KR102157573B1 - 기판 열처리용 히터 및 이를 이용한 기판 열처리 장치 - Google Patents

기판 열처리용 히터 및 이를 이용한 기판 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 열처리하기 위해 열을 공급하는 히터 및 이를 이용한 열처리장치에 관한 것이다. 기판 열처리용 히터는, 내부관; 내부관의 내부에 구비된 내부열선; 내부관의 외주면에 이격되어 내부관을 둘러싸는 외부관; 내부관의 외주면에 권취된 외부열선; 및 내, 외부열선 중 적어도 어느 하나는 코일 형태로 형성되고, 내, 외부열선 중 어느 하나의 피치 사이에 열선의 형태를 유지시키는 형상유지부재; 를 포함한다. 이에 의해 히터의 중앙부와 에지부의 발열량을 각각 조절하여 기판을 균일하게 가열할 수 있고, 지지부재와 형상유지부재를 구비하여 열선의 코일 형태와 히터 관체의 변형을 방지할 수 있다.

Description

기판 열처리용 히터 및 이를 이용한 기판 열처리 장치{HEATER FOR HEAT TREATMENT OF SUBSTRATE AND SUBSTRATE HEAT TREATMENT APPARATUS USING IT}
본 발명은 히터 및 이를 이용한 기판 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 열처리하기 위해 열을 공급하는 히터 및 이를 이용한 열처리 장치에 관한 것이다.
디스플레이용 유리 기판이나 반도체용 웨이퍼와 같은 기판 제조공정 중 상온보다 고온의 상태에서 진행되는 공정의 경우, 기판의 주변에 기판을 가열하기 위한 히터가 구비된다.
기판 처리 공정에서 기판의 온도를 균일하게 유지하는 것은 기판의 얼룩을 방지하는 등 제품의 수율 및 품질에 큰 영향을 미친다. 최근 기판 처리 공정을 줄이고, 생산 원가를 낮추기 위해 기판의 크기가 커지고 있어, 기판 처리 장치에 사용되는 히터는 기판의 온도를 균일하게 유지시키는 것이 매우 중요하게 되었다.
일반적으로 발열량이 균일한 히터를 기판의 상부 또는 하부에 일정 간격으로 평행하게 배치하여 기판을 가열하는 경우, 기판의 에지부는 외부환경과 접해 있고, 히터의 영향을 더 적게 받아 중앙부에 비해 온도가 낮다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 국내공개특허 제10-2010-0008723호에 따르면, 기판을 균일하게 가열하기 위해서 봉 형태의 히터 전 면적에 열선의 피치를 동일하게 설계하였다. 한편 필요에 따라서는 히터의 에지부가 중앙부보다 기판을 더 가열시키도록 히터의 위치에 따라 열선의 피치를 다르게 설계하였다.
그러나 상술한 종래의 기술은 에지부가 중앙부에 비해 온도가 낮은 문제를 해결할 수는 있었지만 하나의 열선이 히터에 고정되어 있어서, 히터의 발열량을 영역별로 적절히 조절하기에 용이하지 않다는 문제가 있었다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 기판의 중앙부와 에지부 온도가 균일하도록 히터의 중앙부와 에지부에 복수의 열선이 각각 밀한 코일 형태로 형성된 기판 열처리용 히터와 이를 이용한 기판 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수의 열선이 구비됨으로써 각 열선 발열량을 조절할 수 있는 기판 열처리용 히터와 이를 이용한 기판 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기판 열처리용 히터는, 기판을 열처리하는 히터에 있어서, 내부관; 상기 내부관의 내부에 구비된 내부열선; 상기 내부관의 외주면에 이격되어 상기 내부관을 둘러싸는 외부관; 상기 내부관의 외주면에 권취된 외부열선; 및 상기 내, 외부열선 중 적어도 어느 하나는 코일 형태로 형성되고, 상기 내, 외부열선 중 어느 하나의 피치 사이에 열선의 형태를 유지시키는 형상유지부재; 를 포함한다.
바람직하게, 상기 내부관은, 1 이상의 관통구를 구비하고, 상기 형상유지부재는, 상기 관통구를 통해 상기 내부관의 내부를 가로지른다.
바람직하게, 상기 관통구 및 상기 형상유지부재는, 상기 히터의 중앙부에 구비된다.
바람직하게, 상기 관통구는, 상기 내부관의 대향하는 면에 각각 구비되고, 상기 형상유지부재는, 상기 대향하는 관통구를 차례로 통과한다.
바람직하게, 상기 형상유지부재는, 상기 관통구를 차례로 통과하는 와이어로 이루어지고, 상기 와이어는, 상기 내부관 외부에서 결속된다.
바람직하게, 상기 히터의 중앙부와 상기 중앙부 양측의 에지부에 각각 상기 내, 외부열선 중 어느 하나가 밀한 코일 형태로 형성된다.
바람직하게, 상기 에지부 각각에 밀한 코일 형태로 형성된 열선을 구비하고, 상기 열선 각각의 양단이 상기 히터의 일측으로 인출된다.
바람직하게, 상기 히터의 일측으로 인출되는 열선의 일단은 단락 방지를 위해 절연된다.
바람직하게, 상기 히터의 일측으로 인출되는 열선의 일단은 절연피복 된다.
바람직하게, 상기 내부관의 외주면과 상기 외부관 사이에 절연블럭이 구비되고, 상기 절연블럭은 상기 히터의 일측으로 인출되는 열선의 일단이 통과하는 열선통과홀을 형성한다.
바람직하게, 상기 에지부 각각에 밀한 코일 형태로 형성된 열선이 일체로 형성되고, 상기 열선의 양단이 상기 히터의 양측으로 각각 인출된다.
바람직하게, 상기 내부관을 상기 외부관으로부터 이격되도록 지지하는 1 이상의 지지부재;를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 지지부재는, 상기 내부관의 외주면과 상기 외부관의 내주면 사이에 개재된다.
바람직하게, 상기 내, 외부관 중 적어도 하나는 불투명 관으로 구성된다.
바람직하게, 상기 내, 외부관 중 적어도 어느 하나는 상기 열선이 밀한 코일 형태로 형성된 구간을 포함하는 일부가 불투명 관으로 구성된다.
상술한 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기판 열처리 장치는, 상술한 히터를 이용한 기판 열처리 장치에 있어서, 기판을 열처리하는 내부공간을 갖는 챔버부; 상기 챔버부 내부에 1 이상의 상기 기판을 지지하는 기판 지지부; 지지된 상기 기판의 상부 또는 하부에 배치된 복수개의 상기 히터; 를 포함한다.
본 발명의 기판 열처리용 히터 및 이를 이용한 기판 열처리 장치에 의하면, 히터 관체의 열용량을 낮춤으로써 냉각효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 히터의 중앙부와 에지부에 각각 내, 외부열선을 밀한 코일 형태로 형성함으로써 히터 에지부의 발열량을 중앙부보다 많게 하여 기판의 에지부와 중앙부를 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 열선에 공급되는 전력량을 달리함으로써 히터의 중앙부와 에지부의 발열량을 각각 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 히터 내부에 형상유지부재를 구비하여 열선의 코일 형태를 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 히터 내부에 지지부재를 구비하여 히터 관체의 열변형에 의해 발생하는 처짐을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 히터에 사용되는 관을 불투명 관으로 구성함으로써 열이 효과적으로 확산되어 기판을 균일하게 가열시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 히터의 일부 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 히터의 일부 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 도 2의 A-A, B-B, C-C 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 히터의 일부 단면도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 기판 열처리용 히터는 제1 내지 제3 실시예로 구분할 수 있으며, 각 실시예의 구성요소는 기본적으로 동일하나, 일부 구성에 있어서 차이가 있다. 또한 본 발명의 여러 실시예 중 동일한 기능과 작용을 하는 구성요소에 대해서는 도면상의 도면부호를 동일하게 사용하기로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 기판 열처리용 히터는 도 1에 나타낸 바와 같이 크게 내부관(10), 내부열선(20), 외부관(30), 외부열선(40) 및 형상유지부재(61)로 이루어진다.
내부관(10)은 일반적으로 석영으로 이루어지는 관으로, 내, 외부열선(20, 40)이 설치되는 영역을 분리하는 기능을 한다. 내부관(10)은 형상유지부재(61)가 통과하는 1 이상의 관통구(11)를 구비할 수 있다.
내부열선(20)은 내부관(10) 내부에 구비되며, 히터의 중앙부는 밀한 코일 형태로 형성되고, 히터의 중앙부 양측의 에지부는 소한 코일의 형태 또는 일자로 형성되어 내부열선(20)이 중앙부를 집중적으로 가열하게 할 수 있다.
외부관(30)은 역시 석영으로 이루어지는 관이며, 히터의 표면을 구성한다. 내부관(10)의 외주면에 이격되어 내부관(10)을 둘러싸도록 외부관(30)의 내경은 내부관(10)의 외경보다 크게 형성한다.
외부열선(40)은 내부관(10)의 외주면에 권취되며, 히터 중앙부 양측의 에지부에 각각 밀한 코일 형태로 형성되고, 히터 중앙부는 소한 코일의 형태 또는 일자로 형성된다. 이로써, 외부열선(40)이 히터의 에지부를 집중적으로 가열하게 할 수 있다. 이때 외부열선(40)의 양단은 히터의 일측으로 인출되도록 구성한다. 구체적으로 외부열선(40)의 일단은 히터의 일측에서 히터의 중앙부를 향해 내부관(10)의 외주면에 밀한 코일 형태로 권취되며, 외부열선(40)의 타단은 권취된 외부열선(40)과 이격되어 히터의 일측으로 인출되도록 구성한다. 인출된 외부열선(40)의 타단은 절연피복(51)되어, 권취된 외부열선(40)의 일단과 단락되는 것을 방지할 수 있다. 히터 타측의 에지부에도 같은 방법으로 외부열선(40)을 형성할 수 있다.
이와 같이 히터의 중앙부에 내부열선(20)을 밀한 코일 형태로 형성하고, 히터 에지부에 외부열선(40)을 별도의 밀한 코일 형태로 형성함으로써, 에지부의 발열량을 중앙부보다 많게 하여 기판을 균일하게 가열할 수 있다. 또한 내, 외부열선(20, 40)에 공급되는 전력량을 다르게 함으로써 내, 외부열선(20, 40)의 발열량을 각각 조절할 수 있다.
형상유지부재(61)는 내, 외부열선(20, 40) 중 어느 하나의 피치 사이에 구비되어 열선의 형태를 유지시킨다. 열선은 기판을 가열하기 위해 발열하고, 발열하는 열선은 팽창한다. 열선이 팽창함에 따라 열선의 코일 형태가 변형되어 쉽게 파손될 수도 있고, 각 열선이 밀한 코일로 형성된 히터의 중앙부와 에지부의 영역에 변화를 주어 기판을 균일하게 가열시키기 어려울 수 있다. 따라서 형상유지부재(61)를 구비하여 내, 외부열선(20, 40) 중 적어도 어느 하나의 코일 형태를 유지시킬 수 있다.
구체적으로, 형상유지부재(61)는 와이어로 구성되고, 관통구(11)는 내부관(10)의 대향하는 면에 각각 구비된다. 형상유지부재(61)가 내부관(10)의 내부를 가로지르도록 대향하는 관통구(11)를 차례로 통과한 뒤 내부관(10) 외부에서 형상유지부재(61)의 양단을 결속시킨다. 이로써, 내부열선(20)은 내부관(10)의 내부를 가로지르는 형상유지부재(61)에 의하여 열선의 변형을 방지할 수 있다. 이때 관통구(11) 및 형상유지부재(61)는 히터의 중앙부에 구비된다.
본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 대비하여 외부열선의 일단을 절연시키는 절연부재, 형상유지블럭 및 지지부재에 있어 차이가 있다. 이하에서는 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하며, 제1 실시예와 차이를 가지는 제2 실시예의 구성요소를 중심으로 도 2, 도 3을 참고하여 설명한다.
외부열선(40)의 양단은 히터의 일측으로 인출되도록 구성한다. 외부열선(40)의 일단은 내부관(10)의 외주면에 권취되며, 외부열선(40)의 타단은 히터의 일측으로 인출되도록 구성한다. 인출된 외부열선(40)의 타단은 절연부재로 감싸져, 권취된 외부열선(40)의 일단과 단락되는 것을 방지할 수 있다.
절연부재는 인출된 외부열선(40)의 타단이 지나가는 열선통과홀(53)을 형성한 절연블럭(52)으로 구성한다. 절연블럭(52)은 내부관(10)의 외주면에 용접시켜 부착하고, 외부관(30)의 내주면과 이격되도록 배치한다. 외부열선(40)의 일단은 절연블럭(52)과 외부관(30)의 내주면이 이격된 공간을 통해 내부관(10)의 외주면에 권취되고, 외부열선(40)의 타단은 절연블럭(52)에 형성된 열선통과홀(53)을 통과하여 히터의 일측으로 인출된다. 절연블럭(52)을 구비함으로써, 외부열선(40)을 절연시킬 수 있고, 절연블럭(52)의 재료를 석영으로 하여 히터 내 고온 상황에서의 변형과 파손을 방지할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 절연블럭(52)을 내부관(10)의 외주면과 이격시키고 외부관(30)의 내주면에 용접시켜 부착하도록 배치할 수도 있다. 절연블럭(52)은 권취된 외부열선(40)의 일단과 인출된 외부열선(40)의 타단을 분리하여 단락을 방지하는 형태라면 어떠한 형상도 가능하다.
형상유지블럭(61a)은 외부열선(40)의 코일 형태를 유지시킨다. 형상유지블럭(61a)은 인출된 외부열선(40)의 타단이 통과하는 홀이 형성되고, 내부관(10)의 외주면과 외부관(30)의 내주면 사이에 개재되며, 외부열선(40)의 밀한 코일 형태가 끝나는 절연블럭(52)의 중앙부측 끝단에 설치된다. 이로 인하여 외부열선(40)이 형상유지블럭(61a)과 절연블럭(52)을 차례로 통과하게 할 수 있으며, 외부열선(40)의 코일 형태를 유지시키고, 내, 외부관(10, 30) 사이를 지지할 수 있다.
지지부재(62)는 내부관(10)의 외주면과 외부관(30)의 내주면 사이에 개재됨으로써, 내부관(10)의 열변형에 의해 발생하는 처짐을 방지하여, 내부관(10)이 외부관(30)으로부터 일정하게 이격되도록 지지할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예는 제1 실시예와 대비하여 내부열선 및 외부열선의 구조에 있어 차이가 있다. 이하에서는 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하며, 제1 실시예와 차이를 가지는 제3 실시예의 구성요소를 중심으로 도 4를 참고하여 설명한다.
내부열선(20)은 히터의 양단에서 고정되도록 배치되고, 히터의 에지부에서 소한 코일 형태로 형성된다.
외부열선(40)은 내부관(10)의 외주면에 권취되며, 히터 중앙부는 소한 코일 형태 또는 일자로 형성되고, 히터 중앙부 양측의 에지부는 밀한 코일 형태가 일체로 형성되어 외부열선(40)의 양단이 히터의 양측으로 각각 인출되도록 할 수 있다. 이로써, 외부열선(40)이 히터의 에지부를 집중적으로 가열하게 할 수 있다.
형상유지부재(61)는 제1 실시예와 같이, 내부관(10)의 외부에서 결속된다. 이로써, 내부관(10) 외부에 구비된 형상유지부재(61)에 의해 외부열선(40)의 코일 형태가 유지될 수 있다. 이때, 관통구(11) 및 형상유지부재(61)는 히터의 에지부에도 형성될 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 내, 외부관 중 적어도 하나를 불투명 관으로 구성할 수 있다. 또 열선이 밀한 코일 형태로 형성된 구간을 포함하도록 내, 외부관의 일부를 불투명 관으로 구성할 수 있다. 불투명 관은 투명 관에 비해 열을 더 효과적으로 확산시키기 때문에 같은 조건이라면 내, 외부관의 전체 또는 일부를 불투명 관으로 구성하는 것이 투명관으로 구성하는 것보다 기판을 균일하게 가열시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 외부열선을 히터 중앙부에 밀한 코일 형태로 형성하고, 내부열선을 히터 중앙부 양측의 에지부가 밀한 코일 형태로 형성하여 상술한 제1 내지 제3 실시예와 달리 내, 외부열선을 반대로 형성할 수도 있다. 이로 인하여 히터 에지부의 발열량을 중앙부보다 많게 함으로써 기판을 균일한 온도로 가열할 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았지만 각 실시예에 의한 본 발명의 기판 열처리용 히터를 이용한 기판 열처리 장치는, 챔버부, 기판 지지부 및 히터로 이루어진다.
챔버부는 기판을 열처리하는 내부공간을 가진다. 기판 지지부는 챔버부 내부에 하나 이상의 기판을 지지한다. 히터는 지지된 기판의 상부 또는 하부에 복수개가 배치되며, 상술한 제1 내지 제3 실시예의 히터 중 어느 것이라도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상을 중심으로 그 변형물 또는 균등물에까지 미침은 자명하다 할 것이다.
10 : 내부관
20 : 내부열선
30 : 외부관
40 : 외부열선
51 : 절연피복
52 : 절연블럭
61 : 형상유지부재
62 : 지지부재

Claims (16)

  1. 기판을 열처리하는 히터에 있어서,
    1 이상의 관통구를 구비하는 내부관;
    상기 내부관의 내부에 구비된 내부열선;
    상기 내부관의 외주면에 이격되어 상기 내부관을 둘러싸는 외부관;
    상기 내부관의 외주면에 권취된 외부열선; 및
    상기 내, 외부열선 중 적어도 어느 하나는 코일 형태로 형성되고,
    상기 내, 외부열선 중 어느 하나의 피치 사이에 열선의 형태를 유지시키도록, 상기 관통구를 통해 상기 내부관의 내부를 가로지르는 형상유지부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통구 및 상기 형상유지부재는, 상기 히터의 중앙부에 구비되는 것을 특징으로 하는 히터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통구는, 상기 내부관의 대향하는 면에 각각 구비되고,
    상기 형상유지부재는, 상기 대향하는 관통구를 차례로 통과하는 것을 특징으로 하는 히터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 형상유지부재는, 상기 관통구를 차례로 통과하는 와이어로 이루어지고,
    상기 와이어는, 상기 내부관 외부에서 결속되는 것을 특징으로 하는 히터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터의 중앙부와 상기 중앙부 양측의 에지부에 각각 상기 내, 외부열선 중 어느 하나가 밀한 코일 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 히터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 에지부 각각에 밀한 코일 형태로 형성된 열선을 구비하고, 상기 열선 각각의 양단이 상기 히터의 일측으로 인출되는 것을 특징으로 하는 히터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터의 일측으로 인출되는 열선의 일단은 단락 방지를 위해 절연된 것을 특징으로 하는 히터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 히터의 일측으로 인출되는 열선의 일단은 절연피복 된 것을 특징으로 하는 히터.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 내부관의 외주면과 상기 외부관 사이에 절연블럭이 구비되고, 상기 절연블럭은 상기 히터의 일측으로 인출되는 열선의 일단이 통과하는 열선통과홀을 형성한 것을 특징으로 하는 히터.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 에지부 각각에 밀한 코일 형태로 형성된 열선이 일체로 형성되고, 상기 열선의 양단이 상기 히터의 양측으로 각각 인출되는 것을 특징으로 하는 히터.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부관을 상기 외부관으로부터 이격되도록 지지하는 1 이상의 지지부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 지지부재는, 상기 내부관의 외주면과 상기 외부관의 내주면 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 히터.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 내, 외부관 중 적어도 하나는 불투명 관으로 구성된 것을 특징으로 하는 히터.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 내, 외부관 중 적어도 어느 하나는 상기 열선이 밀한 코일 형태로 형성된 구간을 포함하는 일부가 불투명 관으로 구성된 것을 특징으로 하는 히터.
  16. 청구항 1의 히터를 이용한 기판 열처리 장치에 있어서,
    기판을 열처리하는 내부공간을 갖는 챔버부;
    상기 챔버부 내부에 1 이상의 상기 기판을 지지하는 기판 지지부;
    지지된 상기 기판의 상부 또는 하부에 배치된 복수개의 상기 히터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
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