JP2016516292A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態によると，基板処理装置は外部から移送された基板を収容する内部空間を有し，前記内部空間で前記基板に対する工程が行われる工程チャンバと，前記工程チャンバの側壁に沿って設置されて前記内部空間の周縁に配置され，前記基板を加熱する熱線ヒータと，前記熱線ヒータの間に配置されて前記工程チャンバの側壁に沿って設置され，外部から供給された冷媒が流れる冷却チューブと，を含む。【選択図】図３

Description

本発明は基板処理装置に関するものであり，より詳しくは，基板に対する工程が行われる工程チャンバの内部に設置されたヒータ及び工程チャンバ内部の温度を容易に冷却可能な基板処理装置に関するものである。
半導体，フラットパネルディスプレー及び太陽電池の製造に使用される基板処理装置は，シリコンウェハやガラスのような基板上に蒸着されている所定の薄膜に対して結晶化，相変化などの工程のために必須的な熱処理ステップを含む装置である。
代表的に，液晶ディスプレーまたは薄膜型結晶質シリコン太陽電気を製造する場合，ガラス基板上に蒸着された非晶質シリコンをポリシリコンに結晶化するシリコン結晶化装置がある。このような結晶化工程を行うためには所定の薄膜が形成されている基板のヒーティングが可能であるべきであり，例えば，非晶質シリコンの結晶化のための工程温度は少なくとも５５０乃至６００度の温度が必要である。
このような基板処理装置には一つの基板に対して基板に対する工程を行う枚葉式（single wafer type）と，複数個の基板に対して基板処理を行うバッチ式（batch type）がある。枚葉式は装置の構成が簡単な利点があるが，生産性が落ちる短所のため最近の大量生産用にはバッチ式が脚光を浴びている。
本発明の目的は，基板を加熱するヒータ及び工程チャンバ内の温度を容易に冷却することにある。
本発明の他の目的は，以下の詳細な説明と添付した図面からより明確になるはずである。
本発明の一実施形態によると，基板処理装置は外部から移送された基板を収容する内部空間を有し，前記内部空間で前記基板に対する工程が行われる工程チャンバと，前記工程チャンバの側壁に沿って設置されて前記内部空間の周縁に配置され，前記基板を加熱する熱線ヒータと，前記熱線ヒータの間に配置されて前記工程チャンバの側壁に沿って設置され，外部から供給された冷媒が流れる冷媒チューブと，を含む。
前記工程チャンバは，前記工程チャンバの一側に形成されて前記冷媒チューブが引き入れられる引入口を有し，前記基板処理装置は，前記引入口に設置された前記冷媒チューブに連結されて前記冷媒を供給する供給ラインを更に含む。
前記基板処理装置は，前記内部空間に設置されて内部と外部を区画し，内部に前記基板に対する工程が行われる工程空間が形成される内部反応チューブを更に含み，前記冷媒チューブは前記内部反応チューブの外部に向かって冷媒を噴射する複数の噴射孔を有する。
前記基板処理装置は，前記工程チャンバの上部に形成された排気孔と連通され，前記噴射孔を介して噴射された冷媒を外部に排気する排気ポートを更に具備する。
前記噴射孔は上向きに傾斜するように配置される。
本発明の一実施形態によると，予め設定された温度に昇温された工程チャンバの温度を容易に冷却することができる。よって，基板に対する工程の効率性を増加して生産性を向上することができる。
本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図である。 図１の基板ホルダが工程位置に転換された状態を示す図である。 図１に示す工程チャンバを拡大した図である。 図３に示す噴射孔の配置位置を示す図である。 本発明の他の実施形態による基板処理装置を示す図である。
以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図１乃至図４を参照して，より詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形に変形されてもよく，本発明の範囲が後述する実施形態に限定されると解釈してはならない。本実施形態は，当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明を，より詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示す各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。
一般的に，基板処理装置には一つの基板に対して基板に対する工程を行う枚葉式と，複数個の基板に対して基板処理を行うバッチ式がある。枚葉式は装置の構成が簡単な利点があるが，生産性が落ちる短所のため最近の大量生産用にはバッチ式が脚光を浴びている。
このような基板処理装置には結晶化工程を行うために，所定の薄膜が形成されている基板をヒーティングするためのヒータが設置されるが，例えば，非晶質シリコンの結晶化のための工程温度は少なくとも約５５０乃至６００度のチャンバ内部の温度が必要であり，それぞれの工程に要求される工程温度は互いに異なる。また，半導体素子は例えばシリコンウェハを利用して蒸着，フォトグラフィー（パターンの形成），エッチング及び洗浄工程などを繰り返し行うことで製造される。
このようなそれぞれの工程のためには，高温に昇温して工程を行った後，更に基板の他の工程のためにチャンバ内部に設置されたヒータの電源を遮断し自然冷却して次の工程を準備する。即ち，次の工程に必要な温度までチャンバ内部の温度を冷却するのに長時間を要し，このため基板に対する工程を行うことに当たって稼働率が低下されて生産性が落ちる問題が発生していた。よって，以下では工程チャンバの内部の温度を容易に冷却可能な基板処理装置について説明する。
まず，本発明で処理される基板の種類は特に制限されない。よって，半導体工程全般で一般的に利用されるガラス，プラスチック，ポリマー，シリコンウェハ，ステンレススチール，サファイアなの多様な材質の基板が本発明の基板処理装置で処理される。また，本発明において基板を処理するということは，基板自体だけでなく，基板上に形成された所定の膜またはパターンなどを処理することを含むと理解される。
また，本発明の基板処理装置の用途も特に制限されない。よって，本発明の基板処理装置を利用して全般的な半導体工程，例えば蒸着工程，エッチング工程，表面改質工程などが行われる。それだけでなく，以下では発明の主な構成要素についてのみ説明し，利用される目的に応じて多様な構成要素が本発明の基板処理装置に追加的に含まれてもよいことは自明である。
図１は本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図であり，図２は図１の基板ホルダが工程位置に転換された状態を示す図である。図１及び図２に示すように基板処理装置１００は上部が開放された形状を有する下部チャンバ７０を含み，下部チャンバ７０は基板を移送する通路（図示せず）を有する。基板は通路を介して下部チャンバ７０の内部にローディングされる。ゲートバルブ（図示せず）は通路の外側に設置され，通路はゲートバルブによって開放及び閉鎖される。
基板処理装置１００は，複数の基板が積載される基板ホルダ（ボート（boat）ともいう）６０は複数の基板を収容し，基板は基板ホルダ６０上に上下方向に積載される。図１に示すように，基板ホルダ６０が下部チャンバ７０の積載空間７２に位置する間に，基板は基板ホルダ６０内に積載される。基板ホルダ６０は回転軸７７に連結され，回転軸７７は下部チャンバ７０を介して昇降モータ８０及び回転モータ７５に連結される。回転モータ７５はモータハウジング７６内に設置され，回転モータ７５は基板に対する工程が行われる間に回転軸７７を駆動し，回転軸７７と共に基板ホルダ６０を回転する。
モータハウジング７６はブラケット（bracket）７８に固定され，ブラケット７８は下部チャンバ７０の下部に連結された下部ガイド８４の上に連結されて昇降ロッド８２に沿って昇降する。ブラケットは昇降ロッド８２に螺合され，昇降ロッド８２は昇降モータ８０によって回転される。即ち，昇降モータ８０の回転によって昇降ロッド８２が回転し，それによってブラケット７８とモータハウジング７６は一緒に昇降する。
よって，回転軸７７と基板ホルダ６０は一緒に昇降し，基板ホルダ６０は昇降モータ８０によって積載位置及び工程位置に転換される。下部チャンバ７０とモータハウジング７６との間にはベローズ（図示せず）が設置され，それによって下部チャンバ７０内部の機密を維持することができる。
工程チャンバ２０は基板に対する工程を行うように内部空間２２を有し，内部空間２２内には内部反応チューブ２５が設置される。内部反応チューブ２５は基板に対する工程が行われるように工程空間２７を形成し，工程チャンバ２０の内部空間２２と工程空間２７を区画する。図２に示すように，複数個の基板を収容する基板ホルダ６０は工程空間２７の内部に上昇して工程位置に転換された後，基板と工程ガスの間の区間を最小化して工程を行う。
基板処理装置１００は工程空間２７に反応ガスを供給する複数個の供給ノズル６３及び排気ノズル６７を具備する。供給ノズル６３は供給口（図示せず）の高さが互いに異なり，供給ノズル６３及び供給口６７は工程空間２７に位置して積層された基板に反応ガスを供給する。また，排気ノズル６７は供給ノズル６３の反対側に設置されて工程中に発生する未反応ガス及び反応副産物を外部に排出する。
排気ノズル６７は第１出力ライン９０と連結され，排気ノズル６７を介して吸入された未反応ガス及び反応副産物は第１出力ライン９０を介して排出される。出力バルブ（図示せず）は第１出力ライン９０上に設置され，第１出力ライン９０を開閉する。また，第１出力ライン９０上にはターボポンプ（図示せず)が設置されて未反応ガス及び反応副産物を強制排出する。下部チャンバ７０も同じく第２出力ライン９５を有し，第２出力ライン９５を介して積載空間７２が排気される。また，第２出力ライン９５は第１出力ライン９０と連通する。
また，ベース６１は基板ホルダ６０の下部に設置され，回転軸７７が昇降することによって基板ホルダ６０と共に昇降する。ベース６１は内部反応チューブ２５の開放された下部を閉鎖し，内部反応チューブ２５の内部の熱が下部チャンバ２０内の積載空間７２に移動することを防止する。
即ち，基板ホルダ６０は昇降可能であり，基板ホルダ６０のスロット上に基板が積載されると基板ホルダ６０が予め設定された間隔で上昇して基板ホルダ６０の次のスロット上に基板が順次に積載される。基板ホルダ６０上に基板が全て積載されると，基板ホルダ６０は工程チャンバ２０の内部に上昇して工程空間２７に配置されて基板に対する工程を行う。
言い換えると，工程チャンバ２０は下部チャンバ７０から移送された基板を収容する内部空間２２を有し，内部空間２２と工程空間２７を区画する内部反応チューブ２５内で基板に対する工程が行われる。熱線ヒータ５は工程チャンバ２０の側壁に沿って設置され，内部空間２２の周縁に配置される。工程チャンバ２０の一側には引入口３０が形成され，引入口３０を介して冷却チューブ１０が引き入れられる。また，供給ライン３５は引入口３０に設置された冷却チューブ１０に連結され，供給ライン３５を介して冷却チューブ１０に冷媒を供給する。よって，供給ライン３５は引入口３０に設置された冷却チューブ１０の流路（図４の１５）と連結されて冷媒を流路内に供給する。
冷却チューブ１０は熱線ヒータ５と予め設定された間隔に離隔されて工程チャンバ２０の側壁に沿ってらせん状に設置される。冷却チューブ１０は予め設定された厚さを有するチューブ本体（図４の１３）とチューブ本体の内部に形成される流路（図４の１５）を有する。冷却チューブ１０の断面は円状を含む多角形状であり，耐熱性に優れた材料で構成される。また，工程チャンバ２０の他側には引出口（図示せず）が形成され，引入口３０を介して引き入れられた冷却チューブ１０は引出口を介して引き出される。
また，排出ライン（図示せず）は引出口に設置された冷却チューブ１０に連結されて工程チャンバ２０の内部を通過して暖められた冷媒を排出する。引出口に設置された排出ライン上には冷媒を容易に排出するようにポンプ（図示せず）が連結され，供給ライン３５または排出ライン上にはバルブ４７が設置されて冷媒の開閉及び流量を調節する。次に，図３及び図４を介して冷却チューブ１０の構成及び作動過程について説明する。
図３は図１に示す工程チャンバを拡大した図であり，図４は図３に示す冷却チューブの他の実施形態を示す図である。図３及び図４に示すように，チューブ本体１３上には複数個の噴射孔１７が形成され，流路１５を介して供給された冷媒を内部反応チューブ２５に向かって噴射する。上述したように，供給ライン３５は引入口３０に設置された冷却チューブ１０に連結され，供給ライン３５を介して冷却チューブ１０に冷媒を供給する。よって，供給ライン３５は引入口３０に設置された冷却チューブ１０の流路１５と連結されて冷媒を流路１５内に供給可能である。
冷却チューブ１０に形成された複数個の噴射孔１７を介して内部反応チューブ２５の外部に向かって冷媒を噴射する。冷媒は窒素を含む冷媒ガスであり，噴射孔１７を介して噴射される冷媒を介して熱線ヒータ５及び工程チャンバ２０の内部空間２２の温度を下降する。また，工程チャンバ２０の上部には排気孔５５が形成され，排気ポート５７は排気孔５５と連通されて噴射孔１７を介して噴射された冷媒を外部に排出する。
図４ａ及び図４ｂに示すように，噴射孔１７は内部反応チューブ２５の外部に向かってそれぞれ上向きに傾斜するように配置され，冷媒は上部に向かって流動する。冷媒が冷却ガスであれば引入口４０は引出口３０の下部に形成されて引入口４０を介して冷却ガスを供給し，温められた冷却ガスは排気孔５５に向かって円滑に移動する気流を形成して外部に排出される。図４ｃに示すように，上下方向に複数個具備される。噴射孔１７が予め設定された位置に形成されて冷媒を内部反応チューブ２５に向かって噴射することで，熱線ヒータ５及び工程チャンバ２０内部の温度を効果的に冷却する。
即ち，基板処理装置１００内でそれぞれの工程が行われる際に設定される温度は互いに異なる。例えば，熱線ヒータ５を利用して予め設定された温度に加熱して工程チャンバ内の温度を昇温してから，次の工程のために工程チャンバ２０の内部温度を下降する場合，熱線ヒータ５に印加される電流の遮断と共に冷却チューブ１０の噴射孔１７を介して冷媒を噴射することで熱線ヒータ１０及び工程チャンバ２０の内部の温度を迅速に下降する。よって，工程時間を効果的に短縮することで基板に対する工程の効率性を増加し生産性を向上する。
本発明を好ましい実施形態を介して詳細に説明したが，それらとは異なる実施形態ないし実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施形態に限定されない。
発明を実施するための形態
以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図５を参照して，より詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形に変形されてもよく，本発明の範囲が後述する実施形態に限定されると解釈してはならない。本実施形態は，当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明を，より詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示す各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。
図５は，本発明の他の実施形態による基板処理装置を示す図である。以下では説明の便宜上，省略される構成要素及び作動過程は図１乃至図４を介して説明した基板処理装置の説明に代替し，その差を中心に記述する。図５に示すように，工程チャンバ２０の一側及び他側にはそれぞれ引入口４０と引出口３０が形成され，引入口４０及び引出口３０を介して冷却チューブ１０が引き入れられると共に引き出される。
供給ライン４５は引入口４０に設置された冷却チューブ１０に連結され，供給ライン４５を介して冷却チューブ１０に冷媒を供給する。排出ライン３５は引入口３０に設置された冷却チューブ１０に連結され，冷媒が冷却水であれば引入口４０は引出口３０の上部に形成される。上部に形成される引入口４０に冷却水を供給し，下部に形成された引出口３０に排出することで冷却水の荷重を利用して冷却水の流動を円滑にする。
また，供給ライン４５は引入口４０に設置された冷却チューブ１０の流路（図４の１５）と連結されて冷媒を流路（図４の１５）内に供給可能である。また，引出口３０に設置された冷却流路１０に排出ライン３５が連結され，工程チャンバ２０の内部を通過して暖められた冷媒を排出する。基板処理装置１００は上述した工程チャンバ２０に形成された排気孔（図１の５５）及び冷却チューブの噴射孔（図４の１７）を有しない場合，供給ライン４５を介して供給された冷媒は排出ライン３５を介して全量排出され，冷媒が冷却ガスである場合，引入口４０は引出口３５の下部に形成されて冷却ガスの加熱による比重の差を利用して冷却ガスを円滑に排出する。
それだけでなく，冷媒が冷却水である場合，供給ライン４５と排出ライン３５はチラー５０に連結され，工程チャンバ２０の内部を通過して暖められた冷媒は排出ライン３５を介してチラー５０に流動し，チラー５０によって冷却された冷却水は供給ライン４５を介して循環される。一方，冷媒が冷却ガスである場合には，チラー５０が除去された状態で暖められた冷媒は排出ライン３５を介して大気に放出される。
よって，本発明は基板処理装置１００がそれぞれ異なる工程を行う際に設定される温度が互いに異なる。即ち，予め設定された温度で熱線ヒータ５を加熱して工程チャンバ２０内の温度を昇温した後，次の工程のために工程チャンバ２０内部の温度を下降する場合，熱線ヒータ５に印加される電流の遮断し冷却チューブ１０に冷媒を供給することで工程チャンバ２０の内部の温度を迅速に下降して工程時間を短縮することで，基板に対する工程の効率性及び生産性を増大することができる。
本発明を好ましい実施形態を介して詳細に説明したが，それらとは異なる実施形態ないし実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施形態に限定されない。
本発明は，多様な形態の半導体製造設備及び製造方法に応用される。

Claims (5)

  1. 外部から移送された基板を収容する内部空間を有し，前記内部空間で前記基板に対する工程が行われる工程チャンバと，
    前記工程チャンバの側壁に沿って設置されて前記内部空間の周縁に配置され，前記基板を加熱する熱線ヒータと，
    前記熱線ヒータの間に配置されて前記工程チャンバの側壁に沿って設置され，外部から供給された冷媒が流れる冷却チューブと，を含む基板処理装置。
  2. 前記工程チャンバは，前記工程チャンバの一側に形成されて前記冷却チューブが引き入れられる引入口を有し，
    前記基板処理装置は，
    前記引入口に設置された前記冷却チューブに連結されて前記冷媒を供給する供給ラインを更に含む請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記基板処理装置は，
    前記内部空間に設置されて内部と外部を区画し，内部に前記基板に対する工程が行われる工程空間が形成される内部反応チューブを更に含み，
    前記冷却チューブは前記内部反応チューブの外部に向かって冷媒を噴射する複数の噴射孔を有する請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記基板処理装置は，
    前記工程チャンバの上部に形成された排気孔と連通され，前記噴射孔を介して噴射された冷媒を外部に排気する排気ポートを更に具備する請求項３記載の基板処理装置。
  5. 前記噴射孔は上向きに傾斜するように配置される請求項３記載の基板処理装置。
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