KR101016045B1 - 글래스 기판의 휨 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 글래스 기판에 대한 열처리 공정이 끝난 후 글래스 기판의 장변 또는 단변 측에서 기판을 향하여 기체를 분사하여 글래스 기판의 위치에 따른 온도 편차를 감소시킴으로써 열처리 수행 후 냉각 도중 기판의 휨을 방지할 수 있는 글래스 기판의 휨 방지방법이 개시되었다. 본 발명은 평판 디스플레이용 글래스 기판의 열처리가 완료된 후 냉각 과정에서 글래스 기판의 일측으로부터 글래스 기판을 향하여 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.

어닐링, 열처리, 기판, 냉각, 기체 분사, 변형

Description

글래스 기판의 휨 방지방법{A warpage preventing method for glass substrate}

본 발명은 글래스 기판의 휨 방지 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 글래스 기판에 대한 열처리 공정이 끝난 후 글래스 기판을 냉각시키는 과정 수행 도중 기판의 장변 또는 단변 측에서 기판을 향하여 기체를 분사하여 글래스 기판의 위치에 따른 온도 편차를 감소시킴으로써 열처리 수행 후 냉각 도중 기판의 휨을 방지할 수 있는 글래스 기판의 휨 방지방법에 관한 것이다.

반도체, 평판 디스플레이 및 태양전지 제조에 사용되는 어닐링(annealing) 장치는 실리콘 웨이퍼나 글래스와 같은 기판 상에 증착되어 있는 소정의 박막에 대하여 결정화, 상 변화 등의 공정을 위하여 필수적인 열처리 단계를 담당하는 장치이다.

예를 들어, 액정 디스플레이 및 박막형 결정질 실리콘 태양전지에 있어서 글래스 기판 상에 증착된 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시키는 실리콘 결정화 장치가 대표적인 어닐링 장치이다. 통상적으로 비정질 실리콘의 결정화를 위해서는 최소한 550 내지 600℃의 온도가 필요하다.

즉, 일반적으로, 어닐링 장치는 글래스 기판 상에 형성되어 있는 박막에 열을 인가하는 열처리 장치로서, 어닐링 장치에 의하여 기판에도 박막과 마찬가지로 열이 인가된다.

그러나, 통상적인 열처리 방법으로는 열처리 공정이 끝나고 냉각 과정에서 글래스 기판의 위치에 따른 열 방출량의 차이로 인하여 기판의 휨(warpage) 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 특히, 평판 디스플레이 및 태양전지에서와 같이 융점이 낮은 글래스 기판을 사용하는 경우에 기판의 휨 현상은 더욱 문제가 되며, 이러한 기판의 휨 현상은 생산성 저하에 직접적으로 영향을 준다.

도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 글래스 기판의 냉각시 발생되는 문제점을 나타내는 도면이다.

도 1a를 참조하면, 챔버(1)에 장입되어 있는 글래스 기판(10)에 대한 열처리 공정이 종료되면 글래스 기판(10)은 여러 방향으로 열을 방출하며 냉각된다. 도 1a에서 글래스 기판(10) 상에 표시된 화살표는 냉각 과정에서 기판에서의 열 방출량은 나타낸다.

도 1b는 글래스 기판(10)의 냉각 과정에서 기판 위치에 따라 열 방출량이 달라 온도 편차가 나타나는 현상을 나타내는 도면이다. 즉, 글래스 기판(10)은 냉각시 기판의 장변 또는 단변의 중앙부가 주변부에 비하여 냉각 속도가 느리기 때문에, 도시한 바와 같이 기판의 장변 또는 단변의 중앙부와 주변부간에 온도 편차가 생긴다.

따라서, 종래의 열처리 방법에서는 상술한 바와 같은 냉각 과정 중에 기판 위치에 따른 온도 편차에 의하여 도 1c에 도시한 바와 같이 글래스 기판(10)의 장변 또는 단변의 중앙부 부근(a)에서 기판이 부풀어 오르는 기판의 휨 현상이 발생하는 문제점이 있었다(도 1d 참조).

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열처리 공정이 종료된 후 글래스 기판 냉각 도중 기판을 향하여 기체를 분사하여 글래스 기판의 냉각 도중 글래스 기판의 위치에 따른 온도 편차를 감소시켜 글래스 기판의 온도 편차에 의한 기판의 변형을 방지할 수 있는 글래스 기판의 휨 방지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 글래스 기판의 휨 방지 방법은, 기판 상에 형성된 박막을 열처리 하는 방법으로서, (a) 제1 기판 상에 제2 기판을 평판 디스플레이용 글래스 기판의 열처리가 완료된 후 냉각 과정에서 상기 글래스 기판의 일측으로부터 상기 글래스 기판을 향하여 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변 측으로부터 상기 글래스 기판을 향하여 가스를 공급할 수 있다.

상기 글래스 기판의 임의의 장변 및 임의의 단변 양측으로부터 상기 글래스 기판을 향하여 가스를 공급할 수 있다.

상기 가스의 유량은 상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변의 위치에 관계없이 동일할 수 있다.

상기 가스의 유량은 상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변의 위치에 따라 제어될 수 있다.

상기 가스의 유량은 상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변의 중앙부에서 가장 크도록 제어될 수 있다.

상기 가스는 아르곤, 질소, 헬륨을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 글래스 기판에 대한 열처리 공정이 종료된 후 글래스 기판 냉각 도중 글래스 기판의 장변 또는 단변 측에서 기판의 표면을 향하여 기체를 분사하여 글래스 기판의 냉각이 균일하게 이루어지도록 함으로써 글래스 기판의 냉각 시 위치에 따른 온도 편차를 감소시켜 글래스 기판의 온도 편차에 의한 기판의 변형을 방지하는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 글래스 기판의 휨 방지방법의 수행을 위해 사용되는 기체 분사 장치의 구성을 나타내는 사시도이다. 도시한 바와 같이, 배치식 열처리 장치의 챔버(미도시)에 장입되는 보트(5)는 복수개의 글래스 기판(10)을 로딩할 수 있도록 구성되어 있다. 도면에는 보트(5)가 글래스 기판(10)의 장변만을 지지하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 도시상의 편의를 위한 것으로 실 제로는 보트(5)는 글래스 기판(10)의 양측 장변을 지지할 수 있게 구성된다. 또한, 보트(5)는 기판(10)의 양측 단변을 지지할 수 있으나, 기판(10)의 안정적 지지를 위해 기판(10)의 장변측을 지지하도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 보트(5)에 로딩되어 있는 글래스 기판(10)의 단변 또는 장변 측으로는 복수개의 가스 공급관(100)이 일정 간격으로 설치된다. 이때, 가스 공급관(100)의 설치 개수는 글래스 기판(10)의 크기에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 가스 공급관(100)의 표면에는 글래스 기판(10)으로 냉각용 기체를 분사하는 가스 구멍(110)이 일정 간격으로 형성된다. 이때, 가스 공급관(100)의 파손시 수리가 용이하게 하기 위해 가스 공급관의 교체가 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 도 3에는 본 발명에서 사용하는 가스 공급관의 일 예가 도시되어 있다.

한편, 도 2에 의하면 복수개의 가스 공급관(100)은 글래스 기판(10)의 단변 측에 설치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 가스 공급관(100)의 설치 위치는 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 4a에 도시한 바와 같이 가스 공급관(100)의 글래스 기판(10)의 단변 측에 설치될 수 있지만, 도 4b에 도시한 바와 같이 가스 공급관(100)은 글래스 기판(10)의 장변측에 설치될 수도 있다. 또한, 도 4c에 도시한 바와 같이 글래스 기판(10)의 장변과 단변에 각각 설치될 수도 있다.

가스 공급관(100)의 표면에는 글래스 기판(10) 측을 향하여 냉각용 기체가 분사되는 가스 구멍(110)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 가스 공급관(100)은 챔버 내부에서의 열처리에 사용되는 열에 대한 내구성을 갖도록 하기 위해 석영으로 제작되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

가스 공급관(100) 상에는 보트에 장착되어 있는 글래스 기판을 향하여 가스 구멍(110)이 일정한 간격으로 복수개로 형성된다. 이때, 가스 공급관(100)의 일단은 폐쇄되도록 형성하여 외부에서 공급되는 가스가 가스 구멍(110)을 통해서만 공급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이때 공급되는 가스는 아르곤, 질소 또는 헬륨일 수 있다.

챔버 내에 장입되는 복수개의 기판마다 가스 구멍(110)에서 나오는 가스와 일 대 일로 대응할 수 있도록 가스 구멍(110)의 개수와 챔버에 장입되는 기판의 개수를 동일하게 하는 것이 바람직하다.

가스 구멍(110)의 형성 간격은 보트에 장착되는 기판의 간격과 동일하지만, 가스 구멍(110)의 중심축은 기판과 기판의 중간 위치에 위치시켜 가스 구멍(110)으로부터 나오는 가스가 기판의 상부를 지나가도록 하는 것이 바람직하다.

글래스 기판(10)의 장변 또는 단변의 중앙부는 주변부보다 냉각 속도가 느리므로 이를 감안하여 글래스 기판(10)의 장변 또는 단변 측에 복수개로 설치되는 가스 공급관(100)의 위치에 따라 가스 분사량이 다르도록 제어하되, 장변 또는 단변의 중앙부에서 가스 분사량이 가장 크도록 제어하는 것이 바람직하다. 이로써 글래스 기판(10)의 장변 또는 단변의 중앙부의 냉각 속도를 더 빠르게 하여 온도 편차를 더욱 줄일 수 있다.

가스 분사량은 가스 공급관(100)의 가스 구멍(110)의 크기를 조절하여 제어될 수 있다. 즉, 예를 들어, 기판(10)의 장변 또는 단변의 중앙부에 설치된 가스 공급관(100)에 형성된 가스 구멍(110)을 그 외의 위치에 설치된 가스 공급관(100) 의 가스 구멍(110)의 직경보다 크게 형성하면, 장변 또는 단변의 중앙부에서 가스 분사량이 가장 크도록 제어할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예는 다음과 같이 동작하게 된다.

챔버 내부의 보트(5)에 복수개의 글래스 기판(10)을 로딩하고 보트(5)를 챔버에 장입한 후 히터(미도시)를 동작시켜 글래스 기판(10)에 대하여 열처리 공정을 진행한다.

열처리 공정의 진행이 완료되면 히터의 동작을 정지시키고 글래스 기판(10)의 온도가 소정 수준으로 저하될 때까지 냉각시킨다. 이때, 자연 냉각시키는 경우 종래 기술의 문제점인 기판 상의 위치에 따른 온도 편차에 의해 휨(warpage) 현상이 발생될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 가스 공급관(100)에 형성된 가스 구멍(110)을 통하여 글래스 기판(10)의 냉각을 위한 기체를 분사하도록 한다.

외부에 설치된 가스 저장 탱크(미도시)와 가스 공급관(100)을 연결하는 가스관(미도시)의 중간부에 설치된 밸브(미도시)를 조작하여 가스 공급관(100)에 형성된 가스 구멍(110)을 통하여 아르곤, 질소 또는 헬륨이 글래스 기판(10)을 향하여 분사되도록 한다.

가스 구멍(110)에서 분사되는 가스는 글래스 기판(10)의 표면에 닿은 후 기판(10)을 따라 흐르면서 기판(10)을 냉각시킨다. 이와 같이, 열처리 공정 완료 후에 자연 냉각과 더불어 가스 공급관(100)에서 분사되는 가스에 의해 글래스 기판(10)을 냉각시킬 때 글래스 기판(10)의 위치에 따른 온도 편차가 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 도 1b과 비교할 때 현저히 줄어들며, 그 결과 도 1c나 도 1d에 도시된 바와 같은 기판의 휨 현상이 일어나는 것을 억제할 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 글래스 기판의 냉각시 발생되는 문제점을 나타내는 도면으로서, 도 1a는 챔버에 장입된 글래스 기판을 나타내는 평면도이고, 도 1b는 열처리 공정이 종료된 글래스 기판의 냉각시 기판 위치에 따른 온도 편차를 나타내는 도면이며, 도 1c는 냉각시 온도 편차에 의한 기판의 변형을 나타내는 도면이고, 도 1d는 온도 편차에 의하여 변형된 기판의 모양을 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 글래스 기판의 휨 방지방법의 수행을 위해 사용되는 기체 분사 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급관의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 4a에 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분사 장치의 글래스 기판에 대한 배치 관계를 나타내는 도면으로서, 글래스 기판의 단변 측에 설치된 상태를 나타내는 도면이다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분사 장치의 글래스 기판에 대한 배치 관계를 나타내는 도면으로서, 글래스 기판의 장변측에 설치된 상태를 나타내는 도면이다.

도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분사 장치의 글래스 기판에 대한 배치 관계를 나타내는 도면으로서, 글래스 기판의 장변과 단변에 설치된 상태를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 방법을 사용하는 경우 글래스 기판의 위치에 따른 온도 편차를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 챔버

5: 보트

10: 글래스 기판

100: 가스 공급관

110: 가스 구멍

Claims (7)

1. 배치식 평판 디스플레이용 글래스 기판 열처리 장치에서, 복수개의 글래스 기판에 대하여 열처리가 완료된 후 냉각 과정에서 상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변 측으로부터 상기 글래스 기판에 대하여 수평 방향으로 가스를 공급하며, 상기 가스의 유량은 상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변의 중앙부에서 가장 크도록 제어되고,

   상기 글래스 기판에 대하여 수평 방향으로 공급되는 가스는 상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변 측에 설치된 복수개의 가스 공급관에 형성된 가스 구멍을 통하여 공급되며,

   상기 가스의 유량은 상기 글래스 기판의 임의의 장변 또는 임의의 단변의 중앙부에 설치된 가스 공급관의 가스 구멍의 크기를 변경하여 제어되는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 휨 방지방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 글래스 기판의 임의의 장변 및 임의의 단변 양측으로부터 상기 글래스 기판을 향하여 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 휨 방지방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 가스는 아르곤, 질소, 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 휨 방지방법.

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