KR20160021621A - 기판 열처리 장치 및 기판 열처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가열된 공기가 기판을 통과하도록 공기를 순환시켜서 상기 기판을 열처리하는 기판 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 기판 열처리 장치는, 유입구로부터 공기가 유입되어 배출구로 배출되는 순환경로와 1이상의 기판이 적재되는 기판 적재부 및 상기 기판이 인입, 인출되는 셔터를 구비한 챔버부; 상기 챔버부로 유입된 공기를 가열하도록 상기 순환경로상에 1 이상의 히터가 설치된 메인 가열부; 상기 챔버부의 내부에 공기를 순환시키는 순환부; 상기 기판 적재부 상하부 또는 상기 셔터 내측 중 적어도 어느 하나에 히터가 설치되어 상기 챔버부 내의 공기를 가열시키는 보조 가열부; 및 상기 챔버부의 벽체 내부와 상기 셔터 내부 중 적어도 어느 하나에 냉각유체가 순환하는 냉각부; 를 포함한다. 이에 의해, 보조 가열부에 의해 챔버 상하부와 셔터 부근의 온도를 보상하여 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있고, 냉각부에 의하여 냉각 시간을 단축시킴으로써 전체 기판 열처리 공전 시간을 단축시키며, 기판 열처리 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 가열된 공기가 기판을 통과하도록 공기를 순환시켜서 기판을 열처리 하는 기판 열처리 장치 및 기판 열처리 방법에 관한 것이다.
디스플레이용 유리 기판과 같은 기판 제조공정은 기판 상에 증착되어 있는 소정의 박막에 대하여 결정화, 상 변화 등의 공정을 위한 열처리 공정이 필수적이다.
이와 같은 열처리 공정을 수행하기 위해서는 기판의 가열이 가능한 열처리 장치가 있어야 하고, 그 열처리 장치로는 열풍식, 월(Wall) 히터식 및 램프식이 있다. 열풍식은 별도의 열원에 의해 가열한 공기를 이용하여 기판을 열처리하고, 월 히터식은 챔버 벽 내부에 발열체를 구비하여 기판을 열처리하며, 램프식은 기판의 둘레에 IR 램프를 이용한 램프식 히터를 설치하여 히터의 가열에 의해 기판을 열처리한다.
종래의 열처리 장치 중 월 히터식과 램프식은 설치 공간에 비해 기판 처리율이 낮았고, 이에 비해 열풍식 기판 열처리 장치는 기판 처리율이 높아 대량 생산을 위해 사용되었다.
이러한 열풍식 열처리 장치에 사용되는 히터는 통상적으로 한국 등록특허공보 제10-0258824호와 같이, 공기의 순환경로 상에 히터를 설치하였고, 그러한 히터로서 시즈(sheath) 히터가 주로 사용되었다.
이와 같이 공기의 순환경로 상에만 히터를 설치하는 경우, 외부환경과 접해있는 챔버의 상하부는 챔버 중앙부에 비해 온도가 낮고, 특히 챔버 내부가 고온이 될수록 분자운동이 활발해져 챔버 내부의 온도 균일성을 유지하기에 어려움이 있었다.
특히, 450℃ 이상의 고온에서 기판 열처리를 수행하기 위해서는 상기 온도에서 기판의 인입과 인출을 할 수 없으므로, 기판을 인입할 수 있는 일정 온도로 승온시킨 후 기판을 인입한 다음 열처리 온도까지 재승온하였다. 그리고 열처리 후 기판을 인출하기 위하여 일정 온도까지 감온하였다. 그러나 순환경로 상에 시즈히터만을 사용하는 경우 발열 및 냉각 응답시간이 길어 재승온과 감온하는 과정에서 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 열풍식 열처리 장치는 챔버에 외기 또는 에어를 공급하여 냉각시키는 공냉식의 냉각장치를 사용하여 순환시키게 되므로, 냉각시간이 지연되고 장시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 냉각공정에서는 공냉식 냉각장치에 의해 챔버의 냉각시간이 과다하게 소요되므로, 기판 처리 공정 시간 전체가 장시간으로 연장되어 기판의 처리 효율이 저하되고 기판의 생산성도 저하되는 문제가 있었다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기판을 열처리 하기 위한 승온시간 및 기판을 챔버로부터 인출하기 위한 냉각시간이 짧은 히터를 사용한 기판 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고온에서도 열 변형이 적고, 이물 발생량이 적은 히터를 사용한 기판 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 챔버 중앙부에 비하여 상대적으로 온도가 낮은 챔버 상하부와, 셔터 부근의 챔버 내부 온도를 보상하여 균일한 열처리가 가능한 기판 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열처리된 기판을 신속하게 인출하기 위해 챔버의 냉각속도가 향상된 기판 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기판 열처리 장치는, 가열된 공기가 기판을 통과하도록 공기를 순환시켜서 상기 기판을 열처리하는 기판 열처리 장치에 있어서, 유입구로부터 공기가 유입되어 배출구로 배출되는 순환경로와 1이상의 기판이 적재되는 기판 적재부 및 상기 기판이 인입, 인출되는 셔터를 구비한 챔버부; 상기 챔버부로 유입된 공기를 가열하도록 상기 순환경로상에 1 이상의 히터가 설치된 메인 가열부; 상기 챔버부의 내부에 공기를 순환시키는 순환부; 상기 기판 적재부 상하부 또는 상기 셔터 내측 중 적어도 어느 하나에 히터가 설치되어 상기 챔버부 내의 공기를 가열시키는 보조 가열부; 및 상기 챔버부의 벽체 내부와 상기 셔터 내부 중 적어도 어느 하나에 냉각유체가 순환하는 냉각부; 를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 해당하는 기판 열처리 방법은, 상술한 기판 열처리 장치를 이용한 기판 열처리 방법에 있어서, 상기 기판을 인입하는 기판 인입 단계; 상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 가열시키는 승온 단계; 상기 기판을 열처리하는 열처리 단계; 상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작을 종료하고 상기 냉각부의 동작에 의해 상기 챔버부를 냉각하는 냉각 단계; 및 상기 기판을 인출하는 기판 인출 단계; 를 포함한다.
바람직하게, 상기 메인 가열부는, 상기 순환경로를 따라 일렬로 인접하여 배치된 복수의 히터를 구비한다.
바람직하게, 상기 복수의 히터는, 제1 히터와 상기 제1 히터보다 큰 발열량을 갖는 제2 히터로 이루어지고, 열처리 공정 시간에 따라 상기 복수의 히터 동작 시간이 일부 중첩되도록 제어하는 제어부; 를 더 포함한다. 이때, 상기 제1 히터는, 시즈히터(sheath heater)로 구성되고, 상기 제2 히터는, SIC 히터(silicon carbide heater)로 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 해당하는 기판 열처리 방법은, 상술한 기판 열처리 장치를 이용한 기판 열처리 방법에 있어서, 상기 제1, 제2 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 제2 온도로 가열시키는 예열 단계; 상기 제1 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 상기 제2 온도를 유지하면서, 상기 기판을 인입하는 기판 인입 단계; 상기 제1, 제2 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 상기 제2 온도보다 높은 제1 온도로 가열시키는 승온 단계; 상기 제1 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 상기 제1 온도를 유지하면서, 상기 기판을 열처리하는 열처리 단계; 상기 제1히터와 상기 보조 가열부의 동작을 종료하고 상기 냉각부의 동작에 의해 상기 챔버부를 냉각하는 냉각 단계; 및 상기 기판을 인출하는 기판 인출 단계; 를 포함한다.
바람직하게 상기 보조 가열부는, 상기 기판 적재부의 상하부에 설치되어 상기 챔버부(10) 내의 공기를 가열시키는 제1 보조 가열부를 포함하고, 상기 냉각부는, 상기 제1 보조 가열부와 마주하는 챔버부 내부를 냉각매체가 순환하는 제1 냉각부를 포함한다. 이때, 상기 제1 보조 가열부는, 상기 기판 적재부 상하부에 평행하게 배치된 복수의 램프식 히터로 구성된다.
바람직하게, 상기 보조 가열부는, 상기 셔터 내측에 설치되어 챔버부 내의 공기를 가열시키는 제2 보조 가열부를 포함하고, 상기 냉각부는, 상기 셔터 내부를 냉각매체가 순환하는 제2 냉각부를 포함한다. 이때, 상기 제2 보조 가열부는, 상기 셔터 내측면을 관통하여 상기 챔버부 내부에 설치된 1 이상의 시즈히터로 구성된다.
바람직하게, 상기 순환경로를 개폐하는 순환 차단부; 및 상기 순환경로가 차단된 상태에서 상기 유입부로 공급된 공기를 외부로 배출하는 공기 배출부; 를 더 포함한다.
그리고 본 발명의 다른 측면에 해당되는 기판 열처리 방법은, 상술한 기판 열처리 장치를 이용한 기판 열처리 방법에 있어서, 상기 기판을 인입하는 기판 인입 단계; 상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 가열시키는 승온 단계; 상기 기판을 열처리하는 열처리 단계; 상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작을 종료하고, 상기 순환경로를 차단한 상태에서 상기 유입부로 공급된 공기를 외부로 배출하면서 상기 냉각부의 동작에 의해 상기 챔버부를 냉각하는 냉각 단계; 및 상기 기판을 인출하는 기판 인출 단계; 를 포함한다.
본 발명의 기판 열처리 장치에 의하면, 메인 가열부와 보조 가열부를 함께 사용함으로써 신속하면서도 균일한 승온이 가능하고, 각 히터의 부하량을 감소시켜 히터 전체의 수명을 연장시킬 수 있음은 물론 기판의 열처리 효율도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 승온시키는 단계에서 발열량이 크면서 열변형이 적은 제2 히터를 메인 가열부로 사용함으로써 챔버 내부의 이물질 발생량을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은 보조 가열부를 사용하여 챔버 중앙부에 비해 상대적으로 온도가 낮은 챔버 상하부와, 셔터 부근의 온도를 보상하여 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.
또한 본 발명은 열처리된 기판을 인출하기 전에 냉각매체를 사용하여 챔버부나 셔터를 냉각시킴으로써, 챔버부의 냉각속도 및 냉각효율을 향상시켜 기판을 열처리하는 전체 공정시간을 단축시킬 수 있다.
또한 본 발명은 열처리가 완료된 고온의 챔버 내부 공기의 순환을 차단하고 외부 공기를 도입하여 내부를 냉각하면서 배출시킴으로써 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 공기의 순환을 나타내는 평면 구성도.
도 2는 본 발명을 구성하는 시즈히터의 사시도.
도 3은 본 발명을 구성하는 SIC 히터의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 측단면도.
도 5는 본 발명을 구성하는 제1 보조 가열부가 배치된 상태를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명을 구성하는 제2 보조 가열부가 셔터 내측면에 설치된 상태를 나타낸 사시도.
도 7은 종래 기판 열처리 장치의 기판 위치에 따른 시간에 대한 온도 변화 그래프.
도 8은 본 발명의 기판 열처리 장치의 기판 위치에 따른 시간에 대한 온도 변화 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 의해 냉각 단계에서 공기의 흐름을 나타내는 평면 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 기판 열처리 공정 시간에 대한 온도 변화 그래프.
도 2는 본 발명을 구성하는 시즈히터의 사시도.
도 3은 본 발명을 구성하는 SIC 히터의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 측단면도.
도 5는 본 발명을 구성하는 제1 보조 가열부가 배치된 상태를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명을 구성하는 제2 보조 가열부가 셔터 내측면에 설치된 상태를 나타낸 사시도.
도 7은 종래 기판 열처리 장치의 기판 위치에 따른 시간에 대한 온도 변화 그래프.
도 8은 본 발명의 기판 열처리 장치의 기판 위치에 따른 시간에 대한 온도 변화 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 의해 냉각 단계에서 공기의 흐름을 나타내는 평면 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 기판 열처리 공정 시간에 대한 온도 변화 그래프.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 기판 열처리 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 챔버부(10), 제1, 제2 히터(21, 22)로 이루어진 메인 가열부(20), 순환부(30), 제1, 제2 보조 가열부(40, 50)로 이루어진 보조 가열부 및 순환 차단부(60)로 이루어져, 가열된 공기가 기판을 통과하도록 공기를 순환시켜서 기판을 열처리하도록 구성된다.
챔버부(10)는 유입구(11)로부터 공기가 유입되어 배출구(12)로 배출되는 순환경로(13) 및 1이상의 기판이 적재되어 열처리되는 기판 적재부(14)가 형성되고, 기판 적재부(14)에 기판을 인입, 인출하는 도어 형태의 셔터(15)가 구비된다. 챔버부(10) 내부에 유입되어 가열된 공기의 냉각을 방지하도록 챔버부(10) 외곽 둘레에 단열부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
유입구(11)는 챔버부(10) 내부로 외부의 공기를 유입하도록 챔버부(10) 외부와 연통되어 있다. 유입구(11)에 밸브와 같은 유입량 조절수단을 설치하여 챔버(10)로 유입하는 공기의 유입량을 조절할 수 있다.
배출구(12)는 순환경로(13)를 따라 순환하는 공기 중 오염된 공기의 일부를 챔버(10) 외부로 배출시킨다. 배출구(12)를 가열부(20) 상류에 배치하여 오염된 공기가 재가열 되기 전에 챔버(10) 외부로 배출시킬 수 있다. 배출구(12)에 밸브와 같은 배출량 조절수단을 설치하여 챔버(10) 내부로부터 배출되는 공기의 배출량을 조절할 수 있다.
또한, 챔버부(10) 내에는 챔버부(10) 내부의 공간을 구획하는 격벽이 설치되며, 공기를 가열하는 가열구역과 기판이 적재되어 열처리 되는 기판 적재부(14)로 구분되어 공기가 순환하는 순환경로(13)를 형성한다.
메인 가열부(20)는 챔버부(10)로 유입된 공기를 가열하도록, 순환경로(13)를 따라 일렬로 배치되는 복수의 히터를 구비한다. 복수의 히터는 순환경로(13) 상에 인접하여 배치되어 순환하는 공기가 복수의 히터에 접촉하도록 할 수 있다.
복수의 히터는 제1 히터(21)와 제2 히터(22)를 포함하며, 제2 히터는 제1 히터보다 발열량이 큰 발열체를 구비한다. 이때 제2 히터(22)는 제1 히터(21)를 보조하는 기능을 하는데, 상대적인 발열량이 큰 제2 히터(22)를 함께 사용함으로써 메인 가열부(20)에 의한 승온과 감온 시간이 단축되어 전체 공정시간을 단축시키는 기능을 한다.
한편, 챔버부(10) 순환경로(13)의 상류에 제1 히터(21)를 배치하고, 하류에 제2 히터(22)를 배치하는 것이 바람직하다. 이는 주된 히터로 사용되는 제1 히터(21)의 상류에 제2 히터(22)를 사용하는 경우 제1 히터(21)에 의해 가열된 공기의 순환을 저해할 수 있기 때문이다.
본 실시예에 의한 복수의 히터는 제1 히터(21)로 도 2에 되시된 바와 같은 시즈히터를 사용하고, 제2 히터(22)로 도 3에 도시된 바와 같이 시즈히터보다 발열량이 큰 SIC 히터를 사용하여 구성된다. SIC 히터는 시즈히터보다 발열량이 크고, 발열성능이 우수한 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 발열소재로 사용한 히터이다. 제1, 제2 히터(21, 22)의 발열체는 순환경로 상에 돌출된 상태로 설치되어 순환하는 공기와의 접촉 면적을 확장하여 가열 효율을 높이게 된다.
순환부(30)는 챔버부(10) 내부에 유입된 공기가 가열구역과 기판 적재부(14)를 지나도록 공기를 순환시킨다. 순환부(30)는 제1 가열부(20) 하류에 위치하여 가열된 공기를 기판 적재부(14)로 순환시키며, 순환팬으로 구성될 수 있다.
제어부는 기판을 열처리하는 공정 시간에 따라 복수의 히터 동작을 제어한다. 이때 동작 시간이 일부 중첩되도록 하여 승온시간을 단축시키는 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 기판 열처리 장치는 제1 히터로서 시즈히터를, 제2 히터로서 SIC 히터를 사용함으로써, 가열부 전체를 시즈히터로 구성한 장치에 비하여, 승온 시간 및 냉각 시간을 크게 단축시켜 열처리 효율을 향상할 수 있다.
또한 제2 히터로서 SIC 히터를 사용함으로써, 챔버 내부의 이물질 발생량을 현저히 줄일 수 있으며, 메인 가열부를 발열량이 다른 2 종류의 히터로 구성함으로써 히터의 부하량을 분산할 수 있어 종래에 사용되던 단일의 히터에 비하여 히터 전체의 수명을 연장시킬 수 있다는 이점이 있다.
보조 가열부는 도 4 내지 도 6과 같이, 챔버부(10) 내의 기판 적재부(14) 상하부 중 적어도 어느 하나에 설치되는 제1 보조 가열부(40)와, 셔터(15) 내측 챔버부(10) 내에 설치되는 제2 보조 가열부(50)로 이루어진다.
구체적으로, 제1 보조 가열부(40)는 기판 적재부(14)의 상하부 중 적어도 어느 하나에 설치되어 챔버부(10) 내의 공기를 가열시킨다. 이로써 챔버부(10) 중앙부에 비해 온도가 낮은 챔버부(10) 상하부의 온도를 보상하여 챔버부(10)의 중앙부와 상하부의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있다. 제1 보조 가열부(40)는 램프식 히터(41)를 사용할 수 있다.
램프식 히터(41)는 내, 외부관 및 전열선으로 이루어지며, 전열선의 일단은 내부관 내부에, 타단은 내, 외부관의 사이 공간에 구비되어 히터의 일측으로 인출된다. 램프식 히터(41)는 도 4, 5에 도시한 바와 같이 챔버부(10)의 상하 내측면을 가로지르도록 길게 형성되고, 챔버부(10)의 일측 벽면을 관통하여 챔버부(10) 내부로 삽입된다. 이때 램프식 히터(41)의 외주면에 하나 이상의 브라켓을 설치하여 램프식 히터(41)를 챔버부(10)의 내측면에 지지시킨다. 이와 같은 램프식 히터(41)는 복수개가 평행하게 배치되어 챔버부(10) 상하부의 온도를 균일하게 가열시킬 수 있다.
또한, 램프식 히터(41)는 이물질의 발생이 없고, 열 변형률이 작다. 따라서 히터의 수명이 길고, 길이를 길게 형성하여도 변형이 없으며, 브라켓 등으로 간단하게 고정시켜 사용할 수 있으므로 히터의 설치 및 보수가 용이하다.
제2 보조 가열부(50)는 도 4와 도 6에 도시한 바와 같이 셔터(15) 내측면에 설치되어 챔버부(10) 내의 공기를 가열시킨다. 이로써 셔터(15) 개방 시 셔터(15) 부근의 온도가 낮아지는 것을 보완하여 챔버부(10) 내부의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있다. 셔터(15) 내측면에 설치되는 제2 보조 가열부(50)의 히터는 양단이 셔터(15) 내측면에 고정된다면 어떠한 형태라도 가능하므로 히터의 형태를 자유롭게 성형할 수 있는 시즈히터(51)를 사용할 수 있다.
시즈히터(51)는 금속보호관 내부에 절연체를 충진하고, 금속보호관의 중심에 발열선과 단자핀을 연결하여 발열된다. 시즈히터(51)는 도 6에 도시한 바와 같이 양단이 챔버부(10)의 셔터(15) 내측면을 관통하며 단자핀이 외부로 인출되고, 발열선이 구비된 금속보호관이 챔버부(10) 내부로 절곡된 형태로 돌출되어 설치된다. 이러한 시즈히터(51)는 복수로 이루어진 셔터(15) 각각에 설치할 수 있으며, 각 셔터(15)에 복수의 시즈히터(51)를 일렬로 배치할 수 있다.
이하에서는 도 7, 8을 참고하여 보조 가열부의 동작여부에 따른 챔버부 내부의 온도 변화에 대해 설명한다. 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 온도를 나타낸다. 온도 측정을 위한 센서는 각 기판을 지지하는 지지대에 설치할 수 있으며, 각 센서는 기판의 중앙부와 모서리 부분 4 곳을 포함하여 각 기판당 5 곳을 측정할 수 있도록 배치하였다. 본 실시예에에서는 5매의 기판에 대하여 각각 센서 5개를 배치함으로써 총 25개의 센서를 배치하였다.
도 7, 8에 도시된 4개의 선도는 최상단과 최하단에 적재된 기판 중 셔터에 인접한 모서리 2개소를 측정하도록 배치된 센서에서 측정한 시간에 따른 온도변화를 나타낸다. 나머지 센서로부터 측정된 선도는 이들 선도의 사이에 배치되므로 도시를 생략하였다.
먼저, 순환 경로 상에 시즈히터만 설치된 종래의 기판 열처리 장치는 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 온도(T1)로부터 제2 온도(T2)로 승온 과정에서 온도가 불균일하게 승온되고, 기판에 따른 온도 편차가 큼을 알 수 있었다.
그러나 보조 가열부가 동작하는 본 발명의 기판 열처리 장치는 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 온도(T1)로부터 제2 온도(T2)로 승온 과정에서 온도가 균일하게 승온되고, 기판에 따른 온도 편차가 작음을 알 수 있다.
또한 도 7과 도 8의 그래프를 비교해보면 제1 온도(T1)로부터 제2 온도(T2)로 승온되는 시간(t1 ~ t2)은 보조 가열부가 동작할 때 짧은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 보조 가열부를 추가적으로 사용함으로써, 챔버의 승온 및 냉각시간을 단축시켜 기판 열처리 공정 시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 챔버부 내부를 균일하게 승온시킬 수 있고, 챔버 내부를 순환하는 공기의 가열효율과 챔버의 열처리 효율도 향상시킬 수 있다.
특히, 메인 가열부와 보조 가열부의 부하량을 분산할 수 있어 종래에 사용되던 단일의 시즈히터를 사용하던 장치에 비하여 가열부 전체의 수명을 연장시킬 수 있다는 이점도 있다.
본 발명은 한편 도시되어 있지는 않지만 열처리가 완료된 기판을 챔버부로부터 인출하기 전 챔버 내부를 신속하게 냉각시키기 위하여 챔버부(10)의 상하부와 셔터(15)를 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
냉각부는 구체적으로, 챔버부(10)를 구성하는 상하부 벽체 내부에 냉각유체가 순환하면서 챔버 벽체를 냉각하도록 냉각라인이 형성된 제1 냉각부와, 셔터 내부에 냉각유체가 순환하면서 셔터를 냉각하도록 별도의 냉각라인이 형성된 제2 냉각부로 이루어진다. 그 외에 챔버부(10)에 구비된 유지보수용 도어의 벽체 내부에도 냉각부를 구성할 수도 있다.
이러한 제1, 제2 냉각부는 제1, 제2 보조 가열부에 대응하는 위치에 설치함으로써, 보조 가열부에 의하여 승온된 챔버 벽체와 셔터를 냉각시켜 챔버부 내부의 온도를 하강시켜 챔버부로부터 기판을 신속하게 인출하는 기능을 한다. 이에 의해 기판 열처리 하기 위한 전체 공정시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 냉각 효율을 높이기 위하여 도 9와 같이, 순환경로(13) 상에 순환 차단부(60)와, 유입구(11)가 형성된 챔버 벽체 맞은편 벽체에 냉각용 배출구(16)를 더 구비할 수 있다. 이에 의해 기판 열처리가 완료된 상태에서 순환 차단부(60)에 의해 순환경로(13)를 밀폐시킨 상태에서 유입구(11)를 통해 상온의 공기를 공급하고 냉각용 배출구(163)를 개방하여 챔버 내부의 고온 기체를 배출함과 동시에 챔버 내부를 냉각할 수 있다. 이러한 상온의 기체 공급에 의한 냉각은 상술한 제1, 제2 냉각부에 의한 냉각과 동시에 이루어지거나, 급격한 온도 하강에 의한 기판의 변형 방지를 위하여 제1, 제2 냉각부에 의하여 챔버 내부의 온도가 어느 정도 감온된 상태에서 이루어지게 할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 기판 열처리 장치를 이용한 기판 열처리 방법에 대하여 도 10과 아래의 표를 참고하여 상세히 설명한다. 도 9에 도시한 그래프의 가로축은 시간, 세로축은 기판의 온도를 나타내고, 표는 공정 단계에 따른 제1, 제2 히터의 동작여부를 나타낸다. 기판 열처리 방법은 공정 시간에 따라 예열 단계(S1), 기판 인입 단계(S2), 승온 단계(S3), 열처리 단계(S4), 냉각 및 기판 인출 단계(S5) 및 안정화 및 기판 인입 단계(S6)로 구분할 수 있다.
| 메인 가열부 | 보조 가열부 | 단계 | ||
| 제1 히터 | 제2 히터 | |||
| S1 | ON (100% 출력) | ON (100% 출력) | ON | 예열 |
| S2 | ON (20% ~ 50% 출력) | OFF | ON | 안정화 후 기판 인입 |
| S3 | ON (100% 출력) | ON (100% 출력) | ON | 승온 |
| S4 | ON (20% ~ 50% 출력) | OFF | ON | 기판 열처리 |
| S5 | OFF | OFF | OFF | 냉각 후 기판 인출 |
| S6 | ON | OFF | OFF | 안정화 후 기판 인입 |
예열 단계(S1)는 공기의 순환경로 상에 구비된 제1, 제2 히터와 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 제2 온도(T2)로 가열한다.
기판 인입 단계(S2)는 제1 히터와 보조 가열부를 동작시키고, 제2 히터를 OFF하여 기판을 제2 온도(T2)로 유지시킴으로써 챔버 내부를 열적으로 안정화 시킨 후, 챔버의 도어를 개방하여 기판을 챔버 내부로 인입한다.
승온 단계(S3)는 순환경로 상에 구비된 제1, 제2 히터와 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 제2 온도(T2)보다 높으며 목표 열처리 온도에 해당하는 제1 온도(T1)로 승온한다.
열처리 단계(S4)는 제1 히터와 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 제1 온도(T1)로 유지시켜 기판을 일정시간 열처리 한다.
냉각 및 기판 인출 단계(S5)는 제1, 제2 히터 및 보조 가열부를 OFF시켜 열처리가 완료된 기판을 인출할 수 있는 온도까지 챔버를 냉각시킨 후, 기판을 챔버로부터 인출한다. 이때 제1, 제2 냉각부를 작동하거나, 이와 동시에 순환 차단부를 동작시켜 순환경로를 밀폐시킨 상태에서 유입구를 통해 상온의 공기를 공급하면서 냉각용 배출구를 통해 공급된 공기를 배출함으로써 냉각 효율을 높일 수 있다.
안정화 및 기판 인입 단계(S6)는 제1 히터의 동작에 의해 기판을 가열하며 제2 온도(T2)가 유지되도록 챔버 내부를 안정화시킨 후 새로운 기판을 인입한다. 그 후 상술한 승온 단계(S3)부터 냉각 및 기판 인출단계(S5)를 반복 수행한다.
상술한 기판 인입 단계(S2) 및 열처리 단계(S4)에서는 제1 히터의 출력량을 20% ~ 50%로 하향 조정하고, 제2 히터는 OFF시켜 기판의 온도를 유지시키는 것이 바람직하다. 제1 히터의 출력량을 20% 미만으로 조정하면 요구되는 온도보다 기판의 온도가 감온되고, 출력량을 50% 초과로 조정하면 요구되는 온도보다 기판의 온도가 승온되어 기판의 온도를 일정하게 유지할 수 없다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기판 열처리 장치는 제1 히터로서 시즈히터를, 제2 히터로서 SIC 히터를 사용함과 동시에 냉각부를 구비함으로써, 가열부 전체를 시즈히터로 구성한 장치에 비하여, 승온 시간(t2 ~ t3) 및 냉각 시간(t4 ~ t5)을 크게 단축시켜 열처리 효율을 향상할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상을 중심으로 그 변형물 또는 균등물에까지 미침은 자명하다 할 것이다.
10 : 챔버부
20 : 제1 가열부
30 : 순환부
40 : 제1 보조 가열부
41 : 램프식 히터
50 : 제2 보조 가열부
51 : 시즈히터
60 : 순환 차단부
20 : 제1 가열부
30 : 순환부
40 : 제1 보조 가열부
41 : 램프식 히터
50 : 제2 보조 가열부
51 : 시즈히터
60 : 순환 차단부
Claims (12)
- 가열된 공기가 기판을 통과하도록 공기를 순환시켜서 상기 기판을 열처리하는 기판 열처리 장치에 있어서,
유입구로부터 공기가 유입되어 배출구로 배출되는 순환경로와 1이상의 기판이 적재되는 기판 적재부 및 상기 기판이 인입, 인출되는 셔터를 구비한 챔버부;
상기 챔버부로 유입된 공기를 가열하도록 상기 순환경로상에 1 이상의 히터가 설치된 메인 가열부;
상기 챔버부의 내부에 공기를 순환시키는 순환부;
상기 기판 적재부 상하부 또는 상기 셔터 내측 중 적어도 어느 하나에 히터가 설치되어 상기 챔버부 내의 공기를 가열시키는 보조 가열부; 및
상기 챔버부의 벽체 내부와 상기 셔터 내부 중 적어도 어느 하나에 냉각유체가 순환하는 냉각부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 메인 가열부는,
상기 순환경로를 따라 일렬로 인접하여 배치된 복수의 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 히터는, 제1 히터와 상기 제1 히터보다 큰 발열량을 갖는 제2 히터로 이루어지고,
열처리 공정 시간에 따라 상기 복수의 히터 동작 시간이 일부 중첩되도록 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1 히터는, 시즈히터(sheath heater)로 구성되고,
상기 제2 히터는, SIC 히터(silicon carbide heater)로 구성된 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 보조 가열부는, 상기 기판 적재부의 상하부에 설치되어 상기 챔버부(10) 내의 공기를 가열시키는 제1 보조 가열부를 포함하고,
상기 냉각부는, 상기 제1 보조 가열부와 마주하는 챔버부 내부를 냉각매체가 순환하는 제1 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1 보조 가열부는, 상기 기판 적재부 상하부에 평행하게 배치된 복수의 램프식 히터로 구성된 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 보조 가열부는, 상기 셔터 내측에 설치되어 챔버부 내의 공기를 가열시키는 제2 보조 가열부를 포함하고,
상기 냉각부는, 상기 셔터 내부를 냉각매체가 순환하는 제2 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 제2 보조 가열부는, 상기 셔터 내측면을 관통하여 상기 챔버부 내부에 설치된 1 이상의 시즈히터로 구성된 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 순환경로를 개폐하는 순환 차단부; 및
상기 순환경로가 차단된 상태에서 상기 유입부로 공급된 공기를 외부로 배출하는 공기 배출부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치. - 청구항 1의 기판 열처리 장치를 이용한 기판 열처리 방법에 있어서,
상기 기판을 인입하는 기판 인입 단계;
상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 가열시키는 승온 단계;
상기 기판을 열처리하는 열처리 단계;
상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작을 종료하고 상기 냉각부의 동작에 의해 상기 챔버부를 냉각하는 냉각 단계; 및
상기 기판을 인출하는 기판 인출 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 방법. - 청구항 3의 기판 열처리 장치를 이용한 기판 열처리 방법에 있어서,
상기 제1, 제2 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 제2 온도로 가열시키는 예열 단계;
상기 제1 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 상기 제2 온도를 유지하면서, 상기 기판을 인입하는 기판 인입 단계;
상기 제1, 제2 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 상기 제2 온도보다 높은 제1 온도로 가열시키는 승온 단계;
상기 제1 히터와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 상기 제1 온도를 유지하면서, 상기 기판을 열처리하는 열처리 단계; 및
상기 제1히터와 상기 보조 가열부의 동작을 종료하고 상기 냉각부의 동작에 의해 상기 챔버부를 냉각하는 냉각 단계; 및
상기 기판을 인출하는 기판 인출 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 방법. - 청구항 9의 기판 열처리 장치를 이용한 기판 열처리 방법에 있어서,
상기 기판을 인입하는 기판 인입 단계;
상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작에 의해 기판을 가열시키는 승온 단계;
상기 기판을 열처리하는 열처리 단계;
상기 메인 가열부와 상기 보조 가열부의 동작을 종료하고, 상기 순환경로를 차단한 상태에서 상기 유입부로 공급된 공기를 외부로 배출하면서 상기 냉각부의 동작에 의해 상기 챔버부를 냉각하는 냉각 단계; 및
상기 기판을 인출하는 기판 인출 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140107138A KR20160021621A (ko) | 2014-08-18 | 2014-08-18 | 기판 열처리 장치 및 기판 열처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140107138A KR20160021621A (ko) | 2014-08-18 | 2014-08-18 | 기판 열처리 장치 및 기판 열처리 방법 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114485170A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-05-13 | 江苏邑文微电子科技有限公司 | 快速退火炉加热系统以及温度控制方法 |
-
2014
- 2014-08-18 KR KR1020140107138A patent/KR20160021621A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114485170B (zh) * | 2021-12-27 | 2024-04-30 | 江苏邑文微电子科技有限公司 | 快速退火炉加热系统以及温度控制方法 |
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