KR102014114B1 - 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치 - Google Patents

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Abstract

다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치에 관해 개시한다. 이를 위하여 본 발명은 기판 처리 장치의 복수 구역으로 분리된 챔버 상부를 덮고 다섯 개층으로 이루어진 복수개의 평판형 히터와, 상기 평판형 히터의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되어 외부로 연결선이 연장된 전원 플러그와, 상기 평판형 히터의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되고 상기 열선의 온도를 측정하고 온도를 제어할 수 있는 써모 커플과, 상기 써모 커플이 연결되고 미리 설정된 온도로 상기 평판형 히터의 발열층의 온도를 제어할 수 있는 온도 컨트롤러 및 상기 평판형 히터의 최상부에 마련되고 상기 평판형 히터를 설치하거나 해체할 때 사용되는 손잡이부를 포함하는 평판형 히터 장치를 제공한다. 따라서, 챔버 온도를 일정하게 유지시켜 생산성을 향상하고, 기판 생산 공정의 수율을 개선할 수 있다.

Description

다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치{A plate type heater suitable for multiple plain zone}
본 발명은 기판(substrate) 처리 장치에 사용되는 히터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 평면 구역으로 나누어진 기판 처리 장치의 챔버(Chamber) 위에 설치되어 균일한 온도 제어가 가능한 평판형 히터 장치에 관한 것이다.
반도체 기판, 평판표시 기판, 태양전지 기판 등이 종래에는 크기가 작았으나 현재는 크기가 점차 커지면서 대면적화되는 방향으로 발전해 가고 있다. 이에 따라, 이들 기판을 가공하고 처리하는 제조 장비 역시 그 크기가 점차 커지고 있다. 통상적으로, 상기 반도체 기판, 평판 표시 기판, 태양 전지 기판 등을 가공할 수 있는 기판 처리 장치는, 식각, 증착, 이온 주입, 표면 처리 등의 다양한 공정 장비가 존재하고 있으며, 이러한 식각, 증착, 이온주입 및 표면 처리와 같은 기판 처리 장치는 챔버 내부에 기판의 가공을 위해 제4의 물질로 알려진 플라즈마를 사용하는 공통점이 있다.
한편, 상기 플라즈마를 챔버 내부에 사용하는 기판 처리 장치는, 기판 처리 공정의 균일성 및 수율을 높이기 위해 플라즈마 밀도의 균일성 및 챔버 내부의 온도 제어가 중요한 과제 중 하나이다. 이에 따라 반도체 기판, 평판 표시 기판 및 태양 전지 기판을 처리하는 과정에서 공정의 균일성을 개선하고 수율(Yield)을 개선하기 위해 챔버 내부 및 외부의 온도 제어를 위한 다양한 방법들이 시도되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1016434호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제는, 다수의 평면 구역으로 분리된 구조를 갖는 기판 처리 장치에서 가공이 잠시 멈추는 아이들 타임(Idle time)에도 챔버 내부의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 하여 내부 플라즈마 밀도의 균일성을 개선하고, 기판 처리를 위한 각종 가스를 챔버 내부로 공급할 때, 온도에 의한 가스 공급의 문제점을 억제하여, 공정 시간을 단축하여 생산성을 개선하고, 수율을 높일 수 있는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 의한 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치는, 기판 처리 장치의 복수 구역으로 분리된 챔버 상부를 덮고 5 개층으로 이루어진 복수개의 평판형 히터와, 상기 평판형 히터의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되어 외부로 연결선이 연장된 전원 플러그와, 상기 평판형 히터의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되고 상기 열선의 온도를 측정하고 온도를 제어할 수 있는 써모 커플과, 상기 써모 커플이 연결되고 미리 설정된 온도로 상기 평판형 히터의 발열층의 온도를 제어할 수 있는 온도 컨트롤러 및 상기 평판형 히터의 최상부에 마련되고 상기 평판형 히터를 설치하거나 해체할 때 사용되는 손잡이부를 포함하되, 상기 평판형 히터의 5개층은, 상기 손잡이부 아래에 마련된 외측절연층과, 상기 외측절연층 아래에 마련된 평탄층과, 상기 평탄층 아래에 마련되고 평탄층 방향으로 열손실을 막아주는 보온층과, 상기 보온층 아래에 마련되고 상기 보온층 아래에 마련되고, 최하부에 마련된 하부 폴리이미드층과, 상기 하부 폴리이미드층 위에 부착된 열선과, 상기 하부 폴리이미드층 위에 열선이 없는 부분에 부착된 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층 과, 상기 열선 및 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층 위에 마련된 상부 폴리이미드층을 포함하는 발열층 및 상기 발열층 아래에 마련된 내측절연층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 발열층의 열선은, 상기 복수개의 평판형 히터에서 상기 기판 처리 장치의 분리된 구역과 동일 형상으로 설치되고 서로 중첩되지 않는 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 전원 플러그는, 상기 발열층의 열선과 연결되는 영역에 이-글래스 섬유(E-glass fiber)를 덮는 것이 적합하며, 상기 복수개의 평판형 히터는 개수가 9개일 수 있다.
여기서 상기 손잡이부는, 상기 외측절연층 및 내측절연층과 동일한 재질일 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 외측절연층 및 내측 절연층은, 테플론 섬유(PTFE Fiber), 테플론이 코팅된 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 폴리이미드, 미카 플레이트(Mica plate) 및 광섬유 등으로 이루어진 내열성 물질군 중에서 선택된 어느 하나인 것이 적합하다.
바람직하게는, 상기 복수개의 평판형 히터는, 상기 5개층의 측면을 감싸는 측부절연층을 더 구비할 수 있으며, 상기 측부절연층은, 상기 내측절연층 및 상기 외측절연층과 재질일 수도 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 전원 플러그는, 상기 발열층의 열선과 연결되는 영역은, 볼트(bolt)에 의해 체결되는 것이 적합하고, 상기 써모 커플의 발열층의 열선과 연결되는 부분은, 써모 커플의 끝부분이 일차 화이버 글라스(Fiber Glass)로 절연되고, 2차로 화이버 글라스가 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름으로 절연된 것이 적합하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 외측 절연층은, 노출된 상부 표면에 안전마크가 부착될 수 있고, 상기 발열층의 열선은, 스팟(spot) 용접에 의해 발열층 내부에서 서로 연결되는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 의하면, 먼저 본 발명에 의한 평판형 히터 장치는, 5개 층에 포함된 평탄층을 통해 평판형 히터 장치의 전체 높이를 조절함과, 동시에 하부의 발열층에서 가열된 열이 상기 평탄층 아래에서만 순환할 수 있도록 함으로써, 기판 처리 장치의 챔버 상부에 구획된 다수의 구역에 대한 온도 제어를 정확히 할 수 있다.
또한 상술한 본 발명에 의하면, 복수개의 평판형 히터의 5개 층을 측부절연층을 통해 측면을 봉합함으로써 발열층의 열이 외부로 빠져나가는 것을 억제하고, 구획된 다수의 구역에 대한 온도 제어를 효율적으로 할 수 있다.
마지막으로 본 발명에 의한 다수의 평판형 히터는, 기판 처리 장치의 챔버 상부에서 안테나부에 의해 구획된 다수의 구역에 대한 온도 제어를 효율적으로 할 수 있기 때문에 기판 처리 장치의 아이들 타임(idle time)에도 챔버의 온도 하강을 방지하여 일정하게 온도를 유지할 수 있기 때문에, 챔버 내부의 플라즈마 밀도의 균일성을 향상하고, 챔버 내부에서 사용되는 반응 가스의 분사를 일정하게 함으로써, 기판 처리 장비의 생산성 및 가공되는 기판의 수율을 높일 수는 유리한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복수개의 평판형 히터 중에서 하나의 평판형 히터에 대한 평면 사진이다.
도 2는 상기 도 1의 평판형 히터의 5개 층을 구성하는 각 층(layer)들에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 상기 도 1의 평판형 히터의 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 복수개의 평판형 히터가 기판 처리 장치의 챔버 상부에 설치된 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 5의 복수개의 평판형 히터중 하나의 평판형 히터(100G)에 열선이 배치된 형상을 보여주는 평면도이다.
도 7은 평판형 히터에서 발열층의 열선과 전원 플러그의 연장선이 연결되는 상태를 보여주는 평면 사진이다.
도 8은 도 7의 발열층의 열선과 전원 플러그의 연장선이 연결되는 영역을 처리하는 방식을 보여주는 평면 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 온도 컨트롤러에 써보 커플(TC)이 연결되는 것을 보여주는 블록도이다.
도 10은 전원 플러그 연결선의 분해 사진이다.
도 11은 발열층의 열선과 전원 플러그 연결선의 연결 부분을 보여주는 사시도이다.
도 12는 써모 커플 끝부분의 연결부를 보여주는 평면도이다.
도 13은 외부절연층에 마련된 안전 마크의 위치를 보여주는 평면도이다.
도 14는 평판형 히터의 발열층의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 15는 평판형 히터의 열선의 연결부를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
이하, 설명되는 실시예에서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 예컨대 "5포함한다"5 또는 "5가진다"5 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복수개의 평판형 히터 중에서 하나의 평판형 히터에 대한 평면 사진이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치는, 기판 처리 장치의 복수 구역으로 분리된 챔버 상부를 덮고 5 개층으로 이루어진 복수개의 평판형 히터(100)와, 상기 평판형 히터(100)의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되어 외부로 연결선(106)이 연장된 전원 플러그(102)와, 상기 평판형 히터(100)의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되고 상기 열선의 온도를 측정하고 온도를 제어할 수 있는 써모 커플(104)과, 상기 써모 커플(104)이 연결되고 미리 설정된 온도로 상기 평판형 히터의 발열층의 온도를 제어할 수 있는 온도 컨트롤러(도 9의 124) 및 상기 평판형 히터(100)의 최상부에 마련되고 상기 평판형 히터(100)를 설치하거나 해체할 때 사용되는 손잡이부(128)를 포함한다.
이때, 상기 평판형 히터(100)의 5개 층은, 외측절연층과, 평탄층과, 보온층과, 발열층 및 내측절연층을 포함한다. 상기 손잡이부(128)는 그 재질이 상기 내측절연층 및 외측절연층과 동일 재질일 수 있다.
도 2는 상기 도 1의 평판형 히터의 5개 층을 구성하는 각 층(layer)들에 대한 분해 사시도이고, 도 3은 상기 도 1의 평판형 히터의 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 1의 손잡이부(128) 바로 아래에는 외측절연층(116)이 마련되어 있다. 상기 외측절연층(116)은, 일종의 커버(cover) 역할을 수행하며, 테플론 섬유(PTFE Fiber), 테플론이 코팅된 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 폴리이미드, 미카 플레이트(Mica plate) 및 광섬유 등으로 이루어진 내열성 물질군 중에서 선택된 하나의 물질일 수 있다. 상기 외측절연층(116) 아래에는 평탄층(114)이 마련되어 있다.
본 발명에 의하면, 상기 평탄층(114)은, 내열성이 높고, 단열 기능이 뛰어나며, 무게를 가질 수 있는 비중이 있는 재질인 것이 적합하다. 상기 평탄층(114)의 역할에 따라, 피가열체인 기판처리장치의 챔버 상부와 평판형 히터(도1의 100) 사이에 굴곡이 생겨 틈새가 생기지 않게 된다. 상기 챔버 상부와 평판형 히터(도1의 100) 사이의 굴곡은 열손실을 초래하고, 정확한 온도제어를 수행하는데 장애요인이 될 수 있다. 또한 상기 평탄층(114)은 내열성, 단열 기능 및 높은 비중의 재질을 가짐으로 인해 발열층(110)에서 방출된 열이 평판형 히터의 상부로 향하여 열손실이 생기지 않고, 하부로 향하여 순환하게 함으로써 평판형 히터 장치에서 열손실 없이 정확한 온도 제어를 수행하는데 중요한 역할을 수행한다. 상술한 평탄층(114)에 적합한 재질은, 내열 글라스, 미카 플레이트, 폴리에테르에테르케톤(PEEK: Polyether Ether EtherKetone), 테플론 플레이트 중에서 선택된 하나의 재질을 사용할 수 있다.
상기 평탄층(114) 아래에는 보온층(112)이 마련되어 있다. 상기 보온층(112)은 상기 평탄층(114)과 함께 발열층(110)에서 발생하는 열이 상부로 전달되는 것을 차단하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 보온층(112)의 재질은 평판형 히터의 열효율을 결정하는 주요한 요소가 된다. 상기 보온층(112)의 재질은, 실리카 페이퍼(Silica paper), 이-글라스(E-glass), 실리카, 세라믹 매트, 아라미드 섬유 및 폴리이미드로 이루어진 저열전도율 물질군 중에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 보온층(112) 아래에는 발열층(110)이 마련되어 있다. 상기 발열층(110)은, 폴리이미드 혹은 미카 재질 중 선택된 하나의 물질을 녹이고, 그 속에 열선을 스며들게 하여 준비할 수 있다. 상기 발열층(110)은 온도 컨트롤러의 동작에 의하여 평판형 히터 내부에서 열을 발생시키는 부분으로, 내부에 포함된 열선은 전류의 흐름에 대해 저항 성분을 가진 재질로서 표면에 니켈-크롬(Ni-Cr)이 도금된 것일 수 있다. 상기 발열층(110) 아래에는 내측절연층(108)이 마련되어 있다.
상기 내측절연층(108)은 커버의 역할과 함께 발열층(110)에서 발생된 열을 피가열체인 기판처리장치의 챔버 상부로 전달하는 역할을 수행한다. 상기 내측절연층(108)은, 테플론 섬유(PTFE Fiber), 테플론이 코팅된 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 폴리이미드, 미카 플레이트(Mica plate) 및 광섬유 등으로 이루어진 내열성 물질군 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 내측절연층(108), 발열층(110), 보온층(112), 평탄층(114) 및 외측절연층(116)의 양측면은 도 3과 같이 측면절연층(118)에 의해 봉합되어 있어, 발열층에서 발생한 열이 외부로 빠져나가는 것을 억제할 수 있다. 상기 측면절연층(118)은 재질이 상기 내측절연층(108) 및 외측절연층(116)과 동일한 것이 적합하고, 테플론 섬유(PTFE Fiber), 테플론이 코팅된 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 폴리이미드, 미카 플레이트(Mica plate) 및 광섬유 등으로 이루어진 내열성 물질군 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
도 4 및 도 5는 복수개의 평판형 히터가 기판 처리 장치의 챔버 상부에 설치된 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 다수의 평면 구역에 적합한 복수개의 평판형 히터(100)는, 도 4와 같이 9개(100A 100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G, 100H 및 100I)로 이루어질 수 있다. 이러한 복수개의 평판형 히터(100)의 개수는, 상기 복수개의 평판형 히터(100)가 설치되는 기판처리장치의 챔버 상부에 마련된 다수의 구역(101A~101I)의 형태에 따라 변형될 수 있다. 즉, 도면에서는 평판형 히터의 개수가 9개 구역인 것을 일 예로 설명하였으나, 이는 4개, 16개 혹은 25개 일 수도 있다.
상기 기판처리장치의 챔버 상부는, 도 5와 같이 돌출된 형태의 9개의 사각형태의 안테나(130A~130I)에 의해 다수의 평면 구역(101A~101I)으로 분리된다. 이때 사각형태의 안테나(130A~130I)에 의해 음각된 형태의 다수의 평면 구역(101A~101I)은, 대면적을 갖는 기판처리장치의 챔버의 온도를 쉽게 떨어뜨릴 수 있다. 이에 따라 식각, 증착, 이온주입 및 표면처리를 수행하는 기판처리장치의 챔버 온도가 아이들 타임(Idle time)에 떨어지게 되면, 다시 챔버 온도를 상승하는데 시간이 소요되고, 챔버 내부에 있는 플라즈마의 밀도 균일성이 떨어질 수 있으며, 챔버 내부에 사용되는 반응가스가 분사될 때 균일성이 저하되는 문제점을 낳는다. 상기 아이들 타임(idle time)은 기판에 가공되는 중간에 기판처리장치가 가동되지 않고 대기하는 상태를 가리킨다.
하지만, 본 발명에 의한 평판형 히터(100)는 도 5와 같이 사각형태의 안테나(130A~130I)에 의해 음각된 형태의 평면 구역(101A~101I)에 적합하도록 9개의 평판형 히터(100A~100I)가 설치되어 온도를 일정하게 유지하고, 챔버로부터 열이 외부로 방출되는 것을 억제한다. 이에 따라, 기판처리장치의 챔버 내부의 플라즈마 밀도의 균일성을 향상하고, 챔버 내부에서 사용되는 반응 가스의 분사를 일정하게 함으로써, 기판 처리 장비의 생산성 및 가공되는 기판의 수율을 높일 수는 유리한 장점이 있다.
도 6은 도 5의 복수개의 평판형 히터중 하나의 평판형 히터(100G)에 열선이 배치된 형상을 보여주는 평면도이다.
도 6을 참조하면, 열선(120)은 전체적으로 어느 곳에서도 서로 중첩되지 않는 형태로 배치되는 것이 적합하다. 상기 열선(120)의 중첩은 특정영역에서 과도한 온도 상승이나, 평판형 히터의 발열층이 특정 영역에서 열화되어 성능이 저하되는 원인이 될 수 있기 때문이다. 또한 상기 열선(120)의 형태는, 복수개, 예컨대 9개의 평판형 히터(도5의 100A~100I)에서 서로 정확하게 연결되지는 않았으나, 이를 전체적으로 결합시키면, 챔버 상부에 마련된 안테나(도5의 130A~130I)의 형태와 같이 크기가 서로 다른 사각형태를 이루는 것이 적합하다. 즉, 상기 도 5의 기판 처리 장치의 챔버 상부에 마련된 분리된 구역과 동일 형상으로 설치된다. 상기 열선(120)의 끝단(120A, 120B)은 전원 플러그(도1의 102)의 전선과 연결되는 부분을 가리킨다.
도 7은 평판형 히터에서 발열층의 열선과 전원 플러그의 연결선이 연결되는 상태를 보여주는 평면 사진이고, 도 8은 도 7의 발열층의 열선과 전원 플러그의 연장선이 연결되는 영역을 처리하는 방식을 보여주는 평면 사진이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 평판형 히터의 5개 층에 포함된 발열층(110)의 열선(도6의 120A, B)과 전원플러그(도1의 102)의 연결선(106)이 연결되는 영역은, 열 손실에 취약하고, 열이 많이 발생하는 영역(도6의 122)이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 열이 많이 발생하는 영역(122)은, 도 7과 같이 단열재(132), 예컨대 이-글라스(E-glass)를 넣어 보온층(112)을 봉합한다. 이는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터의 수명을 연장시키고, 열손실을 억제할 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 온도 컨트롤러에 써보 커플(TC)이 연결되는 것을 보여주는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 9개의 평판형 히터(도5의 100A~100I)는 각각 내부에 포함된 열선의 온도를 제어하기 위해 온도를 측정하는 써모 커플(TC: Thermocouple, 104)을 포함한다. 상기 써모 커플(TC1~TC9, 104)은 각각의 온도 컨트롤러(124)에 연결되며, 상기 온도 컨트롤러(124)는 설정된 온도에 열선의 온도를 내리거나 올려서 평판형 히터의 온도가 설정된 온도를 유지할 수 있도록 한다. 도면에서 참조 부호 126은 열선과 접촉되는 써모 커플(104) 연결선을 가리킨다.
도 10은 전원 플러그 연결선의 분해 사진이다.
도 10을 참조하면, 일반적으로 전원 플러그 연결선(106)의 내부에는 전원선(106A)과, 접지선(106B)이 존재한다. 본 발명에 의하면, 상기 전원선(106A)과, 접지선(106B)의 외부는 작은 구경의 유리고무 튜브(GRT Tube)로 각각 절연되고, 그 외부는 다시 큰 구경의 유리고무 튜브(GRT Tube)로 다시 한번 절연되는 것이 적합하다. 이러한 유리고무 튜브(GRT Tube) 소재는, 유리섬유 직조 튜브 위에 다시 실리콘 고무로 절연을 보강한 재질로서, 내열성이 우수하고, 유연성 및 굴곡성이 뛰어나 내부 단선(short)이나 끊어짐(open)의 위험을 방지하며, 동시에 전기적 절연성이 4000 볼트 이상으로 뛰어난 특징을 갖는다.
도 11은 발열층의 열선과 전원 플러그 연결선의 연결 부분을 보여주는 사시도이다.
도 11을 참조하면, 도면의 좌측은 납땜에 의해 발열층의 열선과 전원 플러그 연결선(106A, 106B)의 연결된 것을 보여준다. 이러한 납땜에 의해 연결된 구조인 경우, 열선에서 발생한 열에 의해 납땜 부분이 녹거나 변형이 발생할 소지가 있다. 따라서 본 발명은 이러한 신뢰성 결함의 발생 확률을 배제하기 위해, 볼트(140)를 사용하여 발열층의 열선과 전원 플러그 연결선(106A, 106B)을 연결하여 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 한편, 상기 발열층의 열선과 전원 플러그 연결선(106A, 106B)을 볼트(140)로 연결된 후, 도 8과 같이 단열재(132), 예컨대 이-글라스(E-glass)를 상부를 덮어 전체적인 열손실 발생을 억제할 수 있다.
도 12는 써모 커플 끝부분의 연결부를 보여주는 평면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 의한 써모 커플은, 발열층에 내장된 열선의 온도를 측정하여 온도 컨트롤러(도9의 124)에 제공함으로써, 온도 컨트롤러가 평판형 히터에 대한 적합한 온도 제어를 할 수 있는 제어 수단이 된다. 따라서, 상기 써모 커플 끝부분의 연결부는 발연층의 열선과 접촉된다.
이때, 본 발명은 상기 써모 커플 끝부분의 연결부는, 먼저 1차로 화이버 글라스(Fiber Glass, 134)로 절연되고, 이어서 2차로 상기 화이버 글라스(134)가 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름(136)으로 다시 절연된다. 따라서 열선과 써모 커플 연결부에서의 절연 능력을 향상시킬 수 있다.
도 13은 외부절연층에 마련된 안전 마크의 위치를 보여주는 평면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 외측 절연층(116)의 표면에 마련된 안전 마크(138)는 평판형 히터를 취급하는 사용자에게 평판형 히터의 재질 및 상태를 확인시켜 화상이나 파손의 위험을 미연에 방지할 수 있는 수단이 된다. 본 발명에 의하면, 상기 안전 마크(138) 외측 절연층(116) 위에 마련된 손잡이부(128)에 마련되지 않고, 외측 절연층(116)의 중앙에 마련된다. 그 이유는, 손잡이부(128)에 추가로 안전 마크(138)가 부착되면 다섯 개의 층으로 구성된 평판형 히터의 전체 두께가 두꺼워지기 때문이다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 안전 마크(138)를 외측 절연층(116) 위에 마련하여 전체적인 두께를 줄일 수 있다.
도 14는 평판형 히터의 발열층의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 15는 평판형 히터의 열선의 연결부를 보여주는 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 발열층의 구조를 아래서부터 살펴보면, 최하부에 마련된 하부 폴리이미드층(148)과, 상기 하부 폴리이미드층 위에 부착된 열선(144)과, 상기 하부 폴리이미드층(148) 위에 열선이 없는 부분에 부착된 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층(146) 및 상기 열선(144) 및 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층(146) 위에 마련된 상부 폴리이미드층(142)를 포함한다.
이때 상기 상부 및 하부 폴리이미드층(142, 148)은 폴리이미드층 외에 얇은 두께의 PTFE 테플론층을 더 포함할 수 있다. 상기 열선(144)은 100 미트론(micron) 이하의 서스(SUS)를 식각한 재질이고, 열선(144)의 형태는 적용되는 온도 및 평판형 히터의 형상에 따라 변형할 수 있다. 한편, 본 발명에 의하면, 열선(144)이 내장된 상부 및 하부 폴리이미드층(142, 148)에서 열선이 없는 부분에 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층(146)이 별도로 부가된다.
이러한 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층(146)은, 발열층(110)의 내열성을 150~200 ℃에서 260 ℃로 높일 수 있는 기술적 특징은 제공한다. 이와 동시에, 발열층(116)을 제작할 때, 상부 및 하부 폴리이미드층(142, 148) 사이에 열선(144) 및 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층(146)을 놓고 약 320 ℃의 고온에서 프레싱(pressing) 작업을 통해 완성한다. 이때, 열선(114)의 두께로 인해 발열층의 일단이 울퉁불퉁하게 변형되는 컬링(curling) 현상이 발생할 수 있으나, 본 발명에 의한 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층(146)은 컬링 현상을 억제하여 발열층(116)의 평탄도를 개선하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 평탄도 개선을 위해 도 15와 같이 열선의 연결 접착은 납땜 대신에 순간적인 아크 방전(150)을 통해 두 개의 열선(144A 및 144B)을 접합시키는 스팟(spot) 용접을 통해 접합부(152)를 형성한다. 따라서 열선(144A 및 144B)의 접합부(152)에서 납땜과 같은 접합수단에 의해 두께가 증가하는 것을 억제하였다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 평판형 히터, 102: 전원 플러그,
104: 써모 커플, 106: 연결선,
108: 내측절연층, 110: 발열층,
112: 보온층, 114: 평탄층,
116: 외측절연층, 118: 측부절연층,
120: 열선, 124: 온도 컨트롤러,
126: 써모커플 연결선, 128: 손잡이부,
130: 챔버 상부 안테나, 132: 단열재,
134: 화이버 글라스, 136: PFA 테플론층,
138: 안전마크, 140: 볼트(bolt).
142: 상부 폴리이미드층, 144: 열선,
146: PFA 테플론 필리미층, 148: 하부 폴리이미드층.

Claims (14)

  1. 기판 처리 장치의 복수 구역으로 분리된 챔버 상부를 덮고 5 개층으로 이루어진 복수개의 평판형 히터;
    상기 평판형 히터의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되어 외부로 연결선이 연장된 전원 플러그;
    상기 평판형 히터의 내부에 마련된 발열층의 열선과 연결되고 상기 열선의 온도를 측정하고 온도를 제어할 수 있는 써모 커플;
    상기 써모 커플이 연결되고 미리 설정된 온도로 상기 평판형 히터의 발열층의 온도를 제어할 수 있는 온도 컨트롤러; 및
    상기 평판형 히터의 최상부에 마련되고 상기 평판형 히터를 설치하거나 해체할 때 사용되는 손잡이부를 포함하되,
    상기 평판형 히터의 5개층은,
    상기 손잡이부 아래에 마련된 외측절연층;
    상기 외측절연층 아래에 마련된 평탄층;
    상기 평탄층 아래에 마련되고 평탄층 방향으로 열손실을 막아주는 보온층;
    상기 보온층 아래에 마련되고, 최하부에 마련된 하부 폴리이미드층과, 상기 하부 폴리이미드층 위에 부착된 열선과, 상기 하부 폴리이미드층 위에 열선이 없는 부분에 부착된 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층 및 상기 열선 및 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름층 위에 마련된 상부 폴리이미드층을 포함하는 발열층; 및
    상기 발열층 아래에 마련된 내측절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발열층의 열선은,
    상기 복수개의 평판형 히터에서 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전원 플러그는,
    상기 발열층의 열선과 연결되는 영역에 이-글래스 섬유(E-glass fiber)를 덮는 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수개의 평판형 히터는 개수가 4개, 9개, 16개 및 25개 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 손잡이부는,
    상기 외측절연층 및 내측절연층과 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 외측절연층 및 내측 절연층은,
    테플론 섬유(PTFE Fiber), 테플론이 코팅된 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 폴리이미드, 미카 플레이트(Mica plate) 및 광섬유 등으로 이루어진 내열성 물질군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 평탄층은,
    내열 글라스, 미카 플레이트, 폴리에테르에테르케톤(PEEK: Polyether Ether EtherKetone), 테플론 플레이트 등으로 이루어진 내열/단열 물질군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 보온층은,
    실리카 페이퍼(Silica paper), 이-글라스, 실리카, 세라믹 매트, 아라미드 섬유 및 폴리이미드로 이루어진 저열전도율 물질군 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수개의 평판형 히터는,
    상기 5개층의 측면을 감싸는 측부절연층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 측부절연층은,
    상기 내측절연층 및 상기 외측절연층과 재질이 동일한 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 전원 플러그는,
    상기 발열층의 열선과 연결되는 영역은, 볼트(bolt)에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 써모 커플의 발열층의 열선과 연결되는 부분은,
    써모 커플의 끝부분이 일차 화이버 글라스(Fiber Glass)로 절연되고, 2차로 화이버 글라스가 피.에프.에이(PFA) 테플론 필름으로 절연된 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 외측 절연층은,
    노출된 상부 표면에 안전마크가 부착된 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 발열층의 열선은,
    스팟(spot) 용접에 의해 발열층 내부에서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 다수의 평면 구역에 적합한 평판형 히터 장치.
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