(57)【要約】【課題】低コストでかつ処理時間を短縮しつつ充分な固相成長を得られる基板用熱処理装置を提供する。【解決手段】アモルファスシリコン膜Ａを形成したガラス基板15を湾曲させた状態で保持可能な基板保持手段16を設ける。基板保持手段16により湾曲させた状態で保持したガラス基板15を加熱する熱処理手段17を設ける。ガラス基板15の湾曲によりアモルファスシリコン膜Ａに膜応力を発生させ、膜応力を駆動力として固相成長を促進させて、低コストでかつ処理時間を短縮しつつ充分な固相成長を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された機能膜を固相成長させる基板用熱処理装置であって、
機能膜を形成した基板を湾曲させた状態で保持可能な基板保持手段と、
この基板保持手段により湾曲させた状態で保持した前記基板を加熱する熱処理手段と
を具備したことを特徴とする基板用熱処理装置。
【請求項２】
前記基板保持手段は、
湾曲形成された基板保持台と、
この基板保持台に基板を吸着する吸着手段とを備えている
ことを特徴とする請求項１記載の基板用熱処理装置。
【請求項３】
前記基板保持手段は、基板を湾曲させる曲率を変化させることが可能である
ことを特徴とする請求項１記載の基板用熱処理装置。
【請求項４】
前記基板保持手段は、
湾曲形成された基板保持台と、
この基板保持台に基板を吸着する吸着手段と、
前記基板保持台の湾曲の曲率を変化させる曲率変化手段とを備えている
ことを特徴とする請求項３記載の基板用熱処理装置。
【請求項５】
前記基板保持手段は、
基板をそれぞれ吸着する複数の基板吸着手段と、
これら基板吸着手段の相対的な位置を変化させることでこれら基板吸着手段に吸着した基板の湾曲の曲率を変化させる位置可変手段とを備えている
ことを特徴とする請求項３記載の基板用熱処理装置。
【請求項６】
前記基板保持手段は、
前記基板を互いに対向する位置で保持する対をなす保持手段と、
これら保持手段間の距離を変化させる距離可変手段とを備えている
ことを特徴とする請求項３記載の基板用熱処理装置。
【請求項７】
基板上に形成される機能膜は、アモルファスシリコン膜である
ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一記載の基板用熱処理装置。
【請求項８】
基板上に形成された機能膜を固相成長させる基板用熱処理装方法であって、
機能膜を形成した基板を湾曲させた状態で保持して熱処理する
ことを特徴とする基板用熱処理方法。
【請求項９】
基板は、ガラス基板であり、
このガラス基板を湾曲させた状態で保持して所定の第１保持温度により第１熱処理をし、
前記ガラス基板を平坦状に保持して前記第１保持温度よりも低くかつ前記ガラス基板の歪点よりも高い第２保持温度により第２熱処理をする
ことを特徴とする請求項８記載の基板用熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された機能膜を固相成長させる基板用熱処理装置およびこれを備えた基板用熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子などの表示素子として、マトリクス状に配置された多数の画素を、画素毎に駆動するために、画素毎に薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)を設けたアクティブマトリクス型の表示素子が知られている。
【０００３】
薄膜トランジスタを構成する半導体層には、アモルファスシリコンや多結晶シリコンが用いられており、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタに比べて同一形状でより多くの電流を流すことができるため、高性能な液晶表示素子を実現する上で欠かせないものになっている。
【０００４】
このような用途に用いられる多結晶シリコンは、一般にアモルファスシリコンを熱処理によって結晶化することによって得られる。結晶化の方法は、レーザ光によってアモルファスシリコン膜をシリコンの融点近傍の温度まで極短時間昇温して結晶化する方法や、アモルファスシリコン膜を熱処理炉で長時間加熱して固相成長を生じさせることで結晶化する方法が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００５】
レーザ光を用いる方法は、高価なレーザ熱処理装置を必要とするため、低いコストでアモルファスシリコンを結晶化するには、熱処理炉を用いた固相成長法が望ましい。
【０００６】
しかしながら、固相成長法を用いる場合、ガラス基板の歪点が６７０℃程度であるため、その加熱温度に限度があり、そのため充分に固相成長を生じさせるには、数時間ないし十数時間もの時間を要する場合がある。
【特許文献１】特開２００２−１６４２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、低コストでかつ処理時間を短縮して充分な固相成長が可能な構成が望まれている。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、低コストでかつ処理時間を短縮しつつ充分な固相成長を得られる基板用熱処理装置およびこれを備えた基板用熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基板上に形成された機能膜を固相成長させる基板用熱処理装置であって、機能膜を形成した基板を湾曲させた状態で保持可能な基板保持手段と、この基板保持手段により湾曲させた状態で保持した前記基板を加熱する熱処理手段とを具備したものである。
【００１０】
また、本発明は、基板上に形成された機能膜を固相成長させる基板用熱処理装方法であって、機能膜を形成した基板を湾曲させた状態で保持して熱処理するものである。
【００１１】
そして、機能膜を形成した基板を湾曲させた状態で保持して熱処理する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板の湾曲により機能膜に膜応力を発生させ、この膜応力を駆動力として固相成長を促進させて、低コストでかつ処理時間を短縮しつつ充分な固相成長を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施の形態の基板用熱処理装置の構成を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１において、11は基板用熱処理装置(以下、熱処理装置11と略称する)を示し、この熱処理装置11は、例えば液晶表示素子、あるいは有機ＥＬ表示素子などの表示素子に用いられるスイッチング素子である薄膜トランジスタの活性層を熱処理によって生成するものである。
【００１５】
そして、この熱処理装置11は、外囲器である処理容器13内の処理空間14に、機能膜としてのアモルファスシリコン膜Ａを形成した基板である平面視四角形状のガラス基板15を保持する基板保持手段16と、ガラス基板15をアモルファスシリコン膜Ａとともに加熱する熱処理手段17とが配置されて構成されている。
【００１６】
処理容器13には、一端側の上側寄りの位置にガス導入口21が形成され、他端側の上側寄りの位置にガス排出口22が形成されている。これらガス導入口21およびガス排出口22は、アモルファスシリコン膜Ａが酸化されるのを防止するために窒素ガスなどの不活性なガスＧを処理空間14内に流すためのものである。そして、処理容器13には、ガラス基板15を処理空間14内に搬入するための図示しない搬入口と、処理後のガラス基板15を処理空間14から搬出するための図示しない搬出口とがそれぞれ形成されている。
【００１７】
基板保持手段16は、ガラス基板15を上面25a上に載置する基板保持台25と、この基板保持台25を湾曲させる曲率変化手段としての複数のアクチュエータ26と、基板保持台25の上面25a上に載置されたガラス基板15をこの上面25aに吸着する吸着手段27とを有している。
【００１８】
基板保持台25は、薄板状に形成され、アクチュエータ26によりその曲率を変化させることが可能となっている。
【００１９】
各アクチュエータ26は、例えば油圧シリンダなどの流体圧アクチュエータ(流体圧シリンダ)であり、処理容器13の外部に上下方向に沿って配置された曲率変化手段本体としてのアクチュエータ本体であるシリンダ28と、このシリンダ28から上方へと突出して処理容器13内に位置するロッド29とを備えている。そして、各ロッド29が基板保持台25の背面側にそれぞれ接続されており、これらロッド29の伸縮によって、基板保持台25を、その中心側が周辺側よりも上方へと突出するように湾曲させることが可能となっている。これらアクチュエータ26は、図示しない制御手段によりロッド29の伸縮が制御されている。
【００２０】
吸着手段27は、基板保持台25の上面25aに形成された図示しない複数の吸着口と、処理容器13の外部に配置され各吸着口に連通する真空手段である真空ポンプ32とを有している。そして、この吸着手段27は、真空ポンプ32の駆動により発生した真空を各吸着口から作用させることで、ガラス基板15を基板保持台25の上面25aに吸着する。
【００２１】
一方、熱処理手段17は、抵抗加熱ヒータであり、処理容器13の上部から処理空間14内に吊下されており、基板保持台25の上面25aに所定の距離をおいて対向している。また、この熱処理手段17は、中央側が周辺側よりも上方へと突出して湾曲するように形成されており、この熱処理手段17の湾曲形状は、ガラス基板15を最大に湾曲させた状態に対応している。この熱処理手段17は、図示しない温度制御手段により流す電流値を可変させることで、ガラス基板15の加熱温度を制御可能となっている。
【００２２】
次に、上記第１の実施の形態の基板用熱処理方法を、図２に示すグラフも参照しながら説明する。
【００２３】
まず、アモルファスシリコン膜Ａを所定位置に成膜したガラス基板15の搬入時には、各アクチュエータ26のロッド29を伸縮させることにより、図１の想像線に示すように、基板保持台25を平坦な状態とする。
【００２４】
そして、基板保持台25の上面25aに載置されたガラス基板15は、上面25aに形成された複数の吸着口を介して真空ポンプ32で発生した真空により、上面25aに吸着保持される。
【００２５】
この後、アモルファスシリコン膜Ａが酸化されるのを防止するために、ガス導入口21とガス排出口22とを用いて窒素ガスなどの不活性なガスＧを処理空間14に流しつつ、熱処理手段17によりガラス基板15をアモルファスシリコン膜Ａ側から加熱する。
【００２６】
このとき、徐々に加熱されたガラス基板15の温度が、ガラス基板15の歪点TGよりも充分に高く、かつ、シリコンの融点TSよりも低い第１保持温度T1、例えば９００℃に達した時点t1でアクチュエータ26のロッド29を伸縮させることにより、基板保持台25および吸着されたガラス基板15を湾曲させる。ガラス基板15は、この湾曲させた状態でアモルファスシリコン膜Ａが結晶化したシリコン膜へと固相成長するまで熱処理が続けられる。
【００２７】
この後、アモルファスシリコン膜Ａの結晶化が完了した時点t2で降温を開始する。この降温の過程では、徐々に基板保持台25およびガラス基板15の湾曲の曲率を大きくし、ガラス基板15の歪点TGより高く第１保持温度T1より充分に低い第２保持温度T2、例えば７００℃に達した時点t3では平坦になるようにアクチュエータ26を制御する。
【００２８】
さらに、第２保持温度T2において、ガラス基板15の歪が除去されるまで熱処理が続けられる。ここで、第２保持温度T2におけるシリコン膜の除歪速度は、ガラス基板15に比べて遅いため、ガラス基板15の歪が除去されてもシリコン膜中には歪が残留する。この第２保持温度T2でのプロセスは、ガラス基板15中の歪が充分に除去された時点t4で完了する。
【００２９】
そして、ガラス基板15中の歪が充分に除去された時点t4で温度の再降下を開始し、適切な所定の温度T3、例えば２００℃程度まで降温した後、ガラス基板15を処理容器13から搬出する。
【００３０】
このように、上記第１の実施の形態では、アモルファスシリコン膜Ａを形成したガラス基板15を湾曲させた状態で基板保持手段16により保持し、この基板保持手段16により湾曲させた状態で保持したガラス基板15を熱処理手段17により加熱する構成とした。
【００３１】
この結果、ガラス基板15をアモルファスシリコン膜Ａとともに湾曲させることにより、アモルファスシリコン膜Ａに膜応力を発生させ、その膜応力を駆動力としてアモルファスシリコン膜Ａの固相成長すなわち結晶化を促進でき、低コストでかつ処理時間を短縮しつつ充分な固相成長を得ることができるとともに、ガラス基板15の湾曲を元の平坦な状態に戻したときに結晶化したシリコン膜に歪を残留させることができる。シリコン膜は、歪を生じさせることで特定の方向の移動度が向上することが知られているため、上記のようにシリコン膜の任意の方向に歪を生じさせることが可能となることで電気特性に優れた多結晶シリコン膜が得られるので、この多結晶シリコン膜を活性層として用いた薄膜トランジスタの特性向上を図ることができ、この薄膜トランジスタを画素駆動用のスイッチング素子として用いる表示素子の特性をも向上できる。
【００３２】
また、基板保持手段16が、ガラス基板15を湾曲させる曲率を変化させることが可能であるため、ガラス基板15の曲率を変化させた状態で熱処理手段17による加熱が可能である。
【００３３】
具体的に、上記第１の実施の形態では、ガラス基板15を湾曲させた状態で保持して第１保持温度T1により第１熱処理をし、ガラス基板15を平坦状に保持して第１保持温度T1よりも低くかつガラス基板15の歪点よりも高い第２保持温度T2により第２熱処理をする構成とすることで、第１熱処理において、歪はシリコン膜だけでなく、ガラス基板15にも生じるものの、ガラス基板15の歪は、第２保持温度T2において平坦な状態で熱処理する第２熱処理によって除去でき、ガラス基板15に歪が残留することがない。
【００３４】
さらに、基板保持手段16は、基板保持台25にガラス基板15を吸着手段27によって真空吸着することにより、ガラス基板15を傷付けにくい状態で基板保持台25に保持できる。
【００３５】
そして、各アクチュエータ26により基板保持台25を湾曲させることによりガラス基板15を湾曲させることで、比較的簡単な構成でガラス基板15を精度よく湾曲させることができる。
【００３６】
次に、第２の実施の形態を図３を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態の基板保持台25およびアクチュエータ26を有する基板保持手段16に代えて、位置可変手段としての複数のアクチュエータ35と、これらアクチュエータ35のそれぞれに接続された基板吸着手段としての基板吸着ユニット36とを有する基板保持手段37を備えるものである。
【００３８】
アクチュエータ35は、例えば油圧シリンダなどの流体圧アクチュエータ(流体圧シリンダ)であり、処理容器13の外部に上下方向に沿って配置された位置変化手段本体としてのアクチュエータ本体であるシリンダ38と、このシリンダ38から上方へと突出して処理容器13内に位置するロッド39とを有している。そして、各ロッド39の先端に、基板吸着ユニット36が回動可能に取り付けられている。これらアクチュエータ35は、図示しない制御手段によりロッド39の伸縮が制御されている。
【００３９】
基板吸着ユニット36は、処理容器13の外部に配置された真空手段である真空ポンプ41と接続されており、上端側が開口した有底円筒状に形成され、この上端側でガラス基板15の背面側を直接保持するように構成されている。
【００４０】
そして、各アクチュエータ35のロッド39の伸縮により、基板吸着ユニット36の上下方向の相対的な位置を変化させることで、真空ポンプ41の駆動により発生した真空の作用によって基板吸着ユニット36に吸着したガラス基板15を、アモルファスシリコン膜Ａとともに湾曲させることが可能となっている。このとき、ガラス基板15は、例えば周辺側が中央側よりも上方へと突出するように湾曲される。
【００４１】
また、熱処理手段17は、処理容器13の上部から処理空間14内に吊下されており、各アクチュエータ35のロッド39に接続された基板吸着ユニット36の上部に所定の距離をおいて対向している。また、この熱処理手段17は、周辺側が中央側よりも上方へと突出するように湾曲して形成されており、この熱処理手段17の湾曲形状は、ガラス基板15を最大に湾曲させた状態に対応している。
【００４２】
そして、上記第１の実施の形態と同様にガラス基板15の曲率を制御しつつ、上記第１の実施の形態と同様の温度プロファイルでガラス基板15を加熱して、アモルファスシリコン膜Ａを固相成長させて結晶化する。
【００４３】
このように、アモルファスシリコン膜Ａを形成したガラス基板15を湾曲させた状態で基板保持手段37により保持し、この基板保持手段37により湾曲させた状態で保持したガラス基板15を熱処理手段17により加熱する構成、また、ガラス基板15を湾曲させた状態で保持して第１保持温度T1により第１熱処理をし、ガラス基板15を平坦状に保持して第１保持温度T1よりも低くかつガラス基板15の歪点よりも高い第２保持温度T2により第２熱処理をする構成など、上記第１の実施の形態と同様の構成を有することにより、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４４】
また、各基板吸着ユニット36の相対的な位置をアクチュエータ35により可変させることで、基板吸着ユニット36に保持したガラス基板15の曲率を変化させることにより、ガラス基板15の曲率を、より精度よく制御できる。
【００４５】
次に、第３の実施の形態を図４を参照して説明する。なお、上記各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
この第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態の基板保持台25およびアクチュエータ26を有する基板保持手段16に代えて、ガラス基板15の互いに対向する位置、例えば互いに平行な辺15a，15aを保持する保持手段としての基板保持ユニット45，45と、これら基板保持ユニット45，45間の距離を変化させる距離可変手段としてのアクチュエータ46，46とを有する基板保持手段47を備え、かつ、熱処理手段17に代えて、熱源である複数のランプ51と保持部52とを有する熱処理手段53を備えるものである。
【００４７】
各基板保持ユニット45は、断面視でコ字状に形成されており、ガラス基板15の各辺15aをチャッキングなどにより保持することが可能となっている。
【００４８】
アクチュエータ46は、例えば油圧シリンダなどの流体圧アクチュエータ(流体圧シリンダ)であり、処理容器13の外部に水平方向に沿って配置された距離変化手段本体としてのアクチュエータ本体であるシリンダ55と、このシリンダ55から水平方向へと突出して処理容器13内に位置するロッド56とを有しており、各ロッド56の先端に、基板保持ユニット45が取り付けられている。これらアクチュエータ46は、図示しない制御手段によりロッド56の伸縮が制御されている。
【００４９】
そして、各アクチュエータ46のロッド56の伸縮により、基板保持ユニット45，45間の距離を変化させることで、これら基板保持ユニット45，45間に保持したガラス基板15を、アモルファスシリコン膜Ａとともに湾曲させることが可能となっている。このとき、ガラス基板15は、例えば中央側が周辺側よりも上方へと突出するように湾曲される。
【００５０】
また、熱処理手段53は、保持部52が処理容器13の上部から処理空間14内に吊下されており、この保持部52の下部に、各ランプ51がガラス基板15の上部に所定の距離をおいて対向するように取り付けられている。この熱処理手段53は、図示しない温度制御手段によりランプ51の駆動を制御することでガラス基板15の加熱温度を制御可能となっている。
【００５１】
各ランプ51は、ランプ本体51aと、このランプ本体51aの光を反射する反射体であるリフレクタ51bとをそれぞれ備えている。ランプ本体51aとしては、例えばハロゲンランプ、あるいはフラッシュランプなどを用いることが好ましい。
【００５２】
また、保持部52は、中央側が周辺側よりも上方へと突出するように湾曲して形成されており、この保持部52の湾曲形状は、ガラス基板15を最大に湾曲させた状態に対応している。
【００５３】
そして、上記各実施の形態と同様にガラス基板15の曲率を制御しつつ、上記各実施の形態と同様の温度プロファイルでガラス基板15を加熱して、アモルファスシリコン膜Ａを固相成長させて結晶化する。
【００５４】
このように、アモルファスシリコン膜Ａを形成したガラス基板15を湾曲させた状態で基板保持手段47により保持し、この基板保持手段47により湾曲させた状態で保持したガラス基板15を熱処理手段53により加熱する構成、また、ガラス基板15を湾曲させた状態で保持して第１保持温度T1により第１熱処理をし、ガラス基板15を平坦状に保持して第１保持温度T1よりも低くかつガラス基板15の歪点よりも高い第２保持温度T2により第２熱処理をする構成など、上記各実施の形態と同様の構成を有することにより、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５５】
また、ガラス基板15の互いに対向する位置を基板保持ユニット45，45により保持し、これら基板保持ユニット45，45間の距離をアクチュエータ46，46により変化させてガラス基板15の曲率を変化させることで、比較的簡単な構成でガラス基板15の曲率を変化させる構成を実現できる。
【００５６】
さらに、熱処理手段53にランプ51を用いることにより、例えばこのランプ51のランプ本体51aをハロゲンランプにすれば、昇温速度および降温速度の制御の可変幅が大きくなり、結晶化したシリコン膜およびガラス基板15の昇温および降温過程における各歪量を、より精度よく制御でき、また、ランプ51のランプ本体51aをフラッシュランプとすれば、ミリ秒単位の瞬間的な加熱が可能であるため、光照射による昇温領域を、アモルファスシリコン膜Ａを含むガラス基板15の最表面(表面から数十μｍの領域)に局在させることができるので、アモルファスシリコン膜Ａの結晶化を促進する効果および結晶化したシリコン膜に歪を生成する効果を有しつつ、ガラス基板15の歪みを低減でき、ガラス基板15の歪みを除去するプロセスが不要になるなど、製造工数の削減が可能となる。
【００５７】
なお、上記各実施の形態において、それぞれの構成は、適宜任意に抽出して組み合わせることが可能である。
【００５８】
また、ガラス基板15は、表示素子に適用するものに限定されず、かつ、このガラス基板15に形成する機能層も、固相成長させるものであれば、アモルファスシリコン膜Ａに限定されない。その際、熱処理手段による過熱の温度プロファイルは、適宜任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基板用熱処理装置を示す説明図である。
【図２】同上基板用熱処理方法の温度プロファイルを示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態の基板用熱処理装置を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の基板用熱処理装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
11    基板用熱処理装置
15    基板としてのガラス基板
16，37，47    基板保持手段
17，53    熱処理手段
25    基板保持台
26    曲率変化手段としてのアクチュエータ
27    吸着手段
35    位置可変手段としてのアクチュエータ
36    基板吸着手段としての基板吸着ユニット
45    保持手段としての基板保持ユニット
46    距離可変手段としてのアクチュエータ
Ａ    機能膜としてのアモルファスシリコン膜
【図１】
2010073937.tif 000003
【図２】
2010073937.tif 000004
【図３】
2010073937.tif 000005
【図４】
2010073937.tif 000006