KR20120138543A - 인라인 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

인라인 열처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 인라인 열처리 장치는, 기판의 열처리시, 기판에서 증발된 용매를 배출하는 배출공이 가열로에 각각 형성되므로, 배출공에 의하여 가열로가 오염되는 것이 방지된다. 따라서, 기판 열처리 공정의 신뢰성이 향상된다.

Description

인라인 열처리 장치 {IN-LINE TYPE HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 열처리 공정 도중, 기판에서 발생하는 용매를 외부로 배출할 수 있는 인라인 열처리 장치에 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 가열 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.
유연한(Flexible) 기판은 바인더(Binder)가 첨가된 폴리이미드(Polyimide)에 용매를 넣어서 혼합한 다음, 글라스 등과 같은 받침판에 도포하여 열처리한다. 이때, 용매는 열처리 공정시 증발된다.
그런데, 종래의 인라인 열처리 장치에는, 열처리 공정시, 기판에서 증발된 용매를 가열로의 외부로 배출하기 위한 아무런 수단이 없다. 그러면, 가열로의 내부에 존재하는 증발된 용매로 인하여 가열로의 내부가 오염될 우려가 있고, 이로 인해, 기판 열처리 공정의 신뢰성이 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기판에서 증발된 용매를 가열로의 외부로 배출하여, 가열로의 오염을 방지함으로써, 기판 열처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 인라인 열처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인라인 열처리 장치는, 기판을 열처리하기 위한 공간을 제공하는 복수의 가열로(Furnace); 상기 가열로의 내부에 각각 설치되어 상기 기판을 가열하는 히터; 상기 가열로의 내부에 각각 설치되어 상기 기판을 인접하는 다른 상기 가열로로 이송하는 이송수단; 상기 가열로에 형성되며, 상기 기판의 열처리시, 상기 기판에서 증발된 용매를 상기 가열로의 외부로 배출시키는 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 인라인 열처리 장치는, 기판의 열처리시, 기판에서 증발된 용매를 배출하는 배출공이 가열로에 각각 형성되므로, 배출공에 의하여 가열로가 오염되는 것이 방지된다. 따라서, 기판 열처리 공정의 신뢰성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 개략적 구성을 보인 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 이송부의 가열로의 확대도.
도 3은 도 2의 측면도.
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 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 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), 이송부(400), 냉각부(500) 및 언로딩부(600)를 포함하며, 로딩부(100)와 승온부(200)와 공정부(300)와 이송부(400)와 냉각부(500)와 언로딩부(600)는 차례로 연속적으로 배치된다.
이때, 본 실시예에 따른 인라인 열처리 장치는 2단(段)으로 마련되며, 상단(上段)에 로딩부(100)와 승온부(200)와 공정부(300)가 배치되고, 하단(下段)에 냉각부(500)와 언로딩부(600)가 배치되며, 이송부(400)는 공정부(300)와 냉각부(500)의 외측에 배치된다.
로딩부(100)는 가열로(Furnace)(110)를 포함하며, 가열로(110)의 내부에는 기판(50)을 지지하여 인접하는 승온부(200)의 가열로(210)로 이송하는 이송수단인 복수의 롤러(111)가 설치된다.
기판(50)은 로봇아암(미도시)에 지지되어 로딩부(100)로 로딩되며, 롤러(111)에 탑재 지지된다. 기판(50)과 롤러(111) 사이에는 지지판(미도시)이 개재될 수도 있다. 상기 지지판을 사용하는 경우에는 상기 지지판을 롤러(111)에 탑재한 상태에서 기판(50)을 상기 지지판에 탑재하거나, 기판(50)을 상기 지지판에 탑재한 상태에서 상기 지지판을 롤러(111)에 탑재할 수 있다.
기판(50)은 로딩부(100)에서, 예를 들어, 약 150℃ 로 균일하게 예열된 후, 승온부(200)로 이송될 수 있다. 이를 위하여, 가열로(110)에는, 후술할 승온부(200)의 가열로(210)에 설치된 히터(213)와 동일한, 히터(미도시)가 설치될 수 있다.
승온부(200)에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 승온부의 가열로의 확대도이고, 도 3은 도 2의 측면도이다.
도시된 바와 같이, 승온부(200)는 기판(50)을 소정 온도로 가열하여 공정부(300)로 이송한다. 승온부(200)는 독립적으로 온도가 제어되는 적어도 2개의 가열로(210, 230, 250)를 포함한다. 승온부(200)의 가열로(210, 230, 250)의 개수는 기판(50)의 열처리 온도를 고려하여 적정하게 마련된다.
예를 들면, 기판(50)의 열처리 온도가 약 600℃ 이면, 승온부(200)의 가열로(210, 230, 250)는 3개 마련된다. 그리하여, 첫 번째 가열로(210)의 온도는 로딩부(100)의 예열 온도를 고려하여 150∼300℃로 유지되고, 두 번째 가열로(230) 및 세 번째 가열로(250)로의 온도는 각각 300∼450℃ 및 450∼600℃로 유지되는 것이 바람직하다.
기판(50)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, 230, 250)는 저온에서는 빠르게 가열 온도가 상승되도록 설정하고, 고온에서는 서서히 가열 온도가 상승되도록 설정하는 것이 바람직하다.
가열로(210)에는 기판(50)을 탑재 지지하여 이송하는 이송수단이 설치된다. 상기 이송수단은 가열로(210)에 설치되며 회전하면서 기판(50)을 이송하는 복수의 롤러(211)로 마련된다. 상기 이송수단은 기판(50)을 들어서 이송하는 장치로 마련될 수도 있다.
가열로(210)의 내부에는 각각 독립적으로 설치되며 각각 독립적으로 제어되면서 기판(50)을 가열하는 복수의 히터(213)가 설치된다. 히터(213)는 튜브 형상으로 형성되어 상호 간격을 가지면서 기판(50)의 이송 방향과 교차하는 형태로 배치된다. 이때, 히터(213)는 분리가능하게 가열로(210)에 설치된다. 따라서, 복수의 히터(213) 중, 어느 하나가 손상되었을 때, 손상된 히터(213) 만을 분리할 수 있으므로, 유지 보수가 간편하다.
유연한(Flexible) 기판(50)의 경우에는, 일반적으로, 바인더(Binder)가 첨가된 폴리이미드(Polyimide)에 용매를 넣어서 혼합한 다음, 글라스 등과 같은 받침판에 도포하여 열처리한다. 이때, 폴리이미드:용매는 대략 10 wt％:90 wt％의 비율로 혼합되며, 용매는 열처리 공정시 증발된다.
그런데, 증발된 용매가 가열로(210)의 내부에 존재하면, 가열로(210) 내부의 온도 변화에 따라서, 증발된 용매가 기체에서 액체로 상변화되어 파티클(Particle)이 된다. 그러면, 증발된 용매에 의하여 가열로(210)가 오염된다.
본 실시예에 따른 가열로(210)에는, 기판(50)의 열처리시, 기판(50)에서 증발된 용매를 가열로(210)의 외부로 배출시키는 수단이 형성된다. 상기 수단은 가열로(210)에 형성된 복수의 배출공(215)으로 마련된다. 이때, 기판(50)과 최대한 이격되어 증발된 용매가 배출될 수 있도록, 배출공(215)은 가열로(210)의 상부측에 형성되는 것이 바람직하다.
배출공(215)으로는, 증발된 용매와 함께, 기판(50)의 열처리에 필요한 가스가 배출된다. 이를 보상하기 위하여, 가열로(210)에는 기판(50)의 열처리에 필요한 가스를 가열로(210)로 유입하기 위한 복수의 유입공(217)이 형성된다. 그리고, 배출공(215)으로 배출된 고열은 히터(213)를 제어하여 보상할 수 있다.
승온부(200)의 첫 번째 가열로(210)의 구성과 두 번째 및 세 번째 가열로(230, 250)의 구성은 동일 또는 유사하다. 그리고, 로딩부(100)의 가열로(110)에도 승온부(200)의 가열로(210)에 형성된 배출공(215) 및 유입공(217)과 동일한 배출공 및 유입공이 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공정부(300)는 가열로(310)를 포함하며, 승온부(200)에서 이송된 기판(50)을 소정의 열처리 온도에서 열처리한다. 공정부(300)의 가열로(310)의 구성도 승온부(200)의 가열로(210)의 구성과 동일 또는 유사하게 구성된다.
로딩부(100)와 승온부(200)와 공정부(300)의 가열로(110, 210, 310)가 상측에 위치되므로 상단(上段) 가열로이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이송부(400)는 가열로(410)를 포함하며, 좌측면 상부측이 공정부(300)의 가열로(310)의 우측면과 연통된다. 가열로(410)는 공정부(300)로부터 기판(50)을 전달받아 기판(50)을 하측으로 수직 이송한다. 기판(50)은 가열로(410)에 승강가능하게 설치된 지그(미도시) 등과 같은 승강수단에 의하여 하측으로 이송된다. 기판(50)은 가열로(410)의 상측에서 하측으로 이송되면서 천천히 냉각된다.
기판(50)은 이송부(400)의 상측 부위에서 하측 부위로 이송되므로, 이송부(400)의 가열로(410)가 이송 가열로이다. 이송부(400)의 가열로(410)의 구성도 승온부(200)의 가열로(210)의 구성과 동일 또는 유사하게 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 냉각부(500)는 가열로(510)를 포함하며, 이송부(400)에서 이송된 기판(50)을 소정 온도로 냉각시킨 후 언로딩부(600)로 이송한다. 냉각부(500)의 가열로(510)의 길이는 열처리 온도를 고려하여 적정하게 마련된다. 그리고, 냉각부(500)에는 기판(50)을 균일하게 냉각시키기 위한 다양한 냉각수단이 마련될 수 있다. 냉각부(500)의 가열로(510)의 구성도 승온부(200)의 가열로(210)의 구성과 동일 또는 유사하게 구성된다.
언로딩부(600)는 가열로(610)를 포함하며, 로딩부(100)와 동일 또는 유사하게 구성되어 로딩부(100)의 하측에 위치된다. 언로딩부(600)로 이송된 기판(50)은 변형되지 않도록 예를 들면 100℃ 이하까지 균일하게 냉각된 후, 다음 공정으로 이송된다. 이때, 언로딩부(600)에는 기판(50)의 균일한 냉각을 위하여 기판(50)의 상면을 가열할 수 있는 히터(미도시)가 마련될 수 있다.
냉각부(500)의 가열로(510)와 언로딩부(600)의 가열로(610)가 하단(下段) 가열로이다.
본 실시예에 따른 인라인 열처리 장치의 가열로(110, 210, 220, 230, 310, 410, 510, 610)에는 증발된 용매를 배출하는 상기 배출공이 각각 형성되므로, 상기 배출공에 의하여 가열로(110, 210, 220, 230, 310, 510, 610)가 오염되는 것이 방지된다. 따라서, 기판 열처리 공정의 신뢰성이 향상된다.
그리고, 가열로(110, 210, 220, 230, 310, 510, 610)가 2단(段)으로 배치되므로, 기판(50)의 열처리 작업시, 작업자의 이동 거리가 단축되어, 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: 배출공 217: 유입공
300: 공정부 400: 이송부
500: 냉각부 600: 언로딩부

Claims (6)

  1. 기판을 열처리하기 위한 공간을 제공하는 복수의 가열로(Furnace);
    상기 가열로의 내부에 각각 설치되어 상기 기판을 가열하는 히터;
    상기 가열로의 내부에 각각 설치되어 상기 기판을 인접하는 다른 상기 가열로로 이송하는 이송수단;
    상기 가열로에 형성되며, 상기 기판의 열처리시, 상기 기판에서 증발된 용매를 상기 가열로의 외부로 배출시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수단은 상기 가열로에 각각 형성된 복수의 배출공인 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배출공은 상기 가열로의 상부측에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열로에는 상기 기판의 열처리에 필요한 가스를 상기 가열로로 유입하기 위한 복수의 유입공이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 가열로는 상측에 위치된 복수의 상단(上段) 가열로, 상기 상단 가열로의 하측에 위치된 복수의 하단(下段) 가열로, 상부측은 상기 상단 가열로와 연결되고 하부측은 상기 하단 가열로와 연결된 이송 가열로를 가지고,
    상기 기판은 상기 상단 가열로의 일측으로 투입되어 이송되면서 가열된 다음, 상기 이송 가열로의 상측 부위로 투입되어 하측 부위로 하강된 후, 상기 하단 가열로로 투입되어 이송되면서 냉각되어 배출되는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 튜브 형태로 형성되며, 각각의 상기 가열로에 복수개가 각각 독립적으로 설치되어 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 인라인 열처리 장치.
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