KR100763279B1 - 세라믹 히터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 히터 관한 것으로 상기 세라믹 히터가 보다 빠른 시간 내에 온도 변화가 이루어지고, 온도제어가 용이함은 물론 상기 세라믹 히터의 발열 온도 분포가 균일하게 이루어지며, 상기 세라믹 히터의 가용 가능한 온도 범위가 넓도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 세라믹 히터(100)는 열을 발열하도록 세라믹으로 이루어진 세라믹 발열판(10)과, 상기 세라믹 발열판(10)의 하부에 접합되어 세라믹 발열판(10)으로 열을 전달하기 위하여 상기 열이 발생되도록 한 쌍의 절연체(30)와 복수개의 저항 발열체(40)로 이루어진 발열부(20)로 구성된 것이다.
세라믹 히터, 세라믹 발열판, 발열부, 저항 발열체, 절연체
Description
도 1은 본 발명 세라믹 히터를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명 세라믹 히터의 구조를 나타낸 분리 사시도.
도 3은 본 발명 세라믹 히터의 절연체에 저항 발열체가 형성된 상태를 평면에서 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명 세라믹 히터의 단면을 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 세라믹 발열체 11: 삽입홈
12: 간격볼 20: 발열부
30: 절연체 40: 저항 발열체
100: 세라믹 히터
본 발명은 반도체 산업에서 웨이퍼를 가열하는데 사용되는 히터에 관한 것으로써, 좀 더 구체적으로는 히터의 온도 변화가 보다 빠르면서 온도제어가 용이하고, 히터의 가용 가능한 온도의 범위를 넓힘은 물론 상기 히터의 발열 온도 분포가 균일하게 이루어지도록 하는 세라믹 히터에 관한 것이다.
일반적으로, 상기 히터는 반도체용 웨이퍼의 수분을 제거하거나 감광액을 건조 및 경화하기 위하여 상기 웨이퍼를 가열하는 장치이다.
상기의 세라믹 히터는 반도체용 웨이퍼를 가열하는데 사용될 뿐만 아니라 헤어드라이기, 열풍기, 건조기 등 일반 산업 전반에도 사용가능하다.
종래의 반도체용 웨이퍼를 가열하기 위해 사용되는 금속 히터는 열전도가 매우 우수하면서 내식성이 양호한 알루미늄으로 이루어진 발열판의 하부에 외부의 전원에 의해 열을 발생시키는 저항 발열체를 접착 결합함에 따라 제작된다.
이와 같은, 종래의 금속 히터는 외부에서 인가되는 전원에 의해 저항 발열체가 가열되면서 발생되는 열이 발열판으로 전달되어 상기 금속 히터의 상면에 올려져 있는 웨이퍼로 상기의 열이 전달됨에 따라 상기 웨이퍼가 가열된다.
여기서, 상기 웨이퍼의 수분을 제거함은 물론 감광액의 건조 및 경화공정 즉, 열처리공정에서 히터의 온도제어 정밀도와 히터 발열면의 온도 분포도 및 고온(200℃ 이상)에서 히터의 내구성 등에 의해 반도체의 품질이 정해진다.
그러나, 이러한 종래 금속 히터의 발열판은 발열상태에서 판재 면이 휘어지는 휨현상이 발생됨에 따라 고온 운전이 불가능한 문제뿐만 아니라 저온상태에서도 장시간 사용이 불가능한 문제가 있었다.
또한, 상기 금속 히터를 가열하여 온도를 상승시키거나 또는 상기 금속 히터의 온도를 하강시키기 위한 시간 즉, 상기 금속 히터의 가열 및 냉각 작업에 따른 시간이 많이 소요됨에 따라 작업 시간이나 인력 손실이 발생됨은 물론 생산라인의 생산성이 떨어지므로 인해 작업 효율성이 저하되는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 히터를 세라믹 히터로 구비하도록 하여 상기 세라믹 히터가 보다 빠른 시간 내에 온도 변화가 이루어짐은 물론 온도제어가 용이함에 따라 작업의 효율성을 향상시키도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 히터의 발열 온도 분포가 균일하게 이루어짐에 따라 상기 세라믹 히터에 의해 제품 전체를 균일하게 가열하므로 인해 제품의 질이 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 세라믹 히터의 휨현상을 방지함은 물론 상기 세라믹 히터의 가용 가능한 온도 범위가 넓어지므로 인해 상기 세라믹 히터에 의해 보다 다양한 작업이 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 열을 발생시키는 세라믹 히터에 있어서, 상기 세라믹 히터는, 열을 발열하도록 세라믹으로 이루어진 세라믹 발열판과, 상기 세라믹 발열판의 하부에 접합되어 세라믹 발열판으로 열을 전달하도록 상기 열이 발생되는 발열부로 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 히터가 제공된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 형태에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 세라믹 히터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명 세라믹 히터의 구조를 나타낸 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명 세라믹 히터의 절연체에 저항 발열체가 형성된 상태를 평면에서 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명 세라믹 히터의 단면을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 반도체용 웨이퍼(A)의 수분을 제거하거나 감광액을 건조 및 경화하기 위하여 상기 웨이퍼를 가열하거나 또는 헤어드라이기, 열풍기, 건조기 등 일반 산업 전반에 열을 발생시키도록 하는 세라믹 히터(100)가 구비되어 있다.
여기서는, 상기 반도체용 웨이퍼(A)를 가열하기 위한 세라믹 히터(100)에 대해서만 설명한다.
상기 세라믹 히터(100)는 도 1과 도 2에서와 같이, 열을 발열하도록 하는 세라믹 발열판(10)이 설치되어 있고, 상기 세라믹 발열판(10)의 하부에는 상기 세라믹 발열판(10)으로 열을 전달하도록 상기 열이 발생되는 발열부(20)가 접합되어 있다.
상기의 세라믹 발열판(10)은 세라믹스 재료 중 열전도성이 매우 우수하며, 고온 상태에서 내열성이나 내식성 및 내마모성이 매우 우수한 질화알루미늄(AIN: Aluminium Nitride)을 소결 성형하여 사용하며, 상기 세라믹 발열판은 질화알루미늄뿐만 아니라 탄화규소(탄화물 세라믹:BN)나 제조가 손쉬운 알루미나(산화물세라믹: Al2O3)를 사용하여도 무방하다.
또한, 상기 세라믹 발열판(10)은 보다 빠른 시간 내에 온도 변화가 이루어짐은 물론 온도제어가 용이하면서 고온상태에서 세라믹 히터(100)가 휘어지는 휨현상을 방지하고, 상기 세라믹 히터의 가용 가능한 온도 범위가 넓도록 3~5㎜두께로 형 성되어 있다.
상기 세라믹 발열판(10)의 두께가 3㎜보다 얇을 경우 고온 상태에서 세라믹 히터(100)가 휘어지는 문제가 있으며, 상기 세라믹 발열판(10)의 두께가 5㎜보다 두꺼울 경우 세라믹 발열판(10)의 온도 상승 및 냉각되는 시간이 많이 걸리게 되는 문제가 있다.
상기 세라믹 발열판(10)의 상부에는 복수개의 삽입홈(11)이 형성되어 있고, 상기 삽입홈(11) 내에는 상기 세라믹 발열판(10)의 상면에 얹혀지는 웨이퍼(A)로 열이 직접 전달되지 않도록 상기 세라믹 발열판(10)과 웨이퍼(A)가 일정간격 이격되도록 하는 간격볼(12)이 각각 삽입되어 있다.
한편, 상기의 발열부(20)는 상기 세라믹 발열판(10)의 하부면에 전기를 절연함은 물론 고온 상태에서 잘 견디며 열전달 특성이 우수한 한 쌍의 절연체(30)가 접합되어 있고, 상기 한 쌍의 절연체(30) 사이에는 외부로부터 인가되는 전원에 의해 흐르는 전류에 저항함에 따라 열이 발생되도록 하는 복수개의 저항 발열체(40)가 결합되어 있다.
즉, 상기 각 저항 발열체(40)는 상기 한 쌍의 절연체(30) 사이에 위치되어 부착됨은 물론 상기 각 저항 발열체(40)의 회로를 절연하면서 외부 환경으로부터 보호하도록 상기 한 쌍의 절연체(30)에 의해 감싸져서 밀폐된 상태로 결합되어 있다.
상기 한 쌍의 절연체(30)는 고분자화합물질 중 고온 상태에서 내열성, 내화학성 및 전기적 절연성능이 매우 우수함과 함께 이물질이나 분해가스가 발생하지 않는 폴리이미드 수지 필름(Polyimide Film)으로 형성되며, 상기 한 쌍의 절연체(30)는 각 저항 발열체(40)가 감싸진 상태에서 접착제에 의해 부착됨과 함께 고온으로 가압하여 결합된다.
상기 각 저항 발열체(40)의 양단부에는 상기 각 저항 발열체(40)가 열을 발생시키도록 외부로부터 전원이 인가되는 전원부와 결합되는 단자부(41)가 각각 형성되어 있다.
또한, 상기 각 저항 발열체(40)는 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 세라믹 히터(100) 즉, 세라믹 발열판(10)에 열이 골고루 전달되도록 일정한 저항 밀도를 갖는 발열회로로 성형됨은 물론 상기 각 저항 발열체(40)의 길이가 길어짐에 따라 야기되는 전류량 변화로 인한 온도 변화 및 세라믹 히터(100)의 외부로 빠져나가는 열손실을 일정하게 보상제어하기 위하여 상기 세라믹 히터(100)를 중심으로 하여 동심원 형태로 분할 형성되어 있다.
상기 동심원 형태로 분할 형성된 각 저항 발열체(40)는 상기 각 저항 발열체(40)의 열간섭을 상호 배제하기 위하여 일정간격으로 이격되도록 형성되어 있다.
여기서, 상기 각 저항 발열체(40)는 고융점 저항 금속재료 중 니켈을 주성분으로 하는 니크롬합금(NiCr: Nichrome)으로 형성되어 있으며, 상기 각 저항 발열체(40)는 니크롬합금뿐만 아니라 텅스텐합금, 동합금 등을 사용하여도 무방하다.
즉, 상기 세라믹 히터(100)의 적정 발열량을 고려하여 각 저항 발열체(40)는 최소 저항 밀도를 유지함은 물론 상기 각 저항 발열체(40)의 식각공정 용이성이나 세라믹 발열판(10)과의 밀착성 및 고온 발열상태에서의 내구성 등을 고려하여 상기 각 저항 발열체(40)는 100~300㎛의 두께로 형성한다.
상기 각 저항 발열체(40)의 두께가 100㎛이하인 경우 고온 발열상태에서 내구성이 저하되는 문제가 있으며, 또는, 상기 각 저항 발열체(40)의 두께가 300㎛이상인 경우 식각공정이 용이하지 않음은 물론 상기 세라믹 발열판(10)과의 밀착성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 상기 세라믹 히터(100)의 하부 즉, 상기 각 저항 발열체(40)의 구간 내에는 상기 각 저항 발열체(40)에서 발생되는 열의 온도를 측정하여 외부에서 이를 확인함은 물론 상기 세라믹 히터(100)의 온도를 제어하도록 상기 각 저항 발열체(40)의 온도를 측정하는 복수개의 센서(50)가 각각 부착되어 있다.
상기 세라믹 발열판(10)과 각 절연체(30)에는 상기 세라믹 히터(100)의 상면에 웨이퍼(A)를 장착 및 탈착하도록 하는 이송장치의 핀이 삽탈되는 복수개의 이송홀(10a,30a)이 각각 관통 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.
먼저, 세라믹스를 이용하여 일정 두께를 갖는 세라믹 발열판(10)을 제작함과 함께 인가되는 전원에 의해 열이 발생되는 발열부(20)를 각각 제작한다.
상기의 발열부(20)는 폴리이미드화합물인 한 쌍의 절연체(30) 사이에 니크롬합금인 박판의 복수개의 저항 발열체(40)를 식각공정이나 에칭으로 성형한다.
즉, 상기 복수개의 저항 발열체(40)를 한 쌍의 절연체(30) 중 하부측의 절연체(30) 상면에 도 2와 도 3에서와 같이 열간섭이 발생되지 않게 일정간격 이격함은 물론 동심원 형태로 분할형성한 후 그 위에 상기 한 쌍의 절연체(30) 중 상부측 절 연체(30)를 덮어 상기 한 쌍의 절연체(30)를 고온으로 열 가압한다.
그러면, 상기 한 쌍의 절연체(30) 사이에 위치한 각 저항 발열체(40)는 밀폐된 상태로 한 쌍의 절연체(30) 사이에 결합되도록 상기 한 쌍의 절연체(30)를 접합한다.
그리고 나서, 상기 한 쌍의 절연체(30) 사이에 복수개의 저항 발열체(40)가 결합된 발열부(20)를 상기 세라믹 발열판(10)의 하부에 위치시키고 나서 상기 발열부(20)를 접착제와 고온, 가압하여 세라믹 발열판(10)의 하부에 접합함에 따라 세라믹 히터(100)가 제작 완료된다.
이와 같이, 제작 완료된 세라믹 히터(100)를 반도체 장치에 설치하여 상기 반도체 장치의 웨이퍼(A)를 가열함에 따라 상기 웨이퍼(A)의 수분이 제거됨은 물론 감광액이 건조 및 경화된다.
상기 반도체용 웨이퍼(A)를 가열하는 상태를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 세라믹 히터(100)가 설치된 반도체 장치에서 로봇팔 등과 같은 장치를 이용하여 상기 반도체용 웨이퍼(A)가 이송되고, 상기 이송되는 웨이퍼(A)는 상기 세라믹 히터(100)의 상면에 위치된다.
그러면, 상기 세라믹 히터(100)의 세라믹 발열판(10)과 한 쌍의 절연체(30)에 형성된 각 이송홀(10a,30a)을 통해 반도체 장치의 이송장치 핀이 삽입되어 웨이퍼(A)와 접촉된 후 상기 이송장치 핀이 각 이송홀(10a,30a)에서 탈거됨에 따라 상기 세라믹 히터(100)의 상면에 웨이퍼(A)가 얹혀지면서 상기 웨이퍼(A)가 장착된다.
이 때, 상기 세라믹 히터(100)의 세라믹 발열판(10)에 형성된 복수개의 삽입홈(11)에 간격볼(12)이 각각 삽입되어 있음에 따라 상기 웨이퍼(A)는 세라믹 히터(100)의 상면과 일정간격 이격된 상태로 얹혀지게 된다.
이와 같이, 상기 세라믹 히터(100)의 상면에 웨이퍼(A)가 얹혀지면 상기 발열부(20)의 각 저항 발열체(40) 단자부(41)에 외부 전원부가 각각 접지되어 있음에 따라 상기 외부에서 인가되는 전원은 각 단자부(41)를 통해 상기 각 저항 발열체(40)로 전달된다.
그러므로, 상기 각 저항 발열체(40)는 인가되는 전원에 의해 흐르는 전류에 저항함에 다라 가열되면서 열이 발생되고, 상기의 열은 발열부(20)와 결합된 세라믹 발열판(10)으로 전달된다.
상기 각 저항 발열체(40)에 의해 세라믹 발열판(10)이 골고루 가열됨은 물론 상기 세라믹 발열판(10)으로 전달된 열은 다시 웨이퍼(A)로 전달되어 상기 웨이퍼(A) 전체를 골고루 가열하여 상기 웨이퍼(A)의 수분이 제거됨과 동시에 감광액이 건조 및 경화된다.
한편, 상기 세라믹 히터(100)의 하부 즉, 각 저항 발열체(40)의 구간 내에는 복수개의 센서(50)가 각각 부착되어 있음에 따라 상기 각 센서(50)는 세라믹 히터(100)의 각 구간별 온도를 측정한다.
그리하여, 상기 세라믹 히터(100) 전체가 일정한 온도로 골고루 가열되었는지를 확인함은 물론 상기 각 저항 발열체(40)의 온도를 일정하게 제어함에 따라 상기 세라믹 히터(100)에 의해 웨이퍼(A)는 골고루 가열됨은 물론 적정온도로 가열된 다.
상기와 같이, 세라믹 히터(100)에서 웨이퍼(A)가 가열되어 수분이 제거되고 감광액이 건조 및 경화되어 상기 웨이퍼(A)의 가열공정이 완료되면 상기 세라믹 발열판(10)과 상기 한 쌍의 절연체(30)에 각각 형성된 각 이송홀(10a,30a)을 통해 이송장치의 핀이 삽입되어 상기 세라믹 히터(100)의 상면에서 웨이퍼(A)를 들어올린 다음 로봇팔 등과 같은 장치를 이용하여 상기 웨이퍼(A)를 다른 공정으로 이송한다.
이와 같이 본 발명에 따른 상기의 세라믹 히터는 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 세라믹으로 이루어진 세라믹 발열판과, 상기 세라믹 발열판의 하부에 열이 발생되도록 한 쌍의 절연체와 복수개의 저항 발열체로 이루어진 발열부로 구성된 세라믹 히터를 구비함으로써, 상기 세라믹 발열판의 하부에 발열부를 고온 가압하여 세라믹 히터의 제작공정이 간단하여 상기 세라믹 히터를 손쉽게 제작하는 효과가 있다.
그리고, 상기 세라믹을 이용함은 물론 발열부의 두께를 최소화함에 따라 상기 세라믹 히터의 전체적인 두께가 얇으면서 무게가 가벼워서 상기 세라믹 히터를 설치하기가 매우 용이할 뿐만 아니라 상기 세라믹 히터의 제작 비용을 절감하는 효 과도 있다.
또한, 상기 세라믹 히터는 열전도율이 매우 높음에 따라 상기 세라믹 히터를 보다 빠른 시간 내에 상승 및 하강 등 온도변화가 용이함은 물론 상기 온도변화에 따른 온도제어가 용이하여 상기 세라믹 히터에 의한 작업 효율성이 향상되는 효과도 있다.
그리고, 상기 세라믹 히터의 가용 가능한 온도범위가 넓음에 따라 보다 다양한 가열작업 등이 이루어질 뿐만 아니라 상기 세라믹 히터의 세라믹 발열판에 의해 고온에서도 세라믹 히터가 휘어지는 휨현상이 방지되는 효과도 있다.
또한, 세라믹 히터에서 발열 온도 분포가 균일하게 이루어지므로 인해 상기 세라믹 히터에 의해 웨이퍼 및 기타 제품으로 열이 골고루 전달되어 균일하게 가열됨에 따라 제품의 질이 향상되는 효과도 있다.
상기에서와 같은 효과에 의해 본 발명 즉, 세라믹 히터에 대하여 소비자의 신뢰성이 향상됨은 물론 구매 의욕이 향상되는 등 실생활 및 산업용으로 매우 유용한 발명이다.
Claims (9)
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- 열을 발열하도록 세라믹으로 이루어진 세라믹 발열판과, 상기 세라믹 발열판의 하부에 접합되어 세라믹 발열판으로 열을 전달하도록 상기 열이 발생되는 발열부를 포함하는 세라믹 히터에 있어서,상기 발열부는,세라믹 발열체의 하부면에 접합되어 전기적 절연상태에서 열을 전달하도록 하는 한 쌍의 절연체와, 상기 한 쌍의 절연체 사이에 결합되어 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열이 발생되도록 하는 복수개의 저항 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
- 제 3 항에 있어서,한 쌍의 절연체는 폴리이미드 수지 필름(Polyimide Film)인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
- 제 3 항에 있어서,각 저항 발열체의 양단부에는 외부로부터 전원이 인가되도록 상기 각 저항 발열체와 결합되는 단자부가 각각 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 히터.
- 제 3 항에 있어서,각 저항 발열체는 세라믹 히터를 중심으로 하여 동심원 형태로 분할 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 히터.
- 제 3 항에 있어서,각 저항 발열체는 니크롬합금(NiCr: Nichrome)인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
- 제 3 항에 있어서,세라믹 히터의 하부에는 상기 세라믹 히터의 각 구간별 온도를 측정하도록 하는 복수개의 센서가 각각 부착됨을 특징으로 하는 세라믹 히터.
- 제 3 항에 있어서,세라믹 발열판과 각 절연체에는 상기 세라믹 히터의 상면에서 웨이퍼를 장착 및 탈착하는 이송장치의 핀이 삽탈되도록 복수개의 이송홀이 각각 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 히터.
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