201126033 六、發明說明： c發明所屬技術領域j 發明領域 本發明係有關於一種多晶矽形成裝置，更詳細言之， 本發明係有關於一種藉縮短將形成於基板上之非晶矽熱處 理之製程的時間，可提高生產性之多晶石夕形成裝置。 發明背景 TFT(Thin Film Transistor)大致分為非晶矽TFT及多晶 石夕TFT。TFT之特性以電子移動率之值來評價，非晶石夕TFT 之電子移動率約lcm2/Vs ’多晶矽TFT之電子移動率約 100cm2/Vs左右。因而，要製造高性能之平板顯示器，宜採 , 用多晶矽TFT。多晶矽TFT係將非晶矽蒸鍍於玻璃或石英等 透明基板，使其多結晶化後，形成閘極氧化膜及閘極電極， 將摻雜物注入至源極及汲極後，形成絕緣層而構成。 在多晶矽TFT製造時重要的是使非矽晶薄膜多結晶化 之製程。特別是宜降低結晶化溫度，當結晶化溫度過高時， 因無法於TFT製造時，使用熔點低之玻璃基板，而有TFT製 造成本增高之問題。最近，考慮此玻璃基板使用之可能性， 提出了以低溫於短時間内形成多晶矽薄膜之多種製程。 當中’金屬誘發結晶化(Metal Induced Crystallization ; MIC)法或金屬誘發側向結晶化（Metal. Induced Lateral Crystallization : MILC)法係使用 Ni、cu、A1 等金屬觸媒， 誘發非晶石夕之結晶化之方法，因可低溫結晶化之優點，而 201126033 經常用於LCD等。
H考务明内J 發明概要 發明欲解決之課題 金屬誘發結晶化法或金屬誘發側向結晶化法大致分為 塗佈金屬觸媒之製程、及將已塗佈金屬觸媒之非晶矽結晶 化熱處理之製程。該等2個製程間在製程時間具差異，一般 花費在熱處理製程之時間較長。特別是金屬誘發結晶化法 或金屬誘發側向結晶化法基本上有因金屬污染引起之漏流 之問，而需將金屬觸媒之塗佈量儘量抑制在少量，故結 晶化熱處理時間更長。該等2個製程之製程時間之差從生產 性之觀點而言，招致不適合之結果。亦即，因結晶化熱處 理製程相對長之製程時間，花費在全體2LCD製造之時間 增長’而有處理量（throughput)降低之問題。 另一方面，金屬觸媒之塗佈主要利用濺鍍法或pECVD 法，在常溫〜200 C之溫度範圍内進行。之後，非晶石夕之結 晶化熱處理主要使用熱處理爐，在6〇〇。〇~8〇〇。〇之溫度範圍 内進行。如此，因2個製程之製程溫度之差也大，而有LCD 用玻璃基板因急遽之溫度變化，受到熱震動（thermal shock)’而損傷或變形之問題。特別是為抑制因金屬觸媒引 起之漏流之量，而將金屬觸媒塗佈少量時，相對地必須加 熱至南溫，兩製程之製程溫度之差可能更擴大，而使玻璃 基板之損傷或變形可能加劇。 是故，本發明之目的係提供藉縮短將形成於基板上之 4 201126033 非晶石夕結晶化熱處理之製程之時間，可提高結晶化製程之 生產性之多晶矽形成裝置。 又，本發明之另-目的係提供將形成有非晶石夕之基板 預熱(pre-heating) ’而可將因急遽之溫度變化引起之玻璃基 板的損傷或變形最小化之多晶矽形成裝置。 再者本毛明又另-目的係提供藉僅於不可缺少基板 托座之使狀熱處理製程使祕板托座，可提高製程之效 率性之多晶矽形成裝置。 用以欲解決課題之手段 為達成上述目的’本發明之多晶石夕形成裝置係將形成 於基板上之非晶碎熱處理，以形成多晶⑦之裝置其特徵 在於U 3有將刖述非晶⑦預熱之預熱部、及將業經在前述 預熱部預狀前述Μ料行結晶化減歡熱處理部。 又’為達成上述目的，本發明之多晶石夕形成方法係將 形成於基板上之非晶矽熱處理，以形成多晶矽之方法，其 特徵在於具有將W述非晶發賴之步驟、及將前述業經預 熱之前述非日日日⑦進行結晶化域理之步驟。 發明效果 根據本發明，可使將非晶石夕結晶化，形成多晶石夕之製 程之生產性提高。 又’根據本發明’可將形成有非晶矽之基板預熱 (pre-heatmg) ’而將因急遽之溫度變化引起之玻璃基板的損 傷或變形最小化。 再者’根據本發明，藉僅於不可缺少基板托座之使用 201126033 之熱處理製程使用基板托座，可提高製程之效率性。 圖式簡單說明 第1圖係顯示本發明一實施形態之多晶石夕形成裝置之 結構的圖。 第2圖係顯示本發明一實施形態之預熱部之結構的圖。 第3圖係顯示本發明一實施形態之熱處理部之結構的 圖。 第4(a)圖至第4(c)圖係顯示本發明一實施形態之預熱 及熱處理過程的圖。 第5圖係顯示由本發明一實施形態之複數個單位熱處 理部構成之熱處理部結構的圖。 第6(a)圖及第6(b)圖係顯示由本發明一實施形態之複 數個單位熱處理部構成之熱處理部之熱處理過程的圖。 第7圖係顯示具有本發明一實施形態之複數個蒸鍍製 程部之多晶矽形成裝置結構的圖。 【實施方式】 用以實施發明之形態 後述關於本發明之詳細說明係參照例示可實施本發明 ^特疋實施形態之附加圖式來說明。該等實施形態充分地 "羊、'田說明至該業者可實施本發明之程度。務必理解雖本發 月多種實施形態互異，但不必相互排斥。舉例言之，記裁 於此之特&之形狀、構狀特性在—實施形態，不脫離本 發明之精神及範圍之範_，可在其他實施形態實現。又， 務必理解所揭示之各料形態之個別構成要件之位置或配 6 201126033 置可在不脫離本發明之精神及範圍之範圍内變更。 因而，後述之詳細說明不應視為限定之意思，而是於 適當地說明本發明之範圍時，與該巾請專利範圍主張者均 等之所有範圍同樣地，僅以所附加之申請專利範圍限定。 以下，為使具有本發明所屬之技術領域之一般知識者 易實施本發明，而就本發明之較佳實施形態，參照附加之 圖式’來詳細說明。 首先’本發明係有關於用以將非晶矽熱處理，以形成 多as石夕之裝置及方法，於以金屬誘發結晶化法、金屬誘發 側向結晶化法、高相反應法等製造多晶矽時，皆可適用。 惟’以下舉金屬誘發結晶化法或金屬誘發側向結晶化法為 例來說明。 又’本發明係有關於用以將非晶矽熱處理，以形成多 晶石夕之裝置及方法者，熱處理對象係形成於基板上之非晶 矽’以下為技術上之方便，將形成於基板上之非晶矽預熱 或熱處理以「基板之預熱」或「熱處理」來表達。因此， 以下關於基板之預熱或熱處理之說明中，依情況，亦可視 為形成於基板上之非晶矽之預熱或熱處理之意思。 第1圖係顯示本發明一實施形態之多晶石夕形成裝置100 之結構的圖。 如第1圖所示，本發明一實施形態之多晶矽形成裝置 1〇〇包含有預熱部200、第1移送部300、熱處理部400而構成。 本發明之特徵之結構係於基板10之熱處理前，將基板 10預熱至預定溫度。此係為了藉縮短基板10之熱處理時 201126033 間，使結晶化製程之生產性提高，並防止因急遽之溫度變 化引起之基板ίο的變形之故。因此，本發明一實施形態之 多晶矽形成裝置100包含有將基板10預熱至預定溫度之預 熱部200而構成。此時’預熱溫度宜為約350°C~500°C ’預 熱時間宜為約1分鐘〜1小時。 第2圖係顯示本發明一實施形態之預熱部20〇之結構的 圖。 如第2圖所示，本發明一實施形態之預熱部2〇〇具有預 熱腔210、預熱加熱器220、預熱氣體供給部230、預熱基板 搬入部240、預熱基板搬出部250、基板支撐銷260、基板托 座支撐銷270而構成。 首先，本發明一實施形態之預熱腔210構造成在製程期 間’實質上可將内部空間密閉，而可發揮提供用以將基板 W預熱之空間之功能。此預熱腔210構造成可維持最適當之 製程條件，形狀可製造成四角形或圓形。預熱腔210之材質 未特別限定，可使用石英玻璃或一般之SUS等。 其次，本發明一實施形態之預熱加熱器220設於預熱腔 21〇之内部或外部，可發揮將基板以預定溫度、較佳為35〇 °C〜5 0 〇 °c之溫度預熱之功能。此預熱加熱器220之種類未特 別限定’只要為可將基板10預熱者(例如熱線之材質為鎢之 _素燈或一般之鐵鉻鋁(kanthal)加熱器），便可採用作為本 發明之預熱加熱器220。 然後’本發明一實施形態之預熱氣體供給部230可發揮 供給預熱製程所需之氣體之功能。前述氣體可為諸如Ar、 201126033
Ne、He、N2之惰性氣體。又，預熱部200亦可藉由其他氣 體排氣機構（圖中未示），在預熱製程中，維持真空環境。 又，本發明一實施形態之預熱基板搬入部240可發揮作 為可搬入基板10之通路之作用。基板10之搬入可以後述之 第1移送部300實施。又，預熱基板搬入部240宜具有與後預 熱基板搬出部250相互對稱之構造。 接著，本發明一實施形態之預熱基板搬出部250可發揮 作為搬出業經預熱之基板10之通路的作用。此時，如後述， 基板10可以載置於基板托座500之狀態以第1移送部300搬 出。 又，本發明一實施形態之基板支撐銷260設於預熱腔 210之内部’可發揮支撐基板1〇之功能。基板支撐銷260為 更穩定地支樓基板10，宜設4個以上，但不必限於此。 然後’本發明一實施形態之基板托座支撐銷270設於預 熱腔210之内部，可發揮支撐基板托座500之功能。基板托 座支撐銷270為更穩定地支撐基板托座5〇〇，與基板支樓銷 260同樣地，宜設4個以上，但不必限於此。 另一方面，基板支撐銷260及基板托座支撐銷270宜設 成不妨礙後述第1移送部300及第2移送部120之動作。舉例 言之’為使第1移送部300及第2移送部120在基板支撐銷260 間順暢地移動，基板支撐銷260可設置成支撐基板1〇之緣部 附近。 另一方面，亦可於基板托座500形成與基板支撐銷260 之數相同之數的貫穿孔（圖中未示），俾使基板支撐銷260可 201126033 貫穿。此時，基板托座500之面積宜大於為熱處理對象之基 板10之面積，如此一來，可使基板10更易載置於基板托座 500上。 另一方面，第2圖之預熱部200為一次處理1片基板10之 枚葉式，但不必限於此，亦可以可同時處理複數片基板1〇 之批式構成。 又，基板10宜為諸如玻璃及石英之透明基板10，但不 必限於此。舉例言之，用於半導體元件製程時，基板10可 為諸如矽晶圓等之半導體晶圓。 本發明一實施形態之第1移送部3 00可發揮將業經在預 熱部200預熱之基板10移送至熱處理部4〇〇之功能。此時， 第1移送部300藉具有可於上下及左右方向移動之機械手臂 而構成，可順暢地進行移送動作。因此，眾所周知之基板 傳送機械手臂之構成原理可於第i移送部3〇〇採用。 本發明一實施形態之熱處理部400可發揮將形成於業 經以第1移送部3〇〇移送之基板1〇上之非晶矽結晶化熱處理 的功能。此時’熱處理溫度宜為可順暢地形成多晶矽之55〇 C〜800 C之溫度範圍。又，熱處理時間宜約5分鐘~ 1〇小時。 第3圖係顯示本發明一實施形態之熱處理部4〇〇之結構 的圖。 如第3圖所示’本發明一實施形態之熱處理部4〇〇具有 熱處理腔410、熱處理加熱器420、熱處理氣體供給部430、 熱處理基板搬入部440、熱處理基板搬出部450而構成。此 時，由於除了可以更高之溫度熱處理之點外，具有與預熱 201126033 部200之對應之構成要件相同之功能、形狀、構造、特性， 故省略進一步之詳細說明。 另一方面，苐3圖之熱處理部400係一次處理1片基板1〇 之枚葉式，但不必限於此，亦可以可同時處理複數片基板 10之批式構成。 根據本發明之一實施形態，於將業經預熱之基板10移 送至熱處理部400時，熱處理部400亦可預先以與預熱部200 之預熱溫度相同之溫度加熱。舉例言之，在預熱部以45〇 C之溫度將基板預熱時，亦可於以第1移送部3〇〇將基板 10移送至熱處理部400前，預先以450°C之溫度將熱處理部 400加熱。此係為了防止基板1〇因熱處理部4〇〇之急遽之溫 度變化，而損傷或變形之故。因此，業經熱處理之基板1〇 冷卻至預熱溫度（例如450。〇後搬出。如此搬出之基板1〇可 於待機中放置，冷卻至常溫，或以另外備有之基板冷卻系 統（圖中未示）’冷卻至常溫。 另一方面，根據本發明一實施形態，基板1〇可載置於 基板托座500，來熱處理。此係為了可防止於可能於熱處理 過私中產生之基板10的變形等之故。藉基板托座5〇〇之材質 以石英構成，在連續之熱處理過程，亦不致產生變形。 亦即，在本發明，基板10可在預熱部2〇〇以從基板托座 500分離之狀態預熱，業經預熱之基板1〇可在熱處理部4〇〇 以載置於基板托座500之狀態熱處理。此係為了下述原因之 故，前述原因係在諸如預熱製程或可於預熱製程前實施之 ?备鍍製程(例如電漿化學氣相蒸鍍製程）之低溫製程，不使用 201126033 基板托座500，而僅在不可缺少基板托座500之使用之熱處 理製程，使用基板托座500，藉此，使製程之效率性提高。 第4(a)圖至第4(c)圖係概略地顯示本發明一實施形態 之預熱及熱處理過程的圖。 首先’未顯示於第4圖，在後述蒸鑛製程部130，進行 將任意物質（例如鎳）蒸鍍於未以基板托座500支撐之基板1〇 上之製程。 其次’如第4(a)圖所示，將蒸鍍製程已完畢之基板10 搬入至預熱部200，以基板支撐銷260支撐。此時，基板托 座500為以基板托座支撐銷26〇支撐之狀態，於基板托座5〇〇 形成有貫穿孔，俾可供基板支撐銷260貫穿。之後，當在預 熱部200基板1〇之預熱完畢時，第1移送部3〇〇在基板托座 500之下側將基板托座500舉起高於基板支撐銷26〇之高 度’藉此’可將基板托座5〇〇及基板1〇載置於第1移送部300 上。 然後，如第4(b)圖所示，基板托座500及基板1〇以第1 移送部300從預熱部2〇〇搬出。 之後，如第4(c)圖所示，已搬出之基板1〇以載置於基板 托座500上之狀態以第！移送部3〇〇搬入至熱處理部4〇〇，而 以載置於基板托座5〇〇上之狀態予以熱處理。 第5圖係顯示由本發明一實施形態之複數個單位熱處 理部660構成之熱處理部600結構的圖。 如第5圖所示’本發明一實施形態之熱處理部6〇〇可由 複數個單位熱處理部66〇構成。在第5圖，單位熱處理部66〇 12 201126033 之數顯示為4個，但不必限於此，從生產性提高之面而言， 可進行為4個以上之多種變更。 本發明一實施形態之複數個單位熱處理部66〇可分別 收容各基板10，來進行熱處理製程。此各單位熱處理部660 具有熱處理腔610、熱處理加熱器62()、熱處理氣體供給部 630、熱處理基板搬入部640、熱處理基板搬出部65〇而構成。 本發明一實施形態之熱處理腔61〇、熱處理加熱器 620、熱處理氣體供給部630、熱處理基板搬入部64〇、熱處 理基板搬出部650之功能、形狀、構造等由於與第3圖之熱 處理部400之内谷基本上相同，故省略重複之說明。 本發明一實施形態之熱處理加熱器62〇設置於熱處理 腔610之内部或外部，可發揮將基板1〇結晶化熱處理之功 能。如第5圖所示，熱處理加熱器62〇宜配置於基板1〇之上 下側，而可順暢地進行基板1〇之熱處理。此時，為可依各 早位熱處理部_驗人之基板剛域祕理，熱處理加 熱器620宜依各單位熱處理部_獨立動作。 接著’本發明—實施形態之複數個熱處理氣體供給部 630可發揮«處理製程所需之氣體供給至複數個熱處理 腔610之功i。此時，為可依各單位熱處理部編將搬入之 基板ίο獨立地熱處理’熱處理氣體供給部μ炫依各單位埶 處理部660獨立動作。 第6(a)圖及第6(b)圖係顯示由本發明一實施形態之複 數個單位熱處理部66Q構叙熱處理部咖之減理過程的 圖0 13 201126033 首先’如第6(a)圖所示’在預熱部200業經加熱之第1 基板10a載置於第1基板托座5〇〇a，以第1移送部3〇〇搬入至 第1熱處理腔610a’以第1熱處理加熱器620a熱處理。之後， 如第6(b)圖所示’在預熱部200業經預熱之第2基板l〇b載置 於第2基板托座500b ’以第1移送部300搬入至第2熱處理腔 610b，以第2熱處理加熱器620b熱處理。之後，在各單位熱 處理部660反覆前述過程，藉此，可間隔預定時間間隔，依 序將基板10獨立地搬入至各熱處理腔610，來獨立地熱處 理。 在全體之熱處理製程中，有用以將業經預熱之基板10 熱處理之時間較用以將基板10預熱之時間長之情形。由於 此時間之差必預中斷預熱步驟至1片基板10之熱處理步驟 完畢為止，故造成生產性之降低。然而，由於本實施形態 之熱處理部600由可獨立地熱處理複數片基板10之複數個 單位熱處理部660構成，故有前述預熱步驟之中斷不致產 生，而可更提高生產性之優點。 第7圖係顯示具有本發明一實施形態之複數個蒸鍍製 程部130之多晶矽形成裝置1〇〇結構的圖。 如第7圖所示，本發明一實施形態之多晶矽形成裝置 100包含有基板搬入部110、第2移送部120、複數個蒸鍍製 程部130、預熱部200、第1移送部部300、熱處理部600而構 成。 由於本發明一實施形態之預熱部200、第1移送部300及 熱處理部600之功能、形狀 '構造等與上述實施形態之内容 14 201126033 基本上相同，故省略重複之說明。 首先，本發明一實施形態之基板搬入部110具有作為搬 入未形成有蒸鍍物質之純基板10之入口的作用。搬入至基 板搬入部110之基板10可以後述第2移送部120移送至各蒸 鍵製权部13 0。 其次，本發明一實施形態之第2移送部120位於與複數 個蒸鍍製程部130及預熱部200相鄰之處（舉例言之，如第7 圖所示，位於配置成六角形之複數個蒸鍍製程部13〇之中 央），而可發揮將基板10移送至複數個蒸鍍製程部13〇或預 熱部200之功能。因此，第2移送部120具有可於上下及左右 之方向移動之機械手臂而構成。 接著，本發明一實施形態之複數個蒸鍍製程部13〇分別 玎發揮將任意物質蒸鍍於基板1〇上之功能。在此，前述任 意之物質可包含所有金屬、絕緣體等，當本發明一實施形 態之多晶矽形成裝置100以金屬誘發結晶化方式形成多晶 矽時，前述任意物質可為金屬，特別以鎳(Ni)為佳。蒸鍍製 程部130可為熱蒸鍵部、電子束蒸鑛部、減鏡部、電聚化學 氣相蒸鍍部、低壓化學氣相蒸鍵部、單位原子層蒸鑛部之 任一個。另一方面，如第7圖所示，複數個蒸鍍製程部13〇 赏以第2移送部120可配置於其中央之形態配置。 以下’參照第7圖’例示說明具有本發明一實施形態之 複數個蒸鍍製程部130之多晶矽形成裝置1〇〇動作的過程。 首先’當將純玻璃基板10搬入至基板搬入部11〇時，第 2移送部120使已搬入之基板1〇搬入至第1蒸鍍製程部b。當 15 201126033 在第1蒸鍍製程部B，將非晶矽蒸鍍於基板ι〇上之製程完畢 時’第2移送部120搬出基板10，使其搬入至2蒸鍍製程部C。 當將鎳蒸鍍於搬入至第2蒸鍍製程部C之基板1〇上的製程完 畢時’第2移送部120搬出基板1〇，使其搬入至預熱部2〇〇。 如此搬入之基板1〇在預熱部2〇〇預熱，然後，以第1移送部 300移送至熱處理部6〇〇之單位熱處理部66〇。 在此，於第2移送部120從第1蒸鍍製程部b搬出基板 1〇，使之移送至第2蒸鍍製程部C時，將另一玻璃基板1〇搬 入至基板搬入部110 ,將之搬入至空出的第丨蒸錄製程部B， 之後，以與上述相同之過程蒸鍍及預熱。如此預熱之基板 10移送至正熱處理已施行前述製程之基板10之單位熱處理 部660以外的其他單位熱處理66〇來熱處理。即，於進行在 蒸鍍製程部130、預熱部2〇〇及單位熱處理部66〇之製程時， 调整製程程序，俾不致在前述構成要件之任一構成要件中 斷製程’藉此，可謀求製程之生產性。 又，在上述實施形態中，第1蒸鏟製程部B及第2蒸鍍製 程部C以外之剩餘之蒸鍍製程部130中則作為未進行蒸鍍製 程者來說明，剩餘之蒸鍍製程部130亦可繼續實施其他物質 之蒸鍍是無須贅言的。 另—方面，本發明一實施形態之形成多晶矽之裝置可 更包含有將業經在熱處理部600結晶化熱處理之多晶矽進 一脫氫處理之脫氫處理部（圖中未示）。此脫氫處理係用以使 曰曰矽之諸特性提高之選擇製程，前述脫氫處理製程可以 乂下之溫度在惰性環境或真空環境下實施。由於本發 201126033 明之脫氫處理部之基本結構與上述預熱部200及熱處理部 600相同，故省略關於此之詳細說明。 本發明如上述舉了較佳實施形態為例，顯示圖式及說 明，但不限於上述實施形態，在不脫離本發明之精神之範 圍内，具有該發明所屬之技術領域之一般知識者可進行多 種變形及變更。此種變形例及變更例必須視為屬於本發明 及附加之申請專利範圍内。 L圖式簡單說明3 第1圖係顯示本發明一實施形態之多晶矽形成裝置之 結構的圖。 第2圖係顯示本發明一實施形態之預熱部之結構的圖。 第3圖係顯示本發明一實施形態之熱處理部之結構的 圖。 第4(a)圖至第4(c)圖係顯示本發明一實施形態之預熱 及熱處理過程的圖。 第5圖係顯示由本發明一實施形態之複數個單位熱處 理部構成之熱處理部結構的圖。 第6(a)圖及第6(b)圖係顯示由本發明一實施形態之複 數個單位熱處理部構成之熱處理部之熱處理過程的圖。 第7圖係顯示具有本發明一實施形態之複數個蒸鍍製 程部之多晶矽形成裝置結構的圖。 【主要元件符號說明】 10...基板 10b...第2基板 10a...第1基板 100…多晶矽形成裝置 17 201126033 110···基板搬入部 120…第2移送部 130·…蒸鍍製程部 200.. .預熱部 210…預熱腔 220…預熱加熱器 230…預熱氣體供給部 240…預熱基板搬入部 250…預熱基板搬出部 260.. .基板支撐銷 270.. .基板托座支撐銷 300…第1移送部 400，600...熱處理部 410，610···熱處理腔 420，620...熱處理加熱器 430 ’ 630…熱處理氣體供給部 440，640…熱處理基板搬入部 450 ’ 650..·熱處理基板搬出部 500...基板托座 500a...第1基板托座 500b...第2基板托座 610a…第1熱處理腔 610b…第2熱處理腔 620a...第1熱處理加熱器 620b...第2熱處理加熱器 660…單位熱處理部 Β··_第1蒸錢製程部 C…第2蒸鍍製程部 18