KR20050042638A - 반도체 및 엘씨디 제조장비의 등온정반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 등온정반에 관한 것으로, 내부에 진공 상태의 공간부가 형성된 히팅 플레이트 몸체와, 그 내부 공간부의 내벽에 고르게 분포 설치되어진 윅크(wick)와, 내부 공간부에 소정 량 채워져서 열전달 매체로서 사용되는 작동유체와, 상기 히팅 플레이트의 하면에서 상기 작동유체를 가열하는 가열장치와, 상기 히팅 플레이트의 온도를 검지하여 설정된 온도가 유지되도록 상기 가열장치를 제어하는 온도제어장치를 포함하여 구성함으로써, 히트파이프 원리를 이용하여 빠른 응답성과 고른 온도분포를 가지는 등온정반을 제공한다.

Description

반도체 및 엘씨디 제조장비의 등온정반{Isothermal heat spreading plate for Semiconductor and LCD equipment}

본 발명은 등온정반에 관한 것으로, 특히 반도체나 LCD등의 제조 공정에 사용되는 히팅 플레이트에 있어서 플레이트의 전체 표면의 온도가 일정하게 함과 아울러 빠른 응답성을 가지도록 하고 온도 조절이 용이하도록 하며 히팅 장치의 구조를 간단히 구성한 반도체 제조장비 및 LCD 제조장비의 등온정반에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자 및 LCD의 제조공정에 있어서, 증착, 산화, 확산 등의 공정은 웨이퍼 및 유리 기판을 가열하게 되며, 이때 웨이퍼 및 유리기판의 온도 균일도는 소자 제작에 매우 중요한 변수가 된다. 특히, 반도체 및 TFT- LCD 노광 공정용 트랙장비의 가열 및 냉각 장치인 핫 플레이트 및 쿨 플레이트는 상기 장비의 성능을 좌우하는 키(Key) 기술이다

그러나, 종래 반도체의 웨이퍼 및 LCD의 유리기판 가열장치는 그 내부에 히터가 배열된 플레이트로 구성되어 있어 발열부의 전기 저항이 각각의 부위에 따라 다르기 때문에 온도가 불균일하고 온도조절이 용이하지 않다는 문제점이 있다.

더욱이 웨이퍼 및 LCD Glass의 크기가 크게 확대됨에 따라 온도 불균일도의 문제는 더욱 심각한 이슈로 대두되고 있다.

한편, 등온정반의 가열수단으로서 히팅 코일을 내장하는 방법이 주종을 이루고 있지만, 코일의 불균일한 저항치에 따른 온도 편차, 코일의 바로 상부와, 코일과 코일 사이의 상부면의 온도가 차이가 날 수 있고, 온도 조절시 임의의 온도로의 온도 조절 응답성이 떨어지는 단점이 있다.

종래에 온도조절을 용이하게 하기 위해서 히팅코일 즉, 발열체를 여러 번 분리하여 나선으로 배열하고 분리된 발열체들을 병렬로 제어하는 히팅 플레이트도 알려져 있다. 그렇지만 이러한 구조에서도 발열체와 직접 접촉된 상부면과 발열체 사이의 상부면 열전도가 다를 수 있고, 병렬제어에 의해 전체적 온도를 용이하게 조절할 수 있다는 장점은 있지만 온도제어장치가 복잡해진다는 문제점도 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 히트 파이프 원리를 적용하여 플레이트 전 표면의 온도가 일정한 등온 정반을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 히팅 플레이트의 온도 콘트롤을 빠르고 안정되게 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 폴리싱 플레이트와 같이 표면온도를 일정하게 유지시켜야 하는 등온정반에도 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 액정표시장치(LCD)의 제조과정 중 세정한 유리의 코팅 점착을 향상시키기 위한 탈수장치(dehydration)의 플레이트 또는 코팅 공정의 베이크(bake)용 플레이트에 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단은,

상면이 히팅 판넬을 이루고 그 히팅 판넬 내부에 진공 상태의 공간부가 형성된 히팅 플레이트 몸체와; 그 히팅 플레이트 몸체의 내부 공간부의 내벽에 고르게 분포 설치되어 열전도를 시키는 윅크(wick)와; 그 히팅 플레이트 몸체의 내부 공간부에 소정 량 채워져서 열전달 매체로서 사용되는 작동유체와; 상기 히팅 플레이트의 하면에서 상기 작동유체를 가열하는 가열장치와; 상기 히팅 플레이트의 온도를 검지하여 설정된 온도가 유지되도록 상기 가열장치를 제어하는 온도제어장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 등온정반은 가열뿐만 아니라 냉각용도로도 사용할 수 있으며, 냉각용도로 사용하기 위해서는 상기 가열장치 대신에 냉각장치를 설치하고, 상기 작동유체를 냉각 온도 범위에 맞게 선택해서 사용하여 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 등온정반의 구성을 보인 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이,

상부 판넬(11)이 히팅 판넬을 이루고 그 상부 판넬(11)과 하부판넬(12) 사이에 진공 상태의 공간부(13)가 형성되며, 다수의 지지부(14)에 의해 상부판넬(11)과 하부판넬(12) 사이에 형성되어 상부판넬(11)의 수평 평면도를 유지시키도록 구성된 히팅 플레이트 몸체(10)와, 그 히팅 플레이트 몸체(10)의 내부 공간부의 내벽에 고르게 분포 설치되는 윅크(wick)(20)와, 그 히팅 플레이트 몸체(10)의 내부 공간에는 압력이 낮아지게 진공시킨 후 열 흡수에 의해 쉽게 증발하여 열을 빨리 그리고 골고루 전달시키고 응축하여 액체로 상변한 되어 상기 윅크(20)를 통해 증발부로 되돌아오는 작동유체(30)와, 상기 히팅 플레이트의 하부에서 상기 작동유체(30)를 가열하는 가열장치(40)와, 상기 히팅 플레이트의 온도를 검지하여 설정된 온도가 유지되도록 상기 가열장치를 제어하는 온도제어장치(50)를 포함하여 구성된다.

상기한 히팅 플레이트 몸체(10)의 재료는 순동(99.99%)이나 스테인레스강을 사용한다. 만드는 공정은 히팅 플레이트 몸체(10)에 윅크(wick)(20)을 넣고 진공 시킨 후 소정 량(공간부 부피의 약20 ∼ 30% 정도의 양이나, 필요한 온도에 따라서 그 양이나 종류가 달라진다.)의 작동유체(30)를 채운 후 밀봉시킨다.

상기 가열장치(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 히팅 플레이트 몸체(10)의 하면 판넬(12)의 저면에 요홈(12a)을 형성하고, 그 요홈(12a)에 삽입된 발열체(41), 그 발열체(41)에 전원을 공급하여 가열시키는 가열전원 공급부(42)로 구성된다.

상기 온도제어장치(50)는 상기 히팅 플레이트 몸체(10)의 온도를 검지하는 다수의 온도센서(51), 사용자가 조작수단을 통해 입력시킨 온도 설정치를 저장하는 설정치 저장부(52), 상기 온도 센서(51)의 온도 검출 값이 상기 설정치 저장부(52)에 저장된 설정온도와 비교하는 비교부(53), 상기 조작수단의 운전시작신호에 의해 상기 가열장치(40)를 구동시킨 후 상기 비교부(53)의 출력에 의해 상기 가열장치(40)을 온/오프 시키는 제어부(54)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은, 상기 히팅 플레이트의 상면판넬(11)과 하면판넬(12) 사이에 윅크(20) 및 작동유체(30)를 채워 넣고, 진공 상태로 밀봉시켜 공간부(13)를 형성하여 구성한다. 이는 히트파이프 원리를 적용한 것으로서, 상기 작동유체로는 증류수등의 액체를 사용할 수 있다. 이는 일측 어느 부위에서나 열이 전달되면, 그 열에 의해 작동유체(30)가 증발되면서 순식간에 열이 퍼져 히팅 플레이트 전체에 고르게 열을 전달하게 된다. 따라서 어느 부위와 상관없이 내부의 기체에 의해 열이 고르게 전달되므로 표면에서는 고른 온도분포가 이루어진다.

밀폐된 히팅 플레이트 몸체(10)내부에 윅크(20)를 삽입설치하고 진공시킨 후, 작동유체(30)를 넣고 밀봉시키면, 내부의 압력이 낮아지므로 그 작동유체(30)는 낮은 온도에서도 아주 쉽게 증발이 이루어진다. 증발된 기체는 즉시 온도가 낮은 부분으로 이동하게 되고, 이때 기체는 에너지(잠열)를 운반하게 되며, 온도가 낮은 곳으로 이동된 기체는 응축되어 액체로 다시 상변환 된다.

상변환된 액체는 윅크(20)를 타고 다시 증발부(여기서 증발부는 히팅 플레이트 몸체(10)의 하면판넬(12)이 되고, 특히 가열장치(40)의 상부면이 된다)로 빠르게 되돌아 오게되며, 윅크(20)는 모세관력을 제공하여 액체를 빠르게 증발부로 이동 시키게 된다. 이를 정리하면 증발(evaporation) --＞ 이동 --＞응축(condensing) --＞회귀(liquid return)의 순환계를 이루게 된다.

상기 윅크(20)의 구조는 잘 알려진 분말소결 윅크(powder sintered wick), Screen mesh wick, Grooved wick, Woven wired wick 등 이 사용된다. 이러한 윅크의 구조는 다르나 그 원리는 모두 기체에서 상변환 된 액체를 증발부로 회귀시킬 수 있는 모세 관력을 제공해야 하며 고온에서 그의 물리적 성질이 변하지 않고 작동 유체와 화학적인 반응이 없어야한다. 만약 화학적 반응이 일어나 작동 유체 이외의 다른 성분(예를 들어, 가스의 발생)이 발생되면 작동유체의 흐름을 방해하게 되어 히팅 플레이트의 성능이 떨어지게 된다.

본 발명의 실시 예에서는 작동유체에 관해서는 별도의 설명을 하지 않았으나 온도의 적용범위에 따라 적당한 선택이 필요하다. 예를 들어 100도씨의 온도가 주로 사용되는 히팅 플레이트에는 증류수가 이상적이며 0도씨 이하에서는 알콜을 사용하는 것이 더 우수한 성능을 나타낸다. 또한, 밀봉되어지는 내부 공간부와 윅크는 반드시 아주 잘 세정시켜 불순물이 제거되어야 하며, 반드시 화학적 변화가 없는 작동유체를 사용해야한다.

한편, 가열장치(40)는 다양한 가열구조로 구성할 수 있으나, 하면판넬(12)의 하부에 요홈(12a)을 형성하고, 그 요홈(12a)속에 발열체(41)를 삽입 구성하여 전원공급부(42)에서 전원을 공급하여 발열되도록 구성한다. 이는 종래의 발열체를 이용한 가열수단들과 유사하게 구성되는 것으로서, 다만 하면 판넬 전체에 가열수단(발열체)을 배열할 필요 없이 임의의 요부에만 소형의 가열수단을 설치하면 된다.

또 다른 예로서, 판형 발열체를 상기 히팅 플레이트 몸체(10)의 하면판넬(12)의 소정부위 저면에 부착 설치하고 전원공급부에 의해 전원을 공급하여 발열체의 발열에 의해 가열하도록 구성하는 것으로서, 발열체를 전기다리미에서와 같이 판형을 사용할 수 있으며, 이는 매우 얇은 금속판을 발열체로 사용하는 방법이다.

그리고 상기 온도제어장치(50)는, 상기 히티플레이트 몸체(10)의 임의의 부위에서 온도를 검출할 수 있도록 적어도 한 이상의 온도센서(51)가 설치되며, 사용자가 조작수단을 통해 입력시킨 온도 설정치를 설정치 저장부(52)에 저장한다.

상기 조작수단의 운전시작신호에 의해 제어부(54)가 상기 가열장치(40)의 전원공급부(42)를 제어하여 발열체(41)에 전원을 공급하게 하여 가열을 시작한다. 가열 시작후 상기 제어부(54)는 비교부(53)의 출력에 의해 상기 가열장치(40)을 온/오프시켜 제어하는데, 비교부(53)는 상기 온도 센서(51)의 온도 검출값이 상기 설정치 저장부(52)에 저장된 설정온도와 비교하여 제어부(54)에 온도 비교에 따른 결과신호를 인가한다. 즉, 온도센서(51)에서 검출되는 온도가 상기 설정치 저장부(52)에 저장된 온도를 유지하도록 제어부(54)가 상기 가열장치(40)를 온/오프 시켜서 등온유지를 시키게 된다.

이와 같은 본 발명은 반도체 제조 공정중 에칭, CVD, PVD등의 웨이퍼 척(Chuck), 핫 플레이트 등으로 다양한 용도로 사용할 수 있으며, 폴리싱 플레이트(Polishing plate)등에 이용하기 위해서는 상기 가열장치 대신에 냉각장치를 설치하여 등온정반의 온도를 일정한 온도로 냉각시켜서 사용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 히트 플레이트 몸체(10)의 내부에 윅크(20) 및 작동유체(30)를 채워서 진공 상태의 공간부를 형성하여 구성하고, 그 히트 플레이트 몸체 하부면에 냉각장치(60) 및 온도제어장치(50)를 설치하여 폴리싱 플레이트 등의 용도로도 사용할 수 있다.

종래에는 폴리싱 플레이트를 구성하는 경우 연마과정에서 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 내부에 수냉식 냉각장치를 적용해야 했으며, 이러한 이유로 그 구조가 복잡해지고 제어동작도 어려운 등의 단점이 있었고, 원하는 온도로 온도조절이 쉽지 않는 단점이 있었다.

본 발명을 폴리싱 플레이트와 같은 냉각용도로 사용하기 위해서는 상기 작동유체(30)를 메칠 알콜이나 에칠 알콜 등을 사용하고, 냉각장치는 통상의 냉각장치를 사용하여 히트 플레이트 몸체(10)의 표면온도를 냉각시키게 되면, 내부의 작동유체(30)에 의해 전체의 온도가 등온상태로 유지된다.

물론 온도제어장치(50)는 온도센서, 온도 설정치 저장부, 비교부, 제어부로 구성되어 냉각장치를 제어하도록 구성되고, 이러한 온도조절은 상기 가열장치의 온도조절에서 설명한 바와 같이 온도 조절을 할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 반도체 및 LCD 제조공정에 사용되는 등온정반을 히트 파이프 원리를 이용해 제작함으로써, 표면의 온도가 균일하게 유지할 수 있어서 반도체 및 LCD 제조공정의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 소형의 가열장치만을 구성하고 하나의 온도 제어 장치만을 이용해 가열장치를 제어하여 원하는 온도로 빠른 응답성을 가지고 조절할 수 있어서 제어회로가 간단하고 응답성이 빠른 효과가 있다. 또한, 본 발명은 가열장치를 사용하는 대신에 냉각장치를 적용하여 등온정반을 폴리싱 플레이트로서도 사용할 수 있으므로, 그 구조가 매우 간단해지고, 온도제어가 매우 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 히트 파이프원리를 적용한 등온정반 구조도.

도 2는 본 발명에 의한 가열장치 및 온도 제어장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 보인 폴리싱 플레이트용 등온정반 구조도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 히트 플레이트 11 : 상면판넬

12 : 하면판넬 13 : 공간부

14 : 지지부 20 :윅크

30 : 작동유체 40 : 가열장치

41 : 발열체 42 : 전원공급부

50 : 온도제어장치 51 : 온도센서

52 : 설정치 저장부 53 : 비교부

54 : 제어부 60 : 냉각장치

Claims (5)

1. 반조체 및 LCD 제조 장비중 표면을 일정한 온도 유지시키는 등온정반에 있어서,

   상면이 히팅 판넬을 이루고 그 히팅판넬 내부에 진공 상태의 공간부가 형성된 히팅 플레이트 몸체와;

   그 히팅 플레이트 몸체의 내부 공간부의 내벽에 고르게 분포 설치된 윅크(wick)와;

   그 히팅플레이트 몸체의 내부 공간부에 소정량 채워져서 열전달 매체로서 사용되는 작동유체와;

   상기 히팅 플레이트의 하면에서 상기 작동유체를 가열하는 가열장치와;

   상기 히팅 플레이트의 온도를 검지하여 설정된 온도가 유지되도록 상기 가열장치를 제어하는 온도제어장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 및 LCD 제조장비의 등온정반.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열장치는,

   상기 히팅 플레이트 하면 판넬의 하면 소정부위에 요홈을 형성하고,

   그 요홈 속에 발열체를 삽입 구성하여 전원공급부에서 전원을 공급하여 발열체의 발열에 의해 가열할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 및 LCD 제조장비의 등온정반.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가열장치는,

   상기 히팅 플레이트 하면 판넬의 저면 소정부위에 판형 발열체를 부착설치하고,

   전원공급부에서 상기 판형 발열체에 전원을 공급하여 발열체의 발열에 의해 가열할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 및 LCD 제조장비의 등온정반.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 온도제어장치는,

   상기 히팅 플레이트 몸체의 온도를 검지하는 다수의 온도센서,

   사용자가 조작수단을 통해 입력시킨 온도 설정치를 저장하는 설정치 저장부,

   상기 온도 센서의 온도 검출 값이 상기 설정치 저장부에 저장된 설정온도와 비교하는 비교부,

   상기 조작수단의 운전시작신호에 의해 상기 가열장치를 구동시킨 후 상기 비교부의 출력에 의해 상기 설정온도가 유지되도록 상기 가열장치를 온/오프 시키는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 및 LCD 제조장비의 등온정반.
5. 반조체 및 LCD 제조 장비중 표면을 일정한 온도 유지시키는 등온정반에 있어서,

   상면이 히팅 판넬을 이루고 그 히팅판넬 내부에 진공 상태의 공간부가 형성된 히팅 플레이트 몸체와;

   그 히팅 플레이트 몸체의 내부 공간부의 내벽에 고르게 분포 설치되어 열전도를 시키는 윅크(wick)와;

   그 히팅플레이트 몸체의 내부 공간부에 소정량 채워져서 열전달 매체로서 사용되는 작동유체와;

   상기 히팅 플레이트의 하면에서 상기 작동유체를 냉각시키는 냉각장치와,

   상기 히팅플레이트의 온도를 검지하여 설정된 온도가 유지되도록 상기 냉각장치를 제어하는 온도제어장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 및 LCD 제조장비의 등온정반.