KR100999465B1 - 가압수단을 구비하는 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

가압수단을 구비하는 열처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 가압수단을 구비하는 열처리 장치는 기판(10) 상에 반도체층(20)이 형성된 하나 또는 다수개의 전자소자가 수납되는 제1 내부공간(110)을 구비하되, 제1 내부공간(110)의 상부는 개방된 제1 프레임(100); 및 제1 프레임(100) 상측에 적층되고 하부에 상기 전자소자를 가압하는 돌출된 가압부(210)를 갖는 제2 프레임(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

반도체, 어닐링, 열처리, 기판, 박막, 열 팽창률, 가압

Description

가압수단을 구비하는 열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS INCLUDING PRESSURE MEANS}

본 발명은 가압수단을 구비하는 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 형성된 반도체층을 열처리하는 공정에서 기판이 변형되는 것을 방지할 수 있도록 소정의 무게로 가압할 수 있는 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자, 평판 디스플레이 및 태양전지 제조에 사용되는 열처리 장치는 실리콘 웨이퍼나 글래스(Glass)와 같은 기판 상에 증착되어 있는 소정의 반도체 박막의 결정화를 위해 필수적인 열처리(어닐링: Annealing) 공정을 수행할 수 있는 장치이다.

특히, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기 전계 발광표시장치(Organic Light Emitting Diode display: OLED) 및 박막형 태양전지(Thin-Film Type Solar Cell)는 두께가 얇은 글래스 기판 상에 증착된 박막의 비정질 실리콘층(a-si)을 폴리 실리콘층(p-si)으로 결정화시키는데, 통상적으로 550℃ 내지 600℃의 고온이 필요하다.

하지만, 이러한 투명한 글래스 기판을 사용하는 경우에는 기판과 상부 형성 된 반도체층과의 물질이 상이하기 때문에, 그에 따른 열팽창 계수(CTE: Coefficients of thermal expansion)도 서로 상이하여, 결국, 기판에는 큰 응력(stress)이 발생되어 열팽창 계수가 큰 측으로 기판이 볼록하게 휘어지는 현상이 초래할 수 있는데, 이러한 기판과 반도체층은 모두 두께가 얇은 박막이기 때문에 휨 현상이 증가될 수 있다.

이때, 기판이 받는 응력은 크게 외부응력(external stress)과 기판 내부에 존재하는 잔류응력(residual stress)으로 나누어진다. 외부응력은 외부에서 가하는 힘을 제거하면 없어지나, 잔류응력은 결정상태나, 밀착력과 같은 기판의 물성과 관계 있는 것이기 때문에, 기판의 휨 현상을 방지하기 위해서는 기판과 반도체층의 열팽창계수를 서로 유사하게 조절하여 잔류응력을 제거해야 하는 문제점이다. 하지만, 열팽창계수를 조절하는 방법은 새로운 물질을 제조해야만 하는 기술적인 문제와 함께 비용 등의 문제를 발생시키기 때문에 해결책으로는 그 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열처리 공정 시 외부응력을 이용하여 반도체층이 형성된 기판의 휨 현상을 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 외기(open air)에 의해 반도체층이 오염되는 것을 방지하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가압 시 안정성과 편의성을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 기판 상에 반도체층이 형성된 하나 또는 다수개의 전자소자가 수납되는 제1 내부공간을 구비하되, 상기 제1 내부공간의 상부는 개방된 제1 프레임; 및 상기 제1 프레임 상측에 적층되고 하부에 상기 전자소자를 가압하는 돌출된 가압부를 갖는 제2 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치에 의해 달성된다.

상기 전자소자 또는 상기 전자소자의 집합 사이에는 분리판이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

상기 가압부 및 상기 분리판 중 어느 하나의 표면에는 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

상기 제2 프레임의 가압부 가장자리와, 이와 접하는 상기 제1 프레임의 가장 자리에는 하나 또는 다수개의 단차를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

상기 단차에 의하여 상기 제1 내부공간이 외부와 차단되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

상기 제2 프레임은 상부에 상기 전자소자와 동일한 전자소자가 수납되는 제2 내부공간을 더 포함하며, 상기 제2 프레임 상에는 상기 제2 내부공간을 포함하는 제2 프레임과 동일한 제n 프레임이 순차적으로 적층되되, 상기 n은 3 이상의 자연수인 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

상기 분리판은 설치되는 위치가 높아질수록 무게가 증가하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.

본 발명에 의하면, 열처리 공정 시 소정의 무게로 반도체층이 형성된 기판에 가함으로써 휨 발생을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가압 시 반도체층이 형성된 기판을 외부와 차단하여 불필요한 외기에 의해 반도체 층이 오염되는 것을 방지할 수도 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 반도체층이 형성된 기판을 외부와 분리된 내부공간에서 열처리와 동시에 가압하여 제조공정의 안정성 및 편의성을 향상하고, 나아가서는 생산성을 개선할 수도 있다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실 시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

반도체층이 형성된 기판

본 명세서에 있어서, 반도체층이 형성된 기판이란, 반도체 소자(예를 들면, 메모리 또는 비메모리 반도체), 평판 디스플레이(예를 들면, 액정 표시 장치 또는 유기 전계 발광표시장치) 및 태양전지와 같이 기판 상에 반도체층이 형성되어 전기적 구동을 하는 전자소자를 총칭하는 포괄적인 의미로 이해되어야 한다.

즉, 이하의 상세한 설명에서는 편의를 위해 일 예로, 투명한 글래스 기판을 사용하는 태양전지를 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체층이 구비된 전자소자 중 열처리 공정을 수행할 수 있는 기술분야에서도 본 발명에 의한 열처리 장치가 동일하게 적용될 수 있음은 자명할 것이다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 가압수단을 구비하는 열처리 장치의 간략한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의해 열처리 장치는 제1 프레임(100) 및 제2 프레임(200)을 포함하며 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 프레임(100)은 기판(10) 상에 반도체층(20)이 형성된 전자소자가 수납되는 내부공간(110)을 구비하며, 상기 내부공간(110)의 상부는 개방된 구조의 장치이다.

이때, 전자소자는 태양전지일 수 있으며 하나 또는 다수 개가 상기 내부공간(110)에 수납될 수 있는데, 다수 개가 수납될 경우에는, 도 1과 같이 하부에 위치하는 전자소자의 반도체층(20)이 상부에 위치하는 다른 전자소자의 기판(10)과 접하는 적층된 구조일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 그 역으로 적층될 수도 있다. 또한, 상/하 전자소자가 반도체층(20)을 서로 마주보며 적층되거나, 그 역이 될 수도 있으며, 적층되지 않고 수평으로 나란히 배열되어도 무관하다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 프레임(200)은 제1 프레임(100) 상측에 위치하여 제1 프레임(100)에 형성된 내부공간(110)을 덮어 외부와 차단하는 기능을 하는 장치이다.

이때, 제2 프레임(200)의 하부에는 상기 전자소자의 상부에 압력을 가하는 돌출된 가압부(210)가 구비되어 소정의 무게로 전자소자를 가압함과 동시에 열처리하여 휨이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 프레임(200)의 가압부(210) 가장자리에는 단차(220)가 형성되기 때문에, 외기가 상기 내부공간(110)으로 침투하여 전자소자가 오염되는 것을 더욱 방지할 수 있다.

한편, 도 1에 도시되지는 않았지만, 전자소자의 분리를 용이하게 하기 위해서는 전자소자와 접하는 제1 프레임(100)의 내부공간(110)과 제2 프레임(200)의 가압부(210) 표면에는 요철구조가 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 요철구조는 도 3을 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

[실시예 2]

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 가압수단을 구비하는 열처리 장치의 간략한 단면도이다.

이러한, 본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에 의한 열처리 장치의 구성에 분리판(300)이 추가된 것으로, 다른 구성은 제1 실시예와 동일함으로 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 열처리 장치는 제1 프레임(100), 제2 프레임(200) 및 분리판(300)을 포함하며 구성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 분리판(300)은 상기 제1 프레임(100)의 내부공 간(110)에 수납되는 전자소자 또는 다수개의 전자소자가 모인 집합 사이에 각각 위치할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 전자소자끼리 서로 융착하여 달라붙는 현상을 방지하는 기능을 할 수 있는데, 특히, 기판(10) 재질이 글래스인 경우에는 열처리 공정 중에 열처리 온도가 글래스의 연화(softening) 온도만 되어도 글래스 면끼리 접촉하고 있는 각 그룹간의 경계면이 서로 달라붙어서, 결국에는 이들 기판을 서로 분리할 수 없는 현상이 나타날 수 있어 분리판(300)이 이들 기판 사이에 배치됨으로써 이러한 문제를 억제할 수 있다.

이러한, 분리판(300)은 표면에 소정의 거칠기를 가지는 요철부를 형성하는 것이 바람직한데, 도 3은 본 발명에 의한 분리판의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 요철부(320)는 전자소자와 접하는 분리판(300)의 접촉 면적을 감소시킴으로써 열처리 공정 완료 후에 보다 용이하게 전자소자를 분리하기 할 수 있다.

분리판(300)에 요철부(320)를 형성하는 방법은 분리판(300) 상에 소정의 압력과 속도로 연마사를 분사하는 샌드 블래스팅(sand blasting) 공정을 사용할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전자소자의 분리를 용이하게 하기 위해서는 전자소자와 접하는 제1 프레임(100)의 내부공간(110)과 제2 프레임(200)의 가압부(210) 표면에도 상기와 동일한 요철구조가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 분리판(300)은 전자소자와 직접 접하지 않는 가장자리부에는 다수개의 통기 홀(310)이 형성될 수도 있다. 이러한 통기 홀(310)을 형성하는 것은 내부공 간(110)의 대류를 원활하게 하여 열처리가 균일하게 될 수 있기 때문이다.

또한, 상기 분리판(300)은 설치되는 위치가 높아질수록 무게를 증가시켜 상측에 위치하는 전자소자도 소정의 무게에 의한 가압효과를 얻을 수 있도록 할 수 있다.

[실시예 3]

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 가압수단을 구비하는 열처리 장치의 간략한 단면도이다.

본 발명의 제3 실시예에 의해 열처리 장치는 제1 프레임(100), 제2 프레임(200) 및 제n 프레임(400)를 포함하며 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 프레임(100)은 기판(10) 상에 반도체층(20)이 형성된 전자소자가 수납되는 내부공간(110)을 구비하며, 상기 제1 내부공간(110)의 상부는 개방된 구조의 장치이다.

이때, 전자소자는 태양전지일 수 있으며 하나 또는 다수 개가 상기 내부공간(110)에 수납될 수 있는데, 다수 개가 수납될 경우에는, 도 4와 같이 하부에 위치하는 전자소자의 반도체층(20)이 상부에 위치하는 다른 전자소자의 기판(10)과 접하는 적층된 구조일 수 있으나, 실시예 1에서 설명된 바와 같이 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 내부공간(110)을 형성하는 제1 프레임(100)의 가장자리에는 단차(120)가 형성되어 상부에 위치될 제2 프레임(200)과의 결합을 안정적으로 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 프레임(200)은 제1 프레임(100) 상측에 위치하여 제1 프레임(100)에 형성된 내부공간(110)을 덮어 외부와 차단하는 기능을 하는 장치이다.

이때, 제2 프레임(200)의 하부에는 상기 전자소자의 상부에 압력을 가하는 돌출된 가압부(210)가 구비되어 소정의 무게로 전자소자를 가압함과 동시에 열처리하여 휨이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 프레임(200)의 가압부(210) 가장자리에는 상기 제1 프레임(100)의 단차(120)와 접하는 이중 단차(230)가 형성되기 때문에, 외기가 상기 내부공간(110)으로 침투하여 전자소자가 오염되는 것을 더욱 방지할 수 있는데, 이러한 단차는 이중 이상일 수도 있다.

한편, 제2 프레임(200)은 상부에 상기 전자소자와 동일한 전자소자가 수납되는 내부공간(240)이 더욱 구비될 수 있는데, 이러한 제2 프레임(200)의 상부 가장자리에도 이중 단차(230)와 동일한 단차가 형성될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 제n 프레임(400)은 내부공간(240)이 형성된 제2 프레임(200)과 동일한 구조로, 제2 프레임(200) 상에 다수개가 순차적으로 적층되어, 대량의 전자소자를 가압하여 열처리 공정을 수행할 수 있다. 이때, n은 3이상의 자연수일 수 있는데, 상기 제1, 제2, 제n 프레임(100, 200, 400)을 모두 내부공간(240)이 형성된 제2 프레임(200)과 동일한 구조로 형성하여, 제조공정의 안정성 및 편의성을 향상하고, 나아가서는 생산성을 개선할 수도 있다.

한편, 도 4에 도시되지는 않았지만, 전자소자의 분리를 용이하게 하기 위해서는 전자소자와 접하는 상기 제1, 제2, 제n 프레임의 내부공간과 상기 제2, 제n 프레임의 가압부 표면에 요철부가 형성되는 것이 바람직하며, 이러한 요철부는 도 3을 참조한 이상의 상세한 설명과 동일하다.

이상의 상세한 설명에서, 제1 프레임(100), 제2 프레임(200), 제n 프레임(400) 및 분리판(300)은 열처리 장치에 로딩된 열처리 공정이 진행되는 동안에 인가되는 열에 견딜 수 있고 고온 환경에서 기판과 서로 반응하지 않는 재질일 수 있는데, 예를 들어 석영과 같은 재질을 사용하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 가압부(210)는 전자소자 전체에 걸쳐 균일한 하중을 인가하기 위해 전자소자의 면적과 동일하거나 더 큰 면적을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 열처리 장치는 도시되지는 않았지만, 질소 분위기에서 고온의 가스가 원활하게 공급되기 위해 제1, 제2, 제n 프레임에는 다수개의 가스 홀을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한, 가스 홀은 외부에서 이물의 유입을 방지하기 위한 필터를 포함할 수 있어 내부의 전자소자가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열처리 장치는 도시되지는 않았지만, 제1, 제2, 제n 프레임의 각 밑면에는 복수개의 홀이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 열처리 공정을 완료한 후 상기 복수개의 홀을 통하여 제1, 제2, 제n 프레임의 내부로 소정의 지그를 삽입하여 보다 간편하고 용이하게 전자소자를 언로딩하기 위함이다.

한편, 이상의 상세한 설명에서 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 가압수단을 구비하는 열처리 장치의 간략한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 가압수단을 구비하는 열처리 장치의 간략한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 분리판의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 가압수단을 구비하는 열처리 장치의 간략한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판

20: 반도체층

100: 제1 프레임

110, 240: 내부공간

200: 제2 프레임

210: 가압부

120, 220: 단차

230: 이중 단차

300: 분리판

310: 통기 홀

320: 요철부

400: 제n 프레임

Claims (7)

1. 기판 상에 반도체층이 형성된 하나 또는 다수개의 전자소자가 수납되는 제1 내부공간을 구비하되, 상기 제1 내부공간의 상부는 개방된 제1 프레임; 및

   상기 제1 프레임 상측에 적층되고 하부에 상기 전자소자를 가압하는 돌출된 가압부를 갖는 제2 프레임

   을 포함하며,

   상기 전자소자 또는 상기 전자소자의 집합 사이에는 분리판 위치하되, 상기 가압부 및 상기 분리판 중 어느 하나의 표면에는 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 분리판의 가장자리에는 통기 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2 프레임의 가압부 가장자리와, 이와 접하는 상기 제1 프레임의 가장자리에는 하나 또는 다수개의 단차를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 단차에 의하여 상기 제1 내부공간이 외부와 차단되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
6. 기판 상에 반도체층이 형성된 하나 또는 다수개의 전자소자가 수납되는 제1 내부공간을 구비하되, 상기 제1 내부공간의 상부는 개방된 제1 프레임; 및

   상기 제1 프레임 상측에 적층되고 하부에 상기 전자소자를 가압하는 돌출된 가압부를 갖는 제2 프레임을 포함하되,

   상기 제2 프레임은 상부에 상기 전자소자와 동일한 전자소자가 수납되는 제2 내부공간을 더 포함하며,

   상기 제2 프레임 상에는 상기 제2 내부공간을 포함하는 제2 프레임과 동일한 제n 프레임이 순차적으로 적층되되, 상기 n은 3 이상의 자연수인 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 분리판은 설치되는 위치가 높아질수록 무게가 증가하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.

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