KR102664620B1 - 라우팅 레이어가 있는 다중-구역 받침대 히터 - Google Patents

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KR102664620B1
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스탠턴 홉킨스 브라이틀로
모하메드 노스라티
케빈 스미스
브리타니 필립스
켄 아메스
패트릭 마가비오
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Abstract

본 개시서는 2개 이상의 구역들을 갖는 저항 레이어, 라우팅 레이어 및 복수의 전도성 비아들을 포함하는 지지 부재를 포함하는 지지 받침대를 제공한다. 상기 저항 레이어와 상기 라우팅 레이어는 상기 지지 부재의 상이한 평면들에 배치되고 상기 복수의 비아에 의해 연결된다. 상기 저항 레이어의 구역들의 개수는 상기 라우팅 레이어에 연결된 와이어들의 개수 보다 크거나 같다. 라우팅 레이어는 라우팅 레이어의 중심 영역으로부터 연장되는 복수의 아암부들을 포함할 수 있다. 상기 지지 받침대는 라우팅 레이어와 동일한 평면을 따라 배치된 제2 저항 레이어를 더 포함할 수 있다.

Description

라우팅 레이어가 있는 다중-구역 받침대 히터
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "Multi-Zone Ceramic Pedestal"란 제목으로 2017년 11월 21일에 출원된 미국 가출원 제62/589,023호의 우선권을 주장하며, 상기 출원의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
발명의 기술분야
본 발명은 일반적으로 반도체 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼와 같은 기판을 지지하고 가열하기 위한 기판 지지 받침대에 관한 것이다.
이 섹션에서의 진술은 단지 본 개시서와 관련된 배경 정보를 제공할 뿐이며, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.
반도체 처리를 위한 받침대와 같은 웨이퍼 지지 조립체는 반도체 처리 챔버 내에 배치되며, 그리고 전형적으로 웨이퍼 지지부 및 웨이퍼 지지부의 중앙 영역에 고정되는 샤프트를 포함한다. 웨이퍼 지지부는 열을 생성하기 위한 저항 가열 요소(resistive heating element), 그리고 상기 저항 가열 요소를 외부 전원에 연결하기 위한 전기 터미네이션들(termination)을 포함할 수 있다. 전기 터미네이션들은 웨이퍼 지지부의 중심 영역에 인접하게 배치되고 샤프트에서 연장된다. 저항 가열 요소는 웨이퍼 지지부의 중앙 영역 외부에 배치되고, 그리고 일반적으로, 중심 샤프트 영역의 근처에는 전기 터미네이션들의 존재로 인해 저항 가열 요소가 없다. 결과적으로, 냉점(cold spot)은 일반적으로 중앙 영역에서 생성되고, 따라서 냉점의 면적을 감소시키기 위해 중앙 영역의 크기는 비교적 작게 만들어진다.
그러나, 중심 영역의 감소된 크기는 중심 영역에 배치될 수 있는 전기 터미네이션들의 수, 그리고 결과적으로 독립적으로 제어될 수 있는 가열 구역들의 수를 제한한다. 샤프트 영역에 근접한 받침대 및 저온 영역에 온도 감지 장치를 통합하는 복잡성으로 인해, 종래의 웨이퍼 지지 받침대는 일반적으로 하나 또는 두 개의 가열 구역만을 제공하도록 구성된다. 한정된 가열 구역을 갖는 경우, 웨이퍼 지지부의 국부 온도에 영향을 주기 위해 반도체 처리 챔버에 존재할 수 있는 다양한 요인들로 인해 웨이퍼 지지부에 걸친 소정의 가열 프로파일이 제공될 수 없다.
또한, 중앙 영역의 감소된 크기는 웨이퍼 지지부의 온도를 모니터링하는데 사용될 수 있는 온도 센서들의 수도 제한한다. 제한된 개수의 온도 센서들은 웨이퍼 지지부의 온도를 정확하게 모니터링할 수 없다. 따라서, 웨이퍼 지지부의 저항 가열 요소는 일반적으로 비율 제어(즉, 개방 루프)를 사용하여 작동된다.
본 개시서는 2개 이상의 구역들을 갖는 저항 레이어, 라우팅 레이어 및 복수의 전도성 비아들을 포함하는 지지 부재를 포함하는 지지 받침대를 제공한다. 상기 저항 레이어와 상기 라우팅 레이어는 상기 지지 부재의 상이한 평면들에 배치되고 상기 복수의 비아에 의해 연결된다. 상기 저항 레이어의 구역들의 개수는 상기 라우팅 레이어에 연결된 와이어들의 개수 보다 크거나 같다.
일 형태에서, 저항 레이어 및 라우팅 레이어는 지지 부재에 수직인 평면에 배치되고, 저항 레이어가 지지 부재의 중심 영역을 가로질러 연장되도록 중첩된다.
다른 형태에서, 지지 부재는 대향 표면들을 갖는 메인 기판을 포함한다. 저항 레이어 및 라우팅 레이어는 메인 기판의 대향 표면들 상에 배치되고, 그리고 복수의 전도성 비아들은 메인 기판을 통해 연장된다. 이 형태에서, 복수의 전도성 비아들은 대향 표면들에 수직으로 배치될 수 있다.
다른 형태에서, 저항 레이어는 복수의 가열 구역들을 정의하는 복수의 저항 가열 요소들을 포함하고, 상기 라우팅 레이어는 중심부 및 상기 중심부로부터 연장되는 복수의 아암부들을 포함한다. 상기 복수의 아암부들은 가열 구역들에 전기적으로 연결되고, 아암부들의 개수는 저항성 가열 요소들의 개수에 대응한다. 지지 부재는 라우팅 레이어의 중앙부에 연결된 복수의 전기 단자들을 더 포함할 수 있다.
또 다른 형태에서, 지지 부재는 상단면 및 하단면을 정의하는 메인 기판을 포함한다. 상기 메인 기판은 내부에 전도성 비아들을 수용하기 위한 복수의 비아 애퍼처들을 정의하고, 하단면에 개방된 복수의 블라인드 리세스들을 정의한다. 상기 복수의 전도성 비아들은 상기 메인 기판의 상단면으로부터 하단면으로 연장되고, 상기 메인 기판의 상단면 및 하단면과 동일 평면에 있다. 또한, 상기 블라인드 리세스들 내에 삽입된 전기 단자들이 제공될 수 있다. 상기 라우팅 레이어는 복수의 아암부들을 포함할 수 있는데, 각각의 아암부는 일단이 상기 전도성 비아들 중 한 쌍에 연결되고 타단이 상기 전기 단자들 중 한 쌍에 연결된다. 상기 전기 단자는 상기 메인 기판의 하단면과 동일 평면에 있을 수 있다.
또 다른 형태에서, 상기 지지 부재는 상단 레이어, 메인 기판 및 하단 레이어를 더 포함하고, 상기 저항 레이어는 상기 상단 레이어와 상기 메인 기판 사이에 배치되고, 상기 라우팅 레이어는 상기 메인 기판 및 상기 하단 레이어 사이에 배치된다.
다른 형태에서, 상기 지지 받침대는 상기 라우팅 레이어와 동일한 평면을 따라 배치된 제2 저항 레이어를 더 포함한다. 이 형태에서, 상기 라우팅 레이어는 상기 제2 저항 레이어보다 낮은 저항을 가지며, 그리고 상기 제2 저항 레이어의 일부와 중첩되거나 상기 제2 저항 레이어와 인접한다. 다른 형태에서, 상기 제2 저항 레이어 및 상기 라우팅 레이어와 동일한 평면을 따라 전이 트레이스(transition trace)가 배치되며, 상기 전이 트레이스의 저항은 상기 제2 저항 레이어의 저항보다 작거나 같다.
추가 형태에서, 상기 저항 레이어는 2-선식 히터 구성, 상기 저항 레이어를 외부 전원에 연결하기 위한 매트릭스 배선 구성 및 상기 저항 레이어를 외부 전원에 연결하기 위한 다중-병렬 배선 구성 중 하나 이상을 갖는다.
본 개시서는 복수의 가열 구역들을 정의하는 복수의 저항 가열 요소들, 중앙부 및 상기 중앙부로부터 연장되는 복수의 아암부들을 포함하는 라우팅 레이어, 상기 복수의 저항 가열 요소들 및 상기 라우팅 레이터 사이에 배치된 메인 기판, 그리고 상기 메인 기판을 통해 연장되고 상기 복수의 저항 가열 요소들에 연결된 복수 쌍의 전도성 비아들을 포함하는 지지 받침대를 더 제공한다. 각각의 아암부는 대응하는 쌍의 전도성 비아들에 연결되고, 그리고 상기 가열 구역들의 개수는 상기 라우팅 레이어에 연결된 와이어들의 개수보다 크거나 같다.
다양한 형태에서, 상기 저항 레이어의 가열 요소들로의 전력을 조정하기 위해 다수의 전력 변환기들을 포함하는 제어 시스템이 제공될 수 있다.
본 개시서는 제1 면 및 제2 면을 갖는 기판, 적어도 2 개의 구역들을 갖고 상기 기판의 제1 면에 배치되는 제1 저항 레이어, 적어도 2 개의 구역들을 갖고 상기 기판의 제2 면에 배치되는 제2 저항 레이어, 그리고 상기 제2 저항 레이어와 동일한 평면에 배치되는 라우팅 레이어를 포함하는 지지 받침대를 더 제공한다. 복수의 전도성 비아들은 상기 라우팅 레이어를 상기 제1 저항 레이어에 전기적으로 결합시킨다. 상기 제1 저항 레이어 및 상기 제2 저항 레이어 중 적어도 하나의 구역들의 개수는 상기 라우팅 레이어에 연결된 와이어들의 개수보다 크거나 같다.
추가의 적용 분야는 본원에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명 및 특정 예들은 단지 예시를 위한 것이며, 본 개시서의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 개시서는 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 교시에 따라 구성된 지지 받침대(support pedestal)의 평면도이다.
도 2는 도 1의 지지 받침대의 측면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 지지 받침대의 지지 부재의 분해도이다.
도 4는 도 3의 지지 부재의 전도성 비아의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 지지 부재의 전기 단자의 사시도이다.
도 6은 도 3의 지지 부재의 메인 기판의 상부 사시도이다.
도 7은 도 6의 메인 기판의 저면 사시도이다.
도 8은 도 3의 지지 부재의 메인 기판 및 복수의 전도성 비아의 상부 사시도이다.
도 9는 도 8의 A 부분을 확대한 단면도이며, 메인 기판의 비아 홀 내로 전도성 비아를 삽입한 것을 도시한다.
도 10은 도 3의 지지 부재의 메인 기판 상에 형성된 저항 레이어의 사시도이다.
도 11은 도 3의 지지 부재의 상단 레이어 및 메인 기판의 사시도이다.
도 12는 모놀리식 플레이트(monolithic plate)를 형성하기 위해 함께 결합되는 상단 레이어 및 메인 기판의 사시도이다.
도 13은 도 1의 지지 받침대의 단면도이다.
도 14는 도 13의 B 부분을 확대한 단면도이다.
도 15는 도 14의 C 부분의 확대 단면도이다.
도 16은 도 3의 지지 부재의 부분 단면도이며, 메인 기판에 삽입된 전도성 비아 및 2 개의 전기 단자들을 도시한다.
도 17은 도 16의 D 부분의 확대 단면도이다.
도 18은 도 3의 지지 부재의 개략도이며, 저항 레이어, 전도성 비아, 라우팅 레이어, 전기 단자들 및 전기 케이블들 간의 외부 전원으로의 연결을 도시한다.
도 19 및 도 20은 지지 부재의 변형예의 개략도이며, 도 19는 메인 기판, 저항 레이어 및 상단 레이어의 상부 사시도를 도시하며, 도 20은 메인 기판, 라우팅 레이어 및 하단 레이어의 저면 사시도를 도시한다.
도 21은 도 3의 지지 받침대의 저항 레이어를 제어하기 위한 배선 구조의 개략도이다.
도 22는 본 개시서의 교시에 따른 전력 변환기 시스템을 갖는 제어 시스템의 블록도이다.
도 23은 본 개시서의 교시에 따른 전력 변환기 시스템의 전력 변환기의 블록도이다.
도 24a, 도 24b, 도 24c 및 도 24d는 본 개시서의 교시에 따른 상이한 입력 조건들에 기초한 전력 변환기의 상이한 출력 전압들의 파형을 도시한다.
도 25는 본 개시서의 교시에 따른 두꺼운 라우팅 레이어를 위한 2-레이어 받침대를 도시한다.
도 26 및 도 27은 라우팅 레이어에 의해 야기되는 받침대의 열점을 도시한다.
도 28은 본 개시서의 교시에 따른 얇은 가열 레이어 및 두꺼운 라우팅 레이어 구성을 도시한다.
대응하는 참조번호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분들을 나타낸다.
다음의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 본 개시서, 응용 또는 사용을 제한하려는 것이 아니다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 지지 받침대(10)는 웨이퍼와 같은 가열 대상을 지지하고 가열하기 위해 반도체 처리 챔버에서 사용될 수 있다. 지지 받침대(10)는 지지 부재(12) 및 지지 부재(12)의 중앙 영역(15)에 부착된 관형 샤프트(14)를 포함한다. 지지 부재(12)는 그 위에 웨이퍼(미도시)와 같은 기판을 지지하기 위한 상단면(16) 및 관형 샤프트(14)가 부착되는 하단면(18)을 포함한다. 지지 받침대(10)는 지지 부재(12)에 내장된 적어도 하나의 전자 또는 전기 요소/레이어(24)(도 3에 도시됨)를 연결하기 위해 관형 샤프트(14)에 수용되고 외부 전원에 연결되는 복수의 전기 케이블들(20)을 더 포함한다. 전기 레이어(24)는 응용에 따라 저항 가열 레이어, 온도 센서, 정전기 척(ESC)용 전극, 또는 RF(Radio Frequency) 안테나 등일 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 지지 부재(12)는 퍼지 가스를 수용하기 위한 가스 도관 및 웨이퍼에 진공 클램핑을 제공하기 위한 진공 도관을 옵션으로 정의할 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 형태에서, 지지 부재 (12)는 일체형 구조를 형성하기 위해 적층되는 복수의 층을 포함한다. 복수의 레이어들은 상단 레이어(22), 열을 발생시키기 위한 저항 레이어(24), 메인 기판(26), 라우팅 레이어(28), 그리고 옵션으로 상부에서 하부로 배열된 하단 레이어(30)를 포함한다. 저항 레이어(24)와 라우팅 레이어(28)는 메인 기판(26)의 대향면들에 배치되고 상이한 평면들에 배치된다. 저항 레이어(24)는 독립적으로 제어 가능하고 복수의 가열 구역들을 정의하는 복수의 저항 가열 요소들(78)을 포함한다. 도 3에서, 6개의 저항 가열 요소들(78)은 6개의 저항 가열 구역들을 정의하는 것으로 도시되어 있다. 임의의 수의 저항 가열 요소들(78)이 본 개시서의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 또한, 본 개시서의 범위 내에서 복수의 기판들(26)이 사용될 수도 있다.
지지 부재(12)는 이러한 특정 다중-레이어 구조에 의해 제한되지 않으며, 지지 부재(12)는 본 개시서의 범위 내에 있으면서 추가 기능 레이어들(예를 들어, 결합 레이어(bonding layer), 유전체 레이어(dielectrci layer), 감지 레이어 및 보호 레이어 등)을 더 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 일 예에서, 지지 부재(12)는 처리 챔버에 의해 부과된 RF 플라즈마 또는 자기장을 보상하기 위해 접지 단자에 전기적으로 연결된 통합 무선 주파수(RF) 그리드 레이어를 더 포함한다. 대안적으로, 저항 레이어(24) 및/또는 라우팅 레이어(28)는 RF 그리드 레이어이다. 일반적으로, RF 그리드 레이어는 처리 챔버에 의해 부과된 RF 플라즈마 또는 자기장을 접지 단자를 통해 지향시키고 히터 및 센서 장치들을 차폐하고 보호하기 위한 안테나로서 사용된다.
지지 부재(12)는 지지 부재(12)에 수직인 평면(N)에 배치된 복수의 전도성 비아들(32)(단 하나만 도 3에 도시됨) 및 복수의 전기 단자들(34)(단 하나만 도 3에 도시됨)을 더 포함한다. 복수의 전도성 비아들(32)은 메인 기판(26)을 통해 연장되고 메인 기판(26)의 대향 측면들/표면들 상에 배치된 저항 레이어(24) 및 라우팅 레이어(28)를 연결한다. 복수의 전기 단자들(34)은 메인 기판(26)의 측면/표면에 인접하게 배치되며, 여기서, 라우팅 레이어(28)는 라우팅 레이어(28)를 전기 케이블들(20)에 연결하도록 배치되며, 전기 케이블들(20)은 중앙 영역(15)에 배치되어, 외부 전원(미도시)에 연결된다.
라우팅 레이어(28)는 중앙부(80) 및 대응하는 한 쌍의 전도성 비아들(32)과 맞물리도록 그리고 결과적으로 대응하는 저항 가열 요소(78)와 맞물리도록 실질적으로 반경 방향으로 중앙부(80)로부터 연장되는 복수의 아암부들(82)을 포함하도록 구성될 수 있다. 이 형태에서, 라우팅 레이어(28)의 각각의 아암부(82)는 저항성 레이어(24)의 대응하는 가열 구역을 제어하기 위해 대응하는 한 쌍의 전기 단자들(34)을 대응하는 한 쌍의 전도성 비아들(32)에 연결하기 위한 라우팅 회로이다.
도 3은 저항 레이어(24)가 6개의 독립적으로 제어되는 저항 가열 요소들(78)을 포함하고 라우팅 레이어(28)가 6개의 아암부들(82)을 포함하는 것을 도시한다. 저항 레이어(24)는 본 개시서의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 수의 저항 가열 요소들(78) 및 저항 가열 구역들을 가질 수 있다. 라우팅 레이어(28)의 아암부들(82)의 수 및 전도성 비아들(32)의 수 및 전기 단자들(34)의 수는 저항 가열 요소들(78) 및 가열 구역들의 수에 의존한다. 저항 레이어(24)가 (n개의) 가열 구역들을 한정하는 (n개의) 저항 가열 요소들(78)을 포함하는 경우, (2n개의) 전도성 비아들(32) 및 (2n개의) 전기 단자들(34)은 라우팅 레이어(28)의 (n개의) 아암부들(82)을 통해, (n개의) 저항 가열 요소들(78)을 외부 전원에 연결하기 위해 제공되며, 이 때, 각각의 아암부(82)는 라우팅 회로이다.
저항 레이어(24)와 라우팅 레이어(28)는 메인 기판(26)의 반대측들(예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 메인 기판(26)의 상단면(60)과 하단면(62))에 배치되며, 이로써, 저항 레이어(24)와 라우팅 레이어(28)는 지지 부재(12)에 수직인 평면(N)에 수직으로 위치된다. 이 구성에서, 라우팅 레이어(28)는 저항 레이어(24)와 중첩하고, 전기 단자들(34)이 중앙 영역(15)에 배치되어 있음에도 불구하고 저항 레이어(24)가 지지 부재(12)의 중앙 영역(15)을 가로질러 연장할 수 있게 하여, 중앙 영역(15)의 냉점들을 상당히 감소 또는 제거할 수 있다.
상단 레이어(22), 메인 기판(26) 및 하단 레이어(30)는 질화 알루미늄(AlN)과 같은 세라믹 재료로 만들어질 수 있으며, 소결되거나 기계 가공된 세라믹 플레이트의 형태일 수 있다. 복수의 전도성 비아들(32)은 단일 전도성 핀의 형태일 수 있거나 다수의 피스들을 갖도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 형태에서, 복수의 전도성 비아들(32)은 각각 비아 헤드(36) 및 비아 베이스(38)를 포함한다. 비아 헤드(36)는 확대된 헤드 부분(40) 및 확대된 헤드 부분(40)에 부착된 원통형 부분(42)을 포함한다. 비아 베이스(38)는 확대된 하단 부분(46) 및 확대된 하단 부분(46)에 부착된 관형부(44)를 포함한다. 비아 베이스(38)는 비아 헤드(36)의 원통형 부분(42)을 수용하기 위해 길이를 따라 연장되는 쓰루 홀(through hole)(50)을 형성한다. 비아 베이스(38)의 확대된 하단 부분(46)은 라우팅 레이어(28)를 전도성 비아(32)에 고정시키는 것을 돕기 위해 한 쌍의 컷아웃들(48)을 형성한다. 전도성 비아(32)는 각각 상단면(70) 및 하단면(72)을 포함한다.
도 5를 참조하면, 전기 단자(34)는 상부 부분(52) 및 하부 확대 부분(54)을 포함한다. 전기 단자(34)는 대응하는 전기 케이블(20)의 단자 단부(92)(도 14에 도시됨)를 수용하기 위한 삽입 홀(56)을 정의하는 소켓 형태일 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 메인 기판(26)은 상단면(60), 하단면(62), 복수의 전도성 비아들(32)을 수용하기 위해 메인 기판(26)을 통해 연장되는 복수의 비아 애퍼처들(64), 복수의 전기 단자들(34)을 수용하기 위해 하단면(62)에 개방된 복수의 블라인드 리세스들(66) 및 복수의 정렬 홀들(68)을 포함한다. 비아 애퍼처들(64)의 개수는 전도성 비아들(32)의 개수에 대응한다. 블라인드 리세스들(66)의 수는 전기 단자들(34)의 수에 대응한다. 도 3에 명확하게 도시된 바와 같이, 상단 레이어(22) 및 하단 레이어(30)는 또한 상단 레이어(22), 메인 기판(26) 및 하단 레이어(30)가 하나의 통합 장치에 결합 또는 소결될 때 이러한 레이어들의 정렬을 용이하게 하기 위해 메인 기판(26)의 정렬 홀들(68)과 정렬된 대응하는 정렬 홀들(68)을 갖는다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 복수의 비아 애퍼처들(64)은 복수의 전도성 비아들(32)을 수용하도록 구성되며, 여기서, 전도성 비아(32)의 상단면(70) 및 하단면(72)(보다 구체적으로, 비아 헤드들(36)의 상단면(70) 및 비아베이스(38)의 하단면(72))은 각각 메인 기판(26)의 상단면(60) 및 하단면(62)과 동일 평면에 있다. 12개의 전도성 비아들(32)을 수용하기 위해 12개의 비아 애퍼처들(64)이 도 8에 도시되어 있다. 비아 헤드(36)는 스레드 연결(threaded connection), 마찰 끼워 맞춤, 용융 브레이징(fusion brazing) 및 소결을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 종래의 고정 방법에 의해 비아베이스(38)에 고정될 수 있다. 이러한 비아의 소결에 관한 추가 정보는 "Dual-purpose vias for use in ceramic pedestals"이라는 제목으로 출원인이 동시에 출원한 동시 출원서에 개시되어있으며, 이 출원은 본 발명과 함께 공통으로 소유되고 그 내용 전체가 본원에 참조로 포함된다. 지지 부재(12)의 중앙 영역(15)에는 블라인드 리세스들(66), 전기 단자들(34) 및 라우팅 레이어(28)의 중앙 부분(80)이 배치된다.
비록 비아 애퍼처들(64)이 메인 기판(26)을 통해 (예를 들어, 상단면(60)으로부터 하단면(62)으로) 완전히 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 비아 애퍼처들(64)은 메인 기판(26) 내로 부분적으로만 연장될 수 있으며, 이로써 여전히 본 발명의 범위 내에 있으면서 각각의 비아 애퍼처(64)는 메인 기판(26)의 상단면(60) 또는 하단면(62)에만 개방된다는 것이 이해되어야 한다.
도 10을 참조하면, 저항 레이어(24)는 상단 레이어(22)와 메인 기판(26) 사이에 배치되고, 예를 들어 물리 기상 증착(PVD), 스퍼터링, 얇은 포일(thin foil) 또는 당업계에 공지된 임의의 방법들에 의해 메인 기판(26)의 상단면(60) 상에 형성될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 저항 레이어(24)가 메인 기판(26)의 상단면(60) 상에 형성된 후에, 상단 레이어(22)는 저항 레이어(24)를 캡슐화하기 위해 그리고 알루미늄 질화물(AlN) 모놀리식 구조를 생성하기 위해 열간 가압된 확산-결합(hot pressed diffusion-bonding)에 의해 메인 기판(26)의 상단면(60)에 결합될 수 있다. 옵션으로, 하단 레이어(30)는 또한 동일한 단계 또는 다른 단계에서 메인 기판(26)의 하단면(62)에 결합될 수 있으며, 라우팅 레이어(28)는 메인 기판(26)과 하단 레이어(30) 사이에 배치되어, 상단 레이어(22), 저항 레이어(24), 메인 기판(26), 라우팅 레이어(28) 및 하단 레이어(30)를 함께 결합한다. 유사하게, 라우팅 레이어(28)는 PVD, 스퍼터링, 얇은 포일 또는 임의의 다른 종래의 방법에 의해 메인 기판(26)의 하단면(62) 상에 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 관형 샤프트(14)는 지지 부재(12)에 연결되고 복수의 전기 케이블들(20)이 배치되는 수용 공간(90)을 정의한다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 복수의 블라인드 리세스들(66)은 메인 기판(26)의 하단면(62)으로부터 리세스되어 복수의 전기 단자들(34)을 수용한다. 하단 레이어(30)는 복수의 블라인드 리세스들(66)과 정렬되는 복수의 쓰루 홀들(98)을 포함한다. 전기 케이블들(20) 각각은 하단 레이어(30)의 쓰루 홀들(98)을 통해 그리고 메인 기판(26)의 블라인드 리세스들(66)에 수용된 전기 단자들(34)의 삽입 홀(56)로 삽입된 단자 단부(92)를 가져서, 전기 케이블(20) 및 전기 단자들(34) 간의 전기적 및 물리적 연결을 확립한다. 전기 케이블들(20)의 단자 단부들(92)은 본원에 개시된 방법에 제한되지 않고 임의의 종래의 방법을 사용하여 전기 단자들(34)에 연결될 수 있는 것으로 이해된다.
도 18을 참조하면, 저항 레이어(24)는 복수의 저항 가열 요소들(78)을 포함하고 라우팅 레이어(28) 위에 배치된다. 저항 레이어(24)와 라우팅 레이어(28)는 지지 부재(12)의 상이한 평면들에 배치된다. 따라서, 저항 레이어(24)는 지지 부재(12)의 중앙 영역(15)을 가로질러 연장되어 중앙 영역(15)의 냉점을 감소시킬 수 있다. 저항 레이어(24)와 라우팅 레이어(28)가 상이한 평면들에 있는 경우, 저항 가열 요소들(78)은 각각 지지 부재(12)에 수직인 평면(N)에 배치된 대응하는 한 쌍의 전도성 비아들(32)에 의해 라우팅 레이어(28)의 대응 아암부(82)에 연결된다. 라우팅 레이어(28)의 각각의 아암부들(82)은 저항 가열 요소(78)를 지지 부재(12)의 중앙 영역(15)에 배치된 한 쌍의 전기 단자들(34)에 연결하기 위한 라우팅 회로이다. 전기 단자들(34)은 전기 케이블들(20)에 연결되고, 전기 케이블들(20)은 외부 전원에 연결된다.
또한, 상이한 평면들에 저항 레이어(24)와 라우팅 레이어(28)를 사용하여, 저항 레이어(24)는 라우팅 레이어(28)와 중첩되도록 구성될 수 있어, 저항 레이어(24)에 이용 가능한 더 많은 커버리지 영역들을 초래한다. 이와 같이, 지지 부재(12)는 전력을 세라믹 기판 내로 분배하는 다수의 가열 구역을 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 복수의 가열 구역을 갖는 저항 레이어(24)는 저항 가열 요소들(78)의 저항 변화를 사용함으로써 온도 센서들로서 사용될 수 있다. 따라서, 지지 부재(12)의 배선 구조가 단순화될 수 있으며, 이는 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 지지 부재의 변형예는 메인 기판이 그 안에 저항 레이어 및 라우팅 레이어를 수용하기 위한 트렌치들을 갖는 것을 제외하고는 도 3의 지지 부재(12)와 유사한 구조를 갖는다. 예로서, 지지 부재는 다마신(damascene) 제조 공정에 의해 형성될 수 있다. 다마신 공정에서, 메인 기판은 유전체 레이어를 포함하고, 이 레이어는 금속 레이어의 형상을 갖는 트렌치를 형성하도록 패터닝되고, 이어서 트렌치 내에 금속 레이어를 형성한다. 다마신 공정은 포토레지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 금속 패턴이 메인 기판 상에 먼저 형성된 다음, 금속 패턴 주위에 유전체 재료를 인쇄 또는 증착하여 평면 표면을 형성하는 포토리소그래피 방법과 반대된다.
보다 구체적으로, 지지 부재(120)는 위에서 아래로 순서대로 배열된 상단 레이어(122), 저항 레이어(124), 메인 기판(126), 라우팅 레이어(128) 및 하단층(130)을 포함한다. 메인 기판(126)은 대향하는 상단면(132) 및 하단면(134)을 갖는다. 상단면(132)은 내부에 저항 레이어(124)를 수용하기 위한 저항 레이어(124)의 형상에 대응하는 형상을 갖는 제1 트렌치(136)를 정의한다. 메인 기판(126)의 하단면(134)은 내부에 라우팅 레이어(128)를 수용하기 위한 라우팅 레이어(128)의 형상에 대응하는 형상을 갖는 제2 트렌치(138)를 정의한다. 저항 레이어(124) 및 라우팅 레이어(128)는 제1 트렌치(136) 및 제2 트렌치(138) 각각에 하나 이상의 금속 재료를 증착함으로써 제1 트렌치(136) 및 제2 트렌치(138)에 각각 형성될 수 있다. 대안적으로, 저항 레이어(124) 및 라우팅 레이어(128)는 원하는 형상/패턴을 갖는 금속 시트의 형태일 수 있고 제1 트렌치(136) 및 제2 트렌치(138)에 배치된다.
도 3의 지지 부재(12)와 같이, 지지 부재(120)는 지지 부재(120)에 평행한 방향(N)을 따라 한 형태로 연장되고 메인 기판(126)을 통해 대응하는 비아 공동들(도시되지 않음)에 배치되는 복수의 전도성 비아들(140)을 포함한다. 유사하게, 전기 단자들(142)은 라우팅 레이어(128)를 전기 케이블들(도 19 및 도 20에 도시되지 않음)에 연결하기 위해 메인 기판(126)의 하단면(134)에 형성된다.
상단 레이어(122), 메인 기판(126) 및 하단 레이어(130)는 질화 알루미늄(즉, 알루미나)과 같은 세라믹 재료로 만들어진다. 상단 레이어(122), 메인 기판(126) 및 하단 레이어(130)는 각각 그린 세라믹 플레이트(green ceramic plate)일 수 있고, 예를 들어 열간 가압(hot pressing)의해 함께 소결되어, 저항성 레이어(124) 및 라우팅 레이어(128)를 캡슐화하기 위한 모놀리식 세라믹 기판을 형성할 수있다.
대안적으로, 상단 레이어(122), 메인 기판(126) 및 하단 레이어(130)는 가공된 세라믹 플레이트들이며, 소결 공정없이 열 결합 및 확산 결합과 같은 임의의 통상적인 결합 방법들에 의해 함께 결합된다. 대안적으로, 상단 레이어(122), 메인 기판(126) 및 하단 레이어(130) 중 하나 이상은 소결전 상태(green state)인 반면, 다른 하나는 기계 가공된 플레이트이다. 가공된 플레이트는 열간 압축된 확산 결합에 의해 소결된 구조물에 결합되어 그린 플레이트들 및 소결된 확산 결합 둘 다를 포함하는 하이브리드 구조물을 형성할 수 있다.
본 개시서의 지지 부재들(12, 120)에서, 도면에 특별히 기술되고 도시되지는 않았지만, 하나 이상의 유전체 레이어들은 상단 레이어, 메인 기판 및 하단 레이어의 표면들 상에 형성되어 저항 레이어 및 라우팅 레이어를 절연시키거나, 본 개시서의 범위를 벗어나지 않으면서 저항 레이어와 라우팅 레이어의 메인 기판으로의 결합을 용이하게 할 수 있다. 상이한 평면에서 저항 가열 레이어 및 라우팅 레이어가 연결될 수 있고 라우팅 레이어가 전기 케이블에 올바르게 연결될 수 있는 한, 복수의 전도성 비아들 및 전기 단자들은 지지 부재에 수직인 평면(N)에서 또는 수직 평면(N)에 대해 비스듬히 연장되도록 배열될 수 있다.
도 21을 참조하면, 다수의 가열 구역들을 갖는 저항 레이어(24, 124)를 제어하기 위한 제어 시스템이 설명된다. 지지 부재(12, 120)는 추가적인 센서들없이 모든 가열 구역들을 제어하기 위해 ATS(Adaptive Thermal System) 기술을 사용하여 폐쇄 루프 제어를 사용하여 제어 시스템에 연결될 수 있다. 적응형 열 시스템은 히터 설계와 제어 시스템을 결합하여 차별화된 폐쇄 루프 제어를 제공하면서 시스템 통합을 단순화한다. 저항 레이어(24, 124)의 저항 가열 요소들(78)은 몰리브덴, 티타늄, 니켈과 같은 비교적 높은 저항 온도 계수(TCR)를 갖는 물질을 포함하며, 이로써, 저항 레이어(24, 124) 자체는 저항 가열 회로들의 저항 변화에 기초하여 온도 정보를 제공하는 센서로서 사용될 수도 있다.
즉, 저항 가열 요소들(78)의 온도는 비교적 높은 저항 온도 계수를 갖는 저항 가열 요소의 저항 변화를 통해 추론된다. 따라서, 열전대와 같은 추가 온도 센서가 필요하지 않으므로, 지지 받침대(10)의 배선 연결이 단순화된다. 열전대 대신 저항 가열 요소들(78)을 사용하면, 여러 가열 구역들에서 더 나은 온도 피드백 및 폐쇄 루프 제어를 제공하여 고온에서 세라믹 파손 위험을 줄일 수 있다. 이 "2선식(two-wire)" 구성의 다양한 형태가 아래에 보다 상세하게 기술되어 있다.
또한, 매트릭스 및 다중-병렬 배선 토폴로지들은 맞춤형 제어 알고리즘들과 통합된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 저항 가열 요소들(78) 및 저항 가열 요소들(78)을 외부 전원에 연결하기 위한 배선은 모든 쌍의 와이어들(150)이 그들 사이에 접속된 저항 가열 요소(78)를 갖도록 배열된다. 이러한 배선 배열은 "System and Method for Controlling a Thermal Array"란 제목의 미국 특허 출원 제9,123,755호 및 관련 특허들/출원들에 기술되어 있으며, 이들은 본 출원과 공통으로 양도되며 그리고 이들의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 배선 배열은 지지 부재(12, 120)의 특정 영역들에서의 온도가 너무 높아서 임계 온도를 초과할 때 지지 부재(12, 120)의 세라믹 재료가 파손되는 것을 방지하기 위해 모든 저항 가열 요소들(78)의 동시 전력 제어 및 온도 감지를 허용한다. 또한, 제어 방식은 지지 받침대(10)의 더 나은 열 성능을 달성하기 위해 더 나은 제어를 갖는 더 적은 배선의 사용을 허용한다. 예를 들어, 한 형태에서, 본 명세서에 기술된 배선 토폴로지를 사용하여 연결될 수 있는 히터들의 수는 n(n-1)/2와 동일하고, 여기서 n은 와이어의 수이다. 따라서, 히터들/구역들의 수는 일반적으로 와이어 수와 같거나 그보다 많다.
본 개시의 일 형태에서, 저항 레이어(24)의 저항 가열 요소들(78)은 열을 생성하고 요소의 온도를 검출하기 위해 사용된다. 즉, 저항성 가열 요소들(78)은 "2선식" 가열 요소들로서, 이들은 히터들로서 기능하고 그리고 4개(예를 들어, 가열 요소를 위해 2개 그리고 개별 온도 센서들을 위해 2 개)가 아닌 가열 요소에 작동 가능하게 연결된 2 개의 리드 와이어만을 갖는 온도 센서들로서 기능한다. 이러한 2선식 기능은 예를 들어 본 출원과 공동으로 양도되고 그 전체가 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제7,196,295호에 개시되어 있다.
일반적으로, 제1 리드 와이어 및 제2 리드 와이어와 통신하는 제어 시스템은 2개의 리드 와이어들 사이의 전압 변화를 측정하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 제어 시스템은 리드 와이어들에 걸친 밀리 볼트(mV) 변화를 측정한 다음, 이러한 전압 변화를 사용하여 저항 가열 요소의 평균 온도를 계산한다. 일 형태에서, 제어 시스템은 저항 가열 요소에 대한 전력을 차단하지 않고 전압 변화를 측정할 수 있다. 이것은 예를 들어 AC 입력 전력 신호의 제로 크로싱에서 판독함으로써 달성될 수 있다. 다른 형태에서, 전력이 차단되고 제어 시스템은 가열 모드에서 측정 모드로 전환하여 전압 변화를 측정한다. 평균 온도가 결정되면, 제어 시스템은 가열 모드로 다시 전환된다.
동일한 전력 공급이 가열 요소들에 적용되더라도 저항 레이어의 상이한 가열 요소들은 동일한 속도로 가열되지 않을 수 있다. 이는 히트 싱크(heat sink)들에 대한 가열 요소들의 위치들 및 가열 구역의 제조 불균일성과 같은 다양한 요인에 의해 발생할 수 있다. 인접한 가열 구역들 사이에서 상당한 온도 차이가 발생하는 경우, 인접한 가열 구역들에서의 열 팽창의 상당한 차이로 인한 유도된 열역학적 응력은 가열 플레이트의 세라믹 기판에 균열을 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태에서, 제어 시스템은 저항 레이어에 인가되는 전력을 조정하기 위한 하나 이상의 전력 변환기들을 갖는 전력 변환 시스템을 포함한다.
도 22를 참조하면, 제어 시스템은 제어기(200) 및 복수의 전력 변환기들(204)을 포함하는 전력 변환기 시스템(202)을 포함한다. 하나 이상의 전력 변환기들(204)은 지지 받침대(206)의 저항 레이어의 가열 요소들에 연결된다. 각각의 전력 변환기(204)는 전원(208)으로부터의 입력 전압(VIN)을, 가열 요소들에 인가되는 출력 전압(VOUT))으로 조정하도록 동작 가능하고, 여기서 출력 전압은 입력 전압 이하이다.
도 23을 참조하면, 주어진 전력 변환기(204)는 구동기 회로(232) 및 전계 효과 트랜지스터인 제어 스위치(236)를 갖는 벅 변환기(234)를 포함한다. 구동기 회로(232)는 제어기(200)로부터의 입력 신호에 기초하여 제어 스위치(236)를 동작시킨다.
일반적으로, 강압 전압 변환기인 벅 변환기(234)는 전원(208)으로부터의 전압을 감소시키도록 동작 가능하다. 구체적으로, 전원(208)(예를 들어, 208 VAC)으로부터의 AC 전압은 벅 변환기(234)에 의해 수신되는 DC 전압으로 정류된다. 제어 스위치(236)의 동작에 기초하여, 벅 변환기(234)는 전압을 감소시키고 전원(208)으로부터의 전류를 증가시키고 조정된 전압 및 전류를 각각의 가열 요소들에 인가한다. 제어 스위치의 전도율은 출력 전압의 진폭을 제어하여, 제어 스위치의 낮은 전도율은 낮은 진폭 출력 전압을 출력하고 제어 스위치의 높은 전도율은 높은 진폭 출력 전압을 출력한다. 전압 리플을 감소시키기 위해, 커패시터들로 만들어진 필터들 또는 커패시터와 인덕터의 조합으로 만들어진 필터들은 벅 변환기(234)의 출력 및/또는 입력에 추가된다. 전력 변환 시스템에 관한 추가 정보는, "POWER CONVERTER FOR A THERMAL SYSTEM"란 제목으로 2017년 6월 15일자로 출원된 출원인의 동시 계류중인 미국 출원 제15/624,060호에 공개되어있으며, 이 출원은 본 출원과 공통으로 소유되며, 그리고 이 출원의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
제어기(200)는 마이크로 프로세서 및 메모리를 포함하는 전자 장치를 포함하고, 전력 변환기 시스템(202)에 의해 저항 가열 요소들에 공급되는 전력을 제어하도록 구성된다. 제어기(200)는 받침대의 가열 요소들로부터의 피드백 데이터 및 사전 저장된 제어 알고리즘들 및/또는 프로세스들에 기초하여 가열기 소자들에 인가된 전압을 조정하기 위해 전력 변환기 시스템(202)을 작동시킨다. 피드백 정보는 저항, 부하 전류 및/또는 전압 중 적어도 하나를 포함한다. 부하 전류 및/또는 전압은 센서 회로(238)에 의해 검출될 수 있다.
본 개시서의 한 형태에서, 전원(208)으로부터의 입력 전압은, 본 출원과 공동으로 양도되고 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제7,257,464호 및 제8,423,193호에 개시된 것과 같이, 스케일링 계수를 사용하여 스케일링된다. 사전 설정된 사용자 값에 기초하여 입력 전압이 스케일링될 수 있다. 사전 설정된 사용자 값은 최대 전압 출력 레벨 및 최대 전력 출력 레벨 중 하나이거나 일반적으로 전류, 전압 또는 전력량(wattage)일 수 있다. 전류는 전압을 스케일링하고 히터에 전력을 제공하는 동시에 측정된다. 스케일링은 램프-업 동안 히터 특성을 검출하기 위한 점진적 램프-업을 포함한다.
본 개시서의 하나 이상의 형태에서, 제어기(200)는 센서 회로(238)로부터의 데이터에 기초하여, 그리고 히터 유형, 개방형 히터(open heater), 단락 히터(shorted heater), 시동, 예열(warm-up), 정상 상태(stead-state) 및/또는 히터 온도와 같은 가열 요소의 작동 상태에 기초하여 주어진 전력 변환기(204)의 원하는 출력 전압을 결정한다. 이 예에서, 제어기는 히터의 가열 요소들의 온도에 기초하여 전압을 조정하기 위해 전력 변환기를 작동시키도록 구성되며, 이로써, 주어진 전력 변환기로부터의 전력은 각각의 가열 요소들의 온도 변화와 일치하게 된다. 다른 형태에서, 제어기는 선택된 듀티 사이클에서 제어 스위치를 스위칭하며, 듀티 사이클은 가열 요소들의 작동 모드에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 도 24a 내지 도 24d는 각각 시동 모드, 예열 모드, 정상 상태 모드 및 교란(disturbance) 중에 히터의 하나 이상의 가열 요소들에 전력을 제공하는 전력 변환기의 출력 전압 파형을 도시한다. 도시된 바와 같이, 가열 요소들에 적용되는 전압 파형들은 상이하다. 전압은 가열 요소들의 저항, 가열 요소들을 통해 흐르는 전류 및 가열 요소들의 온도에 따라 달라진다. 온도가 상대적으로 낮은 시동 및 예열시, 전압은 상대적으로 작은 진폭을 가지므로, 전력량이 상대적으로 낮다. 온도가 상대적으로 높을 때 정상 상태 및 교란/서지 동안, 전압의 진폭이 증가하여 전력량이 증가한다. 이러한 제어 체계에 관한 추가 정보는 "SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING POWER TO A HEATER"란 제목으로 2017년 8월 10일에 출원된 출원인의 동시 계류중인 임시 출원 U.S. No.62/543,457에 공개되어 있으며, 이 출원은 본 출원과 공동으로 소유되고, 그 내용 전체가 본원에 참고로 포함된다.
전력 변환기 시스템(202)을 구비함으로써, 제어 시스템은 가열 요소들, 그리고 그에 따라 히터의 정확하고 보다 안전한 제어를 위해 가열 요소들에 대한 전력을 변화시킨다. 예를 들어, 피크 전류를 최소화하기 위해 하나 이상의 가열 요소들에 더 낮은 전력이 공급될 수 있거나, 가열 플레이트의 기판에서 열 균열을 방지하기 위해 가열의 초기 단계에서 그리고 셧다운 동안 제공될 수 있다. 제어기(200)는 상이한 전압을 출력하도록 전력 변환기 시스템(202)을 제어하고, 따라서 개별 가열 구역들의 온도를 제어한다. 따라서, 제어 시스템은 상이한 구역들 간의 온도 차이를 조정하여 받침대의 히터 전체에 걸쳐 균일한 온도를 제공한다.
전술한 바와 같이, 라우팅 레이어(28, 128)는 저항 가열 요소들(78)을 전기 단자들(34, 142)에 전기적으로 연결하여 저항 가열 요소들(78)에 전력을 공급하도록 구성된다. 이상적인 구현에서, 라우팅 레이어(28, 128)는 지지 부재(12, 122)의 열 프로파일에 영향을 미치지 않도록 가능한 한 적은 열을 방출한다. 그러나, 일부 구현들에서, 라우팅 레이어(28, 128)는 라우팅 레이어(28, 128)의 표면을 따라 "열점(hot spot)"을 야기할 수 있는 열을 생성할 수 있으며, 이는 세라믹 받침대를 따라 열점으로 변환될 수 있다.
예를 들어, 도 25는 제1 저항 레이어(252), 라우팅 레이어(256) 및 제2 저항 레이어(258)를 갖는 2-레이어 받침대를 도시한다. 이 예에서, 제1 저항 레이어(252)는 메인 기판(254) 상에 배치된 상단 가열 레이어이고, 제2 저항 레이어(258)는 기판(254)의 하단면 상에 배치된 하단 가열 레이어이다. 상단 가열 레이어(252)는 4개의 외부 사분면 형상 구역, 중간 와셔 형상 구역 및 내부 디스크 형상 구역을 갖는 6-구역 히터이다. 하단 가열 레이어(258)는 4 개의 외부 사분면 형상 구역들을 갖는 4-구역 히터이다. 라우팅 레이어(256)는 메인 기판(254)의 중앙 영역 사이에서 하단 가열 레이어(258)까지 연장되고, 하단 가열 레이어(258)와 동일한 평면 상에 있다. 라우팅 레이어(256)는 비아를 통해 상단 가열 레이어(252)에 그리고 회로 트레이스를 통해 하단 가열 레이어(258)에 전기적으로 결합된다. 전술한 배선 토폴로지를 사용하여, 한 형태에서, 상단 가열 레이어(252) 및/또는 하단 가열 레이어(258)의 구역들의 수는 라우팅 층에 결합된 와이어의 수보다 크거나 같다.
일반적으로, 가열 레이어의 회로 트레이스는 필요한 저항을 생성하여 필요한 전력량을 생성하기 위해 매우 얇다(예를 들어, 1-2 mm). 그러나, 라우팅 레이어(256)의 경우, 얇은 트레이스는 라우팅 레이어(256)에 의해 전달되는 전류 밀도로 인해 너무 많은 열을 발생시키므로, 열 프로파일에서 열점을 야기한다. 예를 들어, 도 26 및 도 27을 참조하면, 얇은 라우팅 레이어 트레이스를 갖는 지지 부재의 받침대면의 예상 열 프로파일은 구역 1 및 구역 2 아래의 라우팅 레이어에 의해 야기되는 열점(260)을 포함한다.
도 25 및 도 28을 참조하면, 라우팅 레이어(256)로 인한 받침대 표면에 걸친 열점(260) 및 변화된 온도를 처리하기 위해, 라우팅 레이어(256)의 두께는 증가되는 반면, 하단 가열 레이어(258)의 두께는 얇다. 예를 들어, 본 개시서의 일 형태에서, 라우팅 레이어(256)는 2개의 레이어 트레이스들(즉, 포일(foil))에 의해 형성된다. 구체적으로, 도 28의 (A)에서, 제1 트레이스(282)는 제1 두께(예를 들어, 2mm)에서 하단 가열 레이어(258) 및 라우팅 레이어(256)를 형성하고, 그리고 제2 두께(예를 들어, 5mm)를 갖는 제2 트레이스(284)는 라우팅 레이어(256)를 형성하는 영역들에서 제1 트레이스(282)의 상단에 적층된다. 따라서, 하단 가열 레이어(258)는 필요한 열을 발생시키기 위해 얇은 두께(예를 들어, 2mm)를 가지며, 라우팅 레이어(256)는 전류가 라우팅 레이어(256)를 통해 흐를 때 열 발생을 상당히 감소시키거나 방지하기 위해 두꺼운 두께(예를 들어, 7mm)를 갖는다.
본 개시서의 다른 형태에서, 라우팅 레이어(256) 및 하단 가열 레이어(258)는 가열 레이어(258)와 라우팅 레이어(256)를 연결하는 전이 트레이스(transition trace)를 갖는 2개의 상이한 트레이스들에 의해 형성된다. 구체적으로, 도 28의 (B)에서, 제1 두께(예를 들어, 2mm)를 갖는 제1 트레이스(286)는 하단 가열 레이어(258)를 형성하고, 제1 두께보다 큰 제 2 두께(예를 들어, 5mm)를 갖는 제2 트레이스(288)는 라우팅 레이어(256)를 형성한다. 제1 두께 이상의 두께(예를 들어, 7mm)를 갖는 전이 트레이스(281)는 가열 레이어(258)와 라우팅 레이어(256)를 전기적으로 결합시키는 전이 영역을 형성한다. (A)의 구성과 유사하게, 가열 레이어(258)는 두께가 얇고 라우팅 레이어(256)는 두께가 굵다.
본 개시서의 지지 받침대(10)는 모든 기능성 레이어들을 소결전 상태로 만들고 핫 프레스 공정(hot press process)으로 모든 기능성 레이어들을 결합하는 이점을 갖는다. 레이어들 중 일부는 소결된 상태일 수 있고 확산 결합에 의해 결합된다. 따라서, 지지 부재(12, 120)는 소결전 상태와 소결 결합(sintered bond)의 혼합일 수 있다. 이중 다마신 박막 공정은 저항 레이어(24, 124, 252) 및 라우팅 레이어(28, 128, 256)를 형성하는데 사용될 수 있다. 저항 레이어(24, 124, 252) 및 라우팅 레이어(28, 128, 256)는 상이한 평면들 상에 제공되고 전도성 비아들(32, 132) 및 전기 단자들(34, 142)은 저항 레이어(24, 124, 252)와 라우팅 레이어(28, 128, 256)를 전기 케이블들(20)에 연결한 다음, 외부 전원에 연결함으로써, 관형 샤프트(14)의 전기 케이블들(20)로의 저항성 레이어(24, 124, 252)의 연결을 단순화시킨다. 단자 연결이 단순화되면, 더 많은 가열 회로들이 형성될 수 있고, 따라서 가열 회로가 전기 케이블(20)에 연결되는 것에 의해 제한되지 않고 더 많은 가열 구역들이 지지 부재(12, 120)에 제공될 수 있다.
지지 받침대(10)가 반도체 처리에 사용되는 것으로 설명되었지만, 관형 샤프트(14)가 없는 지지 부재(12)만이 일반적인 가열 목적으로 히터를 형성하도록 사용되도록 지지 받침대(10)가 변경될 수 있음을 이해해야 한다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 정전 척, 냉각 채널, RF 안테나 및 전자/고체 상태 장치들과 같은 다른 구조들이 지지 받침대(10)에 통합될 수 있음을 이해해야한다.
본 개시서는 예로서 기술되고 예시된 다양한 형태로 제한되지 않음에 유의해야 한다. 매우 다양한 변형이 설명되었고, 더 많은 것은 당업자의 지식의 일부이다. 이러한 수정들 및 추가의 수정들뿐만 아니라 기술적 균등물에 의한 임의의 대체가 본 개시서 및 본 특허의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 설명 및 도면에 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 지지 받침대로서,
    복수의 가열 구역들을 형성하는 복수의 저항 가열 요소들을 갖는 저항 레이어, 라우팅 레이어, 복수의 전도성 비아들, 및 상기 라우팅 레이어에 연결된 복수의 전기 단자들을 포함하는 지지 부재를 포함하며,
    상기 저항 레이어와 상기 라우팅 레이어는 상기 지지 부재의 상이한 평면들에 배치되고, 상기 복수의 전도성 비아에 의해 연결되고,
    상기 저항 레이어의 상기 가열 구역들의 개수는 상기 라우팅 레이어에 연결된 와이어들의 개수 보다 많거나 같은, 지지 받침대.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 저항 레이어 및 상기 라우팅 레이어는, 상기 지지 부재에 수직인 평면에 배치되고, 상기 저항 레이어가 상기 지지 부재의 중심 영역을 가로질러 연장되도록 중첩되는, 지지 받침대.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 지지 부재는 대향 표면들을 갖는 메인 기판, 상기 메인 기판의 대향 표면들 상에 배치되는 상기 저항 레이어 및 상기 라우팅 레이어, 상기 메인 기판을 통해 연장되는 복수의 전도성 비아들을 포함하는, 지지 받침대.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 라우팅 레이어는 중앙부 및 상기 중앙부로부터 연장되는 복수의 아암부(arm portion)를 포함하며, 상기 아암부의 개수는 상기 저항 가열 요소의 개수에 대응하는, 지지 받침대.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 지지 부재는 상단면 및 하단면을 정의하는 메인 기판을 포함하고, 상기 메인 기판은 그 내부에 상기 전도성 비아를 수용하기 위한 복수의 비아 애퍼처들, 그리고 상기 하단면에 개방된 복수의 블라인드 리세스들을 정의하는, 지지 받침대.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 복수의 전도성 비아들은 상기 메인 기판의 상단면으로부터 하단면으로 연장되고, 상기 메인 기판의 상단면 및 하단면과 동일 평면에 있는, 지지 받침대.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 복수의 전기 단자들은 상기 블라인드 리세스들 내에 배치된, 지지 받침대.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 라우팅 레이어는 일단이 상기 복수의 전도성 비아들 중 한 쌍에 연결되고 타단이 상기 복수의 전기 단자들 중 한 쌍에 연결된 복수의 아암부들을 포함하는, 지지 받침대.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 복수의 전기 단자들 중 적어도 일부는 상기 메인 기판의 하단면과 동일 평면에 있는, 지지 받침대.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 지지 부재는 상단 레이어, 메인 기판 및 하단 레이어를 더 포함하고, 상기 저항 레이어는 상기 상단 레이어와 상기 메인 기판 사이에 배치되고, 상기 라우팅 레이어는 상기 메인 기판 및 상기 하단 레이어 사이에 배치되는, 지지 받침대.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 라우팅 레이어와 동일한 평면을 따라 배치된 제2 저항 레이어를 더 포함하고, 상기 라우팅 레이어는, 상기 제2 저항 레이어보다 낮은 저항을 가지며, 상기 제2 저항 레이어의 일부와 중첩되는, 지지 받침대.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 라우팅 레이어와 동일한 평면을 따라 배치된 제2 저항 레이어를 더 포함하고, 상기 라우팅 레이어는 상기 제2 저항 레이어보다 낮은 저항을 가지며, 상기 제2 저항 레이어와 인접하는, 지지 받침대.
  13. 청구항 11에 있어서, 제2 저항 레이어 및 상기 라우팅 레이어와 동일한 평면을 따라 배치된 전이 트레이스(transition trace)를 더 포함하고, 상기 전이 트레이스의 저항은 상기 제2 저항 레이어의 저항보다 작거나 같은, 지지 받침대.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 저항 레이어는 2-선식 히터 구성, 상기 저항 레이어를 외부 전원에 연결하기 위한 매트릭스 배선 구성 및 상기 저항 레이어를 외부 전원에 연결하기 위한 다중-병렬 배선 구성 중 하나 이상을 갖는, 지지 받침대.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 저항 레이어의 상기 복수의 가열 구역들로의 전력을 조정하기 위한 복수의 전력 변환기들을 포함하는 제어 시스템을 더 포함하는, 지지 받침대.
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