KR20190011610A - 개선된 기판 열처리 챔버, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 기판 열처리 챔버, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 시스템을 개시한다.
본 발명에 따른 기판 열처리 챔버는 기판을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀을 구비한 열균일판; 상기 기판의 상부에 제공되며, 상기 기판 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원; 및 상기 기판의 양 측면부에 제공되는 측면 열원을 포함한다.

Description

개선된 기판 열처리 챔버, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 시스템{Improved Heat Treatment Chamber, and Heat Treatment Apparatus and System of Substrate Having the Same}

본 발명은 개선된 기판 열처리 챔버, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 시스템에 관한 것이다.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 종래 기판 열처리 챔버 및 장치에서 보조 열원으로 열균일판을 사용하여 열원의 배치 구조를 변경함으로써, 기판의 양측부 및 코너부의 열손실 보상으로 인한 기판 온도 균일도가 크게 향상되고, 그에 따라 최종 제품의 품질이 크게 향상되며, 사용되는 전체 열원의 수가 감소되고, 종래 보트 구조를 사용할 필요가 없으며, 특히 전력 제어 장치(TPR: Thyristor Power Regulation)의 수가 현저하게 줄어들어 기판 열처리 시스템의 메인 프레임 내에 내장화가 가능해져, 기판 열처리 시스템의 총 중량 및 전체 제조 비용이 크게 감소되고, 그에 따라 유지 보수가 용이한 개선된 기판 열처리 챔버, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 시스템에 관한 것이다.

반도체, 평판 디스플레이 및 태양전지 제조에 사용되는 어닐링(annealing) 장치는 실리콘 웨이퍼, 글래스, 또는 플라스틱 기판과 같은 플렉시블 기판(이하 통칭하여 "기판"이라 함) 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) 내로 기판(10)을 로딩하기 위하여 상하 방향으로 개폐되는 도어(140)가 설치된다. 한편, 열처리가 종료된 후 도어(140)를 통하여 보트(120)를 챔버(100)의 외부로 이송시킨 후 보트(420) 상에서 기판(10)을 언로딩할 수도 있다.

챔버(100)의 상측에는 챔버(100)의 내부에 설치되는, 예를 들어 보트(120), 가스 공급관(252) 및 가스 배기관(미도시) 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.

상술한 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 균일하게 열을 인가받아 열처리가 균일하게 이루어질 수 있다.

또한, 종래 기술에 따른 배치식 열처리 장치(1)는 챔버(100) 내의 복수의 기판에 대해 동시에 열처리가 가능함으로써 기판의 생산성을 향상시키는 효과가 달성되지만, 열처리에 의해 기판(10) 및 기판(10) 상의 필름에서 발생하는 흄(fume)이 메인 히터 유닛(200) 및 보조 히터 유닛(220) 상에 증착되어, 시간이 경과함에 따라 메인 히터 유닛(200)과 보조 히터 유닛(220)의 열효율이 크게 저하되고, 흄의 제거를 위한 흄 세정에 따른 전체 공정 시간 및 비용이 크게 증가하는 문제가 발생한다.

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 또 다른 종래 기술로 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 열처리할 수 있는 기판 열처리 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법이 제안되어 사용되고 있다. 이러한 또 다른 종래 기술은 예를 들어, 본 출원인에 의해 2012년 7월 4일자에 "개선된 기판 열처리 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 방법"이라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제10-2012-0073083호로 출원된 후, 2014년 8월 4일자로 등록된 대한민국 특허 제10-1428569호에 상세히 기술되어 있다.

좀 더 구체적으로, 도 3a는 또 다른 종래 기술에 따른 기판 열처리 챔버의 구성을 도시한 단면도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 또 다른 종래 기술에 따른 기판 열처리 챔버를 복수개 구비한 기판 열처리 장치를 도시한 사시도이다.

도 3a를 참조하면, 또 다른 종래 기술에 따른 기판 열처리 챔버(300)는 내부에 기판(10)의 열처리 공간(372)을 형성하도록 제공되는 상부 및 하부 하우징(370a,370b); 상기 열처리 공간(372) 내에 제공되며, 상기 기판(10)이 로딩 및 지지되는 보트(320); 상기 상부 하우징(370a)의 내측 하부면 및 상기 하부 하우징(370b)의 내측 상부면에 각각 제공되는 상부 및 하부 윈도우 플레이트(374a,374b); 및 상기 상부 및 하부 하우징(370a,370b) 및 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트(374a,374b) 사이에 각각 제공되는 복수의 상부 및 하부 열원(310a,310b)을 포함한다. 여기서, 상기 상부 및 하부 하우징(370a,370b)은 각각 상기 복수의 상부 및 하부 열원(310a,310b)의 배면에 제공되며, 상기 복수의 상부 및 하부 열원(310a,310b)으로부터 방출되는 열 에너지를 반사하여 상기 상부 및 하부 윈도우 플레이트(374a,374b)를 통해 상기 기판(10)으로 상기 열 에너지를 복사 방식으로 전달하는 복수의 상부 및 하부 반사부(312a,312b)를 구비한다. 여기서, 셔터는 참조부호 340으로 표시되어 있다.

또한, 도 3b를 참조하면, 또 다른 종래 기술에 따른 기판 열처리 장치(301)(이하 "적층형 기판 열처리 장치(301)"이라 함)는 각각이 기판(10)의 열처리 공간(372)을 제공하는 복수의 챔버(300a 내지 300e) 및 상기 복수의 챔버(300a 내지 300e) 각각의 전면에 제공되는 복수의 도어(340)(도 3a 참조)를 포함하되, 상기 복수의 챔버(300a 내지 300e) 내의 상기 기판(10)의 열처리가 각각 개별적으로 이루어진다. 여기서, 상기 복수의 챔버(300a 내지 300e)는 각각 도 3a에 도시된 기판 열처리 챔버(300)로 구현된다.

상술한 또 다른 종래 기술의 기판 열처리 챔버(300) 및 기판 열처리 장치(301)를 사용하면 1) 복수의 상부 및 하부 열원(310a,310b)이 열처리 과정에서 기판(10) 및 기판(10) 상에 도포된 필름에서 발생하는 흄(fume)의 영향을 받지 않으므로 복수의 상부 및 하부 열원(310a,310b)의 열효율 유지가 우수하고 흄 세정 공정이 불필요하며, 2) 복수의 상부 및 하부 열원(310a,310b)으로 각각 사용되는 근적외선 램프 히터의 출력 파워(output power)를 개별적으로 또는 그룹 방식으로 제어할 수 있으므로 기판(10)의 온도 균일도가 향상되고, 3) 복수의 챔버(300a 내지 300e)의 개별 프로세싱이 가능하며, 복수의 챔버(300a 내지 300e)의 개별적인 유지 보수가 가능하다는 장점이 달성된다.

그러나, 상술한 도 3a 및 도 3b에 도시된 기판 열처리 챔버(300) 및 기판 열처리 장치(301)의 경우, 상술한 장점에도 불구하고 여전히 다음과 같은 문제가 발생한다.

도 3c는 도 3a 및 도 3b에 도시된 2개의 기판 열처리 챔버가 적층된 기판 열처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3d는 도 3c에 도시된 기판 열처리 챔버 내에서의 하나의 기판의 측면부의 열분포 및 온도 프로파일을 도시한 도면이며, 도 3e는 도 3c에 도시된 2개의 기판 열처리 챔버로 각각 구성된 4세트의 기판 열처리 장치가 적층된 기판 열처리 시스템을 도시한 도면이다.

먼저, 도 3c를 참조하면, 종래 기술의 기판 열처리 장치(301)는 2개의 기판 열처리 챔버(300)가 수직 방향으로 적층된 방식으로 구성된다.

상기 종래 기술의 기판 열처리 장치(301)에서는 각각의 기판 열처리 챔버(300) 내에 2개의 기판(10)이 도 3a에 도시된 바와 같은 보트(320)(도 3c에는 도시가 생략됨) 상에 로딩(loading)되어 열처리 공정이 수행된다. 이 경우, 각각의 기판 열처리 챔버(300)는 각각의 상부 및 하부와 2개의 기판 열처리 챔버(300) 사이에 제공되는 열원인 3단의 메인 열원(310)이 사용된다. 도 3c에 도시된 각각의 메인 열원(310)은 도 3a에 도시된 하나의 기판 열처리 챔버(300)의 상부 열원(310a) 또는 하부 열원(310b)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는다는 점에 유의하여야 한다.

상술한 종래 기술의 기판 열처리 장치(301)에서는 각각의 기판 열처리 챔버(300) 내에서 열처리될 각각의 기판(10)에 대해 54개의 제어 존(control zone)으로 구획하여 열처리가 진행된다. 이를 위해, 각각의 기판 열처리 챔버(300)에서 사용되는 메인 열원(310) 내에 제공되는 메인 램프의 수는 각각 20개이고, 따라서 기판 열처리 장치(301)의 경우 사용되는 메인 램프의 수는 총 60개(20개x3단)이다.

또한, 도 3d에 도시된 바와 같이, 각각의 기판(10)은 양 측면부(10s) 및 4개의 코너부(10c)에서는 열분포 및 온도 프로파일로부터 알 수 있는 바와 같이 기판(10)의 중앙 부분과는 달리 균일한 온도 분포를 갖지 못한다. 그에 따라, 각각의 기판(10)은 열 처리시 양 측면부(10s) 및 4개의 코너부(10c)에서의 불균일한 온도 분포를 보상을 위한 별개의 램프가 사용되어야 한다.

구체적으로, 각각의 기판 열처리 챔버(300)에서는 각각의 개별 기판(10)의 측면부(10s)에 2개의 측면 열원(미도시)이 제공되어 총 8개의 측면 열원이 사용된다. 또한, 각각의 기판 열처리 챔버(300)에서는 각각의 개별 기판(10)의 4개의 코너부(10c)의 열손실을 보상하기 위해 각 코너부(10c)마다 2개의 코너부 램프(미도시)가 별도로 제공되어 총 32개의 코너부 램프의 사용이 요구된다. 그럼에도 불구하고, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 종래 기술에서는, 기판(10)의 중앙 부분과 양 측면부(10s) 및 4개의 코너부(10c) 간의 최대 온도 오차가 대략 ±5℃의 범위를 갖게 되어, 기판(10)의 최종 제품의 불량 발생 가능성이 높아진다.

따라서, 도 3c에 도시된 종래 기술의 기판 열처리 장치(301)에서는, 메인 램프 60개, 측면 열원 8개, 및 코너부 램프 32개를 포함하여 총 100개의 램프 사용이 요구된다.

또한, 상기 종래 기술의 기판 열처리 장치(301)에서는, 54개 제어 존의 열처리를 위해 사용되는 총 100개의 램프를 제어하기 위한 전력 제어 장치(TPR)로 9개 세트의 전력 제어 장치(TPR)의 사용이 요구된다.

한편, 도 3e를 참조하면, 도 3c에 도시된 2개의 기판 열처리 챔버(300)로 각각 구성된 4개 세트의 기판 열처리 장치(301)가 적층된 기판 열처리 시스템(302)이 도시되어 있다. 이 경우, 4개 세트의 기판 열처리 장치(301)는 각각 도 3c에 도시된 기판 열처리 장치(301)에 대응된다.

도 3e에 도시된 기판 열처리 시스템(302)은 4세트의 기판 열처리 장치(301)가 적재되는 메인 프레임(380)을 포함한다. 그에 따라, 상술한 도 3a를 참조하여 기술한 바와 같이 2개의 기판 열처리 챔버(300)로 구성되는 한 세트의 기판 열처리 장치(301)에서는 9개 세트의 전력 제어 장치(TPR)의 사용이 요구되므로, 도 3e에 도시된 기판 열처리 시스템(302)에서는 총 36개의 전력 제어 장치(382)의 사용이 요구된다. 그에 따라, 도 3e에 도시된 기판 열처리 시스템(302)의 경우 전력 제어 장치(382)는 메인 프레임(380) 내에 적재가 불가능하여, 메인 프레임(380)의 외부에 별도로 제공되어 4개 세트의 기판 열처리 장치(301)와 각각 케이블로 연결되어 사용된다.

또한, 상술한 도 3e에 도시된 메인 프레임(380) 및 36개의 전력 제어 장치(382)를 포함한 기판 열처리 시스템(302)의 총 중량은 대략 40톤에 달하여 설치를 위한 이동 및 설치(set-up) 또는 재설치 작업이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 유지 보수를 위해 별도의 리프트(lift)가 사용되어야 한다. 그에 따라, 도 3e에 도시된 종래 기술의 기판 열처리 시스템(302)에서는 설치, 재설치, 및 유지 보수 관련 시간 및 비용이 증가한다.

따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.

1. 대한민국 특허 제10-1016048호 2. 대한민국 특허 제10-1428569호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 기판 열처리 챔버 및 장치에서 보조 열원으로 열균일판을 사용하여 열원의 배치 구조를 변경함으로써, 기판의 양측부 및 코너부의 열손실 보상으로 인한 기판 온도 균일도가 크게 향상되고, 그에 따라 최종 제품의 품질이 크게 향상되며, 사용되는 전체 열원의 수가 감소되고, 종래 보트 구조를 사용할 필요가 없으며, 특히 전력 제어 장치(TPR)의 수가 현저하게 줄어들어 기판 열처리 시스템의 메인 프레임 내에 내장화가 가능해져, 기판 열처리 시스템의 총 중량 및 전체 제조 비용이 크게 감소되고, 그에 따라 유지 보수가 용이한 개선된 기판 열처리 챔버, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제 1 특징에 따른 기판 열처리 챔버는 기판을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀을 구비한 열균일판; 상기 기판의 상부에 제공되며, 상기 기판 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원; 및 상기 기판의 양 측면부에 제공되는 측면 열원을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 특징에 따른 기판 열처리 장치는 각각이 기판이 공급되어 열처리되며, 적층 형태로 제공되는 복수의 챔버를 포함하고, 상기 복수의 챔버는 각각 상기 기판을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀을 구비한 열균일판; 상기 기판의 상부에 제공되며, 상기 기판 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원; 및 상기 기판의 양 측면부에 제공되는 측면 열원을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 특징에 따른 기판 열처리 시스템은 각각이 기판이 공급되어 열처리되며, 적층 형태로 제공되는 복수의 챔버; 상기 복수의 챔버가 적재되는 메인 프레임; 및 상기 복수의 챔버와 각각 케이블로 연결되는 복수의 전력 제어 장치를 포함하고, 상기 복수의 챔버는 각각 상기 기판을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀을 구비한 열균일판; 상기 기판의 상부에 제공되며, 상기 기판 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원; 및 상기 기판의 양 측면부에 제공되는 측면 열원을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 개선된 기판 열처리 챔버, 및 이를 구비한 기판 열처리 장치 및 시스템을 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.

1. 기판의 양측부 및 코너부의 열손실 보상으로 인한 기판 온도 균일도가 크게 향상된다.

2. 최종 제품의 품질이 크게 향상된다.

3. 사용되는 전체 램프(열원)의 수가 감소되며, 종래 보트 구조를 사용할 필요가 없다.

4. 특히, 전력 제어 장치(TPR)의 수가 현저하게 줄어들어 기판 열처리 시스템의 메인 프레임 내에 내장화가 가능하다.

5. 기판 열처리 시스템의 총 중량 및 전체 제조 비용이 크게 감소되고, 그에 따라 유지 보수가 용이하다.

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 3a는 또 다른 종래 기술에 따른 기판 열처리 챔버의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 또 다른 종래 기술에 따른 기판 열처리 챔버를 복수개 구비한 기판 열처리 장치를 도시한 사시도이다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b에 도시된 2개의 기판 열처리 챔버가 적층된 기판 열처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3d는 도 3c에 도시된 기판 열처리 챔버 내에서의 기판의 측면부의 열분포 및 온도 프로파일을 도시한 도면이다.
도 3e는 도 3c에 도시된 2개의 기판 열처리 챔버로 각각 구성된 4세트의 기판 열처리 장치가 적층된 기판 열처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 기판 열처리 챔버 내에서의 기판의 측면부의 열분포 및 온도 프로파일을 도시한 도면이다.
도 4c는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 4개의 기판 열처리 챔버가 2개씩 적층된 2세트의 기판 열처리 장치가 2단으로 적층된 기판 열처리 시스템을 도시한 도면이다.

이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 기판 열처리 챔버 내에서의 기판의 측면부의 열분포 및 온도 프로파일을 도시한 도면이며, 도 4c는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 4개의 기판 열처리 챔버가 2개씩 적층된 2세트의 기판 열처리 장치가 2단으로 적층된 기판 열처리 시스템을 도시한 도면이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)는 기판(10)을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀(432)을 구비한 열균일판(430); 상기 기판(10)의 상부에 제공되며, 상기 기판(10) 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원(410); 및 상기 기판(10)의 양 측면부에 제공되는 측면 열원(미도시)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400) 및 이를 구비한 기판 열처리 장치(401)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.

다시 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)는 기판(10)을 지지하도록 제공되는 열균일판(430)을 포함한다. 이러한 열균일판(430)은 예를 들어, 내열성이 우수하고 투명한 글래스 세라믹 재질 또는 이에 상응하는 내열성 투명 재질로 구현될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 열균일판(430)의 상부에는 기판(10)을 지지하기 위한 복수의 지지핀(432)이 제공된다. 이러한 복수의 지지핀(432)은 각각, 예를 들어, 쿼츠 재질로 구현될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400)에서 사용되는 열균일판(430)은 도 4b를 참조하여 후술하는 바와 같이 그 사이즈가 기판(10)의 사이즈보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)는 각각이 기판(10)이 공급되어 열처리되며, 적층 형태로 제공되는 복수의 챔버(400)를 포함하고, 상기 복수의 챔버(400)는 각각 상기 기판(10)을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀(432)을 구비한 열균일판(430); 상기 기판(10)의 상부에 제공되며, 상기 기판(10)의 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원(410); 및 상기 기판(10)의 양 측면부에 제공되는 측면 열원(미도시)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)에서는, 예를 들어 최상부의 챔버(400)는 그 상면에 별도의 열균일판(430s)을 추가로 포함할 수 있다. 그러나 이러한 추가적인 열균일판(430s)의 사용은 선택 사양으로 반드시 사용되어야 하는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 챔버(400) 및 이를 구비한 기판 열처리 장치(401)에서는, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 종래 기술과 비교하여 다음과 같은 특징을 갖는다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)는 2개의 기판 열처리 챔버(400)가 수직 방향으로 적층된 방식으로 구성된다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)에서는 각각의 기판 열처리 챔버(400) 내에 각각 기판(10)이 열균일판(430)의 상부에 제공되는 복수의 지지핀(432) 상으로 로딩되어 지지된다. 그에 따라, 본 발명에서는 종래 기술과는 달리 도 3a에 도시된 바와 같은 보트(320)의 사용이 불필요하다.

또한, 각각의 기판 열처리 챔버(400)는 각각의 상부에만 메인 열원(410)이 사용된다. 그에 따라, 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)에서는 4개의 메인 열원(410)이 사용되며, 4개의 메인 열원(410)은 각각 도 3a에 도시된 종래 기술의 기판 열처리 챔버(300)의 상부 열원(310a) 또는 하부 열원(310b)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다는 점에 유의하여야 한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)에서는 각각의 기판 열처리 챔버(400) 내에서 열처리될 각각의 기판(10)에 대해 28 내지 36개의 제어 존(control zone)으로 구획하여 열처리가 진행된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 기판 열처리 챔버(400) 내에서 각각의 기판(10)에 대해 사용되는 제어 존의 수가 종래 기술에서 요구되는 54개 제어 존의 수에 비해 현저하게 줄어드는 이유는 열균일판(430)의 사용에 따라 기판(10)의 양측면부(10s) 및 4개의 코너부(10c)에서의 온도 분포가 현저하게 개선되기 때문이다(후술하는 도 4b 참조).

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)의 각각의 기판 열처리 챔버(400)에서 사용되는 메인 열원(410) 내에 제공되는 메인 열원의 수는 종래 기술과 마찬가지로 각각 20개이고, 따라서 도 4a에 도시된 기판 열처리 장치(401)의 경우 사용되는 메인 열원의 수는 총 80개(20개x4단)이다.

또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 각각의 기판(10)은 양 측면부(10s) 및 4개의 코너부(10c)에서도 열분포 및 온도 프로파일로부터 알 수 있는 바와 같이 기판(10)의 중앙 부분과 마찬가지로 열균일판(430)의 사용에 의해 실질적으로 균일한 온도 분포를 갖는다. 이를 위해 도 4b에 도시된 바와 같이, 열균일판(430)의 사이즈(즉, 가로 및 세로 길이)가 기판(10)의 사이즈(즉, 가로 및 세로 길이)보다 긴 것이 바람직하다. 이러한 열균일판(430)의 사용에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)에서는 특히 종래 기술과는 달리 기판(10)의 4개의 코너부(10c)에서 별개의 코너부 열원을 사용하지 않더라도 실질적으로 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는, 기판(10)의 중앙 부분과 양 측면부(10s) 및 4개의 코너부(10c) 간의 최대 온도 오차가 대략 ±3℃ 이하의 범위를 갖게 되어, 기판(10)의 최종 제품의 품질이 크게 향상되어 불량 발생 가능성이 현저히 낮아진다.

이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)의 각각의 기판 열처리 챔버(400)에서도 기판(10)의 측면부(10s)에 2개의 측면 램(미도시)가 제공되어 총 8개의 측면 열원이 사용된다.

따라서, 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)에서는, 메인 열원 80개 및 측면 열원 8개를 포함하여 총 88개의 열원이 사용되므로, 종래 기술에 비해 동일한 조건 하에서 열원의 수가 총 12개만큼 감소된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(401)에서는, 열군일판(410)의 사용에 따라 종래 기술에서 요구되는 54개 제어 존 대신 28 내지 36개의 제어 존이 사용될 수 있으므로, 이에 필요한 전력 제어 장치(TPR)가 종래 기술의 9개 세트의 전력 제어 장치(TPR) 대신 6개의 세트의 전력 제어 장치(TPR)의 사용으로도 충분히 제어가 가능해진다. 이러한 전력 제어 장치(TPR)의 사용 개수는 기판 열처리 장치(401) 또는 기판 열처리 챔버(400)의 설계 사양에 따라 가변적으로 정해질 수 있다.

한편, 도 4c를 참조하면, 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 4개의 기판 열처리 챔버(400)가 2개씩 적층된 2개 세트의 기판 열처리 장치(401)가 2단으로 적층된 기판 열처리 시스템(402)이 도시되어 있다.

도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 시스템(402)은 각각이 기판(10)이 공급되어 열처리되며, 적층 형태로 제공되는 복수의 챔버(400); 상기 복수의 챔버(400)가 적재되는 메인 프레임(480); 및 상기 복수의 챔버(400)와 각각 케이블로 연결되는 복수의 전력 제어 장치(482)를 포함하고, 상기 복수의 챔버(400)는 각각 상기 기판(10)을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀(432)을 구비한 열균일판(430); 상기 기판(10)의 상부에 제공되며, 상기 기판(10)의 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원(410); 및 상기 기판(10)의 양 측면부에 제공되는 측면 열원(미도시)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 시스템(402)에서는, 복수의 전력 제어 장치(482)가 메인 프레임(480) 내에 일체형으로 내장되어 제공될 수 있다.

도 4c에 도시된 기판 열처리 시스템(402)은 2개 세트의 기판 열처리 장치(401a,401b)가 적재되는 메인 프레임(480)을 포함한다. 그에 따라, 상술한 도 4a를 참조하여 기술한 바와 같이 4개의 기판 열처리 챔버(400)로 구성되는 한 세트의 기판 열처리 장치(401)에서는 6개 세트의 전력 제어 장치(TPR)의 사용이 요구되므로, 도 4c에 도시된 기판 열처리 시스템(402)에서는 총 24개의 전력 제어 장치(482)의 사용이 요구된다. 이러한 전력 제어 장치(482)의 수는 기판 열처리 장치(401) 또는 기판 열처리 챔버(400)의 설계 사양에 따라 가변적으로 정해질 수 있음은 이미 기술한 바 있다.

따라서, 본 발명에서는 도 4c에 도시된 기판 열처리 시스템(402)의 경우 전력 제어 장치(482)가 메인 프레임(480) 내에 적재가 가능하고, 이 경우 메인 프레임(480) 및 24개의 전력 제어 장치(482)를 포함한 기판 열처리 시스템(402)의 총 중량은 대략 18톤으로 종래 기술에 비해 거의 1/2 이하의 중량으로 구현이 가능하다는 장점이 달성될 수 있다. 이러한 총 중량의 현저한 감소는 기판 열처리 시스템(402)의 설치를 위한 이동 및 설치(set-up) 또는 재설치 작업이 종래 기술에 비해 현저하게 용이할 뿐만 아니라, 종래 기술에서 유지 보수를 위해 사용되는 별도의 리프트(lift) 대신 도 4c에 도시된 지그(jig: 490)의 사용으로도 충분히 유지 보수가 가능하다는 또 다른 장점이 달성될 수 있다. 따라서, 도 4c에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 시스템(402)에서는 설치, 재설치, 및 유지 보수에 시간 및 비용이 현저하게 감소된다.

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.

1,301,401,401a,401b: 기판 열처리 장치 10: 기판 10c: 코너부
10s: 측면부 12: 홀더 100,300,300a,300b,300c,300d,300e,400: 챔버
110: 프레임 120,320: 보트 122: 지지 부재 140,340: 도어
160: 커버 200: 메인 히터 유닛 210: 단위 메인 히터
220,220a,220b: 보조 히터 유닛 230a: 제1 단위 보조 히터
250: 냉각관 302,402: 기판 열처리 시스템 310,410: 메인 열원
310a,310b: 열원 312a,312b: 반사부 370a,370b: 하우징
372: 열처리 공간 374a,374b: 윈도우 플레이트 380,480: 메인 프레임
382,482: 전력 제어 장치 430: 열균일판 432: 지지핀
490: 지그

Claims (19)

1. 기판 열처리 챔버에 있어서,
   기판을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀을 구비한 열균일판;
   상기 기판의 상부에 제공되며, 상기 기판 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원; 및
   상기 기판의 양 측면부에 제공되는 측면 열원
   을 포함하는 기판 열처리 챔버.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 열균일판은 글래스 세라믹 재질로 구현되고,
   상기 복수의 지지핀은 각각 쿼츠 재질로 구현되는
   기판 열처리 챔버.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 열균일판의 사이즈는 상기 기판의 사이즈보다 큰 기판 열처리 챔버.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판의 양 측면부 및 코너부는 상기 기판 열처리 챔버 내에서 열처리되는 동안 실질적으로 동일한 온도 분포를 유지하는 기판 열처리 챔버.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판의 중앙 부분과 양 측면부 및 코너부 간의 최대 온도 오차가 대략 ±3℃ 이하의 범위를 갖는 기판 열처리 챔버.
6. 기판 열처리 장치에 있어서,
   각각이 기판이 공급되어 열처리되며, 적층 형태로 제공되는 복수의 챔버
   를 포함하고,
   상기 복수의 챔버는 각각
   상기 기판을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀을 구비한 열균일판;
   상기 기판의 상부에 제공되며, 상기 기판 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원; 및
   상기 기판의 양 측면부에 제공되는 측면 열원
   을 포함하는 기판 열처리 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 열균일판은 글래스 세라믹 재질로 구현되고,
   상기 복수의 지지핀은 각각 쿼츠 재질로 구현되는
   기판 열처리 장치.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 열균일판의 사이즈는 상기 기판의 사이즈보다 큰 기판 열처리 장치.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 복수의 챔버 중 최상부의 챔버가 그 상면에 별도의 열균일판을 추가로 포함하는 기판 열처리 장치.
10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 양 측면부 및 코너부는 상기 기판 열처리 챔버 내에서 열처리되는 동안 실질적으로 동일한 온도 분포를 유지하는 기판 열처리 장치.
11. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 중앙 부분과 양 측면부 및 코너부 간의 최대 온도 오차가 대략 ±3℃ 이하의 범위를 갖는 기판 열처리 장치.
12. 기판 열처리 시스템에 있어서,
    각각이 기판이 공급되어 열처리되며, 적층 형태로 제공되는 복수의 챔버;
    상기 복수의 챔버가 적재되는 메인 프레임; 및
    상기 복수의 챔버와 각각 케이블로 연결되는 복수의 전력 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 복수의 챔버는 각각
    상기 기판을 지지하도록 제공되며, 상부에 복수의 지지핀을 구비한 열균일판;
    상기 기판의 상부에 제공되며, 상기 기판 상부에 열 에너지를 공급하는 메인 열원; 및
    상기 기판의 양 측면부에 제공되는 측면 열원
    을 포함하는 기판 열처리 시스템.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 전력 제어 장치가 상기 메인 프레임 내에 일체형으로 내장되어 제공되는 기판 열처리 시스템.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 전력 제어 장치의 수가 상기 기판 열처리 장치 또는 상기 기판 열처리 챔버의 설계 사양에 따라 가변적으로 정해지는 기판 열처리 시스템.
15. 제 12항에 있어서,
    상기 열균일판은 글래스 세라믹 재질로 구현되고,
    상기 복수의 지지핀은 각각 쿼츠 재질로 구현되는
    기판 열처리 시스템.
16. 제 12항에 있어서,
    상기 열균일판의 사이즈는 상기 기판의 사이즈보다 큰 기판 열처리 시스템.
17. 제 12항에 있어서,
    상기 복수의 챔버 중 최상부의 챔버가 그 상면에 별도의 열균일판을 추가로 포함하는 기판 열처리 시스템.
18. 제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 양 측면부 및 코너부는 상기 기판 열처리 챔버 내에서 열처리되는 동안 실질적으로 동일한 온도 분포를 유지하는 기판 열처리 시스템.
19. 제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 중앙 부분과 양 측면부 및 코너부 간의 최대 온도 오차가 대략 ±3℃ 이하의 범위를 갖는 기판 열처리 시스템.
    

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