KR101713628B1 - 기판처리장치 및 그에 사용되는 히터 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 상세하게는 어닐링, 증착, 식각 등 기판에 대하여 소정의 처리공정을 수행하는 기판처리장치 및 그에 사용되는 히터 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 서로 결합되어 처리공간을 형성하는 챔버본체 및 탑리드와; 상기 탑리드의 하부에 설치되어 기판을 직접 또는 트레이를 통하여 지지하는 히터 조립체를 포함하며, 상기 히터 조립체는 상기 기판을 지지하는 지지면의 반대면에 하나 이상의 열선 삽입홈이 형성되는 하나 이상의 히팅블록과; 상기 열선 삽입홈에 삽입 설치되는 하나 이상의 열선과; 상기 히팅블록과 용접되어 열선 삽입홈을 밀봉하는 커버부재를 포함하며, 상기 히팅블록은 상기 열선 삽입홈 근방에 상기 열선 삽입홈의 형성방향을 따라서 하나 이상의 열 응력 버퍼홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 개시한다.

Description

기판처리장치 및 그에 사용되는 히터 조립체 {Substrate processing apparatus, and heating assembly used therefor}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 상세하게는 어닐링, 증착, 식각 등 기판처리를 수행하는 기판처리장치 및 그에 사용되는 히터 조립체에 관한 것이다.
기판처리장치는 대기압 또는 진공압 상태에서의 예열(preheating), 어닐링, 증착, 식각 등 기판처리를 수행하는 기판처리장치를 말한다.
상기 기판처리장치는 기판처리에 따라서 다양한 구성이 가능하며, 서로 결합되어 처리공간을 형성하는 탑리드 및 챔버본체와, 탑리드의 하측에 설치되어 기판처리를 위한 가스를 처리공간으로 분사하는 샤워헤드와, 기판을 지지하며 가열하는 히터 조립체를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래의 히터 조립체의 단면 일부를 보여주는 단면도이다.
종래의 기판처리장치에 사용되는 히터 조립체(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 열선 삽입홈(2a)이 형성되어 열선(2)이 삽입되는 히팅블록(3)과, 열선 삽입홈(2a)을 복개하여 밀봉하는 커버부재(4)를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 커버부재(4)는 용접에 의하여 히팅블록(3)에 밀봉결합된다.
한편 히터 조립체(1)는 그 작동시 발열 및 냉각에 의하여 히팅블록(3)은 물론 커버부재(4) 또한 가열되며 열변형에 의하여 수평방향으로 팽창 또는 수축이 이루어진다.
그리고 히팅블록(3) 및 커버부재(4)는 용접에 의하여 서로 결합된 용접부위(5)에서는 히팅블록(3) 및 커버부재(4) 사이의 열응력이 발생하게 되며 취약부분인 용접부위(5)에서 열응력으로 인하여 크랙이 발생할 수 있다.
그런데 열선(2)이 설치된 열선 삽입홈(2a)은 대기압 상태이며, 히팅블록(3)의 외부에는 진공압 상태인바, 히팅블록(3) 및 커버부재(4) 사이의 용접부위(5)에서 크랙이 발생하는 경우 크랙에 의하여 진공압이 누설되어 기판처리에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
특히 히팅블록(3) 및 커버부재(4)의 재질이 열팽창률이 다른 이종의 재질이 사용되는 경우 크랙 발생가능성이 매우 높아지는 문제점이 있다.
또한 열선 삽입홈(2a)에는 대기압 상태이므로 히팅블록(3) 및 커버부재(4) 사이의 용접부위(5)가 약화되는 경우 대기압에 의하여 파손되어 진공압이 누설됨으로써 기판처리에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 히팅블록과 커버부재 사이에 작용하는 열응력에 의한 용접부위에서의 크랙의 발생을 최소화하여 진공압 누설의 우려가 없고 이에 따른 유지, 보수 비용을 현저하게 절감할 수 있는 기판처리장치 및 그에 사용되는 히터 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 서로 결합되어 처리공간을 형성하는 챔버본체 및 탑리드와; 상기 탑리드의 하부에 설치되어 기판을 직접 또는 트레이를 통하여 지지하는 히터 조립체를 포함하며, 상기 히터 조립체는 상기 기판을 지지하는 지지면의 반대면에 하나 이상의 열선 삽입홈이 형성되는 하나 이상의 히팅블록과; 상기 열선 삽입홈에 삽입 설치되는 하나 이상의 열선과; 상기 히팅블록과 용접되어 열선 삽입홈을 밀봉하는 커버부재를 포함하며, 상기 히팅블록은 상기 열선 삽입홈 근방에 상기 열선 삽입홈의 형성방향을 따라서 하나 이상의 열 응력 버퍼홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 개시한다.
상기 열 응력 버퍼홈은 상기 열선 삽입홈이 굽어진 구간 및 실질적으로 직선인 구간 중 적어도 하나의 구간에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 히팅블록은 상기 열선 삽입홈이 형성된 면 내로 상기 커버부재가 설치될 수 있도록 커버부재 수용홈이 상기 열선 삽입홈의 길이방향을 따라서 형성될 수 있다.
상기 커버부재 수용홈은 상기 열선 삽입홈이 형성된 면으로부터 형성되는 깊이가 상기 커버부재의 두께보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 열 응력 버퍼홈은 상기 커버부재 수용홈의 형성깊이보다 같거나 더 깊게 형성될 수 있다.
상기 커버부재는 상기 열선 삽입홈의 길이방향과 수직방향인 폭방향으로 열팽창의 흡수를 위하여 열팽창 수용홈이 추가로 형성될 수 있다.
상기 열팽창 수용홈은 '+' 형상으로 형성될 수 있다.
상기 열팽창 수용홈은 상기 열선을 향하는 면의 반대면에 형성될 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 구성을 가지는 기판처리장치의 히터 조립체를 개시한다.
본 발명에 따른 기판처리장치 및 히터 조립체는 열 응력 버퍼홈을 히팅블록에 추가로 형성하여 히팅블록 및 이에 용접된 커버부재 사이에 열응력이 가해질 때 열 응력 버퍼홈에 의하여 열응력을 흡수함으로써 용접부위에서의 크랙 발생가능성을 현저하게 낮춰 진공압 누설을 방지하여 양호한 기판처리가 가능하며, 히터 조립체의 유지, 보수 비용을 현저하게 절감할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 또한 열선이 삽입되는 열선 삽입홈을 밀봉하는 커버부재에 열팽창 수용홈을 추가로 형성함으로써 히팅블록 및 이에 용접된 커버부재에 열응력이 가해질 때 이를 흡수하여 용접부위에서의 크랙발생가능성을 현저하게 낮춰 진공압 누설을 방지하여 양호한 기판처리가 가능하며, 히터 조립체의 유지, 보수 비용을 현저하게 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 히터 조립체의 단면 일부를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 기판처리장치의 히터 조립체를 보여주는 저면도이다.
도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ방향의 단면 일부를 보여주는 일부단면도이다.
이하 본 발명에 따른 기판처리장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따른 기판처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 공정챔버(100)와, 공정챔버(100)의 상측에 설치되는 가스공급부(140), 공정챔버(100) 내에 설치되어 기판(10)을 직접 또는 트레이(20)를 통하여 지지하는 히터 조립체(500) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는 대기압 또는 진공압상태에서의 예열, 어닐링, 증착, 식각 등 기판처리를 수행하는 장치로서, 반도체소자를 제조하기 위한 웨이퍼, 사각형상 등 각형의 형상을 가지는 LCD 패널용 유리기판, 태양전지용 기판 등의 표면을 진공상태에서 플라즈마를 형성하여 기판처리를 수행한다.
이때 상기 기판처리장치는 하나의 기판(10)에 대하여 기판처리를 수행하거나, 태양전지용 기판과 같이 복수의 기판(10)들에 대하여 한번에 기판처리를 수행할 수도 있으며, 특히 복수의 기판(10)들에 대하여 기판처리를 수행하는 경우 복수의 기판(10)들은 트레이(20)에 로딩된 상태로 이송될 수 있다.
상기 기판처리장치는 가스를 처리공간(S)으로 공급하기 위하여 가스공급장치와 연결되는 가스공급관(미도시) 및 처리공간(S) 내의 배기 및 압력제어를 위하여 진공펌프와 연결되는 배기관(미도시)이 연결될 수 있다.
또한 상기 기판처리장치는 처리공간(S)에 플라즈마를 형성하도록 전원이 인가되는데 전원인가방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
상기 공정챔버(100)는 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하며, 일예로서, 서로 탈차가능하게 결합되는 챔버본체(110) 및 탑리드(120)를 포함할 수 있다.
상기 챔버본체(110)는 탑리드(120)와 결합되어 처리공간(S)을 형성하도록 구성되며, 측면에는 기판(10)의 입출을 위한 하나 이상의 게이트(111, 112)가 형성된다. 이때 상기 게이트(111, 112)는 게이트밸브(미도시)에 의하여 개폐될 수 있으며, 기판(10)의 입출방식에 따라서 일측에만 형성되거나, 서로 대향되는 위치에 한 쌍으로 형성될 수 있다.
상기 탑리드(120)는 다양한 구성이 가능하며, 챔버본체(110)와 탈착가능하게 결합되어 처리공간(S)을 형성하는 구성으로, 가스공급부(140)와 열전달 및 통전이 가능하도록 가스공급부(140)가 하부에 결합될 수 있다.
상기 가스공급부(140)는 가스공급관을 통하여 공급되는 가스를 처리공간(S)으로 분사하는 구성으로서, 가스의 종류 및 수, 분사방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 가스공급부(140)는 기판처리장치가 수행하는 기판처리에 따라서 설치되지 않을 수 있다.
예를 들면 어닐링과 같은 경우 가스공급부(140)가 설치되지 않을 수 있다.
상기 히터 조립체(500)는 지지되는 기판(10)을 지지함과 아울러 고온을 요하는 기판처리의 수행, 기판처리에 적당한 온도의 유지의 기능을 수행하도록 기판(10)을 가열하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 히터 조립체(500)는 기판(10)이 직접 안착되거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 기판(10)들이 안착된 트레이(20)를 지지하여 기판(10)을 간접적으로 지지할 수 있다. 또한 상기 히터 조립체(500)가 기판(10)을 지지하는 기판지지대 자체를 구성하거나 기판지지대 내에 일부로서 설치될 수 있다.
도 3은 도 2의 기판처리장치의 히터 조립체를 보여주는 저면도이고, 도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ방향의 단면 일부를 보여주는 일부단면도이다.
상기 히터 조립체(500)는 하나 이상의 열선 삽입홈(531)이 형성되는 하나 이상의 히팅블록(530)과; 열선 삽입홈(531)에 삽입 설치되는 하나 이상의 열선(520)과; 히팅블록(530)과 용접되어 열선 삽입홈(531) 복개하는 커버부재(540)를 포함한다.
상기 히팅블록(530)은 히터 조립체(500)의 몸체를 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 히팅블록(530)은 외부로부터 전원을 공급받는 열선(520)이 삽입될 수 있도록 하나 이상의 열선 삽입홈(531)이 형성된다.
상기 열선 삽입홈(531)은 열선(520)이 삽입될 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하며, 설치될 열선(520)의 수 및 패턴에 대응되어 형성되며, 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 6개가 형성될 수 있다.
상기 히팅블록(530)의 재질은 알루미늄, 알루미늄합금, 스테인레스 스틸 등 열선(520)에서 발열되는 열을 전달할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
또한 상기 히팅블록(530)은 그 형상이 결합되는 위치에 따라서 다양한 형상을 가질 수 있으며, 기판(10)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들면 기판(10)이 직사각형 형상을 가지는 경우 히팅블록(530) 또한 직사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 열선(520)은 전원공급에 의하여 발열하는 히터로서, 발열량에 따라서 다양한 히터가 사용될 수 있다. 여기서 열선(520)의 종류, 배치패턴, 설치되는 숫자 등을 히터 조립체(500)가 설치되는 위치, 제어될 온도조건 등에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
일예로서, 상기 히터 조립체(500)가 히팅블록(530)이 사분면으로 구획되는 직사각형 형상을 가질때, 열선(520)은 히팅블록(530)의 중앙에서 외부전원과 연결되어 복수개로 설치될 수 있다.
그리고 상기 복수개의 열선(520)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제4사분면을 향하여 열린 'U'자 형상으로 제1사분면에 설치되는 제1열선(521)과, 제1열선(521)에 대응되어 제1사분면을 향하여 열린 'U'자 형상으로 제4사분면에 설치되는 제2열선(522)과, 제3사분면을 향하여 열린 'U'자 형상으로 제2사분면에 설치되는 제3열선(523)과, 제3열선에 대응되어 제2사분면을 향하여 열린 'U'자 형상으로 제3사분면에 설치되는 제4열선(524)과, 제1열선(521) 및 제2열선(522)의 내측으로 제1사분면 및 제4사분면을 걸쳐 설치된 제5열선(525)과, 제3열선(523) 및 제4열선(524)의 내측으로 제2사분면 및 제3사분면을 걸쳐 설치된 제6열선(526)을 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1 내지 제6열선(521, 522, 523, 524, 525, 526)들은 히터 조립체(500)에서의 발열패턴에 따라서 그 발열량 및 설치패턴이 달라질 수 있다.
예를 들면, 상기 제5열선(525) 및 제6열선(526)은 지그재그 형상으로 배치될 수 있다.
상기 커버부재(540)는 용접에 의하여 히팅블록(530)에 결합되어 열선(520)이 삽입된 열선 삽입홈(531)을 복개하여 밀봉함으로써 열선(520)을 보호하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 커버부재(540)의 재질은 히팅블록(530)의 재질과 동일하거나 다른 재질을 가질 수 있다.
또한 상기 커버부재(540)를 히팅블록(530)에 결합시키기 위한 용접은 MIG용접, TIG용접, 전자빔 용접 및 진공경납땜(vacuum brazing) 중 어느 하나의 방법에 의한 용접일 수 있다.
한편 상기 히팅블록(530)은 커버부재(540)와의 결합을 위하여 열선 삽입홈(531)이 형성된 면 내로 커버부재(540)가 설치될 수 있도록 커버부재 수용홈(532)이 열선 삽입홈(531)의 길이방향을 따라서 그 주변에 형성될 수 있다.
그리고 상기 커버부재 수용홈(532)은 열선 삽입홈(531)이 형성된 면으로부터 형성되는 깊이가 커버부재(540)의 두께보다 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 상기 커버부재 수용홈(532)이 히팅블록(530)에 형성됨으로써, 커버부재(540)가 열선 삽입홈(531)이 형성된 면 위로 돌출되지 않고 히팅블록(530)에 설치할 수 있게 된다. 이때 상기 커버부재(540)는 그 측면 및 커버부재 수용홈(532) 사이를 용접하여 히팅블록(530)에 결합될 수 있다.
한편 상기 커버부재(540)는 열선 삽입홈(531)의 길이방향과 수직방향인 폭방향으로 열팽창의 흡수를 위하여 열팽창 수용홈(541)이 추가로 형성될 수 있다.
상기 열팽창 수용홈(541)은 열선 삽입홈(531)의 길이방향과 수직방향인 폭방향으로 열팽창의 흡수하기 위한 홈으로서 다양하게 형성될 수 있으며, 일예로서, '+' 형상으로 형성될 수 있다.
이때 상기 열팽창 수용홈(541)은 열선(520)을 향하는 면의 반대면에 형성될 수 있다.
한편 상기 히팅블록(530) 및 커버부재(540)는 서로 용접에 의하여 결합되는 바 가열 등에 의한 열변형에 의하여 용접부위(542)에서 크랙이 발생될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 히터 조립체(500)의 히팅블록(530)은 열선 삽입홈(531)의 형성방향을 따라서 히팅블록(530)에서 열선 삽입홈(531) 근방에 형성되는 하나 이상의 열 응력 버퍼홈(532)이 형성됨을 특징으로 한다.
상기 열 응력 버퍼홈(532)은 히팅블록(530)에서 열선 삽입홈(531) 근방에 형성되어 히팅블록(530) 및 커버부재(540) 사이의 결합에 의하여 발생하는 열응력을 흡수하기 위하여 형성될 수 있다.
특히 히팅블록(530) 및 커버부재(540)가 가열되어 열변형이 발생하는 경우 열팽창율의 차기가 있는 두 부재 히팅블록(530) 및 커버부재(540) 사이에 열응력(본 실시예에서는 커버부재(540)가 열팽창율이 작음)이 작용하게 되어 가장 취약한 부위인 용접부위(542)에서 크랙이 발생될 수 있다.
이때 상기 히팅블록(530)에 형성된 열 응력 버퍼홈(532)은 도 4에 도시된 바와 같이, 열응력이 작용하는 방향으로 일부 변형을 허용함으로써 용접부위(542)에서 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
한편 상기 열 응력 버퍼홈(532)는 열응력이 상대적으로 큰 부분에 설치됨이 바람직하며, 예로서, 열선 삽입홈(531)이 굽어진 구간 및 실질적으로 직선인 구간 중 적어도 어느 하나에 대응되는 위치에 형성되는 등 히팅블록(530)의 열팽창 패턴을 고려하여 다양하게 형성될 수 있다.
또한 히팅블록(530)에 열응력이 작용할 때 충분한 변형이 가능하도록 열 응력 버퍼홈(532)은 커버부재(540)가 설치된 깊이, 즉 커버부재 수용홈(532)의 형성깊이보다 같거나 더 깊게 형성됨이 바람직하다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 공정챔버
500 : 히터 조립체 520 : 열선
530 : 히팅블록 540 : 커버부재
532 : 열 응력 버퍼홈

Claims (9)

  1. 서로 결합되어 처리공간을 형성하는 챔버본체 및 탑리드와;
    상기 탑리드의 하부에 설치되어 기판을 직접 또는 트레이를 통하여 지지하는 히터 조립체를 포함하는 기판처리장치의 히터 조립체로서,
    상기 히터 조립체는 상기 기판을 지지하는 지지면의 반대면에 하나 이상의 열선 삽입홈이 형성되는 하나 이상의 히팅블록과; 상기 열선 삽입홈에 삽입 설치되는 하나 이상의 열선과; 상기 히팅블록과 용접부위에서 용접되어 열선 삽입홈을 밀봉하는 커버부재를 포함하며,
    상기 히팅블록은, 상기 히팅블록과 상기 커버부재 사이의 열팽창률 차이에 의해 상기 용접부위에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 열선 삽입홈 근방에 상기 열선 삽입홈의 형성방향을 따라서 하나 이상의 열 응력 버퍼홈이 형성되며,
    상기 열 응력 버퍼홈은 상기 열선 삽입홈이 굽어진 구간 및 직선인 구간 중 적어도 하나의 구간에 대응되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 히팅블록은 상기 열선 삽입홈이 형성된 면 내로 상기 커버부재가 설치될 수 있도록 커버부재 수용홈이 상기 열선 삽입홈의 길이방향을 따라서 형성된 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 커버부재 수용홈은 상기 열선 삽입홈이 형성된 면으로부터 형성되는 깊이가 상기 커버부재의 두께보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 열 응력 버퍼홈은 상기 커버부재 수용홈의 형성깊이보다 같거나 더 깊게 형성된 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버부재는 상기 열선 삽입홈의 길이방향과 수직방향인 폭방향으로 열팽창의 흡수를 위하여 열팽창 수용홈이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 열팽창 수용홈은 '+' 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
  8. 청구항에 6에 있어서,
    상기 열팽창 수용홈은 상기 열선을 향하는 면의 반대면에 형성된 것을 특징으로 하는 히터 조립체.
  9. 서로 결합되어 처리공간을 형성하는 챔버본체 및 탑리드와;
    상기 탑리드의 하부에 설치되어 기판을 직접 또는 트레이를 통하여 지지하는 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 8 중 어느 하나의 항에 따른 히터 조립체를 포함하는 기판처리장치.
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