KR200312214Y1 - 마이카 절연 웨이퍼 가열 판상 히터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 웨이퍼 가열을 목적으로 한 접합식 절연구조의 판상 히터에 관한 것으로, 웨이퍼의 온도 불균일 및 절연 취약에 따른 노이즈영향으로 인한 품질문제의 발생을 방지하기 위하여 마이카(운모)를 절연물로 한 판상 히터에 대한 것이다.

본 고안은 열충격 흡수능력이 우수한 절연체의 적용과 균일 온도특성 능력을 제고하기위한 발열체의 적용을 통해 상기한 문제점을 해결하는 판상 히터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

고온의 발열온도에서도 구조 및 절연물의 변형이나 파손없이 본래의 발열기능을 유지시켜주기 위하여 별도의 Bonding재를 추가하지 않고 판상운모체를 적층하여 적층 중간에 발열소자를 내장, 가압공정을 통해 히터를 만듬으로써 기존의 가열용 판상 히터로서는 곤란한 고온의 온도 특성을 가진다.

Description

마이카 절연 웨이퍼 가열 판상 히터{Mica Insulated Plate Heater for Heating Wafer}

본 고안은 웨이퍼 가열을 목적으로 한 접합식 절연 구조의 판상히터에 관한 것으로 특히 마이카(운모)를 절연물로 한 발열체에 대한 것이다.

일반적으로 반도체소자의 제조공정에서 금,은,알루미늄등과 같은 전도체 또는 SOG(Spin-On-Glass)와 같은 절연체는 적층(Deposition) 또는 증착(Evaporation)

장치에 의해 실리콘등의 웨이퍼 위에 입혀진다. 이러한 적층 및 증착공정은 진공장비내에서 이루어지는데, 이때 증착을 돕기위한 하나의 방법으로 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지시키는게 필요하다. 그러므로 이를 위하여 증착장비내에는 웨이퍼 가열장치가 설치되어야 하며 증착공정시, 웨이퍼의 온도 불균일로 인한 불량률의 증가는 웨이퍼 생산량에 치명적인 문제를 발생시킬 수 있으므로 웨이퍼 표면 전체에 걸친 균일한 온도관리가 매우 중요하다.

제조공정이외의 검사장비로 웨이퍼 분석기(Prover)가 있는데 이는 웨이퍼상의 반도체칩을 검사하는 탐침과 웨이퍼를 안정적으로 접촉시켜주는 정밀한 장치로 웨이퍼 척 온도를 일정하게 유지시켜주기위한 가열장치가 핵심부품으로 본 고안의 제품이 적용되어 자동온도제어를 통해 저온에서부터 고온(4~500℃)에 이르기까지 균일한 온도분포를 유지시켜준다.

종래의 히터와 관련하여 현재 보편적이고 광범위하게 이용되고 있는 Silicone Rubber를 절연체로 하고 저항선을 발열체로 한 기존의 히터는 최대 표면상승온도가 260℃까지 허용하고 있으나, 이러한 최고온도도 충분한 방열 및 발열조건을 갖춘 구조에서 사용이 가능하는 등 사용온도에 따른 제약을 많이 받고있는 것이 현실이다. 이 경우, 단위면적당 전력밀도는 1~3W/Cm2 가 적당하며 최대허용 Wattage는 최대 5W/Cm2을 넘지않게 설계되어진다.

그리고 국내에서 제작되고 있는 마이카(운모)를 절연물로 한 히터의 경우, 경화된 Hard type의 판상 운모체를 원하는 두께 및 모양으로 성형 또는 재단하여 그 사이에 내열성의 Bonding재를 이용, 절연물과 발열체를 조립하는 수준으로 이것은 내습성, 내구성이 불안할뿐더러 히터의 조립과 적용되는 장비의 제작과정에서 치명적인 Error를 유발할 수 있는 절연저항 및 Noize에 대해 취약성을 갖고있다.

히터는 발열체와 발열체를 감싸면서 전기적으로는 합선과 누전을 방지하고 열전달 효율이 좋은 양호한 절연체로 크게 구분할 수 있다. 발열체로 사용할 수 있는 재료는 용도에 따라 매우 다양하다. 용도에 알맞은 적정온도, 모양 또는 부피,무게, 강도, 유연성등에 따라 텅스텐, 구리,합금 등의 금속과 탄소 섬유등 비금속까지 그 종류나 형태도 다양하다.

발열체만큼 절연체도 히터에서 매우 중요한 역할을 한다. 절연체인 만큼 열과 전기를 차단하는 저항의 역할을 해야 하지만 발열체의 열을 가능하면 손실하지않고 신속히 전달하는 역할을 동시에 해야한다.

이처럼 접합식 절연구조의 판상 히터는 발열체의 형태를 유지시키며 동시에 전기적 절연을 위한 판상 절연체구조와 전기적 저항특성에 따른 발열기능을 지닌 발열체구조로 구성되어있다.

종래의 절연구조 판상 히터는 절연체 구조의 재질로 실리콘러버, 운모등의 판상재료를 이용하고 발열체로 전기적 저항특성을 갖고있는 선등을 판상구조의 형태에 적합하도록 배열한 후, 발열체를 사이에 두고 상하로 판상의 절연체를 필요한 접착재 또는 압력을 가해 접합하는 방식이다.

그러므로 면접촉에 의한 기밀구조가 견고하지 못하여 불균일한 온도분포 및 절연취약에 따른 품질문제등이 발생됨은 물론, 최대 표면상승온도에 있어서도 사용상 제약을 받고있는 형편이므로 발열체 및 절연물의 열화,변형,파손등의 문제가 야기된다.

따라서 본 고안은 판상 히터의 형태를 본래의 형태로 유지시키고 열충격 흡수능력이 우수한 절연체의 재료적용과 균일 온도 특성능력을 제고하기위한 발열체 재료의 적용을 통하여 상기한 문제를 해소할 수 있는 웨이퍼 가열 판상 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 절연체의 재료를 마이카(Mica,운모)로 하고 별도의 접착제없이 온도 저항특성(TCR:Temperature Coefficient Resistance)이 우수한 발열체를 사이에 두어 상하에서 가열,가압수단을 통해 접합시켜 일정한 크기나 모양, 두께의 절연구조 판상히터를 구성한다.

도 1은 웨이퍼 가열 판상 히터 구조도.

도 2는 도 1에 표시된 판상 히터 조립 단면도.

*도면 각 부호의 설명*

1 : 절연체

2 : 발열체

본 고안에 따른 마이카 절연 웨이퍼 가열 판상 히터의 구성과 관련하여

도면1,2를 참조하여 본 고안에 대해 설명하기로 한다.

도면의 각 부호에서 1은 절연체를 보여주고 있으며 2는 발열체를 나타내고 있다.

전술한 바와 같이 절연체의 재질은 내열성 및 열충격 흡수능력이 우수한 마이카 함량 90%이상인 마이카(Mica,운모)를 적용하는데 판상의 미성형 마이카(Pre-preg type Mica)를 완성품의 요구되는 두께에 맞게 발열체를 중간에 두어 상하로 적층하고 가열,가압수단을 통해 별도의 접착재없이 절연물의 경화를 통한 접합구조의 마이카 절연 웨이퍼 가열 판상히터를 만든다.

도면2의 그림에서와 같이 발열체와 절연체사이 및 Edge부분은 상기 공정을 통해 완전히 마이카 절연물로 충진되어져 절연내력 및 내습성이 우수하고 절연체와 발열체간의 기밀성이 유지되어 균일한 온도분포의 확산이 가능하게 된다.

발열체 소자의 적용과 관련하여 본 고안의 히터가 적용되는 웨이퍼 가열부분의 온도분포성은 매우 정밀한 온도 분포의 균일도가 요구되므로 온도에 따른 발열소재의 저항변화폭이 큰 경우는 불균일한 온도분포가 발생할 수 있으므로 저항-온도계수(TCR:Temperature Coefficient Resistance)가 낮고 저항치 및 저항-온도계수의 경년변화가 매우 적은 TCR 100ppm/℃ 이하이고 전기적 특성 및 발열특성이 우수한 동-니켈 합금(Copper-Nickel Alloy)소재의 저항소자를 적용하여 온도 변화에 따른 저항 특성의 변화를 최소화함으로써 균일한 온도특성을 갖게한다. 이 경우, 동-니켈 합금(Copper-Nickel Alloy)의 성분은 니켈(Ni) 65%, 동(Cu) 35%의 합금으로 한다.

상술한 바와 같이 본 고안에 의하면 미성형의 마이카를 적층하여 경화시킨 절연체로 한 판상의 절연구조와 온도-저항특성이 우수한 동-니켈합금의 발열체 적용을 통해 제작된 히터는 뛰어난 절연효과와 균일한 온도분포 특성의 효과를 지니므로 온도불균일 및 절연취약에 따른 노이즈 영향으로 인한 품질문제의 발생을 방지하여 웨이퍼 가공 및 검사공정에서의 품질이 향상된다.

Claims (1)

1. 마이카 절연 웨이퍼 가열 판상 히터에 있어서,

   판상의 미성형 마이카(Pre-Preg type Mica)를 발열체 상하에 적층시켜 가열, 가압수단을 통해 접합시킨 절연체, 저항-온도계수(TCR:Temperature Coefficient Resistance) 100ppm/℃ 이하의 동-니켈합금(Copper-Nickel Alloy)의 발열체를 특징으로 하는 마이카 절연 웨이퍼 가열 판상 히터.