KR20150138496A - 히터 블록 및 기판 열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 형태인 히터 블록은 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 열을 전달하는 가열 램프들을 일측면에 구비한 히터블록에 있어서, 상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 상기 사각형 기판의 장변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 한다.
Description
본 발명은 히터 블록 및 기판 열처리 장치로서, 기판에 대하여 열처리를 수행하는 히터 블록 및 이를 적용한 기판 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 공정에 있어서 열처리는 필수적인 과정이다. 오믹 접촉 합금(ohmic contact alloying), 이온 주입 손상 어닐링(ion-implantation damage annealing), 불순물 활성화(dopant activation), TiN, TiSi2, CoSi2 등의 박막 형성 등이 열처리를 요구하는 공정이다.
이러한 열처리를 수행하는 장비로는 퍼니스(furnace)와 급속 열처리(Rapid Thermal Process, RTP) 장치가 있다. 급속 열처리 장치는 기판 전체의 온도를 균일하게 유지하거나, 기판을 교체할 때마다 다른 기판들에 대해서도 같은 온도-시간 특성을 유지하거나, 기판의 온도를 정확하게 측정 및 제어하는데 어려움이 있어 크게 각광을 받지 못하다가, 최근 온도 측정 기술과 온도 제어 기술이 진보함에 따라 퍼니스를 대체하고 있다.
급속 열처리 장치는 텅스텐 할로겐 램프의 복사 광선을 이용하여 기판에 열을 전달한다. 따라서 급속 열처리 장치는 히터블록을 구비하고, 이 히터블록의 측면들 중 기판과 마주하는 측면에는 복수의 텅스텐 할로겐 램프가 마련되어 있다.
급속 열처리 장치가 이용되더라도 기판 전체의 온도를 균일하게 유지할 필요가 있는데, 이는 기판상의 온도 불균일이 열처리 이후 기판의 뒤틀림(warpage), 단층(dislocation), 박막의 미끄러짐(slip) 등과 같은 심각한 문제들을 야기하기 때문이다. 기판의 온도 불균일 문제가 해결되기 위해서는 기판 온도를 정확하게 측정하고 제어하는 기술, 기판 전제에 균일한 열을 전달하는 기술 등이 필요하다.
기판 전체에 균일한 열을 전달하는 기술은 텅스텐 할로겐 램프의 배열과 관계된다. 이에 텅스텐 할로겐 램프의 배열과 관련된 기술들이 다수 알려져 있다.
웨이퍼와 같은 소형의 반도체용 기판을 열처리하기 위한 램프 배열의 경우 도 1에 도시한 바와 같이 램프 장착면에 벌브형 램프(bulb lamp)를 사용한 원형의 램프 배열로 이루어진다. 이는 반도체용 기판(웨이퍼)이 원형 형태를 가지고 있기 때문에 이에 맞추어서 소형의 벌브형 램프(bulb lamp)를 사용하여 원형 형태로 배열하여, 반도체용 기판의 모든 영역에 고른 열처리를 하기 위함이다. 반도체용 열처리 장치에서 집적화된 소형의 벌브형 램프를 반도체용 기판(웨이퍼)의 형태에 맞게 구성함으로써, 웨이퍼의 에지(가장자리) 영역의 열적 보상이 2차원 보상 방식으로 이루어질 수 있어, 열적 균일도 확보가 용이하다.
반면에, 디스플레이 장치에 사용되는 대형의 글래스 기판을 열처리하는 램프 배열은, 도 2에 도시한 바와 같이 대형의 리니어 램프(linear lamp)를 사용한 선형(linear) 배열을 이룬다. 이는 글래스 기판이 직사각형 형태를 가지고 있기 때문에 이에 맞추어서 램프 배열 역시 선형으로 배열하여, 글래스 기판의 모든 영역에 고른 열처리를 하기 위함이다. 따라서 글래스 기판 열처리 장치의 램프 배열 형태는, 글래스의 크기를 고려하여 리니어 램프(linear lamp)의 길이와 배열 개수를 결정하고 있다.
그런데, 이러한 리니어 램프는 단일 방향의 입력 자유도를 가지게 되며, 이로 인하여 글래스의 가장자리(edge) 영역의 열적 보상이 1차원 보상 방식으로 운영되어야 한다. 1차원 보상 방식으로 열적 보상이 이루어질 경우, 글래스 전체 면적의 열적 균일도를 높이는데 한계를 가지는 문제가 있다. 즉, 리니어 램프의 경우 한쪽 방향으로 배열되어야 하기 때문에, 한쪽 방향으로만 열적 보상을 하는 1차원 보상의 한계가 있다.
또한, 만약, 글래스 기판 열처리 장치의 램프를 소형의 벌브형 밸프로 배열할 경우, 너무 많은 벌브형 램프를 필요로 하기 때문에 글래스 기판 열처리 장치의 제작 비용이 상승하는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 사각형 기판의 열처리에 있어서 열적 균일도를 확보할 수 있는 히터 블록을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 사각형 기판의 열처리시에 열적 균일도를 위한 2차원 보상에 적합한 램프를 배열하는데 있다.
본 발명의 실시 형태인 히터 블록은 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 열을 전달하는 가열 램프들을 일측면에 구비한 히터블록에 있어서, 상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 상기 사각형 기판의 장변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 한다.
상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격과 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격의 비율을 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율이라 할 때, 상기 사각형 기판의 단변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 상기 사각형 기판의 장변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정한다.
상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 것은, 상기 사각형 기판의 단변의 길이와 상기 사각형 기판의 장변의 길이의 비율을 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율이라 할 때, 상기 벌브형 램프들은 리니어 형태로 배열되며, 상기 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율에 따라서 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정한다.
상기 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율과 동일한 값으로서 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정한다.
열처리하고자 하는 복수의 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율이 서로 다른 경우, 복수의 사각형 기판의 단변:장변 배열 비율의 평균값으로서 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정한다.
상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율은, 1:1.14 ~ 1:1.35 범위 내의 어느 하나의 배열 비율을 가진다.
길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 열을 전달하는 가열 램프들을 일측면에 구비한 히터블록에 있어서, 상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 단변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열한다.
상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프의 중심점 사이의 간격을 바닥변으로 하며, 상기 두 개의 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 단변에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프의 중심점까지의 거리를 높이로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1.5:1 비율을 가지도록 상기 벌브형 램프들을 배열시킴을 특징으로 한다.
길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 열을 전달하는 가열 램프들을 일측면에 구비한 히터블록에 있어서, 상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 장변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열한다.
상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프의 중심점 사이의 간격을 바닥변으로 하며, 상기 두 개의 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 장변에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프의 중심점까지의 거리를 높이로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1:1.2 비율을 가지도록 상기 벌브형 램프들을 배열시킴을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태인 기판 열처리 장치는, 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 대한 열처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격과 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격의 비율을 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율이라 할 때, 상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 상기 사각형 기판의 장변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 히터 블록; 상기 사각형 기판을 지지하는 기판 지지대; 상기 사각형 기판에 균일한 열처리가 이루어지도록 상기 벌브형 램프를 개별 제어하는 열처리 제어부;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태는, 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 대한 열처리 공간을 가지는 공정 챔버; 열에너지를 발생시키는 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 단변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열하는 히터 블록; 상기 사각형 기판을 지지하는 기판 지지대; 상기 사각형 기판에 균일한 열처리가 이루어지도록 상기 벌브형 램프를 개별 제어하는 열처리 제어부;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태는, 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 대한 열처리 공간을 가지는 공정 챔버; 열에너지를 발생시키는 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 장변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열하는 히터 블록; 상기 사각형 기판을 지지하는 기판 지지대; 상기 사각형 기판에 균일한 열처리가 이루어지도록 상기 벌브형 램프를 개별 제어하는 열처리 제어부;를 포함한다.
상기 히터 블록의 가장자리에 위치한 벌브형 램프가 다른 벌브형 램프보다 더 많은 열에너지를 발생하도록 제어한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 사각형 기판의 열처리를 수행하는 히터블록에 복수의 벌브형 램프를 배열함으로써, 각 벌브형 램프들에 대한 개별 제어를 용이하게 수행할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 글래스 기판의 가로 및 세로 비율을 고려하여 벌브형 램프를 배열시킴으로써, 열적 균일도를 유지하면서 벌브형 램프의 개수를 최소로 할 수 있다. 따라서 벌브형 램프를 적용한 사각형 기판의 열처리 장치의 제작 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 웨이퍼 열처리 장치의 벌브형 램프가 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 2는 글래스 기판 열처리 장치의 리니어 램프가 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히터블록이 적용된 글래스 기판 열처리 장치의 단면도이다.
도 4는 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 일정한 간격으로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 비율을 고려하여 리니어 형태로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 제1예시의 삼각형 형태로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 제2예시의 삼각형 형태로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 8은 기존의 리니어 램프가 램프 장착면에 배치되었을 때의 글래스 기판에 전달되는 열분포를 나타낸 실험값이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 벌브형 램프가 램프 장착면에 배치되었을 때의 글래스 기판에 전달되는 열분포를 나타낸 실험값이다.
도 2는 글래스 기판 열처리 장치의 리니어 램프가 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히터블록이 적용된 글래스 기판 열처리 장치의 단면도이다.
도 4는 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 일정한 간격으로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 비율을 고려하여 리니어 형태로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 제1예시의 삼각형 형태로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 직사각형의 글래스 기판을 열처리하는 벌브형 램프가 제2예시의 삼각형 형태로 장착된 램프 장착면을 도시한 그림이다.
도 8은 기존의 리니어 램프가 램프 장착면에 배치되었을 때의 글래스 기판에 전달되는 열분포를 나타낸 실험값이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 벌브형 램프가 램프 장착면에 배치되었을 때의 글래스 기판에 전달되는 열분포를 나타낸 실험값이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 설명에서 글래스 기판(glass substrate)이라 함은 LCD, OLED, 태양전지 등에 적용되는 대형 기판을 말한다. 대형 기판이라 함은 반도체용 웨이퍼가 아니라 디스플레이, 태양광 산업에서 사용되는 큰 면적을 가지는 유리 기판을 말한다. 디스플레이에 사용되는 글래스 기판의 경우 1세대의 270[mm] × 360[mm] 크기부터 최근에는 8세대의 2,200[mm] × 2,500[mm] 크기의 대면적을 가지며, 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 구조를 가진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히터블록이 적용된 글래스 기판 열처리 장치의 단면도이다.
공정 챔버(200)는 글래스 기판(10)의 열처리 공간인 내부 공간을 가지는데, 열처리 공간 내부에 글래스 기판(10)이 안착된다. 글래스 기판(10)은 단변 및 장변의 길이가 다른 사각형(직사각형) 형태를 가진다. 여기서 단변은 글래스 기판(10)의 가로에 해당할 경우, 장변은 글래스 기판(10)의 세로에 해당한다. 공정 챔버(200)는 내부가 비어있는 밀폐된 사각형 통 형상으로 제작되나, 이에 한정되지 않고, 다양한 통 형상이 가능하다. 즉, 원통 및 다각형통 형상들이 가능할 수 있다. 그리고 공정 챔버(200)의 일 측면 및 타측면 각각에는 기판(10)의 출입을 위한 출입구가 마련되며, 어느 하나의 출입구는 이송 모듈(미도시)과 연결된다.
공정 챔버(200)는 내측에 글래스 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(400)를 구비한다. 여기서 기판 지지대(400)는 내부에 수직방향으로 이동하는 복수개의 리프트 핀(410)이 구비될 수 있으며, 기판 지지대(400)는 승하강력을 제공하는 수단 예컨대, 실린더와 연결될 수 있다. 리프트 핀(410)으로 글래스 기판(10)을 지지할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 글래스 기판(10)을 기판 지지대(400)에 지지시킬 수 있는 다양한 수단 예컨데, 정전기력(정전척) 또는 진공 흡착력을 이용하는 수단을 이용할 수도 있다.
히터 블록(100)과 공정 챔버(200) 사이에는 쿼츠 윈도우(300)(quartz window)가 구비될 수 있다. 쿼츠 윈도우(300)는 하측에 위치한 글래스 기판(10)으로 열을 투과시키는 물질로 제작된다. 쿼츠 윈도우(300)는 히터 블록(100)과 공정 챔버(200) 사이에 공정 챔버(200)의 기밀을 유지시키는데, 히터 블록(100)과 공정 챔버(200) 사이를 실링 수단(301)을 이용하여 차단시켜 히터 블록(100)이 진공이 유지되도록 하며, 외부 환경(압력,가스,오염물질)으로부터 공정 챔버(200)를 보호한다. 또한 쿼츠 윈도우(300)는 히터 블록(100)내의 복수의 벌브형 램프(110)를 보호하고, 벌브형 램프(110)에서 발생하는 열로 인해서 생기는 부산물이 챔버 내부의 열처리 공간에 위치한 글래스 기판(10)으로 떨어지는 것을 막아준다.
열처리 제어부(미도시)는 글래스 기판(10)에 균일한 열처리가 이루어지도록 히터 블록(100)내의 복수의 벌브형 램프(110)를 개별 제어한다. 직사각형 형태의 글래스 기판(10)에 대하여 균일한 열처리가 이루어져야 하는데, 이를 위하여 글래스 기판(10)의 중앙과 마주보며 대향하는 벌브형 램프(110)에서 조사되는 열에너지보다 글래스 기판(10)의 가장자리와 마주보며 대향하는 벌브형 램프(110)에서 조사되는 열에너지가 더 커야 한다. 따라서 열처리 제어부(미도시)는 글래스 기판(10)의 전체 면적에 고른 열에너지가 조사될 수 있도록, 글래스 기판(10)과 대향하는 벌브형 램프(110)들 각각에 대하여 조사되는 열에너지가 다르게 또는 동일하게 개별적인 제어를 수행할 수 있다.
열처리 제어부는, 히터 블록(100)의 가장자리에 위치한 벌브형 램프가 다른 벌브형 램프보다 더 많은 열에너지를 발생하도록 개별 제어한다. 가장자리일수록 더 많은 열에너지가 전달되어야 글래스 기판에 전체적으로 고른 열전달이 가능하기 때문이다. 또한 열처리 제어부는 벌브형 램프가 리니어 형태로 배열된 경우, 히터 블록(100)의 모서리에 가장 인접한 벌브형 램프의 열에너지를 다른 가장자리의 벌브형 램프보다 작게 발생하도록 개별 제어한다. 히터 블록(100)의 모서리에는 제1변의 끝단에 위치하는 벌브형 램프와 제2변의 끝단에 위치하는 벌브형 램프가 모여 있기 때문에 다른 가장자리의 열에너지 발생량보다 많기 때문이다.
히터 블록(100)은 열에너지를 발생시키는 가열 램프를 구비한다. 가열 램프는 복수의 벌브형 램프(110)가 리니어(linear) 형태 또는 삼각형의 형태로 배열될 수 있다. 벌브형 램프(110)(bulb's lamp)는 유리 혹은 석영으로 만들어진 전구로서, 히터 블록(100)의 램프 장착면(101)에 복수의 벌브형 램프(110)들을 배치시켜, 복수의 벌브형 램프(110)들이 글래스 기판(10)과 마주보며 대향하도록 한다. 복수의 벌브형 램프(110)들은 글래스 기판(10)을 향해 빛을 조사하여 열에너지를 전달한다.
길이가 다른 단변과 장변으로 된 직사각 형태의 글래스 기판(10)에 대하여 고르게 열전달이 이루어지도록, 히터 블록(100)의 램프 장착면(101)에는 복수의 벌브형 램프(110)들이 고르게 배열되어야 하며, 동시에 제작비용 절감을 위하여 복수의 벌브형 램프(110)의 개수를 최소로 하는 조건을 만족하여야 한다. 즉, 글래스 기판(10)의 단위당 동일한 조도가 비추어져야 하며 램프 개수를 최소화하여야 한다. 이를 위하여 히터 블록(100)의 램프 장착면(101)에 설치되는 복수의 벌브형 램프(110)들을 리니어 형태 또는 삼각형 형태로 배열한다.
이하 리니어 형태 배열에 대하여 설명한 후, 삼각형 형태의 배열에 대하여 설명한다.
우선, 복수형 램프를 램프 장착면(101)에 리니어(linear) 형태로 배열시켜 설치하는 예를 설명한다. 글래스 기판(10)은 직사각형 형태를 가지기 때문에, 단변과 장변은 길이를 달리한다. 따라서 벌브형 램프(110)를 램프 장착면의 단변, 장변을 따라서 선형 배열로서 동일한 간격으로 배치할 경우, 단변을 따라 배치되는 벌브형 램프(110)의 개수와 장변을 따라 배치되는 벌브형 램프(110)의 개수가 달라지게 된다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 히터 블록(100)의 정사각형의 램프 장착면(101)에 대향하여 직사각형의 글래스 기판(10)이 위치한 경우, 램프 장착면(101)의 단변(A;가로)과 장변(B세로)의 방향을 따라 동일한 간격으로 벌프형 램프를 배치할 경우, 글래스 기판(10)의 단변(A1) 및 장변(B1)의 방향을 따라 대향된 위치에 놓이는 벌브형 램프(110)의 개수는 다르게 된다. 도 4를 참조하면 글래스 기판(10)에 대향된 위치의 단변(A1)의 방향으로 배열(이하, '제1배열'이라 함)되는 벌브형 램프(110)는 3개가 배치되며, 글래스 기판(10)에 대향된 장변(B1)의 방향으로 배열(이하, '제2배열'이라 함)되는 벌브형 램프(110)는 4개가 배치됨을 알 수 있다. 이는 글래스 기판의 단변보다 장변이 더 길이가 길기 때문에 글래스 기판의 대향되어 배치되는 벌브형 램프(110)의 개수가 단변 또는 장변의 방향에 따라 달라지게 되는 것이다.
이와 같이 글래스 기판 단변(A1)에 평행한 방향에 따라 대향되어 배열(제1배열)되는 벌브형 램프(110)의 개수와 장변(B1)에 평행한 방향에 따라 대향되어 배열(제2배열)되는 벌브형 램프(110)의 개수가 서로 다를 경우, 벌브형 램프(110)의 개수를 너무 많이 필요로 하기 때문에 히터 블록(100) 제작에 비용적인 측면에서 효율적이지 않다. 또한 벌브형 램프(110)를 많은 개수를 설치한다 하더라도 열에너지 균일도 측면에서 효율적이지 않다.
따라서 본 발명의 실시예는 열에너지를 발생시키는 복수의 벌브형 램프(110)를 리니어 형태로 히터 블록(100)의 램프 장착면(101)에 배열시킬 때, 글래스 기판(10)의 단변(A1)과 평행하게 배열(제1배열)되는 벌브형 램프(110)의 개수와, 상기 글래스 기판(10)의 장변(B1)과 평행하게 배열(제2배열)되는 벌브형 램프(110)의 개수가 서로 동일하도록 벌브형 램프(110)를 배열시킨다. 단변과 장변의 길이가 다른 직사각형의 글래스 기판(10)에 대향 배치될 때, 단변(A1)에 평행하게 배치되는 벌브형 램프(110)와 장변(B1)에 평행하게 배치되는 벌브형 램프(110)의 개수를 동일하게 함으로써, 벌브형 램프(110)의 사용을 최소로 할 수 있다. 또한 비록 도 4에 도시한 바와 같이 단변과 장변에 동일한 간격으로 배치되는 벌브형 램프(110)보다 균일한 열전달 효율은 떨어지지만, 열에너지를 단변 방향, 장변 방향을 따라 각각 고르게 전달할 수 있어 기판 열처리에 효율을 떨어뜨리지 않는다.
단변(A1)에 평행하게 배치(제1배열)되는 벌브형 램프(110) 개수와 장변(B1)에 평행하게 배치(제2배열)되는 벌브형 램프(110)의 개수가 서로 동일하게 하는 방식은, 도 5에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(10)의 단변(A1)에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격(a´)과 글래스 기판(10)의 장변(B1)에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격(b´)의 비율을 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율이라 할 때, 글래스 기판(10)의 단변(A1)과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 글래스 기판(10)의 장변(B1)과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정한다. 참고로, 벌브형 램프(110)의 배열 비율이라 함은, 벌브형 램프(110)를 배치하는 간격을 말하는데, 각 벌브형 램프(110)의 중심점 사이의 간격을 말한다.
글래스 기판(10)의 단변(A1)의 길이와 글래스 기판(10)의 장변(B1)의 길이의 비율을 글래스 기판의 단변:장변 기판 비율이라 할 때, 글래스 기판(10)의 단변:장변 기판 비율에 따라서 벌브형 램프(110)의 단변:장변 배열 비율을 결정할 수 있다. 즉, 사각형 형태의 글래스 기판(10)의 단변:장변의 배율인 단변:장변 기판 배율에 따라서 벌브형 램프(110)를 램프 장착면(101)에 장착할 때의 배열 비율인 단변:장변 배열 비율을 결정할 수 있다.
예를 들어, 벌브형 램프(110)의 단변:장변 배열 비율은, 열처리하고자 하는 글래스 기판(10)의 단변:장변 기판 비율과 동일한 단변:장변 배열 비율을 가지도록 구현할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(10)의 단변(A1):장변(B1) 기판 비율이 1:1.2인 경우, 글래스 기판(10)의 단변(A1)에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격(a´)과 글래스 기판(10)의 장변(B1)에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격(b´)의 비율인 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율 역시 1:1.2로 한다.
한편, 각 글래스 기판(10)의 단변:장변 기판 비율에 맞추어서 각각 히터 블록(100)의 벌브형 램프(110)를 배열하여 제작할 경우, 열처리 장비의 범용성이 취약해질 수 있다. 이를 해결하기 위하여 글래스 기판(10)의 배열 비율의 평균값을 활용하는 방안이 있을 수 있다. 즉, 글래스 기판(10)의 단변(A1)에 평행하게 배치(제1배열)되는 벌브형 램프(110) 개수와 글래스 기판(10)의 장변(B1)에 평행하게 배치(제2배열)되는 벌브형 램프(110)의 개수가 서로 동일하게 하도록 하는 방식은, 벌브형 램프(110)의 단변:장변 배열 비율이, 서로 다른 단변:장변 기판 비율을 가지는 복수의 글래스 기판(10)의 단변:장변 배열 비율의 평균값을 가지도록 구현할 수 있다.
글래스 기판(10)(glass substrate)은, 디스플레이, 태양광 산업에서 사용되는 큰 면적을 가지는 유리 기판을 말한다. 하기의 [표 1]에 기재한 바와 같이 최초 1세대의 270[mm] × 360[mm] 크기부터 최근에는 8세대의 2,200[mm] × 2,500[mm] 크기의 대면적까지 다양한 크기를 가진다.
| 세대 | Size(mmm) | 가로:세로 기판 비율 |
| 1 | 270 ×360 | 1.33 |
| 2 | 370 ×470 | 1.27 |
| 3 | 550 ×650 | 1.28 |
| 4 | 730 ×920 | 1.26 |
| 5 | 1100 ×1300 | 1.18 |
| 5.5 | 1200 ×1500 | 1.25 |
| 6 | 1500 ×1850 | 1.23 |
| 7 | 1870 ×2200 | 1.18 |
| 8 | 2200 ×2500 | 1.14 |
| 평 균 |
1.2 |
|
따라서 이러한 1세대부터 8세대 글래스 기판(10)의 기판 비율의 평균값을 벌브형 램프(110)의 단변:장변 배열 비율로서 결정할 수 있다. 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율은, 1:1.14 ~ 1:1.35 범위 내의 어느 하나의 배열 비율을 가지도록 한다. 바람직하게는, 현재 1세대부터 8세대까지의 글래스 기판(10)의 가로:세로 기판 비율이 1:1.2이기 때문에, 단변이 가로이고 장변이 세로인 경우, 벌브형 램프(110)의 단변:장변 배열 비율을 1:1.2 배열 비율을 가지도록 구현할 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 내용은 벌브형 램프(110)를 리니어 형태로 배열하는 실시예를 설명하였다. 이하에서는 벌브형 램프(110)를 삼각형 형태로 배열하는 실시예를 설명한다. 벌브형 램프(110)를 램프 장착면(101)에 리니어 형태로 배치하지 않더라도 균일한 열에너지를 글래스 기판에 전달하며, 최소의 개수로 구현하기 위하여 삼각형 형태로 배열시킬 수 있다. 삼각형 형태로 배열하는 실시예를 설명한다.
글래스 기판(10)은 직사각형 형태를 가지기 때문에, 글래스 기판의 단변과 장변은 길이를 달리한다. 따라서 벌브형 램프(110)를 글래스 기판(10)에 고르게 배치하며, 최소한의 벌브형 램프(110)를 배치하기 위하여 삼각형 형태로 벌브형 램프(110)를 배열한다. 벌브형 램프(110)의 배열 비율은 배열 비율은, 도 6에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(10)의 단변(A1) 및 장변(B1)에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 글래스 기판의 단변(A1)에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 글래스 기판의 장변(B1)에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 단변(A1)에 평행한 연장선에 위치하도록 배열한다.
글래스 기판의 장변(B1)에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프(61,62)의 중심점 사이의 간격을 바닥변(α1)으로 하며, 두 개의 벌브형 램프 사이의 중심점에서 단변(A1)에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프(63)의 중심점까지의 거리를 높이(β1)로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1.5:1 비율을 가지도록 벌브형 램프들을 배열시키도록 한다. 글래스 기판(10)의 단변(A1)과 평행한 삼각형의 높이(β1)의 비율이 바닥변(α1)의 길이 1 기준으로 1.5보다 작거나 큰 경우 균일한 열에너지를 전달하기 어려워 열효율 최적화가 어렵기 때문이다.
한편, 다른 실시예로서 마찬가지로, 도 7에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(10)의 단변(A1) 및 장변(B1)에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 글래스 기판의 장변(B1)에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 글래스 기판의 단변(A1)에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 장변(B1)에 평행한 연장선에 위치하도록 배열한다. 즉, 글래스 기판의 단변(A1)에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프(71,72)의 중심점 사이의 간격을 바닥변(α2)으로 하며, 두 개의 벌브형 램프(71,72) 사이의 중심점에서 장변(B1)에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프(73)의 중심점까지의 거리를 높이(β2)로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1:1.2 비율을 가지도록 상기 벌브형 램프들을 배열시킨다. 글래스 기판(10)의 장변과 평행한 삼각형의 높이(β2)의 비율이 바닥변(α2) 길이 1 기준으로 1.2보다 작거나 큰 경우 균일한 열에너지를 전달하기 어려워 열효율 최적화가 어렵기 때문이다.
참고로, 이러한 삼각형의 배열 비율은, 글래스 기판의 2차원 열처리 수식에 따른 시뮬레이션 결과 최적의 열효율을 가지며 최소 개수를 가지는 배열 비율을 얻을 수 있었다. 알려진 바와 같이 열처리되는 글래스 기판에 분포되는 열 분포 에너지(S)는, 하기의 [식 1]의 글래스 기판의 측정 온도(T)를 알면 산출될 수 있다.
[식 1]
여기서, T는 측정 절대 온도, A는 열분포 형상, P는 램프 구동 전력, j는 램프 개수이다.
[식 2]
여기서, S는 열 분포 에너지, A는 열분포 형상, P는 램프 구동 전력, m은 벌브형 램프의 단변 방향의 열 분포 위치, n은 벌브형 램프의 장변 방향의 열 분포 위치이다.
열 분포 에너지는 상기의 [식 2]에 도시한 바와 같이, 다수의 벌브형 램프(110)의 분포 위치에 따라서 달라질 수 있다. 이러한 분포 위치를 조절하여 시뮬레이션 및 실험한 결과, 열효율을 최적화하면 최소 개수의 벌브형 램프(110) 개수를 가지는 삼각형 배열 비율을 얻을 수 있었다.
한편, 도 8은 기존의 리니어 램프가 램프 장착면(101)에 배치되었을 때의 글래스 기판(10)에 전달되는 열분포를 나타냈으며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 벌브형 램프(110)가 램프 장착면(101)에 배치되었을 때의 글래스 기판(10)에 전달되는 열분포를 나타내었다. 도 8 및 도 9에서 x축 및 y축은 글래스 기판의 가로변과 세로변의 위치를 나타내며, 높이는 글래스 기판의 열분포를 나타낸 것이다. 도 8을 보면, 리니어 램프의 선형 배열로 인하여 개별 제어에 한계가 있어 열 분포의 균일한 면을 얻을 수 없다. 그러나, 도 9와 같이 복수의 벌브형 램프(110)를 삼각형 형태로 배열하고 개별 제어할 경우, 균일한 열 분포를 가지는 면을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 삼각형으로 배열된 벌브형 램프(110)들에 대하여 개별 제어를 함으로써, 균일한 열 분포 면적을 넓힐 수 있다.
한편 상기 설명에서 길이가 서로 다른 단변과 장변을 가지는 사각형 형태의 글래스 기판을 적용 예시로 설명하였다. 그러나 기판의 종류는 이에 한정되지 않고 길이가 서로 다른 단변과 장변을 가지는 사각형 형태의 기판이라면 글래스 기판뿐만 아니라 다른 다양한 사각형 기판에도 본 발명이 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10:글래스 기판 100:히터 블록
110:벌브형 램프 120:램프 장착면
200:공정 챔버 300:쿼츠 윈도우
400:기판지지대
110:벌브형 램프 120:램프 장착면
200:공정 챔버 300:쿼츠 윈도우
400:기판지지대
Claims (17)
- 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 열을 전달하는 가열 램프들을 일측면에 구비한 히터블록에 있어서,
상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 상기 사각형 기판의 장변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 하는 히터 블록.
- 청구항 1에 있어서,
상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격과 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격의 비율을 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율이라 할 때, 상기 사각형 기판의 단변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 상기 사각형 기판의 장변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 히터 블록.
- 청구항 2에 있어서, 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 것은,
상기 사각형 기판의 단변의 길이와 상기 사각형 기판의 장변의 길이의 비율을 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율이라 할 때,
상기 벌브형 램프들은 리니어 형태로 배열되며, 상기 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율에 따라서 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 히터 블록.
- 청구항 3에 있어서,
상기 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율과 동일한 값으로서 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 히터 블록.
- 청구항 3에 있어서,
열처리하고자 하는 복수의 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율이 서로 다른 경우, 복수의 사각형 기판의 단변:장변 배열 비율의 평균값으로서 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 히터 블록.
- 청구항 5에 있어서, 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율은,
1:1.14 ~ 1:1.35 범위 내의 어느 하나의 배열 비율을 가지는 히터 블록.
- 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 열을 전달하는 가열 램프들을 일측면에 구비한 히터블록에 있어서,
상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 단변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열하는 히터 블록.
- 청구항 7에 있어서,
상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프의 중심점 사이의 간격을 바닥변으로 하며, 상기 두 개의 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 단변에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프의 중심점까지의 거리를 높이로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1.5:1 비율을 가지도록 상기 벌브형 램프들을 배열시킴을 특징으로 하는 히터 블록.
- 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 열을 전달하는 가열 램프들을 일측면에 구비한 히터블록에 있어서,
상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 장변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열하는 히터 블록.
- 청구항 9에 있어서,
상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프의 중심점 사이의 간격을 바닥변으로 하며, 상기 두 개의 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 장변에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프의 중심점까지의 거리를 높이로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1:1.2 비율을 가지도록 상기 벌브형 램프들을 배열시킴을 특징으로 하는 히터 블록.
- 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 대한 열처리 공간을 가지는 공정 챔버;
상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격과 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프들 사이의 간격의 비율을 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율이라 할 때, 상기 가열 램프들은 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수와, 상기 사각형 기판의 장변과 평행하게 배치되는 벌브형 램프의 개수가 서로 동일하게 배열되도록 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 히터 블록;
상기 사각형 기판을 지지하는 기판 지지대;
상기 사각형 기판에 균일한 열처리가 이루어지도록 상기 벌브형 램프를 개별 제어하는 열처리 제어부;
를 포함하는 기판 열처리 장치.
- 청구항 11에 있어서, 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 것은,
상기 사각형 기판의 단변의 길이와 상기 사각형 기판의 장변의 길이의 비율을 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율이라 할 때, 상기 벌브형 램프들은 리니어 형태로 배열되며, 상기 사각형 기판의 단변:장변 기판 비율에 따라서 상기 벌브형 램프의 단변:장변 배열 비율을 결정하는 기판 열처리 장치.
- 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 대한 열처리 공간을 가지는 공정 챔버;
열에너지를 발생시키는 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 장변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 단변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열하는 히터 블록;
상기 사각형 기판을 지지하는 기판 지지대;
상기 사각형 기판에 균일한 열처리가 이루어지도록 상기 벌브형 램프를 개별 제어하는 열처리 제어부;
를 포함하는 기판 열처리 장치.
- 청구항 13에 있어서, 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프의 중심점 사이의 간격을 바닥변으로 하며, 상기 두 개의 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 단변에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프의 중심점까지의 거리를 높이로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1.5:1 비율을 가지도록 상기 벌브형 램프들을 배열시킴을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
- 길이가 다른 단변 및 장변을 가지는 사각형 기판에 대한 열처리 공간을 가지는 공정 챔버;
열에너지를 발생시키는 복수의 벌브형 램프들을 포함하고, 상기 사각형 기판의 단변 및 장변에 각각 평행하게 복수의 벌브형 램프들이 배열되고, 상기 사각형 기판의 장변에 평행하게 배치되는 벌브형 램프는, 상기 단변에 평행하게 배열되는 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 장변에 평행한 연장선에 위치하도록 배열하는 히터 블록;
상기 사각형 기판을 지지하는 기판 지지대;
상기 사각형 기판에 균일한 열처리가 이루어지도록 상기 벌브형 램프를 개별 제어하는 열처리 제어부;
를 포함하는 기판 열처리 장치.
- 청구항 15에 있어서,
상기 사각형 기판의 단변에 평행하게 배열된 두 개의 벌브형 램프의 중심점 사이의 간격을 바닥변으로 하며, 상기 두 개의 벌브형 램프 사이의 중심점에서 상기 장변에 평행하게 가장 가깝게 위치한 벌브형 램프의 중심점까지의 거리를 높이로 할 때, 바닥변:높이 비율이 1:1.2 비율을 가지도록 상기 벌브형 램프들을 배열시킴을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
- 청구항 11 또는 청구항 13 또는 청구항 15에 있어서, 상기 열처리 제어부는,
상기 히터 블록의 가장자리에 위치한 벌브형 램프가 다른 벌브형 램프보다 더 많은 열에너지를 발생하도록 제어하는 기판 열처리 장치.
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