KR102355204B1

KR102355204B1 - All-in-one heater and manufacturing method

Info

Publication number: KR102355204B1
Application number: KR1020207036371A
Authority: KR
Inventors: 케빈 프타시엔스키; 패트릭 마르가비오; 케빈 스미스
Original assignee: 와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2022-02-08
Also published as: CN112740829A; DE112019002610T5; TWI724951B; JP7170151B2; TWI697253B; CN112740829B; JP2021515974A; KR20210013106A; TW202005467A; JP2022058536A; WO2019226742A1; TW202046819A; DE112019002610B4; JP7039734B2

Abstract

히터를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은, 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판 내부에 내장된 다수의 제1 슬러그들(slugs)을 포함하는 소결 조립체(sintered assembly)를 형성하는 단계, 상기 소결 조립체의 대향하는 표면들 중 하나의 표면상에 상기 다수의 제1 슬러그들에 연결되도록 기능 요소(functional element)를 형성하는 단계, 및 상기 기능 요소와 상기 다수의 제1 슬러그들이 내장된 모놀리식 기판(monolithic substrate)을 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a heater, the method comprising: forming a sintered assembly comprising a ceramic substrate and a plurality of first slugs embedded within the ceramic substrate; forming a functional element on one of the surfaces to be coupled to the first plurality of slugs, and a monolithic substrate having the functional element and the first plurality of slugs embedded therein. and forming a substrate).

Description

All-in-one heater and manufacturing method

본 발명은 일반적으로 전기 히터(electric heater)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 더욱 균일한 구조와 더욱 균일한 가열 성능을 가진 전기 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates generally to an electric heater, and more particularly, to an electric heater having a more uniform structure and more uniform heating performance, and a method for manufacturing the same.

이 섹션에서 기재된 내용은 단지 본 발명과 관련된 배경 기술을 제공할 뿐이며, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다. The information described in this section merely provides background related to the present invention and may not constitute prior art.

층을 이룬 구조를 가진 전기 히터의 일부 형태는 일반적으로 기판, 기판 상에 배치된 유전체층, 유전체층 상에 배치된 저항 가열층, 및 저항 가열층 상에 배치된 보호층을 포함한다. 유전체층, 저항 가열층, 및 보호층은 넓게 “기능층”으로 불릴 수 있다. 표면 또는 기판상에 물질을 증착시킴으로써, 전기 히터의 하나 이상의 기능층들은 막(film)의 형태일 수 있다. Some types of electric heaters having a layered structure generally include a substrate, a dielectric layer disposed on the substrate, a resistive heating layer disposed over the dielectric layer, and a protective layer disposed over the resistive heating layer. The dielectric layer, the resistive heating layer, and the protective layer may be broadly referred to as “functional layers”. By depositing material on a surface or substrate, one or more functional layers of the electric heater may be in the form of a film.

미시적 규모(microscopic scale)에서, 기판 표면상의 기존 형상들 또는 트렌치들(trenchs)로 인해 증착된 막은 균일하지 않은 표면을 가질 수 있다. 증착된 막의 상부 표면을 평탄하게 하고 더욱 균일한 성능의 기능층을 제공하기 위해, 증착된 막의 상면은 일반적으로 평탄화 공정을 거친다. 그러나, 평탄화 공정은 바람직하지 않게는 증착된 막으로부터 물질을 과도하게 제거하여, 최종 증착된 막의 두께가 설계 두께로부터 벗어나게 할 수 있다. 또한, 증착된 막이 전기적 요소가 내장된 유전체층일 때, 유전체층의 감소된 두께로 인해 상기 막의 유전체 무결성(dielectric integrity)이 손상되고, 전기 히터의 성능 저하를 야기한다. At the microscopic scale, the deposited film may have a non-uniform surface due to existing features or trenches on the substrate surface. In order to planarize the top surface of the deposited film and provide a functional layer of more uniform performance, the top surface of the deposited film is generally subjected to a planarization process. However, the planarization process may undesirably remove excessive material from the deposited film, causing the thickness of the final deposited film to deviate from the design thickness. In addition, when the deposited film is a dielectric layer in which an electric element is embedded, the dielectric integrity of the film is damaged due to the reduced thickness of the dielectric layer, causing deterioration of the performance of the electric heater.

본 발명은 전기 히터의 설계와 성능에 관한 이러한 문제를 다룬다. The present invention addresses these issues regarding the design and performance of electric heaters.

하나의 형태에서, 히터를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판 내부에 내장된 다수의 제1 슬러그들(slugs)을 포함하는 소결 조립체(sintered assembly)를 형성하는 단계, 상기 소결 조립체의 대향하는 표면들 중 하나의 표면상에 상기 다수의 제1 슬러그들에 연결되도록 기능 요소(functional element)를 형성하는 단계, 및 상기 기능 요소와 상기 다수의 제1 슬러그들이 내장된 모놀리식 기판(monolithic substrate)을 형성하는 단계를 포함한다. In one aspect, a method of manufacturing a heater is provided. The method comprises forming a sintered assembly comprising a ceramic substrate and a plurality of first slugs embedded within the ceramic substrate, one of the opposing surfaces of the sintered assembly. forming a functional element thereon to be connected to the plurality of first slugs, and forming a monolithic substrate having the functional element and the plurality of first slugs embedded therein; include

다른 형태에서, 히터를 제조하는 방법은, 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판 내부에 내장된 다수의 제1 슬러그들(slugs)을 포함하는 소결 조립체(sintered assembly)를 형성하는 단계, 상기 소결 조립체의 대향하는 표면들 중 하나의 표면상에 그리고 상기 다수의 제1 슬러그들의 부분 내에 적어도 하나의 트렌치(trench)를 형성하는 단계, 상기 기능 요소가 상기 다수의 제1 슬러그들에 연결되도록 상기 기능 요소를 형성하기 위해 상기 적어도 하나의 트렌치 내부에 기능 물질을 증착하는 단계, 상기 소결 조립체의 대향하는 표면들 중 다른 하나의 표면상에 상기 제1 슬러그들에 연결되는 물질층을 도포하는 단계, 및 상기 기능 요소, 상기 제1 슬러그들, 및 상기 물질층이 내장된 모놀리식 기판(monolithic substrate)을 형성하는 단계를 포함한다. In another aspect, a method of manufacturing a heater includes: forming a sintered assembly including a ceramic substrate and a plurality of first slugs embedded in the ceramic substrate; forming at least one trench on one of the surfaces that depositing a functional material within the at least one trench to form a functional element; , forming a monolithic substrate in which the first slugs, and the material layer are embedded.

추가적인 적용 가능 영역은 여기서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 설명 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해하여야 한다. Additional areas of applicability will become apparent from the description provided herein. It is to be understood that this description and specific examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

본 발명은 상세한 설명과 첨부된 도면들로부터 더 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 교시에 따라 제조된 전기 히터의 단면도이며;
도 2a 내지 2d는 본 발명의 교시에 따른 도 1의 전기 히터의 히터층을 제조하는 단계들을 도시한 도면들이며;
도 2e는 본 발명의 교시에 따른 도 1의 전기 히터의 라우팅층을 제조하는 단계들을 도시한 도면들이며;
도 3은 본 발명의 교시에 따른 도 1의 전기 히터를 제조하는 방법의 변형 단계들을 도시한 도면들이며;
도 4는 본 발명의 교시에 따라 제조된 전기 히터를 포함하는 지지 페디스탈의 단면도이며;
도 5a 내지 5d는 본 발명의 교시에 따른 도 4의 지지 페디스탈을 제조하는 단계들을 도시한 도면들이다.
대응되는 참조번호들은 몇몇 도면들에 걸쳐 대응되는 부분들을 나타낸다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be more fully understood from the detailed description and accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view of an electric heater made in accordance with the teachings of the present invention;
2A-2D are diagrams illustrating steps for manufacturing a heater layer of the electric heater of FIG. 1 in accordance with the teachings of the present invention;
2E is a diagram illustrating the steps of manufacturing the routing layer of the electric heater of FIG. 1 in accordance with the teachings of the present invention;
3 is a diagram illustrating variant steps of the method of manufacturing the electric heater of FIG. 1 in accordance with the teachings of the present invention;
4 is a cross-sectional view of a support pedestal including an electric heater made in accordance with the teachings of the present invention;
5A-5D are diagrams illustrating steps in manufacturing the support pedestal of FIG. 4 in accordance with the teachings of the present invention.
Corresponding reference numbers indicate corresponding parts throughout several drawings.

아래의 설명은 단지 본질적으로 예시적인 것이며, 본 발명, 적용, 또는 용도를 제한하려는 의도는 아니다. The description below is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, application, or use.

도 1을 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 제조된 전기 히터(10)는 히터층(12), 라우팅층(routing layer)(14), 상기 히터층(12)과 라우팅층(14) 사이에 배치된 본딩층(bonding layer)(16), 및 상기 히터층(12) 상에 배치된 보호층(17)을 포함한다. 상기 본딩층(16)은 히터층(12)을 라우팅층(14)에 본딩시킨다. 상기 보호층(17)은 히터층(12)을 전기적으로 절연시킨다.Referring to FIG. 1 , an electric heater 10 manufactured according to the teachings of the present invention is formed between a heater layer 12 , a routing layer 14 , and the heater layer 12 and the routing layer 14 . a bonding layer 16 disposed thereon, and a protective layer 17 disposed on the heater layer 12 . The bonding layer 16 bonds the heater layer 12 to the routing layer 14 . The protective layer 17 electrically insulates the heater layer 12 .

상기 히터층(12)은 적어도 하나의 트렌치(20)를 형성하는 기판(18), 및 상기 트렌치(20) 내에 배치된 적어도 하나의 저항 가열 요소(22)를 포함한다. 다수의 트렌치들(20)이 기판(18)에 형성될 때, 다수의 가열 구역들(heating zones)을 형성하기 위해 다수의 트렌치들(20) 내에 다수의 저항 가열 요소들(22)이 배치될 수 있다. 상기 트렌치(20)는 다수의 제1 트렌치 섹션들(21), 및 전기 단자를 위한 확대된 트렌치 영역을 가진 적어도 두 개의 제2 트렌치 섹션들(24)을 형성할 수 있다. 상기 트렌치(20)는 대략 1 내지 10 미크론(micron)의 깊이, 바람직하게는 대략 3 내지 5 미크론의 깊이를 형성한다.The heater layer 12 includes a substrate 18 defining at least one trench 20 , and at least one resistive heating element 22 disposed in the trench 20 . When multiple trenches 20 are formed in substrate 18 , multiple resistive heating elements 22 may be disposed within multiple trenches 20 to form multiple heating zones. can The trench 20 may form a plurality of first trench sections 21 and at least two second trench sections 24 having an enlarged trench area for an electrical terminal. The trench 20 defines a depth of approximately 1 to 10 microns, preferably approximately 3 to 5 microns in depth.

상기 저항 가열 요소(22)는 확대된 트렌치 영역들을 가진 제2 트렌치 섹션들(24) 내에 배치된 적어도 두 개의 단자 패드들(26)을 포함한다. 상기 저항 가열 요소(22)는 몰리브덴, 텅스텐, 백금 또는 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저항성 물질(resistive material)을 포함한다. 또한, 저항 가열 요소(22)의 저항성 물질은, 저항 가열 요소(22)가 히터 및 온도 센서로서 기능하도록 충분한 온도 저항 계수(TCR: temperature coefficient of resistance) 특성을 가질 수 있다. The resistive heating element 22 includes at least two terminal pads 26 disposed in second trench sections 24 having enlarged trench regions. The resistive heating element 22 comprises a resistive material selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, platinum or alloys thereof. In addition, the resistive material of the resistive heating element 22 may have a temperature coefficient of resistance (TCR) characteristic sufficient for the resistive heating element 22 to function as a heater and a temperature sensor.

상기 히터층(12)은, 저항 가열 요소(22)의 단자 패드들(26)과 직접 접촉하며 단자 패드들(26)로부터 기판(18)과 본딩층(16)을 통해 라우팅층(14)으로 연장되는 한 쌍의 단자 핀들(terminal pins)(28)을 더 포함한다.The heater layer 12 is in direct contact with the terminal pads 26 of the resistive heating element 22 and from the terminal pads 26 to the routing layer 14 through the substrate 18 and bonding layer 16 . It further includes a pair of extending terminal pins (28).

상기 라우팅층(14)은 적어도 하나의 트렌치(32)를 형성하는 기판(30)과, 상기 트렌치(32) 내에 배치된 라우팅 요소(routing element)(34)를 포함한다. 적용 분야에 따라 하나 이상의 라우팅 요소들(34)이 제공될 수 있다. 상기 라우팅 요소(34)는 히터층(12)의 저항 가열 요소들(22)을 외부 전원(미도시)에 연결하는 기능을 한다. 상기 라우팅층(14)의 트렌치(32)는 히터층(12)의 트렌치(20)의 제2 트렌치 섹션(24)에 대응되는 적어도 두 개의 트렌치 섹션들(33)을 포함할 수 있다. 상기 라우팅층(14)은, 적어도 두 개의 트렌치 섹션들(33) 내에 위치하며 라우팅 요소(34)로부터 기판(30)을 통해 기판(30)의 하부 표면(38)을 넘어서 연장되는 한 쌍의 단자 핀들(36)을 더 포함한다. 상기 라우팅층(14)의 단자 핀들(36)은 히터층(12)의 단자 핀들(28)과 정렬되고 접촉된다.The routing layer 14 includes a substrate 30 defining at least one trench 32 , and a routing element 34 disposed within the trench 32 . One or more routing elements 34 may be provided depending on the field of application. The routing element 34 serves to connect the resistive heating elements 22 of the heater layer 12 to an external power source (not shown). The trench 32 of the routing layer 14 may include at least two trench sections 33 corresponding to the second trench section 24 of the trench 20 of the heater layer 12 . The routing layer 14 includes a pair of terminals located within at least two trench sections 33 and extending from the routing element 34 through the substrate 30 and beyond the lower surface 38 of the substrate 30 . It further includes pins 36 . The terminal pins 36 of the routing layer 14 are aligned with and in contact with the terminal pins 28 of the heater layer 12 .

상기 히터층(12)의 기판(18)과 라우팅층(14)의 기판(30)은 질화알루미늄(aluminum nitride) 및 산화알루미늄(aluminum oxide)과 같은 세라믹 재료를 포함할 수 있다.The substrate 18 of the heater layer 12 and the substrate 30 of the routing layer 14 may include a ceramic material such as aluminum nitride and aluminum oxide.

도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 도 1의 전기 히터(10)를 제조하는 방법(100)은 (도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같은) 상기 히터층(12)을 제조하는 서브-공정과 (도 2e에 도시된 바와 같은) 상기 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정을 포함하고, 이어서 (도 2e에 도시된 바와 같이) 상기 히터층(12)과 라우팅층(14)을 함께 본딩시키는 단계를 포함한다. 상기 두 개의 서브-공정들은 동시에 또는 하나씩 차례로 수행될 수 있다.2A-2E , the method 100 for manufacturing the electric heater 10 of FIG. 1 includes a sub-process of manufacturing the heater layer 12 (as shown in FIGS. 2A-2D ) and a sub-process of fabricating the routing layer 14 (as shown in FIG. 2e ), followed by bonding the heater layer 12 and routing layer 14 together (as shown in FIG. 2e ) including the step of making The two sub-processes may be performed simultaneously or one after the other.

상기 히터층(12)을 제조하는 서브-공정에서, 단계(102)에서 블랭크(blank) 형태의 기판(18)이 제공된다. 상기 기판(18)은 대향하는 제1 표면(40)과 제2 표면(42)을 가진다. 단계(104)에서, 상기 제1 표면(40) 상에, 예컨대 증착에 의해, 하드 마스크 층(hard mask layer)(46)이 형성된다.In the sub-process of manufacturing the heater layer 12 , a substrate 18 in the form of a blank is provided in step 102 . The substrate 18 has opposing first and second surfaces 40 and 42 . In step 104 , a hard mask layer 46 is formed on the first surface 40 , such as by vapor deposition.

다음으로, 단계(106)에서, 포토레지스트 층(photoresist layer)(48)이 하드 마스크 층(46) 상에 증착된다. 단계(108)에서, 상기 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)에 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. 상기 포토레지스트 층(48)의 노광된 부분이 식각되어 제거되는지 또는 노광되지 않은 부분이 식각되어 제거되는지에 따라 상기 포토레지스트 패턴(50)은 포지티브 패턴 또는 네거티브 패턴일 수 있다.Next, in step 106 , a photoresist layer 48 is deposited over the hard mask layer 46 . In step 108 , the photoresist layer 48 is etched to form a photoresist pattern 50 on the hard mask layer 46 . In this step, a photomask (not shown) for patterning the photoresist layer 48 is disposed on the photoresist layer 48 , and ultraviolet (UV) light is irradiated to the photoresist layer 48 through the photomask. Portions of the photoresist layer 48 exposed to UV light are developed, and then the exposed or unexposed portions of the photoresist layer 48 are etched to form a photoresist pattern 50 . The photoresist pattern 50 may be a positive pattern or a negative pattern depending on whether the exposed portion of the photoresist layer 48 is removed by etching or the unexposed portion is removed by etching.

도 2b를 참조하면, 단계(110)에서 하드 마스크 패턴(52)을 형성하기 위해, 마스크로서 포토레지스트 패턴(50)을 사용하여 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 표면(40) 상에 남겨둔다. 상기 하드 마스크 패턴(52)은 적어도 두 개의 확대된 개구들(54)을 포함한다.Referring to FIG. 2B , in step 110 , the hard mask layer 46 is etched using the photoresist pattern 50 as a mask to form the hard mask pattern 52 . Thereafter, in step 112 , the photoresist pattern 50 is removed, leaving the hard mask pattern 52 on the first surface 40 of the substrate 18 . The hard mask pattern 52 includes at least two enlarged openings 54 .

다음으로, 단계(114)에서, 기판(18)에 적어도 하나의 트렌치(20)를 형성하기 위해 마스크로서 하드 마스크 패턴(52)을 사용하여 기판(18)의 제1 표면(40) 상에 식각 공정이 수행된다. 상기 트렌치(20)는 다수의 제1 트렌치 섹션들(21)과, 확대된 영역들을 가진 적어도 두 개의 제2 트렌치 섹션들(24)을 형성한다. 상기 적어도 두 개의 제2 트렌치 섹션들(24)은 하드 마스크 패턴(52)의 적어도 두 개의 확대된 개구들(54)에 대응된다. 상기 적어도 하나의 트렌치(20)는 레이저 제거 공정, 기계 가공(machining), 3D 소결/프린팅/적층 가공(additive　manufacturing), 그린 상태(green state), 성형(molding), 워터젯(waterjet), 하이브리드 레이저/워터, 건식 플라즈마 식각에 의해 형성 될 수 있다.Next, in step 114 , etching onto the first surface 40 of the substrate 18 using the hard mask pattern 52 as a mask to form at least one trench 20 in the substrate 18 . The process is carried out. The trench 20 forms a plurality of first trench sections 21 and at least two second trench sections 24 having enlarged regions. The at least two second trench sections 24 correspond to at least two enlarged openings 54 of the hard mask pattern 52 . The at least one trench 20 is a laser ablation process, machining, 3D sintering / printing / additive manufacturing (additive 　 manufacturing), green state (green state), molding (molding), waterjet (waterjet), hybrid laser /Water, can be formed by dry plasma etching.

단계(114)에서, 상기 트렌치(20)가 기판(18)에 형성된 후에, 하드 마스크 패턴(52)이 제거되고 기판(18)이 세정되어 기판(18)의 제1 표면(40) 상에 원하는 트렌치 패턴을 가진 트렌치(20)가 형성된 기판(18)이 형성된다.In step 114 , after the trench 20 is formed in the substrate 18 , the hard mask pattern 52 is removed and the substrate 18 is cleaned to a desired surface on the first surface 40 of the substrate 18 . A substrate 18 in which trenches 20 having a trench pattern are formed is formed.

상기 트렌치들(20)의 개수 및 확대된 제2 트렌치 섹션들(24)의 개수는 트렌치(20)에 형성될 저항 가열 요소(22)의 가열 구역들의 개수에 의존한다. 상기 트렌치(20)의 제1 및 제2 트렌치 섹션들(21 및 24)의 깊이와 폭은 저항 가열 요소(22)의 원하는 기능과 성능에 의존한다. 예를 들어, 기판(18)에 오직 하나의 트렌치(20)만 형성될 때, 상기 트렌치(20)는 일정하거나 변하는 깊이 및/또는 폭을 가질 수 있다. 기판(18)에 다수의 트렌치들(20)들 형성될 때, 상기 트렌치(20)들 중 일부는 더 넓고, 다른 것들은 더 좁을 수 있으며; 상기 트렌치(20)들 중 일부는 더 깊고, 다른 것들은 더 얕을 수 있다.The number of trenches 20 and the number of enlarged second trench sections 24 depend on the number of heating zones of the resistive heating element 22 to be formed in the trench 20 . The depth and width of the first and second trench sections 21 and 24 of the trench 20 depend on the desired function and performance of the resistive heating element 22 . For example, when only one trench 20 is formed in the substrate 18, the trench 20 may have a constant or varying depth and/or width. When a plurality of trenches 20 are formed in the substrate 18, some of the trenches 20 may be wider and others may be narrower; Some of the trenches 20 may be deeper and others shallower.

도 2c를 참조하면, 단계(118)에서, 원하는 트렌치 패턴을 가진 트렌치(20)가 기판(18)에 형성된 후, 기판(18)을 관통하는 비아 홀(64)과 패드 개구(62)를 형성하기 위해, 상기 트렌치(20)의 확대된 제2 트렌치 섹션들(24) 각각에서 기계가공 공정이 수행된다. 상기 패드 개구(62)는 비아 홀(64)과 확대된 제2 트렌치 섹션(24) 사이에 배치된다. 상기 비아 홀(64)은 패드 개구(62)로부터 기판(18)의 제2 표면(42)까지 연장된다.Referring to FIG. 2C , in step 118 , after a trench 20 having a desired trench pattern is formed in the substrate 18 , a via hole 64 passing through the substrate 18 and a pad opening 62 are formed. To do this, a machining process is performed in each of the enlarged second trench sections 24 of the trench 20 . The pad opening 62 is disposed between the via hole 64 and the enlarged second trench section 24 . The via hole 64 extends from the pad opening 62 to the second surface 42 of the substrate 18 .

그 후, 단계(122)에서 기판(18)의 제1 표면(40) 상에 그리고 트렌치(20) 내에 저항성 물질(66)이 증착된다. 일 예로서, 저항성 물질(66)은 기판(18) 상에 그리고 트렌치(20) 내에 형성될 수 있다.A resistive material 66 is then deposited in the trench 20 and on the first surface 40 of the substrate 18 in step 122 . As an example, resistive material 66 may be formed on substrate 18 and in trench 20 .

단계(124)에서, 저항성 물질(66)은 열처리된다. 일 예로서, 상기 트렌치(20) 내에 그리고 기판(18)의 제1 표면(40) 상에 배치된 저항성 물질(66)을 가진 기판(18)은 어닐링(annealing)을 위해 노(furnace) 내에 배치될 수 있다.In step 124, resistive material 66 is heat treated. As an example, a substrate 18 having a resistive material 66 disposed in the trench 20 and on a first surface 40 of the substrate 18 is placed in a furnace for annealing. can be

도 2d를 참조하면, 저항성 물질(66)이 열처리된 후, 단계(126)에서, 기판(18)의 제1 표면(40)이 노출될 때까지 초과한 저항성 물질(66)을 제거하기 위해 저항성 물질(66) 상에서 화학 기계적 연마/평탄화(CMP) 공정이 수행되고, 이에 의해 트렌치(20) 내에 저항 가열 요소(22)를 형성한다. 이 단계에서, 기판(18)의 제1 표면(40)은 노출되고, 어떠한 저항성 물질(66)에 의해서도 덮이지 않는다. 상기 트렌치(20) 내에 잔류하는 저항성 물질(66)은 기판(18)의 제1 표면(40)과 같은 높이의 상부 표면(67)을 가지는 저항 가열 요소(22)를 형성한다.Referring to FIG. 2D , after resistive material 66 is heat treated, in step 126 , resistive material 66 is removed to remove excess resistive material 66 until first surface 40 of substrate 18 is exposed. A chemical mechanical polishing/planarization (CMP) process is performed on material 66 , thereby forming resistive heating element 22 in trench 20 . At this stage, the first surface 40 of the substrate 18 is exposed and not covered by any resistive material 66 . The resistive material 66 remaining in the trench 20 forms a resistive heating element 22 having an upper surface 67 flush with the first surface 40 of the substrate 18 .

마지막으로, 단계(128)에서, 기판(18)의 제1 표면(40)과 저항 가열 요소(22)의 상부 표면(67) 상에 보호층(17)이 형성된다. 상기 보호층(17)은 저항 가열 요소(22)를 전기적으로 절연시킨다. 상기 보호층(17)은 미리 형성된 보호층을 기판(18)에 본딩시킴으로써 기판(18) 상에 형성될 수 있다. 상기 본딩 공정은 브레이징(brazing) 공정 또는 글래스 프릿 본딩(glass frit bonding) 공정일 수 있다. 대안으로서, 다수의 트렌치들(20)이 기판(18)에 형성될 때, 상기 트렌치들(20) 중 일부, 바람직하게는 기판(18)의 주변부 둘레에 위치한 트렌치들은 본딩제(bonding agent)로 채워져 상기 트렌치들(20) 중 일부 내의 본딩제가 기판(18)과 보호층(17)을 본딩시킬 수 있다. 상기 보호층(17)이 기판(18) 상에 형성된 후, 히터층(12)이 완성된다.Finally, in step 128 , a protective layer 17 is formed on the first surface 40 of the substrate 18 and the upper surface 67 of the resistive heating element 22 . The protective layer 17 electrically insulates the resistive heating element 22 . The passivation layer 17 may be formed on the substrate 18 by bonding a preformed passivation layer to the substrate 18 . The bonding process may be a brazing process or a glass frit bonding process. Alternatively, when a plurality of trenches 20 are formed in the substrate 18 , some of the trenches 20 , preferably the trenches located around the periphery of the substrate 18 , are treated with a bonding agent. When filled, a bonding agent in some of the trenches 20 may bond the substrate 18 and the protective layer 17 . After the protective layer 17 is formed on the substrate 18 , the heater layer 12 is completed.

전술한 바와 같이, 상기 트렌치(20)의 깊이와 폭은 트렌치(20)의 길이를 따라 변하도록 구성될 수 있다. 변하는 깊이와 폭을 이용하여, 상기 트렌치(20)는 저항 가열 요소(22)가 그 길이를 따라 변하는 두께와 폭을 가지도록 형성될 수 있으며, 이로써 저항 가열 요소(22)의 길이에 따라 가변적인 전력량을 성취한다. 또한, 저항 가열 요소(22)의 형상을 형성하기 위해 트렌치(20)를 사용함으로써, 동일한 트렌치의 상이한 부분들 내에 상이한 물질들을 증착하거나 또는 동일한 트렌치(20) 내에 두 개 이상의 물질층들을 증착하는 것이 가능하다. 예를 들어, 먼저 저항성 물질이 트렌치(20) 내에 증착될 수 있고, 뒤이어 저항성 물질의 상부에 본딩제를 증착시킬 수 있다. 따라서, 트렌치(20) 내의 물질들은 그 위의 보호층을 본딩시키기 위한 본딩제로서 사용될 수도 있다. 또한, 공학적 층들(engineered layers) 또는 도핑된 물질들이 트렌치(20)의 상이한 부분들 내에 증착되어 그 길이를 따라 상이한 물질 속성을 갖는 저항 가열 요소를 성취할 수 있다.As described above, the depth and width of the trench 20 may be configured to vary along the length of the trench 20 . Using varying depths and widths, the trenches 20 can be formed such that the resistive heating element 22 has a varying thickness and width along its length, whereby the resistive heating element 22 is variable along its length. achieve power Also, by using the trench 20 to form the shape of the resistive heating element 22 , depositing different materials in different portions of the same trench or depositing two or more layers of material within the same trench 20 is not It is possible. For example, a resistive material may first be deposited in the trench 20 , followed by a bonding agent on top of the resistive material. Accordingly, the materials in the trench 20 may be used as a bonding agent to bond the protective layer thereon. In addition, engineered layers or doped materials may be deposited in different portions of trench 20 to achieve a resistive heating element with different material properties along its length.

도 2e를 참조하면, 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정이 라우팅 물질을 관통하는 비아 홀을 기계가공하는 단계를 포함하고 보호층을 본딩하는 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 상이한 기능을 가지기 때문에, 저항 가열 요소(22)와 라우팅 요소(34)를 형성하기 위한 물질들은 상이하다. Referring to FIG. 2E , the routing layer 14 , except that the sub-process of manufacturing the routing layer 14 includes machining a via hole through the routing material and does not include bonding the protective layer. The sub-process for manufacturing ( 14 ) includes steps similar to those of the sub-process for manufacturing the heater layer ( 12 ) described above. Also, because the heater layer 12 and the routing layer 14 have different functions, the materials for forming the resistive heating element 22 and the routing element 34 are different.

보다 구체적으로, 상기 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정은 도 2a 내지 도 2d와 관련하여 전술한 바와 같이 단계(102) 내지 단계(126)와 유사한 단계들을 포함한다. 따라서, 이러한 단계들에 대한 상세한 설명은 명료성을 위해 여기에서 생략된다. 상기 라우팅층(14)의 트렌치(32) 내에 채워지는 물질은 상기 히터층(12)의 트렌치(20) 내에 채워지는 물질과 상이하다. 상기 히터층(12)은 열을 발생시키도록 구성되며, 따라서 기판(18)의 트렌치(20) 내에 채워지는 물질은 열을 발생시키기 위해 비교적 높은 저항률을 가진 저항성 물질이다. 상기 라우팅층(14)에서, 기판(30)의 트렌치(32) 내에 채워지는 물질은 히터층(12)의 저항 가열 요소(22)를 외부 전원에 전기적으로 연결하기 위해 비교적 높은 전도성을 가진 전도성 물질이다.More specifically, the sub-process for manufacturing the routing layer 14 includes steps similar to steps 102 to 126 as described above with respect to FIGS. 2A-2D . Accordingly, detailed descriptions of these steps are omitted here for the sake of clarity. The material filled in the trenches 32 of the routing layer 14 is different from the material filled in the trenches 20 of the heater layer 12 . The heater layer 12 is configured to generate heat, so the material filled in the trench 20 of the substrate 18 is a resistive material having a relatively high resistivity to generate heat. In the routing layer 14, the material filled in the trench 32 of the substrate 30 is a conductive material having a relatively high conductivity for electrically connecting the resistive heating element 22 of the heater layer 12 to an external power source. to be.

또한, 상기 라우팅층(14)의 기판(30)은 히터층(12)의 기판(18)의 트렌치(20)와 상이한 트렌치 패턴을 가진 트렌치(32)를 가진다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 라우팅층(14)의 트렌치(32)는 히터층(12)의 트렌치(20)보다 넓은 것으로 도시되어 있다.Further, the substrate 30 of the routing layer 14 has trenches 32 having a different trench pattern than the trenches 20 of the substrate 18 of the heater layer 12 . As shown in FIG. 2E , the trench 32 in the routing layer 14 is shown to be wider than the trench 20 in the heater layer 12 .

도 2e를 참조하면, 단계(130)에서 라우팅 물질은 열처리되고 평탄화되어, 라우팅 요소(34)를 형성한다. 이 단계에서, 상기 기판(30)의 상부 표면은 라우팅 요소(34)의 상부 표면과 같은 높이이다. 상기 히터층(12)과 유사하게, 상기 라우팅층(14)은 한 쌍의 단자 핀들(36)과 라우팅 요소(34)의 적어도 두 부분에 연결된 한 쌍의 단자 단부들(terminal ends)(69)을 포함한다.Referring to FIG. 2E , in step 130 the routing material is heat treated and planarized to form routing element 34 . At this stage, the top surface of the substrate 30 is flush with the top surface of the routing element 34 . Similar to the heater layer 12 , the routing layer 14 has a pair of terminal pins 36 and a pair of terminal ends 69 connected to at least two portions of the routing element 34 . includes

다음으로, 상기 라우팅 요소(34)의 상부 표면으로부터 단자 단부(69)들까지 연장되는 한 쌍의 비아 홀들(68)을 형성하기 위해, 상기 라우팅 요소(34)는 기계 가공된다. 그 후, 상기 라우팅층(14)의 상부에 히터층(12)이 배치된다. 상기 기판(18)의 제2 표면(42)을 넘어서 연장된 히터층(12)의 단자 핀들(28)은 상기 라우팅층(14)의 단자 단부(69)와 접촉하도록 상기 비아 홀(68)에 삽입된다. 따라서, 상기 히터층(12)의 저항 가열 요소(22)는 라우팅 요소(34)에 전기적으로 연결되고, 결국 외부 전원에 전기적으로 연결된다.The routing element 34 is then machined to form a pair of via holes 68 extending from the top surface of the routing element 34 to the terminal ends 69 . Thereafter, a heater layer 12 is disposed on the routing layer 14 . The terminal pins 28 of the heater layer 12 extending beyond the second surface 42 of the substrate 18 are in the via holes 68 to contact the terminal ends 69 of the routing layer 14 . is inserted Accordingly, the resistive heating element 22 of the heater layer 12 is electrically connected to the routing element 34 and in turn electrically connected to an external power source.

도 3을 참조하여, 본 발명의 교시에 따른 전기 히터를 제조하는 방법(200)의 변형예를 설명한다. 이 방법은 기판의 트렌치 내에 채워지는 기능 물질의 유형에 따라, 정전 척(electrostatic chuck)의 전극 층, 및 RF 안테나 층과 같은 또 다른 전기 요소를 형성하기 위해 적용될 수 있다.Referring to FIG. 3, a variant of a method 200 of manufacturing an electric heater in accordance with the teachings of the present invention is described. This method can be applied to form another electrical element such as an electrode layer of an electrostatic chuck, and an RF antenna layer, depending on the type of functional material to be filled in the trench of the substrate.

상기 방법(200)은, 단계(202)에서 기판(70)을 제공하고, 상기 기판(70)에 적어도 하나의 트렌치(72)를 형성하는 것으로 시작한다. 상기 기판(70)은 질화알루미늄(aluminum nitride)을 포함할 수 있다. 이 단계에서, 상기 적어도 하나의 트렌치는, 레이저 제거/커팅 공정, 마이크로 비드 블라스팅(micro bead blasting), 기계 가공(machining), 3D 소결/프린팅/적층 가공(additive　manufacturing), 그린 상태(green state), 성형(molding), 워터젯(waterjet), 하이브리드 레이저/워터, 또는 하드 마스크 패턴을 사용하지 않는 건식 플라즈마 식각과 같은 기계적 방법에 의해 형성될 수 있다. 마이크로 비드 블라스팅 공정이 사용될 때, 비드의 입자 크기는 100um보다 작고, 바람직하게는 50um보다 작다. The method 200 begins at step 202 by providing a substrate 70 and forming at least one trench 72 in the substrate 70 . The substrate 70 may include aluminum nitride. In this step, the at least one trench is formed by a laser ablation/cutting process, micro bead blasting, machining, 3D sintering/printing/additive manufacturing, green state. , molding, waterjet, hybrid laser/water, or mechanical methods such as dry plasma etching without using a hard mask pattern. When the micro bead blasting process is used, the particle size of the beads is smaller than 100 μm, preferably smaller than 50 μm.

다음으로, 단계(204)에서, 제1 금속을 포함하는 제1 기능 물질(74)이 트렌치(72) 내부와 기판(70)의 상부 표면 상에 채워진다. 상기 제1 기능 물질(74)은 적층 공정(layered process)에 의해 형성될 수 있으며, 이 적층 공정은 무엇보다도 후막(thick film), 박막(thin film), 용사(thermal spray) 또는 졸-겔(sol-gel)과 관련된 공정들을 사용하여 기판 또는 또 다른 층에 물질을 도포 또는 축적하는 것을 포함한다. 대안으로서, 상기 제1 기능 물질(74)은, 도 2c의 단계(122)와 관련하여 전술한 바와 같이, 브레이즈 리플로우 공정(braze reflow process)을 사용하여 기판(70) 상에 그리고 트렌치(72) 내에 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기능 물질(74)은, 기판(70) 상에 금속 포일을 배치하고, 뒤이어 금속 포일을 용융시켜 용융된 물질이 트렌치(72) 내부를 채우고 기판의 상부 표면으로 리플로우(reflow)하도록 함으로써 형성될 수 있다.Next, in step 204 , a first functional material 74 comprising a first metal is filled into the trench 72 and on the upper surface of the substrate 70 . The first functional material 74 may be formed by a layered process, which may be formed by, among other things, a thick film, a thin film, a thermal spray or a sol-gel ( It involves the application or deposition of a material onto a substrate or another layer using processes related to sol-gel). Alternatively, the first functional material 74 may be deposited onto the substrate 70 and in the trench 72 using a braze reflow process, as described above with respect to step 122 of FIG. 2C . ) can be deposited in For example, the first functional material 74 may place a metal foil on the substrate 70 followed by melting the metal foil so that the molten material fills the trench 72 interior and reflows to the upper surface of the substrate. It can be formed by allowing it to reflow.

다음으로, 도 2c와 관련하여 설명한 단계(124)와 유사하게, 단계(204)에서, 상기 제1 기능 물질(74)은 예컨대 어닐링에 의해 열처리될 수 있다. 그 후, 단계(206)에서, 초과된 제1 기능 물질(74)은 기판(70)으로부터 제거되고, 제1 기능 요소(76)를 형성하기 위해 제1 기능 물질(74)을 기판(70)의 적어도 하나의 트렌치(72) 내부에 남겨둔다. 제거 공정은 화학적-기계적 공정(chemical-mechanical process, CMP), 식각 또는 연마 공정일 수 있다. 그 다음에, 단계(208)에서 유전체층(dielectric layer)(78)이 상기 제1 기능 요소(76)와 기판(70) 위에 증착된다.Next, similar to step 124 described in connection with FIG. 2C , in step 204 , the first functional material 74 may be heat treated, such as by annealing. Thereafter, in step 206 , the excess first functional material 74 is removed from the substrate 70 , and the first functional material 74 is applied to the substrate 70 to form the first functional element 76 . at least one trench 72 of The removal process may be a chemical-mechanical process (CMP), etching or polishing process. A dielectric layer 78 is then deposited over the first functional element 76 and the substrate 70 in step 208 .

다음으로, 단계(210)에서, 상기 제1 기능 요소(76)의 부분을 노출시키기 위해 적어도 하나의 비아(via)(79)가 적어도 두 개의 대응 위치에서 상기 유전체층(78)을 관통하여 형성된다. 상기 비아(79)는 비아 홀(80)과 트렌치(82)를 포함할 수 있다. 이 단계는 유전체층(78) 내에 트렌치(82)를 형성하는 단계와, 유전체층(78)을 관통하여 제1 기능 요소(76) 내부에 비아 홀(80)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 트렌치(82)는 비아 홀(80)이 형성되기 전 또는 후에 형성될 수 있다. 상기 비아(79)는 레이저 커팅(laser cutting)에 의해 형성될 수 있다. 상기 트렌치(82)는 대략 100nm 내지 100um 범위의 깊이를 가질 수 있다.Next, in step 210 , at least one via 79 is formed through the dielectric layer 78 at at least two corresponding locations to expose a portion of the first functional element 76 . . The via 79 may include a via hole 80 and a trench 82 . This step includes forming a trench (82) in the dielectric layer (78) and forming a via hole (80) through the dielectric layer (78) in the first functional element (76). The trench 82 may be formed before or after the via hole 80 is formed. The via 79 may be formed by laser cutting. The trench 82 may have a depth in the range of approximately 100 nm to 100 μm.

단계(212)에서, 제2 기능 물질(84)이 제1 기능 요소(76)와 접촉하도록 비아 홀(80)과 트렌치(82)를 포함하는 비아(79) 내부에 그리고 유전체층(78)의 상부 표면에 증착된다.In step 212 , the second functional material 84 is in contact with the first functional element 76 within the via 79 including the via hole 80 and the trench 82 and on top of the dielectric layer 78 . deposited on the surface.

단계(214)에서, 초과된 제2 기능 물질(84)은 유전체층(78)으로부터 제거되고, 제1 기능 요소(76)에 대한 전기 단자를 형성하기 위해 비아(79) 내부에 제2 기능 물질(84)을 남겨둔다. 이 단계에서, 트렌치(80) 내에 잔류하는 제2 기능 물질(84)은 제2 기능 요소(86)를 형성한다. 제거 단계 이후 제2 기능 물질(84)의 상부 표면은 유전체층(78)의 상부 표면과 같은 높이이다. 대안으로서, 상기 제2 기능 물질(84)은 원하는 프로파일을 형성하도록 식각될 수 있다.In step 214 , the excess second functional material 84 is removed from the dielectric layer 78 , and a second functional material ( 84) is left behind. At this stage, the second functional material 84 remaining in the trench 80 forms the second functional element 86 . After the removal step, the top surface of the second functional material 84 is flush with the top surface of the dielectric layer 78 . Alternatively, the second functional material 84 may be etched to form a desired profile.

전기 히터를 형성하기 위해 상기 방법(200)이 이용될 때, 상기 제1 기능 요소(76)는 저항 가열 요소일 수 있고, 상기 제2 기능 요소(86)는 저항 가열 요소와 외부 전원을 연결하기 위한 라우팅 요소일 수 있다. 상기 방법(200)이 정전 척의 전극 층을 형성하기 위해 이용될 때, 상기 제1 기능 요소(76)는 전극 요소일 수 있고, 상기 제2 기능 요소(86)는 전극 요소와 외부 전원을 연결하기 위한 라우팅 요소일 수 있다.When the method 200 is used to form an electric heater, the first functional element 76 may be a resistive heating element, and the second functional element 86 may be configured to connect the resistive heating element and an external power source. It may be a routing element for When the method 200 is used to form an electrode layer of an electrostatic chuck, the first functional element 76 may be an electrode element, and the second functional element 86 is configured to connect the electrode element and an external power source. It may be a routing element for

대안으로서, 상기 제1 기능 요소(76)가 라우팅 요소로 구성될 수 있고, 반면에 상기 제2 기능 요소가 저항 가열 요소 또는 전극 요소로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 비아 홀(80)은 제1 기능 요소(76)와 동일한 물질 또는 원하는 전기 전도를 위한 상이한 물질로 채워질 수 있다.Alternatively, the first functional element 76 may consist of a routing element, while the second functional element may consist of a resistive heating element or an electrode element. In this case, the via hole 80 may be filled with the same material as the first functional element 76 or a different material for desired electrical conduction.

그 후 선택적으로, 단계(216)에서 제1 포스트 홀(post hole)(90) 또는 제2 포스트 홀(92)이 형성될 수 있다. 상기 제1 포스트 홀(90)은 유전체층(92)과 그 아래의 제1 기능 요소(76)를 통해 연장된다. 상기 제2 포스트 홀(92)은 제2 기능 요소(86)를 통해 연장된다. 상기 제1 및 제 2 포스트 홀들(90, 92)은 레이저 커팅 공정 또는 비드 블라스팅 공정(bead blasting process)에 의해 형성될 수 있다.Optionally, then, a first post hole 90 or a second post hole 92 may be formed in step 216 . The first post hole 90 extends through the dielectric layer 92 and the first functional element 76 thereunder. The second post hole 92 extends through the second functional element 86 . The first and second post holes 90 and 92 may be formed by a laser cutting process or a bead blasting process.

상기 제1 기능 요소(76) 및/또는 제2 기능 요소(86)를 다른 전기 요소, 예컨대 다른 히터층, 튜닝층(tuning layer), 온도감지층, 냉각층, 전극층 및/또는 RF 안테나층에 연결하기 위해, 추가 단자 핀들(미도시)이 상기 제1 포스트 홀(90) 및/또는 제2 포스트 홀(92)에 삽입될 수 있다. 결과적으로, 추가 히터층, 튜닝층, 냉각층, 전극층, 또는 RF 안테나층은 동일한 라우팅 요소와 외부 전원에 연결될 수 있다. 추가 히터층, 튜닝층, 냉각층, 전극층, RF 안테나층은 도 2a 내지 도 3과 관련하여 설명된 방법들(100 또는 200)에 의해 제조될 수 있다. The first functional element 76 and/or the second functional element 86 may be connected to other electrical elements, such as other heater layers, tuning layers, temperature sensing layers, cooling layers, electrode layers and/or RF antenna layers. For connection, additional terminal pins (not shown) may be inserted into the first post hole 90 and/or the second post hole 92 . Consequently, additional heater layers, tuning layers, cooling layers, electrode layers, or RF antenna layers can be connected to the same routing element and external power source. The additional heater layer, tuning layer, cooling layer, electrode layer, RF antenna layer may be fabricated by the methods 100 or 200 described in connection with FIGS. 2A-3 .

도 2a 내지 도 2e와 관련하여 개시된 방법(100)에 관하여, 본 발명의 방법은 히터층(12)과 라우팅층(14)을 제조하는 서브-공정들을 포함하는 것으로 설명되었지만, 상기 방법(100)은 유사한 단계들을 사용하여 하나 이상의 추가 전기 요소를 제조하는 하나 이상의 추가 서브-공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법(100)은 다른 히터층, 튜닝층, 냉각층, 전극층 및 RF 안테나층 등을 제조하기 위한 서브-공정을 더 포함할 수 있다.With respect to the method 100 disclosed in connection with FIGS. 2A-2E , the method of the present invention has been described as including sub-processes of manufacturing the heater layer 12 and the routing layer 14 , but the method 100 may include one or more additional sub-processes of manufacturing one or more additional electrical components using similar steps. For example, the method 100 may further include sub-processes for manufacturing other heater layers, tuning layers, cooling layers, electrode layers, RF antenna layers, and the like.

대안으로서, 히터층(12)을 제조하는 서브-공정은 트렌치 내에 상이한 물질을 채움으로써 다른 전기 요소를 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 펠티에(Peltier) 물질이 기판의 트렌치 내에 채워지면, 냉각층이 형성될 수 있다. 전극 물질이 트렌치 내에 채워지면, 정전 척을 위한 전극층이 형성될 수 있다. 적절한 RF 안테나 물질이 트렌치 내에 채워지면, RF 안테나층이 형성될 수 있다. 비교적 낮은 열 전도성을 가진 물질이 트렌치 내에 채워지면, 열 차단층(thermal barrier layer)이 형성될 수 있다. 비교적 높은 열 전도성을 가진 물질이 트렌치 내에 채워지면, 열 확산기(thermal spreader)가 형성될 수 있다.Alternatively, the sub-process of fabricating the heater layer 12 may be used to form other electrical elements by filling the trenches with different materials. For example, when a Peltier material is filled into a trench in a substrate, a cooling layer may be formed. Once the electrode material is filled into the trench, an electrode layer for the electrostatic chuck may be formed. Once suitable RF antenna material is filled into the trench, the RF antenna layer may be formed. When a material with relatively low thermal conductivity is filled into the trench, a thermal barrier layer may be formed. When a material with relatively high thermal conductivity is filled into the trench, a thermal spreader may be formed.

본 발명의 방법들(100, 200)에 의해 제조된 전기 히터(10)는 내장된 가열 회로와 내장된 라우팅 회로, 및 기판 전체에 걸쳐 보다 평면적인 다수의 기능층들을 가진다. 따라서, 상기 전기 히터는 보다 균일한 구조 및 보다 균일한 가열 성능을 가질 수 있다.The electric heater 10 fabricated by the methods 100 and 200 of the present invention has an embedded heating circuit and an embedded routing circuit, and multiple functional layers that are more planar throughout the substrate. Accordingly, the electric heater may have a more uniform structure and more uniform heating performance.

도 4를 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 제조된 지지 페디스탈(support pedestal)(300)은 플레이트 조립체(plate assembly)(302)와, 본딩 피처(bonding feature)(306)를 통해 상기 플레이트 조립체(302)에 본딩된 튜브형 샤프트(304)를 포함한다. 상기 지지 페디스탈(300)은 반도체 공정에서 그 위에 웨이퍼를 지지도록 구성된다. 상기 플레이트 조립체(302)는 전기 히터, 정전 척, 또는 세라믹 기판과 상기 세라믹 기판 내에 내장된 기능 요소를 포함하는 임의의 장치의 형태일 수 있다. Referring to FIG. 4 , a support pedestal 300 made in accordance with the teachings of the present invention is provided via a plate assembly 302 and bonding features 306 to the plate assembly. and a tubular shaft 304 bonded to 302 . The support pedestal 300 is configured to support a wafer thereon in a semiconductor process. The plate assembly 302 may be in the form of an electric heater, an electrostatic chuck, or any device that includes a ceramic substrate and functional elements embedded within the ceramic substrate.

도시된 형태에서, 상기 플레이트 조립체(302)는 전기 가열 플레이트이며, 세라믹 기판(308), 저항 가열 요소(310), 및 라우팅 요소(312)를 포함한다. 상기 세라믹 기판(308)은 열간 가압(hot pressing)에 의해 형성된 모놀리식(monolithic) 기판이며, 질화알루미늄(AlN) 및 산화알루미늄(Al₂O₃)과 같은 세라믹 물질로 만들어질 수 있다. 상기 플레이트 조립체(302)는 저항 가열 요소(310)를 라우팅 요소(312)에 전기적으로 연결하기 위한 다수의 제1 단자 부분들(314)과, 상기 라우팅 요소(312)의 중심부에 인접하여 배치된 한 쌍의 제2 단자 부분들(316)을 더 포함한다. 상기 라우팅 요소(316)를 외부 전원(미도시)에 연결하기 위한 한 쌍의 리드선들(lead wires)(318)이 상기 제2 단자 부분들(316)에 연결되며 상기 튜브형 샤프트(304) 내부에서 연장된다. 상기 제1 단자 부분들(314)의 수는 저항 가열 요소(310)에 의해 형성된 가열 구역들의 수에 의존한다. In the illustrated form, the plate assembly 302 is an electric heating plate and includes a ceramic substrate 308 , a resistive heating element 310 , and a routing element 312 . The ceramic substrate 308 is a monolithic substrate formed by hot pressing, and may be made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). The plate assembly 302 includes a plurality of first terminal portions 314 for electrically connecting the resistive heating element 310 to the routing element 312 , disposed adjacent a central portion of the routing element 312 . It further includes a pair of second terminal portions 316 . A pair of lead wires 318 for connecting the routing element 316 to an external power source (not shown) are connected to the second terminal portions 316 and inside the tubular shaft 304 . is extended The number of the first terminal portions 314 depends on the number of heating zones formed by the resistive heating element 310 .

상기 저항 가열 요소(310)는 비교적 높은 저항률을 가진 저항성 물질, 예컨대 몰리브덴, 텅스텐, 백금 또는 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저항성 물질로 만들어진다. 또한, 상기 저항 가열 요소(310)의 저항성 물질은, 저항 가열 요소가 히터 및 온도 센서로서 기능하도록 충분한 온도 저항 계수(TCR: temperature coefficient of resistance) 특성을 가질 수 있다. The resistive heating element 310 is made of a resistive material having a relatively high resistivity, such as a resistive material selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, platinum, or alloys thereof. In addition, the resistive material of the resistive heating element 310 may have a sufficient temperature coefficient of resistance (TCR) characteristic so that the resistive heating element functions as a heater and a temperature sensor.

상기 플레이트 조립체(302)가 정전 척으로서 형성될 때, 저항 가열 요소 대신에 전극 요소가 형성될 수 있다는 것이 이해된다. It is understood that when the plate assembly 302 is formed as an electrostatic chuck, an electrode element may be formed in place of a resistive heating element.

도 5a 내지 5d를 참조하면, 상기 지지 페디스탈(300)을 제조하는 방법(400)이 도시된다. 상기 방법(400)은, 단계(402)에서, 다수의 슬러그들(slugs)을 열간 등방 가압 챔버(hot isostatic press chamber)(450) 내부에 배치하고 다수의 슬러그들을 챔버 툴링(tooling)(미도시)과 정렬하는 것으로 시작한다. 상기 다수의 슬러그들은 다수의 제1 슬러그들(452)과 한 쌍의 제2 슬러그들(454)을 포함할 수 있다. 상기 제2 슬러그들(454)은 제1 슬러그들(452)보다 작은 길이를 가지며, 열간 등방 가압 챔버(450)의 중심부에 인접하여 배치된다. 상기 제1 및 제2 슬러그들(452, 454)은, 후속 단계들에서, 상기 제1 및 제2 단자 부분들(314, 316)(도 4) 내부에 각각 형성될 것이다. 5A-5D , a method 400 of manufacturing the support pedestal 300 is illustrated. The method 400, in step 402, places a plurality of slugs inside a hot isostatic press chamber 450 and chamber tooling the plurality of slugs (not shown). ) and align with The plurality of slugs may include a plurality of first slugs 452 and a pair of second slugs 454 . The second slugs 454 have a smaller length than the first slugs 452 , and are disposed adjacent to the center of the hot isotropic pressurization chamber 450 . The first and second slugs 452 , 454 will be formed inside the first and second terminal portions 314 , 316 ( FIG. 4 ), respectively, in subsequent steps.

다음으로, 단계(404)에서, 상기 열간 등방 가압 챔버(450)(단계 402에서만 도시됨)는 세라믹 분말(455), 예컨대 AlN 분말로 채워진다. 그 다음에, 단계(406)에서, 세라믹 분말(455)과 제1 및 제2 슬러그들(452, 454)은 열간 등방 가압 챔버(450) 내에서 열간 가압 공정을 거침으로써, 소결 조립체(sintered assembly)(456)를 형성한다. 열간 가압(hot pressing)은 소결과 크리프 공정을 유도하기에 충분히 높은 온도에서 분말 압분체(powder compact)를 형성하기 위한 고압, 저변형률의 분말야금 공정으로 알려져 있다. 이는 열과 압력의 동시 적용에 의해 달성된다. 상기 소결 조립체(456)에서, 제1 및 제2 슬러그들(452, 454)은 가압되고, 소결되며, 세라믹 기판(457) 내에 내장된다. 상기 소결 조립체(456)는 제1 표면(458)과 제2 표면(460)을 가진다. 상기 제1 슬러그들(452)은 제1 표면(458)으로부터 제2 표면(460)까지 연장되며 제1 및 제2 표면들(458, 460)로부터 노출된다. 상기 제2 슬러그들(454)은 오직 제2 표면(460)에 노출된다. 높은 수준의 표면 평탄도와 평행성을 달성하기 위해, 상기 소결 조립체(456) 상에 래핑(lapping)이 적용된다. Next, in step 404, the hot isotropic pressurization chamber 450 (shown only in step 402) is filled with ceramic powder 455, such as AlN powder. Then, in step 406 , the ceramic powder 455 and the first and second slugs 452 , 454 are subjected to a hot pressing process in a hot isotropic pressing chamber 450 , thereby sintered assembly ) 456 . Hot pressing is known as a high pressure, low strain powder metallurgy process for forming powder compacts at temperatures high enough to induce sintering and creep processes. This is achieved by the simultaneous application of heat and pressure. In the sintering assembly 456 , the first and second slugs 452 , 454 are pressed, sintered, and embedded in a ceramic substrate 457 . The sintering assembly 456 has a first surface 458 and a second surface 460 . The first slugs 452 extend from the first surface 458 to the second surface 460 and are exposed from the first and second surfaces 458 , 460 . The second slugs 454 are exposed only on the second surface 460 . Lapping is applied over the sintering assembly 456 to achieve a high level of surface flatness and parallelism.

도 5b를 참조하면, 단계(408)에서, 상기 소결 조립체(456) 내에 적어도 하나의 트렌치(462)가 형성된다. 상기 트렌치(462)는 제1 표면(458)을 따라서 형성되고 제1 슬러그들(452) 내부에 형성된다. 상기 트렌치(462)는 평면도에서 구불구불한(serpentine) 형태를 가질 수 있다. 상기 적어도 하나의 트렌치(462)는, 레이저 제거/커팅 공정, 레이저 제거/커팅 공정, 마이크로 비드 블라스팅(micro bead blasting), 기계 가공(machining), 3D 소결/프린팅/적층 가공(additive　manufacturing), 그린 상태(green state), 성형(molding), 워터젯(waterjet), 하이브리드 레이저/워터, 또는 건식 플라즈마 식각과 같은 기계적 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 트렌치(460)는 제2 슬러그들(454) 내부로 연장되지 않는다. 다수의 가열 구역들을 원할 때, 다수의 가열 구역들에 대응되는 다수의 저항 가열 요소들(310)을 형성하기 위해 다수의 트렌치들(460)이 형성된다. Referring to FIG. 5B , at step 408 , at least one trench 462 is formed in the sinter assembly 456 . The trench 462 is formed along the first surface 458 and is formed within the first slugs 452 . The trench 462 may have a serpentine shape in a plan view. The at least one trench 462 is a laser ablation/cutting process, a laser ablation/cutting process, micro bead blasting, machining, 3D sintering/printing/additive manufacturing, green It can be formed by mechanical methods such as green state, molding, waterjet, hybrid laser/water, or dry plasma etching. The trench 460 does not extend into the second slugs 454 . When multiple heating zones are desired, multiple trenches 460 are formed to form multiple resistive heating elements 310 corresponding to multiple heating zones.

다음으로, 단계(410)에서, 상기 소결 조립체(456)의 제1 표면(458) 상에 트렌치(462)를 채우고 제1 표면(458) 전체를 덮도록 기능 물질(464)이 도포된다. 상기 기능 물질(464)은 증착(deposition) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해 도포될 수 있다. 대안으로서, 상기 기능 물질(464)은 적층 공정(layered process)에 의해 형성될 수 있으며, 이 적층 공정은 무엇보다도 후막(thick film), 박막(thin film), 용사(thermal spray) 또는 졸-겔(sol-gel)과 관련된 공정들을 사용하여 기판 또는 또 다른 층에 물질을 도포 또는 축적하는 것을 포함한다. 대안으로서, 상기 기능 물질(462)은 브레이즈 리플로우 공정(braze reflow process)을 사용하여 소결 조립체(456) 상에 그리고 트렌치(462) 내에 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 기능 물질(462)은, 소결 조립체(465)의 제1 표면(458) 상에 금속 포일을 배치하고, 뒤이어 금속 포일을 용융시켜 용융된 물질이 트렌치(462) 내부를 채우고 소결 조립체(456)의 제1 표면(458)으로 리플로우(reflow)하도록 함으로써 형성될 수 있다.Next, at step 410 , a functional material 464 is applied to fill the trench 462 on the first surface 458 of the sintering assembly 456 and to completely cover the first surface 458 . The functional material 464 may be applied by deposition or sputtering. Alternatively, the functional material 464 may be formed by a layered process, which may be formed by a thick film, thin film, thermal spray or sol-gel, among others. It involves the application or deposition of a material onto a substrate or another layer using processes involving (sol-gel). Alternatively, the functional material 462 may be deposited on the sinter assembly 456 and into the trench 462 using a braze reflow process. For example, the functional material 462 can be formed by disposing a metal foil on the first surface 458 of the sintering assembly 465 , followed by melting the metal foil so that the molten material fills the interior of the trench 462 and sinters. It can be formed by allowing it to reflow to the first surface 458 of the assembly 456 .

상기 기능 물질(464)은 비교적 높은 저항률을 가진 저항성 물질, 예컨대 몰리브덴, 텅스텐, 백금 또는 이들의 합금일 수 있다. 정전 척을 원할 경우에, 상기 기능 물질(464)은 전극을 위해 적합한 물질일 수 있다. 다음으로, 단계(412)에서, 제1 표면(458)이 노출될 때까지 초과한 기능 물질을 제거하기 위해 평탄화 공정이 수행되며, 이에 의해 트렌치(20) 내에 기능 요소를 형성한다. 이 형태에서, 상기 기능 요소는 제1 슬러그들(452)에 연결된 저항 가열 요소(310)일 수 있다. 상기 평탄화 공정은 화학 기계적 연마/평탄화(CMP) 공정, 식각, 연마 공정일 수 있다. The functional material 464 may be a resistive material having a relatively high resistivity, for example, molybdenum, tungsten, platinum, or an alloy thereof. If an electrostatic chuck is desired, the functional material 464 may be a suitable material for the electrode. Next, at step 412 , a planarization process is performed to remove excess functional material until first surface 458 is exposed, thereby forming functional elements in trench 20 . In this form, the functional element may be a resistive heating element 310 connected to the first slugs 452 . The planarization process may be a chemical mechanical polishing/planarization (CMP) process, an etching process, or a polishing process.

그 이후에, 단계(414)에서, 소결 기판 부품(470)이 열간 등방 가압 챔버(450) 내에 배치되고, 소결 기판 부품(470)에 인접하여 배치된 저항 가열 요소(310)를 가진 소결 조립체(456)가 제2 소결 플레이트(470)의 상부에 배치된다. 대안으로서, 소결 기판 부품(470)을 사용하는 대신에, 적용예에 따라 다른 기능 요소가 내장된 다른 소결 조립체가 상기 소결 조립체(456)에 본딩되도록 사용될 수 있다. 선택적으로, 소결 기판 부품(470)에 소결 조립체(456)의 본딩을 용이하게 하기 위해, AlN 분말과 소결 보조제의 혼합물(472)이 소결 조립체(456)와 소결 기판 부품(470) 사이에 도포될 수 있다. Thereafter, in step 414 , a sintering substrate component 470 is placed in the hot isotropic pressing chamber 450 and a sintering assembly having a resistive heating element 310 disposed adjacent the sintered substrate component 470 ( 456 is disposed on top of the second sintered plate 470 . Alternatively, instead of using the sintered substrate component 470 , another sintered assembly with embedded other functional elements may be used to bond to the sintered assembly 456 depending on the application. Optionally, to facilitate bonding of the sintered assembly 456 to the sintered substrate component 470 , a mixture 472 of AlN powder and a sintering aid may be applied between the sintered assembly 456 and the sintered substrate component 470 . can

도 5c를 참조하면, 단계(416)에서, 제1 슬러그들(이는 제1 단자 부분들(314)이 됨)을 제2 슬러그들(이는 제2 단자 부분들(316)이 됨)에 연결하기 위해, 상기 소결 조립체(456)의 제2 표면(460) 상에 물질층(476)이 형성된다. 상기 물질층(476)은 포일(foil)의 형태로서 제2 표면(460) 상부에 배치될 수 있으며, 또는 증착에 의해 제2 표면(460) 상에 형성될 수 있다. 상기 물질층(476)은 대략 5mil(0.127mm)의 두께를 가진다. 상기 물질층(476)이 소결 조립체(456)의 제2 표면(460) 상에 형성된 후, 등방 가압 챔버(450)는 AlN 분말과 소결 보조제의 다른 혼합물(478)로 채워진다. Referring to FIG. 5C , in step 416 , connecting the first slugs (which become the first terminal portions 314 ) to the second slugs (which become the second terminal portions 316 ) For this purpose, a material layer 476 is formed on the second surface 460 of the sintering assembly 456 . The material layer 476 may be disposed on the second surface 460 in the form of a foil, or may be formed on the second surface 460 by vapor deposition. The material layer 476 has a thickness of approximately 5 mils (0.127 mm). After the material layer 476 is formed on the second surface 460 of the sintering assembly 456, the isotropic pressure chamber 450 is filled with another mixture 478 of AlN powder and a sintering aid.

다음으로, 단계(418)에서, 상기 소결 조립체(456), 소결 기판 부품(470), 및 AlN 분말과 소결 보조제의 혼합물(478)은 등방 가압 챔버(450) 내에서 열간 가압 공정을 거친다. 이에 따라, 내장된 저항 가열 요소(310), 라우팅 요소(312)(즉, 물질층(476)), 제1 및 제2 단자들(314, 316)(즉, 제1 및 제2 슬러그들(452, 454)을 가진 단일의 모놀리식(monolithic) 기판(308)이 형성된다. Next, in step 418 , the sintering assembly 456 , the sintered substrate component 470 , and the mixture 478 of AlN powder and sintering aid are subjected to a hot pressing process in an isotropic pressing chamber 450 . Accordingly, the embedded resistive heating element 310 , the routing element 312 (ie the material layer 476 ), the first and second terminals 314 , 316 (ie the first and second slugs ) A single monolithic substrate 308 having 452 and 454 is formed.

다음으로, 단계(420)에서, 제2 단자 부분들(316)에 접근을 허용하기 위해, 상기 모놀리식 세라믹 기판(308)에 구멍들(holes)(480)이 드릴 가공된다. Next, in step 420 , holes 480 are drilled in the monolithic ceramic substrate 308 to allow access to the second terminal portions 316 .

마지막으로, 단계(422)에서, 리드선들(lead wires)(318)이 상기 구멍들(480) 내에 삽입되어 제2 단자 부분들(316)에 본딩되고, 튜브형 샤프트(304)가 본딩 피처(bonding feature)(306)에 의해 모놀리식 세라믹 기판(308)에 본딩됨으로써, 상기 지지 페디스탈(300)이 완성된다. Finally, in step 422 , lead wires 318 are inserted into the holes 480 and bonded to the second terminal portions 316 , and the tubular shaft 304 is bonded to a bonding feature. By bonding to the monolithic ceramic substrate 308 by the feature 306 , the support pedestal 300 is completed.

상기 본딩 피처(306)는 트렌치를 포함할 수 있으며, 상기 트렌치는 플레이트 조립체(302)에 튜브형 샤프트(304)의 본딩을 용이하게 하는 알루미늄 재료로 채워진다. 상기 본딩 피처는 본 출원인의 동시 계류중인 출원, 즉, "본딩 트렌치들을 가진 세라믹-알루미늄 조립체"라는 명칭으로 2018년 4월 17일자로 출원된 U.S. 15/955,431호에 개시되어 있으며, 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로서 통합된다. The bonding feature 306 may include a trench filled with an aluminum material that facilitates bonding of the tubular shaft 304 to the plate assembly 302 . The bonding feature is described in U.S. Pat. 15/955,431, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

이 형태에서는, 세라믹 기판을 관통하는 비아 홀이 형성될 필요가 없다. 상기 저항 가열 요소(310)는 슬러그의 형태인 제1 단자 부분들에 의해 라우팅 요소(312)에 연결된다. 상기 라우팅 요소는 금속 포일일 수 있다. 따라서, 감소된 저항으로 양호한 전기 전도성을 제공하기 위해, 라우팅 요소와 제1 단자 부분들을 위한 재료들의 넓은 선택이 허용된다. 기능 물질을 수용하기 위해 트렌치를 형성함으로써, 저항 가열 요소는 저항을 증가시키기 위해 매우 얇게 만들어질 수 있다. In this form, there is no need to form a via hole through the ceramic substrate. The resistive heating element 310 is connected to the routing element 312 by first terminal portions in the form of slugs. The routing element may be a metal foil. Thus, a wide selection of materials is allowed for the routing element and the first terminal parts to provide good electrical conductivity with reduced resistance. By forming the trench to receive the functional material, the resistive heating element can be made very thin to increase its resistance.

본 발명은 예들로서 설명되고 도시된 형태로 한정되지 않음을 유의해야 한다. 매우 다양한 변형예들이 설명되었으며, 더 많은 것은 당업자의 지식의 부분들이다. 이들 및 추가 변형예들 뿐만 아니라 기술적 등가물들에 의한 임의의 교체는 본 발명 및 본 특허의 보호범위를 벗어나지 않고서도 상기 설명들과 도면들에 추가될 수 있다.It should be noted that the present invention has been described by way of example and is not limited to the form shown. A wide variety of variations have been described, many of which are part of the knowledge of those skilled in the art. Any substitutions by these and further modifications as well as technical equivalents may be added to the descriptions and drawings above without departing from the scope of the invention and this patent.

Claims

A method of manufacturing a heater comprising:
A step of hot pressing a ceramic powder and a plurality of first slugs, and forming a sintered assembly including a ceramic substrate and the plurality of first slugs embedded in the ceramic substrate, the plurality of wherein the first slugs are exposed from at least one opposing surfaces of the sinter assembly;
forming a functional element on at least one opposing surface of the sinter assembly for connection to the plurality of first slugs; and
and forming a monolithic substrate in which the functional element and the plurality of first slugs are embedded.

According to claim 1,
further comprising forming a layer of material on the other of the opposing surfaces of the sintering assembly, wherein the layer of material is formed such that the functional element is connected to the layer of material by the plurality of first slugs. A method of manufacturing a heater.

3. The method of claim 2,
wherein the material layer is a metal foil.

According to claim 1,
Forming the functional element comprises:
forming at least one trench on one of the opposing surfaces of the sinter assembly and within a portion of the plurality of first slugs; and
depositing a functional material within the at least one trench to form the functional element such that the functional element is coupled to the plurality of first slugs.

5. The method of claim 4,
Depositing a functional material within the at least one trench comprises:
depositing a functional material on one of the opposing surfaces of the sinter assembly and within the at least one trench; and
removing excess functional material such that functional material is present only within the at least one trench. How to make a heater.

6. The method of claim 5,
wherein removing the excess functional material comprises a process selected from the group consisting of chemical mechanical planarization/polishing (CMP), etching, and polishing.

According to claim 1,
Forming the sintered assembly comprises:
placing the plurality of first slugs in an isostatic press chamber;
filling the isotropic pressure chamber with the ceramic powder; and
and hot pressing the ceramic powder and the plurality of first slugs to form the sintered assembly.

According to claim 1,
Forming the monolithic substrate comprises:
placing the sintering assembly in a hot isotropic pressing chamber;
placing at least one of an additional ceramic powder and a sintered substrate component on the sintering assembly; and
hot pressing at least one of the sintered assembly, the functional element, and the additional ceramic powder and a sintered substrate part to form the monolithic substrate; .

According to claim 1,
and forming a layer of material on the other of the opposing surfaces of the sintering assembly, wherein the layer of material is formed to be connected to the plurality of first slugs.

10. The method of claim 9,
wherein the sintering assembly further includes a plurality of second slugs having a shorter length than the first plurality of slugs, wherein the material layer is connected to the second plurality of slugs.

11. The method of claim 10,
Forming the monolithic substrate comprises:
placing a sintered substrate part in a hot isotropic pressure chamber;
disposing the sintering assembly on the sintered substrate component;
filling the hot isotropic pressing chamber with additional ceramic powder, wherein the sintering assembly is disposed between the additional ceramic powder and the sintered substrate component; and
hot pressing the sintered assembly, the functional element, the material layer, the additional ceramic powder, and the sintered substrate component to form the monolithic substrate;
wherein the first and second slugs, the functional element and the material layer are embedded within the monolithic substrate.

12. The method of claim 11,
wherein forming the monolithic substrate further comprises disposing a mixture of ceramic powder and a sintering aid between the sintering assembly and the sintering substrate component.

12. The method of claim 11,
and drilling holes in the monolithic substrate to allow access to the second slugs.

14. The method of claim 13,
and connecting lead wires to the second slugs.

A method of manufacturing a heater comprising:
forming a sintering assembly comprising a ceramic substrate and a first plurality of slugs embedded within the ceramic substrate, wherein the first plurality of slugs are exposed from at least one opposing surfaces of the sintering assembly;
forming at least one trench in at least one opposing surface of the sinter assembly and in a portion of the plurality of first slugs;
forming a functional element by depositing a functional material in the at least one trench, such that the functional element is coupled to the plurality of first slugs;
applying a layer of material to the other of the opposing surfaces of the functional element, such that the layer of material is connected to the first slugs; and
forming a monolithic substrate on which the functional element, the first slugs, and the material layer are embedded;

16. The method of claim 15,
and the sintering assembly further comprises a plurality of second slugs having a shorter length than the first plurality of slugs.

17. The method of claim 16,
Forming the sintered assembly comprises:
placing the plurality of first slugs and the plurality of second slugs in an isotropic pressurization chamber;
filling the isotropic pressure chamber with ceramic powder; and
forming the sintered assembly by hot pressing the ceramic powder and the plurality of first slugs and the plurality of second slugs, wherein the first slugs and the second slugs extend along a thickness direction of the sintered assembly , forming a sintered assembly; comprising, a heater manufacturing method.

18. The method of claim 17,
applying at least one of a ceramic powder and a sintered substrate component on opposite surfaces of the sintering assembly; and
and hot pressing at least one of the ceramic powder and the sintered substrate together with the sintered assembly to form a heater with a monolithic substrate.

18. The method of claim 17,
and drilling holes in the monolithic substrate to allow access to the second slugs.

A heater formed according to the method of claim 1 .