KR101188270B1 - 인라인 열처리 장치 - Google Patents

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KR101188270B1
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박주영
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주식회사 테라세미콘
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Abstract

인라인 열처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 인라인 열처리 장치는, 하나의 가열로의 내부를 상하로 구획하고, 가열로의 하측 부위에서 기판을 이송하면서 승온시키고, 가열로의 상측 부위에서 기판을 이송하면서 냉각시킨다. 그러므로, 가열로 내부의 온도가 균일하게 유지된다. 따라서, 기판 열처리 공정의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다. 그리고, 기판을 승온시키는 승온공간이 가열로의 하측 부위에 형성되고, 기판을 냉각시키는 냉각공간이 가열로의 상측 부위에 형성되므로, 대류 현상에 의하여 승온공간의 고온의 공기가 냉각공간으로 상승하여 외부로 배출된다. 그러면, 냉각공간에서 냉각되는 기판이 서서히 냉각되므로, 기판이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

인라인 열처리 장치 {IN-LINE TYPE HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 하나의 가열로를 사용하여 기판을 이송하면서 승온한 후 냉각하여 열처리하는 인라인 열처리 장치에 관한 것이다.
평판 표시 장치의 제조시 사용되는 어닐링 장치는 기판에 증착된 막의 특성을 향상시키기 위하여 증착된 막을 결정화 또는 상 변화시키는 열처리 장치이다.
평판 표시 장치에 사용되는 반도체층인 박막 트랜지스터는 유리 또는 석영 등의 기판에 증착 장치를 이용하여 비정질(Amorphous) 실리콘을 증착시키고, 비정질 실리콘층을 탈수소 처리한 후, 채널을 형성하기 위한 비소(Arsenic), 인(Phosphorus) 또는 붕소(Boron) 등과 같은 도펀트를 주입한다. 그리고, 낮은 전자 이동도를 가지는 비정질 실리콘층을 높은 전자 이동도를 가지는 결정질 구조의 다결정 실리콘층으로 결정화하기 위한 결정화 공정을 실시한다.
비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하기 위해서는 비정질 실리콘층에 열이라는 에너지를 가해야 하는 공통적인 특징이 있다.
비정질 실리콘층에 열을 가하는 일반적인 방법은 가열로(Furnace)의 내부에 기판을 투입하고, 가열로의 내부에 설치된 히터 등과 같은 승온수단으로 비정질 실리콘층에 열을 가한다.
종래의 열처리 장치는 한 개의 가열로를 이용하여 기판을 승온 및 냉각하는 열처리 공정을 수행하였다. 그러나, 한 개의 가열로를 이용한 종래의 열처리 장치는 기판을 제품으로 제조하는데 많은 시간이 소요되어 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 복수의 가열로를 연속적으로 배치하고, 기판을 각각의 상기 가열로에 순차적으로 이송시켜 기판을 열처리하는 인라인 열처리 장치가 개발되어 사용되고 있다.
종래의 인라인 열처리 장치는 복수의 가열로를 연속적으로 배치하여, 기판을 이송시키면서 열처리한다. 그런데, 상호 인접하는 가열로와 가열로 사이를 완전하게 실링하기 어려워, 상호 인접하는 가열로와 가열로 사이의 온도를 균일하게 유지하기 어렵다. 이로 인해, 열처리 공정의 신뢰성이 저하되는 단점이 있었다.
그리고, 각 가열로 내부에 설치되어 기판을 이송시키는 이송수단이 각각 독립적으로 제어되므로, 이송수단을 정확하게 제어하기가 상대적으로 어려운 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 가열로를 사용하여 기판을 이송시키면서 열처리함으로써, 열처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있음과 동시에 이송수단을 용이하게 제어할 수 있는 인라인 열처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인라인 열처리 장치는, 일측면 상부측에는 기판의 출입을 허용하는 출입구가 형성되고, 내부 하부측에는 기판이 이송되면서 승온되는 승온공간을 제공하며, 내부 상부측에는 상기 기판이 이송되면서 냉각되는 냉각공간을 제공하는 가열로(Furnace); 상기 가열로의 일측에 설치되며, 상기 출입구로 투입된 상기 기판을 지지하여 상기 승온공간으로 이송시킴과 동시에 열처리가 완료되어 상기 출입구측 상기 냉각공간으로 이송된 상기 기판을 지지하는 제 1 지지수단; 상기 가열로의 타측에 설치되며, 상기 기판을 지지하여 상기 냉각공간으로 이송시키는 제 2 지지수단; 상기 가열로의 일측면측 상기 승온공간의 부위로 하강된 기판을 상기 가열로의 타측면측 상기 승온공간으로 이송하고, 상기 가열로의 타측면측 상기 냉각공간으로 상승된 기판을 상기 가열로의 일측면측 상기 냉각공간으로 이송하는 이송수단; 및 상기 승온공간 및 상기 냉각공간에 각각 설치된 복수의 히터를 포함한다.
본 발명에 따른 인라인 열처리 장치는 하나의 가열로의 내부를 상하로 구획하고, 가열로의 하측 부위에서 기판을 이송하면서 승온시키고, 가열로의 상측 부위에서 기판을 이송하면서 냉각시킨다. 그러므로, 가열로 내부의 온도가 균일하게 유지된다. 따라서, 기판 열처리 공정의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
그리고, 기판을 승온시키는 승온공간이 가열로의 하측 부위에 형성되고, 기판을 냉각시키는 냉각공간이 가열로의 상측 부위에 형성되므로, 대류 현상에 의하여 승온공간의 고온의 공기가 냉각공간으로 상승하여 외부로 배출된다. 그러면, 냉각공간에서 냉각되는 기판이 서서히 냉각되므로, 기판이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 개략적 구성을 보인 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 차단판 및 제 1 지지수단의 사시도.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 동작을 보인 도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시하여 도시한 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 상호 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 특정 구조 및 특정 특성은 일 실시예와 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 의미가 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에 도시된 실시예들의 길이, 면적, 두께 및 형태는, 편의상, 과장되어 표현될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 개략적 구성을 보인 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 차단판 및 제 1 지지수단의 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인라인 열처리 장치는 소정 길이를 가지는 하나의 가열로(Furnace)(110)를 포함하고, 가열로(110)의 좌측면 상부측에는 출입구(111)가 형성된다. 출입구(111)를 통하여 기판(50)이 출입하면서, 기판(50)이 가열로(110)에 로딩되거나, 기판(50)이 가열로(110)로부터 언로딩된다.
가열로(110)의 좌측면에는 출입구(111)를 개폐하는 게이트밸브(미도시) 등이 설치될 수 있다.
기판(50)은 로봇아암(미도시)에 직접 지지되어 가열로(110)에 로딩되거나, 지지판(미도시)에 탑재 지지된 상태에서 상기 로봇아암에 지지되어 가열로(110)에 로딩될 수 있다.
가열로(110)의 내부는 하측과 상측이 구획된다. 가열로(110)의 하측은 기판(50)이 이송되면서 승온되는 승온공간(113)으로 마련되고, 상측은 기판(50)이 이송되면서 냉각되는 냉각공간(115)으로 마련된다. 이를 위하여, 가열로(110)의 내부 중앙부측에는 가열로(110)의 하측 부위와 상측 부위를 구획하는 구획판(121)이 설치된다.
기판(50)은 출입구(111)를 통하여 가열로(110)에 로딩된 후, 하측으로 하강된다. 이로 인해, 구획판(121)의 좌측 부위인 출입구(111)가 형성된 가열로(110)의 부위는 구획판(121)에 의하여 구획되지 않고, 상측 부위와 하측 부위가 상호 연통된다.
가열로(110)의 좌측면에는 출입구(111)측의 승온공간(113)과 냉각공간(115)을 연통 또는 차단시키는 차단판(125)이 회전가능하게 설치된다. 차단판(125)은 한쌍으로 마련되며, 어느 하나의 차단판(125a)의 좌측면은 가열로(110)의 좌측면에 회전가능하게 설치되고, 다른 하나의 차단판(125b)의 우측면은 구획판(121)의 좌측면에 회전가능하게 설치된다.
차단판(125a)과 차단판(125b)은 차단판(125a)의 우측면과 차단판(125b)의 좌측면이 상호 가까워지고 멀어지는 형태로 회전한다. 차단판(125a, 125b)은 출입구(111)측 승온공간(113)과 냉각공간(115)을 차단하여 구획하고 있다가, 기판(50)을 가열로(110)의 하측 부위로 하강시킬 때에만 출입구(111)측 승온공간(113)과 냉각공간(115)을 연통시킨다.
출입구(111)측 가열로(110)의 하부측에는 출입구(111)를 통하여 가열로(110)로 로딩된 기판(50)을 지지하여 기판(50)을 하강시킴과 동시에, 열처리가 완료되어 가열로(110)로부터 언로딩하기 위한 기판(50)을 지지하는 제 1 지지수단이 설치된다.
상기 제 1 지지수단은, 피스톤(131a)을 가지는 실린더(131), 승강가능하게 설치된 복수의 지지바(133) 및 피스톤(131a)과 지지바(133)를 연결하는 연결프레임(135)을 포함한다.
실린더(131)는 가열로(110)의 하측 좌측 부위에 설치되며, 피스톤(131a)의 하부측이 삽입된다. 피스톤(131a)의 상단부에는 사각 형상의 연결프레임(135)이 결합된다. 그리고, 지지바(133)의 하단부는 연결프레임(135)에 결합되고, 상부측은 가열로(110)를 관통하여 가열로(110)의 내부에 위치된다. 그리하여, 피스톤(131a)이 직선왕복운동함에 따라 지지바(133)가 승강한다.
지지바(133)의 정확한 승강운동을 위하여, 실린더(131)는 복수개 설치될 수 있다.
지지바(133)의 상단부측은 차단판(125a, 125b)을 관통하며, 차단판(125a, 125b)을 관통한 지지바(133)의 상단부에 기판(50)이 탑재 지지된다. 지지바(133)의 승강운동에 대하여 차단판(125a, 125b)이 간섭하지 않고, 차단판(125a, 125b)의 회전운동에 대하여 지지바(133)가 간섭하지 않도록, 차단판(125a, 125b)에는 지지바(133)가 통과하는 관통로(125aa, 125bb)가 각각 형성된다. 관통로(125aa, 125bb)는 차단판(125a, 125b)의 자유단부측에서 고정단부측을 향하여 직선 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
승온공간(113)과 냉각공간(115)이 연통하는 가열로(110)의 우측 부위 상부측에는 승온공간(113)의 우측 부위로 이송된 기판(50)을 냉각공간(115)의 우측 부위로 상승시키는 제 2 지지수단이 설치된다. 상기 제 2 지지수단은 승강 및 수평운동가능하게 설치된 지그(141)로 마련된다. 그리고, 지그(141)의 아암(141a)은 수평으로 간격조절 가능하게 설치되어 기판(50)을 지지한다.
가열로(110)의 내부에는 기판(50)을 이송시키는 이송수단이 설치된다. 상기 이송수단은 회전가능하게 설치된 복수의 롤러(151)로 마련된다. 롤러(151)는 승온공간(113)의 좌측 부위로 하강된 기판(50)을 탑재 지지하여 승온공간(113)의 우측 부위로 이송하고, 냉각공간(115)의 우측 부위로 상승된 기판(50)을 탑재 지지하여 냉각공간(115)의 좌측 부위로 이송한다.
이때, 승온공간(113)에 설치된 복수의 롤러(151a)는 동일하게 제어되면서 연동하고, 냉각공간(115)에 설치된 복수의 롤러(151b)는 동일하게 제어되어 연동한다. 따라서, 승온공간(113)의 롤러(151a)와 냉각공간(115)의 롤러(151b)를 각각 제어하면 되므로, 롤러(151)의 제어가 간편하다.
승온공간(113)에는 기판(50)을 승온시켜 가열하기 위한 복수의 히터(155)가 설치된다. 히터(155)는 각각 독립적으로 설치되어, 각각 독립적으로 제어되며, 고온의 열을 발생할 수 있는 할로겐 램프로 마련된다. 냉각공간(115)에도 히터(미도시)가 설치될 수 있다.
도 1, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 동작을 설명한다. 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 동작을 보인 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 지지바(133)는 상승되어 있고, 출입구(111)측 가열로(110)의 승온공간(113)과 냉각공간(115)은 상호 차단되어 있는 상태를 최초의 상태라 가정한다. 최초의 상태에서, 상기 로봇아암으로 기판(50)을 지지하여 가열로(110)의 출입구(111)를 통하여 기판(50)을 가열로(110)에 로딩하면, 기판(50)은 지지바(133)의 상단부에 탑재 지지된다.
기판(50)이 지지바(133)에 탑재되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 차단판(125a, 125b)이 상호 멀어지는 형태로 회전하고, 이로 인해 출입구(111)측 가열로(110)의 승온공간(113)과 냉각공간(115)이 상호 연통된다. 그리고, 지지바(133)가 하강하여, 기판(50)이 승온공간(113)의 롤러(151a)에 탑재된다.
기판(50)이 승온공간(113)의 롤러(151a)에 탑재되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 차단판(125a, 125b)이 상호 가까워지는 형태로 회전하고, 이로 인해 출입구(111)측 가열로(110)의 승온공간(113)과 냉각공간(115)이 차단된다. 그리고, 기판(50)은 롤러(151a)에 의하여, 승온공간(113)의 우측 부위로 이송되면서 가열된다.
그 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(50)은, 지그(141)에 의하여, 냉각공간(115)의 우측 부위에 위치된 롤러(151b)에 탑재된 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각공간(115)의 좌측 부위로 이송되면서 냉각된다.
그러면, 도 7에 도시된 바와 같이, 지지바(133)가 상승하여 기판(50)을 지지하며, 기판(50)에 지지된 기판(50)은 상기 로봇아암에 의하여 가열로(110)로부터 언로딩된다.
기판(50)은 저온에서는 빠르게 가열 온도를 상승시켜도 변형이 방지될 수 있으나, 고온에서는 빠르게 가열 온도를 상승시키면 변형이 될 수 있다. 따라서, 승온공간(113)은 저온에서는 빠르게 가열 온도가 상승되도록 설정하고, 고온에서는 서서히 가열 온도가 상승되도록 설정하는 것이 바람직하다.
승온공간(113) 및 냉각공간(115)의 길이는 기판(50)의 열처리 온도 및 냉각 온도를 고려하여 적정한 길이로 마련된다. 그리고, 냉각공간(115)에는 기판(50)을 균일하게 냉각시키기 위한 다양한 냉각수단이 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 인라인 열처리 장치는 하나의 가열로(110)의 내부를 상하로 구획하고, 가열로(110)의 하측 부위에서 기판(50)을 이송하면서 승온시키고, 가열로(110)의 상측 부위에서 기판(50)을 이송하면서 냉각시키므로, 가열로(110) 내부의 온도가 균일하게 유지된다. 따라서, 기판 열처리 공정의 신뢰성이 향상된다.
그리고, 기판(50)을 승온시키는 승온공간(113)이 가열로(110)의 하측 부위에 형성되고, 기판(50)을 냉각시키는 냉각공간(115)이 가열로(110)의 상측 부위에 형성되므로, 대류 현상에 의하여 승온공간(113)의 고온의 공기가 냉각공간(115)으로 상승하여 출입구(111)로 배출된다. 그러면, 냉각공간(115)에서 냉각되는 기판(50)이 서서히 냉각되므로, 기판(50)이 손상되는 것이 방지된다.
상기와 같이 기술된 본 발명의 실시예들에 대한 도면은 자세한 윤곽 라인을 생략하여, 본 발명의 기술사상에 속하는 부분을 쉽게 알 수 있도록 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 상기 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하는 기준이 될 수 없으며, 본 발명의 청구범위에 포함된 기술사항을 이해하기 위한 참조적인 사항에 불과하다.
110: 가열로 113: 승온공간
115: 냉각공간 121: 구획판
125: 차단판 131: 실린더
133: 지지바 135: 연결프레임
141: 지그 151: 롤러
155: 히터

Claims (12)

  1. 일측면 상부측에는 기판의 출입을 허용하는 출입구가 형성되고, 내부 하부측에는 기판이 이송되면서 승온되는 승온공간을 제공하며, 내부 상부측에는 상기 기판이 이송되면서 냉각되는 냉각공간을 제공하는 가열로(Furnace);
    상기 가열로의 일측에 설치되며, 상기 출입구로 투입된 상기 기판을 지지하여 상기 승온공간으로 이송시킴과 동시에 열처리가 완료되어 상기 출입구측 상기 냉각공간으로 이송된 상기 기판을 지지하는 제 1 지지수단;
    상기 가열로의 타측에 설치되며, 상기 기판을 지지하여 상기 냉각공간으로 이송시키는 제 2 지지수단;
    상기 가열로의 일측면측 상기 승온공간의 부위로 하강된 기판을 상기 가열로의 타측면측 상기 승온공간으로 이송하고, 상기 가열로의 타측면측 상기 냉각공간으로 상승된 기판을 상기 가열로의 일측면측 상기 냉각공간으로 이송하는 이송수단; 및
    상기 승온공간 및 상기 냉각공간에 각각 설치된 복수의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열로에는 상기 가열로의 내부 중앙부측을 상하로 구획하는 구획판이 설치된 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 출입구가 형성된 상기 가열로의 일측면에는 상기 출입구측의 상기 승온공간과 상기 냉각공간을 차단 또는 연통하는 차단판이 회전가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차단판은 한쌍으로 마련되며,
    어느 하나의 상기 차단판은 상기 가열로의 일측면에 지지되어 회전가능하게 설치되고, 다른 하나의 상기 차단판은 상기 구획판의 일측면에 지지되어 회전가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차단판의 운동과 상기 제 1 지지수단의 운동이 상호 간섭 받지 않도록 상기 차단판에는 상기 제 1 지지수단이 통과하는 관통로가 형성된 것을 특징으로 인라인 열처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통로는 각각의 상기 차단판의 자유단부측에서 고정단부측을 향하여 직선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 1 지지수단은, 상기 가열로의 하측에 설치되며 피스톤을 가지는 실린더; 하부측은 상기 가열로의 외부에 위치되고 상부측은 상기 가열로의 내부에 위치되어 상기 관통로를 통과하며, 승강가능하게 설치되고, 상기 기판을 지지하여 하강시키는 복수의 지지바; 및 상기 피스톤과 상기 지지바 사이에 마련되어 상기 피스톤의 운동을 상기 지지바에 전달하는 연결프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 지지수단은 상기 가열로의 타측에 승강 및 수평운동 가능하게 설치된 지그인 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이송수단은 회전가능하게 설치되며 상기 기판이 탑재되는 복수의 롤러인 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 승온공간에 설치된 복수의 롤러는 동일하게 제어되어 연동하고, 상기 냉각공간에 설치된 복수의 롤러는 동일하게 제어되어 연동하는 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 할로겐 램프로 마련된 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 히터는 각각 독립적으로 설치되어 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
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KR100527306B1 (ko) 2002-03-28 2005-11-09 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤 기판처리장치

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