JP4796056B2 - 半導体素子の熱処理システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の熱処理システムに関し、より詳しくは、ＬＣＤまたはＯＬＥＤのような平板ディスプレイパネルに使用されるガラス基板の表面に形成される非晶質シリコン薄膜の結晶化または多結晶シリコン薄膜のドーパント活性化工程を含む半導体素子の熱処理工程において、熱処理温度で半導体素子が変形されないように予め所定の予熱温度まで半導体素子を均一に予熱して移送し、熱処理温度までランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によってさらに高い温度で早く熱処理を遂行し、熱処理工程が終わって移送される半導体素子が変形されない所定温度まで均一に冷却させて排出することで、半導体素子の変形を防止しながら、熱処理温度まで段階的に加熱温度を昇温及び冷却させて熱処理が迅速に遂行できるようにすることを特徴とする半導体素子の熱処理システムに関する。

平板ディスプレイ装置のうち、液晶表示装置(Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ)または有機発光ディスプレイ(Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ)は、活性素子として、ガラス基板の表面に形成される薄膜トランジスタ(Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)を含んで形成される。このような薄膜トランジスタは、一般的に透明なガラス基板または石英基板の表面に非晶質シリコン薄膜を蒸着させた後、これを結晶シリコン薄膜に結晶化させ、ここで必要なドーパントを注入して活性化させて形成するようになる。

このような、ガラス基板に形成された非晶質シリコン薄膜は、一般的に化学蒸着法(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：ＣＶＤ)によって形成され、所定の熱処理過程によって多結晶シリコン薄膜に結晶化されて必要なドーパントが注入されて活性になる。

非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法は、既存に様々な方法が提示されているし、固相結晶化方法(Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ: ＳＰＣ)、金属誘導結晶化方法(Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ: ＭＩＣ)、エキシマーレーザー結晶化方法(Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ: ＥＬＣ)などがある。

固相結晶化方法は、所定温度で熱処理を介して結晶化をする方法で一般的に非晶質シリコン薄膜が形成されるガラス基板を６００℃以上で熱処理して結晶化する方法である。

金属誘導結晶化方法は、非晶質シリコン薄膜に所定の金属元素を添加して比較的低温で結晶化を誘導する方法である。しかし、この方法は、熱処理温度が極めて低くなると、結晶粒の大きさが小さくなって結晶性が低下して素子の駆動特性が悪くなり、特に、添加された金属がトランジスタのチャンネル領域に流入されて漏洩電流が増加されるという問題点がある。このような金属誘導結晶化方法の短所を改善した金属誘導側面結晶化方法(Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌａｔｅｒａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ: ＭＩＬＣ)が開発されており、この方法は、側面結晶成長を誘導するため５００℃以上での熱処理工程を必要とする。

エキシマーレーザー結晶化方法は、ガラス基板上の非晶質シリコン薄膜に高エネルギーのレーザーを照射して非晶質シリコンを瞬間的に溶融(ｍｅｌｔｉｎｇ)させ、溶融されたシリコン薄膜が再び冷却して結晶化されるようにする方法である。エキシマーレーザー結晶化方法は、ガラス基板を損傷せず、非晶質シリコン薄膜を結晶化させることができるが、レーザーの照射による縞パターンが発生されたり、レーザー照射量の不均一による結晶上の不均一が発生されて素子の特性を低下させるという問題点がある。また、この方法は、装備が高価であるため、初期投資費用と維持費用が多く所要され、大量生産に適用するのに限界がある。

一方、多結晶シリコン薄膜を利用する薄膜トランジスタは、上記のような結晶化工程後、所定の金属元素をドーパントとして注入して活性化する工程が追加的に行われる。

一般に、薄膜トランジスタにおいて、ソース及びドレイン領域のようなｎ型(またはｐ型)領域を形成するために、イオン注入またはプラズマドーピング法を用いて砒素(ａｒｓｅｎｉｃ)、リン(ｐｈｏｓｐｏｒｕｓ)または硼素(ｂｏｒｏｎ)のようなドーパントを多結晶シリコン薄膜の必要な位置に注入する。その後、レーザーまたは熱処理方法を介して上記ドーパントを活性化させる。

このようなドーパントの活性化工程には、非晶質シリコン薄膜の結晶化方法と類似して、レーザー照射または熱処理方法が用いられる。例えば、エキシマーレーザーアニーリング(Ｅｘｃｉｍｅｒ ＬａｓｅｒＡｎｎｅａｌｓ:ＥＬＡ)方法、急速アニーリング(Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｓ:ＲＴＡ)方法、または炉アニーリング(Ｆｕｒｎａｃｅ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ:ＦＡ)方法などが用いられる。

上記ＥＬＡ方法は、非晶質シリコン薄膜の結晶化工程に用いられるＥＬＣと同一なメカニズムが適用され、超短波(ｎａｎｏ−ｓｅｃｏｎｄ)レーザーパルスで多結晶シリコンを早く再溶融及び結晶化する過程でドーパントを活性化するようになる。しかし、このようなＥＬＡ法は、ＥＬＣ法から発現されるような問題点がそのまま現われる。即ち、上記ＥＬＡ方法は、局部的なレーザー照射量の不均一による再溶融と再結晶化が不均一に進行されて多結晶シリコン薄膜にも熱応力が発生してしまい、素子の信頼性が低下するという問題点がある。

また、上記ＲＴＡ方法は、加熱源として、タングステン−ハロゲンまたはＸｅアークランプのような光学加熱源を用いてガラス基板を６００℃以上の温度で熱処理するようになる。しかし、このようなＲＴＡ法は、６００℃以上の温度で数分以上持続する場合、ガラス基板の深刻な変形を誘発し、６００℃以下の温度で熱処理すると、不充分な活性化によって素子の特性が低下するという問題点がある。

上記の炉アニーリング方法は、所定の熱処理温度で数時間の間、多結晶シリコン薄膜が形成されたガラス基板を維持して注入されるドーパントを活性化するようになる。しかし、このような炉アニーリング方法は、熱処理温度が低くなれば、ドーパントの不充分な活性化によって素子の信頼性が低下し、数時間の工程時間が必要であることで、生産性が低下するという問題点がある。

上記のように、非晶質シリコン薄膜を結晶化するとか、ドーパントを活性化する過程において、熱処理温度は、工程時間と結晶化された多結晶シリコン薄膜または素子の信頼性に影響を与える。

一般に、ＬＣＤまたはＯＬＥＤに使用されるガラス基板は、ボロシリケート系列のガラス基板として、５００℃以上に長期間露出する場合、ガラスの流動度増加と他の機械的強度の低下によって熱変形が発生され、局部的に温度偏差が発生すると、さらに変形や損傷を及ぼす。即ち、ガラス基板は、加熱または冷却中に内部と角及び外部の加熱速度が異なって温度差が発生され、このような温度差によってガラス基板に熱的応力が発生して変形が誘発される。また、ガラス基板は、一定の温度に維持される時も温度分布が均一でないと、熱応力による変形が発生し、緻密化現象による収縮程度が不均一となって変形が発生する。

従って、ガラス基板は、６００℃以上で熱処理が進行される時、ガラス基板の局部的な加熱と、これによる不均一な応力によるガラス基板の変形が防止できる手段が必要になる。

固相結晶化または金属誘導結晶化方法を用いてガラス基板を熱処理する既存の装置としては、水平連続炉と垂直管状炉がある。上記水平連続炉は、数十メータの長い炉の内部にコンベヤーまたはローラを用いてガラス基板を移送して熱処理する装置である。このような水平連続炉は、ガラス基板の損傷と変形を防止するためにガラス基板の温度を緩慢に上昇及び下降させながら熱処理するので、全体的な炉の長さが長くなる。よって、水平連続炉は、炉の長さを短く調節し難くて、熱処理工程時間が数時間乃至、数十時間に長くなる。また、水平連続炉は、熱処理時間が長くなるので、ガラス基板の変形を防ぐためには熱処理温度を高めるのに限界がある。

一方、垂直管状炉は、垂直に形成される炉内部に石英(ｑｕａｒｔｚ)またはシリコンカーバイド(ＳｉＣ)ボートにガラス基板を垂直方向に複数枚装着して一度に熱処理する装置である。このような垂直管状炉は、ガラス基板の外側で熱を加えて熱処理をするので、ガラス基板の内側と外側との間に温度差が発生するようになり、特に、ガラス基板が大きい場合、ガラス基板の内側と外側の加熱及び冷却速度の差が大きくなってガラス基板の変形が激しく発生される。また、ガラス基板は、ボートと接触される部位とそうではない部位間の加熱及び冷却速度が異なるので、均一な加熱及び冷却が難しくなる。よって、垂直管状炉は、ガラス基板の内側と外側の加熱及び冷却速度の差を減らすために、分あたり５℃程度に徐々に加熱及び冷却させるので、工程時間が長くなるという問題点がある。また、ガラス基板は、垂直管状炉のボートに支持されて装着されるので、５００℃以上の温度で長期間熱処理すると、自体荷重によってタレ現象が発生されるので、垂直管状炉は、６００℃以上の温度で進行されるドーパント活性化や固相結晶化熱処理に使用されず、５００℃未満の熱処理装備だけに使用されるという問題点がある。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ＬＣＤまたはＯＬＥＤのような平板ディスプレイパネルに用いられるガラス基板の表面に形成される非晶質シリコン薄膜の結晶化または多結晶シリコン薄膜のドーパント活性化工程を含む半導体素子の熱処理工程において、熱処理温度で半導体素子が変形されないように予め所定の予熱温度まで半導体素子を均一に予熱して移送し、熱処理温度までランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によってさらに高い温度で早く熱処理を行い、熱処理工程が終わって移送される半導体素子が変形されない所定温度まで均一に冷却させて排出することを特徴とする半導体素子の熱処理システムを提供することである。

上述した目的を達成するための本発明の半導体素子の熱処理システムは、半導体素子を熱処理する半導体素子の熱処理システムにおいて、上記半導体素子と上記半導体素子が安着される支持板が安着して移送される装入部と、所定温度まで段階的に維持温度がそれぞれ設定されて独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、上記装入部から移送される上記半導体を上記所定温度で加熱する加熱部と、上記加熱部に接して設置されてランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によって半導体素子を所定の熱処理温度で熱処理する工程部と、上記熱処理温度から所定の冷却温度まで段階的に維持温度がそれぞれ設定されて独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、熱処理工程が行われて上記工程部から移送される半導体素子を所定の冷却温度まで冷却する冷却部と、所定の冷却温度まで冷却して移送される上記半導体素子を所定温度まで均一に冷却させて排出する排出部と、を含むことを特徴とする。

また、上記装入部は、上記支持板が安着されて、上面中央の所定領域に断熱溝を形成するサセプタと、上記サセプタを加熱する加熱手段と、上記サセプタを上下に移送する上下移送手段と、上記支持板を水平に移送する水平移送手段と、を備えて形成できることを特徴とする。この際、上記サセプタは、アルミニウム金属または合金、アルミニウム酸化物、アルミニウムナイトライド、ボロンナイトライド、黒鉛を含む材質のうちいずれか一つから形成され、上記支持板の面積より大きい面積に形成できる。また、上記断熱溝は、上記支持板が上記サセプタの上面に安着される時、上記支持板面積の２０％乃至７０％の面積を有するように形成できることを特徴とする。

また、上記断熱溝は、トレンチ形状が複数個配列されて形成され、トレンチ幅がトレンチ形成間隔と同一、または小さく形成できることを特徴とする。また、上記断熱溝は、トレンチ中央部の幅が両側端の幅より大きくなるように形成できることを特徴とする。また、上記断熱溝は、水平断面が多角形状である溝が複数個配列されて形成できることを特徴とする。

また、上記加熱手段は、上記サセプタの内部に内蔵され、または下部に装着されて形成でき、抵抗ヒータまたはランプヒータに形成できることを特徴とする。また、上記上下移送手段は、上記サセプタの下部に設置される空圧シリンダ、またはボールスクリュー移送機構、またはタイミングベルトを含むことを特徴とする。また、上記水平移送手段は、ローラとこれを回転させるモーターを備えて形成され、上記ローラは、上記サセプタの上面に所定の長さに形成するローラ溝に挿入され、上部に所定幅で接触され、安着される支持板を移送するように形成できることを特徴とする。

また、上記工程部は、上記半導体素子が移送されて熱処理が行われる空間を形成する内部ハウジングと上記内部ハウジング内部の上部、または下部の所定領域に設置する複数個のランプを含むランプヒータと、ほぼ板状または複数のブロックに形成され、上記内部ハウジングと上記ランプヒータとの間の少なくとも上記ランプヒータが設置された領域に相応する領域に設置される第１黒体と、ほぼブロック形態に形成して上記内部ハウジング外部の上部と下部にそれぞれ設置される磁性コア及び上記磁性コアに巻線される誘導コイルと、を備えることを特徴とする。

また、上記工程部は、上記内部ハウジング内部で上記半導体素子を間に置いて上記第１黒体と対向するように形成される第２黒体をさらに備えることを特徴とする。また、上記工程部は、上記内部ハウジング下部に設置され、半導体素子と支持板を支持して移送するローラをさらに備えることを特徴とする。また、上記工程部は、上記内部ハウジングの面積に相応する面積の板状に形成され、上記内部ハウジングと磁性コアの間に設置される断熱板をさらに備えることを特徴とする。この際、上記ランプヒータは、ハロゲンランプを含むことを特徴とする。また、上記第１黒体及び第２黒体は、シリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドがコーティングされた炭素体を含むことを特徴とする。また、上記内部ハウジングと断熱板は、石英から形成されることを特徴とする。

また、上記誘導コイルは、磁性コアの内部ハウジングに対向する面に形成される誘導コイル溝に巻線されて形成されることを特徴とする。また、上記磁性コアは、上記断熱板と所定間隙離隔して設置され、外部から供給される冷却ガスによって冷却されるように形成でき、鉄またはフェライト粉末とエポキシの複合材料に形成されることが好ましいことを特徴とする。

また、本発明における上記工程部は、移送される半導体素子の熱処理が行われる空間を形成する内部ハウジングと、上記内部ハウジング内部の上部と下部に所定領域で設置されるランプヒータと、少なくとも上記ランプヒータが設置された領域に相応する面積を有するほぼ板状に形成され、上記ランプヒータ内側の上下にそれぞれ設置される加熱黒体と、ほぼブロック形態に形成されて上記内部ハウジング外部の上部と下部に設置される磁性コア及び上記磁性コアに巻線される誘導コイルと、を備えて形成されることを特徴とする。この際、上記加熱黒体は、シリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドがコーティングされた炭素体を含むことを特徴とする。

また、上記排出部は、上記冷却部から移送される上記支持板と半導体素子に所定角度でガスを噴射するガス噴射ノズルと、上記支持板が安着され、上記支持板が安着される所定領域に上下に貫通されてガスが噴射される噴射ホールを形成する冷却サセプタと、上記冷却サセプタを上下に移送する上下移送手段と、上記支持板を水平に移送する水平移送手段と、を備えて形成されることを特徴とする。

また、半導体素子の熱処理システムは、上記加熱部と冷却部との間に設置され、上記半導体素子を誘導加熱手段によって所定温度で急速加熱して熱処理する工程部をさらに備えて形成されることを特徴とする。また、上記排出部は、上記冷却サセプタの上部に設置されて上記半導体素子及び支持板の上部を加熱する上部加熱手段をさらに備えて形成されることを特徴とする。この際、上記冷却サセプタは、アルミニウム金属もしくは合金、アルミニウム酸化物、アルミニウムナイトライド、ボロンナイトライド、黒鉛を含む材質のうちいずれか一つから形成され、上記支持板の面積より大きい面積に形成されることを特徴とする。また、上記噴射ホールは、上記支持板が上記冷却サセプタの上面に安着する時、上記支持板幅の少なくとも５０％の幅に相応する領域において、断面形状が円形、または多角形状である複数個のホールが配列され、その直径または幅が０．５ｍｍ乃至３ｍｍを有するように形成されることを特徴とする。また、上記噴射ホールは、その直径または幅より大きい間隔に配列して形成されることを特徴とする。

また、上記ガス噴射ノズルは、上部ノズルと下部ノズルとを含み、上記半導体素子と支持板の全体高さより大きい距離でお互いに離隔して設置され、移送される上記半導体素子と支持板上部と下部にそれぞれガスを噴射するように形成されて、上記ガス噴射ノズルは、ガス噴射角度が上記支持板の移送方向と鈍角をなすように形成されることを特徴とする。この際、上記ガス噴射ノズルは、その幅が少なくとも上記支持板の幅に形成されることを特徴とする。

また、上記冷却上下移送手段は、上記冷却サセプタの下部に設置される空圧シリンダ、またはボールスクリュー移送機構、またはタイミングベルトを含むことを特徴とする。また、上記冷却水平移送手段は、ローラとこれを回転させるモーターを含み、上記ローラは、上記冷却サセプタの上面に所定の長さに形成する冷却ローラ溝に挿入され、上部に所定幅で接触して安着される上記支持板を移送するように形成されることを特徴とする。また、上記上部加熱手段は、上記冷却サセプタの上部に少なくとも上記支持板の面積より大きい領域に設置されて上記半導体素子及び支持板の上部を加熱するように形成され、複数のランプヒータを含むことを特徴とする。

また、本発明における上記半導体素子は、ガラス基板、ガラス基板に形成される非晶質シリコン薄膜、ガラス基板に形成される多結晶シリコン薄膜、を含むことを特徴とする。また、上記半導体素子は、液晶ディスプレイまたは有機発光ディスプレイ装置に用いる薄膜トランジスタであることを特徴とする。

また、本発明における上記熱処理は、上記非晶質シリコン薄膜の固相結晶化、金属誘導結晶化、イオン注入された多結晶シリコン薄膜の活性化、ガラス基板のプリコンパクション処理のうちいずれか一つであることを特徴とする。また、上記熱処理は、４００℃乃至１０００℃との間の温度で行うことを特徴とする。

また、本発明における上記半導体素子は、３ｍｍ乃至１０ｍｍの厚さの石英から形成される支持板に安着されて移送されることを特徴とする。
また、上記支持板は上記半導体素子よりその幅と長さが少なくとも１０ｍｍ大きく形成されることを特徴とする。上記支持板は、上記半導体素子が安着される領域の対角線方向に少なくとも４個の脱着ホールが形成されることを特徴とする。この際、好ましくは、上記脱着ホールは、上記安着される半導体素子の各外側から１０ｍｍ以内の領域に形成し、３ｍｍより小さな直径または幅の円形、または四角形状に形成されることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体素子の熱処理システムは、支持板に安着されて移送される半導体素子を熱処理する半導体素子の熱処理システムにおいて、上記半導体素子と上記半導体素子が安着される支持板を移送して装入する装入部を有し、前記装入部は、上記支持板が安着され、上面中央の所定領域に断熱溝を形成するサセプタと、上記サセプタを加熱する加熱手段と、上記サセプタを上下に移送する上下移送手段と、上記支持板を水平に移送する水平移送手段と、を備えて形成されることを特徴とする。

また、本発明による半導体素子の熱処理システムは、支持板に安着されて移送される半導体素子を熱処理する熱処理システムにおいて、上記半導体素子を所定の熱処理温度で熱処理する工程部を有し、前記工程部は移送される半導体素子の熱処理が進行される空間を形成する内部ハウジングと、上記内部ハウジング内部の上部または下部の所定領域に設置されるランプヒータと、ほぼ板状に形成されて、上記内部ハウジングと上記ランプヒータの間に少なくとも上記ランプヒータが設置された領域に相応する領域に設置される第１黒体と、ほぼブロック形態に形成されて上記内部ハウジング外部の上部と下部に設置される磁性コアと、上記磁性コアに巻線される誘導コイルと、を含む工程部を備えて形成されることを特徴とする。また、上記工程部は上記内部ハウジング内部で上記半導体素子を間に置いて上記第１黒体と対向するように形成される第２黒体をさらに備えて形成されることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体素子の熱処理システムは、支持板に安着されて移送する半導体素子を熱処理する半導体素子の熱処理システムにおいて、上記熱処理されて移送する上記支持板と半導体素子を所定温度で冷却させる排出部を有し、前記排出部は、上記支持板が安着されて上記支持板が安着される所定領域に上下に貫通してガスが噴射される噴射ホールを形成する冷却サセプタと、上記冷却サセプタの一側に形成されて移送する上記支持板と、半導体素子に所定角度でガスを噴射するガス噴射ノズルと、上記冷却サセプタを上下に移送する上下移送手段と、上記支持板を水平に移送する水平移送手段と、を備えて形成されることを特徴とする。また、上記排出部は、上記冷却サセプタの上部に設置されて上記半導体素子及び支持板の上部を加熱する上部加熱手段をさらに備えて形成されることを特徴とする。

本発明に係る半導体素子の熱処理システムは、半導体素子を段階的に昇温させ熱処理を行うので、より早い時間に熱処理を行うことができる。特に、ガラス基板の上面に形成された非晶質シリコン薄膜の結晶化処理、多結晶シリコン薄膜に形成されるＴＦＴ素子のドーパント活性化処理、上面に半導体薄膜を形成するためのガラス基板の予備収縮(ｐｒｅ−ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ)処理工程のような、半導体素子の熱処理の際、ガラス基板の変形を防止しながら、より早く熱処理を行うことができる。また、半導体素子の熱処理システムは、熱処理過程で支持板を用いて半導体素子を全体的に支持しながら、均一に加熱するので、ガラス基板の変形または損傷を防止することができる。

また、本発明によれば、装入部は、半導体素子とサセプタの接触面積が内側部分で相対的に小さくなるので、半導体素子の内側部分に伝導される熱量が外側部分に伝導される熱量より小さくなって半導体素子が全体的に均一に予熱され、半導体素子の局部的温度差による変形を防止することができる。

また、本発明によれば、工程部においては、ランプヒータによる加熱と、誘導起電力による誘導加熱とを同時に適用するので、半導体素子の熱処理をより高い温度で早く行いながら、半導体素子の変形を防止することができる。

また、本発明によれば、排出部は、所定温度に熱処理されて移送する半導体素子に冷却ガスを噴射して均一に冷却させるので、半導体素子が変形されるとか、損傷されることを防止しながら、早く熱処理することができる。

また、本発明によれば、排出部は、半導体素子を支持する支持板の下面にガスを噴射しながら、半導体素子の上部を加熱手段によって熱を加えて冷却させるので、半導体素子と支持板が均一に冷却して半導体素子の局部的温度差による変形を防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムの構成図である。

本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムは、図１に示すように、装入部１００と、加熱部２００と、工程部３００と、冷却部４００及び排出部５００とを備えて形成される。上記半導体素子の熱処理システムは、装入部１００から排出部５００がお互いに接して連続的に設置されて加熱部２００と、工程部３００と冷却部４００内の熱処理空間に外部の空気が流入されることを防止する。また、上記半導体素子の熱処理システムは、各構成部を独立的に制御する温度制御モジュールと独立的に駆動する水平移送手段を備えて形成されるので、各構成部別に段階的に温度を上げたり、下げながら熱処理を行う。また、上記半導体素子の熱処理システムは、熱処理される半導体素子の変形が発生しないように半導体素子を別途の支持板(ｓｅｔｔｅｒ)に安着させて移送しながら、熱処理を行う。よって、上記半導体素子の熱処理システムは、段階的に半導体素子の温度を上昇させながら、半導体素子の変形または損傷を防止するので、より早い時間内に半導体素子の熱処理を行うことができる。

また、上記半導体素子の熱処理システムは、半導体素子の変形を防止しながら、早い時間内に熱処理を行うので、より高い温度、即ち６００℃以上の温度でもガラス基板を含む半導体素子の熱処理が可能である。上記半導体素子の熱処理システムによって熱処理される半導体素子１０は、熱処理が必要な様々な半導体素子を意味し、上部に非晶質シリコン薄膜が形成されたガラス基板、多結晶シリコンＴＦＴが形成されたガラス基板を含む。また、半導体素子は、上面に半導体薄膜を形成するために予備収縮(ｐｒｅ−ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ)が必要なガラス基板を含む。

以下、半導体素子とは、非晶質シリコン薄膜が形成されたガラス基板ののことを言う。

先に、本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムの全体的な構成を説明する。

上記装入部１００は、熱処理される半導体素子を所定の予熱温度で予熱して上記加熱部２００に移送する。上記装入部１００は、半導体素子、即ち、非晶質シリコン薄膜が形成されたガラス基板が変形されないように支持しながら、所定の予熱温度(例えば、２００℃)まで均一に予熱する。上記装入部１００は、本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムではない他の構成を有する熱処理システムに設置されて独自的に用いられることは勿論できる。

上記加熱部２００は、移送される半導体素子を所定の加熱温度で加熱して上記工程部３００に移送する。上記加熱部２００は、独立的に温度が制御される少なくとも二つの加熱炉(ｆｕｒｎａｃｅ)２１０を備えて構成され、熱処理温度を考慮して適正な数に構成される。よって、上記加熱部２００は、各加熱炉２１０がそれぞれ段階別に適正な温度に設定されて維持され、加熱部２００で部分的に熱処理を行って、最後の加熱炉で、設定温度を熱処理温度に設定することが好ましい。例えば、半導体素子の熱処理温度が６００℃であれば、上記加熱部２００は、好ましくは、３個の加熱炉２１０を備えて構成され、上記装入部１００に連結される一番目の加熱炉は、装入部１００の予熱温度を考慮して３００℃以上に維持されて、二番目と三番目の加熱炉は、熱処理温度である６００℃以上に維持するようになる。即ち、半導体素子は、低温では早く加熱温度を上昇させても変形が防止されるが、高温では変形が発生する可能性があるので、徐々に加熱温度を上昇させることが好ましい。よって、上記加熱部２００は、加熱炉２１０の維持温度を低温では早く加熱され、高温では徐々に加熱されるように設定することが好ましい。

上記工程部３００は、移送された半導体素子を所定の熱処理温度で熱処理し、熱処理が終われば、所定温度に維持される上記冷却部４００に移送する。上記工程部３００は、上記加熱部２００に接して設置されてハロゲンランプで構成されるランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によって移送される半導体素子を瞬間的に高い温度で加熱する。よって、上記工程部３００は、半導体素子を瞬間的に高い温度で加熱して、半導体素子の変形を防止することができる。よって、上記工程部３００は、誘導起電力の発生のための磁性コアと誘導コイルとを備えて形成される。

本発明に係る半導体素子の熱処理システムがガラス基板のプリコンパクション(ｐｒｅ−ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ)に使用される場合、上記工程部３００は、設置されないこともある。即ち、ガラス基板のプリコンパクション工程は、他の工程に比べて、比較的に低い温度で行うので、高温に維持される工程部３００を備えないこともある。但し、ガラス基板のプリコンパクション過程で上記工程部３００がプリコンパクション温度に維持されるので、ガラス基板のプリコンパクション工程に使用される半導体素子の熱処理システムは、工程部３００を備えることが可能である。また、上記工程部３００は、本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムではない他の構成を有する熱処理システムに設置されて独自的に使用できることは勿論である。

上記冷却部４００は、加熱部２００と同じく、独立的に温度が制御される少なくとも二つの加熱炉(ｆｕｒｎａｃｅ)４１０で構成され、熱処理温度を考慮して適正な数に構成される。例えば、半導体素子の熱処理温度が６００℃であれば、上記冷却部４００は、好ましくは、３個の加熱炉４１０を備えて構成され、上記工程部３００に連結される一番目の加熱炉は、工程部３００の熱処理温度に維持されて、二番目の加熱炉は５００℃程度に維持し、三番目の加熱炉は、排出温度を考慮して３００℃以下に維持するようになる。よって、上記冷却部４００は、より早い時間内に半導体素子を冷却させることが可能である。上記冷却部４００は、移送された半導体素子を段階別に所定温度で冷却させた後、上記排出部５００に移送するようになる。

上記排出部５００は、移送された半導体素子の変形が発生しない所定の排出温度(一般的に、１００℃以下)まで半導体素子が変形されないように均一に冷却させて次の工程に移送するようになる。よって、上記冷却部４００は、移送される半導体素子が均一に冷却するように様々な冷却手段を備えて形成される。また、上記排出部５００は、半導体素子の均一な冷却のために半導体素子の上面を加熱することができる加熱手段を備えることができる。また、上記冷却部５００は、本発明の実施形態による半導体素子の熱処理システムではない他の構成を有する熱処理システムに設置されて独自的に使用できることは勿論である。

上記装入部１００と、加熱部２００と、工程部３００と、冷却部４００及び排出部５００とは、順次に設置され、半導体素子が順次に流れながら、熱処理を行う。また、上記加熱部２００と、工程部３００と、冷却部４００とは、好ましくは熱処理空間に外部の空気が流入されないようにお互いに連結される各連結部が封止されるように形成される。

本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムの各構成部に対して説明する。

図２は、半導体素子の熱処理システムを構成する装入部の正面図である。図３ａは、装入部を構成するサセプタの平面図である。図３ｂは、図３ａのＡ−Ａ断面図である。

上記装入部１００は、図２に示すように、半導体素子１０及び支持板２０が安着されて予熱されるサセプタ(ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ)１１０と、上記サセプタ１１０を上下に移送する上下移送手段１３０、及び上記支持板２０を左右に移送する水平移送手段１４０とを備えて形成される。また、上記装入部１００は、上記サセプタ１１０の上部に設置されて上記半導体素子１０を追加的に予熱する補助予熱手段１５０を備えて形成される。上記装入部１００は、半導体素子１０が常温より高い所定温度に維持される加熱部２００内部に移送されながら、急激な温度変化と局部的温度差により変形、または損傷されることを防止するため、半導体素子を所定温度に予熱して移送するようになる。一方、上記装入部１００は、図２に示すように、大気状態で半導体素子を予熱するように形成されるが、必要な場合には、サセプタ１１０を外部と遮断する別途のケース(図面に表示せず)を装着することができ、ケース内部に特定のガスを供給して雰囲気を形成できることは勿論である。

上記支持板２０は、好ましくは３ｍｍ〜１０ｍｍ厚さの石英(ｑｕａｒｔｚ)材質から形成され、熱処理過程で上面に半導体素子１０を安着させて移送する。上記支持板２０は、厚さが３ｍｍより薄くなると、熱処理過程中に変形される恐れがあり、１０ｍｍより厚くなると、加熱されるのに多くの時間が所要されて半導体素子の熱処理速度が低下するという問題点がある。また、上記支持板２０は、半導体素子を支持すると同時に、伝導された熱で半導体素子１０を加熱するので、半導体素子１０の均一な予熱のためには、その幅と長さが上部に安着される半導体素子１０の幅と長さより大きく形成され、好ましくは、少なくとも１０ｍｍ以上大きく形成される。上記支持板２０は、好ましくは石英材質から形成できるが、ここでその材質が限定されるわけではなく、アルミナナイトライド、ボロンナイトライドのようなセラミック材質を有する様々な材質から形成できる。

上記支持板２０は、上部に安着される半導体素子１０を脱着するための脱着ホール２２が上下に貫通して形成され、好ましくは、上記半導体素子１０が安着される領域から対角線方向に少なくとも４個のホールから形成される。上記脱着ホール２２は、上記半導体素子１０の対角線方向または各側面の中央に対応する位置に形成される。上記脱着ホール２２は、水平断面の直径または幅が３ｍｍより小さな円形または四角形状に形成され、好ましくは、半導体素子１０の側面から１０ｍｍ以内の位置に形成される。上記脱着ホール２２が１０ｍｍより内方へ形成されば、熱処理過程において脱着溝２２周りで半導体素子１０の温度分布が不均一になって半導体素子１０のガラス基板が変形される。また、上記脱着ホール２２の大きさが３ｍｍより大きいと、高温で熱処理の際、半導体素子１０のガラス基板が局部的にタレ現象が発生するようになる。

上記サセプタ１１０は、図３ａと図３ｂに示すように、上面１１１に安着される支持板２０より大きい面積を有するほぼ水平である板状であって、サセプタ１１０を加熱する加熱手段１１４と支持板２０を均一に加熱する断熱溝１１６を備えて形成される。上記サセプタ１１０は、上記加熱部２００の入口に相応する高さに形成される。また、上記サセプタ１１０は、上記支持板２０の水平移送手段の一つであるローラが収容されるローラ溝１１８を備えて形成される。上記サセプタ１１０は、熱伝導性が大きい材質からなり、加熱手段から伝導される熱を支持板２０に効率的に伝達する。上記サセプタ１１０は、アルミニウム金属、または合金、黒鉛(ｇｒａｐｈｉｔｅ)、アルミニウム酸化物(Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ)、アルミニウムナイトライド(Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ)、ボロンナイトライド(Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ)のうちいずれか一つから形成できるが、但し、ここでサセプタ１１０の材質が限定されるわけではない。一方、図３ａに示すように、上記支持板２０は、サセプタ１１０の上部に位置するが、便宜上点線で表示した。また、上記支持板２０の各角部分に形成される脱着ホール２２も点線で表示した。

上記加熱手段１１４は、加熱ワイヤまたはランプのような発熱体を備えて形成され、好ましくはサセプタ上面１１１の温度を全体的に均一に上昇させるようにサセプタ１１０の内部に設置される。即ち、上記加熱手段１１４は、発熱体が上記サセプタ１１０の内部に一定間隔で設置されて形成され、サセプタ１１０と一体に形成されたり、サセプタ１１０の内部に形成されるホールに挿入されて形成される。一方、上記内部加熱手段１１４は、上記サセプタ１１０の下部面１１２に設置されて形成できることは勿論である。上記内部加熱手段１１４は、好ましくは、上記サセプタ１１０を２００℃以上に加熱することができる容量を有して形成される。

上記断熱溝１１６は、サセプタ１１０の上面１１１の中央領域に所定形状に形成される。上記断熱溝１１６は、上記サセプタ１１０と支持板２０の接触面積を減少させてサセプタ１１０から支持板１１６の中央領域に伝導される熱量を調節する。よって、上記サセプタ１１０の上面１１１に安着される支持板２０は、断熱溝１１６が形成された領域に接触される中央部分と断熱溝１１６が形成されない領域に接触される外側部分で伝導される熱量差が発生するようになって、支持板２０は、全体的に温度が均一に上昇される。これをより詳しく説明すると、上記サセプタ１１０は、上記内部加熱手段１１４によって上面１１１が全体的にほぼ均一な温度に加熱されて、上記支持板２０は、上記サセプタ１１０の上面に物理的に接触されてサセプタ１１０から熱が伝導されて予熱される。しかし、上記支持板２０は、全体的に大気中に露出する状態に加熱されるので、支持板２０に伝達される熱は、その一部が支持板２０の外側から大気中に放熱される。

従って、支持板２０における中央と外側との間に伝導される熱は、同一である反面、放熱される熱量差があって中央と外側との間に温度偏差が発生され、中央の温度が外側の温度より高くなる。このような場合、上記支持板２０の上面に安着された半導体素子１０も、支持板２０の温度偏差によって中央と外側との間に温度偏差が発生されて半導体素子の変形を起こす。しかし、上記サセプタ上面１１１の中央領域に断熱溝１１６を形成すれば、支持板１１６は、断熱溝１１６が形成される領域に接触される中央部分に伝導される熱が、断熱溝１１６が形成されない領域に接触される外側部分に伝導される熱より小さくなる。よって、上記支持板２０は、外側部分に伝導される熱の一部が放熱されても中央部分に伝導される熱とほぼ同一になって全体的に均一に加熱される。また、上記支持板２０の上面に安着される半導体素子１０も全体的に均一に加熱される。

上記断熱溝１１６は、支持板２０及び半導体素子１０の大きさと予熱温度に応じて、サセプタ１１０の中央領域において所定の面積と形状に形成される。上記断熱溝１１６は、図３に示すように、サセプタ上面１１１の中央領域で所定深さと左右方向に延長される所定の長さのトレンチ(ｔｒｅｎｃｈ)形状に形成できるが、前後方向に形成できることは勿論である。また、上記断熱溝１１６は、トレンチ形状が所定間隔に形成される。上記サセプタ１１０においては、好ましくは、中央部分でサセプタ１１０の上面に安着される支持板２０の面積の２０％乃至７０％の領域、好ましくは、２０％乃至５０％の領域に断熱溝１１６が形成される。上記断熱溝１１６が形成される領域が支持板２０面積の２０％より小さくなると、支持板２０の中央領域に伝導される熱を遮断する程度が小さくなって支持板２０の中央領域の温度上昇が大きくなり、支持板２０を全体的に均一に予熱することが難しくなる。また、上記断熱溝１１６が形成される領域が支持板２０面積の７０％より大きくなると、支持板２０の外側部分に伝導される熱を遮断する程度が大きくなって外側部分の温度上昇が相対的に小さくなり、支持板２０を全体的に均一に予熱することが難しくなる。

また、上記支持板２０及び半導体素子１０の予熱温度が相対的に小さくなると、即ち、常温との差が小さくなると、上記支持板２０の側部から放熱される熱の量が相対的に小さくなる。よって、上記サセプタ１１０は、断熱溝１１６が相対的に小さい領域に形成されても、上記支持板２０の予熱温度を全体的に均一にすることができる。

また、上記断熱溝１１６は、トレンチ幅と形成間隔が適正に調整されて形成される。但し、上記断熱溝１１６は、トレンチ幅を極めて大きくすると、支持板２０の中央部分に熱が伝導されない領域と熱が伝導される領域が大きく区別して形成されながら、むしろ支持板２０の中央領域で温度の不均一がもたらされる。このような場合には、支持板２０の上部に安着されている半導体素子も中央部分で予熱温度の不均一がもたらされて変形または損傷が発生される。よって、上記断熱溝１１６は、トレンチ幅を小さくしながら、トレンチの数を増加させて形成することが好ましい。また、上記断熱溝１１６は、トレンチ幅がトレンチ形成間隔と同じに、または小さく形成され、好ましくは、０．５倍より小さく形成される。上記断熱溝１１６は、トレンチ幅がトレンチの形成間隔より大きくなると、支持板２０に伝導される熱が遮断される程度が大きくなって、むしろ断熱溝１１６が形成された内側部分の温度が低くなる可能性がある。例えば、上記断熱溝１１６におけるトレンチ幅は１ｍｍ乃至３ｍｍ、トレンチの形成間隔は３ｍｍ乃至６ｍｍになるように形成される。

また、上記断熱溝１１６は、支持板２０とサセプタ１１０が直接接触されないように所定深さに形成される。但し、上記断熱溝１１６の深さが極めて深くなると、内部に設置する加熱手段１１４の設置位置がサセプタ１１０の上面から遠くなるので、適正な深さに形成することが必要である。

上記ローラ溝１１８は、サセプタ１１０の前後側に所定間隔に形成され、サセプタ１１０の上面に安着される支持板２０の前後側一部を接触させることができる長さに形成する。また、上記ローラ溝１１８は、サセプタ１１０が支持板２０の支持と予熱のために上昇された時、ローラが上面に突出しないように所定深さに形成される。よって、上記支持板２０は、予熱過程において、サセプタ１１０の上面１１１に均一に接触され、予熱が終わった後には、サセプタ１１０を下降させながら上記ローラ溝１１８に挿入されているローラ１４０によって支持されて左右に移送される。但し、上記ローラ溝１１８は、支持板２０を左右に移送する水平移送手段１４０として、ローラが使用される場合に形成される。

上記上下移送手段１３０は、図２に示すように、上記サセプタ１１０の下面１１２に結合されてサセプタ１１０を上下に移送する。上記サセプタ１１０は、上下移送手段１３０によって上昇されて支持板２０を支持して予熱し、予熱が終わった後には、下降されながら支持板２０がローラに支持されるようにする。上記上下移送手段１３０は、空圧シリンダ、ボールスクリュー移送機構、タイミングベルトなどが用いられるが、空圧シリンダの使用が好ましい。但し、ここで上下移送手段１３０の種類が限定されるわけではなく、サセプタ１１０を上下に移送する様々な移送機構が使用できることは勿論である。また、上記上下移送手段１３０は、サセプタ１１０の重さと面積によって所定個数形成される。

上記水平移送手段１４０は、上記支持板２０を水平に移送して上記加熱部２００の内部に移送する。上記水平移送手段１４０は、好ましくは、サセプタ１１０のローラ溝１１８に挿入されて回転するローラ１４０で形成され、ローラ１４０は移送される支持板２０の大きさを考慮して適正間隔に形成される。上記ローラ１４０は、別途の支持手段(図面に表示せず)によって回転可能に支持され、別途の駆動手段(図面に表示せず)によって回転される。よって、上記ローラ１４０は、複数個が水平方向に所定間隔を置いて設置され、回転しながら上部に安着されている支持板２０を水平方向に移送するようになる。

一方、上記水平移送手段１４０は、ローラ以外にも空圧シリンダ、ボールスクリュー移送機構などが使用できるが、ここでその種類が限定されるわけではない。例えば、空圧シリンダが水平移送手段として使用される場合、図２に示すように、空圧シリンダはサセプタ１１０の外側に別途の支持手段によって支持されながら、支持板２０を左側から右側に押して水平に移送するようになる。上記水平移送手段としてこのような移送機構が用いられる場合には、サセプタ１１０の上面には、ローラ溝１１８が形成されなくても良いことは勿論である。

図４は、本発明の他の実施形態に係るサセプタ１１０ａの平面図である

本発明の他の実施形態に係るサセプタ１１０ａは、図４に示すように、上面に形成される断熱溝１１６ａがトレンチ形状に形成されながら、中央部の幅が両側端部の幅より大きくなるように形成される。よって、上記支持板２０は、サセプタ１１０ａの上面に安着される時、断熱溝１１６ａが形成された領域内で接触される面積とこれによる熱伝導が異なるようになり、より均一に支持板２０を予熱することができる。但し、この際、上記断熱溝１１６ａのうちで前後側に形成される断熱溝は、中央部と両側端部の幅を同一にすることが好ましい。

図５は、本発明の他の実施形態に係るサセプタ１１０ｂの平面図である。

本発明の他の実施形態に係るサセプタ１１０ｂにおいて、図５に示すように、上面に形成する断熱溝１１６ｂは、円形の断面形状をなす溝が中央の所定領域に複数個配列して形成される。また、上記断熱溝１１６ｂは、断面が四角形または三角形など多角形状に形成できるが、ここで断熱溝１１６ｂの断面形状が限定されるわけではない。また、上記断熱溝１１６ｂは、中央に形成される溝を基準として放射状に次第に溝の大きさが小くなるように形成できる。よって、上記サセプタ１１０は断熱溝１１６ｂが形成された領域内にも支持板２０とサセプタ１１０の接触面積及びこれによる熱伝導の量を別に調整することができて、より均一に支持板２０を予熱することができる。

上記加熱部２００は、図１に示すように、熱処理温度を考慮して適正な数の加熱炉２１０で構成されて、少なくとも二つの加熱炉２１０を備えて形成される。上記加熱部２００は、各加熱炉２１０が熱処理温度によってそれぞれ段階別に適正な温度に維持されて独立的に制御される。また、好ましくは、上記加熱部２００は、最後の加熱炉２１０の設定温度を熱処理温度に設定して加熱部２００で一部熱処理が行われるようにする。

図６ａは、加熱部を構成する加熱炉の断面斜視図である。図６ｂは、図６ａの加熱炉がお互いに連結される部位に対する断面斜視図である。

上記加熱炉２１０は、図６ａに示すように、本体をなす本体部２２０と本体部２２０内部から熱を発生させる加熱手段２３０及び半導体素子１０と支持板２０を水平に移送させるローラ２４０を備えて形成される。上記加熱炉２１０は、一側に支持板２０と半導体素子１０が装入される入口２１２と、他側に支持板２０と半導体素子１０が排出される出口２１４とが所定高さに形成される。また、上記加熱炉２１０は、内部に支持板２０が移送されて加熱される位置を感知する位置センサー(図面に表示せず)を備えて形成される。また、上記加熱炉２１０は、内部に窒素ガスのような不活性ガスを一定に供給するガス供給手段(図面に表示せず)を備える。上記加熱炉２１０は、供給されるガスによって内部が一定な雰囲気の正圧で維持されることができ、外部の空気が流入することを防止して内部温度がより均一に維持される。上記ガス供給手段は、好ましくは、ガスが加熱炉２１０の上部から内部に供給されて加熱炉２１０の下部に排出されるように構成される。

上記体部２２０は、加熱炉２１０の外観をなす外側ハウジング２２２と、上記外側ハウジング２２２の内部で上下に所定空間が離隔して設置される断熱材２２３ａ、２２３ｂと、上記断熱材２２３ａ、２２３ｂの内側に所定間隔離隔して上部と下部に設置され、加熱炉２１０の熱処理空間を形成する内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂを備えて形成される。上記内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂは、好ましくは、石英から形成されて内部の熱処理空間が汚染することを防止する。

上記加熱手段２３０は、発熱体２３２と熱電対２３６を備えて形成される。また、上記加熱手段２３０は、加熱炉２１０の入口２１２と出口２１４の上部と下部に設置される第２発熱体２３４を備えて形成される。また、上記加熱手段２３０は、内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂと発熱体２３２との間に内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂに接して形成される伝導板２３８を備えて形成される。

上記発熱体２３２は、上記内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂと断熱材２２３ａ、２２３ｂとの間に所定間隔で設置されて、熱処理空間を所定温度に加熱するようになる。上記発熱体２３２は、図６ａでは加熱炉２１０の上部のみに設置しているが、上部と下部のすべてにも設置できることは勿論である。上記発熱体２３２は、加熱炉２１０の設定温度によって適正な数量に形成される。上記発熱体２３２は、全体的に一つの発熱体で形成されるよりは、独立的に制御される所定個数で形成され、加熱炉２１０の水平面を基準に区分される所定領域にそれぞれ設置されて制御されることが好ましい。例えば、上記加熱炉２１０を９個の領域に区分してそれぞれの領域に発熱体２３２を設置して加熱炉２１０の内部温度を制御することができる。上記加熱炉２１０の内部は、水平面を基準に領域別に温度偏差が発生されるので、このような偏差を補正するためにそれぞれの領域の発熱体２３２を独立的に制御するようになれば、より均一に温度を制御することができる。上記発熱体２３２は、抵抗ヒータまたはランプヒータが使用できるが、ここでその種類が限定されるわけではない。

上記第２発熱体２３４は、加熱炉２１０の入口２１２と出口２１４の上部と下部に設置されて入口２１２と出口２１４の温度が内側より低くなることを防止する。即ち、上記加熱炉２１０の入口２１２と出口２１４は、外部に熱が漏出されるので、また、相対的に温度が低くなるので、別途の発熱体を設置して温度を内側と同一になるように維持できる。上記第２発熱体２３４は、上記発熱体２３２と同じく抵抗ヒータまたはランプヒータが使用できるが、ここでその種類に限定されるわけではない。

上記熱電対２３６は、上部の内側ハウジング２２４ａに近接した位置に設置されて加熱炉の温度を測定する。上記熱電対２３６の温度測定結果を根拠として、上記発熱体２３２を制御する。一方、上記発熱体２３２が領域別に独立的に設置される場合には、熱電対２３６も発熱体２３２に対応して独立的に設置される。また、上記熱電対２３６は、熱処理空間内にも設置されて熱処理空間内の温度を正確に測定するように形成される。

上記伝導板２３８は、上記発熱体２３２と内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂとの間で熱処理空間の水平面積に相応する面積に設置され、発熱体２３２の熱が内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂで均一に伝達するようにする。即ち、上記発熱体２３２は、所定間隔に形成されるので、内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂは、局部的に温度差がある可能性があり、内部の熱処理空間でもこのような差が発生する可能性がある。よって、上記伝導板２３８は、発熱体２３２の熱をより均一に内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂに伝達させる。上記伝導板２３８は、熱伝導性の優れた金属またはセラミックス材質からなる。例えば、上記伝導板２３８は、ステンレススチール、銅、アルミニウム、アルミナのような材質から形成される。

上記ローラ２４０は、ほぼ円柱形状に形成されて、加熱炉２１０の内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂの内側に所定間隔で複数個が設置される。上記ローラ２４０は、加熱炉２１０の大きさと移送される支持板２０の大きさによって所定間隔に形成される。上記ローラ２４０は、支持板２０の移送方向、入口２１２と出口２１４の方向に直交する方向に設置され、外側ハウジング２２２の外部に延長されて別途の回転手段(図面に表示せず)によって回転される。上記ローラ２４０は、内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂの内部から所定高さに形成されて、好ましくは、上記加熱炉２１０の入口２１２と出口２１４の底面より高い位置に形成されて移送される支持板２０の下面が入口２１２と出口２１４の底面に接触されないようにする。上記ローラ２４０は、好ましくは、内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂと同一な材質である石英(ｑｕａｒｔｚ)から形成されて支持板２０の移送過程から摩擦による汚染物質の発生が最小化される。

上記加熱部２００は、図６ｂに示すように、それぞれの加熱炉２１０が連結される時、内側ハウジング２２４ａ、２２４ｂがお互いに結合されるようにし、外部の空気が流入されるとか、内部の空気が外部に流出されることを最大限防止する。

図７は、本発明の実施形態に係る工程部の外部斜視図である。図８は、本発明の実施形態に係る工程部の内部ハウジングとランプヒータ及びローラとを含む部分の斜視図である。図９は、本発明の実施形態に係る工程部の断面図である。図１０は、本発明の実施形態に係る磁性コアと誘導コイルとの斜視図である。図１１は、本発明の実施形態に係る磁性コアと誘導コイルの誘導加熱部位を示した概略断面図である。

上記工程部３００は、図７乃至図９に示すように、外部ハウジング３１０と、内部ハウジング３１５と、ランプヒータ３２０と、第１黒体３３０と、磁性コア３４０及び誘導コイル３５０とを備えて形成される。また、上記工程部３００は、第２黒体３３５と断熱板３６０及びローラ３７０とを備えて形成される。上記工程部３００は、上記ランプヒータ３２０と第１黒体３３０を使用して上記加熱部２００から所定温度に加熱されて移送される半導体素子１０を全体的に少なくとも加熱部２００の最終温度に維持する。また、上記工程部３００は、磁性コア３４０と誘導コイル３５０とを利用した誘導加熱を介して短い時間内に半導体素子１０を局部的に高い温度まで均一に加熱して熱処理を行う。一方、上記工程部３００は、本発明による半導体素子の熱処理システムの一部を構成して使用されるが、独立的に熱処理装備として使用できるし、一般的な半導体素子の熱処理装備にも使用できることは勿論である。

上記外部ハウジング３１０は、図７に示すように、工程部３００の外形を形成し、外部炉の熱放出を遮断するようになる。上記外部ハウジング３１０は、一側と他側に上記半導体素子１０が移送される出入口３１２が形成される。上記外部ハウジング３１０は、好ましくは、上部と下部がお互いに分離するように形成される。

未説明の符号である３１４は、工程部３００内部の熱処理空間の温度を測定するパイロメータ(ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ)である。熱処理空間内部で汚染物質発生を最小化するために、一般的に使用される熱電対の代りにパイロメータを用いる。上記パイロメータ３１４は、図９に示すように、半導体素子１０の上部で熱処理空間の温度を測定する。

上記内部ハウジング３１５は、図８と図９に示すように、上側内部ハウジング３１５ａと下側内部ハウジング３１５ｂとを備え、上記外部ハウジング３１０の内側に所定間隔離隔して設置される。上記上側内部ハウジング３１５ａと下側内部ハウジング３１５ｂは、お互いに所定距離離隔して、内部に移送される半導体素子１０の熱処理が行われる空間を形成する。また、上記内部ハウジング３１５は、内部にランプヒータ３２０と、第１黒体３３０と、第２黒体３３５及びローラ３７０が設置される。よって、上記内部ハウジング３１５は、移送される半導体素子１０と、ランプヒータ３２０と、第１黒体３３０と、第２黒体３３５及びローラ３７０が収容できる空間が形成されるように上記上側内部ハウジング３１５ａと下側内部ハウジング３１５ｂとの隔離距離を設定するようになり、好ましくは、熱処理空間内の温度均一化のために最小限の空間が形成されるように隔離距離を設定するようになる。上記内部ハウジング３１５は、上記外部ハウジング３１０の出入口に相応する位置にそれぞれ内部出入口３１７が形成されて半導体素子１０と支持板２０が出入りするようになる。上記内部ハウジング３１５は、好ましくは、石英から形成されて高温に維持される熱処理空間内部から汚染物が発生されることを防止する。

上記ランプヒータ３２０は、複数個のハロゲンランプで構成され、内部ハウジング３１５内部の上部または下部に所定領域に設置される。上記ランプヒータ３２０は、好ましくは、半導体素子１０の加熱面積を最大限増加させるように内部ハウジング３１５の内部から幅方向に最大限の領域に設置される。また、上記ランプヒータ３２０は、好ましくは、熱処理空間の高さが最小化されるように上記ローラ３７０が設置される内部ハウジング３１５の下部に設置され、半導体素子１０を下部で加熱するようになる。上記ハロゲンランプは、好ましくは、複数個が上記半導体素子１０の移送方向に直交する方向に位置されるように設置され、熱処理空間内の温度及び温度均一化に応じて設置間隔が調整できる。また、上記ランプヒータ３２０は、内部ハウジング３１５の出入口３１７に設置される出入口ランプヒータ３２２をさらに備えて形成される。上記ランプヒータ３２０は、ハロゲンランプが半導体素子１０の移送方向と直交する方向である幅方向に並んで設置されるので、半導体素子１０は、長さ方向に全体的に均一に加熱することができる。上記ランプヒータ３２０は、好ましくは、ハロゲンランプから形成されるが、ここでランプの種類が限定されるわけではなく、可視光線領域の波長を放出する様々なランプが使用できることは勿論である。また、上記ランプヒータ３２０は、赤外線領域の波長を放出する赤外線ランプを含む様々なランプも使用できることは勿論である。

上記ランプヒータ３２０は、可視光線領域の波長を有する熱を放出し、半導体素子１０の特定部分を選択的に加熱する。上記半導体素子１０は、シリコン薄膜または金属薄膜と、これらが塗布されたガラス基板からなり、石英材質の支持板に安着されて移送される。このような場合、上記ランプヒータ３２０のハロゲンランプから放出される可視光線は、支持板とガラス基板に対して吸収率が非常に低くて加熱効果が少なくなり、ガラス基板に塗布された非晶質シリコン薄膜や金属薄膜(例えば、ドーパント活性化を行うＴＦＴ素子のゲート金属)に対しては、吸収率が非常に高くて加熱効果が大きくなる。即ち、上記ランプヒータ３２０は、ガラス基板に塗布された非晶質シリコンまたは金属薄膜に対して選択的に急速に加熱するようになる。

上記第１黒体３３０は、板状のシリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドがコーティングされた炭素体のような黒体において、所定大きさを有する複数個のほぼ板状ブロックに形成される。上記第１黒体３３０は、少なくとも上記ランプヒータ３２０が形成された領域に相応する面積に設置される。また、上記第１黒体３３０は、内部ハウジング３１５の上部または下部で内部ハウジング３１５とランプヒータ３２０との間に設置される。即ち、上記第１黒体３３０は、移送される半導体素子１０を基準にランプヒータ３２０と同一な方向でランプヒータ３２０の後側に形成される。このような場合、上記ランプヒータ３２０は、半導体素子１０の下部で半導体素子１０を直接加熱しながら、下部の第１黒体３３０を加熱するようになって第１黒体３３０をより効果的に加熱することができる。しかし、上記第１黒体３３０は、半導体素子１０を基準にランプヒータ３２０と反対位置に形成できることは勿論である。

上記第１黒体３３０は、ほぼすべての波長の光を吸収する特性があるので、上記ランプヒータ３２０から放出される放射熱を吸収して加熱され、８００℃以上になって赤外線波長の熱を放出するようになる。よって、上記第１黒体３３０は、半導体素子１０のガラス基板と支持板２０を選択的に加熱するようになる。上記半導体素子１０の非晶質シリコン薄膜(または金属薄膜)は、上記ランプヒータ３２０によって選択的に加熱されるので、加熱温度が極めて高くなると、ガラス基板の変形を起こす可能性がある。従って、上記半導体素子１０の非晶質シリコン薄膜が加熱される時、ガラス基板と支持板が適切に加熱されることが必要になる。上記第１黒体３３０は、半導体素子１０のガラス基板と石英からなる支持板２０をより効果的に加熱して上部の非晶質シリコン薄膜との温度偏差を減らすようになる。

上記第１黒体３３０は、内部ハウジング３１５の下部に形成される時、ランプヒータ３２０の熱が内部出入口３３７を介して損失されることを防止するように、内部ハウジング３１５の各内部出入口３３７と最外郭に位置するランプヒータ３２０のハロゲンランプとの間に断熱黒体３３２をさらに備えて形成できる。上記断熱黒体３３２は、ランプヒータ３２０の高さに相応する高さと少なくとも内部出入口３３７の長さに相応する長さに形成される。

上記第２黒体３３５は、第１黒体３３０のように板状のシリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドがコーティングされた炭素のような黒体に形成され、少なくとも上記第１黒体３３０の設置領域に相応する領域に設置される。また、上記第２黒体３３５は、半導体素子１０を基準に第１黒体３３０と反対方向に設置されてランプヒータ３２０の加熱によって加熱されながら、半導体素子１０を加熱するようになる。よって、上記第１黒体３３０が内部ハウジング３１５の下部に設置される場合、上記第２黒体３３５は、内部ハウジング３１５の上部に設置されて移送される半導体素子１０の上面と直接対向して近接する距離で半導体素子１０を加熱するようになる。また、上記第１黒体３３０が上部に形成される場合、第２黒体３３５は、下部に設置される。

上記磁性コア３４０は、図９に示すように、磁性特性を有する材質で形成され、好ましくは、鉄またはフェライトのような磁性粉末と樹脂の複合体で形成される。上記磁性コア３４０が一般的な金属または酸化物磁性材料で形成されると、高周波でのエネルギー損失が大きくなるので、磁性粉末と樹脂の複合体で形成されて高周波へのエネルギー損失を最小化するようになる。上記磁性コア３４０を構成する樹脂は、エポキシ樹脂を含む様々な樹脂が使用できることは勿論である。

上記磁性コア３４０は、ほぼブロック形態であって、上部磁性コア３４０ａと下部磁性コア３４０ｂを備え、内部ハウジング３１５外部で内部ハウジング３１５と所定距離離隔して、上部と下部にそれぞれ形成される。上記磁性コア３４０は、内部ハウジング３１５を中心に上下に対称されるように設置され、第１黒体３３０と第２黒体３３５のお互いに対応される領域に誘導起電力による誘導加熱が発生されるようにする。上記磁性コア３４０は、内部ハウジング３１５に対向する面に上記誘導コイル３５０が巻線される誘導コイル溝３４２が形成されることが好ましい。よって、上記誘導コイル溝３４２は、上部に設置される上部磁性コア３４０ａの下面と、下部に設置される下部磁性コア３４０ｂの上面にそれぞれ形成される。上記磁性コア３４０は、少なくとも熱処理される半導体素子１０の長さ(即ち、半導体素子が移送される方向と垂直な方向の長さ)に形成されて半導体素子１０が長さ方向に全体的に加熱できるようにする。また、上記磁性コア３４０は、上記誘導コイル３５０と共に半導体素子の所定幅の領域を局部的に加熱するように所定幅に形成される。即ち、上記磁性コア３４０は、誘導コイル溝２４２の間の距離が半導体素子１０の加熱幅になるように形成される。上記磁性コア３４０は、好ましくは、５−２００ｍｍの領域を加熱するように形成される。

上記磁性コア３４０は、内部ハウジング３１５と所定間隔で離隔して設置され、上記磁性コア３４０と内部ハウジング３１５との間には、別途の冷却ガスが供給されて内部ハウジング３１５の熱が磁性コア３４０に伝達することを防止するようになる。よって、上記磁性コア３４０は、好ましくは、誘導コイル溝３４２の間の中央領域に上部から下部に貫通される冷却ガス噴射ホール３４４が形成され、中央領域から供給されるガスが外側領域に流れながら、磁性コア３４０を冷却させるようになる。上記冷却ガス噴射ホール３４４は、磁性コア３４０の長さによって適正な個数及び直径または大きさに形成できる。但し、上記冷却ガス噴射ホール３４４は、磁性コア３４０の側部に別途の配管によって形成できることは勿論である。上記冷却ガス噴射ホール３４４は、別途の冷却ガス供給管３４５に連結されて外部から冷却ガスが供給される。

未説明の符号である３４６は、上記磁性コア３４０を外部ハウジング３１０に連結して支持する支持ブラケットである。

上記誘導コイル３５０は、図１０に示すように、上部誘導コイル３５０ａと下部誘導コイル３５０ｂを備え、内部ハウジング３１５の上部に形成される上部磁性コア３４０ａと下部に形成される下部磁性コア３４０ｂの各誘導コイル溝３４２に巻線されて形成される。上記誘導コイル３５０は、好ましくは、上部誘導コイル３５０ａと下部誘導コイル３５０ｂがお互いに電気的に接続されて同時に制御できるように形成される。上記誘導コイル３５０は、内部に冷却水が流れるように内部を中実に形成できる。

上記磁性コア３４０と誘導コイル３５０は、図１１に示すように、誘導起電力による誘導加熱によって上記第１黒体３３０と第２黒体３３５の所定領域(ａ)を局部的に加熱するようになる。上記誘導コイル３５０は、高周波交流パワーサプライ(図面に表示せず)、上記パワーサプライと誘導コイルのインピーダンス補正のためのマッチングシステム(図面に表示せず)に連結されて所定周波数と大きさを有する電流が印加される。上記誘導コイル３５０は、１０ＫＨｚ乃至１００ＭＨｚの周波数を有する電流が印加され、磁性コア３４０と誘導コイル３５０は、印加される電流によって第１黒体３３０と第２黒体３３５の所定領域に誘導電流を発生させるようになる。よって、上記第１黒体３３０と第２黒体３３５は、半導体素子１０を局部的に高い温度で加熱するようになる。上述したように、ランプヒータ３２０は、可視光線によって直接半導体素子１０の特定部分を加熱しながら、同時に第１黒体３３０と第２黒体３３５を加熱するようになり、第１黒体３３０と第２黒体３３５は、赤外線を放出して半導体素子１０の他の部分を加熱するようになる。上記ランプヒータ３２０の可視光線による加熱は、ランプに印加される電流を制御することで制御可能だが、ランプの電流を上昇させれば、第１黒体３３０と第２黒体３３５との温度上昇によって赤外線の放出量が増加されるので、可視光線加熱と赤外線加熱を独立的に制御し難しくなる。よって、上記磁性コア３４０と誘導コイル３５０において、ランプヒータ３２０とは独立的に誘導加熱によって第１黒体３３０と第２黒体３３５とを局部的に加熱することで、赤外線加熱を制御することができるようになる。一方、誘導加熱による上記第１黒体３３０と第２黒体３３５との加熱は、抵抗加熱に比べて効率が高く、抵抗加熱の際に必要な電極及び配線を第１黒体３３０に連結する必要がないので、より容易に設置できるようになる。

上記断熱板３６０は、好ましくは、石英から形成されるが、但し、ここで断熱板３６０の材質が限定されるわけではなく、断熱特性がある様々な材質が使用できることは勿論である。上記断熱板３６０は、少なくとも内部ハウジング３１５の面積に相応する面積を有するほぼ板状に形成され、内部ハウジング３１５と磁性コア３４０との間に設置される。従って、上記断熱板３６０は、上側内部ハウジング３１５ａと上部磁性コア３４０ａとの間に設置される上部断熱板３６０ａと、下側内部ハウジング３１５ｂと下部磁性コア３４０ｂとの間に設置される下部断熱板３６０ａを備えて形成される。上記断熱板３６０は、内部ハウジング３１５から磁性コア３４０と誘導コイル３５０及び外部ハウジング３１０に熱が伝達することを防止するようになる。

上記ローラ３７０は、好ましくは、石英から形成されて内部ハウジング３１５の内部で汚染物質が発生されることを最小化するようになる。上記ローラ３７０は、ほぼ円柱形状に形成され、内部ハウジング３１５の内部で、内部ハウジング３１５の大きさと、移送される支持板２０の大きさに応じて所定間隔に形成される。上記工程部３００は、加熱部２００または冷却部４００より狭い幅に形成されるので、ローラ３７０は、相対的に少ない個数で形成され、大略二つ程度が用いられる。また、上記ランプヒータ３２０が下部に設置される場合、均一な加熱のためにランプヒータ３２０の数を増加させて、ローラ３７０の数を最小化することが必要になる。上記ローラ３７０は、支持板２０の移送方向に直交する方向に設置され、外部ハウジング３１０の外部に延長されて別途の回転手段(図面に表示せず)によって回転される。上記ローラ３７０は、回転しながら、上部に接触される支持板２０と半導体素子１０を一定な方向に移送するようになる。

図１２は、本発明の他の実施形態に係る工程部の概略断面図である。図１３は、本発明の他の実施形態に係る磁性コアと誘導コイルとの誘導加熱部位を示した概略断面図である。

本発明の他の実施形態に係る工程部１３００は、図１２乃至図１３に示すように、外部ハウジング１３１０と、内部ハウジング１３１５と、ランプヒータ１３２０と、加熱黒体１３３０と、磁性コア１３４０及び誘導コイル１３５０とを備えて形成される。また、上記工程部１３００は、断熱板(図面に表示せず)及びローラ１３７０を備えて形成できる。本発明の実施形態に係る工程部１３００において、外部ハウジングと、内部ハウジングと、磁性コアと、誘導コイル及びローラは、図７の実施形態による工程部３００とほぼ同一な構成に形成されるので、ここで詳細な説明は省略する。

以下、本発明の他の実施形態に係る工程部１３００と異なる部分を中心に説明する。

上記内部ハウジング１３１５は、上側内部ハウジング１３１５ａと下側内部ハウジング１３１５ｂとを備えて形成され、内部に半導体素子１０が移送されて熱処理が行われる空間を形成するようになる。上記下側内部ハウジング１３１５ｂは、ランプヒータ１３２０及び加熱黒体１３３０が設置される所定領域に相応する面積で所定高さに突出される突出部１３１９が形成できる。上記下側内部ハウジング１３１５ｂは、上部の半導体素子１０を移送するためのローラ１３７０が設置されるので、半導体素子１０と下側内部ハウジング１３１５ｂとの間の高さが半導体素子１０と上側内部ハウジング１３１５ａとの間の高さより大きくなる。よって、上記下側内部ハウジング１３１５ｂは、突出部１３１９が形成されて下部にランプヒータ１３２０と加熱黒体１３３０が上部と同一な高さで半導体素子１０と離隔して設置される。但し、上記突出部は、上記下側内部ハウジング１３１５ａと一体に形成される必要はなく、別途のブロックによって形成できることは勿論である。

上記ランプヒータ１３２０は、内部ハウジング１３１５内側の上部と下部にそれぞれ設置され、半導体素子１０の進行方向と直角方向に所定幅の領域に設置される。また、上記ランプヒータ１３２０は、半導体素子１０の平面にほぼ平行な面をなすように設置される。上記ランプヒータ１３２０が設置される幅は、半導体素子の熱処理特性とこれによる熱処理温度及び高温加熱時間などによって設定される。

また、出入口ランプヒータ１３２２は、内部ハウジング１３１５の出入口にそれぞれ設置されて半導体素子１０と支持板２０を追加的に加熱して急激な温度変化を防止するようになる。

上記加熱黒体１３３０は、内部ハウジング１３１５の上部と下部で上記ランプヒータ１３２０と半導体素子１０の間に上記ランプヒータ１３２０が設置された領域に相応する領域にそれぞれ設置され、半導体素子１０と所定距離離隔するように設置される。よって、上記加熱黒体１３３０は、上記ランプヒータ１３２０から熱を受けて加熱されながら、赤外線を放出して移送される半導体素子１０を加熱するようになる。上記加熱黒体１３３０は、半導体素子１０と支持板２０に近接する距離に位置されるように設置され、好ましくは、上部と下部の加熱黒体１３３０は、半導体素子１０の上面と支持板２０の下面でほぼ同一な距離だけ離隔して、半導体素子１０と支持板２０が同時に均一に加熱できるようにする。よって、下部に設置されるランプヒータ１３２０と加熱黒体１３３０は、下側内部ハウジング１３１５ｂから突出された突出部１３１７、または別途のブロックによって形成される。

上記加熱黒体１３３０は、上記出入口ランプヒータ１３２２が設置された領域にも、追加的に設置されて出入口ランプヒータから熱を受けて加熱されながら、赤外線を放出するようになって出入口部分で半導体素子１０と支持板２０との温度が急激に変化されることを防止するようになる。

上記磁性コア１３４０と誘導コイル１３５０は、それぞれ内部ハウジング１３１５の上部と下部に設置されて中央領域に設置された加熱黒体１３３０を誘導加熱するようになる。

上記ローラ１３７０は、内部ハウジング１３１５の下部に所定間隔に設置されて支持板を移送するようになる。上記ローラ１３７０は、好ましくは、ランプヒータ１３２０が設置されて半導体素子１０が熱処理される領域の外側に設置されて半導体素子１０の熱処理領域の温度均一度を維持するようにする。よって、上記ローラ１３７０は、好ましくは、内部ハウジング１３１５の出入口とランプヒータ１３２０が設置された領域間に設置される。

本発明の他の実施形態に係る工程部１３００は、図１３に示すように、ランプヒータ１３２０と誘導加熱によって加熱される加熱黒体１３３０の赤外線加熱によって熱処理が行われるので、非晶質シリコン薄膜の結晶化または多結晶シリコン薄膜のドーパント活性化工程で薄膜と共にガラス基板と支持板が同時に加熱される効果がある。

上記冷却部４００は、上記加熱部２００のように少なくとも二つの加熱炉４１０を備えて形成され、上記加熱部２００または工程部３００で加熱された支持板２０と半導体素子１０とをガラス基板が変形されない所定温度以下に冷却するようになる。上記冷却部４００は、支持板２０と半導体素子１０とを段階的に充分に低い温度で冷却させる場合、加熱炉４１０の数が増加されて設置されることができる。上記冷却部４００の加熱炉４１０は、熱処理温度より低い温度で段階的に設定されて維持され、移送される支持板２０及び半導体素子１０を所定温度に冷却して維持するようになる。また、上記冷却部４００の加熱炉４１０も外部でガスを供給するガス供給手段(図面に表示せず)が備えることができ、所定温度で冷却したガスを供給して支持板２０と半導体素子１０をより効果的に均一に冷却できるようになる。上記冷却部４００の加熱炉４１０は、上記加熱部２００の加熱炉２１０と同一または類似なので、ここで詳しい説明は省略する。

図１４ａは、半導体素子の熱処理システムを構成する排出部の正面図である。図１４ｂは、図１４ａの側面図である。図１５ａは、排出部を構成する冷却サセプタの平面図である。図１５ｂは、図１５ａのＡ−Ａ断面図である。

上記排出部５００は、図１４ａ乃至図１４ｂに示すように、冷却サセプタ５１０と、冷却上下移送手段５２０と、ガス噴射ノズル５３０と、冷却水平移送手段５４０とを備えて形成される。また、上記排出部５００は、上部加熱手段５５０を備えて形成できる。

上記冷却サセプタ５１０は、図１５ａと図１５ｂに示すように、上面５１１に安着される支持板２０より大きい面積を有するほぼ水平である板状に形成され、冷却サセプタ５１０を上下に貫通する噴射ホール５１４を備えて形成される。上記冷却サセプタ５１０は、上面が上記冷却部４００の出口に相応する高さになるように形成される。また、上記冷却サセプタ５１０は、上記支持板２０を水平に移送する水平移送手段の一つであるローラが収容される冷却ローラ溝５１８を備えて形成することができる。上記冷却サセプタ５１０は、熱伝導性が大きい材質からなり、支持板２０と半導体素子１０の熱が早く伝導されて放出できるようにする。上記冷却サセプタ５１０は、アルミニウム金属または合金、黒鉛(ｇｒａｐｈｉｔｅ)、アルミニウム酸化物(Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ)、アルミニウムナイトライド(Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ)、ボロンナイトライド(Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ)のうちいずれか一つから形成されるが、但し、ここで冷却サセプタ５１０の材質が限定されるわけではない。

上記噴射ホール５１４は、冷却サセプタ５１０の所定領域で上下を貫通して所定形状に形成される。上記噴射ホール５１４は、冷却サセプタ５１０の上面５１１に移送される支持板２０と半導体素子１０の下面に冷却ガスを噴射して支持板２０がより均一に冷却されるようにする。即ち、上記支持板２０が冷却部から移送されて大気中に露出すれば、支持板２０の外側部分が中央部分より早く自然冷却しながら、温度偏差が発生する。よって、上記噴射ホール５１４は、支持板２０が冷却サセプタ５１０の上面に移送されれば、支持板２０の下面で全体的に均一にガスを噴射して支持板２０が均一に強制冷却されるようにする。

上記噴射ホール５１４は、支持板２０及び半導体素子１０の大きさと排出温度に応じて冷却サセプタ５１０の中央領域に所定の面積と形状に形成される。上記噴射ホール５１４は、冷却サセプタ５１０の幅方向に中央領域に上面と下面を貫通する円筒形状に形成される。また、上記噴射ホール５１４は、断面形状が円形以外にも三角形状または四角形状を含む多角形状に形成できることは勿論である。上記噴射ホール５１４は、好ましくは、冷却サセプタ５１０の幅方向に冷却サセプタ５１０の上部に移送される支持板２０の幅の少なくとも５０％の幅に相応する領域に形成される。上記噴射ホール５１４が支持板２０幅の５０％より小さな領域として上記冷却サセプタ５１０に形成されれば、支持板２０と半導体素子１０は、幅方向に均一に冷却せず、局部的な冷却温度差によって変形される可能性がある。但し、上記噴射ホール５１４は、冷却サセプタ５１０前後側のローラ溝５１８の形成領域には形成されない。また、上記噴射ホール５１４は、長さ方向には冷却サセプタ５１０の長さ全体に形成できる。

また、上記噴射ホール５１４は、ホールの大きさと形成間隔を適正に調整して形成できる。上記噴射ホール５１４は、０．５乃至３ｍｍの直径を有するホールに形成され、好ましくは、０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍの直径を有するように形成される。また、上記噴射ホール５１４が多角形状に形成される場合、その幅が０．５ｍｍ乃至３ｍｍを有するように形成される。上記噴射ホール５１４の直径が０．５ｍｍより小さいと、ガス噴射量が少なくなって冷却効果が小さくなり、ホールに異物による詰まり現象が生ずる。また、上記噴射ホール５１４の直径が３ｍｍより大きいと、ガス噴射量が多くなって局部的に温度偏差が発生される。また、上記噴射ホール５１４は、ホールの直径より大きい間隔で形成され、好ましくは、少なくともホールの直径より５倍大きい間隔に形成される。上記噴射ホール５１４の形成間隔がホールの直径より小さいと、ホールの間の間隔が小さすぎてホールの変形による詰まりのため、冷却サセプタ５１０の耐久性が低下される。

上記冷却サセプタ５１０は、下面５１２の上記噴射ホール５１４にガスを供給する別途のガス供給手段５１６が連結される。上記ガス供給手段５１６は、噴射ホール５１４の配列に応じて冷却サセプタ５１０の側部に形成できることは勿論である。

上記冷却ローラ溝５１８は、冷却サセプタ５１０の前後側に所定間隔で形成され、冷却サセプタ５１０の上面に安着される支持板２０の前後側一部が接触される長さに形成される。また、上記冷却ローラ溝５１８は、冷却サセプタ５１０が支持板２０が上昇された時、ローラ５４０が上面に突出されないように所定深さに形成される。よって、上記支持板２０は、冷却過程では冷却上下移送手段５２０の上面５１１に均一に接触され、冷却が終わった後、冷却サセプタ５１０が下降されながら、冷却ローラ溝５１８に挿入されているローラ５４０によって支持されて左右に移送される。但し、上記冷却ローラ溝５１８は、支持板２０を左右に移送する水平移送手段５４０としてローラが用いられる場合に形成される。

上記冷却上下移送手段５２０は、冷却サセプタ５１０の下面５１２に結合されて冷却サセプタ５１０を上下に移送するようになる。上記冷却上下移送手段５２０は、支持板２０が冷却部４００から移送される時、下降した状態またはローラ５４０が支持板２０の上面から突出される状態になるように冷却サセプタ５１０を移送するようになる。また、上記冷却上下移送手段５２０は、支持板２０の移送が完了した時、冷却サセプタ５１０を完全に上昇させて支持板２０が冷却サセプタ５１０の上面に安着されるように移送する。また、冷却上下移送手段５２０は、支持板２０及び半導体素子の冷却が完了した時、冷却サセプタ５１０を下降させて支持板２０がローラによって移送できるようにする。上記上下移送手段１３０は、空圧シリンダ、ボールスクリュー移送機構、タイミングベルトなどが使用できるが、好ましくは、空圧シリンダが良い。但し、ここで上下移送手段１３０の種類が限定されるわけではなく、サセプタ１１０を上下に移送する様々な移送機構が使用できることは勿論である。また、上記上下移送手段１３０は、サセプタ１１０の重さ、面積によって所定個数に形成できる。

上記ガス噴射ノズル５３０は、上部ノズル５３０ａと下部ノズル５３０ｂで構成されて、上部ノズル５３０ａと下部ノズル５３０ｂは、それぞれ独立されたノズルが複数個が結合されて所定幅に形成されたり、所定幅を有する一つのノズルで形成される。上記ガス噴射ノズル５３０は、窒素ガスのようなガスを噴射して支持板２０と半導体素子１０を強制的に冷却するようになる。上記ガス噴射ノズル５３０は、必要な冷却速度と支持板２０の移送速度を考慮して、ガスが噴射されるノズル入口の大きさを決定するようになる。従って、上記ガス噴射ノズル５３０は、冷却速度が早くしたり、支持板の移送速度を早くさせる場合、ガス噴射量を増加させるためにノズル入口の大きさを大きくして、逆の場合は、ノズル入口の大きさを小さく形成する。上記ガス噴射ノズル５３０は、好ましくは、上記支持板２０の幅より大きな幅を有するように形成されて支持板２０を幅方向に均一に冷却させるようになる。上記ガス噴射ノズル５３０は、上部ノズル５３０ａと下部ノズル５３０ｂが冷却サセプタ５１０の一側、即ち、冷却部４００と隣接する側部で冷却サセプタ５１０の上面を基準に支持板２０及び半導体素子１０の高さより大きい距離で離隔して設置される。上記ガス噴射ノズル５３０は、上部ノズル５３０ａと下部ノズル５３０ｂのガス噴射角度が支持板２０の移送方向と所定角度をなすように形成され、支持板２０の移送方向と鈍角をなすように形成されることが好ましい。また、上記上部ノズル５３０ａと下部ノズル５３０ｂは、お互いに異なる角度からガスを噴射するように設置できるし、上記支持板２０を垂直方向を基準に他の位置を冷却させるように設置できる。上記ガス噴射ノズル５３０から噴射されるガスは、支持板２０の移送に支障を与えずに、支持板２０及び半導体素子１０の表面に沿って流れながら、支持板２０と半導体素子１０を冷却するようになる。

上記冷却水平移送手段５４０は、上記支持板２０を水平に移送して排出部５００から他の工程に移送するようになる。上記冷却水平移送手段５４０は、好ましくは、冷却サセプタ５１０の冷却ローラ溝５１８に挿入されて回転するローラ５４０に形成され、ローラ５４０は、移送される支持板２０の大きさを考慮して、適正間隔に形成される。上記ローラ５４０は、別途の支持手段(図面に表示せず)によって回転可能に支持されて、別途の駆動手段(図面に表示せず)によって回転される。よって、上記ローラ５４０は、複数個が水平方向に所定間隔を置いて設置されて回転しながら、上部に安着されている支持板２０を水平方向に移送するようになる。

一方、上記冷却水平移送手段５４０は、ローラ以外にも空圧シリンダ、ボールスクリュー移送機構などが使用できるが、ここでその種類が限定されるわけではない。上記冷却水平移送手段５４０として、そのような移送機構が使用される場合、勿論、冷却サセプタ５１０の上面にはローラ溝５１８が形成されなくても良い。

上記上部加熱手段５５０は、複数の抵抗ヒータまたはランプヒータから形成され、好ましくは、赤外線ハロゲンランプのようなランプヒータに形成される。但し、ここで上記上部加熱手段５５０の種類が限定されるわけではなく、半導体素子１０の上面を汚染させない様々な加熱手段が使用できることは勿論である。上記上部加熱手段５５０は、冷却サセプタ５１０の上部に所定高さに形成されて、移送される支持板２０の面積より大きい面積を有するように形成される。よって、上記上部加熱手段５５０は、半導体素子１０の上部に設置されて支持板２０と半導体素子１０の上面に全体的に熱を加えて上面が早く冷却することを防止するようになる。上記支持板２０と半導体素子１０が上記冷却サセプタ５１０の上面に移送されれば、特に、半導体素子１０は、上面が開放されて大気中に熱を放出するようになるので、下面より早く冷却され、このような場合、早い冷却速度と上面と下面との間の温度差のため半導体素子１０が損傷される恐れがある。上記上部加熱手段５５０は、支持板２０と半導体素子１０が冷却部４００から移送される時の温度を考慮して、適正な温度を有するように制御される。また、上記上部加熱手段５５０は、冷却初期に半導体素子１０の上面温度を少なくとも１００℃以上の温度に維持することができる熱容量を有するように形成される。上記上部加熱手段５５０は、別途の温度感知手段(図面に表示せず)によって測定して支持板２０と半導体素子１０の温度が１００℃以下まで冷却すると作動を止めるようになる。

本発明の実施形態による半導体素子の熱処理システムの作用に対して説明する。

上記装入部１００のサセプタ１１０が上下移送手段１３０によって上昇されると、上面に支持板２０と半導体素子１０が安着される。上記支持板２０と半導体素子１０は、上記サセプタ１１０の内部加熱手段１１４によって所定の予熱温度で予熱して、この際、サセプタ１１０の中央領域に形成された断熱溝１１６によって支持板２０と半導体素子１０は、中央領域と外側部分に差別的に熱が伝導されながら、全体的に均一に予熱される。上記支持板２０と半導体素子１０が所定温度に予熱されると、上記サセプタ１１０は、上下移送手段１３０によって下に下降され、支持板２０と半導体素子１０は、ローラ１４０の回転によって加熱部２００の加熱炉２１０内部に移送される。

上記加熱部２００の各加熱炉２１０は、それぞれ段階別に所定の設定温度に設定され、移送される支持板２０と半導体素子１０とを所定の加熱温度で加熱するようになる。この際、上記加熱部２００は、最後の加熱炉２１０の設定温度を熱処理温度に設定して加熱部２００で一部熱処理が行えるようにする。

上記工程部３００は、移送された半導体素子１０を所定の熱処理温度で熱処理するようになり、熱処理が終われば、所定温度に維持される上記冷却部４００に移送するようになる。上記工程部３００は、ランプヒータ３２０の作動によって半導体素子１０の非晶質シリコン薄膜または金属薄膜を選択的に加熱するようになる。また、上記工程部３００は、第１黒体３３０と第２黒体３３５がランプヒータ３２０による加熱と磁性コア３４０及び誘導コイル３５０による加熱によって加熱されながら、半導体素子を全体的に加熱するようになり、特に、半導体素子１０のガラス基板と支持板を加熱するようになる。また、上記工程部３００は、第１黒体３３０と第２黒体３３５が誘導加熱によって特定の所定領域が集中的に加熱されて、赤外線を放出して半導体素子１０の特定部分を集中的に高い温度で加熱して熱処理を行うようにする。

上記冷却部４００は、各加熱炉４１０がそれぞれ段階別に所定の設定温度に設定されて、移送された半導体素子１０を段階別に冷却させて所定の冷却温度に冷却させた後、上記排出部５００の冷却サセプタ５１０の上部に移送するようになる。

上記排出部５００は、移送される半導体素子１０を所定の排出温度で冷却させるようになる。上記排出部５００のガス噴射ノズル５３０は、冷却部４００から移送される支持板２０及び半導体素子１０の上面と下面にガスを噴射して冷却させるようになる。上記支持板２０が冷却水平移送手段であるローラ５４０の駆動によって冷却サセプタ５１０の上部に移送されると、冷却上下移送手段５２０によって冷却サセプタ５１０が上部に移送されて、上面に支持板２０と半導体素子１０が安着される。この際、上記冷却サセプタ５１０は、噴射ホール５１４でガスが噴射されて支持板２０と半導体素子１０を全体的に均一に冷却させるようになる。また、上記上部加熱手段５５０は、支持板２０と半導体素子１０との上面に熱を加えて急激に冷却することを防止するようになる。上記排出部５００は、冷却サセプタ５１０の上面に移送された支持板２０と半導体素子１０の変形がない所定温度、例えば１００℃以下または常温まで冷却すれば、半導体素子を次の工程に移送するようになる。

図１６は、本発明の実施形態による半導体素子の熱処理システムで実施される熱処理の工程条件を示したグラフである。図１４に示すように、工程１は、ガラス基板に蒸着された非晶質シリコン薄膜の内部に存在する水素の除去またはガラス基板に蒸着された多結晶シリコン薄膜の内部に水素を供給するための工程として、５００℃位の比較的低温から行う。工程２は、ガラス基板に形成された非晶質シリコン薄膜の結晶化、または結晶質シリコン薄膜に形成されたドーパントの活性化、ＭＩＣ、ＭＩＬＣ工程として、ほぼ６００℃以上から行う。工程３は、ガラス基板のｐｒｅ−ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎまたは欠陥除去(ｄｅｆｅｃｔ ａｎｎｅａｌｉｎｇ)工程として、ほぼ７００℃以上から行う。上記の工程は、半導体素子の熱処理システムが適用できる工程に対する例であり、より様々な工程に適用できることは勿論である。

上記半導体素子の熱処理システムは、図１６の工程条件を遂行する場合、装入部１００から支持板２０と半導体素子１０をほぼ２００℃まで予熱した後、加熱部２００に移送するようになる。上記加熱部２００は、各加熱炉２１０で処理工程に応じて熱処理温度まで３段階に分け、支持板２０と半導体素子１０を加熱するようになる。上記工程部３００は、移送された支持板２０と半導体素子１０を熱処理温度まで早い時間で加熱して冷却させるようになる。図１６の工程１に示すように、熱処理種類によって工程部３００が不要な場合も勿論ある。上記冷却部４００は、各加熱炉４１０で熱処理温度からほぼ３００℃まで段階的に冷却するようになる。上記排出部５００は、移送された支持板２０と半導体素子１０とを常温に近い温度まで冷却させるようになる。この際、上述したように、上記排出部４００は、支持板２０と半導体素子１０を均一に冷却できる冷却手段を備えて半導体素子が変形されないように均一に冷却するようになる。

従って、本発明による半導体素子の熱処理システムは、ほぼ４００℃から１０００℃まで半導体素子の熱処理を行うことが可能になる。特に、本発明による半導体素子の熱処理システムは、ガラス基板の変形温度である６００℃以上の温度を要する熱処理をより効果的に行うことができる。

本発明の実施形態による半導体素子の熱処理システムの適用例に対して説明する。

<適用例１>
適用例１は、半導体素子であるガラス基板に蒸着された非晶質シリコン薄膜の固相結晶化に適用した実施例である。

図１７は、誘導コイルの電流の関数としての非晶質シリコン薄膜の結晶化度合いを示したＵＶ曲線の傾き変化に関するグラフである。図１７は、ガラス基板の熱処理時間が同一な場合の、誘導コイルの電流による非晶質シリコン薄膜の結晶化程度を表し、Ｘ軸は誘導コイルの電流であり、Ｙ軸はＵＶの傾きである。紫外線透過スペクトラム(ＵＶｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ)による非晶質シリコン薄膜の結晶化程度は、曲線の傾き(ＵＶ ｓｌｏｐｅ ｖａｌｕｅ)によって評価され、ここで曲線の傾きが大きいほど高品質の結晶質を有するシリコン薄膜を意味する。

図１８ａ乃至図１８ｄは、図１７に示すように、誘導電流が０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａである時、それぞれ結晶質シリコン薄膜のラマンスペクトラム変化を示したグラフである。図１８ａ乃至図１８ｄのグラフのように、Ｘ軸は、ラマンシフト(Ｒａｍａｎ Ｓｈｉｆｔ)を表し、Ｙ軸は、強度(intensity)を表した。

先に、化学蒸着法(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)によって非晶質シリコン薄膜が塗布されたガラス基板(商品名:Ｃｏｒｎｉｎｇ１７３７)は、装入部１００から支持板２０と合体されて約２００℃程度に予熱される。ガラス基板と支持板は、加熱炉２００に移送されて非晶質シリコン薄膜の固相結晶化に必要な工程予熱温度６４０℃で段階的加熱される。ガラス基板と支持板は、工程部３００に移送されて瞬間加熱により結晶化工程が行われて、冷却部４００と排出部５００を経て常温に冷却される結晶化熱処理を行った。上記工程部３００において、固相結晶化熱処理の熱処理時間は、工程部３００を通過する移送速度によって調節できる。

上記工程部３００において、誘導コイルによる誘導加熱は誘導コイル３５０に印加される電流の量により調節され、電流の量が増加するほど誘導加熱による第１黒体３３０及び第２黒体３３５の加熱温度が増加されてガラス基板１０及び支持板２０の温度も増加するようになる。図１７に示すように、誘導コイルに電流を印加しない場合、ＵＶ曲線の傾きは、０．２以下の値となり、結晶化が進行されないことが分かる。しかし、誘導コイルに印加される電流の量が２０Ａ、３０Ａ、４０Ａに増加されると、即ち、誘導加熱が大きくなるほどシリコン薄膜の結晶化は促進されて、４０Ａの電流が印加された場合、ＵＶ曲線の傾きが１以上になり、結晶化がほぼ完了することが分かる。また、図１８ａ乃至図１８ｄに示すように、誘導コイルの電流が増加されるほど非晶質シリコン上のピークは減少されるが、結晶質シリコン上のピークは増加されることが分かり、電流が４０Ａである場合には、結晶化程度は、９５％以上を表すことが分かる。

<適用例２>
適用例２は、半導体素子であるガラス基板に蒸着された非晶質シリコン薄膜のＭＩＬＣ工程に適用した実施例である。

図１９は、ＭＩＬＣ結晶化工程後、誘導コイルの電流による結晶ＭＩＬＣ成長距離を示した図である。
ガラス基板に化学蒸着法を利用して非晶質シリコン膜を蒸着した後、非晶質シリコン膜の特定部位に金属元素(Ｎｉ)を塗布してＭＩＬＣ結晶化工程を行った。ここでＭＩＬＣ結晶化工程は、適用例１による結晶化工程と同一な手順で行われたが、加熱炉の予熱温度は６００℃として結晶化工程温度より低い温度で行われた。この際、工程部３００においては、ランプヒータ３２０のハロゲンランプの電流を調節してガラス基板の変形なしに工程を行った。

図１９においては、誘導コイルに印加される電流の量が増加するに従って、同一な熱処理時間の間にＭＩＬＣの成長距離が増加することを表し、４０Ａの電流を印加すれば、非晶質シリコン薄膜で結晶質シリコン薄膜がより早い速度(測定結果でほぼ３〜４μｍ/ｓｅｃ)の速度で成長することが分かる。

<適用例３>
適用例３は、結晶質シリコン薄膜にドーピングされたドーパントの活性化工程に適用した実施例である。

図２０は、加熱温度とハロゲンランプの電力量によるドーパント活性化程度を示した。

ガラス基板上に化学蒸着法によって非晶質シリコン薄膜を形成した後、ＥＬＣ工程を使用して多結晶シリコン薄膜を結晶化させた。以後、絶縁層として使用されるシリコンダイオキサイド(ＳｉＯ２)層を蒸着して、イオンドーピング装備を利用して多結晶シリコン薄膜層にｎ型ドーパントをドーピングした。本適用例において、ドーパント活性化工程は、適用例１及び適用例２の結晶化工程及びＭＩＬＣ結晶化工程と同一な手順で行われたが、加熱炉の予熱温度は、５８０〜６２０℃として結晶化工程温度より低い温度で行われた。この際、工程部３００において、ドーパント活性化を加速させるために工程部に印加されるハロゲンランプの電力量を３８％から５０％に変化させてドーパント活性化を行った。

ドーパント活性化位は、図２０に示すように、ドーパントの電気的活性化程度を示した面抵抗(Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ;Ｒｓ)値と活性化工程によって破壊された結晶質の治癒程度を示したＵＶ曲線の傾きを比較した。ドーパント活性化工程においては、イオン注入時、加速されたドーパントがシリコン(Ｓｉ)イオンと衝突して結晶質を破壊するようになり、破壊された結晶質は、ドーパント活性化工程時、電気的に活性化されない欠陥として作用してＴＦＴの信頼性に問題を発生する。よって、ドーパント活性化工程においては、発生した欠陥が治癒されなければならず、このような治癒程度も重要な要素である。図２０においては、ハロゲンランプに印加される電力量が増加されるほど面抵抗は減少して、ＵＶ曲線の傾きは増加することを表している。即ち、面抵抗の減少は、注入されたドーパントが活性化されることを意味し、ＵＶ曲線の傾き増加は、イオン注入時、発生した欠陥が治癒されてＴＦＴ素子の信頼性が高くなったことが分かる。

<適用例４>
適用例４は、支持板を使用してガラス基板に蒸着された非晶質シリコン薄膜の結晶化過程で、ガラス基板の温度の均一度を評価した実施例である。

図２１は、ガラス基板の各位置で時間による温度変化を示したグラフである。

適用例４において、非晶質シリコン薄膜が蒸着された３７０ｘ４７０ｍｍのガラス基板を工程部から昇温させる過程で温度の均一度を評価した。温度の均一度を評価するために上記ガラス基板の４つの角と中央のそれぞれに熱電対を付着してそれぞれの温度を測定した。図２１に示すように、ガラス基板は、装入後、１分程度以内に常温から５００℃まで早く上昇して、４分程度経過した後には、６４０℃まで上昇することが分かる。また、ガラス基板は、上昇速度が早いにもかかわらず位置別温度偏差が３０℃以内で極めて小さくなっていることが分かる。また、上記ガラス基板は、小さな温度偏差によって一部変形されても上記支持板が支持するようになるので、高温での変形がなくなる。

以上、本発明は、上述した特定の好ましい実施形態に限定されるわけではなく、特許請求範囲で請求する本発明の基本概念に基づき、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、様々な実施変更が可能であり、そのような変更は本発明の特許請求範囲に属するものである。

本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムの構成図。 半導体素子の熱処理システムを構成する装入部の正面図。 装入部を構成するサセプタの平面図。 図３ａのＡ−Ａ断面図。 本発明の他の実施形態に係るサセプタの平面図。 本発明の他の実施形態に係るサセプタの平面図。 加熱部を構成する加熱炉の断面斜視図。 図６ａの加熱炉がお互いに連結される部位に対する断面斜視図。 本発明の実施形態に係る工程部の外部斜視図。 本発明の実施形態に係る工程部の内部ハウジングとランプヒータ及びローラを含む部分の斜視図。 本発明の実施形態に係る工程部の断面図。 本発明の実施形態に係る磁性コアと誘導コイルの斜視図。 本発明の実施形態に係る磁性コアと誘導コイルの誘導加熱部位を示した概略断面図。 本発明の他の実施形態に係る工程部の断面図。 本発明の他の実施形態に係る磁性コアと誘導コイルの誘導加熱部位を示した概略断面図。 半導体素子の熱処理システムを構成する排出部の正面図。 図１４ａの側面図。 排出部を構成する冷却サセプタの平面図。 図１５ａのＡ−Ａ断面図。 本発明の実施形態に係る半導体素子の熱処理システムで実施される熱処理の工程条件を示したグラフ。 誘導コイルの電流の関数としての非晶質シリコン薄膜の結晶化程度を示したＵＶ曲線傾き変化に対するグラフ。 誘導コイルの印加電流が０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａである時、それぞれ結晶質シリコン薄膜のラマンスペクトラム変化を示したグラフ。 誘導コイルの印加電流が０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａである時、それぞれ結晶質シリコン薄膜のラマンスペクトラム変化を示したグラフ。 誘導コイルの印加電流が０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａである時、それぞれ結晶質シリコン薄膜のラマンスペクトラム変化を示したグラフ。 誘導コイルの印加電流が０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａである時、それぞれ結晶質シリコン薄膜のラマンスペクトラム変化を示したグラフ。 ＭＩＬＣ結晶化工程後、誘導コイルの電流に係る結晶ＭＩＬＣ成長距離を示した図。 工程部の加熱温度とハロゲンランプの電力量による面抵抗及びＵＶ曲線傾き変化を示したグラフ。 ガラス基板の各位置で時間による温度変化を示したグラフ。

符号の説明

１０ 半導体素子
２０ 支持板
１００ 装入部
２００ 加熱部
３００ 工程部
４００ 冷却部
５００ 排出部

Claims (56)

1. 半導体素子を熱処理する半導体素子の熱処理システムにおいて、
   ガラス基板の表面に形成される上記半導体素子と上記半導体素子が安着される支持板を、加熱部内部に移送されながら、急激な温度変化と局部的温度差により、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に加熱して移送する装入部と、
   熱処理温度まで段階的に徐々に加熱温度を上昇させるように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、上記装入部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を熱処理温度まで、均一に加熱する加熱部と、
   上記加熱部に接して設置され、ランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によって上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、瞬間的に、熱処理温度よりさらに高い温度で、均一に加熱する工程部と、
   上記熱処理温度から、排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで段階的に徐々に温度が降下するように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、熱処理工程が行われて上記加熱部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に冷却する冷却部と、
   上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで冷却して移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、移送された上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子の変形が発生しない温度まで、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形されないように均一に冷却させて排出する排出部と、を含むことを特徴とする半導体素子の熱処理システム。
2. 上記半導体素子の熱処理システムは、上記加熱部に接して設置され、ランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によって半導体素子を所定の熱処理温度で熱処理する工程部をさらに備えて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の熱処理システム。
3. 上記装入部は、上記支持板が安着されて上面中央の所定領域に断熱溝が形成されるサセプタと、
   上記サセプタを加熱する加熱手段と、
   上記サセプタを上下に移送する上下移送手段と、
   上記支持板を水平に移送する水平移送手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の熱処理システム。
4. 上記サセプタは、アルミニウム金属または合金、アルミニウム酸化物、アルミニウムナイトライド、ボロンナイトライド、黒鉛を含む材質のうちいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
5. 上記サセプタは、上記支持板の面積より大きい面積に形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
6. 上記断熱溝は、上記支持板が上記サセプタの上面に安着される時、上記支持板面積の２０％乃至７０％の面積を有するように形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
7. 上記断熱溝は、トレンチ形状が複数個配列されて形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
8. 上記断熱溝は、トレンチ幅がトレンチ形成間隔と同一であるか、小さく形成されることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の熱処理システム。
9. 上記断熱溝は、トレンチ中央部の幅が両側端の幅より大きくなるように形成されることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の熱処理システム。
10. 上記断熱溝は、水平断面が多角形状である溝が複数個配列されて形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
11. 上記加熱手段は、上記サセプタの内部に内蔵されるか、または下部に装着されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
12. 上記加熱手段は、抵抗ヒータまたはランプヒータを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
13. 上記上下移送手段は、上記サセプタの下部に設置される空圧シリンダまたはボールスクリュー移送機構、またはタイミングベルトを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
14. 上記水平移送手段は、ローラとこれを回転させるモーターを含んで形成され、
    上記ローラは、上記サセプタの上面に所定の長さに形成するローラ溝に挿入され、上部に所定の幅で接触されて安着される支持板を移送するように形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の熱処理システム。
15. 上記工程部は、上記半導体素子が移送されて熱処理が進行される空間を形成する内部ハウジングと、上記内部ハウジング内部の上部または下部の所定領域に設置される複数個のランプを含むランプヒータと、板状または複数のブロックに形成され、上記内部ハウジングと上記ランプヒータとの間の少なくとも上記ランプヒータが設置される領域に相応する領域に設置される第１黒体と、ブロック状に形成され、上記内部ハウジング外部の上部と下部にそれぞれ設置される磁性コア及び上記磁性コアに巻線される誘導コイルをと、含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の熱処理システム。
16. 上記工程部は、上記内部ハウジング内部で上記半導体素子を間に置き、上記第１黒体と対向するように形成される第２黒体をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の熱処理システム。
17. 上記工程部は、上記内部ハウジング下部に設置され、半導体素子と支持板を支持して移送するローラをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の熱処理システム。
18. 上記工程部は、上記内部ハウジングの面積に相応する面積の板状に形成され、上記内部ハウジングと磁性コアとの間に設置される断熱板をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の熱処理システム。
19. 上記ランプヒータは、ハロゲンランプを含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の熱処理システム。
20. 上記第１黒体及び第２黒体は、シリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドがコーティングされた炭素体を含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子の熱処理システム。
21. 上記内部ハウジングと断熱板は、石英からなることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の熱処理システム。
22. 上記誘導コイルは、磁性コアの内部ハウジングに対向される面に形成される誘導コイル溝に巻線されることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の熱処理システム。
23. 上記磁性コアは、上記断熱板と所定間隙離隔して設置され、外部から供給される冷却ガスによって冷却されるように形成されることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の熱処理システム。
24. 上記磁性コアは、鉄またはフェライト粉末とエポキシの複合材料を含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の熱処理システム。
25. 上記工程部は、移送される半導体素子の熱処理が進行される空間を形成する内部ハウジングと、上記内部ハウジング内部の上部と下部に所定領域で設置されるランプヒータと、少なくとも上記ランプヒータが設置される領域に相応する面積を有する板状に形成され、上記ランプヒータ内側の上下にそれぞれ設置される加熱黒体と、
    ブロック形態に形成されて上記内部ハウジング外部の上部と下部に設置される磁性コア及び上記磁性コアに巻線される誘導コイルと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の熱処理システム。
26. 上記加熱黒体は、シリコンカーバイドまたはシリコンカーバイドがコーティングされた炭素体を含むことを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子の熱処理システム。
27. 上記排出部は、上記冷却部から移送される上記支持板と半導体素子に所定角度でガスを噴射するガス噴射ノズルと、上記支持板が安着され、上記支持板が安着される所定領域に上下に貫通されてガスが噴射される噴射ホールが形成される冷却サセプタと、上記冷却サセプタを上下に移送する冷却上下移送手段及び上記支持板を水平に移送する冷却水平移送手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の熱処理システム。
28. 上記排出部は、上記冷却サセプタの上部に設置されて上記半導体素子及び支持板の上部を加熱する上部加熱手段をさらに含んで形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
29. 上記冷却サセプタは、アルミニウム金属または合金、アルミニウム酸化物、アルミニウムナイトライド、ボロンナイトライド、黒鉛を含む材質のうちいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
30. 上記冷却サセプタは、上記支持板の面積より大きい面積に形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
31. 上記噴射ホールは、上記支持板が上記冷却サセプタの上面に安着される時、上記支持板の幅の少なくとも５０％の幅に相応する領域に形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
32. 上記噴射ホールは、断面形状が円形または多角形状である複数個のホールが配列されて形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
33. 上記噴射ホールは、直径または幅が０．５ｍｍ乃至３ｍｍを有するつように形成されることを特徴とする請求項３２に記載の半導体素子の熱処理システム。
34. 上記噴射ホールは、その直径または幅より大きい間隔で配列されて形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
35. 上記ガス噴射ノズルは、上部ノズルと下部ノズルを含み、
    上記半導体素子と支持板の全体高さより大きい距離でお互いに離隔して設置され、移送される上記半導体素子と支持板上部と下部にそれぞれガスを噴射するように形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
36. 上記ガス噴射ノズルは、ガス噴射角度が上記支持板の移送方向と鈍角をなすように形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
37. 上記ガス噴射ノズルは、ガスが噴射される幅が少なくとも上記支持板の幅に形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
38. 上記冷却上下移送手段は、上記冷却サセプタの下部に設置される空圧シリンダまたはボールスクリュー移送機構またはタイミングベルトを含むことを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
39. 上記冷却水平移送手段は、ローラと、これを回転させるモーターを含み、
    上記ローラは、上記冷却サセプタの上面に所定の長さに形成する冷却ローラ溝に挿入され、上部に所定幅で接触されて安着される上記支持板を移送するように形成されることを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の熱処理システム。
40. 上記上部加熱手段は、上記冷却サセプタの上部に少なくとも上記支持板の面積より大きい領域に設置され、上記半導体素子及び支持板の上部を加熱するように形成されることを特徴とする請求項２８に記載の半導体素子の熱処理システム。
41. 上記上部加熱手段は、複数のランプヒータを含むことを特徴とする請求項２８に記載の半導体素子の熱処理システム。
42. 上記半導体素子は、ガラス基板、ガラス基板に形成される非晶質シリコン薄膜、ガラス基板に形成される多結晶シリコン薄膜、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の熱処理システム。
43. 上記半導体素子は、液晶ディスプレイまたは有機発光ディスプレイ装置に使用される薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項４２に記載の半導体素子の熱処理システム。
44. 上記熱処理は、非晶質シリコン薄膜の固相結晶化、金属誘導結晶化、金属誘導結晶化、イオン注入される多結晶シリコン薄膜の活性化、ガラス基板のプリコンパクション処理のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の熱処理システム。
45. 上記熱処理は、４００℃乃至１０００℃の間の温度で遂行されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の熱処理システム。
46. 上記半導体素子は、３ｍｍ乃至１０ｍｍ厚さの石英から形成される支持板に安着されて移送されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の熱処理システム。
47. 上記支持板は、上記半導体素子よりその幅と長さが少なくとも１０ｍｍ大きく形成されることを特徴とする請求項４６に記載の半導体素子の熱処理システム。
48. 上記支持板は、上記半導体素子が安着される領域の対角線方向に少なくとも四つの脱着ホールが形成されることを特徴とする請求項４６に記載の半導体素子の熱処理システム。
49. 上記脱着ホールは上記安着される半導体素子の各外側から１０ｍｍ以内の領域に形成されて、３ｍｍより小さな直径または幅の円形または四角形状に形成されることを特徴とする請求項４８に記載の半導体素子の熱処理システム。
50. 支持板に安着して移送される半導体素子を熱処理する半導体素子の熱処理システムにおいて、
    ガラス基板の表面に形成される上記半導体素子と上記半導体素子が安着される支持板を、加熱部内部に移送されながら、急激な温度変化と局部的温度差により、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に加熱して移送する装入部と、
    熱処理温度まで段階的に徐々に加熱温度を上昇させるように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、上記装入部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を熱処理温度まで、均一に加熱する加熱部と、
    上記加熱部に接して設置され、ランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によって上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、瞬間的に、熱処理温度よりさらに高い温度で、均一に加熱する工程部と、
    上記熱処理温度から、排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで段階的に徐々に温度が降下するように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、熱処理工程が行われて上記加熱部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に冷却する冷却部と、
    上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで冷却して移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、移送された上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子の変形が発生しない温度まで、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形されないように均一に冷却させて排出する排出部と、を含み、
    上記装入部は、
    上記支持板が安着され、上面中央の所定領域に断熱溝が形成されるサセプタと、
    上記サセプタを加熱する加熱手段と、
    上記サセプタを上下に移送する上下移送手段と、
    上記支持板を水平に移送する水平移送手段と、を含むことを特徴とする半導体素子の熱処理システム。
51. 支持板に安着して移送される半導体素子を熱処理する熱処理システムにおいて、
    ガラス基板の表面に形成される上記半導体素子と上記半導体素子が安着される支持板を、加熱部内部に移送されながら、急激な温度変化と局部的温度差により、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に加熱して移送する装入部と、
    熱処理温度まで段階的に徐々に加熱温度を上昇させるように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、上記装入部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を熱処理温度まで、均一に加熱する加熱部と、
    上記加熱部に接して設置され、ランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によって上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、瞬間的に、熱処理温度よりさらに高い温度で、均一に加熱する工程部と、
    上記熱処理温度から、排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで段階的に徐々に温度が降下するように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、熱処理工程が行われて上記加熱部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に冷却する冷却部と、
    上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで冷却して移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、移送された上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子の変形が発生しない温度まで、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形されないように均一に冷却させて排出する排出部と、を含み、
    上記工程部は、
    移送される半導体素子の熱処理が進行される空間を形成する内部ハウジングと、
    上記内部ハウジング内部の上部または下部の所定領域に設置されるランプヒータと、
    板状に形成され、上記内部ハウジングと上記ランプヒータとの間で少なくとも上記ランプヒータが設置される領域に相応する領域に設置される第１黒体と、
    ブロック形態に形成されて上記内部ハウジング外部の上部と下部に設置される磁性コアと、
    上記磁性コアに巻線される誘導コイルと、を含むことを特徴とする半導体素子の熱処理システム。
52. 上記工程部は、上記内部ハウジング内部で上記半導体素子を間に置いて上記第１黒体と対向するように形成される第２黒体をさらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の半導体素子の熱処理システム。
53. 上記工程部は、上記内部ハウジング下部に設置されて半導体素子と支持板を支持して移送するローラをさらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の半導体素子の熱処理システム。
54. 上記工程部は、上記内部ハウジングの面積に相応する面積の板状に形成されて上記内部ハウジングと磁性コアとの間に設置される断熱板をさらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の半導体素子の熱処理システム。
55. 支持板に安着して移送される半導体素子を熱処理する半導体素子の熱処理システムにおいて、
    ガラス基板の表面に形成される上記半導体素子と上記半導体素子が安着される支持板を、加熱部内部に移送されながら、急激な温度変化と局部的温度差により、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に加熱して移送する装入部と、
    熱処理温度まで段階的に徐々に加熱温度を上昇させるように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、上記装入部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を熱処理温度まで、均一に加熱する加熱部と、
    上記加熱部に接して設置され、ランプヒータによる加熱と誘導起電力による誘導加熱によって上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、瞬間的に、熱処理温度よりさらに高い温度で、均一に加熱する工程部と、
    上記熱処理温度から、排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで段階的に徐々に温度が降下するように維持温度がそれぞれ設定され、独立的に制御される少なくとも二つの加熱炉を含み、熱処理工程が行われて上記加熱部から移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで、均一に冷却する冷却部と、
    上記排出部に移送されながら急激な温度変化と局部的温度差により上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形、または損傷されることを防止する温度まで冷却して移送される上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子を、移送された上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子の変形が発生しない温度まで、上記ガラス基板の表面に形成される半導体素子が変形されないように均一に冷却させて排出する排出部と、を含み、
    上記排出部は、
    上記支持板が安着されて上記支持板が安着される所定領域に上下に貫通してガスが噴射される噴射ホールが形成される冷却サセプタと、
    上記冷却サセプタの一側に形成され、移送される上記支持板と半導体素子に所定角度でガスを噴射するガス噴射ノズルと、
    上記冷却サセプタを上下に移送する上下移送手段と、
    上記支持板を水平に移送する水平移送手段と、を含むことを特徴とする半導体素子の熱処理システム。
56. 上記排出部は、上記冷却サセプタの上部に設置されて上記半導体素子及び支持板の上部を加熱する上部加熱手段をさらに含んで形成されることを特徴とする請求項５５に記載の半導体素子の熱処理システム。