KR101368818B1

KR101368818B1 - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR101368818B1
Application number: KR1020120046713A
Authority: KR
Inventors: 임일환; 심장우; 김철수; 최승애
Original assignee: 에이피시스템 주식회사
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2014-03-04
Anticipated expiration: 2032-05-03
Also published as: US20130294756A1; CN103383188A; KR20130123528A; CN103383188B; US9318359B2

Abstract

본 발명은 기판을 열처리하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 평판 디스플레이 패널의 기판에 대한 열처리를 수행하는 기판 처리 장치이다. 본 발명의 실시 형태인 기판 처리 장치는, 기판 처리 공간을 가지는 공정 챔버와, 복사 에너지를 발생시키는 가열 램프와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록이 마련된 가열 하우징과, 상기 가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지가 기판에 전달되도록 투과시키는 윈도우를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for substrate treatment}

본 발명은 기판을 열처리하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 평판 디스플레이 패널의 기판에 대한 열처리를 수행하는 기판 처리 장치이다.

FPD(Flat Panel Display: LCD, OLED, Flexible) 적용 열처리 공정(LTPS; Low Thermal Poly-Silicon, LITI:Laser Induced Thermal Imaging)에 있어서 균일성(Uniformity) 및 생산성 향상이 요구되고 있다. LTPS 공정에 있어서 열원에 의한 폴리 실리콘(Poly-Silicon) 결정화 TFT(Thin Film Transistor) 대신에, 옥사이드 TFT(Oxide TFT) 기술이 대두되고 있다.

일반적으로 열처리 공정은 기판의 열산화, 각종 어닐링(annealing) 공정에서 적용된다. 이러한 열처리 공정은 레이저 또는 텅스텐 할로겐 램프와 같은 열원을 이용하여 수행된다. 현재 OLED(Organic Light Emitting Diodes)를 포함한 평판 디스플레이 패널(FPD)의 경우, 레이저 열원을 이용하여 열처리 공정을 적용하고 있다. 그런데 레이저 열원을 이용한 열처리의 경우, 레이저의 특성상 국부 지역의 순간적인 가열은 가능하나 고가의 레이저를 발생하는 장치를 필요로 하며, 복잡한 광학 경로(route)를 필요로 하는 단점이 있다. 또한 고가의 유지 보수 비용이 지속적으로 소비되는 문제가 있다.

이러한 이유로 인하여, 향후에는 대면적 평판 디스플레이 패널(FPD)에 옥사이드 TFT 기판을 적용할 경우, 열처리 공정의 열원을 기존의 반도체 열처리 공정에서 이용되는 텅스텐 할로겐 램프(tungsten-halogen lamp)를 이용한 열처리의 필요성이 제기되고 있다. 레이저가 아닌 텅스텐 할로겐 램프를 이용하여 평판 디스플레이 패널의 기판에 대한 열처리를 수행하면, 대면적에서 좀 더 안정적인 열처리를 수행할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그런데, 텅스텐 할로겐 램프를 열원으로 하여 대면적 기판에 대한 열처리 공정을 진행할 경우, 다음 도 3 및 도 4와 같은 열처리의 균일성 등의 문제가 있다.

도 1은 인라인 타입(In-Line Type)의 텅스텐 할로겐 램프를 이용한 열처리 공정의 단면도를 도시한 그림으로서, 램프(20)의 배열 패턴에 의해서 기판(10)에 가해지는 온도가 균일하지 않는 문제(uniformity)가 있다. 반도체 열처리의 경우 웨이퍼를 회전하여 패턴을 어느 정도 평균화할 수 있으나, 대면적 기판의 경우 회전이 불가능한 문제가 있기 때문이다.

또한 도 2는 배치 타입(Batch Type)의 텅스텐 할로겐 램프를 이용한 열처리 공정의 단면도를 도시한 그림으로서, 램프(20)으로부터의 전도에 의한 간접 가열 방식을 도시한 그림이다. 그런데 배치 타입의 열처리의 경우에도 동일한 기판이라도 램프(20)로부터 가까운 에지부와 램프(20)로부터 가장 먼 곳인 센터부의 온도 차이가 발생하여, 마찬가지로 기판(10)에 가해지는 온도가 균일하지 않은 문제(uniformity)가 있다. 또한 기판이 놓인 위치(상층, 중간층, 하층)에 따라서 기판별 온도 차가 발생하는 문제가 있다. 또한 온도 균일성을 해결하기 위하여 기판을 열원을 장시간 노출하게 되면 기판에 열적 스트레스(thermal stress)가 발생되는 문제가 있다.

한국공개특허 2007-0109668

본 발명의 기술적 과제는 램프를 이용하여 기판에 대한 열처리를 수행하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기판의 회전없이 기판의 표면에 대한 열처리가 고르게 이루어지도록 하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기판에 대하여 안정적인 열처리 공정을 수행하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 열처리의 균일성을 유지하면서 열처리 수행 능력을 향상시키는데 있다.

본 발명의 실시 형태인 기판 처리 장치는, 기판 처리 공간을 가지는 공정 챔버와, 복사 에너지를 발생시키는 가열 램프와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록이 마련된 가열 하우징과, 상기 가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지가 기판에 전달되도록 투과시키는 윈도우를 포함한다.

또한 가열 하우징은, 복수개의 관통홀을 구비하여 상기 반사 블록의 아래에 마련되며, 상기 반사 블록에 의해 반사되는 복사 에너지가 상기 관통홀을 통과하여 상기 윈도우에 전달되는 확산판을 포함한다.

또한 본 발명의 실시 형태인 기판 처리 장치는, 기판 처리 공간을 가지는 공정 챔버와, 복사 에너지를 발생시키는 가열 램프와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록을 구비한 가열 하우징과, 상기 가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지를 복수개의 관통홀에 통과시키는 윈도우 확산판을 포함한다.

또한 윈도우 확산판은, 상부 관통홀이 형성된 상부판과, 상기 상부 관통홀에 대향된 위치에 하부 관통홀이 형성되며, 상기 상부판과 이격된 하부판과, 상기 상부판과 하부판 사이에 위치하여 상기 관통홀마다 마련되어 복사 에너지를 투과시키는 단위 윈도우와, 상기 상부 관통홀과 하부 관통홀을 제외한 영역에서 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되는 냉각부재를 포함한다.

또한 단위 윈도우는, 가열 하우징에서 전달되는 복사 에너지를 산란시켜 기판에 전달하는 것을 특징으로 한다. 또한 단위 윈도우는 표면이 요철 형태로 되어 있어 입사되는 복사 에너지를 산란시킨다.

또한 본 발명의 실시 형태인 가열 장치는, 복사 에너지를 발생시키는 가열 램프와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록이 마련된 가열 하우징과, 가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지가 기판에 전달되도록 투과시키는 윈도우를 포함한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 기판에 램프의 복사 에너지를 직접 제공하지 않고 반사시키거나 나아가 산란시켜 제공함으로써, 소면적의 기판뿐만 아니라 대면적의 기판에 대하여 균일한 열처리를 수행할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 대면적 기판에 대해서 레이저 열원 대신에 램프 열원을 사용함으로써, 제품의 생산 원가를 낮출 수 있다. 아울러, 열처리 균일성을 향상시키기 위하여 기판을 회전시키는 별도의 회전 수단을 필요로 하지 않기 때문에 제품의 생산 원가를 낮출 수 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 윈도우 자체에서 복사 에너지를 산란 처리함으로써 별개의 확산판을 필요로 하지 않기 때문에 기판 처리 장치의 슬림화를 이루어, 열처리 수행 능력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 인라인 타입(In-Line Type)의 텅스텐 할로겐 램프를 이용한 열처리 공정의 단면도이다.
도 2는 배치 타입(Batch Type)의 텅스텐 할로겐 램프를 이용한 열처리 공정의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사 블록을 구비한 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 확산판이 구비된 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라서 윈도우 확산판을 구비한 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기판 처리 장치를 수직으로 다단 적층한 구조를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 가열 램프를 감싸는 절연 반사판의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 2개의 가열 램프가 가열 하우징의 내부에 구비되었을 때 상부에서 바라본 단면도와 정면에서 바라본 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 4개 및 6개의 가열 램프가 가열 하우징 내부에 각각 배치된 모습을 도시한 그림이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 확산판의 표면에 그룹별로 관통홀을 배치한 모습을 도시한 그림이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 윈도우 확산판의 상부도와 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 윈도우 확산판의 표면에 요철이 형성된 모습을 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 상기 반사 블록의 경사면에서 직각 반사되도록 하는 렌즈를 구비한 기판 처리 장치의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

이하에서 설명하는 기판 처리 장치는 열처리 공정을 예로 들어 설명할 것이나, 열처리 이외에 다양한 공정에 적용될 수 있을 것이다. 또한 이하에서 설명하는 기판 처리 장치는 대면적 기판, 특히 평판 디스플레이 패널의 글라스 기판을 열처리할 때 적용할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 기판 처리 공정에서 적용할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사 블록을 구비한 기판 처리 장치의 단면도이다.

일반적으로 대면적 옥사이드 TFT(Oxide TFT) 열처리 공정에서 필요한 온도는 400 ℃ 미만이다. 따라서 복사 에너지의 직접 방사(radiation)에 의하여 고온 열처리가 필요없다. 따라서 본 발명의 실시예는 가열 램프를 직접 방사하지 않고 기판에 복사 에너지를 제공하는데, 이때, 방사되는 복사 에너지의 균일성을 높이기 위하여 기판을 회전시키는 대신에 복사 에너지를 반사 및 산란시켜 기판에 복사 에너지를 제공한다. 이하 상술한다.

공정 챔버(100)는 기판의 열처리 공간인 내부 공간을 가지는데, 열처리 공간 내부에 기판이 안착된다. 공정 챔버는 내부가 비어있는 사각형 통 형상으로 제작되나, 이에 한정되지 않고, 다양한 통 형상이 가능하다. 즉, 원통 및 다각형통 형상들이 가능할 수 있다. 그리고 공정 챔버의 일 측면 및 타측면 각각에는 기판(10)의 출입을 위한 출입구(미도시)가 마련되며, 어느 하나의 출입구는 이송 모듈(미도시)과 연결된다.

공정 챔버(100)는 내측에 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(미도시)를 구비한다. 여기서 기판 지지대(미도시)는 내부에 수직방향으로 이동하는 복수개의 리프트 핀(21)이 구비될 수 있으며, 공정 시에 기판이 안착되는 에지 링(edge ring)으로 이루어진다. 에지링은 열처리 공간의 내부에서 가열 하우징에 마주보며 대향되는 위치에 기판을 안착시킬 수 있는 안착 수단이다. 기판 지지대는 승하강력을 제공하는 수단 예컨데, 실린더와 연결될 수 있다. 실시예에서는 전술한 바와 같이 리프트핀(21)으로 기판을 지지하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 기판을 기판 지지대에 지지시킬 수 있는 다양한 수단 예컨대, 정전기력(정전척) 또는 진공 흡착력을 이용하는 수단을 이용할 수도 있다.

가열 하우징(200)은 복사 에너지를 발생시키는 가열 램프(210)와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록(220)을 구비한다. 이밖에 가열 하우징(200)은, 가열 램프의 복사 에너지의 복사열이 가열 하우징에 전달되지 않도록 하고 가열 하우징의 내측으로 반사되도록 하는 절연 반사판(230)을 포함한다.

가열 램프(210)는 복사열의 복사 에너지를 광 형태 발생시키는 열원 장치이다. 복사 에너지는 발광되는 광의 형태로 전달되며, 따라서 복사 에너지는 광의 직진성 및 반사성과 동일한 특성을 가진다. 가열 램프는 벌브 타입(bulb type) 또는 리니어 타입(linear type)로 구성될 수 있다. 가열 램프(210)는 복사 에너지를 투과하는 가열 램프 몸체와, 램프 몸체 내에 마련된 필라멘트와, 외부 전원을 인가받는 램프 소켓을 포함한다. 가열 램프(210)의 몸체는 그 내부가 비어 있는 관형(즉, 튜브 형상)으로 제작되는 것이 바람직한데, 예컨대, 직선형 튜브 형상으로 제작한다. 물론 이에 한정되지 않고, 곡선, 원형 띠 또는 타원형 띠 형상으로 제작할 수도 있다. 또한, 가열 램프 몸체로 유리 또는 쿼츠를 사용하여 제작한다. 이를 통해 복사 에너지를 손실 없이 투과할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 가열 램프 몸체 내부에는 불활성 가스들(예를 들어, 아르곤)이 충진되는 것이 효과적이다. 이밖에 가열 램프는 상기에서 설명한 필라멘트를 가지는 관형 몸체 이외에 아크 램프(플래쉬 램프)로 구현 가능하다.

절연 반사판(230)은 가열 램프의 복사 에너지가 가열 하우징에 전달되지 않도록 하는 차단하며, 동시에 가열 하우징의 내측으로 반사하는 표면 재질로 이루어진다. 절연 반사판(230)은 가열 하우징(200)의 내측벽과 가열 램프 사이에 위치하여, 가열 하우징의 내측벽으로 전달되는 가열 램프의 복사 에너지를 차단하여 반사한다. 따라서 기판 이외에 다른 불필요한 방향으로 복사 에너지가 전달되지 않도록 하여, 열원 효율을 높일 수 있다. 절연 반사판(230)은 가열 하우징의 내측벽과 가열 램프 사이에서 가열 램프에 인접하여 배치될 수 있으며, 또는 가열 램프와 이격되어 배치될 수 있다. 또한 절연 반사판(230)은 가열 램프의 형태에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시한 바와 같이 가열 램프(210)가 관형 몸체를 가진 경우, 가열 램프의 복사 에너지가 가열 하우징의 내측벽에 전달되지 않도록 절연 반사판(230)은 관형 몸체를 감싸는 곡선형으로 구현될 수 있다. 따라서 절연 반사판은 가열 램프를 감싸는 형태로 형성되어 가열 하우징의 내측벽 방향의 복사 에너지의 방사를 차단하며, 반사 블록 방향으로 복사 에너지를 향하도록 반사한다. 또한 절연 반사판은 램프 몸체를 감싸는 반사 기능을 가지는 형태로 형상에 구애받지 않는 형태로서, 곡선형, 직선형, 곡선 및 직선의 조합형 중 어느 하나로 구현되어 가열 램프의 복사 에너지가 가열 하우징의 내측벽에 전달되지 않도록 차단과 반사한다.

반사 블록(220)은 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 블록체이다. 반사 블록(220)은 기판과 대향되는 면이 경사진 기울기를 가지는 경사면(221)이 되도록 구현하여, 가열 램프(230)에서 방사되는 복사 에너지가 기판에 전달되도록 한다. 가열 램프에서 멀어질수록 반사 블록의 경사면과 열처리되는 기판 사이의 간격이 작아지도록 한다. 이를 위하여 반사 블록(220)의 경사면(221)이 경사진 형태를 가지도록 한다. 그리고 반사 블록의 경사면(221)을 향해 복사 에너지가 전달되도록 가열 램프를 같은 수평 선상에 배치한다. 따라서 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지는 반사 블록의 경사면(221)에서 반사되어, 가열 램프의 가까운 기판(10)의 영역뿐만 아니라 가열 램프의 멀리 있는 기판(10)의 영역까지도 가열 램프의 복사 에너지가 고르게 전달될 수 있다.

상기와 같이 가열 램프의 복사 에너지를 직접 기판에 방사하지 않고 반사 블록을 이용하여 반사된 복사 에너지를 고르게 방사함으로써 온도 균일성을 향상시킬 수 있다. 대면적 Oxide TFT 기판의 경우, 열처리 공정에서 필요한 온도는 400℃ 미만이면 충분하다. 이에 따라 직접 열원 방사(radiation)에 의한 고온 열처리가 필요없다. 따라서 저온 열처리를 위하여 기판을 향하는 복사 에너지를 직접 제공하지 않고 반사시켜 제공함으로써 기판면의 온도 균일성을 높일 수 있다. 또한 반사 제공 이외에 이하에서 설명하겠지만, 반사시킨 열원을 나아가서 산란시켜 기판에 제공하게 되면 온도 균일성을 더욱 높일 수 있다.

상기의 반사 블록(22)의 경사면과 절연 반사판(230)의 표면은 가열 램프에서 방사되는 복사 에너지를 효율적으로 반사시킬 수 있도록 금도금으로 표면을 코팅하여 반사율을 향상시킨다. 또는 반사 블록의 경사면과 절연 반사판의 각 표면을 연마 처리하여 반사율을 향상시킬 수 있다.

한편, 가열 램프(210)는 가열 하우징의 내측에서 복수개로 구비될 수 있는데, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 2개의 가열 램프가 가열 하우징의 내부에 구비되었을 때 상부에서 바라본 단면도(a)와 정면에서 바라본 단면도(b)이다. 즉, 가열 하우징이 사각형일 때 가열 램프가 2개 구비되는 경우, 도 8(a)에 도시한 바와 같이 서로 대향되는 위치에 가열 램프가 2개 구비될 수 있다. 또는 도 9에 도시한 바와 같이 4개, 6개의 가열 램프가 가열 하우징 내부에 도 9(a) 및 도 9(b)와 같이 배치될 수 있다. 가열 램프가 복수개 구비되는 경우 각 가열 램프는 가열 하우징의 내측의 반사블록의 경사면을 향해 복사 에너지가 입사되도록 배치된다. 이럴 경우, 반사 블록은 각 가열 램프별로 영역이 할당되어 복수개로 구획되어 각각 다른 경사면을 가진다. 즉, 각 가열 램프에서 멀어질수록 각 영역의 경사면과 열처리되는 기판 사이의 간격이 작아지도록, 각 영역의 경사면이 경사진 형태를 가진다. 도 8(b)에 도시한 바와 같이 가열 램프가 반사 블록을 가운데 두고 서로 마주보며 대향된 위치에 마련된 경우, 반사 블록은 두 개의 영역으로 할당되어, 제1영역은 제1가열 램프(210a)에 할당되어 제1가열 램프(210a)에서 발생된 복사 에너지가 기판을 향하도록 하는 제1경사면(221a)을 가지며, 제2영역은 제2가열 램프(210b)에 할당되어 제2가열 램프(210b)에서 발생된 복사 에너지가 기판을 향하도록 하는 제2경사면(221b)을 가진다. 상기와 같이 램프 배열과 반사 블록의 형상을 변경하여 고온 영역도 대응할 수 있게 된다. 한편, 복수개로 구현되는 가열 램프마다 절연 반사판이 각각 구비되며, 이러한 절연 반사판은 각 가열 램프에서 발생된 복사 에너지가 가열 하우징의 내측벽으로 전달되는 것을 차단한다.

한편, 도 3에 도시된 윈도우(300)는 가열 하우징(200)에서 반사되는 복사 에너지를 투과시켜 기판(10)에 전달한다. 윈도우(300)는 가열 하우징(200)과 공정 챔버(100) 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키는데, 가열 하우징(200)과 공정 챔버(100) 사이를 차단시켜 공정 챔버가 진공이 유지되도록 하며, 외부 환경(압력,가스,오염물질)으로부터 공정 챔버를 보호한다. 또한 윈도우(300)는 가열 램프를 보호하고, 가열 램프에서 발생하는 열로 인해서 생기는 부산물이 챔버 내부의 열처리 공간에 위치한 기판으로 떨어지는 것을 막아준다. 본 발명의 실시예에서는 윈도우(300)로서 투복사 에너지성의 쿼츠를 사용하는 것이 효과적이다. 그러나 쿼츠 윈도우 이외에 투복사 에너지성을 가진 다양한 재질이 사용될 수 있음은 자명할 것이다. 윈도우(300)는 가열 하우징(200)과 공정 챔버(100) 사이에서 오링(301;O-ring) 등의 밀폐 체결 수단을 이용하여 가열 하우징과 공정 챔버 사이를 완벽하게 밀폐 차단하여 진공이 유지되도록 한다.

파이로미터(미도시)는 기판(10)의 온도를 측정하는 수단으로서, 기판(10)의 하부에 복수개 마련된다. 측정된 기판의 온도는 피드백되어 가열램프의 발생 복사 에너지의 양을 조절하는데 이용된다. 파이로미터는 기판의 열에 의해 발생되는 파장 강도를 측정하여 에너지를 산출한다. 참고로 파이로미터에서 측정되는 파장은 에너지로 변환 산출되는데, 파장을 에너지로 변환하는 것은 알려진 바와 같이 에너지를 E, 파장을 λ, h는 플랑크(planck) 상수, c는 복사 에너지속이라 할 때, 에너지 E = (hc)/λ에 의해 변환 산출할 수 있다. 따라서 공정 챔버 내에서 열처리되는 기판에서 발생되는 파장을 측정하여 기판의 에너지로서 변환 산출할 수 있다. 산출된 에너지는 E는 에너지, n=몰수 R=기체상수 T=절대온도일 때, E = 3/2 × nRT의 수식에 의해 절대온도 T가 산출될 수 있어, 결국, 파이로미터를 이용하여 기판 온도 측정이 가능하게 된다.

한편, 기판 처리 장치의 가열 하우징은 반사 블록(220)에서 반사되는 복사 에너지를 기판에 전달하여 기판의 표면에 고르게 전달되도록 하는데, 이밖에 별도의 확산판을 구비하여 반사 블록에서 반사되는 복사 에너지를 확산시켜 기판에 전달한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 확산판(240)이 구비된 기판 처리 장치의 단면도이다.

확산판(240)은 복수개의 관통홀을 구비하여 반사 블록(220)의 경사면(221)과 윈도우(300) 사이에 마련되며, 반사 블록(220)에 의해 반사되는 복사 에너지가 상기 관통홀(241)을 통과한 후 윈도우(300)에 전달되도록 한다. 따라서 반사 블록에 의해 반사되는 복사 에너지는 복수개의 관통홀(241)을 통과하고, 이렇게 통과된 복사 에너지가 윈도우를 투과하여 기판에 고르게 전달되는 것이다. 확산판의 재질은 절연 반사판과 일체형으로 되어 빛을 반사하는 재질로 이루어질 수 있다. 또한 절연 반사판의 표면을 도금 코팅하거나 연마 처리하여 반사율을 향상시킬 수 있다.

확산판(240)에 형성된 복수개의 관통홀(241)은 서로 다른 크기를 가지며, 이러한 관통홀(241)은 각각 서로 다른 크기를 가지도록 형성한다. 각각 다른 크기를 가지도록 하여 통과되는 복사 에너지의 크기를 각각 다르게 하여 확산시킬 수 있다. 또한 관통홀(241)은 가열 램프에서 멀어질수록 더 큰 크기로 형성된다. 가열 램프(210)에서 멀어질수록 관통홀(241)의 크기를 크게 함으로써, 반사 블록에서 반사되는 복사 에너지의 양을 균일하게 기판의 표면에 전달할 수 있다. 가열 램프(210)에서 가까운 반사블록의 경사면일수록 가열 램프의 복사 에너지가 조밀하게 전달되어 반사되지만, 가열 램프에서 멀어질수록 적은 복사 에너지의 양이 반사 블록의 경사면에 전달되기 때문에, 가열 램프에서 멀어질수록 확산판의 관통홀의 크기를 크게 하여 균일한 온도 방사가 기판에 이루어질 수 있다. 또한 상기 관통홀은 크기가 동일한 관통홀끼리 그룹핑하여 그룹별로 관통홀을 형성할 수 있다. 예를 들어 관통홀 그룹내의 각 관통홀의 크기가 관통홀 제1그룹(I) > 관통홀 제2그룹(II) > 관통홀 제3그룹(III) > 관통홀 제4그룹(IV) 순서로 되어 있는 경우, 도 10에 도시한 바와 같이 확산판의 표면에 관통홀 그룹들이 배치된다. 이때 가열 램프에서 가까운쪽은 관통홀 크기가 제일 작은 관통홀 제1그룹(I)이 배치되며, 가열 램프에서 가장 먼쪽은 관통홀 크기가 제일 큰 관통홀 제4그룹(IV)이 배치된다.

한편, 상기에서 설명한 도 3 및 도 4는 가열 하우징(300)과 공정 챔버(100) 사이에 윈도우(300)를 구비하여, 가열 하우징에서 전달되는 복사 에너지를 윈도우에 투과시켜 공정 챔버 내의 기판에 전달하는 구조를 가지고 있다. 그런데 별도의 윈도우 필요없이 도 5에 도시된 윈도우 확산판(310)이 윈도우 기능을 하도록 구현할 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따라서 윈도우 확산판(310)을 구비한 기판 처리 장치의 단면도이다.

도 5의 기판 처리 장치는 쿼츠 성분의 투과성으로 된 윈도우를 구비하지 않고, 그 대신에 윈도우 확산판(310)을 두어서 복사 에너지의 투과가 이루어지도록 하고 있다. 윈도우 확산판은 불투과성 재질로 구현되며, 대신에 판 내부에 복수개의 관통홀(311)을 구비하여 이러한 관통홀(311)을 통해 반사 블록에서 반사되는 복사 에너지를 통과시켜 기판에 전달한다. 반사 블록에서 반사된 복사 에너지의 크기가 다른 복수개의 관통홀을 통과하면서 확산되어 기판에 전달되기 때문에 기판 표면에 고르게 복사 에너지를 방사할 수 있다. 윈도우 확산판은 도 3 및 도 4의 윈도우와 같이 가열 하우징과 공정 챔버 사이의 기밀을 유지시키기 위하여 가열 하우징과 공정 챔버 사이에 형성되며, 오링(301;O-ring) 등의 밀폐 체결 수단을 이용하여 기밀을 유지시킨다. 또한 윈도우 확산판(310)에 형성된 관통홀(311)은 윈도우 확산판에 형성된 관통홀과 마찬가지로, 서로 다른 크기로 형성하며 가열 램프에서 멀수록 더 큰 크기로 형성할 수 있다.

한편, 윈도우 확산판(311)에 형성된 관통홀은, 각 관통홀마다 복사 에너지를 통과시키는 단위 윈도우를 구비하여 공정 챔버의 밀폐성을 유지시킬 수 있다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 윈도우 확산판을 도시한 그림으로서, 도 11(a)는 윈도우 확산판의 상부 정면도이고, 도 11(b)는 윈도우 확산판의 단면도이다.

윈도우 확산판(310)은, 상부 관통홀에 대향된 위치에 하부 관통홀이 형성되어 상기 상부판(312)과 이격된 하부판(313)과, 상기 상부판과 하부판 사이에 위치하여 관통홀(311)마다 마련되어 복사 에너지를 투과시키는 단위 윈도우(314)와, 상기 상부 관통홀과 하부 관통홀을 제외한 영역에서 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되는 냉각부재(315)를 포함한다.

윈도우 확산판(310)은 서로 이격된 상부판과 하부판의 이중 구조로 되어 있는데, 상부판에는 복수개의 상부 관통홀이 형성되며, 하부판 역시 상부 관통홀이 형성된 위치에 하부 관통홀이 형성된다. 따라서 윈도우 확산판을 상부에서 바라보았을 때, 상부 관통홀과 하부 관통홀을 관통하는 하나의 관통홀이 형성된다.

윈도우 확산판의 상부판(312)과 하부판(313) 사이에는 단위 윈도우와 냉각부재를 구비한다. 냉각 부재는 관통홀(311)이 형성되지 않은 상부판과 하부판 사이에 마련되어, 윈도우 확산판 자체의 열에 의한 기판으로의 열전달을 차단한다. 가열 램프를 제어하기 위해서는 가열 램프에서 제공되는 복사 에너지만이 기판에 전달되어, 이러한 기판의 온도를 측정하여 이용해야만 한다. 상기와 같이 가열 램프의 피드백 제어를 위해서는 정확한 기판 온도가 측정되어야 하는데, 윈도우 확산판(310)에서 열이 발생된다면 가열 램프에 의한 직접적인 복사 에너지 제공으로 인한 열에너지 이외에 별도의 열에너지가 기판에 전달되는 문제가 있다. 윈도우 확산판의 관통홀을 제외한 영역의 표면에 비추는 복사 에너지가 하부판에 전달되지 않도록 하고, 오직 단위 윈도우를 투과한 복사 에너지가 기판에 전달되도록 해야 한다. 이를 위하여 윈도우 확산판의 상부판과 하부판 사이에 냉각부재(315)를 두는 것이다. 상기 냉각부재(315)는 냉수식 항온 수단인 PCW(Process Cooling Water)와 같은 냉각 수단으로서 구현할 수 있다.

윈도우 확산판의 관통홀마다 형성된 단위 윈도우(314)는 쿼츠와 같은 투과성 재질로 되어 있어, 반사 블록에서 반사되는 복사 에너지를 관통홀마다 투과시킨다. 단위 윈도우는 기존의 윈도우 역할을 함께 하여, 가열 하우징에서 발생되는 부산물이 관통홀을 통하여 공정 챔버내의 기판에 떨어지지 않도록 하며, 아울러 공정 챔버의 기밀을 유지하여 진공을 유지하도록 한다. 이를 위하여 단위 윈도우와 상부판(또는 하부판)은 오링(316;O-ring)과 같은 밀폐 체결 수단을 구비한다.

단위 윈도우(314)는 가열 하우징에서 전달되는 복사 에너지를 투과시킬 뿐만 아니라, 복사 에너지를 산란시켜 투과시키도록 구현할 수 있다. 이를 위하여 단위 윈도우의 상부표면 또는 하부표면 또는 양표면(즉, 상부표면 또는 하부표면 중에서 적어도 어느 하나)에 요철 형태로 형성하여, 반사 블록에서 반사되어 전달되는 복사 에너지가 산란되어 하부의 기판에 전달되도록 한다.

예를 들어, 도 12(a)에 도시한 바와 같이 단위 윈도우의 하부표면을 요철 처리하여 상부표면을 통과한 복사 에너지가 하부표면의 요철에서 산란되어 기판에 전달되도록 구현할 수 있다. 또한 도 12(b)에 도시한 바와 같이 단위 윈도우의 상부표면을 요철 처리하여 상부표면에 도달한 복사 에너지가 산란되어 하부표면을 투과하여 기판에 전달되도록 구현할 수 있다. 또한 도 12(c)에 도시한 바와 같이 단위 윈도우의 상부표면 및 하부표면을 모두 요철 처리하여 상부표면에 도달한 복사 에너지가 산란된 후 다시 하부표면에서 산란되어 기판에 전달되도록 구현할 수 있다.

만약, 단위 윈도우의 상부표면 및 하부표면 모두 요철이 형성된 경우, 상부표면에 형성된 요철의 꺽임각과 하부표면에 형성된 요철의 꺽임각이 각각 서로 다르게 형성한다. 요철의 꺽임각에 의하여 산란각이 다르게되기 때문에, 상부표면의 산란각과 하부표면의 산란각을 서로 다르게 하여 산란 효과를 더욱 높이기 위함이다.

한편, 도 5에 도시한 바와 같이 윈도우를 별도로 두지 않고 확산판 윈도우를 통하여 산란 및 기밀 유지를 동시에 수행하게 되면, 기판 처리 장치의 컴팩트를 이루어 기판 처리 장치의 슬림화를 이룰 수 있다. 따라서 도 6에 도시한 바와 같이 기판 처리 장치를 수직으로 다단 적층 가능하여 동시에 처리할 수 있는 기판 수량이 증가하여 생산력을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지는 방사 형태로서 반사 블록의 반사면에 전달된다. 반사 블록에 균일하게 입사하도록 하기 위하여 도 13에 도시한 바와 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 상기 반사 블록의 경사면에서 직각 반사되도록 하는 렌즈를 구비한다. 이러한 렌즈는 평행복사 에너지 침투 렌즈(parallel rays covert lens)와 같이 입사된 복사 에너지를 평행하게 출력하는 렌즈로 제작될 수 있다.

참고로 도 13(a)는 윈도우(300)를 구비한 기판 처리 장치에서 가열 램프(210)와 반사 블록(220) 사이에 렌즈(400)가 구비되어 가열 램프에서 발생된 복사 에너지를 평행하게 반사 블록의 경사면으로 입사시키는 모습을 도시한 그림이다. 또한 도 13(b)는 윈도우 확산판(310)을 구비한 기판 처리 장치에서 가열 램프(210)와 반사 블록 사이(220)에 렌즈(400)가 구비되어 가열 램프에서 발생된 복사 에너지를 평행하게 반사 블록의 경사면으로 입사시키는 모습을 도시한 그림이다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 공정 챔버 200: 가열 하우징
210: 가열 램프 220: 반사 블록
230: 절연 반사판 240: 확산판
300: 윈도우 310: 윈도우 확산판
400: 렌즈

Claims

기판 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
복사 에너지를 발생시키는 가열 램프와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록이 마련된 가열 하우징;
상기 가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지가 기판에 전달되도록 투과시키는 윈도우;
를 포함하며, 상기 반사 블록은, 기판과 대향되는 면이 경사면으로 형성되며, 반사 블록의 경사면을 향해 복사 에너지가 전달되도록 가열 램프를 배치하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 가열 하우징은,
복수개의 관통홀을 구비하여 상기 반사 블록의 아래에 마련되며, 상기 반사 블록에 의해 반사되는 복사 에너지가 상기 관통홀을 통과하여 상기 윈도우에 전달되는 확산판;을 포함하는 기판 처리 장치.
기판 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
복사 에너지를 발생시키는 가열 램프와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록을 구비한 가열 하우징;
상기 가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지를 복수개의 관통홀에 통과시키는 윈도우 확산판;
을 포함하며, 상기 반사 블록은, 기판과 대향되는 면이 경사면으로 형성되며, 반사 블록의 경사면을 향해 복사 에너지가 전달되도록 가열 램프를 배치하는 기판 처리 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 관통홀은 서로 다른 크기를 갖는 기판 처리 장치.
청구항 4에 있어서, 가열 램프에서 멀어질수록 더 큰 크기로 관통홀을 형성하는 기판 처리 장치.
청구항 4에 있어서, 크기가 동일한 관통홀끼리 그룹핑하여, 상기 확산판에 그룹별로 관통홀을 형성하는 기판 처리 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가열 하우징은,
가열 하우징의 내측벽과 가열 램프 사이에 위치하여, 가열 하우징의 내측벽으로 전달되는 가열 램프의 복사 에너지를 차단하여 반사하는 절연 반사판;을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 반사 블록과 절연 반사판은 표면을 금도금 처리하거나, 표면에 대해서 반사율을 높이는 연마 처리함을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 가열 램프는 내부에 필라멘트를 가지는 관형 몸체로 구현되거나 또는 아크 램프로 구현되며, 상기 절연 반사판은 램프 몸체를 감싸는 직선형, 곡선형, 직선 및 곡선의 조합형 중 어느 하나로 구현되어 가열 램프의 복사 에너지가 가열 하우징의 내측벽에 전달되지 않도록 차단하는 기판 처리 장치.
삭제
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서, 가열 램프에서 멀어질수록 반사 블록의 경사면과 열처리되는 기판 사이의 간격이 작아지도록 반사 블록의 경사면이 경사진 형태를 가지는 기판 처리 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가열 램프는 복수개로 구현되며, 각 가열 램프마다 절연 반사판이 구비되는 기판 처리 장치.
청구항 12에 있어서, 상기 반사 블록은, 각 가열 램프별로 영역이 할당되어 복수개로 구획되며, 각 가열 램프에서 멀어질수록 각 영역의 경사면과 열처리되는 기판 사이의 간격이 작아지도록, 각 영역의 경사면이 경사진 형태를 가지는 기판 처리 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 윈도우 확산판은,
상부 관통홀이 형성된 상부판;
상기 상부 관통홀에 대향된 위치에 하부 관통홀이 형성되며, 상기 상부판과 이격된 하부판;
상기 상부판과 하부판 사이에 위치하여 상기 관통홀마다 마련되어 복사 에너지를 투과시키는 단위 윈도우;
상기 상부 관통홀과 하부 관통홀을 제외한 영역에서 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되는 냉각부재;
를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 14에 있어서, 상기 단위 윈도우는, 가열 하우징에서 전달되는 복사 에너지를 산란시켜 기판에 전달하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
청구항 15에 있어서, 상기 단위 윈도우는 표면이 요철 형태로 되어 있어 입사되는 복사 에너지를 산란시키는 기판 처리 장치.
청구항 16에 있어서, 상기 요철 형태는 단위 윈도우의 상부표면 또는 하부표면 중에서 적어도 어느 하나에 형성되는 기판 처리 장치.
청구항 17에 있어서, 단위 윈도우의 상부표면 및 하부표면 모두 요철이 형성된 경우, 상부표면에 형성된 요철의 꺽임각과 하부표면에 형성된 요철의 꺽임각이 각각 서로 다르게 형성되는 기판 처리 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판의 하부에서 기판 온도를 측정하는 파이로미터를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가열 램프와 반사 블록의 사이에 배치되어, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 상기 반사 블록의 경사면에서 직각 반사되도록 하는 렌즈를 구비한 기판 처리 장치.
복사 에너지를 발생시키는 가열 램프;
상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록이 마련된 가열 하우징;
가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지가 기판에 전달되도록 투과시키는 윈도우;
를 포함하며, 상기 반사 블록은, 기판과 대향되는 면이 경사면으로 형성되며, 반사 블록의 경사면을 향해 복사 에너지가 전달되도록 가열 램프를 배치하는 가열 장치.
청구항 21에 있어서, 복수개의 관통홀을 구비하여 상기 반사 블록의 아래에 마련되며, 상기 반사 블록에 의해 반사되는 복사 에너지가 상기 관통홀을 통과하여 상기 윈도우에 전달되는 확산판;을 포함하는 가열 장치.
기판 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
복사 에너지를 발생시키는 가열 램프와, 상기 가열 램프에서 발생되는 복사 에너지를 반사시키는 반사 블록을 구비한 가열 하우징;
가열 하우징과 공정 챔버 사이에서 공정 챔버의 기밀을 유지시키며, 상기 복사 에너지를 복수개의 관통홀에 통과시키는 윈도우 확산판;
을 포함하며, 상기 반사 블록은, 기판과 대향되는 면이 경사면으로 형성되며, 반사 블록의 경사면을 향해 복사 에너지가 전달되도록 가열 램프를 배치하는 가열 장치.
청구항 21 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가열 하우징은,
가열 하우징의 내측벽과 가열 램프 사이에 위치하여, 가열 하우징의 내측벽으로 전달되는 가열 램프의 복사 에너지를 차단하여 반사하는 절연 반사판을 포함하는 가열 장치.
청구항 23에 있어서, 상기 윈도우 확산판은,
상부 관통홀이 형성된 상부판;
상기 상부 관통홀에 대향된 위치에 하부 관통홀이 형성되며, 상기 상부판과 이격된 하부판;
상기 상부판과 하부판 사이에 위치하여 상기 관통홀마다 마련되어 복사 에너지를 투과시키는 단위 윈도우;
상기 상부 관통홀과 하부 관통홀을 제외한 영역에서 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되는 냉각부재;
를 포함하는 가열 장치.
청구항 25에 있어서, 상기 단위 윈도우는, 가열 하우징에서 전달되는 복사 에너지를 산란시켜 기판에 전달하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
청구항 26에 있어서, 상기 단위 윈도우는 표면이 요철 형태로 되어 있어 입사되는 복사 에너지를 산란시키는 가열 장치.