KR101554199B1 - 기판처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 복수의 기판(50)이 각각 적재 보관된 복수의 보트(500)가 로딩되는 공간인 챔버(110a)가 형성되고 전면에는 출입구(110b)가 형성된 본체(110) - 본체(110)의 내부에는 균일한 기류를 형성하기 위한 팬(151)이 설치됨 -; 및 본체(151)의 전후방향 및 좌우방향으로 슬라이딩가능하게 설치되어 출입구(110b)를 개폐하는 도어(120)를 포함하고, 팬(151)은 본체(110)를 연통하여 설치되는 구동부(153, 157)에 의해 구동되고, 구동부(153, 157)를 커버하는 하우징(152)에는 구동부(153, 157)와 하우징(152)의 틈새(158)에 퍼지 가스를 공급하는 가스 유로(154)가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

기판처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판처리 장치의 구동부 틈새로 유독 가스가 누출되는 것을 막을 수 있는 기판처리 장치에 관한 것이다.
오늘날, 고갈되어 가는 화석 연료에 대한 의존도를 줄이기 위해, 고갈될 염려가 없을 뿐만 아니라 친환경적인 태양에너지를 활용하는 태양전지(Solar Cell)에 관한 연구 개발이 활발히 진행 중이다.
이러한 연구 개발의 일환으로, 태양광의 흡수율이 높고, 태양광 또는 방사선에 대한 열화 현상이 적으며, 박막화가 가능하고, 제작상 재료비를 절감할 수 있는 CIGS{Cu(In1-xGax)Se2}층이 형성된 박막형 태양전지가 개발되었다.
박막형 태양전지의 CIGS층을 형성하는 방법은, 기판에 형성된 전극층 상에 구리, 인듐, 갈륨의 원소를 적정 비율로 진공 스퍼터링하여 전구체막을 형성하는 전구체막 형성 공정과, 이와 같이 증착된 전구체막에 셀렌화 수소(H2Se) 기체를 흘려주면서 기판에 온도를 가하게 되는 셀렌화(selenization) 공정을 거친다. 이러한 일련의 공정에 따라, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se) 원소가 적정 조성 비율을 갖는 CIGS{Cu(In1-xGax)Se2}층을 형성할 수 있게 된다.
이러한 셀렌화 공정은 전구체막이 형성된 기판을 밀폐된 챔버에 로딩시키고, 챔버를 불활성가스로 치환한 다음, 챔버에 처리가스인 셀렌화 수소(H2Se)을 도입한 후, 챔버를 일정 온도로 승온시켜 일정 시간 유지함으로써 셀렌화된 CIGS층을 형성하는 공정이다.
CIGS층을 형성하기 위한 종래의 기판처리 장치의 챔버에는 각 기판에 균일한 기류를 공급하기 위한 팬이 설치될 수 있다. 팬을 회전시키기 위해서는 구동부가 챔버를 연통하여 설치될 수 있다. 그리고, 외부로 챔버 내의 유독가스가 빠져나가지 않도록, 구동부의 틈새를 실링하는 것이 일반적이다. 하지만, 유독가스에 의한 실링부재 자체에 부식 등의 손상이 야기됨에 따라 유독가스가 누출될 우려가 있고, 실링부재를 자주 교체해 주어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 실링부재와 유독가스의 접촉을 차단하여 실링부재가 손상되지 않도록 함으로써, 유독가스의 외부 누출을 방지할 수 있는 기판처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 기판처리 장치는, 복수의 기판이 각각 적재 보관된 복수의 보트가 로딩되는 공간인 챔버가 형성되고 전면에는 출입구가 형성된 본체 - 상기 본체의 내부에는 균일한 기류를 형성하기 위한 팬이 설치됨 -; 및 상기 본체의 전후방향 및 좌우방향으로 슬라이딩가능하게 설치되어 상기 출입구를 개폐하는 도어를 포함하고, 상기 팬은 상기 본체를 연통하여 설치되는 구동부에 의해 구동되고, 상기 구동부를 커버하는 하우징에는 상기 구동부와 상기 하우징의 틈새에 퍼지 가스를 공급하는 가스 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 실링부재와 유독가스의 접촉을 차단하여 실링부재가 손상되지 않도록 함으로써, 유독가스의 외부 누출을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 기판처리 장치의 일부 절개 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 내부본체의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬 및 구동부의 확대 측단면도이다.
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 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.
본 명세서에 있어서, 기판처리란 증착 공정, 열처리 공정 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다. 다만, 이하에서는 기판처리를 설명함에 있어서, CIGS{Cu(In1-xGax)Se2}층을 형성하는 공정을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 시스템의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 사시도, 도 3은 도 2에 도시된 기판처리 장치의 일부 절개 분해 사시도, 도 4는 도 1에 도시된 내부본체의 측단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 시스템은 기판처리 장치(100), 제 1 이송장치(200), 제 2 이송장치(300) 및 냉각장치(400)를 포함한다.
기판처리 장치(100)는 외관을 형성하는 본체(110)를 포함한다. 본체(110)의 내부에는 유리 등의 기판(50)(도 1 참조)이 로딩되어 처리되는 공간인 챔버(110a)가 형성되고, 전면에는 기판(50)이 출입하는 출입구(110b)가 형성된다.
본체(110)는 내부에 챔버(110a)가 형성된 내부본체(111)와 내부본체(110)를 감싸는 외부본체(115)를 포함할 수 있고, 출입구(110b)는 내부본체(111)의 전면에 형성된 내부출입구(110ba)와 내부출입구(110ba)와 대향되게 외부본체(115)의 전면에 형성된 외부출입구(110bb)를 포함할 수 있다.
본체(110)는 금속재로 형성될 수 있다. 이로 인해, 많은 양의 기판(50)을 한번에 로딩하여 처리할 수 있는 대용량으로 용이하게 제작할 수 있고, 본체(110)가 파손되지 않으므로 가스의 누설이 방지되며, 상대적으로 저렴하므로 원가가 절감될 수 있다.
더 구체적으로 설명하면, 내부본체(111)는 내부함체(112), 내부함체(112)의 외면에 접촉 결합된 외부함체(113) 및 외부함체(113)의 외면에 형성된 복수의 강성 보강용 지지리브(114)를 가질 수 있다. 그리고, 내부함체(112)는 내부식성을 가진 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈늄(Ta), 니오브(Nb), 니켈합금, 티타늄합금 또는 Si-DLC(Silicon-Diamondlike Carbon) 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있고, 외부함체(113)는 스테인리스 스틸(SUS) 또는 스틸(Steel)로 형성될 수 있다. 지지리브(114)도 스테인리스 스틸(SUS) 또는 스틸(steel)로 형성되는 것이 바람직하다.
외부본체(115)는 스테인리스 스틸(SUS) 또는 스틸(Steel)로 형성될 수 있다.
본 발명의 기판처리 장치(100)는 내부본체(111)를 감싸는 형태로 외부본체(115)가 설치되므로, 챔버(110a)로 유입된 가스가 외부로 누설되는 것이 방지되는 이점이 있다.
외부본체(115)의 전면에는 본체(110)의 전후방향 및 좌우방향으로 슬라이딩가능하게 설치되어 외부출입구(110bb)를 개폐하는 도어(120)가 설치될 수 있다. 도어(120)에 의하여 외부출입구(110bb)가 폐쇄되면 챔버(110a)가 밀폐되고, 개방되면 챔버(110a)가 개방됨은 당연하다. 도어(120)에 의하여 외부출입구(110bb)가 완전하게 실링되도록 도어(120)와 외부본체(115)의 전면 사이에는 실링부재(미도시)가 개재될 수 있다.
내부본체(111)의 내부에는 기판(50)을 가열하는 히터(130)가 설치된다. 더 구체적으로 설명하면, 히터(130)는 판형으로 형성되어 내부본체(111)의 내부 측면, 전후면 및 상하면에 각각 설치될 수 있다.
예를 들어, 500℃에서 기판(50)을 가열한다고 가정한다. 그런데, 기판(50)을 가열하기 위한 히터(130)가 내부본체(111)의 외부에 설치되어 있다면, 내부본체(111)를 500℃ 이상으로 가열하여야 챔버(110a)의 온도가 500℃가 되며, 금속으로 된 내부본체(111)는 소정 이상의 온도에서는 부식성 공정 가스에 의하여 부식될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 히터(130)가 내부본체(111)의 내부에 설치되어 챔버(110a)를 직접 가열할 수 있다. 즉, 기판(50)의 가열에 필요한 온도로 챔버(110a)를 가열하면 되므로, 내부본체(111)가 기판(50)의 가열에 필요한 온도 이상으로 가열되지 않는다. 따라서, 내부본체(111)가 고온에서 가스에 의하여 부식되는 것이 상대적으로 방지될 수 있고, 직접 기판을 가열하므로 가열 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다. 이때, 내부함체(112)와 히터(130) 사이에 단열재(135)를 개재하여 내부본체(111)가 챔버(110a)의 열에 의하여 온도가 상승하는 것을 방지할 수도 있다.
기판(50)은 복수개가 보트(500)에 적재 보관되며, 복수의 보트(500)가 챔버(110a)에 로딩될 수 있다. 즉, 기판(50)은 보트(500)에 적재 보관된 상태로 챔버(110a)에 로딩되어 처리될 수 있다.
내부본체(111)의 내면에는 팬(151)이 설치될 수 있다. 팬(151)은 각 기판(50)으로 균일한 기류가 공급되게 한다. 그리고, 팬(151)에 의하여 강제로 흐르는 기류가 기판(50)측으로 공급될 수 있도록, 팬(151)을 감싸는 형태로 차단테(155)가 내부본체(111)에 지지 설치될 수 있다.
제1 이송장치(200)는 기판처리 장치(100)의 본체(110)의 전면 일측에 설치되어 도어(120)를 본체(110)의 전후방향 및 좌우방향으로 슬라이딩 시킬 수 있다. 제 1 이송장치(200)는 지지프레임(210), 모터(미도시) 및 실린더(미도시) 등을 포함할 수 있다.
제 2 이송장치(300)는 본체(110)의 전방측에 설치되어 기판(50)이 적재 저장된 보트(500)를 이송시켜 챔버(110a)에 로딩하거나 챔버(110a)로부터 언로딩 할 수 있다. 제 2 이송장치(300)는 본체(110)의 좌우방향과 평행하게 설치된 안내레일(310), 안내레일(310)에 설치되어 안내레일(310)을 따라 이동하며 보트(500)가 탑재 지지되는 지지프레임(320)을 포함할 수 있다.
이때, 보트(500)가 탑재된 지지프레임(320)의 부위는 본체(110)의 전후방향으로 신축되면서 보트(500)를 챔버(110a)에 로딩하거나, 챔버(110a)로부터 언로딩할 수 있다.
보트(500)를 이송하는 제 2 이송장치(300)는 본 출원인이 출원한 한국특허출원 10-2012-0053970호 또는 한국특허출원 10-2012-0053971호에 개시된 "보트 이송장치"로 대체될 수 있다.
보트(500)는 복수개가 챔버(110a)에 로딩된다. 즉, 복수의 기판(50)이 각각 적재 보관된 복수의 보트(500)가 챔버(110a)에 로딩되어 처리되므로, 한번에 많은 개수의 기판(50)을 처리할 수 있다.
냉각장치(400)는 본체(110)의 전면 일측에 설치되어 처리된 기판(50)이 적재 저장된 보트(500)를 제 2 이송장치(300)로부터 전달받아 기판(50)을 냉각시킬 수 있다. 냉각장치(400)는 공지의 냉각장치를 사용할 수 있다.
본 발명의 기판처리 시스템은 전극층과 적정 원소 비율로 형성된 구리, 인듐, 갈륨으로 이루어진 전구체막이 형성된 기판(50)을 보트(500)에 지지시킨 다음, 보트(500)를 챔버(110a)에 로딩한 다음 챔버(110a)를 밀폐시킨다. 이러한 상태에서, 챔버(110a)에 질소 가스를 유입한 다음, 셀렌화 가스(H2Se)를 주입하여 소정 온도에서 CIGS층을 형성하고, CIGS층 형성한 다음에는 또 다른 소정 온도에서 황화 가스(H2S)를 주입하여 기판(50)에 형성된 CIGS층을 처리한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬(151) 및 구동부(153, 157)의 확대 측단면도이다.
CIGS층을 처리하는 과정에서, 셀렌화 가스 등의 유독 가스가 팬(151) 주위의 틈을 통해 누설될 우려가 있다. 이는 팬(151)을 회전하도록 구동시키는 구동부(153, 157)가 본체(110)를 연통하여 설치되기 때문이다.
따라서, 기존에는 구동부(153, 157)를 커버하는 하우징(152)을 더 배치하고, 하우징(152)과 구동부(153, 157)의 틈새(158)를 실링부재(156)를 이용하여 실링함에 따라 유독 가스의 외부 누설을 막고자 하였다. 하지만, O-ring 등으로 구성되는 실링부재(156) 자체가 유독 가스에 의한 손상이 야기되어 실링이 온전히 되지 않는 문제점이 있었다.
이에 따라, 본 발명은 실링부재(156)가 손상되는 것을 막기 위해, 구동부(153, 157)를 커버하는 하우징(152)에 가스 유로(154: 154a, 154b)를 형성하고, 가스 유로(154)를 통해 구동부(153, 157)와 하우징(152)의 틈새(158)에 퍼지 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
하우징(152)은 원통형상을 가지고 구동부(153, 157)를 커버할 수 있다. 하우징(152)은 유독 가스에 의해 부식되지 않는 내부식성 재질을 사용할 수 있고, 바람직하게는 본체(110)와 동일한 재질을 사용할 수 있다.
하우징(152)에는 가스 유로(154)가 형성될 수 있는데, 가스 유로(154)는 관, 홈 등의 형태를 가질 수 있으며, 외부의 가스 공급/배출 장치(미도시)로부터 가스 유로(154)의 공급부/배출부(154a)를 통해 가스가 공급/배출되며 순환부(154b)를 통해 퍼지 가스가 이동할 수 있다.
구동부(153, 157)는, 일단이 외부의 모터 등과 같은 회전 구동 장치(미도시)에 연결되고, 타단이 팬(151)에 직접 연결되어 회전 운동을 전달함에 따라 팬(151)을 회전시키는 회전축(153), 및 하우징(152)의 내측에 설치되며, 회전축(153)을 지지하며 회전을 돕는 베어링(157)을 포함하는 의미로 이해될 수 있다. 베어링(157: 157a, 157b)은 하우징(152)의 하단 내측(157a) 및 상단 내측(157b)에 설치될 수 있고, 통상의 볼 베어링이나 롤 베어링으로 구성될 수 있다.
회전축(153)의 회전을 위해 하우징(152)과 회전축(153) 사이에는 틈새(158)가 존재할 수 있다. 가스 유로(154)의 순환부(154b)를 통해 이동한 퍼지 가스는 순환부(154b)에서 틈새(158)까지 연통된 홀(미도시) 등을 통해 틈새(158)로 이동할 수 있다.
실링부재(156)는 하우징(152)의 상부 내측에 배치되고, 틈새(158)를 실링할 수 있다. 퍼지 가스가 가스 유로(154)[또는 순환부(154b)]를 채워 1차적으로 유독 가스를 실링하는 역할을 하고, 2차적으로 실링부재(156)가 퍼지 가스 및 유독 가스를 실링할 수 있도록, 실링부재(156)는 가스 유로(154)[또는 순환부(154b)]가 형성된 위치보다 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 보다 실링을 긴밀하게 유지하기 위해 2중의 실링부재(156)가 소정의 간격을 가지고 배치될 수도 있다.
실링부재(156)는 O-ring을 사용할 수도 있으나, 자성유체씰을 사용하는 것이 바람직하다. 자성유체씰은 자성유체 및 자석을 포함하고, 자성유체에 자성을 갖는 미세입자들이 침전되지 않고 균일하게 분포하여 자력에 따라 실링 막을 형성하는 장치이다. 자성유체씰은 비접촉식 회전시 마찰이 거의 없고, 차폐효과가 우수한 이점이 있다. 자성유체씰의 구성은 공지의 구성을 제한없이 적용할 수 있다.
퍼지 가스가 순환부(154b)에서 틈새(158)로 이동하여 구동부(153)와 하우징(152)의 틈새(158)를 채움에 따라, 챔버(110a)에서 틈새(158) 방향으로 누설될 수 있는 유독 가스가 퍼지 가스에 의해 경로가 막힐 수 있다. 따라서, 유독 가스가 실링부재(156)까지 도달하지 않으며, 이에 따라 실링부재(156)의 부식 등의 손상을 막을 수 있다. 설사, 유독 가스가 실링부재(156)까지 도달한다고 해도 그 양이 미약하여 곧바로 퍼지 가스에 의해 환기될 수 있다. 이처럼, 실링부재(156)가 손상되지 않으므로 챔버(110a) 내부의 유독 가스, 틈새(158)의 퍼지 가스 등을 실링함에 따라 외부로의 가스 누설이 방지될 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하여 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.
100: 기판처리 장치
110: 본체
111: 내부본체
115: 외부본체
151: 팬
152: 하우징
153: 회전축
154: 가스 유로
155: 차단테
156: 실링부재
157: 베어링
158: 구동부와 하우징의 틈새
200: 제 1 이송장치
300: 제 2 이송장치
400: 냉각장치

Claims (7)

  1. 복수의 기판이 각각 적재 보관된 복수의 보트가 로딩되는 공간인 챔버가 형성되고 전면에는 출입구가 형성된 본체 - 상기 본체의 내부에는 균일한 기류를 형성하기 위한 팬이 설치됨 -; 및
    상기 본체의 전후방향 및 좌우방향으로 슬라이딩가능하게 설치되어 상기 출입구를 개폐하는 도어를 포함하고,
    상기 팬은 상기 본체를 연통하여 설치되는 구동부에 의해 구동되고,
    상기 구동부를 커버하는 하우징에는 상기 구동부와 상기 하우징의 틈새에 퍼지 가스를 공급하는 가스 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 팬에 연결되어 상기 팬을 회전시키는 회전축; 및
    상기 하우징의 내측에 설치되며 상기 회전축을 지지하는 베어링
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상부 내측에 배치되고, 상기 틈새를 실링하는 실링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실링부재는 자성유체씰인 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 가스 유로보다 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 내측에는 상기 팬에 의하여 강제로 흐르는 기류가 상기 기판측으로 공급되도록 안내하는 차단테가 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 기판처리 장치;
    상기 도어를 상기 본체의 전후방향 및 좌우방향으로 슬라이딩시키는 제 1 이송장치;
    상기 보트를 이송시켜 상기 챔버에 로딩하거나 상기 챔버로부터 언로딩하는 제 2 이송장치; 및
    상기 기판처리 장치의 일측에 설치되며 상기 제 2 이송장치로부터 상기 보트를 전달받아 기판처리된 상기 기판을 냉각시키는 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리 시스템.
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