KR20120124192A - 인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법은, 복수의 가열로에 복수의 히터가 각각 설치되고, 복수의 히터는 독립적으로 제어된다. 이로 인해, 각 가열로의 온도 및 상호 인접하는 가열로 사이의 온도 차는 기판의 이송 방향을 따라 완만한 구배를 가지면서 선형적으로 변하므로, 기판이 열충격 또는 열응력에 의하여 손상될 우려가 없다. 따라서, 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법 {IN-LINE TYPE HEAT TREATMENT APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF THE SAME}
본 발명은 연속적으로 배치된 복수의 가열로(Furnace)의 온도를 선형적으로 변화시킬 수 있는 인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법에 관한 것이다.
평판 표시 장치의 제조시 사용되는 어닐링 장치는 기판에 증착된 막의 특성을 향상시키기 위하여 증착된 막을 결정화 또는 상 변화시키는 열처리 장치이다.
평판 표시 장치에 사용되는 반도체층인 박막 트랜지스터는 유리 또는 석영 등의 기판에 증착 장치를 이용하여 비정질(Amorphous) 실리콘을 증착시키고, 비정질 실리콘층을 탈수소 처리한 후, 채널을 형성하기 위한 비소(Arsenic), 인(Phosphorus) 또는 붕소(Boron) 등과 같은 도펀트를 주입한다. 그리고, 낮은 전자 이동도를 가지는 비정질 실리콘층을 높은 전자 이동도를 가지는 결정질 구조의 다결정 실리콘층으로 결정화하기 위한 결정화 공정을 실시한다.
비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하기 위해서는 비정질 실리콘층에 열이라는 에너지를 가해야 하는 공통적인 특징이 있다.
비정질 실리콘층에 열을 가하는 일반적인 방법은 가열로(Furnace)의 내부에 기판을 투입하고, 가열로의 내부에 설치된 히터 등과 같은 가열 수단으로 비정질 실리콘층에 열을 가한다.
종래의 열처리 장치는 한 개의 가열로를 이용하여 기판을 승온 및 냉각하는 열처리 공정을 수행하였다. 그러나, 한 개의 가열로를 이용한 종래의 열처리 장치는 기판을 제품으로 제조하는데 많은 시간이 소요되어 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 복수의 가열로를 연속적으로 배치하고, 기판을 각각의 상기 가열로에 순차적으로 이송시켜 기판을 열처리하는 인라인 열처리 장치가 개발되어 사용되고 있다.
종래의 인라인 열처리 장치의 각 가열로에는 기판을 가열하기 위한 가열 수단으로 판상의 히터가 사용된다. 상기 판상의 히터는 영역별로 온도 제어가 어려워, 도 1에 도시된 바와 같이, 상호 인접하는 가열로(11, 13)(13, 15)(15, 17)(17, 19) 사이의 온도 차가 피크 형태를 이루면서 급격하게 변한다.
그러면, 열충격(Thermal Shock) 또는 열응력(Thermal Stress)에 의하여 기판이 손상될 우려가 있으므로, 기판 열처리 공정의 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연속적으로 배치된 복수의 가열로의 온도를 선형적으로 변화시킴으로써, 기판 열처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인라인 열처리 장치는, 연속적으로 배치되며 기판이 열처리되는 공간을 각각 제공하는 복수의 가열로(Furnace); 각각의 상기 가열로의 내부에 설치되어 상기 기판을 이송시키는 이송수단; 각각의 상기 가열로의 내부에 각각 독립적으로 복수개 설치되어 상기 기판을 승온시키는 히터를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인라인 열처리 장치의 온도 제어 방법은, 연속적으로 배치되며 기판이 열처리되는 공간을 각각 제공하는 복수의 가열로(Furnace), 각각의 상기 가열로의 내부에 설치되어 상기 기판을 승온시키는 히터를 포함하는 인라인 열처리 장치의 온도 제어 방법으로서, 상기 히터는 각각의 상기 가열로의 내부에 각각 독립적으로 복수개 설치되어, 각각 독립적으로 제어된다.
본 발명에 따른 인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법은, 복수의 가열로에 복수의 히터가 각각 설치되고, 복수의 히터는 독립적으로 제어된다. 이로 인해, 각 가열로의 온도 및 상호 인접하는 가열로 사이의 온도 차는 기판의 이송 방향을 따라 완만한 구배를 가지면서 선형적으로 변하므로, 기판이 열충격 또는 열응력에 의하여 손상될 우려가 없다. 따라서, 기판 열처리 공정의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 인라인 열처리 장치의 온도 변화를 보인 도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 개략적 구성을 보인 정면도.
도 3a는 도 2에 도시된 승온부의 가열로의 확대도.
도 3b는 도 3a의 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 온도 변화를 보인 도.
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 특정 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 개략적 구성을 보인 정면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인라인 열처리 장치는 로딩부(100), 승온부(200), 공정부(300), 냉각부(400) 및 언로딩부(500)를 포함하며, 로딩부(100)와 승온부(200)와 공정부(300)와 냉각부(400)와 언로딩부(500)는 차례로 연속적으로 배치된다.
로딩부(100)는 외관을 형성하는 본체(111)와 본체(111)의 내부에 회전가능하게 설치된 복수의 롤러(113)를 가지는 가열로(110)를 포함한다. 롤러(113)에는 지지판(50)이 탑재 지지되며, 로봇아암(미도시)에 기판(60)이 지지되어 지지판(50)에 로딩된다. 그러면, 롤러(113)의 회전에 의하여 지지판(50) 및 기판(60)이 승온부(200)로 이송 투입된다. 기판(60)은 로딩부(100)에서 예를 들어 약 200℃ 로 균일하게 예열된 후, 승온부(200)로 이송될 수 있다. 이를 위하여, 본체(111)에는 히터(미도시)가 설치될 수 있다.
승온부(200)에 대하여 도 2 내지 도 3b를 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 승온부(200)는 기판(60)을 소정 온도로 가열하여 공정부(300)로 이송한다. 승온부(200)는 독립적으로 온도가 제어되는 적어도 2개의 가열로(Furnace)(210, 220, 230)를 포함한다. 승온부(200)의 가열로(210, 220, 230)의 개수는 기판(60)의 열처리 온도를 고려하여 적정하게 마련한다.
예를 들면, 기판(60)의 열처리 온도가 약 600℃ 이면, 승온부(200)의 가열로(210, 220, 230)는 3개 마련된다. 그리하여, 첫 번째 가열로(210)의 온도는 로딩부(100)의 예열 온도를 고려하여 300℃ 이상으로 유지되고, 두 번째 가열로(220) 및 세 번째 가열로(230)로의 온도는 각각 450℃ 이상 및 600℃ 이상으로 유지되는 것이 바람직하다.
기판(60)은 저온에서는 빠르게 가열 온도를 상승시켜도 변형이 방지될 수 있으나, 고온에서는 빠르게 가열 온도를 상승시키면 변형이 될 수 있다. 따라서, 승온부(200)의 가열로(210, 220, 230)는 저온에서는 빠르게 가열 온도가 상승되도록 설정하고, 고온에서는 서서히 가열 온도가 상승되도록 설정하는 것이 바람직하다.
승온부(200)의 첫 번째 가열로(210)는 외관을 형성하는 본체(211), 본체(211)의 내부에 설치되어 지지판(50)에 탑재된 기판(60)을 이송시키는 복수의 롤러(213) 및 본체(211)의 내부에 독립적으로 설치되어 기판(60)을 가열하는 복수의 히터(215)를 가진다.
승온부(200)의 첫 번째 가열로(210)의 구성과 두 번째 및 세 번째 가열로(220, 230)의 구성은 동일하다.
공정부(300)는 가열로(310)를 포함하며, 승온부(200)에서 이송된 기판(60)을 소정의 열처리 온도에서 열처리한다. 공정부(300)의 가열로(310)의 구성도 승온부(200)의 가열로(210)의 구성과 유사하다.
냉각부(400)는 공정부(300)에서 이송된 기판(60)을 소정 온도로 냉각시킨 후 언로딩부(500)로 이송한다. 냉각부(400)는 독립적으로 온도가 제어되는 적어도 2개의 가열로(410, 420)를 포함하며, 냉각부(400)의 가열로(410, 420)의 개수는 기판(60)의 열처리 온도를 고려하여 적정한 수로 마련된다. 냉각부(400)의 가열로(410, 420)의 구성도 승온부(200)의 가열로(210)의 구성과 유사하다. 이때, 냉각부(400)에는 기판(60)을 균일하게 냉각시키기 위한 다양한 냉각수단이 마련될 수 있다.
언로딩부(500)는 외관을 형성하는 본체(511)와 본체(511)의 내부에 회전가능하게 설치된 복수의 롤러(513)를 가지는 가열로(510)를 포함한다. 언로딩부(500)로 이송된 기판(60)은 변형되지 않도록 예를 들면 100℃ 이하까지 균일하게 냉각된 후, 다음 공정으로 이송된다. 이때, 언로딩부(500)에는 기판(60)의 균일한 냉각을 위하여 기판(60)의 상면을 가열할 수 있는 히터(미도시)가 마련될 수 있다.
언로딩부(500)로 이송된 기판(60)은 상기 로봇아암 등에 의하여 외부로 배출되고, 지지판(50)은 상승하여 로딩부(100)로 이송된 후, 기판(60)이 투입되는 로딩부(100)의 부위와 대응되는 부위로 하강된다.
롤러(113, 213, 513))가 기판(60)을 이송시키는 이송수단이다.
본 실시예에 따른 각 가열로(110, 210, 220, 230, 310, 410, 420, 510)의 온도는 기판(60)을 손상시키지 않을 정도의 차이를 가진다. 그러나, 상호 인접하는 가열로(110, 210)(210, 220)(220, 230)(230, 310)(310, 410)(410, 420)(420, 510) 사이에는 온도 차가 존재한다. 그런데, 상호 인접하는 가열로(110, 210)(210, 220)(220, 230)(230, 310)(310, 410)(410, 420)(420, 510) 사이의 온도 차가 급격하면, 기판(60)이 손상될 우려가 있다.
본 실시예에 따른 인라인 열처리 장치 및 그 온도 제어 방법은 상호 인접하는 가열로(110, 210)(210, 220)(220, 230)(230, 310)(310, 410)(410, 420)(420, 510) 사이의 온도 차가 완만한 구배(勾配)를 가지면서 선형적으로 변하도록 구성된다.
이를 승온부(200)의 가열로(210)를 예로 들어 설명한다.
가열로(210)에 독립적으로 설치된 복수의 히터(215)는 각각 독립적으로 제어된다. 이때, 가열로(210)의 온도가 기판(60)의 이송 방향을 따라 점점 상승하는 형태로 선형적으로 변하도록 히터(215)가 제어된다.
그리고, 로딩부(100)의 상기 히터 및 가열로(220, 230)의 상기 히터도 승온부(200)의 가열로(210)의 히터(215)와 동일한 형태로 제어된다. 그러면, 로딩부(100)에서 승온부(200) 까지는 기판(60)의 이송 방향을 따라 로딩부(100) 및 승온부(200)의 온도가 점점 상승하는 형태로 선형적으로 변한다.
그리고, 공정부(300)에서는 기판(60)의 열처리 온도가 일정하도록 공정부(300)의 상기 히터를 각각 독립적으로 제어한다.
냉각부(400)의 상기 히터 및 언로딩부(500)의 상기 히터는 기판(60)의 이송 방향을 따라 냉각부(400) 및 언로딩부(500)의 온도가 점점 하강하는 형태로 선형적으로 변하도록 제어된다.
그러면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상호 인접하는 가열로(110, 210)(210, 220)(220, 230)(230, 310)(310, 410)(410, 420)(420, 510) 사이의 온도 차가 완만한 구배를 가지면서 선형적으로 변하므로, 기판(60)이 열충격 또는 열응력에 의하여 손상되는 것이 방지된다. 따라서, 기판 열처리 공정의 생산성이 향상된다.
상기와 같이 기술된 본 발명의 실시예들에 대한 도면은 자세한 윤곽 라인을 생략하여, 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.
100: 로딩부 200: 승온부
215: 히터 300: 공정부
400: 냉각부 500: 언로딩부

Claims (7)

  1. 연속적으로 배치되며 기판이 열처리되는 공간을 각각 제공하는 복수의 가열로(Furnace);
    각각의 상기 가열로의 내부에 설치되어 상기 기판을 이송시키는 이송수단;
    각각의 상기 가열로의 내부에 각각 독립적으로 복수개 설치되어 상기 기판을 승온시키는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 가열로의 온도 및 상호 인접하는 상기 가열로 사이의 온도 차는 상기 기판의 이송 방향을 따라 선형적으로 변하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열로의 온도는 상승한 후, 하강하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  5. 연속적으로 배치되며 기판이 열처리되는 공간을 각각 제공하는 복수의 가열로(Furnace), 각각의 상기 가열로의 내부에 설치되어 상기 기판을 승온시키는 히터를 포함하는 인라인 열처리 장치의 온도 제어 방법으로서,
    상기 히터는 각각의 상기 가열로의 내부에 각각 독립적으로 복수개 설치되어, 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치의 온도 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 상기 가열로의 온도 및 상호 인접하는 상기 가열로 사이의 온도 차는 상기 기판의 이송 방향을 따라 선형적으로 변하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치의 온도 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가열로의 온도는 상승한 후, 하강하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치의 온도 제어 방법.
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