专利名称：用于非晶硅的结晶化的热处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在制造作为平板显示器的驱动元件的薄膜晶体管(TFT)时使用的非晶硅薄膜的结晶化的热处理系统。更详细地说，本 发明涉及可以在结晶化热处理后加速基板的冷却速度、从而提高平板 显示器的生产率的非晶硅薄膜的结晶化热处理系统。
背景技术：
TFT大致分为非晶硅TFT和多晶硅TFT。 TFT的特性通过电子迁 移率的值来评价。非晶硅TFT的电子迁移率大约为lcm2/Vs、多晶硅 TFT的电子迁移率大约为100cm々Vs左右，因此为了制造高性能的平 板显示器，优选采用多晶硅TFT。多晶硅TFT按照如下的步骤来制造 在玻璃或石英等透明基板上蒸镀非晶硅并使其多结晶化后，形成栅极 氧化膜和栅极，然后在源极和漏极中注入掺杂剂后形成绝缘层，从而 制造多晶硅TFT。在制造多晶硅TFT时，主要的是使非晶硅薄膜多结晶化的工序。 特别优选降低结晶化温度。结晶化温度非常高时，则制造TFT时存在 不能使用熔点低的玻璃基板，TFT的制造成本大大增加的问题。考虑 到使用这种玻璃基板的可能性，最近提出了可以在低温下以较快的速 度形成多晶硅薄膜的以下各种工序。其中，由于金属诱导结晶化(MIC)法或金属诱导侧面结晶化 (MILC)法是使用Ni、 Cu、 Al等金属催化剂来诱导非晶硅的结晶化 的方法，具有在低温下可以结晶化的优点，因此在LCD等中多有使用。MIC法或MILC法大致分为涂覆金属催化剂的工序和对涂覆有金 属催化剂的非晶硅进行结晶化热处理的工序。该2种工序间具有工序 时间上的差别，但一般来说，热处理工序所要求的时间更多。特别是，MIC法或MILC法基本上具有金属污染所导致的泄漏电流的问题，有 必要尽量地减少金属催化剂的涂覆量。因而，工序时间进一步縮短。 这种两个工序的工序时间之差从生产率的观点来看，会引起不优选的 结果。即，由于结晶化热处理工序的相对较长的工序时间，整个LCD 制造所需要的时间增加，因此有处理量(throughput)降低的问题。发明内容用于解决上述现有技术问题的而完成的本发明的目的在于提供可 以在结晶化热处理后加速基板的冷却速度、从而提高平板显示器的生 产率的能够进行非晶硅薄膜的结晶化的热处理系统。为了实现上述目的，本发明的为了制造多晶硅而对表面上形成有非晶硅的基板实施热处理的系统的特征在于，其包括收纳上述基板 的基板收纳部；对上述基板实施热处理的基板热处理部；和以比上述 基板热处理部中的最大冷却速度更快的速度将上述基板冷却的基板冷 却部。上述基板优选为玻璃、石英之类的透明基板。 上述基板优选为2个以上。上述基板优选以安装于基板支撑用的基板支架上的状态装载到上 述基板热处理部上或从上述基板热处理部上卸载。优选上述基板热处理部中的热处理温度为400°C 750°C，热处理时 间为5分钟 10小时，热处理气氛由Ar、 Ne、 He、 N2之类的不活泼性 气体气氛，02、 N20、 H20、臭氧之类的氧化性气体气氛和H2、 NH3 之类的还原性气体气氛中的至少一个来控制。上述基板冷却部优选包括对基板支撑用的基板支架进行支撑的基 板托盘，在上述基板托盘上设置有将形成于上述基板支架上的孔穴贯 通以支撑上述基板的支杆(pin)。优选在构成上述基板冷却部的基本框架的内部流有冷却水。上述基板冷却部优选含有冷却风扇单元。在上述基板冷却部中，上述基板优选以与基板支撑用的基板支架 分开的状态被冷却。上述冷却风扇单元优选含有具有除去空气中所含的粒子的功能的 过滤器。本发明的用于非晶硅的结晶化的热处理系统具有在结晶化热处理 后加速基板的冷却速度、从而提高平板显示器的生产率的效果。
图1为表示本发明的非晶硅结晶化系统的整体构成的图。图2为表示图1的非晶硅结晶化系统的基板冷却部的构成的图。 图3为表示图2的基板冷却部的基板冷却时的基板状态的图。 符号说明10非晶硅结晶化系统 20基板热处理部30基板冷却部 31基底框架32冷却风扇 33基板托盘34基板支架支撑台 35支杆36基板支架 37基板40基板收纳部具体实施方式
下面参照附图详细地说明本发明的实施方式。图1为表示本发明的非晶硅结晶化系统的整体构成的图。本发明 的非晶硅结晶化系统10由基板热处理部20、基板冷却部30和基板收 纳部40构成。基板热处理部20为用于使非晶硅结晶化而对形成有非晶硅的基板 实施热处理的部分，相当于含有加热器(未图示)的热处理炉。基板优选为玻璃和石英之类的透明基板，但本发明并非局限于此。 例如，当用于半导体元件的制造工序中时，基板可以是硅片之类的半导体片。通过MIC法或MILC法制造多晶硅时，在基板热处理部中对涂覆 有金属催化剂的非晶硅实施热处理。利用固相反应法制造多晶硅时， 对纯粹的非晶硅实施热处理。本发明的系统在利用MIC法、MILC法、 固相反应法等制造多晶硅时全部适用。但是，以下以MIC法或MILC 法为例进行说明。基板热处理部20按照符合通过MIC法或MILC法制造多晶硅时 的热处理条件的方式而构成。为此，基板热处理部20按照可以适当调 节热处理温度、热处理时间和热处理气氛等的方式而构成。因此，优选按照下述方式构成基板热处理部20:热处理温度可以为400°C 750°C、热处理时间可以为5分钟 10小时、热处理气氛可以由 Ar、 Ne、 He、 N2之类的不活泼性气体气氛、02、 N20、 H20、臭氧之 类的氧化性气体气氛和H2、 NH3之类的还原性气体气氛中的至少一个 来控制。本发明中，基板热处理部20为可以同时处理多个基板的批量式， 但本发明并非局限于此，还可以由每次处理1个基板的单片式构成。 虽然批量式具有与单片式相比生产率显著提高的优点，但必须具备可 以将多个基板适当移送至基板热处理部20并进行加载的基板移送机构 (未图示)和基板加载机构(未图示)。多个基板为了热处理而以安装于基板支架上的状态装入基板热处 理部20中。将基板安装于基板支撑用的基板支架上而装入的原因是为 了防止热处理过程中的基板变形。随着LCD等平板显示器的大面积化， 基板面积也在增大，因此如果不用基板支架适当地支撑基板，则在热 处理过程中会发生基板弯曲等现象。因而，优选在用基板支架支撑基 板的状态下进行热处理，更优选在用基板支架完全地支撑基板整个面 的状态下进行热处理。参照图3更为详细地说明基板和基板支架。基板冷却部30为对在基板热处理部20中完成热处理过程的形成 有多晶硅的基板实施冷却的部分，相当于本发明的特征构成。以往，当非晶硅的结晶化结束时，使用在阻断加热器电源的状态 下将基板原样放置在基板热处理部内而使基板冷却的方式，或从基板 热处理部中取出基板后放置于大气中将其冷却的方式。但是，如上所 述，这种基板冷却方式会花费很多冷却时间，因此具有降低整个生产 率的问题。换而言之，在基板热处理部中完成热处理后，即便以切断 电源的状态以最大的冷却速度冷却基板，冷却速度也是有限的。本发 明为了解决该问题而完成，本发明的系统的特征在于具有与基板热处理部20不同的基板冷却部30，从而比以往方式更快地加速基板的冷却速度。图3为表示基板冷却部30的整体构成的图。基板冷却部30为基本上由基底框架31构成的结构体。为了基板 的迅速冷却，在框架31的内部流有冷却水(未图示)。另外，在框架 31上安装有冷却风扇32。 即，本发明的基板冷却部30采用组合水冷 式和空冷式将基板冷却的方式。形成有多晶硅的基板37在热处理完成后，由基板热处理部20移 送至基板冷却部30，并置于基板冷却部30的框架31上。置于框架31 上的基板37被流过框架31内部的冷却水和由冷却风扇32吹出的冷空 气冷却，在短时间内(例如10分钟内)达到常温。由于本发明中使用 组合水冷式和空冷式的方式，因此基板的冷却效率可以提高。冷却风扇32优选使用FFU (风扇过滤器单元，fan filter unit)。 一 般来说，FFU设置在洁净室的天花板等处而在下方形成层流，从而起 到制造洁净室环境的作用。此时，FFU使空气中所含的粒子通过过滤 器进行过滤，并利用风扇将空气吹出。因而，FFU —边向基板上吹拂 冷空气一边防止基板由于粒子而导致污染。通过FFU向基板吹拂冷空 气时，当按照冷空气顺畅地通过多个基板37之间的方式在水平方向上 向基板吹拂空气时，也优选将FFU配置在基板的侧面。本发明中，多个基板37在安装于基板冷却部30的基板托盘33上 的状态下被冷却，特别是基板37在与基板支架36分开的状态下被冷却。图3为表示基板冷却部30的基板托盘33中基板冷却时的基板状 态的图。基板托盘33由基板支架支撑台34和支杆35构成。热处理后，将基板从基板热处理部30移送至基板冷却部30进行 冷却的过程如下所述。首先，当基板热处理部30中热处理结束时，关闭基板热处理部20 的电源后，在基板热处理部20中使基板37自然冷却至规定温度(比 通常的热处理温度低10(TC 20(TC的温度)。这是为了防止发生在使基 板37骤冷时基板由于热冲击等而破损或弯曲的现象。之后，利用使基 板舟皿升降的舟皿升降机(boat elevator)(未图示)将安装有多个基板 37的基板舟皿(未图示)下降，将基板37卸载于基板热处理部30的 外部。此时，将基板37安装在各个基板支架36上。结果，基板37在 安装于基板支架36的状态下从基板热处理部20卸载。参照图1，从基 板热处理部20卸载的基板37位于基板热处理部20的正下方空间。将 多个基板安装于基板舟皿上、并通过基板舟皿升降机将其加载或卸载 于基板热处理部的构成是公知的技术，因此省略对其的详细说明。接着，将基板27在安装于基板支架36的状态下从基板舟皿(未 图示)移送至基板冷却部30的基板托盘33中。移送机构利用基板移 送自动设备之类的机构(未图示)。在基板支架36上形成有可以贯通 基板托盘33的支杆35的孔穴。基板移送自动设备将安装有基板37的 基板支架36把持至基板托盘33，然后将基板支架36放置在基板支架 支撑台34上。此过程中，基板托盘33的支杆35贯通基板支架36的 孔穴，同时基板37位于支杆35上。由此，基板37成为与基板支架36 完全分开的状态。优选使支杆35为每1个基板37对应有6个(即，长方形基板的 成边两侧各有3个)，从而尽量支撑基板37的最小限度的面积，但本 发明并非局限于此。这样，在基板37离开基板支架36的同时，通过支杆支撑最小限度的面积，因此基板37的大部分面积露出。因而，基板冷却部30的 基板冷却效率可以进一步提高。基板收纳部40是移送并收纳在基板冷却部30中完成冷却后的基 板的部分。基板移送自动设备提起支杆35上的基板37，移送到基板收 纳部40中收纳。以上以热处理及之后的过程为中心说明了本发明的系统，但基板 冷却部30和基板收纳部40即便在为了热处理而将多个基板加载于基 板热处理部20的过程中也可以使用。例如，基板冷却部30可以用作 在为了对多个基板37实施热处理而装入基板热处理部20中之前安装 于基板支架的部分。但是，这种情况下由于不需要基板的冷却，因此 也可以不使冷却风扇32等工作。为了热处理而将基板从基板收纳部40经由基板冷却部30移送至 基板热处理部20的过程如下。基板移送自动设备将收纳于基板收纳部 40的基板37提起并放置在设于基板托盘34上的支杆35上(参照图3)。 之后，基板移送自动设备在图3所示的基板的配置状态下，在提起并 把持基板支架36时，将支杆35从基板支架36拔出，从而自然地将基 板37安装于基板支架36上。之后，在安装有基板37的状态下，基板 支架36被加载于基板热处理部20上并进行基板热处理。基板37在其 整个面完全密合于基板支架36的状态下进行热处理，对此，与参照图 l进行的说明相同。当然，即便在基板热处理部20中加载基板37的过 程中，也可以使用上述基板舟皿和基板舟皿升降机。本发明的用于非晶硅的结晶化的热处理系统具有可以在结晶化热 处理后加速基板的冷却速度、从而提高平板显示器的生产率的效果。 因此，本发明的产业利用性极高。另一方面，本说明书中通过几个优选的实施方式说明了本发明， 但只要是本领域技术人员，就可以在不脱离权利要求所述的本发明的 范畴和思想范围内进行多种变形和修订。
权利要求
1.用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其是为了制造多晶硅而对表面上形成有非晶硅的基板实施热处理的系统，其特征在于，其包括收纳所述基板的基板收纳部；对所述基板实施热处理的基板热处理部；和以比所述基板热处理部中的最大冷却速度更快的速度将所述基板冷却的基板冷却部。
2. 权利要求1所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，所述基板为玻璃、石英之类的透明基板。
3. 权利要求1所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，所述基板为2个以上。
4. 权利要求1所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，所述基板以安装于基板支撑用的基板支架上的状态装载到所述 基板热处理部上或从所述基板热处理部上卸载。
5. 权利要求1所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，所述基板热处理部中的热处理温度为400°C~750°C，热处理时间 为5分钟 10小时，热处理气氛由Ar、 Ne、 He、 N2之类的不活泼性气 体气氛、02、 N20、 H20、臭氧之类的氧化性气体气氛和H2、 NH3之类 的还原性气体气氛中的至少一个来控制。
6. 权利要求1所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，所述基板冷却部包括对基板支撑用的基板支架进行支撑的基板 托盘，且在所述基板托盘上设置有将形成于所述基板支架上的孔穴贯 通以支撑所述基板的支杆。
7. 权利要求1所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，在构成所述基板冷却部的基本框架的内部流有冷却水。
8. 权利要求1所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，所述基板冷却部包括冷却风扇单元。
9. 权利要求6所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，在所述基板冷却部中，所述基板以与基板支撑用的基板支架分 开的状态被冷却。
10. 权利要求8所述的用于非晶硅的结晶化的热处理系统，其特征 在于，所述冷却风扇单元包含具有除去空气中所含的粒子的功能的过
全文摘要
本发明提供在制造用于LCD等平板显示器中的TFT用的多晶硅薄膜时用于使非晶硅薄膜结晶化的热处理系统。本发明的热处理系统(10)的特征在于，其包括对基板(37)实施热处理的基板热处理部(20)；以比基板热处理部(20)中的最大冷却速度更快的速度将基板(37)冷却的基板冷却部(30)；以及收纳基板(37)的基板收纳部(40)。特别是，根据本发明，由于具备另外的基板冷却部，因此可以加速结晶化热处理后的基板冷却速度，从而大大提高平板显示器的生产率。
文档编号H01L21/00GK101236896SQ200810009238
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者张泽龙, 张锡弼, 李永浩, 李炳一 申请人:泰拉半导体株式会社