KR20210016521A - 모든 알루미늄 히터 - Google Patents

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KR20210016521A
KR20210016521A KR1020207033060A KR20207033060A KR20210016521A KR 20210016521 A KR20210016521 A KR 20210016521A KR 1020207033060 A KR1020207033060 A KR 1020207033060A KR 20207033060 A KR20207033060 A KR 20207033060A KR 20210016521 A KR20210016521 A KR 20210016521A
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aluminum
heating layer
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KR1020207033060A
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패트릭 마르가비오
커트 잉글리쉬
Original Assignee
와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니
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Abstract

히터는, 세라믹 기판 및 세라믹 기판에 배치되는 알루미늄 재료로 제조된 가열 층을 포함한다. 세라믹 기판은, 가열 층이 배치되는 제1 플레이트 부재, 및 알루미늄 재료로 제조된 복수의 제1 비아가 연장되는 제2 플레이트 부재를 포함한다. 알루미늄 재료로 제조된 라우팅 층은 제2 플레이트 부재에 배치될 수 있다. 제1 플레이트 부재 및 제2 플레이트 부재는 알루미늄 재료에 의해 서로 본딩된다. 세라믹 기판은 알루미늄 재료로 제조된 복수의 제2 비아가 연장되는 제3 플레이트 부재를 포함할 수 있다. 제2 플레이트 부재 및 제3 플레이트 부재는 알루미늄 재료에 의해 서로 본딩된다. 또한, 단자 와이어는 복수의 제2 비아에 본딩될 수 있다.

Description

모든 알루미늄 히터
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 4월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/658,768호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원의 개시는 본 명세서에 참조로서 통합된다.
본 개시는 일반적으로 전기 히터에 관한 것으로, 더 상세하게는, 세라믹 기판 히터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이 섹션에서의 설명은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공하며, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.
전형적인 세라믹 히터는 일반적으로 세라믹 기판 및 세라믹 기판 내에 매립된 저항성 가열 요소(resistive heating element)를 포함한다. 세라믹 재료의 우수한 열 전도성으로 인해, 저항성 가열 요소에 의해 발생된 열은 세라믹 기판에 근접하게 배치된 가열 타겟으로 신속하게 전달될 수 있다.
그러나, 세라믹 재료는, 세라믹 재료의 불량한 습윤성(wettability)으로 인해 금속 재료에 본딩(bond)되기 어려운 것으로 공지되어 있다. 많은 세라믹 재료 및 금속 재료는 비습윤성이어서, 용융(molten) 금속이 모세관 압력(capillary pressure)에 대항하여 세라믹 재료의 기공(pore)으로 유동하여 그 사이에 양호한 본딩을 제공하는 것을 어렵게 한다. 저항 가열 요소의 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)가 세라믹 기판의 CTE와 양립할 수 없는 경우에, 세라믹 기판과 저항성 가열 요소 사이의 본딩은 악화될 수 있다. 따라서, 세라믹 기판과 저항성 가열 요소 사이의 계면(interface)에서 크랙(crack) 또는 에어 갭(air gap)이 발생될 수 있고, 이에 의해 세라믹 재료를 통한 저항성 가열 요소로부터 가열 타겟으로의 열 전달에 악영향을 미칠 수 있다.
다른 문제 중에서도, 세라믹 기판에서 저항성 가열 요소를 형성하는 문제가 본 개시에 의해 해결된다.
본 개시의 일 형태에서, 히터는 세라믹 기판 및 알루미늄 재료로 제조된 가열 층을 포함한다. 일 변형예에서, 히터는 라우팅 층(routing layer), 및 가열 층을 라우팅 층에 연결하는 복수의 제1 비아(via)를 포함한다. 일부 형태에서, 라우팅 층 및 복수의 제1 비아는 알루미늄 재료로 제조된다. 적어도 하나의 형태에서, 히터는, 라우팅 층을 세라믹 기판의 표면에 연결하는 복수의 제2 비아를 더 포함하고, 복수의 제2 비아는 알루미늄 재료로 제조된다. 본 개시의 일부 양태에서, 세라믹 기판은 알루미늄 질화물(aluminum nitride, AlN)로 제조된다. 다른 변형예에서, 세라믹 기판은, 알루미늄 재료에 의해 본딩되는 복수의 플레이트 부재를 포함한다.
다른 형태에서, 복수의 플레이트 부재는 가열 층이 배치되는 제1 플레이트 부재, 및 알루미늄 재료로 제조된 복수의 제1 비아가 연장되는 제2 플레이트 부재를 포함한다. 일부 양태에서, 라우팅 층은 제2 플레이트 부재에 배치되고, 복수의 제1 비아와 접촉한다. 다른 양태에서, 복수의 플레이트 부재는, 가열 층이 배치되는 제1 플레이트 부재, 복수의 제1 비아가 연장되는 제2 플레이트 부재, 및 복수의 제2 비아가 연장되는 제3 플레이트 부재를 포함한다.
일 형태에서, 복수의 제1 비아 및 복수의 제2 비아는 알루미늄 재료로 제조되고, 제3 플레이트 부재는 복수의 제2 비아에서의 알루미늄 재료에 의해 제2 플레이트 부재에 본딩된다. 일부 양태에서, 라우팅 층은 제2 플레이트 부재에 배치되고, 복수의 제1 비아 및 복수의 제2 비아와 접촉한다. 본 개시의 적어도 하나의 양태에서, 히터는 복수의 제2 비아에 본딩된 단자 와이어(terminal wire)를 포함한다. 일부 양태에서, 복수의 플레이트 부재의 인접한 표면의 표면 거칠기는 100nm 내지 5㎛이다.
적어도 하나의 형태에서, 세라믹 기판은 제1 플레이트 부재 및 제2 플레이트 부재를 포함하며, 가열 층은 제1 플레이트 부재에 배치되며, 라우팅 층 및 복수의 제1 비아는 제2 플레이트 부재에 배치된다. 또한, 제1 플레이트 부재 및 제2 플레이트 부재는 알루미늄 질화물로 제조되며, 가열 층, 라우팅 층 및 복수의 제1 비아는 알루미늄 재료로 제조되며, 제1 플레이트 부재 및 제2 플레이트 부재는 알루미늄 재료에 의해 함께 본딩된다.
본 개시의 일부 양태에서, 제3 플레이트 부재가 포함되고, 복수의 제2 비아는 제3 플레이트 부재를 통해 연장된다. 이러한 양태에서, 제3 플레이트 부재는 알루미늄 질화물로 제조되고, 복수의 제2 비아는 알루미늄 재료로 제조되고, 제3 플레이트 부재는 복수의 제2 비아에서의 알루미늄 재료에 의해 제2 플레이트 부재에 본딩된다.
추가적인 적용 분야는 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예는 단지 예시의 목적으로 의도된 것이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시는 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 교시에 따라 구성된 세라믹 히터의 단면도이다.
도 2는 본 개시의 교시에 따라 세라믹 히터를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 3a는 본 개시의 교시에 따라, 제1 트렌치, 제1 비아 홀, 및 제2 비아 홀을 각각 갖는, 제1 플레이트 부재, 제2 플레이트 부재, 및 제3 플레이트 부재를 준비하는 단계를 도시한다.
도 3b는 본 개시의 교시에 따라 제2 플레이트 부재를 제1 플레이트 부재에 본딩하는 단계를 도시한다.
도 3c는 본 개시의 교시에 따라 제3 플레이트 부재를 제1 및 제2 플레이트 부재의 조립체에 본딩하는 단계를 도시한다.
도 3d는 본 개시의 교시에 따라 제3 플레이트 부재 내의 제2 비아에 단자 와이어를 본딩하는 단계를 도시한다.
도 4는 본 개시의 교시에 따라 구성된, 복수의 가열 층 및 정렬 홀을 갖는 제1 플레이트 부재의 변형예의 사시도이다.
대응하는 참조 번호는, 도면의 여러 뷰(view)에서 대응하는 부분을 나타낸다.
다음의 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 본 개시, 적용, 또는 사용을 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 교시에 따라 구성된 세라믹 히터(10)는, 알루미늄 질화물(AlN)과 같은 세라믹 재료로 제조된 기판(12), 열을 발생시키기 위한 가열 층(14), 대안적으로 라우팅 층(16), 복수의 제1 비아(18), 및 복수의 제2 비아(20)를 포함할 수 있다. 라우팅 층(16)이 포함될 때, 가열 층(14)을 라우팅 층(16)에 연결하기 위해, 제1 비아(18)는 가열 층(14)과 라우팅 층(16) 사이에 배치된다. 또한, 라우팅 층(16)을 단자 와이어(22)에 연결하기 위해, 제2 비아(20)는 (도 1을 보면) 라우팅 층(16) 아래에, 그리고 기판(12)의 중앙 영역에 배치된다. 세라믹 히터(10)는 반도체 프로세싱에서 지지 페데스탈(support pedestal)의 일부로서 사용될 수 있다.
기판(12)은, 평평한 플레이트 구성을 가지며, 기판 상에 가열 타겟을 가열하기 위한 상부 표면(30), 및 단자 와이어(22)가 연장되는 하부 표면(32)을 형성한다. 지지 페데스탈을 형성하기 위해, 관형 샤프트(미도시)가 세라믹 히터(10)의 하부 표면(32)에 본딩되고 단자 와이어(22)를 둘러쌀 수 있다. 기판(12)은 복수의 플레이트 부재(34, 36, 38)를 포함할 수 있다. 3개의 플레이트 부재(34, 36, 38)가 예시적인 예에서 도시되어 있는 한편, 기판(12)은 임의의 수의 플레이트 부재(34, 36, 38)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 플레이트 부재(34, 36) 사이와 제2 및 제3 플레이트 부재(36, 38) 사이의 인접한 표면의 표면 거칠기는 5㎛ 미만, 특히 100nm 내지 5㎛이다.
가열 층(14)은 제1 플레이트 부재(34)에 배치되고, 라우팅 층(16) 및 제1 비아(18)는 제2 플레이트 부재(36)에 배치된다. 제3 비아(20)는 제3 플레이트 부재(38)에 배치되고, 제3 플레이트 부재(38)를 통해 연장된다. 가열 층(14), 라우팅 층(16), 제1 및 제2 비아(18, 20)는 모두 알루미늄 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 가열 층(14)은 본 개시의 범위 내에 있으면서, 제1 플레이트 부재(34) 상에 또는 부분적으로 제1 플레이트 부재(34) 내에 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 유사하게, 라우팅 레이아웃(routing layout)(16)은 본 개시의 범위 내에 있으면서, 그 위에 또는 그 안에, 또는 이들의 조합에 배치될 수 있다.
대안적으로, 가열 층(14), 라우팅 층(16), 제1 및 제2 비아 중 하나 이상은 알루미늄 재료로 제조될 수 있는 한편, 나머지 것(들)은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 다른 금속 재료로 제조될 수 있다. 가열 층(14), 라우팅 층(16), 제1 및 제2 비아(18, 20)가 모두 알루미늄 재료로 제조될 때, 이러한 층/비아 및 기판(12) 사이에 밀폐 본딩(hermetic bonding)이 형성되어, 달리 통상적인 세라믹 히터에서 요구될 수 있는 밀폐 분리(hermetic isolation)의 필요성을 제거한다. 알루미늄 재료의 사용으로 인해 알루미늄 재료와 세라믹 재료 사이에 형성된 밀폐 본딩은 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
알루미늄 재료는 상승된 온도에서 가열 요소로서 작동하도록, 원하는 저항 온도 계수(temperature coefficient of resistance, TCR)를 갖는다. TCR은 온도가 증가될 때 전기 저항률(resistivity)의 증가를 경험하는 재료의 특성을 나타낸다. 알루미늄은 합금 조성(예를 들어, 99.999%(5 nines) 순도, 7072, 6061, 5456 등)에 따라, 실온에서 2.65×10-8 내지 5.9×10-8Ω-m 범위의 저항률을 가지며, 4290×10-6/℃의 TCR을 가진다. 알루미늄의 저항률은 상승된 온도에서 상당히 증가하므로, 알루미늄은 가열 요소에 적합하다. 알루미늄 합금이 상승된 온도에서 더 높은 실온 저항률 및 더 높은 저항률을 갖기 때문에, 순수한 알루미늄보다는 5456 (AlMg5Mn1, A95456) 알루미늄과 같은 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.
가열 층(14)은 5 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있다. 라우팅 층(16)은 가열 층(14)에서 가열을 집중시키고 라우팅 층(16)에서의 가열을 감소시키기 위해 가열 층(14)보다 더 두껍게 제조된다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 세라믹 히터(10)를 제조하는 방법(50)은, 단계 52에서, 제1 트렌치(trench)(40)를 갖는 제1 플레이트 부재(34), 제1 비아 홀(42)을 갖는 제2 플레이트 부재(36), 및 제2 비아 홀(44)을 갖는 제3 플레이트 부재(38)를 준비하는 단계로 시작한다. 대안적으로, 이 단계에서 제2 플레이트 부재(36)는 제1 비아 홀(42) 및 제2 트렌치(46) 모두를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 트렌치(40)는 가열 층(14)의 형상을 형성하는데 사용될 것이고, 따라서 제1 트렌치(40)의 기하학적 형상은, 일정하거나 변할 수 있는 미리 결정된 두께를 갖는 가열 층(14)을 제공하기 위해, 정밀하게 제어될 필요가 있다. 제1 트렌치(40)는, 동일한 두께의 가열 층(16)을 형성하기 위해 5 내지 200㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다.
다음, 단계 54에서, 제1 플레이트 부재(34)의 제1 트렌치(40), 제2 플레이트 부재(36)의 제1 비아 홀(42), 및 제3 플레이트 부재(38)의 제2 비아 홀(44)에 알루미늄 재료가 적용(도포)된다. 제1 트렌치(40)에 알루미늄 재료를 적용하기 위해, 알루미늄 재료는 알루미늄 호일(foil), 알루미늄 분말, 또는 제1 트렌치(40)에 배치될 수 있는 임의의 다른 고체 형태일 수 있다. 제1 비아 홀(42) 및 제2 비아 홀(44)에 알루미늄 재료를 적용하기 위해, 알루미늄 재료는 제1 및 제2 비아 홀(42, 44)에 삽입되는 알루미늄 로드(rod) 형태일 수 있다. 대안적으로, 알루미늄 재료는 알루미늄 분말을 스퍼터링(sputtering), 증착(deposition), 저온 분사(cold spray), 음극 아크 증착(cathode arc deposition) 또는 기타 박막 공정 등에 의해 적용함으로써 제1 트렌치(40), 제1 비아 홀(42) 및 제2 비아 홀(44)에 적용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 알루미늄 재료는 가열 층(14), 비아(42, 44), 및 라우팅 층(16)에 대해 반드시 동일한 알루미늄 재료일 필요는 없고, 상이한 알루미늄 재료/조성이 본 개시의 범위 내에 있으면서 이들 구성 요소 각각을 걸쳐 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
이후, 단계 56에서, 제1 플레이트 부재(34)에 가열 층, 제2 플레이트 부재(36)를 통해 제1 비아(18), 및 제3 플레이트 부재(38)를 통해 제2 비아(20)를 형성하기 위해, 제1 플레이트 부재(34), 제2 플레이트 부재(36), 및 제3 플레이트 부재(38)를 열 공정으로 처리한다. 열 공정은 대략 10 내지 90분 동안 1.33x10-3Pa(10-5Torr) 내지 1.33x10-5Pa(10-7Torr)의 진공에서, 또는 0.1 내지 6.4MPa의 압력에서 660℃ 내지 1100℃에서 수행된다.
열 공정에서, 알루미늄 재료는, 알루미늄 재료의 용융점 이상으로 가열되어 용융된다. 용융 알루미늄 재료는 알루미늄 조성물, 특히 알루미늄 질화물(AlN)을 세라믹 재료에 본딩하기 위한 양호한 습윤성(wettability)을 갖는다. 따라서, 용융 알루미늄은 제1 트렌치(40), 제1 비아 홀(42), 및 제2 비아 홀 내에 완전히 채워질 수 있으며, 제1 트렌치(40), 제1 비아 홀(42), 및 제2 비아 홀의 기하학적 형상을 따를 수 있다. 용융 알루미늄이 응고되면, 알루미늄 재료와 제1 트렌치(40)의 벽, 제1 비아 홀(42)의 벽, 및 제2 비아 홀(44)의 벽 사이에 밀폐 본딩이 생성되도록, 알루미늄 재료는 제1 트렌치(40)의 벽과 제1 및 제2 비아 홀(42, 44)의 벽에 완전히 본딩된다. 제1 트렌치(40)에서의 알루미늄 재료는 가열 층(14)을 형성한다. 제1 비아 홀(42)에서의 알루미늄 재료는 제1 비아(18)를 형성한다. 제2 비아 홀(44)에서의 알루미늄 재료는 제2 비아(20)를 형성한다.
세라믹 재료와의 개선된 본딩 외에도, 가열 층(14), 라우팅 층(16), 및 제1 및 제2 비아(18, 20)를 형성하기 위해 알루미늄 재료를 사용하는 것은, 가열 층(14), 라우팅 층(16), 및 제1 및 제2 비아(18, 20)의 저항 및 기하학적 형상을 더 양호하게 제어한다는 이점을 갖는다. 예를 들어, AlN 세라믹 내의 몰리브덴 후막(thick film) 또는 몰리브덴 로드를 사용하는 전형적인 비아 형성 방법에서는, 본딩 프로세스 동안 알루미나이드(aluminide)가 일반적으로 형성된다. 따라서, 비아의 저항 및 기하학적 형상을 결정하고 제어하는 것은 어렵다
단계 58에서, 제1 트렌치(40)에서의 용융 알루미늄 및 제1 비아(18)에서의 용융 알루미늄이 응고된 후, 제2 플레이트 부재(36)는 제1 플레이트 부재(34)에 본딩된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 플레이트 부재(36)가 제1 플레이트 부재(34)에 본딩될 때, 제1 비아(18)는 가열 층(14)과 접촉한다.
제1 및 제2 플레이트 부재(34, 36) 사이의 본딩을 용이하게 하기 위해, 제1 및 제2 플레이트 부재(34, 36)는, 제1 및 제2 플레이트 부재(34, 36) 중 하나 또는 둘 모두의 주변부(periphery)를 따라, 그리고 그 인접한 표면에서 적어도 하나의 본딩 트렌치(미도시)를 갖도록 선택적으로 구성될 수 있다. 본딩 트렌치는 제1 플레이트 부재(34)와 제2 플레이트 부재(36)를 함께 본딩하는데 사용되는 알루미늄 재료로 채워져서 추가적인 밀폐 본딩을 제공한다. 본딩 트렌치는 공동 펜딩(co-pending) 중이며, 발명의 명칭이 "본딩 트렌치를 갖는 세라믹-알루미늄 조립체(CERAMIC-ALUMINUM ASSEMBLY WITH BONDING TRENCHES)"인 미국 특허 출원 제15/955,431호에 기술되어 있으며, 이 출원은 본 출원과 공동으로 양도되었으며, 그 내용 전체가 본 명세서에 참조로서 통합된다.
제1 및 제2 플레이트 부재(34, 36)를 본딩하기 위해 알루미늄 재료 및 본딩 트렌치를 사용하기 위해, 인접한 표면을 따른 제1 플레이트 부재(34)와 제2 플레이트 부재(36) 사이의 간격은 5㎛ 미만이다. 제1 및 제2 플레이트 부재(34, 36)는 함께 합쳐져서 고체 알루미늄 재료와 접촉한다. 고체 알루미늄 재료가 본딩 트렌치 내로 유동하도록 고체 알루미늄 재료의 용융점보다 높은 열과 힘이 조립체에 가해진다. 제1 플레이트 부재(34)와 제2 플레이트 부재(36)를 본딩하기 위해 본딩 트렌치가 형성되는 조립체에 제1 플레이트 부재(34) 또는 제2 플레이트 부재(36)의 습윤 온도 이상의 열이 추가적으로 가해진다. 조립체가 냉각된 후에, 용융된 알루미늄은 응고되어 제1 및 제2 플레이트 부재(34, 36)를 함께 본딩시켜 그 사이에 밀폐 본딩을 제공한다.
다음으로, 단계 60에서, 제2 트렌치(46)를 갖는 제2 플레이트 부재(36)가 형성된다. 그 후에 단계 62에서 제2 플레이트 부재의 제2 트렌치(46)에 알루미늄 재료가 적용된다. 유사하게, 단계 64에서, 제2 플레이트 부재(36)의 제2 트렌치(46)에 라우팅 층(16)을 형성하기 위해, 제2 플레이트 부재(36)와 알루미늄 재료는 다른 열 공정으로 처리된다. 이 열 공정은 단계 56에서 설명된 것과 유사하다.
대안적으로, 앞서 언급된 바와 같이, 제2 플레이트 부재(36)는 알루미늄 재료가 적용되기 전에, 단계 52에서 제1 비아 홀(42) 및 제2 트렌치(46)를 갖도록 형성될 수 있다. 알루미늄 재료는 제1 비아 홀(42) 및 제2 트렌치(46)에 동시에 적용될 수 있고, 전체 조립체는 열 공정으로 처리된다.
다음으로, 단계 66에서, 제3 플레이트 부재(38)는 제2 플레이트 부재(36)에 본딩된다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 제3 플레이트 부재(38)의 제2 비아(20)는 제2 플레이트 부재(36)에서의 라우팅 층(16)과 접촉한다. 마지막으로, 단계 68에서, 단자 와이어(22)는 도 3d에 도시된 바와 같이, 제3 플레이트 부재(38)의 제2 비아(20)에 본딩된다. 단자 와이어(22)는, 단자 와이어(22)를 제2 비아(20)에 브레이징(brazing) 또는 용접함으로써 금속적으로 본딩되거나, 또는 알루미늄으로 충전된 비아 홀을 탭핑(tapping)함으로써 기계적으로 제2 비아(20)에 본딩될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 플레이트 부재(70)의 변형예는, 가열 층(72)을 대응하는 라우팅 층에 연결하기 위해 삽입되는 알루미늄 로드, 또는 알루미늄 재료의 위치 설정(positioning)을 위한 복수의 정렬 홀(74), 및 복수의 가열 층(72)을 포함하는 것으로 도시되어 있다.
본 개시의 세라믹 히터에서, 가열 층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되며, 이는 상승된 온도에서 불량한 기계적 성질로 인해 그리고 세라믹 재료의 CTE와 상당히 상이한 CTE로 인해 전형적으로 가열 요소로서 사용되지 않는다. 전형적으로, AlN의 CTE와 일치하는 CTE를 갖는 몰리브덴 또는 텅스텐과 같은 금속 또는 금속 합금이, 상승된 온도에서 금속과 세라믹 기판 사이의 열 응력을 피하기 위해 AlN으로 제조된 세라믹 기판에 다양한 기능 층을 형성하는데 사용된다. 전형적으로, 상대적으로 낮은 TCR을 갖는 금속 재료는 재료의 저항을 더 잘 제어하는데 사용된다.
그러나, 본 발명의 세라믹 히터에서, 세라믹 히터는 AlN-Al 본딩된 시스템에 고유한 방식으로 알루미늄 재료의 특성을 활용한다. 알루미늄과 AlN 사이의 양립할 수 없는 CTE에도 불구하고, 세라믹 기판에 대한 알루미늄 재료의 습윤은 그들 사이에 양호한 본딩을 생성하여, 열 응력으로 인해 그들의 계면에서 크랙을 발생시키는 가능성을 감소시킨다. 따라서, 본 개시의 일 형태에서, 알루미늄 재료(예를 들어, 알루미늄 가열 층)는 알루미늄 재료와 세라믹 기판 사이에 별도의 본딩 층의 사용 및/또는 존재 없이 세라믹에 직접 본딩된다. 본 발명의 세라믹 히터는 또한 일반적으로 가열 요소에서 바람직하지 않은 알루미늄 재료의 높은 TCR을 이용하고, 알루미늄 재료를 사용하여 가열 층을 형성한다. 알루미늄 재료로 제조된 가열 층의 저항은 미국 특허 제9,123,755호의 교시 및 이의 관련된 패밀리 출원을 사용하여 밀접하게 모니터링되고 제어될 수 있으며, 이는 본 출원과 공동으로 소유되고, 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.
공간적으로 상대적인 용어, 예를 들어, "내측", "외측", "밑", "아래", "하부", "하측", "위", 및 "상부" 등은 도면에 도시된 바와 같이 하나의 요소 또는 특징부의 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 설명하기 위해 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 동작 중인 디바이스의 상이한 배향을 포함하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면의 디바이스가 반전되면, 다른 요소 또는 특징부의 "아래" 또는 "밑"으로 설명되었던 요소는, 다른 요소 또는 특징부보다 "위"에 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위 또는 아래 방향 모두를 포함할 수 있다. 디바이스는 달리 배향될 수 있고(90도 회전 또는 다른 배향으로 회전), 본 명세서에 사용된 공간적으로 상대적인 기술어는 이에 따라 해석될 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 기계적/열적 특성, 조성 백분율, 치수 및/또는 허용오차, 또는 다른 특성을 나타내는 모든 수치 값은 본 발명의 범위를 기재함에 있어서 "약" 또는 "대략"의 단어에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 수정은 산업적 실습, 제조 기술, 및 시험 능력을 포함하는 다양한 이유로 바람직하다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 예시적인 형태를 설명하기 위한 것이며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 단수 형태 "하나의(a, an)", "그(the)"는 문맥상 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태를 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 용어 "포함하는" 및 "갖는"은 포괄적이고, 따라서 언급된 특징, 정수(integer), 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성 요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에 설명된 방법의 단계, 프로세스, 및 동작은, 구체적으로 수행 순서로 식별되지 않는 한, 논의되거나 예시된 특정 순서로 그들의 수행을 반드시 요구하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 추가적인 또는 대안적인 단계가 채용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시의 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 따라서, 본 개시의 기재로부터 벗어나지 않는 예는 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 예는 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 한다. 본 개시의 광범위한 교시는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 특정 예를 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는, 도면, 명세서, 및 다음의 청구항을 연구함으로써 다른 수정이 명백해질 것이기 때문에, 그렇게 제한되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 세라믹 기판; 및
    알루미늄 재료로 구성된 가열 층을 포함하는 히터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    라우팅 층(routing layer), 및 상기 가열 층을 상기 라우팅 층에 연결하는 복수의 제1 비아(via)를 더 포함하는 히터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 라우팅 층 및 상기 복수의 제1 비아는 상기 알루미늄 재료로 제조되는 히터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 라우팅 층을 상기 세라믹 기판의 표면에 연결하는 복수의 제2 비아를 더 포함하고, 상기 복수의 제2 비아는 상기 알루미늄 재료로 제조되는 히터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 기판은 알루미늄 질화물(aluminum nitride, AlN)로 제조되는 히터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 기판은 상기 알루미늄 재료에 의해 본딩(bonding)되는 복수의 플레이트 부재를 포함하는 히터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 플레이트 부재는 제1 플레이트 부재, 복수의 제1 비아가 연장되는 제2 플레이트 부재를 포함하고, 상기 가열 층은 상기 제1 플레이트 부재와 상기 제2 플레이트 부재 사이에 배치되는 히터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 플레이트 부재와 제3 플레이트 부재 사이에 배치되고, 상기 복수의 제1 비아와 접촉하는 라우팅 층을 더 포함하는 히터.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 플레이트 부재는 제1 플레이트 부재, 복수의 제1 비아가 연장되는 제2 플레이트 부재, 복수의 제2 비아가 연장되는 제3 플레이트 부재를 포함하고, 상기 가열 층은 상기 제1 플레이트 부재와 상기 제2 플레이트 부재 사이에 배치되는 히터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 제1 비아 및 상기 복수의 제2 비아는 상기 알루미늄 재료로 제조되고, 상기 제3 플레이트 부재는 상기 복수의 제2 비아에서의 상기 알루미늄 재료에 의해 상기 제2 플레이트 부재에 본딩되는 히터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 라우팅 층은, 상기 제2 플레이트 부재와 상기 제3 플레이트 부재 사이에 배치되고, 상기 복수의 제1 비아 및 상기 복수의 제2 비아와 접촉하는 히터.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 제2 비아에 본딩된 단자 와이어(terminal wire)를 더 포함하는 히터.
  13. 청구항 6 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트 부재의 인접한 표면의 표면 거칠기는 100nm 내지 5㎛인 히터.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 기판은 제1 플레이트 부재 및 제2 플레이트 부재를 포함하며;
    상기 가열 층은 상기 제1 플레이트 부재에 배치되며;
    라우팅 층 및 복수의 제1 비아는 상기 제2 플레이트 부재에 배치되며;
    상기 제1 플레이트 부재 및 상기 제2 플레이트 부재는 알루미늄 질화물로 제조되며;
    상기 가열 층, 상기 라우팅 층, 및 상기 복수의 제1 비아는 알루미늄 재료로 제조되며; 그리고
    상기 제1 플레이트 부재 및 상기 제2 플레이트 부재는 상기 알루미늄 재료에 의해 함께 본딩되는 히터.
  15. 청구항 14에 있어서,
    복수의 제2 비아가 연장되는 제3 플레이트 부재를 더 포함하고, 상기 제3 플레이트 부재는 알루미늄 질화물로 제조되고, 상기 복수의 제2 비아는 상기 알루미늄 재료로 제조되고, 상기 제3 플레이트 부재는 상기 복수의 제2 비아에서의 상기 알루미늄 재료에 의해 상기 제2 플레이트 부재에 본딩되는 히터.
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