WO2014157834A1 - 기판처리장치 - Google Patents

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WO2014157834A1
WO2014157834A1 PCT/KR2014/001256 KR2014001256W WO2014157834A1 WO 2014157834 A1 WO2014157834 A1 WO 2014157834A1 KR 2014001256 W KR2014001256 W KR 2014001256W WO 2014157834 A1 WO2014157834 A1 WO 2014157834A1
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tubular heater
refrigerant
process chamber
supply
processing apparatus
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PCT/KR2014/001256
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양일광
송병규
김경훈
김용기
신양식
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주식회사 유진테크
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a heater installed in a process chamber in which a process for a substrate is performed and a substrate processing apparatus capable of easily cooling the temperature inside the process chamber.
  • Substrate processing apparatuses used in the manufacture of semiconductors, flat panel displays, and solar cells are devices including heat treatment steps necessary for processes such as crystallization, phase change, and the like for a predetermined thin film deposited on a substrate such as a silicon wafer or glass.
  • a silicon crystallization device that crystallizes amorphous silicon deposited on a glass substrate with polysilicon.
  • heating of a substrate on which a predetermined thin film is formed should be possible.
  • a process temperature for crystallizing amorphous silicon requires a temperature of at least 550 to 600 degrees.
  • Such substrate processing apparatuses include a single wafer type capable of performing a process on a substrate and a batch type capable of performing substrate processing on a plurality of substrates.
  • the single-leaf type has a simple configuration of the device, but due to the disadvantage of low productivity, the batch type has been in the spotlight for recent mass production.
  • An object of the present invention is to easily cool a temperature in a heater and a process chamber that heats a substrate.
  • the substrate processing apparatus has an internal space for receiving the substrate transferred from the outside, the process chamber in which the process for the substrate is made in the internal space; And a tubular heater disposed along the side wall of the process chamber and disposed around the inner space and having a flow path through which a refrigerant supplied from the outside flows.
  • the process chamber may include an inlet formed at one side of the process chamber to allow the tubular heater to be introduced; And a discharge port formed at the other side of the process chamber to draw out the tubular heater, and the substrate processing apparatus includes: a supply line connected to the tubular heater installed at the inlet to supply the refrigerant; It may further include a discharge line connected to the tubular heater installed in the outlet port for discharging the refrigerant inside the tubular heater.
  • the substrate processing apparatus includes an insulating connection portion connecting the tubular heater, the supply line and the discharge line, respectively; A power supply installed between the process chamber and the insulated connection part and supplying current to the tubular heater; It may further include a valve installed on the supply line or the discharge line to control the flow rate of the refrigerant.
  • the inlet is formed above the outlet, the substrate processing apparatus is connected to the supply line and the discharge line, the refrigerant supply device for cooling the refrigerant discharged through the discharge line to supply to the supply line It may further include.
  • the process chamber may include an inlet formed at one side of the process chamber to allow the tubular heater to be introduced; And a discharge port formed at the other side of the process chamber to draw out the tubular heater, and the substrate processing apparatus includes: a supply line connected to the tubular heater installed at the inlet to supply the refrigerant; It is installed in the inner space and partitions the inside and the outside, and further comprises an internal reaction tube is formed therein the process space is a process for the substrate, the tubular heater injects the refrigerant toward the outside of the internal reaction tube It may have a plurality of injection holes.
  • the substrate processing apparatus may further include an exhaust port communicating with an exhaust hole formed in the upper portion of the process chamber and exhausting the refrigerant injected through the injection hole to the outside.
  • the injection hole may be disposed to be inclined upward.
  • the substrate processing apparatus may include: a discharge line connected to the tubular heater installed at the outlet, for discharging the refrigerant inside the tubular heater; And a pump installed on the discharge line to forcibly discharge the refrigerant.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the substrate holder is switched to the process position in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing an arrangement position of the injection holes shown in FIGS. 3 and 4.
  • Fig. 6 is an enlarged view of the tubular heater shown in Fig. 5A.
  • FIGS. 1 and 2 Embodiments of the invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described below. These embodiments are provided to explain in detail the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.
  • a substrate processing apparatus includes a single wafer type capable of performing a process on a substrate and a batch type capable of performing substrate processing on a plurality of substrates.
  • the single-leaf type has a simple configuration of the device, but due to the disadvantage of low productivity, the batch type has been in the spotlight for recent mass production.
  • Such a substrate processing apparatus is provided with a heater for heating a substrate on which a predetermined thin film is formed in order to perform a crystallization process.
  • a process temperature for crystallization of amorphous silicon is at least about 550 to 600 degrees. Internal temperature is required and the process temperatures required for each process are different.
  • the semiconductor device may be manufactured by repeatedly performing deposition, photography (pattern forming), etching and cleaning processes using a substrate, for example, a silicon wafer.
  • the temperature is raised to a high temperature, and the process is performed. Then, the power of the heater installed inside the chamber is cut off naturally for another process of the substrate to prepare the next process. That is, it takes a long time to cool the temperature inside the chamber to the temperature required for the next process, which causes a problem that the productivity is lowered because the operation rate is lowered in the process for the substrate. Therefore, hereinafter, a substrate processing apparatus capable of easily cooling the temperature inside the process chamber will be described.
  • the substrate processing apparatus 100 may include a lower chamber 70 having an open top portion, and the lower chamber 70 may pass through a substrate (not shown). ) The substrate may be loaded into the lower chamber 70 through the passage.
  • the gate valve (not shown) is installed outside of the passage, and the passage can be opened and closed by the gate valve.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a substrate holder 60 (also referred to as a 'boat') on which a plurality of substrates are stacked, and substrates loaded from the transfer chamber are loaded in the vertical direction on the substrate holder 60. do. That is, while the substrate holder 60 is located in the loading space provided inside the lower chamber 70 (loading position), the substrate may be loaded in the substrate holder 60.
  • the substrate holder 60 is connected to the rotation shaft 77, and the rotation shaft 77 is connected to the lifting motor 80 and the rotation motor 75 through the lower chamber 70.
  • the rotating motor 75 may be installed on the motor housing 76, and the rotating motor 75 drives the rotating shaft 77 while the substrate process is in progress and the substrate holder 60 together with the rotating shaft 77. Can be rotated.
  • the motor housing 76 is fixed to the bracket 78, and the bracket 78 is connected to the lower guide 84 connected to the lower portion of the lower chamber 70 to move up and down along the elevating rod 82.
  • the bracket is screwed to the lifting rod 82, the lifting rod 82 is rotated by the lifting motor (80). That is, the elevating rod 82 is rotated by the rotation of the elevating motor 80, and thus the bracket 78 and the motor housing 76 may be elevated together.
  • a bellows (not shown) may be installed between the lower chamber 70 and the motor housing 76, thereby maintaining airtightness inside the lower chamber 70.
  • the process chamber 20 has an inner space 22 to perform a process on a substrate, and an inner reaction tube 25 is installed on the inner space 22.
  • the internal reaction tube 25 forms a process space 27 to process the substrate, and partitions the internal space 22 and the process space 27 of the process chamber 20. Therefore, when the substrate holder 60 accommodating the plurality of substrates rises into the process space 27 and is converted to the process position, the substrate holder 60 may perform the process by minimizing the space between the substrate and the process gas.
  • the base 61 is installed below the substrate holder 60, and moves up and down together with the substrate holder 60 as the rotary shaft 77 moves up and down.
  • the base 61 closes the open lower portion of the inner reaction tube 25 to prevent the heat inside the inner reaction tube 25 from moving to the loading space 72 in the lower chamber 20.
  • the substrate holder 60 when the substrate holder 60 is liftable and the substrate is loaded on the slot of the substrate holder 60, the substrate holder 60 is raised at a predetermined interval so that the substrate is sequentially placed on the next slot of the substrate holder 60. Can be loaded into. When all of the substrates are stacked on the substrate holder 60, the substrate holder 60 may be lifted into the process chamber 20 and disposed in the process space 27 to process the substrate.
  • the process chamber 20 has an inner space 22 for receiving the substrate transferred from the lower chamber 70 and in the inner reaction tube 25 partitioning the inner space 22 and the process space 27. Process is performed on the substrate.
  • the tubular heater 10 is installed along the side wall of the process chamber 20 and disposed around the inner space 22.
  • the inlet 30 and the outlet 40 are formed at one side and the other side of the process chamber 20, respectively, and the tubular heater 10 is drawn in and out through the inlet 30 and the outlet 40.
  • the supply line 35 is connected to the tubular heater 10 installed in the inlet 30, and may supply the refrigerant to the flow path 5 of the tubular heater 10 through the supply line 35.
  • the discharge line 45 is connected to the tubular heater 10 installed in the outlet 40, the inlet 30 may be formed on the upper portion of the outlet (40).
  • the coolant is a coolant
  • the coolant may be smoothly supplied using the load of the coolant by supplying the coolant to the inlet 30 formed in the upper portion and discharging the coolant to the outlet 40 formed in the lower portion.
  • the supply line 35 is connected to the flow path 5 of the tubular heater 10 installed in the inlet 30 to supply the coolant to the flow path 5.
  • the discharge line 45 is connected to the tubular heater 10 installed in the outlet 40 may discharge the warmed refrigerant passing through the process chamber 20.
  • the supply line 35 and the discharge line 45 may be connected to the chiller (50), the refrigerant warmed through the process chamber 20 inside the chiller (50) through the discharge line (45)
  • the coolant is a coolant
  • the coolant cooled by the chiller 50 may be circulated through the supply line 35.
  • the refrigerant is a cooling gas
  • the refrigerant warmed in the state in which the chiller 50 is removed may be discharged to the atmosphere through the discharge line 45.
  • the supply line 35 and the discharge line 45 are connected through the tubular heater 10 and the insulated connector 33, respectively, and a current is supplied to the tubular heater 10 between the insulated connector 33 and the process chamber 20.
  • Supplying power 49 may be connected.
  • the insulated connector 33 serves to prevent electricity or heat from passing through the tubular heater 10 and the supply and discharge lines 35 and 45, and may be an insulating material such as rubber or glass.
  • supply and discharge valves 37 and 47 may be installed on the supply line 35 and the discharge line 45 to open and close the cooling water or control the flow rate, respectively, and on the discharge line 45 of the tubular heater 10.
  • a pump 48 for forcibly discharging the refrigerant flowing along the flow path 5 to the outside may be provided.
  • the heater is heated to a predetermined temperature to increase the temperature in the process chamber 20, and then the process chamber 20 for the next process.
  • the heating wire provided in the tubular heater 10 is cooled by blocking the current applied to the tubular heater 10 and supplying cooling water to the flow path 5 formed in the tubular heater 10. The temperature inside the chamber 20 can be rapidly lowered.
  • the substrate processing apparatus 100 may further include a gas supply unit, and the gas supply unit includes a plurality of supply nozzles 63 and an exhaust nozzle 67.
  • the supply nozzle 63 may have different heights of the supply port (not shown), and the supply nozzle 63 and the supply port are located in the process space 27.
  • the supply nozzle 63 may be connected to the plurality of supply nozzles 63 through the input line 65 formed in the process chamber 20 to supply the reaction gas to the substrate accommodated in the substrate holder 60.
  • the exhaust nozzle 67 is provided on the opposite side of the supply nozzle 63, and is disposed in the process space 27 of the internal reaction tube 25, similarly to the supply nozzle 63.
  • the height of the exhaust port (not shown) of the exhaust nozzle 67 is installed in parallel with the height of the supply port, and the number of the exhaust nozzle 67 and the exhaust port may be equal to the number of the supply nozzle 63 and the supply port.
  • the reaction gas supplied through the supply nozzle 63 flows toward the exhaust nozzle 67, and unreacted gas and the reaction by-products generated during the process are sucked through the exhaust nozzle 67 and discharged to the outside.
  • the exhaust nozzle 67 is connected to the first output line 90, and the unreacted gas and the reaction by-products sucked through the exhaust nozzle 67 are discharged through the first output line 90.
  • An output valve (not shown) may be installed on the first output line 90, and may open or close the first output line 90.
  • a turbo pump (not shown) may be installed on the first output line 90 to forcibly discharge unreacted gas and reaction byproducts.
  • the lower chamber 70 may also have a second output line 95, and the loading space 72 may be exhausted through the second output line 95.
  • the second output line 95 may communicate with the first output line 90.
  • FIG 3 is a view showing a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the process chamber 20 has an internal space 22 for receiving the substrate transferred from the lower chamber 70, and the process for the substrate is performed in the internal space 22.
  • the tubular heater 10 is installed along the side wall of the process chamber 20 and disposed around the inner space 20.
  • the inlet 30 and the outlet 40 are formed at one side and the other side of the process chamber 20, respectively, and the tubular heater 10 is drawn in and out through the inlet 30 and the outlet 40.
  • the inlet 30 may be disposed under the outlet 40, and the refrigerant may flow toward the upper side.
  • the refrigerant is a cooling gas
  • the inlet 30 may be formed at the lower portion of the inlet 40 to supply the cooling gas through the inlet 30, and discharge the warmed cooling gas through the outlet 40 formed at the upper portion thereof. . Therefore, the cooling gas can be smoothly discharged using the difference in specific gravity caused by the heating of the cooling gas.
  • the supply line 35 is connected to the tubular heater 10 installed in the inlet 30, and the supply line 35 is connected to the refrigerant storage tank (not shown) to supply the refrigerant on the flow path 5 of the tubular heater 10. Can be supplied to That is, the supply line 35 is connected to the flow path 5 of the tubular heater 10 installed in the inlet 30 to supply the coolant to the flow path 5.
  • the discharge line 45 is connected to the tubular heater 10 installed in the outlet 40 may discharge the warmed refrigerant passing through the process chamber 20.
  • a pump (not shown) may be connected to the discharge line 45 of the tubular heater 10 installed at the outlet 40 so as to easily discharge the refrigerant.
  • the tubular heater 10 is provided with injection holes 7 for injecting a refrigerant toward the inner space 22 of the process chamber 20.
  • the injection holes 7 inject a refrigerant toward the outside of the internal reaction tube 25, and the refrigerant may be a refrigerant gas including nitrogen.
  • An exhaust hole 55 is formed in the upper portion of the process chamber 20, and the exhaust port 57 communicates with the exhaust hole 55 to discharge the refrigerant injected through the injection hole 7 to the outside.
  • the substrate processing apparatus 100 may quench the temperature of the tubular heater 10 in a heated state, and the plurality of injection holes 7 formed in the tubular heater 10 may be formed outside the inner reaction tube 25.
  • spraying toward the temperature of the internal reaction tube 25 is also effectively lowered, it is possible to quickly control the process temperature required for the next process.
  • the substrate processing apparatus 100 blocks the exhaust line 45 of the tubular heater 10 installed at the outlet 30, thereby internally reacting the refrigerant supplied through the supply line 35. The whole quantity can be sprayed toward the tube 25.
  • Such substrate processing apparatus 100 is a step of performing a process by spraying the entire amount of the refrigerant to the internal reaction tube 25 when the temperature of the heater is lowered to a predetermined temperature by the refrigerant flowing close to the tubular heater 10 There is an advantage that can quickly lower the temperature of the space.
  • FIG. 5 (a) to 5 (c) are views showing respective embodiments showing the positions where the injection holes are arranged
  • FIG. 6 is an enlarged view of the tubular heater shown in FIG. 5 (a).
  • the cross section of the tubular heater 10 may have a polygonal shape including a circle, and a flow path 5 is formed on an inner surface thereof.
  • the tubular heater 10 may be spirally installed along the sidewall of the process chamber in a through-hole type.
  • the tubular heater 10 may include a heater body 3 having a predetermined outer circumferential surface and a flow path 5 formed along the inner circumferential surface of the heater body 3.
  • a heating wire 4 is provided inside the heater body 3, and the tubular heater 10 has a plurality of injection holes 7 for injecting a refrigerant toward the outside of the internal reaction tube 25.
  • the injection hole 7 may be disposed to be inclined upwardly and the center of the tubular heater 10 toward the outside of the internal reaction tube 25, respectively, cooling The airflow can be formed so that the gas can smoothly move toward the exhaust hole 55.
  • a plurality of injection holes 7 may be provided in the vertical direction. The injection hole 7 is formed at a predetermined position to uniformly spray the refrigerant toward the internal reaction tube 25, thereby effectively cooling the temperature inside the tubular heater 10 and the process chamber 20.
  • the present invention is to solve this problem, after the temperature is raised to a high temperature to proceed the process, the temperature in the tubular heater 10 and the process chamber 20 is heated by supplying a refrigerant to the tubular heater 10 for another process Can be easily cooled. Therefore, by shortening the process time effectively it is possible to increase the efficiency of the process for the substrate to improve the productivity.
  • the present invention can be applied to various types of semiconductor manufacturing equipment and manufacturing methods.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는 외부로부터 이송된 기판을 수용하는 내부공간을 가지며, 상기 내부공간에서 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정챔버; 및 상기 공정챔버의 측벽을 따라 설치되어 상기 내부공간의 둘레에 배치되며, 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 유로를 가지는 튜브형 히터를 포함한다.

Description

기판처리장치
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정챔버 내부에 설치된 히터 및 공정챔버 내부의 온도를 용이하게 냉각 가능한 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체, 평판 디스플레이 및 태양전지 제조에 사용되는 기판처리장치는 실리콘 웨이퍼나 글래스와 같은 기판 상에 증착되어 있는 소정의 박막에 대하여 결정화, 상 변화 등의 공정을 위하여 필수적인 열처리 단계를 포함하는 장치이다.
대표적으로, 액정 디스플레이 또는 박막형 결정질 실리콘 태양전지를 제조하는 경우, 글래스 기판 상에 증착된 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시키는 실리콘 결정화 장치가 있다. 이와 같은 결정화 공정을 수행하기 위해서는 소정의 박막이 형성되어 있는 기판의 히팅이 가능하여야 하며, 예를 들어, 비정질 실리콘의 결정화를 위한 공정온도는 최소한 550 내지 600도의 온도가 필요하다.
이러한 기판처리장치에는 하나의 기판에 대하여 기판에 대한 공정을 수행할 수 있는 매엽식(single wafer type)과 복수개의 기판에 대하여 기판처리를 수행할 수 있는 배치식(batch type)이 있다. 매엽식은 장치의 구성이 간단한 이점이 있으나, 생산성이 떨어지는 단점으로 인해 최근의 대량 생산용으로는 배치식이 각광을 받고 있다.
본 발명의 목적은 기판을 가열하는 히터 및 공정챔버 내의 온도를 용이하게 냉각시키는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는 외부로부터 이송된 기판을 수용하는 내부공간을 가지며, 상기 내부공간에서 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정챔버; 및 상기 공정챔버의 측벽을 따라 설치되어 상기 내부공간의 둘레에 배치되며, 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 유로를 가지는 튜브형 히터를 포함한다.
상기 공정챔버는, 상기 공정챔버의 일측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인입되는 인입구; 및 상기 공정챔버의 타측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인출되는 인출구를 가지며, 상기 기판처리장치는, 상기 인입구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 냉매를 공급하는 공급라인; 상기 인출구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 튜브형 히터 내부의 상기 냉매를 배출하는 배출라인을 더 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는, 상기 튜브형 히터와 상기 공급라인 및 상기 배출라인을 각각 연결하는 절연연결부; 상기 공정챔버와 상기 절연연결부 사이에 설치되며, 상기 튜브형 히터에 전류를 공급하는 전원; 상기 공급라인 또는 상기 배출라인 상에 설치되어 상기 냉매의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 인입구는 상기 인출구의 상부에 형성되며, 상기 기판처리장치는, 상기 공급라인 및 상기 배출라인에 연결되며, 상기 배출라인을 통해 배출된 상기 냉매를 냉각하여 상기 공급라인에 공급하는 냉매공급장치를 더 포함할 수 있다.
상기 공정챔버는, 상기 공정챔버의 일측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인입되는 인입구; 및 상기 공정챔버의 타측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인출되는 인출구를 가지며, 상기 기판처리장치는, 상기 인입구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 냉매를 공급하는 공급라인; 상기 내부공간에 설치되어 내부와 외부를 구획하며, 내부에 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정공간이 형성되는 내부반응튜브를 더 포함하되, 상기 튜브형 히터는 상기 내부반응튜브의 외부를 향해 냉매를 분사하는 복수개의 분사홀들을 가질 수 있다.
상기 기판처리장치는, 상기 공정챔버의 상부에 형성된 배기홀과 연통되며, 상기 분사홀을 통해 분사되는 냉매를 외부로 배기하는 배기포트를 더 구비할 수 있다.
상기 분사홀은 상향경사지게 배치될 수 있다.
상기 기판처리장치는, 상기 인출구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 튜브형 히터 내부의 상기 냉매를 배출하는 배출라인; 및 상기 배출라인 상에 설치되어 상기 냉매를 강제 배출하는 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기설정된 온도로 승온된 공정챔버의 온도를 용이하게 냉각시킬 수 있다. 따라서, 기판에 대한 공정의 효율성을 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 기판홀더가 공정위치로 전환된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3 및 4에 도시한 분사홀의 배치위치를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5(a)에 도시한 튜브형 히터를 확대한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 및 도 2를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
통상적으로 기판처리장치에는 하나의 기판에 대하여 기판에 대한 공정을 수행할 수 있는 매엽식(single wafer type)과 복수개의 기판에 대하여 기판처리를 수행할 수 있는 배치식(batch type)이 있다. 매엽식은 장치의 구성이 간단한 이점이 있으나, 생산성이 떨어지는 단점으로 인해 최근의 대량 생산용으로는 배치식이 각광을 받고 있다.
이와 같은, 기판처리장치는 결정화 공정을 수행하기 위해서는 소정의 박막이 형성되어 있는 기판의 히팅을 위해 히터가 설치되며, 예를 들어, 비정질 실리콘의 결정화를 위한 공정온도는 최소한 약 550 내지 600도의 챔버 내부의 온도가 필요하며, 각각의 공정에 요구되는 공정온도는 상이하다. 또한, 반도체 소자는 기판, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 증착, 사진(패턴형성), 식각 및 세정공정 등을 반복적으로 수행함으로써 제조될 수 있다.
이러한 각각의 공정을 위해서는 고온으로 승온시켜 공정을 진행한 후, 다시 기판의 다른 공정을 위해 챔버 내부에 설치된 히터의 전원을 차단하여 자연 냉각시켜 다음 공정을 준비한다. 즉, 다음 공정에 필요한 온도까지 챔버 내부의 온도를 냉각시키는데 오랜 시간이 소요되며, 이는 기판에 대한 공정을 진행하는데 있어서 가동률이 저하되어 생산성이 떨어지는 문제점이 발생하였다. 따라서, 이하에서는 공정챔버 내부의 온도를 용이하게 냉각가능한 기판처리장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 기판홀더가 공정위치로 전환된 상태를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 기판처리장치(100)는 상부가 개방된 형상을 가지는 하부챔버(70)를 포함할 수 있으며, 하부챔버(70)는 기판이 이송하는 통로(도시안함)를 가진다. 기판은 통로를 통해 하부챔버(70)의 내부에 로딩될 수 있다. 게이트 밸브(도시안함)는 통로의 외측에 설치되며, 통로는 게이트 밸브에 의해 개방 및 폐쇄될 수 있다.
기판처리장치(100)는 복수의 기판들이 적재되는 기판 홀더('보트(boat)'라고도 함)(60)를 구비하며, 이송챔버로부터 로딩된 기판들은 기판 홀더(60) 상에 상하방향으로 적재된다. 즉, 기판 홀더(60)가 하부챔버(70)의 내부에 제공된 적재공간 내에 위치하는 동안(적재위치), 기판은 기판 홀더(60) 내에 적재될 수 있다. 기판홀더(60)는 회전축(77)에 연결되며, 회전축(77)은 하부챔버(70)를 관통하여 승강모터(80) 및 회전모터(75)에 연결된다. 회전모터(75)는 모터하우징(76) 상에 설치될 수 있으며, 회전모터(75)는 기판에 대한 공정이 진행되는 동안 회전축(77)을 구동하여 회전축(77)과 함께 기판 홀더(60)를 회전시킬 수 있다.
모터하우징(76)은 브래킷(78)에 고정되며, 브래킷(78)은 하부챔버(70)의 하부에 연결된 하부가이드(84) 상에 연결되어 승강로드(82)를 따라 승강한다. 브래킷은 승강로드(82)에 나사체결되며, 승강로드(82)는 승강모터(80)에 의해 회전된다. 즉, 승강모터(80)의 회전에 의해 승강로드(82)는 회전하며, 이로 인해 브래킷(78)과 모터하우징(76)은 함께 승강할 수 있다.
따라서, 회전축(77)과 기판 홀더(60)는 함께 승강할 수 있으며, 기판 홀더(60)는 승강모터(80)에 의해 적재위치 및 공정위치로 전환될 수 있다. 하부챔버(70)와 모터하우징(76) 사이에는 벨로우즈(도시안함)가 설치될 수 있으며, 이를 통해 하부챔버(70) 내부의 기밀을 유지할 수 있다.
공정챔버(20)는 기판에 대한 공정을 수행가능하도록 내부공간(22)을 가지며, 내부공간(22) 상에는 내부반응튜브(25)가 설치된다. 내부반응튜브(25)는 기판에 대한 공정이 이루어지도록 공정공간(27)을 형성하며, 공정챔버(20)의 내부공간(22)과 공정공간(27)을 구획한다. 따라서, 복수개의 기판을 수용하는 기판홀더(60)는 공정공간(27) 내부로 상승하여 공정위치로 전환된 경우, 기판과 공정가스 간의 공간을 최소화하여 공정을 수행할 수 있다.
또한, 베이스(61)는 기판홀더(60)의 하부에 설치되며, 회전축(77)이 승강함에 따라 기판 홀더(60)와 함께 승강한다. 베이스(61)는 내부반응튜브(25)의 개방된 하부를 폐쇄하여 내부반응튜브(25) 내부의 열이 하부챔버(20) 내의 적재공간(72)으로 이동하는 것을 방지한다.
즉, 기판홀더(60)는 승강가능하며, 기판 홀더(60)의 슬롯 상에 기판이 적재되면 기판 홀더(60)는 기설정된 간격으로 상승하여 기판 홀더(60)의 다음 슬롯 상에 기판이 순차적으로 적재될 수 있다. 기판 홀더(60) 상에 기판이 모두 적재되면, 기판 홀더(60)는 공정챔버(20)의 내부로 상승하여 공정공간(27)에 배치되어 기판에 대한 공정을 진행할 수 있다.
다시 말해, 공정챔버(20)는 하부챔버(70)로부터 이송된 기판을 수용하는 내부공간(22)을 가지며, 내부공간(22)과 공정공간(27)을 구획하는 내부반응튜브(25) 내에서 기판에 대한 공정이 이루어진다. 튜브형 히터(10)는 공정챔버(20)의 측벽을 따라 설치되어 내부공간(22)의 둘레에 배치된다. 공정챔버(20)의 일측 및 타측에는 각각 인입구(30) 및 인출구(40)가 형성되며, 인입구(30) 및 인출구(40)를 통해 튜브형 히터(10)가 인입 및 인출된다.
공급라인(35)은 인입구(30)에 설치된 튜브형 히터(10)에 연결되며, 공급라인(35)을 통해 튜브형 히터(10)의 유로(5)에 냉매를 공급할 수 있다. 배출라인(45)은 인출구(40)에 설치된 튜브형 히터(10)에 연결되며, 인입구(30)는 인출구(40)의 상부에 형성될 수 있다. 냉매가 냉각수인 경우, 상부에 형성되는 인입구(30)로 냉각수를 공급하고 하부에 형성된 인출구(40)로 배출함으로써 냉각수의 하중을 이용하여 냉각수의 유동을 원활하게 할 수 있다.
또한, 공급라인(35)은 인입구(30)에 설치된 튜브형 히터(10)의 유로(5)와 연결되어 냉매를 유로(5) 상에 공급가능하다. 또한, 인출구(40)에 설치된 튜브형 히터(10)에 배출라인(45)이 연결되어 공정챔버(20) 내부를 통과하여 데워진 냉매를 배출할 수 있다.
뿐만 아니라, 공급라인(35)과 배출라인(45)은 칠러(chiller)(50)에 연결될 수 있으며, 공정챔버(20) 내부를 통과하여 데워진 냉매는 배출라인(45)을 통해 칠러(50)로 유동하며, 냉매가 냉각수인 경우, 칠러(50)에 의해 냉각된 냉각수는 공급라인(35)을 통해 순환될 수 있다. 반면, 냉매가 냉각가스인 경우에는 칠러(50)가 제거된 상태에서 데워진 냉매는 배출라인(45)을 통해 대기로 방출될 수 있다.
공급라인(35) 및 배출라인(45)은 각각 튜브형 히터(10)와 절연연결부(33)를 통해 연결되며, 절연연결부(33)와 공정챔버(20) 사이에는 튜브형 히터(10)에 전류를 공급하는 전원(49)이 연결될 수 있다. 절연연결부(33)는 튜브형 히터(10)와 공급 및 배출라인(35, 45) 상에 전기 또는 열이 통하지 않는 역할을 하며, 고무 또는 유리 등의 절연재료일 수 있다. 또한, 공급라인(35) 및 배출라인(45) 상에는 각각 냉각수를 개폐하거나 유량을 조절하는 공급 및 배출밸브(37, 47)가 설치될 수 있으며, 배출라인(45) 상에는 튜브형 히터(10)의 유로(5)를 따라 유동하는 냉매를 외부로 강제 배출하는 펌프(48)가 구비될 수 있다.
따라서, 튜브형 히터(10)의 유로(5)를 따라 냉매를 공급함으로써 기설정된 온도로 승온된 공정챔버(20) 내의 온도를 하강시킬 경우, 튜브형 히터(10)에 인가되는 전류를 차단함과 함께 튜브형 히터(10)에 형성되는 유로(5)에 냉각수를 공급함으로써 튜브형 히터(10)의 잔열을 신속하게 하강시킬 수 있다.
기판처리장치(100)는 각각의 공정 진행시 설정되는 온도는 각기 상이할 수 있으므로 기설정된 온도로 히터를 가열하여 공정챔버(20) 내의 온도를 승온시킨 후, 다음 공정을 위해 공정챔버(20) 내부의 온도를 하강시킬 경우, 튜브형 히터(10)에 인가되는 전류의 차단 및 튜브형 히터(10)에 형성되는 유로(5)에 냉각수를 공급함으로써 튜브형 히터(10)에 구비되는 열선을 냉각시켜 공정챔버(20) 내부의 온도를 신속하게 하강시킬 수 있다.
또한, 기판처리장치(100)는 가스공급유닛을 더 포함할 수 있으며, 가스공급유닛은 복수개의 공급노즐(63) 및 배기노즐(67)을 구비한다. 공급노즐(63)은 공급구(도시안함)의 높이가 서로 상이할 수 있으며, 공급노즐(63) 및 공급구는 공정공간(27)에 위치한다. 공급노즐(63)은 공정챔버(20)에 형성된 입력라인(65)을 통해 복수개의 공급노즐(63)에 연결되어 기판 홀더(60)에 수용된 기판에 반응가스를 공급할 수 있다.
배기노즐(67)은 공급노즐(63)의 반대편에 설치되며, 공급노즐(63)과 마찬가지로 내부반응튜브(25)의 공정공간(27)에 배치된다. 또한, 배기노즐(67)의 배기구(도시안함)의 높이는 공급구의 높이와 나란하게 설치되며, 배기노즐(67) 및 배기구의 개수는 공급노즐(63) 및 공급구의 개수와 동일할 수 있다. 공급노즐(63)을 통해 공급된 반응가스는 배기노즐(67)을 향해 흐르며, 공정 중 발생하는 미반응가스 및 반응부산물들은 배기노즐(67)을 통해 흡입되어 외부로 배출된다.
배기노즐(67)은 제1 출력라인(90)과 연결되며, 배기노즐(67)을 통해 흡입된 미반응가스 및 반응부산물들은 제1 출력라인(90)을 통해 배출된다. 출력밸브(도시안함)는 제1 출력라인(90) 상에 설치될 수 있으며, 제1 출력라인(90)을 개폐할 수 있다. 또한, 제1 출력라인(90) 상에는 터보펌프(도시안함)가 설치되어 미반응가스 및 반응부산물들을 강제 배출할 수 있다.
하부챔버(70) 또한, 제2 출력라인(95)을 가질 수 있으며, 제2 출력라인(95)을 통해 적재공간(72)은 배기될 수 있다. 또한, 제2 출력라인(95)은 제1 출력라인(90)과 연통될 수 있다. 이하에서 설명의 편의상, 생략되는 구성요소 및 작동과정은 도 1 및 도 2를 통해 설명한 기판처리장치의 설명으로 대체될 수 있으며, 차이점을 중심으로 기술하기로 한다.
본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도 3 내지 도 6을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 공정챔버(20)는 하부챔버(70)로부터 이송된 기판을 수용하는 내부공간(22)을 가지며, 내부공간(22)에서는 기판에 대한 공정이 이루어진다. 튜브형 히터(10)는 공정챔버(20)의 측벽을 따라 설치되어 내부공간(20)의 둘레에 배치된다.
공정챔버(20)의 일측 및 타측에는 각각 인입구(30) 및 인출구(40)가 형성되며, 인입구(30) 및 인출구(40)를 통해 튜브형 히터(10)가 인입 및 인출된다. 인입구(30)는 인출구(40)의 하부에 배치될 수 있으며, 냉매는 상부를 향해 유동할 수 있다. 냉매가 냉각가스인 경우, 인입구(30)는 인출구(40)의 하부에 형성되어 인입구(30)를 통해 냉각가스를 공급하고, 데워진 냉각가스를 상부에 형성된 인출구(40)를 통해 배출할 수 있다. 따라서, 냉각가스의 가열에 의한 비중 차이를 이용하여 냉각가스를 원활하게 배출할 수 있다.
공급라인(35)은 인입구(30)에 설치된 튜브형 히터(10)에 연결되며, 공급라인(35)은 냉매저장탱크(도시안함)과 연결되어 냉매를 튜브형 히터(10)의 유로(5) 상에 공급할 수 있다. 즉, 공급라인(35)은 인입구(30)에 설치된 튜브형 히터(10)의 유로(5)에 연결되어 냉매를 유로(5)에 공급가능하다. 또한, 인출구(40)에 설치된 튜브형 히터(10)에 배출라인(45)이 연결되어 공정챔버(20) 내부를 통과하여 데워진 냉매를 배출할 수 있다. 인출구(40)에 설치된 튜브형 히터(10)의 배출라인(45) 상에는 냉매를 용이하게 배출가능하도록 펌프(도시안함)가 연결될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 튜브형 히터(10)는 공정챔버(20)의 내부공간(22)을 향해 냉매를 분사하는 분사홀(7)들이 구비된다. 분사홀(7)들은 내부반응튜브(25)의 외부를 향해 냉매를 분사하며, 냉매는 질소를 포함하는 냉매가스일 수 있다. 공정챔버(20)의 상부에는 배기홀(55)이 형성되며, 배기포트(57)는 배기홀(55)과 연통되어 분사홀(7)을 통해 분사된 냉매를 외부로 배출할 수 있다.
즉, 기판처리장치(100)는 승온된 상태의 튜브형 히터(10)의 온도를 급냉시킬 수 있으며, 튜브형 히터(10)에 형성된 복수개의 분사홀(7)들은 내부반응튜브(25)의 외부를 향해 분사함으로써 승온된 내부반응튜브(25)의 온도 또한 효과적으로 하강시켜 다음 공정에 필요한 공정온도를 신속하게 제어할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기판처리장치(100)는 인출구(30)에 설치되는 튜브형 히터(10)의 배기라인(45)을 차단함으로써, 공급라인(35)을 통해 공급되는 냉매를 내부반응튜브(25)를 향해 전량 분사할 수 있다. 이와 같은 기판처리장치(100)는 튜브형 히터(10)에 근접하게 흐르는 냉매에 의해 히터의 온도가 기설정된 온도로 하강한 경우, 냉매를 내부반응튜브(25)로 전량 분사함으로써 공정을 수행하는 공정공간의 온도를 신속하게 하강시킬 수 있는 장점이 있다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 분사홀이 배치되는 위치를 나타내는 각각의 실시예를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 5(a)에 도시한 튜브형 히터를 확대한 도면이다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 튜브형 히터(10)의 단면은 원형을 포함한 다각형 형상일 수 있으며, 내면에 유로(5)가 형성된다. 예를 들어, 튜브형 히터(10)는 관통형으로 공정챔버의 측벽을 따라 나선형으로 설치될 수 있다. 튜브형 히터(10)는 기설정된 외주면의 두께를 가지는 히터몸체(3)와 히터몸체(3)의 내주면을 따라 형성되는 유로(5)를 포함할 수 있다. 히터몸체(3)의 내부에는 열선(4)이 구비되며, 튜브형 히터(10)는 내부반응튜브(25)의 외부를 향해 냉매를 분사하는 복수개의 분사홀(7)들을 가진다.
도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 분사홀(7)은 내부반응튜브(25)의 외부를 향해 각각 튜브형 히터(10)의 중앙부 및 상향경사지게 배치될 수 있으며, 냉각가스가 배기홀(55)을 향해 원활하게 이동할 수 있도록 기류를 형성할 수 있다. 또한, 도 5(c)에 도시한 바와 같이, 분사홀(7)은 상하방향에 복수개로 구비될 수 있다. 분사홀(7)이 기설정된 위치에 형성되어 냉매를 내부반응튜브(25)를 향해 균일하게 분사함으로써 튜브형 히터(10) 및 공정챔버(20) 내부의 온도를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하고자 고온으로 승온시켜 공정을 진행한 후, 다른 공정을 위해 튜브형 히터(10)에 냉매를 공급함으로써 승온된 튜브형 히터(10) 및 공정챔버(20) 내의 온도를 용이하게 냉각시킬 수 있다. 따라서, 공정시간을 효과적으로 단축함으로써 기판에 대한 공정의 효율성을 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 다양한 형태의 반도체 제조설비 및 제조방법에 응용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 외부로부터 이송된 기판을 수용하는 내부공간을 가지며, 상기 내부공간에서 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정챔버; 및
    상기 공정챔버의 측벽을 따라 설치되어 상기 내부공간의 둘레에 배치되며, 외부로부터 공급된 냉매가 흐르는 유로를 가지는 튜브형 히터를 포함하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정챔버는,
    상기 공정챔버의 일측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인입되는 인입구; 및
    상기 공정챔버의 타측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인출되는 인출구를 가지며,
    상기 기판처리장치는,
    상기 인입구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 냉매를 공급하는 공급라인;
    상기 인출구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 튜브형 히터 내부의 상기 냉매를 배출하는 배출라인을 더 포함하는 기판처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 튜브형 히터와 상기 공급라인 및 상기 배출라인을 각각 연결하는 절연연결부;
    상기 공정챔버와 상기 절연연결부 사이에 설치되며, 상기 튜브형 히터에 전류를 공급하는 전원;
    상기 공급라인 또는 상기 배출라인 상에 설치되어 상기 냉매의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함하는 기판처리장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인입구는 상기 인출구의 상부에 형성되며,
    상기 기판처리장치는,
    상기 공급라인 및 상기 배출라인에 연결되며, 상기 배출라인을 통해 배출된 상기 냉매를 냉각하여 상기 공급라인에 공급하는 냉매공급장치를 더 포함하는 기판처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공정챔버는,
    상기 공정챔버의 일측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인입되는 인입구; 및
    상기 공정챔버의 타측에 형성되어 상기 튜브형 히터가 인출되는 인출구를 가지며,
    상기 기판처리장치는,
    상기 인입구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 냉매를 공급하는 공급라인;
    상기 내부공간에 설치되어 내부와 외부를 구획하며, 내부에 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정공간이 형성되는 내부반응튜브를 더 포함하되,
    상기 튜브형 히터는 상기 내부반응튜브의 외부를 향해 냉매를 분사하는 복수개의 분사홀들을 가지는 기판처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 공정챔버의 상부에 형성된 배기홀과 연통되며, 상기 분사홀을 통해 분사되는 냉매를 외부로 배기하는 배기포트를 더 구비하는 기판처리장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 분사홀은 상향경사지게 배치되는 기판처리장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 인출구에 설치된 상기 튜브형 히터에 연결되어 상기 튜브형 히터 내부의 상기 냉매를 배출하는 배출라인; 및
    상기 배출라인 상에 설치되어 상기 냉매를 강제 배출하는 펌프를 더 포함하는 기판처리장치.
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