技术领域
[0001] 本
发明涉及用于对衬底进行
热处理的设备，尤其涉及用于执行平板显示器面板的衬底的热处理的衬底处理设备与加热设备。
背景技术
[0002] 在FPD（平板显示器：LCD、OLED、柔性）的热处理工艺（LTPS：低热多晶
硅，LITI：激光诱导热成像）中，需要提高均匀性和生产
力。在LTPS工艺中，关注的是
氧化物TFT技术，而不是使用热源的
多晶硅结晶TFT（
薄膜晶体管）。
[0003] 一般来说，热处理工艺应用于衬底热氧化和各种
退火工艺。这一热处理工艺是使用热源（诸如，激光或卤钨灯）来执行的。当前，使用激光热源进行的热处理工艺应用于包含OLED（
有机发光二极管）的平板显示器（FPD）的面板中。然而，使用激光热源进行的热处理由于激光的性质而实现局部区域的瞬间加热，但缺点在于，需要昂贵的激光产生设备和复杂的光路（optical routes）。此外，不断需要高昂的维护成本。
[0004] 因此，在将氧化物TFT衬底用于大面积平板显示器（FPD）的面板时，一般建议将常规
半导体热处理工艺中所使用的卤钨灯用作热处理工艺的热源来执行热处理。如果使用卤钨灯而不是使用激光来执行平板显示器面板的衬底的热处理，那么预期会在大面积衬底中执行较稳定的热处理。然而，在将卤钨灯用作热源来执行大面积衬底的热处理工艺时，存在诸如热处理均匀性等问题，如图3和图4所示范。
[0005] 图1显示使用直列型卤钨灯进行的热处理工艺的横截面图。存在如下均匀性问题：取决于灯20的布置式样，衬底经受不均匀的
温度。对于半导体的热处理，可通过旋转晶片来略微减轻这一问题。然而，大面积衬底无法旋转。
[0006] 图2显示使用分批式卤钨灯进行的热处理工艺的横截面图，其说明经由来自灯20的传导而进行的间接加热方法。同样，对于分批式热处理，存在衬底经受不均匀的温度这一均匀性问题，这是因为，在一个衬底内邻近于灯20的边缘区域与最远离灯20的中央区域之间存在温差。此外，存在如下问题：取决于安置衬底的
位置（上层、中层、下层），在衬底之间产生温差。此外，为了解决温度均匀性这一问题，如果衬底长时间暴露于热源，那么导致另一问题：衬底经受热
应力。
[0008]
专利文献1：韩国专利公开第2007-0109668号
发明内容
[0009] 待解决的问题
[0010] 本发明的一个目标是使用灯来对衬底执行热处理。
[0011] 本发明的另一目标是对衬底的表面执行均匀热处理而不旋转衬底。
[0012] 本发明的另一目标是对衬底执行稳定热处理。
[0013] 本发明的再一目标是提高热处理能力，同时维持均匀热处理。
[0014] 解决问题的手段
[0015] 根据本发明的
实施例，一种衬底处理设备包括：
处理室，具有衬底处理空间；加热
外壳，具有发射
辐射能的加热灯和反射从所述加热灯发射的辐射能的反射
块；以及窗口，维持所述处理室与所述加热外壳之间的密封且将所述辐射能透射到衬底。
[0016] 且，所述加热外壳包括具有多个通孔的
扩散板，所述扩散板设置在所述反射块之下，且由所述反射块反射的所述辐射能穿过所述通孔且传递到所述窗口。
[0017] 根据本发明的另一实施例，一种衬底处理设备包括：处理室，具有衬底处理空间；加热外壳，具有发射辐射能的加热灯和反射从所述加热灯发射的辐射能的反射块；以及窗口扩散板，维持所述处理室与所述加热外壳之间的密封且具有多个通孔，所述辐射能穿过所述通孔。
[0018] 且，所述窗口扩散板包括：上板，其中形成有上通孔；下板，在面向所述上通孔的位置处形成有下通孔，且与所述上板间隔开；单位窗口，安置在所述上板与所述下板之间，所述单位窗口针对每个通孔而设置，且透射所述辐射能；以及冷却构件，在没有所述上通孔与所述下通孔的区域处设置在所述上板与所述下板之间。
[0019] 且，所述单位窗口散射从所述加热外壳传递的辐射能，且将所述所散射的辐射能透射到所述衬底。此外，所述单位窗口在其表面上具有不平整性，以散射入射辐射能。
[0020] 根据本发明的实施例，一种加热设备包括：加热灯，发射辐射能；加热外壳，具有反射从所述加热灯发射的辐射能的反射块；以及窗口，维持处理室与所述加热外壳之间的密封且将所述辐射能透射到衬底。
[0021] 根据本发明的实施例，一种加热设备，包括：处理室，具有衬底处理空间；加热外壳，具有发射辐射能的加热灯和反射从所述加热灯发射的辐射能的反射块；以及窗口扩散板，维持所述处理室与所述加热外壳之间的密封且具有多个通孔，所述辐射能穿过所述通孔。
[0022] 本发明的效果
[0023] 根据本发明的实施例，来自灯的辐射能未直接提供在衬底中，而是经由反射乃至散射而提供在衬底中。因此，可对小面积衬底及大面积衬底执行均匀热处理。且，根据本发明的实施例，将灯热源而不是激光热源用于大面积衬底，因而降低生产成本。此外，可提高热处理均匀性，而无需旋转衬底的独立旋转单元，因而降低生产成本。此外，根据本发明的实施例，因为窗口自身散射辐射能，所以不需要独立扩散板。因此，可制造轻薄衬底处理设备，因而提高热处理能力。
附图说明
[0024] 图1为使用直列型卤钨灯进行的热处理工艺的横截面图。
[0025] 图2为使用分批式卤钨灯进行的热处理工艺的横截面图。
[0026] 图3为根据本发明的实施例的具有反射块的衬底处理设备的横截面图。
[0027] 图4为根据本发明的实施例的具有扩散板的衬底处理设备的横截面图。
[0028] 图5为根据本发明的实施例的具有窗口扩散板的衬底处理设备的横截面图。
[0029] 图6为根据本发明的实施例的多个衬底处理设备在多个层中垂直堆叠的结构的横截面图。
[0030] 图7为根据本发明的实施例的缠绕加热灯的绝热反射板的透视图。
[0031] 图8(a)和图8(b)各自为根据本发明的实施例的具有两个加热灯的加热外壳的俯视图和前视图。
[0032] 图9(a)和图9(b)各自显示根据本发明的实施例的分别设置有四个或六个加热灯的加热外壳。
[0033] 图10显示根据本发明的实施例设置在扩散板的表面上的经分组的通孔。
[0034] 图11(a)和图11(b)显示根据本发明的实施例的窗口扩散板的俯视图和横截面图。
[0035] 图12(a)、图12(b)和图12(c)各自为根据本发明的实施例的窗口扩散板的表面上所形成的不平整性的横截面图。
[0036] 图13(a)和图13(b)为根据本发明的实施例的具有透镜的衬底处理设备的横截面图，所述透镜将从加热灯发射的辐射能平行地透射到反射块的倾斜表面。
[0037] 附图标记：
[0038] 100：处理室
[0039] 200：加热外壳
[0040] 210：加热灯
[0041] 220：反射块
[0042] 230：绝热反射板
[0043] 240：扩散板
[0044] 300：窗口
[0045] 310：窗口扩散板
[0046] 400：透镜
具体实施方式
[0047] 现在将参照附图详细描述根据本发明的实施例。然而，本发明不限于这些实施例，而是可实践为各种不同配置。提供这些实施例是为了全面理解本发明，且本发明的范围可完全由所属领域的技术人员参照这些实施例而理解。在图中，相似标号表示相似元件。
[0048] 下文中，将以举例方式描述在热处理工艺中的衬底处理设备。然而，衬底处理设备将适用于不同于热处理工艺的各种工艺。此外，下文所述的衬底处理设备将适用于大面积衬底（尤其是平板显示器面板的玻璃衬底）的热处理，且适用于各种衬底处理工艺。
[0049] 图3为根据本发明的实施例的具有反射块的衬底处理设备的横截面图。一般来说，大面积氧化物TFT（氧化物TFT）的热处理工艺所需的温度低于400℃。因此，不需要通过辐射能的直接辐射进行的高温热处理。因此，在本发明的实施例中，以加热灯不直接照射的方式将辐射能提供在衬底上。为了提高所照射的辐射能的均匀性，在反射和散射辐射能的同时将辐射能提供在衬底上，而不是旋转所述衬底，如下文将描述。
[0050] 处理室100具有内部空间，衬底安置在其中，且经受热处理。处理室作为中空四边形容器而形成，但不限于此，且可按照各种形状形成。也就是说，处理室可作为圆柱形容器和多边形容器而形成。用于输入和输出衬底10的输入口（未图示）各自设置在处理室的一侧和另一侧，且输入口连接到传送模块（未图示）。
[0051] 处理室100中具有衬底
支撑件（未图示）以支撑衬底10。衬底支撑件中可具有垂直移动的多个起模顶杆21，且包括边缘环，在热处理工艺期间，衬底安置在所述边缘环上。
[0052] 边缘环为收纳装置，用于在热处理空间内将衬底安置在面向加热外壳的位置处。衬底支撑件可连接到上升及下降装置（例如，
气缸）。在这个实施例中，起模顶杆21如上所述而支撑衬底，但不限于此。可使用用于将衬底支撑在衬底支撑件上的各种装置，例如，使用静电力的装置（
静电卡盘（electrostatic chuck））或使用
真空吸引的装置。
[0053] 加热外壳200具有发射辐射能的加热灯210和反射从加热灯发射的辐射能的反射块220。加热外壳200还包括绝热反射板230，其防止来自加热灯的辐射能的辐射热传递到加热外壳，且将辐射热向加热外壳的内部反射。
[0054] 加热灯210是以光的形式发射辐射热的辐射能的热源装置。辐射能以发射光的形式传递，且辐射能具有与光的直射性（straight-ability）和反射性相同的性质。加热灯可作为
灯泡类型或线性类型形成。加热灯210包括：加热灯主体，其透射辐射能；
灯丝，设置在所述灯主体内；以及
灯座，外部电力是从所述灯座施加。加热灯20的主体可优选按照中空管状形式（即，管形状，例如，线性管形状）制成，但不限于此。所述主体可按照弯曲、圆形带或椭圆（oval）带形状制成。为了透射辐射能而无任何损耗，加热灯主体优选由玻璃或
石英制成。且，加热灯主体的内部可实际上填充以惰性气体（例如，氩气）。或者，作为加热灯，可使用弧光灯（
闪光灯），而不是如上所述的具有灯丝的管状主体。
[0055] 绝热反射板230的表面由防止来自加热灯的辐射能传递到加热外壳且将辐射能向加热外壳的内部反射的材料制成。绝热反射板230安置在加热外壳200的内壁与加热灯之间，且阻断来自加热灯的辐射能传递到加热外壳的内壁，且反射辐射能。因此，除了朝向衬底之外，辐射不会在其他不良方向上传递。因此，可提高热源的效用。绝热反射板230可在加热外壳的内壁与加热灯之间安置，邻近于加热灯或与加热灯间隔开。且，绝热反射板230可取决于加热灯的形状而具有各种形式。例如，如图7所示，在加热灯210具有管状主体时，绝热反射板230可具有弯曲形式，其缠绕管状主体以防止来自加热灯的辐射能传递到加热外壳的内壁。因此，呈缠绕加热灯的形式的绝热反射板防止辐射能被引导向内壁方向，且将辐射能向反射块方向反射。此外，绝热反射板可按照任何形状（诸如，弯曲形状、线性形状或其组合）形成，只要绝热反射板缠绕灯主体，并阻断来自加热灯的辐射能传递到加热外壳的内壁且反射辐射能即可。
[0056] 反射块220为反射从加热灯发射的辐射能的块状元件。反射块220在面向衬底的一侧具有倾斜表面221（其具有斜面），且将从加热灯230发射的辐射能传递到衬底。随着反射块远离加热灯，反射块的倾斜表面与将热处理的衬底之间的距离应较窄。为此，将斜面赋予反射块220的倾斜表面221。接着，将加热灯安置在同一
水平线上，以使得辐射能传递到反射块的倾斜表面221。因此，从加热灯发射的辐射能由反射块的倾斜表面221反射。因此，来自加热灯的辐射能可均匀地传递到邻近于加热灯的衬底10的区域和远离加热灯的衬底10的区域。
[0057] 如上所述，通过使反射块反射的辐射能均匀地照射而不是将来自加热灯的辐射能直接照射在衬底上，可提高温度均匀性。对于大面积氧化物TFT衬底，热处理工艺所需的温度低于400℃便足矣。因此，不需要通过直接热源辐射进行的高温热处理。对于低温热处理，可通过提供所反射的辐射能而不是直接向衬底提供辐射能来提高衬底的表面温度均匀性。此外，如果将所反射的热源散射且提供在衬底上，那么可进一步提高温度均匀性，如下文将描述。
[0058] 反射块220的倾斜表面和绝热反射板230的表面可涂有金，以提高反射性且有效地反射从加热灯发射的辐射能。或者，可将反射块的倾斜表面以及绝热反射板的每个表面
抛光以提高反射性。
[0059] 加热灯210可作为多个加热灯设置在加热外壳内。图8为显示根据本发明的实施例的具有两个加热灯的加热外壳的俯视图(a)和前视图(b)。也就是说，在四边形加热外壳具有两个加热灯时，这两个加热灯可设置在面向彼此的位置处，如图8(a)所示。或者，如图9所示，四个或六个加热灯可设置在加热外壳内，如图9(a)和图9(b)所示。在设置多个加热灯时，每个加热灯可经设置以使得辐射能在加热外壳内朝向反射块的倾斜表面入射。在这种情况下，反射块划分为对每个加热灯指派的多个区域，且这些区域具有不同倾斜表面。
也就是说，每个区域具有倾斜形式，以使得随着所述区域远离每个加热灯，每个区域的倾斜表面与将热处理的衬底之间的距离变窄。如图8(b)所示，在加热灯围绕反射块设置在面向彼此的位置处时，反射块划分为两个区域。第一区域指派给第一加热灯210a，且具有第一倾斜表面221a，第一倾斜表面221a将从第一加热灯210a发射的辐射能向衬底引导。第二区域指派给第二加热灯210b，且具有第二倾斜表面221b，第二倾斜表面221b将从第二加热灯210b发射的辐射能向衬底引导。如上所述，通过更改灯布置和反射块形状，还可处理高温区域。且，在使用多个加热灯时，加热灯中的每一个具有绝热反射板，所述绝热反射板防止从每个加热灯发射的辐射能传递到加热外壳的内壁。
[0060] 如图3所示的窗口300将由加热外壳200反射的辐射能透射到衬底10。窗口300在加热外壳与处理室100之间维持密封。窗口300通过密封加热外壳200与处理室100之间的间隙来维持处理室内的真空，且保护处理室免受外部环境（压力、气体、污染物）影响。且，窗口300保护加热灯且防止因来自加热灯的热而产生的杂质掉落在安置在处理室内的热处理空间中的衬底上。在本发明的实施例中，具有
能量穿透和辐射特性的石英可有效地用作窗口300，但不限于此。应了解，可使用具有能量穿透和辐射特性的各种材料，来代替石英窗口。窗口300在加热外壳与处理室之间使用密封装置（诸如，O形环301）而完全密封加热外壳200与处理室100之间的间隙，以使得真空得以维持。
[0061]
高温计（未图示）为用于测量衬底10的温度的装置，且多个高温计设置在衬底10的底部上。所测量的衬底温度藉由反馈用以控制从加热灯发射的辐射能的量。高温计通过从衬底测量由热产生的
波长的强度来计算能量。作为参考，将高温计中所测量的波长转换为能量，且计算能量。如可了解，可使用以下方程式来实现波长到能量的转换：E=(hc)/λ，其中E为能量，λ为波长，h为普朗克常数（Planck constant），c为辐射能通量。因此，测量从处理室内热处理的衬底产生的波长，且将波长转换为衬底的能量。接着，可计算能量。使用所计算的能量，可使用以下方程式来计算绝对温度T：E=3/2×nRT，其中E为能量，n为摩尔数（mol number），R=气体常数，T=绝对温度。藉此，可使用高温计来测量衬底温度。
[0062] 在这衬底处理设备中，加热外壳均匀地将由反射块220反射的辐射能传递到衬底的表面。加热外壳具有独立扩散板以扩散由反射块反射的辐射能，且将辐射能传递到衬底。
[0063] 图4为根据本发明的实施例的具有扩散板240的衬底处理设备的横截面图。
[0064] 扩散板240具有多个通孔，且设置在反射块220的倾斜表面221与窗口300之间。由反射块220反射的辐射能穿过通孔241且传递到窗口300。因此，由反射块反射的辐射能穿过多个通孔241，且所穿过的辐射能穿透窗口，且均匀地传递到衬底。扩散板可由具有光反射特性的材料制成，且与绝热反射板集成（integrate）。且，绝热反射板的表面可通过电
镀来涂布或抛光以提高反射性。
[0065] 扩散板240上所形成的多个通孔241具有不同大小。穿过大小不同的通孔的辐射能也作为具有不同量值的能量扩散。随着这些通孔241远离加热灯210，这些通孔241具有较大尺寸。通过在远离加热灯210的区域处设置较大通孔241，所反射的辐射能可按照恒定量传递到衬底的表面。来自加热灯的辐射能密集传递且反射到邻近于加热灯210的反射块的倾斜表面，而少量辐射能传递到远离加热灯的反射块的倾斜表面。因此，通过随着通孔241远离加热灯210而设置较大通孔241，可在衬底上实现均匀温度辐射。且，这些通孔可根据其尺寸而分组，以使得具有相同尺寸的通孔属于一个群组。例如，通孔的群组中的每个通孔的尺寸可具有以下次序：第一群组的通孔（I）<第二群组的通孔（II）<第三群组的通孔（III）<第四群组的通孔（IV）。在这些群组的通孔如图10所示设置在扩散板的表面上时，具有最小尺寸的第一群组的通孔（I）设置在邻近于加热灯的区域处，且具有最大尺寸的第四群组的通孔（IV）设置在最远离加热灯的区域处。
[0066] 如上所述，因为图3及图4在加热外壳300与处理室100之间具有窗口300，所以从加热外壳传递的辐射能穿过窗口，且传递到处理室中的衬底。相比之下，如图5所示，窗口扩散板310可充当窗口，而无独立窗口。
[0067] 图5为根据本发明的实施例的具有窗口扩散板310的衬底处理设备的横截面图。
[0068] 图5所示的衬底处理设备具有窗口扩散板310（辐射能穿过窗口扩散板310），而不具有由石英制成的透明窗口。窗口扩散板由不透明材料制成，且在所述板中具有多个通孔311。由反射块反射的辐射能穿过这些通孔311且传递到衬底。穿过这些具有不同大小的通孔的由反射块反射的辐射能经过扩散而传递到衬底。因此，可在衬底的表面上实现均匀辐射能辐射。如同图3和图4的窗口，窗口扩散板形成在加热外壳与处理室之间，以在加热外壳与处理室之间维持密封。密封装置（诸如，O形环301）用于维持所述密封。且，如同窗口扩散板上所形成的通孔，窗口扩散板310上所形成的这些通孔311具有不同大小，且随着这些通孔311远离加热灯，这些通孔311可具有较大大小。
[0069] 此外，窗口扩散板上所形成的通孔311可针对辐射能所穿过的每个穿孔具有单位窗口，以维持处理室的气密性。
[0070] 图11为显示根据本发明的实施例的窗口扩散板的图式，其中图11(a)为窗口扩散板的俯视前视图，且图11(b)为窗口扩散板的横截面图。
[0071] 窗口扩散板310包括：上板312，具有上通孔；以及下板313，在面向所述上通孔的位置处形成有下通孔，且与上板间隔开；单位窗口314，安置在上板与下板之间，针对每个通孔311而设置，且透射辐射能；以及冷却构件315，在不具有上通孔与下通孔的区域处设置在上板与下板之间。
[0072] 窗口扩散板310具有双板结构，包括相互间隔开的上板和下板。上板具有多个上通孔，且下板在与形成上通孔的位置相同的位置处也具有下通孔。因此，在从上往下观察窗口扩散板时，形成穿过上通孔与下通孔的一个通孔。
[0073] 在窗口扩散板中，单位窗口与冷却构件设置在上板312与下板313之间。冷却构件设置在上板与下板之间不具有通孔311的区域处，且防止窗口扩散板自身的热传递到衬底。为了控制加热灯，应仅将从加热灯发射的辐射能传递到衬底，且测量并使用衬底的温度。对于如上所述的加热灯的反馈控制，应测量衬底的准确温度。然而，如果从窗口扩散板310产生热，则存在如下问题：除由来自加热灯的辐射能直接提供的
热能之外，独立的热能传递到衬底。因此，照射在窗口扩散板中无通孔的区域的表面上的辐射能不应传递到下板，而是仅穿过单位窗口的辐射能应传递到衬底。因此，冷却构件315安置在窗口扩散板的上板与下板之间。作为冷却构件315，可使用诸如PCW（工艺
冷却水）冷水恒温装置的冷却装置。
[0074] 针对窗口扩散板的每个通孔而形成的单位窗口由诸如石英的透明材料制成，因而在通孔中的每一个中透射由反射块反射的辐射能。单位窗口还充当常规窗口。也就是说，单位窗口防止从加热外壳产生的杂质通过通孔掉落在处理室内的衬底上，且维持处理室的密封，以使得真空得以维持。因此，单位窗口和上板（或下板）具有密封装置，诸如，O形环316。
[0075] 单位窗口314透射从加热外壳传递的辐射能，且还可散射辐射能。为此，不平整性形成在单位窗口的上表面、下表面或两者（上表面和下表面中的至少一者）上，以使得由反射块反射的辐射能可散射且传递到下衬底。
[0076] 例如，如图12(a)所示，不平整性可形成在单位窗口的下表面上，以使得穿过上表面的辐射能从下表面上的不平整性散射且传递到衬底。且，如图12(b)所示，不平整性可形成在单位窗口的上表面上，以使到达上表面的辐射能散射，且随后所散射的辐射能穿过下表面且传递到衬底。且，如图12(c)所示，不平整性可形成在单位窗口的上表面与下表面两者上，以使得到达上表面的辐射能散射，且所散射的辐射能在下表面中再次散射且传递到衬底。
[0077] 如果不平整性形成在单位窗口的上表面与下表面两者上，那么在上表面上形成的不平整性的折射
角应不同于在下表面上形成的不平整性的折射角。因此，因为散射角根据不平整性的折射角而改变，所以上表面的散射角不同于下表面的散射角，因而进一步增强散射效果。
[0078] 如图5所示，如果在没有使用独立窗口的情况下使用窗口扩散板来实现散射功能与密封功能两者，那么可制造紧凑且轻薄的衬底处理设备。因此，如图6所示，可在多个层中垂直堆叠数个衬底处理设备，且可增加将同时处理的衬底的数目，因而提高了生产力。
[0079] 如图3到图6所示，从加热灯发射的辐射能以辐射的形式传递到反射块的反射表面。为了均匀地入射反射块，如图13所示，透镜经设置以将从加热灯发射的辐射能平行地透射到反射块的倾斜表面。作为这透镜，可使用平行发射入射辐射能的透镜（诸如，平行射线变换透镜）。
[0080] 作为参考，图13(a)为显示具有窗口300的衬底处理设备的图式，其中透镜400位于加热灯210与反射块220之间，从加热灯发射的辐射能平行入射反射块的倾斜表面。图13(b)为显示具有窗口扩散板310的衬底处理设备的图式，其中透镜400位于加热灯210与反射块220之间，从加热灯发射的辐射能平行入射反射块的倾斜表面。
[0081] 已参照前述实施例和附图详细描述了本发明。然而，本发明应不限于这些实施例，且本发明仅限于随附
权利要求书。所属领域的技术人员应理解，可对本发明进行各种
修改，而不偏离权利要求书的技术精神和范围。
