TWI816528B - 具有增強溫度均勻特性之基材加熱設備 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種基材加熱設備。更特定而言，其關於一種基材加熱設備，包括位於該基材加熱設備之一內部區域中的一第一加熱元件、位於一外部區域中之一第二加熱元件、經組態以跨越該內部區域傳輸電力至該第二加熱元件之一第三加熱元件、及電連接該第二加熱元件及該第三加熱元件之一連接器，且能夠有效地抑制導因於施加至該連接器之高溫與高壓所導致的熱膨脹及壓縮應力的細微裂紋的發生。本發明揭示一種用於加熱一基材之基材加熱設備，其中該基材加熱設備包括：一本體，其包括該基材座落於其上之一基材座落部分，以支撐該基材；一第一加熱元件，其位於該本體之一內部區域中；一第二加熱元件，其位於圍繞該內部區域之一外部區域中；一第三加熱元件，其經組態以橫跨該本體之該內部區域傳輸電流至該第二加熱元件；及一連接器，其電互連該第二加熱元件及該第三加熱元件，其中該連接器係由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成。
Description
本發明係關於一種基材加熱設備。更特定而言，本發明係關於一種基材加熱設備，其包括位於該基材加熱設備之一內部區域中的一第一加熱元件、位於一外部區域中之一第二加熱元件、經組態以跨越該內部區域傳輸電力至該第二加熱元件之一第三加熱元件、及電連接該第二加熱元件及該第三加熱元件之一連接器，且能夠有效地抑制導因於施加至該連接器之高溫與高壓所導致的熱膨脹及壓縮應力的細微裂紋的發生。
一般而言，為了製造平板顯示器面板或半導體裝置，基材，諸如玻璃基材、可撓性基材、或半導體基材，依序經受層壓及圖案化一系列層之製程，該系列層包括介電層及其上之金屬層。在此情況下，透過諸如化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)或物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)之製程，使諸如介電層及金屬層的該等層沉積於基材上。
在此情況下，為了均勻形成該等層，應將基材加熱至均勻溫度，且可使用基材加熱設備以加熱及支撐基材。基材加熱設備可用於在形成於基材上之介電層或金屬層之蝕刻製程、光電阻器之燒結製程、及類似者中加熱基材。
此外，近年來，對於用於減少基材加熱設備之溫度偏差之方法的需求仍持續著，因為需要半導體裝置的較細配線及半導體基材之精確熱處理。具體而言，基材加熱設備具有位於其中央區域中的支撐部分，其用於支撐由陶瓷或類似者製成之本體，且具有內建加熱元件。因此，致使諸如熱容量增加的問題，即使將相同量的熱供應至基材加熱設備的各區域，溫度偏差可能發生在該等區域之間。
就此而言，提出一技術，其中如圖1所繪示，基材加熱設備劃分成內部區域（圖1中之區域(B)）及外部區域（圖1中之區域(C)），且針對各區域控制基材之加熱，從而減少內部區域（圖1之區域(B)）及外部區域（圖1中之區域(C)）之間的溫度偏差。然而，在此情況下，可能產生問題，導因於供應電流至外部區域（圖1中之區域(C)）的加熱元件之導體的熱產生，對應於導體之特定區域（圖1中之區域(A)）被過度加熱。例如，圖2繪示產生的問題，其中導因於橫跨內部區域傳輸電力至外部區域中的加熱元件之導體的熱產生，對應於導體之特定區域（圖2中之區域(A)）被過度加熱。
基材加熱設備之本體通常由陶瓷（諸如：氮化鋁(AlN)）製成，而用於連接加熱元件之連接器或類似者由金屬製成，如：鉬(Mo)。在製造基材加熱設備之製程中，在設置加熱元件、連接器、及類似者在由陶瓷（諸如：氮化鋁(AlN)）製成之本體的預形成體中的預定位置處之後，且接著藉由在高溫（例如，約1,800℃）環境下施加高壓來燒結陶瓷，以製造本體。
然而，在燒結製程中，在高溫環境中施加高壓時，因為導因於本體的陶瓷與連接器之金屬材料之間的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion, CTE)的差異的熱應力以及導因於本體中引致的高壓的壓縮應力，本體中可能發生細微裂紋。此外，根據基材加熱設備的使用，導因於裂紋的擴散，可能劣化基材加熱設備之耐久性，且可能縮短基材加熱設備之使用壽命。
因此，需要額外措施以減輕或防止導因於供應電流至外部區域中的加熱元件之導體的熱產生之特定區域中過度加熱的問題，同時藉由將基材加熱設備劃分成內部區域及外部區域而控制加熱；藉由抑制因連接器之金屬材料與本體的陶瓷之間的熱膨脹係數的差異的熱應力以及在燒結製程或類似者（其中在基材加熱設備的製造製程期間施加高溫及高壓）中所施加之高壓所導致的壓縮應力之產生，來防止本體中細微裂紋的發生；有效防止基材加熱設備之耐久性的劣化及使用壽命的縮短。然而，至始並未提出適當措施。
[先前技術文件]日本專利公開第2001-102157號（2001年4月13日公告）。
本發明為解決上述先前技術的問題，提供一種基材加熱設備，其中當該基材加熱設備被劃分成複數個區域（包括一內部區域及一外部區域）以控制各區域的加熱時，可防止一特定區域導因於供應電流至該外部區域之一加熱元件的一導體的熱產生的過度加熱。
另外，本發明提供一種基材加熱設備，其中當該基材加熱設備劃分成複數個區域，包括一內部區域、一外部區域、及橫越該內部區域的一中間區域，且針對各區域加熱時，可最小化因該中間區域中的該導體的熱產生的基材加熱不均勻的問題。
另外，本發明提供一種結構，其能夠改善該外部區域中的加熱元件與供應電流至其之該導體之間的連接結構的熱及結構穩定性。
此外，本發明提供一種基材加熱設備，其中藉由抑制因連接器之金屬材料與本體的陶瓷材料之間的熱膨脹係數的差異的熱應力之產生以及因在燒結製程或類似者（其中在製造基材加熱設備的製程中施加高溫及高壓）中所施加之高壓的壓縮應力之產生，可防止本體中細微裂紋的發生，且亦可有效防止基材加熱設備之耐久性之劣化及使用壽命的縮短。
鑒於前述，根據本發明的一實施例，用於加熱一基材的一種基材加熱設備包括：一本體，其包括該基材座落於其上之一基材座落部分，以支撐該基材；一第一加熱元件，其位於該本體之一內部區域中；一第二加熱元件，其位於圍繞該內部區域之一外部區域中；一第三加熱元件，其經組態以橫跨該本體之該內部區域傳輸電流至該第二加熱元件；及一連接器，其電互連該第二加熱元件及該第三加熱元件，其中該連接器係由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成。
該連接器可以一部分球形實施，該部分球形係藉由從一球形移除一第一平面下方的一部分而獲得，該第一平面自該球形之一中心點向下間隔開一預定距離，且該第一平面可設置平行於該基材座落部分。
該連接器可以一橢圓形實施，該橢圓形係藉由垂直地縮小一球形而獲得，且該連接器可設置成使得該橢圓形之一垂直軸垂直於該基材座落部分。
該連接器可以一圓柱形實施，且該連接器設置成使得該圓柱形之一縱軸垂直於該基材座落部分，且該第二加熱元件及該第三加熱元件分別固定地插入其中之開口可在垂直於該縱軸之一方向上垂直地提供於該圓柱形之一側部分中。
該連接器可以一圓柱形實施，且該連接器設置成使得該圓柱形之一縱軸平行於該基材座落部分，且該第二加熱元件及該第三加熱元件分別固定地插入其中之開口可提供於該圓柱形的相對平坦表面中，以面向彼此。
該連接器可經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程（annealing process）。
該基材加熱設備可進一步包括一加熱元件連接器，其連接至該第一加熱元件之一端，以傳輸由一電源供應器供應的電力，其中該加熱元件連接器可由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金（molybdenum-tungsten alloy）製成。
該加熱元件連接器可經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程。
該基材加熱設備可進一步包括：一高頻電極單元，高頻波係施加至其，以產生電漿；及一高頻連接器，其連接至該高頻電極單元之一端以傳輸由一高頻波供應單元供應的高頻波，其中該高頻電極單元及該高頻連接器中之至少一者可由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成。
該高頻電極單元及該高頻連接器中之至少一者可經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程。
該第一加熱元件、該第二加熱元件、及該第三加熱元件之至少一者可由含有鉬及鎢之一鉬鎢合金製成。
該第一加熱元件、該第二加熱元件、及該第三加熱元件之至少一者可經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程。
在此情況下，該鉬鎢合金可含有40%至80%之一比例的鉬及20%至60%之一比例的鎢。
該退火製程可在選自鉬的再結晶溫度與鎢的再結晶溫度之間的一範圍內的一溫度下執行。
此外，該熱處理製程可包括一快速冷卻製程，其在該鉬中產生一σ相的一溫度範圍中快速冷卻該第一加熱元件、該第二加熱元件、及該第三加熱元件中之至少一者。
[有利的功效]
在本發明中，基材加熱設備劃分成複數個區域（包括內部區域及外部區域），且當控制各區域之加熱時，將電流供應至位於外部區域中之第二加熱元件的第三加熱元件之導線的直徑設定成比第二加熱元件的導線厚的直徑。因此，可抑制特定區域導因於第三加熱元件的熱產生的過度加熱。
在本發明中，基材加熱設備劃分成複數個區域（包括內部區域、外部區域、及橫越內部區域的中間區域），且當針對各區域加熱基材加熱設備時，中間區域中之第三加熱元件所產生之熱值及第二加熱元件所產生之熱值的總和被控制在預定範圍內。因此，可最小化因中間區域中的導體的熱產生的加熱基材之不均勻的問題。
在本發明中，第二加熱元件及第三加熱元件藉由使用與位於外部區域中之第二加熱元件及中間區域中的第三加熱元件相同的材料製成的連接器互連。因此，儘管導因於在製造基材加熱設備之製程中及基材處理製程期間的加熱之溫度變化，仍可維持基材加熱設備之熱及結構穩定性。
此外，在本發明中，藉由抑制導因於連接器或類似者之金屬材料與本體的陶瓷材料之間的熱膨脹係數的差異的熱應力之產生以及導因於在燒結製程或類似者（其中在製造基材加熱設備的製程中施加高溫及高壓）中所施加之高壓的壓縮應力之產生，可防止本體中細微裂紋的發生，且有效防止基材加熱設備之耐久性之劣化及使用壽命的縮短。
本發明可經各種修改且可包括各種實施例。在本文中，將參考隨附圖式詳細描述具體實施例。
在描述本發明中，當判定相關已知技術之詳細描述可能模糊本發明之要點時，將省略其詳細描述。
諸如第一、第二、及類似者之用語可用以描述各種組件，但組件不受用語限制，且此等用語僅用於區分一個組件與另一組件之目的。
在本文中，將參考隨附圖式詳細描述根據本發明之基材加熱設備的例示性實施例。
如上文所描述，當基材加熱設備之區域劃分成複數個區域（包括內部區域及外部區域）且針對各區域加熱以便增加基材加熱設備之熱均勻性時，可能會有下列問題：特定區域因橫跨內部區域傳輸電力至外部區域的加熱元件之導體的熱產生之過度加熱的問題。
就此而言，本發明揭示一種基材加熱設備，其包括：一第一加熱元件，其位於該基材加熱設備之一內部區域中；一第二加熱元件，其位於該外部區域中；及一第三加熱元件，其經組態以跨越該內部區域傳輸電力至該第二加熱元件，其中構成該第三加熱元件之導線之直徑比構成該第二加熱元件之導線之直徑厚，使得因該第三加熱元件的熱產生之過度加熱區域的產生可受抑制。
圖3為根據本發明之一實施例之基材加熱設備300的結構。如由圖3可見，根據本發明之一實施例之基材加熱設備300包括：支撐基材之本體（未繪示）；第一加熱元件310，其位於該本體之內部區域中；第二加熱元件320，其位於環繞該內部區域之一外部區域中；及第三加熱元件330，其跨越本體之內部區域傳輸電流至第二加熱元件320，其中構成該第三加熱元件330之導線之直徑比構成該第二加熱元件320之導線之直徑厚，使得第三加熱元件330的電阻值降低，且加熱元件330的熱產生被抑制，使得可防止特定區域因第三加熱元件330的熱產生之過度加熱。
在此情況下，基材（諸如：玻璃基材、可撓性基材、或半導體基材）座落於基材加熱設備300上，且經由諸如化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)或物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)之製程，層壓出一系列的層（包括介電層及金屬層）並於該等層上形成圖案化之結構。在此情況下，基材加熱設備300均勻地加熱基材至製程所需的預定溫度。
基材加熱設備300之本體（未繪示）可由陶瓷或金屬製成，取決於基材加熱設備的用途或使用基材加熱設備之製程，且用於加熱基材與電漿製程或類似者中使用之高頻電極（未繪示）之加熱元件可包括在本體中。此外，複數個針孔（未繪示）可形成於基材加熱設備300中，使得用於使基材安置於本體之頂面上或可通過針孔移動卸載基材至外部之升降銷。
對於高溫製程或類似者之穩定性，基材加熱設備300之本體可由陶瓷材料製成，且此時可使用之陶瓷材料可選自Al
2O
3、Y
2O
3、Al
2O
3/ Y
2O
3、ZrO
2、AlC、TiN、AlN、TiC、MgO、CaO、CeO
2、TiO
2、B
xC
y、BN、SiO
2、SiC、YAG、莫來石（Mullite）、AlF
3、或類似者，且可組合使用二或更多種陶瓷材料。
加熱元件可由鎢(W)、鉬(Mo)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、或其合金形成。
如圖3之(b)中可見，因為第二加熱元件320及第三加熱元件330通常是由相同直徑的單一導線製成，因此將基材加熱設備組態成其中基材加熱設備被劃分成複數個區域（各區域待加熱）的結構是相當容易的。然而，在此情況下，當施加電力以加熱外部區域中的第二加熱元件320時，可能發生問題，其中第三加熱元件330也以與第二加熱元件320相同的方式產生熱，且第三加熱元件330所位於的中間區域過度加熱。
具體而言，由於靠近中間區域之第一加熱元件310的熱值添加至第三加熱元件330的熱值，可進一步加熱中間區域。因此，可能產生一問題，其中如上文參考圖2所描述，特定區域過度加熱且熱均勻性大幅劣化。
就此而言，為了降低由第一加熱元件310的熱產生的影響，可考慮分離第一加熱元件310與第三加熱元件330的措施。然而，在此情況中，取決於各區域之電力施加狀態，第三加熱元件330所位於的中間區域中之熱值可顯著不同於相對於本體之中心點對稱於中間區域的區域中之熱值。因此，在一些情況下，基材加熱設備之熱均勻性可能劣化。
因此，較佳地，在中間區域中之第一加熱元件310的結構及在對稱對應於中間區域之區域中的第一加熱元件310之結構具有相同的對稱結構，且即使針對第三加熱元件330之導線包覆或類似者組態對稱結構，較佳地，將結構組態成盡可能類似。
因此，降低第三加熱元件330中的熱值，同時盡可能維持第一加熱元件310之對稱結構是更佳的方法。因此，在本發明中，如在圖3之(c)中可見，構成第三加熱元件330的導線的直徑ΦX+Y增加至大於構成第二加熱元件的導線的直徑ΦX，以減少電阻值，從而抑制第三加熱元件330的熱產生。
另外，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，較佳地，藉由防止第一加熱元件310位於第三加熱元件330所位於的中間區域中，來減少第一加熱元件310的熱產生與第三加熱元件330的熱產生之重疊效應，使得第一加熱元件310及第三加熱元件330設置成彼此間隔開，而非設置成彼此重疊。
根據本發明之一實施例的基材加熱設備300並不必然必須組態成將基材加熱設備劃分成內部區域及外部區域的僅兩個區域，如圖3的(a)中所繪示，且基材加熱設備可藉由除了內部區域及外部區域之外進一步包括一或多個區域而包括複數個區域。
此外，第一加熱元件310、第二加熱元件320、及第三加熱元件330參考通過本體中心點之中間區域之中心軸而經被配置為成對稱形狀。因此，可能使根據本發明的一實施例的基材加熱設備300具有參考中心軸的對稱熱分佈，且另外，可能進一步改善基材加熱設備300的熱均勻性。
圖4係顯示根據本發明之實施例之構成第三加熱元件的導線的電阻值及熱值，其在改變導線的直徑時計算。如圖4中可見，當構成第三加熱元件之導線的直徑係0.50 mm時，導線的電阻值係0.030 Ω，且當14.5 A之電流施加至導線時，導線展現6.27 W之熱值(calorific value)。
相比之下，當構成第三加熱元件之導線之直徑係1.00 mm時，導線的電阻值係0.007 Ω，且當14.5 A之電流施加至導線時，導線展現1.57 W之熱值。因此，可看出，當導線直徑從0.50 mm倍增至1.00 mm時，電阻值及熱值各自降至約1/4原始位準。
同樣的，當構成第三加熱元件之導線的直徑從0.5 mm至0.70 mm增加約1.4倍時，電阻值及熱值各自降至約1/2位準。
因此，藉由增加導線的直徑，可降低導線產生的熱值。然而，由於不可能無限地增加導線的直徑，因此較佳地，考慮到導線的直徑、導線之間的間距、及第一加熱元件產生的熱值，將第三加熱元件330所位於的中間區域中產生的熱值調整成接近其他區域中產生的熱值。
圖5所示為根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中抑制特定區域中的過度加熱，使得熱均勻性改善之情況。如圖5之(a)中可見，當中間區域中之第三加熱元件330的熱產生未適當地抑制時，熱值集中至中間區域且因此會發生過度加熱。然而，在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，其顯示藉由將構成第三加熱元件330的導線的直徑設定成比構成第二加熱元件320的導線的直徑厚，可藉由減少第三加熱元件330的電阻值且抑制第三加熱元件330的熱產生，而有效抑制在中間區域中的過度加熱的發生。
圖6係為本發明之一實施例之基材加熱設備300中的第二加熱元件320及第三加熱元件330之連接器的結構示意圖。如圖6的(a)中可見，作為本發明之一實施例，第二加熱元件320之導線具有ΦX之直徑，且第三加熱元件330之導線具有ΦX+Y之直徑。因此，第二加熱元件及第三加熱元件可由具有不同直徑之分開的導線製成。因此，如圖6之(b)中可見，第二加熱元件320及第三加熱元件330可藉由使用連接器340互連。
在此情況下，連接器340可各自包括開口，構成第二加熱元件320及第三加熱元件330且具有不同直徑的導線壓配且固定於開口中。此外，第二加熱元件320、第三加熱元件330、及連接器340全部可由相同材料製成。
因此，在第二加熱元件320、第三加熱元件330、及連接器340中，即使在製造根據本發明之一實施例之基材加熱設備300之製程中的高溫環境或類似者中（諸如陶瓷燒結）或在基材處理製程中（諸如基材上之化學氣相沉積(CVD)），耦接結構可穩定地維持。
根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中不總是必須使用連接器340。作為一更具體實例，如在圖6之(c)中可見，第二加熱元件320及第三加熱元件320可以單一導線組態，且第二加熱元件320及第三加熱元件330之連接部分可具有漸縮形狀。藉此，可進一步改善第二加熱元件320與第三加熱元件330之間的連接部分中的熱及結構穩定性，使得連接結構即使在非常高的溫度或重複的熱環境改變下仍可更穩定地維持。替代地，如圖6的(d)中所示，第二加熱元件320及第三加熱元件330之連接部分可藉由使用焊接或類似者接合。
圖7所示為用於減少基材加熱設備300的中間區域（圖7中之區域C）中產生之熱值與對稱區域（圖7中之區域D）中產生之熱值之間的偏差之結構，作為本發明之一實施例。亦即，關於相對於基材加熱設備300中之本體之中心點對稱於中間區域的對稱區域，可使通過本體之中心點的中間區域之中心軸（圖7中的C1至C2）上之第一加熱元件310及第三加熱元件330之熱產生之平均表面溫度值實質上等於通過本體之中心點的對稱區域之中心軸（圖7中的C2至C3）上之第一加熱元件310之熱產生之平均表面溫度值。為此，可調整中間區域中的中心軸周圍的第三加熱元件330的直徑、第三加熱元件330之導線之間的分離距離、第三加熱元件330與第一加熱元件310之間的分離距離、及類似者。
因此，藉由使中間區域之中心軸處之溫度之平均值及對稱區域之中心軸處之表面溫度等於彼此，可改善根據本發明之實施例之基材加熱設備300之熱均勻性。
作為本發明之另一實施例，藉由使通過本體之中心點的中間區域（圖7中的區域C）之中心軸（圖7中的C1至C2）上之第一加熱元件310及第三加熱元件330之熱產生之表面溫度之最大值與最小值之間的差值小於或等於通過本體之中心點的對稱區域（圖7中的區域D）之中心軸（圖7中的C2至C3）上之第一加熱元件310之熱產生之表面溫度之最大值與最小值之間的差值，亦可改善根據本發明之實施例之基材加熱設備300之熱均勻性。
圖8所示為用於減少基材加熱設備300的中間區域（圖8中之區域C）中產生之熱值與垂直於中間區域之區域（圖8中之區域E）中產生之熱值之間的偏差之結構，作為本發明之一實施例。首先，關於中間區域及垂直於基材加熱設備300中之中間區域的區域，可使通過本體之中心點的中間區域之中心軸（圖8中的C1至C2）上之第一加熱元件310及第三加熱元件330之熱產生之平均表面溫度值實質上等於垂直於通過本體之中心點的中間區域之區域之中心軸（圖8中的C2至C4）上之第一加熱元件310之熱產生之平均表面溫度值。為此，可調整中間區域中的中心軸周圍的第三加熱元件330的直徑、第三加熱元件330之導線之間的分離距離、第三加熱元件330與第一加熱元件310之間的分離距離、及類似者。
因此，藉由使中間區域之中心軸處之溫度之平均值及垂直於中間區域的區域之中心軸處之表面溫度等於彼此，可改善根據本發明之實施例之基材加熱設備300之熱均勻性。
作為本發明之另一實施例，藉由通過本體之中心點的中間區域（圖8中的區域C）之中心軸（圖8中的C1至C2）上之第一加熱元件310及第三加熱元件330之熱產生之表面溫度之最大值與最小值之間的差值小於或等於垂直於中間區域的區域（圖8中的區域E）之中心軸（圖8中的C2至C4）上之第一加熱元件310之熱產生之表面溫度之最大值與最小值之間的差值，亦可改善根據本發明之實施例之基材加熱設備300之熱均勻性。
圖9所示為根據本發明之一實施例之基材加熱設備300的結構示意圖。如圖9中可見，根據本發明之一實施例之基材加熱設備300係加熱基材S之基材加熱設備300，其中基材加熱設備300可包括本體110，該本體包括基材W座落於其上之基材座落部分120，以支撐該基材W；及加熱單元130，其內建於本體110之下部中，用以加熱基材W。加熱單元130可包括第一加熱元件310（位於本體110之內部區域中）、第二加熱元件320（位於圍繞內部區域之外部區域中）、及第三加熱元件330（其被配置以跨越本體110之內部區域傳輸電流至第二加熱元件320）。此外，可進一步包括電互連第二加熱元件320及第三加熱元件330之連接器340。
此外，如在圖9中可見，根據本發明之一實施例的基材加熱設備300可包括支撐本體110的支座110a、供應電力至加熱單元130的電源供應器100b、及用於接地之接地單元100c，且可設有高頻電極單元140，用於將電漿形成的高頻波係施加至高頻電極單元。
此外，如圖9中可見，根據本發明之一實施例之基材加熱設備300可設置於腔室31內，以執行一製程，且腔室31可設有電漿電極32、噴頭33、及類似者。
如上文參考圖3及圖6所描述，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，用於電互連第二加熱元件320及第三加熱元件330之連接器340通常由諸如鉬(Mo)的金屬製成，類似於第二加熱元件320及第三加熱元件330，但基材加熱設備300之本體110通常由陶瓷製成，諸如氮化鋁(AlN)。
此時，在製造基材加熱設備300之製程中，第二加熱元件320、第三加熱元件330、及連接器340、及類似者置放於由陶瓷（如氮化鋁(AlN)）製成之本體110的預形成體內的預定位置處，且接著燒結陶瓷，同時在高溫（例如，約1,800℃）環境中施加高壓，以製造基材加熱設備300。
然而，由於在燒結製程中的高溫環境中施加高壓，因構成本體110的陶瓷與連接器340之金屬材料之間的熱膨脹係數(CTE)的差異的熱應力以及因高壓的壓縮應力，本體110之陶瓷區域中可能發生細微裂紋。
此外，因細微裂紋擴散，基材加熱設備300的使用可能導致基材加熱設備300之耐久性之劣化及使用壽命的縮短。
就此而言，在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，如可見於圖10中，連接器340可經組態成部分球形，該部分球形係藉由從一球形移除第一平面（例如，圖10之(a)中之平面A）下方的一部分而獲得，該第一平面自第一平面之球形之中心點向下間隔開一預定距離。此時，連接器340之第一平面可設置平行於基材座落部分120。
因此，在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，因為壓縮應力導因於連接器340之部分球形而分散且連接器340之高度藉由移除如上文所描述之預定向下部分而減少，可減少導因於從上側施加高壓的應力的影響，從而抑制細微裂紋的發生。
此外，藉由移除如上文所描述之預定向下部分，可減少連接器340之體積，藉此抑制導因於高溫環境中之熱膨脹的應力的產生。
此時，如圖10的(a)中可見，連接器340可具有一結構，其中高度（例如，圖10的(a)中之H11）小於寬度（圖10的(a)中之W11）。
另外，在本發明中，如圖10中可見，藉由減少部分球形的寬度(W11→ W12 → W13)及高度(H11→ H12 → H13)，可藉由減少連接器340之體積抑制導因於熱膨脹的熱應力之產生，且同時，因為高度減少，亦可藉由抑制壓縮應力之產生而防止細微裂紋的發生。
另外，在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，如可見於圖11中，連接器340可經組態成橢圓形，該橢圓形係藉由垂直地縮小一球形而獲得。在此情況下，連接器340可設置成使得橢圓形之垂直軸（例如，圖11的(B)）垂直於基材座落部分120。
因此，在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，因為壓縮應力導因於連接器340之橢圓形而分散且連接器340之高度導因於如上文所描述之垂直地縮小的橢圓形而減少，可減少導因於從上側施加高壓的應力的影響，從而抑制細微裂紋的發生。
此外，如上文所描述之垂直縮小的形狀，可減少連接器340之體積，藉此抑制導因於高溫環境中之熱膨脹之應力的產生，使得亦可防止細微裂紋的發生。
此時，如圖11中可見，連接器340可具有一結構，其中高度（例如，圖11中之H2）小於寬度（圖11中之W2）。
此外，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，如圖12中可見，連接器340可以圓柱形實施，且可設置成使得圓柱形之縱軸垂直於基材座落部分120。
因此，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，可減少連接器340的體積，以抑制因高溫環境中的熱膨脹的應力的產生，從而防止細微裂紋的發生。
此外，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，如圖13中可見，連接器340以圓柱形實施，且可設置成使得圓柱形之縱軸平行於基材座落部分120。基材加熱設備300可包括第二加熱元件320及第三加熱元件330分別固定地插入其中之開口，且其係提供於該圓柱形的相對平坦表面中，以面向彼此。
在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，此可降低連接器340之高度或減少連接器340之體積（參見例如，圖13之(b)及(c)，相較於圖13之(a)）。因此，可藉由抑制導因於高溫及高壓環境中之熱膨脹或壓縮應力之應力的產生，而防止細微裂紋的發生。
在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，連接器340可由含有鉬(Mo)及鎢(W)的鉬鎢合金製成（例如，位於圖14中之(E)處）。
根據本發明之一實施例的基材加熱設備300可包括加熱元件連接器（未繪示），其連接至第一加熱元件310之一端，並傳輸由電源供應器100b供應的電力。加熱元件連接器（未繪示）亦可由含有鉬(Mo)及鎢(W)的鉬鎢合金製成（位於圖14中之(C)處）。
如圖9中可見，根據本發明之一實施例的基材加熱設備300可包括高頻電極單元140（高頻波係施加至其，以產生電漿）以及高頻連接器（未繪示），該高頻連接器連接至高頻電極單元140之該端，以傳輸由高頻供應單元（未繪示）供應的高頻波，且高頻連接器（未繪示）亦可由含有鉬(Mo)及鎢(W)的鉬鎢合金製成（位於圖14中之(D)處）。
亦即，在習知基材加熱設備300中，連接器340、加熱元件連接器（未繪示）及高頻連接器（未繪示）通常由諸如鉬(Mo)之金屬製成，類似於加熱元件，而基材加熱設備300之本體110通常由陶瓷（諸如氮化鋁(AlN)）製成。在製造基材加熱設備300的製程中，第二連接器340、加熱元件連接器（未繪示）、及高頻連接器（未繪示）係設置在由陶瓷（諸如氮化鋁(AlN)）製成之本體110及加熱元件的預形成體中的預定位置處，且接著藉由在高溫環境（例如，約1,800℃）中施加高壓而燒結陶瓷，以製造基材加熱設備300。
然而，在燒結製程中，當高壓在高溫環境中施加時，因於陶瓷形成的本體110與連接器340、加熱元件連接器（未繪示）及高頻連接器（未繪示）的金屬材料之間的熱膨脹係數(CTE)差異所產生的熱應力，細微裂紋可發生在本體110中之連接器340周圍的陶瓷區域中（例如，參見圖15中之連接器340周圍的裂紋）。
此外，隨著基材加熱設備300曝露於製程溫度（例如，650℃）的累積，細微裂紋擴散，其可導致基材加熱設備300之耐久性的劣化及基材加熱設備300之使用壽命的縮短。
就此而言，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，由於連接器340、加熱元件連接器（未繪示）或高頻連接器（未繪示）係由含有鉬及鎢的鉬鎢合金製成，可藉由防止因與構成本體110之陶瓷材料（諸如氮化鋁(AlN)）的熱膨脹係數(CTE)差異之熱應力的產生，從而有效地抑制細微裂紋的發生。
作為具體實例，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300之本體110中，加熱單元130及高頻電極單元140可嵌入在本體110之陶瓷燒結緻密體（未繪示）中，其中加熱元件連接器（未繪示）設置於加熱元件連接器連接至加熱單元130之位置處，以傳輸電力至加熱單元130。
在此情況下，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，因為加熱元件連接器（未繪示）係由含有鉬及鎢的鉬鎢合金製成，因此防止因與構成本體110的陶瓷材料（諸如氮化鋁(AlN)）的熱膨脹係數(CTE)的差異之熱應力的產生，使得細微裂紋的發生受到抑制。
更具體而言，圖16所示為構成加熱元件連接器（未繪示）之金屬材料（鉬、鉬鎢合金）及陶瓷材料(AlN)相比較之熱膨脹係數(圖16的(a)為溫度升高之CTE；圖16的(b) 為溫度降低之CTE)。
圖17係示出構成加熱元件連接器（未繪示）之金屬材料（鉬、鉬鎢合金）之熱膨脹係數參考陶瓷材料之熱膨脹係數的數值差異之表格。
參考圖16及圖17，當相較於陶瓷材料之熱膨脹係數(H65)時，可看見，鉬70%-鎢30%合金(Mo
0.7W
0.3)之熱膨脹係數最接近陶瓷材料之熱膨脹係數，且鉬50%-鎢50%合金(Mo
0.5W
0.5)之熱膨脹係數亦具有接近陶瓷材料之熱膨脹係數之值，而鉬30%-鎢70%合金(Mo
0.3W
0.7)與陶瓷材料之間的熱膨脹係數的差異可大於鉬100%(Mo)與陶瓷材料之間的熱膨脹係數的差異。
就此而言，圖18例示根據構成加熱元件連接器（未繪示）的金屬材料（鉬、鉬鎢合金、鎢）的類型，關於細微裂紋的發生之實驗結果。
首先，將加熱元件連接器分類成圓柱形及具有半球形加至其一端的形狀，且對於各形狀，藉由使用鉬(Mo)、鉬鎢合金（Mo
0.3W
0.7、Mo
0.5W
0.5及Mo
0.7W
0.3）及鎢(W)製成加熱元件連接器。因此，圖18顯示在燒結製程之後，確認陶瓷燒結緻密體中是否發生細微裂紋的結果。
如圖18中可見，當加熱元件連接器由鉬(Mo)或鎢(W)製成時，可確認在陶瓷燒結緻密體中發生數個細微裂紋。
此外，加熱元件連接器由鉬30%-鎢70%合金(Mo
0.3W
0.7)製成，可確認在陶瓷燒結緻密體中發生一些細微裂紋。
相比之下，當加熱元件連接器由鉬70%-鎢30%合金(Mo
0.7W
0.3)及鉬50%-鎢50%合金(Mo
0.5W
0.5)製成時，可看出，在陶瓷燒結緻密體中沒有發生細微裂紋。
因此，在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，加熱元件連接器較佳地由含有鉬及鎢的鉬鎢合金製成。此外，已確認，當鉬鎢合金含有40%至80%之比例的鉬及20%至60%之比例的鎢時，可有效防止本體110的陶瓷燒結緻密體中之細微裂紋的發生，即使在陶瓷燒結緻密體經受高溫及高壓燒結製程時。
雖然本發明主要參考加熱元件連接器作為實例來描述，但本發明不限於此。如上文所描述，不僅高頻連接器（未繪示）及連接器340，在相關技術領域中通常由鉬製成的第一加熱元件310、第二加熱元件320、第三加熱元件330、或高頻電極單元140也可由含有鉬及鎢的鉬鎢合金製成。此外，當鉬鎢合金含有40%至80%之比例的鉬及20%至60%之比例的鎢時，可有效防止本體110中的陶瓷燒結緻密體中之細微裂紋的發生，即使在本體110經受高溫及高壓燒結製程時。
此外，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，當連接器340、加熱元件連接器（未繪示）或高頻連接器（未繪示）係由含有鉬(Mo)與鎢(W)之鉬鎢合金製成時，連接器340、加熱元件連接器或高頻連接器較佳地經受包括退火製程的熱處理製程。
亦即，當連接器340、加熱元件連接器或高頻連接器由鉬鎢合金製成時，在加工製程、壓配加熱元件至開口中的壓製製程或類似者中，導因於鎢之易碎性質，鉬鎢合金中可能發生裂紋。
作為一更具體實例，圖19例示當連接器340由鉬鎢合金製成時，在加工製程及壓製製程期間，連接器340中發生裂紋的情況。
就此而言，在根據本發明之一實施例之基材加熱設備300中，當連接器340、加熱元件連接器或高頻連接器係由鉬鎢合金製成時，連接器340、加熱元件連接器或高頻連接器經受包括退火製程的熱處理製程。因此，可藉由移除硬化鉬鎢合金的內部裂紋及再精化鉬鎢合金之晶粒，而改良鉬鎢合金之延展性。
在此情況下，較佳地考慮根據本發明之一實施例之基材加熱設備300之材料之再結晶溫度來執行退火製程。特定而言，根據本發明之一實施例之基材加熱設備300較佳地在選自鉬的再結晶溫度與鎢的再結晶溫度之間的範圍內的一溫度下經受退火製程。
更特定而言，對於鉬鎢合金，根據本發明之一實施例之基材加熱設備300較佳地在鉬的再結晶溫度（900℃）與鎢的再結晶溫度（1,000℃至1,30℃）之間的範圍內的一溫度下經受退火製程。當超出適當的溫度時，晶粒生長且變得更易碎而非更可延展，增加在加工製程及壓製製程期間在鉬鎢合金中開裂的風險。
此外，用於根據本發明之一實施例的基材加熱設備300的退火製程可包括快速冷卻製程，其在鉬中產生σ相的溫度範圍中快速冷卻連接器340、加熱元件連接器、或高頻連接器。
亦即，在鉬之情況下，在冷卻期間，σ相可產生在約700℃至900℃之溫度範圍內，且因此，鉬鎢合金之可加工性及延展性可劣化。因此，較佳地，從上述溫度區段快速冷卻鉬，以抑制σ相的形成。
作為更具體之實例，在對於根據本發明之一實施例之基材加熱設備300在約1,250℃執行退火製程之後，可以自900℃執行快速冷卻製程的方式執行連接器340、加熱元件連接器或高頻連接器的熱處理製程。
圖20更具體地例示根據在各種條件下執行的熱處理對於連接器340之裂紋產生實驗的結果。
如圖20中可見，在條件1（在1,020℃之退火製程2小時之後，藉由使用氮(N
2)，諸如氣態氮或液態氮，從800℃執行快速冷卻）的情況中，可看見，在連接器340中清楚地觀察到裂紋。
在條件2（在1,200℃之退火製程2小時之後，藉由使用液態氮(N
2)，從800℃執行快速冷卻）及條件3（在1,200℃之退火製程2小時之後，藉由使用液態氮(N
2)，從900℃執行快速冷卻）之情況中，在連接器340中觀察到細微裂紋。因此，可看出，即使降低開裂的程度，仍會發生裂紋。
相比之下，在條件4（在1,250℃之退火製程2小時之後，藉由使用氮(N
2)，諸如氣態氮或液態氮，從900℃執行快速冷卻）的情況中，完全沒有觀察到裂紋。因此，可看出，鉬鎢合金之延展性經改善，且可加工性經由熱處理製程而獲得。
因此，在根據本發明之一實施例的基材加熱設備300中，藉由抑制導因於連接器340或類似者之金屬材料與本體的陶瓷材料之間的熱膨脹係數的差異的熱應力之產生以及在燒結製程或類似者（其中在製造基材加熱設備300的製程中施加高溫及高壓）中所施加之高壓的壓縮應力之產生，可防止本體110的陶瓷材料中細微裂紋的發生。此外，可有效防止基材加熱設備300之耐久性的劣化及使用壽命的縮短。
在上述描述中，本發明主要參考連接器340作為實例來描述，但本發明不限於此。如上文所描述，除了加熱元件連接器（未繪示）及高頻連接器（未繪示）之外，第一加熱元件310、第二加熱元件320、第三加熱元件330、或高頻電極單元140亦可由含有鉬及鎢的鉬鎢合金製成，且可經受包括退火製程的熱處理製程。另外，藉由在選自鉬的再結晶溫度與鎢的再結晶溫度之間的範圍內的一溫度下執行退火製程，並使熱處理製程包括在鉬中產生σ相的溫度範圍中快速冷卻第一加熱元件310、第二加熱元件320、第三加熱元件330、或高頻電極單元140之快速冷卻製程，可改善鉬鎢合金之可延展性並確保鉬鎢合金之可加工性。
前述描述僅說明性地描述本發明的技術概念，且各種改變及修改可由所述技術領域中具有通常知識者做出，而不脫離本發明之基本特性。因此，提供本發明中所描述之實施例並非限制，而是解釋本發明之技術精神，且本發明不限於此等實施例。本發明之保護範圍應基於以下申請專利範圍解釋，且其均等物的範圍內之所有技術構想應解釋為包括於本發明之範圍中。
100a:支座
100b:電源供應器
100c:接地單元
110:本體
120:基材座落部分
130:加熱單元
140:高頻電極單元
300:基材加熱設備
310:第一加熱元件
320:第二加熱元件
330:第三加熱元件
340:連接器
31:腔室
32:電漿電極
33:噴頭
A:平面
C:區域
D:區域
S:基材
W:基材
H11、H12、H13、H2:高度
W11、W12、W13、W2:寬度
隨附圖式係包括作為實施方式之部分以幫助理解本發明，提供本發明之實施例，且與實施方式一起說明本發明之技術精神，其中：
[圖1]係根先前相關技術領域之基材加熱設備的俯視圖；
[圖2]係先前相關技術領域之基材加熱設備中之非均勻加熱的特定區域過度加熱的情況之視圖；
[圖3]係根據本發明之一實施例之基材加熱設備的結構示意圖；
[圖4]係本發明之實施例之第三加熱元件產生的熱值取決於其導線直徑之變化之表格；
[圖5]係根據本發明之一實施例之基材加熱設備中消除特定區域中的過度加熱之情況之視圖；
[圖6]係根據本發明之一實施例之基材加熱設備中的第二加熱元件及第三加熱元件之連接器的結構之視圖；
[圖7]係根據本發明之一實施例的基材加熱設備中減少中間區域中之熱值與對稱於中間區域的區域中之熱值之間的偏差之情況之視圖；
[圖8]係根據本發明之一實施例的基材加熱設備中減少中間區域中之熱值與垂直於中間區域的區域中之熱值之間的偏差之情況之視圖；
[圖9]係根據本發明之一實施例之基材加熱設備的結構示意圖；
[圖10]至[圖13]係根據本發明之一實施例之連接器之結構示意圖；
[圖14]至[圖18]係根據本發明之一實施例之基材加熱設備中的連接器及連接器之視圖；及
[圖19]至[圖20]係根據本發明之一實施例之基材加熱設備中的連接器及連接器上執行的熱處理之視圖。
300:基材加熱設備
310:第一加熱元件
320:第二加熱元件
330:第三加熱元件
Claims (16)
- 一種用於加熱一基材之基材加熱設備，該基材加熱設備包含：一本體，其包括該基材座落於其上之一基材座落部分，以支撐該基材；一第一加熱元件，其位於該本體之一內部區域中；一第二加熱元件，其位於圍繞該內部區域之一外部區域中；一第三加熱元件，其經組態以橫跨該本體之該內部區域傳輸電流至該第二加熱元件；及一連接器，其電互連該第二加熱元件及該第三加熱元件，其中該連接器係由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成；其中該鉬鎢合金含有一40%至80%之比例的鉬及一20%至60%之比例的鎢。
- 如請求項1所述之基材加熱設備，其中該連接器係為一部分球形，該部分球形係藉由從一球形移除一第一平面下方的一部分而獲得，該第一平面自該球形之一中心點向下間隔開一預定距離，且該第一平面設置平行於該基材座落部分。
- 如請求項1所述之基材加熱設備，其中該連接器係為一橢圓形，該橢圓形係藉由垂直地縮小一球形而獲得，且該連接器設置成使得該橢圓形之一垂直軸垂直於該基材座落部分。
- 如請求項1所述之基材加熱設備，其中該連接器係為一圓柱形，且該連接器設置成使得該圓柱形之一縱軸垂直於該基材座落部分，且該第二加熱元件及該第三加熱元件分別固定地插入其中之開口在垂直於該縱軸之一方向上垂直地提供於該圓柱形之一側部分中。
- 如請求項1所述之基材加熱設備，其中該連接器係為一圓柱形，且該連接器設置成使得該圓柱形之一縱軸平行於該基材座落部分，且該第二加熱元件及該第三加熱元件分別固定地插入其中之開口提供於該圓柱形的相對平坦表面中，以面向彼此。
- 一種用於加熱一基材之基材加熱設備，該基材加熱設備包含：一本體，其包括該基材座落於其上之一基材座落部分，以支撐該基材；一第一加熱元件，其位於該本體之一內部區域中；一第二加熱元件，其位於圍繞該內部區域之一外部區域中；一第三加熱元件，其經組態以橫跨該本體之該內部區域傳輸電流至該第二加熱元件；及一連接器，其電互連該第二加熱元件及該第三加熱元件，其中該連接器係由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成；其中該連接器經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程；其中該退火製程係選自在鉬的再結晶溫度與鎢的再結晶溫度之間的一範圍內的一溫度下執行。
- 一種用於加熱一基材之基材加熱設備，該基材加熱設備包含：一本體，其包括該基材座落於其上之一基材座落部分，以支撐該基材；一第一加熱元件，其位於該本體之一內部區域中；一第二加熱元件，其位於圍繞該內部區域之一外部區域中；一第三加熱元件，其經組態以橫跨該本體之該內部區域傳輸電流至該第二加熱元件；及一連接器，其電互連該第二加熱元件及該第三加熱元件， 其中該連接器係由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成；其中該熱處理製程包括一快速冷卻製程，其在鉬中產生一σ相的一溫度範圍中快速冷卻該連接器。
- 如請求項1所述之基材加熱設備，其進一步包含：一加熱元件連接器，其連接至該第一加熱元件之一端，以傳輸由一電源供應器供應的電力，其中該加熱元件連接器係由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成。
- 如請求項8所述之基材加熱設備，其中該加熱元件連接器經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程。
- 如請求項1所述之基材加熱設備，其進一步包含：一高頻電極單元，被施加高頻波以產生電漿；及一高頻連接器，其連接至該高頻電極單元之一端以傳輸由一高頻波供應單元供應的高頻波，其中該高頻電極單元及該高頻連接器中之至少一者係由含有鉬及鎢的一鉬鎢合金製成。
- 如請求項10所述之基材加熱設備，其中該高頻電極單元及該高頻連接器中之至少一者經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程。
- 如請求項1所述之基材加熱設備，其中該第一加熱元件、該第二加熱元件、及該第三加熱元件之至少一者係由含有鉬及鎢之一鉬鎢合金製成。
- 如請求項12所述之基材加熱設備，其中該第一加熱元件、該第二加熱元件、及該第三加熱元件之至少一者經受一熱處理製程，該熱處理製程包括一退火製程。
- 如請求項8、10、及12中任一項所述之基材加熱設備，其中該鉬鎢合金含有一40%至80%之比例的鉬及一20%至60%之比例的鎢。
- 如請求項9、11、及13中任一項所述之基材加熱設備，其中該退火製程係選自在鉬的再結晶溫度與鎢的再結晶溫度之間的一範圍內的一溫度下執行。
- 如請求項9、11、及13中任一項所述之基材加熱設備，其中該熱處理製程包括一快速冷卻製程，其在鉬中產生一σ相的一溫度範圍中快速冷卻該第一加熱元件、該第二加熱元件、及該第三加熱元件中之至少一者。
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