JP2010196116A - インライン成膜処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】成膜処理のタクト時間を長くすることなく、加熱工程での消費電力を低減する。
【解決手段】インライン成膜処理装置において、生産停止中に成膜処理室に設けたシースヒータを用いて全カートを高温に保持することによって、生産開始に移行した際のランプヒータを用いて行う加熱工程での消費電力を低減する。消費電力が少ないシースヒータによって全カートを高温に保持することによって、消費電力が大きなランプヒータによる加熱を低減し、加熱室での加熱工程による消費電力を低減する。全カートが高温に保持されているため、加熱室における加熱工程で行う昇温幅を従来よりも小さくすることができ、これによってタクト時間を短縮することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板に薄膜を生成する成膜処理装置に関し、特に、生産工程に組み込まれるインライン成膜処理装置に用いられるカートの温度制御に関する。
インライン成膜処理装置として、例えば、インラインプラズマ蒸着装置が知られている(特許文献1参照)。このインラインプラズマ蒸着装置は、パレット搬送中継エレベータ、真空排気部、蒸着部を配置して成り、蒸着部には基板を加熱するヒータを設ける構成が示されている。
図7は、従来から知られるインライン型の成膜処理装置の一構成例を説明するための図である。図7において、インライン成膜処理装置101は、カート120との間で基板(図示していない)の載置および取出しを行う移載室102、カート上に載置した基板を加熱する加熱室103、カート上に載置した基板の成膜処理を施す成膜処理室104を順に配置して構成される。基板は、移載室102でカート120上に載置された後、加熱室103に設けたランプヒータ109で予備加熱され、成膜処理室104において成膜処理が施される。ランプヒータ109は、移載室102や加熱室103を移動する間に温度低下したカートを成膜処理室104に搬入する前に加熱して高温状態とするために設けられる。
また、半導体製造装置において、シースヒータを備え真空状態で基板等を真空加熱するものが知られている(例えば、特許文献2)。
特開平6−65724号公報(請求項5、段落0027) 特開平8−20868号公報
図7に示す構成のインライン成膜処理装置では、カートが移載室や加熱室を搬送される間に温度が低下した場合には、成膜処理室内に搬入する前に加熱室によってカートを加熱して高温状態としている。ここで、加熱室に設けられるヒータは、急速に加熱することが求められることからランプヒータが用いられている。ランプヒータは、高速加熱が可能であるが、熱容量が小さいためにカートを加熱するには大きな消費電力が必要となる。
一方、シースヒータは熱容量が大きいため消費電力を小さくすることができるが、温度上昇率が低いため高速加熱が難しいという特性がある。
したがって、従来構成のインライン成膜処理装置では、加熱室に設けたランプヒータが多大な電力を要するため消費電力の点で問題があり、ランプヒータに代えてシースヒータを用いた場合には、消費電力の点では改善されるものの高速加熱の点で問題があり、成膜処理のタクト時間が長くなるという問題がある。
インライン成膜処理装置は、成膜処理のタクト時間が短く、消費電力が少ないことが求められている。
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、成膜処理のタクト時間を長くすることなく、加熱工程での消費電力を低減することを目的とする。
本発明は、インライン成膜処理装置において、生産停止中に成膜処理室に設けたシースヒータを用いて全カートを高温に保持することによって、生産開始に移行した際のランプヒータを用いて行う加熱工程での消費電力を低減する。消費電力が少ないシースヒータによって全カートを高温に保持することによって、消費電力が大きなランプヒータによる加熱を低減し、加熱室での加熱工程による消費電力を低減する。
また、全カートが高温に保持されているため、加熱室における加熱工程で行う昇温幅を従来よりも小さくすることができ、これによってタクト時間を短縮することができる。
本発明のインライン成膜処理装置は、カートに載置した基板を成膜処理する成膜装置であり、カートに対して基板を載置又は取出しを行う移載室と、カート上に載置された基板に成膜処理を施す成膜処理室と、載置室と成膜処理室との間に配置し、成膜処理室に導入するカートを予備加熱する加熱室と、移載室と加熱室と成膜処理室との間で複数のカートを搬送する搬送機構とを備える。
移載室、加熱室、および成膜処理室はそれぞれ各室内のカート温度を検出する温度センサを備え、成膜処理室は加熱温度が調節可能なシースヒータを備える。
インライン成膜処理装置は、成膜処理を停止している期間において、搬送機構によって全カートを移載室と加熱室と成膜処理室の各室間で循環させ、循環中のカートの内で成膜処理室にあるカートをシースヒータによって加熱して所定温度に保持する。
本発明のシースヒータは、搬送機構によってカートが循環する間に、温度センサで検出されたカート温度に基づいて加熱が選択されたカートが成膜処理室に至った時にそのカートを加熱する。シースヒータによる加熱温度は、温度センサで検出されたカート温度に基づいて定められる。これによって、複数のカートの中から温度が低下したカートについて、その温度低下に基づいて加熱することができる。
本発明の加熱室は、成膜処理工程の実施期間において、次に成膜処理室に搬入するカートを予備加熱する。この予備加熱によって、次の成膜処理を行うカートを、成膜処理室内に搬入される前に所定温度に加熱することができ、成膜処理室内でカートを昇温させる必要がないため、成膜処理室内での昇温時間が不要となりタクト時間を短縮することができる。
また、本発明の加熱室は、この加熱室内において二次元的に配置された複数の温度センサおよび複数のランプヒータを備える。温度センサは加熱室内のカートの二次元温度分布を検出する。また、ランプヒータは二次元配列された温度センサで検出した二次元温度分布に基づいて個別に加熱駆動し、これによってカートを二次元的に選択して加熱することができる。
本願発明の態様によれば、成膜処理を停止している期間に、消費電力の小さなシースヒータによって全カートの内で温度が低下したカートについて加熱して昇温させておくことによって、成膜処理を開始した際に加熱室で行う加熱に要する消費電力を低減させることができる。
これによって、全カートが高温に保持され、加熱室における加熱工程で行う昇温幅を低減させてタクト時間を短縮することができ、成膜処理のタクト時間を長くすることなく、加熱工程での消費電力を低減することができる。
以上説明したように、本発明のインライン成膜処理装置によれば、成膜処理のタクト時間を長くすることなく、加熱工程での消費電力を低減することができる。
本発明のインライン成膜処理装置によるカートの温度制御を説明するための図である。 本発明のインライン成膜処理装置の構成例を説明するための図である。 本発明のインライン成膜処理装置の構成例を説明するための図である。 本発明のインライン成膜処理装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 本発明のインライン成膜処理装置のカートの循環移動を説明するための図である。 本発明のインライン成膜処理装置の加熱室の温度センサとランプヒータの構成を説明するための図である。 従来から知られるインライン型の成膜処理装置の一構成例を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、本発明のインライン成膜処理装置の構成例について、図1〜図6を用いて説明する。図1は本発明のインライン成膜処理装置によるカートの温度制御を説明するための図であり、図2,3は本発明のインライン成膜処理装置の構成例を説明するための図であり、図4は本発明のインライン成膜処理装置の動作例を説明するためのフローチャートであり、図5は本発明のインライン成膜処理装置のカートの循環移動を説明するための図であり、図6は本発明のインライン成膜処理装置の加熱室の温度センサとランプヒータの構成を説明するための図である。
はじめに、本発明のインライン成膜処理装置によるカートの温度制御について図1を用いて説明する。
図1において、本発明のインライン成膜処理装置1は、移載室2と加熱室3と成膜処理室4とを配列して成り、複数のカート20(カート20A,20B,20C)はこれらの各室内を搬送機構5によって循環して移動する。図1に示す構成において、複数のカート20としてカート20A、カート20B、およびカート20Cの3つのカートを図中の破線で示す順路に沿って循環させ、このカートを循環させる間に成膜処理室4に設けたシースヒータ10によってカートを加熱する。
図1(a)は、移載室2にカート20Aがあり、加熱室3にカート20Bがあり、成膜処理室4にカート20Cがあり、成膜処理室4内にあるカートCがシースヒータ10によって加熱される状態を示している。
図1(b)は、図1(a)の状態から各カートが搬送され、移載室2にカート20Cが移動し、加熱室3にカート20Aが移動し、成膜処理室4にカート20Bが移動し、成膜処理室4内に移動したカートBがシースヒータ10によって加熱される状態を示している。
図1(c)は、図1(b)の状態から各カートが搬送され、移載室2にカート20Bが移動し、加熱室3にカート20Cが移動し、成膜処理室4にカート20Aが移動し、成膜処理室4内にあるカートAがシースヒータ10によって加熱される状態を示している。
ここで、成膜処理室4内に移動した全てのカートが加熱されるとは限らず、温度が低下したカートのみを成膜処理室4内に止まらせることによってシースヒータで加熱し、加熱を要さないカートについては成膜処理室4内に止まらせることなく移動させることによって加熱することなく、次のカートを循環させる。
いずれのカートを加熱するかは、移載室2,加熱室3,成膜処理室4の各室に設けた温度センサ(図1には示していない)によって各室内にあるカートの温度を検出することによって定めることができる。
図2は本発明のインライン成膜処理装置1の概略構成を示す図である。図2において、移載室2と加熱室3と成膜処理室4が順に配列され、これらの各室間にはカートを移動する搬送機構5が設けられている。
移載室2は、カート上に基板(図示していない)を載置したり、あるいはカート上に載置される基板を取り出すためのチャンバであり、基板をカートと間で移動する移載機構(図示していない)を備える。
加熱室3は、成膜処理工程中において成膜処理室4に搬入するカートを加熱して昇温させるためのチャンバであり、カートを加熱するランプヒータ9を備える。ランプヒータ9は、熱容量が小さいため短時間でカートを加熱することができるが、消費電力は大きい。
成膜処理室4は、搬入された基板に成膜処理を施すためのチャンバであり、カートを加熱するシースヒータ10を備える。シースヒータ10は、熱容量が大きいため高速加熱にて不適であるが、消費電力は小さい。
各室(移載室2,加熱室3,成膜処理室4)には温度センサ6〜8が設けられ、それぞれ各室内にあるカート20の温度を検出する。各温度センサ6〜8で検出された温度検出信号は制御部11に送られる。
制御部11は、成膜処理が停止している期間において、各温度センサ6〜8から送られた温度検出信号としきい値とを比較し、検出した温度が設定温度に至っていない場合には、そのカートは加熱すべきカートとして判定し、検出した温度が設定温度を超えている場合には、そのカートは加熱を要さないカートとして判定する。温度検出信号と比較を行うしきい値は、各温度センサについて同じ値を定める他に、温度センサ6〜8毎に異なる値を定めても良い。
例えば、移載室2にあるカート(図2中のカート20A)と加熱室3にあるカート(図2中のカート20B)とでは、移載室2や加熱室3を通過して成膜処理室4に移動するまでに低下する温度降下量の程度が異なるため、成膜処理室4に至ったときに同程度の温度となるように、移載室2に設けた温度センサ6からの温度検出信号と比較するしきい値を、加熱室3に設けた温度センサ7からの温度検出信号と比較するしきい値よりも高い値に設定してもよい。
成膜処理室4における加熱の終了は、成膜処理室4に設けた温度センサ8で検出された温度検出信号を所定温度のしきい値と比較することで行うことができる。
制御部11は、成膜処理が停止している期間において、温度検出信号に基づいて加熱を要するカートを選択し、選択したカートを成膜処理室4に搬入する。
制御部11は、温度検出信号がしきい値を超えるまでは搬送機構5の駆動を停止することによって成膜処理室4でのシースヒータ10による加熱を続け、温度検出信号がしきい値を超えたときに搬送機構5の駆動を再開して、昇温したカートを成膜処理室4から搬出することによってカートの加熱を終了する。加熱したカートを成膜処理室4から搬出した後、次のカートを搬入する。
一方、制御部11は、成膜処理を実施している期間においては、加熱室3に設けた温度センサ7からの温度検出信号に基づいて、加熱室3内のカート温度を検出し、検出した検出温度信号に基づいてランプヒータ9を制御するランプ制御信号を生成し、ランプヒータの加熱温度を制御する。
このランプヒータ9の加熱において、複数のランプヒータを一次元的あるいは二次元的に配置し、各ランプヒータを個別に制御することによって、カートの温度分布に基づいて加熱処理を行って、カートの温度分布を均一とすることができる。一次元的に配置したランプヒータによってカートの加熱を二次元的に行う場合には、カートの搬送方向と交差する方向に複数のランプヒータをライン状に配置し、搬送機構でカートを搬送しながらランプヒータの駆動や温度を個別に制御する構成とすることができる。
加熱室3は、複数の温度センサを一次元的あるいは二次元的に配置することによって、カートの温度分布を検出することができる。
一次元的に配置した温度センサによってカートの二次元的な温度分布を検出する場合には、カートの搬送方向と交差する方向に複数の温度センサをライン状に配置し、搬送機構でカートを搬送しながら温度センサで各位置の温度を検出する構成とすることができる。
図3は、制御部11の一構成例を説明するための図である。制御部11は、温度センサ6〜8で検出した温度検出信号を入力して温度データを求める温度検出回路11b、カートを搬送する搬送機構5を制御するカート搬送制御回路11c、加熱室3内に設けられたランプヒータ9の駆動を制御するランプヒータ制御回路11d、成膜処理室4内に設けられたシースヒータ10の駆動を制御するシースヒータ制御回路11e、および各制御回路(カート搬送制御回路11c、ランプヒータ制御回路11d、シースヒータ制御回路11e)を制御する制御回路11aを備える。
カート搬送制御回路11cは、制御回路11aからインライン成膜処理装置が成膜処理の停止期間中であるか、あるいは成膜処理の実施期間中であるかに基づいて、カート駆動部12を駆動モードを切り換える。成膜処理の停止期間中か実施期間中であるかは、例えば、制御回路11aがインライン成膜処理装置に接続された外部装置からの生産情報を受け、この生産情報に基づいて判定することができる。例えば、生産情報によって生産停止状態にある場合には成膜処理は停止期間中であると判定し、生産情報によって生産状態にある場合には成膜処理は実施期間中であると判定する。
インライン成膜処理装置が成膜処理の停止期間中である場合には、カート駆動部12によって搬送機構5を駆動して、カートを移載室2、加熱室3,および成膜処理室4の間で循環させ、加熱を要するカートを成膜処理室4内に搬入する。また、インライン成膜処理装置が成膜処理の実施期間中である場合には、基板を載置したカートを移載室2、加熱室3,および成膜処理室4の間で循環させ、成膜処理室4において基板に成膜処理を施す。
ランプヒータ制御回路11dは、制御回路11aからの信号によって成膜処理の実施期間中であると判定した場合には、加熱室3の温度センサ7で検出された温度検出信号に基づいて求められたカートの温度分布情報を温度検出回路11bから入力し、この温度分布に基づいて、1次元的あるいは2次元的に配置された複数のランプヒータを個別に制御し、カートの温度が所定温度以上で均一となるように加熱する。一方、ランプヒータ制御回路11dは、制御回路11aからの信号によって成膜処理の停止期間中であると判定した場合には、ランプヒータ駆動部13によるランプヒータの加熱は行わない。
シースヒータ制御回路11eは、制御回路11aからの信号によって成膜処理の停止期間中であると判定した場合には、シースヒータ駆動部14を制御して成膜処理室4に設けたシースヒータ10を駆動する。このとき、カート搬送制御回路11cは、移載室2、加熱室3、および成膜処理室4の各温度センサ6〜8で検出された温度検出信号に基づいて加熱を要するカートを選択し、選択したカートを成膜処理室4に搬入する。カート搬送制御回路11cは、温度検出回路11bから温度センサ8で検出したカートの温度をモニタし、シースヒータ10で昇温したカートの温度が所定温度を超えた場合には、カート駆動部12を制御して搬送機構を駆動して、加熱したカートを成膜処理室4からカートを搬出し、次に加熱すべきカートを成膜処理室4内に搬入する。
次に、図4のフローチャートを用いて本発明のインライン成膜処理装置の動作例について説明する。図4のフローチャートは、インライン成膜処理装置が組み込まれた装置による生産が停止状態にあるときから開始する例を示している。
制御部11は、外部装置から入力する生産情報に基づいて生産中であるか生産停止であるかを判定する(S1)。生産停止状態にあるときには、以下のS2〜S7の工程によって、カートを循環させながら成膜処理室4のシースヒータ10によってカートの温度を所定温度より高い温度に保持する温度制御を行う。
制御11の温度検出回路11bは各室(移載室2,加熱室3,成膜処理室4)に設けられた温度センサ6〜8で検出した温度検出信号を入力して各室にあるカートの温度を検出して監視する(S2)。
各室におけるカートの温度の監視において、何れかのカートに温度低下が検出された場合には、カート搬送制御回路11cはカート駆動部12を制御して搬送機構を駆動し、カートを移載室2,加熱室3,成膜処理室4の間で循環させる。カートに温度低下の検出は、検出温度を予め定めておいたしきい値と比較することによって行うことができる。しきい値は、移載室2,加熱室3,成膜処理室4で共通とする他に、カートの移動による温度低下を考慮して個別に設定しても良い(S3,S4)。
カート搬送制御回路11cは、成膜処理室4に搬入したカートがS3の工程で温度低下が検出されたカートであるかを判定し、温度低下が検出されたカートが成膜処理室4に搬入するまで循環動作を続ける(S5)。
S5の工程において、成膜処理室4に搬入されたカートが、温度低下が検出され加熱を要するカートである場合には、カート搬送制御回路11cは搬送機構の動作を一時停止してこのカートを成膜処理室4内に止まらせ、成膜処理室4に設けたシースヒータ10によって当該カートを加熱する(S6)。
成膜処理室4に設けた温度センサ8によって成膜処理室4内のカートの温度を検出し、検出温度が予め定めた所定温度を超えた場合には、カート搬送制御回路11cは搬送機構の動作を再開しカートを成膜処理室4から搬出し、次にカートを成膜処理室4から搬入する(S7)。S2〜S7の工程を生産が開始されるまで繰り返す。これによって、カートは所定温度よりも降下しないように温度制御される(S8)。
制御部11は、外部装置から入力する生産情報に基づいて生産中であるか生産停止であるかを判定し、生産が開始された場合には(S8)、移載室2において基板をカート上に載置し、カート搬送制御回路11cの制御によってこのカートを加熱室3に搬送する(S9)。加熱室3内のカートの温度を温度センサ7で検出する(S10)。
温度センサ7で検出した検出温度信号に基づいて、カートの温度分布を求める。温度分布は、二次元配置した複数の温度センサによって求める他に、ライン状に一次元配置した複数の温度センサをカートの搬送方向と交差する方向に配置し、カートを搬送させながら温度検出を行うことで求めることができる。
求めた温度分布にばらつきがあり、所定温度よりも低い部分がある場合には(S11)、ランプヒータ制御回路11dによってランプヒータ駆動部13を制御し、加熱室3内に設けた複数のランプヒータ9を選択的に駆動して加熱する。ランプヒータ9を選択的に駆動することによって、温度分布のばらつきに応じて昇温度することができる(S12)。
加熱室3での加熱処理が終了した後、成膜処理室4内にカートを搬入し、成膜処理室4内においてカート上に載置した基板に成膜処理を施す。加熱処理が終了したか否かは、例えば、温度分布にばらつきを監視して、カート上のいずれの部分も所定温度以上に昇温され、各部位間の温度のばらつきも所定範囲内に収まったことを確認することで判定することができる(S13)。
上記したS9〜S13の工程を生産が停止するまで繰り返し、生産が停止した場合にはS1に戻って前記したS2〜S7の工程を繰り返す(S14)。
次に、図5を用いて、カートを移載室、加熱室、および成膜処理室の間で循環させる搬送動作を説明する。ここでは、移載室2のカート20Aがあり、加熱室3にカート20Bがあり、成膜処理室4にカート20Cがある状態を初期状態とし、成膜処理室4からカート20Cを搬出してカート20Bを搬入し、移載室2からカート20Aを搬出して成膜処理室4から搬出されたカート20Cを搬入し、加熱室3からカート20Bを搬出して移載室2から搬出されたカート20Aを搬入する状態とする搬送動作について説明する。
図5(a)は初期状態を示し、移載室2のカート20Aがあり、加熱室3にカート20Bがあり、成膜処理室4にカート20Cがある。
図5(a)の状態から、図5(b)に示すように成膜処理室4からカート20Cを搬出して加熱室3に搬入した後、図5(c)に示すように加熱室3からカート20Bを搬出して成膜処理室4に搬入る。
次に、図5(c)の状態から、図5(d)、(e)に示すように加熱室3からカート20Cを搬出して移載室2に搬入し、移載室2からカート20Aを搬出して加熱室3に搬入した後、図5(e)に示すように加熱室3からカート20Bを搬出して成膜処理室4に搬入る。上記搬送動作を繰り返すことによって、カートを移載室、加熱室、および成膜処理室の間で循環させることができる。
次に、図6を用いて、加熱室における複数の温度センサの二次元配置例、および複数のランプヒータの二次元配置例を説明する。
図6において、図中の左方に温度センサの二次元配置例を示し、図中の右方にランプヒータの二次元配置例を示している。ここでは、温度センサおよびランプヒータは、それぞれ縦3列横3列の合計9個を格子状に配列する場合を示しているが、配置する個数は9個に限られるものではなく、また、配置位置も格子配列に限られるものではない。
図6において、9個の温度センサ7a〜7iは、カート20に対して縦3列横3列の格子状に配列することで二次元配置を構成している。この配置によって、カート上の温度分布を形成することができる。
また、図6において、9個のランプヒータ9a〜9iは、カート20に対して縦3列横3列の格子状に配列することで二次元配置を構成している。この配置によって、カート20を二次元的に個別に加熱することができる。
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明のインライン成膜処理装置は、液晶基板や半導体基板等に適用することができる。
1…インライン成膜処理装置、2…移載室、3…加熱室、4…成膜処理室、5…搬送機構、6…温度センサ、7…温度センサ、7a-7i…温度センサ、8…温度センサ、9a〜9i…ランプヒータ、10…シースヒータ、11…制御部、11a…制御回路、11b…温度検出回路、11c…カート搬送制御回路、11d…ランプヒータ制御回路、11e…シースヒータ制御回路、12…カート駆動部、13…ランプヒータ駆動部、14…シースヒータ駆動部、20…カート、20A,20B,20C…カート、101…インライン成膜処理装置、102…移載室、103…加熱室、104…成膜処理室、109…ランプヒータ、120…カート。

Claims (4)

  1. カートに載置した基板を成膜処理するインライン成膜処理装置において、
    前記カートに対して基板を載置又は取出しを行う移載室と、
    カート上に載置された基板に成膜処理を施す成膜処理室と、
    前記移載室と前記成膜処理室との間に配置し、前記成膜処理室に導入するカートを予備加熱する加熱室と、
    前記移載室と前記加熱室と前記成膜処理室との間で複数のカートを搬送する搬送機構とを備え、
    前記移載室と前記加熱室と前記成膜処理室はそれぞれ各室内のカート温度を検出する温度センサを有し、
    前記成膜処理室は加熱温度が調節可能なシースヒータとを備え、
    成膜処理の停止期間において、
    前記搬送機構はカートを移載室と前記加熱室と前記成膜処理室の各室間で循環させ、
    前記シースヒータは前記循環中にカートを順次加熱して所定温度に保持することを特徴とするインライン成膜処理装置。
  2. 前記シースヒータは、前記搬送機構によるカートの循環において、前記検出されたカート温度に基づいて加熱が選択されたカートが前記成膜処理室に至った時に、前記カート温度に基づいて定められた加熱温度によって当該カートを加熱することを特徴とする、請求項1に記載のインライン成膜処理装置。
  3. 前記加熱室は、成膜処理の実施期間において、前記成膜処理室に次に搬入するカートを予備加熱することを特徴とする、請求項1に記載のインライン成膜処理装置。
  4. 前記加熱室は、当該加熱室内において二次元的に配置された複数の温度センサおよび複数のランプヒータを備え、
    前記温度センサは加熱室内のカートの二次元温度分布を検出し、
    前記ランプヒータは前記二次元温度分布に基づいて個別に加熱駆動し、前記カートを二次元的に選択して加熱することを特徴とする、請求項3に記載のインライン成膜処理装置。
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