批處理式基板處理裝置製造方法
2023-06-01 21:22:51
批處理式基板處理裝置製造方法
【專利摘要】公開一種批處理式基板處理裝置。本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置（100），具備以上下層疊方式加載多個基板（10）的晶舟（200），其特徵在於，包括：環狀支架（ring?holder；300），支撐基板（10）的底部，以載置基板（10）；支撐杆（260），從晶舟（200）的垂直支架（220、240）突出配置，支撐環狀支架（300）的底部，以載置環狀支架（300）；末端執行器（end?effector；400），從環狀支架（300）的外周面的外側沿著與環狀支架（300）同一平面上的空間進入晶舟（200），支撐基板（10）的底部並以託底（bottom-lift）方式將基板（10）加載至晶舟（200）或從晶舟（200）卸載。
【專利說明】批處理式基板處理裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及批處理式基板處理裝置。更詳細地講，涉及能夠使用託底(bottom-lift)式末端執行器(end effector)對載置於環狀支架上的基板進行加載/卸載的批處理式基板處理裝置。
【背景技術】
[0002]基板處理裝置大致分為氣相沉積(Vapor Deposition)裝置和退火(Annealing)裝置。
[0003]氣相沉積裝置為形成構成半導體的核心結構的透明傳導層、絕緣層、金屬層或矽層的裝置，分為 LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition:低壓化學氣相沉積)或 PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition:等離子體增強化學氣相沉積)等的化學氣相沉積裝置和濺射(Sputtering)等的物理氣相沉積裝置。
[0004]退火裝置是對半導體製造用的矽片之類的基板上沉積的規定薄膜進行結晶化、相變化等工序所需要的熱處理過程的裝置。
[0005]圖1是表示現有的批處理式基板處理裝置的立體圖。圖2是現有的批處理式基板處理裝置的俯視圖及剖視圖。這種現有的批處理式基板處理裝置在韓國授權專利第772462號公報中公開。
[0006]參照圖1及圖2，現有的批處理式基板處理裝置，在而具有下部敞開的開口部以在內部形成收容空間並用於處理半導體製造工藝的反應腔(未圖示)內，設有供多個基板10以上下層疊的方式加載(loading)的晶舟20。
[0007]而且，基板10的向晶舟20的加載以及卸載由機器臂的末端執行器(endeffector) 40從設置於工作檯(未圖示)上的存儲盒(未圖示)中移送過來。
[0008]晶舟20包含形成柱狀的三個垂直支架22、24，形成分別從垂直支架22、24突出的與基板10相同數量的支撐杆26。
[0009]從三個垂直支架22、24向同一平面上突出的三個支撐杆26支撐環狀支架(ringholder) 30的底部。此時，支撐杆26支撐環狀支架30的圓周底部中的等分成各120度的三點。
[0010]在環狀支架30的上部能夠載置基板10。環形的環狀支架30能夠將基座10的底部支撐在圓形的邊緣表面上。
[0011]通過環狀支架30以及幹擾環狀支架30的外側空間的支撐杆26封閉基板10的底部空間，只露出除了支撐杆26的佔有空間的基板10的上部空間，能夠用頂邊夾持(top-edge-grip)式末端執行器40進行基板10的加載/卸載。當頂邊夾持式末端執行器40在晶舟20內進入平面上作業路線時，為了避免與支撐杆26的幹擾，頂邊夾持式末端執行器40的寬度為可插入從兩側以放射狀 突出的兩個支撐杆26的間隔之間的大小，且在頂邊夾持式末端執行器40的端部具有退避槽28，從而能夠避免與向與頂邊夾持式末端執行器40的作業路線水平的方向突出的剩餘一個支撐杆26的幹擾。[0012]然而，現有的批處理式基板處理裝置，基板10的底部空間被封閉妨礙了末端執行器40的進入，通過只露出基板10的上部空間而使用頂邊夾持式末端執行器40進行加載/卸載，導致基板10之間的間距P變大。具體地說，頂邊夾持式末端執行器40為了從基板10的上部下降而夾持基板10的兩端部必須確保最小限度的作業空間a，所以這樣的限制使間距P擴大，導致可加載於晶舟20的基板10數量減少。
[0013]此外，頂邊夾持式末端執行器40為了夾持基板10而具有複雜的結構，經過末端執行器40進入晶舟20內的步驟、末端執行器40下降而夾持基板10的步驟、以及末端執行器40上升而卸載基板10的步驟，所以工藝時間增加。
[0014]進一步，頂邊夾持式末端執彳丁器40夾持基板10,所以基板10的上部在加載/卸載中很可能暴露於汙染物質，通過末端執行器40與基板10的上部相對地接觸，基板10的上部產生劃痕。
[0015]在先技術文獻
[0016]專利文獻
[0017]專利文獻1:韓國授權專利第772462號公報
【發明內容】
[0018]因此，本發明是為了解決上述現有技術的各問題點，目的在於提供能夠以託底(bottom-lift)方式處理載置於環狀支架上的基板的批處理式基板處理裝置。
[0019]此外，本發明目的在於提供通過減少基板間的間距而增加加載於晶舟的基板數量，能夠增加每個單位工藝的基板處理量的批處理式基板處理裝置。
[0020]進一步，本發明的目的在於提供使用了結構簡單的末端執行器的批處理式基板處理裝置。
[0021]再有，本發明的目的在於提供減少基板的加載以及卸載時間，從而大幅減少工藝時間的批處理式基板處理裝置。
[0022]為了達成上述目的，本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置，具備以上下層疊的方式加載多個基板的晶舟，其特徵在於，包括:環狀支架(ring holder)，支撐基板的底部，以載置基板；支撐杆，從晶舟的垂直支架突出配置，支撐環狀支架的底部，以載置環狀支架；末端執行器(end effector)，從環狀支架的外周面的外側沿著與環狀支架同一平面上的空間進入晶舟，支撐基板的底部並以託底(bottom-lift)方式將基板加載於晶舟或從晶舟卸載。
[0023]此外，為了達成上述目的，本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置，具備以上下層疊的方式加載多個基板的晶舟，其特徵在於，包括:環狀支架，支撐基板的底部，以載置基板；支撐杆，從晶舟的垂直支架突出配置，被分成91度至150度間隔，以三點支撐方式載置環狀支架；末端執行器，從環狀支架的外周面的外側沿著與環狀支架同一平面上的空間進入晶舟，支撐基板的底部並以託底方式將基板加載於晶舟或從晶舟卸載。
[0024]根據這樣的構成的本發明，具有能夠以託底方式處理載置於環狀支架上的基板的效果。
[0025]此外，本發明具有通過減少基板間的間距從而增加加載於晶舟的基板數量，能夠增加每個單位工藝的基板處理量。[0026]進一步，本發明具有能夠採用結構簡單的末端執行器的效果。
[0027]此外，本發明具有能夠使基板的加載以及卸載時間減少、大幅減少工藝時間的效
果O
[0028]再有，本發明具有通過以大小最佳化的環狀支架支撐大面積基板來防止基板的彎曲的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是表示現有的批處理式基板處理裝置的立體圖。
[0030]圖2是現有的批處理式基板處理裝置的俯視圖及剖視圖。
[0031]圖3是表示本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置的立體圖。
[0032]圖4是本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置的俯視圖及剖視圖。
[0033]圖5是表示本發明的其它實施方式的批處理式基板處理裝置的立體圖。
[0034]圖6是本發明的其它實施方式的批處理式基板處理裝置的俯視圖及剖視圖。
[0035]附圖標記:
[0036]5:前面開放部
[0037]10:基板
[0038]20、200:晶舟
[0039]22,24,220,240:垂直支架
[0040]26、260:支撐杆
[0041]28:退避槽
[0042]30,300:環狀支架
[0043]40:頂邊夾持式末端執行器
[0044]400:託底式末端執行器
【具體實施方式】
[0045]後述關於本發明的詳細的說明，參照將本發明能夠實施的特定的實施方式作為例子表示的添加附圖。通過這些實施方式充分詳細地說明以使所屬領域的技術人員能夠實施本發明。本發明的多種實施方式相互不同，但不應理解為相互排斥。例如，記載於此的特定的形狀、結構以及特性與一實施方式相關聯，在不偏離本發明的精神以及保護範圍的範圍內，可以以其他實施方式實現。此外，應理解為，每個公開的實施方式的個別構成要素的位置或配置可在不偏離本發明的精神以及保護範圍的範圍內進行變更。因此，後述的詳細的說明並非旨在限定，確切地講，本發明的範圍只限定於所有權利要求中及其等同範圍。附圖中類似的附圖標記具有相同或類似的功能，並且為了便於說明，有可能對長度、面積以及厚度等及其形態進行誇大表示。
[0046]在本說明書中，基板可理解為包括半導體基板、用於LED、IXD等的顯示裝置的基板、以及太陽電池基板等。
[0047]批處理式基板處理裝置的結構
[0048]圖3是表示本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置的立體圖，圖4是本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置的俯視圖及剖視圖。[0049]參照圖3，本發明的一實施方式的批處理式基板處理裝置100包括環狀支架(ringholder) 300和託底(bottom-lift)式末端執行器400。
[0050]晶舟200是能夠以上下層疊方式加載多個基板10的批處理式基板處理裝置用晶舟。晶舟200的材料可包含石英(quartz)、碳化娃(SiC)、石墨(graphite)、碳複合材料(carbon composite)以及娃(Si)中的至少一種。
[0051]晶舟200可含有形成柱狀的多個垂直支架220、240，優選含有三個垂直支架220、240。以下將晶舟200的垂直支架200、240設想成三個進行說明。
[0052]垂直支架220、240在晶舟200的剖面圓周上以佔據半圓的方式設置，未被垂直支架220、240佔據的圓周上的部分形成允許末端執行器400插入的前面開放部5，以允許基板10的加載/卸載。
[0053]另一方面，在圖3以及圖4中，表示了將位於與末端執行器400的作業路線水平的方向的垂直支架240作為基準時，其與剩餘兩個垂直支架220的角度A為91度，但並不限定於此，也可以配置成在允許末端執行器400插入晶舟200內的範圍內，垂直支架240與垂直支架220的角度構成91度至120度。詳細內容在圖5及圖6中後述。
[0054]在每個垂直支架220、240上以規定高度間隔配置有向晶舟200的內側突出於同一平面的支撐杆(support rod) 260。
[0055]支撐杆260支撐環狀支架300的底部且可載置環狀支架300。支撐杆260以91度至150度的間隔被分隔，以三點支撐方式支撐環狀支架300，從而使環狀支架300能夠載置於支撐杆260上。
[0056]在支撐杆260的端部能夠形成可更牢固地載置環狀支架300的臺階262。
[0057]當對基板10以超高溫(約1200°C至1350°C)進行熱處理時，在基板10以及環狀支架300中可能發生規定的下垂現象。因此，優選支撐杆260以等分成各120度的方式三點支撐環狀支架300，從而能夠均勻支撐環狀支架300以及環狀支架300的上部的基板10的重量。
[0058]然而，當對基板10以中溫至高溫(約500°C至800°C)進行熱處理時，在基板10以及環狀支架300中能夠稍微減少下垂現象，所以減少了以等分隔成120度的方式三點支撐環狀支架300的必要性。因此，當以中溫至高溫進行熱處理時，能夠將支撐杆260與環狀支架300接觸的三點之間的間隔分隔成91度至150度。具體地說，從位於與末端執行器400的作業路線水平的方向上的垂直支架240向中心點C的方向突出的支撐杆260』與環狀支架300接觸的點和從相鄰的兩個垂直支架220突出的支撐杆260」與環狀支架300接觸的點之間的角度B可為91度至150度。
[0059]環狀支架3 O O被用於防止在高溫熱處理過程中作為基板矽晶格的結晶缺陷的滑移的發生，並被用於支撐被大口徑化(300mm、450mm)的基板10的底部以結構上防止垂下。為了對應於高溫環境和反應工藝中的化學環境，環狀支架300由陶瓷類、例如由碳化娃(SiC)形成，另外，可包含石英(quartz)、石墨(graphite)、碳複合材料(carboncomposite)以及娃(Si)中的至少一種。
[0060]環狀支架300為了穩定地支撐基板10，優選以中心軸(或中心點C) 一致的方式配置。在此，中心軸(或中心點C)可以理解為環狀支架300的重心的法線(或重心點(原點))或基板10的重心的法線(或重心點(原點))。另一方面，環狀支架300為了有效均勻地支撐基板10的整個面積，其直徑可以為基板10的直徑的0.6至0.8倍。特別是，為了使環狀支架300的內側以及外側分別支撐基板10的1/2的面積，環狀支架300的直徑優選為基板10直徑的0.7倍，但並不限定於此，可考慮工藝溫度、基板的大小以及強度等適當地變更環狀支架300的直徑。
[0061]此外，當基板10的直徑為300mm時，環狀支架300的環寬可以為2mm至25mm,更優先環寬為2mm至5mm。當環狀支架300採用直徑(外徑)為基板10直徑的0.7倍的210mm時，通過將環狀支架300的環寬設定為2mm至25mm，基板10與環狀支架300接觸的面積比例大約為1.85%至20.56%，將環狀支架300的環寬設定為2mm至5mm時，基板10與環狀支架300接觸的面積比例大約為1.85%至4.56%。作為其它實施方式，當環狀支架300的直徑(外徑)採用為199mm時,通過將環狀支架300的環寬設定為2mm至25mm,基板10與環狀支架300接觸的面積比例大約為1.85%至15.56%，通過將環狀支架300的環寬設定為2mm至5mm，基板10與環狀支架300接觸的面積比例大約為1.75%至4.31%。因此，當將環狀支架300的環寬設定為2mm至5mm時，基板10面積中只有約低於5%的面積與環狀支架300接觸，所以具有能夠防止基板10的下垂的同時進一步減少基板10下部的劃痕的優點。
[0062]另一方面，當基板10的直徑為450mm時，能夠調整環狀支架300的環寬，從而在防止基板10的垂下的同時減少在基板10下部的劃痕的範圍內，調整基板10與環狀支架300接觸的面積比例。
[0063]末端執行器400能夠以託底方式將基板10加載於晶舟200或從晶舟200卸載。
[0064]進一步參照圖3及圖4，本發明的一實施方式的託底式末端執行器400能夠從環狀支架300的外周面的外側沿著與環狀支架300同一平面上的空間進入晶舟200，支撐基板10的底部以進行基板10的加載/卸載。當託底式末端執行器400進入晶舟200的內部時，為了避免與環狀支架300的幹擾，末端執行器400可以具有U型叉的形狀。此外，如圖4(b)的俯視圖所示，末端執行器400通過具有U型叉的形狀，與從垂直支架240突出的支撐杆260』之間的幹擾問題也能夠解決。此外，如圖4 (b)的剖視圖所示，末端執行器400位於比支撐杆260」高的位置，以不與支撐杆260」重疊且與環狀支架300重疊的狀態的高度進入晶舟200的內部，所以也能夠解決其與兩個垂直支架220突出的支撐杆260」的幹擾問題。也就是說，末端執行器400位於比從兩個垂直支架220突出的支撐杆260」高的位置，所以能夠解決幹擾問題。
[0065]此外，為了能夠避免與環狀支架300的幹擾，同時穩定有效地支撐基板10，優選末端執行器400的兩內側面間的距離dl大於環狀支架300的直徑，末端執行器400的兩外側面間的距離d2小於基板10的直徑。
[0066]作為一實施方式，當基板10的直徑為300mm時,使末端執行器400的兩內側面間的距離dl為200mm至220mm、兩外側面間的距離d2則採用244mm至260mm的範圍，以此能夠避免與環狀支架300以及兩個垂直支架220之間的幹擾，從而能夠容易地加載/卸載基板10。
[0067]作為其它的實施方式，當基板10的直徑為450mm時，使末端執行器400的兩內側面間的距離dl為300mm至330mm、兩外側面間的距離d2為366mm至390mm的範圍，能夠避免與環狀支架300以及兩個垂直支架220的幹擾，從而能夠容易地加載/卸載基板10。
[0068]圖5是表示本發明的其它實施方式的批處理式基板處理裝置的立體圖，圖6是本發明的其它實施方式的批處理式基板處理裝置的俯視圖及剖視圖。在以下的圖5及圖6的說明中，只描述與上述圖3及圖4的說明的不同點，省略重複說明。
[0069]參照圖5及圖6，能夠確認從垂直支架220突出的支撐杆260」的方向朝向中心點C。圖3及圖4的批處理式基板處理裝置100中，固定了垂直支架240與兩個垂直支架220之間的角度A (作為一例、91度)後，調整從垂直支架220突出的支撐杆260」的突出角度，在從垂直支架240向中心點C的方向突出的支撐杆260』與環狀支架300接觸的點和從相鄰的兩個垂直支架220突出的支撐杆260」與環狀支架300接觸的點之間的角度B為91度至150度範圍內，從而使環狀支架300形成三點支撐的方式。即，從垂直支架220突出的支撐杆260」的方向也可以不朝向中心點C。
[0070]相反，圖5及圖6的批處理式基板處理裝置100』，從垂直支架220突出的支撐杆260」的方向朝向中心點C，所以只通過調整垂直支架240與兩個垂直支架220的角度A，就能夠調整支撐杆260與環狀支架300接觸的點的角度B。但是，此時，當角度(A或B)超過120度時，在末端執行器400進入晶舟200時可能發生垂直支架220或支撐杆260」與末端執行器400之間的幹擾，所以可將角度(A或B)維持在91度至120度，優選維持在105度。
[0071]批處理式基板處理裝置的動作過程
[0072]以下，參照圖4及圖6，說明採用了託底式末端執行器400的批處理式基板處理裝置100的動作過程。圖4及圖6表示了基板10的卸載過程，但其加載過程可以理解為將卸載過程反過來進行。
[0073]參照圖4 Ca)及圖6 (a)，在從垂直支架220、240突出配置的三個支撐杆260的端部上載置有環狀支架300，在環狀支架300的上部以環狀支架300與中心軸(或中心點C)
一致的方式載置有基板10。
[0074]其次，參照圖4 (b)及圖6 (b)，託底式末端執行器400經過晶舟200的前面開放部5進入。此時，末端執行器400具有U型叉以能夠圍住環狀支架300的外周面，從環狀支架300的外周面的外側佔據同一平面上的空間，並位於比從兩個垂直支架220突出的支撐杆260」高的位置，所以在進入時能夠避免與環狀支架300或支撐杆260的幹擾，並位於基板10的底部。而且，末端執行器400能夠抬起基板10使基板10與環狀支架300離開規定的高度R。
[0075]其次，參照圖4 (C)及圖6 (C)，末端執行器400能夠在只支撐基板10的狀態下從晶舟200進行卸載。
[0076]通過採用本發明的託底式末端執行器400，僅使用基板10與環狀支架300離開的高度R就能夠進行基板10的加載/卸載。也就是說，與形成間距P間隔時需要考慮從基板上部下降而夾持基板兩端部所需的最小作業空間a、末端執行器的厚度、基板的厚度以及環狀支架的高度的頂邊夾持方式的批處理式基板處理裝置相比，本發明的託底方式的批處理式基板處理裝置，在形成間距P間隔時只需考慮基板與環狀支架的可離開高度R、基板的厚度以及環狀支架的高度，所以能夠確保大幅減少的間距P。因此，通過增加加載於晶舟的基板數量，從而能夠增加每單位工藝的基板處理量。
[0077]此外，具有能夠將具有夾持基板所需的複雜結構的頂邊夾持式末端執行器替換成託底式末端執行器，所以其結構簡單，通過使用託底式末端執行器能夠減少基板的加載以及卸載時間，能夠大幅減少工藝時間。[0078] 本發明列舉所述優選實施方式進行了圖示以及說明，但並不限定於所述實施方式，在不偏離本發明的精神的範圍內可通過具有本發明所屬的【技術領域】的一般知識的技術人員進行多種變形以及變更。那樣的變形例以及變更例屬於本發明和添加的專利請求的保護範圍的範圍內。
【權利要求】
1.一種批處理式基板處理裝置，具備以上下層疊方式加載多個基板的晶舟，其特徵在於，包括: 環狀支架，用於支撐基板的底部，以載置基板； 支撐杆，從晶舟的垂直支架突出配置，用於支撐環狀支架的底部，以載置環狀支架；末端執行器，從環狀支架的外周面的外側沿著與環狀支架同一平面上的空間進入晶舟，支撐基板的底部並以託底方式將基板加載至晶舟或從晶舟卸載。
2.一種批處理式基板處理裝置，具備以上下層疊方式加載多個基板的晶舟，其特徵在於，包括: 環狀支架，支撐基板的底部，以載置基板； 支撐杆，從晶舟的垂直支架突出配置，並被分隔成91度至150度的間隔，以三點支撐的方式載置環狀支架； 末端執行器，從環狀支架的外周面的外側沿著與環狀支架同一平面上的空間進入晶舟，支撐基板的底部並以託底方式將基板加載至晶舟或從晶舟卸載。
3.根據權利要求1或2所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 在支撐杆的端部形成有臺階，以能夠固定並載置環狀支架。
4.根據權利要求1或2所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 環狀支架的直徑為基板的直徑的0.6倍至0.8倍。
5.根據權利要求1所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 基板的直徑為300mm,環狀支架的環寬為2mm至25mm。
6.根據權利要求5所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 環狀支架的環寬為2mm至5mm。
7.根據權利要求1或2所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 末端執行器具有U型叉的形狀。
8.根據權利要求7所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 末端執行器的兩內側面間的距離大於環狀支架的直徑，末端執行器的兩外側面間的距離小於基板的直徑。
9.根據權利要求2所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 調整從垂直支架突出的支撐杆的突出角度，將環狀支架的三點支撐角度分隔成91度至150度的間隔。
10.根據權利要求2所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 將從垂直支架突出的支撐杆配置成朝向環狀支架或基板的中心點的狀態下，調整垂直支架與相鄰的垂直支架間的配置角度，以將環狀支架的三點支撐角度分隔成91度至120度的間隔。
11.根據權利要求1或2所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 晶舟包括石英、碳化矽、石墨、碳複合材料以及矽中的至少一種。
12.根據權利要求1或2所述的批處理式基板處理裝置，其特徵在於， 環狀支架包括石英、碳化矽、石墨、碳複合材料以及矽中的至少一種。
【文檔編號】H01L21/67GK103811380SQ201310541006
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2012年11月6日
【發明者】李炳一, 李永浩, 金熙錫 申請人:泰拉半導體株式會社