KR20120005313U - 대형 기판용 배치식 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판(S)이 열처리되는 공간을 제공하는 챔버(100); 상기 챔버(100)에 다층으로 설치된 히터(110); 상기 챔버(100)의 내부에 설치되고, 상기 히터(110) 사이로 기판(S)이 위치하여 다층으로 적재되는 보트(120); 상기 보트(120)에 다층으로 탈착 가능하게 설치되며, 각각의 기판(S)을 지지하는 홀더(H); 및 상기 홀더(H) 상에 구비되어 기판(S)을 지지하는 복수의 기판 지지대(131)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

대형 기판용 배치식 열처리 장치{Batch Type Heat Treatment Apparatus For Large Substrate}

본 발명은 대형 기판용 배치식 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 대형 기판을 적재하여 일괄적으로 열처리를 수행할 수 있는 대형 기판용 배치식 열처리 장치에 관한 것이다.

반도체, 평판 디스플레이 및 태양전지 제조에 사용되는 어닐링(annealing) 장치는 실리콘 웨이퍼나 글래스와 같은 기판 상에 증착되어 있는 소정의 박막에 대하여 결정화, 상 변화 등의 공정을 위하여 필수적인 열처리 단계를 담당하는 장치이다.

대표적인 어닐링 장치로는 액정 디스플레이 또는 박막형 결정질 실리콘 태양전지를 제조하는 경우 글래스 기판 상에 증착된 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시키는 실리콘 결정화 장치가 있다.

이와 같은 결정화 공정(열처리 공정)을 수행하기 위해서는 소정의 박막이 형성되어 있는 기판의 히팅이 가능한 열처리 장치가 있어야 한다. 예를 들어, 비정질 실리콘의 결정화를 위해서는 최소한 550 내지 600℃의 온도가 필요하다.

통상적으로 열처리 장치에는 하나의 기판에 대하여 열처리를 수행할 수 있는 매엽식과 복수개의 기판에 대하여 열처리를 수행할 수 있는 배치식이 있다. 매엽식은 장치의 구성이 간단한 이점이 있으나 생산성이 떨어지는 단점이 있어서 최근의 대량 생산용으로는 배치식이 각광을 받고 있다.

종래의 배치식 열처리 장치는 복수개의 기판이 로딩되는 보트, 보트에 로딩된 복수개의 기판에 대하여 열처리 공간을 제공하는 석영 재질로 이루어지는 챔버, 챔버 내에서 열처리 환경을 조성하기 위해 챔버의 외주를 감싸도록 설치된 히터, 기판의 열처리 분위기 조성에 필요한 가스를 챔버 내부로 공급하는 가스 공급관, 및 가스를 배출하는 가스 배출관을 포함하여 구성되어 있다.

종래의 배치식 열처리 장치는 기판 열처리 공정 시 홀더 바로 위에 기판을 로딩한 상태에서 보트에 적재하는 구조를 가졌다. 즉, 기판이 기판을 지지하기 위한 홀더에 면 접촉된 상태에서 열처리되는데, 기판 크기의 대형화로 홀더의 크기가 커짐에 따라 공정 온도 승온 시 홀더로의 열 손실이 발생하여 기판의 승온 속도가 느리게 되는 문제점이 있었다. 또한, 홀더 위에서 기판이 미끄러지게 되어 기판에 백 스크래치 현상이 발생하고, 기판 처리공정 후에 발견되는 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 배치식 열처리 장치는 기판이 홀더에 지지된 상태에서 이송되어 보트에 로딩됨에 따라 기판 처리 후에 홀더를 기판과 함께 언로딩하여 홀더와 기판을 분리하는 스테이지 장치가 필요하며, 거대한 홀더의 이송에 따른 안전 상의 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 홀더 상에 기판 지지 핀 적용으로 기판 로딩 후 열처리 공정 시 승온 속도를 빠르게 할 수 있으며, 홀더 상에 자유로운 기판 지지 핀의 위치 배열 및 설치 개수를 조절하여 홀더에 대한 기판의 백 스크래치 현상을 제거할 수 있고, 홀더가 보트에 고정되어 홀더의 이송 작업이 생략됨에 따라 기판의 이송 작업이 수월할 수 있고, 더불어 안정성 향상 및 이송 시간을 줄일 수 있는 대형 기판용 배치식 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대형 기판용 배치식 열처리 장치는, 기판(S)이 열처리되는 공간을 제공하는 챔버(100); 상기 챔버(100)에 다층으로 설치된 히터(110); 상기 챔버(100)의 내부에 설치되고, 상기 기판(S)이 다층으로 적재되는 보트(120); 상기 보트(120)에 다층으로 탈착 가능하게 설치되며, 상기 기판(S)을 지지하는 홀더(H); 및 상기 홀더(H) 상에 구비되어 상기 기판(S)을 지지하는 복수의 기판 지지대(131)를 포함할 수 있다.

상기 히터(110)는 상기 기판(S)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 설치된 제1 히팅봉(111)을 포함할 수 있다.

상기 히터(110)는 상기 보트(120)의 양측에서 상기 제1 히팅봉(111)에 교차하게 설치된 제2 히팅봉(112)을 더 포함할 수 있다.

상기 보트(120)에는 상기 홀더(H)를 지지하는 지지돌기(126)가 구비될 수 있다.

상기 기판 지지대(131)는 상기 홀더(H)의 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 다수 열로 배치될 수 있다.

상기 기판 지지대(131)는 상기 기판(S)의 저면에 접촉되는 핀(132)과, 상기 핀(132)이 상부에 결합되며 상기 홀더(H)에 고정되는 몸체(133)를 포함할 수 있다.

상기 홀더(H)에는 상기 몸체(133)에 삽입되는 삽입대(135)가 고정될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 대형 기판용 배치식 열처리 장치는 보트에 홀더가 고정된 상태에서 홀더 상에 기판 지지 핀이 구비됨으로써 기판 로딩 후 열처리 공정 시 기판이 홀더에서 분리되어 홀더에 대한 열의 누출을 차단하고 기판의 승온 속도를 빠르게 할 수 있으며, 기판이 홀더에서 이격되게 홀더 상에 기판 지지 핀을 자유롭게 위치 배열하고, 설치 개수를 조절하여 홀더에 대한 기판의 백 스크래치 현상을 제거할 수 있고, 홀더가 보트에 고정되어 홀더의 이송 작업이 생략됨에 따라 기판의 이송 무게가 감소하여 기판의 이송 작업이 수월할 수 있고, 기판의 이송 안정성을 향상시키고 이송 시간을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 기판용 배치식 열처리 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1의 보트와 홀더에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 3의 보트와 지지부의 확대도이다.
도 5는 도 3의 기판 지지부의 확대도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 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 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

대형 기판용 배치식 열처리 장치에 로딩되는 기판의 재질은 특별히 제한되지 않으며 글래스, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸 등 다양한 재질의 기판이 로딩될 수 있다. 이하에서는 LCD나 OLED와 같은 평판 디스플레이나 박막형 실리콘 태양전지 분야에 가장 일반적으로 사용되는 직사각형 형상의 글래스 기판을 상정하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 기판용 배치식 열처리 장치는 기판(S)이 열처리되는 공간을 제공하는 챔버(100), 챔버(100)에 다층으로 설치된 히터(110), 챔버(100)의 내부에 설치되고 기판(S)이 다층으로 적재되는 보트(120), 보트(120)에 다층으로 탈착 가능하게 설치되며 기판(S)을 지지하는 홀더(H), 및 홀더(H) 상에 구비되어 기판(S)을 지지하는 복수의 기판 지지대(131)를 포함할 수 있다.

챔버(100)는 직육면체 형상으로, 재질은 스테인레스 스틸인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지는 않았으나, 챔버(100)의 일측에는 챔버(100)에 기판(S)을 로딩하기 위하여 상하 방향으로 개폐되는 도어가 설치될 수 있다. 도어가 개방된 상태에서 트랜스퍼 암과 같은 기판 로딩 장치(미도시)를 이용하여 기판(S)을 챔버(100)로 로딩할 수 있다. 한편, 열처리가 종료된 후 도어를 통하여 챔버(100)로부터 기판(S)을 언로딩할 수도 있다.

챔버(100)의 상측에는 챔버(100)의 내부에 설치되는, 예를 들어 보트(120), 가스 공급관(미도시) 및 가스 배출관(미도시) 등의 수리 및 교체를 위하여 커버(미도시)가 개폐 가능하도록 설치될 수 있다. 커버의 재질은 석영인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다시, 도 1을 참조하면, 히터(110)는 기판(S)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 설치된 제1 히팅봉(111)을 포함할 수 있다. 히터(110)는 보트(120)의 양측에서 제1 히팅봉(111)에 교차하게 설치된 제2 히팅봉(112)을 더 포함할 수 있다. 제1 히팅봉(111)은 챔버(100)의 내부에서 기판(S)을 직접 가열하며, 제2 히팅봉(112)은 챔버(100) 내부의 열 손실을 방지할 수 있다.

제1 히팅봉(111)과 제2 히팅봉(112)은 길이가 긴 막대형의 히터로서 석영관 내부에 발열체가 삽입되어 있고, 양단에 설치된 단자를 통해 외부의 전원을 인가 받아 열을 발생시킬 수 있다. 제1 히팅봉(111)과 제2 히팅봉(112)은 기판(S)의 적층 방향을 따라 일정 간격을 가지면서 복수개가 배치되며, 기판(S)은 복수개의 제1 히팅봉(111)과 제2 히팅봉(112) 사이에 배치될 수 있다.

이와 같이, 챔버(100)에는 기판(S)의 상부 및 하부에서 기판(S)의 전면적을 커버할 수 있는 제1 히팅봉(111)이 설치됨으로써, 기판(S)은 제1 히팅봉(111)으로부터 전면적에 걸쳐서 열을 공급받아 균일하게 열처리가 이루어질 수 있다. 또한, 챔버(100)에는 제1 히팅봉(111)의 외측에 제2 히팅봉(112)이 설치되는데, 제1 히팅봉(111)의 외측에 대한 제2 히팅봉(112)의 열 전달이 이루어짐으로써 제1 히팅봉(111)의 외측에서 열 손실을 보충할 수 있다.

챔버(100)에는 열처리가 종료된 후 챔버(100) 내부를 신속하게 냉각시키기 위한 냉각관(미도시)이 설치될 수 있다. 냉각관이 챔버(100)에 설치됨으로써, 챔버(100) 내부의 열이 냉각관을 통하여 챔버(100) 외부로 전달되어 열처리 종료 후 챔버(100) 내부를 신속하게 냉각시킬 수 있다. 열처리 종료 후, 챔버(100) 내부가 소정의 온도 이하로 냉각되어야 기판(S)의 언로딩 작업이 진행될 수 있기 때문에 냉각관에 의해 챔버(100)의 내부를 신속하게 냉각시킬 수 있고, 평판 디스플레이 및 태양전지의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 보트(120)는 챔버(100)의 내부 양측에서 홀더(H)를 지지할 수 있는 지지부(125)를 구비한다. 지지부(125)는 홀더(H)가 다층으로 설치될 수 있게 다층으로 구비된다. 지지부(125)에는 홀더(H)를 지지하는 지지돌기(126)가 구비될 수 있다. 지지돌기(126)는 홀더(H)를 일정 간격으로 지지하여 접촉 면적을 줄임으로써 홀더(H)와 지지돌기(126)의 사이의 열 전달을 줄일 수 있다.

홀더(H)는 양측에 배치된 지지부(125)의 지지돌기(126)에 지지되어 보트(120)에 설치될 수 있다. 홀더(H)는 기판(S)이 챔버(100)에 적재되기 전에 보트(120)의 지지부(125)에 다층으로 설치되어 있어야 한다.

홀더(H) 상에 설치되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지대(131)는 홀더(H)의 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 다수 열로 배치되어 기판(S)을 전체적으로 고르게 지지할 수 있다. 기판(S)의 면적이나 형상에 맞게 기판 지지대(131)의 배치는 적절하게 변경될 수 있다.

도 4를 참조하면, 기판 지지대(131)는 기판(S)의 저면에 접촉되는 핀(132)과, 핀(132)이 상부에 결합되며 홀더(H)에 고정되는 몸체(133)를 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 홀더(H)에는 몸체(133)에 삽입되는 삽입대(135)가 고정될 수 있다. 기판 지지대(131)는 삽입대(135)에 홀더(H)가 고정되고, 홀더(H)에 핀(132)이 결합됨으로써 홀더(H) 상에 설치될 수 있다.

이와 같이, 홀더(H)가 챔버(100)의 내부에 설치된 보트(120)에 지지된 상태에서, 기판(S)이 챔버(100)의 내부로 로딩되어 기판 지지대(131)에 지지되고, 홀더(H)와 유격된 상태에서 열처리가 이루어질 수 있다. 기판(S)은 지지부(125)의 개수에 맞게 지지된 홀더(H)의 개수만큼 챔버(100)의 내부로 적재될 수 있다. 챔버(100)의 내부에서 열처리가 이루어진 기판(S)은 홀더(H)와 유격된 상태이므로, 바로 냉각된 후 로봇 암에 의해 챔버(100)의 일측에 배치된 스테이지(미도시)로 이송되어 적층될 수 있다. 홀더(H)는 보트(120)에 고정된 상태를 유지하고, 이후 열처리될 다른 기판(S)을 지지할 수 있다. 기판(S)이 챔버(100)로 적재되거나 열처리가 이루어진 후 스테이지로 다시 이송될 때, 홀더(H)의 이송이 생략되는 공정을 수행할 수 있다. 또한, 기판(S)이 기판 지지대(131)에 의해 홀더(H)와 이격된 상태에서 열처리가 이루어지므로 홀더(H) 측으로 열의 누출을 차단하여 기판(S)의 승온 시간을 줄일 수 있다.

상기와 같이 기술된 본 발명의 실시예들에 대한 도면은 자세한 윤곽라인을 생략한 것으로서, 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.

S: 기판
100: 챔버
110: 히터
111: 제1 히팅봉
112: 제2 히팅봉
120: 보트
125: 지지부
126: 지지돌기
H: 홀더
131: 기판 지지대
132: 핀
133: 몸체
135: 삽입대

Claims (5)

1. 기판(S)이 열처리되는 공간을 제공하는 챔버(100);
   상기 챔버(100)에 다층으로 설치된 히터(110);
   상기 챔버(100)의 내부에 설치되고, 상기 기판(S)이 다층으로 적재되는 보트(120);
   상기 보트(120)에 다층으로 탈착 가능하게 설치되며, 상기 기판(S)을 지지하는 홀더(H); 및
   상기 홀더(H) 상에 구비되어 상기 기판(S)을 지지하는 복수의 기판 지지대(131)를 포함하되,
   상기 히터(110)는 상기 기판(S)의 상부 및 하부에서 상기 기판(S)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 설치된 제1 히팅봉(111); 및
   상기 보트(120)의 양측에서 상기 제1 히팅봉(111)에 교차하게 설치된 제2 히팅봉(112)
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 기판용 배치식 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보트(120)에는 상기 홀더(H)를 지지하는 지지돌기(126)가 구비되는 것을 특징으로 하는 대형 기판용 배치식 열처리 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기판 지지대(131)는 상기 홀더(H)의 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 다수 열로 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 기판용 배치식 열처리 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 기판 지지대(131)는 상기 기판(S)의 저면에 접촉되는 핀(132)과, 상기 핀(132)이 상부에 결합되며 상기 홀더(H)에 고정되는 몸체(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 기판용 배치식 열처리 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 홀더(H)에는 상기 몸체(133)에 삽입되는 삽입대(135)가 고정되는 것을 특징으로 하는 대형 기판용 배치식 열처리 장치.

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