JP2015119181A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に対して熱処理を行う基板処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の基板処理装置は、基板に対して熱処理を行う空間を有する熱処理チャンバ100と、熱処理空間において基板を支持する基板支持台200と、基板支持台に向かってガスを噴射するガス噴射器300と、熱エネルギーを発生させる加熱ランプと、加熱ランプにおいて発生される熱エネルギーを基板支持台に向かって透過させるウィンドウ500と、加熱ランプとガス噴射器との間にウィンドウを配設して、基板支持台に近い順にガス噴射器と、ウィンドウ及び加熱ランプをこの順に配置する係合手段を有する加熱ブロック400とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、基板処理装置に係り、さらに詳しくは、基板に対して熱処理を行う基板処理装置に関する。
半導体、ディスプレイなどの様々な工程において熱処理は欠かせない必須過程である。オーミックコンタクト合金化(ohmic contact alloying)、イオン打込み損傷アニーリング(ion−implantation damage annealing)、不純物活性化(dopant activation)、TiN、TiSi2、CoSi2などの薄膜形成などが熱処理を必要とする工程である。
このような熱処理を行う装備としては、ファーネス(furnace)及び急速熱処理(Rapid Thermal Process;RTP)装置が挙げられる。急速熱処理装置は、基板全体の温度を均一に維持したり、基板を取り替える度に他の基板に対しても同じ温度−時間特性を維持したり、基板の温度を正確に測定及び制御したりすることが困難であるため大きな脚光を浴びていなかったが、最近、温度測定技術及び温度制御技術が進歩するに伴い、急速熱処理装置がファーネスに取って代わっている。
図1は、熱処理を行う基板処理装置の構成ブロック図である。
熱処理を行う基板処理装置は、タングステンハロゲンランプの輻射光線を用いて基板Sに熱を伝える。このため、熱処理を行う基板処理装置は加熱ブロック10を備え、基板Sと向かい合う加熱ブロック10の対向面には複数の加熱ランプ11が設けられている。また、熱処理チャンバ20は、基板支持台50と、基板を昇降させるリフトピン51と、を備え、ゲート60を介して基板Sを搬入または搬出する。熱処理チャンバ20の内側にはガスを噴射するガス噴射器40及びガスを排気する排気口70が配設される。
熱処理チャンバ20と加熱ブロック10との間には透明な石英製のウィンドウ30が配設され、加熱ブロック10内の加熱ランプ11及び熱処理チャンバ20内のガス噴射器40がウィンドウ30によって分離されている。ウィンドウ30は、加熱ブロック10の下側に配設された熱処理チャンバ20内に汚染物質であるパーティクルが流入することを防ぐとともに、上側に配設された加熱ブロック10内の加熱ランプ11の熱エネルギーを下側に通過させて基板に伝えている。
このように熱処理を行う既存の基板処理装置は、ガス噴射器40が熱処理チャンバ20内の一方の側に配設されて単方向にガスを噴射しているため、ガスが均一に供給されないという問題がある。また、図2に示すように、熱処理チャンバ20内の領域別にガスの温度差が発生し、その結果、熱処理工程に影響が及ぼされるという問題がある。特に、アクティブマトリクス式有機発光ダイオード(AMOLED:Active Matrix Organic Light Emitting Diode)、太陽光、 発光ダイオード(LED)、半導体などを製造するための大面積急速熱処理装置の場合、80℃〜850℃の温度下で均一に熱処理せねばならないが、これは、熱処理チャンバ20内の温度ばらつきの原因になるという問題がある。
また、ガス噴射器40が熱処理チャンバ20内に配設されるため、熱処理対象体である基板Sが破損するときにガス噴射器40が損傷されてしまうという問題がある。さらに、ガス噴射器40が熱処理チャンバ20の内側に配設されるため、ガス噴射器40が洗浄し難いという問題がある。
大韓民国登録特許第1031226号
本発明は上記の問題を解消するために案出されたものであり、その目的は、熱処理チャンバ内の領域別に温度差が発生することを防ぐことのできる基板処理装置を提供するところにある。
また、本発明の他の目的は、ガスの均一度及びチャンバ内の温度の均一度を向上させることのできる基板処理装置を提供するところにある。
さらに、本発明のさらに他の目的は、基板処理装置に配設されるガス噴射器を熱処理チャンバの内側ではなく、別途の領域に設けて簡単に洗浄を行うことのできる基板処理装置を提供するところにある。
上記の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、基板に対して熱処理を行う空間を有する熱処理チャンバと、前記熱処理空間において前記基板を支持する基板支持台と、前記基板支持台に向かってガスを噴射するガス噴射器と、熱エネルギーを発生させる加熱ランプと、前記加熱ランプにおいて発生される熱エネルギーを前記基板支持台に向かって透過させるウィンドウと、前記加熱ランプとガス噴射器との間に前記ウィンドウを配設して、前記基板支持台に近い順に前記ガス噴射器と、ウィンドウ及び加熱ランプをこの順に配置する係合手段を有する加熱ブロックと、を備える。
好ましくは、前記加熱ブロックは、前記基板支持台と向かい合うランプ取付面に埋め込まれる複数の加熱ランプを有する加熱ブロックハウジングと、前記ランプ取付面の下側に設けられて前記ウィンドウを固定するウィンドウ固定体と、前記ウィンドウ固定体の下側に設けられて前記ガス噴射器を固定するガス噴射器固定体と、を備える。
また、好ましくは、前記ウィンドウ固定体及びガス噴射器固定体は、リング状の固定体であるクランプリングによりそれぞれ実現される。
さらに、好ましくは、X軸、Y軸及びZ軸が互いに直角をなすとしたとき、前記ランプ取付面をXY面とし、前記ガス噴射器と、ウィンドウ及び加熱ランプがこの順に配置される方向をZ軸方向とし、前記ガス噴射器は、多数のガス噴射口を有する少なくとも一つ以上のノズルラインを備え、前記ノズルラインが前記加熱ランプと重なり合わないように配置する。
さらに、好ましくは、前記ノズルラインは、前記X軸、前記Y軸及び対角線のうちの少なくともいずれか一つ以上の方向に形成される直線形ノズルラインを含む。
さらに、好ましくは、前記ガス噴射器は、前記ガス噴射器固定体に結合される横辺及び縦辺を有する四角リング状の固定フレームと、前記固定フレーム内に形成される固定フレームガス流路と、前記固定フレームの横辺同士を連結するか、あるいは、前記固定フレームの縦辺同士を連結し、多数のガス噴射口が形成される直線形ノズルラインと、前記直線形ノズルライン内に形成されて、前記固定フレームガス流路と連結されるノズルラインガス流路と、前記固定フレームガス流路に連結されて、外部からガスが流入するガス流入ポートと、を備える。
さらに、好ましくは、前記ノズルラインは、円形状に形成される円形ノズルラインを含む。
さらに、好ましくは、前記ランプ取付面に刻設される複数のランプ取付溝を備え、前記ランプ取付溝に前記加熱ランプがそれぞれ配設される。
さらに、好ましくは、前記円形ノズルラインは、前記ランプ取付溝の周縁に沿って形成される。
本発明の実施形態によれば、ガス噴射器を熱処理チャンバの上部の加熱ブロックに設けることにより、熱処理チャンバ内のガス噴射の均一度及び領域別の温度の均一度を向上させることができる。また、本発明の実施形態によれば、加熱ブロックにガス噴射器を設けることにより、ガス噴射器の洗浄を簡単に行うことができる。
熱処理を行う基板処理装置の構成ブロック図である。 熱処理チャンバ内の領域別にガスの温度差が発生する様子を示す図である。 本発明の実施形態により熱処理を行う基板処理装置の断面図である。 本発明の実施形態による加熱ランプを示す図である。 本発明の実施形態によりランプ取付面を下から眺めたときの加熱ランプ及びガス噴射器の配置様子を示す図である。 本発明の実施形態によりウィンドウ固定クランプリングにウィンドウが係合された様子を示す図である。 本発明の実施形態によりガス噴射器固定クランプリングにガス噴射器が係合された様子を示す図である。 本発明の実施形態による直線形ノズルラインを有するガス噴射器におけるガス流路を示す透視図である。 本発明の実施形態による円形ノズルラインを有するガス噴射器におけるガス流路を示す透視図である。 本発明の他の実施形態による円形ノズルラインを有するガス噴射器におけるガス流路を示す透視図である。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態についてより詳細に詳述する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化可能であり、単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。なお、図中、同じ符号は同じ構成要素を示す。
図3は、本発明の実施形態により熱処理を行う基板処理装置の断面図であり、図4は、本発明の実施形態による加熱ランプを示す図であり、図5は、本発明の実施形態によりランプ取付面を下から眺めたときの加熱ランプ及びガス噴射器の配置様子を示す図であり、図6は、本発明の実施形態によりウィンドウ固定クランプリングにウィンドウが係合された様子を示す図であり、図7は、本発明の実施形態によりガス噴射器固定クランプリングにガス噴射器が係合された様子を示す図であり、図8は、本発明の実施形態による直線形ノズルラインを有するガス噴射器におけるガス流路を示す透視図であり、図9は、本発明の実施形態による円形ノズルラインを有するガス噴射器におけるガス流路を示す透視図であり、図10は、本発明の他の実施形態による円形ノズルラインを有するガス噴射器におけるガス流路を示す透視図である。
熱処理チャンバ100は内部空間を有するが、このような内部空間は、熱処理対象となる基板Sに対して熱処理が行われる熱処理空間である。このような熱処理空間の内部に基板が載置される。このために、熱処理チャンバ100は中空の密閉された四角筒状に製作されるが、本発明はこれに何ら限定されることなく、様々な筒状、すなわち、円筒状や多角筒状に製作可能である。また、熱処理チャンバ100の一方の面及び他方の面のそれぞれには基板の出入りのためのゲート110が設けられ、ゲートは基板搬送モジュール(図示せず)に連結される。
熱処理チャンバ100は、内側に基板を支持する基板支持台200を備える。基板支持台200は様々な形状を呈する。また、基板支持台200がエッジリングにより実現される場合、エッジリングは、熱処理空間の内部における加熱ブロック400との対向位置に基板を載置する。基板支持台200は、昇降力を提供する手段、例えば、シリンダに連結される。なお、ここで、基板支持台200は、内部に垂直方向に移動する複数のリフトピン210を備える。
ところが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、基板を基板支持台200に支持可能なものであれば、様々な手段、例えば、静電気力(静電チャック)または真空吸着力を利用する手段が基板支持台200として採用可能である。参考までに、基板Sは、アクティブマトリクス式有機発光ダイオード(AMOLED)、太陽光、発光ダイオード(LED)、半導体など工程上熱処理を必要とする熱処理対象体である。
加熱ブロック400は、熱エネルギーを発生させる多数の加熱ランプ600を備えて、向かい合う下側に置かれた基板を加熱する。加熱ブロック400は、上部扉状を呈し、熱処理チャンバ100の上側に配設されて熱処理チャンバ100の上部を密閉して、外部環境(圧力、汚染物質)から熱処理チャンバ100を保護する。加熱ブロック400は、基板支持台200に向かってガスを噴射するガス噴射器300と、熱エネルギーを発生させる加熱ランプ600と、前記加熱ランプ600とガス噴射器300との間に配設されるウィンドウ500と、を備え、基板支持台200に近い順にガス噴射器300と、ウィンドウ500及び加熱ランプ600をこの順に配置する。すなわち、X軸、Y軸、Z軸が互いに直角をなすとしたとき、ランプ取付面410aをXY面とし、ガス噴射器300と、ウィンドウ500及び加熱ランプ600がこの順に配置される方向をZ軸方向とする。このため、ガス噴射器300が基板支持台200に最も近く配置され、加熱ランプ600が基板支持台200から最も遠く配置される。ガス噴射器300が加熱ブロック400に配設されるので、熱処理チャンバ100内にガス噴射器300が配設されるときの破損危険やガス噴射の不均一性の従来の問題を解消することができる。
加熱ブロックは、加熱ランプとガス噴射器との間に配設されるウィンドウを備えて、基板支持台に近い順に前記ガス噴射器と、ウィンドウ及び加熱ランプをこの順に配置する係合手段を備える。このために、加熱ブロック400は、係合手段として、加熱ランプが取り付けられる加熱ブロックハウジング410を備え、ウィンドウを係合するウィンドウ固定体420と、加熱ブロックを係合するガス噴射器固定体430と、を備える。
加熱ブロックハウジング410は、上部面410bと、下部面410a及び側壁面410cを有するハウジングであり、基板支持台200と向かい合う下部面410a(以下、「ランプ取付面」と称する。)に刻設された複数のランプ取付溝401を備える。各ランプ取付溝401には加熱ランプ600がそれぞれ取り付けられる。ランプ取付溝401への加熱ランプ600の取り付けは、加熱ブロックハウジング410の上部面410bに設けられた嵌入口(図示せず)を介して行われる。
加熱ランプ600は、輻射熱を用いて熱処理空間内に配設される基板Sを加熱する。加熱ランプ600への供給電力を増大することにより、熱処理温度を、例えば、約80℃〜850℃に維持する。参考までに、ランプ取付溝410に取り付けられる加熱ランプ600は、図4に示すように、フィラメントを内部に備えて輻射熱を透過させるランプ胴体630と、ランプ胴体630を固定するランプ支持部620と、ランプ支持部620に接続されて外部電源が印加されるランプソケット610と、を備える。
ランプ胴体630は、中空管状(すなわち、チューブ状)、例えば、T字状や直線形チューブ状に製作されることが好ましい。もちろん、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、曲線状、円形帯状または楕円形帯状に製作可能である。また、ランプ胴体630は、ガラスまたは石英を用いて製作する。これにより、輻射熱を損失なしに透過させることができる。なお、ランプ胴体630の内部には不活性ガス(例えば、ハロゲン、アルゴン)が充填されることが好ましい。
また、加熱ランプ600は、図4に示すように、ランプ胴体630と、ランプ支持部620及びランプソケット610が取り外し可能な構造を有するが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、別途のランプソケット610なしに外部から電源が印加されるランプ支持部620及びランプ胴体630が一体に形成される構造を有していてもよい。参考までに、加熱ランプ600は、加熱ブロック400のランプ取付面400aの反対側の面に形成された加熱ランプ嵌入口(図示せず)を介して着脱される。
ウィンドウ固定体420はランプ取付面410aの下側に設けられてウィンドウ500を固定する。ウィンドウ固定体420に固定されるウィンドウ500の材質としては、石英など光を透過させるものが採用可能である。ウィンドウ500の材質として石英を採用する場合、加熱ランプ600の主な波長帯域である1μm〜4μmの光波長を90%以上透過させて基板支持台に載置された基板に伝える。また、ウィンドウ500は、加熱ランプ600の光エネルギーを透過させるとともに、汚染物質であるパーティクルがランプ取付面410aから基板に落下することを防ぐ。このために、ウィンドウ500は、加熱ランプ600とガス噴射器300との間に配設される。
ウィンドウ固定体420は、リング状の固定体であるクランプリング(以下、ウィンドウ固定クランプリングと称する。)により実現されてランプ取付面410aの下側に設けられる。すなわち、図6に示すように、ウィンドウ固定クランプリングのウィンドウ固定体420は、段差面420a(以下、「ウィンドウ載置面」と称する。)を有し、ウィンドウ載置面420aにウィンドウ500が載置されて係合される。このとき、ウィンドウ載置面420aへのウィンドウ500の係合は、ウィンドウ載置面420aにウィンドウ500が貼着されて行われてもよく、ウィンドウ載置面420aにウィンドウ500を係合する別途の係合手段(図示せず)が配設されてこの別途の係合手段(図示せず)により行われてもよい。
ガス噴射器固定体430はウィンドウ固定体420の下側に設けられてガス噴射器300を固定する。ガス噴射器固定体430は別途の係合手段(図示せず)によりウィンドウ固定体420に係合されてもよく、ウィンドウ固定体420とガス噴射器固定体430を一体形の金型フレームとして製作してもよい。
ガス噴射器固定体430もまたリング状の固定体であるクランプリング(以下、「ガス噴射器固定クランプリング」と称する。)により実現されてウィンドウ固定体420の下側に設けられる。すなわち、図7に示すように、ガス噴射器固定クランプリングは段差面430a(以下、「ガス噴射器載置面」と称する。)を有し、ガス噴射器載置面430aにガス噴射器300が載置されて係合される。このとき、ガス噴射器載置面430aへのガス噴射器300の係合は、ガス噴射器載置面430aにガス噴射器300が貼着されて行われてもよく、ガス噴射器載置面430aにガス噴射器300を係合する別途の係合手段(図示せず)が配設されてこの別途の係合手段(図示せず)により行われてもよい。
ガス噴射器固定体430に係合されるガス噴射器300は、熱処理空間内の基板支持台200と向かい合うように配設されて基板支持台200に向かってガスを噴射する。すなわち、ガス噴射器300は、熱処理が行われるときの雰囲気ガス、例えば、N2ガスを熱処理空間に噴射する。参考までに、熱処理チャンバ100内の熱処理空間に噴射されたガスは、熱処理チャンバ100に形成された排気口を介して外部に排出される。
ガス噴射器300は、図5に示すように、多数のガス噴射口311を有する少なくとも一つ以上のノズルライン310を備え、前記ノズルライン310が加熱ランプ600とZ側方向から眺めたときに重なり合わないように配置する。ノズルライン310を加熱ランプ600が配置されるラインと重なり合わないように配置することにより、加熱ランプ600から発せられる光が妨げられることなく基板に達する。
ノズルラインは、2種類、すなわち、直線形及び円形に配置されるが、図8は、直線形ノズルラインを示す図であり、図9及び図10は、円形ノズルラインを示す図である。X軸またはY軸の方向に形成された直線形ノズルラインを示す図8を参照すると、直線形ノズルライン310aとは、X軸及びY軸のうちの少なくともいずれか一方以上の方向に直線状に形成されるノズルのことをいう。すなわち、直線形ノズルライン310aを有するガス噴射器300は、ガス噴射器固定体に結合される横辺及び縦辺を有する四角リング状の固定フレーム320と、固定フレーム320内に形成された固定フレームガス流路322と、固定フレームの横辺同士または前記固定フレームの縦辺同士を連結し、多数のガス噴射口311が形成された直線形ノズルライン310aと、直線形ノズルライン310a内に形成されて固定フレームガス流路322と連結されるノズルラインガス流路312と、固定フレームガス流路322に連結されて外部からガスが流入するガス流入ポート325と、を備える。このため、ガス流入ポート325を介して流入したガスは、固定フレームガス流路322及びノズルラインガス流路312を順次に経てガス噴射口311を介して基板支持台200に向かって噴射される。
一方、ノズルラインが円形ノズルラインを含む場合、図9に示すように、円形ノズルライン310bが加熱ランプ600とZ軸方向において重なり合わない。
加えて、他の方式によりノズルラインが円形に形成される場合、図10に示すように、ランプ取付溝401の周縁に沿ってノズルライン310b(円形ノズルライン)が取り付けられる。このような円形ノズルライン310bには、同様に、多数のガス噴射口及びノズルラインガス流路が形成され、ガス噴射口311を介してガスを噴射する。参考までに、円形ノズルライン310b及び固定フレーム320を連結する連結ライン310cが付設され、この場合、連結ライン310c内にガス流路が形成されなければならないということはいうまでもない。
以上、添付図面及び上述した好適な実施形態を参照して、本発明に係る基板処理装置について詳細に説明したが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲によって限定される。よって、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において本発明を種々に変形及び修正することができる筈である。
100:熱処理チャンバ
200:基板支持台
300:ガス噴射器
400:加熱ブロック
410:加熱ブロックハウジング
420:ウィンドウ固定体
430:ガス噴射器固定体
500:ウィンドウ
600:加熱ランプ

Claims (9)

  1. 基板に対して熱処理を行う空間を有する熱処理チャンバと、
    前記熱処理空間において前記基板を支持する基板支持台と、
    前記基板支持台に向かってガスを噴射するガス噴射器と、
    熱エネルギーを発生させる加熱ランプと、
    前記加熱ランプにおいて発生される熱エネルギーを前記基板支持台に向かって透過させるウィンドウと、
    前記加熱ランプと前記ガス噴射器との間に前記ウィンドウを配設して、前記基板支持台に近い順に前記ガス噴射器と、前記ウィンドウ及び前記加熱ランプをこの順に配置する係合手段を有する加熱ブロックと、
    を備える基板処理装置。
  2. 前記加熱ブロックは、
    前記基板支持台と向かい合うランプ取付面に埋め込まれる複数の加熱ランプを有する加熱ブロックハウジングと、
    前記ランプ取付面の下側に設けられて前記ウィンドウを固定するウィンドウ固定体と、
    前記ウィンドウ固定体の下側に設けられて前記ガス噴射器を固定するガス噴射器固定体と、
    を備える請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記ウィンドウ固定体及び前記ガス噴射器固定体は、リング状の固定体であるクランプリングによりそれぞれ実現される請求項2に記載の基板処理装置。
  4. X軸、Y軸及びZ軸が互いに直角をなすとしたとき、前記ランプ取付面をXY面とし、前記ガス噴射器と、前記ウィンドウ及び前記加熱ランプがこの順に配置される方向をZ軸方向とし、
    前記ガス噴射器は、多数のガス噴射口を有する少なくとも一つ以上のノズルラインを備え、前記ノズルラインが前記加熱ランプと重なり合わないように配置する請求項2に記載の基板処理装置。
  5. 前記ノズルラインは、前記X軸、前記Y軸及び対角線のうちの少なくともいずれか一つ以上の方向に形成される直線形ノズルラインを含む請求項4に記載の基板処理装置。
  6. 前記ガス噴射器は、
    前記ガス噴射器固定体に結合される横辺及び縦辺を有する四角リング状の固定フレームと、
    前記固定フレーム内に形成される固定フレームガス流路と、
    前記固定フレームの横辺同士を連結するか、あるいは、前記固定フレームの縦辺同士を連結し、多数のガス噴射口が形成される直線形ノズルラインと、
    前記直線形ノズルライン内に形成されて、前記固定フレームガス流路と連結されるノズルラインガス流路と、
    前記固定フレームガス流路に連結されて、外部からガスが流入するガス流入ポートと、
    を備える請求項5に記載の基板処理装置。
  7. 前記ノズルラインは、円形状に形成される円形ノズルラインを含む請求項4に記載の基板処理装置。
  8. 前記ランプ取付面に刻設される複数のランプ取付溝を備え、前記ランプ取付溝に前記加熱ランプがそれぞれ配設される請求項7に記載の基板処理装置。
  9. 前記円形ノズルラインは、前記ランプ取付溝の周縁に沿って形成される請求項8に記載の基板処理装置。
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