(57)【要約】【課題】高圧アニール水蒸気処理方法においては高圧アニール水蒸気処理の際にＳｉＯＨ基を発生する。このＳｉＯＨ基は製品の品質の均質化を阻害する要因となるため、ＳｉＯＨ基を反応容器２４内から除去することが望まれる。【解決手段】水蒸気処理を所定時間（ｔ２）まで行なった後反応容器２４内の圧力を僅かに減圧し、酸素供給ライン４４を介して反応容器２４内へ酸素を供給してその減圧分を補償する。酸素供給により反応容器内の圧力がｐ１に戻れば直ちに酸素供給を停止する。これにより実質的に反応容器２４内部の圧力は当初の圧力ｐ１を保持する。この間、反応容器２４内の温度は当初の温度ｄ１を維持する。この減圧及び酸素供給の動作を数回繰返す。酸素置換作用を行ない、酸化反応を所定時間（ｔ３）まで数回繰返す。この酸化の酸化作用により好ましくないＳｉＯＨ基が酸素と反応を起こしその大部分を消滅する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の薄板２６を高圧アニール水蒸気処理する装置２０であって、圧力容器２２と、圧力容器２２の内部に収容されている反応容器２４と、反応容器２４の内部に収容されている薄板２６及びこれらの薄板２６を所定の間隔に保持するためのカセット２８と、圧力容器２２内部において反応容器２４の下部を閉じておりかつ圧力容器２２の内部を上下に封止分断しているエンドキャップ３０と、エンドキャップ３０と圧力容器２２との間にあり反応容器２４内へ加熱水蒸気を供給するための加熱水蒸気供給装置３２と、を有しており、
加熱水蒸気供給装置３２が、端部が給水源へ連結されている給水ライン３４と、給水ライン３４を開閉するための弁３６と、給水ライン３４により供給された水を収容するためタンク３８と、タンク３８から反応容器２４内へ連結し当該容器２４へ蒸気を提供する蒸気供給ライン４０と、加熱水蒸気供給装置３２全体を加熱するためのヒーター４２と、により構成されており、
圧力容器２２と反応容器２４との間には空所４８が画定されており、この空所４８には、反応容器２４を取り囲むように複数のヒーター５０が配置され、
圧力容器２２の外部からは、先端が反応容器２４内にて終わっている第１窒素供給ライン５２と、同様に先端が前記空所４８内にて終わっている第２窒素供給ライン５４と、が接続されており、これらのラインにはそれぞれ弁５６、５８が設けてある高圧アニール水蒸気処理装置において、
前記反応容器２４へ対して、酸素を供給するための酸素供給ライン４４が接続されていることを特徴とする高圧アニール水蒸気処理装置。
【請求項２】
酸素供給ラインが前記タンク３８へ連結されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧アニール水蒸気処理装置。
【請求項３】
酸素供給ラインの端部が酸素ボンベへ連結されかつ開閉弁４６を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧アニール水蒸気処理装置。
【請求項４】
液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の薄板２６を高圧アニール水蒸気処理する方法であって、
反応容器２４内のカセット２８へ所定数の薄板２６を配置すること、
給水ライン３４より供給された水を加熱水蒸気供給装置３２により蒸気とし、この蒸気を反応容器２４内へ供給し、反応容器２４内の温度と圧力を上昇すること、
反応容器２４内の圧力上昇に対抗するため、第２窒素供給ライン５４より圧力を提供すること、
一定時間（ｔ１）後に、反応容器２４内の温度及び圧力を高圧アニール水蒸気処理可能な状態（ｄ１及びｐ１）とし、この雰囲気下で所定の水蒸気処理を行なうこと、より成る高圧アニール水蒸気処理方法において、
水蒸気処理を所定時間（ｔ２）まで行なった後、反応容器２４内の圧力を僅かに減圧すること、
反応容器２４の内部が僅かに減圧されたなら直ちに酸素供給ライン４４から反応容器２４内へ酸素を供給してその減圧分を補償し、酸素供給によって反応容器内の圧力がｐ１に戻れば直ちに酸素供給を停止すること、
このような反応容器２４内の減圧及び酸素供給の動作を数回繰返し、これにより水蒸気と酸素とを置換する酸素置換作用を行なうこと、
酸素置換作業中、反応容器２４内の温度を当初の温度ｄ１に維持すること、
酸素置換作用によって置換された酸素により酸化反応を行なうこと、
その後、反応容器内の温度と圧力とを漸次低下させること、
の諸工程により水蒸気処理の際に発生するＳｉＯＨ基を減少することをことを特徴とする高圧アニール水蒸気処理方法。
【請求項５】
前記酸素置換作用を３〜６回程度繰返すことを特徴とする請求項４に記載の高圧アニール水蒸気処理方法。
【請求項６】
酸素置換の間中、反応容器内の圧力を実質的に当初圧力ｐ１に保持していることを特徴とする請求項４又は５に記載の高圧アニール水蒸気処理方法。
【請求項７】
反応容器内での減圧及び酸素供給による酸素置換作用を３〜６回程度繰返すことを特徴とする請求項４、５又は６に記載の高圧アニール水蒸気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等を高圧アニール処理する方法及びそれを実施するための装置に関し、特に液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等を高圧アニール水蒸気処理するための新規な方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等を高圧アニール処理する場合にはエキシマレーザーを使用する方法が広く知られている。このエキシマレーザーアニール方法は、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の表面を６００℃又はそれ以上の高温まで加熱し表面を酸化してそこに酸化膜を形成するというものである。しかしながら、この方法では、しばしば通常のソーダガラスのように軟化点が５００−６００℃程度のガラスはエキシマレーザーが発生する高熱に耐えることが出来ずガラス表面が溶解するという事故が発生した。そこで、多くの場合、エキシマレーザーを使用する場合には通常のソーダガラスの代わりに軟化点が１４００−１７００℃程度の石英ガラスを使用することが要求された。しかし、この石英ガラスは一般に高価であり経済的でない。この経済上の問題がネックとなり、エキシマレーザーの代替方法が真剣に検討された。
【０００３】
その結果考え出された方法としてレーザーアニール方法である。この方法は、ガラス表面だけを瞬間的に酸化させるものである。この方法によれば、通常のソーダガラスを使用した場合でも表面が溶けるということが無く、高価な石英ガラスの使用が不要となった。しかしながら、このレーザーアニール方法では別の問題点が発生した。それは、レーザーアニール方法では精度の高い酸化膜を形成することが困難であり所望の高精度なガラスの酸化膜加工が期待出来ないことが判明したのである。
【０００４】
そこで当業界において更に熱心な研究が継続された。その結果、今から約２０数年前の１９８０年代になって図３及び図４に示すような高圧アニール水蒸気処理装置が開発された。この装置は、エンドキャップ即ち下部内部容器１内にて加熱手段２、３（図３においては省略）によって加熱された高温の水蒸気４を、ガラス基板カセット５へ配置された被加工物（液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ）６を配置したクオーツチューブ即ち反応容器７内へ供給して高圧アニール水蒸気処理を施すものである。このときクオーツチューブ即ち反応容器７が容器内方からの高温高圧によって破壊されるのを防止するため、当該クオーツチューブ即ち反応容器７全体を大きな圧力容器８内へ収容し、かつ当該圧力容器８とクオーツチューブ即ち反応容器７との間に画定される空間を加圧することで当該クオーツチューブ即ち反応容器７の内外圧力のバランスを取っている。更に、処理反応を迅速化しかつ高品質な酸化膜形成を可能とするため、当該圧力容器８とクオーツチューブ即ち反応容器７との間において被加工物６の周囲に第１付加的加熱ヒーター９を、更にクオーツチューブ即ち反応容器７の上方部分に更に第２付加的加熱ヒーター１０を設けて水蒸気を加熱するものである。
【０００５】
そして、この約２０数年前に開発された方式の具体例としては、図３に示すように装置全体を横方向に長く配置した形式のもの（例えば、非特許文献１参照）や、構造は全く同じであるが図４に示すように装置全体を縦方向に高く配置した形式のもの（例えば、非特許文献２及び特許文献１参照）がある。
【０００６】
【非特許文献１】
坪内夏朗及び平山誠著、「高圧酸化」「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ」誌　プレスジャーナル出版、１９８２年９月号、ｐ．８２−８８
【非特許文献２】
カタログ「ＨＩＧＨ　ＰＲＥＳＳＵＲＥ　ＡＮＮＥＡＬ　ＳＹＳＴＥＭ」（高圧アニール装置ＨＰＡ）　石川島播磨重工業株式会社エネルギー事業本部　電子機器事業推進部　営業グループ　カタログ番号３６１１２−００４−１１−０１０３−５００ＭＲ　発行日不明
【特許文献１】
特開平１１−１５２５６７号公報（第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高圧アニール水蒸気処理方法はこれまでの問題点の多くを解消し比較的高い酸化レートを得ることが出来たのである。しかしながら、この方法においては、高圧アニール水蒸気処理の際に、水蒸気とガラスとが一部反応してクオーツチューブ即ち反応容器７内にＳｉＯＨ基を発生するということが判明した。この僅かなＳｉＯＨ基はその後の作業において、ガラス表面の酸化膜の平滑度や酸化膜自体の性能上、有害な作用を提供し、製品の品質の均質化を阻害する要因となることが判明した。このため、ＳｉＯＨ基をクオーツチューブ即ち反応容器７内から除去することが望ましい。本発明は高圧アニール水蒸気処理方法において、クオーツチューブ即ち反応容器７内に発生する、このＳｉＯＨ基を減少させるための方法及び装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水蒸気処理の際に高温加圧状態の水蒸気と薄板表面とが反応して発生する望ましくないＳｉＯＨ基を減少するために、水蒸気処理を所定時間（ｔ２）まで行なった後、反応容器２４内の圧力を僅かに減圧し、次いで、酸素供給ライン４４を介して反応容器２４内へ酸素を供給してその減圧分を補償する。酸素供給により反応容器内の圧力がｐ１に戻れば直ちに酸素供給を停止する。これにより実質的に反応容器２４内部の圧力は当初の圧力ｐ１を保持するようにする。この間中、反応容器２４内の温度は当初の温度ｄ１を維持するようにする。このような減圧及び酸素供給の動作を数回繰返す。これにより水蒸気と酸素とを置換する酸素置換作用を行ない、酸化反応を所定時間（ｔ３）まで数回繰返す。この酸化の酸化作用により好ましくないＳｉＯＨ基が酸素と反応を起こしその大部分を消滅させるのである。この酸素置換作用を３〜６回程度繰返すことでＳｉＯＨ基の少なくとも７０％以上が無くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の高圧アニール水蒸気処理方法を実施する装置の概略図である。この高圧アニール水蒸気処理装置２０は、圧力容器２２を有しており、圧力容器２２の内部には反応容器２４が収容されている。反応容器２４の内部には液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の高圧アニール水蒸気処理されるべき薄板２６及びこれらの薄板２６を所定の間隔に保持するためのカセット２８が収容されている。この反応容器２４の下部はエンドキャップ３０により閉じられている。また、このエンドキャップ３０は圧力容器２２の内部を上下に封止分断している。
【００１０】
エンドキャップ３０の内部には反応容器２４内へ加熱水蒸気を供給するための加熱水蒸気供給装置３２が収容されている。この装置３２は、端部が純水等の給水源へ連結されている給水ライン３４と、給水ライン３４を開閉するための弁３６と、給水ライン３４により供給された水を収容するためタンク３８と、タンク３８から反応容器２４内へ連結し当該容器２４へ蒸気を提供する蒸気供給ライン４０と、加熱水蒸気供給装置３２全体を加熱するためのヒーター４２と、により構成されている。更に本発明においては、前記タンク３８へ対して、端部が例えば酸素ボンベ等へ接続され、そこから酸素を供給するための酸素供給ライン４４が接続されており、この酸素供給ライン４４には当該ライン４４を開閉するための弁４６が装着されている。
【００１１】
圧力容器２２と反応容器２４との間に画定される空所４８には、反応容器２４を取り囲むように複数のヒーター５０が配置されており、これらのヒーターは当該反応容器２４を介して薄板２６を加熱する作用をしている。また、圧力容器２２の外部からは、先端が反応容器２４内にて終わっている第１窒素供給ライン５２と、同様に先端が前記空所４８内にて終わっている第２窒素供給ライン５４と、が接続されており、これらのラインにはそれぞれ弁５６、５８が設けてある。
【００１２】
次に、本発明の高圧アニール水蒸気処理装置２０の動作について、図２を参照しながら述べる。図２は反応容器２４内の雰囲気の状態を示している作動グラフである。この図において、横軸は時間（Ｔ）を、縦軸は圧力（Ｐ）と温度（℃）とを示す。また、破線で示す曲線６０は、給水ライン３４を介して供給される水がヒーター４２によって加熱され、その後、蒸気供給ライン４０によって供給される水蒸気によって加熱される反応容器２４内の温度変化を示している。また、実線で示す曲線６２は加熱蒸気の導入により加圧される反応容器２４内の圧力変化を示している。
【００１３】
初め、反応容器２４内のカセット２８へ所定数の薄板２６を配置する。次いで、弁３６を開放し給水ライン３４を介してタンク３８内へ給水する。ここに溜められた水はヒーター４２によって加熱され、蒸気となって反応容器２４内へ供給される。即ち、給水ライン３４より供給された水は加熱水蒸気供給装置３２の作動により蒸気となって、反応容器２４内へ供給される。このため、反応容器２４内の温度は時間の経過に概ね比例した状態で次第に上昇する。同様に、蒸気の導入により反応容器２４内の圧力も時間の経過に概ね比例した状態で次第に上昇する。
【００１４】
反応容器２４内の圧力上昇に対抗するため、第２窒素供給ライン５４の弁５８を開放して当該ライン５４より当該圧力上昇に対応する圧力を提供するように窒素ガスをヒーター５０が作用している空所４８へ供給して、反応容器２４の破損を防止する。
【００１５】
一定時間（ｔ１）後に、反応容器２４内の温度及び圧力が高圧アニール水蒸気処理可能な状態（ｄ１及びｐ１）に達する。この雰囲気下で薄板２６へ対して所定の水蒸気処理が行なわれる。このとき、高温加圧状態の水蒸気と薄板表面とが反応して望ましくないＳｉＯＨ基を発生する。そこで水蒸気処理を所定時間（ｔ２）まで行なった後、反応容器２４内の圧力を図示していない公知の減圧手段によって僅かに減圧する。反応容器２４の内部が僅かに減圧したなら直ちに弁４６を開放して酸素供給ライン４４を介して反応容器２４内へ酸素を供給してその減圧分を補償する。酸素供給により反応容器内の圧力がｐ１に戻れば直ちに酸素供給を停止する。これにより実質的に反応容器２４内部の圧力は当初の圧力ｐ１を保持するようにする。
【００１６】
この間中、反応容器２４内の温度は当初の温度ｄ１を維持するようにする。このような減圧及び酸素供給の動作を数回繰返す。これにより水蒸気と酸素とを置換する酸素置換作用を行ない、酸化反応を所定時間（ｔ３）まで数回繰返す。この酸化の酸化作用により好ましくないＳｉＯＨ基が酸素と反応を起こしその大部分が消滅する。この酸素置換作用を３〜６回程度繰返すことでＳｉＯＨ基の少なくとも７０％以上が無くなることが実験の結果判明している。
【００１７】
その後、弁５６を開き第１窒素供給ライン５２から反応容器２４内へ窒素を供給しながら当該反応容器内の温度と圧力とを漸次低下させ、その後、高圧アニール水蒸気処理された薄板２６を取り出す。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、これまでの高圧アニール水蒸気処理装置において、高圧アニール水蒸気処理の際に液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の製品の表面周辺に発生する好ましくないＳｉＯＨ基を簡単な装置及び動作により確実に減少させることが出来た。これにより液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の製品の表面酸化膜の平滑度や酸化膜自体の性能が著しく上昇し、更に、それらの製品の品質の均質化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の反応容器内の雰囲気の状態を示している作動グラフである。
【図３】公知の高圧アニール水蒸気処理装置の例を示す図である。
【図４】別の公知の高圧アニール水蒸気処理装置の例を示す図である。
【符号の説明】
２０：高圧アニール水蒸気処理装置　２２：圧力容器
２４：反応容器　　　　　　　　　　２６：薄板
２８：カセット　　　　　　　　　　３０：エンドキャップ
３２：加熱水蒸気供給装置　　　　　３４：給水ライン
３６：弁　　　　　　　　　　　　　３８：タンク
４０：蒸気供給ライン　　　　　　　４２：ヒーター
４４：酸素供給ライン　　　　　　　４６：弁
４８：空所　　　　　　　　　　　　５０：ヒーター
５２：第１窒素供給ライン　　　　　５４：第２窒素供給ライン
５６、５８：弁　　　　　　　　　　６０、６２：曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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