면(205) 또는 그 근처의 제 1 평면(245)에 구성된 복수의 발열 요소(240)를 포함한다. 일부의 실시형태에서, 제 1 평면(245)은 상면(205)에 평행하고, 상면(205)에 대해 제 1 거리(d1)로 상면(205)으로부터 이격되어 있다. 거리(d1)는 웨이퍼 표면에서 최대 온도 균일성을 제공하도록 최적화된다. 온도 균일성에 영향을 주는 요인은 경계 조건, 발열 요소 설계, 히터 기판 재료, 히터 기판 내의 발열 요소의 밀도에 의존할 수 있다. 예를 들면, 최대 10 개의 발열 요소(240)를 포함하고 높은 열전도율 기판 재료(κ > 60 W/mK)를 갖는 히터 기판(210)의 경우, d1은 약 0.25 cm 내지 약 5 cm, 일부의 실시형태에서는, 약 0.25 cm, 약 0.5 cm, 약 0.75 cm, 약 1 cm, 약 1.5 cm, 약 2 cm, 약 2.5 cm, 약 3 cm, 약 3.5 cm, 약 4 cm, 약 4.5 cm, 또는 약 5 cm, 또는 본 명세서에 기재된 임의의 2 개의 값들 내의 범위에 있도록 선택된다. 다른 실시례에서, 80 개를 초과하는 발열 요소(240)를 포함하는 히터 기판(210)의 경우, d1은 약 10 μm 내지 약 1000 μm, 일부의 실시형태에서는, 약 10 μm, 약 20 μm, 약 30 μm, 약 40 μm, 약 50 μm, 약 60 μm, 약 70 μm, 약 80 μm, 약 90 μm, 약 100 μm, 약 150 μm, 약 200 μm, 약 250 μm, 약 300 μm, 약 350 μm, 약 400 μm, 약 450 μm, 약 500 μm, 약 550 μm, 약 600 μm, 약 650 μm, 약 700 μm, 약 750 μm, 약 800 μm, 약 850 μm, 약 900 μm, 약 950 μm, 또는 약 100 μm, 또는 본 명세서에 기재된 임의의 2 개의 값들 내의 범위에 있도록 선택된다. 가열 요소(240)는 전형적으로 내화 금속, 열 및 마모에 내성인 금속으로 제조된다. 적절한 내화 금속에는 몰리브데넘, 니오븀, 레늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 이들의 합금이 포함되지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한 평면(245) 내에 선택적으로 동일한 평면 내의 발열 요소와 접합되는 추가의 전도성 트레이스(미도시)가 배치될 수 있다. 제 1 평면(245)에 평행하고, 상면(205)으로부터 이격된 거리 d2에 배치된 제 2 평면(255)에는 발열 요소(240)에 전력을 분배하는 역할을 하는 상호접속층(270)이 구성되어 있다. 거리 d2는 약 0.05 cm 내지 약 1 cm, 일부의 실시형태에서는, 약 0.05 cm, 약 0.1 cm, 약 0.2 cm, 약 0.3 cm, 약 0.4 cm, 약 0.5 cm, 약 0.6 cm, 약 0.7 cm, 약 0.8 cm, 약 0.9 cm, 약 1.0 cm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내에 있을 수 있다. 상호접속층(270)은 상면으로부터 거리 d2에서 열을 방산하는 것이 필요하지 않을 수 있으므로 히터 요소(240)보다 전도성이 높은 재료로 제조될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 상호접속층용 재료는 도전성이고, 기판 재료와 화학적으로 적합하고, 약 4 x 10-6/K의 기판 재료의 CTE 내의 CTE를 가질 수 있다. 상호접속층용의 적절한 재료에는 몰리브데넘, 텅스텐, 텅스텐 탄화물 및 탄탈럼 질화물이 포함된다.
복수의 전도성 요소인 비어(275)는 평면(245)의 발열 요소(240)와 평면(255)의 상호접속층(270)을 함께 접합한다. 비어(275)는 오프셋 평면들을 연결하도록 구성된 기하학적 형상을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 비어(275)는 원통형(제조의 용이함을 위함)일 수 있고, 약 0.5 mm 내지 약 1.0 mm, 일부의 실시형태에서는, 약 0.5 mm, 약 0.6 mm, 약 0.7 mm, 약 0.8 mm, 약 0.9 mm, 또는 약 1 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 직경(또는 직사각형인 경우에는 폭)을 가질 수 있다. 비어(275)는 신뢰할 수 없을 수 있으므로, 동일한 도체를 접합하기 위해 복수의 비어가 사용되는 과잉(redundancy)이 채용될 수 있다. 비어(275)는 전도성이고, 일부의 실시형태에서는, 상호접속층 재료와 동일한 요건을 가지며, 상호접속층 재료와 동일한 재료일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 비어(275)는 상호접속층(270)에서 전도성인 히터 트레이스 및 상호접속 트레이스의 조성과 다른 조성을 가질 수 있다. 어셈블리(200)에의 전기는 전기 리드(285)를 통해 전달된다. 도 2의 어셈블리는 평면(245)에 배치되어 도시된 바와 같이 발열 요소의 하나의 층을 예시한다. 다른 실시형태에서는, 원용에 의해 본원에 포함되는 미국 공개특허출원 제 2013/0105463 호에 기재된 바와 같은 2 개 이상의 평행층의 발열 요소가 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 상호접속층은 생략될 수 있고, 따라서 미국 특허 제 5,633,073 호에서와 같이 발열 요소층으로부터 외부 제어기에의 직접 접속이 사용될 수 있다.
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 다양한 구성을 포함한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 비다공질 최외층(220)은 웨이퍼 히터 기판(210)의 상면, 측면, 및 저면의 주위의 전체에 연장되어, 히터 기판(210) 및 전기 리드(285)를 완전히 캡슐화할 수 있다. 다른 실시형태에서, 도 3에 예시된 바와 같은 웨이퍼 히터 어셈블리(300)는 기판(210)의 주위에 연장되는 최외층(220)을 포함하지만 전기 리드(285)를 완전히 캡슐화하지는 않는다. 대신, 외부 리드(285)를 보호하기 위해 슈라우드(295)가 배치된다. 슈라우드(295)는 반대측 표면(205)인 기판(210)의 저면(215)에 접합될 수 있고, 또는 슈라우드(295)는 반대측 표면(225)인 최외층(220)의 저면(230)에 접합될 수 있다. 슈라우드(295)는, 예를 들면, 슈라우드를 덮기 위한 최외층(220)을 필요로 하지 않도록 전형적으로 웨이퍼보다 더 낮은 온도에 노출될 수 있고, 슈라우드(295)는 제조 비용이 싸면서 적절한 내식성을 갖는 알루미나 또는 코팅된 스테인리스 강 또는 양극산화 알루미늄 등의 내식성 재료로 제조될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 비다공질 최외층(220)은 밀도, 기공률, 및/또는 두께에 관하여 불균일할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼가 배치되는 그리고 처리 중에 입자 이동의 위험이 높은 최외층(220)의 상면(225)에 인접하는 최외층(220)의 부분(221)은 1% 미만, 일부의 실시형태에서는, 약 0% 내지 약 1 %, 약 0%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1.0%, 또는 전술한 2 개의 값에 의해 정의되는 임의의 범위 내의 제 1 기공률(ρ1)을 갖는다. 최외층(220)의 부분(222), 반대측 부분(221) 및 저면(230)에 인접하는 부분은 제 2 기공률(ρ2)을 갖는다. 일부의 실시형태에서, ρ2는 ρ1보다 클 수 있고, 또는 ρ2는ρ1과 같을 수 있다. 일부의 실시형태에서, 기공률 ρ2는 약 0 내지 약 10%일 수 있고, 일부의 실시형태에서는 약 1-10%일 수 있다. 일부의 실시형태에서, ρ2는 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1.0%, 약 1.1%, 약 1.2%, 약 1.5%, 약 2%, 약 2.5%, 약 3%, 약 3.5%, 약 4%, 약 4.5%, 약 5%, 약 5.5%, 약 6%, 약 6.5%, 약 7%, 약 7.5%, 약 8%, 약 8.5%, 약 9%, 약 9.5%, 또는 약 10%일 수 있다. ρ1보다 더 큰 기공률을 가진 최외층(220)의 부분(들), 즉, 부분(222)에서, 코팅은 허용가능한 그리고 제조비가 비싸지 않은 플라즈마 스프레이 기술 등의 종래의 프로세스에 의해 제조될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 무선 주파수(RF) 전력의 인가는 처리 중에 웨이퍼(즉, 도 1에 예시된 바와 같은 웨이퍼(150)) 상에 플라즈마를 생성하기 위해 필요할 수 있다. 본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 추가적으로 또는 대안적으로 통상적으로는 웨이퍼 히터 내에 매립되는 및/또는 웨이퍼 히터 어셈블리의 상면 근처에 배치되는 웨이퍼 히터 내에 전도성 전극을 포함할 수 있다. 도 4a에 예시된 바와 같은 웨이퍼(150)를 처리하기 위한 웨이퍼 히터 어셈블리(400)는 RF 전극(260) 및 전력 리드(265)를 포함하는 것을 개략적으로 예시한다. 도 4a에 예시된 바와 같이, RF 전극(260)은 히터 기판(210) 내에서 상면(205) 근처에 매립되어 있고, RF 전극(260)과 비다공질 최외층(220) 사이에 간극(g1)을 포함한다. 간극(g1)은, RF 전극(260)의 금속이 최외층(220)과 화학적으로 적합한 경우(즉, 형성 또는 사용 중에 유해한 화학 반응이 발생하지 않는 경우), 존재하지 않을 수 있다. 일부의 실시형태에서, 적합성의 문제가 있는 경우에는 버퍼층(미도시)이 RF 전극(260)과 최외층(220) 사이에 배치될 수 있다. 간극(g1)이 존재하는 경우, 간극(g1)은 약 2 마이크론 내지 약 20000 마이크론, 일부의 실시형태에서는, 약 2 마이크론, 약 5 마이크론, 약 10 마이크론, 약 20 마이크론, 약 30 마이크론, 약 40 마이크론, 약 50 마이크론, 약 60 마이크론, 약 70 마이크론, 약 80 마이크론, 약 90 마이크론, 약 100 마이크론, 약 200 마이크론, 약 300 마이크론, 약 400 마이크론, 약 500 마이크론, 약 600 마이크론, 약 700 마이크론, 약 800 마이크론, 약 900 마이크론, 약 1000 마이크론, 약 1100 마이크론, 약 1200 마이크론, 약 1300 마이크론, 약 1400 마이크론, 약 1500 마이크론, 약 1600 마이크론, 약 1700 마이크론, 약 1800 마이크론, 약 1900 마이크론, 또는 약 2000 마이크론, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에서 정의되는 임의의 범위 내에 있을 수 있다.
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 추가적으로 또는 대안적으로 웨이퍼 히터 어셈블리 내에 가스 채널을 포함할 수 있고, 웨이퍼 히터는 프로세스 가스가 웨이퍼의 후면에 퇴적되거나 후면을 에칭하는 것을 방지하기 위해 웨이퍼의 후방에 가스를 공급하도록 구성된다. 도 4b에 예시된 바와 같이, 튜브(290)를 통해 도입되는 가스의 흐름을 가능하게 할 수 있도록 채널, 메이사(mesa), 또는 그루브(292)가 부식 장벽의 비다공질 최외층(220)의 상면에 기계가공된다. 채널(292)의 깊이는 최외층(220)의 총 두께 내로 약 0.03 mm 내지 약 5 mm일 수 있고, 일부의 실시형태에서는 약 0.5 mm 내지 약 2 mm일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 최외층 내에서 채널의 깊이는 약 0.03 mm, 약 0.05 mm, 약 0.1 mm, 약 0.5 mm, 약 1 mm, 약 1.5 mm, 약 2 mm, 약 2.5 mm, 약 3 mm, 약 3.5 mm, 약 4 mm, 약 4.5 mm, 또는 약 5 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에서 정의되는 임의의 범위 내의 깊이일 수 있다. 튜브(290)는 웨이퍼 히터의 구조의 일부로서 형성될 수 있거나, 웨이퍼 히터 어셈블리에 접합되는 별도의 부품일 수 있다. 이 제 2의 경우, 재료의 선택은 당업자가 작업 시의 사용 온도 및 가스 환경을 고려하여 결정할 수 있다. 상황에 따라 니켈 기반의 합금 또는 몰리브데넘 등의 재료가 적절할 수 있다.
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 추가적으로 또는 대안적으로 웨이퍼의 중량을 증가시키는 힘을 제공하는 전기력에 의해 웨이퍼를 웨이퍼 히터에 고정 또는 파지시키는 기능을 포함한다. 도 4a를 참조하면, 전극(또는 전극 세트)(260)과 웨이퍼(150) 사이에 전기장이 인가될 수 있다 전기장이 전극(260)과 웨이퍼(150) 사이에 인가되는 경우에 비다공질 최외층(220)은, 사용 온도에서 약 103 옴-cm를 초과하는 저항률; 더 바람직하게는 사용 온도(이 사용 온도는 약 200℃ 내지 약 700℃, 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 약 350℃, 약 400℃, 약 450℃, 약 500℃, 약 550℃, 약 600℃, 약 650℃, 또는 약 700℃, 또는 전술한 임의의 2개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내에 있음)에서 약 109 내지 약 1010 옴-cm, 약 103 옴-cm, 약 104 옴-cm, 약 105 옴-cm, 약 106 옴-cm, 약 107 옴-cm, 약 108 옴-cm, 약 109 옴-cm, 또는 약 1010 옴-cm, 또는 전술한 임의의 2 개의 갑들 사이에서 정의되는 임의의 범위 내의 저항률을 갖는다. 다시 말하면, 비다공질 최외층(220)은 전도성이 그다지 높지 않을 수 있고, 그렇지 않으면 웨이퍼와 웨이퍼 히터 사이에 전기장이 존재하지 않고, 따라서 파지력이 없을 수 있다. 이러한 구성에서, 웨이퍼 히터 어셈블리(400)는 정전기 척으로서 기능한다. 일부의 실시형태에서, 본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 고정력 또는 파지력 및 플라즈마 RF 활성화의 둘 모두를 제공하기 위해 복수의 전극, 즉 전극이나 전극 세트를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 예시된 바와 같은 웨이퍼 히터 어셈블리는 웨이퍼 히터 컴포넌트, 즉 균질인 히터 기판(210) 및/또는 비다공질 최외층(220)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 히터 기판(210) 및/또는 비다공질 최외층(220) 등의 웨이퍼 히터 컴포넌트는 균일할 수 있고, 이것은 적어도 부분적으로 처리 조건에 의해 결정될 수 있다. 복잡한 전기 구조를 포함하도록 본 개시에 따른 높은 열전도율의 실리콘 질화물로 제조된 것과 같은 히터 기판(210)을 구성하는 것에는 과제가 존재한다. 경우에 따라, 예를 들면, 먼저 제 1 전도율(κ1)(이것은 약 25 W/mK 내지 약 120 W/mK, 일부의 실시형태에서는, 약 25 W/mK, 약 30 W/mK, 약 35 W/mK, 약 40 W/mK, 약 45 W/mK, 약 50 W/mK, 약 55 W/mK, 약 60 W/mK, 약 65 W/mK, 약 70 W/mK, 약 80 W/mK, 약 85 W/mK, 약 90 W/mK, 약 95 W/mK, 약 100 W/mK, 약 105 W/mK, 약 110 W/mK, 약 115 W/mK, 또는 약 120 W/mK, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 전도율일 수 있음)을 갖는 실리콘 질화물의 두꺼운 균질의 블랭크를 제조하고, 이어서 κ1보다 낮은 κ2(이것은 약 15 W/mK 내지 약 119 W/mK, 약 20 W/mK, 약 30 W/mK, 약 40 W/mK, 약 50 W/mK, 약 60 W/mK, 약 70 W/mK, 약 80 W/mK, 약 90 W/mK, 약 100 W/mK, 약 110 W/mK, 약 115 W/mK, 또는 약 119 W/mK, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에서 정의되는 임의의 범위 내의 전도율일 수 있음)를 갖는 실리콘 질화물의 매트릭스에 필요한 전기적 구조를 해당 블랭크 상에 형성함으로써 웨이퍼 히터를 제조할 필요가 있을 수 있다. 기하학적 형상의 제한에 의해 발열 요소, 상호접속부, 비어, 리드 등의 기능 요소를 1 회의 작업으로 형성하고 평탄하게 기계가공할 필요가 있을 수 있다. 이들 및 기타 실시형태에서, RF 전극 및 비다공질 최외층은 후속 단계에서 적용된다.
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 단일 구역, 이중 구역 또는 다중 구역에 배치되는 발열 요소를 포함하여 각각 웨이퍼 히터 어셈블리, 이중 웨이퍼 히터 어셈블리, 또는 다중 구역 웨이퍼 히터 어셈블리를 형성할 수 있다. 구역의 수를 증가시키면 웨이퍼 내에서 온도 균일성을 보다 세밀하게 제어할 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같은 평면(245)의 발열 요소(240)는 단일 가열 평면을 갖는 웨이퍼 히터 어셈블리를 제공한다. 다른 실시형태에서, 국부적인 온도 변동에 대한 보다 높은 유연성 및 신속한 대응 능력을 제공하는 다중 구역 웨이퍼 히터 어셈블리 구조를 제공하도록 발열 요소가 복수의 평면 상에 배치된다.
구역은, 예를 들면, 방사상 외측으로 배치되거나 직사각형의 그리드 어레이 또는 다른 구성에서 나란히 배치되는 등의 다양한 방식으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 또한, 구역은 방사상 패턴, 직사각형 그리드 어레이, 또는 다른 구성으로, 각각의 평면 내에 복수의 구역을 갖는 서로 평행한 상이한 평면 상에 배치될 수 있다.
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 다중구역의 다중화된 웨이퍼 히터를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 "다중화된 히터"라는 용어는 여러 개의 발열 요소가 적어도 일부의 공통의 리드를 공유할 수 있고, 발열 요소에의 전력은 적어도 부분적으로 독립하여 조정가능하다는 것을 나타내기 위해 사용된다. 유리하게는, 히터 구역에 전력을 공급하면서 다중구역의 다중화된 웨이퍼 히터는 전기 접속부를 수를 최소화할 수 있고, 이는 원용에 의해 본원에 포함되는 미국 특허 제 9,324,589 호에 더 설명되어 있다. 예를 들면, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같은 웨이퍼 히터 어셈블리(200, 300)는 개별적인 히터 구역 아래에 포함되는 원하는 위치에서 온도를 측정하기 위하여 도 4c에 예시된 바와 같은 선택적인 저항 온도 검출기(RTD) 층을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 각각의 히터 구역의 저항을 모니터링하여 이전에 교정된 웨이퍼 히터 어셈블리 내의 각각의 구역의 온도를 결정할 수 있다. 웨이퍼 히터 어셈블리는 웨이퍼 히터 어셈블리의 전체에 전력을 공급하기 위해 필요한 리드의 수를 최소화하면서 온도 피드백에 따라 각각에 전력을 공급 및 조절하도록 다중화 제어 방식과 더 조합될 수 있다. 도 4c는 적어도 하나의 RTD 291을 포함하는 RTD 층을 포함한다. RTD 층의 RTD 291은 동일한 평면 또는 다양한 평면에 배치될 수 있다.
히터 기판으로서의 실리콘 질화물
실리콘 질화물은, 예를 들면, 불소 기반의 플라즈마에 대하여 적절한 내식성을 가지는 것이 일반적으로 알려져 있지 않으므로 종래의 웨이퍼 히터의 기판으로서 사용되지 않는다. 본 개시에 따른 플라즈마 내식성 코팅은 실리콘 질화물의 히터 기판에 내식성을 제공한다. 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터의 비다공질 최외 보호층은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7) 및 이트륨 이규산염(Y2Si2O7) 등의 희토류 규산염을 포함하는 보호층을 포함한다. 실리콘 질화물 기판 상의 이터븀 이규산염 또는 이트륨 이규산염의 적층체는 열간 프레싱을 통해 제조하였고, 소결된 미세구조를 조사하였다. 이터븀 이규산염 보호층은 이트륨 이규산염 층에 비해 보다 적은 기공 또는 균열을 포함하는 계면을 구비한 실리콘 질화물에의 접착이 더 우수하였다. 테트라플루오로메탄(CF4) 플라즈마 환경에서 실리콘 질화물 기판 상의 이터븀 이규산염 보호층의 플라즈마 에칭 테스트는 종래의 알루미늄 질화물 히터와 비교하여 3 내지 4 배 높은 에칭 저항을 보여주었다(표 3). 본 개시에 따른 실리콘 질화물의 히터 기판 상의 이터븀 이규산염의 비다공질 최외층을 갖는 웨이퍼 히터는 반도체 웨이퍼 처리 용도의 다중구역의 다중화된 히터에서도 유용하다.
도 5는 일부의 실시형태에 따라 도 1에 예시된 웨이퍼 히터(110)와 유사한 웨이퍼 히터(500)의 단면도를 예시한다. 희토류 규산염을 포함하는 내식성 보호층은 세라믹 기판 및/또는 기타 층과 유리하게 접합되어 적층체를 제공하며, 여기서 최외층은 비다공질이다. 웨이퍼(미도시)는 히터 기판(210) 상의 비다공질 최외층(220)의 상면에 위치하고, 히터 기판 및 비다공질 최외층은 함께 적층체(550)를 형성한다. 비다공질 최외층(220)은 도 2 내지 도 4에 예시된 바와 같이 히터 기판(210)을 캡슐화할 필요가 없으며, 도 5 내지 도 9에 예시된 바와 같이 적층체의 웨이퍼 측에만 배치될 수 있다. 히터 기판에는 적어도 하나의 발열 요소(240) 및 선택적으로 금속 무선 주파수(RF) 쉴드(260)가 매립되어 있다. 일부의 실시형태에서, 히터 기판(210)은 실리콘 질화물이다. 일부의 실시형태에서, 히터 기판(210)은 알루미늄 질화물을 포함한다. 작동 중에 히터는 때때로 불소 함유 가스로 세정된다. 히터의 온도가 약 500 ℃를 초과하면, 히터 자체가 불소에 의해 공격을 받을 수 있으므로 '고온' 부분 상에 포함된 내식성 보호층이 필요할 수 있다. 본 개시의 실시형태에서, 히터 기판(210)은 비다공질 최외층(220) 및 이들 사이의 선택적 개재층(들)을 포함한다. 비다공질 최외층(220)은 웨이퍼를 유지하기 위한 외면을 포함한다. 이전에 상술한 바와 같이, 즉 도 3의 ρ1을 갖는 부분(221)에 관하여, 웨이퍼의 직하의 웨이퍼 히터(110)의 영역에서 비다공질 최외층(220)은 고밀도여야 한다. 그렇지 않으면 히터로부터 입자가 웨이퍼의 하측으로 탈락되는 경향이 있다. 이들 탈락된 입자는 후속 단계에서 웨이퍼의 상면으로 이동될 수 있고, 이는 웨이퍼 상의 패턴에 결함을 초래할 수 있다. 입자가 웨이퍼로 이동하기 위한 직접적인 경로가 없으므로 웨이퍼 히터의 지지 디스크(또는 샤프트)(280)의 측면, 저면 및 피복은 그다지 중요하지 않다. 이들 다른 영역의 오염을 방지하기 위해 플라즈마 스프레이 코팅으로 충분할 수 있다.
도 6은 히터 기판(210) 및 비다공질 최외층(220)을 포함하는 도 5에 예시된 적층체(550)의 개략 상세 단면도를 예시한다. 최외층(220)은 제 1 표면(225), 제 2 표면(230), 및 이들 사이의 두께(t1)를 포함하며, 이 두께는 약 0.005 cm 내지 약 1 cm, 일부의 실시형태에서는, 약 0.005 cm, 약 0.02 cm, 약 0.01 cm, 약 0.05 cm, 약 0.1 cm, 약 0.15 cm, 약 0.2 cm, 약 0.3 cm, 약 0.5 cm, 약 0.6 cm, 약 0.7 cm, 약 0.8 cm, 약 0.9 cm, 약 1.0 cm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내에 있을 수 있다. 적층체(550)는 비다공질 최외층(220)의 표면(230)이 히터 기판(210)에 접착되는 계면(250)(즉, 외층과 히터의 본체 사이)을 더 포함한다. 층(220)의 표면(225)은 노출되고, 가열을 위해 웨이퍼(미도시)와 접촉하도록 구성된다. 적층체는 히터 기판(210)에 매립된 적어도 하나의 발열 요소(240) 및 선택적으로 금속 무선 주파수(RF) 쉴드(260)를 더 포함한다.
본 개시에 따르면 다른 적층체 구성도 고려된다. 도 7의 적층체(650)는, 발열 요소(340)가 비다공질 최외층(220)에 근접해 있는 것을 제외하고, 도 6의 적층체(550)과 유사한 본 개시에 따른 웨이 발열 요소(340)는 전기적 문제를 피하기 위해 기판(210)의 상면(205) 아래의 약 5 μm 내지 약 2 mm, 일부의 실시형태에서는, 약 5 μm, 약 25 μm, 약 50 μm, 약 100 μm, 약 150 μm, 약 200 μm, 약 250 μm, 약 300 μm, 약 350 μm, 약 400 μm, 약 450 μm, 약 500 μm, 약 550 μm, 약 600 μm, 약 650 μm, 약 700 μm, 약 750 μm, 약 800 μm, 약 850 μm, 약 900 μm, 약 950 μm, 약 1000 μm, 약 1.1 mm, 약 1.2 mm, 약 1.3 mm, 약 1.4 mm, 약 1.5 mm, 약 1.6 mm, 약 1.7 mm, 약 1.8 mm, 약 1.9 mm, 또는 약 2.0 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내에 있을 수 있고, 또는 일부의 실시형태에서는, 최소 약 10 μm에 있을 수 있다. 도 8의 적층체(750)는 도 6의 적층체(550)와 유사한 본 개시에 따른 웨이퍼 히터의 다른 구성을 예시하며, 여기서 발열 요소(340)는 비다공질 최외층(220)에 근접해 있으나 선택적 RF 쉴드(260)는 제어되어 있고, 여기서 두께(tt1)는 약 10 μm 내지 약 3 mm, 일부의 실시형태에서는, 약 10 μm, 약 20 μm, 약 25 μm, 약 30 μm, 약 35 μm, 약 40 μm, 약 45 μm, 약 50 μm, 약 55 μm, 약 60 μm, 약 65 μm, 약 70 μm, 약 75 μm, 약 80 μm, 약 85 μm, 약 90 μm, 약 100 μm, 약 500 μm, 약 1000 μm, 약 1.5 mm, 약 2 mm, 약 2.5 mm, 또는 약 3.0 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 두께일 수 있다.
도 9는, 발열 요소(340)가 비다공질 최외층(220)과 히터 기판(210) 사이에 배치되는 개재층(230)에 근접해 있는 것을 제외하고, 도 8의 적층체(750)와 유사한 본 개시에 따른 웨이퍼 히터의 다른 구성을 갖는 적층체(850)를 예시한다. 개재층(230)의 두께(t2)는 약 2 μm 내지 약 3 mm, 일부의 실시형태에서는, 약 2 μm, 약 25 μm, 약 50 μm, 약 100 μm, 약 200 μm, 약 300 μm, 약 400 μm, 약 500 μm, 약 600 μm, 약 700 μm, 약 800 μm, 약 900 μm, 약 1000 μm, 약 1.5 mm, 약 2 mm, 약 2.5 mm, 약 3.0 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 두께일 수 있다. 개재층(230)의 재료는 희토류 일규산염(Re2SiO5), 실리콘 산질화물, 희토류 산화물(Re2O3) 또는 여기서 논의된 전극, 또는 이들의 조합일 수 있다. 개재층(230)을 사용하면, 비다공질 층(220)이 히터 기판(210)의 벌크 재료 및/또는 발열 요소(340)와 밀접하게 적합성(즉, 열팽창계수 등의 재료 특성 및 화학적 적합성)일 필요가 없다는 이점이 제공된다. 발열 요소(340)는, 비다공질 층(220)의 상면으로부터 약 5 μm 내지 약 5 mm, 일부의 실시형태에서는, 약 25 μm, 약 50 μm, 약 100 μm, 약 200 μm, 약 300 μm, 약 400 μm, 약 500 μm, 약 600 μm, 약 700 μm, 약 800 μm, 약 900 μm, 약 1000 μm, 약 1.5 mm, 약 2 mm, 약 2.5 mm, 약 3.0 mm, 약 3.5 mm, 약 4 mm, 약 4.5 mm, 또는 약 5.0 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내에 배치될 수 있다. 개재층(230)은 또한 외층과 히터의 대부분 사이에 화학 반응을 방지할 수 있고, 및/또는 재료 차이에 의한 응력을 감소시킬 수 있다. 일부의 실시형태에서, 전극은 개재층(230) 내에 매립될 수 있다.
도 2 내지 도 9의 히터 기판(210)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 실리콘 질화물은 알루미늄 질화물 및 알루미나 등의 종래의 히터 재료에 비해 더 큰 내열 충격성을 제공한다. 이 재료의 선택은 반응기 내에서 가열 및 냉각을 더 빠르게 하고, 따라서 유리하게는 반도체 웨이퍼 처리에서 사용될 때 웨이퍼의 처리능력 및 툴 생산성을 향상시킨다. 본 개시에 따른 히터 기판(210)은 웨이퍼 히터로서의 사용을 위한 실리콘 질화물의 특성을 조정하기 위해 실리콘 질화물에의 첨가물을 포함할 수 있다. 다양한 첨가물이 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 소결을 개선하기 위해 사용되는 적절한 첨가물에는 희토류 산화물, 알칼리성 토류 산화물, 알루미나, 실리카 및 경우에 따라 리튬 및 불소 화합물, 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다. 저항률을 개선하기 위한 첨가물에는 실리콘 탄화물 또는 붕소 질화물, 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다. 열팽창 거동을 개선하기 위한 첨가물에는 내화 금속 및 그 화합물이 포함될 수 있다. 일부의 첨가물은 복수의 기능을 가질 수 있다. 첨가물의 총량은 소성된 제품의 2 체적% 내지 55 체적%의 범위일 수 있고, 적용 요건에 따라 달라질 수 있다. 일부의 실시형태에서, 첨가물의 총량은 약 2 체적%, 약 5 체적%, 약 10 체적%, 약 15 체적%, 약 20 체적%, 약 25 체적%, 약 30 체적%, 약 35 체적%, 약 40 체적%, 약 45 체적%, 또는 약 50%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값에 의해 정의되는 범위 내의 양일 수 있다.
본 개시에 따른 실리콘 질화물을 포함하는 히터 기판(210)은 등축의 α상 실리콘 질화물 입자와 침상의 상 실리콘 질화물 입자의 혼합물 규화물 상, 및 희토류 이규산염 유리 상을 포함한다. 본 개시에 따른 히터 기판(210)은 이론 밀도에 근접하는 밀도, 다시 말하면 이론 밀도의 약 99%를 초과하는 밀도를 갖는 소결체이며, 미세구조 내에는 기공이 거의 또는 전혀 존재하지 않는다.
실리콘 질화물을 포함하는 히터 기판(210)의 출발 원료에는 고순도 등급의 실리콘 질화물 분말이 포함된다. 고순도 등급의 실리콘 질화물 분말의 표면적은 약 1 m2/g 내지 약 20 m2/g , 일부의 실시형태에서는, 약 1 m2/g, 약 3 m2/g, 약 5 m2/g, 약 7 m2/g, 약 9 m2/g, 약 11 m2/g, 약 13 m2/g, 약 15 m2/g, 약 17 m2/g, 또는 약 20 m2/g, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 표면적일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 실리콘 질화물은 약 10 m2/g의 표면적을 갖는다. 약 1 m2/g 미만의 표면적을 갖는 실리콘 질화물 분말은 고밀도화가 어려울 수 있다. 약 20 m2/g을 초과하는 표면적을 갖는 실리콘 질화물 분말은 비싸고, 밀링 등의 입자 크기 감소 작업으로부터의 다량의 불순물(산소 등)을 함유할 수 있다.
순도의 면에서, 히터 기판의 출발 원료에서 제어되지 않은 불순물의 총량은 약 0 ppm 내지 약 10,000 ppm, 일부의 실시형태에서는, 약 0 ppm, 약 50 ppm, 약 100 ppm, 약 150 ppm, 약 200 ppm, 약 250 ppm, 약 300 ppm, 약 400 ppm, 약 500 ppm, 약 600 ppm, 약 700 ppm, 약 800 ppm, 약 900 ppm, 약 1,000 ppm, 약 2,500 ppm, 약 3,00 ppm, 약 4,000 ppm, 약 5,000 ppm, 약 6,000 ppm, 약 7,000 ppm, 약 8,000 ppm, 약 9,000 ppm, 약 10,000 ppm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 양일 수 있고, 일부의 실시형태에서는, 약 10,000 ppm(또는 1%) 미만일 수 있다. 불순물의 총함량이 약 10,000 ppm을 초과하는 경우, 실리콘 질화물의 히터 기판의 고온 특성은 부적적으로 영향을 받을 수 있다.
실리콘 질화물 원료 분말은 등축의 α상 실리콘 질화물 입자(α-Si3N4)와 침상의 β상 실리콘 질화물 입자(β-Si3N4)의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 실리콘 질화물 분말은 대부분의 α 상 및 소부분의 β 상을 포함한다.
실리콘 질화물 원료 분말 중의 실리콘 질화물 α상은 실리콘 질화물의 총중량에 기초하여 약 85 중량% 내지 약 100 중량%, 일부의 실시형태에서는, 약 90 중량%, 약 92 중량%, 약 94 중량%, 약 98 중량%, 약 99 중량%, 또는 약 100 중량%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 실리콘 질화물의 나머지는 β상 실리콘 질화물 및 최대 1 중량%의 불순물을 포함할 수 있다. 원료 분말은 대부분의 α상 실리콘 질화물 입자(α-Si3N4)를 포함해야 하며, 이로 인해 최종 소결된 미세구조는 소결 중의 약 1400 ℃ 내지 약 1700 ℃의 온도에서 α상으로부터 β상으로의 변환으로 인해 β상 실리콘 질화물의 세장형 입자로 구성된다. 주로 β상 실리콘 질화물의 세장형 입자를 보이는 미세구조는 재료의 파괴 인성을 개선한다.
본 개시에 따른 소결된 실리콘 질화물의 히터 기판은 약 60 몰% 내지 99 몰%의 실리콘 질화물을 포함하는 원료 배치(raw batch)로 제조된다. 일부의 실시형태에서, 원료 배치는 원료 배치의 총 몰에 기초하여 약 60 몰%, 약 65 몰%, 약 70 몰%, 약 75 몰%, 약 80 몰%, 약 85 몰%, 약 90 몰%, 약 95 몰%, 또는 약 99 몰%의 실리콘 질화물, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 원료 배치는 소결 보조제로서 원료 배치의 총 몰에 기초하여 약 1 몰% 내지 약 10 몰%의 RE 산화물을 더 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 원료 배치의 소결 보조제는 원료 배치의 총 몰에 기초하여 약 1 몰%, 약 2 몰%, 약 3 몰%, 약 5 몰%, 약 7 몰%, 약 8 몰%, 약 9 몰%, 또는 약 10 몰%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 RE 산화물일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 원료 배치는 약 0 몰% 내지 약 20 몰%의 실리카를 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 원료 배치는 원료 배치의 총 몰에 기초하여 약 0 몰%, 약 1 몰%, 약 5 몰%, 약 10 몰%, 약 15 몰%, 또는 약 20 몰%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 실리카를 포함할 수 있다. 실리카 및 희토류 산화물은 희토류 이규산염 유리 상을 형성한다. RE 규산염의 실시례는 2성분계에서 약 1 RE2O3 내지 약 2 SiO2의 비를 갖는 일반식 RE2Si2O7에 따른 화합물을 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 희토류 산화물은 상기 RE 산화물의 RE는 세륨(Ce), 디스프로슘(Dy), 에르븀(Er), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 스칸듐(Sc), 테르븀(Tb), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 이트륨(Y), 및 이들의 조합 중 적어도 하나의 산화물로부터 선택된다. 소결 보조제는 기공률을 최소화하고, 입자 크기를 줄이고, 및/또는 소결을 위해 사용되는 극단의 처리 조건을 낮출 수 있도록 하기 위해 (예를 들면, 열간 프레싱에서의 압력을 낮추기 위해) 첨가될 수 있다. 소결 보조제는 또한 실리콘 질화물의 열팽창계수(CTE)를 더 높일 수도 있다. 일부의 실시형태에서, 원료 배치는 메틸 에틸 케톤, 톨루엔, 시클로헥사논, 및 이들 용매의 3원 용매 시스템을 포함하는 이들의 조합 등의 용매와 같은 유기 재료를 더 포함할 수 있다. 유기 재료는 총 배치 배합조성의 약 10 중량% 내지 약 25 중량%의 양으로 원료 배치 중에 존재할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 유기 재료는 약 10 중량%, 약 15 중량%, 약 20 중량%, 또는 약 25 중량%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 양으로 원료 배치 중에 존재할 수 있다. 원료 배치 재료는 총 배치 배합조성의 나머지일 수 있는 적어도 하나의 폴리머 재료를 더 포함할 수 있고, 이 폴리머 재료는 분산제, 예를 들면, Hypermer™ KD-1(Croda); 바인더, 예를 들면, Paraloid™ B-72(Dow Chemical); 및 유형 I 가소제(예를 들면, Santicizer® S-160(Valtris)) 및/또는 유형 II 가소제(예를 들면, UCON™ 50-HB 5100(Dow Chemical)) 등의 적어도 하나의 가소제일 수 있다.
본 개시에 따른 실리콘 질화물을 포함하는 히터 기판은 약 25 W/mK 내지 약 120 W/mK, 일부의 실시형태에서는, 약 25 W/mK, 약 30 W/mK, 약 35 W/mK, 약 40 W/mK, 약 45 W/mK, 약 50 W/mK, 약 55 W/mK, 약 60 W/mK, 약 65 W/mK, 약 70 W/mK, 약 75 W/mK, 약 80 W/mK, 약 85 W/mK, 약 90 W/mK, 약 95 W/mK, 약 100 W/mK, 약 105 W/mK, 약 110 W/mK, 약 115 W/mK, 약 120 W/mK, 또는 약 125 W/mK, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 열전도율(κ)을 가질 수 있다. 가열된 기판의 열팽창계수(CTE)는 약 3 x 10-6/℃ 내지 약 5 x 10-6/℃, 일부의 실시형태에서는, 약 3 x 10-6/℃, 약 4 x 10-6/℃, 또는 약 5 x 10-6/℃, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 열팽창계수일 수 있다. 가열된 기판의 밀도는 가열된 기판의 부위마다 다를 수 있고, 약 3.3 g/cc 내지 약 3.7 g/cc, 일부의 실시형태에서는, 약 3.3 g/cc, 약 3.4 g/cc, 약 3.5 g/cc, 약 3.6 g/cc, 또는 약 3.7 g/cc, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 밀도일 수 있다.
실리콘 질화물의 히터 기판의 평균 입자 크기는 약 0.05 μm 내지 약 5 μm, 일부의 실시형태에서는, 약 0.05 μm, 약 0.1 μm, 약 0.2 μm, 약 0.3 μm, 약 0.4 μm, 약 0.6 μm, 약 0.8 μm, 1.0 μm, 약 2 μm, 약 3 μm, 약 4 μm, 또는 약 5.0 μm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 크기일 수 있다.
α 실리콘 질화물을 β 실리콘 질화물로 소결 및 변환 후, 히터 기판은 실리콘 질화물의 총 체적에 기초하여 약 10 체적% 내지 약 99 체적%의 β 실리콘 질화물, 일부의 실시형태에서는, 약 10 체적%의 β-Si3N4, 약 20 체적%의 β-Si3N4, 약 25 체적%의 β-Si3N4, 약 30 체적%의 β-Si3N4, 약 35 체적%의 β-Si3N4, 약 40 체적%의 β-Si3N4, 약 45 체적%의 β-Si3N4, 약 50 체적%의 β-Si3N4, 약 55 체적%의 β-Si3N4, 약 60 체적%의 β-Si3N4, 약 65 체적%의 β-Si3N4, 약 70 체적%의 β-Si3N4, 약 75 체적%의 β-Si3N4, 약 80 체적%의 β-Si3N4, 약 85 체적%의 β-Si3N4, 또는 약 90 체적%의 β-Si3N4, 약 95 체적%의 β-Si3N4, 약 98 체적%의 β-Si3N4, 또는 99 체적%의 β-Si3N4, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 β-Si3N4를 포함할 수 있다. 나머지 실리콘 질화물은 α 실리콘 질화물일 수 있다.
실리콘 질화물의 히터 기판의 기타 첨가물
전술한 첨가물에 추가적으로 또는 대안적으로 실리콘 질화물의 히터 기판은 관심이 있는 선택된 특성을 변경하는 첨가물을 포함할 수 있다. 하나의 비제한적 실시례에서, 금속층이, 예를 들면, 발열 요소(즉, 도 2 내지 도 6의 발열 요소(240) 또는 도 7 내지 도 9의 발열 요소(340))로서 또는 RF 전극(즉, 도 4 내지 도 7의 RF 전극(260))으로서 실리콘 질화물의 히터 기판에 합체되고, 금속층 및 실리콘 질화물의 CTE는 가능한 한 일치되는 것이 필요하다. 바람직하게는, 이 CTE는 금속과 실리콘 질화물 사이의 계면에서 기공, 균열 등의 잠재적인 결함을 피하기 위해 금속과 실리콘 질화물 사이의 약 0 x 10-6/℃ 내지 약 4 x 10-6/℃의 차이의 범위 내에서, 더 바람직하게는 1 x 10-6/℃ 미만의 차이로 일치된다. 이들 결함은 처리 후에 관찰되거나 발생되는 열응력으로 인해 사용 중에 발생된다.
효과적인 CTE 및 탄성률을 변경하기 위해, 실리콘 질화물보다 더 높거나 더 낮은 CTE(및 탄성률)을 갖는 첨가물이, 최종 히터 기판 본체의 고밀도화를 방해하거나 또는 기타 원하는 특성에 악영향을 주지 않는 경우에 한하여, 포함될 수 있다. 첨가물 입자와 관련된 기공률, 미세균열, 또는 응집이 있는 경우에 방해로 판단된다. CTE 조절제는 Ti, Ta, Hf, W, Mo, Zr, V, 이들의 합금, 및 이들의 조합 등의 내화 금속 원소의 화합물을 포함하지만 이들에 한정되지 않는다. CTE 변경 첨가물(들)의 양은 최소 레벨로 첨가되었을 때 CTE에 현저한 영향을 주는 양이어야 한다. 다른 한편, 이러한 첨가물(들)의 최대 레벨은, 예를 들면, 용도를 대표하는 실온 또는 고온에서 실리콘 질화물의 절연 특성의 열화를 초래해서는 안된다. 원료 배치에 첨가되는 CTE 변경 첨가물의 총량은 히터 기판의 원료 배치의 총중량에 기초하여 약 0.5 몰% 내지 약 15 몰%, 일부의 실시형태에서는, 약 0.5 몰%, 약 1.0 몰%, 약 2 몰%, 약 3 몰%, 약 4 몰%, 약 5 몰%, 약 6 몰%, 약 7 몰%, 약 8 몰%, 약 9 몰%, 약 10 몰%, 약 11 몰%, 약 12 몰%, 약 13 몰%, 약 14 몰%, 또는 약 15 몰%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 양일 수 있다.
실리콘 질화물의 열전도율(전형적으로 약 25 W/mK)은 알루미늄 질화물(전형적으로 약 100-150 W/mK)보다 낮지만 보다 높은 열전도율의 실리콘 질화물(전형적으로 80 W/mK 이상) 및/또는 히터의 복수의 구역의 사용으로 인해 열적 불균일성이 극복될 수 있다. 따라서, 원료 배치 실리콘 질화물 조성 중의 기타 첨가물은 얻어지는 실리콘 질화물 본체의 열전도율(및 전기적 특성)을 변경할 수 있다 이러한 첨가물의 예에는 MgO(원용에 의해 본원에 포함되는 미국 특허 제 6,391,812 호), BN, 및 SiC, 및 이들의 조합이 포함되지만 이들에 한정되지 않는다. 열전도율을 조정하기 위해 원료 배치에 첨가되는 첨가물의 총량은 히터 기판용 원료 배치의 총중량에 기초하여 약 0.1 몰% 내지 약 15 몰%, 일부의 실시형태에서는, 약 0.1 몰%, 0.5 몰%, 약 1 몰%, 약 2 몰%, 약 3 몰%, 약 4 몰%, 약 5 몰%, 약 6 몰%, 약 7 몰%, 약 8 몰%, 약 9 몰%, 약 10 몰%, 약 11 몰%, 약 12 몰%, 약 13 몰%, 약 14 몰%, 또는 약 15 몰%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 양일 수 있다.
고밀도화 후의 히터 기판의 두께는 약 5 mm 내지 약 50 mm, 일부의 실시형태에서는, 약 5 mm, 약 7 mm, 약 10 mm, 약 12 mm, 약 14 mm, 약 16 mm, 약 18 mm, 약 20 mm, 약 22 mm, 약 24 mm, 약 26 mm, 약 28 mm, 약 30 mm, 약 35 mm, 약 40 mm, 약 45 mm 또는 약 50 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 두께일 수 있다.
가열 요소, 가열 요소 층, 또는 가열 요소 구역으로서 및/또는 RF 전극으로서의 금속층
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 히터 기판과 적합성이 있고 히터 기판에 결합되는 내화 금속에 기초하는 조성을 갖는 금속층을 포함할 수 있다. 이러한 금속층은 발열 요소, 하나 이상의 발열 요소 층(들), 또는 하나 이상의 발열 요소 구역(들)로서, 및/또는 RF 에너지를 송신하는 RF 전극으로서 유용하다. 히터 기판에서, 이들 금속층은 상이한 기능을 수행하므로 상이한 전기적 특성을 갖는다. 금속층은 실온에서의 약 100 옴·cm 내지 실온에서의 약 1 x 10-6 옴·cm의 전기 저항률을 가질 수 있다. 모든 경우에, 이러한 층의 CTE는 이것이 매립되는 실리콘 질화물의 히터 기판 등의 히터 기판에 엄밀하게 일치된다. 바람직하게는, 금속층과 실리콘 질화물 사이의 CTE 일치는 금속과 실리콘 질화물 사이의 약 0 x 10-6/℃ 내지 약 4 x 10-6/℃ 차이이고, 일부의 실시형태에서는, 약 2 x 10-6/℃보다 양호하고, 더 바람직하게는 약 1 x 10-6/℃ 미만의 차이로 일치된다.
본 개시에 따른 적절한 내화 금속에는 Mo, W, Hf, Rh, Ti, Ta, Zr, V, 및 이들의 조합의 원소 및 화합물이 포함되지만 이들에 한정되지 않는다. 금속층은 내화 금속 화합물만 또는 내화 금속만, 또는 내화 금속 화합물, 내화 금속, 실리콘 질화물, 소결 보조제, 기타 특성 변경 첨가물, 및 이들의 조합의 복합재로 구성될 수 있다.
금속층의 조성은 원하는 목표 전기 특성 및 이 층과 주위의 실리콘 질화물과의 적합성에 의존한다. 금속층의 금속 함량은 이 층의 약 5 체적% 내지 약 100 체적%(순수 금속), 일부의 실시형태에서는, 약 5 체적%, 약 10 체적%, 약 15 체적%, 약 20 체적%, 약 25 체적%, 약 30 체적%, 약 35 체적%, 약 40 체적%, 약 45 체적%, 약 50 체적%, 약 55 체적%, 약 60 체적%, 약 65 체적%, 약 70 체적%, 약 75 체적%, 약 80 체적%, 약 85 체적%, 약 90 체적%, 약 95 체적%, 또는 약 100 체적%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 함량일 수 있다. 금속층은 실리콘 질화물, 실리콘 질화물의 처리에서 사용되는 바와 같은 소결 보조제, CTE 변경 첨가물, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 더 포함하는 복합재일 수 있다. 따라서, 이들 기타 성분은, 실리콘 질화물의 총량의 약 1 몰% 내지 20 몰%, 일부의 실시형태에서는, 약 1 몰%, 약 5 몰%, 약 10 몰%, 약 15 몰%, 또는 약 20 몰%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 SiO2를 포함할 수 있는 소결 보조제와 함께, 복합재의 총 체적의 약 0 내지 약 95 체적%의 총량으로 복합재 내에 포함될 수 있다. 금속층 중의 CTE 변경 첨가물에 BN, SiC, SiO2, 및 이들의 조합이 포함되지만 이들에 한정되지 않는다. 히터 기판과 함께 사용되는 금속층 및 첨가물의 부분은 금속층, 사용되는 첨가물, 및 실리콘 질화물 기판 사이의 반응의 결과로서 원하지 않는 상의 형성을 방지하는 것이 필수적으로 고려된다. 이 반응은 히터의 제조 중에 또는 사용 중에 발생할 수 있다.
실리콘 질화물은 본질적으로 체임버 세정 레시피(recipe)에서 일반적으로 사용되는 불소 기반의 플라즈마에 대해 우수한 플라즈마 내식성을 가지지 않으므로 이러한 공격으로부터 보호되어야 한다. 희토류 규산염 코팅을 포함하는 비다공질 최외층이 실리콘 질화물의 히터 기판에 코팅되거나, 층상화되거나, 적층되거나, 부착되거나, 또는 관련되고, 또한 공동 소성(co-firing)되어 실리콘 질화물의 히터 기판에 대해 우수한 부착성을 갖는 고밀도의 부식 장벽을 형성한다. 희토류 규산염 층은 이것의 분말로부터 직접 제조되거나, 후술하는 바와 같이 이들 구성 성분의 혼합물로부터 간접적으로 합성될 수 있다.
비다공질 최외층.
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 히터 기판의 부식 방지층으로서 비다공질 최외층을 포함한다. 비다공질 최외층은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7) 및 이트륨 이규산염(Y2Si2O7)으로부터 선택되는 적어도 하나의 희토류 규산염을 포함한다. 바람직하게는, 도 2 내지 도 9에서와 같은 층(220)은 실리콘 질화물을 포함하는 히터 기판과 적층되기 위한 이터븀 이규산염이다.
희토류 규산염 층은 아래에 있는 실리콘 질화물의 히터 기판과의 공고밀도화(co-densification) 중에 합성될 수 있다. 도 6에 예시된 바와 같이, 적층체(550)에는 비다공질 최외층(220)의 표면(230)이 히터 기판(210)에 부착되는 계면(250)이 포함된다. 계면(250)의 2차상 또는 기공은 보호 코팅의 원하지 않는 균열 또는 층간박리의 원인이 된다. 본 개시의 비다공질 최외층(220)은 계면(250)에 약 0 체적% 내지 약 5 체적%의 원하지 않는 상이나 기공, 또는 약 0 체적% 내지 약 3 체적%의 원하지 않는 상 또는 기공, 또는 0 체적% 내지 약 1 체적%의 원하지 않는 상 또는 기공을 포함한다. 일부의 실시형태에서, 비다공질 최외층의 원하지 않는 상 또는 기공은 약 0 체적%, 약 0.5 체적%, 약 1 체적%, 약 1.5 체적%, 약 2 체적%, 약 2.5 체적%, 약 3 체적%, 약 3.5 체적%, 약 4 체적%, 약 4.5 체적%, 또는 약 5 체적%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내이다.
희토류 규산염의 그린 층이 실리카(SiO2) 및 이터비아(Yb2O3), 및 그린의 미소성(unfired) 강도를 위한 선택적 유기 첨가물로 제조될 수 있고, 실리카와 이터비아의 몰비는 주의 깊게 제어된다. 구성요소로부터의 최외층의 제조의 예는 실시례 2에 상세히 설명되어 있다. 약 1.8 미만 몰비의 SiO2:Yb2O3의 경우, 소결된 최외층의 얻어지는 미세구조는 유해한 미세 균열을 보이며, 이터비아(Yb2O3) 및 이터븀 일규산염(Yb2SiO5) 등의 원하지 않는 상을 포함한다. 몰비가 약 2.0에 근접하면 미세구조는 균일 적어지고, 이터븀 일규산염(Yb2SiO5) 상을 포함한다는 것이 관찰되었다. 약 2.0 또는 약간 더 큰 몰비(약 2.3)에서, 미세구조는 이터븀 일규산염(Yb2SiO5) 및 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함한다. 약 2.4 내지 약 2.7의 몰비에서, 소결된 최외층은 실질적으로 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7) 상을 포함하며,관찰가능한 균열을 보이지 않는다. 3.0을 초과하는 몰비의 SiO2:Yb2O3의 경우, 얻어지는 미세구조는 기공 및 SiO2의 존재를 보여주며, 이들 두 모두 바람직하지 않다. 일부의 실시형태에서, SiO2 대 Yb2O3의 몰비(SiO2:Yb2O3)는 약 1.8 SiO2:Yb2O3 내지 약 3.0 SiO2:Yb2O3; 약 1.9 SiO2:Yb2O3 내지 약 2.7 SiO2:Yb2O3; 또는 약 2.4 SiO2:Yb2O3 내지 약 2.7 SiO2:Yb2O3일 수 있다.
일부의 실시형태에서, 희토류 규산염의 그린 층이 히터 기판용 부식 방지층으로서 최외층의 제조 시에 희토류 규산염 분말로부터 직접 제조될 수 있다. 예비 반응으로부터 최외층의 제조의 예는 실시례 3에 상세히 설명되어 있다. 우수한 내식성을 제공하기 위해, 소결된 적층체의 계면은 본질적으로 기공이 없어야 하고, 층간박리를 보여서는 안된다. 도 10에서와 같은 단면 주사형 전자 현미경(SEM) 현미경사진에서, 실리콘 질화물의 히터 기판(1010) 상의 고밀도의 부착성 희토류 규산염 층(1020)이 기공 및 2차상이 없는 계면(1050)으로 예시되어 있다. 계면(1050)은 희토류 규산염 층과 실리콘 질화물의 히터 기판 사이의 계면(1050)에서 약 5 체적% 미만의 기공률을 보이고 있다. 더욱, 계면(1050)에서의 층간박리가 없다는 것은 우수한 내식성을 나타낸다.
비다공질 최외층의 층 두께는 웨이퍼 히터, 히터 기판, 및 그 사용 용도에 맞추어 조정될 수 있다. 비다공질 최외층은 본 명세서에서 상호교환적으로 부식 장벽 또는 내식성 층이라고도 한다. 히터의 제조에 사용되는 프로세스의 성질에 따라, 웨이퍼 히터 등의 대형 컴포넌트(예를 들면, 약 250 mm 내지 약 1 m의 직경을 갖는 컴포넌트)의 소성된 그대로의 프로파일은 원하는 프로파일로부터 1 mm 이상 벗어날 수 있고, 따라서 이러한 경우, 최외층의 소성된 그대로의 두께는, 부품의 마무리 가공, 즉 연삭 후에도 충분한 최외 재료가 존재하도록 보장하기 위해, 실질적으로 1 mm를 초과하는 것이 바람직하고, 일부의 실시형태에서는, 약 2 mm 내지 약 5 mm인 것이 바람직하다. 보다 얇은 층은 전형적으로 실제 형태로부터 덜 벗어나므로 보다 작은 컴포넌트(예를 들면, 최대 약 250 mm의 직경을 갖는 컴포넌트) 또는 보다 엄밀하게 제어되는 제조 프로세스에서 보다 적절히 사용된다.
고밀도화 후의 최외층의 두께는 약 0.05 mm 내지 약 15 mm, 일부의 실시형태에서는, 약 0.5 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 4 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 7 mm, 약 8 mm, 약 9 mm, 약 10 mm, 또는 약 15 mm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 두께일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 이 두께는 필요에 따라 채널, 메이사, 또는 그루브의 기계가공을 허용하도록 10 mm를 초과할 수 있다.
비다공질 최외층의 미세구조는 웨이퍼 히터의 내구성 및 성능에 대해 중요하다. 미세균열 및 균열이 없는 비다공질 최외층을 포함하는 웨이퍼 히터 또는 적층체는 입자 탈락 등의 악영향을 겪지 않는다. 일부의 실시형태에서, 비다공질 최외층은 미세균열 및 균열이 없는 미세구조를 특징으로 한다. 본 개시의 실시형태에서, 비다공질 최외층은 미세균열 및 균열이 실질적으로 없는 미세구조를 특징으로 한다. 본 개시의 실시형태에서, 비다공질 최외층 내의 미세균열 및 균열의 총량은 약 0/mm2 내지 약 5/mm2, 일부의 실시형태에서는, 0/mm2, 1/mm2, 또는 5/mm2, 또는 10/mm2, 25/mm2, 또는 50/mm2, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 양일 수 있다. 본 개시의 실시형태에서, 비다공질 최외층은, 예를 들면, 이미지 분석이나 본 기술분야에서 알려져 있는 다른 방법에 의해 정량화된 바와 같은 최대 1/mm2의 미세균열 및 균열을 갖는 미세구조를 특징으로 한다.
본 개시의 실시형태에서, 비다공질 최외층의 입자 크기는 웨이퍼 히터의 성능에 중요하다. 일반적으로, 부식은 입계에서 가장 빠르게 발생하므로 입자 크기가 더 큰 재료가 보다 느리게 부식된다. 또한, 입계에서의 부식인 비교적 빠른 경우, 입자 전체가 입계 부식에 의해 제거될 수 있다. 이것은 본 명세서에서 입자 손실 또는 탈락이라고 부른다. 본 개시의 실시형태에서, 웨이퍼 히터는 ASTM-E112에 측정된 약 100 nm 내지 약 100 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 비다공질 최외층을 포함한다. 본 개시의 실시형태에서, 내식성 비다공질 층은 약 100 nm 내지 약 100 마이크론, 일부의 실시형태에서는, 약 0.1 μm(100 nm), 약 1 μm, 약 10 μm, 약 15 μm, 약 20 μm, 약 25 μm, 약 30 μm, 약 35 μm, 약 40 μm, 약 45 μm, 약 50 μm, 약 55 μm, 약 60 μm, 약 65 μm, 약 70 μm, 약 75 μm, 약 80 μm, 약 85 μm, 약 90 μm, 약 95 μm, 또는 약 100 μm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 개시의 일부의 실시형태에서, 비다공질 최외층은 케이비아이트 결정 구조를 갖는 최소 약 50 체적%의 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함한다. 일부의 실시형태에서, 케이비아이트 결정 구조를 갖는 Yb2Si2O7는 최외층의 총 체적의 약 50 체적% 내지 약 100 체적%일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 최외층의 케이비아이트 결정 구조를 갖는 Yb2Si2O7의 체적%는 약 50 체적%, 약 55 체적%, 약 60 체적%, 약 65 체적%, 약 70 체적%, 약 75 체적%, 약 80 체적%, 약 85 체적%, 약 90 체적%, 약 95 체적%, 또는 약 100 체적%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 체적%일 수 있다. 일부의 실시형태에서, Yb2Si2O7 중의 Yb의 일부 또는 전부가 케이비아이트 결정 구조를 유지하면서 하나 이상의 다른 희토류 원소로 치환될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 케이비아이트 구조는 희토류 이규산염 중의 다른 희토류 원소를 사용하여 γ 구조로 치환될 수 있다.
본 개시의 실시형태에서, 히터 기판과 관련되는 비다공질 최외층은 히터 기판에 부착될 수 있다. 본 개시의 실시형태에서, 비다공질 최외층은 히터 기판에 직접 부착된다. 본 개시의 실시형태에서, 비다공질 최외층은, 예를 들면, 개재층을 개재하여 히터 기판에 간접적으로 부착된다.
이 개재층의 기공률은 총 체적에 기초하여 약 0% 내지 약 5%, 일부의 실시형태에서는, 약 0%, 약 0.5%, 약 1.0%, 약 1.5%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 4.5%, 또는 약 5%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 기공률일 수 있다. 개재층의 기공률은 충분히 낮아야 하지만 내식성 비다공질 층의 기공률만큼 낮을 필요는 없다. 이는 내식성 비다공질 층과 같이 개재층이 플라즈마 에칭 또는 퇴적 등의 프로세스에 노출되지 않기 때문이다.
벌크 복합재의 열팽창계수 뿐만 아니라 개별 층(들)의 열팽창계수와 일치시키도록 매립된 층의 재료를 선택하는 것이 중요한데, 불일치는 컴포넌트 내의 층간박리를 지연시키는 경향이 있기 때문이다. 열팽창계수의 차이가 세라믹 절연 기판 및 내식성 비다공질 층의 계수에 대하여 약 0 x 10-6 /K 내지 약 4 x 10-6 /K인 경우, 열팽창 불일치는 근접하거나 허용될 수 있는 것으로 생각된다. 본 개시의 실시형태에서, 적어도 하나의 개재층은 세라믹 절연 기판 및 내식성 비다공질 층에 대하여 약 0 x 10-6 /K 내지 약 4 x 10-6 /K의 열팽창계수 차이를 갖는 재료가 되도록 선택된다. 열팽창 불일치는, 조합된 열팽창이 부품의 전체의 팽창과 일치하는, 여러 개의 상이한 재료의 복합재로 층을 제조함으로써 해결될 수 있는 경우가 많다.
매우 낮은 레벨의 탄소, 예를 들면, 중량으로 약 0 ppm 내지 약 200 ppm의 탄소 함량은 본 개시에 따른 바람직하게는 밝거나 백색의 컴포넌트에 기여하는 것으로 생각된다. 본 개시의 실시형태에서, 탄소 함량은 약 0 ppm 내지 약 200 ppm, 일부의 실시형태에서는, 약 10 ppm, 약 20 ppm, 약 30 ppm, 약 40 ppm, 약 50 ppm, 약 60 ppm, 약 70 ppm, 약 80 ppm, 약 90 ppm, 약 100 ppm, 약 110 ppm, 약 120 ppm, 약 130 ppm, 약 140 ppm, 약 150 ppm, 약 160 ppm, 약 170 ppm, 약 180 ppm, 약 190 ppm, 또는 약 200 ppm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 함량일 수 있다. 다른 실시형태에서, 탄소 함량은 최대 100 ppm이다. 또 다른 실시형태에서, 탄소 함량은 최대 50 ppm이다.
실리콘 질화물의 히터 기판을 구비하는 웨이퍼 히터 어셈블리의 제조
본 개시에 따른 웨이퍼 히터 어셈블리는 히터 기판 및 비다공질 최외층을 포함하며, 건식 프레싱, 냉간 정수압 프레싱, 롤 압축 및 테이프 캐스팅과 이것에 이어지는 적층, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 세라믹 처리 기술을 사용하여 도 11에 예시된 바와 같은 방법(1100)에 따라 형성될 수 있다. 단계 1110에서와 같이 소결가능한 히터 기판 재료의 제 1 층을 제조하기 위해, 실리콘 질화물 및 적절한 무기 및 유기 첨가물을 포함하는 슬러리 또는 슬립(slip)은 프레싱용으로 스프레이 건조되거나 테이프 캐스팅용으로 올바른 유동학으로 조정된다.
실리콘 질화물의 히터 기판은 단계 1120에서 적어도 하나의 발열 요소 또는 금속층의 도입을 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 금속층이 적절하게 성형된 와이어 메시, 금속 포일, 또는 적층 전에 테이프 상에 인쇄된 두꺼운 필름과 같은 미리 제조된 형태로 히터 기판 내에 삽입될 수 있다. 두꺼운 필름 인쇄를 사용하는 경우,필요한 금속 잉크는 무기 성분, 즉, Mo, W, Hf, Rh, Ti, Ta, Zr, V, 이들의 합금 또는 화합물, 및 이들의 조합(붕화물, 탄화물, 질화물, 알루미니드, 및 규화물 등의 무기 성분의 화합물을 포함함)과 유기 성분(용매 및 바인더 등)을 사용하여 인쇄가능한 페이스트를 얻기 위해 주의 깊게 배합된다. 금속층은 내화 금속 화합물만, 또는 내화 금속만, 또는 내화 금속 화합물, 내화 금속, 실리콘 질화물, 소결 보조제, 기타 적절한 변경 첨가물, 및 이들의 조합의 복합재를 포함할 수 있다. 다음에 스크린 또는 스텐실을 사용하여 필요한 발열 요소의 패턴, 상호접속부 및 RF 전극을 인쇄할 수 있다. 비어는 스크린 인쇄에 의해 또는 잉크 분배 설비를 사용하여 채워진다. 단계 1120은 약 20℃ 내지 약 150℃, 일부의 실시형태에서는, 약 20℃, 약 25℃, 약 30℃, 약 35℃, 약 40℃, 약 45℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 또는 약 150℃, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 온도에서 실시된다.
선택적으로 필요에 따라 예비 적층체를 형성하기 위해, 단계 1130에 따라 개재층이 포함될 수 있다. 이 개재층은 스크린 인쇄나 그린 세라믹 테이프의 적층에 의해 시스템에 제공될 수 있다.
실리콘 질화물의 히터 기판은 단계 1140에서와 같이 실리콘 질화물의 히터 기판 본체의 상면에 적층되는 부식 장벽용 최외층을 더 포함한다. 이는 고밀도화 후에 알려진 두께를 달성하기 위해 미리 합성된 희토류 규산염 분말의 균일한 층을 프레싱함으로써 실시될 수 있다. 대안적으로, 희규재의 얇은 시트가 테이프 캐스팅되어 실리콘 질화물의 상면에 적층될 수 있다. 다른 선택지는 Yb2Si2O7를 형성하기 위한 SiO2:Yb2O3의 원하는 몰비를 갖는 희토류 산화물과 실리카의 혼합물로 시작하여 소결 중에 현장에서 희토류 규산염 층을 합성하는 것이다. 단계 1140은 약 20℃ 내지 약 15℃의 온도에서 실시될 수 있다.
단계 1110-1140에 따른 층은 단계 1150에서와 같이 예비 적층체를 형성하도록 배치된다. 임의의 유기 성분은 단계 1160에서 약 150℃ 내지 약 650℃, 일부의 실시형태에서는, 약 150 ℃, 약 200 ℃, 약 250 ℃, 약 300 ℃, 약 350 ℃, 약 400 ℃, 약 450 ℃, 약 500 ℃, 약 550 ℃, 약 600 ℃, 또는 약 650 ℃, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 온도에서의 열처리에 의해 제거되고; 또는 대안적으로는 유기 성분은 소결 단계 1170에서 동시에 제거될 수 있다. 단계 1170에서 실리콘 질화물, 금속 및 선택적 층, 및 최외층의 공소결은 약 1500℃ 내지 약 1900℃, 일부의 실시형태에서는, 약 1500℃, 약 1550 ℃, 약 1600 ℃, 약 1700 ℃, 약 1800 ℃, 또는 약 1900 ℃, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 온도에서 불활성 분위기(예를 들면, N2, 아르곤, 또는 헬륨 분위기, 또는 이들의 조합) 중에서 달성되어 적층체의 층을 고밀도화할 수 있다. 단계 1170은 주위 압력(즉, 무가압 소결)에서의 소결, 가스 압력 하의 소결(즉, 가스 압력 소결), 또는 단축 압력 소결(즉, 열간 프레싱)을 포함한다. 압력은 약 0 psi 내지 약 40000 psi, 일부의 실시형태에서는, 약 0 psi, 약 50 psi, 약 100 psi, 약 150 psi, 약 250 psi, 약 500 psi, 약 750 psi, 약 1000 psi, 약 5000 psi, 약 10000 psi, 약 20000 psi, 약 30000 psi, 약 40000 psi, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 압력일 수 있다. 유리 지원 열간 정수압 프레싱이 적층체 웨이퍼 히터의 고밀도화를 달성하기 위한 소결에 사용될 수도 있다.
고밀도화 후, 웨이퍼 히터 소결체는 치수 요건을 충족하기 위해 기계가공될 수 있다. 다음에 슈라우드의 요구되는 접합이 실시될 수 있고, 전력을 공급하는 전기 리드가 종래의 경납땜 프로세스를 사용하여 히터의 후면에 경납땜될 수 있다. 기계가공된 부품은 세제, 초음파, 및/또는 고순도의 화학시약을 사용하여 세정될 수 있다.
본 개시의 실시형태에서, 본 개시의 웨이퍼 히터 어셈블리를 제조하는 데 사용되는 원료 중의 원하지 않는 원소의 총 농도는 약 0 원자% 내지 약 1 원자%, 일부의 실시형태에서는, 약 0 원자%, 약 0.1 원자%, 약 0.2 원자%, 약 0.3 원자%, 약 0.4 원자%, 약 0.5 원자%, 약 0.6 원자%, 약 0.7 원자%, 약 0.8 원자%, 약 0.9 원자%, 또는 약 1 원자%, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 농도이다. 예를 들면, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Zn 등의 제 1 행의 전이 원소는 실리콘을 통해 비교적 신속하게 확산하며, 디바이스의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. Au 및 Ag의 존재는 유사한 문제를 일으킬 수 있다. 또한, Li, Na, 및 K 등의 원소는 실리카를 통해 신속하게 확산하며, 디바이스 게이트(gate)의 전하 밀도에 영향을 줄 수 있다. 본 개시의 웨이퍼 히터는 실질적으로 오염물을 함유하지 않는다(즉 약 0 원자% 내지 약 1 원자%의 불순물). 내식성 컴포넌트를 제조하기 위한 원료 중의 원하지 않는 원소의 총 농도는 최소화되어야 한다. 이들 원하지 않는 원소의 총 농도는 실질적으로 1 원자% 미만, 바람직하게는 원하지 않는 원소 당 약 0 ppm 내지 약 5 ppm, 일부의 실시형태에서는, 약 0 ppm, 약 0.1 ppm, 약 0.2 ppm, 약 0.5 ppm, 약 1 ppm, 약 1.5 ppm, 약 2 ppm, 약 2.5 ppm, 약 3 ppm, 약 3.5 ppm, 약 4 ppm, 약 4.5 ppm, 약 5 ppm, 또는 전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내의 농도이어야 한다.
사용 중의 실리콘 질화물 히터
공급업체로부터 구입된 세라믹 히터 어셈블리는 체임버, 예를 들면, 진공 체임버의 내부에 부착될 수 있고, 이 체임버에서의 사용을 위해 접속될 수 있다. 이 시스템의 사용자는 하나 이상의 웨이퍼를 히터에 배치하고, 각각의 웨이퍼를 특정의 온도까지 가열하고, 반응 가스를 사용하여 웨이퍼 상에 일부의 재료를 퇴적시키고, 다음에 웨이퍼를 제거하고, 이것을 새로운 웨이퍼와 교환할 수 있다. 일정한 수의 웨이퍼가 처리된 후에 어셈블리의 내부가 심하게 오염될 수 있고, 이 경우에는 활성화된 할로겐 함유 가스를 내부에 주입함으로써 내부를 세정할 수 있다. 이 세정 방법은 내부를 원래의 상태로 회복시킬 수 있다. 다음에 웨이퍼의 처리가 재개될 수 있다. 이 프로세스는 사용자가 사용자의 필요에 따라 계속될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 경우, "전술한 임의의 2 개의 값들 사이에 정의되는 임의의 범위 내"라는 어구는 문자 그대로 상기 값이 리스트의 하한인지 또는 상한인지의 여부에 무관하게 이러한 어구의 전에 제시된 임의의 2 개의 값으로부터 임의의 범위가 선택될 수 있음을 의미한다. 예를 들면, 한 쌍의 값은 2 개의 더 작은 값으로부터, 또는 2 개의 더 큰 값으로부터, 또는 더 작은 값과 더 큰 값으로부터 선택될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 경우, 단수형은 문맥이 명확하게 다른 것을 지시하지 않는 한 복수형을 포함한다.
실시례
실시례 1: 실리콘 질화물의 히터 기판(CTE 조절제를 함유함)
테이프 캐스팅을 위해 의소성(pseudoplastic)/전단 감점(shear thinning)의 재료를 생성하기 위해 함께 분쇄된 무기 및 유기 배치 성분의 둘 모두를 포함하는 세라믹 슬립을 배합하여 준비하였다. 무기 배치 성분은 총 슬립 혼합물의 52.9 중량%의 실리콘 질화물 분말(Ube, SN-ESP 등급, 10 m2/g의 표면적)과 총 슬립 혼합물의 12.8 중량%의 소결 보조제를 포함하였다. 소결 보조제는 총 배치 배합조성의 약 2.0 중량%의 실리콘 이산화물(US 실리카, MIN-U-SIL), 총 배치 배합조성의 약 6.7 중량%의 이터븀 산화물(NEO Corporation), 및 총 배치 배합조성의 약 4.1 중량%의 몰리브데넘 이규화물(HC Starck, 등급 G)이었다. 유기 배치 성분은 총 배치 배합조성의 약 17. 1 중량%의 메틸 에틸 케톤, 톨루엔, 및 시클로헥사논의 3원 용매 시스템을 포함하였다. 여러 개의 상이한 폴리머 재료가 배치 배합조성의 나머지를 구성하였고, 이들은 분산제, Hypermer™ KD-1(Croda), 바인더, Paraloid™ B-72(Dow Chemical), 유형 I 가소제, Santicizer® S-160(Valtris), 및 유형 II 가소제, UCON™ 50-HB 5100(Dow Chemical)을 포함하였다. 먼저, 용매를 분산제, 소결 보조제 및 기타 첨가물과 함께 분쇄 매체를 수용하는 카보이(carboy)에 첨가하고, 2 시간 동안 분쇄하였다. 다음에 실리콘 질화물 분말을 시간이 지남에 따라 점진적으로 첨가하고 24 시간 동안 분쇄하였다. 무기물이 분쇄된 후에, 바인더 및 유형 I 가소제 및 유형 II 가소제를 첨가하고, 탈피제(de-skinning agent) 시클로헥사논과 함께 분쇄하였다. 슬립 제조의 최종 단계는 테이프 캐스팅 전의 진공 탈기를 포함하였다. 다음에 위의 슬립을 종래의 테이프 캐스팅 기계에서 주조하여 히터 구조의 표적층의 원하는 두께에 따라 0.46 mm(0.018 인치) 내지 1.27 mm(0.050 인치) 의 원하는 두께의 실리콘 질화물 그린 테이프를 제조하였다. 이 테이프를 건조시킨 후, 추가의 처리를 위한 시트로 절단하였다.
다음에, 실리콘 질화물 내에 매립되기 위한 금속층의 두꺼운 필름 인쇄를 위한 잉크를 준비하였다. 1-옥타놀(Sigma Aldrich), 부틸 카르비톨(Sigma Aldrich, >99% 순도) 및 에틸 셀룰로오스(Sigma Aldrich), 텅스텐 탄화물(GTP), 실리콘 질화물(Ube E10) 및 이터븀 산화물(Neo Corp.)를 자(jar) 내에서 3 분동안 초음파로 혼합하였다. 다음에 자를 250 ℃에 유지되는 고온수욕 중에 배치하고 교반하였다. 유기물 및 무기물이 혼합되면 이 혼합물을 초음파 믹서에 넣고 8분 동안 더 처리하였다. 다음에 혼합물을 3 롤 밀을 천천히 통과시켜, 페이스트 상의 점도의 잉크가 얻어질 때까지 45분 동안 분쇄하였다.
참고로 도 2를 참조하면, 상이한 레벨의 텅스텐 탄화물을 함유하는 잉크를 발열 요소 층(240), 비어(275), 및 상호접속층(270)용으로 제조하여 상이한 전기 저항율을 달성하였다. 발열 요소 층 및 비어용으로 42.5 체적%의 WC를 함유하는 잉크를 제조하였다. 잉크의 나머지 체적%는 실리콘 질화물 및/또는 소결 보조제 등의 무기 재료를 포함하고, 용매 및/또는 바인더 등의 유기 첨가물은 배재하였다. 상호접속층용으로는 90 체적%의 WC를 함유하는 잉크를 제조하였다.
제조된 잉크를 개별 테이프 캐스팅된 실리콘 질화물 시트 상에 인쇄하고, 이어서 적층하여 도 2에 개략적으로 제시한 웨이퍼 히터 어셈블리(200)와 유사한 어셈블리를 형성하였다. 매립된 금속층들(즉, 발열 요소, 상호접속부) 사이의 비어는 잉크 분배 장치를 사용하여 상기 잉크로 채웠다. 히터 기판 본체의 후면에 이르는 비어를 구비하는 다른 테이프 캐스팅된 실리콘 질화물 시트는 유사하게 채워지고, 다른 적층체에 적층되고, 따라서 금속층이 매립된 미소결된 히터 기판 본체의 그린 제조(green fabrication)를 완료하였다.
다음에 적층된 그린 히터 기판 본체에 열적 디바인딩(de-binding) 단계를 적용하여 유기물을 제거하고, 이어서 질소 중에서 20 MPa로 1630 ℃에서 열간 프레싱하여 고밀도의 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터를 형성하였다. 활성 경납땜 금속 및 종래의 고진공 경납땜로(braze furnace)를 사용하여 히터의 후면에 노출된 비어에 전기 리드를 경납땜하여 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터 어셈블리의 제 1 샘플(E1S1)을 형성하였다.
제 2 샘플(E1S2)은 위의 E1S1에 대한 프로시저에 따라 제조하였고, 실리콘 질화물체와 매립된 금속 WC 층의 단면 슬라이스(slice)를 제조하고, 연마하고, SEM으로 조사하여 미세구조의 품질을 관찰하였다. 후방산란 모드 및 400X 배율의 도 12에 예시된 미세구조에 대하여 관찰된 바와 같이, 실리콘 질화물의 히터 기판(1210)은 고밀도였고, 금속층(1240)과의 계면(1250)에 또는 그 근처에 기공 및 결함이 없었다. 기판(1210)은 실리콘 질화물, 몰리브데넘 규화물, 유리 상의 미세 입자의 혼합물을 포함하였다. 발열 요소 층 및 상호접속층을 포함하는 금속층(1240)도 또한 고밀도였다. 발열 요소 층과 절연체 사이의 계면(1250)에는 기공이 없고, 균열 등의 어떤 다른 결함도 없었다. 히터 기판의 X선 회절은 α-Si3N4(53 중량%), β-Si3N4(27 중량%), Yb2Si2O7(10.6 중량%), 및 Mo4.8Si3C0.6(4 중량%), SiCN(2.4 중량%), Si2N2O(2 중량%), 및 MoSi2(1 중량%)의 상을 보여주었다. 금속층의 X선 회절은 존재하는 주된 상이 α-Si3N4, β-Si3N4, Yb2Si2O7, 및 WC임을 보여주었다.
비교례 C1.1: CTE 조절제를 함유하지 않은 실리콘 질화물의 히터 기판
실시례 1에 따라 비교례(C1.1)를 제조하였다. 단, 테이프 캐스팅용으로 사용되는 슬러리의 실리콘 질화물 배합조성에 CTE 조절제인 몰리브데넘 규화물을 첨가하지 않았다. 대신, 실리콘 질화물 분말의 양은 4.1 중량% 증가시켰다. SEM에 의해 1000X 배율로 분석된 도 13에 예시된 바와 같은 단면 미세구조를 참조하면, 실리콘 질화물의 히터 기판(1310)은 고밀도였고, 실리콘 질화물 및 유리 상의 미세 입자의 혼합물을 포함하였다. 금속층(발열 요소 층(1340))도 고밀도였다. 그러나, 발열 요소 층(1340)과 히터 기판(1310) 사이의 계면(1350)은 상당량의 기공(P)을 가졌고, 균열(C)도 명백하다.
도 12 및 도 13에 예시된 바와 같이, 샘플(E1S2 및 C1.1) 각각의 미세구조는 사용 중에 웨이퍼 히터의 층간박리 및/또는 조기 파괴 등의 유해한 영향의 원인이 되는 기공, 균열, 및 기타 결함을 방지하는 히터 기판 본체의 배합조성에서 몰리브데넘 규화물(샘플(E1S2)) 등의 CTE 변경 첨가물을 포함하는 것의 중요성을 보여주었다.
실시례 2: SiO 2 :Yb 2 O 3 몰비가 2.4인 목표 부식 장벽층을 구비하는 실리콘 질화물의 히터 기판
실시례 2(E2)를 실시례 1에 따라 제조하였고, 히터 기판의 최외층 상에 부식 장벽층을 추가하였다. 비다공질 최외층을 형성하기 위한 부식 장벽층은 단상 이터븀 이규산염으로서 고밀도화 중에 현장에서 형성되는 것을 목표로 하였고, 이것은 히터 기판과의 공소결을 포함하였다. 산화물로부터 시작하여, 이터비아 및 실리카의 분말을 사용하여 그린 최외층을 제조하고 소결 시에 이트륨 이규산염을 형성하였다.
무기 배치 성분 및 유기 배치 성분을 포함하는 최외층의 테이프 캐스팅용 세라믹 슬립을 배합하고, 함께 분쇄하여 테이프 캐스팅용의 의소성/전단 감점 재료를 생성하였다. 유기 배치 성분은 총 배치 배합조성의 약 13 중량%인 3원 용매 시스템을 포함하였다: 메틸 에틸 케톤, 톨루엔 및 시클로헥사논; 및 총 배치 배합조성의 약 8 중량%를 구성하는 여러 개의 상이한 폴리머 재료. 폴리머 성분은 분산제, Hypermer™ KD-1(Croda); 바인더, Elvacite® 2010(Lucite International); 유형 I 가소제, Santicizer® S-160(Valtris); 및 유형 II 가소제, UCON™ 50-HB 5100(Dow Chemical)을 포함하였다. 무기 배치 성분은 Yb2O3 분말(NEO Corporation) 및 SiO2 분말(Admatechs Admafine FE925 등급, 비정질)을 포함하였다. E2의 경우, SiO2:Yb2O3 몰비는 2.4였고, 이는 70.5 몰%의 SiO2와 29.5 몰%의 Yb2O3에 대응한다. 제조 프로세스의 하류에서 탄소와의 반응으로 인한 SiO2 손실을 차지하는 출발 슬립을 위해 예상보다 높은 SiO2 몰%(Yb2O3 - SiO2 상태도를 참조)가 필요하였다.
슬립 제조의 최종 단계에는 테이프 캐스팅 전에 진공 탈기를 포함하였다. 다음에 위의 슬립을 종래의 테이프 캐스팅 기계에서 주조하여 약 0.46 mm(0.018 인치)의 원하는 두께의 실리카/이터비아 그린 테이프를 제조하였다. 테이프가 건조된 후에 이것을 추가 처리를 위한 시트로 절단하였다.
다음에 SiO2:Yb2O3몰비가 2.4인 위의 테이프를 실시례 1에 따라 준비된 히터 기판 본체의 상면에 적층하여 예비 적층체의 그린 제조를 완료하였다. 실시례 1에서와 같이, E2의 그린 예비 적층체를 열간 프레싱하고, 이어서 히터 기판의 후면 상의 노출된 비어에 전기 리드를 경납땜하였다.
고밀도화 후, 실시례 2에 따라 웨이퍼 히터 소결된 적층체를 절단하여 존재하는 상 및 미세구조를 조사하였다. X선 회절(XRD)에 의해 비다공질 최외층에 존재하는 유일한 상이 Yb2Si2O7임을 확인하였다. 비다공질 최외층은 실리콘 질화물의 히터 기판에 잘 부착하였고, 비다공질 최외층과 실리콘 질화물의 히터 기판 사이의 계면에는 기공 및 균열 등의 결함이 없었다.
비교례 C2.1: SiO 2 :Yb 2 O 3 몰비가 2.0 미만("SiO 2 -희박")인 부식 장벽층을 구비하는 실리콘 질화물의 히터 기판
비교례(C2.1)를 실시례 2에서와 같이 제조하였고, 부식 장벽층을 제조하기 위한 세장형 슬릿은 SiO2:Yb2O3 몰비가 1.6이었다. 단면의 조사는 웨이퍼 히터 제조 및 소결 후에 완료하였다. XRD에 의해 Yb2SiO5 및 Yb2O3 상이 최외층에 존재한다는 것이 확인되었다. C2.1의 부식 장벽층이 아래에 있는 실리콘 질화물의 히터 기판에 잘 부착된 것으로 보였으나, 최외층은 입계에서 다수의 균열을 갖는 미세구조를 보였다. 이론에 구속되지 않고, 이러한 결함은 최외층에 존재하는 상이한 상들 사이의 CTE 및/또는 수축 거동의 불일치에 기인되어 존재하는 것으로 보였다.
비교례 C2.2: SiO 2 :Yb 2 O 3 몰비가 2.7을 초과("SiO 2 -풍부")하는 부식 장벽층을 구비하는 실리콘 질화물의 히터 기판
비교례(C2.2)를 실시례 2에서와 같이 제조하였고, 최외층 제조하기 위한 세장형 슬릿은 SiO2:Yb2O3 몰비가 3.0이었다. XRD에 의해 Yb2Si2O7 및 SiO2 상이 최외층에 존재하는 것이 확인되었고,이는 이 배합조성이 실리카 풍부(silica rich)임을 나타낸다. C2.2의 부식 장벽층이 아래에 있는 실리콘 질화물의 히터 기판에 잘 부착된 것으로 보였으나, 최외층은 다수의 기공 및 SiO2이 개재된 미세구조를 보였다.
E2, C2.1, 및 C2.2는 SiO2:Yb2O3의 몰비를 제어하여 최외층에 존재하는 미세구조 및 상을 조정하여 보호용 부식 장병층을 제공하는 것의 중요성을 보여준다. 다른 SiO2:Yb2O3 조성 범위도 준비하였다. 95% 이상의 상 순도(즉, 원하는 Yb2Si2O7 상의 상 순도)는 약 1.8 SiO2:Yb2O3 내지 약 3.0 SiO2:Yb2O3의 SiO2:Yb2O3의 몰비를 갖는 배치 배합조성을 사용하여 달성되었다.
실시례 3: 미리 반응된 Yb 2 Si 2 O 7 분말로 제조된 부식 장벽층을 구비하는 실리콘 질화물의 히터 기판
실시례 3(E3)을 실시례 2에서와 같이 제조하였고, 최외층을 제조하기 위한 세라믹 슬립은 미리 반응된 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7) 분말을 포함하였다. d50가 1.2 μm이고, 표면적이 4.2 m2/g인 이터븀 이규산염 분말(Trans-Tech Ceramics and Advanced Materials, Adamstown, MD, USA)을 실리콘 질화물의 히터 기판 상에 적층하고, 질소 중에서 1630 ℃에서 20 MPa로 열간 프레싱하였다.
E3으로부터 분석용 절단 샘플을 제조하였다. 비다공질 최외층의 두께는 1.3 mm로 측정되었고, 실리콘 질화물의 히터 기판의 두께는 5.4 mm로 측정되었다. 실리콘 질화물의 히터 기판의 평균 입자 크기는 0.38 μm였고, 비다공질 최외층의 평균 입자 크기는 34.0 μm였다. 평균 입자 크기 측정값은 ASTM E112-96 방법에 따라 얻어졌다.
E3에 대한 도 14에 예시된 바와 같은 단면 미세구조를 참조하면, 실리콘 질화물의 히터 기판(1410)는 비다공질 최외층(1420)과 마찬가지로 고밀도였다. 최외층(1420)과 히터 기판(1410) 사이의 계면(1450)은 SEM에 의해 1000X로 이미징된 5% 미만의 기공률을 보여주었다.
비다공질 최외층(1520) 및 기공(P)을 포함하는 E3의 최외층의 연마된 부분의 광학 명시야 이미지가 도 15에 예시되어 있고, 기공은 어두운 상에 의해 표시되어 있다. E3의 복수의 현미경사진을 사용하는 이미지 분석에 의해 추정되는 바와 같이, 기공률은 3 체적% 미만인 것으로 계산되었다.
E3의 샘플을 X선 회절[D8 Discover Theta-Theta X-Ray Diffractometer, copper tube operated at 40kV, Bruker AXS GmbH, Germany]을 사용하는 상 분석용의 분말 형태로 분쇄하였고, 그 스펙트럼은 도 16에 예시되어 있다. 존재하는 히터 기판 상에 대하여, 리트펠트(Rietveld) 분석은 존재하는 실리콘 질화물 상이 35%의 α 실리콘 질화물(α-Si3N4) 및 65%의 β 실리콘 질화물(β-Si3N4)을 포함하는 것을 계산하였다. β 실리콘 질화물 상과 관련되는 최대 101 피크 강도는 인접한 200 피크의 최대 강도보다 크고, 이는 랜덤하게 배향된 입자를 나타낸다. 존재하는 최외층 상에 대하여, X선 회절을 사용하여 검출가능한 유일한 이터븀 함유 상은 인접하는 010 피크의 강도보다 큰 001 피크의 강도를 갖는 케이비아이트 구조를 보여주며, 이 또한 랜덤하게 배향된 입자를 나타낸다. 또한 X선 회절 데이터로부터의 피크 및 이에 따라 상대적인 백분율 차이는 X선 회절 파라미터의 차이에 기초하여 변화할 수 있다는 것은 당업자에게 명확할 것이다. 다시 말하면, 상이한 프로시저는 상이한 결과를 제공할 수 있다. X선 회절 파라미터는 동등한 결과를 제공하기 위해 신중하게 선택해야 한다.
표 1 및 표 2는 실시례 1 내지 3, E1S2, E2, E3에 대한 상이한 SiO2:Yb2O3 몰비를 가진 조성 및 비교 샘플 C1.1, C2.1, 및 C2.2에 대한 데이터를 요약한 것이다. 모든 값은 근사값이다.
실시례 몰% SiO 2
몰% Yb 2 O 3
몰비
SiO 2 :Yb 2 O 3 		MoSi 2
E1S2 해당없음 해당없음 해당없음 Yes
C1.1 No
E2 70.5 29.5 2.4 Yes
C2.1 1.6 Yes
C2.2 3.0 Yes
E3 2.0 Yes
실시례 존재하는 결함 최외층에 존재하는 상
히터 기판 최외층 Yb2O3 Yb2SiO5 Yb2Si2O7 SiO2
균열 기공 균열 기공
E1S2 No No 해당없음 해당없음 해당없음 해당없음 해당없음 해당없음
C1.1 Yes Yes 해당없음 해당없음 해당없음 해당없음 해당없음 해당없음
E2 No No No <5% No No Yes No
C2.1 No No Yes No Yes Yes No No
C2.2 No No No Yes No No Yes Yes
E3 No No No <5% No No Yes No
E3의 다른 X선 회절 스펙트럼이 도 17에 예시되어 있으며, 이에 대한 샘플 제조는 (도 16의 스펙트럼을 위한 것과 동일한 장치 및 분석 파라미터를 사용하여) 아래에 있는 히터 기판 층에 존재하는 상을 분석하기 위해 금속화의 평면에 평행하게 표면을 연삭하는 것을 포함하였다. β 실리콘 질화물 (β-Si3N4) 상에 대한 피크를 인덱싱(indexing)하는 도 17에 예시된 바와 같이, 101 피크 강도는 200 반사의 피크 강도의 80% 미만이었으며, 이는 입자의 c 축선이 금속화 평면에 우선적으로 평행하게 놓여 있음을 나타낸다. 이러한 우선적인 입자 배향은 이 평면에서 재료의 인장 강도의 증가로 이어질 가능성이 있고, 이로 인해 더 견고한 웨이퍼 히터를 제공할 가능성이 있다.
E3에 대한 다른 X선 회절 스펙트럼이 도 18에 예시되어 있다. 도 16의 샘플에 대해서와 같이, 이 샘플 준비는 (도 16 및 도 17의 스펙트럼을 위한 것과 동일한 설비 및 분석 파라미터를 사용하여) 최외층에 존재하는 상을 분석하기 위해 금속화의 평면에 평행하게 표면을 연삭하는 것을 포함한다. 최외층에 존재하는 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7) 상에 대한 피크를 인덱싱하는 도 18에 예시된 바와 같이, 001 피크 강도는 020 반사의 피크 강도의 70% 미만이었으며, 이 또한 입자의 c 축선이 금속화 평면에 평행하게 놓여 있음을 나타내는 결과이다. Yb2Si2O7에서 케이비아이트 구조의 c 축선에 평행한 열팽창은 3 개의 방향 중에서 최소이다. 결과적으로, 이러한 우선 입자 배향은 Yb2Si2O7 층과 아래에 있는 β 실리콘 질화물 재료 사이의 팽창 불일치의 감소를 나타내며, 이것도 또한 히터의 견고성에 기여한다.
실시례 4: 대조 Si 3 N 4 및 AlN, 및 Yb 2 Si 2 O 7 의 최외층을 갖는 기판의 에칭 시험
실리콘 질화물의 히터 기판의 최외층에 기초하는 Yb2Si2O7 분말을 실시례2에 대해서와 같이 열간 프레싱하여 28.6 mm(1.125 인치) 직경의 퍽(puck)을 형성하였다. 이 샘플 E5의 단면을 연마하고, 적절한 에칭 마스크를 구비한 비교용 대조 샘플인 연마된 AlN 및 연마된 Si3N4 샘플과 함께 플라즈마 에칭 반응기 내에 설치하였다.
에칭 장치는 200 mTorr의 CF4 가스를 사용하여 (13.56 MHz 발생기로부터) 약 500 와트 마이크로파 출력 및 260 V의 RF 바이어스로 9 시간 동안 작동시켰다. 포 2에 예시된 바와 같이 에칭 속도를 스텝 높이로부터 측정한 결과 에칭 속도는 최외층 이터븀 이규산염의 경우에 약 50 nm/시, AlN의 경우에 175 nm/시, 그리고 실리콘 질화물 대조의 경우에 4000 nm/시를 초과한다는 것이 밝혀졌다. 이들 결과로부터 실리콘 질화물의 히터 기판 위에 이터븀 이규산염의 최외층을 갖는 E5는 종래의 AlN 히터 기판보다 3 내지 4 배 더 큰 에칭 저항을 나타낸다는 것과 실리콘 질화물보다 훨씬 우수하다는 것이 밝혀졌다.
실시례 에칭 속도(nm/시)
Yb2Si2O7 최외층을 구비한 E5 50
AlN 대조 175
Si3N4 대조 4000
기타 실시형태
본 개시의 많은 변형과 수정이 사용될 수 있다. 다른 것을 제공하지 않고 본 개시의 일부의 특징을 제공하는 것이 가능하다.
본 개시는, 다양한 양태, 실시형태, 및 구성에서, 다양한 양태, 실시형태, 구성, 하위조합, 및 이들의 부분집합을 포함하는 실질적으로 본 명세서에 개시된 구성요소, 방법, 프로세스, 시스템 및/또는 장치를 포함한다. 당업자는 본 개시를 이해한 후에 다양한 양태, 양태, 실시형태, 및 구성의 제조 방법 및 사용 방법을 이해할 것이다. 본 개시는, 다양한 양태, 실시형태, 및 구성에서, 이전의 디바이스 또는 프로세스에서 사용될 수 있는 바와 같은 항목이 없는 것을 포함하여, 본 명세서 또는 다양한 양태, 실시형태, 및 구성에서 묘사 및/또는 기재되지 않는 항목이 없는 경우에, 예를 들면, 성능 향상, 용이성의 달성 및/또는 구현 비용의 감소를 위한 디바이스 및 프로세스를 제공하는 것을 포함한다.
본 개시의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 상기는 본 개시를 본 명세서에 개시된 하나 이상의 형태로 한정하려는 의도를 갖지 않는다. 예를 들면, 전술한 상세한 설명에서, 본 개시의 다양한 특징은 개시의 합리화를 목적으로 하나 이상의, 양태, 실시형태, 및 구성으로 함께 그룹화된다. 본 개시의 양태, 실시형태, 및 구성의 특징은 위에서 설명한 것 이외의 대안적인 양태, 실시형태, 및 구성에서 조합될 수 있다. 이 개시의 방법은 청구된 개시가 각각의 청구항에 명시적으로 기재되어 있는 것보다 많은 특징을 필요로 한다고 하는 의도를 반영한 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 다음의 청구항이 반영하는 바와 같이, 본 발명의 양태는 전술한 개시된 양태, 실시형태, 및 구성의 모든 특징보다 적다. 따라서, 다음의 청구항은 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 본 개시의 개별적인 바람직한 실시형태로서 그 자체로 독립적이다.
더욱이, 본 개시의 설명이 하나 이상의 양태, 실시형태, 또는 구성 및 특정한 변형례 및 수정례의 설명을 포함하지만, 예를 들면, 본 개시를 이해한 후에 당업자의 기술 및 지식 내에 있을 수 있는 기타 변형례, 조합 및 수정례는 본 개시의 범위 내에 있다. 청구된 것의 대안적인, 상호교환가능한 및/또는 동등한 구조, 성능, 범위 또는 단계가 본 명세서에 개시되어 있는지의 여부에 불문하고, 그리고 특허가능한 임의의 주제를 공적으로 제공하려는 의도를 가지지 않고, 이 대안적인, 상호교환가능한 및/또는 동등한 구조, 성능, 범위 또는 단계를 포함하는 허가된 범위의 대안적 양태, 실시형태, 및 구성을 포함하는 권리를 얻고자 한다.
상기 설명으로부터 당업자는 본 개시의 본질적인 특성을 용이하게 확인할 수 있고, 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 본 개시를 다양한 용도 및 조건에 맞도록 본 개시를 다양하게 변경 및 수정할 수 있다. 따라서, 본 청구항의 범위 내에 있는 다른 실시형태도 고려된다.
범위는 전술한 설명 내에서 논의되고 사용되었다. 당업자는 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 넓은 범위 내의 임의의 수와 같이 기재된 범위 내의 임의의 하위범위가 적절하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (39)

  1. 웨이퍼 히터 어셈블리로서,
    실리콘 질화물(Si3N4)을 포함하는 히터 기판 - 상기 히터 기판은 그 내부에 매립된 적어도 하나의 발열 요소를 포함하고, 상기 히터 기판은 제 1 표면을 가짐 -; 및
    상기 히터 기판의 제 1 표면과 관련된 비다공질 최외층을 포함하며,
    상기 비다공질 최외층은 희토류(RE) 이규산염(RE2Si2O7)을 포함하며, 여기서 RE는 Yb 및 Y 중 하나이고; 상기 비다공질 최외층은 상기 제 1 표면의 반대측의 노출면을 가지며, 상기 노출면은 가열을 위해 웨이퍼와 접촉하도록 구성되는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비다공질 최외층의 희토류 이규산염은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비다공질 최외층은 최소 약 95 체적% 내지 약 100 체적%의 케이비아이트(Keiviite) 결정 구조를 갖는 희토류 이규산염을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 희토류 이규산염의 비다공질 최외층 및 실리콘 질화물의 히터 기판은 이들 사이에 계면을 더 포함하고, 상기 계면은 약 0 체적% 내지 최대 약 5 체적%의 기공률을 갖는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 계면은 약 0 체적% 내지 최대 3 체적%의 기공률을 갖는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 계면은 약 0 체적% 내지 최대 1 체적%의 기공률을 갖는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    최외층으로부터의 X선 회절은 케이비아이트 020 강도의 95% 미만인 케이비아이트 001 피크 강도를 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  8. 웨이퍼 히터 어셈블리로서,
    적어도 하나의 발열 요소가 매립된 질화물을 포함하는 히터 기판 - 상기 히터 기판은 제 1 표면을 가짐 -; 및
    상기 제 1 표면에서 상기 히터 기판과 관련된 비다공질 최외층을 포함하며,
    상기 비다공질 최외층은 이터븀 이규산염(Yb2Si2O7)을 포함하며, 상기 제 1 표면의 반대측의 노출면을 가지며, 상기 노출면은 가열을 위해 웨이퍼와 접촉하도록 구성되는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비다공질 최외층은 케이비아이트 결정 구조를 갖는 약 50 체적% 내지 약 100 체적%의 희토류(RE) 이규산염(RE2Si2O7)을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 히터 기판은 최소 10 체적%의 β 실리콘 질화물(β-Si3N4)을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판의 X선 회절 스펙트럼은 β 실리콘 질화물(β-Si3N4) 200 반사 피크 강도의 약 95% 미만인 β 실리콘 질화물(β-Si3N4) 101 피크 강도를 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 히터 기판은 최소 50 체적%의 β 실리콘 질화물(β-Si3N4)을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 히터 기판은 최소 90 체적%의 β 실리콘 질화물(β-Si3N4)을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 히터 기판을 지지하도록 구성된 지지 디스크를 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 히터 기판에 매립된 적어도 하나의 발열 요소는 제 1 발열 요소 및 제 2 발열 요소를 포함하며, 상기 제 1 발열 요소는 제 1 가열 구역과 관련되고, 상기 제 2 발열 요소는 제 2 가열 구역과 관련되고, 상기 적어도 하나의 발열 요소의 재료는 몰리브데넘, 니오븀, 레늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 이들의 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되고, 상기 제 1 발열 요소와 상기 제 2 발열 요소 사이의 거리는 약 0.05 cm 내지 약 1 cm인, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    제 3 가열 구역과 관련되는 제 3 발열 요소를 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 최외층의 평균 입자 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm인, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 히터 기판의 평균 입자 크기는 약 0.05 μm 내지 약 5 μm인, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 최외층의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 10 mm인, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  20. 제 8 항에 있어서,
    상기 최외층의 두께는 약 1 mm 내지 약 5 mm인, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  21. 제 8 항에 있어서,
    상기 히터 기판의 두께는 최소 5 mm인, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  22. 제 8 항에 있어서,
    상기 질화물은 실리콘 질화물 또는 알루미늄 질화물인, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  23. 제 8 항에 있어서,
    실리콘 질화물 내에 열팽창계수 조절제를 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  24. 제 8 항에 있어서,
    최외층으로부터의 X선 회절은 020 강도의 약 95% 미만인 케이비아이트 001 피크 강도를 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리.
  25. 웨이퍼 히터 어셈블리를 형성하는 방법으로서,
    실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 질화물 및 적어도 하나의 첨가물을 포함하는 제 1 층 재료를 준비하는 것;
    건식 프레싱, 냉간 정수압 프레싱, 롤 압축, 또는 테이프 캐스팅과 이것에 이어지는 적층, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 방법을 사용하여 상기 제 1 층 재료를 적어도 하나의 발열 요소에 적용하여 예비 적층체를 형성하는 것; 및
    약 1500℃ 내지 약 1900℃의 온도에서 상기 예비 적층체를 소결하여 상기 웨이퍼 히터 어셈블리를 형성하는 것을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 소결 전에 약 150℃ 내지 약 650℃의 온도에서 상기 예비 적층체를 열처리하는 것을 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 소결은 불활성 분위기에서 실행되는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 불활성 분위기는 질소 가스 분위기, 헬륨 가스 분위기, 아르곤 가스 분위기 또는 이들의 조합인, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 소결의 압력은 약 0 psi 내지 약 40000 psi인, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 층 재료는 약 60 몰% and 99 몰%의 상기 질화물을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 층 재료는 약 1 몰% 내지 약 10 몰%의 RE 산화물을 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 RE 산화물의 RE는 세륨(Ce), 디스프로슘(Dy), 에르븀(Er), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 란타늄(La), 루테튬(Lu), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 스칸듐(Sc), 테르븀(Tb), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 이트륨(Y), 및 이들의 조합 중 적어도 하나의 산화물인, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 층 재료는 0 몰% 초과 내지 약 20 몰%의 실리카를 더 포함하는 것을 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 1 층 재료는 상기 제 1 재료의 총중량의 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 유기 재료를 더 포함하는 것을 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물은 약 85 중량% 내지 약 100 중량%의 α상 실리콘 질화물을 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물은 총 중량의 0 중량% 내지 약 1 중량%의 적어도 하나의 불순물을 더 포함하고, 상기 실리콘 질화물의 나머지는 β상 실리콘 질화물인, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  37. 제 25 항에 있어서,
    상기 히터 기판에 적어도 하나의 금속층을 제공하는 것을 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  38. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 약 0.5 체적% 내지 약 15 체적%의 열팽창계수 조절제를 더 포함하는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
  39. 제 25 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 첨가물은 희토류 산화물, 알칼리성 토류 산화물, 알루미나, 실리카, 리튬 화합물, 불소 화합물, 실리콘 탄화물, 붕소 질화물, 내화 금속, 또는 내화 금속 화합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 웨이퍼 히터 어셈블리의 형성 방법.
KR1020227003535A 2019-07-01 2020-07-01 부식 방지층을 가진 다중 구역 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터 어셈블리 및 이것의 제조 및 사용 방법 KR20220031913A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962869388P 2019-07-01 2019-07-01
US62/869,388 2019-07-01
US201962908441P 2019-09-30 2019-09-30
US62/908,441 2019-09-30
PCT/US2020/040532 WO2021003292A1 (en) 2019-07-01 2020-07-01 Multi-zone silicon nitride wafer heater assembly having corrosion protective layer, and methods of making and using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220031913A true KR20220031913A (ko) 2022-03-14

Family

ID=74065846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227003535A KR20220031913A (ko) 2019-07-01 2020-07-01 부식 방지층을 가진 다중 구역 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터 어셈블리 및 이것의 제조 및 사용 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210005480A1 (ko)
EP (1) EP3994002A4 (ko)
JP (1) JP2022538888A (ko)
KR (1) KR20220031913A (ko)
CN (1) CN114340896B (ko)
WO (1) WO2021003292A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7351938B2 (ja) * 2020-01-30 2023-09-27 京セラ株式会社 ヒータ基板、プローブカード用基板及びプローブカード
US12062565B2 (en) * 2021-06-29 2024-08-13 Asm Ip Holding B.V. Electrostatic chuck, assembly including the electrostatic chuck, and method of controlling temperature of the electrostatic chuck

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3488373B2 (ja) * 1997-11-28 2004-01-19 京セラ株式会社 耐食性部材
JPH11260534A (ja) * 1998-01-09 1999-09-24 Ngk Insulators Ltd 加熱装置およびその製造方法
JP2000173749A (ja) * 1998-12-03 2000-06-23 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミックヒータ用発熱抵抗体及びセラミックヒータ並びにセラミックヒータの製造方法
US6423949B1 (en) * 1999-05-19 2002-07-23 Applied Materials, Inc. Multi-zone resistive heater
US6645649B2 (en) * 2000-10-31 2003-11-11 Kyocera Corporation Surface-coated sintered body of silicon nitride
US6682821B2 (en) * 2001-12-28 2004-01-27 Kyocera Corporation Corrosion-resistant ceramics
US9945036B2 (en) * 2011-03-22 2018-04-17 General Electric Company Hot corrosion-resistant coatings and components protected therewith
US10094236B2 (en) * 2013-03-15 2018-10-09 General Electric Company Recession resistant ceramic matrix composites and environmental barrier coatings
US9890089B2 (en) * 2014-03-11 2018-02-13 General Electric Company Compositions and methods for thermal spraying a hermetic rare earth environmental barrier coating
KR102674364B1 (ko) * 2015-11-16 2024-06-13 쿠어스 테크, 인코포레이티드 내부식성 부품 및 제조 방법
KR102384436B1 (ko) * 2016-11-16 2022-04-12 쿠어스 테크, 인코포레이티드 내부식성 부품 및 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3994002A1 (en) 2022-05-11
CN114340896A (zh) 2022-04-12
US20210005480A1 (en) 2021-01-07
JP2022538888A (ja) 2022-09-06
WO2021003292A1 (en) 2021-01-07
CN114340896B (zh) 2024-04-02
EP3994002A4 (en) 2023-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108463345B (zh) 耐腐蚀组件和制造方法
TWI552256B (zh) Electrostatic chuck
KR100413989B1 (ko) 반도체 제조 장치용 가스 샤워체 및 반도체 제조 장치
US20170271179A1 (en) Substrate support assembly having metal bonded protective layer
TWI445682B (zh) Alumina sintered body, and its manufacturing method and semiconductor manufacturing device parts
TWI413438B (zh) 半導體製造裝置用之保持單元、及裝載有該保持單元之半導體製造裝置
KR101710203B1 (ko) 알루미나 소결체, 그 제법 및 반도체 제조 장치 부재
KR20220031913A (ko) 부식 방지층을 가진 다중 구역 실리콘 질화물의 웨이퍼 히터 어셈블리 및 이것의 제조 및 사용 방법
KR20190137159A (ko) 질화알루미늄질 소결체 및 반도체 유지 장치
JP2006332068A (ja) セラミックスヒータおよびそれを搭載した半導体あるいは液晶製造装置
KR20230042679A (ko) 복합 소결체 및 복합 소결체의 제조 방법
JP2004288887A (ja) 半導体製造装置用ウェハ保持体およびそれを搭載した半導体製造装置
EP3560906B1 (en) Corrosion-resistant components and methods of making
TWI386383B (zh) 氮化鋁燒結體
JP2005175508A (ja) 半導体製造装置用ガスシャワー体
US20240239716A1 (en) Electrostatic chuck, electrostatic chuck heater comprising same, and semiconductor holding device
JP5298430B2 (ja) 半導体加熱装置
US20240290583A1 (en) Electrostatic chuck, electrostatic chuck heater comprising same, and semiconductor holding device
JP4092122B2 (ja) 半導体製造装置用部材及びその製造方法
US20080083979A1 (en) Wafer holder and semiconductor manufacturing apparatus equipped with wafer holder
JP2007273992A (ja) 半導体製造装置用ウェハ保持体およびそれを搭載した半導体製造装置
JP2003267784A (ja) 窒化アルミニウム焼結体の製造方法