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基板热处理装置

阅读:1023发布:2020-07-10

专利汇可以提供基板热处理装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 基板 热处理 装置,且更具体而言,涉及一种通 过热 处理来改善基板的电性特性的基板热处理装置。根据示例性 实施例 的基板热处理装置包括:热 处理室 ,用以界定基板的热处理空间;基板 支撑 构件,用以在热处理空间中支撑基板;加热器区 块 ,在面对基板的灯安装表面上设置有多个加热灯;以及窗口,阻挡由加热灯产生的灯 波长 范围中预定阻挡波长范围内的光波长,且透射其余波长范围的透射波长范围内的光波长,以传递至基板。,下面是基板热处理装置专利的具体信息内容。

1.一种基板热处理装置,其特征在于,包括:
处理室,经配置以界定基板的热处理空间;
基板支撑构件,经配置以在所述热处理空间中支撑所述基板;
加热器区,在面对所述基板的灯安装表面上设置有多个加热灯;以及窗口,阻挡由所述加热灯产生的灯波长范围中预定的阻挡波长范围内的光波长,且透射其余波长范围的透射波长范围内的光波长,以将所透射的光波长传递至所述基板。
2.根据权利要求1所述的基板热处理装置,其特征在于,所述窗口包括:
透射板,经配置以透射由所述加热灯产生的所有波长范围内的光波长;以及涂布膜,涂布于所述透射板的上表面或下表面上,以仅阻挡所述阻挡波长范围内的光波长。
3.根据权利要求2所述的基板热处理装置,其特征在于,所述透射板是由石英材料形成。
4.根据权利要求2所述的基板热处理装置,其特征在于,所述涂布膜是由SiO2、TiO2及Ta2O5中的任一种或多种材料形成。
5.根据权利要求1所述的基板热处理装置,其特征在于,所述窗口是由在不涂布单独涂布膜条件下仅阻挡所述阻挡波长范围内的光波长、且透射所述透射波长范围内的光波长的材料形成。
6.根据权利要求5所述的基板热处理装置,其特征在于,所述窗口是由SiO2、TiO2、ZnSe、GLS、TICI、AqBr、TiBr及KI中的任一种或多种材料形成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基板热处理装置,其特征在于,所述阻挡波长范围是自所述灯波长范围内的最低波长至700nm,且所述透射波长范围是自超过700nm的波长至所述灯波长范围内的最高波长的波长范围。
8.根据权利要求7所述的基板热处理装置,其特征在于,所述阻挡波长范围是自100nm至700nm的波长范围,且所述透射波长范围是自超过700nm的波长至4000nm的波长范围。

说明书全文

基板热处理装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基板热处理装置,且更具体而言,涉及一种通过热处理来改善基板的电性特性的基板热处理装置。

背景技术

[0002] 显示器正朝具有大的面积、超高清晰度(definition)及高速运行发展。由于典型的非晶半导体元件(例如非晶硅薄膜晶体管(thin film transistor,TFT))具有低的迁移率(约0.5cm2/Vs以下),因而在利用这些非晶硅半导体元件实作高性能元件时存在限制。因此,作为对非晶体薄膜晶体管的替代,使用具有非晶相及高迁移率(约5cm2/Vs至约10cm2/Vs以上)的化物半导体(例如氧化物基板)的氧化物薄膜晶体管已受到关注。在例如氧化物半导体基板等氧化物基板上进行层的沉积可通过例如等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)等沉积工艺来进行。
[0003] 同时,可通过其中对氧化物基板的表面粗糙度进行平坦化并改变化合物的成分比率的表面改性来改善元件的性能。亦即,移除作为氧化物半导体的污染物质的,改善表面粗糙度,降低电阻,并由此可改善氧化物基板的性能。对于氧化物基板的此种表面改性,通常使用热处理。
[0004] 由于例如所沉积的氧化物的构成材料的混合特性、自由电子浓度、及界面陷阱(interface trap)等问题,氧化物半导体的性能会降低。因此,可通过其中对氧化物基板的表面粗糙度进行平坦化并改变化合物的成分比率的表面改性来改善元件的性能。亦即,调整氧化物半导体的自由电子浓度及界面陷阱,移除作为氧化物半导体的污染物质的碳,改善表面粗糙度以降低电阻,并由此可提高氧化物基板的性能。对于氧化物基板的这些自由电子浓度及表面改性,通常使用热处理。
[0005] 因此,热处理是氧化物半导体工艺中所必需的工艺。电子迁移率、绝缘电阻、欧姆接点合金化(ohmic contact alloying)、离子植入损伤退火(ion implantation damage annealing)、掺杂剂活化、及TiN、TiSi2、或CoCi2薄膜的形成是需要进行热处理的工艺。
[0006] 执行热处理的基板热处理装置利用由加热灯600发出的光波长辐射热量将热量传递至基板,所述加热灯600是钨卤素灯。所述基板热处理装置包括用于在其中执行热处理的热处理室200及朝基板提供光波长的加热器区100。此外,由透明石英材料形成的石英窗口300安置于热处理室200与加热器区块100之间。在防止作为污染物的粒子被引入位于加热器区块100下侧的热处理室200中的同时,石英窗口300透射位于上侧的加热器区块100中的加热灯600的光波长。亦即,石英窗口300在保护基板不遭受污染物的同时,以约90%以上的透射率透射由作为卤素灯而形成的加热灯600发出的自约250nm至约4000nm的宽波长范围(短波长至长波长)内的光波长。
[0007] 作为由加热灯600发出的波长的自约250nm至约4000nm的波长范围包括各种波长范围,例如自约180nm至约340nm的紫外光(ultraviolet,UV)波长范围、及自约340nm至780nm的可见光波长范围。
[0008] 同时,在用于对氧化物基板的表面进行改性的热处理工艺期间当这些各种波长范围到达氧化物基板时这些波长范围对氧化物基板的影响尚未得到论述。因此,需要提供一种替代方案以通过确定在热处理工艺期间对氧化物基板具有不良影响的波长范围来防止对氧化物基板具有不良影响的波长范围到达氧化物基板。
[0009] [现有技术文献]
[0010] [专利文献]
[0011] [专利文献1]韩国专利申请早期公开第10-2007-0098314号

发明内容

[0012] 本发明提供一种虑及在氧化物基板的热处理期间的波长范围的热处理机构。本发明还在氧化物基板的热处理期间改善电性特性。
[0013] 根据示例性实施例,一种基板热处理装置包括:热处理室,用以界定基板的热处理空间;基板支撑构件,用以在所述热处理空间中支撑所述基板;加热器区块,在面对所述基板的灯安装表面上设置有多个加热灯;以及窗口,阻挡由所述加热灯产生的灯波长范围中预定阻挡波长范围内的光波长,且透射其余波长范围的透射波长范围内的光波长以传递至所述基板。
[0014] 所述窗口可包括:透射板,用以透射由所述加热灯产生的所有波长范围内的光波长;以及涂布膜,涂布于所述透射板的上表面或下表面上,以仅阻挡所述阻挡波长范围内的光波长。
[0015] 所述透射板可由石英材料(quartz material)形成。所述涂布膜可由SiO2、TiO2及Ta2O5中的任一种或多种材料形成。
[0016] 所述窗口可由在不涂布单独涂布膜条件下仅阻挡所述阻挡波长范围内的光波长、且透射所述透射波长范围内的光波长的材料形成。
[0017] 所述窗口可由SiO2、TiO2、ZnSe、GLS、TICI、AqBr、TiBr及KI中的任一种或多种材料形成。
[0018] 所述阻挡波长范围可为自所述灯波长范围内的最低波长至约700nm,且所述透射波长范围可为自超过约700nm的波长至所述灯波长范围内的最高波长的波长范围。
[0019] 所述阻挡波长范围可为自约100nm至约700nm的波长范围,且所述透射波长范围可为自超过700nm的波长至约4000nm的波长范围。附图说明
[0020] 结合附图阅读以下说明,可更详细地理解各示例性实施例,附图中:
[0021] 图1是说明根据示例性实施例的基板热处理装置的剖视图。
[0022] 图2是灯泡型灯的立体图。
[0023] 图3中(A)与(B)是说明当通过允许由加热灯输出的全部光波长不加过滤地到达氧化物基板而对基板进行热处理时基板的电性特性。
[0024] 图4中(A)与(B)是说明根据示例性实施例当对氧化物基板涂覆涂布膜时的氧化物基板的视图。
[0025] 图5是根据示例性实施例的在无涂层时阻挡阻挡波长范围的氧化物基板的视图。
[0026] 图6中(A)与(B)是说明当通过阻挡阻挡波长范围并允许其余透射波长范围内的光波长到达氧化物基板而对基板进行热处理时基板的电性特性。

具体实施方式

[0027] 以下,将参照附图更详细地阐述示例性实施例。然而,本发明可实施为不同形式,而不应被视为仅限于本文所述的实施例。更确切而言,提供这些实施例是为了使本揭示内容透彻及完整,并将向所属领域的技术人员充分传达本发明的范围。在图式中,通篇中相同参考编号指示相同元件。
[0028] 图1是说明根据示例性实施例的基板热处理装置的剖视图。
[0029] 热处理室200具有内部空间,所述内部空间是基板的热处理空间,且基板安装于所述热处理空间中。热处理室200形成为闭合的矩形中空柱体形状,但各实施例并非仅限于此,且可为各种柱体形状。亦即,可为圆柱体形状及多形柱体形状。此外,在热处理室200的一个侧面与另一侧面中的每一者处,用于放入/取出基板的入口710、及任一入口连接至传递模块(未示出)。此外,在热处理室200的侧面处设置有排出口720。
[0030] 基板S是氧化物半导体基板,例如由InGaZnO2、InTnO2、InGaTnO2、ZnO2、ZnInO2、SiO2等的混合物形成的氧化物基板。在为氧化物基板的情形中,当氧化物基板经热处理时,会发生表面改性且性能特性发生变化。
[0031] 为参考起见,作为氧化物基板S的例子,将阐述在对由氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide;IGZO)及氧化铟(Indium Tin Oxide;ITO)形成的氧化物基板进行热处理期间的电性特性及表面改性。IGZO基板及ITO基板被应用于宽广的领域中,例如应用于有机发光二极管、发光器件(LED)、液晶显示器(liquid crystal display,LCD)及太阳电池
[0032] 在显示器行业中,将氧化铟镓锌(IGZO)与TFT底板(backplane)部的非晶硅及多晶硅一起使用。
[0033] TFT底板是用于接通/断开发光元件的电性信号开关元件。IGZO氧化物基板具有电子迁移率高于非晶硅且单位制造成本显著低于多晶硅的优点。
[0034] 通过IGZO氧化物基板的热处理,可调整自由电子浓度与界面陷阱的比率,并可改善阈值电压、亚阈值摆动因数(subthreshold swing factor,S-factor)等。因此,IGZO氧化物基板的电子迁移率及可靠性得到保证。
[0035] 此外,在显示器行业中用作透明电极的氧化铟锡(ITO)的表面改性可大大有助于改善器件性能。亦即,通过热处理进行的表面改性不仅会移除ITO表面上的有机材料,且还会将表面的粗糙度平坦化,并且改变化合物的成分比率,从而可改善器件的性能。在ITO基板中,在ITO表面的功函数与空穴传输层的表面的功函数的接合界面处会产生表面电位差。由于此种原因,在器件的发光起始电压处会产生几伏的差。此外,在ITO溅期间,ITO表面的功函数会根据有机材料及吸附、基板表面上的形貌及O/In比率而发生大的变化。热处理作为前处理技术执行,以使ITO表面保持以物理上及化学上稳定的状态结合至空穴传输层。
[0036] 同时,热处理室200在其内侧包括用于支撑基板的基板支撑构件500。此处,基板支撑构件500可在其内部包括多个升降销(lift pin)510及包括边缘环(edge ring),所述多个升降销510在垂直方向上移动,氧化物基板S在所述工艺期间安装于所述边缘环上。边缘环(未示出)是用于在热处理空间中面对加热器区块100的位置处于其上安装氧化物基板的安装机构。基板支撑构件500可连接至用于提供升降的机构(例如气缸)。基板可由升降销支撑,但各实施例并非仅限于此。可使用各种能够将氧化物基板S抵靠基板支撑构件500进行支撑的机构,例如利用静电力的机构(静电卡盘)或利用真空吸持力的机构。
[0037] 气体喷射部件400向热处理空间中喷射大气气体(atmosphere gas)。气体喷射部件400在执行热处理的同时向作为热处理室200的内部的热处理空间中喷射大气气体,例如氮气。为参考起见,喷射至热处理室200内的热处理空间中的气体可通过形成于热处理室200处的排出口排出至外部。
[0038] 加热器区块100包括多个加热灯600,加热灯600产生热能来加热置于面对的下侧处的基板。加热器区块100具有上(upper door)的形状,其密封热处理室200的上部并保护热处理室200不受外部环境(压力及污染物)影响。若需要,加热器区块100及热处理室200可通过密封构件来增强密封性能。此外,加热器区块100可位于下部或侧表面,且因此氧化物基板S置于面对的位置处。
[0039] 加热器区块100具有面对氧化物基板的灯安装表面,且多个灯安装槽110形成于所述灯安装表面上。为参考起见,安装于灯泡状灯安装槽中的加热灯600如图2所示包括:灯体630,其中包括用于发射辐射热量的灯丝;灯支撑部件620,用于固定灯体630;以及灯座610,连接至灯支撑部件620以接收外部电力。
[0040] 灯体630优选地形成为中空管状(即管子形状),例如T形管子或直线形管子形状。当然,各实施例并非仅限于此,而灯体630也可形成为弯曲形状、圆环形状或椭圆形状。此外,灯体630是使用玻璃或石英制成。这样,使辐射热量优选地能够无损失地传送。另外,以惰性气体(例如卤素、氩气)填充灯体630的内部将是有效的。被填充以惰性气体的加热灯600通常产生属于自约100nm至约4000nm波长范围的光波长。
[0041] 窗口300设置于加热器区块100与热处理室200之间。窗口300在加热器区块100与热处理室200之间保持热处理室200的密封。窗口300利用密封构件(未示出)来密封加热器区块100与热处理室200之间的间隙以维持加热器区块100的真空,并保护热处理室200不受外部环境(压力、气体及污染物)影响。此外,窗口300保护加热器区块100中的所述多个加热灯600,并防止由加热灯600产生的热量所引起的副产物落至位于热处理室200内的热处理空间中的氧化物基板S上。
[0042] 窗口300将加热灯600产生的光波长透射至位于窗口300下方的热处理室200内的基板上。同时,被填充以惰性气体(例如卤素及氩气)的加热灯600输出自约100nm至约4000nm波长范围内的光波长。自约100nm至约4000nm的波长范围包括各种波长范围,例如自约180nm至约340nm的紫外光(ultraviolet,UV)波长范围、自约340nm至约780nm的可见光波长范围、及自约780nm至约4000nm的红外光(infrared,IR)波长范围。
[0043] 同时,当在用于使氧化物基板S进行表面改性的热处理工艺期间,各种波长范围内的光波长到达氧化物基板时,从实施例的实验得知,可根据波长范围而对表面改性造成不良影响。
[0044] 图3的(A)是说明约700nm以下的波长范围内的光波长的图,图3的(B)是说明当通过使约700nm以下的波长范围内的光波长到达氧化物基板(例如TFT氧化物半导体)而执行热处理时,在改变门极-源极电压V的同时所测得的漏极-源极电流I的曲线图。当通过提供约700nm以下的光波长来执行热处理时,阈值电压V并非产生于0伏,而是如图3B所示产生于负电压,且可以理解,例如滞后特性(hysteresis)及摆动因数(S-factor)等性能特性变差。为参考起见,所述滞后特性是在反方向施加电压时的曲线,具有与在正方向施加电压时的曲线不同的轨迹,且因此可以理解,所述滞后特性具有差的电性特性。此外,摆动因数显示出曲线斜率,因此可以理解,斜率特性不佳。因700nm以下的波长范围内的光波长对氧化物媒介的结合能(bonding energy)具有不良影响,因而电性特性变差。
[0045] 因此,示例性实施例的窗口300被提供作为阻挡由加热灯600产生的灯波长范围中会使氧化物基板的电性特性变差的波长范围(以下,称为阻挡波长范围)内的光波长、并透射其余波长范围(以下,称为透射波长范围)内的光波长以使所述光波长到达氧化物基板的窗口。根据实验结果,如图6A所示,当使用卤素灯作为加热灯600时,阻挡波长范围被理解为自卤素灯可产生的最低波长至约700nm的波长的波长。因而,当卤素灯输出自约100nm至约4000nm波长范围内的光波长时,阻挡波长范围变为自卤素灯的最低波长即约100nm至约700nm的波长。
[0046] 此外,透射波长范围是不为阻挡波长范围的其余波长范围。当卤素灯输出自约100nm至约4000nm波长范围内的光波长时,透射波长范围变为自超过约700nm的波长至约
4000nm的波长范围。
[0047] 如上所述,可通过以下两种方法来执行一种实作窗口300的方法,其中所述窗口300阻挡由加热灯600输出的阻挡波长范围并透射透射波长范围。其中一种方法是以由选择性地透射各波长范围中特定波长范围内的光波长的材料形成的膜来涂布窗口300,另一种方法是使窗口300自身由选择性地透射光波长的材料形成。
[0048] 首先,将阐述所述涂布方法。如图4中的(A)与图4中的(B)所示,窗口300包括:透射板310,其透射由加热灯600产生的所有波长范围内的光波长;以及涂布膜320,其被涂覆至透射板的上表面或下表面并仅阻挡所述阻挡波长范围内的光波长。透射板310透射由加热灯600产生的所有波长范围内的所有光波长,例如由加热灯600产生的自约100nm至约4000nm波长范围内的光波长。透射板310可被实作为透射紫外光范围、可见光范围及红外光范围内的所有波长的透射材料(例如石英)。
[0049] 如图4中的(A)所示,涂布膜320被涂覆至透射板310的上表面,或者如图4B所示涂布膜320被涂覆至透射板310的下表面。涂布膜320的材料可被实作为SiO2、TiO2、及Ta2O5中的任一种或多种材料,其可阻挡自约100nm至700nm的阻挡波长范围内的光波长。SiO2、TiO2、及Ta2O5材料吸收自约100nm至约340nm波长范围内的光波长,并反射自约340nm至约700nm的波长范围,因此可阻挡自约100nm至约700nm的波长范围。因此,涂布膜320阻挡透射过所述透射板的自约100nm至约4000nm波长范围内的光波长中自约100nm至约700nm的光波长,并仅透射自约700nm至约4000nm波长范围内的其余光波长。
[0050] 同时,如图5所示,所述窗口自身可被实作为由仅阻挡所述阻挡波长范围内的光波长并仅透射所述透射波长范围内的光波长的材料形成的透射窗口330,而不涂布有涂布膜320。在此种情形中,使用SiO2、TiO2、ZnSe、GLS、TICI、AqBr、TiBr、及KI中的任一种或多种材料来实作透射窗口330。
[0051] 如上所述,窗口300阻挡由加热灯600产生的波长范围中所述阻挡波长范围的波长范围(其会使氧化物基板的电性特性变差)内的光波长,并透射作为其余波长范围的所述透射波长范围内的光波长,因此可使氧化物基板的电性特性不会劣化。图6中的(A)是说明根据实施例在由加热灯600输出的光波长透射过窗口300之后的波长范围的图。可以理解,作为阻挡波长范围的最高至约700nm的光波长被阻挡,且仅作为透射波长范围的自约700nm至约4000nm的光波长被提供至氧化物基板。图6中的(B)说明在通过窗口300的阻挡而仅存在自约700nm至约4000nm的透射波长范围时输出电流随控制电压的变化。可以理解,与当自约100nm至约4000nm的全部波长到达氧化物基板时的图3的(B)所示曲线相比,图6B的电性特性得到改善。亦即,可以理解,阈值电压降低,与图3的(B)的正方向相比图6中的滞后特性差值的减小量变小,且摆动因数也得到改善,从而甚至可通过小的电压来精细地调整电流。
[0052] 根据示例性实施例,在氧化物基板的热处理期间,电性特性可得到改善。此外,根据示例性实施例,因使用允许选择性的波长范围到达氧化物基板的窗口,故不另外提供用于透射每一波长范围的单独装置,因而可降低制造成本。
[0053] 尽管已参照具体实施例阐述了本发明,然而,本发明并非仅限于此而是由以上权利要求书限定。因此,所属领域的技术人员应容易理解,在不背离由随附权利要求书界定的本发明精神及范围的条件下,可对本发明作出各种润饰及改变。
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