KR101063246B1 - 결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템 - Google Patents

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KR101063246B1
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Abstract

본 발명은 챔버 내부에 장착되는 프레임과, 상기 프레임의 하부 양측에 이격되어 장착되는 제 1, 제 2 가열부와, 상기 프레임에 장착되어 상기 제 1, 제 2 가열부를 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전시키는 이동부와, 상기 제 1, 제 2 가열부에 연결되어 상기 제 1, 제 2 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도를 조절하는 조사각 조절부를 포함하는 결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템을 제공한다.
이와 같은 본 발명은 결정화 유도 장치의 자유로운 위치 조절을 통해 기판과 결정화 유도 장치의 상대적 위치를 미세하게 조절함으로써, 이를 통해 결정화 공정의 최적화를 실현할 수 있다. 또한, 냉각 수단을 통해 가열 램프의 주변 영역과 가열 램프가 설치된 하우징을 선택적으로 또는 동시에 냉각하여 가열 램프의 과열을 방지함으로써, 가열 램프의 교체 비용 증가 및 공정 단축에 따른 손실을 최소화할 수 있다.
결정화, 재결정, 가열 램프, 조사 장치, 램프 냉각

Description

결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템{Apparatus for inducing Recrystallization and substrate processing system having the same}
본 발명은 결정화 유도 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 증착된 박막의 결정화를 위해 기판의 소정 영역에 열원을 조사하는 결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
종래의 태양 전지(Solar Cell)는 태양전지용 웨이퍼 상에 반도체층을 증착하고, 이를 일정 패턴으로 식각하여 제작되었다. 즉, 실리콘 웨이퍼 상에 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 등의 증착 방법을 통해 다수의 실리콘 반도체층을 증착한다. 그리고, 증착된 실리콘 반도체층을 식각하여 태양 전지를 제작한다.
이러한, 태양 전지용 웨이퍼의 경우 초크랄스키법을 통해 제작되었다. 따라서, 태양 전지용 웨이퍼의 제조 공정이 복잡한 단점이 있다. 또한, 최근에는 태양 전지용(즉, 태양 전지급) 웨이퍼 제작을 위한 원료의 품귀와 가격 폭등으로 인해 태양 전지용 웨이퍼의 단가가 비싼 단점이 있다. 이로 인해 태양 전지의 생산 단가가 증가하게 되는 문제가 발생한다.
이에 최근에는 저가의 기판상에 고품질의 폴리 또는 비정질 실리콘을 증착하여 태양 전지용 기판을 제작함으로써 제작 단가를 줄이려고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 하나로, 절연성 기판 상에 버퍼층을 형성하고, 버퍼층 상에 비정질 실리콘층을 형성한 후 이를 결정화시켜 태양 전지를 형성하는 방식이 제안되었다. 이러한 방식에서는 기판 상에 형성된 비정질 실리콘층에 복사열을 조사하여 결정화를 유도하는 결정화 유도 장치가 필요한데, 결정화 공정의 최적화를 위해서는 기판과 결정화 유도 장치의 상대적 위치를 자유롭게 조절할 필요가 있다. 즉, 결정화 유도 장치의 위치 조절을 통해 복사열이 기판에 조사되는 영역의 크기 및 형태를 한정하고, 상기 영역에 복사열이 조사되는 각도 등을 미세하게 조절할 필요가 있다.
그러나, 종래의 결정화 유도 장치는 몸체부의 상하 이동, 좌우 이동, 수평 회전 중 일부만 가능하고, 몸체부에 장착된 가열부의 수평 경사각 즉, 레벨링 및 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도 즉, 조사각 중 일부만 조절 가능하기 때문에, 이를 통해 공정 조건을 최적화하는데 한계가 있었다.
그리고, 종래의 결정화 유도 장치는 복사열을 생성하는 가열 램프가 고온의 상태에 오랜 시간 노출됨으로써 제품 수명이 단축되거나, 제품 수명에 훨씬 못미쳐서 파손되는 문제점이 있었다. 이로 인해, 가열 램프의 잦은 교체에 따른 비용 증가 뿐만 아니라 공정 중단에 따른 손실이 증가하여 제품 단가가 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 결정화 유도 장치를 자유롭게 위치 조절하여 기판과 결정화 유도 장치의 상대적 위치를 미세하게 조절함으로써, 이를 통해 결정화 공정의 최적화를 달성할 수 있도록 한 결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템를 제공한다.
또한, 본 발명은 결정화 장치의 현재 조사각을 표시해줌으로써, 작업자가 결정화 장치의 조사각을 보다 편리하고 정확하게 조절할 수 있도록 한 결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템를 제공한다
또한, 본 발명은 가열 램프의 주변 영역과 가열 램프가 설치된 하우징을 냉각하여 가열 램프의 과열을 방지함으로써, 가열 램프의 수명 저하 및 파손을 방지할 수 있도록 한 결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 결정화 유도 장치는 챔버 내부에 장착되는 프레임; 상기 프레임의 하부 양측에 이격되어 장착되는 제 1, 제 2 가열부; 상기 프레임에 장착되어 상기 제 1, 제 2 가열부를 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전시키는 이동부; 및 상기 제 1, 제 2 가열부에 연결되어 상기 제 1, 제 2 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도를 조절하는 조사각 조절부; 를 포함하여 구성된다.
상기 프레임은 상부 프레임과, 상기 상부 프레임의 하부에 장착된 중간 프레임과, 상기 중간 프레임의 하부에 장착된 하부 프레임을 구비하고, 상기 이동부는 상하로 이동되는 상하 이동부와, 좌우로 이동되는 좌우 이동부 및 수평으로 회전되는 회전 이동부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 상부 프레임에는 상기 중간 프레임을 상하로 이동시키는 상하 이동부 및 상기 중간 프레임을 좌우로 이동시키는 좌우 이동부가 장착되는 것이 바람직하다.
상기 중간 프레임은 상하 이동부에 연결되고, 상기 상하 이동부는 좌우 이동부가 연결되어 상기 중간 프레임이 상하 및 좌우로 이동되는 것이 바람직하다.
상기 중간 프레임에는 상기 하부 프레임을 수평으로 회전시키는 회전 이동부가 마련되는 것이 바람직하다.
상기 중간 프레임에는 상기 하부 프레임에 장착된 제 1, 제 2 가열부의 수평 경사를 조절하는 레벨링 조절부가 마련되는 것이 바람직하다.
상기 하부 프레임은 가장자리 양단에서 하방으로 연장된 양측 측벽을 구비하고, 상기 양측 측벽의 사이에 상기 제 1, 제 2 가열부 각각의 양단이 힌지 결합되어 수직 방향으로 회동되는 것이 바람직하다.
상기 조사각 조절부는 상기 제 1, 제 2 가열부 각각에 연결되어 상하로 승강됨에 따라 상기 제 1, 제 2 가열부를 수직 방향으로 회동시키는 수직 이동축을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제 1, 제 2 가열부의 현재 조사각을 표시하는 조사각 표시부를 포함하 는 것이 바람직하다.
상기 조사각 표시부는 상기 제 1, 제 2 가열부의 측벽에 장착된 눈금 표시판; 상기 눈금 표시판이 외부로 노출되도록 상기 하부 프레임의 측벽에 형성된 개구부; 및 상기 개구부에 장착되어 상기 눈금 표시판에서 현재 상태의 조사각을 가리키는 눈금 지시자; 를 포함한다.
상기 제 1, 제 2 가열부 각각은 적어도 하나의 가열 램프; 상기 가열 램프를 내측 공간에 수용하는 램프 하우징; 및 상기 가열 램프 및 상기 램프 하우징을 냉각시키는 냉각 수단; 을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 램프 하우징은 일면이 개구되고 내부가 비어있는 박스 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 램프 하우징의 내주면에는 상기 가열 램프에서 방사상으로 발산된 열을 모아주는 반사면이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 반사면은 일측이 개구된 원형 구조, 일측이 개구된 타원 구조, 일측이 개구된 첨두 구조 중 어느 하나의 단면을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 냉각 수단은 상기 하우징을 냉각시키는 제 1 냉각부; 및 상기 가열 램프를 직접 냉각시키는 제 2 냉각부; 를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 냉각부는 상기 하우징의 몸체 내부에 형성된 냉각 유로; 상기 냉각 유로로 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급부; 및 상기 냉각 유로와 상기 냉각 유체 공급부를 연통시키는 유체 배관부; 를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 냉각부는 상기 하우징을 관통하여 상기 가열 램프가 설치된 램프 하우징의 내측 공간으로 연장되는 가스 배관부; 및 상기 가스 배관부를 통해 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급부; 를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 기판 처리 장치는 내부 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부; 상기 챔버 내에 마련되어 상기 기판 안치부를 전후 방향으로 이동시키는 기판 이송부; 및 상기 기판 안치부 상에 안치된 기판에 열을 조사하는 결정화 유도부; 를 포함하고, 상기 결정화 유도부는 챔버 내부에 장착되는 프레임; 상기 프레임의 하부 양측에 이격되어 장착되는 제 1, 제 2 가열부; 상기 프레임에 장착되어 상기 제 1, 제 2 가열부를 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전시키는 이동부; 및 상기 제 1, 제 2 가열부에 연결되어 상기 제 1, 제 2 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도를 조절하는 조사각 조절부; 를 포함하여 구성된다.
상기 프레임은 가장자리 양단에서 하방으로 연장된 양측 측벽을 구비하고, 상기 양측 측벽의 사이에 상기 제 1, 제 2 가열부 각각의 양단이 힌지 결합되어 상기 제 1, 제 2 가열부이 수직 방향으로 회동되는 것이 바람직하다.
상기 조사각 조절부는 상기 제 1, 제 2 가열부 각각에 연결되어 상하로 승강됨에 따라 상기 제 1, 제 2 가열부를 수직 방향으로 회동시키는 수직 이동축을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제 1, 제 2 가열부 각각은 적어도 하나의 가열 램프; 상기 가열 램프를 내측 공간에 수용하는 램프 하우징; 및 상기 가열 램프 및 상기 램프 하우징을 냉 각시키는 냉각 수단; 을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 냉각 수단은 상기 하우징을 냉각시키는 제 1 냉각부; 및 상기 가열 램프를 직접 냉각시키는 제 2 냉각부; 를 포함하는 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 결정화 유도 장치의 몸체부가 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전이 가능하여 거의 모든 방향으로 이동될 수 있고, 몸체부에 장착된 가열부는 레벨링 및 조사각이 자유롭게 조절될 수 있다. 따라서, 결정화 유도 장치의 자유로운 위치 조절을 통해 기판과 결정화 유도 장치의 상대적 위치를 미세하게 조절함으로써, 이를 통해 결정화 공정의 최적화를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은 시각화 수단을 통해 결정화 장치의 현재 조사각을 표시해줌으로써, 작업자가 결정화 장치의 조사각을 보다 편리하고 정확하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 냉각 수단을 통해 가열 램프의 주변 영역과 가열 램프가 설치된 하우징을 선택적으로 또는 동시에 냉각하여 가열 램프의 과열을 방지함으로써, 가열 램프의 교체 비용 증가 및 공정 단축에 따른 손실을 최소화할 수 있다.
이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공 되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템에 구비된 결정화 장치의 모식도이다. 또한, 도 4는 도 3의 결정화 장치에 구비된 결정화 유도부의 사시도이고, 도 5는 도 3의 결정화 장치에 구비된 결정화 유도부의 정면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 기판 처리 시스템은 화학 기상 증착과 레이저에 의한 반응성 증착을 통해 기판(10)상에 적어도 2층 이상의 박막을 연속적으로 동시에 증착하는 증착 장치(1000)와, 상기 기판(10)상에 증착된 박막을 결정화시키는 결정화 장치(2000)와, 복수의 기판(10)이 저장된 로드락 장치(3000)와, 상기 로드락 장치(3000), 증착 장치(1000) 및 결정화 장치(2000)에 접속되어 각 장치들 간에 기판(10)을 이동시키는 이송 장치(4000)를 포함한다.
이와 같은 기판 처리 시스템은 이송 장치(4000)를 이용하여 로드락 장치(3000)에 위치한 기판(10)을 증착 장치(1000)로 이동시킨다. 증착 장치(1000)는 화학 기상 증착과 레이저 반응성 증착을 통해 상기 기판(10) 전면에 제 1 박막층과 제 2 박막층을 동시에 연속적으로 증착한다. 이는 제 1 박막층이 기판(10) 상에 증착됨과 동시에 제 2 박막층이 상기 제 1 박막층 상에 증착됨을 의미한다. 그리고, 상기 제 1 박막층 및 제 2 박막층이 증착된 기판(10)은 결정화 장치(2000)로 이동된다. 결정화 장치(2000)는 열 에너지를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 박막층 중 적어도 하나의 박막층을 재결정화시킨다. 이를 통해 본 실시예에서는 복수의 박막층 을 연속적으로 동시에 기판(10) 상에 증착시킬 수 있다. 또한, 기판(10) 상에 증착된 박막층을 결정화시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 결정화 장치(2000)는 내부 공간을 갖는 챔버(2100)와, 상기 챔버(2100)의 내부 공간에 마련된 기판 안치부(2200)와, 챔버(2100) 내에 마련되어 상기 기판 안치부(2200))를 이동시키는 결정화 이송부(2300)와, 열원을 이용하여 상기 기판(10) 상의 박막층을 결정화시키는 결정화 유도부(2400)를 포함한다.
챔버(2100)는 상부가 개방되고 내부가 비어있는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체의 상부를 덮어주는 챔버 리드(lid)를 포함하는 일체형으로 제작된다. 이때, 상기 챔버 몸체의 내부 형상은 처리할 기판(10) 즉, 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판의 형상에 대응하여 원통형, 사각형, 다각형 등 다양하게 변경될 수 있으며, 상기 챔버 몸체 및 챔버 리드가 분리형으로 제작될 수도 있다. 이러한 챔버(2100)의 일측 측벽에는 기판(10)이 상기 챔버(2100) 내로 인입될 수 있도록 게이트(2110,2120)가 마련된다. 상기 게이트(2110,2120)는 처리할 기판(10)이 인입되거나 또는 처리된 기판(10)이 인출되도록 개방 및 폐쇄되고, 이를 위해 기판(10)이 출입되는 적어도 하나의 출입구(2110)와 상기 출입구(2110)를 개폐하는 개폐부(2120)를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 출입구(2110)는 기판 인입 및 기판 인출의 분리 제어를 위해 복수로 형성될 수 있을 것이다.
한편, 도시되지는 않았지만, 상기 챔버(2100)의 일측 측벽에는 반응 부산물을 외부로 배기하기 위한 배기 수단이 마련될 수 있고, 상기의 배기 수단은 챔버의 일측 측벽을 통해 챔버 외측으로 연장되는 적어도 하나의 배기구 및 상기 배기구에 연결되어 펌핑 압력을 형성하는 펌핑부를 구비하여 구성될 수 있다. 이때, 배기 속도 및 배기 흐름을 제어하기 위해 상기 배기구는 복수로 형성될 수 있을 것이다.
기판 안치부(2200)는 기판(10)의 형상에 대응하도록 형성되어 기판(10)의 하면을 지지한다. 예를 들어, 본 실시예의 기판 안치부(2200)는 액정 표시 패널에 적합하도록 사각형의 형태를 갖는 유리 기판(10)에 대응하여 사각 평면을 갖도록 제작되고, 기판(10)의 가장자리를 지지하도록 중앙 영역이 제거된 사각 액자 형성으로 제작된다. 또한, 도시되지는 않았지만, 상기 기판 안치부(2200)의 몸체에는 공정 중에 기판(10)을 냉각시키기 위한 냉각 수단 예를 들어, 냉각 유로가 형성되는 것이 바람직하다.
결정화 이송부(2300)은 기판 안치부(2200)를 전후로 이동시킨다. 예를 들어, 본 실시예의 기판 안치부(2200)는 전후 방향으로 이동되는 전후 이동부(2310)와, 상기 전후 이동부(2310)를 감싸주며 상기 전후 이동부(2310)의 진행 방향을 안내하는 커버 가이드(2330) 및 상기 전후 이동부(2310)의 하방으로 연장되어 상기 전후 이동부(2310)과 상기 기판 안치부(2200)를 연결하는 연결 지지부(2320)를 구비한다. 이때, 연결 지지부(2320)는 2개 이상의 복수로 마련되어 각각의 하단이 기판 안치부(2200)의 양쪽 측면에 연결되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 기판 안치부(2200)를 보다 안정적으로 거치하여, 이동시 기판(10)의 흔들림을 줄일 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 상기 전후 이동부(2310), 커버 가이드(2330) 및 연결 지지부(2320)를 일체로 승강시키는 승강 구동부를 더 포함할 수 있다.
이러한 결정화 이송부(2300)는 기판(10)을 전후 방향으로 이동시켜 기판(10)의 일측면부터 순차적으로 결정화 유도부(2400)의 열원에 노출시켜 기판(10) 상의 박막층을 결정화한다. 즉, 기판(10) 상측의 제 2 박막층을 결정화한다. 본 실시예의 결정화 유도부(2400)는 이동하는 기판(10)의 일부 구간을 가열하여 상기 구간의 기판(10) 영역의 박막층을 결정화한다. 여기서, 기판(10)은 결정화 이송부(2300)에 의해 전후 방향으로 이동하기 때문에 기판(10) 전면의 박막층을 결정화할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 결정화 유도부(2400)는 챔버(2100)의 상측면에 부착된 프레임(2410)과, 상기 프레임(2410)의 하부 양쪽에 장착되어 기판 이동 영역 중 어느 한 영역(즉, 결정화 영역)에 열원을 공급하는 한 쌍의 가열부(2420,2430)를 구비한다.
상기 결정화 영역은 도 2와 같이 수직 단면의 경우 점 형상으로 나타나고, 도 3과 같이 수평 단면의 경우 선 형상으로 나타난다. 즉, 결정화 영역은 막대 형상인 것이 효과적이다. 상기 결정화 영역은 일측이 경사를 이루면서 서로 마주보는 한 쌍의 가열부(2420,2430)로부터 조사되는 열원이 교차하는 영역으로 그 열이 챔버(2100) 내부 중에서 가장 높은 영역을 지칭한다. 그리고, 기판(10)이 결정화 영역을 지나감으로 인해 기판(10) 상측의 제 2 박막층이 순차적으로 결정화된다. 결정화 영역의 사이즈는 다양하게 변화될 수 있다. 바람직하게는 결정화 영역의 폭은 이동하는 기판(10)의 폭과 같거나 큰 것(약 10% 이내)이 바람직하다.
상기 프레임(2410)은 챔버(2100) 내부의 천장에 장착되는 상부 프레임(2411)과, 상기 상부 프레임(2411)의 하부에 장착되어 상하 방향 및 좌우 방향으로 이동 되는 중간 프레임(2412)) 및 상기 중간 프레임(2412)의 하부에 장착되어 수평 방향으로 회전되는 하부 프레임(2413)을 구비한다.
상기 상부 프레임(2411)은 사각 평면을 갖도록 제작되고, 중앙 영역이 제거된 액자 형상의 몸체를 갖도록 제작된다. 따라서, 중앙 영역에 공간이 형성될 수 있는데, 상기 공간에는 결정화 공정을 감시하기 위한 모니터링 유닛(2800)이 설치된다. 이러한 상부 프레임(2411)이 별도의 장착 부재(미도시)에 의해 챔버(2100) 내부의 천장에 고정됨으로써, 이에 연결된 중간 프레임(2412) 및 하부 프레임(2413)이 고정되고, 하부 프레임(2413)의 하부에 연결된 가열부(2420,2430)가 챔버(2100) 내부의 소정 높이에 안정되게 거치될 수 있다.
상기 중간 프레임(2412)은 상부 프레임(2411)의 하부 양측에 장착되고, 적어도 일측이 상부 프레임(2411)에 설치된 상하 이동부(5100)와 연결되어 상하로 이동된다. 상기 상하 이동부(5100)는 상하 방향 즉, Z축 방향으로의 이동 경로를 안내하는 Z축 가이드(5110) 및 Z축 방향으로의 이동 범위를 조절하는 Z축 조정부(5120)를 포함하도록 구성되어, 결과적으로 가열부(2420,2430)의 상하 위치를 조절해준다. 한편, 상하 이동부(5100)는 상부 프레임(2411)에 고정된 좌우 이동부(5200)에 연결되어 좌우로 이동된다. 상기 좌우 이동부(5200)는 좌우 방향 즉, X축 방향으로의 이동 경로를 안내하는 X축 가이드(5210) 및 X축 방향으로의 이동 범위를 조절하는 X축 조정부(5220)를 포함하도록 구성되어, 결과적으로 가열부(2420,2430)의 좌우 위치를 조절해준다. 이처럼 중간 프레임(2412)은 상하 이동부 (5100) 및 좌우 이동부(5200)에 의해 상부 프레임(2411)에서 상하 이동 및 좌우 이동이 가능하여, 결과적으로 가열부(2420,2430)의 상하 위치 및 좌우 위치가 자유롭게 조절될 수 있다.
상기 하부 프레임(2413)은 중간 프레임(2412)의 하부에 장착되고, 적어도 일측이 중간 프레임(2412)의 하면에 설치된 회전 이동부(5300)와 연결되어 수평 방향으로 회전된다. 상기 회전 이동부(5300)는 둘레 방향, Y축 방향으로의 회전 경로를 안내하는 Y축 가이드(5310) 및 Y축 방향으로의 이동 범위를 조절하는 Y축 조정부(5320)를 포함하도록 구성되어, 결과적으로 가열부(2420,2430)를 수평 회전을 조절해준다. 한편, 하부 프레임(2413)에 장착되는 가열부(2420,2430)의 레벨링(leveling)을 위하여 중간 프레임(2412)과 하부 프레임(2413)의 적어도 일측에는 레벨링 조절부(5400)가 마련된다. 예를 들어, 본 실시예는 중간 프레임(2412)의 수평부에 복수의 레벨링 나사(5400)가 마련되어 하부 프레임(2413)의 수평 경사각이 조절됨으로써, 하부 프레임(2413)에 장착된 가열부(2420,2430)의 레벨링이 실시된다.
가열부(2420,2430)는 하부 프레임(2413)의 하부 양측에 장착되는 제 1 가열부(2420) 및 제 2 가열부(2430)를 포함하고, 상기 제 1 가열부(2420) 및 제 2 가열부(2430)는 수평 방향으로 소정 거리 이격되어 각각의 일측이 소정의 경사각을 이루면서 서로 마주보도록 배치된다. 따라서, 각각의 가열부(2420,2430)에서 제공되는 복사열이 가열부(2420,2430)의 하부에 마련된 기판(10)의 원하는 영역 즉, 결정화 영역에서 교차됨으로써, 결정화 영역의 온도를 더욱 높여주기 때문에 결정화 속도가 빨라질 수 있다. 여기서, 결정화 영역의 온도는 600도 내지 1500도 범위인 것 이 효과적이다.
상기 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)는 하부 프레임(2413)의 하부에서 수직 방향으로 소정 범위 회동되도록 장착된다. 즉, 하부 프레임(2413)이 판상의 수평부(2413a) 및 수평부(2413a)의 양단에서 하방으로 소정 길이로 연장된 측벽(2413b)을 구비하여, 제 1, 제 2 가열부(2420,2430) 각각의 양쪽 측벽이 하부 프레임(2413)의 양쪽 측벽(2413b)에 힌지 결합된다. 따라서, 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)는 각각의 결합축을 중심으로 수직 방향으로 소정 범위 회동될 수 있고, 이에 따라 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)로부터 제공되는 복사열 기판(G)의 소정 방향으로 조사되는 각도 즉, 조사각이 조절될 수 있다. 또한, 상기 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)에 회동력을 제공하고, 회동되는 회동되는 범위를 제어하기 위하여 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)는 조사각 조절부(5500)에 연결된다. 상기의 조사각 조절부(5500)는 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)의 일측 측벽에서 소정 길이로 연장된 돌출부(5520)와, 하단이 상기 돌출부(5520)와 힌지 결합되어 상하로 이동되는 수직 이동축(5510)을 포함한다. 상기 수직 이동축(5510)이 상부 또는 하부로 이동함에 따라 이의 하단에 연결된 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)가 회동력을 받게되고, 이러한 회동력에 의해 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 소정 범위 회동된다. 따라서, 상기의 조사각 조절부(5550)를 통해 제 1, 제 2 가열부(2420,2430)의 회동 범위를 원하는 방향으로 조절함으로써, 복사열을 결정화 영역에 보다 정확히 조사시킬 수 있다.
한편, 하부 프레임(2413)과 가열부(2420,2430)의 결합부에는 가열 부(2420,2430)의 현재 조사각을 표시하는 조사각 표시부(5600)가 마련된다. 즉, 가열부(2420,2430)의 양쪽 측벽 중 적어도 일측 측벽에는 눈금 표시판(5610)이 장착되고, 이에 대응하여 하부 프레임(2413)의 양쪽 측벽 중 적어도 일측 측벽에는 눈금 표시판(5610)를 외부로 노출시키는 개구부(5620)가 마련된다. 또한, 상기 개구부(5620)에는 현재 상태의 회전 각도를 가리키는 눈금 지시자(5630)가 설치된다. 따라서, 작업자는 눈금 지시자(5630)가 가리키는 눈금 표시판(5610)을 통해 현재 조사각을 정확하게 인지하여 가열부(2420,2430)의 조사각을 공정 조건에 적합하게 조절할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 가열부(2420,2430)는 상하, 좌우로 이동될 수 있고, 수평 방향으로 회전될 수 있다. 또한, 레벨링 수단5400)에 의해 가열부(2420,2430)의 수평 경사각이 조절될 수 있다. 특히, 가열부(2420,2430)는 경사 조절부(5500)를 통해 수직 방향으로 회전되어 복사열이 기판(10)에 조사되는 각도를 조절할 수 있다. 따라서, 본 실시에에 따른 결정화 장치(2000)는 가열부(2420,2430)의 상하 위치, 좌우 위치, 수평 회전각, 수평 경사각, 복사열의 조사각을 자유롭게 조절할 수 있기 때문에, 이를 통해 공정 조건을 최적화할 수 있다.
한편, 도 6은 도 4 및 도 5의 재결정 유도부에 구비된 가열부의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 제 1, 제 2 가열부(2420,2430) 각각은 내측에 적어도 하나의 선형 열원(6200)과, 상기 선형 열원(6200)을 내측 공간에 수용하는 하우징(6100)을 구비하고, 상기 선형 열원(6200) 및 상기 하우징(6100)을 냉각시키는 냉각 수단(6300)을 포함한다.
상기 선형 열원(6200)은 막대 형상의 가열 램프(heater lamp)를 사용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 상기 가열 램프(6200)의 형상에 의존하는 하우징(6100) 및 하우징(6100)을 지지하는 하부 프레임(2413) 및 중간 프레임(2412) 또한 막대 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하우징(6100)은 일면이 개구되고 내부가 비어있는 박스 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하우징(6100)의 내주면(6110)은 상기 가열 램프(6200)에서 방사상으로 발산된 열을 일방향으로 모아준다. 이를 위해 상기 하우징(6100)은 내주면(6110)이 가열 램프(6200)에서 발산된 열이 기판 방향으로 조사되는 영역을 제외한 나머지 영역을 감싸는 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 하우징(6100)의 내주면(6110)은 일측이 개구된 원형 구조, 일측이 개구된 타원 구조, 일측이 개구된 첨두 구조 등의 단면을 가지도록 형성되고, 그 중심에 가열 램프(6200)가 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하우징(6100)의 내주면(6110)에는 반사성 물질 예를 들어, 금(Au)을 코팅하여 형성한 반사면(6120)이 마련되는 것이 더욱 바람직하다. 이를 통해, 가열 램프(6200)에서 생성된 복사열의 이용 효율을 극대화할 수 있다.
상기 냉각 수단(6300)은 하우징(6100)을 냉각시키는 제 1 냉각부(6310)와, 상기 가열 램프(6200)를 직접 냉각시키는 제 2 냉각부(6320)를 포함한다. 상기 제 1 냉각부(6310)는 하우징(6100)의 몸체 내부에 형성된 냉각 유로(6311)와, 상기 냉각 유로(6311)로 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급부(6312) 및 상기 냉각 유로(6311)와 냉각 유체 공급부(6312)를 연통시키는 유체 배관부(6313a,6313b)를 구 비하여, 하우징(6100)이 적정 온도 이상으로 과열되는 것을 방지한다. 이를 통해, 가열 램프(6200)에서 발산된 열에 의해 하우징(6100)이 파손되는 것을 1차적으로 방지하고, 하우징(6100)에 축척된 열에 의해 가열 램프(6200)가 더욱 과열되는 것을 2차적으로 방지한다. 즉, 간접적으로 가열 램프(6200)를 냉각시킨다. 상기 제 2 냉각부(6320)는 상기 하우징(6100)을 관통하여 상기 가열 램프(6200)가 설치된 하우징(6100)의 내측 공간으로 연장되는 가스 배관부(6321) 및 상기 가스 배관부(6321)를 통해 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급부(6322)를 구비하여, 가열 램프(6200)가 적정 온도 이상으로 과열되는 것을 방지한다.
이처럼, 본 발명의 가열부(2420,2430)는 냉각 수단(6300)을 통해 가열 램프(6200)의 주변 영역과 가열 램프(6200)가 설치된 하우징(6100)의 몸체를 선택적으로, 또는 동시에 냉각하여 가열 램프(6200)의 과열을 방지함으로써, 가열 램프(6200)의 교체 비용 증가 및 공정 단축에 따른 손실을 최소화할 수 있다.
한편, 이와 같이 이와 같은 구성을 갖는 기판 처리 시스템의 동작에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 증착 장치(1000)를 통해 기판(10)의 상측면에 조성이 다른 두개의 박막층을 연속하여 순차적으로 형성한다. 이어, 결정화 장치(2000)를 통해 상기 두 박막층 중 적어도 상측에 위치한 박막층을 결정화한다. 예를 들어, 증착 장치(1000)에 의해 기판(10)의 상측면에 SiNx층과 Si층이 증착된 경우를 가정한다. 상 기 기판(10)이 결정화 장치(2000)에 로딩(loading)된다. 이어, 결정화 유도부(2400)에 의해 기판(10)의 이동 영역 중 일부 영역 즉, 결정화 영역이 일정 온도(예를 들어 600도 이상)로 가열된다. 이어, 상기 기판(10)을 결정화 이송부(2300)를 통해 이동시킨다. 이를 통해 기판(10)의 앞쪽 영역부터 상기 결정화 영역을 지나게 된다. 이때, 결정화 영역을 지나는 기판(10)의 상측면에서는 고온에 의해 Si층의 재결정화가 이루어진다. 따라서, 기판(10)의 전면이 상기 결정화 영역을 지나게 되면 기판(10) 상측면 전체의 Si층이 재결정화된다. 이후, 결정화가 완료된 기판(10)은 이송 장치(4000)에 의해 로드락 장치(3000)로 이동되어 외부로 반출된다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 블록도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템에 구비된 결정화 장치의 모식도.
도 4는 도 3의 결정화 장치에 구비된 결정화 유도부의 사시도.
도 5는 도 3의 결정화 장치에 구비된 결정화 유도부의 정면도.
도 6은 도 4 및 도 5의 재결정 유도부에 구비된 가열부의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1000: 증착 장치 2000: 결정화 장치
3000: 로드락 장치 4000: 이송 장치
2200: 기판 안치부 2300: 기판 이송부
2400: 결정화 유도부 2411: 상부 프레임
2412: 중간 프레임 2413: 하부 프레임
2420,2430: 가열부 2600: 모니터링 유닛
5200: 좌우 이동부 5100: 상하 이동부
5300: 회전 이동부 5400: 레벨링 조절부
5500: 조사각 조절부 5600: 조사각 표시부
6100: 하우징 6200: 가열 램프
6300: 냉각 수단

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 챔버 내부에 장착되는 상부 프레임;
    상기 상부 프레임의 하부에 장착되어 상하 방향 및 좌우 방향으로 이동하는 중간 프레임;
    상기 중간 프레임의 하부에 장착되어 수평 방향으로 회전되는 하부 프레임;
    상기 하부 프레임의 하부 양측에 이격되어 장착되고, 상기 중간 프레임 및 하부 프레임에 의해 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전하는 제 1, 제 2 가열부;
    상기 제 1, 제 2 가열부에 연결되어 상기 제 1, 제 2 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도를 조절하는 조사각 조절부를 포함하는 결정화 유도 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 프레임에는,
    상기 중간 프레임을 상하로 이동시키는 상하 이동부; 및
    상기 중간 프레임을 좌우로 이동시키는 좌우 이동부; 가 장착되는 결정화 유 도 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중간 프레임은 상하 이동부에 연결되고, 상기 상하 이동부는 좌우 이동부가 연결되어 상기 중간 프레임이 상하 및 좌우로 이동되는 결정화 유도 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 중간 프레임에는,
    상기 하부 프레임을 수평으로 회전시키는 회전 이동부가 마련되는 결정화 유도 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 중간 프레임에는,
    상기 하부 프레임에 장착된 제 1, 제 2 가열부의 수평 경사를 조절하는 레벨링 조절부가 마련되는 결정화 유도 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 하부 프레임은 가장자리 양단에서 하방으로 연장된 양측 측벽을 구비하고, 상기 양측 측벽의 사이에 상기 제 1, 제 2 가열부 각각의 양단이 힌지 결합되어 수직 방향으로 회동되는 결정화 유도 장치.
  8. 챔버 내부에 장착되는 프레임;
    상기 프레임의 하부 양측에 이격되어 장착되는 제 1, 제 2 가열부;
    상기 프레임에 장착되어 상기 제 1, 제 2 가열부를 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전시키는 이동부; 및
    상기 제 1, 제 2 가열부에 연결되어 상기 제 1, 제 2 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도를 조절하는 조사각 조절부; 를 포함하고,
    상기 조사각 조절부는,
    상기 제 1, 제 2 가열부 각각에 연결되어 상하로 승강됨에 따라 상기 제 1, 제 2 가열부를 수직 방향으로 회동시키는 수직 이동축을 구비하는 결정화 유도 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 가열부의 현재 조사각을 표시하는 조사각 표시부를 포함하는 결정화 유도 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 조사각 표시부는,
    상기 제 1, 제 2 가열부의 측벽에 장착된 눈금 표시판;
    상기 눈금 표시판이 외부로 노출되도록 상기 하부 프레임의 측벽에 형성된 개구부; 및
    상기 개구부에 장착되어 상기 눈금 표시판에서 현재 상태의 조사각을 가리키는 눈금 지시자; 를 포함하는 결정화 유도 장치.
  11. 챔버 내부에 장착되는 프레임;
    상기 프레임의 하부 양측에 이격되어 장착되는 제 1, 제 2 가열부;
    상기 프레임에 장착되어 상기 제 1, 제 2 가열부를 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전시키는 이동부; 및
    상기 제 1, 제 2 가열부에 연결되어 상기 제 1, 제 2 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도를 조절하는 조사각 조절부; 를 포함하고,
    상기 제 1, 제 2 가열부 각각은,
    적어도 하나의 가열 램프;
    상기 가열 램프를 내측 공간에 수용하는 램프 하우징; 및
    상기 가열 램프 및 상기 램프 하우징을 냉각시키는 냉각 수단; 을 구비하는 결정화 유도 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 램프 하우징은 일면이 개구되고 내부가 비어있는 박스 형상으로 형성되는 결정화 유도 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 램프 하우징의 내주면에는 상기 가열 램프에서 방사상으로 발산된 열을 모아주는 반사면이 형성되는 결정화 유도 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 반사면은 일측이 개구된 원형 구조, 일측이 개구된 타원 구조, 일측이 개구된 첨두 구조 중 어느 하나의 단면을 가지도록 형성되는 결정화 유도 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 냉각 수단은,
    상기 하우징을 냉각시키는 제 1 냉각부; 및
    상기 가열 램프를 직접 냉각시키는 제 2 냉각부; 를 포함하는 결정화 유도 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 냉각부는,
    상기 하우징의 몸체 내부에 형성된 냉각 유로;
    상기 냉각 유로로 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급부; 및
    상기 냉각 유로와 상기 냉각 유체 공급부를 연통시키는 유체 배관부; 를 포함하는 결정화 유도 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 2 냉각부는,
    상기 하우징을 관통하여 상기 가열 램프가 설치된 램프 하우징의 내측 공간으로 연장되는 가스 배관부; 및
    상기 가스 배관부를 통해 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급부; 를 포함하는 결정화 유도 장치.
  18. 내부 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부;
    상기 챔버 내에 마련되어 상기 기판 안치부를 전후 방향으로 이동시키는 기판 이송부; 및
    상기 기판 안치부 상에 안치된 기판에 열을 조사하는 결정화 유도부; 를 포함하고,
    상기 결정화 유도부는,
    챔버 내부에 장착되는 프레임;
    상기 프레임의 하부 양측에 이격되어 장착되는 제 1, 제 2 가열부;
    상기 프레임에 장착되어 상기 제 1, 제 2 가열부를 상하 이동, 좌우 이동 및 수평 회전시키는 이동부; 및
    상기 제 1, 제 2 가열부에 연결되어 상기 제 1, 제 2 가열부로부터 제공되는 열원이 소정 방향으로 조사되는 각도를 조절하는 조사각 조절부; 를 포함하고,
    상기 조사각 조절부는,
    상기 제 1, 제 2 가열부 각각에 연결되어 상하로 승강됨에 따라 상기 제 1, 제 2 가열부를 수직 방향으로 회동시키는 수직 이동축을 구비하는 기판 처리 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 프레임은 가장자리 양단에서 하방으로 연장된 양측 측벽을 구비하고, 상기 양측 측벽의 사이에 상기 제 1, 제 2 가열부 각각의 양단이 힌지 결합되어 상기 제 1, 제 2 가열부이 수직 방향으로 회동되는 기판 처리 시스템.
  20. 삭제
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 가열부 각각은,
    적어도 하나의 가열 램프;
    상기 가열 램프를 내측 공간에 수용하는 램프 하우징; 및
    상기 가열 램프 및 상기 램프 하우징을 냉각시키는 냉각 수단; 을 구비하는 기판 처리 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 냉각 수단은,
    상기 하우징을 냉각시키는 제 1 냉각부; 및
    상기 가열 램프를 직접 냉각시키는 제 2 냉각부; 를 포함하는 구비하는 기판 처리 시스템.
KR1020080134201A 2008-12-26 2008-12-26 결정화 유도 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템 KR101063246B1 (ko)

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JP2006278846A (ja) 2005-03-30 2006-10-12 Alfa Ec Co Ltd 基板加熱装置

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JP2002075945A (ja) * 2000-08-23 2002-03-15 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置
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