JPH1027759A - 熱処理装置、減圧ｃｖｄ装置、および薄膜装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(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２
０Ｃ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２
０Ｃ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。

Description

【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。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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１１
Ｊ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。

【０００４】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１１
Ｊ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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】熱処理装置や減圧ＣＶ
Ｄ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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

［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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】［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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】［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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】［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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】［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。

【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、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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】

【発明の実施の形態】

［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１１
Ａ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。

【００３７】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。

【００３８】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１１
Ａ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。５０ｍ
ｍ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１
２Ａ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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】このような発明については、実施例１とし
て後述する。

【００４４】［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。

【００４５】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１
９Ｂ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。

【００４６】このような発明によれば、熱交換手段１９
Ｂ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。

【００４７】このような発明については、実施例２とし
て後述する。

【００４８】［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。

【００４９】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１
９０Ｃ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。

【００５０】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２０
Ｃ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。

【００５１】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１９
Ｃにより行う。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】このような発明については、実施例３とし
て後述する。

【００５５】［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２
０Ｄ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。

【００５６】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１９
Ｄ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１９
１Ｄに向かう。

【００５７】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。

【００５８】このような発明については、実施例４とし
て後述する。

【００５９】［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２
０Ｅを加熱するための加熱手段１２Ｅと、内側反応炉１
１Ｅ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。

【００６０】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１１
Ｅ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１１
Ｅ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。

【００６１】本発明によれば、反応炉を内側反応炉１１
Ｅ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１
１Ｅ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１
１Ｅ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。

【００６２】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１６
０Ｅ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。

【００６３】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。

【００６４】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１１
Ｅ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１１
Ｅ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。

【００６５】このように構成すると、第二熱媒通路１９
０Ｅ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。

【００６６】このような発明については、実施例５とし
て後述する。

【００６７】［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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】次に、図１２（Ｃ）に示すように、基板２
０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１
５を形成する。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】［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。

【００７８】図１は、本例の加熱処理装置の概略構成図
である。

【００７９】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１１
Ａの内部に配置された多数の基板２０Ａを熱処理炉１１
Ａ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。

【００８０】熱処理炉１１Ａの内部には、１００枚〜１
５０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。

【００８１】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１
３０Ａ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１１
Ａ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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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１９７
Ａ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。

【００８５】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１０
０℃〜３００℃程度（本例では２００℃）に保たれてい
る。

【００８６】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１
１Ａ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。

【００８７】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。

【００８８】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１
２Ａ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１９０
Ａに対して冷却した窒素ガス（熱媒用ガス）を約１ＳＬ
Ｍ〜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。

【００８９】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。

【００９０】しかる後に基板２０Ａを約２０ｃｍ／ｍｉ
ｎの速度で熱処理炉１１Ａから取り出し、新たな基板２
０Ａに対して上記の操作を繰り返す。

【００９１】以上説明したように、本例の熱処理装置１
０Ａでは、熱媒用ガス供給経路１９４Ａから熱媒通路１
９０Ａ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１１
Ａ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。

【００９２】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。

【００９３】［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１
２に含まれる水素を除去するのに用いられる装置であ
る。

【００９４】図３は、本例の加熱処理装置の概略構成図
である。

【００９５】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１１
Ｂの内部に配置された多数の基板２０Ｂを熱処理炉１１
Ｂ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。

【００９６】熱処理炉１１Ｂの内部には、１００枚〜１
５０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。

【００９７】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。

【００９８】本例の熱処理装置１０Ｂでは、熱処理炉１
１Ｂ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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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１
１Ｂ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。

【０１０２】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２
００Ｂ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。

【０１０３】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。

【０１０４】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１９
１Ｂ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２０
Ａ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、ｔ
５で示すように、熱流が実質的にはないので、熱源１９
１Ｂ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１１
Ｂ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。

【０１０５】以上説明したように、本例の熱処理装置１
０Ｂ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１９
Ｂ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。

【０１０６】［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。

【０１０７】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。

【０１０８】図５において、本例の減圧ＣＶＤ装置１０
Ｃ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。

【０１０９】反応ガス供給部１５Ｃではガスボンベ１４
２Ｃ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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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１９２
Ｃとなっている。このため、熱媒用ガス供給経路１９４
Ｃ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。

【０１１３】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１９７
Ｃ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。

【０１１４】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１
８Ｃ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。

【０１１５】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。

【０１１６】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１１
Ｃ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１０-7Ｔｏ
ｒｒ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。

【０１１７】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。

【０１１８】次に、矢印Ｂで示すように、ガスボンベ１
４２Ｃ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。

【０１１９】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１１
Ｃの内部が１０-7Ｔｏｒｒになるまで真空引きを行う。

【０１２０】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２０
ＳＬＭ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１９４
Ｃに対して供給する熱媒用ガスの流量を調整する。

【０１２１】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１
９Ｃ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。

【０１２２】しかる後に基板２０Ｅを約２０ｃｍ／ｍｉ
ｎの速度で反応炉１１Ｅから取り出し、新たな基板２０
Ｃに上記の操作を繰り返す。

【０１２３】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１１
Ｃの内部を短時間で冷やすことができるので、反応炉１
１Ｃ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。

【０１２４】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。

【０１２５】［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１
２を形成するための装置である。

【０１２６】図７は、本例の減圧ＣＶＤ装置の概略構成
図である。

【０１２７】図７において、本例の減圧ＣＶＤ装置１０
Ｄ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１
２Ｄ（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。

【０１２８】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１７
Ｄ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。

【０１２９】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。

【０１３０】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２０
０Ｄ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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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１１
Ｄ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１０-7Ｔｏ
ｒｒ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。

【０１３４】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２０
Ｄの表面においてアモルファスシリコン膜を形成する。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】［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１
２を形成するための装置である。

【０１３９】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。

【０１４０】図８において、本例の減圧ＣＶＤ装置１０
Ｅ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１
１０Ｅ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。

【０１４１】反応ガス供給部１５Ｅではガスボンベ１４
２Ｅ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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】内側反応炉１１Ｅの内部には、たとえば１
００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。

【０１４５】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。

【０１４６】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。

【０１４７】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１
６Ｅ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１６２
Ｅ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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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１６０
Ｅ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。

【０１５１】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。

【０１５２】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。

【０１５３】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１１
Ｅ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１０-7Ｔ
ｏｒｒ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。

【０１５４】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１９０
Ｅには窒素ガスを１ＳＬＭの流量で供給する。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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３Ｓ
ＬＭ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１１
０Ｅ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。

【０１５８】しかる後に基板２０Ｅを約２０ｃｍ／ｍｉ
ｎ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。

【０１５９】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。

【０１６０】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１１
Ｅ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。

【０１６１】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１９０
Ｅ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１
１０Ｅ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。

【０１６２】［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。

【０１６３】

【発明の効果】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。

【０１６４】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。

【０１６５】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。

【図面の簡単な説明】

【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】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｄ 29/786 29/78 ６２７Ｇ 21/336 ６２７Ｚ

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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熱処理
   装置。
2. 【請求項２】 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ことを特徴とする熱処理装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記冷却手
   段は、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を特徴とする熱処理
   装置。
4. 【請求項４】 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薄膜装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 請求項４において、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
   り行われることを特徴とする薄膜装置の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項４または５において、前記冷却処
   理は強制冷却であることを特徴とする薄膜装置の製造方
   法。
7. 【請求項７】 請求項５において、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を特徴とする薄膜装
   置の製造方法。
8. 【請求項８】 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
   ことを特徴とする熱処理装置。
9. 【請求項９】 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薄
   膜装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 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減
    圧ＣＶＤ装置。
11. 【請求項１１】 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ことを特徴とする
    減圧ＣＶＤ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０または１１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を特徴とする減
    圧ＣＶＤ装置。
13. 【請求項１３】 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。
14. 【請求項１４】 請求項１３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
    り行われることを特徴とする薄膜装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１３または１４において、前記
    冷却処理は強制冷却であることを特徴とする薄膜装置の
    製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１４において、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を特徴とする薄
    膜装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 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減圧ＣＶＤ装置。
18. 【請求項１８】 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
    冷却処理を行うことを特徴とする薄膜装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 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
    を特徴とする減圧ＣＶＤ装置。
20. 【請求項２０】 請求項１９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を特徴とする減圧ＣＶＤ装置。
21. 【請求項２１】 請求項１９または２０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を特徴とする減
    圧ＣＶＤ装置。
22. 【請求項２２】 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、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
    を特徴とする薄膜装置の製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項２２において、前記薄膜堆積処
    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
    ことによって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薄膜装置の製造方法。
24. 【請求項２４】 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
    する薄膜装置の製造方法。