KR20240022059A - 히터 상태 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 가열식 히터의 열선 단선 등 히터의 상태를 실시간으로 감지할 수 있게 하는 히터 상태 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 기판이 안착되는 기판 지지대에 설치된 히터 또는 상기 히터로 전기를 공급하는 전기 공급 라인의 전기적인 상태를 감지하는 감지 장치; 및 상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 감지 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

히터 상태 감지 시스템 및 방법{Heater condition monitoring system and method}
본 발명은 히터 상태 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직류 저항 가열 방식의 히터에서 열선의 단선 상태 등 히터의 상태를 실시간으로 감지할 수 있게 하는 히터 상태 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
프로버(Prober) 장비는 웨이퍼 또는 웨이퍼에 형성된 다이(칩)들의 전기적인 특성을 검사하는 장비로서, 최근에는 웨이퍼가 안착되는 정전척 내부에 히터를 설치하여 웨이퍼를 고온 상태로 가열한 다음, 프로브 핀 등을 이용하여 다이(칩)들의 전기적인 특성을 검사할 수 있다.
일반적으로 이러한 프로버 장비를 포함해서 일반적으로 반도체 공정 설비는 웨이퍼를 공정에 적합한 온도로 가열하는 다양한 종류의 히터가 설치된 히팅 플레이트가 개발되어 사용되고 있다. 또한, 이러한 프로버 장비 등의 반도체 공정 설비에는 진공 상태에서도 웨이퍼를 척에 고정시키기 위해서 정전척 등이 설치될 수 있다.
통상, 정전기를 이용한 정전척에 저항 가열식 히터를 설치하는 경우, 정전척에 형성되는 정전기에 대한 영향을 최소화하기 위해서 히터로 공급되는 전원을 교류 대신 직류 전원으로 이용하고 있다.
기존에는 외부로부터 공장으로 인입되는 220V(볼트)의 교류 전원을 직류로 변환하기 위해서 스위칭 회로를 이용하여 교류 전력을 정류하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 주로 사용되고 있다.
그러나, 이러한 기존의 정정척 등에 설치된 히터는 히터를 구성하는 열선들이 쉽게 열화되어 파손이나 단선되는 등의 히터 고장 현상이 빈번하게 발생되고, 이로 인하여 언제 열선이 단선되었는지를 정확하게 파악할 수 없었기 때문에 프로버 장비의 온도 조건에 따른 전기적 특성 검사 데이터에 대한 신뢰도가 크게 떨어지는 문제점들이 있었다.
이러한 기존의 문제점들을 해결하기 위해서, 종래에는 SMPS 등의 내부 회로에 흐르는 전력이나 전원 단자 등에 흐르는 전력을 측정하려는 시도들이 있었으나 교류를 직류로 변환하는 과정에서 잔류하는 잔류 전기 등에 의해서 히터의 열선 단선 현상의 발생시에 이를 즉각적으로 정확하게 실시간 감지하지 못하고 적게는 수 초에서 많게는 수 분으로 감지 시간이 크게 지연되어 프로버 장비가 측정한 온도에 따른 검사 데이터들에 대한 신뢰도가 여전히 낮아서 검사 장비의 정밀도가 크게 떨어졌었고, 후속 조치에 소요되는 시간 역시 길어지는 등 많은 문제점들이 있었다.
또한, 종래에는 장비에 설치된 히터의 수명을 미리 예측하거나 경고하지 못하여 히터가 단선될 때까지 히터를 사용하거나, 또는 히터를 일정한 주기마다 강제로 전면 교체해서 부품의 낭비 현상이 발생되거나, 또는 비록 일정 주기 내의 히터라 하더라도 만약 불량 히터가 교체된 경우, 이역시 교체 주기 내에서도 히터 단선 현상이 발생되는 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 히터의 단선 현상 등 히터의 상태를 즉각적으로 측정할 수 있어서 실시간 히터 상태의 감시가 가능하고, 이를 통해서 온도에 따른 검사 데이터의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있으며, 히터의 수명을 미리 예측하여 히터 단선 형상을 방지할 수 있는 것은 물론이고, 부품 소모량을 절감하면서 불량 히터를 쉽게 판별할 수 있게 하는 히터 상태 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 히터 상태 감지 시스템은, 기판이 안착되는 기판 지지대에 설치된 히터 또는 상기 히터로 전기를 공급하는 전기 공급 라인의 전기적인 상태를 감지하는 감지 장치; 및 상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 감지 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판 지지대는, 정전기를 이용하여 상기 기판을 고정시키는 정전척을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 히터는, 상기 기판의 온도에 따른 전기적인 특성을 검사하는 프로버(Prober) 장비에서 직류 전원을 인가받아 상기 기판을 정해진 온도로 저항 가열하는 직류 가열식 열선을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 히터는, 상기 기판의 적어도 중심부, 중간부, 테두리부 중 어느 하나 또는 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택적으로 가열할 수 있는 멀티존 방식의 히터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 히터는, 상기 기판의 중심부를 가열하는 제 1 열선; 상기 기판의 중간부를 가열하는 제 2 열선; 및 상기 기판의 테두리부를 가열하는 제 3 열선;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 장치는, 상기 전기 공급 라인과 비접촉 방식으로 설치되는 비접촉식 감지 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 장치는, 상기 전기 공급 라인과 이격되도록 상기 전기 공급 라인의 둘레를 둘러싸는 형상으로 형성되는 자기 코어; 상기 자기 코어의 일부분에 형성되는 홀소자; 상기 홀소자에 일정한 전류를 공급하는 정전류 공급 라인; 및 상기 자기 코어를 흐르는 전자기 유도 현상에 의해 상기 홀소자에 형성된 홀전압이 출력되는 홀전압 출력 라인;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 자기 코어는 전체적으로 상기 전기 공급 라인을 둘러싸는 링형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 장치는, 상기 홀전압을 증폭시키는 앰프부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 제어부는, 상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 비교부; 상기 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 판별부; 및 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 교류 전원으로부터 인가된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 히터에 공급하는 전력 공급부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 전력 공급부는, 상기 교류 전원으로부터 교류를 공급받아서 직류로 변환하여 상기 전기 공급 라인을 통해 상기 히터로 공급하는 적어도 하나의 SMPS(Switching Mode Power Supply); 및 상기 SMPS에 제어 신호를 인가하여 상기 히터의 가열 온도를 제어하는 온도 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 온도 제어부는, 상기 SMPS에 인가하는 상기 제어 신호의 전압을 조정하여 상기 히터의 가열 온도를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 제어부는, 상기 감지 장치로부터 인가받은 상기 감지 신호를 정상 상태인 경우의 상기 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압과 동일하거나 유사한 전압으로 승압하는 전압 승압부; 상기 전압 승압부에 의해 승압된 승압 신호의 전압과, 상기 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압을 비교하는 전압 비교부; 전압이 일치하지 않거나 유사하지 않은 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 전압 판별부; 및 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 제어부는, 상기 감지 장치로부터 상기 감지 신호가 인가되지 않는 경우, 해당되는 열선의 단선으로 판단하여 이후 프로버 장비의 온도에 따른 전기적 특성을 나타내는 데이터들의 신뢰도를 위해 단선된 시간을 저장하는 단선 상태 기록부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 감지 제어부는, 상기 감지 신호의 변화량을 산출하고, 산출된 변화량이 상기 기준치를 벗어나는 시점을 추정하여 상기 히터의 수명을 예측하는 히터 수명 예측부;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 히터 상태 감지 방법은, (a) 기판이 안착되는 기판 지지대에 설치된 히터 또는 상기 히터로 전기를 공급하는 전기 공급 라인의 전기적인 상태를 감지 장치로 감지하는 단계; 및 (b) 상기 감지 장치로부터 감지된 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 (b) 단계는, (b-1-1) 상기 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 단계; (b-1-2) 상기 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 단계; 및 (b-1-3) 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 (b) 단계는, (b-2-1) 상기 감지 장치로부터 인가받은 상기 감지 신호를 정상 상태인 경우의 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압과 동일하거나 유사한 전압으로 승압하는 단계; (b-2-2) 승압된 승압 신호의 전압과, 상기 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압을 비교하는 단계; (b-2-3) 전압이 일치하지 않거나 유사하지 않은 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 단계; 및 (b-2-4) 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 히터 상태 감지 시스템은, 기판이 안착되는 기판 지지대에 설치된 히터 또는 상기 히터로 전기를 공급하는 전기 공급 라인의 전기적인 상태를 감지하는 감지 장치; 및 상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 감지 제어부;를 포함하고, 상기 기판 지지대는, 정전기를 이용하여 상기 기판을 고정시키는 정전척을 포함하고, 상기 히터는, 상기 기판의 온도에 따른 전기적인 특성을 검사하는 프로버(Prober) 장비에서 직류 전원을 인가받아 상기 기판을 정해진 온도로 저항 가열하는 직류 가열 열선을 포함하고, 상기 히터는, 상기 기판의 중심부를 가열하는 제 1 열선; 상기 기판의 중간부를 가열하는 제 2 열선; 및 상기 기판의 테두리부를 가열하는 제 3 열선;을 포함하고, 상기 감지 장치는, 상기 전기 공급 라인과 이격되도록 상기 전기 공급 라인의 둘레를 둘러싸는 형상으로 형성되는 자기 코어; 상기 자기 코어의 일부분에 형성되는 홀소자; 상기 홀소자에 일정한 전류를 공급하는 정전류 공급 라인; 및 상기 자기 코어를 흐르는 전류에 의해 상기 홀소자에 형성된 홀전압이 출력되는 홀전압 출력 라인;을 포함하고, 상기 감지 제어부는, 상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 비교부; 상기 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 판별부; 및 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 여러 실시예들에 따르면, 히터의 단선 현상 등 히터의 상태를 즉각적으로 측정할 수 있어서 실시간 히터 상태의 감시가 가능하고, 이를 통해서 온도에 따른 검사 데이터의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있어서 장비의 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있으며, 히터의 수명을 미리 예측하여 히터 단선 형상을 방지할 수 있는 것은 물론이고, 부품 소모량을 절감하면서 불량 히터를 쉽게 판별할 수 있으며, 아울러 감지 장치에서 감지된 감지 신호를 온도 제어부의 제어 신호의 전압으로 승압하여 전압 대비 전압으로 단순 비교함으로써 단선 검출 기능의 정합성과 직관성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 히터 상태 감지 시스템의 SMPS를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 히터 상태 감지 시스템의 히터를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 3의 히터 상태 감지 시스템의 감지 장치를 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 3의 히터 상태 감지 시스템의 감지 제어부의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 히터 상태 감지 시스템의 감지 제어부의 히터 수명 예측부의 히터 예측 개념을 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 3의 히터 상태 감지 시스템의 감지 제어부의 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 도 9의 히터 상태 감지 방법의 (b) 단계의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 11은 도 9의 히터 상태 감지 방법의 (b) 단계의 다른 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(100)을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(100)은, 크게 감지 장치(10) 및 감지 제어부(20)(40)를 포함할 수 있다.
예컨대, 감지 장치(10)는 웨이퍼나 디스플레이 기판 등의 기판(W)이 안착되는 기판 지지대(1)에 설치된 히터(H) 또는 상기 히터(H)로 전기를 공급하는 전기 공급 라인(2)의 전기적인 상태를 감지하는 일종의 자기장 센서 또는 전기장 센서일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 감지 장치(10)는, 전기 공급 라인(2)과 비접촉 방식으로 설치되는 비접촉식 감지 센서를 포함할 수 있다.
여기서, 기판 지지대(1)는, 정전기를 이용하여 상기 기판(W)을 고정시키는 정전척(3)을 포함할 수 있고, 기판 지지대(1)에 설치되는 히터(H)는, 기판(W)의 온도에 따른 전기적인 특성을 검사하는 프로버(Prober) 장비에서 직류 전원을 인가받아 상기 기판(W)을 정해진 온도로 저항 가열하는 직류 가열식 열선 또는 열판을 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 본 발명은 정전척(3)나 프로버 장비 등에만 국한되지 않는 것으로서, 다양한 형태의 기판 지지대(1)나 반도체 장비들에 적용될 수 있다.
또한, 예컨대, 감지 제어부(20)(40)는 감지 장치(10)로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 일종의 제어 장치, 제어 회로, 반도체 칩, 반도체 패키지, 중앙처리장치, 연산장치, 마이크로프로세서, 프로그램이 저장된 제어부 또는 저장장치, 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 스마트폰나 스마트패드 등의 스마트장치 등 일 수 있다.
또한, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(100)은, 교류 전원(31)으로부터 인가된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 히터(H)에 공급하는 전력 공급부(30)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 전력 공급부(30)는, 히터(H)의 가열 온도를 제어하는 온도 제어부(33)를 포함하여 온도에 따른 웨이퍼 등의 기판(W)의 전기적인 특성을 감지할 수 있게 할 수 있다.
이외에도, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(100)은, 감지 제어부(20)(40)로부터 알림 제어 신호를 인가받아서 디스플레이나, 경광등이나, 스피커 등을 이용하여 사용자에게 각종 알림 신호를 출력할 수 있는 알림 장치(50)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 이러한 알림 장치(50)와는 별도로 전력 공급부(30)나 감지 제어부(20)(40) 나 온도 제어부(33)는 유무선 통신 라인을 이용하여 사용자 단말기(60)와 통신될 수 있다.
따라서, 사용자는 열선 단선 등의 히터 상태를 매우 즉각적으로 즉시 실시간 감지하여 이후에 발생되는 데이터들을 배제함으로써 데이터의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 히터 상태 감지 시스템(100)의 SMPS를 나타내는 개념도이다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 제어부(33)는, 교류 전원(31)으로부터 교류를 공급받아서 직류로 변환하여 상기 전기 공급 라인을 통해 상기 히터(H)로 공급하는 적어도 하나의 SMPS(32)(Switching Mode Power Supply)를 포함할 수 있다.
또한, 예컨대, 전력 공급부(30)는 SMPS(32)에 인가하는 제어 신호의 전압을 조정하여 히터(H)의 가열 온도를 제어할 수 있고, SMPS(32)에는 감지 장치(10)로부터 인가받은 감지 신호를 정상 상태인 경우의 전력 공급부(30)의 제어 신호의 전압과 동일하거나 유사한 전압으로 승압하여 온도 제어부(33)로 인가할 수 있다.
따라서, 예컨대, 온도 제어부(33)는 온도를 제어하기 위하여 SMPS(32)에 "0 내지 5V"의 제어 신호를 송신하고, 이에 대하여 마찬가지로 SMPS(32)로부터 감지 장치(DC CT)에서 감지된 "0 내지 5V"의 감지 신호를 수신받아서 이 둘을 비교함으로써 히터(H)의 상태를 실시간으로 감지할 수 있다.
그러므로, 제어 신호와 감지 신호를 직관적으로 비교하여 히터의 상태를 즉각적으로 감지할 수 있고, 이를 토대로 데이터의 신뢰도를 높게 평가하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(200)을 나타내는 블록도이고, 도 4는 도 3의 히터 상태 감지 시스템(200)의 히터(H)를 나타내는 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(200)은, 기판(W)이 안착되는 기판 지지대(1)에 설치된 히터(H) 또는 히터(H)로 전기를 공급하는 전기 공급 라인(2)의 전기적인 상태를 감지하는 감지 장치(10)와, 감지 장치(10)로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 감지 제어부(20)(40) 및 교류 전원(31)으로부터 인가된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 히터(H)에 공급하는 전력 공급부(30)를 포함할 수 있다.
여기서, 예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 히터(H)는, 웨이퍼 등의 기판(W)의 적어도 중심부, 중간부, 테두리부 중 어느 하나 또는 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택적으로 가열할 수 있는 일종의 멀티존 방식의 히터로서, 더욱 구체적으로 예를 들면, 히터(H)는, 기판(W)의 중심부를 가열하는 제 1 열선(H1)과, 기판(W)의 중간부를 가열하는 제 2 열선(H2) 및 기판(W)의 테두리부를 가열하는 제 3 열선(H3)을 포함할 수 있다.
여기서, 전력 공급부(30)는, 교류 전원(31)으로부터 교류를 공급받아서 직류로 변환하여 전기 공급 라인(2)을 통해 상기 히터(H)로 공급하는 적어도 하나의 SMPS(32) 및 SMPS(32)에 제어 신호를 인가하여 상기 히터(H)의 가열 온도를 제어하는 온도 제어부(33)를 포함할 수 있다.
아울러, 이러한 제 1 열선(H1)과, 제 2 열선(H2) 및 제 3 열선(H3)에 각각 직류 전기를 공급하기 위해서 SMPS(32)는, 교류 전원(31)으로부터 교류를 공급받아서 직류로 변환하여 전기 공급 라인을 통해 제 1 열선(H1)로 공급하는 적어도 하나의 SMPS-1(32-1)과, 교류 전원(31)으로부터 교류를 공급받아서 직류로 변환하여 전기 공급 라인을 통해 제 2 열선(H2)로 공급하는 적어도 하나의 SMPS-2(32-2) 및 교류 전원(31)으로부터 교류를 공급받아서 직류로 변환하여 전기 공급 라인을 통해 제 3 열선(H3)로 공급하는 적어도 하나의 SMPS-3(32-3)을 포함할 수 있다.
아울러, 온도 제어부(33)는 SMPS-1(32-1), SMPS-2(32-2) 및 SMPS-3(32-3)에 각각 제어 신호를 인가하여 상기 히터(H)의 중심부, 중간부 및 테두리부의 가열 온도를 개별적으로 제어할 수 있다.
그러나, 히터(H)의 열선 개수나 SMPS 회로의 개수 등은 3개로 반드시 국한되지 않는 것으로서, 2개나 그 이상의 개수로 적용될 수 있다.
따라서, 예컨대, 공장의 외부로부터 220V의 교류 전원(31)이 인입되면 온도 제어부(33)로부터 제어 신호를 인가받은 SMPS-1(32-1), SMPS-2(32-2) 및 SMPS-3(32-3)에서 교류 전원을 직류로 변환하여 제 1 열선(H1)과, 제 2 열선(H2) 및 제 3 열선(H3)에 가열 온도에 따라 단계적으로 0 내지 125V(0 내지 8A)의 직류 전기를 각각 공급할 수 있다.
이 때, 감지 장치(10)는 각각의 제 1 열선(H1)과, 제 2 열선(H2) 및 제 3 열선(H3)로 전기를 공급하는 전기 공급 라인(2)의 전기적인 상태를 비접촉 방식으로 감지하여 감지 제어부(20)에 감지 신호를 인가할 수 있고, 감지 제어부(20)는 각각의 감지 장치(10)로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 히터(H)의 단선 현상 등 히터(H)의 상태를 즉각적으로 측정할 수 있어서 실시간 히터(H) 상태의 감시가 가능하고, 이를 통해서 온도에 따른 검사 데이터의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있어서 장비의 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
여기서, 감지 제어부(20)(40)의 제어 회로는 SMPS(32)의 내부에 설치되는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 감지 제어부(20)(40)의 제어 회로는 SMPS(32)와는 별개로 별도의 장소에 설치되는 것도 가능하다.
도 5는 도 3의 히터 상태 감지 시스템(200)의 감지 장치(10)를 나타내는 개념도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(200)의 감지 장치(10)는, 전기 공급 라인(2)과 이격되도록 전기 공급 라인(2)의 둘레를 둘러싸는 형상으로 형성되는 자기 코어(11)와, 자기 코어(11)의 일부분에 형성되는 홀소자(12)와, 홀소자(12)에 일정한 전류를 공급하는 정전류 공급 라인(13) 및 자기 코어(11)를 흐르는 전자기 유도 현상에 의해 홀소자(12)에 형성된 홀전압이 출력되는 홀전압 출력 라인(14)을 포함할 수 있다.
여기서, 전기 공급 라인(2)을 흐르는 전기에 의해 생성된 자기장에 의해 전류가 발생될 수 있도록 자기 코어(11)는 전체적으로 상기 전기 공급 라인(2)을 둘러싸는 링형상으로 형성될 수 있다.
또한, 홀소자(12)는 홀효과를 이용하여 자기량을 전압으로 바꾸는 소자로서 저마늄이나 실리콘 등의 반도체가 사용될 수 있고, 예컨대, 자기장의 강도를 측정하거나 자기장의 변화에 따른 전류나 위치 등의 측정에 응용될 수 있다.
따라서, 이러한 홀소자 방식의 전류 센서는 측정 전류의 주위에 발생하는 자계를 홀효과를 이용하여 전압으로 변환하는 원리인 것으로서, 전기 공급 라인(2)에 흐르는 전류에 의해 자속 코어 내에 발생한 자속이 자기 코어(11)의 캡 부분에 삽입된 홀소자(12)를 통과하면 홀효과에 따라 자속에 따른 홀전압이 발생되고, 이러한 홀접압을 앰프부(15)로 증폭하여 측정할 수 있다.
여기서, 이러한 홀전압은 측정 도체에 흐르고 있는 전류에 비례하여 출력되는 것으로서, 이를 토대로 하여 비접촉 방식으로도 전기 공급 라인(2)을 따라 흐르는 전류의 양을 정확하게 측정할 수 있다.
도 6은 도 3의 히터 상태 감지 시스템(200)의 감지 제어부(20)의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 감지 제어부(20)는, 감지 장치(10)로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 비교부(21)와, 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 판별부(22)와, 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부(23)와, 감지 장치(10)로부터 감지 신호가 인가되지 않는 경우, 해당되는 열선의 단선으로 판단하여 이후 프로버 장비의 온도에 따른 전기적 특성을 나타내는 데이터들의 신뢰도를 위해 단선된 시간을 저장하고, 이후 데이터를 배제하는 배제 정보를 기록하는 단선 상태 기록부(24) 및 감지 신호의 변화량을 산출하고, 산출된 변화량이 상기 기준치를 벗어나는 시점을 추정하여 상기 히터(H)의 수명을 예측하는 히터 수명 예측부(25)를 포함할 수 있다.
따라서, 감지 제어부(20)를 이용하여 감지 장치(10)로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하고, 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하며, 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 일련의 과정을 수행할 수 있는 것은 물론이고, 이외에도 감지 장치(10)로부터 감지 신호가 인가되지 않는 경우, 해당되는 열선의 단선으로 판단하여 이후 프로버 장비의 온도에 따른 전기적 특성을 나타내는 데이터들의 신뢰도를 위해 단선된 시간을 저장하고, 이후 데이터를 배제하는 배제 정보를 기록할 수 있으며, 더 나아가서 감지 신호의 변화량을 산출하고, 산출된 변화량이 상기 기준치를 벗어나는 시점을 추정하여 상기 히터(H)의 수명을 예측하는 것도 가능하다.
도 7은 도 6의 히터 상태 감지 시스템(200)의 감지 제어부(20)의 히터 수명 예측부(25)의 히터 예측 개념을 나타내는 그래프이다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 감지 제어부(20)의 히터 수명 예측부(25)는 1회(1t) 측정시의 전압과, 2회(2t) 측정시의 전압과, 3회(3t) 측정시의 전압이 점차로 낮아지는 일정한 "추세선"을 나타내는 경우, 이러한 추세선을 바탕으로 기준치를 벗어나는 시점, 즉 4회(4t) 측정시를 히터의 수명으로 예상할 수 있다.
그러므로, 히터의 수명을 미리 예측하여 히터 단선 형상을 방지할 수 있는 것은 물론이고, 부품 소모량을 절감하면서 불량 히터를 쉽게 판별할 수 있다.
도 8은 도 3의 히터 상태 감지 시스템(200)의 감지 제어부(40)의 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 히터 상태 감지 시스템(200)의 온도 제어부(33)는, SMPS(32)에 인가하는 제어 신호의 전압을 조정하여 히터(H)의 가열 온도를 제어할 수 있다.
이 때, 도 8에 도시된 바와 같이, 감지 제어부(40)는, 감지 장치(10)로부터 인가받은 상기 감지 신호를 정상 상태인 경우의 온도 제어부(33)의 제어 신호의 전압과 동일하거나 유사한 전압으로 승압하는 전압 승압부(41)와, 전압 승압부(41)에 의해 승압된 승압 신호의 전압과, 온도 제어부(33)의 제어 신호의 전압을 비교하는 전압 비교부(42)와, 전압이 일치하지 않거나 유사하지 않은 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 전압 판별부(43) 및 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부(44)를 포함할 수 있다.
따라서, 전압 비교부(42)는 전압 승압부(41)에 의해 승압된 승압 신호의 전압과, 온도 제어부(33)의 제어 신호의 전압을 직관적으로 비교하여 이들 전압이 서로 일치하지 않거나 유사하지 않은 경우, 이를 이상 상태로 판별하고, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 일련의 과정을 매우 신속하고 직관적으로 진행할 수 있다.
예컨대, 온도 제어부(33)에서 20 퍼센트 출력용 제어 신호가 1V(볼트)라면, 감지 장치(10)에서 감지된 1.6A(암페어)의 신호를 앰프부(15)를 이용하여 1V로 승압시킨 후, 실시간으로 감지되어 승압된 감지 신호와 기존의 제어 신호와 1:1로 대응되게 비교할 수 있다. 여기서, 앰프부(15)는 1.6A 당 1V가 출력될 수 있도록 전압을 증폭시키는 앰프부(15)가 적용될 수 있다.
따라서, 예를 들면, 감지 신호의 전류가 3.2A인 경우, 앰프부(15)는 이를 2V로 승압하여 출력할 수 있고, 감지 신호의 전류가 4.8A인 경우, 앰프부(15)는 이를 3V로 승압하여 출력할 수 있고, 감지 신호의 전류가 6.4A인 경우, 앰프부(15)는 이를 4V로 승압하여 출력할 수 있고, 감지 신호의 전류가 8.0A인 경우, 앰프부(15)는 이를 5V로 승압하여 출력할 수 있다. 이들은 각각 온도 제어부(33)에서 40 퍼센트 출력용 제어 신호, 60 퍼센트 출력용 제어 신호, 80 퍼센트 출력용 제어 신호, 100 퍼센트 출력용 제어 신호와 대응될 수 있다.
그러므로, 감지 장치(10)에서 감지된 감지 신호를 온도 제어부(33)의 제어 신호의 전압으로 승압하여 전압 대비 전압으로 단순 비교함으로써 단선 검출 기능의 정합성과 직관성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 히터 상태 감지 방법은, (a) 기판(W)이 안착되는 기판 지지대(1)에 설치된 히터(H) 또는 히터(H)로 전기를 공급하는 전기 공급 라인(2)의 전기적인 상태를 비접촉식 감지 장치(10)로 감지하는 단계 및 (b) 감지 장치(10)로부터 감지된 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 10은 도 9의 히터 상태 감지 방법의 (b) 단계의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 예컨대, 상기 (b) 단계는, (b-1-1) 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 단계와, (b-1-2) 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 단계 및 (b-1-3) 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
도 11은 도 9의 히터 상태 감지 방법의 (b) 단계의 다른 일례를 나타내는 순서도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 이외에도, 예컨대, 상기 (b) 단계는, (b-2-1) 감지 장치(10)로부터 인가받은 감지 신호를 정상 상태인 경우의 온도 제어부(33)의 제어 신호의 전압과 동일하거나 유사한 전압으로 승압하는 단계와, (b-2-2) 승압된 승압 신호의 전압과, 온도 제어부(33)의 제어 신호의 전압을 비교하는 단계와, (b-2-3) 전압이 일치하지 않거나 유사하지 않은 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 단계 및 (b-2-4) 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
W: 기판
1: 기판 지지대
H: 히터
H1: 제 1 열선
H2: 제 2 열선
H3: 제 3 열선
2: 전기 공급 라인
3: 정전척
10: 감지 장치
11: 자기 코어
12: 홀소자
13: 정전류 공급 라인
14: 홀전압 출력 라인
15: 앰프부
20, 40: 감지 제어부
21: 비교부
22: 판별부
23: 알림 신호 출력부
24: 단선 상태 기록부
25: 히터 수명 예측부
30: 전력 공급부
31: 교류 전원
32: SMPS
32-1: SMPS-1
32-2: SMPS-2
32-3: SMPS-3
33: 온도 제어부
41: 전압 승압부
42: 전압 비교부
43; 전압 판별부
44: 알림 신호 출력부
50: 알림 장치
60: 사용자 단말기
100: 히터 상태 감지 시스템

Claims (20)

  1. 기판이 안착되는 기판 지지대에 설치된 히터 또는 상기 히터로 전기를 공급하는 전기 공급 라인의 전기적인 상태를 감지하는 감지 장치; 및
    상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 감지 제어부;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는, 정전기를 이용하여 상기 기판을 고정시키는 정전척을 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 기판의 온도에 따른 전기적인 특성을 검사하는 프로버(Prober) 장비에서 직류 전원을 인가받아 상기 기판을 정해진 온도로 저항 가열하는 직류 가열식 열선을 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 기판의 적어도 중심부, 중간부, 테두리부 중 어느 하나 또는 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택적으로 가열할 수 있는 멀티존 방식의 히터를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 기판의 중심부를 가열하는 제 1 열선;
    상기 기판의 중간부를 가열하는 제 2 열선; 및
    상기 기판의 테두리부를 가열하는 제 3 열선;
    을 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 장치는,
    상기 전기 공급 라인과 비접촉 방식으로 설치되는 비접촉식 감지 센서를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 장치는,
    상기 전기 공급 라인과 이격되도록 상기 전기 공급 라인의 둘레를 둘러싸는 형상으로 형성되는 자기 코어;
    상기 자기 코어의 일부분에 형성되는 홀소자;
    상기 홀소자에 일정한 전류를 공급하는 정전류 공급 라인; 및
    상기 자기 코어를 흐르는 전자기 유도 현상에 의해 상기 홀소자에 형성된 홀전압이 출력되는 홀전압 출력 라인;
    을 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 자기 코어는 전체적으로 상기 전기 공급 라인을 둘러싸는 링형상으로 형성되는, 히터 상태 감지 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 감지 장치는,
    상기 홀전압을 증폭시키는 앰프부;
    를 더 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 제어부는,
    상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 비교부;
    상기 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 판별부; 및
    이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    교류 전원으로부터 인가된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 히터에 공급하는 전력 공급부;
    를 더 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는,
    상기 교류 전원으로부터 교류를 공급받아서 직류로 변환하여 상기 전기 공급 라인을 통해 상기 히터로 공급하는 적어도 하나의 SMPS(Switching Mode Power Supply); 및
    상기 SMPS에 제어 신호를 인가하여 상기 히터의 가열 온도를 제어하는 온도 제어부;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 온도 제어부는,
    상기 SMPS에 인가하는 상기 제어 신호의 전압을 조정하여 상기 히터의 가열 온도를 제어하는, 히터 상태 감지 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 감지 제어부는,
    상기 감지 장치로부터 인가받은 상기 감지 신호를 정상 상태인 경우의 상기 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압과 동일하거나 유사한 전압으로 승압하는 전압 승압부;
    상기 전압 승압부에 의해 승압된 승압 신호의 전압과, 상기 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압을 비교하는 전압 비교부;
    전압이 일치하지 않거나 유사하지 않은 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 전압 판별부; 및
    이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 제어부는,
    상기 감지 장치로부터 상기 감지 신호가 인가되지 않는 경우, 해당되는 열선의 단선으로 판단하여 이후 프로버 장비의 온도에 따른 전기적 특성을 나타내는 데이터들의 신뢰도를 위해 단선된 시간을 저장하는 단선 상태 기록부;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 제어부는,
    상기 감지 신호의 변화량을 산출하고, 산출된 변화량이 상기 기준치를 벗어나는 시점을 추정하여 상기 히터의 수명을 예측하는 히터 수명 예측부;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
  17. (a) 기판이 안착되는 기판 지지대에 설치된 히터 또는 상기 히터로 전기를 공급하는 전기 공급 라인의 전기적인 상태를 감지 장치로 감지하는 단계; 및
    (b) 상기 감지 장치로부터 감지된 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 단계;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1-1) 상기 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 단계;
    (b-1-2) 상기 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 단계; 및
    (b-1-3) 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-2-1) 상기 감지 장치로부터 인가받은 상기 감지 신호를 정상 상태인 경우의 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압과 동일하거나 유사한 전압으로 승압하는 단계;
    (b-2-2) 승압된 승압 신호의 전압과, 상기 온도 제어부의 상기 제어 신호의 전압을 비교하는 단계;
    (b-2-3) 전압이 일치하지 않거나 유사하지 않은 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 단계; 및
    (b-2-4) 이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는, 히터 상태 감지 방법.
  20. 기판이 안착되는 기판 지지대에 설치된 히터 또는 상기 히터로 전기를 공급하는 전기 공급 라인의 전기적인 상태를 감지하는 감지 장치; 및
    상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하여 이상 상태로 판별되면 알림 신호를 발생시키는 감지 제어부;를 포함하고,
    상기 기판 지지대는, 정전기를 이용하여 상기 기판을 고정시키는 정전척을 포함하고,
    상기 히터는, 상기 기판의 온도에 따른 전기적인 특성을 검사하는 프로버(Prober) 장비에서 직류 전원을 인가받아 상기 기판을 정해진 온도로 저항 가열하는 직류 가열 열선을 포함하고,
    상기 히터는,
    상기 기판의 중심부를 가열하는 제 1 열선;
    상기 기판의 중간부를 가열하는 제 2 열선; 및
    상기 기판의 테두리부를 가열하는 제 3 열선;을 포함하고,
    상기 감지 장치는,
    상기 전기 공급 라인과 이격되도록 상기 전기 공급 라인의 둘레를 둘러싸는 형상으로 형성되는 자기 코어;
    상기 자기 코어의 일부분에 형성되는 홀소자;
    상기 홀소자에 일정한 전류를 공급하는 정전류 공급 라인; 및
    상기 자기 코어를 흐르는 전류에 의해 상기 홀소자에 형성된 홀전압이 출력되는 홀전압 출력 라인;을 포함하고,
    상기 감지 제어부는,
    상기 감지 장치로부터 감지 신호를 인가받아서 기준치와 비교하는 비교부;
    상기 기준치를 벗어나는 경우, 이를 이상 상태로 판별하는 판별부; 및
    이상 상태 판별시, 후속 조치가 가능하도록 알림 신호를 출력하는 알림 신호 출력부;를 포함하는, 히터 상태 감지 시스템.
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