KR101435871B1 - 기판 진공건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 진공건조처리를 위한 장치로서, 서로 분리된 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 상기 상부 및 하부 챔버가 위, 아래로 상호 밀착하여 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 진공챔버와, 상기 진공챔버의 내부 공간을 진공 배기시키는 감압부를 포함하며, 상기 상부 챔버 하면은 진공챔버 내부에 장입되는 기판 표면과의 거리가 다르게 유지되도록 진공챔버 내부 공간을 기준으로 볼 때 위쪽으로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 진공건조장치를 제공한다. 상기 상부 챔버 상부는 상부 챔버 상면을 여러개의 서브 공간으로 구획하는 경계벽이 형성될 수 있으며, 상부 챔버 하면의 만입부는 중앙부가 기판 표면으로부터 가장 멀리 이격되도록 만곡된 형태로 형성될 수 있다.

Description

기판 진공건조장치{Vacuum dry device}

본 발명은 기판 진공건조장치에 관한 것으로서, 상세하게는 대면적 기판의 건조 시 건조 장치 내부의 감압 과정에서 챔버의 처짐 내지 변형을 방지하는 새로운 기판 진공건조장치를 제안한다.

LCD(liquid crystal display) 및 PDP(plasma display panel)와 같은 평판 표시소자가 점차 대형화됨에 따라 기판에 도포막을 형성하는 도포액 내의 솔벤트 함량은 증가한다.

따라서, 근래에는 진공분위기에서 솔벤트의 원활한 휘발을 유도함으로써 도포막의 경화가 이루어지도록 하는 진공건조(Vacuum Dry, VCD)공정과, 가열을 이용하여 솔벤트의 휘발을 유도함으로써 도포막을 경화시키는 고온건조공정을 복합적으로 적용하여 기판의 건조 및 경화처리를 진행하고 있다.

도 1은 상기 진공건조공정에 사용되는 종래의 기판 진공건조장치를 도시한 것으로, 상부 및 하부 챔버(10a)(10b)가 상하 밀착 접속됨으로써 하나의 밀폐된 공간이 내부에 구현되는 진공챔버(10)와, 상부 및 하부 챔버(10a)(10b)가 상호 밀착되는 경우 접속부위에 대한 시일(seal)을 위해 하부 또는 상부 챔버 테두리 주변을 따라 설치되는 시일링(20)과, 상기 진공챔버(10)의 밀폐공간부 내외측으로 승강이동 가능하게 설치되는 리프트 핀(30)을 포함한다.

리프트 핀(30) 설치를 위해 상기 진공챔버(10) 바닥부에 관통홀(11)이 관통형성되어 있으며, 상기 진공챔버(10)의 밀폐된 공간에 대한 진공분위기 형성을 위해 상기 하부 챔버(10b) 바닥부에는 복수의 진공배기통로(12)가 형성되어 있다.

이러한 진공건조장치에 따르면 상부 및 하부 챔버(10a, 10b)가 분리 이격되어 진공챔버(10)가 개방되고, 상기 리프트 핀(30)이 상향 이동하여 기판(g)을 받쳐 지지한 상태에서, 상기 하부 챔버(10b)의 바닥면 아래로 하강하여 기판을 정위치에 안착시킨 후, 상부 및 하부 챔버(10a, 10b)를 접속시켜 밀폐공간을 형성한다. 그리고 상기 시일링(20)을 통해 외부와 기밀하게 차단된 상태로 진공배기통로(12)를 통해 상기 진공챔버(10) 내에 진공 분위기를 형성한다.

상기 시일링(20)은 상기 진공챔버(10)의 내부와 외부 사이를 기밀하게 차단시켜 상기 진공챔버(10) 내부에 진공압을 형성시킴에 있어 진공도와 청정도 상승 및 일정한 패턴의 기류를 형성할 있다. 그리고 상기 진공챔버(10) 외부에 있어서는대기압하에 설치된 주변기기가 진공압의 영향으로 손상되거나 변형되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

위와 같은 종래기술을 통해 기판을 진공건조처리를 수행함에 있어, 진공챔버 내부가 진공상태가 될 경우 상부 챔버의 하부면이 처짐이 발생하는 문제가 있다.

도 2를 참조하면, 상부 챔버와 하부 챔버 내부의 공간(V)이 감압부(P)의 동작을 통해 진공 상태가 되면 진공압에 의하여 상부 챔버가 아래로 휘어지게 된다(10a' 참조). 이와 같이 상부 챔버가 아래로 휘어지는 이유는 감압부의 동작에 의해 챔버 내부 공간이 진공 상태가 되면 상부 챔버의 자체 무게로 인하여 중앙부가 아래로 처지게 되는 것이다.

이러한 결과로 지지부(S) 상면에 배치된 기판(G)에 대한 상부 챔버의 이격 거리 분포가 중앙에서의 거리(T1)와 사이드쪽에서의 거리(T2)가 달라지게 되고 전체적으로 볼 때 진공챔버 내에서 상부 챔버와 기판 간의 거리는 균일한 간격을 유지할 수 없게 된다.

기판 표면과 상부 챔버와의 이격 거리가 균일하지 않을 경우, 진공 챔버 내의 진공 상태가 잘 되지 않을 수 있으며, 불균일한 진공 상태는 기판 표면에서 솔벤트의 휘발이 불균일하게 되므로 결과적으로 기판에 얼룩을 야기하게 된다.

위와 같이 종래기술에서는 진공분위기 형성을 위한 진공배기 과정에서 상부 챔버의 자중에 의한 처짐이 발생하여 기판 진공건조 처리 시 기판 불량이 발생하는 문제가 있었다. 이러한 기판 불량은 특히 기판 사이즈가 커지고 진공건조 장치가 대형화될 수록 더욱 심각한 상황이 되고 있다.

따라서, 진공 배기 시 상부 챔버의 처짐을 방지하는 한편, 기판 표면에 발생하는 얼룩이나 기타 흠결의 발생을 억제하는 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 기판 진공건조장치에 있어서 진공 배기 시 상부 챔버의 처짐으로 인한 효과를 상쇄하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 대면적 기판의 솔벤트 제거를 위한 건조 과정에서 기판에 얼룩이 발생하는 것을 방지하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대면적의 기판을 건조시킬 수 있는 대형 진공건조장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 진공건조장치에 있어서, 상부 챔버의 내부 구조를 위로 볼록한 형태로 변경하여 진공 배기 시 처짐량을 보상하는 새로운 기판 진공건조장치를 제공한다.

구체적으로 본 발명의 일실시예에 따르면, 기판 진공건조처리를 위한 장치로서, 서로 분리된 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 상기 상부 및 하부 챔버가 위, 아래로 상호 밀착하여 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 진공챔버와, 상기 진공챔버의 내부 공간을 진공 배기시키는 감압부를 포함하며, 상기 상부 챔버는 진공챔버 내부에 장입되는 기판 표면과의 거리가 다르게 유지되도록 상부 챔버 하면이 진공챔버 내부 공간을 기준으로 볼 때 위쪽으로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 진공건조장치를 제공한다.

상기 상부 챔버는 상부 챔버 하면의 중앙이 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면과의 거리가 가장 멀리 이격되도록 만곡된 형태로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 상부 챔버는 감압부의 진공 배기를 통해 진공챔버 내부가 진공 상태로 유지되면 상부 챔버 하면이 진공챔버 내부에 장입되는 기판과의 거리가 균일하게 유지될 수 있다.

또한, 상기 상부 챔버는 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면을 기준으로 상부 챔버 하면의 중앙이 상부 챔버 가장자리 보다 5 ~ 10 mm 범위로 만입될 수 있다.

한편, 상기 상부 챔버는 상부 챔버 하면의 만입된 부분의 가장자리로부터 중앙부까지 연결한 가상의 선이 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면과 이루는 각도가 0.3 ~ 0.4°의 범위가 되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 진공건조처리를 위한 장치로서, 서로 분리된 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 상기 상부 및 하부 챔버가 위, 아래로 상호 밀착하여 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 진공챔버와, 상기 진공챔버의 내부 공간을 진공 배기시키는 감압부를 포함하며, 상기 상부 챔버 상부는 상부 챔버 상면을 여러개의 서브 공간으로 구획하는 경계벽이 형성되어 있고, 상부 챔버 하면은 진공챔버 내부에 장입되는 기판 표면과의 거리가 다르게 유지되도록 진공챔버 내부 공간을 기준으로 볼 때 위쪽으로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 진공건조장치를 제공한다.

상기 상부 챔버는 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면을 기준으로 상부 챔버 하면의 중앙이 상부 챔버 가장자리 보다 5 ~ 10 mm 범위로 만입될 수 있고, 이와 별개로 또는 동시에 상기 상부 챔버는 상부 챔버 하면의 만입된 부분의 가장자리로부터 중앙부까지 연결한 가상의 선이 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면과 이루는 각도가 0.3 ~ 0.4°의 범위가 되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판 진공건조장치에서 진공 배기 시 상부 챔버가 처지는 정도에 대응하는 곡면 형상을 상부 챔버 내부 상면에 마련하여 진공 챔버 내부의 처짐 보상 공간을 확보하고, 진공 배기를 통한 건조 과정에서도 균일하게 기판과의 거리가 유지되도록 한다. 기존의 진공건조장치는 상부 챔버의 처짐으로 인해서 기판 표면의 불량이 발생하였지만, 본 발명에서는 상부 챔버의 처짐량을 보상하는 구조를 적용하여 진공건조장치의 건조 효율을 높일 수 있고, 특히 대면적 기판의 건조를 불량없이 원활하게 수행할 수 있다.

도 1은 종래의 기판 진공건조장치의 일부를 보인 단면도.
도 2는 종래의 기판 진공건조장치의 진공 배기 과정을 보인 모식적 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공건조장치를 보인 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공건조장치의 상부 챔버를 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공건조장치의 진공 배기 과정을 보인 모식적 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공건조장치의 상부 챔버를 보인 사시도.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 상부 챔버의 A-A 단면도.

본 발명은 기판 진공건조장치의 진공챔버 내부가 진공 상태가 될 경우 내부 구조를 볼록한 곡면으로 변경하여 처짐에 의한 처짐량을 보상하는 방안을 제안한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 진공건조장치의 단면이 도시되어 있다. 진공챔버는 서로 분리되어 있는 상부 챔버(100a)와 하부 챔버(100b)를 포함하며, 상부 챔버와 하부 챔버는 위, 아래로 상호 밀착하여 내부에 밀폐된 공간(V)을 형성한다. 진공챔버 내부 공간은 감압부(P)의 동작에 의해 진공 배기되어 진공 상태가 될 수 있다.

진공 챔버 내부에 장입되어 있는 기판(G)은 진공 챔버 내부 공간(V)이 진공 상태가 되면 기판 표면에 형성되어 있는 코팅층(미도시)에서 솔벤트가 휘발되어 진공챔버 외부로 배출된다. 기판 지지부(S)는 예를 들어 도 1에서 리프트 핀(30)에 대응하는 것으로 이해할 수 있으며, 그 형태는 도 3에 도시된 것에 한정되지 않는다.

본 실시예에서, 상기 상부 챔버(100a)는 진공챔버 내부에 장입되는 기판 표면과의 거리가 다르게 유지되도록 상부 챔버 하면이 진공챔버 내부 공간을 기준으로 볼 때 위쪽으로 만입되어 있다. 보다 구체적으로,

상기 상부 챔버는 상부 챔버 하면의 중앙이 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면과의 거리가 가장 멀리 이격되도록 상부 챔버 하부 표면(102)이 만곡된 형태로 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 만곡된 구조의 상부 챔버는 기판 상면을 기준으로 상부 챔버 하면 가장자리와의 거리 t2 보다 상부 챔버 하면 중앙이 t1의 거리 만큼 더 이격되어 있다.

상기 상부 챔버의 하면 만곡된 형태로 인하여 상부 챔버 하면 중앙에서 진공챔버에 장입된 기판과의 추가된 이격 거리 t2는 최초 상부 챔버와 기판과의 이격 거리(즉, 상부 챔버 하면 가자장리와 기판 표면과의 거리 t1)에 따라 달라질 수 있으며, 기판 진공건조장치의 사이즈 및 형태를 고려하여 달라질 수도 있다.

8세대 glass 기판 사이즈(2,200×2500 mm)에 대한 진공건조장치의 진공챔버 내부 길이는 약 2630 mm 수준이며, 이러한 사이즈를 고려할 때 진공챔버 내부에서 상부 챔버와 기판 간의 이격 거리는 약 8.5 mm 로 유지될 수 있다. (기판 두께를 1 mm 로 가정할 경우 지지부 또는 리프트 핀과 상부 챔버 하면의 이격 거리는 9.5 mm로 유지될 수 있다.

기판 사이즈 및 진공 챔버 내부 사이즈를 고려하여 본 실시예에서 상기 상부 챔버는 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면을 기준으로 상부 챔버 하면의 중앙이 상부 챔버 가장자리 보다 5 ~ 10 mm 범위로 만입되도록 하였다. 이러한 만입 정도는 진공 챔버 내부 공간(V)이 진공 배기되어 진공 상태가 되었을 때 상부 챔버가 아래로 처지는 정도를 감안하여 상호 보상에 의해 실제 진공 배기를 통한 기판 건조 공정에서 상부 챔버 하면이 기판과의 거리가 균일하게 유지되도록 설정한 것이다.

한편, 상기 상부 챔버는 하면의 만입된 형태가 반드시 곡면으로 처리될 필요는 없으며, 진공 배기 과정에서 상부 챔버의 자중에 의한 처짐을 보상할 수 있는 형태라면 어떠한 만입 구조라도 가능하다. 예를 들어, 직사각 형태의 평면 구조인 상부 챔버의 경우 상부 챔버 하면의 네 꼭지점으로부터 정중앙에 이르는 가상의 선을 따라 경사지도록 형성할 수도 있을 것이다. 이러한 경우에도 상부 챔버 하면의 가장자리와 중앙부의 높이 차이가 중요한 요소가 될 수 있다.

도 4를 참조하면, 진공 챔버의 상부 챔버 단면이 도시되어 있다. 상부 챔버에서 실질적으로 기판 표면과 대응하는 부분의 길이 L 과 상부 챔버 하면의 만입된 정도, 즉 이격 거리 t의 비율이 진공 배기 과정에서의 상부 챔버 처짐을 보상하는데 특히 고려되어야 한다.

본 발명에서는 상부 챔버 하면의 만입된 부분의 가장자리로부터 중앙부까지 연결한 가상의 선이 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면과 이루는 각도 θ가 0.3 ~ 0.4°의 범위가 되도록 한다. 이러한 상부 챔버 하면의 만입 조건은 만입부의 형태가 곡면이거나 혹은 경사진 평면들의 결합이더라도 동일하게 적용될 수 있다.

도 5는 진공 배기 과정에서 진공 챔버의 내부 공간 및 상부 챔버의 변형을 모식적으도 도시한 것이다. 감압부(P)의 진공 배기를 통해 진공 챔버 내부 공간이 진공 상태가 되면 상부 챔버는 자중에 의하여 하방으로 처지게 되고, 처지는 정도는 가장자리 보다 중앙부가 더 심하게 된다. 그 결과, 도시된 바와 같이 진공 배기 전의 제1상태의 상부 챔버의 천장면(100a1)은 진공 배기 후의 제2상태의 상부 챔버의 천장면(100a2)의 형태로 변화된다.

따라서, 상부 챔버는 최초 하면이 만입된 형태에서 처짐에 따른 변형으로 기판과의 이격 거리가 위치에 따라 다른 것이 상쇄되며, 진공 배기 과정에서 상부 챔버 하면과 기판과의 거리가 균일하게 유지될 수 있다.

기존의 진공건조장치에서는 진공 감압을 할 경우 상부 챔버 중앙부의 처짐이 보통 ㎛ 수준에서, 심할 경우 mm 수준으로 심각한 상황이었고, 상부 챔버 중앙부의 처짐은 진공건조장치 내부의 기류 형성 공간을 불균일하게 하고 국부적으로 좁은 공간을 제공함으로써 기판 표면에 반점 또는 원형의 얼룩을 야기하였다. 반면, 본 발명의 기판 진공건조장치는 기판 사이즈가 커지고 건조장치가 대형화되더라도 상부 챔버 중앙부 처짐을 억제하기 위해 장치를 복잡하게 재설계하거나 추가적인 부품을 도입하지 않고도 처짐을 보상하여 기존의 문제점을 해결할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 상부 챔버 구조는 평면 플레이트 형태의 상부 챔버 뿐만 아니라, 여러가지 변형된 구조의 상부 챔버에도 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공건조장치의 상부 챔버(200a)를 도시하고 있다. 이 상부 챔버는 상부에 경계벽(220)이 형성되어 상부 챔버 상면의 형태가 격자형 구조로 구분되어 있다. 경계벽은 상부 챔버 상부에 일정한 장력을 유발하여 상부 챔버를 지지할 뿐만 아니라 진공 배기 과정에서 상부 챔버 하면이 자중으로 인하여 아래로 처지는 것을 최소화할 수 있다.

그러나, 이와 같은 격자 구조의 경계벽을 상부 챔버 상면에 형성하더라도 기판의 사이즈가 커지고 그에 따른 진공건조장치가 대형화되면 전술한 상부 챔버의 처짐으로 인한 기판 불량은 피하기 어렵다. 따라서, 격벽 구조의 상부 챔버의 경우에도 동일한 방식으로 하면의 만입부를 형성하는 것이 바람직하다.

도 7을 보면 도 7의 상부 챔버의 A-A 단면이 도시되어 있다. 상부 챔버(200a) 상부에는 경계벽(220)을 기준으로 각각의 개별 공간이 있는 격자 구조가 형성되어 있고, 상부 챔버 하면(202)은 전술한 도 3의 실시예와 유사하게 만입되어 있는 것을 볼 수 있다. 도 3의 실시예에서는 상부 챔버 상부 전체가 만입된 구조로 형성되어 있는 반면, 도 7의 실시예에서는 상부 챔버 하면만 만입된 곡면을 이루고 있고, 상부 챔버 상부의 격자 구조는 만입되거나 곡면 형상으로 변형되지 않은 것을 알 수 있다. 그러나, 필요에 따라 진공건조장치의 사이즈 및 진공 배기 공정 조건을 고려하여 상부 기판 상부의 격자 구조 영역도 상부 챔버 하면과 동일하게 만곡된 구조로 형성할 수 있을 것이다.

상부 챔버 하면(202)의 높이 차이(t)는 진공 배기 과정에서 상부 챔버의 변형량, 즉 처지는 정도를 고려하여 결정할 수 있으며 전술한 실시예와 유사하게 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면을 기준으로 상부 챔버 하면의 중앙이 상부 챔버 가장자리 보다 5 ~ 10 mm 범위로 만입되도록 형성할 수 있다. 또한, 진공챔버에 장입되는 기판 사이즈 및 진공건조장치의 사이즈 등을 고려하여, 상부 챔버 하면의 만입된 부분의 가장자리로부터 중앙부까지 연결한 가상의 선이 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면과 이루는 각도가 0.3 ~ 0.4°의 범위로 형성할 수도 있을 것이다.

본 발명에 따른 기판 진공건조장치는 기존의 형태를 크게 변화시키지 않으면서도 대면적의 기판 건조 시 진공 배기 과정에서 발생하는 진공챔버의 문제점을 해결함으로써 공정 효율을 개선함은 물론, 장치의 개량 내지 보수에 필요한 제조 비용을 최소화함으로써 장치의 경쟁력 및 기판 처리 경쟁력을 동시에 달성할 수 있을 것이다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

100a: 상부 챔버 100b:하부 챔버
100a1:제1상태의 상부 챔버 100a2:제2상태의 상부 챔버
102:상부 챔버 하면 200a:상부 챔버
202:상부 챔버 하면 220:경계벽
G:기판 P:감압부
V:진공챔버 내부공간

Claims (8)

1. 표면에 도포액이 도포된 기판을 수용하여 상기 도포액을 건조시키는 기판 진공건조처리를 위한 장치로서,
   서로 분리된 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하며, 상기 상부 및 하부 챔버가 위, 아래로 상호 밀착하여 내부에 밀폐된 공간을 형성하는 진공챔버와,
   상기 진공챔버의 내부 공간을 진공 배기시키는 감압부를 포함하며,
   상기 상부 챔버의 천장면이 측면에 대하여 직각을 이루며 측면 상단으로부터 수평인 상태로 연장되는 수평부와, 상기 상부 챔버 하면의 중앙이 진공챔버 내에 장입되는 기판 표면과의 거리가 가장 멀리 이격되도록 상기 수평부로부터 만곡된 만곡부를 구비하고, 상기 만곡부의 중앙은 상기 수평부로부터 5 ~ 10 mm 범위로 만입되고, 상기 상부 챔버 하면의 만입된 부분의 가장자리로부터 중앙부까지 연결한 가상의 선이 상기 수평부의 표면의 연장선과 이루는 각도가 0.3 ~ 0.4°의 범위로 형성되어;
   상기 상부 챔버는 감압부의 진공 배기를 통해 진공챔버 내부가 진공 상태로 유지되면, 상기 만곡부의 저면이 상기 수평부와 동일한 높이로 변형되어, 상기 상부 챔버 하면이 진공챔버 내부에 장입되는 기판과의 거리가 균일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 기판 진공건조장치.
   
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