KR102239151B1 - 일체형 히터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

히터를 제조하는 방법은 기판을 제공하는 단계, 기판에 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계, 기능 요소를 형성하기 위해 기판 및 적어도 하나의 트렌치에 기능 물질을 증착하는 단계, 및 기능 요소와 접촉하는 전기 단자를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

일체형 히터 및 그 제조방법
본 개시는 일반적으로 전기 히터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 보다 균일한 구조 및 보다 균일한 가열 성능을 가진 전기 히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이 섹션에서 기재된 내용은 본 개시와 관련된 배경 기술을 제공할 뿐이며, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.
전기 히터는 일반적으로 기판, 기판 상에 배치된 유전체층, 유전체층 상에 배치된 저항 가열층, 및 저항 가열층 상에 배치된 보호층을 포함한다. 유전체층, 저항 가열층, 및 보호층은 대략 “기능층”으로 불릴 수 있다. 표면 또는 기판 상으로 물질을 증착시킴으로써, 전기 히터의 하나 이상의 기능층은 막(film) 형태일 수 있다.
미시적 규모(microscopic scale)에서, 기판 표면 상의 기존 형상 또는 트렌치(trench)로 인하여 증착된 막은 고르지 않은 표면을 가질 수 있다. 증착된 막의 상면을 편평하게 하고 보다 균일한 기능층의 성능을 제공하기 위해, 증착된 막의 상면은 일반적으로 평탄화 공정을 거친다.
그러나, 평탄화 공정은 바람직하지 않게는 증착된 막으로부터 물질을 지나치게 제거하여, 최종의 증착된 막의 두께가 설계 두께로부터 벗어나게 할 수 있다. 또한, 증착된 막이 전기 요소가 내장된 유전체층인 경우, 유전체층의 감소된 두께로 인해 상기 막의 유전체 무결성(dielectric integrity)이 손상되고, 전기 히터의 성능 저하를 야기한다.
일 양태에서, 히터를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판을 제공하는 단계; 기판에 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계; 기능 요소를 형성하기 위해 기판 및 적어도 하나의 트렌치에 기능 물질을 증착하여 단계; 및 기능 요소와 접촉하는 전기 단자를 제공하는 단계;를 포함한다.
추가적인 적용 가능 영역은 본 명세서에서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서의 설명 및 특정 실시예는 단지 예시의 목적을 위한 것이며, 본 개시의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
본 개시의 방법들에 의해 제조된 전기 히터는 내장된 가열 회로 및 내장된 라우팅 회로, 및 기판 전체에 걸쳐 보다 평면적인 복수의 기능층들을 구비한다. 따라서, 상기 전기 히터는 보다 균일한 구조 및 보다 균일한 가열 성능을 가질 수 있다.
본 개시는 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 보다 완전히 이해될 것이다:
도 1은 본 개시의 교시에 따라 제조된 전기 히터의 단면도이다;
도 2a 내지 도 2c는 본 개시의 교시에 따른 도 1의 전기 히터의 히터층을 제조하는 단계를 도시하는 도면이다;
도 2d는 본 개시의 교시에 따른 도 1의 전기 히터의 라우팅층을 제조하는 단계를 도시하는 도면이다; 그리고
도 3은 본 개시의 교시에 따른 전기 히터를 제조하는 방법의 일 변형예의 단계들을 도시하는 도면이다.
동일하거니 대응하는 참조 부호는 첨부 도면의 여러 도면들에 걸쳐 동일하거나 대응하는 구성들을 나타낸다.
이하 설명들은 본질적으로 예시적인 것일 뿐이며, 본 개시를 제한하거나 본 개시의 응용 또는 사용을 제한하려는 의도는 아니다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 교시에 따라 제조된 전기 히터(10)는 히터층(12), 라우팅층(14), 히터층(12)과 라우팅층(14) 사이에 배치된 접착층(16), 및 히터층(12) 상에 배치된 보호층(17)을 포함한다. 접착층(16)은 히터층(12)을 라우팅층(14)에 접착시킨다. 보호층(17)은 히터층(12)을 전기적으로 절연시킨다.
히터층(12)은 적어도 하나의 트렌치(20)를 정의하는 기판(18), 및 트렌치(20) 내에 배치된 적어도 하나의 저항 가열 요소(22)를 포함한다. 복수의 트렌치(20)들이 기판(18)에 형성되면, 복수의 가열 영역을 정의하기 위해 복수의 저항 가열 요소(22)들이 복수의 트렌치(20)들 내에 배치될 수 있다. 트렌치(20)는 복수의 제1 트렌치 섹션(21)들 및 전기 단자을 위한 확대된 트렌치 영역을 갖는 적어도 두 개의 제2 트렌치 섹션(24)을 정의할 수 있다. 트렌치(20)는 약 1 내지 10 미크론(micron)의 깊이, 바람직하게는 약 3 내지 5 미크론의 깊이를 정의한다.
저항 가열 요소(22)는 확대된 트렌치 영역을 갖는 제2 트렌치 섹션(24) 내에 배치된 적어도 두 개의 단자 패드(26)들을 포함한다. 저항 가열 요소(22)는 몰리브덴, 텅스텐, 백금 또는 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저항 물질을 포함한다. 또한, 저항 가열 요소(22)의 저항 물질은 저항 가열 요소(22)가 히터 및 온도 센서로서 기능하도록 충분한 온도 저항 계수(temperature coefficient of resistance, TCR) 특성을 가질 수 있다.
히터층(12)은, 저항 가열 요소(22)의 단자 패드(26)들과 직접 접촉하며 단자 패드(26)들로부터 기판(18) 및 접착층(16)을 통해 라우팅층(14)으로 연장되는 한 쌍의 단자 핀(28)들을 더 포함한다.
라우팅층(14)은 적어도 하나의 트렌치(32)를 정의하는 기판(30), 및 트렌치 (32)내에 배치된 라우팅 요소(34)를 포함한다. 응용분야에 따라 하나 이상의 라우팅 요소(34)들이 제공될 수 있다. 라우팅 요소(34)는 히터층(12)의 저항 가열 요소(22)를 외부 전원(미도시)에 연결하는 기능을 한다. 라우팅층(14)의 트렌치(32)는 히터층(12)의 트렌치(20)의 제2 트렌치 섹션(24)에 대응하는 적어도 2개의 트렌치 섹션(33)을 포함할 수 있다. 라우팅층(14)은, 적어도 2개의 트렌치 섹션(33) 내에 위치하며 라우팅 요소(34)로부터 기판(30)을 통해 기판(30)의 하면(38)을 넘어 연장되는 한 쌍의 단자 핀(36)들을 더 포함한다. 라우팅층(14)의 단자 핀(36)들은 히터층(12)의 단자 핀(28)들과 정렬되고 접촉한다.
히터층(12)의 기판(18) 및 라우팅층(14)의 기판(30)은 질화알루미늄(Aluminum Nitride) 및 산화알루미늄(Aluminum Oxide)과 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 도 1의 전기 히터(10)를 제조하는 방법(100)은 (도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같은) 히터층(12)을 제조하는 서브-공정 및 (도 2e에 도시된 바와 같은) 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정을 포함하고, 이어서 (또한 도 2e에 도시된 바와 같이) 히터층(12)과 라우팅층(14)을 함께 접착시키는 단계를 포함한다. 상기 2개의 서브-공정들은 동시에 또는 하나씩 차례로 수행될 수 있다.
히터층(12)을 제조하는 서브-공정에서, 단계(102)에서 블랭크(blank) 형태의 기판(18)이 제공된다. 기판(18)은 대향하는 제1 면(40) 및 제2 면(42)을 갖는다. 단계(104)에서, 제1 면(40) 상에는 예컨대 증착에 의해 하드 마스크 층(46)이 형성된다.
다음으로, 단계(106)에서 포토레지스트 층(photoresist layer)(48)이 하드 마스크 층(hard mask layer)(46) 상에 증착된다. 단계(108)에서 포토레지스트 층(48)이 식각되어 하드 마스크 층(46) 상에 포토레지스트 패턴(50)을 형성한다. 이 단계에서, 포토레지스트 층(48)을 패터닝하기 위한 포토 마스크(미도시)가 포토레지스트 층(48) 위에 배치되고, 자외선(UV) 광이 포토 마스크를 통해 포토레지스트 층(48) 상에 조사되어 UV 광에 노광된 포토레지스트 층(48)의 부분들을 현상하고, 이어서 포토레지스트 층(48)의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분을 식각하여 포토레지스트 패턴(50)을 형성한다. 포토레지스트 층(48)의 노광된 부분이 식각되고 제거되거나 또는 노광되지 않은 부분이 식각되고 제거되는지에 따라 포토레지스트 패턴(50)은 포지티브 패턴 또는 네거티브 패턴일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 단계(110)에서 하드 마스크 패턴(52)을 형성하기 위해 포토레지스트 패턴(50)을 마스크로 이용하여 하드 마스크 층(46)을 식각한다. 그 후, 단계(112)에서, 포토레지스트 패턴(50)을 제거하고 하드 마스크 패턴(52)을 기판(18)의 제1 면(40) 상에 남겨둔다. 하드 마스크 패턴(52)은 적어도 2개의 확대된 개구(54)를 포함한다.
다음으로, 단계(114)에서 기판(18)에 적어도 하나의 트렌치(20)를 형성하기 위해 하드 마스크 패턴(52)을 마스크로 이용하여 기판(18)의 제1 면(40) 상에서 식각 공정이 수행된다. 트렌치(20)는 복수의 제1 트렌치 섹션(21) 및 확대된 영역들을 갖는 적어도 2개의 제2 트렌치 섹션(24)을 정의한다. 상기 적어도 2개의 제2 트렌치 섹션(24)은 하드 마스크 패턴(52)의 적어도 2개의 확대된 개구(54)에 대응한다. 적어도 하나의 트렌치(20)는 레이저 제거 공정, 기계 가공(machining), 3D 소결(sintering)/프린팅(printing)/적층 가공(additive　manufacturing), 그린 상태(green state), 몰딩(molding), 워터젯(waterjet), 하이브리드 레이저/워터, 건식 플라즈마 식각에 의해 형성 될 수 있다.
단계(114)에서, 트렌치(20)가 기판(18)에 형성된 후, 하드 마스크 패턴(52)이 제거되고 기판(18)이 세정되어 기판(18)의 제1 면(40) 상에 원하는 트렌치 패턴을 구비한 트렌치(20)를 갖는 기판(18)을 형성한다.
트렌치(20)들의 개수 및 확대된 제2 트렌치 섹션(24)들의 개수는 트렌치(20)에 형성될 저항 가열 요소(22)의 가열 영역의 개수에 의존한다. 트렌치(20)의 제1 및 제2 트렌치 섹션(21 및 24)의 깊이 및 폭은 저항 가열 요소(22)의 원하는 기능 및 성능에 의존한다. 예를 들어, 하나의 트렌치(20)만이 기판(18)에 형성되면, 트렌치(20)는 일정하거나 변화된 깊이 및/또는 폭을 가질 수 있다. 복수의 트렌치(20)들이 기판(18)에 형성되면, 트렌치(20)들 중 일부는 더 넓고, 나머지들은 더 좁을 수 있고; 트렌치(20)들 중 일부는 더 깊고, 나머지들은 더 얕을 수 있다.
도 2c를 참조하면, 단계(118)에서, 원하는 트렌치 패턴을 구비한 트렌치(20)가 기판(18)에 형성된 후, 기판(18)을 관통하는 패드 개구(62) 및 비아 홀(64)을 형성하기 위해 트렌치(20)의 확대된 제2 트렌치 섹션(24)들 각각에서 기계 가공 공정이 수행된다. 패드 개구(62)는 비아 홀(64)과 확대된 제2 트렌치 섹션(24) 사이에 배치된다. 비아 홀(64)은 패드 개구(62)로부터 기판(18)의 제2 면(42)까지 연장된다.
그 후, 단계(122)에서 저항 물질(66)이 기판(18)의 제1 면(40) 및 트렌치(20)에 증착된다. 일 예로서, 저항 물질(66)은 기판(18) 상에 그리고 트렌치(20) 내에 형성될 수 있다.
단계(124)에서, 저항 물질(66)은 열처리된다. 일 예로서, 트렌치(20) 내에 그리고 기판(18)의 제1 면(40) 상에 배치된 저항 물질(66)을 갖는 기판(18)은 어닐링(annealing)을 위해 노(furnace) 내에 배치될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 단계(126)에서, 저항 물질(66)이 열처리된 후 기판(18)의 제1 면(40)이 노출될 때까지 초과의 저항 물질(66)을 제거하도록 저항 물질(66) 상에서 화학적 기계적 연마/평탄화(CMP) 공정이 수행되고, 이를 통해 트렌치(20)에 저항 가열 요소(22)를 형성한다. 이 단계에서, 기판(18)의 제1 면(40)은 노출되고, 어떠한 저항 물질(66)에 의해서도 커버되지 않는다. 트렌치(20)에 잔류하는 저항 물질(66)은 기판(18)의 제1 면(40)과 동일한 높이의 상면(67)을 갖는 저항 가열 요소(22)를 형성한다.
마지막으로, 단계(128)에서 기판(18)의 제1 면(40) 및 저항 가열 요소(22)의 상면(67) 상에 보호층(17)이 형성된다. 보호층(17)은 저항 가열 요소(22)를 전기적으로 절연시킨다. 미리 형성된 보호층을 기판(18)에 접착시킴으로써 기판(18) 상에 보호층(17)을 형성할 수 있다. 접착 공정은 브레이징(brazing) 공정 또는 글래스 프릿 접착(glass frit bonding) 공정일 수 있다. 대안적으로, 다수의 트렌치(20)들이 기판(18)에 형성되면, 트렌치(20)들 중 일부, 바람직하게는 기판(18)의 주변부 주위에 위치한 트렌치들은 접착제로 채워져 상기 트렌치(20)들의 일부 내의 접착제가 기판(18)과 보호층(17)을 접착시킬 수 있다. 기판(18) 상에 보호층(17)이 형성된 후, 히터층(12)이 완성된다.
전술한 바와 같이, 트렌치(20)의 깊이 및 폭은 트렌치(20)의 길이를 따라 변하도록 구성될 수 있다. 다양한 깊이 및 폭를 이용하여, 트렌치(20)는 저항 가열 요소(22)가 그 길이를 따라 다양한 두께 및 폭으로 형성될 수 있게 하고, 이로써 저항 가열 요소(22)의 길이에 따른 가변적인 전력량을 획득한다. 또한, 저항 가열 요소(22)의 형상을 정의하기 위해 트렌치(20)를 사용함으로써, 동일한 트렌치의 다양한 부분들에 다양한 물질을 증착하거나 또는 동일한 트렌치(20)에 2개 이상의 물질층을 증착하는 것이 가능하다. 예를 들어, 먼저 저항 물질이 트렌치(20)에 증착된 후, 저항 물질의 상부에 접착제를 증착시킬 수 있다. 따라서, 트렌치(20) 내의 물질들은 그 위의 보호층을 접착시키기 위한 접착제로서 이용될 수도 있다. 또한 공학적 층들 또는 도핑된 물질들이 트렌치(20)의 다양한 부분들에 증착되어 그 길이를 따라 다양한 물질 속성을 갖는 저항 가열 요소를 획득할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정이 라우팅 물질을 관통하는 비아 홀을 가공하는 단계를 포함하고 보호층을 접착하는 단계를 포함하지 않는 것을 제외하고는, 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정은 전술한 히터층(12)을 제조하는 서브-공정의 단계들과 유사한 단계들을 포함한다. 또한, 히터층(12)과 라우팅층(14)은 서로 다른 기능을 갖기 때문에, 저항 가열 요소(22) 및 라우팅 요소(34)를 형성하기 위한 물질이 상이하다.
보다 구체적으로, 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정은 도 2a 내지 도 2d와 관련하여 전술한 바와 같이 단계(102) 내지 단계(126)와 유사한 단계를 포함한다. 그러므로, 이러한 단계들에 대한 상세한 설명은 명료성을 위해 여기에서 생략된다. 라우팅층(14)의 트렌치(32)를 채우는 물질은 히터층(12)의 트렌치(20)를 채우는 물질과 상이하다. 히터층(12)은 열을 발생시키도록 구성되며, 따라서 기판(18)의 트렌치(20)를 채우는 물질은 열을 발생시키기 위해 비교적 높은 저항률을 갖는 저항 물질이다. 라우팅층(14)에서, 기판(30)의 트렌치(32)를 채우는 물질은 히터층(12)의 저항 가열 요소(22)를 외부 전원에 전기적으로 연결하기 위해 비교적 높은 전도성을 갖는 전도성 물질이다.
또한, 라우팅층(14)의 기판(30)은 히터층(12)의 기판(18)의 트렌치(20)와 상이한 트렌치 패턴을 갖는 트렌치(32)를 구비한다. 도 2e에서 도시된 바와 같이, 라우팅층(14)의 트렌치(32)는 히터층(12)의 트렌치(20)보다 넓은 것으로 도시되어 있다.
도 2e를 참조하면, 단계(130)에서 라우팅 물질은 열처리되고 평탄화되어, 라우팅 요소(34)를 형성한다. 이 단계에서, 기판(30)의 상면은 라우팅 요소(34)의 상면과 동일 평면에 있다. 히터층(12)과 유사하게, 라우팅층(14)은 한 쌍의 단자 핀(36)들 및 라우팅 요소(34)의 적어도 두 부분에 연결된 한 쌍의 단자 단부(69)들을 포함한다.
다음으로, 라우팅 요소(34)의 상면으로부터 단자 단부(69)들까지 연장되는 한 쌍의 비아 홀(68)들을 형성하도록 라우팅 요소(34)는 기계 가공된다. 그 후, 히터층(12)은 라우팅층(14)의 상부에 배치된다. 기판(18)의 제2 면(42)을 넘어 연장되는 히터층(12)의 단자 핀(28)들은 비아 홀(68)에 삽입되어, 히터층(12)의 단자 핀(28)들은 라우팅층(14)의 단자 단부(69)와 접촉한다. 따라서, 히터층(12)의 저항 가열 요소(22)는 라우팅 요소(34)에 전기적으로 연결되고, 차례로 라우팅 요소(34)는 외부 전원에 전기적으로 연결된다.
도 3을 참조하여, 본 개시의 교시에 따라 전기 히터를 제조하는 방법(200)의 일 변형예를 설명한다. 이 방법은 기판의 트렌치를 채우는 기능 물질의 타입에 따라 정전기 척의 전극층 및 RF 안테나 층과 같은 또 다른 전기 컴포넌트를 형성하기 위해 적용될 수 있다.
상기 방법(200)은, 단계(202)에서 기판(70)을 제공하고 적어도 하나의 트렌치(72)를 기판(70)에 형성하는 것으로 시작한다. 기판(70)은 질화알루미늄(Aluminum Nitride, AlN)을 포함할 수 있다. 이 단계에서, 상기 적어도 하나의 트렌치는 하드 마스크 패턴을 사용하지 않고, 레이저 제거/커팅 공정, 마이크로 비드 블라스팅(micro bead blasting), 기계 가공(machining), 3D 소결(sintering)/프린팅(printing)/적층 가공(additive　manufacturing), 그린 상태(green state), 몰딩(molding), 워터젯(waterjet), 하이브리드 레이저/워터, 또는 건식 플라즈마 식각과 같은 기계적 방법에 의해 형성될 수 있다. 마이크로 비드 블라스팅 공정이 이용되는 경우, 비드의 입자 크기는 100um 미만, 바람직하게는 50um 미만이다.
다음으로, 단계(204)에서, 제1 금속을 포함하는 제1 기능 물질(74)이 트렌치(72) 내와 기판(70)의 상면 상에 채워진다. 제1 기능 물질(74)은 적층 공정(layered process)에 의해 형성될 수 있고, 특히 상기 적층 공정은 후막(thick film), 박막(thin film), 용사(thermal spray) 또는 졸-겔(sol-gel)과 관련된 공정들을 이용하여 기판 또는 또 다른 층에 물질을 도포 또는 축적하는 것을 포함한다. 대안적으로, 제1 기능 물질(74)은 도 2c의 단계(122)와 관련하여 전술한 바와 같이, 브레이즈 리플로우 공정(braze reflow process)을 이용하여 기판(70) 상과 트렌치(72) 내에 증착될 수 있다. 예를 들어, 제1 기능 물질(74)은, 기판(70) 상에 금속 호일을 배치한 다음, 금속 호일을 용융시켜 용융된 물질이 트렌치(72)를 채우고 기판의 상면으로 리플로우(reflow)하도록 함으로써 형성될 수 있다.
다음으로, 도 2c와 관련하여 설명한 단계(124)와 유사하게, 단계(204)에서, 제1 기능 물질(74)은 예컨대 어닐링에 의해 열처리될 수 있다. 그 후, 단계(206)에서 초과의 제1 기능 물질(74)이 기판(70)으로부터 제거되고, 제1 기능 요소(76)를 형성하기 위해 제1 기능 물질(74)을 기판(70)의 적어도 하나의 트렌치(72) 내에 남겨둔다. 제거 공정은 화학적-기계적 공정(chemical-mechanical process, CMP), 식각 또는 연마 공정일 수 있다. 그 다음, 단계(208)에서 유전체층(dielectric layer)(78)이 제1 기능적 요소(76) 및 기판(70) 상에 증착된다.
다음으로, 단계(210)에서, 제1 기능 요소(76)의 일부분을 노출시키도록 적어도 하나의 비아(79)가 적어도 두 개의 대응 위치에서 유전체층(78)을 관통하여 형성된다. 비아(79)는 비아 홀(80) 및 트렌치(82)를 포함할 수 있다. 이 단계는 유전체층(78)에 트렌치(82)를 형성하는 단계, 및 유전체층(78)을 통해 그리고 제1 기능 요소(76) 내로 비아 홀(80)을 형성하는 단계를 포함한다. 트렌치(82)는 비아 홀(80)이 형성되기 전 또는 후에 형성될 수 있다. 비아(79)는 레이저 커팅에 의해 형성될 수 있다. 트렌치(82)는 대략 100 nm 내지 100 um 범위의 깊이를 가질 수 있다.
단계(212)에서, 제2 기능 물질(84)이 제1 기능 요소 물질(76)과 접촉하도록 제2 기능 물질(84)은 비아 홀(80) 및 트렌치(82)를 포함하는 비아(79)와 유전체층(78)의 상면에 증착된다.
단계(214)에서, 초과의 제2 기능 물질(84)은 유전체층(78)으로부터 제거되고, 제1 기능 요소(76)에 대한 전기 단자를 형성하기 위해 비아(79) 내에 제2 기능 물질(84)을 남겨둔다. 이 단계에서, 트렌치(80)에 잔류하는 제2 기능 물질(84)은 제2 기능 요소(86)를 형성한다. 제거 단계 이후 제2 기능 물질(84)의 상면은 유전체층(78)의 상면과 동일 평면에 있다. 대안적으로, 제2 기능 물질(84)은 원하는 프로파일을 형성하도록 식각될 수 있다.
전기 히터를 형성하기 위해 상기 방법(200)이 이용될 때, 제1 기능 요소(76)는 저항 가열 요소일 수 있고, 제2 기능 요소(86)는 저항 가열 요소와 외부 전원을 연결하기 위한 라우팅 요소일 수 있다. 상기 방법(200)이 정전척의 전극층을 형성하기 위해 이용될 때, 제1 기능 요소(76)는 전극 요소일 수 있고, 제2 기능 요소(86)는 전극 요소와 외부 전원을 연결하기 위한 라우팅 요소일 수 있다.
대안적으로, 제1 기능 요소(76)가 라우팅 요소로 구성될 수 있고, 반면에 제2 기능 요소가 저항 가열 요소 또는 전극 요소로 구성될 수 있다. 이 경우, 비아 홀(80)은 제1 기능 요소(76)와 동일한 재료 또는 원하는 전기 전도를 위한 다른 물질로 채워질 수 있다.
그 후 선택적으로, 단계(216)에서 제1 포스트 홀(90) 또는 제2 포스트 홀(92)이 형성될 수 있다. 제1 포스트 홀(90)은 유전체층(92) 및 하부의 제1 기능 요소(76)를 통해 연장된다. 제2 포스트 홀(92)은 제2 기능 요소(86)를 통해 연장된다. 제1 및 제 2 포스트 홀(90, 92)은 레이저 커팅 공정 또는 비드 블라스팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
제1 기능 요소(76) 및/또는 제2 기능 요소(86)를 또 다른 전기 컴포넌트, 예컨대 또 다른 히터층, 튜닝(tuning)층, 온도감지층, 냉각층, 전극층 및/또는 RF 안테나층에 연결하기 위해 추가의 단자 핀(미도시)이 제1 포스트 홀(90) 및/또는 제2 포스트 홀(92)에 삽입될 수 있다. 결과적으로, 추가의 히터층, 튜닝층, 냉각층, 전극층, 또는 RF 안테나층은 상기 동일한 라우팅 요소 및 외부 전원에 연결될 수 있다. 추가의 히터층, 튜닝층, 냉각층, 전극층, RF 안테나층은 도 2a 내지 도 3과 관련하여 설명된 방법(100 또는 200)들에 의해 제조될 수 있다.
도 2a 내지 도 2e와 관련하여 개시된 방법(100)에 대해, 본 개시의 방법은 히터층(12) 및 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정을 포함하는 것으로 설명되었지만, 상기 방법(100)은 유사한 단계를 사용하여 하나 이상의 추가의 전기 컴포넌트를 제조하는 하나 이상의 추가의 서브-공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법(100)은 또 다른 히터층, 튜닝층, 냉각층, 전극층 및 RF 안테나층 등을 제조하기 위한 서브-공정을 더 포함할 수 있다.
대안적으로, 히터층(12)을 제조하는 서브-공정은 트렌치 내에 다른 재료를 채움으로써 또 다른 전기 컴포넌트를 형성하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 펠티에(Peltier) 물질이 기판의 트렌치에 채워지면, 냉각층이 형성될 수 있다. 전극 물질이 트렌치에 채워지면, 정전척용 전극층이 형성될 수 있다. 적절한 RF 안테나 물질이 트렌치에 채워지면, RF 안테나층이 형성될 수 있다. 비교적 낮은 열 전도성을 갖는 물질이 트렌치에 채워지면, 열 배리어(thermal barrier) 층이 형성될 수 있다. 상대적으로 높은 열 전도성을 갖는 물질이 트렌치에 채워지면, 열 스프레더(thermal spreader)가 형성될 수 있다.
본 개시의 방법(100, 200)들에 의해 제조된 전기 히터(10)는 내장된 가열 회로 및 내장된 라우팅 회로, 및 기판 전체에 걸쳐 보다 평면적인 복수의 기능층들을 구비한다. 따라서, 상기 전기 히터는 보다 균일한 구조 및 보다 균일한 가열 성능을 가질 수 있다.
상기 개시는 예시들로서 설명되고 도시된 실시예에 제한되지 않음을 유의해야 한다. 매우 다양한 변형예들이 설명되었으며, 더 많은 것은 당업자의 지식의 부분들이다. 이들 및 추가의 변형들뿐만 아니라 기술적 균등물들에 의한 어떠한 교체들도 본 개시 및 본 특허의 보호범위를 이탈하지 않은 채 상기 설명들과 도면들에 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 모놀리식(monolithic) 몸체의 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판에 적어도 하나의 트렌치(trench)를 형성하는 단계;
    상기 기판 및 상기 적어도 하나의 트렌치에 기능 물질을 증착하는 단계;
    기능 요소를 형성하기 위해 상기 기판의 상기 적어도 하나의 트렌치 내에 상기 기능 물질을 남기도록 상기 기판으로부터 초과의 기능 물질을 제거하는 단계; 및
    상기 기능 요소와 접촉하는 전기 단자를 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계는 증착 및 하드 마스크 식각 공정을 이용함으로써 달성되며,
    상기 증착 및 하드 마스크 식각 공정은,
    상기 기판 상에 하드 마스크를 증착하는 단계;
    상기 하드 마스크 상에 포토레지스트 층을 증착하는 단계;
    상기 하드 마스크 상에 포토레지스트 층을 현상하는 단계;
    패턴을 형성하기 위해 상기 하드 마스크를 통해 식각하는 단계;
    상기 포토레지스트 층을 제거하는 단계;
    상기 적어도 하나의 트렌치를 형성하기 위해 상기 패턴을 통해 상기 기판 내로 식각하는 단계; 및
    상기 하드 마스크를 제거하는 단계;를 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기능 요소 상의 적어도 두 개의 대응 위치들에서 상기 기판을 통해 적어도 하나의 비아를 형성하는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    전기 단자가 상기 기능 요소와 접촉하도록 상기 적어도 하나의 비아 내에 상기 전기 단자를 제공하는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 유전체층을 증착하는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기능 물질은, 상기 기능 물질이 상기 기판 및 상기 적어도 하나의 트렌치에 증착된 후에 열처리되는, 히터를 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초과의 기능 물질을 제거하는 단계는, 화학적-기계적 공정(chemical-mechanical process, CMP), 식각, 및 연마로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 공정을 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 트렌치는, 레이저 제거 공정, 비드 블라스팅(micro bead blasting) 공정, 기계 가공(machining), 3D 소결(sintering)/프린팅(printing)/적층 가공(additive　manufacturing), 그린 상태(green state), 몰딩(molding), 워터젯(waterjet), 하이브리드 레이저/워터, 및 건식 플라즈마 식각으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 공정에 의해 형성된, 히터를 제조하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기능 물질은, 적층 공정(layered process)을 이용하여 상기 기판 및 상기 적어도 하나의 트렌치에 증착되는, 히터를 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적층 공정은, 후막(thick film), 박막(thin film), 용사(thermal spray) 및 졸-겔(sol-gel)로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 히터를 제조하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기능 물질은, 브레이즈 리플로우 공정(braze reflow process)을 이용하여 증착되는, 히터를 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기능 물질은, 상기 기판 상으로 그리고 상기 적어도 하나의 트렌치 내로 금속 호일(metal foil)을 용융시켜 증착되는, 히터를 제조하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    제2 트렌치를 형성하고 제2 트렌치 내로 호일을 용융시키는 단계; 및
    상기 용융된 물질을 이용하여 상기 기능 요소를 또 다른 기판 또는 전기 컴포넌트에 접착시키는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 트렌치는 상기 기판의 주변부를 따라 형성되는, 히터를 제조하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    라우팅층을 형성하는 단계 및 상기 라우팅층과 히터를 접착시키는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    튜닝(tuning)층을 형성하는 단계 및 상기 튜닝 층을 히터에 접착시키는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 기능 요소를 통해 비아를 형성하는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 비아 내에 단자 핀을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 히터를 제조하는 방법.
  19. 제1항의 방법에 따라 제조된 히터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판은 질화알루미늄 및 산화알루미늄의 그룹으로부터의 세라믹이고, 상기 기능 물질은 몰리브덴, 텅스텐, 백금 또는 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저항 물질인, 히터.
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