KR101473172B1 - 열처리 장치 - Google Patents

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KR101473172B1
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양희철
김석진
정종엽
김봉철
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서진우
김진각
김종환
황재군
강민환
이인하
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Abstract

본 발명은 복수의 대면적 기판이 적재되는 보트의 하중으로 인한 프로세스 튜브의 손상을 방지하면서 대면적 기판에 대한 열처리 공정을 수행할 수 있는 열처리 장치를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 열처리 장치는 전방측과 후방측이 개방되도록 형성되어 열처리 공간을 제공하는 프로세스 튜브; 상기 프로세스 튜브를 둘러싸는 공정 챔버; 상기 프로세스 튜브에 열을 공급하는 히터 모듈; 상기 프로세스 튜브의 전방측에 설치되어 복수 개의 기판이 적재되어 있는 보트가 상기 열처리 공간으로 출입하는 보트 출입구를 형성하는 전방 도어 모듈; 상기 프로세스 튜브의 후방측에 설치되어 상기 프로세스 튜브의 후방측을 밀폐하거나 개폐하는 후방 도어 모듈; 및 상기 프로세스 튜브의 내벽에 접촉하지 않으면서 상기 프로세스 튜브의 열처리 공간을 가로지르도록 상기 전방 도어 모듈과 상기 후방 도어 모듈에 설치되어 상기 보트를 지지하는 보트 지지부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

열처리 장치{Thermal treatment apparatus}
본 발명은 태양 전지의 제조용 열처리 장치에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리를 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체층과 N(nagative)형 반도체층을 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체층 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체층 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생된다.
이와 같은 태양전지는 벌크형(Bulk) 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 벌크형(Bulk) 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체층을 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 박막형 태양전지는 광흡수층을 구성하는 재료를 기준으로 Si 박막형 태양전지와 화합물 박막형 태양전지로 나눌 수 있고, 그 중 화합물 박막형 태양전지는 다시 III-V 태양전지, CIGS 태양전지 등으로 분류할 수 있다.
상기 CIGS 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물을 광흡수층으로 이용한 것이다.
이하, 도면을 참조로 종래의 CIGS 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 CIGS 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 CIGS 태양전지는, 기판(1), 후면전극(2), 광흡수층(3), 버퍼층(4) 및 전면전극(5)을 포함하여 이루어진다.
상기 후면전극(2)은 상기 기판(1) 상에 형성되어 있으며, 일반적으로 몰리브덴(Mo)으로 이루어진다. 상기 광흡수층(3)은 상기 후면전극(2) 상에 형성되어 있으며, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)의 화합물로 이루어진다. 상기 버퍼층(4)은 상기 광흡수층(3) 상에 형성되어 있으며, 일반적으로 황화카드뮴(CdS)으로 이루어진다. 상기 전면전극(5)은 상기 버퍼층(4) 상에 형성되어 있으며, 투명한 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)로 이루어진다.
이와 같은 종래의 CIGS 태양전지는, 우선, 기판(1) 상에 몰리브덴(Mo)과 같은 물질을 이용하여 후면전극(2)을 형성하고, 다음, 상기 후면전극(2) 상에 다층의 전구체층, 예를 들어, CuGa으로 이루어진 제 1 전구체층 및 In으로 이루어진 제 2 전구체층을 차례로 적층하고 이어서 Se 분위기에서 열처리 공정을 수행하여 CIGS로 이루어진 광흡수층(3)을 형성하고, 다음, 상기 광흡수층(3) 상에 황화카드늄(CdS)을 이용하여 버퍼층(4)을 형성하고, 다음, 상기 버퍼층(4) 상에 투명한 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)을 이용하여 전면전극(5)을 형성하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
CIGS 태양전지의 핵심은 상기 CIGS로 이루어진 광흡수층(3)에 있다. 따라서, 전지 효율 및 생산성 등을 향상시키기 위해서는 상기 광흡수층(3)에 대한 최적의 형성 방법을 찾는 것이 필수적이다. 특히, 상기 광흡수층은 전술한 바와 같이 전구체층을 적층하고 고온에서 열처리하는 공정을 통해서 형성되는데, 상기 열처리 공정을 효율적으로 제어하는 것이 큰 과제이다.
한편, 일본 공개특허 특개2008-117810호(이하, "선행기술문헌"이라 함)에는, 외팔보 형태의 캔틸레버 패들을 가지는 보트 수송 장치에 반도체 웨이퍼가 적재되어 있는 보트(boat)를 안착시킨 후, 보트를 프로세스 튜브 내부로 이동하여 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 선행기술문헌의 열처리 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 보트를 프로세스 튜브에 직접적으로 안착시키기 때문에 보트의 하중으로 인해 프로세스 튜브가 손상될 수 있으며, 특히 생산성 향상을 위해 보트에 적재되는 기판의 매수가 증가할 경우 보트의 하중으로 인해 프로세스 튜브가 파손될 수 있다.
둘째, 프로세스 튜브가 쿼츠(Quartz) 재질의 종형(bell jar)으로 제작되고, 두께 제한성으로 인해 대면적 기판의 무게를 견디면서 열처리 공정의 열전달이 가능한 두께로 대면적 프로세스 튜브를 제작하는데 어려움이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 복수의 대면적 기판이 적재되는 보트의 하중으로 인한 프로세스 튜브의 손상을 방지하면서 대면적 기판에 대한 열처리 공정을 수행할 수 있는 열처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 열처리 장치는 전방측과 후방측이 개방되도록 형성되어 열처리 공간을 제공하는 프로세스 튜브; 상기 프로세스 튜브를 둘러싸는 공정 챔버; 상기 프로세스 튜브에 열을 공급하는 히터 모듈; 상기 프로세스 튜브의 전방측에 설치되어 복수 개의 기판이 적재되어 있는 보트가 상기 열처리 공간으로 출입하는 보트 출입구를 형성하는 전방 도어 모듈; 상기 프로세스 튜브의 후방측에 설치되어 상기 프로세스 튜브의 후방측을 밀폐하거나 개폐하는 후방 도어 모듈; 및 상기 프로세스 튜브의 내벽에 접촉하지 않으면서 상기 프로세스 튜브의 열처리 공간을 가로지르도록 상기 전방 도어 모듈과 상기 후방 도어 모듈에 설치되어 상기 보트를 지지하는 보트 지지부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열처리 장치는 상기 프로세스 튜브의 열처리 공간과 마주하는 상기 전방 도어 모듈 및 상기 후방 도어 모듈 중 적어도 하나의 내측면에 설치되어 상기 열처리 공간 내에 기류 순환을 위한 기류 조절 모듈을 더 포함하여 구성되며, 상기 기류 조절 모듈은 회전축의 회전에 따라 회전 운동하여 상기 열처리 공간 내부의 기류를 강제적으로 순환시키는 기류 순환 팬을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열처리 장치는 상기 후방 도어 모듈 및 상기 전방 도어 모듈 중 어느 하나의 내측면에 설치되어 상기 열처리 공간 내에 기류 순환을 위한 기류 조절 모듈; 및 상기 후방 도어 모듈 및 상기 전방 도어 모듈 중 나머지 하나의 내측면에 설치되어 상기 기류 조절 모듈에 의해 이동된 기류를 상기 기류 조절 모듈 쪽으로 이동시키는 배플(baffle)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열처리 장치는 상기 열처리 공간에 연통되어 상기 프로세스 튜브의 내부를 냉각시키는 내부 냉각 모듈; 상기 버퍼 공간에 연통되어 상기 프로세스 튜브의 외벽을 냉각시키는 외부 냉각 모듈; 상기 열처리 공간에 연통되어 상기 열처리 공간의 가스를 배기하는 가스 배기부; 및 상기 열처리 공간에 연통되어 상기 열처리 공간의 내부에 반응 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전방측과 후방측이 개방되어 열처리 공간을 제공하는 프로세스 튜브를 가로지르는 보트 지지부를 이용하여 복수 개의 기판이 적재되어 있는 보트를 지지함으로써 보트가 프로세스 튜브의 내벽에 접촉하는 것을 방지하여 보트의 하중으로 인한 프로세스 튜브의 손상을 원천적으로 방지할 수 있다.
둘째, 보트가 프로세스 튜브에 지지되지 않기 때문에 프로세스 튜브의 두께를 감소시켜 프로세스 튜브의 열전달 효율을 증가시킬 수 있으며, 프로세스 튜브의 제조 비용을 절감할 수 있다.
셋째, 기류 조절 장치를 동작하여 프로세스 튜브 내에서 기류를 강제적으로 순환시킴으로써 열처리 공간의 온도 분포 및 반응 가스의 농도 분포를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 CIGS 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I' 선의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 보트 지지부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 보트 지지부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 기류 조절 모듈과 배플에 의해 프로세스 튜브 내에서 기류가 순환되는 모습을 도시한 개략도이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 열처리 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 장치의 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 I-I' 선의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 예에 따른 보트 지지부를 설명하기 위한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 보트 지지부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 장치는 프로세스 튜브(100), 공정 챔버(200), 전방 도어 모듈(310), 후방 도어 모듈(320), 히터 모듈(400), 기류 조절 모듈(500), 보트(boat) 지지부(600), 내부 냉각 모듈(700), 외부 냉각 모듈(800), 가스 배기부(910) 및 가스 공급부(920)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 프로세스 튜브(100)는 전방측 및 전방측에 반대되는 후방측이 개방된 원통 형태로 형성되어 복수 개의 대면적 기판(S)에 대한 열처리 공정을 위한 열처리 공간을 제공한다. 이러한, 상기 프로세스 튜브(100)는 높은 공정 온도에 대한 내열성이 우수하면서 부식성이 강한 반응 가스에 대한 내부식성이 우수한 금속이나 비금속 재질로 이루어질 수 있으며, 쿼츠(Quartz) 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 프로세스 튜브(100)가 쿼츠 재질로 형성되는 경우, 상기 프로세스 튜브(100)는 열처리 공정을 위한 높은 열전달 효율을 가지도록 20mm 미만의 두께를 가지면서 투명하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 공정 챔버(200)는 열처리 장치의 외곽 구조물을 구성하는 것으로서, 전방측 및 전방측에 반대되는 후방측이 개방된 원통 형태로 형성되어 상기 프로세스 튜브(100)를 감싼다. 보다 구체적으로는, 상기 공정 챔버(200)는 상기 프로세스 튜브(100)의 외벽으로부터 일정한 거리만큼 이격된 상태로 상기 프로세스 튜브(100)의 외부면을 둘러싸고 있다. 이로 인해, 상기 공정 챔버(200)와 상기 프로세스 튜브(100) 사이에는 소정의 버퍼 공간(150)이 마련된다.
상기 전방 도어 모듈(310)은 상기 프로세스 튜브(100)와 상기 공정 챔버(200)의 각각의 전방측에 설치되어 복수 개의 대면적 기판(S)이 적재된 보트(10)가 출입하는 보트 출입구를 형성하면서 상기 공정 챔버(200)와 프로세스 튜브(100) 사이에 마련된 상기 버퍼 공간(150)의 일측을 밀폐한다. 이러한, 상기 전방 도어 모듈(310)은 열처리 공정의 기판 로딩/언로딩 공정시 상기 보트(10)가 프로세스 튜브(100)의 내부로 반입되도록 상기 보트 출입구를 개방시키고, 열처리 공정시 상기 보트 출입구를 밀폐시킨다. 이를 위해, 상기 전방 도어 모듈(310)은 전방 플랜지(flange)(311), 전방 도어 칼러(collar)(313), 및 전방 도어(315)로 이루어질 수 있다.
상기 전방 플랜지(311)는 상기 프로세스 튜브(100)의 전방측 주변, 즉 프로세스 튜브(100)의 일측 가장자리 부분의 외벽을 감싸도록 형성되는 것으로, 프로세스 튜브(100)와 상기 공정 챔버(100) 사이에 마련된 상기 버퍼 공간(150)의 일측을 밀폐한다. 상기 전방 플랜지(311)는 전방 플랜지 링과 전방 플랜지 측벽을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 전방 플랜지 링은 상기 프로세스 튜브(100)의 일측 가장자리 부분의 외벽을 감싸도록 결합된다. 이때, 상기 전방 플랜지 링과 상기 프로세스 튜브(100) 사이에는 오-링(O-ring) 등과 같은 제 1 실링 부재가 개재되어 있다.
상기 전방 플랜지 측벽은 상기 전방 도어(315)에 인접한 상기 전방 플랜지 링의 일측으로부터 수직하게 절곡되어 상기 공정 챔버(200)의 일측면에 결합 장착되어 있다. 이때, 상기 전방 플랜지 측벽의 내측면과 상기 공정 챔버(200)의 일측면에는 적어도 하나의 제 1 오-링(O-ring)이 개재되어 있다.
상기 전방 도어 칼러(313)는 상기 전방 플랜지(311)의 외측면에 결합 장착되어 상기 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간에 연통되는 보트 출입구를 형성하는 것으로, 전방 칼러 링과 제 1 및 제 2 칼러 측벽으로 이루어질 수 있다.
상기 전방 칼러 링은 원통 형태로 형성되어 상기 프로세스 튜브(100)의 전방측에 상기 보트 출입구를 형성한다.
상기 제 1 칼러 측벽은 상기 전방 칼러 링의 내측면으로부터 수직하게 절곡되어 상기 전방 플랜지(311)의 외측면, 즉 전방 플랜지 측벽에 결합 장착된다. 이때, 상기 제 1 칼러 측벽과 상기 전방 플랜지 측벽 사이에는 적어도 하나의 제 2 오-링(O-ring)이 개재되어 있다.
상기 제 2 칼러 측벽은 상기 전방 칼러 링의 외측면으로부터 수직하게 절곡되어 상기 전방 도어(315)와 접촉한다. 이때, 상기 제 2 칼러 측벽과 상기 전방 도어(315) 사이의 기밀을 위해 상기 제 2 칼러 측벽의 내측면에는 적어도 하나의 제 3 오-링(O-ring)이 설치되어 있다.
상기 전방 도어(315)는 전방 도어 개폐 장치(미도시)에 설치되어 상기 전방 도어 개폐 장치의 구동에 따라 상기 전방 도어 칼러(313)의 전방을 밀폐시키거나 개방시킨다. 즉, 상기 전방 도어(315)는 상기 전방 도어 칼러(313)의 전방을 덮도록 형성된 전방 도어 프레임, 및 전방 도어 개폐 장치에 설치되어 상기 전방 도어 프레임을 지지하는 전방 도어 지지 브라켓을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 전방 도어 개폐 장치는, 상기 열처리 공정시, 상기 전방 도어 지지 브라켓을 상기 프로세스 튜브(100)의 길이 방향에 대응되는 제 1 수평 방향으로 전진시켜 상기 전방 도어(315)를 상기 전방 도어 칼러(313)의 전방에 밀착시킴으로써 상기 보트 출입구를 밀폐시킨다. 또한, 상기 전방 도어 개폐 장치는, 상기 열처리 공정의 기판 로딩/언로딩 공정시, 상기 전방 도어 지지 브라켓을 상기 제 1 수평 방향으로 후진시켜 상기 전방 도어(315)를 상기 전방 도어 칼러(313)의 전방으로부터 이격시킨 후, 상기 전방 도어 지지 브라켓을 상기 제 1 수평 방향과 수직한 제 2 수평 방향으로 이송시켜 상기 보트(10)가 상기 전방 도어(315)의 방해를 받지 않고 상기 보트 출입구를 출입할 수 있도록 한다.
상기 후방 도어 모듈(320)은 상기 프로세스 튜브(100)와 상기 공정 챔버(200)의 각각의 후방측에 설치되어 상기 공정 챔버(200)와 프로세스 튜브(100) 사이에 마련된 상기 버퍼 공간(150)의 타측을 밀폐함과 동시에 상기 프로세스 튜브(100)의 후방측을 밀폐한다. 이를 위해, 상기 후방 도어 모듈(320)은 후방 플랜지(321), 후방 도어 칼러(323), 및 후방 도어(325)로 이루어질 수 있다.
상기 후방 플랜지(321)는 상기 프로세스 튜브(100)의 후방측 주변, 즉 프로세스 튜브(100)의 타측 가장자리 부분의 외벽을 감싸도록 형성되는 것으로, 프로세스 튜브(100)와 상기 공정 챔버(100) 사이에 마련된 상기 버퍼 공간(150)의 타측을 밀폐한다. 상기 후방 플랜지(321)는 후방 플랜지 링과 후방 플랜지 측벽을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 후방 플랜지 링은 상기 프로세스 튜브(100)의 타측 가장자리 부분의 외벽을 감싸도록 결합된다. 이때, 상기 후방 플랜지 링과 상기 프로세스 튜브(100) 사이에는 오-링(O-ring) 등과 같은 제 2 실링 부재가 개재되어 있다.
상기 후방 플랜지 측벽은 상기 후방 도어(325)에 인접한 상기 후방 플랜지 링의 일측으로부터 수직하게 절곡되어 상기 공정 챔버(200)의 타측면에 결합 장착되어 있다. 이때, 상기 후방 플랜지 측벽의 내측면과 상기 공정 챔버(200)의 타측면에는 적어도 하나의 제 4 오-링(O-ring)이 개재되어 있다.
상기 후방 도어 칼러(323)는 상기 후방 플랜지(321)의 외측면에 결합 장착되어 상기 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간에 연통되는 것으로, 후방 칼러 링과 제 3 및 제 4 칼러 측벽으로 이루어질 수 있다.
상기 후방 칼러 링은 원통 형태로 형성되어 상기 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간에 연통된다.
상기 제 3 칼러 측벽은 상기 후방 칼러 링의 내측면으로부터 수직하게 절곡되어 상기 후방 플랜지(321)의 외측면, 즉 후방 플랜지 측벽에 결합 장착된다. 이때, 상기 제 3 칼러 측벽과 상기 후방 플랜지 측벽 사이에는 적어도 하나의 제 5 오-링(O-ring)이 개재되어 있다.
상기 제 4 칼러 측벽은 상기 후방 칼러 링의 외측면으로부터 수직하게 절곡되어 상기 후방 도어(325)와 접촉한다. 이때, 상기 제 4 칼러 측벽과 상기 후방 도어(325) 사이의 기밀을 위해 상기 제 4 칼러 측벽의 내측면에는 적어도 하나의 제 6 오-링(O-ring)이 설치되어 있다.
상기 후방 도어(325)는 상기 후방 도어 칼러(323)의 후방을 밀폐하도록 형성되어 상기 후방 도어 칼러(323)의 상기 제 4 칼러 측벽에 장착되어 고정된다.
전술한 설명에서 상기 후방 도어 모듈(320)이 상기 버퍼 공간(150)의 타측을 밀폐함과 동시에 상기 프로세스 튜브(100)의 후방측을 밀폐하도록 고정 설치되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 후방 도어 모듈(320)은 상기 프로세스 튜브(100)의 후방측을 개폐시킬 수 있는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 후방 도어 모듈(320)은 후방 도어 개폐 장치에 설치되어 상기 후방 도어 개폐 장치의 동작에 따라 상기 프로세스 튜브(100)의 후방측을 밀폐하거나 개방하게 된다. 여기서, 상기 후방 도어 개폐 장치는 전술한 전방 도어 개폐 장치와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 히터 모듈(400)은 상기 프로세스 튜브(100)에 열을 제공하는 것으로, 제 1 히터 부재(410) 및 제 2 히터 부재(420)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1 히터 부재(410)는 상기 프로세스 튜브(100)와 상기 공정 챔버(200) 사이의 버퍼 공간(150)에 형성되어 있다. 이러한, 상기 제 1 히터 부재(410)는 프로세스 튜브(100)의 외벽을 둘러싸도록 상기 버퍼 공간(150)에 설치되어 프로세스 튜브(100)의 외벽을 가열함으로써 프로세스 튜브(100)의 내부를 열처리 온도로 가열하거나 열처리 온도로 유지시킨다. 여기서, 상기 제 1 히터 부재(410)는 프로세스 튜브(100)의 외벽을 둘러싸는 복수 개의 히터들을 포함하여 이루어질 수 있고, 이 경우 복수 개의 히터들 각각은 독립적으로 온도가 제어됨으로써 상기 프로세스 튜브(100)의 내부가 전체적으로 균일한 온도로 유지되도록 한다.
상기 제 2 히터 부재(420)는 상기 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간과 마주하는 상기 전방 도어 모듈(310)과 상기 후방 도어 모듈(320) 각각의 내측면에 설치된다. 즉, 상기 제 2 히터 부재(420)는 전방 도어 모듈(310)의 전방 도어(315)에 코일 형태로 권선됨과 아울러 후방 도어 모듈(320)의 후방 도어(325)에 코일 형태로 권선될 수 있다. 이러한, 상기 제 2 히터 부재(420)는 상기 프로세스 튜브(100)의 전방측과 후방측 각각의 열처리 공간에 열을 제공한다.
상기 히터 모듈(400)은 상기 제 1 및 제 2 히터 부재(410, 420) 각각에서 발생된 열의 손실을 방지하기 위한 제 1 및 제 2 단열 부재(430, 440)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1 단열 부재(430)는 상기 제 1 히터 부재(410)에서 발생된 열이 상기 공정 챔버(200) 쪽으로 전달되는 것을 방지하는 것으로서, 상기 제 1 히터 부재(410)와 상기 공정 챔버(200) 사이에 형성되어 상기 제 1 히터 부재(410)를 덮는다. 상기 제 1 단열 부재(430)는 상기 제 1 히터 부재(410)와 일체형으로 형성될 수도 있다.
상기 제 2 단열 부재(440)는 상기 제 2 히터 부재(420)에서 발생된 열이 상기 도어 모듈(310, 320) 쪽으로 전달되는 것을 방지하는 것으로서, 상기 프로세스 튜브(100)의 전방측과 후방측에 각각 설치된다. 상기 제 2 단열 부재(440)는 상기 프로세스 튜브(100)의 전방측과 후방측을 각각 덮도록 수직하게 설치되는 복수의 단열 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 기류 조절 모듈(500)은 상기 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간과 마주하도록 상기 후방 도어 모듈(320)에 설치되어 상기 열처리 공간 내의 기류를 조절한다. 보다 구체적으로, 상기 기류 조절 모듈(500)은 상기 열처리 공간에 로딩된 보트(10)에 마주하는 상기 후방 도어 모듈(320)의 내측면에 설치되어 있으며, 특히, 후방 도어 모듈(320)에 설치된 제 2 히터 부재(420)의 전방에 배치되면서 상기 후방 도어 모듈(320)의 후방 도어(325)에 회전 가능하게 장착되어 있다. 이러한, 상기 기류 조절 모듈(500)은 상기 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간으로 공급되는 반응 가스의 기류를 상기 열처리 공간 내에서 강제적으로 순환시킴으로써 열처리 공간 전체의 온도 분포 및 반응 가스의 농도 분포가 균일하도록 한다. 이와 같은, 상기 기류 조절 모듈(500)은 내부식성 재질 또는 내화학성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 기류 조절 모듈(500)은 회전축(510) 및 기류 순환 팬(fan)(520)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 회전축(510)은 상기 후방 도어 모듈(320)의 후방 도어(325)를 관통하도록 설치되어 팬 구동 장치(미도시)의 구동에 따라 회전 운동함으로써 상기 기류 순환 팬(520)을 일정한 속도 또는 열처리 공정에 대응되도록 설정된 속도로 회전시킨다. 상기 기류 순환 팬(520)은 상기 회전축(510)의 회전에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전 운동하여 상기 열처리 공간 내부의 기류를 흡입하여 배출함으로써 상기 열처리 공간 내의 반응 가스를 강제적으로 순환시킨다. 이를 위해, 상기 기류 순환 팬(520)은 상기 열처리 공간 내부의 기류를 흡입하는 기류 흡입부(521)와 기류 흡입부로 흡입되는 기류를 상기 열처리 공간으로 배출하는 기류 배출부(523)를 포함하여 이루어질 수 있다. 추가적으로, 상기 기류 순환 팬(520)은 상기 기류 배출부(523)에 의해 상기 열처리 공간으로 배출되는 기류의 배출 방향을 가이드하는 기류 가이드 부재(525)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
도 2에서는, 상기 기류 조절 모듈(500)이 상기 후방 도어 모듈(320)에 설치되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 기류 조절 모듈(500)은 상기 전방 도어 모듈(310)에 추가로 설치되거나 상기 후방 도어 모듈(320) 대신에 상기 전방 도어 모듈(310)에만 설치될 수 있다.
상기 보트 지지부(600)는 상기 프로세스 튜브(100)의 내벽에 접촉하지 않으면서 상기 프로세스 튜브(100)의 전방측과 후방측을 통과하도록 상기 전방 도어 모듈(310)과 후방 도어 모듈(320) 간에 설치되어 상기 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간으로 반입된 보트(10)를 지지한다. 이를 위해, 상기 보트 지지부(600)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 보트 지지 바(bar)(610) 및 복수의 지지 블록(620)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각은 상기 프로세스 튜브(100)의 길이보다 긴 길이를 가지도록 형성되어 상기 프로세스 튜브(100)의 내벽에 접촉하지 않으면서 상기 프로세스 튜브(100)를 가로지르도록 나란하게 설치된다. 이에 따라, 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각의 일측 끝단과 타측 끝단 각각은 상기 전방 도어 모듈(310)과 후방 도어 모듈(320) 각각의 내부에 위치하게 된다. 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각은 다각 형태의 단면 또는 원형 단면을 가지도록 형성되며, 그 재질은 반응 가스에 의한 부식을 방지하기 위해 내화학성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 지지 블록(620) 각각은 상기 전방 도어 모듈(310)과 후방 도어 모듈(320) 각각에 설치되어 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각의 일측 끝단과 타측 끝단 각각의 하면을 지지한다. 보다 구체적으로, 상기 복수의 지지 블록(620) 중 일부는 상기 전방 도어 모듈(310)의 전방 도어 칼러(313)의 전방 칼러 링에 장착되어 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각의 일측 끝단을 지지한다. 그리고, 상기 복수의 지지 블록(620) 중 나머지는 상기 후방 도어 모듈(320)의 후방 도어 칼러(323)의 후방 칼러 링에 장착되어 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각의 타측 끝단을 지지한다. 여기서, 상기 복수의 지지 블록(620) 각각은 원통형 칼러 링의 내벽에 설치되기 때문에 상기 복수의 지지 블록(620) 각각의 하면은 상기 칼러 링의 내벽과 동일한 곡면(621)을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 복수의 지지 블록(620) 각각은 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각의 하면을 상기 프로세스 튜브(100)의 내벽으로부터 이격시킬 수 있는 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은, 상기 복수의 지지 블록(620) 각각은 상기 보트 지지 바(610)와 동일한 재질로 형성되거나 상기 보트 지지 바(610)보다 상대적으로 강도가 높은 내화학성 재질로 형성될 수 있다.
상기 복수의 지지 블록(620) 각각은 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각의 일측 끝단과 타측 끝단 각각의 하면에 일체화되어 형성될 수도 있으며, 이 경우, 상기 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 각각은 "┏━┓"자 또는 "┳━┳"자 형태의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 보트 지지부(600)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 보강 브릿지(630)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 복수의 보강 브릿지(630) 각각은 서로 나란한 적어도 2개의 보트 지지 바(610) 간에 연결되도록 설치되어 보트 지지 바(610)의 강도를 보강하는 역할을 한다.
이와 같은, 상기 보트 지지부(600)는 상기 프로세스 튜브(100)의 내벽에 접촉하지 않으면서 보트 소송 장치에 의해 열처리 공간으로 반입된 보트(10)를 지지함으로써 보트(10)가 상기 프로세스 튜브(100)의 내벽에 접촉하는 것을 방지하여 보트(10)의 하중으로 인한 상기 프로세스 튜브(100)의 손상을 방지한다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 프로세스 튜브(100)가 보트(10)를 지지하지 않기 때문에 프로세스 튜브(100)의 두께를 얇은 두께, 예를 들어 20mm 미만의 두께로 형성하더라도 열처리 공정에 영향을 미치지 않는다. 결과적으로, 본 발명은 상기 프로세스 튜브(100)를 가로지르면서 상기 전방 도어 모듈(310)과 후방 도어 모듈(320) 각각에 설치되는 상기 보트 지지부(600)를 이용해 보트(10)를 지지함으로써 프로세스 튜브(100)의 두께를 감소시킬 수 있어 프로세스 튜브(100)의 제조 비용을 절감할 수 있으며, 프로세스 튜브(100)의 얇은 두께로 인해 프로세스 튜브(100)의 열전달 효율이 증가되어 열처리 공정의 효율과 생산성이 향상될 수 있다.
다시 도 2에서, 상기 내부 냉각 모듈(700)은 상기 프로세스 튜브(100)의 내부를 빠른 시간 내에 냉각시켜 전체 공정 시간을 단축시키는 역할을 한다. 상기 프로세스 튜브(100)의 내부에서 반응이 완료되면, 상기 프로세스 튜브(100)의 내부에 로딩된 복수 개의 기판(S)이 적재된 보트(10)를 상기 프로세스 튜브(100)의 외부로 언로딩해야 하는데, 이때 상기 복수 개의 기판(S)과 보트(10)가 고온으로 가열된 상태이므로 상기 프로세스 튜브(100)의 내부를 먼저 냉각한 후에 상기 보트(10)를 언로딩한다. 그런데, 상기 프로세스 튜브(100)의 내부를 자연 냉각시킬 경우, 열용량이 큰 복수 개의 기판(S)과 보트(10)를 냉각하는데 대략 5시간 내지 10시간 정도의 시간이 소요되므로, 자연 냉각을 이용하게 되면 전체 공정 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지게 된다. 따라서, 상기 프로세스 튜브(100)의 내부를 보다 빠른 시간 내에 냉각시키기 위해서 상기 내부 냉각 모듈(700)이 적용된다. 이와 같은, 상기 내부 냉각 모듈(700)은 제 1 순환 배관(710), 제 1 열교환 장치(720), 제 1 순환 장치(730), 및 차단 밸브(740a, 740b)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1 순환 배관(710)은 그 일단이 상기 후방 도어 모듈(320), 보다 구체적으로는 상기 후방 도어 모듈(320)의 후방 도어 칼러(323)의 일측에 연결되어 있고 그 타단이 상기 후방 도어 칼러(323)의 타측에 연결되어 있다. 특히, 상기 제 1 순환 배관(710)과 연결되는 상기 후방 도어 칼러(323)의 일측 및 타측에는 관통홀(미도시)이 각각 형성되어 있어, 상기 관통홀을 통해서 상기 프로세스 튜브(100)의 내부와 상기 제 1 순환 배관(710) 사이가 서로 연통되어 있다. 따라서, 상기 프로세스 튜브(100) 내부의 가스, 보다 구체적으로는 불활성 가스는 상기 제 1 순환 배관(710)을 통해서 순환될 수 있다.
상기 제 1 열교환 장치(720)는 상기 제 1 순환 배관(710)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 제 1 순환 배관(710)을 통해 순환되는 불활성 가스는 상기 제 1 열교환 장치(720)에 의해서 냉각된 상태로 상기 프로세스 튜브(100) 내부로 전달된다.
상기 제 1 순환 장치(730)는 상기 제 1 순환 배관(710)에 연결되어 있어, 상기 제 1 순환 장치(730)의 동작에 의해서 상기 프로세스 튜브(100) 내부와 상기 제 1 순환 배관(710) 사이에서 불활성 가스가 순환된다. 상기 제 1 순환 장치(730)는 펌프 또는 블로워(Blower)로 이루어질 수 있다.
상기 차단 밸브(740a, 740b)는 상기 제 1 순환 배관(710)에 연결되어 있어 상기 프로세스 튜브(100) 내부의 반응 가스가 순환되는 것을 차단한다. 상기 내부 냉각 모듈(700)은 상기 프로세스 튜브(100) 내부의 반응이 종료된 후 남아있는 반응 가스를 배기하고 상기 프로세스 튜브(100) 내부에 불활성 가스를 공급한 이후에 작동하게 되므로, 상기 불활성 가스를 상기 프로세스 튜브(100) 내부에 공급하기 전까지는 상기 반응 가스가 순환되는 것을 차단할 필요가 있고, 그를 위해서 상기 차단 밸브(740a, 740b)가 적용되는 것이다. 이와 같은 차단 밸브(740a, 740b)는 상기 후방 도어 칼러(323)와 상기 제 1 열교환 장치(720) 사이에 형성되는 제 1 차단 밸브(740a) 및 상기 후방 도어 칼러(323)와 상기 제 1 순환 장치(730) 사이에 형성되는 제 2 차단 밸브(740b)를 포함하여 이루어진다.
상기 외부 냉각 모듈(800)은 상기 내부 냉각 모듈(700)과 함께 프로세스 튜브(100)의 내부를 빠른 시간 내에 냉각시켜 전체 공정 시간을 단축시키는 역할을 한다.
상기 프로세스 튜브(100)의 내부와 더불어 상기 프로세스 튜브(100)의 외벽을 함께 냉각시킬 경우, 상기 프로세스 튜브(100)의 내부의 냉각 속도가 증진될 수 있으며, 따라서, 상기 프로세스 튜브(100)와 상기 공정 챔버(200) 사이의 버퍼 공간(150)을 냉각하기 위해 상기 외부 냉각 모듈(800)이 적용된 것이다. 이와 같은, 상기 외부 냉각 모듈(800)은 제 2 순환 배관(810), 제 2 열교환 장치(820), 및 제 2 순환 장치(830)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 2 순환 배관(810)은 그 일단이 상기 공정 챔버(200)의 일측에 연결되어 있고 그 타단이 상기 공정 챔버(200)의 타측에 연결되어 있다. 상기 제 2 순환 배관(810)과 연결되는 상기 공정 챔버(200)의 일측 및 타측에는 관 삽입홀(미도시)이 형성되어 있어, 상기 관 삽입홀을 통해서 상기 버퍼 공간(150)과 상기 제 2 순환 배관(810) 사이가 서로 연통되어 있다. 따라서, 상기 버퍼 공간(150)의 불활성 가스는 상기 제 2 순환 배관(810)을 통해서 순환될 수 있다. 특히, 상기 제 2 순환 배관(810)의 일단 및 타단은 상기 공정 챔버(200)에 형성된 관 삽입홀과 더불어 상기 제 1 히터 부재(410) 및 제 1 단열 부재(430)에 형성된 관 연통홀(미도시)과도 연통되어 있다. 따라서, 상기 제 2 순환 배관(810)을 통해서 순환되는 불활성 가스는 상기 프로세스 튜브(100)와 제 1 히터 부재(410) 사이의 공간으로 전달되기 때문에 상기 프로세스 튜브(100)의 외벽에 대해서 보다 효율적인 냉각이 가능하다.
상기 제 2 열교환 장치(820)는 상기 제 2 순환 배관(810)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 제 2 순환 배관(810)을 통해 순환되는 불활성 가스는 상기 제 2 열교환 장치(820)에 의해서 냉각된 상태로 상기 버퍼 공간(150) 내부로 전달된다.
상기 제 2 순환 장치(830)는 상기 제 2 순환 배관(810)에 연결되어 있어, 상기 제 2 순환 장치(830)의 동작에 의해서 상기 버퍼 공간(150)과 상기 제 2 순환 배관(810) 사이에서 불활성 가스가 순환된다. 상기 제 2 순환 장치(830)는 펌프 또는 블로워(Blower)로 이루어질 수 있다.
상기 가스 배기부(910)는 상기 프로세스 튜브(100)의 내부의 공기 또는 상기 프로세스 튜브(100)의 내부에서 반응이 종료된 후 남아있는 반응 가스를 배기하는 역할을 한다. 이와 같은 가스 배기부(910)는 상기 후방 도어 모듈(320), 보다 구체적으로는 상기 후방 도어 모듈(320)의 후방 도어 칼러(323)에 연결되어 있다. 특히, 상기 가스 배기부(910)와 연결되는 상기 후방 도어 칼러(323)에는 배기관 연통홀이 형성되어 있어, 상기 배기관 연통홀을 통해서 상기 프로세스 튜브(100)의 내부와 상기 가스 배기부(910) 사이가 서로 연통되어 있다.
상기 가스 공급부(920)는 상기 프로세스 튜브(100)의 내부에 불활성 가스 또는 반응 가스를 공급하는 역할을 한다. 이와 같은 가스 공급부(920)는 상기 후방 도어 모듈(320), 보다 구체적으로는 상기 후방 도어 모듈(320)의 후방 도어 칼러(323)에 연결되어 있다. 특히, 상기 가스 공급부(920)와 연결되는 상기 후방 도어 칼러(323)에는 가스 공급 연통홀(미도시)이 형성되어 있어, 상기 가스 공급 연통홀을 통해서 상기 프로세스 튜브(100)의 내부와 상기 가스 공급부(920) 사이가 서로 연통되어 있다.
상기 가스 배기부(910)와 상기 가스 공급부(920)는 상기 후방 도어 칼러(323)에 연결된 별도의 배관들을 구비할 수도 있지만, 상기 후방 도어 칼러(323)에 연결된 하나의 배관에서 분기된 구조로 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 열처리 장치의 개략적인 단면도로서, 이는 배플(baffle)(550)을 추가로 구성한 것이다. 이하에서는, 배플(550)에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 배플(550)은 전술한 기류 조절 모듈(500)에 의해 프로세스 튜브(100)의 전방측으로 이동된 기류가 보트(10)의 중심 또는 상기 기류 조절 모듈(500) 쪽으로 이동시킴으로써 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간 내에서 기류가 보다 원활하게 순환되도록 가이드 한다. 이를 위해, 상기 배플(550)은 상기 전방 도어 모듈(310)의 내측에 위치하면서 상기 전방 도어 모듈(310) 쪽으로 볼록한 타원 형태로 형성되어 상기 프로세스 튜브(100)의 전방측에 배치된다. 이에 따라, 상기 기류 조절 모듈(500) 또는 프로세스 튜브(100)에 로딩된 보트(10)에 대향되는 상기 배플(550)의 대향면은 일정한 곡률을 가지는 오목한 곡면으로 이루어짐으로써 상기 기류 조절 모듈(500)에 의해 프로세스 튜브(100)의 전방측으로 이동된 기류가 상기 기류 조절 모듈(500) 쪽으로 이동되도록 가이드한다. 이와 같은, 상기 배플(550)은 반응 가스에 노출되므로 내부식성 재질 또는 내화학성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명에 따른 기류 조절 모듈과 배플에 의해 프로세스 튜브 내에서 기류가 순환되는 모습을 도시한 개략도이다.
도 7에서 알 수 있듯이, 상기 기류 조절 모듈(500)의 동작과 배플(550)의 형상에 의해서 프로세스 튜브(100)의 열처리 공간 내에서 기류가 전체적으로 소용돌이(swirl) 구조를 이루면서 순환하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 기류 조절 모듈(500)이 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전하게 되면, 상기 기류 조절 모듈(500)에서 배출되는 기류는 기판(S)이 적재되어 있는 보트(10)의 외곽부를 따라 시계 방향 또는 시계 반대 방향의 소용돌이 구조를 이루면서 상기 프로세스 튜브(100)의 전방까지 이동하게 되고, 상기 프로세스 튜브(100)의 전방으로 이동된 기류는 상기 배플(550)의 오목한 곡면과 상기 기류 조절 모듈(500)의 흡입력에 의해서 상기 보트(10)의 내부를 따라 상기 기류 조절 모듈(500) 쪽으로 이동하게 된다. 이와 같이 상기 프로세스 튜브(100) 내에서 기류가 순환함으로써 열처리 공간 전체에서 온도 분포 및 반응 가스의 농도 분포가 균일하게 되고, 그에 따라 상기 기판(S) 전체에서 균일한 열처리 공정이 이루어질 수 있다.
한편, 도 6의 설명에서는, 상기 기류 조절 모듈(500)이 상기 후방 도어 모듈(320)의 내측면에 설치되고, 상기 배플(550)이 상기 전방 도어 모듈(310)의 내측면에 설치되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 기류 조절 모듈(500)은 전방 도어 모듈(310)의 내측면에 설치되고, 상기 배플(550)은 후방 도어 모듈(320)의 내측면에 설치될 수 있다. 즉, 상기 기류 조절 모듈(500)은 전방 도어 모듈(310) 및 후방 도어 모듈(320) 중 어느 하나의 내측면에 설치되고, 상기 배플(550)은 전방 도어 모듈(310) 및 후방 도어 모듈(320) 중 나머지 하나의 내측면에 설치될 수 있다.
또한, 전술한 설명에서는, 상기 내부 냉각 모듈(700)의 제 1 순환 배관(710)과 상기 가스 배기부(910) 및 상기 가스 공급부(920) 각각이 상기 후방 도어 모듈(320)을 통해 열처리 공간에 연통되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 이들은 전방 도어 모듈(310)을 통해 열처리 공간에 연통될 수도 있으며, 보다 바람직하게는, 상기 전방 도어 모듈(310) 및 후방 도어 모듈(320) 중 상기 기류 조절 모듈(500)이 설치된 도어 모듈을 통해 열처리 공간에 연통될 수 있다. 나아가, 상기 내부 냉각 모듈(700)의 제 1 순환 배관(710)과 상기 가스 배기부(910) 및 상기 가스 공급부(920) 중 일부는 상기 전방 도어 모듈(310)을 통해 열처리 공간에 연통되고, 나머지는 후방 도어 모듈(320)을 통해 열처리 공간에 연통될 수도 있다.
이상은 태양 전지의 제조용 열처리 장치, 특히 CIGS 태양전지의 광흡수층을 형성하기 위한 열처리 장치에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 열처리 장치는 반드시 태양전지 또는 CIGS 태양전지의 광흡수층을 형성하는데에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 프로세스 튜브 200: 공정 챔버
310: 전방 도어 모듈 311: 전방 플랜지
313: 전방 도어 칼러 315: 전방 도어
320: 후방 도어 모듈 321: 후방 플랜지
323: 후방 도어 칼러 325: 후방 도어
400: 히터 모듈 500: 기류 조절 모듈
550: 배플 600: 보트 지지부
610: 보트 지지 바 620: 지지 블록
700: 내부 냉각 모듈 800: 외부 냉각 모듈
910: 가스 배기부 920: 가스 공급부

Claims (15)

  1. 전방측과 후방측이 개방되도록 형성되어 열처리 공간을 제공하는 프로세스 튜브;
    상기 프로세스 튜브를 둘러싸는 공정 챔버;
    상기 프로세스 튜브에 열을 공급하는 히터 모듈;
    상기 프로세스 튜브의 전방측에 설치되어 복수 개의 기판이 적재되어 있는 보트가 상기 열처리 공간으로 출입하는 보트 출입구를 형성하는 전방 도어 모듈;
    상기 프로세스 튜브의 후방측에 설치되어 상기 프로세스 튜브의 후방측을 밀폐하거나 개폐하는 후방 도어 모듈; 및
    상기 프로세스 튜브의 내벽에 지지되지 않으면서 상기 프로세스 튜브의 열처리 공간을 가로지르도록 상기 전방 도어 모듈과 상기 후방 도어 모듈에 설치되어 상기 보트를 지지하는 보트 지지부를 포함하며,
    상기 보트 지지부는 일측이 상기 전방 도어 모듈에 지지되고, 타측이 상기 후방 도어 모듈에 지지된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 도어 모듈은,
    상기 프로세스 튜브의 전방측에 결합되어 상기 프로세스 튜브와 상기 공정 챔버 사이에 마련되는 버퍼 공간의 일측을 밀폐하는 전방 플랜지(flange);
    상기 전방 플랜지에 결합되어 상기 보트 출입구를 형성하면서 상기 보트 지지부의 일측을 지지하는 전방 도어 칼러(collar); 및
    상기 전방 도어 칼러의 전방을 개폐하도록 설치된 전방 도어를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 후방 도어 모듈은,
    상기 프로세스 튜브의 후방측에 결합되어 상기 프로세스 튜브와 상기 공정 챔버 사이에 마련되는 버퍼 공간의 타측을 밀폐하는 후방 플랜지;
    상기 후방 플랜지에 결합되어 상기 열처리 공간에 연통되면서 상기 보트 지지부의 타측을 지지하는 후방 도어 칼러; 및
    상기 후방 도어 칼러의 전방을 밀폐하거나 개폐하도록 설치된 후방 도어를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보트 지지부는,
    상기 프로세스 튜브의 내벽에 접촉하지 않으면서 상기 프로세스 튜브의 열처리 공간을 가로지르도록 나란하게 배치되어 상기 보트를 지지하는 적어도 2개의 보트 지지 바; 및
    상기 전방 도어 모듈의 전방 도어 칼라와 상기 후방 도어 모듈의 후방 도어 칼라 각각에 설치되어 상기 적어도 2개의 보트 지지 바 각각을 일정한 높이로 지지하는 복수의 지지 블록을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보트 지지부는 상기 적어도 2개의 보트 지지 바 간에 연결되도록 설치된 복수의 보강 브릿지를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 보트 지지 바 각각은 상기 열처리 공간에 공급되는 반응 가스에 대한 내화학성 또는 내부식성을 가지는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 튜브의 열처리 공간과 마주하는 상기 전방 도어 모듈 및 상기 후방 도어 모듈 중 적어도 하나의 내측면에 설치되어 상기 열처리 공간 내에 기류 순환을 위한 기류 조절 모듈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기류 조절 모듈은 회전축의 회전에 따라 회전 운동하여 상기 열처리 공간 내부의 기류를 강제적으로 순환시키는 기류 순환 팬을 포함하여 구성되며,
    상기 기류 순환 팬은,
    상기 열처리 공간 내부의 기류를 흡입하는 기류 흡입부; 및
    상기 기류 흡입부로 흡입되는 기류를 상기 열처리 공간으로 배출하는 기류 배출부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기류 순환 팬은 상기 기류 배출부에 의해 상기 열처리 공간으로 배출되는 기류의 배출 방향을 가이드하는 기류 가이드 부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 도어 모듈 및 상기 전방 도어 모듈 중 어느 하나의 내측면에 설치되어 상기 열처리 공간 내에 기류 순환을 위한 기류 조절 모듈; 및
    상기 후방 도어 모듈 및 상기 전방 도어 모듈 중 나머지 하나의 내측면에 설치되어 상기 기류 조절 모듈에 의해 이동된 기류를 상기 기류 조절 모듈 쪽으로 이동시키는 배플(baffle)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기류 조절 모듈과 마주하는 상기 배플의 대향면은 일정한 곡률을 가지는 오목한 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기류 조절 모듈은 회전축의 회전에 따라 회전 운동하여 상기 열처리 공간 내부의 기류를 강제적으로 순환시키는 기류 순환 팬을 포함하여 구성되며,
    상기 기류 순환 팬은,
    상기 열처리 공간 내부의 기류를 흡입하는 기류 흡입부; 및
    상기 기류 흡입부로 흡입되는 기류를 상기 열처리 공간으로 배출하는 기류 배출부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기류 순환 팬은 상기 기류 배출부에 의해 상기 열처리 공간으로 배출되는 기류의 배출 방향을 가이드하는 기류 가이드 부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 히터 모듈은,
    상기 프로세스 튜브와 공정 챔버 사이의 버퍼 공간에 설치되어 프로세스 튜브의 외벽을 가열하는 제 1 히터 부재; 및
    상기 프로세스 튜브의 열처리 공간과 마주하는 상기 전방 도어 모듈과 후방 도어 모듈 각각의 내측면에 설치되어 상기 열처리 공간에 열을 제공하는 제 2 히터 부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 열처리 공간에 연통되어 상기 프로세스 튜브의 내부를 냉각시키는 내부 냉각 모듈;
    상기 버퍼 공간에 연통되어 상기 프로세스 튜브의 외벽을 냉각시키는 외부 냉각 모듈;
    상기 열처리 공간에 연통되어 상기 열처리 공간의 가스를 배기하는 가스 배기부; 및
    상기 열처리 공간에 연통되어 상기 열처리 공간의 내부에 반응 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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