KR101561875B1 - 온도제어 시스템이 적용된 히터 조립체 - Google Patents

온도제어 시스템이 적용된 히터 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 히터 조립체는 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 제1 및 제2 유로를 가지는 냉각플레이트; 상기 제1 및 제2 유로에 냉매를 공급하는 제1 및 제2 냉매공급라인; 및 상기 냉각플레이트의 상부 또는 하부에 연결되며, 내부에 히터가 매설되는 히팅플레이트를 포함한다.

Description

온도제어 시스템이 적용된 히터 조립체{HEATER ASSEMBLY ADOPTED TEMPERATURE CONTROL SYSTEM}
본 발명은 히터 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체용 웨이퍼 또는 LCD, LED, OLED 제조공정에 사용되는 히터 조립체의 구조를 개선하여 저온 또는 고온에서 사용시 온도 균일도를 향상가능한 히터 조립체에 관한 것이다.
최근 반도체, LCD, LED, OLED 등의 전자산업의 경쟁력은 완제품에서 부품과 소재를 중심으로 전화되고 있는 추세이며, IT산업에서도 작은 용량, 적은 무게, 다기능, 빠른 속도를 추구하려는 경향이 급속히 진행되고 있고, 이에 따라 부품과 소재도 그에 맞춰 높은 성능과 새로운 기능을 갖출 것이 요구되고 있다.
특히, 반도체 또는 LCD, LED, OLED 등을 제조하기 위한 식각장비들, 화학기상증착(CVD) 장비들 및 이와 유사한 장비들에서는 웨이퍼나 기판의 온도를 일정하게 유지하여 균일한 조건에서 증착이 이루어지도록 다양한 형태의 히터(Heater)가 사용된다. 이러한 히터는 열원에 따라 할로겐램프의 복사열을 이용한 간접가열방식과 저항 가열체와 직접 접촉시켜 가열하는 직접가열방식으로 나눌 수 있다.
이러한 가열방식 중 간접가열방식은 할로겐계 부식성 가스들에 의해 장비들의 부식이 쉽고, 고온에서 자체 산화되는 단점이 있어 저온 영역에서만 사용되는 한계성을 가지므로 점차 그 활용이 줄어들고 있으며, 직접가열방식은 고온에서도 안정적으로 사용할 수 있어 그 활용이 급증하고 있는 추세이다.
직접가열방식 히터로는 세라믹기판에 높은 융점을 갖는 열선을 삽입시켜 디스크형 또는 사각판형으로 제조함으로써 반도체 웨이퍼 제조 또는 디스플레이 기판 제조 등 균일한 가열히터로 활용되고 있으며, 특히 세라믹기판을 구성하는 재료로는 질화알루미늄(AlN)이 주목받고 있다. 이러한 질화알루미늄이 주목받는 이유는 우수한 열전도성과 고온절연성 및 내열충격성이 우수하여 히터 제조시 리크 커런트(Leak Current)가 적고, 대형품에서도 단시간에 급속 승온이 가능하며, 내식성 및 플라즈마성이 우수하기 때문이다.
하지만, 질화알루미늄을 이용한 세라믹 히터의 제조가 어렵기 때문에 복잡한 형상의 히터를 제조하기 위해서는 비교적 간단한 형상의 세라믹 재료들을 접합하여 사용하게 되었고, 이에 따라 히터의 가열, 냉각시 접합 계면에서의 열팽창계수의 차이로 인한 열적 스트레스는 물론 표면 임의 지점에서의 온도 균일도(Uniformity) 차이가 커 불균일 증착이나 에칭을 유도하는 과정에서 불량이 파생되었으며, 또한 히터 자체의 수명이 짧다는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 10-0836183호. 2008. 06. 09.
본 발명의 목적은 피처리체에 균일한 온도로 발열 가능한 히터 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 히터 조립체의 온도를 단시간 내에 냉각시킴으로써 공정시간을 최소화하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 히터 조립체는 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 제1 및 제2 유로를 가지는 냉각플레이트; 상기 제1 및 제2 유로에 냉매를 공급하는 제1 및 제2 냉매공급라인; 및 상기 냉각플레이트의 상부 또는 하부에 연결되며, 내부에 히터가 매설되는 히팅플레이트를 포함한다.
상기 히팅플레이트는 중심을 기준으로 원형인 제1 구역 및 상기 제1 구역의 둘레에 형성되는 링 형상의 제2 구역을 가지며, 상기 제1 유로는 상기 제1 구역에 위치하고, 상기 제2 유로는 상기 제2 구역에 위치할 수 있다.
상기 히터 조립체는, 상기 제1 및 제2 냉매공급라인 상에 각각 설치되어 상기 제1 및 제2 유로에 공급되는 상기 냉매의 유량을 조절하는 제1 및 제2 밸브; 상기 히팅플레이트의 상면에 접합되며, 중심을 기준으로 원형인 제1 구역 및 상기 제1 구역의 둘레에 형성되는 링 형상의 제2 구역을 가지는 상부바디; 상기 상부바디의 내부에 실장되어 상기 상부바다의 상부면과 나란한 방향을 따라 배치되며, 상기 제1 및 제2 구역의 온도를 각각 감지하는 온도센서; 및 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브, 그리고 상기 온도센서와 각각 연결되어 상기 온도센서를 통해 감지한 온도에 따라 상기 제1밸브 및 상기 제2 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 유로는 상기 히팅플레이트의 중심을 지나는 가상선을 기준으로 대칭을 이루는 복수의 유로들을 각각 가질 수 있다.
상기 제1 유로는 상기 제2 유로보다 큰 직경을 가질 수 있다.
상기 히터 조립체는 상기 냉각플레이트와 상기 히팅플레이트 사이에 개재되는 열전도판을 더 포함하며, 상기 열전도판은, 상기 냉각플레이트 및 상기 히팅플레이트 중 어느 하나에 고정되며, 상기 히팅플레이트와 대응되는 형상의 고정 열전도판; 및 상기 냉각플레이트 및 상기 히팅플레이트 중 다른 하나와 상기 고정 열전도판 사이에 설치되어 상기 냉각플레이트 및 상기 히팅플레이트 중 다른 하나와 상기 고정 열전도판 사이의 열전달을 허용하는 작동위치와 상기 열전달을 차단하는 대기위치로 전환 가능한 이동 열전도판을 구비할 수 있다.
상기 고정 열전도판은 복수의 개구들을 가지며, 상기 이동 열전도판은 상기 개구들과 대응되는 형상을 가지고 상기 개구들 상에 각각 설치되어 회전에 의해 상기 대기위치 및 상기 작동위치로 전환 가능할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 고정 열전도판은 복수의 고정 개구들을 가지고, 상기 이동 열전도판은 상기 고정 개구들과 각각 대응되는 형상을 가지는 이동 개구들을 가지며, 상기 이동 열전도판은 상기 고정 열전도판과 나란한 방향으로 이동하여 상기 작동위치 및 상기 대기위치로 전환가능하며, 상기 작동위치에서 상기 이동 개구들은 상기 고정 개구들 상에 위치하고, 상기 대기위치에서 상기 이동 개구들은 상기 고정 개구들로부터 이탈할 수 있다.
상기 히터 조립체는, 상기 히팅플레이트의 상면에 접합되는 상부바디; 상기 상부바디의 상면에 접합되며, 내부에 전극이 실장되는 전극베이스; 상기 냉각플레이트의 하면에 접합되는 하부바디; 및 상기 전극베이스의 상면과 상기 하부바디의 하면의 가장자리를 감싸는 링 형상의 고정지그를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 피처리체, 예를 들어 반도체용 웨이퍼 또는 LCD, LED, OLED 제조공정에 사용되는 히터 조립체의 구조를 개선하여 저온 또는 고온에서 사용시 온도 균일도를 극대화시킴으로써 웨이퍼의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 피처리체를 가열한 후, 히터 조립체의 온도를 급격히 하강시킬 필요가 있는 경우, 발열구조물 내에 형성된 제1 내지 제3 유로에 냉매를 공급함으로써 신속하게 발열구조물의 온도를 하강 가능하므로 피처리체의 온도균일도와 히터내부의 열충격을 최소화시킬 수 있으며, 공정시간의 단축을 통해 생산성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 조립체를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 내지 제3 유로의 배치상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 히터 조립체에 구비된 제어기의 연결상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 열전도판의 변형예이다.
도 5는 도 4에 도시한 열전도판의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시한 열전도판의 다른 변형예이다.
도 7는 도 6에 도시한 열전도판의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 조립체를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 이하, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도 1 내지 도 8을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해하기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시한다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다. 한편, 실시예에서 설명하는 웨이퍼 외에 다양한 피처리체에도 응용될 수 있음은 당업자로서 당연하다. 또한, 히터 조립체의 형상은 디스크형을 예로 들어 설명하나, 사각형상을 포함한 다양한 형상과 형태로 변형될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 조립체를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시한 제1 내지 제3 유로의 배치상태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 도 1에 도시한 히터 조립체에 구비된 제어기의 연결상태를 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 히터 조립체(100)는 지지축(3)과 지지축(3)의 하단에 체결되는 캡(5) 및 지지축(3)의 상부에 연결되어 지지축(3)에 의해 지지되는 발열구조물(10)을 포함한다. 발열구조물(10)은 히터 조립체(100)의 핵심부품으로서 발열수단이 구비된다. 지지축(3)은 발열구조물(10)과 대응되는 원통형일 수 있으며, 지지축(3)과 발열구조물(10) 사이에는 벨로우즈(7)가 설치되어 신축성 히터 조립체(100) 내부의 기밀을 유지할 수 있다.
캡(5)은 지지축(3)의 하단을 밀폐하면서 지지축(3) 내부로 인입되는 각종 리드선(도시안함), 전원선(또는 파워로드)(8), 접속용 단자(도시안함), 냉매 또는 가스공급관(9) 등을 수납하면서 소켓 역할을 수행하는 구조체이며, 그 상하폭 일부에는 세라믹계열 소재로 된 플랜지(도시안함)가 내장될 수 있다. 이는 세라믹계 플랜지를 통해 절연함으로서 외부 (+)전극 자체가 발열체뿐만 아니라 모든 (+)전극과 연결되어 플라즈마 장비 공정시 밀도 및 성능을 떨어뜨리기 때문에 이를 방지하기 위함이다.
발열구조물(10)은 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 제1 내지 제3 유로(25, 35, 30)가 형성되는 냉각플레이트(20)를 포함한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 유로(25)는 냉각플레이트(20)의 중앙부에 형성되며, 제1 유입홀(26)을 통해 냉매가 유입되어 제1 배출홀(28)을 통해 냉매가 배출되는 형상을 가진다. 제3 유로(30)는 제1 유로(25)의 외측에 배치되며, 제3 유로(30) 또한, 제3 유입홀(31)을 통해 냉매가 유입되어 제3 배출홀(33)을 통해 냉매가 배출되는 형상을 가진다.
또한, 제2 유로(35)는 제3 유로(30)의 외측에 배치되며, 제2 유로(35) 또한, 제2 유입홀(36)을 통해 냉매가 유입되어 제2 배출홀(38)을 통해 냉매가 배출된다. 제1 내지 제3 유로(25, 35, 30)는 후술하는 히팅플레이트(90)의 중심을 지나는 가상선(ℓc)을 기준으로 대칭구조의 복수로 배치될 수 있으며, 후술하는 제1 내지 제3 냉매공급라인(도 3의 40, 50, 60)과 연결되어 냉매가 순환될 수 있다. 냉매는 냉각수일 수 있으며, 냉매가스도 무방하다.
냉각플레이트(20)의 중앙부에 위치하는 제1 유로(25)는 제3 유로(30)보다 큰 직경을 가질 수 있으며, 제3 유로(30)는 제2 유로(35)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 일반적으로 발열구조물(10)은 에지부의 온도가 중앙부의 온도보다 낮은 경향을 가지는 구조적 특성상 중앙부에 형성된 제1 유로(25)가 제2 및 제3 유로(35, 30)보다 큰 직경을 가짐으로써 중앙부의 온도를 단시간 내에 하강시킬 수 있는 장점이 있다.
발열구조물(10)은 냉각플레이트(20)의 상부에 연결되는 열전도판(110), 그리고 열전도판(110)의 상부에 연결되는 히팅플레이트(90)를 구비한다. 히팅플레이트(90)의 내부에는 발열수단(95), 즉 히터(heater, 또는 열선)가 매설되어 히팅플레이트(90)의 상부에 놓여지는 웨이퍼(도시안함)를 가열할 수 있다. 발열수단(95)은 Ni+Cr로 된 니크롬선일 수 있으며, 발열수단(95)의 수납을 위해 히팅플레이트(90)는 다수의 설치홈(93)이 형성되어 발열수단(95)을 히팅플레이트(90)의 설치홈(93)에 매립되는 형태로 설치할 수 있다.
또한, 발열구조물(10)은 냉각플레이트(20)의 하면 및 히팅플레이트(90)의 상면에 접합되는 상부 및 하부바디(120, 140)를 더 포함한다. 상부바디(120)의 내부에는 복수의 온도센서(80), 예를 들어 열전대(thermal couple)이 내장되며, 온도센서(80)는 상부바디(120) 전체면적에 대한 온도 측정을 위해 균일하게 복수로 배치될 수 있다. 제1 내지 제3 유로(25, 35, 30)를 통해 냉매가 흐르는 냉각플레이트(20)와 열전도판(110), 그리고 발열수단(95)이 구비되는 히팅플레이트(90)는 브레이징(brazing) 방식으로 서로 접합됨이 바람직하다.
냉각 및 히팅플레이트(20, 90)는 열전도도가 우수한 소재로 구성되며, 예를 들어, 구리(Cu)일 수 있다. 구리는 열전도도가 매우 우수하기 때문에 발열수단(95)으로부터 발열된 열을 상부바디(120) 전체면에 걸쳐 열 분포가 균일하도록 단시간에 열을 전도시킬 수 있다. 한편, 열전도판(110) 또한 구리일 수 있으며, 열전도판(110)은 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구현될 수 있다. 이와 같은 구조의 히터 조립체(100)는 주로 500도 이상, 바람직하게는 700 내지 1500도 정도의 고온에서 사용될 수 있다.
제1 내지 제3 유로(25, 35, 30)는 지지축(3)의 내부에 인입되는 제1 내지 제3 냉매공급라인(40, 50, 60)과 연결되며, 제1 내지 제3 냉매공급라인(40, 50, 60) 상에는 각각 제1 내지 제3 냉매공급라인(40, 50, 60)의 유량을 조절하는 제1 내지 제3 밸브(45, 55, 65)가 설치된다. 제어기(70)는 제1 내지 제3 밸브(45, 55, 65) 및 온도센서(80)와 각각 연결되어 온도센서(80)로부터 측정된 온도에 따라 제1 내지 제3 밸브(45, 55, 65)를 따로 제어할 수 있다.
제1 내지 제3 냉매공급라인(40, 50, 60)은 각각 제1 내지 제3 냉매 저장탱크(47, 57, 67)와 연결되어 냉매를 공급받을 수 있으며, 제1 내지 제3 냉매 저장탱크(47, 57, 67)는 냉매의 냉각 가능한 칠러(chiller)일 수 있다. 제1 내지 제3 냉매 저장탱크(47, 57, 67)에는 냉매의 온도를 측정가능한 냉매 온도 측정부(85)가 구비되며, 제어기(70)는 제1 내지 제3 냉매 저장탱크(47, 57, 67)에 구비된 냉매 온도 측정부(85)와 연결되어 제1 내지 제3 냉매 저장탱크(47, 57, 67)에 수용된 냉매의 온도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 구역(A)의 온도가 제2 및 제3 구역(B, C)의 온도보다 높을 경우, 제1 밸브(45)를 제어하여 냉매를 공급함으로써 제1 구역(A)의 온도를 낮출 수 있다. 제1 구역(A)의 온도가 제2 및 제3 구역(B, C)의 온도와 비교적 큰 차이가 날 경우, 제어기(70)는 제1 밸브(45)의 제어하여 많은 유량의 냉매를 제1 유로(25)에 공급하여 온도 편차를 최소화한다. 또한, 제1 구역(A)의 온도가 제2 및 제3 구역(B, C)의 온도가 더 큰 차이가 날 경우, 제어기(70)는 제1 냉매 저장탱크(47)의 냉각수 온도측정부(85)를 이용하여 냉매의 온도를 더욱 저온으로 유지한 상태로 제1 유로(25)에 공급함으로써 균일한 온도를 유지할 수 있다.
즉, 제어기(70)는 온도센서(80)에서 감지된 제1 내지 제3 구역(A, B, C)의 온도차이에 따라 제1 내지 제3 밸브(45, 55, 65)의 유량을 통해 제1 내지 제3 구역(A, B, C)의 온도편차를 최소화하며, 제1 내지 제3 구역(A, B, C)의 온도편차가 비교적 클 경우, 제1 내지 제3 냉매 저장탱크(47, 57, 67)에 수용된 냉매의 온도를 하강하여 발열구조물(10)의 온도편차를 최소화할 수 있다.
또한, 발열구조물(10)은 상부바디(120)의 상부면에 하부 전극베이스(132)가 접합되며, 하부 전극베이스(132)의 상면에는 상부 전극베이스(134)가 접합된다. 예를 들어, 상부 및 하부 전극베이스(134, 132)는 모두 AIN 소재일 수 있으며, 상부 전극베이스(134)는 AIN 외에 Al2O3로 제조될 수 있다. 이는 상부 전극베이스(134)가 세라믹 소재로 구성함으로써 유전체의 역할을 담당하도록 하기 위함이다. 상부 전극베이스(134)가 세라믹 소재일 경우, 하부 전극베이스에 에폭시수지 또는 도전성 페이스트(paste)로 경화하여 접합할 수 있다.
그리고, 하부 전극베이스(132)는 약 1 내지 10mm, 상부 전극베이스(134)는 약 1 내지 3mm의 두께를 가질 수 있으며, 이는 하부 및 상부 베이스(134, 132)를 갖는 히터 조립체(100)가 진공 챔버(도시안함) 내에 장착되어 실제 플라즈마 공정 등을 수행할 때 각각 유전체로 역할을 하므로, 이때 두께가 얇을수록 낮은 전압에서도 안정적인 플라즈마 상태가 유지되고, 두께가 두꺼울수록 방전전압이 높아지게 되어 세라믹으로 된 전극베이스가 크랙되는 등의 문제가 발생하므로 이를 방지하기 위함이며, 특히 상부 전극베이스(134)의 경우에는 얇게 만들어 조립하는 것이 바람직하다.
하부 및 상부 전극베이스(132, 134) 사이의 경계면에는 정전척의 역할을 담당하기 위한 전극(130)이 매립설치된다. 이때, 전극(130)은 Mo, W 소재가 바람직하며, 이들 전극에는 외부로부터 공급되는 DC전원공급원에 연결되어 전원을 공급받는다. 또한, 분사구(135)들은 하부 및 상부 전극베이스(132, 134)를 관통형성될 수 있으며, 분사구(135)들을 통해 상부 전극베이스(134) 상부를 향해 가스를 공급하여 척킹 또는 퍼지를 수행할 수 있다. 히터 조립체(100)는 지지축(3)의 내부에 가스공급관(9)이 구비될 수 있으며, 가스공급관(9)은 분사구(135)들과 연통되어 상부 전극베이스(134) 상부에 가스를 공급할 수 있다.
가스공급관(9)으로는 He, Ar을 비롯하여 H2, N2 등의 가스가 공급될 수 있다. 분사구(135)를 통해 분사되는 가스들은 웨이퍼 탈거시 플라즈마 전압을 낮춰 정전척 자체의 플라즈마 파워와 초기 방전개시전압을 낮춰줌으로써 방전발생을 더욱 효율적으로 유도할 수 있다. 특히, He의 경우에는 전리에너지 값이 낮으므로 방전개시전압을 낮추는데 용이하다.
또한, 히터 조립체(100)는 상부 전극베이스(132)의 상면과 하부바디(140)의 하면 둘레를 따라 고정되는 고정지그(150)를 더 포함할 수 있다. 고정지그(150)는 플라즈마 처리시 고도로 해리된 이온들, 특히 라디칼에 의해 영향을 받지 상부 전극베이스(132)를 고정함은 상부 전극베이스(132) 둘레의 손상을 방지하는 역할을 수행한다.
도 4는 도 1에 도시한 열전도판의 변형예이며, 도 5는 도 4에 도시한 열전도판의 작동상태를 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 상부바디(120)와 히팅플레이트(90), 히팅플레이트(90)와 열전도판(110), 그리고 냉각플레이트(20)와 하부바디(140) 사이에는 용가재(브레이징 필러)(160)가 개재되어 브레이징 접합될 수 있다. 브레이징은 약 450도 이상의 온도에서 접합하고자 하는 각각의 모재 용융점(meiting point) 이하에서 용가재(160)를 첨가하여 접합하는 방법으로 모재가 상하지 않고 동종 또는 이종급속의 다양한 접합이 가능하므로 전기 및 전자기기, 초경공구, 건축용 부품 등 산업 전반에 광범위하게 사용되는 접합방법이다. 용가재(160)로는 접합하는 모재에 따라 BAg계열, BAu계열, BAlSi계열, BCuP계열 등이 사용될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 열전도판(110a)은 냉각플레이트(20)와 히팅플레이트(90) 사이에 개재되며, 열전도판(110a)은 고정 열전도판(113a)과 이동 열전도판(117a)을 구비할 수 있다. 고정 열전도판(113a)은 히팅플레이트(90)와 대응되는 형상을 가지며, 히팅플레이트(90)의 하면에 연결되는 고정몸체(114a) 및 고정몸체(114a)의 하면에 기립설치되어 서로 기설정된 고정개구(116a)를 형성하는 접촉판(115a)들이 구비된다. 이동 열전도판(117a)은 냉각플레이트(20)의 상면에 기립설치되어 서로 기설정된 이동개구(118a)를 형성하며, 접촉판(115a)과 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다.
이동 열전도판(117a)은 각각의 접촉판(115a)들에 형성되는 고정개구(116a) 및 이동개구(118a)는 서로 동일한 이격거리(D1=D2)를 가진다. 대기위치에서 이동개구(118a)와 고정개구(116a)는 이탈된 상태로 서로 교차되며, 온도센서(80)에서 온도 편차가 감지될 경우, 제어기(70)를 통해 도 5에 도시한 바와 같이 이동 열전도판(117a)을 이동시켜 이동개구(118a)와 고정개구(116a)에 위치하는 작동위치로 전환함으로써 히팅플레이트(90)의 온도 편차를 최소화할 수 있다. 한편, 이동 열전도판(117a)의 일측에 레버(170)가 연결되어 레버(170)를 회전함으로써 이동 열전도판(117a)을 작동위치 및 대기위치로 전환할 수 있다.
도 6은 도 4에 도시한 열전도판의 다른 변형예이며, 도 7는 도 6에 도시한 열전도판의 작동상태를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 열전도판(110b)은 냉각플레이트(20)의 상면에 설치되며, 고정 열전도판(113b) 및 이동 열전도판(117b)을 구비할 수 있다. 고정 열전도판(113b)은 냉각플레이트(20)의 상면을 따라 기설정된 간격으로 이격되는 고정개구(116b)를 형성한다. 이동 열전도판(117b)의 일단부는 고정 열전도판(113b)에 힌지결합되며, 이동 열전도판(117b)의 타단부는 회전하여 냉각플레이트(20)와 상부에 위치하는 히팅플레이트(90)와 맞닿을 수 있다.
즉, 이동 열전도판(117b)은 대기위치에서 고정 열전도판(113b)과 수평방향을 따라 나란하게 배치되며, 온도센서(80)에서 온도 편차가 감지될 경우, 제어기(70)를 통해 도 7에 도시한 바와 같이, 이동 열전도판(117b)을 회전시켜 이동 열전도판(117b)의 타단부가 히팅플레이트(90)에 접촉하는 작동위치로 전환할 수 있다. 한편, 고정 열전도판(113b)과 이동 열전도판(117b)에 힌지결합되는 힌지축(119b)에는 모터(180)가 연결되어 모터(180)의 회전력에 의해 이동 열전도판(117b)은 회전할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 조립체를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이하에서는 설명의 편의상, 앞서 설명한 히터 조립체(100)와의 차이점을 중심으로 설명하되 생략된 구성 및 작동과정은 전술한 내용으로 대체될 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 히터 조립체(100')는 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 제1 내지 제3 유로(25', 35', 30')를 가지는 냉각플레이트(20')와 냉각플레이트(20')의 하부에 연결되어 내부에 히터(95')가 매설되는 히팅플레이트(90')를 포함한다.
즉, 상부에 제1 내지 제3 유로(25', 35', 30')를 가지는 냉각플레이트(20')가 위치하며, 하부에는 히터(95')가 매설되는 히팅플레이트(90')가 위치한다. 냉각 및 히팅플레이트(20', 90') 사이에는 열전도판(110')이 개재될 수 있으며, 상부바디(120')에는 복수의 온도센서(80)가 구비될 수 있다. 이와 같은 구조의 히터 조립체(100')는 주로 500도 이하, 바람직하게는 400 내지 450도 정도에서 사용되는 저온용으로 적합하며, 하부바디(140)와 히팅플레이트(90'), 냉각플레이트(20')와 열전도판(110'), 냉각플레이트(20')와 상부바디(120)는 용가재(160)를 통해 브레이징(brazing) 방식으로 서로 접합될 수 있다.
즉, 본 발명은 피처리체, 예를 들어 반도체용 웨이퍼 제조 또는 LCD 제조공정에 사용되는 히터 조립체(100)의 구조를 개선하여 저온 또는 고온에서 사용시 온도 균일도를 극대화시킴으로써 웨이퍼의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 피처리체를 가열한 후, 히터 조립체(100)의 온도를 하강시킬 필요가 있는 경우, 발열구조물(10) 내에 형성된 제1 내지 제3 유로(25, 35, 30)에 냉매를 공급함으로써 발열구조물(10)의 온도를 급냉 가능하므로 신속한 제조공정을 통해 생산성 또한 극대화시킬 수 있다.
상기와 같이 설명한 히터 조립체는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
3 : 지지축 5 : 캡
10 : 발열구조물 20 : 냉각플레이트
25 : 제1 유로 30 : 제3 유로
35 : 제2 유로 40 : 제1 공급라인
45 : 제1 밸브 47 : 제1 냉매 저장탱크
50 : 제2 공급라인 55 : 제2 밸브
57 : 제2 냉매 저장탱크 60 : 제3 공급라인
65 : 제3 밸브 67 : 제3 냉매 저장탱크
70 : 제어기 80 : 온도센서
85 : 냉각수 온도측정부 90 : 히팅플레이트
100 : 히터 조립체 110 : 열전도판
120 : 상부바디 130 : 전극
140 : 하부바디 150 : 고정지그

Claims (10)

  1. 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 제1 및 제2 유로를 가지는 냉각플레이트;
    상기 제1 및 제2 유로에 냉매를 공급하는 제1 및 제2 냉매공급라인;
    상기 냉각플레이트의 상부 또는 하부에 연결되며, 내부에 히터가 매설되는 히팅플레이트;
    상기 히팅플레이트의 상면에 접합되는 상부바디;
    상기 상부바디의 상면에 접합되며, 내부에 전극이 실장되는 전극베이스;
    상기 냉각플레이트의 하면에 접합되는 하부바디; 및
    상기 전극베이스의 상면과 상기 하부바디의 하면의 가장자리를 감싸는 링 형상의 고정지그를 더 포함하는, 히터 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히팅플레이트는 중심을 기준으로 원형인 제1 구역 및 상기 제1 구역의 둘레에 형성되는 링 형상의 제2 구역을 가지며,
    상기 제1 유로는 상기 제1 구역에 위치하고, 상기 제2 유로는 상기 제2 구역에 위치하는, 히터 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부바디는 중심을 기준으로 원형인 제1 구역 및 상기 제1 구역의 둘레에 형성되는 링 형상의 제2 구역을 가지며,
    상기 히터 조립체는,
    상기 제1 및 제2 냉매공급라인 상에 각각 설치되어 상기 제1 및 제2 유로에 공급되는 상기 냉매의 유량을 조절하는 제1 및 제2 밸브;
    상기 상부바디의 내부에 실장되어 상기 상부바디의 상부면과 나란한 방향을 따라 배치되며, 상기 제1 및 제2 구역의 온도를 각각 감지하는 온도센서; 및
    상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브, 그리고 상기 온도센서와 각각 연결되어 상기 온도센서를 통해 감지한 온도에 따라 상기 제1밸브 및 상기 제2 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하는, 히터 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유로는 상기 히팅플레이트의 중심을 지나는 가상선을 기준으로 대칭을 이루는 복수의 유로들을 각각 가지는, 히터 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유로는 상기 제2 유로보다 큰 직경을 가지는, 히터 조립체.
  6. 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 제1 및 제2 유로를 가지는 냉각플레이트;
    상기 제1 및 제2 유로에 냉매를 공급하는 제1 및 제2 냉매공급라인;
    상기 냉각플레이트의 상부 또는 하부에 연결되며, 내부에 히터가 매설되는 히팅플레이트; 및
    상기 냉각플레이트와 상기 히팅플레이트 사이에 개재되는 열전도판을 포함하며,
    상기 열전도판은,
    상기 냉각플레이트 및 상기 히팅플레이트 중 어느 하나에 고정되며, 상기 히팅플레이트와 대응되는 형상의 고정 열전도판; 및
    상기 냉각플레이트 및 상기 히팅플레이트 중 다른 하나와 상기 고정 열전도판 사이에 설치되어 상기 냉각플레이트 및 상기 히팅플레이트 중 다른 하나와 상기 고정 열전도판 사이의 열전달을 허용하는 작동위치와 상기 열전달을 차단하는 대기위치로 전환 가능한 이동 열전도판을 구비하는, 히터 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정 열전도판은 복수의 개구들을 가지며,
    상기 이동 열전도판은 상기 개구들과 대응되는 형상을 가지고 상기 개구들 상에 각각 설치되어 회전에 의해 상기 대기위치 및 상기 작동위치로 전환 가능한, 히터 조립체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고정 열전도판은 복수의 고정 개구들을 가지고,
    상기 이동 열전도판은 상기 고정 개구들과 각각 대응되는 형상을 가지는 이동 개구들을 가지며,
    상기 이동 열전도판은 상기 고정 열전도판과 나란한 방향으로 이동하여 상기 작동위치 및 상기 대기위치로 전환가능하며, 상기 작동위치에서 상기 이동 개구들은 상기 고정 개구들 상에 위치하고, 상기 대기위치에서 상기 이동 개구들은 상기 고정 개구들로부터 이탈하는, 히터 조립체.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 히터 조립체는,
    상기 냉각플레이트와 상기 히팅플레이트 사이에 개재되는 열전도판을 더 포함하며,
    상기 상부바디와 상기 히팅플레이트, 상기 히팅플레이트와 상기 냉각플레이트, 그리고 상기 냉각플레이트와 상기 하부바디는 브레이징 필러가 개재되어 브레이징 처리되는, 히터 조립체.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190138592A (ko) * 2018-06-05 2019-12-13 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 배치대 및 기판 검사 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004525513A (ja) 2001-03-02 2004-08-19 東京エレクトロン株式会社 サセプタの駆動温度制御のための方法並びに装置
JP2005159018A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Kyocera Corp ウェハ支持部材
JP2011502361A (ja) * 2007-10-31 2011-01-20 ラム リサーチ コーポレーション 冷却液と構成部品本体との間の熱伝導性を制御するためにガス圧を使用する温度制御モジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004525513A (ja) 2001-03-02 2004-08-19 東京エレクトロン株式会社 サセプタの駆動温度制御のための方法並びに装置
JP2005159018A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Kyocera Corp ウェハ支持部材
JP2011502361A (ja) * 2007-10-31 2011-01-20 ラム リサーチ コーポレーション 冷却液と構成部品本体との間の熱伝導性を制御するためにガス圧を使用する温度制御モジュール

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190138592A (ko) * 2018-06-05 2019-12-13 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 배치대 및 기판 검사 장치
KR102292521B1 (ko) * 2018-06-05 2021-08-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 배치대 및 기판 검사 장치

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