(57)【要約】【課題】  作業効率を低下することなく、アクティブマトリクス基板などといった大型の基板に対応できるよう処理炉を大型化できる加熱装置、減圧ＣＶＤ装置、および薄膜装置の製造方法を提供すること。【解決手段】  減圧ＣＶＤ装置１０Ｃにおいて、基板２０Ｃに薄膜を形成するときには、反応炉１１Ｃの内部に基板２０Ｃを配置するとともに、ヒータ１２Ｃによって基板２０Ｃを反応炉１１Ｃの外部から加熱して、基板２０Ｃを一定温度に保つ。この状態で薄膜堆積処理を終えたときには、基板２０Ｃを新たな基板に交換するが、この際には熱媒通路１９０Ｃに冷却した熱媒用ガスを通し、反応炉１１Ｃおよび基板２０Ｃを短時間で冷やす。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に薄膜を形成するための反応炉と、該反応炉の外部に配置され前記反応炉内に設置された基板を加熱するための加熱手段と、前記反応炉内を減圧するための真空排気手段と、前記反応炉内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、前記反応炉を冷却するための冷却手段とを有し、
　前記冷却手段は、前記反応炉と前記加熱手段との間に位置する熱媒通路と、該熱媒通路に対して熱媒用ガスを通すための熱媒用ガス供給手段とを有することを特徴とする減圧ＣＶＤ装置。
【請求項２】
基板表面に薄膜を形成するための反応炉と、該反応炉の外部に配置され前記反応炉内に設置された基板を加熱するための加熱手段と、前記反応炉内を減圧するための真空排気手段と、前記反応炉内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、前記加熱手段を冷却するための冷却手段とを有し、
　前記冷却手段は、前記反応炉と前記加熱手段との間に位置する熱媒通路と、該熱媒通路に対して熱媒用ガスを通すための熱媒用ガス供給手段とを有することを特徴とする減圧ＣＶＤ装置。
【請求項３】
基板を反応炉内に設置した後に該基板を加熱するとともに前記反応炉に反応ガスを供給することにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜堆積処理を行い、該薄膜堆積処理の終了後に前記基板に冷却処理を行うことを特徴とする薄膜装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板などに用いられる大面積基板の表面に形成した薄膜を熱処理するための熱処理装置、大面積基板の表面に薄膜を形成するための減圧ＣＶＤ装置、および液晶表示装置用アクティブマトリクス基板などの薄膜装置の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、熱処理装置や減圧ＣＶＤ装置における炉およびその周辺部分の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置やその他の装置を製造する際には基板上に薄膜を形成することが多々ある。たとえば液晶表示装置用アクティブマトリクス基板の製造工程では、基板上に薄膜トランジスタを製造するためにシリコン膜やシリコン酸化膜を基板上に堆積させたり、或いはシリコン膜などに対して熱処理を施している。
このような処理に用いられる従来の熱処理装置や減圧ＣＶＤ装置を図１３に示す。従来の熱処理炉は基板２０Ｊを設置するための炉１１Ｊと、この炉１１Ｊの内部に設置された基板２０Ｊをたとえば４００℃〜５００℃にまで加熱するためのヒータ１２Ｊなどから構成されている。また、従来の減圧ＣＶＤ装置はこれら構成に加え、炉１１Ｊの内部を減圧するための真空排気装置１３Ｊと、炉１１Ｊの内部にガスボンベ１４Ｊから反応ガスを供給するためのガス供給経路１５Ｊと付与されている。
このように構成された従来の熱処理装置や減圧ＣＶＤ装置では、処理の終了した基板２０Ｊを新たな基板と交換する際は炉１１Ｊを自然冷却により冷やしてからこれらの作業をおこなっていた。また減圧ＣＶＤ装置で薄膜堆積処理を繰り返し行うと、炉１１Ｊの内面にシリコン膜などが付着し、それが厚くなりすぎると基板２０Ｊの上に脱落して付着していた。このため炉１１Ｊを減圧ＣＶＤ装置から外してその内面に付着しているシリコン膜などを除去する作業を定期的に行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
熱処理装置や減圧ＣＶＤ装置で４００ｍｍ×５００ｍｍといった大型基板を処理するには必然的に炉１１Ｊを大型化せねばならない。しかしながら従来の装置のままで炉１１Ｊを大型化すると、ヒーターの大型化や反応炉や基板の熱容量の増大に伴い、基板２０Ｊを交換する際に炉１１Ｊが冷えるまで長時間待つ必要が生じ、段取り作業の効率が悪いという問題がある。
また、従来の減圧ＣＶＤ装置を単純に大型化すると、炉１１Ｊの取り外しが極めて困難と化し、実質的に炉１１Ｊの内面に付着している膜の除去作業ができないという問題がある。
そこで本発明は、以上の問題点に鑑みて、作業効率を低下することなく、アクティブマトリクス基板などに用いられる大型基板に対応できるよう反応炉を大型化できる加熱処理装置、減圧ＣＶＤ装置、および薄膜装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［本発明の第１の形態］
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態に係る熱処理装置では基板に熱処理を施すための熱処理炉と、該熱処理炉の外部に配置され該熱処理炉内に設置された基板を加熱するための加熱手段と、前記熱処理炉を冷却するための冷却手段とを有することを特徴とする。
【０００５】
本発明に係る熱処理装置では基板に熱処理を施すための熱処理炉と、該熱処理炉の外部に配置され該熱処理炉内に設置された基板を加熱するための加熱手段と、該加熱手段を冷却するための冷却手段とを有する場合がある。
【０００６】
本発明において前記冷却手段はたとえば前記熱処理炉と前記加熱手段との間に位置する熱媒通路と、該熱媒通路に対して熱媒用ガスを通すための熱媒用ガス供給手段とを有することが好ましい。このように構成すると、冷却手段は熱処理炉および加熱手段の双方を冷却することができる。
【０００７】
本発明では基板上に薄膜を形成する第一工程と、該薄膜に熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む薄膜装置の製造方法において、前記第二工程では前記基板を熱処理炉内に設置した後に該基板に加熱処理を行い、該加熱処理の終了後に前記基板に冷却処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
この場合に前記加熱処理は前記熱処理炉の外部に配置した加熱手段により行われ、前記冷却処理は前記熱処理炉の外部に配置した冷却手段により行われることがある。
【０００９】
本発明では前記冷却処理としては強制冷却を用いることができる。また、前記冷却手段は熱媒用ガスを用いて冷却処理を行う場合もある。
【００１０】
本発明の第１の形態によれば熱処理を終えた後に熱処理炉や基板を積極的に冷却するので、熱処理炉から基板を出し入れするときに熱処理炉が冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故熱処理工程では基板の出し入れなどといった段取り作業の効率が向上する。
【００１１】
［本発明の第２の形態］
本発明の第２の形態に係る熱処理装置では基板に熱処理を施すための熱処理炉と、該熱処理炉の外部に配置され該熱処理炉内に設置された基板を加熱および冷却するための熱交換手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明では基板上に薄膜を形成する第一工程と、該薄膜に熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む薄膜装置の製造方法において、前記第二工程では前記基板を熱処理炉内に設置した後、該基板に前記熱処理炉の外部に配置した熱交換手段により加熱処理を行い、該加熱処理の終了後に前記熱交換手段により前記基板に冷却処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の形態によれば熱交換手段によって基板を加熱するとともに、熱処理の終了後には同じ熱交換手段によって熱処理炉や基板を積極的に冷却するので、簡単な構成でありながら熱処理炉から基板を出し入れするときに熱処理炉が冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故熱処理工程で行う段取り作業の効率が向上する。
【００１４】
［本発明の第３の形態］
本発明に係る第３の形態に係る減圧ＣＶＤ装置では基板表面に薄膜を形成するための反応炉と、該反応炉の外部に配置され前記反応炉内に設置された基板を加熱するための加熱手段と、前記反応炉内を減圧するための真空排気手段と、前記反応炉内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、前記反応炉を冷却するための冷却手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る減圧ＣＶＤ装置では基板表面に薄膜を形成するための反応炉と、該反応炉の外部に配置され前記反応炉内に設置された基板を加熱するための加熱手段と、前記反応炉内を減圧するための真空排気手段と、前記反応炉内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、前記加熱手段を冷却するための冷却手段とを有する場合がある。
【００１６】
本発明において前記冷却手段は前記反応炉と前記加熱手段との間に位置する熱媒通路と、該熱媒通路に対して熱媒用ガスを通すための熱媒用ガス供給手段とを有することがある。このように構成すると冷却手段は反応炉および加熱手段の双方を冷却することができる。
【００１７】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では基板を反応炉内に設置した後に該基板を加熱するとともに前記反応炉に反応ガスを供給することにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜堆積処理を行い、該薄膜堆積処理の終了後に前記基板に冷却処理を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明において前記加熱処理は前記反応炉の外部に配置した加熱手段により行われ、前記冷却処理は前記反応炉の外部に配置した冷却手段により行われることがある。
【００１９】
本発明において前記冷却処理は強制冷却である。また、前記冷却手段は熱媒用ガスを用いて冷却処理を行うことがある。
【００２０】
本発明の第３の形態によれば薄膜堆積処理を終えた後に反応炉や基板を積極的に冷却するので、反応炉から基板を出し入れするときに反応炉が冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故薄膜堆積工程で行う段取り作業の効率が向上する。
【００２１】
［本発明の第４の形態］
本発明の第４の形態に係る減圧ＣＶＤ装置において基板表面に薄膜を形成するための反応炉と、該反応炉の外部に配置され前記反応炉内に設置された基板を加熱および冷却するための熱交換手段と、前記反応炉内を減圧するための真空排気手段と、前記反応炉内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では基板を反応炉内に設置した後に該基板を前記反応炉の外部に配置した熱交換手段により加熱するとともに前記反応炉に反応ガスを供給することにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜堆積処理を行い、該薄膜堆積処理の終了後に前記熱交換手段により前記基板に冷却処理を行う。
本発明の第４の形態によれば熱交換手段によって基板を加熱するとともに、薄膜堆積処理の終了後には同じ熱交換手段によって反応炉や基板を冷却するので、簡単な構成でありながら反応炉から基板を出し入れするときに反応炉が冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故、薄膜堆積工程で行う段取り作業の効率が向上する。
【００２３】
［本発明の第５の形態］
本発明の第５の形態に係る減圧ＣＶＤ装置では基板表面に薄膜を形成するための内側反応炉と、該内側反応炉の外側に位置する外側反応炉と、該外側反応炉の外部に配置され前記内側反応炉内に設置された基板を加熱するための加熱手段と、前記内側反応炉と前記外側反応炉とによって挟まれた第一熱媒通路と、該第一熱媒通路と前記内側反応炉とを減圧するための真空排気手段と、前記内側反応炉内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記第一熱媒通路に熱媒用ガスを供給する第一熱媒用ガス供給手段とを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では基板表面に薄膜を形成するための内側反応炉の外側に外側反応炉を設け、基板を前記内側反応炉内に設置した後、該基板を加熱し、かつ前記内側反応炉内の圧力が前記内側反応炉と前記外側反応炉とによって挟まれた第一熱媒通路内の圧力よりも低い状態となるように、前記内側反応炉に反応ガスを供給するとともに前記第一熱媒通路に熱媒用ガスを供給することにより前記基板上に薄膜を堆積する薄膜堆積処理を行うことを特徴とする。
【００２５】
本発明の第５の形態によれば反応炉を２重構造としたため、重くて丈夫な外側反応炉に対して軽い内側反応炉を出し入れできるように構成できる。本発明によれば反応ガスから付着するシリコン膜などは軽くて取り外し容易な内側反応炉の内面に付着するだけで外側反応炉に付着しないので、軽い内側反応炉だけを取り出してシリコン膜などを除去すればよい。それ故反応炉を大型化してもメンテナンス作業の効率がよい。
【００２６】
また薄膜堆積処理の終了後に第一熱媒通路に冷却した熱媒用ガスを通せば内側反応炉および外側反応炉を短時間で冷却できるので、反応炉を大型化しても反応炉から基板を出し入れするときに反応炉が冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故作業効率が向上する。さらに内側反応炉を加熱するときに第一熱媒通路に加熱したガスを通せば、反応炉を大型化しても内側反応炉の温度ばらつきを解消できる。
【００２７】
本発明において前記内側反応炉内と前記真空排気手段との間のコンダクタンスは前記第一熱媒通路と前記真空排気手段との間のコンダクタンスよりも大きいことが好ましい。このように構成すると内側反応炉内の反応ガスは第一熱媒通路の方に流出しないので、外側反応炉の内面にシリコン膜などが付着することを確実に防止できる。
【００２８】
本発明において前記外側反応炉と前記加熱手段との間に位置する第二熱媒通路と、該第二熱媒通路に対して熱媒用ガスを通すための第二熱媒用ガス供給手段とを有することが好ましい。
【００２９】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では基板表面に薄膜を形成するための内側反応炉の外側に外側反応炉を設け、基板を前記内側反応炉内に設置した後に該基板を加熱し、かつ前記内側反応炉内の圧力が前記内側反応炉と前記外側反応炉とによって挟まれた第一熱媒通路内の圧力よりも低い状態となるように前記内側反応炉に反応ガスを供給するとともに第一熱媒通路に熱媒用ガスを供給することにより前記基板上に薄膜を堆積する薄膜堆積処理を行い、該薄膜堆積処理の終了後に前記第一熱媒通路に熱媒用ガスを供給するとともに前記外側反応炉と前記加熱手段との間に位置する第二熱媒通路に熱媒用ガスを供給することにより少なくとも前記外側反応炉に冷却処理を行うことを特徴とする。
【００３０】
このように構成すると薄膜堆積処理の終了後に第二熱媒通路に冷却したガスを通して外側反応炉と加熱手段とを短時間で冷却するので、反応炉を大型化しても反応炉から基板を出し入れするときに反応炉が冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故作業効率が向上する。さらに、内側反応炉を加熱するときに第一熱媒通路や第二熱媒通路に加熱した熱媒用ガスを通せば、反応炉を大型化しても内側反応炉の温度ばらつきを解消できる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明に係る熱処理装置および減圧ＣＶＤ装置では、基板に処理を施すための炉（熱処理炉、反応炉）と、該炉を冷却するための冷却手段とを有するため、処理を終えた後に炉を積極的に冷却することができる。従って、炉から基板を出し入れするときに炉が冷えるまで待つ時間が短くて済むので、基板の出し入れなどといった段取り作業の効率が向上する。
【００３２】
本発明において、炉を冷却するためのガスを通すための熱媒通路を炉と加熱手段との間に設けた場合には、炉と加熱手段の双方を短時間で冷却できる。それ故、炉から基板を出し入れするときの段取り作業の効率がさらに向上する。
【００３３】
本発明に係る減圧ＣＶＤ装置では、反応炉を２重構造としたため、重くて丈夫な外側反応炉に対して軽い内側反応炉を出し入れできる。従って、本発明によれば、薄膜堆積処理中に反応炉内面に付着してしまうシリコン膜などは軽くて取り外し容易な内側反応炉の内面に付着するだけで、外側反応炉に付着しない。従って、軽い内側反応炉だけを取り出してシリコン膜などを除去すればよいので、反応炉を大型化してもメンテナンス時の作業効率がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
［実施形態１の概要］
本発明の第１の形態に係る熱処理装置の概要を図１および図２に示す。本願発明の熱処理装置は基板２０Ａに熱処理を施すための熱処理炉１１Ａと、この熱処理炉１１Ａの外部に配置され熱処理炉１１Ａの内部に設置された基板２０Ａを加熱するための加熱手段１２Ａと、熱処理炉１１Ａを冷却するための冷却手段１９Ａとを有することを特徴とする。冷却手段１９Ａは加熱手段１２Ａを冷却するための手段として構成する場合もあるし、或いは熱処理炉１１Ａと加熱手段１２Ａの両者を冷却するための手段として構成される場合もある。
【００３５】
冷却手段１９Ａは熱処理炉１１Ａと加熱手段１２Ａとの間に位置する熱媒通路１９０Ａと、この熱媒通路１９０Ａに対して熱媒用ガスを通すための熱媒用ガス供給手段１９７Ａとを有することが好ましい。このように構成すると冷却手段１９Ａは熱処理炉１１Ａおよび加熱手段１２Ａの双方を冷却することができる。
【００３６】
熱処理炉１１Ａや加熱手段１２Ａを効果的に冷却するには熱媒通路１９０Ａの間隔（熱処理炉１１Ａと加熱手段１２Ａの間の距離）を最適化する必要がある。
通常の気体を熱媒用ガスとして用いる場合、この間隔は１ｍｍ程度から５０ｍｍ程度が適している。５０ｍｍ程度よりも広ければ熱媒用ガスは熱媒通路１９０Ａの中心付近を主として流れるため、冷却効果は小さい。これに対して５０ｍｍ程度より狭ければガスは加熱手段１２Ａや熱処理炉１１Ａの極近傍をも流れるため冷却効果は大きくなるのである。熱媒通路１９０Ａの間隔が狭くなると熱媒通路１９０Ａのコンダクタンスが大きくなるので、熱媒用ガス供給手段は圧力調整器を備えていることが好ましい。また、熱処理炉１１Ａと加熱手段１２Ａの間の距離が１ｍｍ以下の場合には、熱処理炉１１Ａと加熱手段１２Ａとの距離変動により熱媒用ガスが流れない領域が生じることがある。このような場合には冷却効果が低下する。狭い熱媒通路１９０Ａであっても熱媒用ガスが適正に流れるという観点からすれば、熱媒用ガスの圧力は１．５気圧（大気圧＋約０．５気圧）〜１０．５気圧（大気圧＋約１０気圧）が最適である。熱媒用ガスについては窒素ガス、空気、アルゴンガス等々の安価なガスを用いることが好ましいが、最適なのは冷却された窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスである。
【００３７】
本発明において、基板２０Ａ上に薄膜を形成する第一工程と、この薄膜に熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む薄膜装置の製造方法では、第二工程において基板２０Ａを熱処理炉１１Ａ内に設置した後に基板２０Ａに加熱処理を行い、この加熱処理の終了後に基板２０Ａに冷却処理を行うことを特徴とする。
【００３８】
本発明において、たとえば、加熱処理は熱処理炉１１Ａの外部に配置したタングステン・ヒータや電磁誘導ヒータなどといった加熱手段１２Ａにより行い、冷却処理は熱処理炉１１Ａの外部に配置した冷却手段１９Ａにより行う。
【００３９】
本発明では、冷却処理としては強制冷却を用いることができる。また、冷却手段１９Ａは熱媒用ガスを用いて冷却処理を行う場合もある。
【００４０】
本発明によれば、熱処理を終えた後に熱処理炉１１Ａや基板２０Ａを冷却手段１９によって積極的に冷却するので、熱処理炉１１Ａから基板２０Ａを出し入れするときに熱処理炉１１Ａが冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故、熱処理工程で行う段取り作業の効率が向上する。
このような発明については、実施例１として後述する。
【００４１】
［実施形態２の概要］
本発明の第２の形態に係る熱処理装置では、図３に示すように、基板２０Ｂに熱処理を施すための熱処理炉１１Ｂと、この熱処理炉１１Ｂの外部に配置され熱処理炉１１Ｂの内部に設置された基板２０Ｂを加熱および冷却するための熱交換手段１９Ｂとを有することを特徴とする。
【００４２】
本発明において、基板２０Ｂ上に薄膜を形成する第一工程と、この薄膜に熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む薄膜装置の製造方法では、第二工程において基板２０Ｂを熱処理炉１１Ｂ内に設置した後に基板２０Ｂに熱処理炉１１Ｂの外部に配置した熱交換手段１９Ｂにより加熱処理を行い、この加熱処理の終了後に熱交換手段１９Ｂにより基板２０Ｂに冷却処理を行う。この間、熱交換手段１９Ｂと熱処理炉１１Ｂとの間では、熱処理炉１１Ｂを加熱する時の熱流は、矢印Ｈで示すように、熱交換手段１９Ｂの熱源１９１Ｂから熱処理炉１１Ｂに向かい、熱処理炉１１Ｂを冷却する時の熱流は、矢印Ｃで示すように、熱処理炉１１Ｂから熱交換手段１９Ｂの熱源１９１Ｂに向かう。従って、熱交換手段１９Ｂの熱源温度Ｔhrと熱処理炉１１Ｂ内の温度ＴA との相対的な温度変化を図４に示すように、熱交換手段１９Ｂの熱源１９１Ｂと熱処理炉１１Ｂとの間で熱の移動があるだけなので、省エネルギー化を図りながら熱処理炉１１Ｂの温度を制御できる。
【００４３】
このような発明によれば、熱交換手段１９Ｂによって基板２０Ｂを加熱するとともに、熱処理の終了後には同じ熱交換手段１９Ｂによって熱処理炉１１Ｂや基板２０Ｂを積極的に冷却するので、簡単な構成でありながら、熱処理炉１１Ｂから基板２０Ｂを出し入れするときに熱処理炉１１Ｂが冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故、熱処理工程で行う段取り作業の効率が向上する。
このような発明については、実施例２として後述する。
【００４４】
［実施形態３の概要］
本発明に係る第３の形態に係る減圧ＣＶＤ装置では、図５および図６に示すように、基板２０Ｃの表面に薄膜を形成するための反応炉１１Ｃと、この反応炉１１Ｃの外部に配置され反応炉１１Ｃ内に設置された基板２０Ｃを加熱するための加熱手段１２Ｃと、反応炉１１Ｃ内を減圧するための真空排気手段１３Ｃと、反応炉１１Ｃ内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段１５Ｃと、反応炉１１Ｃを冷却するための冷却手段１９Ｃとを有することを特徴とする。冷却手段１９Ｃは、加熱手段１２Ｃを冷却するための手段として構成する場合もある。
【００４５】
本発明において、冷却手段１９Ｃは、反応炉１１Ｃと加熱手段１２Ｃとの間に位置する熱媒通路１９０Ｃと、この熱媒通路１９０Ｃに対して熱媒用ガスを通すための熱媒用ガス供給手段１９７Ｃとを有することが好ましい。このように構成すると、冷却手段１９Ｃは、反応炉１１Ｃおよび加熱手段１２Ｃの双方を冷却することができる。
【００４６】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では、基板２０Ｃを反応炉１１Ｃ内に設置した後にこの基板２０Ｃを加熱するとともに、反応炉１１Ｃに反応ガスを供給することにより基板２０Ｃ上に薄膜を形成する薄膜堆積処理を行い、この薄膜堆積処理の終了後に基板２０Ｃに冷却処理を行うことを特徴とする。
【００４７】
本発明において、たとえば、加熱処理は反応炉１１Ｃの外部に配置したタングステン・ヒータや電磁誘導ヒータなどといった加熱手段１２Ｃにより行い、冷却処理は反応炉１１Ｃの外部に配置した冷却手段１９Ｃにより行う。
【００４８】
本発明において、冷却処理は強制冷却である。また、冷却手段１９Ｃは熱媒用ガスを用いて冷却処理を行うことがある。
【００４９】
本発明によれば、薄膜堆積処理を終えた後に反応炉１１Ｃや基板２０Ｃを冷却手段１９Ｃによって積極的に冷却するので、反応炉１１Ｃから基板２０Ｃを出し入れするときに反応炉１１Ｃが冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故、薄膜堆積工程で行う段取り作業の効率が向上する。
このような発明については、実施例３として後述する。
【００５０】
［実施形態４の概要］
本発明の第４の形態に係る減圧ＣＶＤ装置では、図７に示すように、基板２０Ｄの表面に薄膜を形成するための反応炉１１Ｄと、この反応炉１１Ｄの外部に配置され反応炉１１Ｄ内に設置された基板２０Ｄを加熱および冷却するための熱交換手段１９Ｄと、反応炉１１Ｄ内を減圧するための真空排気手段１３Ｄと、反応炉１１Ｄ内に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段１５Ｄとを有することを特徴とする。
【００５１】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では、基板２０Ｄを反応炉１１Ｄの内部に設置した後、この基板２０Ｄを反応炉１１Ｄの外部に配置した熱交換手段１９Ｄにより加熱するとともに反応炉１１Ｄに反応ガスを供給することにより基板２０Ｄ上に薄膜を形成する薄膜堆積処理を行い、この薄膜堆積処理の終了後に熱交換手段１９Ｄにより基板２０Ｄに冷却処理を行う。この間、熱交換手段１９Ｄと反応炉１１Ｄとの間において、反応炉１１Ｄを加熱する時の熱流は、矢印Ｈで示すように、熱交換手段１９Ｄの熱源１９１Ｄから反応炉１１Ｄに向かい、反応炉１１Ｄを冷却する時の熱流は、矢印Ｃで示すように、反応炉１１Ｄから熱交換手段１９Ｄの熱源１９１Ｄに向かう。
本発明によれば、熱交換手段１９Ｄによって基板２０Ｄを加熱するとともに、薄膜堆積処理の終了後に同じ熱交換手段１９Ｄによって反応炉１１Ｄや基板２０Ｄを積極的に冷却するので、簡単な構成でありながら、反応炉１１Ｄから基板を出し入れするときに反応炉１１Ｄが冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故、薄膜堆積工程で行う段取り作業の効率が向上する。
このような発明については、実施例４として後述する。
【００５２】
［実施形態５の概要］
本発明の第５の形態に係る減圧ＣＶＤ装置では、図８ないし図１０に示すように、基板２０Ｅの表面に薄膜を形成するための内側反応炉１１Ｅと、この内側反応炉１１Ｅの外側に位置する外側反応炉１１０Ｅと、この外側反応炉１１０Ｅの外部に配置され内側反応炉１１Ｅの内部に設置された基板２０Ｅを加熱するための加熱手段１２Ｅと、内側反応炉１１Ｅと外側反応炉１１０Ｅとによって挟まれた第一熱媒通路１６０Ｅと、この第一熱媒通路１６０Ｅと内側反応炉１１Ｅとを減圧するための真空排気手段１３Ｅと、内側反応炉１１Ｅ内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段１５Ｅと、第一熱媒通路１６０Ｅに熱媒用ガスを供給する第一熱媒用ガス供給手段１６Ｅとを有することを特徴とする。
【００５３】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では、基板２０Ｅの表面に薄膜を形成するための内側反応炉１１Ｅの外側に外側反応炉１１０Ｅを設け、基板２０Ｅを内側反応炉内１１Ｅに設置した後、この基板２０Ｅを加熱し、かつ、内側反応炉１１Ｅ内の圧力が内側反応炉１１Ｅと外側反応炉１１０Ｅとによって挟まれた第一熱媒通路１６０Ｅ内の圧力よりも低い状態となるように内側反応炉１１Ｅに反応ガスを供給するとともに第一熱媒通路１６０Ｅに熱媒用ガスを供給することにより基板２０Ｅ上に薄膜を堆積する薄膜堆積処理を行うことを特徴とする。
【００５４】
本発明によれば、反応炉を内側反応炉１１Ｅと外側反応炉１１０Ｅとの２重構造としたため、重くて丈夫な外側反応炉１１０Ｅに対して軽い内側反応炉１１Ｅを出し入れできるように構成できる。従って、本発明によれば、反応ガスから反応炉に付着するシリコン膜などは、軽くて取り外し容易な内側反応炉１１Ｅの内面に付着し、外側反応炉１１０Ｅに付着しないので、軽い内側反応炉１１Ｅだけを取り出してシリコン膜などを除去すればよい。それ故、反応炉を大型化してもメンテナンス時の作業効率がよい。また、第一熱媒通路１６０Ｅに冷却した熱媒用ガス（冷媒）を通せば、内側反応炉１１Ｅと外側反応炉１１０Ｅとを短時間で冷却できる。それ故、反応炉を大型化しても反応炉が冷えるまで待つ時間が短くて済むので、作業効率が向上する。なお、内側反応炉１１Ｅを加熱するときに第一熱媒通路１６０Ｅに加熱した熱媒用ガスを通せば、内側反応炉１１Ｅを大型化しても温度ばらつきを解消できる。
【００５５】
本発明において、内側反応炉１１Ｅ内と真空排気手段１３Ｅとの間のコンダクタンスは、第一熱媒通路１６０Ｅと真空排気手段１３Ｅとの間のコンダクタンスよりも大きいことが好ましい。このように構成すると、内側反応炉１１Ｅ内の反応ガスは第一熱媒通路１６０Ｅに流出しないので、外側反応炉１１０Ｅの内面にシリコン膜などが付着することを確実に防止できる。
【００５６】
本発明において、外側反応炉１１０Ｅと加熱手段１３Ｅとの間に位置する第二熱媒通路１９０Ｅと、この第二熱媒通路１９０Ｅに対して熱媒用ガスを通すための第二熱媒用ガス供給手段１９Ｅとを有することが好ましい。
【００５７】
本発明に係る薄膜装置の製造方法では、基板２０Ｅの表面に薄膜を形成するための内側反応炉１１Ｅの外側に外側反応炉１１０Ｅを設け、基板２０Ｅを内側反応炉１１Ｅ内に設置した後、この基板２０Ｅを加熱し、かつ、内側反応炉１１Ｅ内の圧力が内側反応炉１１Ｅと外側反応炉１１０Ｅとによって挟まれた第一熱媒通路１６０Ｅ内の圧力よりも低い状態となるように内側反応炉１１Ｅに反応ガスを供給するとともに第一熱媒通路１６０Ｅに熱媒用ガスを供給することにより基板２０Ｅ上に薄膜を堆積する薄膜堆積処理を行い、この薄膜堆積処理の終了後に、第一熱媒通路１６０Ｅに熱媒用ガスを供給するとともに外側反応炉１１０Ｅと加熱手段１２Ｅとの間に位置する第二熱媒通路１９Ｅに熱媒用ガスを供給することにより少なくとも外側反応炉１１０Ｅを冷却することを特徴とする。
【００５８】
このように構成すると、第二熱媒通路１９０Ｅに冷却した熱媒用ガス（冷媒）を通せば、外側反応炉１１０Ｅと加熱手段１３Ｅとを短時間で冷却できる。それ故、反応炉を大型化しても反応炉が冷えるまで待つ時間が短くて済むので、作業効率が向上する。また、内側反応炉１１Ｅを加熱するときに第二熱媒通路１９０Ｅに加熱した熱媒用ガスを通せば、反応炉を大型化しても内側反応炉１１Ｅの温度ばらつきを解消できる。
このような発明については、実施例５として後述する。
【００５９】
［薄膜装置の例］
本発明に係る熱処理装置、減圧ＣＶＤ装置、および薄膜装置の製造方法はいずれも、液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板上に薄膜トランジスタを製造する際に、基板上へのシリコン膜やシリコン酸化膜の薄膜堆積工程、およびこれらの薄膜に対する熱処理工程に利用できる。また、本発明に係る熱処理装置および薄膜装置の製造方法は、その他にも金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）型薄膜ダイオード、Ｐ型半導体−真性半導体−Ｎ型半導体構造を有する太陽電池などの薄膜装置の製造にも適用できる。
【００６０】
以下に説明する各実施例では、本発明に係る熱処理装置、減圧ＣＶＤ装置、および薄膜装置の製造方法を液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板上に薄膜トランジスタを製造するのに用いた例をあげているので、各実施例を説明する前に薄膜トランジスタの製造方法を簡単に説明しておく。
【００６１】
まず、図１１（Ａ）に示すように、４００×５００×１．１ｍｍのガラス製の基板２０を準備した後、図１１（Ｂ）に示すように、基板温度が約３５０℃の条件でＴＥＯＳ−Ｏ2 ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により膜厚が２０００オングストロームのシリコン酸化膜からなる下地保護膜１１を基板２０の全面に形成する。
【００６２】
次に、基板２０の全面にプラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法により厚さが６００オングストロームの真性のアモルファスシリコン膜からなる半導体膜１２（薄膜）を形成する。
【００６３】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、半導体膜１２に２５０ｍＪ／ｃｍ2 の強度でエキシマレーザを照射してレーザアニールを行い、その少なくとも表面層を結晶化する。
【００６４】
次に、図１２（Ａ）に示すように、所定のマスクパターンのレジストマスク２２を形成し、半導体膜１２をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。
【００６５】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、基板温度が約３５０℃の条件でＴＥＯＳ−Ｏ2 ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により膜厚が１０００オングストロームのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１３を基板２０の全面に形成する。
【００６６】
次に、図１２（Ｃ）に示すように、基板２０の全面に厚さが約８０００オングストロームのタンタル薄膜などの導電膜２１をスパッタ法などで形成した後、図１２（Ｄ）に示すように、導電膜２１をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、ゲート電極１５を形成する。
【００６７】
次に、ゲート電極１５をマスクとして半導体膜１２に不純物イオンを導入する。その結果、半導体膜１２には、ゲート電極１５に対して自己整合的にソース・ドレイン領域１６が形成され、不純物イオンが導入されなかった部分は、チャネル領域１７となる。
【００６８】
次に、図１２（Ｅ）に示すように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１８を形成した後にコンタクホール１９を形成し、しかる後にコンタクホール１９を介してソース・ドレイン領域１６に導電接続するソース・ドレイン電極２６を形成する。このようにして薄膜トランジスタを形成する。
【００６９】
［実施例１］
本例の熱処理装置は、本発明の第１の形態に係る装置であり、アクティブマトリクス基板の製造工程において、図１１（Ｂ）に示したように基板２０の全面にプラズマＣＶＤ法により真性のアモルファスシリコン膜からなる半導体膜１２を形成した後に（第一工程）、結晶化工程を行う前に半導体膜１２を加熱処理し（第二工程）、半導体膜１２に含まれる水素を除去するのに用いる装置である。
【００７０】
図１は、本例の加熱処理装置の概略構成図である。
図１において、本例の熱処理装置１０Ａは、４００ｍｍ×５００ｍｍ程の大型の基板２０Ａを収納可能な円筒状の熱処理炉１１Ａと、この熱処理炉１１Ａの内部に配置された多数の基板２０Ａを熱処理炉１１Ａの外部から加熱するとともに、基板２０Ａを一定温度に保つためのヒータ１２Ａ（加熱手段）とから大略構成されている。
【００７１】
熱処理炉１１Ａの内部には、１００枚〜１５０枚もの基板２０Ａを立てた状態で保持しておくためのボート１８Ａが配置され、これらの基板２０Ａの総重量は約７０ｋｇにも達する。そこで、熱処理炉１１Ａとしては、内径が７００ｍｍで長さが２５００ｍｍの体積が９６２１３３ｃｍ3 もある大型、かつ肉厚の石英チャンバーが用いられている。
【００７２】
熱処理装置１０Ａでは、熱処理炉１１Ａの内部を真空引きするためのブースターポンプやドライポンプからなる真空排気装置１３Ａが構成されている。熱処理炉１１Ａと真空排気装置１３Ａとを結ぶ排気経路１３０Ａの途中位置には、ゲートバルブ１３１Ａが構成されている。また、熱処理装置１０Ａでは、熱処理炉１１Ａ内に残る空気を窒素置換するための窒素ガスを供給するガスボンベ１４Ａ、マスフローコントローラ１７Ａおよびガス供給経路１５０Ａを備えるガス供給部１５Ａが構成されている。
【００７３】
本例の熱処理装置１０Ａでは、図２に示すように、ヒータ１２Ａは熱処理炉１１Ａを囲む上下一対のヒータブロックから構成され、ヒータ１２Ａと熱処理炉１１Ａとの間には熱処理炉１１Ａを取り巻くように空気や窒素等の熱媒用ガスを通すための熱媒通路１９０Ａが区画形成された状態にある。この熱媒通路１９０Ａは約５ｍｍの開口幅を有し、断面積が１７．５６ｃｍ2 である。
【００７４】
再び図１において、熱媒通路１９０Ａに対しては熱媒用ガス供給部１９９Ａ（熱媒用ガス供給手段）が構成され、この熱媒用ガス供給部１９９Ａには、熱媒用ガス供給経路１９４Ａと、この熱媒用ガス供給経路１９４Ａの途中位置においてガスボンベ１９６Ａから供給される空気や窒素ガスなどといった熱媒用ガスを加熱および冷却するための熱交換器１９５Ａと、マスフローコントローラ１９７Ａとが構成されている。熱媒用ガス供給経路１９４Ａは、熱媒通路１９０Ａの両端部のうちの一方側端部に熱媒用ガス導入口１９１Ａとして連通し、熱媒通路１９０Ａの他方側端部は熱媒用ガス排出口１９２Ａとなっている。このため、熱媒用ガス供給経路１９４Ａから熱媒通路１９０Ａに対しては、加熱したガスおよび冷却したガスのいずれをも通すことができる。
【００７５】
熱処理室１１Ａに対しては熱電対２０１Ａが配置され、この熱電対２０１Ａでの検出結果に基づいて、制御回路２００Ａはマスフローコントローラ１９７Ａを制御し、熱処理室１１Ａ内の温度に応じた流量の熱媒用ガスを熱媒通路１９０Ａに供給するようになっている。なお、ヒータ１２Ａの温度を熱電対などで監視し、その監視結果に基づいて、制御回路２００Ａが熱媒用ガスの流量などを制御するように構成してもよい。
【００７６】
このような熱処理装置１０Ａにおいて、第一工程で基板２０Ａの表面に形成した薄膜に第二工程として熱処理を施すには、まず、１００枚の基板２０Ａと５０枚のダミー用の基板とをボート１８Ａ上に１ｃｍ間隔で立てた状態に並べ、約２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で熱処理炉１１Ａ内に入れる。この際熱処理炉内温度は１００℃〜３００℃程度（本例では２００℃）に保たれている。
【００７７】
次に、熱処理炉１１Ａの内部温度を２００℃に保ったまま真空排気装置１３Ａによって熱処理炉１１Ａの内部が１Ｔｏｒｒになるまで真空引きを行い、その後にガス供給部１５Ａから熱処理炉１１Ａの内部に窒素ガスを供給し、その内圧を１気圧とする。
【００７８】
次に、熱処理炉１１Ａの内部に設置した基板２０Ａをヒータ１２Ａによって熱処理炉１１Ａの外部から５℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、基板２０Ａの温度を約４２５℃とした後、この温度に約６０分間保持し、基板２０Ａに熱処理を行う。その結果、基板２０Ａに形成してある半導体膜からは水素が放出される。この間、ガス供給部１５Ａから熱処理炉１１Ａの内部に窒素ガスを１０ＳＬＭの流量で流し続ける。
【００７９】
基板２０Ａに対する熱処理が完了した後には冷却処理を行う。この冷却処理を行うには、ヒータ１２Ａへの電力供給を停止するとともに、矢印Ａで示すように、熱媒用ガス供給経路１９４Ａから熱媒通路１９０Ａに対して冷却した窒素ガス（熱媒用ガス）を約１ＳＬＭ〜約２０ＳＬＭ流す。この間、熱処理炉１１Ａの内部温度を熱電対２０１Ａなどで監視し、この監視結果に基づいて、制御回路２００Ａは熱媒通路１９０Ａに対して供給する窒素ガスの流量を調整する。
【００８０】
その結果、熱媒通路１９０Ａを通る熱媒用ガス（冷却された窒素ガス）は熱処理炉１１Ａを冷却する。すなわち、熱媒通路１９０Ａおよび熱媒用ガス供給部１９９Ａは熱処理炉１１Ａを冷却するための冷却手段１９Ａとして機能する。また、熱媒通路１９０Ａを通る熱媒用ガス（冷却された窒素ガス）はヒータ１２Ａを冷却する。すなわち、熱媒通路１９０Ａおよび熱媒用ガス供給部１９９Ａはヒータ１２Ａを冷却するための冷却手段１９Ａとしても機能する。従って、熱処理炉１１Ａおよび基板２０Ａは、短時間のうちに所定の温度にまで冷える。
【００８１】
しかる後に基板２０Ａを約２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で熱処理炉１１Ａから取り出し、新たな基板２０Ａに対して上記の操作を繰り返す。
【００８２】
以上説明したように、本例の熱処理装置１０Ａでは、熱媒用ガス供給経路１９４Ａから熱媒通路１９０Ａに冷却した熱媒用ガスを流すことができるので、熱処理炉１１Ａおよびヒータ１２Ａの双方を積極的かつ強制的に冷却することができる。従って、熱処理炉１１Ａの内部を短時間で冷やすことができるので、熱処理炉１１Ａから基板２０Ａを出し入れするときに待つ時間が短い。それ故、段取り作業の効率がよく、スループットが高い。
【００８３】
また、本例の熱処理装置１０Ａでは、熱媒用ガス供給経路１９４Ａから熱媒通路１９０Ａに対しては熱交換器１９５Ａによって加熱した熱媒用ガスを供給することもできる。従って、基板２０Ａを加熱する際には熱媒通路１９０Ａに対して加熱した熱媒用ガスを通し、熱処理炉１１Ａを加熱することもできる。それ故、熱処理炉１１Ａを大型化したため、温度ばらつきが生じやすくなっているとしても、本例では、熱媒用ガスによる加熱によって熱処理炉１１Ａの内部の温度ばらつきを抑えることができる。また、たとえ熱処理炉１１Ａの上下に位置するヒータ１２Ａの間で温度ばらつきがあっても、熱処理炉１１Ａは大型化されている割りには温度の均一性が高い。それ故、熱処理炉１１Ａの内部に大型の基板２０Ａを多数設置しても、各基板２０Ａの間における温度ばらつきが小さいとともに、１枚の基板２０Ａ上における温度分布が良好であるため、半導体膜に安定した熱処理を行うことができる。
【００８４】
［実施例２］
本例の熱処理装置は、本発明の第２の形態に係る装置であり、実施例１と同じく、アクティブマトリクス基板の製造工程において、図１１（Ｂ）に示したように基板２０の全面にプラズマＣＶＤ法により真性のアモルファスシリコン膜からなる半導体膜１２を形成した後（第一工程）、結晶化工程を行う前に半導体膜１２を加熱処理し（第二工程）、半導体膜１２に含まれる水素を除去するのに用いられる装置である。
【００８５】
図３は、本例の加熱処理装置の概略構成図である。
図３において、本例の熱処理装置１０Ｂは、４００ｍｍ×５００ｍｍ程の大型の基板２０Ｂを収納可能な円筒状の熱処理炉１１Ｂと、この熱処理炉１１Ｂの内部に配置された多数の基板２０Ｂを熱処理炉１１Ｂの外部から加熱および冷却するための熱交換器１２Ｂ（熱交換手段）とから大略構成されている。
【００８６】
熱処理炉１１Ｂの内部には、１００枚〜１５０枚もの基板２０Ｂを立てた状態で保持しておくためのボート１８Ｂが配置され、これらの基板２０Ｂの総重量は約７０ｋｇにも達する。そこで、熱処理炉１１Ｂとしては、内径が７００ｍｍで長さが２５００ｍｍの体積が９６２１３３ｃｍ3 もある大型、かつ肉厚の石英チャンバーが用いられている。
【００８７】
熱処理装置１０Ｂでは、熱処理炉１１Ｂの内部を真空引きするためのブースターポンプやドライポンプからなる真空排気装置１３Ｂが構成され、熱処理炉１１Ｂと真空排気装置１３Ｂとを結ぶ排気経路１３０Ｂの途中位置にはゲートバルブ１３１Ｂが構成されている。また、熱処理装置１０Ｂでは、熱処理炉１１Ｂ内に残る空気を窒素置換するための窒素ガスを供給するボンベ１４Ｂ、マスフローコントローラ１７Ｂおよびガス供給経路１５０Ｂを備えるガス供給部１５Ｂが構成されている。
【００８８】
本例の熱処理装置１０Ｂでは、熱処理炉１１Ｂの内部温度を熱電対２０１Ｂなどで監視し、この監視結果に基づいて、制御回路２００Ｂは熱交換器１９Ｂにおいてその熱源１９１Ｂの側と熱処理炉１１Ｂの側との間における熱流の方向を制御するようになっている。
【００８９】
このような熱処理装置１０Ｂにおいて、第一工程で基板２０Ｂの表面に形成した薄膜に第二工程で熱処理を行うには、まず、基板２０Ｂおよびダミー用の基板をボート１８Ｂ上に立てた状態に並べ、それらを熱処理炉１１Ｂ内に入れる。この基板設置工程では、熱処理炉１１Ｂの内部温度は約２５０℃〜約３００℃と未だ低く設定してある。
【００９０】
次に、熱処理炉１１Ｂの内部温度を２５０℃に保ったまま、真空排気装置１３Ｂによって熱処理炉１１Ｂの内部が１Ｔｏｒｒになるまで真空引きを行い、その後にガス供給部１５Ｂから熱処理炉１１Ｂの内部に窒素ガスを供給して熱処理炉１１Ｂの内部を１気圧とする。
【００９１】
次に、制御回路２００Ｂは、矢印Ｈで示すように、熱交換器１９Ｂを熱源１９１Ｂの側から熱処理炉１１Ｂの側に熱流が生じるように制御して熱処理炉１１Ｂの内部に設置した基板２０Ｂを５℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、基板２０Ｂの温度を約４２５℃とした後、この温度に約６０分間保持し、基板２０Ｂに熱処理を行う。その結果、基板２０Ａに形成してある半導体膜からは水素が放出される。この間、ガス供給部１５Ｂからは熱処理炉１１Ｂの内部に窒素ガスを１０ＳＬＭの流量で流し続ける。
【００９２】
基板２０Ｂに対する熱処理が完了した後には冷却処理を行う。この冷却を行う際には、制御回路２００Ｂは、矢印Ｃで示すように、熱交換器１９Ｂを熱処理炉１１Ｂの側から熱源１９１Ｂの側に熱流が生じるように制御し、熱処理炉１１Ｂを冷却する。従って、熱処理炉１１Ｂおよび基板２０Ｂは短時間のうちに所定の温度にまで冷える。
【００９３】
しかる後に、基板２０Ｂを熱処理炉１１Ｂから取り出し、新たな基板２０Ｂに対して上記の操作を繰り返す。
【００９４】
これらの工程では、図４に示すように、熱交換器１９Ｂにおいてその熱源１９１Ｂの側と熱処理炉１１Ｂの側との間における熱流の方向によって熱源１９１Ｂの温度Ｔhrと熱処理炉１１Ｂの温度ＴA とは、相対的にそれぞれ逆の温度変化を示す。すなわち、基板２０Ａを熱処理炉１１Ｂに設置する工程、および基板２０Ａを熱処理炉１１Ｂから取り出す工程では、期間ｔ１、ｔ５で示すように、熱流が実質的にはないので、熱源１９１Ｂの温度Ｔhrおよび熱処理炉１１Ｂの温度ＴA は、それぞれ高温レベルおよび低温レベルで平衡状態にある。また、基板２０Ａを熱処理炉１１Ｂ内で熱処理中は、期間ｔ３で示すように、熱流が実質的にはないので、熱源１９１Ｂの温度Ｔhrおよび熱処理炉１１Ｂの温度ＴA は、それぞれ低温レベルおよび高温レベルで平衡状態にある。これに対して、基板２０Ｂを加熱するときには熱源１９１Ｂの側から熱処理炉１１Ｂの側に熱流が生じるため、期間ｔ２で示すように、熱源１９１Ｂの温度Ｔhrは下降し、熱処理炉１１Ｂの温度ＴA は上昇する。それとは逆に、基板２０Ｂを冷却するときには熱処理炉１１Ｂの側から熱源１９１Ｂの側に熱流が生じるため、期間ｔ４で示すように、熱源１９１Ｂの温度Ｔhrは上昇し、熱処理炉１１Ｂの温度ＴA は下降する。従って、熱流があっても熱量が保存される状態にあるので、省エネルギー化を図りながら熱処理炉１１Ｂの温度ＴA を制御できる。
【００９５】
以上説明したように、本例の熱処理装置１０Ｂでは、熱交換器１９Ｂによって基板２０Ｂを加熱するとともに、熱処理が終了した後には同じ熱交換器１９Ｂによって熱処理炉１１Ｂや基板２０Ｂを積極的かつ強制的に冷却するので、簡単な構成でありながら、熱処理炉１１Ｂから基板２０Ｂを出し入れするときに熱処理炉１１Ｂが冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故、熱処理工程で行う段取り作業の効率が向上する。
【００９６】
［実施例３］
本例の減圧ＣＶＤ装置は、本発明の第３の形態に係る装置であり、アクティブマトリクス基板の製造工程において、図１１（Ｂ）に示したように基板２０の全面に減圧ＣＶＤ法により真性のアモルファスシリコン膜からなる半導体膜１２を形成するための装置である。
【００９７】
図５は、本例の減圧ＣＶＤ装置の概略構成図、図６は、図５のII−II′線に相当する位置で切断したときの反応炉の概略断面図である。
図５において、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｃは、４００ｍｍ×５００ｍｍ程の大きな基板２０Ｃにアモルファスシリコン膜からなる半導体膜（薄膜）を形成するための筒状の反応炉１１Ｃと、この反応炉１１Ｃの内部に配置された多数の基板２０Ｃを反応炉１１Ｃの外部から加熱するとともに、基板２０Ｃを一定温度に保つためのヒータ１２Ｃ（加熱手段）と、反応炉１１Ｃの内部を減圧するためのブースターポンプやドライポンプからなる真空排気装置１３（真空排気手段）と、反応炉１１Ｃの内部にガス拡散板１５１Ｃを介してガスボンベ１４２Ｃからのモノシランやジシランなどといった反応ガスを供給するための反応ガス供給部１５Ｃ（反応ガス供給手段）とから大略構成されている。
【００９８】
反応ガス供給部１５Ｃではガスボンベ１４２Ｃからモノシランやジシランなどといった反応ガスを反応炉１１Ｃに供給できるだけでなく、バルブ（図示せず。
）の切換によってガスボンベ１４１Ｃ、１４３Ｃから窒素ガスやアルゴンガスも反応炉１１Ｃに供給できるようになっている。反応ガス供給部１５Ｃでは、反応ガス供給経路１５０Ｃの途中位置にマスフローコントローラ１７Ｃが介挿され、ガスボンベ１４２Ｃなどから供給されるガスは所定の流量に制御されながら反応炉１１Ｃの内部に供給される。また、反応室１１Ｃと真空排気装置１３Ｃとを結ぶ排気経路１３０Ｃの途中位置にはゲートバルブ１３１Ｃが構成されている。
【００９９】
反応炉１１Ｃの内部には、たとえば１００枚〜１５０枚もの基板２０Ｃを１．１ｍｍ間隔で立てた状態で保持しておくためのボート１８Ｃが配置され、かかる基板２０Ｃの総重量は約７０ｋｇにも達する。そこで、反応炉１１Ｃとしては、内径が７００ｍｍで長さが２５００ｍｍの体積が９６２１３３ｃｍ3 もある大型、かつ肉厚の石英チャンバーが用いられている。
【０１００】
図６に示すように、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｃでは、ヒータ１２Ｃは反応炉１１Ｃを囲む上下一対のヒータブロックから構成され、ヒータ１２Ｃと反応炉１１Ｃとの間には反応炉１１Ｃを取り巻くように空気や窒素等の熱媒用ガスを通すための熱媒通路１９０Ｃが区画形成された状態にある。この熱媒通路１９０Ｃは約５ｍｍの幅を有し、断面積が１７．５６ｃｍ2 である。
【０１０１】
再び図５において、熱媒通路１９０Ｃに対しては熱媒用ガス供給部１９９Ｃ（熱媒用ガス供給手段）が構成され、この熱媒用ガス供給部１９９Ｃには、熱媒用ガス供給経路１９４Ｃと、この熱媒用ガス供給経路１９４Ｃの途中位置においてガスボンベ１９６Ｃから供給される窒素ガスなどといった熱媒用ガスを加熱および冷却するための熱交換器１９５Ｃと、マスフローコントローラ１９７Ｃとが構成されている。熱媒用ガス供給経路１９４Ｃは、熱媒通路１９０Ｃの両端部のうちの一方側端部に熱媒用ガス導入口１９１Ｃとして連通し、熱媒通路１９０Ｃの他方側端部は熱媒用ガス排出口１９２Ｃとなっている。このため、熱媒用ガス供給経路１９４Ｃから熱媒通路１９０Ｃには加熱したガスおよび冷却したガスのいずれをも通すことができる。
【０１０２】
反応炉１１Ｃに対しては熱電対２０１Ｃが配置され、この熱電対２０１Ｃでの検出結果に基づいて、制御回路２００Ｃはマスフローコントローラ１９７Ｃを制御し、反応炉１１Ｃ内の温度に応じた流量で熱媒用ガスを熱媒通路１９０Ｃに供給するようになっている。なお、ヒータ１２Ｃの温度を熱電対などで監視し、その監視結果に基づいて、制御回路２００Ｃが熱媒用ガスの流量などを制御するように構成してもよい。
【０１０３】
このような減圧ＣＶＤ装置１０Ｃにおいて、基板２０Ｃの表面にアモルファスシリコン膜からなる半導体膜（薄膜）を形成するときには、まず、１００枚の基板２０Ｃと５０枚のダミー用の基板とをボート１８Ｃ上に１ｃｍ間隔で立てた状態に並べ、約２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で反応炉１１Ｃ内に入れる。
【０１０４】
次に、反応炉１１Ｃの内部に設置した基板２０Ｃをヒータ１２Ｃによって反応炉１１Ｃの外部から２０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、基板２０Ｃの温度を約２５０℃〜約３００℃とする。
【０１０５】
次に、反応炉１１Ｃの内部温度を２５０℃に保ったまま、真空排気装置１３Ｃによって反応炉１１Ｃの内部が１Ｔｏｒｒになるまで第１回目の真空引きを１０分間行い、続いて反応炉１１Ｃの内部が１０-7Ｔｏｒｒになるまで第２回目の真空引きを１０分間行う。この間、反応炉１１Ｃの内部に設置した基板２０Ｃをヒータ１２Ｃによって反応炉１１Ｃの外部から加熱し、基板２０Ｃの温度を約４２５℃とする。
【０１０６】
この昇温工程中に、反応炉１１Ｃにはガスボンベ１４１Ｃから窒素ガスを３ＳＬＭの流量で供給する。また、熱媒通路１９０Ｃには窒素ガスを１ＳＬＭの流量で供給する。
【０１０７】
次に、矢印Ｂで示すように、ガスボンベ１４２Ｃからジシランガスを反応ガスとして反応炉１１Ｃの内部に３ＳＬＭの流量で供給する。その結果、反応ガスは高温環境下で化学反応を生じ、約５０分の間に基板２０Ｃの表面に厚さが６００オングストロームのアモルファスシリコン膜を形成する。
【０１０８】
基板２０Ｃに対する薄膜体積処理が完了した後には、ヒータ１２Ｃによる加熱を中止するとともに、熱媒通路１９０Ｃに窒素ガスを２０ＳＬＭの流量で供給しながら、真空排気装置１３Ｃによって反応炉１１Ｃの内部が１０-7Ｔｏｒｒになるまで真空引きを行う。
【０１０９】
次に、反応炉１１Ｃには反応ガスに代えてガスボンベ１４３Ｃからアルゴンガスを９７ＳＬＭの流量で供給する。熱媒通路１９０Ｃには、矢印Ａで示すように、冷却した熱媒用ガス（冷却した窒素ガス）を２０ＳＬＭの流量で供給する。この間、反応炉１１Ｃの内部温度を熱電対２０１Ｃなどで監視し、この監視結果に基づいて、制御回路２００Ｃは熱媒用ガス供給経路１９４Ｃに対して供給する熱媒用ガスの流量を調整する。
【０１１０】
その結果、熱媒通路１９０Ｃを通る熱媒用ガス（冷却された窒素ガス）は、反応炉１１Ｃを冷却する。すなわち、熱媒通路１９０Ｃおよび熱媒用ガス供給部１９９Ｃは反応炉１１Ｃを冷却するための冷却手段１９Ｃとして機能する。また、熱媒通路１９０Ｃを通る熱媒用ガス（冷却された窒素ガス）はヒータ１２Ｃを冷却する。すなわち、熱媒通路１９０Ｃおよび熱媒用ガス供給部１９９Ｃはヒータ１２Ｃを冷却するための冷却手段１９Ｃとしても機能する。従って、反応炉１１Ｃおよび基板２０Ｃは、短時間のうちに所定の温度にまで冷える。
【０１１１】
しかる後に基板２０Ｅを約２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で反応炉１１Ｅから取り出し、新たな基板２０Ｃに上記の操作を繰り返す。
【０１１２】
以上説明したように、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｃでは、熱媒用ガス供給経路１９４Ｃから熱媒通路１９０Ｃに対して冷却したガスを流すことができるので、反応炉１１Ｃおよびヒータ１２Ｃの双方を積極的かつ強制的に冷却することができる。従って、反応炉１１Ｃの内部を短時間で冷やすことができるので、反応炉１１Ｃから基板２０Ｃを出し入れするときに待つ時間が短い。それ故、段取り作業の効率がよく、スループットが高い。
【０１１３】
また、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｃでは、実施例１と同様、熱媒用ガス供給経路１９４Ｃから熱媒通路１９０Ｃに対しては熱交換器１９５Ｃによって加熱した熱媒用ガスを供給することもできる。従って、基板２０Ｃを加熱する際には熱媒通路１９０Ｃに対して加熱した熱媒用ガスを通し、反応炉１１Ｃを加熱することもできる。それ故、反応炉１１Ｃを大型化したために温度ばらつきが生じやすくなっているとしても、本例では、熱媒用ガスによる加熱によって反応炉１１Ｃの内部の温度ばらつきを抑えることができるなど、反応炉１１Ｃが大型化されている割りには温度の均一性が高い。よって、反応炉１１Ｃの内部に大型の基板２０Ｃを多数設置しても各基板２０Ｃの間における温度ばらつきが小さいとともに、１枚の基板２０Ｃ上における温度分布が良好であるため、膜質の安定したアモルファスシリコン膜を形成することができる。
【０１１４】
［実施例４］
本例の減圧ＣＶＤ装置は、本発明の第４の形態に係る装置であり、実施例３と同様、アクティブマトリクス基板の製造工程において、図１１（Ｂ）に示したように基板２０の全面に減圧ＣＶＤ法により真性のアモルファスシリコン膜からなる半導体膜１２を形成するための装置である。
【０１１５】
図７は、本例の減圧ＣＶＤ装置の概略構成図である。
図７において、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｄは、４００ｍｍ×５００ｍｍ程の大きな基板２０Ｄに薄膜を形成するための筒状の反応炉１１Ｄと、この反応炉１１Ｄの内部に配置された多数の基板２０Ｄを反応炉１１Ｄの外部から加熱および冷却するための熱交換器１２Ｄ（熱交換手段）と、反応炉１１Ｄの内部を減圧するためのブースターポンプやドライポンプからなる真空排気装置１３（真空排気手段）と、反応炉１１Ｄの内部にガス拡散板１５１Ｄを介してガスボンベ１４Ｄからのモノシランやジシランなどといった反応ガスを供給するための反応ガス供給部１５Ｄ（反応ガス供給手段）とから大略構成されている。
【０１１６】
反応ガス供給部１５Ｄでは、反応ガス供給経路１５０Ｄの途中位置にマスフローコントローラ１７Ｄが介挿されており、ガスボンベ１４Ｄから供給される反応ガスは所定の流量に制御されながら反応炉１１Ｄの内部に供給される。反応室１１Ｄと真空排気装置１３Ｄとを結ぶ排気経路１３０Ｄの途中位置にはゲートバルブ１３１Ｄが構成されている。
【０１１７】
反応炉１１Ｄの内部には、たとえば１００枚〜１５０枚もの基板２０Ｄを１．１ｍｍ間隔で立てた状態で保持しておくためのボート１８Ｄが配置され、かかる基板２０Ｄの総重量は約７０ｋｇにも達する。そこで、反応炉１１Ｄとしては、内径が７００ｍｍで長さが２５００ｍｍの体積が９６２１３３ｃｍ3 もある大型、かつ肉厚の石英チャンバーが用いられている。
【０１１８】
本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｄでは、実施例２と同様に、反応炉１１Ｄの内部温度を熱電対２０１Ｄなどで監視し、この監視結果に基づいて、制御回路２００Ｄは熱交換器１９Ｄにおいてその熱源１９１Ｄの側と反応炉１１Ｄの側との間における熱流の方向を制御するようになっている。
【０１１９】
このような減圧ＣＶＤ装置１０Ｄにおいて、基板２０Ｄの表面に半導体膜（薄膜）を形成するときの基本的な操作は、実施例３に係る減圧ＣＶＤ装置と概ね同じであるため、特徴的な操作のみについて説明する。
【０１２０】
まず、基板２０Ｄとダミー用の基板とをボート１８Ｄ上に立てた状態に並べ、反応炉１１Ｄ内に入れる後、制御回路２００Ｄは、矢印Ｈで示すように、熱源１９１Ｄの側から反応炉１１Ｄの側に熱流が生じるように熱交換器１９Ｄを制御し、反応炉１１Ｄの内部に設置した基板２０Ｄを加熱する。
【０１２１】
次に、反応炉１１Ｄの内部温度を２５０℃に保ったまま、真空排気装置１３Ｄによって反応炉１１Ｄの内部が１Ｔｏｒｒになるまで第１回目の真空引きを１０分間行い、次に、反応炉１１Ｄの内部が１０-7Ｔｏｒｒになるまで第２回目の真空引きを１０分間行う。この間、制御回路２００Ｄは、矢印Ｈで示すように、熱源１９１Ｄの側から反応炉１１Ｄの側に熱流が生じるように熱交換器１９Ｄを制御し、反応炉１１Ｄの内部に設置した基板２０Ｄの温度を約４２５℃とする。この昇温中には反応炉１１Ｄの内部に窒素ガスを供給しておく。
【０１２２】
次に、ガスボンベ１４Ｄからジシランガスを反応ガスとして反応炉１１Ｄの内部に流す。その結果、反応ガスは高温環境下で化学反応を生じ、基板２０Ｄの表面においてアモルファスシリコン膜を形成する。
【０１２３】
基板２０Ｄに対する薄膜堆積処理が完了した後には冷却処理を行う。この冷却を行う際には、制御回路２００Ｄは、矢印Ｃで示すように、反応炉１１Ｄの側から熱源１９１Ｄの側に熱流が生じるように熱交換器１９Ｄを制御し、反応炉１１Ｄを冷却する。従って、反応炉１１Ｄおよび基板２０Ｄは短時間のうちに所定の温度にまで冷える。
【０１２４】
しかる後に基板２０Ｄを反応炉１１Ｄから取り出し、新たな基板２０Ｄに対して上記の操作を繰り返す。
【０１２５】
以上説明したように、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｄでは、熱交換器１９Ｄによって基板２０Ｄを加熱するとともに、薄膜堆積処理が終了した後には同じ熱交換器１９Ｄによって反応炉１１Ｄや基板２０Ｄを積極的かつ強制的に冷却するので、簡単な構成でありながら、反応炉１１Ｄから基板２０Ｄを出し入れするときに反応炉１１Ｄが冷えるまで待つ時間が短くて済む。それ故、薄膜体積工程で行う段取り作業の効率が向上する。また、実施例２と同様、熱交換器１９Ｄを用いているので、反応炉１１Ｄの側と熱源１９１Ｄの側との間で熱流があっても熱量が保存される状態にあるので、省エネルギー化を図ることができる。
【０１２６】
［実施例５］
本例の減圧ＣＶＤ装置は、本発明の第５の形態に係る装置であり、実施例３と同様、アクティブマトリクス基板の製造工程において、図１１（Ｂ）に示したように基板２０の全面に減圧ＣＶＤ法により真性のアモルファスシリコン膜からなる半導体膜１２を形成するための装置である。
【０１２７】
図８は、本例の減圧ＣＶＤ装置の概略構成図、図９は、この減圧ＣＶＤ装置に用いた内側反応炉の構成を示す斜視図、図１０は、図８のIII −III ′線に相当する位置で切断したときの反応炉の断面図である。
【０１２８】
図８において、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｅは、４００ｍｍ×５００ｍｍ程の大きな基板２０Ｅに薄膜を形成するための筒状の内側反応炉１１Ｅと、この内側反応炉１１Ｅの外側に位置する筒状の外側反応炉１１０Ｅと、内側反応炉１１Ｅの内部に配置された多数の基板２０Ｅを外側反応炉１１０Ｅの外部から加熱するとともに基板２０Ｅを一定温度に保つためのヒータ１２Ｅ（加熱手段）と、外側反応炉１１０Ｅの内部を減圧するための真空排気装置１３Ｅ（真空排気手段）と、内側反応炉１１Ｅの内部にガスボンベ１４２Ｅからのモノシランやジシランなどといった反応ガスを供給するための反応ガス供給部１５Ｅ（反応ガス供給手段）とから大略構成されている。
【０１２９】
反応ガス供給部１５Ｅではガスボンベ１４２Ｅからモノシランやジシランなどといった反応ガスを反応炉１１Ｅに供給できるだけでなく、バルブ（図示せず。
）の切換によってガスボンベ１４１Ｅ、１４３Ｅから窒素ガスやアルゴンガスも反応炉１１Ｅに供給できるようになっている。反応ガス供給部１５Ｅでは、反応ガス供給経路１５０Ｅの途中位置にマスフローコントローラ１７Ｅが介挿され、ガスボンベ１４２Ｅなどから供給されるガスは所定の流量に制御されながら反応炉１１Ｅの内部に供給される。また、反応室１１Ｅと真空排気装置１３Ｅとを結ぶ排気経路１３０Ｅの途中位置にはゲートバルブ１３１Ｅが構成されている。
【０１３０】
本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｅにおいて、内側反応炉１１Ｅは、メンテナンスを行う際に外側反応炉１１０Ｅから引き出しやすいように、薄い石英チャンバーとして構成され、大型の基板２０Ｅに対応できる大きさの割りには軽量化が図られている。これに対して、外側反応炉１１Ｅは、内側反応炉１１Ｅや基板２０Ｅを支持するのに耐え得るように肉厚が２０ｍｍ〜５０ｍｍと厚い石英チャンバーから構成されている。
【０１３１】
外側反応炉１１Ｅの端部にはドア１５２Ｅが被せられているが、ドア１５２Ｅを外すと、内側反応炉１１Ｅは外側反応炉１１Ｅから抜くことが可能である。ドア１５２Ｅには反応ガス供給経路１５０Ｅの一部が構成され、反応ガス供給経路１５０Ｅの出口部分にはガス拡散板１５１Ｅが嵌められている。
【０１３２】
内側反応炉１１Ｅの内部には、たとえば１００枚〜１５０枚もの基板２０を所定の間隔で立てた状態で保持しておくための基板支持用のボート１８Ｅが配置され、かかる基板２０Ｅの総重量は約７０ｋｇにも達する。そこで、ボート１８Ｅの脚部１８０Ｅは丈夫な外側反応炉１１０Ｅに対して支持されている。すなわち、図９に示すように、内側反応炉１１Ｅには脚部１８０Ｅを通すための４つの孔１１１Ｅが形成されている。
【０１３３】
図１０に示すように、本例では、外側反応炉１１０Ｅと内側反応炉１１Ｅとの間にはヘリウムガスなどの熱媒用ガスを通すための第一熱媒通路１６０Ｅが区画形成されている状態にある。
【０１３４】
また、ヒータ１２Ｅは、反応炉１１Ｅを挟む１対のヒータブロックから構成され、ヒータ１２Ｅと反応炉１１Ｅとの間には、空気や窒素ガスなどといった熱媒用ガスを通すための第二熱媒通路１９０Ｅが区画形成された状態にある。
【０１３５】
再び図８において、第一熱媒通路１６０Ｅに対しては第一熱媒用ガス供給部１６Ｅ（第一熱媒用ガス供給手段）が構成され、この第一熱媒用ガス供給部１６Ｅにおいて、第一熱媒用ガス供給経路１６４Ｅの途中位置には、マスフローコントローラ１６７Ｅと、ガスボンベ１６６Ｅから供給されるヘリウムガスなどの熱媒用ガスを加熱および冷却するための熱交換器１６５Ｅとが構成されている。第一熱媒用ガス供給経路１６４Ｅは、第一熱媒通路１６０Ｅの両端部のうち一方側端部にガス導入口１６１Ｅとして連通し、第一熱媒通路１６０Ｅの他方側端部はガス排出口１６２Ｅになっている。このため、ガス供給経路１６４Ｅから第一熱媒通路１６０Ｅに対しては、加熱したガスおよび冷却した熱媒用ガスのいずれをも通すことができるとともに、ガス排出口１６２Ｅから排出された熱媒用ガスは反応ガスと一緒に排気経路１３０Ｅから排出されるようになっている。
【０１３６】
ここで、外側反応炉１１０Ｅの内部では、内側反応炉１１Ｅの内部および第一熱媒通路１６０Ｅのそれぞれにガスが供給されるが、内側反応炉１１Ｅの内部と真空排気装置１３Ｅとの間のコンダクタンスは、第一熱媒通路１６０Ｅと真空排気装置１３Ｅとの間のコンダクタンスよりも大きい。このため、各ガスを供給するときの各圧力のバランスさえ確保すれば、第一熱媒通路１６０Ｅを流れるガスの圧力は、内側反応炉１１Ｅの内部を流れる反応ガスの圧力に比較して高く設定されるので、内側反応炉１１Ｅの内部を流れる反応ガスは第一熱媒通路１６０Ｅの方に流入しない。
【０１３７】
第二熱媒通路１９０Ｅに対しては第二熱媒用ガス供給部１９９Ｅ（第二熱媒用ガス供給手段）が構成され、この第二熱媒用ガス供給部１９９Ｅにおいて、第二熱媒用ガス供給経路１９４Ｅの途中位置には、マスフローコントローラ１９７Ｅと、ガスボンベ１９６Ｅから供給される空気や窒素ガスなどといった熱媒用ガスを加熱および冷却するための熱交換器１９５Ｅとが構成されている。第二熱媒用ガス供給経路１９４Ｅは、第二熱媒通路１９０Ｅの両端部のうち一方側端部にガス導入口１９１Ｅとして連通し、第二熱媒通路１９０Ｅの他方側端部はガス排出口１９２Ｅになっている。このため、熱媒用ガス供給経路１９４Ｅから第二熱媒通路１９０Ｅに対しては、加熱したガスおよび冷却したガスのいずれをも通すことができるようになっている。
【０１３８】
外側反応炉１１０Ｅの出口付近には熱電対２０１Ｅが配置され、この熱電対２０１Ｅでの検出結果に基づいて、制御回路２００Ｅはマスフローコントローラ１６７Ｅ、１９７Ｅを制御し、外側反応炉１１０Ｅ内の温度に応じた流量で熱媒用ガスを第一熱媒通路１６０Ｅおよび第二熱媒通路１９０Ｅに供給するようになっている。なお、内側反応炉１１Ｅやヒータ１２Ｅなどの温度を熱電対などで監視し、その監視結果に基づいて、制御回路２００Ｅが熱媒用ガスの流量などを制御するように構成してもよい。
【０１３９】
このような減圧ＣＶＤ装置１０Ｅにおいて、基板２０Ｅの表面に薄膜を形成するときには、まず、１００枚の基板２０Ｅと５０枚のダミー用の基板とをボート１８Ｅ上に１ｃｍ間隔で立てた状態に並べ、約２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で反応炉１１Ｅ内に入れる。
【０１４０】
次に、反応炉１１Ｅの内部に設置した基板２０Ｅをヒータ１２Ｅによって反応炉１１Ｅの外部から２０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、基板２０Ｅの温度を約２５０℃〜約３００℃とする。
【０１４１】
次に、反応炉１１Ｅの内部温度を２５０℃に保ったまま、真空排気装置１３Ｅによって反応炉１１Ｅの内部が１Ｔｏｒｒになるまで第１回目の真空引きを１０分間行い、続いて、反応炉１１Ｅの内部が１０-7Ｔｏｒｒになるまで第２回目の真空引きを１０分間行う。この間に、反応炉１１Ｅの内部に設置した基板２０Ｅをヒータ１２Ｅによって反応炉１１Ｅの外部から加熱し、基板２０Ｅの温度を約４２５℃とする。
【０１４２】
この昇温工程中には、内側反応炉１１Ｅの内部には、ガスボンベ１４１Ｅから窒素ガスを３ＳＬＭの流量で供給する。第一熱媒通路１６０Ｅにはヘリウムガスを３ＳＬＭの流量で供給する。第二熱媒通路１９０Ｅには窒素ガスを１ＳＬＭの流量で供給する。
【０１４３】
次に、反応ガス供給部１５Ｅからは、窒素ガスに代えてジシランガスを反応ガスとして内側反応炉１１Ｅの内部に３ＳＬＭの流量で供給する。その結果、反応ガスは高温環境下で化学反応を生じ、約５０分の間に基板２０Ｅの表面に厚さが６００オングストロームのアモルファスシリコン膜を形成する。
【０１４４】
基板２０Ｅに対する薄膜体積処理が終了した後には、ヒータ１２Ｅによる加熱を中止するとともに、第二熱媒通路１９０Ｅに窒素ガスを２０ＳＬＭの流量で供給しながら、真空排気装置１３Ｅによって反応炉１１Ｅの内部が１０-7Ｔｏｒｒになるまで真空引きを行う。
【０１４５】
次に、内側反応炉１１Ｅの内部にはジシランガスに代えてガスボンベ１４３Ｅからアルゴンガスを９７ＳＬＭの流量で供給する。第一熱媒通路１６０Ｅには冷却した熱媒用ガス（冷却したヘリウムガス）を３ＳＬＭの流量で供給する。第二熱媒通路１９０Ｅには冷却した熱媒用ガス（冷却した窒素ガス）を２０ＳＬＭの流量で供給する。この間、反応炉１１Ｅの内部温度を熱電対２０１Ｅなどで監視し、この監視結果に基づいて、制御回路２００Ｅは第一熱媒通路１６０Ｅおよび第二熱媒通路１９０Ｅに対して供給する熱媒用ガスの流量を調整する。その結果、第一熱媒通路１６０Ｅを流れる冷却した熱媒用ガスは内側反応炉１１Ｅおよび外側反応炉１１０Ｅを冷却する。また、第二熱媒通路１９０Ｅに流した冷却した熱媒用ガスは外側反応炉１１０Ｅおよびヒータ１２Ｅを冷却する。従って、内側反応炉１１Ｅ、外側反応炉１１０Ｅ、ヒータ１２Ｅおよび基板２０Ｅは、短時間のうちに所定の温度にまで冷える。
【０１４６】
しかる後に基板２０Ｅを約２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で内側反応炉１１Ｅから取り出し、新たな基板２０Ｅに対して上記の操作を繰り返す。
【０１４７】
以上説明したように、本例の減圧ＣＶＤ装置１０Ｅでは、反応炉を単に大型化するだけでなく２重構造とし、そのうち軽い方の内側反応炉１１Ｅを重くて丈夫な外側反応炉１１Ｅから取り外すことができるようになっている。従って、内側反応炉１１Ｅの内面に付着したシリコン膜などを除去するためのメンテナンス作業を効率よく行える。
【０１４８】
また、薄膜堆積処理が終了した後には、第二熱媒通路１９０Ｅに冷却した熱媒用ガスを通し、外側反応炉１１０Ｅおよびヒータ１２Ｅの双方を短時間で冷却することができる。また、第一熱媒通路１６０Ｅに冷却した熱媒用ガスを通し、外側反応炉１１０Ｅおよび内側反応炉１１Ｅの双方を短時間で冷却することができる。それ故、内側反応炉１１Ｅから基板２０Ｅを出し入れするとき、外側反応炉１１０Ｅおよび内側反応炉１１Ｅが冷えるまで待つ時間が短い分だけ、段取り作業の効率がよい。
さらに、外側反応炉１１０Ｅの周囲には加熱した熱媒用ガス通すことのできる第二熱媒通路１９０Ｅを構成したので、基板２０Ｅを加熱する際には、この通路を通る熱媒用ガスによって外側反応炉１１を加熱できる。それに加えて、外側反応炉１１０Ｅと内側反応炉１１Ｂとの間に加熱したガス通すことのできる第一熱媒通路１６０Ｅを確保してあるので、基板２０Ｅを加熱する際には、この通路を通るガスによっても外側反応炉１１０Ｅと内側反応炉１１Ｂとを加熱することができる。従って、反応炉を大型化したため、温度ばらつきが生じやすくなっているとしても、内側反応炉１１Ｅを均一に加熱することができる。それ故、各基板２０Ｅの間における温度ばらつきが小さいとともに、１枚の基板２０Ｅ上における温度分布が良好であるため、膜質が安定したアモルファスシリコン膜を形成することができる。
【０１４９】
［その他の実施例］
なお、上記の実施例３、４、５はいずれも、アモルファスシリコン膜を処理対象とした例であったが、たとえばリンドープのシリコン膜を形成する場合には、モノシランやジシランにホスフィンなどを混合したガスを反応ガスとして用いればよい。また、シリコン酸化膜を形成する場合には、モノシランと酸素とを反応ガスとして供給し、シリコン窒化膜を形成する場合にはジクロルシランとアンモニアとを反応ガスとして供給すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の実施例１に係る熱処理装置の概略構成図である。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ′線における断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る熱処理装置の概略構成図である。
【図４】図３に示す熱処理装置における熱交換器の動作を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例３に係る減圧ＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図６】図５におけるII−II′線における断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る減圧ＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施例５に係る減圧ＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図９】図８に示す減圧ＣＶＤ装置に用いた内側反応炉の斜視図である。
【図１０】図８におけるIII −III ′線における断面図である。
【図１１】薄膜トランジスタの製造工程を示す工程断面図である。
【図１２】図１１に示す工程に続いて行う薄膜トランジスタの製造工程を示す工程断面図である。
【図１３】従来の熱処理装置や減圧ＣＶＤ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０Ａ、１０Ｂ・・・熱処理装置
１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ・・・減圧ＣＶＤ装置
１１Ａ、１１Ｂ・・・熱処理炉
１１Ｃ、１１Ｄ・・・反応炉
１１Ｅ・・・外側反応炉
１１０Ｅ・・・内側反応炉
１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｅ・・・ヒータ（加熱手段）
１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ・・・真空排気装置（真空排気手段）
１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ・・・反応ガス供給部（反応ガス供給手段）
１５０Ｃ、１５０Ｄ、１５０Ｅ・・・反応ガス供給経路
１６Ｅ・・・第一熱媒用ガス供給部（第一熱媒用ガス供給手段）
１６０Ｅ・・・第一熱媒通路
１９Ａ、１９Ｃ・・・熱媒用ガス供給部（熱媒用ガス供給手段）
１９Ｅ・・・第二熱媒用ガス供給部（第二熱媒用ガス供給手段）
１９０Ａ、１９０Ｃ・・・熱媒通路
１９０Ｅ・・・第二熱媒通路
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ・・・基板
【図１】
2004048068.tif 000003
【図２】
2004048068.tif 000004
【図３】
2004048068.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004048068.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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