(57)【要約】【課題】超小型電子チップの製造のために用いられる焼結多層セラミック基板を平坦化する改良された方法および装置を提供する。【解決手段】望ましくないキャンバ（camber：上反り）を含む対向する面を有する焼結セラミック電子パッケージ基板を平坦化する装置は、基板をスペーサと交互配置する。少なくとも１つの加熱ゾーンは、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに対して接近および離反して移動可能であり、スタックの側面に直接接触またはごく近接することによって所望の速度で加熱する伝熱媒体を含む。プランジャは、基板の対向する面と垂直な方向にスタックに圧力を加える。少なくとも１つの冷却ゾーンは、スタックに対して接近および離反して移動可能であり、スタックの側面に直接接触またはごく近接することによって加熱ゾーンで導入された熱を除去する伝熱媒体を含む。還元ガス供給源は、少なくとも１つの加熱ゾーンおよび少なくとも１つの冷却ゾーンに接続されてガスを供給し、装置内部の制御された還元性雰囲気を保持する。【選択図】図１
2004311998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結セラミック電子パッケージ基板を平坦化する方法であって、
望ましくないキャンバを含む対向する面を有し、長さおよび幅と、前記長さおよび幅よりも著しく小さい前記対向する面間の厚さとを有する複数の焼結セラミック電子パッケージ基板を準備する工程と、
前記セラミック基板の長さおよび幅と少なくとも同じ長さおよび幅と、この長さおよび幅より著しく小さい厚さとを有し、前記セラミック基板の熱伝導率と少なくとも同じ熱伝導率を有する複数のスペーサを準備する工程と、
前記スペーサが前記複数のセラミック基板のそれぞれの間に配置されるように前記セラミック基板と前記スペーサとを積層する工程と、
前記スペーサの長さおよび幅とほぼ等しい内側の長さおよび幅を有する伝熱媒体を、前記セラミック基板およびスペーサのスタックの側面に沿って準備する工程と、
前記セラミック基板の液相線温度または軟化温度を超えない最高温度まで、前記伝熱媒体を介して、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの側面を加熱する工程と、
前記最高温度を保持しながら、前記セラミック基板の前記対向する面と垂直な方向に、前記積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加えて前記セラミック基板の対向する面の前記キャンバを低減させる工程と、
前記セラミック基板を冷却して前記セラミック基板の対向する面の低減したキャンバを保持する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記伝熱媒体を移動させて、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの前記側面に十分に近接させて少なくとも４℃／ｓの速度で前記スタックを加熱する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記伝熱媒体を、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの前記側面と実質的に接触させて配置する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記伝熱媒体を介して、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの全ての側面を加熱する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記スペーサは金属を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スペーサは、セラミックの層で覆われた金属を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スペーサは、銅，鉄，モリブデン，タングステンおよびこれらの合金よりなるグループから選択された金属を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記スペーサは、セラミックの層で覆われたセラミックまたはセラミック−セラミック合金を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記スペーサは、アルミナ，窒化アルミニウム，炭化シリコン，およびこれらの多相セラミック複合材またはセラミック−金属複合材よりなるグループから選択されたセラミックを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
予熱ゾーン，プロセス・ゾーン，および冷却ゾーンを有する加熱炉を準備する工程をさらに含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記予熱ゾーンに配置して加熱し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記プロセス・ゾーンへ移して最高温度を保持し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記冷却ゾーンへ移して冷却する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
予熱ゾーン，プロセス・ゾーン，および冷却ゾーンを有する加熱炉を準備する工程を含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記予熱ゾーンへ配置して加熱し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記プロセス・ゾーンへ移して最高温度を保持し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記冷却ゾーンへ移して冷却し、
複数の積層されたセラミック基板およびスペーサをさらに含み、前記複数の積層されたセラミック基板およびスペーサが前記予熱ゾーン，プロセス・ゾーン，および冷却ゾーン内に存在し、これらを通って連続的に移動する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
最低レベルから開始して、前記セラミック基板の最高温度が保持されている時の最高圧力まで、前記最低レベルより上に少なくとも２０パーセント増加する圧力が加えられる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スペーサは、前記セラミック基板の長さおよび幅より大きい長さおよび幅を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記伝熱媒体から前記スペーサへの伝導によって少なくとも部分的に加熱される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
冷却の際、前記スペーサから前記伝熱媒体への伝導によって少なくとも部分的に熱が除去される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記伝熱媒体は、前記スペーサと少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、少なくとも１つの壁部材は前記積層されたセラミック基板およびスペーサに対して移動可能であり、伝導によって少なくとも部分的に前記複数の壁部材を通して前記スペーサを加熱する工程と、前記加熱および冷却の際の熱的な力（thermal force）の結果として前記少なくとも１つの壁部材が前記積層されたセラミック基板およびスペーサに対して移動するのを可能にする工程とを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記伝熱媒体は、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの側面に沿って少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの端部に接触するプランジャを準備する工程をさらに含み、前記複数の壁部材が、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱し、前記プランジャをガイドして前記積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加える請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記伝熱媒体は、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの側面に沿って少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの端部と接触するプランジャを準備する工程をさらに含み、前記複数の壁部材が、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱し、前記プランジャをガイドして前記積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加え、前記プランジャの端部が、少なくとも前記積層されたセラミック基板の全キャンバの寸法分前記複数の壁部材より上に突出する請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記伝熱媒体は、前記スペーサを加熱するための熱源を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
体積比で５％未満の水素の制御された雰囲気内で前記積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱し冷却する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
交互配置された焼結セラミック電子パッケージ基板およびスペーサのスタックを平坦化する装置であって、前記セラミック基板は望ましくないキャンバを含む対向する面を有し、
前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに対して接近および離反して移動可能であり、前記スタックの側面に直接接触またはごく近接することによって所望の速度で加熱する伝熱媒体を含む少なくとも１つの加熱ゾーンであって、前記セラミック基板の前記対向する面と垂直な方向に前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるプランジャをさらに含む少なくとも１つの加熱ゾーンと、
前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに対して接近および離反して移動可能であり、前記スタックの側面に直接接触またはごく近接することによって前記少なくとも１つの加熱ゾーンにおいて導入された熱を除去する伝熱媒体を含む少なくとも１つの冷却ゾーンと、
前記少なくとも１つの加熱ゾーンと前記少なくとも１つの冷却ゾーンとに接続されてガスを供給し、前記装置内部の制御された還元性雰囲気を保持する還元ガス供給源と、を備える装置。
【請求項２２】
前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを収容して予熱するための第１の加熱ゾーンと、前記第１の加熱ゾーンから移された後に前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックをさらに加熱するための第２の別の加熱ゾーンとを備える請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの加熱ゾーン内に交互配置された焼結セラミック電子パッケージ基板およびスペーサのスタックを含み、前記少なくとも１つの加熱ゾーンは、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの熱的体積（thermal mass）より少なくとも５倍大きい熱的体積を有する熱源を含む請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの加熱ゾーンは熱源を含み、前記熱源は、ｉ）加熱エレメントを含む高熱伝達率の熱貯蔵部と、ii）前記熱貯蔵部に固定されて前記熱貯蔵部から前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックへ熱を伝達する交換可能な高熱伝達率の接触部材とを有し、前記接触部材は、前記熱貯蔵部と前記スタックとの間の急速な伝熱によって誘起される機械的応力に耐えられる請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの加熱ゾーンおよび前記少なくとも１つの冷却ゾーンにおいて前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを同時に処理する請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの加熱ゾーンおよび前記少なくとも１つの冷却ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの全ての側面と接触し、および前記全ての側面へ伝熱しまたは前記全ての側面から伝熱する複数の側面部材を含む請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記プランジャが前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるように前記プランジャをガイドする複数の側面部材を含む請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記プランジャが前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるように前記プランジャをガイドする複数の側面部材を含み、前記プランジャの端部は、少なくとも前記積層されたセラミック基板の全キャンバの寸法分前記複数の側面部材より上に突出する請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、ベースに固定された第１の側壁と、前記第１の側壁に対向する移動可能な第２の側壁とを含み、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックが前記ベース上に配置されたときに、前記第１および第２の側壁が、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの対向する側面を加熱する請求項２１に記載の装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、ベースに固定された第１の側壁と、前記第１の側壁に対向する移動可能な第２の側壁とを含み、前記側壁のそれぞれは前記ベースに垂直な方向から見たときにＬ字形を形成し、矩形の交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックが前記ベース上に配置されたときに、前記第１および第２の側壁が、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの全ての側面を加熱する請求項２１に記載の装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの側面に沿って少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、前記装置は、前記複数の壁部材に対して接近および離反して移動可能な少なくとも１つの加熱ブロックをさらに備え、前記加熱ブロックと前記複数の壁部材との間のスペースは、前記複数の壁部材に伝達される熱の量を変動させるように調整でき、前記複数の壁部材は、伝導によって少なくとも部分的に、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを加熱する請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超小型電子チップの製造において用いられる焼結多層セラミック電子基板を、平坦化する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナのシングル・チップ・モジュール（ＳＣＭ）多層セラミック（ＭＬＣ）製品についての連続加熱炉内での最新の平坦化技術は、製品を輸送するための５〜６個の層を一般的に備えるモリブデン・ボートの使用を含む。許容し得る最終的な平坦度を達成するためにそれぞれの製品がどの程度の重量を受ける必要があるかということに依存して、それぞれのボート層は１６〜３６個の製品を輸送することができる。典型的には、４〜９個の標準製品（reference product）が１つの平坦化重量物の下側に配置され、４個のこのような重量物がボート層にロードされることになる。一般的な平坦化プロセスは、既存の平坦度の仕様レベルのもとで許容し得るプロセス歩留りを達成するために、０．２〜０．５ｋｇの重量（約１０００〜３０００Ｐａ）の下で１４００℃を超えるまでサンプルを加熱し、高温で約１時間サンプルを保持することを必要とする。一般的な加熱速度は２〜４℃／分であり、冷却のための速度はさらに遅い。セラミック液相融点を超えるようにプロセス動作温度を選択して平坦化を促進する。平坦化の際の処理条件はスループットを制限する化学反応を含まないが、ローディング・ボート（loading boat）内の温度勾配に対する適度の制御を維持することのみを必要とするので、通常のボート・ローディング頻度（loading frequency）は２０〜３０分の範囲になり、一般的な連続加熱炉について１６〜２０時間の総処理時間になる。
【０００３】
典型的には、焼結プロセス後の平坦度についての仕様は、高信頼度で効率的なチップ結合プロセスを可能にするために、チップ・サイト領域において３０μｍ未満の上部表面のキャンバまたは平坦度を必要とし、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ），ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）またはピンのような第２レベルの相互接続プロセスを可能にするために、製品底部表面上で７５〜１２５μｍ未満の上部表面のキャンバまたは平坦度を必要とする。総ボート重量は、一般に、加熱炉の設計特性によって制限され、製品ごとの平坦化重量は要求される製品再処理のレベルによって決定されるので、ツールのスループットを任意に最大化することは一般的に不可能である。しかしながら、標準製品のタイプでありかつ一般的な再処理レベルの要件については、ツールのスループットが４０００〜８０００サンプル／日の範囲内になると予想できる。
【０００４】
製品を所望の平坦度の範囲に収めるために１つの平坦化パスでは十分でない場合に、追加の平坦化工程が用いられるが、追加の処理工程に比例してプロセスの効率が下がる。というのは、主に、最高加熱温度時のセラミック液相へのアルミナの連続的な溶解が、より加工しにくい（refractory）液相をもたらすからである。さらに、このような追加の処理工程に比例して、製品寸法が焼結によって縮小し続け、製品が寸法の仕様範囲未満に小さくなってしまう可能性が増大する。力学的観点から、製品にかかる固定の平坦化荷重を使用することにより、当該製品が平坦になるにつれて有効性が低くなることも予想される。というのは、当該一定の荷重が、より広い領域の上へ分散されてしまうからである。さらに、プロセス動作温度における製品と平坦化ハードウェアとの間の相互作用により、ガラス状バイア（glassy via）および溶融セラミック（fused ceramic）のような表面汚染問題が増加する可能性がある。
【０００５】
加熱炉のスループットを最大化して処理コストを抑制する必要性から、平坦化の際に、一定の重量の下に多くの製品をロードすることが実施される。しかしながら、全ての製品が、焼結後に同レベルの非平坦度（out-of-flatness）を有するわけではないので、全ての製品が、一般的な処理ツールにおいて同レベルの平坦化を受けるわけではない。このように、最新の平坦化プロセスは、製品のバッチに関する平坦度の分布を改善させることは予定されておらず、時には測定データのばらつきを増大させ、同時に製品バッチの平均平坦度を下げることがある。
【０００６】
アルミナＭＬＣの歩留り，単位原価，および信頼性は、製品寸法の制御に直接依存している。しかしながら、ますます高まるチップの複雑さと性能によって増大するパッケージ・デザインの複雑さが、既存の仕様以下に製品寸法を維持する困難を著しく大きくした。さらに、将来の製品のためのデザイン・ピッチの向上は、設計部門および製造部門に対する要求を増大させることになり、この要求は、チップサイト領域内の局所的キャンバ（camber：上反り）を２５μｍ未満に下げる必要性によって特に強められる。この問題を解決するための現在のプロセスは製品を平坦化することであるが、これらの製品を平坦化するために用いられる既存のプロセスおよびツールは、非能率的であり、ある程度容量限定（capacity limited）である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術の問題と欠陥とにかんがみて、本発明の目的は、超小型電子チップの製造のために用いられる焼結多層セラミック基板を平坦化する改良された方法および装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、改良された、すなわち、より高い製品スループットを有する、焼結多層セラミック基板を平坦化する方法および装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、より低い最高温度を用いる、焼結多層セラミック基板を平坦化する方法を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、製品のバッチについての平坦度の分布を改善させる、焼結多層セラミック基板を平坦化する方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、より小さい製造スペースを使用する、焼結多層セラミック基板を平坦化する装置を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、焼結多層セラミック基板を平坦化するために以前に必要とされた再処理を低減させる方法および装置を提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、ガスおよび電力の使用量を低減させる、焼結多層セラミック基板を平坦化する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
当業者にとって明白であろう上記のそして他の目的と利点とは、第１の側面において、望ましくないキャンバ（camber：上反り）を含む対向する面を有する複数の焼結セラミック電子パッケージ基板を準備する工程を含む焼結セラミック電子パッケージ基板を平坦化する方法に関する本発明において達成される。セラミック基板は、長さおよび幅と、この長さおよび幅より著しく小さい対向する面間の厚さとを有する。この方法は、また、セラミック基板の長さおよび幅と少なくとも同じ長さおよび幅と、この長さおよび幅より著しく小さい厚さとを有する複数のスペーサを準備する工程を含む。このスペーサは、さらに、セラミック基板の熱伝導率と少なくとも同じ熱伝導率を有する。この方法は、スペーサがセラミック基板のそれぞれの間に配置されるようにセラミック基板とスペーサとを積層する工程と、セラミック基板およびスペーサのスタックの側面に沿って伝熱媒体を準備する工程とを含む。伝熱媒体は、スペーサの長さおよび幅とほぼ等しい内側の長さおよび幅を有する。この方法は、さらに、セラミック基板の液相線温度または軟化温度を超えない最高温度まで、伝熱媒体を介して、積層されたセラミック基板およびスペーサの側面を加熱する工程と、最高温度を保持しながらセラミック基板の対向する面と垂直な方向に、積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加えてセラミック基板の対向する面のキャンバを低減させる工程と、セラミック基板を冷却してセラミック基板の対向する面の低減したキャンバを保持する工程と、を含む。
【００１５】
好ましくは、この方法は、伝熱媒体を移動させて、積層されたセラミック基板およびスペーサの側面に十分に近接させて少なくとも４℃／ｓの速度でスタックを加熱する工程を含む。伝熱媒体は、積層されたセラミック基板およびスペーサの側面に実質的に接触して配置できる。好ましくは、伝熱媒体を介して、積層されたセラミック基板およびスペーサの全ての側面が加熱される。この方法は、さらに、体積比で５％未満の水素の制御された雰囲気内で、積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱し冷却する工程を含んでもよい。
【００１６】
用いられるスペーサは、任意でセラミックの層で覆われた、銅，鉄，モリブデン，タングステン，およびこれらの合金のような金属を含んでもよい。スペーサは、代わりに、任意でセラミックの層で覆われた、アルミナ，窒化アルミニウム，炭化シリコン，およびこれらの多相セラミック複合材またはセラミック−金属複合材のようなセラミックまたはセラミック−セラミック合金を含んでもよい。
【００１７】
最低レベルから開始して、セラミック基板の最高温度が保持されている時の最高圧力まで、最低レベルより上に少なくとも２０パーセント増加する圧力を好ましくは加える。
【００１８】
好ましくは、この方法は、予熱ゾーンと、プロセス・ゾーンと、冷却ゾーンとを備える加熱炉を準備する工程をさらに含む。積層されたセラミック基板およびスペーサは、加熱のために予熱ゾーンに配置され、その後最高温度を保持するためにプロセス・ゾーンに移され、続いて、冷却のために冷却ゾーンへ移される。この方法は、また、複数の積層されたセラミック基板およびスペーサを含んでもよく、複数の積層されたセラミック基板およびスペーサが、予熱ゾーン，プロセス・ゾーン，および冷却ゾーンに存在し、これらを通って連続的に移動する。
【００１９】
スペーサは、好ましくは、セラミック基板の長さおよび幅よりも大きい長さおよび幅を有する。伝熱媒体からスペーサへの伝導によって少なくとも部分的に加熱されてもよく、冷却の際には、スペーサから伝熱媒体への伝導によって少なくとも部分的に熱が除去されてもよい。伝熱媒体は、スペーサと少なくとも部分的に接触し、少なくとも１つの壁部材が積層されたセラミック基板およびスペーサに対して移動可能である複数の壁部材を含んでもよい。伝熱媒体は、スペーサを加熱する熱源を含んでもよい。この方法は、伝導によって少なくとも部分的に複数の壁部材を通してスペーサを加熱する工程と、少なくとも１つの壁部材が、加熱および冷却の際の熱的な力の結果として積層されたセラミック基板およびスペーサに対して移動するのを可能にする工程とを含んでもよい。積層されたセラミック基板およびスペーサの端部と接触するプランジャをさらに与えてもよい。積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱することに加えて、これらの壁部材は、プランジャをガイドして積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加えてもよい。好ましくは、プランジャの端部は、少なくとも積層されたセラミック基板の全キャンバの寸法分複数の壁部材より上に突出する。
【００２０】
他の側面において、本発明は、交互配置された焼結セラミック電子パッケージ基板およびスペーサのスタックを平坦化する装置に関し、セラミック基板は望ましくないキャンバを含む対向する面を有する。この装置は、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに対して接近または離反して移動可能であり、スタックの側面に直接接触またはごく近接することによって所望の速度で加熱する伝熱媒体を含む少なくとも１つの加熱ゾーンを備える。少なくとも１つの加熱ゾーンは、セラミック基板の対向する面と垂直な方向に交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるプランジャをさらに含む。この装置は、また、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに対して接近または離反して移動可能であり、スタックの側面に直接接触またはごく近接することにより、少なくとも１つの加熱ゾーンで導入された熱を除去する伝熱媒体を含む少なくとも１つの冷却ゾーンを備える。この装置は、さらに、少なくとも１つの加熱ゾーンおよび少なくとも１つの冷却ゾーンに接続されてガスを供給し、装置内部の制御された還元性雰囲気を保持する還元ガス供給源を備える。この装置は、少なくとも１つの加熱ゾーン内に交互配置された焼結セラミック電子パッケージ基板およびスペーサのスタックを含んでもよく、少なくとも１つの加熱ゾーンは、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの熱的体積よりも少なくとも５倍大きい熱的体積を有する熱源を含む。
【００２１】
好ましくは、この装置は、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを収容して予熱するための第１の加熱ゾーンと、第１の加熱ゾーンから移された後に交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックをさらに加熱するための第２の別の加熱ゾーンとを備える。より好ましくは、この装置は、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを、少なくとも１つの加熱ゾーンと少なくとも１つの冷却ゾーンとにおいて同時に処理する。
【００２２】
より好ましくは、加熱ゾーンは熱源を含み、熱源は、ｉ）加熱エレメントを含む高熱伝導率の熱貯蔵部と、ii）熱貯蔵部に固定されて熱貯蔵部から交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックへ伝熱する交換可能な高熱伝導率の接触部材とを有する。接触部材は、熱貯蔵部とスタックとの間の急速な伝熱によって誘起された機械的応力に耐えられる。
【００２３】
加熱ゾーンおよび冷却ゾーン内の伝熱媒体は、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの全ての側面に接触し、全ての側面へ伝熱しまたは全ての側面から伝熱する複数の側面部材を含んでもよい。好ましくは、加熱ゾーン内の側面部材は、プランジャが交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるようにプランジャをガイドしてもよい。より好ましくは、プランジャの端部は、少なくとも積層されたセラミック基板の全キャンバの寸法分側面部材より上に突出する。
【００２４】
加熱ゾーン内の伝熱媒体は、ベースに固定された第１の側壁と、第１の側壁に対向する移動可能な第２の側壁とを含んでもよく、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックがベース上に配置されたときに、第１および第２の側壁が交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの対向する側面を加熱する。好ましくは、側壁のそれぞれは、ベースに垂直な方向から見たときにＬ字形を形成し、矩形の交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックがベース上に配置されたときに、第１および第２の側壁が交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの全ての側面を加熱する。加熱ゾーン内の壁部材は、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの側面に沿って少なくとも部分的に接触してもよい。少なくとも１つの加熱ブロックは、壁部材に対して接近および離反して移動可能であり、加熱ブロックと壁部材との間のスペースは、壁部材へ伝達される熱の量を変動させるように調整可能であり、これらの壁部材は、伝導によって少なくとも部分的に、交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを加熱する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の好適な実施の形態の説明において、同一の符号が本発明の同一の特徴を指示する図１〜８を参照する。本発明の特徴は、当該図面において必ずしも正確な縮尺率で示されていない。
【００２６】
本明細書において説明するプロセスおよび装置は、既存の最新の平坦化技術に比べて、相対的に高いツールのスループット率，短い処理時間，および低い処理単位原価で、焼結セラミックＭＬＣおよび他の製品を平坦化する能力を提供する。本明細書において、ツールの能力（tooling capability）および処理能力の説明は、３ｍｍ厚の一般的な４４ｍｍ焼結アルミナＳＣＭ  ＭＬＣ基板製品を一例として使用する。しかしながら、ここで説明する装置のスループットは、製品のサイズに直接依存する。また、バッチ式かつ連続加熱炉のプロセスは、周知の平坦化プロセスにおいて一般的に使用され、本発明のプロセスおよび装置で使用できるので、連続加熱炉プロセスを使用することが好ましい。
【００２７】
本発明の好適な実施の形態は、平坦化プロセスのために、連続加熱炉と、当該連続加熱炉の中を通って移動する製品キャリヤとを用いる。好適な製品キャリヤまたはボート２０が図１および２に示され、３つの独立した構成要素、すなわち、ベース３４に取り付けられた固定キャリヤ部材２８と、矢印３８によって示される方向に製品スタックに向かって水平に移動可能な製品スタック位置決め（locator）部材３２と、矢印２５によって示される方向に鉛直に移動可能な製品プランジャ２４とを含む。キャリヤ部材２８と３２との間のベース３４上であり、かつプランジャ２４の下に配置された製品スタック３３が示される。固定キャリヤ部材およびベースと、可動スタック位置決め部材と、製品プランジャとは、好ましくは熱伝導性の金属または合金で作成される。モリブデンおよびタングステンが、様々なキャリヤ部品を作成するために好適な材料である。というのは、主に、これらの材料が適切な熱力学的性質を有しており、セラミック複合材料よりも加工しやすいからである。固定キャリヤ部材２８は、水平ベース板３４に固定され、２つの隣接する側面支持壁２８ａ，２８ｂ（図２）より構成され、側面支持壁２８ａ，２８ｂは直角に接合され、上部平面図で見た場合にＬ字形を形成する。固定のキャリヤ側壁は、好ましくは少なくとも３ｍｍ厚であり（図２の寸法Ｘ）、十分な機械的強度を有し、加熱炉への熱エネルギの伝達および加熱炉から製品スタック３３への熱エネルギの伝達を容易にする。製品スタック位置決め部材３２は、同様に好ましくは少なくとも３ｍｍの壁厚（図２の寸法Ｘ）を備え、直角に接合され上部平面図でＬ字形を形成する２つの板部材３２ａ，３２ｂか、あるいは、これと同形状になるように曲げられた単板より構成される。スタック位置決め部材の壁幅は、さらに後述するように、所定のキャリヤで用いられる最小のスペーサの幅に一致するように形成される必要がある。製品スタック３３は製品キャリヤ内に完全に囲まれる必要はないが、全ての４つの側面から部分的に支持される必要があるので、このタイプのキャリヤは範囲を持つスペーサのサイズを与えることができる。固定キャリヤ部材２８の上端部２９は、製品スタック位置決め部材３２の上端部３５より上にあるように示されているが、これらの端部の高さは同一であってもよく、あるいは入れ替わってもよい。
【００２８】
キャリヤ２０は、別々の時に、１つの製品サイズよりも多くの製品サイズを収容でき、好ましくは長さと幅がわずかに大きいスペーサ３０によって隔てられた焼結セラミック基板製品２２の単一のスタック３３を収容して示される。好適なキャリヤは、例えば現行のボートについての約１４４ｉｎ2 （９００ｃｍ2 ）とは対照的に約９ｉｎ2 （６０ｃｍ2 ）未満の比較的小さい水平断面積を有し、伝熱を最適化する。好適なキャリヤは、加熱炉の寸法に依存して６０〜１００個の基板を収容できる。
【００２９】
正方形または長方形である焼結セラミック基板およびスペーサが、図１，２および３において示されるが、あらゆる所望の形状を用いることができる。セラミック基板２２は、対向する上面および底面と、基板の長さおよび／または幅よりも著しく小さいこの両面間の厚さとを有する。同様に、スペーサ３０は、対向する上面および底面と、スペーサの長さおよび／または幅よりも著しく小さいこの両面間の厚さとを有する。図３に示すように、焼結セラミック基板２２の厚さＴおよびスペーサ３０の厚さｔは変化してもよいが、一度に一定の製品キャリヤ内で処理できる焼結セラミック基板製品の総数を最大にするために、スペーサの厚さｔが基板の厚さＴより小さいことが好ましい。スペーサとセラミック基板とを積層する時に、１つのスペーサがそれぞれの２つの基板の間に配置され、同様に、それぞれの基板の両面がスペーサと隣接して配置されるようにそれぞれの基板が２つのスペーサの間に配置され、完全に交互配置されたスタック３３を作成することが好ましい。しかしながら、１つよりも多くのスペーサを、それぞれのセラミック基板のそれぞれの面に隣接して配置してもよい。
【００３０】
図２に最も明確に示すように、固定キャリヤ側面部材２８のＬ字形壁部２８ａ，２８ｂと、可動キャリヤ側面部材３２のＬ字形壁部３２ａ，３２ｂとは、焼結セラミック基板およびスペーサの交互配置されたスタック３３を挟んで向かい側に配置される。側壁２８の内面２８′および２８″はスペーサ３０の端部と少なくとも部分的に接触しており、同様に、側壁３２の内面３２′および３２″はスペーサ３０の端部と少なくとも部分的に接触している。図示するように、面３２′および面２８′は、スペーサ３０の近接端部と直接接触しているのに対して、面２８″および面３２″は、スペーサ３０の近接端部からわずかに離間している。部材２８および３２は伝熱媒体を含んでおり、この伝熱媒体は、後述するように外部ヒータから交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックへ熱を伝達する。側壁部材２８，３２とスタックとの間の伝熱は、主として放射線によるが、スペーサとの壁部の直接的接触が、伝導性の伝熱も促進する。さらに後述するように、部材２８および３２は、冷却の際に製品スタックから外へ熱を伝達するようにも機能する。
【００３１】
好ましいスペーサの寸法は、平坦化されるセラミック基板製品の寸法に依存する。幅Ｙs を有するスペーサ３０が示され、幅Ｙp を有する基板製品２２が示される。スペーサの長さまたは幅は少なくとも基板の長さまたは幅であることが好ましいが、スペーサの長さおよび幅の双方が、焼結セラミック基板の対応する長さおよび幅より大きいことが好ましい。好ましくは、スペーサの長さおよび幅を、基板製品の長さおよび幅の寸法よりも約０．５〜１．０ｍｍ大きくして、平坦化の際の基板製品の温度均一性（thermal uniformity）を最大にする。しかしながら、基板製品が相対的に薄いおよび／またはスペーサが相対的に厚い場合には、スペーサの長さおよび幅の寸法をさらに大きくすることが可能である。スペーサ３０は、さらに、許容できる程度に低い温度勾配を与えるためにセラミック基板よりも高い熱伝導率を有する必要がある。スペーサの厚さおよび材料は、平坦化プロセスの際に製品によって要求される温度勾配制御を達成するために好ましくは最適化されるが、最低１ｍｍの厚さが、十分な機械的安定性を与えるためにより好ましい。スペーサのより大きな厚さは処理の際の製品温度勾配を改善させるが、加熱炉の容量（capacity）を低下させる。温度の最適化は、周知の商業的に入手可能な熱シミュレーション・プログラムの利用によって容易に行うことができる。
【００３２】
スペーサ３０は、銅，鉄，モリブデンもしくはタングステンのような金属または合金、あるいはこれらの金属と他の元素との合金で形成されてもよく、または、アルミナ，窒化アルミニウム，炭化シリコン，またはこれらの多相セラミック複合材もしくはセラミック−金属複合材のようなセラミックで形成されてもよい。好ましくは、スペーサは、アルミナのようなセラミックの層で両面を覆われる。
【００３３】
製品キャリヤ２０がスペーサの様々な長さおよび幅を収容できるように、個々のスタック位置決め部材壁部３２ａ，３２ｂの幅は、セラミック基板と共に用いられることが予想される最小のスペーサの幅および長さより大きくないことが必要である。図２に示されるように、スタック位置決め部材壁部３２ａの幅Ｗは、スペーサ３０の幅Ｙs より狭い。同様に、壁部３２ｂの幅は、スペーサ３０の長さより短い。これは、部材２８と３２の隣接する垂直端部の間にスペース３６を残す。このように、固定キャリヤ部材２８に対するスタック位置決め部材３２の方向３８における動きは、異なるサイズのセラミック基板およびスペーサを収容可能にし、キャリヤ側壁２８ａ，２８ｂ，３２ａ，３２ｂとスペーサ３０の端部との間の距離を変動可能にする。
【００３４】
製品スタック３３がキャリヤ２０へロードされ、固定キャリヤ部材２８と可動スタック位置決め部材３２との間で部分的に囲まれた後に、スタック・プランジャ２４がスタックの上に配置されてキャリヤ・アセンブリを完成させる。プランジャ２４は、部材２８および３２の上端部分によって、垂直移動において上下にガイドされ、好ましくは、製品スタック公差，キャリヤ公差，および製品によって要求される平坦化のレベルによって定まる最小距離の分だけ、キャリヤ側壁の上端部２９，３５から上に突出する上部表面または上端部２６を有する。例えば、製品スタック内に１００個の製品があり、５０μｍの平均非平坦度であれば、キャリヤは、ゼロの非平坦度を達成するように圧縮される場合に高さが最大５ｍｍ収縮し得る。キャリヤ公差および製品公差を処理するために２ｍｍ必要であると仮定すると、プランジャの高さは、キャリヤ側壁の高い方の端部２９より上に、追加の高さ分、例えば、少なくとも７ｍｍ突出するように選択される必要がある。別の一般的なピストン駆動システム（図示せず）は、プランジャの上部表面２６に力を加える。
【００３５】
キャリヤ２０は、スタック３３およびアセンブリをロードした後に、好ましくはキャリヤの形状に一致するように加工されたヒータを備える加熱炉へロードされる。好適なヒータ４０は、図４〜７に示され、円柱状電気的加熱エレメント４８または他の熱源を含む一対のヒータ・ブロック６６と、コンタクト・ヘッドとを含み、当該コンタクト・ヘッドは、ヒータ・ブロック６６と熱的に接触（thermal contact）するコンタクト・ヘッド・セクション６８ａ，６８ｂで構成される。それぞれのヒータ・ブロック６６は、事前に選択されたレベルにその温度を制御するサーモスタットまたは他の手段（図示せず）を含んでもよい。図４および図７に示されるように、加熱ブロックの少なくとも一方であるセクション４４は、矢印４６の方向に、他方の加熱ブロックであるセクション４２に対して接近および離反して移動できる。これは、双方の加熱ブロックの間の開口部７０内にキャリヤ２０を配置するのを可能にする（図７）。加熱ブロック・セクション４２，４４が製品キャリヤを囲んで閉じる場合、セクション間に隙間５２があってもよく、あるいは、セクションが相互に接触してもよい。最高のキャリヤ加熱速度を得るためには、双方の加熱ブロックは、できる時には常に、製品キャリヤにごく近接して配置されるか、あるいは直接接触して配置される必要がある。所定の加熱ブロックに対する事前選択された温度の設定に加えて、製品キャリヤ２０と加熱ブロックとの間の隙間５４および／または５５（図７）を拡大または縮小することにより、加熱炉は、ボートの加熱速度を所定の速度に調節または制御する追加の手段を有する。
【００３６】
図７に示されるように、単一の構成部品（material piece）からヒータ・ブロックを作成することが可能であるが、図４および図５に示されるように、２つの個別のセクション、すなわちヒータ・セクションおよびコンタクト・ヘッドでそれぞれのブロックを作成することが好ましい。それぞれのヒータ・ブロック・セクション４２，４４を１つ以上の部品から作成して、図４および図７に示されるように、円柱状加熱エレメント４８を挿入できる垂直に延びる開口部を備えるソリッド・ブロックを組み立ててもよい。ヒータ・ブロック・セクションは、モリブデン，タングステン，炭化シリコン，および窒化アルミニウムのような比較的高い固有熱伝導率（intrinsic thermal conductivity）を備えるあらゆる材料から作成することができる。
【００３７】
同様に、コンタクト・ヘッド・セクションは、比較的高い固有熱伝導率を有する上述の材料のいずれかから作成できるが、モリブデンまたはタングステンから作成されることが好ましい。コンタクト・ヘッドは、大きい熱過渡現象に耐えられるよう設計する必要があることが分かっており、標準の動作時に発生する温度勾配に対して位置決めされた短いセグメントでコンタクト・ヘッドを作成して、当該短いセグメントが製品キャリヤに面する側で自由に膨張および収縮できることが好ましい。コンタクト・ヘッド・セクション６８ａ，６８ｂを１つ以上の部品から作成して、加熱ブロックに接触する面と、製品キャリヤを収容して製品キャリヤに接触する他の面とを備えるブロックを組み立ててもよい。図５に示されるように、コンタクト・ヘッド６８ａ，６８ｂは、留め具７４によって加熱エレメント４２，４４の加熱ブロック６６に固定される。コンタクト・ヘッドの面７２ａ，７２ｂは、ヒータ・ブロック間の開口部７０を形成し、製品キャリヤ２０の側面に接触するかあるいは、製品キャリヤ２０の側面からコンタクト・ヘッド面７２ａ，７２ｂを分離する小さい隙間５４を有する（図７）。面７２ａ，７２ｂおよび開口部７０は、好ましくは製品キャリヤ２０の外側面の形状に厳密に一致する。異なるサイズの製品キャリヤを収容するために、面７２ａ，７２ｂの幅は、製品スタックがロードされる製品キャリヤの最小の外側の幅および長さそれぞれより大きくないことが好ましい。
【００３８】
個別のヒータと製品キャリヤの代わりとして、加熱エレメント４２，４４を固定キャリヤ部材２８および可動製品スタック位置決め部材３２にそれぞれ直接固定して、キャリヤ部材２８および３２が、内部の製品スタックに対する熱源としてより直接的に作用するようにしてもよい。
【００３９】
製品キャリヤと、その内部の交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックとを冷却するために、冷却装置を、加熱エレメントを除いてヒータ４０と同じように作成することができる。図４および図７に示されるように、クーラ４０は、冷却エレメント４８を代わりに有し、冷却エレメント４８は、製品キャリヤ２０から熱を除去する流体冷却管（fluid cooling passage）または他の周知の冷却手段を含む。したがって、ヒータについて述べた方法と類似した方法で、クーラ４０の面７２ａ，７２ｂを、キャリヤ部材２８および３２の側壁にごく近接してあるいは直接接触して配置し、当該側壁内部の製品スタック３３から熱を除去してもよい。
【００４０】
製品キャリヤおよび製品スタックを収容するヒータおよびクーラは、処理のために連続加熱炉内に好ましくは配置される。本発明の好ましい連続加熱炉は、別々に制御される加熱または冷却パワー・エレメントに接続された、２つは加熱用であり１つは冷却用である少なくとも３つの熱的セクションと、ローディング・セクションおよびアンローディング・セクションとを含む。図８に示される加熱炉５０において、２つの加熱ゾーン５６，５８、それに続くプロセス・ゾーン６０、そして２つの冷却ゾーン６２，６４が存在する。個別のヒータ４０ａ，４０ｂ，４０ｃおよびクーラ４０ｄ，４０ｅは、それぞれがロードされた製品キャリヤを収容しており、加熱炉の異なったゾーン内に示される。加熱炉のプロセス・ゾーン６０、さらにヒータ４０ｃは、また、制御された垂直荷重を製品キャリヤのプランジャに加えるピストンまたは他の手段を含み、荷重センサ（load sensor）および変位センサ（displacement sensor）（図示せず）を含む。加熱が冷却よりも本質的に効率的であるという事実を補償するために、追加のゾーンを冷却セクションに加えてもよい。ガス供給源５１は、加熱炉５０の内部に保護ガス、好ましくは還元性雰囲気を供給する。図示されないが、標準の加熱炉動作に必要とされる他の加熱炉の構成要素は、加熱ゾーン間の断熱材と、ローディング・ステーション（loading station）およびアンローディング・ステーション（unloading station）と、加熱炉の内部で還元ガスを処理するための設備と、タイミングを調節してあるゾーンから次のゾーンへ製品キャリヤおよびヒータを移す機構とを含む。これらの加熱炉の構成要素は周知であり、加熱炉製造業者から商業的に入手できる。
【００４１】
全てのゾーンにおいて、好適な加熱炉内の加熱および冷却プロセスは、伝導および放射メカニズムに基づく。主なメカニズムは、実質的に固体／固体伝導であり、固体間の間隙を越えた伝熱を促進する放射を含む。この加熱および冷却方法は、小さい断面積の製品キャリヤの構成と組み合わされる限り、セラミック基板製品内に過度の温度勾配を作り出すことなしに、４℃／秒を上回る加熱／冷却速度を可能にする。これを確認するために、本発明の製品キャリヤの詳細な熱モデルを、既存の熱モデリング・コードを用いて作成した。ここに示したタイプのセラミック基板製品を輸送するための製品キャリヤについての加熱時定数（heating time constant）は、約５０秒であると見積もられ、したがって、ゾーンごとに５分間の処理を可能にする。追加の加熱ゾーンおよび冷却ゾーンは、製品キャリヤの温度勾配を最小にしながら所望の温度プロファイルを調整するために、プロセス・エンジニアに追加の柔軟性を与え、加熱炉が５分間のローディング能力で動作するのを可能にする。６つのゾーン，それぞれが１００個の製品を有する複数のキャリヤ，および５分間のローディング頻度を備える加熱炉は、製品スタックごとに３０分の総処理時間を有し、１日につき２８，０００個のこの例の焼結セラミック基板を容易に処理することができる。
【００４２】
製品スタック内の製品についての最高温度は、セラミック基板の相の液相線温度のうちの最低の液相線温度未満であるか、または、セラミック基板の軟化温度未満であることが好ましい。軟化温度とは、粘度が１０7.6 ポアズ未満に低下する温度であると当業界において理解されている。
【００４３】
例として、幅４４ｍｍ，長さ４４ｍｍ，厚さ２ｍｍの寸法のアルミナ・ベースのセラミック基板製品へ加えられる圧力に関しては、製品特性と非平坦度レベルとに依存して、１３５０℃で５分間加えられる５０ｋｇの荷重が、広域的キャンバを５０μｍ未満にそして局所的チップサイト・キャンバを１５μｍ未満に着実に縮小するために十分となるであろう。製品をこの低い最高温度に保持することにより、平坦化タイル（flattening tile）と製品との間の液相成分の移動により製品表面上に見られる交雑汚染（cross-contamination）のレベルを著しく下げることが可能になる。平坦化荷重の増加は、この低い動作温度における、アルミナ相の変形に対する抵抗の増加を補償するために十分である。というのは、主に、荷重に対する変形の従属関係は、この例のアルミナ製品について非線形であることが実験的に分かっているためである。この平坦化方法によれば、製品スタック内の全てのサンプルは、およそ同じ平坦化荷重を受けることが確認された。固定の平坦化荷重を用いるとき、平坦化率は最初に一般的に高く、個々のサンプルが平坦になるにつれて低下するので、得られる製品バッチのキャンバを均一にする自然な傾向（natural trend）が存在し、したがって、製品バッチのキャンバのばらつきを減少させる。バッチのばらつきをさらに改善させる必要がある場合には、最小レベルから開始して、ボートがプロセス・ゾーン内にある間に２０〜５０パーセント増加する荷重を用いるローディング・プロファイル（loading profile）を、固定の荷重の代わりに使用してもよい。
【００４４】
動作時において、焼結セラミック基板製品およびスペーサが交互配置されて製品キャリヤ内部に積層された後に、製品キャリヤがヒータへロードされる。加熱炉内部で、キャリヤ壁部とヒータの熱貯蔵装置との間のほぼ直接的な接触によってキャリヤが好ましくは加熱され、現在のシステムにおいて一般的な２〜４℃／分の最高速度と対照的に４℃／秒より速い加熱速度を達成する。最高温度点において、加熱炉のピストン駆動システムがキャリヤのプランジャを押し、約９０Ｎ以上の力を交互配置された焼結セラミック基板およびスペーサのスタックに加えて粘性変形力（viscous deformation force）に打ち勝ち、個々の焼結セラミック基板製品を平坦にする。これは、少なくとも約１００，０００Ｐａのセラミック基板の面にわたる圧力に変わる。圧力は、好ましくは処理の間に増加し、例えば１００，０００Ｐａの初期の圧力から、最高処理温度における例えば１２０，０００Ｐａの圧力へ少なくとも２０パーセント増加する。最高温度および最高圧力は、焼結セラミック基板を平坦化するために十分な時間保持され、過度の実験を伴わずに決定できる。本明細書に示した例に関しては、最高温度および最高圧力は、典型的に５分間保持される。本発明のキャリヤの構成は、現在のシステムにおいて典型的に加えられる荷重よりも５０〜１００倍高い平坦化力を可能にし、現在のシステムにおいて典型的に用いられる最高温度よりも１００℃以上低い、平坦化の際にアルミナ基板製品が受ける最高温度１３５０℃を使用する。
【００４５】
平坦化に続いて、製品スタックを収容している製品キャリヤが、上述したように連続加熱炉の冷却セクション内のクーラへ移され、圧力が保持されて徐々に下げられる間に冷却エレメントが製品スタックを冷却する。加熱プロセスおよび冷却プロセスの双方は、例えば４５℃より低い低露点，比較的低い流量要件で、例えば５ｖｏｌ％未満のＨ2 濃度の還元ガス環境で好ましくは実行される。続いて、製品キャリヤがクーラから取り出され、製品スタックがキャリヤからアンロードされる。動作は連続しており、それぞれ異なる製品キャリヤおよび製品スタックを収容する個別のヒータおよびクーラが、同時に処理される。
【００４６】
このように、本発明は、より低い最高温度を利用しながら、より高い製品のスループットを有する、超小型電子チップの製造のために用いられる焼結多層セラミック基板を平坦化する改良された方法および装置を提供する。製品バッチについての平坦度の分布が改善され、それと同時に、先に必要とされた再処理の量を低減させる。本発明の装置は、また、必要とする製造スペースがより小さく、ガスおよび電力の使用量を低減させる。
【００４７】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）焼結セラミック電子パッケージ基板を平坦化する方法であって、望ましくないキャンバを含む対向する面を有し、長さおよび幅と、前記長さおよび幅よりも著しく小さい前記対向する面間の厚さとを有する複数の焼結セラミック電子パッケージ基板を準備する工程と、前記セラミック基板の長さおよび幅と少なくとも同じ長さおよび幅と、この長さおよび幅より著しく小さい厚さとを有し、前記セラミック基板の熱伝導率と少なくとも同じ熱伝導率を有する複数のスペーサを準備する工程と、前記スペーサが前記複数のセラミック基板のそれぞれの間に配置されるように前記セラミック基板と前記スペーサとを積層する工程と、前記スペーサの長さおよび幅とほぼ等しい内側の長さおよび幅を有する伝熱媒体を、前記セラミック基板およびスペーサのスタックの側面に沿って準備する工程と、前記セラミック基板の液相線温度または軟化温度を超えない最高温度まで、前記伝熱媒体を介して、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの側面を加熱する工程と、前記最高温度を保持しながら、前記セラミック基板の前記対向する面と垂直な方向に、前記積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加えて前記セラミック基板の対向する面の前記キャンバを低減させる工程と、前記セラミック基板を冷却して前記セラミック基板の対向する面の低減したキャンバを保持する工程と、を含む方法。
（２）前記伝熱媒体を移動させて、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの前記側面に十分に近接させて少なくとも４℃／ｓの速度で前記スタックを加熱する工程を含む上記（１）に記載の方法。
（３）前記伝熱媒体を、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの前記側面と実質的に接触させて配置する工程を含む上記（１）に記載の方法。
（４）前記伝熱媒体を介して、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの全ての側面を加熱する上記（１）に記載の方法。
（５）前記スペーサは金属を含む上記（１）に記載の方法。
（６）前記スペーサは、セラミックの層で覆われた金属を含む上記（１）に記載の方法。
（７）前記スペーサは、銅，鉄，モリブデン，タングステンおよびこれらの合金よりなるグループから選択された金属を含む上記（１）に記載の方法。
（８）前記スペーサは、セラミックの層で覆われたセラミックまたはセラミック−セラミック合金を含む上記（１）に記載の方法。
（９）前記スペーサは、アルミナ，窒化アルミニウム，炭化シリコン，およびこれらの多相セラミック複合材またはセラミック−金属複合材よりなるグループから選択されたセラミックを含む上記（１）に記載の方法。
（１０）予熱ゾーン，プロセス・ゾーン，および冷却ゾーンを有する加熱炉を準備する工程をさらに含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記予熱ゾーンに配置して加熱し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記プロセス・ゾーンへ移して最高温度を保持し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記冷却ゾーンへ移して冷却する上記（１）に記載の方法。
（１１）予熱ゾーン，プロセス・ゾーン，および冷却ゾーンを有する加熱炉を準備する工程を含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記予熱ゾーンへ配置して加熱し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記プロセス・ゾーンへ移して最高温度を保持し、その後前記積層されたセラミック基板およびスペーサを前記冷却ゾーンへ移して冷却し、複数の積層されたセラミック基板およびスペーサをさらに含み、前記複数の積層されたセラミック基板およびスペーサが前記予熱ゾーン，プロセス・ゾーン，および冷却ゾーン内に存在し、これらを通って連続的に移動する上記（１）に記載の方法。
（１２）最低レベルから開始して、前記セラミック基板の最高温度が保持されている時の最高圧力まで、前記最低レベルより上に少なくとも２０パーセント増加する圧力が加えられる上記（１）に記載の方法。
（１３）前記スペーサは、前記セラミック基板の長さおよび幅より大きい長さおよび幅を有する上記（１）に記載の方法。
（１４）前記伝熱媒体から前記スペーサへの伝導によって少なくとも部分的に加熱される上記（１）に記載の方法。
（１５）冷却の際、前記スペーサから前記伝熱媒体への伝導によって少なくとも部分的に熱が除去される上記（１）に記載の方法。
（１６）前記伝熱媒体は、前記スペーサと少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、少なくとも１つの壁部材は前記積層されたセラミック基板およびスペーサに対して移動可能であり、伝導によって少なくとも部分的に前記複数の壁部材を通して前記スペーサを加熱する工程と、前記加熱および冷却の際の熱的な力（thermal force）の結果として前記少なくとも１つの壁部材が前記積層されたセラミック基板およびスペーサに対して移動するのを可能にする工程とを含む上記（１）に記載の方法。
（１７）前記伝熱媒体は、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの側面に沿って少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの端部に接触するプランジャを準備する工程をさらに含み、前記複数の壁部材が、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱し、前記プランジャをガイドして前記積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加える上記（１）に記載の方法。
（１８）前記伝熱媒体は、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの側面に沿って少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、前記積層されたセラミック基板およびスペーサの端部と接触するプランジャを準備する工程をさらに含み、前記複数の壁部材が、前記積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱し、前記プランジャをガイドして前記積層されたセラミック基板およびスペーサに圧力を加え、前記プランジャの端部が、少なくとも前記積層されたセラミック基板の全キャンバの寸法分前記複数の壁部材より上に突出する上記（１）に記載の方法。
（１９）前記伝熱媒体は、前記スペーサを加熱するための熱源を含む上記（１）に記載の方法。
（２０）体積比で５％未満の水素の制御された雰囲気内で前記積層されたセラミック基板およびスペーサを加熱し冷却する工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。
（２１）交互配置された焼結セラミック電子パッケージ基板およびスペーサのスタックを平坦化する装置であって、前記セラミック基板は望ましくないキャンバを含む対向する面を有し、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに対して接近および離反して移動可能であり、前記スタックの側面に直接接触またはごく近接することによって所望の速度で加熱する伝熱媒体を含む少なくとも１つの加熱ゾーンであって、前記セラミック基板の前記対向する面と垂直な方向に前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるプランジャをさらに含む少なくとも１つの加熱ゾーンと、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに対して接近および離反して移動可能であり、前記スタックの側面に直接接触またはごく近接することによって前記少なくとも１つの加熱ゾーンにおいて導入された熱を除去する伝熱媒体を含む少なくとも１つの冷却ゾーンと、前記少なくとも１つの加熱ゾーンと前記少なくとも１つの冷却ゾーンとに接続されてガスを供給し、前記装置内部の制御された還元性雰囲気を保持する還元ガス供給源と、を備える装置。
（２２）前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを収容して予熱するための第１の加熱ゾーンと、前記第１の加熱ゾーンから移された後に前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックをさらに加熱するための第２の別の加熱ゾーンとを備える上記（２１）に記載の装置。
（２３）前記少なくとも１つの加熱ゾーン内に交互配置された焼結セラミック電子パッケージ基板およびスペーサのスタックを含み、前記少なくとも１つの加熱ゾーンは、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの熱的体積（thermal mass）より少なくとも５倍大きい熱的体積を有する熱源を含む上記（２１）に記載の装置。
（２４）前記少なくとも１つの加熱ゾーンは熱源を含み、前記熱源は、ｉ）加熱エレメントを含む高熱伝達率の熱貯蔵部と、ii）前記熱貯蔵部に固定されて前記熱貯蔵部から前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックへ熱を伝達する交換可能な高熱伝達率の接触部材とを有し、前記接触部材は、前記熱貯蔵部と前記スタックとの間の急速な伝熱によって誘起される機械的応力に耐えられる上記（２１）に記載の装置。
（２５）前記少なくとも１つの加熱ゾーンおよび前記少なくとも１つの冷却ゾーンにおいて前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを同時に処理する上記（２１）に記載の装置。
（２６）前記少なくとも１つの加熱ゾーンおよび前記少なくとも１つの冷却ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの全ての側面と接触し、および前記全ての側面へ伝熱しまたは前記全ての側面から伝熱する複数の側面部材を含む上記（２１）に記載の装置。
（２７）前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記プランジャが前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるように前記プランジャをガイドする複数の側面部材を含む上記（２１）に記載の装置。
（２８）前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記プランジャが前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックに圧力を加えるように前記プランジャをガイドする複数の側面部材を含み、前記プランジャの端部は、少なくとも前記積層されたセラミック基板の全キャンバの寸法分前記複数の側面部材より上に突出する上記（２１）に記載の装置。
（２９）前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、ベースに固定された第１の側壁と、前記第１の側壁に対向する移動可能な第２の側壁とを含み、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックが前記ベース上に配置されたときに、前記第１および第２の側壁が、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの対向する側面を加熱する上記（２１）に記載の装置。
（３０）前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、ベースに固定された第１の側壁と、前記第１の側壁に対向する移動可能な第２の側壁とを含み、前記側壁のそれぞれは前記ベースに垂直な方向から見たときにＬ字形を形成し、矩形の交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックが前記ベース上に配置されたときに、前記第１および第２の側壁が、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの全ての側面を加熱する上記（２１）に記載の装置。
（３１）前記少なくとも１つの加熱ゾーン内の前記伝熱媒体は、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックの側面に沿って少なくとも部分的に接触する複数の壁部材を含み、前記装置は、前記複数の壁部材に対して接近および離反して移動可能な少なくとも１つの加熱ブロックをさらに備え、前記加熱ブロックと前記複数の壁部材との間のスペースは、前記複数の壁部材に伝達される熱の量を変動させるように調整でき、前記複数の壁部材は、伝導によって少なくとも部分的に、前記交互配置されたセラミック基板およびスペーサのスタックを加熱する上記（２１）に記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】積層された焼結多層セラミック基板を収容して平坦化する本発明の好適な製品キャリヤの斜視図である。
【図２】製品キャリヤの伝熱媒体の壁部内部の交互配置された焼結多層セラミック基板およびスペーサを示す図１の製品キャリヤの断面図である。
【図３】交互配置された焼結多層セラミック基板およびスペーサのスタックの一部の斜視図である。
【図４】図１の製品キャリヤを加熱する好適なヒータの斜視図であり、その基本的構成は、製品キャリヤのクーラにも使用される。
【図５】図６の切断線５−５に沿って、図４に示されたヒータの加熱／冷却ブロックを部分的に分解組立図で示す断面図である。
【図６】線６−６に沿って、図５の加熱／冷却ブロックの正面を示す立面図である。
【図７】図４のヒータ／クーラの上部平面図であり、その内部に図１の製品キャリヤが存在する。
【図８】加熱炉の異なったチャンバを貫く複数のヒータ／クーラの連続を示す加熱炉の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
２０  製品キャリヤ
２２  焼結セラミック基板
２４  プランジャ
２６  プランジャの上端部
２８  固定キャリヤ部材
２８ａ，２８ｂ  固定キャリヤ側面部材２８のＬ字形壁部
２８′，２８″  側壁２８の内面
２９  固定キャリヤ部材２８の上端部
３０  スペーサ
３２  製品スタック位置決め部材
３２ａ，３２ｂ  可動キャリヤ側面部材３２のＬ字形壁部
３２′，３２″  側壁３２の内面
３３  製品スタック
３４  ベース
３５  製品スタック位置決め部材３２の上端部
３６  スペース
４０  ヒータ
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ  ヒータ
４０ｄ，４０ｅ  クーラ
４２，４４  加熱ブロック・セクション
４８  円柱状電気的加熱エレメント
５０  加熱炉
５１  ガス供給源
５２  セクション間の隙間
５４，５５  製品キャリヤ２０と加熱ブロックとの間の隙間
５６，５８  加熱ゾーン
６０  プロセス・ゾーン
６２，６４  冷却ゾーン
６６  ヒータ・ブロック
６８ａ，６８ｂ  コンタクト・ヘッド・セクション
７０  開口部
７２ａ，７２ｂ  コンタクト・ヘッドの面
７４  留め具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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