KR100971750B1 - 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

비정질 실리콘을 결정화시키기 위해 열처리 공정을 진행하는 반도체 기판용 열처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 열처리 장치는 폴리 실리콘을 제조하기 위하여 비정질 실리콘이 형성되어 있는 복수개의 기판을 열처리 하는 열처리 장치로서, 복수개의 기판(10)에 대하여 열처리 공간을 제공하는 챔버(2); 및 상기 챔버(2) 내에 배치되어 복수개의 기판(10)이 로딩되는 보트(5)를 포함하고, 반응 챔버(2)와 복수개의 기판(10) 사이에는 열차단부(100)가 설치되는 것을 특징으로 하며, 열차단부(100)가 기판(10)의 장변측 위치에 따른 냉각 속도의 편차를 감소시켜 기판(10) 전체에 걸쳐 온도 편차 없이 균일한 냉각이 이루어지도록 한다.

열처리 장치, 비정질 실리콘, 결정화, 냉각, 열차단부

Description

열처리 장치{Heat Treatment Apparatus}

본 발명은 반도체 또는 평판 디스플레이 제조를 위한 열처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시키기 위해 열처리 공정을 수행하기 위해 배치식 열처리 장치에서 기판이 로딩되는 보트의 양측에 열손실을 방지하는 열차단벽을 설치하여 기판 전체에 걸쳐 균일한 온도 저하가 나타나도록 하는 열처리 장치에 관한 것이다.

평판 디스플레이 제조 시 사용되는 대면적 기판 처리 시스템은 크게 증착 장치와 어닐링 장치로 구분될 수 있다.

증착 장치는 평판 디스플레이의 핵심 구성을 이루는 투명 전도층, 절연층, 금속층 또는 실리콘층을 형성하는 단계를 담당하는 장치로서, LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)와 같은 화학 증착 장치와 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리 증착 장치가 있다. 또한, 어닐링 장치는 증착 공정 후에 결정화, 상 변화 등을 위해 수반되는 열처리 단계를 담당하는 장치이다.

예를 들자면, LCD의 경우에 있어서, 대표적인 증착 장치로는 박막 트랜지스 터(thin film transistor; TFT)의 액티브 물질에 해당하는 비정질 실리콘을 유리 기판 상에 증착하는 실리콘 증착 장치가 있고, 대표적인 어닐링 장치로는 유리 기판 상에 증착된 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시키는 실리콘 결정화 장치가 있다.

일반적으로, 증착 공정과 어닐링 공정은 모두 기판을 소정의 온도로 열처리 공정을 수행해야 한다.

이와 같은 열처리 공정을 수행하기 위해서는 기판의 히팅이 가능한 열처리 장치의 사용이 필수적이다.

도 1a는 종래기술에 따른 열처리 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.

도시한 바와 같이, 열처리 장치(1)는 복수개의 기판(10)을 로딩하는 배치식의 보트(5), 보트(5)에 로딩된 기판(10)에 대한 열처리 공간을 제공하는 석영 재질로 이루어지는 챔버(2), 챔버(2) 내에서 열처리 환경을 조성하기 위해 챔버(2)의 외주를 감싸도록 설치된 히터(3), 챔버(2)의 내부에 설치되어 기판(10) 열처리에 필요한 가스를 챔버(2) 내부로 공급하는 가스 공급관(4a), 및 열처리 공정에 사용된 가스를 배출하는 가스 배출관(4b)을 포함하여 구성되어 있다.

도 1b는 도 1a의 보트(5)의 구성을 나타내는 사시도로서, 일반적으로 기판(10)을 로딩하는 엔드 이펙터(미도시)에 의해 기판(10)이 보트(5)에 로딩된다. 한편, 경우에 따라서 기판(10)은 평면 형태로 형성되어 기판을 지지하는 홀더(미도시)에 장착된 상태로 보트(10)에 로딩될 수 있다. 한편, 도 1b를 참조하면, 기판(10)은 보트(5)의 일측에 의해 지지되는 것으로 되어 있으나, 이는 설명의 용이 함을 위한 것으로, 실제로는 보트(5)는 기판(10)의 양측에 배치되어 있어서 보트(5)는 기판(10)의 양측을 지지하게 된다.

그러나, 종래의 열처리 장치(1)는 열처리 공정을 수행한 후 챔버(2) 내에서 소정 온도까지 기판(10)을 냉각하는 과정에서 기판의 냉각이 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다. 이는 일반적으로 평판 디스플레이 등에 적용되는 기판(10)이 직사각형의 모양을 가지고 있는 관계로 기판(10)의 각 변의 위치에 따라 냉각 속도가 상이하게 되어 나타나는 현상이다. 즉, 기판(10)의 장변측 중앙부의 열 방출량이 장변측 양단부의 열 방출량보다 작은 관계로 기판의 장변측 양단부의 냉각 속도가 장변측 중앙부의 냉각속도보다 더 빠르게 나타나기 때문에, 열처리 후 기판 냉각시 기판의 위치에 따른 온도 편차가 나타나게 된다. 따라서, 이러한 온도 편차 때문에 기판(10)에 열 변형에 의한 휨(warpage) 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판이 로딩되어 있는 보트에 기판의 장변으로의 열 방출을 차단할 수 있도록 열차단벽을 설치하여 열처리 공정이 완료된 후 기판을 냉각할 때 온도 편차 없이 기판 전체적으로 균일하게 냉각이 이루어지도록 하는 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열처리 장치는, 폴리 실리콘을 제조하기 위하여 비정질 실리콘이 형성되어 있는 복수개의 기판을 열처리 하는 열처리 장치로서, 상기 복수개의 기판에 대하여 열처리 공간을 제공하는 챔버; 및 상기 챔버 내에 배치되어 상기 복수개의 기판이 로딩되는 보트를 포함하고, 상기 챔버와 상기 복수개의 기판 사이에는 열차단부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 열차단부는 상기 보트와 연결될 수 있다.

상기 열차단부는 상기 기판의 장변측에 대향하여 설치될 수 있다.

상기 열차단부는 상기 보트와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 열차단부는 복수개의 파트로 분리될 수 있다.

본 발명에 따르면, 챔버의 내부에 장입된 기판을 열처리 한 이후 기판을 냉각할 때 기판이 로딩된 보트의 일측에 설치된 열차단벽에 의해 기판의 장변측의 냉각 속도 편차를 감소시켜 기판 전체에 걸쳐 균일한 냉각이 이루어지도록 하여 기판의 휨(warpage) 현상을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판의 열처리 후 기판 냉각시 급속 냉각 유닛을 사용할 수 있어서 기판 열처리 공정의 생산성이 향상되는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

복수개의 기판에 대하여 열처리 공간을 제공하기 위한 챔버가 설치되고, 챔 버의 내부에는 복수개의 기판이 로딩되는 보트가 설치되는 것은 종래의 기술과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 장치에서 사용하는 보트의 구성을 나타내는 사시도이다.

도시한 바와 같이, 배치식 열처리 장치에서 사용되는 보트(5)의 일측으로는 열차단벽(100)이 연결 설치되어 있으며, 보트(5)에는 기판(10)의 일측만이 걸려 있고 보트(5)의 일측에 열차단벽(100)이 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 기판(10), 보트(5) 및 열차단벽(100)의 설치 상태를 용이하게 알 수 있도록 하기 위한 것으로, 실제로는 보트(5)는 기판(10)의 양측에 위치되어 있어 기판(10)의 양측이 보트(5)에 걸리고, 열차단벽(100)은 기판(10)이 로딩되어 있는 보트(5) 양측에 설치된다.

열차단벽(100)의 설치 위치는 보트(5)에 로딩되는 기판(10)의 장변 측에 대향하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 열차단벽(100)과 기판(10)의 장변 사이는 소정의 거리를 두고 이격되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 보트(5)에 설치되는 열차단벽(100)이 단일 몸체인 경우에는 열차단벽(100)의 설치와 해체시 핸들링이 용이하지 않을 수도 있으므로 열차단벽(100)은 여러 파트로 분리될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2를 참조하면, 열차단벽(100)은 좌우로 양분되어 구성되어 있으나, 사용자의 편의에 따라 3분할, 4분할 또는 그 이상으로 분할되어 구성될 수도 있다.

보트(5)에 설치되는 열차단벽(100)은 챔버의 내부에서 열처리 공정 수행 도 중 발생되는 고온에도 견딜 수 있어야 하므로, 보트(5)의 제작에 사용되는 재질과 동일한 재질로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명은 다음과 같이 작용하게 된다.

복수개의 기판에 대하여 열처리 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버의 내부에는 복수개의 기판(10)이 로딩되는 보트(5)가 설치된다. 보트(5)에는 엔드 이펙터(미도시)를 이용하여 복수개의 기판(10)을 로딩한 후, 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화 시키기 위한 열처리 공정을 수행하게 된다.

열처리 공정을 수행하는 도중에 기판의 변형을 방지하기 위하여, 기판(10)은 기판 홀더(미도시)에 장착된 상태로 보트(5)에 로딩되는 것이 바람직하다.

비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화 시키기 위한 열처리 공정이 진행될 때 챔버 내부의 온도는 500 내지 700 ℃ 수준으로 유지하며, 열처리 공정이 끝나면 기판(10)의 열 충격을 방지하기 위하여 챔버(2) 내부의 온도를 300 내지 400 ℃ 수준까지 냉각시킨 다음에 기판(10)을 챔버(2) 외부로 취출한다.

이때, 기판(10)이 로딩되어 있는 보트(5)의 양측, 특히 기판(10)의 장변을 커버하는 부위에는 복수개의 파트가 연결되어 이루어진 열차단벽(100)이 설치되어 있기 때문에 열차단벽(100)은 기판(10)의 장변 측에서 방출되는 열을 차단하여 냉각의 진행을 더디게 한다. 즉, 열차단벽(100)은 기판(10)의 장변측 중심부의 열 방출량과 장변측 양단부의 열 방출량의 차이를 감소시켜, 기판(10)의 장변측 위치에 따른 냉각 속도의 편차를 줄여줌으로써 기판(10)이 전체적으로 균일하게 냉각되어서 열 변형에 의한 기판의 휨(warpage) 현상이 나타나지 않게 된다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 열차단벽(100) 설치에 따라 기판의 위치에 따른 냉각 속도의 편차를 줄여줄 수 있기 때문에 기판 열처리시 완료된 후 기판을 빠르게 냉각시킬 수 있는 급속 냉각 유닛(rapid cooling unit)을 설치할 수 있어서 기판 열처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 즉, 종래의 열처리 장치에 기판 열처리 공정의 생산성 향상을 위한 급속 냉각 유닛을 설치하게 되면 기판의 위치에 따른 냉각 속도의 편차를 더욱 심하게 하는 문제점이 있어서 급속 냉각 유닛을 설치하는 데에 제한이 있었는데, 본 발명에서는 열차단벽을 설치함으로써 이러한 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1a는 종래기술에 따른 열처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.

도 1b는 도 1a의 보트의 구성을 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 장치에서 사용하는 보트의 구성을 나타내는 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 열처리 장치

2: 챔버

3: 히터

4a: 가스 공급관

4b: 가스 배출관

5: 보트

10: 기판

100: 열차단벽

Claims (5)

1. 폴리 실리콘을 제조하기 위하여 비정질 실리콘이 형성되어 있는 복수개의 기판을 열처리 하는 열처리 장치로서,

   상기 복수개의 기판에 대하여 열처리 공간을 제공하는 챔버; 및

   상기 챔버 내에 배치되어 상기 복수개의 기판이 로딩되는 보트

   를 포함하고,

   상기 보트에는 상기 기판의 장변측에 대향하여 배치되는 열차단부가 연결되며, 상기 열차단부는 열처리 공정이 완료된 후 상기 기판의 장변측으로부터 열 방출되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 열차단부는 상기 보트와 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열차단부는 복수개의 파트로 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.

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