CN104952774A - 晶舟 - Google Patents

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CN104952774A CN201510127890.7A CN201510127890A CN104952774A CN 104952774 A CN104952774 A CN 104952774A CN 201510127890 A CN201510127890 A CN 201510127890A CN 104952774 A CN104952774 A CN 104952774A
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Abstract

本发明公开了一种晶舟。本发明的一实施例涉及的晶舟(100)以上下层叠的方式装载多个基板，其特征在于，包括：环状支架部130，支撑基板(10)的底部以载放基板(10)；以及多个支撑杆部(110)，支撑环状支架部(130)的底部，在其一端载放环状支架部(130)；在基板(10)的投射面积内，环状支架部(130)与支撑杆部(110)连接成一体。

Description

晶舟
技术领域
本发明涉及晶舟。更详细地，涉及配置在基板透射面积内的环状支架部与支撑杆部连接成一体的晶舟。
背景技术
基板处理装置大致分为气相沉积(Vapor Deposition)装置和退火(Annealing)装置。
气相沉积装置为形成构成半导体的核心结构的透明传导层、绝缘层、金属层或硅层的装置，分为低压化学气相沉积(LPCVD：Low Pressure ChemicalVapor Deposition)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD：Plasma-EnhancedChemical Vapor Deposition)等化学气相沉积装置和溅射(Sputtering)等物理气相沉积装置。
退火装置是对半导体的制造中所使用的像硅片这类沉积在基板上的规定薄膜进行结晶化、相变化等的工序所必需的热处理过程的执行装置。
图1是示出现有的批处理式基板处理装置的立体图，这种现有的批处理式基板处理装置在韩国专利申请第2012-0125073号中公开。
参照图1，现有的批处理式基板处理装置在反应腔室(未图示)内设有以上下层叠的方式装载(loading)多个基板10的晶舟100，所述反应腔室具有下部敞开的开口部以在其内部形成收容空间，用于处理半导体制造工艺。
而且，向晶舟100装载基板10是通过机器臂的末端执行器(end effector)200从设置于工作台(未图示)上的存储盒(未图示)中搬运过来。
晶舟100包括形成为柱状的三个垂直支架(120：121、125)，并且分别从垂直支架120突出地形成有与基板10数量相同的支撑杆部(110：111、115)。
从三个垂直支架120突出在同一平面上的三个支撑杆部110支撑环状支架部(ring holder)130的底部。此时，支撑杆部110支撑的是将环状支架部130的圆周底部等分成120°的三个点。
在环状支架部130的上部可以载放基板10。环形的环状支架部130能够用圆形的边缘表面支撑基板10的底部。
托底(bottom-lift)式末端执行器200能够以占据与环状支架部130同一平面上的空间的方式进入支撑杆部110的上方，以支撑基板10的底部，并通过前侧开放部5装载/卸载基板10。
这种现有的批处理式基板处理装置，由于需要在支撑杆部110上载放环状支架部130，因此需要用于从外部将环状支架部130载放到支撑杆部110上的搬运机器人(未图示)，需要用于收容环状支架部130的环状支架部专用存储盒(未图示)或环状支架部专用FOUP(未图示)，还需要开发与此相关的控制软件，因此导致费用提高且装置变得复杂。
此外，在支撑杆部110上载放环状支架部130的过程中，由于因摩擦而产生的微小粒子会污染基板10。
此外，在支撑杆部110上载放环状支架部130时会在3mm以下的范围内发生排列(align)偏移，导致装载在环状支架部130上的基板10也同样发生排列偏移。
发明内容
因此，本发明旨在解决如上所述的现有技术的所有问题，其目的在于提供环状支架部与支撑杆部连接成一体因而结构简单且节约制造费用的晶舟。
此外，本发明的目的在于提供提高基板的排列整齐性并防止污染基板的的晶舟。
为了实现上述目的，本发明的一实施例涉及的晶舟，其以上下层叠的方式装载多个基板，其特征在于，包括：环状支架部(ring holder)，支撑基板的底部以载放基板；以及多个支撑杆部，支撑所述环状支架部的底部，在其一端载放所述环状支架部；在所述基板的投射面积内，所述环状支架部与所述支撑杆部连接成一体。
根据如上结构的本发明，由于环状支架部与支撑杆部连接成一体，因此晶舟的结构简单，能够节约晶舟的制造费用。
此外，本发明提高基板的排列整齐性，并防止基板的污染。
附图说明
图1是示出现有的批处理式基板处理装置的立体图。
图2是示出本发明的第一实施例涉及的批处理式基板装置的立体图。
图3是示出本发明的第一实施例涉及的支撑杆部与环状支架部相连接的结构的俯视图。
图4是本发明的第一实施例涉及的批处理式基板处理装置的俯视图以及剖视图。
图5是示出本发明的第二实施例涉及的批处理式基板处理装置的立体图。
图6是示出本发明的第二实施例涉及的支撑杆部与环状支架部相连接的结构的俯视图。
附图标记
5：前侧开放部
10：基板
100：晶舟
110、111、115：支撑杆部
117：台阶
120、121、125：垂直支架
127：槽
200：托底式末端执行器
具体实施方式
后述的对于本发明的详细说明参照将能够实施本发明的特定的实施例作为示例而表示的附图。这些实施例被详细地说明，使得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然互不相同，但不应理解为相互排斥。例如，记载于此的特定的形状、结构以及特性与一实施例相关联，在不脱离本发明的精神以及保护范围的情况下，可以以其它实施例实现。此外，应理解为，每个公开的实施例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以及保护范围的情况下进行变更。因此，后述的详细说明并非旨在限定，确切地讲，本发明的范围只限定于与权利要求等同的所有范围以及权利要求。附图中类似的附图标记指示相同或类似的功能，并且为了便于说明，有可能对长度、面积以及厚度等及其形态进行夸张表示。
本说明书中，批处理式基板处理装置可以理解为将反应腔室、晶舟、机械臂的末端执行器、工作台以及存储盒等用于处理基板的一系列装置全部包含在内。只是，在本说明书中为了便于说明，以晶舟和末端执行器作为批处理式基板处理装置的构成要素的示例而进行了说明。
此外，在本说明书中，基板可理解为包括半导体基板、用于LED及LCD等显示装置的基板、太阳能电池基板等。
图2是示出本发明的第一实施例涉及的批处理式基板装置的立体图，图3是示出本发明的第一实施例涉及的支撑杆部110与环状支架部130相连接的结构的俯视图，图4是本发明的第一实施例涉及的批处理式基板处理装置的俯视图以及剖视图。
参照图2至图4，本发明的一实施例涉及的批处理式基板处理装置包括晶舟100以及托底(bottom-lift)式末端执行器(end effector)200。
晶舟100是能够以上下层叠的方式装载多个基板10的批处理式基板处理装置用晶舟。晶舟100的材料可以包括石英(quartz)、碳化硅(SiC)、石墨(graphite)、碳复合材料(carbon composite)以及硅(Si)中的至少一种。
晶舟100可以包括形成为柱状的多个垂直支架(120：121、125)，优选为包括三个垂直支架121、125。下面以晶舟100的垂直支架120为三个的结构为例进行说明。
设想与整体上呈圆柱形的晶舟100的水平剖面相对应的假想的圆，则三个垂直支架120可以以占据所述圆的圆周上约1/2空间的方式设置。另一方面，未被三个垂直支架120占据的所述圆周上的约其余1/2的空间形成允许插入末端执行器200的前侧开放部5，以允许基板10的装载/卸载。
另一方面，虽然在图2至图4中示出的是，将位于与末端执行器200的操作路线垂直的方向上的垂直支架121作为基准时，其与其余两个垂直支架125之间的角度A为91°，但并非限定于此，也可以配置成，在允许将末端执行器200插入晶舟100内的范围内，垂直支架120与垂直支架125之间的角度A呈91°至120°。详细的内容后述。
在每个垂直支架120上，朝着晶舟100的内侧突出在同一平面上的支撑杆部(support rod)(110：111、115)与环状支架部(ring holder)130可以在连接成一体的状态下，隔着规定的高度间隔配置。
本发明的特征在于，环状支架部130与支撑杆部110在基板10的投射面积内连接成一体。在此，基板10的投射面积可以理解为，将层叠在晶舟100上的多个基板10所占据的空间全部连接而成的圆筒形的假想区域。
支撑杆部110可以支撑环状支架部130的底部以在其一端载放环状支架部130。为了应对高温环境与反应工艺的化学环境，支撑杆部110与环状支架部130可以使用与晶舟100相同的材料。可以首先单独完成对支撑杆部110与环状支架部130各自的加工，之后通过焊接等方法连接支撑杆部110与环状支架部130，以加工制造成一体，或者，也可以一开始将支撑杆部110与环状支架部130加工制造成一体。
在支撑杆部110的一端可以形成有台阶117，以便能够更加稳定地载放环状支架部130。
在制造一体式的支撑杆部110与环状支架部130之后，可以分别连接支撑杆部110的另一端112与晶舟100的垂直支架120，以完成本发明的晶舟100。此时，可以通过焊接等方法连接支撑杆部110的另一端112与垂直支架120；或将支撑杆部110的另一端112插入到形成在垂直支架120上的规定的槽127中，以此连接支撑杆部110的另一端112与垂直支架120。
如上所述，在本发明中，由于将支撑杆部110与环状支架部130制造成一体之后将其连接于垂直支架120以完成晶舟100，因此使晶舟100的制造工艺变得简单。而且，无需采用用于搬运环状支架部130的环状支架部搬运机器人(未图示)、环状支架部专用存储盒(未图示)以及环状支架部专用FOUP(未图示)等装置，还能够省去与环状支架部的搬运以及控制相关的软件的开发，因此能够显著地节约产品的开发以及生产费用。此外，能够防止将环状支架部130载放在支撑杆部110上的过程中由于摩擦而产生的微小粒子污染基板10的现象，而且能够解决将环状支架部130载放在支撑杆部110上的过程中发生排列(align)偏移的问题。
当在超高温(约1200℃至1350℃)下对基板10进行热处理时，基板10以及环状支架部130上有可能发生一定的下垂现象。因此，优选为支撑杆部110以将环状支架部130等分成120°的方式进行三点支撑，使得支撑杆部110能够均匀地支撑环状支架部130以及环状支架部130上部的基板10的重量。
然而，当在中温至高温(约500℃至800℃)下对基板10进行热处理时，基板10以及环状支架部130上的下垂现象会有所减少，因此以将环状支架部130等分成120°的方式进行三点支撑的必要性相对减少。因此，当在中温至高温下进行热处理时，可以将支撑杆部110与环状支架部130所接触的三个点之间的间隔分隔成91°至150°。具体来讲，参照图4，从位于与末端执行器200的操作路线垂直的方向上的垂直支架121向着中心点C方向突出的支撑杆部111与环状支架部130所接触的点、以及从相邻的两个垂直支架125突出的支撑杆部115与环状支架部130所接触的点之间的角度B可以呈91°至150°。
环状支架部130可以用于防止在高温热处理过程中基板的硅晶格的结晶缺陷、即滑移的发生，并且用于支撑正逐渐大口径化(300mm、450mm)的基板10的底部，以在结构上防止下垂。
为了稳定地支撑基板10，优选为环状支架部130以中心轴(或中心点C)对齐的方式配置。在此，中心轴(或中心点C)可以理解为经过环状支架部130重心的法线(或重心点(原点))或经过基板10重心的法线(或重心点(原点))。另一方面，为了使环状支架部130有效地均匀支撑基板10的整个面积，环状支架部130的直径可以是基板10直径的0.6至0.8倍。特别是，为了使环状支架部130的内侧与外侧分别支撑基板10的1/2的面积，优选为环状支架部130的直径为基板10直径的0.7倍，但并非限定于此，可以考虑工艺温度、基板的尺寸以及强度等而适当地变更环状支架部130的直径。
此外，当基板10的直径为300mm时，环状支架部130的环宽可以为2mm至25mm，更优先的是环宽为2mm至5mm。当环状支架部130的直径(外径)采用为基板10直径的0.7倍、即210mm时，通过将环状支架部130的环宽设定为2mm至25mm，能使基板10与环状支架部130接触的面积比率大约为1.85％至20.56％；通过将环状支架部130的环宽设定为2mm至5mm，能使基板10与环状支架部130接触的面积比率大约为1.85％至4.56％。作为其它实施例，当环状支架部130的直径(外径)采用为199mm时，通过将环状支架部130的环宽设定为2mm至25mm，能使基板10与环状支架部130接触的面积比率大约为1.85％至15.56％；通过将环状支架部130的环宽设定为2mm至5mm，能使基板10与环状支架部130接触的面积比率大约为1.75％至4.31％。因此，当将环状支架部130的环宽设定为2mm至5mm时，只有基板10面积中约小于5％的部分与环状支架部130接触，从而具有能够防止基板10下垂的同时进一步减少基板10下部的划痕的优点。
另一方面，当基板10的直径为450mm时，也可以调整环状支架部130的环宽，以在防止基板10下垂的同时减少基板10下部的划痕的范围内调整基板10与环状支架部130接触的面积比率。
末端执行器200能够以托底方式将基板10装载于晶舟100或从晶舟100上卸载。
再次参照图4，本发明的一实施例涉及的托底式末端执行器200能够从环状支架部130的外周面的外侧以占据与环状支架部130同一平面上的空间的方式进入晶舟100，支撑基板10的底部以进行基板10的装载/卸载。当托底式末端执行器200进入晶舟100内部时，为了避免与环状支架部130发生干扰，末端执行器200可以具有U型叉形状。此外，如图4(b)的俯视图所示，由于末端执行器200具有U型叉形状，因此还能够自然解决其与从垂直支架121突出的支撑杆部111之间的干扰问题。此外，如图4(b)的剖视图所示，末端执行器200处在高于支撑杆部115的位置，从而以不与支撑杆部115重叠但与环状支架部130重叠的状态的高度进入晶舟100的内部，因此也能够解决其与从两个垂直支架125突出的支撑杆部115之间的干扰问题。也就是说，由于末端执行器200的位置高于从两个垂直支架125突出的支撑杆部115，因此能够解决干扰问题。
此外，为了能够避免与环状支架部130发生干扰，同时稳定而有效地支撑基板10，优选为末端执行器200的两个内侧面间的距离d1大于环状支架部130的直径，末端执行器200的两个外侧面间的距离d2小于基板10的直径。
作为一实施例，当基板10的直径为300mm时，末端执行器200的两个内侧面间的距离d1采用200mm至220mm的范围，两外侧面间的距离d2则采用244mm至260mm的范围，以此能够避免与环状支架部130以及两个垂直支架220发生干扰，从而能够容易地装载/卸载基板10。
作为另一实施例，当基板10的直径为450mm时，末端执行器200的两个内侧面间的距离d1采用300mm至330mm的范围、两外侧面间的距离d2采用366mm至390mm的范围，以此能够避免与环状支架部130以及两个垂直支架220发生干扰，从而能够容易地装载/卸载基板10。
图5是示出本发明的第二实施例涉及的批处理式基板处理装置的立体图，图6是示出本发明的第二实施例涉及的支撑杆部110′与环状支架部130相连接的结构的俯视图。
在以下的图5以及图6的说明中，只描述与上述的图2至图4的说明之间的不同之处，而省略重复的说明。
参照图5以及图6，本发明的第二实施例的特征在于，环状支架部130、支撑杆部110′以及连接部113连接成一体。
连接部113能够连接支撑杆部110′的另一端112′。优选为连接部113具有半圆弧的形状。由此，连接部113能够以占据与晶舟100的水平剖面相对应的假想圆的圆周上约1/2空间的方式，连接多个支撑杆部110′的另一端112′。
可以一开始将一体式的支撑杆部110′与连接部113加工制造成一体，或者，也可以首先单独完成对支撑杆部110′与连接部113各自的加工，之后通过焊接等方法连接支撑杆部110′与连接部113，以加工制造成一体。进一步，可以通过焊接等方法，将一体式的支撑杆部110′与连接部113加工制造成与环状支架部130形成一体。此外，也可以从一开始将支撑杆部110′、连接部113以及环状支架部130加工制造成一体。
在制造一体式的支撑杆部110′、连接部113以及环状支架部130之后，可以分别连接支撑杆部110′的另一端112′与晶舟100的垂直支架120，以完成本发明的晶舟100。此时，可以通过焊接等方法连接支撑杆部110′的另一端112′与垂直支架120，或者，将支撑杆部110′的另一端112′插入到形成在垂直支架120上的规定的槽127中，以此连接支撑杆部110′的另一端112′与垂直支架120。
下面，参照图2以及图4，观察使用了托底式末端执行器200的晶舟100上的基板10的装载/卸载过程。虽然图4中示出的是基板10的卸载过程，但是装载过程可以理解为逆向进行卸载过程。
参照图4的(a)，在从垂直支架121、125突出配置的三个支撑杆部110的端部上一体地连接有环状支架部130，基板10以与环状支架部130对齐中心轴(或中心点C)的方式载放在环状支架部130的上部。
接着，参照图4的(b)，托底式末端执行器200通过晶舟100的前侧开放部5进入。此时，末端执行器200具有U型叉形状，以便能够包围环状支架部130的外周面，末端执行器200的两个内侧面间的距离d1大于环状支架部130的直径，末端执行器200的两个外侧面间的距离d2小于环状支架部130的直径，在环状支架部130的外周面的外侧占据同一平面上的空间，且位置高于从两个垂直支架120突出的支撑杆部115，因此能够以避免与环状支架部130或支撑杆部110发生干扰的方式进入后位于基板10的底部。之后，末端执行器200抬起基板10，使基板10能够与环状支架部130隔开规定的高度。
接着，参照图4的(c)，末端执行器200以只支撑基板10的状态从晶舟100上卸载。
如此，通过采用本发明的托底式末端执行器200，仅在基板10与环状支架部130隔开的高度范围内也能够进行基板10的装载/卸载。由此，通过增加装载于晶舟的基板的数量，能够增加单位工艺内的基板处理量。
如上所述，本发明列举优选实施例进行了图示并说明，但并非限定于所述实施例，在不脱离本发明精神的范围内，所属领域的技术人员可以进行多种变形以及变更。应理解为，这种变形例以及变更例属于本发明和所附的权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种晶舟，其以上下层叠的方式装载多个基板，其特征在于，包括：
环状支架部，支撑基板的底部以载放基板；以及
多个支撑杆部，支撑所述环状支架部的底部，在一端载放所述环状支架部；
在所述基板的投射面积内，所述环状支架部与所述支撑杆部连接成一体。
2.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于，
包括连接部，用于连接所述多个支撑杆部的另一端；
所述环状支架部、所述支撑杆部以及所述连接部连接成一体。
3.根据权利要求2所述的晶舟，其特征在于，
所述连接部具有半圆弧形状。
4.根据权利要求1或2所述的晶舟，其特征在于，
三个所述支撑杆部使得所述环状支架部以三点支撑的方式被载放。
5.根据权利要求4所述的晶舟，其特征在于，
所述晶舟还包括多个垂直支架，
所述支撑杆部的另一端与所述垂直支架连接成一体。
6.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于，
在用于载放所述环状支架部的所述支撑杆部的一端形成有台阶。
7.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于，
所述环状支架部的直径为所述基板直径的0.6倍至0.8倍。
8.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于，
所述基板的直径为300mm，所述环状支架部的环宽为2mm至25mm。
9.根据权利要求8所述的晶舟，其特征在于，
所述环状支架部的环宽为2mm至5mm。
10.根据权利要求5所述的晶舟，其特征在于，
通过调整从所述垂直支架突出的所述支撑杆部的突出角度，将所述环状支架部分割成三各支撑点之间的角度间隔为91°至150°。
11.根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于，
所述晶舟的材料为，石英、碳化硅、石墨、碳复合材料以及硅中的至少一种。
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