專利名稱：用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在制造作為平板顯示器的驅動元件的薄膜晶體管(TFT)時使用的非晶硅薄膜的結晶化的熱處理系統(tǒng)。更詳細地說，本 發(fā)明涉及可以在結晶化熱處理后加速基板的冷卻速度、從而提高平板 顯示器的生產率的非晶硅薄膜的結晶化熱處理系統(tǒng)。
背景技術：
TFT大致分為非晶硅TFT和多晶硅TFT。 TFT的特性通過電子遷 移率的值來評價。非晶硅TFT的電子遷移率大約為lcm2/Vs、多晶硅 TFT的電子遷移率大約為100cm々Vs左右，因此為了制造高性能的平 板顯示器，優(yōu)選采用多晶硅TFT。多晶硅TFT按照如下的步驟來制造 在玻璃或石英等透明基板上蒸鍍非晶硅并使其多結晶化后，形成柵極 氧化膜和柵極，然后在源極和漏極中注入摻雜劑后形成絕緣層，從而 制造多晶硅TFT。在制造多晶硅TFT時，主要的是使非晶硅薄膜多結晶化的工序。 特別優(yōu)選降低結晶化溫度。結晶化溫度非常高時，則制造TFT時存在 不能使用熔點低的玻璃基板，TFT的制造成本大大增加的問題?？紤] 到使用這種玻璃基板的可能性，最近提出了可以在低溫下以較快的速 度形成多晶硅薄膜的以下各種工序。其中，由于金屬誘導結晶化(MIC)法或金屬誘導側面結晶化 (MILC)法是使用Ni、 Cu、 Al等金屬催化劑來誘導非晶硅的結晶化 的方法，具有在低溫下可以結晶化的優(yōu)點，因此在LCD等中多有使用。MIC法或MILC法大致分為涂覆金屬催化劑的工序和對涂覆有金 屬催化劑的非晶硅進行結晶化熱處理的工序。該2種工序間具有工序 時間上的差別，但一般來說，熱處理工序所要求的時間更多。特別是，MIC法或MILC法基本上具有金屬污染所導致的泄漏電流的問題，有 必要盡量地減少金屬催化劑的涂覆量。因而，工序時間進一步縮短。 這種兩個工序的工序時間之差從生產率的觀點來看，會引起不優(yōu)選的 結果。即，由于結晶化熱處理工序的相對較長的工序時間，整個LCD 制造所需要的時間增加，因此有處理量(throughput)降低的問題。發(fā)明內容用于解決上述現(xiàn)有技術問題的而完成的本發(fā)明的目的在于提供可 以在結晶化熱處理后加速基板的冷卻速度、從而提高平板顯示器的生 產率的能夠進行非晶硅薄膜的結晶化的熱處理系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的為了制造多晶硅而對表面上形成有非晶硅的基板實施熱處理的系統(tǒng)的特征在于，其包括收納上述基板 的基板收納部；對上述基板實施熱處理的基板熱處理部；和以比上述 基板熱處理部中的最大冷卻速度更快的速度將上述基板冷卻的基板冷 卻部。上述基板優(yōu)選為玻璃、石英之類的透明基板。 上述基板優(yōu)選為2個以上。上述基板優(yōu)選以安裝于基板支撐用的基板支架上的狀態(tài)裝載到上 述基板熱處理部上或從上述基板熱處理部上卸載。優(yōu)選上述基板熱處理部中的熱處理溫度為400°C 750°C，熱處理時 間為5分鐘 10小時，熱處理氣氛由Ar、 Ne、 He、 N2之類的不活潑性 氣體氣氛，02、 N20、 H20、臭氧之類的氧化性氣體氣氛和H2、 NH3 之類的還原性氣體氣氛中的至少一個來控制。上述基板冷卻部優(yōu)選包括對基板支撐用的基板支架進行支撐的基 板托盤，在上述基板托盤上設置有將形成于上述基板支架上的孔穴貫 通以支撐上述基板的支桿(pin)。優(yōu)選在構成上述基板冷卻部的基本框架的內部流有冷卻水。上述基板冷卻部優(yōu)選含有冷卻風扇單元。在上述基板冷卻部中，上述基板優(yōu)選以與基板支撐用的基板支架 分開的狀態(tài)被冷卻。上述冷卻風扇單元優(yōu)選含有具有除去空氣中所含的粒子的功能的 過濾器。本發(fā)明的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)具有在結晶化熱處理 后加速基板的冷卻速度、從而提高平板顯示器的生產率的效果。


圖1為表示本發(fā)明的非晶硅結晶化系統(tǒng)的整體構成的圖。圖2為表示圖1的非晶硅結晶化系統(tǒng)的基板冷卻部的構成的圖。 圖3為表示圖2的基板冷卻部的基板冷卻時的基板狀態(tài)的圖。 符號說明10非晶硅結晶化系統(tǒng) 20基板熱處理部30基板冷卻部 31基底框架32冷卻風扇 33基板托盤34基板支架支撐臺 35支桿36基板支架 37基板40基板收納部具體實施方式
下面參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。圖1為表示本發(fā)明的非晶硅結晶化系統(tǒng)的整體構成的圖。本發(fā)明 的非晶硅結晶化系統(tǒng)10由基板熱處理部20、基板冷卻部30和基板收 納部40構成?；鍩崽幚聿?0為用于使非晶硅結晶化而對形成有非晶硅的基板 實施熱處理的部分，相當于含有加熱器(未圖示)的熱處理爐。基板優(yōu)選為玻璃和石英之類的透明基板，但本發(fā)明并非局限于此。 例如，當用于半導體元件的制造工序中時，基板可以是硅片之類的半導體片。通過MIC法或MILC法制造多晶硅時，在基板熱處理部中對涂覆 有金屬催化劑的非晶硅實施熱處理。利用固相反應法制造多晶硅時， 對純粹的非晶硅實施熱處理。本發(fā)明的系統(tǒng)在利用MIC法、MILC法、 固相反應法等制造多晶硅時全部適用。但是，以下以MIC法或MILC 法為例進行說明?；鍩崽幚聿?0按照符合通過MIC法或MILC法制造多晶硅時 的熱處理條件的方式而構成。為此，基板熱處理部20按照可以適當調 節(jié)熱處理溫度、熱處理時間和熱處理氣氛等的方式而構成。因此，優(yōu)選按照下述方式構成基板熱處理部20:熱處理溫度可以為400°C 750°C、熱處理時間可以為5分鐘 10小時、熱處理氣氛可以由 Ar、 Ne、 He、 N2之類的不活潑性氣體氣氛、02、 N20、 H20、臭氧之 類的氧化性氣體氣氛和H2、 NH3之類的還原性氣體氣氛中的至少一個 來控制。本發(fā)明中，基板熱處理部20為可以同時處理多個基板的批量式， 但本發(fā)明并非局限于此，還可以由每次處理1個基板的單片式構成。 雖然批量式具有與單片式相比生產率顯著提高的優(yōu)點，但必須具備可 以將多個基板適當移送至基板熱處理部20并進行加載的基板移送機構 (未圖示)和基板加載機構(未圖示)。多個基板為了熱處理而以安裝于基板支架上的狀態(tài)裝入基板熱處 理部20中。將基板安裝于基板支撐用的基板支架上而裝入的原因是為 了防止熱處理過程中的基板變形。隨著LCD等平板顯示器的大面積化， 基板面積也在增大，因此如果不用基板支架適當?shù)刂位?，則在熱 處理過程中會發(fā)生基板彎曲等現(xiàn)象。因而，優(yōu)選在用基板支架支撐基 板的狀態(tài)下進行熱處理，更優(yōu)選在用基板支架完全地支撐基板整個面 的狀態(tài)下進行熱處理。參照圖3更為詳細地說明基板和基板支架?；謇鋮s部30為對在基板熱處理部20中完成熱處理過程的形成 有多晶硅的基板實施冷卻的部分，相當于本發(fā)明的特征構成。以往，當非晶硅的結晶化結束時，使用在阻斷加熱器電源的狀態(tài) 下將基板原樣放置在基板熱處理部內而使基板冷卻的方式，或從基板 熱處理部中取出基板后放置于大氣中將其冷卻的方式。但是，如上所 述，這種基板冷卻方式會花費很多冷卻時間，因此具有降低整個生產 率的問題。換而言之，在基板熱處理部中完成熱處理后，即便以切斷 電源的狀態(tài)以最大的冷卻速度冷卻基板，冷卻速度也是有限的。本發(fā) 明為了解決該問題而完成，本發(fā)明的系統(tǒng)的特征在于具有與基板熱處理部20不同的基板冷卻部30，從而比以往方式更快地加速基板的冷卻速度。圖3為表示基板冷卻部30的整體構成的圖。基板冷卻部30為基本上由基底框架31構成的結構體。為了基板 的迅速冷卻，在框架31的內部流有冷卻水(未圖示)。另外，在框架 31上安裝有冷卻風扇32。 即，本發(fā)明的基板冷卻部30采用組合水冷 式和空冷式將基板冷卻的方式。形成有多晶硅的基板37在熱處理完成后，由基板熱處理部20移 送至基板冷卻部30，并置于基板冷卻部30的框架31上。置于框架31 上的基板37被流過框架31內部的冷卻水和由冷卻風扇32吹出的冷空 氣冷卻，在短時間內(例如10分鐘內)達到常溫。由于本發(fā)明中使用 組合水冷式和空冷式的方式，因此基板的冷卻效率可以提高。冷卻風扇32優(yōu)選使用FFU (風扇過濾器單元，fan filter unit)。 一 般來說，F(xiàn)FU設置在潔凈室的天花板等處而在下方形成層流，從而起 到制造潔凈室環(huán)境的作用。此時，F(xiàn)FU使空氣中所含的粒子通過過濾 器進行過濾，并利用風扇將空氣吹出。因而，F(xiàn)FU —邊向基板上吹拂 冷空氣一邊防止基板由于粒子而導致污染。通過FFU向基板吹拂冷空 氣時，當按照冷空氣順暢地通過多個基板37之間的方式在水平方向上 向基板吹拂空氣時，也優(yōu)選將FFU配置在基板的側面。本發(fā)明中，多個基板37在安裝于基板冷卻部30的基板托盤33上 的狀態(tài)下被冷卻，特別是基板37在與基板支架36分開的狀態(tài)下被冷卻。圖3為表示基板冷卻部30的基板托盤33中基板冷卻時的基板狀 態(tài)的圖?；逋斜P33由基板支架支撐臺34和支桿35構成。熱處理后，將基板從基板熱處理部30移送至基板冷卻部30進行 冷卻的過程如下所述。首先，當基板熱處理部30中熱處理結束時，關閉基板熱處理部20 的電源后，在基板熱處理部20中使基板37自然冷卻至規(guī)定溫度(比 通常的熱處理溫度低10(TC 20(TC的溫度)。這是為了防止發(fā)生在使基 板37驟冷時基板由于熱沖擊等而破損或彎曲的現(xiàn)象。之后，利用使基 板舟皿升降的舟皿升降機(boat elevator)(未圖示)將安裝有多個基板 37的基板舟皿(未圖示)下降，將基板37卸載于基板熱處理部30的 外部。此時，將基板37安裝在各個基板支架36上。結果，基板37在 安裝于基板支架36的狀態(tài)下從基板熱處理部20卸載。參照圖1，從基 板熱處理部20卸載的基板37位于基板熱處理部20的正下方空間。將 多個基板安裝于基板舟皿上、并通過基板舟皿升降機將其加載或卸載 于基板熱處理部的構成是公知的技術，因此省略對其的詳細說明。接著，將基板27在安裝于基板支架36的狀態(tài)下從基板舟皿(未 圖示)移送至基板冷卻部30的基板托盤33中。移送機構利用基板移 送自動設備之類的機構(未圖示)。在基板支架36上形成有可以貫通 基板托盤33的支桿35的孔穴?；逡扑妥詣釉O備將安裝有基板37的 基板支架36把持至基板托盤33，然后將基板支架36放置在基板支架 支撐臺34上。此過程中，基板托盤33的支桿35貫通基板支架36的 孔穴，同時基板37位于支桿35上。由此，基板37成為與基板支架36 完全分開的狀態(tài)。優(yōu)選使支桿35為每1個基板37對應有6個(即，長方形基板的 成邊兩側各有3個)，從而盡量支撐基板37的最小限度的面積，但本 發(fā)明并非局限于此。這樣，在基板37離開基板支架36的同時，通過支桿支撐最小限度的面積，因此基板37的大部分面積露出。因而，基板冷卻部30的 基板冷卻效率可以進一步提高。基板收納部40是移送并收納在基板冷卻部30中完成冷卻后的基 板的部分。基板移送自動設備提起支桿35上的基板37，移送到基板收 納部40中收納。以上以熱處理及之后的過程為中心說明了本發(fā)明的系統(tǒng)，但基板 冷卻部30和基板收納部40即便在為了熱處理而將多個基板加載于基 板熱處理部20的過程中也可以使用。例如，基板冷卻部30可以用作 在為了對多個基板37實施熱處理而裝入基板熱處理部20中之前安裝 于基板支架的部分。但是，這種情況下由于不需要基板的冷卻，因此 也可以不使冷卻風扇32等工作。為了熱處理而將基板從基板收納部40經由基板冷卻部30移送至 基板熱處理部20的過程如下?；逡扑妥詣釉O備將收納于基板收納部 40的基板37提起并放置在設于基板托盤34上的支桿35上(參照圖3)。 之后，基板移送自動設備在圖3所示的基板的配置狀態(tài)下，在提起并 把持基板支架36時，將支桿35從基板支架36拔出，從而自然地將基 板37安裝于基板支架36上。之后，在安裝有基板37的狀態(tài)下，基板 支架36被加載于基板熱處理部20上并進行基板熱處理。基板37在其 整個面完全密合于基板支架36的狀態(tài)下進行熱處理，對此，與參照圖 l進行的說明相同。當然，即便在基板熱處理部20中加載基板37的過 程中，也可以使用上述基板舟皿和基板舟皿升降機。本發(fā)明的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)具有可以在結晶化熱 處理后加速基板的冷卻速度、從而提高平板顯示器的生產率的效果。 因此，本發(fā)明的產業(yè)利用性極高。另一方面，本說明書中通過幾個優(yōu)選的實施方式說明了本發(fā)明， 但只要是本領域技術人員，就可以在不脫離權利要求所述的本發(fā)明的 范疇和思想范圍內進行多種變形和修訂。
權利要求
1.用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其是為了制造多晶硅而對表面上形成有非晶硅的基板實施熱處理的系統(tǒng)，其特征在于，其包括收納所述基板的基板收納部；對所述基板實施熱處理的基板熱處理部；和以比所述基板熱處理部中的最大冷卻速度更快的速度將所述基板冷卻的基板冷卻部。
2. 權利要求1所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述基板為玻璃、石英之類的透明基板。
3. 權利要求1所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述基板為2個以上。
4. 權利要求1所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述基板以安裝于基板支撐用的基板支架上的狀態(tài)裝載到所述 基板熱處理部上或從所述基板熱處理部上卸載。
5. 權利要求1所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述基板熱處理部中的熱處理溫度為400°C~750°C，熱處理時間 為5分鐘 10小時，熱處理氣氛由Ar、 Ne、 He、 N2之類的不活潑性氣 體氣氛、02、 N20、 H20、臭氧之類的氧化性氣體氣氛和H2、 NH3之類 的還原性氣體氣氛中的至少一個來控制。
6. 權利要求1所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述基板冷卻部包括對基板支撐用的基板支架進行支撐的基板 托盤，且在所述基板托盤上設置有將形成于所述基板支架上的孔穴貫 通以支撐所述基板的支桿。
7. 權利要求1所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，在構成所述基板冷卻部的基本框架的內部流有冷卻水。
8. 權利要求1所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述基板冷卻部包括冷卻風扇單元。
9. 權利要求6所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，在所述基板冷卻部中，所述基板以與基板支撐用的基板支架分 開的狀態(tài)被冷卻。
10. 權利要求8所述的用于非晶硅的結晶化的熱處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述冷卻風扇單元包含具有除去空氣中所含的粒子的功能的過
全文摘要
本發(fā)明提供在制造用于LCD等平板顯示器中的TFT用的多晶硅薄膜時用于使非晶硅薄膜結晶化的熱處理系統(tǒng)。本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)(10)的特征在于，其包括對基板(37)實施熱處理的基板熱處理部(20)；以比基板熱處理部(20)中的最大冷卻速度更快的速度將基板(37)冷卻的基板冷卻部(30)；以及收納基板(37)的基板收納部(40)。特別是，根據(jù)本發(fā)明，由于具備另外的基板冷卻部，因此可以加速結晶化熱處理后的基板冷卻速度，從而大大提高平板顯示器的生產率。
文檔編號H01L21/00GK101236896SQ200810009238
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權日2007年1月31日
發(fā)明者張澤龍, 張錫弼, 李永浩, 李炳一 申請人:泰拉半導體株式會社