JP2010028099A - 基板熱処理用セッター及びこれを用いたｔｆｔ基板の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型のＴＦＴ基板などを高度のクリーン度を維持した状態で、安価に熱処理できる基板熱処理用セッター及びこれを用いたＴＦＴ基板の熱処理方法を提供する。
【解決手段】平板状の本体の周囲を額縁状のシール枠３とし、その内側部分を上面に機能膜が形成されたガラス基板１０の収納部としたセッター本体１と、その上面に載せられてシール枠３と密着する平板状のセッター蓋体２とからなる基板熱処理用セッターである。このセッターを用いれば、既存のＰＤＰ焼成炉を用いても、クリーンな状態での熱処理が可能である。セッター蓋体２をその上面または下面の撓み防止用のビームにより補強することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの製造工程において使用される基板熱処理用セッター及びこれを用いたＴＦＴ基板の熱処理方法に関するものである。

液晶ディスプレイ等に広く用いられているＴＦＴは、ガラス基板上にシランをＣＶＤによって成膜し、まずアモルファスシリコン薄膜として製作される。本明細書においては、上面にアモルファスシリコン薄膜が形成されたガラス基板をＴＦＴ基板と記す。ＴＦＴを高速回路に使用するためには、この導体層中の電子移動速度（モビリティ）を高めることが必要である。そこでアモルファスシリコン薄膜を熱処理することによって微結晶化させ、電子移動速度を向上させる手法が種々開発されている。

例えば特許文献１に示される低温多結晶シリコンのレーザー再結晶化と呼ばれる手法では、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜をエキシマレーザー（紫外線レーザー）によってアニールして多結晶シリコンを形成している。この手法によって得られるＴＦＴは高速ドライバ回路にも適し、ガラス基板上にドライバ回路を搭載できる利点がある。しかしレーザーを表面全体に均一照射することが難しく、表面が凹凸構造となり易いうえに、エキシマレーザー設備のイニシャルコスト及びランニングコストが非常に高価となるという問題がある。

そこで表面が凹凸構造となりにくく、しかも安価にアモルファスシリコン薄膜を微結晶化させるための技術として、アニール炉を用いて熱処理する方法が開発されている。その一例は非特許文献１に開示されているように、ガラス基板上にアモルファスシリコン薄膜が形成されたＴＦＴ基板を石英チャンバ内に収納し、電気ヒータによって５００〜７００℃に加熱するというものである。

しかしこの非特許文献１の手法によれば、ＴＦＴ基板を収納できる大型の石英チャンバが必要となるため、熱処理可能なＴＦＴ基板の最大サイズは１ｍ×２ｍ程度が限界であり、非特許文献１中では７３０ｍｍ×９２０ｍｍと記載されている。ところが近年におけるＴＦＴ基板の大型化は著しく、一辺が２ｍを超え、さらに３ｍを超えようとしている。このため非特許文献１の技術では大型のＴＦＴ基板に対応することが困難である。

なお、熱処理温度が４００℃未満の低温の場合には、ステンレスチャンバを使用することも可能である。しかし熱処理温度が４００℃を超えるとステンレスから酸化物が発生して基盤表面に付着するおそれがあるため、高度のクリーン度を要求されるＴＦＴ基板の熱処理には使用することができなかった。

特開２００５−３９２２４号公報 石川島播磨技報Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．１（２００７年）３８〜４１頁

本発明は上記した従来の問題点を解決し、一辺が２ｍを超えるような大型のＴＦＴ基板などを、凹凸を生じさせることなく、高度のクリーン度を維持した状態で、安価に熱処理することができる技術を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、平板状の本体の周囲を額縁状のシール枠とし、その内側部分を上面に機能膜が形成されたガラス基板の収納部としたセッター本体と、セッター本体の上面に載せられてシール枠と密着する平板状のセッター蓋体とからなることを特徴とする基板熱処理用セッターを要旨とするものである。なお請求項２のように、セッター本体の額縁状のシール枠をセッター本体の彫り込みまたはスペーサの配置により形成されたものとすることができる。また請求項３のように、セッター本体のシール枠には、セッター蓋体突き上げ孔を形成しておくことが好ましい。

また請求項４のように、熱処理される基板を、ガラス基板上に機能膜としてアモルファスシリコン薄膜が形成されたＴＦＴ基板とすることができる。この場合、請求項５のように、ＴＦＴ基板の割断線に対応するセッター蓋体の裏面位置に、突掛を形成しておくことが好ましい。また請求項６のように、セッター蓋体に、ＴＦＴ基板の収納部の内圧を逃がす通気部を形成しておくことが好ましい。さらに請求項７のように、セッター蓋体がその上面または下面に撓み防止用のビームを備えたものとすることができる。

また上記の課題を解決するためになされた請求項８のＴＦＴ基板の熱処理方法は、請求項１〜７のいずれかに記載の基板熱処理用セッターの内部にＴＦＴ基板を封入し、熱処理炉の内部を移動させながら４００℃以上に加熱してアモルファスシリコン薄膜を微結晶化させることを特徴とするものである。また請求項９のＴＦＴ基板の熱処理方法は、請求項１〜７のいずれかに記載の基板熱処理用セッターの内部にＴＦＴ基板を封入し、熱処理炉の内部を移動させながら４００℃以上に加熱してアモルファスシリコン薄膜中の水素を除去することを特徴とするものである。

本発明のＴＦＴ基板熱処理用セッターを用いれば、上面にアモルファスシリコン薄膜が形成されたガラス基板（ＴＦＴ基板）などを、セッター本体とセッター蓋体との間に封入した状態で熱処理することができる。このため既存のＰＤＰ焼成炉を用いて熱処理を行なっても、基板の周囲はゴミを含む炉内雰囲気から完全に遮断され、クリーンな状態での熱処理が可能である。

またセッター本体とセッター蓋体とを例えば結晶化ガラス製としておけば、熱膨張係数が小さいので反り等の変形が生ずることがなく、しかも自由に接合することができるので大型化が容易である。このために一辺が２ｍ以上の大型の基板であっても十分に対応可能である。このため大型のＴＦＴ基板などを、凹凸を生じさせることなく、高度のクリーン度を維持した状態で安価に熱処理することが可能となる。特にセッター本体の額縁状のシール枠をスペーサの配置により形成すれば低コストで製作可能であり、セッター蓋体の上面または下面に撓み防止用のビームを設けておけば、セッター蓋体を薄い結晶化ガラス板により形成した場合にも中央部の垂れ下がりを効果的に防止することができる。

本発明の実施形態を示す斜視図である。 本発明の実施形態を示す部分断面図である。 熱処理炉の断面図である。 突掛の位置を示す平面図である。 通気部の一例を示す断面図である。 通気部の他の例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す部分断面図である。 ビームをセッター蓋体の外側に設けた状態を示す斜視図である。 ビームをセッター蓋体の内側に設けた状態を示す斜視図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の第１の実施形態を示す斜視図、図２はその部分断面図である。これらの図において、１はセッター本体、２はセッター蓋体、１０は上面にアモルファスシリコン薄膜１１が形成されたガラス基板（ＴＦＴ基板）である。この実施形態ではガラス基板１０はＴＦＴ基板であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。この実施形態のガラス基板１０の厚さは０.３〜０.７ｍｍ程度であり、アモルファスシリコン薄膜１１の厚さは０．０６μｍ程度である。またガラス基板１０のサイズは一辺が２ｍ以上の大型サイズであり、例えば３ｍ×３ｍである。

セッター本体１は厚さが２〜５ｍｍ程度の平板状のものであって、周囲は額縁状のシール枠３となっており、その内側部分はガラス基板１０の収納部４となっている。収納部４は０.３〜０.７ｍｍ程度のガラス基板１０を収納することができるサイズであるが、その深さは例えば１〜２ｍｍとすればよい。このためセッター本体１は大型平板の周囲を残してその内側をごく浅く掘り込んだ形状である。シール枠３の上面は平坦面となっている。

セッター蓋体２もセッター本体１とほぼ同一サイズの平板状のものである。図２に示すように、セッター蓋体２はセッター本体１の周囲に形成されたシール枠３の上面と密着し、収納部４の内部空間をセッターの外部空間と遮断し、外部空間に浮遊しているゴミがガラス基板１０に到達することを防止している。

これらのセッター本体１とセッター蓋体２はともにクリーン度を確保するうえで優れた石英製または結晶化ガラス製とすることが好ましく、コスト面及び製作容易性の観点から、この実施形態では結晶化ガラス製となっている。結晶化ガラスのうちでも熱膨張係数が非常に小さいか実質的にゼロであるベータ石英型、またはベータスポジューメン型のものが好ましく、日本電気ガラス株式会社からネオセラム（登録商標）の名称で市販されているものが好適である。

このような結晶化ガラスは耐熱性に優れるうえに耐熱衝撃性にも優れており、８００℃までの温度域において使用しても変形したり割れるおそれがない。しかもガラス状態で自由な形状に加工できるので、大型サイズであっても安価に製作することができる。さらに透明なベータ石英型を選択すれば、ヒータからの輻射熱を透過させることができるので、特に好ましい。

なお、セッター蓋体２も大型で薄肉の平板であるから、中央部分が自重によって撓んでアモルファスシリコン薄膜１１と接触するおそれがある。このため、図２に示すようにセッター蓋体２の裏面位置に、突掛７を形成しておくことが好ましい。図４に示すように突掛７の位置をＴＦＴ基板の割断線に対応させておけば、その部分は傷が付いても製品とならない部分であるため、支障はない。図４は１６枚取り（１枚のＴＦＴ基板を１６分割して製品パネルとする）場合を示している。なお突掛７は線状であっても、点状であってもよい。

このようにセッター本体１の収納部４にガラス基板１０を収納し、セッター蓋体２を被せた状態で図３に示すように熱処理炉３０の内部を走行させながら、熱処理を行なうことができる。ガラス基板１０の周囲は外部空間から遮断されているため、熱処理炉３０としては特別なクリーン度は要求されず、ＰＤＰパネル焼成用の炉をそのまま使用することができる。なお図３において３１はローラ、３２，３３はヒータ、３４は雰囲気ガス供給用配管、３５は排気用配管である。

熱処理炉３０を用いて４００℃以上、好ましくは５００〜７５０℃で熱処理を行なうことにより、ガラス基板１０上に形成されたアモルファスシリコン薄膜１１は微結晶化され、電子移動速度の大きい微結晶シリコンとなる。本発明の技術を用いれば大型のＴＦＴ基板であっても全体が均等に加熱されるので凹凸が生じることもなく、かつ設備コストもランニングコストも安価である。また、同様に熱処理を行なうことにより、ガラス基板１０上に形成されたアモルファスシリコン薄膜１１中に含まれる水素を飛ばして除去することもできる。後工程でレーザーアニールを行う場合には水素は突沸の原因となるので、予め除去しておくことが好ましい。

熱処理を終えたＴＦＴ基板はセッターとともに炉外に取り出され、先ずセッター蓋体２を開き、次にセッター本体１の収納部４からＴＦＴ基板が取り出される。この取出しを容易に行なえるようにするため、図２に示すようにセッター本体１のシール枠３にセッター蓋体突き上げ孔５を適当数形成しておく。これらのセッター蓋体突き上げ孔５から突き上げピンを挿入するか圧縮空気などの気体を吹き込むことにより、セッター本体１からセッター蓋体２を持ち上げることができる。

また図２に示すように、セッター本体１のガラス基板の収納部４には、複数のガラス基板突き上げ孔６を形成しておく。セッター蓋体２を取り外した後にこれらのガラス基板突き上げ孔６から突き上げピンを挿入するか圧縮空気などの気体を吹き込むことにより、熱処理を終えたＴＦＴ基板をセッター本体１から取り出すことができる。なお、ガラス基板突き上げ孔６は熱処理中はガラス基板１０によって覆われているので、外部からゴミが進入するおそれはない。

以上に説明したように、本発明のセッターを用いればガラス基板の収納部４を外部空間から遮断した状態で熱処理を行なうことができるが、昇温工程ではガラス基板の収納部４に封入されたガスや空気が膨張してセッター蓋体２を押し上げる可能性がある。そこで図５に示すように、セッター蓋体２に収納部の内圧を逃がす通気部８を形成しておくことが好ましい。図５では、通気部８は多孔質材料により形成されており、具体的には例えば多孔質セラミックスを用いることができる。

また図６に示すように、通気部８を貫通孔とその上面に配置された多孔質開閉体９により形成することもできる。開閉体９は内圧を受けた場合にのみ持ち上げられて内圧を逃がし、その後は自重により閉じてゴミの進入を防止する。

上記した第１の実施形態では、セッター本体１の彫り込みによって額縁状のシール枠３を形成したのであるが、第２の実施形態では、図７に示すようにセッター本体１の周囲に薄板状のスペーサ４０を配置し、アルミナピン４１で固定することによって額縁状のシール枠３を形成している。この場合にはセッター本体１の座繰り加工を行う必要がなくなるので、製作コストが安価となる。

また上記した第１の実施形態では、セッター蓋体２の裏面位置に突掛７を形成してセッター蓋体２の垂れ下がりを防止したのであるが、ＴＦＴ基板の割断線の幅が狭くなると次第に突掛７の配置が困難となる。そこで第２の実施形態では、図８、図９に示すようにセッター蓋体２の上面または下面に撓み防止用のビーム４２を形成し、突掛７をなくした。ビーム４２は例えばステンレス製とすることができ、固定ピン４３によってセッター蓋体２に固定する。

図８のようにビーム４２をセッター蓋体２の外側に設ければセッターの内部空間が狭くなることはない。逆に図９のようにビーム４２をセッター蓋体２の内側に設ければ、内部空間は狭くなるがセッター蓋体２の上面はフラットのままであるので、清掃やハンドリングに適する。よってビーム４２の配置は必要に応じて使い分けることが好ましい。ただしビーム４２をセッター蓋体２の内側に設ける場合には、スペーサ４０との干渉を避けるために端部まで設けることはできなくなる。

以上に説明したように、本発明によれば大型のＴＦＴ基板などを、凹凸を生じさせることなく、高度のクリーン度を維持した状態で、安価に熱処理することができる。本発明者がＧ４サイズのセッターを用いて本発明のセッター内にセットしたウエハへの付着パーティクル数を測定した結果を、表１に示す。測定は炉単体のクリーン度が１０万クラスの焼成炉を用いて行い、５枚のウエハの平均値を求めた。この結果はクリーン度が１００の炉を用いて蓋なしのセッターによる焼成を行なった場合と同等レベルであり、本発明の効果が確認された。

１ セッター本体
２ セッター蓋体
３ シール枠
４ 収納部
５ セッター蓋体突き上げ孔
６ ガラス基板突き上げ孔
７ 突掛
８ 通気部
９ 開閉体
１０ ガラス基板（ＴＦＴ基板）
１１ アモルファスシリコン薄膜
３０ 熱処理炉
３１ ローラ
３２ ヒータ
３３ ヒータ
３４ 雰囲気ガス供給用配管
３５ 排気用配管
４０ スペーサ
４１ アルミナピン
４２ ビーム

Claims (9)

1. 平板状の本体の周囲を額縁状のシール枠とし、その内側部分を上面に機能膜が形成されたガラス基板の収納部としたセッター本体と、セッター本体の上面に載せられてシール枠と密着する平板状のセッター蓋体とからなることを特徴とする基板熱処理用セッター。
2. セッター本体の額縁状のシール枠が、セッター本体の彫り込みまたはスペーサの配置により形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の基板熱処理用セッター。
3. セッター本体のシール枠には、セッター蓋体突き上げ孔を形成したことを特徴とする請求項１記載の基板熱処理用セッター。
4. 基板が、ガラス基板上に機能膜としてアモルファスシリコン薄膜が形成されたＴＦＴ基板であることを特徴とする請求項１記載の基板熱処理用セッター。
5. ＴＦＴ基板の割断線に対応するセッター蓋体の裏面位置に、突掛を形成したことを特徴とする請求項４記載の基板熱処理用セッター。
6. セッター蓋体に、ＴＦＴ基板の収納部の内圧を逃がす通気部を形成したことを特徴とする請求項４記載の基板熱処理用セッター。
7. セッター蓋体が、その上面または下面に撓み防止用のビームを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の基板熱処理用セッター。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の基板熱処理用セッターの内部にＴＦＴ基板を封入し、熱処理炉の内部を移動させながら４００℃以上に加熱してアモルファスシリコン薄膜を微結晶化させることを特徴とするＴＦＴ基板の熱処理方法。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載の基板熱処理用セッターの内部にＴＦＴ基板を封入し、熱処理炉の内部を移動させながら４００℃以上に加熱してアモルファスシリコン薄膜中の水素を除去することを特徴とするＴＦＴ基板の熱処理方法。

Images