KR20170007684A - 미세패턴을 구비한 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세패턴을 구비한 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 기 패턴화된 마스크와 용사코팅으로 미세패턴을 형성하는 미세패턴을 구비한 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해 모재, 모재와 절연하기 위해 모재 상부에 제1 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 제1 절연층, 제1 절연층 상부에 금속성분을 용사코팅함으로써 외부로부터 인가된 전원에 의해 열이 발생되는 발열 미세패턴이 형성되는 발열층, 및 발열 미세패턴 사이를 절연거나 또는 상측에 놓이는 대상체와 절연하기 위해 발열 미세패턴 사이 공간과 발열층 상부에 제2 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 열체가 개시된다.
Description
본 발명은 미세패턴을 구비한 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기 패턴화된 마스크와 용사코팅으로 미세패턴을 형성하는 미세패턴을 구비한 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 히터는 하판의 금속모재에 시스히터(발열체)를 매립하고, 상판의 금속모재와 하판의 금속모재를 서로 용접하여 히터를 제조한다. 일반적으로 시스히터는 외부의 전원공급에 의해 실질적으로 열을 발생한다. 이러한 시스히터는 대략적으로 Nickel-chromium 으로 이루어진 열선이 내측에 위치하고, 열선을 감싸도록 인슐레이터가 구비된다. 이러한 시스히터의 구성은 종래 공지된 구성을 필요에 따라 본 발명에서 참조할 수 있다.
따라서, 순차적으로 하측 금속모재, 하측 금속모재에 매립되는 시스히터, 상측 금속모재 순으로 적층되어 제조된다. 이때, 시스히터의 특성상 패턴에 한계가 있고, 시스히터를 매립홀에 매립하기 위해서는 하판의 금속모재의 두께가 어느정도 두꺼워져야 한다. 모재가 두꺼워지는 경우 제품 자체의 무게가 무거워지므로 공정챔버에서 히터를 들어서 옮기고 또는 히터를 제자리에 장착시에 구동축이 힘을 많이 받게 되는 문제점이 있다. 또한, 히터 자체의 질량 만큼 열량을 가지기 때문에 급속히 온도를 올리거나 반대로 급속히 쿨링하는 경우 빠른 응답성을 보이지 못하는 문제점이 있다.
또한, 시스히터의 직경이 대략 10파이 정도이기 때문에 시스히터의 배치를 조밀하게 할 수가 없고, 고객의 요구사항에 맞추기 위해 시스히터의 배치를 바꾸려면 모재를 새롭게 가공하여야 하는 문제점이 있다. 더군다나, 하판 금속모재의 매립홀에 시스히터를 매립하므로 히터를 재사용하는 것이 어렵다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 기 패턴화된 마스크와 용사코팅에 의해 미세패턴을 형성하여 미세패턴으로 전원을 공급하여 발열하도록 하는 발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 모재, 모재와 절연하기 위해 모재 상부에 제1 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 제1 절연층, 제1 절연층 상부에 금속성분을 용사코팅함으로써 외부로부터 인가된 전원에 의해 열이 발생되는 발열 미세패턴이 형성되는 발열층, 및 발열 미세패턴 사이를 절연거나 또는 상측에 놓이는 대상체와 절연하기 위해 발열 미세패턴 사이 공간과 발열층 상부에 제2 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체를 제공함으로써 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 목적은 절연 소재로 이루어지는 모재, 모재 상부에 금속성분을 용사코팅함으로써 외부로부터 인가된 전원에 의해 열이 발생되는 발열 미세패턴이 형성되는 발열층, 및
발열 미세패턴 사이를 절연하고 상측에 놓이는 대상체와 절연하기 위해 발열 미세패턴 사이 공간과 발열층 상부에 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체를 제공함으로써 달성될 수 있다.
모재는 금속성분으로 이루어지며, 바람직하게는 Al, Fe, Ni, Ti, Mo, 및 SUS 중 적어도 어느 하나로 이루어지며, 금속 모재와 발열층을 절연하기 위해 제1 절연층이 구비된다.
모재는 세라믹 성분으로 이루어지며, 세라믹 모재와 발열층 사이에 서로를 절연하기 위한 절연층이 구비되지 않는다.
발열 미세패턴은, 기 패턴화된 마스크를 이용하여 용사코팅함으로써 마스크의 공백영역 패턴에 대응되어 형성되는 미세패턴이며, 공정 챔버에서 전력을 소모하여 발열할 수 있는 폭과 간격을 구비한다.
발열 미세패턴은, 발열 미세패턴의 간격을 조밀하게 하거나 성기게함으로써 국부적으로 온도 분포를 다양하게 한다.
제1 절연층은 두께 300 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지며, 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며, 제2 절연층은 두께 150 ~ 250㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지며, 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며, 절연층은 두께 100 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.
모재와 발열층 사이에 세라믹 소재를 용사코팅함으로써 발열층이 모재의 표면에 형성되는 것에 비해 상대적으로 접착력을 더 유지하도록 하는 본딩층을 더 포함하며, 본딩층은 두께가 5 ~ 300㎛이다.
본 발명의 목적은 모재와 절연하기 위해 모재 상부에 제1 절연성분을 용사코팅하여 제1 절연층을 형성하는 단계, 기 패턴화된 마스크를 이용하여 제1 절연층 상부에 금속성분을 용사코팅함으로써 발열층을 마스크의 패턴에 대응되는 미세패턴으로 형성하는 단계, 및 미세패턴 사이 공간과 발열층 상부에 제2 절연성분을 용사코팅하여 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 기 패턴화된 마스크를 이용하여 모재 상부에 금속성분을 용사코팅함으로써 발열층을 마스크의 패턴에 대응되는 미세패턴으로 형성하는 단계, 및 미세패턴 사이 공간과 발열층 상부에 절연성분을 용사코팅하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한발열체 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
모재는 금속성분으로 이루어지며, 바람직하게는 Al, Fe, Ni, Ti, Mo, 및 SUS 중 적어도 어느 하나로 이루어지며, 제1 절연층은 두께 300 ~ 1000㎛이고, Al2O3 및 Y2O3 중 적어도 어느 하나로 이루어지며, 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며, 제2 절연층은 두께 150 ~ 250㎛이고, Al2O3, Y2O3, 및 YF3 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.
모재는 세라믹 성분으로 이루어지며, 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며, 절연층은 두께 100 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, 및 YF3 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.
마스크는 발열층 필름이고, 발열층을 형성하는 단계는, 발열층 필름을 모재 또는 제1 절연층 표면에 접착하여 용사코팅함으로써 기 패턴화된 발열층 필름 형상에 따라 미세패턴이 형성된다.
발열층 필름은 내열성을 가진 폴리이미드 필름, Glass Fiber Type, PTFE(Teflon) Type, Polyester(PET) Type, Aramid(Nomex) Type, 및 Silicone Fiberglass Type 중 적어도 어느 하나의 접착성을 가진 내열 테이프이다.
발열층을 형성하는 단계는, 내열성 접착 필름을 기 결정된 발열패턴으로 재단하는 단계, 재단된 내열성 접착 필름을 모재 또는 제1 절연층 표면에 접착하는 단계, 재단된 내열성 접착 필름을 마스크로 하여 용사 코팅하는 단계, 재단된 내열성 접착 필름의 공백영역 패턴에 상응하는 미세패턴이 형성되는 단계, 내열성 접착 필름을 제거하는 단계를 포함한다.
접착하는 단계 전에, 모재를 플라즈마 건 또는 오븐에 넣어 기 설정된 온도까지 예열하는 단계를 더 포함함으로써 내열성 접착 필름이 패턴닝된 부분만 문질러줌으로써 필름이 우는 것을 방지할 수 있다.
금속 모재와 제1 절연층 사이에는 열팽창계수의 차이를 줄이기 위해 Ni, Al, Cr, Co, Mo 및 이들의 적어도 하나 이상의 혼합 합금 중 적어도 어느 하나의 재료로 용사코팅되는 버퍼층이 구비된다.
각 절연층에는, 유기계 규소화합물 또는 무기계 규소화합물을 도포 가열하여 실링 처리를 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 모재에 매립홀을 형성하지 않아 모재를 기존 제품보다 얇게 가공할 수 있어 제품의 전체 무게를 낮추며, 종래 히터에 비해 무게가 가벼움에 따라 제품 자체의 쿨링 및 히팅을 급속히 진행할 수 있어 빠른 응답성을 낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 절연층, 발열층을 모두 용사코팅으로 형성하므로 모재를 재가공하여 재코팅할 수 있어 제품을 재사용할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 의하면 미세패턴의 모양 및 형상을 국부적으로 서로 다르게 형성할 수 있어 국부적으로 온도 분포를 다양하게 할 수 있고, 발열층이 미세패턴으로 형성될 수 있어 정밀하고 세밀한 온도 제어가 가능한 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속모재를 이용한 발열체의 단면도이고,
도 2는 도 1에서 버퍼층과 탑 코팅층이 포함된 도면이고,
도 3 및 도 4는 발열층이 형성될 수 있는 위치를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 모재를 이용한 발열체의 단면도이고,
도 6은 도 5에서 버퍼층과 탑 코팅층이 포함된 도면이고,
도 7은 본 발명의 마스크를 내열성 접착필름을 이용하여 패턴화환 도면이고,
도 8은 도 7의 마스크 패턴을 제1 영역패턴과 제2 영역패턴으로 나누고 제1 영역패턴을 제2 영역패턴에 비해 더 조밀하게 형성하도록 한 도면이고,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속모재를 이용한 발열체의 단면도이고,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 세라믹 모재를 이용한 발열체의 단면도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속모재를 이용한 발열체의 단면도이고,
도 2는 도 1에서 버퍼층과 탑 코팅층이 포함된 도면이고,
도 3 및 도 4는 발열층이 형성될 수 있는 위치를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 모재를 이용한 발열체의 단면도이고,
도 6은 도 5에서 버퍼층과 탑 코팅층이 포함된 도면이고,
도 7은 본 발명의 마스크를 내열성 접착필름을 이용하여 패턴화환 도면이고,
도 8은 도 7의 마스크 패턴을 제1 영역패턴과 제2 영역패턴으로 나누고 제1 영역패턴을 제2 영역패턴에 비해 더 조밀하게 형성하도록 한 도면이고,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속모재를 이용한 발열체의 단면도이고,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 세라믹 모재를 이용한 발열체의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
< 발열체의 구성>
본 발명의 일실시예에 따른 발열체는 웨이퍼 또는 평판 디스플레이(발열체에 의해 열이 전달되는 대상체)를 가공하는 공정 프로세스 챔버에서 웨이퍼 또는 평판 디스플레이에 균일한 열을 제공하기 위해 사용되는 히터이다. 따라서 가공되기 위한 웨이퍼 또는 평판 디스플레이는 본 발명의 일실시예에 따른 발열체의 상부에 놓여 균일한 열을 제공 받아 가공된다.
본 발명의 일실시예에 따른 발열체는 대략 150도씨 이하의 저온공정에서 저온이지만 온도 균일도가 대략 1% 이하로 균일해야 하는 공정에서 사용되거나, 모재의 종류에 따라(일예로서 세라믹 모재) 400도 내지 800도씨까지의 공정에서도 사용할 수 있는 발열체이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 발열체의 구성 및 기능에 대해서 자세히 설명하기로 한다.
후술하는 제1 실시예 및 제2 실시예는 상부 절연층(140, 230) 상부 표면에 웨이퍼(10) 또는 글래스(10)가 놓이게 된다.
(제1실시예)
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 발열체는 3층 구조로서 모재(110), 제1 절연층(120), 발열층(130), 제2 절연층(140) 순으로 적층된다. 모재(110)는 발열체의 베이스 기재로서 일반적으로 금속성분의 모재가 사용된다. 금속 모재(110)는 도전성 재료로서 바람직하게는 Al, SUS, Ti, Fe, Ni, Mo 또는 이들의 합금으로 이루어지거나 혼합되어 이루어질 수 있다. 금속 모재(110)는 전기적으로 절연이 되지 않기 때문에 금속 모재의 상부에 제1 절연층(120)을 형성하여 모재(110)와 발열층(130)을 전기적으로 절연하도록 한다. 상술한 모재가 금속 모재인지 또는 세라믹 모재인지에 따라 모재 상부에 절연층을 형성할 수도 있고(제1실시예), 절연층을 형성하지 않을 수도 있다(제2실시예). 후술하는 제2실시예와 같이 모재가 세라믹 모재(210)인 경우에는 상부에 적층되는 발열층(220)과 전기적으로 절연이 되어 중간에 절연층을 형성할 필요가 없다, 다만 제2 실시예에서는 발열층과의 접착력을 고려하여 알루미나를 포함한 세라믹 소재를 모재 상부에 코팅할 수는 있다.
제1 절연층(120)은 전기적으로 절연이 될 수 있는 성분을 사용하여 금속 모재(110) 표면에 용사코팅함으로써 형성된다. 전기적 절연성분은 일예로서 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, ZrO2, AlN, SiC, 또는 Quartz 일 수 있다. 즉, 제1 절연층(120)은 금속 모재(110) 표면에 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, ZrO2, AlN, SiC, 또는 Quartz 성분 중 적어도 어느 하나로 또는 혼합하여 용사코팅으로 형성한다. 제1 절연층의 두께는 대략 300 ~ 1000㎛ 범위 내에서 용사코팅으로 형성된다.
발열층(130)은 미세패턴이 용사코팅에 의해 형성되는 층이다. 미세패턴은 외부에서 공급되는 전원에 의해 열이 발생된다. 미세패턴의 발열에 의해 발열체 상부에 놓인 웨이퍼 또는 디스플레이 패널이 열을 받아 가공된다. 미세패턴은 발열체가 정상적으로 동작할 수 있는 범위내의 전력을 견딜 수 있는 패턴을 의미한다. 이러한 미세패턴은 후술하는 바와 같이 패턴 폭(w)과 패턴 사이의 간격(d)을 조정함으로써 발열체(100)의 온도 분포를 다양하게 할 수 있다. 패턴사이의 간격(d)은 대략적으로 최소 1mm 까지 마스크와 용사코팅을 이용하여 가능하다. 종래의 시스히터는 하판 금속모재에 시스히터가 매립될 수 있는 큰 홈을 파서 매립하고 상판 금속모재와 하판 금속모재를 서로 용접하여 생산하므로 제품의 재사용이 불가능하고, 제품의 전체 무게가 무거워지는 단점이 있다. 그러나 본 발명과 같이 미세패턴을 용사코팅으로 형성하는 경우에는 모재를 다시 재가공하여 재코팅이 가능하므로 제품의 재사용이 가능하고, 발열층이 미세패턴으로 형성되기 때문에 세밀한 온도제어가 가능하고, 제품 자체의 온도를 올리거나(히팅), 내릴(쿨링) 때 응답이 빠르며, 미세패턴의 폭과 간격의 조정으로 국부적 온도 분포를 다양하게 할 수 있다. 또한, 미세패턴에 의해 발열층을 형성하므로 히터 표면 전체적으로 온도의 균일도를 시스히터에 비해 높일 수 있다.
미세패턴은 마스크(300)를 사용하여 용사코팅함으로써 형성된다. 즉, 마스크는 발열층(130)에 형성되는 발열패턴에 대응되는 패턴이 이미 패턴화되어 있다. 이러한 마스크 패턴은 발열체(100)에 형성하고자 하는 발열패턴에 따라 달라질 수 있다. 마스크의 패턴은 재단되어 비어 있는 공백영역의 패턴과 비어 있지 않은 영역의 패턴(이하 점유영역 패턴으로 정의함)으로 구분될 수 있다. 제1 절연층(120) 위에 마스크를 배치하거나 또는 제1 절연층(120) 표면에 마스크를 배치하고 용사코팅을 하면 마스크의 점유영역 패턴은 통과하지 못하고, 공백영역 패턴을 통과하여 발열패턴이 제1 절연층(120) 표면에 형성된다.
미세패턴이 형성되는 발열층(130)은 두께가 대략 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어질 수 있다. 발열층 두께가 작을수록 저항값의 변화가 적게 나오므로 발열층 두께는 50㎛인 것이 바람직하다. 다만 사용환경에 따라 발열층의 두께를 조정할 수 있다.
제2 절연층(140)은 전기적으로 절연이 될 수 있는 성분을 사용하여 발열층의 미세패턴 사이 공간과 발열층 상부 표면에 용사코팅함으로써 형성된다. 전기적 절연성분은 일예로서 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, ZrO2, AlN, SiC, 또는 Quartz 일 수 있다. 즉, 제2 절연층(140)은 미세패턴 사이 공간과 발열층 표면에 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, ZrO2, AlN, SiC, 또는 Quartz 성분 중 적어도 어느 하나 또는 혼합하여 용사코팅으로 형성한다. 제2 절연층의 두께는 대략 100 ~ 1000㎛ 범위내에서 용사코팅으로 형성된다.
상술한 제1 절연층(120) 및 제2 절연층(140)은 발열층(130)의 상하부에 위치하여 발열층(130)을 샌드위치 모양으로 감싸며, 이에 따라 발열층(130)은 부식성 가스 분위기하에서나 플라즈마 환경에서도 영향을 받지 않고 장시간 성능을 유지할 수 있다. 따라서 제1,2 절연층(120,140)은 전기절연성, 내식성, 내플라즈마부식성이 우수할 것이 요구된다. 또한, 이 두 층은 순도가 높고 치밀한 것이 바람직하다.
특히, 제1,2 절연층(120,140)에는 필요에 따라 그 마무리면에 액상의 유기계 규소화합물(유기규소 수지, 예컨대 메틸·실릴·트리·이소시아네이트, 페닐·실릴·트리·이소시아네이트) 또는 무기계 규소화합물(예컨대 규소알콕시드화합물, 알칼리금속의 규소화합물) 또는 에폭시계를 도포한 후 120∼350℃, 1∼5시간 가열함으로써 실링 처리를 실시한다. 이 실링 처리는 용사층 중에 잔존하는 미세한 기공부에 규소화합물을 충전함으로써 이물의 부착을 방지함과 동시에 작업환경에서의 부식성 가스의 침입을 방지할 수 있다.
한편, 상술한 3층 구조의 제1실시예는 4층 구조로 형성될 수도 있다. 즉, 상술한 3층 구조는 모재(110)와 제1 절연층(120, 하부 절연층) 간에 열팽창계수의 차이가 적을시에 모재(110) 위에 바로 제1 절연층(120)을 용사코팅하여 형성한다(일예로서 Ti인 경우). 그러나 모재(110)와 제1 절연층(120) 간에 열팽창계수의 차이가 있는 경우 또는 큰 경우에는 서로 간에 열팽창계수의 차이를 줄이기 위해 모재(110) 상부에 도 2에 도시된 바와 같이 버퍼층(언더코팅층)을 용사코팅으로 형성하고, 버퍼층 상부에 제1 절연층(120)을 형성함으로써 4층 구조로 형성될 수도 있다. 버퍼층은 금속질층으로 이루어지며, 모재(110)와 제1 절연층(120) 사이에 위치하여 양자의 결합력을 향상시키고, 열팽창계수의 차이를 줄임으로써 크랙의 발생을 방지한다. 이러한 버퍼층은 Ni, Al, Cr, Co, Mo 및 이들 금속원소를 1종 이상 함유하는 합금 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 용사재료를 사용하여 용사코팅함으로써 이루어진다. 버퍼층의 막 두께는 대략 30∼300㎛, 특히 50∼150㎛ 으로 하는 것이 바람직하다.
모재가 전도성 금속모재인 경우 상술한 도 1과 같이 3층 구조이거나, 도 2와 같이 4층 구조로 형성될 수 있다. 이때, 3층 및 4층 구조는 각각 필요에 따라 가장 상부층에 내식성 강화를 위한 탑 코팅층(161)을 형성할 수 있다. 즉 제2 절연층(140) 상부에 이트리아(Y2O3)를 용사코팅하여 제품자체의 내식성 또는 내마모성을 강화할 수 있다. 다만, 이트리아 코팅은 용사코팅으로 이루어질 수도 있고, CVD(화확기상증착) 또는 PVD(물리적 기상 증착)를 통해 코팅(증착)될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 열전대(181)가 모재(110), 제1 절연층(120)을 각각 관통하여 발열층 영역에 구비되어 히터의 온도를 센싱하며, 발열층에 전력(전기)을 공급하기 위한 파워 커넥터(191)가 모재(110), 제1 절연층(120)을 각각 관통하여 발열층 영역에 구비된 단자(192)와 접속된다.
발열층(130)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1 절연층(120)을 용사코팅한 후 마스크를 씌워 용사코팅으로 발열층(130)을 형성할 수 있다. 다른 실시예로서, 도 3 및 도 4와 같이 형성할 수도 있다. 즉, 제1 절연층(120)을 형성한 후 마스크를 씌우고 샌드 블라스팅을 이용하여 공백영역(330)을 도 3 및 도 4와 같이 깍아 낸 후 발열층(131)을 용사코팅으로 형성할 수 있다. 이때, 제1 절연층(120)은 깍아내는 깊이만큼 홈이 파이게 되며, 이 홈에 발열층(131)이 용사코팅 된다. 발열층의 폭(w1) 및 제1 절연층(120)의 홈 깊이(w2)는 필요에 따라 달라질 수 있다. 즉, 발열층이 제1 절연층(120)의 경계면 보다 높게 형성될 수도 있고, 제1 절연층(120)의 경계면 보다 낮게 또는 동일한 수평면으로 이루어질 수도 있다. 제1 절연층(120)에 홈을 파고 그 홈에 발열층을 형성하는 경우 좀 더 접착력이 좋을 수 있다. 또한, 제1 절연층(120)에 홈을 형성하여 발열층(131)을 코팅하는 경우에는 절연 성능을 유지하기 위해 제1 절연층(120)의 두께가 홈을 파내지 않는 경우에 비해 좀 더 두꺼워질 수 있다.
(제2실시예)
본 발명의 제2실시예에 따른 발열체(200)는 상술한 제1실시예와 비교하여 모재가 절연 소재로서, 바람직하게는 세라믹 모재를 사용하는 것이 다르다. 제2실시예에 따른 설명은 제1실시예와 동일한 설명은 생략하고 다른점만 설명하기로 한다.
세라믹 모재(210)는 세라믹 소재를 사용하여 형성된 모재로서, 세라믹 모재(210)가 전기적으로 절연이 가능하기 때문에 제1실시예와 같이 제1절연층(120)을 모재 상부에 형성할 필요가 없이 도 5에 도시된 바와 같이 세라믹 모재(210), 발열층(220), 절연층(230)으로 구성된다. 따라서 세라믹 모재(210) 상부에는 발열층(220)이 용사코팅에 의해 형성된다. 이하 제2실시예에 따른 발열층(220) 및 절연층(230)은 상술한 제1실시예에 따른 발열층(130) 및 제2절연층(140)과 동일하며 설명을 이에 갈음하기로 한다. 모재인 세라믹 모재는 Al2O3, AlN, SiC, Y2O3, 또는 Quartz 등의 재료를 이용하여 벌크 타입(일예로서 소결에 의해)으로 만들어진다.
다만, 세라믹 모재(210)는 소결에 의해 이루어지므로 표면 조도가 낮다. 따라서 세라믹 모재(210)의 표면에 형성되는 발열층(220)의 소재에 따라 세라믹 모재(210)의 표면에 형성되는 발열층(220)이 용사코팅으로 잘 형성되지 않을 수 있다. 이때, 도 6과 같이 세라믹 모재(210)의 표면에 세라믹 소재(일예로서 Al2O3)를 용사코팅하여 형성하는 본딩층(세라믹 코팅층, 241)이 형성되고, 본딩층(241) 상부 표면에 발열층(220)이 형성될 수 있다. 모재 표면에 발열층이 바로 형성되는 것보다 본딩층(241) 표면에 발열층(220)이 형성되는 것이 더 접착력이 우수하다. 일예로서 알루미나로 이루어진 벌크타입 세라믹 모재에 발열층을 코팅하는 것보다 알루미나를 세라믹 모재 표면에 용사코팅하여 발열층을 그 위에 코팅하는 것이 접착력이 더 좋기 때문이다(다만, 본딩층은 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나의 재료로 용사코팅 될 수 있다). 본딩층의 두께는 대략 5 ~ 300미크론 사이가 될 수 있으나 사용환경에 따라 그 두께의 범위를 조절할 수 있다.
특히, 절연층(230)에는 필요에 따라 그 마무리면에 액상의 유기계 규소화합물(유기규소 수지, 예컨대 메틸·실릴·트리·이소시아네이트, 페닐·실릴·트리·이소시아네이트) 또는 무기계 규소화합물(예컨대 규소알콕시드화합물, 알칼리금속의 규소화합물) 또는 에폭시계를 도포한 후 도포한 후 120∼350℃, 1∼5시간 가열함으로써 실링 처리를 실시한다. 이 실링 처리는 용사층 중에 잔존하는 미세한 기공부에 규소화합물을 충전함으로써 이물의 부착을 방지함과 동시에 작업환경에서의 부식성 가스의 침입을 방지할 수 있다.
발열층(220)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)에 마스크를 씌워 용사코팅으로 형성할 수 있다. 이때에는 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241) 상부 표면에 발열층(220)이 형성된다. 다른 예로서, 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)에 마스크를 씌우고 샌드 블라스팅을 이용하여 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)을 발열층(220)이 형성되는 패턴과 동일한 형상에 따라 깍아 낸 후 발열층(220)을 용사코팅으로 홈에 형성할 수 있다. 이때, 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)은 깍아내는 깊이만큼 홈이 파이게 되며, 이 홈에 발열층(220)이 용사코팅 된다. 도 4를 참조하면 발열층의 폭(w1) 및 모재(210) 또는 본딩층(241)의 홈 깊이(w2)는 필요에 따라 달라질 수 있다. 즉, 발열층(220)이 모재(210) 또는 본딩층(241)의 경계면 보다 높게 형성될 수도 있고, 모재(210) 또는 본딩층(241)의 경계면 보다 낮게 또는 동일한 수평면으로 이루어질 수도 있다. 모재(210) 또는 본딩층(241)에 홈을 파고 그 홈에 발열층(220)을 형성하는 경우 좀 더 접착력이 좋을 수 있다. 또한, 모재(210) 또는 본딩층(241)에 홈을 형성하여 발열층(220)을 코팅하는 경우에는 모재(210) 또는 본딩층(241)의 두께가 홈을 파내지 않는 경우에 비해 좀 더 두꺼워질 수 있다.
상기 제1실시예 및 제2실시예에서의 상부 절연층(140, 230) 상부표면에는 내식성 소재(이트리아, Y2O3)를 이용하여 탑 코팅층(161,251)을 용사코팅으로 형성함으로써 발열체가 부식성 가스 분위기 하에서도 부식되지 않고 그 기능을 장시간 유지할 수 있다.
상술한 발열체는 종래의 세라믹 히터와 같이 히터 플레이트를 지지하는 샤프트가 없을 수 있다.
(제3실시예)
본 발명의 제3 실시예에 따른 발열체는 제1 실시예와 대비하여 웨이퍼(10) 또는 글래스(10) 기판이 금속 모재(410) 상부에 놓이는 것이 다른 점이다. 이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따라 설명하기로 하나 제1 실시예와 동일한 설명에 대해서는 제1 실시예의 설명에 갈음하기로 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 발열체(400)는 도 9에 도시된 바와 같이 금속 모재(410), 제1 절연층(상부 절연층, 420), 발열층(430, 431), 및 제2 절연층(하부 절연층, 440)으로 구성된다. 이때 상부 및 하부의 표현은 도면에 도시된 상태를 기준으로 설명되나 발열체(400)의 놓인 상태에 따라 상/하부의 표현이 바뀔 수 있다.
상술한 제3 실시예의 대략적인 구성요소인 금속 모재(410), 제1 절연층(상부 절연층, 420), 발열층(430, 431), 및 제2 절연층(하부 절연층, 440)는 제1 실시예와 비교하여 제1 실시예의 발열체(100)를 180도 뒤집어 놓은 것이다. 즉, 제1 실시예의 발열체(100)를 180도 뒤집으면 제3 실시예와 같다. 따라서 제1 실시예에서는 웨이퍼(10)가 제2 절연층(140) 또는 탑 코팅층(161) 상부 표면에 놓이게 되나, 이와 달리 제3 실시예에서는 웨이퍼(10)가 금속모재(410)의 상부 표면에 놓이게 된다.
도 9에 도시된 바와 같이 발열체(430,431) 인근영역 중 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)은 서로 온도가 달라질 수 있다. 즉, 제1 영역(P1)은 직접 발열이 일어나는 영역으로서 제2 영역(P2)에 비해 상대적으로 온도가 높을 수 있다. 발열체(400) 전체적으로 온도 균일도가 우수해야 하는 경우(대략 1% 미만) 제1 실시예에서는 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)의 온도가 미세하게 서로 다를 수 있고, 따라서 웨이퍼(10)에 가해지는 온도가 균일하지 않은 문제점이 있다. 본 발명의 제3 실시예와 같이 웨이퍼(10)가 금속 모재(410) 상부 표면에 놓이는 경우 제1 실시예와 같이 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)의 온도가 서로 미세하게 차이나서 웨이퍼(10)에 가해지는 온도 불균일을 방지할 수 있다.
한편, 금속모재(410)가 웨이퍼(10) 하부에 놓이는 제3 실시예와 같은 경우에는 열전대(481) 및 파워 커넥터(491)의 구비 위치 및 배치가 달라진다. 즉, 열전대(481)가 도 9와 같이 금속모재(410) 상부측의 일측 영역(중앙,좌측,우측)에 구비되어 웨이퍼(10)에 가해지는 열을 정확히 센싱할 수 있다. 열전대(481)의 구비 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다. 또한, 발열층(430,431)에 전기를 공급하는 파워 커넥터(491)는 제2 절연층(440)을 관통하며, 발열층(430,431) 인근 영역에 구비된 단자(492)와 접속되어 전기를 공급한다.
제1 실시예와 같이 발열체(431)는 제1 절연층(420)에 형성된 홈에 코팅될 수도 있다. 상술한, 각 층의 두께 및 재료(구성성분)는 제1 실시예에 기재된 내용에 갈음하기로 한다. 또한, 도 2 내지 도 4의 내용은 제3 실시예에서 동일하게 채용될 수 있을 것이다. 특히, 도 2에서와 같이 탑 코팅층 또는 버퍼층(언더코팅층)이 추가될 수 있다.
금속 모재(410)의 상부 표면(웨이퍼와 맞닿는 표면)에는 내식성 소재(이트리아, Y2O3)를 이용하여 탑 코팅층을 용사코팅으로 형성함으로써 발열체가 부식성 가스 분위기 하에서도 부식되지 않고 그 기능을 장시간 유지할 수 있다. 또한, 제2 절연층(440)의 하부 표면(지지면과 맞닿는 표면)에는 내식성 소재(이트리아, Y2O3)를 이용하여 하부 코팅층을 용사코팅으로 형성함으로써 발열체가 부식성 가스 분위기 하에서도 부식되지 않고 그 기능을 장시간 유지할 수 있다.
(제4실시예)
본 발명의 제4 실시예에 따른 발열체는 제2 실시예와 대비하여 웨이퍼(10) 또는 글래스(10) 기판이 세라믹 모재(510) 상부에 놓이는 것이 다른 점이다. 이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따라 설명하기로 하나 제2 실시예와 동일한 설명에 대해서는 제2 실시예의 설명에 갈음하기로 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 발열체(500)는 도 10에 도시된 바와 같이 세라믹 모재(510), 발열층(520, 521), 및 절연층(하부 절연층, 530)으로 구성된다. 이때 상부 및 하부의 표현은 도면에 도시된 상태를 기준으로 설명되나 발열체(500)의 놓인 상태에 따라 상/하부의 표현이 바뀔 수 있다.
상술한 제4 실시예의 대략적인 구성요소인 세라믹 모재(510), 발열층(520, 521), 및 절연층(하부 절연층, 530)은 제2 실시예와 비교하여 제2 실시예의 발열체(200)를 180도 뒤집어 놓은 것이다. 즉, 제2 실시예의 발열체(200)를 180도 뒤집으면 제4 실시예와 같다. 따라서 제2 실시예에서는 웨이퍼(10)가 절연층(230) 또는 탑 코팅층(251) 상부 표면에 놓이게 되나, 이와 달리 제4 실시예에서는 웨이퍼(10)가 세라믹 모재(510)의 상부 표면에 놓이게 된다.
앞서 도 9에서 설명한 바와 같이 발열체 인근영역 중 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)은 서로 온도가 달라질 수 있다. 즉, 제1 영역(P1)은 직접 발열이 일어나는 영역으로서 제2 영역(P2)에 비해 상대적으로 온도가 높을 수 있다. 발열체 전체적으로 온도 균일도가 우수해야 하는 경우(대략 1% 미만) 제2 실시예에서는 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)의 온도가 미세하게 서로 다를 수 있고, 따라서 웨이퍼(10)에 가해지는 온도가 균일하지 않은 문제점이 있다. 본 발명의 제4 실시예와 같이 웨이퍼(10)가 세라믹 모재(510) 상부 표면에 놓이는 경우 제2 실시예와 같이 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)의 온도가 서로 미세하게 차이가 나서 웨이퍼(10)에 가해지는 온도 불균일을 방지할 수 있다.
한편, 세라믹 모재(510)가 웨이퍼(10) 하부에 놓이는 제4 실시예와 같은 경우에는 열전대 및 파워 커넥터의 구비 위치 및 배치가 달라진다. 도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 열전대가 세라믹 모재(510) 상부측의 일측 영역(중앙,좌측,우측)에 구비되어 웨이퍼(10)에 가해지는 열을 정확히 센싱할 수 있다. 열전대의 구비 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다. 또한, 발열층(520,521)에 전기를 공급하는 파워 커넥터는 절연층(530)을 관통하며, 발열층(520,521) 인근 영역에 구비된 단자와 접속되어 전기를 공급한다.
발열체(521)는 도 10에 도시된 바와 같이 절연층(530)에 형성된 홈에 코팅될 수도 있다. 상술한, 각 층의 두께 및 재료(구성성분)는 제2 실시예에 기재된 내용에 갈음하기로 한다. 또한, 도 6의 내용은 제4 실시예에서 동일하게 채용될 수 있을 것이다. 특히, 도 6에서와 같이 탑 코팅층 또는 본딩층이 추가될 수 있다.
세라믹 모재(510)의 상부 표면(웨이퍼와 맞닿는 표면)에는 내식성 소재(이트리아, Y2O3)를 이용하여 탑 코팅층을 용사코팅으로 형성함으로써 발열체가 부식성 가스 분위기 하에서도 부식되지 않고 그 기능을 장시간 유지할 수 있다. 또한, 절연층(530)의 하부 표면(지지면과 맞닿는 표면)에는 내식성 소재(이트리아, Y2O3)를 이용하여 하부 코팅층을 용사코팅으로 형성함으로써 발열체가 부식성 가스 분위기 하에서도 부식되지 않고 그 기능을 장시간 유지할 수 있다.
< 발열체의 제조방법>
본 발명의 일실시예에 따른 발열체의 제조방법은 2가지의 실시예로 나뉘어질 수 있다. 일예로서 모재가 금속모재인 경우에는 상부에 절연층을 형성하여야 하고, 다른예로서 모재가 세라믹 모재인 경우에는 상부에 절연층을 형성하지 않고 바로 발열층을 형성할 수도 있다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 발열체의 제조방법에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
(제1실시예)
먼저, 도 1을 참조하여 설명하면, 발열체가 3층 구조인 경우로서 모재가 금속모재인 경우 금속모재(110)의 표면에 전기적으로 절연하기 위한 제1절연층(120)을 용사코팅으로 형성한다. 다음으로 제1절연층(120) 표면에 마스크를 이용하여 미세패턴을 용사코팅으로 형성한다. 도 7을 참조하여 좀 더 자세히 설명하면, 마스크로 사용되는 내열 테이프인 폴리이미드 필름(300)을 제1절연층(120)의 표면에 접착한다. 폴리이미드 필름은 하부면이 접착성을 가지고 있다. 폴리이미드 필름은 형성하고자 하는 발열층의 발열패턴에 따라 미리 재단되어 있다. 마스크의 일실시예로서 도 7에 도시된 바와 같이 공백영역(330)과 점유영역(340)으로 폴리이미드 필름이 미리 재단되어 있다. 공백영역(330)은 발열층을 형성하기 위해 용사코팅시 발열층 재료가 통과되어 미세패턴이 형성되는 영역이고, 점유영역(340)은 용사코팅시 발열층 재료가 통과되지 못해 미세패턴이 형성되지 않는 영역이다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이 미세패턴은 공백영역(330)에 상응하는 패턴이 제1절연층(120) 표면에 형성된다.
다만, 발열층을 형성하는 방법은 다음의 2가지 방법이 있을 수 있다. 일예로서, 제1 절연층(120)을 형성하고 마스크를 씌운 후 바로 발열층을 용사코팅으로 형성한다(도 1 및 도 2 참조). 이 경우에는 제1 절연층(120) 상부 표면에 발열층(130)이 용사코팅으로 형성된다. 다른 예로서, 제1 절연층(120)을 형성하고 마스크를 씌운 후, 샌드 블라스팅에 의해 제1 절연층(120)의 공백영역(330)을 깍은 후에 제1 절연층(120)에 형성된 홈에 발열층을 용사코팅으로 형성한다(도 3 및 도 4 참조). 샌드 블라스팅으로 제1 절연층(120)의 공백영역(330)을 깍는 경우에는 제1 절연층의 전체 두께를 형성될 홈의 깊이에 대응하여 두껍게 할 수 있다. 다만, 샌드 블라스팅시에 마스크는 내열 테이프가 아닌 홈이 파이는 것을 보호할 수 있는 보호막이 씌워질 수 있다.
한편, 접착성을 가지는 내열 테이프의 종류로는 폴리이미드 필름, Glass Fiber Type, PTFE(Teflon) Type, Polyester(PET) Type, Aramid(Nomex) Type, Silicone Fiberglass Type 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 폴리이미드 필름을 일실시예로서 설명하나 접착성을 가지는 내열 테이프는 모두 사용 가능하다.
또한, 마스크의 다른예로서 폴리이미드 필름이 아닌 발열패턴이 기 패턴화되어 있는 마스크이면 충분하다. 즉, 제1절연층(120) 상부에 기 패턴화된 마스크를 배치하고 발열층 용사코팅시 발열층 재료가 공백영역(330)을 통과하여 미세패턴이 형성되도록 할 수도 있다.
다음으로, 제1절연층(120) 상부에 폴리이미드 필름(300)을 접착한 후 용사법에 의해 용사 코팅함으로써 발열층 미세패턴(130)이 형성된다. 폴리이미드 필름이 존재하는 영역(점유영역, 340)은 제1절연층(120) 표면에 발열패턴이 형성되지 않을 것이고, 폴리이미드 필름이 기 정의된 발열패턴에 따라 재단되어 존재하지 않는 영역(공백영역, 330)은 발열패턴에 상응하는 미세패턴이 형성될 것이다. 따라서 일실시예에 따른 폴리이미드 필름은 발열층 용사 코팅시 마스크로서 기능한다. 다음으로 용사 코팅 후 폴리이미드 필름(300)을 제거하면 도 3의 공백영역(330)에 상응하는 미세패턴(130)이 제1절연층(120) 표면에 형성된다.
한편, 상술한 폴리이미드 필름을 제1절연층(120) 표면에 접착시에 소면적의 경우에는 필름이 울지(wave) 않아 바로 접착이 가능하나 대면적의 경우에는 폴리이미드 필름의 중간 중간에 필름이 울 수 있다. 따라서 대면적의 폴리이미드 필름의 경우에는 패턴된 폴리이미드 필름을 접착하기 전에 모재(금속모재 또는 세라믹 모재)를 플라즈마 건이나 오븐에 넣어 일정 온도로 예열하는 단계를 거친다. 모재를 일정 온도로 예열한 후 패터닝된 폴리이미드 필름을 제1절연층(120)에 접착하고, 패터닝된 폴리이미드 필름 부분만을 문질러줌으로써 필름이 우는 것을 방지할 수 있다. 이때, 모재의 온도 및 가열 시간은 제품의 크기 및 체적에 따라 바뀔 수 있으며, 소면적의 경우에도 필요에 따라 모재를 예열하여 폴리이미드 필름을 접착하는 공정을 수행할 수 있다.
도 7에는 형성된 미세패턴(130)이 일정한 간격(d)과 패턴 폭(w)을 가지며, 기 정의된 패턴 두께(l)로 형성되어 있다. 이러한 간격, 패턴 폭, 및 패턴 두께는 제품의 사용환경에 따라 다르게 형성될 수 있다. 일예로서 도 8에는 제1영역(310)의 미세패턴이 제2영역(320)의 미세패턴에 비해 더 조밀하게 패턴화되어 있고 제2영역(320)의 미세패턴은 제1영역(310)의 미세패턴에 비해 더 성기게 패턴화되어 있다. 패턴을 도 4와 같이 국부적으로 서로 다르게 형성하도록 함으로써 온도 분포를 영역별로 서로 달리할 수 있는 장점이 있다. 상술한 미세패턴의 형상은 꼭 이에 한정되지 않으며 필요에 따라 다양한 모양과 패턴을 채용할 수 있다. 기존의 시스히터의 경우에는 대략 직경이 10파이 정도이므로 조밀하게 형성이 어려우며, 더군다나 시스히터를 매립하기 위한 매립홀을 가공하여야 하는데 이때 도 7 및 도 8과 같은 형상을 가공하기가 여의치 않다. 이에 비해 본 발명과 같이 마스크에 의해 용사코팅으로 미세패턴을 형성하는 경우에는 제품의 사용환경에 따라 다양한 패턴 모양으로 유기적으로 대응이 가능하고, 매립홀을 가공할 필요도 없어 제품을 훨씬 편리하게 제조할 수 있다.
다음으로, 발열층에 미세패턴을 형성한 후에는 전기적 절연을 위해 미세패턴 사이 공간과 미세패턴 표면에 제2절연층을 용사코팅으로 형성한다.
여기서, 모재(110)와 제1 절연층(120)간에 열팽창계수의 차이가 크서 발열체가 4층 구조로 형성되는 경우에는 모재(110) 상부에 열팽창계수의 차이를 줄일 수 있는 금속원소로 이루어지는 버퍼층을 용사코팅한 후, 버퍼층 상부에 제1 절연층을 용사코팅한다. 이하 발열층 및 제2 절연층의 형성은 상술한 바와 동일하다.
한편, 제1,2 절연층(120.140)에는 액상의 유기계 규소화합물(유기규소 수지, 예컨대 메틸·실릴·트리·이소시아네이트, 페닐·실릴·트리·이소시아네이트) 또는 무기계 규소화합물(예컨대 규소알콕시드화합물, 알칼리금속의 규소화합물) 또는 에폭시계를 도포한 후 120∼350℃, 1∼5시간 가열함으로써 실링 처리를 실시한다,
마지막으로 제2 절연층(140) 상부 표면에 내식성 강화를 위해 이트리아를 코팅(증착)할 수 있다.
(제2실시예)
모재가 세라믹 모재(210)인 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 세라믹 모재 표면에 발열층인 미세패턴(220)이 마스크와 용사코팅에 의해 형성된다. 이때, 필요에 따라 발열층의 접착력을 좋게 하기 위해 세라믹 모재(210) 상부 표면에 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나의 재료를 이용하여 용사코팅으로 본딩층(241)을 형성하고, 본딩층(241) 상부표면에 발열층(220)을 형성할 수도 있다.
발열층이 형성된 후 발열층 상부 및 발열층 패턴 사이에 절연층(230)을 형성한다.
다만, 발열층을 형성하는 방법은 다음의 2가지 방법이 있을 수 있다. 일예로서, 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)에 마스크를 씌운 후 바로 발열층(220)을 용사코팅으로 형성한다(도 5 및 도 6 참조). 이 경우에는 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241) 상부 표면에 발열층(220)이 용사코팅으로 형성된다. 다른 예로서, 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)에 마스크를 씌운 후, 샌드 블라스팅에 의해 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)의 공백영역(330)을 깍은 후에 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)에 형성된 홈에 발열층(220)을 용사코팅으로 형성한다. 샌드 블라스팅으로 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)의 공백영역(330)을 깍는 경우에는 세라믹 모재(210) 또는 본딩층(241)의 전체 두께를 형성될 홈의 깊이에 대응하여 두껍게 할 수 있다. 다만, 샌드 블라스팅시에 마스크는 내열 테이프가 아닌 홈이 파이는 것을 보호할 수 있는 보호막이 씌워질 수 있다.
한편, 상기 제1실시예 및 제2실시예에서의 상부 절연층(140, 230) 표면에는 필요에 따라 최종적으로 내식성 소재인 이트리아를 이용하여 탑 코팅층을 용사코팅으로 형성함으로써 발열체가 부식성 가스 분위기 하에서도 부식되지 않고 그 기능을 항상 유지할 수 있다.
(제3실시예 및 제4실시예)
본 발명의 제3 실시예 및 제4실시예는 각각 제1 실시예 및 제2 실시예의 발열체 제조방법에 갈음하기로 한다. 다만, 제3 실시예 및 제4 실시예에서의 열전대 배치 위치 및 파워 커넥터 배치 위치는 각각 도 9 및 도 10을 참조하여 설명될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 금속모재 또는 세라믹 모재는 기존의 시스히터를 매립하는 모재와 달리 두께를 얇게 형성할 수 있다. 즉, 기존의 시스히터를 매립하는 모재는 시스히터를 매립하기 위해 두께를 두껍게 형성하여야 하나 본 발명에 따른 금속모재 또는 세라믹 모재는 시스히터를 매립하는 것이 아니라 용사코팅으로 미세패턴을 형성하는 것이기 때문에 모재를 기존보다 더 얇게 형성할 수 있다. 따라서 발열체를 마스크와 용사코팅으로 미세패턴을 형성하여 발열체를 제조 경우에는 기존의 시스히터를 이용하여 발열체를 제조하는 것과 비교해 모재의 두께를 줄임으로써 제품의 무게를 줄일 수 있어 공정 챔버에서 기존의 시스히터 제품을 들어서 움직이고, 기존의 시스히터 제품 장착시에 구동축이 힘을 많이 받는 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 상술한 시스히터의 경우에는 하판 금속모재에 매립이 됨과 동시에 상판 금속모재와 하판 금속모재를 서로 용접하게 된다. 따라서 기존의 시스히터의 경우에는 재사용이 어려우나 본 발명에 따른 발열체의 경우에는 각 층이 용사코팅으로 이루어지기 때문에 모재의 표면을 재가공하여 용사코팅을 재사용할 수 있어 제품의 재사용이 가능하다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
10 : 웨이퍼 또는 글래스
P1 : 제1 영역
P2 : 제2 영역
100 : 히터(발열체)
110 : 금속 모재
120 : 제1 절연층(하부 절연층)
130 : 발열층
140 : 제2 절연층(상부 절연층)
151 : 버퍼층(언더코팅층)
161 : 탑 코팅층
131 : 발열층
181 : 열전대(Thermo Couple)
191 : 파워 커넥터
192 : 단자
200 : 히터(발열체)
210 : 세라믹 모재
220 : 발열층
230 : 절연층(상부 절연층)
241 : 본딩층
251 : 탑 코팅층
300 : 폴리이미드 필름(마스크)
310 : 제1영역
320 : 제2영역
330 : 공백영역
340 : 점유영역
400 : 히터(발열체)
410 : 금속 모재
420 : 제1 절연층(상부 절연층)
430 : 발열층
431 : 발열층
440 : 제2 절연층(하부 절연층)
481 : 열전대(Thermo Couple)
491 : 파워 커넥터
500 : 히터(발열체)
510 : 세라믹 모재
520 : 발열층
521 : 발열층
530 : 절연층(하부 절연층)
P1 : 제1 영역
P2 : 제2 영역
100 : 히터(발열체)
110 : 금속 모재
120 : 제1 절연층(하부 절연층)
130 : 발열층
140 : 제2 절연층(상부 절연층)
151 : 버퍼층(언더코팅층)
161 : 탑 코팅층
131 : 발열층
181 : 열전대(Thermo Couple)
191 : 파워 커넥터
192 : 단자
200 : 히터(발열체)
210 : 세라믹 모재
220 : 발열층
230 : 절연층(상부 절연층)
241 : 본딩층
251 : 탑 코팅층
300 : 폴리이미드 필름(마스크)
310 : 제1영역
320 : 제2영역
330 : 공백영역
340 : 점유영역
400 : 히터(발열체)
410 : 금속 모재
420 : 제1 절연층(상부 절연층)
430 : 발열층
431 : 발열층
440 : 제2 절연층(하부 절연층)
481 : 열전대(Thermo Couple)
491 : 파워 커넥터
500 : 히터(발열체)
510 : 세라믹 모재
520 : 발열층
521 : 발열층
530 : 절연층(하부 절연층)
Claims (31)
- 모재,
상기 모재와 절연하기 위해 상기 모재 표면에 제1 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 제1 절연층,
상기 제1 절연층에 금속성분을 용사코팅함으로써 외부로부터 인가된 전원에 의해 열이 발생되는 발열 미세패턴이 형성되는 발열층, 및
상기 발열 미세패턴 사이를 절연거나 또는 상측에 놓이는 대상체와 절연하기 위해 상기 발열 미세패턴 사이 공간과 상기 발열층 상부에 제2 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 절연 소재로 이루어지는 모재,
상기 모재 상부에 금속성분을 용사코팅함으로써 외부로부터 인가된 전원에 의해 열이 발생되는 발열 미세패턴이 형성되는 발열층, 및
상기 발열 미세패턴 사이를 절연하고 상측에 놓이는 대상체와 절연하기 위해 상기 발열 미세패턴 사이 공간과 상기 발열층 상부에 절연성분을 용사코팅함으로써 형성되는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 모재는 금속성분으로 이루어지며,
바람직하게는 Al, Fe, Ni, Ti, Mo, 및 SUS 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 2 항에 있어서,
상기 모재는 세라믹 성분으로 이루어지며,
바람직하게는 Al2O3, AlN, SiC, Y2O3, 및 Quartz 중 적어도 어느 하나로 벌크 타입으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 발열 미세패턴은,
기 패턴화된 마스크를 이용하여 용사코팅함으로써 상기 마스크의 공백영역 패턴에 대응되어 형성되는 미세패턴이며,
공정 챔버에서 전력을 소모하여 발열할 수 있는 폭과 간격을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 5 항에 있어서,
상기 발열 미세패턴의 간격을 조밀하게 하거나 성기게함으로써 국부적으로 온도 분포를 다양하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 절연층은 두께 300 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지며,
상기 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며,W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며,
상기 제2 절연층은 두께 100 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 2 항에 있어서,
상기 모재와 상기 발열층 사이에 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나를 용사코팅하여 본딩층을 더 형성하며,
상기 본딩층에 상기 발열층이 코팅되도록 함으로써 상기 발열층이 상기 모재의 표면에 바로 코팅되는 것에 비해 상대적으로 더 접착력이 유지되며,
상기 본딩층은 두께가 5 ~ 300㎛이며,
상기 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며,
상기 절연층은 두께 100 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 3 항에 있어서,
상기 금속 모재와 상기 제1 절연층 사이에는 열팽창계수의 차이를 줄이기 위해 Ni, Al, Cr, Co, Mo 및 이들의 적어도 하나 이상의 혼합 합금 중 적어도 어느 하나의 재료로 용사코팅되는 버퍼층이 구비되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
절연층에는,
유기계 규소화합물, 무기계 규소화합물, 및 에폭시계 중 적어도 어느 하나를 도포 가열하여 실링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제2 절연층 또는 절연층 상부에 웨이퍼 또는 글래스가 놓이며,
상기 발열층 영역에 열전대가 구비되어 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제2 절연층 또는 절연층 표면에는 내식성 향상을 위해 이트리아를 코팅 또는 증착하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 발열층은,
상기 제1 절연층 표면에 용사코팅으로 형성되거나 또는 상기 제1 절연층에 형성된 홈에 용사코팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 8 항에 있어서,
상기 발열층은,
상기 모재 또는 상기 본딩층 표면에 용사코팅으로 형성되거나,
또는, 상기 모재 또는 상기 본딩층에 형성된 홈에 용사코팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 홈은,
샌드 블라스팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 모재와 절연하기 위해 상기 모재 표면에 제1 절연성분을 용사코팅하여 제1 절연층을 형성하는 단계,
기 패턴화된 마스크를 이용하여 상기 제1 절연층에 금속성분을 용사코팅함으로써 발열층을 상기 마스크의 패턴에 대응되는 미세패턴으로 형성하는 단계, 및
상기 미세패턴 사이 공간과 상기 발열층 표면에 제2 절연성분을 용사코팅하여 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 기 패턴화된 마스크를 이용하여 모재 상부에 금속성분을 용사코팅함으로써 발열층을 상기 마스크의 패턴에 대응되는 미세패턴으로 형성하는 단계, 및
상기 미세패턴 사이 공간과 상기 발열층 상부에 절연성분을 용사코팅하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 모재는 금속성분으로 이루어지며, 바람직하게는 Al, Fe, Ni, Ti, Mo, 및 SUS 중 적어도 어느 하나로 이루어지며,
상기 제1 절연층은 두께 300 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지며,
상기 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며,
상기 제2 절연층은 두께 100 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 모재는 세라믹 성분으로 이루어지며,
상기 모재와 상기 발열층 사이에 Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나를 용사코팅하여 본딩층을 더 형성하며,
상기 발열층은 두께가 50㎛ 이상이며, W(텅스텐), Ni, Fe, 및 Cr 합금 중 적어도 어느 하나로 이루어지거나 또는 혼합 합금으로 이루어지며,
상기 절연층은 두께 100 ~ 1000㎛이고, Al2O3, Y2O3, YF3, YAG, YSZ, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 마스크는 발열층 필름이고,
상기 발열층을 형성하는 단계는,
상기 발열층 필름을 제1 절연층의 상부 표면에 접착하여 용사코팅함으로써 기 패턴화된 상기 발열층 필름 형상에 따라 상기 미세패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 마스크는 발열층 필름이고,
상기 발열층을 형성하는 단계는,
상기 발열층 필름을 모재 또는 본딩층의 상부 표면에 접착하여 용사코팅함으로써 기 패턴화된 상기 발열층 필름 형상에 따라 상기 미세패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
상기 발열층 필름은 내열성을 가진 폴리이미드 필름, Glass Fiber Type, PTFE(Teflon) Type, Polyester(PET) Type, Aramid(Nomex) Type, 및 Silicone Fiberglass Type 중 적어도 어느 하나의 접착성을 가진 내열 테이프인 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 발열층을 형성하는 단계는,
내열성 접착 필름을 기 결정된 발열패턴으로 재단하는 단계,
재단된 내열성 접착 필름을 접착하는 단계,
상기 재단된 내열성 접착 필름을 마스크로 하여 용사 코팅하는 단계,
상기 재단된 내열성 접착 필름의 공백영역 패턴에 상응하는 미세패턴이 형성되는 단계, 및
상기 내열성 접착 필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 23 항에 있어서,
상기 접착하는 단계 전에,
상기 모재를 플라즈마 건 또는 오븐에 넣어 기 설정된 온도까지 예열하는 단계를 더 포함함으로써 내열성 접착 필름이 패턴닝된 부분만 문질러줌으로써 필름이 우는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 모재와 상기 제1 절연층 사이에는,
열팽창계수의 차이를 줄이기 위해 Ni, Al, Cr, Co, Mo 및 이들의 적어도 하나 이상의 혼합 합금 중 적어도 어느 하나의 재료로 용사코팅되는 버퍼층이 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
절연층에는,
유기계 규소화합물, 무기계 규소화합물, 및 에폭시계 중 적어도 어느 하나를 도포 가열하여 실링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 발열층을 형성하는 단계는,
제1 절연층에 홈을 형성한 후 상기 홈에 발열층을 코팅하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 발열층을 형성하는 단계는,
모재 또는 본딩층에 홈을 형성한 후 상기 홈에 발열층을 코팅하는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 발열층이 상기 제1 절연층의 홈에 용사코팅으로 형성되는 경우에는,
상기 발열층의 경계면이 상기 제1 절연층의 경계면 보다 높거나, 낮거다, 또는 경계면이 동일한 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 14 항에 있어서,
상기 발열층이 상기 모재 또는 상기 본딩층의 홈에 용사코팅으로 형성되는 경우에는,
상기 발열층의 경계면이 상기 모재 또는 상기 본딩층의 경계면 보다 높거나, 낮거다, 또는 경계면이 동일한 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
- 제 12 항에 있어서,
상기 이트리아 코팅 또는 증착은 용사코팅, 화학기상증착, 및 물리적 기상 증착 중 어느 하나로 이루어져 이트리아 박막층이 형성되는 것을 특징으로 하는 미세패턴을 구비한 발열체.
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| KR1020150178912A KR20170007684A (ko) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | 미세패턴을 구비한 발열체 및 그 제조방법 |
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| KR20170007684A true KR20170007684A (ko) | 2017-01-19 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR930009460A (ko) | 1991-10-23 | 1993-05-22 | 우덕창 | 플라즈마 용사코팅을 이용한 세라믹히터의 제조방법 |
| KR100809595B1 (ko) | 2006-09-13 | 2008-03-04 | 세메스 주식회사 | 박막 히터 및 박막 히터를 제조하는 방법 |
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2015
- 2015-12-15 KR KR1020150178912A patent/KR20170007684A/ko active Application Filing
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| KR930009460A (ko) | 1991-10-23 | 1993-05-22 | 우덕창 | 플라즈마 용사코팅을 이용한 세라믹히터의 제조방법 |
| KR100809595B1 (ko) | 2006-09-13 | 2008-03-04 | 세메스 주식회사 | 박막 히터 및 박막 히터를 제조하는 방법 |
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