KR20100069353A

KR20100069353A - 히터

Info

Publication number: KR20100069353A
Application number: KR1020080128016A
Authority: KR
Inventors: 이경복; 서강열
Original assignee: 주식회사 테라세미콘
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-24

Abstract

내부로 온도 조절용 가스를 공급하여 히터 내부 온도를 균일하게 조절할 수 있는 히터가 개시된다. 본 발명에 따른 히터는 복수개의 기판이 로딩된 후 각각의 기판을 동일한 온도로 열처리할 수 있도록 구성되는 수직형 히터로서, 본체(110); 본체(110)의 내측에 설치되고 내부로는 기판(10)이 로딩되는 튜브(120); 복수개의 존으로 구성되는 히터부(200); 존의 온도 조절을 위한 가스를 공급하는 가스 공급관(300); 가스 공급관(300)을 통해 공급된 가스를 배기하는 가스 배기관(400); 존의 온도를 측정하는 온도 센서(500); 및 온도 센서(500)의 측정 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부(600)를 포함하고, 가스 공급관(300)은 존에 대응하여 설치되고, 존의 온도에 따라 가스 공급관(300)을 통하여 공급되는 가스의 양이 조절되는 것을 특징으로 한다.

열처리 장치, 히터, 존(zone), 기판, 온도 조절, 가스 공급, 가스 배기

Description

히터{Heater}

본 발명은 기판의 열처리를 위한 수직형 히터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 내부로 온도 조절용 가스를 공급하여 히터 내부 온도를 균일하게 조절할 수 있는 히터에 관한 것이다.

평판 디스플레이 제조 시 사용되는 대면적 기판 처리 시스템은 크게 증착 장치와 어닐링 장치로 구분될 수 있다.

증착 장치는 평판 디스플레이의 핵심 구성을 이루는 투명 전도층, 절연층, 금속층 또는 실리콘층을 형성하는 단계를 담당하는 장치로서, 예를 들어 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)와 같은 화학 증착 장치와 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리 증착 장치가 있다. 또한, 어닐링 장치는 증착 공정 후에 증착된 막의 특성을 향상시키는 단계를 담당하는 장치이다.

일반적으로, 증착 공정과 어닐링 공정은 히터의 내부에 복수개의 기판을 로딩한 후 소정의 열을 인가하며 진행된다.

한편, 복수개의 기판이 상하로 탑재되는 멀티 존 방식의 수직형 열처리 장치 는 기판에 대한 열처리를 위해 소정의 온도로 상승시키는 도중 히터 내부의 위치에 따라 온도 상승 속도가 다르게 나타날 수 있다. 즉, 히터의 하부는 기판의 출입구에 인접하여 있어서 상부보다 열 손실이 많이 나타나고 고온의 공기는 히터의 상부에 집중되기 때문에, 하부의 존은 상부의 존보다 낮은 온도 상승 속도를 나타내는 문제점이 있었다.

여기서 멀티 존 방식이란 히터를 복수개의 존으로 구성하여 복수개의 기판을 동시에 동일한 온도로 열처리하는 것이 가능하도록 하는 방식이다. 각 존의 온도 제어는 독립적으로 이루어질 수 있고, 이때의 온도 제어는 PID 제어(proportional integral derivative control) 방식에 의한다.

멀티 존 방식의 히터에서 존의 온도가 사용자가 설정한 열처리 온도에 도달하면 발열체의 동작을 정지시켜 더 이상의 온도 변화가 없도록 한다. 그러나, 설정 온도에서 발열체의 동작을 정지시켰을 때 존의 온도가 설정 온도 이상으로 상승하는 오버 슛(overshoot) 현상이 발생할 수 있었다. 이때, 존 내부의 열 전도 속도가 느리기 때문에 설정 온도까지 낮추기 위해서 많은 시간을 필요로 하는 문제점이 있었다.

또한, 존의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우 발열체의 동작량을 증가시키면 각각의 존에 설치된 발열체에서 발열된 열이 다른 존에 영향을 주었고 이 때문에 각각의 존의 온도를 조절하기 어려운 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 기판에 대한 열처리가 진행되는 멀티 존 방식의 히터에서 열처리를 위해 히터의 온도가 상승될 때 상대적으로 온도 상승 속도가 높은 존으로 온도 조절용 가스를 공급하여 온도를 조절함으로써 전체 존의 온도를 균일하게 조절할 수 있는 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 오버 슛 현상에 의해 존 내부의 온도가 설정 온도보다 높아졌을 때 온도 조절용 가스를 공급하여 존 내부 온도가 설정 온도로 조절될 수 있도록 하는 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 발열체의 동작이 이웃하는 존에 영향을 주어 이웃하는 존의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있는 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 히터는 복수개의 기판이 로딩된 후 각각의 기판을 동일한 온도로 열처리할 수 있도록 구성되는 수직형 히터로서, 본체; 상기 본체의 내측에 설치되고 내부로는 기판이 로딩되는 튜브; 복수개의 존으로 구성되는 히터부; 상기 존의 온도 조절을 위한 가스를 공급하는 가스 공급관; 상기 가스 공급관을 통해 공급된 가스를 배기하는 가스 배기관; 상기 존의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서의 측정 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 가스 공급관은 상기 존에 대응하여 설치되고, 상 기 존의 온도에 따라 상기 가스 공급관을 통하여 공급되는 가스의 양이 조절되는 것을 특징으로 한다.

상기 히터부의 최상부 존에 설치되는 보조 배기관을 더 포함할 수 있다.

상기 가스 배기관에는 가스를 외부로 배기하기 위한 가스 블로어가 설치될 수 있다.

상기 복수개의 존의 발열체는 독립적으로 제어될 수 있다.

상기 가스 공급관에는 상기 제어부에 의해 제어되는 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 기판에 대한 열처리를 위해 히터 내부의 온도를 상승시키는 도중 히터 내부의 위치에 따라 온도 상승 속도가 다르게 나타날 때 온도 상승 속도가 빠른 존으로는 가스를 유입시켜 이웃하는 존과 온도 상승 속도가 균일하도록 조절하는 효과가 있다.

또한, 오버 슛에 의해 특정 존의 온도가 설정 온도보다 높은 경우에 가스의 유입에 의해 이를 조절함으로써 존의 온도를 균일하게 하는 효과가 있다.

또한, 이웃하는 존의 발열체에서 발열된 열에 의해 존의 온도가 상승되었을 때 가스를 유입시켜 온도를 낮춤으로써 히터 전체에 걸쳐 온도 조절이 용이해지는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터의 구성을 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 히터(100)는 본체(110), 튜브(120), 히터부(200), 가스 공급관(300), 가스 배기관(400), 온도 센서(500) 및 제어부(600)를 기본적인 구성으로 한다.

도면에서 미 설명된 도면 부호 122는 열처리 공정을 위한 가스를 튜브(120) 내로 공급하는 가스 유입관이고, 124는 열처리 공정에 사용된 폐가스를 튜브(120) 외부로 배출하는 가스 배출관이다.

이하 상기 각각의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

우선, 본체(110)는 소정의 크기로 형성되고, 내부에는 공간이 형성된다. 그리고, 후술하는 구성 요소들이 모두 연결될 수 있다.

튜브(120)는 소정의 크기로 형성되어 본체(110)의 내측으로 설치된다. 튜브(120)의 내부에는 복수개의 기판(10)을 열처리 하기 위한 공간이 형성될 수 있다.

히터부(200)는 튜브(120) 내부의 기판(10)에 대하여 열을 인가하기 위하여 튜브(120)의 주위를 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.

히터부(200)는 복수개의 존, 즉 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 존(z1, z2, z3, z4, z5)으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 히터부(200)는 5개의 존으로 구성되어 있으나, 존의 개수는 5개로 한정되지 않고, 동시에 열처리되는 기판의 개수에 따라 5개의 존보다 많게 할 수도 있고, 적게 할 수도 있다.

복수개의 존으로 히터부(200)를 구성하게 되면 복수개의 기판을 동시에 동일 한 온도로 열처리하는 것이 가능하며, 그 결과 복수개의 기판 상에 형성되어 있는 박막의 특성이 한 번의 열처리 공정으로 모두 균일해질 수 있다.

또한, 복수개의 존은 격벽(202)에 의해 구분될 수 있다.

제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 존(z1, z2, z3, z4, z5) 각각에는 동일한 개수의 발열체(210)가 설치될 수 있고, 각 존에 설치된 발열체는 독립적으로 제어될 수 있다.

발열체(210)의 재질은 칸탈(Kanthal), 실리콘 카바이드(SiC), 몰리브덴 실리사이드(MoSi2) 등을 포함할 수 있다.

발열체(210)의 동작은 PID 제어(proportional integral derivative control) 방식에 준하여 이루어질 수 있다. PID 제어는 이미 널리 알려져 있는 공지 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본체(110)와 튜브(120)의 사이에는 발열체(210)에서 발열된 열이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위한 단열 블록(212)이 설치될 수 있다.

가스 공급관(300)과 가스 배기관(400)이 히터부(200)를 구성하는 각각의 존에 연결될 수 있다.

먼저, 가스 공급관(300)의 구성에 대해 설명하기로 한다.

가스 공급관(300)은 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 존(z1, z2, z3, z4, z5)에 각각 연결되어 히터부(200)를 구성하는 각각의 존에 온도 조절용 가스를 공급하여 각 존의 온도를 균일하게 조절할 수 있다. 이때 공급되는 온도 조절용 가스는 질소를 포함할 수 있다.

도면에는 단일의 가스 공급관(300)이 5개로 분지된 후 각각의 존에 연결되어 있으나, 각 존에 가스 공급관(300)이 개별적으로 연결될 수도 있다.

그리고, 히터부(200)를 구성하는 존의 개수가 5개 이상 또는 그 이하로 이루어지면 가스 공급관(300)의 개수도 이에 대응하여 증감될 수 있다.

밸브(310)는 복수개의 가스 공급관(300)에 각각 연결되어 온도 조절용 가스의 공급을 단속할 수 있다. 이때, 밸브(310)는 후술하는 제어부의 제어에 의해 개방 정도가 변화될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

가스 배기관(400)의 구성에 대해 설명하기로 한다.

가스 배기관(400)은 제1 내지 제5 존(z1, z2, z3, z4, z5) 각각에 연결되어, 각 존으로 공급된 온도 조절용 가스를 외부로 배기할 수 있다.

가스 배기관(400)은 가스 공급관(300)과 대향한 상태로 연결될 수 있다.

또한, 가스 배기관(400)을 통한 가스의 배기가 용이하도록 하기 위해 각각의 가스 배기관(400)에는 가스 블로어(gas blower)(410)가 연결될 수 있다.

가스 블로어(410)는 밸브(310)의 제어에 대응하여 제어될 수 있다.

한편, 히터부(200)를 구성하는 제1 내지 제5 존(z1, z2, z3, z4, z5) 중에서 최상부에 위치되는 제1 존(z1)은 하부의 존 보다 높은 온도 상태일 수 있으므로, 제1 존(z1)에는 가스의 빠른 배기를 위한 보조 배기관(420)이 추가로 연결될 수 있다.

보조 배기관(420)을 통한 배기를 용이하게 하기 위해 보조 배기관(420)에도 보조 가스 블로어(430)가 연결될 수 있다.

온도 센서(500)는 히터부(200)를 구성하는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 존(z1, z2, z3, z4, z5) 각각의 온도를 측정하고 측정된 온도에 해당하는 신호를 출력하여, 후술하는 제어부로 입력될 수 있도록 구성된다.

온도 센서(500)에 의한 온도 측정은 1회에 그치지 않고, 발열체(210)의 동작이 시작되는 시기부터 일정한 시간 간격으로 계속적으로 이루어질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

제어부(600)는 온도 센서(500) 및 밸브(310)와 신호선으로 연결될 수 있다.

제어부(600)는 각각의 온도 센서(500)에서 출력되는 신호를 입력 받은 후, 입력된 신호를 서로 비교하고, 비교 결과 어느 존의 온도가 이웃하는 존보다 높은 것으로 판단되면, 온도가 높은 존에 연결되어 있는 가스 공급관(300)의 밸브(310) 개방 정도를 제어할 수 있다.

이외에도 열처리 진행 시, 제어부(600)는 다음과 같이 동작할 수 있다.

제어부(600)는 온도 센서(500)의 신호를 열처리를 위해 설정된 온도와도 비교하여 측정된 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 즉, 오버 슛이 발생되는 경우에도 밸브(310)의 개방 정도를 제어하여 존의 온도를 조절할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 일 실시예의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

엔드 이펙터(미도시)와 같은 기구를 이용하여 복수개의 기판을 히터의 내측으로 로딩한 후, 각 존의 발열체를 PID 제어 방식에 의해 동작시킨다. PID 제어에 의한 온도 조절 방식은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

발열체(210)가 동작하면 히터부(200)를 구성하는 제1 내지 제5 존(z1, z2, z3, z4, z5)의 온도가 상승하게 된다. 온도 센서(500)는 각 존의 온도를 일정한 시간 간격으로 측정한 후, 측정된 온도에 해당하는 신호를 출력하여 제어부(600)로 입력할 수 있다.

제어부(600)는 입력 받은 신호를 서로 비교하여 온도가 상대적으로 높은 존과 낮은 존을 구분한 후, 구분된 각 존에 연결된 가스 공급관(300)의 밸브(310) 개방 정도를 서로 다르게 제어할 수 있다.

즉, 복수개의 존 중에서 최하부에 위치되는 제5 존(z5)은 다른 존에 비하여 상대적으로 온도가 낮은 상태일 수 있고, 제5 존(z5)에서 상부의 존으로 갈수록 온도가 상승될 수 있으므로, 제어부(600)는 하부의 존에서 상부의 존으로 갈수록 밸브(310) 개방 정도가 점차 확장되도록 제어하여 온도가 높은 존으로 더 많은 온도 조절용 가스가 공급될 수 있도록 하여, 각각의 존 온도의 상승을 균일하게 조절할 수 있다.

각 존은 격벽(202)에 의해 구분되어 있으므로 가스 공급관(300)을 통해 공급된 가스는 이웃하는 존에 영향을 주지 않을 수 있다.

열처리가 이루어지는 존 내부의 온도는 매우 고온이기 때문에 온도 조절용 가스의 온도가 상온이어도 온도 조절용 가스와 존의 현격한 온도 차이에 의해 존의 온도 조절에 기여할 수 있다.

가스 공급관(300)을 통해 가스가 공급된 후 공급된 가스는 가스 압력에 의해 자연 배기 될 수 있으나, 좀더 빠른 배기를 위해 또는 배기량의 조절에 의해 온도 조절을 용이하게 하기 위해, 제어부(600)는 가스 배기관(400)에 연결되어 있는 가스 블로어(410)를 밸브(310)의 동작에 대응하여 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 가스 공급관(300)을 통한 온도 조절용 가스의 공급은 열처리 진행 도중에도 수행될 수 있다.

즉, 열처리 공정을 수행할 때 온도 센서(500)에서 측정된 온도에 따라 소정의 신호를 제어부(600)로 입력하고, 제어부(600)는 입력되는 신호가 나타내는 온도와 사용자에 의해 기 설정된 열처리 온도를 비교하고, 비교 결과 설정된 열처리 온도와 온도 센서(500)의 측정값이 차이가 나는 경우에는 다음과 같이 제어할 수 있다.

오버 슛 현상에 의해 온도 센서(500)에 의해 측정된 존의 온도가 설정 온도보다 높은 경우에는 발열체의 동작을 정지시키는 한편, 제어부(600)는 밸브(310)를 개방 제어하여 온도 조절용 가스가 존으로 유입되도록 한다. 온도 조절용 가스의 유입에 의해 존의 온도는 낮아질 수 있다. 이후 온도 센서(500)는 계속적으로 온도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하고, 제어부(600)에서의 비교 결과 존의 온도가 설정된 열처리 온도와 동일한 것으로 판단되면, 밸브(310)를 폐쇄 제어하여 더 이상의 가스가 유입되지 않도록 한다.

한편, 온도 센서(500)에 의해 측정된 존의 온도가 설정된 열처리 온도보다 낮은 경우에는 발열체를 동작시켜 존의 온도를 상승시킬 수 있다. 이때, 발열체에서 발열된 열이 이웃하는 존으로도 전달되어 이웃하는 존의 온도가 상승될 수 있다.

이를 방지하기 위해, 특정 존의 발열체를 동작시켜 존의 온도를 상승시킬 때, 온도 센서(500)에 의해 발열체가 동작하지 않는 이웃 존의 온도가 상승하는 것이 측정되면, 제어부(600)는 발열체가 동작하지 않으면서 존의 온도가 상승하는 존에 연결된 가스 공급관(300)의 밸브(310)를 개방 제어한다. 밸브(310)의 개방에 의해 유입된 온도 조절용 가스는 이웃 존의 발열체로부터 전달되는 열에 의해 존의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.

열처리가 종료된 후, 기판을 언 로딩하기 위해서는 히터(100)를 냉각시킬 필요가 있다. 이때는 다음과 같이 동작한다.

각 존에 설치되어 있는 발열체(210)의 동작을 정지시킨 후, 가스 공급관(300)에 설치된 밸브(310)를 완전 개방하여 온도 조절용 가스가 최대한으로 공급되도록 하고, 가스 배기관(400)에 연결되어 있는 가스 블로어(410)를 최대로 동작시켜 온도 조절용 가스의 배기가 빠르게 이루어지도록 함으로써, 히터를 가능한 빠르게 냉각시키는 것이 바람직하다.

한편, 각 존중에서 최 상부의 제1 존(z1)은 하부의 존보다 온도가 높을 수 있으므로, 보조 배기관(420)을 통해서도 배기가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 보조 배기관(420)에 연결되어 있는 보조 가스 블로어(430)도 동작시켜 온도 조절용 가스의 배기량을 증대시킴으로써 히터를 가능한 빠르게 냉각시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에 서 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터의 구성을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판

100: 히터

110: 본체

120: 튜브

200: 히터부

210: 발열체

300: 가스 공급관

310: 밸브

400: 가스 배기관

410: 가스 블로어

420: 보조 배기관

430: 보조 가스 블로어

500: 온도 센서

600: 제어부

Claims

복수개의 기판이 로딩된 후 각각의 기판을 동일한 온도로 열처리할 수 있도록 구성되는 수직형 히터로서,

본체;

상기 본체의 내측에 설치되고 내부로는 기판이 로딩되는 튜브;

복수개의 존으로 구성되는 히터부;

상기 존의 온도 조절을 위한 가스를 공급하는 가스 공급관;

상기 가스 공급관을 통해 공급된 가스를 배기하는 가스 배기관;

상기 존의 온도를 측정하는 온도 센서; 및

상기 온도 센서의 측정 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부

를 포함하고,

상기 가스 공급관은 상기 존에 대응하여 설치되고, 상기 존의 온도에 따라 상기 가스 공급관을 통하여 공급되는 가스의 양이 조절되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서,

상기 히터부의 최상부 존에 설치되는 보조 배기관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서,

상기 가스 배기관에는 가스를 외부로 배기하기 위한 가스 블로어가 설치되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서,

상기 복수개의 존의 발열체는 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서,

상기 가스 공급관에는 상기 제어부에 의해 제어되는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.