JPH10223549A

JPH10223549A - ランプアニール装置

Info

Publication number: JPH10223549A
Application number: JP2458597A
Authority: JP
Inventors: Masashi Ide; 昌史井出; Hiroshi Iijima; 浩飯島; Takayuki Nagashima; 孝行長嶋
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に形成する薄膜を高速加熱することが
可能なランプアニール装置を提供する。【解決手段】被アニール物が載置される試料台と、前
記試料台を収容するチャンバーと、前記被アニール物に
たいして光エネルギーを照射する加熱手段とを備えるラ
ンプアニール装置において、光源と、前記光源から放射
される光を反射して前記被アニール物に照射させる反射
鏡と、前記光を前記被アニール物上に投影するレンズ
と、前記レンズの近傍に設ける所定の形状の開口部を有
するマスクとを有するランプユニットを複数具備し、か
つ前記ランプユニットが一定の間隔で配設されている加
熱手段を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランプアニール装
置に関し、特に液晶表示装置に用いられるガラス基板を
高速加熱するランプアニール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置に用いられるガラス
基板上に形成する薄膜のアニールをするための加熱装置
としては、図１５に示すように真空装置４５の内部に、
ガラス基板４２を設置し、このガラス基板４２の周囲に
設けるヒーター部４１を加熱することによりガラス基板
４２全体を高温加熱する高温加熱真空炉が用いられてい
る。

【０００３】一方、図１４に示すように、半導体装置の
製造プロセスにおいて用いられる半導体ウェーハのラン
プアニール装置がある。このランプアニール装置は、反
射板３３とチヤンバ３５とからなり、反射板３３は逆樋
状で、その焦点位置にキセノンランプなどの光源３１が
配置される。反射板３３の下部開口に石英板３４が固定
され、その真下にチャンバ３５が配置される。チャンバ
３５内に、半導体ウェーハ３２を石英板３４と平行にな
るように石英ピン３７を介して試料台３６に支持し、収
納する。

【０００４】前記チャンバ３５の内部を、窒素ガスなど
の不活性ガス雰囲気に保って、光源３１を点灯させる
と、その一部の光は石英板３４を透過して半導体ウェー
ハ３２に直接的に照射され、残りの光は反射板３３で反
射して石英板３４を透過し、半導体ウェーハ３２に照射
される。半導体ウェーハ３２の全体の面内に光源３１の
石英板３４を透過した光が照射されて、半導体ウェーハ
３２の全体が高速加熱される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらガラス基
板上に形成する薄膜を高温加熱真空炉において、真空
中、或いはガス雰囲気中で、アニールをする従来の方法
では、ガラス基板３２の熱歪みによる破損を防ぐために
ガラス基板全体を緩やかに加熱、冷却する必要がある。
この結果、加熱処理は長時間を必要とするという課題を
有している。

【０００６】一方従来のランプアニール装置を用いて、
ガラス基板上に形成する薄膜を高速加熱することが考え
られるが、従来のランプアニール装置を用いた場合、基
板の中央部に対して周辺部の温度が低くなりやすいとい
う問題点を有している。ガラス基板の形状は半導体ウェ
ーハの円形に対して正方形、あるいは長方形等の角形を
しているためガラス基板の均一加熱は困難である。この
ためガラス基板は熱歪みによって破損するおそれがあ
る。従って、従来のランプアニール装置で液晶表示用の
ガラス基板を高速加熱をすることは困難であるという課
題を有している。

【０００７】さらに、図１４に示すように、反射板３３
とチャンバ３５を石英板３４で隔離する装置では、前記
石英板３４は、双方の気圧の相違に耐えるだけの厚さを
必要とする。特に基板面積を大きくしたり、一度に処理
する基板の数を増加させようとすると、前記石英板３４
が必要とする厚さは、非常に大きなものとなる。これに
ともない重量も大きくなり、これを支える支持体も大き
くなり、装置全体が非常に大きなものとなり、対応が困
難である。

【０００８】そこで、本発明の目的は、任意の形状の基
板上に形成する薄膜を高速加熱し、かつ基板の全面を均
一な温度に加熱、或いは保持することが可能なランプア
ニール装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明おけるランプアニール装置は、被アニール物
が載置される試料台と、前記試料台を収容するチャンバ
ーと、前記被アニール物にたいして光エネルギーを照射
する加熱手段とを備えるランプアニール装置において、
光源と、前記光源から放射される光を反射して前記被ア
ニール物に照射させる反射鏡と、前記光を前記被アニー
ル物上に投影するレンズと、前記レンズの近傍に設ける
所定の形状の開口部を有するマスクとを有するランプユ
ニットを複数具備し、かつ前記複数のランプユニットが
所定の間隔で配設されている加熱手段を備えることを特
徴とする。

【００１０】請求項２に記載のランプアニール装置は、
請求項１記載の構成を含み、前記レンズが所定の光の波
長を反射、または吸収する機能を有することを特徴とす
る。

【００１１】（作用）上記した本発明のランプアニール
装置によれば、各ランプユニットの光源から放射される
平行な光はレンズを通過し被アニール物上に均一に照射
される。また、前記レンズの近傍に設けるマスクは、被
アニール物上の照射領域を限定する作用をする。これに
よって任意の形状の基板を均一加熱することが可能とな
る。また、前記ランプユニットをマトリックス状に配置
することで大型基板に対応する事が可能であり、ゾーン
加熱も自由に選択できる。

【００１２】また、ガラス基板の場合の加熱方法は、ラ
ンプ波形（一定の昇温速度）とすることでガラスの熱応
力による破損を防ぐことが出来る。さらに、石英からな
るレンズを用いることで遠赤外光線をカットし、基板上
に形成されている薄膜が吸収しやすい近赤外線だけを効
率よく照射することができ、ガラス基板そのものの直接
加熱を押さえ、基板上の薄膜のみを高速に加熱すること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態であるランプアニール装置について詳細
に説明する。本発明の図１は、本発明の実施の形態にお
けるランプアニール装置の全体構成を模式的に示す断面
図である。図２は、本発明の実施形態における加熱ラン
プ群の概略平面図である。図３は、本発明の実施形態に
おけるランプユニットの概略断面図である。以下、図
１、図２、図３を用いて本発明の実施の形態であるラン
プアニール装置について説明する。

【００１４】図１に示すように本実施の形態のランプア
ニール装置は、加熱手段１１と、チャンバー５とを備え
ており、チャンバー５の内部には、被アニール物として
液晶表示装置のガラス基板２が載置される試料台６が収
容されており、この試料台６の上に突設された複数の石
英ピン７によってガラス基板２が支持されている。

【００１５】前記チャンバー５は、ガラス基板２に対し
て試料台６の反対側に開口部２０を有し、前記開口部２
０からガラス基板２に光を照射して、ガラス基板２を所
定の温度に加熱する加熱手段１１が接続されている。

【００１６】前記加熱手段１１は、光源用電源１２と、
これに接続され、各ランプユニット８の光源１をそれぞ
れ独立に制御出来るゾーン加熱制御器１３を有してい
る。また、前記加熱手段１１は、１６個のランプユニッ
ト８からなり、図２に示すように所定の間隔をもって、
４行４列のマトリックス状に配設されている。

【００１７】さらに、図２と図３に示すように、ランプ
ユニット８は、ハロゲンランプからなる光源１と、光源
１から放射する光１６、１６ａの通過を限定する開口部
２４を有する金属製のマスク４と、マスク４を透過する
光１６のうちガラス基板２の吸収波長である遠赤外線を
反射、または吸収し、近赤外線をチャンバー５の内部の
試料台６に載置された前記ガラス基板２に拡大投影する
石英板からなる凹レンズ１０と、前記光源１から放射さ
れる光１６ａを反射し、前記マスク４を透過し、前記凹
レンズ１０介して、前記ガラス基板２に照射する金コー
トしたコーン角９０度の反射鏡３と、前記反射鏡３と前
記マスク４の間にわたって設ける円筒状の形状でアルミ
ニューム材からなる鏡筒９及び鏡筒９ａと、前記凹レン
ズ１０を通過した光１６ｂを前記ガラス基板２上に投影
するための開口部２１を有する金属製の冷却板１５とで
構成されている。前記冷却板１５の内部には、冷却孔
（図示せず）が設けてあり、前記冷却孔に冷却水を流し
て凹レンズ１０を冷却している。

【００１８】この場合、凹レンズ１０は、スペーサー１
７とＯリング１４によって狭持され冷却板１５に固定さ
れている。また、ランプユニット８は、前記光１６の光
軸が必要に応じて変化できるように傾きが調整できるよ
うになっている。さらに、光源１に接続する光源用電源
１２と、前記光源用電源１２に接続されるマイクロプロ
セッサなどからなるゾーン加熱制御器１３によって、マ
トリックス状に配設されるランプユニット８の光源１
が、それぞれ独立に制御され、前記ガラス基板２上に照
射される光１６ｂの光量、およぴ照射範囲を任意に制御
出来るようになっている。さらに、試料台６を移動する
ことによって、凹レンズ１０と、ガラス基板２との距離
を調節し、ガラス基板２上の照射領域２２を任意に制御
出来るようになっている。

【００１９】以下、本実施の形態におけるランプアニー
ル装置の例を図３、４、５、６、７、８、９、１０を用
いて説明する。まず、光源１を点灯すると、光１６は、
ガラス基板２の方向に照射される。また、光１６ａは、
金コートしたコーン角９０度の反射鏡３で反射されガラ
ス基板２の方向に照射される。これ以外の角度を持って
光源１から照射される光（図示せず）はアルミ材で製作
された鏡筒９、あるいは鏡筒９ａで拡散、あるいは吸収
される。また、前記鏡筒９、及び鏡筒９ａは空冷されて
いる（図示せず）ため、前記鏡筒９、及び鏡筒９ａの温
度は低く保たれる。したがって、前記鏡筒９、及び鏡筒
９ａを熱源とする光の再放射は発生せずガラス基板の加
熱に影響することはない。

【００２０】前記光１６、及び光１６ａは、マスク４の
開口部２４を通過して凹レンズ１０によって拡散され
る。前記凹レンズ１０によって拡散された光１６ｂはガ
ラス基板２上の照射領域２２に照射される。図４に示す
ように、この時用いられるマスク４は、外形が円形で開
口部２４は正方形である。従って外形１０ａの凹レンズ
１０によって拡散された光１６ｂのガラス基板２上の照
射領域２２の形状は、正方形となる。

【００２１】図５は、１６個のランプユニット８によっ
て形成され照射領域２２が互いに重ならないようにガラ
ス基板２と凹レンズ１０との距離を設定した場合の例で
あり、４行４列の１６個の照射領域２２が形成されてい
る。このように、マスク４の開口部の形状によって照射
領域全体の形状を設定することが出来る。従って、液晶
表示装置用のガラス基板のような角形であっても全体を
均一に加熱することができる。また、この時、Ａで示し
た位置の光源のみを点灯することで、これに対応する照
射領域を加熱することができる。このゾーン加熱の例と
してＢ、Ｃ、Ｄの領域の例を示しているが、この領域
は、このほか自由に設定できる。

【００２２】図６、図７は、マスク４ａの開口部２４ａ
の形状が正６角形の場合を示している。この時、照射領
域２２ａは、正６角形なる。この時、ランプユニットの
配列を六方稠密にすることによって、図７に示す１６個
の照射領域を形成することが出来る。

【００２３】次の図８、図９は、各ランプユニット８に
よって形成される照射領域２２が互いに重なりあうよう
にガラス基板２と凹レンズ１０との距離を設定した場合
の例である。図８に示すように、光１６ｂは、ガラス基
板２上で照射領域Ｅと照射領域Ｆとの一部が重なってい
る。この状態がＸ方向も同様になり、図９の平面図に示
すように、照射領域Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの４個の照射領域が
一部重なって形成される。これによって、各照射領域の
加熱温度を変えることが出来る。

【００２４】また、図１０に示すように凹レンズ１０の
代わりに凸レンズ１９を使用することもできる。凸レン
ズ１９でも凹レンズ１０の場合と同様に光を拡散するこ
とができるが、図１０に示すように、照射領域Ｊ、Ｋの
ように一部分を選択的に加熱することもできる。

【００２５】次に、本実施の形態におけるランプアニー
ル装置を使用して実際にガラス基板を加熱し、各部の温
度を測定した結果を図１１、１２、１３を用いて説明す
る。図１１は、加熱温度の測定に使用したランプアニー
ル装置の一部を示す、拡大概略図である。図１１に示す
ように、チャンバーの内部に微小熱電対からなる温度セ
ンサー１８ａを埋め込んだ透明ガラス板２ａを設置し、
前記透明ガラス板２ａと凹レンズ１０との間で光１６ｂ
の照射領域内に直径１ｍｍのシース型熱電対からなる温
度センサー１８を設置する。更に、前記透明ガラス板２
ａの凹レンズ１０の反対側である透明ガラス板２ａの裏
面側に直径０．５ｍｍの熱電対からなる温度センサー１
８ｂを設置する。

【００２６】この状態で、３００Ｗのハロゲンランプか
らなる光源１を点灯し、１６個のランプユニットによっ
て、ランプ加熱した時の各部の温度を図１２に示す。こ
の時のチャンバー内部の真空の背圧は非加熱時に２×１
０−２Ｐａ以下とした。光源１への投入電力は、前記温
度センサー１８の温度制御によって行った。前記温度セ
ンサー１８の温度が約３５０度までを２℃／ｓｅｃのレ
ートで昇温した。

【００２７】図１２の曲線２５ｂは温度センサー１８ｂ
の温度、曲線２５は温度センサー１８の温度、曲線２５
ａは温度センサー１８ａの温度に対応して表示されてい
る。図１２によれば、前記透明ガラス板２ａの裏面側に
設置した温度センサー１８ｂの温度（曲線２５ｂで表
示）が約６００℃近くまで加熱されているのに対して、
透明ガラス板２ａの内部に埋め込まれた温度センサー１
８ａの温度（曲線２５ａで表示）は、１８５℃までしか
上がらないことがわかる。また、石英からなる凹レンズ
１０の温度は、図示していないが凹レンズ１０の光源側
の近傍で測定すると、光源１の電源を切った直後、１５
０℃から急激に５０℃以下になり、凹レンズ１０は加熱
されていないことがわかる。

【００２８】また、図１３は、図１１で示すテスト基板
２ｂとして、素ガラス、全面酸化インジュウムスズ（以
後ＩＴＯと記載）膜（厚さ１００ｎｍ）付ガラス、全面
タンタル（以後Ｔａと記載）膜（厚さ８０ｎｍ）／五酸
化タンタル（以後Ｔａ2 ０5と記載）膜（厚さ３７ｎ
ｍ）付ガラスを透明ガラス基板２ａと３ｍｍの間隔で配
置した場合の各温度センサーのピーク温度を示したもの
である。

【００２９】図１３によって、テスト基板２ｂなしと、
素ガラスをテスト基板２ｂとした時の、透明ガラス板２
ａの内部に埋め込まれた温度センサー１８ａと前記透明
ガラス板２ａの裏面側に設置した温度センサー１８ｂの
ピーク温度を比較してみると、２０℃程度の差が見られ
るだけである。これによって、素ガラスの近赤外線に対
する吸収がほとんど無いことがわかる。

【００３０】また、素ガラスをテスト基板２ｂとした時
と、膜付ガラスをテスト基板２ｂとした時とを比較する
と、透明ガラス板２ａの裏面側に設置した温度センサー
１８ｂのピーク温度は、膜付ガラスをテスト基板２ｂと
した時の方が低くなっている。これによって、ガラス基
板上に形成されている金属酸化膜が近赤外線を吸収して
いることがわかる。また、ＩＴＯ膜よりもＴａ2 ０5 ／
Ｔａ膜の方が吸収効率が良いことがわかる。

【００３１】また、透明ガラス板２ａの内部に埋め込ま
れた温度センサー１８ａの温度においては、膜付ガラス
の方が高くなっているが、これは加熱された膜付きのテ
スト基板から遠赤外線が再放射され透明ガラス板２ａが
加熱されたためと思われる。

【００３２】更に、本実施形態におけるランプアニール
装置よってガラス基板の高速加熱によるアニール処理を
行った結果、良好な結果を得ることができた。この時に
使用したガラス基板は６インチ角で全面に厚さ１００ｎ
ｍのＩＴＯ膜をＤＣスパッタ法で形成したものである。
この時のＤＣスパッタは、以下の条件で行った。全圧１．２×１０^-1ＰａＯ₂分圧６．７×１０^-3ＰａターゲットＳｎＯ₂１０ｗｔ％のＩＴＯ温度室温（特に加熱せず）投入電力２Ｗ／ｃｍ² なお、スパッタ後の基板のシート抵抗は、９０から１２
０Ωであった。また、アニール処理の時のチャンバー内
部の真空の背圧は非加熱時に２×１０^-3Ｐａ以下とし
た。光源１は、３００Ｗのハロゲンランプからなり、１
６個のランプユニットを使用した。投入電力は、前記温
度センサー１８の温度制御によって行い、前記温度セン
サー１８の温度が約３５０度に達するまで、２℃／ｓｅ
ｃのレートで昇温した。アニール処理に要した時間は約
３分間であった。

【００３３】前記アニール処理後のガラス基板上のＩＴ
Ｏ膜のシート抵抗を測定した結果、３０から３２Ωであ
った。これは、従来の高温加熱真空炉で３００℃で２時
間で処理した時と同程度の品質である。

【００３４】なお、本実施の形態においては、レンズの
材質として石英を用い、ガラス基板を高速加熱した例で
説明したが、プラスチックが吸収する光の波長を反射す
る物質をコーティングしたレンズを使用すれば、プラス
チック基板上に形成する金属酸化膜等からなる薄膜のみ
加熱し、短時間でアニールを行うことができる。

【００３５】また、本実施の形態においては、金属製の
マスクを用いた例で説明したが、マスクの材質として石
英を用い、前記マスクの表面に所定の形状を有する金属
膜を形成することにより、光の通過を限定する開口部を
形成し、マスクとすることができる。さらに、前記開口
部の表面にプラスチックが吸収する光の波長を反射する
物質をコーティングすることにより、プラスチック基板
上に形成する金属酸化膜等からなる薄膜のみ加熱し、短
時間でアニールを行うことができる。この場合、前記石
英からなるマスクの全面に、プラスチックが吸収する光
の波長を反射する物質を先に形成し、この後に前記マス
クの開口部を形成するための金属膜を形成しても同じ効
果を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上、本発明によるランプアニール装置
によれば、レンズに光の拡散とともに、通過する光の波
長を限定するフィルターとしての機能を持たせることで
ガラス基板あるいはプラスチック基板等の直接加熱を極
力小さくし、基板上に形成する金属酸化膜等からなる薄
膜を直接加熱することで基板の破損を防ぎ、短時間での
基板のアニール処理を実現することができる。

【００３７】また、マスクの形状を自由に選択できるた
め例えば角形などの異形形状の基板の均一加熱が可能で
ある。さらに、複数のランプユニットで構成され、各ラ
ンプユニットが独立で制御できるため、複数サイズの基
板を同時に熱処理することが可能である。また、チャン
バーとランプエリアを分離する隔壁として、小径レンズ
（３０ｍｍφ程度）を有する金属製の冷却板を使用する
ため、装置の大型化が容易となり、大型基板の処理や、
多数の基板を短時間で処理することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるランプアニール装
置の全体構成を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明の実施形態における加熱ランプ群の概略
平面図である。

【図３】本発明の実施形態におけるランプユニットの概
略断面図である。

【図４】本発明の実施の形態におけるレンズとマスクの
位置関係を示す説明図である。

【図５】本発明の実施の形態における照射領域を示す説
明図である。

【図６】本発明の実施の形態におけるレンズとマスクの
位置関係を示す説明図である。

【図７】本発明の実施の形態における照射領域を示す説
明図である。

【図８】本発明の実施の形態における部分照射領域を示
す説明図である。

【図９】本発明の実施の形態における部分照射領域を示
す説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態における部分照射領域を
示す説明図である。

【図１１】本発明の実施の形態におけるチャンバー内部
の温度測定を説明するための装置の部分断面図である。

【図１２】本発明の実施の形態におけるチャンバー内部
の温度測定結果を示すグラフである。

【図１３】本発明の実施の形態におけるチャンバー内部
の温度測定結果を示す表である。

【図１４】従来のランプアニール装置の概略を示す要部
の縦断面図である。

【図１５】従来のランプアニール装置の概略を示す要部
の縦断面図である。

【符号の説明】

１光源２ガラス基板３反射鏡４マスク５チャンバー６試料台８ランプユニット９鏡筒１０レンズ１１加熱手段１６光２４マスクの開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被アニール物が載置される試料台と、前
記試料台を収容するチャンバーと、前記被アニール物に
たいして光エネルギーを照射する加熱手段とを備えるラ
ンプアニール装置において、光源と、前記光源から放射される光を反射して前記被ア
ニール物に照射させる反射鏡と、前記光を前記被アニー
ル物上に投影するレンズと、前記レンズの近傍に設ける
所定の形状の開口部を有するマスクとを有するランプユ
ニットを複数具備し、かつ前記複数のランプユニットが
所定の間隔で配設されている加熱手段を備えることを特
徴とするランプアニール装置。
【請求項２】前記レンズが、所定の光の波長を反射、
または吸収する機能を有することを特徴とする請求項１
記載のランプアニール装置。