CN1253928C - 热处理方法和热处理装置 - Google Patents

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Abstract

在将LCD基板送入到热处理单元的反应容器内后，从与LCD基板的表面相对的气体供给部向LCD基板的整个表面的范围吹预先加热的热交换用氦气。通过加热器的辐射热量以及与氦气的热交换，使LCD基板的温度上升。在反应容器内，进行CVD、退火等的处理后，从气体供给部向LCD基板的整个表面的范围吹大致室温温度的热交换用气体，对LCD基板进行冷却。将经冷却的LCD基板通过运送室，返回到托架室内的托架上。

Description

热处理方法和热处理装置
技术领域
本发明涉及热处理方法和热处理装置，特别涉及半导体制造所采用的热处理方法和热处理装置。
背景技术
作为计算机、电视机的显示器采用液晶面板。液晶显示器用的玻璃基板(在下面称为LCD基板)的尺寸近年来日益加大。在将薄膜晶体管等器件载置在该LCD基板上时，进行各种半导体制造工序。在这样的工序中，热处理工序比如通过逐个地对基板进行处理的单片式的冷壁型热处理装置进行。该装置通过加热泵，从上方对送入室内的基板进行加热。对于大型的LCD基板，由于周缘部的放热量较大，故为了均匀地进行加热，优选采用下述热壁型的热处理装置，其通过围绕反应容器而设置的加热器对基板进行加热，另外还对反应容器的壁本身进行加热。
另外，最近，为了获得更高的生产量，采用下述称为“工具组”的系统，其按照下述方式构成：以气密方式将进行基板托架的送入送出的托架室与设置有运送臂的运送室连接，并且还以气密方式将多个热处理室与该运送室连接。
在热壁型的热处理装置中，基板的加热和冷却需要花费较长的时间。如冷壁型的热处理装置那样，通过静电夹头，将基板吸附于载置台上时，向基板的内面侧与载置台之间的极其微小的间隙内，供给热介质气体，由此，可在基板与载置台之间，急速地进行热交换。但是，在热壁型的情况下，由于无法采用静电夹头，故在基板与载置台之间，存在较大的间隙。由此，假如采用冷壁型那样的方式，则在特别大型的LCD基板的情况下，难于均匀且急速地将基板冷却。于是，如果将进行LCD基板的热处理的冷壁型的热处理装置装配于成组器具中，由于热处理装置中的基板的加热和冷却花费较长时间，故具有成组器具所具有的高的生产量的性能不能充分地发挥的问题。
发明内容
本发明的总的目的在于消除上述的问题，提供改进的有效的热处理方法和热处理装置。
本发明的更具体的目的在于提供能够在对玻璃基板进行热处理时，实现较高的生产量的热处理装置及其热处理方法。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种热处理方法，其采用热处理装置，该热处理装置以气密方式将对基板托架进行送入送出的托架室、用于运送基板的运送室和用于对基板进行热处理的热壁型热处理单元的反应容器连接，通过上述运送室内的运送机构，从托架室内的基板托架取出液晶器件用的玻璃基板，将其运送到上述热处理单元内，在这里进行热处理，该方法包括：将玻璃基板从上述运送室运送到上述热处理单元内的反应容器内的工序；将上述反应容器内加热到处理温度，对上述玻璃基板进行热处理的工序；在使上述反应容器内升温到处理温度的过程和在热处理后使反应容器降温的过程中的至少一个过程中，将热交换用气体供给上述玻璃基板的表面，在上述玻璃基板与上述气体之间进行热交换的工序；以及从上述反应容器送出热处理后的玻璃基板的工序。
在上述的本发明中，优选将上述热交换用气体，从与玻璃基板的表面相对的气体供给部吹向该玻璃基板的大致整个表面。另外，优选在向反应容器内供给之前，将上述热交换用气体预先调整到规定的温度。具体来说，在使上述反应容器内升温到处理温度的过程中，将第1热交换用气体供给玻璃基板，在热处理后使上述反应容器降温的过程中，将温度低于第1热交换用气体的第2热交换用气体供给上述玻璃基板。
此外，也可在使上述反应容器内升温到处理温度的工序中，进行增加热交换用气体的流量和提高供给到上述反应容器内之前的热交换用气体的温度中的至少一方面。另外，还可在将上述反应容器内降温到处理温度的工序中，进行增加热交换用气体的流量和降低供给到上述反应容器内之前的热交换用气体的温度中的至少一个方面。
另外，上述本发明的热处理方法也可包括：将载置于上述反应容器内的玻璃基板分割为多个区域，针对每个分割区域单独地供给热交换用气体的工序；检测上述玻璃基板的各个分割区域的温度的工序；根据各分割区域的温度检测结果，对供给各分割区域的热交换用气体的流量和温度中的至少一方进行控制的工序。由此，可具有更高的面内均匀性地对玻璃基板进行加热、冷却。
再有，本发明的另一方面提供一种热处理装置，该热处理装置以气密方式将对基板托架进行送入送出的托架室、用于运送基板的运送室和用于对基板进行热处理的热壁型热处理单元的反应容器连接，通过上述运送室内的运送机构，从托架室内的基板托架取出液晶器件用的玻璃基板，将其运送到上述热处理单元内进行热处理，该装置包括用于在上述反应容器内载置玻璃基板的载置部；用于将热交换用气体供给载置于该载置部上的玻璃基板的表面的气体供给部；设置在用于将气体送至上述气体供给部的气体流路上的流路开闭部；以及在使上述反应容器内升温到处理温度的过程和在热处理后使反应容器降温的过程中的至少一个过程中，为了将热交换用气体供给上述玻璃基板，而对流路开闭部进行控制的控制部。
通过在参照附图的同时，阅读下面的具体说明，会进一步明白本发明的其它的目的、特征和优点。
附图说明
图1为表示本发明第1实施例的热处理装置的整体概略平面图。
图2为图1所示的热处理装置所采用的热壁型热处理单元的截面图。
图3为通过图1所示的热处理装置进行的处理的流程图。
图4为本发明第2实施例的热处理装置的一部分的组成图。
图5为表示图4所示的热处理装置所采用的气体供给部与LCD基板的立体图。
图6为表示本发明第3实施例的热处理装置的一部分的组成图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施例进行说明。另外，图中相同的组成部件采用相同的标号。
图1为表示本发明第1实施例的热处理装置的概略的平面图。图1所示的热处理装置包括托架室1，运送室2和多个(在图中，为2个)热壁型热处理单元3。该托架室1和运送室2通过闸阀G1，以气密方式连接。另外，运送室1与热处理单元3通过闸阀G2连接。
托架室1为气密的房间，其用于在其与装置的外部之间，通过闸门G3，送入送出托架C，该托架C为呈搁板状地保持多个方形的LCD基板10，对其进行运送的运送器。在运送室2中，设置有由多个关节臂形成的运送机构21。该运送机构21构成为：可在其与托架室1内的托架C之间，进行LCD基板10的交接，另外，可在其与热处理单元3中的将在后面进行说明的载置部之间，进行LCD基板10的交接。该托架室1和运送室2具有图中未示出的气体供给、排气系统，其内部为惰性气体环境。
为了形成热处理环境，上述热处理单元3如图2所示的那样，包括底部开口的筒状石英制反应容器4；围绕反应容器4而设置的、底部侧开口的筒状隔热体31；设置于隔热体31的内周面和内侧顶面上、与隔热体31一起形成炉体的加热器32；位于反应容器4的底部侧且被壳体30围绕的转移室33；在接近比如外缘部的部位以四点保持LCD基板10、使其在反应容器4与转移室33之间进行升降的载置部41。
载置部41通过支承杆43，支承于使反应容器4的底端开口部实现开闭的盖42上。该盖42设置于升降轴44的顶部上，通过上述转移室33的下方侧的升降机构45升降。在该转移室33的侧壁上，形成运送出口33a，以便使图1所示的运送机构21的臂能够在其与载置部41之间转移LCD基板10。该转移室33具有图中未示出的气体供给、排气系统，可形成惰性气体环境。另外，按照载置部41在位于转移室33时，将反应容器4的底端开口部堵塞的方式，滑动件和可升降的盖设置于转移室33的顶部，这一点在图中未示出。
气体供给部5设置于反应容器4的顶部侧，并且排气管46与底部侧连接。首先，对排气管46进行说明。该排气管46按照可在图中未示出的真空排气机构与排气泵之间切换，进行排气的方式构成。由此，在对反应容器4的内部进行排气的同时，还可形成真空环境和常压环境中的任何一种环境。
气体供给部5在与反应容器4连续的扁平的圆筒部的底面，按照与LCD基板10的整个表面相对的区域构成气体吹出口区域的方式，具有多个气体吹出孔51。在该气体供给部5的顶面侧，连接有构成气体供给通路的气体供给管52。该气体供给管52穿过隔热体31，分为用于供给处理气体的气体供给管53，和用于供给热交换用气体的气体供给管54。
气体供给管53通过作为流路开闭部的阀VC，与图中未示出的处理气体的供给源连接。该气体供给管54分为第1气体供给管55和第2气体供给管56这两个支路，该第1气体供给管55用于在LCD基板10加热时，供给第1热交换用气体(加热用的气体)，该第2气体供给管56用于在LCD基板10冷却时，供给第2热交换用气体(冷却用的气体)。在第1气体供给管55上，按照从上游侧起的顺序，设置有作为第1热交换用气体的气体供给源61，比如惰性气体的氦气的供给源；包括用于将该气体调整到第1温度的加热部的温度调整部62；由比如质量流量仪构成的气体流量调整部63；和作为流路开闭部的阀64。另外，在第2气体供给管56上，按照从上游侧起的顺序，设置有作为第2热交换用气体的气体供给源71，比如惰性气体的氦气的供给源；用于将该气体调整到比第1温度低的温度的温度调整部72；由比如质量流量仪构成的气体流量调整部73；和作为流路开闭部的阀74。
作为第1热交换用气体的调整温度的第1温度略低于比如进行热处理时的热处理环境的温度(处理温度)。作为第2热交换用气体的调整温度的第2温度既可为室温，也可为室温和处理温度之间的温度。在第2温度高于室温时，温度调整部72具有加热部，但是，在为低于室温的温度时，温度调整部72具有冷却部。
另外，在第2温度为室温时，也可不设置温度调整部72。另外，在该实例中，分为第1热交换用气体的气体供给管55与第2热交换用气体的气体供给管56，但是，也可使这些气体供给管55，56共用，作为1个系统的气体供给路，共用调整部。在此情况下，在供给第1热交换用气体时和供给第2热交换用气体时，可改变温度设定。
热处理装置如图2所示的那样，具有控制部100。该控制部100输出控制阀50，64，74的信号，控制反应容器4内的处理气体或热交换用气体的供给及其停止。另外，控制部100具有一系列的顺序程序，以便输出用于控制温度调整部62，72和流量调整部63，73的信号，进行第1和第2热交换用气体的温度调整控制和流量控制。
下面参照图3的流程图，对上述实施例的处理进行说明。首先，从外部将保持有多个LCD基板10的托架C，送入到比如常时供给惰性气体从而形成惰性气体环境的托架室1的内部(工序S1)。在关闭闸门G3后，打开闸阀G2，将LCD基板10转移给一个热处理单元3的转移室33内的载置部41，通过升降机构45，将其送入到反应容器4的内部(工序S2)。运送室2和转移室33均处于惰性气体环境下，因此，LCD基板在惰性气体环境中，进行转移。另外，在将LCD基板10送入到反应容器4的内部时，加热器32比如处于不工作状态，但是由于残留有前一LCD基板10的热处理产生的热量，故温度高于室温。
如果载置部41上升到上限位置，则通过盖42，将反应容器4的底端开口部关闭。然后，打开阀64，通过温度调整部62，比如将加热到比在此进行的热处理的处理温度低的第1热交换用气体、比如氦气从气体供给部5的气体吹出孔51，供给LCD基板的整个表面。另外，启动加热器32，增加功率，对反应容器4的内部进行加热。其结果是，LCD基板10通过来自加热器32的辐射热量和较热的氦气的热传导，急速地升温。另外，伴随加热器32的放热量的增加，还向着处理温度，对氦气加热。于是，LCD基板10的温度通过与氦气的热交换，均匀地上升到处理温度(工序S3)。此时，在反应容器4的内部，处于比如常压状态，通过排气管46，借助图中未示出的排气泵，进行排气。
接着，将阀64关闭，通过与排气管46连接的图中未示出的真空排气机构，对反应容器4的内部进行真空排气处理，直至达到规定的真空度。然后，关闭阀64，同时打开阀50，将热处理用的比如CVD用的处理气体供给到反应容器4的内部，由此，在LCD基板10上形成薄膜(工序S4)。另外，真空排气的时刻也可在LCD基板10的温度到达处理温度之前。如果CVD处理结束，接着，进行退火处理。在退火处理的处理温度高于CVD处理的处理温度时，比如，也可将通过加热器32进行加热，并且通过温度调整部62，调整到其温度高于比如CVD处理的处理温度的氦气供给到反应容器4的内部，在其与LCD基板10之间进行热交换。
在比如粘性流区域的减压状态下，在将退火处理用的处理气体供给到反应容器4的内部的同时，进行退火处理(工序S5)。如果退火处理结束，则使加热器32停止工作，关闭阀50，同时打开阀74，将作为第2热交换用气体的氦气从气体供给部5供给到反应容器4的内部。该氦气被通过温度调整部72调整为相当于即使在将LCD基板10运送到托架C上，仍没有影响的温度(托架送入允许温度)，从气体吹出孔51吹到LCD基板10的整个表面。由此，LCD基板10的热量被上述氦气夺取，急速并且均匀地对其进行冷却(工序S6)。此时，反应容器4的内部处于比如常压状态，通过排气管46借助图中未示出的排气泵进行排气。另外，托架送入允许温度为比如低于200度的温度。
在对LCD基板10进行冷却后，使载置部41下降到转移室33，通过运送机构21(参照图1)，将载置部41上的LCD基板10运送到托架室1内的原来的托架C(工序S7)上。另外，当使载置部41下降时，通过图中未示出的已说明的盖，将反应容器4的底端开口部堵塞。在对托架C的全部LCD基板10进行处理后，打开闸门G3，将托架C送出到外部(工序S8)。
在上面，作为CVD和退火处理的连续处理的实例，例举了在通过CVD形成比如金属氧化膜后，在氧气环境中，改善金属氧化膜的处理。
按照上述的实施例，由于将LCD基板10送入到反应容器4的内部，然后，除了进行来自加热器32的辐射加热以外，还将已加热的热交换用气体供给到LCD基板10的整个表面，利用与该气体之间的热交换，使LCD基板10的温度上升，故可在整个面均匀且急速地对LCD基板10进行加热。另外，由于在热处理后，将温度较低的热交换用气体供给到LCD基板10的整个表面，利用气体之间的热交换，对LCD基板10进行冷却，故可在整个面的范围内，均匀且急速地将LCD基板10冷却到已说明的托架送入允许温度，可快速地将其返回到托架C。LCD基板10越大，越难以均匀升温、降温，但是按照本发明的方法，可均匀并且急速使LCD基板10的温度实现升降。另外，可抑制热应力，可防止玻璃基板的开裂和器件的损伤，并且获得较高的生产量。
在上述实例中，在同一热处理单元3中，进行CVD和退火处理，但是，也可在各自的热处理单元3中，进行这些热处理。另外，作为连续处理，可进行将硅膜氧化的氧化处理，接着，在氮气环境中，对该氧化膜进行退火处理，使表面进行氮化的处理等。另外，本发明也可适合于不进行连续处理，进行CVD、氧化处理或扩散处理等的热处理的情况。
在下面，参照图4和图5，对本发明的第2实施例进行说明。本发明的第2实施例为：将载置部41上的LCD基板10分割为多个，比如分割为方形的中间部区域S1和围绕该中间部区域S1的外侧区域S2，可针对每个分割区域(中间部区域S1，外侧区域S2)分别地在LCD基板10上供给第1或第2热交换用气体。具体来说，按照与中间部区域S1相对应的方式，通过分隔壁80，将气体供给部5分隔为方形的中间部分隔室81和其外侧的外侧分隔室82。另外，将第1热交换用气体的气体供给管55和第2热交换用气体的气体供给管56，分为将气体供给中间部分隔室81的系统，以及将气体送给外侧分隔室82的系统这两个系统。图4的符号55-1和55-2表示的气体供给管在LCD基板10加热时，供给第1热交换用气体，通过相应的气体供给管91和92，与中间部分隔室81和外侧分隔室82连接。另外，通过标号56-1和56-2表示的气体供给管通过相应的气体供给管91和92，与中间部分隔室81和外侧分隔室82连接，以便在LCD基板10冷却时，供给第2热交换用气体。标号63-1，63-2，73-1，73-2表示流量调整部，标号64-1，64-2，74-1，74-2表示阀。
另外，在载置部41上，设置有温度检测部111和温度检测部112，113，该温度检测部111检测LCD基板10的中间部区域S1的温度，该温度检测部112，113检测LCD基板10的外侧区域S2的温度。这些温度检测部采用比如热电偶。另外，控制部100获取这些温度检测部111～113的温度的检测结果，对应于该结果，将控制信号送给流量调整部，用以调整比如第1或第2热交换用气体的流量，从而使LCD基板10的面内的温度均匀性提高。
作为温度检测值的处理方法，如果检测比如各区域S1，S2的温度的温度检测部为多个(在图4的实例中，为了方便，为1个和2个)，将这些温度检测值的平均值作为检测结果。另外，作为控制方法，比如，在LCD基板10加热时，如果判定中间部区域S1的温度高于外侧区域S2的温度，则对流量控制部63-1，63-2进行控制，使得第1热交换用气体在外侧分隔室82的流量增加，增加第1热交换用气体供给外侧区域S2的热量，使温度均匀。另外，比如，在LCD基板10冷却时，如果判定中间区域S1的温度低于外侧区域S2的温度，则对流量调整部73-1，73-2进行控制，使得第2热交换用气体在外侧分隔室82的流量增加，使第2热交换用气体从外侧区域S2夺取的热量增加，使温度均匀。
按照本实施例，可更进一步地提高LCD基板10的加热、冷却时的温度的面内均匀性。
在上述实施例中，LCD基板10的区域的分割数量不限于2个，也可为3个以上。另外，也可左右分割，以代替分割为中间区域和外侧区域的方式。另外，作为控制方法，也可针对温度调整部62，配备2个系统，既可调整气体的温度，也可调整流量和温度两方面，以代替相应于温度的检测结果调整流量的方式。在调整温度时，在比如，LCD基板10冷却时，在外侧区域S2的温度低于中间部区域S1时，按照使供给外侧区域S2的气体温度高于供给中间部区域S1的气体温度的方式进行控制。
图6为表示本发明的第3实施例的图。在本实例中，第1热交换用气体的气体供给管55和第2热交换用气体的气体供给管56储存1次热交换所需要的热交换用气体。另外，比如，设置装配有温度调整部的箱60，70和阀65，66，75，76。箱60，70的容量、它们的内部压力、以及第1和第2热交换用气体的供给流量在同时考虑与排气管46连接的图中未示出的排气泵的排气容量和热交换开始时(加热，冷却开始时)的反应容器4内的压力而设定。
在本实例中，在将第1热交换用气体(第2热交换用气体)供给到反应容器4的内部时，打开阀64，66(74，76)，在热交换结束后，在下次热交换之前，将气体存储于箱60(70)内。如果采用这样的方法，由于可预先将气体存储于箱中，进行温度调整，故通过预先进行试验以获得数据，由此，可简单且确实地进行温度调整。
如果象上述那样，采用本发明，在对玻璃基板进行热处理时，可在整个面内，以较高的均匀性，使温度急速地变化(加热和/或冷却)，获得较高的生产量。
本发明不限于具体公开的实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可采用各种变形实例和改进实例。

Claims (11)

1.一种热处理方法，其采用热处理装置，该热处理装置以气密方式将对基板托架进行送入送出的托架室、用于运送基板的运送室和用于对基板进行热处理的热壁型热处理单元的反应容器连接，通过所述运送室内的运送机构，从托架室内的基板托架取出液晶器件用的玻璃基板，将其运送到所述热处理单元内，在这里进行热处理，其特征在于，该方法包括：
将玻璃基板从所述运送室运送到所述热处理单元内的反应容器内的工序；
将所述反应容器内加热到处理温度，对所述玻璃基板进行热处理的工序；
在使所述反应容器内升温到处理温度的过程，和在热处理后使反应容器降温过程中的至少一个过程中，将热交换用气体供给所述玻璃基板的表面，在所述玻璃基板与所述气体之间进行热交换的工序；以及
从所述反应容器搬出热处理后的玻璃基板的工序，
其中，在所述玻璃基板与所述气体之间进行热交换的工序还包括：
将载置于所述反应容器内的玻璃基板分割为多个区域，针对每个分割区域单独地供给热交换用气体的工序；
检测所述玻璃基板的分割区域的相应温度的工序；以及
根据各分割区域的温度检测结果，对供给各分割区域的热交换用气体的流量和温度中的至少一方面进行控制的工序。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，将所述热交换用气体从与玻璃基板的表面相对的气体供给部吹向该玻璃基板的大致整个表面。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，在向反应容器内供给之前，将所述热交换用气体预先调整到规定的温度。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，在使所述反应容器内升温到处理温度的过程中，将第1热交换用气体供给玻璃基板，在热处理后使所述反应容器降温的过程中，将温度低于所述第1热交换用气体的第2热交换用气体供给所述玻璃基板。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的热处理方法，其特征在于，包括在使所述反应容器内升温到处理温度的过程中，将热交换用气体供给所述玻璃基板的表面的工序，在所述工序的过程中，进行增加热交换用气体的流量以及提高供给到所述反应容器内之前的热交换用气体的温度的至少一方面。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的热处理方法，其特征在于，包括在将所述反应容器内降温到处理温度的过程中，将热交换用气体供给所述玻璃基板的表面的工序，在该工序的过程中，进行增加热交换用气体的流量以及降低供给到所述反应容器内之前的热交换用气体的温度中至少一方面。
7.一种热处理装置，该热处理装置以气密方式将对基板托架进行送入送出的托架室、用于运送基板的运送室和用于对基板进行热处理的热壁型热处理单元的反应容器连接，通过所述运送室内的运送机构，从托架室内的基板托架，取出液晶器件用的玻璃基板，将其运送到所述热处理单元内进行热处理，其特征在于，该装置包括：
用于在所述反应容器内载置玻璃基板的载置部；
用于将热交换用气体供给载置于该载置部上的玻璃基板的表面的气体供给部；
设置在用于将气体送至所述气体供给部的气体流路上的流路开闭部；以及
在使所述反应容器内升温到处理温度的过程和在热处理后使反应容器降温过程中的至少一个过程中，为了将热交换用气体供给所述玻璃基板，而对流路开闭部进行控制的控制部，
所述气体供给部按照将载置于所述反应容器内的玻璃基板分割为多个区域，针对每个分割区域独立地供给热交换用气体的方式构成；
该气体供给部包括：
检测所述玻璃基板的分割区域的相应温度的温度检测部；和
根据各分割区域的温度的检测结果，对供给各分割区域的热交换用气体的流量和温度中的至少一方面进行控制的控制机构。
8.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，所述气体供给部按照与载置于所述载置部上的玻璃基板的表面相对的方式设置，并且按照将热交换用气体吹向玻璃基板的大致整个表面的方式构成。
9.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，还包括在将所述热交换用气体供给所述反应容器内之前，预先将该热交换用气体调整到规定温度的温度调整部。
10.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，所述气体供给部在使所述反应容器内升温到处理温度的过程中，将第1热交换用气体供给玻璃基板，在热处理后使反应容器降温的过程中，将温度低于所述第1热交换用气体的第2热交换用气体供给玻璃基板。
11.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，在所述流路开闭部的上游侧设置有用于存储一次热交换所需要的热交换用气体的箱。
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