MX2015000004A - Sustrato compuesto para calefactores estratificados. - Google Patents

Sustrato compuesto para calefactores estratificados.

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MX2015000004A MX2015000004A MX2015000004A MX2015000004A MX 2015000004 A MX2015000004 A MX 2015000004A MX 2015000004 A MX2015000004 A MX 2015000004A MX 2015000004 A MX2015000004 A MX 2015000004A MX 2015000004 A MX2015000004 A MX 2015000004A
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Abstract

Un método para la formación de un ensamble de calefactor para utilizarse en procesamiento de semiconductor incluye el aseguramiento térmico de un sustrato de calefactor a un sustrato de aplicación; y la aplicación de un calefactor estratificado al sustrato de calefactor después de que el sustrato de calefactor se asegura al sustrato de aplicación. La aplicación del calefactor estratificado incluye la aplicación de un primer estrato dieléctrico sobre el sustrato de calefactor, la aplicación de un estrato de calentamiento resistivo sobre el primer estrato dieléctrico, y la aplicación de un segundo estrato dieléctrico sobre el estrato de calentamiento resistivo. El sustrato de calefactor define un material que tiene un coeficiente de expansión térmica que se iguala a un coeficiente de expansión térmica de al menos uno del primer estrato dieléctrico y un coeficiente de expansión térmica del estrato de calentamiento resistivo.

Description

SUSTRATO COMPUESTO PARA CALEFACTORES ESTRATIFICADOS CAMPO DE LA INVENCION La presente descripción se refiere a calefactores estratificados, y más específicamente a calefactores estratificados unidos a un aparato de procesamiento semiconductor con confiabilidad mejorada a temperaturas elevadas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las declaraciones en esta sección meramente proporcionan información de los antecedentes relacionados con la presente descripción y pueden no constituir la téenica anterior.
Un calefactor estratificado típicamente incluye una pluralidad de estratos funcionales aplicados en un sustrato por procesos estratificados. La pluralidad de estratos funcionales puede incluir un estrato dieléctrico en el sustrato, un estrato de calentamiento resistivo en el estrato dieléctrico, y un estrato protector en el estrato de calentamiento resistivo. Los materiales para los diferentes estratos funcionales y el sustrato se eligen cuidadosamente para tener un coeficiente de expansión térmica compatible (CTE), para reducir la tensión cortante generada en las interfases de unión a temperaturas elevadas. La tensión cortante puede causar la generación de fracturas o desprendimiento en las interfases de unión, resultando en fallas del calefactor.
Solo un número limitado de materiales se pueden usar para formar los diferentes estratos funcionales por un proceso especifico de estratificación, de este modo se limita la selección de materiales para el sustrato, el cual debe tener un CTE que coincida con el CTE del estrato dieléctrico aplicado en el sustrato o que coincida con el CTE del estrato de calentamiento. Por ejemplo, cuando se usa cerámica alúmina para formar el estrato dieléctrico, se usa generalmente nitruro de alúmina o molibdeno para formar el sustrato debido a su compatibilidad química y de CTE con la cerámica alúmina.
El calefactor estratificado puede necesitar unirse a un objetivo de calentamiento en algunas aplicaciones. Por ejemplo, el calefactor estratificado puede unirse a un plato electrostático para formar un plato electrostático caliente. Sin embargo, la limitada selección de materiales para el sustrato hace difícil unir el calefactor estratificado al plato electrostático. Cuando el sustrato de calefactor estratificado tiene un CTE que no coincide con el CTE del cuerpo del plato, es probable que el plato electrostático caliente falle, debido a la generación de fracturas o desprendimiento en la interfase de unión a temperaturas elevadas.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En una forma, un método para formar un ensamble de calefactor para usarse en procesamiento semiconductor, incluye asegurar térmicamente un sustrato de calefactor a un sustrato de aplicación; y aplicar un calefactor estratificado al sustrato de calefactor después de que el sustrato de calefactor se asegura al sustrato de aplicación. La aplicación del calefactor estratificado incluye aplicar un primer estrato dieléctrico sobre el sustrato de calefactor, aplicando un estrato de calentamiento resistivo sobre el primer estrato dieléctrico, y aplicar un segundo estrato dieléctrico sobre el estrato de calentamiento resistivo. El sustrato de calefactor define un material que tiene un coeficiente de expansión térmica que se iguala al coeficiente de expansión térmica del primer estrato dieléctrico.
Las áreas adicionales de aplicabilidad se harán evidentes a partir de la descripción que se proporciona en la presente. Debe entenderse que la descripción y ejemplos específicos están diseñados con propósitos de ilustración solamente y no están diseñados para limitar el alcance de la presente descripción.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las figuras descritas en la presente son para propósitos de ilustración solamente y no están planeadas para limitar el alcance de la presente descripción en ninguna forma.
Con el fin de que la invención se entienda bien, se describirá ahora una modalidad de las mismas, dada a modo de ejemplo, haciendo referencia a las figuras acompañantes, en las cuales: La FIG. 1 es una vista despiezada de un calefactor estratificado construido de conformidad con las enseñanzas de la presente descripción; La FIG.2 es una vista en sección transversal de un ensamble de calefactor que incluye un calefactor estratificado y un objetivo de calentamiento y que se construye de conformidad con las enseñanzas de la presente descripción; La FIG.3 es una vista en sección transversal de una variante de un ensamble de calefactor que incluye un calefactor estratificado y un objetivo de calentamiento y que se construye de conformidad con las enseñanzas de la presente descripción; La FIG. 4 es un diagrama de flujo de un método para formar un ensamble de calefactor para usar en procesamiento semiconductor; y La FIG. 5 es un diagrama de flujo de un método para formar otro ensamble de calefactor para usar en procesamiento semiconductor.
Los nnúúmmeerrooss ddee referencia correspondientes indican partes correspondientes a lo largo de las varias vistas de las figuras.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción es meramente ejemplar en naturaleza y no está diseñada para limitar la presente descripción, aplicación, o usos.
En referencia a la FIG. 1, un calefactor estratificado 10 construido de conformidad con las enseñanzas de la presente descripción incluye un sustrato de aplicación 12, un sustrato de calefactor 14, un primer estrato dieléctrico 16 formado en el sustrato de calefactor 14, un estrato de calentamiento resistivo 18 formado en el primer estrato dieléctrico 16, y un segundo estrato dieléctrico 20 formado en el estrato de calentamiento resistivo 18. El primer estrato dieléctrico 16, el estrato de calentamiento resistivo 18 y el segundo estrato dieléctrico 20 se forman por un proceso de estratificación, tal como una película gruesa, película delgada, proyección térmica y sol-gel.
En referencia a la FIG. 2, el calefactor estratificado 10 se une a un objetivo de calentamiento 22 para formar un ensamble de calefactor 25. Por ejemplo, el objetivo de calentamiento 22 puede ser una parte superior del plato de un plato electrostático caliente para procesamiento semiconductor. El sustrato de aplicación 12 y el sustrato de calefactor 14 se hacen de diferentes materiales y se unen por soldadura fuerte para formar un plato compuesto.
Un estrato de soldadura 24 se forma entre el sustrato de aplicación 12 y el sustrato de calefactor 14. El material de soldadura puede ser un material de soldadura fuerte de plata. Otros procesos de unión, tales como soldadura, ensamble, unión por difusión, pegado con poliepóxido, vulcanizado, se pueden usar para unir el sustrato de aplicación 12 y el sustrato de calefactor 14 sin apartarse del alcance de la presente descripción. De manera similar, el sustrato de aplicación 12 se puede unir al objetivo de calentamiento 22 por cualquier método de unión convencional, tal como soldadura fuerte, soldadura, ensamble, unión por difusión, pegado con poliepóxido, vulcanizado.
El sustrato de aplicación 12 incluye un material que tiene un coeficiente de expansión térmica (CTE) que coincide con el CTE del objetivo de calentamiento 22. Alternativamente, el sustrato de aplicación 12 puede ser una parte integral del objetivo de calentamiento al cual se transfiere el calor del calefactor estratificado. El sustrato de calefactor 14 incluye un material que tiene un CTE que coincide con el CTE del primer estrato dieléctrico 16. En otras palabras, el material del sustrato de aplicación 12 depende de los materiales del objetivo de calentamiento 22, mientras que el material del sustrato de calefactor 14 depende de los materiales del primer estrato dieléctrico 16.
Por ejemplo, cuando el primer estrato dieléctrico 16 incluye cerámica alúmina, el sustrato de calefactor 14 puede estar hecho de nitruro de alúmina o molibdeno. El sustrato de aplicación 12 puede incluir un material que tiene un CTE que puede fácilmente coincidir con el CTE de la mayoría de los materiales adecuados para el objetivo de calentamiento 22, independientemente de los materiales del primer estrato dieléctrico 16 y el sustrato de calefactor 14. El sustrato de aplicación 12 puede incluir acero inoxidable austenitico, el cual tiene un CTE que coincide con una selección más amplia de materiales. Por lo tanto, el calefactor estratificado 10 relativamente puede unirse fácilmente al objetivo de calentamiento 22.
El calefactor estratificado 10 puede ser un calefactor estratificado formado por película gruesa, película delgada, proyección térmica, y proceso sol-gel. El estrato de calentamiento resistivo 18 se puede formar al aplicar un estrato resistivo a través del primer estrato dieléctrico 14, seguido de un proceso de remoción con láser para formar un patrón de circuito.
En aún otra forma, el estrato de calentamiento resistivo 18 se forma de un material que tiene suficiente coeficiente de temperatura de resistencia de modo que el estrato de calentamiento 18 funciona tanto como un calefactor como un sensor de temperatura, comúnmente conocido como "control de dos cables". Tales calefactores y sus materiales se describen, por ejemplo en la Patente de E.U.A. No.7,196,295 y la Solicitud de Patente Pendiente de E.U.A. No. serial 11/475,534, las cuales son comúnmente asignadas con la presente solicitud y las descripciones de las cuales se incorporan en la presente en su totalidad, para referencia.
En referencia a la FIG. 3, un ensamble de calefactor 30 tiene una estructura similar a aquella del ensamble de calefactor 10 de la FIG. 2 excepto que el calefactor estratificado incluye además un estrato de revestimiento de unión 32 y un revestimiento superior 34. El estrato de revestimiento de unión 32 se aplica en el sustrato de calefactor 14. El revestimiento superior 34 se aplica en el segundo estrato dieléctrico 20.
Aunque los dos sustratos se describen en la presente descripción para formar un sustrato compuesto, más de dos sustratos se pueden usar para formar un sustrato compuesto, el cual proporciona una transición gradual sobre múltiples sustratos, en términos del coeficiente de expansión térmica.
En referencia a la FIG. 4, un método 40 para formar un ensamble de calefactor 25 para usar en procesamiento semiconductor incluye unir un sustrato de aplicación 12 a un objetivo de calentamiento 22 en el paso 42. Cuando el sustrato de aplicación 12 es una parte integral del objetivo de calentamiento 22, este paso se elimina. El sustrato de calefactor 14 se asegura entonces térmicamente al sustrato de aplicación 12 en el paso 44. El aseguramiento térmico puede incluir soldadura fuerte, soldadura, ensamble, unión por difusión, pegado con poliepóxido, vulcanizado a una primera temperatura. Un calefactor estratificado se aplica entonces al sustrato de calefactor 14 después de que el sustrato de aplicación 12 se une al objetivo de calentamiento 22.
La aplicación del calefactor estratificado en el sustrato de calefactor 14 incluye aplicar un primer estrato dieléctrico 16 en el sustrato de calefactor 14 en el paso 46. Un estrato de calentamiento resistivo 18 se aplica entonces en el primer estrato dieléctrico 16 en el paso 48. El estrato de calentamiento resistivo 18 se puede aplicar para formar un patrón de circuito cuando se aplica en el primer estrato dieléctrico 16. Alternativamente, el estrato de calentamiento resistivo 18 se puede aplicar formando un estrato continuo en la superficie total del primer estrato dieléctrico 16, seguido por el proceso de remoción con láser para formar el patrón de circuito deseado.
Finalmente, un segundo estrato dieléctrico 20 se aplica en el estrato de calentamiento resistivo 18 en el paso 50. El método 40 termina en el paso 52.
En referencia a la FIG. 5, un método 60 para formar un ensamble de calefactor 30 para usarse en procesamiento semiconductor es similar al método 40 de la FIG. 4, excepto por los pasos de aplicar un estrato de revestimiento de unión y un revestimiento superior. Más específicamente, el método 60 incluye unir el sustrato de aplicación 12 al objetivo de calentamiento 22 en el paso 62. El sustrato de calefactor 14 se asegura entonces térmicamente al sustrato de aplicación 12 en el paso 64. El aseguramiento térmico puede incluir soldadura fuerte, soldadura, ensamble, unión por difusión, pegado con poliepóxido, vulcanizado a una primera temperatura. A partir de ahí, un calefactor estratificado se aplica al sustrato de calefactor 14 después de que el sustrato de calefactor 14 se une al sustrato de aplicación 12.
La aplicación del calefactor estratificado al sustrato de calefactor 14 incluye aplicar un estrato de revestimiento de unión 32 en el sustrato de calefactor 14 en el paso 66. Un primer estrato dieléctrico 16 se aplica entonces en el estrato de revestimiento de unión 32 en el paso 68. Un estrato de calentamiento resistivo 18 se aplica en el primer estrato dieléctrico 16 en el paso 70. Un segundo estrato dieléctrico 20 se aplica en el estrato de calentamiento resistivo 18 en el paso 72. Un revestimiento superior 34 se aplica sobre el segundo estrato dieléctrico 20 en el paso 74. Finalmente, se remueven las porciones del revestimiento superior 34 para conseguir una llanura predeterminada de superficie en el paso 76. El método 60 termina en el paso 78.
En los métodos 40 y 60 de la presente descripción, la soldadura fuerte se usa para unir efectiva y confiablemente el sustrato de calefactor 14 al sustrato de aplicación 12. El sustrato de aplicación 12 se hace de un material que tiene un CTE que se iguala al CTE del material del objetivo de calentamiento 22. El sustrato de calefactor 14 se hace de un material que tiene un CTE que coincide con el CTE del material del primer estrato dieléctrico 16. El sustrato compuesto permite que el calefactor estratificado se aplique al objetivo de calentamiento 22 que tiene un CTE que no coincide con (es decir, es significativamente diferente de) el CTE del sustrato de calefactor 14.
Además, el proceso de soldadura fuerte, el cual requiere una temperatura relativamente alta, se ejecuta antes de que los varios estratos funcionales del calefactor estratificado sean aplicados al sustrato de calefactor 14. Por lo tanto, el calefactor estratificado no se somete a la alta temperatura no deseada durante el proceso de soldadura fuerte y por consiguiente puede mantener su integridad.
El presente método permite mejor coincidencia del CTE del calefactor estratificado a cualquier objetivo de calentamiento 22 al utilizar un sustrato de aplicación. El presente método también asegura la integridad del calefactor estratificado mediante la soldadura fuerte del sustrato de calefactor al sustrato de aplicación antes de que los diferentes estratos funcionales del calefactor estratificado se formen en el sustrato de calefactor. Por lo tanto, el presente método puede mejorar las características fisicas/materiales del ensamble de calefactor tal como maquinabilidad, aspereza de superficie, dureza de superficie, compatibilidad química, conductividad térmica, conductividad eléctrica, emisividad, apariencia, costo, etc.
La descripción de la declaración es meramente ejemplar en naturaleza y, por consiguiente, las variaciones que no parten de la sustancia de la descripción están planeadas para estar dentro del alcance de la descripción. Tales variaciones no deben ser consideradas como punto de partida del espíritu y alcance de la descripción.

Claims (25)

REIVINDICACIONES
1. Un método para formar un ensamble de calefactor para usar en procesamiento semiconductor que comprende: asegurar térmicamente un sustrato de calefactor a un sustrato de aplicación; aplicar un calefactor estratificado al sustrato de calefactor después de que el sustrato de calefactor se asegura al sustrato de aplicación, la aplicación del calefactor estratificado comprende: aplicar un primer estrato dieléctrico sobre el sustrato de calefactor; aplicar un estrato de calentamiento resistivo sobre el primer estrato dieléctrico; y aplicar un segundo estrato dieléctrico sobre el estrato de calentamiento resistivo, en donde el sustrato de calentamiento define un material que tiene un coeficiente de expansión térmica que coincide con un coeficiente de expansión térmica de al menos uno del primer estrato dieléctrico y un coeficiente de expansión térmica del estrato de calentamiento resistivo.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sustrato de calefactor es soldado fuerte al sustrato de aplicación.
3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque se usa un material de soldadura fuerte de plata.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los estratos del calefactor estratificado se aplican por un proceso de proyección térmica.
5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque se forma un patrón de circuito en el estrato de calentamiento resistivo por un proceso de remoción con láser.
6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer estrato dieléctrico es un material de alúmina, el sustrato de calefactor es un material de molibdeno, y el sustrato de aplicación es un material de acero inoxidable austenitico.
7. El método de conformidad con la reivindicación 1 comprende además aplicar un estrato de revestimiento de unión al sustrato de calefactor antes de aplicar el primer estrato dieléctrico.
8. El método de conformidad con la reivindicación 1 comprende además aplicar un estrato de revestimiento superior sobre el segundo estrato dieléctrico y subsecuentemente remover porciones del revestimiento superior con un proceso para conseguir una llanura predeterminada de superficie.
9. Un método para formar un ensamble de calefactor para usar en procesamiento semiconductor, comprende: la soldadura fuerte de un sustrato de calefactor a un sustrato de aplicación; la aplicación de un calefactor estratificado al sustrato de calefactor después de que el sustrato de calefactor se asegura al sustrato de aplicación, la aplicación del calefactor estratificado comprende: aplicar un estrato de revestimiento de unión por un proceso de proyección térmica sobre el sustrato de calefactor; aplicar un primer estrato dieléctrico por un proceso de proyección térmica sobre el estrato de revestimiento de unión; aplicar un estrato de calentamiento resistivo por un proceso de proyección térmica sobre el primer estrato dieléctrico; y aplicar un segundo estrato dieléctrico por un proceso de proyección térmica sobre el estrato de calentamiento resistivo, caracterizado porque el sustrato de calefactor define un material que tiene un coeficiente de expansión térmica que coincide con un coeficiente de expansión térmica de al menos una del primer estrato dieléctrico y un coeficiente de expansión térmica del estrato de calentamiento resistivo.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque se usa un material de soldadura fuerte de plata.
11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque se forma un patrón de circuito en el estrato de calentamiento resistivo por un proceso de remoción con láser.
12. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el primer estrato dieléctrico es un material de alúmina, el sustrato de calefactor es un material de molibdeno, y el sustrato de aplicación es un material de acero inoxidable austenitico.
13. Un método para formar un ensamble de calefactor para usar con procesamiento semiconductor comprende: asegurar térmicamente un sustrato de calefactor a una sustrato de aplicación a una temperatura elevada; aplicar al menos un estrato funcional al sustrato de calefactor después de que el sustrato de calefactor se asegura al sustrato de aplicación, caracterizado porque el sustrato de calefactor define un material que tiene un coeficiente de expansión térmica que coincide con un coeficiente de expansión térmica de un material del estrato funcional, el material del estrato funcional no es capaz de soportar la elevada temperatura del paso de aseguramiento térmico.
14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el estrato funcional es un estrato de revestimiento de unión, y el método comprende además: aplicar un primer estrato dieléctrico sobre el estrato de revestimiento de unión; aplicar un estrato de calentamiento resistivo sobre el primer estrato dieléctrico; y aplicar un segundo estrato dieléctrico sobre el estrato de calentamiento resistivo.
15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque cada uno de los estratos se aplican por un proceso de proyección térmica.
16. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el sustrato de calefactor es soldado fuerte al sustrato de aplicación.
17. Un ensamble de calefactor para usar en procesamiento semiconductor, comprende: un sustrato de aplicación; un sustrato de calefactor asegurado al sustrato de aplicación por un proceso de unión térmica; y un estrato funcional dispuesto sobre el sustrato de calefactor por un proceso de estratificación, caracterizado porque el sustrato de calefactor define un material que tiene un coeficiente de expansión térmica que coincide con un coeficiente de expansión térmica del estrato funcional.
18. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el sustrato de calefactor es soldado fuerte al sustrato de aplicación.
19. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el estrato funcional se proyecta térmicamente sobre el sustrato de calefactor.
20. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el estrato funcional es un estrato de revestimiento de unión y el calefactor estratificado comprende además un primer estrato dieléctrico dispuesto sobre el estrato de revestimiento de unión, un estrato de calentamiento resistivo dispuesto sobre el primer estrato dieléctrico, y un segundo estrato dieléctrico dispuesto sobre el estrato de calentamiento resistivo.
21. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque cada uno de los estratos se aplican por un proceso de proyección térmica.
22. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque se forma un patrón de circuito en el estrato de calentamiento resistivo por un proceso de proyección térmica.
23. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el estrato de calentamiento resistivo se forma de un material que tiene suficiente coeficiente de temperatura de resistencia de modo que el estrato de calentamiento funciona tanto como un calefactor como un sensor de temperatura.
24. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 19 comprende además un estrato de revestimiento superior dispuesto sobre el segundo estrato dieléctrico.
25. El ensamble de calefactor de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el sustrato de aplicación define un cuerpo metálico que tiene una superficie superior cerámica.
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