KR20140006497A - 기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버 - Google Patents

기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치는 상기 기판 열처리 챔버의 내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징의 전방에 상기 열처리 공간과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원; 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 평탄형 상부 및 하부 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치는 상기 기판 열처리 챔버의 내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징의 전방에 상기 열처리 공간과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원; 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원에 대응되는 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버{Heating Structure for Heat Treatment Chamber of Substrates and Heat Treatment Chamber of Substrates Having the Same}
본 발명은 기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 기판 열처리 챔버 내의 열처리 공간의 외부에 복수의 근적외선 램프 히터를 배치하고 또한 복수의 근적외선 램프 히터의 배면에 복수의 근적외선 램프 히터에서 방출되는 근적외선이 챔버 내로만 반사되도록 해주는 평탄형 또는 라운드형 반사부를 제공함으로써, 기판에 전달되는 열 에너지의 균일도가 현저하게 향상되고, 복수의 근적외선 램프 히터 상호 간의 간섭이 차단되며, 복수의 근적외선 램프 히터의 출력 파워(output power)를 개별적으로 또는 그룹 방식으로 제어하여 기판의 온도 균일도 유지 및 제어가 가능하여 최종 제품의 품질이 크게 향상되는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버에 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 2a는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 챔버의 구성을 도시한 사시도이며, 도 2b는 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 2b를 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 2a 및 도 2b를 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 히터(210)로부터 전면적에 걸쳐서 열을 인가받아 열처리가 이루어질 수 있다.
또한, 도 2a 및 도 2b를 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.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 단위 메인 히터의 배열 상태를 도시한 도면이다. 도 3a 및 도 3b에서 히터 유닛(200) 간의 단위 메인 히터(210)의 배열은 다양하게 변경될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 단위 메인 히터(210)의 배열 상태에서 어느 하나의 메인 히터 유닛(200a)을 구성하는 단위 메인 히터(210)는 해당 메인 히터 유닛(200a)과 이웃하고 있는 메인 히터 유닛(200b)을 구성하는 단위 메인 히터(210)와 정렬되게 배치될 수 있다.
또한, 도 3b를 참조하면, 어느 하나의 메인 히터 유닛(200a)을 구성하는 단위 메인 히터(210)는 해당 메인 히터 유닛(200a)과 이웃하고 있는 메인 히터 유닛(200b)을 구성하는 단위 메인 히터(210)와 어긋나게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3b에서, 메인 히터 유닛(200a)을 구성하는 단위 메인 히터(210)는 메인 히터 유닛(200b)를 구성하는 단위 메인 히터(210) 사이의 중간 위치에 정렬되어 있다.
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. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서는 복수의 기판(10)이 복수의 메인 히터 유닛(200) 사이에 배치되어 있다. 이 경우, 메인 히터 유닛(200a) 및 이웃하는 메인 히터 유닛(200b)을 각각 구성하는 단위 메인 히터(210)의 배열 상태로부터 종래 기술에서는 단위 메인 히터(210)로부터 방출된 열이 기판(10) 상에 균일하게 전달되지 않는다.
좀 더 구체적으로, 도 3c 및 도 3d는 각각 도 3a 및 도 3b에 도시된 종래 기술의 기판과 단위 메인 히터의 배열 상태에 따른 열전달량을 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 기판(10) 상의 A점 및 B점에 대해 상부 및 하부에 각각 2개의 단위 메인 히터(210)인 L1, L2, L3 및 L4가 도 3c에 도시된 바와 같이 정렬 배치되어 있고, L1, L2, L3 및 L4에서 방출되는 열량은 각각 H라고 하자. 이 경우, 열량의 전달은 거리 제곱에 반비례하므로, A점과 B점 간의 열량 차이는 40%이다. 만일, L1과 L2 간의 거리 및 L3와 L4 간의 거리를 각각 1로 줄이는 경우에도 동일한 방법으로 계산하면 점과 B점 간의 열량 차이는 20%이다. 실제로는 L1과 L2의 측방향 및 L3와 L4의 측방향으로 더 많은 단위 메인 히터(210)가 존재하고, 예를 들어 L2 및 L4의 우측방향으로 각각 1개의 단위 메인 히터(210)가 존재하는 경우 A점과 B점 간의 열량 차이는 대략 32%이고, L2 및 L4의 우측방향으로 각각 2개의 단위 메인 히터(210)가 존재하는 경우 A점과 B점 간의 열량 차이는 대략 29.5%이다.
또한, 기판(10) 상의 A점 및 B점에 대해 상부에 1개의 단위 메인 히터(210)인 L1 및 하부에 2개의 단위 메인 히터(210)인 L2 및 L3이 도 3d에 도시된 바와 같이 어긋나게 배치되어 있고, L1, L2, 및 L3에서 방출되는 열량은 각각 H라고 하자. 이 경우, A점과 B점 간의 열량 차이는 30%이다. 예를 들어 L1 및 L2의 우측방향으로 각각 1개의 단위 메인 히터(210)가 존재하는 경우 A점과 B점 간의 열량 차이는 대략 44%이고, L2 및 L4의 우측방향으로 각각 2개의 단위 메인 히터(210)가 존재하는 경우 A점과 B점 간의 열량 차이는 대략 47.3%로 증가한다.
상술한 A점이 단위 메인 히터(210)의 수직 아래에 존재하는 기판(10)의 최좌측점이고, B점이 A점으로부터 단위길이인 1만큼 이격된 점이라면, 도 3a 및 도 3b의 어느 경우에도 A점과 B점 간의 열량 차이가 발생하며, 따라서 하나의 기판(10) 상에의 여러 지점에서 전달되는 열량이 균일하지 않음을 알 수 있다.
4. 또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서는 복수의 기판(10)이 복수의 메인 히터 유닛(200) 사이에 배치되어 있으므로, 복수의 기판(10)은 각각 가장 근접하게 배치된 복수의 메인 히터 유닛(200) 뿐만이 아니라, 순차적으로 이격되어 배치된 다른 복수의 메인 히터 유닛(200)에 의해서도 영향을 받는다. 따라서, 복수의 메인 히터 유닛(200) 전체로부터 최상부에 위치한 기판(10)과 중간 부분에 위치한 기판(10)에 각각 전달되는 열량이 상이하므로 복수의 기판(10)은 그 배열 위치에 따라 전달되는 열량이 균일하지 않다.
5. 상술한 1 내지 4의 문제점으로 인하여, 복수의 기판(10) 각각의 열처리 온도를 균일하게 제어하는 것이 매우 어렵거나 실질적으로 불가능하였으며, 그에 따라 기판(10)의 불량 발생 가능성이 상당히 높다.
따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.
대한민국 특허 제10-1016048호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판 열처리 챔버 내의 열처리 공간의 외부에 복수의 근적외선 램프 히터를 배치하고 또한 복수의 근적외선 램프 히터의 배면에 복수의 근적외선 램프 히터에서 방출되는 근적외선이 챔버 내로만 반사되도록 해주는 평탄형 또는 라운드형 반사부를 제공함으로써, 기판에 전달되는 열 에너지의 균일도가 현저하게 향상되고, 복수의 근적외선 램프 히터 상호 간의 간섭이 차단되며, 복수의 근적외선 램프 히터의 출력 파워(output power)를 개별적으로 또는 그룹 방식으로 제어하여 기판의 온도 균일도 유지 및 제어가 가능하여 최종 제품의 품질이 크게 향상되는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치는 상기 기판 열처리 챔버의 내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징의 전방에 상기 열처리 공간과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원; 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 평탄형 상부 및 하부 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치는 상기 기판 열처리 챔버의 내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징의 전방에 상기 열처리 공간과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원; 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원에 대응되는 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 기판 열처리 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 포함하되, 상기 상부 및 하부 하우징은 각각 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 상부 및 하부 반사부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버를 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.
1. 본 발명의 기판 열처리 챔버용 히팅 장치가 챔버 내 처리 공간의 외부에 제공되므로 열처리에 의해 발생하는 흄(fume)이 복수의 근적외선 히터 상에 증착되지 않는다. 그에 따라, 시간이 경과하더라도 복수의 근적외선 히터의 열효율을 유지할 수 있으며, 흄 세정이 불필요하므로 전체 공정 시간 및 비용이 크게 감소된다.
2. 본 발명의 기판 열처리 챔버용 히팅 장치는 배면에 평탄형 또는 라운드형 반사부(reflector)를 이용하여 복사 방식으로 기판을 열처리하는 직접 가열 방식이므로 기판의 열처리 전달 효율이 우수할 뿐만 아니라, 기판에 균일한 열전달이 상대적으로 용이하다.
3. 본 발명에서는 챔버 내에 기판이 1개 또는 2개만 사용되고, 기판 열처리 챔버용 히팅 장치가 챔버 내 처리 공간의 외부에 제공되므로, 기판 열처리 챔버용 히팅 장치로 사용되는 복수의 근적외선 램프 히터 상호 간의 간섭 효과가 최소화되어 기판 상에 전달되는 열 에너지의 균일도가 추가로 크게 향상된다.
4. 기판 열처리 챔버용 히팅 장치로 사용되는 복수의 근적외선 램프 히터의 출력 파워(output power)가 개별적으로 또는 그룹 방식으로 제어되므로 기판의 온도 균일도 유지 및 제어가 가능하여 최종 제품의 품질이 크게 향상된다.
5. 상술한 1 내지 4의 장점으로 인하여, 기판의 불량 발생 가능성이 상당히 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 2a는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 챔버의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2b는 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 기판, 메인 히터 유닛 및 보조 히터 유닛의 배치 상태를 도시한 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치의 단위 메인 히터의 배열 상태를 도시한 도면이다.
도 3c 및 도 3d는 각각 도 3a 및 도 3b에 도시된 종래 기술의 기판과 단위 메인 히터의 배열 상태에 따른 열전달량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4c는 도 4b에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 사용하는 경우 기판의 길이 방향에 따른 열 에너지 전달량의 분포도를 도시한 그래프이다.
도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4e는 도 4d에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 사용하는 경우 기판의 길이 방향에 따른 열 에너지 전달량의 분포도를 도시한 그래프이다.
도 4f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치에 사용되는 라운드형 반사부의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 4g는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치에 사용되는 복수의 열원들 간의 거리 및 복수의 열원과 기판 간의 거리 관계를 도시한 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 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 포함하되, 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)은 각각 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)의 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 복수의 상부 열원(410a), 및 상기 상부 하우징(470a)에 제공되는 상기 복수의 상부 반사부(412a)는 상부 히팅 장치(401a)를 구성하고, 상기 복수의 하부 열원(410b), 및 상기 하부 하우징(470a,470b)에 제공되는 상기 복수의 하부 반사부(412b)는 하부 히팅 장치(401b)를 구성한다. 이러한 상부 히팅 장치(401a) 및 하부 히팅 장치(401b)는 기판 열처리 챔버(400)의 히팅 장치(401)를 구성한다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)에서 사용되는 상부 및 하부 반사부(412a,412b)는 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 전달한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)에서 사용되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 각각 바(bar) 형상의 근적외선 램프 히터로 구현될 수 있다. 이러한 근적외선 램프 히터에서 방출되는 근적외선은 대략 1 내지 5㎛ 범위의 파장 대역을 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)에서는, 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 내부에는 각각 냉각수가 공급될 수 있는 복수의 냉각 라인(cooling line: 476)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 복수의 냉각 라인(476)은 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)에 의해 상기 상부 및 하부 반사부(412a,412b)에 발생할 수 있는 열 변형 또는 열 손상을 방지하기 위한 것이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)의 구체적인 구성 및 동작에 대해 상세히 기술하기로 한다.
다시 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 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 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 구비한다. 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. 즉, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 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 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 사용하여 기판(10) 및 기판(10) 상부에 도포된 필름의 열처리에 적합한 열 에너지를 균일하게 전달할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)에서는, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)이 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.
도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4b를 도 4a와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)는 기판 열처리 챔버(400)의 내부에 기판(10)의 열처리 공간(472)을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 전방에 상기 열처리 공간(472)과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b); 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)에 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 평탄형(flat-type) 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 포함한다. 여기서, 상부 및 하부 하우징(470a,470b)은 각각 상술한 바와 같이 알루미늄(Al) 재질로 구현되고, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 각각 바(bar) 형상의 근적외선 램프 히터로 구현될 수 있다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)의 평탄형 상부 및 하부 반사부(412a,412b)는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)으로 각각 사용될 수 있는 근적외선 램프 히터에서 방출되는 근적외선이 챔버 내로만 반사되도록 해준다.
또한, 상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)에 사용되는 평탄형 상부 및 하부 반사부(412a,412b)는 반사 효율을 높이기 위해 예를 들어 금 코팅막(gold coating: 미도시)을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)는 상기 평탄형 상부 및 하부 반사부(412a,412b)에 발생할 수 있는 열 변형 또는 열 손상을 방지하기 위해 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 내부에 각각 냉각수가 공급될 수 있는 복수의 냉각 라인(476)을 추가로 구비할 수 있다.
도 4c는 도 4b에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 사용하는 경우 기판의 길이 방향에 따른 열 에너지 전달량의 분포도를 도시한 그래프이다.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)를 사용하는 경우, 전체 길이가 80cm인 기판(10)의 길이 방향에 따른 열 에너지 전달량의 최대값(Max) 및 최소값(Min)의 편차가 12.627%로 종래 기술에 비해 열 전달량의 균일도가 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.
도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4d를 도 4a와 함께 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)는 기판 열처리 챔버(400)의 내부에 기판(10)의 열처리 공간(472)을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 전방에 상기 열처리 공간(472)과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b); 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)에 대응되는 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 복수의 라운드형(round-type) 상부 및 하부 반사부(412a,412b)를 포함한다. 여기서, 상부 및 하부 하우징(470a,470b)은 각각 상술한 바와 같이 알루미늄(Al) 재질로 구현되고, 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)은 각각 바(bar) 형상의 근적외선 램프 히터로 구현될 수 있다.
상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)의 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부(412a,412b)는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b)으로 각각 사용될 수 있는 근적외선 램프 히터에서 방출되는 근적외선이 챔버 내로만 반사되도록 해준다.
또한, 상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)에 사용되는 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부(412a,412b)는 반사 효율을 높이기 위해 예를 들어 금 코팅막(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)는 상기 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부(412a,412b)에 발생할 수 있는 열 변형 또는 열 손상을 방지하기 위해 상기 상부 및 하부 하우징(470a,470b)의 내부에 각각 냉각수가 공급될 수 있는 복수의 냉각 라인(476)을 추가로 구비할 수 있다.
도 4e는 도 4d에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치를 사용하는 경우 기판의 길이 방향에 따른 열 에너지 전달량의 분포도를 도시한 그래프이다.
도 4e를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)를 사용하는 경우, 전체 길이가 80cm인 기판(10)의 길이 방향에 따른 열 에너지 전달량의 최대값(Max) 및 최소값(Min)의 편차가 10.209%로 종래 기술에 비해 열 전달량의 균일도가 더욱 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.
도 4f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치에 사용되는 라운드형 반사부의 실시예들을 도시한 도면이다. 도 4f의 실시예에서는 설명의 편의상 하나의 라운드형 상부 반사부(412a)만을 도시하고 있다는 점에 유의하여야 한다.
도 4f를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치(401)에 사용되는 라운드형 상부 반사부(412a)는 도 4a에 도시된 바와 같은 U자 형상(상부 도면), 반원 형상(중간 도면), 또는 타원 형상(하부 도면)을 가질 수 있으며, 하부 라운드형 반사부(412b)도 U자 형상, 반원 형상, 또는 타원 형상을 가질 수 있다는 것은 자명하다. 이러한 다양한 형상을 갖는 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부(412a,412b)(도 4b 및 도 4d 참조)는 복수의 상부 및 하부 열원(410a,410b) 간에 발생하는 상호 간섭을 최소화하여 도 4e에 도시된 그래프에서와 같이 기판(10)의 열 전달량 균일도 및 그에 따른 기판(10)의 온도 균일도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
도 4g는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 기판 열처리 챔버용 히팅 장치에 사용되는 복수의 열원들 간의 거리 및 복수의 열원과 기판 간의 거리 관계를 도시한 도면이다.
도 4g를 참조하면, 기판 열처리 챔버(400)용 히팅 장치(401)에 사용되는 복수의 열원들(410a) 간의 거리를 a라 하고, 복수의 열원(410a)과 기판(10) 간의 거리를 b라 하면, 1.3a ≤b ≤2.0a의 관계를 갖는 것이 바람직하고, b =1.5a의 관계를 갖는 것이 가장 바람직하다.
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 열처리 장치 10: 기판 120,420: 보트
100,400: 챔버 110: 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
401,401a,401b: 히팅 장치 410a,410b: 열원
412a,412b: 반사부 470a,470b: 하우징 472: 열처리 공간
474a,474b: 윈도우 플레이트 476: 냉각 라인

Claims (18)

  1. 기판 열처리 챔버용 히팅 장치에 있어서,
    상기 기판 열처리 챔버의 내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징의 전방에 상기 열처리 공간과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원; 및
    상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 평탄형 상부 및 하부 반사부
    를 포함하는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 평탄형 상부 및 하부 반사부는 각각 반사 효율을 높이기 위해 금 코팅막을 추가로 포함하는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 열처리 챔버용 히팅 장치는 상기 평탄형 상부 및 하부 반사부에 발생할 수 있는 열 변형 또는 열 손상을 방지하기 위해 상기 상부 및 하부 하우징의 내부에 각각 냉각수가 공급될 수 있는 복수의 냉각 라인을 추가로 포함하는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원들 간의 거리 a 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원과 상기 기판 간의 거리 b는 1.3a ≤ b ≤2.0a의 관계를 갖는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 하우징은 알루미늄(Al) 재질로 구현되고,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원은 각각 바(bar) 형상의 근적외선 램프 히터로 구현되는
    기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  6. 기판 열처리 챔버용 히팅 장치에 있어서,
    상기 기판 열처리 챔버의 내부에 기판의 열처리 공간을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징의 전방에 상기 열처리 공간과 각각 이격되어 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원; 및
    상기 복수의 상부 및 하부 열원에 대응되는 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부
    를 포함하는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부는 각각 반사 효율을 높이기 위해 금 코팅막을 추가로 포함하는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 기판 열처리 챔버용 히팅 장치는 상기 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부에 발생할 수 있는 열 변형 또는 열 손상을 방지하기 위해 상기 상부 및 하부 하우징의 내부에 각각 냉각수가 공급될 수 있는 복수의 냉각 라인을 추가로 포함하는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원들 간의 거리 a 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원과 상기 기판 간의 거리 b는 1.3a ≤ b ≤2.0a의 관계를 갖는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 하우징은 알루미늄(Al) 재질로 구현되고,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원은 각각 바(bar) 형상의 근적외선 램프 히터로 구현되는
    기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  11. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부는 각각 U자 형상, 반원 형상, 및 타원 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 기판 열처리 챔버용 히팅 장치.
  12. 기판 열처리 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 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원
    을 포함하되,
    상기 상부 및 하부 하우징은 각각 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 상부 및 하부 반사부를 구비하는
    기판 열처리 챔버.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원 및 상기 상부 및 하부 하우징에 각각 제공되는 상기 복수의 상부 및 하부 반사부는 히팅 장치를 구성하고,
    상기 히팅 장치는 상기 상부 및 하부 반사부에 발생할 수 있는 열 변형 또는 열 손상을 방지하기 위해 상기 상부 및 하부 하우징의 내부에 각각 냉각수가 공급될 수 있는 복수의 냉각 라인을 추가로 포함하는
    기판 열처리 챔버.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 반사부는 각각 상기 복수의 상부 및 하부 열원의 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 평탄형 상부 및 하부 반사부로 구현되는 기판 열처리 챔버.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 반사부는 각각 상기 복수의 상부 및 하부 열원에 대응되는 배면 위치에서 상기 상부 및 하부 하우징의 각각의 내측 표면 상에 제공되는 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부로 구현되는 기판 열처리 챔버.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 복수의 라운드형 상부 및 하부 반사부는 각각 각각 U자 형상, 반원 형상, 및 타원 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 기판 열처리 챔버.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원들 간의 거리 a 및 상기 복수의 상부 및 하부 열원과 상기 기판 간의 거리 b는 1.3a ≤ b ≤2.0a의 관계를 갖는 기판 열처리 챔버.
  18. 제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 하우징은 알루미늄(Al) 재질로 구현되고,
    상기 복수의 상부 및 하부 열원은 각각 바(bar) 형상의 근적외선 램프 히터로 구현되는
    기판 열처리 챔버.
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