專利名稱：半導體器件的熱處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及用于熱處理過程的半導體器件熱處理系統(tǒng)，所述熱處理過程例如形成在包括液晶顯示器(LCD)或有機發(fā)光器件(OLED)的平面顯示面板的玻璃襯底表面上的非晶硅薄膜的結(jié)晶過程或多晶硅薄膜的摻雜劑活化過程，其中根據(jù)本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)在均勻預熱半導體器件之后將半導體器件轉(zhuǎn)移以防止在熱處理過程中半導體器件變形，在高溫條件下利用燈加熱器和來自感應電動勢的感應供熱來加熱半導體器件從而快速實施熱處理過程，在均勻冷卻半導體器件之后卸下半導體器件以防止半導體器件在熱處理過程完成時變形。所述熱處理系統(tǒng)可以快速實施熱處理過程，同時通過逐步加熱或冷卻半導體器件而防止半導體器件變形。
背景技術(shù)：
在平面顯示器件中，液晶顯示器(LCD)或有機發(fā)光顯示器(OLED)是包括形成在玻璃襯底表面上的薄膜晶體管的有源器件。通常，這種薄膜晶體管通過下列各步驟制造在透明玻璃襯底或石英襯底的表面上沉積非晶硅薄膜，使非晶硅薄膜結(jié)晶為結(jié)晶硅薄膜，以及通過將摻雜劑注入結(jié)晶硅薄膜中來活化結(jié)晶硅薄膜。
通常，非晶硅薄膜是通過化學氣相沉積(CVD)過程沉積在玻璃襯底上并通過預定的熱處理過程結(jié)晶成為多晶硅薄膜。另外，摻雜劑被摻雜到多晶硅薄膜中，以活化多晶硅薄膜。
沉積在玻璃襯底上的非晶硅薄膜可以通過各種結(jié)晶過程而結(jié)晶，例如固相結(jié)晶(SPC)過程、金屬誘導結(jié)晶(MIC)過程，受激準分子激光結(jié)晶(ELC)過程。
根據(jù)SPC過程，在預定溫度下實施熱處理過程，以使非晶硅薄膜結(jié)晶。通常，在高于600℃溫度下，使形成有非晶硅薄膜的玻璃襯底經(jīng)歷熱處理過程。
根據(jù)MIC過程，將預定金屬元素加入非晶硅薄膜中，從而在相對低的溫度下使非晶硅薄膜結(jié)晶。但是，如果熱處理溫度太低，則晶粒尺寸可能減小并且其結(jié)晶度可能下降，由此使半導體器件的激勵特性降低。具體地，如果所加入的金屬元素被引入到晶體管的溝道區(qū)，則漏電流可能增加。為了解決MIC過程的上述問題，已經(jīng)發(fā)展出了金屬誘導橫向結(jié)晶(MILC)過程。但是，根據(jù)MILC過程，熱處理過程必須在高于500℃的溫度下實施，以誘導橫向結(jié)晶。
根據(jù)ELC過程，通過將高能激光照射在非晶硅薄膜上，使得形成在玻璃襯底上的非晶硅薄膜瞬時熔化，并且再冷卻熔融的硅薄膜，由此使非晶硅薄膜結(jié)晶。雖然ELC過程可以使非晶硅薄膜結(jié)晶而不使襯底變形，但是可能由于高能激光而產(chǎn)生線圖案連接，或者如果高能激光不均勻照射在非晶硅薄膜上而可能產(chǎn)生不均勻的結(jié)晶相，由此使半導體器件的激勵特性降低。另外，ELC過程需要昂貴的設(shè)備，因此ELC過程增加初始投資費用，從而為大規(guī)模生產(chǎn)半導體器件設(shè)置了限制。
同時，在實施上述結(jié)晶過程之后，采用多晶硅薄膜的薄膜晶體管可以經(jīng)歷將預定金屬元素作為摻雜劑注入多晶硅薄膜中和活化摻雜劑的附加過程。
通常，通過離子注入過程或等離子體摻雜過程將摻雜劑例如砷、磷或硼摻雜到多晶硅薄膜的預定部分，以在薄膜晶體管中形成n型區(qū)或p型區(qū)，例如源或漏區(qū)。之后，利用激光或熱處理過程來活化摻雜劑。
與非晶硅薄膜的結(jié)晶過程類似，實施激光或熱處理過程以活化摻雜劑。例如，可以實施受激準分子激光退火(ELA)過程、快速熱退火(RTA)過程或爐退火(FA)過程以活化摻雜劑。
根據(jù)ELA過程，通過與用于使非晶硅薄膜結(jié)晶的ELC過程相同的機理來活化摻雜劑，其中，可以在非晶硅薄膜通過納秒脈沖被快速熔融并結(jié)晶的同時活化摻雜劑。因此，ELA過程也具有ELC過程中所存在的問題。亦即，如果由于高能激光不均勻地照射在非晶硅薄膜上導致非晶硅薄膜不均勻地結(jié)晶或熔融，則ELA過程可引起對多晶硅薄膜的熱應力，由此使半導體器件的可靠性降低。
根據(jù)RTA過程，通過利用加熱源例如鎢鹵素燈或氙弧燈，在高于600℃溫度下使玻璃襯底經(jīng)歷熱處理過程。但是，如果在高于600℃溫度下連續(xù)實施熱處理過程超過幾分鐘，則RTA過程可引起玻璃襯底的變形。相反，如果在低于600℃溫度下實施熱處理過程，則摻雜劑不能夠被充分活化，由此使半導體器件的特性降低。
根據(jù)FA過程，使形成有多晶硅薄膜的玻璃襯底在具有預定熱處理溫度的氣氛下保持幾個小時，由此活化摻雜劑。然而，如果降低熱處理溫度，則FA過程不能成分活化摻雜劑。另外，由于FA過程需要幾個小時的處理時間，因此可能降低其生產(chǎn)率。
當實施上述用于非晶硅薄膜的結(jié)晶過程或摻雜劑活化過程時，熱處理溫度可以對處理時間、多晶硅薄膜的質(zhì)量以及半導體器件的可靠性有嚴重影響。
通常，用于LCD或OLED的玻璃襯底是硼硅酸鹽基玻璃襯底，其中，如果玻璃長時間暴露于具有高于500℃溫度的氣氛中，則玻璃的流動性可增加，使得玻璃襯底的機械強度降低，同時導致其熱變形。如果在玻璃襯底中發(fā)生局部溫度偏差，則玻璃襯底可嚴重變形或損傷。亦即，可以采用相互不同的加熱或冷卻速度來加熱或冷卻玻璃襯底的內(nèi)部、邊緣部和外部，使得在它們之間可產(chǎn)生溫差。因此玻璃襯底經(jīng)受由于溫差所導致的熱應力，使得玻璃襯底容易變形。另外，即使當玻璃襯底保持在恒定溫度時，如果玻璃襯底具有不均勻的溫度分布，則由于熱應力而引起玻璃襯底變形，或者玻璃襯底由于致密化行為而不均勻地收縮，引起玻璃襯底的變形。
為此，有必要提供一種裝置，該裝置在能夠防止當玻璃襯底在高于600℃的溫度下熱處理時由于局部溫度偏差和不均勻的熱應力所引起的玻璃襯底變形。
傳統(tǒng)上，已經(jīng)使用水平連續(xù)爐或垂直管式爐，通過SPC過程或MIC過程來熱處理玻璃襯底。利用用于熱處理過程的傳送裝置或輥，使玻璃襯底沿著具有約幾十米長的水平連續(xù)爐的內(nèi)部移動。水平連續(xù)爐平滑地增加或降低玻璃襯底的溫度，以防止在熱處理過程中玻璃襯底變形或受損，因而可以增加水平連續(xù)爐的總長度。為此，對于熱處理過程，水平連續(xù)爐需要約幾個小時或幾十個小時的長處理時間。由于熱處理過程的長處理時間，使得水平連續(xù)爐不可能顯著增加熱處理溫度，以避免玻璃襯底的變形。
同時，通過在安裝于垂直管式爐中的石英船或碳化硅(SiC)船上垂直裝配多個玻璃襯底，垂直管式爐相對于多個玻璃襯底同時實施熱處理過程。利用施加在玻璃襯底外部的熱來熱處理玻璃襯底。因此，在玻璃襯底的外部和內(nèi)部可能產(chǎn)生溫差。具體地，在大尺寸玻璃襯底的情況下，在玻璃襯底的外部和內(nèi)部之間加熱和冷卻速度存在大的差異，使得玻璃襯底可能嚴重變形。另外，與船接觸的玻璃襯底的接觸部分可具有與不接觸船的玻璃襯底的非接觸部分不同的加熱和冷卻速度，使得玻璃襯底不均勻地受熱或冷卻。因此，垂直管式爐必須緩慢加熱或冷卻玻璃襯底(例如，它每一分鐘加熱或冷卻五個玻璃襯底)，以減少在玻璃襯底的內(nèi)部和外部之間的加熱和冷卻速度的差異，因此需要相對長的處理時間。另外，因為玻璃襯底安裝在垂直管式爐中同時由船支撐，如果熱處理過程在高于500℃的溫度下長時間實施，則玻璃襯底可能由于其自身重量而下垂，因此垂直管式爐不可應用于在600℃以上溫度下實施的摻雜劑活化過程或SPC過程，而僅可應用于在500℃以下溫度下實施的熱處理過程。

發(fā)明內(nèi)容
因此，針對上述問題作出本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，其用于熱處理過程，例如用于在包括液晶顯示器(LCD)或有機發(fā)光器件(OLED)的平面顯示面板的玻璃襯底表面上形成的非晶硅薄膜的結(jié)晶過程或多晶硅薄膜的摻雜劑活化過程，其中根據(jù)本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)在均勻預熱半導體器件之后轉(zhuǎn)移該半導體器件以防止在熱處理過程中半導體器件變形，在高溫條件下通過利用燈加熱器和來自感應電動勢的感應供熱來快速實施熱處理過程，在均勻冷卻半導體器件后卸下該半導體器件以防止當熱處理過程完成時半導體器件變形。
為了實現(xiàn)上述目的，提供一種用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，該熱處理系統(tǒng)包含裝載單元，用于運送半導體器件和在其上支撐半導體器件的支撐板并利用預定的預熱溫度來預熱半導體器件和支撐板；加熱單元，包括至少兩個保持在預定溫度水平的爐，預定溫度水平逐步增加直到半導體器件的預定熱處理溫度，兩個爐單獨控制，從裝載單元運送到加熱單元的半導體器件通過加熱單元加熱到預定熱處理溫度；處理單元，該處理單元鄰近加熱單元安裝，以利用由燈加熱器產(chǎn)生的熱和來自感應電動勢的感應供熱來加熱半導體器件至預定熱處理溫度；冷卻單元，包括至少兩個爐，所述爐保持在預定熱處理溫度和預定冷卻溫度范圍內(nèi)的預定溫度水平，兩個爐單獨控制，從處理單元運送到冷卻單元的半導體器件通過冷卻單元冷卻到預定冷卻溫度；和卸載單元，用于卸下半導體器件的，其在利用預定卸載溫度均勻冷卻半導體器件之后，卸下已經(jīng)利用預定冷卻溫度冷卻的半導體器件。
裝載單元包括基座，其中在基座上部中心部分形成有絕熱槽并且在其上安置有支撐板、加熱基座的加熱裝置、使基座上下移動的升降裝置和水平移動支撐板的水平運送裝置?；蛇x自下列物質(zhì)中的一種制成鋁、鋁合金、石墨、氧化鋁、氮化鋁和氮化硼?；哂斜戎伟甯蟮拿娣e。絕熱槽具有的面積相當于支撐在基座上表面上的支撐板面積的20～70％。以溝槽的形式提供多個絕熱槽，其中溝槽的寬度等于或小于溝槽之間的間隔。溝槽的中心部分的寬度大于溝槽的兩側(cè)端的寬度。絕熱槽具有多邊形截面形狀。
加熱裝置容納在基座中或排列在基座的下部。加熱裝置包括電阻加熱器或燈加熱器。升降裝置包括安裝在基座下部的氣壓缸、滾珠螺旋裝置或同步帶。水平運送裝置包括輥和用于轉(zhuǎn)動輥的電動機，輥容納在形成在基座上表面處的預定長度的輥凹槽中，以運送接觸輥上部的支撐板。
處理單元包括形成半導體器件熱處理空間的內(nèi)殼體、燈加熱器、第一黑體、磁芯以及纏繞磁芯的感應線圈，其中燈加熱器具有多個安裝在內(nèi)殼體的內(nèi)上部或內(nèi)下部的燈，第一黑體具有單片形狀或由多個塊(blocks)組成并且安裝在內(nèi)殼體和燈加熱器之間形成的對應于燈加熱器安裝區(qū)的區(qū)域中，磁芯為塊狀并且安裝在對應于內(nèi)殼體上部和下部的內(nèi)殼體外部。
處理單元還包括第二黑體，其排列在內(nèi)殼體中，關(guān)于半導體器件與第一黑體相對。處理單元還包括安裝在內(nèi)殼體下部的輥，以運送半導體器件和支撐板，同時支撐半導體器件和支撐板。處理單元還包括絕熱板，該絕熱板具有對應于內(nèi)殼體面積的面積并且安裝在內(nèi)殼體和磁芯之間。燈加熱器包括鹵素燈。第一和第二黑體包括碳化硅或涂覆有碳化硅的碳元件。內(nèi)殼體和絕熱板由石英制成。
感應線圈安裝在形成于磁芯中的感應線圈凹槽中，同時與內(nèi)殼體面對。磁芯與絕熱板間隔預定的距離并且利用從外部輸入到磁芯的冷卻氣體來冷卻。磁芯包括具有環(huán)氧樹脂和鐵氧體粉末或鐵的復合材料。
根據(jù)本發(fā)明，處理單元包括形成半導體器件的熱處理空間的內(nèi)殼體、安裝在內(nèi)殼體的內(nèi)上部和內(nèi)下部的燈加熱器、加熱黑體、磁芯以及纏繞磁芯的感應線圈，其中加熱黑體為片狀并具有對應于燈加熱器安裝區(qū)的面積，并且安裝在燈加熱器的內(nèi)上部和內(nèi)下部，磁芯為塊狀并且安裝在對應于內(nèi)殼體的上部和下部的內(nèi)殼體外部。此時，加熱黑體包括碳化硅或涂覆有碳化硅的碳元件。
另外，卸載單元包括噴氣噴嘴、冷卻基座、升降裝置和水平運送裝置，其中氣體噴嘴用于當從冷卻單元運送支撐板和半導體器件到卸載單元時以預定噴射角度將氣體噴射到支撐板和半導體器件上，冷卻基座在其預定區(qū)域處形成有用于噴射氣體的噴射孔并且在其上安置有支撐板，升降裝置用于上下移動冷卻基座，水平運送裝置用于水平運送支撐板。
本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)還可以包括安裝在加熱單元附近的處理單元，以便利用由燈加熱器產(chǎn)生的熱和來自感應電動勢的感應供熱以預定熱處理溫度來加熱半導體器件。另外，卸載單元還可以包括安裝在冷卻基座上方的上加熱裝置，以加熱支撐板和半導體器件的上部。在這種情況下，冷卻基座由選自下列物質(zhì)的一種物質(zhì)制成鋁、鋁合金、石墨、氧化鋁、氮化鋁和氮化硼。冷卻基座具有比支撐板更大的面積。形成有噴射孔的冷卻基座預定區(qū)域具有相當于至少50％的位于冷卻基座上表面的支撐板面積的面積，噴射孔具有圓形截面形狀或多邊形截面形狀。噴射孔具有約0.5～3mm的直徑或?qū)挾取娚淇字g的間隔大于噴射孔的直徑或?qū)挾?。噴氣噴嘴包括上噴嘴和下噴嘴，上噴嘴與下噴嘴間隔預定的距離，該距離大于半導體器件和支撐板的總厚度，目的是將氣體噴射到半導體器件和支撐板的上部和下部。噴氣噴嘴噴射氣體的同時，與支撐板的運送方向形成鈍角。此時，噴射的氣體的寬度至少相當于支撐板的寬度。
另外，升降裝置包括安裝在冷卻基座下部的氣壓缸、滾珠螺旋裝置或同步帶。水平運送裝置包括輥和用于轉(zhuǎn)動輥的電動機，輥容納在形成于冷卻基座上表面處的預定長度的輥凹槽中，以運送接觸輥上部的支撐板。安裝在冷卻基座之上的上加熱裝置的安裝面積大于支撐板的面積，使得上加熱裝置有效地加熱半導體器件和支撐板的上部。上加熱裝置包括多個燈加熱器。
根據(jù)本發(fā)明，半導體器件包括玻璃襯底、沉積在玻璃襯底上的非晶硅薄膜和沉積在玻璃襯底上的多晶硅薄膜。半導體器件包括用于液晶顯示器或有機發(fā)光顯示器的薄膜晶體管。
熱處理過程包括選自下列過程中的一種用于非晶硅薄膜的固相結(jié)晶過程、金屬誘導結(jié)晶過程、金屬誘導橫向結(jié)晶過程、用于離子注入多晶硅薄膜的活化過程以及用于玻璃襯底的預壓過程。熱處理過程在約400～1000℃的溫度下實施。
半導體器件在被運送的同時，支撐在由約3～10mm厚度的石英制成的支撐板上。支撐板的寬度和長度比半導體器件的寬度和長度大至少10mm。支撐板形成有至少四個真空孔，它們對角排列在半導體器件的安裝區(qū)域中。真空孔排列在距離半導體器件的側(cè)邊10mm之內(nèi)并且為直徑小于3mm的圓形或?qū)挾刃∮?mm的矩形。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，所述半導體器件在被運送的同時支撐在支撐板上，該熱處理系統(tǒng)包含裝載單元，用于以預定預熱溫度加熱半導體器件和支撐板，其中該裝載單元包括基座，在其上部中心部分處形成有絕熱槽并且在其上安置有支撐板、用于加熱基座的加熱裝置、用于上下移動基座的升降裝置和用于水平移動支撐板的水平運送裝置。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案，提供用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，所述半導體器件在被運送的同時支撐在支撐板上，該熱處理系統(tǒng)包含處理單元，用于以預定熱處理溫度加熱半導體器件，其中該處理單元包括形成半導體器件的熱處理空間的內(nèi)殼體、形成在內(nèi)殼體的內(nèi)上部或內(nèi)下部的燈加熱器、第一黑體、磁芯以及纏繞磁芯的感應線圈，其中第一黑體為片狀并且安裝在內(nèi)殼體和燈加熱器之間形成的對應于燈加熱器安裝區(qū)的區(qū)域中，磁芯為塊狀并且安裝在對應于內(nèi)殼體的上部和下部的內(nèi)殼體外部。處理單元還包括第二黑體，第二黑體排列在內(nèi)殼體中并關(guān)于半導體器件與第一黑體相對。處理單元還包括安裝在內(nèi)殼體下部的輥，使得在運送半導體器件和支撐板的同時支撐半導體器件和支撐板。處理單元還包括絕熱板，該絕熱板具有對應于內(nèi)殼體面積的面積并且被安裝在內(nèi)殼體和磁芯之間。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案，提供用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，所述半導體器件在被運送的同時支撐在支撐板上，該熱處理系統(tǒng)包含卸載單元，用于在利用預定卸載溫度均勻冷卻半導體器件之后，卸下已經(jīng)過熱處理的半導體器件和支撐板，其中卸載單元包括冷卻基座、噴氣噴嘴、升降裝置和水平運送裝置，所述冷卻基座在其預定區(qū)域形成有用于噴射氣體的噴射孔并且在其上安置有支撐板，所述噴氣噴嘴安裝在冷卻基座的一側(cè)，用于當支撐板和半導體器件被運送到卸載單元時以預定噴射角度將氣體噴射到支撐板和半導體器件上，所述升降裝置用于上下移動冷卻基座，所述水平運送裝置用于水平運送支撐板。卸載單元還包括安裝在冷卻基座上方的上加熱裝置，以加熱支撐板和半導體器件的上部。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的半導體器件熱處理系統(tǒng)可以通過逐步升高半導體器件的溫度來快速實施半導體器件的熱處理過程。具體地，本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)可以快速地實施熱處理過程，例如在玻璃襯底上表面上形成的非晶硅薄膜的結(jié)晶過程、由多晶硅薄膜組成的TFT器件的摻雜劑活化過程或玻璃襯底的預壓過程，從而在玻璃襯底的上表面上形成硅薄膜，同時防止半導體器件變形。另外，本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)均勻加熱半導體器件，同時利用支撐板支撐半導體器件，因此可以防止玻璃襯底變形或受損。
根據(jù)本發(fā)明，半導體器件和基座之間的接觸面積在其中心部分處相對較小，這樣傳遞到半導體器件中心部分的熱量少于傳遞到半導體器件外周部分的熱量。因此，半導體器件可以均勻地在其整個面積上被預熱，這樣可以防止由于半導體器件中局部溫差所引起的半導體器件變形。
此外，根據(jù)本發(fā)明，處理單元利用燈加熱器產(chǎn)生的熱以及來自感應電動勢的感應供熱來將熱施加到半導體器件，使得半導體器件的熱處理過程可以在更高溫度的氣氛下實施，同時防止半導體器件變形或受損。
根據(jù)本發(fā)明，卸載單元將冷卻氣體噴射到所運送的半導體器件上，由此均勻冷卻半導體器件。因此，半導體器件的熱處理過程可以快速實施，同時防止半導體器件變形或受損。
另外，根據(jù)本發(fā)明，卸載單元利用加熱裝置將熱施加到半導體器件的上部，同時將氣體噴射到支撐半導體器件的支撐板的下表面上，這樣半導體器件和支撐板可以被均勻地冷卻，同時可以防止由于半導體器件中的局部溫差所引起的半導體器件變形。


從下面結(jié)合附圖的詳細說明中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征以及優(yōu)點將變得更加顯而易見，其中圖1是圖示說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的半導體器件熱處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的半導體器件熱處理系統(tǒng)的裝載單元的前視圖；圖3a是基座的平面圖，該基座是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的裝載部分的部件；圖3b是沿圖3a中所示線A-A的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的基座的平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明又一實施方案的基座的平面圖；圖6a是形成加熱單元的加熱爐的截面透視圖；圖6b是圖6a中所示加熱爐的連接部件的截面透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的處理單元的透視圖；圖8是圖示說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的處理單元的內(nèi)殼體、燈加熱器和輥的透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的處理單元的截面圖；圖10是圖示說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的磁芯和感應線圈的透視圖；圖11是圖示說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的磁芯和感應線圈的感應供熱部件的示意性截面圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的處理單元的截面圖；圖13是圖示說明根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的磁芯和感應線圈的感應供熱部件的示意性截面圖；圖14a是卸載單元的前視圖，該卸載單元是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的半導體器件熱處理系統(tǒng)的一部分；圖14b是圖14a的側(cè)視圖；圖15a是形成卸載單元的冷卻基座的平面圖；
圖15b是沿圖15a中所示的線A-A的截面圖；圖16是圖示說明由根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的熱處理系統(tǒng)來實施的熱處理過程的工藝條件的視圖；圖17是圖示說明UV斜率的圖，其表示非晶硅薄膜的結(jié)晶度作為感應線圈的電流的函數(shù)；圖18a～18d是圖示說明當感應線圈的電流分別為0A、20A、30A和40A時，結(jié)晶硅薄膜的拉曼光譜位移的圖；圖19是圖示說明在MILC過程完成之后，MILC層的生長厚度作為感應線圈電流的函數(shù)的圖；圖20是圖示說明電阻率和UV斜率值作為處理單元的加熱溫度和鹵素燈功率的函數(shù)的變化的圖；和圖21是圖示說明玻璃襯底的各個部分作為時間的函數(shù)的溫度變化的圖。
本發(fā)明最佳實施方式下文中，將參考

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
圖1是圖示說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的半導體器件熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的半導體器件熱處理系統(tǒng)包括裝載單元100、加熱單元200、處理單元300、冷卻單元400和卸載單元500，它們相互順序鄰接安裝，從而防止外部空氣滲透到在加熱單元200、處理單元300和冷卻單元400中形成的熱處理空間中。熱處理系統(tǒng)的上述單元分別具有溫度控制模塊和水平運送裝置，使得每一個單元在實施熱處理過程的同時可以單獨升高或降低熱處理溫度。此外，根據(jù)本發(fā)明的半導體器件熱處理系統(tǒng)通過將半導體器件裝配在獨立的定位器(setter)上來轉(zhuǎn)移半導體器件，由此防止半導體器件在熱處理過程中變形。根據(jù)本發(fā)明的半導體器件熱處理系統(tǒng)可以快速地對半導體器件實施熱處理過程，同時逐漸增加或降低半導體器件的溫度，由此防止半導體器件變形或受損。另外，由于熱處理系統(tǒng)可以快速實施熱處理過程而不使半導體器件變形，因此包括玻璃襯底的半導體器件可以在更高溫度即在超過600℃溫度的氣氛下進行熱處理。利用根據(jù)本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)熱處理的半導體器件是指所要熱處理的各種半導體器件，例如在其上表面上形成有非晶硅薄膜的玻璃襯底或具有多晶TFT的玻璃襯底。另外，半導體器件包括需要預壓過程以在其上形成半導體薄膜的玻璃襯底。在下面的說明中，術(shù)語“半導體器件”是指在其上表面形成有非晶硅薄膜的玻璃襯底。
首先，將對根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的半導體器件熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行說明。
裝載單元100預熱半導體器件并將預熱的半導體器件運送到加熱單元200。此時，裝載單元100以預定的溫度(例如200℃)預熱半導體器件，即具有非晶硅薄膜的玻璃襯底，同時支撐玻璃襯底以便防止玻璃襯底變形。裝載單元100可以單獨用于結(jié)構(gòu)不同于根據(jù)本發(fā)明熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的其他熱處理系統(tǒng)。
加熱單元200用預定加熱溫度加熱半導體器件并將加熱的半導體器件運送到處理單元300中。加熱單元200包括至少兩個爐210，其溫度可以單獨控制。爐210的數(shù)量可根據(jù)熱處理的溫度來確定。亦即，加熱單元200的爐210的溫度根據(jù)熱處理過程的步驟而單獨控制。優(yōu)選地，最后的爐的溫度等于熱處理溫度，使得半導體器件可以在加熱單元200中進行部分熱處理。例如，如果半導體器件的熱處理溫度是600℃，則加熱單元200優(yōu)選由三個爐210組成，其中連接裝載單元100的第一爐根據(jù)裝載單元100的預熱溫度而保持在300℃以上的溫度，第二爐和第三爐保持在600℃以上的溫度，該溫度相當于熱處理溫度。即，在較低溫度的氣氛中，可以防止半導體器件變形，即使其加熱溫度快速增加也如此。但是，在較高溫度的氣氛中，如果加熱溫度快速增加，則半導體器件可能變形。因此，在較高溫度的氣氛中優(yōu)選逐漸增加半導體器件的加熱溫度。為此，加熱單元200的爐210在較低溫度的氣氛中快速加熱，在較高溫度的氣氛中緩慢加熱。
當從加熱單元200接收半導體器件時，處理單元300處理具有預定熱處理溫度的半導體器件，并將該半導體器件運送到保持在預定溫度的冷卻單元400中。處理單元300鄰接加熱單元200安裝，并利用包括鹵素燈的燈加熱器以及來自感應電動勢的感應供熱來瞬時高溫加熱半導體器件。也就是說，處理單元300利用高溫瞬時加熱半導體器件，同時防止半導體器件變形。為此，處理單元300包括用于產(chǎn)生電動勢的磁芯和感應線圈。如果本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)用于玻璃襯底的預壓過程，則處理單元300可以從熱處理系統(tǒng)中省略。也就是說，由于預壓過程在相對低溫度的氣氛下實施，因此具有高溫的處理單元300是不必要的。但是，由于處理單元300可以保持在適合于預壓過程的溫度，因此，當對玻璃襯底實施預壓過程時，也可在根據(jù)本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)中提供處理單元300。另外，處理單元300可以單獨用于結(jié)構(gòu)不同于根據(jù)本發(fā)明熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的其他熱處理系統(tǒng)。
與加熱單元200類似，冷卻單元400包括至少兩個爐410，爐的溫度可以單獨控制。爐410的數(shù)量根據(jù)熱處理的溫度來確定。例如，如果熱處理溫度是600℃，冷卻單元400優(yōu)選由三個爐410組成，其中連接處理單元300的第一爐保持在與處理單元300的熱處理溫度相同的溫度，第二爐保持在約500℃的溫度，考慮半導體器件的卸載溫度，第三爐保持在低于300℃的溫度。因此，冷卻單元400可以在短時間內(nèi)快速冷卻半導體器件。在冷卻半導體器件之后，冷卻單元400將半導體器件運送到卸載單元500中。
當從冷卻單元400接收半導體器件時，卸載單元500以預定卸載溫度(通常低于100℃)冷卻半導體器件的同時防止半導體器件變形，并將半導體器件運送到下一個處理階段。因此，冷卻單元400可以包括各種能夠均勻冷卻半導體器件的冷卻裝置。另外，卸載單元500可具有用于加熱半導體器件上表面的加熱裝置，使得半導體器件可以被均勻地冷卻。卸載單元500可以單獨用于結(jié)構(gòu)不同于根據(jù)本發(fā)明熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的其他熱處理系統(tǒng)。
裝載單元100、加熱單元200、處理單元300、冷卻單元400和卸載單元500依次安置，使得對于沿上述單元100到500移動的半導體器件實施熱處理過程。優(yōu)選地，在加熱單元200和處理單元300之間和在處理單元300和冷卻單元400之間提供的連接部件可以密封，以便防止外部空氣滲透到熱處理空間中。
下文中，將關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的半導體器件熱處理系統(tǒng)的元件進行說明。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的半導體器件熱處理系統(tǒng)的裝載單元的前視圖，圖3a是基座的平面圖，該視圖是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的部分裝載截面，圖3b是沿圖3a中所示線A-A的截面圖。
參考圖2，裝載單元100包括基座110，在其上支撐和預熱半導體器件10和支撐板20、用于使基座110上下移動的升降裝置和用于在左或右方向上運送支撐板20的水平運送裝置140。另外，裝載單元100還可以包括安裝在基座110上部的輔助預熱裝置150，用于額外預熱半導體器件10。在利用預定溫度預熱半導體器件10之后，裝載單元100將半導體器件10運送到保持高溫的加熱單元200中，以防止半導體器件10由于突然溫度變化及其局部溫差而變形或受損。如圖2所示，當半導體器件處于等待狀態(tài)時，裝載單元100預熱該半導體器件。但是，如果需要，可以在裝載單元100中提供獨立的箱(未示出)，以將基座110與外部屏蔽。在這種情況下，可以將特定的氣體輸入箱中，以形成預熱氣氛。
支撐板20優(yōu)選由具有約3～10mm厚度的石英制成，并在熱處理過程中運送放置在支撐板20上的半導體器件10。如果支撐板20的厚度小于3mm，則支撐板20在熱處理過程中可能變形。相反，如果支撐板20的厚度大于10mm，則必須要相對長的加熱時間，由此降低半導體器件的熱處理效率。另外，由于支撐板20在加熱半導體器件10的同時支撐半導體器件10，因此支撐板20必須具有大于半導體器件10的長度和寬度，以均勻地預熱半導體器件10。優(yōu)選地，支撐板20的尺寸比半導體器件10的尺寸大至少10mm。雖然支撐板20優(yōu)選由石英制成，但是本發(fā)明并不限于此。例如，支撐板20可以利用包括氮化鋁或氮化硼的陶瓷材料來制造。
支撐板20形成有真空孔22，用于將半導體器件10附著在支撐板20或?qū)雽w器件10從支撐板20分離。優(yōu)選的是，在放置半導體器件10的支撐板20的預定區(qū)域內(nèi)，在支撐板20中形成相互對角的至少四個真空孔22。真空孔22可以在對應于半導體器件10的支撐板20的預定區(qū)域側(cè)邊的每一個邊緣或中心處形成。真空孔22為直徑小于3mm的圓形或?qū)挾刃∮?mm的矩形。優(yōu)選的是，真空孔22排列在距離半導體器件10的側(cè)邊10mm之內(nèi)。如果真空孔22排列在上述范圍之外，則半導體器件10的溫度分布在真空孔22的附近不均勻，引起半導體器件10的玻璃襯底變形。另外，如果真空孔22的尺寸大于3mm，則半導體器件10的玻璃襯底在熱處理過程中可能局部下垂。
參考圖3a和3b，基座110為基本水平的板狀并且尺寸大于置于基座110上表面上的支撐板20的尺寸?；?10包括用于加熱基座110的加熱裝置114和使支撐板20均勻加熱的絕熱槽116?；?10具有相當于加熱單元進口的高度。另外，基座110可包括在其中接收水平運送裝置的輥的輥凹槽118?；?10由具有優(yōu)異導熱性的材料制成，使得基座110可以有效地將熱從加熱單元傳遞到支撐板20。例如，基座110由選自下列物質(zhì)的一種制成鋁、鋁合金、石墨、氧化鋁、氮化鋁和氮化硼。但是本發(fā)明并不限于上述材料。雖然支撐板20被置于基座110上，但是支撐板20在圖3b中以虛線表示，這僅僅是為了圖示的目的。另外，在支撐板20的邊緣部分處形成的真空孔22也以虛線表示。
加熱裝置114包括加熱元件，例如加熱絲或燈。優(yōu)選的是，加熱裝置114容納在基座110中，以均勻提高基座110的上表面111的溫度。即，可以在基座110中安裝多個加熱元件，同時在其間形成預定間隔。此時，加熱裝置114可以與基座110一起整體形成或被安裝在基座110中形成的孔中。另外，加熱裝置114安裝在基座110的下表面112處。優(yōu)選的是，加熱裝置114具有足以在高于200℃的溫度下加熱基座110的能力。
絕熱槽116以預定圖案排列在基座110的上表面111的中心區(qū)域。絕熱槽116可以減少基座110和支撐板20之間的接觸面積，由此調(diào)整由基座110傳遞到支撐板20中心區(qū)域的熱量。即，傳遞到與絕熱槽116接觸的支撐板20中心區(qū)域的熱的溫度不同于傳遞到與絕熱槽116不接觸的支撐板20邊緣區(qū)域的熱的溫度，因此在支撐在基座110上表面111上的支撐板20的整個區(qū)域上，溫度增加不均勻。具體而言，利用加熱裝置114均勻加熱基座110的上表面111，支撐板20物理接觸基座110的上表面111，以便利用由基座110傳遞到支撐板20的熱來預熱支撐板20。但是，由于支撐板20預熱時完全暴露于外部，因此傳遞到支撐板20的熱部分散發(fā)到外部。因此，由于散發(fā)到外部的熱導致在支撐板20的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域之間可產(chǎn)生溫差。即，中心區(qū)域的溫度高于邊緣區(qū)域的溫度。在這種情況下，支撐在支撐板20的上表面上的半導體器件10也依照支撐板20的溫差而在其中心區(qū)域和邊緣區(qū)域之間表現(xiàn)出溫差，因此半導體器件10可變形。但是，如果在基座110的上表面111的中心區(qū)域中形成絕熱槽116，則傳遞到與基座110中心區(qū)域接觸的支撐板20的熱的溫度低于傳遞到支撐板20的邊緣區(qū)域的熱的溫度。因此，即使傳遞到支撐板20的邊緣區(qū)域的熱部分散發(fā)到外部，支撐板20的邊緣區(qū)域的溫度也基本等于支撐板20的中心區(qū)域的溫度，使得支撐板20被均勻加熱。
考慮到支撐板20和半導體器件10的尺寸及其預熱溫度，可以在基座110的中心區(qū)域上形成各種尺寸和形狀的絕熱槽116。如圖3a和3b所示，可以以溝槽的形式在基座110的上表面111的中心區(qū)域中提供絕熱槽116，其在垂直方向或水平方向上以預定的寬度和深度延伸。另外，溝槽形式的絕熱槽116以預定的間隔相互隔離。優(yōu)選的是，形成有絕熱槽116的基座110的中心區(qū)域相當于安置在基座110上表面上的支撐板20的總面積的20～70％，更預選相當于支撐板20的總面積的20～50％。如果形成有絕熱槽116的基座110中心區(qū)域小于支撐板20的總面積的20％，則傳遞到支撐板20的中心區(qū)域的熱屏蔽不充分。在這種情況下，支撐板20的中心區(qū)域的溫度會明顯上升，使得難于均勻預熱支撐板20。相反，如果形成有絕熱槽116的基座110中心區(qū)域大于支撐板20的總面積的70％，則傳遞到支撐板20的邊緣區(qū)域的熱被部分屏蔽。這種情況下，傳遞到支撐板20的邊緣區(qū)域的熱的溫度變低，使得難于均勻預熱支撐板20。
另外，如果施加到支撐板20和半導體器件10的預熱溫度相對低，也就是如果正常溫度和預熱溫度之間的差異變小，則由支撐板20的側(cè)邊散發(fā)的熱量也相對減少。因此，即使絕熱槽116形成在相對小的面積中也可均勻預熱支撐板20。
另外，當絕熱槽116形成為溝槽時，必須適當調(diào)整溝槽的寬度和溝槽之間的間隔。如果溝槽的寬度太大，則熱被不均勻地傳遞到支撐板20的中心區(qū)域，因此會在支撐板20的中心區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生溫差。在這種情況下，還會在安置在支撐板20上表面上的半導體器件的中心區(qū)域產(chǎn)生溫差，使得半導體器件可能變形或受損。因此，優(yōu)選在減少溝槽的寬度的同時增加溝槽的數(shù)量。另外，優(yōu)選溝槽的寬度等于或小于溝槽之間的間隔。更優(yōu)選的是，溝槽的寬度相當于溝槽之間間隔的一半。如果溝槽的寬度大于溝槽之間的間隔，則會過度屏蔽傳遞到支撐板20的熱，使得與絕熱槽116接觸的支撐板20中心區(qū)域的溫度低于支撐板20邊緣區(qū)域的溫度。例如溝槽的寬度優(yōu)選為1～3mm，溝槽之間的間隔優(yōu)選為3～6mm。
另外，絕熱槽116具有預定的深度，使得支撐板20不直接與基座110接觸。然而，如果絕熱槽116的深度過大，那么容納在基座110中的加熱裝置114可能遠離基座110的上表面。因此，有必要適當調(diào)節(jié)絕熱槽116的深度。
在基座110的前后側(cè)以預定間隔形成輥凹槽118。輥凹槽118具有預定長度，使得安置在基座110上表面的支撐板20的前后部分可以部分接觸輥凹槽118。另外，當基座110為了在預熱的同時支撐支撐板20而向上移動時，輥凹槽118具有預定的深度，以防止其中容納的輥伸出輥凹槽118。因此，在預熱過程中，支撐板20均勻接觸基座110的上表面111。當預熱過程已經(jīng)完成時，借助容納在輥凹槽118中的輥140使基座110向下移動并向左或右方運送。只有當水平運送裝置140包含所述輥時才選擇性地形成輥凹槽118，所述水平運送裝置用來向左或右方運送支撐板20。
參考圖2，為了上下移動基座110，使升降裝置130與基座110的下表面連在一起。為了預熱支撐板20，基座110借助于升降裝置130向上移動，同時支撐支撐板20。預熱過程完成以后，將基座110再次向下移動，以便通過所述輥支撐支撐板20。升降裝置130包含氣壓缸、滾珠螺旋單元或同步帶。優(yōu)選地，將氣壓缸用作升降裝置130。然而，本發(fā)明不限制升降裝置的種類，只要能夠上下移動基座110即可。此外，考慮到基座110的重量和面積，至少可以提供兩個升降裝置130。
水平運送裝置140通過水平運送支撐板20而將支撐板20轉(zhuǎn)移到加熱單元200。優(yōu)選地，水平運送裝置140包含可旋轉(zhuǎn)容納在基座110的輥凹槽118中的輥。輥140根據(jù)支撐板20的尺寸來調(diào)整預定的間隔。利用分立的支撐單元(未顯示)可旋轉(zhuǎn)地支撐輥140并利用分立的傳動單元(未顯示)使之旋轉(zhuǎn)。所以，為了水平運送位于輥140上的支撐板20，使多個輥140水平放置的同時，在其間形成預定的間隔并使其旋轉(zhuǎn)。
除了輥以外，可將氣壓缸、滾珠螺旋單元作為水平運送裝置140。本發(fā)明不限制水平運送裝置的種類。例如，如果使用氣壓缸作為水平運送裝置140，如圖2所示，則為了從左向右水平運送支撐板20，將氣壓缸安裝在基座110的外部，同時通過分立的支撐單元支撐氣壓缸。在這種情況下，不需要在基座110的上表面中形成輥凹槽118。
圖4是圖示說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的基座110a的平面圖。
參考圖4，根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的基座110a在其上表面處形成有溝槽形狀的絕熱槽116a，其中溝槽的中心部分寬度大于其兩端部分的寬度。因此，當支撐板20a安置在基座110a的上表面時，在與絕熱槽116a接觸的支撐板20a的中心區(qū)域內(nèi)可能產(chǎn)生溫差，使得支撐板20a可以均勻預熱。優(yōu)選地，最外側(cè)絕熱槽116a的中心部分的寬度與其兩端部分的寬度相等。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案的基座110b的平面圖。
參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案的基座110b在其上表面處形成有多個環(huán)形的絕熱孔116b。本發(fā)明不限制絕熱孔116b的形狀。例如，絕熱孔116b可以形成為矩形、三角形或多邊形。另外，絕熱孔116b可以放射狀圖案排列，使得絕熱孔116b的直徑圍繞中心絕熱孔遞減。在這種情況下，可以調(diào)節(jié)基座110b和支撐板20b的接觸面積，同時在與絕熱孔116b接觸的支撐板20b的中心區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生溫差，使得支撐板20b可被均勻預熱。
再次參考圖1，加熱單元200包括至少兩個爐210。根據(jù)熱處理溫度來適當?shù)剡x擇爐210的數(shù)量。加熱單元200的爐210的溫度可以根據(jù)熱處理過程的步驟分別控制。優(yōu)選地，加熱單元200的最后的爐的溫度等于熱處理溫度，使得半導體器件可以在加熱單元200中進行部分熱處理。
圖6a是形成加熱單元的加熱爐的截面透視圖，圖6b是圖6a中所示加熱爐的連接部分的截面透視圖。
參考圖6a，加熱爐210包括殼體部分220、容納在殼體部分220中用來產(chǎn)生熱的加熱裝置230和用于水平運送半導體器件10和支撐板20的輥240。加熱爐210在其一端形成有將支撐板20和半導體器件10裝載入加熱爐210的入口。另外，加熱爐210在其另一端形成有將支撐板20和半導體器件10從加熱爐210卸載或釋放的出口。加熱爐210可以在其內(nèi)部提供有檢測支撐板20加熱位置的位置檢測器(未顯示)。另外，可以在爐210中安裝進氣單元(未顯示)，以便恒定地輸入惰性氣體，例如氮化物氣體。由于氣體輸入爐210中，使得爐210內(nèi)部可保持正壓氣氛。另外，防止外部空氣滲入爐210，以使爐210的內(nèi)部溫度保持不變。優(yōu)選地，進氣單元通過爐210的上部將氣體輸入爐210。通過爐210的下部將輸入爐子210的氣體排到外部。
殼體部分220包括形成爐210外觀的外殼體222、安裝在外殼體222內(nèi)同時彼此縱向間隔預定距離的絕熱元件223a和223b和排列在絕熱元件223a和223b之間以在其間形成熱處理空間的內(nèi)殼體224a和224b。優(yōu)選地，內(nèi)殼體224a和224b由石英制造，以便防止熱處理空間被污染。
加熱裝置230包括第一加熱元件232和熱電偶236。另外，加熱裝置230可以進一步包括安裝在爐210的進口和出口段212和214的上部和下部的第二加熱元件234。而且，加熱裝置230還包括安裝在內(nèi)殼體224a、224b和靠近內(nèi)殼體224a和224b的第一加熱元件232之間的導熱板238。
第一加熱元件232以預定間隔安裝在內(nèi)殼體224a、224b和絕熱元件232a和232b之間，從而以預定溫度向熱處理空間施加熱。盡管圖6a顯示加熱元件232安裝在加熱爐210的上部，但是加熱元件232也可以安裝在加熱爐210的下部。根據(jù)爐210的溫度可以適當?shù)剡x擇加熱元件232的數(shù)量。優(yōu)選分別排列多個加熱元件232，而不是將加熱元件232組裝在一個模塊中，從而可以分別控制各個加熱元件232。優(yōu)選地，加熱元件232安裝在爐210的預定區(qū)域中，所述區(qū)域關(guān)于爐的水平面分隔。例如，爐210分隔成9個區(qū)域，為了控制爐210的內(nèi)部溫度，將加熱元件232安裝在所述9個區(qū)域中。由于在加熱爐210內(nèi)部形成的預定區(qū)域之間可以產(chǎn)生溫差，因此安裝在預定區(qū)域的加熱元件232被分別控制，由此補償預定區(qū)域之間的溫差。電阻加熱器或燈加熱器被用作加熱元件232。然而，本發(fā)明不限制加熱元件232的種類。
為了防止爐210的入口和出口段212和214的溫度降至低于爐的內(nèi)部溫度，將第二加熱元件234安裝在爐210的入口和出口段212和214的上部和下部。也就是說，由于爐210的入口和出口段212和214的熱可以散發(fā)到外部，因而爐210的入口和出口段212和214可以具有相對低的溫度。因此，將第二加熱元件234安裝在爐210的入口和出口段212和214，以使爐210的入口和出口段212和214的溫度與爐210的內(nèi)部溫度一致。
熱電偶236置于內(nèi)殼體224a附近，以便測量爐溫度。根據(jù)熱電偶236的測量結(jié)果來控制加熱元件232。當加熱元件242分別安裝在爐210的各個區(qū)域時，熱電偶也安裝在對應于加熱元件242的爐210的各個區(qū)域。另外，為了準確測量熱處理空間中的溫度，將熱電偶236安裝在熱處理空間內(nèi)。
在加熱元件232與內(nèi)殼體224a和224b之間提供導熱板238，并且為了將加熱元件232的熱均勻轉(zhuǎn)移到內(nèi)殼體224a和224b，導熱板238具有對應于熱處理空間水平面積的面積。也就是說，由于在排列加熱元件232的同時在其間形成預定間隔，從而在內(nèi)殼體224a和224b內(nèi)和在內(nèi)殼體224a和224b之間形成的熱處理空間內(nèi)可能產(chǎn)生局部溫差。因此，導熱板238具有將加熱元件232的熱均勻轉(zhuǎn)移至內(nèi)殼體224a和224b的作用。導熱板238由具有優(yōu)良導熱性的金屬或陶瓷材料制造。例如，由不銹鋼、銅、鋁或氧化鋁制造導熱板238。
輥240具有圓柱形狀并排列在爐210的內(nèi)殼體224a和224b內(nèi)部。輥240以對應于爐210和所運送的支撐板20的尺寸的預定距離被彼此隔開。輥240垂直于支撐板20的運送方向或入口和出口段212和214安裝。另外，輥240延伸到外殼體222之外并借助分立旋轉(zhuǎn)單元(未顯示)而旋轉(zhuǎn)。輥240以預定高度容納在內(nèi)殼體224a和224b內(nèi)。優(yōu)選地，輥240的位置高于爐210的入口和出口段212和214的底面，使得由輥240運送的支撐板20的下表面不與爐子210的入口和出口段212和214接觸。另外，輥240優(yōu)選由石英制造，石英也被用來制造內(nèi)殼體224a和224b，因而可以使運送支撐板20時由于摩擦所引起的污染材料的產(chǎn)生最小化。
參考圖6b，當爐210與加熱單元200連接時，加熱單元200使得內(nèi)殼體224a和224b彼此結(jié)合，由此防止外部空氣滲入爐210，同時防止爐210中的空氣排放到外部。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的處理單元的透視圖，圖8是圖示說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的處理單元的內(nèi)殼體、燈加熱器和輥的透視圖，圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的處理單元的截面圖，圖10是圖示說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的磁芯和感應線圈的透視圖，圖11是圖示說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的磁芯和感應線圈的感應供熱部分的圖解截面圖。
參考圖7-9，處理單元300包括外殼體310、內(nèi)殼體315、燈加熱器320、第一黑體330、磁芯340和感應線圈350。處理單元300還可包括第二黑體335、絕熱板360和輥270。處理單元300利用燈加熱器320和第一黑體330，將熱施加到半導體器件10，使得已經(jīng)通過加熱單元200加熱到預定溫度的半導體器件10可以保持在至少預定溫度下。另外，處理單元300可以在很短的時間周期內(nèi)，通過使用磁芯340和感應線圈350的感應供熱來均勻加熱半導體器件10而升高半導體器件10的局部溫度。同時，盡管處理單元300被用作根據(jù)本發(fā)明的半導體器件熱處理系統(tǒng)的一部分，但是處理單元300可以分別的用作熱處理設(shè)備或半導體器件熱處理設(shè)備的一部分。
參考圖7，外殼體310形成處理單元300的外觀并屏蔽散發(fā)到外部的熱。外殼體310在其兩個側(cè)面形成裝載和卸載半導體器件10的入口和出口段312。優(yōu)選外殼體310被分成上外殼體和下外殼體。
附圖標記314是測量在處理單元300內(nèi)形成的熱處理空間的溫度的高溫計。為了將熱處理空間中的污染材料的產(chǎn)生降到最低，使用高溫計代替熱電偶。參考圖9，為了測量熱處理空間的溫度，高溫計314位于半導體器件10的上方。
參考圖8和9，內(nèi)殼體315被分成上內(nèi)殼體315a和下內(nèi)殼體315b，它們以預先確定的距離彼此隔開從而形成半導體器件10的熱處理空間。另外，在內(nèi)殼體315內(nèi)安裝燈加熱器320、第一黑體330、第二黑體335和輥370。因此，上內(nèi)殼體315a與下內(nèi)殼體315b隔開，從而提供安裝燈加熱器320、第一黑體330、第二黑體335和輥370的空間。優(yōu)選地，為了使熱處理空間的溫度均勻，在上下內(nèi)殼體315a和315b之間形成的空間必須最小化。在內(nèi)殼體315的預定部分處提供對應于外殼體310的入口和出口段的內(nèi)部入口和出口段317，使得可以從內(nèi)殼體315引入或卸載半導體器件10和支撐板20。優(yōu)選地，為了防止在保持高溫氣氛的熱處理空間內(nèi)產(chǎn)生污染材料，用石英制造內(nèi)殼體315。
燈加熱器320由多個鹵素燈組成并安裝在內(nèi)殼體315的內(nèi)上部或內(nèi)下部。優(yōu)選地，為了最大化半導體器件10的加熱面積，燈加熱器320沿著內(nèi)殼體315的寬度方向延伸排列。另外，優(yōu)選將燈加熱器320安裝在內(nèi)殼體315的下部，在其中安裝輥370，以使熱處理空間的高度最小化。在這種情況下，燈加熱器320從半導體器件10的下部加熱半導體器件10。優(yōu)選地，將鹵素燈垂直于半導體器件10的運送方向排列，其間隔可以根據(jù)熱處理空間的溫度和溫度均勻性調(diào)節(jié)。另外，燈加熱器320可以進一步包括安裝在內(nèi)殼體315的入口和出口段317的輔助燈加熱器322。由于燈加熱器320的鹵素燈是沿著垂直于半導體器件10運送方向的燈加熱器320的寬度方向排列的，因此燈加熱器320可以沿半導體器件10的長度方向均勻加熱半導體器件10。盡管燈加熱器預選包括鹵素燈，但本發(fā)明不限于此。例如，能夠產(chǎn)生具有可見光波長的熱的燈或能夠產(chǎn)生具有紅外光波長的熱的紅外燈可以用于燈加熱器320。
為了選擇性加熱半導體器件10的預定部分，燈加熱器320產(chǎn)生具有可見光波長的熱。半導體器件10包括涂覆有硅薄膜或金屬薄膜的玻璃襯底，并且半導體器件10在運送的同時被安置在石英制造的支撐板上。在這種情況下，由于支撐板和玻璃襯底具有對燈加熱器320的鹵素燈發(fā)射的可見光的低吸收特性，因而燈加熱器320表現(xiàn)出對于支撐板和玻璃襯底相對低的加熱效率。相反，涂覆在玻璃襯底上的非晶硅薄膜或金屬薄膜(例如，經(jīng)過摻雜劑活化過程的TFT器件的柵極顆粒(gate meal))表現(xiàn)出對可見光的高吸收特性，因此燈加熱器320相對于涂覆在玻璃襯底上的非晶硅薄膜或金屬薄膜表現(xiàn)出相對高的加熱效率。也就是說，燈加熱器320在短時間周期內(nèi)快速加熱涂覆在玻璃襯底上的非晶硅薄膜或金屬薄膜。
第一黑體330包括碳化硅板或涂覆碳化硅的碳元件。第一黑體330可以制成具有預定尺寸的板塊(plate block)形式。第一黑體330的面積與燈加熱器320的面積相對應。另外，第一黑體330安裝在內(nèi)殼體315和內(nèi)殼體315的上部或下部的燈加熱器320之間。也就是說，在燈加熱器320的后部提供第一黑體330，并且從半導體器件10運送方向觀察時，第一黑體330與燈加熱器320以相同方向排列。在這種情況下，燈加熱器320加熱第一黑體330，同時從半導體器件10的下部直接加熱半導體器件10，因此第一黑體330可以被有效加熱。然而，也可以將第一黑體330排列在燈加熱器320關(guān)于半導體器件10的相對面。
第一黑體330具有吸收可見波長光的特性，因此第一黑體330通過吸收由燈加熱器320產(chǎn)生的輻射熱而具有800℃以上的溫度并產(chǎn)生具有紅外線波長的熱。因此，第一黑體330可以選擇性地加熱半導體器件10的玻璃襯底的預定部分或支撐板20。由于半導體器件10的非晶硅薄膜或金屬薄膜通過燈加熱器320選擇性加熱，因而如果將具有高溫的熱施加到非晶硅薄膜或金屬薄膜上則會使玻璃襯底變形。因此，當加熱半導體器件的非晶硅薄膜時，有必要適當加熱玻璃襯底和支撐板。第一黑體330使得半導體器件10的玻璃襯底和由石英制造的支撐板20被有效加熱，從而降低玻璃襯底和非晶硅薄膜或支撐板20和非晶硅薄膜之間的溫差。
第一黑體330可以進一步包括位于內(nèi)殼體315的內(nèi)部入口和出口段337與燈加熱器320的最外面的鹵素燈之間的絕熱黑體332，以防止燈加熱器320的熱從內(nèi)殼體315的入口和出口段337處泄漏。絕熱黑體332具有對應于燈加熱器20的高度和對應于內(nèi)殼體315的入口和出口段337的長度。
與第一黑體330類似，第二黑體335包含碳化硅板或涂覆碳化硅的碳元件。第二黑體335安裝在對應于第一黑體330的安裝面積的區(qū)域上。另外，第二黑體335安裝在第一黑體330關(guān)于半導體器件10的相對面，并通過燈加熱器320加熱，由此加熱半導體器件10。因此，當?shù)谝缓隗w安裝在內(nèi)殼體315的下部時，為了加熱半導體器件10，將第二黑體335安裝在內(nèi)殼體315的上部，同時面對被運送的半導體器件10的上表面。如果將第一黑體330安裝在內(nèi)殼體315的上部，則將第二黑體335安裝在內(nèi)殼體315的下部。
參考圖9，磁芯340由具有磁特性的材料制造。優(yōu)選地，磁芯340由包括例如鐵或鐵氧體的磁粉和樹脂的復合材料制成。如果磁芯340由金屬或磁氧化物材料制成，則在高頻率帶下可產(chǎn)生大量能量損失。然而，如果磁芯340由包括磁粉和樹脂的復合材料制成，則可以使高頻率帶的能量損失最小化。此時，可以使用各種樹脂，例如環(huán)氧樹脂制成磁芯340。
磁芯340包括上磁芯340a和下磁芯340b，其提供在內(nèi)殼體315的外側(cè)并對應于內(nèi)殼體的上下部排列，同時與內(nèi)殼體315以預定距離隔開。上下磁芯340a和340b關(guān)于內(nèi)殼體315對稱地形成，使得在第一和第二黑體330和335的對應區(qū)域中產(chǎn)生來自感應電動勢的感應供熱。優(yōu)選地，磁芯340在其面對內(nèi)殼體315的一個表面處形成接收感應線圈350的感應線圈凹槽342。分別在上磁芯340a的下表面和下磁芯的上表面形成感應線圈凹槽342。為了使半導體器件10在其長度方向被均勻加熱，磁芯340的長度至少對應于半導體器件10的長度(即，垂直于半導體器件運送方向延伸的半導體器件長度)。另外，為了局部加熱半導體器件10的預定部分以及感應線圈350，磁芯340具有預定的寬度。也就是說，設(shè)計磁芯340使得感應線圈凹槽342之間的距離等于半導體器件10的加熱寬度。優(yōu)選地，設(shè)計磁芯340使得其可以加熱約5-200mm的區(qū)域。
磁芯340以預定距離與內(nèi)殼體315隔開。另外，在磁芯340和內(nèi)殼體315之間輸入冷卻氣體，使得內(nèi)殼體315內(nèi)產(chǎn)生的熱不能被轉(zhuǎn)移到磁芯340。因此，優(yōu)選在感應線圈凹槽342之間的磁芯340的中心區(qū)形成冷卻氣體噴射孔344，使得氣體輸入磁芯340的中心區(qū)并流經(jīng)磁芯340的外圍區(qū)，從而冷卻磁芯340。根據(jù)磁芯340的長度適當確定冷卻氣體噴射孔344的尺寸、直徑和數(shù)量。也可以在磁芯340的側(cè)面提供分立的氣體管道，而不形成冷卻氣體噴射孔344。為了從外部氣體源接收冷卻氣體，將冷卻噴射孔344與分立的冷卻氣體輸入管道連接。
附圖標記346是通過連接磁芯340與外殼體310來支撐磁芯340的支架。
參考圖10，感應線圈350包含上感應線圈350a和下感應線圈350b，其安裝在內(nèi)殼體315的上部和下部提供的上下磁芯340a和340b的感應線圈凹槽342內(nèi)。優(yōu)選地，上感應線圈350a與下感應線圈350b電連接，從而可以同時控制它們。在感應線圈350內(nèi)可以形成空心段，使得冷卻水可以流過感應線圈350。
參考圖11，磁芯340和感應線圈350通過來自感應電動勢的感應供熱來局部加熱第一和第二黑體330和335。感應線圈350與高頻AC電源(未顯示)和校正電源和感應線圈阻抗的匹配系統(tǒng)(未顯示)相連接，以使具有預定頻率的電流施加到感應線圈350。也就是說，將具有約10KHz-100MHz頻率的電流施加到感應線圈350，并且磁芯340和感應線圈350基于施加到感應線圈350的電流，從而在第一和第二黑體330和335的預定區(qū)域產(chǎn)生感應電流。因此，第一和第二黑體330和335可以局部高溫加熱半導體器件10。如上所述，燈加熱器320產(chǎn)生具有可見光波長的熱，由此直接加熱半導體器件10的預定部分和間接加熱第一和第二黑體330和335。此時，第一和第二黑體330和335可以發(fā)射紅外線，由此加熱半導體器件10的其它部分?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)施加在燈加熱器320的鹵素燈上的電流來控制由燈加熱器320產(chǎn)生具有可見光波長的熱。如果增加施加給鹵素燈的電流，則第一和第二黑體330和335的溫度也增加，從而可以增加紅外線的量。因此，很難單獨控制可見光熱和紅外線熱。為此，磁芯340和感應線圈350通過不同于燈加熱器320的感應供熱局部加熱第一和第二黑體330和335，從而控制紅外線加熱。如果通過感應供熱加熱第一和第二黑體330和335，那么與電阻加熱相比可以改善其加熱效率。另外，與電阻加熱不同，感應供熱可以不需要電極和連接第一黑體330的電線，因此如果使用感應供熱可以簡化熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
絕熱板360優(yōu)選由石英制造。然而，本發(fā)明不限制絕熱板360的材料。可以使用各種材料制造絕熱板，只要它們有絕熱特性即可。絕熱板360具有至少對應于內(nèi)殼體315面積的面積并且安裝在內(nèi)殼體315和磁芯340之間。絕熱板360包括安裝在上內(nèi)殼體315a和上磁芯340a之間的上絕熱板360a與安裝在下內(nèi)殼體315b和下磁芯340b之間的下絕熱板360b。絕熱板360防止內(nèi)殼體315的熱轉(zhuǎn)移到磁芯340、感應線圈350和外殼體310。
為了使內(nèi)殼體315中污染材料的產(chǎn)生最小化，輥370優(yōu)選由石英制造。輥370具有圓柱形狀并排列在內(nèi)殼體315內(nèi)同時彼此隔開預定距離，所述預定距離對應于內(nèi)殼體315和所運送的支撐板20的尺寸。由于處理單元的寬度小于加熱單元200或冷卻單元400的寬度，因而可以提供數(shù)量相對少的輥370，例如，兩個輥370。如果燈加熱器20安裝在內(nèi)殼體315的下部，則有必要增加燈加熱器20的數(shù)量同時減少用于均勻加熱半導體器件的輥370的數(shù)量。輥370垂直于支撐板20的運送方向排列并延伸到外殼體310外。另外，為了在預定方向上傳送支撐板20和半導體器件10，通過分立旋轉(zhuǎn)單元(未顯示)來旋轉(zhuǎn)輥370。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的處理單元的截面圖，圖13是圖示說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的磁芯和感應線圈的感應加熱部分的圖解截面圖。
參考圖12和13，根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的處理單元1300包括外殼體1310、內(nèi)殼體1315、燈加熱器1320、加熱黑體1330、磁芯1340和感應線圈1350。另外，處理單元1300還可以包括絕熱板(未顯示)和輥1370。由于外殼體1310、內(nèi)殼體1315、磁芯1340、感應線圈1350和輥1370的結(jié)構(gòu)與圖7中顯示的處理單元300的相同，下面將不再進一步描述。因此，下面的描述集中在與處理單元300不同的處理單元1300的部件上。
內(nèi)殼體1315包括上內(nèi)殼體1315a和下內(nèi)殼體1315b并在其中形成用于半導體器件10的熱處理空間。在下內(nèi)殼體1315b中，形成具有面積對應于燈加熱器1320和加熱黑體1330的安裝面積的預定高度的突起1319。由于為了運送半導體器件10而將輥1370安裝在下內(nèi)殼體1315b上，因而半導體器件10和下內(nèi)殼體1315b之間的距離大于半導體器件10和上內(nèi)殼體1315a之間的距離。為此，在下內(nèi)殼體1315b上形成突起1319，使得位于半導體器件10下方的燈加熱器1320和加熱黑體1330可以與半導體器件10隔開，間隔距離與位于半導體器件10上方的燈加熱器1320和加熱黑體1330的距離相同。然而，不需要與下內(nèi)殼體1315b整體形成突起1319。突起1319可以制成單獨的塊。
燈加熱器1320安裝在內(nèi)殼體1315的內(nèi)上部和內(nèi)下部，垂直于半導體器件10的運送方向。另外，燈加熱器1320與半導體器件10的表面平行排列。可以根據(jù)半導體器件的熱處理特性、半導體器件的熱處理溫度和高溫加熱時間來調(diào)節(jié)燈加熱器1320的安裝面積。
另外，為了額外加熱半導體器件10和支撐板20，輔助燈加熱器1322分別安裝在內(nèi)殼體1315的入口段和出口段，由此防止突然的溫度變化。
將加熱黑體1330安裝在燈加熱器1320和半導體器件10之間的內(nèi)殼體1315的上部和下部，對應于燈加熱器1320的安裝面積，同時與半導體器件10以預定距離隔開。因此，加熱黑體1330通過接收來自燈加熱器1320的熱發(fā)射紅外線，從而加熱被運送的半導體器件10。加熱黑體1330鄰近半導體器件10和支撐板20排列。優(yōu)選地，為了均勻加熱半導體器件10和支撐板20，以相同的距離將加熱黑體1330的上部與半導體器件10的上表面隔開，加熱黑體1330的下部與支撐板20的下表面隔開。因此，燈加熱器1320的下部和加熱黑體1330安裝在突起1317上，所述突起從下內(nèi)殼體1315b突出或形成為單獨的塊。
加熱黑體1330可以另外安裝在輔助燈加熱器1322的安裝區(qū)域內(nèi)。在這種情況下，加熱黑體1330通過接收來自輔助燈加熱器1322的熱發(fā)射紅外線，從而防止半導體器件10和支撐板20在內(nèi)殼體1315的入口和出口段的突然溫度變化。
磁芯1340和感應線圈1350分別安裝在內(nèi)殼體1315的上部和下部，通過感應供熱來加熱安裝在內(nèi)殼體1315的中心區(qū)域的加熱黑體1330。
輥1370以預定間隔排列在內(nèi)殼體1315的下部來運送支撐板20。優(yōu)選地，輥1370安裝在半導體器件10的熱處理區(qū)的外部，在其中提供燈加熱器1320，從而均勻保持半導體器件10的熱處理區(qū)溫度。優(yōu)選地，輥1370安裝在內(nèi)殼體1315的入口段和燈加熱器1320的安裝區(qū)之間。
參考圖13，由于根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的處理單元1300通過加熱黑體1330的紅外線熱來進行熱處理過程，因而加熱黑體1330由燈加熱器1320和感應供熱加熱，玻璃襯底和支撐板可以與非晶硅薄膜或多晶硅薄膜一起在結(jié)晶處理或摻雜劑活化過程期間同時被加熱。
與加熱單元200相似，冷卻單元400包括至少兩個爐410，以便冷卻支撐板20和半導體器件10，所述支撐板20和半導體器件10已經(jīng)通過加熱單元200或處理單元300被加熱，從而防止支撐板20和半導體器件10變形。如果需要以足夠低的溫度逐步冷卻支撐板20和半導體器件10，則冷卻單元400可以包括多個爐410。為了冷卻支撐板20和半導體器件10并保持支撐板20和半導體器件10的溫度，冷卻單元400的爐410保持在預定的溫度水平，根據(jù)低于熱處理溫度的溫度范圍內(nèi)的熱處理過程的步驟將溫度預先調(diào)整至彼此不同。另外，爐410可提供有從外部氣體源接收氣體的進氣單元(未顯示)。在這種情況下，通過向支撐板20和半導體器件10上輸入冷卻氣體，爐410可以更有效地和均勻地冷卻支撐板20和半導體器件10。為了避免冗余，省略關(guān)于與加熱單元200的爐210部分相同的冷卻單元400的爐410部分的描述。
圖14a是卸載單元的正視圖，所述卸載單元是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導體器件熱處理系統(tǒng)的一部分，圖14b是圖14a的側(cè)視圖，圖15a是形成卸載單元的冷卻基座的平面圖，圖15b是沿著圖15a中顯示的線A-A的截面圖。
參考圖14a和14b，本發(fā)明的卸載單元500包括冷卻基座510、升降裝置520、噴氣噴嘴530和水平運送裝置540。另外，卸載單元500還包括上加熱裝置550。
參考圖15a和15b，冷卻基座510具有面積大于安置在冷卻基座510上表面上的支撐板20的面積的水平板形狀。此外，噴射孔514形成在冷卻基座510中。冷卻基座510的上表面511位于對應于冷卻單元400的出口段。另外，冷卻基座510可以包含容納用來水平移動支撐板20的水平傳送裝置540的輥的冷卻輥凹槽518。冷卻基座510由具有優(yōu)良熱傳導性的材料制造，使得支撐板20和半導體器件10的傳導熱可以快速散發(fā)到外部。冷卻基在510由選自鋁、鋁合金、石墨、氧化鋁、氮化鋁和氮化硼中的一種制造。然而，本發(fā)明不限于上述材料。
噴射孔514排列在冷卻基座510的預定部分，同時穿過冷卻基座510。因此，冷卻氣體通過噴射孔514輸入位于冷卻基座510的上表面511上的支撐板20和半導體器件10的下表面上，從而可以均勻冷卻支撐板20。也就是說，當從冷卻單元400運送的支撐板20暴露于外部時，支撐板20的外周部分可以比支撐板20的中心更快冷卻，這引起支撐板20內(nèi)的溫差。因此，當支撐板20被運送到冷卻基座510的上表面時，通過噴射孔514將冷卻氣體從支撐板20的下部噴射到支撐板20上，從而均勻冷卻支撐板20。
根據(jù)支撐板20和半導體器件10的尺寸和卸載溫度，適當選擇噴射孔514的尺寸和形狀。噴射孔514是在冷卻基座510的中心區(qū)形成的圓柱形孔，同時穿過冷卻基座510在冷卻基座510的厚度方向延伸。然而，噴射孔514可以具有多邊形截面，例如三角形或矩形。優(yōu)選地，具有噴射孔514的冷卻基底510的中心區(qū)的寬度對應于運送到冷卻基座510上表面上的支撐板20寬度的至少50％。如果噴射孔514的安裝區(qū)(即，冷卻基座510的中心區(qū))的寬度小于支撐板20寬度的50％，則在其寬度方向不能均勻冷卻支撐板20和半導體器件10，使得支撐板20和半導體器件10可由于其局部溫差而變形。其中，在對應于冷卻基則510的輥凹槽518的前后側(cè)的區(qū)域不形成噴射孔514。另外，可以沿著冷卻基則510的整個長度形成噴射孔514。
可以適當調(diào)節(jié)噴射孔514的尺寸和噴射孔514之間的間隔。優(yōu)選地，噴射孔514的直徑為約0.5-3mm，更優(yōu)選為0.5-1.5mm。如果噴射孔514具有多邊形截面，則優(yōu)選噴射孔514的寬度為0.5-3mm。如果噴射孔514的直徑小于0.5mm，則會減少噴射氣體的量，從而降低冷卻效率和引起噴射孔514的堵塞。相反，如果噴射孔514的直徑大于3mm，則會大大增加噴射氣體的量，從而引起局部溫差。另外，噴射孔514之間的間隔大于噴射孔514的直徑。優(yōu)選地，所述間隔至少五倍于噴射孔514的直徑。如果所述間隔小于噴射孔514的直徑，則會使噴射孔514變形或阻塞，從而降低冷卻基則510的耐久性。
冷卻基座510的下表面512與將氣體輸入噴射孔514的進氣單元516連接?？梢栽趯趪娚淇?14排列的冷卻基座510的側(cè)面提供進氣單元516。
在冷卻基座510的前后側(cè)以預定間隔形成冷卻輥凹槽518，并且冷卻輥凹槽518具有足以與位于冷卻基座510上的支撐板20的前后側(cè)連接的長度。另外，冷卻輥凹槽519具有預定的深度，使得當冷卻基座510和支撐板20向上移動時，防止輥540伸出冷卻輥凹槽519。在冷卻處理期間，支撐板20均勻接觸升降裝置520的冷卻基座510的上表面511。當完成冷卻處理時，將冷卻基座510向下移動并向左或右方運送，同時通過容納在冷卻輥凹槽518內(nèi)的輥540支撐。只有當輥被用作水平運送裝置540時，才可以使用冷卻輥凹槽518。
將升降裝置520與冷卻基座510的下表面512結(jié)合，以便向上和向下移動冷卻基座510。當從冷卻單元400運送支撐板20時，升降裝置520使冷卻基座510保持在較低的位置，以使輥540從支撐板20的上表面伸出。相反，如果已經(jīng)將支撐板20運送到升降裝置510，則升降裝置520使冷卻基座510向上移動，使得支撐板20可以安置在冷卻基座510的上表面上。另外，當支撐板20和半導體器件10的冷卻處理結(jié)束時，升降裝置520使冷卻基座510向下移動，使得支撐板20可以通過輥而向左右方向運送。升降裝置520包括氣壓缸、滾珠螺旋單元或同步帶。優(yōu)選地，氣壓缸用作升降裝置520。然而，本發(fā)明不限制升降裝置的種類，只要可以將基座510上下移動即可。另外，根據(jù)基座510的重量和面積可以適當?shù)剡x擇升降裝置的數(shù)量。
噴氣噴嘴530包括上噴嘴530a和下噴嘴530b，其中上噴嘴530a和下噴嘴530b可以由多個彼此連接的噴嘴組成，同時形成預定寬度或具有預定寬度的一個噴嘴。為了強制冷卻支撐板20和半導體器件10，噴氣噴嘴530噴射氣體，例如氮化物氣體。噴氣噴嘴530的出口尺寸可以根據(jù)支撐板20所需冷卻速度和運送速度來確定。因此，如果需要提高支撐板20的冷卻速度和運送速度，則優(yōu)選通過增大噴氣噴嘴530的出口尺寸來增加所噴射的氣體量。相反，如果需要降低支撐板20的冷卻速度和運送速度，則優(yōu)選通過減小噴氣噴嘴530的出口尺寸來降低所噴射的氣體量。優(yōu)選地，為了沿支撐板20橫向均勻冷卻支撐板20，噴氣噴嘴530的寬度大于支撐板20的寬度。噴氣噴嘴530的上噴嘴530a和下噴嘴530b排列在鄰近冷卻單元400的冷卻基座510的一側(cè)，同時它們以預定距離關(guān)于冷卻基座510彼此隔開，所述預定距離大于支撐板20和半導體器件10的總厚度。另外，噴氣噴嘴530的上噴嘴530a和下噴嘴530b可以將氣體噴射到支撐板20上，同時形成相對于支撐板20的運送方向的預定噴射角。優(yōu)選地，噴射角是鈍角。另外，可以允許噴氣噴嘴530的上噴嘴530a和下噴嘴530b具有互相不同的噴射角。噴氣噴嘴530的上噴嘴530a和下噴嘴530b也可以冷卻支撐板20的各部分。為了冷卻支撐板20和半導體器件10而不中斷支撐板20的移動，從噴氣噴嘴530噴射的氣體可以流過支撐板20和半導體器件10的表面。
水平運送裝置540通過從卸載單元500水平運送支撐板20而將支撐板20轉(zhuǎn)移到下一處理階段。優(yōu)選地，水平運送裝置540包括可旋轉(zhuǎn)容納在冷卻基座510的冷卻輥凹槽518中的輥。在這種情況下，根據(jù)所運送的支撐板20的尺寸將輥540以預定間隔彼此隔開。通過分立支撐單元(未顯示)可旋轉(zhuǎn)地支撐輥540并通過分立傳動單元(未顯示)旋轉(zhuǎn)輥540。所以，為了水平運送位于輥540上的支撐板20，將多個輥540水平放置，同時在它們之間形成預定間隔并旋轉(zhuǎn)。
除了輥以外，可以使用氣壓缸或滾珠螺旋單元作為水平運送裝置540。本發(fā)明不限制水平運送裝置的種類。如果使用氣壓缸或滾珠螺旋單元作為水平運送裝置540，則需要在冷卻基座510上表面上形成輥凹槽518。
上加熱裝置550包括多個電阻加熱器或燈加熱器。優(yōu)選地，上加熱裝置550由包含紅外鹵素燈的燈加熱器組成。然而，本發(fā)明不限制上加熱裝置的種類，只要它們可以加熱半導體器件10而不污染半導體器件10的上表面即可。上加熱裝置550以預定高度安置在冷卻基座510的上部，并且其面積大于被運送的支撐板20的面積。由此，排列在半導體器件10的上表面的上加熱裝置550均勻地將熱施加至安置在支撐板20上的半導體器件10的上表面的整個區(qū)域，從而防止半導體器件10的上表面快速冷卻。在支撐板20和半導體器件10移動到冷卻基座510的上表面時，半導體器件10的上表面暴露于外部，使得半導體器件10可以將熱散發(fā)到外部。因此，半導體器件10的上表面比半導體器件10的下表面可以更快速地冷卻。在這種情況下，由于冷卻速度快和半導體器件10上下表面之間的溫差，可以使半導體器件10損壞或變形。因此，根據(jù)冷卻單元400中支撐板20和半導體器件10的溫度，控制上加熱裝置550使其具有適當?shù)臏囟?。另外，上加熱裝置550具有熱容量，能夠使半導體器件10的上表面溫度在初始冷卻階段保持在100℃以上。當支撐板20和半導體器件10的溫度降至100℃以下時，溫度由分立溫度檢測裝置(未顯示)檢測，上加熱裝置550停止運行。
以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的熱處理系統(tǒng)的運行。
首先，當裝載單元100的基座110通過升降裝置130向上移動時，支撐板20和半導體器件10被裝載到基座110的上表面。因此，通過容納在基座110內(nèi)的加熱裝置114將支撐板20和半導體器件10預熱到預定溫度。此時，由于在基底110的中心部分形成的絕熱槽116，使得熱被分別轉(zhuǎn)移到支撐板20和半導體器件10的中心部分和外周部分，從而可以均勻加熱支撐板20和半導體器件10。支撐板20和半導體器件10已經(jīng)預熱到預定溫度時，通過升降裝置130將基座110向下移動，并通過輥140將支撐板20和半導體器件10傳送到加熱單元200的爐210內(nèi)。
由于加熱單元200的爐210具有根據(jù)熱處理過程的步驟彼此不同預置的預定溫度水平，通過加熱單元200的爐210可以將支撐板20和半導體器件10以預定溫度逐步加熱。此時，最后一個爐的溫度與熱處理溫度相同，使得半導體器件10可以在加熱單元200中被部分熱處理。
處理單元300用預定的熱處理溫度處理半導體器件10，當完成半導體器件的熱處理時，將半導體器件10運送到保持在預定溫度的冷卻單元400內(nèi)。處理單元300通過使用燈加熱器320選擇性加熱形成在半導體器件10上的非晶硅薄膜或金屬薄膜。另外，也通過燈加熱器320產(chǎn)生的熱和磁芯340和感應線圈350產(chǎn)生的熱來加熱第一和第二黑體330和335，從而均勻加熱半導體器件10，具體是半導體器件10的玻璃襯底和支撐板20。此時，因為感應供熱集中在第一和第二黑體330和335的預定部分處，使得第一和第二黑體330和335可以發(fā)生紅外線，這樣半導體器件10的預定部分可以相對高的溫度通過紅外線加熱。
冷卻單元400利用具有根據(jù)熱處理過程的步驟彼此不同預置的預定溫度水平的爐410逐步冷卻半導體器件，半導體器件10被運送到卸載單元500的冷卻基座510的上表面上。
當從冷卻單元400接收半導體器件10時，卸載單元500以預定卸載溫度冷卻半導體器件10。此時，卸載單元500的噴氣噴嘴530將冷卻氣體噴射到支撐板20和半導體器件10的上下表面，從而冷卻支撐板20和半導體器件10。當通過水平運送裝置(即，輥540)將支撐板20運送到冷卻基座510的上部時，通過升降裝置520將冷卻基座510向上移動，使得支撐板20和半導體器件10安置在冷卻基座510的上表面上。此時，將氣體通過冷卻基座510的噴射孔514噴射到支撐板20和半導體器件10上，從而均勻冷卻支撐板20和半導體器件10。另外，上加熱裝置550將熱施加到支撐板20和半導體器件10的上表面，從而防止支撐板20和半導體器件10被突然冷卻。當位于冷卻基座510上表面上的支撐板20和半導體器件10具有低于100℃的溫度或為常溫時，所述溫度不會使半導體器件10變形，卸載單元500將半導體器件運送到下一個階段。
圖16是圖示說明通過根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的熱處理系統(tǒng)進行的熱處理過程的工藝條件圖。在圖16中，過程(I)在相對低的約500℃的溫度下進行，其包括去除沉積在玻璃襯底上的非晶硅薄膜中殘留的氫的過程，或?qū)漭斎氤练e在玻璃襯底上的多晶硅薄膜中的過程。過程(II)在高于600℃的溫度下進行，包括在玻璃襯底上形成的非晶硅薄膜的結(jié)晶過程、多晶硅薄膜的摻雜劑活化過程或MIC和MICL過程。過程(III)在高于700℃的溫度下進行，包括玻璃襯底的預壓過程或缺陷退火過程。上述過程建議作為適用于半導體器件熱處理系統(tǒng)的實施例。然而，除了上述過程之外，本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)可以應用于各種過程。
如果熱處理過程采用圖16中所示工藝條件進行，則裝載單元100可以預熱支撐板20和半導體器件10，使得半導體器件10的溫度為約200℃，并將半導體器件10運送到加熱單元200。加熱單元200通過使用具有各種熱處理溫度的爐210，經(jīng)過三個熱處理步驟加熱支撐板20和半導體器件10。處理元件300在短時間周期內(nèi)將支撐板20和半導體器件10加熱最高到熱處理溫度，并且冷卻支撐板20和半導體器件10。可以從圖16所示的過程(I)中看到，如果熱處理過程不需要處理單元300，則熱處理系統(tǒng)中可以省略處理單元300。冷卻單元400利用爐410逐步冷卻半導體器件10，直到半導體器件10的溫度為約300℃。卸載單元500也冷卻支撐板20和半導體器件10，直到半導體器件10的溫度基本上等于常溫。此時，如上所述，為了均勻冷卻支撐板20和半導體器件10而不引起半導體器件10的變形，卸載單元500可以包括分立的冷卻裝置。
所以，根據(jù)本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)可以在400-1000℃的溫度下進行半導體器件的熱處理過程。具體而言，根據(jù)本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)可以在600℃以上的玻璃襯底的變形溫度下有效地進行半導體器件的熱處理過程，而不引起半導體器件10的變形。
下文中，將對根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的熱處理系統(tǒng)的應用實施例進行描述。應用實施例1根據(jù)應用實施例1，本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)用于沉積在半導體器件即玻璃襯底上的非晶硅薄膜的SPC過程。
圖17是說明UV斜率的圖，UV斜率表示在相同的玻璃襯底熱處理時間下，非晶硅薄膜的結(jié)晶度作為感應線圈的電流的函數(shù)，其中X-軸表示感應線圈的電流，Y-軸表示UV曲線。根據(jù)UV透射率光譜的非晶硅薄膜的結(jié)晶度可以根據(jù)UV斜率值來估計，其中UV斜率值增大時，可以得到具有高質(zhì)量結(jié)晶的硅薄膜。
圖18a-18d是感應線圈的電流為0A、20A、30A和40A時晶體硅薄膜的拉曼光譜位移圖，其中X-軸表示拉曼位移，Y-軸表示強度。
首先，通過化學氣相沉積過程在其上沉積非晶硅薄膜的玻璃襯底(產(chǎn)品名稱Corning 1737)被裝載到支撐板20上，并在200℃的溫度下在裝載單元10中預熱。隨后，將玻璃襯底和支撐板運送到加熱單元200中，逐步將支撐板和玻璃襯底加熱到最高約640℃的溫度，該溫度是非晶硅薄膜的固相結(jié)晶需要的期望預熱溫度。隨后，將玻璃襯底和支撐板運送到處理單元300中，在此通過瞬時加熱玻璃襯底和支撐板來進行對于玻璃襯底和支撐板的結(jié)晶過程。此后，經(jīng)過冷卻單元400和卸載單元500將玻璃襯底和支撐板冷卻到常溫。可以通過調(diào)節(jié)玻璃襯底和支撐板通過處理單元300的傳送速度來控制處理單元300中的SPC過程的熱處理時間。
另外，可以通過調(diào)節(jié)施加于感應線圈350的電流量來控制感應線圈350的感應供熱。當電流量減少時，施加于第一和第二黑體330和335的感應供熱溫度升高，使得玻璃襯底和支撐板的溫度也升高。如圖17中所示，如果沒有電流施加到感應線圈，UV斜率值小于0.2，表示沒有進行硅薄膜的結(jié)晶。然而，當施加到感應線圈的電流量增加時(20A、30A或40A)，也就是說，當感應供熱的強度增加時，可以促進硅薄膜的結(jié)晶。當將40A的電流施加到感應線圈時，UV斜率值超過1，表示已經(jīng)完成了硅薄膜的結(jié)晶。另外，如圖18a-18d所示，當施加到感應線圈的電流量增加時，非晶硅相的峰值變低，晶體相的峰值變高。當將40A的電流施加到感應線圈時，表示結(jié)晶度為95％。
應用實施例2根據(jù)應用實施例2，本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)用于沉積在半導體器件即玻璃襯底上的非晶硅薄膜的MILC過程。
圖19是MILC過程結(jié)束后MILC層的生長長度(growing length)作為感應線圈的電流的函數(shù)的圖。
通過化學氣相沉積過程將非晶硅薄膜沉積在玻璃襯底上，為了進行MILC過程，將金屬元素(Ni)涂布在非晶硅薄膜的預定部分處。在此，除了將爐的預熱溫度設(shè)定為低于應用實施例1溫度的600℃之外，MILC過程以與應用實施例1的結(jié)晶過程相同的方式進行。此時，處理單元300進行熱處理過程，同時調(diào)節(jié)施加于燈加熱器320的鹵素燈的電流，以防止玻璃襯底變形。
如圖19中所示，當施加到感應線圈的電流量增加時，在相同的熱處理時間下，MILC層的生長長度增加。當將40A的電流施加到感應線圈時，晶體硅薄膜以約3-4μm/min的速度從非晶硅薄膜快速生長。
應用實施例3根據(jù)應用實施例3，本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)用于摻雜劑活化過程，以活化摻入晶體硅薄膜的摻雜劑。
圖20是摻雜劑的活化度作為鹵素燈的加熱溫度和功率的函數(shù)的圖。
通過化學氣相沉積過程將非晶硅薄膜沉積在玻璃襯底上，通過ELC過程將非晶硅薄膜結(jié)晶為多晶硅薄膜。隨后，將二氧化硅(SiO2)層沉積為絕緣層，通過使用摻雜設(shè)備將n-型摻雜劑摻入多晶硅薄膜。根據(jù)應用實施例3，除了將爐的預熱溫度設(shè)定為低于應用實施例1溫度的580-620℃之外，使用與應用實施例1和2中的結(jié)晶過程和MILC過程相同的方式來進行摻雜劑活化過程。另外，為了促進摻雜劑活化，進行摻雜劑活化過程的同時將處理單元300的鹵素燈的功率變?yōu)?8-50％。
如圖20所示，通過比較代表根據(jù)摻雜劑活化過程的結(jié)晶恢復度的UV斜率值與表示摻雜劑的電活化度的電阻率值(RS)來估計摻雜劑活化度。根據(jù)摻雜劑活化過程，在離子注入過程期間，加速的摻雜劑可以與硅(Si)離子碰撞從而破壞結(jié)晶。這種破碎的結(jié)晶可以作為中斷摻雜劑電活化的缺陷，從而使TFT的可靠性降低。因此，破碎的結(jié)晶必須在摻雜劑活化過程期間恢復，破碎的結(jié)晶的恢復度可以是摻雜劑活化過程中非常重要的因素。如圖20所示，當施加到鹵素燈的電流升高時，電阻率減小并且UV斜率值增大。也就是說，電阻率的減小表示摻入的摻雜劑被活化，UV斜率值的增大表示在離子注入過程期間產(chǎn)生的缺陷已經(jīng)被克服，使得TFT裝置的可靠性得到改善。
應用實施例4在應用實施例4中，通過使用支撐板，在沉積在玻璃襯底上的非晶硅薄膜結(jié)晶過程中估計玻璃襯底的溫度均勻性。
圖21是說明玻璃襯底的各部分中溫度變化作為時間的函數(shù)的圖。
根據(jù)應用實施例4，估計尺寸為370×470mm和形成有非晶硅薄膜的玻璃襯底的溫度均勻性，同時利用處理單元升高玻璃襯底的溫度。為了估計玻璃襯底的溫度均勻性，將熱電偶附在玻璃襯底的四邊和中心部分并測量其溫度。如圖21所示，裝載玻璃襯底之后，使玻璃襯底的溫度在1分鐘之內(nèi)快速地從常溫升高到500℃。經(jīng)過4分鐘之后，玻璃襯底的溫度升高到最高640℃。另外，盡管玻璃襯底的溫度快速升高，但玻璃襯底內(nèi)的溫差被限制在30℃范圍內(nèi)。在這種情況下，支撐板可以穩(wěn)定地支撐玻璃襯底，即使由于上述溫差導致玻璃襯底有輕微的變形，因此可以在高溫氣氛下防止玻璃襯底變形。
雖然已經(jīng)結(jié)合目前認為最實用和優(yōu)選的實施方案對本發(fā)明進行了描述，但是可以理解本發(fā)明不限于公開的實施方案和附圖，相反，本發(fā)明意圖覆蓋所附權(quán)利要求的實質(zhì)和范圍內(nèi)的各種改進和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，所述熱處理系統(tǒng)包含裝載單元，用于運送半導體器件和支撐板，半導體器件安置在支撐板上，利用預定的預熱溫度來預熱半導體器件和支撐板；加熱單元，包括至少兩個保持在預定溫度水平的爐，所述預定溫度水平逐步增加直至半導體器件的預定熱處理溫度，單獨控制所述兩個爐，從裝載單元運送到加熱單元的半導體器件由加熱單元在預定的熱處理溫度下加熱；冷卻單元，包括至少兩個爐，所述至少兩個爐保持在預定熱處理溫度和預定冷卻溫度范圍內(nèi)的預定溫度水平，單獨控制所述兩個爐，從處理單元運送到冷卻單元的半導體器件由冷卻單元在預定冷卻溫度下冷卻；和卸載單元，用于在利用預定卸載溫度均勻冷卻半導體器件之后，卸下已經(jīng)利用預定冷卻溫度冷卻的半導體器件。
2.如權(quán)利要求1所要求的熱處理系統(tǒng)，還包含處理單元，所述處理單元鄰近加熱單元安裝，從而利用由燈加熱器產(chǎn)生的熱和來自感應電動勢的感應供熱以預定熱處理溫度來加熱半導體器件。
3.如權(quán)利要求1或2所要求的熱處理系統(tǒng)，其中裝載單元包括基座，基座上部中心部分處形成有絕熱槽并且在其上安置支撐板、用于加熱基座的加熱裝置、用于使基座上下移動的升降裝置和用于水平移動支撐板的水平運送裝置。
4.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中基座由選自鋁、鋁合金、石墨、氧化鋁、氮化鋁和氮化硼中的一種制成。
5.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中基座具有比支撐板更大的面積。
6.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中絕熱槽具有的面積相當于安置在基座上表面上的支撐板面積的20～70％。
7.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中以溝槽的形式提供多個絕熱槽。
8.如權(quán)利要求7所要求的熱處理系統(tǒng)，其中溝槽的寬度等于或小于溝槽之間的間隔。
9.如權(quán)利要求7所要求的熱處理系統(tǒng)，其中溝槽中心部分的寬度大于溝槽兩側(cè)端的寬度。
10.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中絕熱槽具有多邊形截面形狀。
11.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中加熱裝置容納在基座中或排列在基座的下部。
12.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中加熱裝置包括電阻加熱器或燈加熱器。
13.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中升降裝置包括安裝在基座下部的氣壓缸、滾珠螺旋裝置或同步帶。
14.如權(quán)利要求3所要求的熱處理系統(tǒng)，其中水平運送裝置包括輥和用于轉(zhuǎn)動輥的電動機，輥容納在形成于基座上表面處的預定長度的輥凹槽中，以運送接觸輥上部的支撐板。
15.如權(quán)利要求1或2所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元包括形成半導體器件的熱處理空間的內(nèi)殼體、燈加熱器、第一黑體、磁芯以及纏繞磁芯的感應線圈，所述燈加熱器具有多個安裝在內(nèi)殼體的內(nèi)上部或內(nèi)下部的燈，所述第一黑體具有單片形狀或由多個塊組成并且安裝在內(nèi)殼體和燈加熱器之間形成的對應于燈加熱器的安裝區(qū)的區(qū)域中，所述磁芯為塊狀并且安裝在對應于內(nèi)殼體的上部和下部的內(nèi)殼體的外部。
16.如權(quán)利要求15所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元還包括第二黑體，所述第二黑體排列在內(nèi)殼體中并關(guān)于半導體器件與第一黑體相對。
17.如權(quán)利要求15所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元還包括安裝在內(nèi)殼體下部的輥，從而在運送半導體器件和支撐板的同時支撐半導體器件和支撐板。
18.如權(quán)利要求15所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元還包括絕熱板，所述絕熱板具有對應于內(nèi)殼體面積的面積并且安裝在內(nèi)殼體和磁芯之間。
19.如權(quán)利要求15所要求的熱處理系統(tǒng)，其中燈加熱器包括鹵素燈。
20.如權(quán)利要求16所要求的熱處理系統(tǒng)，其中第一和第二黑體包括碳化硅或涂覆有碳化硅的碳元件。
21.如權(quán)利要求18所要求的熱處理系統(tǒng)，其中內(nèi)殼體和絕熱板由石英制成。
22.如權(quán)利要求15所要求的熱處理系統(tǒng)，其中感應線圈安裝在形成于磁芯中的感應線圈凹槽中，同時與內(nèi)殼體面對。
23.如權(quán)利要求15所要求的熱處理系統(tǒng)，其中磁芯與絕熱板間隔預定的距離并且利用從外部輸入到磁芯的冷卻氣體來冷卻。
24.如權(quán)利要求15所要求的熱處理系統(tǒng)，其中磁芯包括具有包括環(huán)氧樹脂和鐵氧體粉末或鐵的復合材料。
25.如權(quán)利要求1或2所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元包括形成半導體器件的熱處理空間的內(nèi)殼體、安裝在內(nèi)殼體的內(nèi)上部和內(nèi)下部的燈加熱器、加熱黑體、磁芯以及纏繞磁芯的感應線圈，所述加熱黑體為片狀并具有對應于燈加熱器的安裝區(qū)的面積，并且安裝在燈加熱器的內(nèi)上部和內(nèi)下部，所述磁芯為塊狀并且安裝在對應于內(nèi)殼體的上部和下部的內(nèi)殼體的外部。
26.如權(quán)利要求25所要求的熱處理系統(tǒng)，其中加熱黑體包括碳化硅或涂覆有碳化硅的碳元件。
27.如權(quán)利要求1或2所要求的熱處理系統(tǒng)，其中卸載單元包括噴氣噴嘴、冷卻基座、升降裝置和水平運送裝置，所述噴氣噴嘴用于當從冷卻單元運送支撐板和半導體器件到卸載單元時以預定噴射角度將氣體噴射到支撐板和半導體器件上，所述冷卻基座在其預定區(qū)域處形成用于噴射氣體的噴射孔并在冷卻基座上安置所述支撐板，所述升降裝置用于上下移動冷卻基座，所述水平運送裝置用于水平運送支撐板。
28.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中卸載單元還包括安裝在冷卻基座上方的上加熱裝置，以加熱支撐板和半導體器件的上部。
29.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中冷卻基座由選自鋁、鋁合金、石墨、氧化鋁、氮化鋁和氮化硼中的一種制成。
30.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中冷卻基座具有比支撐板更大的面積。
31.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中形成有噴射孔的冷卻基座的預定區(qū)域具有的面積相當于至少50％的安置在冷卻基座上表面上的支撐板面積。
32.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中噴射孔具有圓形截面形狀或多邊形截面形狀。
33.如權(quán)利要求32所要求的熱處理系統(tǒng)，其中噴射孔具有約0.5～3mm的直徑或?qū)挾取?br> 34.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中噴射孔之間的間隔大于噴射孔的直徑或?qū)挾取?br> 35.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中噴氣噴嘴包括上噴嘴和下噴嘴，所述上噴嘴與下噴嘴間隔預定的距離，所述距離大于半導體器件和支撐板的總厚度，從而將氣體噴射到半導體器件和支撐板的上部和下部。
36.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中噴氣噴嘴噴射氣體，同時相對于支撐板的運送方向形成鈍角。
37.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中噴射的氣體的寬度至少相當于支撐板的寬度。
38.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中升降裝置包括安裝在冷卻基座下部的氣壓缸、滾珠螺旋裝置或同步帶。
39.如權(quán)利要求27所要求的熱處理系統(tǒng)，其中水平運送裝置包括輥和用于轉(zhuǎn)動輥的電動機，輥容納在形成在冷卻基座上表面處的預定長度的輥凹槽中，從而運送接觸輥上部的支撐板。
40.如權(quán)利要求28所要求的熱處理系統(tǒng)，其中安裝在冷卻基座上方的上加熱裝置的安裝面積大于支撐板的面積，使得上加熱裝置有效加熱半導體器件和支撐板的上部。
41.如權(quán)利要求28所要求的熱處理系統(tǒng)，其中上加熱裝置包括多個燈加熱器。
42.如權(quán)利要求1或2所要求的熱處理系統(tǒng)，其中半導體器件包括玻璃襯底、沉積在玻璃襯底上的非晶硅薄膜和沉積在玻璃襯底上的多晶硅薄膜。
43.如權(quán)利要求42所要求的熱處理系統(tǒng)，其中半導體器件包括用于液晶顯示器或有機發(fā)光顯示器的薄膜晶體管。
44.如權(quán)利要求2所要求的熱處理系統(tǒng)，其中熱處理過程包括選自下列過程中的一種用于非晶硅薄膜的固相結(jié)晶過程、金屬誘導結(jié)晶過程、金屬誘導橫向結(jié)晶過程、用于離子注入多晶硅薄膜的活化過程和用于玻璃襯底的預壓過程。
45.如權(quán)利要求1所要求的熱處理系統(tǒng)，其中熱處理過程在約400～1000℃的溫度下實施。
46.如權(quán)利要求1或2所要求的熱處理系統(tǒng)，其中半導體器件在被運送的同時安置在由厚度約3～10mm的石英制成的支撐板上。
47.如權(quán)利要求46所要求的熱處理系統(tǒng)，其中支撐板的寬度和長度比半導體器件的寬度和長度大至少10mm。
48.如權(quán)利要求46所要求的熱處理系統(tǒng)，其中支撐板形成有至少四個真空孔，所述真空孔對角排列在半導體器件的安裝區(qū)域中。
49.如權(quán)利要求48所要求的熱處理系統(tǒng)，其中真空孔排列在距離半導體器件的側(cè)邊10mm之內(nèi)并且為直徑小于3mm的圓形或?qū)挾刃∮?mm的矩形。
50.一種用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，所述半導體器件在被運送的同時安置在支撐板上，所述熱處理系統(tǒng)包含裝載單元，用于以預定預熱溫度加熱半導體器件和支撐板，其中所述裝載單元包括基座，在其上部中心部分處形成有絕熱槽并且在其上安置有支撐板、用于加熱基座的加熱裝置、用于上下移動基座的升降裝置和用于水平移動支撐板的水平運送裝置。
51.一種用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，所述半導體器件在被運送的同時安置在支撐板上，所述熱處理系統(tǒng)包含處理單元，用于以預定熱處理溫度加熱半導體器件，其中所述處理單元包括形成半導體器件的熱處理空間的內(nèi)殼體、形成在內(nèi)殼體的內(nèi)上部或內(nèi)下部的燈加熱器、第一黑體、磁芯以及纏繞磁芯的感應線圈，所述第一黑體為片狀并且安裝在內(nèi)殼體和燈加熱器之間形成的對應于燈加熱器的安裝區(qū)的區(qū)域中，所述磁芯為塊狀并且安裝在對應于內(nèi)殼體的上部和下部的內(nèi)殼體的外部。
52.如權(quán)利要求51所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元還包括第二黑體，所述第二黑體排列在內(nèi)殼體中并關(guān)于半導體器件與第一黑體相對。
53.如權(quán)利要求51所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元還包括安裝在內(nèi)殼體下部的輥，以運送半導體器件和支撐板，同時支撐半導體器件和支撐板。
54.如權(quán)利要求51所要求的熱處理系統(tǒng)，其中處理單元還包括絕熱板，所述絕熱板具有對應于內(nèi)殼體面積的面積并且安裝在內(nèi)殼體和磁芯之間。
55.一種用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)，所述半導體器件在被運送的同時安置在支撐板上，所述熱處理系統(tǒng)包含卸載單元，用于在利用預定卸載溫度均勻冷卻半導體器件之后，卸下已經(jīng)利用預定冷卻溫度冷卻的半導體器件，其中所述卸載單元包括冷卻基座、噴氣噴嘴、升降裝置和水平運送裝置，所述冷卻基座在其預定區(qū)域形成有用于噴射氣體的噴射孔并且在其上安置支撐板，所述噴氣噴嘴安裝在冷卻基座的一側(cè)，用于當支撐板和半導體器件被運送到卸載單元時以預定噴射角度將氣體噴射到支撐板和半導體器件上，所述升降裝置用于上下移動冷卻基座，所述水平運送裝置用于水平運送支撐板。
56.如權(quán)利要求55所要求的熱處理系統(tǒng)，其中卸載單元還包括安裝在冷卻基座上方的上加熱裝置，以加熱支撐板和半導體器件的上部。
全文摘要
公開了一種用于半導體器件的熱處理系統(tǒng)。所述熱處理系統(tǒng)用于半導體器件的熱處理過程，例如用于在包括液晶顯示器(LCD)或有機發(fā)光器件(OLED)的平面顯示面板的玻璃襯底表面上形成的非晶硅薄膜的結(jié)晶過程或形成的多晶硅薄膜的摻雜劑活化過程。在均勻預熱半導體器件以防止在熱處理過程中半導體器件的變形之后，所述熱處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移該半導體器件，在高溫條件下利用燈加熱器和來自感應電動勢的感應供熱來快速實施熱處理過程，在均勻冷卻半導體器件以防止當熱處理過程完成時半導體器件變形之后，卸下半導體器件。所述熱處理系統(tǒng)快速實施熱處理過程，同時通過逐步加熱或冷卻半導體器件而防止半導體器件的變形。
文檔編號H01L21/02GK1973365SQ200580015302
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者金亨駿, 申東勛 申請人:微傳科技有限公司