KR20120039228A - 히터 유닛의 제작 방법 - Google Patents

히터 유닛의 제작 방법 Download PDF

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KR20120039228A KR1020100100816A KR20100100816A KR20120039228A KR 20120039228 A KR20120039228 A KR 20120039228A KR 1020100100816 A KR1020100100816 A KR 1020100100816A KR 20100100816 A KR20100100816 A KR 20100100816A KR 20120039228 A KR20120039228 A KR 20120039228A
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고성근
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(주)티티에스
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Abstract

본 발명은 히터 유닛 제작 방법에 관한 것으로, 기판을 지지 가열하는 히터판을 마련하는 단계, 히터판을 내부 공간이 마련된 챔버 내로 인입 시키는 단계, 히터판 상부에 복수의 개구부가 마련된 쉐도우 마스크를 배치시키는 단계, PVD 공정을 실시하여, 쉐도우 마스크의 개구부에 의해 노출된 히터판 상부에 요철을 형성하기 위한 원료물질을 증착하여, 히터판 상에 상호 이격 배치되도록 복수의 요철을 형성하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면 종래에서와 같이 히터판 자체를 물리적인 방법으로 가공하여 복수의 요철을 형성하는 공정에 비해 간단한 방법으로 복수의 요철을 형성할 수 있다. 그리고 복수의 요철을 형성하기 위한 공정 시간을 단축할 수 있어, 히터 유닛의 생산 수율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 마스크를 이용하므로 작업자가 원하는 복수의 요철의 형상 및 상기 복수의 요철의 배열 등을 용이하게 변경할 수 있다.

Description

히터 유닛의 제작 방법{Method of manufacturing heater unit}
본 발명은 히터판 상에 기판을 지지 가열하는 복수의 요철을 용이하게 형성할 수 있는 히터 유닛의 제작 방법에 관한 것이다.
일반적인 히터 블럭은 히터판, 히터판 내측에 삽입 장착되어 상기 히터판을 가열하는 발열체를 포함한다. 여기서 히터판의 상부면은 평탄면이며, 이러한 히터판의 상부면에 기판이 안치된다. 이에, 기판의 하부면 전체가 히터판의 상부면에 접촉된다. 이와 같이 기판 하부면 전체가 히터판 상부면에 접촉될 경우, 히터판으로부터 발생된 파티클에 의해 기판이 오염될 확율이 크다. 또한, 히터판 내측에 삽입 장착된 발열체의 영역별 발열량 차이, 히터판 자체의 열전도율 차이에 등에 의해 상기 히터판에 온도 편차가 발생될 수 있다. 그리고 이러한 히터판 상부면에 기판이 안치될 경우, 상기 히터판의 온도 편차가 그대로 기판에 전달된다. 즉, 기판 전체가 균일하게 가열되지 못한다.
이를 해결하기 위하여 히터판 상부에 상호 이격되도록 복수의 요철을 형성하고, 상기 복수의 요철 상에 기판을 안치시킨다. 이에, 발열체로부터 발생된 열은 히터판을 가열하고, 히터판의 열은 복수의 요철을 통해 기판으로 전달된다. 즉, 기판은 히터판 및 복수의 요철에 의한 복사열에 의해 가열된다. 따라서, 히터판에 온도 편차가 있다 하더라도, 그 열이 복수의 요철을 통해 기판에 전달되므로, 기판의 온도 편차를 최소화할 수 있고, 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있다.
그리고 이러한 요철은 일반적으로 히터판을 물리적인 방법으로 가공함으로써 형성한다. 하지만 히터판 자체를 가공함으로써 복수의 요철을 제작할 경우, 이를 위한 공정 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 특히, 대면적 기판을 지지 가열하기 위한 히터판의 크기가 커짐에 따라, 히터판을 가공하여 복수의 요철을 제작하는 공정 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 히터판 상에 복수의 요철을 용이하게 형성할 수 있는 히터 유닛의 제작 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 기술적 과제는 PVD 방법으로 히터판 상에 요철을 형성하는 히터 유닛의 제작 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 히터 유닛 제작 방법은 기판을 가열하는 히터판 상부에, 상호 이격 배치되도록 복수의 요철을 형성하는 방법에 관한 것으로, 기판을 지지 가열하는 히터판을 마련하는 단계, 상기 히터판을 내부 공간이 마련된 챔버 내로 인입 시키는 단계, 상기 히터판 상부에 복수의 개구부가 마련된 쉐도우 마스크를 배치시키는 단계, PVD 공정을 실시하여, 상기 쉐도우 마스크의 개구부에 의해 노출된 히터판 상부에 요철을 형성하기 위한 원료물질을 증착하여, 상기 히터판 상에 상호 이격 배치되도록 복수의 요철을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 히터판 상에 복수의 요철을 형성하기 위한 PVD 공정은 스퍼터링 방법, 이온빔 증착 및 플라즈마 스프레이 코팅 방법 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 요철의 높이는 0.03mm 내지 1.0mm이 되도록 한다.
상기 복수의 개구부가 0.03mm 내지 1.0mm의 높이를 가지는 쉐도우 마스크를 이용한다.
상기 히터판과 상기 복수의 요철은 동일한 재료를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.
상기 히터판 및 복수의 요철은 질화알루미늄(AlN)으로 제작된다.
상기 히터판을 냉각 시키는 냉각 블럭을 마련하여, 상기 히터판 상에 복수의 요철을 형성한 후, 상기 히터판의 하부와 냉각 블럭을 결합시키는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, PVD 방법으로 히터판 상에 기판을 지지하는 복수의 요철을 형성한다. 이에, 종래에서와 같이 히터판 자체를 물리적인 방법으로 가공하여 복수의 요철을 형성하는 공정에 비해 간단한 방법으로 복수의 요철을 형성할 수 있다. 그리고 복수의 요철을 형성하기 위한 공정 시간을 단축할 수 있어, 히터 유닛의 생산 수율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 마스크를 이용하므로 작업자가 원하는 복수의 요철의 형상 및 상기 복수의 요철의 배열 등을 용이하게 변경할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히터 유닛을 구비하는 기판 처리 장치를 도시한 단면도
도2는 본 발명의 실시예에 따른 히터 유닛의 일부를 확대 도시한 도면
도 3a 내지 도 3c는 실시예에 따른 방법으로 히터판 상에 복수의 요철을 형성하기 위한 방법을 순서적으로 도시한 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히터 유닛을 구비하는 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 히터 유닛의 일부를 확대 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 히터 유닛(300)이 구비된 기판 처리 장치는 내부 공간을 가지는 챔버(100), 챔버(100) 내부에 위치하여 기판(S)을 처리하기 위한 원료소스를 공급하는 원료 공급부(200), 원료 공급부(200) 하측에 대향 배치되어 기판(S)을 지지 가열하는 히터 유닛(300), 히터 유닛(300) 하부에 결합되어, 상기 히터 유닛(300)을 지지하는 샤프트(340), 샤프트(340)와 연결되어 상기 샤프트(340)를 통해 히터 유닛(300)을 회전 또는 승하강시키는 구동부(345)을 포함한다.
챔버(100)는 내부가 비어있는 사각통 형상으로 제작되며, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있는 소정의 반응 공간이 마련된다. 실시예에서는 챔버(100)를 사각 통 형상으로 제작하였으나, 이에 한정되지 않고, 기판(S)의 형상에 대응되는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 챔버(100)의 일측에는 기판(S)이 출입하는 출입구가 마련되며, 챔버(100) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 수단 및 챔버(100)의 내부를 배기하는 배기 수단을 구비할 수도 있다. 그리고 챔버(100) 내부에서 히터 유닛(300)과 대향 배치되어 기판(S)을 처리하는 소정의 원료 물질을 분사하는 원료 공급부(200)가 마련된다. 여기서 원료 공급부(200)로부터 공급되는 원료 물질은 기판(S) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 원료, 상기 기판(S) 또는 기판(S) 상에 형성된 박막을 식각하기 위한 원료일 수 있다.
히터 유닛(300)은 기판(S)을 가열하는 발열체(312)를 구비하는 히터 블럭(310), 히터 블럭(310)의 상부에서 이격 배치되어 기판(S)을 지지하는 복수의 요철(330)을 포함한다.
히터 블럭(310)은 히터판(311), 히터판(311) 내측에 설치되어 히터판(311)을 가열하는 발열체(312)를 포함한다. 실시예에서는 원형의 판 형상으로 히터판(311)을 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)을 지지할 수 있는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 실시예에 따른 히터판(311)은 질화알루미늄(AlN)으로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고 그라파이트(graphite), 실리콘카바이드(SiC) 및 그라파이트(graphite)와 실리콘카바이드(SiC)가 혼합된 혼합물과 Al, Ni 합금, STS 금속 들 중 어느 하나를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다.
물론 이에 한정되지 않고 발열체(312)로부터 발생된 열을 기판(S)에 전달할 수 있는 다양한 재료를 이용하여 히터판(311)을 제작할 수 있다. 또한, 실시예에서는 원통 형상으로 제작된 열선을 발열체(312)로 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 열을 발산할 수 있는 다양한 수단을 발열체(312)로 사용할 수 있다. 이러한 발열체(312)는 히터판(311) 전체에 균일하게 배치되는 것이 효과적이다. 실시예에서는 발열체(312)가 히터판(311) 내측에서 환형 라인 형상으로 배치되나, 이에 한정되지 않고 다양한 형상의 라인으로 히터판(311) 전체에 균일하게 배치될 수 있다. 그리고 발열체(312)의 끝단은 후술되는 전원선(341)의 일단과 접속된다.
복수의 요철(330)은 히터판(311) 상면에서 일정 거리 이격 배치되어, 기판(S)을 지지하는 역할을 한다. 즉, 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)이 상호 이격 배치된 엠보싱 형상으로 제작된다. 여기서 실시예에 따른 복수의 요철(330)은 그 단면이 사각형의 형상이 되도록 제작한다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 다각형 또는 원형의 형상으로 복수의 요철(330)을 제작할 수 있다. 그리고 복수의 요철(330)의 높이는 0.03 내지 1.0mm이다. 예를 들어, 복수의 요철(330)의 높이가 0.03mm 미만인 경우, 히터판(311)으로부터 발생된 파티클에 의해 0.03mm 미만의 요철(330) 상에 안치된 기판(s)이 오염될 수 있다. 또한, 히터판(311) 내측에 삽입된 발열체(312)의 영역별 발열량 차이, 히터판(311) 자체의 열전도율 차이가 그대로 기판(s)으로 전달될 수 있다. 이로 인해, 기판(s)이 균일하게 가열되지 못할 수 있다. 그리고, 복수의 요철(330)의 높이가 1.0mm를 초과하는 경우, 히터판(311)과 기판(s) 사이의 열적 특성이 저하되어, 히터판(311)으로부터 기판(s)에 전달되는 열전도율이 떨어지며, 상기 기판(s) 전체에 가해지는 열 균일도 또한 저하될 수 있다.
여기서 복수의 요철(330)은 히터판(311)과 동일한 재료를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다. 이에 실시예에서는 히터판(311)과 동일한 재료인 질화알루미늄(AlN)을 이용하여 복수의 요철(330)을 형성한다. 그리고 실시예에서는 질화알루미늄(AlN)을 PVD 방법으로 히터판(311) 상에 증착함으로써, 복수의 요철(330)을 형성한다. PVD 방법으로 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)을 형성하는 방법에 대한 설명은 하기에서 하기로 한다.
상기에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 사각 육면체의 형상으로 복수의 요철(330)을 형성하며, 상기 복수의 요철(330)이 히터판(311) 상에서 일정 간격으로 이격 배치된다. 하지만 이에 한정되지 않고, 다양한 형상 예를 들어, 원통 형상, 다각형의 통 형상으로 복수의 요철(330)을 제작할 수 있다. 또한, 복수의 요철(330)은 히터판(311) 상에서 다양한 배치 예를 들어, 열 십자 형태로 배치되거나, 상기 히터판(311) 상면의 가장자리 둘레를 따라 형성되는 등의 다양한 배치가 가능하다. 그리고 복수의 요철(330) 사이의 간격은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일정한 간격으로 이격될 수도 있고, 각기 다른 간격으로 이격될 수도 있다.
상기에서는 도시되지는 않았으나, 히터 블럭(310)의 하측에 상기 히터 블럭(310)을 냉각시키는 냉각 블럭이 배치될 수 있다. 이러한 냉각 블럭은 예를 들어, 히터판(311)의 하측에 배치되는 냉각판 및 냉각판 내측에 삽입 장착되는 냉각 라인을 포함한다. 여기서 냉각 라인은 냉매가 흐르는 유로로써, 실시예에서는 내부공간이 마련된 통 형상의 파이프를 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 냉매가 흐를 수 있는 내부 공간이 마련된 다양한 형상으로 냉각 라인을 제작할 수 있다. 냉각 라인은 냉각판 전체에 균일하게 배치되는 것이 효과적이다.
샤프트(340)는 일단이 챔버(100) 내부로 삽입되어 히터판(311)의 하부와 연결되고, 타단이 챔버(100) 외부로 돌출되어 구동부(345)와 연결된다. 여기서 구동부(345)는 샤프트(340)에 승하강 및 회전력을 제공하는 역할을 한다. 이에, 구동부(345)에 의해 샤프트(340)가 승하강 또는 회전하면 상기 샤프트(340)에 의해 서셉터가 승하강 또는 회전한다. 그리고 이러한 샤프트(340) 내에는 히터 블럭(310)의 발열체(312)에 전원을 인가하는 전원선(341)이 마련된다. 여기서 전원선(341)의 일단은 히터판(311)의 내부에 설치된 발열체(312)와 접속되고 타단은 샤프트(340) 끝단으로 돌출되어 전원 공급부(342)와 접속된다.
도 3a 내지 도 3c는 실시예에 따른 방법으로 히터판 상에 복수의 요철을 형성하기 위한 방법을 순서적으로 도시한 도면이다. 하기에서는 도3a 내지 도3b를 참조하여, 히터 유닛을 제작하기 위한 방법을 설명한다.
실시예에서는 PVD 방법 중 하나인 스퍼터링 방법으로 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)을 형성한다. 하기에서는 먼저 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)을 형성하기 위한 스퍼터링 장치(400)에 대해 간략히 설명한다. 스퍼터링 장치(400)는 내부공간을 가지는 챔버(410), 챔버(410) 내부에 배치되어 피처리물 즉, 히터판(311)을 지지하는 서셉터(430), 서셉터(430)의 상측에 대향 배치된 타겟(target)(420), 서셉터(430) 및 타겟(420)에 각기 연결되어 플라즈마를 발생시키기 위한 전원을 공급하는 제 1 및 제 2 전원 공급부(440, 450), 챔버(410) 내부로 플라즈마를 발생시키기 위한 가스를 공급하는 가스 공급관(470)을 포함한다. 실시예에서는 이러한 스퍼터링 장치(400)를 이용하여 히터판(311) 상에 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 복수의 요철(330)을 형성한다. 이에, 타겟(420)으로 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 타겟(420)을 이용한다. 그리고 가스 공급관(470)을 통해 챔버(410) 내부로 공급되는 가스는 Ar을 사용한다.
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 피처리물인 히터판(311)을 스퍼터링 장치(400)의 챔버(410) 내부로 삽입시켜, 서셉터(430) 상에 안치시킨다. 그리고 히터판(311) 상부에 복수의 개구부가 마련된 쉐도우 마스크(460)를 배치시킨다. 이때, 개구부의 형상에 따라 요철(330)의 형상이 결정되며, 실시예에서는 사각형 형상의 형상이며, 내측 높이가 0.03 내지 1.0mm인 개구부를 가지고, 상기 개구부의 이격 겨리가 일정한 쉐도우 마스크(460)를 이용한다. 히터판(311) 상부에 쉐도우 마스크(460)가 배치되면, 가스 공급관(470)을 통해 Ar 가스를 챔버(410) 내로 공급한다. 이후, 제 1 및 제 2 전원 공급부(440, 450)를 이용하여 서셉터(430) 및 타겟(420) 각각에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마는 챔버(410) 내부 상측에 배치된 타겟(420)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으키고, 스퍼터링에 의해 타겟(420)으로부터 떨어져 나온 입자는 쉐도우 마스크(460)의 개구부를 통해 히터판(311) 상에 증착된다. 따라서, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이 히터판(311) 상면에 질화알류미늄(AlN)으로 이루어진 복수의 요철(330)이 형성된다.
실시예에 전술한 바와 같이 사각 육면체의 형상이며, 일정 간격으로 이격된 복수의 요철(330O)을 형성한다. 이를 위해 사각형 형상의 복수의 개구부를 가지며, 상기 복수이 개구부가 일정 거리로 이격된 쉐도우 마스크(460)을 이용한다. 하지만 실시예에서는 쉐도우 마스크(460)를 이용한 증착 방법으로 복수의 요철(330)을 형성하므로, 상기 복수의 요철(330)의 다양한 변형이 가능하다. 즉, 다양한 형상 다양한 형상 예를 들어, 원통 형상, 다각형의 통 형상으로 복수의 요철(330)을 제작할 수 있다. 또한, 복수의 요철(330)은 히터판(311) 상에서 다양한 배치 예를 들어, 열 십자 형태로 배치되거나, 상기 히터판(311) 상면의 가장자리 둘레를 따라 형성되는 등의 다양한 배치가 가능하다. 그리고 복수의 요철(330) 사이의 간격은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일정한 간격으로 이격될 수도 있고, 각기 다른 간격으로 이격될 수도 있다. 이를 위해 형성하고자 하는 복수의 요철(330)을 형성하기 위한 복수의 개구부을 가지는 쉐도우 마스크(460)를 이용한다. 예를 들어, 원통 형상의 복수의 요철(330)을 형성하고, 상기 복수의 요철(330)이 히터판(311) 상면의 가장자리 영역에 형성되도록 하기 위해서는, 상기 히터판(311)의 가장자리 영역에 대응하는 영역에 복수의 개구부를 가지는 쉐도우 마스크(460)을 마련한다. 그리고 이때 쉐도우 마스크(460)의 복수의 개구부의 형상은 원통 형상이다. 이에 이러한 쉐도우 마스크(460)를 히터판(311) 상에 배치시키고, 증착 공정을 실시하면, 상기 히터판(311) 상면의 가장자리 영역에 원통 형상의 복수의 요철(330)이 형성된다.
그리고 도시되지는 않았지만, 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)이 형성되면, 상기 히터판(311) 하부에 냉각 블럭을 결합시켜, 냉각 블럭을 구비하는 히터 유닛(300)을 제작할 수 있다. 이때 히터판(311)과 냉각 블럭 사이를 용접하거나, 별도의 결합 부재를 이용하여 상기 히터판(311)과 냉각 블럭을 결합시킬 수 있다.
이와 같이 실시예에서는 PVD 방법 중 하나인 스퍼터링 방법을 이용하여 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)을 형성하였다. 이에 종래와 같이 히터판을 물리적인 방법으로 가공하여 복수의 요철(330)을 제작할 때에 비하여, 용이하게 복수의 요철(330)을 제작할 수 있다. 또한, 쉐도우 마스크(460)를 이용하므로 작업자가 원하는 복수의 요철(330)의 형상 및 상기 복수의 요철(330)의 배열 등을 용이하게 변경할 수 있다. 따라서, 요철(330)을 구비하는 히터 유닛(300)의 생산 수율이 향상되는 효과가 있다.
실시예에서는 스퍼터링 방법으로 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 PVD 방법 예를 들어, 플라즈마 스프레이, 전자빔 증착 방법 등을 이용하여 히터판(311) 상에 복수의 요철(330)을 형성할 수 있다.
100: 챔버 300: 히터유닛
310: 히터 블럭 311: 히터판
312: 발열체 330: 요철

Claims (7)

  1. 기판을 지지 가열하는 히터판을 마련하는 단계;
    상기 히터판을 내부 공간이 마련된 챔버 내로 인입 시키는 단계;
    상기 히터판 상부에 복수의 개구부가 마련된 쉐도우 마스크를 배치시키는 단계;
    PVD 공정을 실시하여, 상기 쉐도우 마스크의 개구부에 의해 노출된 히터판 상부에 요철을 형성하기 위한 원료물질을 증착하여, 상기 히터판 상에 상호 이격 배치되도록 복수의 요철을 형성하는 단계를 포함하는 히터 유닛 제작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터판 상에 복수의 요철을 형성하기 위한 PVD 공정은 스퍼터링 방법, 이온빔 증착 및 플라즈마 스프레이 코팅 방법 중 어느 하나를 이용하는 히터 유닛 제작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 요철의 높이는 0.03mm 내지 1.0mm이 되도록 하는 히터 유닛 제작 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 개구부가 0.03mm 내지 1.0mm의 높이를 가지는 쉐도우 마스크를 이용하는 히터 유닛 제작 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 요철은 질화알루미늄(AlN)으로 제작되는 히터 유닛 제작 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터판 및 복수의 요철은 동일한 재료를 이용하여 제작되고, 상기 히터판 및 복수의 요철이 질화알루미늄(AlN)으로 제작되는 히터 유닛 제작 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터판을 냉각 시키는 냉각 블럭을 마련하여, 상기 히터판 상에 복수의 요철을 형성한 후, 상기 히터판의 하부와 냉각 블럭을 결합시키는 단계를 포함한다.
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