JP2005064334A - 液晶用又は半導体用基板のアニール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置に使用するガラス等の透明板にポリシリコン又はアモルファスシリコンの薄膜を形成させた液晶基板、又は、半導体製造に使用するシリコン等のウェハ（以下、「基板」という）を密閉可能な容器内に収容し、高温アニール処理を行う際に、後のウェット処理による問題を回避しながら、アニール処理時に基板の表面に付着するパーティクル量を容易に減少させることにより、高性能の液晶・半導体素子を製造できるアニール方法を提供する。
【解決手段】 液晶用又は半導体用基板を密閉可能な容器内に収容し、基板を、その表側面を上にして水平とした状態に対して特定の角度に傾けた状態で高温アニール処理をする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＬ表示装置を含む液晶表示装置等の液晶用基板又はシリコン等材料から製造される各種半導体用ウェハのアニール方法に関するものである。

一般に、ガラス等の透明板にポリシリコン又はアモルファスシリコンの薄膜を形成させたものを液晶用基板（パネル）といい、シリコン等の円形バルク結晶をスライスし、その単結晶の片側表面を研磨洗浄したものをウェハという（本明細書においては、上記液晶用基板とウェハとをあわせて「基板」といい、液晶用基板についてはポリシリコン又はアモルファスシリコンの薄膜を形成させた面、ウェハについては研磨洗浄を行った面を「表側面」、その反対側面を「裏側面」という。）。

上記の基板を、高温、及び場合によっては高温かつ高圧の水蒸気又は酸素等の雰囲気に一定時間曝す工程（アニール工程）が必要であり、このアニール工程により、液晶基板の結晶構造を緻密化させ電子の移動度をあげたり、或いは、ウェハに絶縁酸化膜を形成させている。このようなアニールの方法に関して、レーザを用いたいくつかの発明が行われている（特許文献１及び特許文献２）。
特開２００１−１４４０２７号公報 特開２００２−１９８３７７号公報

ところで、製造される液晶・半導体の性能を向上させるため、製造に際しては、ホコリやゴミの付着量を極端に制限されていることは良く知られており、製造時の雰囲気管理によりアニール前の基板に付着しているホコリやゴミは殆どゼロである。ところがアニール処理を行うことにより相当量のパーティクルが基板の表側面に付着してしまい、これはホコリやゴミと同様に液晶や半導体の性能を低下させる原因となる。このようなパーティクルは、アニール処理において水蒸気等の高温、場合によっては高温かつ高圧（本明細書においては、「高温等」という）のガスに曝される反応室容器内壁から、解離、溶出して発生するものである。アニールの反応室容器材料としては、メタルコンタミを防止するため、一般には、石英ガラスなどが使用されているが、それでもある程度のパーティクルの発生は避けられず、特に半導体デバイスの微細化が進んでいる今日、かかるパーティクルによる汚染の問題は極めて重要な課題となりつつある。

これまでは、例えばアニール後に硫酸洗浄等薬液を用いたウェット処理を行い、基板の表側面に付着したパーティクルを除去しているが、このような方法では、硫酸等の薬液を使用することとなり、薬液等の染み込みなどによる電気的劣化（ショート等）や機械的劣化（脆化など）の問題が生じる上に、ウェット処理により工程数が増加し製造プロセスが複雑化するという欠点を有していた。

そこで、本発明においては、ウェット処理による上記問題を回避しながら、アニール処理時に基板の表側面に付着するパーティクル量を容易に減少させることにより、高性能の液晶や半導体素子を製造できるアニール方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明によっては、液晶用又は半導体用基板を密閉可能な容器内に収容し、前記基板を、その表側面を上にして水平とした状態に対して特定の角度に傾けた状態で、高温ガスによるアニール処理を行うことを特徴とする液晶用又は半導体用基板のアニール方法が提供される。
好ましくは、前記特定の角度は、９０°以上２７０°以下であり（請求項２）、さらに、好ましくは、前記特定の角度は１８０°であり、前記基板を、その表側面を下にして水平にした状態で高温アニール処理をおこなう（請求項３）。

石英ガラス等の材料から構成される反応室容器が水蒸気等の高温等のガスに曝されることにより発生するパーティクルは、該ガスの流れに沿って浮遊しつつやがて下降し、或いは、ガスの流れにより下方からいったんふきあげられて下降し、イオン注入等の処理の行われた基板に付着する。従来は、アニール処理後の洗浄処理でパーティクルを洗い落とすのでパーティクル付着量は考慮されなかったが、請求項１の発明は、基板の傾斜角度を調整することにより、真上から見た基板の表側投影面積を減少させ、或いは、基板の裏側面を上側に向けて、基板の表側面に付着するパーティクルの量を大幅に減少させる。

付着するパーティクル量を減少、或いは顕著に減少させることにより、前述した薬液洗浄に伴なう問題を最小限に或いは完全に回避することができる。

図１により本発明を実施するための形態を説明する。
本発明の実施形態に係るアニール装置１は、高温等のガスによるアニールを行うことのできる装置であり、高圧ガスを扱うこともありうることから、最外側に両端を鏡板で閉塞することのできる、例えば、筒状の圧力容器４１の中に配置される構造となっている。図１中、圧力容器４１は、上部容器（以下「金属ベルジャ４１ａ」という）と、下部容器（以下「鏡板」という）４１ｂとからなり、鏡板４１ｂが、図示しないガスケットを介して、金属ベルジャ４１ａとボルト締め等により装着される。なお、圧力容器４１の材料は、特に限定しないが、後述のベルジャ１１が破損した場合の高圧に耐えることのできる材料であって水蒸気等による腐食にも耐えられる材料が望ましくステンレス鋼が好適に使用できる。

圧力容器４１の内部には、後述の反応室容器１０と圧力容器４１との間の空間が存在し、該空間の反応室容器１０の側面外側周囲にヒータ２１が、下側にヒータ２２が配設されている。
反応室容器（容器）１０は、ベルジャ１１と底部１２から構成されるが、ベルジャ１１は、例えば、釣鐘状の形状をなす。ベルジャ１１の材料は、特に限定しないが、その内部を水蒸気、酸素等高温高圧のガスを流すことが可能な強度等を有し、かつメタルコンタミの問題がなく、水蒸気等による解離や溶出が少ないことが必要であり、石英ガラスが好適に使用される。

ベルジャ１１の底を塞ぐ底部１２は、Ｏリング１４を挟んでベルジャ１１の底を密閉するように塞ぐハット状形状を呈する。
底部１２の上面に基板支持カセット１３が配設されている。基板支持カセット１３は、複数板（図示例では１６枚）の基板３１を支持することができ、各基板３１の左右両端部又は周縁部のみを支持して、水平に基板３１を載置することができる。

底部１２には基板支持カセット１３の外周部近傍の適宜位置に、それぞれガス導入管１５とガス排出管１６とが底部１２の下側から反応室容器１０の内部に臨んで接続されている。ガス導入管１５はベルジャ１１に水蒸気等を注入し、ガス排出管１６は、かかる水蒸気等を排出するためのものである。ガス導入管１５及びガス排出管１６はともに鏡板４１ｂを貫いて図示しない高温高圧の水蒸気等の供給装置、及び排気装置に接続している。

底部１２及び基板支持カセット１３の材料は特に限定しないが、メタルコンタミを生じることがなく、高温高圧に耐えることのできる石英ガラスが好適に使用できる。
次に本アニール装置１を使用した基板アニール方法について説明する。
まず、圧力容器の金属ベルジャ４１ａ、ヒータ２１、ベルジャ１１をはずし、基板３１を、表側面３１ａが下になるようにしてその両端又は周縁部を基板支持カセット１３に支持させ、載置する。このとき基板支持カセット１３の最下部の棚板から順番に基板３１を載置していくことはいうまでもない。

基板支持カセット１３のすべての棚板に基板３１を載置し終えた状態で、ベルジャ１１を、Ｏリング１４を嵌めた底部１２にのせ、図示しない、ベルジャ１１と底部１２を締め付ける締具により、ベルジャ１１と底部１２とを密閉するように装着する。
その上で、さらにヒータ２１をセットし、金属ベルジャ４１ａを鏡板４１ｂにボルト締め等で取り付けた上で、ヒータに電流を流し高温にするとともにガス導入管１５から、高温（常温〜１５００℃）、大気圧以上の圧力の水蒸気又は酸素等を流す。かかる水蒸気又は酸素などはベルジャ内１１を充満、循環してガス排出管１６より排出される。このとき基板３１はその両端部又は周縁部のみが支持されているので、基板３１の表側表面３１ａの殆どの部分がかかる高温高圧のガスに接触し、十分なアニール効果をうる。

また、ベルジャ１１もかかる高温高圧の水蒸気又は酸素などに曝されるため、その内側表面の一部が解離、溶出してパーティクルとして浮遊し、やがて下降するが、基板３１の裏面が上側を向いているためそれらの殆どは基板３１裏側面３１ｂに付着し、液晶・半導体製造上重要な表側３１ａに付着することは殆どない。なお、基板支持カセット１３から発生するパーティクルも存在するが、基板支持カセット１３の表面積はベルジャ１１の内表面積に比較して十分に小でありその影響は殆どない。

なお、本実施形態では、底部１２に予め固定された基板支持カセット１３に基板３１をセットしたが、基板支持カセット１３を着脱可能な一体構造とし、かかる基板支持カセットに予め基板３１をセットした上で、底部１２に該基板支持カセットを固定するようにしても良い。
また、基板支持カセットは基板３１の片端のみをカセットの支柱に設けた溝に差し込んで支持するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、基板３１は基板支持カセット１３に表側面を下向き水平（１８０°）に載置したが、基板支持カセット１３の構造の変更により、基板３１を縦（鉛直：９０°）あるいはそれ以外の傾斜角度に設置しても良い。
また、本実施形態においては、高温高圧のガスによるアニールを考慮したため圧力容器４１を最外側に配置しているが、圧力をさほど高くしない場合には圧力容器４１はなくともよい。

実施形態に示した同じ装置において、同じ手順によりシリコンウェハのアニールを行った比較例及び実施例（但し、ウェハの枚数は１枚とした）を以下に示す。本実施例においては、本発明の効果を証明するためシリコンウェハの角度を表側上向き（これを０°とする）から下向き（これを１８０°とする）まで４５°ずつ変化させた場合に表側面に付着したパーティクルの総個数を測定した。測定方法としては、シリコンウェハ表側面にレーザ光を照射してその散乱光及び反射光を光学的に検出し、解析することで表面のパーティクルをカウントした（レーザ表面検査装置）。測定された各角度毎のウェハ表側面に付着した粒径０．１５ミクロン以上のパーティクル総個数を表１に示す。なお、各ウエハから測定されるパーティクルの粒径分布、平均粒径は略一定であった。なお、使用したシリコンウェハ（結晶方位：１．０．０）の直径は６インチ１５０ｍｍであるが、周縁部１０ｍｍずつを切り取って測定しているため、実際には直径１３０ｍｍのウェハに付着したパーティクルの総数が示されている。

それ以外の試験条件は下記のとおりである。
処理雰囲気 水蒸気
処理温度 ５００℃
処理圧力 ２ＭＰａ
処理時間 １時間
反応室容器 石英ガラス
なお、傾斜角度については０°〜１８０°としたが、１８０°〜３６０°についても結果は同様であると推定されることはいうまでもない。

表１より、比較例のウェハを比較基準とすると、ウェハの傾斜角度を大とすることによりウェハ表側面に付着するパーティクルの数が減少し、表側面を完全に下向きにしてしまうと、上向きにした場合の１／１００以下にまで減少できることがわかり、本発明の効果が実証されたといえる。

本発明に係るアニール方法を実施するアニール装置の実施の１形態を示す概念図である。

符号の説明

１ アニール装置
１０ 反応室容器（容器）
３１ 基板
３１ａ 基板表側面
３１ｂ 基板裏側面

Claims (3)

1. 液晶用又は半導体用基板を密閉可能な容器内に収容し、前記基板を、その表側面を上にして水平とした状態に対して特定の角度に傾けた状態で、高温ガスによるアニール処理を行うことを特徴とする液晶用又は半導体用基板のアニール方法。
2. 前記特定の角度は、９０°以上２７０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶用又は半導体用基板のアニール方法。
3. 前記特定の角度は１８０°であり、前記基板を、その表側面を下にして水平にした状態でアニール処理をする、請求項１に記載の液晶用又は半導体用基板のアニール方法。

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