JP2015088749A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に対して熱処理を行う基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板に対する熱処理空間を有する熱処理チャンバー２００と、熱処理空間において基板を支持する基板支持台５００と、熱エネルギーを発生させる加熱ランプ３００と、基板支持台に向かってガスを噴射するガス噴射口４００を一緒に備え、基板支持台と向かい合うように加熱ランプとガス噴射口が設けられた加熱ブロック１００と、を備える
【選択図】図３

Description

本発明は基板処理装置に係り、さらに詳しくは、基板に対して熱処理を行う基板処理装置に関する。

半導体、ディスプレイなどの様々な工程に際して熱処理は欠かせない過程である。オーミックコンタクト合金（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔａｌｌｏｙｉｎｇ）、イオン注入損傷アニ−リング（ｉｏｎ−ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、不純物活性化（ｄｏｐａｎｔ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２などの薄膜形成などが熱処理を必要とする工程である。

このような熱処理を行う装備としては、ファーネスや急速熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ；ＲＴＰ）装置が挙げられる。急速熱処理装置は、基板全体の温度を均一に維持したり、基板を取り替える度に他の基板に対しても同じ温度−時間特性を維持したり、基板の温度を正確に測定及び制御したりするのに難点があるが故に今日まであまり脚光を浴びていなかったが、最近の温度測定技術と温度制御技術の発展と相俟って、近年にはファーネスの代わりに用いられている。

図１は、熱処理を行う基板処理装置の構成ブロック図である。

熱処理を行う基板処理装置は、タングステンハロゲンランプの輻射光線を用いて基板Ｓに熱を伝達する。このため、熱処理を行う基板処理装置は加熱ブロック１０を備え、基板Ｓと向かい合う加熱ブロック１０の対向面には複数の加熱ランプ１１が設けられている。また、熱処理チャンバー２０は、基板支持台５０と、基板を上昇及び下降させるリフトピン５１と、を備え、ゲート６０を介して基板Ｓを搬入または搬出する。熱処理チャンバー２０の内側には、ガスを噴射するガス噴射器４０と、ガスを排気する排気口７０とが配設される。

熱処理チャンバー２０と加熱ブロック１０との間には透明石英製のウィンドウ３０が配備されており、加熱ブロック１０内の加熱ランプ１１と熱処理チャンバー２０内のガス噴射器４０がウィンドウ３０により分離されている。ウィンドウ３０は、加熱ブロック１０の下側に配設された熱処理チャンバー２０内に汚染物質であるパーチクルが流入することを遮断し、且つ、上側に配設された加熱ブロック１０内の加熱ランプ１１の熱エネルギーを下側に通過させて基板に伝達している。

このようにして熱処理を行う既存の基板処理装置は、ガス噴射器４０が熱処理チャンバー２０内の一方の側に配備されて単方向にガスを噴射しているため、ガスが均一に供給されないという問題がある。また、図２に示すように、熱処理チャンバー２０内の領域別にガスの温度差が生じてしまう。このため、熱処理工程に悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。特に、アクティブマトリクス式有機ＥＬ（ＡＭＯＬＥＤ）、太陽光、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体などを製造するための大面積の急速熱処理装置の場合に８０℃〜８５０℃の温度下で均一に熱処理を施すことを余儀なくされるが、熱処理チャンバー２０内の温度ばらつきを招いてしまうという問題がある。

さらに、ガス噴射器４０が熱処理チャンバー２０内に配設されるが故に、熱処理対象体である基板Ｓが破損されるときにガス噴射器が損傷されてしまうという問題がある。なお、ガス噴射器４０が熱処理チャンバーの内側に配設されているが故に、ガス噴射器４０が洗浄しにくいという問題がある。

大韓民国登録特許第１０３１２２６号

本発明の技術的課題は、熱処理チャンバー内の領域別に温度差が発生することを防ぐところにある。

また、本発明の他の技術的課題は、ガスの均一度及びチャンバー内温度の均一度を向上させるところにある。

さらに、本発明のさらに他の技術的課題は、基板処理装置に配備されるガス噴射器の位置を熱処理チャンバーの内側から他の場所に移して洗浄しやすくするところにある。

上記の技術的課題を解決するために、本発明の実施形態による基板処理装置は、基板に対する熱処理空間を有する熱処理チャンバーと、前記熱処理空間において前記基板を支持する基板支持台と、熱エネルギーを発生させる加熱ランプと、前記基板支持台に向かってガスを噴射するガス噴射口とを一緒に備え、前記基板支持台と向かい合うように前記加熱ランプとガス噴射口とが設けられた加熱ブロックと、を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記加熱ブロックは、前記基板支持台と向かい合うランプ取付面を有し、且つ、ガス流路を有する加熱ブロックハウジングと、前記ランプ取付面において露出されて埋め込まれた複数の加熱ランプと、前記加熱ランプの間に配設されて、前記ガス流路に連絡されて前記ランプ取付面に形成された複数のガス噴射口と、を備える。

また、好ましくは、前記加熱ランプと加熱ランプとの間にガス噴射口が配設される。

さらに、好ましくは、Ｘ方向とＹ方向が直角をなすとしたとき、複数の前記加熱ランプは、前記Ｘ方向に沿う多数の行ラインに沿って配置され、複数の前記ガス噴射口は、前記行ラインの間において前記Ｘ方向に沿って前記行ラインと並ぶように配置される。

さらに、好ましくは、前記行ラインのうち奇数番目の行ラインに配置される奇数行ライン加熱ランプと、前記行ラインのうち偶数番目の行ラインに配置される偶数行ライン加熱ランプは、前記Ｙ方向上の異なる列ラインに配置される。

さらに、好ましくは、Ｘ方向とＹ方向が直角をなすとしたとき、複数の前記加熱ランプは、前記Ｘ方向とＹ方向との間の傾斜した方向に沿う多数の傾斜ラインに沿って配置され、複数の前記ガス噴射口は、前記傾斜ラインと同じ傾斜を有したままで前記傾斜ラインの間に配置される。

さらに、好ましくは、複数の前記加熱ランプは多数のラインの上に配列され、複数の前記ガス噴射口は前記加熱ランプの周縁に沿って配置される。

さらに、好ましくは、複数の前記加熱ランプが配列されたラインと同じラインの上に複数の前記ガス噴射口が配置される。

さらに、好ましくは、前記加熱ブロックハウジングは、前記ランプ取付面に刻設されたランプ溝を備え、前記ランプ溝に前記加熱ランプが配設される。

さらに、好ましくは、前記ランプ溝は離隔面を挟んで隔設され、前記離隔面に前記ガス噴射口が配設される。

さらに、好ましくは、前記加熱ランプが配置された行ラインと行ラインとの間に前記行ラインと並ぶようにガス流路が形成される。

さらに、好ましくは、前記加熱ランプが配置された傾斜ラインと傾斜ラインとの間に前記傾斜ラインと並ぶようにガス流路が形成される。

さらに、好ましくは、前記ランプ溝の周縁に沿ってガス流路が形成される。

本発明の実施形態によれば、ガス噴射器と加熱ブロックを一緒に備えることにより、熱処理チャンバー内の領域別の温度差の発生を防ぐことができる。このため、熱処理が施される基板の均一度を向上させることができる。また、本発明の実施形態によれば、加熱ブロックにガス噴射器を配設することにより、ガス噴射器の洗浄を簡単に行うことができる。さらに、加熱ブロックと熱処理チャンバーを物理的に分離させる別途のウィンドウを備えなくてもよい。

熱処理を行う基板処理装置の構成ブロック図である。 噴射されるガスの流れにより熱処理チャンバー内の温度がばらつくことを示す図である。 本発明の実施形態により熱処理を行う基板処理装置の断面図である。 本発明の実施形態による加熱ランプを示す図である。 本発明の実施形態による加熱ブロックハウジングの断面図である。 本発明の第１実施形態によりランプ取付面に設けられた加熱ランプとガス噴射口の配列構造を示す図である。 本発明の第２実施形態によりランプ取付面に設けられた加熱ランプとガス噴射口の配列構造を示す図である。 本発明の第３実施形態によりランプ取付面に設けられた加熱ランプとガス噴射口の配列構造を示す図である。 本発明の第３実施形態によりランプ取付面に設けられた加熱ランプとガス噴射口の配列構造を示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態についてより詳細に詳述する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化可能であり、単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ構成要素を示す。

図３は、本発明の実施形態における熱処理を行う基板処理装置の断面図であり、図４は、本発明の実施形態による加熱ランプを示す図であり、図５は、本発明の実施形態による加熱ブロックハウジングの断面図であり、図６は、本発明の第１実施形態におけるランプ取付面に設けられた加熱ランプとガス噴射口の配列構造を示す図であり、図７は、本発明の第２実施形態におけるランプ取付面に設けられた加熱ランプとガス噴射口の配列構造を示す図であり、図８及び図９は、本発明の第３実施形態におけるランプ取付面に設けられた加熱ランプとガス噴射口の配列構造を示す図である。

熱処理チャンバー２００は内部空間を有するが、このような内部空間は、熱処理対象である基板に対する熱処理が行われる熱処理空間である。このような熱処理空間の内部に基板が載置される。このために、熱処理チャンバー２００は内部が空いている密閉された矩形筒状に製作されるが、これに限定されるものではなく、種々の筒状に形成可能である。すなわち、円筒状や多角筒状に形成可能である。そして、熱処理チャンバー２００の一方の面及び他方の面のそれぞれには基板の出入りのためのゲート６００が設けられ、ゲート６００は基板搬送モジュール（図示せず）と接続される。

熱処理チャンバー２００は、内側に基板を支持する基板支持台５００を備える。基板支持台５００は様々な形状に形成可能であるが、基板支持台５００がエッジリング状を呈する場合、エッジリングは熱処理空間の内部における加熱ブロック１００と向かい合う個所に基板を載置する。基板支持台５００は、昇降力を提供する手段、例えば、シリンダーと接続可能である。

また、ここで、基板支持台５００の内部には垂直方向に移動する複数のリフトピン５１０が配備される。本発明はこれに何ら限定されるものではなく、基板を基板支持台５００に支持可能な種々の手段、例えば、静電気力（静電チャック）または真空吸着力を利用する手段が利用可能である。参考までに、基板は、アクティブマトリクス式有機ＥＬ（ＡＭＯＬＥＤ）、太陽光、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体など工程上熱処理を必要とする熱処理対象体である。

加熱ブロック１００は、熱エネルギーを発生させる加熱ランプ３００と、基板支持台５００に向かってガスを噴射するガス噴射口４００を一緒に備え、基板支持台５００と向かい合う対向面であるランプ取付面１１０に加熱ランプ３００とガス噴射口４００が並設される。加熱ブロック１００は上部扉状を呈し、熱処理チャンバー２００の上部を密閉して外部環境（圧力、汚染物質）から熱処理チャンバー２００を保護する。場合によって、加熱ブロック１００と熱処理チャンバー２００は封止材により密閉性を補完する。加熱ブロック１００と熱処理チャンバー２００との間にはウィンドウが別設されない。

加熱ブロック１００は、基板支持台５００と向かい合うランプ取付面１１０を有し、且つ、ガス流路４１０を有する加熱ブロックハウジング１００ａと、対向面において露出されて埋め込まれた複数の加熱ランプ３００と、加熱ランプ３００の間に配設されて、ガス流路４１０に連絡されてランプ取付面１１０に形成された複数のガス噴射口４００と、を備える。

加熱ブロックハウジング１００ａには、熱処理空間の内部に雰囲気ガスを噴射するガス流路４１０が形成されている。外部のガス供給部（図示せず）から供給される雰囲気ガス、例えば、Ｎ_２ガスが加熱ブロックハウジング１００ａ内のガス流路４１０に沿ってガス噴射口４００を介して熱処理空間に噴射される。

ガス噴射口４００はガス流路４１０に連絡されてガス加熱ランプ３００の間に配設される。ガス噴射口４００を介してＮ_２ガスなどの雰囲気ガスが熱処理空間に向かって噴射される。参考までに、熱処理チャンバー２００内の熱処理空間に噴射されたガスは、熱処理チャンバー２００に形成された排気口７００を介して外部に排出される。

加熱ブロックハウジング１００ａのランプ取付面１１０に設けられる加熱ランプ３００は、外部の電源供給部（図示せず）から電源を供給されて発熱する。このような加熱ランプ３００は、輻射熱を用いて熱処理空間内に配設された基板を加熱する。加熱ランプ３００への供給電力を増大させることにより、熱処理温度、例えば、約８０℃〜８５０℃を維持する。

加熱ランプ３００は、図４示すように、フィラメントを内部に備えて輻射熱を透過させるランプ胴体３３０と、ランプ胴体３３０を固定するランプ支持部３２０と、ランプ支持部３２０に接続されて外部電源が印加されるランプソケット３１０と、を備える。

ランプ胴体３３０は、その内部が空いている管状（すなわち、チューブ状）に製作されることが好ましい。すなわち、ランプ胴体３３０は、Ｔ字状、直線チューブ状に製作されることが好ましい。もちろん、本発明はこれに限定されるものではなく、曲線、円形帯または楕円状帯状に製作可能である。また、ランプ胴体３３０は、ガラス製または石英製であることが好ましい。これにより、輻射熱を損失なしに透過させることができる。そして、前記ランプ胴体３３０の内部には不活性ガス（例えば、アルゴン）が充填されることが好ましい。

加えて、加熱ランプ３００は、図４に示すように、ランプ胴体３３０と、ランプ支持部３２０及びランプソケット３１０が分離可能な分離型加熱ランプ３００の構造を有していてもよいが、本発明はこれに限定されるものではなく、別途のランプソケット３１０なしに外部の電源が印加されるランプ支持部３２０とランプ胴体３３０が一体となっている一体型加熱ランプの構造を有していてもよい。

本発明の実施形態においては、ランプ取付面１１０に加熱ランプ３００とガス噴射口４００を一緒に形成している。加熱ランプ３００はランプ取付面１１０に配列されるが、このために、図５に示すように、加熱ブロックハウジング１００ａはランプ取付面１１０に刻設されたランプ溝３５０を備え、このようなランプ溝３５０に加熱ランプ３００が配設される。隣り合うランプ溝３５０は離隔面を挟んで隔設され、このような離隔面にガス噴射口４００が配設される。このため、加熱ランプ３００と加熱ランプ３００との間にガス噴射口４００が配設される。

加熱ランプ３００と加熱ランプ３００との間にガス噴射口４００を配設することは、下記の３種類の方式により行われる。

第一の方式は、加熱ランプ３００とガス噴射口４００を同じ方向の異なるラインに配設することである。図６に示すランプ取付面１１０の正面図を参照すると、横方向であるＸ方向と縦方向であるＹ方向が直角をなすとしたとき、複数の加熱ランプ３００はＸ方向に沿う多数の行ラインに沿って配置され、複数のガス噴射口４００はこれらの行ラインの間においてＸ方向に沿って行ラインと並ぶように配置される。このため、複数のガス噴射口４００は、加熱ランプ３００が配置される行ラインとは異なる行ラインに配置される。参考までに、加熱ランプ３００が行ラインに沿って配置されるということは、加熱ランプ３００の中心点（例えば、フィラメントが配設された個所）が第１行ラインＲ１、第２行ラインＲ２などに沿って配置されることを意味する。同様に、ガス噴射口４００が行ラインの間においてＸ方向に沿って配置されるということは、ガス噴射口４００の中心点が加熱ランプ３００の配置ラインである行ラインの間において行ラインと並ぶように配置されることを意味する。

一方、多数の行ラインに配置される加熱ランプ３００が縦方向であるＹ方向上における一直線の列ラインに配設されれば、均一な加熱を行うことができない。均一な加熱を行うために、加熱ランプ３００を配置する必要がある。このために、図６に示すように、行ラインのうち奇数番目の行ラインに配置される奇数行ライン加熱ランプ３００と、行ラインのうち偶数番目の行ラインに配置される偶数行ライン加熱ランプ３００が、Ｙ方向上において異なる列ラインに配置される。例えば、奇数行ラインＲ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７のうち最初のランプは同じ第１列ラインＣ１に配設し、偶数行ラインＲ２、Ｒ４、Ｒ６のうち最初のランプは同じ第２列ラインＣ２に配設し、奇数行ラインＲ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７に配設されたランプと偶数行ラインＲ２、Ｒ４、Ｒ６に配設されたランプがＹ方向の列方向上において互い違いになるように配設する。

また、加熱ランプ３００と加熱ランプ３００との間にガス噴射口４００を配設する第２の方式は、加熱ランプ３００とガス噴射口４００を斜め状に配列することである。図７に示すように、Ｘ方向とＹ方向が直角をなすとしたとき、複数の加熱ランプ３００はＸ方向とＹ方向との間の傾斜した方向に沿う多数の傾斜ラインに沿って配置され、複数の前記ガス噴射口４００は傾斜ラインと同じ傾斜を有したままで傾斜ラインの間に配置される。このように傾斜ラインに沿って加熱ランプ３００とガス噴射口４００が配列される場合、均一な温度加熱とガス分布を行うことができる。

さらに、加熱ランプ３００と加熱ランプ３００との間にガス噴射口４００を配設する第３の方式は、加熱ランプ３００が配設される周縁にガス噴射口４００を配設することである。図８及び図９に示すように、複数の加熱ランプ３００を多数のラインに配列し、複数のガス噴射口４００ａを加熱ランプ３００の周縁に沿って配置する。例えば、図８に示すように、複数の加熱ランプ３００をＸ軸方向の多数の行ラインに配列し、複数のガス噴射口４００ａを加熱ランプ３００の周縁に沿って配置する。このために、加熱ブロックハウジング１００ａのランプ取付面１１０に多数のラインに沿ってランプ溝３５０の中心点があるように形成し、これらのそれぞれのランプ溝３５０の周縁に多数のガス噴射口４００ａを形成する。

また、複数の加熱ランプ３００が配列されたラインと同じラインの上に複数のガス噴射口４００ｂをさらに配置してもよい。例えば、図８に示すように、第１行ラインに沿って加熱ランプ３００が配設され、このような加熱ランプ３００が配列された第１行ラインの上に多数のガス噴射口４００ｂをさらに配置してもよい。

このようにガス噴射口４００ａ、４００ｂをランプ取付面１１０に均一に分布させることにより、均一なガス噴射が行われる。

一方、図９に示すように、複数の加熱ランプ３００をＹ軸方向の多数の列ラインに配列し、複数のガス噴射口４００を加熱ランプ３００の周縁及び行ラインに沿って配置してもよい。

また、ガス流路の形成の様子に応じてガス流路に配設される多数のガス噴射口の位置が決定される。このため、ガス流路の形成の様子によってガス噴射口の位置が異なってくる。

加熱ブロック１００に形成されるガス流路４１０は様々な形状に形成されるが、図９に示すように、加熱ランプ３００が配置される行ラインと行ラインとの間に行ラインと並ぶようにガス流路４１０が形成されて、平行なガス流路４１０の上にガス噴射口４００が形成される。

また、図７に示すように、加熱ランプ３００が配置された傾斜ラインと傾斜ラインとの間に傾斜ラインと並ぶようにガス流路４１０が形成されてもよい。さらに、図８及び図９に示すように、ランプ溝３５０の周縁に沿ってガス流路４１０が形成されてもよい。

以上、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲によって限定される。よって、この技術分野において通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において本発明を種々に変形及び修正することができる。

１００ 加熱ブロック
１１０ ランプ取付面
２００ 熱処理チャンバー
３００ 加熱ランプ
４００ ガス噴射口

Claims (13)

1. 基板に対する熱処理空間を有する熱処理チャンバーと、
   前記熱処理空間において前記基板を支持する基板支持台と、
   熱エネルギーを発生させる加熱ランプと、前記基板支持台に向かってガスを噴射するガス噴射口とを一緒に備え、前記基板支持台と向かい合うように前記加熱ランプとガス噴射口とが設けられた加熱ブロックと、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記加熱ブロックは、
   前記基板支持台と向かい合うランプ取付面を有し、且つ、ガス流路を有する加熱ブロックハウジングと、
   前記ランプ取付面において露出されて埋め込まれた複数の加熱ランプと、
   前記加熱ランプの間に配設されて、前記ガス流路に連絡されて前記ランプ取付面に形成された複数のガス噴射口と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記加熱ランプと加熱ランプとの間にガス噴射口が配設されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
4. Ｘ方向とＹ方向が直角をなすとしたとき、
   複数の前記加熱ランプは、前記Ｘ方向に沿う多数の行ラインに沿って配置され、
   複数の前記ガス噴射口は、前記行ラインの間において前記Ｘ方向に沿って前記行ラインと並ぶように配置されることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記行ラインのうち奇数番目の行ラインに配置される奇数行ライン加熱ランプと、前記行ラインのうち偶数番目の行ラインに配置される偶数行ライン加熱ランプは、前記Ｙ方向上の異なる列ラインに配置されることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. Ｘ方向とＹ方向が直角をなすとしたとき、
   複数の前記加熱ランプは、前記Ｘ方向とＹ方向との間の傾斜した方向に沿う多数の傾斜ラインに沿って配置され、
   複数の前記ガス噴射口は、前記傾斜ラインと同じ傾斜を有したままで前記傾斜ラインの間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
7. 複数の前記加熱ランプは多数のラインの上に配列され、複数の前記ガス噴射口は前記加熱ランプの周縁に沿って配置されることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
8. 複数の前記加熱ランプが配列されたラインと同じラインの上に複数の前記ガス噴射口が配置されることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記加熱ブロックハウジングは、前記ランプ取付面に刻設されたランプ溝を備え、前記ランプ溝に前記加熱ランプが配設されることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
10. 前記ランプ溝は離隔面を挟んで隔設され、前記離隔面に前記ガス噴射口が配設されることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記加熱ランプが配置された行ラインと行ラインとの間に前記行ラインと並ぶようにガス流路が形成されることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
12. 前記加熱ランプが配置された傾斜ラインと傾斜ラインとの間に前記傾斜ラインと並ぶようにガス流路が形成されることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
13. 前記ランプ溝の周縁に沿ってガス流路が形成されることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。