JP2016516293A - 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，基板処理装置は基板が積載される積載空間及び前記基板に対する工程が行われる工程空間を提供するチャンバと，上下方向に沿って起立配置された一つ以上のボートフレームを具備し，昇降を介して前記積載空間及び前記工程空間に移動可能なボートと，前記ボートフレーム上に設置されて前記ボートフレームの長さ方向に沿って離隔配置され，前記ボートが前記工程空間に移動することで前記基板が上部面に順次載置される複数のサセプタと，前記ボートフレームと平行に配置される垂直ロッド及び前記垂直ロッドの内側面から突出されて前記基板を支持する基板支持チップと，を具備し，前記垂直ロッドは前記ボートが前記工程空間に移動する際，前記ボートフレームの長さ方向に沿って相対的に移動する一つ以上のホルダと，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，バッチタイプ（batch type）の基板処理装置の基板の裏面に工程ガスによって工程膜が形成されることを防止する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（熱処理装置）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担当する装置である。代表的なアニーリング（annealing）装置としては，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，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（熱処理工程）を行うためには，所定の薄膜が形成されている基板をヒーティングする熱処理装置が必要である。例えば，非晶質シリコンの結晶化のためには少なくとも５５０度乃至６００度の温度が必要である。ここで熱処理とは，対象物または基板を所望の温度，即ち典型的には約３５０〜１３００度範囲の温度に加熱するプロセスを意味する。半導体基板の熱処理は，例えば加熱処理，アニーリング，ドーパント物質の拡散またはドライビング，化学的蒸着，即ちＣＶＤのような物質層の蒸着または成長及び基板からの物質のエッチングまたは除去を含む。
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熱処理を行う枚葉式（single wafer type）と，複数個の基板に対して熱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がある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。
バッチ式基板処理装置は工程処理能力を向上するためにチャンバ内部に基板を多量にローディングするための基板ローディング用ボートを含む。バッチ式基板処理装置は工程を行う際にスロットが基板の縁部分を局部的に載置しているため，例えば，膜形成の工程中に半導体基板の両面及び半導体基板の下部を支持するボート及びスロットなどにも全て半導体工程膜が形成される。
よって，半導体製造用の膜工程が完了した後，基板をアンローディングする際，基板とスロットに一体に連結された幕が破砕され，破砕の際にパーティクルが発生し，基板の裏面は機械的ストレスが次第に増加して半導体基板がたわむ現象が発生する。それだけでなく，半導体基板の裏面の膜均一性は表面の膜均一性に比べて著しく減少するため，後続工程，特にフォトリソグラフィ工程（photolithography）に数多くの工程問題をも引き起こす。
本発明の目的は，基板の裏面に工程膜が形成されることを防止することにある。
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，基板処理装置は基板が積載される積載空間及び前記基板に対する工程が行われる工程空間を提供するチャンバと，上下方向に沿って起立配置された一つ以上のボートフレームを具備し，昇降を介して前記積載空間及び前記工程空間に移動可能なボートと，前記ボートフレーム上に設置されて前記ボートフレームの長さ方向に沿って離隔配置され，前記ボートが前記工程空間に移動することで前記基板が上部面に順次に載置される複数のサセプタと，前記ボートフレームと平行に配置される垂直ロッド及び前記垂直ロッドの内側面から突出されて前記基板を支持する基板支持チップと，を具備し，前記垂直ロッドは前記ボートが前記工程空間に移動する際，前記ボートフレームの長さ方向に沿って相対的に移動する一つ以上のホルダと，を含む。
前記チャンバは前記積載空間と前記工程空間との間に形成された連結空間を有し，前記基板処理装置は前記連結空間の上に配置されて前記積載空間と前記工程空間を遮断し，前記垂直ロッドの上端に連結されて前記ボートが前記積載空間から前記工程空間に移動する際，前記ボートと共に前記工程空間に移動するグリッププレート（grip plate）を更に含む。
前記チャンバは，上部が開放され，一側に形成されて前記基板が出入する通路及び前記積載空間を有する下部チャンバと，前記下部チャンバの上部に設置されて前記下部チャンバの開放された上部と連通する開放された下部を有し，前記工程空間を提供する上部チャンバと，を具備する。
前記基板処理装置は前記連結空間に設置され，内部面から突出されて上部に置かれる前記グリッププレートを支持する支持突起を有する支持リングを更に含む。
前記ホルダは，前記ボートが前記工程空間に移動する際に前記サセプタに形成された挿入孔を介して相対的に移動する。
前記サセプタは上部面から陥没して前記基板と対応する形状を有し，前記基板が載置される座溝を有する。
前記基板処理装置は，前記ボートフレームの上部に連結され，前記ボートが前記工程空間に移動する際に前記グリッププレートを持ち上げる上部遮断プレートを更に含む。
前記上部遮断プレートは，前記ホルダと対応する位置に形成された貫通孔を有し，前記ホルダは前記ボートが前記工程空間に移動する際に前記貫通孔を介して移動する。
前記ボートフレームは，内側面から突出されてサセプタを支持し，前記ボートフレームの長さ方向に沿って離隔配置されるサセプタ支持チップを具備する。
本発明の一実施形態によると，基板をサセプタにローディングすることで基板の裏面に工程膜が形成されることを防止することができる。よって，基板の歩留りを向上し基板の生産性を増大することができる。
以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図１乃至図１１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。
また，実施形態で説明する基板Ｗ以外に多様な被処理体にも応用可能であることは当業者にとっては当然である。例えば，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，サファイアなど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に示すボート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２０及び下部チャンバ２０の開放された上部を閉鎖し，基板Ｗに対する工程が行われる工程空間１２を提供する工程チャンバ１０を含む。支持リング３０は工程チャンバ１０の開放された下部及び下部チャンバ２０の開放された上部（「連結空間」）に設置され，内周面から突出された支持突起３５を有する。
下部チャンバ２０は基板Ｗが移送される通路３を有し，基板Ｗは通路３を介して下部チャンバ２０の内部に移送される。例えば，下部チャンバ２０の通路３は多数の工程チャンバに連結されるトランスファチャンバ（図示せず）と連結され，基板Ｗはトランスファチャンバからエンドエフェクター（end-effector）（図５の６５）によって下部チャンバ２０の内部に移送される。ゲートバルブ４は通路３の外側に設置され，通路３はゲートバルブ４によって開放及び閉鎖される。
基板処理装置１００の内部には通路３を介して移送される複数の基板Ｗが積載されるボート（boat）４１が設置される。ボート４１は下部チャンバ２０の内部に提供された積載空間２２内に位置する間に（または「積載位置」），基板Ｗがボート２０内に積載される。ボート２０は基板が積載される上部ボート４２と上部ボート４２の下部に連結されて上部ボート４２を支持する下部ボート４３を含む。ボート４１が工程位置に転換された場合，工程チャンバ２０の開放された下部を介して起こる工程チャンバ１０内部の熱損失を最小化するために，下部ボート４３上には多数の断熱プレート６７を具備する。
ボートユニット４０は，後述するように，基板Ｗが積載されるサセプタ５５を具備する上部ボート４２，断熱プレート６７を具備する下部ボート４３，そして基板Ｗをサセプタ５５に容易にローディングするためのグリッププレート４４，ホルダ４５及び上部遮断プレート５０を含む。サセプタ５５内において，基板Ｗは，ボート４１の内部方向に平行に突出されるように形成されたサセプタ支持チップ（図５の６２）（またはスロット）上に置かれ，後述するように，ボート４１が上昇することで基板Ｗは次のサセプタ支持チップ（図５の６２）上に置かれたサセプタ５５に順次に上下方向に積載される。基板Ｗはサセプタ５５上に全て積載され，ボート４１には内部反応チューブ１４の内部に移動して（または「工程位置」），基板に対する工程が行われる。
また，下部ボート４３の下部にはベースプレート６９が設置され，ベースプレート６９はボートと共に昇降する。ボート４１が工程位置に転換される場合，ベースプレート６９は工程空間１６を閉鎖する。断熱プレート６７及びベースプレート６９はセラミックやクオーツ（quartz）またはメタルにセラミックをコーティングした材質であり，工程が行われる際に反応領域内の熱が積載空間２２に移動することを最小化する。
ベースプレート２９の下部にはモータハウジング７０が設置される。回転軸７２の一側は下部ボート４３と連結され，回転軸７２を回転する回転モータ（図示せず）はモータハウジング７０の内部に固定設置される。回転モータはボート４１が工程位置に転換されて基板Ｗに対する工程が行われる場合，回転軸７２を駆動して回転軸７２と共にボート４１を回転する。
モータハウジング７０はブラケット（bracket）７４に固定され，ブラケット７４は下部チャンバ２０連結された昇降ロッド７６に沿って昇降する。ブラケット７４は昇降ロッド７６に螺合され，昇降ロッド７６は昇降モータ７７と連結され，昇降ロッド７６の回転によってブラケット７４が昇降する。即ち，昇降モータ７７の回転によって昇降ロッド７６が回転し，それによってブラケット７４とモータハウジング７０は共に昇降する。
工程チャンバ１０は基板Ｗに対する工程を行うように内部空間１２を有し，内部空間１２には内部反応チューブ１４が設置される。内部反応チューブ１４は基板Ｗに対する工程が行われるように工程空間１６を形成し，工程チャンバ１０の内部空間１２と工程空間１６を区画する。即ち，図２に示すように，ボート４１が工程空間１６の内部に上昇して工程位置に転換された場合，基板Ｗに対する工程空間１６を最小化して工程を行う。
基板処理装置１００は基板Ｗを加熱するヒータ（図示せず）を含み，例えば，工程チャンバ１０の上部または側壁に沿ってヒータが具備される。また，基板処理装置１００は工程空間１６に工程ガスを供給する複数個の供給ノズル８２及び排気ノズル８４を具備する。供給ノズル８２は工程チャンバ１０の一側に形成されたガス供給ライン８０に連結され，外部から工程ガスを供給される。
供給ノズル８２及び排気ノズル８４にそれぞれ形成された供給口及び排気口（図示せず）を介して基板Ｗに向かって工程ガスを供給及び排気可能であり，供給口及び排気口の高さは互いに異なり得る。供給ノズル８２及び供給口は工程空間１６に位置して積層された基板Ｗに反応ガスを供給する。また，排気ノズル８４は供給ノズル８２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８４は第１出力ライン８５と連結され，排気ノズル８４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８５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８５上に設置され，第１出力ライン８５を開閉する。また，第１出力ライン８５上にはターボポンプ８６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２０も同じく第２出力ライン８８が連結され，第２出力ライン８８を介して積載空間２２が排気される。
上述したように，基板処理装置１００は工程処理能力を向上するために内部に基板Ｗを多量にローディングするためのボート４１を含む。従来のボートユニット４０を使用して基板に関する工程を行う場合，ボート４１のスロット上に置かれた基板は，基板の縁部分が局部的に載置されている。例えば，工程ガスを介して基板上に工程膜を形成する場合，半導体基板の両面及び基板Ｗの下部を支持するボート４１及びスロットなどにも全て工程膜が形成される。
よって，半導体製造用膜工程が完了した後，基板Ｗをアンローディングする際，基板Ｗとスロットに一体に連結された膜が破砕され，破砕の際にパーティクルが発生し基板Ｗの裏面は機械的ストレスが次第に増加して基板Ｗがたわむ現象が発生する。それだけでなく，基板Ｗの裏面の膜均一性は表面の膜均一性に比べて著しく減少するため，後続工程，特にフォトリソグラフィに多くの工程問題を引き起こす。
即ち，本発明の基板処理装置１００は基板Ｗの裏面に膜が形成されることを防止するために基板Ｗをサセプタ５５の上部にローディングし，工程ガスが基板Ｗの裏面に流入することを阻止して基板Ｗの裏面に膜が形成されることを防止することができる。続く図面を介して，基板Ｗの裏面に膜が形成されることを防止するボートユニット４０について図面と共に詳細に説明する。
図３は図１に示すボートユニットを示す斜視図であり，図４は図３に示すサセプタを示す図である。図３及び図４に示すように，ボートユニット４０は上部ボート４２と下部ボート４３を含む。上部ボート４１には柱状のボートフレーム６０のサセプタ支持チップ（図５の６２）に置かれるサセプタ５５及びボートフレーム６０の上部に連結される上部遮断プレート５０が含まれ，下部ボート４３には上述したように断熱プレート６７が具備される。また，ボートユニット４０はグリッププレート４４及びホルダ４５を更に含むが，以下で省略される発明の構成及び作動過程は上述した内容に代替される。
上述したように，支持リング３０は工程チャンバ１０の開放された下部及び下部チャンバ２０の開放された上部に固定設置され，内周面から突出された支持突起３５を有する。グリッププレート４４は支持突起３５の上部に配置され，支持突起３５によって支持されて積載空間２２と工程空間１６を遮断する。ホルダ４５はグリッププレート４４の下面に垂直連結されるが，好ましくは，エンドエフェクター（図５の６５）によって移送された基板Ｗを容易に支持するために予め設定された位置に複数個配置される。
ホルダ４５はグリッププレート４４の下面にそれぞれ垂直連結される垂直ロッド４７及び垂直ロッド４７の下端部に連結されてエンドエフェクター（図５の６５）によって移送された基板Ｗを支持する基板支持チップ４９を具備する。基板支持チップ４９は引き入れられた基板Ｗを容易に支持するために基板Ｗの中心に向かって突出する形状を有する。
上部ボート４１は柱状に起立設置される複数のボートフレーム６０を有する。ボートフレーム６０の間にエンドエフェクター（図５の６５）を介して基板Ｗを引き出し引き入れるために前面開放部６１が形成される。前面開放部６１は平面状に移動するエンドエフェクター（図５の６５）の作業経路に対して半円柱状にボードフレーム６０が配置されて前面開放部６１を成す。サセプタ支持チップ（図５の６２）はボートフレーム６０の長さ方向に沿って離隔配置され，サセプタ５５はサセプタ支持チップ（図５の６２）の上部に置かれて支持される。
サセプタ５５は基板Ｗに対応する形状を有し，縁にはホルダ４５が挿入される挿入孔５７がそれぞれ形成される。また，サセプタ５５は基板Ｗの裏面が密着されるように基板Ｗが置かれる座溝５９を有し，基板Ｗの外周面は座溝５９にローディングされる。よって，基板Ｗの裏面はもちろん，基板Ｗの外周面への工程ガスの流入を遮断することで基板Ｗの側面及び裏面の膜形成を防止する。
ボードフレーム６０の上部には上部遮断プレート５０が連結され，上部遮断プレート５０は基板Ｗに対応する形状を有する。上部遮断プレート５０の断面積はグリッププレート４４の断面積より小さく，サセプタ５５の断面積より大きい。上部遮断プレート５０の内面には貫通孔５２がそれぞれ形成され，ホルダ４５は貫通孔５２に挿入される。また，ボートフレーム６０の下部には下部遮断プレート（図示せず）が設置されるが，下部遮断プレートの下部には下部ボート４３が連結される。下部ボート４３は上下方向に沿って複数個の断熱プレート６７が積層された状態に具備される。
図５乃至図８は，基板がサセプタにローディングされる過程を示す図である。上述したように，エンドエフェクター６５は下部チャンバ２０の通路３を介して基板Ｗを移送する。エンドエフェクター６５に置かれた基板Ｗは下部チャンバ２０を介してボート４１の前面開放部６１に移送される。上部遮断プレート５０と最上端に配置されるサセプタ５５，そして最上端に配置されるサセプタから順次に積層されるサセプタ５５の間の離隔空間（ｐｉｔｃｈ）Ｄはエンドエフェクター６５の作業空間を提供する。また，上部ボート４１はボードユニット４０の下部に連結された昇降ユニット（図示せず）によって予め設置された間隔で昇降する。
図５に示すように，基板支持チップ４９はボートが上昇するにつれ上部遮断プレート５０の貫通孔５２を貫通してサセプタ５５の上部から予め設定された間隔Ｄ２に離隔された状態に配置される。上部遮断プレート５０と基板支持チップ４９の間Ｄ１にエンドエフェクター６５が引き入れられ，図６に示すようにエンドエフェクター６５が下降することで基板Ｗは基板支持チップ４９に着座され，エンドエフェクター６５はサセプタ５５と基板支持チップ４９の間Ｄ２に配置される。
基板Ｗが基板支持チップ４９に着座した後，図７に示すようにエンドエフェクター６５はボート４１の前面開放部６１から引き出される。エンドエフェクター６５がボート４１の前面開放部６１から完全に引き出されると，図８に示すようにボート４１は予め設定された高さに上昇し，基板Ｗはサセプタ５５の座溝５９上にローディングされる。基板支持チップ４９はボードの上昇によって最上端に設置されるサセプタ５５とその下部に配置されるサセプタ５５との間に予め設定された間隔Ｄ１を維持し，図５乃至図８に示す過程を順次に繰り返して基板Ｗは積層されたサセプタ５５上にそれぞれローディングされる。
図９乃至図１１は，ボートユニットが工程位置に転換される過程を示す図である。図９乃至図１１に示すように，ホルダ４５はボートユニット４０が昇降することで上部遮断プレート５０の貫通孔５２及びサセプタ５５の挿入孔５７を介して移動する。よって，ホルダ４５はエンドエフェクター６５から案内された基板Ｗを支持し，更に基板Ｗをサセプタ５５に容易にローディングする。言い換えると，基板Ｗはエンドエフェクター６５から基板支持チップ４９に着座され，基板支持チップ４９からサセプタ５５に順次にローディングされる。
基板Ｗが上部から最下端に設置されるサセプタ５５上に全てローディングされると，上部遮断プレート５０とグリッププレート４４が互いに接する。ボート４１が上昇することで上部遮断プレート５０はグリッププレート４４を支持して共に上昇し，ボート４１は工程位置に転換されて基板Ｗに対する工程を行う。上部遮断プレート５０の上部面はガイド溝５１を有し，グリッププレート４４の下部面にはガイド溝５１に対応する形状のガイド突起（図示せず）を具備する。よって，ボート４１が上昇することでガイド突起がガイド溝５１に差し込まれた状態で安定的に連結されて上昇する。
即ち，本発明の基板処理装置１００はサセプタ５５上に基板Ｗをローディングすることで基板の裏面に工程ガスが流入されることを防止する。また，サセプタ５５上に形成された座溝５９に基板Ｗがローディングされた状態で基板Ｗに対する工程を行う場合，基板Ｗの裏面及び側面に工程膜が形成されることを最小化する。それだけでなく，基板Ｗがサセプタ５５にローディングされた状態で基板Ｗに対する熱処理を行う場合，基板の前面がサセプタ５５と接触した状態でサセプタ５５を介して熱伝達が行われるため，基板Ｗの温度均一性を向上することができる。一方，基板Ｗをスロット上にローディングする場合，基板Ｗが局部的に接触して温度均一性が低下する恐れがある。よって，本基板処理装置１００は基板Ｗの歩留りを向上し，基板Ｗの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 (9)
- 基板が積載される積載空間及び前記基板に対する工程が行われる工程空間を提供するチャンバと，
上下方向に沿って起立配置された一つ以上のボートフレームを具備し，昇降を介して前記積載空間及び前記工程空間に移動可能なボートと，
前記ボートフレーム上に設置されて前記ボートフレームの長さ方向に沿って離隔配置され，前記ボートが前記工程空間に移動することで前記基板が上部面に順次に置かれる複数のサセプタと，
前記ボートフレームと平行に配置される垂直ロッド及び前記垂直ロッドの内側面から突出されて前記基板を支持する基板支持チップと，を具備し，前記垂直ロッドは前記ボートが前記工程空間に移動する際，前記ボートフレームの長さ方向に沿って相対的に移動する一つ以上のホルダと，を含む基板処理装置。 - 前記チャンバは前記積載空間と前記工程空間との間に形成された連結空間を有し，
前記基板処理装置は前記連結空間上に配置されて前記積載空間と前記工程空間を遮断し，前記垂直ロッドの上端に連結されて前記ボートが前記積載空間から前記工程空間に移動する際，前記ボートと共に前記工程空間に移動するグリッププレートを更に含む請求項１記載の基板処理装置。 - 前記チャンバは，
上部が開放され，一側に形成されて前記基板が出入する通路及び前記積載空間を有する下部チャンバと，
前記下部チャンバの上部に設置されて前記下部チャンバの開放された上部と連通する開放された下部を有し，前記工程空間を提供する上部チャンバと，を具備する請求項１記載の基板処理装置。 - 前記基板処理装置は，前記連結空間に設置され，内部面から突出されて上部に置かれる前記グリッププレートを支持する支持突起を有する支持リングを更に含む請求項２記載の基板処理装置。
- 前記ホルダは，前記ボートが前記工程空間に移動する際に前記サセプタに形成された挿入孔を介して相対的に移動する請求項１記載の基板処理装置。
- 前記サセプタは上部面から陥没して前記基板と対応する形状を有し，前記基板が置かれる座溝を有する請求項１記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置は，
前記ボートフレームの上部に連結され，前記ボートが前記工程空間に移動する際に前記グリッププレートを持ち上げる上部遮断プレートを更に含む請求項１記載の基板処理装置。 - 前記上部遮断プレートは，前記ホルダと対応する位置に形成された貫通孔を有し，
前記ホルダは，前記ボートが前記工程空間に移動する際に前記貫通孔を介して移動する請求項７記載の基板処理装置。 - 前記ボートフレームは，内側面から突出してサセプタを支持し，前記ボートフレームの長さ方向に沿って離隔配置されるサセプタ支持チップを具備する請求項１記載の基板処理装置。
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