JP2008130596A - ガラス基板の熱処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歪点の低いガラス（歪点：約６５０℃）を用いて、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化することができ、かつガラス基板の軟化による変形を回避し、多結晶シリコン化のための処理時間を大幅に短縮でき、生産性を大幅に高めることができるガラス基板の熱処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】ガラス基板１の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板１０上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せ、歪点よりも高い温度で熱処理して、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイに用いられるガラス基板の熱処理方法及び装置に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイを駆動する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）の製造方法が特許文献１に開示されている。
また、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイに用いられるガラス基板の熱処理手段が特許文献２及び３に開示されている。

特許文献１の「薄膜トランジスタの製造方法」は、清浄な半導体膜／ゲート絶縁膜界面を形成すると共に、半導体膜の高品質化、或いは半導体膜及びゲート絶縁膜の双方の高品質化を図り、歩留り及び信頼性を高めることを目的とする。
また、その手段として、図１１に示すように、第一工程ＳＴ１Ｄでは基板を大気に晒すことなく半導体膜形成処理ＳＴ１２と結晶化処理ＳＴ１３及び第一ゲート絶縁膜形成処理ＳＴ１６を行う。第二工程ＳＴ２Ｄにおいて第一ゲート絶縁膜及び半導体膜に急速加熱処理を施す。第三工程ＳＴ３Ｄにおいて第一ゲート絶縁膜及び半導体膜をパターニングする。第四工程ＳＴ４Ｄではレジストマスクに依って汚染された第一ゲート絶縁膜の表面をエッチング等に依って清浄化する。第五工程ＳＴ５では水素化処理ＳＴ４１を施し、しかる後に第一ゲート絶縁膜の表面上に第二ゲート絶縁膜を形成するものである。

特許文献２の「板ガラスの焼成方法、ガラス基板の製造方法、画像形成装置の製造方法および焼成用治具」は、一般的で安価な加熱炉装置を用いて、板ガラス基板に反りを発生させずに比較的容易に熱的歪みをとり、その後の熱工程における熱的寸法安定性を向上させることを目的とする。
またその手段として、図１２に示すように、１対の平板５１，５３がスペーサー５４により間隔Ｓをおいて互いに対向的に配置されている焼成用治具５０に、板ガラス５２をセットする。この焼成用治具５０を恒温槽にセットして、所定の温度（板ガラス５２の歪点前後の温度）まで加熱し、そのまま所定時間保持し、その後徐々に冷却する。こうして前処理が終了したら、板ガラス５２を焼成用治具５０から取り出し、導電性材料などが混入された印刷ペーストを板ガラス５２上に印刷し、この板ガラス５２を再焼成するものである。

特許文献３の「基板の加熱装置」は、基板を高温でしかも均一加熱することを目的とする。
またその手段として、図１３に示すように、基板６１の一方の面に対し間隔を有して対向する第１平面部６３と、基板６１の周縁部を間隔を有して包囲する側面部６４とを鏡面６７とし、基板６１の他方の面に対し間隔を有して対向する第２平面部６５を赤外透過性の透明板として内部に基板６１を収容するようにした加熱容器６２を形成し、加熱容器６２の透明板の外部にヒータ６８を備えるものである。

特開平１０−１１６９８９号公報、「薄膜トランジスタの製造方法」 特開２０００−２４７６６６号公報、「板ガラスの焼成方法、ガラス基板の製造方法、画像形成装置の製造方法および焼成用治具」 特開２００３−７７８３１号公報、「基板の加熱装置」

特許文献１の第一工程ＳＴ１Ｄでは、半導体膜形成処理ＳＴ１２において、アルゴンガスを含む減圧下に於いて基板温度が約１５０℃から約４５０℃の温度条件下で基板の全面にアモルファスシリコン膜からなる半導体膜を形成する。

次に、結晶化処理ＳＴ１３／急速加熱処理に依る固相結晶化ＳＴ１３２において、ランプから照射される高エネルギー光（レーザー光やＲＴＡ光）に依って半導体膜の少なくとも表面層を、真空中（減圧下）、又は非酸化性雰囲気中において溶融結晶化する。

ここで行う熱処理は、炉内での熱処理又は急速加熱処理（ＲＴＡ）である。炉内での熱処理は４００℃〜６００℃程度の温度で１時間程度から１０時間程度の時間を費やすのに対し、ＲＴＡでは７００℃程度から１０００℃程度の温度にて０．１秒程度から１分程度未満の時間で熱処理を達成する。
従って、ＲＴＡでは炉内の熱処理に比べてより高温となる為、熱処理の効果は更に向上し、かつスループット（単位時間当たりの処理量）も大きくできる。

上述したように、高性能（高精密、高反応速度）の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイを駆動するデバイスとして多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。以下、かかるＴＦＴを「多結晶シリコンＴＦＴ」と呼ぶ。

多結晶シリコンＴＦＴは、アモルファスシリコン膜を熱処理する際の温度条件により、低温多結晶シリコンＴＦＴと高温多結晶シリコンＴＦＴに区分される。
このうち、高温多結晶シリコンＴＦＴは上述したように１０００℃程度の高温で熱処理するために、耐熱性の高い石英基板を用いる必要があり、非常に高価であるという問題点がある。

これに対して、低温多結晶シリコンＴＦＴは、ガラス基板上に成膜したアモルファスシリコン膜を、６００℃程度の温度で処理するため、比較的安価な無アルカリガラス（歪点：約６５０℃）を用いることができる利点がある。
この場合、熱処理には、レーザー加熱やヒータ加熱が用いられる。

レーザー加熱では、レーザー光を極細の線状ビームとし、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン膜の一部に照射し、局所的に、アモルファスシリコン膜を溶融させて、凝固する際に結晶化して多結晶シリコンとする。
しかし、レーザー加熱はレーザー光の出力の安定化が困難であり、結晶化した多結晶シリコンの特性が不均一になりやすい問題点がある。また、レーザー装置のランニングコストが非常に高価である。

一方、熱処理炉によるヒータ加熱は、アモルファスシリコン膜を成膜したガラス基板を炉内で熱処理して結晶化するため、多結晶シリコンの特性を容易に均一化でき、かつランニングコストが低い利点がある。
しかし、安価な無アルカリガラス（歪点：約６５０℃）をガラス基板に用いる場合、ガラス基板の軟化による変形を避けるために、ガラスの歪点以下（６００℃程度）の温度で処理する必要があり、多結晶シリコン化のための処理時間が長く（例えば１０時間以上）、生産性が低い問題点がある。

本発明は上述した問題点に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、歪点の低いガラス（歪点：約６５０℃）を用いて、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化することができ、かつガラス基板の軟化による変形を回避し、多結晶シリコン化のための処理時間を大幅に短縮でき、生産性を大幅に高めることができるガラス基板の熱処理方法及び装置を提供することにある。

本発明によれば、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化するガラス基板の熱処理方法であって、
前記ガラス基板の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板上に前記ガラス基板の下面を接触させて水平に載せ、前記歪点よりも高い温度で熱処理する、ことを特徴とするガラス基板の熱処理方法が提供される。

また本発明によれば、ガラス基板の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板と、
該耐熱支持板上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板をその歪点よりも高い温度で熱処理する熱処理炉と、
該熱処理炉にガラス基板を載せた前記耐熱支持板を搬入し搬出する支持板搬送装置と、
ガラス基板を載せた前記耐熱支持板のみを下降させて、ガラス基板を水平に支持したままガラス基板と耐熱支持板との間に隙間を形成する脱着装置と、
前記脱着装置の所定位置にガラス基板のみを単独で載せ、かつ脱着装置からガラス基板のみを搬出する基板搬送装置とを備える、ことを特徴とするガラス基板の熱処理装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記耐熱支持板は、ガラス基板を支持する位置に複数の貫通穴を有し、
前記脱着装置は、前記貫通穴より小径でありかつ鉛直に延びる小径部と、該小径部の下端に位置し前記貫通穴より大径の大径部とからなる複数の支持ピンと、該支持ピンを耐熱支持板の貫通穴に対応させてそれぞれ鉛直に保持するベース板とからなる。

また本発明によれば、ガラス基板を支持する位置に複数の貫通穴を有し、ガラス基板の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板と、
前記貫通穴より小径であり、貫通穴を通して鉛直に延び、その上端でガラス基板を水平に支持する複数の支持ピンと、
前記耐熱支持板上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板をその歪点よりも高い温度で熱処理する熱処理炉と、
前記複数の支持ピンの上端でガラス基板を水平に支持したままガラス基板と耐熱支持板との間に隙間を形成する離隔位置と、前記ガラス基板の下面を耐熱支持板上に接触させて水平に載せる接触位置との間を切換える位置切換え装置とを備えた、ことを特徴とするガラス基板の熱処理装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記複数の支持ピンの下端は、熱処理炉の底面に固定されており、
前記位置切換え装置は、前記耐熱支持板を昇降させる支持板昇降装置である。

また本発明の別の好ましい実施形態によれば、前記耐熱支持板は、熱処理炉内に水平に支持されており、
前記位置切換え装置は、前記耐熱支持板の貫通穴を通して、ガラス基板を昇降させるガラス基板昇降装置である。

上記本発明の方法及び装置によれば、ガラス基板の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板（すなわち高温の熱処理によっても変形を起こさない耐熱支持板）の上で、ガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態でガラス基板を処理するので、ガラス基板の歪点以上の温度で処理しガラス基板が軟化しても、ガラス基板の下面全体を耐熱支持板の上面で支持するため、ガラス基板の撓みと変形を防止することができる。

また、ガラス基板の歪点以上という高い温度で処理するので、従来熱処理炉で行った結晶化処理と比較し、短時間で処理することが可能であり、高い生産性が得られる。
さらに、レーザー加熱（すなわちレーザーアニール）と比較し、耐熱支持板の温度分布を容易に均一化できるので、ガラス基板の全面で高い均一性を有する多結晶シリコン膜が得られる。また、ランニングコストも安価にできる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるガラス基板熱処理装置の第１実施形態図である。
この図において、本発明のガラス基板熱処理装置は、耐熱支持板１０、熱処理炉１２、支持板搬送装置１４、脱着装置１６、及び基板搬送装置１８を備える。

ガラス基板１は、好ましくは歪点が約６５０℃以上の無アルカリガラスである。なお、本発明はこれに限定されず、ソーダガラス、鉛ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、石英ガラス、等であってもよい。
ガラス基板１の大きさは、限定されないが、例えば７３ｃｍ×９２ｃｍであり、それ以上でもよい。また、厚さは例えば０．４〜１．１ｍｍである。

耐熱支持板１０は、ガラス基板１の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で上面１０ａが所望の平面度（例えば面内での最大うねりが１００μｍ以下）を保持するように設定されている。

熱処理炉１２は、耐熱支持板１０上にガラス基板１の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板１をその歪点よりも高い温度で熱処理する熱処理炉である。
この熱処理炉１２は、後述する熱処理炉４０であるのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、所望の熱処理ができるかぎりで任意の形式のものを用いることができる。

支持板搬送装置１４は、熱処理炉１２にガラス基板１を載せた耐熱支持板１０を搬入し搬出する。
脱着装置１６は、ガラス基板１を載せた耐熱支持板１０のみを下降させて、ガラス基板１を水平に支持したまま、ガラス基板１と耐熱支持板１０との間に隙間を形成する機能を有する（図３参照）。
基板搬送装置１８は、基板カセット４からガラス基板１を単独で取り出し、脱着装置１６の所定位置にガラス基板１のみを単独で載せる機能を有する。またこの基板搬送装置１８は、脱着装置１６からガラス基板１のみを搬出し、基板カセット４に収容する機能を有する。

支持板搬送装置１４と基板搬送装置１８は、この例ではそれぞれ独立したロボット搬送装置である。なお本発明はこの構成に限定されず、支持板搬送装置１４と基板搬送装置１８を単一の装置（例えばロボット搬送装置）で兼用してもよい。

図２は本発明における耐熱支持板１０の具体例であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
耐熱支持板１０は、高温の処理によっても変形を起こさない石英（ＳｉＯ_２）、窒化炭素（ＳｉＣ）、窒化珪素（ＳｉＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、セラミックス等の材料からなり、加熱時及び冷却時に上面１０ａが所望の平面度（例えば面内での最大うねりが１００μｍ以下）を保持できる厚さ（例えば約５ｍｍ前後）を有する。
耐熱支持板１０の上面１０ａは、ガラス基板１の下面を接触させて水平に載せることができ、かつ容易に分離できるように適当な面粗さに設定されている。

また、この例において、耐熱支持板１０は、ガラス基板１を支持する位置に複数（少なくとも３箇所）の貫通穴１０ｂを有する。貫通穴１０ｂは、この例ではガラス基板１の周辺部を支持するように８箇所設けている。
しかし本発明はこれに限定されず、ガラス基板１の中央部を支持するように中央にも貫通穴を設けてもよい。また、貫通穴の位置は任意であり、ガラス基板１の撓みを抑えるために均等に又はランダムに分散させてもよい。

さらに、この例において、耐熱支持板１０は、ガラス基板１の水平ズレを防止するストッパ１０ｃを有する。ストッパ１０ｃはこの例ではガラス基板１の４隅を位置決めするコーナガイドであるが、本発明はこれに限定されず、ガラス基板１の４辺を位置決めする部材であってもよい。ストッパ１０ｃの厚さは、ガラス基板１と同等以上であればよい。
このようなストッパ１０ｃを設けることにより、耐熱支持板１０の搬送中におけるガラス基板１の水平ズレを防止することができる。なおストッパ１０ｃは必須ではなく、水平ズレを防止できる限りで省略してもよい。

図３は脱着装置１６の具体例であり、（Ａ）はその構成図、（Ｂ）は耐熱支持板１０を載せた状態、（Ｃ）はさらにガラス基板１を載せた状態を示している。
この例において、脱着装置１６は、複数の支持ピン２１とベース板２２とからなる。
図３（Ａ）に示すように、各支持ピン２１は、耐熱支持板１０の貫通穴１０ｂより小径でありかつ鉛直に延びる小径部２１ａと、小径部２１ａの下端に位置し貫通穴１０ｂより大径の大径部２１ｂとからなる。なおこの図においてストッパ１０ｃは図示を省略している。
また、ベース板２２は、複数の支持ピン２１を耐熱支持板１０の貫通穴１０ｂに対応させてそれぞれ鉛直に保持する。このベース板２２は、この例では所定の位置に水平に固定されている。

図３（Ｂ）に示すように、脱着装置１６に耐熱支持板１０を載せた状態において、耐熱支持板１０の下面とベース板２２の上面との間には、支持板搬送装置１４の搬送アーム１４ａを水平に挿入できる隙間ができるように大径部２１ｂの高さ（長さ）が設定されている。

また、図３（Ｃ）に示すように、脱着装置１６に耐熱支持板１０及びガラス基板１を載せた状態において、ガラス基板１の下面と耐熱支持板１０の上面との間には、基板搬送装置１８の搬送アーム１８ａを水平に挿入できる隙間ができるように小径部２１ａの高さ（長さ）が設定されている。

図４及び図５は、上述したガラス基板熱処理装置の作動説明図であり、図４は基板カセット４から熱処理炉１２までのガラス基板１の処理シーケンス、図５は熱処理炉１２から基板カセット４までのガラス基板１の処理シーケンスを示している。

図４（Ａ）（Ｂ）において、表面にアモルファスシリコン膜が成膜されたガラス基板１（以下、「未処理基板」と呼ぶ）を基板カセット４から基板搬送装置１８の搬送アーム１８ａの上に載せて取り出し、脱着装置１６の支持ピン２１の上端に未処理基板１を水平に載せる。
図４（Ｃ）において、支持板搬送装置１４の搬送アーム１４ａにより、脱着装置１６から耐熱支持板１０を持ち上げ、その上に未処理基板１を載せた状態にする。
図４（Ｄ）において、未処理基板１を載せた耐熱支持板１０を熱処理炉１２に搬入する。
この状態で熱処理炉１２において、熱処理炉にてアモルファスシリコン膜の結晶化熱処理を行う。すなわち、ガラス基板１の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板１０上に未処理基板１の下面を接触させて水平に載せ、ガラス基板１の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で熱処理する。
この熱処理により、アモルファスシリコン膜が多結晶シリコン化する。

図５（Ｅ）は、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化する熱処理が完了した状態を示している。この熱処理後のガラス基板１を以下、「処理済基板」と呼ぶ。
図５（Ｆ）において、処理済基板１を載せた耐熱支持板１０を支持板搬送装置１４の搬送アーム１４ａにより、熱処理炉１２から取り出す。
図５（Ｇ）において、脱着装置１６において、処理済基板１を載せた耐熱支持板１０を下降させることにより、処理済基板１を支持ピン２１の上端で水平に支持したまま、処理済基板１と耐熱支持板１０との間に隙間を形成する。
図５（Ｈ）において、基板搬送装置１８の搬送アーム１８ａの上に載せて脱着装置１６から処理済基板１のみを搬出し、基板カセット４へ戻し入れる。

上述した処理シーケンスにより、基板カセット４から熱処理炉１２まで未処理基板１を搬送し、熱処理炉１２において、耐熱支持板上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で熱処理して、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化し、処理後の処理済基板１を熱処理炉１２から基板カセット４まで搬送することができる。

図６は、本発明によるガラス基板熱処理装置の第２実施形態図である。
この図において、本発明のガラス基板熱処理装置３０は、耐熱支持板３２、複数の支持ピン３４、熱処理炉４０、及び位置切換え装置３６を備える。

耐熱支持板３２は、ガラス基板１を支持する位置に複数の貫通穴を有し、ガラス基板１の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する。
耐熱支持板３２は、熱処理炉内に設置し、外部に搬出しない点で、上述した第１実施形態の耐熱支持板１０と相違するが、その他の構成は同一である。

複数の支持ピン３４は、耐熱支持板３２の貫通穴より小径であり、貫通穴を通して鉛直に延び、その上端でガラス基板を水平に支持するようになっている。
この例において、支持ピン３４の下端は熱処理炉４０の内面（底板）に固定されている。また、支持ピン３４は、貫通穴より大径の大径部を必要としない点で上述した第１実施形態の支持ピン２１と相違するが、その他の構成は同一である。

熱処理炉４０は、耐熱支持板３２の上にガラス基板１の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板１をその歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で熱処理する熱処理炉である。

位置切換え装置３６は、離隔位置Ａと接触位置Ｂとの間を切換える機能を有する。
離隔位置Ａは、複数の支持ピン３４の上端でガラス基板１を水平に支持したままガラス基板１と耐熱支持板３２との間に隙間を形成する位置である。また、接触位置Ｂは、ガラス基板１の下面を耐熱支持板３２上に接触させて水平に載せる位置である。

図６において、位置切換え装置３６は、支持板昇降装置であり、耐熱支持板３２を上端で支持し熱処理炉４０の底板を貫通して延びる複数の支持ロッド３７ａ、その下端を連結する連結部材３７ｂ、及び連結部材３７ｂを上下動させるアクチュエータ３８とからなり、耐熱支持板を昇降させるようになっている。

熱処理炉４０は、ガラス基板１を水平状態で収容できるように扁平な矩形形状を有する加熱容器４２を備えている。加熱容器４２は好ましくは石英ガラスにより形成されている。
加熱容器４２の内部には、不活性ガス等が供給されていて不活性ガス雰囲気に保持できるるようになっている。なお、炉内雰囲気は、必要により、還元雰囲気でも減圧状態でもよい。

ガラス基板１はアモルファス層が形成されている面が上面になるように支持ピン３４上に載置される。

加熱容器４２の底面部と側面部には、金属を蒸着した金属蒸着層による鏡面４１が形成されている。

更に、加熱容器４２の上部には、上面と所要の間隔を有して平行になるようにヒータ４３を配置している。ヒータ４３に対向している上面は石英ガラスで形成されていて鏡面を形成していないので、赤外透過性の透明板となっている。

加熱容器４２の側面部には、基板搬送装置の搬送アームを介して加熱容器４２の内部に対するガラス基板１の搬入、搬出を行うための開口４２ａが設けられており、この開口４２ａには開口を開閉できるようにした蓋４４が設けられている。蓋４４には、開口４２ａを閉じた際に加熱容器４２の内部に露出する面に鏡面４１が形成されている。

なお、熱処理炉４０は上述した構成に限定されず、例えば支持板にある程度導電性を持った素材（ＳｉＣ，ＢＮ等）を用い、誘導加熱で支持板を加熱し、これによりガラス基板を熱処理してもよい。

図７は、上述したガラス基板熱処理装置３０の作動説明図であり、（Ａ）はガラス基板の搬入／搬出状態、（Ｂ）は耐熱支持板の昇降状態、（Ｃ）は熱処理状態を示している。
この例において、基板搬送装置の搬送アームとしては、例えば、上述した基板搬送装置１８の搬送アーム１８ａを用いることができる。

図７（Ａ）において、位置切換え装置３６が離隔位置Ａにある（耐熱支持板３２が下降している）状態において、基板搬送装置の搬送アーム１８ａにより、ガラス基板１を支持して開口４２ａから加熱容器４２内に搬入し、搬送アーム１８ａを下降させることによりガラス基板１を支持ピン３４上に水平に載置することができる。

次いで、図７（Ｂ）において、搬送アーム１８ａを水平に後退させて開口４２ａから退去させ、位置切換え装置３６により耐熱支持板３２を昇降させると、耐熱支持板３２上にガラス基板１の下面が接触して水平に載り、接触位置Ｂとなる。

次いで、図７（Ｃ）において、蓋４４で開口４２ａを閉じた状態で、ガラス基板の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で熱処理して、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化する。

次いで、（Ｂ）（Ａ）の順で逆の工程により、処理後の処理済基板１を熱処理炉３０から搬出することができる。

なおこの例では、支持板搬送装置と基板搬送装置の両方を設ける必要はなく、単一の装置（例えばロボット搬送装置）で基板カセット４から熱処理炉３０まで未処理基板１を搬送して、熱処理炉３０において、耐熱支持板上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で熱処理して、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化し、処理後の処理済基板１を熱処理炉３０から基板カセット４まで搬送することができる。

図８は、本発明によるガラス基板熱処理装置の第３実施形態図である。
この図において、本発明のガラス基板熱処理装置３０は、耐熱支持板３２、複数の支持ピン３４、熱処理炉４０、及び位置切換え装置３６を備える。

耐熱支持板３２は、熱処理炉内に設置し、外部に搬出しない点で、上述した第１実施形態の耐熱支持板１０と相違する。また耐熱支持板３２は、熱処理炉４０の底板に固定された複数の支持ロッド３３の上端に静置されている点で第２実施形態と相違する。その他の構成は第１実施形態及び第２実施形態と同一である。

複数の支持ピン３４は、耐熱支持板３２の貫通穴より小径であり、貫通穴を通して鉛直に延び、その上端でガラス基板を水平に支持するようになっている。支持ピン３４は、熱処理炉４０の底板を貫通して延び、下端が連結部材３７ｂに連結されている。
位置切換え装置３６は、ガラス基板昇降装置であり、支持ピン３４の下端を連結する連結部材３７ｂと、連結部材３７ｂを上下動させるアクチュエータ３８とからなり、ガラス基板１を昇降させるようになっている。

図８において、（Ａ）はガラス基板の搬入／搬出状態、（Ｂ）はガラス基板の昇降状態、（Ｃ）は熱処理状態を示している。
この例において、基板搬送装置の搬送アームとしては、例えば、上述した基板搬送装置１８の搬送アーム１８ａを用いることができる。

図８（Ａ）において、支持ピン３４が下降している状態において、基板搬送装置の搬送アーム１８ａにより、ガラス基板１を支持して開口４２ａから加熱容器４２内に搬入する。

次いで図８（Ｂ）において、位置切換え装置３６により支持ピン３４を昇降させると、支持ピン３４の上にガラス基板１の下面が接触して水平に載る。この位置は、複数の支持ピン３４の上端でガラス基板１を水平に支持したままガラス基板１と耐熱支持板３２との間に隙間を形成する離隔位置Ａである。
すなわち、離隔位置Ａと接触位置Ｂの位置関係は、第２実施形態と逆となる。この状態で、搬送アーム１８ａを下降させ、水平に後退して開口４２ａから退去させる。

次いで、図８（Ｃ）において、位置切換え装置３６により支持ピン３４を下降させると、耐熱支持板３２上にガラス基板１の下面が接触して水平に載り、接触位置Ｂとなる。
蓋４４で開口４２ａを閉じた状態で、ガラス基板の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で熱処理して、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化する。

次いで、（Ｂ）（Ａ）の順で逆の工程により、処理後の処理済基板１を熱処理炉３０から搬出する。

なおこの例でも、支持板搬送装置と基板搬送装置の両方を設ける必要はなく、単一の装置（例えばロボット搬送装置）で基板カセット４から熱処理炉３０まで未処理基板１を搬送して、熱処理炉３０において、耐熱支持板上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で熱処理して、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化し、処理後の処理済基板１を熱処理炉３０から基板カセット４まで搬送することができる。

上述した耐熱支持板１０を用いて、ガラス基板１上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化するガラス基板熱処理を実施した。
この試験では、耐熱支持板１０上に、膜厚５０ｎｍのアモルファスシリコン膜を有するガラス基板１の下面を接触させて水平に載せ、ガラス基板１の歪点よりも高い温度で熱処理した。

図９は、実施した熱処理の温度パターンである。この図において横軸は時間（単位：秒）、縦軸は処理温度（℃）である。以下、この温度パターンを「７３０℃、１０ｍｉｎ処理」と略称する。
図９の温度パターンでは、
（１）約２．５分間で処理温度７３０℃まで昇温し、
（２）処理温度７３０℃で１０ｍｉｎ間の処理した。
（３）約５分間で基板を取り出し、温度約４００℃まで基板を冷却した。

図１０は、この実施例で得られた熱処理後のラマンスペクトル図である。この図において、横軸は波数（ｃｍ^−１）、縦軸はラマン強度である。
この図から、ラマン分光によるシリコン結晶性の評価結果として、シリコンの結晶化を示すピーク波数５２０（ｃｍ^−１）付近での半値幅が８．１０（ｃｍ^−１）という結果を得た。半値幅が十分狭いことから、ガラス基板１上のアモルファスシリコン膜が多結晶シリコン化していることが確認された。

アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化する実用的な処理時間は、１時間以下であり、上述の結果から、７３０℃、１０ｍｉｎの短時間での多結晶シリコン化が可能であることが確認された。

同様の条件において、７００℃、６０ｍｉｎ処理と７５０℃、６０ｍｉｎ処理を実施した。
その結果、シリコンの結晶化を示すピーク波数５２０（ｃｍ^−１）付近での半値幅が、７００℃、６０ｍｉｎ処理では８．０６（ｃｍ^−１）、７５０℃、６０ｍｉｎ処理では７．７７（ｃｍ^−１）の十分狭いピークを持ち、多結晶シリコンの結晶性を示すデータが得られた。

上述した本発明の方法及び装置によれば、ガラス基板の歪点よりも高い温度（例えば７００〜８００℃）で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板、すなわち高温の熱処理によっても変形を起こさない耐熱支持板上で、ガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態でガラス基板を処理するので、ガラス基板の歪点以上の温度で処理しガラス基板が軟化しても、ガラス基板の下面全体を耐熱支持板の上面で支持するため、ガラス基板の撓みと変形を防止することができる。

また、ガラス基板の歪点以上という高い温度で処理するので、従来熱処理炉で行った結晶化処理と比較し、短時間で処理することが可能であり、高い生産性が得られる。
さらに、レーザー加熱（すなわちレーザーアニール）と比較し、耐熱支持板の温度分布を容易に均一化できるので、ガラス基板の全面で高い均一性を有する多結晶シリコン膜が得られる。また、ランニングコストも安価にできる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
例えばアプリケーションとして、液晶や有機ＥＬといったディスプレイ用のアプリケーションに限らず、薄膜シリコンによる太陽電池等すべてのシリコン結晶化プロセスについても同様に適用することができる。

本発明によるガラス基板熱処理装置の第１実施形態図である。 本発明における耐熱支持板の具体例である。 脱着装置の具体例である。 第１実施形態のガラス基板熱処理装置の搬入時の作動説明図である。 第１実施形態のガラス基板熱処理装置の搬出時の作動説明図である。 本発明によるガラス基板熱処理装置の第２実施形態図である。 第２実施形態のガラス基板熱処理装置の作動説明図である。 本発明によるガラス基板熱処理装置の第３実施形態図である。 実施した熱処理の温度パターンである。 実施例で得られた熱処理後のラマンスペクトル図である。 特許文献１の「薄膜トランジスタの製造方法」の模式図である。 特許文献２の手段の模式図である。 特許文献３の「基板の加熱装置」の模式図である。

符号の説明

１ ガラス基板、４ 基板カセット、
１０ 耐熱支持板、１０ａ 上面、１０ｂ 貫通穴、１０ｃ ストッパ、
１２ 熱処理炉、１４ 支持板搬送装置、１４ａ 搬送アーム、
１６ 脱着装置、１８ 基板搬送装置、１８ａ 搬送アーム、
２１ 支持ピン、２１ａ 小径部、２１ｂ 大径部、２２ ベース板、
３０ ガラス基板熱処理装置、３２ 耐熱支持板、３４ 支持ピン、
３６ 位置切換え装置、３７ａ 支持ロッド、３７ｂ 連結部材、
３８ アクチュエータ、４０ 熱処理炉、４１ 鏡面、
４２ 加熱容器、４２ａ 開口、４３ ヒータ、４４ 蓋

Claims (6)

1. ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン化するガラス基板の熱処理方法であって、
   前記ガラス基板の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板上に前記ガラス基板の下面を接触させて水平に載せ、前記歪点よりも高い温度で熱処理する、ことを特徴とするガラス基板の熱処理方法。
2. ガラス基板の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板と、
   該耐熱支持板上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板をその歪点よりも高い温度で熱処理する熱処理炉と、
   該熱処理炉にガラス基板を載せた前記耐熱支持板を搬入し搬出する支持板搬送装置と、
   ガラス基板を載せた前記耐熱支持板のみを下降させて、ガラス基板を水平に支持したままガラス基板と耐熱支持板との間に隙間を形成する脱着装置と、
   前記脱着装置の所定位置にガラス基板のみを単独で載せ、かつ脱着装置からガラス基板のみを搬出する基板搬送装置とを備える、ことを特徴とするガラス基板の熱処理装置。
3. 前記耐熱支持板は、ガラス基板を支持する位置に複数の貫通穴を有し、
   前記脱着装置は、前記貫通穴より小径でありかつ鉛直に延びる小径部と、該小径部の下端に位置し前記貫通穴より大径の大径部とからなる複数の支持ピンと、該支持ピンを耐熱支持板の貫通穴に対応させてそれぞれ鉛直に保持するベース板とからなる、ことを特徴とする請求項２に記載のガラス基板の熱処理装置。
4. ガラス基板を支持する位置に複数の貫通穴を有し、ガラス基板の歪点よりも高い温度で上面が所望の平面度を保持する耐熱支持板と、
   前記貫通穴より小径であり、貫通穴を通して鉛直に延び、その上端でガラス基板を水平に支持する複数の支持ピンと、
   前記耐熱支持板上にガラス基板の下面を接触させて水平に載せた状態で、ガラス基板をその歪点よりも高い温度で熱処理する熱処理炉と、
   前記複数の支持ピンの上端でガラス基板を水平に支持したままガラス基板と耐熱支持板との間に隙間を形成する離隔位置と、前記ガラス基板の下面を耐熱支持板上に接触させて水平に載せる接触位置との間を切換える位置切換え装置とを備えた、ことを特徴とするガラス基板の熱処理装置。
5. 前記複数の支持ピンの下端は、熱処理炉の底面に固定されており、
   前記位置切換え装置は、前記耐熱支持板を昇降させる支持板昇降装置である、ことを特徴とする請求項４に記載のガラス基板の熱処理装置。
6. 前記耐熱支持板は、熱処理炉内に水平に支持されており、
   前記位置切換え装置は、前記耐熱支持板の貫通穴を通して、ガラス基板を昇降させるガラス基板昇降装置である、ことを特徴とする請求項４に記載のガラス基板の熱処理装置。

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