JP6158436B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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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，バッチ式基板処理装置において伸縮可能な遮断部材を利用して基板に対する工程を行う際，積載空間の体積を制御して基板に対する汚染を最小化することによって，品質及び生産性を向上させる基板処理装置に関するものである。
半導体，平板ディスプレイ及び太陽電池の製造に使用される基板処理装置は，シリコンウエハ又は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な熱処理段階を含む装置である。
代表的に，液晶ディスプレイ又は薄膜型結晶質シリコン太陽電池を製造する場合，ガラス基板上に蒸着された非晶質シリコンをポーリシリコンに結晶化させ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なければならず，例えば，非晶質シリコンの結晶化のための工程温度は，最小限５５０℃乃至６００℃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ことができる枚葉式（single wafer type）と複数個の基板に対して基板処理を行うことができるバッチ式（batch type）がある。枚葉式は，装置の構成が簡単だという利点があるが，生産性が低下するという短所のため，最近の大量生産用としては，バッチ式が脚光を浴びている。
本発明の目的は，工程空間と積載空間とを遮断した状態で基板に対する工程を行うことにある。
本発明の他の目的は，基板ホルダーの工程位置で積載空間の体積を最小化させることにある。
本発明のさらに別の目的は，次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，一側に形成された通路を介して基板が移送され，上部及び下部の開放されたチャンバ本体と，前記チャンバ本体の上部に設置されて，前記基板に対する工程が行われる工程空間を提供し，下部の開放された形状を有する内部反応チューブと，前記チャンバの開放された下部に配置されて，前記通路を介して移送された前記基板を上下方向に沿って積載する積載位置及び前記工程空間に向かって上昇して積載された前記基板に対する工程が行われる工程位置に転換可能な基板ホルダーと，前記基板ホルダーの下部に連結されて，前記基板ホルダーと共に昇降し，前記工程位置で前記内部反応チューブの開放された下部を閉鎖する遮断プレートと，
前記遮断プレートの下部に起立設置されて，前記遮断プレートと共に昇降する連結シリンダーと，前記チャンバ本体の開放された下部面と前記連結シリンダーとの間に連結され，前記基板ホルダーの積載位置において前記工程空間と連通する積載空間を外部から隔離する遮断部材と，前記チャンバ本体の上部に設置され，前記チャンバ本体の上部に配置された前記内部反応チューブを支持するマニホールドを含み，前記マニホールドは，前記工程空間に向かって工程ガスを供給する第１供給口と，前記第１供給口の反対側に形成されて，前記工程空間に供給された前記工程ガスを排気する排気口と，前記第１供給口の下部に形成されて，前記積載空間にパージガスを供給し，前記基板ホルダーの前記工程位置で前記遮断プレートと同じ高さに配置される第２供給口を有し，前記チャンバ本体は，排気ポートをさらにを含む。
前記遮断部材は，前記基板ホルダーの積載位置で前記工程空間と連通する積載空間を提供し，前記基板ホルダーの工程位置で前記積載空間を減少することができる。
前記遮断部材は，前記遮断プレートが昇降することによって伸縮できる。
前記連結シリンダーの下部は，外側に向かって突出した突出部を有し，前記遮断部材は，前記チャンバ本体の開放された下部面と前記突出部との間に連結することができる。
前記連結シリンダーは，前記基板ホルダーの積載位置で前記チャンバ本体の下部に位置し，前記基板ホルダーの工程位置で前記チャンバ本体の内部に位置することができる。
前記基板処理装置は，前記第２供給口と連通して前記第２供給口を介して供給された前記パージガスを前記積載空間に供給するノズルリングと，前記内部反応チューブの外側に設置され，前記内部反応チューブと前記排気口間に形成された，排気ホールと連通する排気空間を形成する補助チューブを含むことができる。
前記遮断プレートは，前記工程位置で前記マニホールドと当接して配置されて前記工程空間を形成することができる。
前記排気ポートは，前記通路の反対側に位置することができる。
前記基板処理装置は，前記遮断プレートの上部面に沿って形成された設置溝に挿入されるシーリング部材をさらに含むことができる。
前記基板処理装置は，前記遮断プレートの内部に形成されて外部から供給された冷媒が流れる冷却流路をさらに含むことができる。
前記基板処理装置は，前記遮断プレートの上部面に沿って形成された設置溝に挿入されるシーリング部材をさらに含み，前記冷却流路は，前記シーリング部材に沿って近接配置されることができる。
前記基板処理装置は，前記遮断部材の外側に起立設置される昇降軸と，前記昇降軸に連結されて，前記昇降軸を回転する昇降モータと，前記連結シリンダーの下部に連結する支持リングと，前記支持リングと前記昇降軸にそれぞれ連結されて，前記昇降軸の回転により前記支持リングと共に昇降するブラケットとをさらに備えることができる。
本発明の一実施形態によれば，バッチ式基板処理装置において積載空間と工程空間とを容易に遮断した状態で基板に対する工程を行うことができる。また，積載空間の体積を最小化した状態で基板に対する工程を行うことができることによって，基板に対する汚染を最小化して品質及び生産性を向上させることができる。
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に示す基板処理装置の作動過程を示す図である。 図１に示す基板処理装置の作動過程を示す図である。 図３のＡ部拡大図である。 図３に示す基板処理装置のパージガス流動状態を示す図である。
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，様々な形態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に発明を強調するために誇張されている可能性がある。
また，実施形態において説明する基板Ｗの他に多様な被処理体にも応用できることは当業者にとって当然である。例えば，本発明において処理されることができる基板の種類は，特に制限されない。したがって，半導体工程の全般において一般に利用されるガラス，プラスチック，ポリマー，シリコンウエハ，ステンレススチール，サファイアなど，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ことができる。また，本発明において基板を処理するということは，基板それ自体だけではなく，基板上に形成された所定の膜又はパターンなどを処理する場合を含むと理解されることができる。
それだけではなく，本発明の基板処理装置の用途もまた特に制限されない。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，蝕刻工程，表面改質工程などが行われることができる。それだけではなく，以下では，発明の主要な構成要素についてだけ説明し，利用される目的に応じて多様な構成要素を本発明の基板処理装置に追加的に含むことができることは明らかである。
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る。図１に示すように，基板処理装置１００は，上部及び下部の開放された形状のチャンバ本体３０と開放されたチャンバ本体３０の上部を閉鎖するチャンバキャップ５，及び開放されたチャンバ本体３０の下部を外部から隔離可能な遮断部材７０を含む。チャンバ本体３０の一側に形成された通路３２を介して基板Ｗがチャンバ本体３０の内部に移送され，ゲートバルブ（図示せず）は，通路３２の外側に設置されて，通路３２は，ゲートバルブにより開放及び閉鎖することができる。また，排気ポート３４は，通路の反対側に形成され，後述するパージガスを排気ポート３４を介して外部に排気することができる。
マニホールド４０は，チャンバ本体３０の上部に設置され，内部反応チューブ１０は，マニホールド４０により支持されることができる。内部反応チューブ１０は，チャンバ本体３０の開放された上部を閉鎖して基板Ｗに対した工程が行われる工程空間（図３の２）を提供し，下部の開放された形状を有することができる。マニホールド４０の内面には，それぞれ第１供給口１３，第２供給口１４及び排気口１９が形成され，第１供給口１３は，第２供給口１４の上部に形成される。噴射ノズル１５は，第１供給口１３に連結され，外部から供給された工程ガスは，第１供給口１３を介して噴射ノズル１５に供給されて，噴射ノズル１５を介して基板に工程ガスを供給することができる。
噴射ノズル１５は，内部反応チューブ１０の内壁に沿って挿入設置され，円周方向に沿って互い異なる高さに配置されることができる。噴射ノズル１５から供給された工程ガスは，反対側に形成された排気ホール１７に向かって流れ，これにより工程ガスと基板Ｗの表面が反応できる十分な時間を確保することができる。このとき，工程中に発生した未反応ガス及び反応副産物は，排気ホール１７を介して排気口１９に吸入されて外部に排出され，パージガスは，第２供給口１４を介して基板処理装置１００の内部に供給されて排気ポート３４を介して排気されることができる。また，基板処理装置１００は，未反応ガス及び反応副産物が容易に排気ホール１７を介して排気口１９に流動するように，補助チューブ１８が設置されることができる。
また，基板処理装置１００は，内部反応チューブ１０の外側には，外部反応チューブ２０を設置することができ，外部反応チューブ２０は，噴射ノズル１５及び排気ホール１７の外側に配置される。外部反応チューブ２０の外側には，チャンバキャップ５を設置することができ，チャンバキャップ５は，基板Ｗを加熱するヒータ７を備えることができる。内部反応チューブ１０及び外部反応チューブ２０は，セラミック又はクォーツ（quartz），又はメタルにセラミックをコーティングした材質であってもよい。
基板処理装置１００は，複数の基板が積載される基板ホルダー５０をさらに備え，通路３２を介して移送された基板Ｗは，基板ホルダー５０上に上下方向に順次に装填される。基板ホルダー５０は，基板Ｗを容易に積載可能であるように上下方向に複数の支持チップ５３（又はスロット）を形成することができ，支持チップ５３と支持チップ５３との間には，ガイドプレート５５を備えることができる。ガイドプレート５５は，基板Ｗの断面積より大きく，ガイドプレート５５を介して上下方向に積載された基板Ｗと基板Ｗとの間に均一なガスの供給が可能である。
基板ホルダー５０は，チャンバ本体３０の下部に配置されて予め設定された間隔で上昇することによって，通路３２を介して移送される基板Ｗを上下方向に積載可能であり（「積載位置」），積載の完了した基板ホルダー５０は，基板Ｗに対した工程を遂行可能に上昇して，工程位置に転換されることができる。基板ホルダー５０が工程位置に転換された場合，工程空間（図３の２）内部の熱損失を最小化するために，基板ホルダー５０の下部には，多数の断熱プレート５８を備えることができる。
基板ホルダー５０の下部には，遮断プレート６０が設置され，遮断プレート６０は，基板ホルダー５０と同心を基準に基板ホルダー５０の外径より大きな形状を有する。基板ホルダー５０が工程位置に転換される場合，遮断プレート６０は，マニホールド２４と当接して内部反応チューブ１０の開放された下部を閉鎖して工程空間（図３の２）を提供する。設置溝６３は，遮断プレート６０の上部面に沿って形成されることができ，シーリング部材６５は，設置溝６３に挿入設置される。シーリング部材６５は，遮断プレート６０とマニホールド４０との間の隙間を最小化して，工程空間（図３の２）を積載空間（図３の３）から綿密に遮断できる。シーリング部材６５は，シリコン素材のＯリング（O-ring）であってもよい。
また，遮断プレート６０の内面には，冷却流路６８が形成され，冷却流路６８に沿って外部から供給された冷媒は，冷却流路６８に沿って流れることができる。
好ましくは，冷却流路６８は，設置溝６３と予め設定された間隔に離隔されて形成されることができ，設置溝６３と対応する形状を有することができる。したがって，基板ホルダー５０の工程位置で基板Ｗに対した工程を行う場合，工程空間（図３の２）は，高温雰囲気下で行われることによるシーリング部材６５の破損を未然に防止できる。
遮断プレート６０の下部中央部には，モータハウジング８５が設置されることができる。回転軸８３の一方は，遮断プレート６０の下部に連結され，回転軸８３を回転する回転モータ（図示せず）は，モータハウジング８５の内部に固定設置されることができる。回転モータは，基板ホルダー５０が工程位置に転換されて基板Ｗに対した工程が行われる場合，回転軸８３を駆動して基板ホルダー５０を回転できる。
また，遮断プレート６０の下部側面には，連結シリンダー８０が設置される。連結シリンダー８０は，遮断プレート６０の下部に向かって起立設置され，連結シリンダー８０の下部は，外側に向かって突出する突出部８１を有することができる。遮断部材７０は，開放されたチャンバ本体３０の下部と連結シリンダー８０の突出部８１との間に連結され，開放されたチャンバ本体３０の下部を外部から隔離して，積載空間（図３の３）を提供できる。積載空間（図３の３）は，基板ホルダー５０の積載位置で工程空間（図３の２）と連通され，基板ホルダー５０が工程位置に転換される場合，積載空間（図３の３）は，工程空間（図３の２）と遮断される。
遮断部材７０は，伸縮可能な素材であり，連結シリンダー８０と共に上昇することによって，積載空間（図３の３）の体積は，弾力的に変化されることができる。遮断部材７０は，ベローズ（bellows）であってもよく，フランジ（flange）７２を介してチャンバ本体３０と連結シリンダー８０との間に連結され得る。支持リング９５は，連結シリンダー８０の突出部８１の下部に連結されて，連結シリンダー８０を支持する。ブラケット９７の一側は，支持リング９５に連結され，ブラケット９７の他方は，遮断部材７０の外側に起立設置される昇降軸９０に連結される。昇降モータ９８は，昇降軸９０に連結されて昇降軸９０を駆動することができ，ブラケット９７は，昇降軸９０の回転により支持リング９５と共に昇降できる。
図２及び図３は，図１に示す基板処理装置の作動過程を示す図であり，図４は，図３のＡ部拡大図である。図２は，図１に示す基板ホルダーの積載位置を示す図であり，図３は，図１に示した基板ホルダーの工程位置に転換された状態を示す図である。図２に示すように，通路３２を介して移送された基板Ｗは，基板ホルダー５０に積載される。基板ホルダー５０は，上述のように，昇降可能であり，通路３２を介して移送された基板Ｗは，基板ホルダー５０の上部から下部方向へ支持チップ５３に順次に載置される。
基板ホルダー５０に基板５３の積載がすべて完了する場合，図３に示すように，基板ホルダー５０は，工程位置に転換される。基板ホルダー５０が工程位置に転換された場合，基板ホルダー５０の下部に連結した遮断プレート６０は，マニホールド４０と当接し，内部反応チューブ１０の開放された下部を閉鎖できる。また，遮断プレート６０の下部に連結した連結シリンダー８０は，基板ホルダー５０と共に昇降することによって共に昇降し，チャンバ本体３０の下部と連結シリンダー８０との間に連結した遮断部材７０は，伸縮可能なので，連結シリンダー８０の上昇によって積載空間３の体積を減少させることができる。
図４に示すように，遮断プレート６０は，設置溝６３が形成されてシーリング部材６５が設置溝６３に設置されることによって，マニホールド４０と遮断プレート６０との間を密封することによって，工程空間２を外部から緊密に維持できる。冷却流路６８は，遮断プレート６０の設置溝６３と対応するように形成されて，シーリング部材６５が破損及び遮断プレート６０の熱損上を防止できる。また，シーリング部材６５は，マニホールド４０と内部反応チューブ１０，フランジ７２とチャンバ本体３０，チャンバ本体３０とマニホールド４０との間にそれぞれ設置されることができ，冷却流路６８もまた対応する位置に形成されることができる。
図５は，図３に示す基板処理装置のパージガスの流動状態を示す図である。図５に示すように，基板ホルダー５０の工程位置において第２供給口１４は，遮断プレート６０と平行に形成される。チャンバ本体３０の内部には，第２供給口１４に沿ってノズルリング３８が設置されることができ，パージガスは，第２供給口１４に沿ってノズルリング３８に形成された供給ホール３９を介して積載空間３に供給される。チャンバ本体３０の通路反対側には，排気ポート３４が形成され，積載空間３に供給されたパージガスは，排気ポート３４を介して排気することができる。
すなわち，基板ホルダー５０が工程位置に転換される場合，遮断部材７０は，上下に伸縮可能であるので積載空間３が最小になる。基板ホルダー５０の工程位置において遮断プレート６０は，工程空間２と積載空間３とを区画し，シーリング部材６５を介して工程空間２と積載空間３との間の空白を最小化できる。したがって，積載空間３のパージを容易に制御でき，積載空間３を最小化させることによって，基板Ｗに対した工程を終えた後に基板ホルダー５０を下降する場合，基板Ｗの汚染及びパーティクル（particle）による不良を減少して，基板Ｗに対した歩留まりを向上し，かつ生産性を増大することができる。
好ましい実施形態を介して本発明を詳細に説明したが，それ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 (12)

  1. 一側に形成された通路を介して基板が移送され，上部及び下部の開放されたチャンバ本体と，
    前記チャンバ本体の上部に設置されて，前記基板に対する工程が行われる工程空間を提供し，下部の開放された形状を有する内部反応チューブと，
    前記チャンバの開放された下部に配置されて，前記通路を介して移送された前記基板を上下方向に沿って積載する積載位置及び前記工程空間に向かって上昇して積載された前記基板に対する工程が行われる工程位置に転換可能である基板ホルダーと，
    前記基板ホルダーの下部に連結されて，前記基板ホルダーと共に昇降し，前記工程位置で前記内部反応チューブの開放された下部を閉鎖する遮断プレートと，
    前記遮断プレートの下部に起立設置されて，前記遮断プレートと共に昇降する連結シリンダーと，
    前記チャンバ本体の開放された下部面と前記連結シリンダーとの間に連結され，前記基板ホルダーの積載位置において前記工程空間と連通する積載空間を外部から隔離する遮断部材と，
    前記チャンバ本体の上部に設置され，前記チャンバ本体の上部に配置された前記内部反応チューブを支持するマニホールドを含み，
    前記マニホールドは，
    前記工程空間に向かって工程ガスを供給する第１供給口と，
    前記第１供給口の反対側に形成されて，前記工程空間に供給された前記工程ガスを排気する排気口と，
    前記第１供給口の下部に形成されて，前記積載空間にパージガスを供給し，前記基板ホルダーの前記工程位置で前記遮断プレートと同じ高さに配置される第２供給口を有し，
    前記チャンバ本体は，排気ポートをさらに含む，基板処理装置。
  2. 前記遮断部材は，
    前記基板ホルダーの積載位置で前記工程空間と連通する積載空間を提供し，
    前記基板ホルダーの工程位置で前記積載空間を減少することができることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記遮断部材は，前記遮断プレートが昇降することによって伸縮可能であることを特徴とする，請求項１又は２記載の基板処理装置。
  4. 前記連結シリンダーの下部は，外側に向かって突出した突出部を有し，前記遮断部材は，前記チャンバ本体の開放された下部面と前記突出部との間に連結することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  5. 前記連結シリンダーは，
    前記基板ホルダーの積載位置で前記チャンバ本体の下部に位置し，前記基板ホルダーの工程位置で前記チャンバ本体の内部に位置することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  6. 前記第２供給口と連通して前記第２供給口を介して供給された前記パージガスを前記積載空間に供給するノズルリングと，
    前記内部反応チューブの外側に設置され，前記内部反応チューブと前記排気口間に形成された，排気ホールと連通する排気空間を形成する補助チューブを含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  7. 前記遮断プレートは，前記工程位置で前記マニホールドと当接して配置されて前記工程空間を形成することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  8. 前記排気ポートは，前記通路の反対側に位置することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  9. 前記基板処理装置は，
    前記遮断プレートの上部面に沿って形成された設置溝に挿入されるシーリング部材をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  10. 前記基板処理装置は，
    前記遮断プレートの内部に形成されて外部から供給された冷媒が流れる冷却流路をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  11. 前記基板処理装置は，
    前記遮断プレートの上部面に沿って形成された設置溝に挿入されるシーリング部材をさらに含み，
    前記冷却流路は，前記シーリング部材に沿って近接配置されることを特徴とする請求項１０記載の基板処理装置。
  12. 前記基板処理装置は，
    前記遮断部材の外側に起立設置される昇降軸と，
    前記昇降軸に連結されて，前記昇降軸を回転する昇降モータと，
    前記連結シリンダーの下部に連結する支持リングと，
    前記支持リングと前記昇降軸にそれぞれ連結されて，前記昇降軸の回転により前記支持リングと共に昇降するブラケットとをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
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