KR20180015244A - 가열 장치 및 가열 챔버 - Google Patents

가열 장치 및 가열 챔버 Download PDF

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KR20180015244A
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쑤에웨이 우
보위 동
바오강 쉬
허난 짱
빙리앙 궈
언 짱
샤오훠이 리우
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베이징 나우라 마이크로일렉트로닉스 이큅먼트 씨오., 엘티디.
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Abstract

가열 장치 및 가열 챔버가 제공된다. 가열 장치 및 가열 챔버는 베이스 플레이트, 적어도 3개의 지지 기둥들, 및 가열 모듈을 포함하되, 상기 적어도 3개의 지지 기둥들은 상기 베이스 플레이트 상에 수직적으로 배열되고 상기 베이스 플레이트의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 분포된다. 상기 적어도 3개의 지지 기둥들의 상부 끝단들은 피가열 부재를 지지하는 지지면을 형성한다. 상기 가열 모듈은 가열등 튜브 및 열 복사 차폐 모듈을 포함하되, 상기 가열등 튜브는 상기 베이스 플레이트 위에 그리고 상기 지지면 아래에 배치되어 상기 지지면을 향해 열을 방사한다. 상기 베이스 플레이트 상의 상기 가열등 튜브의 균일한 분포에 의해 형성된 유효 가열 영역의 투영(projection)은 상기 베이스 플레이트 상의 상기 지지면의 투영을 덮는다. 상기 열 복사 차폐 모듈은 상기 가열등 튜브에 의해 상기 가열등 튜브의 바닥 및 주변을 향해 방사되는 열을 차폐하도록 구성된다. 본 발명은 넓은 응용 범위를 가질 뿐만 아니라, 가열 효 및 가열 균일성을 향상시킬 수 있다.

Description

가열 장치 및 가열 챔버
본 발명은 반도체 소자 공정 기술 분야에 속하는 것으로서, 보다 상세하게는 가열 장치 및 가열 챔버에 관한 것이다.
반도체 분야의 일반적인 공정 기술에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 공정과 같은 물리적 기상 증착(PVD) 기술은 주로 진공 챔버 내에서 수행된다. 나아가, 히팅 장치가 진공 챔버 내에 배치된다. 히팅 장치는 기판을 지지하는 베이스(base) 및 가열 모듈을 포함한다. 가열 모듈은 스퍼터링 공정에 요구되는 온도에 도달될 수 있도록 기판을 가열하고 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.
기존 가열 장치는 전기 저항 히터이다. 전기 저항선이 베이스 내에 배치되며, 전기 저항선에 의해 발생된 열이 베이스를 통해 기판으로 전달되어 기판을 가열한다. 열 전달 효율을 향상시키고 열 균일성을 높이기 위해, 베이스 내에 백-블로우 파이프(back-blow pipe)가 더 배치되어 베이스와 기판 사이의 공간(gap)으로 불활성 기체(예를 들어, 아르곤(argon))을 공급한다. 나아가, 전기 저항 히터는 제어를 목적으로 베이스의 온도를 검출하기 위한 열전쌍을 더 포함한다.
전기 저항 히터의 실제 응용에서 필연적으로 다음과 같은 문제들이 존재한다.
첫째, 전기 저항 히터의 열 효율이 상대적으로 낮으며, 기판의 온도가 천천히 증가하며 이로 인해 생산 효율이 낮아진다. 특히, 고온 PVD 공정을 위해, 공정 챔버로 이송된 후에, 기판은 공정에 의해 요구되는 온도로 빠르게 가열되고 유지되는 것이 요구된다. 공정이 끝난 후에, 기판의 온도는 로봇 팔의 허용 온도 아래로 급속히 내려갈 것이며, 이로 인해 로봇 팔이 기판의 일반적인 인출 및 배치 동작들을 수행하는 것을 보장한다. 따라서, 기존의 전기 저항 히터는 고온 PVD 공정을 위한 빠른 가열 및 냉각 조건을 충족시키지 못한다.
둘째, 열전쌍이 베이스의 온도를 측정함으로써 간접적으로 기판의 온도를 획득하고, 열 전도 효율과 같은 요소들 때문에 베이스와 기판 사이에 온도 차이 (적어도 100℃의 차이)가 존재하기 때문에, 기판의 온도 제어의 정확성이 상대적으로 낮다.
상술한 문제들을 해결하기 위해, 종종 가열 전구가 열 복사 방식으로 기판을 가열하는데 전기 저항 히터를 돕도록 이용된다. 특히, 도 1은 기존의 PVD 장비의 구조도이다. 도 1을 참조하면, PVD 장비는 가열 챔버(10)를 포함하며, 봉지된 석영 창(13)이 가열 챔버(10) 내부에 배치된다. 가열 챔버는 봉지된 석영 창(13)에 의해 상부 서브-챔버 및 하부 서브-챔버로 나누어진다. 기판을 지지하는 베이스(11)는 하부 서브-챔버 내에 배치되며, 전기 저항선(111)은 베이스(11) 내부에 배치되어 베이스(11) 상에 배치된 기판(14)을 가열한다. 기판(14)의 온도는 빠르게 상승시키고, 공정 효율을 향상시키기 위해, 가열 전구들(12)이 상부 서브-챔버의 상부에 배치함으로써 봉지된 석영창(13)을 통해 열 복사 방식으로 베이스(11)의 표면에 구성된 기판(14)을 가열한다. 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이며, 도 2에 도시된 바와 같이, 가열 전구들(12)이 가열 챔버(10)의 원주 방향을 따라 배열된다.
실제 응용에서, 상술된 가열 장치는 필연적으로 다음과 같은 문제들을 갖는다.
첫째, 가열 전구들(12)은 단지 대기 환경에서 사용할 수 있기 때문에, 가열 전구들(12)은 단지 상부 가열 모드에서만 사용될 수 있다. 즉, 열 복사는 기판 위에서부터 수행된다. 이러한 가열 방법은 작은 적용 범위를 갖는다. 예를 들어, 이러한 가열 방법은 그것의 상단에서 타겟 물질을 갖는 마그네트론 스퍼터링 챔버에 적용될 수 없다.
둘째, 가열 전구들(12)은 단지 대기 환경에서 사용할 수 있기 때문에, 상대적으로 열 손실이 높으며, 이것은 고온(500℃ 이상) 가열이 수행될 때 특히 심각하다. 따라서, 가열 효율이 상대적으로 낮으며 고온 가열이 유지될 수 없다. 나아가, 가열 전구들(12)은 봉지된 석영창(13)을 통해 간접적으로 기판(14)을 가열하여 열 손실을 초래한다. 이러한 단계는 가열 효율을 더욱 감소시킨다.
본 발명은, 상술한 종래 기술에 존재하는 기술적 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 개시에 의해 제공되는 가열 장치 및 가열 챔버가 아래 도면들과 함께 설명될 것이다. 본 상세 설명에서 기재된 특정 실시예들은 본 개시를 제한하기 보다 단지 본 개시를 설명하기 위해 사용되는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 기술적 문제들을 해결하기 위한 가열 장치가 제공된다. 가열 장치는 베이스 플레이트, 적어도 3개의 지지 기둥들, 및 가열 모듈을 포함한다. 상기 적어도 3개의 지지 기둥들은 상기 베이스 플레이트 상에 수직적으로 배열되고 상기 베이스 플레이트의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 분포된다. 또한, 상기 적어도 3개의 지지 기둥들의 상부 끝단들은 피가열 부재를 지지하는 지지면을 형성한다. 상기 가열 모듈은 가열등 튜브 및 열 복사 차폐 모듈을 포함하되, 상기 가열등 튜브는 상기 베이스 플레이트 위에 그리고 상기 지지면 아래에 배치되어 상기 지지면을 향해 열을 방사한다. 상기 베이스 플레이트 상의 상기 가열등 튜브의 균일한 분포에 의해 형성된 유효 가열 영역의 투영(projection)은 상기 베이스 플레이트 상의 상기 지지면의 투영을 덮는다. 상기 열 복사 차폐 모듈은 상기 가열등 튜브에 의해 상기 가열등 튜브의 바닥 및 주변을 향해 방사되는 열을 차폐하도록 구성된다.
바람직하게, 상기 가열등 튜브는 가열 섹션 및 상기 가열 섹션의 두 끝단들에 배치된 2개의 비가열 섹션들을 포함한다. 열을 발생시키도록 구성된 히팅 와이어가 상기 가열 섹션에 배치되며, 상기 히팅 와이어가 위치하는 영역은 상기 유효 가열 영역이다. 상기 히팅 와이어의 두 끝단들에 각각 연결된 도전성 와이어들이 상기 각 비가열 섹션에 배치되며 상기 가열등 튜브의 양전극 및 음전극으로 제공된다.
바람직하게, 상기 유효 가열 영역의 형태 및 크기는 상기 가열등 튜브의 형태 및 상기 히팅 와이어의 길이의 구성에 의해 얻어진다.
바람직하게, 상기 유효 가열 영역의 형태는 상기 지지면의 형태에 대응한다.
바람직하게, 상기 가열등 튜브는 복수 개이다. 복수 개의 가열등 튜브들은 직선 튜브들일 수 있으며, 동일한 간격을 서로 나란하게 배열된다. 또는 각 가열등 튜브는 아크(arc) 형태의 부분 및 상기 호 형태 부분의 두 끝단들을 연결하는 직선 부분들을 포함한다. 상기 가열등 튜브들의 상기 호 형태 부분들은 동심원이고, 다른 반경을 가지며 동일한 간격으로 배열된다. 상기 가열등 튜브들의 상기 직선 부분들은 동일한 간격으로 서로 나란하게 배열된다.
바람직하게, 상기 가열등 튜브들은 상기 지지면의 다른 영역들 상에 복수 개의 가열 그룹들로 나누어진다. 또한, 동일한 가열 그룹의 가열등 튜브들은 전기적으로 서로 연결되며, 다른 가열 그룹들의 가열등 튜브들은 서로 차폐된다.
바람직하게, 가열 장치는 가열 제어 시스템을 더 포함하되, 상기 가열 제어 시스템은 온도 검출기, 온도 제어기, 조정 제어기, 및 복수 개의 파워 제어기들을 포함한다. 상기 온도 검출기는 가열 공정의 실행 단계에서 피가열 부재의 모든 위치에서 실시간 온도를 측정하도록 구성되며 상기 실시간 온도를 상기 온도 제어기로 전송한다. 상기 온도 제어기는 미리 설정된 목표 온도 및 상기 온도 검출기로부터 전송된 상기 실시간 온도를 기초로 제어 신호를 발생하도록 구성되며 상기 제어 신호를 상기 조정 제어기로 전송한다. 상기 조정 제어기는 가열 가중치 함수 및 상기 제어 신호를 기초로 상기 가열 그룹들에 대응하는 복수의 제어 서브(sub)-신호들을 각각 수신하도록 구성되며 상기 복수의 제어 서브-신호들을 일대일로 상기 복수 개의 파워 제어기들로 전송한다. 상기 파워 제어기들의 개수는 상기 가열 그룹들의 개수에 대응하며, 각 파워 제어기는 상기 복수의 제어 서브-신호들에 기초하여 대응하는 가열 그룹의 상기 가열등 튜브들의 발열량을 조절하도록 구성된다.
바람직하게, 상기 가열 가중치 함수는 피가열 부재의 온도 분포 조건에 기초하여 시행착오의 방법을 거쳐 프리셋(preset) 단계에서 설정된다.
바람직하게, 상기 가열 가중치 함수는:
Tmeas < Tp - T이면, Un=U이고;
Tmeas ≥≥ Tp - T이면, Un=fn (U) knU+b이다.
여기서, n은 0보다 큰 정수이며 N과 동일하거나 작되, N은 상기 가열 그룹들의 수이고,
Tmeas은 상기 온도 검출기에 의해 측정된 실시간 온도이고,
Un은 n번째 가열 그룹에 대응하는 제어 서브-신호를 나타내고,
U는 상기 제어 신호를 나타내고,
fn (U)는 상기 n번째 가열 그룹에 대응하는 미리 설정된 통신 규칙을 나타내며,
Tp는 상기 미리 설정된 목표 온도이고,
T는 미리 설정된 임계 온도이고,
kn은 상기 n번째 가열 그룹에 대응하는 가중치 계수이며,
b는 상수이다.
바람직하게, 상기 프리셋 단계에서, 상기 가열 가중치 함수를 설정하는 과정 동안, 온도 검출점들은 가열 그룹들이 일대일 대응으로 위치하는 상기 지지면의 영역들에 구성되는 것; 및 검출 과정 동안, 상기 온도 검출점들의 상기 실시간 온도가 측정된다. 온도 검출점들의 어느 하나에서 측정된 실시간 온도가 상기 미리 설정된 목표 온도에 근접하면, 피가열 부재의 온도 분포 조건은 현재 순간에서 측정된 상기 온도 검출점들의 상기 실시간 온도를 기초로 획득된다. 또한, 상기 가열 가중치 함수는 상기 온도 분포 조건을 기초로 설정되어, 상기 피가열 부재의 다른 영역들 사이의 온도 차이가 온도 균일성에 대한 공정의 요구를 만족시킨다.
바람직하게, 상기 적어도 3개의 지지 기둥들 중 하나는 온도 검출기의 열전쌍으로 이용되며, 각 열전쌍은 가열 그룹들이 일대일 대응으로 배치된 지지면의 영역 내에 배치된다.
바람직하게, 상기 가열등 튜브들의 수는 하나이고, 상기 하나의 가열등 튜브는 동일한 간격의 평면 나선형 튜브이다.
바람직하게, 상기 열 방사 차폐 모듈은 제 1 수평부 및 제 1 수직부를 포함하는 제 1 차폐 부재를 포함한다. 상기 제 1 수평부는 상기 가열등 튜브 아래에 위치하고 상기 유효 가열 영역을 덮는다. 상기 제 1 수직부는 상기 제 1 수평부와 연결되고 상기 가열등 튜브의 상기 가열 섹션을 둘러싼다. 상기 제 1 수직부의 상단은 상기 가열등 튜브보다 높다. 상기 열 방사 차폐 모듈은 제 2 수평부 및 제 2 수직부를 포함하는 제 2 차폐 부재를 더 포함한다. 상기 제 2 수직부는 상기 지지면을 둘러싸며 상기 제 2 수직부의 상단은 상기 지지면보다 높다. 상기 제 2 수평부는 상기 제 2 수직부의 외측을 둘러싸고, 상기 제 2 수평부가 위치하는 평면은 상기 가열등 튜브 및 상기 제 1 수직부보다 높다.
바람직하게, 상기 제 1 차폐 부재의 개수는 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 1 차폐 부재들의 상기 제 1 수직부들은 상기 지지면과 평행한 방향을 따라 일정 간격으로 배열된다. 상기 복수 개의 제 1 차폐 부재들의 상기 제 1 수평부들은 상기 지지면에 대해 수직한 방향을 따라 일정 간격으로 배열된다.
바람직하게, 상기 가열등 튜브를 향해 마주보는 상기 제 1 수평부, 상기 제 1 수직부, 상기 제 2 수평부, 및 상기 제 2 수직부의 표면들은 빛의 반사율이 향상되도록 각각 연마되거나 도금된다.
바람직하게, 상기 가열등 튜브를 향해 마주보는 상기 제 1 수평부, 제 1 수직부, 제 2 수평부, 및 제 2 수직부의 표면들은 평탄한 표면 또는 굴곡진 표면을 포함한다.
바람직하게, 상기 제 1 차폐 부재 및 상기 제 2 차폐 부재의 물질은 몰리브덴, 스테인리스 스틸, 또는 석영을 포함한다.
바람직하게, 상기 가열 장치는 상기 베이스 플레이트의 중심 지점에 가까운 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 2개의 전극들을 더 포함한다. 전극들의 상부 및 하부 끝단들은 상기 베이스 플레이트의 위 및 아래에 각각 위치한다. 상기 가열 장치는 상기 열 방사 차폐 모듈과 상기 베이스 플레이트 사이에 배치된 2개의 전기 커넥터들을 더 포함한다. 상기 각 전기 커넥터의 일 끝단은 각각 상기 각 전극에 연결되고, 상기 각 전기 커넥터들의 다른 끝단은 전기적으로 상기 가열등 튜브에 연결된다.
바람직하게, 상기 가열 장치는 상기 베이스 플레이트 상에 둘러싸며 배치되고, 제 1 폐쇄 공간을 가져 상기 전기 커넥터들과 상기 가열등 튜브 사이의 연결 부분에서 발생된 전기장을 차폐하는 제 1 전기 차폐 부재; 및 상기 전극들과 상기 전기 커넥터들 사이의 연결 부분들을 덮어 제 2 폐쇄 공간을 형성하여 각각 상기 전극들과 상기 전기 커넥터들 사이의 연결 부분들에서 생성된 전기장을 차폐하는 제 2 전기 차폐 부재를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 가열등 튜브는 단파장 적외선 조명 튜브이다.
바람직하게, 냉각 통로가 상기 베이스 플레이트 내에 배치되어 상기 냉각 통로로 냉각수를 제공함으로써 상기 베이스 플레이트를 냉각시키는 가열 장치.
상술한 기술적 문제들을 해결하기 위한 해결책으로서 본 발명은 가열 장치 및 상기 가열 장치를 위 아래로 구동시키는 구동 장치를 포함하는 가열 챔버가 제공된다. 상기 가열 장치는 본 발명에 따라 상술된 가열 장치가 사용된다.
바람직하게, 상기 구동 장치는 제 1 리프팅 샤프트 및 제 1 구동 기계 장치를 포함한다. 상기 제 1 리프팅 샤프트는 수직적으로 구성되고, 상기 제 1 리프팅 샤프트의 상단은 상기 베이스 플레이트와 연결되고, 상기 제1 리프팅 샤프트의 하단은 상기 가열 챔버의 바깥으로 수직적으로 연장된다. 상기 제 1 구동 기계 장치는 상기 가열 챔버의 바닥에 배치되고 상기 제 1 리프팅 샤프트와 연결되며, 상기 제 1 리프팅 샤프트를 통해 위 아래로 이동하도록 상기 베이스 플레이트를 구동시키도록 구성된다.
바람직하게, 상기 구동 장치는 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들, 커넥터, 제 2 리프팅 샤프트, 및 제 2 구동 기계 장치를 더 포함한다. 상기 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들은 상기 커넥터 상에 수직적으로 구성되고, 일정 간격으로 상기 베이스 플레이트의 원주 방향을 따라 분포되며, 상기 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들의 상단들은 상기 피가열 부재를 지지하도록 구성된다. 상기 제 2 리프팅 샤프트는 수직적으로 구성되고, 상기 제 2 리프팅 샤프트의 상단은 상기 커넥터에 연결되며, 상기 제 2 리프팅 샤프트의 하단은 상기 가열 챔버의 바깥으로 수직적으로 연장된다. 상기 제 2 구동 기계 장치는 상기 가열 챔버의 바닥에 배치되고 상기 제 2 리프팅 샤프트에 연결되며, 상기 제 2 리프팅 샤프트를 통해 위 아래로 이동하도록 상기 이동 가능한 지지 기둥들을 구동시키도록 구성된다.
본 발명은 다음과 같은 유리한 효과들을 갖는다.
본 발명에 의해 제공된 가열 장치는 피가열 부재 아래에 배치된 가열등 튜브를 이용함으로써 위를 향해 직접 열이 방사되어 가열등 튜브의 열 손실을 줄일 수 있으며, 열 방사 차폐 모듈을 이용함으로써 가열등 튜브에 의해 주변 및 바닥으로 방사된 열을 차폐하여 가열 효율을 향상시킨다. 또한, 급속 가열, 고온 유지 및 기판의 빠른 냉각에 대한 고온 PVD 공정의 요건들을 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 제공된 가열 장치는 진공 환경 또는 대기 환경에 직접 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 비교적 넓은 응용 범위를 가질 수 있다. 또한, 진공 환경에서 가열 튜브의 열 손실이 작아 가열 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
상술한 가열 장치를 이용함으로써, 본 발명에 의해 제공된 가열 챔버는 비교적 높은 가열 효율을 가질 뿐만 아니라, 진공 환경 또는 대기 환경에 적용될 수 있어 적용 범위가 확대될 수 있다.
도 1은 PVD 장비에서 기존 가열 챔버의 구조도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 가열 장치의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예들에서 사용된 가열등 튜브들의 배치도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예들에서 사용된 가열등 튜브들의 분할 배치도다.
도 4c는 본 발명의 실시예들에서 사용된 가열 제어 시스템의 블록 원리도이다.
도 4d는 본 발명의 실시예들에서 사용된 가열 제어 시스템의 블록 흐름도이다.
도 4e는 본 발명의 실시예들에 따른 가열 가중치 함수를 설정하는 블록 흐름도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에서 사용된 열 복사 차폐 모듈의 구조도이다.
도 5b는 도 5a에서 I 영역의 확대도이다.
도 5c는 도 5a에서 II 영역의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 변형 실시예에서 사용된 가열등 튜브들의 배치도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 가열 챔버의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 의해 제공된 가열 장치의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 가열 장치는 열 복사 방식을 이용하여 피가열 부재(23)를 가열하도록 구성된다. 피가열 부재(23)는 하나의 기판 또는 복수 개의 기판들을 지지하는 트레이(tray)이다. 가열 장치는 베이스 플레이트(21), 3개의 지지 기둥들(22), 및 가열 모듈을 포함한다. 3개의 지지 기둥들(22)은 베이스 플레이트(21) 상에서 수직적으로 배열되며 베이스 플레이트(21)의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 분포된다. 3개의 지지 기둥들(22) 상단들은 피가열 부재(23)를 지지하기 위한 지지면을 형성한다. 지지면의 형태 및 면적은 베이스 플레이트(21) 상의 3개의 지지 기둥들(22)의 상단들 상에 배치된 피가열 부재(23)의 정투영의 면적 및 형태가 고려될 수 있다. 가열 모듈은 가열등 튜브(24) 및 열 복사 차폐 모듈을 포함한다. 가열등 튜브(24)는 베이스 플레이트(21) 상에 배치되며 지지면 아래에, 즉, 3개의 지지 기둥들(22)의 상단들 아래에 위치하여 지지면을 향해 열을 방사한다. 이에 따라 피가열 부재(23)가 낮은 가열 모드에서 가열될 수 있다. 이러한 가열 모드는 그것의 상단에 타겟 물질을 갖는 마그네트론 스퍼터링 챔버에 적용될 수 있으며, 또한 대기 환경 또는 진공 환경에 적용될 수 있다. 따라서, 응용 범위가 상대적으로 넓을 뿐만 아니라, 진공 환경에서 가열등 튜브의 열 손실이 적게 나타나며, 이에 따라 가열 효율이 보다 향상된다.
도 4a는 본 발명의 실시예들에서 사용되는 가열등 튜브들의 배치도이다. 도 4a를 참조하면, 일 실시예에서, 복수 개의 가열등 튜브들(24)이 이용되며, 복수 개의 가열등 튜브들(24)은 각각 직선 튜브이며, 동일한 간격으로 서로 나란하게 배열된다. 나아가, 베이스 플레이트(21) 상의 가열등 튜브들(24)의 균일한 분포에 의해 형성된 유효 가열 영역(244)의 정투영은 베이스 플레이트(21) 상의 지지면의 정투영을 덮는다. 이에 따라, 지지 기둥들(22)의 상단들 상에 배치된 피가열 부재(23)가 복수 개의 가열등 튜브들(24)에 의해 균일하게 가열될 수 있다. 따라서, 피가열 부재의 온도 균일성이 향상될 수 있다. 나아가, 상술된 가열등 튜브들(24)의 유효 가열 영역(244)의 구성 방법에 의해 각 가열등 튜브(24)는 가열 섹션(241) 및 가열 섹션(242)의 두 끝단들에 위치한 2개의 비가열 섹션들(242)을 포함한다. 즉, 가열등 튜브(24)의 중간 섹션은 가열 섹션(242)이고, 가열등 튜브(24)의 두 에지 섹션들(edge sections)이 비가열 섹션들(242)이다. 열을 발생시키는 히팅 와이어는 가열 섹션(242) 내에 배치되고, 히팅 와이어의 길이(A)는 가열등 튜브(24)의 전체 길이(B)보다 작다. 히팅 와이어는 열을 방사할 수 있는 열원이기 때문에 가열 와이어들이 위치하는 영역은 유효 가열 영역(244)이다. 또한, 가열 와이어의 두 끝단들에 각각 연결된 도전성 와이어들은 각 비가열 섹션(242) 내에 위치하며 가열등 튜브(24)의 양전극 및 음전극으로서 제공된다.
나아가, 유효 가열 영역(244)의 크기 및 형태는 각 히팅 와이어의 길이 및 각 가열등 튜브(24)의 형태를 설정함으로써 얻어질 수 있다. 바람직하게, 유효 가열 영역(244)의 형태는 상술한 지지면의 형태에 대응한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 지지 기둥들(22)의 상단들에 배치된 피가열 부재(23)의 정투영은 원 형태이다. 즉, 베이스 플레이트(21) 상의 지지면의 정투영은 원 형태이다. 이러한 경우 각 가열등 튜브(24) 내의 히팅 와이어들에 의해 동시에 형성된 형태도 원 형태이다. 특히, 각 히팅 와이어의 길이가 지지면의 중심 영역에서 중심 영역 양측의 가장자리 영역으로 갈수록 점자 감소하며, 각 히팅 와이어의 끝지점들에 연결함으로써 원형이 얻어질 수 있으며, 이에 따라 원 형태를 갖는 유효 가열 영역(244)이 형성된다. 실제 응용에서, 베이스 플레이트(21) 상에서 유효 가열 영역(244)의 투영은 베이스 플레이트(21) 상의 지지면의 직경을 덮는 것을 보장하도록 유효 가열 영역(244)의 직경(C)은 피가열 부재(23)의 직경보다 클 수 있다. 또한, 인접하는 두 개의 가열등 튜브들(24) 사이의 거리(D)는 특정 조건에 따라 임의로 구성될 수 있다.
바람직하게, 가열등 튜브는 단파장의 적외선 조명 튜브이다. 단파장 방사의 파워는 장파장 방사 또는 중파장 방사 보다 클 수 있으며, 장파장 적외선 조명 튜브의 열 에너지는 파장이 2μm(열 에너지의 62.5%)보다 작은 영역에 주로 분포되며, 물체가 빠르게 가열될 수 있다. 따라서, 단파장의 적외선 조명 튜브에 의해 방사된 빛은 피가열 부재(23)의 표면을 가로지를 수 있으며, 이에 따라 피가열 부재(23)의 보다 빠른 가열을 실현할 수 있다
보다 바람직하게, 복수 개의 가열등 튜브들(24)은 지지면의 다른 영역들을 기초로 복수 개의 가열 그룹들로 나누어질 수 있다. 나아가, 동일한 가열 그룹의 가열등 튜브들(24)은 전기적으로 연결되며, 다른 가열 그룹들의 가열등 튜브들(24)은 서로 차폐된다. 특히, 도 4b는 본 발명의 실시예들에서 사용된 가열등 튜브들의 분할 배치도이다. 도 4b를 참조하면, 복수 개의 가열등 튜브들(24)은 지지면의 중심 영역 및 중심 영역 양측의 주변 영역을 토대로 2 개의 가열 그룹들(Z2, Z1)로 나누어진다. 각 가열 그룹에서, 가열등 튜브들(24)은 도전성 와이어들을 통해 전기적으로 연결되며, 다른 가열 그룹들은 서로 차폐된다. 따라서, 2개의 가열 그룹들에서 가열등 튜브들(24)의 가열 전력은 독립적으로 그리고 각각 제어되어, 피가열 부재(23)의 중심 영역과 주변 영역 온도의 부분 조절이 실현될 수 있다. 따라서, 중심 영역과 주변 영역 사이의 온도 차이는 줄어들 수 있으며, 피가열 부재(23)의 온도 균일성이 보다 향상될 수 있다.
나아가, 가열 제어 시스템은 피가열 부재(23)의 중심 영역과 주변 영역의 온도들을 개별적으로 제어하는데 이용될 수 있다. 특히, 도 4c는 본 발명의 실시예들에서 이용되는 가열 제어 시스템의 원리 블록도이다. 도 4c를 참조하면, 가열 제어 시스템은 온도 검출기(301), 온도 제어기(302), 조정 제어기(303), 및 2개의 파워 제어기(304, 305)를 포함한다. 온도 검출기(301)는 가열 공정의 실행 단계에서 피가열 부재의 모든 위치에서 실시간 온도를 측정하고 실시간 온도를 온도 제어기(302)로 전송하도록 구성된다. 온도 제어기(302)는 미리 설정된 목표 온도(Tp)와 온도 검출기(301)로부터 전송된 실시간 온도(Tmeas)를 기초로 제어 신호(U)를 생성하고 제어 신호(U)를 조정 제어기(303)로 전송하도록 구성된다. 미리 설정된 목표 온도(Tp)는 공정에 의해 요구되는 피가열 부재의 온도이다. 조정 제어기(303)는 가열 가중치 함수 및 제어 신호(U)를 기초로 두 개의 가열 그룹들(Z1, Z2)에 각각 대응하는 2개의 제어 서브-신호들(U1, U2)을 얻도록 구성될 수 있다. 나아가, 조정 제어기(303)는 제어 서브-신호(U1)를 제 1 파워 제어기(304)로 전송하고, 제어 서브-신호(U2)를 제 2 파워 제어기(305)로 전송한다. 제 1 파워 제어기(304)는 제어 서브-신호(U1)를 토대로 가열 그룹(Z1)에서 가열등 튜브들의 가열 파워를 조절하도록 구성되어, 피가열 부재의 주변 영역의 온도 조절이 실현된다. 제 2 파워 제어기(305)는 제어 서브-신호(U2)를 토대로 가열 그룹(Z2)의 가열등 튜브들의 가열 파워를 조절하도록 구성되어 피가열 부재의 중심 영역의 온도 조절이 실현된다.
따라서, 피가열 부재의 중심 및 주변 영역들의 온도의 개별적 제어가 실현될 수 있어, 피가열 부재의 온도 균일성의 요구들이 충족될 수 있다. 나아가, 가열 공정의 실행 단계에서 하나의 온도 검출기(301)를 사용하여 피가열 부재의 모든 위치에서 실시간 온도를 측정, 주로 단일 온도 검출점을 사용함으로써, 피가열 부재(23)의 온도의 부분 제어가 실현될 수 있다. 따라서, 피가열 부재의 온도 균일성이 향상될 수 있으며, 복수개의 온도 검출점들의 도입으로 인해 장비 설계의 문제들 및 설치 복잡성의 증가를 피할 수 있다. 나아가, 진공 챔버의 누설 가능성이 또한 줄어들 수 있으므로, 박막 증착의 품질에 영향을 주는 위험을 줄인다.
나아가, 도 4b에 도시된 바와 같이, 3개의 지지 기둥들(22)은 각각 제 1 지지 기둥(221), 제 2 지지 기둥(222), 및 제 3 지지 기둥(223)일 수 있다. 지지 기둥들(22) 중 하나는 온도 검출기(301)의 열전쌍으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 지지 기둥(222)는 온도 검출기(301)의 열전쌍으로 이용될 수 있으며, 가열 그룹(Z1)이 위치하는 영역에 배치될 수 있다. 제 2 지지 기둥(222)은 온도 검출 및 지지 기능을 함께 가질 수 있어, 가열 장치의 구조를 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 열전 쌍이 피가열 부재(23)와 직접 접촉할 수 있기 때문에 피가열 부재(23)의 온도를 보다 정확하게 얻을 수 있어, 온도 제어의 정확성이 향상된다. 명백하게, 실제 응용에서, 온도 검출기는 적외선 센서와 같은 비접촉 센서일 수 있다.
상술한 가열 가중치 함수는, 각 가열 그룹에서 가열등 튜브들의 가열 파워가 균형을 이루도록 하여 피가열 부재(23)의 온도 균일성 향상 및 피가열 부재(23)의 중심 영역과 주변 영역 사이의 온도 차이를 줄이는 목적을 실현할 수 있다. 보다 상세하게, 가열 가중치 함수는 다음과 같을 수 있다. Tmeas < Tp - T이면, Un=U이고, Tmeas ≥≥ Tp - T이면, Un= fn (U) knU+b이다. 여기서, n은 0 이상이 정수이며 N과 같거나 작고, N은 가열 그룹들의 수이다. 나아가, Tmeas은 온도 검출기에서 실시간으로 측정된 실시간 온도이고, Un은 n번째 가열 그룹에 대응하는 제어 서브-신호를 나타내며, U는 제어 신호를 나타낸다. 나아가, fn (U)는 n번째 가열 그룹에 대응하는 미리 설정된 통신 규칙을 나타내며, Tp는 미리 설정된 목표 온도를 나타내고, T는 미리 설정된 임계 온도를 나타내며, kn은 n번째 가열 그룹에 대응하는 가중 계수이며, b는 상수이다.
도 4d는 본 발명의 실시예들에서 사용되는 가열 제어 시스템의 블록 흐름도이다. 도 4d를 참조하면, T는 50℃로 가정한다. 만일, Tmeas < Tp - 50℃이면, Un = U이다. 이와 같이, 피가열 부재의 실시간 온도를 Tp - 50℃으로 증가시키는 가열 단계에서, 각 파워 제어기는 제어 서브-신호 Un = U의 제어 아래에서 각각 가열 그룹들(Z1, Z2)의 가열등 튜브들의 가열 파워들을 조절하여, 가열속도를 보장한다. 만일, Tmeas ≥≥ Tp - 50℃이면, Un = fn (U) = knU + b, U1 = f1 (U) = k1U + b이고, U2 = f2 (U) = k2U + b이다. 이와 같이, 피가열 부재의 실시간 온도가 공정 온도에 가까워질 때, 제 1 파워 제어기는 제어 서브-신호 U1 = f1 (U) = k1U + b의 제어 아래에서 제 1 가열 그룹(Z1)의 가열등 튜브들의 가열 파워를 조절한다. 나아가, 제 2 파워 제어기는 제어 서브 신호 U2 = f2 (U) = k2U + b 아래에서 제 2 가열 그룹(Z2)의 가열등 튜브들의 가열 파워를 조절한다. 따라서, 피가열 부재의 온도는 Tp-50℃의 열 보존 단계 내에서 유지될 수 있어, 피가열 부재의 온도 균일성 요구를 충족시키는 것을 보장한다.
상술된 기재로부터, 가열 가중치 함수와 같이 상술된 정확한 함수를 사용함으로써, 피가열 부재에 대한 온도 균일성 요구가 온도 보존 단계에서 충족될 수 있을 뿐만 아니라, 가열 속도가 가열 단계에서 보장될 수 있다. 따라서, 공정 시간이 줄어들 수 있으며, 공정 효율이 향상될 수 있다.
바람직하게, 가열 가중치 함수는 다음과 같은 방법을 이용함으로써 설정될 수 있다. 피가열 부재의 온도 분포 조건을 기초로 시행착오 방법을 거쳐 프리셋 단계에서 가열 가중치 함수가 설정된다. 예를 들어, 가열 가중치 함수를 설정하는 과정에서, 프리셋 단계에서, 온도 검출점들이 가열 그룹들이 배치된 위치의 피가열 부재를 지지하도록 구성된 지지면의 영역에 일대일 대응으로 배치된다. 검출 과정에서, 각 온도 검출점의 실시간 온도가 측정된다. 모든 온도 검출점들에서 측정된 실시간 온도가 미리 설정된 목표 온도에 근접하면, 피가열 부재의 온도 분포 조건은 현 시점에 온도 검출점들에 의해 측정된 실시간 온도를 기초로 얻어질 수 있다. 나아가, 가열 가중치 함수는 온도 분포 조건을 토대로 설정되어, 피가열 부재의 다른 영역들 간의 온도 차이가 온도 균일성에 대한 공정 요건들을 만족시킬 수 있다. 실제 응용에서, 복수 개의 열전쌍들 또는 적외선 센서들은 각 온도 검출점에서 피가열 부재의 실시간 온도를 일대일 대응으로 검출하는데 사용될 수 있다.
이후, 가열 가중치 함수를 설정하는 특정 구현 방법이 상세히 설명된다. 예를 들어, 가열등 튜브들의 분할 방법은 다음과 같을 수 있다. 복수 개의 가열등 튜브들은 3개의 가열 그룹들(Z1-Z3), 주로, 피가열 부재의 지지면의 중심 영역(Z1), 중심 영역(Z1)의 양측에 두 개의 중간 영역들(Z2), 및 두 개의 중간 영역들(Z2) 외측에 각각 배치된 두 개의 주변 영역들(Z3)로 나누어질 수 있다. 이에 상응하여, 2개의 온도 검출점들이 구성되며, 3개의 온도 검출점들은 중심 영역(Z1), 중간 영역(Z2), 및 주변 영역(Z3)에 각각 배치된다.
도 4e는 본 발명의 실시예들에 따른 가열 가중치 함수를 설정하는 블록 흐름도이다. 도 4e를 참조하면, 가열 가중치 함수는 다음과 같은 단계들을 통해 설정된다.
S1 단계에서, 가중치 계수 Kn은 1로 초기화된다. 즉, 가열 가중치 함수는 U1=U, U2=U, 및U3=U로 초기화되고, 미리 설정된 목표 온도(Tp)는 공정에 요구되는 온도로 설정된다.
S2 단계에서, 가열 그룹들 각각은 가열을 시작하며, 동시에, 피가열 부재의 중심 영역(Z1), 중간 영역(Z2), 및 주변 영역(Z3)에서 온도 검출점들의 실시간 온도(Tmeas)가 각각 검출되고 온도제어기로 전송된다.
S3 단계에서, 모든 온도 검출점에서 측정된 실시간 온도(Tmeas)가 미리 설정된 목표 온도(Tp)에 근접하였을 때, 온도 검출기는 피가열 부재의 온도 균일성이 요구사항을 만족하였는지 판단한다. 피가열 부재의 온도 균일성이 요구사항을 만족시키면 S4 단계가 실행되며, 피가열 부재의 온도 균일성이 요구사항을 만족시키지 못하면 S5 단계가 실행된다. 상세하게, 실시간 온도 ∈ [Tp - 5℃, Tp + 5℃]이면, 실시간 온도(Tmeas)는 미리 설정된 목표 온도(Tp)에 가까워진 것으로 판단한다.
S4 단계에서, 현재 가중치 계수들이 공정에 필요한 가중치 계수들인지 결정된다.
S5 단계에서, 실시간 온도가 미리 설정된 목표 온도(Tp)에 근접한 영역(여기서는 중심 영역(Z1)을 참조하여 중간 영역(Z2) 및 주변 영역(Z3)에서 측정된 실시간 온도를 토대로 k1 및 k2가 조절된다. 상세하게, 주변 영역(Z3)의 실시간 온도가 중심 영역(Z1)의 실시간 온도보다 높으면, k1은 감소되고 감소된 가중치 계수가 현재 가중치 계수 k1으로 사용된다. 주변 영역(Z3)의 실시간 온도가 중심 영역(Z1)의 실시간 온도보다 높지 않으면, k1은 증가하고 증가된 가중치 계수가 현재 가중치 계수 k1으로 사용된다. 이와 함께, 중간 영역(Z2)의 실시간 온도가 중심 영역(Z1)의 실시간 온도보다 높은지 결정된다. 중간 영역(Z2)의 실시간 온도가 중심 영역(Z1)의 실시간 온도보다 높으면, k2는 감소되고 감소된 가중치 계수가 현재 가중치 계수 k2로 사용된다. 중간 영역의(Z2)의 실시간 온도가 중심 영역(Z1)의 실시간 온도보다 높지 않으면, k2는 증가하고 증가된 가중치 계수가 현재 가중치 계수로 사용된다.
S6 단계에서, 가열 그룹들 각각은 가열을 멈추고, 피가열 부재의 온도가 실온으로 내려간 후에 S2 단계가 실행된다.
위에서 설명한 S1 단계에서, 바람직하게, 가중치 계수(kn)의 초기값은 1이다. 이와 같이, 가열 그룹들의 각각은 공정 시간을 줄이고 가열 속도를 보장하기 위해 출력되는 정격 출력을 달성할 수 있다. 명확하게, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 실제 응용에서, 가열 가중치 함수의 초기 값들은 실제 상황들을 기초로 다른 값들로 설정될 수도 있다.
일 실시예에서, 가열 가중치 함수는 정확한 함수가 아닌 것을 주의하여야 한다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 실제 응용에서, 가열 가중 함수는 Un = fn (U)일 수 있다. 이처럼, 피가열 부재에 대한 온도 균일성 요구사항이 만족될 수 있다.
일 실시예에서, Un은 선형 함수인 것을 주의하여야 한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 실제 응용에서, Un은 2차 함수, 예를 들어, Un=k1nU2 + k2nU + b와 같은 비선형 함수일 수도 있다.
열 복사 차폐 모듈은 가열등 튜브들(24)에 의해 주변 및 그 아래로 방사되는 열을 차폐시키도록 구성된다. 상세하게, 도 5a-5c를 참조하면, 일 실시예에서, 열 복사 차폐 모듈은 제 1 차폐 부재들 및 제 2 차폐 부재를 포함한다. 제 1 차폐 부재들의 개수는 3개이고, 제 1 차폐 부재들은 제 1 차폐 부재(261), 제 1 차폐 부재(262), 및 제 1 차폐 부재(263)을 포함한다. 각 제 1 차폐 부재는 제 1 수평부 및 제 1 수직부를 포함하며, 여기서 제 1 수평부가 가열등 튜브들(24) 아래에 위치하며 유효 가열 영역(244)을 덮고, 제 1 수직부는 제 1 수평부에 연결되며 가열등 튜브들(24)의 가열 섹션(241) (예를 들어, 유효 가열 영역(244))을 둘러싼다. 나아가, 제 1 수직부의 상단은, 도 5c에 도시된 바와 같이, 가열등 튜브들(24)보다 높다. 나아가, 제 1 차폐 부재들의 제 1 수직부들은 지지면과 나란한 방향을 따란 일정 간격으로 배열되며, 제 1 차폐 부재들의 제 1 수평부들은 지지면에 대해 수직한 방향을 따라 일정 간격으로 배열된다. 3개의 상술한 제 1 차폐 부재들 때문에, 가열등 튜브들(24)이 챔버 내에서 피가열 부재(23)를 제외한 구성요소들에 직접 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 제 1 차폐 부재들의 수가 커질수록, 차폐된 복사 열이 보다 많아진다. 진공에서 이것은 진공에서 열의 전도가 주로 주로 열 복사이기 때문이다. 가열등 튜브들(24) 내의 히팅 와이어의 온도는 T0인 것으로 가정되며, 히팅 와이어에 의해 발생된 적외선 단파장은 직접 제 1 차폐 부재(261)로 방사된다. 제 1 차폐 부재(261)는 복사 열을 흡수하여 온도가 T1으로 상승하며, 동시에 복사 열을 제 1 차폐 부재(262)로 전달한다. 유사하게, 제 1 차폐 부재(262)는 복사 열을 흡수하고 온도가 T2로 상승하며, 제 1 차폐 부재(263)는 복사 열을 흡수하고 온도가 T3으로 상승한다. 제 1 차폐 부재(263)가 방사된 열을 베이스 플레이트(21)로 전달할 때, 베이스 플레이트(21)는 복사 열을 흡수하고 온도가 T4로 상승한다. 열 복사(熱輻射) 법칙에 따르면, 반사 차폐로서 제공되는 3개의 제 1 차폐 부재들의 안쪽에서 바깥으로 온도의 기울기 변화, 즉, T0 > T1 > T2 > T3 > T4 가 존재한다. 따라서, 가열등 튜브들(24)에서 챔버 내의 베이스 플레이트(21)와 다른 구성요소들로 방사된 열이 감소될 수 있어, 효과적으로 이러한 구성요소들의 온도가 매우 높아지는 것을 방지할 수 있다. 실제 응용에서, 제 1 차폐 부재들의 수는 3개로 제한되지 않으며, 특정 상황에 따라 1개, 2개, 4개, 또는 그 이상으로 구성될 수도 있다.
제 2 차폐 부재는 제 2 수직부(252)가 지지면을 둘러싸고 제 2 수직부(252)의 상단이 지지면보다 높은 곳에서 제 2 수평부(252) 및 제 2 수직부(25)를 포함한다. 제 2 수평부(252)는 제 1 수직부(251)의 외측을 둘러싸며, 제 2 수평부(252)가 위치하는 평면은 가열등 튜브들(24) 및 제 1 수직부들보다 높다. 일 실시예에서, 제 2 수직부(251)는 제 1 수직부의 가장 안쪽의 내측에 위치한다. 명백하게, 실제 응용에서, 제 2 수직부(251)는 제 1 수직부의 가장 바깥쪽의 외측에 위치하거나, 인접하는 2개의 제 1 수직부들 사이에 위치할 수 있다.
제 2 차폐 부재에 의해, 가열등 튜브들(24)에 의해 주변으로 방사된 열은 효과적으로 방지될 수 있다. 앞서 상술한 바와 같이, 제 1 차폐 부재와 제 2 차폐 부재의 결합된 효과들 아래에서, 가열등 튜브들(24)은 챔버 내에서 피가열 부재 이외의 다른 구성요소들에 직접적으로 영향을 미치는 것을 방지할 수 있어, 다른 구성요소들의 온도들이 매우 높아지는 것이 방지되 수 있다. 실제 응용에서, 가열등 튜브들(24)과 마주하는 제 1 수평부들, 제 1 수직부들, 제 2 수평부(252) 및 제 2 수직부(251)의 표면들은 평탄한 표면 또는 특정 상황에 따라 굴곡진 표면을 포함할 수 있다. 나아가, 제 1 차폐부재들 및 제 2 차폐부재들의 물질들은 높은 온도저항, 작은 변형, 및 고온에서 적은 가스를 배출하는 물질, 예를 들어, 몰리브덴, 스테인리스 스틸, 또는 석영을 포함할 수 있다. 나아가, 바람직하게, 가열등 튜브들(24)과 마주보는 제 1 수평부들, 제 1 수직부들, 제 2 수평부(252), 및 제 2 수직부(25)의 표면들은 빛 반사율이 향상되도록 연마되거나 도금될 수 있다.
일 실시예에서, 가열 장치는 2개의 전극들(281) 및 2개의 전기적 커넥터들(282)을 더 포함한다. 2개의 전극들(281)은 베이스 플레이트(21)의 중앙 위치에 가까운 베이스 플레이트(21) 상에 배치된다. 전극(281)의 상단 및 하단은 베이스 플레이트의 위 및 아래에 각각 위치한다. 2개의 전기적 커넥터들(282)은 가장 아래 제 1 수직부와 베이스 플레이트(21) 사이에 위치하고, 전기적 커넥터들(282)의 일 끝단들은 도전성 외이어들(미도시)을 통해 각각 전기적으로 가열등 튜브들(24)에 연결된다.
바람직하게, 전기 커넥터들(282)과 가열등 튜브들 사이의 연결 부분들의 전기장 간섭들 및 다른 구성요소들 상의 전기 커넥터들(282)과 전극들(281) 사이의 연결부들의 전기장 간섭들을 방지하기 위해, 가열 장치는 제 1 전기적 차폐 부재(271) 및 제 2 전기적 차폐 부재(272)를 포함한다. 제 1 전기 차폐 부재(271)는 원 형태이며, 베이스 플레이트(21)를 둘러싸며 위치하고, 전기 커넥터들(282)과 가열등 튜브들(24) 사이의 연결부들에서 발생된 전기장들을 차폐하도록 제 1 폐쇄 공간을 갖는다. 제 2 전기 차폐 부재(272)는 전극들(281)과 전기 커넥터들(282) 사이의 연결부들을 덮어 제 2 차폐 공간을 형성하며, 2개의 전극들(281)과 전기 커넥터들(282) 사이의 연결부들에서 발생된 전기장들과 2개의 전극들(281)에서 발생된 전기장들을 각각 차폐하도록 구성된다.
바람직하게, 냉각 통로(미도시)가 베이스 플레이트(21) 내에 배치되어 베이스 프레이트(21)의 온도를 낮출 수 있으며, 베이스 플레이트(21)는 냉각수 파이프(31)를 통해 냉각 통로로 냉각수를 도입함으로써 냉각될 수 있다.
상기 실시예들의 변형예처럼, 도 6은 본 개시의 실시예들에 따른 변형 예에서 사용되는 가열등 튜브들의 배치도이다. 도 6을 참조하면, 변형예와 앞서 설명된 실시예들의 유일한 차이점은 가열등 튜브들의 배열이 다르다는 것이다.
상세하게, 일 실시예에서, 가열등 튜브들 각각은 호 형태 부분(321)을 포함하며, 호 형태 부분의 두 끝단들에 연결된 직선 부분들(322)은 가열등 튜브들의 호 형태 부분들(321)이 동심원인 경우, 다른 반경을 가지며, 동일한 간격으로 배열되며, 가열등 튜브들의 직선 부분들은 동일한 간격으로 서로 나란하게 배열된다. 가열등 튜브들의 히팅 와이어들은 동시에 유효 가열 영역(323)을 형성하며, 유효 가열 영역(323)은 피가열 부재를 균일하게 가열할 수 있다.
각 상술한 실시예에서, 가열등 튜브들은 복수 개이며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 실제 응용들에서, 가열등 튜브들의 개수는 하나일 수 있으며, 유효 가열 영역은 하나의 가열등 튜브를 특정 형상으로 균일하게 감아서 형성될 수 있다. 예를 들어, 가열등 튜브는 동일한 공간을 갖는 평면 나선형 튜브일 수 있으며, 이로 인해 피가열 부재가 균일하게 가열된다.
다른 기술적 해결책으로서, 본 발명의 실시예들은 가열 챔버를 제공한다. 도 7은 본 발명의 실시예들에 의해 제공된 가열 챔버의 단면도이다. 도 3 및 도 7을 참조하면, 가열 챔버(40)는 가열 장치 및 가열 장치를 위 아래로 구동시키는 구동 장치를 포함한다. 가열 장치는 가열 챔버 내부에 배치되며, 앞서 설명된 실시예들에 의해 제공된 가열 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 구동 장치는 제 1 리프팅 샤프트(30), 제 1 구동 장치(미도시), 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들(41), 커넥터(43), 제 2 리프팅 샤프트(44), 및 제 2 구동 장치(42)를 포함한다. 제 1 리프?v 샤프트(30)는 수직적으로 배열되며, 제 1 리프팅 샤프트(30)의 상단은 베이스 플레이트(21)와 연결되고, 제 1 리프팅 샤프트(30)의 하단은 가열 챔버(40)의 외부에 위치하도록 수직으로 연장된다. 제 1 구동 장치는 가열 챔버의 바닥에 위치하고 제 1 리프팅 샤프트(30)와 연결되며, 제 1 리프팅 샤프트(30)를 통해 베이스 플레이트(21)를 위 아래로 이동하도록 구동하도록 구성하여, 지지 기둥들(22)이 위 아래로 이동할 수 있다. 나아가, 피가열 부재(23)의 인출 및 배치(fetching and placing) 동작들이 실시될 수 있다.
적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들(41)은 커넥터(43) 상에 수직적으로 배열되며 일정 간격으로 베이스 플레이트(21)의 원주방향을 따라 분포된다. 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들(41)의 상단들은 피가열 부재(23)를 지지하는데 이용된다. 제 2 리프팅 샤프트(44)는 수직으로 구성되며, 커넥터(43)와 연결된 상단 및 가열 챔버(40)의 외부로 수직적으로 연장되는 하단을 갖는다. 제 2 구동 장치(42)는 가열 챔버의 바닥에 배치되어 제 2 리프팅 샤프트(44)와 연결되고, 제 2 리프팅 샤프트(44)를 통해 3개의 이동 가능한 지지 기둥들(41)이 동기식으로 위아래로 움직이도록 구성된다. 가열 챔버(40)로 전송될 때 피가열 부재(23)는 먼저 이동 가능한 지지 기둥들(41) 상에 위치된다. 나아가, 제 2 구동 장치(32)에 의해 구동되어, 이동 가능한 지지 기둥들(41)은 지지 기둥들(22)의 상단들 보다 아래에 위치하도록 이동한다. 이러한 공정 동안, 피가열 부재(23)는 이동 가능한 지지 기둥들(41)로부터 지지 기둥들(22)로 전달되며, 그리고 나서, 피가열 부재(23)가 가열되기 시작한다.
명백하게, 실제 응용들에서, 제 1 리프팅 샤프트(30) 및 제 1 구동 장치는 베이스 플레이트(21)를 위아래로 구동시키는데 사용될 수 있어, 피가열 부재(23)의 인출 및 배치 단계들을 시행할 수 있다. 이러한 상황에서, 열 방사 차폐 모듈의 대응 위치에 통로가 구성되어 피가열 부재(23)를 이송하는 로봇 팔이 통과할 수 있도록 함으로써, 기판의 인출 및 배치 동작들이 실현된다.
나아가, 챔버의 진공도를 보장하기 위해, 가열 챔버(40)는 파형관 모듈을 더 포함하며, 파형관 모듈은 상부 플랜지(293), 하부 플랜지(295), 및 파형관(294)을 포함한다. 상부 플랜지(293)는 체결 나사(291)를 통해 베이스 플레이트(21)의 바닥에 고정되며, 제 1 리프팅 샤프트(30)의 상단 상에 슬리브되어 있다. 나아가, 전극들(281)은 상부 플랜지(293)의 중심 홀들 및 제 1 리프팅 샤프트(30)의 빈 공간 내에 위치한다. 나아가, 밀봉 부재(292)가 상부 플랜지(293)와 베이스 플레이트(21) 사이에 위치하여 그들 사이의 갭을 밀봉한다. 하부 플랜지(295)는 제 1 리프팅 샤프트(30) 상에 슬리브되어 있으며, 서로 단단하게 연결된다. 파형관(294)은 제 1 리프팅 샤프트(30) 상에 슬리브되어 있으며, 상부 플랜지(293)와 하부 플랜지(295) 사이에 배치된다.
상술된 가열 장치를 이용함으로써, 본 발명에 의해 제공된 가열 챔버는 진공 환경 및 대기 환경에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 가열 효율 및 가열 균일도가 향상될 수 있다.
상술한 실시예들은 단지 본 발명의 몇 개의 구현 방법들을 나타낼 뿐이다. 이러한 실시예들의 기재는 비교적 완전하고 상세하지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 변형례들 및 실시예들을 만들어낼 수 있으며, 이러한 변형들 및 개량들은 모두 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다.

Claims (24)

  1. 베이스 플레이트, 적어도 3개의 지지 기둥들, 및 가열 모듈을 포함하되, 상기 적어도 3개의 지지 기둥들은 상기 베이스 플레이트 상에 수직적으로 배열되고 상기 베이스 플레이트의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 분포되며, 상기 적어도 3개의 지지 기둥들의 상부 끝단들은 피가열 부재를 지지하는 지지면을 형성하고; 및
    상기 가열 모듈은 가열등 튜브 및 열 복사 차폐 모듈을 포함하되,
    상기 가열등 튜브는 상기 베이스 플레이트 위에 그리고 상기 지지면 아래에 배치되며 상기 지지면을 향해 열을 방사하도록 구성되며, 상기 베이스 플레이트 상의 상기 가열등 튜브의 균일한 분포에 의해 형성된 유효 가열 영역의 투영(projection)은 상기 베이스 플레이트 상의 상기 지지면의 투영을 덮고,
    상기 열 복사 차폐 모듈은 상기 가열등 튜브에 의해 상기 가열등 튜브의 바닥 및 주변을 향해 방사되는 열을 차폐하도록 구성되는 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열등 튜브는 가열 섹션 및 상기 가열 섹션의 두 끝단들에 배치된 2개의 비가열 섹션들을 포함하되,
    열을 발생시키도록 구성된 히팅 와이어가 상기 가열 섹션에 배치되며, 상기 히팅 와이어가 위치하는 영역은 상기 유효 가열 영역이고,
    상기 히팅 와이어의 두 끝단들에 각각 연결된 도전성 와이어들이 상기 각 비가열 섹션에 배치되며 상기 가열등 튜브의 애노드 및 캐소드로 제공되는 가열 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유효 가열 영역의 형태 및 크기는 상기 가열등 튜브의 형태 및 상기 히팅 와이어의 길이를 구성함으로써 얻어지는 가열 장치
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유효 가열 영역의 형태는 상기 지지면의 형태에 대응하는 가열 장치.
  5. 제 2 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열등 튜브는 복수 개이고,
    복수 개의 가열등 튜브들은 직선 튜브들이며, 동일한 간격을 서로 나란하게 배열되거나,
    각 가열등 튜브는 호(arc) 형태 부분 및 상기 호 형태 부분의 두 끝단들을 연결하는 직선 부분들을 포함하되, 상기 가열등 튜브들의 상기 호 형태 부분들은 동심원이고, 다른 반경을 가지며 동일한 간격으로 배열되고, 상기 가열등 튜브들의 상기 직선 부분들은 동일한 간격으로 서로 나란하게 배열되는 가열 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열등 튜브들은 상기 지지면의 다른 영역들 상에 복수 개의 가열 그룹들로 나누어지며, 동일한 가열 그룹의 가열등 튜브들은 전기적으로 서로 연결되며, 다른 가열 그룹들의 가열등 튜브들은 서로 차폐되는 가열 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    가열 제어 시스템을 더 포함하되, 상기 가열 제어 시스템은 온도 검출기, 온도 제어기, 조정 제어기, 및 복수 개의 파워 제어기들을 포함하되,
    상기 온도 검출기는 가열 공정의 실행 단계에서 피가열 부재의 모든 위치에서 실시간 온도를 측정하도록 구성되며 상기 실시간 온도를 상기 온도 제어기로 전송하고,
    상기 온도 제어기는 미리 설정된 목표 온도 및 상기 온도 검출기로부터 전송된 상기 실시간 온도를 기초로 제어 신호를 발생하도록 구성되며 상기 제어 신호를 상기 조정 제어기로 전송하며,
    상기 조정 제어기는 가열 가중치 함수 및 상기 제어 신호를 기초로 상기 가열 그룹들에 대응하는 복수의 제어 서브(sub)-신호들을 각각 수신하도록 구성되며 상기 복수의 제어 서브-신호들을 일대일로 상기 복수 개의 파워 제어기들로 전송하고,
    상기 파워 제어기들의 개수는 상기 가열 그룹들의 개수에 대응하며, 각 파워 제어기는 상기 복수의 제어 서브-신호들에 기초하여 대응하는 가열 그룹의 상기 가열등 튜브들의 발열량을 조절하도록 구성되는 가열 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가열 가중치 함수는 피가열 부재의 온도 분포 조건에 기초하여 시행착오의 방법을 거쳐 프리셋(preset) 단계에서 설정되는 가열 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 가열 가중치 함수는:
    Tmeas < Tp - T일 때, Un=U이고;
    Tmeas ≥≥ Tp - T일 때, Un=fn (U) knU+b이며;
    여기서, n은 0보다 큰 정수이며 N과 동일하거나 작되, N은 상기 가열 그룹들의 수이고,
    Tmeas은 상기 온도 검출기에 의해 측정된 실시간 온도이고,
    Un은 n번째 가열 그룹에 대응하는 제어 서브-신호를 나타내고,
    U는 상기 제어 신호를 나타내고,
    fn (U)는 상기 n번째 가열 그룹에 대응하는 미리 설정된 통신 규칙을 나타내며,
    Tp는 상기 미리 설정된 목표 온도이고,
    T는 미리 설정된 임계 온도이고,
    kn은 상기 n번째 가열 그룹에 대응하는 가중치 계수이며,
    b는 상수인 가열 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프리셋 단계에서, 상기 가열 가중치 함수를 설정하는 과정 동안, 온도 검출점들은 가열 그룹들이 일대일 대응으로 위치하는 상기 지지면의 영역들에 구성되고,
    검출 과정 동안, 상기 온도 검출점들의 상기 실시간 온도가 측정되고, 온도 검출점들의 어느 하나에서 측정된 실시간 온도가 상기 미리 설정된 목표 온도에 근접하면, 피가열 부재의 온도 분포 조건은 현재 순간에서 측정된 상기 온도 검출점들의 상기 실시간 온도를 기초로 획득되고, 상기 가열 가중치 함수는 상기 온도 분포 조건을 기초로 설정되어, 상기 피가열 부재의 다른 영역들 사이의 온도 차이가 온도 균일성에 대한 공정의 요구를 만족시키는 가열 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 3 개의 지지 기둥들 중 하나는 온도 검출기의 열전쌍으로 이용되는 가열 장치.
  12. 제 2 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열등 튜브들의 수는 하나이고, 상기 하나의 가열등 튜브는 동일한 간격의 평면 나선형 튜브인 가열 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 방사 차폐 모듈은:
    제 1 수평부 및 제 1 수직부를 포함하되, 상기 제 1 수평부는 상기 가열등 튜브 아래에 위치하고 상기 유효 가열 영역을 덮으며, 상기 제 1 수직부는 상기 제 1 수평부와 연결되고 상기 가열등 튜브의 상기 가열 섹션을 둘러싸며, 상기 제 1 수직부의 상단은 상기 가열등 튜브보다 높은 제 1 차폐 부재; 및
    제 2 수평부 및 제 2 수직부를 포함하되, 상기 제 2 수직부는 상기 지지면을 둘러싸며 상기 제 2 수직부의 상단은 상기 지지면보다 높고, 상기 제 2 수평부는 상기 제 2 수직부의 외측을 둘러싸고, 상기 제 2 수평부가 위치하는 평면은 상기 가열등 튜브 및 상기 제 1 수직부보다 높은 제 2 차폐 부재를 포함하는 가열 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 차폐 부재의 개수는 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 1 차폐 부재들의 상기 제 1 수직부들은 상기 지지면과 평행한 방향을 따라 일정 간격으로 배열되고; 상기 복수 개의 제 1 차폐 부재들의 상기 제 1 수평부들은 상기 지지면에 대해 수직한 방향을 따라 일정 간격으로 배열되는 가열 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열등 튜브를 향해 마주보는 상기 제 1 수평부, 상기 제 1 수직부, 상기 제 2 수평부, 및 상기 제 2 수직부의 표면들은 빛의 반사율이 향상되도록 각각 연마되거나 도금되는 가열 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열등 튜브를 향해 마주보는 상기 제 1 수평부, 제 1 수직부, 제 2 수평부, 및 제 2 수직부의 표면들은 평탄한 표면 또는 굴곡진 표면을 포함하는 가열 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 차폐 부재 및 상기 제 2 차폐 부재의 물질은 몰리브덴, 스테인리스 스틸, 또는 석영을 포함하는 가열 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 중심 지점에 가까운 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 2개의 전극들로서, 각 전극의 상부 및 하부 끝단들은 상기 베이스 플레이트의 위 및 아래에 각각 위치하는 것; 및
    상기 열 방사 차폐 모듈과 상기 베이스 플레이트 사이에 배치된 2개의 전기 커넥터들로서, 상기 전기 커넥터들의 일 끝단들은 각각 상기 전극들에 연결되고, 상기 전기 커넥터들의 다른 끝단들은 전기적으로 상기 가열등 튜브에 연결되는 것을 더 포함하는 가열 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 가열 장치는
    상기 베이스 플레이트 상에 둘러싸며 배치되고, 제 1 폐쇄 공간을 가져 상기 전기 커넥터들과 상기 가열등 튜브 사이의 연결 부분에서 발생된 전기장을 차폐하는 제 1 전기 차폐 부재; 및
    상기 전극들과 상기 전기 커넥터들 사이의 연결 부분들을 덮어 제 2 폐쇄 공간을 형성하여 각각 상기 전극들과 상기 전기 커넥터들 사이의 연결 부분들에서 생성된 전기장을 차폐하는 제 2 전기 차폐 부재를 더 포함하는 가열 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열등 튜브는 단파장 적외선 조명 튜브인 가열 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    냉각 통로가 상기 베이스 플레이트 내에 배치되어 상기 냉각 통로로 냉각수를 제공함으로써 상기 베이스 플레이트를 냉각시키는 가열 장치.
  22. 가열 장치 및 상기 가열 장치를 위 아래로 구동시키는 구동 장치를 포함하되, 상기 가열 장치는 상기 제 1 항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 따른 상기 가열 장치인 가열 챔버.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 구동 장치는 제 1 리프팅 샤프트 및 제 1 구동 기계 장치를 포함하되,
    상기 제 1 리프팅 샤프트는 수직적으로 구성되고, 상기 제 1 리프팅 샤프트의 상단은 상기 베이스 플레이트와 연결되고, 상기 제1 리프팅 샤프트의 하단은 상기 가열 챔버의 바깥으로 수직적으로 연장되며,
    상기 제 1 구동 기계 장치는 상기 가열 챔버의 바닥에 배치되고 상기 제 1 리프팅 샤프트와 연결되며, 상기 제 1 리프팅 샤프트를 통해 위 아래로 이동하도록 상기 베이스 플레이트를 구동시키도록 구성되는 가열 챔버.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 구동 장치는 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들, 커넥터, 제 2 리프팅 샤프트, 및 제 2 구동 기계 장치를 더 포함하되,
    상기 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들은 상기 커넥터 상에 수직적으로 구성되고, 일정 간격으로 상기 베이스 플레이트의 원주 방향을 따라 분포되며, 상기 적어도 3개의 이동 가능한 지지 기둥들의 상단들은 상기 피가열 부재를 지지하도록 구성되고,
    상기 제 2 리프팅 샤프트는 수직적으로 구성되고, 상기 제 2 리프팅 샤프트의 상단은 상기 커넥터에 연결되며, 상기 제 2 리프팅 샤프트의 하단은 상기 가열 챔버의 바깥으로 수직적으로 연장되고,
    상기 제 2 구동 기계 장치는 상기 가열 챔버의 바닥에 구성되고 상기 제 2 리프팅 샤프트에 연결되며, 상기 제 2 리프팅 샤프트를 통해 위 아래로 이동하도록 상기 이동 가능한 지지 기둥들을 구동시키도록 구성되는 가열 챔버.
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