CN103337457A - 退火装置和退火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种退火装置及退火工艺，其中退火装置包括：温度梯度预热单元，用于采用梯度温度对待退火的基板进行梯度预热；高温单元，用于对经过预热的基板进行高温加热；移动装置，用于在基板经过梯度预热时和/或预热后，将基板从所述温度梯度单元运送至所述高温单元。本发明的有益效果是：采用梯度加热的方式，对基板进行预热处理，提高了退火效率。增加了等离子体诱导单元和电磁场辅助高温单元，多种功能集成且提高了退火效率。

Description

退火装置和退火工艺
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种退火装置和退火工艺。
背景技术
平板显示技术让我们的生活丰富多彩，随着人们生活水平的提高，人们对显示质量的要求也越来越高，液晶显示器（LCD）技术已经非常成熟，其产品包括手机、相机、显示器、平板电脑、电视、户外显示等。人们对显示产品的大量需求，客观上推动了显示技术的发展，新的显示技术层出不穷。传统液晶显示器的薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）的有源层采用非晶硅（a-Si）材料，由于非晶硅本身存在一定问题，如缺陷太多导致的开态电流低、迁移率低、稳定性差，从而限制了非晶硅在很多领域的应用。为改善薄膜晶体管的性能，提高显示装置的显示效果，低温多晶硅（Low TemperaturePoly-Silicon，LTPS）、氧化物（Oxide）半导体等技术应运而生。其中LTPS和Oxide相比传统非晶硅（a-Si）具有更多优势而被普遍关注，被认为是未来最理想的LCD与有机电致发光显示（OLED）的背板。退火工艺在LTPS和Oxide制程中相当重要，直接影响到TFT特性。
传统退火装置一般功能单一，退火时间较长；传统退火装置采用电热丝加热，或卤素灯加热，对基板损伤比较大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种退火装置和退火工艺，减少退火时间，提高效率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种退火装置，包括：
温度梯度预热单元，用于采用梯度温度对待退火的基板进行梯度预热；
高温单元，用于对经过预热的基板进行高温加热；
移动装置，用于在基板经过梯度预热时和/或预热后，将基板从所述温度梯度预热单元运送至所述高温单元。
进一步的，所述移动装置包括：
导轨；
用于承载待退火处理的基板的承载台，该承载台可移动的设置在所述导轨上。
进一步的，所述温度梯度预热单元包括多个第一频闪灯，沿所述基板的移动方向排列设置，且沿基板的移动方向所述第一频闪灯的功率依次增大，用于随着基板的移动，实现对基板的梯度预热。
进一步的，所述多个第一频闪灯均匀分布在所述温度梯度预热单元内，且所述多个第一频闪灯与所述基板的距离相同。
进一步的，所述高温单元包括多个第二频闪灯，沿所述基板的移动方向排列设置。
进一步的，所述多个第二频闪灯均匀分布在所述高温单元内，且所述多个第二频闪灯与所述基板的距离相同。
进一步的，所述第一频闪灯和所述第二频闪灯的结构相同，所述第一频闪灯包括用于容纳惰性气体的石英管、设置在所述石英管两端用于连通外部电压的阴极和阳极。
进一步的，所述惰性气体为氙气。
进一步的，所述高温单元设置有用于产生变化的磁场的电磁场发生器。
进一步的，所述温度梯度预热单元和所述高温单元之间设有用于对基板进行等离子体处理的等离子体诱导单元，所述等离子体诱导单元内设有等离子体发生器。
本发明还提供一种通过上述退火装置实现的退火工艺，包括如下步骤：
通过温度梯度预热单元采用梯度温度对待退火的基板进行梯度预热；
通过高温单元对经过预热的基板进行高温加热；
其中，在基板经过梯度预热时和/或预热后，将基板从所述温度梯度预热单元运送至所述高温单元。
进一步的，在对经过预热的基板进行高温加热之前还包括如下步骤：
通过等离子体诱导单元对基板进行等离子体处理。
进一步的，对经过预热的基板进行高温加热具体包括：
通过电磁场发生器对基板施加变化的磁场，加速基板内的离子的运动。
本发明的有益效果是：采用梯度加热的方式，对基板进行预热处理，提高了退火效率。
附图说明
图1表示本发明实施例中退火装置的结构示意图；
图2表示本发明实施例中频闪灯的结构示意图；
图3表示本发明实施例中高温单元的结构示意图
图4表示本发明实施例中退火工艺的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明结构和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明保护范围。
如图1、图3所示，本实施例提供一种退火装置，包括：
温度梯度预热单元100，用于采用梯度温度对待退火的基板600进行梯度预热；
高温单元300，用于对经过预热的基板600进行高温加热；
移动装置，用于在基板600经过梯度预热时和/或预热后，将基板600从所述温度梯度预热单元100运送至所述高温单元300。
采用梯度加热的方式，对基板600进行预热处理，提高了退火效率。
所述移动装置包括：
导轨400；
用于承载待退火处理的基板600的承载台500，该承载台500可移动的设置在所述导轨400上。
所述温度梯度预热单元100包括多个第一频闪灯700，沿所述基板600的移动方向排列设置，且沿基板600的移动方向所述第一频闪灯700的功率依次增大，实现对基板600的梯度预热。
采用梯度加热的方式，对基板600进行预热处理，提高了退火效率。且根据实际需要，每一个第一频闪灯700的功率是可以根据需要设定，只要能实现对基板600加热的温度梯度就可以。
本实施例中所述退火装置包括一容纳空间，所述温度梯度预热单元100和所述高温单元300分设于所述容纳空间的不同部分。
本实施例中，温度梯度预热单元100、高温单元300位于所述导轨400上方，且沿着所述承载台500运动方向依次设置。
为了方便控制每一个第一频闪灯700对基板600加热的温度沿着基板600移动的方向是依次增高的呈梯度的形式，即控制第一频闪灯700的功率，所述多个第一频闪灯700均匀分布在所述温度梯度预热单元100内，且所述多个第一频闪灯700与所述导轨400的距离相同。
多个所述第一频闪灯700的设置方式并不限于所述多个第一频闪灯700与所述导轨400的距离相同的方式，在本发明退火装置中的另一实施例中，多个所述第一频闪灯700的功率相同，通过多个所述第一频闪灯700与所述导轨400的距离不相同的设置方式来实现基板600加热的温度梯度。
所述高温单元300内、在与所述导轨400平行的方向上设置有多个第二频闪灯701。
为了方便控制每一个第二频闪灯701对基板600加热的温度，即控制第二频闪灯701的功率，所述多个第二频闪灯701均匀分布在所述高温单元300内，且所述多个第二频闪灯701与所述导轨400的距离相同。
实际使用中，所述第二频闪灯701的功率可以大于、等于或小于多个所述第一频闪灯700中功率最大的第一频闪灯700的功率，多个第二频闪灯701的功率可以相同也可以不相同，根据实际退火需要决定。
所述高温单元300设置有用于产生变化的磁场的电磁场发生器800，该电磁场发生器800可以设置在所述导轨400的上方。
在电磁场的作用下，加快基板600中离子的运动，提高退火效率。
本实施例中，所述电磁场发生器800设置在所述第二频闪灯701的上方。
所述温度梯度预热单元100和所述高温单元300之间设有用于对基板600进行等离子体处理的等离子体诱导单元200，所述等离子体诱导单元200内设有等离子体发生器201。
等离子体诱导单元200的设置增加了退火装置的功能，例如，在对基板600进行氢化处理时，等离子体发生器产生富氢等离子体，对基板表面进行处理，加速基板中的离子扩散，有利于提高氢化效率；也可以根据需要对基板600表面进行刻蚀，实现基板600的平滑处理，使得基板600的表面形成一个光滑的平面。
如图2所示，所述第一频闪灯700和所述第二频闪灯701的结构相同，所述第一频闪灯700包括用于容纳惰性气体的石英管702、设置在所述石英管702两端用于连通外部电压的阴极703和阳极704。
本实施例中，所述惰性气体为氙气。采用氙气的第一频闪灯700和第二频闪灯701的脉冲时间（50-100μs）比卤素灯的脉冲时间（ms量级）更短；脉冲持续时间更短，所以对基板损伤更小。
以下LTPS（低温多晶硅）为例对本发明退火装置进行介绍，LTPS对退火的依赖性更为强烈，LTPS制程与传统非晶硅制程最大区别在于，热处理工序比较多，一般包括去氢（脱氢）、离子活化、氢扩散（氢化）等。退火时间和温度的精确控制对LTPS TFT性能影响明显，所以，退火设备对LTPS工艺非常重要。
在一进行脱氢（去除非晶硅薄膜中的氢）处理的实施例中：基板600首先进入温度梯度预热单元100，温度梯度预热单元100采用温度梯度设计，交互改变多个第一频闪灯700的功率，使得加热基板600的温度存在梯度，这样可以大大提高去除氢的效率；接着进入等离子体诱导单元200（在实际操作中，等离子体诱导单元200可作为备选项，根据需要设置其开/关状态）；最后进入包括电磁场发生器800的高温单元300（电磁场发生器800产生的电磁场在高温单元300内起到辅助退火处理的作用，可以根据实际需要控制其开关状态），第二频闪灯701对基板600进行高温加热，并在电磁场的辅助作用下，氢离子更快逸出，可提高脱氢效率。
在一对基板600进行氢化（增加氢键含量）处理的实施例中：基板600首先进入温度梯度预热单元100，温度梯度预热单元100采用温度梯度设计，交互改变第一频闪灯700的功率，使得加热的温度存在梯度，这样可以大大提高离子移动的活性；接着进入等离子体诱导单元200，可采用富氢等离子体，对基板600表面处理，有利于提高氢化效率；最后进入包括电磁场发生器800的高温单元300，第二频闪灯701对基板600进行高温加热，并在变化的电磁场作用下，有利于氢离子移动，进入目标层，提高氢化效率。
在一对基板600进行活化（注入离子活性化、晶格修复）处理的实施例中：基板600首先进入温度梯度预热单元100，温度梯度预热单元100采用温度梯度设计，交互改变第一频闪灯700的功率，使得加热基板600的温度存在梯度，这样可以大大提高离子移动的活性；接着进入等离子体诱导单元200（等离子体诱导单元200可作为备选项，根据需要设置开/关状态）；最后进入包括电磁场发生器800的高温单元300，第二频闪灯701对基板600进行高温加热，并在变化的电磁场作用下，有利于离子移动，提高活化效率。
如图4所示，本发明还提供一种通过上述退火装置实现的退火工艺，包括如下步骤：
通过温度梯度预热单元采用梯度温度对待退火的基板进行梯度预热；
通过高温单元对经过预热的基板进行高温加热；
其中，在基板经过梯度预热时和/或预热后，将基板从所述温度梯度预热单元运送至所述高温单元。
在对经过预热的基板进行高温加热之前还包括如下步骤：
通过等离子体诱导单元对基板进行等离子体处理。
对经过预热的基板进行高温加热具体包括：
通过电磁场发生器对基板施加变化的磁场，加速基板内的离子的运动。以上所述为本发明较佳实施例，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (13)

1.一种退火装置，其特征在于，包括：
温度梯度预热单元，用于采用梯度温度对待退火的基板进行梯度预热；
高温单元，用于对经过预热的基板进行高温加热；
移动装置，用于在基板经过梯度预热时和/或预热后，将基板从所述温度梯度预热单元运送至所述高温单元。
2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述移动装置包括：
导轨；
用于承载待退火处理的基板的承载台，该承载台可移动的设置在所述导轨上。
3.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述温度梯度预热单元包括多个第一频闪灯，沿所述基板的移动方向排列设置，且沿基板的移动方向所述第一频闪灯的功率依次增大，实现对基板的梯度预热。
4.根据权利要求3所述的退火装置，其特征在于，所述多个第一频闪灯均匀分布在所述温度梯度预热单元内，且所述多个第一频闪灯与所述基板的距离相同。
5.根据权利要求3或4所述的退火装置，其特征在于，所述高温单元包括多个第二频闪灯，沿所述基板的移动方向排列设置。
6.根据权利要求5所述的退火装置，其特征在于，所述多个第二频闪灯均匀分布在所述高温单元内，且所述多个第二频闪灯与所述基板的距离相同。
7.根据权利要求6所述的退火装置，其特征在于，所述第一频闪灯和所述第二频闪灯的结构相同，所述第一频闪灯包括用于容纳惰性气体的石英管、设置在所述石英管两端用于连通外部电压的阴极和阳极。
8.根据权利要求7所述的退火装置，其特征在于，所述惰性气体为氙气。
9.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述高温单元设置有用于产生变化的磁场的电磁场发生器。
10.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述温度梯度预热单元和所述高温单元之间设置有用于对基板进行等离子体处理的等离子体诱导单元，所述等离子体诱导单元内设有等离子体发生器。
11.一种通过权利要求1-10任一项权利要求所述的退火装置实现的退火工艺，其特征在于，包括如下步骤：
通过温度梯度预热单元采用梯度温度对待退火的基板进行梯度预热；
通过高温单元对经过预热的基板进行高温加热；
其中，在基板经过梯度预热时和/或预热后，将基板从所述温度梯度预热单元运送至所述高温单元。
12.根据权利要求11所述的退火工艺，其特征在于，在对经过预热的基板进行高温加热之前还包括如下步骤：
通过等离子体诱导单元对基板进行等离子体处理。
13.根据权利要求11所述的退火工艺，其特征在于，对经过预热的基板进行高温加热具体包括：
通过电磁场发生器对基板施加变化的磁场，加速基板内的离子的运动。
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