JP2006013011A - 被処理基板の熱処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に、かつ真空状態と同じ程度の状況を作り出して被処理基板の熱処理を行うことができる被処理基板の熱処理方法及びその装置を得ること。
【解決手段】本発明の熱処理装置１は、セル２、窒素ガス源７、フローメータ８、分岐管９、各部を連結するチューブ１０とから構成されている。セル２は被処理面のアモルファスシリコン層２１の表面積よりも遙かに少ない面積の開口部４を備えた円筒状のセル本体３と、その開口部４の外周全周に形成された所定の幅のつば５と、セル本体３の上方に形成された２本のガス注入口６ａ、６ｂとからなる。窒素ガス源７からフローメータ８、分岐管９、２本のガス注入口６ａ、６ｂを通じて窒素ガスをセル本体３内に注入し、その上方からアモルファスシリコン層２１を加熱しながらその層２１上を走査し、ポリシリコン層に変質させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、大判の被処理基板の被処理表面全面を所定の順序にしたがって走査しながら局所的に加熱し、前記被処理基板の被処理表面を熱処理できる被処理基板の熱処理方法及びその装置に関するものである。

液晶パネルの製造工程においては、ガラス基板の表面にケミカルベーパディポジション（ＣＶＤ）を用いてアモルファスシリコンを成膜し、このアモルファスシリコン膜をアニールしてポリシリコン膜に処理するアニール工程がある。

従来技術のアニール工程では、大型のチャンバーを用いた不活性ガスアニール装置が用いられている。このアニール装置では、ガラス基板を処理する構成部分を密閉構造としたチャンバーを設け、このチャンバーの内部を真空ポンプなどを用いて真空状態にする方式のものが一般的であった。

しかし、この真空チャンバー方式を採用したアニール装置の場合、真空チャンバー、真空ポンプ、揮発ガスを出さない材料の選定などと、限定された製品群の中から構成部品を選定する必要があった。

そして、この真空チャンバー内で使用する部品は、通常の大気中で使用するものに比べて高価なものであり、１システムとしての構成を考える上では、簡易的な実験装置、基本プロセス開発装置などには不向きなものであった。

このような既成槻念に囚われず、通常のアニール装置の開発の延長上で設計、製作を容易にできるものはこれまで存在しなかった。

本発明は、これらの課題を解決しようとするものであって、安価に、かつ真空状態と同じ程度の状況を作り出して被処理基板の熱処理を行うことができる被処理基板の熱処理方法及びその装置を得ることを目的とする。

それ故、本発明の被処理基板の熱処理方法は、被処理基板の被処理表面に開口したセルをその被処理表面から僅かな間隙を開けて対面させ、そのセル内の酸素濃度を調整しながら、前記被処理基板の被処理表面全面を所定の順序にしたがって走査しながら局所的に加熱し、前記被処理基板の被処理表面を熱処理することを特徴とする。

前記酸素濃度の調整は前記セル内に不活性ガスを導入して調整することが望ましく、特に、不活性ガスとしては窒素ガスを用いることが望ましい。

また、前記被処理表面はアモルファスシリコン層であり、熱処理することによりポリシリコン層に変化させることを特徴とする。

そして本発明の熱処理装置は、被処理基板を水平に保持する支持装置と、前記被処理基板の被処理表面の面積よりも遙かに少ない面積の開口部を備えた中空状のセル本体の該開口部の外周全周に所定の幅のつばが形成され、そして前記セル本体の上方に少なくとも１本の不活性ガス注入口が形成されている構造のセルと、そのセルが前記被処理面の全面を所定の順序にしたがって走査するように、前記セルと前記支持装置とを相対的に移動させる移動装置とを備えている。特に、前記中空状のセル本体の形状が円筒形であることが望ましい。

従って、本発明の被処理基板の熱処理方法及びその装置によれば、被処理基板の被処理面にセルの開口部を対向させ、窒素ガスを噴出させることによりセル本体内の酸素濃度を調整しながら従来技術の熱処理方法と同様な被処理表面に対する熱処理を行うことができる。

本発明の被処理基板の熱処理方法及びその装置によれば、
１．開発コストを削減できる
２．開発期間を短縮できる
３．被処理基板上に付着している塵埃、不純物を除去できる
４．エネルギーコストを大幅に削減できる
５．スループットが比較的高い
６．空気中での化学変化を低減でき、酸化対策が採りやすい
など、数々の優れた効果が得られる。

本発明は被処理基板であるガラス基板の表面にＣＶＤで成膜されている被処理表面のアモルファスシリコン層をアニールし、ポリシリコン層に変化させる用途として開発され、その熱処理装置は、ガラス基板の表面のアモルファスシリコン層の面積よりも遙かに少ない面積の開口部を備えた中空状のセルを中心にして前記アニール処理が行われる。セルは円筒状のセル本体からなり、その開口部の外周全周に所定の幅のつばが形成され、そして前記セル本体の上方の対称的な位置に２本の不活性ガス注入口が形成されている。

そして本発明の被処理基板の熱処理方法は、このような構造のセルを使って前記アモルファスシリコン層に前記アニール処理を施そうとするものであり、そのアニール処理を施す場合には、処理しようとするアモルファスシリコン層が成膜されている前記ガラス基板をＸＹテーブル上に載置、固定し、そのアモルファスシリコン層の表面に前記セルの開口部が１〜２ｍｍ程度の間隙を開けて対向するように配設し、前記２本のガス注入口から不活性ガスである窒素ガスをセル本体内に注入して前記開口部からアモルファスシリコン層面に窒素ガスを噴出させ、この噴出する窒素ガスと前記セル本体のつばとでキャビテーション現象を起こして、前記セル本体内の圧力を外側より高く保って酸素濃度を調整し、そして前記ＸＹテーブルを所定の順序にしたがって移動させ、前記セルで前記アモルファスシリコン層面を全面走査しながら、そのセルの上方から、例えば、レーザを照射して、アモルファスシリコン層を局所的に加熱し、ポリシリコン層に変質させる方法を採っている。

以下、図を用いて、本発明の被処理基板の熱処理方法及びその装置を説明する。

図１は本発明の一実施例の熱処理装置の構成及びその熱処理装置を用いて被処理基板の熱処理方法を説明するための概念図であり、図２は図１に示した熱処理装置の主構成要素であるセルを示していて、同図Ａはその上面図、同図Ｂはその側面図、同図Ｃは同図ＡのＡ−Ａ線上における断面図である。

先ず、図１を参照しながら、本発明の一実施例の熱処理装置を説明する。

図１において、符号１１は水平面が出されたＸＹテーブルを指す。このＸＹテーブル１１の上面水平面には、被処理基板であるガラス基板２０が載置されている。ガラス基板２０の表面にはＣＶＤなどの成膜手段を用いて被処理面であるアモルファスシリコン層２１が成膜されている。

符号１は本発明の一実施例の熱処理装置を指す。この熱処理装置１は、主構成要素であるセル２と、窒素ガス源７と、フローメータ８と、必要に応じて設けられた分岐管９と、各部を連結するチューブ１０と、支持装置であるＸＹテーブル１１とを備えている。

セル２は、図２に示したように、前記アモルファスシリコン層２１の表面の面積よりも遙かに少ない面積の開口部４を備えた円筒状のセル本体３と、その開口部４の外周全周に所定の幅のつば５が形成され、そしてセル本体３の上方に少なくとも１本の、この実施例の場合は、２本のガス注入口６ａ、６ｂが形成されている。つば５はセル本体３内で窒素ガスの置換が促進されるように、外部の空気が入り難くする目的で設けられている。

窒素ガス源７とフローメータ８とはチューブ１０ａで連結されており、フローメータ８と分岐管９とはチューブ１０ｂで連結されており、分岐管９とセル本体３の２本のガス注入口６ａ、６ｂとはそれぞれチューブ１０ｃ、１０ｄで連絡されていて、窒素ガス源７からの窒素ガスはフローメータ８、分岐管９を通じて２本のガス注入口６ａ、６ｂから等分量づつ注入されるように構成されている。

ＸＹテーブル１１の駆動機構は図示を省略した。

セル本体３の上方には、図示していないが、矢印Ｈで示したように、レーザーのような加熱手段が配設されている。

次に、この熱処理装置１を用いた本発明の被処理基板の熱処理方法を図１を参照しながら説明する。

先ず、前記のように、ＸＹテーブル１１の上面水平面に、アモルファスシリコン層２１が成膜されたガラス基板２０を載置し、固定する。

次に、その被処理面であるアモルファスシリコン層２１の表面上の所定の位置に、その表面から１〜２ｍｍ程度間隙を開けて開口部４を対向させた状態でセル本体３を配設する。

そして窒素ガス源７からフローメータ８、分岐管９、ガス注入口６ａ、６ｂを通じて等しい分量の窒素ガスをセル本体３内に注入し、被処理面であるアモルファスシリコン層２１の表面から窒素ガスを噴出させ、そしてＸＹテーブル１１を所定の順序にしたがって移動させ、載置されているアモルファスシリコン層２１の表面全面を走査しながらセル本体３の上方から矢印Ｈで示すレーザーを照射して局所的に加熱する。このような熱処理方法をアモルファスシリコン層２１の全面で行うことにより、そのアモルファスシリコン層２１はアニール処理され、それをポリシリコン層に変質させることができる。

熱処理装置１を前記のように構成したことにより、アモルファスシリコン層２１の極一部分を局所的に加熱でき、そして前記噴出する窒素ガスと前記セル本体のつばとでキャビテーション現象を起こして、前記セル本体内の圧力を外側より高く保ってセル本体３内の酸素濃度を大幅に低減、調整でき（窒素ガス置換率９９．９９％）、それも短時間に調整することができる。

前記のようにセル本体３内の窒素ガス置換率を９９．９９％までに置換できることは、セル本体３の開口部４につば５を形成したことに要因がある。それはセル本体３内から噴出する窒素ガスがつば５部分を通過するときに、そのつば５部分で圧力が急激に低下し、これによってセル本体３の内部側の圧力が高く、セル本体３の外部側の圧力が低くなる状態を作り出す。当然、セル本体３の内部側の圧力が高いことから外部からの空気の進入を防ぐことができる。従って、セル本体３内部の窒素ガス置換効率を高め、従来技術における真空チャンバーを用いた熱処理環境に類似した環境、即ち、窒素ガス置換率９９．９９％を作り出すことができ、同等の基板特性を得ることが可能となる。

この熱処理装置１の最大のメリットは、ガラス基板２０上のアモルファスシリコン層２１の表面とセル２との間隙、窒素ガス流量、セル本体３の形状、窒素ガス吹付け位置などを変えることで、容易に酸素速度を調整できる点である。

また、この熱処理方法は、セル２とＸＹテーブル１１とを相対的に走行駆動させることができる駆動構成にすることによって、被処理面全面を熱処理することが可能となり、安価な上、従来技術の真空チャンバーと同等な効果を得ることができる。

更にまた、窒素ガスを効率的に吹付けることによつて被処理面に付着している塵埃なども除去する効果が得られ、簡素な構造で効率的な熱処理装置が得られる。

一例として各種寸法などを挙げれば、セル２内径寸法が３４ｍｍ、その外形寸法が３８ｍｍ、高さが２９ｍｍであり、ガス注入口６ａ、６ｂの中心位置は開口部４の下端から２５．５ｍｍの上方位置で、かつ円筒の中心から１４ｍｍ偏った位置に設けられており、ガス注入口６ａ、６ｂの内径は４ｍｍである。ガス注入口６ａ、６ｂからセル本体３に注入する窒素ガスの流量は１．５ｍ^３ ／ｓｅｃである。熱処理中はセル２のつば５の下面は被処理面から１〜２ｍｍ浮上させている。

液晶パネルの製造工程において、ガラス基板の表面にケミカルベーパディポジションによって成膜されたアモルファスシリコン膜のアニール工程や、半導体製造工程における擬似真空の形成に利用可能である。

本発明の一実施例の熱処理装置の構成及びその熱処理装置を用いて被処理基板の熱処理方法を説明するための概念図である。 図１に示した熱処理装置の主構成要素であるセルを示していて、同図Ａはその上面図、同図Ｂはその側面図、同図Ｃは同図ＡのＡ−Ａ線上における断面図である。

符号の説明

１…本発明の一実施例の熱処理装置、２…セル、３…セル本体、４…セル本体３の開口部、５…つば、６ａ，６ｂ…ガス注入口、７…窒素ガス源、８…フローメータ、９…分岐管、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…チューブ、１１…ＸＹテーブル、２０…被処理基板であるガラス基板、２１…被処理面であるアモルファスシリコン層、Ｈ…レーザー

Claims (6)

1. 被処理基板の被処理表面に開口したセルを該被処理表面から僅かな間隙を開けて対面させ、該セル内の酸素濃度を調整しながら、前記被処理基板の被処理表面全面を所定の順序にしたがって走査しながら局所的に加熱し、前記被処理基板の被処理表面を熱処理することを特徴とする被処理基板の熱処理方法。
2. 前記セル内に不活性ガスを導入して前記酸素濃度を調整することを特徴とする請求項１に記載の被処理基板の熱処理方法。
3. 前記不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項２に記載の被処理基板の熱処理方法。
4. 前記被処理表面がアモルファスシリコン層であり、熱処理することによりポリシリコン層に変質させることを特徴とする請求項１に記載の被処理基板の熱処理方法。
5. 被処理基板を水平に保持する支持装置と、
   前記被処理基板の被処理表面の面積よりも遙かに少ない面積の開口部を備えた中空状のセル本体の該開口部の外周全周に所定の幅のつばが形成され、そして前記セル本体の上方に少なくとも１本の不活性ガス注入口が形成されている構造のセルと、
   該セルが前記被処理面の全面を所定の順序にしたがって走査するように、前記セルと前記支持装置とを相対的に移動させる移動装置と
   を備えた熱処理装置。
6. 前記中空状のセル本体の形状が円筒形であることを特徴とする請求項５に記載の熱処理装置。
   

Images