JP2005260054A - プラズマ成膜装置、熱処理装置及びプラズマ成膜方法並びに熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ成膜装置又は熱処理装置において、ガラス基板を高い加熱効率で加熱すること。
【解決手段】 プラズマ成膜装置において、前記ガラス基板を加熱するための熱源と、この熱源及びガラス基板の間に介在し、その光吸収スペクトルの波長領域が二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域に重なる領域をもつ材質からなる二次輻射源と、を備えた加熱手段により、ガラス基板を加熱する。熱源からの光エネルギーは二次輻射源により二次輻射されてガラス基板に到達するが、これによりガラス基板が吸収しやすい発光波長の成分が多くなり、ガラス基板の高い加熱効率を確保することができる。こうしてこの成膜装置では、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、アモルファスシリコン膜の脱水素工程と、アモルファスシリコン膜のポリ化工程と、を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス基板に対して行われる熱処理に関する技術であり、例えばアモルファスシリコン膜の成膜、アモルファスシリコン膜の脱水素化あるいはアモルファスシリコン膜のポリ化を行う際に好適な技術である。

例えば液晶ディスプレイ基板の駆動回路としては、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴという）が用いられているが、このＴＦＴは、従来では、例えば図１３に示すように、先ず枚葉式のプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１１にてガラス基板１０上に例えばシランガスを励起したプラズマにより水素添加アモルファスシリコン膜（以下「アモルファスＳｉ：Ｈ膜」という）を成膜し（成膜工程）、次いでアモルファスＳｉ：Ｈ膜が成膜されたガラス基板１０をバッチ式の熱処理炉１２の図示しない載置部に多段に載置して、成膜工程よりも高い温度で熱処理を行うことにより、前記アモルファスＳｉ：Ｈ膜中から水素（Ｈ）成分を除去してアモルファスシリコン膜（以下「アモルファスＳｉ膜」という）を形成し（脱水素工程）、この後枚葉式のレーザアニール装置１３にて前記アモルファスＳｉ膜が形成されたガラス基板１０を、脱水素工程よりも高い温度で加熱し、前記アモルファスＳｉ膜を多結晶化（ポリ化）させること（ポリ化工程）により形成されている。

ここで上述の脱水素工程は４００℃〜６００℃の温度にて数時間加熱する必要があるが、ガラス基板１０は熱容量が大きいので、前記成膜工程を行うＣＶＤ装置１１にてこのような高温で大きなガラス基板１０を均一に加熱することは困難であり、仮に均一に加熱できたとしてもエネルギーコストがかなり高くなってしまう。このため前記脱水素工程は、ＣＶＤ装置１１とは別にバッチ式の熱処理炉１２を用意し、多数のガラス基板１０が置かれた雰囲気全体を加熱することにより、エネルギーコストを抑えながら、ガラス基板１０を均一に加熱するようにしている。

また前記ポリ化工程は、脱水素工程よりもさらにガラス基板１０を高温に加熱することが必要であるが、脱水素工程のように雰囲気全体を加熱しなくても、ガラス基板１０上のアモルファスＳｉ膜のみを加熱すればよいので、前記脱水素工程を行うバッチ式の熱処理炉１２にて継続してポリ化工程を実施するにはエネルギーコストの面で不利となってしまう。このため前記ポリ化工程は熱処理炉１２と別のレーザーアニール装置１３にて、アモルファスＳｉ膜に対して、当該膜への吸収率の大きい紫外領域の光を照射することにより行っている。

このように従来では、ガラス基板１０上にＴＦＴを形成するためには、各工程に付き１台の装置、つまり枚葉式のＣＶＤ装置１１、バッチ式の熱処理炉１２、枚葉式のアニール装置１３の３台が必要である。この際、ガラス基板１０の大型化に伴い、各装置が大型化してしまうため、装置の設置スペースが非常に大きくなると共に、装置の製造コストも大きいものとなってしまう。また３台の装置が必要であるため、各装置間でのガラス基板１０の搬送や、各装置においてプロセス条件が整うまでの調整等に時間がかかり、スループットの低下を招いている。

このようなことから、本発明者らは大きなガラス基板１０を均一に高温に加熱することができる加熱源について検討しており、後述するように厚さ０．７ｍｍのガラス基板を加熱するためには、５μｍ以上の波長の光をガラス基板照射することが有効であることを見出だした。ところでアモルファスＳｉ膜に対して光を吸収させてポリ化を行う技術として、例えば特許文献１が提案されている。

Ｗ０９９／４１７７７

上述の特許文献１は、基板を予備加熱して、その後アモルファスＳｉ膜に光を吸収させてポリ化させる技術である。ここで当該構成ではランプを使用しており、発光源をガラス管に封入したものを用いているが、このガラス管とガラス基板１０とは赤外線の吸収波長帯が同じであることから、発光源の光はこのガラス管に吸収されてしまい、ガラス基板１０に吸収される量が低減してしまう。つまりガラス基板と発光源の間にガラスが存在するので、発光源の光がガラス基板に到達する前にガラス管に吸収されてしまい、ガラス基板の加熱効率が悪い。このため特許文献１の前段の工程はガラス基板の予備加熱に留まっている。

本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、ガラス基板を高い加熱効率で加熱することができるプラズマ成膜装置、熱処理装置及びプラズマ成膜方法並びに熱処理方法を提供することにある。

このため本発明のプラズマ成膜装置は、処理ガスに高周波エネルギーを供給してプラズマ化し、気密容器内の載置部に載置されたガラス基板上にプラズマにより成膜を行うプラズマ成膜装置において、
前記ガラス基板を加熱するための熱源と、この熱源及びガラス基板の間に介在し、その光吸収スペクトルの波長領域が二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域をもつ材質からなる二次輻射源と、を備えた加熱手段を設け、
二次輻射源とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とする。ここで前記熱源は、例えばカーボンワイヤヒータよりなる抵抗発熱体である。また前記二次輻射源は、熱源を被覆した構造、例えば熱源を封入した管状体であり、この二次輻射源は、セラミックスからなる部材またはセラミックコーティング層である。

また本発明のプラズマ成膜装置は、処理ガスに高周波エネルギーを供給してプラズマ化し、気密容器内の載置部に載置されたガラス基板上にプラズマにより成膜を行うプラズマ成膜装置において、前記ガラス基板を加熱するためにカーボンワイヤヒータからなる加熱手段を設け、前記加熱手段とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とする。

ここで前記載置部に載置されるガラス基板と対向するように設けられ、処理ガスをシャワー状に供給するためのガスシャワーヘッドを備え、前記加熱手段は、載置部に載置されたガラス基板と前記ガスシャワーヘッドとの間に設けられるようにしてもよいし、ガラス基板よりも下方側に設けるようにしてもよい。また前記載置部は、二次輻射源を兼用するガラス基板の載置面部を備えているものであってもよい。

このようなプラズマ成膜装置では、ガラス基板を加熱手段により加熱しながら、シリコンの活性種及び水素の活性種を含むプラズマによりガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する成膜工程と、次いでプラズマの発生を停止した状態で、前記ガラス基板を加熱手段により成膜工程時の温度よりも高い温度に加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜中の水素を除去する脱水素工程と、を含むことを特徴とするプラズマ成膜方法や、
ガラス基板を加熱手段により加熱しながら、シリコンの活性種及び水素の活性種を含むプラズマによりガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する成膜工程を行いながら、前記アモルファスシリコン膜中の水素を除去する脱水素工程を行うことを特徴とするプラズマ成膜方法が実施される。

また本発明方法では、脱水素工程を行いながら、アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うようにしてもよいし、脱水素工程を行った後、ガラス基板を脱水素工程時の温度よりも高い温度に加熱しながら、アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うようにしてもよい。

さらに本発明の熱処理装置は、ガラス基板上の薄膜に対して熱処理を行う装置において、前記ガラス基板を加熱するための熱源と、この熱源及びガラス基板の間に介在し、その光吸収スペクトルの波長領域が二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域をもつ材質からなる二次輻射源と、を備えた加熱手段を設け、二次輻射源とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とする。ここで前記熱源は、例えばカーボンワイヤヒータよりなる抵抗発熱体である。また前記二次輻射源は、熱源を被覆した構造、例えば熱源を封入した管状体であり、この二次輻射源は、セラミックスからなる部材またはセラミックコーティング層である。

また本発明の熱処理装置は、ガラス基板上の薄膜に対して熱処理を行う装置において、前記ガラス基板を加熱するためにカーボンワイヤヒータからなる加熱手段を設け、前記加熱手段とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とする。

このような熱処理装置では、アモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板を加熱手段により加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜中の水素を除去する脱水素工程を行うことを特徴とする熱処理方法や、
アモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板を加熱手段により加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うことを特徴とする熱処理方法が実施される。

また本発明方法では、脱水素工程を行いながら、前記アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うようにしてもよいし、脱水素工程を行った後、ガラス基板を脱水素工程時の温度よりも高い温度に加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うようにしてもよい。

このようなプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法では、ガラス基板を熱源により二次輻射源を介して加熱しているので、熱源からの光エネルギーのうちの二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域の光エネルギーが二次輻射源に吸収される。これにより二次輻射源からは熱源の発光スペクトルとは異なる波長領域、つまりガラス基板に吸収されやすい波長領域の光エネルギーが輻射され、こうしてガラス基板が高い加熱効率で加熱でき、エネルギーコストの低減を図ることができる。このためガラス基板上にアモルファスシリコン水素膜を成膜する成膜工程のみならず、１台の装置にてアモルファスシリコン水素膜の脱水素工程や、アモルファスシリコン膜のポリ化工程を実施することができるので、スループットの向上を図ることができる。

さらにこのような熱処理装置及び熱処理方法では、ガラス基板を熱源により二次輻射源を介して加熱しているので、既述のように、二次輻射源からは熱源の光エネルギーとは異なる波長領域、つまりガラス基板に吸収しやすい波長領域の光エネルギーが輻射されるので、ガラス基板が高い加熱効率で加熱でき、エネルギーコストの低減を図ることができる。このためアモルファスシリコン水素膜の脱水素工程のみならず、１台の装置にてアモルファスシリコン水素膜の脱水素工程とアモルファスシリコン膜のポリ化工程を実施することができるので、スループットの向上を図ることができる。

また前記加熱手段としてカーボンワイヤヒータを用いる場合は、このカーボンワイヤヒータは金属不純物を飛散させないので、二次輻射源を介する必要はない。このため直接ガラス基板を加熱することができるので、ガラス基板の高い加熱効率を確保することができる。

従って本発明によれば、ガラス基板を高い加熱効率で加熱することができるので、エネルギーコストの低減を図ることができると共に、スループットの向上を図ることができる。

先ず本発明に係るプラズマ成膜装置の実施の形態について説明する。図１は前記プラズマ成膜装置の全体構造を示す縦断面図である。図中２１は気密容器である真空チャンバであり、例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成されると共にその表面は酸化膜処理が施されている。真空チャンバ２１の底面には排気管２２の一端が接続され、当該排気管２２の他端側には真空チャンバ２１内を所定の真空圧に維持するための真空排気手段２３が接続されている。また真空チャンバ２１の側壁にはウエハＷの搬入出を行うためのゲートバルブ２４が設けられている。

真空チャンバ２１の内部には、真空チャンバ２１の底面から上方に延びる支持部３１によって下方側を支持される載置部をなす載置台３２が設けられている。この載置台３２は下部電極を兼ねるものであり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、セラミックス等により構成され、その上面は基板であるガラス基板Ｇより僅かに大きく且つガラス基板Ｇを概ね水平に載置できるように形成されている。例えばガラス基板Ｇの大きさは、縦４００〜１１００ｍｍ、横５００〜１２００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ程度である。この載置台３２は接地されており、ゲートバルブ２４を介して進入してきた図示しない搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しを行うための図示しないリフトピンが設けられている。また載置台３２には、ガラス基板Ｇの周縁領域を載置台３２に押さえつける図示しないメカクランプ機構が設けられている。

真空チャンバ２１の天井部には、絶縁部材４１を介して上部電極を兼ねるガスシャワーヘッド４が設けられている。このガスシャワーヘッド４は、２系統のガスがその内部で互いに混じり合うことを防ぎつつ、夫々が独立して載置台３２に向けて均一に供給される構成とされたマトリックスタイプであり、例えば部材としてアルミニウム又はニッケルよりなる３つの板状の隔壁部（上段部４ａ，中段部４ｂ，下段部４ｃ）を上下に重ね合わせた構成とされている。そして第１のガス供給管４２に接続される第１の流路４２ａ、及び第２のガス供給管４３に接続される第２の流路４３ａが各部４ａ，４ｂ，４ｃに分割して形成され、各隔壁部との間にガスの拡散する空間が設けられ、その空間を介して下段部４ｃの下面に形成された孔部４４（４４ａ，４４ｂ）に夫々連通している。前記第１及び第２のガス供給管４２，４３の他端側は夫々バルブＶ１，Ｖ２を介して処理ガス供給源４５、不活性ガス例えば窒素ガスの供給源４６に接続されている。

またガスシャワーヘッド４の上面には整合器４７を介して高周波電源部４８が接続されている。この高周波電源部４８は、成膜処理時においてガラス基板Ｇに
供給される処理ガスに高周波エネルギーを供給して処理ガスをプラズマ化し、成膜反応を促進させるためのものである。

さらにこのガスシャワーヘッド４には、加熱手段をなすヒータユニット５が組み合わせられている。このヒータユニット５は、ガラス基板を加熱するための熱源と、この熱源及びガラス基板Ｇとの間に介在し、その光吸収スペクトルの波長領域がガラスや石英等の主成分である二酸化珪素（ＳｉＯ2）の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域をもつ材質からなる二次輻射源と、を備えるものであり、前記熱源からの輻射熱が前記二次輻射源を通ってガラス基板Ｇに輻射されるように構成されている。

ここで前記二次輻射源は、その光吸収スペクトルの波長領域がガラスや石英等の主成分である二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域をもつ材質より構成されるため、当該二次輻射源から輻射される光エネルギーの発光スペクトルが、熱源から輻射される光エネルギーの発光スペクトルよりも、発光波長が大きい側に温度に応じてシフトすることになる。

具体的にはヒータユニット５は、図２に示すように、例えば直管状の複数のヒータエレメント５０が縦横に組み合わせられて構成され、各ヒータエレメント５０は、高純度の線状の可撓成のある抵抗発熱体例えば線径１０ミクロン前後のカーボン部材であるカーボンファイバの束を複数用いて編み込むことにより形成されたカーボンワイヤヒータ５１よりなる熱源を、前記二次輻射源をなす封止部材管５２の中に封入することにより、前記熱源を二次輻射源により被覆して構成されている。前記封止部材管５２は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や、アルミナと酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）との混合物、アルミナと二酸化珪素との混合物等の透光性セラミックスより構成されている。

そしてこの例では、ヒータユニット５は、ガラス基板Ｇの周縁領域を集中的に加熱して、当該周縁領域からの放熱を低減し、ガラス基板Ｇを均一に加熱するように、ガラス基板Ｇの中央領域よりも周縁領域に対応する位置にヒータエレメント５０が多く配置されるように構成される。ここで図２にガスシャワーヘッド４を下面側から見た平面図を示すが、ガラス基板Ｇの横方向の長さ方向に沿って、例えば当該ガラス基板Ｇの横方向の長さよりも僅かに長い横ヒータエレメント５０ａが７本、互いに平行に設けられ、ガラス基板Ｇの縦方向の長さ方向に沿って、例えば当該ガラス基板Ｇの縦方向の長さよりも僅かに長い縦ヒータエレメント５０ｂが４本、互いに平行に設けられている。

これら横ヒータエレメント５０ａ及び縦ヒータエレメント５０ｂは、夫々ガスシャワーヘッド４の孔部４４と干渉しない位置に設けられて、ガラス基板Ｇの端部に対応する領域には、横ヒータエレメント５０ａ、縦ヒータエレメント５０ｂ共に２本設けられている。そして横ヒータエレメント５０ａは、ガスシャワーヘッド４の下段部４Ｃに埋めこめられており、横ヒータエレメント５０ａの下端には縦ヒータエレメント５０ｂが接続されている。

これら各ヒータエレメント５０のカーボンワイヤヒータ５１の端子には電力供給部５３が接続され、夫々に電力供給されるようになっている。そしてこの電力量を制御することにより、ヒータエレメント５０によって載置台３２に載置されたガラス基板Ｇが所定温度に調整される。このように構成されたヒータエレメント５０は、後述するように厚さが０．７ｍｍのガラス基板Ｇが吸収しやすい発光波長領域、例えば発光波長が５μｍ以上の光を輻射するので、このヒータユニット５によりガラス基板Ｇが高い加熱効率で加熱される。

このようなプラズマ成膜装置では、ヒータユニット５の電力供給部５３の出力制御、真空排気手段２３における排気流量の調節、ガスの給断といった成膜装置を構成する各部位のコントロールは、例えばコンピュータ等からなる図示しない制御部が予め用意したレシピに従って行うように構成されている。

続いて上述のプラズマ成膜装置を用いて行われる本発明方法について、以下に処理の態様毎に説明する。

（処理態様１−１）
先ず前記成膜装置を用いてガラス基板Ｇの表面に対してアモルファスＳｉ：Ｈ膜を成膜する成膜工程と、このアモルファスＳｉ：Ｈ膜から水素を除去する脱水素工程と、を同時に実施する。つまり先ずゲートバルブ２４を開放し、ガラス基板Ｇを図示しない搬送アームにより真空チャンバ２１内に搬入し、前記搬送アームと図示しないリフトピンとの協同作業にてガラス基板Ｇを載置台３２上に載置し、図示しないメカクランプ機構により当該ガラス基板Ｇの周縁領域を載置台３２に押し付ける。次いで排気管２２を介して真空排気手段２３により真空チャンバ２１内を所定の真空雰囲気に排気する一方、第１のガス供給管４２により処理ガス例えばシランガス（ＳｉＨ4）を所定の流量で導入し、このガスをガスシャワーヘッド４の孔部４４を介して均一に拡散させる。この際、処理ガスはガスシャワーヘッド４に組み込まれたヒータユニット５の隙間から拡散していく。

こうして真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ガスシャワーヘッド４に高周波電源部４８から例えば１３．５６〜１００ＭＨｚの高周波電圧を与えることにより、ガスシャワーヘッド４と載置台３２との間にプラズマを発生させ、前記処理ガスをプラズマ化する。

一方、ヒータユニット５を構成する各ヒータエレメント５０のカーボンワイヤヒータ５１に電力供給部５３により所定の電力を供給し、これにより載置台３２上のガラス基板Ｇを、アモルファスＳｉ：Ｈ膜の脱水素を行う温度例えば４００℃〜６００℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱する。こうしてプラズマによる反応の促進により、前記プラズマ化された処理ガスの反応活性種にて、ガラス基板Ｇ上に、脱水素され、微結晶を含んだアモルファスＳｉ膜を形成する。

続いて前記成膜装置を引き続き用いて、ガラス基板Ｇに形成されたアモルファスＳｉ膜をポリ化させ、ポリシリコン膜を形成するポリ化工程を実施する。つまりバルブＶ１を閉じて処理ガスの導入を停止し、プラズマの発生を停止した状態で、真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ヒータユニット５により載置台３２上のガラス基板Ｇをガラス歪点以下のアモルファスＳｉ膜のポリ化を行う温度例えば５００℃〜６６６℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱する。こうして微結晶を含んだアモルファスＳｉ膜を粒径成長させてポリシリコン膜を形成する。

この際ポリ化工程では、真空チャンバ２１内を真空雰囲気に設定する以外に、バルブＶ２を開いて第２のガス供給管４３により真空チャンバ２１内に不活性ガス例えば窒素ガス（Ｎ2）を導入して、不活性ガス雰囲気にて行うようにしてもよい。こうしてポリシリコン膜を形成した後、真空チャンバ２１内を常圧雰囲気に戻し、ゲートバルブ２４を開いて搬送アームにより、当該ポリシリコン膜が形成されたガラス基板Ｇを真空チャンバ２１の外部に搬出する。

このような構成では、ヒータユニット５によりガラス基板Ｇが高い加熱効率で加熱できる。つまりヒータユニット５を構成するヒータエレメント５０を、カーボンワイヤヒータ５１を、その光吸収スペクトルの波長領域が二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域をもつ材質例えばアルミナからなる二次輻射源により被覆することにより構成しているので、後述するようにヒータエレメント５０より輻射される光はガラス基板Ｇに吸収しやすいものとなり、ガラス基板Ｇが選択的に加熱され、加熱効率を高めることができる。

ここで本発明者らは、厚さ０．７ｍｍのガラス基板Ｇに光を照射した場合、０．３μｍ〜５μｍの波長領域の光は殆どガラス基板Ｇを透過するが、０．３μｍ以短または５μｍ以長の波長領域の光の吸収率は非常に高くなることを見出した。つまり選択輻射の原理として、「上層材料の吸収長≦上層材料の膜厚ｄ」の基準を満たす場合には、下層側を低温としたまま上層側のみを選択的に加熱できる。ここで吸収長とは上層に照射される光のエネルギーが１／ｅ（自然対数）になる長さをいい、「吸収長＝１／α（α：吸収係数）」で定義される。従って上層材料がガラス基板である場合、ガラス基板の厚さを吸収長よりも大きくすれば、光のエネルギーはガラス基板に殆ど吸収され、ガラス基板のみを選択的に加熱することができる。

以下に実験データを用いて具体的に説明する。図３に、ガラス基板Ｇの材料となるガラス基板物質（Ｃｏｒｎｉｎｇ社製１７３７Ｆ）の光学特性について示す。図３（ａ）は、ガラス基板の放射率εの波長特性、図３（ｂ）は、図３（ａ）の放射率εから計算したガラス基板の吸収係数α（ｃｍ-1）の波長特性、図３（ｃ）は図３（ｂ）にて得られた吸収係数から算出したガラス基板の吸収長１／α（ｃｍ-1）の波長特性を夫々示している。

ここでガラス基板Ｇの厚さは０．７ｍｍであるので、吸収長が０．７ｍｍ以下の波長の光はガラス基板Ｇに吸収されることになるが、図３（ｃ）の結果により、波長５μｍ以上の波長の光は吸収長が０．７ｍｍ以下であることが認められ、これにより波長５μｍ以上の光であれば、当該ガラス基板Ｇ内に殆ど吸収されることが認められた。

また図４（ａ）に、一定波長（１０．６μｍ）の光をガラス基板に照射したときのガラス基板の温度変化、図４（ｂ）に同じ条件で一定波長（１μｍ）の光をガラス基板に照射したときのガラス基板Ｇの温度変化の計算値を夫々示す。ガラス基板としては、図３の実験で用いたガラス基板と同じ材質のものを用いている。ここで△はガラス基板Ｇ表面から１μｍの深さの温度変化、×はガラス基板Ｇ表面から１０μｍの深さの温度変化、○はガラス基板Ｇ表面から１００μｍの深さの温度変化、を夫々示す。

この結果より、波長１μｍの光を照射した場合にはガラス基板の温度は全く変化しないが、波長１０．６μｍの光を照射した場合には、ガラス基板は昇温することが認められ、ガラス基板は５μｍ以上の光を吸収することが裏付けられる。また図４（ａ）より、ガラス基板の表面よりも１μｍ内側では６５０℃程度の温度になるのに対して、ガラス基板の表面よりも１００μｍ内側の内部では１００℃程度までしか昇温しないことが確認され、ガラス基板は表面近傍は高温に加熱されるものの、下面は加熱されず、これによりガラス基板のみ、またはガラス基板の上層側のみを選択的に加熱できることが理解される。

さらに図５に熱源の放射輝度の波長特性について示す。この放射輝度とは、ガラス基板の放射特性と、熱源とガラス基板との間に介在する部材の放射特性とをかけ合わせて算出したものであり、この値が大きい程、ガラス基板が高い温度に加熱されていることを意味する。図には熱源であるカンタルヒータによりガラス基板を直接加熱した場合のガラス基板の放射特性を実線で、カンタルヒータによりガラス基板を直接加熱した場合のガラス基板の放射輝度を一点鎖線で、カンタルヒータとガラス基板との間にセラミックス（アルミナと二酸化珪素との混合物）を介在させたときのガラス基板の放射輝度を長い破線で、カンタルヒータとガラス基板との間に溶融石英を介在させたときのガラス基板の放射輝度を短い破線で夫々示している。ガラス基板としては、図３の実験で用いたガラス基板と同じ材質のものを用いている。

この結果により、波長５μｍ以上の領域では、カンタルヒータとガラス基板との間にセラミックスを介在させた場合のガラス基板の放射輝度は、カンタルヒータにより直接ガラス基板を介在させた場合のガラス基板の放射輝度よりも大きくなっており、これによりカンタルヒータによりセラミックスを介してガラス基板を加熱することによって、ガラス基板の高い加熱効率を得ることができることが認められる。これはセラミックスを介して加熱することにより、セラミックスから輻射される光エネルギーが波長５μｍ以上の成分を多く含むものとなり、ガラス基板に吸収されやすくなるためと理解される。

一方カンタルヒータとガラス基板との間に溶融石英を介在させた場合のガラス基板の放射輝度は、カンタルヒータにより直接ガラス基板を介在させた場合のガラス基板の放射輝度よりも、波長５μｍ以上の領域では急激に小さくなることが認められた。これによりカンタルヒータからの光エネルギーが、ガラス基板と同じ光吸収スペクトルを持つ溶融石英自体に吸収されてしまい、ガラス基板に到達する成分が少なくなって、ガラス基板に吸収される光エネルギーの量が低減してしまうためと推察される。

さらに図６に熱源の分光放射発散度の放射特性について示す。この分光放射発散度とは、熱源の輝度と、ガラス基板の放射特性とをかけ合わせて算出したものであり、この値が大きい程、ガラス基板が高い温度に加熱されていることを意味する。図中熱源としてハロゲンランプ（２５０Ｗ輝度）を用いた場合を実線で、熱源としてハロゲンランプにセラミックス（アルミナと酸化クロムの混合物）を２００μｍの厚さでコーティングしたもの（２５０Ｗ輝度）を用いた場合を一点鎖線で、熱源としてハロゲンランプにセラミックス（アルミナと二酸化珪素の混合物）を２００μｍの厚さでコーティングしたもの（２５０Ｗ輝度）を用いた場合を破線で夫々示している。ガラス基板としては、図３の実験で用いたガラス基板と同じ材質のものを用いている。

この結果により、波長５μｍ以上の領域では、熱源としてハロゲンランプを用いた場合よりも、ハロゲンランプにセラミックスをコーティングした場合の方がガラス基板の放射発散度が大きく、ガラス基板を高い温度に加熱できることが認められ、これにより二次輻射源としてはセラミックコーティング層も有効であることが理解される。またセラミックコーティング層としては、アルミナに二酸化珪素を混合した材料を用いる場合よりも、アルミナに酸化クロムを混合した材料を用いる場合の方が、波長５μｍ以上の領域ではガラス基板の放射発散度が大きいことが認められた。

さらに図７は、加熱効率における熱源比較実験の実験結果であり、熱源としてハロゲンランプ（図中実線で示す）と、ハロゲンランプにセラミックス（アルミナと二酸化珪素の混合物）を１００μｍの厚さで蒸着したもの（図中一点鎖線で示す）と、ハロゲンランプにセラミックス（アルミナと二酸化珪素の混合物）を２００μｍの厚さで蒸着したもの（図中点線で示す）とを夫々用いてガラス基板Ｇを加熱した場合の、ガラス基板Ｇの温度を示している。ここでガラス基板温度は、波長８〜１６μｍの放射温度計で測定した。ガラス基板としては、図３の実験で用いたガラス基板と同じ材質のものを用いている。

この結果、熱源としてハロゲンランプを用いた場合よりも、ハロゲンランプをセラミックスによりコーティングしたものを用いた場合の方が、ガラス基板の温度が高くなることが認められ、ハロゲンランプにセラミックスをコーティングすることにより、ガラス基板に吸収しやすい波長５μｍ以上の成分の光が多くなり、ガラス基板の加熱効率が上昇することが認められる。また２００μｍの厚さのセラミックスをコーティングしたハロゲンランプを用いた場合はガラス基板の温度が最も高くなり、より発光波長５μｍ以上の成分の光が多く、ガラス基板Ｇを高い加熱効率で加熱できることが理解される。

以上の実験例により、熱源（カンタルヒータやハロゲンランプ）とガラス基板との間に、セラミックスやセラミックコーティング層よりなる二次輻射源を介在させることにより、ガラス基板の高い加熱効率を確保できることが認められた。またカーボンワイヤヒータはカンタルヒータとほぼ同じ放射特性を持つため、このカーボンワイヤヒータを熱源として用いて、この熱源とガラス基板との間に、セラミックスやセラミックコーティング層よりなる二次輻射源を介在させることによっても、ガラス基板の高い加熱効率を確保できる。

この理由については次のように推察される。つまり熱源からの輻射熱が二次輻射源を通ってガラス基板に輻射された場合、二次輻射源はその光吸収スペクトルの波長領域がガラスや石英の主成分である二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域を持つ材質から構成されるので、熱源から二次輻射源に光エネルギーが輻射されると、この二次輻射源では二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域の光エネルギーが吸収され、これにより当該二次輻射源からは熱源とは異なる波長領域の光エネルギーが輻射される。

そしてこの二次輻射源から輻射される光エネルギーの発光スペクトルは、熱源から輻射される光エネルギーの発光スペクトルよりも、波長領域が温度に応じて波長の大きい側にシフトしたものであって、ガラス基板に吸収されやすい波長領域つまり５μｍ以上の波長領域の成分を多く含み、この成分の光はガラス基板に効率よく吸収されるので、ガラス基板の高い加熱効率を確保することができると推察される。

これに対して熱源とガラス基板との間に二酸化珪素例えばガラスや石英を介在させた場合には、熱源からの光は、波長５μｍ以上であってガラス基板が吸収しやすい光エネルギーは、ガラス基板と同じ吸収スペクトルを持つガラスや石英に吸収されてしまい、ガラス基板に吸収される量が低減してしまうので、ガラス基板の加熱効率は低くなってしまう。また波長５μｍ以下であってガラスや石英を透過してしまう光エネルギーは、ガラス基板も透過してしまうので、ガラス基板に吸収されず、ガラス基板の加熱効率は低くなってしまう。

このように上述のプラズマ成膜装置では、加熱手段によりガラス基板を高い加熱効率で加熱しているため、熱容量の大きいガラス基板Ｇを短時間で高温に均一に加熱できる。このため前記成膜装置にてガラス基板Ｇを４００℃〜６００℃に加熱して処理を行なうことにより、アモルファスＳｉ：Ｈ膜の成膜と脱水素と、微結晶のポリ化とを同時に行うことができ、これによりエネルギーコストを抑えながら大きいガラス基板を均一に加熱し、前記成膜工程と脱水素工程を行うことができる。

またこのプラズマ成膜装置では、エネルギーコストを抑えながら大きいガラス基板Ｇを均一に加熱することができるので、前記脱水素工程よりも処理温度が高いポリ化工程を行うことができる。これにより同じ装置を用いて、ガラス基板Ｇを５００℃〜６６６℃に加熱してポリ化工程を行うことができる。

従って上述のプラズマ成膜装置１台により、ガラス基板Ｇ上にポリシリコン膜を形成することができるので、従来のように成膜工程と、脱水素工程と、ポリ化工程との夫々に１台づつ、合わせて３台の装置が必要である場合に比べて、装置のトータルの製造コストや設置スペースを大幅に低減できる。

さらにこの熱処理装置では、同じ装置を用いて成膜工程と脱水素工程を行った後、ポリ化工程を引き続いて行っているので、ポリ化工程では成膜・脱水素工程の際に暖められた室内を加熱すればよいので、冷えた室内を暖める場合に比べて昇温幅が小さく、さらにエネルギーコストが低減できると共に、３台の装置を用いて行う場合よりも、ガラス基板Ｇの装置間の搬送や、装置の調整時間が短縮されるので、スループットの向上を図ることができる。

この際、上述のプラズマ成膜装置では、均一に高温にガラス基板Ｇを加熱できるので、成膜時に処理ガスがガラス基板表面で十分に分解される。これによりアモルファスＳｉ：Ｈ膜が水素が少ない状態で形成でき、同時に行われる脱水化工程も速やかに進行する。従って成膜工程と脱水化工程とを同時に行うことにより、トータルの処理時間を１枚当たり５分程度に短縮することができる。これに対して従来の成膜装置のように、ガラス基板Ｇを加熱できない場合には、ガラス基板Ｇ表面が冷たい状態であり、ここに供給された処理ガスは分解が進行しにくく、結果としてアモルファスＳｉ：Ｈ膜中の水素含有量が多くなってしまい、後の脱水化工程では例えば１枚当たり６０分程度の長い処理時間が必要となる。

また上述の成膜装置では、図４（ａ）の実験データからも明らかなように、ガラス基板Ｇの上層側のみを選択的に高温に加熱することができる。このため成膜工程、脱水素工程、ポリ化工程において、ガラス基板Ｇの必要な領域のみを所定温度に選択的に加熱すればよいので、ガラス基板全体を加熱する場合に比べて、エネルギーコストが大幅に低減するほか、ガラス基板の熱歪の発生を抑えることができる。

続いて本発明の成膜装置を用いて行われる他の処理態様について説明する。
（処理態様１−２）
この処理態様は、処理態様１−１において、前記成膜装置を用いて成膜工程と脱水素工程とを同時に実施した後、ポリ化工程を他の装置例えばレーザアニール装置にて行うものである。

この場合には、処理態様１−１と同様の処理条件にて、成膜装置内にて、ガラス基板Ｇに対してアモルファスＳｉ：Ｈ膜の成膜と、アモルファスＳｉ：Ｈ膜の脱水素とを同時に行ってアモルファスＳｉ膜を形成した後、真空チャンバ２１内を常圧雰囲気に戻し、当該アモルファスＳｉ膜が形成されたガラス基板Ｇを真空チャンバ２１の外部に搬出する。そして別個に設けられたレーザーアニール装置に搬送し、ここで例えばＸｅＣｌや、ＫｒＦ等を用いたエキシマレーザのビームを、ガラス基板上に形成されたアモルファスＳｉ膜に、スキャンさせながら線状に照射することにより、アモルファスＳｉ膜をポリシリコン膜にポリ化させるポリ化工程を行う。

この処理態様においても、上述の成膜装置とポリ化工程を行うアニール装置との２台により、ガラス基板上にポリシリコン膜を形成することができるので、従来のように成膜工程と、脱水工程と、ポリ化工程との夫々に１台づつ、合わせて３台の装置が必要である場合に比べて、装置のトータルの製造コストや設置スペースを低減できる。またこの成膜装置では、成膜工程と脱水化工程とを同時に行っているので、これらの工程に別々の装置が必要である場合に比べてエネルギーコストが低減できると共に、３台の装置を用いて行う場合よりも、ガラス基板Ｇの装置間の搬送や、装置の調整時間が短縮されるので、スループットの向上を図ることができる。

（処理態様１−３）
この処理態様は、前記成膜装置を用いて成膜工程と、脱水素工程と、ポリ化工程を同時に行うものである。つまり先ず既述の手法にて、ガラス基板Ｇを真空チャンバ２１内に搬入し、載置台３２上に載置する。次いで真空チャンバ２１内を所定の真空雰囲気に排気する一方、第１のガス供給管４２により処理ガスを所定の流量で導入する。こうして真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ガスシャワーヘッド４と載置台３２との間にプラズマを発生させ、前記処理ガスをプラズマ化する。一方、ヒータユニット５より載置台３２上のガラス基板Ｇをガラス歪点以下のアモルファスＳｉ膜のポリ化を行う温度例えば５００〜６６６℃程度に加熱する。こうして処理ガスのプラズマにより、ガラス基板Ｇ上に、脱水素され、ポリ化されたポリシリコン膜を形成する。このようにこの処理態様では、成膜工程と、脱水素工程と、ポリ化工程とが同時に行われる。

この処理態様では、上述の成膜装置を用いて、成膜工程と、脱水素工程と、ポリ化工程とを同時に行うので、さらにエネルギーコストが低減できると共に、脱水素工程とポリ化工程との間のバルブの切り替えやヒータユニット５の温度制御などが不要となるので、さらに調整時間が短縮され、よりスループットを高めることができる。

（処理態様１−４）
この処理態様は、前記成膜装置を用いて前記成膜工程と、前記脱水素工程と、前記ポリ化工程と、を異なる温度で行うものである。つまり先ず既述の手法にて、ガラス基板Ｇを真空チャンバ２１内に搬入して載置台３２上に載置する。次いで真空チャンバ２１内を所定の真空雰囲気に排気する一方、第１のガス供給管４２により処理ガスを所定の流量で導入する。こうして真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ガスシャワーヘッド４と載置台３２との間にプラズマを発生させ、前記処理ガスをプラズマ化する。一方、ヒータユニット５により載置台３２上のガラス基板Ｇを第１の温度例えば２００〜４００℃程度にて、例えば０．０１〜６０秒程度加熱する。こうして前記処理ガスのプラズマにより、ガラス基板Ｇ上にアモルファスＳｉ：Ｈ膜を成膜する。

続いて前記成膜装置を引き続き用いて脱水素工程を実施する。つまりバルブＶ１を閉じて処理ガスの導入を停止し、プラズマの発生を停止した状態で、真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ヒータユニット５により載置台３２上のガラス基板Ｇを第１の温度よりも高い第２の温度例えば４００℃〜６００℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱し、これによりアモルファスＳｉ：Ｈ膜を脱水素して、アモルファスＳｉ膜を形成する。

続いて前記成膜装置を引き続き用いてポリ化工程を実施する。つまり真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、プラズマの発生を停止した状態で、ヒータユニット５により載置台３２上のガラス基板Ｇを第２の温度よりも高い第３の温度例えばガラス歪点以下の５００℃〜６６６℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱し、こうしてアモルファスＳｉ膜を粒径成長させてポリシリコン膜を形成する。この際ポリ化工程では、真空チャンバ２１内を真空雰囲気に設定する以外に、バルブＶ２を開いて第２のガス供給管４３により真空チャンバ２１内に不活性ガス例えば窒素ガスを導入して、不活性ガス雰囲気にて行うようにしてもよい。

このようにこの処理態様では、成膜工程と、脱水素工程と、ポリ化工程とを同じ成膜装置にて、処理条件を変えて行っているが、このようにしても、１台の成膜装置を用いて前記３つの工程を行うことができるので、上述の処理態様と同様の効果が得られる。

（処理態様１−５）
この処理態様は、前記成膜装置を用いて前記成膜工程を行った後、同じ成膜装置を用いて脱水素工程とポリ化工程とを同時に行うものである。つまり先ず既述の手法にて、ガラス基板Ｇを真空チャンバ２１内に搬入して載置台３２上に載置する。次いで真空チャンバ２１内を所定の真空雰囲気に排気する一方、第１のガス供給管４２により処理ガスを所定の流量で導入する。こうして真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ガスシャワーヘッド４と載置台３２との間にプラズマを発生させ、前記処理ガスをプラズマ化する。一方、ヒータユニット５より載置台３２上のガラス基板ＧをアモルファスＳｉ：Ｈ膜の成膜を行うときの温度例えば２００〜４００℃程度にて、例えば０．０１〜６０秒程度加熱する。こうしてガラス基板Ｇ上にアモルファスＳｉ：Ｈ膜を成膜する。

続いて前記成膜装置を引き続き用いて、脱水素工程とポリ化工程とを同時に実施する。つまりバルブＶ１を閉じて処理ガスの導入を停止し、プラズマの発生を停止した状態で、真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ヒータユニット５により載置台３２上のガラス基板Ｇをガラス歪点以下のアモルファスＳｉ膜のポリ化を行う温度例えば５００℃〜６６６℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱する。これによりアモルファスＳｉ：Ｈ膜の脱水素と、アモルファスＳｉ膜の粒径成長とを同時に進行させてポリシリコン膜を形成する。この際この脱水素・ポリ化工程では、真空チャンバ２１内を真空雰囲気に設定する以外に、真空チャンバ２１内に不活性ガス例えば窒素ガスを導入して、不活性ガス雰囲気にて行うようにしてもよい。

このようにこの処理態様は、脱水素工程とポリ化工程とを同じ成膜装置にて、処理条件を変えて行うものであるが、このようにしても、１台の成膜装置を用いて前記３つの工程を行うことができるので、上述の処理態様と同様の効果が得られる。

続いて本発明の成膜装置の他の例について図８により説明する。図８に示す装置は、ヒータユニットを載置台３２とガスシャワーヘッド４との間に設けた例であり、その他の部分は図１に示す成膜装置と同様に構成されている。図１に示す装置と異なる点について説明すると、本実施の形態のヒータユニット５４は平面状に構成され、載置台３２とガスシャワーヘッド４との間であって、載置台３２に対してガラス基板Ｇを受け渡す際に、この受け渡しに支障のない位置に、載置台３２やガスシャワーヘッド４と対向するように設けられている。

この例のヒータユニット５４は、例えば図１、図２に示すヒータユニット５において、ガスシャワーヘッド４の下段部４ｃがない構成であり、当該下段部４ｃに組み込まれていない以外は上述のヒータユニット５と同様に構成されている。つまり当該ヒータユニット５４は、既述のヒータエレメント５０と同様に構成されたヒータエレメント５０を、ガラス基板Ｇの中央領域よりも周縁領域に対応する位置に多く配置されるように、横ヒータエレメント５０ａと縦ヒータエレメント５０ｂとを組み合わせて構成されている。またこれら横ヒータエレメント５０ａ及び縦ヒータエレメント５０ｂは、夫々ガスシャワーヘッド４の孔部４４と干渉しない位置に設けられていて、ガスシャワーヘッド４を介して真空チャンバ２１内に供給されたガスは、横ヒータエレメント５０ａと縦ヒータエレメント５０ｂとの間の隙間を介して載置台３２上のガラス基板Ｇに供給されるようになっている。

このような成膜装置では上述の装置と同様に、成膜工程や脱水素工程、ポリ化工程を行うことができ、上述の処理態様１〜５が実施される。例えば成膜工程を実施するときについて説明すると、既述の手法にてガラス基板Ｇを真空チャンバ２１内に搬入して、載置台３２上に載置する。次いで真空チャンバ２１内を所定の真空雰囲気に排気する一方、処理ガスをガスシャワーヘッド４を介して均一に拡散させる。こうして真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ガスシャワーヘッド４に高周波電源部４８から所定の高周波電圧を与えることにより、ガスシャワーヘッド４と載置台３２との間にプラズマを発生させ、前記処理ガスをプラズマ化する。この際、処理ガスやプラズマ化された処理ガスは、ヒータユニット５４の隙間から拡散していく。一方、ヒータユニット５４により載置台３２上のガラス基板ＧをアモルファスＳｉ：Ｈ膜の成膜を行うときの温度に加熱し、こうして前記処理ガスのプラズマにより、ガラス基板Ｇ上にアモルファスＳｉ：Ｈ膜を形成する。

また図９に示す装置は、ヒータユニット５５を載置台に組み合わせて設けた例であり、その他の部分は図１に示す成膜装置と同様に構成されている。以下に図１に示す装置と異なる点について説明する。本実施の形態のヒータユニット５５は、ガラス基板Ｇの載置部を兼用するように構成され、支持部材５５ａにより真空チャンバ２１の底面に固定されていて、当該ヒータユニット５５の上面がガラス基板Ｇの載置面として構成されている。前記ヒータユニット５５は、熱源をなすカーボンワイヤヒータ５１を縦横に組み合わせて構成されたワイヤユニット５６を、二次輻射源をなすセラミックス製の筐体５７の内部に収納し、カーボンワイヤヒータ５１をセラミックスよりなる二次輻射源により囲むことにより構成されている。このカーボンワイヤヒータ５１は既述のカーボンワイヤヒータ５１と同様に構成されたものであり、前記セラミックスとしては例えばアルミナや、アルミナと二酸化珪素との混合物や、アルミナと酸化クロムとの混合物等が用いられる。

前記ワイヤユニット５６は、例えばガラス基板Ｇの周縁領域を集中的に加熱して、当該周縁領域からの放熱を低減し、ガラス基板Ｇを均一に加熱するように、ガラス基板Ｇの中央領域よりも周縁領域に対応する位置にカーボンワイヤヒータ５１が多く配置されるように、カーボンワイヤヒータ５１を組み合わせて構成される。このレイアウトは、例えば図２に示す例の横ヒータエレメント５０ａ、縦ヒータエレメント５０ｂに対応する位置に、夫々横カーボンワイヤヒータ５１ａ、縦カーボンワイヤヒータ５１ｂが配置されるようになっており、図９に示す例では、横カーボンワイヤヒータ５１ａの上部に縦カーボンワイヤヒータ５１ｂが設けられている。

これら各カーボンワイヤヒータ５１ａ，５１ｂの端子には電力供給部５３が接続され、夫々に電力供給されるようになっている。そしてこの電力量を制御することにより、ヒータユニット５５によって当該ヒータユニット５５上に載置されたガラス基板Ｇが所定温度に調整される。

前記支持部材５５ａで囲まれる領域にはヒータユニット５５の下方側に、このヒータユニット５５と所定の空間を空けて、接地された下部電極５８が設けられており、この下部電極５８と真空チャンバ２１の底面との間には絶縁層５８ａが設けられている。また前記支持部材５５ａで囲まれる領域の外側の領域には真空排気手段２３と接続された排気管５９が設けられている。

このようなプラズマ成膜装置では上述の装置と同様に、成膜工程や脱水素工程、ポリ化工程を行うことができ、上述の処理態様１〜５が実施される。例えば成膜工程を実施するときについて説明すると、既述の手法にてガラス基板Ｇを真空チャンバ２１内に搬入して、載置部を兼用するヒータユニット５５上に載置する。次いで真空チャンバ２１内を所定の真空雰囲気に排気する一方、処理ガスをガスシャワーヘッド４を介して均一に拡散させる。

こうして真空チャンバ２１内を例えば１〜１００Ｐａ程度の真空度に維持すると共に、ガスシャワーヘッド４に高周波電源部４８から所定の高周波電圧を与えることにより、ガスシャワーヘッド４と載置台３２との間にプラズマを発生させ、前記処理ガスをプラズマ化する。

一方、ヒータユニット５５を構成する各カーボンワイヤヒータ５１ａ，５１ｂに電力供給部５３により所定の電力を供給し、これによりヒータユニット５５上のガラス基板ＧをアモルファスＳｉ：Ｈ膜の成膜を行うときの温度に加熱する。この際ガラス基板Ｇは、熱源をなすカーボンワイヤヒータ５１から、二次輻射源をなすセラミックスの筐体５７を介して加熱される。こうして前記処理ガスのプラズマにより、ガラス基板Ｇ上にアモルファスＳｉ：Ｈ膜を形成する。

続いて本発明に係る熱処理装置の実施の形態について説明する。図１０は前記熱処理装置の全体構造を示す縦断面図である。図中６１は加熱室を構成する石英チャンバであり、この側壁の一部には当該チャンバ６１内にガラス基板Ｇを搬入するための搬入口６０が設けられ、当該搬入口６０はシャッタ６２により開閉されるようになっている。この石英チャンバ６１の内部にはガラス基板Ｇの裏面側を支持するための載置部材６３が設けられており、前記石英チャンバ６１の上壁及び下壁の内面には、この載置部材６３に支持されたガラス基板Ｇの上方側及び下方側から、前記ガラス基板Ｇを加熱するための第１のヒータユニット６４及び第２のヒータユニット６５が夫々設けられている。

前記石英チャンバ６１の外側には、所定の空間を介して、金属製の外装体６６が、例えばガラス繊維よりなる断熱体６７を介して設けられており、石英チャンバ６１は断熱体６７の底面から浮上した状態で支持部材６１ａにより支持されている。

前記ヒータユニット６４，６５は、複数のヒータエレメント５０を組み合わせて構成され、この例では、図１０（ｂ）に示すように、ガラス基板Ｇの縦方向の長さよりも長いヒータエレメント５０が、ガラス基板Ｇの横方向に、ガラス基板の面内に沿って互いに等間隔で並ぶように配置されている。このヒータエレメント５０は既述のヒータエレメント５０と同様に構成されている。

これら各ヒータエレメント５０のカーボンワイヤヒータ５１の端子には、電力供給部５３が接続され、夫々に電力供給されるようになっている。そしてこの電力量を制御することにより、ヒータエレメント５０によって載置部材６３に載置されたガラス基板Ｇが所定温度に調整される。このような熱処理装置では、ヒータユニット６４，６５の電力供給部５３の出力制御といった熱処理装置を構成する各部位のコントロールは、例えばコンピュータ等からなる図示しない制御部が予め用意したレシピに従って行うように構成されている。

続いて上述の熱処理装置を用いて行われる本発明方法について、以下に処理の態様毎に説明する。

（処理態様２−１）
この処理態様は、上述の熱処理装置を用いて前記脱水素工程と、前記ポリ化工程を実施するものである。つまり先ずシャッタを開き、ガラス基板Ｇを図示しない搬送アームにより石英チャンバ６１内に搬入し、載置部材６３上に載置する。ここで石英チャンバ６１内に搬入されるガラス基板Ｇは、前工程にて表面にアモルファスＳｉ：Ｈ膜が成膜されたものであり、この成膜は従来の成膜装置を用いて行っても、本発明のプラズマ成膜装置を用いて行ってもよい。

次いでヒータユニット６４，６５を構成する各ヒータエレメント５０のカーボンワイヤヒータ５１に電力供給部５３により所定の電力を供給し、これにより載置部材６３上のガラス基板ＧをアモルファスＳｉ：Ｈ膜の脱水素を行う温度例えば４００℃〜６００℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱する。こうしてヒータユニット６４，６５による加熱により、ガラス基板Ｇ上のアモルファスＳｉ：Ｈ膜が徐々に脱水素され、アモルファスＳｉ膜が形成される。

続いて前記熱処理装置を引き続き用いて、ポリ化工程を実施する。つまりヒータユニット６４，６５によりガラス基板Ｇをガラス歪点以下のアモルファスＳｉ膜のポリ化を行う温度例えば５００℃〜６６６℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱して熱処理を行う。こうしてアモルファスＳｉ膜を粒径成長させてポリシリコン膜を形成する。こうしてポリシリコン膜を形成するための加熱処理が終了した後、シャッタ６２を開いて搬送アームにより、当該ポリシリコン膜が形成されたガラス基板Ｇを石英チャンバ６１の外部に搬出する。

このように、上述の熱処理装置では、当該ガラス基板Ｇに吸収しやすい光を照射して加熱しているため、これにより熱容量の大きいガラス基板Ｇを短時間で高温に均一に加熱できる。これによりエネルギーコストを抑えながら大きいガラス基板Ｇを均一に加熱し、前記脱水素工程を行うことができる。

またこの熱処理装置では、エネルギーコストを抑えながら大きいガラス基板Ｇを均一に加熱することができるので、前記脱水素工程よりも処理温度が高いポリ化工程を行うことができる。これにより同じ装置を用いて、アモルファスＳｉ：Ｈ膜の脱水素と、アモルファスＳｉ膜のポリ化とを行うことにより、従来のように脱水工程と、ポリ化工程との夫々に１台づつ、合わせて２台の装置が必要である場合に比べて、装置のトータルの製造コストや設置スペースを大幅に低減できる。さらにこの熱処理装置では、同じ装置を用いて脱水素工程とポリ化工程とを引き続いて行っているので、ポリ化工程では脱水素工程の際に暖められた室内を加熱すればよいので、冷えた室内を暖める場合に比べて昇温幅が小さく、エネルギーコストが低減できると共に、２台の装置を用いて行う場合よりも、ガラス基板Ｇの装置間の搬送や、装置の調整時間が短縮されるので、スループットの向上を図ることができる。

また上述の熱処理装置では、既述のようにガラス基板Ｇの上層側のみを選択的に高温に加熱することができる。このため脱水素工程、ポリ化工程において、ガラス基板Ｇの必要な領域のみを所定温度に選択的に加熱すればよいので、ガラス基板全体を加熱する場合に比べて、エネルギーコストが大幅に低減するほか、ガラス基板の熱歪の発生を抑えることができる。

（処理態様２−２）
この処理態様は、上述の熱処理装置を用いて前記脱水素工程を実施するものである。つまりガラス基板Ｇを石英チャンバ６１内に搬入し、載置部材６３上に載置する。ここで石英チャンバ６１内に搬入されるガラス基板Ｇは、前工程にて表面にアモルファスＳｉ：Ｈ膜が成膜されたものであり、この成膜工程は、従来の成膜装置を用いて行ったものでもよいし、本発明のプラズマ成膜装置を用いて行ったものでもよい。

次いでヒータユニット６４、６５により載置部材６３上のガラス基板Ｇを前記脱水素を行う温度例えば４００℃〜６００℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱し、こうしてアモルファスＳｉ：Ｈ膜から水素を除去してアモルファスＳｉ膜を形成する。

このように、上述の熱処理装置では、当該ガラス基板Ｇに吸収しやすい光を照射して加熱しているため、これにより熱容量の大きいガラス基板Ｇを短時間で高温に均一に加熱できる。このためガラス基板Ｇの面内において均一に脱水素化が進行し、アモルファスＳｉ膜の膜質を面内において揃えることができる。この際、この熱処理装置は枚葉式であり、石英チャンバ６１内に１枚のガラス基板Ｇを載置し、当該ガラス基板Ｇのみをヒータユニット５により加熱しているので、従来のバッチ式の熱処理炉に比べて加熱空間が小さく、加熱の際のエネルギーコストを低減できる。

（処理態様２−３）
この処理態様は、上述の熱処理装置を用いて前記ポリ化工程を実施するものである。つまりガラス基板Ｇを石英チャンバ６１内に搬入し、載置部材６３上に載置する。ここで石英チャンバ６１内に搬入されるガラス基板Ｇは、前工程にて表面にアモルファスＳｉ：Ｈ膜が成膜され、さらに脱水素されてアモルファスＳｉ膜が形成されたものであり、これら成膜工程と脱水素工程とは、従来の成膜装置と熱処理炉との組み合わせにより行ったものでもよいし、本発明のプラズマ成膜装置を用いて行ったものでもよい。

次いでヒータユニット６４、６５により載置部材６３上のガラス基板Ｇを前記ポリ化を行う温度例えば５００℃〜６６６℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱し、こうしてアモルファスＳｉ膜を粒径成長させてポリシリコン膜を形成する。

このように、上述の熱処理装置では、当該ガラス基板Ｇに吸収しやすい光を照射して加熱しているため、これにより熱容量の大きいガラス基板Ｇを短時間で高温に均一に加熱できる。このためガラス基板Ｇの面内において均一にポリ化が進行し、ポリシリコン膜のポリ化率を面内において揃えることができる。

これに対して従来のレーザアニール装置では、高出力のレーザ光をスキャンさせながらアモルファスＳｉ膜に照射しているので、アモルファスＳｉ膜は瞬間的に例えば１０００℃程度の高温で加熱され、その後は瞬時に室温まで冷却される。このためポリシリコン膜に熱応力が発生し、これにより結晶欠陥が生じて十分なポリ化率を確保できなかったり、冷却時にポリシリコン膜が収縮して歪みが発生してしまうという問題がある。

（処理態様２−４）
この処理態様は、上述の熱処理装置を用いて、前記脱水素工程と前記ポリ化工程とを同時に実施するものである。つまり先ずガラス基板Ｇを石英チャンバ６１内に搬入し、載置部材６３上に載置する。ここで石英チャンバ６１内に搬入されるガラス基板Ｇは、前工程にて表面にアモルファスＳｉ：Ｈ膜が成膜されたものであり、この成膜工程は従来の成膜装置を用いて行っても、本発明のプラズマ成膜装置を用いて行ってもよい。

次いでヒータユニット６４，６５により載置部材６３上のガラス基板Ｇを例えばガラス歪点以下の前記ポリ化を行う温度例えば５００℃〜６６６℃程度の温度にて例えば０．０１〜６０秒程度加熱する。こうしてヒータユニット６４，６５による加熱により、ガラス基板Ｇ上のアモルファスＳｉ：Ｈ膜の脱水素によるアモルファスＳｉ膜の形成と、アモルファスＳｉ膜のポリ化によるポリシリコン膜の形成が同時に進行し、ポリシリコン膜が形成される。

このように、上述の熱処理装置では、当該ガラス基板Ｇに吸収しやすい光を照射して加熱しているため、これにより熱容量の大きいガラス基板Ｇを短時間で高温に均一に加熱できる。これによりエネルギーコストを抑えながら大きいガラス基板Ｇを均一に加熱し、前記脱水素工程と加熱工程とを同時に行うことができる。これにより上述の処理態様２−１と同様の効果を得ることができる他、同じ装置を用いて脱水素工程とポリ化工程とを同時に行っているので、１回の加熱により脱水素工程とポリ化工程を行うことができて、エネルギーコストをより低減できるほか、スループットのさらなる向上を図ることができる。

続いて本発明の熱処理装置の他の例について図１１により説明する。図１１に示す装置は、加熱室をセラミックスにより構成して二次輻射源とし、この加熱室の外側にカーボンワイヤヒータ５１を設けた例であり、その他の部分は図１０に示す加熱装置と同様に構成されている。図１０に示す装置と異なる点について説明すると、本実施の形態のヒータユニット７１は、前記セラミックス例えばアルミナにより構成された二次輻射源をなす加熱室７２と、この加熱室７２の上壁面と底壁面の外側に設けられた第１及び第２のカーボンワイヤヒータ５１ａ，５１ｂよりなり、加熱室７２の内部には載置部材６３上にガラス基板Ｇが載置されるようになっている。第１及び第２のカーボンワイヤヒータ５１ａ，５１ｂは、既述のカーボンワイヤヒータ５１と同様に構成されている。

この例のカーボンワイヤヒータ５１は、図１０に示す例と同様に、この例では、図１１（ｂ）に示すように、ガラス基板Ｇの縦方向の長さよりも長いカーボンワイヤヒータ５１ａ，５１ｂを、ガラス基板Ｇの横方向に、ガラス基板の面内に沿って互いに等間隔で並ぶように配置されている。これら各カーボンワイヤヒータ５１ａ，５１ｂの端子には電力供給部５３が接続され、夫々に電力供給されるようになっており、この電力量を制御することにより、カーボンワイヤヒータ５１ａ，５１ｂによって加熱室７２を介して、載置部材６３に載置されたガラス基板Ｇが所定温度に調整される。

このような熱処理装置では上述の装置と同様に、カーボンワイヤヒータ５１からの光は透光性セラミックスによりなる加熱室７２を介して、載置部材６３上のガラス基板Ｇを輻射するので、前記加熱室７２によりカーボンワイヤヒータ５１からの光エネルギーが、ガラス基板Ｇに吸収しやすい波長領域の成分を多く含むものとなる。これにより載置部材６３上のガラス基板Ｇに光エネルギーが選択的に吸収され、こうして当該ガラス基板Ｇを短時間で均一に高温に加熱できる。またこの熱処理装置を用いても、脱水素工程やポリ化工程を行うことができ、上述の処理態様１〜３が実施される。

続いて本発明の熱処理装置のさらに他の例について図１２により説明する。図１２に示す装置は、内部が３つの処理領域に区画されており、真ん中の処理室が加熱室７３として構成されている。この加熱室７３の両側は、ガラス基板Ｇを加熱室７３の一方側から他方側に搬送するための搬送室７４，７５であり、これらの搬送室７４，７５には、ガラス基板Ｇを載置して加熱室７３に向けて図中矢印の方向に送るためのベルト搬送機構よりなる搬送手段７６Ａ，７６Ｂが設けられている。

前記加熱室７３には、当該加熱室７３を通るガラス基板Ｇの表裏面を加熱するためのヒータエレメント５０Ａ，５０Ｂが設けられている。このヒータエレメント５０Ａ，５０Ｂは、既述のヒータエレメント５０と同様に構成されている。前記加熱室７３及び搬送室７４，７５の内部は不活性ガス例えば窒素ガスにより陽圧に維持されている。このヒータエレメント５０Ａ，５０Ｂのカーボンワイヤヒータ５１の端子には、電力供給部５３が接続され、夫々に電力供給されるようになっている。そしてこの電力量を制御することにより、一方の搬送室７５から加熱室７３を介して他方の搬送室７４にガラス基板Ｇが搬送される際、加熱室７３ではガラス基板Ｇの表裏面に対してヒータエレメント５０Ａ，５０Ｂにより、脱水素処理やポリ化処理が行われるようになっている。この熱処理装置を用いても、脱水素工程やポリ化工程を行うことができ、上述の処理態様１〜３が実施される。

以上において、本発明では、カーボンワイヤヒータは金属不純物を発生させないので、このカーボンワイヤヒータを加熱手段として用いて直接ガラス基板を加熱するようにしてもよい。この場合であっても、カーボンワイヤヒータとガラス基板との間にガラスや石英などの二酸化珪素が介在しないので、カーボンワイヤヒータからの光が前記ガラス等により吸収されることがなく、ガラス基板に直接吸収されるので、ガラス基板を高い加熱効率で加熱することができる。

また本発明のプラズマ成膜装置は、平面アンテナを用いて処理ガスに高周波エネルギーを供給するものであってもよい。また本発明は、液晶ディスプレイ用のガラス基板以外に、サファイア基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板及びシリコン（Ｓｉ）基板といった基板に対しても適用できる。さらにまた本発明では、熱源としては、カーボンワイヤヒータの他に、カンタルヒータ等を用いることができ、二次輻射源としては、水晶、窒化アルミニウム、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ５）、炭化珪素等を用いることができる。

本発明に係るプラズマ成膜装置の一例を示す縦断断面図である。 前記プラズマ成膜装置の加熱手段を示す平面図である。 ガラス基板の放射率、吸収係数、吸収長を示す特性図である。 ガラス基板一定波長の光エネルギーを照射したときの温度時間変化を示す特性図である。 ガラス基板に、熱源を変えて光エネルギーを照射したときの放射輝度の波長特性を示す特性図である。 ガラス基板に、熱源を変えて光エネルギーを照射したときの分光放射発散度の波長特性を示す特性図である。 ガラス基板に、熱源を変えて光エネルギーを照射したときのガラス基板温度の時間変化を示す特性図である。 本発明の他の例のプラズマ成膜装置を示す縦断断面図である。 本発明のさらに他の例のプラズマ成膜装置を示す縦断断面図である。 本発明に係る熱処理装置の一例を示す縦断断面図である。 本発明の他の例の熱処理装置の一例を示す縦断断面図である。 本発明のさらに他の例の熱処理装置の一例を示す縦断断面図である。 従来のポリシリコン膜の形成工程を示す説明図である。Ｇ ガラス基板２１ 真空チャンバ２２ 排気管２３ 真空排気手段３２ 載置台４ ガスシャワーヘッド４４ 孔部４８ 高周波電源部５ ヒータユニット５０、５０Ａ、５０Ｂ ヒータエレメント５０ａ 縦ヒータエレメント５０ｂ 横ヒータエレメント５１、５１ａ、５１ｂ カーボンワイヤヒータ５２ 封止部材管５３ 電力供給部６１ 石英チャンバ６３ 載置部材６４ 第１のヒータユニット６５ 第２のヒータユニット

Claims (25)

1. 処理ガスに高周波エネルギーを供給してプラズマ化し、気密容器内の載置部に載置されたガラス基板上にプラズマにより成膜を行うプラズマ成膜装置において、
   前記ガラス基板を加熱するための熱源と、この熱源及びガラス基板の間に介在し、その光吸収スペクトルの波長領域が二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域をもつ材質からなる二次輻射源と、を備えた加熱手段を設け、
   前記熱源からの輻射熱が前記二次輻射源を通ってガラス基板に輻射され、前記
   二次輻射源とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とするプラズマ成膜装置。
2. 前記熱源は、抵抗発熱体であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ成膜装置。
3. 前記抵抗発熱体は、カーボンワイヤヒータであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ成膜装置。
4. 前記二次輻射源は、熱源を被覆した構造であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のプラズマ成膜装置。
5. 前記二次輻射源は、熱源を封入した管状体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載のプラズマ成膜装置。
6. 前記二次輻射源は、セラミックスからなる部材またはセラミックコーティング層であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載のプラズマ成膜装置。
7. 処理ガスに高周波エネルギーを供給してプラズマ化し、気密容器内の載置部に載置されたガラス基板上にプラズマにより成膜を行うプラズマ成膜装置において、
   前記ガラス基板を加熱するためにカーボンワイヤヒータからなる加熱手段を設け、
   前記加熱手段とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とするプラズマ成膜装置。
8. 前記載置部に載置されるガラス基板と対向するように設けられ、処理ガスをシャワー状に供給するためのガスシャワーヘッドを備え、
   前記加熱手段は、載置部に載置されたガラス基板と前記ガスシャワーヘッドとの間に設けられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載のプラズマ成膜装置。
9. 前記加熱手段は、ガラス基板よりも下方側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載のプラズマ成膜装置。
10. 前記載置部は、二次輻射源を兼用するガラス基板の載置面部を備えていることを特徴とする請求項１ないし７または９のいずれか一に記載のプラズマ成膜装置。
11. ガラス基板上の薄膜に対して熱処理を行う装置において、
    前記ガラス基板を加熱するための熱源と、この熱源及びガラス基板の間に介在し、その光吸収スペクトルの波長領域が二酸化珪素の光透過スペクトルの波長領域と重なる領域をもつ材質からなる二次輻射源と、を備えた加熱手段を設け、
    前記熱源からの輻射熱が前記二次輻射源を通ってガラス基板に輻射され、二次輻射源とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とする熱処理装置。
12. 前記熱源は、抵抗発熱体であることを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置。
13. 前記抵抗発熱体は、カーボンワイヤヒータであることを特徴とする請求項１２記載の熱処理装置。
14. 前記二次輻射源は、熱源を被覆した構造であることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか一に記載の熱処理装置。
15. 前記二次輻射源は、熱源を封入した管状体であることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一に記載の熱処理装置。
16. 前記二次輻射源は、セラミックスからなる部材またはセラミックコーティング層であることを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか一に記載の熱処理装置。
17. ガラス基板上の薄膜に対して熱処理を行う装置において、
    前記ガラス基板を加熱するためにカーボンワイヤヒータからなる加熱手段を設け、
    前記加熱手段とガラス基板との間には二酸化珪素からなる部材が存在しないように構成したことを特徴とする熱処理装置。
18. 請求項１ないし１０のいずれかに記載したプラズマ成膜装置を用い、
    ガラス基板を加熱手段により加熱しながら、シリコンの活性種及び水素の活性種を含むプラズマによりガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する成膜工程と、
    次いでプラズマの発生を停止した状態で、前記ガラス基板を加熱手段により成膜工程時の温度よりも高い温度に加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜中の水素を除去する脱水素工程と、を含むことを特徴とするプラズマ成膜方法。
19. 請求項１ないし１０のいずれかに記載したプラズマ成膜装置を用い、
    ガラス基板を加熱手段により加熱しながら、シリコンの活性種及び水素の活性種を含むプラズマによりガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する成膜工程を行いながら、前記アモルファスシリコン膜中の水素を除去する脱水素工程を行うことを特徴とするプラズマ成膜方法。
20. 脱水素工程を行いながら、アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うことを特徴とする請求項１８または１９に記載のプラズマ成膜方法。
21. 脱水素工程を行った後、ガラス基板を脱水素工程時の温度よりも高い温度に加熱しながら、アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うことを特徴とする請求項１８または１９に記載のプラズマ成膜方法。
22. 請求項１１ないし１７のいずれかに記載した熱処理装置を用い、
    アモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板を加熱手段により加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜中の水素を除去する脱水素工程を行うことを特徴とする熱処理方法。
23. 請求項１１ないし１７のいずれかに記載した熱処理装置を用い、
    アモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板を加熱手段により加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うことを特徴とする熱処理方法。
24. 脱水素工程を行いながら、前記アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うことを特徴とする請求項２２記載の熱処理方法。
25. 脱水素工程を行った後、ガラス基板を脱水素工程時の温度よりも高い温度に加熱することにより、前記アモルファスシリコン膜をポリ化してポリシリコン膜を形成するポリ化工程を行うことを特徴とする請求項２２記載の熱処理方法。
    

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