KR101981983B1 - Led 히터 - Google Patents

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KR101981983B1
KR101981983B1 KR1020170100851A KR20170100851A KR101981983B1 KR 101981983 B1 KR101981983 B1 KR 101981983B1 KR 1020170100851 A KR1020170100851 A KR 1020170100851A KR 20170100851 A KR20170100851 A KR 20170100851A KR 101981983 B1 KR101981983 B1 KR 101981983B1
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Abstract

본 발명은 기판 상에 다수의 LED가 동심원 형태로 배열되어 균일한 복사열을 출사하는 히터모듈; 및 상기 히터모듈 저면의 중앙영역에 구비되어 상기 LED의 고출력으로 발생된 상기 히터모듈 중앙영역의 고열을 냉각시키는 냉각모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 히터를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판 상에 동심원 형태로 배열되는 LED의 복사열을 이용하여 피가열체를 균일하게 가열한다. 또한, 기판의 센터홀 중앙에 LED가 실장되게 하여 기판의 중심부에서 발생할 수 있는 열불균형을 최소화시킨다. 또한, LED의 고출력으로 발생된 히터모듈 중앙영역의 고열을 수냉식 냉각모듈을 통해 냉각시킴으로써 히터모듈 외곽부와 중심부의 온도 편차를 줄이고, 발열문제를 해소하여 LED의 성능 및 수명을 유지시킨다. 또한, LED의 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도를 개별 제어함으로서 피가열체를 균일하게 가열시키고, 디스플레이부를 통해 LED의 온도를 모니터링하고 LED의 불량을 체크함으로써 LED의 성능 및 수명을 효율적으로 관리할 수 있다.

Description

LED 히터 {LED HEATER}
본 발명은 LED 히터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반도체 웨이퍼 세정용 장비에서 세척 시 도포하는 세정액에 의한 웨이퍼의 온도 하강 보상을 위한 LED 히터에 관한 것이다.
히터는 일반적으로 가정은 물론 산업 전번에 걸쳐 다방면에 이용되며, 특히 반도체 공정에서 반도체 소자인 웨이퍼나 글라스 등을 가열시키는 공정 등에 이용된다. 상기 히터가 반도체 공정에 적용되는 예를 들어 설명하고자 한다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글라스 등의 웨이퍼 상에 소정 두께의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등이 있다.
증착장치의 서셉터 하부에는 웨이퍼를 가열하기 위한 히터가 구비된다.
한편, 웨이퍼의 온도는 박막의 품질에 영향을 미치는 중요한 원인 중 하나로, 웨이퍼의 온도를 정확하게 가열하고, 균일하게 유지시키는 것이 중요하다.
그러나, 종래 웨이퍼 가열을 위한 히터는 전원에 의해 즉, 인가되는 전류에 의해 열을 발생시키는 열선과, 열선의 열을 피가열체로 전달하는 세라믹표면체로 구성되며, 열선은 세라믹 표면체의 한정된 면적을 고려하여 지그재그로 배열된다.
이러한 종래 히터의 경우, 열이 고르게 분포되지 않고 세라믹 표면체의 중간 부분에 열이 집중되어 외곽 부분과 온도편차가 발생하게 된다.
그리고, 히터의 온도편차는 피가열체에 열이 고르게 전달되지 않기 때문에 웨이퍼와 같은 반도체 소자의 경우 불량의 원인이 되며, 이는 수율 저하에 기인하게 되는 문제점이 있었다.
또한 세정 시에는 세정액 노즐이 웨이퍼를 가로지르며, 세정액을 분사하게 되는데 이때에는 세정액에 의해서 세정액이 분사되는 부분의 온도가 급격히 하강하게 되고 이것은 반도체 수율에 상당한 영향을 주게 된다.
이러한 부분적인 온도 하강을 막기 위해서는, 노즐이 세정액을 분사하는 일부만을 빠른 속도로 가변하여 가열하는 기술이 필요한데, 종래의 히터는 이러한 요구를 만족할 수 없는 한계가 있었다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 10 - 0811623 (2008. 03. 03)
(특허문헌 2) 한국등록특허 10 - 1268822 (2013. 05. 22)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 LED의 복사열을 이용하여 피가열체를 균일하게 가열하는 LED 히터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고출력 LED가 밀집하게 되는 중심부 구간에 수냉식 냉각모듈을 구비하여 외곽부와 중심부의 온도 편차를 줄이고, 발열문제를 해소하여 LED의 성능 및 수명을 유지시키는 LED 히터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 영역을 나누어서 LED를 배치하고, 나누어진 영역을 빠른 속도록 변화하도록 제어하여, 영역별로 LED의 복사열을 조절함으로써 피가열체인 웨이퍼의 온도를 세정 시에도 균일하게 유지하는 영역제어 기능을 가진 LED 히터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 LED 영역(ZONE)별 LED 온도 제어를 통해 LED 복사열의 온도조건을 균일하게 유지시킴으로써 피가열체를 균일하게 가열시킬 수 있는 LED 히터를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터는 기판 상에 다수의 LED가 동심원 형태로 배열되어 균일한 복사열을 출사하는 히터모듈; 및 상기 히터모듈 저면의 중앙영역에 구비되어 상기 LED의 고출력으로 발생된 상기 히터모듈 중앙영역의 고열을 냉각시키는 냉각모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 히터모듈은 다수 개의 LED가 동심원 형태로 배열된 기판과, 상기 기판을 수용하여 안착시키는 메인바디와, 상기 LED의 광원이 투과되는 재질로 구성되고 상기 메인바디의 상면에 얹혀져 상기 기판에 실장된 상기 LED를 보호하는 커버와, 상기 메인바디와 커버의 테두리에 끼워져 상기 메인바디와 커버를 결합시키는 캡을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 기판과 메인바디의 센터(Center)에는 LED에서 발생된 열이 배출되도록 센터홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판과 메인바디의 센터홀 중앙에는 상기 센터홀의 일면으로부터 연장되는 연장부가 구비되고, 상기 기판의 연장부 상에는 센터(Center)영역의 열 보존을 위한 LED가 실장되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각모듈은 히터모듈의 저면 중앙영역에 구비되어 냉각매체의 흐름을 안내하는 챔버와, 상기 챔버와 결합되어 상기 챔버 내에 상기 냉각매체를 공급하는 냉각매체 공급호스로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 챔버는 상기 히터모듈 저면의 중앙영역에 형성되어 냉각매체의 흐름을 안내하는 유로홈과, 상기 히터모듈의 저면에 결합되어 상기 유로홈을 밀폐하는 기밀캡으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 냉각매체 공급호스에는 상기 챔버와의 결합을 위한 공급호스 연결단자가 결합된 것을 특징으로 한다.
이에 더하여 상기 냉각모듈의 하부에는 상기 히터모듈을 지지시키기 위한 마운트 블록이 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 히터모듈의 LED에는 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도를 제어하는 컨트롤러부가 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여 상기 컨트롤러부에는 LED의 온도를 모니터링하고 LED의 불량을 체크하는 디스플레이부가 연결되는 것을 특징으로 한다,
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판 상에 동심원 형태로 배열되는 LED의 복사열을 이용하여 피가열체를 균일하게 가열하는 효과가 있다.
또한, 기판의 센터홀 중앙에 LED가 실장되게 하여 기판의 중심부에서 발생할 수 있는 열불균형을 최소화시키는 효과가 있다.
또한, LED의 고출력으로 발생된 히터모듈 중앙영역의 고열을 수냉식 냉각모듈을 통해 냉각시킴으로써 히터모듈 외곽부와 중심부의 온도 편차를 줄이고, 발열문제를 해소하여 LED의 성능 및 수명을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, LED 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도를 개별 제어함으로서 피가열체를 균일하게 가열시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 회로를 분리하여, 전원을 공급하고 구역별로 개별 제어함으로써 외부의 변화에 의한 피가열체의 온도를 균일하게 유지하는 효과가 있다.
또한, 디스플레이부를 통해 LED의 온도를 모니터링하고 LED의 불량을 체크함으로써 LED의 성능 및 수명을 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터의 외형을 사시도로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터를 단면하여 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터의 LED모듈을 분해하여 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터에서 피가열체인 웨이퍼의 회전시 중앙부의 열 보존을 위해 LED모듈의 센터(CENTER)영역에 LED가 더 구비된 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터의 냉각모듈을 분해하여 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터에서 LED의 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도 제어를 위한 컨트롤러가 각각 구비된 상태 및 컨트롤러에 LED의 온도를 모니터링하는 디스플레이부가 연결된 상태를 도시한 도면.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터의 구성을 설명하고, 도 3을 참고로 하여 LED 히터의 LED모듈에 대해 구체적으로 설명하며, 도 4를 참고로 하여 피가열체인 웨이퍼의 회전시 중앙부의 열 보존을 위해 LED모듈의 센터(CENTER)영역에 LED가 더 구비된 상태를 설명하며, 도 5를 참고로 하여 LED 히터의 냉각모듈에 대해 구체적으로 설명하며, 도 6을 참고로 하여 LED의 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도 제어를 위한 컨트롤러가 각각 구비된 상태와, 컨트롤러에 LED의 온도를 모니터링 하는 디스플레이부가 연결된 상태를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 히터(10)는 기판 상에 다수의 LED가 동심원 형태로 배열되어 균일한 복사열을 출사하는 히터모듈(100)과, 히터모듈 저면의 중앙영역에 구비되어 LED의 고출력으로 발생된 히터모듈 중앙영역의 고열을 냉각시키는 냉각모듈(200);을 포함하여 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이 히터모듈(100)은 다수 개의 LED(110)가 동심원 형태로 배열된 기판(120)과, 기판을 수용하여 안착시키는 메인바디(130)와, LED의 광원이 투과되는 재질로 구성되고 메인바디의 상면에 얹혀져 기판에 실장된 LED를 보호하는 커버(140)와, 메인바디와 커버의 테두리에 끼워져 메인바디와 커버를 결합시키는 캡(150)을 포함하여 구성된다.
여기서, 기판(PCB Printed Circuit Board)(120)은 상면에 LED(110)가 전기적으로 연결될 수 있도록 회로패턴이 마련된다. 그리고, 기판(120)의 저면에는 절연물이 접합된다.
LED(110)는 이러한 기판(120)의 센터(Center)를 중심으로 동심원을 이루며 다수의 열로 배열된다. 그리고, LED(110)가 실장된 동심원별로 구역이 설정된다. 또한 센터를 중심으로 방사형의 복수 구간으로 구획될 수도 있다.
그리고, 메인바디(130)는 구리 등의 방열재질로 이루어지고, 상면에 기판(120)을 안착시킬 수 있는 안착부(131)가 마련된다.
그리고, 커버(140)는 LED(110)의 광원이 투과되는 재질이면 무방하지만 바람직하게는 LED(110) 광원 투과율을 보장하는 석영유리(Quartz glass)로 이루어지는 것이 좋다.
이에 더하여, 도 4에 도시된 바와 같이 메인바디(130)와 기판(120)의 센터(Center)에는 LED(110)에서 발생된 열이 배출되도록 센터홀(122,132)이 형성된다.
그리고, 기판(120)과 메인바디(130)의 센터홀(122,132) 중앙에는 센터홀의 일면으로부터 연장되는 연장부(123,133)가 구비되고, 기판(120)의 연장부(123) 상에는 센터(Center)영역의 열 보존을 위한 LED(110)가 실장된다.
여기서, 기판(120)의 연장부(123) 상에 실장되는 LED(110)는 기판(120)에 형성된 센터홀(122)과 동심원 형태의 LED(110) 배치구조에 의해 기판(120)의 중심부에서 발생할 수 있는 열불균형을 최소화시키는 역할을 한다. 그리고, 상부에 배치되는 피가열체 즉, 웨이퍼(W)의 회전효과를 이용하여 중심부의 열을 보존한다.
한편, 히터모듈(100)은 피가열체인 웨이퍼(W)의 표면온도를 최대 140도까지 상승시켜야하므로 LED(110)의 고출력이 요구되며, 동심원 배열에 의해 중앙영역에 밀집된 LED(110)의 고출력은 고열의 발열문제가 발생될 수 있다.
따라서, 히터모듈(100)의 저면 중앙영역에는 고열을 냉각시키는 냉각모듈(200)이 구비된다.
도 5에 도시된 바와 같이 냉각모듈(200)은 히터모듈(100)의 저면 중앙영역에 구비되어 냉각매체의 흐름을 안내하는 챔버(210)와, 챔버에 결합되어 챔버 내에 냉각매체를 공급하는 냉각매체 공급호스(220)를 포함하여 구성된다.
여기서, 챔버(210)는 히터모듈(100)의 메인바디(130) 저면의 중앙영역에 형성되어 냉각매체의 흐름을 안내하는 유로홈(211)과, 메인바디의 저면에 결합되어 유로홈(211)을 밀폐하는 기밀캡(212)으로 구성된다. 이때, 유로홈(211)은 LED에서 발생된 열이 배출되도록 메인바디에 형성된 센터홀(132)의 외측에 형성되고, 기밀캡(212)은 메인바디의 센터홀(132)과 대응하여 센터홀(212a)이 형성된다.
그리고, 냉각매체 공급호스(220)에는 챔버(210)와의 결합을 위한 공급호스 연결단자(221)가 결합된다.
냉각매체는 물이나 공기를 이용할 수 있으며, 여기서는 수냉 냉각방식을 적용한다.
이러한 냉각모듈(200)은 메인바디(130)의 저면 중에서 외곽의 일부 구간을 제외한 중앙영역에 배치된다. 즉, 메인바디(130)의 중앙부는 냉각구조이고, 메인바디(130)의 외곽부는 냉각구조가 아닌 것이다.
그리고, 냉각모듈(200)은 히터모듈(100)의 중앙영역에서 발생된 고열을 냉각시켜 발열문제를 해결하고, 히터모듈(100)의 전체면적에 대한 온도분포를 일정하게 하여 LED(110)의 복사열 온도를 균일하게 유지시킨다.
이에 더하여 냉각모듈(200)의 하부에는 히터모듈(100)을 지지시키기 위한 마운트블록(300)이 결합된다.
마운트블록(300)에는 LED(110)에서 발생된 열이 배출되도록 메인바디(130)의 센터홀(132)과 대응하여 센터홀(310)이 형성되고, 센터홀(310)의 외측으로 냉각모듈의 냉각매체 공급호스가 통과되는 홀(320)이 형성된다.
이에 더하여 도 6에 도시된 바와 같이 히터모듈(100)의 LED(110)에는 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도를 제어하는 컨트롤러부(400)가 각각 연결된다. 즉, 컨트롤러부(400)는 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도를 개별 제어함으로써 피가열체인 웨이퍼에 가해지는 온도조건을 보다 정확하고 균일하게 제어할 수 있게 된다.
또한, 컨트롤러부(400)에는 LED의 온도를 모니터링하고 LED의 불량을 체크하는 디스플레이부(500)가 연결될 수 있다.
디스플레이부(500)는 동심원 구역(ZONE)별 LED의 수, Max 전압(V), Max 전류(A), 사용전력, 직렬연결수, 병렬연결수 등을 한 눈에 파악할 수 있어 LED의 성능 및 수명을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기판 상에 동심원 형태로 배열되는 LED의 복사열을 이용하여 피가열체를 균일하게 가열할 수 있게 된다.
또한, 기판의 센터홀 중앙에 LED가 실장되게 하여 기판의 중심부에서 발생할 수 있는 열불균형을 최소화시킨다.
또한, LED의 고출력으로 발생된 히터모듈 중앙영역의 고열을 수냉식 냉각모듈을 통해 냉각시킴으로써 히터모듈 외곽부와 중심부의 온도 편차를 줄이고, 발열문제를 해소하여 LED의 성능 및 수명을 유지시킬 수 있게 된다.
또한, LED의 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도를 개별 제어함으로서 피가열체를 균일하게 가열시킬 수 있게 된다.
또한, 디스플레이부를 통해 LED의 온도를 모니터링하고 LED의 불량을 체크함으로써 LED의 성능 및 수명을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
10: LED 히터
100: 히터모듈 110: LED
120: 기판 130: 메인바디
131: 안착부 122,132: 센터홀
123,133: 연장부 140: 커버
150: 캡 200: 냉각모듈
210: 챔버 211: 유로홈
212: 기밀캡 212a: 센터홀
220: 냉각매체 공급호스 221: 공급호스 연결단자
300: 마운트블록 310: 센터홀
320: 홀 400: 컨트롤러부
500: 디스플레이부

Claims (10)

  1. 다수 개의 LED가 동심원 형태로 배열된 기판과, 상기 기판을 수용하여 안착시키는 메인바디와, 상기 LED의 광원이 투과되는 재질로 구성되고 상기 메인바디의 상면에 얹혀져 상기 기판에 실장된 상기 LED를 보호하는 커버와, 상기 메인바디와 커버의 테두리에 끼워져 상기 메인바디와 커버를 결합시키는 캡을 포함하여 구성되어 균일한 복사열을 출사하는 히터모듈; 및 상기 히터모듈의 저면 중앙영역에 구비되어 상기 LED의 고출력으로 발생된 상기 히터모듈 중앙영역의 고열을 냉각시키는 냉각모듈;을 포함하고,
    상기 히터모듈의 기판과 메인바디의 센터(Center)에는 LED에서 발생된 열이 배출되도록 센터홀이 형성되고 상기 센터홀 중앙에는 상기 센터홀의 일면으로부터 연장되는 연장부가 구비되며 상기 기판의 연장부 상에는 센터(Center)영역의 열 보존을 위한 LED가 실장되며,
    상기 히터모듈의 LED에는 동심원 구역(ZONE)별로 LED의 온도를 제어하는 컨트롤러부가 각각 연결되고, 상기 컨트롤러부에는 LED의 온도를 모니터링하고 LED의 불량을 체크하는 디스플레이부가 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 히터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각모듈은 히터모듈의 저면 중앙영역에 구비되어 냉각매체의 흐름을 안내하는 챔버와, 상기 챔버와 결합되어 상기 챔버 내에 상기 냉각매체를 공급하는 냉각매체 공급호스로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 히터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 히터모듈 저면의 중앙영역에 형성되어 냉각매체의 흐름을 안내하는 유로홈과, 상기 히터모듈의 저면에 결합되어 상기 유로홈을 밀폐하는 기밀캡으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 히터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각매체 공급호스에는 상기 챔버와의 결합을 위한 공급호스 연결단자가 결합된 것을 특징으로 하는 LED 히터.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각모듈의 하부에는 상기 히터모듈을 지지시키기 위한 마운트 블록이 결합되는 것을 특징으로 하는 LED 히터.
  9. 삭제
  10. 삭제
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