(57)【要約】本発明の一実施形態によると，基板処理装置は外部から移送された基板を収容する内部空間を有し，前記内部空間で前記基板に対する工程が行われる工程チャンバと，前記工程チャンバの側壁に沿って設置されて前記内部空間の周縁に配置され，外部から供給された冷媒が流れる流路を有するチューブ型ヒータと，を含む。【選択図】図３
2016516291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から移送された基板を収容する内部空間を有し，前記内部空間で前記基板に対する工程が行われる工程チャンバと，
前記工程チャンバの側壁に沿って設置されて前記内部空間の周縁に配置され，外部から供給された冷媒が流れる流路を有するチューブ型ヒータと，を含む
基板処理装置。
【請求項２】
前記工程チャンバは，
前記工程チャンバの一側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き入れられる引入口と，
前記工程チャンバの他側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き出される引出口と，を有し，
前記基板処理装置は，
前記引入口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記冷媒を供給する供給ラインと，
前記引出口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記チューブ型ヒータの内部の前記冷媒を排出する排出ラインと，を更に含む請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板処理装置は，
前記チューブ型ヒータと前記供給ライン及び前記排出ラインをそれぞれ連結する絶縁連結部と，
前記工程チャンバと前記絶縁連結部との間に設置され，前記チューブ型ヒータに電流を供給する電源と，
前記供給ラインまたは前記排出ライン上に設置されて前記冷媒の流量を調節するバルブと，を更に含む請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記引入口は前記引出口の上部に形成され，
前記基板処理装置は，
前記供給ライン及び前記排出ラインに連結され，前記排出ラインを介して排出された前記冷媒を冷却して前記供給ラインに供給する冷媒供給装置を更に含む
請求項２記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記工程チャンバは，
前記工程チャンバの一側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き入れられる引入口と，
前記工程チャンバの他側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き出される引出口と，を有し，
前記基板処理装置は，
前記引入口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記冷媒を供給する供給ラインと，
前記内部空間に設置されて内部と外部を区画し，内部に前記基板に対する工程が行われる工程空間が形成される内部反応チューブと，を更に含み，
前記チューブ型ヒータは前記内部反応チューブの外部に向かって冷媒を噴射する複数個の噴射孔を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記基板処理装置は，
前記工程チャンバの上部に形成された排気孔と連通され，前記噴射孔を介して噴射される冷媒を外部に排気する排気ポートを更に具備する請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記噴射孔は上向きに傾斜するように配置される請求項５記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記基板処理装置は，
前記引出口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記チューブ型ヒータの内部の前記冷媒を排出する排出ラインと，
前記排出ライン上に設置されて前記冷媒を強制排出する排出ポンプと，を更に含む請求項５記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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，基板に対する工程が行われる工程チャンバの内部に設置されたヒータ及び工程チャンバ内部の温度を容易に冷却可能な基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体，フラットパネルディスプレー及び太陽電池の製造に使用される基板処理装置は，シリコンウェハや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的な熱処理ステップを含む装置である。
【０００３】
代表的に，液晶ディスプレーまたは薄膜型結晶質シリコン太陽電気を製造する場合，ガラス基板上に蒸着された非晶質シリコンをポリシリコンに結晶化す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あるべきであり，例えば，非晶質シリコンの結晶化のための工程温度は少なくとも５５０乃至６００度の温度が必要である。
【０００４】
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枚葉式（single wafer type）と，複数個の基板に対して基板処理を行うバッチ式（batch type）がある。枚葉式は装置の構成が簡単な利点があるが，生産性が落ちる短所のため最近の大量生産用にはバッチ式が脚光を浴びている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は，基板を加熱するヒータ及び工程チャンバ内の温度を容易に冷却することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は，以下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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によると，基板処理装置は外部から移送された基板を収容する内部空間を有し，前記内部空間で前記基板に対する工程が行われる工程チャンバと，前記工程チャンバの側壁に沿って設置されて前記内部空間の周縁に配置され，外部から供給された冷媒が流れる流路を有するチューブ型ヒータと，を含む。
【０００８】
前記工程チャンバは，前記工程チャンバの一側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き入れられる引入口と，前記工程チャンバの他側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き出される引出口と，を有し，前記基板処理装置は，前記引入口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記冷媒を供給する供給ラインと，前記引出口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記チューブ型ヒータの内部の前記冷媒を排出する排出ラインと，を更に含む。
【０００９】
前記基板処理装置は，前記チューブ型ヒータと前記供給ライン及び前記排出ラインをそれぞれ連結する絶縁連結部と，前記工程チャンバと前記絶縁連結部との間に設置され，前記チューブ型ヒータに電流を供給する電源と，前記供給ラインまたは前記排出ライン上に設置されて前記冷媒の流量を調節するバルブと，を更に含む。
【００１０】
前記引入口は前記引出口の上部に形成され，前記基板処理装置は，前記供給ライン及び前記排出ラインに連結され，前記排出ラインを介して排出された前記冷媒を冷却して前記供給ラインに供給する冷媒供給装置を更に含む。
【００１１】
前記工程チャンバは，前記工程チャンバの一側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き入れられる引入口と，前記工程チャンバの他側に形成されて前記チューブ型ヒータが引き出される引出口と，を有し，前記基板処理装置は，前記引入口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記冷媒を供給する供給ラインと，前記内部空間に設置されて内部と外部を区画し，内部に前記基板に対する工程が行われる工程空間が形成される内部反応チューブと，を更に含み，前記チューブ型ヒータは，前記内部反応チューブの外部に向かって冷媒を噴射する複数個の噴射孔を有する。
【００１２】
前記基板処理装置は，前記工程チャンバの上部に形成された排気孔と連通され，前記噴射孔を介して噴射された冷媒を外部に排気する排気ポートを更に具備する。
【００１３】
前記噴射孔は上向きに傾斜するように配置される。
【００１４】
前記基板処理装置は，前記引出口に設置された前記チューブ型ヒータに連結されて前記チューブ型ヒータ内部の前記冷媒を排出する排出ラインと，前記排出ライン上に設置されて前記冷媒を強制排出する排出ポンプと，を更に含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態によると，予め設定された温度に昇温された工程チャンバの温度を容易に冷却することができる。よって，基板に対する工程の効率性を増加して生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】図１の基板ホルダが工程位置に転換された状態を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態による基板処理装置を示す図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態による基板処理装置を示す図である。
【図５】図３及び図４に示す噴射孔の配置位置を示す図である。
【図６】図５ａに示すチューブ型ヒータを拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図１乃至図２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な説明を強調するために誇張されている可能性がある。
【００１８】
一般的に，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枚葉式と，複数個の基板に対して基板処理を行うバッチ式がある。枚葉式は装置の構成が簡単な利点があるが，生産性が落ちる短所のため最近の大量生産用にはバッチ式が脚光を浴びている。
【００１９】
このような基板処理装置には結晶化工程を行うために，所定の薄膜が形成されている基板をヒーティングするためのヒータが設置されるが，例えば，非晶質シリコンの結晶化のための工程温度は少なくとも約５５０乃至６００度のチャンバ内部の温度が必要であり，それぞれの工程に要求される工程温度は互いに異なる。また，半導体素子は例えばシリコンウェハを利用して蒸着，フォトグラフィー（パターンの形成），エッチング及び洗浄工程などを繰り返し行うことで製造される。
【００２０】
このようなそれぞれの工程のためには，高温に昇温して工程を行った後，更に基板の他の工程のためにチャンバ内部に設置されたヒータの電源を遮断し自然冷却して次の工程を準備する。即ち，次の工程に必要な温度までチャンバ内部の温度を冷却するのに長時間を要し，このため基板に対する工程を行うことに当たって稼働率が低下されて生産性が落ちる問題が発生していた。よって，以下では工程チャンバの内部の温度を容易に冷却可能な基板処理装置について説明する。
【００２１】
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り，図２は図１の基板ホルダが工程位置に転換された状態を示す図である。図１及び図２に示すように基板処理装置１００は上部が開放された形状を有する下部チャンバ７０を含み，下部チャンバ７０は基板を移送する通路（図示せず）を有する。基板は通路を介して下部チャンバ７０の内部にローディングされる。ゲートバルブ（図示せず）は通路の外側に設置され，通路はゲートバルブによって開放及び閉鎖される。
【００２２】
基板処理装置１００は複数の基板が積載される基板ホルダ（ボート（boat）ともいう）６０を具備し，移送チャンバからローディングされた基板は基板ホルダ６０上に上下方向に積載される。即ち，基板ホルダ６０が下部チャンバ７０の内部に提供された積載空間内に位置する間（積載位置），基板は基板ホルダ６０の内に積載される。基板ホルダ６０は回転軸７７に連結され，回転軸７７は下部チャンバ７０を介して昇降モータ８０及び回転モータ７５に連結される。回転モータ７５はモータハウジング７６上に設置され，回転モータ７５は基板に対する工程が行われる間に回転軸７７を駆動し，回転軸７７と共に基板ホルダ６０を回転する。
【００２３】
モータハウジング７６はブラケット（bracket）７８に固定され，ブラケット７８は下部チャンバ７０の下部に連結された下部ガイド８４上に連結されて昇降ロッド８２に沿って昇降する。ブラケットは昇降ロッド８２に螺合され，昇降ロッド８２は昇降モータ８０によって回転される。即ち，昇降モータ８０の回転によって昇降ロッド８２が回転し，それによってブラケット７８とモータハウジング７６は一緒に昇降する。
【００２４】
よって，回転軸７７と基板ホルダ６０は一緒に昇降し，基板ホルダ６０は昇降モータ８０によって積載位置及び工程位置に転換される。下部チャンバ７０とモータハウジング７６との間にはベローズ（図示せず）が設置され，それによって下部チャンバ７０内部の機密を維持することができる。
【００２５】
工程チャンバ２０は基板に対する工程を行うように内部空間２２を有し，内部空間２２内には内部反応チューブ２５が設置される。内部反応チューブ２５は基板に対する工程が行われるように工程空間２７を形成し，工程チャンバ２０の内部空間２２と工程空間２７を区画する。よって，複数個の基板を収容する基板ホルダ６０は工程空間２７の内部に上昇して工程位置に転換された場合，基板と工程ガスの間の区間を最小化して工程を行う。
【００２６】
また，ベース６１は基板ホルダ６０の下部に設置され，回転軸７７が昇降することによって基板ホルダ６０と共に昇降する。ベース６１は内部反応チューブ２５の開放された下部を閉鎖し，内部反応チューブ２５の内部の熱が下部チャンバ２０内の積載空間７２に移動することを防止する。
【００２７】
即ち，基板ホルダ６０は昇降可能であり，基板ホルダ６０のスロット上に基板が積載されると基板ホルダ６０が予め設定された間隔で上昇して基板ホルダ６０の次のスロット上に基板が順次に積載される。基板ホルダ６０上に基板が全て積載されると，基板ホルダ６０は工程チャンバ２０の内部に上昇し工程空間２７に配置されて基板に対する工程を行う。
【００２８】
言い換えると，工程チャンバ２０は下部チャンバ７０から移送された基板を収容する内部空間２２を有し，内部空間２２と工程空間２７を区画する内部反応チューブ２５内で基板に対する工程が行われる。チューブ型ヒータ１０は工程チャンバ２０の側壁に沿って設置され，内部空間２２の周縁に配置される。工程チャンバ２０の一側及び他側にはそれぞれ引入口３０及び引出口４０が形成されるが，引入口３０及び引出口４０を介してチューブ型ヒータ１０が引き入れられて引き出される。
【００２９】
供給ライン３５は引入口３０に設置されたチューブ型ヒータ１０に連結され，供給ライン３５を介してチューブ型ヒータ１０の流路５に冷媒を供給する。排出ライン４５は引出口４０に設置されたチューブ型ヒータ１０に連結され，引入口３０は引出口４０の上部に形成される。冷媒が冷却水であれば，上部に形成される引入口３０に冷却水を供給し下部に形成された引出口４０において排出することで，冷却水の荷重を利用して冷却水の流動を円滑にする。
【００３０】
また，供給ライン３５は引入口３０に設置されたチューブ型ヒータ１０の流路５と連結されて冷媒を流路５内に供給可能である。また，引出口４０に設置されたチューブ型ヒータ１０に排出ライン４５が連結され，工程チャンバ２０の内部を通過して暖められた冷媒を排出する。
【００３１】
それだけでなく，供給ライン３５と排出ライン４５はチラー（chiller）５０に連結され，工程チャンバ２０の内部を通過して暖められた冷媒は排出ライン４５を介してチラー５０に流動し，冷媒が冷却水である場合，チラー５０によって冷却された冷却水は供給ライン３５を介して循環する。一方，冷媒が冷却ガスである場合，チラー５０が除去された状態で暖められた冷媒は排出ライン４５を介して大気に放出される。
【００３２】
供給ライン３５及び排出ライン４５はそれぞれチューブ型ヒータ１０と絶縁連結部３３を介して連結され，絶縁連結部３３と工程チャンバ２０との間にはチューブ型ヒータ１０に電流を供給する電源４９が連結される。絶縁連結部３３はチューブ型ヒータ１０と供給及び排出ライン３５，４５上に電気または熱が伝わらないようにする役割をし，ゴムまたはガラスなどの絶縁材料である。
【００３３】
また，供給ライン３５及び排出ライン４５上にはそれぞれ冷却水を開閉するか流量を調節する供給及び排出バルブ３７，４７が設置され，排出ライン４５上にはチューブ型ヒータ１０の流路５に沿って流動する冷媒を外部に強制排出するポンプ４８が具備される。
【００３４】
よって，チューブ型ヒータ１０の流路５に沿って冷媒を供給することで予め設定された温度に昇温された工程チャンバ２０内の温度を下降する場合，チューブ型ヒータ１０に印加される電流を遮断すると共にチューブ型ヒータ１０に形成される流路５に冷却水を供給することで，チューブ型ヒータ１０の残熱を迅速に下降することができる。
【００３５】
基板処理装置１００はそれぞれの工程が行われる際に設定される温度がそれぞれ異なり得るため，予め設定された温度にヒータを加熱して工程チャンバ２０内の温度を昇温した後，次の工程のために工程チャンバ２０の内部の温度を下降する場合，チューブ型ヒータ１０に印加される電流の遮断及びチューブ型ヒータ１０に形成される流路５に冷却水を供給することでチューブ型ヒータ１０に具備される熱線を冷却して工程チャンバ２０の内部の温度を迅速に下降する。
【００３６】
また，基板処理装置１００はガス供給ユニットを更に含み，ガス供給ユニットは複数個の供給ノズル６３及び排気ノズル６７を具備する。供給ノズル６３は供給口（図示せず）の高さが互いに異なり，供給ノズル６３及び供給口は工程空間２７に位置する。供給ノズル６３は工程チャンバ２０に形成された入力ライン６５を介して複数個の供給ノズル６３に連結されて基板ホルダ６０に収容された基板に反応ガスを供給する。
【００３７】
排気ノズル６７は供給ノズル６３の反対側に設置され，供給ノズル６３と同じく内部反応チューブ２５の工程空間２７に配置される。また，排気ノズル６７の排気口（図示せず）の高さは供給口の高さと平行して設置され，排気ノズル６７及び排気口の個数は供給ノズル６３及び供給口の個数と同じである。供給ノズル６３を介して供給された反応ガスは排気ノズル６７に向かって流れ，工程中に発生する未反応ガス及び反応副産物は排気ノズル６７を介して吸入されて外部に排出される。
【００３８】
排気ノズル６７は第１出力ライン９０と連結され，排気ノズル６７を介して吸入された未反応ガス及び反応副産物は第１出力ライン９０を介して排出される。出力バルブ（図示せず）は第１出力ライン９０上に設置され，第１出力ライン９０を開閉する。また，第１出力ライン９０上にはターボポンプ（図示せず）が設置されて未反応ガス及び反応副産物を強制排出する。
【００３９】
下部チャンバ７０も同じく第２出力ライン９５を有し，第２出力ライン９５を介して積載空間７２が排気される。また，第２出力ライン９５は第１出力ライン９０と連通する。以下で，説明の便宜上，省略される構成要素及び作動過程は図１及び図２を介して説明した基板処理装置の説明で代替し，その差を中心に記述する。
【００４０】
本発明を好ましい実施形態を介して詳細に説明したが，それら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。
【００４１】
発明を実施するための形態
以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図３乃至図６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な説明を強調するために誇張されている可能性がある。
【００４２】
図３は本発明の他の実施形態による基板処理装置を示す図であり，図４は本発明の更に他の実施形態による基板処理装置を示す図である。上述したように，工程チャンバ２０は下部チャンバ７０から移送された基板を収容する内部空間２２を有し，内部空間２２では基板に対する工程が行われる。チューブ型ヒータ１０は工程チャンバ２０の側壁に沿って設置されて内部空間２０の周縁に配置される。
【００４３】
工程チャンバ２０の一側及び他側にはそれぞれ引入口３０及び引出口４０が形成され，引入口３０及び引出口４０を介してチューブ型ヒータ１０が引き入れられると共に引き出される。引入口３０は引出口４０の下部に配置され，冷媒は上部に向かって流動する。冷媒が冷却ガスであれば，引入口３０は引出口４０の下部に形成されて引入口３０を介して冷却ガスを供給し，暖められた冷却ガスを上部に形成された引出口４０を介して排出される。よって，冷却ガスの加熱による比重の差を利用して冷却ガスを円滑に排出する。
【００４４】
供給ライン３５は引入口３０に設置されたチューブ型ヒータ１０に連結され，供給ライン３５は冷媒貯蔵タンク（図示せず）と連結されて冷媒をチューブ型ヒータ１０の流路５内に供給する。即ち，供給ライン３５は引入口３０に設置されたチューブ型ヒータ１０の流路５に連結されて冷媒を流路５に供給する。また，引出口４０に設置されたチューブ型ヒータ１０に排出ライン４５が連結されて工程チャンバ２０の内部を通過し，暖められた冷媒を排出する。引出口４０に設置されたチューブ型ヒータ１０の排出ライン４５上には冷媒を容易に排出するようにポンプ（図示せず)が連結される。
【００４５】
図３に示すように，チューブ型ヒータ１０は工程チャンバ２０の内部空間２２に向かって冷媒を噴射する噴射孔７を具備する。噴射孔７は内部反応チューブ２５の外部に向かって冷媒を噴射するが，冷媒は窒素を含む冷媒ガスである。工程チャンバ２０の上部には排気孔５５が形成され，排気ポート５７は排気孔５５と連通して噴射孔７を介して噴射された冷媒を外部に排出する。
【００４６】
即ち，基板処理装置１００は昇温された状態のチューブ型ヒータ１０の温度を急冷し，チューブ型ヒータ１０に形成された複数個の噴射孔７は内部反応チューブ２５の外部に向かって噴射することで昇温された内部反応チューブ２５の温度も効果的に下降し，次の工程に必要な工程温度を迅速に制御する。
【００４７】
図４に示すように，基板処理装置１００は引出口３０に設置されるチューブ型ヒータ１０の排気ライン４５を遮断することで，供給ライン３５を介して供給される冷媒を内部反応チューブ２５に向かって全量噴射する。このような基板処理装置１００はチューブ型ヒータ１０に近接して流れる冷媒によってヒータの温度が予め設定された温度に下降した場合，冷媒を内部反応チューブ２５に全量噴射することで工程を行う工程空間の温度を迅速に下降する長所がある。
【００４８】
図５ａ乃至図５ｃは噴射孔が配置される位置を示すそれぞれの実施形態を示す図であり，図６は図５ａに示すチューブ型ヒータを拡大した図である。図５及び図６に示すように，チューブ型ヒータ１０の断面は円形を含む多角形状であり，内面に流路５が形成される。例えば，チューブ型ヒータ１０は貫通形状であり，工程チャンバの側壁に沿ってらせん状に設置される。チューブ型ヒータ１０は予め設定された外周面の厚さを有するヒータ本体３とヒータ本体３の内周面に沿って形成される流路５を含む。ヒータ本体３の内部には熱線４が具備され，チューブ型ヒータ１０は内部反応チューブ２５の外部に向かって冷媒を噴射する複数個の噴射孔７を有する。
【００４９】
図５ａ及び図５ｂに示すように，噴射孔７は内部反応チューブ２５の外部に向かってそれぞれチューブ型ヒータ１０の中央部及び上向きに傾斜して配置され，冷却ガスが排気孔５５に向かって円滑に移動するように気流を形成する。また，図５ｃに示すように，噴射孔７は上下方向に複数個具備される。噴射孔７が予め設定された位置に形成されて冷媒を内部反応チューブ２５に向かって均一に噴射することで，チューブ型ヒータ１０及び工程チャンバ２０の内部の温度を効果的に冷却する。
【００５０】
即ち，本発明はこのような問題点を解決するために高温に昇温して工程を行った後，他の工程のためにチューブ型ヒータ１０に冷媒を供給することで昇温されたチューブ型ヒータ１０及び工程チャンバ２０内の温度を容易に冷却する。よって，工程時間を効果的に短縮することで基板に対する工程の効率性を増加し生産性を向上することができる。
【００５１】
本発明を好ましい実施形態を介して詳細に説明したが，それら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。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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。
【図１】
2016516291.tif 000003
【図２】
2016516291.tif 000004
【図３】
2016516291.tif 000005
【図４】
2016516291.tif 000006
【図５（ａ）】
2016516291.tif 000007
【図５（ｂ）】
2016516291.tif 000008
【図５（ｃ）】
2016516291.tif 000009
【図６】
2016516291.tif 000010
【国際調査報告】
2016516291.tif 000011
2016516291.tif 000012
2016516291.tif 000013
2016516291.tif 000014