KR100440551B1 - 핫플레이트 유니트 - Google Patents

Abstract

핫플레이트를 단시간에 균일하게 냉각할 수 있는 핫플레이트 유니트. 핫플레이트 유니트(1)는 발열소자(10)를 갖는 핫플레이트(3)와, 핫플레이트를 지지하는 케이싱(2)을 구비한다. 핫플레이트와 케이싱은 내부공간(S1)을 구획한다. 케이싱의 저벽(2a)에는 2개의 유입포트(17)와 2개의 하측 개구부(31)가 형성되어 있다.

Description

핫플레이트 유니트{HOT PLATE UNIT}

반도체장치 제조프로세스에 있어서, 실리콘 웨이퍼는 감광성 수지가 도포된 후, 감광성 수지를 건조시키기 위해 예컨대 핫플레이트 유니트와 같은 가열장치로 가열한다.

예컨대 일본 특공평 4-13873호 공보는 종래의 가열장치를 개시한다. 이 가열장치는 질화알루미늄 소결체로 만들어진 핫플레이트와, 이 플레이트에 설치된 저항체를 구비한다. 저항체는 핫플레이트를 구성하는 2장의 세라믹 기재 사이에 배치되어 있다. 저항체의 2개 단자는 핫플레이트의 측면에서 돌출하고 있다. 2개의 단자는 전원배선을 통해 전원에 접속되어 있다.

실리콘 웨이퍼는 핫플레이트의 상면에 배치된다. 저항체에 전기를 통함으로써 실리콘 웨이퍼는 소정의 온도(예컨대, 100 ~ 900℃)로 가열된다.

감광성 수지가 건조된 후 실리콘 웨이퍼를 핫플레이트에서 꺼내는 경우 어느정도 낮은 온도까지 핫플레이트를 방치하여 냉각한다. 그러나, 핫플레이트의 냉각은 비교적 장시간을 필요로 하므로 생산성 향상의 장해가 되었다.

그래서, 예컨대 일본 특공평 8-8246호 공보는 핫플레이트의 냉각시간을 단축하기 위해 방열핀형의 냉각체를 핫플레이트에 부착시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이런 냉각체는 핫플레이트를 국소적으로 냉각시킬 수 있지만, 핫플레이트 전체를 균일하게 냉각시킬 수는 없었다.

본 발명은 예컨대 반도체장치의 제조프로세스에 사용되는 핫플레이트 유니트에 관한 것이다.

도 1은 제1 실시형태의 핫플레이트 유니트의 개략적인 단면도.

도 2는 도 1의 핫플레이트 유니트의 부분확대 단면도.

도 3a 및 도 3b는 다른 실시예의 핫플레이트 유니트의 개략적인 저면도.

도 4는 도 1의 핫플레이트 유니트의 냉각속도를 나타내는 그래프.

본 발명의 목적은 간단한 구조이면서 저비용으로 핫플레이트 전체를 단시간에 균일하게 냉각할 수 있는 핫플레이트 유니트를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명의 제1 실시형태는 저부 및 제1 개구부를 갖는 케이싱과, 제1 개구부에 배치되고 발열소자를 갖는 핫플레이트를 구비한 핫플레이트 유니트를 제공한다. 저부는 제2 개구부를 갖는다.

본 발명의 제2 실시형태는 발열소자를 갖는 핫플레이트와, 핫플레이트를 지지하는 케이싱을 구비한 핫플레이트 유니트를 제공한다. 케이싱은 핫플레이트에 대향하는 저부, 핫플레이트에 가려진 제1 개구부 및 저부에 형성된 제2 개구부를 갖는다.

핫플레이트 유니트는 또한 케이싱에 부착되어 유체를 도입할 수 있는 유입포트를 구비하는 것이 바람직하다.

유입포트는 복수의 유입포트를 포함하는 것이 바람직하다.

제2 개구부는 복수의 제2 개구부를 포함하는 것이 바람직하다.

유체는 공기를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제1 실시형태인 핫플레이트 유니트(1)를 도 1, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1, 도 2에 도시한 대로, 핫플레이트 유니트(1)는 금속제(예컨대 알루미늄제)의 케이싱(2) 및 핫플레이트(3)를 주요한 구성요소로서 갖추고 있다.

케이싱(2)은 저벽(2a)과 상측 개구부(4)를 갖는다. 저벽(2a)의 중앙부로 3개소에는 도시하지 않은 리프트 핀이 각각 통과하는 핀통과 슬리브(5)가 설치되어 있다. 3개의 리프트 핀은 실리콘 웨이퍼(W1)를 지지하고, 실리콘 웨이퍼(W1)를 핫플레이트(3)의 상면에서 소정의 높이까지 들어올린다. 저벽(2a)의 외주부에는 핫플레이트(3)에 전류를 공급하는 리드선(6)을 끼워 통과시키기 위한 리드선 구멍(7)이 형성되어 있다.

핫플레이트(3)는 저온용 핫플레이트이고, 감광성 수지가 도포된 실리콘 웨이퍼(W1)를 200 ~ 300℃로 가열하여 건조시킨다. 핫플레이트(3)는 세라믹 소결체로 이루어진 판상기재(9)와, 판상기재(9)에 장착된 발열소자(저항체)(10)를 구비한다. 판상기재(9)는 시일요소(14)를 거쳐 상측 개구부(4)에 설치된다. 이로써 케이싱(2)의 내측과 핫플레이트(3)의 하면 사이에 내부공간(S1)이 형성된다.

도 1에 도시한 대로, 판상기재(9)는 원판형이다. 판상기재(9)의 직경은 케이싱(2)의 외형치수 보다 약간 작다. 발열소자(10)는 동심원상 또는 나선상으로 형성되고, 판상기재(9)의 하면에 장착된다. 핫플레이트(3)의 중심부에는 3개의 슬리브(5)에 대응한 위치에 리프트 핀 구멍(11)이 형성되어 있다.

판상기재(9)의 소재로서 내열성이 우수하고 열전도율이 높은 성질을 갖는 질화물 세라믹 소결체가 선택된다. 질화물 세라믹으로는 예컨대 질화 알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄과 같은 금속질화물 세라믹 소결체가 바람직하다. 이들 소결체 중에서 가장 높은 열전도율을 갖는 질화 알루미늄 소결체가 특히 바람직하다. 그 밖에 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티탄, 탄화탄타르, 탄화텅스텐과 같은 금속탄화물 세라믹의 소결체도 사용된다.

발열소자(10)는 판상기재(9)에 도전 페이스트를 소결 부착시킴으로써 형성된다. 도전 페이스트로서 금속입자, 금속산화물, 수지 및 용제를 포함한다. 바람직한 금속입자는 예컨대 금, 은, 백금, 파라듐, 납, 텅스텐, 니켈이다. 이들 금속이 바람직한 이유는 고온에 노출되어도 비교적 산화되기 어렵다는 것과, 충분한 저항값을 갖기 때문에 통전에 의해 발열시키기 쉽다는 것이다. 바람직한 금속산화물은예컨대 산화납, 산화아연, 실리카, 산화붕소, 알루미나, 이트리아, 티타니아 이다.

도 2에 도시한 대로, 발열소자(10)의 2개 단부에는 외부접속단자로서 패드(10a)가 각각 형성되어 있다. 단자핀(12)이 패드(10a)에 납땜되어 있다. 리드선(6)의 2개 소켓(6a)은 대응하는 단자핀(12)의 선단에 끼워져 있다. 이로써 단자핀(12)은 발열소자(10)에 전기적으로 접속된다. 발열소자(10)는 리드선(6) 및 단자핀(12)을 거쳐 공급되는 전류에 의해 발열하고, 핫플레이트(3) 전체를 가열한다.

도 2에 도시한 대로, 상측 개구부(4)의 상면(립부)에 복수의 부착나사구멍(13)이 등간격으로 형성되어 있다. 시일요소(14)는 그 립부 위에 배치된다. 환상의 시일요소(14)의 내경은 상측 개구부(4)의 직경과 거의 같다. 시일요소(14)의 소재로서 예컨대 수지 및 고무와 같은 탄성체가 바람직하다. 시일요소(14)는 복수의 부착나사구멍(13)에 대응하는 복수의 나사구멍(15)을 갖는다. 시일요소(14)의 내벽에는 핫플레이트(3)의 하면을 지지하기 위한 지지계단부(16)가 형성되어 있다. 핫플레이트(3)를 지지계단부(16)에 배치하면 시일요소(14)의 상단면은 핫플레이트(3)의 상면과 거의 같은 면이 된다. 핫플레이트(3)는 지지계단부(6)위에 거의 수평으로 지지된다.

시일요소(14)는 상측 개구부(4)의 상면과 핫플레이트(3)의 하면 사이의 간극을 밀봉한다. 이로써 유체(공기)가 이 간극에서 새는 것이 방지된다.

도 1, 도 2에 도시한 대로, 환상홀더(21)는 시일요소(14)에 볼트(25)로 고정된다. 환상홀더(21)는 링본체(22)와, 복수의 나사구멍(23)과, 복수의걸림돌기(24)를 갖는다. 걸림돌기(24)는 핫플레이트(3)를 지지계단부(15)를 향해 누른다. 핫플레이트(3)는 시일요소(14)와 환상홀더(21)의 사이에 고정된다.

도 1에 도시한 대로, 2개의 유입포트(17)는 볼트 등의 고정수단을 이용하여 저벽(2a)에 고정되어 있다. 유입포트(17)는 저벽(2a)의 중앙부근에 병설되어 있다. 2개의 하측 개구부(31)는 저벽(2a)을 관통하도록 형성되어 있다. 하측 개구부(31)는 2개의 유입포트(17)에서 지름방향 외측으로 떨어져 위치한다. 유입포트(17)를 거쳐 케이싱(2)의 내부는 외부와 연통한다.

유입포트(17)의 내주면 하부에는 암나사가 형성되고, 거기에 도시하지 않는 유체공급배관이 장착된다. 유체공급배관의 다른 끝은 핫플레이트 유니트(1)에서 어느 정도 떨어진 곳에 개방되어 있다. 유체공급배관의 중간에 배치된 기체 압송펌프에 의해 냉각용 공기가 유입포트(17)를 거쳐 케이싱(2)의 내부로 공급된다.

도 2에 도시한 대로, 리드선 구멍(7)에는 시일패킹(8)이 장착되어 있다. 시일패킹(8)은 고무 등의 탄성체이고, 관통구멍을 갖는다. 리드선(6)은 시일패킹(8)의 관통구멍에 끼워져 케이싱(2)의 외부로 빼내어진다. 시일패킹(8)은 리드선(6)과 리드선 구멍(7)의 사이를 밀봉한다. 이로써 리드선(6)과 리드선 구멍(7)의 사이를 공기가 통하지 못하게 방지한다.

이하, 핫플레이트 유니트(1)의 사용방법에 대해 설명한다.

감광성 수지가 도포된 실리콘 웨이퍼(W1)를 핫플레이트(3)위에 올려놓는다. 발열소자(10)에 통전하면, 핫플레이트(3)가 가열된다. 실리콘 웨이퍼(W1)는 핫플레이트(3)와의 접촉에 의해 가열된다. 가열은 감광성 수지가 충분히 건조될 때까지 지속된다. 건조후에 발열소자(10)로의 전기공급을 그친다.

다음에, 기체압송펌프를 구동하여 유입포트(17)를 통해 내부공간(S1)에 냉각공기를 공급한다. 냉각공기는 유입포트(17)에서 핫플레이트(3)의 하면을 향해 수직으로 분사된다. 내부공간(S1)에서 냉각공기는 핫플레이트(3)의 하면 전체와 접촉하면서 하측 개구부(31)를 향해 이동한다. 이 이동에 의해 핫플레이트(3)는 거의 균일하게 냉각되고, 냉각공기는 핫플레이트(3)의 열을 흡수하여 고온이 된다. 고온의 공기는 하측 개구부(31)를 통해 핫플레이트 유니트(1)의 외부로 방출된다. 냉각공기의 흐름은 굵은 화살표로 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 그리고, 핫플레이트(3)가 소정의 온도로 냉각되면 실리콘 웨이퍼(W1)는 핫플레이트(3)에서 꺼내진다.

여기서 냉각효율의 실험에 대하여 나타낸다. 제1 실시형태의 핫플레이트 유니트(1)의 냉각효율을 다음과 같이 조사했다.

200℃로 가열한 핫플레이트(3)의 표면온도 변화를 측정했다. 표면온도가 200℃에서 25℃로 냉각되는데 필요한 시간(냉각시간)을 냉각효율의 지표로 했다. 비교를 위해 2개의 종래기술 핫플레이트 유니트에 대해서도 마찬가지로 냉각효율을 측정했다. 제1 종래기술의 핫플레이트 유니트는 냉각수단을 갖지 않는다. 제2 종래기술의 핫플레이트 유니트는 핫플레이트에 냉풍을 접촉시키는 냉각수단을 갖는다.

도 4에 결과를 나타낸다. 곡선(a)은 제1 실시형태의 온도변화를 나타낸다. 곡선(b)은 제1 종래기술의 온도변화를 나타낸다. 곡선(c)은 제2 종래기술의 온도변화를 나타낸다. 제1 실시형태의 핫플레이트 유니트(1)의 경우 냉각시간은 약 2분이었다. 이에 대해 제1 종래기술의 냉각시간은 약 240분이었다. 제2 종래기술의 냉각시간은 약 10분이었다. 제1 실시형태의 핫플레이트 유니트(1)의 냉각시간은 종래기술보다 짧고, 그 냉각효율은 훨씬 향상되어 있음을 알 수 있다.

제1 실시형태에 의하면 이하의 이점을 얻을 수 있다.

(1) 핫플레이트(3)의 열은 케이싱(2)의 내부를 유통하는 유체가 저벽(2a)에 형성된 2개의 하측 개구부(31)를 통해 케이싱(2)의 외부로 이동함으로써 효율적으로 배출된다. 그 결과 핫플레이트(3) 전체는 단시간에 균일하게 냉각된다.

(2) 하측 개구부(31)는 핫플레이트 유니트(1)의 제조공정에 케이싱(2)의 구멍 뚫기 공정을 추가하는 정도로 형성된다. 그래서, 예컨대 케이싱(2)의 유체배출포트를 설치하는 경우에 비해 핫플레이트 유니트(1)의 제조는 간단하고 제조비용이 저렴하다.

(3) 핫플레이트 유니트(1)는 유체배출포트를 갖는 것에 비해 간단한 구조이다. 그래서, 핫플레이트 유니트(1)는 고장이 드물고, 유지가 용이하다.

(4) 저벽(2a)에 배치된 2개의 유입포트(17)에서 케이싱(2)의 내부공간(S1)에 냉각공기를 유통시킬 수 있다. 핫플레이트(3) 전체는 냉각공기에 의해 강제적으로 냉각된다. 또한, 핫플레이트(3)의 열을 흡수한 공기는 하측 개구부(31)에서 외부로 용이하게 배출된다. 따라서, 냉각공기의 유통효율은 향상되고, 핫플레이트(3) 전체는 보다 단시간에 균일하게 냉각된다.

(5) 냉각공기는 유입포트(17)에서 핫플레이트(3)의 하면으로 수직으로 불어넣어지게 되므로, 핫플레이트(3)는 효율적으로 냉각된다.

(6) 냉각공기는 2개의 유입포트(17)에서 도입되므로, 냉각공기는 핫플레이트(3)의 하면 전체에 균일하게 접촉한다.

(7) 핫플레이트(3)의 하면에서 돌출하는 단자핀(12) 등의 돌출물은 케이싱(2)에 의해 덮여진다. 따라서, 케이싱(2)는 돌출물의 존재여부에 관계없이, 도시안된 지지 스테이지에 무난하게 부착될 수 있다.

(8) 저벽(2a)에 하측 개구부(31)를 형성하므로, 케이싱(2)의 열용랑은 저감되고, 또한 유체는 배출되기 쉬워진다. 다시 말해서 제조비용을 증가시키지 않는 간단한 공정을 핫플레이트 유니트(1)의 제조공정에 추가하여 핫플레이트(3)의 냉각속도를 향상시킬 수 있다.

제1 실시형태를 다음과 같이 변경할 수도 있다.

ㆍ 밀폐성이 어느 정도 확보되는 것이라면 시일요소(14)를 생략해도 된다. 이런 경우 핫플레이트(3)는 케이싱(2)의 상측 개구부(4)의 상면에 올려지고 환상홀더(21)는 케이싱(2)에 직접 나사고정된다.

ㆍ 유입포트(17)의 수를 3개 이상으로 늘려도 된다. 포트(17)의 수가 많을수록 핫플레이트(3)는 단시간에 균일냉각된다. 하측 개구부(31)의 수를 3개 이상으로 늘려도 된다.

ㆍ 도 3a에 도시한 대로, 분할된 3개의 저항체(32 ∼ 34)를 발열소자(10)로 사용해도 좋다. 저항체(32 ∼ 34)를 발열시키기 위해 3개의 발열제어회로가 사용되고, 저항체(32 ∼ 34)에 공급되는 전력은 독립적으로 제어된다. 이 경우 핫플레이트(3)는 도 3b에 도시한 3개의 발열영역 A1 ∼ A3를 갖게된다. 각 온도영역 A1 ∼ A3마다 복수(예컨대 3개)의 유입포트(17)(Ｏ표) 및 하측 개구부(31)(△표)가 각각 위치한다. 또한, 도 3b에서 동일한 영역 A1 ∼ A3에 대응하도록 위치한 3개의 유입포트(17) 및 3개의 하측 개구부(31)는 각각 등각도 간격으로 떨어져 있다. 다시 말하자면, 동일영역내의 3개의 유입포트(17) 및 3개의 하측 개구부(31)는 가상의 정삼각형의 3개의 정점에 각각 위치한다.

이와 같이 하면 각 제어회로의 ON/OFF 스위칭에 의해 각 발열영역 A1 ∼ A3의 온도는 독립적으로 제어된다. 또한, 각 발열영역 A1 ∼ A3는 복수의 유입포트(17)에서 도입되는 냉각공기로 냉각되므로 핫플레이트(3)는 보다 균일하게 냉각된다.

유입포트(17) 및 하측 개구부(31)의 위치는 변경해도 좋다.

또한, 동일한 영역에 대응하도록 위치하는 유입포트(17) 및 하측 개구부(31)의 수는 적어도 1개라도 좋다.

발열제어회로의 개수는 2개 또는 4개 이상이어도 좋다. 이 경우 유입포트(17)의 총수는 발열제어회로수의 70％ 이상이면 좋고, 1개의 발열제어회로에 대해 1개 이상의 유입포트(17)를 배치할 필요는 없다. 예컨대 유입포트(17)의 수는 발열제어회로가 10개일 때 7개 이상이면 되고, 발열제어회로가 4개일 때 3개이상이면 된다.

ㆍ 리드선 구멍(7)을 케이싱(2)의 저벽(2a) 이외의 장소, 예컨대 케이싱(2)의 저벽부에 형성해도 된다.

ㆍ 내부공간(S1)에 예컨대 공기 이외의 탄산가스, 질소 등의 분활성가스와 같은 기체를 냉각용 유체로서 유통시켜도 좋다. 또한, 절연성 유체와 같은 전기회로에 악영향을 주지않는 유체를 사용해도 좋다.

ㆍ 판상기재(9)에 핫플레이트(3)의 온도를 측정하기 위한 열전대를 심어 넣어도 좋다. 열전대의 검지신호를 근거로 발열소자(10)에 공급하는 전압이나 전류를 변경함으로써 핫플레이트(3)의 온도는 제어된다. 이 경우 열전대의 리드선은 시일패킹(8)을 거쳐 케이싱(2)의 외부로 빼내어진다.

Claims (6)

1. 저부 및 제1 개구부를 갖는 케이싱과,

   상기 제1 개구부에 배치되고 발열소자를 갖는 핫플레이트를 구비한 핫플레이트 유니트에 있어서,

   상기 저부에 설치된 냉각매체용 유입 포트와 상기 저부에 형성된 제2 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 핫플레이트 유니트.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 유입포트는 복수의 유입포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫플레이트 유니트.
4. 청구항 1 또는 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2 개구부는 복수의 제2 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫플레이트 유니트.
5. 청구항 1 또는 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유체는 공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫플레이트 유니트.
6. 발열소자를 갖는 핫플레이트와,

   상기 핫플레이트를 지지하며, 상기 핫플레이트에 대향하는 저부, 상기 핫플레이트로 덮여 있는 제1 개구부 및 상기 저부에 형성된 제2 개구부를 갖는 케이싱을 포함하고,

   상기 저부에 설치된 냉각매체용 유입 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 핫플레이트 유니트.