KR20060095369A - 반도체 소자의 열처리 시스템 - Google Patents

반도체 소자의 열처리 시스템 Download PDF

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KR20060095369A
KR20060095369A KR1020050017003A KR20050017003A KR20060095369A KR 20060095369 A KR20060095369 A KR 20060095369A KR 1020050017003 A KR1020050017003 A KR 1020050017003A KR 20050017003 A KR20050017003 A KR 20050017003A KR 20060095369 A KR20060095369 A KR 20060095369A
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Abstract

본 발명은 열적 안정성이 취약한 평판 표시 장치용 기판의 변형 없이, 상기 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 반도체 소자의 열처리가 가능한 반도체 소자의 열처리 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 반도체 소자의 열처리 시스템은 열처리를 위한 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하기 위한 운송 지지판이 공급되는 장입부와; 상기 반도체 소자를 소정 온도까지 가열하는 가열부와; 상기 반도체 소자의 열처리 공정을 수행하는 공정부와; 상기 열처리 공정이 수행된 반도체 소자를 소정 온도까지 냉각하는 냉각부와; 상기 열처리 공정이 수행된 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하기 위한 운송 지지판이 배출되는 배출부를 구비하며, 각 부분이 연결되어 열처리 공정을 수행하는 인라인(in-line) 시스템으로 이루어지고, 상기 가열부, 공정부 및 냉각부는 가열이 가능한 로(furnace)로 이루어지며, 상기 로는 상기 로의 몸체를 이루는 몸체부와; 상기 몸체부 내에서 상기 운송 지지판을 이송시키는 롤러와; 상기 몸체부의 측면에 장착되며, 상기 운송 지지판의 위치를 인식하는 제 1 센서 및 제 2 센서를 구비하는 로를 포함하여 이루어진다.
반도체 소자, 열처리 시스템, 센서

Description

반도체 소자의 열처리 시스템{Heat Treatment System of Semiconductor Device}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템에 사용되는 로(furnace)를 설명하기 위한 사시도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템에 사용되는 로(furnace)의 하부 몸체 사시도.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템에 사용되는 로(furnace)의 단면 사시도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100; 장입부 200; 가열부
300; 공정부 400; 냉각부
500; 배출부 600; 로(furnace)
610; 몸체부 610A; 상부 몸체
610B; 하부 몸체 611A, 611B; 외부 하우징
612A, 612B; 단열재 613A, 613B; 전도판
614A, 614B; 가열 수단 615A, 615B; 내부 하우징
620; 롤러 630, 635; 센서
S; 기판 S'; 운송 지지판
본 발명은 반도체 소자의 열처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열적 안정성이 취약한 평판 표시 장치용 기판의 변형 없이, 상기 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 반도체 소자의 열처리가 가능한 반도체 소자의 열처리 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 반도체 소자의 열처리 시스템은 상기 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 상기 평판 표시 장치용 기판의 변형이 없이 결정화가 가능하다.
CRT를 대체할 수 있는 차세대 표시 장치로써, 액정 표시 장치(Liquid Crystalline Display, LCD) 및 유기 발광 소자(Organic Light Emitting device, OLED)와 같은 평판 표시 장치(Flat Panel Display, FPD)가 개발되고 있다.
이러한 액정 표시 장치 및 유기 발광 표시 장치는 그 구동 방식에 따라 패시브 매트릭스 방식(Passive Matrix type) 및 액티브 매트릭스 방식(Active Matrix type)으로 나뉘어진다.
상기 패시브 매트릭스 방식의 평판 표시 장치는 그 구성이 단순하여 제조 방법 또한 단순 하나 높은 소비 전력과 표시 소자의 대면적화에 어려움이 있으며, 배선의 수가 증가하면 할수록 개구율이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 소형 혹은 단순한 표시 소자에 적용할 경우에는 상기 패스브 매트릭스형 평판 표시 장치를 사용하는 반면, 고선명, 대면적의 표시 소자에 적용할 경우에는 상기 액티브 매트릭스형 평판 표시 장치를 사용한다.
이러한 액티브 매트릭스형 평판 표시 장치는 일반적으로 유리 등의 투명한 절연성 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 이용하여 구동된다.
상기 박막 트랜지스터는 통상적으로 비정질 실리콘(Amorphous Silicon, a-Si)으로 이루어지는 활성층(active layer)을 구비하여 형성된다.
그러나, 상기한 비정질 실리콘으로 이루어지는 활성층을 구비하는 박막 트랜지스터는 상기 비정질 실리콘으로 인하여 상기 활성층의 저항이 커지게 되며, 이에 따라 구동 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 이는 박막 트랜지스터를 이용하는 액티브 매트릭스형 평판 표시 장치의 소비 전력이 증가하는 등의 문제점을 발생시킨다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 박막 트랜지스터의 활성층에 폴리 실리콘(Poly Silicon, Poly-Si)을 적용하는 방식이 도입되고 있다.
상기 폴리 실리콘은 일반적으로 유리 기판 상에 비정질 실리콘을 증착한 후, 고 에너지의 레이저를 이용하는 레이저 결정화 방법 또는 고온 로(furnace)에서 열처리를 이용하는 결정화 방법을 통하여 형성된다.
상기 결정화 방법 중 레이저 결정화 방법은 비정질 실리콘에 고 에너지의 레이저를 조사하여 상기 비정질 실리콘을 순간적으로 멜팅(melting)시키고, 상기 멜팅된 실리콘이 냉각되며 결정화되는 원리를 이용한다. 이러한 레이저 결정화 방법으로는 ELC(Eximer Laser Crystallization) 및 SLS(Sequential Lateral Solidification) 등의 방식이 주로 적용되고 있다.
그러나, 상기 레이저를 이용하는 방식은 고가의 장비 투자 및 레이저의 불안정성에 기인하는 시간적, 공간적 불균일성과 레이저에 따른 줄무늬 결함이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 레이저를 이용함으로 인하여 대량 생산에 그 한계가 있다.
또한, 상기 결정화 방법 중 열처리를 이용하는 결정화 방법은 상기 비정질 실리콘이 증착된 유리 기판을 고온에서 열처리하여 실리콘 원자의 재배열에 의하여 결정화되는 원리를 이용한다. 이러한 열처리를 이용하는 결정화 방법으로는 SPC(Solid Phase Crystallization), MIC(Metal Induced Crystallization) 및 MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) 등의 방식이 주로 적용되고 있다.
그러나, 상기 열처리를 이용하는 방식은 비정질 실리콘을 결정화하기 위하여 장시간 동안 로(furnace)에서 열처리 공정을 수행하여야 하므로, 온도에 민감한 평판 표시 장치용 유리 기판이 손상을 입는 문제점이 있다. 특히 SPC 방법의 경우, 600℃ 이상의 온도에서 수 시간 내지 수십 시간 동안 열처리를 하므로 상기 유리 기판의 손상이 심각하다.
이러한 유리 기판의 변형의 원인은 하기와 같다.
상기 유리 기판을 600℃ 이상의 고온 열처리를 장시간 수행하는 경우, 상기 유리 기판의 유동도가 증가하여 기계적 강도가 매우 취약해진다. 이때, 상기 유리 기판에 작용하는 응력(예; 고온 자중)이 불균일한 경우, 상기 유리 기판은 유동에 의한 변형이 발생한다. 이러한, 고온에서의 변형은 소성 변형(plastic deformation)으로 상온으로 냉각후에도 복원되지 않는다.
또한, 상기 유리 기판의 냉각시 냉각 속도의 차이로 인한 상기 유리 기판의 열적 불균일에 의하여 변형이 발생될 수도 있다.
한편, 상기 폴리 실리콘을 이용하는 박막 트랜지스터는 상기한 바와 같은 결정화 공정에 이외에, 불순물의 활성화 공정이 추가적으로 필요하다.
일반적으로 박막 트랜지스터에 있어서, 소스 및 드레인 영역과 같은 n형 (또는 p형) 영역을 형성하기 위하여, 이온 주입 또는 플라즈마 도핑법을 사용하여 비소(arsenic), 인(phosphorus) 또는 붕소(boron)와 같은 불순물을 실리콘 막에 주입한다. 그런 다음, 레이저 또는 열처리 방법을 통하여 상기 불순물을 활성화시킨다.
이러한 불순물의 활성화 공정은 상기 결정화 방법과 유사하게, 레이저 또는 열처리를 통하여 수행된다. 이러한 목적으로 개발된 것이 엑사이머 레이저 열처리(Excimer Laser Anneals: ELA), 순간고온 열처리(Rapid Thermal Anneals: RTA)법 등이다.
상기 ELA는 ELC와 동일한 공정 메카니즘으로 실행되는바, 초단파(nano-second) 레이저 펄스로 다결정 실리콘을 빠르게 재용융 및 결정화한다. 그러나, ELC법에서 발견되는 문제점이 여기서도 나타난다. 즉, ELA에 의하여 줄무늬 결함 등의 문제점이 발생하여 소자의 신뢰성이 저하되며, 대량 생산에 한계가 있다.
또한, 상기 RTA법은 높은 온도를 필요로 하지만 지속 시간이 짧다. 즉, RTA법은 통상적으로 기판이 600~1000℃에 근접한 온도에서 실행되지만, 공정은 상대적으로 매우 빠르게, 즉 수초 내지 수분 동안 진행된다. RTA 가열원으로는 텅스텐-할로겐 또는 Xe 아크 램프와 같은 광학 가열원이 사용된다. 이러한 RTA법에 의하여 상기 광학 가열원으로부터 조사되는 광은 실리콘 막뿐만 아니라 유리 기판까지 가열하는 파장 범위를 갖게되어, 열처리 공정 중에 유리 기판까지 가열된다. 그러나, 상기 유리 기판은 가열 효율이 낮으며, 온도 균일성이 유지하기 어려워, RTA를 이용한 열처리 공정 중 상기 유리 기판이 불균일 가열되며, 이에 따라 국부적인 변형이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 열처리 공정 중 상기 유리 기판의 손상이 발생하게 되는 것이다.
또한, 통상적으로 사용되는 로(furnace)를 이용하는 열처리 장비 중 인라인(in-line) 방식의 열처리 장비는 열처리 공정이 진행되는 동안, 상기 로(furnace) 내에서 상기 유리 기판의 위치 인식이 불가능하다. 이는 상기 로(furnace) 내에서 상기 유리 기판의 얼라인(align) 오류 시, 상기 유리 기판의 일부가 허용 온도 편차 범위를 벋어날 수도 있다. 이에 따라, 상기 유리 기판의 일부가 열팽창의 차이로 인하여 변형이 발생할 수 있으며, 또는, 상기 유리 기판 상의 비정질 실리콘의 결정화가 부분적으로 불균일해지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 열적 안정성이 취약한 평판 표시 장치용 기판의 변형 없이, 상기 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 반도체 소자의 열처리가 가능한 반도체 소자의 열처리 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 열처리 시스템은 열처리를 위한 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하기 위한 운송 지지판이 공급되는 장입부와; 상기 반도체 소자를 소정 온도까지 가열하는 가열부와; 상기 반도체 소자의 열처리 공정을 수행하는 공정부와; 상기 열처리 공정이 수행된 반도체 소자를 소정 온도까지 냉각하는 냉각부와; 상기 열처리 공정이 수행된 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하기 위한 운송 지지판이 배출되는 배출부를 구비하며, 각 부분이 연결되어 열처리 공정을 수행하는 인라인(in-line) 시스템으로 이루어지고, 상기 가열부, 공정부 및 냉각부는 가열이 가능한 로(furnace)로 이루어지며, 상기 로는 상기 로의 몸체를 이루는 몸체부와; 상기 몸체부 내에서 상기 운송 지지판을 이송시키는 롤러와; 상기 몸체부의 측면에 장착되며, 상기 운송 지지판의 위치를 인식하는 제 1 센서 및 제 2 센서를 구비하는 로를 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하는 운송 지지판의 길이보다 작을 수 있으며, 바람직하게는 상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하는 운송 지지판의 길이의 80% 내지 90%일 수 있다.
상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판의 길이보다 클 수 있으며, 바람직하게는 상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하는 운송 지지판의 길이의 110% 내지 120%일 수 있다.
상기 몸체부는 상기 로의 몸체를 이루는 외부 하우징과; 상기 외부 하우징의 내벽을 따라 부착된 단열재와; 상기 로 내부의 균일한 가열을 위한 전도판과; 상기 단열재 및 전도판의 사이에 개재된 가열 수단(heating element)과; 상기 로의 내부에서 열처리를 위한 공간을 정의하는 내부 하우징을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 가열 수단은 저항 히터, 램프 히터 및 유도 코일 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 내부 하우징은 석영으로 이루어질 수 있다.
상기 전도판은 소정의 금속판으로 이루어질 수 있다.
상기 롤러는 석영으로 이루어지질 수 있다.
상기 몸체부는 그 측면에 상기 롤러가 삽입되는 복수의 롤러 삽입공 및 상기 센서가 장착되는 센서 장착공을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 가열부는 적어도 하나의 로(furnace)로 이루어지며, 상기 반도체 소자가 형성된 기판의 이송 방향 후단의 로는 이송 방향 선단의 로보다 온도가 높은 것이 바람직하다.
상기 냉각부는 적어도 하나의 로(furnace)로 이루어지며, 상기 반도체 소자가 형성된 기판의 이송 방향 후단의 로는 이송 방향 선단의 로보다 온도가 낮은 것 이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도면의 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 시스템은 연속적인 공정이 가능하도록 일련의 장치들이 연결된 인라인(in-line) 시스템으로 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 시스템은 장입부(100), 가열부(200), 공정부(300), 냉각부(400) 및 배출부(500)를 구비하는 구조로 이루어진다.
상기 장입부(100)는 열처리 공정을 수행하기 위한 반도체 소자가 공급되는 부분으로, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 시스템에 사용되는 반도체 소자는 예를 들면, 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등의 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 또는, 실리콘 기판 상에 형성된 트랜지스터 또는 PN 다이오드와 같은 소자일 수도 있다. 또한, 상기 장입부(100)는 상기 반도체 소자 및 상기 기판의 급격한 온도 변화에 따른 열적 손상을 방지하기 위하여 소정의 온도로 예열을 하는 기능을 구비할 수도 있다.
상기 가열부(200)는 적어도 하나의 로(furnace), 예를 들면, 도면상에 도시 된 바와 같이 3개의 로(210, 220, 230, furnace)로 이루어질 수 있다. 이러한 가열부(300)는 상기 장입부(100)를 통하여 이송된 상기 반도체 소자 및 기판을 상기 공정부(300)로 이송하기 전 예열하는 부분으로, 적어도 하나의 가열로(furnace)로 이루어진다. 또한, 상기 가열부(200)는 상기 공정부(300)보다 낮은 온도 범위에서 제어되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 로(furnace)는 그 내부에서 균일하게 온도가 제어되는 것이 바람직하며, 특히, 상기 반도체 소자가 열처리를 위하여 위치하는 부분의 온도가 균일하게 제어되는 것이 바람직하다.
상기 공정부(300)는 상기 가열부(200)에서 예열되어 이송된 상기 반도체 소자를 소정의 공정 온도로 가열하여 열처리 공정을 수행하는 부분이다.
이때, 상기 반도체 소자가 상기 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 비정질 실리콘인 경우, 상기 공정부(300)는 결정화 공정에 필요한 소정의 온도 범위로 가열된다. 예를 들면, 열처리에 의한 결정화의 온도 범위인 400℃ 내지 900℃까지 가열을 할 수 있다.
또는, 상기 반도체 소자가 상기 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터, 또는 실리콘 기판 상에 형성된 트랜지스터 또는 PN 다이오드와 같은 소자인 경우에는 상기 공정부(300)는 도핑된 불순물을 활성화할 수 있는 소정의 온도 범위로 가열한다.
상기 냉각부(400)는 상기 가열부(200)와 마찬가지로 적어도 하나의 로(furnace), 예를 들면, 도면에 도시된 바와 같이 3개의 로(410, 420, 430, furnace)로 이루어질 수 있다. 이러한 냉각부(400)는 상기 공정부(300)에서 열처리 공정이 수행된 상기 반도체 소자 및 기판을 상기 배출부(500)로 이송하기 전, 상기 반도체 소자 및 기판을 일정 온도까지 하강하기 위한 부분이다.
상기 배출부(500)는 상기 냉각부(400)에서 이송된 상기 반도체 소자 및 기판을 상온으로 냉각하고, 외부로 배출한다.
상기한 바와 같은 열처리 시스템은 하기와 같이 작동하며, 열처리를 위한 반도체 소자로 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 비정질 실리콘의 결정화를 예를 들어 설명한다.
우선, 상기 장입부(100)를 통하여 상기 비정질 실리콘이 형성된 평판 표시 장치용 기판을 공급받아 상기 가열부(200)로 이송시킨다. 이때, 상기 장입부(100) 및 가열부(200)에서는 소정의 온도까지 가열하여, 열처리 공정 시 급속한 온도 변화에 따른 상기 비정질 실리콘이 형성된 평판 표시 장치용 기판의 열적 손상을 방지한다.
또한, 상기 가열부(200)가 복수의 로(furnace), 예를 들면 도면과 같이 3개의 로(210, 220, 230)로 이루어지는 경우, 상기 비정질 실리콘이 형성된 평판 표시 장치용 기판의 이송 방향 선단의 로보다 이송방향 후단의 로의 온도가 높게 조절된다. 이는 상기 비정질 실리콘이 형성된 평판 표시 장치용 기판을 온도가 단계적으로 상승하도록 예열함으로써, 상기 비정질 실리콘이 형성된 평판 표시 장치용 기판의 열적 손상을 보다 효율적으로 방지하기 위함이다.
상기 가열부(200)에서 상기 비정질 실리콘이 형성된 평판 표시 장치용 기판 을 예열하면, 상기 가열부(200)에서 예열된 상기 평판 표시 장치용 기판을 상기 공정부(300)로 이송시킨다.
상기 공정부(300)로 상기 비정질 실리콘이 형성된 평판 표시 장치용 기판이 이송되면, 상기 공정부에서 열처리 공정을 수행된다. 즉, 상기 공정부(300)는 상기 비정질 실리콘의 결정화 공정, 예를 들면, SPC, MIC, MILC 공정을 수행하는 것이다.
상기 열처리 공정을 수행한 다음, 상기 평판 표시 장치용 기판을 냉각부(400)로 이송하여 소정의 온도까지 냉각시킨다. 이는 상기 가열부(200)에서 상기 평판 표시 장치용 기판을 미리 예열하여 상기 유리 기판의 열적 손상을 방지하는 것과 마찬가지로, 상기 평판 표시 장치용 기판을 상기 배출부(500)를 통하여 외부로 배출하는 과정에서 급속한 온도의 변화로 인한 상기 평판 표시 장치용 기판의 열적 손상을 방지하기 위함이다.
또한, 상기 냉각부(400)가 복수의 로(furnace), 예를 들면 도면과 같이 3개의 로(410, 420, 430)로 이루어지는 경우, 상기 평판 표시 장치용 기판의 이송 방향 후단의 로는 이송 방향 선단의 로보다 온도가 낮게 조절된다. 이는 상기 평판 표시 장치용 기판을 단계적으로 온도가 하강하도록 냉각함으로써, 상기 평판 표시 장치용 기판의 열적 손상을 보다 효율적으로 방지하기 위함이다.
상기 냉각부(400)를 통하여 냉각된 상기 평판 표시 장치용 기판을 냉각시킨 후, 상기 평판 표시 장치용 기판을 상기 배출부(500)로 이송하여 열처리 공정, 즉 결정화 공정을 완료한다.
한편, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템에 사용되는 로(furnace)를 설명하기 위한 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템에 사용되는 로(furnace)의 하부 몸체 사시도이며, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템에 사용되는 로(furnace)의 단면 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 열처리 시스템에 사용되는 로(600, furnace)는 상기 로(600, furnace)의 몸체를 이루는 몸체부(610)와, 상기 몸체부(610) 내에서 반도체 소자를 이송시키는 롤러(620)와, 상기 반도체 소자의 위치를 인식하는 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)를 구비하는 구조로 이루어진다. 이때, 상기 반도체 소자는 예를 들면, 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등의 평판 표시 장치용 기판(S) 상에 형성된 박막 트랜지스터, 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 또는, 실리콘 기판 상에 형성된 트랜지스터 또는 PN 다이오드와 같은 소자일 수도 있다. 또한, 상기 평판 표시 장치용 기판(S)은 소정의 지지판에 안착된 상태에서 상기 롤러(620)를 통하여 상기 로(600)로 유입되어 열처리되며, 배출된다. 이는 상기 평판 표시 장치용 기판(S)이 일반적으로 열에 취약하여 이송 및 열처리 공정 중 쳐짐으로 인한 변형을 방지하기 위함이다.
상기 몸체부(610)는 상부 몸체(610A) 및 하부 몸체(610B)로 이루어진다. 상기 상부 몸체(610A) 및 하부 몸체(610B)는 각각 로(600)의 몸체를 이루는 외부 하우징(611A, 611B)과, 상기 외부 하우징(611A, 611B)의 내벽을 따라 부착된 단열재(612A, 612B)와, 상기 로(600) 내부의 균일한 가열을 위하여 소정의 금속판으로 이 루어지는 전도판(613A, 613B)과, 상기 단열재(612A, 612B) 및 전도판(613A, 613B) 사이에 개재된 가열 수단(614A, 614B, heating element)과, 상기 로(600) 내부에서 열처리를 위한 공간을 정의하는 내부 하우징(615A, 615B)을 구비한다.
또한, 상기 몸체부(610)의 측면은 상기 롤러(620)가 삽입되는 다수의 롤러 삽입공(616)과, 상기 센서(630)가 장착되는 센서 장착공(617)이 형성되어 있다.
또한, 상기 가열 수단(614A, 614B)은 일반적인 열처리 로에서 적용되는 저항 히터 및 램프 히터 중 어느 하나일 수 있다.
또는, 상기 로(600)가 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템의 공정부(300)에 사용되는 로(600)인 경우에는, 상기 가열 수단(614A, 614B)은 유도 코일로 이루어질 수 있으며, 상기 전도판(613A, 613B)은 생략이 가능하다. 즉, 상기 가열 수단(614A, 614B)인 유도 코일이 상기 로(600)의 상ㆍ하 또는 측면에 위치하여 유도 가열 방식을 통하여 열처리를 위한 반도체 소자를 가열한다. 보다 상세히 설명하면, 상기 유도 코일로부터의 교번 자장에 의해 상기 반도체 소자의 표면에 형성되는 와전류(eddy currents)의 가열 메카니즘에 의해 반도체 소자를 가열한다.
또한, 상기 내부 하우징(615)은 일반적으로 석영(Quartz)으로 이루어져 상기 로(600)의 내부에서 열처리 공간을 정의하며, 상기 로(600) 내부의 오염을 방지한다.
상기 롤러(620)는 회전 운동을 통하여 상기 반도체 소자가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 안착된 운송 지지판(S')을 로(600) 내부로 이송시키며, 또한, 열처리 공정 이후에 상기 평판 표시 장치용 기판(S)이 안착된 운송 지지판(S')을 상 기 로(600)의 외부로 배출하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 롤러(620)는 상기 로(600) 내부의 오염을 방지하기 위하여 석영으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)는 상기 운송 지지판(S') 상에 안착된 상기 반도체 소자, 특히, 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 상기 평판 표시 장치용 기판(S)을 운송하는 운송 지지판(S')의 위치를 인식하기 위한 것으로, 상기 몸체부(610)의 측면의 센서 장착공(617)에 장착된다. 또한, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)는 투과형 레이저 센서 또는 반사형 레이저 센서로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 사이의 거리는 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')의 길이보다 작을 수 있다. 바람직하게는 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 사이의 거리는 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')의 길이의 80% 내지 90%일 수 있다.
이러한 경우, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 모두에서 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')의 존재를 센싱(sensing)하게 되면, 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 상기 로(600)의 내부에서 열처리 온도의 균일한 범위 내에 위치하는 것이다.
또한, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 사이의 거리는 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 운송하는 운송 지지판(S')의 길이보다 클 수 있다. 바람직하게는 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 사이의 거리는 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 운송하는 운송 지지판(S')의 길이의 110% 내지 120%일 수 있다.
이러한 경우, 우선 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')이 상기 로(600) 내부로 유입되어 상기 제 1 센서(630)에서 상기 운송 지지판(S')의 유입을 감지하고, 상기 운송 지지판(S')이 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)의 사이에 위치하여 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)가 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')의 존재를 감지하지 못하게 되면, 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 상기 로(600)의 내부에서 열처리 온도의 균일한 범위 내에 위치하는 것이다. 특히, 상기한 바와 같이, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 사이의 거리가 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)보다 큰 경우에는 상기 평판 표시 장치용 기판(S)이 이송 방향에 소정의 각도를 배치된 경우까지 얼라인 불량으로 검출할 수 있다.
한편, 도면상에는 도시하지 않았으나, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)로 투과형 레이저 센서가 사용되는 경우에, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)는 일반적으로 발광부 및 수광부를 구비하며, 상기 발광부 및 수광부는 각 각 상기 로(600)의 반대 방향 측면에 배치되며, 상기 발광부에서 조사된 레이저가 상기 수광부로 도달하는 지의 여부로 평판 표시 장치용 기판(S)의 유무를 판단한다.
또한, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)로 반사형 레이저 센서가 사용되는 경우에, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)는 일반적으로 센서부와 반사판을 구비하는 구조로 이루어지며, 상기 센서부 및 반사판은 각각 상기 로(600)의 반대 방향 측면에 배치된다. 또한, 상기 센서부는 발광부 및 수광부를 구비한다. 이러한 반사형 레이저 센서는 상기 발광부에서 조사된 레이저가 상기 반사판을 통하여 반사되어 상기 수광부로 도달하는 반사 감도와 상기 운송 지지판(S')에 의하여 반사되어 상기 수광부로 도달하는 반사 감도의 차이로 상기 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')의 유무를 판단한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 열처리 시스템에 사용되는 로(600, furnace)는 하기와 같이 작동한다. 열처리를 위한 반도체 소자로 평판 표시 장치용 기판(S) 상에 형성된 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명한다.
우선, 상기 가열 수단(614A, 614B)에 의하여 상기 내부 하우징(615A, 615B)에 의하여 정의되는 상기 로(600) 내부의 열처리 공간이 가열된다.
한편, 상기 롤러(620)를 통하여 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 안착된 운송 지지판(S')이 상기 로(600)의 내부로 이송된다.
이때, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 중 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 유입되는 방향의 제 1 센서(630)에 의하여 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 안착된 상기 운송 지지판(S')이 상기 로(600)의 내부로 유입됨을 감지한다.
상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 안착된 운송 지지판(S')이 계속 이송되어 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635)를 이용하여 상기 운송 지지판(S')이 상기 로(600) 내부의 열처리 위치에 얼라인되는 지를 확인한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 사이의 거리가 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')의 길이보다 작은 경우에는 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 모두가 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운송하는 운송 지지판(S')이 존재함을 인식하는 경우, 상기 평판 표시 장치용 기판(S)이 열처리 위치에 얼라인된 것으로 판단하며, 그 이외의 경우에는 정확한 얼라인이 이루어지지 않은 것으로 판단한다.
또한, 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 사이의 거리가 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')의 길이보다 큰 경우에는 상기 제 1 센서(630) 및 제 2 센서(635) 모두가 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S) 을 운반하는 운송 지지판(S')이 존재함을 인식하지 못하는 경우, 상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 열처리 위치에 얼라인된 것으로 판단하며, 그 이외의 경우에는 정확한 얼라인이 이루어지지 않은 것으로 판단한다.
상기 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)이 상기 로(600)의 내부에서 열처리 위치에 얼라인되면, 열처리 공정을 수행한다. 즉, 상기 비정질 실리콘은 결정화되며, 상기 박막 트랜지스터는 활성층에 도핑된 불순물이 활성화된다.
상기 열처리 공정이 완료되면, 상기 롤러(620)를 통하여 상기 비정질 실리콘 결정화된 폴리 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)을 운반하는 운송 지지판(S')은 다시 이송된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 열처리 시스템은 열처리 시스템에 사용되는 로(600)의 내부에 열처리를 위한 반도체 소자의 위치를 인식할 수 있는 센서를 구비함으로써, 상기 반도체 소자가 상기 로(furance) 내부의 열처리에 적합한 위치에 얼라인되는 지를 확인할 수 있다.
따라서, 상기 반도체 소자의 얼라인 불량시 공정을 중단함으로써, 얼라인 불량에 따른 상기 반도체 소자의 열처리 불량을 방지할 수 있으며, 또한, 비정질 실리콘 또는 박막 트랜지스터가 형성된 평판 표시 장치용 기판(S)의 불균일 가열로 인한 변형을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 열적 안정성이 취약한 평판 표시 장치용 기판의 변형 없이, 상기 평판 표시 장치용 기판 상에 형성된 반도체 소자의 열처리가 가능한 반도체 소자의 열처리 시스템을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 열처리를 위한 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하기 위한 운송 지지판이 공급되는 장입부와;
    상기 반도체 소자를 소정 온도까지 가열하는 가열부와;
    상기 반도체 소자의 열처리 공정을 수행하는 공정부와;
    상기 열처리 공정이 수행된 반도체 소자를 소정 온도까지 냉각하는 냉각부와;
    상기 열처리 공정이 수행된 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하기 위한 운송 지지판이 배출되는 배출부를 구비하여, 각 부분이 연결되어 열처리 공정을 수행하는 인라인(in-line) 시스템으로 이루어지고, 상기 가열부, 공정부 및 냉각부는 가열이 가능한 로(furnace)로 이루어지며,
    상기 로는
    상기 로의 몸체를 이루는 몸체부와;
    상기 몸체부 내에서 상기 운송 지지판을 이송시키는 롤러와;
    상기 몸체부의 측면에 장착되며, 상기 운송 지지판의 위치를 인식하는 제 1 센서 및 제 2 센서를 구비하는 로를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하는 운송 지지판의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하는 운송 지지판의 길이의 80% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판의 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 센서 및 제 2 센서 사이의 간격은 상기 반도체 소자가 형성된 기판을 운반하는 운송 지지판의 길이의 110% 내지 120%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체부는
    상기 로의 몸체를 이루는 외부 하우징과;
    상기 외부 하우징의 내벽을 따라 부착된 단열재와;
    상기 로 내부의 균일한 가열을 위한 전도판과;
    상기 단열재 및 전도판의 사이에 개재된 가열 수단(heating element)과;
    상기 로의 내부에서 열처리를 위한 공간을 정의하는 내부 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가열 수단은 저항 히터, 램프 히터 및 유도 코일 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 내부 하우징은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 전도판은 소정의 금속판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 롤러는 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체부는 그 측면에 상기 롤러가 삽입되는 복수의 롤러 삽입공 및 상기 센서가 장착되는 센서 장착공을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 가열부는 적어도 하나의 로(furnace)로 이루어지며,
    상기 반도체 소자가 형성된 기판의 이송 방향 후단의 로는 이송 방향 선단의 로보다 온도가 높은 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각부는 적어도 하나의 로(furnace)로 이루어지며,
    상기 반도체 소자가 형성된 기판의 이송 방향 후단의 로는 이송 방향 선단의 로보다 온도가 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열처리 시스템.
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