(57)【要約】【課題】基板の裏面温度を上げないで表面の膜を加熱処理する方法として、加熱した熱容量の大きい固体を瞬時に接触させ離す方法がある。例えば基板に加熱したローラを回転させ線接触させる。しかし、基板のたわみやゴミなどで、基板の支持台との熱接触が均一にできないという課題がある。このために、大面積基板の均一な再現性のある熱処理が可能でなかった。【解決手段】支持台と基板の間に粘性材を挿入する。均一な再現性のある熱接触が可能となった。屈曲可能なシート状の樹脂基板上の塗布膜に回転加熱ローラを接触させて膜を焼成する熱処理が可能となった。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持台の上に置かれた基板より高温に加熱された回転ローラを当該基板の表面に接触させて基板上に膜を形成する装置であって、前記基板と支持台の間に粘性材層が挿入されることを特徴とする膜形成装置。
【請求項２】
支持台の表面が前記回転ローラより柔軟な材料であることを特徴とする請求項１記載の装置。  
【請求項３】
回転するドラムが前記支持台であることを特徴とする請求項１ないし２記載の装置。
【請求項４】
基板が屈曲可能なポリカーボネイトやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），アクリルなどを含む樹脂や金属シートであることを特徴とする請求項１ないし３記載の装置。
【請求項５】
前記粘性材層が油、グリース、水、ワックスのいずれかを含む流体であること、または熱で溶ける、または熱で軟化するフィルムであることを特徴とする請求項１ないし４記載の装置。
【請求項６】
前記粘性材層を前記屈曲可能な樹脂や金属の基板から除去する機構が備えられたことを特徴とする請求項１ないし５記載の装置である。
【請求項７】
前記屈曲可能な樹脂や金属の基板がロールから供給され、ロールに巻き取られ回収されることを特徴とする請求項１ないし６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、基板に膜を形成して作製するデバイスの中には、その基板を低温に保持したまま加工を行いたいものがある。例えば、ガラスや樹脂、金属シートの基板や既に所要の膜を作製した後のシリコン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がある。
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。
【０００２】
安価に製造するために、安価な基板である樹脂やガラスの基板を用いる。これら基板はシリコンウエハのような高温熱処理ができないので、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ＣＶＤ（化学気相成長）膜が用いられる。例えば、アモルファスシリコンの膜がよく用いられる。この膜は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。
【０００３】
これを改良するために、プラズマのビーム（先行特許文献１参照）やレーザー光でアニールする技術がある。また，絶縁膜は真空や減圧を用いるＣＶＤで成長させるのが確立された方法であるが高価になる。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、材料を溶かした溶液をスピンオン式や塗布、スプレーなどで基板に成膜して、それを２００〜６００℃で加熱して成膜する材料がある。絶縁膜としては、例えばスピンオンガラスである。導電膜としては、例えばＡｌの入ったＺｎＯ膜や銅（Ｃｕ）膜、銀（Ａｇ）膜である。結晶膜としては、例えば化合物半導体であるＣＩＧＳ（Ｃｕ，Ｉｎ、Ｇａ，Ｓｅの化合物）である。  基板の温度を低温に保持しながら、組成や構造劣化の無い膜を形成する技術がデバイス製造工程に求められる。    
【０００４】
本発明は大面積電子デバイスの作製に好適な膜形成の改良に係り、例えば高温にできない基板、例えばガラス基板上や既に配線工程を終了させた基板、または樹脂や金属シートのように屈曲できる薄い基板上に、この基板を支持する支持台の温度よりも高い温度を必要とする高温で形成する膜、例えばシリコン膜やシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンカーバイド膜、導電膜、または３元以上の化合物膜等の膜、またはこれらの積層膜を形成する装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０６０１３０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「反応性熱ＣＶＤ法による多結晶ＳｉＧｅ薄膜の低温成長技術の開発」東京工業大学大学院理工学研究科附属像情報工学研究施設半那研究室［平成２０（２００８）年６月１２日検索］インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓｌ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ〜ｈａｎｎａ／ｃｖｄ．ｈｔｍｌ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これまでの枚葉の基板に膜を成長させる化学気相成長（ＣＶＤ）では基板を加熱する。加熱された基板の上で堆積性のガスが熱分解を起こし、生成された分解活性種は基板の上に拡散し、横方向拡散を伴いながら表面に膜を成長させた。しかし、基板が樹脂などであるとき、基板を高温加熱できない。塗布で膜形成する場合も、膜を含めた基板全体を加熱焼成はできない。
【０００８】
高温にできない樹脂などの基板に塗布した材料を焼成するには支持台に置かれた基板に高温のガスを吹き付けることにより、表面の塗布膜を焼成できる。しかし、ガスの熱容量は大きくないので、単位時間当たりに輸送できる熱量に制限がある。従って、時間当たりの昇温速度に制限がある。
【０００９】
これを解決する方法として加熱した熱容量の大きい固体を瞬時に接触させ離す方法がある。例えば基板に加熱したローラを回転させ線接触させる。しかし、現実には基板のたわみやゴミなどで、基板と支持台との接触がいたるところ均一にできないという課題がある。この課題を図１に示す。加熱ローラ２を基板表面１ａに接触点７の領域で接触させたとき、基板１の温度は支持台４との基板裏面１ｂとの密着度合いにより違い、基板の裏面１ｂにあるゴミ５や空気６などの熱の不良導体に影響を受ける課題があった。
【００１０】
真空吸着の場合、真空孔が空隙の役割をしめし熱の不良導体となる。即ち、密着度に依存した熱伝導度の分布が転写する。この熱転写はゴミだけでなく、静電チャックのとき、表面の凹凸形状の影響として現れる。真空吸着のとき吸気孔には空気６の隙間に相当する熱接触不良部が支持台と基板にある。このような接触のとき、例えばポリカーボネイトの０．１ｍｍ厚みの基板は３００℃で加熱した接触加熱ローラ２を接触させると、当該熱接触不良部で変形した。このとき支持台と密着していた密着部分は形状を維持した。
【００１１】
樹脂のような熱可塑性の材料のとき、熱転写は永久変形として残るので、平坦度を維持するためには課題となる。高温の加熱ローラ２を熱接触させて樹脂などの表面を加熱処理して膜を形成するとき、支持台４と均一に再現性よく基板１の裏面がいたるところで密着し基板の温度を均一にする構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図２に課題を解決する本発明の装置の基本構造を示す。基板１は温度制御可能な支持台４に置かれる。必要なら、例えば、水冷などの冷却機構を備えた支持台に置かれる。基板１が平面である場合を示したが、基板は屈曲するシート状の基板であってもよい。また曲面の支持台であってもよい。
【００１３】
一定の低温に維持するには基板１と支持台４の熱接触を再現性よく大面積でも均一に高めることが必要である。そのため基板裏面１ｂと支持台４表面の間に熱伝導の低い空気が入らないように、表面形状にならって空気を追い出す粘性材２０を挿入した。基板裏面１ｂからの熱移動が粘性材２０を通して支持台４に向かう。粘性材２０は例えば油や耐熱グリースである。粘性材２０の挿入により、ゴミ５が作る空隙を粘性材２０で埋める。このことにより熱伝導度の部分的不均一が解消された。静電チャックであっても粘性材２０の挿入により表面形状の熱転写は防止できる。
【００１４】
図３にはさらに同様の効果を示す第２の構造を示す。加熱ローラより低温に維持する支持台４の表面を柔軟性のある材料で構成する。例えばゴムで構成する。ゴミ５は押されて、支持台表面の柔軟材の中に埋め込まれて、基板１の表面１ａは加熱ローラ２の平坦な表面にならい平坦になる。基板の損傷をさらに改善して低減する。
【００１５】
基板が屈曲可能であると、基板をドラム状の支持台に密着させて、ドラムの回転により基板の回転移動が可能になる。同時に熱接触は加熱ローラと回転ドラムの接触する線の上で起こるので、回転速度に依存した短い時間の熱接触が可能である。また基板が屈曲可能であると、ロールで供給してロールに回収することが可能となり低温に基板を維持した膜付きシートの連続生産が可能となる。
【００１６】
基板が樹脂フィルムや金属シートのような屈曲可能であるとき、基板１の裏面に粘性材２０を付着させること、またその付着した粘性材を回収して再度使用する機構を備えさせることが容易になる。粘性材の回収はゴムなどのスキジーを移動する基板の裏面に当てると可能である。残りを粘性材の溶剤を染みさせたブラシスクラバーやスポンジスクラバーで拭きとり、温風で乾燥させて清浄な裏面に回復させる。
【００１７】
そして、請求項１に係る発明は支持台の上に置かれた基板より高温に加熱された回転ローラを当該基板の表面に接触させて基板上に膜を形成する装置であって、前記基板と支持台の間に粘性材層が挿入されることを特徴とする膜形成装置である。
【００１８】
請求項２に係わる発明は支持台の表面が前記回転ローラより柔軟な材料であることを特徴とする請求項１記載の装置である。
【００１９】
請求項３に係わる発明は回転するドラムが前記支持台であることを特徴とする請求項１ないし２記載の装置である。
【００２０】
請求項４に係わる発明は基板が屈曲可能なポリカーボネイトやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），アクリルなどを含む樹脂や金属シートであることを特徴とする請求項１ないし３記載の装置である。  
【００２１】
請求項５に係る発明は前記粘性材層が油、グリース、水、ワックスのいずれかを含む流体であること、または熱で溶けるフィルムであることを特徴とする請求項１ないし４記載の装置である。
【００２２】
請求項６に係る発明は前記粘性材層を前記屈曲可能な樹脂や金属の基板から除去する機構が備えられたことを特徴とする請求項１ないし５記載の装置である。
【００２３】
請求項７に係る発明は前記屈曲可能な樹脂や金属の基板がロールから供給され、ロールに巻き取られ回収されることを特徴とする請求項１ないし６記載の装置である。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係わる発明によれば、支持台４の上に置いた基板１に、支持台より高温の回転ローラを接触させて低温に保持した基板上に膜を安定に形成させることができる。支持台と基板の熱密着度に依存して基板の表面温度が変るという課題は粘性材２０の層を基板と支持台の間に挿入することで解決した。ゴミ５があっても、それが粘性材の厚みの中にあれば熱密着は保持される。基板１の裏面の形がゆがんでいても、空気の隙間が生じる弊害を粘性材２０の層は防ぐ。粘性材２０の挿入は大きな面積の基板に対しても容易であり、支持台加工と基板の平坦度とゴミの管理基準をゆるくさせるので、安価な装置コストと低い製造不良率を実現させる。
【００２５】
請求項２に係わる発明によれば支持台の表面が柔軟な材料であるので、ゴミは柔軟材の中に埋まり、基板表面はローラの接触表面にならう。これによりローラとの熱接触は改善され再現性が増す。
【００２６】
請求項３に係わる発明によれば支持台４として回転するドラムを選ぶことが可能である。ドラムの上に基板が密着してドラムが回転すると基板がドラムの回転により移動できる。平坦な基板支持台を水平方向に移動する機構より装置を小型にできる長所がある。基板と接触しない側の回転ドラムを液体の媒体に接触させるとその媒体温度で基板温度を連続制御できる。
【００２７】
請求項４に係わる発明によれば屈曲可能な基板材料としてポリカーボネイトやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），アクリルなどの樹脂フィルムを基板として用いることを可能にさせる。また金属シートを基板として用いてもよい。これらの屈曲可能な材料は軽くて持ち運びが容易である。このような基板に膜を成長させることができると、太陽電池や平面表示装置が軽くなり搬送や据付が簡単となり、安価に製造と供給、設置、稼動ができるので、産業価値が高い。
【００２８】
請求項５および６に係る発明によれば前記粘性材２０として油、グリース、水、ワックスのいずれかを含む流体を選ぶことが可能である。または粘性材は熱で溶けるフィルムであっても軟化する材料であっても良い。これらは変形が自在であるので、支持台と基板の間に空隙ができるのを防ぐ。接着してない除去可能な粘性材はゴムなどのスキジーまたはヘラで基板裏面から除去することが容易である。それぞれの材料を溶かす溶剤により、残りを払拭することも容易である。例えば、溶剤を染みらせたブラシやスポンジを回転させて基板裏面に押し当てて除去できる。これを複数回行う機構にして完全に払拭する。溶剤は温風で乾燥させることで容易に除去できる。
【００２９】
請求項７に係る発明によれば前記屈曲可能な樹脂や金属シートの基板をロールから供給し、ロールに巻き取ることを可能にする。これは膜の連続形成と高い生産性を可能にさせる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は加熱ローラによる表面加熱装置の課題を表す模式図である。ゴミが熱接触の均一性を劣化させる。
【図２】図２は加熱ローラによる表面加熱装置の課題を解決する第１の構成の模式図である。粘性材の挿入が熱接触均一性を改善する。
【図３】図３は加熱ローラによる表面加熱装置の課題を解決する第２の構成の模式図である。柔軟材で支持台表面を構成する。柔軟材が基板表面と加熱ローラの熱接触を改善する。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態の模式図である。支持台は回転する。加熱ローラは鏡面仕上げのステンレスパイプで構成されている。
【図５】図５は本発明の第２の実施形態の模式図である。シート基板をロールから供給、ロールに回収する装置の実施例の模式図である。シート基板の裏面に粘性材をスキジーを用いて一様に付着させ、熱接触加熱処理のあとスキジーで拭き取り、溶剤を染みこませた回転ブラシで完全に除去する。
【図６】図６は基板の上のアモルファス膜をプラズマで熱処理する膜形成装置の従来技術の概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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ている。
【００３２】
実施例１を図４に示す。回転支持台４４の上に屈曲する基板４１が粘性材２０を挟んで密着させてある。回転支持台４４は表面にラバーを張ったステンレス製である。ステッピングモーターにより制御されて回転する。この実施例では屈曲する基板のポリカーボネイトにスピンオンガラス（ＳＯＧと呼ばれる）が塗布されてある。ＳＯＧを焼結するための接触表面加熱器４６が回転支持台４４の上に備えられてある。
【００３３】
表面が鏡面に仕上げてあるステンレスパイプ４５で接触加熱ローラ２の表面が構成されている。接触加熱ローラ２は電気加熱炉４３で加熱される。電気加熱炉のヒーター不純物がローラ２の表面を汚染しないように内壁材料の石英がヒーターをシールする。余分な熱、特に輻射熱が屈曲基板４１に及ばないように冷却機構を備えた熱遮蔽板４２が接触表面加熱器４６と回転支持台４４の間に配置されてある。接触加熱ローラ２の表面の鏡面ステンレスパイプ４５は３５０℃に加熱される。接触加熱ローラ２は屈曲基板４１と線接触して接触したときだけ基板表面を加熱する。
【００３４】
例えば周速度が３００ｍｍ／分であると接触している実効線幅が１ｍｍと仮定すると接触している時間は０．２秒以下になる。即ち、本発明によれば基板全体をバッチ式で数十分から数時間かけて加熱するより短い時間で連続加熱処理ができる。また熱伝播が基板の深さ方向に定常状態になる前に熱の注入が止まるので、表面を優先的に加熱する。粘性材としてシリコングリースを用いた。測定しないグリースの厚みは接触加熱ローラの重さで制御した。
【００３５】
ポリカーボネイトは永久変形することなく，ＳＯＧ膜は焼成された。赤外分光光度計で調べた膜中のＯＨ濃度は焼成前に比べて１／１０以下に減少した。回転ローラの表面はステンレス鋼のパイプである例を示したが、石英やセラミクスであっても良い。また導電性のある他の金属やカーボンであってもよい。加熱は電気炉でなくランプまたは高温ガスの吹き付けであってもよい。回転ローラが導電性であるときは、電気炉でなく、高周波加熱や抵抗加熱であってもよい。
【００３６】
実施例２を図５に示す。屈曲可能なシート状樹脂基板としてポリカーボネイトがある。焼成すると硬くなる有機ポリマー（韓国のＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍａｔｅｒｉaｌｓ社製の商品ＴＲＸ）が塗られて溶剤が除去された膜が形成されたポリカーボネイトのシート基板５１をシート基板ローラ５２から供給する。ドラム状の回転支持台５４に密着してシート基板は巻かれる。回転支持台５４の他の反対側は粘性材２０が溜められた粘性材付着器５５につかっている。
【００３７】
粘性材はグリースである。支持台の回転によりグリースは付着する。ゴム製のシキジー５６で一定量の厚みにグリースを付着させる。シート基板を３００ｍｍ／分の速度で回転移動させながら、３５０℃に加熱した接触表面加熱器４６の図示してない接触加熱ローラをシート基板５１に接触させる。スキジー５７でグリースを回収して再び付着器５５にもどす。拭き取り液５８を溜めた粘性材拭き取り器５９には回転拭き取りブラシ６０が備えられ、基板シートに拭き取り液５８を浴びせながら回転する。
【００３８】
拭き取り液５８はグリースの場合エチルアルコールでよい。ブラシはスポンジでもよい。アルコールを乾燥させるために温風の乾燥機６１で温風をかける。スキジーは１段で示したが、何段になっていても良い。粘性材拭き取り器５９は複数台あってもよい。粘性材の拭き取りの終った清浄なシート基板を回収ローラ６２に巻き取る。焼成後の有機ポリマー膜は硬くなり、ペンシル硬度試験で４Ｈ以上を示した。
【００３９】
屈曲可能なシート基板として、ここではポリカーボネイト樹脂をあげたが、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アクリルなどの樹脂フィルムを基板として用いても良い。またステンレスやアルミニュームの金属シートであっても良い。粘性材としてグリースをあげたが、粘性材層が油、グリース、水、ワックスのいずれかを含む流体であっても良い。またシート基板に予め付着させてあり、接触加熱ローラが接触したときとき軟化または液化するフィルム材料であっても良い。塗布材料としてＳＯＧと有機ポリマーを選んだが、ほかの材料であるスピンオン誘電体（ＳＯＤ）やＺｎＯなどの導電膜、ＣＩＧＳ（Ｃｕ、Ｉｎ，Ｇａ，Ｓeの化合物結晶）などの結晶膜であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は基板よりも高い温度で膜形成する大型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。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板
１ａ  基板表面
１ｂ  基板裏面
２    接触加熱ローラ
４  支持台
５    ゴミ
６  空気
７  接触部分
８  密着部分
２０  粘性材
４１  屈曲基板
４２  熱遮蔽版
４３  電気加熱器
４４、５４  回転支持台
４５  鏡面ステンレスパイプ
４６  接触表面加熱器
５１  シート基板
５２  送りローラ
５５  粘性材付着器
５６  スキジー
５７  スキジー
５８  拭き取り液
５９  粘性材拭き取り器
６０  回転拭き取りブラシ
６１ 乾燥器
６２  回収ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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