KR100539182B1 - Heat treatment apparatus and heat treatment method for amorphous silicon thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판의 크기에 관계없이 열처리가 가능하고 기판의 변형없이 균일하게 열처리를 수행할 수 있는 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명의 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치는, 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판, 상기 기판의 하부에 위치하여 상기 기판을 일측 방향으로 이송시키는 이송수단 및 상기 기판의 상부에 위치하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키기 위하여 상기 비정질 실리콘 박막에 일정 온도로 가열된 가스를 분출시키는 가스 분출수단을 포함한다.The present invention is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method of an amorphous silicon thin film capable of heat treatment irrespective of the size of the substrate and uniformly heat treatment without deformation of the substrate, the heat treatment apparatus of the amorphous silicon thin film of the present invention And a substrate on which an amorphous silicon thin film is formed, a transfer means positioned at a lower portion of the substrate to transfer the substrate in one direction, and heated to a predetermined temperature on the amorphous silicon thin film to crystallize the amorphous silicon thin film located at an upper portion of the substrate. And gas ejection means for ejecting the prepared gas.
Description
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로서, 특히 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for an amorphous silicon thin film.
텔레비젼이나 모니터 등의 그래픽 디스플레이 장치에 이용되는 액정표시소자(Liquid Crystal Display : 이하, LCD)는 CRT(Cathod Ray Tube)를 대신하여 개발되어져 왔다. 특히, 매트릭스 형태로 배열된 각 화소에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT)가 구비되는 TFT LCD는 고속 응답 특성을 갖는 잇점과 높은 화소수에 적합하다는 장점 때문에 CRT에 필적할만한 화면의 고화질화 및 대형화, 컬러화 등을 실현하는데 크게 기여하고 있다.Liquid crystal displays (LCDs) used in graphic display devices such as televisions and monitors have been developed in place of the CRT (Cathod Ray Tube). In particular, TFT LCDs having thin film transistors (TFTs) in each pixel arranged in a matrix form have high speed response characteristics and are suitable for high pixel counts, so that the image quality of a screen comparable to that of CRTs can be improved. It is greatly contributing to the realization of enlargement and colorization.
한편, TFT LCD에서는 TFT의 반도체층으로서 비정질 실리콘 박막을 이용하는데, 이러한 비정질 실리콘 박막은 소규모 TFT LCD의 제작에는 유리하지만, 이동도가 낮다는 단점 때문에 대화면 TFT LCD의 제조에는 적용이 곤란한 문제점이 있다. On the other hand, in TFT LCDs, an amorphous silicon thin film is used as a semiconductor layer of a TFT. Such an amorphous silicon thin film is advantageous for manufacturing a small-sized TFT LCD, but has a problem in that it is difficult to apply to manufacturing a large-screen TFT LCD due to its low mobility. .
따라서, 최근에는 이동도가 우수한 폴리실리콘 박막을 반도체층으로 이용하는 폴리실리콘 TFT에 관한 연구가 진행중이며, 이러한 폴리실리콘 TFT는 대화면 TFT LCD의 제작에 용이하게 적용시킬 수 있음은 물론 TFT 어레이 기판에 구동 드라이브 IC를 함께 집적시킬 수 있기 때문에 집적도 및 가격 경쟁력이 우수한 장점이 있다. Therefore, recently, studies on polysilicon TFTs using a polysilicon thin film having excellent mobility as a semiconductor layer have been conducted. Such polysilicon TFTs can be easily applied to fabrication of large-screen TFT LCDs and are driven on a TFT array substrate. Drive ICs can be integrated together, providing an integrated density and competitive price.
종래 폴리실리콘 박막을 형성하기 위한 방법으로는, 통상 기판 상에(일반적으로는 유리기판을 이용함.) 비정질 실리콘 박막을 형성한 후에, 결정화 공정을 실시하여 비정질 실리콘 박막을 폴리실리콘 박막으로 전환시키는 방법이 이용되고 있다.As a conventional method for forming a polysilicon thin film, a method of converting an amorphous silicon thin film into a polysilicon thin film by performing a crystallization process after forming an amorphous silicon thin film on a substrate (usually using a glass substrate). Is used.
상기한 바와 같이 폴리실리콘 박막을 형성하기 위한 결정화 공정은 엑시머 레이저를 이용한 열처리(Excimer Laser Annealing; ELA), 금속촉매를 이용한 금속유도 측면결정화(MILC) 등이 사용되었다. As described above, as the crystallization process for forming the polysilicon thin film, an Excimer Laser Annealing (ELA), a metal induced side crystallization (MILC) using a metal catalyst, and the like are used.
그러나, ELA, MILC는 대면적 기판인 경우에는 노(furnace) 열처리장치의 구성이 용이하지 않으며 장시간의 열처리 시간은 생산성 향상에 어려움이 있다.However, ELA and MILC are not easy to construct a furnace heat treatment apparatus in the case of a large-area substrate, and long heat treatment time is difficult to improve productivity.
이를 해결하기 위한 종래 기술로 선형 램프 가열에 의한 열처리방법(국내특허 출원번호 10-1998-38570)이 제안되었다.In order to solve this problem, a heat treatment method (domestic patent application No. 10-1998-38570) by linear lamp heating has been proposed.
그러나 선형 램프 가열에 의한 방법 역시 대면적 기판, 예를 들어, 500 mm 에서 600 mm 이상의 기판을 균일하게 가열시키도록 열처리장치를 설계하는 것은 매우 어렵다. 이와 같이 기판의 모든 부분이 균일하게 가열되지 못하면 모든 영역을 결정화시키기 위하여 열처리 시간이 길어져야 하며 이때 비정질 실리콘이 국부적으로 온도가 크게 상승될 수 있으며, 그 결과 기판이 변형될 가능성이 존재하는 문제가 있다.However, the method by linear lamp heating is also very difficult to design a heat treatment apparatus to uniformly heat a large area substrate, for example, 500 mm to 600 mm or more. As such, if all parts of the substrate are not uniformly heated, the heat treatment time may be lengthened to crystallize all regions, and the amorphous silicon may locally increase in temperature, resulting in the possibility of deformation of the substrate. have.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 기판의 크기에 관계없이 열처리가 가능하고 기판의 변형없이 균일하게 열처리를 수행할 수 있는 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a heat treatment apparatus and a heat treatment method of an amorphous silicon thin film capable of heat treatment irrespective of the size of the substrate and uniformly heat treatment without deformation of the substrate. Its purpose is to.
본 발명의 또다른 목적은 열처리용의 고온의 가스를 이용한 가스 분출수단에 의하여 TFT-LCD용 대면적 기판상의 비정질 실리콘 박막을 균일하고 급속하게 결정화시켜 기판의 변형을 방지할 수 있는 TFT용 비정질 실리콘 박막의 결정화에 사용되는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to uniformly and rapidly crystallize an amorphous silicon thin film on a large-area substrate for TFT-LCD by gas ejection means using high temperature gas for heat treatment, thereby preventing deformation of the substrate. It is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method used for crystallization of a thin film.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치는, 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판, 상기 기판의 하부에 위치하여 상기 기판을 일측 방향으로 이송시키는 이송수단, 및 상기 기판의 상부에 위치하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키기 위하여 상기 비정질 실리콘 박막에 일정 온도로 가열된 가스를 분출시키는 가스 분출수단을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 가스 분출수단은 일정 온도로 가열된 가스가 불어넣어지는 주입부, 상기 주입부로부터 불어넣어진 일정 온도로 가열된 가스를 분출시키는 노즐부 및 상기 주입부로부터 불어넣어진 일정 온도로 가열된 가스의 일부를 흡입하여 외부로 배출시키는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A heat treatment apparatus for an amorphous silicon thin film of the present invention for achieving the above object is, a substrate on which an amorphous silicon thin film is formed, a transfer means for transferring the substrate in one direction located on the lower portion of the substrate, and the upper portion of the substrate And gas ejection means for ejecting a gas heated to a predetermined temperature to the amorphous silicon thin film to crystallize the amorphous silicon thin film, wherein the gas ejection means is injected into which the gas heated to a predetermined temperature is blown. And a nozzle unit for ejecting a heated gas at a predetermined temperature blown from the injection unit, and a discharge unit for sucking a portion of the heated gas at a predetermined temperature blown from the injection unit and discharging it to the outside. do.
그리고, 본 발명의 비정질 실리콘 박막의 열처리 방법은 기판 상에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계, 상기 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판을 일측 방향으로 이동시키기 위한 이송수단에 고정시키는 단계, 상기 기판 상부에 일정 온도로 가열된 가스를 분출시키기 위한 가스 분출수단을 위치시키는 단계 및 상기 이송수단에 고정된 상기 기판을 일측 방향으로 이송시키면서 상기 가스 분출수단을 통해 일정 온도로 가열된 가스를 분출시켜 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the heat treatment method of the amorphous silicon thin film of the present invention comprises the steps of forming an amorphous silicon thin film on a substrate, fixing the substrate on which the amorphous silicon thin film is formed in one direction, the transfer means for moving in one direction, a predetermined temperature on the substrate Positioning the gas ejection means for ejecting the heated gas to the one direction and ejecting the heated gas at a predetermined temperature through the gas ejection means while transporting the substrate fixed to the transport means in one direction; And crystallizing.
여기서 상기 일정 온도로 가열된 가스의 온도는 비정질 실리콘 박막을 효율적으로 결정화시킬 수 있는 적정한 온도로 조절할 수 있으며 또한 일정 온도로 가열된 가스의 종류는 질소나 아르곤 등 실리콘 박막과 반응을 일으키지 않는 가스는 모두 사용이 가능하다. 통상적으로는 700℃ 정도의 온도에서 비정질 실리콘 박막의 결정화가 일어나는 것으로 알려져 있으며, 600℃ 이상의 온도로 가열된 질소 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 가열된 가스의 정확한 온도는 공정 조건에 따라 600℃ 이상에서 자유자재로 조절할 수 있다.Herein, the temperature of the gas heated to a predetermined temperature may be adjusted to an appropriate temperature for efficiently crystallizing the amorphous silicon thin film, and the type of the gas heated to the predetermined temperature may be a gas that does not react with the silicon thin film such as nitrogen or argon. Both can be used. It is generally known that crystallization of an amorphous silicon thin film occurs at a temperature of about 700 ° C., and it is preferable to use nitrogen gas heated to a temperature of 600 ° C. or higher. The exact temperature of the heated gas can be freely adjusted above 600 ° C depending on the process conditions.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
[제1 실시예][First Embodiment]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a heat treatment apparatus of an amorphous silicon thin film according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막(20)이 형성된 기판(10), 기판(10)의 바닥을 고정시키면서 기판(10)을 일측 방향(X)으로 이송시키는 이송장치(30), 및 기판(20)의 상부에 위치하여 비정질 실리콘 박막(20)을 결정화시키기 위하여 비정질 실리콘 박막(20)에 일정 온도로 가열된 가스(hot gas)(50)를 분출시키는 가스 분출수단(40)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, a substrate 10 having an amorphous silicon thin film 20 formed thereon, a transfer device 30 for transferring the substrate 10 in one direction X while fixing the bottom of the substrate 10, and In order to crystallize the amorphous silicon thin film 20 to be positioned on the substrate 20 is composed of a gas blowing means 40 for blowing a hot gas (50) heated to a predetermined temperature on the amorphous silicon thin film 20 do.
상기한 기판(10)은 통상적으로 유리(Glass)기판 등의 절연성 기판을 이용하며, 이송장치(30)는 컨베이어 벨트를 이용하고, 가스 분출수단(40)은 선형노즐(linear nozzle)을 이용하되 기판(10)상의 비정질 실리콘 박막(20) 상부에서 소정 거리를 두고 배치된다. The substrate 10 typically uses an insulating substrate such as a glass substrate, the transfer device 30 uses a conveyor belt, and the gas ejection means 40 uses a linear nozzle. The amorphous silicon thin film 20 on the substrate 10 is disposed at a predetermined distance.
그리고, 비정질 실리콘 박막(20)을 결정화시키기 위한 가스는 통상적으로 질소(N2)를 이용하며, 이때 질소는 비정질 실리콘 박막(20)을 충분히 결정화시킬 수 있는 최적온도로 가열한 것이다. 일반적으로는 700℃ 정도의 온도에서 비정질 실리콘의 결정화가 일어나므로 공정조건에 따라 600℃ 이상의 온도로 가열한 기체가 사용된다.In addition, a gas for crystallizing the amorphous silicon thin film 20 typically uses nitrogen (N 2 ), where nitrogen is heated to an optimum temperature capable of sufficiently crystallizing the amorphous silicon thin film 20. Generally, since crystallization of amorphous silicon occurs at a temperature of about 700 ℃, a gas heated to a temperature of 600 ℃ or more depending on the process conditions are used.
그리고, 비정질 실리콘 박막(20)은 화학기상증착법(CVD) 또는 에피택셜성장법(Epitaxial growth)을 이용하여 형성한 것이다. 또는 그 외의 다른 반도체 박막 성장법을 이용하여 형성할 수도 있다.The amorphous silicon thin film 20 is formed by chemical vapor deposition (CVD) or epitaxial growth (Epitaxial growth). Alternatively, other semiconductor thin film growth methods may be used.
보다 자세하게 상기한 가스 분출수단(40)를 설명하기 위해 도 2를 참조한다.2 to describe the gas blowing means 40 described above in more detail.
도 2는 제1 실시예에 따른 가스 분출수단의 상세도이다. 도 2를 참조하면, 가스 분출수단(40)은 선형노즐의 형태로서, 일정 온도로 가열된 가스가 불어넣어지는 주입부(41), 주입부(41)로터 불어 넣어진 일정 온도로 가열된 가스를 분출시키는 노즐부(42), 및 주입부로부터 불어넣어진 일정 온도로 가열된 가스의 일부를 흡입하여 외부로 배출시키는 배출부(43)로 구성된다. 2 is a detailed view of a gas blowing means according to the first embodiment. Referring to FIG. 2, the gas ejection means 40 is in the form of a linear nozzle, in which the gas heated at a predetermined temperature is blown in, and the gas heated at a constant temperature blown in from the injector 41. And a nozzle part 42 for ejecting the gas, and a discharge part 43 for sucking a part of the gas heated to a constant temperature blown from the injection part and discharging it to the outside.
여기서, 가스 분출수단(40)의 주입부(41)는 외부에 별도로 준비된 일정 온도로 가열된 가스가 공급되는 수단과 연결되어 있고, 가스 분출수단(40)의 배출부(43)는 외부에 별도로 준비된 일정 온도로 가열된 가스를 흡입하는 수단과 연결되어 있으나 도1 및 도 2에서는 도시가 생략되어 있는 것이다. 외부에 별도로 준비된 일정 온도로 가열된 가스가 공급되는 수단에서 공급된 일정 온도로 가열된 가스(50)는 가스 분출수단(40)의 주입부(41)로 들어가게 되고, 노즐부(42)로 배출된 가스(52)는 열처리를 수행하게 되며 주입부로부터 불어넣어진 일정 온도로 가열된 가스의 일부와, 열처리를 수행한 후의 기판 주위의 가스들은 가스 분출수단(40)의 배출부(43) 쪽으로 빨려 들어가서 배출부로 배출이 되고 이와 같이 배출된 가스(55)는 외부에 별도로 준비된 가스를 흡입하는 수단과 연결되어 배출되게 된다. Here, the injection portion 41 of the gas blowing means 40 is connected to a means for supplying a gas heated to a predetermined temperature prepared separately to the outside, the discharge portion 43 of the gas blowing means 40 is separately to the outside Although connected to the means for sucking the gas heated to a predetermined constant temperature is not shown in Figures 1 and 2. The gas 50 heated to a predetermined temperature supplied from a means for supplying a gas heated to a predetermined temperature prepared separately to the outside enters the injection portion 41 of the gas ejection means 40, and is discharged to the nozzle portion 42. The gas 52 is subjected to a heat treatment, and a part of the gas heated to a constant temperature blown from the injection portion, and the gases around the substrate after the heat treatment are directed toward the discharge portion 43 of the gas ejection means 40. Sucked into and discharged into the discharge portion, the discharged gas 55 is discharged in connection with a means for sucking the gas prepared separately to the outside.
한편, 노즐부(42)는 기판(10)의 폭에 대응하는 길이를 갖고 형성된다. 노즐부는 일반적으로 직사각형의 형태로 이루어질 수 있으며 열처리하고자 하는 기판의 국소적인 부분에 따라 적절한 형태를 취할 수 있다. 그리고 열처리할 때의 가열된 가스의 적절한 유량이나 가열된 가스의 흐름 등을 고려하여 직사각형 이외의 여러 가지 다른 형태의 노즐부를 구성하는 것도 가능하다.On the other hand, the nozzle portion 42 is formed to have a length corresponding to the width of the substrate 10. The nozzle portion may generally have a rectangular shape and may take an appropriate shape according to a local part of a substrate to be heat treated. In addition, in consideration of the proper flow rate of the heated gas during the heat treatment, the flow of the heated gas, etc., it is also possible to configure the nozzle part of various forms other than a rectangle.
또한 주입부(41)가 기판의 수직면과 이루는 각도(100)(도 1 참조)는 0도와 90도 사이의 각도에서 적절하게 조절될 수 있다. 배출부(43)가 기판의 수직면과 이루는 각도도 마찬가지로 0도와 90도 사이의 각도에서 적절하게 조절될 수 있다.In addition, the angle 100 (see FIG. 1) that the injection portion 41 makes with the vertical plane of the substrate may be appropriately adjusted at an angle between 0 and 90 degrees. The angle that the discharge portion 43 makes with the vertical plane of the substrate may likewise be adjusted appropriately at an angle between 0 and 90 degrees.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 비정질 실리콘 박막의 열처리장치는 이송장치(30)가 기판(10)을 지지함과 동시에 기판(10)을 일측 방향(X 방향)으로 이송시키게 되고, 이때 가스 분출수단(40)으로부터 분출된 일정 온도로 가열된 가스가 기판(10)의 과도한 가열이 없이 비정질 실리콘 박막(20)을 결정화시킨다. 즉, 일정 온도로 가열된 가스의 열에 의해 비정질 실리콘 박막(20)이 결정화된다.In the heat treatment apparatus of the amorphous silicon thin film of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, the transfer device 30 supports the substrate 10 and simultaneously transfers the substrate 10 in one direction (X direction). The gas heated to a predetermined temperature ejected from the gas ejection means 40 crystallizes the amorphous silicon thin film 20 without excessive heating of the substrate 10. That is, the amorphous silicon thin film 20 is crystallized by the heat of the gas heated to a constant temperature.
이와 같이, 기판(10)을 이송시키는 이송장치(30)가 일측 방향으로 이동하도록 구성됨으로써 이송장치(30)에 고정되는 기판(10)의 일면에서 다른 일면으로 비정질 실리콘 박막(20)이 순차적으로 결정화가 가능한 것이다.As such, the amorphous silicon thin film 20 is sequentially moved from one surface of the substrate 10 fixed to the transfer apparatus 30 to the other surface by being configured to move the transfer apparatus 30 for transferring the substrate 10 in one direction. Crystallization is possible.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 기판(10)의 하부에는 다수의 가열수단(72)를 포함하는 하부 가열부(70)를 고정 설치하는 것이 가능하다. 상기 가열수단(72)은 할로겐 예열램프를 이용할 수 있으며 저항 히터 등을 이용할 수도 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the lower heating part 70 including a plurality of heating means 72 may be fixedly installed under the substrate 10. The heating means 72 may use a halogen preheating lamp and may also use a resistance heater.
하부 가열부(70)에는 다수의 기판(10)을 연속적으로 운반하기 위한 이송장치로서 컨베이어벨트(60)가 설치되어 있다. 상기 컨베이어벨트(60)는 기판(10)을 지지함과 동시에 기판을 일측 방향으로 연속적으로 이송한다.The lower heating part 70 is provided with a conveyor belt 60 as a conveying device for continuously transporting a plurality of substrates 10. The conveyor belt 60 supports the substrate 10 and continuously transfers the substrate in one direction.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 비정질 실리콘 박막의 열처리 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a heat treatment operation of an amorphous silicon thin film according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
이송장치(30) 위에 놓여서 열처리장치로 이송되는 기판(10)은 그 위에 결정화가 이루어질 비정질 실리콘 박막(20)이 형성된 구조이다. 화살표 방향(X)으로 이송장치(30)를 구동시키면 기판(10)의 상대적인 이동이 이루어지면서 기판(10) 위에 형성된 비정질 실리콘 박막(20)은 선형노즐 형태인 가스 분출수단(40)로부터 분출된 일정 온도로 가열된 가스에 의해 결정화가 이루어진다. 즉, 일정 온도로 가열된 가스의 열에 의해 비정질 실리콘 박막(20)이 결정화되는 것이며, 일정 온도로 가열된 가스는 600℃ 이상의 온도로 가열된 것이다.The substrate 10 placed on the transfer apparatus 30 and transferred to the heat treatment apparatus has a structure in which an amorphous silicon thin film 20 to be crystallized is formed thereon. When the transfer device 30 is driven in the direction of the arrow X, the relative movement of the substrate 10 is performed, and the amorphous silicon thin film 20 formed on the substrate 10 is ejected from the gas ejection means 40 in the form of a linear nozzle. Crystallization takes place with the gas heated to a constant temperature. That is, the amorphous silicon thin film 20 is crystallized by the heat of the gas heated at a constant temperature, and the gas heated at the constant temperature is heated to a temperature of 600 ° C. or higher.
위와 같이, 기판(10)이 가스 분출수단(40)에 대해 상대 운동을 하게 되므로 기판(10)의 이동에 따라 비정질 실리콘 박막(20)의 전영역에 걸쳐 열처리가 이루어진다.As described above, since the substrate 10 moves relative to the gas ejection means 40, heat treatment is performed over the entire region of the amorphous silicon thin film 20 according to the movement of the substrate 10.
상기와 같은 열처리 장치를 이용한 열처리 방법은 다음과 같다. 즉, 우선 기판 상에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계를 거쳐서 열처리를 수행할 재료를 준비하고 상기 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판을 일측 방향으로 이동시키기 위한 이송수단에 고정시키는 단계를 거쳐서 상기 기판 상부에 일정 온도로 가열된 가스를 분출시키기 위한 가스 분출수단을 위치시키고, 상기 이송수단에 고정된 상기 기판을 일측 방향으로 이송시키면서 상기 가스 분출수단을 통해 일정 온도로 가열된 가스를 분출시켜 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계를 포함하는 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 가스 분출수단은 선형 노즐 형태인 것이 바람직하다. 또한 상기 일정 온도로 가열된 가스는 600℃ 이상의 온도로 가열된 질소 가스인 것이 바람직하다.The heat treatment method using the heat treatment apparatus as described above is as follows. That is, the first step is to prepare a material to be heat-treated by forming an amorphous silicon thin film on the substrate, and fixed to a transfer means for moving the substrate on which the amorphous silicon thin film is formed in one direction. A gas ejection means for ejecting a gas heated to a temperature is positioned, and the gas heated to a predetermined temperature through the gas ejecting means is ejected while transferring the substrate fixed to the conveying means in one direction to form the amorphous silicon thin film. Crystallization. According to an embodiment of the invention the gas blowing means is preferably in the form of a linear nozzle. In addition, the gas heated to a predetermined temperature is preferably nitrogen gas heated to a temperature of 600 ℃ or more.
[제2 실시예]Second Embodiment
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a heat treatment apparatus of an amorphous silicon thin film according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막(20)이 형성된 기판(10), 기판(10)의 바닥을 고정시키면서 기판(10)을 일측 방향(X)으로 이송시키는 이송장치(30), 및 기판(20)의 상부에 위치하여 비정질 실리콘 박막(20)을 결정화시키기 위하여 비정질 실리콘 박막(20)에 일정 온도로 가열된 가스(hot gas)를 분출시키는 가스 분출수단(40a)으로 구성된다.As shown in FIG. 3, the substrate 10 having the amorphous silicon thin film 20 formed thereon, a transfer apparatus 30 for transferring the substrate 10 in one direction X while fixing the bottom of the substrate 10, and In order to crystallize the amorphous silicon thin film 20 positioned on the substrate 20, the gas blowing means 40a blows out hot gas heated at a predetermined temperature to the amorphous silicon thin film 20.
제2 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 가스 분출수단에 있어서 주입부와 배출부가 나란하게 배치되어 있다. In the second embodiment, the injection portion and the discharge portion are arranged side by side in the gas blowing means as shown in FIG.
상기한 기판(10)은 유리(Glass) 기판을 이용하며, 이송장치(30)는 컨베이어 벨트를 이용하고, 가스 분출수단(40a)은 선형노즐(linear nozzle)을 이용하되 기판(10)상의 비정질 실리콘 박막(20) 상부에서 소정 거리를 두고 배치된다. The substrate 10 uses a glass substrate, the conveying apparatus 30 uses a conveyor belt, and the gas ejection means 40a uses a linear nozzle, but has an amorphous state on the substrate 10. The silicon thin film 20 is disposed at a predetermined distance.
그리고, 비정질 실리콘 박막(20)을 결정화시키기 위한 가스는 질소(N2)를 이용하며, 이때 질소는 비정질 실리콘 박막(20)을 충분히 결정화시킬 수 있는 최적온도로 가열한 것이다. 통상은 600℃ 이상의 온도를 사용하며 공정조건에 따라 조절한다.In addition, the gas for crystallizing the amorphous silicon thin film 20 uses nitrogen (N 2 ), wherein the nitrogen is heated to an optimum temperature capable of sufficiently crystallizing the amorphous silicon thin film 20. Usually, the temperature is over 600 ℃ and it is adjusted according to the process conditions.
그리고, 비정질 실리콘 박막(20)은 화학기상증착법(CVD) 또는 에피택셜성장법(Epitaxial growth)을 이용하여 형성한 것이다.The amorphous silicon thin film 20 is formed by chemical vapor deposition (CVD) or epitaxial growth (Epitaxial growth).
보다 자세하게 상기한 가스 분출수단(40a)를 설명하기 위해 도 4를 참조한다.4 to describe the gas ejection means 40a in more detail.
도 4는 제2 실시예에 따른 가스 분출수단의 상세도로서, 제1 실시예와는 노즐부의 구성이 서로 다르다. 즉, 제2 실시예에서는 노즐부(42a)의 구성이 제1 실시예와는 달리 노즐부의 바깥쪽 부분을 감싸는 형태의 이중 노즐이다.4 is a detailed view of the gas blowing means according to the second embodiment, and the configuration of the nozzle portion is different from that of the first embodiment. That is, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the configuration of the nozzle portion 42a is a double nozzle having a shape surrounding the outer portion of the nozzle portion.
도 4를 참조하면, 가스 분출수단(40a)은 선형노즐의 형태로서, 일정 온도로 가열된 가스가 불어넣어지는 주입부(41a), 주입부(41a)로터 불어 넣어진 일정 온도로 가열된 가스를 분출시키는 노즐부(42a), 및 주입부로부터 불어넣어진 일정 온도로 가열된 가스의 일부를 흡입하여 외부로 배출시키는 배출부(43a)로 구성된다. Referring to FIG. 4, the gas ejection means 40a is in the form of a linear nozzle, in which the gas heated at a predetermined temperature is blown into the injection portion 41a and the gas heated at a constant temperature blown from the injection portion 41a. And a nozzle portion 42a for ejecting a portion thereof, and a discharge portion 43a for sucking a part of the gas heated to a constant temperature blown from the injection portion and discharging it to the outside.
여기서, 가스 분출수단(40a)의 주입부(41a)는 외부에 별도로 준비된 일정 온도로 가열된 가스가 공급되는 수단과 연결되어 있고, 가스 분출수단(40a)의 배출부(43a)는 외부에 별도로 준비된 일정 온도로 가열된 가스를 흡입하는 수단과 연결되어 있으나 도3 및 도 4에서는 도시가 생략되어 있는 것이다. 외부에 별도로 준비된 일정 온도로 가열된 가스가 공급되는 수단에서 공급된 일정 온도로 가열된 가스(50)는 가스 분출수단(40a)의 주입부(41a)로 들어가게 되고, 노즐부(42a)로 배출된 가스(52)는 열처리를 수행하게 되며, 주입부로부터 불어넣어진 일정 온도로 가열된 가스의 일부와, 열처리를 수행한 후의 기판 주위의 가스들은 가스 분출수단(40a)의 배출부(43a) 쪽으로 빨려 들어가서 배출부로 배출이 되고 이와 같이 배출된 가스(55)는 외부에 별도로 준비된 가스를 흡입하는 수단과 연결되어 배출되게 된다.Here, the injection portion 41a of the gas blowing means 40a is connected to a means for supplying a gas heated to a predetermined temperature separately prepared outside, and the discharge portion 43a of the gas blowing means 40a is separately provided to the outside. Although connected to the means for sucking the gas heated to a predetermined constant temperature is not shown in Figures 3 and 4. The gas 50 heated to a predetermined temperature supplied from a means for supplying a gas heated to a predetermined temperature separately prepared to the outside enters the injection portion 41a of the gas ejection means 40a and is discharged to the nozzle portion 42a. The gas 52 is subjected to a heat treatment, and a part of the gas heated to a constant temperature blown from the injection portion and the gas around the substrate after the heat treatment are discharged 43a of the gas ejection means 40a. Sucked toward the side and discharged to the discharge portion, the discharged gas 55 is discharged in connection with the means for sucking the gas prepared separately to the outside.
도 3 및 도 4에서는 가스 분출수단(40a)이 기판에 대해 수직으로 되어 있으나 수직이 아닌 임의의 각도를 이루도록 배치할 수도 있다.In FIGS. 3 and 4, the gas ejection means 40a is perpendicular to the substrate, but may be arranged to have any angle other than vertical.
한편, 노즐부(42a)는 기판(10)의 폭에 대응하는 길이를 갖고 형성된다. 노즐부는 일반적으로 직사각형의 형태로 이루어질 수 있으며 열처리하고자 하는 기판의 국소적인 부분에 따라 적절한 형태를 취할 수 있다. 그리고 열처리할 때의 가열된 가스의 적절한 유량이나 가열된 가스의 흐름 등을 고려하여 직사각형 이외의 여러 가지 다른 형태의 노즐부를 구성하는 것도 가능하다.On the other hand, the nozzle portion 42a is formed to have a length corresponding to the width of the substrate 10. The nozzle portion may generally have a rectangular shape and may take an appropriate shape according to a local part of a substrate to be heat treated. In addition, in consideration of the proper flow rate of the heated gas during the heat treatment, the flow of the heated gas, etc., it is also possible to configure the nozzle part of various forms other than a rectangle.
제2 실시예에 따른 열처리장치의 동작은 제1 실시예를 참조한다.The operation of the heat treatment apparatus according to the second embodiment refers to the first embodiment.
[제3 실시예]Third Embodiment
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치의 개략도이다.5 is a schematic diagram of a heat treatment apparatus of an amorphous silicon thin film according to a third exemplary embodiment of the present invention.
제3 실시예의 가스 분출수단(90)은 도 5에 도시된 바와 같이, 일정온도로 조절된 냉각용 가스(92)를 주입하여 기판상에 분출시키는 수단이 부가되어 있다.As shown in Fig. 5, the gas ejection means 90 of the third embodiment is provided with means for injecting the cooling gas 92 adjusted to a constant temperature and ejecting it onto the substrate.
제3 실시예는 상기 제1 실시예의 가스 분출수단에 냉각용 가스를 분출하는 수단(90)을 부가한 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 일정온도로 조절된 냉각용 가스(92)를 주입하여 기판 상에 분출시키는 수단(90)이 부가되어 있다. 그림에서와 같이 이송장치에 의해 기판이 x방향으로 이동하고 있으므로 열처리가 완료된 기판 위에 열처리 직후에 냉각용 가스가 분출되게 함으로써 빠른 시간 내에 기판을 냉각시킬 수 있다.The third embodiment adds a means 90 for ejecting the cooling gas to the gas ejection means of the first embodiment, injecting the cooling gas 92 adjusted to a constant temperature as shown in FIG. Means 90 for ejecting onto the substrate are added. Since the substrate is moved in the x direction by the transfer device as shown in the figure, the substrate can be cooled within a short time by allowing the gas for cooling to be ejected immediately after the heat treatment.
한편, 냉각용 가스를 이용하면 제1 실시예에서와 같이 가열된 가스만 이용하는 경우에 비해서 공정상으로 조절할 수 있는 인자가 추가되는 것이며 냉각용 가스의 온도 및 가스 유입량 등을 조절하여 적절한 열처리를 위한 공정 온도 등의 공정 조건을 조절하는 것이 용이하게 된다.On the other hand, the use of the cooling gas is a factor that can be adjusted in the process compared to the case of using only the heated gas as in the first embodiment, and by adjusting the temperature and gas inflow amount of the cooling gas for proper heat treatment It becomes easy to adjust process conditions, such as process temperature.
한편, 가스 분출수단에서 가스가 주입되어 기판 상으로 분출되는 부분의 바깥쪽에 보조가열부(80)를 설치하는 것이 가능하다. 보조가열부(80)는 저항히터나 램프히터 등 여러 가지 종류가 사용될 수 있으며 설치하는 위치도 주입되는 가스를 추가적으로 가열할 수 있는 부분이면 도 5에 도시된 부분 이외에도 어느 곳이나 설치 가능하다. 가스 분출수단의 가스 주입부는 외부에 별도로 준비된 일정 온도로 가열된 가스가 공급되는 수단(도시되지 않음)과 연결되어 있는데 이때 가열된 가스가 공급되는 경로를 지나면서 온도가 떨어지게 된다. 따라서 보조가열부는 기판에 가스를 분출하기 직전에 보조가열부의 작동에 의하여 추가적으로 가스의 가열이 가능하게 하는 역할을 한다.On the other hand, it is possible to install the auxiliary heating unit 80 on the outside of the portion where the gas is injected from the gas blowing means is ejected onto the substrate. The auxiliary heating unit 80 may be used in various kinds such as a resistance heater or a lamp heater, and may be installed anywhere other than the portion shown in FIG. 5 as long as the installation position may additionally heat the injected gas. The gas injecting part of the gas ejection means is connected to a means (not shown) for supplying a gas heated to a predetermined temperature, which is separately prepared to the outside, and the temperature drops while passing through a path through which the heated gas is supplied. Therefore, the auxiliary heating unit serves to enable additional heating of the gas by the operation of the auxiliary heating unit immediately before the gas is ejected to the substrate.
또한 기판상의 비정질 실리콘이 열처리에 앞서서 미리 가열되는 것이 필요한 경우가 있으므로 기판 부분 예열 수단(85)이 기판의 하부에 설치되는 것도 가능하다. 기판 부분 예열수단(86)의 내부에는 조절이 가능한 가열수단(86)이 구비되어 있는데 가열수단은 저항히터나 램프히터 등 여러 가지 종류가 사용될 수 있으며 가스 분출수단에 의해 열처리가 시작되기 전에 열처리가 이루어질 기판의 국소적인 부분을 일정온도로 미리 예열하는 역할을 하는 것이다. 예열은 비정질 실리콘 박막의 열처리 온도보다는 낮은 온도로 이루어지며 통상적으로 400℃의 온도를 이용한다. 도 5에서와 같이 기판 부분 예열수단(86)에 의하여 A로 표시된 기판의 일정부분 및 기판 상의 비정질 실리콘 박막이 일정온도로 미리 예열되며 이 부분에 가스 분출수단(90)에 의해 가열된 가스가 공급되며 열처리가 이루어지게 된다. 또한 기판과 기판 부분 예열수단(86)과의 사이에(B로 표시된 부분) 다른 기판이 존재하는 경우도 가능하다. 이 경우에는 기판 부분 예열수단(86)이 직접 기판을 가열하는 것이 아니라 상기한 다른 기판을 통하여 간접적으로 가열되는 방식을 취하는 것이다. 기판을 이송하기 위한 컨베이어벨트에 포함된 기판 등이 B의 위치에 존재하는 경우에는 이러한 간접 가열방식을 취하게 된다.In addition, since it is sometimes necessary to heat the amorphous silicon on the substrate prior to the heat treatment, the substrate partial preheating means 85 may be provided below the substrate. The inside of the substrate preheating means 86 is provided with adjustable heating means 86. The heating means may be of various kinds such as resistance heaters or lamp heaters, and the heat treatment is performed before the heat treatment is started by the gas ejection means. It is to preheat the local part of the substrate to be made at a predetermined temperature. Preheating is lower than the heat treatment temperature of the amorphous silicon thin film and typically uses a temperature of 400 ℃. As shown in FIG. 5, a portion of the substrate indicated by A by the substrate portion preheating means 86 and an amorphous silicon thin film on the substrate are preheated to a predetermined temperature, and the gas heated by the gas blowing means 90 is supplied to the portion. And heat treatment is performed. It is also possible if another substrate is present between the substrate and the substrate portion preheating means 86 (part denoted by B). In this case, the substrate part preheating means 86 is not heated directly, but is indirectly heated through the other substrate. When the substrate and the like included in the conveyor belt for transporting the substrate is present in the position of B is to take this indirect heating method.
[제4 실시예][Example 4]
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치의 개략도이다.6 is a schematic diagram of a heat treatment apparatus of an amorphous silicon thin film according to a fourth embodiment of the present invention.
제4 실시예는 상기 제2 실시예의 가스 분출수단에 냉각용 가스를 분출하는 수단을 부가한 것으로서, 도 6에 도시된 바와 같이 일정온도로 조절된 냉각용 가스(92)를 주입하여 기판 상에 분출시키는 수단(90)이 부가되어 있다. 그림에서와 같이 이송장치에 의해 기판이 x방향으로 이동하고 있으므로 열처리가 완료된 기판 위에 열처리 직후에 냉각용 가스가 분출되게 함으로써 빠른 시간 내에 기판을 냉각시킬 수 있다.In the fourth embodiment, a means for ejecting the cooling gas is added to the gas ejection means of the second embodiment, and as shown in FIG. 6, a cooling gas 92 adjusted to a constant temperature is injected to the substrate. A means for ejecting 90 is added. Since the substrate is moved in the x direction by the transfer device as shown in the figure, the substrate can be cooled within a short time by allowing the gas for cooling to be ejected immediately after the heat treatment.
한편, 냉각용 가스를 이용하면 제2 실시예에서와 같이 가열된 가스만 이용하는 경우에 비해서 공정상으로 조절할 수 있는 인자가 추가되는 것이며 냉각용 가스의 온도 및 가스 유입량 등을 조절하여 적절한 열처리를 위한 공정 온도 등의 공정 조건을 조절하는 것이 용이하게 된다.On the other hand, the use of the cooling gas is a factor that can be adjusted in the process compared to the case of using only the heated gas as in the second embodiment, and by controlling the temperature and gas inflow amount of the cooling gas for proper heat treatment It becomes easy to adjust process conditions, such as process temperature.
본 발명에 의한 열처리를 수행하기 위해서는 앞서의 실시예들과는 다르게 일정 온도로 가열된 가스를 기판 상에 국소적으로 불어넣어서 열처리를 수행할 수 있는 여러 가지 다른 형태의 가스 분출수단이 적용될 수 있다. 그리고 열처리 시간을 더욱 줄이기 위해서는 상기 가스 분출수단을 복수개를 사용하여 열처리를 수행하는 것도 가능하다.In order to perform the heat treatment according to the present invention, various other types of gas ejection means capable of performing heat treatment by locally blowing a gas heated to a predetermined temperature on the substrate may be applied, unlike the above embodiments. And in order to further reduce the heat treatment time, it is also possible to perform heat treatment using a plurality of the gas blowing means.
또한 가스 배출부는 구비하지 않고 일정 온도로 가열된 가스를 분출하는 가스 분출부만 구비한 가스 분출수단을 이용하여 열처리를 수행할 수도 있다. 그리고 상기 실시예들에서는 가스 분출수단이 고정되어 있고 기판이 이송장치 위에 설치되어 가스 분출수단에 대하여 상대적으로 이동하도록 하여 열처리를 수행하고 있으나 필요에 따라서는 기판을 고정시키고 가스 분출수단을 이동시키면서 열처리를 수행할 수도 있는 것이다.In addition, the heat treatment may be performed using a gas ejection means having only a gas ejection portion for ejecting a gas heated at a predetermined temperature without providing the gas exhaust portion. In the above embodiments, the gas ejection means is fixed and the substrate is installed on the transfer apparatus to perform the heat treatment relatively to the gas ejection means, but if necessary, the heat treatment is performed while fixing the substrate and moving the gas ejection means. You can also do
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 기판의 크기에 관계없이 대면적의 기판이나 기판 상의 박막을 열처리할 수 있으며, 기판의 변형없이 균일하게 열처리를 수행할 수 있는 효과가 있다.The present invention described above can heat-treat a large area substrate or a thin film on a substrate, regardless of the size of the substrate, and has the effect of performing heat treatment uniformly without deformation of the substrate.
한편, 본 발명의 열처리 장치 및 열처리 방법에 의하면 열처리용의 고온의 가스를 이용한 가스 분출수단에 의하여 TFT-LCD용 대면적 기판상의 비정질 실리콘 박막을 균일하고 급속하게 결정화시킬 수 있는 효과가 있다. On the other hand, according to the heat treatment apparatus and the heat treatment method of the present invention, there is an effect that the amorphous silicon thin film on the large-area substrate for TFT-LCD can be uniformly and rapidly crystallized by the gas blowing means using the hot gas for heat treatment.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치의 구성도.1 is a block diagram of a heat treatment apparatus of an amorphous silicon thin film according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 분출수단의 상세도.Figure 2 is a detailed view of the gas blowing means according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비정질 실리콘 박막의 열처리 장치의 구성도.3 is a block diagram of a heat treatment apparatus of an amorphous silicon thin film according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 분출수단의 상세도.4 is a detailed view of a gas blowing means according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열처리 장치의 개략도.5 is a schematic view of a heat treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열처리 장치의 개략도.6 is a schematic view of a heat treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 기판 20 : 비정질 실리콘 박막10: substrate 20: amorphous silicon thin film
30 : 이송장치 40, 40a : 가스 분출수단30: transfer device 40, 40a: gas blowing means
41, 41a : 주입부 42, 42a : 노즐부41, 41a: injection part 42, 42a: nozzle part
43, 43a : 배출부 50 : 가열된 가스43, 43a: outlet 50: heated gas
60 : 컨베이어벨트 70 : 하부 가열부60: conveyor belt 70: lower heating portion
80 : 보조가열부 86 : 기판 부분 예열수단80: auxiliary heating unit 86: substrate preheating means
Claims (16)
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Applications Claiming Priority (1)
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