KR20140005548A - 개선된 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 기판 열처리 장치는 각각이 기판의 열처리 공간을 제공하는 복수의 챔버; 상기 복수의 챔버가 각각 착탈 가능하게 지지되는 프레임; 및 상기 복수의 챔버 각각의 전면에 제공되는 복수의 도어를 포함하되, 상기 복수의 챔버 내의 상기 기판의 열처리가 각각 개별적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법{Improved Chamber for Heat Treatment of Substrates and Heat Treatment Apparatus and Method of Substrate Having the Same}
본 발명은 개선된 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 1개 또는 2개의 기판을 수용하는 상부 및 하부 하우징에 의해 열처리 공간을 형성하는 챔버를 복수개 구비하며, 각각의 챔버에서 상부 및 하부 하우징 전방에 근적외선 램프 히터와 같은 복수의 열원을 제공하여 기판 및 기판 상에 코팅된 필름이 열원으로부터 방출되는 근적외선 파장을 흡수하는 복사 방식으로 열처리함으로써, 열원이 열처리 과정에서 기판 및 기판 상에 도포된 필름에서 발생하는 흄(fume)의 영향을 받지 않으므로 열원의 열효율 유지가 우수하고 흄 세정 공정이 불필요하며, 복수의 근적외선 램프 히터의 출력 파워(output power)를 개별적으로 또는 그룹 방식으로 제어할 수 있으므로 기판의 온도 균일도가 향상되고, 복수의 챔버의 개별 프로세싱이 가능하며, 복수의 챔버의 개별적인 유지 보수가 가능한 개선된 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체, 평판 디스플레이 및 태양전지 제조에 사용되는 어닐링(annealing) 장치는 실리콘 웨이퍼나 글래스와 같은 기판 상에 증착되어 있는 소정의 필름(유기물 및 무기물)에 대하여 결정화, 상 변화 등의 공정을 위하여 필수적인 열처리를 수행하는 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 박막 필름(이하 “필름”이라 함)이 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 복수의 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.
도 1은 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 챔버의 구성을 도시한 사시도이며, 도 3은 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 기판, 메인 히터 유닛 및 보조 히터 유닛의 배치 상태를 도시한 사시도이다. 이러한 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치는 예를 들어, 허판선 등에 의해 2008년 7월 16일자에 "배치식 열처리 장치"라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제10-2008-0069329로 출원된 후, 2011년 2월 11일자로 등록된 대한민국 특허 제10-1016048호에 상세히 기술되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치(1)에서는 열처리 공간을 제공하는 직육면체 형상의 챔버(100)와, 챔버(100)를 지지하는 프레임(110)을 포함하여 구성된다.
챔버(100)의 일측에는 챔버(100)에 기판(10)을 로딩하기 위하여 상하 방향으로 개폐되는 도어(140)가 설치된다. 도어(140)가 개방된 상태에서 트랜스퍼 암과 같은 기판 로딩 장치(미도시)를 이용하여 기판(10)을 챔버(100)로 로딩할 수 있다. 한편, 열처리가 종료된 후 도어(140)를 통하여 챔버(100)로부터 기판(10)을 언로딩할 수도 있다.
챔버(100)의 상측에는 챔버(100)의 내부에 설치되는, 예를 들어 보트(120), 가스 공급관(300) 및 가스 배출관(320) 등의 수리 및 교체를 위하여 커버(160)가 개폐 가능하도록 설치된다.
챔버(100)의 내부에는 기판(10)을 직접 가열하기 위한 메인 히터 유닛(200)과, 챔버(100) 내부의 열 손실을 방지하기 위한 보조 히터 유닛(220)과, 열처리가 종료된 후 챔버(100) 내부를 신속하게 냉각시키기 위한 냉각관(250)이 설치된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 메인 히터 유닛(200)은 기판(10)의 단변 방향과 평행하게 일정한 간격을 가지면서 단위 메인 히터(210)를 포함한다. 단위 메인 히터(210)는 통상적인 길이가 긴 원통형의 히터로서 석영관 내부에 발열체가 삽입되어 있고 양단에 설치된 단자를 통하여 외부의 전원을 인가받아 열을 발생시키는 메인 히터 유닛(200)을 구성하는 단위체이다.
메인 히터 유닛(200)은 기판(10)의 적층 방향을 따라 일정 간격을 가지면서 복수개가 배치된다. 기판(10)은 복수의 메인 히터 유닛(200) 사이에 배치된다. 기판(10)은 메인 히터 유닛(200) 사이의 중앙에 배치하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치(1)에서는 기판(10)의 상부 및 하부에 기판(10)의 전면적을 커버할 수 있는 단위 메인 히터(210)로 구성되는 메인 히터 유닛(200)이 설치됨으로써, 기판(10)은 단위 메인 히터로(210)로부터 전면적에 걸쳐서 균일하게 열을 인가받아 열처리가 균일하게 이루어질 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 보조 히터 유닛(220)은 기판(10)의 단변 방향을 따라 평행하게 배치되는 제1 보조 히터유닛(220a)과 기판(10)의 장변 방향을 따라 배치되는 제2 보조 히터 유닛(220b)을 포함한다. 제1 보조 히터 유닛(220a)은 메인 히터 유닛(200)의 양측에 단위 메인 히터(210)와 평행하게 배치되는 복수의 제1 단위 보조 히터(230a)를 포함한다.
상술한 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치(1)는 챔버에 로딩되는 복수의 기판에 대해 동시에 열처리가 가능함으로써 기판의 생산성을 향상시키는 효과가 달성되지만, 여전히 다음과 같은 문제점을 갖는다.
1. 기판(10)을 가열하기 위한 메인 히터 유닛(200)과 챔버(100) 내부의 열 손실을 방지하기 위한 보조 히터 유닛(220)이 모두 챔버(100)의 내부에 제공되므로, 열처리에 의해 기판(10) 및 기판(10) 상의 필름에서 발생하는 흄(fume)이 메인 히터 유닛(200) 및 보조 히터 유닛(220) 상에 증착된다. 그에 따라, 시간이 경과함에 따라 메인 히터 유닛(200)과 보조 히터 유닛(220)의 열효율이 크게 저하된다. 따라서, 메인 히터 유닛(200)과 보조 히터 유닛(220)의 열효율을 유지하기 위해서는 흄을 제거하여야 하므로 흄 세정에 따른 전체 공정 시간 및 비용이 크게 증가한다.
2. 메인 히터 유닛(200)을 구성하는 단위 메인 히터(210)는 석영관 내부에 발열체가 삽입된 원통형의 히터로서 양단에 설치된 단자를 통하여 외부의 전원을 인가받아 열을 발생시킨다. 이러한 단위 메인 히터(210)로 구성된 메인 히터 유닛(200)에서 발생된 열은 기판(10)에 전도 또는 대류에 의해 전달되는 간접 가열 방식이므로, 기판(10)의 열처리 에너지의 전달 효율이 크게 저하될 뿐만 아니라, 기판(10)에 균일하게 열을 전달하기가 상대적으로 어렵다.
3. 챔버(100)의 내부에 제공되는 메인 히터 유닛(200)과 보조 히터 유닛(220) 중 일부에 고장 등이 발생하는 경우, 챔버(100) 내부의 복수의 기판(10)이 균일하게 열을 인가받지 못하게 되므로 복수의 기판(10) 전체에 불량이 발생할 수 있다.
4. 또한, 챔버(100)의 내부에 제공되는 메인 히터 유닛(200)과 보조 히터 유닛(220) 중 일부에 고장 등이 발생하는 경우, 고장 부품의 수리 또는 교체를 위해 배치식 열처리 장치(1) 자체의 열처리 동작이 중단되어야 한다. 따라서, 전체 열처리 공정 시간(tact time)이 증가한다.
5. 종래 기술에서는 메인 히터 유닛(200)과 보조 히터 유닛(220)의 설정 온도로부터 복수의 기판(10) 각각의 열처리 온도의 균일성 여부를 간접적으로 확인하는 방식이 사용되고 있었다. 따라서, 복수의 기판(10) 각각의 열처리 온도를 균일하게 제어하기 위한 메인 히터 유닛(200)과 보조 히터 유닛(220)의 설정 온도의 제어가 매우 어렵거나 실질적으로 불가능하였으며, 특히 복수의 기판(10) 각각의 열처리 온도의 균일성 여부의 정확한 확인이 불가능하여 궁극적으로 기판(10)의 불량 발생 가능성이 상당히 높다.
따라서, 상술한 종래 기술의 배치식 열처리 장치에 사용되는 챔버 및 배치식 열처리 장치의 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.
대한민국 특허 제10-1016048호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1개 또는 2개의 기판을 수용하는 상부 및 하부 하우징에 의해 열처리 공간을 형성하는 챔버를 복수개 구비하며, 각각의 챔버에서 상부 및 하부 하우징 전방에 근적외선 램프 히터와 같은 복수의 열원을 제공하여 기판 및 기판 상에 코팅된 필름이 열원으로부터 방출되는 근적외선 파장을 흡수하는 복사 방식으로 열처리함으로써, 열원이 열처리 과정에서 기판 및 기판 상에 도포된 필름에서 발생하는 흄(fume)의 영향을 받지 않으므로 열원의 열효율 유지가 우수하고 흄 세정 공정이 불필요하며, 복수의 근적외선 램프 히터의 출력 파워(output power)를 개별적으로 또는 그룹 방식으로 제어할 수 있으므로 기판의 온도 균일도가 향상되고, 복수의 챔버의 개별 프로세싱이 가능하며, 복수의 챔버의 개별적인 유지 보수가 가능한 개선된 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 기판 열처리용 챔버는 내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징; 상기 열처리 공간 내에 제공되며, 상기 기판이 로딩 및 지지되는 보트; 상기 상부 하우징의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징의 내측 상부면에 각각 제공되는 상부 및 하부 윈도우 플레이트; 및 상기 상부 및 하부 하우징 및 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트 사이에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 기판 열처리 장치는 각각이 기판의 열처리 공간을 제공하는 복수의 챔버; 상기 복수의 챔버가 각각 착탈 가능하게 지지되는 프레임; 및 상기 복수의 챔버 각각의 전면에 제공되는 복수의 도어를 포함하되, 상기 복수의 챔버 내의 상기 기판의 열처리가 각각 개별적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 기판 열처리 방법은 a) 각각이 상부 및 하부 하우징으로 구성되며, 기판의 열처리 공간을 제공하는 복수의 챔버 내에 각각 제공되는 보트 상에 상기 기판을 로딩 및 지지시키는 단계; b) 상기 복수의 챔버를 각각 프레임 내에 제공하는 단계; 및 c) 상기 복수의 챔버 내에서 상기 각각의 열처리 공간의 외부에 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면에 제공되는 복수의 상부 및 하부 반사부를 이용하여 상기 각각의 열처리 공간 내의 상기 기판을 개별적으로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법을 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.
1. 본 발명의 복수의 상부 및 하부 열원이 챔버 내 처리 공간의 외부에 제공되므로 열처리에 의해 발생하는 흄(fume)이 복수의 상부 및 하부 열원 상에 증착되지 않는다. 그에 따라, 시간이 경과하더라도 복수의 상부 및 하부 열원의 열효율을 유지할 수 있으며, 흄 세정이 불필요하므로 전체 공정 시간 및 비용이 크게 감소된다.
2. 본 발명의 복수의 상부 및 하부 열원의 배면에 제공되는 복수의 상부 및 하부 반사부(reflector)를 이용하여 복사 방식으로 기판을 열처리하는 직접 가열 방식이므로 기판의 열처리 전달 효율이 우수할 뿐만 아니라, 기판에 균일한 열전달이 상대적으로 용이하다.
3. 복수의 챔버에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원 중 일부에 고장 등이 발생하는 경우에도 고장 등이 발생하지 않은 챔버 내에서는 기판의 정상적인 열처리가 가능하다. 즉, 복수의 챔버는 개별 프로세싱이 가능하고, 그에 따라 복수의 챔버 내의 복수의 기판 전체에 대한 불량 발생 가능성이 실질적으로 제거된다.
4. 또한, 복수의 챔버에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원 중 일부에 고장 등이 발생하는 경우, 해당 챔버만을 수리 또는 교체하면 되므로 고장 등이 발생하지 않은 나머지 챔버는 정상적으로 동작이 가능하다. 즉, 복수의 챔버의 개별적인 유지 보수가 가능하다. 따라서, 기판 열처리 장치 내의 나머지 챔버에 대한 열처리 동작이 중단될 필요가 없으므로 전체 열처리 공정 시간(tact time)이 크게 감소된다.
5. 복수의 챔버 내의 1개 또는 2개의 기판 주변에 제공되는 기판과 동일 또는 유사한 재질 내에 제공되는 하나 이상의 열전대(thermo couple)를 포함하는 온도 센서에 의해 기판 각각의 열처리 온도의 균일성 여부가 직접적으로 확인될 수 있다. 또한, 복수의 상부 및 하부 열원의 출력 파워(output power)를 개별적으로 또는 그룹 방식으로 제어할 수 있으므로 기판의 온도 균일도가 향상된다. 따라서, 궁극적으로 기판의 불량 발생 가능성이 크게 감소된다.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 챔버의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 기판, 메인 히터 유닛 및 보조 히터 유닛의 배치 상태를 도시한 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버를 복수개 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버의 구성을 도시한 단면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버를 복수개 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치를 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400)는 내부에 기판(10)의 열처리 공간(heat process space: 472)을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징(470a,470b); 상기 열처리 공간(472) 내에 제공되며, 상기 기판(10)이 로딩 및 지지되는 보트(420); 상기 상부 하우징(470a)의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징(470b)의 내측 상부면에 각각 제공되는 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b); 및 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b) 및 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b) 사이에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)을 포함한다. 여기서, 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)은 각각 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 배면에 제공되며, 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)으로부터 방출되는 열 에너지를 반사하여 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)를 통해 상기 기판(10)으로 상기 열 에너지를 복사 방식으로 전달하는 복수의 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(1)는 각각이 기판(10)의 열처리 공간(472)을 제공하는 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e); 상기 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e)가 각각 착탈 가능하게 지지되는 프레임(410); 및 상기 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 각각의 전면에 제공되는 복수의 도어(미도시)를 포함하되, 상기 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 내의 상기 기판(10)의 열처리가 각각 개별적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e)는 각각 상술한 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400)로 구현된다.
상술한 본 발명의 실시예에서는 도 4a에 도시된 기판 열처리용 챔버(400) 및 도 4b에 도시된 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e) 각각에서 상기 기판(10)이 1개 또는 2개만 사용되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)이 열처리 공간(472)의 외부에 제공되므로 열처리 공간(472) 내에 기판(10)이 3개 이상 사용되는 경우, 상부 기판과 하부 기판 사이에 존재하는 하나 이상의 중간 기판에는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 열에너지가 충분히 전달되지 못하여 열처리가 제대로 이루어지지 않기 때문이다. 도 4a의 실시예에서는 2개의 기판(10)이 사용되는 것으로 예시되어 있지만, 당업자라면 1개의 기판(10)이 사용될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400) 및 기판 열처리 장치(1)의 구체적인 구성 및 동작에 대해 상세히 기술하기로 한다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400)는 상부 및 하부 하우징(470a,470b)을 포함한다. 상부 및 하부 하우징(470a,470b)은 내부에 기판(10)의 열처리 공간(472)을 형성한다.
상기 열처리 공간(472) 내에는 기판(10)을 로딩 및 지지하는 보트(420)가 제공되어 있다. 또한, 상부 하우징(470a)의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징(470b)의 내측 상부면에는 각각 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)가 제공된다. 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)는 각각 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic) 재질로 구현될 수 있다.
또한, 상부 및 하부 하우징(470a,470b) 및 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b) 사이에는 각각 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)이 제공되어 있다. 상부 및 하부 하우징(470a,470b)은 각각 알루미늄(Al) 재질로 구현될 수 있으며, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 각각 근적외선 램프 히터로 구현될 수 있다. 이 경우, 근적외선 램프 히터는 SiO2 재질의 기판(10) 및 기판(10) 상에 도포된 필름(미도시)을 가열하여 건조 및 소성하기에 적합한 대략 1 내지 5㎛ 범위의 파장 대역의 근적외선을 방출하는 것이 바람직하다. 또한, 각각 근적외선 램프 히터로 구현될 수 있는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 출력 파워(output power)는 개별적으로 제어되거나 그룹 방식으로 제어될 수 있다. 여기서 그룹 방식이란 예를 들어 복수의 상부 열원(410a)을 제 1 열원 그룹으로 하여 동시에 제어하고, 복수의 하부 열원(410b)을 제 2 열원 그룹으로 하여 동시에 제어하는 방식일 수 있다. 이러한 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 출력 파워의 개별 제어 또는 그룹 방식 제어에 의해 기판(10)의 온도를 균일하게 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 기판(10)의 온도 균일도가 향상되므로 궁극적으로 기판(10)의 불량 발생 가능성이 크게 감소된다.
상술한 본 발명의 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)는 예를 들어 근적외선 램프 히터로 구현되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)에서 방출되는 대략 1 내지 5㎛ 범위의 파장 대역의 근적외선은 통과시키는 반면에 상기 파장 대역 이외의 대역은 컷오프(cut-off)시킨다. 그에 따라, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 각각 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)를 통해 기판(10) 상으로 열 에너지를 복사 방식으로 직접 전달하여 기판(10) 및 기판(10) 상부에 도포된 필름(미도시)(예를 들어, 폴리이미드(PI))을 열처리한다.
또한, 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)은 각각 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 배면에 제공되는 복수의 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 구비한다. 복수의 상부 및 하부 반사부(412a,412b)는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)으로부터 방출되는 열 에너지를 반사하여 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)를 통해 상기 기판(10)으로 상기 열 에너지를 복사 방식으로 전달한다. 좀 더 구체적으로, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 그 배면에 제공되는 복수의 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 이용하여 복사 방식으로 기판(10)을 직접 가열하여 열처리한다. 따라서, 종래 기술의 전도 또는 대류 방식에 비해 기판(10)의 열처리 전달 효율이 우수할 뿐만 아니라, 기판(10)에 균일한 열전달이 상대적으로 용이하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)이 복수의 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 사용하여 기판(10) 및 기판(10) 상부에 도포된 필름의 열처리에 적합한 열 에너지를 균일하게 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400)에서는, 기판(10) 주변에 제공되며, 기판(10)과 동일 또는 유사한 재질 내에 하나 이상의 열전대(thermo couple)를 구비한 온도 센서(478a,478b)에 의해 기판(10)의 미리 설정된 열처리 온도의 균일성 여부가 직접적으로 확인될 수 있다. 또한, 이러한 온도 센서(478a,478b)에 의한 기판(10)의 열처리 온도가 미리 설정된 초기 열처리 온도와 불일치하는 경우, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 열처리 온도는 수동 또는 자동으로 미리 설정된 초기 열처리 온도와 일치하도록 개별적으로 조정되거나 또는 그룹 방식으로 조정될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(1)는 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e)를 포함한다. 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e)는 각각 기판(10)의 열처리 공간(472)을 제공한다.
복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e)는 각각 프레임(410) 상에서 착탈 가능하게 지지된다. 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 각각의 전면에는 복수의 도어(미도시)가 제공되어 있다. 복수의 도어(미도시)는 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 각각에 제공되는 열처리 공간(472)으로 기판(10)을 로딩하기 위한 트랜스퍼 암과 같은 기판 로딩 장치(미도시)를 이용하여 기판(10)을 로딩하거나 열처리가 종료된 기판(10)을 언로딩하기 위해 개방 또는 폐쇄될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(1)에 사용되는 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e)는 각각 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다는 점에 유의하여야 한다. 이러한 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400)의 구체적인 구성 및 동작은 이미 상세히 설명하였으므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리용 챔버(400) 및 기판 열처리 장치(1)의 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e) 각각에서는, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)이 각각의 처리 공간(472)의 외부에 제공된다. 따라서, 기판(10) 및 기판(10) 상의 필름(미도시)의 열처리에 의해 발생하는 흄(fume)이 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b) 상에 증착되지 않으므로 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 열효율을 유지할 수 있다. 또한, 흄 세정이 불필요하므로 전체 공정 시간 및 비용이 크게 감소된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(1)에서는, 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e)에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b) 중 일부에 고장 등이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 4b의 실시예에서, 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 중 챔버(400a) 내의 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b) 중 일부에 고장 등이 발생하더라도, 나머지 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 내의 각각의 기판(10)은 정상적인 열처리가 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e)의 개별 프로세싱이 가능하고, 그에 따라 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 내의 복수의 기판(10) 전체에 불량이 발생할 가능성이 실질적으로 제거된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(1)에서는, 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e)에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b) 중 일부에 고장 등이 발생하는 경우, 위의 예시에서 고장이 발생한 챔버(400a)만을 수리 또는 교체하면 되고, 나머지 챔버(400a,400b,400c,400d,400e)는 정상적으로 동작이 가능하다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 복수의 챔버(400a,400b,400c,400d,400e)의 개별적인 유지 보수가 가능하다. 따라서, 기판 열처리 장치(1)의 나머지 챔버(400a,400b,400c,400d,400e) 내의 열처리 동작이 중단될 필요가 없으므로 전체 열처리 공정 시간(tact time)이 크게 감소된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 5를 도 4a 및 도 4b와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법(500)은 a) 각각이 상부 및 하부 하우징(470a,470b)으로 구성되며, 기판(10)의 열처리 공간(472)을 제공하는 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e) 내에 각각 제공되는 보트(420) 상에 상기 기판(10)을 로딩 및 지지시키는 단계(510); b) 상기 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e)를 각각 프레임(410) 내에 제공하는 단계(520); 및 c) 상기 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e) 내에서 상기 각각의 열처리 공간(472)의 외부에 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b) 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 배면에 제공되는 복수의 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 이용하여 상기 각각의 열처리 공간(472) 내의 상기 기판(10)을 개별적으로 열처리하는 단계(530)를 포함한다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법(500)의 상기 c) 단계에서 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 개별적으로 제어되거나 또는 그룹 방식으로 제어된다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법(500)의 상기 c) 단계에서, 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 각각 상기 상부 하우징(470a)의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징(470b)의 내측 상부면에 각각 제공되는 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)를 통해 상기 기판(10) 상으로 열 에너지를 복사 방식으로 직접 전달하여 상기 기판(10) 및 상기 기판(10) 상부에 도포된 필름(미도시)을 열처리한다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법(500)에서, 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 각각 1 내지 5㎛ 범위의 파장 대역의 근적외선을 방출하고, 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트(474a,474b)는 각각 상기 파장 대역만을 투과시킨다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법(500)은 d) 상기 기판(10) 주변에 제공되는 온도 센서(478a,478b)를 이용하여 상기 기판(10)의 미리 설정된 초기 열처리 온도의 균일성 여부를 직접적으로 확인하는 단계; 및 e) 상기 d) 단계에서 확인된 상기 기판(10)의 상기 열처리 온도가 상기 미리 설정된 초기 열처리 온도와 불일치하는 경우, 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 상기 열처리 온도를 상기 미리 설정된 초기 열처리 온도와 일치하도록 개별적으로 조정하거나 또는 그룹 방식으로 조정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 방법(500)은 상기 c) 단계의 수행 도중 상기 복수의 챔버(400a,400b,400c400d,400e) 중 일부 챔버에 고장이 발생하는 경우, 상기 고장이 발생한 일부 챔버만을 수리 또는 교체하면서 고장이 발생하지 않은 나머지 챔버에 대해서는 상기 c) 단계를 계속 수행할 수 있다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
1: 배치식/기판 열처리 장치 10: 기판 120,420: 보트
100,400,400a,400b,400c,400d,400e: 챔버 110,410: 프레임
140: 도어 160: 커버 200: 메인 히터 유닛
210: 단위 메인 히터 220,220a,220b: 보조 히터 유닛
230a: 제1 단위 보조 히터 250: 냉각관 300: 가스 공급관
320: 가스 배출관 410a,410b: 열원 412a,412b: 반사부
470a,470b: 하우징 472: 열처리 공간 474a,474b: 윈도우 플레이트
478a,478b:온도 센서

Claims (24)

  1. 기판 열처리용 챔버에 있어서,
    내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징;
    상기 열처리 공간 내에 제공되며, 상기 기판이 로딩 및 지지되는 보트;
    상기 상부 하우징의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징의 내측 상부면에 각각 제공되는 상부 및 하부 윈도우 플레이트; 및
    상기 상부 및 하부 하우징 및 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트 사이에 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원
    을 포함하는 기판 열처리용 챔버.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 1개 또는 2개인 기판 열처리용 챔버.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트는 각각 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic) 재질로 구현되고, 상기 상부 및 하부 하우징은 각각 알루미늄(Al) 재질로 구현되는 기판 열처리용 챔버.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원의 출력 파워(output power)는 개별적으로 제어되거나 또는 그룹 방식으로 제어되는 기판 열처리용 챔버.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원은 각각 근적외선 램프 히터로 구현되는 기판 열처리용 챔버.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 근적외선 램프 히터는 각각 상기 기판 및 상기 기판 상에 도포된 필름을 가열하여 건조 및 소성하기에 적합한 1 내지 5㎛ 범위를 갖는 파장 대역의 근적외선을 방출하는 기판 열처리용 챔버.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트는 상기 근적외선 램프 히터에서 방출되는 상기 1 내지 5㎛ 범위의 상기 파장 대역은 통과시키고, 상기 파장 대역 이외의 대역은 컷오프(cut-off)시키는 기판 열처리용 챔버.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 열처리용 챔버는 상기 기판 주변에 제공되며, 상기 기판의 미리 설정된 열처리 온도의 균일성 여부를 직접적으로 확인하기 위한 온도 센서를 추가로 포함하는 기판 열처리용 챔버.
  9. 기판 열처리 장치에 있어서,
    각각이 기판의 열처리 공간을 제공하는 복수의 챔버;
    상기 복수의 챔버가 각각 착탈 가능하게 지지되는 프레임; 및
    상기 복수의 챔버 각각의 전면에 제공되는 복수의 도어
    를 포함하되,
    상기 복수의 챔버 내의 상기 기판의 열처리가 각각 개별적으로 이루어지는
    기판 열처리 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 챔버는 각각
    내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징;
    상기 열처리 공간 내에 제공되며, 상기 기판이 로딩 및 지지되는 보트;
    상기 상부 하우징의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징의 내측 상부면에 각각 제공되는 상부 및 하부 윈도우 플레이트; 및
    상기 상부 및 하부 하우징 및 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트 사이에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원
    을 포함하는 기판 열처리 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 챔버 내의 상기 기판은 각각 1개 또는 2개인 기판 열처리 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트는 각각 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic) 재질로 구현되고, 상기 상부 및 하부 하우징은 각각 알루미늄(Al) 재질로 구현되는 기판 열처리 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원의 출력 파워(output power)는 개별적으로 제어되거나 또는 그룹 방식으로 제어되는 기판 열처리 장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원은 각각 근적외선 램프 히터로 구현되는 기판 열처리 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 근적외선 램프 히터는 각각 상기 기판 및 상기 기판 상에 도포된 필름을 가열하여 건조 및 소성하기에 적합한 1 내지 5㎛ 범위를 갖는 파장 대역의 근적외선을 방출하는 기판 열처리 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트는 상기 근적외선 램프 히터에서 방출되는 상기 1 내지 5㎛ 범위의 상기 파장 대역은 통과시키고, 상기 파장 대역 이외의 대역은 컷오프(cut-off)시키는 기판 열처리 장치.
  17. 제 9항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 챔버는 각각 상기 기판 주변에 제공되며, 상기 기판의 미리 설정된 열처리 온도의 균일성 여부를 직접적으로 확인하기 위한 온도 센서를 추가로 포함하는 기판 열처리용 챔버.
  18. 제 9항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 챔버 중 일부 챔버에 고장이 발생하는 경우, 고장이 발생한 해당 챔버의 교체 또는 수리가 이루어지는 동안 나머지 챔버는 열처리 동작을 수행하는 기판 열처리용 챔버.
  19. 기판 열처리 방법에 있어서,
    a) 각각이 상부 및 하부 하우징으로 구성되며, 기판의 열처리 공간을 제공하는 복수의 챔버 내에 각각 제공되는 보트 상에 상기 기판을 로딩 및 지지시키는 단계;
    b) 상기 복수의 챔버를 각각 프레임 내에 제공하는 단계; 및
    c) 상기 복수의 챔버 내에서 상기 각각의 열처리 공간의 외부에 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면에 제공되는 복수의 상부 및 하부 반사부를 이용하여 상기 각각의 열처리 공간 내의 상기 기판을 개별적으로 열처리하는 단계
    를 포함하는 기판 열처리 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 c) 단계에서 상기 복수의 상부 및 하부 열원은 개별적으로 제어되거나 또는 그룹 방식으로 제어되는 기판 열처리 방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 상기 복수의 상부 및 하부 열원은 각각 상기 상부 하우징의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징의 내측 상부면에 제공되는 상부 및 하부 윈도우 플레이트를 통해 상기 기판 상으로 열 에너지를 복사 방식으로 직접 전달하여 상기 기판 및 상기 기판 상부에 도포된 필름을 열처리하는 기판 열처리 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 c) 단계에서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원은 각각 1 내지 5㎛ 범위의 파장 대역의 근적외선을 방출하고,
    상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트는 각각 상기 파장 대역만을 투과시키는
    기판 열처리 방법.
  23. 제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 열처리 방법은
    d) 상기 기판 주변에 제공되는 온도 센서를 이용하여 상기 기판의 미리 설정된 초기 열처리 온도의 균일성 여부를 직접적으로 확인하는 단계; 및
    e) 상기 d) 단계에서 확인된 상기 기판의 상기 열처리 온도가 상기 미리 설정된 초기 열처리 온도와 불일치하는 경우, 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 상기 열처리 온도를 상기 미리 설정된 초기 열처리 온도와 일치하도록 개별적으로 조정하거나 또는 그룹 방식으로 조정하는 단계
    를 추가로 포함하는 기판 열처리 방법.
  24. 제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 열처리 방법은 상기 c) 단계의 수행 도중 상기 복수의 챔버 중 일부 챔버에 고장이 발생하는 경우, 상기 고장이 발생한 일부 챔버만을 수리 또는 교체하면서 고장이 발생하지 않은 나머지 챔버에 대해서는 상기 c) 단계를 계속 수행하는 기판 열처리 방법.
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