JP2011225965A

JP2011225965A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2011225965A
Application number: JP2010274665A
Authority: JP
Inventors: Yuji Furumura; 雄二古村; Naomi Mura; 直美村; Shinji Nishihara; 晋治西原
Original assignee: Philtech Inc
Current assignee: Philtech Inc
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】大型の重たい基板を大気から遮断して加熱処理またはその上に膜を形成したい製造工程がある。そのためには、大型の真空装置を必要とし、基板の搬送移動は大掛かりになり、デバイス製造のコストを押し上げていた。
【解決手段】加熱した高温の加圧ガスを加熱したプレートの溝から基板に向けてライン状に吹き付ける。当該ガスは基板を支持しながら加熱する。吹き出し溝に挟まれて配置した排気溝から当該ガスは排気される。この構造は大気の進入を遮蔽し、またプレート内部からのガスが大気に放出されるのを遮蔽する。この遮蔽構造は１ｍを超える重たい基板であっても、それを１）浮上させて支持し、２）気体で断熱し、３）ガスで加熱し、４）大気から遮蔽して熱処理または成膜処理を常圧で行うことを可能にし、製造コストを押し下げる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、大面積基板上に電子デバイスを安価に作製する技術に関する。

一般に、基板に膜を形成して作製するデバイスの中には、その基板が１ｍ級の大型のものがある。例えば、ガラスや樹脂、金属シートの基板を用いるデバイスがある。ガラス基板上に成長させた薄膜を具備したデバイスとしては、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）や有機ＥＬ（エレクトロミネセンス）表示デバイス、太陽電池等のいわゆる大面積電子デバイスである。

薄膜はいずれのデバイスにおいてもアモルファス膜や結晶膜、絶縁膜、導電膜、保護膜として用いられる。これらの膜を形成するには真空チャンバーの中で低温に基板を保持して成膜可能なプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）の膜が用いられる。この膜はプラズマ分解で生成されるガス種を吸着しながら成長するので水素や酸素などの希望しない不純物を含み、吸湿もしやすく緻密性で劣る。

これを改良するために、プラズマのビームやレーザー光でアニールして不純物を除去するする技術がある（特許文献１）。また，絶縁膜であるなら減圧を用いる化学気相成長（ＣＶＤ）が確立された方法であるが減圧を用いるので装置が高価になる。このために、別の方法で基板上に形成した膜を加熱する方法が取られる。例えば、目的の膜材料を溶かした溶液状のものを回転塗布(スピンオンと言う)やスリット塗布、スプレー塗布などの方式で基板に成膜して、それを２００〜５００℃で加熱して成膜できる材料がある。

絶縁膜としては、例えば有機ポリマーや無機のポリマー、またはこれらの混合したポリマー塗布膜がある。導電膜としては、例えばＡｌの入ったＺｎＯ膜の塗布膜がある。銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）の微粒子を分散材で囲い、それを溶剤に溶かして塗布する金属塗布膜がある。結晶膜としては、例えば化合物半導体であるカルコパイライト結晶ＣＩＧＳ（Ｃｕ，Ｉｎ、Ｇａ，Ｓｅの化合物）やkesterite結晶（Cu-Zn-Sn-S-Seの化合物）の塗布膜がある。これらの塗布膜は１０ｃｍから２ｍくらいの基板の上に塗布して用いたい。

安価に製造するために基板がガラスであったり耐熱樹脂であったりする。これらの膜は基板の温度を上げることによりその上に塗布された膜をアニールして用いる。しかし基板が１ｍないし２ｍ、またはそれ以上に大きい場合、一様に均一に基板温度を上げることは困難である。例えば炉の中でアニールするとき、数時間の時間が許されるならば基板のいたるところで温度の違いが起きない。この対応では、単位時間当たりの生産枚数が低下するという課題が生じる。

基板が耐熱性に劣る樹脂である場合には特にアニールは困難である。プラズマジェットやレーザーを用いて基板を低温に維持したままアニールすることが提案され行われているが、大面積の基板では生産性に劣るという課題がある（特許文献１及び２）。

本発明は真空やプラズマを用いないで空気を遮断しながら大面積基板の上に電子デバイスを安価に作製する技術に関する。例えばガラス基板の上に塗布した材料のアニールに関する。例えばガラス基板の上に結晶材料を化学気相成長させる技術に関する。特に大型のガラス基板に塗布したシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、導電膜、または多元の化合物膜等を含む塗布膜をアニールして膜を改質する装置に関する。

特開２００６−０６１３０号公報特開２００６−２７８６２５号公報

電子デバイスに用いる良質の材料を形成するには大気を遮断する必要がある。安価に製造するために、重たい大型の基板を用いそれを移動搬送しなくてはならない。安価にするために真空をつかわず、大気圧下でそれを行いたい。

真空を用いると装置が大型になり、搬送を含めた構造が複雑となり設備コストが高い。均一な膜形成のためには大型の基板を均一に加熱する必要あるが、それを短時間に行わねばならない。

一般的には基板を加熱するには炉を用いる。炉では雰囲気のガスから熱を伝えるので、一枚いれても多数枚いれても基板の周辺と中心部では温度の上がり方が違う。また、周辺と中心の温度が限界を超えて異なるとガラスならば、割れる。これを回避するために時間をかけてゆっくり温度を上げなくてはならない。これには生産性の低下のほかに、他の工程のタイミングと合わないという課題がある。

安価に膜形成するには基板に塗布した膜をアニールする方法がある。また、純度の高い膜を得るにはガスを加熱分解する化学気相成長がある。どの方法も空気を遮断して行う必要があるが、空気遮断のために真空を用いたくない。以上のように、重たい大型基板の上に膜を形成するには、基板を容易に支え、安価に移動や搬送すること、大気を遮断すること、均一に加熱すること、これらを同時に解決する必要がある。

本発明は、上述の課題を解決し、大面積基板上に電子デバイスを安価に作製できる基板処理装置を提供するものである。

本発明は、加圧ガスが加熱されて高温加圧ガスが作られ、当該高温加圧ガスが片面に形成された吹き出し溝から吹き出るプレートが備えられ、当該プレート片面と対向して基板があり、当該プレート片面の当該吹き出し溝から吹き出たガスが基板とプレート片面に挟まれた空間領域を通過することにより、基板の表面を大気から遮断し、同時に基板を加熱する加熱遮蔽機構において、当該高温加圧ガスを排出する排出溝が当該プレート片面にあり、基板の加熱と大気遮断を同時に行うプレートを備えたことを特徴とする装置である。

また、本発明では、前記プレート片面に配置する前記吹き出し溝、または排出溝、または両方の溝の一部または全部がリング状であることを特徴とする。

本発明では、前記プレート片面に配置する前記吹き出し溝と排出溝が複数あることを特徴とする。

また、本発明は、前記プレート片面に配置する前記吹き出し溝が少なくとも２溝あり、当該２溝に前記排出溝が挟まれてある吹き出しと排出のセット構造があることを特徴とする。

本発明では、前記セット構造が複数備えてあることを特徴とする。

また、本発明は、複数個の前記プレートが基板の片面または両面に備えられてあることを特徴とする。

さらに、本発明では、前記排出溝から排出されるガスの圧力と前記高温加圧ガスの圧力を制御する機構を備え、当該加圧ガスの圧力より当該排出ガスの圧力を低く制御する、または大気圧より陰圧に制御することを特徴とする。

本発明は、前記プレートの材料がステンレス鋼やアルミニュウム、窒化チタン（ＴｉＮ）などの金属、またはカーボングラファイト、または石英、またはセラミクス、またはこれらを組み合わせた材料であることを特徴とする。

また、本発明は、前記プレートを備え、処理ガスとしてターシャルブチルシラン（t-C₄H₉SiH₃）とジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、モノシラン（ＳｉＨ_４）を含む熱分解する処理ガスを、またはシランと酸化ガス（酸素やＮ_２Ｏなど）の系、シランと窒化ガス（ＮＨ_３など）の系、トリメチルガリュームＴＭＧaとトリメチルアルミニュームＴＭＡｌとトリメチルインジュームアミンＴＭＩｎ：ａｍｉｎｅとアンモニアＮＨ３の４元の系を含む化合物を形成させる処理ガスの系を用いて膜を化学気相成長させることを特徴とする装置である。

本発明は、前記処理ガスの導入口を並べて配置し、複数の場所から前記処理ガスを導入することを特徴とする。

また、本発明は、前記プレートを備え、処理ガスとしては熱分解しない窒素やアルゴンの不活性ガスの処理ガスを、または酸素や亜酸化窒素,水の処理ガスを、または塩素やフッ素を含むガス例えばＨＣＬやＮＦ_３，ＨＦのガスの処理ガスを、または水素の処理ガスを、または５族または３族の元素を含むガス例えば、ＮＨ_３、ＰＯＣｌ_３やフォスフィンＰＨ_３，ジボランＢ_２Ｈ_６、トリエチルアルミニュームの処理ガスを、または６族の元素を含むガスセレン化水素Ｈ_２Ｓｅや硫化水素Ｈ_２Ｓの処理ガスを用いて基板アニールすることを特徴とするアニール装置である。

さらに、本発明においては、前記処理ガスの導入口を並べて配置し、複数の場所から前記処理ガスを導入することを特徴とする。

前記基板がガラス基板であってもよい。

また、前記基板がガラス基板を他の材料の基板の上に載せた積層基板であってもよい。

さらに、前記ガラス基板の幅が前記パネルの幅より小さいことが望ましい。

また、前記基板が屈曲可能な基板であり、ロールから供給されてロールに巻き取られるように構成できる。

本発明は、前記屈曲可能基板がアルミニュームやステンレス鋼を含む金属、またはガラス、または樹脂、またはそれらの複合材であることを特徴とする。

本発明は特に大型のガラス基板の表面を廉価に熱処理する装置の発明である。

請求項１乃至４に係る発明によれば、ガラス基板の表面を加熱処理して、また室温の大気に取り出すときの障害を除くことが可能である。

基板表面を加圧ガスが覆う効果は、大気の進入遮断である。真空装置を使い空気を遮断することは従来から可能であるが、大掛かりな装置となりコストが高い。

本発明では加熱して高温の加圧ガスを作り、これを高温ガスビームとして前記プレートの溝から基板に向けて吹き付ける。このとき吹き出したガスを排出溝から排出する。高温加圧ガスは基板に衝突する流線を作る。この流線を横切れないために、外部からの進入ガスは阻止される。また混入したガスは希釈されて基板表面から排出される。

混入するガスがアニールユニットからでる処理ガスであっても、大気側から進入した大気であっても、希釈され排出される。したがって、前記プレートにアニールユニットを備えた場合であっても、ＣＶＤユニットを備えた場合であっても、当該プレートはこれらのユニットを大気から遮蔽すると同時に、これらユニットからの処理ガスを大気側に放出させない基板処理装置が可能である。

請求項５乃至７に係る発明によれば、前記の遮蔽をより完全に行うことができる。陰圧にすることにより、大気の進入はより完全に遮蔽できる。

請求項８に係る発明によれば、室温から４００℃程度の加熱であれば、アルミニュームでプレート製作した装置が可能である。６００℃程度までならステンレス鋼が適している。さらに高温で利用するときは、耐熱特性に優れたセラミクスやカーボングラファイトが利用できる。

請求項９乃至１２に係る発明によれば、真空装置を用いずに、大型のガラス基板の上に塗布した材料や、または他の方法で形成した材料を予定したガス雰囲気の中で空気を遮断してアニールすることが可能である。また、真空装置を用いずに、ＣＶＤガスの処理ガスを導入して大型ガラス基板の上に所望の膜を成長させることが可能である。

請求項１３乃至１５に係る発明によれば加熱したときのガラス基板の変形と反りを抑止し、ガラスの割れるのを防止する。また膜成長させるとき、全面に膜を成長させるのを可能にする。

請求項１６および１７に記載の発明によれば基板は屈曲可能な基板であるので、基板がロールから供給されてロールに巻き取られる装置が可能となる。屈曲可能基板がアルミニュームやステンレス鋼を含む金属、またはガラス、または樹脂、またはそれらの複合材も使用できる。

図１は基板の高温加圧気密搬送ユニットの断面の基本模式図である。図２は基板の高温加圧気密ユニットの断面の基本模式図である。図３は基板と気密ガス吹き出しプレートの平面の模式図である。図４（Ａ）は気密ガス吹き出しプレートの平面図である。また、図４（Ｂ）は吹き出しプレート４１のＸ１Ｘ１断面図である。図４（Ｃ）は図４（Ａ）の気密ガス吹き出しプレートの裏面図であって、図４（Ｄ）は図４（Ａ）の気密ガス吹き出しプレートのＸ２Ｘ２の断面図である。図５は複数の気密ガス吹き出しプレートを備えた高温加圧気密基板搬送ユニットの断面模式図である。図６（Ａ）はガス処理ユニットの断面模式図である。また、図６（Ｂ）はガス処理ユニットのガス吹き出し面側からみた平面模式図である。図７は高温加圧気密ガスによる大気遮蔽機構を備えたＣＶＤ装置の断面模式図である。図８（Ａ）はＣＶＤユニットの断面図である。図８（Ｂ）はＣＶＤユニットのＸ２Ｘ２断面図である。図９は高温加圧気密の基板遮蔽機構を備えたアニール装置の断面模式図である。図１０（Ａ）はアニールユニットの断面模式図である。図１０（Ｂ）はアニールユニットのＸ３Ｘ３断面図である。図１１（Ａ）はアニールユニットの断面模式図である。図１１（Ｂ）はＸ４Ｘ４の断面図である。図１２はアニールユニットの断面模式図である。図１３はガス処理ユニットと高温加圧気密ガスによる大気遮蔽機構と、基板をロールからロールに巻き取る基板搬送機構を備えた装置の断面模式図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、これら添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付した。

図１に課題を解決する本発明の基本構造を示す。基板は上下に配置された気密ガス吹き出しプレートから吹き出す高温加圧気密ガスで支持され、閉じ込められて、また加熱される。

基板１１がサポートローラー１２の上に置かれてある。基板１１の上下には、上部気密ガス吹き出しプレート１３と下部気密ガス吹き出しプレート１４が置かれている。気密ガス導入口１５から高温に加熱された加圧のガス、即ち高温加圧気密ガス上１６が導入される。

同じく、下からは高温加圧気密ガス下１７が導入される。上部気密ガス吹き出しプレート１３のガス吹き出し面には吹き出し溝１８が形成されてある。吹き出し溝１８には吹き出し孔１９を通じて高温加圧気密ガスが吹き出される。孔は例えば０．５ｍｍ以下の小さい孔であり溝当たり１個であっても十分である。孔１９からは圧力は伝わるが流量は孔１９のサイズで制限される。

孔サイズで流量が制限されるので、設計した流量しかガスは流れない。下部も同様である。この上下の吹き出しプレート１３，１４の間に基板１１がある。基板１１が上に押されると、上部のプレート１３と基板の隙間が小さくなり、圧力が上がる。圧力が上がると押しもどされる。

下部に対しても同じである。基板１１は、上部と下部の気密ガス吹き出しプレート１３，１４間の空間に保持される。プレート１３，１４と基板は触れないので、これは接触摩擦の無いベアリング機構として作用する。重たい大型の基板であっても２つのガス圧力で支えられる。接触摩擦がないので基板を動かすことが容易に可能である。基板はガス圧で支えられていてプレートに接触しないように、回転ローラーで運ばれても良い。

加圧であるのでガスはプレートと基板の間の隙間を通して大気圧の雰囲気にむかい漏れていく流れができる。この流れが大気の進入を遮蔽する。導入ガスは加圧であると同時に高温に加熱されているので、気密ガス吹き出しプレート１３，１４と共に基板を加熱する。到達温度は吹き出しプレートと基板の放熱と高温加圧気密ガスによる熱の伝達のバランスできまる。

断熱材などの保温断熱機構を付加することにより、またヒ-ター加熱を追加することにより、所望の温度に基板を加熱することが可能である。以上のように上下に配置された高温加圧の気密ガス吹き出しプレート１３，１４は１）基板を支えること、２）容易に基板を移動搬送すること、３）基板表面を空気から遮断すること、４）基板を加熱すること、の４つの機能を持つ。

図２は基板１１を動かさない場合の例である。基板が固定されていて、基板の上に配置された気密ガス吹き出しプレートが相対的に移動する。基板は加熱されるとともに、表面は大気から遮蔽される。

この場合基板１１を載せる基板支持台２１が固定されてある。基板支持台２１にはヒーター２２が備えられ、基板１１を加熱できる。基板１１の上には気密ガス導入口２５から高温に加熱された加圧のガス、即ち高温加圧気密ガス上２６が導入される。

気密ガス吹き出しプレート２３のガス吹き出し面には吹き出し溝１８が形成されてある。吹き出し溝１８には吹き出し孔１９を通じて高温加圧気密ガス上２６が吹き出される。基板１１と吹き出しプレート２３の間の隙間を通り大気圧の方向に向かって加圧ガスは漏れて流れていく。内部と外部の圧力差があるのでこの流れは有効に空気を遮断する。この流れは高温であるので空気を遮断しながら基板１１を表面から加熱する。

基板１１はヒーター２２で加熱されているので、基板の表面と裏面は高温に加熱される。相対的に吹き出しプレート２３が移動することで基板１１を空気遮断しながら基板表面を移動できる。以上のように上に配置された移動できる高温加圧の気密ガス吹き出しプレート２３は、１）固定された基板表面を空気から遮断しながら移動すること、２）同時に基板を加熱しながら移動できること、の機能を持つ。

図３には基板１１と気密ガス吹き出しプレート３１の平面の模式図を示す。気密ガス吹き出しプレートは基板より大きく横断する。基板は高温のガスで支持されて回転駆動装置で移動する。

吹き出しプレート３１は基板１１を覆うように配置され、吹き出し溝１８（図示せず）は基板の移動方向と直角な方向に基板より大きい。基板はサポートローラー32の上にありプレートよりはみ出した部分で基板１１を支える。基板１１は高温加圧の気密ガス１６，１７で支えられているので、回転式の基板駆動装置３３で移動できる。駆動装置３３の回転接触部分は高温の基板に接触するので、耐熱性のある材料、例えば金属で構成する。また、ローラーに基板が食い込む溝があり、それで上下位置が支持固定されるようになっていても良い。

図４に気密ガス吹き出しプレート４１の溝構造の例を示す。図４（Ａ）は気密ガス吹き出しプレート４１の平面図である。気密ガス導入口４２から高温の加圧ガスを導入する。高温のガスは高温に加熱された材料に垂直に衝突を繰り返す流路をガスが通り抜けることで生成させる。

図４（Ｂ）は気密ガス導入口４２を含むＸ１Ｘ１断面図である。高温加圧気密ガスが導入されて高温ガスが流れ出る。吹き出し溝４５には導入溝４３と吹き出し孔４４を通じて高温加圧ガスＧ４０が漏れ出る。導入溝４３はここでは一個であるが、枝に分岐していても、平面状に広がっていても良い。

吹き出し孔４４は例えば０．５ｍｍの直径である。小さな孔であるので、孔の大きさで高温加圧ガスＧ４０の単位時間当たりのガス流出量は制限される。即ち、圧力に依存した定流量でガスは漏れる。溝が基板により閉塞される方向に隙間が狭くなると圧力上昇する。従って孔を通して圧力が伝わる。基板と溝の隙間が十分に狭いとき、隙間に依存して漏れ出るガスの流量が決まる。このときの圧力は隙間制限領域にあるということができる。基板が離れて隙間が大きいと孔のサイズが制限する流量の漏れ流量となる。即ち、流量が制限されて加圧ガスが突出しないので、安全である。

図４（Ｃ）に当該プレート４１の裏面を示す。ここには、吹き出し溝形状の例が示されている。リング状の吹き出し溝４６の中にライン状の吹き出し溝４７が孤立して形成されてある。吹き出し孔４４は複数用意されているが、連結された一つの空間を溝が形成するこの場合、１個でも良い。溝はプレートの変形圧力を考慮して、形や大きさ、リング状とライン状の組み合わせなど自由に設計できる。

図４（Ｄ）はＸ２Ｘ２断面図である。当該プレート４１では基板を大気から気密に遮断する使用温度領域により、材質を選択する。４００℃までの温度ならアルミニューム等の金属が好適である。６００℃までならステンレス鋼が好適である。６００℃以上では耐熱性の材料、例えばセラミクス、石英、カーボングラファイトなどが好適である。セラミクスとしてはＳｉＣやＡｌＮが好適である。高温ガスは当該プレートを加熱するが放熱により温度が低下するので、必要に応じて断熱材で断熱保温する。

また必要に応じて加熱ヒーターを備えてプレート自身を加熱し所望の温度のガスが吹き出るように設計する。ここでは、吹き出し溝を設計して配置したが、溝を配置せず複数の孔を離散させて吹き出し面に配置して、孔からガスを吹き出させても良い。

図５は複数の気密ガス吹き出しプレートを備えた高温加圧気密基板搬送ユニット５０の断面模式図である。基板は上下に配置した気密ガス吹き出しプレートからの高温加圧気密ガスで支持されると同時に加熱されて、大気から遮断されて移動する。

なお、基板の上と下を区別して述べるときは番号のあとにそれぞれＴ，Ｂをつけて区別する。基板１１の上下に気密ガス吹き出しプレート上５１Ｔと気密ガスの吹き出しプレート下５１Ｂが配置されて高温加圧気密ガスの吹き出しプレートのペアＰＰ１を形成する。

左側から当該ペアをプレートペアＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３とする。基板は上下からプレートペアＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３で加熱されながら気密ガスＧ５１Ｔ，Ｇ５１ＢとＧ５２Ｔ，Ｇ５２ＢとＧ５３Ｔ，Ｇ５３Ｂに挟まれてある。プレートペアの温度はそれぞれに備えられた熱電対５３で測定されて、その温度は制御されている。

プレートペアの上に配置されたプレート温度はＴ５１Ｔ，Ｔ５２Ｔ，Ｔ５３Ｔとし、下に配置されたプレート温度はＴ５１Ｂ，Ｔ５２Ｂ，Ｔ５３Ｂと記した。それぞれの温度は独立に制御できる。上のプレートの温度と下のプレート温度は一致させて制御することも、異なる温度で制御することもできる。

プレート５１Ｔ，５３Ｔに挟まれたプレート５２Ｔとプレート５１Ｂ，５３Ｂに挟まれたプレート５２Ｂは加熱ヒーター５５Ｔ，５５Ｂを備えている。加熱ヒーター５５により、基板に近い場所で吹き付けるガスの温度を任意に制御する。加熱ヒーター５５により、左右のプレート５１，５３の温度Ｔ５１、Ｔ５３より挟まれてあるプレート５２の温度Ｔ５２を高くすることができる。

例えば、上下のプレートが同じ温度に制御された当該基板搬送ユニットに基板が左から挿入されて移動するとき、基板は低い温度のＴ５１を通過し、次に高い温度のＴ５２を通過し、再び低い温度のＴ５３を通過する。即ち、基板を低い温度から加熱し、中間で高い温度で加熱し、再び低い温度で取り出す制御が可能である。

プレートに導入するガスの圧力は、流量とともにプレートのガス吹き出し面と基板の隙間の間隔を決める。基板の材質や重さなどを考慮して制御する。また圧力差はガスの流れの方向を決める。

図５に図示した例の場合、左右のプレート５１，５３は中心のプレート５２と離れて描いてある。プレートの周りが大気のとき、高温加圧気密のガスは大気の中に出る。左右のプレートを中心のプレートに密着させて構成したときは中心のプレート５２から左右のプレート５１，５３に向かってガスの流れを作ることができる。このときは中心にあるプレート５２の導入ガスの圧力を左右のプレート５１，５３のガス圧力より高く設定する。上下のガス圧力差は基板を上下に変形または反らせる圧力になる。この変形を防止するには上下のプレートに入れるガスの圧力は同じにすることが望ましい。

プレートに入れる高温加圧気密のガスは酸化を防ぐときは不活性ガスである。不活性ガスとしては窒素やアルゴンである。プレートの温度と材質によっては空気でも良い。空気のとき、乾燥させた空気でも水分を加えた空気でも良い。当該基板搬送ユニットで搬送したとき、基板１１は加熱される。膜を形成してある基板１１を搬送したとき、膜は加熱されて膜からガスが放出することがある。この放出ガスはプレートに入れた高温加圧気密ガスとともにプレートから流れ出る。

この放出ガスが有害であることもある。また、高温加圧気密ガスに所望のガスを混入させて基板を加熱処理することも自由にできる。このとき、この混入ガスに燃焼性があったり、または人体に有害な場合もある。

この場合、プレートから吹き出たガスは当該装置から漏れないようにケースで覆い、ケースの中にあるガスを排気する必要がある。

高温加圧気密ガスに混入させるガスとしては、１）酸化させる目的で酸素や亜酸化窒素，水などがある。また混入させるガスとしては２）基板表面をクリーニングする目的で塩素やフッ素を含むガス、例えばＨＣＬやＮＦ_３，ＨＦなどがある。また混入させるガスとしては３）還元する目的で水素がある。また混入させるガスとしては４）不純物を拡散させ半導体をドーピングする目的で５族または３族の元素を含むガスとして例えばＰＯＣｌ_３やフォスフィンＰＨ_３，アンモニアＮＨ_３，ジボランＢ_２Ｈ_６、トリメチルアルミニュームＴＭＡｌなどがある。また混入させるガスとしては５）反応させて化合物を作る目的で、５族元素や６族の元素を含むガスとしてアンモニアＮＨ_３、セレン化水素Ｈ_２Ｓｅや硫化水素Ｈ_２Ｓなどがある。

ここでは、プレートペアが３つある例を示したが、目的や基板の大きさに合わせてその数は自由に選べる。

図６（Ａ）に基板を高温ガスで熱処理する、またはガスから膜を形成させるガス処理部を内部に備えるガス処理ユニット６０の断面模式図を示す。高温加圧気密ガス吹き出しプレートがあり、それに囲まれてガス処理部がある。ガス処理部では所望の処理ガスが基板に衝突して排気口から排気される。所望のガスを選ぶことで大型基板の表面を加熱ガス処理する。

基板１１の上に気密ガス吹き出しプレート６１、６３とリング状に吹き出す高温加圧気密ガス吹き出しプレート６２を備えたガス処理部６４が断熱材６５を介してケース６６に収納されてある。当該プレート６１，６３の温度はＴ６１，Ｔ６３である。当該吹き出しプレート６２の温度はＴ６２Ｒである。数字あとのＲはリング形状をしている部品に係わることを強調する意味である。断熱材６５は空間でも良い。

ケース６６はプレート６１、６２，６３を収納するとともに、ガス処理ユニット内部に放出されるガスを密閉して、排出口７９を通してそれを排出する。加圧気密ガスがケースの外に出る場所でも器壁を伝わり大気はケースの内部に侵入する。高温加圧気密ガスは進入した大気を希釈する。当該大気混入した高温加圧気密ガスは排出口から排出されるので、一定の大気濃度以下にプレートと基板の間は制御される。

高温加圧気密ガスの吹き出しによる大気進入の抑止と大気混入した気密ガスの排出を大気遮蔽構造のセットとすると、このセットを繰り返す構造により大気を効果的に遮蔽できる。効果的な遮蔽構造を実施例３と４に示した。

高温加圧気密ガスＧ６７が高温加圧気密ガス吹き出しプレート６２に導入される。各プレートにヒーターを組み込み再度導入したガスを加熱して温度を制御しても良い（図６では当該ヒーターは示してない）。処理ガス６８は排気口６９と通じて排気される。当該ガス処理ユニット６０をガス吹き出し面側から見た平面図を図６（Ｂ）に示す。

図６（Ｂ）では、基板との隙間からガス漏れ出し、基板は吹き出すガスで支えられる状態を示している。

リング状に高温加圧ガス吹き出しプレート６２から吹き出たガスは外部に漏れてプレートの内部を大気から遮蔽する。高温であるので、基板表面は当該ガスで加熱される。
ガス処理部６４には処理ガス６８が導入されて基板表面に当たったあと排気口６９から排気される。処理ガス６８は例えば加熱されて熱分解し、膜を形成するガスである。処理ガス６８は例えば酸化したり、還元したり、反応したり、拡散したり、エッチングしたりするガスである。

熱分解するガスとしては、シラン（例えば、モノシラン、ジシラン、有機シラン）やゲルマンガスがある。２種類以上の互いに化合するガス系を導入して化合物を形成させることが可能である。それらのガス系としては例えばシランと酸化ガス（酸素やＮ_２Ｏなど）の系、シランと窒化ガス（ＮＨ_３など）の系、Ｇａ-Ａｌ-In-N化合物半導体を成長させるガスの系、例えばトリメチルガリューム（ＴＭＧa）とトリメチルアルミニューム（ＴＭＡｌ）とトリメチルインジュームアミン（ＴＭＩｎ：ａｍｉｎｅ）とアンモニア（ＮＨ_３）の系がある。

また基板を加熱する目的であれば処理ガス６８は不活性ガス、例えば窒素やアルゴンであっても良い。還元する目的であれば処理ガス６８は水素である。エッチングする目的であれば、ハロゲン（Ｆ，Ｃｌ，Ｉ）を含むＮＦ_３やＨＦ，ＨＣｌなどのガスである。拡散させる目的であれば、処理ガス６８は３族元素を含むガス（例えば、Ｂ_２Ｈ_６），５族元素を含むガス（例えば，ＮＨ_３，ＰＯＣｌ_３，ＰＨ_３）または６族元素を含むガス（例えば、Ｈ_２Ｓｅ，Ｈ_２Ｓ）である。

処理ガス６８はこのほか、酸化させる目的で酸素や亜酸化窒素,水であってよい。

処理ガス６８の温度は目的に合わせて高温加圧気密ガスの吹き出しプレート６２の温度Ｔ６２Ｒより高い温度にして導入する。また吹き出しプレート６１、６３の温度Ｔ６１，Ｔ６３の温度は高温加圧気密ガスの吹き出しプレート６２の温度Ｔ６２Ｒより低い。

当該ガス処理ユニットは基板１１の上を相対移動するので、基板は吹き出しプレートからのガスで加熱されガス処理されて、また冷える。図示してない基板の下の設置された下部ヒーターで基板１１は下からも加熱される。

下部ヒーターは別の吹き出しプレートで構成し、そのガスで支持して加熱しても良い。また、下部ヒーターは移動方向に分割されたヒーターでも良い。ガス処理部が通過するとき、基板が反らないように下部ヒーターの温度はその通過とともに制御して変化させる。図６ではガス処理部が基板に対して移動したが、基板が移動するように設計してもよい。

実施例１を図７により説明する。図７では、基板は大気から遮蔽されて搬送され同時に化学気相成長(CVD)の処理がされる。基板１１が支持台７０に置かれてある。支持台７０には断熱材７７で断熱されてゾーンヒ-ター７５が備えられている。各のゾーンヒーター７５には熱電対ＴＣが備えられ、ｎ番ゾーンヒーター７５ｎの温度Ｔ７５ｎが測定されて、温度が制御される。基板１１は汚染防止のための変形しない板７６の上に置かれる。基板１１の上に膜を成長させる化学気相成長（ＣＶＤという）ユニット７２と高温加圧気密ガス吹き出しプレート７１と７３がある。当該ガス吹き出しプレート７１，７３には高温の加圧ガスＧ７１，Ｇ７３が導入されて、当該プレートを加熱する。各プレートにはヒ-ター７４が備えられて、プレート７１，７３の温度Ｔ７１Ｔ，Ｔ７３Ｔを任意に制御できる。当該プレートの吹き出し溝４５に吹き出し孔４３を通じて当該高温加圧ガスが吹き付けて漏れ出る。

吹き付けて横方向に漏れた当該ガスはプレートと基板の空隙を通り外にでる。当該ガスは熱を基板に伝えるので、基板は裏のゾーンヒーター７５と当該ガスで加熱される。流線を横切れないので吹き付けの衝突流れと空隙を流れ出るガスの流れは大気の侵入を遮蔽して基板表面を大気から遮断する。即ち当該ガスが基板１１の表面を密閉する。

ガス吹き出しプレート７１，７３は放熱するので、放熱を防止する断熱材７７が備えられ、ユニットケース７８に収納されている。断熱材７７は熱設計によっては空間でも良い。ユニットケース７８には排気ポート７９が備えられユニットケース７８の中を排気できる。吹き出しプレート７１，７３と基板の距離は高さセンサーＳ７０で測定されて制御される。

ＣＶＤユニット７２にはＣＶＤのための熱分解反応ガスＧ７０が導入される。例えばシリコン膜を成長させるとき当該ガスはシラン、ドーピングガスを含むキャリアーガスである。ユニットケース７８は基板の上を移動する。移動するときゾーンヒーター７５の温度はＣＶＤユニット７２の位置にあわせて変化する。ＣＶＤユニットがｎ番目のゾーンヒ-ター７５ｎの上を通過するとき、ゾーンヒーター７５ｎの温度Ｔ７５ｎが高い温度になり、遠ざかると低い温度に制御される。

動作を説明するために、ＣＶＤユニット７２の構造を図８に示す。従来のＣＶＤの装置においては、ガスは加熱せず基板を加熱する。本発明では基板を加熱する以外にＣＶＤのための熱分解反応ガス７０も加熱する。

図８（Ａ）にＣＶＤユニットの断面を示す。プレートから吹き付ける加熱されたガスが基板を大気から遮蔽し、同時に加熱する。加熱されたCVDガスが遮蔽された基板表面に衝突する。

熱分解反応ガスの導入口８１よりＣＶＤのための熱分解反応ガスがキャリアーガスとともに導入される。ここでは当該熱分解反応ガス７０はＣＶＤガスと呼ぶ。ＣＶＤガスを基板に吹き付けて膜を成長させる機構であるCVDガス照射シャワーユニット８２はシャワーヒーター８３で加熱されて、熱電対８４で測定されるその温度Ｔ８０は制御されてある。断熱材８５で放熱を抑制してCVDガス照射シャワーユニット８２の温度を制御する。

シリコンを成長させるときシランガスをCVDガス導入口８１から導入する。シランとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）を使用するときはその温度はキャリアーガスの流量に依存するが、例えば５００〜５８０℃が適切である。ターシャルブチルシラン（t-C₄H₉SiH₃）を用いるときは５４０℃以下に制御できる。基板８０に衝突しシランは基板８０からも加熱されて、熱分解しシリコン膜を基板の上に成長させる。

基板８０はガラスである。ガラス基板８０はゾーンヒーター７５で加熱されていて、表と裏の温度を近付けて反らせないように制御する。その温度は５００〜６５０℃の間で制御する。基板８０とCVDガス照射シャワーユニット８２との間を通りぬけて、反応したあとのガスは２つの排気ポ−ト８６，８７から排気される。CVDガス照射シャワーユニット８２の周囲にはリング状の吹き出し溝８８を備えた高温加圧気密ガス吹き出しプレート８９が備えられてある。

当該プレート８９に導入する高温加圧気密ガスＧ８０Ｒは不活性ガス、ここでは、窒素である。吹き出し孔４４を通じてリング状吹き出し溝８８から高温に加熱された窒素ガスが漏れ出る。当該気密ガスは基板の表面と当該プレートの空隙を通り、CVDガス照射シャワーユニット８２の側にもプレート８９の外にも流れ出る。プレート８９の外に向かう流れは、外部大気の流入を阻止するように作用する。CVDガス照射シャワーユニット側に向かう内向きの流れはＣＶＤガスの流出を阻止するとともに、薄めて排気ポートに向かう流れを作る。流線は互いに横切らないので、薄める流れはCVDガス照射シャワーユニット直下のＣＶＤの反応空間を囲うので、器壁にシリコン膜が付くのを阻止するように作用する。

プレート８９の温度Ｔ８０Ｒはプレートヒーター８３Ｒで制御する。図８（Ａ）のＸ２Ｘ２断面を図８（Ｂ）に示す。加熱されるCVDガスが、ここでは３箇所から導入されて基板を照射し膜を形成する。当該ユニット部で膜形成された基板は移動し搬送される。当該ガスは基板表面側から排気ポートを通じて排気される。

プレート８９の温度Ｔ８０ＲはCVDガス照射シャワーユニット８２の温度Ｔ８０１、Ｔ８０２，Ｔ８０３より高く設定する。高く設定することで、流路を形成する器壁には膜状に膜が形成されて、粉を生成させない方向に作用する。

CVDガス照射シャワーユニット８２には、この場合３つのＣＶＤガス導入口８１が備えられ、対応する３つの熱電対８４で測定される対応するCVDガス照射シャワーユニット８２の位置の温度Ｔ８０１、Ｔ８０２、Ｔ８０３は３つの異なる対応するシャワーユニットヒーター８３で制御される。導入するＣＶＤガスＧ８０１、Ｇ８０２、Ｇ８０３は同じ組成であっても異なる組成に制御しても良い。それぞれの当該ガスの流量は基板上で均一な成長速度が得られるように調整する。Ｓｉ膜を成長させるとき、ＣＶＤガスは熱分解ガスである。例えばモノシラン（ＳｉＨ_４）、またはターシャルブチルシラン（t-C₄H₉SiH₃）とともにキャリアーガスである水素または窒素、またはこれらの混合ガスがCVDガスである。６２０℃で静止させたガラス基板を加熱すると、モノシランと水素キャリアーガスの流量に応じて１００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの成長速度が制御できた。

排気ポート８６、８７はプレート８９に接続されて加熱されている。排気ポート８６、８７は加熱されているので、排気ポートには粉の生成が起きにくい。排出方向に流路に沿って温度が高くなるように、温度を制御することは、粉の生成を抑制するように作用する。ここでは、ＣＶＤガスとしてシランの例を示した。化合物膜を成長させるときは他のガスを選ぶことができる。ＧａとＩｎとＡｌとＮとＭｇの元素で構成する化合物膜を成長させるときは、キャリアーガスとしての窒素または水素のほかに、化学式ＴＭＧａ、ＴＥＧａ、ＴＭＡｌ、ＴMＩｎ、ＴMＩｎ：ａｍｉｎｅ、Cp₂Mg、ＮＨ_３のガスの中からガスを選ぶことができる。プレート７１、７３、ＣＶＤユニット７２を収納したユニットケース７８とともに基板の支持台７０は図示しない閉じたチャンバーに収納されて、大気濃度を低くするための窒素置換がされてある。

実施例の２を図９に示す。図９は高温加圧気密の基板加熱遮蔽機構を備えたアニール装置の断面模式図である。基板は大気から遮蔽されて搬送され同時にアニールの処理がされる。アニールユニットが２つの高温加圧気密ガス吹き出しプレートに挟まれて備えられている。

具体的には、基板はガラス基板９１を載せた、ガラス板より大きい支持基板９０である。支持基板９０の表には高温加圧気密ガス吹き出しプレート９２Ｔ１、９２Ｔ３があり、その裏面には高温加圧気密ガス吹き出しプレート９２Ｂ１、９２Ｂ２、９２Ｂ３がある。

吹き出しプレート９２Ｔ１と９２Ｔ３に挟まれてアニールユニット９３がある。高温加圧気密ガス吹き出しプレートの温度はプレート別に備えられた熱電対９４で測定されて、その温度はＴ９１Ｔ、Ｔ９３Ｔ、Ｔ９１Ｂ、Ｔ９２Ｂ、Ｔ９３Ｂである。それぞれのプレートには高温加圧気密ガスＧ９１Ｔ、Ｇ９３Ｔ、Ｇ９１Ｂ、Ｇ９２Ｂ、Ｇ９３Ｂが導入されて、各プレートの溝から吹き出て基板に当たり漏れ出る。

当該気密ガスは例えば窒素である。当該気密ガスはその他の不活性ガス、アルゴンなどでも良い。また当該気密ガスは還元性のある水素や酸化作用のある酸素発生ガスを含んでいても良い。また当該気密ガスは水分やニ酸化炭素を含んでいても良い。また目的に依存して当該ガスは空気を用いることも可能である。

アニールユニット９３とプレート９２は断熱材９６を介してステンレス製のケース９７に収納されている。当該ケースには排気ポート９８が設けられ、排気ができる。当該高温加圧気密ガスと接する材料は使用するガスや化学作用、到達させる温度などによって、選択する。当該材料はアルミニュームやステンレス、窒化チタンなどの金属、石英、セラミクス、あるいはこれらの複合材料から選べる。ここでは、プレート９２Ｔ１、９２Ｔ３、９２Ｂ１、９２Ｂ３はアルミニュームで構成される。プレート９２Ｂ２はステンレス製である。

プレート９２Ｂ２にはヒーター線によるヒーター９９が備えられ、追加加熱ができる。各プレートから吹き出た高温加圧気密の窒素ガスはガラス基板９１の温度を上げるとともに、支持基板９０をプレートから離して支える。

当該窒素ガスはプレートと支持基板の隙間を通じて流れ出て、大気の進入を防止する。即ち、当該プレートは支持基板を１）ガスで加熱し、２）ガスで基板を支持し、３）基板表面を大気から遮蔽する。

各プレートの温度Ｔ９１Ｔ、Ｔ９１Ｂ、Ｔ９３Ｔ、Ｔ９３Ｂを、例えば２００℃、Ｔ９２Ｂを３５０℃とする。ガラス基板を、それに接触して回転する回転基板送り機９５で移動させる。特定の場所に注目すると、基板は次第に温度が上がり、中心部で３５０℃に到達して、再び低下する。

アニールユニット９３の断面模式図を図１０（Ａ）に示す。プレートからの加熱されたガスが基板を大気から遮蔽し、同時に加熱する。ヒートビーム発射器からの加熱されたガスが遮蔽された基板表面に衝突し基板を加熱する。

ヒートビーム発射器１０２にはパイプを介してガス加熱器１００が備えられている。アニールガス導入口１０１からアニールガスが導入されてガス加熱器１００で加熱される。ガス加熱器１００で加熱されたガスはパイプで導かれてヒートビーム発射器１０２のヒートビーム発射スリット１０４にいたる。放熱による温度低下を防止するために断熱材１０３が備えられてある。

当該スリット１０４からは加熱されたアニールガスがビーム状に発射される。これをヒートビーム呼ぶ。発射されたヒートビーム１０９はガラス基板１０５に衝突して、熱をガラス基板１０５に与える。淀み層がないので、この熱伝達の効率は高い。ヒートビーム発射器１０２にはヒーター線１０６が備えられて、当該発射器の温度を制御する。

ヒートビーム発射器１０２は６００℃を超えるときは熱変形の少ないＳｉＣをコートしたカーボングラファイト、またはセラミクスで構成する。６００℃以下の温度であれば当該発射器１０２の材質はステンレスやアルミニューム、窒化チタンをコーテイングしたステンレスなどの金属であっても良い。当該ヒートビーム発射器が金属やカーボングラファイトのとき当該ヒーター線のかわりに誘導加熱のコイルが備えられていて、誘導加熱で加熱しても良い。当該発射器１０２の温度は熱電対で測定されてＴ１００Ｔである。

上記アニールガスは目的や温度範囲に応じて選ぶ。当該アニールガスはその他の不活性ガスのＡｒやＨｅであっても良い。また当該アニールガスは空気、水、二酸化炭素、水素を含むガスであっても良い。ヒートビーム発射器の材料として金属を選ぶとき酸化されて緻密な酸化膜を生じる金属を選ぶと、空気が当該ガスとして使える。そのような金属はステンレス鋼のＳＵＳ３１６やアルミニュームである。

ヒートビーム発射器１０２の周囲にはリング状の吹き出し溝を備えた高温加圧気密ガス吹き出しプレート８９が備えられてある。当該気密ガスは不活性ガス、例えば窒素である。吹き出し孔４４を通じてリング状吹き出し溝８８から高温に加熱された窒素ガスが漏れ出る。当該気密ガスはガラス基板１０５と支持板９０の表面と当該プレートの空隙を通り、ヒートビーム発射器側にもプレートの外にも流れ出る。

プレート８９の外に向かう流れは、外部大気の流入を阻止するように作用する。ヒートビーム発射器１０２の側に向かう内向きの流れはヒートビームのガスの流出を阻止するとともに、薄めて排気ポートに向かう流れを作る。温度を制御するためにここのプレート８９にヒーターを備えても良い。

アニールユニットのＸ３Ｘ３断面図を図１０（Ｂ）に示す。加熱されるアニールガスが、ここでは３箇所から導入されてガス加熱器で加熱される。加熱された当該ガスはヒートビーム発射器より基板に衝突し基板をアニールする。当該ユニットでアニールされた基板は移動し搬送される。当該ガスは基板表面側から排気ポートを通じて排気される。

ヒートビーム発射器１０２には、この場合３つのガス加熱器がＨ１０１、Ｈ１０２、Ｈ１０３が備えられ、対応する３つの熱電対１０８で測定されるヒートビーム発射器の温度はＴ１０１T、Ｔ１０２T、Ｔ１０３Tである。導入するアニールガスＡ１０１、Ａ１０２、Ａ１０３は同じ組成であっても異なる組成のガスであっても良い。

アニールする目的、例えばアモルファスシリコンを結晶化する目的であれば窒素を加熱して吹きつける。この目的では窒素を８５０℃に加熱して吹き付けることによりアモルファスシリコンは結晶化した。結晶化は５２０ｃｍ^−１のラマンスペクトルピークで確認できた。

ガラス基板は熱歪で反ったり割れたりする。割れないようにするためには、ヒートビーム１０９の幅Ｗ１よりガラス基板１０５の幅Ｗ２が小さいことが必要条件であった。

他の材料のアニールの目的では酸化済や還元剤となるガスを選ぶことができる。また目的によってはセレン化水素や硫化水素などの添加剤を窒素で希釈して吹き付けて、それらを構成原子とする結晶の組成を安定化させるアニールが可能である。排気ポート８６、８７はプレート８９に接続されている。

実施例の３を図１１に示す。図１１（Ａ）はアニールユニット断面模式図である。図１０に示したヒートビーム発射器１０２が後述する大気遮蔽構造のプレート１１７を備えているのが図１１に示すアニールユニット１１１である。プレートからの加熱されたガスが基板を大気から遮蔽する。加熱されたガスが２重の吹き出し溝から吹き出し、その間に排出溝が配置されてある。吹き出し溝から吹き出た高温加圧ガスが排出溝から排出される。

プレート１１７は高温加圧気密ガスのリング状吹き出し溝１１２Ｒ１、１１２Ｒ３の間にリング状の排出溝１１２Ｒ２を備えている。高温加圧気密ガスの導入口１１７Ｒ１０、１１７Ｒ３０、１１７Ｒ１１、１１７Ｒ３１から高温加圧気密ガスとしての窒素ガスが導入されて、当該高温加圧気密ガスは基板１０５に向けて吹き出し溝より吹き出る。

吹き出たガスの一部はリング状排出溝１１２Ｒ２より排出されて、排出口１１７Ｒ２０、１１７Ｒ２１より排出される。この実施例の場合、吹き出し溝が２溝あり、排出溝が１溝ある。これは遮蔽機構の１セットである。吹き出し溝と排出溝の溝数と当該セットの数は自由に設計できる。

排出溝１１２Ｒ２は吹き出した加圧ガスとともに混入した大気を排出する。このため大気がアニールユニット１１１の中心部に進入するのを抑止する。またアニールユニット１１１で導入するアニールガスが高温加圧気密ガスに混入したとき、当該混入ガスが大気側に放出されるのを抑制する。

排出口１１７Ｒ２０、１１７Ｒ２１、１１７Ｒ２２、１１７Ｒ２３の排出圧力は高温加圧ガスの導入口１１７Ｒ１０、１１７Ｒ１１、１１７Ｒ１２、１１７Ｒ１３、１１７Ｒ３０、１１７Ｒ３１、１１７Ｒ３２、１１７Ｒ３３の圧力より低い条件であればよく、大気圧より陽圧または陰圧に制御する。陰圧に制御するときは、上記排出口は真空ポンプに接続されて高温加圧気密ガスを吸引する。

前記プレート１１７はステンレス鋼で作製したが、温度領域に応じて他の金属、例えばアルミニュームや窒化チタン（ＴｉＮ）でコーティングした金属であっても良い。また、プレート材料は金属以外にセラミクスやカーボングラファイト、石英でも良い。また、これら材料の組み合わせでもよい。高温加圧気密ガスの運ぶ熱で前記プレートは加熱される。この温度が不足のときは、当該プレートをヒーター線などで加熱しても良い。

当該アニールユニット１１１が有毒ガスや燃焼性のアニールガスを用いるとき、当該有毒ガスが高温加圧気密ガスに混入する。そのとき、当該有毒ガスを安全に排気するために当該排出口は排気用のポンプまたは除害設備に接続される。

本実施例では図１０に示したヒートビーム発射器１０２と大気遮蔽構造プレート１１７を組み合わせた実施例を述べたが、当該プレート１１７と図７に示したＣＶＤガス照射シャワーユニット８２を組み合わせても良い。ガラス基板を載せた支持基板９０またはガラス基板１０５の基板を移動させ、当該アニールユニット１１１または当該ＣＶＤユニットを備えてガラス基板を処理する装置においては、当該プレートは当該基板の片面、あるいは両面に複数個備えることは自由に設計できる。

本実施例では吹き出し溝と排出溝の幅や深さは場所によって任意に設計できる。

本実施例ではプレート１１７の中心にヒートビーム発射器１０２を備えたアニールユニットを述べたが、高温加圧ガスでガラス基板１０５を十分にアニール処理できれば当該発射器１０２は無くても良い。また、前記吹き出しの２溝と前記排出溝はリング状である実施例を述べたが、内側１溝と排出溝をリング状、外側溝をライン状（直線状）であっても、また全溝をライン状の溝で並べても良い。

実施例の４を図１２に示す。図１２では、大気の進入を抑止する高温加圧気密ガスの吹き出し溝と排気溝がセットで片面に複数配置された大気遮蔽構造のプレートとヒートビーム発射器をアニールユニットは備えた例を示している。

ヒートビーム発射器１０２と基板を加熱し大気遮蔽構造のプレート１２７を備えたアニールユニット１２１を図１２に示した。プレート１２７には高温加圧の気密ガスの吹き出し溝１１２Ｒ１、１１２Ｒ３、１１２Ｓ５、１１２Ｓ７がプレートの片面に配置されている。当該吹き出し溝に挟まれて排出溝１１２Ｒ２、１１２Ｓ４、１１２Ｓ６が配置されている。符号Ｒはリング状の溝であること、符号Ｓはストレートライン（直線）状の溝であることを示す。

各吹き出し溝にそれぞれに圧力緩衝室１１８を介して連通した高温加圧気密ガス導入口１１７Ｒ1０、１１７Ｒ１１、１１７Ｒ３０、１１７Ｒ３１、１１７Ｓ５０、１１７Ｓ５１、１１７Ｓ７０、１１７Ｓ71より高温加圧気密ガスが導入される。

各排出溝からは、それぞれ圧力緩衝室１１８を介して連通した排出口１１７Ｒ２０、１１７Ｒ２１、１１７Ｓ４０、１１７Ｓ４1、１１７Ｓ６０、１１７Ｓ６1より高温加圧気密ガスが排出される。Ｒ、Ｓの符号はそれぞれリング状溝、ストレートライン状の溝に連通していることを示す。ガス導入口には圧力計が接続されてそのガス圧力Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７が測定される。排出口に圧力計が接続されて、そのガス圧力Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６が測定される。それぞれの圧力は圧力制御と流量制御で制御される。

排出ガス圧力はポンプ排気制御または排出抵抗で制御される。排出口はポンプに接続しないで、ガス除害装置に接続されていても良い。排出ガスの圧力は隣り合う吹き出しガス圧力より低く制御される。この条件で排気ガス圧力は大気圧より陰圧であっても陽圧であってもよい。アニールユニット１２１全体はケース(図示しない)に収納されてケース内部は排気される。

当該プレート片面には前記吹き出し溝が７溝あり、当該７溝に挟まれて前記排出溝が３溝ある。吹き出し溝に挟まれた排出溝がこの実施例では３セットある。

吹き出した高温加圧気密ガスは支持基板９０とガラス基板１０５とプレート１２７の隙間を通り、排出溝から排出される。この排出のために外部から進入した大気は３段階で薄められて進入が抑止される。また、アニールユニット１２１内部にヒートビームとして吹き出したガスは３段階で薄められ、外部放出が抑止される。抑止効果は吹き出す高温加圧気密ガスの圧力と流量、排気ガスの流量と圧力で調整する。

プレート１２７は高温加圧気密ガスで加熱されるが、温度が不足のときはヒーターを備えることは自由に設計できる。プレート１２７は基板の片面、両面に複数個備えることは目的と効果に合わせて自由に設計できる。

また実施例ではプレート１２７にヒートビーム発射器１０２を組み合わせたアニールユニット１２１の例を示したが、ヒートビーム発射器に代えてＣＶＤガス照射シャワーユニット８２を組み合わせてもよい。このときはプレート１２７とＣＶＤガス照射シャワーユニット８２を備えたＣＶＤユニットが構成される。

図７と図９に示した装置のＣＶＤユニットまたはアニールユニットに代えて前記プレート１２７を備えた装置はガラス基板表面を大気からより効果的に遮蔽して加熱できる。当該装置は真空で基板全体を覆うことなく基板表面を大気から遮蔽するので、１ｍまたは２ｍを超える大型ガラス基板でも加熱処理できる。

ガラス基板を加熱するとき、ガラス基板を横切るように温度が一様であることが、ガラス基板を割らない反らせない条件である。

従って、ガラス基板１０５を前記プレートは横切るように大きい。ガラス基板を載せる支持基板９０はガラス基板の重力変形を抑止して、またプレートとの遮蔽条件を一定に維持し、またガラスの温度均一性を改善する。ＣＶＤ膜を成長させるとき、大気遮蔽効果を支持基板が行い、ガラス全面に膜を成長させる。

実施例の５を図１３に示す。この図では、基板は大気から遮蔽されて搬送され同時にガス処理される。ガス処理はガス処理ユニットに応じて化学気相成長(CVD)の処理またはアニール処理される実施例を示した。

図１３では、ガス処理ユニット１３１と基板１３２の上下に備えられた高温加圧気密ガスによる大気遮蔽プレート１３３Ｔ、１３３Ｂ、１３４Ｔ、１３４Ｂ、１３１Ｂと、基板１３２をロール１３５からロール１３６に巻き取る基板搬送機構を備えた装置の断面模式図である。ガス処理ユニット１３１はＣＶＤユニットであってもアニールユニットであっても良い。ここではＣＶＤユニットである。

大気遮蔽プレート１３３Ｔ、１３３Ｂ、１３４Ｔ、１３４Ｂ、１３１Ｂの格プレートにより基板１３２は大気から遮蔽されて中心のＣＶＤガス処理部に挿入される。基板１３２はＣＶＤユニット部１３１で処理され再び大気に送り出される。基板１３２は屈曲可能な材料である。例えば、膜厚１０〜１００μｍのアルミニュームフォイルである。フォイル基板としては市販のアルミニュームフォイルを用いた。アルミニュームの融点は６４０℃にあるので、処理温度はそれ以下でなくてはならないため、５００ºCで分解するターシャルブチルゲルマニューム（ここではＴＢＧと略す）をＣＶＤガスＧ１３１として選んだ。

ＴＢＧはマイナス１５℃に冷却されて３００ＳＣＣＭの水素でバブリングし４ＳＬＭの水素キャリアーとともにＣＶＤユニット部に導入した。ＣＶＤユニット１３１はガスを制御された温度５００ºCに加熱して分散機構で分散して基板としてのアルミニュームフォイルにあてる。加熱されたＴＢＧは熱分解してゲルマニュームＧｅの膜が成長する。ガスＧ１３２は水素ガスである。この水素ガス１３２は、ＣＶＤガスＧ１３１を囲い、混合して膜堆積がこの吹き出し部分に起きにくくさせて、装置の清浄度を長持ちさせる。

アルミニュームフォイル１３２が自由にＣＶＤユニット１３１を通過できるように、上下の大気遮蔽機構プレートの隙間を１ｍｍと制御した。ＣＶＤユニットの排気系には残留酸素を測定する測定器があり（図示してない）、１ｍｍの隙間があっても酸素濃度は測定限界０．０％以下であった。

この条件下では鏡面のゲルマニューム膜が成長した。成長速度は水素キャリアー流量とバブリング水素流量で制御可能で、１分間に１０〜１５ｎｍに制御できた。

ここでは、屈曲可能でロール１３５からロール１３６に移動可能な基板としてアルミニュームフォイルを用いたが、その他の屈曲可能なステンレス鋼板やガラス基板、樹脂基板がその耐熱性にあわせて使用するのは自由に選べる。また、ここではＴＢＧを用いたがその他のＣＶＤ原料ガスである、シラン（ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６）や有機金属原料、ドーピングガス、酸化ガス、還元ガスが自由に選べる。

以上、詳述したように、本発明によれば、１ｍを超える大型基板であっても、その表面を大気から遮蔽し、均一に加熱し、搬送し、膜形成する製造装置の構造を提供する。大型の基板を用いる太陽電池やフラットパネル表示装置の製造を容易にさせる。

本発明は、大面積基板上に電子デバイスを安価に作製する場合に適用できる。

１１基板
１２サポートローラー
１３上部気密ガス吹き出しプレート
１４下部気密ガス吹き出しプレート
１５気密ガス導入口
１６高温加圧気密ガス上
１７高温加圧気密ガス下
１８吹き出し溝
１９吹き出し孔
２１基板支持台
２２ヒーター
２３気密ガス吹き出しプレート
２４漏れる高温加圧気密ガス
２５気密ガス導入口
２６高温加圧気密ガス
３１気密ガス吹き出しプレート
３２サポートローラー
３３回転式基板駆動装置
４１吹き出しプレート
４２気密ガス導入口
４３導入溝
４４吹き出し孔
４５吹き出し溝
４６リング状の吹き出し溝
４７ライン状の吹き出し溝
Ｇ４０高温加圧気密ガス
５０高温加圧気密基板搬送ユニット
５１Ｔ、５２Ｔ、５３Ｔ気密ガス吹き出しプレート上
５１Ｂ、５２Ｂ、５３，気密ガス吹き出しプレート下
５４熱電対
５５Ｔ、５５Ｂ加熱ヒーター
Ｇ５１Ｔ、Ｇ５２Ｔ、Ｇ５３Ｔ高温加圧気密ガス
Ｇ５１Ｂ、Ｇ５２Ｂ、Ｇ５３Ｂ高温加圧気密ガス
Ｔ５１Ｔ、Ｔ５２Ｔ、Ｔ５３Ｔ上に配置されたプレート温度
Ｔ５１Ｂ、Ｔ５２Ｂ、Ｔ５３Ｂ下に配置されたプレート温度
ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３プレートペア１、２、３
６０ガス処理ユニット
６１気密ガス吹き出しプレート
６２高温加圧気密ガスの吹き出しプレート
６３気密ガス吹き出しプレート
６４ガス処理部
６５断熱材
６６ケース
６７吹き出しリング溝
６８処理ガス
６９排気口
Ｔ６１，Ｔ６３プレートの温度
Ｔ６２Ｒプレートの温度
Ｇ６７高温加圧気密ガス
７０支持台
７１、７３気密ガス吹き出しプレート
７２ＣＶＤユニット
７４ヒーター
７５ゾーンヒーター
７５ｎｎ番目のゾーンヒ-ター
７６変形しない基板
７７断熱材
７８ユニットケース
７９排気ポート
Ｇ７０熱分解反応ガス
Ｇ７１、Ｇ７２、Ｇ７３高温加圧気密ガス
Ｓ７０高さセンサー
Ｔ７１Ｔ、Ｔ７３Ｔ上に配置されたプレート温度
Ｔ７０Ｒプレートの温度
Ｔ７０Ｔシャワープレートの温度
Ｔ７５ｎｎ番目のゾーンヒ-ターの温度
ＴＣ熱電対
８０基板
８１ＣＶＤガス導入口
８２ＣＶＤガス照射シャワーユニット
８３シャワーユニットヒーター
８３Ｒプレートヒーター
８４熱電対
８５断熱材
８６、８７排気ポート
８８リング状吹き出し溝
８９高温加圧気密ガス吹き出しプレート
Ｔ８０ CVDガス照射シャワーユニットの温度
Ｔ８０１、T８０２、Ｔ８０３ CVDガス照射シャワーユニットの温度
Ｔ８０Ｒプレート温度
Ｇ８０１、Ｇ８０２、Ｇ８０３熱分解反応ガス
Ｇ８０Ｒ高温加圧気密ガスの窒素
９０支持板
９１ガラス基板
９２Ｔ１、９２Ｔ３気密ガス吹き出しプレート
９２Ｂ１、９２Ｂ２、９２Ｂ３気密ガス吹き出しプレート
９３アニールユニット
９４熱電対
９５回転式基板送り機
９６断熱材
９７ケース
９８排気ポート
９９ヒーター
Ａ９０アニールガス
Ｈ９０ガス加熱器
Ｇ９１Ｔ、Ｇ９３Ｔ高温加圧気密ガス
Ｇ９１Ｂ、Ｇ９２Ｂ、Ｇ９３Ｂ高温加圧気密ガス
Ｔ９１Ｔ、Ｔ９３Ｔプレートの温度
Ｔ９１ｂ、Ｔ９２Ｂ、Ｔ９３Ｂプレートの温度
１００ガス加熱器
１０１アニールガス導入口
１０２ヒートビーム発射器
１０３断熱材
１０４ヒートビーム発射スリット
１０５ガラス基板
１０６ヒーター線
１０７Ｒ高温加圧ガス導入口
１０８熱電対
１０９ヒートビーム
Ａ１０１、Ａ１０２、Ａ１０３アニ−ルガス
Ｈ１０１、Ｈ１０２、Ｈ１０３ガス加熱器
Ｔ１０１Ｔ、Ｔ１０２Ｔ、Ｔ１０３Ｔヒートビーム発射器の各部温度
Ｗ１ヒートビームの幅
Ｗ２ガラス基板の幅
１１２Ｒ１、１１２Ｒ３高温加圧気密ガス吹き出し溝
１１２Ｓ５、１１２Ｓ７高温加圧の気密ガスの吹き出し溝
１１２Ｒ２、１１２Ｓ４、１１２Ｓ６排出溝
１１１アニールユニット
１１３Ｒ排出溝
１１５支持板
１１７プレート
１１７Ｒ１０、１１７Ｒ１１、１１７Ｒ３０、１１７Ｒ３１、１１７Ｓ５０、１１７Ｓ５１、１１７Ｓ７０，１１７Ｓ７１高温加圧気密ガス導入口
１１７Ｒ２０、１１７Ｒ２１、１１７Ｓ４０、１１７Ｓ４１、１１７Ｓ６０、１１７Ｓ６１排出口
Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７高温加圧気密ガスの圧力
Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６排出ガスの圧力
１１８孔を通して溝に連通した圧力緩衝室
１２１アニールユニット
１３１ガス処理ユニット
１３２屈曲可能基板
１３３Ｔ、１３３Ｂ、１３４Ｔ、１３４Ｂ、１３１Ｂ高温加圧気密ガスによる大気遮蔽プレート
１３５、１３６ロール

Claims

加圧ガスが加熱されて高温加圧ガスが作られ、当該高温加圧ガスが片面に形成された吹き出し溝から吹き出るプレートが備えられ、当該プレート片面と対向して基板があり、当該プレート片面の当該吹き出し溝から吹き出たガスが基板とプレート片面に挟まれた空間領域を通過することにより、基板の表面を大気から遮断し、同時に基板を加熱する加熱遮蔽機構において、当該高温加圧ガスを排出する排出溝が当該プレート片面にあり、基板の加熱と大気遮断を同時に行うプレートを備えたことを特徴とする装置。
前記プレート片面に配置する前記吹き出し溝、または排出溝、または両方の溝の一部または全部がリング状であることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記プレート片面に配置する前記吹き出し溝と排出溝が複数あることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
前記プレート片面に配置する前記吹き出し溝が少なくとも２溝あり、当該２溝に前記排出溝が挟まれてある吹き出しと排出のセット構造があることを特徴とする請求項１乃至３記載の装置。
前記セット構造が複数備えてあることを特徴とする請求項４記載の装置。
複数個の前記プレートが基板の片面または両面に備えられてあることを特徴とする請求項２乃至５記載の装置。
前記排出溝から排出されるガスの圧力と前記高温加圧ガスの圧力を制御する機構を備え、当該加圧ガスの圧力より当該排出ガスの圧力を低く制御する、または大気圧より陰圧に制御することを特徴とする請求項１乃至６記載の装置。
前記プレートの材料がステンレス鋼やアルミニュウム、窒化チタン（ＴｉＮ）などの金属、またはカーボングラファイト、または石英、またはセラミクス、またはこれらを組み合わせた材料であることを特徴とする請求項１乃至７記載の装置。
前記プレートを備え、処理ガスとしてターシャルブチルシランt-C₄H₉SiH₃とジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、モノシラン（ＳｉＨ_４）を含む熱分解する処理ガスを、またはシランと酸化ガス（酸素やＮ_２Ｏなど）の系、シランと窒化ガス（ＮＨ_３など）の系、トリメチルガリュームＴＭＧaとトリメチルアルミニュームＴＭＡｌとトリメチルインジュームアミンＴＭＩｎ：ａｍｉｎｅとアンモニアＮＨ３の４元の系を含む化合物を形成させる処理ガスの系を用いて膜を化学気相成長させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記処理ガスの導入口を並べて配置し、複数の場所から前記処理ガスを導入することを特徴とするとする請求項９記載の装置。
前記プレートを備え、処理ガスとしては熱分解しない窒素やアルゴンの不活性ガスの処理ガスを、または酸素や亜酸化窒素,水の処理ガスを、または塩素やフッ素を含むガス例えばＨＣＬやＮＦ_３、ＨＦのガスの処理ガスを、または水素の処理ガスを、または５族または３族の元素を含むガス例えば、ＮＨ_３、ＰＯＣｌ_３やフォスフィンＰＨ_３、ジボランＢ_２Ｈ_６、トリエチルアルミニュームの処理ガスを、または６族の元素を含むガスセレン化水素Ｈ_２Ｓｅや硫化水素Ｈ_２Ｓの処理ガスを用いて基板アニールすることを特徴とする請求項１に記載のアニール装置。
前記処理ガスの導入口を並べて配置し、複数の場所から前記処理ガスを導入することを特徴とするとする請求項１１記載のアニール装置。
前記基板がガラス基板であることを特徴とするとする請求項１乃至１２記載の装置。
前記基板がガラス基板を他の材料の基板の上に載せた積層基板であることを特徴とするとする請求項１乃至１３記載の装置。
前記ガラス基板の幅が前記パネルの幅より小さいことを特徴とするとする請求項１乃至１４記載の装置。
前記基板が屈曲可能な基板であり、ロールから供給されてロールに巻き取られることを特徴とする請求項１乃至１２記載の装置。
前記屈曲可能基板がアルミニュームやステンレス鋼を含む金属、またはガラス、または樹脂、またはそれらの複合材であることを特徴とするとする請求項１６記載の装置。