JP5930579B2 - 基板加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の基板に同時に薄膜を形成または熱処理するための基板加工装置に関し、加工工程のために加工チャンバーに搬入されるボートに積載された複数の基板が均一に加熱されるようにすることによって、複数の前記基板を均一に加工することができる基板加工装置に関する。
平板表示装置(Flat Panel Display device)は、軽量および薄型などの特性によって、陰極線管表示装置(Cathode-ray Tube Display device)を代替する表示装置として使用されており、代表的な例として液晶表示装置（Liquid Crystal Display Device;ＬＣＤ）と有機電界発光表示装置（Organic‐Light Emitting diode Display;ＯＬＥＤ）とがある。このうちの有機電界発光表示装置は、液晶表示装置に比べて輝度特性および視野角特性に優れており、バックライト(Backlight)を必要としないため、超薄型で実現することができるという長所がある。
このような有機電界発光表示装置は、有機薄膜に陰極(Cathode)から注入される電子(Electron)と陽極(Anode)から注入される正孔(Hole)とが再結合して励起子を形成し、形成された励起子からのエネルギーによって特定の波長の光が発生する現象を利用した表示装置であり、駆動方法に応じて手動駆動(Passive matrix)方式と能動駆動(Active matrix)方式とに区分され、能動駆動方式は、薄膜トランジスター（Thin Film Transistor;ＴＦＴ）を使用する回路を有する。
前記のような平板表示装置は、基板上に有機物または無機物などで電気的な特性を有する薄膜を一定のパターンで形成したり、形成された薄膜に熱処理する工程を経て製造され、前記薄膜を形成する工程は概して、ターゲットにプラズマを印加して蒸着するスパッタリング(sputtering)工程のような物理気相蒸着（Physical Vapor Deposition;ＰＶＤ）方法と、ソース物質を含む反応ガスを基板上に噴射して化学的な方法で基板上に膜を形成する化学気相蒸着（Chemical Vapor Deposition;ＣＶＤ）方法と、がある。また、化学気相蒸着方法は、蒸着方式に応じて低圧化学気相蒸着（Low Pressure Chemical Vapor Deposition;ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;ＰＥＣＶＤ）、および、ソース物質を原子層単位で形成する原子層蒸着（Atomic Layer Deposition;ＡＬＤ）に区分される。このうちの原子層蒸着法は、前記物理気相蒸着法に比べて薄膜の均一度およびステップカバレージ(step coverage)が良いため、半導体工程での使用範囲がますます広がっている。
化学的気相蒸着方法の場合、プラズマを利用しない場合には薄膜形成速度が遅いため、一度に複数の基板を蒸着チャンバーに投入して、複数の枚数の基板に同時に薄膜を形成するバッチタイプ(Batch Type)構造の設備が使用されている。
通常、低圧化学気相蒸着や原子層蒸着法を利用して複数の基板に同時に薄膜を形成したり、熱処理工程を進行するための基板加工装置は、加工工程のための工程を提供する加工チャンバー、複数の基板が積載されたボート(boat)、前記加工チャンバーの外側に位置する加熱手段、および前記ボートを前記加工チャンバーに搬入および搬出するための移送部を含む。ここで、前記基板加工装置は、前記ボートに積載された基板が崩れるのを防止するために、前記基板を支持し、前記ボートに積載される基板ホルダーをさらに含むことができる。
前記のような基板加工装置は、前記加工チャンバーの外側に位置する加熱手段によって前記加工チャンバーの内部を加熱しており、複数の基板が積載されたボートを収容するために前記加工チャンバーの大きさは大きくなり、前記加工チャンバーの外側に位置する加熱手段のみでは前記加工チャンバーの内部を均一に加熱することは容易でないので、前記ボートに積載された位置、特に基板の中心部と縁部とが互いに異なる温度に加熱されて、複数の前記基板を熱処理する所要時間が増加し、温度不均一による成膜不均一および熱処理温度偏差による素子特性不均一が発生したり、激しい場合には基板に反り(warpage)が発生して以降の工程進行が不可能となる問題点が発生する。
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するためのものであって、ボートに積載された複数の基板が均一に加熱されるようにすることによって、前記ボートに積載された複数の基板が均一に加工される基板加工装置を提供することがその目的である。
本発明の前記目的は、基板を支持するための基板支持台および一つまたは複数の噴射口が形成された第１ガス配管を含む基板ホルダーと、複数の基板ホルダーが積載され、前記第１ガス配管に連結される第２ガス配管を含むボートと、前記ボートに積載された複数の基板を加工するための空間を提供する加工チャンバーと、前記ボートを前記加工チャンバーの内部に搬入および搬出させるための移送部と、前記加工チャンバーの外側に位置する第１加熱手段と、前記第２ガス配管に連結される第３ガス配管を含み、前記第２ガス配管に加熱または冷却されたガスを供給するためのガス供給部と、を含む基板加工装置によって達成される。
したがって、本発明による基板加工装置は、基板を保持する基板ホルダーおよびボートに、冷却または加熱されたガスが移動可能なガス配管が形成されるようにし、前記基板ホルダーに形成されるガス配管には、前記ガスを噴射可能な一つまたは複数の噴射口が形成されて、前記ボートに積載された複数の基板表面に加熱または冷却されたガスを噴射するようにすることによって、複数の前記基板を均一に加熱し、設定された温度を維持することができるようにして複数の前記基板を均一に加工することができる効果がある。
本発明の第１実施形態による基板加工装置を示す模式図である。 図１のＡ領域を拡大した図面である。 図１のＡ領域を拡大した図面である。 本発明の第２実施形態による基板加工装置を示す模式図である。 図３のＢ領域を拡大した図面である。 本発明の第２実施形態による基板加工装置の基板ホルダーを示す背面図である。
本発明の前記目的と技術的構成およびこれによる作用効果に関する詳しい事項とは、本発明の好ましい実施形態を示している図面を参照した以下の詳細な説明によってより明確に理解されるだろう。ここで、明細書全体を通して同一の参照符号は、同一の構成要素を示し、図面における層および領域の長さ、厚さなどは便宜のために誇張して表現され得る。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による基板加工装置を示す模式図であり、図２Ａは、図１のＡ領域を拡大した図面である。
図１および図２Ａを参照すれば、本発明の第１実施形態による基板加工装置１００は、基板Ｓを支持し、一つまたは複数の第１噴射口１２３が形成された第１ガス配管１２２を含む第１基板ホルダー１２０と、複数の第１基板ホルダー１２０が積載され、前記第１ガス配管１２２に連結される第２ガス配管１１２を含む第１ボート１１０と、前記第１ボート１１０に積載された複数の基板Ｓを加工するための空間を提供する第１加工チャンバー１３０と、前記第１ボート１１０を前記第１加工チャンバー１３０の内部に搬入および搬出させるための第１移送部１４０と、前記第１加工チャンバー１３０の外側に位置する第１加熱手段１５０と、前記第２ガス配管１１２に連結される第３ガス配管１６１を含み、前記第１ガス配管１２２に加熱または冷却されたガスを供給するための第１ガス供給部１６０と、を含む。
前記第１ボート１１０には、複数の第１基板ホルダー１２０が積載され、複数の前記第１基板ホルダー１２０に保持された複数の基板Ｓを容易に移送可能にすることによって、前記第１加工チャンバー１３０によって複数の前記基板Ｓが同時に加工されるようにするためのもので、複数の前記第１基板ホルダー１２０と結合される第１ボート本体１１１と、前記第１ボート本体１１１の内側に位置し、前記第１基板ホルダー１２０の第１ガス配管１２２および前記第１ガス供給部１６０の第３ガス配管１６１を連結する第２ガス配管１１２と、を含む。
ここで、前記第１ガス配管１２２と第２ガス配管１１２との間で、前記第１ガス供給部１６０から供給される加熱または冷却されたガスが漏出することを防止するために、前記第１ガス配管１２２と第２ガス配管１１２との間に第１連結部材１１３が位置してもよい。
また、本発明の第１実施形態では、前記第１ボート１１０に垂直方向に複数の前記第１基板ホルダー１２０が積載されるものと説明されているが、前記第１ボート１１０は、複数の第１基板ホルダー１２０が水平方向に配置されるように形成されてもよい。
前記第１基板ホルダー１２０は、加工工程中の前記基板Ｓの変形と、前記第１移送部１４０による前記第１ボート１１０の移動中に発生する前記基板Ｓの破損と、を防止するためのもので、前記基板Ｓを支持するための第１基板支持台１２１と、前記第１基板支持台１２１の内側に位置し、一つまたは複数の第１噴射口１２３が形成される第１ガス配管１２２と、を含む。
ここで、前記一つまたは複数の第１噴射口１２３は、前記第１ガス供給部１６０から供給される加熱または冷却されたガスを、上側に基板Ｓを支持する前記第１基板支持台１２１の下側方向へ噴射し、当該第１基板ホルダー１２０の下に積載された第１基板ホルダー１２０に支持された基板Ｓの表面に噴射するためのもので、図２Ｂに示されているように、各第１噴射口１２３には、前記第１基板支持台１２１の表面を基準として一定の傾斜角を有する方向にガスを噴射するためのズル１２４が配置されてもよい。
前記第１加工チャンバー１３０は、前記第１ボート１１０に積載された複数の基板Ｓを同時に加工するためのもので、加工工程中に複数の前記基板Ｓが外部空気と接触するのを遮断するための第１チューブ１３１と、前記第１チューブ１３１の下部に位置し、前記第１ボート１１０が搬入および搬出される第１マニホールド(manifold)１３２と、を含む。ここで、前記第１加工チャンバー１３０は、前記第１マニホールド１３２の下部に位置し、前記第１ボート１１０が前記第１加工チャンバー１３０内部に搬入された後、前記第１加工チャンバー１３０を密閉させるために水平方向に移動可能な第１シャッター１３３をさらに含むことができる。
前記第１移送部１４０は、前記第１マニホールド１３２の下部を通じて前記第１ボート１１０を前記第１加工チャンバー１３０内部に搬入および搬出させるためのもので、前記第１加熱手段１５０によって加熱された前記第１加工チャンバー１３０内部の熱損失を減少させるために、一つまたは複数の第１断熱板１４１と、前記第１断熱板１４１を支持するための第１断熱ホルダー１４２からなる第１断熱部１４３と、を含むことができ、前記第１加工チャンバー１３０の内部をより均一に加熱することができるように、前記第１ボート１１０と第１断熱部１４３との間に位置する第２加熱手段１４４をさらに含むことができる。
また、本発明の第１実施形態による基板加工装置１００は、前記第１加工チャンバー１３０内部の熱損失を最少化するために、前記第１加工チャンバー１３０の第１チューブ１３１と第１移送部１４０との間に位置する第２チューブ１３５をさらに含むことができ、前記第２チューブ１３５には、前記第３ガス配管１６１が通過する第１ホール１３５ａが形成されて、前記第３ガス配管１６１によって外部空気が前記第１チューブ１３１の内部に流入するのを防止することが好ましい。
前記第１加熱手段１５０は、前記第１加工チャンバー１３０の外側に位置して複数の前記基板Ｓを加工する加工工程中に前記第１加工チャンバー１３０の内部を加熱するためのもので、前記第１加工チャンバー１３０の側面および上面を囲むファーネス(furnace)形状を有することができ、これとは異なり、前記第１加工チャンバー１３０の側面に位置する第１加熱手段１５０と前記第１加工チャンバー１３０の上面に位置する第１加熱手段１５０とが分離されて、個別駆動可能なように構成することもできる。
前記第１ガス供給部１６０は、前記第１加工チャンバー１３０内部に位置する複数の前記基板Ｓを均一に加熱可能にするように、前記第３ガス配管１６１を通じて加熱されたガスを供給し、前記第１加熱手段１５０によって前記第１加工チャンバー１３０の内部が過熱される場合、複数の前記基板Ｓが設定された温度を維持することができるように前記第３ガス配管１６１を通じて冷却されたガスを供給することもできる。
ここで、前記第３ガス配管１６１と第２ガス配管１１２との間で、前記第１ガス供給部１６０から供給される加熱または冷却されたガスが漏出することを防止するために、前記第２ガス配管１１２と第３ガス配管１６１との間に位置する第２連結部材（図示せず）をさらに含むことができる。
結果的に、本発明の第１実施形態による基板加工装置は、基板を支持するための第１基板ホルダーの内側に第１ガス配管が形成されるようにし、複数の前記第１基板ホルダーが積載される第１ボートの内側に前記第１ガス配管と第１ガス供給部の第３ガス配管とを連結させる第２ガス配管が形成されるようにし、前記第１ガス配管に一つまたは複数の第１噴射口が形成されるようにして、前記第１ガス供給部から供給される加熱または冷却されたガスが積載された基板の表面に噴射されるようにすることによって、第１加工チャンバーの内部に位置する前記第１ボートに積載された複数の基板が均一に加熱できるようにする。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態による基板加工装置を示す模式図であり、図４Ａは、図３のＢ領域を拡大した図面であり、図４Ｂは、本発明の第２実施形態による基板加工装置の基板ホルダーを示す背面図である。
図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照すれば、本発明の第２実施形態による基板加工装置２００は、第２加工チャンバー２３０と、基板Ｓを支持する第２基板支持台２２１および前記第２基板支持台２２１の背面に密着し、一つまたは複数の第２噴射口２２３が形成された第３ガス配管２２２を含む第２基板ホルダー２２０と、複数の第２基板ホルダー２２０が積載される第２ボート本体２１１および前記第２ボート本体２１１に密着した第４ガス配管２１２を含む第２ボート２１０と、前記第２加工チャンバー２３０の外側に位置する第３加熱手段２５０と、前記第２ボート２１０を前記第２加工チャンバー２３０の内部に搬入および搬出させるための第２移送部２４０と、前記第４ガス配管２１２に連結される第５ガス配管２６１を含み、前記第３ガス配管２２２に加熱または冷却されたガスを供給するための第２ガス供給部２６０と、を含む。
前記第２ボート２１０は、前記第２加工チャンバー２３０によって複数の前記第２基板ホルダー２２０に保持された複数の基板Ｓが同時に加工可能なようにするためのもので、複数の前記第２基板ホルダー２２０と結合される第２ボート本体２１１と、前記第２ボート本体２１１の側面に密着して前記第２基板ホルダー２２０の第３ガス配管２２２および前記第２ガス供給部２６０の第５ガス配管２６１を連結する第４ガス配管と、を含む。
ここで、前記第３ガス配管２２２と第４ガス配管２１２との間で、前記第２ガス供給部２６０から供給される加熱または冷却されたガスが漏出することを防止するために、前記第３ガス配管２２２と第４ガス配管２１２の間に位置する第３連結部材２１３を含むことができる。
前記第２基板ホルダー２２０は、加工工程中の前記基板Ｓの変形、および前記第２移送部２４０による前記第２ボート２１０の移動中に発生する前記基板Ｓの破損を防止するためのもので、前記基板Ｓを支持するための第２基板支持台２２１と、前記第２基板支持台２２１の背面に位置し、一つまたは複数の第２噴射口２２３が形成される第３ガス配管２２２と、を含む。
ここで、前記第３ガス配管２２２が、前記第２ボート２１０に前記第２基板ホルダー２２０を積載するロボットアーム（図示せず）によって破損されることを防止するために、前記第３ガス配管２２２間の距離（ｄ）は、前記ロボットアームの幅以上であることが好ましい。
また、前記一つまたは複数の第２噴射口２２３は、前記第２ガス供給部２６０から供給される加熱または冷却されたガスを当該第２基板ホルダー２２０の下に積載された第２基板ホルダー２２０に保持された基板Ｓの表面に噴射するためのもので、本発明の第１実施形態と同一に、各第２噴射口２２３には、前記第２基板支持台２２１の表面を基準として一定の傾斜角を有する方向にガスを噴射するためのズル（図示せず）が配置されてもよい。
前記第２加工チャンバー２３０は、前記第２ボート２１０に積載された複数の基板Ｓを同時に加工するためのもので、加工工程中に複数の前記基板Ｓが外部空気と接触するのを遮断するための第３チューブ２３１、および前記第３チューブ２３１の下部に位置する第２マニホールド２３２を含む。ここで、前記第２加工チャンバー２３０は、前記第２マニホールド２３２の下部に位置し、前記第２ボート２１０が前記第２加工チャンバー２３０内部に搬入された後、前記第２加工チャンバー２３０を密閉させるために水平方向に移動可能な第２シャッター２３３をさらに含むことができる。
また、前記第２加工チャンバー２３０は、内部の熱損失をより最少化するために、前記第２加工チャンバー２３０の第３チューブ２３１と第２移送部２４０との間に位置する第４チューブ２３５をさらに含むことができ、前記第４チューブ２３５は、前記第５ガス配管１６１が通過する第２ホール２３５ａが形成されて、前記第５ガス配管２６１によって外部空気が前記第３チューブ２３１の内部に流入するのを防止することが望ましい。
本発明の第２実施形態による基板加工装置２００は、前記第２マニホールド２３２に反応ガス供給部３００から反応ガスが流入される流入配管３０１と、前記基板Ｓと反応しない反応ガスを排出するために排気ポンプ４００に連結される排出配管４０１が位置するようにし、前記流入配管３０１に連結され、前記第２ボート２１０に積載された複数の基板Ｓに前記反応ガスを噴射するためのガス噴射手段２８０と、をさらに含み複数の、前記基板Ｓに均一な薄膜を形成することができる。
ここで、前記第４チューブ２３５には、前記流入配管３０１に連結される前記ガス噴射手段２８０が通過するための第３ホール２３５ｂを形成することで、前記第２移送部２４０とマニホールド２３２との間の空間から外部空気が前記第３チューブ２３１内側に流入するのを防止することが好ましく、前記ガス噴射手段２８０は、前記第２ボート２１０に基板Ｓが積載された方向に、前記第２ボート２１０まで縦断するように延在して、前記第２ボート２１０に積載された複数の基板Ｓに反応ガスを均一に噴射するようにすることがより好ましい。
また、本発明の第２実施形態による基板加工装置２００は、前記第２加工チャンバー２３０の熱損失を最少化するために、前記第２移送部２４０とマニホールド２３２のと間に位置する第５チューブ２７０をさらに含むことができ、前記第２加工チャンバー２３０の熱損失をより減少させるために、前記第４チューブ２３５は、前記第２移送部２４０と第５チューブ２７０とが重なる領域分の長さを有するようにすることが好ましい。
前記第２移送部２４０は、前記第２マニホールド２３２の下部を通じて前記第２ボート２１０を前記第２加工チャンバー２３０内部に搬入および搬出させるためのもので、前記第３加熱手段２５０によって加熱された前記第２加工チャンバー２３０内部の熱損失を減少させるために、一つまたは複数の第２断熱板２４１と、前記第２断熱板２４１を支持するための第２断熱ホルダー２４２からなる第２断熱部２４３と、を含むことができ、前記第２加工チャンバー２３０の内部をより均一に加熱することができるように、前記第２ボート２１０と第２断熱部２４３との間に位置する第４加熱手段２４４をさらに含むことができる。
前記第３加熱手段２５０は、前記第２加工チャンバー２３０の外側に位置して複数の前記基板Ｓを加工する加工工程中に前記第２加工チャンバー２３０の内部を加熱するためのもので、前記第２加工チャンバー２３０の側面および上面を囲むファーネス(furnace)形状を有することができ、これとは異なり、前記第２加工チャンバー２３０の側面に位置する第３加熱手段２５０と前記第２加工チャンバー２３０の上面に位置する第２加熱手段２５０とが分離されて、個別駆動可能なように構成することもできる。
前記第２ガス供給部２６０は、前記第２加工チャンバー２３０内部に位置する複数の前記基板Ｓを均一に加熱できるように、前記第５ガス配管２６１を通じて加熱されたガスを供給し、前記第３加熱手段２５０によって前記第２加工チャンバー２３０の内部が過熱される場合、複数の前記基板Ｓが設定された温度を維持することができるように前記第５ガス配管２６１を通じて冷却されたガスを供給することもできる。
ここで、前記第５ガス配管２６１と第４ガス配管２１２との間で、前記第２ガス供給部１６０から供給される加熱または冷却されたガスが漏出することを防止するために、前記第４ガス配管２１２と第５ガス配管２６１との間に位置する第４連結部材（図示せず）をさらに含むことができる。
結果的に、本発明の第２実施形態による基板加工装置には、基板を支持するための第２基板ホルダーの第２基板支持台の背面に一つまたは複数の第２噴射口が形成される第３ガス配管が形成され、複数の前記第２基板ホルダーが積載される第２ボート本体に密着して前記第３ガス配管と第２ガス供給部の第５ガス配管とを連結させる第４ガス配管が形成されることによって、本発明の第１実施形態に比べて、前記第２ボート本体および第２基板支持台の強度の劣化を防止し、前記第２ガス供給部から供給される加熱または冷却されたガスを積載された基板の表面に噴射して前記第２ボートに積載された複数の基板を均一に加熱できるようにする。
１１０、２１０ ボート
１１２、２１２ 第２ガス配管
１２０、２２０ 基板ホルダー
１２２、２２２ 第１ガス配管
１３０、２３０ 加工チャンバー
１４０、２４０ 移送部
１５０、２５０ 第１加熱手段
１６０、２６０ ガス供給部
１６１、２６１ 第３ガス配管

Claims (14)

  1. 基板を支持するための基板支持台、および一つまたは複数の噴射口が形成された第１ガス配管を含む基板ホルダー；
    複数の基板ホルダーが積載され、前記第１ガス配管に連結される第２ガス配管を含むボート；
    前記ボートに積載された複数の基板を加工するための空間を提供する加工チャンバー；
    前記ボートを前記加工チャンバーの内部に搬入および搬出させるための移送部；
    前記加工チャンバーの外側に位置する第１加熱手段；および
    前記第２ガス配管に連結される第３ガス配管を含み、前記第２ガス配管に加熱または冷却されたガスを供給するためのガス供給部；
    を含み、
    前記基板ホルダーは、各前記噴射口に位置し、前記基板支持台の表面を基準として一定の傾斜角を有するノズルをさらに含み、
    前記第１ガス配管は、前記基板支持台の下面に密着し、蛇行状に設けられており、
    前記第１ガス配管は、互いに一定の距離で離隔して位置し、
    前記一定の距離は、前記基板ホルダーを前記ボートに積載するロボットアームの幅以上である基板加工装置。
  2. 前記第２ガス配管は、前記ボートの内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
  3. 前記第１ガス配管と前記第２ガス配管との間に位置する第１連結部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
  4. 前記第２ガス配管と第３ガス配管との間に位置する第２連結部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
  5. 前記基板ホルダーは、前記第１ガス配管を通じて供給されたガスを複数の方向に噴射するノズルを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
  6. 前記移送部は、断熱部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
  7. 前記断熱部は、一つまたは複数の断熱板、および前記断熱板を支持するための断熱ホルダーを含むことを特徴とする請求項６に記載の基板加工装置。
  8. 前記移送部は、前記断熱部と前記ボートの間に位置する第２加熱手段をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の基板加工装置。
  9. 前記加工チャンバーは、複数の前記基板に外部空気が流入しないようにするための第１チューブ、および前記第１チューブの下部に位置し、前記ボートが搬入および搬出されるマニホールドを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
  10. 前記マニホールドと移送部との間に位置し、前記第３ガス配管が通過する第１ホールが形成される第２チューブをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の基板加工装置。
  11. 前記マニホールドを通過し、反応ガスを供給するための第４配管に連結されて複数の前記基板に反応ガスを噴射するためのガス噴射手段をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の基板加工装置。
  12. 前記マニホールドを通過する排気配管に連結されて、前記加工チャンバーの内部を真空状態に維持するための排気ポンプをさらに含む、請求項９に記載の基板加工装置。
  13. 前記第１チューブと前記ボートとの間に位置する第２チューブをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の基板加工装置。
  14. 前記加工チャンバーの下部に位置し、前記加工チャンバーを密閉するためのシャッターをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
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