(57)【要約】【課題】支持台の上に基板を置き、基板を支持台から加熱するのでなく高温のガスを吹き付けることにより基板上の膜を高温アニールして膜を形成する、または熱ＣＶＤ膜を基板表面に形成するときに基板と支持台の密着がゴミや空気、基板ゆがみのために不完全であった。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でも高温ガスを吹き付ける熱処理が可能となった。【選択図】  図２
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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１より高温のガスを前記基板表面に吹き付けて、当該基板の表面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が挿入されることを特徴とする膜形成装置。
【請求項２】
基板が屈曲可能なポリカーボネイトや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】
前記粘性材が油、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３記載の装置。
【請求項５】
前記粘性材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４記載の装置。
【請求項６】
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５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。安価で取り扱いが容易、ロール巻き取りが可能な基板の上の薄膜利用のデバイスとしては樹脂や金属シートの上に作製した太陽電池がある。
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】
そして、低温に保持した基板上に成長させる膜は、例えばプラズマ励起のアモルファス薄膜である。この場合は非平衡成長（可逆反応でない成長）なので、気相の活性種同士が核成長を起こして基板に付着して成長が進行するため高温熱ＣＶＤ（化学気相成長）膜よりも膜組成や構造は不安定である。
【０００３】
このために、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。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。
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】
そして、緻密な膜を得る熱励起の化学気相成長（熱ＣＶＤ）では、これまでは基板温度として低くても５００℃以上の高温が一般的に必要であった。
基板を高温にすることなく高温熱ＣＶＤ膜を成長させることが出来れば、それが実用上最も信頼性が高く、応用の広い膜形成方法である。
【０００５】
また、ＣＶＤで成長させるのでなく、材料を溶かした溶液状のもの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３００〜６００℃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。  
【０００６】
本発明は例えば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、または３元以上の化合物膜等の膜を形成する装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−０６１３０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
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て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、基板を含めた膜の加熱焼成はできない。
緻密な構造の膜を成長させるためには、基板を加熱せずに基板より高温で活性種を発生させて、活性種を含む高温ガスを支持台に置かれた基板の上に拡散させ、基板の上に膜を成長させる。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。このときの課題を図１に示す。ガス加熱器３で生成させた高温のガスビーム２を基板表面１ａに吹き付けたとき、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などに影響を受ける課題があった。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。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また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。空気６による隙間が支持台と基板にあるとき、ポリカーボネイトの０．１ｍｍ厚みの基板は１ｍｍＸ１８０ｍｍの断面形状の５００℃、２０標準リットル／分（ＳＬＭ）の窒素ガスビーム２により空気６の隙間のある部分で変形した。このとき支持台と密着していた密着部分７は形状を維持した。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。高温ガスを吹き付け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がいたるところで密着する構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。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。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が作る空隙や表面形状のうねり２１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。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。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。樹脂基板の材料としては安価なＰＥＴ粘性材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。
【００１１】
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１より高温のガスを前記基板表面に吹き付けて、当該基板の表面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。
請求項２に係わる発明は基板が屈曲可能なポリカーボネイトや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記載の装置である。  
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。
請求項４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３記載の装置である。
請求項５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４記載の装置である。
請求項６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５記載の装置である。
【発明の効果】
【００１２】
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、基板より高温のガス２を吹き付け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６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。
【００１３】
請求項２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。
【００１４】
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。
【００１５】
請求項４と５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。これらの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。
【００１６】
請求項６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】
【００１７】
【図１】図１は基板より高い温度のガスを吹き付ける膜形成装置の課題を表す模式図である。
【図２】図２は基板と支持台の間に粘性材を挿入し、課題を解決する本発明の装置の基本構造の模式図である。粘性材が基板と支持台の隙間を埋めて課題を解消する。
【図３】図３はシート基板と回転ドラム支持台の間に粘性材を挿入し、基板より高い温度のガスを吹き付ける装置の実施例の模式図である。屈曲基板をドラムに巻きつけ回転移動させる。
【図４】図４は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、高温ガス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５】図５は基板の上のアモルファス膜をプラズマで熱処理する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】
【００１８】
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。
実施例１を図３に示す。回転支持台３４の上に屈曲する基板３１が粘性材２０を挟んで密着させてある。回転支持台３４は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。この実施例ではシリコン膜を形成するための高温ガス吹き付け装置３２が回転支持台の上に置かれてある。ガス供給器１から窒素ガスが導入されてガス加熱器３で加熱される。加熱器３からの汚染を防止するバリアー壁３５がある。バリアー壁３５は石英である。供給ガス１を導くガス供給器３６はステンレスパイプである。上に向かって１ｍｍΦの孔がパイプの長手方向（紙面に垂直方向）に複数開けられている。この孔からでた窒素ガスはバリアー壁３５に垂直に当たり、熱を奪う。それは加熱されて、加熱されたキュリアーガスとして作用する。ガス供給器３７がガス供給器３６の下にある。それにはガスの出る１ｍｍΦの孔が上に向かってパイプの長手方向に複数開けられている。供給器３６は熱分解して膜を形成するガスを供給する。６００℃の温度でシリコン結晶を成長させるために窒素希釈されたモノシランのガスを用いた。ガス加熱器３に接触して高温ガスガイド３８がガス加熱器３下に配置されて基板１の表面１ａとの間に空隙がある。高温ガスガイド３８はガス加熱器３で加熱された高温の窒素ガスの通路を備えられていて、この窒素ガスで高温に保持される。ガス供給器３６からのキャリアーガスはガス供給器３７からのガスと混合されて下に吹き出る。加熱を６００℃で行うと熱で加熱分解されて発生したモノシラン活性種と加熱された窒素の高温混合ガス３９が下に向けて吹き出る。高温混合ガス３９は前記空隙を層流として左右に流れでる。前記空隙の間の層流は高温ガスガイド３８と基板表面１ａの表面に停滞層を形成する。高温混合ガスの中のシラン活性種成分は停滞層を拡散して、黄色のシリコン結晶膜を成長させる。結晶膜は基板の表面と高温ガスガイド３８の表面に成長する。高温ガスガイド３８は高温混合ガスの温度と基板表面の温度を一定に維持する。急激に温度低下が始まる場所を、活性種濃度がまだ高い範囲の場所に作らない。
【００１９】
実施例２を図４に示す。屈曲可能なシート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スピンオンガラス（ＳＯＧ）の膜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４１をシート基板ローラ４２から供給する。ドラム状の回転支持台４４に密着してシート基板は巻かれる。回転支持台の他の側は粘性材２０が溜められた粘性材付着器４５につかっている。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４６で一定量の厚みにグリースを付着させる。シート基板を３０ｃｍ／分の速度で回転移動させながら、４５０℃に加熱した窒素ガスを膜アニールのための高温ガス吹き付け装置４３で１０ＳＬＭの割合で吹き付ける。吹き付けたガスは１ｍｍＸ１８０ｍｍの断面を持ったビーム状である。スキジー４７でグリースを回収して再び付着器４５にもどす。拭き取り液４８を溜めた粘性材拭き取り器４９には回転拭き取りブラシ５０が備えられ、基板シートに拭き取り液４８を浴びせながら回転する。拭き取り液４８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で温風をかける。スキジは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４９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５２に巻き取る。
【００２０】
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、アクリルやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）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、油や水、ワックスであっても良い。またシート基板に予め付着させてあり、高温ガスを吹き付けたとき軟化または液化するフィルム材料であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
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】
【００２２】
１  基板
１ａ  基板表面
１ｂ  基板裏面
２  高温ガス
３  ガス加熱器
４  支持台
５  ゴミ
６  空気
７  密着部分
９  合流用ヘッダ
２０  粘性材
２１  うねり
３２  膜形成をする高温ガス吹き付け装置
３３  高温ガス
３４  回転支持台
３５  バリアー壁
３６  ガス供給器
３７  ガス供給器
３８  高温ガスガイド
３９  高温混合ガス
４１  シート基板
４２  送りローラ
４３  膜アニール高温ガス吹き付け装置
４５  粘性材付着器
４６  シキジー
４７  スキジー
４８  拭き取り液
４９  粘性材拭き取り器
５０  回転拭き取りブラシ
５１   乾燥器
５２  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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