1.本发明涉及一种陶瓷加热器，陶瓷更具体地，加热涉及一种具有减少热损失的制作轴(shaft)接合结构的陶瓷加热器。
背景技术：
2.通常，陶瓷半导体装置或显示装置是加热通过将包括电介质层和金属层的多个薄膜层依次堆叠在玻璃基板、柔性基板或半导体晶片基板上后进行图案化的制作方式制造的。这些薄膜层通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，陶瓷cvd)工艺或物理气相沉积(physical vapor deposition，加热pvd)工艺依次沉积在基板上。制作所述cvd工艺包括低压化学气相沉积(low pressure cvd，陶瓷lpcvd)工艺、加热等离子强化化学气相沉积(plasma enhanced cvd，制作pecvd)工艺、陶瓷有机金属化学气相沉积(metal organic cvd，加热mocvd)工艺等。制作
3.在这些cvd装置和pvd装置中设置有加热器，用于支撑玻璃基板、柔性基板、半导体晶片基板等并施加规定的热。在形成在支撑基板上的薄膜层的蚀刻工艺(echting process)和光刻胶(photoresiste)的塑性工艺等中，所述加热器也用于加热基板。在安装在所述cvd装置和pvd装置中的加热器中，根据精确的温度控制、半导体元件的布线精细化和半导体晶片基板的精密热处理要求，陶瓷加热器(ceramic heater)被广泛使用。
4.如图1所示，传统的陶瓷加热器1包括结合到轴20的加热器板10，加热器板10包括设置在陶瓷材料之间的高频电极12和发热体14，轴20提供孔(hole)，以使分别连接到高频电极12和发热体14并供应电力的杆21、23通过。
5.然而，在图1等传统的陶瓷加热器1结构中，发热体14产生的一部分热(例如，在某些情况下为650℃以上)通过与加热器板10下表面接触的轴20被释放，从而增加加热器板10的热损失，并且降低设置在陶瓷加热器1上的基板的温度均匀度。
技术实现要素：
6.(一)要解决的技术问题
7.因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种陶瓷加热器，其能够通过在加热器板和轴之间的接合部设置空气袋(air pocket)来减少热损失，并且通过减少半导体装备腔内的泄露、减少热应力来减少裂纹产生并减少热损失路径，从而提高热效率。
8.(二)技术方案
9.首先，总结本发明的特征，用于实现上述目的的根据本发明的陶瓷加热器包括：加热器板，由陶瓷材料制成，并且设置有发热体；轴，其为具有贯通孔的管形，结合到所述加热器板的下表面，并且通过所述贯通孔容纳向所述发热体供应电力的杆；以及空气袋，连续或断续地设置在接合部中，所述加热器板与所述轴通过所述接合部接触并结合，所述空气袋沿着所述接合部的接合面形成。
10.所述陶瓷加热器进一步包括：接合物质，沿着所述接合部的所述接合面形成在所
述加热器板和所述轴之间，所述空气袋包括沿着所述接合物质形成的凹槽。
11.根据一个实施例，所述接合物质可以包含90～97wt％的氮化铝和3～10wt％的氧化钇。
12.根据另一个实施例，所述接合物质可以包含45～75wt％的氮化铝、10～20wt％的氧化铝、10～20wt％的氧化钙和5～15wt％的氧化钇。
13.所述空气袋可以包括沿着所述接合部的接合面形成在所述加热器板中的凹槽，所述凹槽的截面为t形状，并且形成为在所述加热器板侧的宽度比所述接合面侧更宽。
14.所述空气袋可以沿着所述发热体的设置路径的位置形成在与所述设置路径对应的位置。其中，所述陶瓷加热器进一步包括接合物质，沿着所述接合部的所述接合面形成在所述加热器板和所述轴之间,所述空气袋可以沿着所述接合物质形成。此外，所述空气袋可以沿着所述接合部的接合面形成在所述加热器板中。
15.所述加热器板可以进一步包括与所述发热体隔开设置的高频电极，所述高频电极可以通过设置在所述轴的所述贯通孔内的其他杆接收电力。
16.(三)有益效果
17.根据本发明的陶瓷加热器，通过将空气袋置于加热器板和轴之间的接合部，从而可以减少热损失。所述空气袋可以通过减少半导体装备腔内的泄露(leak)、减少热应力来减少裂纹产生并减少热损失路径，从而提高热效率。
附图说明
18.为了帮助理解本发明，作为详细说明的一部分而被包括的附图，提供本发明的实施例，并同本发明的详细说明一起说明本发明的技术思想。
19.图1是传统的陶瓷加热器的示意性剖视图。
20.图2是根据本发明的一个实施例的陶瓷加热器的示意性剖视图。
21.图3是图2的接合部的放大图。
22.图4是用于说明图2的形成在接合部的接合物质中的空气袋的图。
23.图5a是根据本发明的另一个实施例的陶瓷加热器的示意性剖视图和接合部的放大图。
24.图5b是图5a的接合部的空气袋的另一个实施例。
25.图6是用于说明形成在图5a和图5b的加热器板中的空气袋的加热器板的底面图。
26.图7是用于说明在本发明的实施例的陶瓷加热器中形成在发热体的设置路径中的空气袋的图。
具体实施方式
27.以下，参照附图详细说明本发明。此时，在每个附图中，尽可能以相同的附图标记表示相同的组件。另外，省略对已知的功能和/或配置的详细描述。以下公开的内容将重点说明用于理解根据各种实施例的操作所需的部分，并省略对可能混淆说明要旨的组件的说明。另外，附图的部分组件可以被放大、省略或示意性地示出。每个组件的尺寸并不完全反映实际尺寸，因此，本说明书中记载的内容不受绘制在每个附图中的组件的相对大小或间隔的限制。
28.在说明本发明的实施例时，如果判断与本发明相关的已知技术的具体说明可能不必要地混淆本发明的要点，则省略其详细说明。并且，将在后面描述的术语是根据本发明中的功能定义的术语，可能会根据用户、操作者的意图或惯例等而不同。因此，其定义应该以本说明书的全部内容为基础。在详细说明中使用的术语仅用于描述本发明的实施例，决不能是有限的。除非使用明显不同，单数形式的表述包括复数形式的含义。在本说明中，“包括”或“具有”等表述是指某些特征、数字、步骤、操作、组件、其部分或其组合，不应解释为排除除上述描述之外的一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、其部分或其组合的存在或可能性。
29.此外，第一、第二等术语可以用于描述各种组件，但所述组件并不限于所述术语，所述术语仅用于将一个组件与其他组件区分开来。
30.图2是根据本发明的一个实施例的陶瓷加热器100的示意性剖视图。
31.参照图2，根据本发明的一个实施例的陶瓷加热器100包括加热器板110和轴120。
32.根据本发明的一个实施例的陶瓷加热器100是一种半导体装置，其支撑半导体晶片、玻璃基板、柔性基板等多种目的加工对象基板，并将该加工对象基板加热到规定温度。陶瓷加热器100也可以用于等离子强化化学气相沉积等工艺中。
33.加热器板110可以被构成为高频电极112和(或)发热体114在陶瓷材料之间以规定的间隔隔开设置(埋设)。加热器板110被构成为在稳定地支撑加工对象基板的同时能够利用发热体114加热以及(或)使用高频电极112进行等离子体强化化学气相沉积工艺。加热器板110可以由具有规定形状的板状结构形成。例如，加热器板110可以由圆形的板状结构形成，但不必限于此。其中，陶瓷材料可以是al2o3、y2o3、al2o3/y2o3、zro2、alc(autoclaved lightweight concrete)、tin、aln、tic、mgo、cao、ceo2、tio2、b
xcy
、bn、sio2、sic、yag、mullite、alf3中的至少一种材料，优选可以是氮化铝(aln)。此外，每种陶瓷粉末可以选择性地包含0.1至10％左右的氧化钇粉末，优选包含约1至5％的氧化钇粉末。
34.高频电极112可以由钨(w)、钼(mo)、银(ag)、金(au)、铌(nb)、钛(ti)、氮化铝(aln)或它们的合金组成，优选可以由钼(mo)组成。高频电极112可以通过连接杆121连接到rf(radio)电源或接地(ground)。高频电极112具有线状(wire type)或片状(sheet type)的网格(mesh)结构。其中，网格结构是在第一方向上排列的多个金属和在第二方向上排列的多个金属彼此交错而形成的网状结构。
35.发热体114可以由发热线(或电阻线)形成为板状线圈形态或平板形态。此外，发热体114还可以形成为多层结构，以实现精确的温度控制。这种发热体114在半导体制造工艺中通过连接杆123连接到电源，以执行将加热器板110上的加工对象基板加热到规定的恒温以执行顺利的沉积工艺和蚀刻工艺等的功能。
36.轴120是具有贯穿孔的管(pipe)型，结合到加热器板110的下表面。轴120可以由与加热器板100相同的陶瓷材料形成并彼此结合。其中，陶瓷材料可以是al2o3、y2o3、al2o3/y2o3、zro2、alc(autoclaved lightweight concrete)、tin、aln、tic、mgo、cao、ceo2、tio2、b
xcy
、bn、sio2、sic、yag、莫来石(mullite)、alf3中的至少一种材料，优选可以是氮化铝(aln)。此外，每种陶瓷粉末可以选择性地包含0.1至10％左右的氧化钇粉末，优选包含约1至5％的氧化钇粉末。
37.如下所述，轴120可以与加热器板110通过陶瓷膏等接合物质125结合。在某些情况
下，轴120也可以利用螺栓、螺母等与加热器板110进行机械连接。通过轴120的贯通孔，容纳向高频电极112和(或)发热体114供应电力的各杆121、123。
38.当轴120和加热器板110通过接合物质125接合时，为了在相对高温(例如1750～1850℃)下接合，接合物质125可以由90～97wt％的氮化铝和3～10wt％的氧化钇组成的接合剂组成。或者，当轴120和加热器板110通过接合物质125接合时，为了在相对低温(例如1600～1700℃)下接合，接合物质125可以由45～75wt％的氮化铝、10～20wt％的氧化铝、10～20wt％的氧化钙和5～15wt％的氧化钇组成的接合剂组成。
39.根据本发明的一个实施例，陶瓷加热器100包括空气袋210，所述空气袋210设置在接合部190中，加热器板110与轴120通过所述接合部190接触并结合。
40.图3是图2的接合部190的放大图。图4是用于说明图2的形成在接合部190的接合物质125中的空气袋210的图。图4是接合物质125的平面图。
41.参照图3和图4，空气袋210设置在接合部190中，加热器板110与轴120通过所述接合部190接触并结合，并且沿着形成闭环(closed loop)的接合部190的接合面(接触面)形成。如图4所示，沿着加热器板110和轴120接触并结合的接合部190的接合面，形成环状的接合物质125，使加热器板110和轴120紧密结合。如上所述的接合物质125优选插入加热器板110和轴120之间的接合面，并以此举例说明。然而，需要说明的是，在某些情况下，当加热器板110和轴120使用螺栓、螺母等进行机械结合时，并非一定需要接合物质125。
42.如图4所示，插入接合面以使加热器板110和轴120结合的接合物质125可以是圆形的环形，因此加热器板110和轴120的接合面(接触面)形成圆形的环形闭环(接合面连续不断的形状)。然而，在某些情况下，加热器板110和轴120的接合面(接触面)除圆形外，还可以形成为方形、各种多边形、曲线形等闭环。
43.如图4所示，形成在接合部190的接合物质125中的空气袋210是沿着接合物质125形成的凹槽(或贯通孔)，是与周围厚度不同地形成台阶的腔(cavity)(空心)空间。
44.如上所述的空气袋210包括如图4的(a)所示的断续形态的凹槽211。凹槽211的形状可以是圆形、方形、其他多边形等，断续形态的凹槽211的间隔优选以规定的相同间隔隔开。然而，当加热器板110和轴120的接合面形成不规则的多边形、曲线形等封闭环时，凹槽211的间隔不必限定为相同的间隔，可以以适当的间隔限定凹槽211的间隔，以确保没有真空泄露。
45.此外，空气袋210包括如图4的(b)所示的连续形态的凹槽212。如加热器板110和轴120的接合面(接触面)形成环状闭环，空气袋210也可以由形成环状闭环的连续形态的凹槽212形成。
46.图5a是根据本发明的另一个实施例的陶瓷加热器200的示意性剖视图和接合部191的放大图。图5b是图5a的接合部191的空气袋230的另一个实施例。
47.参照图5a和图5b，在根据本发明的另一个实施例的陶瓷加热器200中，加热器板110和轴120接触并结合的接合部191及其具备的空气袋230的形态和组成与图2中的接合部190及其具备的空气袋210略有不同。在根据本发明的另一个实施例的陶瓷加热器200中，其他组件的形态和组成与图2中的组件的形态和组成类似。也可以将图2的接合部190结构与图5a和图5b的接合部191组合使用。
48.在根据本发明的另一个实施例的陶瓷加热器200中，空气袋230设置在加热器板
110和轴120接触并结合的接合部191中，并且沿着形成闭环的接合部191的接合面形成。沿着加热器板110和轴120接触并结合的接合部191的接合面形成环状的接合物质125(参照图4)，以使加热器板110和轴120紧密结合。如上所述的接合物质125优选插入加热器板110和轴120之间的接合面，但需要说明的是，在某些情况下，当加热器板110和轴120使用螺栓、螺母等进行机械结合时，并非一定需要接合物质125。
49.如图5a所示，在根据本发明的另一个实施例的陶瓷加热器200中，空气袋230包括沿着接合部191的接合面形成在加热器板110中的凹槽。即，沿着加热器板110下表面的接合部191接合面形成的凹槽状的空气袋230是与周围厚度不同地形成台阶的腔(cavity)(空心)空间。
50.在根据本发明的另一个实施例的陶瓷加热器200中的空气袋230中，所述凹槽的形状可以是其截面为矩形、圆形等的凹槽，为了进一步减少热损失，如图5b所示，也可以使所述凹槽的形状的垂直截面具有t形状。即，形成空气袋230的t形凹槽可以形成为相比接合面侧窄的宽度，加热器板110侧具有更宽的宽度，因此向接合物质125侧的热移动路径延长，从而可以减少散热并最小化热损失。
51.图6是用于说明形成在图5a和图5b的加热器板110中的空气袋230的加热器板110的底面图。图6的(a)表示形成在加热器板110上的空气袋230由断续形态的凹槽231形成，图6的(b)表示形成在加热器板110上的空气袋230由连续形态的凹槽232形成。
52.构成由图6的(a)所示的断续形态的凹槽231形成的空气袋230的凹槽231的水平截面形状可以是圆形、方形、其他多边形等，断续形态的凹槽231的间隔优选以规定的相同间隔隔开。然而，当加热器板110和轴120的接合面形成不规则的多边形、曲线形等封闭环时，凹槽231的间隔不必限定为相同的间隔，可以以适当的间隔限定凹槽231的间隔，以确保没有真空泄露。
53.此外，如同加热器板110和轴120的接合面(接触面)形成闭环，构成由图6的(b)所示的连续形态的凹槽232形成的空气袋230的凹槽232的水平截面形状形成闭环。
54.图7是用于说明在本发明的实施例的陶瓷加热器100/200中形成在发热体114的设置路径中的空气袋250的图。
55.图7的(a)是设置在加热器板110陶瓷材料内的发热体114的设置形状的一个示例。图7的(b)表示在插入加热器板110和轴120接合的接合面的接合物质125中，凹槽状的空气袋250沿着设置电阻线等发热体114的路径形成在与其对应的路径上。图7的(c)是图7的(a)和图7的(b)重叠后显示的图。
56.在图7中，如同沿着设置发热体114的路径形成在与其对应的路径上的空气袋250，本发明的实施例的陶瓷加热器100/200中的空气袋210/230可以沿着设置电阻线等发热体114的路径形成在与其对应的路径上。
57.其中，如图2所示，空气袋250包括沿着插入接合部190的接合面的接合物质125形成在加热器板110和轴120之间的情况，此外，如图5a和图5b所示，空气袋250包括沿着接合部191的接合面形成在加热器板110陶瓷材料中的情况。
58.设置如上所述的电阻线等发热体114的路径是产生大量热的主要发热部，因此通过设置本发明的如上所述的空气袋250，可以减少从加热器板110移动到轴120的热传导，减少向轴120侧散发的热损失。
59.在根据本发明的实施例的陶瓷加热器100/200中，加热器板110和接合物质125的导热率为150～170w/m
·
k左右，轴120的导热率为80～170w/m
·
k左右。相反，空气袋210/230的导热率为0.025w/m
·
k左右。
60.当使用陶瓷加热器100/200在加热器板110上的加工对象基板上执行沉积工艺和蚀刻工艺等时，通过发热体114而在加热器板110中产生的高温热通过经过接合物质125移动到轴120的热移动路径散发。因此，如上所述的空气袋210/230的导热率远小于加热器板110和轴120，因此可以减少通过从加热器板110移动到轴120的热移动路径散发的热损失。
61.此外，例如，如图4的(a)或(b)和(或)图6的(a)或(b)所示，当空气袋210/230由断续或连续形态的凹槽211/212、231/232组成时，与没有空气袋210的传统情况相比，通过减少温差引起的热应力，可以减少接合部190/191周围的裂纹的产生。即，传统的结构在加热器板110和轴120之间进行大量的热传递和热散发，接合部190/191周围的加热器板110和轴120之间的温差较大，热应力增加，因此在加热器板110和轴120中可能会增加裂纹的产生。相反，空气袋210/230的导热率远小于加热器板110和轴120，因此从加热器板110移动到轴120的热移动相应减少，接合部190/191周围的加热器板110和轴120之间的温差变小，热应力减少，因此可以减少在加热器板110和轴120中产生裂纹。
62.此外，在利用其宽幅被用于空气袋210/230的凹槽211/212、231/232分为两部分的本发明的接合物质125的结构中，接合面的接合物质125面积(分为两部分的面积之和)设计为与没有本发明的空气袋210/230的传统结构中的接合面的接合物质125相同时，使用本发明的空气袋210/230的结构也可以减少真空泄露，以减少气体渗漏。即，在半导体装备腔内，当在加热器板110上的加工对象基板上进行沉积工艺和蚀刻工艺等时，轴120内部的空的空间是大气氛围，腔内加热器板110周围是规定的真空氛围，因此即使存在插入在加热器板110和轴120的接合部190/191中接触的接合面的接合物质125，也会存在一定程度的真空泄露。因此，如本发明所示，当采用空气袋210/230时，由于气体渗漏路径延长相当于通过装备内部的气体通过所述接合面的接合物质125或加热器板110的空气袋230的长度，因此具有通过减少气体渗漏来减少真空泄露并保持高真空的效果。
63.此外，如图5b的说明，为了进一步减少热损失，形成空气袋230的t形凹槽形成为相比接合面侧的窄宽度，在加热器板110侧具有更宽的宽度，因此，如图5b所示，朝向接合物质125侧的热移动路径变长，具有减少散热并最小化热损失的效果。
64.如上所述，在根据本发明的陶瓷加热器100/200中，通过将空气袋210/230置于加热器板110和轴120之间的接合部190/191，从而可以减少热损失。所述空气袋210/230可以通过减少半导体装备腔内的泄露、减少热应力来减少裂纹的产生并减少热损失路径，从而提高热效率。
65.如上所述，在本发明中，通过具体组件等特定事项和有限的实施例和附图描述了本发明，但是提供这些只是为了帮助更全面地理解本发明，本发明不限于上述实施例，并且本发明所属领域的普通技术人员可以在不脱离本发明的本质特性的范围内进行各种修改和变化。因此，本发明的思想不应限于所描述的实施例，除了权利要求书之外，与权利要求书等同或等同修改的所有技术思想应解释为包括在本发明的权利范围内。