CN104576487B - 支撑装置、衬底处理设备以及衬底处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支撑单元，其包含垂直地延伸预定长度的支撑主体以及安置在支撑主体中的插入件。衬底放置在支撑主体的上部上。因此，在将衬底加载到工艺腔室中之前，根据直接或间接方法，将支撑单元预加热到等于或类似于衬底的工艺温度的温度，由此减少或防止衬底因支撑单元造成的热损失。因此，提高了衬底的生产质量，从而增加了其产率并且提高了处理设备的效率和生产率。

Description

支撑装置、衬底处理设备以及衬底处理方法

技术领域

本发明涉及减少衬底的热损失的支撑装置、包含所述支撑装置的衬底处理设备以及使用所述衬底处理设备的衬底处理方法。

背景技术

一般来说，在制造工艺中需要热处理工艺，并且衬底加热工艺要求对衬底(例如，玻璃衬底)进行均匀热处理。因此，如今使用快速热工艺(rapid thermal process，RTP)设备的热处理方法比使用典型电炉的热处理方法更为广泛地使用。

根据快速热工艺方法，使用从热源(例如，卤钨灯)发射的辐射光照射衬底并且因此加热衬底。另外，由于在很短的时间和宽泛的温度范围内加热以及冷却衬底，因此快速热工艺方法需要用于均匀热处理的温度控制。也就是说，整个衬底应该具有恒定的热特征，使得在衬底具有均匀处理分布的情况下执行热处理工艺。

确切地说，用于在其中执行热处理工艺的空间中支撑衬底的构件充当主要部件(图1是说明现有技术中的快速热工艺设备的视图)。

参照图1，在工艺腔室10中使用具有销状的支撑主体40以将衬底S与支撑主体40之间的接触面积减到最小。加热块20中容纳的热源25经操作以发射辐射光，由此在介于大约500℃到600℃范围内的温度下执行工艺。

然而，用作热源25的卤钨灯具有介于大约0.4μm到4μm范围内的加热波长，并且衬底S以及支撑主体40在加热波长范围内具有大约0.5％的吸收率。安置在衬底S上的薄膜经加热以最终加热衬底S。然而，由于支撑主体40透射辐射光，因此不被加热。因此，在支撑主体40支撑衬底S的支撑点处发生热损失并且在衬底S上形成销痕。

因此，降低了最终生产阶段中的衬底S的质量，并且降低了其产率。另外，降低了快速热工艺设备的效率和生产率，从而增加了工艺成本以及用于这些工艺所需的电力总量。

<引用的文献>

[专利文献1]第2002-0071971 A1号韩国专利

[专利文献2]第KR2012-0044889 A1号韩国专利

发明内容

本发明提供在加热工艺中均匀地维持衬底的热分布的支撑装置、包含所述支撑装置的衬底处理设备以及使用所述衬底处理设备的衬底处理方法。

本发明还提供有效地从热源吸收热量的支撑装置、包含所述支撑装置的衬底处理设备以及使用所述衬底处理设备的衬底处理方法。

本发明还提供减少衬底因衬底支撑主体造成的热损失的支撑装置、包含所述支撑装置的衬底处理设备以及使用所述衬底处理设备的衬底处理方法。

本发明还提供提高衬底的生产质量的支撑装置、包含所述支撑装置的衬底处理设备以及使用所述衬底处理设备的衬底处理方法。

根据示例性实施例，支撑装置包含至少一个支撑单元，所述支撑单元包含：支撑主体，所述支撑主体垂直地延伸预定长度，其中衬底放置在支撑主体的上部上；以及插入件，所述插入件安置在支撑主体中。

支撑主体可以由具有透射率和导热性的材料构成，而插入件可以由具有耐热性和导热性的材料构成，并且插入件的导热性可以高于支撑主体的导热性。

插入件可以连接到用于控制插入件的温度的加热控制器上。

插入件可以具有与支撑主体的形状相同或类似的形状，以及比支撑主体的宽度小的宽度。

插入件可以包含弯曲部分，所述弯曲部分具有比支撑主体的宽度小的宽度、垂直地延伸预定长度并且横向地弯曲。

插入件可以包含石墨、金属和线圈中的至少一种。

根据另一示例性实施例，衬底处理设备包含：工艺腔室，所述工艺腔室形成内部空间；加热块，所述加热块安置在工艺腔室的上部和下部中的至少一者上并且包含热源；以及至少一个支撑单元，所述支撑单元安置在与加热块和透射窗口的位置相对的位置中并且在其中包含插入件。

支撑单元可以包含垂直地延伸的支撑主体以及安置在支撑主体中的插入件，并且插入件可以具有耐热性和导热性。

加热控制器可以安置在工艺腔室外以向插入件施加电力从而加热插入件，并且检查衬底的工艺温度且接着将插入件加热到等于工艺温度或低于工艺温度大约5％到10％的温度。

可以在工艺腔室内部的下部中安置底座以形成用于将插入件连接到加热控制器上的路径。

插入件可以由能吸收且发射从热源发射的热量并且具有耐热性和导热性的材料构成。

在加热块与工艺腔室之间可以安置透射窗口，并且透射窗口和支撑主体可以由光透射材料构成。

根据又另一个示例性实施例，衬底处理方法包含：制备衬底的工艺；预加热安置在工艺腔室中的衬底支撑单元的工艺；在工艺腔室中加载衬底以将衬底放置在衬底支撑单元上的工艺；以及加热衬底的工艺。

可以使用以下方法中的至少一种预加热衬底支撑单元：间接加热方法，其中衬底支撑单元通过从安装在工艺腔室上的热源发射的热量加热；以及直接加热方法，其中衬底支撑单元通过连接到衬底支撑单元上的加热控制器加热。

衬底支撑单元可以预加热到等于衬底的工艺温度或低于工艺温度大约5％到10％的温度。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述可以更详细地理解示例性实施例，其中：

图1是说明现有技术中的快速热工艺设备的视图。

图2是说明根据示例性实施例的衬底处理设备的视图。

图3是说明根据示例性实施例的透射窗口和支撑主体的透射率对比波长的曲线图。

图4是说明根据示例性实施例的支撑单元的视图。

图5(a)和图5(b)是说明根据示例性实施例的插入件的视图。以及

图6(a)和图6(b)是说明通过使用根据示例性实施例的包含支撑单元的衬底处理设备来处理衬底的工艺的视图和流程图。

具体实施方式

下文中将参照附图详细描述具体实施例。然而，本发明可以用不同形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反地，提供这些实施例是为了使得本发明将是透彻并且完整的，并且这些实施例将把本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。相同的参考标号始终指代相同的组件。

根据本发明，支撑装置安置于在其中处理对象的空间中，以防止施加至对象的热量在支撑主体接触对象的支撑点处损失，由此对所述对象均匀地进行热处理。本文中，玻璃衬底用作对象，并且衬底处理设备的工艺腔室可以用作在其中处理对象的空间。在下文中，可例示说明用于执行热处理工艺的衬底处理设备，但是支撑装置可以应用于在预定温度下执行的各种处理工艺。

在下文中，现将根据示例性实施例参照图2到图5(b)描述支撑装置以及衬底处理设备。图2是说明根据当前实施例的衬底处理设备的视图。图3是说明根据当前实施例的透射窗口和支撑主体的透射率对比波长的曲线图。图4是说明根据当前实施例的支撑单元的视图。图5(a)和图5(b)是说明根据当前实施例的变型的插入件的视图。

参照图2，衬底处理设备100包含：工艺腔室110，所述工艺腔室110形成内部空间；加热块200，所述加热块200安置在工艺腔室110的上部和下部中的至少一者上并且包含热源250；以及一个或多个支撑单元400，所述支撑单元400安置在与加热块200的位置相对的位置中并且在其中包含插入件425a。

在加热块200中可以提供能产生辐射能量的多个热源250。热源250发射辐射光以产生辐射能量，并且从热源250产生的热量加热衬底S。

热源250具有球状或直线型径向排列的区。卤钨灯或弧光灯可以用作热源250并且以近红外的形式发射能量。热源250被制造成中空型的管状。当卤钨灯用作热源250时，在卤钨灯中安置灯丝以产生辐射能量。在此情况下，可以通过例如玻璃或石英等透射材料保护热源250，并且辐射热量的辐射能量可以被传递到衬底S上而不会通过透射材料损失。热源250可以填充有惰性气体(例如，氩气)。

工艺腔室110形成在其中安置并且热处理衬底S的空间。在工艺腔室110的侧表面的至少一个部分中形成门112，通过门112将衬底S放进工艺腔室110中并从工艺腔室110中取出。支撑单元400安置在工艺腔室110内部的下部中，并且用于将插入件425a连接到加热控制器500上的底座115可以安置在工艺腔室110内部的下部中。

工艺腔室110可以被制造成中空圆形的或四边形的容器形状。然而，工艺腔室110并不限于此，并且因此可以具有各种容器形状中的一种(即，圆形的或多边形的容器形状)。当衬底处理设备100以排成直线的方式配置时，不仅可以在工艺腔室110中形成门112(通过门112放进并且取出衬底S)，而且还形成出口(未示出)。用于衬底S的门112和出口可以连接到用于传递衬底S的传递单元(未示出)上。

用于测量衬底S的温度的温度传感器(未示出)可以安置在工艺腔室110的上部和下部中的至少一者中。温度传感器可以根据接触方法或非接触方法测量衬底S的温度。各种感测机构可以应用为温度感测构件。当根据非接触方法测量衬底S的温度时，可以使用高温计来感测从衬底S发射的辐射能量，由此测量温度。根据衬底S的大小可以提供多个温度传感器以测量衬底S的一部分的温度。当提供多个温度传感器时，可以提高测量衬底S的温度的精确性。因此，可以提供一或多个温度传感器。

透射窗口300可以安置在加热块200与工艺腔室110之间。

透射窗口300安置在加热块200与工艺腔室110之间以透射从热源250辐射的辐射光并且将所述辐射光透射到衬底S上。因此，透射窗口300可以由具有以下特性的材料构成：具有极佳透光率以透射辐射光，并且具有极佳耐热性以防止透射窗口300因辐射光的温度而变形。透射窗口300可以由石英或蓝宝石构成。透射窗口300被制造成与工艺腔室110的形状相同或类似的形状，以阻挡加热块200与工艺腔室110之间的空间，由此在工艺腔室110中维持真空。此外，透射窗口300保护工艺腔室110不受外部环境(例如，压力、气体或污染物)影响。此外，透射窗口300保护热源250并且防止因热源250的热量而产生的工艺副产物落下并且附接到安置在工艺腔室110中的衬底上。透射窗口300可以采用安置在加热块200与工艺腔室110之间的空间中的密封构件(未示出)，例如O型环，来密封并且阻挡所述空间，由此维持真空。

透射窗口300透射来自介于大约0.4μm到4μm范围内的波长带中的热源250的辐射能量以辐射安置在透射窗口300下的衬底。另外，透射窗口300吸收小于大约0.4μm或大于大约4μm的波长带中的辐射能量并且经加热以将能量辐射到衬底和透射窗口300的上侧。

参照图3，根据用以制造透射窗口300的材料的特征，透射窗口300透射大约70％或更多的介于大约0.4μm到4μm范围内的波长带中的热能。因此，透射窗口300足以透射从热源250产生的辐射光，以便有效地加热衬底S。

支撑装置包含至少一个支撑单元400，所述支撑单元400包含：支撑主体420，所述支撑主体420垂直地延伸预定长度并且具有在其上放置有衬底S的上部；以及插入件425a，所述插入件425a安置在支撑主体420中。

支撑主体420安装在安置在工艺腔室110中的底座115上，以支撑工艺腔室110中的衬底S。一或多个支撑主体420安装在与加热块200和透射窗口300的位置相对的位置中。在底座115中可以形成凹部使得支撑主体420可以插入并且安装在这些凹部中。或者，支撑主体420可以安置在底座115的外表面上。因此，支撑主体420可以根据各种方法安装在底座115上。

容纳凹部422以壳体形式安置在支撑主体420中以容纳插入件425a。也就是说，参照图4(b)，在支撑主体420中形成具有与插入件425a的形状相同或类似的形状的容纳凹部422，并且插入件425a插入到容纳凹部422中，由此配置支撑单元400。当容纳凹部422的形状与插入件425a的形状相同时，在支撑主体420与插入到其中的插入件425a之间不存在空间。然而，本发明并不限于此。

支撑主体420可以由与用于透射窗口300的材料相同或类似的材料构成。也就是说，支撑主体420可以由例如石英或蓝宝石等材料构成，这些材料具有极佳透光率和耐热性。因此，防止了支撑主体420因从插入件425a产生的热量而变形。另外，支撑主体420可以由具有极佳透射率的材料构成，以有效地将从插入件425a产生的热量发射到衬底的下侧。

插入件425a插入在支撑主体420中，并且将从通过加热块200的热源250加热的插入件425a产生的热量传递到支撑主体420上。因此，插入件425a可以由具有比支撑主体420的导热性更高的导热性的材料构成。也就是说，从热源250产生的热量由插入件425a通过支撑主体420吸收，并且通过所吸收的热量加热的插入件425a将热量发射到支撑主体420上，由此增加支撑主体420的温度。因此，从插入件425a产生的热量加热支撑主体420，由此解决了以下问题：由于支撑主体40透射热源25的加热波长的光，因此支撑主体40通过热源25低效地预加热。

插入件425a可以由某一材料构成，所述材料具有耐热性，以防止因来自热源250的热量而造成的变形并且所述材料有效地将热量传递到支撑主体420上。例如，插入425a可以由石墨构成。石墨是化学上稳定的材料，并且具有极佳的耐热性、耐热冲击性、耐腐蚀性、导电性和导热性。然而，用于插入件425a的材料不限于石墨，并且因此插入件425a可以由具有与石墨的特征相同或类似的特征的材料构成。因此，插入件425a可以包含石墨、金属和线圈中的至少一种。例如，插入件425a可以由根据允许插入件425a在支撑主体420中热膨胀的设计的金属材料构成。也就是说，当插入件425a由金属构成时，耦合到支撑主体420上的插入件425a的大小可以小于在支撑主体420中形成的容纳凹部422的大小。因此，当插入件425a热膨胀时，在容纳凹部422与插入件425a之间的空间防止了物理冲击施加到支撑主体420上。

参照图5(a)，根据当前实施例的变型的插入件425b包含弯曲部分，所述弯曲部分具有比支撑主体420的宽度小的宽度、垂直地延伸预定长度并且横向地弯曲。也就是说，插入件425b可以具有其中Z字形连续反复的形状。然而，横向地弯曲的弯曲部分不限于图5(a)中图示的弯曲部分的形状，并且因此可以具有各种形状中的一种，前提是提供了弯曲部分并且增加了用于发射热量的表面积。因而，插入件425b可以具有增加的表面积用于从插入件425b发射热量。因此，增加的表面积吸收热量并且将热量发射到支撑主体420上，由此减少加热支撑主体420的预加热时间。

参照图5(b)，功率施加到被制造成线圈形状的插入件425c以产生热量，并且容纳在支撑主体420的容纳凹部422中。因此，如图5(b)中所示的其中插入件425c具有增加的外表面的结构能利用少量电力产生大量热量。

支撑单元400可以具有到所述支撑单元400的上侧宽度逐渐减小的形状。因此，支撑主体420向其上侧倾斜以减少支撑主体420接触衬底S的区域的表面积，由此防止从支撑主体420发射的热量聚集到所述区域上。

加热控制器500可以安置于衬底处理设备100外部以有效地加热插入件425a。也就是说，插入件425a可以连接到安置于工艺腔室110外部的加热控制器500以及如上文所描述在加热块200中提供的热源250中的至少一者上并通过所述至少一者加热。

安置于工艺腔室110外部的加热控制器500向插入件425a施加电力以加热插入件425a。更确切地说，检查衬底S的工艺温度且接着将插入件425a加热到等于衬底S的工艺温度或低于所述工艺温度大约5％到10％的温度。在此情况下，加热控制器500可以采用一装置，所述装置供电用于产生热量并且将插入件425a加热到对应于工艺温度(根据所述工艺温度预加热支撑主体420)的温度。因此，工作人员可以手动地供应电力，或者在设定了支撑主体预加热到的温度之后，加热控制器可以自动地设定用于支撑主体的预加热温度，由此执行工艺。因此，减少了所述工艺耗费的时间。

因而，当使用加热控制器500时，会直接加热插入件425a，从而减少了从热源250产生热量用于加热插入件425a所耗费的时间。

图6(a)和图6(b)是说明通过使用根据示例性实施例的包含支撑单元的衬底处理设备来处理衬底的工艺的视图和流程图。也就是说，图6(a)是说明根据示例性实施例的衬底处理方法的流程图，而图6(b)是说明根据所述实施例的处理衬底的原理的示意图。

参照图6(a)，根据当前实施例的衬底处理方法包含：制备衬底的工艺；预加热安置在工艺腔室中的衬底支撑单元的工艺；在工艺腔室中加载衬底以将衬底放置在衬底支撑单元上的工艺；以及加热衬底的工艺。

首先，制备在衬底处理设备100中热处理衬底S的工艺。也就是说，制备将被热处理的衬底S(S10)。然后，检查处理衬底S的工艺温度(S20)。这是因为支撑主体420被加热到等于或类似于工艺温度的温度。

之后，预加热支撑单元400以减少或防止衬底S因支撑单元400造成的热损失。为此目的，可以使用以下方法中的至少一种：间接加热方法，其中支撑单元400通过从热源250发射的热量加热；以及直接加热方法，其中支撑单元400通过加热控制器500加热。

具体来说，为了加热插入件425a，操作加热块200的热源250以预加热工艺腔室110的内部，并且同时支撑单元400的插入件425a吸收从热源250发射的热量。如上文所描述，插入件425a可以连接到电源构件以及例如加热控制器500等的加热构件上以减少预加热插入件425a的时间。吸收从热源250产生的热量或通过加热控制器500进行加热的插入件425a将热量发射到支撑主体420上，以将支撑主体420预加热到等于衬底S的工艺温度或低于所述工艺温度大约5％到10％的温度(S30)。

在完成支撑主体420的预加热之后，通过工艺腔室110的门112在工艺腔室110中将衬底S放置在支撑主体420的上部上(S40)。之后，在衬底S上执行热处理工艺。

参照图6(b)，当在衬底S上执行热处理工艺时，辐射光通过安置在加热块200与工艺腔室110之间的透射窗口300从热源250发射到衬底S的上部。在衬底S被放置在支撑主体420上之前，支撑衬底S的支撑主体420在工艺环境中预加热。因此，防止了安置在透射窗口300与支撑主体420之间的产生热量的衬底S将热量损失到支撑主体420上，并且均匀地加热整个衬底S。

如上文所描述，根据实施例，在将待处理的衬底加载到工艺腔室中之前，将支撑衬底的支撑主体预加热到等于或类似于衬底的工艺温度的温度，由此减少衬底的热损失。也就是说，防止了在衬底上形成痕迹。在现有技术中，由于在衬底与具有比工艺温度低的温度的支撑主体之间的支撑点处衬底的热分布不均匀，因此在衬底上会形成此类痕迹。

另外，由于吸收热量并且通过热量加热的插入件安置在支撑主体中，因此插入件吸收从容纳在加热块中的热源产生的热量并且通过热量加热以发射用以预加热支撑主体的热量。

因而，整个待处理的衬底的热分布是均匀的，因此提高了最终生产阶段中的衬底的质量。另外，降低了衬底的不良率，由此增加了其产率。此外，提高了用于处理衬底的处理设备的效率和生产率。

在支撑装置、包含所述支撑装置的衬底处理设备以及使用根据实施例的所述衬底处理设备的衬底处理方法中，衬底在腔室中通过支撑主体支撑以防止热损失。因此，整个衬底具有均匀的热分布。也就是说，在支撑主体中插入发热材料，并且接着预加热支撑主体，使得支撑主体可以调整到等于或类似于衬底的工艺温度的温度，由此减少或防止因支撑主体造成的热损失。

另外，在检查衬底的工艺温度之后预加热支撑主体，并且将衬底安置在支撑单元上随后进行处理。因此，防止了在衬底上形成痕迹。在现有技术中，由于在衬底接触支撑主体的支撑点处的热损失而在衬底上形成此类痕迹。

因此，提高了最终生产阶段中的衬底的质量，从而增加了其产率并且提高了衬底处理设备的效率和生产率。

尽管已经参照具体示例性实施例描述了支撑装置、包含所述支撑装置的衬底处理设备以及使用所述衬底处理设备的衬底处理方法，但是它们并不限于此。因此，所属领域的技术人员将容易理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。

Claims (12)

1.一种支撑装置，其包括至少一个支撑单元，其特征在于所述支撑单元包括：

支撑主体，所述支撑主体在垂直方向上延伸预定长度且安置在相对于用于产生热的热源的位置，其中衬底放置在所述支撑主体的上部上；以及

插入件，所述插入件安置在所述支撑主体中，

其中所述支撑主体具有到所述支撑主体的上侧宽度逐渐减小的销状，其中所述支撑主体由具有透光率和导热性的材料构成以使所述热源排出的热经由所述支撑主体传送，

所述插入件由具有耐热性和导热性的材料构成以吸收从所述热源产生并且传送通过所述支撑主体的热量，并且将热量排出到所述支撑主体。

2.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于其中所述插入件连接到用于控制所述插入件的温度的加热控制器上。

3.根据权利要求2所述的支撑装置，其特征在于其中所述插入件具有与所述支撑主体的形状相同或类似的形状，以及比所述支撑主体的宽度小的宽度。

4.根据权利要求3所述的支撑装置，其特征在于其中所述插入件包括弯曲部分，所述弯曲部分具有比所述支撑主体的宽度小的宽度、垂直地延伸预定长度并且横向地弯曲。

5.根据权利要求1到4中的任一权利要求所述的支撑装置，其特征在于其中所述插入件包括石墨、金属和线圈中的至少一种。

6.一种衬底处理设备，其特征在于包括：

工艺腔室，所述工艺腔室形成内部空间；

加热块，所述加热块安置在所述工艺腔室的上部和下部中的至少一者上并且包括热源；以及

至少一个支撑单元，所述至少一个支撑单元安置在与所述加热块的位置相对的位置中并且在其中包括插入件，

其中所述支撑单元包括：

支撑主体，具有在垂直方向上延伸并且到所述支撑主体的上侧宽度逐渐减小的销状；以及

所述插入件安置在所述支撑主体中，

所述支撑主体由具有透光率和导热性的材料构成以使所述热源排出的热经由所述支撑主体传送，

所述插入件由具有耐热性和导热性的材料构成以吸收从所述热源排出并且传送通过所述支撑主体的热量，并且将热量排出到所述支撑主体。

7.根据权利要求6所述的衬底处理设备，其特征在于其中加热控制器安置在所述工艺腔室外部以向所述插入件施加电力从而加热所述插入件，并且

检查衬底的工艺温度且接着将所述插入件加热到等于所述工艺温度或低于所述工艺温度5％到10％的温度。

8.根据权利要求7所述的衬底处理设备，其特征在于其中在所述工艺腔室内部的下部中安置底座以形成用于将所述插入件连接到所述加热控制器上的路径。

9.根据权利要求6所述的衬底处理设备，其特征在于其中在所述加热块与所述工艺腔室之间安置透射窗口，并且

所述透射窗口由光透射材料构成。

10.一种衬底处理方法，其特征在于包括：

制备衬底的工艺；

预加热安置在工艺腔室中的衬底支撑单元的工艺，所述衬底支撑单元具有到所述衬底支撑单元的上侧宽度逐渐减小的销状；

在所述工艺腔室中加载所述衬底以将所述衬底放置在所述衬底支撑单元上的工艺；以及

加热所述衬底的工艺，

其中预加热所述衬底支撑单元的所述工艺包括：

从安装在所述工艺腔室上的热源发射的热量加热以将光传输到所述衬底支撑单元的支撑主体中的工艺；

通过插入件吸收透过所述支撑主体的光以加热所述插入件的工艺；以及

通过从所述插入件排出的热量来预热所述支撑主体的工艺。

11.根据权利要求10所述的衬底处理方法，其特征在于其中使用以下方法预加热所述衬底支撑单元：直接加热方法，其中所述衬底支撑单元通过连接到所述衬底支撑单元上的加热控制器加热。

12.根据权利要求11所述的衬底处理方法，其特征在于其中所述衬底支撑单元预加热到等于所述衬底的工艺温度或低于所述工艺温度5％到10％的温度。