KR101167998B1 - 다결정 실리콘 형성 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

다결정 실리콘 형성 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 장치는, 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 장치로서, 비정질 실리콘을 예열(pre-heating)하는 예열부(200); 및 예열부(200)에서 예열된 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 열처리부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
결정화, 금속 유도 결정화, MIC, 예열

Description

다결정 실리콘 형성 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR FORMING POLY-CRYSTALLINE SILICON AND METHOD THEREOF}
본 발명은 다결정 실리콘 형성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 열처리하는 공정의 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 형성 장치에 관한 것이다.
TFT는 크게 비정질 실리콘 TFT와 다결정 실리콘 TFT로 구분된다. TFT의 특성은 전자 이동도의 값으로 평가하는데, 비정질 실리콘 TFT의 전자 이동도는 대략 1cm2/Vs이고 다결정 실리콘 TFT의 전자 이동도는 대략 100cm2/Vs 정도가 되므로, 고성능의 평판 디스플레이 제조를 위해서는 다결정 실리콘 TFT를 채용하는 것이 바람직하다. 다결정 실리콘 TFT는 유리 또는 석영 등의 투명 기판에 비정질 실리콘을 증착하고 다결정화시킨 뒤, 게이트 산화막 및 게이트 전극을 형성하고 소스 및 드레인에 도펀트를 주입한 후 절연층을 형성하여 구성된다.
다결정 실리콘 TFT 제조시 주요 관건은 비정질 실리콘 박막을 다결정화시키는 공정이다. 특히 결정화 온도를 낮추는 것이 바람직한데, 결정화 온도가 너무 높으면 TFT 제조시 용융점이 낮은 유리 기판을 사용할 수가 없어서 TFT 제조 단가가 너무 상승하는 문제점이 있다. 이와 같은 유리 기판 사용 가능성을 고려하여, 최근 저온에서 이른 시간 내에 다결정 실리콘 박막을 형성하는 다양한 공정들이 제안되어 왔다.
이 중에서 금속유도 결정화(Metal Induced Crystallization; MIC)법 또는 금속유도 측면 결정화(Metal Induced Lateral Crystallization: MILC)법은 Ni, Cu, Al 등의 금속 촉매를 이용하여 비정질 실리콘의 결정화를 유도하는 방법으로서 저온 결정화가 가능하다는 장점으로 인하여 LCD 등에 많이 사용되고 있다.
금속유도 결정화법 또는 금속유도 측면 결정화법은 크게 금속 촉매를 도포하는 공정과 금속 촉매가 도포된 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 공정으로 나눌 수 있다. 이 두 가지 공정 사이에는 공정 시간에 있어서 차이가 있는데, 일반적으로 열처리 공정에 걸리는 시간이 더 크다. 특히, 금속유도 결정화법 또는 금속유도 측면 결정화법은 금속 오염으로 인한 누설 전류의 문제점을 기본적으로 가지고 있어서 금속 촉매의 도포 양을 가능한 작게 할 필요가 있기 때문에 결정화 열처리 시간이 더 증가하게 된다. 이와 같은 두 공정의 공정 시간의 차이는 생산성 관점에서 보았을 때 바람직하지 못한 결과를 가져온다. 즉, 결정화 열처리 공정의 상대적으로 긴 공정 시간으로 인하여 전체적인 LCD 제조에 걸리는 시간이 증가함으로써 처리량(throughput)이 저하된다는 문제점이 있었다.
한편, 금속 촉매의 도포는 주로 스퍼터링법 또는 PECVD법을 이용하여 상온 내지 200℃의 온도 범위 내에서 이루어진다. 이후, 비정질 실리콘의 결정화 열처 리는 주로 열처리 로(furnace)를 이용하여 600℃ 내지 800℃의 온도 범위 내에서 이루어진다. 이와 같이, 두 공정의 공정 온도 차이도 크기 때문에 급격한 온도 변화에 따라 LCD용 유리 기판이 열 충격(thermal shock)을 받아 손상되거나 변형되는 문제점이 있었다. 특히, 금속 촉매로 인한 누설 전류의 양을 적게 하기 위하여 금속 촉매를 적게 도포하는 경우 상대적으로 높은 온도까지 가열하여야 하기 두 공정의 공정 온도의 차이는 더 벌어질 수 있어서 유리 기판의 손상 또는 변형은 더 심각해질 수 있다.
본 발명은 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 공정의 시간을 단축함으로써 결정화 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 형성 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비정질 실리콘이 형성된 기판을 예열하여 급격한 온도 변화에 따른 유리 기판의 손상 또는 변형을 최소화할 수 있는 다결정 실리콘 형성 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 홀더의 사용이 필수적으로 요구되는 열처리 공정에만 기판 홀더가 사용되도록 함으로써 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 형성 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 형성 장치는 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 장치로서, 상기 비정질 실리콘을 예열(pre-heating)하는 예열부; 및 상기 예열부에서 예열된 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 열처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 투명 기판일 수 있다.
상기 예열부에서 상기 비정질 실리콘을 예열하는 온도는 350℃ 내지 500℃일 수 있다.
상기 예열부에서 상기 비정질 실리콘을 예열하는 시간은 1 분 내지 1 시간일 수 있다.
상기 예열부는 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기 중 적어도 하나의 분위기를 유지할 수 있다.
상기 예열부는 상기 기판을 지지하는 기판 지지핀 및 기판 홀더를 지지하는 기판 홀더 지지핀을 포함하고, 상기 기판 홀더에는 상기 기판 지지핀이 관통하는 관통 홀이 형성될 수 있다.
상기 예열부에서 상기 기판은 기판 홀더와 분리된 상태로 예열될 수 있다.
상기 열처리부에서 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 온도는 550℃ 내지 800℃일 수 있다.
상기 열처리부에서 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리 하는 시간은 5 분 내지 10 시간일 수 있다.
상기 열처리부는 독립적으로 구동되는 복수개의 단위 열처리부를 포함하고, 상기 단위 열처리부마다 상기 비정질 실리콘이 결정화 열처리될 수 있다.
상기 단위 열처리부에는 상기 기판의 상측 및 하측에 배치되는 히터를 포함할 수 있다.
상기 단위 열처리부는 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기 중 적어도 하나의 분위기를 유지할 수 있다.
상기 열처리부에 상기 기판은 기판 홀더에 안착된 상태로 열처리될 수 있다.
상기 예열부로부터 상기 열처리부로 상기 기판을 기판 홀더에 안착시킨 상태 로 이송하는 제1 이송부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 임의의 물질을 증착하는 공정을 수행하는 복수개의 증착 공정부를 더 포함할 수 있다.
상기 증착 공정부는 열 증착부, 전자빔 증착부, 스퍼터링부, 플라즈마 화학기상 증착부, 저압 화학기상 증착부, 단위 원자층 증착부 중 어느 하나일 수 있다.
상기 임의의 물질은 금속을 포함할 수 있다.
상기 금속은 Ni일 수 있다.
상기 복수개의 증착 공정부간에 상기 기판을 이송하거나, 상기 복수개의 증착 공정부 중의 어느 하나의 증착공정부로부터 상기 예열부로 상기 기판을 이송하는 제2 이송부를 더 포함할 수 있다.
상기 열처리부에서 결정화 열처리된 다결정 실리콘을 탈수소 처리하는 탈수소 처리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 형성 방법은 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로서, 상기 비정질 실리콘을 예열(pre-heating)하는 단계; 및 상기 예열된 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 열처리 단계는 독립적으로 구동되는 복수개의 단위 열처리 단계를 포함하며 상기 단위 열처리 단계마다 상기 비정질 실리콘이 결정화 열처리될 수 있다.
상기 예열 단계에서 상기 기판은 기판 홀더와 분리된 상태로 예열되며, 상기 열처리 단계에서 상기 기판은 기판 홀더에 안착된 상태로 결정화 열처리 될 수 있 다.
본 발명에 의하면, 비정질 실리콘을 결정화하여 다결정 실리콘을 형성하는 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 비정질 실리콘이 형성된 기판을 예열하여 급격한 온도 변화에 따른 유리 기판의 손상 또는 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판 홀더의 사용이 필수적으로 요구되는 열처리 공정에만 기판 홀더가 사용되도록 함으로써 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 금속유도 결정화법 또는 금속유도 측면 결정화법으로 다결정 실리콘을 제조하는 경우에는 금속 촉매가 도포된 비정질 실리콘이 열처리된다. 고상 반응법으로 다결정 실리콘을 제조하는 경우에는 순수한 비정질 실리콘이 열처리된다. 본 발명에 따른 장치는 금속유도 결정화법, 금속유도 측면 결정화법, 고상 반응법 등에 의한 다결정 실리콘 제조시에 모두 적용될 수 있다. 다만 이하에서는 금속유도 결정화법 또는 금속유도 측면 결정화법을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 본 발명은 비정질 실리콘을 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 열처리 대상은 기판 상에 형성된 비정질 실리콘이 되어야 할 것이나, 이하에서는 기술상의 편의를 위하여 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 예열 또는 열처리하는 것을 기판을 예열 또는 열처리하는 것으로 표현하기로 한다. 따라서, 이하의 설명에서 기판을 예열 또는 열처리하는 설명에는 경우에 따라서는 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 예열 또는 열처리하는 의미로도 해석될 수 있다.
전체 장치의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 형성 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리 콘 형성 장치(100)는 예열부(200), 제1 이송부(300), 열처리부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 기판(10)을 열처리하기에 앞서 소정의 온도까지 기판(10)을 예열(pre-heating)하는 것을 특징적인 구성으로 한다. 이는 기판(10)의 열처리 시간을 단축함으로써 결정화 공정의 생산성을 향상시키고, 급격한 온도 변화에 따른 기판(10)의 변형을 방지하기 위함이다. 이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 형성 장치(100)는 기판(10)을 소정의 온도까지 예열하는 예열부(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 예열 온도는 약 350℃ 내지 500℃, 예열 시간은 약 1분 내지 1 시간인 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열부(200)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열부(200)는 예열 챔버(210), 예열 히터(220), 예열 가스 공급부(230), 예열 기판 로딩부(240) 및 예열 기판 언로딩부(250), 기판 지지핀(260) 및 기판 홀더 지지핀(270)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 챔버(210)는 공정이 수행되는 동안 실질적으로 내부 공간이 밀폐되도록 구성되어 기판(10)을 예열하기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 예열 챔버(210)는 최적의 공정 조건을 유지하도록 구성되며, 형태는 사각형 또는 원형의 형태로 제조될 수 있다. 예열 챔버(210)의 재질은 특별하게 제한되지 아니하며, 석영 유리 또는 일반적인 SUS 등이 사용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 히터(220)는 예열 챔버(210)의 내부 또는 외부에 설치되어 기판(10)을 소정의 온도에서, 바람직하게는 350℃ 내지 500℃의 온도에서 예열하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 예열 히터(220)의 종류는 특별하게 제한되지 아니하며, 기판(10)을 예열할 수 있는 것(예를 들면, 열선의 재질이 텅스텐인 할로겐 램프 또는 일반적인 칸탈(kanthal) 히터)이면 본 발명의 예열 히터(220)로서 채용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 가스 공급부(230)는 예열 공정에 필요한 가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 가스는 Ar, Ne, He, N2와 같은 불활성 가스일 수 있다. 또한, 예열부(200)는 별도의 가스 배기 수단(미도시)을 통하여 예열 공정 중에 진공 분위기를 유지할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 기판 로딩부(240)는 기판(10)이 로딩되는 통로로서의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 기판(10)의 로딩은 후술할 제2 이송부(300)에 의하여 수행될 수 있다. 또한, 예열 기판 로딩부(240)는 후술할 예열 기판 언로딩부(250)와 서로 대칭되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 기판 언로딩부(250)는 예열된 기판(10)이 언로딩되는 통로로서의 역할을 수행할 수 있다. 이때 후술하는 바와 같이 기판(10)은 기판 홀더(500)에 안착된 상태로 제1 이송부(300)에 의하여 언로딩될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지핀(260)은 예열 챔버(210) 내부에 설치되어 기판(10)을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 기판 지지핀(260)은 기판(10)을 보다 안정적으로 지지하기 위해서 4개 이상 설치 되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 홀더 지지핀(270)은 예열 챔버(210) 내부에 설치되어 기판 홀더(500)를 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 기판 홀더 지지핀(270)은 기판 홀더(500)를 보다 안정적으로 지지하기 위하여 기판 지지핀(260)과 유사하게 4개 이상 설치되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 기판 지지핀(260) 및 기판 홀더 지지핀(270)은, 후술하는 제1 이송부(300) 및 제2 이송부(130)의 움직임에 방해가 되지 않도록 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 이송부(300) 및 제2 이송부(130)가 기판 지지핀(260)의 사이에서 원활하게 움직일 수 있도록 기판 지지핀(260)은 기판(10)의 가장자리부 부근을 지지하도록 설치될 수 있다.
한편, 기판 홀더(500)에는 기판 지지핀(260)이 관통될 수 있도록 기판 지지핀(260)의 개수와 동일한 개수의 관통 홀(미도시)이 형성되어 있을 수 있다. 이 경우 기판 홀더(500)의 면적은 열처리 대상인 기판(10)의 면적보다 크게 하는 것이 바람직하며, 이렇게 될 때 기판(10)을 보다 용이하게 기판 홀더(500) 상에 안착시킬 수 있다.
한편, 도 2의 예열부(200)는 한 번에 한 개의 기판(10)을 처리하는 매엽식으 로 되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 복수개의 기판(10)을 동시에 처리할 수 있는 배치식으로 구성될 수 있다.
또한, 기판(10)은 유리 및 석영과 같은 투명 기판(10)인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 반도체 소자 제조 공정에 사용되는 경우에는 기판(10)은 실리콘 웨이퍼 등과 같은 반도체 웨이퍼일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 이송부(300)는 예열부(200)에서 예열이 완료된 기판(10)을 열처리부(400)로 이송하는 기능을 수행할 수 있다. 이때 제1 이송부(300)는 상하 및 좌우 방향으로 이동 가능한 로봇 암을 포함하여 구성됨으로써 이송 동작을 원활하게 수행할 수 있다. 이를 위하여, 공지의 기판 트랜스퍼 로봇 암의 구성 원리가 제1 이송부(300)에 채용될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열처리부(400)는 제1 이송부(300)에 의하여 이송된 기판(10) 상에 형성된 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 열처리 온도는 다결정 실리콘을 원활하게 형성할 수 있는 550℃ 내지 800℃의 온도인 것이 바람직하다. 또한, 열처리 시간은 약 5분 내지 10 시간인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리부(400)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리부(400)는 열처리 챔버(410), 열처리 히터(420), 열처리 가스 공급부(430), 열처리 기판 로딩부(440) 및 열처리 기판 언로딩부(450)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 보다 고온의 온도에서 열처리한다는 점을 제외하고는, 예열부(200)의 대응되는 구성요소들과 동일한 기능, 형상, 구조, 특성을 가지므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. 도 3의 열처리부(400)는 한 번에 한 개의 기판(10)을 처리하는 매엽식으로 되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 복수개의 기판(10)을 동시에 처리할 수 있는 배치식으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 예열된 기판(10)이 열처리부(400)로 이송될 때 열처리부(400)는 미리 예열부(200)에서의 예열 온도와 동일한 온도로 가열되어 있을 수 있다. 예를 들면, 예열부(200)에서 기판(10)을 450℃의 온도로 예열한 경우, 제1 이송부(300)에 의해 기판(10)이 열처리부(400)로 이송되기 전에 열처리부(400)가 미리 450℃의 온도로 가열되어 있을 수 있다. 이는 열처리부(400)에서 갑작스런 온도 변화에 따라 기판(10)이 손상 또는 변형되는 것을 방지하기 위함이다. 이를 위하여, 열처리가 완료된 기판(10)은 예열 온도(예를 들면, 450℃)까지만 냉각되고 언로딩될 수 있다. 이렇게 언로딩된 기판(10)은 대기 중에 방치되어 상온까지 냉각되거나 별도로 구비된 기판 냉각 시스템(미도시)에서 상온까지 냉각될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(10)은 기판 홀더(500)에 안착되어 열처리될 수 있다. 이는 열처리 과정 중에 발생할 수 있는 기판(10)의 변형 등을 방지하기 위함이다. 기판 홀더(500)의 재질은 석영으로 구성하여 계속되는 열처리 과정에서도 변형이 일어나지 않도록 할 수 있다.
이때, 기판(10)은 예열부(200)에서 기판 홀더(500)와 분리된 상태로 예열되 고, 예열된 기판(10)은 열처리부(400)에서 기판 홀더(500)에 안착된 상태로 열처리될 수 있다. 이는 예열 공정 또는 예열 공정 이전에 수행될 수 있는 증착 공정(예를 들면, 플라즈마 화학기상 증착 공정)과 같은 저온 공정에는 기판 홀더(500)를 사용하지 않고, 기판 홀더(500)의 사용이 필수적으로 요구되는 열처리 공정에만 기판 홀더(500)가 사용되도록 함으로써 공정의 효율성을 향상시키기 위함이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 열처리 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4에는 도시되지 않았지만, 후술하는 증착 공정부(130)에서 기판 홀더(500)에 의해 지지되지 않은 기판(10) 상에 임의의 물질(예를 들면, 니켈)을 증착하는 공정이 수행된다.
이후, 도 4의 (a)를 참조하면, 증착 공정이 완료된 기판(10)이 예열부(200)로 로딩되고 기판 지지핀(260)에 의하여 지지된다. 이때 기판 홀더(500)는 기판 홀더 지지핀(260)에 의하여 지지되어 있는 상태이며, 기판 홀더(500)에는 기판 지지핀(260)이 관통될 수 있도록 관통 홀이 형성되어 있다. 이후, 예열부(200)에서 기판(10)의 예열이 완료되면 제1 이송부(300)가 기판 홀더(500)의 하측에서 기판 홀더(500)를 기판 지지핀(260)의 높이 보다 높게 들어올리며, 이에 따라 제1 이송부(300) 상에 기판 홀더(500) 및 기판(10)이 안착된다.
이후, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(500) 및 기판(10)이 제1 이송부(300)에 의하여 예열부(200)에서 언로딩된다.
이후, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 언로딩된 기판(10)은 기판 홀더(500) 상에 안착된 상태로 제1 이송부(300)에 의해 열처리부(400)로 로딩되며 기판 홀더(500) 상에 안착된 상태로 열처리 되게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 단위 열처리부(660)로 이루어진 열처리부(600)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리부(600)는 복수개의 단위 열처리부(660)로 구성될 수 있다. 도 5에는 단위 열처리부(660)의 개수가 4개인 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 아니하며 생신성 제고 측면에서 4개를 초과하여 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 단위 열처리부(660) 각각은 각기 다른 기판(10)을 수용하여 열처리 공정을 수행할 수 있다. 이러한 각 단위 열처리부(660)는 열처리 챔버(610), 열처리 히터(620), 열처리 가스 공급부(630), 열처리 기판 로딩부(640) 및 열처리 기판 언로딩부(650)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 챔버(610), 열처리 히터(620), 열처리 가스 공급부(630), 열처리 기판 로딩부(640), 열처리 기판 언로딩부(650)의 기능, 형상, 구조 등은 도 3의 열처리부(400)의 내용과 기본적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 히터(620)는 열처리 챔버(610)의 내부 또는 외부에 설치되어, 기판(10)을 결정화 열처리하는 기능을 수행할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 열처리 히터(620)는 기판(10)의 상하측에 배치되어 기판(10)의 열처리를 원활히 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 단위 열처리부(660)마다 로딩된 기판(10)이 독립적으로 열처리될 수 있도록, 단위 열처리부(660)마다 열처리 히터(620)는 독립적으로 작동되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 열처리 가스 공급부(630)는 복수개의 열처리 챔버(610) 각각에 열처리 공정에 필요한 가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 단위 열처리부(660)마다 로딩된 기판(10)이 독립적으로 열처리될 수 있도록, 단위 열처리부(660)마다 열처리 가스 공급부(630)는 독립적으로 작동되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 단위 열처리부(660)로 이루어진 열처리부(600)의 열처리 과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6의 (a)를 참조하면, 예열부(200)에서 예열된 제1 기판(10a)은 제1 기판 홀더(500a)에 안착되어 제1 이송부(300)에 의해 제1 열처리 챔버(610a)로 로딩되고 제1 열처리 히터(620a)에 의해 열처리된다. 이후, 도 6의 (b)를 참조하면, 예열부(200)에서 예열된 제2 기판(10b)은 제2 기판 홀더(500b)에 안착되어 제1 이송부(300)에 의해 제2 열처리 챔버(610b)로 로딩되고 제2 열처리 히터(620b)에 의해 열처리된다. 이후, 각 단위 열처리부(660)에서 상기 과정이 반복되며, 이로써 소정의 시간 간격을 두고 순차적으로 각 열처리 챔버(610)에 기판(10)이 독립적으로 로딩되어 독립적으로 열처리된다.
전체 공정 중에서, 기판(10)을 예열하는 시간 보다 예열된 기판(10)을 열처리하는 시간이 더 클 수 있다. 이러한 시간의 차이는 하나의 기판(10)의 열처리 공정이 완료될 때까지 예열 공정을 중단하여야 하기 때문에 생산성의 저하를 야기 하게 된다. 그러나, 본 실시예에 따른 열처리부(600)는 복수개의 기판(10)을 독립적으로 열처리할 수 있는 복수개의 단위 열처리부(660)로 구성되어 있기 때문에, 상기와 같은 예열 공정의 중단이 발생하지 않아 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 증착 공정부(130)를 포함하는 다결정 실리콘 형성 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 형성 장치(100)는 기판 로딩부(110), 제2 이송부(120) 및 복수개의 증착 공정부(130), 예열부(200), 제1 이송부(300) 및 열처리부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 예열부(200), 제1 이송부(300) 및 열처리부(600)의 기능, 형상, 구조 등은 위에서 설명된 실시예의 내용과 기본적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 로딩부(110)는 증착 물질이 형성되지 않은 순수한 기판(10)이 로딩되는 입구로서의 역할을 수행할 수 있다. 기판 로딩부(110)에 로딩된 기판(10)은 후술하는 제2 이송부(120)에 의하여 각 증착 공정부(130)로 이송될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 이송부(120)는 복수개의 증착 공정부(130) 및 예열부(200)와 인접한 장소에 위치하여(예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 육각형으로 배치된 복수개의 증착 공정부(130)의 가운데에 위치하여) 기판(10)을 복수개의 증착 공정부(130) 또는 예열부(200)로 이송하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 제2 이송부(120)는 상하 및 좌우 방향으로 이동 가능한 로봇 암을 포함하여 구성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 증착 공정부(120) 각각은 기판(10) 상에 임의의 물질을 증착하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 임의의 물질은 금속, 절연체 등을 모두 포함할 수 있으며, 만일 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 형성 장치(100)가 금속유도 결정화 방식으로 다결정 실리콘을 형성한다면 상기 임의의 물질은 금속일 수 있으며. 특히 니켈(Ni)인 것이 바람직하다. 증착 공정부(130)는 열 증착부, 전자빔 증착부, 스퍼터링부, 플라즈마 화학기상 증착부, 저압 화학기상 증착부, 단위 원자층 증착부 중 어느 하나일 수 있다. 한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 복수개의 증착 공정부(130)는 그 중앙에 제2 이송부(120)가 배치될 수 있는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 증착 공정부(130)를 포함하는 다결정 실리콘 형성 장치(100)가 작동되는 과정을 예시적으로 설명하기로 한다.
먼저, 순수한 유리 기판(10)이 기판 로딩부(110)에 로딩되면, 제2 이송부(120)는 상기 로딩된 기판(10)을 제1 증착 공정부(B)로 로딩시킨다. 제1 증착 공정부(B)에서 기판(10) 상에 비정질 실리콘을 증착하는 공정이 완료되면, 제2 이송부(120)는 기판(10)을 언로딩하여 제2 증착 공정부(C)로 로딩시킨다. 제2 증착 공정부(C)로 로딩된 기판(10) 상에 니켈을 증착하는 공정이 완료되면, 제2 이송부(120)는 기판(10)을 언로딩하여 예열부(200)로 로딩시킨다. 이렇게 로딩된 기 판(10)은 예열부(200)에서 예열되어 제1 이송부(300)에 의해 열처리부(600)의 단위 열처리부(660)로 이송된다.
여기서, 제2 이송부(120)가 제1 증착 공정부(B)에서 기판(10)을 언로딩하여 제2 증착 공정부(C)로 이송시킬 때, 또 다른 유리 기판(10)이 기판 로딩부(110)로 로딩되며 비어 있는 제1 증착 공정부(B)로 로딩되고, 이후 위와 동일한 과정으로 증착 및 예열된다. 이렇게 예열된 기판(10)은 앞서 공정을 수행한 기판(10)이 열처리되고 있는 단위 열처리부(660) 외에 다른 단위 열처리부(660)로 이송되고 열처리된다. 즉, 증착 공정부(130), 예열부(200) 및 단위 열처리부(660)에서 공정이 수행될 때, 상기의 구성요소 중 어느 하나의 구성요소에서도 공정이 중단되는 일 없도록 공정 플로우를 조절하여, 공정의 생산성을 도모할 수 있다.
또한, 위 실시예에서는 제1 증착 공정부(B) 및 제2 증착 공정부(C) 외의 나머지 증착 공정부(130)에서는 증착 공정이 이루어지지 않는 것으로 설명되었지만, 나머지 증착 공정부(130)에서도 또 다른 물질의 증착이 계속적으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘을 형성하는 장치는 열처리부(600)에서 결정화 열처리된 다결정 실리콘을 탈수소 처리하는 탈수소 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 탈수소 처리는 다결정 실리콘의 제반 특성을 향상시키기 위한 선택 공정으로서, 상기 탈수소 처리 공정은 600℃ 이하의 온도에서 불활성 분위기 또는 진공 분위기 하에서 수행될 수 있다. 본 발명의 탈수소 처리부의 기본적인 구성은 상술한 바 있는 예열부(200) 및 열처리부(600)와 동일하므 로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 형성 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열 및 열처리 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 단위 열처리부로 이루어진 열처리부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 단위 열처리부로 이루어진 열처리부의 열처리 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 증착 공정부를 포함하는 다결정 실리콘 형성 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판
100: 다결정 실리콘 형성 장치
110: 기판 로딩부
120: 제2 이송부
130: 증착 공정부
200: 예열부
210: 예열 챔버
220: 예열 히터
230: 예열 가스 공정부
240: 예열 기판 로딩부
250: 예열 기판 언로딩부
260: 기판 지지핀
270: 기판 홀더 지지핀
300: 제1 이송부
400, 600: 열처리부
410, 610: 열처리 챔버
420, 620: 열처리 히터
430, 630: 열처리 가스 공급부
440, 640: 열처리 기판 로딩부
450, 650: 열처리 기판 언로딩부
500: 기판 홀더
660: 단위 열처리부

Claims (22)

  1. 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 장치로서,
    상기 비정질 실리콘을 예열(pre-heating)하는 예열부; 및
    상기 예열부에서 예열된 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 열처리부
    를 포함하며,
    상기 예열부는 상기 기판을 지지하는 기판 지지핀 및 기판 홀더를 지지하는 기판 홀더 지지핀을 포함하고, 상기 기판 홀더에는 상기 기판 지지핀이 관통하는 관통 홀이 형성되며, 상기 예열부에서 상기 기판은 기판 홀더와 분리된 상태로 예열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 투명 기판인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예열부에서 상기 비정질 실리콘을 예열하는 온도는 350℃ 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 예열부에서 상기 비정질 실리콘을 예열하는 시간은 1 분 내지 1 시간인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 예열부는 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기 중 적어도 하나의 분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열처리부에서 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 온도는 550℃ 내지 800℃인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열처리부에서 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리 하는 시간은 5 분 내지 10 시간인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열처리부는 독립적으로 구동되는 복수개의 단위 열처리부를 포함하고, 상기 단위 열처리부마다 상기 비정질 실리콘이 결정화 열처리되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단위 열처리부에는 상기 기판의 상측 및 하측에 배치되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단위 열처리부는 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기 중 적어도 하나의 분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 열처리부에 상기 기판은 기판 홀더에 안착된 상태로 열처리되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 예열부로부터 상기 열처리부로 상기 기판을 기판 홀더에 안착시킨 상태로 이송하는 제1 이송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 임의의 물질을 증착하는 공정을 수행하는 복수개의 증착 공정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 증착 공정부는 열 증착부, 전자빔 증착부, 스퍼터링부, 플라즈마 화학기상 증착부, 저압 화학기상 증착부, 단위 원자층 증착부 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 임의의 물질은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 금속은 Ni인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 복수개의 증착 공정부간에 상기 기판을 이송하거나, 상기 복수개의 증착 공정부 중의 어느 하나의 증착 공정부로부터 상기 예열부로 상기 기판을 이송하는 제2 이송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 1항에 있어서,
    상기 열처리부에서 결정화 열처리된 다결정 실리콘을 탈수소 처리하는 탈수소 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로서,
    상기 비정질 실리콘을 예열(pre-heating)하는 단계 - 상기 기판은 기판 지지핀에 의해 지지되어, 기판 홀더 지지핀에 지지된 기판 홀더와 분리된 상태로 예열됨 -; 및
    상기 예열된 상기 비정질 실리콘을 결정화 열처리하는 단계 - 상기 기판은 상기 기판 홀더에 안착된 상태로 결정화 열처리됨 -
    를 포함하고,
    상기 열처리 단계는 독립적으로 구동되는 복수개의 단위 열처리 단계를 포함하며 상기 단위 열처리 단계마다 상기 비정질 실리콘이 결정화 열처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 삭제
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