KR101094818B1 - 히터 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피가공물을 가열하되 표면에 코팅층이 형성되어 내구성과 내열성이 향상되는 히터 모듈에 관한 것으로서, 히터 모듈의 표면에 산화알루미늄(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3), 지르코늄(Zr), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 등과 같은 절연분말을 이용하여 코팅층을 형성하되 상대적으로 큰입자의 절연분말을 1차로 플라즈마 용사방식으로 코팅하고, 상기 절연분말 코팅으로 인한 기공을 메우기 위해 상대적으로 작은 입자의 절연분말을 2차로 진공 함침시켜서 코팅층을 형성한 히터 모듈을 제공한다.
히터, 반도체, 코팅, 함침

Description

히터 모듈 { Heater Module }
본 발명은 히터 모듈에 관한 것으로, 특히 피가공물을 가열하는 히팅 플레이트의 표면에 코팅층이 형성되어 내구성과 내열성이 향상되는 히터 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 히터 모듈은 열을 발생하여 전달시켜주는 것으로 다양한 용도로 사용이 가능하며, 그 일 예로 반도체 웨이퍼를 제조하거나 또는 LCD 모듈을 제조시에는 진공상태의 챔버내에 설치되어 반도체 웨이퍼나 LCD 모듈에 일정하게 열을 전달하는데 사용된다.
이와 같은 히터 모듈의 일 예로서 도 1을 참고하면, 수직포스트(20)의 상부에 균일한 두께를 가지는 판상의 히팅플레이트(10)가 고정 설치된다. 이때, 상기 히팅플레이트(10)는 알루미늄이나 스테인레스스틸(sus)로 이루어지며 그 사이에 히터선(12)이 일정간격을 유지하며 배치된 구조로 이루어진다.
이와 같은 종래의 히터 모듈은 예를 들어 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용하여 LCD 상에 한 종류 이상의 화합물 가스를 반응 챔버내로 투입하여 고온으로 가열된 LCD와 기상으로 화학반응을 일으키면서 LCD에 박막을 형성시키는 공정을 수행하는 경우 챔버(30) 내부를 진공상태로 유지시킨 상태에서, 외부의 전원을 투입하여 히팅플레이트(10)의 히터선(12)에 전원을 공급하여 가열시키면 그 열은 히팅플레이트(10)의 상면에 전달되어 피가공물인 LCD(40)를 가열시켜 주게 된다. 이때, 약 380℃를 유지하며 가열시켜 주면서 반응가스용기(50)의 반응가스를 가스유입구(52)를 통해 챔버(30) 내부로 투입하면서 진공 증착하여 박막을 코팅시키게 된다.
이때, 상기 박막 형성 공정이 끝난 후에는 가스라인(62)으로 연결된 세정가스공급부(60)로 부터 공급되는 세정가스를 챔버(30)에 투입시켜 챔버(30) 내부 및 히팅플레이트(20)를 세정하게 된다.
그런데, 상기 세정가스는 NF3, ClF3 등과 같이 독성을 가지고 있어 세정가스들이 웨이퍼가 안착되는 히팅플레이트(10)와 반응을 일으켜 히팅플레이트(10)의 표면에 불균일한 식각을 일으킴으로써 추후 박막코팅을 수행하는 웨이퍼의 불량을 유발하는 요인이 되고 있다.
물론, 이와 같은 문제점을 해소하기 히팅플레이트의 표면에 세정가스로 인한 불균일한 식각을 방지하기 위해 세라믹(Al2O3)을 이용한 코팅층을 형성한다.
이때, 이와 같은 세라믹(Al2O3) 코팅층은 통상 2 ~ 3 %의 기공율(氣孔率)을 가지게 된다. 따라서, 반복적인 세정이 이루어지는 경우 그 기공부분으로 세정가스 가 유입됨에 따라 빠르게 침식되어 웨이퍼 등의 불량이 여전히 발생되고 이 역시 히터 모듈의 수명을 단축시키는 문제점을 갖고 있다.
따라서 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은 히터 모듈의 표면이 식각되는 것을 방지하는 코팅층의 기공을 메워 줌으로서 히팅플레이트의 수명을 연장하고 박막코팅을 수행하는 웨이퍼 등의 피가공물의 불량률을 낮출 수 있는 히터 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 과제 해결을 위해 본 발명은 히터 모듈의 표면에 산화알루미늄(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3), 지르코늄(Zr), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 등과 같은 절연분말을 이용하여 코팅층을 형성하되 상대적으로 큰입자의 절연분말을 1차로 플라즈마 용사방식으로 코팅하고, 상기 절연분말 코팅으로 인한 기공을 메우기 위해 상대적으로 작은 입자의 절연분말을 2차로 진공 함침시켜서 이루어지는 히터 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면 산화알루미늄(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3), 지르코늄(Zr), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 등의 절연분말을 입자크기에 따라 나누어 플라즈마 용사방식으로 코팅한 후, 함침처리하여 줌으로서 기공을 메워주게 되어 NF3, ClF3 등과 같이 독성을 가지고 있는 세정가스에 의해 히팅플레이트의 내마모성과 내열성을 향상시키주고, 박막코팅을 수행하는 웨이퍼 등의 피가공물의 불량률을 낮추는 장점이 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면 본 발명에 따른 히터 모듈(100)은 히터선(112)이 일정간격을 유지하며 배치된 구조를 가지며 표면에 놓여지는 피가공물(200)을 가열하는 판형상의 히팅플레이트(110)와, 상기 히팅플레이트(110)의 중앙하부에 상단부가 고정되며 내부에 외부전원을 공급하기 위한 전원선이 설치되어 있는 중공형상의 수직포스트(120)로 이루어진다.
이때, 상기 히팅플레이트(110)는 알루미늄이나 스테인리스 스틸(STAINLESS STEEL; SUS) 중에 어느 하나로 이루어지게 된다.
한편, 상기 히팅플레이트(110)는 그 상면에 고르게 열이 전달될 수 있도록 하기 위해 히터선(112)이 일정간격을 유지하며 고르게 배치된 구조를 채택하고 있으며, 중앙부분과 가장자리부분의 두께가 균일한 상태를 유지시켜 주게 된다.
이때, 히팅플레이트(110)는 직사각형인 것만을 도시하였으나, 원형으로 이루어짐도 가능하다.
이와 같은 히터 모듈(100)의 히팅플레이트(110)의 표면과, 수직포스트(120)의 외부 표면에는 NF3, ClF3 등과 같이 독성을 가지고 있는 세정가스들에 의해 화학 반응에 의해 표면이 식각되는 것을 방지하기 위해 코팅층(130)을 형성하게 된다.
이때, 상기 코팅층(130)은 절연이 우수한 산화알루미늄(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3), 지르코늄(Zr), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 등의 절연분말을 이용하여 형성된다.
한편, 상기 절연분말은 2 ~ 50㎛ 정도의 상대적으로 대(大)입자 절연분말(132)을 이용하여 플라즈마 용사방식으로 히터 모듈(100)의 표면에 1차로 코팅하게 된다.
이때, 상기 플라즈마 용사(plasma spraying)는 일반적으로 모재(substrate) 위에 금속과 비금속 재료가 용융된 상태 혹은 반 용융된 상태로 용착하는 방식을 의미하는 것으로, 대기압 하에서 8,000K를 넘는 온도에서 플라즈마 젯(DC 아크) 혹은 고주파 방전(RF 방전)은 재료를 용해시키며, 분말 재료들이 플라즈마(RF 방전 또는 고주파 방전) 혹은 플라즈마젯(DC 아크) 속으로 주입되어 거기서 가속되고 모재 위에 평편하게 그리고 응고되기 전에 용융되어 얇은 층(lamellae) 혹은 얇은 피막(splat)을 코팅하게 된다.
이와 같은 플라즈마 용사방식으로 상대적으로 큰 절연분말(132)을 코팅하게 되면, 절연분말(132)들 사이의 기공(air gap)(134)이 발생하게 되며, 이는 코팅층(130)이 균일하지 못한 상태이므로 히터 모듈(100)의 표면에 세정가스가 기공(134)으로 스며드는 경우 히터 모듈(100)의 표면이 식각되어 코팅부위가 불균일해지게 된다.
따라서, 상기 절연분말(132)을 플라즈마 용사 방식으로 1차 코팅한 상태에서 10㎚ ~ 1㎛이하의 미세크기를 가지는 상대적으로 작은 소(小)입자 절연분말(133)을 진공상태에서 주입하여 절연분말(132)이 코팅된 히터 모듈(100)의 표면을 함침처리하게 된다.
물론, 상기 소(小)입자 절연분말(133)는 상기 대(大)입자 절연분말(132)과 동일하게 절연이 우수한 산화알루미늄(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3), 지르코늄(Zr), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 등의 절연분말을 이용하게 된다.
이와 같은 진공상태에서 수용액 상태인 미세한 절연분말(133)을 진공함침시키게 되면 미세한 크기의 소(小)입자 절연분말(133)이 기공(134)을 메우게 된다. 물론, 이와 같은 상태에서 건조시켜 줌으로서 코팅층(130)을 완성하게 된다.
상기 1,2차에 공정을 통해 코팅층(130)을 형성함으로서, 기공(134)이 발생되지 않아 NF3, ClF3 등과 같이 독성을 가지고 있는 세정가스들의 화학반응에 의해 히터 모듈(100)의 표면이 식각되는 것을 방지 및 지연시켜 주게 되어 히터 모듈(100)의 수명을 연장시켜 주는 장점을 가지게 된다.
이때, 상기 코팅층(130)의 두께는 예를 들어 50 ~ 100㎛ 정도로 형성할 수 있다.
아울러, 피가공물(200)이 안착되는 경우 기공(134)이 메워진 상태이므로 박막 등을 형성하기 위해 전원선(113,114)을 통해 히터선(112)에 전원을 투입하여 가열하는 경우 고르게 열이 전달될 수 있어 불량률을 줄일 수 있는 장점도 있다.
한편, 상기 절연분말의 입자 크기 및 코팅층의 두께는 하나의 예시에 불과하고 히터 모듈(100)의 크기나 사용 환경에 따라 얼마든지 변형가능하다.
이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만,본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
도 1은 종래 히터 모듈이 장착된 화학 기상 증착 장치이다.
도 2는 본 발명에 따른 히터 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 히터 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
100; 히터 모듈
110; 히팅플레이트
112; 히터선
120; 수직포스트
130; 코팅층
200; 피가공물

Claims (2)

  1. 히터선(112)이 일정간격을 유지하며 배치된 구조를 가지며 표면에 놓여지는 피가공물(200)을 가열하는 판형상의 금속 히팅 플레이트(110)와, 상기 금속 히팅 플레이트(110)의 중앙하부에 상단부가 고정되는 수직포스트(120)로 이루어지는 히터 모듈에 있어서,
    상기 히터 모듈(100)의 표면에는 대(大)입자 절연분말(132)을 플라즈마 용사방식으로 금속 히팅 플레이트(110)의 표면에 코팅하고, 상기 대(大)입자 절연분말(132) 코팅으로 인한 기공(134)을 메우기 위해 소(小)입자 절연분말(133)을 진공 함침시켜서 이루어지는 코팅층(130)이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 대(大)입자 절연분말(132) 및 소(小)입자 절연분말(133)은 산화알루미늄(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3), 지르코늄(Zr), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 히터 모듈.
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