CN104952727A - 热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热处理装置(100)。本发明涉及的热处理装置(100)，其特征在于，包括：本体(110)，具备上、下部腔室区域(TC、BC)作为基板(20)的热处理空间；升降单元(130：131、132、133)，进行上下运动，并支撑基板(20)；以及加热单元(120：121、122、123)，配置于本体(110)的内侧上部及内侧下部。

Description

热处理装置
技术领域
本发明涉及一种热处理装置。更具体来讲，涉及在本体的内部设置加热单元，以直接对基板进行加热，从而提高快速热处理工艺的效率的热处理装置。
背景技术
在平板显示器、半导体、太阳能电池等制造中使用的退火(annealing)装置，是为了向硅晶片或玻璃基板之类的基板上所蒸镀的规定的薄膜进行结晶化、相变化等工艺所必须的热处理步骤中使用的装置。为了进行热处理工艺，需要可对形成有规定薄膜的基板进行加热的热处理装置。通常，热处理装置分为可对一个基板进行热处理的单片式和可对多个基板进行热处理的批处理式。
在热处理方法中，由于快速热处理方法(RTA：rapid thermal annealing)可使基板温度迅速达到热处理温度，可大大节省热能耗费用(thermal budget)，防止在热处理过程中被杂质污染及不必要的污染的扩散等，因而被广泛使用。
使用快速热处理方法的现有的单片式热处理装置包括提供作为对基板进行加热的空间的腔室的主体、配置于本体外侧以对腔室进行加热的加热器、以及使基板升降的升降单元等。这种现有的单片式热处理装置被韩国专利公报第2011-0001460号等公开。
现有的单片式热处理装置，由于加热器配置在本体的外部，所以为了将从加热器产生的热传递到腔室而可用的本体的材质受到了限制。于是，本体的材质主要使用了石英(Quartz)，但是石英材质的本体无法具有收容最近趋向大面积化的基板的尺寸，难以进行加工。
另外，由于现有的单片式热处理装置的加热器配置在本体的外部，因此难以在短时间内使收容有大面积基板的腔室的内部温度上升，存在腔室内部的温度均衡性差的问题。
发明内容
由此，本发明是为了解决如上所述的现有技术的诸多问题而提出，目的在于提供一种热处理装置，将加热单元配置在本体的内部，从而提高腔室内部的温度均衡性。
此外，本发明的目的在于提供一种热处理装置，其将金属作为本体的材质，从而可容纳大面积基板，可易于制造，坚固且提高了热反射率。
另外，本发明的目的在于提供一种热处理装置，将加热单元配置在本体内部的基板附近，以直接向基板传热，从而能够更为迅速地进行快速热处理工艺。
为了实现上述目的，本发明的一实施例涉及的热处理装置的特征在于，包括：本体，具备作为基板的热处理空间的腔室；升降单元，进行上下运动，并支撑所述基板；以及加热单元，配置在所述本体的内侧上部和内侧下部。
根据如上构成的本发明，由于加热单元配置在本体的内部，从而可以提高腔室内部的温度均衡性。
此外，根据本发明，使用了金属材质的本体，从而可容纳大面积基板，可易于制造，坚固且可提高热反射率。
另外，根据本发明，将加热单元配置在本体内部的基板附近，以直接向基板传热，从而能够更为迅速地进行快速热处理工艺。
附图说明
图1是本发明的一实施例涉及的热处理装置的结构的立体图。
图2是本发明的一实施例涉及的热处理装置的结构的主视图。
图3是本发明的一实施例涉及的热处理装置的结构的侧剖视图。
图4是本发明的一实施例所示的加热单元的结构的分解立体图。
图5是本发明的一实施例涉及的第二上部加热单元的结构的俯视图。
图6至图9是本发明的一实施例涉及的热处理装置的动作过程的侧剖视图。
附图标记
20：基板
100：热处理装置
110：本体
111：出入口
115：门
120：加热单元
121：第一上部加热单元
122：第二上部加热单元
123：下部加热单元
125：单位加热器
130：升降单元
131：升降杆
132：基板支撑部
133：基板支撑销
141、142、143：隔热部
150：供气管
151：供气孔
155：扩散板
155a：扩散孔
160：辅助供气孔
TC：上部腔室区域
BC：下部腔室区域
具体实施方式
后述的本发明的详细说明以可实施本发明的特定实施例为例，并参照了附图。详细说明这些实施例，以便所属领域的技术人员能够充分实施本发明。本发明的多种实施例虽各有不同，但并不互斥，对此要有所了解。例如，此处记述的一实施例的特定形状、结构及特性，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以以其他实施例的形式体现。另外，应理解为，每个公开的实施例中的个别构成要素的位置或配置，可以在不脱离本发明的精神及范围的情况下进行变更。因此，后述的详细说明并无限定之意，准确地说，本发明的范围仅以权利要求所记载的内容为准，包括与其所主张的内容等同的所有范围。附图中相似的附图标记在不同侧面表示相同或类似的结构，为了便于说明，也可能对长度、面积、厚度及其形状进行夸大表示。
在本说明书中，可以理解为，基板包括使用于LED、LCD等显示装置上的基板、半导体基板、以及太阳能电池基板等。
而且，在本说明书中，虽将热处理装置100以快速(RTA)热处理装置为例进行了说明，但其也可适用于其他热处理装置中，特此说明。
此外，在本说明书中，虽将热处理装置100以单片式热处理装置为例进行了说明，但若进一步具备晶舟的结构而进行升降，则也可适用于收容多个基板20的批处理式热处理装置中，特此说明。
以下，参照附图详细说明本发明的实施例涉及的热处理装置。
图1为示出本发明的一实施例涉及的热处理装置100的结构的立体图，图2为示出本发明的一实施例涉及的热处理装置100的结构的主视图，图3为示出本发明的一实施例涉及的热处理装置100的结构的侧剖视图。
首先，装载于热处理装置100的基板20的材质不受特别限制，可装载玻璃、塑料、聚合物、硅晶片等多种材质的基板20。下面以在平板显示装置中最常用的四边形玻璃基板为例加以说明。热处理装置100所处理的基板20的大小不受限制，但以1500mm×1850mm、2200mm×2500mm的大面积基板20为例进行说明。
参照图1至图3，本发明的热处理装置100包括：本体110，具备作为基板20的热处理空间的上、下部腔室区域TC、BC；升降单元130，进行上下运动，并支撑基板20；以及加热单元120，配置在本体110的内侧上部及内侧下部。
本体110大致呈长方体形状，以构成热处理装置100的外观，本体110的内部可以形成有作为基板20热处理空间的上、下部腔室区域TC、BC。本体110不仅可以呈长方体形状，也可以根据基板20的形状呈多种形状。
上、下部腔室区域TC、BC可设置成密闭的空间，且可具备以第一温度对基板20进行热处理的上部腔室区域TC以及以第二温度对基板20进行热处理的下部腔室区域BC。此处，上部腔室区域TC和下部腔室区域BC可以不是物理意义上严格分隔的空间，可理解为是根据第一温度、第二温度的范围进行分隔的虚拟的空间。换句话说，上部腔室区域TC可指基板20借助后述的升降单元130而上升的状态下(基板20位于上死点的状态)被热处理的空间，下部腔室区域BC可指基板20借助升降单元130而下降的状态下(基板20位于下死点的状态)，被热处理的空间。
在上部腔室区域TC，可以以第一温度对基板20进行快速热处理。快速热处理温度、即第一温度可以高于预热温度(大气温度)、即第二温度。第一温度为500℃到800℃，优选为，在相当于数秒到数分钟的短时间内对基板20进行快速热处理。
在下部腔室区域BC，可以在进行快速热处理之前以第二温度对基板20进行预热。优选为，第二温度为200℃到300℃。
图4为本发明的一实施例涉及的加热单元120的结构的分解立体图。
参照图1至图4，本发明的特征在于，将加热单元120配置在本体110的内侧。由于将加热单元120配置在本体110的内侧，从而可直接向基板20传热，由此能够更为迅速地进行快速热处理工艺。
加热单元120可包括配置于上部腔室区域TC(或本体110的内侧上部)的至少一侧的上部加热单元121、122及配置下部腔室区域BC(或本体110的内侧下部)的至少一侧的下部加热单元123。
为了分别对上部腔室区域TC和下部腔室区域BC进行加热，优选为，上部加热单元121、122和下部加热单元123隔开。
加热单元120可包括多个单位加热器125。单位加热器125可以是通常的长度较长的棒状加热器，是在石英管内部插入有发热体并通过设置在端部的端子来接收外部电源而发热的、构成加热器单元120的单体。单位加热器125的数量并不限于图1至图4中所示的数量，可根据本体110的尺寸以及和基板20的尺寸而进行多种变形。
上部加热单元121可包括对上部腔室区域TC的顶面进行加热的第一上部加热单元121及对上部腔室区域TC的侧面进行加热的第二上部加热单元(122：122a、122b、122c)。
由于上部腔室区域TC是对基板20进行快速热处理的空间，因此，优选为，相对于作为对基板20进行预热的空间的下部腔室区域BC，配置更多的单位加热器125。从而，由第一上部加热单元121对上部腔室区域TC的顶面进行加热，同时由第二上部加热单元122对上部腔室区域TC的四个侧面进行加热，从而可以具有提高加热速度，保持高温区域，并确保温度均衡性的优点。
第一上部加热单元121和下部加热单元123与基板20的升降路径之间并无干扰之忧，所以可以配置在上部腔室区域TC的顶面与下部腔室区域BC的底面的整个面上。因此，第一上部加热单元121及下部加热单元123的多个单位加热器125可以与基板20的短边方向平行的方式隔着规定的间隔而配置。为此，第一上部加热单元121及下部加热单元123的单位加热器125的两端可连接于本体110的侧面。即、可以配置成贯通本体110的形状。
图5是本发明的一实施例涉及的第二上部加热单元122结构的俯视图。
参照图4及图5，第二上部加热单元122可以以加热上部腔室区域TC的四个侧面的方式构成为多层。本说明书中虽然构成为3个层122a、122b、122c，但并不仅限于此，在可覆盖加热上部腔室区域TC的侧面的范围内，可调整其数量。
由于第二上部加热单元122可能与基板20的升降路径发生干扰，因此可以配置成包围上部腔室区域TC的侧面，以避免占据基板20升降的空间。即、如图5所示，第二上部加热单元122的各层122a、122b、122c可以由四个单位加热器125构成一组，以使与基板20的四个边平行且与基板20隔开规定距离。构成第二上部加热单元122的单位加热器125，可以仅用一端与本体110的侧面连接，另一端则位于除了基板20升降时所占据的空间以外的上部腔室区域TC内。即、可以配置成以悬臂形状仅用一端与本体110连接。
可以以彼此错开的方式配置第二上部加热单元122的各层122a、122b、122c，以便能够抑制上部腔室区域TC侧面的热损失且进一步确保温度均匀性。即、如图5a所示，第二上部加热单元122a及122c可由四个悬臂形状的单位加热器125配置成顺时针方向的形态，如图5b所示，第二上部加热单元122b可由四个悬臂形状的单位加热器125配置成逆时针方向的形态。
如此，本发明有如下优点：将加热单元120配置于本体110内侧，从而可直接向基板20传热，而且将上部加热单元121、122配置于实际实施快速热处理的上部腔室区域TC的上部和四个侧面，因此可向基板20的整个面积传热，并且可以在确保上、下部腔室区域TC、BC内部的温度均衡性的状态下迅速进行快速热处理工艺。
另一方面，本体110可由金属材质形成。金属可使用不锈钢(SUS)、钢(Steel)、铝(Al)、钛(Ti)、钛合金、掺硅类金刚石(Si-DLC：Silicon-Diamondlikecarbon)等，考虑到成本和加工的便利性，优选不锈钢(SUS)。若以金属材质制作本体110，则可通过焊接或扣接单元结合等方法来制作本体110，因此便于制作可容纳大面积基板20的大尺寸的本体110，且坚固，而且由于金属所特有的反射特性，可使加热单元120产生的热反射以对上、下部腔室区域TC、BC进行加热，从而提高热处理工艺的效率。
参照图2及图3，升降单元130可包括升降杆131、基板支撑部132及基板支撑销133。
升降杆131可以设置成，一端位于上、下部腔室区域TC、BC的内部，另一端位于上、下部腔室区域TC、BC的外部，以进行升降。为了使升降杆131进行升降，升降杆131可以与汽缸、电机等驱动机构(未图示)相连接。升降杆131可以位于下部加热单元123的单位加热器125之间，以便不与周围发生干扰的状态下进行升降。可使升降杆131进行升降而连通的本体110底面可设置有密封构件(未图示)。
基板支撑部132可以与升降杆131的一端结合，以支撑基板20。基板支撑部132可以具有板或框架的形状，并且为了与基板20的接触的面积最小化，可以在基板支撑部132上形成以点接触方式支撑基板20的多个支撑销133。
升降单元130上升以位于上死点时，以点接触方式被基板支撑销133支撑的基板20位于上部腔室区域TC，从而可通过上部加热单元121，122进行快速热处理。升降单元130下降以位于下死点时，以点接触方式被基板支撑销133支撑的基板20位于下部腔室区域BC，从而可通过下部加热单元123预热，或者处于冷却或等待的状态。
在下部腔室区域BC的正面(本体110的下部正面)可以形成有可使基板20出入的出入口111，出入口111可通过以规定轴为基准进行旋转的门115而开闭。出入口111与门115之间可设置有密封构件(未图示)。
本体110的内侧面(或，上、下部腔室区域TC、BC的侧面)与加热单元120之间设置有隔热部141、142、143，以减少上、下部腔室区域TC、BC内部的热损失，由此能够提高热处理工艺的效率。优选为，隔热部141、142、143的材质为陶瓷。
另一方面，热处理装置100还可以包括供气管150，该供气管150设置成贯通本体110的顶面，以向上、下部腔室区域TC、BC供给热处理气体。热处理气体可从外部的供气装置(未图示)流向供气管150，再通过供气孔151供给至上、下部腔室区域TC、BC。
通过供气孔151供给的热处理气体可经扩散板155扩散后向上、下部腔室区域TC、BC内部供给。扩散板155可配置于第一上部加热单元121与第二上部加热单元122之间。在扩散板155上，具有规定间隔的多个扩散孔155a以连通的方式形成。通过吐气孔151供给的热处理气体在扩散板155的上部腔室区域TC一次扩散之后，通过扩散孔155a均匀地供给至上、下部腔室区域TC、BC内部，从而可用于快速热处理工艺中。
再次参照图1，本体110的侧面，具体为在本体110的下部侧面可形成有向下部腔室区域BC供给热处理气体的多个辅助供气孔160。通过辅助供气孔160供给的热处理气体可用于基板20的预热或者冷却。
图6至图9为本发明的一实施例涉及的热处理装置动作过程的侧剖视图。
参照图6，首先，使门115旋转以打开出入口111。此时，升降单元130位于下死点。随后，通过基板搬运机械臂(未图示)，从外部向下部腔室区域BC装载基板20，之后，基板支撑销133以点接触方式对基板20的底面进行支撑。
接下来，参照图7，随着门115的旋转而关闭出入口111，密闭上、下部腔室区域TC、BC。通过供气孔151和辅助供气孔160向上、下部腔室区域TC、BC内部供给热处理气体，形成热处理氛围，并向加热单元120施加电力，使其发热。特别是，控制下部加热单元123，使下部腔室区域BC的温度保持在可对基板20进行预热的200℃到300℃(第二温度)。上部加热单元121、122将上部腔室区域TC的温度保持在可对基板20进行快速热处理的500℃到800℃(第一温度)。
接下来，参照图8，使升降单元130上升至上死点位置。此时，基板20位于上部腔室区域TC。基板20被上部加热单元121、122包围，由上部加热单元121、122对基板20的整个面积进行快速热处理。在进行快速热处理的过程中，基板20可以直接从上部加热单元121、122受热，同时从保持第一温度的上部腔室区域TC受热。
接下来，参照图9，在结束数秒到数分钟的快速热处理之后，使升降单元130下降至下死点位置。此时，基板20位于下部腔室区域BC。之后，使门115旋转以打开出入口111，并通过基板搬运机械臂来卸载基板20，以结束热处理工艺。
如此，由于本发明将加热单元配置于本体的内部，不仅提高腔室内部的温度均衡性，而且通过直接向基板传热，从而能够更为迅速地实施快速热处理工艺。
并且，由于本发明采用金属材质的本体，能够容易地制造可容纳大面积基板的热处理装置。而且，通过反射金属材质本体的热，能够填补腔室内部的热损失。
如上所述，虽然列举了优选实施例并结合附图对本发明作了说明，但本发明并不仅限于所述实施例，在不脱离本发明精神的范围内，所属领域的技术人员可进行各种变形和变更。应理解为，这些变形例或变更例属于本发明及权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种热处理装置，其特征在于，包括：
本体，具备腔室作为基板的热处理空间；
升降单元，进行上下运动，并支撑所述基板；以及
加热单元，配置于所述本体的内侧上部和内侧下部。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述腔室包括：
上部腔室区域，在所述基板通过所述升降单元上升时，以第一温度对所述基板进行热处理；以及
下部腔室区域，在所述基板通过所述升降单元下降时，以第二温度对所述基板进行热处理。
3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，
所述加热单元包括：
上部加热单元，配置于所述上部腔室区域的至少一侧；以及
下部加热单元，配置于所述下部腔室区域的至少一侧。
4.根据权利要求3所述的热处理装置，其特征在于，
所述上部加热单元和所述下部加热单元隔开。
5.根据权利要求3所述的热处理装置，其特征在于，
所述上部加热单元包括：
第一上部加热单元，对所述上部腔室区域的顶面进行加热；以及
第二上部加热单元，对所述上部腔室区域的侧面进行加热。
6.根据权利要求5所述的热处理装置，其特征在于，
所述第一上部加热单元以及所述下部加热单元的两端连接于所述本体的侧面。
7.根据权利要求5所述的热处理装置，其特征在于，
所述第二上部加热单元的一端连接于所述本体的侧面，另一端位于所述上部腔室区域内。
8.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，
所述第二上部加热单元包围所述上部腔室区域的侧面。
9.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述本体由金属构成。
10.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，
所述第一温度高于所述第二温度。
11.根据权利要求10所述的热处理装置，其特征在于，
所述第一温度为500℃至800℃，所述第二温度为200℃至300℃。
12.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，
在所述下部腔室区域的正面形成有所述基板出入用的出入口。
13.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
还包括供气管，该供气管设置成贯通所述本体的顶面，用于向所述腔室供给热处理气体。
14.根据权利要求13所述的热处理装置，其特征在于，
还包括扩散板，该扩散板使从所述供气管供给的所述热处理气体向所述腔室内部扩散。
15.根据权利要求14所述的热处理装置，其特征在于，
在所述扩散板上形成有隔着规定间隔的多个扩散孔。
16.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述升降单元包括：
升降杆，一端位于所述腔室的内部，另一端位于所述腔室的外部，可进行升降运动；以及
基板支撑部，结合于所述升降杆的一端，用以支撑所述基板。
17.根据权利要求16所述的热处理装置，其特征在于，
在所述基板支撑部上形成有以点接触方式支撑所述基板的多个基板支撑销。
18.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
所述加热单元包括多个单位加热器。
19.根据权利要求18所述的热处理装置，其特征在于，
所述单位加热器呈棒状。
20.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，
在所述本体的内侧面与所述加热单元之间设置有隔热部。
21.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，
在所述本体的侧面形成有多个辅助供气孔，该辅助供气孔向所述下部腔室区域供给热处理气体。
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