TWI433254B - 加熱單元及具有其之基板處理設備 - Google Patents

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TWI433254B
TWI433254B TW099125695A TW99125695A TWI433254B TW I433254 B TWI433254 B TW I433254B TW 099125695 A TW099125695 A TW 099125695A TW 99125695 A TW99125695 A TW 99125695A TW I433254 B TWI433254 B TW I433254B
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Description

加熱單元及具有其之基板處理設備
本發明的某一方面乃關於處理多個基板的基板處理設備，尤其關於加熱裡面有處理多個基板之處理腔室的加熱單元，以及具有其之基板處理設備，其中加熱單元在短時間內冷卻，藉此減少冷卻處理腔室所需的時間。
平面顯示裝置由於例如重量輕、厚度薄…等特性而已經取代陰極射線管顯示裝置。其典型範例包括液晶顯示裝置(liquid crystal display device，LCD)和有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)顯示裝置。相較於LCD，OLED顯示裝置在亮度和視角特性上極優異，並且不需要背光，所以可以成為超薄的顯示裝置。
OLED顯示裝置利用以下現象：從負極(陰極)射出的電子和從正極(陽極)射出的電洞重新復合而於有機薄膜中產生激子，使得激子去激發所釋放的能量發出具有特定波長的光。根據驅動方式，OLED顯示裝置分成二類：被動矩陣式和主動矩陣式。主動矩陣式OLED顯示裝置包括使用薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)的電路。
這些平面顯示裝置的製造是在基板上使用有機或無機化合物而以預定的圖案形成具有電性質的薄膜，然後熱處理所形成的薄膜。形成薄膜的過程一般分成：物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)法，例如施加電漿至靶以沉積薄膜於基板上的濺鍍法；以及化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)法，例如噴灑包含來源材料的反應氣體於基板上並且經由化學反應而在基板上形成來源材料之原子層的原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)法。
相較於PVD法，CVD法具有較高的薄膜均勻性和階梯覆蓋，並且允許一次處理多個基板，因此廣泛用於形成非晶矽層和例如氮化層或氧化層之絕緣層的過程。
典型而言，為了使用CVD法而同時在多個基板上形成薄膜或對薄膜進行加熱處理，基板處理設備包括：晶舟，其上堆疊了基板；處理腔室，其提供可以處理基板的空間；轉移單元，其承載晶舟以進出處理腔室；以及加熱單元，其位在處理腔室外。轉移單元可能包括隔熱區段，使得處理腔室可以藉由加熱單元而輕易加熱其內部。
堆疊於晶舟上的基板完全處理之後，此基板處理設備設計成把外部空氣直接引入處理腔室或者允許外部空氣流動於處理腔室和加熱單元之間。於外部空氣直接引入處理腔室的情況，雖然有可能在短時間內冷卻處理腔室，但是雜質有可能沉積在堆疊於晶舟上的基板。再者，於外部空氣流動於處理腔室和加熱單元之間的情況，由於加熱單元的熱量，冷卻處理腔室所需的時間會增加，因此整個處理時間增加。
本發明的多個態樣乃提供加熱單元及具有其之基板處理設備，其中加熱單元在處理過程之後係在短時間內快速冷卻，以減少冷卻處理腔室所需的時間，藉此得以減少整個處理時間。
根據本發明的範例性具體態樣，加熱單元包括：本體，其具有引入埠和排出埠；一或更多個加熱器，其位在本體內；冷卻器，其連接於本體的引入埠；排出泵，其連接於本體的排出埠；以及控制器，其控制冷卻器。
根據本發明另一範例性具體態樣，基板處理設備包括：晶舟，其中堆疊了多個基板；處理腔室，其提供處理基板的空間；轉移單元，其承載晶舟以進出處理腔室；以及加熱單元，其位在處理腔室外。加熱單元包括：本體，其具有引入埠和排出埠；一或更多個加熱器，其位在本體內；冷卻器，其連接於本體的引入埠；排出泵，其連接於本體的排出埠；以及控制器，其控制冷卻器。
根據本發明另一範例性具體態樣，控制處理腔室之溫度的加熱單元包括：本體，其圍繞部分的處理腔室；一或更多個加熱器，其位在本體內；冷卻通路，其位在本體內；引入埠和排出埠，其連接於冷卻通路；冷卻器，其連接於本體的引入埠；排出泵，其連接於本體的排出埠；以及控制器，其控制冷卻器以冷卻已由一或更多個加熱器所加熱之後之處理腔室。
本發明的額外態樣和/或優點將部份列於接下來的敘述，部分將從敘述中變得明顯，或者可以由實施本發明而習得。
100‧‧‧基板處理設備
110‧‧‧晶舟
120‧‧‧處理腔室
121‧‧‧第一管
122‧‧‧分歧管
122a‧‧‧流入埠
122b‧‧‧流出埠
123‧‧‧第二管
124‧‧‧關閉器
125‧‧‧第三管
125a‧‧‧孔洞
130‧‧‧轉移單元
131‧‧‧隔熱器
132‧‧‧隔熱板
133‧‧‧隔熱板架
140‧‧‧反應氣體供應單元
150‧‧‧真空泵
160‧‧‧氣體噴灑單元
200‧‧‧加熱單元
210‧‧‧本體
211‧‧‧引入埠
212‧‧‧排出埠
213‧‧‧冷卻通路
220‧‧‧加熱器
230‧‧‧冷卻器
240‧‧‧排出泵
250‧‧‧控制器
410‧‧‧第一管線
420‧‧‧第二管線
430‧‧‧第三管線
510‧‧‧第一閥
520‧‧‧第二閥
d‧‧‧長度
S‧‧‧基板
從上面對於具體態樣的描述並配合所附圖式，本發明的這些和/或其他態樣和優點會變得明顯而更易體會，其中：圖1示意地示範說明根據本發明之範例性具體態樣的基板處理設備；以及圖2示意地示範說明根據本發明的範例性具體態樣之基板處理設備的處理腔室內部。
現在將要詳細參考本發明的具體態樣，其範例乃示範於所附圖式，其中全篇相同的參考數字是指相同的元件。以下參見圖式來描述具體態樣以便解釋本發明的多個態樣。
圖1示意地示範說明根據本發明之範例性具體態樣的基板處理設備。圖2示意地示範說明根據本發明的範例性具體態樣之基板處理設備的處理腔室內部。
參見圖1和2，根據本發明之範例性具體態樣的基板處理設備100包括：晶舟110，其中堆疊了多個基板S；處理腔室120，其提供處理基板S的空間；轉移單元130，其承載晶舟110以進出處理腔室120；以及加熱單元200，其位在處理腔室120外。
晶舟110乃設計成使得基板S可以堆疊於垂直方向。雖然並未示範，但是晶舟110可以進一步包括基板架(未顯示)來夾持每個基板S，以避免基板S由轉移單元130所承載時受損。於此具體態樣，晶舟110已敘述為其形成使得基板S可以垂直堆疊。另外可以選擇的是晶舟110設計成使得基板S可以安排於水平方向。
處理腔室120同時處理堆疊於晶舟110的基板S，並且包括：第一 管121，其避免堆疊於晶舟110的基板S於基板處理期間接觸外部空氣；以及分歧管122，其位在第一管121之下，而具有堆疊基板S的晶舟110由此承載進出。在此，分歧管122可以在其下部提供以關閉器124，其可以於水平方向移動，使得晶舟110承載至處理腔室120裡之後，處理腔室120可加以密封。
再者，分歧管122可以包括：流入埠122a，其連接於當中儲存了反應氣體的反應氣體供應單元140，而使反應氣體流入處理腔室120，使得薄膜可以同時形成在堆疊於處理腔室120之晶舟110的基板S上；以及流出埠122b，其排放不與基板S反應之非反應性氣體。分歧管122的流出埠122b可以連接於維持處理腔室120內部成真空狀態的真空泵150，使得非反應性氣體可以順利地排放。
轉移單元130承載晶舟110以經過分歧管122的下部而進出處理腔室120，並且可以包括隔熱器131，如此以減少由加熱單元200所加熱之晶舟110的熱損失。在此，隔熱器131可以由單一隔熱板132所建構。隔熱器131最好包括多個隔熱板132以及支持隔熱板132的隔熱板架133，以便使晶舟110的熱損失降到最低。
再者，基板處理設備100可以進一步包括插在處理腔室120的第一管121和晶舟110之間的第二管123以及插在第二管123和轉移單元130之間的第三管125，以便使晶舟110的熱損失降到最低。第三管125的長度d最好等於第二管123重疊於轉移單元130的長度。
在此情況中，分歧管122的流入埠122a位在分歧管122之關閉器124的側面上而非於第三管125上，第三管125可以提供以孔洞125a，而連接於流入埠122a的氣體噴灑單元160則經此孔洞而通 過。氣體噴灑單元160可以於基板S堆疊於晶舟110的方向上向上延伸到晶舟110的上端，並且其整個周圍可以提供以噴灑孔洞，使得反應氣體均勻噴灑在堆疊於晶舟110的基板S上。
加熱單元200位在處理腔室120外，並且於基板處理期間加熱處理腔室120以及晶舟110。為此，加熱單元200包括：本體210，其具有引入埠211和排出埠212；一或更多個加熱器220，其位在本體內210；冷卻器230，其連接於本體210的引入埠211；排出泵240，其連接於本體210的排出埠212；以及控制器250，其控制冷卻器230。
本體210包覆著一或更多個加熱器220，並且做為空氣的流動通路，以在處理一或更多個基板S的過程完成之後來強制冷卻一或更多個加熱器220。為了有效率地冷卻一或更多個加熱器220，本體210可以提供以連接於其引入埠和排出埠211和212的冷卻通路213。為了更有效率地冷卻一或更多個加熱器220，冷卻通路213最好以螺旋形圍繞著一或更多個加熱器220。
處理過程之後，冷卻器230使冷空氣流入本體210，因此強制冷卻位在本體210內的一或更多個加熱器220。排出泵240排放由冷卻器230所引入本體210的空氣，並且快速冷卻一或更多個加熱器220。
在此，加熱單元200於處理期使用第一閥510(其安裝在連接本體210之引入埠211和冷卻器230的第一管線410上)以及第二閥520(其安裝在連接本體210之排出埠212和排出泵240的第二管線420上)，而可以避免空氣流動進出本體210，以便避免處理腔室210的 處理條件由於空氣流動經過本體210內部而改變。
再者，根據本發明之範例性具體態樣的加熱單元200已敘述成提供引入埠211於本體210的側壁以及提供排出埠212於本體210的上部。另外可以選擇的是引入埠和排出埠211和212位在本體210的相對側壁上。再者，冷卻器230和排出泵240可以由第三管線430所連接，並且強制冷卻一或更多個加熱器220的空氣可以循環經過本體210、冷卻器230、排出泵240。
控制器250控制冷卻器230，藉此控制流入本體210之空氣的冷卻以及控制本體的溫度210，其可以包括溫度感測器(未顯示)以測量本體的溫度210。
因此，根據本發明之範例性具體態樣的基板處理設備把冷空氣引入包覆著一或更多個加熱器之加熱單元的本體，以強制冷卻一或更多個加熱器，藉此在處理過程之後減少冷卻處理腔室所需的時間。
因此，根據本發明之範例性具體態樣的基板處理設備乃建構成在處理過程完成之後便強制冷空氣循環經過加熱單元的本體內部，藉此強制冷卻位在本體內的一或更多個加熱器。結果，基板處理設備可以減少冷卻處理腔室所需的時間，並且藉此縮短整個處理時間。
雖然已經顯示並描述了本發明的一些具體態樣，但是熟於此技術者會體認此具體態樣可加以改變，而不偏離本發明的原理和精神，其範圍乃界定於申請專利範圍及其等效者。
100‧‧‧基板處理設備
110‧‧‧晶舟
120‧‧‧處理腔室
121‧‧‧第一管
122‧‧‧分歧管
124‧‧‧關閉器
130‧‧‧轉移單元
131‧‧‧隔熱器
132‧‧‧隔熱板
133‧‧‧隔熱板握持器
200‧‧‧加熱單元
210‧‧‧本體
211‧‧‧引入埠
212‧‧‧排出埠
213‧‧‧冷卻通路
220‧‧‧加熱器
230‧‧‧冷卻器
240‧‧‧排出泵
250‧‧‧控制器
410‧‧‧第一管線
420‧‧‧第二管線
430‧‧‧第三管線
510‧‧‧第一閥
520‧‧‧第二閥
S‧‧‧基板

Claims (18)

  1. 一種加熱單元，其包括：本體，其具有引入埠和排出埠；一或更多個加熱器，其位在本體內；冷卻器，其連接於本體的引入埠；排出泵，其連接於本體的排出埠；控制器，其控制冷卻器；第一閥，其安裝在連接本體之引入埠和冷卻器的第一管線上；以及第二閥，其安裝在連接本體之排出埠和排出泵的第二管線上。
  2. 根據申請專利範圍第1項的加熱單元，其中控制器包括溫度感測器，其測量本體的溫度。
  3. 根據申請專利範圍第1項的加熱單元，其進一步包括冷卻通路，其位於本體中而連接本體的引入埠和排出埠。
  4. 根據申請專利範圍第3項的加熱單元，其中冷卻通路以螺旋形圍繞著一或更多個加熱器。
  5. 根據申請專利範圍第1項的加熱單元，其進一步包括第三管線，其將排出泵連接於冷卻器，使得從排出埠通往排出泵的排放流體導向於冷卻器。
  6. 一種基板處理設備，其包括：晶舟，其中堆疊了多個基板；處理腔室，其提供處理基板的空間； 轉移單元，其承載晶舟以進出處理腔室；以及加熱單元，其位在處理腔室外，並且定位成控制處理腔室的溫度；其中加熱單元包括：本體，其具有引入埠和排出埠；一或更多個加熱器，其位在本體內；冷卻器，其連接於本體的引入埠；排出泵，其連接於本體的排出埠；以及控制器，其控制冷卻器；其中加熱單元進一步包括：第一閥，其安裝在連接本體之引入埠和冷卻器的第一管線上；以及第二閥，其安裝在連接本體之排出埠和排出泵的第二管線上。
  7. 根據申請專利範圍第6項的基板處理設備，其中加熱單元的控制器包括溫度感測器，其測量本體的溫度。
  8. 根據申請專利範圍第67項的基板處理設備，其中加熱單元進一步包括冷卻通路，其位於本體中而連接本體的引入埠和排出埠。
  9. 根據申請專利範圍第8項的基板處理設備，其中冷卻通路以螺旋形圍繞著一或更多個加熱器。
  10. 根據申請專利範圍第6項的基板處理設備，其中加熱單元進一步包括第三管線，其將排出泵連接於冷卻器，使得從排出埠通往排出泵的排放流體導向於冷卻器。
  11. 根據申請專利範圍第6項的基板處理設備，其中轉移單元包括隔熱器。
  12. 根據申請專利範圍第11項的基板處理設備，其中隔熱器包括一或更多個隔熱板以及支持隔熱板的隔熱板架。
  13. 根據申請專利範圍第6項的基板處理設備，其中處理腔室包括：分歧管，其具有流入埠和流出埠；以及第一管，其位在分歧管上。
  14. 根據申請專利範圍第13項的基板處理設備，其進一步包括氣體供應單元，其噴灑經由流入埠所供應的反應氣體到堆疊於晶舟的基板上。
  15. 根據申請專利範圍第13項的基板處理設備，其進一步包括真空泵，其連接於流出埠以維持處理腔室的內部成真空狀態。
  16. 根據申請專利範圍第13項的基板處理設備，其進一步包括：第二管，其插在第一管和晶舟之間；以及第三管，其插在第二管和轉移單元之間且具有孔洞。
  17. 根據申請專利範圍第16項的基板處理設備，其中第二管重疊著部分的轉移單元，並且延伸到處理腔室裡；以及其中第三管具有與第二管重疊轉移單元之區域相同的長度。
  18. 一種控制處理腔室之溫度的加熱單元，其包括：本體，其圍繞部分的處理腔室；一或更多個加熱器，其位在本體內；冷卻通路，其位在本體內；引入埠和排出埠，其連接於冷卻通路；冷卻器，其連接於本體的引入埠；排出泵，其連接於本體的排出埠；控制器，其控制冷卻器以冷卻已由一或更多個加熱器所加熱之後來的處理腔室；第一閥，其安裝在連接本體之引入埠和冷卻器的第一管線上；以及第二閥，其安裝在連接本體之排出埠和排出泵的第二管線上。
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